JP2010081731A - 自動車のバッテリ制御方法及びその装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 複数の電池セルのバランシングを運転中に完了する。
【解決手段】 本発明は、複数の電池セルそれぞれの充電率を略均一にするバランシングを、各電池セルに備えられた放電手段を制御して実行する自動車のバッテリの制御方法であって、運転開始時の各電池セルの充電率SOC(n)検出し、ルート情報に基づいて終了時tを推定するとともに開始時からtまでのバランシングを実行しない場合の各電池セルの充電率変化SOC(n,t)を推定する。これらからtの各電池セルの充電率SOC(n)を算出し、SOC(n)を均一充電率SOCにするの各電池セルの放電量EDC(n)を算出し、各電池セルについて、EDC(n)の放電に必要な時間TDC(n)を算出し、TDC(n)に基づいて、tにSOCになるように放電開始時t(n)を算出する。各電池セルに対して、t(n)から放電を開始してtに該放電を終了する。
【選択図】 図5

Description

本発明は、複数の電池セルを組み合わせて構成される自動車用バッテリの制御方法およびその装置に関し、自動車の電力系統制御の技術分野に属する。
近年、燃料と電気とを利用して、または電気のみを利用して走行する所謂ハイブリッド車や電気自動車が実用化されているが、この種の自動車には、複数の電池セルを1つに組み合わせて構成される組電池(バッテリ)が搭載されている。
このような複数の電池セルにより構成されるバッテリにおいては、製造に起因する性能のバラツキ等に起因して、複数の電池セル間で充電率(SOC)にバラツキが生じるといった問題がある。このバラツキが小さいまま維持されれば問題はないが、このバラツキが大きくなりすぎると、例えば特定の電池セルが集中的に過充電されるなどして他の電池セルに比べて早く寿命が低下し、その結果、バッテリ全体として十分機能しなくなるおそれがある。
この対処として、各電池セルの充電率が略均一充電率になるように各電池セルの充電率を調整するバランシングが実行される。例えば、特許文献1に記載しているバッテリ制御装置は、複数の電池セルの中、充電率が最小の電池セルを検出し、その検出した電池セルの充電率になるように、他の電池セルを放電する。これにより、複数の電池セル間の充電率のバラツキが小さく抑制される。
特開2007−244058公報
ところが、特許文献1に記載されたバランシングは、自動車の運転中に実行する場合、運転終了時に、複数の電池セル間の充電率のバラツキが小さい、すなわち各電池セルの充電率が略均一充電率であるかは保障されない。運転終了時に複数の電池セル間の充電率のバラツキが大きいと、駐車中に各電池セルが製造に起因する性能のバラツキ等に起因してそれぞれ異なる量で自己放電し、駐車終了後の運転開始時には、複数の電池セル間の充電率のバラツキがさらに拡大している可能性がある。
なお、この対処として、自動車の運転中ではなく、駐車中にバランシングを実行し、これにより、駐車後の運転開始時の複数の電池セル間の充電率のバラツキを小さくすると言う考えがある。ところが、複数の電池セルのバランシングを実行する装置を作動させるために、駐車中、該装置に電力を供給し続けなければならない。
そこで、本発明は、自動車用バッテリを構成する複数の電池セルそれぞれの充電率を略均一充電率にするバランシングを自動車の運転中に実行し、当該運転の終了時に各電池セルの充電率を略均一充電率にすることができる、言い換えると運転中にバランシングが完了する自動車のバッテリの制御方法及びその装置を提供することを課題とする。
上述の課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、自動車用バッテリを構成する複数の電池セルそれぞれの充電率を略均一充電率にするバランシングを、各電池セルに備えられて該電池セルを放電する第1の放電手段を制御して実行する自動車のバッテリの制御方法であって、
自動車の運転開始時の各電池セルの充電率を検出する運転開始時充電率検出工程と、
当該運転のルート情報に基づいて、当該運転の終了時を推定するとともに、当該運転の開始時から推定終了時までのバランシングを実行しない場合の各電池セルの充電率変化を推定する充電率変化推定工程と、
前記運転開始時充電率検出工程の検出結果と前記充電率変化推定工程の推定結果とに基づいて、前記推定終了時における各電池セルの充電率を算出する推定終了時充電率算出工程と、
前記推定終了時充電率算出工程で算出された充電率を略均一充電率にするために必要な各電池セルの放電量を算出する放電量算出工程と、
各電池セルについて、前記第1の放電手段による前記放電量算出工程で算出された放電量の放電に必要な時間を算出する放電時間算出工程と、
各電池セルについて、前記放電時間算出工程で算出された放電時間に基づいて、前記推定終了時に充電率が前記均一充電率になるように放電開始時を算出する放電開始時算出工程と、
各電池セルに対して、前記第1の放電手段を制御して前記放電開始時算出工程で算出された放電開始時から放電を開始して推定終了時に該放電を終了する放電工程とを含むことを特徴とする。
また、請求項2に記載の発明は、自動車用バッテリを構成する複数の電池セルそれぞれの充電率を略均一充電率にするバランシングを、各電池セルに備えられて該電池セルを放電する第1および第2の放電手段を制御して実行する自動車のバッテリの制御方法であって、
前記第2の放電手段は、それぞれに設けられた蓄電手段から電力の供給を受けている間だけ作動して電池セルを放電するように構成されており、
自動車の運転開始時の各電池セルの充電率を検出する運転開始時充電率検出工程と、
当該運転のルート情報に基づいて、当該運転の終了時を推定するとともに、当該運転の開始時から推定終了時までのバランシングを実行しない場合の各電池セルの充電率変化を推定する充電率変化推定工程と、
前記運転開始時充電率検出工程の検出結果と前記充電率変化推定工程の推定結果とに基づいて、前記推定終了時における各電池セルの充電率を算出する推定終了時充電率算出工程と、
前記推定終了時充電率算出工程で算出された充電率を略均一充電率にするために必要な各電池セルの放電量を算出する第1の放電量算出工程と、
各電池セルについて、前記第1の放電手段による前記第1の放電量算出工程で算出された放電量の放電に必要な時間を算出する放電時間算出工程と、
各電池セルについて、前記放電時間算出工程で算出された放電時間に基づいて、前記推定終了時に充電率が前記均一充電率になるように前記第1の放電手段の放電開始時を算出する放電開始時算出工程と、
各電池セルに対して、前記第1の放電手段を制御して前記放電開始時算出工程で算出された放電開始時から放電を開始して推定終了時に該放電を終了する放電工程と、
前記推定終了時に各電池セルの充電率を検出する推定終了時充電率検出工程と、
前記推定終了時充電率検出工程で検出された充電率から前記均一充電率にするために必要な各電池セルの放電量を算出する第2の放電量算出工程と、
前記第2の放電量算出工程で算出された放電量を放電するのに必要な各電池セルの前記第2の放電手段の作動時間を算出する作動時間算出工程と、
前記作動時間算出工程で算出された作動時間だけ各電池セルの前記第2の放電手段を作動させるために必要な作動電力を算出する作動電力算出工程と、
前記作動電力算出工程で算出された作動電力を蓄えるように各第2の放電手段の前記蓄電手段を充電する充電工程とを含むことを特徴とする。
さらに、請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の自動車のバッテリの制御方法において、
前記運転開始時充電率検出工程の検出結果と前記充電率変化推定工程の推定結果とに基づいて、各電池セルについて、運転開始時から前記放電開始時までの間の所定時における充電率を推定する放電開始前充電率推定工程と、
前記所定時に各電池セルの充電率を検出する放電開始前充電率検出工程と、
前記放電開始前充電率推定工程で推定された推定充電率と前記放電開始前充電率検出工程で検出された検出充電率との差に基づいて、各電池セルについて、前記推定終了時に充電率が前記均一充電率になるように前記放電開始時を補正する放電開始時補正工程とを含むことを特徴とする。
さらにまた、請求項4に記載の発明は、請求項1から3のいずれか1項に記載の自動車のバッテリの制御方法において、
前記推定終了時に各電池セルの充電率を検出する推定終了時充電率検出工程と、
前記推定終了時充電率検出工程で検出された充電率と前記均一充電率とに基づいて、前記充電率変化推定工程の充電率変化の推定精度を判定する推定精度判定工程と、
前記推定精度判定工程で推定精度が所定精度より高いと判定されたときは、当該運転のルート情報と、当該運転で前記充電率変化推定工程が推定した各電池セルの充電率変化とを対応付けて記憶手段に記憶する工程とを含み、
前記充電率変化推定工程は、運転のルート情報を取得し、この取得ルート情報と略一致するまたは類似するルート情報が前記記憶手段に記憶されている場合は、この記憶されているルート情報に対応付けされている充電率変化を、取得ルート情報に基づいて推定された充電率変化とすることを特徴とする。
加えて、請求項5に記載の発明は、請求項1から4のいずれか1項に記載の自動車のバッテリの制御方法において、
