JP6534846B2 - Secondary battery charge control device and secondary battery charge control method - Google Patents
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Description
本発明は、二次電池充電制御装置および二次電池充電制御方法に関するものである。 The present invention relates to a secondary battery charge control device and a secondary battery charge control method.
従来、車両に搭載された鉛蓄電池等の二次電池の充電状態を制御する場合、例えば、特許文献1に開示されるように、二次電池の充電率SOC(State of Charge)を算出し、算出した充電率SOCが所定の上限値および下限値の範囲内に収まるように制御することが行われている。
Conventionally, when controlling the charge state of a secondary battery such as a lead storage battery mounted in a vehicle, as disclosed in, for example,
ところで、二次電池の劣化は、経年変化によるサルフェーションだけでなく、充放電の繰り返しによる電極の脱落や、電解液の成層化も原因となる。特許文献1に開示された技術では、経年変化に応じてSOC上限値および下限値を調整することが記載されているが、経年変化以外による劣化が対象とされていないという問題点がある。また、特許文献1に開示されているように経年変化に応じて下限値を下げた場合にはエンジンの再始動が困難になることがあるという問題点もある。
By the way, the deterioration of the secondary battery is caused not only by sulfation due to secular change but also dropout of the electrode due to repeated charge and discharge, and stratification of the electrolytic solution. The technology disclosed in
本発明は、車両のエンジンを確実に始動するとともに経年変化以外の劣化にも対応することが可能な二次電池充電制御装置および二次電池充電方法を提供することを目的としている。 An object of the present invention is to provide a secondary battery charge control device and a secondary battery charge method capable of reliably starting an engine of a vehicle and coping with deterioration other than aging.
上記課題を解決するために、本発明は、車両に搭載される二次電池の充電状態を制御する二次電池充電制御装置において、前記二次電池のSOH(State of Health)を推定するSOH推定手段と、前記SOH推定手段によって推定された前記SOHから前記二次電池のSOC(State of Charge)上限値を求出するSOC上限値求出手段と、前記SOH推定手段によって推定された前記SOHから前記二次電池のSOC下限値を求出するSOC下限値求出手段と、前記二次電池のSOCを推定するSOC推定手段と、前記SOC推定手段によって推定された前記SOCが、前記SOC上限値求出手段によって求出された前記SOC上限値と、前記SOC下限値求出手段によって求出された前記SOC下限値との範囲内に収まるように前記二次電池の充電制御を行う充電制御手段と、を有し、前記SOC上限値は拡散律速に関する関数であり、前記SOC下限値は前記車両のエンジン始動時の電圧降下に関する関数である、を有することを特徴とする。
このような構成によれば、車両のエンジンを確実に始動するとともに経年変化以外の劣化にも対応することが可能となる。
In order to solve the above-mentioned subject, in the rechargeable battery charge control device which controls the charge condition of the rechargeable battery carried in vehicles, in the present invention, SOH estimating which estimates SOH (State of Health) of the rechargeable battery Means, SOC upper limit finding means for finding the SOC (State of Charge) upper limit value of the secondary battery from the SOH estimated by the SOH estimation means, and SOH estimated by the SOH estimation means SOC lower limit value finding means for finding the SOC lower limit value of the secondary battery, SOC estimation means for estimating the SOC of the secondary battery, and the SOC estimated by the SOC estimation means is the SOC upper limit value The secondary battery is charged so as to fall within the range of the SOC upper limit value found by the finding means and the SOC lower limit value found by the SOC lower limit value finding means A charging control means for control, and the SOC upper limit value is a function related to the diffusion control, the SOC lower limit value is characterized by having a a function, related to the voltage drop at the start of the engine of the vehicle .
According to such a configuration, it is possible to reliably start the engine of the vehicle and to cope with deterioration other than aging.
また、本発明は、前記SOC上限値は前記SOHに対して単調増加する関数であり、前記SOC下限値は前記SOHに対して単調減少する関数であることを特徴とする。
このような構成によれば、SOHに応じたSOC下限値とSOC上限値を正確に求めることができる。
Further, the present invention is characterized in that the SOC upper limit value is a function monotonously increasing with respect to the SOH, and the SOC lower limit value is a function monotonously decreasing with respect to the SOH.
According to such a configuration, it is possible to accurately obtain the SOC lower limit value and the SOC upper limit value according to the SOH.
また、本発明は、前記SOC上限値は上または下に凸な関数であり、前記SOC下限値は上または下に凸な関数であることを特徴とする。
このような構成によれば、SOHの変化に応じたSOC下限値とSOC上限値を正確に求めることができる。
Further, the present invention is characterized in that the SOC upper limit value is a function convex upward or downward, and the SOC lower limit value is a function convex upward or downward.
According to such a configuration, it is possible to accurately obtain the SOC lower limit value and the SOC upper limit value according to the change in SOH.
また、本発明は、前記拡散律速に関する関数は、CCAが充電受入電気量を示し、nが反応電子数を示し、Fがファラデー定数を示し、CRbが還元物質濃度を示し、Aが極板と電解液の接触面積を示し、DRが拡散係数を示し、tが充電時間を示し、前記還元物質濃度CRbが前記SOCと前記SOHを変数として有する関数である場合に、
このような構成によれば、拡散律速に基づいてSOC上限値を精度良く求め、充電を効率良く実行することができる。
Further, the present invention function for the diffusion rate-determining, C CA represents charge acceptance quantity of electricity, n represents the number of reaction electrons, F represents the Faraday constant, C Rb represents a reducing substance concentration, A is very In the case where the contact area of the plate and the electrolyte is shown, D R indicates the diffusion coefficient, t indicates the charging time, and the reducing substance concentration C R b is a function having the SOC and the SOH as variables,
According to such a configuration, the SOC upper limit value can be accurately obtained based on the diffusion rate control, and charging can be performed efficiently.
