JP7091999B2 - 電池制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、車両に搭載される電池制御装置に関する。
車両に搭載される電池に、リン酸鉄系リチウムイオン電池（ＬＦＰ電池）を用いることが提案されている。このＬＦＰ電池は、開放端電圧（ＯＣＶ）から蓄電量（ＳＯＣ）を一意に特定できるＳＯＣ－ＯＣＶ特性曲線にフラットな領域を有するため（図２を参照）、このフラット領域では電池の蓄電状態を高精度に推定することが難しい。
この対策として、特許文献１には、開放端電圧がフラット領域にある場合、電池における実際の充放電積算量を算出して、フラット領域よりも低電圧側の基準ＳＯＣに加算することで、電池の蓄電量を推定する技術が開示されている。
特開２０１０－２６６２２１号公報
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、例えば電池の状態が長い時間に亘ってフラット領域内に留まっているような場合、充放電による電流の積算量を求めるための電流センサの測定誤差などが累積されて、推定した蓄電量と電池の実際の蓄電量との乖離が大きくなるおそれがある。
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、推定した蓄電量と電池の実際の蓄電量との乖離を抑制し、電池の蓄電状態を高精度に管理することができる電池制御装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の一態様は、蓄電量に対する開放端電圧の変化率が所定値以下であるフラット領域を有するＳＯＣ－ＯＣＶ特性曲線を持つ電池の蓄電状態を管理する車両用電池制御装置であって、電池の開放端電圧を取得する取得部と、取得部が取得した電池の開放端電圧がフラット領域の下限電圧以上かつ上限電圧以下の特定範囲内にあるか否かを判定する第１の判定部と、積算電流量に基づいて電池の蓄電量を推定する第１の推定部と、電池の蓄電量を表す値として参照される制御用蓄電量を設定する設定部と、電池の蓄電量が所定の目標値となるように電池の開放端電圧又は制御用蓄電量に基づいて電池の充放電を制御する制御部とを備え、車両のイグニッションオン時、第１の判定部が電池の開放端電圧が特定範囲内にあると判定した場合、設定部は、特性曲線に基づいてフラット領域の下限電圧から定まる蓄電量未満の第１の蓄電量に制御用蓄電量を設定し、制御部は、制御用蓄電量が第１の蓄電量に設定され、かつ、車両が走行可能な状態になった後、電池の開放端電圧がフラット領域の上限電圧を超える第１の電圧となるまで開放端電圧に基づいて電池を充電し、設定部は、電池の開放端電圧が第１の電圧に達するまでは第１の推定部が推定した蓄電量を制御用蓄電量に設定し、電池の開放端電圧が第１の電圧に達した後に、特性曲線に基づいて電池の開放端電圧から定まる第２の蓄電量を制御用蓄電量に設定する。
上記本発明の電池制御装置は、電池の開放端電圧がフラット領域にある場合には、直ちに所定の充電を実施して電池の開放端電圧をフラット領域外まで上昇させた後に、電池の蓄電量を表す値として参照される制御用蓄電量を可及的速やかに設定し直すので、制御用蓄電量と電池の実際の蓄電量との乖離を抑制し、電池の蓄電状態を高精度に管理することができる。
本実施形態に係る電池制御装置を含んだ車両用の冗長電源システムの概略構成例を示す図 リチウムイオン電池のＳＯＣ－ＯＣＶ特性の一例を示す図 初期ＳＯＣ飛ばし制御の処理を説明するフローチャート 図３のステップＳ３０４による詳細な処理を説明するフローチャート 自動運転が許可される処理を説明するフローチャート 通常ＳＯＣ飛ばし制御の処理を説明するフローチャート 第２電池の実ＳＯＣがフラット領域内にある場合の初期ＳＯＣ飛ばし制御を説明するタイミングチャート 第２電池の実ＳＯＣがフラット領域上側にある場合の初期ＳＯＣ飛ばし制御及び通常ＳＯＣ飛ばし制御を説明するタイミングチャート 第２電池の実ＳＯＣがフラット領域下側にある場合の初期ＳＯＣ飛ばし制御及び通常ＳＯＣ飛ばし制御を説明するタイミングチャート
＜実施形態＞
本発明の電池制御装置は、電池の蓄電量を表す値として参照される制御用蓄電量を用いる。車両のＩＧ－ＯＮ時に取得した電池の開放端電圧からＳＯＣ－ＯＣＶ特性曲線に基づいて一意に特定できる蓄電量に、制御用蓄電量を設定する。電池の開放端電圧が蓄電量を一意に特定できないフラット領域にある場合には、充放電制御によって電池の蓄電状態をフラット領域外に動かした後、開放端電圧から特定した蓄電量に制御用蓄電量を設定する。これにより、制御用蓄電量と電池の実際の蓄電量との乖離を抑制できる。
以下の実施形態では、蓄電状態を高精度に管理する必要がある電池の１つである、自動運転システムを備えた車両に搭載される自動運転バックアップ用電池に、本発明の電池制御装置を適用した場合を一例に説明する。
［構成］
