JP5090865B2 - 起電力演算装置および充電状態推定装置 - Google Patents

起電力演算装置および充電状態推定装置 Download PDF

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Description

本発明は、二次電池の起電力を演算する起電力演算装置および起電力演算装置で演算された二次電池の起電力に基づいて二次電池の充電状態を推定する充電状態推定装置に関する。
電動機により車両駆動力を得ている電気自動車(PEV)やハイブリッド自動車(HEV)等の電動車両は、二次電池を搭載し、この二次電池に蓄えられた電力により電動機を駆動している。このような電動車両は、回生制動、すなわち、車両制動時に電動機を発電機として機能させ、車両の運動エネルギを電気エネルギに変換することにより制動する機能を備えている。ここで変換された電気エネルギは二次電池に蓄えられ、加速を行う時などに再利用される。
二次電池は過放電、過充電を行うと電池性能を劣化させることになるため、二次電池の充電状態(SOC;state of charge)を把握し充電あるいは放電を調節する必要がある。特に、車載された熱機関により発電機を駆動して電力を発生し、これを二次電池に充電することができる形式のハイブリッド電気自動車においては、二次電池が回生電力を受け入れられるように、また要求があれば直ちに電動機に対して電力を供給できるようにするために、その充電状態を満蓄電の状態(100%)と、全く蓄電されていない状態(0%)のおおよそ中間付近(50〜60%)に制御される場合がある。この場合、二次電池のSOCをより正確に検出することが望まれる。
特許文献1には、二次電池に対する充放電電流を測定し、その電流値(充電の場合はマイナス、放電の場合はプラスの符号を有する)に所定の充電効率ηを乗算し、その乗算値をある時間期間に亘って積算することにより、積算容量を計算し、この積算容量に基づいてSOCを推定する方法が開示されている。
特許文献1では、二次電池の起電力Veに応じて充電効率ηを補正することで、推定されるSOCの精度を向上させているが、このように充電効率ηを補正することでSOCの精度を向上させるためには、充電効率ηの補正パラメータとなる起電力Veを精度よく算出することが重要となる。
起電力Veは、例えば、次のように求められる。すなわち、所定期間(例えば、60sec)に二次電池の端子電圧Vと充放電電流Iとのペアデータを複数個取得して記憶し、そのペアデータから、回帰分析により1次の近似直線(電圧V−電流I近似直線)を求め、V−I近似直線のV切片を無負荷電圧V0として求める。また、電流Iを所定期間積算することで積算容量Qを計算し、当該所定期間における積算容量Qの変化量ΔQと電池温度Tとに基づいて電池の分極電圧Vpを求め、無負荷電圧V0から分極電圧Vpを減算して、起電力Veを求める(特許文献2などを参照)。
上記のように、分極電圧Vpを考慮して起電力Veを算出することで、算出される起電力Veの精度を向上させることができる。しかし、特許文献2の図2に示すように、分極電圧Vpは、積算容量の変化量ΔQから数十秒遅れて変化する。この遅れは、無負荷電圧V0と分極電圧Vpとの関係においても時間的なずれを発生させる。よって、この時間的なずれを考慮しなければ、無負荷電圧V0から分極電圧Vpを減算して得られる起電力Veには誤差が生じることになる。
そこで、特許文献1や2では、起電力Veの算出工程において、分極電圧Vpに対して時間遅延を補正する処理を行うことが開示されている。
特開2003−197272号公報 特開2003−197275号公報 特開2005−65482号公報 特開2000−323183号公報 特開2003−149307号公報
しかしながら、特許文献1、2のように、起電力Veを算出する際に、分極電圧Vpに対して時間遅延を補正する処理を行ったとしても、その補正が十分でなく、算出される起電力Veに誤差が生じることがある。
本発明は、演算により求められる二次電池の起電力Veの誤差を低減することを目的とする。
