JP2011252821A - 電池制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】特定の電池以外の電池に対して充放電制御を行う。
【解決手段】車両の減速時に回転電機により回生して電池を充電する電池制御システムにおいて、電池の電圧および電流を計測する計測手段と、電池の電圧および電流に基づいて電池の開放電圧を算出する電圧算出手段（ステップ２０）と、電池の開放電圧と充電時の電池の電圧および電流に基づいて電池の充電時内部抵抗を算出する抵抗算出手段（ステップ２１）と、回転電機の供給可能な電流と電圧および電池の開放電圧に基づいて目標充電時内部抵抗を設定する設定手段（ステップ２３）と、充電時内部抵抗と目標充電時内部抵抗との比較結果に基づいて、回生充電後の電池の充放電を制御する制御手段（ステップ２４〜２９）とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は電池制御システムに関する。

電池のＳＯＣ（State Of Charge；充電量）を推定し、推定値が所定値以上の場合はアイドルストップを許可するようにしたアイドルストップ車両の制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−０５６７４５号公報

しかしながら、上述した従来の制御装置では、例えば特定の電池以外の電池が接続されるなどしてＳＯＣの推定誤差が大きくなると、アイドルストップ判断を含む電池の充放電制御を正しくできないおそれがある。

(１) 請求項１の発明は、車両の減速時に回転電機により回生して電池を充電する電池制御システムにおいて、電池の電圧および電流を計測する計測手段と、電池の電圧および電流に基づいて電池の開放電圧を算出する電圧算出手段と、電池の開放電圧と充電時の電池の電圧および電流に基づいて電池の充電時内部抵抗を算出する抵抗算出手段と、回転電機の供給可能な電流と電圧および電池の開放電圧に基づいて目標充電時内部抵抗を設定する設定手段と、充電時内部抵抗と目標充電時内部抵抗との比較結果に基づいて、回生充電後の電池の充放電を制御する制御手段とを備える。
(２) 請求項２の発明は、請求項１に記載の電池制御システムにおいて、制御手段は、充電時内部抵抗が目標充電時内部抵抗より大きい場合には、回生充電後に電池の電力を補機に供給して放電させる。
(３) 請求項３の発明は、請求項２に記載の電池制御システムにおいて、電池の充放電量を積算する積算手段を備え、制御手段は、電池の充電時の充電量以上の放電を行ったら放電を終了する。
(４) 請求項４の発明は、請求項３に記載の電池制御システムにおいて、制御手段は、電池の放電量に対する充電時内部抵抗の変化度合いが所定値を越えた場合は、回転電機による電池の充電を行う。
(５) 請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の電池制御システムにおいて、制御手段は、充電時内部抵抗が目標充電時内部抵抗以下の場合には、回生充電後に回転電機により電池の充電を行う。
(６) 請求項６の発明は、請求項５に記載の電池制御システムにおいて、制御手段は、回転電機による電池の充電量が所定値を越えたら回転電機による充電を終了する。
(７) 請求項７の発明は、請求項１〜６のいずれか一項に記載の電池制御システムにおいて、電池のＳＯＣ（State Of Charge）を検出するＳＯＣ検出手段と、ＳＯＣの誤差を算出する誤差算出手段とを備え、制御手段は、ＳＯＣの誤差が所定値より低い場合は、目標充電時内部抵抗に応じた目標ＳＯＣを設定し、ＳＯＣと目標ＳＯＣとの比較結果に基づいて電池の充放電を制御し、ＳＯＣの誤差が所定値以上の場合は、充電時内部抵抗と目標充電時内部抵抗との比較結果に基づいて電池の充放電を制御する。
(８) 請求項８の発明は、請求項１〜７のいずれか一項に記載の電池制御システムにおいて、電池の温度を検出する検出手段を備え、制御手段は、電池の温度が所定値以下のときは回転電機により電池の充電を行う。

本発明によれば、電池の充電時の内部抵抗に基づいて電池の充放電制御を行うので、特定の電池以外の電池が接続された場合でも電池の充放電制御を正しく行うことができる。

一実施の形態の電池制御システムの構成を示す図 一実施の形態の電池制御プログラムを示すフローチャート 一定周期ごとに計測した電流と電圧の４組のデータをプロットした図 電池制御システムを２つのコントローラに分割して収納する構成を示す図 ＳＯＣによる電池制御と充電抵抗による電池制御とを切り替える電池制御プログラムのフローチャート ＳＯＣ誤差の計算ルーチンを示すフローチャート 電池の充電抵抗テーブルを示す図 電池の充電抵抗テーブルから目標ＳＯＣを設定する方法を説明する図

