(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリの充電状態を決定する方法において、
クーロン積分に基いて、電流に基づく充電状態の測定値を決定するステップであって、とし、ＳＯＣを充電状態とし、ｔを時間とし、ηIを電流効率とし、Ｉを電流とし、Ａｈnominalを公称容量とし、ＳDを自己放電率とするとき、式
【数１】
0003571026.tif 000026
に基いて充電状態を決定するステップと、
バッテリの抵抗値とヒステリシス電圧とに基いて、電圧に基づく充電状態の測定値を決定するステップと、
前記電流に基づく充電状態の測定値及び前記電圧に基づく充電状態の測定値を重み付け係数と組合わせて前記バッテリの充電状態を生成するステップと、
を含む方法。
【請求項２】
電圧に基づく充電状態を決定する前記ステップが、前記バッテリの開回路電圧と抵抗降下とを用いてバッテリ電圧を決定するステップを更に含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
電圧に基づく充電状態を決定する前記ステップが、前記バッテリの温度、ヒステリシス電圧及び初期充電状態の関数として前記バッテリの開回路電圧を決定するステップを更に含む、請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記バッテリがニッケル／金属水素化物バッテリである、請求項１記載の方法。
【請求項５】
ニッケル／金属水素化物バッテリの充電状態を決定する方法において、
クーロン積分に基いて、第１の充電状態の測定値を決定するステップと、
前記ニッケル／金属水素化物バッテリの抵抗値とヒステリシス電圧とに基いて、第２の充電状態の測定値を決定するステップであって、前記ニッケル／金属水素化物バッテリの標準セル電位を決定するステップと、前記ニッケル／金属水素化物バッテリのセル反応のエントロピを決定するステップと、前記ニッケル／金属水素化物バッテリのヒステリシス電圧を決定するステップとを含むステップと、
前記第１の充電状態の測定値と前記第２の充電状態の測定値とを組合わせる際に用いられるべき重み付け係数を決定するステップと、
前記第１の充電状態の測定値と前記第２の充電状態の測定値とを組合わせて、前記ニッケル／金属水素化物バッテリの充電状態を決定するステップと、
を含む方法。
【請求項６】
前記第１の充電状態の測定値と前記第２の充電状態の測定値とを組合わせてニッケル／金属水素化物バッテリの充電状態を決定する前記ステップが、式
ＳＯＣ＝ｗ（ＳＯＣC）＋（１−ｗ）（ＳＯＣN）
を用いるステップを含む、請求項５記載の方法。
ただし、ＳＯＣは充電状態、ｗは重み付け係数、ＳＯＣCはクーロン積分により計算される充電状態、ＳＯＣNは電圧に基づく充電状態を表す。
【請求項７】
ヒステリシス電圧を決定する前記ステップが、前記のバッテリの電圧と電流とを監視するステップを含む、請求項５記載の方法。
【請求項８】
車両伝動機構制御システムであって、
バッテリ・パックと、
前記バッテリ・パックに結合されたパワー・インバータと、
前記パワー・インバータを制御し、且つ前記バッテリ・パックの充電状態を監視するコントローラと、
前記コントローラに含まれ、クーロン積分とバッテリの抵抗値とヒステリシス電圧とに基づいて実行される充電状態アルゴリズムと、
を具備する車両伝動機構制御システム。
【請求項９】
前記バッテリ・パックが、少なくとも１つのニッケル／金属水素化物バッテリを含む、請求項８記載の制御システム。
【請求項１０】
前記バッテリ・パックが、直列に接続された複数のニッケル／金属水素化物バッテリを含む、請求項８記載の制御システム。
【請求項１１】
前記バッテリ・パックが少なくとも１つの鉛酸電池を含む、請求項８記載の制御システム。
【請求項１２】
前記バッテリ・パックが少なくとも１つのリチウム電池を含む、請求項８記載の制御システム。
【請求項１３】
前記コントローラが、自動車通信ネットワーク上で通信することができる、請求項８記載の制御システム。
【請求項１４】
前記自動車通信ネットワークがＣＡＮネットワークを含む、請求項１３記載の制御システム。
【請求項１５】
