(57)【要約】  【課題】  電池のＳＯＣの演算精度を高く保ち電池の効率的な使用を可能にした電池制御装置を提供する。  【解決手段】  タイマ１２４から割込み信号ＩＮＴが発せられた場合、劣化演算部１２５が、温度データと電流データの所定期間における積算により算出した総電気量とに応じて電池劣化度合いを算出する。タイマから割込み信号が発せられた場合、残存容量演算部１２６は、その前の割込み信号に応答して温度データ、電流データ、および電圧データに基づいて算出した組電池７の前の残存容量から、温度データをパラメータとして劣化演算部からの電池劣化度合いに応じて算出した単位時間当りの自己放電量を減算して、現在の残存容量を算出する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池を複数個組み合わせて成る組電池からの直流電力をインバータにより交流電力に変換してモータに供給し走行する電動車両に用いられる電池制御装置であって、
前記組電池の温度を温度データとして測定する温度測定部と、
前記組電池に流れる電流を電流データとして測定する電流測定部と、
前記組電池の開放電圧を電圧データとして測定する電圧測定部と、
所定時間毎に割込み信号を発生するタイマと、
前記タイマから割込み信号が発せられた場合、前記温度データと、前記電流データの所定期間における積算により算出した総電気量とに応じて、電池劣化度合いを算出する劣化演算部と、
前記タイマから割込み信号が発せられた場合、その前の割込み信号に応答して前記温度データ、前記電流データ、および前記電圧データに基づいて算出した前記組電池の前の残存容量から、前記温度データをパラメータとして前記劣化演算部からの電池劣化度合いに応じて算出した単位時間当りの自己放電量を減算して、現在の残存容量を算出する残存容量演算部とを備えたことを特徴とする電池制御装置。
【請求項２】
前記劣化演算部は、前記電流データに基づいて前記組電池に対する充放電が停止していると判断した場合、前記温度データと充放電の停止期間とに応じて前記電池劣化度合いを算出する請求項１記載の電池制御装置。
【請求項３】
前記残存容量演算部は、前記温度データをパラメータとして予め準備されている単位時間当りの自己放電量−残存容量特性を参照して得られた単位時間当りの自己放電量に、予め準備されている前記電池劣化度合いに応じた係数特性を参照して得られた係数を乗算して、前記単位時間当りの自己放電量を算出する請求項１または２記載の電池制御装置。
【請求項４】
前記温度測定部は、前記組電池を構成する電池ブロック毎の温度データを測定し、
前記劣化演算部は、前記電池ブロック毎の温度データと前記総電気量とに応じて、前記電池ブロック毎の電池劣化度合いを算出し、
前記電圧測定部は、前記電池ブロック毎の開放電圧を電圧データとして測定し、
前記残存容量演算部は、前記電池ブロック毎の温度データ、前記電流データ、前記電池ブロック毎の電圧データ、および前記電池ブロック毎の電池劣化度合いに基づいて、前記電池ブロック毎の残存容量を算出する請求項１または２記載の電池制御装置。
【請求項５】
前記組電池に対する充放電の前記停止期間が所定値に達した場合、前記残存容量演算部は、演算している残存容量値に代えて一意的に低い残存容量値を出力する請求項２記載の電池制御装置。
【請求項６】
二次電池を複数個組み合わせて成る組電池からの直流電力をインバータにより交流電力に変換してモータに供給し走行する電動車両に用いられる電池制御方法であって、
前記組電池の温度を温度データとして測定する温度測定工程と、
前記組電池に流れる電流を電流データとして測定する電流測定工程と、
前記組電池の開放電圧を電圧データとして測定する電圧測定工程と、
所定時間毎に割込み信号を発生する割込み工程と、
前記割込み信号が発せられた場合、前記温度データと、前記電流データの所定期間における積算により算出した総電気量とに応じて、電池劣化度合いを算出する劣化演算工程と、
前記割込み信号が発せられた場合、その前の割込み信号に応答して前記温度データ、前記電流データ、および前記電圧データに基づいて算出した前記組電池の前の残存容量から、前記温度データをパラメータとして前記電池劣化度合いに応じて算出した単位時間当りの自己放電量を減算して、現在の残存容量を算出する残存容量演算工程とを含むことを特徴とする電池制御方法。
【請求項７】
前記劣化演算工程において、前記電流データに基づいて前記組電池に対する充放電が停止していると判断した場合、前記温度データと充放電の停止期間とに応じて前記電池劣化度合いを算出する請求項６記載の電池制御方法。
【請求項８】
前記残存容量演算工程において、前記温度データをパラメータとして予め準備されている単位時間当りの自己放電量−残存容量特性を参照して得られた単位時間当りの自己放電量に、予め準備されている前記電池劣化度合いに応じた係数特性を参照して得られた係数を乗算して、前記単位時間当りの自己放電量を算出する請求項６または７記載の電池制御方法。
【請求項９】
前記温度測定工程において、前記組電池を構成する電池ブロック毎の温度データを測定し、
前記劣化演算工程において、前記電池ブロック毎の温度データと前記総電気量とに応じて、前記電池ブロック毎の電池劣化度合いを算出し、
前記電圧測定工程において、前記電池ブロック毎の開放電圧を電圧データとして測定し、
