(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の負荷にバッテリから放電電流を流して電圧、電流を収集して電圧−電流特性を求め、この電圧−電流特性を用いて前記バッテリの現在の推定電圧を推定し、この推定電圧から前記バッテリの現在の充電状態を求めるバッテリ容量演算装置において、
前記車両の走行開始時からその後の前記バッテリの電圧、電流を監視し、該電流が前記バッテリの分極発生が最大となる大電流に最初に到達し、
かつ該到達後に前記電流が前記大電流以下の所定電流値に最初に到達したとき、このときの前記バッテリの電圧を前記最大の分極の影響を残した状態の最大分極影響残存時の推定電圧とし、
この最大分極影響残存時の推定電圧と前記走行開始時の前記バッテリの開回路電圧との差を用いて前記充電状態を補正することを特徴とする分極による影響を考慮したバッテリ容量演算装置。
【請求項２】
前記車両のイグニッションオンを検知したとき、この検知時の前記バッテリの電圧を該バッテリの開回路電圧として保持する開回路電圧保持部と、
前記イグニッションオンの検知後、前記バッテリの電流が前記分極が最大となる大電流に最初に到達したか否かを判定する電流監視部と、
前記大電流に最初に到達したと判定された後に、前記電流が前記所定電流値に最初に到達したとき、前記最大分極影響残存時の推定電圧と前記走行開始時の前記バッテリの開回路電圧の差を求める分極影響電圧算出部と、
前記電圧−電流特性に基づくバッテリの現在の推定電圧にこの差電圧を加算する推定値補正部と
からなることを特徴とする請求項１記載の分極による影響を考慮したバッテリ容量演算装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、分極の誤差を考慮して正確に現在のバッテリの充電状態を推定する分極の影響を考慮した車両のバッテリの容量演算装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気自動車等のバッテリコントローラは、バッテリからの放電電流及びバッテリ電圧を一定時間毎に、所定数収集して平均化し、この平均化データが所定個、集まったときに、そのデータの相関係数ｒを求める。次に、この相関係数ｒが強い負の相関を示しているときに、最小二乗法により、図５に示すようにそのデータの回帰直線（近似直線ともいう）を求め、この近似直線Ｙ（Ｙ＝ａＸ＋ｂ）と基準電流Ｉｏとから現在のバッテリの推定上の開回路電圧である推定電圧Ｖｎを推定していた。
【０００３】
すなわち、電気自動車においては、走行させながら電圧、電流を収集して近似直線（Ｖ−Ｉ特性）を求めて、あとどのくらい放電（走行）できるかを推定するものである。このような方式は、電気自動車においては非常に有効であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、バッテリの放電可能容量（ある瞬間の放電状態がそのまま継続した場合、あとどのくらい放電できるかを示す）というのは、温度、放電電流（負荷）によっても変化する。
【０００５】
このように変化していても、電気自動車においては、走行中にバッテリに充電される電気量が放電される電気量を上回ることがないので、電圧、電流を収集して近似直線（Ｖ−Ｉ特性）を求めて、あとどのくらい放電（走行）できるかを推定するだけであっても、あまり問題とならない。
【０００６】
しかしながら、近年では高電圧車両、ハイブリッドカー等が用いられてきている。このような車両においては、走行中にバッテリに充電される電気量が放電される電気量を上回ることがあり得るので、今、バッテリにあとどのくらい電気量（充電状態）があるかを知るだけでなく、バッテリの過充電が発生しないように、その残存容量を満充電容量から差し引いた充電可能容量を正確に知る必要がある。
【０００７】
この充電状態を正確に知るには、バッテリ特性による分極の影響を知る必要がある。この分極というのは、バッテリの電極付近における活性化現象や濃度変化等によって発生する電圧降下であり、放電電流が大きくなると電圧降下の発生量が増大し、逆に放電電流が小さくなると電圧降下量が解消方向に向かって減少する。
