JP6658321B2

JP6658321B2 - 電池システム

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Publication number: JP6658321B2
Application number: JP2016117960A
Authority: JP
Inventors: 高橋　賢司; 賢司高橋
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-06-14
Filing date: 2016-06-14
Publication date: 2020-03-04
Anticipated expiration: 2036-06-14
Also published as: JP2017223496A

Description

この発明は、電池システムに関し、特に、ニッケル水素電池を備える電池システムにおいてニッケル水素電池の蓄電量を推定する技術に関する。

特開２００７−３３３４４７号公報（特許文献１）は、二次電池の充電状態（State Of Charge）を示すＳＯＣ値（二次電池の満充電容量に対する蓄電量を０〜１００％で表わした値であり、二次電池の残存容量を示す。）の推定精度を向上可能な技術を開示する。この技術では、二次電池の充放電に伴なうメモリ効果による電圧降下又は電圧上昇を考慮して二次電池の無負荷電圧（開放電圧（ＯＣＶ（Open Circuit Voltage））とも称される。）が補正され、補正されたＯＣＶに基づいてＳＯＣ値が推定される（特許文献１参照）。

特開２００７−３３３４４７号公報

ニッケル水素電池では、ＳＯＣ値の推定精度を向上させる手法として、電池の電流積算値を用いる方式（以下「電流積算方式」とも称する。）も採用される。この電流積算方式は、電池の入出力電流を積算することによって積算開始時からのＳＯＣ値の変化量を求め、その求められた変化量をＳＯＣ値の初期値（積算開始時の値）に加えることによってＳＯＣ値を算出するものである。

しかしながら、電池の入出力電流の積算値を用いる上記の方式によっても、ＳＯＣ値の推定精度が低下する可能性がある。すなわち、ニッケル水素電池の内部では、電池の主反応に加えて副反応が同時に起こっており、この副反応による影響を考慮しないと、ＳＯＣ値の推定精度が低下する可能性がある。上記の特許文献１に記載の技術では、電池の副反応による影響は考慮されていない。

この発明は、かかる課題を問題するためになされたものであり、その目的は、ニッケル水素電池を備える電池システムにおいて、電池の副反応による影響を考慮して蓄電量（ＳＯＣ値）の推定精度を向上させることである。

この発明に従う電池システムは、ニッケル水素電池と、電流センサと、制御装置とを備える。電流センサは、ニッケル水素電池の入出力電流を検出する。制御装置は、ニッケル水素電池の電流積算値を用いてニッケル水素電池の蓄電量を算出する。ここで、制御装置は、ニッケル水素電池の状態とニッケル水素電池における自己放電電流との関係を示すデータを記憶し、そのデータを参照して、ニッケル水素電池の状態から自己放電電流を推定する。そして、制御装置は、自己放電電流の推定値を電流センサの検出値から差引くことによって得られる値を積算した積算値を用いてニッケル水素電池の蓄電量を算出する。

ニッケル水素電池の内部では、副反応の一つとして、放電時・充電時・無負荷時に拘わらず、正極において、プロトン（Ｈ^＋）を取込んでＯ_２を放出することにより自己放電する反応が生じている。この自己放電による電荷の消費を考慮せずに電流センサの検出値を直接積算して蓄電量（ＳＯＣ値）を算出すると、算出された蓄電量は、真の蓄電量に対して過大なものとなり得る。そこで、この電池システムにおいては、ニッケル水素電池の状態とニッケル水素電池における自己放電電流との関係を示す予め準備されたデータを参照して、ニッケル水素電池の状態から自己放電電流が推定され、その推定値を電流センサの検出値から差引くことによって得られる値を積算した積算値を用いて蓄電量が算出される。これにより、電流センサの検出値から自己放電の影響が排除された真の電池電流に基づいて蓄電量が算出される。

したがって、この発明によれば、ニッケル水素電池を備える電池システムにおいて、電池の副反応（自己放電反応）による影響を考慮して蓄電量（ＳＯＣ値）の推定精度を向上させることができる。

