(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリー電圧を設定された時間間隔で測定する段階と、前記測定されるバッテリー電圧を設定された電圧レンジ別にカウントしカウント値を求める段階と、電圧変動値に対する前記カウント値の電圧レンジ別変化量を計算する段階と、前記計算された変化量の一番目のピークポイントを検出する段階と、前記検出された一番目のピークポイントをバッテリーのキャパシタ成分が無くなる時点として設定する段階と、を含むことを特徴とする充放電開始初期に電圧の非正常的な変動を誘発するキャパシタ成分の消滅時点を検出するためのバッテリー管理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はハイブリッド電気自動車に係り、さらに詳しくは、バッテリーの充／放電時にキャパシタ（ｃａｐａｃｉｔｏｒ）成分の増加が完了する時点を判別し、信頼できるバッテリーの有効電圧値を算出することができるようにしたハイブリッド電気自動車のバッテリー管理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ハイブリッド電気自動車は、一般のガソリンエンジンにＥＴＣ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｔｈｒｏｔｔｌｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）を追加して電気モーターを直結した形態であり、ＣＶＴ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ  Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）を通じて車輪に動力を伝達する形態に構成される。
【０００３】
このようなハイブリッド電気自動車の動きはバッテリー電圧に基づいて行われ、走行状況に対応してガソリンエンジンの燃費が最もよくなるように制御し、制動時や減速時に車両の慣性エネルギーをモーター発電（ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）による電気エネルギーで回収してバッテリーを充電することにより、既存のガソリンエンジンに比べて燃費を向上させることができる。
【０００４】
このようなハイブリッド電気自動車の動きのためには、バッテリーの充電状態（Ｓｔａｔｅ  ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）の情報が必要であり、バッテリーの充電状態と負荷端の使用目的を考慮して、電気自動車が最適な状態で稼動されるようにする。
【０００５】
バッテリーは、内部にキャパシタ成分を含んでいて充／放電時に急激な電圧変動を伴い、このような急激な電圧変動が起こる間に検出される電圧値はバッテリーの現在の状態を正確に反映しないものであるので、これに基づいて電気自動車の動力を制御すると、燃費や車両の駆動力確保などのいろいろな面で問題が生じるようになる。
【０００６】
ただし、旧来バッテリー管理システムのプロセッサーの演算速度は、バッテリーのキャパシタ成分が示される速度より遅いため、バッテリーのキャパシタ成分が無くなった後の電圧値が負荷端に適用されるので、負荷端の電圧の動きを制御するのに特に支障はない。
【０００７】
しかし、バッテリー管理システム及び各システムのプロセッサーが集積化されて演算速度が向上し、バッテリー管理システムでバッテリーのキャパシタ成分が無くなる前に電圧を測定する場合があり、この時には、測定されたバッテリー電圧が現在のバッテリーの状態を忠実に反映することができなくなる。その結果、充／放電の直後には電気自動車の制御に必要なバッテリーの状態を正確に把握することができないという問題がある。
【０００８】
したがって、より安定で精密な制御及び充電有効電圧値の算出のために、充／放電時にバッテリー内部のキャパシタ成分が無くなる最小限の時間の検出が必要となる。つまり、より信頼性のある電圧値の検出のために、バッテリーの特性であるキャパシタ成分が無くなる最小限の時間設定が必要となった。
【０００９】
すなわち、バッテリーの充電時に現れるキャパシタ成分は、ピークポイント（Ｐｅａｋ  Ｐｏｉｎｔ）の前までは、実質的な電圧というよりは電圧を指示する値で動力源として活用できないものであり、キャパシタ成分はエネルギーの保存という意味よりは、負荷に急速に対応する信号の成分である。
【００１０】
実際に高電圧を使用する動力源においてキャパシタ成分は、充電状態、電流制限値、使用可能な電圧値、実際の電圧値などの指示値の算出に雑音成分として作用する。
【００１１】
通常、バッテリーのキャパシタ成分はバッテリーの準備状態でテブナン（Ｔｈｅｖｅｎｉｎ）等価回路を使用して算出することができる（例えば、特許文献１参照）。
【００１２】
【特許文献１】
特表平３−５００９５９号公報（第２頁〜第３頁、第１図）