【０００８】
すなわち、充電状態（どのくらい電気量が充電されているかを示す）は、分極の影響を考慮しなければならい。つまり、分極による電圧降下量を相殺しなければ正確な充電状態を得られない。
【０００９】
つまり、バッテリが平衝状態（分極による電圧降下が残っていない状態）にあるときから、バッテリの電圧、電流を測定していくと、図６に示すように放電電流が増加するのに伴って分極が増加して行き、バッテリの電圧もそれに伴って低下する。また、放電電流が減少すると、分極が減少して行きバッテリの電圧もそれに伴って戻っていくが、この戻り時には、分極の解消に時間がかかるので、放電が停止しても分極が同時に解消するには至らず、電流増加に対する電圧降下量の増加のレスポンスと比べると、電流減少に対する電圧降下量の減少のレスポンスが悪い。このため、図６に示すように、行き（電流増加時）と戻り（電流減少時）とでは、同じ電流値であってもそのときの電圧値に差が生じる。
【００１０】
従って、バッテリからの放電電流及びバッテリ電圧を一定時間毎に、所定数収集して平均化し、この平均化データが所定個、集まったときに、そのデータの相関係数ｒを求めて、この相関係数ｒが強い負の相関を示しているときに、最小二乗法により近似直線を求めても、バッテリからの放電電流が増加しているときに収集したのと、放電電流が減少しているときに収集したのとでは、求まる近似直線が異なるので、その近似直線は現状のバッテリのＶ−Ｉ特性を正しく示しているとは言い切れず、精度の高い充電状態を得ることができないという課題があった。
【００１１】
また、分極によってバッテリ電圧が低下しているということは、電気量が実際に走行を可能にする分だけあるのにも係わらず、バッテリの電圧が低下していると判断されるという課題があった。
【００１２】
本発明は以上の課題を解決するためになされたもので、バッテリの分極を考慮した正確な近似直線を得ることで精度の良い充電状態（どのくらい電気量が充電されているか）を得ることのできる、分極特性を考慮したバッテリ容量演算装置を得ることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、車両の負荷にバッテリから放電電流を流して電圧、電流を収集して電圧−電流特性を求め、この電圧−電流特性を用いて前記バッテリの現在の推定電圧を推定し、この推定電圧からバッテリの現在の充電状態を求めるバッテリ容量演算装置において、車両の走行開始時からその後のバッテリの電圧、電流を監視し、該電流がバッテリの分極発生が最大となる大電流に最初に到達し、かつ該到達後に電流が大電流以下の所定電流値に最初に到達したとき、このときのバッテリの電圧を最大の分極の影響を残した状態の最大分極影響残存時の推定電圧とし、この最大分極影響残存時の推定電圧と走行開始時のバッテリの開回路電圧との差を用いて充電状態を補正することを特徴とすることを要旨とする。
【００１４】
また、車両のイグニッションオンを検知したとき、この検知時のバッテリの電圧を該バッテリの開回路電圧として保持する開回路電圧保持部と、イグニッションオンの検知後、バッテリの電流が分極が最大となる大電流に最初に到達したか否かを判定する電流監視部と、大電流に最初に到達したと判定された後に、電流が所定電流値に最初に到達したとき、最大分極影響残存時の推定電圧と走行開始時のバッテリの開回路電圧の差を求める分極影響電圧算出部と、電圧−電流特性に基づくバッテリの現在の推定電圧にこの差電圧を加算する推定値補正部とを備えたことを要旨とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の分極特性を考慮したバッテリ容量演算装置の槻略構成図である。
【００１６】
この図１に示すバッテリ容量演算装置１は、エンジン２とタイヤ３のシャフト機構４に連結されたモータジェネレータ５、このモータジェネレータ５からの電力を所定電圧（例えば４２Ｖ）にして充電電流としてバッテリ６に供給し、又はモータジェネレータ５にバッテリ６からの所定の電力を供給する充放電回路部７等からなるハイブリッド機構８に用いられるもので、バッテリ６の充電状態を演算する。
