(57)【要約】【課題】ハイブリッド車両において使用される組電池の特性ばらつき検出方法に関し、特に、ばらつきをより正確に検出する組電池の特性ばらつき検出方法を提供する。【解決手段】複数の直列接続されたセルによって構成された組電池５０１の特性ばらつき検出方法において、前記組電池の充放電状態が所定の条件を満たしている否かを判定する第１のステップと、深い放電及び深い充電を少なくとも２回行う第２のステップと、前記組電池に、さらに放電を行うと共に、前記組電池の特性のばらつきを検出する第３のステップと、を実行する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の直列接続されたセルによって構成された組電池の特性ばらつき検出方法において、
前記組電池の充放電状態が所定の条件を満たしているか否かを判定する第１のステップと、
前記所定の条件を満たしている場合に、深い放電及び深い充電を少なくとも２回行う第２のステップと、
その後、前記組電池にさらに放電を行うと共に、前記組電池の特性のばらつきを検出する第３のステップと、
を実行することを特徴とする組電池の特性ばらつき検出方法。
【請求項２】
前記第１のステップにおいて、
前記所定の条件は、前記組電池の充放電使用頻度が少ない、放電深度の浅い充放電の繰り返し、又は、長期放置直後の充放電時、の少なくとも一つであることを特徴とする請求項１に記載の組電池のばらつき検出方法。
【請求項３】
前記第３のステップは、
第１の電流で前記組電池の放電を行い、前記組電池の内部抵抗を測定すると共に、前記組電池の電圧変動が大きくなったときのＳＯＣ値を測定し、
さらに、前記第１の電流よりも低い第２の電流で前記組電池の放電を行い、前記組電池の内部抵抗を測定し、
前記測定した前記組電池の第１の電流及び第２の電流での内部抵抗値に基づいて、前記組電池の特性のばらつきがあるか否かを判定することを特徴とする請求項１又は２に記載の組電池の特性ばらつき検出方法。
【請求項４】
前記第１のステップは、
前記組電池の温度が所定の値以上であるか否かを判定することを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の組電池の特性ばらつき検出方法。
【請求項５】
前記組電池には冷却装置が備えられており、
前記第１及び第２のステップにおいて、前記組電池に充電又は放電を行う際に、前記組電池の温度が既定範囲を超えないように、前記冷却装置を制御することを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の組電池の特性ばらつき検出方法。
【請求項６】
前記組電池の組電池に特性のばらつきが検出された場合に、
該ばらつきの程度に基づいて、前記組電池のＳＯＣ使用範囲を制限することを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載の組電池の特性ばらつき検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド車両において使用される組電池の特性ばらつき検出方法に関し、特に、ばらつきをより正確に検出する組電池の特性ばらつき検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数セルを直列接続した電池モジュールを構成単位とし、それを複数直列接続させた電池ＡＳＳＹ（組電池）において、電池モジュールの蓄電量（State of Charge：ＳＯＣ）のばらつき状態を検出し、その結果を元に充放電量を制御するシステムが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平１１−１８５８２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
Ｎｉ系電池の電圧検出は、セル単位ではなく電池モジュール単位で行うため、電池モジュール内の複数セル間に発生した蓄電量ばらつき状態を正確に把握することは難しかった。また、電池にメモリー効果が発生している状況では、蓄電量のばらつきを精度高く検出することが難しかった。
