(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の駆動源として搭載された蓄電装置の電流を所定のタイミングで検出する電流検出手段と、
車両走行時に前記電流検出手段によって０である電流値が検出された時点から、前記蓄電装置の端子電圧が安定するまでの時間内で設定された所定時間後の前記蓄電装置の端子電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電流検出手段によって検出された電流値から、０である電流値が検出される直前の前記蓄電装置の状態が、充電あるいは放電であるかを判断する状態判断手段と、
前記蓄電装置の温度を検出する温度検出手段と、
前記電流検出手段により検出された電流値が０になったときに、前記電圧検出手段によって検出された前記蓄電装置の端子電圧と、前記状態判断手段によって検出された前記蓄電装置の状態と、前記蓄電装置の温度とに基づいて求められる端子電圧の時間的推移から推定開放電圧を求め、該推定開放電圧から前記蓄電装置の残容量を求める第１の残容量検出手段と、
前記電流検出手段によって検出された電流値を積算することで残容量を求める第２の残容量算出手段と、
前記第２の残容量検出手段によって求められた残容量を、第１の残容量検出手段によって求められた残容量に変更する補正手段と、
を具備することを特徴とする蓄電装置の残容量検出装置。
【請求項２】
前記第１の残容量検出手段は、前記温度検出手段によって検出された前記蓄電装置の温度に基づいて温度別に設定された開放電圧−残容量特性マップにより前記蓄電装置の残容量を求め、前記開放電圧−残容量特性マップは、温度が低くなるほどなだらかになる前記蓄電装置の端子電圧の時間的推移の温度に対する挙動に基づき決定されることを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置の残容量検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蓄電装置の残容量を検出する蓄電装置の残容量検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、車両走行用の駆動源としてエンジンの他にモータを備えたハイブリッド車両が知られている。
このハイブリッド車両の一種に、モータをエンジンの出力を補助する補助駆動源として使用するパラレルハイブリッド車がある。このパラレルハイブリッド車は、例えば、加速時においてはモータによってエンジンの出力をアシストし、減速時においては、減速回生によってバッテリ等への充電を行うなど、様々な制御を行い、バッテリの残容量を確保しつつ運転者の要求を満足できるようになっている。
【０００３】
このバッテリの残容量を検出する方法として、バッテリ電流を積算して残容量を算出する方法がある。これは、所定のタイミングでバッテリ電流を検知して、この値を積算して残容量を検出する方法である。
しかし、バッテリ電流を検知する電流センサの精度が悪い場合、検知された電流値には誤差が生じることとなる。上述したように、本方法ではバッテリの残容量はこの電流値を積算して得られるものであるから、電流値と共に誤差をも積算することとなり、この結果、算出される残容量の値には大きな誤差が含まれることとなる。このように、電流積算による残容量の算出は、算出された残容量の値に誤差が生じてしまうため、残容量の検出精度が悪いという欠点があった。
【０００４】
また、上述した電流積算によるバッテリ残容量検出方法の他に、バッテリの開放電圧からバッテリ残容量を検出する方法がある。
これは、バッテリ電流、バッテリ端子電圧を所定の間隔で複数サンプリングし、これらのサンプリングデータをもとに、バッテリ電流＝０の時のバッテリ端子電圧、即ち開放電圧を推定し、バッテリ固有の残容量―開放電圧特性から、上述の開放電圧に対応する残容量を検出するものである。
