(57)【要約】【課題】バッテリの端子電圧が所定の過充電電圧を上回った際に、その状態が緊急な対処を要するものであるか否かを迅速に判断することができる、車載バッテリの充電状態推定装置を提供する。【解決手段】充電状態推定ユニット１０は、バッテリ２０の端子電圧Ｖが過充電電圧ＶＡを上回った際に、バッテリ２０の内部抵抗の変化量αに基づいて、バッテリ２０の端子電圧Ｖが所定カウント数Ｔｃ以内に危険電圧ＶＢを上回る可能性があるか否かを推定する。詳細には、内部抵抗の変化量αが第１閾値よりも大きく且つ第２閾値よりも小さい場合には、危険電圧ＶＢを所定カウント数Ｔｃ以内に上回る可能性はないと推定し、内部抵抗の変化量αが第２閾値よりも大きく且つ第３閾値よりも小さい場合には、危険電圧ＶＢを所定カウント数Ｔｃ以内に上回る可能性があると推定し、内部抵抗の変化量αが第３閾値よりも大きい場合には、バッテリ２０が故障していると推定する。【選択図】図２
2013210206.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車載バッテリの充電状態推定装置であって、
前記バッテリの内部抵抗の変化量を算出する算出手段と、
前記バッテリの充電状態を推定する推定手段とを備え、
前記推定手段は、前記バッテリの端子電圧が所定の過充電電圧を上回った際に、前記内部抵抗の変化量に基づいて、前記バッテリの端子電圧が前記所定の過充電電圧よりもさらに高い所定の危険電圧を所定カウント数内に上回る可能性があるか否かを推定する、車載バッテリの充電状態推定装置。
【請求項２】
前記推定手段は、
前記内部抵抗の変化量が第１閾値よりも大きく且つ第２閾値よりも小さい場合には、前記バッテリの端子電圧が前記所定の危険電圧を前記所定カウント数内に上回る可能性はないと推定し、
前記内部抵抗の変化量が前記第２閾値よりも大きく且つ第３閾値よりも小さい場合には、前記バッテリの端子電圧が前記所定の危険電圧を前記所定カウント数内に上回る可能性があると推定し、
前記内部抵抗の変化量が前記第３閾値よりも大きい場合には、前記バッテリが故障していると推定する、請求項１に記載の車載バッテリの充電状態推定装置。
【請求項３】
前記推定手段は、前記内部抵抗の変化量が前記第１閾値よりも大きく且つ前記第２閾値よりも小さい場合であっても、前記バッテリの端子電圧をＶ、入力電流をＩ、前記内部抵抗の変化量をα、前記所定の危険電圧をＶＢとするとき、
Ｖ＞ＶＢ＋Ｉα
の関係が満たされる場合には、前記バッテリの端子電圧が前記所定の危険電圧を前記所定カウント数内に上回る可能性があると推定する、請求項２に記載の車載バッテリの充電状態推定装置。
【請求項４】
前記バッテリを保護する保護手段をさらに備え、
前記保護手段は、
前記バッテリの端子電圧が前記所定の危険電圧を前記所定カウント数内に上回る可能性はないと推定された場合には、前記バッテリの端子電圧が前記所定の過充電電圧を上回った状態が前記所定カウント数に渡って継続するのを待って、前記バッテリへの入力電流を制限し、
前記バッテリの端子電圧が前記所定の危険電圧を前記所定カウント数内に上回る可能性があると推定された場合には、前記バッテリへの入力電流を直ちに制限し、
前記バッテリが故障していると推定された場合には、前記バッテリの使用を直ちに中止する、請求項２または３に記載の車載バッテリの充電状態推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車載バッテリの充電状態推定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気モータによって走行する電気自動車（ＥＶ車）や電気モータとガソリンエンジンとの併用によって走行するプラグインハイブリッド車（ＰＨＶ車）が普及してきている。これらＥＶ車やＰＨＶ車には、電気モータを駆動する電力を蓄えるための充放電可能なバッテリが搭載されている。