前記インバータに結合された電動機／発電機を更に備える、請求項８記載の制御システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用のハイブリッド型電気式伝動機器において働くバッテリ・パックに関する。特に、本発明は、バッテリ・パックにおける充電状態を管理する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
今日の自動車市場においては、車両の駆動のため用いられる種々の推進すなわち駆動技術が存在する。この技術は、内燃機関（ＩＣＥ）、エネルギ資源として燃料電池やバッテリを用いる電気的駆動系統、及び、内燃機関と電気的駆動系統の組合わせを用いるハイブリッド・システムを含む。この推進系統は、エネルギ価格、エネルギ基盤の整備、環境規制法規、及び政府の取組みの状態にしたがって、特定の技術的、経済的及び性能的な利点と欠点をそれぞれに有する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
燃料経済を改善して現在の車両における排出物を低減することの要求の高まりが、進歩したハイブリッド車両の開発を招いた。ハイブリッド車は、少なくとも２つの別個の動力源、典型的には内燃機関と電気的な主電動機とを持つ車両として分類される。ハイブリッド車は、ＩＣＥにより駆動される標準的な車両と比較して、燃料経済を改善し、排出物を低減する。変動する駆動条件の期間に、ハイブリッド車は、個々の動力源の最も効率的な運転状態に応じて、これら動力源間を切換える。例えば、多くの運転状態の期間には、ＩＣＥと電動機とを備えたハイブリッド車は、停止或いはアイドリング状態ではＩＣＥを停止させ、電動機に車両を推進させて時にＩＣＥを再起動させることでハイブリッド車の燃料経済を改善する。
【０００４】
ハイブリッド車は、広義には、駆動系統の形態にしたがって直列型或いは並列型の駆動系統に分類される。ＩＣＥと主電動機とを用いる直列型駆動系統においては、主電動機のみが車両の車輪を駆動する。ＩＣＥは、燃料源を発電機を回す機械的エネルギへ変換し、発電機は機械的エネルギを電気的エネルギへ変換して主電動機を駆動する。並列型ハイブリッド駆動系統においては、ＩＣＥと主電動機のような２つの動力源が並列に働いて車両を推進する。一般に、並列型動力系統を備えるハイブリッド車は、従来のＩＣＥの動力的、距離的利点を主電動機の効率及び電気的回生能力と結び付け、伝統的なＩＣＥ車両と比較して燃料の経済性と低排出性を向上させる。更に、ハイブリッド車は、直列型と並列型を統合することができる。更に、ハイブリッド方式はしばしば、バッテリ・パックに関して電荷消耗型（ｃｈａｒｇｅ  ｄｅｐｌｅｔｉｎｇ）又は電荷維持型（ｃｈａｒｇｅ  ｓｕｓｔａｉｎｉｎｇ）として記述される。電荷消耗型のハイブリッド方式は電気的グリッドから切り離されて充電されるので、これらのハイブリッド方式は純粋に電気的な車両の多くの特性を持つ。対照的に、電荷維持型のハイブリッド方式におけるバッテリは、その電荷の全てをＩＣＥから受け取る。
【０００５】
二次／再充電型バッテリを備えるバッテリ・パックは、ハイブリッド車システムの重要な構成要素であり、このシステムは、ＩＣＥによる回生及び充電期間に電動機／発電機（ＭｏＧｅｎ）がバッテリ・パックに制動エネルギを蓄えさせるからである。ＭｏＧｅｎは、ＩＣＥが動作していないとき、バッテリに蓄えられたエネルギを用いて車両を推進すなわち駆動する。ＩＣＥは、動作中、駆動条件にしたがって間欠的に動作し、バッテリ・パックを常にＭｏＧｅｎにより充放電させる。充電状態（ＳＯＣ。更なる放電にまだ利用可能な、バッテリの全容量の百分率として定義される）は、バッテリの充放電を調整するのに用いられる。
【０００６】
本発明の望ましい実施の形態においては、バッテリ・パックにニッケル／金属水素化物（ＮｉＭＨ）バッテリを用いる。ＮｉＭＨバッテリは、金属合金中に水素を蓄えて電位／電圧を生成する。ＮｉＭＨセルが充電されると、セル電解液により生成された水素が負電極の金属合金（Ｍ）に蓄えられる。一方、典型的にはニッケル・フォーム基板に充填されたニッケル水酸化物からなる正電極では、水素イオンが放出され、ニッケルは酸化されて更に高い原子価になる。放電時には、逆の反応が起こる。負の電極における反応は、下記の反応式により更に明瞭に示される。
【０００７】
【数２】
0003571026.tif 000002
【０００８】
