(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリの充電状態（以下ＳＯＣという）を検出するバッテリ充電状態検出装置において、
バッテリの充放電電流の積算により積算ＳＯＣを求める積算ＳＯＣ検出手段と、
バッテリの充放電電流とバッテリの電圧を検出しこれらに基づいてバッテリの起電圧Ｖ0を求めると共に、求められた起電圧Ｖ0と予め記憶している起電圧−ＳＯＣ特性に基づいて実ＳＯＣを求める実ＳＯＣ検出手段と、
求められた積算ＳＯＣ及び実ＳＯＣの差ΔＳＯＣに基づいて積算ＳＯＣを補正することで、バッテリのＳＯＣを算出するＳＯＣ算出手段と、
を有し、
前記ＳＯＣ算出手段は、積算ＳＯＣ及び実ＳＯＣの差ΔＳＯＣが所定値γを超えたときに、積算ＳＯＣを、予め決定されている量であって前記所定値γより小さな量βだけ実ＳＯＣに近づけることでバッテリのＳＯＣを算出することを特徴とするバッテリ充電状態検出装置。
【請求項２】
バッテリの充電状態（以下ＳＯＣという）を検出するバッテリ充電状態検出装置において、
バッテリの充放電電流の積算により積算ＳＯＣを求める積算ＳＯＣ検出手段と、
前記積算ＳＯＣ検出手段によって検出された積算ＳＯＣと、予め記憶している起電圧−ＳＯＣ特性に基づいて、積算ＳＯＣに対応する起電圧Ｖ0SOCを算出する起電圧Ｖ0SOC算出手段と、
バッテリの充放電電流とバッテリの電圧を検出しこれらに基づいてバッテリの起電圧Ｖ0を求める起電圧Ｖ0検出手段と、
求められた起電圧Ｖ0SOC及びＶ0の差ΔＶ0に基づいて積算ＳＯＣを補正することで、バッテリのＳＯＣを算出するＳＯＣ算出手段と、
を有し、
前記ＳＯＣ算出手段は、起電圧Ｖ0SOC及び起電圧Ｖ0の差が所定値αを超えたときに、積算ＳＯＣを、予め決定されている量であって、前記所定値αに対応するＳＯＣの差γより小さな量βだけ実ＳＯＣに近づけることでＳＯＣを算出することを特徴とするバッテリ充電状態検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バッテリの充電状態（以下ＳＯＣという）を検出するバッテリ充電状態検出装置、特にバッテリ電流及びバッテリ電圧の両方に基づいてＳＯＣを検出するものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、バッテリの充電状態を検出する充電状態（ＳＯＣ）検出装置が知られている。例えば、電気自動車のバッテリについてのＳＯＣ検出装置は、通常バッテリの電流（充放電電流）を積算し、ＳＯＣを検出している。電気自動車においては、回生制動による充電は期待できるが、走行中は基本的にバッテリは放電する。そして、走行しないときに充電器によってバッテリを満充電にすることで充電状態を回復する。従って、ＳＯＣ検出装置は、基本的に満充電からの放電電流を積算し、ＳＯＣを検出している。携帯型のパーソナルコンピュータなど各種機器においても、基本的に同様であり、満充電からの放電量を積算することでバッテリのＳＯＣを検出している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
エンジン発電機を搭載するハイブリッド車においても、そのバッテリのＳＯＣ検出には、バッテリ電流の積算を利用する場合が多い。ところが、ハイブリッド車においては、バッテリＳＯＣが５０％程度に維持されるように、充放電を制御する。従って、長期間バッテリが満充電とならず、バッテリの充放電電流を長期間積算し、ＳＯＣを検出することになる。充放電電流の検出の精度はそれ程悪くはないが、長期間充放電電流の検出を繰り返すと、その誤差がかなり大きくなってしまう。