【０００３】
ＥＶ車やＰＨＶ車の回生走行時においては、バッテリへの充電が行われてバッテリの端子電圧は徐々に上昇していくが、バッテリにはそれ以上充電を続けても電力を蓄えることができずバッテリの劣化の原因となる「過充電電圧」と呼ばれる閾値が存在する。そのため、通常は電圧センサ等によってバッテリの端子電圧を監視し、それが所定の過充電電圧を上回った際にバッテリへの入力電流を制限する等の対処を講じることによってバッテリを保護することが行われている。ただし、電圧センサ等によってバッテリの端子電圧を監視する方法では、実際にはバッテリが過充電状態になくても測定ノイズ等の影響によって一時的に過充電電圧を上回る端子電圧が観測されることがあり得る。そこで、特許文献１には、過充電電圧を上回る端子電圧が観測されても即時に過充電状態にあるとは判定せず、その状態が所定時間継続するのを待ってバッテリが過充電状態にあると判定する事項が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１７７９３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、過充電電圧を上回ってからの端子電圧の上昇が穏やかである場合には、その状態が所定時間継続するのを待って過充電状態にあると判定してバッテリへの入力電流を制限する等の対処を講じても遅くはないが、端子電圧の上昇が急激である場合には、その状態が所定時間継続するのを待っている間に端子電圧が更に上昇してバッテリが破損するおそれのある「危険電圧」を上回ってしまう可能性がある。また、端子電圧の上昇の原因がバッテリの故障である場合には、バッテリの使用を即時中止しなければならない。そのため、特許文献１に記載されているように、端子電圧が過充電状態を上回る状態が所定時間継続するのを待ってバッテリが過充電状態にあると判定する方法では、端子電圧が急激に上昇している場合やバッテリが故障している場合等の緊急な対処を要する状態において、迅速な対処が行えないという問題がある。
【０００６】
この発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、バッテリの端子電圧が所定の過充電電圧を上回った際に、その状態が緊急な対処を要するものであるか否かを迅速に判断することができる、車載バッテリの充電状態推定装置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】
【０００７】
上記の課題を解決するために、この発明に係る車載バッテリの充電状態推定装置は、バッテリの内部抵抗の変化量を算出する算出手段と、バッテリの充電状態を推定する推定手段とを備え、推定手段は、バッテリの端子電圧が所定の過充電電圧を上回った際に、内部抵抗の変化量に基づいて、バッテリの端子電圧が所定の過充電電圧よりもさらに高い所定の危険電圧を所定カウント数内に上回る可能性があるか否かを推定する。
【０００８】
好適には、推定手段は、内部抵抗の変化量が第１閾値よりも大きく且つ第２閾値よりも小さい場合には、バッテリの端子電圧が所定の危険電圧を所定カウント数内に上回る可能性はないと推定し、内部抵抗の変化量が第２閾値よりも大きく且つ第３閾値よりも小さい場合には、バッテリの端子電圧が所定の危険電圧を所定カウント数内に上回る可能性があると推定し、内部抵抗の変化量が第３閾値よりも大きい場合には、バッテリが故障していると推定する。
【０００９】
推定手段は、内部抵抗の変化量が第１閾値よりも大きく且つ第２閾値よりも小さい場合であっても、バッテリの端子電圧をＶ、入力電流をＩ、内部抵抗の変化量をα、所定の危険電圧をＶＢとするとき、
Ｖ＞ＶＢ＋Ｉα
の関係が満たされる場合には、バッテリの端子電圧が所定の危険電圧を所定カウント数内に上回る可能性があると推定してもよい。