前記残存容量演算工程において、前記電池ブロック毎の温度データ、前記電流データ、前記電池ブロック毎の電圧データ、および前記電池ブロック毎の電池劣化度合いに基づいて、前記電池ブロック毎の残存容量を算出する請求項６または７記載の電池制御方法。
【請求項１０】
前記組電池に対する充放電の前記停止期間が所定値に達した場合、前記残存容量演算工程において、演算している残存容量値から一意的に低い残存容量値に変更する請求項７記載の電池制御方法。
【請求項１１】
二次電池を複数個組み合わせて成る組電池に対する電池制御装置を有し、前記組電池からの直流電力をインバータにより交流電力に変換してモータに供給し走行する電動車両であって、前記電池制御装置は、
前記組電池の温度を温度データとして測定する温度測定部と、
前記組電池に流れる電流を電流データとして測定する電流測定部と、
前記組電池の開放電圧を電圧データとして測定する電圧測定部と、
所定時間毎に割込み信号を発生するタイマと、
前記タイマから割込み信号が発せられた場合、前記温度データと、前記電流データの所定期間における積算により算出した総電気量とに応じて、電池劣化度合いを算出する劣化演算部と、
前記タイマから割込み信号が発せられた場合、その前の割込み信号に応答して前記温度データ、前記電流データおよび前記電圧データに基づいて算出した前記組電池の以前の残存容量から、前記温度データをパラメータとして前記劣化演算部からの電池劣化度合いに応じて算出した単位時間当りの自己放電量を減算して、現在の残存容量を算出する残存容量演算部とを備えたことを特徴とする電動車両。
【請求項１２】
前記劣化演算部は、前記電流データに基づいて前記組電池に対する充放電が停止していると判断した場合、前記温度データと充放電の停止期間とに応じて前記電池劣化度合いを算出する請求項１１記載の電動車両。
【請求項１３】
前記残存容量演算部は、前記温度データをパラメータとして予め準備されている単位時間当りの自己放電量−残存容量特性を参照して得られた単位時間当りの自己放電量に、予め準備されている前記電池劣化度合いに応じた係数特性を参照して得られた係数を乗算して、前記単位時間当りの自己放電量を算出する請求項１１または１２記載の電池制御装置。
【請求項１４】
前記温度測定部は、前記組電池を構成する電池ブロック毎の温度データを測定し、
前記劣化演算部は、前記電池ブロック毎の温度データと前記総電気量とに応じて、前記電池ブロック毎の電池劣化度合いを算出し、
前記電圧測定部は、前記電池ブロック毎の開放電圧を電圧データとして測定し、
前記残存容量演算部は、前記電池ブロック毎の温度データ、前記電流データ、前記電池ブロック毎の電圧データ、および前記電池ブロック毎の電池劣化度合いに基づいて、前記電池ブロック毎の残存容量を算出する請求項１１または１２記載の電動車両。
【請求項１５】
前記組電池に対する充放電の前記停止期間が所定値に達した場合、前記残存容量演算部は、演算している残存容量値に代えて一意的に低い残存容量値を出力する請求項１２記載の電動車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気自動車（ＰＥＶ）、ハイブリッド式電気自動車（ＨＥＶ）、燃料電池式電気自動車等の電動車両に塔載されるメインバッテリである組電池からの直流電力をインバータにより交流電力に変換してモータに供給し走行する電動車両の電池制御装置および方法、並びにかかる電池制御装置を有する電動車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
電池の自己放電量を電池温度から推定する方法として、電池を使用していない間、電池温度に応じた単位時間あたりの自己放電量（すなわち、自己放電率の温度特性）を積算し、積算量が所定値に達したときに、電池の補充電を行う充電装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、ハイブリッドカーを停止してからの放置時間、あるいは放置時間と放置温度が設定範囲を超えると、強制充電モードに移行し、その後、放電優先モードを経てから通常充放電モードに復帰するハイブリッドカーの充放電制御方法が提案されている（例えば、特許文献２）。
【特許文献１】特許第３０３６９４３号公報
【特許文献２】特開２００２−１７１６０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のように、電池の自己放電量を電池温度から推定するのは良く知られた方法である。しかし、特許文献１に記載された装置は、周囲温度に応じた適切な補充電により満充電を行うことを目的としており、ＨＥＶのように、電池の充電状態である残存容量（State Of Charge、以下ＳＯＣと略称する）を、中間域（ＳＯＣ＝５０〜６０％）を目標として保つことに演算が用いられていない。また、種々の電池劣化モードに起因して自己放電量が変化（主に、増加）することは考慮されていない。
【０００５】
また、特許文献２に記載された方法は、組電池の容量バラツキを少なくすることで、電池の長寿命化を図ることを目的としており、やはり種々の電池劣化モードに起因して自己放電量が変化（主に、増加）することは考慮されていない。また、強制充電モードでは、意図的に最大設定容量（高いＳＯＣ）まで充電を行い、放電優先モードでは、最低設定容量（低いＳＯＣ）まで放電を行うので、ＨＥＶの走行、回生に制限を加えることになり、車両のエネルギー効率が低下して、燃費が悪化するという問題がある。
【０００６】