また、本発明は、前記始動時の電圧降下に関する関数は、SOF(State of Function)が前記二次電池の放電能力を示し、ICがエンジン始動時のクランキング電流を示し、RZが前記二次電池の内部抵抗を示し、E0が二次電池の開回路電圧を示し、前記内部抵抗RZが前記SOCと前記SOHを変数として有する関数である場合に、
このような構成によれば、電圧降下に基づいてSOC下限値を精度良く求め、エンジンを確実に再始動することができる。
Further, according to the present invention, as for the function relating to the voltage drop at the start, SOF (State of Function) indicates the discharge capacity of the secondary battery, I C indicates the cranking current at engine start, and R Z indicates the above When the internal resistance of the secondary battery is shown, E 0 is an open circuit voltage of the secondary battery, and the internal resistance R Z is a function having the SOC and the SOH as variables,
According to such a configuration, it is possible to accurately determine the SOC lower limit value based on the voltage drop and reliably restart the engine.
また、本発明は、前記SOC上限値および前記SOC下限値を前記二次電池の温度および電解液量の少なくとも一方に応じて補正することを特徴とする。
このような構成によれば、温度および電解液量が変化した場合でも、SOC上限値およびSOC下限値を最適な値に補正し、充電制御を確実に行うことができる。
Further, the present invention is characterized in that the SOC upper limit value and the SOC lower limit value are corrected according to at least one of the temperature of the secondary battery and the amount of electrolyte solution.
According to such a configuration, even when the temperature and the amount of electrolyte change, the SOC upper limit value and the SOC lower limit value can be corrected to optimal values, and charge control can be performed reliably.
また、本発明は、車両に搭載される二次電池の充電状態を制御する二次電池充電制御方法において、前記二次電池のSOH(State of Health)を推定するSOH推定ステップと、前記SOH推定ステップにおいて推定された前記SOHから前記二次電池のSOC(State of Charge)上限値を求出するSOC上限値求出ステップと、前記SOH推定ステップにおいて推定された前記SOHから前記二次電池のSOC下限値を求出するSOC下限値求出ステップと、前記二次電池のSOCを推定するSOC推定ステップと、前記SOC推定ステップにおいて推定された前記SOCが、前記SOC上限値求出ステップにおいて求出された前記SOC上限値と、前記SOC下限値求出ステップにおいて求出された前記SOC下限値との範囲内に収まるように前記二次電池の充電制御を行う充電制御ステップと、を有し、前記SOC上限値は拡散律速に関する関数であり、前記SOC下限値は前記車両のエンジン始動時の電圧降下に関する関数である、ことを特徴とする。
このような方法によれば、車両のエンジンを確実に始動するとともに経年変化以外の劣化にも対応することが可能となる。
Further, according to the present invention, there is provided a secondary battery charge control method for controlling a charge state of a secondary battery mounted on a vehicle, comprising: SOH estimation step of estimating SOH (State of Health) of the secondary battery; An SOC upper limit value determining step of determining an SOC (State of Charge) upper limit value of the secondary battery from the SOH estimated in step; and an SOC of the secondary battery from the SOH estimated in the SOH estimating step An SOC lower limit value determining step for determining a lower limit value, an SOC estimation step for estimating the SOC of the secondary battery, and the SOC estimated in the SOC estimation step is determined in the SOC upper limit value determining step said SOC upper limit value that is, prior to fall within the scope of the SOC lower limit value issued determined in the SOC lower limit Motomede step Anda charging control step controls the charging of the secondary battery, the SOC upper limit value is a function related to the diffusion control, the SOC lower limit value is a function related to the voltage drop at the start of the engine of the vehicle, that It features.
According to such a method, it is possible to reliably start the engine of the vehicle and to cope with deterioration other than aging.
本発明によれば、車両のエンジンを確実に始動するとともに経年変化以外の劣化にも対応することが可能な二次電池充電制御装置および二次電池充電方法を提供することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to provide a secondary battery charge control device and a secondary battery charge method capable of reliably starting an engine of a vehicle and coping with deterioration other than aging.
次に、本発明の実施形態について説明する。 Next, an embodiment of the present invention will be described.
(A)本発明の実施形態の構成の説明
図1は、本発明の実施形態に係る二次電池充電制御装置を有する車両の電源系統を示す図である。この図において、二次電池充電制御装置1は、制御部10、電圧センサ11、電流センサ12、温度センサ13、および、放電回路15を主要な構成要素としており、二次電池14の充電状態を制御する。ここで、制御部10は、電圧センサ11、電流センサ12、および、温度センサ13からの出力を参照し、二次電池14の状態を検出するとともに、オルタネータ16の発電電圧を制御することで二次電池14の充電状態を制御する。電圧センサ11は、二次電池14の端子電圧を検出し、制御部10に通知する。電流センサ12は、二次電池14に流れる電流を検出し、制御部10に通知する。温度センサ13は、二次電池14自体または周囲の環境温度を検出し、制御部10に通知する。放電回路15は、例えば、直列接続された半導体スイッチと抵抗素子等によって構成され、制御部10によって半導体スイッチがオン/オフ制御されることにより二次電池14を間欠的に放電させる。
(A) Description of the Configuration of an Embodiment of the Present Invention FIG. 1 is a diagram showing a power supply system of a vehicle having a secondary battery charge control device according to an embodiment of the present invention. In this figure, the secondary battery
二次電池14は、例えば、鉛蓄電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、または、リチウムイオン電池等によって構成され、オルタネータ16によって充電され、スタータモータ18を駆動してエンジンを始動するとともに、負荷19に電力を供給する。オルタネータ16は、エンジン17によって駆動され、交流電力を発生して整流回路によって直流電力に変換し、二次電池14を充電する。オルタネータ16は、制御部10によって制御され、発電電圧を調整することが可能とされている。例えば、車両が減速時に、オルタネータ16の発電電圧を上昇させることで回生充電を行い、車両の運動エネルギを電気エネルギに変換して二次電池14に蓄積する。
The secondary battery 14 is composed of, for example, a lead storage battery, a nickel cadmium battery, a nickel hydrogen battery, or a lithium ion battery, and is charged by the