回転電機と二次電池（以下では単に電池と呼ぶ）を持つ車両が回生制動により減速して電池を充電し、停車して電池への回生が終了した後、電池への充電を継続するか、放電モードへの移行を許可するかを判断して回転電機のオン、オフ制御を行う一実施の形態を説明する。

なお、この一実施の形態では車両として自動車を例に挙げて説明するが、汽車、列車、電車などの鉄道車両、建設機械の中で自走する建設車両、産業機械の中で自走する産業車両などにも本発明を適用することができる。

また、この一実施の形態では電池は鉛電池を例に挙げて説明するが、鉛電池と同様な特性を有する電池であれば鉛電池に限定されるものではない。さらに、この一実施の形態では回転電機として発電機を例に挙げて説明するが、発電機能の他に負荷駆動機能を有する電動機であってもよい。

図１に一実施の形態の電池制御システムの構成を示す。一実施の形態の電池制御システムは、制御部１００、電池１０１、電流計１０２、電圧計１０３、充電開始判定部１０４、開放電圧計算部１０５、充電抵抗時系列測定部１０６、電流積分部１０７、発電機供給可能電流記憶部１０８、目標充電抵抗設定部１０９、放電開始判定部１１０、放電終了判定部１１１、発電機１１２、補機１１３などを備えている。

制御部１００は、車両コントローラのマイクロコンピューターで実行されるソフトウエア形態として実現される。車両コントローラ内のソフトウエアは、電池１０１に直結された状態検知装置（電池の温度、電流および電圧の測定装置）、車両のエンジンまたはモータコントローラ、もしくは発電機のコントローラのいずれか、または各種複数コントローラの組み合わせで実現される。このコントローラの組み合わせについては詳細を後述する。

電流計１０２は電池１０１への充放電電流を計測し、制御部１００へ計測した電流値を送信する。電流計１０２にはシャント抵抗やホール素子などを用いることができる。また、電圧計１０３は電池１０１の陰極と陽極との間の電圧を測定し、デジタル値に変換して制御部１００へ送信する。発電機１１２はオン、オフ機能と発電電圧調整機能を有し、電池１０１への充放電と車載補機１１３への電力供給を行う。この一実施の形態では、発電機１１２は回生時に回生能力を上げるために最大電圧を保持する。補機１１３は車両に搭載されるライトやワイパーなどの電池１０１の負荷である。

なお、図１において、自動車の場合は発電機はエンジン(不図示)にベルトなどを介して機械的に連結されており、発電機は発電機能の他にエンジンを駆動して始動する負荷駆動機能（力行運転機能）を併せ持つ。一方、鉄道車両の場合には、一般に発電機は電動発電機（モータージェネレータ）であり、発電機能と負荷駆動機能を有する。また、建設車両および産業車両については、エンジンに機械的に連結された発電機である場合と、電動発電機である場合とがある。

図２は一実施の形態の電池制御プログラムを示すフローチャートである。制御部１００の充電開始判定部１０４によって、車両が回生制動を開始した、つまり電流計１０２で測定される電池１０１の電流の符号により放電電流から充電電流に変化したと判定されると、制御部１００はこの電池制御プログラムの実行を開始する。

ステップ２０において、制御部１００の開放電圧計算部１０５により電池１０１の開放電圧、すなわち電流０のときの電池１０１の端子電圧を計算する。具体的には、電池１０１が放電状態から充電状態へ移行するときの電池１０１の電流と電圧の時系列測定値により求める。

図３は例として一定周期ごと（例えば１０ｍｓごと）に計測した電流と電圧の４組のデータをプロットした図であり、横軸が電流３１（＋側が充電、−側が放電）を表し、縦軸が電圧３２を表す。データ３３は充電前の放電時に計測した電流と電圧のデータ、データ３４は充電開始直後に計測した電流と電圧のデータ、データ３５はその１０ｍｓ後の電流と電圧のデータ、データ３６はさらに１０ｍｓ後の電流と電圧のデータである。

電流０のときのデータがないため、データ３３からデータ３６までのプロットした点を用いて最小二乗直線３７を求め、その直線と電流０の縦軸との切片より電流０のときの電圧３８を求める。なお、最小二乗法としては例えば文献「東京大学教養学部統計学教室編：統計学入門、東京大学出版会、2001年9月25日第20刷」に紹介された方法などを用いることができる。また、図３では電流と電圧の４組のデータを用いた例を示したが、電流と電圧の少なくとも２組以上のデータを用いて求めることができる。