前記充電率変化推定工程は、運転のルート情報を取得し、その取得したルート情報から当該運転の開始時から推定終了時までのバランシングを実行しない場合の各電池セルの充電率変化を推定することを特徴とする。
加えてまた、請求項6に記載の発明は、請求項1から5のいずれか1項に記載の自動車のバッテリの制御方法において、
自動車の駐車が開始されたか否かを判定する駐車判定工程と、
前記推定終了時前に前記駐車判定工程で駐車開始と判定された場合に、駐車中に複数の電池セルのバランシングを実行する駐車中バランシング工程とを含むことを特徴とする。
一方、請求項7に記載の発明は、自動車用バッテリを構成する複数の電池セルそれぞれの充電率を略均一充電率にするバランシングを実行する自動車のバッテリの制御装置であって、
各電池セルに備えられて該電池セルを放電する第1の放電手段と、
各電池セルの充電率を検出する充電率検出手段と、
自動車の運転開始時の各電池セルの充電率を前記充電率検出手段を介して取得する運転開始時充電率取得手段と、
当該運転のルート情報を取得して、当該運転の終了時を推定するとともに、当該運転の開始時から推定終了時までのバランシングを実行しない場合の各電池セルの充電率変化を推定する充電率変化推定手段と、
前記運転開始時充電率取得手段が取得した充電率と前記充電率変化推定手段の推定結果とに基づいて、前記推定終了時における各電池セルの充電率を算出する推定終了時充電率算出手段と、
前記推定終了時充電率算出手段が算出した充電率を略均一充電率にするために必要な各電池セルの放電量を算出する放電量算出手段と、
各電池セルについて、前記第1の放電手段による前記放電量算出手段が算出した放電量の放電に必要な時間を算出する放電時間算出手段と、
各電池セルについて、前記放電時間算出手段が算出した放電時間に基づいて、前記推定終了時に充電率が前記均一充電率になるように放電開始時を算出する放電開始時算出手段と、
各電池セルに対して、前記第1の放電手段を制御して前記放電開始時算出手段が算出した放電開始時から放電を開始して推定終了時に該放電を終了する放電制御手段とを有することを特徴とする。
また、請求項8に記載の発明は、自動車用バッテリを構成する複数の電池セルそれぞれの充電率を略均一充電率にするバランシングを実行する自動車のバッテリの制御装置であって、
各電池セルに備えられて該電池セルを放電する第1の放電手段と、
各電池セルに備えられて該電池セルを放電する第2の放電手段と、
前記第2の放電手段は、それぞれに設けられた蓄電手段から電力の供給を受けている間だけ作動して電池セルを放電するように構成されており、
各電池セルの充電率を検出する充電率検出手段と、
自動車の運転開始時の各電池セルの充電率を前記充電率検出手段を介して取得する運転開始時充電率取得手段と、
当該運転のルート情報を取得して、当該運転の終了時を推定するとともに、当該運転の開始時から推定終了時までのバランシングを実行しない場合の各電池セルの充電率変化を推定する充電率変化推定手段と、
前記運転開始時充電率取得手段が取得した充電率と前記充電率変化推定手段の推定結果とに基づいて、前記推定終了時における各電池セルの充電率を算出する推定終了時充電率算出手段と、
前記推定終了時充電率算出手段が算出した充電率を略均一充電率にするために必要な各電池セルの放電量を算出する第1の放電量算出手段と、
各電池セルについて、前記第1の放電手段による前記第1の放電量算出手段が算出した放電量の放電に必要な時間を算出する放電時間算出手段と、
各電池セルについて、前記放電時間算出手段が算出した放電時間に基づいて、前記推定終了時に充電率が前記均一充電率になるように前記第1の放電手段の放電開始時を算出する放電開始時算出手段と、
各電池セルに対して、前記第1の放電手段を制御して前記放電開始時算出手段が算出した放電開始時から放電を開始して推定終了時に該放電を終了する放電制御手段と、
前記推定終了時に各電池セルの充電率を前記充電率検出手段を介して取得する推定終了時充電率取得手段と、
前記推定終了時充電率取得手段が取得した充電率から前記均一充電率にするために必要な各電池セルの放電量を算出する第2の放電量算出手段と、
前記第2の放電量算出手段が算出した放電量を放電するのに必要な各電池セルの前記第2の放電手段の作動時間を算出する作動時間算出手段と、
前記作動時間算出手段が算出した作動時間だけ各電池セルの前記第2の放電手段を作動させるために必要な作動電力を算出する作動電力算出手段と、
前記作動電力算出手段が算出した作動電力を蓄えるように各第2の放電手段の前記蓄電手段を充電する充電手段とを有することを特徴とする。
さらに、請求項9に記載の発明は、請求項7または8に記載の自動車のバッテリの制御装置において、
前記運転開始時充電率取得手段が取得した充電率と前記充電率変化推定手段の推定結果とに基づいて、各電池セルについて、運転開始時から前記放電開始時までの間の所定時における充電率を推定する放電開始前充電率推定手段と、
前記所定時に各電池セルの充電率を前記充電率検出手段を介して取得する放電開始前充電率取得手段と、
前記放電開始前充電率推定手段が推定した推定充電率と前記放電開始前充電率取得手段が取得した取得充電率との差に基づいて、各電池セルについて、前記推定終了時に充電率が前記均一充電率になるように前記放電開始時を補正する放電開始時補正手段とを有することを特徴とする。
さらにまた、請求項10に記載の発明は、請求項7から9のいずれか1項に記載の自動車のバッテリの制御装置において、
前記推定終了時に各電池セルの充電率を前記充電率検出手段を介して取得する推定終了時充電率取得手段と、
前記推定終了時充電率取得手段が取得した充電率と前記均一充電率とに基づいて、前記充電率変化推定手段の充電率変化の推定精度を判定する推定精度判定手段と、
前記推定精度判定手段により推定精度が所定精度より高いと判定されたときは、当該運転のルート情報と、当該運転で前記充電率変化推定手段が推定した各電池セルの充電率変化とを対応付けて記憶する記憶手段と、
前記充電率変化推定手段は、運転のルート情報を取得し、この取得ルート情報と略一致するまたは類似するルート情報が前記記憶手段に記憶されている場合は、この記憶されているルート情報に対応付けされている充電率変化を、取得ルート情報に基づいて推定された充電率変化とすることを特徴とする。
加えて、請求項11に記載の発明は、請求項7から10のいずれか1項に記載の自動車のバッテリの制御装置において、
前記充電率変化推定手段は、運転のルート情報を取得し、その取得したルート情報から当該運転の開始時から推定終了時までのバランシングを実行しない場合の各電池セルの充電率変化を推定することを特徴とする。
加えてまた、請求項12に記載の発明は、請求項7から11のいずれか1項に記載の自動車のバッテリの制御装置において、
自動車の駐車が開始されたか否かを判定する駐車判定手段と、
前記推定終了時前に前記駐車判定手段が駐車開始と判定した場合に、駐車中に複数の電池セルのバランシングを実行する駐車中バランシング手段とを有することを特徴とする。
請求項1に記載の発明によれば、運転のルート情報に基づいて、当該運転の終了時が推定され、当該運転の開始時から推定終了時までのバランシングを実行しない場合の各電池セルの充電率変化と、運転開始時に検出した各電池セルの充電率とにより、推定終了時の各電池セルの充電率が算出される。次に、この推定終了時の電池セルの充電率を均一充電率にするために必要な各電池セルの放電量が算出される。続いて、推定終了時に各電池セルが均一充電率になるように、算出した放電量に基づいて、第1の放電手段の放電開始時が算出される。そして、運転中、放電開始時になった電池セルから第1の放電手段により放電が開始され、最終的に推定終了時に全ての電池セルの放電が終了される。これにより、自動車の運転中にバランシングが開始され、運転の実際の終了時に複数の電池セルの充電率のバランシングを完了することができる。
また、請求項2に記載の発明によれば、運転のルート情報に基づいて、当該運転の終了時が推定され、当該運転の開始時から推定終了時までのバランシングを実行しない場合の各電池セルの充電率変化と、運転開始時に検出した各電池セルの充電率とにより、推定終了時の各電池セルの充電率が算出される。次に、この推定終了時の電池セルの充電率を均一充電率にするために必要な各電池セルの放電量が算出される。続いて、推定終了時に各電池セルが均一充電率になるように、算出した放電量に基づいて、第1の放電手段の放電開始時が算出される。そして、運転中、放電開始時になった電池セルから第1の放電手段により放電が開始され、最終的に推定終了時に全ての電池セルの放電が終了される。
この放電終了後、すなわち推定終了時に各電池セルの充電率が検出され、均一充電率に達していない電池セルは、追加放電がされる。具体的には、各電池セルの均一充電率にするために必要な追加の放電量が算出され、この算出した追加放電量を放電するのに必要な第2の放電手段の作動時間が算出される。この後、電力を供給して第2の放電手段を作動させる蓄電手段に、算出した作動時間の作動に必要な電力が充電される。充電後、第2の放電手段は、電池セルの放電を開始し、蓄電手段が蓄える電力がなくなると自動停止する。このように蓄電手段により作動する第2の放電手段は、駐車中も放電することが可能であるため、追加放電を確実に完了できる。その結果、その完了時に全ての電池セルが略均一充電率にされる。すなわち、より完全にバランシングが完了する。
