JP4978662B2 - 充電状態推定装置および充電状態推定方法 - Google Patents

充電状態推定装置および充電状態推定方法 Download PDF

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Description

本発明は、車両に搭載された、外部充電が可能な蓄電装置の充電状態の上限値を推定する技術に関し、特に、外部充電前後の蓄電装置の充電状態に基づいて上限値を推定する技術に関する。
回転電機を動力源とする車両に搭載され、回転電機に電力を供給する二次電池は、充放電が繰返されるため、二次電池の充電状態の上限値(以下、満充電容量とも記載する)は、経時変化により低下していくこととなる。満充電容量が低下することにより、回転電機によって車両を走行させる距離が短縮する。そのため、回転電機による車両の走行可能距離を精度高く把握するためには、満充電容量の低下を精度高く検出する必要がある。
このような問題に鑑みて、特開2003−068369号公報(特許文献1)は、二次電池の総容量を簡便に検出することを目的とする二次電池の総容量の検出方法を開示する。この二次電池の総容量の検出方法は、所定時間以上にわたり二次電池に充放電電流が流れない第1状態から、再び所定時間以上にわたり二次電池に充放電電流が流れない第2状態へ移るまでの充放電電流を積算した電流積算値と、第1及び第2の状態における各充電レベル差とから二次電池の総容量を検出するものであって、各充電レベルは、第1及び第2の状態の電圧を測定して、予め把握されている二次電池の電圧と充電レベルとの相関関係に基づき得ることを特徴とする。
上述した公報に開示された二次電池の総容量の検出方法によると、二次電池の総容量を簡便に検出することができる。
特開2003−068369号公報
しかしながら、車両の走行中の充放電によって二次電池の充電状態が大きく変動するため、二次電池の満充電容量の低下を精度高く検出できない場合がある。上述した公報に開示された二次電池の総容量の検出方法においては、このような問題について何ら考慮されておらず解決することはできない。
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであって、その目的は、蓄電装置の充電状態の上限値を精度高く推定する充電状態推定装置および充電状態推定方法を提供することである。
第1の発明に係る充電状態推定装置は、車両に搭載され、かつ、車両の外部の充電装置を用いた充電が可能な蓄電装置の充電状態の上限値を推定するための充電状態推定装置である。この充電状態推定装置は、充電装置による蓄電装置の充電開始時の蓄電装置の第1の充電状態を推定するための第1の推定手段と、充電装置による蓄電装置の充電が開始されてから充電が完了するまでの充電電流の積算値を算出するための積算手段と、充電装置による蓄電装置の充電完了時の蓄電装置の第2の充電状態を推定するための第2の推定手段と、第1の充電状態と第2の充電状態と積算値とに基づいて充電状態の第1の上限値を推定するための第3の推定手段と、第1の上限値と、前回算出された充電状態の最終的な第2の上限値とに基づいて、今回の充電状態の最終的な第3の上限値を算出するための算出手段とを含む。第4の発明に係る充電状態推定方法は、第1の発明に係る充電状態推定装置と同様の構成を有する。
第1の発明によると、車両の外部の充電装置を用いた充電は、一定の充電電流により行なうことができる。そのため、充電電流の積算値を精度高く算出することができる。また、外部の充電装置を用いた充電は、車両が停止した状態で行なわれるため、二次電池の充電状態が大きく変動することが抑制される。そのため、充電開始時の蓄電装置の第1の充電状態および充電完了時の蓄電装置の第2の充電状態を精度高く算出することができる。したがって、これら第1の充電状態、第2の充電状態および充電電流の積算値に基づいて蓄電装置の充電状態の上限値を精度高く推定することができる。したがって、蓄電装置の充電状態の上限値を精度高く推定する充電状態推定装置および充電状態推定方法を提供することができる。
第2の発明に係る充電状態推定装置においては、第1の発明の構成に加えて、算出手段は、第1の上限値が第2の上限値よりも小さい場合に、第1の上限値と第2の上限値とを第1の重み付けにより第3の上限値を算出し、第1の上限値が第2の上限値よりも大きい場合に、第1の上限値と第2の上限値とを第1の重み付けと異なる第2の重み付けにより第3の上限値を算出する。第5の発明に係る充電状態推定方法は、第2の発明に係る充電状態推定装置と同様の構成を有する。
第2の発明によると、蓄電装置は、経時変化により充電状態の上限値は低下していく傾向にある。しかしながら、計測誤差等により充電状態の上限値が前回算出された値よりも増加して算出される場合がある。そのため、今回の充電状態の第1の上限値が前回最終的な第2の上限値とに基づいて第2の上限値を算出する場合において、第1の上限値が第2の上限値に対して増加した場合と減少した場合とで重み付けを異なるようにすることにより、第3の上限値の増減の傾向を変化させて、第3の上限値の変化を蓄電装置の経時変化に一致させることができる。
第3の発明に係る充電状態推定装置においては、第2の発明の構成に加えて、第1の重み付けは、第2の重み付けよりも第1の上限値に対する重みが大きくなるように設定される。第6の発明に係る充電状態推定方法は、第3の発明に係る充電状態推定装置と同様の構成を有する。
第3の発明によると、第2の重み付けよりも第1の上限値に対する重みが大きくなるように第1の重み付けを設定することにより、第1の上限値が第2の上限値に対して減少した場合には、第3の上限値を減り易い傾向とし、第1の上限値が第2の上限値に対して増加した場合には、第3の上限値を増え難い傾向とすることができる。そのため、第3の上限値の増減の傾向を変化させて、第3の上限値の変化を蓄電装置の経時変化に一致させることができる。そのため、蓄電装置の充電状態の上限値を精度高く検出することができる。
