JP5389425B2 - ハイブリッドカーの充放電制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、ハイブリッドカーの電池の充放電を制御する方法に関する。

ハイブリッドカーを走行させる電池は、過充電と過放電で性能が著しく低下して寿命が短くなる。電池を長い期間にわたって有効に使用するために、電池の過充電と過放電を防止し、さらに、残容量を満充電容量のほぼ５０％とする不感領域にコントロールしながら充放電の電流を制御している。

このことを実現するために、従来のハイブリッドカーは、図１に示すように、放電制限値と充電制限値とを設定して、残容量をこの範囲に制御し、さらに、常に残容量を５０％にもどす制御、すなわちＰＩＤ制御を行っている。図１においては、放電制限値を満充電容量の２０％に設定し、充電制限値を満充電容量の８０％に設定している。この充放電制御方法は、残容量を２０〜８０％の不感領域とし、さらに、残容量ができるかぎり５０％に近付くように電池を充放電させるので、電池性能を低下させることなく、長期間に使用できる特長がある。

さらに、ハイブリッドカーの電池の充放電制御方法として、電池の残容量が、残容量５０％領域を含む不感領域においては、充電と放電の両方を許容して、自動車の走行状態で電池を充放電し、残容量が減少して過放電領域になると、放電を禁止して充電のみできる状態とし、残容量が過充電領域まで増加すると、充電を禁止して放電のみできる状態とし、さらに、不感領域と過放電領域の間の重み関数領域、および、不感領域と過充電領域の間の重み関数領域においては、残容量偏差重み関数にしたがって電池の充放電を制御し、残容量偏差重み関数が、過放電領域に接近するにしたがって放電よりも充電を優先し、過充電領域に接近するにしたがって充電よりも放電を優先するように制御する方法が開発されている。
この充放電制御方法は、たとえば、残容量偏差重み関数を、不感領域と過放電領域との間の第１重み関数領域で直線的に変化し、不感領域と過充電領域との間の第２重み関数領域で直線的に変化させる。
特開２００１−３１４０４０号公報

以上の充放電制御方法は、電池の残容量を５０％付近に制御することで電池の劣化を少なくできるが、電池のピーク電流による劣化を有効に防止できない。電池は極めて大きなピーク電流によって劣化する。ハイブリッドカーは、車両を加速するときに電池からモータに電流を供給して、モータでエンジンをアシストして加速する。このとき、車両が急加速されると電池に大きなピーク電流が流れる。ピーク電流の大きさは、電池からモータに供給する電力に比例する。電池は大きなピーク電流で劣化するので、放電のピーク電流をたとえば２００Ａ以下に制限している。また、車両がブレーキをかけて回生制動するとき、電池は車両の運動のエネルギーで充電される。このとき、車両の急ブレーキの程度で回生制動による充電電流のピーク電流が特定される。このピーク電流も電池を劣化する原因となるので、充電電流のピーク値も制限している。電池は、放電電流と充電電流のピーク電流を制限して劣化を少なくできるが、電池のピーク電流を制限することは、車両の走行に影響を与える。電池を放電する電流のピーク電流を小さく制限すると、モータによる加速が制限され、また、電池を充電する電力のピーク電流を小さく制限すると、電池の充電に時間がかかるばかりでなく、急ブレーキによる回生制動のエネルギーで効率よく電池を充電できなくなる。車両の走行状態から電池を充放電するピーク電流は大きくすることが要求されるが、このことは電池の劣化を促進することになるので、充放電のピーク電流は最適値に設定が難しい。このため、電池の劣化を少なくしながら、モータによる車両の走行を好ましい状態にするのは極めて難しい。

本発明は、以上の欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、モータによる車両の走行を好ましい状態としながら、ピーク電流による電池の劣化を少なくして電池の寿命を長くできるハイブリッドカーの充放電制御方法を提供することにある。

本発明の請求項１のハイブリッドカーの充放電制御方法は、電池の電圧を検出し、充電される電池の電圧があらかじめ設定している充電制限値に上昇すると充電電流を遮断し、放電している電池の電圧があらかじめ設定している放電制限値まで低下すると放電電流を遮断して、電池の電圧を、充電制限値と放電制限値との間の残容量５０％領域を含む不感領域にコントロールしながら電池を充放電する。この充放電制御方法は、電池の電圧が、不感領域にあっては、電池を充放電する電流のピーク値をノーマルピーク電流に制限し、電池が充電されて電圧が充電制限値に上昇した後は、電池を放電する電流のピーク値をノーマルピーク電流よりも大きい拡大ピーク電流に設定して不感領域の所定の電圧まで電池を放電する。