次に、ステップ２１で制御部１００の充電抵抗時系列測定部１０６により充電抵抗（電池１０１の充電時の内部抵抗）を求める。この一実施の形態では次式により充電抵抗を算出する。
端子電圧−開放電圧＝充電抵抗×電流
∴充電抵抗＝（端子電圧−開放電圧）／電流 ・・・(１)
(１)式において、開放電圧はステップ２０で求めた値を、端子電圧は電池１０１の充電時に電圧計１０３で計測した値を、電流は電池１０１の充電時に電流計１０２で計測した値をそれぞれ用いる。

電池を充電する際に、充電が進むにつれて充電抵抗が増大し、その後、充電抵抗はある一定値に収束する特性があるため、この一実施の形態では充電抵抗の初期値を用いず、収束値もしくはそれに近い値を電池１０１の制御に用いる。

なお、端子電圧と電流はノイズの影響を受けるため、(１)式に対して、過去の充電抵抗時系列に重みづけ移動平均（ローパスフィルタ）処理を施してスムージングした値を用いてもよい。このローパスフィルタの方法としては、例えば文献「岩田 利王：実践ディジタル・フィルタ設計入門、CQ出版」に紹介された方法を用いることができる。

ステップ２２では回生が終了したかどうかを判定する。具体的には、車速信号を用い、車速が０になったときに回生終了とする。回生が終了していない場合はステップ２１へ戻り、終了した場合はステップ２３へ進む。

ステップ２３では、制御部１００の目標充電抵抗設定部１０９により次式を用いて目標充電抵抗を計算する。
発電機供給可能電流×目標充電抵抗＝発電機電圧−開放電圧
∴目標充電抵抗＝（発電機電圧−開放電圧）／発電機供給可能電流・・・(２)

ここで、実際には電池１０１から車両のライトなどの補機１１３へ電力が供給されており、この電流分を引いた次式により求めてもよい。
目標充電抵抗＝（発電機電圧―開放電圧）／（発電機供給可能電流−補機電流） ・・・(３)
(３)式において、補機電流はライトなどの車両補機１１３へ流れる電流であり、後述する電池１０１へ充電も放電も行っていない状態で発電機１１２の電流の平均を求め、その値を使用してもよい。あるいは一定値を用いてもよい。また、発電機供給可能電流は図１の発電機供給可能電流記憶部１０８に予め記憶された値を用いる。さらに、発電機電圧は予め設定された値か、または発電機１０１がオンになっている間の電圧の平均値を用いてもよい。

ステップ２４において、制御部１００の放電開始判定部１１０により電池１０１への充電を継続するか、または放電モードへの移行を許可するかの放電判定を行う。自動車の場合には、この放電判定はアイドリングストップ判定になり、放電モードへの移行が許可された場合にはエンジンを停止して電池１０１から車載補機１１３への放電が開始される。

放電判定は、ステップ２３で計算した目標充電抵抗と、ステップ２１で計算した充電抵抗の最終値とを比較し、最終充電抵抗が目標充電抵抗よりも小さいと判定された場合はステップ２８へ進む。この場合は、電池１０１の充電抵抗が低く発電機１１２の負荷が大きいため、次回の回生時までに充電抵抗を上げる必要があり、ステップ２８で発電機１１２をオンし充電を継続する。続くステップ２９で、回生終了から現在までに蓄積された充電量（図１の制御部１００の電流積分部１０７で算出）が予め決められたしきい値以上になったか否かを判定し、充電量がしきい値以上になったらステップ２７へ進む。

一方、ステップ２４で最終充電抵抗が目標充電抵抗以上と判定された場合はステップ２５へ進む。この場合には、電池１０１の充電抵抗が高く発電機１１２に余力があるため、次回の回生時までに充電抵抗を下げる必要があり、ステップ２５で発電機１１２をオフして充電を終了するとともに、電池１０１から車載補機１１３への放電を開始する。続くステップ２６で、回生終了から現在までに放電された放電量（制御部１００の電流積分部１０７で算出）が、回生時に充電された充電量よりα（予め決められた定数）だけ大きくなったか否かを判定し、放電量が（充電量＋α）以上になったらステップ２７へ進む。

ここで、αは、今回の回生時に充電された充電量の半分の値としてもよいし、例えば１Ahの固定値としてもよい。

ここで、充電抵抗を目標充電抵抗と比較して充電継続か放電許可かを判定すると、充電抵抗と目標充電抵抗とのわずかな差で充電と放電とが頻繁に切り換わることがある。そのような不具合を避けるため、判断「目標充電抵抗＞充電抵抗」の代わりに「目標充電抵抗＞充電抵抗＋ε」とし、判断「目標充電抵抗＜充電抵抗」の代わりに「目標充電抵抗＜充電抵抗−ε」としてヒステリシスを持たせてもよい。ここで、εは予め決められた微小抵抗である。