電池が劣化して電池特性が変化すると、ＳＯＣの演算精度が低下することになる。特に、ＨＥＶ等の場合は、パーソナルコンピュータのような民生機器と比べ、充放電電気量の総量も格段に大きく、炎天下放置のような高温環境下にさらされる場合もあるので、演算で推定したＳＯＣと実際のＳＯＣとの差が顕著に現れる。それを解消するためには、完全放電や満充電を行い、ＳＯＣの初期化を行うことが必要になる。
【０００７】
しかしながら、ＨＥＶでは、満充電や完全放電ができないので、車両走行中における電流−電圧特性から演算により求めた電池の開放電圧や、車両停止時における無負荷時の開放電圧を用いて、ＳＯＣの演算を行っている例がある。しかしながら、長期放置時には、長期にわたる自己放電の結果、電池の開放電圧が低下傾向にあるため、ＳＯＣ演算において低ＳＯＣ側に偏向する誤差を生じ、その結果、電池が低ＳＯＣで使用され続けてしまう場合がある。
【０００８】
この場合、電池用の電子制御ユニット（以下、電池ＥＣＵと略称する）から車両用の電子制御ユニット（以下、車両ＥＣＵと略称する）へと送られる放電許容値が低くなり（充電許容値が高くなり）、電池を効率良く中間域のＳＯＣで使用することができなくなる。
【０００９】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、電池のＳＯＣの演算精度を高く保ち電池の効率的な使用を可能にした電池制御装置および方法、並びにかかる電池制御装置を有する電動車両を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記の目的を達成するため、本発明に係る電池制御装置は、二次電池を複数個組み合わせて成る組電池からの直流電力をインバータにより交流電力に変換してモータに供給し走行する電動車両に用いられる電池制御装置であって、組電池の温度を温度データとして測定する温度測定部と、組電池に流れる電流を電流データとして測定する電流測定部と、組電池の開放電圧を電圧データとして測定する電圧測定部と、所定時間毎に割込み信号を発生するタイマと、タイマから割込み信号が発せられた場合、温度データと、電流データの所定期間における積算により算出した総電気量とに応じて、電池劣化度合いを算出する劣化演算部と、タイマから割込み信号が発せられた場合、その前の割込み信号に応答して温度データ、電流データ、および電圧データに基づいて算出した組電池の前の残存容量から、温度データをパラメータとして劣化演算部からの電池劣化度合いに応じて算出した単位時間当りの自己放電量を減算して、現在の残存容量を算出する残存容量演算部とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、電池温度と、電池劣化度合いに応じて算出した単位時間当りの自己放電量とに基づいて、組電池のＳＯＣを算出するので、ＳＯＣの演算精度を高く保ち電池の効率的な使用が可能となる。
【００１２】
本発明に係る電池制御装置において、劣化演算部は、電流データに基づいて組電池に対する充放電が停止していると判断した場合、温度データと充放電の停止期間とに応じて電池劣化度合いを算出することが好ましい。
【００１３】
この構成によれば、電池に対する充放電が停止している放置期間における電池温度が高温になるほど進行する劣化度合いを算出することができる。
【００１４】
また、本発明に係る電池制御装置において、残存容量演算部は、温度データをパラメータとして予め準備されている単位時間当りの自己放電量−残存容量特性を参照して得られた単位時間当りの自己放電量に、予め準備されている電池劣化度合いに応じた係数特性を参照して得られた係数を乗算して、単位時間当りの自己放電量を算出することが好ましい。
【００１５】
この構成によれば、電池劣化を考慮した単位時間当りの自己放電量から容易にＳＯＣを算出することができる。
【００１６】
また、本発明に係る電池制御装置において、温度測定部は、組電池を構成する電池ブロック毎の温度データを測定し、劣化演算部は、電池ブロック毎の温度データと総電気量とに応じて、電池ブロック毎の電池劣化度合いを算出し、電圧測定部は電池ブロック毎の電圧データを測定し、残存容量演算部は、電池ブロック毎の温度データ、電流データ、電池ブロック毎の電圧データ、電池ブロック毎の電池劣化度合いに基づいて、電池ブロック毎の残存容量を算出することが好ましい。
【００１７】
この構成によれば、電池ブロック毎に劣化度合いを管理することで、演算精度のより高いＳＯＣ算出や組電池内の容量バラツキの管理が可能となる。
【００１８】
また、本発明に係る電池制御装置において、組電池に対する充放電の停止期間が所定値に達した場合、残存容量演算部は、演算している残存容量値に代えて一意的に低い残存容量値を出力することが好ましい。
【００１９】
この構成によれば、電池が長期間（例えば、１年間）放置された場合、電池ＥＣＵは、ＳＯＣの演算値に代えて一意的に低いＳＯＣを車両ＥＣＵ側に出力し、次回の車両起動時に連続した充電方向に電池を制御することで、連続充電により長期放置時における長期の放電分極が緩和され、電圧シフトが打ち消されるので、より正確な値にＳＯＣを制御することができる。
【００２０】