この残容量検出方法は、前述した電流積算による残容量検出に比べ、残容量検出精度が高いという利点がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のバッテリの開放電圧からバッテリ残容量を検出する方法では、バッテリ電流の変化量が大きい期間においては、開放電圧を正確に推定することができ残容量検出に有効に活用することができるが、一方、バッテリ電流が一定である期間においては、開放電圧の推定が困難となるという欠点があった。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、残容量の検出精度を向上させ、且つ、リアルタイムで残容量の検出が可能な蓄電装置の残容量検出装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明は、車両の駆動源として搭載された蓄電装置（実施形態では、バッテリ１）の電流（実施形態では、バッテリ電流Ｉｂａｔｔ）を所定のタイミングで検出する電流検出手段（実施形態では、電流センサ１−２）と、車両走行時に前記電流検出手段によって０である電流値が検出された時点から、前記蓄電装置の端子電圧が安定するまでの時間内で設定された所定時間後（実施形態では、負荷リリース１秒後）の前記蓄電装置の端子電圧（実施形態では、バッテリ電圧Ｖｂａｔｔ）を検出する電圧検出手段（実施形態では、電圧センサ１−１）と、前記電流検出手段によって検出された電流値から、０である電流値が検出される直前の前記蓄電装置の状態が充電あるいは放電であるかを判断する状態判断手段（実施形態では、バッテリ制御装置５によって実施され、ステップＳ７にあたる）と、前記蓄電装置の温度を検出する温度検出手段（実施形態では、温度センサ１−３）と、前記電流検出手段により検出された電流値が０になったときに、前記電圧検出手段によって検出された前記蓄電装置の端子電圧と、前記状態判断手段によって検出された前記蓄電装置の状態と、前記蓄電装置の温度とに基づいて求められる端子電圧の時間的推移から推定開放電圧を求め、該推定開放電圧から前記蓄電装置の残容量を求める第１の残容量検出手段（実施形態では、バッテリ制御装置５）と、前記電流検出手段によって検出された電流値を積算することで残容量を求める第２の残容量算出手段と、前記第２の残容量算出手段によって求められた残容量を、前記第１の残容量検出手段によって求められた残容量に基づいて補正する補正手段と、を具備することを特徴とする。
【０００８】
このように、所定のタイミングでバッテリ負荷が０であるか否かを検知することにより、バッテリの負荷がリリース、即ち０となった場合には、必ず、バッテリの開放電圧による残容量検出が可能となり、より正確な蓄電装置の残容量を検出することが可能となる。
また、負荷リリース直後においては、蓄電装置の開放電圧は大きく変化する特性を持つが、このように蓄電装置の開放電圧が動的な挙動を示している領域においても、開放電圧から残容量の検出が可能となるため、蓄電装置の残容量を正確に検出できるだけでなく、リアルタイムで残容量の検出が可能となる。
【００１０】
また、誤差が大きいとされる電流積算によって算出された残容量を、蓄電装置の開放電圧から残容量を求める第１の残容量検出手段、即ち電流積算に比べ蓄電装置の残容量検出精度が格別に優れた検出手段によって求められた残容量に基づいて補正することにより、より正確な蓄電装置の残容量を検出することが可能となる。即ち、蓄電装置の残容量検出精度が向上するという効果が得られる。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明は、前記第１の残容量検出手段が、前記温度検出手段によって検出された前記蓄電装置の温度に基づいて温度別に設定された開放電圧−残容量特性マップにより前記蓄電装置の残容量を求め、前記開放電圧−残容量特性マップは、温度が低くなるほどなだらかになる前記蓄電装置の端子電圧の時間的推移の温度に対する挙動に基づき決定されることを特徴とする。
これにより、蓄電装置の残容量をより正確に検出することが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１はパラレルハイブリッド車両において適応した実施形態を示している。この図において、符号１は高圧系のバッテリであり、複数のセルを直列に接続したモジュールを１単位として、更に複数個のモジュールを直列に接続して構成されている。
【００１３】
このバッテリ１には、バッテリ１の端子電圧を検出する電圧センサ１−１、電流を検出する電流センサ１−２、温度を検出する温度センサ１−３がそれぞれ設けられており、各センサは、後述するバッテリ制御装置５からの信号に対応して、バッテリ端子電圧Ｖｂａｔｔ、電流Ｉｂａｔｔ、温度Ｔｂａｔｔを検出し、バッテリ制御装置５に出力する。
続いて、符号２はパワードライブユニットであり、スイッチング素子が２つ直列接続されたものが３つ並列接続されて構成されている。
【００１４】