本実施の形態に係る充電状態推定装置を搭載した車両の全体ブロック図である。 本実施の形態に係る充電状態推定装置であるPM−ECUの機能ブロック図である。 SOCとOCVとの関係を示す図である。 本実施の形態に係る充電状態推定装置であるPM−ECUで実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャートである。 本実施の形態に係る充電状態推定装置であるPM−ECUの動作を示すタイミングチャートである。 満充電容量Smax(3)の算出結果を示す図である。
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。
図1に、本実施の形態に係る充電状態推定装置を搭載した車両100の全体ブロック図を示す。本実施の形態において車両100は、ハイブリッド車両であるとして説明するが、動力源としてモータジェネレータを含み、エンジンを含まない電気自動車であってもよい。
図1を参照して、車両100は、電源システム1と、駆動力発生部2と、PM(Power train Manager)−ECU(Electronic Control Unit)22とを備える。駆動力発生部2は、第1インバータ30−1と、第2インバータ30−2と、第1MG(Motor-Generator)32−1と、第2MG32−2と、動力分割装置34と、エンジン36と、駆動輪38とを含む。
第1MG32−1、第2MG32−2およびエンジン36は、動力分割装置34に連結される。そして、この車両100は、エンジン36および第2MG32−2の少なくとも一方からの駆動力によって走行する。エンジン36が発生する動力は、動力分割装置34によって2経路に分割される。すなわち、一方は駆動輪38へ伝達される経路であり、もう一方は第1MG32−1へ伝達される経路である。
第1MG32−1および第2MG32−2の各々は、交流回転電機であり、たとえば、永久磁石が埋設されたロータを備える三相交流回転電機である。第1MG32−1は、動力分割装置34によって分割されたエンジン36の動力を用いて発電する。たとえば、電源システム1に含まれる蓄電装置10(後述)の充電状態(以下、SOC(State Of Charge)と記載する)が低下すると、エンジン36が始動して第1MG32−1により発電が行なわれ、その発電された電力が電源システム1へ供給される。
第2MG32−2は、電源システム1から供給される電力および第1MG32−1により発電された電力の少なくとも一方を用いて駆動力を発生する。そして、第2MG32−2の駆動力は、駆動輪38に伝達される。なお、車両の制動時等には、駆動輪38により第2MG32−2が駆動され、第2MG32−2が発電機として作動する。これにより、第2MG32−2は、制動エネルギーを電力に変換する回生ブレーキとして作動する。そして、第2MG32−2により発電された電力は、電源システム1へ供給される。
動力分割装置34は、サンギヤと、ピニオンギヤと、キャリアと、リングギヤとを含む遊星歯車から成る。ピニオンギヤは、サンギヤおよびリングギヤと係合する。キャリアは、ピニオンギヤを自転可能に支持するとともに、エンジン36のクランクシャフトに連結される。サンギヤは、第1MG32−1の回転軸に連結される。リングギヤは第2MG32−2の回転軸に連結される。
第1インバータ30−1および第2インバータ30−2は、主正母線MPLおよび主負母線MNLに接続される。第1インバータ30−1および第2インバータ30−2は、電源システム1から供給される駆動電力(直流電力)を交流電力に変換してそれぞれ第1MG32−1および第2MG32−2へ出力する。また、第1インバータ30−1および第2インバータ30−2は、それぞれ第1MG32−1および第2MG32−2が発電する交流電力を直流電力に変換して回生電力として電源システム1へ出力する。
なお、第1インバータ30−1および第2インバータ30−2の各々は、たとえば、三相分のスイッチング素子を含むブリッジ回路を含む。第1インバータ30−1および第2インバータ30−2の各々は、それぞれPM−ECU22からの駆動信号に応じてスイッチング動作を行なうことにより、対応のMGを駆動する。
PM−ECU22は、車両100の車両走行時および外部充電時における制御を統括する機能を有する。PM−ECU22は、内蔵メモリ50に予め記憶されたプログラムの実行による所定の演算処理や電子回路等のハードウェアによる所定の演算処理によって、所望の制御機能を達成するように構成される。
PM−ECU22は、図示されない各センサの検出信号、走行状況およびアクセル開度などに基づいて車両要求パワーPsを算出し、その算出した車両要求パワーPsに基づいて第1MG32−1および第2MG32−2のトルク目標値および回転数目標値を算出する。PM−ECU22は、第1MG32−1および第2MG32−2の発生トルクおよび回転数が目標値となるように第1インバータ30−1および第2インバータ30−2を制御する。なお、車両要求パワーPsが正値のときは、電源システム1から駆動力発生部2へ電力が供給され、車両要求パワーPsが負値のときは、駆動力発生部2から電源システム1へ回生電力が供給される。
一方、電源システム1は、蓄電装置10と、コンバータ12と、主正母線MPLと、主負母線MNLと、平滑コンデンサCとを含む。電源システム1は、電源監視ユニット24と、電流センサ14と、温度センサ15と、電圧センサ16,20とをさらに含む。
