(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
リチウムイオンバッテリの状態を監視するバッテリ監視装置において、
バッテリ電流を検出する電流検出手段と、
バッテリ電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電流検出手段の検出した前記バッテリ電流と前記電圧検出手段の検出した前記バッテリ電圧とに基づいて、バッテリの内部抵抗を演算する内部抵抗演算手段と、
前記バッテリ電流、前記バッテリ電圧及び前記内部抵抗を用いてバッテリ開放電圧を演算する開放電圧演算手段と、
前記開放電圧演算手段の算出した前記バッテリ開放電圧からバッテリ容量を推定するバッテリ容量推定手段と、
前記バッテリ電流を用いて電流容量を積算する電流容量演算手段と、
前記バッテリ電流が所定範囲内にある場合には前記バッテリ容量推定手段の推定する前記バッテリ容量を最終バッテリ容量とし、前記バッテリ電流が前記所定範囲外である場合には当該所定範囲外に逸脱する直前に前記バッテリ容量推定手段の推定したバッテリ容量に対して、当該所定範囲外に逸脱した時点以降に前記電流容量演算手段の積算した電流容量を加算して最終バッテリ容量として出力するバッテリ容量補正手段とを備えて成るバッテリ状態監視装置。
【請求項２】
前記バッテリ容量補正手段は、前記内部抵抗の電流依存変化率がほぼ一定の範囲を前記バッテリ電流の所定範囲としたことを特徴とする請求項１に記載のバッテリ状態監視装置。
【請求項３】
前記バッテリ容量補正手段は、前記バッテリ電流が前記所定範囲内に復帰したときに、前記最終バッテリ容量を前記バッテリ容量推定手段の推定する前記バッテリ容量にリセットすることを特徴とする請求項１または２に記載のバッテリ状態監視装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車載バッテリの充放電状態を監視するバッテリ状態監視装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、特にパラレルハイブリッド電気自動車（ＰＨＥＶ）に搭載されているリチウムイオンバッテリの充放電状態を監視するバッテリ状態監視装置では、バッテリの充放電電圧と充放電電流とから開放電圧ＯＣＶを推定し、さらにこの開放電圧からバッテリ容量ＳＯＣを推定し、このバッテリ容量推定値を諸々の制御に利用している。
【０００３】
つまり、図４に示すように、バッテリの開放電圧ＯＣＶは、検出されるバッテリ電圧Ｖｂとバッテリ電流Ｉｂ、そして２点のバッテリ電圧Ｖb1，Ｖb2とバッテリ電流Ｉb1，Ｉb2とから求めることができる内部抵抗Ｒｎとから、次のようにして求める。
【０００４】
ＯＣＶ＝Ｖｂ＋Ｉｂ・Ｒｎ
だたし、内部抵抗Ｒｎは、Ｒｎ＝（Ｖb2−Ｖb1）／（Ｉb2−Ｉb1）で求められる。
【０００５】
そして、リチウムイオンバッテリの場合、バッテリの開放電圧ＯＣＶとバッテリ容量ＳＯＣとは、図５に示すような相関関係があり、ＯＣＶからＳＯＶを一義的に決定する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような従来のバッテリ状態監視装置の場合、次のような問題点があった。リチウムイオンバッテリでは、図６に示すように、放電率により内部抵抗が変化し、その変化の挙動は放電率が小さい間は放電サイクルそれぞれにおいてほぼリニアであるが、たとえば、３０Ａを超えるような大きな放電率になると内部抵抗を厳密に規定することができなくなる。そのため、開放電圧ＯＣＶが正確に求められず、結果的にバッテリ容量ＳＯＣも正確に推定することができなくなる問題点があった。
【０００７】