符号３は燃料の燃焼エネルギーで作動するエンジンであり、符号４はエンジン３と併用して用いられ、電気エネルギーで作動するモータである。エンジン３及びモータ４の両方の駆動力は、オートマチックトランスミッションあるいはマニュアルトランスミッションよりなるトランスミッション（図示せず）を介して駆動輪（図示せず）に伝達される。また、ハイブリッド車両の減速時には、駆動輪からモータ４に駆動力が伝達され、モータ４は発電機として機能していわゆる回生制動力を発生し、バッテリ１の充電を行う。なお、駆動用のモータ４とは別に、バッテリ１の充電用の発電機を備える構成としてもよい。
【００１５】
モータ４の駆動及び回生は、モータ制御装置６からの制御指令を受けてパワードライブユニット２により行われる。具体的には、パワードライブユニット２内部のスイッチング素子がモータ制御装置６によってオン、オフされることにより、バッテリ１からの電力が三相線を介してモータ２に供給されたり、あるいは、モータ２の回生電力がバッテリ１に供給される。
【００１６】
バッテリ制御装置５は、所定のタイミングで電圧センサ１−１によって検出されたバッテリ端子電圧Ｖｂａｔｔ、電流センサ１−２によって検出されたバッテリ電流Ｉｂａｔｔ、温度センサ１−３によって検出されたバッテリ温度Ｔｂａｔｔを受け取り、これらの値からバッテリ残容量ＳＯＣの検出を行う。
【００１７】
符号７は、エンジン制御装置であり、エンジン回転数ＮＥ、車速等を所定期間毎にモニタして、モータ回生や、アシスト、減速などのモードを判断する。更に、エンジン制御装置７は、上述のモード判定の結果と、バッテリ制御装置５から送信された残容量ＳＯＣからアシスト／回生量の決定を行うと共に、燃料量や点火時期の調節などエンジン３の制御を行う。
なお、バッテリ制御装置５、モータ制御装置６、エンジン制御装置７は、ＣＰＵ（中央演算装置）およびメモリにより構成され、制御装置の機能を実現するためのプログラムを実行することによりその機能を実現させる。
【００１８】
次に、上述した構成からなる本発明の第１の実施形態におけるバッテリ残容量検出について図２を参照して詳細に説明する。なお、以下に述べる各処理は、全てバッテリ制御装置５のメモリに格納されているプログラムを実行することによりその処理を遂行する。
【００１９】
先ず、図２においてイグニッションがオンされると、ステップＳ１において、バッテリ制御装置５は、電圧センサ１−１、温度センサ１−３から、バッテリ端子電圧Ｖｂａｔｔ、バッテリ温度Ｔｂａｔｔを受け取り、これらの値を元にステップＳ２においてバッテリ残容量ＳＯＣを検出する。
ところで、ステップＳ１においては、車両は走行していないため、バッテリ１には電流が流れていない状態にある。このように、ある所定の期間以上バッテリ電流Ｉｂａｔｔが流れていない状態におけるバッテリ端子電圧Ｖｂａｔｔは、開放電圧ＯＣＶとみなすことができる。
【００２０】
図３に、このバッテリ１における開放電圧ＯＣＶ−残容量ＳＯＣ特性を示す。この図に示すように、バッテリ１の開放電圧ＯＣＶと残容量ＳＯＣとは相関関係があり、また、バッテリ温度Ｔｂａｔｔによりこの相関関係が相違する。したがって、バッテリの開放電圧ＯＣＶ及び、その時点におけるバッテリ温度Ｔｂａｔｔに対応する開放電圧ＯＣＶ−残容量ＳＯＣ特性とから、バッテリ残容量ＳＯＣを検出することができる。
また、この開放電圧ＯＣＶ−残容量ＳＯＣ特性は各温度別に設けられバッテリ制御装置５内の不揮発性メモリに格納されている。
【００２１】
次に、ステップＳ２においてバッテリ制御装置５が実行する処理について詳しく説明する。まず、バッテリ制御装置５は、ステップＳ１において検出されたバッテリ温度Ｔｂａｔｔに対応する開放電圧ＯＣＶ−残容量ＳＯＣ特性を上述のメモリから読み出し、この開放電圧ＯＣＶ−残容量ＳＯＣ特性を参照して、ステップＳ１において同じく検出されたバッテリ端子電圧Ｖｂａｔｔに対応する残容量ＳＯＣを検出する。これにより、正確なバッテリ残容量ＳＯＣを求めることができる。
【００２２】
次に、車両の走行が開始されると、バッテリ電流Ｉｂａｔｔの値は０から変化する。そして、ステップＳ３において、バッテリ制御装置５は電流センサ１−２によって検出されたバッテリ電流Ｉｂａｔｔを受け取り、このバッテリ電流Ｉｂａｔｔを積算することによりバッテリ残容量ＳＯＣを算出する。
続いてステップＳ４において、バッテリ制御装置５は温度センサ１−３からバッテリ温度Ｔｂａｔｔを受け取る。