ステップ２７において、発電機１１２の電圧を電池１０１への充放電が起きない電圧に制御する。具体的には、電流計１０２で計測した電流に基づいて発電機電圧のフィードバック制御を行う。例えば次式により発電機電圧を制御してもよい。
Ｖ(t+1)＝Ｖ(t)−δ×Ｉ(t) ・・・(４)
(４)式において、Ｖ(t)は時刻ｔにおける発電機電圧、Ｉ(t)は時刻ｔにおける電流（充電側を＋とする）、δは予め決められた微小値である。なお、ステップ２７では、発電機電圧をステップ２０で計算した開放電圧に制御してもよい。

電池と発電機を有する車両に本発明の電池制御システムを適用する場合には、車両に搭載された機器および装置をそのまま流用して本発明の電池制御システムを構成することが望ましい場合がある。そのような場合には、本発明の電池制御システムにおけるコントローラとセンサの組み合わせが多様になる。そこで、本発明の電池制御システムにおけるコントローラとセンサの組み合わせについて説明する。

まず第一の構成として、電流センサ１０２と制御部１００とを一つのコントローラに収納する構成がある。第二の構成として、電流センサ１０２と制御部１００とを分離し、制御部１００を一つのコントローラに収納する構成がある。

第三の構成として、電流センサ１０２、電圧計１０３、電流積分部１０７、充電抵抗時系列測定部１０６、開放電圧計算部１０５および充電開始判定部１０４を一つのコントローラ（電池状態検知装置）に収納するとともに、発電供給可能電流記憶部１０８、目標充電抵抗設定部１０９、放電開始判定部１１０および放電終了判定部１１１を別のコントローラ（発電機制御用）に収納する構成がある。

さらに第四の構成として、電圧計１０３、電流積分部１０７、充電抵抗時系列測定部１０６、開放電圧計算部１０５および充電開始判定部１０４を一つのコントローラ（電池状態検知装置）に収納するとともに、発電供給可能電流記憶部１０８、目標充電抵抗設定部１０９、放電開始判定部１１０および放電終了判定部１１１を別のコントローラ（発電機制御用）に収納し、電流センサ１０２を電池１０１に取り付ける構成が考えられる。

図４は、電池制御システムを２つのコントローラに分割して収納する構成の一例を示す。この構成では、電流計１０２を電池状態検知装置４１に収納し、電池状態検知装置４１を電池１０１に取り付ける。電池制御システムを２つのコントローラに分けて収納する構成の場合には、コントローラどうしの通信が必要になる。電池状態検知装置４１は電池１０１の直接的な制御は行わず、開放電圧、充電抵抗および電流積分値を計算し、通信部４２および車両内ＬＡＮ（Local Area Network）４５を介して発電機制御コントローラ４３へ計算結果を送信する。また、電池状態検知装置４１は発電機オン信号を受信して電流積分値をリセットする。

一方、発電機制御コントローラ４３は発電に必要な制御を実行する。具体的には、電池状態検知装置４１から受信した開放電圧、充電抵抗および電流積分値と、車両コントローラ(不図示)から通信部４４および車両内ＬＡＮ４５を介して受信した回生終了信号（車速０信号）に基づいて、発電機１１２のオン、オフおよび電池１０１の充放電電流が０となる電圧調整を行う。発電機１１２に対する指令は、通信部４４と車両内ＬＡＮ４５を介して発電機１１２へ送信する。

なお、図４に示す構成では電池状態検知装置４１に電流計１０２を収納する例を示すが、電流計１０２は電池状態検知装置４１と別体に構成してもよい。その場合には電池状態検知装置４１を電池１０１に取り付ける必要はない。

また、本発明の電池制御システムを汽車、列車、電車などの鉄道車両に適用し、鉄道車両の駅回生システムを実現する場合には、図４に示すコントローラ構成において、電池１０１と電池状態検知装置４１とを駅に設置し、発電機制御コントローラ４３を電車に設置することになる。この場合には車載補機１１３が系統になる。

《他の実施の形態》
上述したように、一実施の形態の電池制御システムでは、回生終了後に電池への充電を継続するか、または放電モードへの移行を許可するかの放電判定を行う。自動車の場合には、この放電判定はアイドリングストップ判定になり、放電モードへの移行が許可された場合にはエンジンを停止して電池から車載補機への放電が開始される。従来は、電池の開放電圧に対するＳＯＣのテーブルを記憶し、開放電圧を求めてＳＯＣテーブルから対応するＳＯＣを読み出し、このＳＯＣに基づいて放電判定を行って電池の充放電を制御していた。ここで、開放電圧に対するＳＯＣの特性は電池の種類、型式、仕様などにより異なり、個々の電池はそれぞれ固有の特性を有している。したがって、車両に搭載された電池に対して正しいＳＯＣテーブルを用いて電池の充放電制御を行えば正確な制御が可能になる。