【００１０】
バッテリを保護する保護手段をさらに備え、保護手段は、バッテリの端子電圧が所定の危険電圧を所定カウント数内に上回る可能性はないと推定された場合には、バッテリの端子電圧が所定の過充電電圧を上回った状態が所定カウント数に渡って継続するのを待って、バッテリへの入力電流を制限し、バッテリの端子電圧が所定の危険電圧を所定カウント数内に上回る可能性があると推定された場合には、バッテリへの入力電流を直ちに制限し、バッテリが故障していると推定された場合には、バッテリの使用を直ちに中止してもよい。
【発明の効果】
【００１１】
この発明に係る車載バッテリの充電状態推定装置によれば、バッテリの端子電圧が所定の過充電電圧を上回った際に、その状態が緊急な対処を要するものであるか否かを迅速に判断することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施の形態に係る車載バッテリの充電状態推定ユニットを搭載した電気自動車の電気系統の構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態に係る充電状態推定ユニットによるバッテリの充電状態の推定方法を示すフローチャートである。
【図３】この発明の実施の形態に係るバッテリの充電状態を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態に係る充電状態推定ユニットによるバッテリの充電状態の推定方法の変形例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、この発明の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。
実施の形態．
この発明の実施の形態に係る、車載バッテリの充電状態推定ユニット１０を搭載した電気自動車の電気系統の構成を図１に示す。
図１に示されるように、電気自動車の電気系統には、直流電力を蓄えるバッテリ２０と、インバータおよびコンバータとして動作可能な電力変換ユニット２１と、電動機および発電機として動作可能なモータジェネレータ２２とが含まれており、これらが順次直列に接続されている。
【００１４】
電気自動車の通常走行時においては、バッテリ２０から供給される直流電力が電力変換ユニット２１によって交流電力に変換され、この交流電力によってモータジェネレータ２２が電動機として動作して電気自動車の車輪が駆動される。一方、電気自動車の回生走行時においては、モータジェネレータ２２が発電機として動作して交流電力を発電し、この交流電力が電力変換ユニット２１によって直流電力に変換されてバッテリ２０への充電が行われる。
【００１５】
また、バッテリ２０の端子には電圧センサ２３が取り付けられると共に、バッテリ２０と電力変換ユニット２１とを接続する配線の途中には電流センサ２４が取り付けられている。これら電圧センサ２３および電流センサ２４によって測定されるバッテリ２０の端子電圧Ｖおよび入力電流（放電時には出力電流）Ｉの値は、充電状態推定ユニット１０に入力される。
【００１６】
充電状態推定ユニット１０は、マイクロコンピュータによって構成されており、算出手段１１と、推定手段１２と、保護手段１３と、記憶手段１４とを備えている。
【００１７】
算出手段１１は、電圧センサ２３および電流センサ２４によって測定されるバッテリ２０の端子電圧Ｖおよび入力電流Ｉの値を読み込んでこの値に基づいて、後述するバッテリ２０の内部抵抗の変化量αを算出する。
【００１８】
推定手段１２は、算出手段１１によって算出されたバッテリ２０の内部抵抗の変化量αに基づいて、バッテリ２０の充電状態を推定する。
【００１９】
保護手段１３は、推定手段１２によって推定されたバッテリ２０の充電状態に基づいて、バッテリ２０への入力電流Ｉを制限する等の対処を講じることによって、バッテリ２０を保護する。