この発明の実施の形態に従う電池システムが搭載された車両の構成を概略的に示した図である。ＥＣＵが制御用ＳＯＣ値を算出する際に実行する処理手順の一例を示すフローチャートである。ニッケル水素電池の温度が一定の下でのニッケル水素電池の電圧の推移を示した図である。図３と同条件の温度及び電圧の下でニッケル水素電池に入出力される電流を示した図である。ニッケル水素電池の電圧と自己放電電流との相関についての実験結果を示した図である。ニッケル水素電池の温度と自己放電電流とについてのアレニウスプロットを示した図である。ニッケル水素電池の状態と自己放電電流との関係についてのデータを示した図である。図２のステップＳ１０において実行される第１暫定ＳＯＣａ算出処理（電流積算方式）の手順を説明するフローチャートである。ＳＯＣ値が０％から満充電状態までニッケル水素電池を充電し、その後、ニッケル水素電池を完全に放電したときの、第１暫定ＳＯＣａの推移を示した第１の図である。ＳＯＣ値が０％から満充電状態までニッケル水素電池を充電し、その後、ニッケル水素電池を完全に放電したときの、第１暫定ＳＯＣａの推移を示した第２の図である。ＳＯＣ値が０％から満充電状態までニッケル水素電池を充電し、その後、ニッケル水素電池を完全に放電したときの、第１暫定ＳＯＣａの推移を示した第３の図である。車両の走行中におけるＳＯＣ値の推移の一例を示した図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

＜電池システムの構成＞
図１は、この発明の実施の形態に従う電池システムが搭載された車両１の構成を概略的に示した図である。なお、以下では、車両１がハイブリッド車両である場合について代表的に説明するが、この発明に従う電池システムは、ハイブリッド車両に搭載されるものに限定されず、ニッケル水素電池を搭載した車両全般、さらには車両以外の用途にも適用可能である。

図１を参照して、車両１は、電池システム２と、パワーコントロールユニット（以下「ＰＣＵ（Power Control Unit）」と称する。）３０と、モータジェネレータ（以下「ＭＧ（Motor Generator）」と称する。）４１，４２と、エンジン５０と、動力分割装置６０と、駆動軸７０と、駆動輪８０とを備える。電池システム２は、ニッケル水素（ＮｉＭＨ）電池１０と、監視ユニット２０と、電子制御装置（以下「ＥＣＵ（Electronic Control Unit）」と称する。）１００とを含む。

エンジン５０は、空気と燃料との混合気を燃焼させたときに生じる燃焼エネルギをピストンやロータなどの運動子の運動エネルギに変換することによって動力を出力する内燃機関である。動力分割装置６０は、たとえば、サンギヤ、キャリア、リングギヤの３つの回転軸を有する遊星歯車機構を含む。動力分割装置６０は、エンジン５０から出力される動力を、ＭＧ４１を駆動する動力と、駆動輪８０を駆動する動力とに分割する。

ＭＧ４１，４２は、交流回転電機であり、たとえば、ロータに永久磁石が埋設された三相交流同期電動機である。ＭＧ４１は、主として、動力分割装置６０を経由してエンジン５０により駆動される発電機として用いられる。ＭＧ４１が発電した電力は、ＰＣＵ３０を介してＭＧ４２又はニッケル水素電池１０に供給される。

ＭＧ４２は、主として電動機として動作し、駆動輪８０を駆動する。ＭＧ４２は、ニッケル水素電池１０からの電力及びＭＧ４１の発電電力の少なくとも一方を受けて駆動され、ＭＧ４２の駆動力は駆動軸７０に伝達される。一方、車両の制動時や下り斜面での加速度低減時には、ＭＧ４２は、発電機として動作して回生発電を行なう。ＭＧ４２が発電した電力は、ＰＣＵ３０を介してニッケル水素電池１０に供給される。