蓄電装置10は、再充電可能な直流電源であり、たとえば、ニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池や、大容量のキャパシタ等である。蓄電装置10は、電源配線13pおよび接地配線13gを用いてコンバータ12に接続される。電源配線13pおよび接地配線13gの途中にはシステムメインリレーSMR1,SMR2が設けられる。
コンバータ12は、主正母線MPLおよび主負母線MNLに接続される。コンバータ12は、PM−ECU22からの駆動信号PWC1に基づいて、蓄電装置10と主正母線MPLおよび主負母線MNLとの間で電圧変換を行なう。
平滑コンデンサCは、主正母線MPLと主負母線MNLとの間に接続され、主正母線MPLおよび主負母線MNLに含まれる電力変動成分を低減する。電圧センサ20は、主正母線MPLと主負母線MNLとの間の電圧Vhを検出し、その検出値をPM−ECU22へ出力する。
電流センサ14は、蓄電装置10に対して入出力される電流Ib1を検出し、その検出値を電源監視ユニット24へ出力する。なお、電流センサ14は、蓄電装置10から出力される電流(放電電流)を正値として検出し、蓄電装置10に入力される電流(充電電流)を負値として検出する。なお、この図1では、電流センサ14が正極線の電流を検出する場合が示されているが、電流センサ14は負極線の電流を検出してもよい。
温度センサ15は、蓄電装置10の温度Tb1を検出し、その検出値を電源監視ユニット24に出力する。電圧センサ16は、蓄電装置10の電圧Vb1を検出し、その検出値を電源監視ユニット24へ出力する。
電源監視ユニット24は、電流センサ14から入力された電流Ib1、温度センサ15から入力された温度Tb1および電圧センサ16から入力された電圧Vb1をPM−ECU22に出力する。
電源監視ユニット24は、予め定められた計算サイクル毎に電流Ib1、電圧Vb1および温度Tb1をPM−ECU22に出力するようにしてもよいし、予め定められた計算サイクルよりも長い予め定められた時間間隔毎にその期間における電流Ib1、電圧Vb1および温度Tb1の平均値をPM−ECU22に出力するようにしてもよい。
また、PM−ECU22は、電源監視ユニット24から入力される電流Ib1および電圧Vb1、ならびに車両要求パワーPsに基づいて、コンバータ12を駆動するための駆動信号PWC1を生成する。そして、PM−ECU22は、その生成した駆動信号PWC1をコンバータ12へ出力し、コンバータ12を制御する。なお、PM−ECU22は、電圧Vhを所定の目標電圧に調整するようにコンバータ12を制御する。
電源システム1は、低電圧系(補機系)の構成として、補機バッテリ17と、DC/DCコンバータ29とをさらに含む。
補機バッテリ17は、たとえば、鉛蓄電池である。補機バッテリ17の出力電圧は、低電圧系の電源電圧に相当する。この低電圧系の電源電圧は、蓄電装置10の出力電圧よりも低く、たとえば12V程度である。
DC/DCコンバータ29は、蓄電装置10の出力電圧に相当する直流電圧を降圧することにより、低電圧系の電源電圧を出力する。
電源システム1は、蓄電装置10の外部充電のための構成として、充電器26と、充電コネクタ27と、リレーRL1,RL2と、電源配線11pと、接地配線11gとをさらに含む。
充電コネクタ27は、車両外部の電源(以下「外部電源」とも称する。)28に接続された充電ケーブルの端部に設けられる充電プラグ25と接続することによって、外部電源28と電気的に接続される。なお、充電ケーブルには、外部電源28の充電経路を遮断するためのリレーが内蔵されていてもよい。一般的には、外部電源28は商用交流電源で構成される。
なお、図1に示す構成に代えて、外部電源28と車両100とを非接触のまま電磁的に結合して電力を供給する構成、具体的には外部電源側に一次コイルを設けるとともに、車両側に二次コイルを設け、一次コイルと二次コイルとの間の相互インダクタンスを利用して、外部電源28から車両100に電力を供給してもよい。このような外部充電を行なう場合でも、外部電源28からの供給電力を変換する充電器26以降の構成は共通化できる。
充電コネクタ27と充電器26とは電源配線等により電気的に接続される。充電器26は、外部電源28からの交流電圧を、蓄電装置10を充電するための直流電圧に変換する。変換された直流電圧は、電源配線11pおよび接地配線11g側に出力される。
リレーRL1は、電源配線11pの途中に電気的に接続される。リレーRL2は、接地配線11gの途中に電気的に接続される。
リレーRL1およびRL2の各々は、図示しない励磁回路による励磁電流の供給時に導通(オン)する一方で、励磁電流の非供給時には解放(オフ)される電磁リレーである。ただし、通電経路の導通(オン)/遮断(オフ)を制御可能な開閉器であれば、任意の回路要素を当該リレーとして使用することができる。
外部電源28から供給される電力を用いて充電器26によって蓄電装置10を充電(以下の説明においては、外部充電またはPin充電ともいう)するときには、システムメインリレーSMR1,SMR2およびリレーRL1,RL2がオンされる。したがって、外部電源28からの交流電力を充電器26によって変換した直流電圧が、電源配線13pへ伝達される。電源配線13pに伝達された充電器26からの直流電圧は、蓄電装置10の充電に用いられる。
なお、電源配線13pに伝達された直流電圧は、DC/DCコンバータ29へも伝達される。したがって、DC/DCコンバータ29は、外部電源28から供給された電力によって、低電圧系の電源電圧を発生できる。なお、外部充電時には、コンバータ12が適宜駆動され、充電器26から蓄電装置10へ充電電力が供給される。
以上のような構成を有する車両において、車両の走行中の充放電によって蓄電装置10の充電状態が大きく変動するため、蓄電装置10の充電状態の上限値の低下を精度高く検出できない場合がある。なお、満充電容量とは、蓄電装置10のSOCの上限値を示す。