さらに、請求項3に記載の発明によれば、当該運転の開始時から推定終了時までのバランシングを実行しない場合の各電池セルの充電率変化と、運転開始時に検出した各電池セルの充電率とにより、放電開始時前の所定時の各電池セルの充電率が推定される。この推定の充電率と、前記所定時の各電池セルの充電率の検出値とに基づいて、放電開始時が推定終了時に充電率が均一充電率になるように補正される。各電池セルについて、放電開始前において、実際の充電率変化と推定した充電率変化との間に違いがあっても、推定終了時に充電率が均一充電率になるように放電開始時が補正されるため、推定終了時に全ての電池セルが略均一充電率にされる。これにより、運転の実際の終了時の各電池セルの充電率をより均一充電率にすることができる。
さらにまた、請求項4に記載の発明によれば、推定終了時、すなわちバランシング終了時に各電池セルの充電率が検出され、この検出した充電率と前記均一充電率とに基づいて、充電率変化推定工程の充電率変化の推定精度が判定される。検出した充電率が略前記均一充電率である場合は、充電率変化推定工程の当該運転の開始時から推定終了時までの各電池セルの充電率変化の推定が高精度であったことを意味する。すなわち、推定した充電率変化が実際の充電率変化に近かったことを意味する。
推定精度が高い場合は、当該運転のルート情報と、その推定精度が高い充電率変化とが対応付けされて記憶手段に記憶される。すなわち、記憶手段は、運転のルート情報と、該運転の開始時から推定終了時までのバランシングを実行しない場合の各電池セルの推定精度が高い充電率変化とを対応付けて保持する。
また、充電率変化推定工程では、運転のルート情報を取得すると、記憶手段を参照し、取得したルート情報と略一致するまたは類似するルート情報が記憶されているかを確認し、記憶されている場合は、その記憶されているルート情報に対応付けされている充電率変化を、取得したルート情報に基づいて推定された充電率変化とする。これにより、充電率変化の推定精度が向上する。これにより、運転の実際の終了時の各電池セルの充電率をより均一充電率にすることができる。
加えて、請求項5に記載の発明によれば、充電率変化推定工程では、運転のルート情報を取得し、その取得したルート情報から当該運転の開始時から推定終了時までのバランシングを実行しない場合の各電池セルの充電率変化を推定する。例えば、ルート情報に含まれる距離、道路の勾配、渋滞情報などにより、当該運転の開始時から推定終了時までのバランシングを実行しない場合の各電池セルの充電率変化を推定する。これにより、運転のルート情報が新規であっても、実際に近い、開始時から推定終了時までのバランシングを実行しない場合の各電池セルの充電率変化を推定することができる。その結果、当該運転終了時の各電池セルの充電率を均一充電率にすることができる。
加えてまた、請求項6に記載の発明によれば、推定終了時前に、言い換えるとバランシングが完了する前に自動車が駐車したとき、駐車中用のバランシングが実行される。これにより、推定終了時前に駐車されても、その駐車中にバランシングが実行されて各電池セルの充電率が均一充電率にされる。その結果、駐車後の運転開始時の複数の電池セル間の充電率バラツキを小さくすることができる。
一方、請求項7に記載の発明によれば、取得した運転のルート情報に基づいて、当該運転の終了時が推定され、当該運転の開始時から推定終了時までのバランシングを実行しない場合の各電池セルの充電率変化と、運転開始時に充電率検出手段により検出された各電池セルの充電率とにより、推定終了時の各電池セルの充電率が算出される。次に、この推定終了時の電池セルの充電率を均一充電率にするために必要な各電池セルの放電量が算出される。続いて、推定終了時に各電池セルが均一充電率になるように、算出した放電量に基づいて、第1の放電手段の放電開始時が算出される。そして、運転中、放電開始時になった電池セルから第1の放電手段により放電が開始され、最終的に推定終了時に全ての電池セルの放電が終了される。これにより、自動車の運転中にバランシングが開始され、運転の実際の終了時に複数の電池セルの充電率のバランシングを完了することができる。
また、請求項8に記載の発明によれば、取得した運転のルート情報に基づいて、当該運転の終了時が推定され、当該運転の開始時から推定終了時までのバランシングを実行しない場合の各電池セルの充電率変化と、運転開始時に充電率検出手段により検出された各電池セルの充電率とにより、推定終了時の各電池セルの充電率が算出される。次に、この推定終了時の電池セルの充電率を均一充電率にするために必要な各電池セルの放電量が算出される。続いて、推定終了時に各電池セルが均一充電率になるように、算出した放電量に基づいて、第1の放電手段の放電開始時が算出される。そして、運転中、放電開始時になった電池セルから第1の放電手段により放電が開始され、最終的に推定終了時に全ての電池セルの放電が終了される。
この放電終了後、すなわち推定終了時に各電池セルの充電率が充電率検出手段により検出され、均一充電率に達していない電池セルは、追加放電がされる。具体的には、各電池セルの均一充電率にするために必要な追加の放電量が算出され、この算出した追加放電量を放電するのに必要な第2の放電手段の作動時間が算出される。この後、電力を供給して第2の放電手段を作動させる蓄電手段に、算出した作動時間の作動に必要な電力が充電される。充電後、第2の放電手段は、電池セルの放電を開始し、蓄電手段が蓄える電力がなくなると自動停止する。このように蓄電手段により作動する第2の放電手段は、駐車中も放電することが可能であるため、追加放電を確実に完了できる。その結果、その完了時に全ての電池セルが略均一充電率にされる。すなわち、より完全にバランシングが完了する。
さらに、請求項9に記載の発明によれば、当該運転の開始時から推定終了時までのバランシングを実行しない場合の各電池セルの充電率変化と、運転開始時に検出した各電池セルの充電率とにより、放電開始時前の所定時の各電池セルの充電率が推定される。この推定の充電率と、前記所定時の充電率検出手段による各電池セルの充電率の検出値とに基づいて、放電開始時が推定終了時に充電率が均一充電率になるように補正される。これにより、各電池セルについて、放電開始前において、実際の充電率変化と推定した充電率変化との間に違いがあっても、推定終了時に充電率が均一充電率になるように放電開始時が補正されるため、推定終了時に全ての電池セルが略均一充電率にされる。これにより、運転の実際の終了時の各電池セルの充電率をより均一充電率にすることができる。
さらにまた、請求項10に記載の発明によれば、推定終了時、すなわちバランシング終了時に各電池セルの充電率が充電率検出手段により検出され、この検出した充電率と前記均一充電率とに基づいて、充電率変化推定手段の充電率変化の推定精度が判定される。検出した充電率が略前記均一充電率である場合は、充電率変化推定手段の当該運転の開始時から推定終了時までの各電池セルの充電率変化の推定が高精度であったことを意味する。すなわち、推定した充電率変化が実際の充電率変化に近かったことを意味する。
推定精度が高い場合は、当該運転のルート情報と、その推定精度が高い充電率変化とが対応付けされて記憶手段に記憶される。すなわち、記憶手段は、運転のルート情報と、該運転の開始時から推定終了時までのバランシングを実行しない場合の各電池セルの推定精度が高い充電率変化とを対応付けて保持する。
また、充電率変化推定手段は、運転のルート情報を取得すると、記憶手段を参照し、取得したルート情報と略一致するまたは類似するルート情報が記憶されているかを確認し、記憶されている場合は、その記憶されているルート情報に対応付けされている充電率変化を、取得したルート情報に基づいて推定された充電率変化とする。これにより、充電率変化の推定精度が向上する。これにより、運転の実際の終了時の各電池セルの充電率をより均一充電率にすることができる。
加えて、請求項11に記載の発明によれば、充電率変化推定手段は、運転のルート情報を取得し、その取得したルート情報から当該運転の開始時から推定終了時までのバランシングを実行しない場合の各電池セルの充電率変化を推定する。例えば、ルート情報に含まれる距離、道路の勾配、渋滞情報などにより、当該運転の開始時から推定終了時までのバランシングを実行しない場合の各電池セルの充電率変化を推定する。これにより、運転のルート情報が新規であっても、実際に近い、開始時から推定終了時までのバランシングを実行しない場合の各電池セルの充電率変化を推定することができる。その結果、当該運転終了時の各電池セルの充電率を均一充電率にすることができる。
加えてまた、請求項12に記載の発明によれば、推定終了時前に、言い換えるとバランシングが完了する前に自動車が駐車したとき、駐車中用のバランシングが実行される。これにより、推定終了時前に駐車されても、その駐車中にバランシングが実行されて各電池セルの充電率が均一充電率にされる。その結果、駐車後の運転開始時の複数の電池セル間の充電率バラツキを小さくすることができる。
