JP2020125914A

JP2020125914A - 満充電容量推定装置

Info

Publication number: JP2020125914A
Application number: JP2019016902A
Authority: JP
Inventors: 和樹久保; Kazuki Kubo; 純太泉; Junta Izumi; 田中　信行; Nobuyuki Tanaka; 信行田中; 義宏内田; Yoshihiro Uchida; 正規内山; Masanori Uchiyama
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2019-02-01
Filing date: 2019-02-01
Publication date: 2020-08-20

Abstract

【課題】より適正にバッテリの満充電容量を推定する。【解決手段】バッテリの充電の前後の蓄電割合の差分とバッテリの充電の際の充電電流の積算値とに基づいて仮満充電容量を計算すると共に、仮満充電容量の計算に係るバッテリの充電の前後の放置時間が長いほど大きくなる傾向または蓄電割合の差分が大きいほど大きくなる傾向のうち少なくとも一方の傾向に反映率を設定する。そして、仮満充電容量とそれまでの満充電容量に対して反映率を用いて満充電容量を推定する。バッテリの充電の前後の放置時間が長いほど反映率を大きくなる傾向に設定するのは、放置時間が長いほどバッテリの分極が解消されることに基づき、蓄電割合の差分が大きいほど反映率を大きくなる傾向に設定するのは、蓄電割合の差分が大きいほど充電率が大きくなり充電率が小さいことによる誤差が小さくなることに基づく。【選択図】図２

Description

本発明は、満充電容量推定装置に関し、詳しくは、バッテリの満充電容量を推定する満充電容量推定装置に関する。

従来、この種の満充電容量推定装置としては、バッテリが所定温度の環境に置かれ所定充電率で繰り返し充放電された場合のバッテリの満充電容量標準劣化推移から所定範囲内に満充電容量がある場合に、満充電容量をバッテリの満充電容量推定に用いるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、上記の条件下で満充電容量を推定することにより、バッテリの満充電容量推定値を精度よく算出することができるとしている。

特開２０１８−１１９８２８号公報

バッテリの満充電容量を推定する場合、バッテリの分極が解消されていない状態で満充電容量を推定したり、満充電容量に対する充電容量の比としての充電率が小さいときに満充電容量を推定すると、分極による誤差や充電率が小さいことによる誤差が大きく影響し、満充電容量の推定の精度が悪化してしまう。

本発明の満充電容量推定装置は、より適正にバッテリの満充電容量を推定することを主目的とする。

本発明の満充電容量推定装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の満充電容量推定装置は、
バッテリの満充電容量を推定する満充電容量推定装置であって、
前記バッテリの充電の前後の蓄電割合の差分と前記バッテリの充電の際の充電電流の積算値とに基づいて仮満充電容量を計算すると共に、前記仮満充電容量の計算に係る前記バッテリの充電の前後の放置時間が長いほど大きくなる傾向または前記蓄電割合の差分が大きいほど大きくなる傾向のうち少なくとも一方の傾向に反映率を設定し、
前記仮満充電容量とそれまでの満充電容量に対して前記反映率を用いて満充電容量を推定する、
ことを特徴とする。

この本発明の満充電容量推定装置では、バッテリの充電の前後の蓄電割合の差分とバッテリの充電の際の充電電流の積算値とに基づいて仮満充電容量を計算すると共に、仮満充電容量の計算に係るバッテリの充電の前後の放置時間が長いほど大きくなる傾向または蓄電割合の差分が大きいほど大きくなる傾向のうち少なくとも一方の傾向に反映率を設定する。そして、仮満充電容量とそれまでの満充電容量に対して反映率を用いて満充電容量を推定する。バッテリの充電の前後の放置時間が長いほど反映率を大きくなる傾向に設定するのは、放置時間が長いほどバッテリの分極が解消されることに基づく。また、蓄電割合の差分が大きいほど反映率を大きくなる傾向に設定するのは、蓄電割合の差分が大きいほど充電率が大きくなり充電率が小さいことによる誤差が小さくなることに基づく。したがって、これらのうちの少なくとも一方の傾向に反映率を設定することにより、より適正に満充電容量を推定することができる。なお、満充電容量の推定は、仮満充電容量×反映率＋それまでの満充電容量×（１−反映率）として計算することができる。

本発明の一実施例としての満充電容量推定装置を搭載する電気自動車２０の構成の概略を示す構成図である。電子制御ユニット７０により実行される満充電容量推定処理の一例を示すフローチャートである。反映率設定用マップの一例を示す説明図である。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としての満充電容量推定装置を搭載する電気自動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例の電気自動車２０は、図示するように、モータ３２と、インバータ３４と、直流電源としてのバッテリ３６と、電子制御ユニット７０と、を備える。

モータ３２は、例えば同期発電電動機として構成されており、回転子が駆動輪２２ａ，２２ｂにデファレンシャルギヤ２４を介して連結された駆動軸２６に接続されている。インバータ３４は、モータ３２の駆動に用いられると共に電力ライン３８とシステムメインリレー３５とを介してバッテリ３６に接続されている。モータ３２は、電子制御ユニット７０によってインバータ３４の図示しない複数のスイッチング素子がスイッチング制御されることにより、回転駆動される。