本発明の請求項２のハイブリッドカーの充放電制御方法は、電池の電圧を検出し、充電される電池の電圧があらかじめ設定している充電制限値に上昇すると充電電流を遮断し、放電している電池の電圧があらかじめ設定している放電制限値まで低下すると放電電流を遮断して、電池の電圧を、充電制限値と放電制限値との間の残容量５０％領域を含む不感領域にコントロールしながら電池を充放電する。この充放電制御方法は、電池の電圧が、不感領域にあっては、電池を充放電する電流のピーク値をノーマルピーク電流に制限し、電池が放電されて電圧が放電制限値まで低下した後は、電池を充電する電流のピーク値をノーマルピーク電流よりも大きい拡大ピーク電流に設定して不感領域の所定の電圧まで電池を充電する。

本発明の請求項３のハイブリッドカーの充放電制御方法は、電池の残容量を検出し、充電される電池の残容量があらかじめ設定している充電制限値に上昇すると充電電流を遮断し、放電している電池の残容量があらかじめ設定している放電制限値まで低下すると放電電流を遮断して、電池の残容量を、充電制限値と放電制限値との間の残容量５０％領域を含む不感領域にコントロールしながら電池を充放電する。この充放電制御方法は、電池の残容量が不感領域にあっては、電池を充放電する電流のピーク値をノーマルピーク電流に制限し、電池が充電されて残容量が充電制限値まで増加した後は、電池を放電する電流のピーク値をノーマルピーク電流よりも大きい拡大ピーク電流に設定して不感領域の所定の残容量まで電池を放電する。

本発明の請求項４のハイブリッドカーの充放電制御方法は、電池の残容量を検出し、充電される電池の残容量があらかじめ設定している充電制限値に上昇すると充電電流を遮断し、放電している電池の残容量があらかじめ設定している放電制限値まで低下すると放電電流を遮断して、電池の残容量を、充電制限値と放電制限値との間の残容量５０％領域を含む不感領域にコントロールしながら電池を充放電する。この充放電制御方法は、電池の残容量が不感領域にあっては、電池を充放電する電流のピーク値をノーマルピーク電流に制限し、電池が放電されて残容量が放電制限値まで減少した後は、電池を充電する電流のピーク値をノーマルピーク電流よりも大きい拡大ピーク電流に設定して不感領域の所定の残容量まで電池を充電する。

本発明のハイブリッドカーの充放電制御方法は、モータによる車両の走行を好ましい状態としながら、ピーク電流による電池の劣化を少なくして電池の寿命を長くできる特徴がある。それは、本発明の充放電制御方法が、電池の電圧や残容量を検出して、電池を充放電するピーク電流を最適値に制御するからである。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するためのハイブリッドカーの充放電制御方法を例示するものであって、本発明は充放電制御方法を以下のものに特定しない。さらに、この明細書は、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。

図２は、本発明の充放電制御方法に使用するハイブリッドカーの構成を示している。このブロック図に示すハイブリッドカーは、充放電できる電池１と、電池１の電圧と残容量を検出して、電圧や残容量で電池１の充放電を制御するバッテリＥＣＵ２と、自動車の走行状態を制御するエンジンＥＣＵ３と、電池１の残存容量を表示する残存容量表示器７とを備える。

電池１は、多数の電池セルを直列に接続している。ニッケル水素電池からなる電池は、複数のニッケル水素電池を直列に接続して電池モジュールとして電池モジュールを電池セルとして、複数の電池モジュールを直列に接続している。リチウムイオン電池やリチウムポリマー電池からなる電池セルは、ひとつのリチウムイオン電池やリチウムポリマー電池を電池セルとしている。

バッテリＥＣＵ２は、電池１の電圧と電流から残容量を検出し、さらに電池の劣化度も検出する。バッテリＥＣＵ２は、検出した残容量、電圧、劣化度のいずれかで、あるいはこれ等の複数をパラメータとして、電池１を充放電するピーク電流を制御する。検出した残容量は、残存容量表示器７に出力される。電池１の残容量は、充電容量から放電容量を減算して演算する。充電容量は、充電電流の積算値と充電効率との積で演算される。放電容量は、放電電流の積算値で演算できる。電流に加えて、電池電圧を検出して残容量を演算するバッテリＥＣＵ２は、電池電圧が低下したときと、上昇したときの電圧で残容量を補正できるので、より正確に残容量を演算できる。

電池１の電流は、電池１と直列に接続している電流検出抵抗に発生する電圧を増幅して検出する。充電電流と放電電流は、電流検出抵抗に発生する＋−が逆になるので、＋−の極性で充電と放電を識別できる。