【００１７】
このバッテリ６には図１に示すように、電流センサ９及び電圧センサ１０が設けられている。
【００１８】
また、バッテリ容量演算装置１は、電流センサ９及び電圧センサ１０からの検出電流Ｉ及び検出電圧Ｖを波形整形する入力回路部１２に接続され、少なくとも以下のプログラム構成を備えている。
【００１９】
バッテリ容量演算装置（マイコン）１は、図１に示すように、Ｉ−Ｖ特性算出部１３と、電圧推定部１４と、充電状態推定部１５と、開回路電圧保持部１８と、電流監視部１９と、分極影響電圧算出部２０と、推定値補正部２１とを備えている。
【００２０】
Ｉ−Ｖ特性算出部１３は、入力回路部１２からの検出電流（放電）と電圧を一定時間毎に、電流−電圧軸に収集する。
【００２１】
電圧推定部１４は、Ｉ−Ｖ特性算出部１３で収集された電流Ｉ及び電圧Ｖが所定数集まる毎に、平均化し、この平均化データが所定個、集まったときに、そのデータの相関係数ｒを求め、この相関係数ｒが強い負の相関を示しているときに、最小二乗法により、そのデータの回帰直線（近似直線ともいう）を求め、この近似直線Ｙ（Ｙ＝ａＸ＋ｂ）と基準電流Ｉｏとから現在のバッテリ６の推定電圧Ｖｎを推定する。
【００２２】
充電状態推定部１５は、推定電圧Ｖｎが求められる毎に、そのバッテリ６の推定電圧Ｖｎと、予め設定されている放電終止電圧Ｖｅと、満充電電圧Ｖｓとを読み、充電状態ＳＯＣを求める。
【００２３】
開回路電圧保持部１８は、イグニッションの投入時の電圧Ｖを開回路電圧ＯＣＶとしてメモリに記憶する。
【００２４】
電流監視部１９は、イグニッションの投入に伴うエンジン２の始動のために用いられる不図示のセルモータのスタート時からＩ−Ｖ特性算出部１３におけるバッテリ６の電流を読み、この電流が予め記憶されているセルモータスタートに伴う分極発生が最大となる大電流Ｉｍａｘ（例えば２５０Ａ）に最初に達したかどうかを判定し、大電流Ｉｍａｘに到達したときは、この到達点から戻っていく（電流が下がっていく）ときの電流Ｉが予め記憶されている小電流Ｉｍｉｎ（例えば３５Ａ）に最初に達したかどうかを判定する。
【００２５】
ここで、図２に示すように、モータジェネレータ５の起動停止（無負荷、バッテリは平衝状態）状態からセルモータが起動を開始していくような場合は、Ｉ−Ｖ特性は開回路電圧ＯＣＶからは、放電電流が増加するに従って分極の影響によって直線的に序々に低下する。
【００２６】
その後、Ｉ−Ｖ特性の電流値が最大（最大電流；例えば２５０Ａ）となり、分極も最大となってＩ−Ｖ特性の電圧値も最大となる。そして、放電電流の増加が停止（容量がほとんど変化しない放電の場合）して放電電流が低下すると、最大となった分極の影響を残したまま電圧は序々に直線的に復帰（戻り）する。
【００２７】
この戻り時には、分極の解消乃至それによる電圧降下の解消のレスポンスが悪い。例えば、分極の影響による電圧降下は、放電電流が減少し始めると放電の停止に至るまでの間にかなり解消されるが、分極の影響による電圧降下が１００％解消するには１日程度かかるとされている。
【００２８】
本実施の形態では、放電電流が所定の大電流から減少して開始されたＩ−Ｖ特性算出部１３による電流Ｉ及び電圧Ｖの収集を終了する基準を、実務上のスペックに照らして３５Ａ程度としている。
【００２９】
これに対し、分極が発生している状態でのＩ−Ｖ特性は、図３に示すように、分極による電圧降下が既に発生していて、その後に放電電流の増加に伴って分極が増加して次第に直線的に低下し、分極が最大となったときに電流が最大となり、ここで放電電流の増加が停止し、それに伴って電圧が直線的に復帰する。
【００３０】
この場合においても、分極の影響による電圧降下は、放電電流が減少し始めると放電の停止に至るまでの間にかなり解消されるが、分極の影響による電圧降下が１００％解消するには１日程度かかるとされている。
【００３１】
そこで、分極が発生している状態で放電が行われた場合においても、本実施の形態では、放電電流が所定の大電流から減少して開始されたＩ−Ｖ特性算出部１３による電流Ｉ及び電圧Ｖの収集を終了する基準を、実務上のスペックに照らして３５Ａ程度としている。