【００２０】
記憶手段１４は、電圧センサ２３および電流センサ２４によって測定されたバッテリ２０の端子電圧Ｖおよび入力電流Ｉの値、および算出手段１１によって算出されたバッテリ２０の内部抵抗の変化量αの値を記憶する。
【００２１】
次に、この実施の形態に係る充電状態推定ユニット１０によるバッテリ２０の充電状態の推定方法について、図２，３を参照して説明する。
【００２２】
電気自動車の回生走行時において、充電状態推定ユニット１０は、図２のフローチャートに示される処理ルーチンを、例えば１０ｍｓの時間周期で繰り返し実行する。
【００２３】
この処理ルーチンでは、まずステップＳ１において電圧センサ２３および電流センサ２４によって測定されるバッテリ２０の端子電圧Ｖおよび入力電流Ｉの値を記憶手段１４に記憶させると共に、算出手段１１がバッテリ２０の内部抵抗の変化量αを以下の式に従って算出する。
【００２４】
α（ｎ）＝｜Ｖ（ｎ）／Ｉ（ｎ）−Ｖ（ｎ−１）／Ｉ（ｎ−１）｜
【００２５】
ただし、上式において、Ｖ（ｎ）およびＩ（ｎ）は、今回のルーチン実行時に測定されたバッテリ２０の端子電圧Ｖおよび入力電流Ｉの値であり、Ｖ（ｎ−１）およびＩ（ｎ−１）は、前回のルーチン実行時に測定されたバッテリ２０の端子電圧Ｖおよび入力電流Ｉの値である。算出手段１１は、記憶手段１４に記憶されているこれらの値を読み出して今回のルーチン実行時における内部抵抗の変化量α（ｎ）を算出し、算出した値を記憶手段１４に記憶させる。
【００２６】
次に、ステップＳ２において、推定手段１２がバッテリ２０の端子電圧Ｖが所定の過充電電圧ＶＡを上回っているか否かを調べる。端子電圧Ｖが過充電電圧ＶＡを上回っている場合（ステップＳ２＝ＹＥＳ）には、バッテリ２０が過充電状態にある可能性があるため、推定手段１２は引き続きステップＳ３以降の処理を行う。一方、端子電圧Ｖが過充電電圧ＶＡを下回っている場合（ステップＳ２＝ＮＯ）には、バッテリ２０は過充電状態にないと考えられるため、処理ルーチンを終了する（ＲＥＴ）。
【００２７】
ステップＳ３において、推定手段１２はステップＳ１において算出された内部抵抗の変化量α（ｎ）が以下の条件を満たすか否かを調べ、ＹＥＳならばステップＳ４へ、ＮＯならばステップＳ９へ進む。
【００２８】
α（ｎ−１）＜α（ｎ）＜Ｃα（ｎ−１）  ；Ｃ＞１
【００２９】
ただし、上式において、α（ｎ）は、今回のルーチン実行時に算出された内部抵抗の変化量であり、α（ｎ−１）は、前回のルーチン実行時に算出された内部抵抗の変化量である。次に、ステップＳ４において、端子電圧Ｖが所定の危険電圧ＶＢを下回っているか否かを調べ、ＹＥＳならばステップＳ５へ、ＮＯならばステップＳ１０へ進む。また、ステップＳ５においてステップＳ３，４の処理ルーチンが例えば３回繰り返し実行されたか否かを調べ、ＹＥＳならばステップＳ６へ進み、ＮＯならばステップＳ３へ戻る。
【００３０】
ステップＳ５においてＹＥＳと判定される場合、すなわち内部抵抗の変化量α（ｎ）が第１閾値であるα（ｎ−１）よりも大きく且つ第２閾値であるＣα（ｎ−１）よりも小さい状態が３回継続する場合には、推定手段１２は、図３に実線で示されるように、バッテリ２０は過充電状態にあるがその内部抵抗の変化は穏やかであり、端子電圧Ｖがバッテリ２０が確実に過充電状態にあると判定するのに要する所定カウント数Ｔｃ（この実施の形態の例では５回）以内に危険電圧ＶＢを上回る可能性はない「穏やかな過充電状態」にあると推定する（ステップＳ６）。そして、バッテリ２０の端子電圧Ｖが過充電電圧ＶＡを上回る状態が所定カウント数Ｔｃ＝５回に渡って継続し、バッテリ２０が確実に過充電状態にあると判定される場合（ステップＳ７＝ＹＥＳ）には、保護手段１３はバッテリ２０への入力電流Ｉを制限することによってバッテリ２０を保護する（ステップＳ８）。
