JP5629760B2 - 二次電池の電池容量検出方法 - Google Patents

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Description

本発明は、二次電池の電池容量検出方法に関する。
本願は、2010年3月30日に、日本に出願された特願2010−076559号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
従来、例えば車両のイグニッションスイッチのオンおよびオフなどに係る第1および第2の検出タイミング間において、電池の充放電電流の積算値と残容量変化とに基づき、電池の満充電容量を検出する方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。
この方法において、充放電電流の積算値は、第1および第2の検出タイミング間に電流センサにより検出される電池の充電電流および放電電流が積算されることにより算出される。また、残容量変化の演算においては、先ず、例えば電池の充放電電流がゼロとなるタイミングである各検出タイミングに、電圧センサにより電池の開放電圧が検出される。そして、予め設定された電池の開放電圧と残容量との対応関係から電池の開放電圧に対応する残容量が検出される。そして、これら第1および第2の検出タイミングにおける残容量から残容量変化が算出される。
日本国特開2008−241358号公報
ところで、上記従来技術に係る満充電容量の検出方法において、第1および第2の検出タイミングを、電池の充放電電流がゼロとなるタイミングに限定しない場合には、電池の充放電電流と開放電圧との対応関係が予め設定された関数またはテーブルなどに基づき、電流センサにより検出される充放電電流から開放電圧が検出される。
しかしながら、例えば電池の経時変化や温度変化などにより特性変化が生じると、電池の充放電電流と開放電圧との対応関係が、予め設定された関数またはテーブルでの対応関係から変化する。このため、開放電圧の検出誤差が増大してしまうという問題が生じる。
また、電流センサから出力される電池の充電電流および放電電流の検出値から電池の充放電電流を演算する方法では、例えば電流センサの温度変化に伴うオフセット特性の変化やヒステリシス特性などによって演算誤差が蓄積すると、電池の開放電圧および満充電容量の検出精度が低下してしまう虞がある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、電池の満充電容量の検出精度を向上させることが可能な二次電池の電池容量検出方法を提供することを目的としている。
上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明の各態様は以下の工程手段を採用した。
〔1〕本発明の第1態様に係る二次電池の電池容量検出方法は、外部充電器による充電が可能な電動車両に搭載された二次電池の電池容量検出方法であって、前記外部充電器による充電の際の充電モードが、充電電力を送電するON状態のみからなる第1モードと、前記ON状態および一時的に送電を停止するOFF状態からなる第2モードとを含み、前記外部充電器による充電の実行中に前記充電モードを選択する充電モード選択工程と、前記充電モード選択工程において前記第2モードが選択された場合に、前記ON状態と前記OFF状態との切替り時に前記二次電池の電圧および電流の変化量を用いて、前記二次電池の内部抵抗を算出する内部抵抗算出工程と、前記内部抵抗に基づいて前記二次電池の開放電圧を算出し、該算出の結果である前記開放電圧から前記二次電池の残容量を算出する残容量算出工程と、最近の満充電容量算出時からの前記残容量の変化量△SOC(=|SOC−SOCP|)を算出する残容量変化量算出工程と、最近の前記満充電容量算出時から流れた前記電流の積算値に応じて充電電気量を算出する充電電気量算出工程と、前記残容量変化量と前記充電電気量とに基づいて、前記二次電池の満充電容量を検出する満充電容量検出工程と、を有する。
さらに、前記充電モード選択工程において前記第2モードが選択された場合に、前記二次電池の前記電流を検出する電流センサから出力された前記OFF状態のときの前記電流の検出結果から前記電流センサの誤差を検出して、この誤差を用いて補正を行なう電流センサ誤差補正工程をさらに有してもよい。
さらに、前記電流センサ誤差補正工程で、前記ON状態から前記OFF状態に移行する毎に前記誤差を検出し、かつ、前記第2モードの一周期内に検出した前記誤差を平均して得た値を用いて前記補正を行なってもよい。
〔2〕本発明の第2態様に係る二次電池の電池容量検出方法は、外部充電器による充電が可能な電動車両に搭載された二次電池の電池容量検出方法であって、前記外部充電器による充電の際の充電モードが、充電電力を送電するON状態のみからなる第1モードと、前記ON状態および一時的に送電を停止するOFF状態からなる第2モードとを含み、前記外部充電器による充電の実行中に前記充電モードを選択する充電モード選択工程と、前記充電モード選択工程において前記第2モードが選択された場合に、前記ON状態と前記OFF状態との切替り時に前記二次電池の電圧および電流の変化量を用いて、前記二次電池の内部抵抗を算出する内部抵抗算出工程と、前記内部抵抗に基づいて前記二次電池の開放電圧を算出し、該算出の結果である前記開放電圧から前記二次電池の残容量を算出する残容量算出工程と、最近の満充電容量算出時からの前記残容量の変化量△SOC(=|SOC−SOCP|)を算出する残容量変化量算出工程と、最近の前記満充電容量算出時から流れた前記電流の積算値に応じて充電電気量を算出する充電電気量算出工程と、前記残容量の変化量と前記充電電気量とに基づいて、前記二次電池の満充電容量を検出する満充電容量検出工程と、を有し、前記満充電容量検出工程で、前記残容量変化量および前記充電電気量に基づいて検出した前記満充電容量の今回の検出値と、前記満充電容量の少なくとも最近の検出値とを任意の重み係数を掛けて得られた値を、新たに前記満充電容量の今回の検出値とする
〔3〕本発明の第3態様に係る二次電池の電池容量検出方法は、外部充電器による充電が可能な電動車両に搭載された二次電池の電池容量検出方法であって、前記外部充電器による充電の際の充電モードが、充電電力を送電するON状態のみからなる第1モードと、前記ON状態および一時的に送電を停止するOFF状態からなる第2モードとを含み、前記外部充電器による充電の実行中に前記充電モードを選択する充電モード選択工程と、前記充電モード選択工程において前記第2モードが選択された場合に、前記ON状態と前記OFF状態との切替り時に前記二次電池の電圧および電流の変化量を用いて、前記二次電池の内部抵抗を算出する内部抵抗算出工程と、前記内部抵抗に基づいて前記二次電池の開放電圧を算出し、該算出の結果である前記開放電圧から前記二次電池の残容量を算出する残容量算出工程と、最近の満充電容量算出時からの前記残容量の変化量△SOC(=|SOC−SOCP|)を算出する残容量変化量算出工程と、最近の前記満充電容量算出時から流れた前記電流の積算値に応じて充電電気量を算出する充電電気量算出工程と、前記残容量の変化量と前記充電電気量とに基づいて、前記二次電池の満充電容量を検出する満充電容量検出工程と、を有し、前記残容量算出工程で、等価回路モデルに基づいて演算された前記二次電池の電圧演算値と前記二次電池の電圧を検出する電圧センサから出力された前記電圧の検出結果との差が所定の閾値以下の場合に、前記残容量を算出する。
〔4〕本発明の第4態様に係る二次電池の電池容量検出方法は、外部充電器による充電が可能な電動車両に搭載された二次電池の電池容量検出方法であって、前記外部充電器による充電の際の充電モードが、充電電力を送電するON状態のみからなる第1モードと、前記ON状態および一時的に送電を停止するOFF状態からなる第2モードとを含み、前記外部充電器による充電の実行中に前記充電モードを選択する充電モード選択工程と、前記充電モード選択工程において前記第2モードが選択された場合に、前記ON状態と前記OFF状態との切替り時に前記二次電池の電圧および電流の変化量を用いて、前記二次電池の内部抵抗を算出する内部抵抗算出工程と、前記内部抵抗に基づいて前記二次電池の開放電圧を算出し、該算出の結果である前記開放電圧から前記二次電池の残容量を算出する残容量算出工程と、最近の満充電容量算出時からの前記残容量の変化量を算出する残容量変化量算出工程と、最近の前記満充電容量算出時から流れた前記電流の積算値に応じて充電電気量を算出する充電電気量算出工程と、前記残容量の変化量と前記充電電気量とに基づいて、前記残容量の変化量が所定変化量以上、前記充電電気量が所定量以上、最近の満充電容量算出時からの経過時間が所定時間範囲内、および前記残容量の変化量を前記充電電気量で割り算した値が所定範囲内のうちの少なくとも何れか1つが成立する場合に、前記二次電池の満充電容量を検出する満充電容量検出工程と、を有する。