そこで、本実施の形態において、以下のようにPM−ECU22が動作する点に特徴を有する。すなわち、PM−ECU22は、外部充電の開始時の蓄電装置10のSOC(1)を推定する。PM−ECU22は、外部充電が開始されてから蓄電装置10の充電が完了するまで充電電流の積算する。PM−ECU22は、外部充電の完了時に蓄電装置10のSOC(2)を推定する。PM−ECU22は、SOC(1)とSOC(2)と外部充電が開始されてから外部充電が完了するまでの充電電流の積算値とに基づいて蓄電装置10の今回の満充電容量Smax(1)を推定する。PM−ECU22は、今回の満充電容量Smax(1)と現在の満充電容量(すなわち、前回の計算において最終的に算出された満充電容量)Smax(2)とに基づいて、今回の最終的な満充電容量Smax(3)(以下の説明においては、新しい満充電容量Smax(3)とも記載する)を算出する。
図2に、本実施の形態に係る充電状態推定装置であるPM−ECU22の機能ブロック図を示す。
PM−ECU22は、Pin充電開始判定部202と、充電前SOC推定部204と、許可条件判定部206と、電流積算部208と、充電完了判定部210と、積算値設定部212と、充電後SOC推定部214と、算出条件判定部216と、満充電容量算出部218と、満充電容量更新部220とを含む。
Pin充電開始判定部202は、Pin充電の開始時であるか否かを判定する。本実施の形態においては、Pin充電開始判定部202は、たとえば、充電コネクタ27に充電プラグ25が接続されたときに、Pin充電の開始時であると判定するが、特にこれに限定されるものではない。たとえば、Pin充電開始判定部202は、充電器26が直流電圧が出力されたときに、Pin充電の開始時であると判定するようにしてもよいし、リレーRL1,RL2がオンされたときに、Pin充電の開始時であると判定するようにしてもよいし、充電コネクタ27に充電プラグ25が接続された後であって、蓄電装置10のSOCが予め定められた値以下であるなどPin充電の開始が必要であると判定されたときに、Pin充電の開始時であると判定するようにしてもよい。なお、好ましくは、システムメインリレーSMR1,SMR2がオンされる前にPin充電の開始時であるか否かが判定されることが望ましい。
なお、Pin充電開始判定部202は、たとえば、Pin充電の開始時であると判定された場合に開始判定フラグをオンするようにしてもよい。
充電前SOC推定部204は、Pin充電開始判定部202によってPin充電の開始時であると判定された場合に、Pin充電前の蓄電装置10のSOC(1)を推定する。
充電前SOC推定部204は、蓄電装置10の開放電圧(以下、OCV(Open Circuit Voltage)と記載する)がSOCの変化に対して傾きを有していることを利用して、OCVとSOCとの対応関係からSOC(1)を推定する。
たとえば、図3に示すように、蓄電装置10のSOC−OCVカーブは、SOCの変化に対してOCVが傾きを持って変化する特性を有する。図3の縦軸は、OCVを示し、図3の横軸はSOCを示す。なお、図3に示すSOC−OCVカーブは、一例であり、蓄電装置10の電池の種類に応じて異なる。
充電前SOC推定部204は、システムメインリレーSMR1,SMR2がオンされる前の状態であるときに電源監視ユニット24から入力される電圧Vb1をOCVとして算出する。充電前SOC推定部204は、算出されたOCVと、図3に示すSOC−OCVカーブとに基づいてSOC(1)を推定する。
あるいは、充電前SOC推定部204は、システムメインリレーSMR1,SMR2がオンされた後であっても、電源監視ユニット24から入力される電圧Vb1を分極あるいは内部抵抗等の影響分を補正してOCVを算出するようにしてもよい。SOCの推定方法としては、上記した方法に特に限定されるものではなく、周知の技術を用いればよい。
なお充電前SOC推定部204は、たとえば、開始判定フラグがオフからオンされたときにSOC(1)を推定するようにしてもよい。
許可条件判定部206は、充電電流の積算の許可条件が成立するか否かを判定する。許可条件は、たとえば、電源監視ユニット24から入力される電流Ib1および電圧Vb1、値および温度Tb1およびSOC(1)についての条件を含む。
たとえば、許可条件は、予め定められた時間間隔毎に電源監視ユニット24から入力される電流Ib1の値が予め定められた下限値よりも大きく、予め定められた上限値よりも小さいという条件を含む。
また、許可条件は、予め定められた時間間隔毎に電源監視ユニット24から入力される電圧Vb1が予め定められた下限値よりも大きく、予め定められた上限値よりも小さいという条件を含む。
さらに、許可条件は、予め定められた時間間隔毎に電源監視ユニット24から入力される温度Tb1が予め定められた下限値よりも大きく、予め定められた上限値よりも小さいという条件を含む。さらに、許可条件は、SOC(1)が予め定められた値以下であるという条件を含む。
許可条件判定部206は、たとえば、SOC(1)が推定された後に許可条件が成立するか否かを判定し、許可条件が成立したと判定した場合に、許可判定フラグをオンするようにしてもよい。
電流積算部208は、充電電流の積算値を算出する。具体的には、電流積算部208は、Pin充電が開始されてから蓄電装置10の充電が完了するまでの間に予め定められた時間間隔毎に電源監視ユニット24から入力される電流Ib1を積算する。