【０００４】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、電池モジュール内の複数セル間に発生した蓄電量のばらつきを正確に把握するハイブリッド車両の制御システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、複数の直列接続されたセルによって構成された組電池の特性ばらつき検出方法において、組電池の充電状態が所定の条件を満たしているか否か（例えば、組電池の充放電使用頻度が小さい、放電深度の浅い充放電の繰り返し、又は、長期放置直後の充放電時、の少なくとも一つ）を判定し、深い放電及び深い充電を複数回（少なくとも２回）行い、組電池にさらに放電を行うと共に、組電池の特性のばらつきを検出することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によると、組電池のメモリー効果を除去した上でばらつきのチェックを行うため、組電池に発生したメモリー効果による電圧変動特性を、電池劣化又は蓄電量のばらつきであると誤る可能性を低減させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【０００８】
図１は、本発明の実施の形態の、ハイブリッド車両に適用した制御システムの構成を示すブロック図である。なお、図中に示した太実線は強電ラインを、実線は弱電ラインを、点線は信号ラインをそれぞれ示している。また、二点鎖線は組電池に形成されている冷却ダクトを示す。
【０００９】
図１において、本発明の実施の形態の制御システムは、一点鎖線で示すように「電池制御ユニット」と「車両システム」とに大別される。電池制御ユニットは組電池５０１の充放電に係わる制御を行い、車両システムはハイブリッド車両の運行に係わる制御を行う。
【００１０】
電池制御ユニットは、ブロック電圧検出部１０１、ＣＰＵ１０２、メモリー１０３、タイマー１０４等から構成されている。
【００１１】
ブロック電圧検出部１０１は、組電池５０１を構成する各ブロック電圧をモニタする。ＣＰＵ１０２は、ブロック電圧検出部１０１、電流センサ２０１、電圧センサ２０２等の検出値を取得し、これらの検出値を演算することで、電池の負荷状況、ＳＯＣ（State of Charge）状況などを推測する。また、（電池）温度センサ２０３の検出値を取得し、取得した検出値とメモリー１０３に記憶されている電池充電効率マップと照合し、電池の充電効率を推測する。メモリー１０３には、予め、電池充電効率マップ（図２）及び「電池温度一電圧特性（充電温度特性／放電温度特性）」（図３）等の情報が記憶されている。これらの情報は、ＣＰＵ１０２からの要求に応じて、ＣＰＵ１０２に当該情報を送信する。タイマー１０４は、充放電電流積算値を計算するための時間計測を行う。
【００１２】
車両システムは、組電池５０１と、組電池５０１の状態を測定する各種センサ（電圧、電流、温度）、電池の電力によって駆動されるモータ、補機類、及び、車両の運行を管理する車両システムＣＰＵ等から構成される。
【００１３】
組電池５０１は、Ｎｉ電池から構成される複数の電池（セル）を直列接続した状態の電池モジュールを構成単位とし、該電池モジュールを複数直列接続したものである。この組電池５０１には、電流、電圧、温度の各センサが接続されている。電流センサ２０１は、車両システムの強電回路に流れる電流値をモニタし、取得した電流の情報をＣＰＵ１０２に送信する。電圧センサ２０２は、車両システムの強電回路部の電位差をモニタし、取得した電圧の情報をＣＰＵ１０２に送信する。（電池）温度センサ２０３は、電池モジュールの温度をモニタし、取得した温度の情報をＣＰＵ１０２に送信する。（電池）冷却ファン２０４は、組電池５０１を適切な温度に保つように、（電池）温度センサ２０３により検出された電池温度に応じて、車両システムＣＰＵ３０４によって回転が制御されることで、冷却風を組電池５０１に送風する。駆動用モータ３０１は、ハイブリッド車両の駆動力を発生し、組電池５０１に対して回生電力を供給する。発電機３０２は、エンジン等の他の駆動装置の回転を受けて電気エネルギーを発電し、発電した電気エネルギーによって組電池５０１を充電する。（各種）補機システム３０３は、ハイブリッド車両に設置されるエアコンディショナ（Ａ／Ｃ）やファン等を含み、駆動用モータ３０１と同様に組電池５０１の電気エネルギーを活用して動作する。
