(57)【要約】  【課題】バッテリに接続される負荷の電力情報からバッテリの充放電電流を演算してノイズ成分の少ない電流値を求め、ノイズ成分による電流誤差の影響を排除した的確なバッテリ管理を行う。  【解決手段】バッテリの直流電圧を求め（Ｓ１）、インバータ側の交流電圧・位相、交流電流・位相を演算する（Ｓ２，Ｓ３）。そして、交流側の位相情報を用いて交流電力を演算し（Ｓ４）、更に、インバータ以外の負荷による電力を演算し（Ｓ５）、これらの負荷の電力と直流電圧とからバッテリの直流電流を演算する（Ｓ６）。これにより、バッテリの直流電流をノイズ成分の少ない演算値として求めることができ、電流センサの廃止によるシステム構成の簡素化及びコスト低減を達成すると共に、直流電流の演算値を用いて残存容量や入出力可能パワー量等を算出することにより、電流誤差の影響を排除した高精度の演算を可能とする。【選択図】図２
2006033970.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行駆動力を発生するモータにインバータを介して電力を供給するバッテリの状態を管理するハイブリッド車のバッテリ管理システムであって、
少なくとも上記インバータの電力情報に基づいて、上記バッテリの負荷電力を算出する負荷電力算出手段と、
上記負荷電力算出手段で算出した上記負荷電力と上記バッテリの直流電圧とに基づいて、上記バッテリの直流電流値を算出する直流電流値算出手段とを備えたことを特徴とするハイブリッド車のバッテリ管理システム。
【請求項２】
走行駆動力を発生するモータにインバータを介して電力を供給するバッテリの状態を管理するハイブリッド車のバッテリ管理装置であって、
少なくとも上記インバータの電力情報に基づいて、上記バッテリの負荷電力を算出する負荷電力算出手段と、
上記負荷電力算出手段で算出した上記負荷電力と上記バッテリの直流電圧とに基づいて、上記バッテリの直流電流値を算出する直流電流値算出手段と、
上記直流電流値算出手段で算出した上記電流電流値を用いて上記バッテリの残存容量を算出する残存容量算出手段とを備えたことを特徴とするハイブリッド車のバッテリ管理システム。
【請求項３】
上記負荷電力算出手段は、
上記インバータ内における交流相電圧と交流相電流と位相との情報とに基づいて、上記負荷電力を算出することを特徴とする請求項１又は２記載のハイブリッド車のバッテリ管理システム。
【請求項４】
上記負荷電力算出手段は、
上記交流相電圧を、上記モータの回転数情報に基づいて算出することを特徴とする請求項３記載のハイブリッド車のバッテリ管理システム。
【請求項５】
上記負荷電力算出手段は、
上記交流相電圧と交流相電流との少なくとも一方を、上記モータのベクトル制御における磁束軸及びトルク軸上の直流量に変換した値を用いて算出することを特徴とする請求項３又は４記載のハイブリッド車のバッテリ管理システム。
【請求項６】
上記負荷電力算出手段は、
上記インバータ以外の負荷の電力情報を、該負荷の動作状態によって算出し、上記バッテリの負荷電力として上記インバータの電力情報に基づく負荷電力に加算することを特徴とする請求項１〜５の何れか一に記載のハイブリッド車のバッテリ管理システム。
【請求項７】
上記負荷電力算出手段は、
上記インバータ以外の負荷が上記バッテリの直流電圧を所定の直流電圧に変換するコンバータである場合、このコンバータの負荷電力をスイッチング動作のデューティ比に基づいて算出し、上記バッテリの負荷電力として上記インバータの電力情報に基づく負荷電力に加算することを特徴とする請求項６記載のハイブリッド車のバッテリ管理システム。
【請求項８】
上記直流電流値算出手段は、
上記バッテリの直流電圧として、上記インバータ側での電圧計測値と上記バッテリ側での電圧計測値との少なくとも一方を用いることを特徴とする請求項１〜７の何れか一に記載のハイブリッド車のバッテリ管理システム。
【請求項９】
上記残存容量算出手段は、