バッテリＥＣＵ２は、各々の電池セルの電圧を検出して、電池１の電圧と、残容量と、劣化度を検出する。ただし、バッテリＥＣＵは、電池のトータル電圧を検出して、電圧と残容量と劣化度を検出することもできる。さらに、図のバッテリＥＣＵ２は、電池１の温度も検出して充放電を制御している。温度を検出するバッテリＥＣＵ２は、電池１の温度が設定温度よりも高くなると、温度が低下するまで、電池１の充放電を停止し、あるいは、充放電の電流を制限する。電池１の温度は温度センサー８で検出する。この温度センサー８は、電池１に接近して配設され、あるいは電池１に接触して設けられる。

バッテリＥＣＵ２が、電圧と残容量と劣化度で充放電を制御する状態を図３ないし図５に示す。バッテリＥＣＵ２は、電池１の電圧と残容量を検出し、充電される電池１の電圧又は残容量があらかじめ設定している充電制限値に上昇すると充電電流を遮断し、放電している電池１の電圧又は残容量があらかじめ設定している放電制限値まで低下すると放電電流を遮断して、電池１の電圧と残容量を、充電制限値と放電制限値との間の残容量５０％領域を含む不感領域にコントロールしながら電池１を充放電する。バッテリＥＣＵ２は、電池１の電圧と残容量のいずれかを検出して、電圧又は残容量のいずれかが充電制限値と放電制限値との間の不感領域となるように制御することもできる。

図３は、残容量で電池を充放電するピーク電流を制御する状態を示すグラフである。このバッテリＥＣＵ２は、電池１の残容量の不感領域を１０％〜９０％に設定して、残容量の充電制限値を９０％、放電制限値を１０％に設定している。この図は、充電制限値を９０％とするが、充電制限値は、たとえば７０％〜９０％の範囲に設定することができる。また、放電制限値を１０％に設定してるいが、放電制限値は、１０％〜３０％の範囲に設定することもできる。

図３の制御をするバッテリＥＣＵ２は、電池１の残容量が不感領域にあっては、電池１を充放電する電流のピーク値をノーマルピーク電流である±１５０Ａに制限する。すなわち、電池１の残容量を不感領域とする状態にあっては、電池１を充放電する電流の最大値をノーマルピーク電流である±１５０Ａに制限する。

電池が放電されて残容量が放電制限値の１０％まで減少した後は、電池の残容量を速やかに不感領域の好ましい残容量とするために、電池を充電する電流のピーク値をノーマルピーク電流よりも大きい拡大ピーク電流の２００Ａに設定して不感領域の所定の残容量まで、図にあっては残容量が５０％となるまで電池を充電する。すなわち、電池が放電されて残容量が放電制限値まで低下すると、残容量が放電制限値よりも小さくならないように、放電電流を遮断した後、充電電流のピーク電流を拡大ピーク電流と大きくして、速やかに充電して残容量を増加させる。図３にあっては、残容量が放電制限値まで低下した後は、残容量が５０％に増加するまで、充電電流のピーク電流を拡大ピーク電流に設定するが、残容量が５０％となるまでの間に、電池が放電される走行状態になると、残容量が放電制限値になるまではノーマルピーク電流で電池を放電し、放電制限値まで低下すると放電電流を遮断する。すなわち、電池の残容量が放電制限値まで低下した後は、残容量が５０％に増加するまでは、充電電流のピーク電流を拡大ピーク電流として電池の充電容量を大きくするが、この間に電池の残容量が５０％と放電制限値の１０％の間にある状態では、電池の放電を許容する。ただし、バッテリＥＣＵは、電池の残容量が放電制限値まで低下した後は、残容量があらかじめ設定している容量、たとえば、５０％〜７０％となるまでは放電を停止するように制御することもできる。

電池が充電されて残容量が充電制限値の９０％まで増加した後は、電池の残容量を速やかに不感領域の好ましい残容量とするために、電池を放電する電流のピーク値をノーマルピーク電流よりも大きい拡大ピーク電流の２００Ａに設定して不感領域の所定の残容量まで、図にあっては残容量が５０％となるまで電池を放電する。すなわち、電池が充電されて残容量が充電制限値まで増加すると、残容量が充電制限値よりも大きくならないように、充電電流を遮断した後、放電電流のピーク電流を拡大ピーク電流と大きくして、速やかに放電して残容量を減少させる。図３にあっては、残容量が充電制限値まで増加した後は、残容量が５０％に減少するまで、放電電流のピーク電流を拡大ピーク電流に設定するが、残容量が５０％となるまでの間に、回生制動で電池が充電される走行状態になると、残容量が充電制限値になるまではノーマルピーク電流で電池を充電し、充電制限値まで増加すると充電電流を遮断する。すなわち、電池の残容量が充電制限値まで増加した後は、残容量が５０％に低下するまでは、放電電流のピーク電流を拡大ピーク電流として電池の放電容量を大きくするが、この間に電池の残容量が５０％と充電制限値の９０％の間にある状態では、電池の充電を許容する。ただし、バッテリＥＣＵは、電池の残容量が充電制限値まで増加した後は、残容量があらかじめ設定している容量、たとえば、５０％〜３０％となるまでは充電を停止するように制御することもできる。