前記の目的を達成するため、本発明に係る電池制御方法は、二次電池を複数個組み合わせて成る組電池からの直流電力をインバータにより交流電力に変換してモータに供給し走行する電動車両に用いられる電池制御方法であって、組電池の温度を温度データとして測定する温度測定工程と、組電池に流れる電流を電流データとして測定する電流測定工程と、組電池の開放電圧を電圧データとして測定する電圧測定工程と、所定時間毎に割込み信号を発生する割込み工程と、割込み信号が発せられた場合、温度データと、電流データの所定期間における積算により算出した総電気量とに応じて、電池劣化度合いを算出する劣化演算工程と、割込み信号が発せられた場合、その前の割込み信号に応答して温度データ、電流データ、および電圧データに基づいて算出した組電池の前の残存容量から、温度データをパラメータとして電池劣化度合いに応じて算出した単位時間当りの自己放電量を減算して、現在の残存容量を算出する残存容量演算工程とを含むことを特徴とする。
【００２１】
この方法によれば、電池温度と、電池劣化度合いに応じて算出した単位時間当りの自己放電量とに基づいて、組電池のＳＯＣを算出するので、ＳＯＣの演算精度を高く保ち電池の効率的な使用が可能となる。
【００２２】
本発明に係る電池制御方法において、劣化演算工程で、電流データに基づいて組電池に対する充放電が停止していると判断した場合、温度データと充放電の停止期間とに応じて電池劣化度合いを算出することが好ましい。
【００２３】
この方法によれば、電池に対する充放電が停止している放置期間における電池温度が高温になるほど進行する劣化度合いを算出することができる。
【００２４】
また、本発明に係る電池制御方法において、残存容量演算工程で、温度データをパラメータとして予め準備されている単位時間当りの自己放電量−残存容量特性を参照して得られた単位時間当りの自己放電量に、予め準備されている電池劣化度合いに応じた係数特性を参照して得られた係数を乗算して、単位時間当りの自己放電量を算出することが好ましい。
【００２５】
この方法によれば、電池劣化を考慮した単位時間当りの自己放電量から容易にＳＯＣを算出することができる。
【００２６】
また、本発明に係る電池制御方法において、温度測定工程で、組電池を構成する電池ブロック毎の温度データを測定し、劣化演算工程で、電池ブロック毎の温度データと総電気量とに応じて、電池ブロック毎の電池劣化度合いを算出し、電圧測定工程で、電池ブロック毎の開放電圧を電圧データとして測定し、残存容量演算工程で、電池ブロック毎の温度データ、電流データ、電池ブロック毎の電圧データ、および電池ブロック毎の電池劣化度合いに基づいて、電池ブロック毎の残存容量を算出することが好ましい。
【００２７】
この方法によれば、電池ブロック毎に劣化度合いを管理することで、演算精度のより高いＳＯＣ算出や組電池内の容量バラツキの管理が可能となる。
【００２８】
また、本発明に係る電池制御方法において、組電池に対する充放電の停止期間が所定値に達した場合、残存容量演算工程で、演算している残存容量値から一意的に低い残存容量値に変更することが好ましい。
【００２９】
この方法によれば、電池が長期間（例えば、１年間）放置された場合、電池ＥＣＵは、ＳＯＣの演算値に代えて一意的に低いＳＯＣを車両ＥＣＵ側に出力し、次回の車両起動時に連続した充電方向に電池を制御することで、連続充電により長期放置時における長期の放電分極が緩和され、電圧シフトが打ち消されるので、より正確な値にＳＯＣを制御することができる。
【００３０】
前記の目的を達成するため、本発明に係る電動車両は、二次電池を複数個組み合わせて成る組電池に対する電池制御装置を有し、組電池からの直流電力をインバータにより交流電力に変換してモータに供給し走行する電動車両であって、電池制御装置は、組電池の温度を温度データとして測定する温度測定部と、組電池に流れる電流を電流データとして測定する電流測定部と、組電池の開放電圧を電圧データとして測定する電圧測定部と、所定時間毎に割込み信号を発生するタイマと、タイマから割込み信号が発せられた場合、温度データと、電流データの所定期間における積算により算出した総電気量とに応じて、電池劣化度合いを算出する劣化演算部と、タイマから割込み信号が発せられた場合、その前の割込み信号に応答して温度データ、電流データおよび電圧データに基づいて算出した組電池の以前の残存容量から、温度データをパラメータとして劣化演算部からの電池劣化度合いに応じて算出した単位時間当りの自己放電量を減算して、現在の残存容量を算出する残存容量演算部とを備えたことを特徴とする。
【００３１】
この構成によれば、特にＳＯＣの制御が中間域（例えば、５０〜６０％）を目標として行われるＨＥＶにおいて、電池温度と、電池劣化度合いに応じて算出した単位時間当りの自己放電量とに基づいて、組電池のＳＯＣを算出するので、ＳＯＣの演算精度を高く保ち電池の効率的な使用が可能となる。
【００３２】
本発明に係る電動車両において、劣化演算部は、電流データに基づいて組電池に対する充放電が停止していると判断した場合、温度データと充放電の停止期間とに応じて電池劣化度合いを演算することが好ましい。
【００３３】
この構成によれば、電池に対する充放電が停止している放置期間における電池温度が高温になるほど進行する劣化度合いを算出することができる。
【００３４】
また、本発明に係る電動車両において、残存容量演算部は、温度データをパラメータとして予め準備されている単位時間当りの自己放電量−残存容量特性を参照して得られた単位時間当りの自己放電量に、予め準備されている電池劣化度合いに応じた係数特性を参照して得られた係数を乗算して、単位時間当りの自己放電量を算出することが好ましい。
【００３５】
この構成によれば、電池劣化を考慮した単位時間当りの自己放電量から容易にＳＯＣを算出することができる。