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る自動車のバッテリ制御方法が実施する、バッテリを中心とする、バッテリ制御装置の構成を概略的に示している。
図1に示すように、バッテリBは、n個の電池セルE1〜Enを組み合わせて構成されており、このn個の電池セルは直列に接続されている。
このバッテリBは、電力の供給を受けて作動する、空調や照明などの電気負荷に電力を供給するために自動車に搭載されている。また、モータで自動車が走行する場合、モータにも電力を供給する。例えば、モータによって走行する電気自動車や、車輪の駆動はモータのみが行い、モータに電力を供給する手段としてバッテリと発電用のエンジンとを備えたシリーズ方式のハイブリッド自動車に搭載されている。
また、バッテリBは、例えばエンジンで走行する自動車の場合、自動車の減速中に車輪から動力が伝達されたエンジンが駆動する発電機により充電される。また、電気自動車の場合も、減速中に車輪から動力が伝達されたモータが発電機として機能することにより、バッテリBは充電される。
一方、シリーズ方式のハイブリッド自動車の場合、減速中に発電機としてモータによって充電される以外に、充電率(SOC)が所定の設定値以下になると、発電用エンジンにより充電される。この充電の場合、バッテリBのSOCに基づいて充電される。バッテリBを構成する複数の電池セルE1〜EnそれぞれのSOCに基づいて行われるわけでない。
バッテリBに対して充放電されると、複数の電池セルE1〜Enも充放電される。各電池セルのSOCは、常に均一充電率(均一SOC)にあるわけでなく、バッテリBの充放電や時間の経過により、バラツキが生じている。これは、製造に起因する性能のバラツキ等に起因しており、それにより蓄電可能な容量(最大蓄電量)や内部抵抗が異なるためによる。また、自己放電量が異なることにもよる。
この複数の電池セルE1〜En間のSOCのバラツキを解消するために、各電池セルのSOCを均一SOCに調整する、すなわちSOCのバランシングを行うコントローラCONが設けられている。
具体的には、複数の電池セルE1〜Enのそれぞれに、電圧を検出する電圧センサと放電する手段である放電回路が設けられており、コントローラCONは、電圧センサV1〜Vnからの検出信号に基づいて、放電回路DC1〜DCn(請求の範囲に記載の「第1の放電手段」に対応。)を制御することにより、複数の電池セルE1〜EnそれぞれのSOCを均一SOCにする。
電圧センサV1〜Vnそれぞれは、複数の電池セルE1〜EnそれぞれのSOCを算出するために、SOCと相関する電圧を検出するものであって、コントローラCONは、電圧センサからの検出信号に基づいて複数の電池セルE1〜EnそれぞれのSOCを算出する。そのために、コントローラCONは、各電池セル毎に、電圧とSOCとの関係を示すマップを、内部の記憶部(図示せず)に記憶している。したがって、電圧センサV1〜Vnは、SOCを検出する手段として機能している。なお、ここで検出される電圧は各セルの端子電圧であるが、運転開始時(IG−ON時)に検出した電圧であり開回路電圧(OCV)とみなしている。
なお、複数の電池セルE1〜EnそれぞれのSOCをより正確に算出するために、電池セルの温度も考慮してもよい。開回路電圧が温度の影響を受けるためである。この場合、複数の電池セルE1〜Enそれぞれに温度センサを設けるとともに、電圧およびSOCの関係を示すマップを記憶部内に記憶し、コントローラCONは、温度センサからの信号に基づき電圧センサから得られた電圧値を補正し、該マップに基づいて、SOCを算出するように構成する。
放電回路DC1〜DCnそれぞれは、複数の電池セルE1〜Enそれぞれを放電するためのものであって、電池セルに並列に配置された放電抵抗R1〜Rnと、該放電抵抗と電池セルとを接続するまたは遮断するスイッチS1〜Snとから構成されている。コントローラCONは、放電する場合、放電回路DC1〜DCnのスイッチS1〜SnをONし、それにより電池セルE1〜Enを放電抵抗R1〜Rnにより放電する。放電しない場合は、スイッチをOFFする。
コントローラCONは、電圧検出センサV1〜Vnからの検出信号に基づいて、放電回路DC1〜DCnのスイッチS1〜Snを制御することにより、図2に示すように、自動車の運転終了時(IGスイッチのOFF時)に、電池セルE1〜EnそれぞれのSOCが均一SOCになるようにバランシングを行うように構成されている。
当然ながら、IG−OFF時に電池セルE1〜EnそれぞれのSOCを均一SOCにするためには、IG−OFFが運転の開始時(IGスイッチのON時)から何時間経過後に乗員によってなされるかを知る必要がある。
IG−OFF時を知るために、コントローラCONは、図1に示すように、カーナビケーション装置NAVから、当該運転のルート情報を取得する。
カーナビケーション装置NAVは、簡単に説明すると、地図データを内部の記憶部に記憶しており、タッチパネルなどの入力装置に対して、乗員によって目的地に対応する操作がなされると、地図データに基づいて現在地から目的地までのルートを算出する。そして、算出したルートを、ディスプレイに表示する。コントローラCONは、このルートの情報をデータとしてカーナビケーション装置NAVから取得する。なお、本明細書において、「ルート情報(データ)」は、単純に運転中の走行軌跡データだけでなく、装置が計算した目的地到達予定時間のデータや地図データに基づく運転中に通過する道路のデータ(例えば、高速道路や一般道路などの種類のデータ、道路の勾配データ、渋滞データ)なども含む。
ルート情報データをカーナビケーション装置NAVから取得すると、コントローラCONは、取得したルート情報データに基づき、運転終了時(IG−OFF時)tを推定する。
IG−OFF時tを推定すると、次にコントローラCONは、この推定IG−OFF時tにおけるバランシングを実行しない場合の複数の電池セルE1〜EnそれぞれのSOC(n)算出する。このSOC(n)の算出を、運転開始時(IG−ON時)に検出した電圧に基づいて算出されたSOC(n)と、IG−ON時から推定IG−OFF時tまでのバランシングを実行しない場合のSOC変化に基づいて、コントローラCONは行う。このSOC変化を、コントローラCONは、取得したルート情報データに基づいて推定する(推定方法の詳細は後述する。)。
例えば、図3に示すように、IG−ON時から推定IG−OFF時tまでのバランシングを実行しない場合のSOC変化が推定される。図3は、電池セルEnの、IG−ON時をゼロとし、そこから時間tの経過に従って変化するSOC(n,t)を示している。したがって、例えば、電池セルEnの推定IG−OFF時tにおけるバランシングを実行しない場合のSOC(n)は、SOC(n)+SOC(n,t)となる。
各電池セルについて推定IG−OFF時tにおけるバランシングを実行しない場合のSOC(n)が算出されると、この算出したSOC(n)を均一SOCにするために必要な放電量を、各電池セル毎に、コントローラCONは算出する。
放電量の算出について説明する。まず、各電池セルの算出されたSOC(n)の中から、最小値を見出す。この最小値が、目指す均一SOC(SOC)になる。そして、他の電池セルについて、SOC(n)からSOCになるために必要な放電量を算出する。
電池セルEnについて、SOC(n)とSOCとの差をΔSOC(n)とすると、放電量EDC(n)は、数1に示す式で算出される。
(数1)
DC(n)=ΔSOC(n)×C(n)/100
数1の式において、C(n)は、電池セルEnの容量(最大蓄電量)である。
各電池セルの放電量EDC(n)が算出されると、その量の放電に必要な放電時間TDC(n)を、コントローラCONは算出する。電池セルEnの放電時間TDC(n)は、数2に示す式で算出される。
(数2)
DC(n)=EDC(n)×r(n)/VAVE(n)
数2の式において、r(n)は電池セルEnの内部抵抗であり、VAVE(n)は、自動車の運転中の電池セルEnの平均電圧である。
各電池セルの放電時間TDC(n)が算出されると、コントローラCONは、推定IG−OFF時tに放電量EDC(n)の放電が終了するために必要な放電開始時t(n)を算出する。例えば、電池セルEnは、放電時間TDC(n)が50分である場合、放電開始時t(n)は、推定IG−OFF時tの50分前となる。
各電池セルの放電開始時t(n)を算出すると、コントローラCONは、算出した放電開始時t(n)になった電池セルから、対応する放電回路のスイッチをONにして放電を開始する。
したがって、推定IG−OFF時tまでに全ての電池セルE1〜En(SOC(n)がSOCのセルを除いて)が放電を開始し、推定IG−OFF時tにSOCが略SOCになる。推定IG−OFF時tになると、コントローラCONは、放電回路DC1〜DCnの全てのスイッチS1〜SnをOFF制御する。
ここまで、コントローラCONによる複数の電池セルE1〜EnのSOCのバランシングを説明したが、実際のIG−OFF時に各電池セルのSOCが均一SOCになるためには、コントローラCONは、カーナビケーション装置NAVから取得したルート情報データに基づいて、推定IG−OFF時tを実際のIG−OFF時に正確に推定することと、IG―ON時から推定IG−OFF時tまでのバランシングを実行しない場合の各電池セルのSOC変化SOC(n,t)をIG−ON時から実際のIG−OFF時までのSOC変化に正確に推定することが必要である。