本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたもので、放電率が大きい場合にも正確にバッテリ容量を推定することができるバッテリ状態監視装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明のバッテリ状態監視装置は、リチウムイオンバッテリの状態を監視するバッテリ監視装置において、バッテリ電流を検出する電流検出手段と、バッテリ電圧を検出する電圧検出手段と、前記電流検出手段の検出した前記バッテリ電流と前記電圧検出手段の検出した前記バッテリ電圧とに基づいて、バッテリの内部抵抗を演算する内部抵抗演算手段と、前記バッテリ電流、前記バッテリ電圧及び前記内部抵抗を用いてバッテリ開放電圧を演算する開放電圧演算手段と、前記開放電圧演算手段の算出した前記バッテリ開放電圧からバッテリ容量を推定するバッテリ容量推定手段と、前記バッテリ電流を用いて電流容量を積算する電流容量演算手段と、前記バッテリ電流が所定範囲内にある場合には前記バッテリ容量推定手段の推定する前記バッテリ容量を最終バッテリ容量とし、前記バッテリ電流が前記所定範囲外である場合には当該所定範囲外に逸脱する直前に前記バッテリ容量推定手段の推定したバッテリ容量に対して、当該所定範囲外に逸脱した時点以降に前記電流容量演算手段の積算した電流容量を加算して最終バッテリ容量として出力するバッテリ容量補正手段とを備えたものである。
【０００９】
請求項２の発明のバッテリ状態監視装置は、請求項１において、前記バッテリ容量補正手段が、前記内部抵抗の電流依存変化率がほぼ一定の範囲を前記バッテリ電流の所定範囲としたものである。
【００１０】
請求項１及び２の発明のバッテリ状態監視装置では、内部抵抗演算手段により電流検出手段の検出したバッテリ電流と電圧検出手段の検出したバッテリ電圧とに基づいてバッテリの内部抵抗を演算し、また開放電圧演算手段によりバッテリ電流検出手段の検出するバッテリ電流、バッテリ電圧検出手段の検出するバッテリ電圧及び前記内部抵抗を用いてバッテリ開放電圧を演算し、さらに、バッテリ容量推定手段がこの開放電圧演算手段の算出したバッテリ開放電圧からバッテリ容量を推定する。一方、電流容量演算手段が電流検出手段の検出するバッテリ電流を用いて電流容量を積算する。
【００１１】
そして、バッテリ容量補正手段は、バッテリ電流が所定範囲内にある場合にはバッテリ容量推定手段の推定するバッテリ容量を最終バッテリ容量とし、バッテリ電流が所定範囲外である場合には当該所定範囲外に逸脱する直前にバッテリ容量推定手段の推定したバッテリ容量に対して、当該所定範囲外に逸脱した時点以降に電流容量演算手段の積算した電流容量を加算して最終バッテリ容量として出力する。
【００１２】
これにより、バッテリ電流がバッテリの内部抵抗の変化率がほぼ一定となる所定範囲内にある場合にはバッテリ開放電圧からバッテリ容量を正確に推定して最終バッテリ容量として出力し、また、バッテリ電流がバッテリの内部抵抗の変化率がほぼ一定となる所定範囲を逸脱した場合にはその範囲を逸脱する直前のバッテリ開放電圧から推定したバッテリ容量に対して、所定範囲を逸脱した後の電流容量の積算値を加算する補正を行って最終バッテリ容量として出力することができ、バッテリ電流の変化が激しい使用状態でも正確なバッテリ容量監視が可能である。
【００１３】
請求項３の発明のバッテリ状態監視装置は、請求項１又は２において、前記バッテリ容量補正手段が、前記バッテリ電流が前記所定範囲内に復帰したときに、前記最終バッテリ容量を前記バッテリ容量推定手段の推定する前記バッテリ容量にリセットするようにしたものであり、放電率の変化が激しい使用状態の後でもバッテリ容量を正確に監視できる。
【００１４】
【発明の効果】
請求項１及び２の発明によれば、リチウムイオンバッテリの状態を監視するバッテリ監視装置において、バッテリ電流がバッテリの内部抵抗の変化率がほぼ一定となる所定範囲内にある場合にはバッテリ開放電圧からバッテリ容量を正確に推定して最終バッテリ容量として出力し、また、バッテリ電流がバッテリの内部抵抗の変化率がほぼ一定となる所定範囲を逸脱した場合にはその範囲を逸脱する直前のバッテリ開放電圧から推定したバッテリ容量に対して、所定範囲を逸脱した後の電流容量の積算値を加算する補正を行って最終バッテリ容量として出力することができ、バッテリ電流の変化が激しい使用状態でも正確なバッテリ容量監視が可能である。