ニッケル水素電池１０は、直列に接続された複数のニッケル水素電池セルを含み、ＭＧ４１，４２を駆動するための電力を蓄える。すなわち、ニッケル水素電池１０は、ＰＣＵ５０を通じてＭＧ４１，４２へ電力を供給することができる。また、ニッケル水素電池１０は、ＭＧ４１，４２の発電時にＰＣＵ３０を通じて発電電力を受けて充電される。

監視ユニット２０は、電圧センサ２１と、電流センサ２２と、温度センサ２３とを含む。電圧センサ２１は、ニッケル水素電池１０の端子間電圧（以下「電圧ＶＢ」と称する。）を検出する。電流センサ２２は、ニッケル水素電池１０の入出力電流（以下「電流ＩＢａ」と称する。）を検出する。なお、この実施の形態では、電流センサ２２は、ニッケル水素電池１０への入力電流を正値とし、ニッケル水素電池１０からの出力電流を負値として検出する。温度センサ２３は、ニッケル水素電池１０の温度（以下「温度ＴＢ」と称する。）を検出する。そして、各センサは、検出結果を示す信号をＥＣＵ１００へ出力する。

ＰＣＵ３０は、ＥＣＵ１００からの制御信号に従って、ニッケル水素電池１０とＭＧ４１，４２との間で双方向の電力変換を実行する。ＰＣＵ３０は、ＭＧ４１，４２の状態をそれぞれ別々に制御可能に構成されており、たとえば、ＭＧ４１を回生（発電）状態にしつつ、ＭＧ４２を力行状態にすることができる。ＰＣＵ３０は、たとえば、ＭＧ４１，４２に対応して設けられる２つのインバータと、各インバータに供給される直流電圧をニッケル水素電池１０の電圧以上に昇圧するコンバータとを含んで構成される。

ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０１と、メモリ（ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory））１０２と、タイマ１０３と、各種信号を入出力するための入出力ポート（図示せず）とを含んで構成される。ＥＣＵ１００は、各センサから受ける信号並びにメモリ１０２に記憶されたプログラム及びマップに基づいてエンジン５０及びＰＣＵ３０を制御することにより、ニッケル水素電池１０の充放電を制御する。

たとえば、ニッケル水素電池１０を充電する必要がある場合、ＥＣＵ１００は、エンジン５０の動力の一部を用いてＭＧ４１に発電させ、ＭＧ４１が発電した電力でニッケル水素電池１０を充電するように、エンジン５０及びＰＣＵ３０（ＭＧ４１，ＭＧ４２）を制御する。

ＥＣＵ１００は、ニッケル水素電池１０の充放電を的確に行なうために、ニッケル水素電池１０の蓄電量（ＳＯＣ値）を算出する。一般的に、二次電池のＳＯＣ値の算出方式として、二次電池の電流積算値を用いる方式（以下「電流積算方式」とも称する。）や、二次電池の電圧を用いる方式（以下「電圧方式」とも称する。）が知られている。電流積算方式は、二次電池の充放電電流を積算することによって積算開始時からのＳＯＣ値の変化量を求め、その求められた変化量をＳＯＣ値の初期値（積算開始時の値）に加えることによってＳＯＣ値を算出するものである。電圧方式は、ＳＯＣ値に対するＯＣＶの値を示すＯＣＶカーブを予め実験等によって求めて記憶しておき、ＯＣＶカーブを参照して二次電池の電圧検出値からＳＯＣ値を算出するものである。

この実施の形態では、電流積算方式によるＳＯＣ値と電圧方式によるＳＯＣ値との双方が算出され、双方の寄与度を重み付けして最終的なＳＯＣ値が算出される。具体的には、ＥＣＵ１００は、電流積算方式によって第１暫定ＳＯＣａを算出するとともに、電圧方式によって第２暫定ＳＯＣｂを算出し、第１暫定ＳＯＣａ及び第２暫定ＳＯＣｂを適宜重み付けすることによって制御用ＳＯＣ値を算出する。この制御用ＳＯＣ値が、ニッケル水素電池１０の充放電制御に用いられる。