〔5〕さらに、本発明の第5態様として、上記第1態様から第4態様の何れか1つに係る二次電池の電池容量検出方法において、前記充電モード選択工程において前記第2モードが選択された場合に、前記外部充電器による充電を、前記ON状態及び前記OFF状態の継続時間が異なるパルス波を持つ前記充電電力の送電により行い、かつ、前記内部抵抗算出工程で、前記ON状態と前記OFF状態とが切替る毎に前記内部抵抗を算出し、かつ、前記残容量算出工程で、前記第2モードの一周期内に前記内部抵抗算出工程において算出された前記内部抵抗を用いて前記開放電圧を算出してもよい。
〔6〕さらに、本発明の第6態様として、上記第1態様から第5態様の何れか1つに係る二次電池の電池容量検出方法で、前記内部抵抗算出工程で、前記ON状態と前記OFF状態の切替り時における前記電流の変化量と、前記二次電池の電圧を検出する電圧センサから出力された前記ON状態と前記OFF状態の切替り時の前記電圧の変化量と、を用いて、前記内部抵抗を算出してもよい。
本発明の第1態様の二次電池の電池容量検出方法は、外部充電器による二次電池の充電の際の充電モードが、充電電力を送電するON状態と一時的に充電電力の送電を停止するOFF状態(適宜のタイミングで能動的に実行可能な送電停止の状態)とを含み、これらON状態とOFF状態との切替り時に二次電池の内部抵抗が逐次算出される。従って、二次電池の特性変化によって二次電池の充放電電流と開放電圧との対応関係が、予め設定された関数またはテーブルでの対応関係から変化しても、オフセット特性の変化やヒステリシス特性などによる演算誤差の蓄積が防がれる。このため、二次電池の開放電圧および満充電容量の検出精度の低下を防ぐことができる。よって、二次電池の内部抵抗を精度良く算出することができる。また、従来の方法のように、二次電池の充放電電流がゼロとなるタイミングではなく、ON状態とOFF状態の切替り時を開放電圧の算出タイミングとするため、開放電圧の算出精度を向上させることができる。
また、外部充電器による充電中は、例えば高負荷電流などの外乱要因の発生が防がれるため、従来の検出タイミングに開放電圧等を検出する場合と比べて、内部抵抗、開放電圧および積算充電電流の算出精度を、より一層向上させることができる。以上により、二次電池の満充電容量の検出精度を向上させることができる。
また、開放電圧を検出するために、充電電力の送電を長時間停止する必要がなく、OFF状態の際に一時的に送電を停止することで開放電圧等を検出できる。このため、二次電池から負荷に電力が供給される放電時の負荷の状態(例えば、二次電池により駆動される電動車両駆動用モータの駆動状態など)の変化を防止できる。
さらに、OFF状態のときに電流センサから出力される検出結果により電流センサの誤差を逐次補正するため、補正の実行頻度低下を防止することができる。このため、電流センサの誤差の蓄積を抑制することができ、二次電池の満充電容量の検出精度を向上させることができる。
さらに、第2モードの一周期内に検出した電流センサの誤差を平均して得た値を用いて補正を行なうため、補正精度を向上させることができる。このため、二次電池の満充電容量の検出精度を向上できる。
本発明の第態様の二次電池の電池容量検出方法によれば、少なくとも前回の過去の検出値と今回の検出値とに対して任意の重み係数を用いることにより、今回の満充電容量の検出値を検出する。このため、満充電容量の検出結果の追従性と安定性とを、目的に応じて選択可能とすることができる。これにより、例えば検出初期などにおいては、今回の検出値の重み係数を増大させることにより、今回の各種の状態量の変化に対する追従性を優先させることができる。また、例えば検出回数が増大した場合や各種の状態量の変化のばらつきが大きい場合などにおいては、前回などの過去の検出値の重み係数を増大させて、検出結果の安定性を優先させることができる。
本発明の第態様の二次電池の電池容量検出方法によれば、開放電圧の算出精度および信頼性が一定の高さ以上だと判断された場合に満充電容量を算出でき、満充電容量の算出精度および信頼性を向上させることができる。
本発明の第5態様の二次電池の電池容量検出方法によれば、第2モードの一周期内の間に、ON状態と前記OFF状態とを切替る毎に前記内部抵抗を算出するとともに、ON状態及びOFF状態の継続時間が異なるパルス波(ON状態とOFF状態との繰り返しの周波数が異なるパルス波)を持つ充電電力を送信する。従って、例えば二次電池の特性変化や各種の外乱要因の発生などに対応した異なる周波数に基づいて、内部抵抗を精度良く算出することができる。
本発明の第6態様の二次電池の電池容量検出方法によれば、ON状態とOFF状態の切替り時における電圧および電流の変化量を用いて、内部抵抗値を算出するため、二次電池の経時変化や温度変化などによる特性変化を内部抵抗値に適切に反映させることができる。このため、二次電池の内部抵抗を精度良く算出することができ、この内部抵抗に基づく開放電圧、および、この開放電圧に基づく残容量の算出精度を向上させることができる。
本発明の実施形態に係る電動車両の構成図である。 本発明の実施形態に係る充電時の充電電力と残容量算出部において算出される内部抵抗および残容量の時間変化の一例を示す図である。 本発明の実施形態に係る充電時の充電電力と二次電池の実電流と電流センサから出力される電流の検出値との時間変化の一例を示す図である。 本発明の実施形態に係る電流センサのゼロ点(0Aの位置)のずれの一例を示す図である。 本発明の実施形態に係る残容量算出部の構成図である。 本発明の実施形態に係る等価回路モデルの構成図である。 本発明の実施形態に係る二次電池の残容量と開放電圧との対応関係の一例を示す図である。 本発明の実施形態に係る充電開始時あるいは電動車両の始動時からの経過時間に応じた重み係数Wの変化の一例を示す図である。 本発明の実施形態に係る残容量算出の処理を示す図である。 本発明の実施形態に係る充電モード決定の処理を示す図である。 本発明の実施形態に係る充電モード決定の処理を示す図である。 本発明の実施形態に係る電池容量算出の処理を示す図である。 本発明の実施形態に係る第1期間において電流センサの誤差を補正する処理を示す図である。 本発明の実施形態に係る第2期間において電流センサの誤差を補正する処理を示す図である。
以下、本発明の実施形態に係る二次電池11の電池容量検出方法について添付図面を参照しながら説明する。
本実施の形態による二次電池11の電池容量検出方法は、例えば図1に示すように、外部の充電器1による充電が可能な電動車両10に搭載された二次電池11の満充電容量を検出する方法である。
この実施の形態での電動車両10は、例えば、電源をなす二次電池11と、車両駆動用のモータ(M)12と、トランスミッション(T/M)13と、パワードライブユニット(PDU)14と、CPU(Central Processing Unit)などの電子回路により構成されたモータECU(MOTECU)15および電池ECU(BATECU)16およびマネジメントECU(MGECU)17と、電圧センサ18と、電流センサ19と、温度センサ20とを備える。
二次電池11においては、モータ12と電力(例えば、モータ12の駆動時に供給される供給電力や、モータ12の回生時に出力される回生電力)の授受が行われる。
モータ12は、例えば3相(U相、V相、W相)のDCブラシレスモータが用いられる。モータ12の駆動力は、トランスミッション13およびディファレンシャル(図示略)を介して左右の駆動輪W,Wに配分されて伝達される。また、電動車両10の減速時に駆動輪W側からモータ12側に駆動力が伝達されると、モータ12は発電機として機能し、いわゆる回生制動力を発生して車体の運動エネルギーを電気エネルギーとして回収する。
モータ12はパワードライブユニット14に接続され、さらに、パワードライブユニット14は二次電池11に接続されている。
パワードライブユニット14は、例えばパルス幅変調(PWM)が行われるPWMインバータが備えられている。このPWMインバータには、例えばトランジスタのスイッチング素子が複数ブリッジ接続してなるブリッジ回路が具備されている。
パワードライブユニット14は、モータECU15から出力される制御指令を受けてモータ12の駆動および回生を制御する。パワードライブユニット14は例えば、モータ12の駆動時に、二次電池11から出力される直流電力を3相交流電力に変換してモータ12へ供給する。また、パワードライブユニット14は、例えばモータ12の回生時に、モータ12から出力される3相交流電力を直流電力に変換して二次電池11に充電する。