電池が放電されて、電圧が放電制限値の２．２Ｖまで低下した後は、電池の電圧を速やかに不感領域の好ましい電圧に上昇させるために、電池を充電する電流のピーク値をノーマルピーク電流よりも大きい拡大ピーク電流の２００Ａに設定して不感領域の所定の電圧まで、図にあっては電圧が３Ｖとなるまで電池を充電する。すなわち、電池が放電されて電圧が放電制限値まで低下すると、電圧が放電制限値よりも小さくならないように、放電電流を遮断した後、充電電流のピーク電流を拡大ピーク電流と大きくして、速やかに充電して電圧を上昇させる。図４にあっては、電圧が放電制限値の２．２Ｖまで低下した後は、電圧が３Ｖに増加するまで、充電電流のピーク電流を拡大ピーク電流に設定するが、電圧が３Ｖとなるまでの間に、電池が放電される走行状態になると、電圧が放電制限値の２．２Ｖに低下するまではノーマルピーク電流で電池を放電し、放電制限値まで低下すると放電電流を遮断する。すなわち、電池の電圧が放電制限値まで低下した後は、電圧が３Ｖに増加するまでは、充電電流のピーク電流を拡大ピーク電流として電池の充電容量を大きくするが、この間に電池の電圧が３Ｖと放電制限値の２．２Ｖの間にある状態では、電池の放電を許容する。ただし、バッテリＥＣＵは、電池の電圧が放電制限値まで低下した後は、電圧があらかじめ設定している電圧、たとえば、３Ｖ〜４Ｖとなるまでは放電を停止するように制御することもできる。

また、バッテリＥＣＵは、電池が充電されて、その電圧が充電制限値の４．１Ｖまで上昇した後は、電池の電圧を速やかに不感領域の好ましい電圧に低下させるために、電池を放電する電流のピーク値をノーマルピーク電流よりも大きい拡大ピーク電流の２００Ａに設定して不感領域の所定の電圧まで、図にあっては電圧が３Ｖとなるまで電池を放電する。すなわち、電池が充電されて電圧が充電制限値まで上昇すると、電圧が充電制限値よりも上昇しないように、充電電流を遮断した後、放電電流のピーク電流を拡大ピーク電流と大きくして、速やかに放電して電圧を減少させる。図４にあっては、電圧が充電制限値まで上昇した後は、電圧が３Ｖに低下するまで、放電電流のピーク電流を拡大ピーク電流に設定するが、電圧が３Ｖとなるまでの間に、回生制動で電池が充電される走行状態になると、電圧が充電制限値になるまではノーマルピーク電流で電池を充電し、充電制限値まで上昇すると充電電流を遮断する。すなわち、電池の電圧が充電制限値まで上昇した後は、電圧が３Ｖに低下するまでは、放電電流のピーク電流を拡大ピーク電流として電池の放電容量を大きくするが、この間に電池の電圧が３Ｖと充電制限値の４．１Ｖの間にある状態では、電池の充電を許容する。ただし、バッテリＥＣＵは、電池の電圧が充電制限値まで増加した後は、電圧があらかじめ設定している電圧、たとえば、２．２Ｖ〜３Ｖに低下するまでは充電を停止するように制御することもできる。

さらに、バッテリＥＣＵ２は、図５に示すように、電池１の劣化度を検出して、電池１が劣化するにしたがって、電池１を充放電するピーク電流を小さくする。バッテリＥＣＵ２は、図５の実線で示すように、電池１の劣化度に対して、電池１の充電電流と放電電流のピーク電流を直線的に小さくなるように制御する。この図でピーク電流を制御するバッテリＥＣＵ２は、電池１が全く劣化しない状態、すなわち電池１の劣化度を１００％とする状態では、ピーク電流を±１５０Ａとしている。すなわち、電池１がこの状態にあるとき、電池１を充放電する電流のピーク電流を１５０Ａとするので、バッテリＥＣＵ２は、１５０Ａ以内の電流で放電し、あるいは充電される。電池１が劣化して劣化度が５０％になると、バッテリＥＣＵ２は、電池１の充放電を許容するピーク電流を±１５０／２、すなわち７５Ａと少なく変更する。図５は、電池１の劣化度に対して、許容するピーク電流を直線的に減少させているが、図５の鎖線で示すように、電池１の劣化度に対して複次関数的に変化することもできる。また、図示しないが、バッテリＥＣＵは、電池の劣化度に対するピーク電流をルックアップテーブルに記憶して、このルックアップテーブルに記憶される情報に基づいて、ピーク電流を小さく変更することもできる。