図２は、ＥＣＵ１００が制御用ＳＯＣ値を算出する際に実行する処理手順の一例を示すフローチャートである。このフローチャートは所定周期で繰り返し実行される。

図２を参照して、ＥＣＵ１００は、電流積算方式による第１暫定ＳＯＣａを算出する（ステップＳ１０）。具体的には、ＥＣＵ１００は、ニッケル水素電池１０の充放電電流を積算することによって積算開始時からのＳＯＣ値の変化量ΔＳＯＣを求め、その求められた変化量ΔＳＯＣをＳＯＣ値の初期値（積算開始時の値）に加えることによって第１暫定ＳＯＣａを算出する。なお、電流積算方式そのものは公知であるため、さらなる詳細な説明は繰返さない。

次いで、ＥＣＵ１００は、電圧方式による第２暫定ＳＯＣｂを算出する（ステップＳ２０）。具体的には、ＥＣＵ１００は、実験等によって求められた新品時のＯＣＶカーブをメモリ１０２に予め記憶しておき、このＯＣＶカーブを参照して電圧ＶＢ（電圧センサ２１による検出値）に対応するＳＯＣ値（第２暫定ＳＯＣｂ）を算出する。なお、電圧方式そのものは公知であるため、さらなる詳細な説明は繰返さない。

そして、ＥＣＵ１００は、重み係数Ｋを用いて第１暫定ＳＯＣａ及び第２暫定ＳＯＣｂを重み付けすることによって制御用ＳＯＣ値を算出する（ステップＳ３０）。具体的には、ＥＣＵ１００は、第１暫定ＳＯＣａ、第２暫定ＳＯＣｂ及び重み係数Ｋを下記の算出式（１）に代入することによって制御用ＳＯＣ値を算出する。

制御用ＳＯＣ＝Ｋ・ＳＯＣａ＋（１−Ｋ）・ＳＯＣｂ …（１）
なお、重み係数Ｋは、０以上かつ１以下の値であり、制御用ＳＯＣ値に対する第１暫定ＳＯＣａ及び第２暫定ＳＯＣｂの寄与度をどの程度にするかに応じて適宜調整される。たとえば、重み係数ＫにＳＯＣ依存性等がある場合には、重み係数Ｋをマップや式としてメモリ１０２に記憶してもよい。

ニッケル水素電池では、一般的に、電圧方式に用いられるＯＣＶカーブの傾き（ＳＯＣの変化に対するＯＣＶの変化量）が小さくなる領域が存在し（低ＳＯＣ及び高ＳＯＣ以外の領域）、電圧方式によるＳＯＣ推定精度が低下し得る。そのため、電圧方式によるＳＯＣ推定精度の低下を補うために、電流積算方式によるＳＯＣ推定が重視される。しかしながら、電流積算方式によっても、ＳＯＣ値の推定精度が低下する可能性がある。

すなわち、ニッケル水素電池の内部では、電池の主反応に加えて副反応が同時に生じている。具体的には、副反応の一つとして、放電時・充電時・無負荷時に拘わらず、正極において、プロトン（Ｈ^＋）を取込んでＯ_２を放出することにより自己放電する反応が生じている。以下に、ニッケル水素電池の主反応、及び副反応の一つである自己放電反応の反応式を示す。

（放電）ＮｉＯＯＨ＋ＭＨ→Ｎｉ（ＯＨ）_２＋Ｍ …（２）
（充電）Ｎｉ（ＯＨ）_２＋Ｍ→ＮｉＯＯＨ＋ＭＨ …（３）
（自己放電反応）４ＮｉＯＯＨ＋２Ｈ_２Ｏ→４Ｎｉ（ＯＨ）_２＋Ｏ_２ …（４）
この自己放電反応による電荷の消費を考慮せずに電流センサ２２の検出値（ＩＢａ）を直接積算してＳＯＣ値を算出すると、算出されたＳＯＣ値は、真のＳＯＣ値に対して過大なものとなり得る。