【００１５】
請求項３の発明によれば、請求項１又は２の発明の効果に加えて、バッテリ電流が所定範囲内に復帰したときに、最終バッテリ容量としてバッテリ容量推定手段の推定するバッテリ容量にリセットするようにしたので、放電率の変化が激しい使用状態の後でもバッテリ容量を正確に監視できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。図１は本発明の１つの実施の形態の構成を示している。この実施の形態のバッテリ状態監視装置は、バッテリ１から負荷２に流れるバッテリ電流Ｉｂを検出する電流計３、バッテリ電圧Ｖｂを検出する電圧計４、このバッテリ電流Ｉｂ、バッテリ電圧Ｖｂを入力してバッテリ容量ＳＯＣを演算し、エンジン５その他の諸々の機器を制御するコントローラ６、エンジン５の駆動によって発電し、バッテリ１に充電電流を供給する発電機７を備えている。なお、パラレルハイブリッド電気自動車ＰＨＥＶの場合、エンジン５の回転出力は直接、自動車を走行駆動するために利用される。
【００１７】
図２には、コントローラ６におけるバッテリ容量演算回路の構成が示してある。バッテリ容量演算回路は、全体の制御を行う演算制御部１１、バッテリ電流Ｉｂとバッテリ電圧Ｖｂから開放電圧ＯＣＶを求めるＯＣＶ演算部１２、ＯＣＶ−ＳＯＣの相関特性データを内蔵し、ＯＣＶ演算部１２から出力される開放電圧ＯＣＶに対応するバッテリ容量ＳＯＣを推定して出力するＳＯＣ換算部１３、バッテリ電流Ｉｂを時間積算することによって電流容量ΣＡ（ｈ）を演算する電流容量演算部１４、演算制御部１１の指示によりＳＯＣ換算部１３からのバッテリ容量推定値ＳＯＣに対して電流容量演算部１４からの電流容量ΣＡ（ｈ）を用いて補正を行い最終的なバッテリ容量ＳＯＣを求めるＳＯＣ補正部１５、そして最終的なバッテリ容量ＳＯＣを出力するＳＯＣ出力部１６から構成されている。
【００１８】
次に、上記構成のバッテリ状態監視装置の動作を説明する。この実施の形態の場合、図３に示すように、開放電圧ＯＣＶから換算したバッテリ容量ＳＯＣを直接に最終バッテリ容量ＳＯＣとして使用する領域を、放電率が−１０Ａ〜１０Ａの範囲に設定している。なお、この領域は、従来例のところで説明したように、図６に示したグラフにおいて、リチウムイオンバッテリの放電率の変化による内部抵抗の変化率がほぼ一定である範囲、−３０Ａ〜＋３０Ａ程度の範囲内に設定することができる。  ＯＣＶ演算部１２はバッテリ電流計３の検出するバッテリ電流Ｉｂ（放電時プラス（＋）、充電時マイナス（−）とする）、バッテリ電圧計４の検出するバッテリ電圧Ｖｂを所定の周期で取り込む。そして、これまでに取り込んだ有効な２組のバッテリ電流とバッテリ電圧との検出値（ここで採用する検出値は内部抵抗を有効に演算できる２組の検出値を採用する）Ｉb1，Ｉb2；Ｖb1，Ｖb2により、上述した式によって内部抵抗Ｒｎを求めておき、新たに取り込んだバッテリ電流Ｉｂとバッテリ電圧Ｖｂにより、開放電圧ＯＣＶを、
ＯＣＶ＝Ｖｂ＋Ｉｂ・Ｒｎ
によって求め、ＳＯＣ換算部１３に出力する。
【００１９】
ＳＯＣ換算部１３では、内蔵する図５に示した開放電圧ＯＣＶ−バッテリ容量ＳＯＣ相関特性データを参照し、入力されるバッテリ開放電圧ＯＣＶに対応するバッテリ容量ＳＯＣを求めて出力する。
【００２０】
演算制御部１１はバッテリ電流Ｉｂを監視していて、このバッテリ電流Ｉｂが上述した所定の電流範囲を逸脱した場合、電流容量演算部１４に積算指令を与え、またＳＯＣ補正部１５に補正指令を与える。
【００２１】
