JP4874646B2 - 電池用制御装置、電動車両、及び二次電池の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、二次電池の入出力を制御する電池用制御装置、それを備えた電動車両、二次電池の制御方法に関する。

近年、二次電池は、燃料電池や太陽電池、更には発電機と組み合わされ、電源システムとして利用されることがある。発電機は、風力や水力といった自然による力や、内燃機関等の人工的な動力によって駆動される。このような二次電池を組み合わせた電源システムは、余剰な電力を二次電池によって蓄積しておくことによって、エネルギー効率の向上を図っている。

このようなシステムの一例としては、近年、動力源としてエンジンとモータとを搭載したハイブリッド自動車（「ＨＥＶ」：Hybrid Electric Vehicle）が挙げられる。ＨＥＶは、走行に必要な動力に対してエンジンからの出力が大きい場合には、余剰の動力で発電機を駆動し、二次電池の充電を行なう。また、ＨＥＶは、車両の制動時や減速時には、車輪によってモータを駆動し、モータを発電機として利用することによっても、二次電池の充電を行なう。逆に、エンジンからの出力が小さい場合には、ＨＥＶは、不足の動力を補うため、二次電池を放電してモータを駆動する。

このように、ＨＥＶにおいては、従来の自動車では熱として大気中に放出されていたエネルギーを二次電池に蓄積できるため、従来の自動車に比べて、エネルギー効率を高めることができ、燃費の飛躍的な向上を図ることができる。

また、二次電池には、過放電や過充電が行われると、電池性能が劣化してしまうという問題がある。このため、ＨＥＶにおいては、電池用制御装置（以下「電池ＥＣＵ：Electric Control Unit」という。）が、二次電池の電池残量（ＳＯＣ：State of Charge）を算出し、得られたＳＯＣに基づいて二次電池の充放電（入出力）を制御している。一般的には、電池ＥＣＵは、ＳＯＣが４０％〜７０％の範囲内に収まるように充放電を制御する。また、このとき、ＳＯＣを正確に算出することが重要となる。

従来からのＳＯＣの算出方法としては、次の二つが知られている。一つの算出方法は、二次電池の充放電時の電流を積算してＳＯＣを算出する方法である（例えば、特許文献１及び特許文献２参照。）。この方法では、先ず、電池ＥＣＵは、充放電された電流の電流値を測定し（充電時をマイナス、放電時をプラスとする。）、測定された電流値が充電時の電流（−）の場合は充電効率を乗算する。次に、電池ＥＣＵは、得られた電流値（充電時の場合は乗算値）を設定された時間にわたって積算して、積算容量を算出する。次に、電池ＥＣＵは、得られた積算容量に基づいてＳＯＣを算出する。

他の算出方法は、充放電履歴に基づいてＳＯＣを算出する方法である（例えば、特許文献１参照。）。この方法では、先ず、電池ＥＣＵは、電池ブロック毎に、充放電された電流Ｉと、端子電圧Ｖとのペアデータを複数個取得し、これらを充放電履歴として記憶する。次に、電池ＥＣＵは、充放電履歴（ペアデータ）として記憶されたペアデータの中から、代表となる電池ブロックの平均的なペアデータを選択する。更に、電池ＥＣＵは、選択されたペアデータから、回帰分析法を用いて、１次の近似直線（電圧Ｖ−電流Ｉ近似直線）を求める。

次に、電池ＥＣＵは、電流値０（ゼロ）に対応する電圧値（電圧Ｖ−電流Ｉ近似直線の切片）を求め、これを代表となる電池ブロックの無負荷電圧ＯＣＶとする。更に、電池ＥＣＵは、積算容量の単位時間あたりの変化量△Ｑを求め、この変化量△Ｑに対して時間遅延処理及び平均化処理を行ない、これによって△Ｑの不要な高周波成分に相当する変動成分を除去して、△Ｑ´を算出する。更に、電池ＥＣＵは、温度を縦軸（又は横軸）、△Ｑ´を横軸（又は縦軸）とし、縦軸と横軸との交点に対応する分極電圧が記録された二次元マップに、算出した変化量△Ｑ´と最低電池温度とを当てはめて分極電圧を特定する。

次いで、電池ＥＣＵは、代表となる無負荷電圧ＯＣＶから、推定した分極電圧を減算して、代表となる電池ブロックの起電力を算出する。更に、電池ＥＣＵは、温度を縦軸（又は横軸）、起電力を横軸（又は縦軸）とし、縦軸と横軸との交点に対応するＳＯＣが記録された二次元マップに、算出された起電力と最低電池温度とを当てはめてＳＯＣを特定する。

また、ＨＥＶにおいては、ＳＯＣの算出精度を高めるため、電池ＥＣＵは、上記した電流積算によるＳＯＣ算出方法と、上記した充放電履歴情報に基づくＳＯＣ算出方法との両方を実施している。この場合、電池ＥＣＵは、両者の結果を比較し、後者で得られた値に基づいて前者で得られた値を補正している（例えば、特許文献３参照。）。
特開２００３−１９７２７５号公報 特開２００４−４７２７９号公報 特開２００３−１４９３０７号公報

しかしながら、二つのＳＯＣ算出方法を実施した場合は、これらの算出結果の間に、大きなズレが生じることがある。例えば、修理のために二次電池を車両から取り外した場合や、新しい二次電池に乗せ替えた場合では、電池ＥＣＵの充放電履歴が初期化される。この場合、充放電履歴に基づくＳＯＣ算出方法の算出精度が低下し、上記したズレが生じてしまう。

更に、車両を長期間放置した場合は、実際の分極電圧と分極情報から求められた分極電圧との間に大きな差が生じるため、この場合も、充放電履歴に基づくＳＯＣ算出方法の算出精度が低下し、上記したズレが生じてしまう。