放電方向は矢印⇒により表わされ、充電方向は放電方向とは逆である。
放電時は、ＯＨ−イオンが負の水素化物電極において消費され、正のニッケル酸化物電極において生成される。水の分子については逆が当てはまる。
【０００９】
ＮｉＭＨバッテリに伴う困難は、ＮｉＭＨバッテリ技術の充放電特性のゆえに、バッテリのＳＯＣを予測することである。図１を参照すると、ＮｉＭＨバッテリに対する典型的な電荷増加曲線１０と電荷減少曲線１２とが示される。点Ａ、Ｂ及び点Ｃ、Ｄについて見ると、電圧は同じであるがＳＯＣが実質的に異なることが判る。つまり、ＮｉＭＨバッテリの動作モード（電荷の増加、電荷の維持、或いは電荷の放電）を知らなければならないので、開回路電圧を用いてＮｉＭＨバッテリのＳＯＣを正確に予測することは極めて困難である。ハイブリッド車で使用されると、バッテリ・パックの間欠的な充放電はＮｉＭＨバッテリ・パックのＳＯＣの予測と関連する問題を増幅する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ＮｉＭＨバッテリや、鉛酸、リチウム・ポリマー等の公知の他のバッテリ技術を用いるバッテリ・パックの充電状態（ＳＯＣ）を更に明瞭に決定又は予測する方法及び装置を含む。本発明の方法は、クーロン積分と電圧に基づくモデルとを用いて、記録された電流及び電位データからバッテリ・パックのＳＯＣを得るＳＯＣアルゴリズムを含む。
【００１１】
本発明は更に、本発明の方法を実行するハイブリッド・システム・コントローラと、ＩＣＥと、バッテリ・パックを充放電するＭｏＧｅｎとを組込んだ、並列型及び直列型のハイブリッド駆動システムを備える車両を含む。ＭｏＧｅｎは、或る車両運転条件の期間における車両の推進を提供するのみならず、車両におけるバッテリ・パックを充電する交流機の代わりをし、ＩＣＥを始動させる従来のスタータ・モータに取って代わる。本発明のハイブリッド駆動システムは、ＩＣＥ又はＭｏＧｅｎの動作のために最も効率的である車両条件の期間に、ＩＣＥ及びＭｏＧｅｎを用いて車両を推進すなわち駆動する。ＭｏＧｅｎとＩＣＥとの間の動力の切り換えは、あたかも車両推進システムが１つしかないかのように車両が働くので、運転者すなわちドライバにとって透明である。
【００１２】
ＩＣＥが動作している、車両の正常動作期間には、ＭｏＧｅｎは、車両の電気的インフラストラクチャ（ファン、ラジオ、計器類、制御装置など）へ電力を供給すると共にバッテリ・パックを再充電する発電機として働く。バッテリ・パックとＤＣ−ＤＣコンバータのような電力伝達装置とは、車両の電気的インフラストラクチャへ電力を供給するとともに、ＭｏＧｅｎが車両の電動装置として働いているときＭｏＧｅｎに電力を与える。電動モードでは、ＭｏＧｅｎはバッテリ・パックから電流を引き出す電気的負荷である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図２は、本発明のハイブリッド車１４の概略図である。ハイブリッド車１４は、１つのバッテリ・モジュール又は個別のバッテリ・モジュールを持つバッテリ・パック１６を備える。望ましい実施の形態においては、バッテリ・パック１６は、３７６Ｖの公称システム電圧を生じるように直列に接続された複数のＮｉＭＨバッテリ・モジュールを備えている。本発明の代替的な実施の形態では、バッテリ・パック１６は任意の公知のバッテリ技術を含み、鉛酸電池、リチウム・イオン電池及びリチウム・ポリマー電池を含むが、これらに限定されるものではない。エネルギ管理コントローラ（ＥＭＣ）が、バッテリ・パック１６の電流、電圧、充電状態（ＳＯＣ）及び出力電力を監視する。
【００１４】
電動機／発電機（ＭｏＧｅｎ）２０は、内燃機関（ＩＣＥ）２２に動的に結合され、車両１４の運転状態（すなわち、制動、停止、或いは高速道路における一定速度における運転）に応じて、車両１４を推進する電動機として、或いはバッテリ・パック１６を充電する発電機として機能する。ＭｏＧｅｎ２０は、交流誘導機械であることが望ましいが、任意の公知の電動機／発電機の技術でもよく、直流機械、同期機械及び切換えリラクタンス機械を含むが、これらに限定されない。望ましい実施の形態におけるＭｏＧｅｎ２０は、車両後部に配置されて後輪１７を駆動する。類似のＭｏＧｅｎ２０′が車両の前部に配置されて前輪１８を駆動する。
【００１５】