図１は、本実施形態に係る電池制御装置５０を含んだ車両用の冗長電源システム１の概略構成例を示す図である。図１に例示した冗長電源システム１は、第１ＤＣＤＣコンバーター（以下「第１ＤＤＣ」と記す）１１、第１電池１２、第１自動運転システム１３、及び車載機器１４を含む第１電源系統と、第２ＤＣＤＣコンバーター（以下「第２ＤＤＣ」と記す）２１、第２電池２２及び第２自動運転システム２３を含む第２電源系統と、電力供給部３０と、第１リレー装置４１と、第２リレー装置４２と、電池制御装置５０と、を備えている。第１電源系統の第１電池１２、第１自動運転システム１３、及び車載機器１４は、第１電源ライン１５によって第１ＤＤＣ１１の出力側に接続されている。第２電源系統の第２電池２２及び第２自動運転システム２３は、第２電源ライン２５によって第２ＤＤＣ２１の出力側に接続されている。
この冗長電源システム１では、第１電源系統と第２電源系統とによる冗長電源構成を採用している。第１電源系統と第２電源系統とは、暗電流供給用の第１リレー装置４１を介して接続されている。第２電池２２は、電池保護用の第２リレー装置４２を介して第２電源系統と接続されている。この第１リレー装置４１及び第２リレー装置４２は、電池制御装置５０によって接続／遮断が制御される。
電力供給部３０は、第１ＤＤＣ１１及び第２ＤＤＣ２１へ並列に電力を供給することができる。この電力供給部３０には、例えばリチウムイオン電池などの、充放電可能に構成された高圧電池が用いられる。
第１ＤＤＣ１１は、電力供給部３０から供給される電力を変換し、第１電源ライン１５を介して、第１電池１２、第１自動運転システム１３、及び車載機器１４に出力することができる。
第１電池１２は、例えば鉛電池などの充放電可能に構成された二次電池である。この第１電池１２は、第１ＤＤＣ１１から出力される電力を蓄えること（充電）ができ、また自らが蓄えている電力を第１自動運転システム１３及び車載機器１４に出力（放電）することができる。さらに、第１電池１２は、第１リレー装置４１及び第２リレー装置４２を介して、第２電池２２から放出される電力を蓄えること（充電）ができる。
第１自動運転システム１３は、車両を自動運転させるために必要な車載機器を含んだシステムである。自動運転に必要な車載機器には、一例として自動運転ＥＣＵ（Electronic Control Unit）、電動ブレーキ装置（ＥＢＳ）、電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）などが含まれる。
車載機器１４は、車両の自動運転に関わらない１つ以上の車載機器を含む。この車載機器１４には、一例としてヘッドランプやワイパーなどの装置が含まれる。
第２ＤＤＣ２１は、電力供給部３０から供給される電力を変換し、第２電源ライン２５を介して、第２電池２２及び第２自動運転システム２３に出力することができる。
第２電池２２は、例えばリチウムイオン電池などの充放電可能に構成された二次電池である。一例として、図２に示すような蓄電量（ＳＯＣ）に対する開放端電圧（ＯＣＶ）の変化率が隣接する領域よりも小さいフラット領域を有するＳＯＣ－ＯＣＶ特性曲線を持つリン酸鉄系リチウムイオン電池（ＬＦＰ電池）を、第２電池２２として用いることができる。この第２電池２２は、第２リレー装置４２を介して、第２ＤＤＣ２１から出力される電力を蓄えること（充電）ができ、また自らが蓄えている電力を第２自動運転システム２３などに出力（放電）することができる。この第２電池２２は、第２自動運転システム２３に電力を供給することに加え、車両の自動運転中に第１電池１２の失陥が生じた場合に車両の自動運転に関わる機能をバックアップする予備電池としての役割も有する、バックアップ兼用電池である。
第２自動運転システム２３は、第１自動運転システム１３と同じシステムを冗長的に設けたものであり、第１自動運転システム１３と同様に、車両を自動運転させるために必要な車載機器を含んだシステムである。
第１リレー装置４１は、第１電源ライン１５と第２電源ライン２５との間に設けられ、電池制御装置５０の制御によって、第１電源ライン１５と第２電源ライン２５との接続及び遮断が可能なように構成されている。この第１リレー装置４１は、駐車時などの車両電源がオフされた時に接続状態となり、第１電池１２から第２自動運転システム２３へ暗電流を供給する経路を形成する。第１リレー装置４１は、上記以外の時は遮断状態となり、第１電源系統と第２電源系統とを電気的に分離している。
第２リレー装置４２は、第２電源ライン２５と第２電池２２との間に設けられ、電池制御装置５０の制御によって、第２電源ライン２５と第２電池２２との接続及び遮断が可能なように構成されている。この第２リレー装置４２は、駐車時などの車両電源がオフされた時には遮断状態となり、第２電池２２から第２自動運転システム２３への電流消費を防止する。第２リレー装置４２は、上記以外の時は接続状態となり、第２自動運転システム２３へ電力を供給する。
電池制御装置５０は、第１ＤＤＣ１１、第２ＤＤＣ２１、第１電池１２、第２電池２２、第１リレー装置４１、及び第２リレー装置４２の状態や動作などを管理して、冗長電源システム１の状態を制御することができる。本実施形態の電池制御装置５０では、第２電池２２の蓄電状態を高精度に推定するための制御を実行する。
電池制御装置５０は、典型的にはＣＰＵ（Central Processing Unit）、メモリ、及び入出力インタフェースなどを含んだＥＣＵ（Electronic Control Unit）として構成され得る。この電池制御装置５０には、第２電池２２の電圧、電流、及び温度を監視する監視ＥＣＵや、第２ＤＤＣ２１の出力電圧を制御したり、第１リレー装置４１の接続／遮断状態を制御したりすることができる電源ＥＣＵなど、車両に搭載されるＥＣＵの一部又は全部を含むことができる。本実施形態の電池制御装置５０は、メモリに格納されたプログラムをＣＰＵが読み出して実行することによって、制御部５１、推定部５２、設定部５３、取得部５４、及び判定部５５の機能を実現する。