また、このようなズレが生じた場合は、図５に示すように、電池ＥＣＵが算出したＳＯＣの算出値と、実際の二次電池のＳＯＣの値との間には、誤差が生じてしまい、ＳＯＣの算出精度が低下してしまう。更に、従来の電池ＥＣＵは、充放電履歴から算出したＳＯＣに基づいて補正を行うため、充放電履歴が正確でない場合は、ズレが次第に増加し、ＳＯＣの算出精度は大幅に低下してしまう。また、ＳＯＣの算出精度の低下は、二次電池の寿命の低下の原因となる。

なお、図５は、従来からの電池ＥＣＵを備えた二次電池におけるＳＯＣの変動を示す図である。図５において、縦軸はＳＯＣ［％］及びＳＯＣ誤差［％］示し、横軸は時間［ｓ］を示す。また、図５において、「ＳＯＣ算出値」は、充放電履歴から得られたＳＯＣに基づいて、電流積算から得られたＳＯＣを補正することによって、算出されたＳＯＣを示している。「ＳＯＣ真値」は実測によって得られたＳＯＣを示している。「ＳＯＣ誤差」は、ＳＯＣ真値に対するＳＯＣ算出値の誤差を示している。

本発明の目的は、上記問題を解消し、ＳＯＣの算出精度の低下を抑制し得る電池用制御装置、電動車両及び二次電池の制御方法を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明における第１の電池用制御装置は、ＳＯＣが第１の変動幅内に収まるように二次電池の入出力を制御する電池用制御装置であって、第１のＳＯＣ算出部と、第２のＳＯＣ算出部と、判定部とを備え、前記第１のＳＯＣ算出部は、前記二次電池の充放電時の電流を積算して、前記二次電池の第１の推定ＳＯＣを算出し、前記第２のＳＯＣ算出部は、前記二次電池の充放電履歴に基づいて、前記二次電池の第２の推定ＳＯＣを算出し、前記判定部は、前記第１の推定ＳＯＣと、前記第２の推定ＳＯＣとを比較し、これらの差が基準値より大きい場合に、前記二次電池を使用する機器に対して、前記二次電池のＳＯＣの変動幅を、設定された期間内において前記第１の変動幅よりも増加させるように前記二次電池の使用を指示することを特徴とする。

また、上記目的を達成するために本発明における第２の電池用制御装置は、ＳＯＣが第１の変動幅内に収まるように二次電池の入出力を制御する電池用制御装置であって、判定部を備え、前記判定部は、前記二次電池のＳＯＣの算出に用いられる充放電履歴が初期化されたかどうか判定し、前記充放電履歴が初期化された場合に、前記二次電池を使用する機器に対して、前記二次電池のＳＯＣの変動幅を、設定された期間内において前記第１の変動幅よりも増加させるように前記二次電池の使用を指示することを特徴とする。

上記目的を達成するために本発明における第１の電動車両は、動力源としてモータを備える電動車両であって、二次電池と、ＳＯＣが第１の変動幅内に収まるように前記二次電池の入出力を制御する電池用制御装置と、前記モータの駆動を制御する車両用制御装置とを備え、前記電池用制御装置は、第１のＳＯＣ算出部と、第２のＳＯＣ算出部と、判定部とを備え、前記第１のＳＯＣ算出部は、前記二次電池の充放電時の電流を積算して、前記二次電池の第１の推定ＳＯＣを算出し、前記第２のＳＯＣ算出部は、前記二次電池の充放電履歴に基づいて、前記二次電池の第２の推定ＳＯＣを算出し、前記判定部は、前記第１の推定ＳＯＣと、前記第２の推定ＳＯＣとを比較し、これらの差が基準値より大きい場合に、前記車両用制御装置に対して信号を出力し、前記車両用制御装置は、前記判定部が前記信号を出力すると、前記二次電池のＳＯＣの変動幅が、設定された期間内において前記第１の変動幅よりも増加するように前記モータを駆動することを特徴とする。

また、上記目的を達成するために本発明における第２の電動車両は、動力源としてモータを備える電動車両であって、二次電池と、ＳＯＣが第１の変動幅内に収まるように前記二次電池の入出力を制御する電池用制御装置と、前記モータの駆動を制御する車両用制御装置とを備え、前記電池用制御装置は、判定部を備え、前記判定部は、前記二次電池のＳＯＣの算出に用いられる充放電履歴が初期化されたかどうか判定し、前記充放電履歴が初期化された場合に、前記車両用制御装置に対して信号を出力し、前記車両用制御装置は、前記判定部が前記信号を出力すると、前記二次電池のＳＯＣの変動幅が、設定された期間内において前記第１の変動幅よりも増加するように前記モータを駆動することを特徴とする。

上記目的を達成するために本発明における第１の制御方法は、ＳＯＣが第１の変動幅内に収まるように二次電池の入出力を制御するための制御方法であって、（ａ）前記二次電池の充放電時の電流を積算して、前記二次電池の第１の推定ＳＯＣを算出する工程と、（ｂ）前記二次電池の充放電履歴に基づいて、前記二次電池の第２の推定ＳＯＣを算出する工程と、（ｃ）前記第１の推定ＳＯＣと、前記第２の推定ＳＯＣとを比較する工程と、（ｄ）前記（ｃ）の工程における比較の結果、これらの差が基準値より大きい場合に、前記二次電池を使用する機器に対して、前記二次電池のＳＯＣの変動幅を、設定された期間内において前記第１の変動幅よりも増加させるように前記二次電池の使用を指示する工程とを少なくとも有することを特徴とする。

また、上記目的を達成するために本発明における第２の制御方法は、発明における第２の制御方法は、ＳＯＣが第１の変動幅内に収まるように二次電池の入出力を制御するための制御方法であって、（ａ）前記二次電池のＳＯＣの算出に用いられる充放電履歴が初期化されたかどうか判定する工程と、（ｂ）前記（ａ）の工程における判定の結果、前記充放電履歴が初期化された場合に、前記二次電池を使用する機器に対して、前記二次電池のＳＯＣの変動幅を、設定された期間内において前記第１の変動幅よりも増加させるように前記二次電池の使用を指示する工程とを少なくとも有することを特徴とする。