エンジン17は、例えば、ガソリンエンジンおよびディーゼルエンジン等のレシプロエンジンまたはロータリーエンジン等によって構成され、スタータモータ18によって始動され、トランスミッションを介して駆動輪を駆動し、車両に推進力を与えるとともに、オルタネータ16を駆動して電力を発生させる。スタータモータ18は、例えば、直流電動機によって構成され、二次電池14から供給される電力によって回転力を発生し、エンジン17を始動する。負荷19は、例えば、電動ステアリングモータ、デフォッガ、シートヒータ、イグニッションコイル、カーオーディオ、および、カーナビゲーション等によって構成され、二次電池14からの電力によって動作する。
The engine 17 is composed of, for example, a reciprocating engine such as a gasoline engine and a diesel engine, or a rotary engine, etc., and is started by the
図2は、図1に示す制御部10の詳細な構成例を示す図である。この図に示すように、制御部10は、CPU(Central Processing Unit)10a、ROM(Read Only Memory)10b、RAM(Random Access Memory)10c、通信部10d、I/F(Interface)10eを有している。ここで、CPU10aは、ROM10bに格納されているプログラム10baに基づいて各部を制御する。ROM10bは、半導体メモリ等によって構成され、プログラム10ba等を格納している。RAM10cは、半導体メモリ等によって構成され、プログラムbaを実行する際に生成されるデータや、後述する数式またはテーブル等のパラメータ10caを格納する。通信部10dは、上位の装置であるECU(Electronic Control Unit)等との間で通信を行い、検出した情報または制御情報を上位装置に通知する。I/F10eは、電圧センサ11、電流センサ12、および、温度センサ13から供給される信号をデジタル信号に変換して取り込むとともに、放電回路15、オルタネータ16、および、スタータモータ18等に駆動電流を供給してこれらを制御する。
FIG. 2 is a diagram showing a detailed configuration example of the
(B)本発明の実施形態の動作の説明
つぎに、本発明の実施形態の動作について説明する。なお、以下では、本発明の実施形態の動作原理について説明した後、詳細な動作について説明する。
(B) Description of Operation of the Embodiment of the Present Invention Next, the operation of the embodiment of the present invention will be described. In the following, after describing the operation principle of the embodiment of the present invention, detailed operation will be described.
まず、本実施形態の動作原理について説明する。図3は、SOCと充電受入電気量の関係を示す図である。この図において、横軸はSOC[%]を示し、縦軸は10s充電受入電気量を示している。ここで、10s充電受入電気量とは、二次電池14を所定の電流(例えば、数十A〜数百A)で10秒間充電した場合に、二次電池14が受け入れることができる電気量[As]をいう。なお、図3において丸は二次電池14が新品の場合の特性を示し、四角は二次電池14が中劣化品である場合の特性を示し、三角は二次電池14が劣化品である場合の特性を示している。図3から、二次電池14の劣化状態に拘わらず、二次電池14のSOCが大きくなると、10s充電受入電気量は減少する。また、二次電池14が劣化するに応じて10s充電受入電気量は減少する。 First, the operation principle of this embodiment will be described. FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the SOC and the charge acceptance amount of electricity. In this figure, the horizontal axis indicates the SOC [%], and the vertical axis indicates the 10 s charge received electricity amount. Here, the 10 s charge received electricity amount refers to an amount of electricity that the secondary battery 14 can receive when the secondary battery 14 is charged with a predetermined current (for example, several tens A to several hundreds A) for 10 seconds. As] says. In FIG. 3, circles indicate characteristics when the secondary battery 14 is new, squares indicate characteristics when the secondary battery 14 is moderately deteriorated, and triangles indicate when the secondary battery 14 is deteriorated. Show the characteristics of From FIG. 3, regardless of the deterioration state of the secondary battery 14, when the SOC of the secondary battery 14 becomes large, the 10 s charge received electric quantity decreases. In addition, as the secondary battery 14 degrades, the 10 s charge received electricity amount decreases.
例えば、車両の減速時において、オルタネータ16の電圧を上昇させることで回生充電する場合、回生充電の時間は10秒以内である場合が多い。また、回生充電を効率良く実行するためには、オルタネータ16によって発生された電力が二次電池14に漏れなく充電されることが望ましい。このため、「所望の充電受入電気量」を回生時にオルタネータ16によって発生される電気量とする場合、二次電池14の10s充電受入電気量は、図3に一点鎖線で示す所望の充電受入電気量以上となることが望ましい。このような条件を満たすためには、二次電池14の劣化に応じてSOCが低くなるように設定する必要がある。すなわち、回生時にオルタネータ16によって発生された電力を漏れなく二次電池14に充電するためには、10s充電受入電気量が一点鎖線で示す「所望の充電受入電気量」以上である必要があり、このような条件を満たすためには新品の二次電池14ではSOC11以下である必要があり、中劣化品の二次電池14ではSOC12以下である必要があり、劣化品の二次電池14ではSOC13以下である必要がある。
For example, when the vehicle is decelerating, when the regenerative charging is performed by raising the voltage of the
図4は、SOCとSOFの関係を示す図である。この図4において、横軸はSOC[%]を示し、縦軸はSOF(State of Function)を示している。なお、SOFはスタータモータ18を駆動時の二次電池14の端子間電圧の最小値(以下、放電能力とする)である。この図4に示すように、二次電池14の劣化状況に拘わらず、SOCが低下するに従ってSOFも低下する。また、二次電池14の劣化に応じて曲線が図の下方向に移動している。ここで、ECU等(例えば、ECUおよびエンジン17)を起動できるSOFを一点鎖線で示すと、このSOF以上とするためには、新品の二次電池14ではSOC21以上である必要があり、中劣化品の二次電池14ではSOC22以上である必要があり、劣化品の二次電池14ではSOC23以上である必要がある。すなわち、二次電池14の劣化が進むに従って、ECU等を起動できるSOFを満たすためのSOCは増加する。 FIG. 4 is a diagram showing the relationship between SOC and SOF. In FIG. 4, the horizontal axis indicates SOC [%], and the vertical axis indicates SOF (State of Function). Here, SOF is the minimum value of the voltage between the terminals of the secondary battery 14 when driving the starter motor 18 (hereinafter referred to as the discharge capacity). As shown in FIG. 4, the SOF also decreases as the SOC decreases, regardless of the state of deterioration of the secondary battery 14. In addition, the curve moves downward in the figure according to the deterioration of the secondary battery 14. Here, if an SOF capable of activating an ECU or the like (for example, the ECU and the engine 17) is indicated by an alternate long and short dash line, the new secondary battery 14 needs to have an SOC of 21 or more in order to obtain this SOF The product secondary battery 14 needs to have an SOC of 22 or more, and the degraded secondary battery 14 needs to have an SOC of 23 or more. That is, as the deterioration of the secondary battery 14 progresses, the SOC for satisfying the SOF that can start the ECU or the like increases.