バッテリＥＣＵ２は、電池１の電圧や残容量が放電下限値に達する回数をカウントして、劣化度を判定することができる。また、バッテリＥＣＵ２は、電圧や残容量が充電上限値に達する回数をカウントして劣化度を判定することもできる。さらに、バッテリＥＣＵ２は、電池１の充電容量の積算値、放電容量の積算値、又は充放電容量の積算値で劣化度を判定することもできる。このバッテリＥＣＵ２は、電池１の劣化度を検出して、検出される劣化度ＳＯＨを通信回線９を介して車両側のエンジンＥＣＵ３に伝送する。

さらに、バッテリＥＣＵ２は、以下の方法で電池１の劣化度を検出することができる。このバッテリＥＣＵ２は、電池１の満充電容量から検出される第１の劣化度ＳＯＨ１と、電池１の放電内部抵抗から得られる第２の劣化度ＳＯＨ２と、充電内部抵抗から得られる第３の劣化度ＳＯＨ３から劣化度ＳＯＨを演算する。このバッテリＥＣＵ２は、以下の式で電池１の劣化度ＳＯＨを演算する。
劣化度ＳＯＨ＝ウェイト１×第１の劣化度ＳＯＨ１
＋ウェイト２×第２の劣化度ＳＯＨ２
＋ウェイト３×第３の劣化度ＳＯＨ３
ただし、ウェイト１＋ウェイト２＋ウェイト３＝１である。

ウェイト１とウェイト２とウェイト３は、図６のグラフに示すように、電池１の内部抵抗によって特定する。この図は、横軸を電池の放電内部抵抗と充電内部抵抗の平均値の相対値として、縦軸にウェイト１とウェイト２とウェイト３を示している。ただし、この図は、電池１の劣化度ＳＯＨを０％とする状態、いいかえると寿命の尽きた電池１の内部抵抗を１００としている。この図に示すように、電池１の劣化が進んで劣化度ＳＯＨが小さくなるにしたがって、ウェイト１を小さく、ウェイト２とウェイト３を大きくする。電池１は、充電内部抵抗と放電内部抵抗が大きくなって劣化が進んだ状態では、内部抵抗が劣化度ＳＯＨを正確に特定するからである。また、図６は、放電内部抵抗と充電内部抵抗の平均値に対するウェイト２とウェイト３とを同じ値としているが、ウェイト２とウェイト３は、放電内部抵抗と充電内部抵抗に対して、各々最適な値とすることができる。

以上の方法は、電池１の内部抵抗からウェイト１とウェイト２とウェイト３を特定する。ただ、本発明の検出方法は、電池の放電内部抵抗と充電内部抵抗から特定される第２の劣化度ＳＯＨ２と第３の劣化度ＳＯＨ３から、ウェイト１〜ウェイト３を特定し、あるいは第１〜第３の劣化度から判定される劣化度ＳＯＨからウェイト１〜ウェイト３を特定することもできる。この場合も、劣化度ＳＯＨが小さくなる、いいかえると寿命末期に近づくにしたがって、ウェイト１を小さくしてウェイト２とウェイト３を大きくする。

さらに、バッテリＥＣＵ２は、第１の劣化度ＳＯＨ１を以下の式で判定する。
第１の劣化度ＳＯＨ１（％）＝
１００×［現在の満充電容量（Ａｈf）−終期の満充電容量（Ａｈe）］／
［初期の満充電容量（Ａｈs）−終期の満充電容量（Ａｈe）］

たとえば、初期の満充電容量（Ａｈs）が５［Ａｈ］、終期の満充電容量（Ａｈe）を２．５［Ａｈ］とする電池の現在の満充電容量（Ａｈf）が３．７５［Ａｈ］であると、前記の式から劣化度ＳＯＨは以下の式で、５０％と演算される。
劣化度ＳＯＨ＝１００×［５−３．７５］／［５−２．５］＝５０％