本発明に係る起電力演算装置は、二次電池に流れる電流がゼロの時における前記二次電池の端子電圧を表す無負荷電圧V0と、前記二次電池の分極電圧Vpとに基づいて、前記二次電池の起電力を計時的に演算する起電力演算部と、前回演算された起電力Vebに対する今回演算された起電力Veの変化量が所定の制限値Vtを超える場合、前記変化量が前記制限値Vtを超えないように、前記起電力Veを補正する起電力補正部と、を備え、前記起電力補正部は、前記起電力Veb、及び前回演算されてから今回演算されるまでの期間における前記二次電池の積算容量Qの変化量ΔQをパラメータとして前記制限値Vtを設定することを特徴とする。
本発明に係る起電力演算装置の1つの態様では、前記起電力演算部は、前記二次電池に流れる電流Iと、前記電流Iに対応する前記二次電池の端子電圧Vとの組データを所定期間に亘って複数個取得し、取得した複数個の組データに基づく統計処理により前記無負荷電圧V0を演算する無負荷電圧演算部と、前記電流Iを前記所定期間に亘って積算して積算容量Qを算出し、前回の積算容量Qとの差である積算容量変化量ΔQに基づいて前記分極電圧Vpを演算する分極電圧演算部と、を備えることを特徴とする。
本発明に係る起電力演算装置の1つの態様では、前記起電力補正部は、前記二次電池が充電時には、前記起電力Vebに前記制限値Vtを加算することで補正し、前記二次電池が放電時には、前記起電力Vebから前記制限値Vtを減算することで補正することを特徴とする。
本発明に係る起電力演算装置は、充電状態を所定の許容範囲に維持するように充電あるいは放電が制御される二次電池の起電力を計時的に演算する起電力演算部と、前回演算された起電力Vebに対する今回演算された起電力Veの変化量が、前記二次電池の充電状態に応じて設定される制限値Vtを超えないように、前記起電力Veを補正する起電力補正部と、を備え、前記起電力補正部は、前記起電力Veb、及び前回演算されてから今回演算されるまでの期間における前記二次電池の積算容量Qの変化量ΔQをパラメータとして前記制限値Vtを設定することを特徴とする。
本発明に係る充電状態推定装置は、前記起電力演算装置から取得した二次電池の起電力に基づいて前記二次電池の充電状態を推定する充電状態推定装置であって、前記起電力の変化量が前記制限値Vtを超える場合、補正後の起電力Ve’に基づいて前記二次電池の充電状態を推定し、前記起電力の変化量が前記制限値Vt以内の場合、前記起電力Veに基づいて前記二次電池の充電状態を推定することを特徴とする。
本発明によれば、演算により求められる二次電池の起電力Veの誤差を低減することができる。
また、本発明の1つの態様によれば、無負荷電圧V0と分極電圧Vpとに基づいて演算された起電力Veに対して、前回起電力Vebを基準として許容できる変化量を超えないように補正を行う。これにより、無負荷電圧V0と分極電圧Vpとの時間的なずれにより生じる起電力Veの誤差を抑制することができる。
本発明を実施するための最良の形態を具体的に示した実施形態について、ハイブリッド電気自動車を例に、図面を参照して説明する。なお、本実施形態では、電動車両の1つであるハイブリッド電気自動車を例に説明するが、駆動源としてモータジェネレータを備える他の電動車両にも本実施形態は適用可能である。
図1は、本実施形態に係るハイブリッド電気自動車の概略構成を示す図である。図1において、電池電子制御ユニット(以下、電池ECUと称す)20は、二次電池10から電池電圧、電池温度などの情報を受けて、二次電池10のSOCを計時的に推定し、推定したSOCや電池電圧、電池温度などの情報をハイブリッド電子制御ユニット(以下、HV−ECUと称す)40に送信する。HV−ECU40は、インバータ50、駆動力分配機構56、エンジン60を制御する。
二次電池10は、複数の電池ブロックを直列に接続して構成される。各電池ブロックはそれぞれ、2個の電池モジュールを電気的に直列接続して構成されており、更に、各電池モジュールは、6個の単電池を電気的に直列に接続して構成されている。なお、電池ブロック、電池モジュール、単電池の数は特に限定されるものではない。二次電池の構成も上記した例に限定されるものではない。二次電池10は、具体的には、ニッケル水素二次電池、リチウムイオン二次電池などである。
二次電池10は、リレー38、インバータ50を介してモータジェネレータ(M/G)52に接続される。モータジェネレータ52は、遊星ギア機構を含む駆動力分配機構56を介してエンジン(内燃機関)60と接続される。