上記目的を達成するために本発明における第１のプログラムは、ＳＯＣが第１の変動幅内に収まるように二次電池の入出力制御をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、（ａ）前記二次電池の充放電時の電流を積算して、前記二次電池の第１の推定ＳＯＣを算出するステップと、（ｂ）前記二次電池の充放電履歴に基づいて、前記二次電池の第２の推定ＳＯＣを算出するステップと、（ｃ）前記第１の推定ＳＯＣと、前記第２の推定ＳＯＣとを比較するステップと、（ｄ）前記（ｃ）のステップにおける比較の結果、これらの差が基準値より大きい場合に、前記二次電池を使用する機器に対して、前記二次電池のＳＯＣの変動幅を、設定された期間内において前記第１の変動幅よりも増加させるように前記二次電池の使用を指示するステップとをコンピュータに実行させることを特徴とする。

また、上記目的を達成するために本発明における第２のプログラムは、ＳＯＣが第１の変動幅内に収まるように二次電池の入出力制御をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、前記プログラムは、（ａ）前記二次電池のＳＯＣの算出に用いられる充放電履歴が初期化されたかどうか判定するステップと、（ｂ）前記（ａ）のステップにおける判定の結果、前記充放電履歴が初期化された場合に、前記二次電池を使用する機器に対して、前記二次電池のＳＯＣの変動幅を、設定された期間内において前記第１の変動幅よりも増加させるように前記二次電池の使用を指示するステップとをコンピュータに実行させることを特徴とする。

以上のように本発明によれば、二次電池のＳＯＣの算出精度が低下した場合は、ＳＯＣが第１の変動幅内に収まるように二次電池を使用する機器において、二次電池のＳＯＣの変動幅が、設定された期間内において前記第１の変動幅よりも増加するように二次電池が使用される。この場合、充放電履歴として記憶されているペアデータの分布がそれまでよりも広がるため、分極電圧の算出精度が向上し、結果、充放電履歴からのＳＯＣの算出精度も向上する。このため、二次電池の充放電時の電流を積算して算出されたＳＯＣ（第１の推定ＳＯＣ）と、二次電池の充放電履歴に基づいて算出されたＳＯＣ（第２の推定ＳＯＣ）との間のズレは、小さくなる。よって、ＳＯＣ算出値（第２の推定ＳＯＣに基づいて補正された第１の推定ＳＯＣの値）のＳＯＣ真値に対する誤差は、０（ゼロ）へと収束する。本発明によれば、ＳＯＣの算出精度の低下を抑制することができる。

また、このことから、本発明を、ＨＥＶ等のモータを動力源として備えた車両に適用すれば、二次電池が乗せ替えられた場合や車両が長期間放置された場合であっても、ＳＯＣの算出精度の低下を抑制できる。

更に、本発明は、車両以外の、燃料電池、太陽電池、及び発電機といった独立型電源に二次電池を組み合わせて構成した電源システムにも適用できる。これらの電源システムにおいて、二次電池の乗せ替えや長期間の放置が行われた場合も、ＳＯＣの算出精度の低下を抑制できる。

本発明における第１の電池用制御装置は、二次電池の入出力を制御する電池用制御装置であって、第１のＳＯＣ算出部と、第２のＳＯＣ算出部と、判定部とを備え、前記第１のＳＯＣ算出部は、前記二次電池の充放電時の電流を積算して、前記二次電池の第１の推定ＳＯＣを算出し、前記第２のＳＯＣ算出部は、前記二次電池の充放電履歴に基づいて、前記二次電池の第２の推定ＳＯＣを算出し、前記判定部は、前記第１の推定ＳＯＣと、前記第２の推定ＳＯＣとを比較し、これらの差が基準値より大きい場合に、前記二次電池を使用する機器に対して、前記二次電池のＳＯＣの変動幅を増加させる前記二次電池の使用を指示することを特徴とする。

上記本発明における第１の電池用制御装置においては、前記判定部が、更に、前記充放電履歴が初期化されたかどうか判定し、前記充放電履歴が初期化された場合にも、前記機器に対して、前記二次電池のＳＯＣの変動幅を増加させる前記二次電池の使用を指示する態様とすることができる。

本発明における第２の電池用制御装置は、二次電池の入出力を制御する電池用制御装置であって、判定部を備え、前記判定部は、前記二次電池のＳＯＣの算出に用いられる前記充放電履歴が初期化されたかどうか判定し、前記充放電履歴が初期化された場合に、前記二次電池を使用する機器に対して、前記二次電池のＳＯＣの変動幅を増加させる前記二次電池の使用を指示することを特徴とする。

本発明における第１の電動車両は、動力源としてモータを備える電動車両であって、二次電池と、前記二次電池の入出力を制御する電池用制御装置と、前記モータの駆動を制御する車両用制御装置とを備え、前記電池用制御装置は、第１のＳＯＣ算出部と、第２のＳＯＣ算出部と、判定部とを備え、前記第１のＳＯＣ算出部は、前記二次電池の充放電時の電流を積算して、前記二次電池の第１の推定ＳＯＣを算出し、前記第２のＳＯＣ算出部は、前記二次電池の充放電履歴に基づいて、前記二次電池の第２の推定ＳＯＣを算出し、前記判定部は、前記第１の推定ＳＯＣと、前記第２の推定ＳＯＣとを比較し、これらの差が基準値より大きい場合に、前記車両用制御装置に対して信号を出力し、前記車両用制御装置は、前記判定部が前記信号を出力すると、前記二次電池のＳＯＣの変動幅が増加するように前記モータを駆動することを特徴とする。

上記本発明における第１の電動車両においては、前記判定部が、前記充放電履歴が初期化されたかどうか判定し、前記充放電履歴が初期化された場合にも、前記車両用制御装置に対して信号を出力する態様とすることができる。