【００１４】
メインリレー３０４（３０４ａ、３０４ｂ）は、協調して、ＣＰＵ１０２からの指令によって強電回路を開成又は閉成することで、強電回路の電源のＯＮ／ＯＦＦをコントロールする。車両システムＣＰＵ３０５は、ドライバー（運転者）の指示や各種センサからの情報に基づいて車両システムを制御する。警告灯３０６は、車両システム中に異常が発生した場合に、ドライバーへと警告を通知するための表示を行う。補助電池４０１は、ＣＰＵ１０２及び車両システムＣＰＵ３０５へと電源を供給する。ＩＧＮ信号４０２は、ＣＰＵ１０２又は車両システムＣＰＵ３０５への補助電池４０１からの電源供給を制御するための制御信号であり、ＩＧＮ信号４０２からの指令がＳＷ４０３に送られることで補助電池の電源回路がＯＮとなる。
【００１５】
次に、以上のように構成された本発明の実施の形態の制御システムについて、動作を説明する。
【００１６】
図４は、本発明の実施の形態の制御システムの、組電池５０１の制御の処理を示すフローチャートである。
【００１７】
まず、カウンタをリセットする（ステップ１１）。これは、本制御システムは、メモリー効果消去のために充放電を複数回繰り返すが、この回数をカウントするためのカウンタである。
【００１８】
次に、始動時の組電池５０１の温度によってメモリー効果消去の処理の要否を判定するための始動時温度チェック処理を行う（ステップ１２）。これは、電池温度が低い場合は早めに温度上昇させた方がハイブリッド電気自動車としては燃費効果が大きいので、意図的に充放電を行い電池温度を早期に上昇させる処理を優先させるためである。この始動時温度チェック処理の詳細は、図５で後述する。
【００１９】
次に、組電池５０１が、メモリー効果が発生しやすい条件（例えば、充放電頻度低、長期放置、放電深度が浅い）であるか否かを判断することで、メモリー効果消去のための処理を適応する条件を絞り込むためのばらつきチェック要否判定を行う（ステップ１３）。このばらつきチェック要否判定処理の詳細は、図６で後述する。
【００２０】
次に、組電池５０１に発生するメモリー効果を消去するために、規定回数の定電流充放電を行うメモリー効果消去処理を行う（ステップ１４）。このメモリー効果消去処理の詳細は、図７で後述する。
【００２１】
メモリー効果消去処理の後、組電池５０１の電池モジュール内に備えられたセル間の蓄電量ばらつき有無を確認すると共に、内部抵抗値が適正範囲であるか否かを判定し、組電池５０１に異常が発生しているか否かを判定するためのばらつきチェック処理を行う（ステップ１５）。このばらつきチェック処理の詳細は、図９で後述する。
【００２２】
図５は、始動時温度チェック処理の詳細を示すフローチャートである。
【００２３】
まず、ＣＰＵ１０２は、組電池５０１を構成する電池モジュールの温度を確認するために、（電池）温度センサ２０３から温度の情報を取得する（ステップ２１）。
【００２４】
次に、電池温度が規定温度以上であるか否を判定する（ステップ２２）。電池温度が規定温度以下の場合には、ばらつきチェック要否判定処理を回避して、通常制御へと移行する。
【００２５】
一般的に電池は、低温時に入出力電力が小さくなる特性を有する（図２参照）。電池のエネルギーを適用することで燃費効果を期待するハイブリッド電気自動車では、電池に意図的に充放電を行うことで電池温度を早期上昇させる制御を行う。そのため、図５の始動温度チェック処理では、電池温度が低い場合は、電池温度を早期上昇させることで電池の充放電特性を高めて燃費への影響代を最小限に留めるための電池への意図的な充放電の制御を優先し、メモリー効果消去の処理は行わない。なお、本発明の実施の形態では、ステップ２２の規定温度は例えば、２０℃（常温以上）とする。
【００２６】
図６は、ばらつきチェック要否判定処理の詳細を示すフローチャートである。
【００２７】