ところが、種類、型式、仕様などが異なる、特定の電池以外の電池が用いられると、電池と特性テーブルとが対応しなくなり、開放電圧に応じてＳＯＣテーブルから読み出したＳＯＣに誤差が含まれることになる。そこで、電池のＳＯＣの精度を検出する装置を付加し、ＳＯＣの検出精度が高い場合には従来のＳＯＣによる電池の充放電制御を行い、ＳＯＣの検出精度が低い場合には上述した一実施の形態の充電抵抗による電池の充放電制御を行う実施の形態を説明する。

ＳＯＣの計算は、車両のエンジンを起動した直後に電池の開放電圧を計測し、その後の電流と電圧の変化に基づいて放電抵抗を計算する。そして、開放電圧と放電抵抗に基づいてＳＯＨ（State of Health;電池の劣化度）と初期のＳＯＣを推定する。その後は電池の充放電電流の積分によりＳＯＣの値を更新する。ここでは、電池固有のＳＯＣテーブルを参照することによってＳＯＣ初期値を求める（例えば特開２００８−０８２９９０号公報参照）。

ＳＯＣの精度が保てなくなる原因には、ＳＯＣテーブルに対応する電池とは種類、型式、仕様などが異なる、特定の電池以外の電池が接続された場合の他に、エンジン始動後、長時間が経過して電流積分の誤差が累積した場合がある。このため、保持するＳＯＣテーブルに対応しない電池が接続された場合、または車両のエンジンが起動してから長時間が経過した場合には、ＳＯＣによる電池制御から上述した一実施の形態の充電抵抗による電池制御に切り替えるものとする。

図５は、ＳＯＣによる電池制御と充電抵抗による電池制御とを切り替える電池制御プログラムのフローチャートである。車両のエンジンが起動されると制御装置１００は図５の電池制御プログラムの実行を開始し、車両が停止してコントローラの電源がオフされるまで継続される。

ステップ５１においてＳＯＣの誤差計算を行う。この計算方法については詳細を後述する。続くステップ５２で誤差の判定を行い、ＳＯＣ誤差が判定基準値より小さい場合はステップ５３へ進み、ＳＯＣ誤差が判定基準値以上の場合はステップ５５へ進む。ここで、判定基準値には予め決められた値を用いる。ＳＯＣ誤差が判定基準値より小さい場合には、ステップ５３で上述した従来のＳＯＣによる電池制御を実行する。一方、ＳＯＣ誤差が判定基準値以上の場合は、ステップ５５で上述した一実施の形態の充電抵抗による電池制御を実行する。

なお、ＳＯＣ誤差が判定基準値より小さいと判定されてＳＯＣによる電池制御を行う場合でも、上述したようにエンジン起動後、時間の経過とともにＳＯＣ誤差が大きくなるため、ステップ５４で起動時間が予め設定した時間Ｔを超えたか否かを判定し、起動時間が設定時間Ｔを越えたら一実施の形態の充電抵抗による電池制御に切り替えるものとする。設定時間Ｔには、電流計誤差（ホワイトノイズ分）に起因した充放電電流の積分によるＳＯＣ誤差が判定基準値を超える限界の時間を設定する。

次に、図５のステップ５１におけるＳＯＣ誤差の計算方法を説明する。図６はＳＯＣ誤差の計算ルーチンを示すフローチャートである。ステップ６１においてＳＯＣ初期値の計算を行う。例えば、電池の開放電圧を検出し、開放電圧に対するＳＯＣの特性テーブルから開放電圧検出値に対応するＳＯＣを読み出す方法で求める（例えば、特開２００８−８２９９０号公報参照）。

次にステップ６２にて、ＳＯＣ初期値をしきい値と比較し、ＳＯＣ初期値がしきい値より大きい場合はステップ６３へ進み、ＳＯＣ初期値がしきい値以下の場合はステップ６４へ進む。しきい値には次式で求めた値を設定する。
しきい値＝１００−ＳＯＣ初期誤差−ε ・・・(５)
(５)式において、ＳＯＣ初期誤差は電流計１０２、電圧計１０３のアナログデジタル変換誤差やテーブルによる推定誤差（予め設定された値）などにより決められた値であり、εは車両が駐車中に自己放電して電圧低下した分のＳＯＣ（予め調査して決められた値）である。なお、しきい値に所定値、例えば９５％を設定してもよい。