また、温度センサ32は、二次電池10の少なくとも1箇所に設けられ、二次電池10の所定部位の電池温度Tbを検知する。温度センサ32を複数設ける場合、温度センサ32は、例えば、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グループごとに1つずつ配置される。あるいは比較的温度差がある電池ブロックごとに1つずつ配置してもよい。グループ分けや検知対象の電池ブロックの選択は、事前の実験等によって各電池ブロックの温度を測定することによって行えばよい。
また、電圧センサ34は、電池ブロックごとに設けられ、各電池ブロックの端子電圧Vbを検知する。さらに、電流センサ36は、二次電池10に流れる充放電電流Iを検知する。
温度センサ32、電圧センサ34、電流センサ36から出力された温度データTb(n)、端子電圧データVb(n)、電流データI(n)は、それぞれ所定のサンプリング周期(例えば、100msec)で電池ECU20に入力され、電池ECU20は、各センサから入力された各データに基づいて二次電池10のSOCを推定する。
次に、本実施形態における電池ECU20の構成について、図2に示す機能ブロック図を用いて説明する。
電圧測定部202は、各電圧センサ34により検出された各電池ブロックの端子電圧Vbを所定のサンプリング周期(例えば、100msec)で端子電圧データVb(n)として測定し、各電池ブロックの端子電圧データVb(n)を合計して二次電池10の電圧データV(n)を測定する。電流測定部204は、電流センサ36により検出された二次電池10の充放電電流を所定のサンプリング周期(例えば、100msec)で電流データI(n)(その符号は充電方向か放電方向かを表す)として測定する。温度測定部206は、各温度センサ32により検出された温度データTb(n)の代表値(例えば、平均値)を二次電池10の温度データT(n)として測定する。
起電力演算部210は、無負荷電圧V0を算出するための組データ選別部211、無負荷電圧演算部212、及び無負荷電圧判定部213を含み、さらに、分極電圧Vpを算出するための分極電圧演算部214を含む。
電圧測定部202からの電圧データV(n)と、電流測定部204からの電流データI(n)は、組データとして、組データ選別部211に入力される。組データ選別部211では、選別条件として、充電方向(−)と放電方向(+)における電流データI(n)の値が所定の範囲内(例えば、±50A)にあり、充電方向と放電方向における電流データI(n)の個数が所定数以上(例えば、60サンプル中の各10個)あり、また組データ取得中の積算容量の変化量ΔQが所定の範囲内(例えば、0.3Ah)にある場合に、電圧データV(n)と電流データI(n)の組データが有効であると判断され、それらを選択して有効な組データS(V(n),I(n))として出力される。
さて、組データ選別部211から出力される有効な組データS(V(n),I(n))は、無負荷電圧演算部212に入力される。無負荷電圧演算部212では、図3に示すように、有効な組データS(V(n),I(n))から、最小二乗法を用いた統計処理により、1次の電圧−電流直線(近似直線)が求められ、電流がゼロの時の電圧値(電圧(V)切片)である無負荷電圧V0が算出される。
無負荷電圧演算部212から出力された無負荷電圧V0は、次に、無負荷電圧判定部213に入力される。無負荷電圧判定部213では、判定条件として、近似直線に対する組データS(V(n),I(n))の分散値が求められ、この分散値が所定の範囲内にあるか、または近似直線と組データS(V(n),I(n))との相関係数を求め、この相関係数が所定値以上である場合に、算出された無負荷電圧V0が有効であると判断し、出力する。
なお、無負荷電圧演算部212における無負荷電圧V0の算出方法は上記の方法に限定されるものではない。