制御部５１は、第２ＤＤＣ２１の電圧指示値を適切に制御して、第２電池２２の蓄電量が所定の目標値（例えば最大蓄電容量の９０％）となるように、第２電池２２の開放端電圧に基づいて第２電池２２の充電及び放電を行う、いわゆる通常充電を実施する。また、制御部５１は、後述する所定の条件を満足した場合には、第２ＤＤＣ２１の電圧指示値を適切に制御して、所定の蓄電量（例えば最大蓄電容量の９８％）に達するまで一定の電流で第２電池２２を充電し（ＣＣ充電）、この所定の蓄電量に達した後は一定の電圧で第２電池２２を充電する（ＣＶ充電）、いわゆるＣＣＣＶ充電を実施する。このＣＣＣＶ充電は、第２電池２２の蓄電量を表す値として参照される制御用蓄電量（以下「制御用ＳＯＣ」という）に基づいて、車両が走行可能な状態であるＲＥＡＤＹ－ＯＮの期間に実施される。
推定部５２は、制御部５１が実施する充放電制御に応じて生じる充電電流及び放電電流を積算し、積算した電流量に基づいて第２電池２２の蓄電量を推定する（第１の推定）。充電電流及び放電電流は、第２電池２２に設けられた電流センサで取得可能である。
また、推定部５２は、電池の充電量の推定誤差の積算値及び放電量の推定誤差の積算値を含んだ第２電池２２の蓄電量の最大値（以下「ＳＯＣ＿ＭＡＸ」という）及び最小値（以下「ＳＯＣ＿ＭＩＮ」という）を推定する（第２の推定）。ＳＯＣ＿ＭＡＸは、電流センサで測定される電流値が第２電池２２に実際に流れる電流値よりも多くなる推定誤差を含んだ最大の蓄電量である。ＳＯＣ＿ＭＩＮは、電流センサで測定される電流値が第２電池２２に実際に流れる電流値よりも少なくなる推定誤差を含んだ最小の蓄電量である。電流センサで生じる誤差は、予め実測で取得することで推定しもよいし、電流センサの製品規格に基づいて推定してもよい。
設定部５３は、第２電池２２の蓄電量を表す値として参照される制御用ＳＯＣを設定する。この制御用ＳＯＣには、推定部５２で推定された第２電池２２の蓄電量が設定される。また、設定部５３は、第２電池２２の実際の蓄電量（以下「実ＳＯＣ」という）と制御用ＳＯＣとの乖離が大きくならないように随時設定を見直すことを行う。制御用ＳＯＣの設定手法の詳細は、後述する。
取得部５４は、第２電池２２の開放端電圧（ＯＣＶ）を取得する。第２電池２２の開放端電圧は、第２電池２２に設けられた電圧センサなどで取得可能である。
判定部５５は、車両のイグニッションがオン（ＩＧ－ＯＮ）されたときに取得部５４によって取得された第２電池２２の開放端電圧が、上述したＳＯＣ－ＯＣＶ特性曲線のフラット領域の下限電圧以上かつ上限電圧以下の特定範囲内にあるか否かを判定する（第１の判定）。このフラット領域の下限電圧及び上限電圧は、第２電池２２のＳＯＣ－ＯＣＶ特性曲線において開放端電圧から蓄電量を一意に特定できるか否かに基づいて設定することができる。例えば、図２に示したＳＯＣ－ＯＣＶ特性曲線の場合には、下限電圧を３．２８Ｖと上限電圧を３．３１Ｖとすることができる。
また、判定部５５は、推定部５２で推定されたＳＯＣ＿ＭＡＸとＳＯＣ＿ＭＩＮとの差（＝ＳＯＣ＿ＭＡＸ－ＳＯＣ＿ＭＩＮ）が、所定の閾値を越えるか否かを判定する（第２の判定）。このＳＯＣ＿ＭＩＮ及びＳＯＣ＿ＭＡＸは、周知の電流積算法を用いて積算していくごとに誤差が累積され、第２電池２２の実ＳＯＣとの乖離がそれぞれ増大するものと考えられる。そこで、判定部５５は、第２電池２２の実ＳＯＣとＳＯＣ＿ＭＩＮ及びＳＯＣ＿ＭＡＸとの乖離を許容する限界となる値に基づいて所定の閾値を適切に設定し、ＳＯＣ＿ＭＩＮとＳＯＣ＿ＭＡＸとの差が所定の閾値を越えた場合には、設定部５３に第２電池２２の実ＳＯＣと制御用ＳＯＣとの乖離を修正させる。なお、判定部５５は、設定部５３が後述するＳＯＣ飛ばし制御を行って制御用ＳＯＣを新たな蓄電量に設定してから所定の時間が経過したか否かを判定し（第３の判定）、所定の時間が経過した場合に設定部５３に第２電池２２の実ＳＯＣと制御用ＳＯＣとの乖離を修正させてもよい。
さらに、判定部５５は、推定部５２で推定されたＳＯＣ＿ＭＩＮが所定の蓄電量に達したか否かを判定し（第４の判定）、ＳＯＣ＿ＭＩＮが所定の蓄電量に達した場合に車両の自動運転を許可することを行う。所定の蓄電量は、車両の自動運転に関わる機能をバックアップするために第２電池２２に必要な最低蓄電量に設定される。
これらの制御部５１、推定部５２、設定部５３、取得部５４、及び判定部５５の詳細な制御については、以降に説明する。
［制御］
次に、図３乃至図９をさらに参照して、本実施形態に係る電池制御装置５０が実行する制御を説明する。図３は、初期ＳＯＣ飛ばし制御の処理を説明するフローチャートである。図４は、図３のステップＳ３０４による詳細な処理を説明するフローチャートである。図５は、自動運転システムを備えた車両において自動運転が許可される処理を説明するフローチャートである。図６は、通常ＳＯＣ飛ばし制御の処理を説明するフローチャートである。図７乃至図９は、初期ＳＯＣ飛ばし制御及び通常ＳＯＣ飛ばし制御の一例を説明するタイミングチャートである。