ＳＯＣ初期値がしきい値以下の場合は、ステップ６４で発電機１１２をオンにして満充電になるまでオン状態を保持する。電池の場合、満充電になると充電電流が０になるため、｜充電電流｜＜電流計誤差になったら満充電になったと判定して発電機１１２をオフにする。なお、電流計誤差は電流計仕様により予め与えられた値とする。

一方、ＳＯＣ初期値がしきい値より大きい場合は、ステップ６３で発電機１１２をオフにしてＳＯＣがある一定値、例えば９０％になるまで補機１１３に放電する。放電終了後のステップ６４で、上述したように発電機１１２をオンにして満充電になるまでオン状態を保持する。ステップ６５においてＳＯＣ誤差を次式により求める。
ＳＯＣ誤差＝１００−ＳＯＣ ・・・(６)
(６)式において、右辺のＳＯＣはＳＯＣ初期値を電流積分により更新した値である。

図６に示すフローチャートでは計算によりＳＯＣ誤差を求める例を示したが、特定電池種（鉛状態検知装置のＳＯＣ計算で想定している電池種）に凹凸や反射板を取り付け、鉛状態検知装置にその凹凸または反射板を認識する装置を付加して異種電池が付けられたかどうかを判定し、異種電池が接続されたと判定された場合にはＳＯＣ誤差を大きな値、例えば(５)式によるしきい値以上の値を設定し、特定電池が接続された場合にはＳＯＣ誤差を０としてもよい。

次に、図５のステップ５３におけるＳＯＣ制御を実行するには目標ＳＯＣを設定する必要がある。回生能力を上げるために目標ＳＯＣを目標充電抵抗に応じた値としてもよく、この実施の形態では目標充電抵抗に応じた目標ＳＯＣの設定方法を説明する。ＳＯＣによる電池の充放電制御を行う場合は、電池の種類、型式、仕様などが特定され、ＳＯＣ誤差が小さい場合である。この場合、図７に示すような電池の充電抵抗テーブルを予め保持するものとする。

図７において、充電抵抗テーブルは横方向が温度７１、縦方向がＳＯＣ７２のマトリクスとして構成され、さらにＳＯＨごとに充電抵抗テーブルのマトリクスが用意されている。なお、充電抵抗の単位はｍΩである。ここで、目標充電抵抗は別途、図１に示す目標充電抵抗設定部１０９により計算された値を用いる。また、ＳＯＨは電池の内部抵抗と相関があり、予め測定により求めた内部抵抗に対するＳＯＨの特性テーブルから、内部抵抗検出値に対応するＳＯＨを読み出す（例えば、特開２００８−０８２９９０号公報参照）。さらに、温度は電池に取り付けた温度計により計測する。図７に示す電池の充電抵抗テーブルから、目標充電抵抗（＝充電抵抗）、ＳＯＨおよび温度に対応するＳＯＣを読み出す。

ＳＯＣの上記検索方法を図７に示すテーブルを使って具体的に説明する。電池の温度が２５℃、ＳＯＨが８４％、目標充電抵抗が１８ｍΩである場合には、まずＳＯＣ９０％とＳＯＣ８０％のテーブルを抽出する。次に、この２つのテーブルの重みづけ平均値を求める。重みづけ平均値としては、ＳＯＨ８０％のテーブルを６割、ＳＯＨ９０％の重みづけを４割とする。次に、テーブルより温度２０℃と３０℃の列を抽出し、さらに重みづけ平均を求める。重みづけは、２５℃より１：１の割合とする。この重みづけした列の例を図８に示す。図８に示す列から、１８ｍΩに最も近いＳＯＣを探す。この場合にはＳＯＣ９０％時の抵抗１８．５ｍΩ（符号８１）となる。この値は目標充電抵抗１８ｍΩより大きいため、この値より小さなＳＯＣ８５％時の抵抗１７ｍΩ（符号８２）の値も参照し、１８ｍΩとなる目標ＳＯＣを一次方程式の解として求める。
１８−１７＝（１８．５−１７）×（ｘ−８５）／（９０−８５）・・・(７)
(７)式において、ｘは目標ＳＯＣである。