モータECU(ECU:Electronic Control Unit)15は、パワードライブユニット14の電力変換動作を制御する信号を出力する。この信号は例えば、パワードライブユニット14のPWMインバータのブリッジ回路を構成する各トランジスタのゲートに入力されるパルス(つまり、パルス幅変調により各トランジスタをオン/オフ駆動させるためのパルス)である。モータECU15は、このパルスのデューティ比、つまりオン状態/オフ状態それぞれの継続期間の比率のマップ(データ)を予め記憶している。
電池ECU(ECU:Electronic Control Unit)16は、二次電池11の状態を監視している。具体的には例えば、後述するように、電圧センサ18および電流センサ19および温度センサ20から出力された各検出信号に基づき、二次電池11の内部抵抗Rおよび残容量SOC(SOC:State of charge)および満充電容量などの各種の状態量が算出される。
また、電池ECU16は、後述するように、残容量SOCなどの状態量の算出結果に応じて、充電モード信号を出力する。この充電モード信号により、充電器1が二次電池11を充電するときの充電動作が指示される。
なお、外部の充電器1は、例えば、充電電流供給回路21と充電制御部22とを備えて構成されている。
充電制御部22は、電池ECU16から出力された充電モード信号を受信すると、この充電モード信号に応じて充電電流供給回路21の動作(つまり、充電電力の出力)を制御する。
また、マネジメントECU(ECU:Electronic Control Unit)17は、電池ECU16により算出された残容量SOCおよび満充電容量などの状態量の算出結果に基づき、モータECU15を制御する。
電池ECU16は、例えば、充電モード決定部31と、通信部32と、電流センサ誤差補正部33と、容量推定条件成立判定部34と、残容量算出部35と、電流積算算出部36と、演算実行条件成立判定部37と、電池容量算出部38とを備えて構成されている。
充電モード決定部31は、充電モード信号を生成するとともに出力する。この充電モード信号が出力されることにより、外部の充電器1が二次電池11を充電するときの充電動作が指示される。
充電器1の各種の充電動作に対応する充電モードとして、充電電力を送電するON状態のみからなる第1モードと、ON状態および一時的に送電を停止するOFF状態からなる第2モードとが含まれている。充電モード信号が出力されることにより、これら充電モードのいずれかが選択される。
第1モードは、例えば、定格電力CPaなどの一定の充電電力を出力し続ける定電力(CP)充電や、一定電流の充電電力を出力し続ける定電流(CC)充電や、一定電圧の充電電力を出力し続ける定電圧(CV)充電などの状態である。
第2モードは、充電電力の送電が継続されるON状態に続いて充電電力の送電停止が継続されるOFF状態を少なくとも有する充電動作である。具体的には例えば、交互に繰り返されるON状態とOFF状態とを備えてもよいし、第1モードのON状態に続いて実行される場合には、OFF状態のみを備えているだけでもよい。
そして、第2モードの実行が継続される任意の一周期内において、ON状態とOFF状態との繰り返しに対応するパルス波の周波数は変更可能である。この周波数の変更は、例えば擬似ランダムパターンであるM系列信号(擬似白色二値信号)などによって適宜に行われてもよいし、予め設定された所定のパターンに応じて行なわれてもよい。なお、この周波数の変更の際には、例えばON状態の継続時間やOFF状態の継続時間やON状態およびOFF状態の継続時間が変更されることで、パルス波のデューティ比、つまりオン状態/オフ状態それぞれの継続期間の比率が変更される。
充電モード決定部31は、例えば図2に示すように、まず、充電開始時などを含む通常時の充電動作として第1モードの実行を指示する。次いで、所定タイミングでの所定期間に亘る充電動作として、第1モードの代わりに第2モードの実行を指示する。この第2モードの実行が指示される所定タイミングは、例えば、充電開始時以降に残容量SOCが、複数の異なる所定値の何れか1つに到達した毎のタイミングや、充電開始時以降に残容量SOCの変化量が所定変化量に到達した毎のタイミングや、充電開始時以降の所定周期毎のタイミングなどである。
例えば図2に示すタイミングチャートでは、充電開始時などを含む通常時の充電動作として、一定の定格電力CPaの充電電力を出力し続ける定電力(CP)充電による第1モードの実行が指示されている。また、後述する残容量算出部35から出力される残容量SOCが所定量だけ増大する毎のタイミング(例えば、時刻t1,…,t5)で、第2モードの実行が指示される。この第2モードの実行の際には、M系列信号に応じてON状態及びOFF状態の継続時間が変化する。
通信部32は、充電モード決定部31から出力された充電モード信号を受信すると、この充電モード信号を外部の充電器1の充電制御部22に送信する。
電流センサ誤差補正部33は、電流センサ19から出力された二次電池11の電流の検出値(電流センサ出力I)に基づき、電流センサ19の誤差(例えば、オフセット誤差およびヒステリシス誤差などからなる誤差)を検出するとともに、この誤差を補正する。そして、この誤差補正後の電流センサ出力Iを出力する。
この誤差の補正が実行可能な期間は、例えば、外部の充電器1による充電の実行中の第1期間と、この第1期間以外の期間である第2期間とのそれぞれとされている。また、この第2期間には、少なくとも電動車両10の走行時が含まれている。
第1期間における誤差の補正の際には、まず、充電モード決定部31から出力された充電モード信号によって第2モードの実行が指示される。この指示により、第2モードのOFF状態の際に電流センサ19により検出された二次電池11の電流の検出結果から電流センサ19の誤差を検出するとともに、補正する。
例えば図3に示すタイミングチャートでは、第2モードの実行中において、OFF状態の所定タイミング(例えば、時刻ta)に二次電池11の実電流(電流の実値)がゼロとなるとき、電流センサ19から出力される電流の検出値(電流センサ出力I)を、電流センサ19の誤差(例えば、オフセット誤差)とする。そして、この電流センサ出力Iを、新たに電流センサ19のゼロ点(0Aの位置)に対応する基準値Ibaseとして設定することにより、誤差を補正する。これにより、二次電池11の充電が停止されるOFF状態において、電流センサ19から出力される電流(検出値)が、二次電池11の実電流(電流の実値)と同様にゼロとなる。
第1期間の補正は、充電モード決定部31から出力された充電モード信号によって第2モードの実行が指示されたときに実行が許可される。具体的には例えば、OFF状態が発生したとき、あるいは、OFF状態が発生した毎(例えば、ON状態からOFF状態に移行した毎など)に、第1期間の補正の実行が許可される。
そして、この補正が実行されるOFF状態の所定タイミングは、第2モードの実行中にON状態からOFF状態に移行した時点から二次電池11の実電流(電流の実値)がゼロとなるのに要する遅れ時間(後述する遅れ時間DT)が経過した後のタイミングとされている。
なお、第2モードの実行が継続される任意の一周期内において、電流センサ19の誤差を、複数回に亘って異なるタイミングで検出した場合には、各誤差毎に補正を行なってもよいし、あるいは、これらの複数の誤差を平均して得た値を用いて補正を行なってもよい。
第2期間の補正では、残容量SOCの変化量(残容量変化量)△SOCおよび満充電容量CAPAdrvと、満充電容量CAPAchgとに基づき、例えば下記表1に示すように、4つの補正モードa〜dに対して電流センサ19の誤差を補正するための補正値KRT(n)を設定する。この残容量SOCの変化量(残容量変化量)△SOCは、第2期間の適宜のタイミングで後述する残容量算出部35から出力される。また、満充電容量CAPAdrvは、後述する電池容量算出部38から出力される算出結果の満充電容量CAPAである。また、満充電容量CAPAchgは、第1期間(例えば、直近の第1期間など)で後述する電池容量算出部38から出力された算出結果の満充電容量CAPAである。
なお、任意の自然数nは、この第2期間の補正の処理が実行された回数である。
Figure 0005629760
補正モードaは、残容量変化量△SOC>0となる二次電池11の充電状態において、電流センサ出力Iがプラス側にずれている場合に設定される。この場合、例えば図4に示すように、電流センサ19のゼロ点(0Aの位置)が放電側にずれていることから、電流積算値の絶対値|ΣI|が適正値よりも低下する。このため、この電流積算値の絶対値|ΣI|に基づき算出される第2期間の満充電容量CAPAdrvが、第1期間の満充電容量CAPAchgよりも過小となる。これにより、電流センサ19のゼロ点(0Aの位置)に対応する電流センサ出力Iの基準値Ibaseをマイナス側に補正するように補正値KRT(n)が設定される。