一方、分極電圧演算部214は、二次電池10の分極電圧Vpを演算する。分極電圧Vpは、図4Aに示すように、例えば、二次電池10の定電流による充電を継続すると、徐々に増加し、充電が終了した後も直ちに解消せずに、徐々に減少しながら0へ向かう。つまり、分極電圧Vpは、定電流による充電を開始してから終了するまでの成分である分極発生成分Vpoと充電停止以降の成分である分極減衰成分Vpd(分極発生成分Vpoに対しマイナス符号を有する)とを含む。なお、図4Aにおいて、電圧Virは、二次電池10の定電流による充電を開始した際に、二次電池10の内部抵抗により生じる電圧を示す。なお、二次電池10の定電流による放電を継続した場合には、図4Aの横軸に対してほぼ対照的な電圧の経時変化を示すので詳細な説明は省略する。
そこで、分極電圧演算部214は、例えば、分極発生成分Vpoと分極減衰成分Vpdとをそれぞれ演算し、それらを加算することで分極電圧Vpを演算する。
ハイブリッド電気自動車に搭載された二次電池10の充放電制御は、実際には定電流ではなく、短時間で充電または放電を頻繁に繰り返すため、分極発生成分Vpoは、近似的に一定時間内の充放電電流Iの積分量に係数hを乗算し、ある値で制限することで得られるため、分極電圧演算部214は、分極発生成分Vpoを次式(1)により算出する。
Vpo=h×∫I ・・・(1)
ここで、hは、電池温度をパラメータとして、予め実験等により求められた関数f(T)に基づいて算出される分極電圧発生係数であり、∫Iは、電流データI(n)の電流積算値、つまり、積算容量Qを示す。
また、一般的に電池の分極減衰成分Vpdは、図4Bに示すように、短期的に減衰する成分から長期的に減衰する成分までn個の成分(A1,A2,・・・,An)を合成したものである。ここで、各成分の分極減衰率は、exp(−t/Tn)で表されるため、各成分を合成した分極電圧の分極減衰率は、次式(2)により表される。
分極減衰率=A1×exp(−t/T1)+A2×exp(−t/T2)+A3×exp(−t/T3)+・・・+Anexp(−t/Tn) ・・・(2)
ここで、(A1,A2,・・・・An)>0であり、A1+A2+・・・+An=1である。また、A1〜AnおよびT1〜Tnは、電池特性により予め実験等により求める値である。さらに、tは、二次電池10の充電あるいは放電が終了してからの経過時間を示す。
さて、分極電圧は、充電あるいは放電の間に発生した分極電圧に対して減衰するので、分極減衰成分Vpdは次式(3)により算出することができる。
Vpd=Vpo×(A1×exp(−t/T1)+A2×exp(−t/T2)+A3×exp(−t/T3)+・・・+Anexp(−t/Tn)) ・・・(3)
以上の通り、分極電圧演算部214は、式(1)および式(3)に基づいて、分極発生成分Vpoと分極減衰成分Vpdとを演算した後、これらを加算することで、分極電圧Vp(=Vpo+Vpd)を演算する。
また、分極電圧演算部214は、上記の算出方法以外に、例えば、次のように分極電圧Vpを算出してもよい。
すなわち、分極電圧演算部214は、電流測定部204から入力された電流データI(n)の所定期間(例えば、60sec)における電流積算に基づいて今回の積算容量Qを算出し、前回の所定期間(例えば、60sec)における積算容量Qとの差である積算容量の変化量ΔQを求める。次いで、分極電圧演算部214は、参照テーブル(LUT)に予め記憶されている、温度をパラメータとして積算容量の変化量ΔQに対する分極電圧Vpの特性曲線または式から温度データT(n)に基づいて分極電圧Vpを算出する。ここで、図5に、温度が25℃の場合のΔQに対する分極電圧Vpの特性曲線を示す。なお、図5には、25℃の場合の特性曲線しか示していないが、実際には、例えば、ハイブリッド電気自動車用途の場合、−30℃〜+60℃までの範囲をカバーできるような特性曲線が参照データとしてLUTに格納されている。
なお、分極電圧演算部214における分極電圧Vpの算出方法は上記の方法に限定されるものではない。
以上のように分極電圧Vpを算出した後、分極電圧演算部214は、算出した分極電圧Vpに対して時間遅延処理を行い、無負荷電圧V0とのタイミング合わせを行った後、分極電圧Vpを出力する。後述するが、本実施形態では、分極電圧演算部214において時間遅延処理が十分に行われずに、無負荷電圧V0と分極電圧Vpとの時間的なずれが発生した場合に、これらに基づいて算出される起電力Veの誤差を抑制する。