バッテリＥＣＵ２は、電池１の現在の満充電容量（Ａｈf）を、以下の方法で検出する。
図７に示すように、第１の検出タイミング（ｔ_１）と第２の検出タイミング（ｔ_２）との間において、充放電される電池の充電電流と放電電流の積算値から電池の容量変化値（δＡｈ）を演算する。さらに、第１の検出タイミング（ｔ_１）における電池の第１の開放電圧（Ｖ_ＯＣＶ１）と第２の検出タイミング（ｔ_２）における電池の第２の開放電圧（Ｖ_ＯＣＶ２）を検出して、検出される第１の開放電圧（Ｖ_ＯＣＶ１）から電池の第１の残容量（ＳＯＣ_１［％］）を判定すると共に、第２の開放電圧（Ｖ_ＯＣＶ２）から電池の第２の残容量（ＳＯＣ_２［％］）を判定する。開放電圧（Ｖ_ＯＣＶ）に対する残容量（ＳＯＣ）は、あらかじめ測定して記憶している。判定される第１の残容量（ＳＯＣ_１［％］）と第２の残容量（ＳＯＣ_２［％］）の差から残容量の変化率（δＳ［％］）を演算する。以上のようにして検出される残容量の変化率（δＳ［％］）と容量変化値（δＡｈ）から、下記の式で電池の現在の満充電容量（Ａｈf）を演算することができる。
満充電容量（Ａｈf）＝δＡｈ／（δＳ／１００）

以上の方法で電池の満充電容量（Ａｈf）を検出する方法は、たとえば第１の検出タイミング（ｔ_１）を、車両のメインスイッチであるイグニッションスイッチをオンに切り換える所定のタイミングであって、電池の負荷電流を遮断するタイミングとし、第２の検出タイミング（ｔ_２）を、イグニッションスイッチをオフに切り換えた後とする。また、第１の検出タイミング（ｔ_１）と第２の検出タイミング（ｔ_２）の間を一定の時間とし、あるいは又、第１の検出タイミング（ｔ_１）の後、容量変化値（δＡｈ）が所定の値になったタイミングを第２の検出タイミング（ｔ_２）とすることで、現在の満充電容量（Ａｈf）をより正確に検出することができる。

さらに、バッテリＥＣＵ２は、電池１の放電内部抵抗と充電内部抵抗を検出し、放電内部抵抗から第２の劣化度ＳＯＨ２を、充電内部抵抗から第３の劣化度ＳＯＨ３を判定する。内部抵抗（Ｒ）を有する電池１の等価回路を図８に示す。この等価回路の電池１を充放電して、電流Ｉと出力電圧ＶLを検出すると図９と図１０に示すようになる。図９において、電池の電流−電圧特性を示すラインＡの傾きから放電内部抵抗（Ｒｄ）が演算され、図１０において、電池の電流−電圧特性を示すラインＢの傾きから充電内部抵抗（Ｒｃ）が演算される。

電池１の開放電圧をＶoとし、放電電流Ｉｄのときに電圧をＶLとすれば、
ＶL＝Ｖo−Ｒｄ×Ｉｄ
この式から、放電内部抵抗（Ｒｄ）は
Ｒｄ＝（Ｖo−ＶL）／Iｄ で演算される。

また、電池１の開放電圧をＶoとし、充電電流Ｉｃのときに電圧をＶLとすれば、
ＶL＝Ｖo＋Ｒｃ×Ｉｃ
この式から、充電内部抵抗（Ｒｃ）は
Ｒｃ＝（ＶL−Ｖo）／Iｃ で演算される。

電池１の放電内部抵抗と充電内部抵抗に対する電池の第２の劣化度ＳＯＨ２と第３の劣化度ＳＯＨ３はあらかじめ測定されて、バッテリＥＣＵ２のＬＵＴに記憶され、あるいはバッテリＥＣＵ２は、放電内部抵抗と充電内部抵抗に対する第２の劣化度ＳＯＨ２と第３の劣化度ＳＯＨ３を関数として記憶している。ＬＵＴに記憶され、あるいは関数として記憶される、放電内部抵抗と充電内部抵抗に対する第２の劣化度ＳＯＨ２と第３の劣化度ＳＯＨ３は図１１に示す値とする。この図から、たとえば、電池の放電内部抵抗や充電内部抵抗が３００ｍΩであるとき、第２の劣化度ＳＯＨ２と第３の劣化度ＳＯＨ３は６０％とする。さらに、電池１の放電内部抵抗や充電内部抵抗が最高値となるときの第２の劣化度ＳＯＨと第３の劣化度ＳＯＨ３を０％とする。図１１は、わかりやすくするために、放電内部抵抗と充電内部抵抗に対する第２の劣化度ＳＯＨ２と第３の劣化度ＳＯＨ３とを同じ値としているが、放電内部抵抗と充電内部抵抗に対する第２の劣化度ＳＯＨ２と第３の劣化度ＳＯＨ３は、現実に使用される電池を測定して、各々最適な値とすることができる。