補正モードbは、残容量変化量△SOC>0となる二次電池11の充電状態において、電流センサ出力Iがマイナス側にずれている場合に設定される。この場合、例えば図4に示すように、電流センサ19のゼロ点(0Aの位置)が充電側にずれていることから、電流積算値の絶対値|ΣI|が適正値よりも増大する。このため、この電流積算値の絶対値|ΣI|に基づき算出される第2期間の満充電容量CAPAdrvが、第1期間の満充電容量CAPAchgよりも過大となる。これにより、電流センサ19のゼロ点(0Aの位置)に対応する電流センサ出力Iの基準値Ibaseをプラス側に補正するように補正値KRT(n)が設定される。
補正モードcは、残容量変化量△SOC<0となる二次電池11の放電状態において、電流センサ出力Iがプラス側にずれている場合に設定される。この場合、例えば図4に示すように、電流センサ19のゼロ点(0Aの位置)が放電側にずれていることから、電流積算値の絶対値|ΣI|が適正値よりも増大する。このため、この電流積算値の絶対値|ΣI|に基づき算出される第2期間の満充電容量CAPAdrvが、第1期間の満充電容量CAPAchgよりも過大となる。これにより、電流センサ19のゼロ点(0Aの位置)に対応する電流センサ出力Iの基準値Ibaseをマイナス側に補正するようにして補正値KRT(n)が設定される。
補正モードdは、残容量変化量△SOC<0となる二次電池11の放電状態において、電流センサ出力Iがマイナス側にずれている場合に設定される。この場合、例えば図4に示すように、電流センサ19のゼロ点(0Aの位置)が充電側にずれていることから、電流積算値の絶対値|ΣI|が適正値よりも減少する。このため、この電流積算値の絶対値|ΣI|に基づき算出される第2期間の満充電容量CAPAdrvが、第1期間の満充電容量CAPAchgよりも過小となる。これにより、電流センサ19のゼロ点(0Aの位置)に対応する電流センサ出力Iの基準値Ibaseをプラス側に補正するようにして補正値KRT(n)が設定される。
なお、上記表1に示すように、第2期間の満充電容量CAPAdrvが第1期間の満充電容量CAPAchgよりも過大あるいは過小であるか否かの判定は、例えば、満充電容量比(=CAPAdrv/CAPAchg)が、「1」に対して適宜のヒステリシスhysを有する値((1+hys)または(1−hys))よりも大きいあるいは小さいか否かの判定により判断される。
また、電流センサ出力Iの基準値Ibaseをマイナス側に補正する場合には、例えば、任意の自然数nによるn回目の補正の処理における補正値KRT(n)は、前回の補正の処理での補正値KRT(n−1)から、所定の補正ゲインKgが減算されて得られる値とされる。一方、電流センサ出力Iの基準値Ibaseをプラス側に補正する場合には、例えば、補正値KRT(n)は、前回の補正値KRT(n−1)に所定の補正ゲインKgが加算されて得られる値とされる。
そして、任意の自然数nによるn回目の補正の処理で設定される電流センサ出力Iの基準値Ibase(n)は、例えば下記数式(1)に示すように、電動車両10の始動時における基準値Ibase(0)に補正値KRT(n)が加算されて得られる。
Figure 0005629760
容量推定条件成立判定部34は、電圧センサ18から出力された二次電池11の電圧の検出値(電圧センサ出力V)と、電流センサ誤差補正部33から出力された誤差補正後の電流センサ出力Iと、温度センサ20から出力された二次電池11の温度の検出値(温度センサ出力T)とに基づき、後述する電池容量算出部38による満充電容量の算出を許可する所定の条件(容量推定条件)が成立したか否かを所定周期などの適宜のタイミングで判定するとともに、この判定結果の信号を出力する。
容量推定条件は、少なくとも1つ以上が設定される。具体的な容量判定の方法としては例えば、順次、優先度が高いほうから低いほうに向かって設定された第1〜第6の容量推定条件のうち、少なくとも第1の容量推定条件を含む何れかの容量推定条件が成立したか否かが、容量推定条件成立判定部34において判定される。
第1の容量推定条件は、例えば、後述する等価回路モデル50に基づき演算された二次電池11の電圧の演算値(例えば、開放電圧(開回路電圧)Vなど)と、電圧センサ18から出力された二次電池11の電圧の検出値(電圧センサ出力V)との差が所定閾値以下になることである。
第2の容量推定条件は、例えば、電流センサ誤差補正部33から出力された誤差補正後の電流センサ出力Iが、所定電流量以下あるいは所定電流量範囲内になることである。
第3の容量推定条件は、例えば、所定期間内での電流センサ出力Iの変化量△Iが所定電流変化量以下になることである。
第4の容量推定条件は、例えば、所定期間内での電圧センサ出力Vの変化量△Vが所定電圧変化量以下になることである。
第5の容量推定条件は、例えば、温度センサ20から出力された二次電池11の温度の検出値(温度センサ出力T)が所定温度以上になることである。
第6の容量推定条件は、例えば、後述する残容量算出部35により算出された二次電池11の開放電圧(開回路電圧)Vが所定電圧範囲内になることである。
残容量算出部35は、電圧センサ18から出力された二次電池11の電圧の検出値(電圧センサ出力V)と、電流センサ誤差補正部33から出力された誤差補正後の電流センサ出力Iと、温度センサ20から出力された二次電池11の温度の検出値(温度センサ出力T)とに基づき、二次電池11の残容量SOCを算出し、この算出結果の信号を出力する。
残容量算出部35は、例えば図5に示すように、変化量演算部41と、内部抵抗演算部42と、開放電圧演算部43と、変換部44とを備えて構成されている。
変化量演算部41は、この残容量SOCの算出処理が所定の算出周期で繰り返し実行される際の算出周期間中の、誤差補正後の電流センサ出力Iの変化量△Iおよび電圧センサ出力Vの変化量△Vを演算する。
例えば任意の自然数kによるk回目の算出処理での変化量△I(k)は、k回目の算出処理での誤差補正後の電流センサ出力I(k)から前回の誤差補正後の電流センサ出力I(k−1)が減算されて得られる値である。また、k回目の算出処理での変化量△V(k)は、k回目の算出処理での電圧センサ出力V(k)から前回の電圧センサ出力V(k−1)が減算されて得られる値である。
そして、変化量演算部41は、各変化量△I,△Vに所定の低域通過処理を行なって得られる各変化量△I,△Vを出力する。
内部抵抗演算部42は、例えば図3に示すように、充電モード決定部31から出力された充電モード信号によって第2モードの実行が指示されると、例えば、ON状態とOFF状態とが切替る毎に、各変化量△I,△Vを用いて、二次電池11の内部抵抗Rを演算する。これら各変化量△I,△Vは、ON状態からOFF状態への移行時、あるいは、OFF状態からON状態への移行時における電流の変化量である。そして、内部抵抗Rの値を、新たに演算して得た値によって逐次更新するようにして、この演算結果を出力する。この内部抵抗Rの値は、電池ECU16において、適宜のタイミングで実行される各種処理に用いられる。
内部抵抗演算部42は、例えば図6に示す二次電池11の等価回路モデル50に基づき、この等価回路モデル50における各抵抗R0,R1および静電容量Cに係る各パラメータa1,b0,b1による下記数式(2)を用いて、逐次最小二乗法により各パラメータa1,b0,b1を演算する。そして、これらの各パラメータa1,b0,b1に基づき、二次電池11の内部抵抗Rを演算する。
Figure 0005629760
開放電圧演算部43は、内部抵抗演算部42により演算された内部抵抗R(つまり、内部抵抗演算部42から出力された最新の内部抵抗R)に応じるとともに、二次電池11の開放電圧(開回路電圧)Vが下記数式(3)に示すように記述されることに対応して、下記数式(4)を用いて、任意の自然数kによるk回目の算出処理での開放電圧V(k)を演算し、この演算結果を出力する。なお、この下記数式(4)の各パラメータa1,b0,b1は、この内部抵抗Rに対応したパラメータである。
Figure 0005629760
Figure 0005629760
変換部44は、例えば図7に示すような予め設定された二次電池11の開放電圧Vと残容量SOCとの対応関係を示す所定のマップまたは関数などのデータを記憶している。また、変換部44は、これらのデータを、開放電圧演算部43により演算された開放電圧V(k)に基づいて検索する。そして、k回目の算出処理で演算された開放電圧V(k)を残容量SOC(k)に変換するようにして、開放電圧V(k)に対応する残容量SOC(k)を算出する。そして、この算出結果を残容量SOCとして出力する。