図5は、図3および図4の結果をまとめた図である。図5の横軸はSOHを示し、縦軸はSOCを示している。図5において、三角および一点鎖線は図3に示す所望の充電受入電気量を満足するSOCの値を示し、四角および二点鎖線は図4に示すECU等を起動できるSOCの値を示している。二次電池14が所望の充電受入電気量を漏れなく充電するためには、SOCは一点鎖線の曲線よりも小さく設定される必要がある。また、ECU等を起動するためには、SOCは二点鎖線の曲線よりも大きく設定される必要がある。すなわち、二次電池14のSOCを、一点鎖線で示す曲線を上限値(SOC上限値)とし、二点鎖線で示す曲線を下限値(SOC下限値)として制御することで、ECU等の起動を可能とするとともに、回生電力を漏れなく充電することが可能となる。 FIG. 5 is a diagram summarizing the results of FIGS. 3 and 4. The horizontal axis of FIG. 5 indicates SOH, and the vertical axis indicates SOC. In FIG. 5, triangles and one-dot chain lines indicate SOC values satisfying the desired charge acceptance electric quantity shown in FIG. 3, and square and two-dot chain lines indicate SOC values capable of activating the ECU etc. shown in FIG. . In order for the secondary battery 14 to charge the desired charge acceptance electric quantity without leakage, the SOC needs to be set smaller than the one-dot chain line curve. Further, in order to activate the ECU or the like, the SOC needs to be set larger than the curve of the two-dot chain line. That is, the SOC of the secondary battery 14 is controlled by setting the curve indicated by the alternate long and short dash line as the upper limit (SOC upper limit) and the curve indicated by the alternate long and two short dashes line as the lower limit (SOC lower limit) to start the ECU etc. While being possible, it becomes possible to charge regenerative electric power without leakage.
本実施形態では、制御部10は、まず、二次電池14のその時点におけるSOHを求める。一例として、制御部10は、放電回路15を制御して二次電池14をパルス放電させ、そのときの電圧および電流を電圧センサ11および電流センサ12によって検出することで内部抵抗Rを求めることができる。または、制御部10は、エンジン17の始動前の二次電池14の開回路電圧と、エンジン17の始動時の電圧値から降下電圧ΔVを求めるとともに、エンジン17の始動時の電流IとからR=ΔV/Iから内部抵抗Rを求める。そして、制御部10は、この内部抵抗Rに対して温度補正および劣化補正を行うことで得られた値を指標としてSOHを求める。
In the present embodiment, the
つぎに、制御部10は、求めたSOHを以下の式(1)に適用して、SOC上限値を求める。ここで、式(1)は拡散律速に関する式であり、CCAは充電受入電気量を示し、nは反応電子数を示し、Fはファラデー定数を示し、CRbは還元物質濃度を示し、Aは極板と電解液の接触面積を示し、DRは拡散係数を示し、tは充電時間(回生時間)を示している。充電受入電気量CCAは、図3に示す所望の充電受入電気量に基づいて設定する。例えば、オルタネータ16の回生時の電流の供給能力が150Aであり、回生時間が10秒である場合には、これらの積である150×10=1500[As]が所望の充電受入電気量になる。還元物質濃度CRbは、SOCとSOHを変数として有する関数である。反応電子数n、ファラデー定数F、極板と電解液の接触面積A、拡散係数DR、および、充電時間tは定数である。このため、充電受入電気量CCAとして所望の充電受入電気量を代入するとともに、反応電子数n、ファラデー定数F、極板と電解液の接触面積A、拡散係数DR、および、充電時間tとして所定の値を代入する。また、還元物質濃度CRbの一方の変数であるSOHに対してその時点におけるSOHの値を代入する。そして、還元物質濃度CRbの他方の変数であるSOCの値を求めることで、SOC上限値を得る。
Next, the
つぎに、制御部10は、以下に示す式(2)からSOC下限値を求める。ここで、式(2)はエンジン17を始動する際の電圧降下に関する式であり、SOFは、図4に示すECU等が起動できるSOFを示している。また、ICはクランキング電流を示し、RZは二次電池14の内部抵抗を示し、E0は二次電池14の開回路電圧を示している。クランキング電流ICは、エンジン17をスタータモータ18によってクランキング(始動)する際に、スタータモータ18に流れる電流を示している。内部抵抗RZは、二次電池14の内部抵抗であり、SOCとSOHを変数として有する関数である。制御部10は、図4に示すECU等を起動できるSOFの値を、式(2)の左辺のSOFに代入するとともに、実測したクランキング電流の値またはエンジン17およびスタータモータ18によって定まる既定値としてのクランキング電流の値を式(2)の右辺のICに代入する。また、例えば、エンジン17を停止した際に実測した開回路電圧または既定値を式(2)の右辺のE0に代入する。さらに、SOHとSOCを変数として有する関数であるRZに一方の変数であるSOHにその時点におけるSOHの値を代入する。そして、内部抵抗RZの他方の変数であるSOCの値を求めることで、SOC下限値を得る。
Next, the
制御部10は、以上のようにして求めたSOC上限値とSOC下限値に対して、温度および電解液量に基づく補正処理を実行する。すなわち、以上の方法によって得られるSOC上限値とSOC下限値は、二次電池14の標準状態(温度が25℃、電解液量が基準量である状態)における値であるので、温度および電解液量に基づいて補正処理を実行し、その時点における状態に対応したSOC上限値およびSOC下限値を得る。
The
以上のようにして、SOC上限値およびSOC下限値が得られると、制御部10は、SOC上限値およびSOC下限値を参照して、充放電の制御を実行する。より詳細には、制御部10は、検出したその時点のSOCがSOC下限値よりも小さい場合には充電制御を行う。また、検出したその時点のSOCがSOC上限値よりも大きい場合には放電制御を行う。この結果、二次電池14が新品の場合には図5の右端に示す、三角を上限値とし、四角を下限値とする範囲において充放電制御が実行される。また、二次電池14が中劣化品の場合には図5の中央に示す、三角を上限値とし、四角を下限値とする範囲において充放電制御が実行される。さらに、二次電池14が劣化品の場合には図5の左端に示す、三角を上限値とし、四角を下限値とする範囲において充放電制御が実行される。
As described above, when the SOC upper limit value and the SOC lower limit value are obtained, the