ＭｏＧｅｎ２０及び２０′は、ハイブリッド・システム・コントローラ２３、ＤＣ−ＤＣコンバータ２４及びパワー・インバータ・モジュール２５を含む電気的制御システムによって制御される。ＥＭＣ１５は、ハイブリッド・システム・コントローラ２３及びパワー・インバータ・モジュール２５と通信し、ＳＯＣの測定に基いてバッテリ・パック１６に対する電圧、電流及び（又は）電力の出／入力制限を提供する。本発明の代替的な実施の形態においては、ＥＭＣ１５、ハイブリッド・システム・コントローラ２３、ＤＣ−ＤＣコンバータ２４及びパワー・インバータ・モジュール２５は、一体システムとして構成され得る。ＥＭＣ１５及びハイブリッド・システム・コントローラ２３は、当技術において公知の任意の形式の制御モジュール或いは車両コントローラでよく、不揮発性メモリ（ＮＶＭ）、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、個別アナログ入出力（Ｉ／Ｏ）、中央処理ユニット、及び車両通信ネットワーク内でネットワーク動作する通信インターフェースが装備される。
【００１６】
発電機モジュールにおいて、ＭｏＧｅｎ２０及び２０′は、コントローラ２３及びインバータ・モジュール２５によりバッテリ・パック１６及びＤＣ−ＤＣコンバータ２４へ伝達される電気的エネルギを生成する。コントローラ２３及びインバータ・モジュール２５は、車両１４の運転状態にしたがってＭｏＧｅｎ２０に対する電流の方向を決定する。ＤＣ−ＤＣコンバータ２４は、ＭｏＧｅｎ２０及び２０′に時間的に変化する電流を供給するように、インバータ・モジュール２５によりパルス幅変調されるＤＣバスを提供し調整する。回生状態（制動中のような）或いは充電状態においては、電流はＭｏＧｅｎ２０及び２０′からインバータ・モジュール２５を経て流れてバッテリ・パック１６を充電し、かつ電流をＤＣ−ＤＣコンバータ２４へ提供する。推進を生じるのにＭｏＧｅｎ２０及び２０′が必要とされる状態では、電流はバッテリ・パック１６からＤＣ−ＤＣコンバータ２４及びインバータ・モジュール２５を経てＭｏＧｅｎ２０及び２０′へ流れてＭｏＧｅｎ２０及び２０′に電力を与える。
【００１７】
本発明の望ましい実施の形態においては、いつバッテリ・パック１６を充電すべきかを決定するために、バッテリ・パック１６のＳＯＣが動的に追跡される。本発明のＥＭＣ１５及びハイブリッド・コントローラ２３は、回生制動期間での充電の受容及び効率を実現することができるように、バッテリ・パックの充電状態（ＳＯＣ）を５０％〜７０％付近に制御する。しかし、バッテリ・パック１６を任意のＳＯＣの比率へ制御することは、本発明の範囲内に含まれる。
【００１８】
先に論じたように、バッテリ・パック１６のＳＯＣを決定するためにＥＭＣ１５によって実行される方法は、電流に基づくＳＯＣ方法及び測定（ＩＳＯＣ）、電圧に基づくＳＯＣ方法及び測定（ＶＳＯＣ）、及び、静止ＳＯＣ方法及び測定（ＲＳＯＣ）を含む。次いで、選択法により、バッテリ・パック１６の動作に依存して、どのＳＯＣ測定が最も正確であるかが決定される。
【００１９】
モデルの公式化
充電状態を計算するため、下記の式が用いられる。
［１］  ＳＯＣ＝ｗ（ＳＯＣＣ）＋（１−ｗ）（ＳＯＣＮ）
但し、ｗは重み付け係数、ＳＯＣＣはクーロン積分により計算される充電状態、ＳＯＣＮは部分的に変形ネルンストの式による、電圧に基づく充電状態に対応する。ＳＯＣＣについては、
【００２０】
【数３】
0003571026.tif 000003
【００２１】
が成り立つ。時間はｔにより表わされ、Ｉは電流を表わし、放電電流は正であると定義される。当例のバッテリ・パック１６では、公称容量ＡｈＮｏｍｉｎａｌは１２．５Ａｈである（３５℃、Ｃ／３放電速度。この量は使用範囲に対して緩やかな温度依存性を持つ）。ＡｈＮｏｍｉｎａｌは、モジュールの故障或いは正常な老化過程の結果としてバッテリの使用寿命にわたり変化すると予想される。電荷消耗型ハイブリッド又は電気自動車においては、電圧に基づく充電状態は、実際のモジュール容量の然るべき反映を維持するようにＡｈＮｏｍｉｎａｌを調整する機会を提供する。ＡｈＮｏｍｉｎａｌは、
ＡｈＮｏｍｉｎａｌ＝ｍｉｎ（Ａｈａｄａｐｔｉｖｅ，ＡｈＴ）
のように決定される。但し、Ａｈａｄａｐｔｉｖｅは、製造者の定格容量に対応するデフォルト値であるが、ｗが０．９（或いは、特定の用途に対して適切な値）よりも小さいときには電圧に基づく容量推定値と常に一致するように、放電期間に適応され得る。