上記直流電流値の積算値に基づく第１の残存容量と上記バッテリの開放電圧に基づく第２の残存容量とを、上記バッテリの使用状況に応じて設定したウェイトを用いて重み付け合成し、上記バッテリの残存容量を算出することを特徴とする請求項２〜８の何れか一に記載のハイブリッド車のバッテリ管理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走行駆動力を発生するモータにインバータを介して電力を供給するバッテリの状態を管理するハイブリッド車のバッテリ管理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車等の車両においては、ガソリン等を燃料とするエンジンを動力源とするものに対し、低公害、省資源の促進を目的として、バッテリからの電力によって駆動力を発生するモータをエンジンに加えて搭載し、エンジンとモータとを併用するハイブリッド車が開発されている。このようなハイブリッド車では、バッテリ状態を正確に把握して管理することが重要であり、バッテリの電圧、電流、温度といった基本的なパラメータを用いて残存容量等を算出する等している。
【０００３】
例えば、特許文献１には、電流センサで計測した電池の充放電電流を積分して求めた残存容量と、電池の開放端子電圧に基づいて推定した残存容量との差の変化率に基づいて、残存容量の演算方法を補正する技術が開示されている。
【特許文献１】特開平１１−２２３６６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ハイブリッド車においては、モータやインバータといった負荷が接続されているため、高調波を多く含む電流が流れ、バッテリの電流を電流センサで計測すると、ノイズ成分による誤差を多く含んだ値となる。このため、特許文献１に開示されているように、電流センサで計測したバッテリの電流を積算して残存容量を算出すると誤差が増大する虞があり、的確なバッテリ管理を行う上での支障となる。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、バッテリに接続される負荷の電力情報からバッテリの充放電電流を演算してノイズ成分の少ない電流値を求め、ノイズ成分による電流誤差の影響を排除した的確なバッテリ管理を行うことのできるハイブリッド車のバッテリ管理システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明によるハイブリッド車の第１のバッテリ管理システムは、走行駆動力を発生するモータにインバータを介して電力を供給するバッテリの状態を管理するハイブリッド車のバッテリ管理システムであって、少なくとも上記インバータの電力情報に基づいて、上記バッテリの負荷電力を算出する負荷電力算出手段と、上記負荷電力算出手段で算出した上記負荷電力と上記バッテリの直流電圧とに基づいて、上記バッテリの直流電流値を算出する直流電流値算出手段とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
本発明によるハイブリッド車の第２のバッテリ管理システムは、走行駆動力を発生するモータにインバータを介して電力を供給するバッテリの状態を管理するハイブリッド車のバッテリ管理装置であって、少なくとも上記インバータの電力情報に基づいて、上記バッテリの負荷電力を算出する負荷電力算出手段と、上記負荷電力算出手段で算出した上記負荷電力と上記バッテリの直流電圧とに基づいて、上記バッテリの直流電流値を算出する直流電流値算出手段と、上記直流電流値算出手段で算出した上記電流電流値を用いて上記バッテリの残存容量を算出する残存容量算出手段とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
その際、負荷電力は、インバータ内における交流相電圧と交流相電流と位相との情報とに基づいて算出することができる。交流相電圧は、モータの回転数情報に基づいて算出することができる。また、交流相電圧と交流相電流との少なくとも一方を、モータのベクトル制御における磁束軸及びトルク軸上の直流量に変換した値を用いて算出することもできる。
【０００９】
また、インバータ以外の負荷の電力情報は、負荷の動作状態によって算出することができ、バッテリの直流電圧を所定の直流電圧に変換するコンバータの場合には、コンバータの負荷電力をスイッチング動作のデューティ比に基づいて算出することができる。このインバータ以外の負荷電力は、バッテリの負荷電力としてインバータの電力情報に基づく負荷電力に加算される。
【００１０】
バッテリの負荷電力から直流電流値を算出する際の直流電圧としては、インバータ側での電圧計測値とバッテリ側での電圧計測値との少なくとも一方を用いることが望ましい。
【００１１】