充電完了判定部210は、Pin充電が完了したか否かを判定する。充電完了判定部210は、たとえば、充電コネクタ27への充電プラグ25の接続が解除されたときに、Pin充電が完了したと判定するようにしてもよいし、充電器26からの直流電圧の出力が停止したときに、Pin充電が完了したと判定するようににしてもよいし、リレーRL1,RL2がオフされたときに、Pin充電が完了したと判定するようにしてもよいし、蓄電装置10のSOCが予め定められた値以上であるなどPin充電の必要がないと判定されたときに、Pin充電が完了したと判定するようにしてもよい。
なお、充電完了判定部210は、たとえば、電流積算部208によって充電電流の積算値の算出が開始された後に、Pin充電が完了したか否かの判定を開始し、Pin充電が完了したと判定された場合に、完了判定フラグをオンするようにしてもよい。
積算値設定部212は、Pin充電が完了したと判定された場合には、電流積算部208において算出された積算値を最終的な積算値Ieとして設定する。積算値設定部212は、許可条件判定部206において、許可条件が成立しないと判定された場合には、満充電容量の推定の中止を意味する予め定められた値を最終的な積算値Ieとして設定する。
さらに、積算値設定部212は、Pin充電が完了したと判定されたときの蓄電装置10のSOCが予め定められた値以下である場合に、満充電容量の推定の中止を意味する予め定められた値を最終的な積算値Ieとして設定する。
満充電容量の推定の中止を意味する予め定められた値とは、当該値を用いて今回の満充電容量Smax(1)が算出された場合に、算出されたSmax(1)が所定範囲内とならない、すなわち、予め定められた上限値を超えるあるいは予め定められた下限値を下回るような値をいう。
なお、積算値設定部212は、たとえば、完了判定フラグがオンされたとき、あるいは、許可判定フラグがオフされたときに、最終的な積算値Ieを設定するようにしてもよい。
充電後SOC推定部214は、Pin充電の完了時に充電後のSOC(2)を推定する。本実施の形態においては、充電後SOC推定部214は、Pin充電が完了した後であって、かつ、運転者によりスタートスイッチ(図示せず)が操作されるなどして、IGオンされた場合に、システムメインリレーSMR1,SMR2がオンされる前の蓄電装置10のOCVを算出し、算出されたOCVに基づいてSOC(2)を推定する。なお、OCVに基づくSOCの推定は、上述した通りであるためその詳細な説明は繰返さない。
なお、充電後SOC推定部214は、Pin充電が完了してから予め定められた時間が経過した後にSOC(2)を推定するようにしてもよい。予め定めれられた時間は、Pin充電が完了してから充電により分極等の影響を受けて上昇したOCVの値が実際の値(SOCに対応する値)に収束するまでの時間である。このようにすると、充電後のSOC(2)を精度高く推定することができる。
あるいは、充電後SOC推定部214は、Pin充電が完了した直後にSOC(2)を推定するようにしてもよい。たとえば、充電後SOC推定部214は、充電完了直後のOCVをSOCに対応した値に補正した後にSOC(2)を推定するようにしてもよい。
充電後SOC推定部214は、蓄電装置10の温度Tb、充電電流の積算値Ieおよび蓄電装置10の内部抵抗に基づいて充電完了直後のOCVをSOCに対応した値に補正することができる。このようにすると、Pin充電後早期の段階でSOC(2)を推定することができる。
さらに、充電後SOC推定部214は、システムメインリレーSMR1,SMR2がオンされた後であっても、電源監視ユニット24から入力される電圧Vb1を分極あるいは内部抵抗等の影響分を補正してOCVを算出するようにしてもよい。
算出条件判定部216は、SOC(1)と、SOC(2)と、最終的な積算値Ieとが算出されたという算出条件が成立したか否かを判定する。なお、算出条件判定部216は、たとえば、SOC(1)と、SOC(2)と、最終的な積算値Ieとが算出された場合に、成立判定フラグをオンするようにしてもよい。
満充電容量算出部218は、SOC(1)と、SOC(2)と、最終的な積算値Ieとに基づいて今回の満充電容量Smax(1)を算出する。具体的には、満充電容量算出部218は、Smax(1)=Ie/|SOC(1)−SOC(2)|×100の式より今回の満充電容量Smax(1)を算出する。
なお、満充電容量算出部218は、最終的な積算値Ieが満充電容量の推定の中止を意味する予め定められた値である場合には、今回の満充電容量Smax(1)の算出を中止するようにしてもよい。あるいは、満充電容量算出部218は、前回算出された最終的な満充電容量Smax(2)を今回の満充電容量Smax(1)として算出するようにしてもよい。
また、満充電容量算出部218は、たとえば、成立判定フラグがオンされた場合に、今回の満充電容量Smax(1)を算出するようにしてもよい。
満充電容量更新部220は、今回の満充電容量Smax(1)が予め定められた上限値および下限値で規定される所定範囲内であるか否かを判断する。すなわち、満充電容量更新部220は、今回の満充電容量Smax(1)が予め定められた下限値よりも大きく、かつ、予め定められた上限値よりも小さい場合に所定範囲内であるとして満充電容量の更新処理を継続する。なお、予め定められた下限値の絶対値は、予め定められた上限値の絶対値よりも大きくなるように予め定められた上限値および下限値が設定される。これは、蓄電装置10が経時劣化するため満充電容量が減少傾向を示すからである。
一方、満充電容量更新部220は、今回の満充電容量Smax(1)が所定範囲内でない場合は、満充電容量の更新処理を中止する。すなわち、内蔵メモリ50に記憶される満充電容量Smax(2)が現在の満充電容量として蓄電装置10の充放電制御等に用いられる。