減算器216は、無負荷電圧判定部213から出力された無負荷電圧V0から、分極電圧演算部214から出力された分極電圧Vpを減算することで得られる起電力Veを出力する。減算器216から出力された起電力Veは、起電力補正部217に入力される。
起電力補正部217は、無負荷電圧V0と分極電圧Vpとの時間的なずれにより起電力Veに生じる誤差を抑制するように起電力Veに対して補正を行い、補正後の起電力Ve’を出力する。
図6は、二次電池10としてニッケル水素電池を用いた場合におけるSOCと起電力Veとの関係を示す図である。図6に示す通り、起電力Veの変化量はSOCの変化量に依存する。例えば、ハイブリッド電気自動車の場合、SOCを所定の許容範囲を示す中間領域に維持しながら二次電池10の充電あるいは放電を制御するが、図6に示す通り、SOCの中間領域では起電力の変化は小さい。よって、例えば、SOCが50%前後であるにも拘わらず、急激に起電力が増減することは通常の制御では起こることは希である。そのため、例えば、SOCが50%前後であるにも拘わらず、前回算出された起電力Vebに対して、比較的短期間(例えば、60sec)後に算出された今回の起電力Veがあまりにも大きい場合、つまり、起電力の変化量があまりにも大きい場合、算出された起電力Veは誤差を多く含むことが考えられる。
そこで、本実施形態では、上記のようなSOCと起電力との関係を考慮して、起電力補正部217は、前回起電力記憶部218に記憶されている前回起電力Vebと今回の起電力Veとを比較し、その変化量が所定の変化制限値Vtより大きい場合には、前回起電力Vebからの変化量を変化制限値Vt以内に制限する。
より具体的には、充電側において、起電力Veから前回起電力Vebを減算した値の絶対値(|Ve−Veb|)が変化制限値Vtを超えていれば、補正後の起電力Ve’をVeb+Vtとする。一方、放電側において、絶対値(|Ve−Veb|)が変化制限値Vtを超えていれば、補正後の起電力Ve’をVeb−Vtとする。なお、|Ve−Veb|)が変化制限値Vt以内であれば、補正後の起電力Ve’は、そのままVeとする。ここで二次電池が充電側か放電側かの判断は、電流データI(n)に基づいて行えばよい。すなわち、前回の起電力Vebを算出してから今回の起電力Veを算出するまでの間に測定された電流データI(n)の積算値の符号がマイナスであれば充電側、逆にプラスであれば放電側と判断すればよい。
なお、前回起電力Vebからの変化量が変化制限値Vt以内に制限されていればよいため、必ずしも充電側では補正後の起電力Ve’をVeb+Vtとし、放電側では補正後の起電力Ve’をVeb−Vtとしなくてもよい。
許容できる起電力の変化量は、二次電池10のSOC値やSOCの変化量によって異なる。また、SOC値は起電力と相関関係があり、SOCの変化量は積算容量Qの変化量ΔQと相関関係がある。つまり、許容できる起電力の変化量は、前回起電力Vebの大きさや、前回起電力Vebを算出してから今回の起電力Veを算出するまでの間における積算容量Qの変化量ΔQに応じて異なる。そのため、変化制限値Vtは、前回起電力Vebの大きさや、積算容量Qの変化量ΔQに応じて変更することが好ましい。
そこで、本実施形態では、起電力補正部217は、変化制限値Vtを、図7Aや図7Bに示す参照テーブル(LUT)に基づいて決定する。図7Aは、放電時に参照される参照テーブルであり、図7Bは、充電時に参照される参照テーブルである。図7A、図7Bに示すように、変化制限値Vtは、前回起電力Vebの大きさや、変化量ΔQをパラメータとして求められる。例えば、図7Aにおいて、前回起電力Vebの大きさがV5からV6の間であり、変化量ΔQが1.5Ahから2.0Ahの間であれば、この時の変化制限値Vtは0.02Vとなる。
さらに、想定される起電力の変化量は、電池温度によっても異なる。例えば、低温時(−30℃)でSOCが高い状態における起電力の変化量は、常温時(25℃)での起電力の変化量に比べて大きくなる。したがって、電池温度によっても変化制限値Vtを変更することが好ましい。そこで、図8に示すように、電池温度によって、各変化制限値Vtに対応する前回起電力Vebの大きさを変更してもよい。例えば、電池温度が0℃以上の場合には、図7Aや図7Bに示す参照テーブル中のV5を16.0V、V6を16.2Vに設定し、電池温度が−15℃以上0℃未満の場合には、V5を16.1、V6を16.4に設定する。