【００３６】
また、本発明に係る電動車両において、温度測定部は、組電池を構成する電池ブロック毎の温度データを測定し、劣化演算部は、電池ブロック毎の温度データと総電気量とに応じて、電池ブロック毎の電池劣化度合いを算出し、電圧測定部は、電池ブロック毎の開放電圧を電圧データとして測定し、残存容量演算部は、電池ブロック毎の温度データ、電流データ、電池ブロック毎の電圧データ、電池ブロック毎の電池劣化度合いに基づいて、電池ブロック毎の残存容量を算出することが好ましい。
【００３７】
この構成によれば、電池ブロック毎に劣化度合いを管理することで、演算精度のより高いＳＯＣ算出や組電池内の容量バラツキの管理が可能となる。
【００３８】
また、本発明に係る電動車両において、組電池に対する充放電の停止期間が所定値に達した場合、残存容量演算部は、算出している残存容量値に代えて一意的に低い残存容量値を出力することが好ましい。
【００３９】
この構成によれば、電池が長期間（例えば、１年間）放置された場合、電池ＥＣＵは、ＳＯＣの算出値に代えて一意的に低いＳＯＣを車両ＥＣＵ側に出力し、次回の車両起動時に連続した充電方向に電池を制御することで、連続充電により長期放置時における長期の放電分極が緩和され、電圧シフトが打ち消されるので、より正確な値にＳＯＣを制御することができる。
【発明の効果】
【００４０】
本発明によれば、電池のＳＯＣの演算精度を高く保ち電池の効率的な使用を可能にした電池制御装置および方法、並びにかかる電池制御装置を有する電動車両を提供することが可能になる、という格別な効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下、本発明の好適な実施形態において、電動車両としてハイブリッド車両（ＨＥＶ）を例に挙げ、図面を参照して説明する。
【００４２】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の一実施形態に係る電池制御装置としての電池ＥＣＵが適用されるＨＥＶの全体構成を示す図である。図１において、ＨＥＶ１は、モータジェネレータ（Ｍ／Ｇ）２またはエンジン（Ｅ）３の出力がトランスミッション（ＴＭ）４を介して伝達される駆動輪としての左右一対の前輪５、５と、従動輪としての左右一対の後輪６、６とを有する。エンジン３は、エンジン電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵと略称する）１０により制御される。ＨＥＶ１の後部に塔載された組電池７は、コンタクタユニット（ＣＵ）８、インバータ９を介してモータジェネレータ２に接続される。また、組電池７からの電池情報（電圧、電流、温度）は、電池ＥＣＵ１２に入力されて、後述するが、電池ＥＣＵ１２はＳＯＣ、充電許容値、放電許容値を算出して、車両ＥＣＵ１１に送信する。
【００４３】
図２は、図１の制御系の詳細構成を示す機能ブロック図である。
【００４４】
図２において、エンジン３の出力軸３１は、モータジェネレータ２のロータ２３が接続されており、かつトランスミッション４に入力する。モータジェネレータ２は、三相交流発電機もしくは三相交流電動機として機能する。トランスミッション４は、内部のギアを介してエンジン３の出力軸３１の回転数を減速し、駆動力はディファレンシャルを経て、先端に駆動輪５、５（図１）が結合されたドライブシャフト２４が接続されている。以上の構造によって、エンジン３またはモータジェネレータ２の出力が駆動輪５、５に伝達され、ＨＥＶ１が駆動される。
【００４５】
エンジン３は、アクセルペダル１６の操作量や、冷却水温度、吸気温度、吸気圧力等の環境条件、クランクセンサ、ノックセンサによるエンジン情報、モータジェネレータ２の運転状況に応じて、エンジンＥＣＵ１０によってその出力、回転数が制御される。
【００４６】
組電池７は、図２に示すように、複数の単電池または単位電池が直列に接続されて構成され、コンタクタユニット８を介してインバータ９に接続されている。コンタクタユニット８は、組電池７の正極端子とインバータ９の高電位入力端子との間に接続された正側メインコンタクタ８０と、組電池７の負極端子とインバータ９の低電位入力端子との間に接続された負側メインコンタクタ８１と、車両起動時にインバータ９の平滑用コンデンサ９１をプリチャージするために、正側メインコンタクタ８０に並列に接続された、プリチャージコンタクタ８２と電流制限抵抗８３との直列接続体とで構成される。
【００４７】
車両ＥＣＵ１１の制御により、プリチャージコンタクタ８２の接点が閉じることで平滑用コンデンサ９１へのプリチャージが行われ、インバータ９側の電圧検出手段２６により、平滑用コンデンサ９１の充電電圧Ｖｃが所定値Ｖｔにまで達したことが検出されると、次に、正側メインコンタクタ８０および負側メインコンタクタ８１の接点が閉じて、組電池７からインバータ９を介してモータジェネレータ２に電力が供給される。
【００４８】
本実施形態では、組電池７を構成する二次電池はニッケル・水素二次電池からなる単位電池である。モータジェネレータ２は、インバータ９により制御が行われ、組電池７との間でインバータ９を介して電力の授受を行う。
【００４９】