図６のばらつきチェック要否判定処理では、組電池５０１の使用頻度が少ない場合は電池のメモリー効果が発生する可能性が高くなるため、組電池５０１の使用頻度によってメモリー効果消去処理（図４のステップ１３）を行った上で、ばらつきチェック処理（図４のステップ１５）に移行するか否かを決定する。
【００２８】
まず、電池使用頻度が規定値以下であるか否かを判定する（ステップ３１）。電池使用頻度が規定値以下である場合には、ばらつきチェックが必要と判断し（ステップ３３）、メモリー効果消去処理（図４のステップ１３）に移行する。電池使用頻度が規定値を超えている場合は、ステップ３２に移行する。
【００２９】
なお、ステップ３１の判定に用いられる規定値は、搭載電池の容量や特性などにより異なるが、本発明の実施の形態では、例えば、１００Ａｈ／ｗｅｅｋを規定値として設定し、電池使用量がこの値以下である場合はメモリー効果消去処理を適用する。この規定値の根拠は、ハイブリッド電気自動車を１日１時間使用する場合は１０Ａｈ程度の電力を消費する、とする仮定に基づくものである。
【００３０】
また、電池使用頻度だけではなく、組電池５０１が長期間放置（所定の期間以上充放電がされていない状態）された直後に充放電を行ったか否か、を判定するようにしても良い。
【００３１】
ステップ３２では、組電池５０１の放電深度（Depth of battery Discharge：ＤＯＤ）が規定値以下であるか否を判定する。規定値以下であれば、メモリー効果消去処理（図４のステップ１３）に移行する。所定の値を超えている場合は、通常処理に移行する。
【００３２】
これは、充放電頻度（電池の使用頻度）が規定値以下であるか否かで判定（ステップ３１）を行ったが、充放電頻度が多くても放電深度（ＤＯＤ）が浅い場合には電池のメモリー効果が発生してしまう場合があるため、ステップ３２では、ＤＯＤが規定値以上であるか否かによっても判定を行う。本発明の実施の形態では、例えば、ＤＯＤが５０％以下になる頻度が１０回／ｈを下回る場合には、ＤＯＤが浅いと判断してメモリー効果消去処理を適用する。この規定値の根拠は、通常、ハイブリッド電気自動車はＳＯＣセンターを６０％として使用することが多いため、ＳＯＣが５０％を下回らない場合は浅い放電の繰り返し、と判断することができるためである。
【００３３】
図７は、メモリー効果消去処理の詳細を示すフローチャートである。
【００３４】
まず、充放電の回数が規定回数完了したか否かをカウント値によって判定する。カウント値が規定値に未到達である場合はステップ４２に移行し、カウント値が規定値に到達した場合は、ばらつきチェック処理（図４のステップ１５）に移行する。
【００３５】
本発明の実施の形態では、メモリー効果を消去するために、組電池５０１に少なくとも２回の充放電を行う。すなわち規定回数を“２”に設定する。なお、カウント値は、ＣＰＵ１０２によってカウントアップされ、メモリー１０３に格納される。
【００３６】
次に、ＳＯＣが規定値となるまで定電流での放電を行う（ステップ４２）。本発明では、ＳＯＣの規定値は、例えば１５％とする。また、放電の電流は、適用される電池により異なるが、電池温度が上昇しない程度の電流である５Ａ程度の定電流で行う。具体的には、車両システムＣＰＵ３０５が、駆動用モータ３０１、発電機３０２及び補機システム３０３の電力収支を演算した上で、定電流での放電となるように制御を行う。また、電流を制限するだけでなく、ＣＰＵ１０２は冷却ファン２０４を作動させて電池温度の上昇を抑制し、電池特性が適切な範囲内での放電を行う。
【００３７】
次に、ＳＯＣが規定値（ここでは１５％）となるまで放電が完了したか否かを判定する（ステップ４３）。到達していない場合にはステップ４２に戻り、ＳＯＣが規定値に到達するまで放電を継続する。
【００３８】
ＳＣＯが規定値になるまで放電が完了すると、次に、ＳＯＣが規定値となるまで定電流での充電を行う（ステップ４４）。本発明の実施の形態では、ＳＯＣの規定値は、例えば８５％とする。また、充電の電流は、適用電池により異なるが、電池温度が上昇しない程度の電流である５Ａ程度の定電流で行う。具体的には、ステップ４２と同様に、車両システムＣＰＵ３０５が、駆動用モータ３０１、発電機３０２及び補機システム３０３の電力収支を演算した上で、定電流の充電となるように制御を行う。また、電流を制限するだけでなく、ＣＰＵ１０２は冷却ファン２０４を作動させて電池温度の上昇を抑制し、電池特性が適切な範囲内での放電を行う。