また、本発明における第２の電動車両は、動力源としてモータを備える電動車両であって、二次電池と、前記二次電池の入出力を制御する電池用制御装置と、前記モータの駆動を制御する車両用制御装置とを備え、前記電池用制御装置は、判定部を備え、前記判定部は、前記二次電池のＳＯＣの算出に用いられる前記充放電履歴が初期化されたかどうか判定し、前記充放電履歴が初期化された場合に、前記車両用制御装置に対して信号を出力し、前記車両用制御装置は、前記判定部が前記信号を出力すると、前記二次電池のＳＯＣの変動幅が増加するように前記モータを駆動することを特徴とする。

本発明における第１の制御方法は、二次電池の入出力を制御するための制御方法であって、（ａ）前記二次電池の充放電時の電流を積算して、前記二次電池の第１の推定ＳＯＣを算出する工程と、（ｂ）前記二次電池の充放電履歴に基づいて、前記二次電池の第２の推定ＳＯＣを算出する工程と、（ｃ）前記第１の推定ＳＯＣと、前記第２の推定ＳＯＣとを比較する工程と、（ｄ）前記（ｃ）の工程における比較の結果、これらの差が基準値より大きい場合に、前記二次電池を使用する機器に対して、前記二次電池のＳＯＣの変動幅を増加させる前記二次電池の使用を指示する工程とを少なくとも有することを特徴とする。

また、上記本発明における第１の制御方法においては、前記充放電履歴が初期化されたかどうか判定し、前記充放電履歴が初期化された場合に、前記機器に対して、前記二次電池のＳＯＣの変動幅を増加させる前記二次電池の使用を指示する工程を更に有する態様とすることができる。

また、本発明における第２の制御方法は、二次電池の入出力を制御するための制御方法であって、（ａ）前記二次電池のＳＯＣの算出に用いられる充放電履歴が初期化されたかどうか判定する工程と、（ｂ）前記（ａ）の工程における判定の結果、前記充放電履歴が初期化された場合に、前記二次電池を使用する機器に対して、前記二次電池のＳＯＣの変動幅を増加させる前記二次電池の使用を指示する工程とを少なくとも有することを特徴とする。

また、本発明は、上記の本発明における第１の制御方法または第２の制御方法を具現化するためのプログラムであっても良い。このプログラムをコンピュータにインストールして実行することにより、本発明における第１の制御方法または第２の制御方法が実行される。

（実施の形態）
以下、本発明の実施の形態における電池用制御装置、電動車両、及び二次電池の制御方法について、図１〜図４を参照しながら説明する。最初に、本実施の形態における電動車両の構成について図１を用いて説明する。

図１は、本発明の実施の形態における電動車両の概略構成を示す図である。本実施の形態における電動車両は、ＨＥＶである。図１に示すように、電動車両は、前輪２８に動力を伝達する動力源として、エンジン２４と、モータ２６とを備え、又モータ２６への電力供給源として二次電池１０を備えている。

エンジン２４は、トランスミッション２５、減速機２７及びドライブシャフト３０を介して前輪２８に動力を伝達している。また、モータ２６は、減速機２７及びドライブシャフト３０を介して前輪２８に動力を伝達している。また、二次電池１０に充電が必要な場合は、エンジン２４の動力の一部が、トランスミッション２５を介して、発電機２３にも伝達される。なお、２９は後輪であり、３１は左右の後輪２９を接続するシャフト３１である。

発電機２３によって発生した電力は、パワーユニット２２を介して二次電池１０に供給され、充電に利用される。また、電動車両の減速時や制動時においては、モータ２６が発電機として利用される。モータ２６によって発生した電力も、パワーユニット２２を介して二次電池１０に供給され、充電に利用される。

また、電動車両は、制御装置として、二次電池１０の入出力（充放電）を制御する電池用制御装置（電池ＥＣＵ）１と、モータ２６の駆動を制御する車両用制御装置（車両ＥＣＵ）２０と、エンジンの点火時期や燃料噴射量等を制御するエンジン用制御装置（エンジンＥＣＵ）２１とを備えている。このうち、電池ＥＣＵ１については、図２を用いて後述する。

車両ＥＣＵ２０は、車両に搭載されたモータ２６の駆動制御の他、エアコンや各種計器類の制御等も行なっている。また、車両ＥＣＵ２０には、電池ＥＣＵ１から、二次電池１０の放電電力の上限値（出力制限値）を特定する信号や、電池ＥＣＵ１が算出した二次電池１０のＳＯＣを特定する信号が入力される。車両ＥＣＵ２０は、出力制限値を超えない範囲で、又ＳＯＣが設定された範囲内に収まるように、電池ＥＣＵ１に出力を要求する。

パワーユニット２２は、二次電池１０からの直流をモータ駆動用の交流に変換するインバータ（図示せず）や、１２Ｖに変換するＤＣ／ＤＣコンバータを備えている。また、パワーユニット２２は、その他、昇圧回路も備えている。

次に、本実施の形態における電池用制御装置の構成について図２を用いて説明する。図２は、本発明の実施の形態における電池用制御装置の概略構成を示す図である。図２に示すように、電池ＥＣＵ１（電池用制御装置）は、主に、制御部２と、記憶部６と、電圧測定部７と、電流測定部８と、温度測定部９とを備えている。

本実施の形態１において、二次電池１０は、電池ブロックＢ₁〜Ｂ₂₀を直列に接続して構成されている。電池ブロックＢ₁〜Ｂ₂₀は、電池ケース１２に収容されている。また、電池ブロックＢ₁〜Ｂ₂₀それぞれは、２個の電池モジュールを電気的に直列に接続して構成されており、更に、各電池モジュールは、６個の単電池１１を電気的に直列に接続して構成されている。各単電池１１としては、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池等を用いることができる。なお、電池ブロック、電池モジュール、単電池１１の数は特に限定されるものではない。二次電池１０の構成も上記した例に限定されるものではない。