【００３２】
分極影響電圧算出部２０は、電流監視部１９によって判定されたバッテリ６からの放電電流が大電流Ｉｍａｘに最初に達した時点から、放電の増加の停止により放電電流が最初に３５Ａまで減少した時点までの間の、Ｉ−Ｖ特性算出部１３による電流Ｉ及び電圧Ｖの収集結果を基に電圧推定部１４が推定した、バッテリ６の推定電圧Ｖｎと、開回路電圧保持部１８が保持している開回路電圧ＯＣＶとの差電圧を、放電停止時における分極による残存電圧降下量を示す電圧ｅｏとして求める。
【００３３】
推定値補正部２１は、分極影響電圧算出部２０が電圧ｅｏを求めた以後、分極影響電圧算出部２０で求められた電圧ｅｏを読み、電圧推定部１４で求められた推定電圧Ｖｎに電圧ｅｏを加算する。
【００３４】
すなわち、推定電圧ＶｎはＶｎとｅｏの加算値に更新される。この加算の効果については図４を用いて詳細に後述する。
【００３５】
充電状態推定部１５は、電圧推定部１４でバッテリ１０の現在の電圧が推定される毎に、数１に示す式で充電状態ＳＯＣを求める。
【００３６】
【数１】
ＳＯＣ＝〔（Ｖｎ2 −Ｖｅ2 ）／（Ｖｓ2 −Ｖｅ2 ）〕×１００％
但し、Ｖｎ：バッテリの推定電圧（Ｖｎとｅｏ）
Ｖｅ；放電終止電圧
Ｖｓ；満充電電圧
次に、推定値補正部２１の処理による作用効果を図４を用いて説明する。例えば、図４に示すように近似直線を用いて求めた現在の推定電圧ＶｎがＶｎの変化直線のＡｉポイントであるとすると、分極による差電圧であるｅｏを加算すると、現在の実際の放電状態はバッテリ１０が平衝状態とする特性のＡｐに位置する。
【００３７】
すなわち、実際の推定電圧はＡｉより高い電圧Ａｐであることになるから、分極発生に伴う電圧降下を考慮している。
【００３８】
このため、バッテリ１０の実際の充電状態を求めたことになるから、過充電を防止できる。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、車両の負荷に放電電流を流すバッテリの電圧、電流を収集して電圧−電流特性を求め、この電圧−電流特性を用いてバッテリの現在の推定電圧を推定し、この推定電圧からバッテリの現在の充電状態を求める一方、収集した電流がバッテリの最大の分極発生の大電流に最初に到達し、かつ該到達後に電流が大電流以下の所定電流値に最初に到達したとき、このときのバッテリの電圧を最大の分極の影響を残した状態の最大分極影響残存時の推定電圧とし、この最大分極影響残存時の推定電圧と走行開始時のバッテリの開回路電圧との差を用いて充電状態を補正する。
【００４０】
このため、推定された充電状態が分極による電圧降下の残存分だけ増加するので、実際の充電状態を正確に得ることができるという効果が得られている。
【００４１】
従って、電気量が実際に走行を可能にする分だけあるのにも係わらず、バッテリの電圧が低下していると判断されることが無いのでハイブリッドカー、高電圧車両でも充電状態を精度良く得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態のバッテリ容量演算装置の槻略構成図である。
【図２】本実施の形態の平衝状態に復帰と判断する電流値を説明する説明図である。
【図３】本実施の形態の分極発生から復帰と判定する電流値を説明する説明図である。
【図４】本実施の形態の差電圧の加算による作用効果を説明する説明囲である。
【図５】バッテリ電圧及び電流の収集を説明する説明図である。
【図６】課題を説明する説明図である。
【符号の説明】
２  エンジン
３  タイヤ
５  モータジェネレータ
８  ハイブリッド機構
１３  Ｉ−Ｖ特性算出部
１４  電圧推定部
１５  充電状態推定部
１８  開回路電圧保持部
１９  電流監視部
２０  分極影響電圧算出部
２１  推定値補正部
【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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