【００２２】
もしｗ＜０．９ならば、
【００２３】
【数４】
0003571026.tif 000004
【００２４】
である。但し、ＡｈＵＳＥＤは、最後の再充電（回生を含む）以後に放電されたアンペア時であり、ＡｈＳＤは、最後の再充電以後の自己放電のアンペア時であり、ＡｈＰは、最後の再充電以後の寄生ドレーン（ｄｒａｉｎ）のアンペア時である。或いはまた、上式の分母にＳＯＣ又はＳＯＣＣを用いることができる。本発明の望ましい実施の形態はＳＯＣＮを用いる。
【００２５】
ｗ＞０．９であるときは常に、Ａｈｎｏｍｉｎａｌの決定のためにＡｈａｄａｐｔｉｖｅの最後の適応値が用いられる。ＡｈＴは、車両コントローラに蓄えられる、製造者の定格容量の温度補償された値である。電荷消耗型ハイブリッド電気自動車の場合、ＡｈＴは再充電が１００％のＳＯＣまで完了した時にのみ調整される。
【００２６】
自己放電率は、下式により表わされる。
【００２７】
【数５】
0003571026.tif 000005
【００２８】
但し、ｋ０は、毎時１．０６８３×１０７であり、ＥＡ，Ｓ／Ｒｇは、６，７８９Ｋである。電流効率ηＩは、５０％のＳＯＣ付近の状態に対して有効に１である。ηＩに対する値１は放電状態に対して用いられ、０．９９が充電状態に対して用いられる。電流効率は緩やかな温度依存性を持ち、ＳＯＣの増加と共に減少する。式２ａにおいて見出される係数３６００はｓ／ｈの単位を持ち、式２ａに見出される係数１００は、首尾一貫した比率を維持するように用いられる。
【００２９】
先に述べたように、電圧に基づくＳＯＣＮを求めるため、電圧に基づくモデルは出発点
【００３０】
【数６】
0003571026.tif 000006
【００３１】
を提供する。式４ａの初めの２項、すなわちＶ０及びＩＲは、抵抗降下ＩＲだけ減じられた開回路電位Ｖ０にバッテリ電圧Ｖが関連付けられるため、バッテリ・パック１６の抵抗に関する記述を生じる。但し、Ｒはバッテリ・パック１６の抵抗値である。式４ａの右辺における最終項（積分）は重畳積分に対応し、これにより、過去の電流は、バッテリ・パック１６の電極を特徴付ける平均的ＳＯＣを変化させる１次効果以上の影響を開回路電位に及ぼす。（指数的加重関数のため、初期電流の効果の方が以降の電流の効果より小さい。式４ａの適用に際しては、ζは積分のダミー変数である）。Ｂは調整可能な定数０．０３６６  ｌ／ｓであり、定数Ａはハイブリッド・モジュールの場合０．０２２９Ｖ／クーロンである。
【００３２】
記録されたデータからバッテリ・パック１６の抵抗値Ｒを求める手法は、バッテリ・パック１６を構成するバッテリ・モジュールの抵抗値を加算することを含む。ＮｉＭＨバッテリを用いる本発明の望ましい実施の形態においては、デフォルトの抵抗値は下式にデータを当てはめることによって得られた。
【００３３】
【数７】
0003571026.tif 000007
【００３４】
バッテリ・パック１６の抵抗値Ｒは、他の抵抗値（例えば、ハーネスなど）をモジュール抵抗値Ｒｍｏｄｕｌｅに割当てたとき、Ｒｍｏｄｕｌｅとモジュール数との積で与えられる。望ましい実施の形態においては、バッテリ・パック１６は２８個のモジュールを用いる。つまり、Ｒ＝ＮｍｏｄｕｌｅＲｍｏｄｕｌｅであり、ここでＮｍｏｄｕｌｅ＝２８である。励起エネルギＥＡ，Ｒは、−６０１７ｃａｌ／ｍｏｌに対応する。気体定数Ｒｇは、首尾一貫した単位で１．９８７ｃａｌ／ｍｏｌ−Ｋに選定される。基準温度Ｔｒｅｆは、３５℃すなわち３０８Ｋとして選定され、Ｔは実際の温度である。係数はデータに適合する多項式に対応し、下表に示される。
【００３５】
【表１】
0003571026.tif 000008
【００３６】
開回路電位は変形ネルンストの式により表わされ、反応のエントロピの影響及び電圧ヒステリシス
【００３７】
【数８】
0003571026.tif 000009
【００３８】
に関連する特徴を捕捉する実験式を含む。ファラデイ定数（９６，４８７Ｃ／ｍｏｌ）はＦに対応し、ｎｅはセル反応による電子を表わし（ｎｅ＝１であることが望ましい）、ΔＳはセルの反応のエントロピすなわち２２Ｊ／ｍｏｌ−Ｋを示す。（首尾一貫した単位の場合、８．３１４Ｊ／ｍｏｌ−Ｋの値を式４ａのＲｇに対して用いるべきである）。電荷維持動作に対しては標準セル電位