以上に説明したように、本発明の実施形態によれば、二次電池14の実容量を示す指標であるSOHに基づいてSOC上限値とSOC下限値を計算によって求めるとともに、温度および電解液量による補正を行うことでその時点における二次電池14の状態に応じた適切なSOC上限値とSOC下限値を求めるようにした。そして、このようにして求めたSOC上限値に基づいて充放電制御を行うことで、例えば、回生充電時において車両の運動エネルギから得られた電気エネルギを二次電池14に漏れなく充電することができるので、燃費特性を改善することができる。また、このようにして求めたSOC下限値に基づいて充放電制御を行うことで、例えば、二次電池14が劣化した場合でも、エンジン17の再始動ができなくなることを確実に防ぐことができる。さらに、本実施形態では、SOC上限値とSOC下限値を数式に基づいて算出するようにしたので、その時点における二次電池14の状態に応じた適切なSOC上限値とSOC下限値を求めることができる。 As described above, according to the embodiment of the present invention, the SOC upper limit value and the SOC lower limit value are determined by calculation based on SOH which is an index indicating the actual capacity of the secondary battery 14, and the temperature and the electrolyte amount By performing the correction according to the above, the appropriate SOC upper limit value and the SOC lower limit value according to the state of the secondary battery 14 at that time are obtained. Then, by performing charge / discharge control based on the SOC upper limit value thus obtained, for example, the secondary battery 14 can be charged without leakage of electrical energy obtained from the kinetic energy of the vehicle during regenerative charging. As it can, the fuel consumption characteristic can be improved. Further, by performing charge / discharge control based on the SOC lower limit value thus obtained, it is possible to reliably prevent, for example, that the engine 17 can not be restarted even when the secondary battery 14 is deteriorated. . Furthermore, in the present embodiment, since the SOC upper limit value and the SOC lower limit value are calculated based on mathematical expressions, it is possible to obtain an appropriate SOC upper limit value and SOC lower limit value according to the state of the secondary battery 14 at that time. Can.
つぎに、図6を参照して、本発明の実施形態において実行される処理の流れの一例について説明する。図6は、図2に示すCPU10aにおいて実行される処理の一例を示すフローチャートである。この図6に示すフローチャートの処理が開始されると、以下のステップが実行される。なお、図6に示す処理は、例えば、図2に示すプログラム10baによって実行される。
Next, an example of the flow of processing executed in the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a flowchart showing an example of processing executed by the CPU 10a shown in FIG. When the process of the flowchart shown in FIG. 6 is started, the following steps are performed. The process illustrated in FIG. 6 is executed by, for example, the
ステップS10では、制御部10のCPU10aは、二次電池14のその時点におけるSOHを推定する。例えば、CPU10aは、前述したように、放電回路15を制御して二次電池14をパルス放電させ、そのときの電圧および電流を電圧センサ11および電流センサ12によって検出することで内部抵抗Rを求め、この内部抵抗Rに対して温度補正および劣化補正を行うことで得られた値を指標としてSOHを推定する。あるいは、CPU10aは、エンジン17の始動前の二次電池14の開回路電圧と、エンジン17の始動時の電圧値から降下電圧ΔVを求めるとともに、エンジン17の始動時の電流IとからR=ΔV/Iから内部抵抗Rを求める。そして、制御部10は、この内部抵抗Rに対して温度補正および劣化補正を行うことで得られた値を指標としてSOHを推定する。
In step S10, the CPU 10a of the
ステップS11では、CPU10aは、所望の充電受入電気量(図3参照)を取得する。より詳細には、CPU10aは、例えば、RAM10cに格納されているパラメータ10caから所望の充電受入電気量を取得する。 In step S11, the CPU 10a acquires a desired charge acceptance electricity amount (see FIG. 3). More specifically, the CPU 10a acquires a desired charge acceptance electric quantity from, for example, the parameter 10ca stored in the RAM 10c.
ステップS12では、CPU10aは、ECU等を起動できるSOF(図4参照)を取得する。より詳細には、CPU10aは、例えば、RAM10cに格納されているパラメータ10caからECU等を起動できるSOFを取得する。 In step S12, the CPU 10a acquires an SOF (see FIG. 4) capable of activating an ECU or the like. More specifically, the CPU 10a acquires, for example, an SOF that can activate an ECU or the like from the parameter 10ca stored in the RAM 10c.
ステップS13では、CPU10aは、ステップS10において求めたSOHを、前述した式(1)に代入してSOC上限値を求める。より詳細には、CPU10aは、ステップS10において求めたSOHを式(1)の還元物質濃度CRbの一方の変数として代入するとともに、RAM10cに格納されているパラメータ10caから反応電子数n、ファラデー定数F、極板と電解液の接触面積A、拡散係数DR、および、充電時間tを取得して式(1)に代入し、還元物質濃度CRbの他方の変数であるSOCの値を求める。これにより、SOC上限値を得る。 In step S13, the CPU 10a substitutes the SOH obtained in step S10 into the aforementioned equation (1) to obtain the SOC upper limit value. More specifically, the CPU 10a substitutes the SOH obtained in step S10 as one of the variables of the reducing substance concentration C Rb of the equation (1), and the number n of reaction electrons from the parameter 10ca stored in the RAM 10c, the Faraday constant F, contact area A of electrode plate and electrolyte, diffusion coefficient D R , and charging time t are obtained and substituted into equation (1) to determine the value of SOC, which is the other variable of reducing agent concentration C Rb . Thereby, the SOC upper limit value is obtained.