【００３９】
次に、ＳＯＣが規定値（ここでは８５％）となるまで充電が完了したか否かを判定する（ステップ４４）。到達していない場合にはステップ４４に戻り、ＳＯＣが規定値に到達するまで充電を継続する。
【００４０】
次に、ステップ４２〜４６による充放電サイクルが１回終了すると、車両システムＣＰＵ３０５は、ＣＰＵ１０２に対し充放電サイクルが終了したことを送信する。ＣＰＵ１０２は、充放電サイクルが終了した通知を受けて、カウンタ値をカウントアップし、メモリー１０３にカウントアップした新たなカウンタ値を格納（上書き）し、ステップ４１に戻る。
【００４１】
図８は、ばらつきチェック処理の詳細を示すフローチャートである。
【００４２】
まず、蓄電量のばらつきを確認するため、定電流での放電を行う（ステップ５１）。前述したように、この定電流値も電池温度上昇を回避できる程度の電流である５Ａ程度とする。また、電流を制限するだけでなく、ＣＰＵ１０２は冷却ファン２０４を作動させて電池温度の上昇を抑制し、電池特性が適切な範囲内での放電を行う。
【００４３】
次に、ＣＰＵ１０２は、ブロック電圧検出部１０１による検出電圧の変動が規定の値よりも大きくなったか否かを判定する（ステップ５２）。電圧の変動が大きくなればステップ５３に移行し、放電電流を低減するために放電電流を一段階低く設定する。この放電電流の値は、ステップ５１で５Ａで放電を行った場合は、例えば、３Ａ程度に変更する。
【００４４】
一般に、Ｎｉ系電池はＳＯＣが２０％付近で電圧が急変する変極点を有する（図９参照）。電圧変化が急変した時点でのＳＯＣが２０％よりも上であれば、組電池５０１の電池モジュール毎の蓄電量がばらついている可能性があると判断する。そこで、電流値をさらに一段下げることにより、ばらつき状態の把握をより精度高く行える。また、本発明の実施の形態では、内部抵抗劣化に伴う電圧変化を同時に確認するため、このタイミングで内部抵抗値の確認（ステップ５４）も行う。
【００４５】
次に、さらに、ブロック電圧検出部１０１による検出電圧の変動が規定の値よりも大きくなったか否か（２回目の電圧変動が発生したか否か）を判定する（ステップ１５３）。２回目の電圧変動が発生すれば、放電電流が５Ａ時に検出した電圧データ及び３Ａ時に検出した電圧データを元に、組電池５０１の内部抵抗値を演算する（ステップ５４）。
【００４６】
次に、ＣＰＵ１０２は、電池の内部抵抗値が規定範囲内であるかどうかを判定する。規定範囲内（正常）であればステップ５６に移行し、規定範囲を超えて（異常）いればステップ５９に移行する。この規定範囲は、新品時の内部抵抗値（常温）と比較して、例えば４０％増大している場合は異常（ＮＧ）であると設定する。なお、ステップ５５では、車両システムとして電池入出力パワーがどの程度低下したらＮＧとする、といった判定方法を用いてもよい。
【００４７】
電池内部抵抗値が正常である場合は、ステップ５２の電圧の変動が急変したポイントでのＳＯＣ値を確認する。（ステップ５６）。そして、ＣＰＵ１０２は、ステップ５６で確認したＳＯＣ値を元に、電池モジュール内に蓄電量のばらつきがあるか否かを判定する。ばらつきがあればステップ５８へと移行し、ばらつきがなければ通常制御へと移行する。
【００４８】
ステップ５８では、蓄電量ばらつき有無に応じて電池モジュールの使用可能ＳＯＣ範囲を定義する。この処理は、図１０に示すような表を用いて、各電池モジュールに対するＳＯＣ使用下限値を設定する。
【００４９】
図１０は、電池モジュールが６セル直列で構成されている組電池において、蓄電量のばらつきが１セルだけＳＯＣが低い側へとずれた場合を想定した際の、入出力制限設定例を示す表である。例えば、ＳＯＣが２０％であればばらつきは発生していないと判定して制限を行わず、ＳＯＣが２３％であれば、ばらつきが７．６％発生していると判定して、ＳＯＣ使用下限を４７．６％に制限する。