【００３９】
【外１】
0003571026.tif 000010
【００４０】
は１．３４５Ｖである。当例におけるバッテリ・パック１６におけるセルすなわちモジュールの数はＮ＝２８０により与えられ、これによりパック電圧はＶ０＝ＮＶ０，ｃｅｌｌで与えられる。式６における項ＳＯＣは、既知のバッテリの充電状態に対する初期状態を表わす。一般用途においては、初期のＳＯＣは既知である。しかし、初期のＳＯＣが既知でなければ、初期のＳＯＣに対する適切な近似を決定するように、電圧に基づくＳＯＣ手法、すなわちｗ＝０から始めることにより、アルゴリズムを有効に実現できる。式６における最終項は、熱力学的な関係
【００４１】
【数９】
0003571026.tif 000011
【００４２】
から得られる。したがって、式６における最終項は、本発明の望ましい実施の形態においては、基準温度３５℃（３０８Ｋ）付近の開回路電位の線形化に対応する。
【００４３】
ヒステリシスの寄与については、ヒステリシス電圧ＶＨの計算のため下記の１次微分方程式が構成される。
【００４４】
【数１０】
0003571026.tif 000012
【００４５】
この方程式は、本発明に対しては、変動するヒステリシス電圧を構成する。このヒステリシス電圧は、長い充電電流或いは短いが大きな充電電流に対して、ヒステリシス電圧がセル当たり＋５０ｍＶであろうとするように構成される。パック当たり２８０個のセルに対して適切なパラメータ値を選択することにより、ＶＨは１１．２ボルトに対応する。ちょうど反対のことが（正の）放電電流に対して妥当する。電流が長い時間にわたってゼロであるならば、ヒステリシス電圧は自己放電により電荷減少状態（セル当たり―５０ｍＶ）になろうとする。
【００４６】
先に詳細に示した式は、本発明に対する支配的な式である。以下の項は、本発明のＳＯＣアルゴリズムの構成又は実現を、図３及び図４に示す本発明のコントローラ２３によって可能にする式を提供する。
【００４７】
図３は本発明の方法の概要図であり、図４は本発明のＳＯＣＮ電圧モデルのフローチャートである。本発明の方法の望ましい実施の形態においては、図３におけるブロック３０のクーロン積分モデルが、式
【００４８】
【数１１】
0003571026.tif 000013
【００４９】
を用いてＳＯＣＣを決定するのに用いられる。現時点と最後の記録時間との間の差はΔｔによって与えられる。式２ｂにおける項ＳＯＣは、既知の初期充電状態である。式２ａは、式２ｂの構成要素に対する定義を与えるために参照されるべきである。次に、ブロック３２において、ＳＯＣＮが計算される。重み付け係数ｗがブロック３３において決定され、最終的なＳＯＣの推定がブロック３４において行われる。ブロック３２、３３、３４におけるステップについては、以下に詳述する。
【００５０】
図４において、ブロック３２のＳＯＣＮの計算に用いられる変数が決定される。ブロック３８において、測定された電圧が式４ｂにおいて重畳積分のために補正される。式４ａは、推定の目的のため下記の再帰（ｒｅｃｕｒｓｉｏｎ）関係として変形された。
【００５１】
【数１２】
0003571026.tif 000014
【００５２】
但し、下付きのｔ及びｔ−Δｔは、量が推定されるべき時間を示す。この式は、前の時間ステップにおいて計算された変数のみが時点ｔにおける電圧の計算に必要とされる点で、特に簡単な再帰関係である。ブロック３８において、式４ｂを実現するため、下式を用いてバッテリ電圧を測定値で置換する。
【００５３】
【数１３】
0003571026.tif 000015
【００５４】
このように、開回路電位及び抵抗を決定する回帰（ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ）解析は、式４ｃの左辺に現われる電圧量、すなわち「回帰電圧」に基いており、（回帰電圧に対応する）補正電圧データの最小２乗解析は、オーム抵抗及び開回路電位に対する良好な近似を生じる。次いで、ブロック４０及び４２において、開回路電圧Ｖ０及び抵抗値Ｒが、補正されたバッテリ電圧の回帰電圧（下記の最小２乗式においては、単にＶで表される）及び電流Ｉから求められる。この導出手順は、特定の時間間隔（例えば、当例では、前の３０秒）に対応するデータに適用される最小２乗法に基いている。この手法は、モデルが線形であるならば、モデル・データからのパラメータの導出と矛盾しない。特に、下記の定義が適用される。