推定IG−OFF時tは、ルート情報データに含まれる、カーナビケーション装置が算出する目的地到達予定時間に基づいて、正確に推定することができる。
IG―ON時から推定IG−OFF時tまでのバランシングを実行しない場合の各電池セルのSOC変化SOC(n,t)は、ルート情報データに含まれる道路の種類データや勾配データなどから推定することができる。
例えば電気自動車の場合、高速道路上の運転の場合、自動車は、一定の高速の速度で走行すると考えられるので、バッテリのSOC、すなわち各電池セルのSOCは、直線的に小さくなると推定できる。また、降りの道路上の運転の場合、バッテリ(各電池セル)がその勾配に対応して充電されると考えられるので、勾配に対応してSOCは大きくなると推定できる。さらに、渋滞の多い道路や信号が多い道路の場合、自動車は頻繁に加減速し、走行時間に比べて停止時間が長く、それにより停止中に作動する電気負荷が安定して電力を消費することや減速中に大きく充電されることが期待できないことが考えられるので、段階的にSOCが小さくなると推定できる。
また、ハイブリッド自動車の場合、例えば車速と要求トルクでエンジンによる走行領域とバッテリによる走行領域とが決定されるので、上記と同様に走行路の地形、渋滞度合、信号等の設置状況から、バッテリによる走行領域の頻度を推定でき、SOCも推定できる。
さらに、シリーズ方式のハイブリッド自動車の場合、バッテリのSOCが所定の設定値以下になると、発電用エンジンにより充電されるので、各電池セルのSOCはある値よりは小さくならないと推定できる。
これにより、コントローラCONは、ルート情報データが新規であっても、実際に近い、IG―ON時から推定IG−OFF時tまでのバランシングを実行しない場合の各電池セルのSOC変化SOC(n,t)を推定することができる。その結果、当該運転の実際の終了時の複数の電池セルE1〜EnのSOCを均一SOCにすることができる。
一方、カーナビケーション装置NAVから取得したルート情報データが新規でない場合、言い換えると過去に取得したルート情報データと略一致するまたは類似する場合、この過去に取得したルート情報データに基づいて推定されたSOC変化SOC(n,t)を使用することも可能である。
そのために、コントローラCONは、推定IG−OFF時tになると、電圧センサV1〜Vnからの検出信号に基づいて、推定IG−OFF時tにおける各電池セルのSOCRE(n)を算出する。すなわち、上述したように、IG−ON時のSOC(n)とIG−ON時から推定IG−OFF時tまでのバランシングを実行しない場合のSOC変化SOC(n,t)とに基づいて算出されたSOC(n)とは異なる、推定IG−OFF時tにおける実際のSOCRE(n)を算出する。
次に、コントローラCONは、各電池セルについて、SOCRE(n)とSOCとの差の絶対値が予め決められた所定値以下か否かを判定する。SOCRE(n)とSOCとの差の絶対値が所定値以下である場合、すなわちSOCRE(n)がSOCと略同一である場合、上述したようにSOCがIG−ON時に算出したSOC(n)とIG−ON時から推定IG−OFF時tまでのバランシングを実行しない場合のSOC変化SOC(n,t)とに基づいて算出された各電池セルのSOC(n)の中の最小値であるので、その推定したSOC変化SOC(n,t)が実際のSOC変化と近かったことを意味する。すなわち高精度に推定されたことを意味する。
SOCRE(n)とSOCとの差の絶対値が所定値以下である場合、コントローラCONは、カーナビケーション装置NAVから取得したルート情報データとともに、該ルート情報データに基づいて上述したように推定したIG−ON時から推定IG−OFF時tまでのバランシングを実行しない場合のSOC変化SOC(n,t)を対応付けしてデータとして記憶部に記憶する。
一方、SOCRE(n)とSOCとの差の絶対値が所定値以下でない場合、コントローラCONは、SOCRE(n)とSOCとの差に基づいて、カーナビケーション装置NAVから取得したルート情報データに基づいて推定したIG−ON時から推定IG−OFF時tまでのバランシングを実行しない場合のSOC変化SOC(n,t)を、推定IG−OFF時tにおける各電池セルのSOCがSOCになるように補正する。そして、ルート情報データとともに、補正したSOC変化SOC(n,t)を対応付けしてデータとして記憶部に記憶する。
そのため、図4に概念的に示すように、コントローラCONの記憶部は、複数のルート情報データR(1)〜R(m)と、各ルート情報データ毎に対応付けされた複数のSOC変化SOC(m、n、t)のデータ、すなわち該ルート情報データに対応する運転のIG−ON時から推定IG−OFFt時までのバランシングを実行しない場合の、実際と略一致するの各電池セルのSOC変化SOC(m、n、t)のデータとを保持する。記憶部内のルート情報データは、SOC変化データを検出するためのインデックスとして扱われる。
また、コントローラCONは、カーナビケーション装置NAVからルート情報データを取得すると、記憶部を参照し、取得したルート情報データと略一致するまたは類似するルート情報データが記憶されている場合は、この記憶されているルート情報に対応付けされているSOC変化データが示すSOC変化を、取得ルート情報に基づいて推定されたSOC変化とする。また、このSOC変化も、上述するように推定IG−OFF時tにおいてSOCRE(n)とSOCとの差の絶対値が所定値以下であるか否が判定され、所定値以下でない場合、補正される。これにより、コントローラCONは、運転の実際の終了時の複数の電池セルE1〜EnそれぞれのSOCをより均一SOCにすることができる。
ここからは、今まで説明してきたコントローラCONの複数の電池セルE1〜Enに対する動作の流れを、図5に示すフローを参照しながら説明する。フローに示す動作は、IG−ONされて開始する。
まず、ステップS100において、コントローラCONは、IG―ON時の電圧センサV1〜Vnからの検出信号に基づいて、IG−ON時の複数の電池セルE1〜Enそれぞれの電圧値を取得する。
次に、ステップS110において、コントローラCONは、ステップS100で取得した電圧値に基づいて、IG−ON時の各電池セルのSOC(n)を算出する。
続いて、ステップS120において、コントローラCONは、カーナビケーション装置NAVからルート情報データを取得する。
ステップS130において、コントローラCONは、ステップS120で取得したルート情報データに基づいて、当該運転のIG−OFF時tを推定する。
ステップS140において、コントローラCONは、記憶部を参照し、ステップS120で取得したルート情報データと、略同一または類似するルート情報データが記憶されているか否かを確認する。記憶されていることが確認された場合、ステップS150に進む。そうでない場合、ステップS160に進む。
ステップS150において、コントローラCONは、ステップS120で取得したルート情報データと略同一または類似のルート情報データと対応付けされたSOC変化データが示すSOC変化SOC(n,t)を、当該運転のIG−ON時からステップS130で推定したIG−OFF時tまでのバランシングを実行しない場合のSOC変化として取得する。そして、ステップS170に進む。
一方、ステップS160において、コントローラCONは、ステップS120で取得したルート情報データに基づいて、複数の電池セルE1〜EnそれぞれのIG−ON時からステップS130で推定したIG−OFF時tまでのバランシングを実行しない場合のSOC変化SOC(n,t)を推定する。
ステップS170において、コントローラCONは、ステップS110で算出したIG−ON時のSOC(n)と、ステップS150で取得したSOC変化SOC(n,t)またはステップS160で推定したSOC変化SOC(n、t)とに基づいて、推定IG−OFF時tにおける各電池セルの充電率SOC(n)を算出する。
ステップS180において、コントローラCONは、ステップS170で算出した各電池セルのSOC(n)に基づいて、均一充電率SOCを算出する。すなわち、各電池セルのSOC(n)の中の最小値をSOCとする。
ステップS190において、コントローラCONは、SOC(n)とステップS180で算出したSOCに基づいて、各電池セルの放電量EDC(n)を算出する。
ステップS200において、コントローラCONは、ステップS190で算出した放電量EDC(n)の放電に必要な各電池セルの放電時間TDC(n)を算出する。
ステップS210において、コントローラCONは、推定IG−OFF時tと、ステップS200で算出した放電時間TDC(n)に基づいて、各電池セルの放電開始時t(n)を算出する。
ステップS220において、コントローラCONは、ステップ210で算出した放電開始時t(n)になった電池セルから、該電池セルを放電する放電回路のスイッチをON制御する、すなわち放電を開始する。
ステップS230において、コントローラCONは、推定IG−OFF時tになったか否かを判定する。推定IG−OFF時tになったと判定した場合、バランシングが完了したとして、ステップS240に進み、電池セルE1〜Enの放電回路DC1〜DCnの全てのスイッチS1〜SnをOFF制御する、すなわち放電を終了する。