【０００４】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであって、簡単な手段で電流積算によるＳＯＣ検出を補正して、より正確なＳＯＣ検出を行うことができるバッテリ充電状態検出装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、バッテリの充電状態（以下ＳＯＣという）を検出するバッテリ充電状態検出装置において、バッテリの充放電電流の積算により積算ＳＯＣを求める積算ＳＯＣ検出手段と、バッテリの充放電電流とバッテリの電圧を検出しこれらに基づいてバッテリの起電圧Ｖ0を求めると共に、求められた起電圧Ｖ0と予め記憶している起電圧−ＳＯＣ特性に基づいて実ＳＯＣを求める実ＳＯＣ検出手段と、求められた積算ＳＯＣ及び実ＳＯＣの差ΔＳＯＣに基づいて積算ＳＯＣを補正することで、バッテリのＳＯＣを算出するＳＯＣ算出手段と、を有し、前記ＳＯＣ算出手段は、積算ＳＯＣ及び実ＳＯＣの差ΔＳＯＣが所定値γを超えたときに、積算ＳＯＣを、予め決定されている量であって前記所定値γより小さな量βだけ実ＳＯＣに近づけることでバッテリのＳＯＣを算出することを特徴とする。
【０００６】
このように、本発明では、バッテリの充放電電流の積算により積算ＳＯＣを検出する。一方、バッテリの電圧及び電流からバッテリの起電圧を求め、この起電圧と予め記憶している起電圧−ＳＯＣ特性から実ＳＯＣを求める。この実ＳＯＣはそのときの電流電圧から求められるもので、誤差は大きいが誤差の蓄積はない。一方、積算ＳＯＣは、精度は高いが誤差が蓄積される。
【０００７】
そこで、両者の差が大きくなった場合には、積算ＳＯＣの誤差が蓄積されたと判断し、積算ＳＯＣを実ＳＯＣに近づける。これによって、積算ＳＯＣの大きな誤差を解消することができる。積算ＳＯＣを検出したＳＯＣとして用いることで、好適なＳＯＣ検出が行える。
【０００８】
また、積算ＳＯＣからそれに対応する起電圧Ｖ0SOCを求め、起電圧Ｖ0SOCと起電圧Ｖ0の差が所定値αを越えたときに積算ＳＯＣをβだけ補正してもよい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）について、図面に基づいて説明する。
【００１０】
図１は、本発明のバッテリ充電状態検出装置をハイブリッド車に適用したシステムの構成を示すブロック図である。バッテリ１０は、多数のバッテリセルからなっている。本実施形態では、このバッテリ１０は、ニッケル水素バッテリであり、２０個のバッテリセルをまとめて１ブロックとして、このブロックを１２個接続している。従って、２４０個のバッテリセルを直列接続した３００Ｖ程度の出力電圧を有している。
【００１１】
バッテリ１０の電圧は、電圧検出器１２で計測され、電池ＥＣＵ１４に供給される。また、この電池ＥＣＵ１４には、バッテリ電流を検出する電流センサ１６も接続されており、バッテリ電流が電池ＥＣＵ１４に供給される。
【００１２】
そして、この電池ＥＣＵ１４は、供給される各種データに基づいて、バッテリ１０の充電状態（ＳＯＣ）を検出し、これをＨＶＥＣＵ１８に供給する。
【００１３】
ＨＶＥＣＵ１８は、アクセル開度、ブレーキ踏み込み量、車速などの情報に基づいてトルク指令を決定し、モータジェネレータ２２の出力がトルク指令に合致するように制御する。すなわち、ＨＶＥＣＵ１８は、インバータ２０におけるスイッチングを制御して、モータジェネレータ２２の出力がトルク指令に合致したものに制御する。
【００１４】
また、ＨＶＥＣＵ１８は、電池ＥＣＵ１４から供給されるＳＯＣに応じて、エンジン２４の出力をある程度制御し、これによってバッテリ１０のＳＯＣが目標値（例えば、５０％）になるように制御する。例えば、エンジン２４の出力の方がモータジェネレータ２２の出力より大きい場合には、インバータ２０から電力がバッテリ１０に向けて出力されバッテリ１０が充電される。一方、エンジン２４の出力がモータジェネレータ２２より小さい場合には、インバータ２０からモータジェネレータ２２に電力が供給され、バッテリ１０が放電される。
【００１５】
