JP2014190728A - 充電率推定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】特性が異なる電池が並列に接続された構成において、両方の電池の充電率を正確に推定できる充電率推定装置を提供すること。
【解決手段】 電源ＥＣＵ１８は、リチウムイオン電池１２の電流、電圧、および温度、並びに、温度ごとに電圧と充電率とが対応付けられた第１マップに基づいて、リチウムイオン電池１２の充電率を推定する。次に、電源ＥＣＵ１８は、リチウムイオン電池１２の充電率、温度、および、温度ごとにリチウムイオン電池１２の充電率とニッケル水素電池１３の充電率とが対応付けられた第２マップに基づいて、ニッケル水素電池１３の充電率を推定する。
【選択図】図５

Description

本発明は、電池の充電率を推定する充電率推定装置に関する。

従来、特性が異なる電池として、例えば、リチウムイオン（Li-ion）電池とニッケル水素（Ni-MH）電池とが並列に接続された構成が知られている。そして、例えば特許文献１には、並列に接続された電池の充電率（ＳＯＣ：State Of Charge）を推定する技術が開示されている。特許文献１の技術は、リチウムイオン電池およびニッケル水素電池のそれぞれの充電率を推定し、２つの充電率を統合することで、電池全体の充電率を推定する。

特開２００６−１２１８７４号公報

しかしながら、リチウムイオン電池は、電池電圧に対してほぼ正確な充電率が推定可能である一方で、ニッケル水素電池は、フラットな放電電圧の特性上、電圧に対する充電率の関係性の特定が難しい。そのため、ニッケル水素電池の充電率の推定は誤差が多くなる、という課題がある。よって、正確なリチウムイオン電池の充電率に対して誤差の多いニッケル水素電池の充電率を統合した場合、電池全体の充電率が不正確となってしまう。

本発明の目的は、特性が異なる電池が並列に接続された構成において、両方の電池の充電率を正確に推定できる充電率推定装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る充電率推定装置は、第１電池と第２電池とが並列に接続され、かつ、前記第１電池は前記第２電池よりも充電率に対する電圧の傾きが大きい場合、前記第１電池の充電率および前記第２電池の充電率をそれぞれ推定する充電率推定装置であって、前記第１電池の電流、電圧、および温度、並びに、温度ごとに電圧と充電率とが対応付けられた第１マップに基づいて、前記第１電池の充電率を推定し、前記第１電池の充電率、温度、および、温度ごとに前記第１電池の充電率と前記第２電池の充電率とが対応付けられた第２マップに基づいて、前記第２電池の充電率を推定する構成を採る。

本発明は、特性が異なる電池が並列に接続された構成において、両方の電池の充電率を正確に推定できる。

本発明の実施の形態に係る充電率推定装置とその周辺の構成例を示すブロック図 本発明の実施の形態に係る充電率推定装置の全体動作の例を示すフローチャート 本発明の実施の形態に係る充電率推定装置の第１充電率推定動作の例を示すフローチャート 本発明の実施の形態に係る充電率推定装置が用いる第１マップの例を示す図 本発明の実施の形態に係る充電率推定装置の第２充電率推定動作の例を示すフローチャート 本発明の実施の形態に係る充電率推定装置が用いる第２マップの例を示す図

（実施の形態）
本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

＜充電率推定装置とその周辺の構成＞
本発明の実施の形態に係る充電率推定装置とその周辺の構成（以下、「電源システム」という）について説明する。図１は、本実施の形態に係る電源システムの構成例を示すブロック図である。

図１において、本実施の形態の電源システムは、モータ１０、インバータ１１、電池１２、１３、電池ＥＣＵ（Electric Control Unit）１４、１５、電流センサ１６、１７、電源ＥＣＵ１８、リレー１９を有する。これらは、電気自動車（図示せず）の電源系統（図示せず）を構成している。電気自動車は、例えば、ＨＥＶ（Hybrid Electric Vehicle）、ＰＨＥＶ（Plug-in Hybrid Electric Vehicle）またはＰＥＶ（Pure Electric Vehicle）が挙げられる。

モータ１０は、三相交流モータである。モータ１０は、インバータ１１から供給される三相交流電流により、例えば電気自動車のホイールを駆動する。

インバータ１１は、リレー１９を介して、電池１２および電池１３と接続される。そして、インバータ１１は、電池１２、１３からの直流電流を、三相交流電流に変換してモータ１０へ供給する。なお、リレー１９は、電源ＥＣＵ１８によってオン／オフを制御される。

電池１２（第１電池の一例）は、複数の単電池が直列に接続されて構成される。単電池は、例えば、リチウムイオン（Li-ion）電池が挙げられる。電池１２は、図示しない充電装置から、電気自動車を駆動するための電力の供給を受け、蓄積する。電池１２は、電池１３と並列に接続されている。