１．初期ＳＯＣ飛ばし制御
図３、図４、図７、図８、及び図９を参照して、初期ＳＯＣ飛ばし制御を説明する。この初期ＳＯＣ飛ばし制御は、車両がＩＧ－ＯＮ状態となった後に最初に実施される第２電池２２の実ＳＯＣと制御用ＳＯＣとの乖離を修正する制御である。
前回のＩＧ－ＯＦＦ後から今回のＩＧ－ＯＮまでの車両が使用されていない間、自己放電や電池セルの均等化処理などによって第２電池２２の蓄電量が低下していることが考えられる。この蓄電量の低下は、第２電池２２の実ＳＯＣと制御用ＳＯＣとの乖離を引き起こす。そこで、本実施形態では、車両がＩＧ－ＯＮ状態となった直後に初期ＳＯＣ飛ばし制御を実施する。図３に示す処理は、車両がＩＧ－ＯＮ状態になると開始される。図７、図８、及び図９におけるタイミング（１）である。
ステップＳ３０１：判定部５５は、第２電池２２の実ＳＯＣがＳＯＣ－ＯＣＶ特性曲線のフラット領域内にあるか否かを判定する。具体的には、判定部５５は、取得部５４で取得された第２電池２２の開放端電圧（ＯＣＶ）が、フラット領域の下限電圧以上かつ上限電圧以下の特定範囲内にあるか否かを判定する。第２電池２２の開放端電圧が下限電圧以上かつ上限電圧以下の特定範囲内にある場合は（Ｓ３０１、はい）、第２電池２２の実ＳＯＣがフラット領域内にあり開放端電圧から蓄電量を一意に特定できないため、ステップＳ３０２に処理が進む。図７がこの場合に該当する。一方、第２電池２２の開放端電圧が下限電圧以上かつ上限電圧以下の特定範囲内にない場合は（Ｓ３０１、いいえ）、第２電池２２の実ＳＯＣがフラット領域外にあり開放端電圧から蓄電量を一意に特定できるため、ステップＳ３０９に処理が進む。図８及び図９がこの場合に該当する。
図７、図８、及び図９の例では、蓄電量が５０％～９０％の範囲をフラット領域としており、判定部５５は、蓄電量５０％時の開放端電圧（下限電圧）３．２８Ｖ以上かつ蓄電量９０％時の開放端電圧（上限電圧）３．３１Ｖ以下の範囲（図２を参照）に第２電池２２の開放端電圧があるか否かを判定することで、第２電池２２の実ＳＯＣがフラット領域内にあるか否かを判定している。図７は、ＩＧ－ＯＮ時の第２電池２２の実ＳＯＣがフラット領域内にある場合を示し、図８は、ＩＧ－ＯＮ時の第２電池２２の実ＳＯＣがフラット領域よりも上側（高ＳＯＣ側）にある場合を示し、図９は、ＩＧ－ＯＮ時の第２電池２２の実ＳＯＣがフラット領域よりも下側（低ＳＯＣ側）にある場合を示している。
ステップＳ３０２：設定部５３は、制御用ＳＯＣを、ＳＯＣ－ＯＣＶ特性曲線のフラット領域の下限電圧から定まる蓄電量未満の第１の蓄電量（以下「フラット下側ＳＯＣ」という）に設定する。すなわち、制御用ＳＯＣをフラット下側ＳＯＣまで一気に下降させる（ＳＯＣ飛ばし）。図７におけるタイミング（２）である。この設定は、ＩＧ－ＯＮ状態からＲＥＡＤＹ－ＯＮ状態に遷移するまでの間に実行される所定のシステム（電池監視システムなど）によるチェックが完了した後に行われる。
このフラット下側ＳＯＣは、例えば図７、図８、及び図９に示すようにフラット領域の下限電圧から定まる蓄電量を５０％としている場合には、５０％未満の蓄電量（フラット下側ＳＯＣ）を制御用ＳＯＣとして設定することができる。この設定処理により、第２電池２２の実ＳＯＣがフラット領域内のどの状態にあっても、制御用ＳＯＣを必ず実ＳＯＣより低く設定することができる。よって、設定後に制御用ＳＯＣに基づいて第２電池２２の充電を行えば、第２電池２２の実ＳＯＣをフラット領域の上側（高ＳＯＣ側）まで確実に上昇させることができる。設定が終わると、ステップＳ３０３に処理が進む。
ステップＳ３０３：制御部５１は、車両が走行可能なＲＥＡＤＹ－ＯＮ状態になったか否かを判断する。ＲＥＡＤＹ－ＯＮ状態では第２ＤＤＣ２１が動作するため、第２電池２２への充電が可能となる。ＲＥＡＤＹ－ＯＮ状態になれば（Ｓ３０３、はい）、ステップＳ３０４に処理が進む。
ステップＳ３０４：制御部５１は、第２電池２２に対してＣＣＣＶ充電を実施する。図７における（３）－（７）の期間である。このＣＣＣＶ充電には周知の手法を用いることができる。ここで、図４をさらに参照して、ステップＳ３０４で実施されるＣＣＣＶ充電を説明する。
ステップＳ４０１：制御部５１は、所定の電圧（以下「第１の電圧」という）まで予め定めた一定の電流で第２電池２２を充電（ＣＣ充電）するように、第２ＤＤＣ２１へ電圧指示値を与える。この第１の電圧は、第２電池２２の実ＳＯＣがフラット領域の上限電圧を超える電圧に設定される。例えば、フラット領域上側の蓄電量を９０％としている図７、図８、及び図９では、蓄電量９８％であるときの開放端電圧を第１の電圧に設定することができる。これにより、第２電池２２がＣＣ充電され、このＣＣ充電に応じて推定部５２で推定される第２電池２２の蓄電量が上昇する。ＣＣ充電が完了するまでは、設定部５３によって推定部５２で推定される蓄電量が制御用ＳＯＣに設定される。
ステップＳ４０２：制御部５１は、ＣＣ充電が完了したか否かを判断する。具体的には、制御部５１は、第２電池２２の開放端電圧が第１の電圧に達したか否かを判断する。ＣＣ充電が完了すれば（Ｓ４０２、はい）、ステップＳ４０３に処理が進む。図７におけるタイミング（６）である。