また、電池ケース１２内には、二次電池１０の温度を測定するため、複数の温度センサ１３が配置されている。複数の温度センサ１３の配置は、比較的温度が近い複数の電池ブロックを１つのグループとして、或いはいずれの電池ブロックとも比較的温度差がある１つの電池ブロックを１つのグループとして、グループ毎に１つの温度センサ１３を配置することによって行なわれている。また、グループ分けは、事前の実験等によって、各電池ブロックの温度を計測することによって行なわれている。

電圧測定部７は、二次電池１０の端子電圧の測定を行なっている。本実施の形態では、電圧測定部７は、電池ブロックＢ₁〜Ｂ₂₀それぞれの端子電圧Ｖｕ₁〜Ｖｕ₂₀を測定する。また、電圧測定部３は、端子電圧Ｖｕ₁〜Ｖｕ₂₀を特定する電圧データを生成し、これを制御部２に出力している。

電圧データが出力されると、制御部２は、電圧データを記憶部６に格納すると共に、電池ブロック毎の端子電圧Ｖｕの中から、最も低い端子電圧（最低端子電圧）Ｖｕ＿ｍｉｎを特定する。電圧測定部７による制御部２への電圧データの出力は、予め設定された周期で行われる。

電流測定部８は、二次電池１０が充電時及び放電時に出力する電流Ｉを測定する。本実施の形態では、電流測定部８は、電流センサ（図示せず）が出力したアナログ信号をデジタル信号に変換する。更に、電流測定部８は、このデジタル信号に基づいて、充電時に二次電池１０に入力された電流の電流値Ｉと、放電時に二次電池１０から出力された電流の電流値Ｉとを特定する電流データを生成し、これを制御部２に出力する。

また、電流測定部８は、充電時をマイナス、放電時をプラスとして電流データを生成する。電流測定部８による制御部２への電流データの出力も、予め設定された周期で行われている。電流データが出力されると、制御部２は、電流データを記憶部６に格納する。

温度測定部９は、二次電池１０の温度の測定を行なっている。本実施の形態では、温度測定部９は、電池ケース１２内に配置された複数個の温度センサ１３が出力するアナログ信号をデジタル信号に変換し、これに基づいて二次電池１０の電池温度を特定する温度データを生成し、これを制御部２に出力する。

温度データが出力されると、制御部２は、温度データを記憶部６に格納すると共に、グループ毎の電池温度の中から、最も低い電池温度（最低電池温度）を特定する。温度測定部９による制御部２への温度データの出力も、予め設定された周期で行われている。

制御部２は、第１のＳＯＣ算出部３と、第２のＳＯＣ算出部４と、判定部５とを備えている。第１のＳＯＣ算出部３は、電流測定部８が測定した電流Ｉを積算することによって、二次電池１０の第１の推定ＳＯＣを算出する。また、第２のＳＯＣ算出部４は、二次電池１０の充放電履歴に基づいて第２の推定ＳＯＣを算出する。

具体的には、第１のＳＯＣ算出部３は、先ず、記憶部６に格納された電流データを読み出して電流値Ｉを取得し、取得された電流値Ｉが充電時の電流（−）の場合は充電効率を乗算する。次に、第１のＳＯＣ算出部３は、得られた電流値Ｉ（充電時の場合は乗算値）を設定された時間にわたって積算して、積算容量Ｑを算出する。次に、第１のＳＯＣ算出部３は、予め実験によって求められている満充電時の容量と積算容量Ｑとの差を求め、次いで、満充電時の容量に対する差の比を求め、求めた比（％）を第１のＳＯＣ（第１の推定ＳＯＣ）として推定する。

また、第２のＳＯＣ算出部４は、先ず、設定期間内において、電圧測定部７から出力された電圧データと、電流測定部８から出力された電流データとから、電池ブロック毎に、端子電圧の電圧値と充放電時の電流の電流値Ｉとのペアデータを複数個取得する。取得されたペアデータは、充放電履歴として、記憶部６に格納される。

次に、第２のＳＯＣ算出部４は、記憶部６に格納された電池ブロック毎のペアデータの中から、代表となる電池ブロックの平均的なペアデータを選択する。更に、第２のＳＯＣ算出部４は、選択されたペアデータから、回帰分析法を用いて、１次の近似直線（Ｖ−Ｉ近似直線）を求める。次に、第２のＳＯＣ算出部４は、Ｖ−Ｉ近似直線のＶ切片を無負荷電圧ＯＣＶとして求め、これを代表となる電池ブロックの無負荷電圧ＯＣＶとする。

次いで、第２のＳＯＣ算出部４は、積算容量Ｑの単位時間あたりの変化量△Ｑに基づいて、二次電池１０の分極電圧Ｖｐを算出する。具体的には、第２のＳＯＣ算出部４は、変化量△Ｑに対して時間遅延処理及び平均化処理を行ない、これによって△Ｑの不要な高周波成分に相当する変動成分を除去して、△Ｑ´を算出する。更に、第２のＳＯＣ算出部４は、温度を縦軸（又は横軸）、△Ｑ´を横軸（又は縦軸）とし、縦軸と横軸との交点に対応する分極電圧が記録された二次元マップに、算出した変化量△Ｑ´と最低電池温度とを当てはめて分極電圧を特定する。第２のＳＯＣ算出部４は、この特定した分極電圧を二次電池１０の分極電圧Ｖｐとして推定する。なお、この二次元マップは記憶部６に格納されている。

次いで、第２のＳＯＣ算出部４は、代表となる無負荷電圧ＯＣＶから、推定した分極電圧Ｖｐを減算して、代表となる電池ブロックの起電力を算出する。更に、第２のＳＯＣ算出部４は、温度を縦軸（又は横軸）、起電力を横軸（又は縦軸）とし、縦軸と横軸との交点に対応するＳＯＣが記録された二次元マップに、算出された起電力と最低電池温度とを当てはめてＳＯＣを特定し、これを第２のＳＯＣ（第２の推定ＳＯＣ）として推定する。なお、この二次元マップも記憶部６に格納されている。