バランシングの完了後、ステップS250において、コントローラCONは、電圧センサV1〜Vnからの検出信号に基づいて、推定IG−OFF時tにおける各電池セルの電圧値を取得する。
ステップS260において、コントローラCONは、S250で取得した電圧値に基づいて、推定IG−OFF時tにおける各電池セルの実際の充電率SOCRE(n)を算出する。
ステップS270において、コントローラCONは、各電池セルについて、ステップS260で算出したSOCRE(n)とSOCとの差の絶対値が所定値以下か否かを判定する。すなわち、推定IG−OFF時tにおいて、各電池セルのSOCがSOCに略達しているか否かを判定する。所定値以下である場合、ステップS280に進む。そうでない場合、ステップS290に進む。
ステップS280において、コントローラCONは、ステップS120で取得したルート情報データと、ステップS150で取得したSOC変化SOC(n,t)またはステップS160で推定したSOC変化SOC(n,t)を対応付けして記憶部に記憶する。そして終了する。
一方、ステップS290において、コントローラCONは、SOCRE(n)とSOCとの差に基づいて、ステップS150で取得したSOC変化SOC(n,t)またはステップS160で推定したSOC変化SOC(n,t)を補正する。
ステップ300において、コントローラCONは、ステップS120で取得したルート情報データと、ステップS290で補正したSOC変化SOC(n,t)を対応付けして記憶部に記憶する。そして、終了する。
本実施形態によれば、自動車の運転中にバランシングが開始され、運転の実際の終了時に複数の電池セルE1〜Enのバランシングを完了することができる。
(第2の実施形態)
上述の実施形態の場合、図5に示すステップS270に示すように、複数の電池セルE1〜Enそれぞれについて、推定IG−OFF時tにおける実際のSOCRE(n)とSOCとの差の絶対値が所定値以下であるか否かを判定するだけで、少なくとも1つの電池セルのその差が大きい場合も、すなわち、全ての電池セルのSOCがSOCに達していないにも関わらず、バランシングを完了する。本実施形態は、これを考慮し、推定IG−OFF時tにSOCに達していない電池セルに対して追加の放電を実行するものである。
第1の実施形態と異なる点は、コントローラCONの動作だけである。
本実施形態のコントローラCONは、図5に示すフローに従って動作するとともに、図6に示すフローの動作を、図5のステップS300に続いて実施する。したがって、図6のフローについてのみ説明する。
まず、ステップS400において、コントローラCONは、SOCRE(n)とSOCとの差に基づいて、各電池セルの追加の放電量、すなわちSOCにするために必要な放電量EADC(n)を数1の式に基づいて算出する。
次に、ステップS410において、コントローラCONは、ステップS400で算出した追加放電量EADC(n)の放電に必要な各電池セルの追加放電時間TADC(n)を数2の式に基づいて算出する。
算出後、ステップS420において、コントローラCONは、放電回路DC1〜DCnのスイッチS1〜Sn全てをON制御する、すなわち電池セルE1〜En全ての追加放電を同時に実行する(ただし、追加放電の必要がない電池セル、すなわちSOCが略SOCである電池セルを除く。)。
そして、ステップS430において、コントローラCONは、ステップS420の放電開始から、ステップS410で算出した追加放電時間TADC(n)経過した電池セルの放電回路のスイッチをOFF制御する、すなわち該電池セルの放電を終了する。
本実施形態によれば、追加放電の完了後、全ての電池セルのSOCが、略均一SOCにされる。すなわち、バランシングが完全に完了する。
(第3の実施形態)
上述の第2の実施形態の場合、推定IG−OFF時t後にSOCに達していない電池セルに対して追加の放電が実行されるが、推定IG−OFF時tにまたはその近傍時に実際にIG−OFFされると、コントローラCONが停止して、その追加放電が途中で中止される可能性がある。本実施形態は、これを考慮し、追加放電中にコントローラCONが実際にIG−OFFされて停止しても、該追加放電を完了するまで継続することができるようにしたものである。すなわち、より完全にバランシングを完了させるものである。
図7は、本実施形態に係る自動車のバッテリ制御方法が実施する、バッテリを中心とする、バッテリ制御装置の構成を概略的に示している。ただし、コントローラCON、カーナビケーション装置NAV、および電圧センサV1〜Vnは省略している。
図1に示す第1および第2の実施形態では、各電池セルに設けられていた放電回路は1つであったが、本実施形態では、第1および第2放電回路が設けられている。
第1放電回路DC11〜DC1nは、図1に示す放電回路DC1〜DCnと同一である。したがって、説明は省略する。
第2放電回路DC21〜DC2n(請求の範囲に記載の「第2の放電手段」に対応。)は、電池セルE1〜Enと並列に配置された放電抵抗R211〜R2n1と、放電抵抗R211〜R2n1と電池セルE1〜Enとを接続するまたは遮断するMOSトランジスタスイッチMTr1〜MTrnと、MOSトランジスタスイッチMTr1〜MTrnのゲート電極に一方の極が接続されるとともに他方の極がソース電極にスイッチS21〜S2nにより接続されるまたは遮断されるコンデンサC1〜Cnと、コンデンサC1〜Cnと並列に配置された放電抵抗R212〜R2n2とを有する。
また、放電回路DC21〜DC2nは、コンデンサC1〜Cnを充電する充電回路CC1〜CCnを備える。充電回路CC1〜CCnは、コンデンサC1〜Cnの一方の極と他の電源Exとを電圧調整回路VAC1〜VACnを介して接続するまたは遮断するスイッチCS11〜CSn1と、コンデンサC1〜Cnの他方の極とグラウンドとを接続するまたは遮断するスイッチCS12〜CSn2とを有する。
コントローラCONは、スイッチS21〜S2n、スイッチCS11〜CSn1、スイッチCS12〜CSn2、および電圧調整回路VAC1〜VACnを制御することにより、電池セルE1〜Enを放電する。
その放電方法を、電池セルE1を例に挙げて説明する。
まず、スイッチS21がOFF状態で、スイッチCS11とCS12とがONされる。これにより、電圧調整回路VAC1により電圧が調整された状態で他の電源ExによりコンデンサC1が充電される。コンデンサC1がその電圧が所定電圧になるまで充電されるとスイッチCS11とCS12とがOFFされる。その後、スイッチS21がONされると、コンデンサC1の所定電圧がMOSトランジスタスイッチMTr1のゲート電極に印加される。それにより、電池セルE1から放電抵抗R211に電流が流れ、電池セルE1が放電される。一方、コンデンサC1から放電抵抗R212にも電流が流れ、コンデンサC1も放電し、その電圧が所定電圧から低下していく。
コンデンサC1の電圧がMOSトランジスタスイッチMTr1のスレッショールド電圧に低下すると、電池セルE1から放電抵抗R211に電流が流れなくなり、電池セルE1の放電が終了する。
すなわち、コンデンサC1の蓄電量(電圧)を調整することにより、電池セルE1の放電時間が設定される。そして、その放電時間が経過すると、放電は、コントローラCONに制御されることなく自動的に終了する。したがって、放電が開始された後に、IG−OFFされてコントローラCONが停止しても、設定された放電時間が経過するまで放電は継続される。
本実施形態のコントローラCONの動作のフローを説明する。本実施形態のフローは、図5に示すフローのステップS300の後に、図8に示すフローを追加したものである。したがって、図8に示す追加のフローのみを説明する。
ステップS500において、コントローラCONは、SOCRE(n)とSOCとの差に基づいて、各電池セルの追加の放電量、すなわちSOCにするために必要な放電量EADC(n)を上述の数1の式に基づいて算出する。
次に、ステップS510において、コントローラCONは、ステップS500で算出した追加放電量EADC(n)の放電に必要な放電時間を上述の数2に示す式に基づいて算出する、すなわち第2放電回路DC21〜DC2nそれぞれの作動時間Ta(n)を算出する。言い換えると、MOSトランジスタスイッチMTr1〜MTrnそれぞれをON状態で維持する時間、さらに言い換えると、コンデンサC1〜CnがスイッチS21〜S2nがONされてスレッショールド電圧に低下するまでの時間を算出する。
続いて、ステップS520において、コントローラCONは、ステップS520で算出した作動時間Ta(n)作動するのに必要な第2放電回路DC21〜DC2nそれぞれの作動電力P(n)、すなわちコンデンサC1〜Cnそれぞれに蓄電する、スレッショールド電圧に低下するまでに作動時間Ta(n)だけ必要な電荷量を算出する。
具体的には、スレッショールド電圧に低下するまでに作動時間Ta(n)だけ必要な電荷量に対応する電圧に、コンデンサC1〜Cnを電圧調整回路VAC1〜VACnを介して調整する。その電圧E(n)は、数3の式で示される。
(数3)
E(n)=Eth(n)/exp(−Ta(n)/(r2n2(n)×C(n))