そこで、この実施の形態に従う電池システム２では、ニッケル水素電池１０の状態とニッケル水素電池１０における自己放電電流との関係を示すデータを実験等により予め準備してメモリ１０２に記憶しておき、メモリ１０２に記憶された上記データを参照して、ニッケル水素電池１０の状態から自己放電電流が推定される。そして、その自己放電電流の推定値を電流センサ２２の検出値ＩＢａ（電池への入力が正）から差引くことによって得られる値を積算することによってＳＯＣ値の変化量ΔＳＯＣが求められ、その求められた変化量ΔＳＯＣをＳＯＣ値の初期値（積算開始時の値）に加えることによって第１暫定ＳＯＣａが算出される。これにより、自己放電の影響が排除された真の電池電流に基づいてＳＯＣ値を算出することができる。

以下では、ニッケル水素電池１０の状態と自己放電電流との関係について説明し、図２に示したステップＳ１０の処理（電流積算方式による第１暫定ＳＯＣａ算出処理）の詳細について説明する。

＜ニッケル水素電池１０の状態と自己放電電流との関係＞
図３，４は、ニッケル水素電池１０における自己放電電流を推定する実験結果の一例を示した図である。図３は、ニッケル水素電池１０の温度が一定の下でのニッケル水素電池１０の電圧の推移を示し、図４は、図３と同条件の温度及び電圧の下でニッケル水素電池１０に入出力される電流（電流センサ２２の検出値ＩＢａ）を示した図である。

図３及び図４を参照して、ある一定の温度下でニッケル水素電池１０の電圧をＶｃに維持したときにニッケル水素電池１０に入出力される電流（電流センサ２２の検出値ＩＢａ）が示される。図３における線ｋ１は、ニッケル水素電池１０の電圧がＶｃよりも低い状態から電圧をＶｃに合わせ込んだときの電圧の推移を示し、図４における線ｋ３は、そのときの入出力電流の推移を示す。一方、図３における線ｋ２は、ニッケル水素電池１０の電圧がＶｃよりも高い状態から電圧をＶｃに合わせ込んだときの電圧の推移を示し、図４における線ｋ４は、そのときの入出力電流の推移を示す。

図示されるように、ある一定の温度下でニッケル水素電池１０の電圧をＶｃに維持すると、ニッケル水素電池１０の入出力電流は、ある一定値（充電方向）に収束する。電圧が一定に維持されていることから、この電流は、ニッケル水素電池１０の内部で生じている自己放電による蓄電量の減少を補うものと理解され、すなわち、ニッケル水素電池１０における自己放電電流を示しているものと理解される。

そこで、ニッケル水素電池１０の電圧及び温度の条件を変えて、上記の方法によりニッケル水素電池１０の状態（電圧及び温度）に応じた自己放電電流を求め、ニッケル水素電池１０の状態と自己放電電流との関係を示すデータを求めることができる。

図５は、ニッケル水素電池１０の電圧と自己放電電流Ｉｓとの相関についての実験結果を示した図である。図５を参照して、横軸は、ニッケル水素電池１０の電圧を示し、自己放電電流Ｉｓは小さいことから、横軸の電圧は、ニッケル水素電池１０のＯＣＶとみなすことができる。図から、自己放電電流Ｉｓの電圧依存性が理解され、電圧（ＯＣＶ）が高いほど自己放電電流Ｉｓが大きくなることが分かる。また、同図からは、自己放電電流Ｉｓの温度依存性も理解される。

図６は、ニッケル水素電池１０の温度と自己放電電流Ｉｓとについてのアレニウスプロットを示した図である。図６を参照して、横軸は、ニッケル水素電池１０の温度ＴＢの逆数を示し、縦軸は、自己放電電流Ｉｓの自然対数値を示す。●印は、ニッケル水素電池１０の電圧（ＯＣＶ）がＶｃ１である場合のデータであり、◆印は、ニッケル水素電池１０の電圧（ＯＣＶ）がＶｃ２（Ｖｃ２＞Ｖｃ１）である場合のデータである。図から、自己放電電流Ｉｓについて、アレニウス則に従う温度依存性が理解される。