ステップS14では、CPU10aは、ステップS10において求めたSOHを、前述した式(2)に代入してSOC下限値を求める。より詳細には、CPU10aは、ステップS10において求めたSOHを式(2)の内部抵抗RZの一方の変数として代入するとともとに、実測したクランキング電流ICおよび開回路電圧E0を式(2)に代入し、内部抵抗RZの他方の変数であるSOCの値を求める。これにより、SOC下限値を得る。 In step S14, the CPU 10a substitutes the SOH determined in step S10 into the above-described equation (2) to determine the SOC lower limit value. More specifically, the CPU 10a substitutes the SOH obtained in step S10 as one of the variables of the internal resistance R Z in the equation (2), and at the same time, measures the cranking current I C and the open circuit voltage E 0 . substituted into (2), obtaining the SOC value of which is the other variables of the internal resistance R Z. Thereby, the SOC lower limit value is obtained.
ステップS15では、CPU10aは、二次電池14のその時点における温度と、電解液量を検出する。より詳細には、CPU10aは、温度センサ13の出力を参照して、二次電池14の温度を検出する。また、CPU10aは、温度センサ13の温度を累積加算して得た値に基づいて、二次電池14の電解液量を推定する。なお、電解液量の推定は、前述した以外の方法によって推定するようにしてもよい。 In step S15, the CPU 10a detects the temperature of the secondary battery 14 at that time and the amount of electrolytic solution. More specifically, the CPU 10 a detects the temperature of the secondary battery 14 with reference to the output of the temperature sensor 13. Further, the CPU 10a estimates the amount of electrolytic solution of the secondary battery 14 based on the value obtained by cumulatively adding the temperature of the temperature sensor 13. It should be noted that the estimation of the amount of electrolytic solution may be estimated by a method other than that described above.
ステップS16では、CPU10aは、SOC上限値とSOC下限値をステップS15で検出した二次電池14の温度と電解液量に応じて補正する処理を実行する。より詳細には、CPU10aは、RAM10cにパラメータ10caとして格納されている、SOC上限値と温度の関係、および、SOC下限値と温度との関係を示すテーブルに基づいてSOC上限値およびSOC下限値をそれぞれ補正する。また、CPU10aは、RAM10cにパラメータ10caとして格納されている、SOC上限値と電解液量の関係、および、SOC下限値と電解液量との関係を示すテーブルに基づいて上限値および下限値をそれぞれ補正する。 In step S16, the CPU 10a executes a process of correcting the SOC upper limit value and the SOC lower limit value in accordance with the temperature of the secondary battery 14 detected in step S15 and the amount of electrolytic solution. More specifically, the CPU 10a stores the SOC upper limit value and the SOC lower limit value based on a table indicating the relationship between the SOC upper limit value and the temperature and the SOC lower limit value and the temperature stored as the parameter 10ca in the RAM 10c. Correct each one. Further, the CPU 10a respectively stores the upper limit value and the lower limit value based on a table stored in the RAM 10c as a parameter 10ca and showing the relationship between the SOC upper limit value and the electrolytic solution amount and the relationship between the SOC lower limit value and the electrolytic solution amount. to correct.
ステップS17では、CPU10aは、二次電池14のその時点におけるSOCを検出する。例えば、CPU10aは、エンジン17を停止してから所定の時間が経過した後に、二次電池14の開回路電圧を検出し、開回路電圧とSOCの関係を示す関係式に基づいてSOCを求める。もちろん、これ以外の方法によってSOCを求めてもよい。 In step S17, the CPU 10a detects the SOC of the secondary battery 14 at that time. For example, after a predetermined time has elapsed since the engine 17 was stopped, the CPU 10a detects the open circuit voltage of the secondary battery 14, and obtains the SOC based on the relational expression indicating the relationship between the open circuit voltage and the SOC. Of course, the SOC may be determined by other methods.
ステップS18では、CPU10aは、ステップS17で求めたSOCと、ステップS16で補正されたSOC下限値を比較し、SOCがSOC下限値よりも小さい場合(ステップS18:Yes)にはステップS19に進み、それ以外の場合(ステップS18:No)にはステップS20に進む。 In step S18, the CPU 10a compares the SOC obtained in step S17 with the SOC lower limit value corrected in step S16, and proceeds to step S19 if the SOC is smaller than the SOC lower limit value (step S18: Yes). In the case other than that (step S18: No), it progresses to step S20.
ステップS19では、CPU10aは、充電制御を実行する。より詳細には、CPU10aは、オルタネータ16の出力電圧を調整して二次電池14への流入電流を増加させることで、二次電池14を充電する処理を実行する。
In step S19, the CPU 10a executes charge control. More specifically, the CPU 10a performs a process of charging the secondary battery 14 by adjusting the output voltage of the
ステップS20では、CPU10aは、ステップS17で求めたSOCと、ステップS16で補正されたSOC上限値を比較し、SOCがSOC上限値よりも大きい場合(ステップS20:Yes)にはステップS21に進み、それ以外の場合(ステップS20:No)にはステップS22に進む。 In step S20, the CPU 10a compares the SOC obtained in step S17 with the SOC upper limit value corrected in step S16. If the SOC is larger than the SOC upper limit value (step S20: Yes), the process proceeds to step S21. Otherwise (step S20: No), the process proceeds to step S22.
ステップS21では、CPU10aは、放電制御を実行する。より詳細には、CPU10aは、オルタネータ16の出力電圧を調整して二次電池14からの流出電流を増加させることで、二次電池14を放電させる処理を実行する。
At step S21, the CPU 10a executes discharge control. More specifically, the CPU 10a adjusts the output voltage of the
ステップS22では、CPU10aは、処理を繰り返すか否かを判定し、処理を繰り返すと判定した場合(ステップS22:Yes)にはステップS10に戻って同様の処理を繰り返し、それ以外の場合(ステップS22:No)には処理を終了する。 In step S22, the CPU 10a determines whether or not to repeat the process, and if it is determined to repeat the process (step S22: Yes), the process returns to step S10 and repeats the same process, otherwise (step S22). : No) ends the process.