(７)式の解はｘ＝８８．３３となり、目標ＳＯＣを８８．３３％に設定する。ここで、次回のエンジン始動を確保するＳＯＣの値（ＳＯＣ下限値、予め決められた値）より、(７)式で求めた目標ＳＯＣの値が小さい場合には、目標ＳＯＣをＳＯＣ下限値とする。この計算は、図４に示すコントローラ構成の場合、電池状態検知装置４１において実施する。目標充電抵抗は、発電機制御コントローラ４３で回生の間に定期的に計算した値を車両内ＬＡＮ４５を介して電池状態検知装置４１に送信される。目標ＳＯＣ（および別途電池状態検知装置４１で計算されたＳＯＣ）は、同様に車両内ＬＡＮ４５を介して電池状態検知装置４１から発電機制御コントローラ４３へ送信され、ＳＯＣ制御は発電機制御コントローラ４３で実施される。

次に、電池の温度が低い場合は電池の内部抵抗が大きくなり、特に車両の場合、エンジンの再始動ができなくなるおそれがある。このため、電池に温度計を取り付け、温度が一定値以下、例えば０℃以下になったら放電禁止、つまり常に発電機をオンして充電するようにしてもよい。

また、図２に示す充電抵抗による電池の充放電制御では、接続された電池の容量（Ah）が小さい場合、あるいは電池が劣化し過ぎていて、充電抵抗が大きく、いくら放電を行っても充電抵抗が目標充電抵抗にならない場合がある。このような場合には、回生終了ごとの充電抵抗Ｒ(n)（ｎは回生回数）と、回生と回生との間の放電量Ｑ(n)（ｎは回生回数）を記憶し、次式により充電抵抗の放電量感度を求める。
放電量感度[1/Ah]＝（Ｒ(n)−Ｒ(n-1)）/（Ｒ(n)×Ｑ(n)） ・・・(８)
この放電量感度は電池の放電量に対する充電抵抗の変化度合いを表す。

(８)式により求めた放電量感度がしきい値以上の場合には、充電抵抗がいくら放電しても目標充電抵抗にならないと判定し、発電機を常にオンにして電池の充電を行う。なお、この処理は図２に示す充電抵抗による電池制御におけるステップ２２とステップ２３の間に行う。また、上記しきい値としては、放電につれ充電抵抗が大きくなる場合を検出するために、予め決められた微小な負の値とする。

次に、充電抵抗を小さくして回生能力を上げると、発電機によるエンジン始動不良を起こす可能性がある。このような不具合を避けるために次のような対策を施す。まず、初回のエンジン始動で放電抵抗を求めることができる。放電抵抗は、上述した充電抵抗（図３参照）と同様に、エンジン始動時の電流と電圧の時系列測定値に基づいて最小二乗法により求めた直線の傾きとして求めることができる。そこで、アイドリングストップ後の放電抵抗ｒ(n)（ｎはエンジン始動回数）とエンジン始動とエンジン始動との間の放電量ｑ(n)（ｎはエンジン始動回数）を記憶しておき、次式の関係を満たすか否かでアイドリングストップを判定する。
ｒ(n-1)−Ｅ(q)×Ｓ＜放電抵抗限界，
Ｓ＝｛ｒ(n-1)−ｒ(m-2)｝／ｑ(n-1)：放電抵抗・放電量感度 ・・・(９)
(９)式において、放電抵抗限界は予め決められたエンジンが安全に始動できる放電抵抗であり、
開放電圧−放電抵抗限界×エンジン始動時の最大電流＝装置が動かなくなる電圧 ・・・(１０)
により計算する。なお、(１０)式において、装置が動かなくなる電圧は例えば７．２Ｖとする。

ここで、(９)式の関係を満たす場合にはアイドリングストップを実行する。一方、(９)式の関係を満たさない場合はアイドリングストップを実施しない。具体的な処理としては、図２に示す充電抵抗による電池制御のステップ２４の条件に、(９)式の条件をアンド条件として加える。

なお、上述した実施の形態とそれらの変形例において、実施の形態どうし、または実施の形態と変形例とのあらゆる組み合わせが可能である。

上述した実施の形態とその変形例によれば以下のような作用効果を奏することができる。まず、車両の減速時に発電機により回生して電池を充電する電池制御システムにおいて、電池の電圧および電流を計測して電池の開放電圧を算出するとともに、電池の開放電圧と充電時の電池の電圧および電流に基づいて電池の充電抵抗を算出し、さらに発電機の供給可能な電流と電圧および電池の開放電圧に基づいて目標充電抵抗を設定する。そして、充電抵抗と目標充電抵抗との比較結果に基づいて、回生充電後の電池の充放電を制御するようにしたので、特定の電池以外の電池が接続された場合でも電池の充放電制御を正しく行うことができる。

また、一実施の形態とその変形例によれば、充電抵抗が目標充電抵抗より大きい場合には、電池の電力を補機に供給して放電させるようにしたので、次回の回生充電時までに充電抵抗を下げることができ、発電機からの回生充電電流が増加して回生効率を向上させることができる。