バッテリ３６は、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池として構成されており、システムメインリレー３５およびインバータ３４を介してモータ３２と電力のやりとりを行なう。即ち、モータ３２を力行制御することによりバッテリ３６からの電力を用いてモータ３２から駆動用の動力を出力し、モータ３２を回生制御することによりモータ３２からの回生電力によってバッテリ３６を充電する。

バッテリ３６には、その端子間の電圧を検出する電圧センサ３６ａが取り付けられていると共にバッテリ３６に流れる充放電電流いｂを検出する電流センサ３６ｂが取り付けられている。この電圧センサ３６ａと電流センサ３６ｂは、システムメインリレー３５と共にジャンクションボックス４０に収納されている。

充電用リレー５０は、車外の充電スタンド９０のスタンド側コネクタ９１に接続される車両側コネクタ５１と電力ライン３８とを接続する電力ライン５２に設けられている。充電用リレー５０は、図示しないが、正極リレーと負極リレーを備えている。

電子制御ユニット７０は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵに加えて、処理プログラムを記憶するＲＯＭや、データを一時的に記憶するＲＡＭ、フラッシュメモリ、入出力ポート、通信ポートなどを備える。

電子制御ユニット７０には、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力される。電子制御ユニット７０に入力される信号としては、例えば、モータ３２の回転子の回転位置を検出する図示しない回転位置センサからのモータ３２の回転子の回転位置θｍや、モータ３２の各相の相電流を検出する図示しない電流センサからのモータ３２の各相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを挙げることができる。また、バッテリ３６の端子間に取り付けられた電圧センサ３６ａからのバッテリ３６の電圧Ｖｂや、バッテリ３６の出力端子に取り付けられた電流センサ３６ｂからのバッテリ３６の充放電電流Ｉｂ、バッテリ３６に取り付けられた温度センサ３６ｃからのバッテリ３６の温度Ｔｂ、ジャンクションボックス４０に取り付けられた温度センサ４２からのジャンクションボックス４０内の温度Ｔｊｂも挙げることができる。車両側コネクタ５１がスタンド側コネクタ９１に接続されているか否かを検出する接続検出センサ５３からの接続検出信号や車両側コネクタ５１と充電用リレー５０との間の電力ライン５２に取り付けられた電圧センサ５２ａからの充電電圧Ｖｃｈｇも挙げることができる。図示しないが、さらに、イグニッションスイッチからのイグニッション信号や、シフトレバーの操作位置を検出するシフトポジションセンサからのシフトポジションＳＰ、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサからのアクセル開度Ａｃｃ、ブレーキペダルの踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサからのブレーキペダルポジションＢＰ、車速センサからの車速Ｖなども挙げることができる。

電子制御ユニット７０からは、各種制御信号が出力ポートを介して出力される。電子制御ユニット７０から出力される信号としては、例えば、インバータ３４への制御信号やシステムメインリレー３５への制御信号，充電用リレー５０への制御信号を挙げることができる。また、車両側コネクタ５１がスタンド側コネクタ９１に接続されているときに車両側コネクタ５１およびスタンド側コネクタ９１の通信ラインを介して充電スタンド９０に充電に必要な情報も挙げることができる。電子制御ユニット７０は、電流センサ３６ｂからのバッテリ３６の入出力電流Ｉｂの積算値に基づいてバッテリ３６の蓄電量Ｓｂや蓄電割合ＳＯＣを演算している。ここで、蓄電量Ｃｂは、バッテリ３６から放電可能な電力量であり、蓄電割合ＳＯＣは、バッテリ３６の全容量Ｃａｐに対する蓄電量Ｃｂの割合である。

ここで、実施例の電気自動車２０では、電子制御ユニット７０が満充電容量推定装置に相当する。

次に、実施利恵の電気自動車２０によりバッテリ３６の満充電容量推定値Ｆｃｃを推定する際の動作について説明する。図２は、電子制御ユニット７０により実行される満充電容量推定処理の一例を示すフローチャートである。この処理は、充電スタンド９０からの電力によるバッテリ３６の充電時において満充電容量推定値Ｆｃｃを学習する際に実行される。

満充電容量推定処理が実行されると、電子制御ユニット７０は、まず、仮満充電容量Ｆｃｃｔｍｐを計算する処理を実行する（ステップＳ１００）。仮満充電容量Ｆｃｃｔｍｐは、バッテリ３６の充電の前後の蓄電割合ＳＯＣの差分ΔＳＯＣ（充電開始時の蓄電割合ＳＯＣ−充電終了時の蓄電割合ＳＯＣ）をバッテリ３６の充電中における充電電流Ｉｂの積算値ΣＩｂで除することにより計算することができる。

続いて、バッテリ３６の充電の前後における放置時間Ｔと蓄電割合差分ΔＳＯＣとを取得する（ステップＳ１１０）。放置時間Ｔは、イグニッションオフからイグニッションオンまでの時間からバッテリ３６の充電時間を減じた時間として計算することができる。