【００３１】
一方、ステップＳ３においてＮＯと判定される場合には、推定手段１２はステップＳ９において内部抵抗の変化量α（ｎ）が以下の条件を満たすか否かを調べ、またステップＳ１０においてその条件が３回継続して満たされるか否かを調べる。
【００３２】
Ｃα（ｎ−１）＜α（ｎ）＜β
【００３３】
ただし、上式において、βはＣα（ｎ−１）よりも大きく選ばれるものとする。
【００３４】
ステップＳ１０においてＹＥＳと判定される場合、すなわち内部抵抗の変化量α（ｎ）が第２閾値であるＣα（ｎ−１）よりも大きく且つ第３閾値であるβ（＞Ｃα（ｎ−１））よりも小さい状態が３回継続する場合には、推定手段１２は、図３に１点破線で示されるように、バッテリ２０は過充電状態にあり且つその内部抵抗の変化が急激であり、端子電圧Ｖが所定カウント数Ｔｃ以内に危険電圧ＶＢを上回る可能性がある「急激な過充電状態」にあると推定する（ステップＳ１１）。その際、保護手段１３は、バッテリ２０への入力電流Ｉを直ちに制限することによってバッテリ２０を保護する（ステップＳ１２）。
【００３５】
また、ステップＳ９においてＮＯと判定される場合には、推定手段１２はステップＳ１３においてその判定が３回継続して行われるか否かを調べる。
【００３６】
ステップＳ１３においてＹＥＳと判定される場合、すなわち内部抵抗の変化量α（ｎ）が第３閾値であるβよりも大きい状態が３回継続する場合には、推定手段１２は、図３に２点破線で示されるように、バッテリ２０が「故障状態」にあり、端子電圧Ｖが所定カウント数Ｔｃ以内に危険電圧ＶＢを上回る可能性があると推定する（ステップＳ１４）。その際、保護手段１３は、バッテリ２０の使用を直ちに中止することによってバッテリ２０を保護する（ステップＳ１５）。
【００３７】
以上説明したように、この実施の形態に係る充電状態推定ユニット１０は、バッテリ２０の端子電圧Ｖが過充電電圧ＶＡを上回った際に、バッテリ２０の内部抵抗の変化量αに基づいて、バッテリ２０の端子電圧Ｖが所定カウント数Ｔｃ以内に危険電圧ＶＢを上回る可能性があるか否かを推定する。これにより、バッテリ２０の端子電圧Ｖが過充電電圧ＶＡを上回った際に、その状態が緊急な対処を要するものであるか否かを迅速に判断することができる。尚、上記の実施の形態においては、第１閾値をα（ｎ−１）、第２閾値をＣα（ｎ−１）、第３閾値をβ（＞Ｃα（ｎ−１））として説明したが、各閾値の定め方はこれらに限定されるものではなく、バッテリ２０の端子電圧Ｖが所定カウント数Ｔｃ以内に危険電圧ＶＢを上回る可能性の無い範囲を第１閾値と第２閾値によって定め、所定カウント数Ｔｃ以内に危険電圧ＶＢを上回る可能性のある範囲を第２閾値と第３閾値によって定めることができればよい。
【００３８】
その他の実施の形態．
実施の形態において、図４に示されるように、ステップＳ３において内部抵抗の変化量α（ｎ）が第１閾値であるα（ｎ−１）よりも大きく且つ第２閾値であるＣα（ｎ−１）よりも小さい場合に、ステップＳ２１６において
Ｖ（ｎ）＞ＶＢ＋Ｉ（ｎ）α（ｎ）
の関係が満たされ、その状態が一定回数継続する場合（ステップＳ１０＝ＹＥＳ）には、バッテリ２０の端子電圧が危険電圧ＶＢを所定カウント数Ｔｃ以内に上回る可能性があると推定してもよい。
【符号の説明】
【００３９】
１０  充電状態推定ユニット（充電状態推定装置）、１１  算出手段、１２  推定手段、１３  保護手段、２０  バッテリ、Ｖ  端子電圧、Ｉ  入力電流、ＶＡ  過充電電圧、ＶＢ  危険電圧、α  内部抵抗の変化量、Ｔｃ  所定カウント数。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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