一実施の形態とその変形例によれば、充電抵抗が目標充電抵抗以下の場合には、回生充電後に発電機により電池の充電を行うようにしたので、電池の充電量を所定量以上に確保することができ、例えば本発明を自動車に適用した場合には、アイドルストップ後にエンジンを確実に再始動することができる。

一実施の形態とその変形例によれば、電池のＳＯＣを検出してＳＯＣの誤差を算出し、ＳＯＣの誤差が所定値より低い場合は、目標充電抵抗に応じた目標ＳＯＣを設定し、ＳＯＣと目標ＳＯＣとの比較結果に基づいて電池の充放電を制御し、ＳＯＣの誤差が所定値以上の場合は、充電抵抗と目標充電抵抗との比較結果に基づいて電池の充放電を制御するようにしたので、ＳＯＣの誤差によってＳＯＣによる電池の充放電制御と充電抵抗による電池の充放電制御とを効果的に切り替えることができる。つまり、通常はＳＯＣによる正確な電池の充放電制御を行いながら、特定の電池以外の電池が接続された場合などＳＯＣ誤差が大きくなった場合には、充電抵抗による電池の充放電制御により正確な電池の充放電制御を継続することができる。

１００；制御部、１０１；電池、１０２；電流計、１０３；電圧計、１０５；開放電圧計算部、１０６；充電抵抗時系列測定部、１０７；電流積分部、１０８；発電機供給可能電流記憶部、１０９；目標充電抵抗設定部、１１０；放電開始判定部、１１１；放電終了判定部、１１２；発電機、１１３；補機

Claims (8)

1. 車両の減速時に回転電機により回生して電池を充電する電池制御システムにおいて、
   前記電池の電圧および電流を計測する計測手段と、
   前記電池の電圧および電流に基づいて前記電池の開放電圧を算出する電圧算出手段と、
   前記電池の開放電圧と充電時の前記電池の電圧および電流に基づいて前記電池の充電時内部抵抗を算出する抵抗算出手段と、
   前記回転電機の供給可能な電流と電圧および前記電池の開放電圧に基づいて目標充電時内部抵抗を設定する設定手段と、
   前記充電時内部抵抗と前記目標充電時内部抵抗との比較結果に基づいて、回生充電後の前記電池の充放電を制御する制御手段とを備えることを特徴とする電池制御システム。
2. 請求項１に記載の電池制御システムにおいて、
   前記制御手段は、前記充電時内部抵抗が前記目標充電時内部抵抗より大きい場合には、回生充電後に前記電池の電力を補機に供給して放電させることを特徴とする電池制御システム。
3. 請求項２に記載の電池制御システムにおいて、
   前記電池の充放電量を積算する積算手段を備え、
   前記制御手段は、前記電池の充電時の充電量以上の放電を行ったら放電を終了することを特徴とする電池制御システム。
4. 請求項３に記載の電池制御システムにおいて、
   前記制御手段は、前記電池の放電量に対する前記充電時内部抵抗の変化度合いが所定値を越えた場合は、前記回転電機による前記電池の充電を行うことを特徴とする電池制御システム。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の電池制御システムにおいて、
   前記制御手段は、前記充電時内部抵抗が前記目標充電時内部抵抗以下の場合には、回生充電後に前記回転電機により前記電池の充電を行うことを特徴とする電池制御システム。
6. 請求項５に記載の電池制御システムにおいて、
   前記制御手段は、前記回転電機による前記電池の充電量が所定値を越えたら前記回転電機による充電を終了することを特徴とする電池制御システム。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の電池制御システムにおいて、
   前記電池のＳＯＣ（State Of Charge）を検出するＳＯＣ検出手段と、
   前記ＳＯＣの誤差を算出する誤差算出手段とを備え、
   前記制御手段は、前記ＳＯＣの誤差が所定値より低い場合は、前記目標充電時内部抵抗に応じた目標ＳＯＣを設定し、前記ＳＯＣと前記目標ＳＯＣとの比較結果に基づいて前記電池の充放電を制御し、前記ＳＯＣの誤差が前記所定値以上の場合は、前記充電時内部抵抗と前記目標充電時内部抵抗との比較結果に基づいて前記電池の充放電を制御することを特徴とする電池制御システム。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の電池制御システムにおいて、
   前記電池の温度を検出する検出手段を備え、
   前記制御手段は、前記電池の温度が所定値以下のときは前記回転電機により前記電池の充電を行うことを特徴とする電池制御システム。

Images