バッテリＥＣＵ２は、以上の方法で第１の劣化度ＳＯＨ１と第２の劣化度ＳＯＨ２と第３の劣化度ＳＯＨ３を演算し、演算された第１の劣化度ＳＯＨ１と第２の劣化度ＳＯＨ２と第３の劣化度ＳＯＨ３から、ウェイト１とウェイト２とウェイト３を特定して、電池の劣化度ＳＯＨを判定する。バッテリＥＣＵ２が、劣化度ＳＯＨを演算するフローチャートを図１２に示す。

［ｎ＝１のステップ］
このステップで、バッテリＥＣＵ２は電池の現在の満充電容量（Ａｈf）を検出して、検出される満充電容量（Ａｈf）から第１の劣化度ＳＯＨ１を判定する。第１の劣化度ＳＯＨ１は、以下の式で検出される。
第１の劣化度ＳＯＨ１（％）＝
１００×［現在の満充電容量（Ａｈf）−終期の満充電容量（Ａｈe）］／
［初期の満充電容量（Ａｈs）−終期の満充電容量（Ａｈe）］
以上の式において、初期の満充電容量（Ａｈs）と終期の満充電容量（Ａｈe）はあらかじめ特定されている。

［ｎ＝２のステップ］
このステップで、バッテリＥＣＵ２は、放電している電池の電流と電圧から放電内部抵抗を演算し、充電している電池の電流と電圧から放電内部抵抗を演算する。このとき、温度によるフィルタリングをして、測定精度を高くする。放電内部抵抗と充電内部抵抗が温度により変化するからである。温度によるフィルタリングは、電池の放電内部抵抗及び充電内部抵抗を検出するときの電池温度を検出し、検出される温度を関数として設定温度における内部抵抗に変換する。内部抵抗をフィルタリングするバッテリＥＣＵ２は、温度に対する内部抵抗の変化を、関数として、あるいはＬＵＴに記憶している。この記憶値から、内部抵抗を設定温度の内部抵抗にフィルタリングして補正する。
［ｎ＝３のステップ］
さらに、バッテリＥＣＵ２は、記憶しているＬＵＴや関数に基づいて、放電内部抵抗から第２の劣化度ＳＯＨ２を、充電内部抵抗から第３の劣化度ＳＯＨ３を演算する。
［ｎ＝４のステップ］
このステップで、バッテリＥＣＵ２は、ウェイト１とウェイト２とウェイト３を特定する。ウェイト１とウェイト２とウェイト３は、図６から特定する。
［ｎ＝５のステップ］
バッテリＥＣＵ２は、ウェイト１及び第１の劣化度ＳＯＨ１と、ウェイト２及び第２の劣化度ＳＯＨ２と、ウェイト３と第３の劣化度ＳＯＨ３から電池１の劣化度ＳＯＨを演算する。バッテリＥＣＵ２は、以下の式で劣化度ＳＯＨを演算する。
劣化度ＳＯＨ＝ウェイト１×第１の劣化度ＳＯＨ１
＋ウェイト２×第２の劣化度ＳＯＨ２
＋ウェイト３×第３の劣化度ＳＯＨ３

バッテリＥＣＵ２は、以上のようにして電池１の劣化度ＳＯＨを判定し、判定された劣化度ＳＯＨを通信回線９を介して車両側のエンジンＥＣＵ３に伝送する。

バッテリＥＣＵ２は、出力電力が最低出力電力となる状態における電池１の劣化度ＳＯＨを０％とする。このような劣化度ＳＯＨを検出することにより、電池１の寿命を知ることができる。また、各劣化度ＳＯＨにおける各種のパラメータ、たとえば、その劣化度ＳＯＨにおける電圧と電池容量（ＳＯＣ）との関係、その劣化度ＳＯＨにおける満充電容量（Ａｈf）等を予め保存しておき、判定、検出されたその時点における劣化度ＳＯＨに応じて、このような保存されたパラメータを利用することができる。

電動車両は、多数の電池セルを直列に接続して、電池１の出力電圧を高くしている。この電池１の劣化度は、各々の電池セルの劣化度を検出して、劣化度が最低となる素電池の劣化度を電池１の劣化度とする。

エンジンＥＣＵ３は、バッテリＥＣＵ２から伝送される電池１のピーク電流よりも充放電する電流が小さくなるように、電池１の充放電、すなわちモータ４と発電機５をコントロールして、車両をエンジン６とモータ４とで走行させる。すなわち、車両を急加速する状態においては、電池１の放電電流がバッテリＥＣＵ２で特定されるピーク電流よりも小さくなるように制御し、また、急ブレーキで発電機５を駆動して回生制動する状態において、あるいはエンジン６で発電機５を駆動して電池１を充電する状態においては、電池１の充電電流がバッテリＥＣＵ２で特定されるピーク電流よりも小さくなるように制御して、電池１を充放電する電流をピーク電流よりも小さく制御する。