ステップＳ４０３：制御部５１は、予め定めた一定の電圧、ここでは第１の電圧を維持したまま電流を供給することによって第２電池２２を充電（ＣＶ充電）するように、第２ＤＤＣ２１へ電圧指示値を与える。これにより、第２電池２２がＣＶ充電され、このＣＶ充電に応じて制御用ＳＯＣも変化する。
ステップＳ４０４：制御部５１は、ＣＶ充電が完了したか否かを判断する。具体的には、制御部５１は、第２電池２２の開放端電圧を第１の電圧に維持した状態で、第２電池２２に流れ込む電流が所定値以下に減少したか否か、又はＣＶ充電を所定時間以上行ったか否かを判断する。ＣＶ充電が完了すれば（Ｓ４０４、はい）、ステップＳ３０４のＣＣＣＶ充電が終了する。図７におけるタイミング（７）である。再び図３を参照して、初期ＳＯＣ飛ばし制御を説明する。
ステップＳ３０５：制御部５１は、ＣＣＣＶ充電が終了した後、第２電池２２の充放電量を所定値以下にする制御を実施する。図７における（７）－（８）の期間である。この制御は、適切な開放端電圧が測定できるように第２電池２２の状態を安定化させるために実施される。具体的には、第２電池２２の充放電量が所定値を超えて大きく変化しないように、第２ＤＤＣ２１へ電圧指示値が与えられる。制御が開始されると、ステップＳ３０６に処理が進む。
ステップＳ３０６：制御部５１は、第２電池２２の充放電量が所定値以下である状態が第１の時間継続したか否かを判断する。第１の時間は、第２電池２２が安定した状態になったと判断するための時間であり、第２電池２２の特性や使用環境温度などに基づいて設定することができる。第１の時間は、カウンタなどを用いて計測することが可能である。第２電池２２の充放電量が所定値以下である状態が第１の時間継続した場合は（Ｓ３０６、はい）、第２電池２２が安定した状態になったと判断してステップＳ３０９に処理が進む。第２電池２２の充放電量が所定値以下である状態が第１の時間継続していない場合は（Ｓ３０６、いいえ）、第２電池２２が安定した状態になっていないと判断してステップＳ３０７に処理が進む。
ステップＳ３０７：判定部５５は、制御部５１が第２電池２２の充放電量を所定値以下にする制御を開始してから第２の時間が経過したか否かを判断する。第２の時間は、なかなか安定した状態にならない第２電池２２について、このまま充放電量を所定値以下にする制御を続けるべきか否かを判断するための時間であり、第２電池２２に求められる推定精度やシステム負荷などに基づいて設定することができる。第２の時間は、カウンタなどを用いて計測することが可能である。第２電池２２の充放電量を所定値以下にする制御を開始してから第２の時間が経過した場合は（Ｓ３０７、はい）、制御の継続を断念してステップＳ３０８に処理が進む。第２電池２２の充放電量を所定値以下にする制御を開始してから第２の時間が経過していない場合は（Ｓ３０７、いいえ）、制御を継続すべくステップＳ３０５に処理が進む。
ステップＳ３０８：制御部５１は、第２電池２２が安定した状態にないため、第２電池２２の開放端電圧から蓄電量を特定するのではなく、周知の電流電圧プロット手法により第２電池２２の開放端電圧を演算する。具体的には、第２ＤＤＣ２１によって第２電池２２に所定の充放電パルスを印加して電圧と電流と組にして複数測定し、その測定した複数の電圧と電流との組をプロットして求められる近似直線の切片を、開放端電圧として取得する。開放端電圧が演算されると、ステップＳ３０９に処理が進む。
ステップＳ３０９：設定部５３は、ステップＳ３０２～Ｓ３０８の処理を行って得た第２電池２２の開放端電圧から特定される第２の蓄電量（Ｓ３０１：はいの場合）、又はステップＳ３０２～Ｓ３０８の処理を行わずに得た第２電池２２の開放端電圧から特定される第３の蓄電量（Ｓ３０１：いいえの場合）を、制御用ＳＯＣに設定する。すなわち、制御用ＳＯＣを開放端電圧から特定される第２又は第３の蓄電量まで一気に上昇させる（ＳＯＣ飛ばし）。図７におけるタイミング（８）である。この設定処理により、第２電池２２の実ＳＯＣと制御用ＳＯＣとの乖離が修正され、初期ＳＯＣ飛ばし制御が終了する。
２．通常ＳＯＣ飛ばし制御
図５、図８、及び図９を参照して、通常ＳＯＣ飛ばし制御を説明する。この通常ＳＯＣ飛ばし制御は、上述した初期ＳＯＣ飛ばし制御の終了後、車両が走行可能なＲＥＡＤＹ－ＯＮ状態である期間中に実施される第２電池２２の実ＳＯＣと制御用ＳＯＣとの乖離を修正する制御である。
車両がＲＥＡＤＹ－ＯＮ状態である期間中では、原則第２電池２２の状態に応じた通常の充電制御が実行されており、制御用ＳＯＣは第２電池２２の実ＳＯＣに追従して変化しているはずである。しかしながら、電流センサで生じる測定誤差により、ＲＥＡＤＹ－ＯＮ中でも、推定部５２で推定される第２電池２２の蓄電量の誤差が累積されて第２電池２２の実ＳＯＣと制御用ＳＯＣとの乖離が増大すると考えられる。そこで、本実施形態では、車両がＲＥＡＤＹ－ＯＮ中にも、後述する所定の条件を満足した場合に通常ＳＯＣ飛ばし制御が実行される。
ステップＳ５０１：判定部５５は、推定部５２で推定された第２電池２２の蓄電量のＳＯＣ＿ＭＡＸ及びＳＯＣ＿ＭＩＮを監視する。ＳＯＣ＿ＭＡＸ及びＳＯＣ＿ＭＩＮの監視が開始されると、ステップＳ５０２に処理が進む。