判定部５は、第１の推定ＳＯＣと第２の推定ＳＯＣとの差が基準値αより小さいかどうかの判定を行う。判定部５は、第１の推定ＳＯＣと第２の推定ＳＯＣとの差が基準値αより小さい場合は、第２の推定ＳＯＣに基づいて第１の推定ＳＯＣを補正し、補正後の第１の推定ＳＯＣを二次電池１０のＳＯＣとする。この場合、判定部５は、得られたＳＯＣを車両ＥＣＵ２０に通知する。

また、第１の推定ＳＯＣの補正は、第１の推定ＳＯＣと第２の推定ＳＯＣとの差に応じて、補正係数を第１の推定ＳＯＣに乗算することによって、又は所定値を第１のＳＯＣに加算することによって行うことができる。なお、上記の補正係数及び上記の所定値は、予め充放電実験等を行うことによって求めることができる。

一方、判定部５は、第１のＳＯＣ算出部３が算出した第１の推定ＳＯＣと、第２のＳＯＣ算出部４が算出した第２の推定ＳＯＣとの差が、基準値αより大きい場合は、この状態を改善するため、車両ＥＣＵ２０（図１参照）に指示を行う。具体的には、判定部５は、車両ＥＣＵ２０に指示信号を送信し、ＳＯＣの変動幅が通常の場合よりも増加するようにモータ２６を駆動させる。この場合、車両ＥＣＵ２０は、判定部５の指示に応じて、モータ２６を駆動する。

また、本実施の形態では、基準値αは、二次電池１０の使用年数といった電池の状態を表す指数と、二次電池１０の総セル数や温度バラつきといった電池パックの状態を表す指数とに基づいて適宜設定される。具体的には、基準値αは１０％〜３０％に設定される。

更に、本実施の形態においては、判定部５は、第２の推定ＳＯＣの算出に使用される充放電履歴が初期化されたかどうかの判定も行っている。具体的には、本実施の形態では、車両の修理時等に充放電履歴が初期化されたり、電池ＥＣＵ１が二次電池１０と共に取り替えられたりすると、車両ＥＣＵ２０がそのことを記憶し、起動時に電池ＥＣＵ１に初期化信号を入力する。判定部５は、車両ＥＣＵ２０からの初期化信号に基づいて、初期化されたかどうかの判定を行なっている。判定部５は、充放電履歴が初期化されている場合も、車両ＥＣＵに対して、ＳＯＣの変動幅を通常の場合よりも増加させるモータ２６の駆動を指示する。

また、本実施の形態において「ＳＯＣの変動幅」とは、設定された時間内でのＳＯＣの最大値と最小値との差をいう。この時間は、例えば、５分以内に設定するのが好ましい。また、「通常の場合」とは、ＳＯＣが制御中心（例えば５０％）に対して±１０％前後で変動するように、車両ＥＣＵ２０がモータ２６の駆動を制御している状態をいう。具体的には、ＳＯＣが４０％〜６０％の範囲で変動するように、車両ＥＣＵ２０がモータ２６を駆動している状態をいう。

また、判定部５による指示後のＳＯＣの変動幅の増加量は、特に限定されるものではない。但し、例えば、通常のＳＯＣの変動幅が４５％〜５５％に設定されているのであれば、判定部５による指示後のＳＯＣの変動幅は、４３％〜５７％、特には３５％〜７５％に設定されているのが好ましい。

次に、本発明の実施の形態における二次電池の制御方法について図３及び図４を用いて説明する。本実施の形態における二次電池の制御法は、図２に示した本実施の形態における電池ＥＣＵ（電池用制御装置）１を動作させることによって実施される。よって、以下においては、適宜図２を参酌しながら、図２に示す電池ＥＣＵ１の動作に基づいて説明する。

図３は、本発明の実施の形態における二次電池の制御方法を示す流れ図である。図４は、本発明の実施の形態における二次電池のＳＯＣの変動を示す図である。図４において、縦軸はＳＯＣ［％］及びＳＯＣ誤差［％］示し、横軸は時間［ｓ］を示す。また、図４において、「ＳＯＣ算出値」は、第２の推定ＳＯＣに基づいて補正された第１の推定ＳＯＣを示している。「ＳＯＣ真値」は実測によって得られたＳＯＣを示している。「ＳＯＣ誤差」は、ＳＯＣ真値に対するＳＯＣ算出値の誤差を示している。

図３に示すように、最初に、判定部５は、記憶部６に格納された充放電履歴について初期化処理が行われたかどうか判定する。初期化処理が行われた場合は、判定部５は、後述するステップＳ６を実行する。

初期化処理が行われていない場合は、判定部５は、第１のＳＯＣ算出部３に第１の推定ＳＯＣ（ＳＯＣ（Ｉ））の算出を行わせ（ステップＳ２）、第２のＳＯＣ算出部４に第２の推定ＳＯＣ（ＳＯＣ（Ｖ））の算出を行わせる（ステップＳ３）。

次に、判定部５は、ＳＯＣ（Ｉ）とＳＯＣ（Ｖ）との差の絶対値が基準値αより小さいかどうかを判定する（ステップＳ４）。判定の結果、ＳＯＣ（Ｉ）とＳＯＣ（Ｖ）との差の絶対値が基準値αより小さい場合は、判定部５は、ＳＯＣ（Ｖ）に基づいてＳＯＣ（Ｉ）を補正し、補正後の値を二次電池１０のＳＯＣとして記憶部６に格納する。その後、判定部５は、格納したＳＯＣを車両ＥＣＵ２０（図１参照）に通知して処理を終了する。

一方、判定の結果、ＳＯＣ（Ｉ）とＳＯＣ（Ｖ）との差の絶対値が基準値αより大きい場合は、判定部５は、ステップＳ６を実行する。ステップＳ６においては、判定部５は、車両ＥＣＵ２０に対して、指示信号を送信し、ＳＯＣの変動幅を通常の場合よりも増加させる。