電流積算算出部36は、後述する電池容量算出部38から出力されるリセット信号に応じた算出周期内に亘って、電流センサ誤差補正部33から出力される誤差補正後の電流センサ出力Iを積算するとともに、この積算値である電気量ΣIを出力する。
なお、外部の充電器1による充電中に電流センサ出力Iが積算されると、この積算値は充電電気量(電気量)ΣIとなる。
演算実行条件成立判定部37は、残容量算出部35から出力された残容量SOCと、電流積算算出部36から出力された電気量ΣIとに基づき、所定の条件(演算実行条件)が成立したか否かを所定周期などの適宜のタイミングで判定し、この判定結果の信号を出力する。この演算実行条件の成立により、後述する電池容量算出部38による満充電容量の算出の実行が指示される。
演算実行条件は、少なくとも1つ以上が設定されている。具体的な判定の方法としては例えば、予め設定されている第1〜第4の演算実行条件のうち、全てが成立したか否かを演算実行条件成立判定部37において判定する。
第1の演算実行条件は、例えば、後述する電池容量算出部38により満充電容量が前回に算出された時点(前回満充電容量算出時)からの残容量SOCの変化量(残容量変化量)△SOC(=|SOC−SOCP|)が、所定残容量変化量以上になることである。なお、この変化量△SOCは、この時点で残容量算出部35から出力された残容量SOCと、満充電容量が前回に算出された時点で残容量算出部35から出力された残容量SOCPとの差の絶対値とされている。
第2の演算実行条件は、例えば、後述する電池容量算出部38により満充電容量が前回に算出された時点からの電気量ΣI(つまり、誤差補正後の電流センサ出力Iの積算値)が所定電気量以上になることである。
第3の演算実行条件は、例えば、後述する電池容量算出部38により満充電容量が前回に算出された時点からの経過時間TTが所定時間範囲内(TT2≧TT≧TT1)になることである。
第4の演算実行条件は、例えば、後述する電池容量算出部38により満充電容量が前回に算出された時点からの残容量SOCの変化量(残容量変化量)△SOC(=|SOC−SOCP|)および電気量ΣIに基づいて、例えば下記数式(5)に示すように記述される容量算出値C0が所定容量範囲内(C2≧C0≧C1)になることである。
Figure 0005629760
電池容量算出部38は、容量推定条件成立判定部34から出力された判定結果の信号において容量推定条件が成立した状態で、かつ、演算実行条件成立判定部37から出力された判定結果の信号により演算実行条件が成立したときに、二次電池11の満充電容量を算出するとともに、この算出結果とリセット信号とを出力する。
電池容量算出部38においては、例えば下記数式(6)を用いて、前回満充電容量算出時からの残容量SOCの変化量△SOCおよび電気量ΣIに基づき算出した満充電容量の今回の算出値(つまり、容量算出値C0)と、満充電容量の少なくとも前回の過去の算出値(つまり、任意の自然数mによる(m−1)回目の算出処理での満充電容量CAPA(m−1))とに対して任意の重み係数W(0≦W≦1)を用いて得られた値を、新たに満充電容量の今回の算出値(つまり、m回目の算出処理での満充電容量CAPA(m))とする。
Figure 0005629760
なお、任意の重み係数Wは、満充電容量の算出結果の追従性と安定性とを目的に応じて選択可能な係数である。具体的には例えば図8に示すように、重み係数Wは、外部の充電器1による二次電池11の充電中においては、充電開始時からの経過時間が増大することに伴い、1未満の所定値に漸近するようにして増大傾向に変化するように設定される。また、電動車両10の走行中においては、重み係数Wは1未満の所定値に固定される。
さらに、電池容量算出部38においては、例えば下記数式(7)を用いて、任意のフィルタ係数F(0≦F≦1)によるフィルタ処理を行ない、m回目の算出処理でのフィルタ処理後の満充電容量CAPAF(m)を、m回目の算出処理における満充電容量CAPA(m)と(m−1)回目の算出処理でのフィルタ処理後における満充電容量CAPAF(m−1)とにより算出する。このmは、任意の自然数である。そして、この算出結果を満充電容量CAPAとして、リセット信号と共に出力する。
Figure 0005629760
本実施の形態による電動車両10は上記構成を備えており、次に、電池ECU16の動作、特に、二次電池11の電池容量検出方法の処理と、電流センサ19の誤差補正方法の処理とについて説明する。
先ず、以下に、二次電池11の残容量SOCを算出する残容量算出の処理方法について説明する。
例えば図9に示すステップS01においては、任意の自然数kによるk回目の算出処理での電圧センサ出力V(k)から前回の電圧センサ出力V(k−1)を減算して変化量△V(k)を算出する。また、任意の自然数kによるk回目の算出処理での誤差補正後における電流センサ出力I(k)から、前回の誤差補正後の電流センサ出力I(k−1)を減算して変化量△I(k)を算出する。
次に、内部抵抗算出工程(ステップS02)においては、充電モード決定部31から出力された充電モード信号によって第2モードの実行が指示されたときのON状態とOFF状態の切替り時毎(例えば、ON状態からOFF状態、あるいは、OFF状態からON状態への移行時など)の二次電池11の電圧(電圧センサ出力V)および電流(電流センサ出力I)の各変化量△V(k),△I(k)に基づき、二次電池11の内部抵抗Rを演算する。この内部抵抗Rの演算においては、例えば上記数式(2)を用いた逐次最小二乗法を用いる。
次に、残容量算出工程においては、まず、ステップS03において、前記内部抵抗Rに基づき、k回目(k=任意の自然数)の算出処理における開放電圧V(k)を演算する。次に、ステップS04において、前記開放電圧V(k)に基づき、k回目の算出処理における二次電池11の残容量SOC(k)を算出し、リターンに進む。
以下に、外部充電器による充電の実行中に、充電モードを選択する充電モード選択工程について説明する。
なお、この処理は、例えば所定の演算周期Ts(s)で繰り返し実行される。
例えば図10に示すステップS11においては、外部の充電器1が二次電池11を充電するときの二次電池11の残容量SOCの目標値(目標充電残容量)SOCTを取得する。
次に、ステップS12においては、残容量算出部35から出力される残容量SOCの算出結果を取得する。
次に、ステップS13においては、目標充電残容量SOCTは100%であるか否かを判定する。
この判定結果が「NO」の場合には、後述するステップS18に進む。
一方、この判定結果が「YES」の場合には、ステップS14に進む。
そして、ステップS14においては、電圧センサ出力Vが二次電池11に対して設定された所定の上限電圧VHよりも大きいか否かを判定する。
この判定結果が「NO」の場合には、後述する図11でのステップS31に進む。
一方、この判定結果が「YES」の場合には、ステップS15に進む。
そして、ステップS15においては、充電モードとして、一定電圧の充電電力を出力し続ける定電圧(CV)充電による第1モードを設定する。
次に、ステップS16においては、定電圧(CV)充電での要求電圧Vreqとして上限電圧VHを設定する。
次に、ステップS17においては、充電完了フラグのフラグ値に「1」を設定し、リターンに進む。
また、ステップS18においては、残容量SOCは目標充電残容量SOCTよりも大きいか否かを判定する。
この判定結果が「NO」の場合には、後述する図11でのステップS31に進む。
一方、この判定結果が「YES」の場合には、ステップS19に進む。
そして、ステップS19においては、充電モードとして、定格電力CPaなどの一定の充電電力を出力し続ける定電力(CP)充電による第1モードを設定する。
次に、ステップS20においては、定電力(CP)充電での要求電力Preqとしてゼロを設定し、上述したステップS17に進む。
また、例えば図11に示すステップS31においては、第2モードの実行回数CNTがゼロよりも大きいか否かを判定する。
この判定結果が「YES」の場合には、後述するステップS38に進む。
一方、この判定結果が「NO」の場合には、ステップS32に進む。
そして、ステップS32においては、充電モードとして、定格電力CPaなどの一定の充電電力を出力し続ける定電力(CP)充電による第1モードを設定する。
次に、ステップS33においては、定電力(CP)充電での要求電力Preqとして所定の定格電力CPaを設定する。
次に、ステップS34においては、例えば充電開始時以降に残容量SOCが所定残容量MSOCに到達した毎のタイミングで第2モードの実行が指示される場合において、k回目に実行される第2モードに対しての所定残容量MSOC(k)と、所定のヒステリシスShsyとに対して、残容量SOCが所定残容量MSOC(k)以上かつ(所定残容量MSOC(k)+ヒステリシスShys)以下であるか否かを判定する。なお、所定残容量MSOC(k)は、例えば(10×k)%などである。