満充電容量更新部220は、更新処理が継続された場合に、予め定められた方法により今回の最終的な満充電容量Smax(3)を算出する。満充電容量更新部220は、算出された満充電容量Smax(3)が所定の条件を満たす場合に内蔵メモリ50に現在の満充電容量として記憶される満充電容量Smax(2)を、満充電容量Smax(3)に置き換えることにより更新する。
満充電容量更新部220は、今回の満充電容量Smax(1)と内蔵メモリ50に現在の満充電容量として記憶されるSmax(2)とを重み付けにより満充電容量Smax(3)を算出する。
すなわち、満充電容量更新部220は、満充電容量Smax(1)が満充電容量Smax(2)よりも小さい場合に、満充電容量Smax(1)と満充電容量Smax(2)とを第1の重み付けにより満充電容量Smax(3)を算出し、満充電容量Smax(1)が満充電容量Smax(2)よりも大きい場合に、満充電容量Smax(1)と満充電容量Smax(2)を第1の重み付けと異なる第2の重み付けにより満充電容量Smax(3)を算出する。本実施の形態においては、第1の重み付けは、第2の重み付けよりも第1の上限値に対する重みが大きくなるように設定される。
より具体的には、満充電容量更新部220は、満充電容量Smax(1)が満充電容量Smax(2)よりも小さいとき(すなわち、満充電容量が減少することが予想される場合)、Smax(3)=Kd×Smax(1)+(1−Kd)×Smax(2)の式(A)により満充電容量Smax(3)を算出する。
満充電容量更新部220は、満充電容量Smax(1)が満充電容量Smax(2)よりも大きいとき(すなわち、満充電容量が増加することが予想される場合)、Smax(3)=Ki×Smax(1)+(1−Ki)×Smax(2)の式(B)により満充電容量Smax(3)を算出する。
なお、KdおよびKiは予め定められた値の係数であって、0〜1の範囲内の値に設定される。Kdは、Kiよりも大きい値となる。これは、満充電容量Smax(3)が満充電容量Smax(2)に対して減り易く、増え難い傾向とするためである。
満充電容量更新部220は、算出された満充電容量Smax(3)が所定範囲内である場合に、内蔵メモリ50に記憶される現在の満充電容量Smax(2)を満充電容量Smax(3)に置き換えることにより更新する。
具体的には、満充電容量更新部220は、算出された満充電容量Smax(3)が予め定められた下限値よりも大きく、予め定められた上限値よりも小さい場合に、内蔵メモリ50に記憶される現在の満充電容量Smax(2)を満充電容量Smax(3)に置き換える。
また、満充電容量更新部220は、算出された満充電容量Smax(3)が所定範囲内でない場合には、現在の満充電容量Smax(2)を維持し、更新を行なわない。
本実施の形態において、Pin充電開始判定部202と、充電前SOC推定部204と、許可条件判定部206と、電流積算部208と、充電完了判定部210と、積算値設定部212と、充電後SOC推定部214と、算出条件判定部216と、満充電容量算出部218と、満充電容量更新部220とは、いずれもECUのCPUが内蔵メモリ50に記憶されたプログラムを実行することにより実現される、ソフトウェアとして機能するものとして説明するが、ハードウェアにより実現されるようにしてもよい。なお、このようなプログラムは記憶媒体に記録されて車両に搭載される。
図4を参照して、本実施の形態に係る充電状態推定装置であるPM−ECU22で実行されるプログラムの制御構造について説明する。
ステップ(以下、ステップをSと記載する)100にて、PM−ECU22は、Pin充電開始時であるか否かを判定する。Pin充電開始時である場合(S100にてYES)、処理はS102に移される。もしそうでない場合(S100にてNO)、処理はS100に戻される。
S102にて、PM−ECU22は、Pin充電を開始する前のSOC(1)を推定する。S104にて、PM−ECU22は、推定された充電前のSOC(1)が予め定められた許可SOC以下であるか否かを判定する。充電前のSOC(1)が予め定められた許可SOC以下である場合(S104にてYES)、処理はS106に移される。もしそうでないと場合(S104にてNO)、処理はS118に移される。
S106にて、PM−ECU22は、充電電流の積算の許可条件が成立するか否かを判定する。許可条件は、電流Ib1、電圧Vb1および温度Tb1についての条件を含む。これらの条件については、上述したとおりであるため、その詳細な説明は繰返さない。許可条件が成立する場合(S106にてYES)、処理はS108に移される。もしそうでない場合(S106にてNO)、処理はS118に移される。
S108にて、PM−ECU22は、充電電流の積算値を算出する。S110にて、PM−ECU22は、Pin充電が完了したか否かを判定する。Pin充電が完了した場合(S110にてYES)、処理はS112に移される。もしそうでない場合(S110にてNO)、処理はS106に戻される。
S112にて、PM−ECU22は、最終的な積算値Ieを設定する。S114にて、PM−ECU22は、IGがオンされたか否かを判定する。IGがオンされた場合(S114にてYES)、処理はS116に移される。もしそうでない場合(S114にてNO)、処理はS114に戻される。
S116にて、PM−ECU22は、蓄電装置10のOCVに基づいてPin充電後のSOC(2)を推定する。S118は、PM−ECU22は、満充電容量の推定の中止を意味する予め定められた値を最終的な積算値Ieとして設定する。
S120にて、PM−ECU22は、今回の満充電容量Smax(1)の算出条件が成立するか否かを判定する。算出条件は、上述したとおりであるためその詳細な説明は繰返さない。算出条件が成立する場合(S120にてYES)、処理はS122に移される。もしそうでない場合(S120にてNO)、この処理は終了する。