電池１３（第２電池の一例）は、複数の単電池が直列に接続されて構成される。単電池は、例えば、ニッケル水素（Ni-MH）電池が挙げられる。電池１３は、図示しない充電装置から、電気自動車を駆動するための電力の供給を受け、蓄積する。電池１３は、電池１２と並列に接続されている。

電池ＥＣＵ１４は、電池１２に対応して設けられ、電池１２の電流、電圧および温度を、充電中または放電中に測定する。このとき、電池ＥＣＵ１４は、電流センサ１６を用いて電流を測定する。同様に、電池ＥＣＵ１４は、図示しないセンサを用いて、電圧および温度をそれぞれ測定する。そして、電池ＥＣＵ１４は、測定した電流、電圧および温度を、電源ＥＣＵ１８へ出力する。なお、電源ＥＣＵ１８へ出力される電流は、例えば、積算電流とする。

電池ＥＣＵ１５は、電池１３に対応して設けられ、電池１３の電流、電圧および温度を、充電中または放電中に測定する。このとき、電池ＥＣＵ１５は、電流センサ１７を用いて電流を測定する。同様に、電池ＥＣＵ１５は、図示しないセンサを用いて、電圧および温度をそれぞれ測定する。そして、電池ＥＣＵ１５は、測定した電流、電圧および温度を、電源ＥＣＵ１８へ出力する。なお、電源ＥＣＵ１８へ出力される電流は、例えば、積算電流とする。

電源ＥＣＵ１８は、電池ＥＣＵ１４、１５のそれぞれから、積算電流、電圧および温度を受け取る。そして、電源ＥＣＵ１８は、受け取った各値と、後述する各マップとを用いて、電池の充電率を推定する。すなわち、電源ＥＣＵ１８は、本発明の充電率推定装置の一実施形態ということができる。

＜電源ＥＣＵ１８の動作＞
本発明の実施の形態に係る電源ＥＣＵ１８の動作例について説明する。

まず、電源ＥＣＵ１８の全体動作の一例について、図２を用いて説明する。図２は、電源ＥＣＵ１８の全体動作の一例を示すフローチャートである。

ステップＳ１において、電源ＥＣＵ１８は、第１充電率推定を行う。第１充電率推定は、電池１２の充電率を推定する動作である。すなわち、電源ＥＣＵ１８は、電池ＥＣＵ１４からのパラメータ（積算電流、電圧および温度）と、後述する第１マップとに基づいて、電池１２の充電率を推定する。なお、第１充電率推定の詳細は、図３を用いて後述する。

ステップＳ２において、電源ＥＣＵ１８は、第２充電率推定を行う。第２充電率推定は、電池１３の充電率を推定する動作である。すなわち、電源ＥＣＵ１８は、電池ＥＣＵ１５からのパラメータ（積算電流、電圧および温度）と、後述する第１マップおよび第２マップと、電池１２の充電率（第１充電率推定の結果）とに基づいて、電池１２の充電率を推定する。なお、第２充電率推定の詳細は、図４を用いて後述する。

ステップＳ３において、電源ＥＣＵ１８は、全体充電率推定を行う。全体充電率推定は、電池１２と電池１３を合わせた電池全体の充電率を推定する動作である。すなわち、電源ＥＣＵ１８は、第１充電率推定の結果と、第２充電率推定の結果とを統合し、電池全体の充電率を推定する。

次に、電源ＥＣＵ１８の第１充電率推定の動作例について、図３を用いて説明する。図３は、電源ＥＣＵ１８の第１充電率推定の動作例を示すフローチャートである。

ステップＳ１１において、電源ＥＣＵ１８は、電池ＥＣＵ１４からの積算電流に基づいて、充電率を推定する。この推定の結果は、以下、充電率（１）という。充電率（１）は、積算電流を電池１２の全体の容量で除算することにより求められる。

ステップＳ１２において、電源ＥＣＵ１８は、電池ＥＣＵ１４からの電圧および温度、並びに予め定められた第１マップに基づいて、充電率を推定する。この推定の結果は、以下、充電率（２）という。充電率（２）は、温度で特定された第１マップにおいて、電圧に対応する充電率を検索することにより求められる。

ここで、第１マップについて説明する。図４は、第１マップの例を示す図である。図４において、第１マップは、縦軸に電圧（Ｖ）、横軸に充電率（％）が定められており、リチウムイオン電池とニッケル水素電池のそれぞれについて、電圧と充電率の関係が曲線で示されている。なお、図４は、一例として、所定の温度に対応する第１マップを示している。つまり、第１マップは、温度ごとに複数存在する。したがって、電源ＥＣＵ１８は、まず、温度ごとに用意された複数の第１マップの中から、電池ＥＣＵ１４から通知された温度に該当する第１マップを特定する。次に、電源ＥＣＵ１８は、特定した第１マップにおいて、電池ＥＣＵ１４から通知された電圧に該当する充電率を検索する。このようにして、電源ＥＣＵ１８は、充電率（２）を求める。