数3において、Eth(n)は、電池セルEnのMOSトランジスタスイッチMTrnのスレッショールド電圧であり、r2n2(n)は抵抗R2n2の抵抗値、C(n)はコンデンサCnの容量(最大蓄電量)である。
ステップS530において、コントローラCONは、ステップS520で算出した作動電力P(n)に対応する電荷をコンデンサC1〜CnにスイッチCS11〜CSn1とスイッチCS12〜CSn2とをONにして充電する。
ステップS530の充電が終了すると、ステップS540において、コントローラCONは、スイッチCS11〜CSn1とスイッチCS12〜CSn2とをOFFにし、スイッチS21〜S2nをONする。これにより放電を開始する。
本実施形態によれば、コントローラCONが追加放電中に停止しても、追加放電は継続し、そして完了する。すなわち、より完全にバランシングが完了する。
以上、3つの実施形態を挙げて本発明を説明した本発明は、これに限定されない。
例えば、運転のIG−ON時から推定IG−OFF時tまでのバランシングを実行しない場合の各電池セルのSOC変化SOC(n,t)と、IG−ON時に検出した各電池セルのSOC(n)とにより、放電開始時t(n)前の所定時(例えば、t(n)の10分前)の各電池セルのSOCを推定し、この推定SOCと、実際の所定時のSOC(所定時に検出した電圧に基づいて算出されたSOC)とに基づいて、すなわちこれら差に基づいて、推定IG−OFF時tに各電池セルのSOCがSOCになるように、放電開始時t(n)を補正するようにしてもよい。
各電池セルについて、放電開始前において、実際のSOC変化と推定したSOCとの間に違いがあっても、推定IG−OFF時tにSOCがSOCになるように放電開始時t(n)が補正されるため、推定IG−OFF時tに全ての電池セルが略SOCにされる。これにより、運転の実際の終了時の各電池セルの充電率をより均一充電率にすることができる。
また、第3の実施形態の場合、推定IG−OFF時t後における実際のIG−OFF後の駐車中もバランシングが行われる。これと異なり、放電開始時t(n)から推定IG−OFF時tまでの間に、すなわちバランシング完了前に実際にIG−OFFされた場合、その後に、駐車中用のバランシングを実行するようにしてもよい。
例えば、駐車開始を検出する手段(例えば、実際のIG−OFFを検出する手段)を設けるとともに、該手段が放電開始時t(n)から推定IG−OFF時tまでの間に実際のIG−OFFを検出した場合、すなわち駐車の開始を検出した場合に、推定IG−OFF時tまでコントローラCONを作動し続ける手段を設ける(例えば、駐車中のコントローラCONに作動電力を推定IG−OFF時tまで供給し続けることができるコンデンサなどの予備電源を設けておく。)これにより、推定IG−OFF時t前に駐車されても、その駐車中にバランシングが実行されて各電池セルの充電率が均一充電率にされる。その結果、駐車後のIG−ON時の複数の電池セル間のSOCバラツキを小さくすることができる。
さらに、上述に記載するように、電池セルのSOCを算出するために電圧を検出している。IG−ON時、推定IG−OFF時、および放電開始時前の所定時に電圧を検出している。IG−ON時の電圧は、その検出タイミングをIGスイッチがONされて複数の電気負荷が作動するまでの間に設定すれば、電池セルの電流が流れる前の電圧、すなわち電池セルの開回路電圧(OCV)を検出することができる、すなわち安定した値の電圧値を取得することができる。
一方、推定IG−OFF時および放電開始時前の所定時は、電気負荷の作動状態が頻繁に変化している可能性があり、そのために各電池セルの電圧値が安定していないことがある。その場合、検出タイミングを正確に推定IG−OFF時および放電開始時前の所定時に合わせるのではなく、その近傍の安定しているときの電圧値を推定IG−OFF時および放電開始時前の所定時の電圧値としてもよい。
以上のように、本発明に係る自動車のバッテリの制御方法及びその装置は、自動車用バッテリを構成する複数の電池セルそれぞれの充電率を略均一充電率にするバランシングを自動車の運転中に実行し、当該運転の終了時に各電池セルの充電率を略均一充電率にすることができる、言い換えると運転中にバランシングを完了することができる。したがって、バッテリを搭載する自動車の製造産業の分野において好適に利用される可能性がある。
本発明の第1の実施形態に係るバッテリの制御装置を概略的に示す図である。 本発明に係るバランシングを説明するための図である。 電池セルEnのSOC変化を示す図である。 記憶部内のルート情報と複数のSOC変化との対応付けをイメージした図である。 第1の実施形態の動作のフロー図である。 第2の実施形態の動作の一部のフロー図である。 第3の実施形態に係るバッテリの制御装置を概略的に示す図である。 第3の実施形態の動作の一部のフロー図である。
符号の説明
SOC(n) 各電池セルの運転開始(IG−ON)時のSOC
運転の推定終了(IG−OFF)時
SOC(n,t) 運転の開始時から推定終了時tまでの各電池セルのSOC変化
SOC(n) 推定終了時tにおける各電池セルのSOC
SOC 均一のSOC
DC(n) 各電池セルの放電量
DC(n) 各電池セルの放電時間
(n) 各電池セルの放電開始時

Claims (12)

  1. 自動車用バッテリを構成する複数の電池セルそれぞれの充電率を略均一充電率にするバランシングを、各電池セルに備えられて該電池セルを放電する第1の放電手段を制御して実行する自動車のバッテリの制御方法であって、
    自動車の運転開始時の各電池セルの充電率を検出する運転開始時充電率検出工程と、
    当該運転のルート情報に基づいて、当該運転の終了時を推定するとともに、当該運転の開始時から推定終了時までのバランシングを実行しない場合の各電池セルの充電率変化を推定する充電率変化推定工程と、
    前記運転開始時充電率検出工程の検出結果と前記充電率変化推定工程の推定結果とに基づいて、前記推定終了時における各電池セルの充電率を算出する推定終了時充電率算出工程と、
    前記推定終了時充電率算出工程で算出された充電率を略均一充電率にするために必要な各電池セルの放電量を算出する放電量算出工程と、
    各電池セルについて、前記第1の放電手段による前記放電量算出工程で算出された放電量の放電に必要な時間を算出する放電時間算出工程と、
    各電池セルについて、前記放電時間算出工程で算出された放電時間に基づいて、前記推定終了時に充電率が前記均一充電率になるように放電開始時を算出する放電開始時算出工程と、
    各電池セルに対して、前記第1の放電手段を制御して前記放電開始時算出工程で算出された放電開始時から放電を開始して推定終了時に該放電を終了する放電工程とを含むことを特徴とする自動車のバッテリの制御方法。
  2. 自動車用バッテリを構成する複数の電池セルそれぞれの充電率を略均一充電率にするバランシングを、各電池セルに備えられて該電池セルを放電する第1および第2の放電手段を制御して実行する自動車のバッテリの制御方法であって、
    前記第2の放電手段は、それぞれに設けられた蓄電手段から電力の供給を受けている間だけ作動して電池セルを放電するように構成されており、
    自動車の運転開始時の各電池セルの充電率を検出する運転開始時充電率検出工程と、
    当該運転のルート情報に基づいて、当該運転の終了時を推定するとともに、当該運転の開始時から推定終了時までのバランシングを実行しない場合の各電池セルの充電率変化を推定する充電率変化推定工程と、
    前記運転開始時充電率検出工程の検出結果と前記充電率変化推定工程の推定結果とに基づいて、前記推定終了時における各電池セルの充電率を算出する推定終了時充電率算出工程と、
    前記推定終了時充電率算出工程で算出された充電率を略均一充電率にするために必要な各電池セルの放電量を算出する第1の放電量算出工程と、
    各電池セルについて、前記第1の放電手段による前記第1の放電量算出工程で算出された放電量の放電に必要な時間を算出する放電時間算出工程と、
    各電池セルについて、前記放電時間算出工程で算出された放電時間に基づいて、前記推定終了時に充電率が前記均一充電率になるように前記第1の放電手段の放電開始時を算出する放電開始時算出工程と、
    各電池セルに対して、前記第1の放電手段を制御して前記放電開始時算出工程で算出された放電開始時から放電を開始して推定終了時に該放電を終了する放電工程と、
    前記推定終了時に各電池セルの充電率を検出する推定終了時充電率検出工程と、
    前記推定終了時充電率検出工程で検出された充電率から前記均一充電率にするために必要な各電池セルの放電量を算出する第2の放電量算出工程と、
    前記第2の放電量算出工程で算出された放電量を放電するのに必要な各電池セルの前記第2の放電手段の作動時間を算出する作動時間算出工程と、
    前記作動時間算出工程で算出された作動時間だけ各電池セルの前記第2の放電手段を作動させるために必要な作動電力を算出する作動電力算出工程と、
    前記作動電力算出工程で算出された作動電力を蓄えるように各第2の放電手段の前記蓄電手段を充電する充電工程とを含むことを特徴とする自動車のバッテリの制御方法。
  3. 請求項1または2に記載の自動車のバッテリの制御方法において、