以上のような実験結果に基づいて、ニッケル水素電池１０の状態（ＯＣＶ，温度ＴＢ）と自己放電電流Ｉｓとの関係を示すデータを求めることができる。

図７は、ニッケル水素電池１０の状態と自己放電電流Ｉｓとの関係についてのデータを示した図である。図７を参照して、ニッケル水素電池１０の状態は、ＯＣＶと温度ＴＢとによって区分され、ニッケル水素電池１０の状態（ＯＣＶ，温度ＴＢ）毎に、上記のような実験により自己放電電流Ｉｓが求められる。そして、図示されるように、ニッケル水素電池１０の状態毎に実験により求められた自己放電電流Ｉｓのデータが、たとえばマップとしてＥＣＵ１００のメモリ１０２（図１）に記憶される。なお、マップに代えて、ニッケル水素電池１０の状態（ＯＣＶ，温度ＴＢ）と自己放電電流Ｉｓとの関係を示す関係式をメモリ１０２に記憶してもよい。

このようなニッケル水素電池１０の状態と自己放電電流Ｉｓとの関係を示すデータを実験により予め準備してＥＣＵ１００のメモリ１０２に記憶しておき、ニッケル水素電池１０の状態に応じて自己放電電流Ｉｓが推定される。そして、その自己放電電流Ｉｓの推定値を電流センサ２２の検出値ＩＢａ（充電方向を正）から差引くことによって、自己放電の影響が排除された真の電池電流ＩＢが算出され、この電池電流ＩＢの積算値に基づいて第１暫定ＳＯＣａが算出される。

図８は、図２のステップＳ１０において実行される第１暫定ＳＯＣａ算出処理（電流積算方式）の手順を説明するフローチャートである。

図８を参照して、ＥＣＵ１００は、電圧センサ２１、電流センサ２２、温度センサ２３の各検出値を監視ユニット２０から取得する（ステップＳ１１０）。次いで、ＥＣＵ１００は、ニッケル水素電池１０の分極による電圧上昇量又は電圧降下量を算出する（ステップＳ１２０）。なお、ここでいう分極とは、ニッケル水素電池１０に負荷電流が流れている場合の、ニッケル水素電池１０の内部抵抗による電圧上昇量（充電時）又は電圧降下量（放電時）を示す。すなわち、電流センサ２２の検出値にニッケル水素電池１０の内部抵抗を乗算することによって、内部抵抗による電圧上昇量（充電時）又は電圧降下量（放電時）を算出することができる。なお、ニッケル水素電池１０の内部抵抗は、ニッケル水素電池１０の温度依存性が大きく、予め実験等により内部抵抗を温度の関数として求めておくのが好ましい。なお、内部抵抗のＳＯＣ依存性が無視できない場合には、内部抵抗の関数にＳＯＣ依存項を設けてもよい。

次いで、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１２０において算出された電圧上昇量（充電時：正値）又は電圧下降量（放電時：負値）を電圧センサ２１の検出値ＶＢから差引くことにより、ニッケル水素電池１０のＯＣＶを算出する（ステップＳ１３０）。そして、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１３０において算出されたＯＣＶと、温度センサ２３によるニッケル水素電池１０の温度ＴＢの検出値とから、メモリ１０２に記憶されたマップ（図７）を用いて自己放電電流Ｉｓを推定する（ステップＳ１４０）。

自己放電電流Ｉｓが推定されると、ＥＣＵ１００は、推定された自己放電電流Ｉｓを電流センサ２２の検出値ＩＢａ（電池への入力が正）から差引くことにより、自己放電の影響が排除された真の電池電流ＩＢが算出される（ステップＳ１５０）。そして、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１５０において算出された電池電流ＩＢを積算することによってＳＯＣ値の変化量ΔＳＯＣを算出し、その変化量ΔＳＯＣをＳＯＣ値の初期値（積算開始時の値）に加えることによって第１暫定ＳＯＣａを算出する（ステップＳ１６０）。