また、バッテリの負荷電力から算出した直流電流値を用いて残存容量を算出する際には、電流推定値の積算値に基づく第１の残存容量とバッテリの開放電圧に基づく第２の残存容量とを、バッテリの使用状況に応じて設定したウェイトを用いて重み付け合成することにより算出することが望ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によるハイブリッド車のバッテリ管理システムは、バッテリに接続される負荷の電力情報からバッテリの充放電電流を演算してノイズ成分の少ない電流値を求めることができ、ノイズ成分による電流誤差の影響を排除した的確なバッテリ管理を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１〜図８は本発明の実施の一形態に係り、図１はハイブリッド車の電力系を示す構成図、図２は直流電流値算出処理のフローチャート、図３はバッテリ残存容量の推定アルゴリズムを示すブロック図、図４はウェイトテーブルの説明図、図５は電流容量テーブルの説明図、図６は等価回路モデルを示す回路図、図７はインピーダンステーブルの説明図、図８は残存容量テーブルの説明図である。
【００１４】
図１は、モータとエンジンとを併用するハイブリッド（ＨＥＶ）車の電力系の構成を示し、同図において、モータ１は、インバータ２によって駆動される三相交流モータ（例えば、永久磁石式同期モータ）である。また、モータ１にインバータ２を介して電力を供給するバッテリ３は、例えば、複数のセルを封止した電池パックを複数個直列に接続して構成される高圧バッテリである。
【００１５】
バッテリ３には、マイクロコンピュータ等から構成されるバッテリコントローラ４が接続され、このバッテリコントローラ４と、インバータ２を制御するインバータコントローラ５とが、例えばＣＡＮ（Controller Area Network）等を介して双方向通信可能に接続されている。また、バッテリ３には、バッテリ３からの高電圧の直流電圧を低電圧系（例えば、１２Ｖ系）の直流電圧に変換するＤＣ−ＤＣコンバータ６が接続され、このＤＣ−ＤＣコンバータ６に、低電圧系の各種負荷に電力を供給するための補機バッテリ７が接続されている。
【００１６】
バッテリコントローラ４は、バッテリ３の充電状態(State of charge;SOC）で示される残存容量、バッテリ３における入出力可能な最大電力で示される入出力可能パワー量、バッテリ３の劣化度等によるバッテリ状態の把握、このバッテリ状態を把握した上でのバッテリ３の冷却や充電の制御、異常検出及び異常検出時の保護動作等を行うものである。また、インバータコントローラ５は、同様にマイクロコンピュータ等から構成され、ハイブリッド制御系を統括する制御ユニットからの指令値、アクセル開度信号、ブレーキ信号等に基づいて、モータ１の駆動や回生制御等を行う。
【００１７】
本形態においては、前述したように、バッテリコントローラ４とインバータコントローラ５とが互いに双方向通信可能に接続されており、バッテリコントローラ４の機能とインバータコントローラ５の機能とが連携してバッテリ３の状態を管理するバッテリ管理システムが形成される。このバッテリ管理システムにおいては、インバータコントローラ５からバッテリコントローラ４にインバータ２の電力情報が送信され、バッテリコントローラ４からインバータコントローラ５に、バッテリ３の残存容量、入出力可能パワー量、劣化状態等のバッテリ状態を示すデータが送信される。
【００１８】
尚、バッテリ３には、インバータ２以外の負荷としてＤＣ−ＤＣコンバータ６が接続されていることから、バッテリコントローラ４には、インバータ２の電力情報に加え、ＤＣ−ＤＣコンバータ６の電力情報も入力される。
【００１９】
バッテリコントローラ４では、バッテリ３の状態を表す基本的なパラメータである電圧、電流、温度のうち、電圧と温度とをバッテリ３に配設した電圧センサや温度センサ（図示せず）により観測しているが、残存容量や入出力可能パワー量等を算出する上での最も基本的なパラメータである電流については、バッテリ３の電流を検出する電流センサを備えることなく、インバータコントローラ５から送信される電力情報、及びＤＣ−ＤＣコンバータ６の電力情報に基づいて直流電流値を演算している。
【００２０】
すなわち、バッテリ３の基本パラメータである電圧、電流、温度を用いて各種演算を行う場合、各パラメータの計測精度によって演算精度が左右され、特に、バッテリ電流は、端子電圧やバッテリ温度に比較して充放電による変化が大きく、且つ、モータ１，インバータ２，ＤＣ−ＤＣコンバータ６等が接続されることから、高調波を多く含んだ電流となってノイズ成分による誤差が多く、残存容量等の演算誤差が増大する虞がある。