以上の通り、起電力補正部217において、起電力Veを補正することで、たとえ無負荷電圧V0と分極電圧Vpとの時間的なずれが発生した場合であっても、これらに基づいて算出される起電力Veの誤差を抑制することができる。
なお、上記の通り、起電力Veの変化量はSOCの変化量に依存する。よって、例えば、SOCと変化制限値Vtとの相関関係を示す参照テーブル(LUT)を予め用意しておき、当該参照テーブルを参照して変化制限値VtをSOCの大きさに応じて設定しても構わない。
さて、上記の通り、起電力補正部217で補正され出力された起電力Ve’は、前回起電力記憶部218に入力されるとともに、電流積算係数補正部220に入力される。前回起電力記憶部218は、新たな起電力Ve’が入力されると、現在記憶している前回起電力Vebを、新たに入力された起電力Ve’に書き換える。また、電流積算係数補正部220は、起電力Ve’に応じて、電流積算係数kに対する補正量αを決定する。起電力Ve’に対する補正量αは1次式で表され、この1次式は系の収束性を考慮して決定される。電流積算係数補正部220で求められた補正量αは、充電効率算出部222から出力される充電効率ηと加算器224により加算または減算あるいは乗算されて、電流積算係数kとなる。
加算器224からの電流積算係数kは、SOC推定部230に入力される。SOC推定部230では、電流測定部204からの電流データI(n)に電流積算係数kが乗算されて、所定期間における電流積算により、残存容量SOCが推定される。
また、このSOC推定値は、上記の充電効率算出部222に入力され、充電効率算出部222では、予め記憶されている、温度をパラメータとしたSOC推定値に対する充電効率ηの特性曲線から、温度測定部206で測定された温度データT(n)に基づいて、充電効率ηが算出される。なお、二次電池10が放電状態にある場合は、充電効率ηは1に固定され、二次電池10が充電状態にある場合に、充電効率算出部222により算出された充電効率ηが用いられる。
以上のように、電池ECU20の内部に設けられる各部がそれぞれ処理を実行することで、電池ECU20は、温度センサ32、電圧センサ34、電流センサ36から出力された温度データTb(n)、端子電圧データVb(n)、電流データI(n)に基づいて二次電池10のSOCを推定する。
次に、以上のように構成された電池ECU20が二次電池のSOCを推定する際の処理手順について、図9のフローチャートを参照して説明する。
図9において、まず、電圧データV(n)と電流データI(n)を組データとして測定する(S100)。次に、ステップS100で測定された電圧データV(n)と電流データI(n)の組データが、有効な組データであるか否かを調べるために、それらが上記したような選別条件を満たすか否かを判断する(S102)。ステップS102の判断で、選別条件を満たさない場合(ステップS102の判定結果が、否定「N」)、ステップS100に戻って、電圧データV(n)と電流データI(n)の組データを再度測定する。一方、ステップS102の判断で、選別条件を満たす場合(ステップS102の判定結果が、肯定「Y」)、複数個(例えば、60サンプル中の充電および放電方向で各10個)の有効な組データS(V(n),I(n))を取得する(S104)。
次に、有効な組データS(V(n),I(n))から、最小二乗法を用いた統計処理により、1次の近似直線(V−I直線)を求め、その近似直線のV切片を無負荷電圧V0として算出する(S106)。次に、無負荷電圧V0が有効であるか否かを調べるために、無負荷電圧V0が上記したような判定条件を満たすか否かを判断する(S108)。ステップS108の判断で、判定条件を満たさない場合(ステップS108の判定結果が、否定「N」)、ステップS104に戻って、別の複数個(例えば、60サンプル中の別の各10個)の有効な組データS(V(n),I(n))を取得して、ステップS104、S106を繰り返す。一方、ステップS108の判断で、算出した無負荷電圧V0が判定条件を満たす場合(ステップS108の判定結果が、肯定「Y」)、算出した無負荷電圧V0を起電力Veの算出に採用する。