この判定結果が「NO」の場合には、ステップS35に進む。このステップS35においては、第2モードの実行回数CNTをゼロとして、図10でのステップS36に進む。このステップS36においては、充電完了フラグのフラグ値に「0」を設定し、リターンに進む。
一方、この判定結果が「YES」の場合には、ステップS37に進む。このステップS37においては、第2モードの実行回数CNTを「1」として、図10でのステップS36に進む。
また、ステップS38においては、充電モードとして、例えばM系列信号による第2モードを設定する。
次に、ステップS39においては、M系列信号を生成する。
次に、ステップS40においては、このM系列信号による充電での要求電力Preqとして所定の定格電力CPaにM系列信号を乗算して得られる値を設定する。
次に、ステップS41においては、第2モードの実行回数CNTは所定の上限回数TCNT未満であるか否かを判定する。
この判定結果が「YES」の場合には、ステップS42に進み、このステップS42においては、第2モードの実行回数CNTに「1」を加算して得られる値を、新たに第2モードの実行回数CNTとして、図10でのステップS36に進む。
一方、この判定結果が「NO」の場合には、ステップS43に進み、このステップS43においては、第2モードの実行回数CNTをゼロとして、図10でのステップS36に進む。
以下に、二次電池11の満充電容量CAPAを算出する電池容量算出の処理について説明する。
なお、この処理は、例えば所定の演算周期Ts(s)で繰り返し実行される。
先ず、例えば図12に示すステップS51においては、第1〜第6の容量推定条件のうち、少なくとも第1の容量推定条件を含む何れかの容量推定条件が成立したか否かを判定する。
この判定結果が「NO」の場合には、後述するステップS60に進む。
一方、この判定結果が「YES」の場合には、ステップS52に進む。
そして、ステップS52においては、残容量算出部35から出力される残容量SOCの算出結果を取得する。
次に、ステップS53においては、上述した第3の演算実行条件の一部として、前回満充電容量算出時からの経過時間TTは所定の第1時間TT1以上か否かを判定する。
この判定結果が「NO」の場合には、後述するステップS60に進む。
一方、この判定結果が「YES」の場合には、ステップS54に進む。
そして、ステップS54においては、上述した第3の演算実行条件の一部として、前回満充電容量算出時からの経過時間TTは所定の第2時間TT2以下か否かを判定する。
この判定結果が「NO」の場合には、後述するステップS59に進む。
一方、この判定結果が「YES」の場合には、ステップS55に進む。
そして、ステップS55においては、上述した第1の演算実行条件として、前回満充電容量算出時からの残容量SOCの変化量△SOC(=|SOC−SOCP|)は所定残容量変化量以上であるか否かを判定する。
この判定結果が「YES」の場合には、ステップS56に進む。
一方、この判定結果が「NO」の場合には、後述するステップS60に進む。
そして、ステップS56においては、上述した第2の演算実行条件として、前回満充電容量算出時からの誤差補正後の電流センサ出力Iの積算値である電気量ΣIは所定電気量以上であるか否かを判定する。
この判定結果が「YES」の場合には、ステップS57に進む。
一方、この判定結果が「NO」の場合には、後述するステップS60に進む。
そして、ステップS57においては、上述した第4の演算実行条件として、上記数式(5)に示すように記述される容量算出値C0が所定容量範囲内(C2≧C0≧C1)になるか否かを判定する。
この判定結果が「YES」の場合には、残容量変化量算出工程(ステップS58)に進む。
一方、この判定結果が「NO」の場合には、後述するステップS60に進む。
そして、ステップS58においては、最近の満充電容量算出時からの残容量SOCの変化量△SOC(=|SOC−SOCP|)と、最近の満充電容量算出時からの電気量変化量△Ah(=最近の満充電容量算出時から流れた電流の誤差補正後の電流センサ出力Iの積算値である充電電気量(電気量ΣI))と、今回の満充電容量算出回数CNTCに「1」を加算して得られる値である新たな今回の満充電容量算出回数CNTCとを記憶する。
次に、ステップS59においては、前回値である残容量SOCPを今回値の残容量SOCとするとともに、電気量ΣIおよび経過時間TTを初期化してゼロにし、後述するステップS61に進む。
また、ステップS60においては、電気量ΣIの前回値に誤差補正後の電流センサ出力I(s)の今回値を加算して得られる値(ΣI+I/(3600×Ts))を、電気量ΣI(A・h)の今回値とする。そして、経過時間TTの前回値に所定の演算周期Tsを関して得られる値を経過時間TTの今回値とする。
次に、ステップS61においては、今回の満充電容量算出回数CNTCは前回の満充電容量算出回数ESTNよりも大きいか否かを判定する。
この判定結果が「NO」の場合には、後述する満充電容量検出工程(ステップS63)に進む。
一方、この判定結果が「YES」の場合には、ステップS62に進む。
そして、ステップS62においては、前回満充電容量算出時の満充電容量CAPA(つまり、満充電容量CAPAの前回値)に任意の重み係数W(0≦W≦1)を乗算して得た値(W×CAPA)と、電気量変化量△Ahを残容量SOCの変化量△SOCで除算かつ100を乗算して得た値(△Ah/△SOC×100)に重み係数Wによる値(1−W)を乗算して得た値((1−W)×(△Ah/△SOC×100))とを加算して得た値(W×CAPA+(1−W)×(△Ah/△SOC×100))を、満充電容量CAPAの今回値とする。そして、前回の満充電容量算出回数ESTNを、新たに今回の満充電容量算出回数CNTCとして、ステップS63に進む。
そして、ステップS63においては、満充電容量CAPAの今回値に任意のフィルタ係数F(0≦F≦1)を乗算して得た値と、前回満充電容量算出時のフィルタ処理後の満充電容量CAPAFにフィルタ係数Fによる値(1−F)を乗算して得た値とを加算して得た値(F×CAPA+(1−F)×CAPAF)を、フィルタ処理後の二次電池11の満充電容量CAPAFの今回値として検出し、リターンに進む。
以下に、外部の充電器1による充電の実行中の第1期間において、電流センサ19の誤差を補正する電流センサ誤差補正工程(電流センサ誤差補正(充電中))の処理について説明する。
先ず、例えば図13に示すステップS71においては、充電モードとして、例えばM系列信号による第2モードが設定されているか否かを判定する。
この判定結果が「NO」の場合には、ステップS72に進み、このステップS72においては、継続時間TMをゼロとして、リターンに進む。
一方、この判定結果が「YES」の場合には、ステップS73に進む。
そして、ステップS73においては、送電が停止されるOFF状態であるか否かを判定する。
この判定結果が「NO」の場合には、上述したステップS72に進む。
一方、この判定結果が「YES」の場合には、OFF状態の継続時間TMを計時する。
そして、ステップS75においては、OFF状態の継続時間TMが所定の遅れ時間DT以上であるか否かを判定する。
この判定結果が「NO」の場合には、リターンに進む。
一方、この判定結果が「YES」の場合には、ステップS76に進む。
そして、ステップS76においては、電流センサ出力Iを、新たに電流センサ19のゼロ点(0Aの位置)に対応する基準値Ibaseとして設定し、リターンに進む。
以下に、少なくとも電動車両10の走行時を含む第2期間において電流センサ19の誤差を補正する電流センサ誤差補正(走行中)の処理について説明する。
先ず、例えば図14に示すステップS81においては、電動車両10の始動を指示する始動スイッチがオンであるか否かを判定する。
この判定結果が「YES」の場合には、ステップS82に進み、このステップS82においては、電流センサ出力Iを始動時の基準値Ibase(0)に設定し、この第2期間の補正の処理が実行された回数である任意の自然数nによる今回の補正値KRT(n)をゼロとして、リターンに進む。
一方、この判定結果が「NO」の場合には、ステップS83に進む。
そして、ステップS83においては、この第2期間での適宜の期間の残容量SOCの変化量(残容量変化量)△SOCはゼロよりも大きいか否かを判定する。
この判定結果が「NO」の場合には、後述するステップS89に進む。
一方、この判定結果が「YES」の場合には、ステップS84に進む。