【００２１】
従って、バッテリコントローラ４では、電流センサによるバッテリ電流の観測を行うことなく、インバータ２によって代表される負荷の電力情報からバッテリ３の充放電における直流電流値をノイズ成分の少ない演算値として求めるようにしている。これにより、電流センサの廃止によるシステム構成の簡素化及びコスト低減を達成すると共に、直流電流の演算値を用いて残存容量や入出力可能パワー量等を算出することにより、電流誤差の影響を排除した高精度の演算を可能としている。
【００２２】
バッテリコントローラ４における直流電流の演算は、少なくともインバータ２の電力情報に基づいてバッテリ３の負荷電力を算出する負荷電力算出手段としての機能、バッテリ３の負荷電力と直流電圧とに基づいて直流電流値を算出する直流電流値算出手段としての機能により算出される。以下、バッテリ３の負荷電力に基づく直流電流値の算出について、図２のフローチャートを用いて説明する。
【００２３】
尚、本形態においては、バッテリコントローラ４側でバッテリ３の直流電流値を算出する例について説明するが、この直流電流値の算出をインバータコントローラ５側で行っても良く、直流電流値のデータをバッテリコントローラ４に送信するようにしても良い。
【００２４】
先ず、バッテリ３において、直流側の電圧Ｖｄｃ及び電流Ｉｄｃによって示される電力Ｐは、バッテリ３の負荷としてインバータ２（及びモータ１）を主として考えると、以下の（１）式に示すように、インバータ２における交流側の相電圧実効値Ｖａｃと相電流実効値Ｉａｃと位相情報θとによる電力情報に、他の負荷による電力情報αを加算した負荷電力として表現することができる。  
Ｐ＝Ｖｄｃ×Ｉｄｃ＝(Ｖａｃ×Ｉａｃ×ｃｏｓθ×３)／ηｉ＋α…（１）
但し、ηｉ：インバータ２の効率
【００２５】
（１）式において、残存容量等の演算に必要となるパラメータは、直流側の電圧・電流のパラメータＶｄｃ，Ｉｄｃであり、従って、図２に示す直流電流値算出処理では、ステップＳ１〜Ｓ３において、直流電圧Ｖｄｃ、交流側の相電圧実効値Ｖａｃ（及び電圧位相）、相電流実効値Ｉａｃ（及び電流位相）を求め、ステップＳ４で交流側の位相情報θを求めて交流側の電力を演算する。そして、ステップＳ５で、インバータ以外の負荷による電力を演算し、ステップＳ６で、交流側の電力を直流電圧Ｖｄｃで除算して直流電流Ｉｄｃを求める。
【００２６】
詳細には、先ず、ステップＳ１における直流側の電圧Ｖｄｃは、バッテリコントローラ４とインバータコントローラ５との何れかの側で観測した値を用いることができる。直流電圧Ｖｄｃとして、バッテリコントローラ４側での観測値を用いる場合には、セル毎に計測した電圧の合計値、或いはバッテリ３全体の端子電圧となる総電圧の計測値を用いることができる。
【００２７】
直流電圧Ｖｄｃとして、バッテリコントローラ４側（バッテリ３側）、インバータコントローラ５側（インバータ２側）の何れの電圧を用いるかは、バッテリ３の容量に応じて決定することが望ましい。すなわち、搭載されるバッテリの容量が十分に大きい場合には、バッテリコントローラ４側での電圧計測値（実用的には、セル毎の電圧計測値の合算値）を用い、搭載されるバッテリの容量が比較的小さく、大きな電圧変動が予想される場合には、インバータコントローラ５側で直流電圧を監視してバッテリコントローラ４に電圧情報を提供することが望ましく、これにより、電圧の精度を確保しつつ、ハードウエア構成を簡素化することができる。
【００２８】
次に、ステップＳ２における交流電圧（相電圧実効値）Ｖａｃは、インバータ２側で交流電圧を観測している場合には、その測定値を用いることができるが、交流電圧を観測していない場合、インバータ２内部の電圧情報に基づいて演算する。この交流電圧の演算は、以下に説明する（ａ）或いは（ｂ）に示す手法を用いることができる。
【００２９】
（ａ）インバータ内部の電圧指令値の利用
モータ１をベクトル制御しているものとすると、交流電圧Ｖａｃは、ｄ軸（磁束軸）及びｑ軸（トルク軸）上の直流量に変換した値によって求めることができ、ｄ軸での電圧指令値Ｖｄ、ｑ軸での電圧電圧指令値Ｖｑを用い、以下の（２）式によって求めることができる。尚、ここでの符号や係数は、ベクトル制御の座標変換や電圧方程式の定義方法によって異なる場合がある。  