次いで、ステップS100で測定された電流データI(n)から過去の所定期間(例えば、60sec)における積算容量Qを算出し、その積算容量Qに基づいて、上記の通り、分極電圧Vpを算出する(S110)。次に、無負荷電圧V0から分極電圧Vpを減算することで、起電力Veを算出し(S112)、さらに、起電力Veの補正処理を実行する(S114)。
ここで、起電力Veの補正処理の手順について、図10に示すフローチャートを用いてさらに説明する。
まず、Veフラグがオンか否かの判定を行うことで、起電力Veが算出されたか否かを判定する(S200)。ここで、Veフラグは、起電力Veが算出されるとオンになるフラグである。上記の通り、起電力Veを算出するには、無負荷電圧V0を算出する必要があり、無負荷電圧V0は、複数個の端子電圧Vと電流Iとのペアデータを用いて統計処理により求められる。つまり、無負荷電圧V0は常時算出されているわけでない。そこで、まず、Veフラグがオンか否かの判定を行う。そして、Veフラグがオフであれば(ステップS200の判定結果が、否定「N」)、そのまま処理を終了する。
一方、Veフラグがオンであれば(ステップS200の判定結果が、肯定「Y」)、次に、補正対象の起電力Veがイグニッションスイッチをオンしてから最初に算出された起電力か否かを判定する(S202)。判定の結果、最初であれば(ステップS202の判定結果が、肯定「Y」)、前回の起電力Veは存在しないため、起電力Veの補正は行わずに(S214)、処理を終了する。
一方、最初でなければ(ステップS202の判定結果が、否定「N」)、上記の通り、前回起電力Vebの大きさ、積算容量Qの変化量ΔQ、温度データT(n)に基づいて、変化制限値Vtを設定する(S204)。
次いで、起電力Veから前回起電力Vebを減算した値の絶対値(|Ve−Veb|)が変化制限値Vtを超えているか否を判定し(S206)、変化制限値Vt以内であれば、起電力Veの補正は行わずに(S214)、処理を終了する。
一方、変化制限値Vtを超えていれば、起電力Veは、二次電池10が放電時に算出されたか、充電時に算出されたかを判定し(S208)、放電時であれば、補正後の起電力Ve’をVeb−Vtとする(S210)。また、充電時であれば、補正後の起電力Ve’をVeb+Vtとする(S212)。
以上のように、補正後の起電力Ve’を求めた後、前回起電力記憶部218に記憶されている前回起電力Vebを補正後の起電力Ve’に置き換えることで、前回起電力Vebを更新し(S216)、起電力Veの補正処理を終了する。
さて、図9に戻り、上記の通り、起電力Veの補正処理が行われた後、補正後の起電力Ve’に応じて、電流積算係数kに対する補正量αを算出する(S116)。また、測定した温度データT(n)に基づいて、現在推定しているSOC推定値から充電効率ηを算出する(S118)。次に、ステップS118で求めた補正量αとステップS120で求めた充電効率ηとを加算して、電流積算係数kを算出する(S120)。最後に、電流積算係数kを電流データI(n)に乗算して、所定期間における電流積算により、SOCを推定する(122)。
以上のように、本実施形態によれば、無負荷電圧V0から分極電圧Vpを減算することで求められた起電力Veに対して、前回起電力Vebを基準として許容できる変化量を超えないように補正を行う。これにより、無負荷電圧V0と分極電圧Vpとの時間的なずれにより生じる起電力Veの誤差を抑制することができる。よって、起電力Veに基づいて推定されるSOCの精度の向上を図ることができる。
なお、上記の実施形態では、演算された起電力に基づいてSOCを推定する場合を例に説明したが、起電力はSOCを推定する際のパラメータ以外の用途に利用しても構わない。