【００５５】
【数１４】
0003571026.tif 000016
【００５６】
但し、ｎは、開回路電圧Ｖ０及び抵抗値Ｒの導出に含まれるべき記録された電流−電位データ点の数を表わす。これらの式を用いると、式
【００５７】
【数１５】
0003571026.tif 000017
【００５８】
及び
【００５９】
【数１６】
0003571026.tif 000018
【００６０】
が得られる。これらの式は、ｓＩＩ−（ｓＩ）２＝０のとき、或いはこの量が略々ゼロであるときは成り立たない。更に、前記式は、最小２乗において用いられる記録電流の多くが類似の値であるときは、妥当な結果を提供し得ない。こうして、下記の２つの式が定義される。
【００６１】
【数１７】
0003571026.tif 000019
【００６２】
及び
【００６３】
【数１８】
0003571026.tif 000020
【００６４】
下線を付した値は、望ましい校正を表わす。
適切でないときに回帰ルーチンの使用を除くよう、下記の条件、すなわち、
ｄｅｎｏｍ＿ｔｅｓｔ又はＩ＿ｔｅｓｔ  が０ならば、
Ｒ（ｔ）＝Ｒ（ｔ−Δｔ）及びＶ０＝Ｖ（ｔ）＋Ｉ（ｔ）Ｒ（ｔ）
が適用される。但し、Ｖ（ｔ）は式４ｃの左辺に与えられる、補正された回帰電圧に対応する。デフォルトの抵抗値はＲ（ｔ＝０）を提供する。したがって、Ｉ＿ｔｅｓｔ条件は、測定電流が平均値に対して殆ど変動しなければ、開回路電圧及び抵抗値は回帰解析によっては導出されないことを明示する。更に、抵抗値は、式５により与えられるデフォルト値から遠く離れ得ないように限定される。こうして、式
【００６５】
【数１９】
0003571026.tif 000021
【００６６】
が成り立つ。当式において用いる係数０．５及び１．５は、校正値として取扱われる。
ヒステリシス電圧ＶＨはブロック４４において決定され、下記の時間積分によって表される。
【００６７】
【数２０】
0003571026.tif 000022
【００６８】
大括弧及び中括弧における下付きは、この式の右辺の値が以前の時間ステップから推定され得ることを示しているが、電流は全ての時点で既知である（測定される）ことに注意すべきである。したがって、用いられる電流（及び電流効率）は、現在の時間ステップと以前の時間ステップとの平均値として求めることができる。更に、この式は、重み付け係数ｗＨが１に設定されていなければ、式５の直接の時間積分ではないことに注目することが重要である。このように、上式の２行目により、ヒステリシス電圧の導出に対する補正が可能になるが、これは、ＳＯＣに対する以前の時間ステップの値を開回路電圧の計算（すなわち、式６）に用いることができるという認識、つまり、この逆算される開回路電圧は、式５により計算された値とは異なる確率が高いＶＨの値を与えるとの認識のうえに立っている。このように、上式で行われる手法は加重和を構成することである。
【００６９】
図３のブロック３２に戻ると、開回路電圧Ｖ０は、ヒステリシス電圧を含む、電圧に基づく充電状態へ変形することができる。変形ネルンストの式は、測定された（すなわち、求められた）開回路電圧及び他の既知量を用いて充電状態を表わすために使用される。すなわち、
【００７０】
【数２１】
0003571026.tif 000023
【００７１】
が成り立つ。図３のブロック３４において、ＳＯＣの組み合わせ又はバッテリのＳＯＣ推定値を、式
ＳＯＣ＝ｗ（ＳＯＣＣ）＋（１−ｗ）（ＳＯＣＮ）
を用いて、ブロック３３で重み付け係数を決定した後に計算することができる。重み付け係数ｗ及びｗＨの使用に際して、時間ステップのサイズの影響は変化する。すなわち、非常に小さな時間ステップが用いられるならば、時間に依存する量が計算から漏れることがなく、その代わり、それらの特定の時定数にしたがって展開させられるように、重み付け係数が変更されるべきである。つまり、本発明の望ましい実施の形態においては、重み付け係数の決定には、ブロック３３において下記の手法
［１２］  ｗ＝ｗｍａｘ−αｗ（Δｔ）及びｗＨ＝ｗＨ，ｍａｘ−αＨ（Δｔ）
が用いられる。更に、抵抗値について先に述べたように、これら重み付け係数は（ここでは、０と１の間に）限定される。
【００７２】