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に記載のような等価回路を用いた技法のバッテリーモデリングは、バッテリーの充電状態に応じて変わる無負荷電圧、内部抵抗、キャパシタ成分値の算出には適しておらず、充放電が反復されるハイブリッド電気自動車の場合、各走行条件に応じて変化するキャパシタ値を測定することが一層難しくなるという問題点がある。
【００１４】
本発明は、上記のような問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、ハイブリッド電気自動車においてバッテリーの充／放電時に指示値の算出に雑音成分として作用するキャパシタ成分が無くなる時点を算出することができるようにして、負荷端で必要とするバッテリー電圧を効率的に算出管理することを可能とし、ハイブリッド電気自動車の動きに安定性及び信頼性を高めたバッテリー管理方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明における充放電開始初期に電圧の非正常的な変動を誘発するキャパシタ成分の消滅時点を検出するためのバッテリー管理方法は、バッテリー充／放電時に、バッテリー電圧を設定された時間間隔で測定する段階と、前記測定されるバッテリー電圧を設定された電圧レンジ別にカウントしカウント値を求める段階と、電圧変動値に対する前記カウント値の電圧レンジ別変化量を計算する（前記カウントされた段階別電圧の変動を時間に対して微分する）段階と、前記計算された変化量の一番目のピークポイントを検出する（微分値から一番目のピークポイントを検出する）段階と、前記検出された一番目のピークポイントをバッテリーのキャパシタ成分が無くなる時点として設定する段階と、を含むことを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面を参照して本発明によるハイブリッド電気自動車のバッテリー管理方法の一実施の形態について詳細に説明する。
【００１９】
図１は、本実施の形態によるハイブリッド電気自動車のバッテリー管理方法が適用される動力管理装置の一例を示すブロック図である。この動力管理装置は、ハイブリッド電気自動車の各構成要素の制御機全体を統合制御するＨＣＵ（Ｈｙｂｒｉｄ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）１０と、ＨＣＵ１０から印加される制御信号に応じてモータートルク制御命令を出力してモーター６０によって動力発生と制動制御時に発電が起こるようにし、バッテリー５０が常に適正な充電状態を維持するようにするＭＣＵ（Ｍｏｔｏｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）２０と、前記ＭＣＵ２０の制御によるＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御でＩＧＢＴをスイッチングさせ、バッテリー５０の電圧がモーター６０に供給されるようにしてモーター６０を駆動させるインバータ３０と、バッテリー５０の作動領域内で電流と電圧及び温度などを検出し、充電状態及び管理を遂行するＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  Ｓｙｓｔｅｍ）４０とから構成される。
【００２０】
このような機能を含む動力管理装置に適用される本実施の形態によるハイブリッド電気自動車のバッテリー管理方法において、バッテリーの充電時にキャパシタ成分が無くなる時点を算出する動作は次の通りである。
【００２１】
走行中のハイブリッド電気自動車の制動による回生制動エネルギーでバッテリー５０の充電が始まるか、又は、搭載された内燃機関が始動がされてバッテリー５０の充電が始まれば、図３に示されるように充電電流対比電圧の上昇曲線は、充電初期にバッテリー５０内部のキャパシタ成分によって初期電圧が急上昇する。
【００２２】
このような電圧の急上昇はバッテリーの放電初期にも同様に発生し、この場合にも、下記と同様な方法を適用してバッテリーのキャパシタ成分が無くなる時点を決定することができることはもちろんである。
【００２３】
以下、本実施の形態では、バッテリー充電の場合に限って説明するが、放電時においても充電時と同様のバッテリー管理方法が適用できる。
【００２４】
ＢＭＳ４０は、充電されるバッテリー５０の電圧を設定された時間間隔で測定して（Ｓ１０１）、電圧の検出回数を設定された電圧レンジ別に時間間隔の数としてカウントする（Ｓ１０２）。設定された時間は０．００１秒または０．０００１秒などであり得る。各々の電圧レンジはその電圧レンジに属する任意の電圧値によって代表されることができ、以下に、各々の電圧レンジを代表する電圧値を使用した本実施の形態のバッテリー管理方法について説明する。
【００２５】
その後、ＢＭＳ４０は、電圧変動値に対する電圧カウント値の変化量を求める（Ｓ１０３）。その結果、図７のようなグラフが得られる。