ステップＳ５０２：制御部５１は、通常充電による第２電池２２の充放電制御を開始する。この通常充電は、第２電池２２の蓄電量が所定の目標値（例えば蓄電量９０％）となるように、第２電池２２に指示する電圧値をフィードバック制御することで行われる。この第２電池２２の充放電制御に応じて、設定部５３が設定する制御用ＳＯＣ、及び推定部５２が推定するＳＯＣ＿ＭＡＸ及びＳＯＣ＿ＭＩＮも変化する。図８及び図９における（３）－（５）の期間である。充放電制御が開始されると、ステップＳ５０３に処理が進む。
ステップＳ５０３：判定部５５は、ＳＯＣ＿ＭＩＮとＳＯＣ＿ＭＡＸとの差が所定の閾値を越える（第１の条件）か否かを判定する。この閾値は、第２電池２２の実ＳＯＣとＳＯＣ＿ＭＩＮ及びＳＯＣ＿ＭＡＸとの乖離を許容する限界となる値に基づいて設定することができる。また、判定部５５は、設定部５３がＳＯＣ飛ばし制御を行って制御用ＳＯＣを新たな蓄電量に設定してから第３の時間が経過した（第２の条件）か否かを判定する。この新たな蓄電量は、上述した第２又の蓄電量は第３の蓄電量である。なお、本通常ＳＯＣ飛ばし制御を繰り返して実施する場合には、前回の本制御によって制御用ＳＯＣを後述する第４の蓄電量に設定してから第３の時間が経過したことを判定してもよい。第３の時間は、第２電池２２の実ＳＯＣと制御用ＳＯＣとの乖離が修正されていない期間を判断するための時間であり、第２電池２２に求められる推定精度などに基づいて設定することができる。ＳＯＣ＿ＭＩＮとＳＯＣ＿ＭＡＸとの差が所定の閾値を越える（第１の条件を満足する）又は制御用ＳＯＣを新たな蓄電量に設定してから第３の時間が経過した（第２の条件を満足する）場合は（Ｓ５０３、はい）、ステップＳ５０４に処理が進む。図８及び図９におけるタイミング（５）である。一方、それ以外の（第１の条件も第２の条件も満足していない）場合は、ステップＳ５０３の判定処理が継続して行われる。
ステップＳ５０４：制御部５１は、第２電池２２に対してＣＣＣＶ充電を実施する。図８及び図９における（５）－（７）の期間である。このステップＳ５０４の処理は、上述した図３のステップＳ３０４（図４のステップＳ４０１～Ｓ４０４）で説明した処理と同様である。具体的には、第２電池２２の実ＳＯＣがフラット領域の上限電圧を超える第２の電圧まで第２電池２２がＣＣ充電され、第２電池２２の開放端電圧を第２の電圧に維持した状態で第２電池２２がＣＶ充電される。なお、本通常ＳＯＣ飛ばし制御における第２の電圧は、初期ＳＯＣ飛ばし制御における第１の電圧と同じであってもよいし、異なっていてもよい。ＣＣＣＶ充電が完了すると、ステップＳ５０５に処理が進む。
ステップＳ５０５：制御部５１は、ＣＣＣＶ充電が終了した後、第２電池２２の充放電量を所定値以下にする制御を実施する。図８及び図９における（７）－（８）の期間である。このステップＳ５０５の処理は、上述した図３のステップＳ３０５で説明した処理と同様である。制御が開始されると、ステップＳ５０６に処理が進む。
ステップＳ５０６：制御部５１は、第２電池２２の充放電量が所定値以下である状態が第１の時間継続したか否かを判断する。このステップＳ５０６の処理は、上述した図３のステップＳ３０６で説明した処理と同様である。第２電池２２の充放電量が所定値以下である状態が第１の時間継続した場合は（Ｓ５０６、はい）、ステップＳ５０９に処理が進む。第２電池２２の充放電量が所定値以下である状態が第１の時間継続していない場合は（Ｓ５０６、いいえ）、ステップＳ５０７に処理が進む。
ステップＳ５０７：判定部５５は、制御部５１が第２電池２２の充放電量を所定値以下にする制御を開始してから第２の時間が経過したか否かを判断する。このステップＳ５０７の処理は、上述した図３のステップＳ３０７で説明した処理と同様である。第２電池２２の充放電量を所定値以下にする制御を開始してから第２の時間が経過した場合は（Ｓ５０７、はい）、ステップＳ５０８に処理が進む。第２電池２２の充放電量を所定値以下にする制御を開始してから第２の時間が経過していない場合は（Ｓ５０７、いいえ）、ステップＳ５０５に処理が進む。
ステップＳ５０８：制御部５１は、周知の電流電圧プロット手法により第２電池２２の開放端電圧を演算する。このステップＳ５０８の処理は、上述した図３のステップＳ３０８で説明した処理と同様である。開放端電圧が演算されると、ステップＳ５０９に処理が進む。
ステップＳ５０９：設定部５３は、ステップＳ５０１～Ｓ５０８の処理を行って得た第２電池２２の開放端電圧から特定される第４の蓄電量を制御用ＳＯＣに設定する。すなわち、制御用ＳＯＣを開放端電圧から特定される第４の蓄電量まで一気に上昇させる（ＳＯＣ飛ばし）。推定部５２は、設定部５３の制御用ＳＯＣと同時に、推定しているＳＯＣ＿ＭＩＮ及びＳＯＣ＿ＭＡＸを第４の蓄電量に一致させる（すなわち、推定誤差の積値算をリセットする）。図８及び図９におけるタイミング（８）である。この設定処理により、第２電池２２の実ＳＯＣと制御用ＳＯＣとの乖離が修正され、通常ＳＯＣ飛ばし制御が終了する。
なお、ここでは図８及び図９を用いて通常ＳＯＣ飛ばし制御を説明したが、図７においても初期ＳＯＣ飛ばし制御が終了したタイミング（７）以降は、上述した通常ＳＯＣ飛ばし制御が同様に実施される。
なお、上述したＩＧ－ＯＮ後にＲＥＡＤＹ－ＯＮ状態となったときに最初にＣＣＣＶ充電制御及び通常充電制御のいずれを実施するかの指示や、通常充電制御からＣＣＣＶ充電制御へ切り替えるタイミングを与える指示や、ＣＣＣＶ充電が終了して開放端電圧を取得するタイミングを与える指示などは、所定のフラグを用いて行うことができる。