図９〜図１２は、自己放電の影響を排除して算出されたＳＯＣ値の推定精度の向上効果を説明するための図である。

図９〜図１１は、ＳＯＣ値が０％から満充電状態までニッケル水素電池１０を充電し、その後、ニッケル水素電池１０を完全に放電したときの、第１暫定ＳＯＣａの推移を示した図である。図９〜図１１の各々において、実線は、第１暫定ＳＯＣａの推移を示し、点線は、参考例として、自己放電の影響を考慮していない場合の電流積算に基づくＳＯＣ値（すなわち、電流センサ２２の検出値ＩＢａを直接積算した場合のＳＯＣ値）の推移を示す。実線及び点線の各々において、電圧が高い方の曲線は、充電時の特性を示し（充電カーブ）、電圧が低い方の曲線は、放電時の特性を示す（放電カーブ）。

図９は、ニッケル水素電池１０の入出力電流の大きさがＩ１であり、温度ＴＢがＴ１であるときのＳＯＣ値の推移を示す。図１０は、ニッケル水素電池１０の入出力電流の大きさがＩ２（Ｉ２＞Ｉ１）であり、温度ＴＢがＴ１であるときのＳＯＣ値の推移を示し、図１１は、図１０のケースと同じ電流条件（Ｉ２）で温度ＴＢがＴ２（Ｔ２＞Ｔ１）であるときのＳＯＣ値の推移を示す。

図９〜図１１を参照して、自己放電の影響を考慮していない場合（点線）の放電終了時のＳＯＣ値と、原点（充電開始時の点）のＳＯＣ値との乖離は、自己放電の影響を意味する。図９に示されるケース（ＩＢａ＝Ｉ１、ＴＢ＝Ｔ１）では、上記乖離はＡ％である。図１０に示されるケース（ＩＢａ＝Ｉ２（Ｉ２＞Ｉ１）、ＴＢ＝Ｔ１）では、上記乖離はＢ％であり、ＡとＢとの大きさの関係はＡ＞Ｂである。これは、入出力電流が小さいほど、充放電時間が長いため、相対的に自己放電の影響が大きくなるからである。また、図１１に示されるケース（ＩＢａ＝Ｉ２、ＴＢ＝Ｔ２（Ｔ２＞Ｔ１））では、上記乖離はＣ％であり、ＢとＣとの大きさの関係はＢ＜Ｃである。これは、ニッケル水素電池１０の温度が高いときほど、自己放電電流Ｉｓが大きくなるためである。すなわち、高温の場合ほど、自己放電電流Ｉｓが大きくなり、ＳＯＣ値の推定誤差も大きくなることを示している。

これに対して、図８に示したフローチャートによって算出される、この実施の形態による第１暫定ＳＯＣａ（実線）には、上記のような誤差は見られず、自己放電の影響が排除されており、ＳＯＣ値の推定精度が向上することが示されている（図９〜図１１の各々において、実線は、原点から始まり、原点に戻っている。）。

図１２は、車両１の走行中におけるＳＯＣ値の推移の一例を示した図である。図１２を参照して、実線ｋ６は、図８に示したフローチャートによって算出される、この実施の形態による第１暫定ＳＯＣａの推移を示し、点線ｋ５は、参考例として、自己放電の影響を考慮していない場合の電流積算に基づくＳＯＣ値（すなわち、電流センサ２２の検出値ＩＢａを直接積算した場合のＳＯＣ値）の推移を示す。

この実施の形態に従う電池システム２において算出される第１暫定ＳＯＣａ（実線ｋ６）は、自己放電の影響を考慮していない場合のＳＯＣ値（点線ｋ５）よりも、自己放電の影響が排除される分だけ低い値を示しており、走行後に実測した残存容量の結果（図示せず）に近い値を示す。