    前記運転開始時充電率検出工程の検出結果と前記充電率変化推定工程の推定結果とに基づいて、各電池セルについて、運転開始時から前記放電開始時までの間の所定時における充電率を推定する放電開始前充電率推定工程と、
    前記所定時に各電池セルの充電率を検出する放電開始前充電率検出工程と、
    前記放電開始前充電率推定工程で推定された推定充電率と前記放電開始前充電率検出工程で検出された検出充電率との差に基づいて、各電池セルについて、前記推定終了時に充電率が前記均一充電率になるように前記放電開始時を補正する放電開始時補正工程とを含むことを特徴とする自動車のバッテリの制御方法。
  4. 請求項1から3のいずれか1項に記載の自動車のバッテリの制御方法において、
    前記推定終了時に各電池セルの充電率を検出する推定終了時充電率検出工程と、
    前記推定終了時充電率検出工程で検出された充電率と前記均一充電率とに基づいて、前記充電率変化推定工程の充電率変化の推定精度を判定する推定精度判定工程と、
    前記推定精度判定工程で推定精度が所定精度より高いと判定されたときは、当該運転のルート情報と、当該運転で前記充電率変化推定工程が推定した各電池セルの充電率変化とを対応付けて記憶手段に記憶する工程とを含み、
    前記充電率変化推定工程は、運転のルート情報を取得し、この取得ルート情報と略一致するまたは類似するルート情報が前記記憶手段に記憶されている場合は、この記憶されているルート情報に対応付けされている充電率変化を、取得ルート情報に基づいて推定された充電率変化とすることを特徴とする自動車のバッテリの制御方法。
  5. 請求項1から4のいずれか1項に記載の自動車のバッテリの制御方法において、
    前記充電率変化推定工程は、運転のルート情報を取得し、その取得したルート情報から当該運転の開始時から推定終了時までのバランシングを実行しない場合の各電池セルの充電率変化を推定することを特徴とする自動車のバッテリの制御方法。
  6. 請求項1から5のいずれか1項に記載の自動車のバッテリの制御方法において、
    自動車の駐車が開始されたか否かを判定する駐車判定工程と、
    前記推定終了時前に前記駐車判定工程で駐車開始と判定された場合に、駐車中に複数の電池セルのバランシングを実行する駐車中バランシング工程とを含むことを特徴とする自動車のバッテリの制御方法。
  7. 自動車用バッテリを構成する複数の電池セルそれぞれの充電率を略均一充電率にするバランシングを実行する自動車のバッテリの制御装置であって、
    各電池セルに備えられて該電池セルを放電する第1の放電手段と、
    各電池セルの充電率を検出する充電率検出手段と、
    自動車の運転開始時の各電池セルの充電率を前記充電率検出手段を介して取得する運転開始時充電率取得手段と、
    当該運転のルート情報を取得して、当該運転の終了時を推定するとともに、当該運転の開始時から推定終了時までのバランシングを実行しない場合の各電池セルの充電率変化を推定する充電率変化推定手段と、
    前記運転開始時充電率取得手段が取得した充電率と前記充電率変化推定手段の推定結果とに基づいて、前記推定終了時における各電池セルの充電率を算出する推定終了時充電率算出手段と、
    前記推定終了時充電率算出手段が算出した充電率を略均一充電率にするために必要な各電池セルの放電量を算出する放電量算出手段と、
    各電池セルについて、前記第1の放電手段による前記放電量算出手段が算出した放電量の放電に必要な時間を算出する放電時間算出手段と、
    各電池セルについて、前記放電時間算出手段が算出した放電時間に基づいて、前記推定終了時に充電率が前記均一充電率になるように放電開始時を算出する放電開始時算出手段と、
    各電池セルに対して、前記第1の放電手段を制御して前記放電開始時算出手段が算出した放電開始時から放電を開始して推定終了時に該放電を終了する放電制御手段とを有することを特徴とする自動車のバッテリの制御装置。
  8. 自動車用バッテリを構成する複数の電池セルそれぞれの充電率を略均一充電率にするバランシングを実行する自動車のバッテリの制御装置であって、
    各電池セルに備えられて該電池セルを放電する第1の放電手段と、
    各電池セルに備えられて該電池セルを放電する第2の放電手段と、
    前記第2の放電手段は、それぞれに設けられた蓄電手段から電力の供給を受けている間だけ作動して電池セルを放電するように構成されており、
    各電池セルの充電率を検出する充電率検出手段と、
    自動車の運転開始時の各電池セルの充電率を前記充電率検出手段を介して取得する運転開始時充電率取得手段と、
    当該運転のルート情報を取得して、当該運転の終了時を推定するとともに、当該運転の開始時から推定終了時までのバランシングを実行しない場合の各電池セルの充電率変化を推定する充電率変化推定手段と、
    前記運転開始時充電率取得手段が取得した充電率と前記充電率変化推定手段の推定結果とに基づいて、前記推定終了時における各電池セルの充電率を算出する推定終了時充電率算出手段と、
    前記推定終了時充電率算出手段が算出した充電率を略均一充電率にするために必要な各電池セルの放電量を算出する第1の放電量算出手段と、
    各電池セルについて、前記第1の放電手段による前記第1の放電量算出手段が算出した放電量の放電に必要な時間を算出する放電時間算出手段と、
    各電池セルについて、前記放電時間算出手段が算出した放電時間に基づいて、前記推定終了時に充電率が前記均一充電率になるように前記第1の放電手段の放電開始時を算出する放電開始時算出手段と、
    各電池セルに対して、前記第1の放電手段を制御して前記放電開始時算出手段が算出した放電開始時から放電を開始して推定終了時に該放電を終了する放電制御手段と、
    前記推定終了時に各電池セルの充電率を前記充電率検出手段を介して取得する推定終了時充電率取得手段と、
    前記推定終了時充電率取得手段が取得した充電率から前記均一充電率にするために必要な各電池セルの放電量を算出する第2の放電量算出手段と、
    前記第2の放電量算出手段が算出した放電量を放電するのに必要な各電池セルの前記第2の放電手段の作動時間を算出する作動時間算出手段と、
    前記作動時間算出手段が算出した作動時間だけ各電池セルの前記第2の放電手段を作動させるために必要な作動電力を算出する作動電力算出手段と、
    前記作動電力算出手段が算出した作動電力を蓄えるように各第2の放電手段の前記蓄電手段を充電する充電手段とを有することを特徴とする自動車のバッテリの制御装置。
  9. 請求項7または8に記載の自動車のバッテリの制御装置において、
    前記運転開始時充電率取得手段が取得した充電率と前記充電率変化推定手段の推定結果とに基づいて、各電池セルについて、運転開始時から前記放電開始時までの間の所定時における充電率を推定する放電開始前充電率推定手段と、
    前記所定時に各電池セルの充電率を前記充電率検出手段を介して取得する放電開始前充電率取得手段と、
    前記放電開始前充電率推定手段が推定した推定充電率と前記放電開始前充電率取得手段が取得した取得充電率との差に基づいて、各電池セルについて、前記推定終了時に充電率が前記均一充電率になるように前記放電開始時を補正する放電開始時補正手段とを有することを特徴とする自動車のバッテリの制御装置。
  10. 請求項7から9のいずれか1項に記載の自動車のバッテリの制御装置において、
    前記推定終了時に各電池セルの充電率を前記充電率検出手段を介して取得する推定終了時充電率取得手段と、
    前記推定終了時充電率取得手段が取得した充電率と前記均一充電率とに基づいて、前記充電率変化推定手段の充電率変化の推定精度を判定する推定精度判定手段と、
    前記推定精度判定手段により推定精度が所定精度より高いと判定されたときは、当該運転のルート情報と、当該運転で前記充電率変化推定手段が推定した各電池セルの充電率変化とを対応付けて記憶する記憶手段と、
    前記充電率変化推定手段は、運転のルート情報を取得し、この取得ルート情報と略一致するまたは類似するルート情報が前記記憶手段に記憶されている場合は、この記憶されているルート情報に対応付けされている充電率変化を、取得ルート情報に基づいて推定された充電率変化とすることを特徴とする自動車のバッテリの制御装置。
  11. 請求項7から10のいずれか1項に記載の自動車のバッテリの制御装置において、
    前記充電率変化推定手段は、運転のルート情報を取得し、その取得したルート情報から当該運転の開始時から推定終了時までのバランシングを実行しない場合の各電池セルの充電率変化を推定することを特徴とする自動車のバッテリの制御装置。
  12. 請求項7から11のいずれか1項に記載の自動車のバッテリの制御装置において、
    自動車の駐車が開始されたか否かを判定する駐車判定手段と、
    前記推定終了時前に前記駐車判定手段が駐車開始と判定した場合に、駐車中に複数の電池セルのバランシングを実行する駐車中バランシング手段とを有することを特徴とする自動車のバッテリの制御装置。
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