本実施形態に係るハイブリッド電気自動車の概略構成を示す図である。 本実施形態に係る電池ECUの機能ブロックを示す図である。 本実施形態における、電圧データと電流データとの組データと、それから統計処理により無負荷電圧を求めるための近似直線とを示す図である。 二次電池の分極電圧Vpの演算手法について説明するための図である。 二次電池の分極電圧Vpの演算手法について説明するための図である。 本実施形態における、温度をパラメータとした変化量ΔQに対する分極電圧pの特性曲線の一例を示す図である。 二次電池の起電力とSOCとの関係を示す図である。 変化制限値Vtを決定する際に参照される放電時の参照テーブルの一例を示す図である。 変化制限値Vtを決定する際に参照される充電時の参照テーブルの一例を示す図である。 各変化制限値Vtに対応する前回起電力Vebの大きさを設定する際に参照する参照テーブルの一例を示す図である。 本実施形態において、電池ECUが二次電池のSOCを推定する際に実行する処理手順を示すフローチャートである。 本実施形態において、電池ECUが起電力の補正を行う際に実行する処理手順を示すフローチャートである。
符号の説明
10 二次電池、20 電池ECU、32 温度センサ、34 電圧センサ、36 電流センサ、38 リレー、50 インバータ、52 モータジェネレータ、56 駆動力分配機構、60 エンジン、202 電圧測定部、204 電流測定部、206 温度測定部、210 起電力演算部、211 組データ選別部、212 無負荷電圧演算部、213 無負荷電圧判定部、214 分極電圧演算部、216 減算器、217 起電力補正部、218 前回起電力記憶部、220 電流積算係数補正部、222 充電効率算出部、224 加算器、230 SOC推定部。

Claims (5)

  1. 二次電池に流れる電流がゼロの時における前記二次電池の端子電圧を表す無負荷電圧V0と、前記二次電池の分極電圧Vpとに基づいて、前記二次電池の起電力を計時的に演算する起電力演算部と、
    前回演算された起電力Vebに対する今回演算された起電力Veの変化量が所定の制限値Vtを超える場合、前記変化量が前記制限値Vtを超えないように、前記起電力Veを補正する起電力補正部と、
    を備え
    前記起電力補正部は、
    前記起電力Veb、及び前回演算されてから今回演算されるまでの期間における前記二次電池の積算容量Qの変化量ΔQをパラメータとして前記制限値Vtを設定する
    ことを特徴とする起電力演算装置。
  2. 請求項1に記載の起電力演算装置において、
    前記起電力演算部は、
    前記二次電池に流れる電流Iと、前記電流Iに対応する前記二次電池の端子電圧Vとの組データを所定期間に亘って複数個取得し、取得した複数個の組データに基づく統計処理により前記無負荷電圧V0を演算する無負荷電圧演算部と、
    前記電流Iを前記所定期間に亘って積算して積算容量Qを算出し、前回の積算容量Qとの差である積算容量変化量ΔQに基づいて前記分極電圧Vpを演算する分極電圧演算部と、
    を備えることを特徴とする起電力演算装置。
  3. 請求項1または2に記載の起電力演算装置において、
    前記起電力補正部は、
    前記二次電池が充電時には、前記起電力Vebに前記制限値Vtを加算することで補正し、
    前記二次電池が放電時には、前記起電力Vebから前記制限値Vtを減算することで補正する、
    ことを特徴とする起電力演算装置。
  4. 充電状態を所定の許容範囲に維持するように充電あるいは放電が制御される二次電池の起電力を計時的に演算する起電力演算部と、
    前回演算された起電力Vebに対する今回演算された起電力Veの変化量が、前記二次電池の充電状態に応じて設定される制限値Vtを超えないように、前記起電力Veを補正する起電力補正部と、
    を備え
    前記起電力補正部は、
    前記起電力Veb、及び前回演算されてから今回演算されるまでの期間における前記二次電池の積算容量Qの変化量ΔQをパラメータとして前記制限値Vtを設定する
    ことを特徴とする起電力演算装置。
  5. 請求項1乃至のいずれか1つに記載の起電力演算装置から取得した二次電池の起電力に基づいて前記二次電池の充電状態を推定する充電状態推定装置であって、
    前記起電力の変化量が前記制限値Vtを超える場合、補正後の起電力Ve’に基づいて前記二次電池の充電状態を推定し、
    前記起電力の変化量が前記制限値Vt以内の場合、前記起電力Veに基づいて前記二次電池の充電状態を推定する、
    ことを特徴とする充電状態推定装置。
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