そこで、充電要求（または放電要求）に応じて、エンジン２４の出力を制御することで、バッテリ１０のＳＯＣを制御することができる。しかし、この制御はエンジン駆動車のような出力トルクをトルク指令に応じて制御するようなものではなく、所定の範囲内で変更する。なお、実際のモータジェネレータ２２の出力の変化は大きく、充電要求がでているときでも放電が行われ、また放電要求がでているときでも充電が行われる。
【００１６】
次に、電池ＥＣＵ１４におけるバッテリ１０のＳＯＣ検出について、図２に基づいて説明する。
【００１７】
まず、電池ＥＣＵ１２は、電流センサ１６の検出値であるバッテリ１０の充放電電流を積算し、積算ＳＯＣを検出する（Ｓ１１）。この積算ＳＯＣは、前回の積算ＳＯＣに今回までの電流量を加算することで算出する。例えば、測定された電流がＩであり、前回から今回までの時間がｔ（通常、制御ループの１サイクルの時間）であったときに、
積算ＳＯＣ←積算ＳＯＣ＋Ｉ×ｔ
により求める。
【００１８】
ここで、この積算ＳＯＣは、バッテリ１０のＳＯＣが完全放電に近い２０％や満充電に近い８０％という予め定められた値になったときにＩＶ判定によってリセットされる。すなわち、完全放電や満充電に近い状態では、バッテリ電流とバッテリ電圧にかなりの相関が現れ、この電流電圧の関係からＳＯＣ２０％や８０％を判定できる。そこで、このようなＩＶ判定によって、ＳＯＣが検出できたときには、ＳＯＣをその値に置き換え積算をリセットする。
【００１９】
次に、電流電圧特性からバッテリ１０の起電圧Ｖ0を算出する（Ｓ１２）。起電圧Ｖ0とは、バッテリ１０の出力電圧から、バッテリ１０における内部抵抗Ｒに起因する電圧降下を減算し、そのときのバッテリ電流の影響を排除した電圧を意味する。すなわち、図３に示すように、バッテリ電圧Ｖは、電流の増加に伴い減少する。この増減分は、バッテリ内部抵抗Ｒ×電流Ｉで決定される内部抵抗に伴う電圧降下分であり、電流Ｉに対するバッテリ電圧Ｖの傾きは内部抵抗値Ｒに等しくなる。このバッテリ電流が０の時のバッテリ電圧を起電圧Ｖ0という。従って、Ｖ0＝Ｖ＋ＲＩにより起電圧を算出できる。なお、内部抵抗Ｒは、温度によって変化するため、バッテリ１０の温度を検出し補正するとよい。
【００２０】
次に、Ｓ１１で求めた積算ＳＯＣに基づいて、対応する起電圧Ｖ0SOCを算出する（Ｓ１３）。ニッケル水素バッテリにおいては、ＳＯＣと起電圧の関係は、図４に示すようなものであり、ＳＯＣが中間付近の値の場合には、ＳＯＣの変化による起電圧の変化はそれ程大きくない。しかしながら、一応の関係があり、本実施形態の電池ＥＣＵ１４は、電池ＥＣＵ１４がこの関係をマップとして持っている。そこで、このマップに基づき、積算ＳＯＣに対応するＶ0SOCを算出する。
【００２１】
次に、Ｓ１２、１３において得られた起電圧Ｖ0、Ｖ0SOCの差ΔＶ0＝Ｖ0−Ｖ0SOCを算出する（Ｓ１４）。そして、このΔＶ0が所定値αより大きいかを判定し（Ｓ１５）、大きかった場合には積算ＳＯＣに所定値βを減算して積算ＳＯＣを補正する（Ｓ１６）。これによって、積算ＳＯＣが電流電圧特性から求められるＳＯＣに所定値βだけ近づけられる。
【００２２】
すなわち、図５に示すように、積算ＳＯＣに対応する起電圧ＶOSOCと電流電圧特性から求めた起電圧Ｖ0の差ΔＶ0が所定値αより大きかった場合には、所定値βだけ積算ＳＯＣを電流電圧特性から求めたＳＯＣ（実ＳＯＣという）に近づける。
【００２３】
また、Ｓ１５においてＮＯの場合には、起電圧Ｖ0の差ΔＶ0が所定値−αより小さいかを判定し（Ｓ１７）、小さかった場合には積算ＳＯＣから所定値βを加算して積算ＳＯＣを補正する（Ｓ１８）。これによっても、積算ＳＯＣが電流電圧特性から求められるＳＯＣに所定値βだけ近づけられる。差ΔＶ0が±αの範囲内であった場合には、積算ＳＯＣの補正は行われない。
【００２４】
積算ＳＯＣが正しく、またそのときの電流電圧特性から求めた起電圧と積算ＳＯＣから求めた起電圧も正しければ、両者は等しいはずである。求められた２つの起電圧は両者とも誤差を含むものであるが、両者の差があまり大きければ、両者またはいずれかが誤っていると考えられる。電流電圧特性から求めた起電圧は、誤差があるもののその誤差は積算されるものではない。一方、積算ＳＯＣはその誤差が積算されるものであり、誤差が大きくなっている可能性がある。そこで、本実施形態では、両者の差が非常に大きくなった場合には、これを補正する。