以上の処理によれば、二次電池14のSOHからSOC上限値とSOC下限値を求め、SOC上限値とSOC下限値を参照して二次電池14の充放電処理を実行するので、二次電池14の劣化の状況に拘わらず、回生充電を効率良く実行することができるとともに、エンジン17の再始動が困難になることを防止できる。また、二次電池14の実容量を示すSOHからSOC上限値とSOC下限値を求めるようにしたので、二次電池14の経年変化以外の劣化にも対応して制御を行うことができる。 According to the above processing, the SOC upper limit value and the SOC lower limit value are obtained from the SOH of the secondary battery 14, and the charge / discharge process of the secondary battery 14 is executed with reference to the SOC upper limit value and the SOC lower limit value. Regeneration charging can be performed efficiently regardless of the state of deterioration of the battery 14, and it is possible to prevent the engine 17 from being difficult to restart. Further, since the SOC upper limit value and the SOC lower limit value are obtained from SOH indicating the actual capacity of the secondary battery 14, control can be performed in response to deterioration other than aging of the secondary battery 14.
(C)変形実施形態の説明
以上の実施形態は一例であって、本発明が上述したような場合のみに限定されるものでないことはいうまでもない。例えば、以上の実施形態では、式(1)および式(2)を用いてSOC上限値とSOC下限値を求めるようにしたが、これら以外の式に基づいてSOC上限値とSOC下限値を求めるようにしてもよい。また、計算式を用いて求めるのではなく、例えば、SOHの値と、SOC上限値およびSOC下限値を対応付けしたテーブルを、例えば、RAM10cにパラメータ10caとして格納しておき、このテーブルを参照してSOC上限値およびSOC下限値を求めるようにしてもよい。
(C) Description of Modified Embodiments It goes without saying that the above embodiment is an example, and the present invention is not limited only to the case as described above. For example, in the above embodiments, the SOC upper limit value and the SOC lower limit value are calculated using the equations (1) and (2), but the SOC upper limit value and the SOC lower limit value are calculated based on equations other than these You may do so. Also, instead of using a calculation formula, for example, a table in which the SOH value is associated with the SOC upper limit value and the SOC lower limit value is stored as the
また、以上の実施形態では、図5に示すようなSOC上限値とSOC下限値を例に挙げて説明したが、例えば、図7に示すようなSOC上限値とSOC下限値を用いるようにしてもよい。図5の例では、SOC上限値は上に凸な形状を有し、SOC下限値も上に凸な形状を有しているが、図7の例では、SOC上限値は下に凸な形状を有し、SOC下限値は上に凸な形状を有している。もちろん、二次電池14や車両の種類によっては、SOC上限値が上または下に凸な形状であったり、SOC下限値が上または下に凸な形状であったりしてもよい。 In the above embodiment, the SOC upper limit value and the SOC lower limit value as shown in FIG. 5 are described as an example, but for example, the SOC upper limit value and the SOC lower limit value as shown in FIG. It is also good. In the example of FIG. 5, the SOC upper limit has an upwardly convex shape, and the SOC lower limit also has an upwardly convex shape. In the example of FIG. 7, the SOC upper limit is downwardly convex. And the SOC lower limit has an upwardly convex shape. Of course, depending on the type of secondary battery 14 or vehicle, the SOC upper limit may be convex upward or downward, or the SOC lower limit may be convex upward or downward.
また、以上の実施形態では、所望の充電受入電気量およびECU等を起動できるSOFはともに固定値を用いるようにしたが、これらの少なくとも一方を、用途や環境に応じて変動する変動値としてもよい。例えば、過去の走行履歴に基づいて、回生時間を求め、求めた回生時間に応じて、所望の充電受入電気量を調整するようにしてもよい。より詳細には、回生時間が短い場合には、所望の充電受入電気量の値を対応して小さくするようにしてもよい。また、ECU等を起動できるSOFについても、始動時においてスタータモータ18に流れる電流を検出し、検出した電流に基づいてSOFを調整するようにしてもよい。より詳細には、電流が過去の始動時に比較して増加している場合には、ECU等を起動できるSOFを大きくするようにしてもよい。
Further, in the above embodiments, fixed values are used for both the desired charge acceptance electric quantity and the SOF that can start the ECU etc. However, at least one of these may be used as a fluctuation value that fluctuates depending on the application and environment. Good. For example, the regeneration time may be determined based on the past travel history, and the desired charge acceptance electric quantity may be adjusted according to the determined regeneration time. More specifically, when the regeneration time is short, the value of the desired charge acceptance electric quantity may be correspondingly reduced. In addition, also for the SOF that can start the ECU or the like, the current flowing to the
また、以上の実施形態では、式(1)の極板と電解液の接触面積Aについては固定値としたが、二次電池14のサルフェーションが進行したり、電解液量が変化したりした場合には極板と電解液の接触面積Aが変化する場合も想定されるので、そのような場合にはAの値を調整するようにしてもよい。 In the above embodiments, the contact area A between the electrode plate of the formula (1) and the electrolyte is a fixed value, but when the sulfation of the secondary battery 14 progresses or the amount of the electrolyte changes Since it is assumed that the contact area A between the electrode plate and the electrolyte changes, the value of A may be adjusted in such a case.
また、以上の実施形態では、求めたSOC上限値とSOC下限値を、温度および電解液量に応じて補正するようにしたが、これらの少なくとも一方の補正を行わないようにしてもよい。例えば、温度および電解液量の想定される変化量をマージンとしてSOC上限値およびSOC下限値に織り込んでおき、そのようなSOC上限値およびSOC下限値を用いることで補正を行わないようにしてもよい。 In the above embodiments, the SOC upper limit value and the SOC lower limit value are corrected according to the temperature and the amount of the electrolytic solution, but at least one of them may not be corrected. For example, even if the expected change amounts of the temperature and the electrolyte amount are taken into the SOC upper limit value and the SOC lower limit value as a margin and correction is not performed by using such SOC upper limit value and SOC lower limit value Good.
また、以上の実施形態では、SOC上限値とSOC下限値を用いた充放電制御としては、SOC上限値を上回った場合に放電制御を行い、SOC下限値を下回った場合に充電制御を行うようにしたが、もちろんこれ以外の制御を行うようにしてもよい。例えば、SOC上限値とSOC下限値よりも狭い範囲内に常に収まるように、充放電制御を行うようにしてもよい。 Further, in the above embodiment, as charge and discharge control using the SOC upper limit value and the SOC lower limit value, discharge control is performed when the SOC upper limit value is exceeded, and charge control is performed when the SOC lower limit value is exceeded. Of course, other control may be performed. For example, charge / discharge control may be performed so as to always fall within a range narrower than the SOC upper limit value and the SOC lower limit value.