その後、判定部５は、再度、第１のＳＯＣ算出部３にＳＯＣ（Ｉ）の算出を行わせ（ステップＳ７）、第２のＳＯＣ算出部４にＳＯＣ（Ｖ）の算出を行わせ（ステップＳ８）、再度、ステップＳ４を実行させる。

このようなステップＳ１〜Ｓ８の実行により、ＳＯＣ（Ｉ）とＳＯＣ（Ｖ）との差は、次第に基準値αに近づくため、図４に示すように、ＳＯＣ算出値のＳＯＣ真値に対するＳＯＣ誤差は、０（ゼロ）へと収束する。

以上のように本実施の形態においては、第１の推定ＳＯＣと第２の推定ＳＯＣとの間に大きなズレが生じて、二次電池１０の算出精度が低下しそうな状況となると、車両ＥＣＵ２０において、ＳＯＣを大きく変動させるモータの駆動が行われる。また、充放電履歴が初期化された場合も、車両ＥＣＵ２０において同様のモータの駆動が行われる。このため、第１の推定ＳＯＣと第２の推定ＳＯＣとの間のズレが解消され、二次電池１０の算出精度の低下が抑制される。

また、本実施の形態における電池用制御装置（電池ＥＣＵ）は、マイクロコンピュータに、図３に示す各種処理を具現化させるプログラムをインストールし、このプログラムを実行することによって、実現することができる。この場合、マイクロコンピュータのＣＰＵ（central processing unit）が制御部２として機能する。また、電圧センサの接続回路とＣＰＵとが電圧測定部７として機能し、電流センサの接続回路とＣＰＵとが電流測定部８として機能し、更に、温度センサ９の接続回路とＣＰＵとが温度測定部５として機能する。更に、マイクロコンピュータが備える各種メモリが記憶部６として機能する。

更に、ＨＥＶの分野においては、車両ＥＣＵが電池ＥＣＵとしても機能する態様が考えられる。この態様においては、本実施の形態における電池用制御装置１は、車両ＥＣＵ２０を構成するマイクロコンピュータに、図３に示す各種処理を具現化させるプログラムをインストールし、このプログラムを実行することによって、実現することができる。

また、上記の実施の形態においては、電池用制御装置１の判定部５は、第１の推定ＳＯＣと第２の推定ＳＯＣとの差の大小、及び初期化処理の有無について判定を行っているが、本発明はこの態様に限定されるものではない。本発明は、例えば、判定部５が、上記二つの判定のうちの一方のみを行う態様であっても良い。

また、上記の実施の形態は、本発明の二次電池用の制御装置及び二次電池の出力制限方法をＨＥＶに適用した例について説明しているが、本発明はこの例に限定されるものではない。本発明の二次電池用の制御装置及び二次電池の出力制限方法は、燃料電池や、太陽電池、更には、自動車のエンジン以外の人工的な動力や、風力及び水力といった自然の力によって駆動される発電機と、二次電池とを組み合わせた電源システムにも適用することもできる。

本発明における電池用制御装置及び二次電池の制御方法は、モータを動力源として備えた車両、更には、燃料電池、太陽電池又は発電機といった独立型電源と、二次電池とを組み合わせた電源システムにも有効である。また、本発明における電動車両は、ＨＥＶに有効である。本発明における電池用制御装置、電動車両、及び二次電池の制御方法は、産業上の利用可能性を有するものである。

本発明の実施の形態における電動車両の概略構成を示す図である。 本発明の実施の形態における電池用制御装置の概略構成を示す図である。 本発明の実施の形態における二次電池の制御方法を示す流れ図である。 本発明の実施の形態における二次電池のＳＯＣの変動を示す図である。 従来からの電池ＥＣＵを備えた二次電池におけるＳＯＣの変動を示す図である。

符号の説明

１ 電池ＥＣＵ（電池用制御装置）
２ 制御部
３ 第１のＳＯＣ算出部
４ 第２のＳＯＣ算出部
５ 判定部
６ 記憶部
７ 電圧測定部
８ 電流測定部
９ 温度測定部
１０ 二次電池
１１ 単電池
１２ 電池ケース
１３ 温度センサ
２０ 車両ＥＣＵ（車両用制御装置）
２１ エンジンＥＣＵ（エンジン用制御装置）
２２ パワーユニット
２３ 発電機
２４ エンジン
２５ トランスミッション
２６ モータ
２７ 減速機
２８ 前輪
２９ 後輪
３０ ドライブシャフト
３１ シャフト

Claims (12)