なお、図４は、リチウムイオン電池とニッケル水素電池の特性が異なることを示している。すなわち、図４は、充電率が２０〜８０％の間において、リチウムイオン電池がニッケル水素電池よりも充電率に対する電圧の傾きが大きいことを示している。

ステップＳ１３において、電源ＥＣＵ１８は、充電率（１）と充電率（２）の差を求め、その差が予め定められた閾値以上であるか否かを判定する。判定の結果、差が閾値以上ではない場合（ステップＳ１３：ＮＯ）、フローは終了する。一方、判定の結果、差が閾値以上である場合（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、フローはステップＳ１４へ進む。

ステップＳ１４において、電源ＥＣＵ１８は、充電率（１）を補正する。この補正は、例えば、充電率（１）と充電率（２）の差の所定％分を、充電率（１）に加算する方法が挙げられる。そして、補正後の充電率（１）は、電池１２の充電率の最終的な推定結果となる。

このような第１充電率推定の結果、電源ＥＣＵ１８は、電池１２の充電率を正確に推定することができる。

次に、電源ＥＣＵ１８の第２充電率推定の動作例について、図５を用いて説明する。図５は、電源ＥＣＵ１８の第２充電率推定の動作例を示すフローチャートである。

ステップＳ２１において、電源ＥＣＵ１８は、電池ＥＣＵ１５からの積算電流に基づいて、充電率（第１充電率の一例）を推定する。この推定の結果は、以下、充電率（３）という。充電率（３）は、積算電流を電池１５の全体の容量で除算することにより求められる。

ステップＳ２２において、電源ＥＣＵ１８は、電池ＥＣＵ１５からの電圧および温度、並びに予め定められた第１マップに基づいて、充電率（第２充電率の一例）を推定する。この推定の結果は、以下、充電率（４）という。充電率（４）は、温度で特定された第１マップにおいて、電圧に対応する充電率を検索することにより求められる。充電率（４）の算出の詳細は、上述した充電率（２）の算出と同じである。すなわち、電源ＥＣＵ１８は、まず、温度ごとに用意された複数の第１マップの中から、電池ＥＣＵ１５から通知された温度に該当する第１マップを特定する。次に、電源ＥＣＵ１８は、特定した第１マップにおいて、電池ＥＣＵ１５から通知された電圧に該当する充電率を検索する。このようにして、電源ＥＣＵ１８は、充電率（４）を求める。

ステップＳ２３において、電源ＥＣＵ１８は、第１充電率推定の結果である充電率（１）、および予め定められた第２マップに基づいて、充電率（第３充電率の一例）を推定する。この推定の結果は、以下、充電率（５）という。充電率（５）は、温度で特定された第２マップにおいて、リチウムイオン電池の充電率（充電率（１））に対応する充電率を検索することにより求められる。

ここで、第２マップについて説明する。図６は、第２マップの例を示す図である。図６において、第２マップは、縦軸にニッケル水素電池の充電率（％）、横軸にリチウムイオン電池の充電率（％）が定められており、ニッケル水素電池の充電率とリチウムイオン電池の充電率の関係が曲線で示されている。なお、図６は、一例として、所定の温度に対応する第２マップを示している。つまり、第２マップは、温度ごとに複数存在する。したがって、電源ＥＣＵ１８は、まず、温度ごとに用意された複数の第２マップの中から、電池ＥＣＵ１５から通知された温度に該当する第２マップを特定する。次に、電源ＥＣＵ１８は、特定した第２マップにおいて、第１充電率推定の結果である充電率（１）に該当する充電率を検索する。このようにして、電源ＥＣＵ１８は、充電率（５）を求める。

ステップＳ２４において、電源ＥＣＵ１８は、充電率（３）と充電率（４）の差（第１の差の一例）を求め、その差が予め定められた閾値以上であるか否かを判定する。判定の結果、差が閾値以上ではない場合（ステップＳ２４：ＮＯ）、フローはステップＳ２６へ進む。一方、判定の結果、差が閾値以上である場合（ステップＳ２４：ＹＥＳ）、フローはステップＳ２５へ進む。

ステップＳ２５において、電源ＥＣＵ１８は、充電率（３）を補正する。この補正は、例えば、充電率（３）と充電率（４）の差の所定％分を、充電率（３）に加算する方法が挙げられる。