また、図6に示す処理では、処理を繰り返し実行するようにしたが、例えば、エンジン17の始動時に図6の処理を1回実行し、走行中は、得られたSOC上限値とSOC下限値に基づいて充放電処理を実行するようにしてもよい。あるいは、車両の走行に応じて二次電池14の温度が変化するので、車両の走行中は図6の処理を繰り返すようにしてもよい。なお、繰り返す場合には、全ての処理を繰り返すのではなく、例えば、ステップS15以降の処理を繰り返すようにしてもよい。 In the process shown in FIG. 6, the process is repeatedly performed. For example, the process of FIG. 6 is performed once when the engine 17 is started, and during traveling, the obtained SOC upper limit value and SOC lower limit value are obtained. The charge and discharge process may be performed based on Alternatively, since the temperature of the secondary battery 14 changes in accordance with the traveling of the vehicle, the process of FIG. 6 may be repeated while the vehicle is traveling. In addition, when repeating, not all the processes are repeated, but, for example, the processes after step S15 may be repeated.
また、以上の各実施形態では、オルタネータ16の電圧を調整することで、二次電池14を充電するようにしたが、負荷19に供給される電流を減少させることで、二次電池14の充電電流が増加するようにしてもよい。なお、負荷19に供給される電流を減少させる方法としては、例えば、負荷19の種類に応じて優先順位を付与し、給電能力が低下している場合には優先順位が低い負荷への給電を減少させるか停止する方法がある。例えば、安全走行への寄与が高低に応じて優先順位を付与し、優先順位が低い、例えば、シートヒータ、空調、デフォガ等については、供給する電力を低減させたり、あるいは、停止したりするようにしてもよい。
In each of the above embodiments, the secondary battery 14 is charged by adjusting the voltage of the
1 二次電池充電制御装置
10 制御部(SOH推定手段、SOC上限値求出手段、SOC下限値求出手段、SOC推定手段、充電制御手段)
10a CPU
10b ROM
10c RAM
10d 表示部
10e I/F
11 電圧センサ
12 電流センサ
13 温度センサ
14 二次電池
15 放電回路
16 オルタネータ
17 エンジン
18 スタータモータ
19 負荷
1 secondary battery
10a CPU
10b ROM
10c RAM
10d Display 10e I / F
11
Claims (7)
前記二次電池のSOH(State of Health)を推定するSOH推定手段と、
前記SOH推定手段によって推定された前記SOHから前記二次電池のSOC(State of Charge)上限値を求出するSOC上限値求出手段と、
前記SOH推定手段によって推定された前記SOHから前記二次電池のSOC下限値を求出するSOC下限値求出手段と、
前記二次電池のSOCを推定するSOC推定手段と、
前記SOC推定手段によって推定された前記SOCが、前記SOC上限値求出手段によって求出された前記SOC上限値と、前記SOC下限値求出手段によって求出された前記SOC下限値との範囲内に収まるように前記二次電池の充電制御を行う充電制御手段と、を有し、
前記SOC上限値は拡散律速に関する関数であり、前記SOC下限値は前記車両のエンジン始動時の電圧降下に関する関数である、
ことを特徴とする二次電池充電制御装置。 In a secondary battery charge control device for controlling the charge state of a secondary battery mounted in a vehicle,
SOH estimation means for estimating SOH (State of Health) of the secondary battery;
SOC upper limit value extraction means for calculating an SOC (State of Charge) upper limit value of the secondary battery from the SOH estimated by the SOH estimation means;
SOC lower limit value calculation means for calculating the SOC lower limit value of the secondary battery from the SOH estimated by the SOH estimation means;
SOC estimation means for estimating the SOC of the secondary battery;
Within the range between the SOC upper limit value calculated by the SOC upper limit value extraction means and the SOC lower limit value calculated by the SOC lower limit value calculation means, with the SOC estimated by the SOC estimation means Charge control means for performing charge control of the secondary battery so as to be contained in
The SOC upper limit value is a function related to diffusion limitation, and the SOC lower limit value is a function related to voltage drop at engine start of the vehicle.
A secondary battery charge control device characterized in that.
前記二次電池のSOH(State of Health)を推定するSOH推定ステップと、SOH estimation step of estimating SOH (State of Health) of the secondary battery;
前記SOH推定ステップにおいて推定された前記SOHから前記二次電池のSOC(State of Charge)上限値を求出するSOC上限値求出ステップと、An SOC upper limit value determining step for determining an upper limit value of a state of charge (SOC) of the secondary battery from the SOH estimated in the SOH estimating step;
前記SOH推定ステップにおいて推定された前記SOHから前記二次電池のSOC下限値を求出するSOC下限値求出ステップと、An SOC lower limit calculation step of calculating an SOC lower limit value of the secondary battery from the SOH estimated in the SOH estimation step;
前記二次電池のSOCを推定するSOC推定ステップと、An SOC estimation step of estimating the SOC of the secondary battery;
前記SOC推定ステップにおいて推定された前記SOCが、前記SOC上限値求出ステップにおいて求出された前記SOC上限値と、前記SOC下限値求出ステップにおいて求出された前記SOC下限値との範囲内に収まるように前記二次電池の充電制御を行う充電制御ステップと、を有し、The SOC estimated in the SOC estimation step is within the range between the SOC upper limit value calculated in the SOC upper limit value calculation step and the SOC lower limit value calculated in the SOC lower limit value calculation step A charge control step of performing charge control of the secondary battery to be within
前記SOC上限値は拡散律速に関する関数であり、前記SOC下限値は前記車両のエンジン始動時の電圧降下に関する関数である、The SOC upper limit value is a function related to diffusion limitation, and the SOC lower limit value is a function related to voltage drop at engine start of the vehicle.
ことを特徴とする二次電池充電制御方法。A secondary battery charge control method characterized in that.
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