S122にて、PM−ECU22は、今回の満充電容量Smax(1)を算出する。S124にて、PM−ECU22は、今回の満充電容量Smax(1)が所定範囲内であるか否かを判定する。なお、今回の満充電容量Smax(1)の所定範囲については上述したとおりであるためその詳細な説明は繰返さない。
今回の満充電容量Smax(1)が所定範囲内である場合(S124にてYES)、処理はS126に移される。もしそうでない場合(S124にてNO)、この処理は終了する。
S126にて、PM−ECU22は、新しい満充電容量Smax(3)を算出する。S128にて、PM−ECU22は、新しい満充電容量Smax(3)が所定範囲内であるか否かを判定する。「新しい満充電容量Smax(3)の所定範囲」については上述したとおりであるためその詳細な説明は繰返さない。
新しい満充電容量Smax(3)が所定範囲内である場合(S128にてYES)、処理はS130に移される。もしそうでない場合(S128にてNO)、この処理は終了する。S130にて、PM−ECU22は、内蔵メモリ50に記憶された現在の満充電容量を新しい満充電容量Smax(3)に更新する。
以上のような構造およびフローチャートに基づく本実施の形態に係る充電状態推定装置であるPM−ECU22の動作について図5および図6を参照して説明する。
たとえば、車両が停止中であって、システムメインリレーSMR1,SMR2がオフされており、車両100の充電コネクタ27に外部電源28の充電プラグ25が接続されておらず、Pin充電が行なわれていない場合を想定する。
時間T(0)にて、ユーザーが充電コネクタ27に充電プラグ25を接続した場合にPin充電の開始時であると判定される(S100にてYES)。そのため、システムメインリレーSMR1,SMR2がオンされる前にPin充電前のSOC(1)が推定される(S102)。
推定されたSOC(1)が予め定められた許可SOC以下である場合に(S104にてYES)、電流Ib1、電圧Vb1および温度Tb1についての許可条件が成立するか否かが判定される(S106)。たとえば、電源監視ユニット24から入力される電流I(0)が上限値Imaxよりも小さく、下限値Iminよりも大きい場合であって、電圧V(0)が上限値Vmaxよりも小さく、下限値Vminよりも大きい場合であって、かつ、温度T(0)が上限値Tmaxよりも小さく、下限値Tminよりも大きい場合に、許可条件が成立すると判定される(S106にてYES)。この場合に、Pin充電が開始されるとともに、充電電流の積算値が算出される(S108)。
Pin充電が完了するまで(S110にてNO)、Pin充電の途中に許可条件が不成立とならない限り(S106にてYES)、充電電流の積算値が算出される(S108)。時間T(1)にて、Pin充電が完了した場合(S110にてYES)、時間T(0)から時間T(1)までの積算値Ie(0)が最終的な積算値Ieとして設定される(S112)。
なお、推定されたSOC(1)が予め定められた許可SOCよりも大きかったり(S104にてNO)、電流Ib1、電圧Vb1及び温度Tb1のうちの少なくともいずれか一つの条件が成立しない場合には(S106にてNO)、満充電容量の推定の中止を意味する値が積算値Ieとして設定される(S118)。
Pin充電が完了した後にIGがオンされた場合(S114にてYES)、Pin充電後のSOC(2)が推定される(S116)。
SOC(1)と、SOC(2)と、積算値Ieとが算出された場合に(S120にてYES)、今回の満充電容量Smax(1)が算出される(S122)。算出された今回の満充電容量Smax(1)が所定範囲内である場合に(S124にてYES)、新しい満充電容量Smax(3)が算出される。
たとえば、図6に示すように、今回の満充電容量Smax(1)が今回の満充電容量の上限値および下限値で規定される所定範囲内である場合に、満充電容量Smax(3)が算出される。
今回の満充電容量Smax(1)が内蔵メモリ50に記憶される現在の満充電容量Smax(2)よりも小さい場合には、上記式(A)により満充電容量Smax(3)が算出される。
一方、今回の満充電容量Smax’(1)が内蔵メモリ50に記憶される現在の満充電容量Smax(2)よりも大きい場合には、上記式(B)により満充電容量Smax’(3)が算出される。Kdの値は、Kiの値よりも大きいため、満充電容量Smax(3)は、減り易く増え難い傾向となる。
算出された新しい満充電容量Smax(3)が所定範囲内である場合に(S128にてYES)、内蔵メモリ50に記憶された現在の満充電容量が新しい満充電容量Smax(3)に更新される(S130)。
以上のようにして、本実施の形態に係る充電状態推定装置によると、外部電源を用いた充電は、一定の充電電流により行なうことができる。そのため、充電電流の積算値を精度高く算出することができる。また、外部電源を用いた充電は、車両が停止した状態で行なわれるため、二次電池の充電状態が大きく変動することが抑制される。そのため、充電開始時のSOC(1)および充電完了時のSOC(2)を精度高く算出することができる。したがって、これらSOC(1)、SOC(2)および積算値Ieに基づいて蓄電装置の充電状態の上限値を精度高く推定することができる。したがって、蓄電装置の充電状態の上限値を精度高く推定する充電状態推定装置および充電状態推定方法を提供することができる。
第2の重み付けよりも第1の上限値に対する重みが大きくなるように第1の重み付けを設定することにより、第1の上限値が第2の上限値に対して減少した場合には、第3の上限値を減り易い傾向とし、第1の上限値が第2の上限値に対して増加した場合には、第3の上限値を増え難い傾向とすることができる。そのため、第3の上限値の増減の傾向を変化させることにより、第3の上限値の変化を蓄電装置の経時変化に一致させることができる。そのため、蓄電装置の満充電容量を精度高く検出することができる。