従来の充放電制御方法が残容量で充放電を制御する状態を示す図である。 本発明の一実施例にかかる充放電制御方法に使用するハイブリッドカーのブロック図である。 本発明の一実施例にかかる充放電制御方法が残容量で充放電を制御する状態を示す図である。 本発明の他の実施例にかかる充放電制御方法が電池の電圧で充放電を制御する状態を示す図である。 本発明の他の実施例にかかる充放電制御方法が電池の劣化度で充放電を制御する状態を示す図である。 内部抵抗の相対値に対するウェイト１とウェイト２とウェイト３を示すグラフである。 電池の現在の満充電容量（Ａｈf）を検出する原理を示す図である。 内部抵抗を有する電池の等価回路を示す図である。 電池の放電時における電流−電圧特性を示すグラフである。 電池の充電時における電流−電圧特性を示すグラフである。 内部抵抗に対する劣化度ＳＯＨ２、ＳＯＨ３を示すグラフである。 バッテリＥＣＵが劣化度ＳＯＨを演算するフローチャートである。

符号の説明

１…電池
２…バッテリＥＣＵ
３…エンジンＥＣＵ
４…モータ
５…発電機
６…エンジン
７…残存容量表示器
８…温度センサー
９…通信回線

Claims (4)

1. 電池の電圧を検出し、充電される電池の電圧があらかじめ設定している充電制限値に上昇すると充電電流を遮断し、放電している電池の電圧があらかじめ設定している放電制限値まで低下すると放電電流を遮断して、電池の電圧を、充電制限値と放電制限値との間の残容量５０％領域を含む不感領域にコントロールしながら電池を充放電するハイブリッドカーの充放電制御方法であって、
   充放電される電池の電圧が、不感領域にあっては、電池を充放電する電流のピーク値をノーマルピーク電流に制限し、
   電池が充電されて電圧が充電制限値に上昇した後は、電池を放電する電流のピーク値をノーマルピーク電流よりも大きい拡大ピーク電流に設定して不感領域の所定の電圧まで電池を放電するハイブリッドカーの充放電制御方法。
2. 電池の電圧を検出し、充電される電池の電圧があらかじめ設定している充電制限値に上昇すると充電電流を遮断し、放電している電池の電圧があらかじめ設定している放電制限値まで低下すると放電電流を遮断して、電池の電圧を、充電制限値と放電制限値との間の残容量５０％領域を含む不感領域にコントロールしながら電池を充放電するハイブリッドカーの充放電制御方法であって、
   充放電される電池の電圧が、不感領域にあっては、電池を充放電する電流のピーク値をノーマルピーク電流に制限し、
   電池が放電されて電圧が放電制限値まで低下した後は、電池を充電する電流のピーク値をノーマルピーク電流よりも大きい拡大ピーク電流に設定して不感領域の所定の電圧まで電池を充電するハイブリッドカーの充放電制御方法。
3. 電池の残容量を検出し、充電される電池の残容量があらかじめ設定している充電制限値に上昇すると充電電流を遮断し、放電している電池の残容量があらかじめ設定している放電制限値まで低下すると放電電流を遮断して、電池の残容量を、充電制限値と放電制限値との間の残容量５０％領域を含む不感領域にコントロールしながら電池を充放電するハイブリッドカーの充放電制御方法であって、
   電池の残容量が不感領域にあっては、電池を充放電する電流のピーク値をノーマルピー
   ク電流に制限し、
   電池が充電されて残容量が充電制限値まで増加した後は、電池を放電する電流のピーク値をノーマルピーク電流よりも大きい拡大ピーク電流に設定して不感領域の所定の残容量まで電池を放電するハイブリッドカーの充放電制御方法。
4. 電池の残容量を検出し、充電される電池の残容量があらかじめ設定している充電制限値に上昇すると充電電流を遮断し、放電している電池の残容量があらかじめ設定している放電制限値まで低下すると放電電流を遮断して、電池の残容量を、充電制限値と放電制限値との間の残容量５０％領域を含む不感領域にコントロールしながら電池を充放電するハイブリッドカーの充放電制御方法であって、
   電池の残容量が不感領域にあっては、電池を充放電する電流のピーク値をノーマルピーク電流に制限し、
   電池が放電されて残容量が放電制限値まで減少した後は、電池を充電する電流のピーク値をノーマルピーク電流よりも大きい拡大ピーク電流に設定して不感領域の所定の残容量まで電池を充電するハイブリッドカーの充放電制御方法。
   

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