インバータ９の制御は、車両ＥＣＵ１１が行い、この制御は、エンジンＥＣＵ１０からのエンジン３の運転状態の情報、アクセルペダル１６の操作量、ブレーキペダル１７の操作量、シフトレバー１８で設定されるシフトレンジ、電池ＥＣＵ１２からのＳＯＣや故障などの組電池７の情報、レゾルバ２５によって検出されたエンジン３の出力軸３１の回転角θ、モータジェネレータ２のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗなどに基づいて行われる。
【００５０】
車両ＥＣＵ１１は、これらの情報に基づいて、インバータ９を構成する各トランジスタを駆動制御する信号を出力する。そして、モータジェネレータ２の界磁電流をその時の回転数に応じて制御して、モータジェネレータ２を発電機として機能させるか、電動機として機能させるかを決定する。発電機として機能している場合は、組電池７に充電が行われ、電動機として機能し電力を消費している場合には、組電池７から電力が放電される。
【００５１】
例えば、電池ＥＣＵ１２は、組電池７のＳＯＣの低下を検出した場合、車両ＥＣＵ１１およびインバータ９を介して、エンジン３が発生するトルクの一部によってモータジェネレータ２による発電を行わせ、組電池７への充電が行われる。また、電池ＥＣＵ１２は、組電池７のＳＯＣの増大を検出した場合には、車両ＥＣＵ１１から、エンジンＥＣＵ１０を介してエンジン３の出力を抑え気味にして、インバータ９を介してモータジェネレータ２を電動機として機能させ、これにより発生するトルクを車両走行用に用いるよう制御する。また、車両が制動する場合には、車両ＥＣＵ１１は、モータジェネレータ２を発電機として機能させ、発生した電力で組電池７を充電する。
【００５２】
ＨＥＶ１の制動がいつ行われるかを予測することは困難であるため、組電池７は、制動によって発生した電力を十分受け入れられるようになっていることが望ましい。一方、エンジン３の出力だけでドライバーの所望する加速が得られない場合には、モータジェネレータ２を電動機として機能させるために、組電池７のＳＯＣがある程度必要である。この条件を満たすために、組電池７のＳＯＣは、常に電池容量の中間程度になるように制御される。
【００５３】
エンジン３の出力によって発電し、電池を充電するＨＥＶの場合には、組電池７のＳＯＣを適切に管理することにより、制動時の回生電力を十分に回収してエネルギ効率を高め、加速時にはドライバーが所望する加速度を達成できるようにしている。
【００５４】
このように、組電池７のＳＯＣを精度良く検出し、ＳＯＣを適切に制御することは、ＨＥＶのように電池を動力源とする車両にとって重要である。そのため、電池ＥＣＵ１２には、組電池７を構成する電池の状態に関する情報として、電池電圧Ｖ（ｉ）、充放電電流Ｉ、電池温度Ｔ（ｉ）が入力され、組電池７のＳＯＣや故障が演算推定される。
【００５５】
電池電圧Ｖ（ｉ）は、組電池７を複数のブロックに分割した各電池ブロック毎に検出され、電池ＥＣＵ１２に入力される。また、電池温度Ｔ（ｉ）は、電池温度が場所によって異なるため、複数の箇所（例えば、各電池ブロック毎）に設けられた温度センサ１４で検出され、電池ＥＣＵ１２に入力される。
【００５６】
また、組電池７の充放電電流Ｉを検出するために、電流検出手段１３が設けられており、この電流検出手段１３としては、組電池７の充電または放電時に流れる電流を電圧に変換する抵抗素子やホール素子を用いて構成され、検出された電流値は充電または放電方向を表す符号（正または負）とともに電池ＥＣＵ１２に入力される。
【００５７】
電池ＥＣＵ１２は、これら３種類の情報である電圧データＶ（ｉ）、温度データＴ（ｉ）、電流データＩに基づいて、組電池７に許容される充放電電力を、それぞれ充電許容値ＣＡＬ、放電許容値ＤＡＬとして算出し、車両ＥＣＵ１２に送信する。例えば、算出したＳＯＣが低下した場合には、放電許容値ＤＡＬを小さくすることによって、結果としてＳＯＣが高いほうに誘導される。一方、算出したＳＯＣが高い状況下では、充電許容値ＣＡＬを小さくすることによって、結果としてＳＯＣが低いほうに誘導される。
【００５８】
また、電池ＥＣＵ１２は、算出したＳＯＣを車両ＥＣＵ１１に送信し、車両ＥＣＵ１１では、ＳＯＣの算出値がＳＯＣの中間域、例えばＳＯＣ＝５０％〜６０％を目標として充放電収支を合わせ込むような制御を行う。また、電池温度Ｔ（ｉ）が低い領域では電池の内部抵抗が上昇し、入出力が著しく制限された状況となるので、電池ＥＣＵ１２は、充電許容値ＣＡＬと放電許容値ＤＡＬがともに小さくなるよう制御を行う。また、電池ＥＣＵ１２は、電池電圧Ｖ（ｉ）が低くなった場合には、電池の過放電を防ぐように放電許容値ＤＡＬを小さくし、一方、電池電圧Ｖ（ｉ）が高くなった場合には、電池内部でのガス発生を抑えるために充電許容値ＣＡＬを小さくする。さらに、電池ＥＣＵ１２は、組電池７自体が壊れたり、寿命に至って、内部抵抗が大きくなってしまった場合にも、充放電許容値を制限する。
【００５９】
図３は、図２の電池ＥＣＵ１２の内部構成例を示す機能ブロック図である。図３において、電圧測定部１２１は、組電池７に対して充放電が行われていない場合（イグニッションキースイッチがオフ状態にある場合、または組電池７に流れる電流の値がゼロ付近にある場合）、各電池ブロック毎に所定のサンプリング周波数で端子電圧Ｖ（ｉ）をサンプリングして取得した電圧データＶＤ（ｉ）を各電池ブロック毎の開放電圧ＯＣＶ（ｉ）として測定する。
【００６０】
また、電圧測定部１２１は、組電池７に対して充放電が行われている場合、各電池ブロック毎の端子電圧Ｖ（ｉ）から取得した電圧データＶＤ（ｉ）と電流測定部１２２で測定された電流データＩＤとの組データから、最小二乗法を用いた統計処理により、１次の電圧−電流直線（近似直線）を求め、電流データＩＤがゼロの時の電圧データ（電圧切片）ＶＤ（ｉ）を開放電圧ＯＣＶ（ｉ）として測定する。