Ｖａｃ＝(Ｖｄ2＋Ｖｑ2)1/2／３1/2
＝Ｖｌ／３1/2…（２）
但し、Ｖｌ：交流の線間電圧実効値
【００３０】
また、このとき、電圧指令値Ｖｄ，Ｖｑには、交流電圧Ｖａｃとの間に、以下の（３），（４）式に示すような関係がある。  
Ｖｄ＝Ｖａｃ×ｓｉｎδ…（３）
Ｖｑ＝Ｖａｃ×ｃｏｓδ…（４）
【００３１】
（３），（４）式におけるδは、電圧位相であり、例えば、以下の（５）式によって求めることができる。  
δ＝ｓｉｎ-1(Ｖｄ／Ｖａｃ)…（５）
【００３２】
（ｂ）回転数情報の利用
位相が固定であったり、位相情報を検出できる場合には、以下の（６）式に示すように、モータ１の回転数情報ωから交流電圧Ｖａｃを求めることができる。  
Ｖａｃ＝ω×Ｋｅ…（６）
但し、Ｋｅ：誘起電圧定数
【００３３】
次に、ステップＳ３における交流電流（相電流実効値）Ｉａｃは、インバータ内部の電流情報に基づく演算により求める。ベクトル制御を行っている場合、ｄ軸での電流指令値Ｉｄ、ｑ軸での電流指令値Ｉｑを用い、以下の（７）式により、交流電流Ｉａｃを求めることができる。  
Ｉａｃ＝(Ｉｄ2＋Ｉｑ2)1/2…（７）
【００３４】
このとき、電流指令値Ｉｄ，Ｉｑには、交流電流Ｉａｃとの間に、以下の（８），（９）式に示すような関係がある。  
Ｉｄ＝Ｉａｃ×ｓｉｎβ…（８）
Ｉｑ＝Ｉａｃ×ｃｏｓβ…（９）
【００３５】
但し、（８），（９）式におけるβは、電流位相であり、例えば、以下の（１０）式によって求めることができる。  
β＝ｓｉｎ-1(Ｉｄ／Ｉａｃ)…（１０）
【００３６】
尚、以上では、Ｉｄ，Ｉｑは指令値としたが、フィードバック値でも算出可能である。また、ベクトル制御を行っていない場合には、取込んだ３相交流電流から相電流実効値Ｉａｃを算出することも可能である。
【００３７】
更に、ステップＳ４における交流側の位相情報θは、電圧位相δと電流位相βとを用い、以下の（１１）式によって求めることができ、この位相情報θを用い、（１）式におけるインバータ２側の電力(Ｖａｃ×Ｉａｃ×ｃｏｓθ×３)／ηｉを求める。  
θ＝（δ−β−γ）…（１１）
但し、γ：電圧位相δの補正項（線間電圧から相電圧への補正）
【００３８】
この場合、インバータ２の効率ηｉとしては、一定の効率を仮定しても良いが、負荷率やモータ回転数等をパラメータとする効率マップを予め作成しておき、このマップから効率を読出すことにより、より精度良く、直流電流Iｄｃを算出することができる。
【００３９】
更に、ステップＳ５において、バッテリ３の負荷としてインバータ２（モータ１）以外の負荷の電力αを演算する。インバータ以外の負荷としては、例えば、一定出力の負荷の場合には、負荷となる機器の動作／非動作の情報によって容易に負荷の電力を知ることができ、また、ＤＣ−ＤＣコンバータ６の場合には、その制御デューティの情報と直流電圧とから、ＤＣ−ＤＣコンバータ６の電力を推定することができる。そして、インバータ２側の交流電力にインバータ２以外のＤＣ−ＤＣコンバータ６等の他の負荷の電力αを加算した電力値を、ステップＳ６において直流電圧Ｖｄｃで除算することにより、直流電流Ｉｄｃを求める。
【００４０】
以上のように、インバータ２内部の情報を用いて直流電流値Ｉｄｃを計算することにより、低回転・大トルク（大電流）時には、直流側（バッテリ３側）で観測する電流が不連続なパルス電流となるのに対し、平均化された直流電流として算出することができる。そして、このような直流電流Ｉｄｃの演算値をバッテリ３の残存容量や入出力可能パワー量等の演算に適用することにより、電流誤差の影響を排除した高精度の演算が可能となる。以下、直流電流値Ｉｄｃを残存容量の演算に適用する例について説明する。
【００４１】
周知のように、バッテリの残存容量は、充放電電流の積算値や、インピーダンスから求めた開放電圧に基づいて算出することができるが、それぞれに一長一短がある。前者は、突入電流等の負荷変動に強く、安定した残存容量が得られる反面、電流誤差が累積し易い（特に、高負荷継続時には誤差が大きくなる）という欠点がある。また、後者は、電流が安定している領域では、正確な値を求めることができる反面、短時間で負荷が大きく変動した場合には、バッテリの開放電圧を推定する際のインピーダンスを正確に求めることができず、残存容量の算出値が振動し易いという欠点がある。
【００４２】