３．自動運転許可制御
図６、図７、図８、及び図９を参照して、自動運転許可制御を説明する。この自動運転許可制御は、車両が走行可能なＲＥＡＤＹ－ＯＮ状態である期間中に、第１自動運転システム１３及び第２自動運転システム２３に車両の自動運転を許可するか否かを判断するための制御である。図６の示す処理は、ＲＥＡＤＹ－ＯＮ状態である期間において繰り返し実行される。
ステップＳ６０１：判定部５５は、推定部５２で推定された第２電池２２の蓄電量のＳＯＣ＿ＭＩＮを少なくとも監視する。ＳＯＣ＿ＭＩＮの監視が開始されると、ステップＳ６０２に処理が進む。
ステップＳ６０２：判定部５５は、ＳＯＣ＿ＭＩＮが、ＳＯＣ－ＯＣＶ特性曲線のフラット領域の下限電圧から定まる蓄電量以上の第５の蓄電量を超えたか否かを判定する。第５の蓄電量は、車両の自動運転中に第１電池１２の失陥が生じた場合に、車両の自動運転に関わる機能をバックアップするために第２電池２２に必要な最低蓄電量（バックアップ可能ＳＯＣ）に設定される。図７、図８、及び図９の例では、バックアップ可能ＳＯＣを蓄電量６０％としている。ＳＯＣ＿ＭＩＮが第５の蓄電量を超えた場合は（Ｓ６０２、はい）、ステップＳ６０３に処理が進み、ＳＯＣ＿ＭＩＮが第５の蓄電量を超えない場合は（Ｓ６０２、いいえ）、ステップＳ６０４に処理が進む。
ステップＳ６０３：判定部５５は、第２電池２２がバックアップが可能な蓄電量を持っていると判断して、車両の自動運転を許可する。図７、図８、及び図９におけるタイミング（４）以降である。なお、図８の場合は、ＩＧ－ＯＮ時点で第２電池２２の蓄電量がバックアップ可能ＳＯＣを超えているため、最初から車両の自動運転を許可できる状態に制御される。
ステップＳ６０４：判定部５５は、第２電池２２がバックアップが可能な蓄電量を持っていないと判断して、車両の自動運転を不許可にする。図７、及び図９における（３）－（４）の期間である。
＜作用・効果＞
以上のように、本発明の一実施形態に係る電池制御装置５０によれば、車両のＩＧ－ＯＮ時、第２電池２２の開放端電圧を取得して、その開放端電圧からＳＯＣ－ＯＣＶ特性曲線に基づいて一意に特定できる蓄電量（第３の蓄電量）に制御用ＳＯＣを設定する。第２電池２２の開放端電圧が蓄電量を一意に特定できないフラット領域の下限電圧以上かつ上限電圧以下の特定範囲内にある場合には、フラット領域の下限電圧から定まるフラット下側ＳＯＣ（第１の蓄電量）に制御用ＳＯＣを設定し、この制御用ＳＯＣをＲＥＡＤＹ－ＯＮ期間中に上昇させるように直ちにＣＣＣＶ充電を実施する。そして、ＣＣＣＶ充電によって第２電池２２の開放端電圧がフラット領域の上限電圧を超えて（フラット領域外）、開放端電圧から蓄電量を一意に特定できる状態になってから、その開放端電圧から特定した蓄電量（第２の蓄電量）に制御用ＳＯＣを設定する。
この制御によって、電池の蓄電量を表す値として参照される制御用ＳＯＣが、開放端電圧から一意に特定できる蓄電量に可及的速やかに設定し直されるので、制御用ＳＯＣと第２電池２２の実ＳＯＣとの乖離を抑制することができ、第２電池２２の蓄電状態を高精度に管理することができる。また、この制御では、第２電池２２の実ＳＯＣよりも低く設定した制御用ＳＯＣに基づいてＣＣＣＶ充電を実施するため、制御用ＳＯＣが上昇し過ぎて第２電池２２の開放端電圧（実ＳＯＣ）がフラット領域を脱出する前に充電が終了してしまうことを回避でき、第２電池２２の開放端電圧（実ＳＯＣ）を確実にフラット領域より上側まで上昇させることができる。
また、本実施形態に係る電池制御装置５０によれば、ＲＥＡＤＹ－ＯＮ期間中に、第２電池２２の蓄電量を積算誤差を含んで推定した最小値（ＳＯＣ＿ＭＩＮ）と最大値（ＳＯＣ＿ＭＡＸ）との差が所定の閾値を越えた場合にも、制御用ＳＯＣをＲＥＡＤＹ－ＯＮ期間中に上昇させるようにＣＣＣＶ充電を実施する。あるいは、ＲＥＡＤＹ－ＯＮ期間中に、設定部５３がＳＯＣ飛ばし制御を行って制御用ＳＯＣを新たな蓄電量に設定してから所定の時間が経過した場合にも、制御用ＳＯＣを上昇させるようにＣＣＣＶ充電を実施する。そして、ＣＣＣＶ充電によって第２電池２２の開放端電圧がフラット領域の上限電圧を超えて開放端電圧から蓄電量を一意に特定できる状態になってから、その開放端電圧から特定した蓄電量（第４の蓄電量）に制御用ＳＯＣを設定する。
この制御によって、ＲＥＡＤＹ－ＯＮ期間、制御用ＳＯＣと第２電池２２の実ＳＯＣとの乖離を定期的に抑制することができるので、第２電池２２の蓄電状態を高精度に安定して管理することができる。
さらに、本実施形態に係る電池制御装置５０によれば、第２電池２２の蓄電量を積算誤差を含んで推定した最小値（ＳＯＣ＿ＭＩＮ）を監視して、ＳＯＣ＿ＭＩＮが車両の自動運転中に第１電池１２の失陥が生じた場合に、車両の自動運転に関わる機能をバックアップするために第２電池２２に必要なバックアップ可能ＳＯＣを超えていれば、車両の自動運転を許可する。
この制御によって、第２電池２２がフラット領域にあって実ＳＯＣが特定できず、制御用ＳＯＣと第２電池２２の実ＳＯＣとの乖離が生じているおそれがある場合であっても、ＳＯＣ＿ＭＩＮから第２電池２２の実ＳＯＣがバックアップ可能ＳＯＣ以上となる状態を確実に判断することができる。よって、制御用ＳＯＣと第２電池２２の実ＳＯＣとの乖離が解消されていなくても、車両の自動運転を許可することができる。よって、ＩＧ－ＯＮ後に出来るだけ早くドライバーに自動運転を提供することができる。