【００６１】
また、温度測定部１２３は、各電池ブロックにおける温度Ｔ（ｉ）を所定のサンプリング周波数で取得して温度データＴＤ（ｉ）として測定する。タイマ１２４は、所定時間（例えば、１秒）毎に割込み信号ＩＮＴを発生する。
【００６２】
劣化演算部１２５は、タイマ１２４から割込み信号ＩＮＴが発せられた場合、電流測定部１２２からの電流データＩＤと温度測定部１２３からの温度データＴＤ（ｉ）を受けて、電池劣化度合いＤＤ（ｉ）を算出する。以下で、劣化演算部１２５における劣化演算処理について、図４のフローチャートを参照して説明する。
【００６３】
劣化演算部１２５は、電流データＩＤの値に基づいて組電池７に対して充放電が行われていると判断した場合（ステップＳ４０１の判断でＹｅｓの場合）、１秒毎に電流データＩＤを積算して総放電電気量を算出し（ステップＳ４０２：総放電電気量←総放電電気量＋ＩＤ／３６００）、算出した総放電電気量を、温度データＴＤ（ｉ）をパラメータとして予め準備されている、寿命末期に相当する総放電電気量（例えば、電池温度が４５℃で、１００，０００アンペア・アワー（Ａｈ））で除算して、充放電時における電池劣化度合いＤＤ１（ｉ）を算出する（ステップＳ４０３）。
【００６４】
一方、劣化演算部１２５は、電流データＩＤの値に基づいて組電池７に対して充放電が行われていないと判断した場合（ステップＳ４０１の判断でＮｏの場合）、１秒毎に充放電の停止時間を積算して放置時間ｔｌを算出し（ステップＳ４０４：放置時間←放置時間＋１／３６００）、算出した放置時間ｔｌを、温度データＴＤ（ｉ）をパラメータとして予め準備されている、寿命末期に相当する放置時間（例えば、電池温度が４５℃で、８７，６００アワー（＝１０年間））で除算して、放置時における電池劣化度合いＤＤ２（ｉ）を算出する（Ｓ４０５）。
【００６５】
このようにして算出された、充放電時における電池劣化度合いＤＤ１（ｉ）と放置時における電池劣化度合いＤＤ２（ｉ）を加算することにより、劣化演算部１２５は、電池劣化度合いＤＤ（ｉ）を算出する（ステップＳ４０６：劣化度合いＤＤ（ｉ）←ＤＤ１（ｉ）＋ＤＤ２（ｉ））。
【００６６】
図５は、温度が４５℃で、ＳＯＣが６０％の条件下で、２つの組電池（実線が電池Ａを、破線が電池Ｂを示す）の総放電電気量に対するＳＯＣ、電池内部抵抗ＩＲ、および自己放電量ＳＤの変化をプロットしたグラフである。電池温度が高くなるほど、また総放電電気量が大きくなるほど電池が劣化することは良く知られているが、図５に示すように、電池が劣化すると、ＳＯＣが減少し、内部抵抗ＩＲが上昇するが、寿命末期と考えられる総放電電気量が１００，０００Ａｈに達すると、電池の自己放電量ＳＤの絶対値や固体間バラツキも大きくなる。したがって、電池温度ＴＤ（ｉ）と電池劣化度合いＤＤ（ｉ）に応じて電池の自己放電量を算出し、算出した自己放電量に基づいてＳＯＣを求めることが重要となる。
【００６７】
次に、図３に示す残存容量演算部１２６における残存容量ＳＯＣの演算処理について、図６のフローチャートを参照して説明する。
【００６８】
残存容量演算部１２６は、タイマ１２４から割込み信号ＩＮＴが発せられた場合、まず、測定された温度データＴＤ（ｉ）と１秒前に算出されたＳＯＣに応じて、温度データＴＤ（ｉ）をパラメータとして予め準備されている単位時間あたりの自己放電量ＳＤ’−残存容量ＳＯＣ特性を参照して得られた単位時間あたりの自己放電量ＳＤ’に、劣化演算部１２５により算出された電池劣化度合いＤＤ（ｉ）に応じて、予め準備されている電池劣化度合いＤＤ（ｉ）に応じた係数ｋ特性を参照して得られた係数ｋを乗算して、単位時間当りの自己放電量ＳＤを算出する（ステップＳ６０１：自己放電量（ＳＤ）演算工程）。
【００６９】
図７Ａは、温度データＴＤ（ｉ）をパラメータとした単位時間あたりの自己放電量ＳＤ’−残存容量ＳＯＣ特性テーブルの内容例を示す図で、図７Ｂは、電池劣化度合いＤＤ（ｉ）に応じた係数ｋ特性テーブルの内容例を示す図である。
【００７０】
また、残存容量演算部１２６は、測定された温度データＴＤ（ｉ）と１秒前に算出されたＳＯＣに応じて、温度データＴＤ（ｉ）をパラメータとして予め準備されている充電効率η−残存容量ＳＯＣ特性を参照して、充電効率ηを算出する（ステップＳ６０２：充電効率（η）演算工程）。図８は、温度データＴＤ（ｉ）をパラメータとした充電効率η−残存容量ＳＯＣ特性テーブルの内容例を示す図である。
【００７１】
次に、残存容量演算部１２６は、測定された電流データＩＤの符号Ｃ／Ｄに基づいて、符号Ｃ／Ｄが充電方向を示す場合（ステップＳ６０３の判断でＮｏ）、充電効率ηを乗算して電流データＩＤを充電電気量（Ａｈ）に換算し（３６００で除算し）、この充電電気量を１秒前に算出されたＳＯＣに加算する（ステップＳ６０４：ＳＯＣ←ＳＯＣ＋ＩＤ×η／３６００）。
【００７２】
一方、符号Ｃ／Ｄが放電方向を示す場合（ステップＳ６０３の判断でＹｅｓ）、残存容量演算部１２６は、電流データＩＤを放電電気量（Ａｈ）に換算し（３６００で除算し）、この放電電気量を１秒前に算出されたＳＯＣから減算する（ステップＳ６０５：ＳＯＣ←ＳＯＣ−ＩＤ／３６００）。
【００７３】
次に、ステップＳ６０４またはＳ６０５で算出されたＳＯＣから、ステップＳ６０１で算出された単位時間当りの自己放電量ＳＤを減算して、現在のＳＯＣが算出される（ステップＳ６０６：ＳＯＣ←ＳＯＣ−ＳＤ）。