従って、本形態における残存容量は、バッテリコントローラ４における残存容量算出手段としての機能により、図３に示すアルゴリズムに従って、所定時間ｔ毎に、電流を積算して求めた第１の残存容量としての残存容量ＳＯＣＩ(t)と、バッテリ開放電圧の推定値から求めた第２の残存容量としての残存容量ＳＯＣＶ(t)とを並行して演算し、両者をバッテリ３の使用状況に応じて随時変化させるウェイト（重み係数）ｗにより重み付けして合成することにより、最終的な残存容量ＳＯＣ(t)を算出する。ウェイトｗは、ｗ＝０〜１の間で変化させ、合成後の最終的な残存容量ＳＯＣ(t)は、以下の（１２）式で与えられる。  
ＳＯＣ(t)＝ｗ×ＳＯＣＩ(t)＋(１−ｗ)×ＳＯＣＶ(t)…（１２）
【００４３】
ウェイトｗは、現在のバッテリの使用状況を的確に表すことのできるパラメータを用いて決定する必要があり、そのパラメータとしては、単位時間当たりの電流の変化率や残存容量ＳＯＣＩ，ＳＯＣＶの間の偏差等を用いることが可能である。単位時間当たりの電流変化率は、バッテリの負荷変動を直接的に反映しているが、単なる電流変化率では、スパイク的に発生する電流の急激な変化の影響を受けてしまう。更に、電流センサによる電流の計測値には、ノイズ成分が多く含まれ、電流値の時間微分による変化率を算出する際の誤差要因となる。
【００４４】
スパイク的に発生する電流の変化は、所定のサンプリング数の単純平均、移動平均、加重平均等の処理を施した電流変化率を用いることにより防止することができるが、特に、バッテリの充放電状態の変化に対して、過去の履歴を過剰となることなく適切に反映することのできる移動平均は、電流のスパイク成分を遅れ成分を助長することなく除去するローパスフィルタとして機能する。また、バッテリ３の負荷電力情報から算出した直流電流値Ｉｄｃは、電流センサで検出した電流計測値に比較してノイズ成分が少ないことから、ノイズ成分による影響を抑制することができる。
【００４５】
従って、直流電流値Ｉｄｃの移動平均値の時間ｔにおける電流変化率を用いてウェイトｗを決定することにより、走行中の負荷変動で発生する電流のスパイク成分を遅れ成分を助長することなく除去すると共に、ノイズ成分による誤差を抑制することができる。この場合、バッテリ３の負荷電力情報から算出したノイズ成分の少ない直流電流値Ｉｄｃは、それ自身が既にフィルタリングされた値であると見做すことができることから、直流電流値Ｉｄｃ自身の時間ｔにおける電流変化率を用いてウェイトｗを決定しても良い。以下、直流電流値Ｉｄｃの移動平均値の時間ｔにおける電流変化率、直流電流値Ｉｄｃ自身の時間ｔにおける電流変化率を、代表してΔＩｄｃ／Δｔと記載する。
【００４６】
そして、電流変化率ΔＩｄｃ／Δｔが大きいときには、電流積算に基づく残存容量ＳＯＣＩの重みを大きく開放電圧に基づく残存容量ＳＯＣＶの重みを小さくすることにより、負荷変動にも拘らず電流積算による正確な残存容量を得ることができると共に、開放電圧推定時の振動を防止することができる。逆に、電流変化率ΔＩｄｃ／Δｔが小さいときには、電流積算に基づく残存容量ＳＯＣＩの重みを小さくし、開放電圧に基づく残存容量ＳＯＣＶの重みを大きくすることにより、電流積算時の誤差の累積による影響を回避し、開放電圧に基づく正確な残存容量を得ることができる。
【００４７】
図４は、ウェイトｗを決定するためのウェイトテーブルの例を示し、電流変化率ΔＩｄｃ／Δｔを温度補正した補正後電流変化率ＫΔＩｄｃ／Δｔをパラメータとする一次元テーブルである。このウェイトテーブルは、概略的には、補正後電流変化率ＫΔＩｄｃ／Δｔが小さくなる程、すなわち、バッテリ負荷変動が小さい程、ウェイトｗの値を小さくして電流積算による残存容量ＳＯＣＩの重みを小さくする特性を有している。
【００４８】
これにより、電流積算による誤差の累積を抑制すると共に、外乱が発生した場合にも、安定した正確な残存容量を求めることができ、残存容量ＳＯＣＩ，ＳＯＣＶ双方の欠点を打消して互いの利点を最大限に引き出し、残存容量の推定精度を大幅に向上することができる。
【００４９】
次に、電流積算による残存容量ＳＯＣＩ、開放電圧に基づく残存容量ＳＯＣＶの演算の詳細について説明する。
【００５０】
先ず、電流積算による残存容量ＳＯＣＩは、以下の（１３）式に示すように、ウェイトｗを用いて合成した残存容量ＳＯＣをベース値として、所定時間毎に電流Ｉを積算して求められる。  
ＳＯＣＩ(t)＝ＳＯＣ(t-1)−∫[(１００ηＩ／Ａｈ)＋ＳD]ｄｔ／３６００…（１３）