次に、ステップＳ５において、バッテリ制御装置５は現在のバッテリ１の負荷が０であるか否かを判断する。即ち、電流センサ１−２からバッテリ電流Ｉｂａｔｔを受け取り、この値が０であれば負荷＝０であると判断する。
【００２３】
そして、ステップＳ５において負荷が０であった場合には、ステップＳ６に移行し、負荷リリースから所定時間後に、例えば1秒後に、その時点でのバッテリ端子電圧Ｖｂａｔｔを電圧センサ１−１から受け取る。
ついで、ステップＳ７において負荷リリース前の状態、即ち、電流センサ１−２によって検出されたバッテリ電流Ｉｂａｔｔが０であった時点以前のバッテリ１の状態が放電であったか、充電であったかを判断する。これは、バッテリ１に流れる電流Ｉｂａｔｔの向きから判断することができる。
【００２４】
そして、ステップＳ７において負荷リリース前の状態が放電であった場合には、ステップＳ８へ移行し、ステップＳ６において検出された負荷リリース１秒後のバッテリ端子電圧Ｖｂａｔｔからバッテリ残容量ＳＯＣを検出する。以下、この処理について詳しく説明する。
【００２５】
まず図５に、ある残容量における負荷リリース後のバッテリ端子電圧Ｖｂａｔｔの推移を示す。図に示すように、負荷がリリースされてからバッテリ端子電圧Ｖｂａｔｔが安定するまでに少々の時間（具体的には１〜３分、約６０〜１８０ｓｅｃ程度）を要する。
【００２６】
負荷リリース前のバッテリ１の状態が充電であった場合は、図５のＬ１に示すように、バッテリ端子電圧Ｖｂａｔｔは時間と共に徐々に低下し、一方、負荷リリース前のバッテリ１の状態が放電であった場合には、図５のＬ２に示すように、バッテリ端子電圧Ｖｂａｔｔは時間と共に徐々に上昇し、Ｌ１及びＬ２はある電圧値に集束し、安定する。この安定時のバッテリ端子電圧Ｖｂａｔｔが開放電圧ＯＣＶである。
【００２７】
上述したように、負荷がリリースされた後のバッテリ端子電圧Ｖｂａｔｔの推移は負荷リリース前のバッテリ状態、即ち負荷リリース前にバッテリ１が充電状態であったのか、あるいは放電状態にあったのかにより変化する。
また、このバッテリ端子電圧Ｖｂａｔｔの負荷リリース後の推移は、バッテリ残容量ＳＯＣ、及びバッテリ温度Ｔｂａｔｔによっても変化する。
言い換えれば、バッテリ温度Ｔｂａｔｔ、残容量ＳＯＣ、負荷リリース前のバッテリ状態が等しければ、負荷リリース後のバッテリ端子電圧Ｖｂａｔｔの時間的推移はほぼ同じ曲線を描く。
【００２８】
図６に、異なるバッテリ温度Ｔｂａｔｔにおける負荷リリース後のバッテリ端子電圧Ｖｂａｔｔの時間的推移を示す。この図において、Ｍ１、Ｍ２は負荷リリース前のバッテリ１の状態が充電であった場合におけるバッテリ端子電圧Ｖｂａｔｔの挙動であり、このうちＭ１は、Ｍ２にくらべバッテリ温度Ｔｂａｔｔが低かった場合を示している。
これに対しＮ１、Ｎ２は負荷リリース前のバッテリ１の状態が放電であった場合におけるバッテリ端子電圧Ｖｂａｔｔの挙動であり、このうちＮ１はＮ２に比べバッテリ温度Ｔｂａｔｔが低かった場合のバッテリ端子電圧Ｖｂａｔｔの挙動を示している。
【００２９】
この図に示すように、バッテリ温度Ｔｂａｔｔが低いほど、負荷リリース後のバッテリ端子電圧Ｖｂａｔｔの推移がなだらかであり、電圧が安定するのに長い時間を要する。
【００３０】
以上のような特性から、負荷リリース後の経過時間と、その時のバッテリ端子電圧（図５中Ｑ領域のいずれかの値）とから、開放電圧ＯＣＶの値を推定することが可能となる。更に、開放電圧ＯＣＶと残容量ＳＯＣとは、前述したように図３に示すように相関関係があるため、推定した開放電圧ＯＣＶからバッテリ残容量ＳＯＣを求めることが可能となる。
【００３１】
図４に、例えば、負荷リリースから１秒経過した時点での、バッテリ１の端子電圧Ｖ０と、この値に対応する残容量ＳＯＣとの相関関係を示す。この図において、Ｌ１が負荷リリース前のバッテリ状態が充電であった場合におけるバッテリ端子電圧Ｖ０−残容量ＳＯＣ特性であり、Ｌ２が負荷リリース前のバッテリ状態が放電であった場合におけるバッテリ端子電圧Ｖ０−残容量ＳＯＣ特性である。
【００３２】
なお、図４に示したような負荷リリース１秒後におけるバッテリ端子電圧Ｖ０−残容量ＳＯＣ特性も、開放電圧ＯＣＶ−残容量ＳＯＣ特性と同様、温度別に作成されており、バッテリ制御装置５内に設けられた不揮発性メモリに格納されている。
【００３３】
次に、ステップＳ８においてバッテリ制御装置５が行う処理について具体的に説明する。