ステップＳ２６において、電源ＥＣＵ１８は、充電率（３）と充電率（５）の差（第２の差の一例）を求め、その差が予め定められた閾値以上であるか否かを判定する。判定の結果、差が閾値以上ではない場合（ステップＳ２６：ＮＯ）、フローは終了する。一方、判定の結果、差が閾値以上である場合（ステップＳ２６：ＹＥＳ）、フローはステップＳ２７へ進む。なお、このステップＳ２６でいう充電率（３）は、ステップＳ２５の補正が行われた場合、補正後の充電率（３）を指し、ステップＳ２５の補正が行われなかった場合、ステップＳ２１で算出された充電率（３）を指す。

ステップＳ２７において、電源ＥＣＵ１８は、充電率（３）を補正する。この補正は、例えば、充電率（３）と充電率（５）の差の所定％分を、充電率（３）に加算する方法が挙げられる。そして、補正後の充電率（３）は、電池１３の充電率の最終的な推定結果となる。

このような第２充電率推定の結果、電源ＥＣＵ１８は、電池１３の充電率を正確に推定することができる。

その後、図２のステップＳ３で説明したように、電源ＥＣＵ１８は、第１充電率推定の結果として得た電池１２の充電率と、第２充電率推定の結果として得た電池１３の充電率とを統合する。これにより、電源ＥＣＵ１８は、電池１２と電池１３を合わせた電池全体の充電率を正確に推定することができる。

以上説明したように、本発明の充電率推定装置の一実施形態である電源ＥＣＵ１８は、リチウムイオン電池の充電率と、温度（リチウムイオン電池とニッケル水素電池の温度）と、第２マップとに基づいて、ニッケル水素電池の充電率を推定することを特徴とする。これにより、特性が異なる電池が並列に接続された構成において、リチウムイオン電池の充電率とともに、ニッケル水素電池の充電率を正確に推定できる。その結果、リチウムイオン電池とニッケル水素電池の両方を合わせた電池全体の充電率も正確に推定できる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、上記説明は一例であり、種々の変形が可能である。

例えば、上記実施の形態では、図５の第２充電率推定において、充電率（５）を充電率（３）の補正に用いることで、最終的な推定結果を求める例としたが、これに限定されない。例えば、電源ＥＣＵ１８は、図５のステップＳ２４〜Ｓ２７の補正処理を実行せずに、充電率（５）を最終的な推定結果としてもよい。

また、上記実施の形態では、電源ＥＣＵ１８が第１充電率推定と第２充電率推定の両方を行う例としたが、これに限定されない。例えば、電池ＥＣＵ１４および電池ＥＣＵ１５がそれぞれ第１充電率推定および第２充電率推定を行って、推定結果を電源ＥＣＵ１８へ通知し、電源ＥＣＵ１８が推定結果を基に全体充電率推定を行うようにしてもよい。

また、上記実施の形態では、本発明をハードウェアで構成する場合を例にとって説明したが、本発明はハードウェアとの連係においてソフトウェアでも実現することも可能である。

本発明は、電池の充電率を推定する装置、方法、プログラム等に適用することができる。

１０ モータ
１１ インバータ
１２、１３ 電池
１４、１５ 電池ＥＣＵ
１６、１７ 電流センサ
１８ 電源ＥＣＵ
１９ リレー

Claims (3)

1. 第１電池と第２電池とが並列に接続され、かつ、前記第１電池は前記第２電池よりも充電率に対する電圧の傾きが大きい場合、前記第１電池の充電率および前記第２電池の充電率をそれぞれ推定する充電率推定装置であって、
   前記第１電池の電流、電圧、および温度、並びに、温度ごとに電圧と充電率とが対応付けられた第１マップに基づいて、前記第１電池の充電率を推定し、
   前記第１電池の充電率、温度、および、温度ごとに前記第１電池の充電率と前記第２電池の充電率とが対応付けられた第２マップに基づいて、前記第２電池の充電率を推定する、
   充電率推定装置。
2. 前記第２電池の電流、および前記第２電池の全体の容量に基づいて、第１充電率を算出し、
   前記第２電池の電圧、および温度、並びに、前記第１マップに基づいて、第２充電率を算出し、
   前記第１充電率と前記第２充電率との差である第１の差が閾値以上である場合、前記第１の差に基づいて前記第１充電率を補正し、
   前記補正した第１充電率と、前記第２マップを用いて推定した第３充電率との差である第２の差が閾値以上である場合、前記第２の差に基づいて前記補正した第１充電率をさらに補正し、
   前記さらに補正した第１充電率を、前記第２電池の充電率の最終的な推定結果とする、
   請求項１記載の充電率推定装置。
3. 前記第１電池は、リチウムイオン電池であり、
   前記第２電池は、ニッケル水素電池である、
   請求項１または２記載の充電率推定装置。

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