但し、η  ：電流効率
Ａｈ：電流容量（温度による変数）
ＳD ：自己放電率
【００５１】
（１３）式における電流効率η及び自己放電率ＳDは、それぞれ定数と見なすことができるが（例えば、η＝１、ＳD＝０）、電流容量Ａｈは、温度に依存して変化する。従って、この電流積算による残存容量ＳＯＣＩの算出に際しては、温度によるセル容量の変動を関数化して算出した電流容量Ａｈを用いている。
【００５２】
図５は、バッテリ温度Ｔをパラメータとして、所定の基準とする定格容量（例えば、所定セル数を基準単位とした場合の定格電流容量）に対する容量比Ａｈ’を格納した電流容量テーブルの例を示すものであり、常温（２５°Ｃ）における容量比Ａｈ’（＝１．００）に対し、低温になる程、電流容量が減少するため、容量比Ａｈ’の値が大きくなる。この電流容量テーブルから参照した容量比Ａｈ’を用い、計測対象毎の温度Ｔにおける電流容量Ａｈを算出することができる。
【００５３】
また、（１３）式による残存容量ＳＯＣＩ(t)の演算は、具体的にはバッテリコントローラ４における離散時間処理によって実行され、１演算周期前の合成残存容量ＳＯＣ(t-1)を、電流積算のベース値として入力している（図３のブロック図における遅延演算子Ｚ-1）。従って、誤差が累積したり、発散することがなく、万一、初期値が真値と大きく異なっていても、所定の時間経過後（例えば、数分後）には、真値に収束させることができる。
【００５４】
更に、（１３）式による残存容量ＳＯＣＩ(t)においては、従来、電流Ｉとして電流センサによる計測値を用いているが、電流センサによる計測値は、ノイズ成分が多く誤差が累積し易いばかりでなく、電流センサが故障した場合には、残存容量ＳＯＣＩの演算が不能となる。従って、電流センサによる計測値に代えて、ノイズ成分の少ない直流電流値Ｉｄｃを（１３）式における電流Ｉとして用いることにより、電流誤差の累積を低減して演算精度を向上することができると共に、電流センサが故障した場合にも残存容量の演算を継続することができ、制御性の悪化を防止することができる。
【００５５】
一方、開放電圧の推定に基づく残存容量ＳＯＣＶを求めるには、バッテリの端子電圧ＶとインピーダンスＺと電流Ｉとから、以下の（１４）式を用いて開放電圧ＶＯＣの推定値を求める。  
ＶＯＣ＝Ｖ＋Ｉ×Ｚ…（１４）
【００５６】
（１４）式における電圧Ｖとしては、バッテリ３の負荷電力情報から直流電流値Ｉｄｃを算出する際に用いた直流電圧Ｖｄｃ、すなわち、バッテリコントローラ４側で観測したセル毎の電圧計測値の合計値、バッテリ３全体の総電圧の計測値、インバータコントローラ５側で観測した直流電圧の何れかを用いることができ、電流Ｉとしては、バッテリ３の負荷電力情報から算出した直流電流値Ｉｄｃを用いる。
【００５７】
また、インピーダンスＺは、図６に示す等価回路モデルを用いて作成したインピーダンステーブルを用いて求めることができる。図６の等価回路は、抵抗分Ｒ１〜Ｒ３、容量分Ｃ１，ＣＰＥ１，ＣＰＥ２（但し、ＣＰＥ１，ＣＰＥ２は二重層容量分）の各パラメータを、直列及び並列に組合わせた等価回路モデルであり、交流インピーダンス法における周知のCole-Coleプロットをカーブフィッティングすることにより、各パラメータを決定する。
【００５８】
これらのパラメータから求められるインピーダンスＺは、バッテリの温度や電気化学的な反応速度、充放電電流の周波数成分によって大きく変化する。従って、インピーダンスＺを決定するパラメータとして、前述の電流変化率ΔＩｄｃ／Δｔを周波数成分の置き換えとして採用し、電流変化率とバッテリ温度とを条件とするインピーダンス測定を行ってデータを蓄積した後、電流変化率と温度とに基づいてインピーダンスＺのテーブルを作成する。
【００５９】
詳細には、低温になる程、バッテリの内部インピーダンスが増加して電流変化率が小さくなるため、インピーダンスＺは、直接的には、電流変化率を温度補正した補正後電流変化率を用いて決定する。図７は、前述の直流電流値Ｉｄｃによる補正後電流変化率ＫΔＩｄｃ／Δｔと、温度センサで測定した温度Ｔとをパラメータとして、インピーダンスＺを格納したインピーダンステーブルの例を示すものであり、概略的には、補正後電流変化率ＫΔＩｄｃ／Δｔが同じ場合には、温度が低くなる程、インピーダンスＺが増加し、同じ温度では、補正後電流変化率ＫΔＩｄｃ／Δｔが小さくなる程、インピーダンスＺが増加する傾向を有している。