【００７４】
次に、劣化演算部１２５による劣化演算処理において算出された放置時間ｔｌが、所定の放置時間ｔｌｐ（例えば、８，７６０アワー（＝１年間））未満である場合（ステップＳ６０７の判断でＹｅｓ）、残存容量演算部１２６は、ステップＳ６０６で算出されたＳＯＣを出力する。
【００７５】
一方、放置時間ｔｌが所定の放置時間ｔｌｐ以上である場合（ステップＳ６０７の判断でＮｏ）、残存容量演算部１２６は、ステップＳ６０６で算出されたＳＯＣに代えて、一意的に低いＳＯＣｌｏｗ（例えば、１５％）を出力する（ステップＳ６０８：ＳＯＣ←ＳＯＣｌｏｗ）。
【００７６】
図９Ａは、初期状態におけるＳＯＣの放置時間特性を示すグラフで、図９Ｂは、電池劣化時におけるＳＯＣの放置時間特性を示すグラフである。図９Ａおよび図９Ｂにおいて、実線は本実施形態において算出されたＳＯＣを、破線は従来例において算出されたＳＯＣを、また一点鎖線は実際のＳＯＣを示している。図９Ｂから分かるように、本実施形態によれば、電池劣化時においても、算出されたＳＯＣは演算精度が高く実際のＳＯＣに近いものとなる。
【００７７】
図３に戻って、許容入出力演算部１２７は、残存容量演算部１２６により算出されたＳＯＣと、電圧データＶＤ（ｉ）と、温度データＴＤ（ｉ）を受けて、充電許容値ＣＡＬおよび放電許容値ＤＡＬを算出し、それらを車両ＥＣＵ１１（図２）に送信する。例えば、算出されたＳＯＣが低下した場合には、放電許容値ＤＡＬを小さくすることによって、結果としてＳＯＣが高いほうに誘導される。一方、算出されたＳＯＣが高い状況下では、充電許容値ＣＡＬを小さくすることによって、結果としてＳＯＣが低いほうに誘導される。
【００７８】
また、温度データＴＤ（ｉ）が低い領域では電池の内部抵抗が上昇し、入出力が著しく制限された状況となるので、許容入出力演算部１２７は、充電許容値ＣＡＬと放電許容値ＤＡＬをともに小さく設定する。また、許容入出力演算部１２７は、電圧データＶＤ（ｉ）が低くなった場合には、電池の過放電を防ぐように放電許容値ＤＡＬを小さくし、一方、電圧データＶＤ（ｉ）が高くなった場合には、電池内部でのガス発生を抑えるために充電許容値ＣＡＬを小さくする。さらに、許容入出力演算部１２７は、組電池７自体が壊れたり、寿命に至って、内部抵抗が大きくなってしまった場合にも、充放電許容値を制限する。
【００７９】
なお、本実施形態では、総電気量として総放電電気量を電池劣化度合い算出の指標としたが、総充電電気量、または総放電電気量と総充電電気量の総和を指標としても良い。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明に係る電池制御装置および方法は、電池のＳＯＣの演算精度を高く保ち電池の効率的な使用を可能にするという利点を有し、電気自動車（ＰＥＶ）、ハイブリッド式電気自動車（ＨＥＶ）、燃料電池式電気自動車等の電動車両等の用途に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の一実施形態に係る電池制御装置としての電池ＥＣＵが適用されるＨＥＶの全体構成を示す図
【図２】図１の制御系の詳細構成を示す機能ブロック図
【図３】図２の電池ＥＣＵの内部構成例を示す機能ブロック図
【図４】図３の劣化演算部における劣化演算処理手順を示すフローチャート
【図５】２つの組電池の総放電電気量に対するＳＯＣ、電池内部抵抗ＩＲ、および自己放電量ＳＤの変化をプロットしたグラフ
【図６】図３の残存容量演算部における残存容量演算処理手順を示すフローチャート
【図７Ａ】温度データＴＤ（ｉ）をパラメータとした単位時間あたりの自己放電量ＳＤ’−残存容量ＳＯＣ特性テーブルの内容例を示す図
【図７Ｂ】電池劣化度合いＤＤ（ｉ）に応じた係数ｋ特性テーブルの内容例を示す図
【図８】温度データＴＤ（ｉ）をパラメータとした充電効率η−残存容量ＳＯＣ特性テーブルの内容例を示す図
【図９Ａ】初期状態におけるＳＯＣの放置時間特性を示すグラフ
【図９Ｂ】電池劣化時におけるＳＯＣの放置時間特性を示すグラフ
【符号の説明】
【００８２】
１  ＨＥＶ
２  モータジェネレータ
３  エンジン
４  トランスミッション
５  前輪
６  後輪
７  組電池
８  コンタクタユニット
９  インバータ
１０  エンジンＥＣＵ
１１  車両ＥＣＵ
１２  電池ＥＣＵ
１２１  電圧測定部
１２２  電流測定部
１２３  温度測定部
１２４  タイマ
１２５  劣化演算部
１２６  残存容量演算部
１２７  許容入出力演算部
１３  電流検出手段
１４  温度センサ
１６  アクセルペダル
１７  ブレーキペダル
１８  シフトレバー
２３  ロータ
２４  ドライブシャフト
２５  レゾルバ
２６  電圧検出手段
３１  出力軸
【図１】
2005130559.tif 000003
【図２】
2005130559.tif 000004
【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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
2005130559.tif 000011
【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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