なお、本実施の形態においては、Pin充電開始時のSOC(1)を推定するためのOCV、Pin充電完了時のSOC(2)を推定するためのOCVおよび充電電流の積算値Ieは、電圧センサおよび電流センサによる実測値を真値として検出されるとして説明したが、これらのセンサの出力値は、測定誤差あるいは個体差に起因したばらつきを有している。
そのため、たとえば、複数のセンサの出力値(標本)から予め定められた信頼度(たとえば、98%)が保証される母集団を推定し、推定された母集団の予め定められたパーセンタイル(たとえば、60パーセンタイル)を真値とするようにしてもよい。このような統計処理を電圧センサの出力値および電流センサの出力値に対して実施することにより、SOC(1)およびSOC(2)を推定するためのOCVおよび積算値Ieを精度高く検出することができる。なお、予め定められた信頼度および予め定められたパーセンタイルは、特に限定されるものではなく、センサの個体差の程度、特性あるいは法規等により定められる。
たとえば、本実施の形態においては、一定の充電電流で行なわれるPin充電時において、電源監視ユニット24またはPM−ECU22は、予め定められた計算サイクル毎に電流センサ14および電圧センサ16から入力される電流Ib1および電圧Vb1を内蔵メモリ等に記憶しておく。電源監視ユニット24またはPM−ECU22は、予め定められた計算サイクルよりも長い予め定められた時間間隔毎に、当該期間に取得された出力値に対して上記統計処理を実行する。電源監視ユニット24またはPM−ECU22は、上記統計処理により推定された母集団の予め定められたパーセンタイルを真値として設定してもよい。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
1 電源システム、2 駆動力発生部、10 蓄電装置、11g,13g 接地配線、11p,13p 電源配線、12 コンバータ、14 電流センサ、15 温度センサ、16,20 電圧センサ、17 補機バッテリ、22 PM−ECU、24 電源監視ユニット、25 充電プラグ、26 充電器、27 充電コネクタ、28 外部電源、29 コンバータ、30−1,30−2 インバータ、32−1,32−2 MG、34 動力分割装置、36 エンジン、38 駆動輪、50 内蔵メモリ、100 車両、202 充電開始判定部、204 充電前SOC推定部、206 許可条件判定部、208 電流積算部、210 充電完了判定部、212 積算値設定部、214 充電後SOC推定部、216 算出条件判定部、218 満充電容量算出部、220 満充電容量更新部。

Claims (4)

  1. 車両に搭載され、かつ、前記車両の外部の充電装置を用いた充電が可能な蓄電装置の充電状態の上限値を推定するための充電状態推定装置であって、
    前記充電装置による前記蓄電装置の充電開始時の前記蓄電装置の第1の充電状態を推定するための第1の推定手段と、
    前記充電装置による前記蓄電装置の充電が開始されてから前記充電が完了するまでの充電電流の積算値を算出するための積算手段と、
    前記充電装置による前記蓄電装置の充電完了時の前記蓄電装置の第2の充電状態を推定するための第2の推定手段と、
    前記第1の充電状態と前記第2の充電状態と前記積算値とに基づいて前記充電状態の第1の上限値を推定するための第3の推定手段と、
    前記第1の上限値と、前回算出された前記充電状態の最終的な第2の上限値とに基づいて、今回の前記充電状態の最終的な第3の上限値を算出するための算出手段とを含み、
    前記算出手段は、前記第1の上限値が前記第2の上限値よりも小さい場合に、前記第1の上限値と前記第2の上限値とを第1の重み付けにより前記第3の上限値を算出し、前記第1の上限値が前記第2の上限値よりも大きい場合に、前記第1の上限値と前記第2の上限値とを前記第1の重み付けと異なる第2の重み付けにより前記第3の上限値を算出する、充電状態推定装置。
  2. 前記第1の重み付けは、前記第2の重み付けよりも前記第1の上限値に対する重みが大きくなるように設定される、請求項に記載の充電状態推定装置。
  3. 車両に搭載され、かつ、前記車両の外部の充電装置を用いた充電が可能な蓄電装置の充電状態の上限値を推定するための充電状態推定方法であって、
    前記充電装置による前記蓄電装置の充電開始時の前記蓄電装置の第1の充電状態を推定するステップと、
    前記充電装置による前記蓄電装置の充電が開始されてから前記充電が完了するまでの充電電流の積算値を算出するステップと、
    前記充電装置による前記蓄電装置の充電完了時の前記蓄電装置の第2の充電状態を推定するステップと、
    前記第1の充電状態と前記第2の充電状態と前記積算値とに基づいて前記充電状態の第1の上限値を推定するステップと、
    前記第1の上限値と、前回算出された前記充電状態の最終的な第2の上限値とに基づいて、今回の前記充電状態の最終的な第3の上限値を算出するステップとを含み、
    前記第3の上限値を算出するステップは、前記第1の上限値が前記第2の上限値よりも小さい場合に、前記第1の上限値と前記第2の上限値とを第1の重み付けにより前記第3の上限値を算出し、前記第1の上限値が前記第2の上限値よりも大きい場合に、前記第1の上限値と前記第2の上限値とを前記第1の重み付けと異なる第2の重み付けにより前記第3の上限値を算出する、充電状態推定方法。
  4. 前記第1の重み付けは、前記第2の重み付けよりも前記第1の上限値に対する重みが大きくなるように設定される、請求項に記載の充電状態推定方法。
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