次に、取得した放置時間Ｔと蓄電割合差分ΔＳＯＣとに基づいて反映率αを設定する（ステップＳ１２０）。反映率αは、実施例では、放置時間Ｔと蓄電割合差分ΔＳＯＣと反映率αとの関係を予め定めて反映率設定用マップとして記憶しておき、放置時間Ｔと蓄電割合差分ΔＳＯＣが与えられるとマップから対応する反映率αを導出することにより設定するものとした。図３に反映率設定用マップの一例を示す。実施例では、放置時間Ｔが大きい（長い）ほど反映率αが大きくなる傾向に、且つ、蓄電割合差分ΔＳＯＣが大きいほど反映率αが大きくなる傾向に設定するものとした。放置時間Ｔが大きい（長い）ほど反映率αを大きくなる傾向に設定するのは、放置時間Ｔが大きい（長い）ほどバッテリの分極が解消されることに基づいている。また、蓄電割合差分ΔＳＯＣが大きいほど反映率αを大きくなる傾向に設定するのは、蓄電割合差分ΔＳＯＣが大きいほど充電率（全容量に対する充電容量の比率）が大きくなり充電率が小さいことによる誤差が小さくなることに基づいている。

こうして反映率αを設定すると、仮満充電容量Ｆｃｃｔｍｐとそのときの満充電容量（前回満充電容量）Ｆｃｃに反映率αを用いて次式（１）により満充電容量Ｆｃｃを計算し（ステップＳ１３０）、満充電容量推定処理を終了する。なお、こうして推定されたバッテリ３６の満充電容量Ｆｃｃは、例えば、電費（単位電力量当たりの走行距離）を乗じて走行可能距離を計算する際に用いられる。

Ｆｃｃ＝Ｆｃｃｔｍｐ×α＋前回Ｆｃｃ×（１−α）（１）

以上説明した実施例の電気自動車２０が搭載する満充電推定装置では、バッテリ３６の充電の前後における放置時間Ｔが大きい（長い）ほど反映率αが大きくなる傾向に、且つ、バッテリ３６の充電の前後の蓄電割合ＳＯＣの差分としての蓄電割合差分ΔＳＯＣが大きいほど反映率αが大きくなる傾向に設定し、蓄電割合差分ΔＳＯＣをバッテリ３６の充電中における充電電流Ｉｂの積算値ΣＩｂで除することにより計算される仮満充電容量Ｆｃｃｔｍｐとそれまでの満充電容量Ｆｃｃとに対して反映率αを用いて満充電容量Ｆｃｃを推定する。放置時間Ｔが大きい（長い）ほどバッテリの分極が解消されることや、蓄電割合差分ΔＳＯＣが大きいほど充電率が大きくなり充電率が小さいことによる誤差が小さくなることにより、より適正に満充電容量Ｆｃｃを推定することができる。

実施例の電気自動車２０では、バッテリ３６の充電の前後における放置時間Ｔが長いほど反映率αが大きくなる傾向に、且つ、バッテリ３６の充電の前後の蓄電割合差分ΔＳＯＣが大きいほど反映率αが大きくなる傾向に設定するものとした。しかし、蓄電割合差分ΔＳＯＣの大小に拘わらずにバッテリ３６の充電の前後における放置時間Ｔが大きいほど反映率αが大きくなる傾向に設定するものとしたり、バッテリ３６の充電の前後における放置時間Ｔの長短に拘わらずにバッテリ３６の充電の前後の蓄電割合差分ΔＳＯＣが大きいほど反映率αが大きくなる傾向に設定するものとしてもよい。

実施例や変形例では、満充電容量推定装置は電気自動車２０に搭載されるものとしたが、ハイブリッド自動車に搭載されているものや、燃料電池車に搭載されるものとしてもよい。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、満充電容量推定装置の製造産業などに利用可能である。

２０電気自動車、２２ａ，２２ｂ駆動輪、２４デファレンシャルギヤ、２６駆動軸、３２モータ、３４インバータ、３５システムメインリレー、３６バッテリ、３６ａ電圧センサ、３６ｂ電流センサ、３６ｃ温度センサ、３８電力ライン、５０充電用リレー、５１車両側コネクタ、５２電力ライン、５２ａ電圧センサ、５３接続検出センサ、７０電子制御ユニット、９０充電スタンド、９１スタンド側コネクタ。

Claims

バッテリの満充電容量を推定する満充電容量推定装置であって、
前記バッテリの充電の前後の蓄電割合の差分と前記バッテリの充電の際の充電電流の積算値とに基づいて仮満充電容量を計算すると共に、前記仮満充電容量の計算に係る前記バッテリの充電の前後の放置時間が長いほど大きくなる傾向または前記蓄電割合の差分が大きいほど大きくなる傾向のうち少なくとも一方の傾向に反映率を設定し、
前記仮満充電容量とそれまでの満充電容量に対して前記反映率を用いて満充電容量を推定する、
ことを特徴とする満充電容量推定装置。