【００５０】
ステップ５９では、内部抵抗値が異常状態と判断された場合であり、ＣＰＵ１０２が、車両システムＣＰＵ３０５に対して警告灯３０６を点灯するように通知を行うことで、電池異常（劣化）があることをドライバーに対してアナウンスする。その後、通常制御へと移行する。
【００５１】
以上のように構成された本発明の実施の形態では、組電池の蓄電状態が所定の条件を満たしているか否か（例えば、組電池の充放電使用頻度が小さい、放電深度の浅い充放電の繰り返し、又は、長期放置直後の充放電時）を判定し、所定の条件を満たしている場合は、深い充放電を複数回実行して組電池のメモリー効果を消去した上で、組電池を構成する電池モジュールのセルに発生した蓄電量のばらつきを検出するので、より正確に組電池のばらつきを検出することができ、ばらつきを補正するための適切な処理を行うことができる。
【００５２】
また、組電池の放電時に組電池の電圧変動を検出すると共に内部抵抗を測定するので、電圧変動の原因が、組電池を構成するセルの容量（蓄電量）のばらつきによるものか、内部抵抗の劣化によるものかを判定することができる。
【００５３】
また、組電池の温度が規定値以下である場合には、組電池のばらつきチェックによる温度上昇を抑制すると、ハイブリッド車両に組電池を適用した場合には燃費低下を招くため、これを回避することができる。
【００５４】
また、ばらつきチェック時には冷却ファンによって組電池の温度の上昇を抑えるので、電池温度特性を考慮した補正が不要となり、ばらつき診断の精度を高くすることができる。
【００５５】
また、組電池のばらつきがありと判定した場合には、ＳＣＯ使用範囲を制限するので、ＳＯＣ下限側に大きくばらついたセルの劣化を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施の形態の、ハイブリッド車両に適用した制御システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態の、メモリー１０３に記憶されている、電池充電効率マップの例を示す表である。
【図３】本発明の実施の形態の、メモリー１０３に記憶されている、電池温度一電圧特性（充電温度特性／放電温度特性）を示す表である。
【図４】本発明の実施の形態の、組電池５０１の制御の処理を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態の、始動時温度チェック処理の詳細を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態の、ばらつきチェック要否判定処理の詳細を示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施の形態の、メモリー効果消去処理の詳細を示すフローチャートである。
【図８】本発明の実施の形態の、ばらつきチェック処理の詳細を示すフローチャートである。
【図９】本発明の実施の形態の、組電池の電圧とＳＯＣとの関係を示す表である。
【図１０】本発明の実施の形態の、電池モジュール入出力制限設定例を示す表である。
【符号の説明】
【００５７】
１０１  ブロック電圧検出部
１０２  ＣＰＵ
１０３  メモリー
１０４  タイマー
２０１  電流センサ
２０２  電圧センサ
２０３  （電池）温度センサ
２０４  （電池）冷却ファン
３０１  駆動用モータ
３０２  発電機
３０３  補機システム
３０４ａ、３０４ｂ  メインリレー
３０６  警告灯
４０１  補助電池
４０２  ＩＧＮ信号
５０１  組電池
【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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【図９】
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【図１０】
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