そして、ステップS84においては、第2期間の満充電容量CAPAdrvと、満充電容量CAPAchgとによる満充電容量比(=CAPAdrv/CAPAchg)が「1」に対して適宜のヒステリシスhysを有する値(1+hys)よりも大きいか否かを判定する。この満充電容量CAPAdrvは、第2期間での適宜の期間の電流積算値の絶対値|ΣI|に基づき算出される。また、この満充電容量CAPAchgは、第1期間において電池容量算出部38から出力された算出結果の満充電容量CAPAである。
この判定結果が「NO」の場合には、後述するステップS87に進む。
一方、この判定結果が「YES」の場合には、ステップS85に進む。
そして、ステップS85においては、上述した補正モードbとして、前回の補正値KRT(n−1)に所定の補正ゲインKgを加算して得た値を、今回の補正値KRT(n)とする。
次に、ステップS86においては、任意の自然数nによるn回目の補正の処理で設定される電流センサ出力Iの基準値Ibase(n)を、始動時の基準値Ibase(0)に補正値KRT(n)を加算して得られる値として、リターンに進む。
また、ステップS87においては、第2期間の満充電容量CAPAdrvと第1期間の満充電容量CAPAchgとの満充電容量比(=CAPAdrv/CAPAchg)が、「1」に対して適宜のヒステリシスhysを有する値(1−hys)よりも小さいか否かを判定する。
この判定結果が「NO」の場合には、上述したステップS86に進む。
一方、この判定結果が「YES」の場合には、ステップS88に進む。
そして、ステップS85においては、上述した補正モードaとして、前回の補正値KRT(n−1)から所定の補正ゲインKgを減算して得た値を、今回の補正値KRT(n)とし、上述したステップS86に進む。
また、ステップS89においては、第2期間の満充電容量CAPAdrvと第1期間の満充電容量CAPAchgとの満充電容量比(=CAPAdrv/CAPAchg)が、「1」に対して適宜のヒステリシスhysを有する値(1+hys)よりも大きいか否かを判定する。
この判定結果が「NO」の場合には、上述したステップS91に進む。
一方、この判定結果が「YES」の場合には、ステップS90に進む。
そして、ステップS90においては、上述した補正モードcとして、前回の補正値KRT(n−1)から所定の補正ゲインKgを減算して得た値を、今回の補正値KRT(n)とし、上述したステップS86に進む。
また、ステップS91においては、第2期間の満充電容量CAPAdrvと第1期間の満充電容量CAPAchgとの満充電容量比(=CAPAdrv/CAPAchg)が、「1」に対して適宜のヒステリシスhysを有する値(1−hys)よりも小さいか否かを判定する。
この判定結果が「NO」の場合には、上述したステップS86に進む。
一方、この判定結果が「YES」の場合には、ステップS92に進む。
そして、ステップS92においては、上述した補正モードdとして、前回の補正値KRT(n−1)に所定の補正ゲインKgを加算して得た値を、今回の補正値KRT(n)とし、上述したステップS86に進む。
上述したように、本発明の実施形態による二次電池の電池容量検出方法によれば、充電器1による二次電池11の充電の際の充電モードとして、充電電力を送電するON状態と、一時的に充電電力の送電を停止するOFF状態(適宜のタイミングで能動的に実行可能な送電停止の状態)とを設け、このON状態とOFF状態の切替り時に内部抵抗Rを逐次算出する。これにより、オフセット特性の変化やヒステリシス特性などによる演算誤差の蓄積が防がれ、二次電池11の開放電圧Vおよび満充電容量CAPAの検出精度の低下を防ぐことができる。従って、二次電池11の特性変化によって二次電池11の充放電電流と開放電圧Vとの対応関係が予め設定された関数またはテーブルでの対応関係から変化しても、開放電圧Vの検出誤差を抑えることができる。このため、二次電池11の内部抵抗Rを精度良く算出することができる。また、従来の方法のように、二次電池11の充放電電流がゼロとなるタイミングではなく、ON状態とOFF状態の切替り時を開放電圧Vの検出タイミングとするため、開放電圧Vの算出精度を向上させることができる。また、充電器1による充電中には、例えば高負荷電流などの外乱要因の発生が防がれるため、従来の検出タイミングでの開放電圧V等の検出と比べ、内部抵抗R、開放電圧Vおよび電気量ΣIの算出精度を、より一層、向上させることができる。以上により、二次電池11の満充電容量CAPAの検出精度を向上させることができる。
また、開放電圧Vを検出するために充電電力の送電を長時間停止することなく、OFF状態の際に一時的に送電を停止することで開放電圧V等を検出できる。このため、二次電池11からモータ12などの負荷に電力が供給されることにより放電時の負荷の状態(例えば、モータ12の駆動状態など)が変化してしまうことを防止できる。
さらに、第2モードの一周期内の間に、ON状態と前記OFF状態とを切替る毎に前記内部抵抗Rを算出するとともに、ON状態及びOFF状態の継続時間が異なるパルス波(ON状態とOFF状態との繰り返しの周波数が異なるパルス波)を持つ充電電力を送信することにより、例えば二次電池11の特性変化や各種の外乱要因の発生などに対応した異なる周波数に基づき、内部抵抗Rを精度良く算出することができる。
さらに、第2モードにおけるOFF状態(適宜のタイミングで能動的に実行可能な送電停止の状態)の時に、電流センサ19から出力される検出結果(電流センサ出力I)により電流センサ19の誤差を逐次補正するため、補正の実行頻度低下を防止することができる。このため、電流センサ19から出力された検出結果に基づく電気量ΣIの算出結果において、電流センサ19の誤差の蓄積を抑制することができ、二次電池11の満充電容量CAPAの検出精度を向上させることができる。
さらに、第2モードの一周期内に検出した電流センサ19の誤差を平均して得た値を用いて補正を行なうため、補正精度を向上させることができる。このため、二次電池の満充電容量CAPAの検出精度を向上させることができる。
さらに、少なくとも前回の過去の検出値(例えば、満充電容量CAPA(m−1))と今回の検出値(例えば、満充電容量CAPA(m))とに対して任意の重み係数Wを用いることにより、今回の満充電容量CAPA(m)の検出値を検出することができる。このため、満充電容量の検出結果の追従性と安定性とを目的に応じて選択可能とすることができる。これにより、例えば検出初期などにおいては、今回の検出値の重みを増大させることにより、今回の各種の状態量の変化に対する追従性を優先させることができる。また、例えば検出回数が増大した場合や各種の状態量の変化のばらつきが大きい場合などにおいては、前回などの過去の検出値の重みを増大させることにより、検出結果の安定性を優先させることができる。
さらに、任意のフィルタ係数Fによるフィルタ処理を行なうことから、満充電容量CAPAの検出結果の変化を滑らかにすることができる。
さらに、内部抵抗値の算出において、ON状態と前記OFF状態の切替り時における電圧(電圧センサ出力V)および電流(電流センサ出力I)の各変化量△V,△Iを用いることにより、二次電池11の経時変化や温度変化などによる特性変化を内部抵抗値に適切に反映させることができる。このため、内部抵抗Rを精度良く算出することができ、この内部抵抗Rに基づく開放電圧V、および、この開放電圧Vに基づく残容量SOCの算出精度を向上させることができる。
さらに、逐次最小二乗法により、最新のデータを即時に反映して、過去のデータを任意に排除して、内部抵抗Rの算出精度を向上させることができる。
さらに、等価回路モデル50に基づき演算される二次電池11の電圧演算値(例えば、開放電圧V)と、電圧センサ18から出力された二次電池11の電圧の検出結果(電圧センサ出力V)との差が所定閾値以下となる場合には、開放電圧Vの算出精度および信頼性が一定の高さ以上だと判断される。このため、二次電池11の電圧演算値と二次電池11の電圧の検出結果との差が所定閾値以下となる場合に満充電容量を算出することで、この開放電圧Vに基づく残容量SOC、および、この残容量SOCに基づく満充電容量CAPAの算出精度および信頼性を向上させることができる。
つまり、等価回路モデル50に基づき内部抵抗Rを算出した場合には、二次電池11の実際の挙動を等価回路モデル50により精度良くモデル化していると判断できる。これにより、複数の第1〜第6の容量推定条件のうち、少なくとも第1の容量推定条件を含む何れかの容量推定条件が成立した場合には、精度の良い内部抵抗Rが反映された開放電圧Vに反映される。よって、開放電圧Vによる残容量SOCの算出精度を向上させることができ、満充電容量CAPAの算出誤差を低減することができる。
なお、上述した実施の形態において、内部抵抗演算部42は、二次電池11の内部抵抗Rを、ON状態とOFF状態の切替り時の各変化量△V(k),△I(k)に基づき、逐次最小二乗法により算出するとしたが、これに限定されず、所望の算出精度を確保できる場合には、他の演算方法によって算出してもよい。