以上のように、この実施の形態においては、ニッケル水素電池１０の状態（ＯＣＶ，温度ＴＢ）とニッケル水素電池１０における自己放電電流Ｉｓとの関係を示すデータが予め準備されてＥＣＵ１００のメモリ１０２に記憶される。そして、そのデータを参照して、ニッケル水素電池１０の状態から自己放電電流Ｉｓが推定され、その推定値を電流センサ２２の検出値ＩＢａから差引くことによって得られる値を積算した積算値を用いてＳＯＣ値が算出される。これにより、自己放電の影響が排除された真の電池電流に基づいてＳＯＣ値が算出される。したがって、この実施の形態に従う電池システム２によれば、ニッケル水素電池１０の副反応（自己放電反応）による影響を考慮してＳＯＣ値の推定精度を向上させることができる。

なお、上述のように、自己放電は、放電時・充電時・無負荷時に拘わらず生じており、すなわち、車両１の放置期間（不使用期間）中にも、自己放電は生じている。そこで、車両１のシステムがオフ（以下「ＩＧ−ＯＦＦ」とも称する。）されてから、次回にシステムがオン（以下「ＩＧ−ＯＮ」とも称する。）されるまでの自己放電電流Ｉｓを推定し、その推定結果に基づいて、放置期間中のＳＯＣ値の変化（低下量）を推定することができる。これにより、ＩＧ−ＯＮ時のＳＯＣ値（初期値）を精度よく推定することができる。

たとえば、放置期間中においても、監視ユニット２０（図１）によってニッケル水素電池１０の電圧ＶＢ及び温度ＴＢを検知可能であれば、走行中と同様に、上述の方法によりＳＯＣ値を高精度に推定することができる。

放置期間中に監視ユニット２０によってニッケル水素電池１０の電圧ＶＢ及び温度ＴＢを取得できない場合には、たとえば、放置期間中のニッケル水素電池１０の電圧及び温度の時間変化を線形或いは指数の関数等として仮定し、ＩＧ−ＯＮ時に、放置期間中の電圧及び温度の推定値に基づいて放置期間中の自己放電電流Ｉｓを推定してもよい。すなわち、ＩＧ−ＯＦＦ時の時刻並びにニッケル水素電池１０の電圧及び温度をメモリ１０２に記憶し、ＩＧ−ＯＮ時に、放置期間中の電圧及び温度を時々刻々と推定するとともに、その推定結果及び図７に示したマップを用いて放置期間中の自己放電電流Ｉｓを時々刻々と推定してもよい。そして、その推定した自己放電電流Ｉｓを放置期間について積算することにより、放置期間中のＳＯＣ変化量を推定してもよい。

なお、上記の実施の形態では、電流積算方式によるＳＯＣ値（第１暫定ＳＯＣａ）、及び電圧方式によるＳＯＣ値（第２暫定ＳＯＣｂ）を適宜重み付けすることによって制御用ＳＯＣ値を算出するものとしたが、電流積算方式によるＳＯＣ値（第１暫定ＳＯＣａ）をそのまま制御用ＳＯＣ値として用いてもよい。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１車両、２電池システム、１０ニッケル水素電池、２０監視ユニット、２１電圧センサ、２２電流センサ、２３温度センサ、３０ＰＣＵ、４１，４２ＭＧ、５０エンジン、６０動力分割装置、７０駆動軸、８０駆動輪、１００ＥＣＵ、１０１ＣＰＵ、１０２メモリ、１０３タイマ。

Claims

ニッケル水素電池と、
前記ニッケル水素電池の入出力電流を検出する電流センサと、
前記ニッケル水素電池の電圧を検出する電圧センサと、
前記ニッケル水素電池の温度を検出する温度センサと、
前記ニッケル水素電池の電流積算値を用いて前記ニッケル水素電池の蓄電量を算出する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記ニッケル水素電池の正極において生じる自己放電反応による自己放電電流と、前記ニッケル水素電池のＯＣＶ及び温度との関係を示すデータを記憶し、
前記電圧センサの検出値から前記ＯＣＶを算出し、
前記データを参照して、前記算出されたＯＣＶ及び前記温度センサによって検出される温度から前記自己放電電流を推定し、
前記自己放電電流の推定値を前記電流センサの検出値から差引くことによって得られる値を積算した積算値を用いて前記蓄電量を算出する、電池システム。