【００２６】
そして、ＢＭＳ４０は、電圧変動値に対する電圧カウント値の変化量のグラフから一番目のピークポイントを抽出する（Ｓ１０４）。
【００２７】
この一番目のピークポイントの発生時点をバッテリー５０のキャパシタ成分が無くなる時点として認識し（Ｓ１０５）、この時点以降の電圧値を充電状態、負荷端に必要となる電圧の電流制限値、負荷端に供給できる使用可能な電圧値などの算出の基準値電圧として認識する。
【００２８】
上記Ｓ１０１〜Ｓ１０５の各段階について、より具体的に説明すれば次の通りである。
【００２９】
７．２Ｖ／６．５Ａｈのバッテリーモジュール（Ｐｒｉｓｍａｔｉｃ  Ｂａｔｔｅｒｙ  Ｍｏｄｕｌｅ）に対して各々異なる電流値で充電を開始すると、図３から分かるように、モジュールの初期充電電圧はキャパシタ成分によって急上昇し、充電電流量によって互いに異なる大きさとなる。
【００３０】
つまり、６．５Ａの電流で充電する場合はＡポイント（Ａ  Ｐｏｉｎｔ）付近部分のような上昇曲線を示し、１３Ａの電流で充電する場合はＢポイント（Ｂ  Ｐｏｉｎｔ）付近部分のような上昇曲線を示し、２６Ａの電流で充電する場合はＣポイント（Ｃ  Ｐｏｉｎｔ）付近部分のような上昇曲線を示し、５２Ａの電流で充電する場合はＤポイント（Ｄ  Ｐｏｉｎｔ）付近部分のような上昇曲線を示すようになる。
【００３１】
上述の各ポイント別曲線から分かるように、充電電流量が大きければ大きいほど電圧の上昇幅は大きくなるが、キャパシタ成分が無くなる時間は短くなることが分かる。
【００３２】
各ポイント別曲線のＡポイント付近部分（Ａ部分）を拡大すると図４のようになり、図４の充電部分を拡大すると図５のようになる。
【００３３】
図５から分かるように、バッテリーモジュール電圧が約８．２４６Ｖである状態で充電が開始されると、内部キャパシタ成分によって８．３１５Ｖの電圧まで急上昇した後、８．３２５Ｖ、８．３３５Ｖ、８．３４５Ｖの順に段階的な上昇を示す。
【００３４】
このように、段階別電圧の上昇段階において、ＢＭＳ４０は各段階別電圧値毎に（予め設定された）時間間隔の数をカウントし、カウント値は図６のような曲線を有する。
【００３５】
つまり、バッテリーの充電初期電圧である８．３１５Ｖではカウント値が略‘０’に維持され、充電が進んでバッテリー電圧が８．３２５Ｖに上昇する場合は８．３２５Ｖの電圧についてのカウント値は約５回程度であり、充電後に約０．５７秒が経過して８．３３５Ｖに上昇する場合は約２７回程度であり、電圧が８．３４５Ｖに上昇する場合は約１８０回程度のカウント値が検出される。
【００３６】
設定された分析アルゴリズムを適用して段階別電圧変動値に対する段階別電圧カウント値の変化量（Δカウント値／Δバッテリー電圧：ΔＣｏｕｎｔ  ｏｆ  Ｖｏｌｔａｇｅ／ΔＢａｔｔｅｒｙ  Ｖｏｌｔａｇｅ）を求めると、その結果は図７のようなグラフで示される。
【００３７】
図７において、８．３３５Ｖの時点が一番目のピーク値を有する状態であり、この点は電圧カウント値を示す図６のグラフの充電後の最初の変曲点に該当する点である。したがって、この点まで至ればバッテリーのキャパシタ成分が無くなったと見なすことができる。
【００３８】
ＢＭＳ４０は、上述の一番目のピーク値である８．３３５Ｖの時点をバッテリー内部のキャパシタ成分が無くなる時点として認識し、この点以降のバッテリー電圧をバッテリー充電状態、電圧制限値及び負荷端での使用可能な電圧値など、各種の指示値の算出に適用する。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ハイブリッド電気自動車でバッテリーの充／放電時にキャパシタ成分が無くなる時点を検出して各種指示値の算出に適用することにより、負荷端に必要な電圧制御に安定性と信頼性を高めたバッテリー管理方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるハイブリッド電気自動車のバッテリー管理方法が適用される動力管理装置についての構成ブロック図である。
【図２】本発明によるハイブリッド電気自動車のバッテリー管理を遂行する一実施の形態のフローチャートである。
【図３】ハイブリッド電気自動車のバッテリー充電時の電流値対比電圧上昇を示すグラフである。
【図４】図３の‘Ａポイント’周辺部分を拡大したグラフである。
【図５】図４の充電部分をさらに拡大したグラフである。
【図６】図５における充電電圧をカウントした結果のグラフである。
【図７】図６の電圧変動値に対するカウント値の変化量を示すグラフである。
【符号の説明】
１０    ＨＣＵ
２０    ＭＣＵ
３０    インバータ
４０    ＢＭＳ
５０    バッテリー
６０    モーター
【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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