【００６０】
尚、図７及び後述する図８に示すテーブルにおいては、通常の条件下で使用される範囲のデータを示し、他の範囲のデータは記載を省略してある。また、電流変化率として単位時間当りの電流の移動平均値を用いる場合には、例えば、直流電流値Ｉｄｃの演算周期を０．１ｓｅｃ毎、電流積算の演算周期を０．５ｓｅｃ毎とした場合、５個のデータを移動平均した値を用いる。
【００６１】
開放電圧ＶＯＣの推定後は、バッテリ内の電気化学的な関係に基づいて残存容量ＳＯＣＶを演算する。具体的には、平衡状態での電極電位とイオンの活量との関係を記述した周知のネルンストの式を適用し、開放電圧ＶＯＣと残存容量ＳＯＣＶとの関係を表すと、以下の（１５）式を得ることができる。  
ＶＯＣ＝Ｅ＋[(Ｒｇ×Ｔ／Ｎｅ×Ｆ)×ｌｎＳＯＣＶ／(１００−ＳＯＣＶ)]＋Ｙ…（１５）
但し、Ｅ  ：標準電極電位（例えば、リチウムイオン電池では、Ｅ＝３．７４５）
Ｒｇ：気体定数（８．３１４Ｊ／ｍｏｌ−Ｋ）
Ｔ  ：温度（絶対温度Ｋ）
Ｎｅ：イオン価数（本形態のリチウムイオン電池では、Ｎｅ＝１）
Ｆ  ：ファラデー定数（９６４８５Ｃ／ｍｏｌ）
【００６２】
尚、（１５）式におけるＹは補正項であり、常温における電圧−ＳＯＣ特性をＳＯＣの関数で表現したものである。ＳＯＣＶ＝Ｘとすると、以下の（１６）式に示すように、ＳＯＣの三次関数で表すことができる。  
Ｙ＝−１０-6Ｘ3＋９・１０-5Ｘ2＋０．０１３Ｘ−０．７３１１…（１６）
【００６３】
以上の（１５）式により、残存容量ＳＯＣＶには、開放電圧ＶＯＣのみならずバッテリ温度との間にも強い相関性があることがわかる。この場合、開放電圧ＶＯＣと温度Ｔとをパラメータとして、直接、（１５）式を用いて残存容量ＳＯＣＶを算出することも可能であるが、実際には、使用する電池特有の充放電特性や使用条件等に対する考慮が必要となる。
【００６４】
従って、以上の（１５）式の関係から実際の電池の状態を把握する場合には、常温でのＳＯＣＶ−ＶＯＣ特性を基準として、各温度域での充放電試験或いはシミュレーションを行い、実測データを蓄積する。そして、蓄積した実測データから開放電圧ＶＯＣと温度Ｔとをパラメータする残存容量ＳＯＣＶのテーブルを作成しておき、このテーブルを利用して残存容量ＳＯＣＶを求める。
【００６５】
図８は、残存容量テーブルの例を示すものであり、概略的には、温度Ｔ及び開放電圧ＶＯＣが低くなる程、残存容量ＳＯＣＶが小さくなり、温度Ｔ及び開放電圧ＶＯＣが高くなる程、残存容量ＳＯＣＶが大きくなる傾向を有している。
【００６６】
そして、残存容量ＳＯＣＩ，ＳＯＣＶを算出した後は、前述の（１２）式に示したように、残存容量ＳＯＣＩ,ＳＯＣＶをウェイトｗを用いて重み付け合成し、残存容量ＳＯＣを算出する。
【００６７】
以上のように、本実施の形態においては、バッテリ３の負荷電力情報を用いることにより、電流センサで計測した電流値に比較してノイズ成分の少ない直流電流値Ｉｄｃを算出することができ、この直流電流値Ｉｄｃを用いることで、残存容量等の演算精度を向上を図ることができ、常に的確なバッテリ管理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】ハイブリッド車の電力系を示す構成図
【図２】直流電流値算出処理のフローチャート
【図３】バッテリ残存容量の推定アルゴリズムを示すブロック図
【図４】ウェイトテーブルの説明図
【図５】電流容量テーブルの説明図
【図６】等価回路モデルを示す回路図
【図７】インピーダンステーブルの説明図
【図８】残存容量テーブルの説明図
【符号の説明】
【００６９】
１  モータ
２  インバータ
３  バッテリ
４  バッテリコントローラ（負荷電力算出手段、直流電流値算出手段、残存容量算出手段）
５  インバータコントローラ
６  ＤＣ−ＤＣコンバータ
Ｐ  負荷電力
Ｉｄｃ  直流電流
Ｖｄｃ  直流電圧
Ｖａｃ  相電圧実効値
Ｉａｃ  相電流実効値
θ  位相情報
ＳＯＣＩ  残存容量（第１の残存容量）
ＳＯＣＶ  残存容量（第２の残存容量）
ＳＯＣ  残存容量
ｗ  ウェイト
代理人      弁理士      伊    藤      進
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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