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明は、電池制御装置、電池制御装置を含んだ車両用電源システム、電池制御装置が実行するＳＯＣ飛ばし制御方法、ＳＯＣ飛ばし制御プログラム及び当該プログラムを記憶したコンピューター読み取り可能な非一時的な記録媒体、あるいは電池制御装置を搭載した車両として捉えることができる。
本発明の電池制御装置は、２つの電源系統を有する冗長電源システムを搭載した車両などに利用可能である。
１ 冗長電源システム
１１、２１ ＤＣＤＣコンバーター（ＤＤＣ）
１２、２２ 電池
１３、２３ 自動運転システム
１４ 車載機器
１５、２５ 電源ライン
３０ 電力供給部
４１、４２ リレー装置
５０ 電池制御装置
５１ 制御部
５２ 推定部
５３ 設定部
５４ 取得部
５５ 判定部

Claims (5)

  1. 蓄電量に対する開放端電圧の変化率が所定値以下であるフラット領域を有するＳＯＣ－ＯＣＶ特性曲線を持つ電池の蓄電状態を管理する車両用電池制御装置であって、
    前記電池の開放端電圧を取得する取得部と、
    前記取得部が取得した前記電池の開放端電圧が、前記フラット領域の下限電圧以上かつ上限電圧以下の特定範囲内にあるか否かを判定する第１の判定部と、
    積算電流量に基づいて前記電池の蓄電量を推定する第１の推定部と、
    前記電池の蓄電量を表す値として参照される制御用蓄電量を設定する設定部と、
    前記電池の蓄電量が所定の目標値となるように、前記電池の開放端電圧又は前記制御用蓄電量に基づいて前記電池の充放電を制御する制御部と、を備え、
    車両のイグニッションオン時、前記第１の判定部が前記電池の開放端電圧が前記特定範囲内にあると判定した場合、
    前記設定部は、前記特性曲線に基づいて前記フラット領域の下限電圧から定まる蓄電量未満の第１の蓄電量に前記制御用蓄電量を設定し、
    前記制御部は、前記制御用蓄電量が前記第１の蓄電量に設定され、かつ、車両が走行可能な状態になった後、前記電池の開放端電圧が前記フラット領域の上限電圧を超える第１の電圧となるまで開放端電圧に基づいて前記電池を充電し、
    前記設定部は、前記電池の開放端電圧が前記第１の電圧に達するまでは前記第１の推定部が推定した蓄電量を前記制御用蓄電量に設定し、前記電池の開放端電圧が前記第１の電圧に達した後に、前記特性曲線に基づいて前記電池の開放端電圧から定まる第２の蓄電量を前記制御用蓄電量に設定する、
    電池制御装置。
  2. 車両のイグニッションオン時、前記第１の判定部が前記電池の開放端電圧が前記特定範囲内にないと判定した場合、
    前記設定部は、前記特性曲線に基づいて前記電池の開放端電圧から定まる第３の蓄電量を前記制御用蓄電量に設定する、
    請求項１に記載の電池制御装置。
  3. 前記電池の充電量の推定誤差の積算値及び放電量の推定誤差の積算値を含む、前記電池の蓄電量の最大値及び最小値を推定する第２の推定部と、
    前記第２の推定部で推定された前記電池の蓄電量の最小値と最大値との差が所定の閾値を越えるか否かを判定する第２の判定部と、をさらに備え、
    前記第２の判定部が前記差が所定の閾値を越えると判定した場合、
    前記制御部は、前記電池の開放端電圧が前記フラット領域の上限電圧を超える第２の電圧となるまで開放端電圧に基づいて前記電池を充電し、
    前記設定部は、前記電池の開放端電圧が前記第２の電圧に達するまでは前記第１の推定部が推定した蓄電量を前記制御用蓄電量に設定し、前記電池の開放端電圧が前記第２の電圧に達した後に、前記特性曲線に基づいて前記電池の開放端電圧から定まる第４の蓄電量を前記制御用蓄電量に設定し、
    前記第２の推定部は、前記電池の蓄電量の最小値及び最大値を前記第４の蓄電量に一致させる、
    請求項１又は２に記載の電池制御装置。
  4. 前記設定部が前記制御用蓄電量を前記第２の蓄電量又は前記第３の蓄電量に設定してから所定の時間が経過したか否かを判定する第３の判定部をさらに備え、
    前記第３の判定部が前記所定の時間が経過したと判定した場合、
    前記制御部は、前記電池の開放端電圧が前記フラット領域の上限電圧を超える第２の電圧となるまで開放端電圧に基づいて前記電池を充電し、
    前記設定部は、前記電池の開放端電圧が前記第２の電圧に達するまでは前記第１の推定部が推定した蓄電量を前記制御用蓄電量に設定し、前記電池の開放端電圧が前記第２の電圧に達した後に、前記特性曲線に基づいて前記電池の開放端電圧から定まる第４の蓄電量を前記制御用蓄電量に設定する、
    請求項２に記載の電池制御装置。
  5. 車両が走行可能な状態であるとき、前記第２の推定部で推定された前記電池の蓄電量の最小値が前記フラット領域の下限電圧から定まる蓄電量以上の第５の蓄電量を越えたと判定した場合、車両の自動運転を許可する第４の判定部をさらに備える、
    請求項３に記載の電池制御装置。
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