【００２５】
なお、ニッケル水素バッテリでは、バッテリの充放電を繰り返しているうちに、同じＳＯＣであってもバッテリの起電圧が低下してくるメモリ効果と呼ばれる現象がある。また、バッテリ電圧は、電極活物質における分極によりその電圧が変動する。すなわち、同じＳＯＣであっても、その前に放電していたか充電していたかによって、起電圧が変動する。例えば、充電を続けていると分極により起電圧が高くなり、その後放置することにより起電圧は下がる。反対に放電を続けていると分極により起電圧が低くなり、その後放置することにより起電圧が上昇する。
【００２６】
そこで、メモリ効果や分極により発生する電圧を考慮し、上記所定値α（例えば、２４０Ｖに対し１０Ｖ程度の値）をこれらの和より大きく設定することが好適である。
【００２７】
また、積算ＳＯＣを補正する補正値βは、図５に示されるように電圧差αに相当するＳＯＣ差より小さくする（例えば、１０％ずれていたら５％ずらす）のが好適である。これは、ニッケル水素バッテリにおいては、上述のようにメモリ効果や分極の影響があり、かつ図４に示すように、ＳＯＣの変化に対する起電圧の変化はあまり大きくないため、電流電圧特性から求められる起電圧Ｖ0にもかなりな誤差があるからである。
【００２８】
上述の例では、起電圧の差ΔＶ0から積算ＳＯＣを補正した。しかし、本実施形態の処理では、起電圧Ｖ0と実ＳＯＣには１対１の関係があり、起電圧Ｖ0SOCと積算ＳＯＣには、１対１の関係がある。そこで、電流電圧特性から算出して起電圧Ｖ0に基づいて実ＳＯＣを求め、この実ＳＯＣと積算ＳＯＣの差が所定値を超えたときに、積算ＳＯＣを補正するようにしても実質的に同一の処理が行える。この処理について、図６に示す。
【００２９】
このように、Ｓ１２において、電流電圧特性から起電圧Ｖ0を算出した後、その起電圧Ｖ0から実ＳＯＣを算出し（Ｓ２３）、ΔＳＯＣ＝積算ＳＯＣ−実ＳＯＣによりＳＯＣの差を演算する（Ｓ２４）。そして、その差ΔＳＯＣが所定値γ（起電圧の差αに対応するＳＯＣの差）より大きいかを判定し（Ｓ２５）、大きい場合には、積算ＳＯＣからβを減算し、積算ＳＯＣをβだけ実ＳＯＣに近づける（Ｓ１６）。
【００３０】
Ｓ２５において、ＮＯの場合には、ΔＳＯＣが−γより小さいかを判定し（Ｓ２７）、小さかった場合には積算ＳＯＣにβを加算し、積算ＳＯＣをβだけ実ＳＯＣに近づける（Ｓ１８）。ΔＳＯＣが±γの範囲内であれば積算ＳＯＣの補正は行われない。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、起電圧に基づいて電流積算によるＳＯＣ検出を補正することにより、より正確なＳＯＣ検出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のバッテリ充電状態検出装置をハイブリッド電気自動車に適用したシステムの構成を示すブロック図である。
【図２】  動作を示すフローチャートである。
【図３】  起電圧を説明する図である。
【図４】  ＳＯＣと起電圧の関係を示す図である。
【図５】  ＳＯＣの補正を説明する図である。
【図６】  他の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０  バッテリ、１２  電圧検出器、１４  電池ＥＣＵ、１６  電流センサ、１８  ＨＶＥＣＵ、２０  インバータ、２２  モータジェネレータ、２４  エンジン。
【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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