なお、上述した実施の形態において、電流センサ19の誤差を補正する第2期間の補正では、第2期間の満充電容量CAPAdrvは、第1期間の満充電容量CAPAchgとは異なる演算処理によって算出されてもよい。また、第2期間の満充電容量CAPAdrvは、第2期間において電池容量算出部38から出力される満充電容量CAPAとされずに、他の演算処理により算出される満充電容量とされてもよい。
1 充電器
10 電動車両
11 二次電池
16 電池ECU
18 電圧センサ
19 電流センサ
20 温度センサ
31 充電モード決定部
32 通信部
33 電流センサ誤差補正部
34 容量推定条件成立判定部
35 残容量算出部
36 電流積算算出部
37 演算実行条件成立判定部
38 電池容量算出部ステップ
S02 内部抵抗算出工程ステップ
S04 残容量算出工程ステップ
S11〜S22およびS31〜S37 充電モード選択工程ステップ
S58 残容量変化量算出工程、充電電気量算出工程ステップ
S63 満充電容量検出工程ステップ
S71〜S76 電流センサ誤差補正工程

Claims (6)

  1. 外部充電器による充電が可能な電動車両に搭載された二次電池の電池容量検出方法であって、
    前記外部充電器による充電の際の充電モードが、充電電力を送電するON状態のみからなる第1モードと、前記ON状態および一時的に送電を停止するOFF状態からなる第2モードとを含み、
    前記外部充電器による充電の実行中に前記充電モードを選択する充電モード選択工程と、
    前記充電モード選択工程において前記第2モードが選択された場合に、前記ON状態と前記OFF状態との切替り時に前記二次電池の電圧および電流の変化量を用いて、前記二次電池の内部抵抗を算出する内部抵抗算出工程と、
    前記内部抵抗に基づいて前記二次電池の開放電圧を算出し、該算出の結果である前記開放電圧から前記二次電池の残容量を算出する残容量算出工程と、
    最近の満充電容量算出時からの前記残容量の変化量を算出する残容量変化量算出工程と、
    最近の前記満充電容量算出時から流れた前記電流の積算値に応じて充電電気量を算出する充電電気量算出工程と、
    前記残容量変化量と前記充電電気量とに基づいて、前記二次電池の満充電容量を検出する満充電容量検出工程と、
    を有し、
    前記充電モード選択工程において前記第2モードが選択された場合に、
    前記二次電池の前記電流を検出する電流センサから出力された前記OFF状態のときの前記電流の検出結果から前記電流センサの誤差を検出して、この誤差を用いて補正を行なう電流センサ誤差補正工程をさらに有し、
    前記電流センサ誤差補正工程で、前記ON状態から前記OFF状態に移行する毎に前記誤差を検出し、かつ、前記第2モードの一周期内に検出した前記誤差を平均して得た値を用いて前記補正を行なう、
    ことを特徴とする二次電池の電池容量検出方法。
  2. 外部充電器による充電が可能な電動車両に搭載された二次電池の電池容量検出方法であって、
    前記外部充電器による充電の際の充電モードが、充電電力を送電するON状態のみからなる第1モードと、前記ON状態および一時的に送電を停止するOFF状態からなる第2モードとを含み、
    前記外部充電器による充電の実行中に前記充電モードを選択する充電モード選択工程と、
    前記充電モード選択工程において前記第2モードが選択された場合に、前記ON状態と前記OFF状態との切替り時に前記二次電池の電圧および電流の変化量を用いて、前記二次電池の内部抵抗を算出する内部抵抗算出工程と、
    前記内部抵抗に基づいて前記二次電池の開放電圧を算出し、該算出の結果である前記開放電圧から前記二次電池の残容量を算出する残容量算出工程と、
    最近の満充電容量算出時からの前記残容量の変化量を算出する残容量変化量算出工程と、
    最近の前記満充電容量算出時から流れた前記電流の積算値に応じて充電電気量を算出する充電電気量算出工程と、
    前記残容量の変化量と前記充電電気量とに基づいて、前記二次電池の満充電容量を検出する満充電容量検出工程と、
    を有し、
    前記満充電容量検出工程で、前記残容量変化量および前記充電電気量に基づいて検出した前記満充電容量の今回の検出値と、前記満充電容量の少なくとも最近の検出値とを任意の重み係数を掛けて得られた値を、新たに前記満充電容量の今回の検出値とする
    ことを特徴とする二次電池の電池容量検出方法。
  3. 外部充電器による充電が可能な電動車両に搭載された二次電池の電池容量検出方法であって、
    前記外部充電器による充電の際の充電モードが、充電電力を送電するON状態のみからなる第1モードと、前記ON状態および一時的に送電を停止するOFF状態からなる第2モードとを含み、
    前記外部充電器による充電の実行中に前記充電モードを選択する充電モード選択工程と、
    前記充電モード選択工程において前記第2モードが選択された場合に、前記ON状態と前記OFF状態との切替り時に前記二次電池の電圧および電流の変化量を用いて、前記二次電池の内部抵抗を算出する内部抵抗算出工程と、
    前記内部抵抗に基づいて前記二次電池の開放電圧を算出し、該算出の結果である前記開放電圧から前記二次電池の残容量を算出する残容量算出工程と、
    最近の満充電容量算出時からの前記残容量の変化量を算出する残容量変化量算出工程と、
    最近の前記満充電容量算出時から流れた前記電流の積算値に応じて充電電気量を算出する充電電気量算出工程と、
    前記残容量の変化量と前記充電電気量とに基づいて、前記二次電池の満充電容量を検出する満充電容量検出工程と、
    を有し、
    前記残容量算出工程で、
    等価回路モデルに基づいて演算された前記二次電池の電圧演算値と前記二次電池の電圧を検出する電圧センサから出力された前記電圧の検出結果との差が所定の閾値以下の場合に、前記残容量を算出する
    ことを特徴とする二次電池の電池容量検出方法。
  4. 外部充電器による充電が可能な電動車両に搭載された二次電池の電池容量検出方法であって、
    前記外部充電器による充電の際の充電モードが、充電電力を送電するON状態のみからなる第1モードと、前記ON状態および一時的に送電を停止するOFF状態からなる第2モードとを含み、
    前記外部充電器による充電の実行中に前記充電モードを選択する充電モード選択工程と、
    前記充電モード選択工程において前記第2モードが選択された場合に、前記ON状態と前記OFF状態との切替り時に前記二次電池の電圧および電流の変化量を用いて、前記二次電池の内部抵抗を算出する内部抵抗算出工程と、
    前記内部抵抗に基づいて前記二次電池の開放電圧を算出し、該算出の結果である前記開放電圧から前記二次電池の残容量を算出する残容量算出工程と、
    最近の満充電容量算出時からの前記残容量の変化量を算出する残容量変化量算出工程と、
    最近の前記満充電容量算出時から流れた前記電流の積算値に応じて充電電気量を算出する充電電気量算出工程と、
    前記残容量変化量と前記充電電気量とに基づいて、
    前記残容量の変化量が所定変化量以上、前記充電電気量が所定量以上、最近の満充電容量算出時からの経過時間が所定時間範囲内、および前記残容量の変化量を前記充電電気量で割り算した値が所定範囲内のうちの少なくとも何れか1つが成立する場合に、
    前記二次電池の満充電容量を検出する満充電容量検出工程と、
    を有することを特徴とする二次電池の電池容量検出方法。
  5. 前記充電モード選択工程において前記第2モードが選択された場合に、
    前記外部充電器による充電を、前記ON状態及び前記OFF状態の継続時間が異なるパルス波を持つ前記充電電力の送電により行ない、かつ、
    前記内部抵抗算出工程で、前記ON状態と前記OFF状態とが切替る毎に前記内部抵抗を算出し、かつ、
    前記残容量算出工程で、前記第2モードの一周期内に前記内部抵抗算出工程において算出された前記内部抵抗を用いて前記開放電圧を算出する、
    ことを特徴とする請求項1から請求項4の何れか1つに記載の二次電池の電池容量検出方法。
  6. 前記内部抵抗算出工程で、
    前記ON状態と前記OFF状態の切替り時における前記電流の変化量と、
    前記二次電池の電圧を検出する電圧センサから出力された前記ON状態と前記OFF状態の切替り時の前記電圧の変化量と、
    を用いて、前記内部抵抗を算出することを特徴とする請求項1から請求項5の何れか1つに記載の二次電池の電池容量検出方法。
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