バッテリ・パック１６のＳＯＣが約９５％を越えると、電圧に基づくＳＯＣは、ニッケル電極における酸素の放出と関連する、予測しがたいプロセスのゆえに、不正確になり得る。このため、当例においては、９５％より上のＳＯＣに対しては、ｗは１に設定される。同様に、短時間（すなわち、回帰解析が抵抗値及び開回路電位の正確な当てはめを可能にする前であり、当例では３０秒である）では、ｗは１に設定され、ＳＯＣはこの短時間ではもっぱらクーロン積分に基いて計算される。更に別の特別な場合が生じるのは、バッテリが長い間静止状態にあったときである。この場合には、ヒステリシス・モデルは−４５ｍＶより小さなＶＨの値を生じ、電流の大きさは極めて小さい（例えば、０．１Ａより小さい）。この場合には、電圧に基づくＳＯＣのモデルは、組合わされたＳＯＣに対する最も正確な推定値を生じる傾向にあり、極端な場合は何日も静止状態にあったバッテリの場合で、この場合には、自己放電プロセスによる化学的作用が支配的になり、電荷を減少させるネルンストの式がバッテリの開回路電位に対する正確な推定を提供する。このため、ａｂｓ［Ｉ］＜０．１且つＶＨ＜−０．０４５であるならば、ｗ＝０．５である。
【００７３】
量αｗは以下のように求められる。まず、開回路電位がＳＯＣに関して微分される。即ち、
【００７４】
【数２２】
0003571026.tif 000024
【００７５】
次に、αｗが下式のように構成される。
【００７６】
【数２３】
0003571026.tif 000025
【００７７】
この式における量１０は、校正値であり得ることを示すため下線が付されている。同様に、５０％のＳＯＣにおけるαｗに与えられる値が校正値として導入される。ネルンストの式は偏導関数を構成するために用いられる式である必要はない。すなわち、別の式を用いることができ、或いは、ＳＯＣと開回路電位との関係についての値のテーブルを用いて導関数を数値的に求めてもよい。要するに、αｗは、アルゴリズムにおいて用いられるとき、校正値としてデータ・ファイルへ導入される。即ち、この校正値は５０％以上のＳＯＣに対して用いられる。５０％より小さいＳＯＣの値に対しては、式１４は、偏導関数が大きく、ＳＯＣの小さな変化に対する開回路電位の大きな変化と一致するとき、より大きなαｗの値が生じることを示している。式１４においては、１０という（校正された）最大値がαｗに対して示唆されている。
【００７８】
最後に、重み付け係数ｗの計算は下記のように決定される。下線を付した値は、校正値であり得る値に対応する。
ｔ＜３０秒
或いはＳＯＣ＞９５％
或いはＩｔｅｓｔ＞０．５Ａ
或いはｄｅｎｏｍ＿ｔｅｓｔ＝０    及び  ａｂｓ（Ｉ）＞０．１Ａ
或いはｄｅｎｏｍ＿ｔｅｓｔ＝０    及び  ＶＨ＞−０．０４５Ｖ
であるならば、ｗ＝１であり、
その他の場合には、
ｗ＝ｍｉｎ｛１，ｍａｘ［０．５，１−αｗ（ΔＴ）］｝
である。
【００７９】
実施に対する校正値の変更及び小さな変更は本発明の範囲内にあり、式１、２、４、６［一般には、Ｖ０，ｃｅｌｌ＝Ｆｕｎｃｔｉｏｎ（Ｔ，ＳＯＣ，ＶＨ）］及び式８〜１４に基く手法全般は、バッテリ・パック１６のＳＯＣを決定する新規な方法である。
【００８０】
本発明について、特定の実施の形態に関して記述したが、他の形態も当業者により容易に適応可能であることは明らかである。したがって、本発明の範囲は、特許請求の範囲によってのみ限定されるものと見なされるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】低速充電（上の曲線）と低速放電（下の曲線）に対するＮｉＭＨバッテリ電位を示す概略図である。
【図２】本発明のハイブリッド車を示す概略図である。
【図３】本発明の望ましい方法を示すフローチャートである。
【図４】本発明の望ましい方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１４：ハイブリッド車、  １７：後輪、  １８：前輪、  ２０、２０’：電動機／発電機、  ２２：内燃機関（ＩＣＥ）、  ２５：パワー・インバータ・モジュール
【図１】
0003571026.tif 000027
【図２】
0003571026.tif 000028
【図３】
0003571026.tif 000029
【図４】
0003571026.tif 000030