1. ＳＯＣが第１の変動幅内に収まるように二次電池の入出力を制御する電池用制御装置であって、
   第１のＳＯＣ算出部と、第２のＳＯＣ算出部と、判定部とを備え、
   前記第１のＳＯＣ算出部は、前記二次電池の充放電時の電流を積算して、前記二次電池の第１の推定ＳＯＣを算出し、
   前記第２のＳＯＣ算出部は、前記二次電池の充放電履歴に基づいて、前記二次電池の第２の推定ＳＯＣを算出し、
   前記判定部は、前記第１の推定ＳＯＣと、前記第２の推定ＳＯＣとを比較し、これらの差が基準値より大きい場合に、前記二次電池を使用する機器に対して、前記二次電池のＳＯＣの変動幅を、設定された期間内において前記第１の変動幅よりも増加させるように前記二次電池の使用を指示することを特徴とする電池用制御装置。
2. 前記判定部が、更に、前記充放電履歴が初期化されたかどうか判定し、前記充放電履歴が初期化された場合にも、前記機器に対して、前記二次電池のＳＯＣの変動幅を、設定された期間内において前記第１の変動幅よりも増加させるように前記二次電池の使用を指示する請求項１に記載の電池用制御装置。
3. ＳＯＣが第１の変動幅内に収まるように二次電池の入出力を制御する電池用制御装置であって、
   判定部を備え、前記判定部は、前記二次電池のＳＯＣの算出に用いられる充放電履歴が初期化されたかどうか判定し、前記充放電履歴が初期化された場合に、前記二次電池を使用する機器に対して、前記二次電池のＳＯＣの変動幅を、設定された期間内において前記第１の変動幅よりも増加させるように前記二次電池の使用を指示することを特徴とする電池用制御装置。
4. 動力源としてモータを備える電動車両であって、
   二次電池と、ＳＯＣが第１の変動幅内に収まるように前記二次電池の入出力を制御する電池用制御装置と、前記モータの駆動を制御する車両用制御装置とを備え、
   前記電池用制御装置は、第１のＳＯＣ算出部と、第２のＳＯＣ算出部と、判定部とを備え、
   前記第１のＳＯＣ算出部は、前記二次電池の充放電時の電流を積算して、前記二次電池の第１の推定ＳＯＣを算出し、
   前記第２のＳＯＣ算出部は、前記二次電池の充放電履歴に基づいて、前記二次電池の第２の推定ＳＯＣを算出し、
   前記判定部は、前記第１の推定ＳＯＣと、前記第２の推定ＳＯＣとを比較し、これらの差が基準値より大きい場合に、前記車両用制御装置に対して信号を出力し、
   前記車両用制御装置は、前記判定部が前記信号を出力すると、前記二次電池のＳＯＣの変動幅が、設定された期間内において前記第１の変動幅よりも増加するように前記モータを駆動することを特徴とする電動車両。
5. 前記判定部が、前記充放電履歴が初期化されたかどうか判定し、前記充放電履歴が初期化された場合にも、前記車両用制御装置に対して信号を出力する請求項４に記載の電動車両。
6. 動力源としてモータを備える電動車両であって、
   二次電池と、ＳＯＣが第１の変動幅内に収まるように前記二次電池の入出力を制御する電池用制御装置と、前記モータの駆動を制御する車両用制御装置とを備え、
   前記電池用制御装置は、判定部を備え、前記判定部は、前記二次電池のＳＯＣの算出に用いられる充放電履歴が初期化されたかどうか判定し、前記充放電履歴が初期化された場合に、前記車両用制御装置に対して信号を出力し、
   前記車両用制御装置は、前記判定部が前記信号を出力すると、前記二次電池のＳＯＣの変動幅が、設定された期間内において前記第１の変動幅よりも増加するように前記モータを駆動することを特徴とする電動車両。
7. ＳＯＣが第１の変動幅内に収まるように二次電池の入出力を制御するための制御方法であって、
   （ａ）前記二次電池の充放電時の電流を積算して、前記二次電池の第１の推定ＳＯＣを算出する工程と、
   （ｂ）前記二次電池の充放電履歴に基づいて、前記二次電池の第２の推定ＳＯＣを算出する工程と、
   （ｃ）前記第１の推定ＳＯＣと、前記第２の推定ＳＯＣとを比較する工程と、
   （ｄ）前記（ｃ）の工程における比較の結果、これらの差が基準値より大きい場合に、前記二次電池を使用する機器に対して、前記二次電池のＳＯＣの変動幅を、設定された期間内において前記第１の変動幅よりも増加させるように前記二次電池の使用を指示する工程とを少なくとも有することを特徴とする二次電池の制御方法。
8. 前記充放電履歴が初期化されたかどうか判定し、前記充放電履歴が初期化された場合に、前記機器に対して、前記二次電池のＳＯＣの変動幅を、設定された期間内において前記第１の変動幅よりも増加させるように前記二次電池の使用を指示する工程を更に有する請求項７に記載の二次電池の制御方法。
9. ＳＯＣが第１の変動幅内に収まるように二次電池の入出力を制御するための制御方法であって、
   （ａ）前記二次電池のＳＯＣの算出に用いられる充放電履歴が初期化されたかどうか判定する工程と、
   （ｂ）前記（ａ）の工程における判定の結果、前記充放電履歴が初期化された場合に、前記二次電池を使用する機器に対して、前記二次電池のＳＯＣの変動幅を、設定された期間内において前記第１の変動幅よりも増加させるように前記二次電池の使用を指示する工程とを少なくとも有することを特徴とする二次電池の制御方法。
10. ＳＯＣが第１の変動幅内に収まるように二次電池の入出力制御をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
    前記プログラムは、
    （ａ）前記二次電池の充放電時の電流を積算して、前記二次電池の第１の推定ＳＯＣを算出するステップと、
    （ｂ）前記二次電池の充放電履歴に基づいて、前記二次電池の第２の推定ＳＯＣを算出するステップと、
    （ｃ）前記第１の推定ＳＯＣと、前記第２の推定ＳＯＣとを比較するステップと、
    （ｄ）前記（ｃ）のステップにおける比較の結果、これらの差が基準値より大きい場合に、前記二次電池を使用する機器に対して、前記二次電池のＳＯＣの変動幅を、設定された期間内において前記第１の変動幅よりも増加させるように前記二次電池の使用を指示するステップとをコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
11. 前記充放電履歴が初期化されたかどうか判定し、前記充放電履歴が初期化された場合に、前記機器に対して、前記二次電池のＳＯＣの変動幅を、設定された期間内において前記第１の変動幅よりも増加させるように前記二次電池の使用を指示するステップを更に有する請求項１０に記載のプログラム。
12. ＳＯＣが第１の変動幅内に収まるように二次電池の入出力制御をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
    前記プログラムは、
    （ａ）前記二次電池のＳＯＣの算出に用いられる充放電履歴が初期化されたかどうか判定するステップと、
    （ｂ）前記（ａ）のステップにおける判定の結果、前記充放電履歴が初期化された場合に、前記二次電池を使用する機器に対して、前記二次電池のＳＯＣの変動幅を、設定された期間内において前記第１の変動幅よりも増加させるように前記二次電池の使用を指示するステップとをコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。

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