まず、ステップＳ４において、温度センサ１−３によって検出されたバッテリ温度Ｔｂａｔｔに対応する負荷リリース１秒後のバッテリ端子電圧Ｖ０−残容量ＳＯＣ特性（図４参照）をメモリから読み取る。次に、上述のバッテリ端子電圧Ｖ０−残容量ＳＯＣ特性のうち、放電側の曲線（図４中のＬ２）を参照してステップＳ６において電圧センサ１−１によって検出された負荷リリース１秒後のバッテリ端子電圧Ｖ０に対応する残容量ＳＯＣを検出する。
【００３４】
一方、ステップＳ７においてリリース前のバッテリ状態が充電と判断した場合は、ステップＳ９へ移行し、ステップＳ４において温度センサ１−３によって検出されたバッテリ温度Ｔｂａｔｔに対応する負荷リリース１秒後のバッテリ端子電圧Ｖ０−残容量ＳＯＣ特性（図４参照）をメモリから読み取る。次に、上述のバッテリ端子電圧Ｖ０−残容量ＳＯＣ特性のうち、充電側の曲線（図４中のＬ１）を参照してステップＳ６において電圧センサ１−１によって検出された負荷リリース１秒後のバッテリ端子電圧Ｖ０に対応する残容量ＳＯＣを検出する。
【００３５】
このようにしてバッテリ残容量ＳＯＣが検出されると、バッテリ制御装置５はステップＳ３において電流積算により算出されたバッテリ残容量ＳＯＣをステップＳ８、あるいはステップＳ９において検出された残容量ＳＯＣの値に変更する。
なお、本実施形態では、負荷リリースから１秒後、即ち、電流センサ１−２によって検出されたバッテリ電流Ｉｂａｔｔの値が０であった時点から１秒後において、バッテリ端子電圧Ｖｂａｔｔを電圧センサ１−１から受け取るが、負荷リリースから何秒後において電圧を検出するかは任意に設定することができる。また、メモリに格納するバッテリ端子電圧−残容量ＳＯＣ特性も、上述の設定された時刻における特性とする。
【００３６】
このように蓄電装置の残容量を検出することにより、負荷リリース直後で開放電圧ＯＣＶの変化が大きい領域（図５中のＱ領域）においても、検出された開放電圧ＯＣＶから残容量ＳＯＣを検出することが可能となる。これにより、負荷がリリースされたタイミングにおいてリアルタイムに残容量ＳＯＣを検出でき、且、より正確に残容量を検出することが可能となる。
また、ハイブリッド車両や、電気自動車などにおいては、バッテリの残容量がその制御に密接に関わってくるため、残容量検出精度が向上することにより、車両の制御精度も向上する。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による蓄電装置の残容量検出装置よれば、蓄電装置の電流を検出する電流検出手段と、電流検出手段によって０である電流値が検出された時点から所定時間後の蓄電装置の端子電圧を検出する電圧検出手段と、電流検出手段によって検出された電流値から、０である電流値が検出される直前の蓄電装置の状態が充電あるいは放電であるかを判断する状態判断手段と、電圧検出手段によって検出された蓄電装置の端子電圧と、状態判断手段によって判断された蓄電装置の状態とから蓄電装置の残容量を求める第１の残容量検出手段とを有している。
【００３８】
このように構成することにより、負荷リリース直後においては蓄電装置の開放電圧から残容量を検出し、この値に基づいて電流積算によって算出された残夜量を補正する。これにより、蓄電装置の残容量精度を向上させることが可能となる。
また、負荷リリースから所定時間後の蓄電装置の端子電圧及び温度を検出するのみで蓄電装置の残容量を検出できるため、リアルタイムで正確な残容量を検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ハイブリッド車両の全体構成図である。
【図２】  本発明の一実施形態における残容量検出装置が行う処理を示すフローチャートである。
【図３】  本発明の一実施形態における蓄電装置の開放電圧−残容量特性を示す図である。
【図４】  本発明の一実施形態における、負荷リリース１秒後の蓄電装置の開放電圧−残容量特性を示す図である。
【図５】  本発明の一実施形態における負荷リリース後の開放電圧の時間的推移を示す図である。
【図６】  本発明の一実施形態におけるバッテリ温度が異なる場合における負荷リリース後の開放電圧の時間的推移を示す図である。
【符号の説明】
１  バッテリ（蓄電装置）
５  バッテリ制御装置
１−１  電圧センサ（電圧検出手段）
１−２  電流センサ（電流検出手段）
１−３  温度センサ（温度検出手段）
【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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