そして、電流容量演算部１４は、入力されるバッテリ電流Ｉｂの時間積分を行って電流容量積算値ΣＡ（ｈ）を求めてＳＯＣ補正部１５に出力する。ＳＯＣ補正部１５は、制御演算部１１から補正指令がない場合にはＳＯＣ換算部１３からのバッテリ容量ＳＯＣを最終バッテリ容量としてＳＯＣ出力部１６に出力し、制御演算部１１から補正指令を受け取ると、ＳＯＣ換算部１３からのバッテリ容量換算値ＳＯＣに対して、電流容量演算部１４からの電流容量積算値ΣＡ（ｈ）を加算して最終バッテリ容量ＳＯＣを推定し、ＳＯＣ出力部１６に出力する。
【００２２】
つまり、次のような補正演算を行うのである。
【００２３】
【数１】
0003669202.tif 000002
ここで、Ｋはバッテリ容量推定値であり、次の電流容量ＡｈをＳＯＣの単位である％に合わせるための換算値である。すなわち、
【数２】
0003669202.tif 000003
で求める。例えば、１Ａｈは３３％であり、３Ａｈであれば１００％であるので、Ｋ＝１Ａｈ／３３％を用いる。
【００２４】
これにより、ＳＯＣ出力部１６は最終バッテリ容量として、開放電圧ＯＣＶから正確に換算できる電流範囲を超えたバッテリの使用状態においても電流容量によりバッテリ容量を補正してほぼ正確にバッテリ容量ＳＯＣを出力することができる。
【００２５】
制御演算部１１は、バッテリ電流Ｉｂが所定範囲内に復帰したときには電流容量演算部１４とＳＯＣ補正部１５に対してリセット指令を与え、電流容量演算部１４の電流容量積算演算をリセットさせ、またＳＯＣ補正部１５の電流容量積算値ΣＡ（ｈ）による補正演算を中止させ、ＳＯＣ換算部１３が出力するＳＯＣ換算値を最終ＳＯＣとしてＳＯＣ出力部１６に出力するようにする。
【００２６】
これにより、バッテリ開放電圧ＯＣＶからバッテリ容量ＳＯＣを正確に換算できる範囲では常にその換算値を用いてバッテリ容量ＳＯＣを求め、換算が正確にできる範囲を逸脱する使用状態では電流容量積算値によってバッテリ容量を補正し、常にほぼ正確なバッテリ容量ＳＯＣを演算出力できる。
【００２７】
なお、電流容量演算部１４は、バッテリ１の特性に依存するが、リチウムイオンバッテリの場合、例えば、バッテリ電流Ｉｂの使用状態が、１秒当りに６０Ａ以上も急激に変化するようなものであれば、バッテリ電圧Ｖｂはバッテリ電流Ｉｂの放電に見合う電圧値まで低下するのに時間遅れがあり、バッテリ電流Ｉｂとバッテリ電圧Ｖｂによってバッテリ開放電圧ＯＣＶを求めても正確な値を得ることができなくなる。
【００２８】
そこで、制御演算部１１にこのバッテリ電流Ｉｂの時間変化をも監視させ、例えば、２０Ｃ（１時間放電容量１Ｃの２０倍の速さでの放電）を超える放電である場合にも、ＯＣＶからＳＯＣを換算して最終バッテリ容量を求めることを中止し、電流容量演算部１４に電流容量積算演算を開始させ、直前のＳＯＣに対して補正演算を行い、最終ＳＯＣを出力する構成にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１つの実施の形態の構成のブロック図。
【図２】上記の実施の形態におけるコントローラの詳しい構成を示すブロック図。
【図３】上記の実施の形態によるバッテリ容量ＳＯＣ演算の場合分けを示す説明図。
【図４】一般的なリチウムイオンバッテリの開放電圧ＯＣＶとバッテリ電流との関係を示すグラフ。
【図５】一般的なリチウムイオンバッテリの開放電圧ＯＣＶ−バッテリ容量ＳＯＣの関係を示すグラフ。
【図６】一般的なリチウムイオンバッテリの内部抵抗特性の変化を示すグラフ。
【符号の説明】
１  バッテリ
２  負荷
３  電流計
４  電圧計
５  エンジン
６  コントローラ
１１  演算制御部
１２  ＯＣＶ演算部
１３  ＳＯＣ換算部
１４  電流容量演算部
１５  ＳＯＣ補正部
１６  ＳＯＣ出力部
【図１】
0003669202.tif 000004
【図２】
0003669202.tif 000005
【図３】
0003669202.tif 000006
【図４】
0003669202.tif 000007
【図５】
0003669202.tif 000008
【図６】
0003669202.tif 000009