JP4165268B2

JP4165268B2 - 蓄電池の充電状態検知方法

Info

Publication number: JP4165268B2
Application number: JP2003080306A
Authority: JP
Inventors: 一宏杉江
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-03-24
Filing date: 2003-03-24
Publication date: 2008-10-15
Anticipated expiration: 2023-03-24
Also published as: JP2004286642A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はハイブリッド自動車に用いられる電池のような充電状態（Ｓｔａｔｅｏｆｃｈａｒｇｅ：以下、ＳＯＣ）をある設定領域内で制御する電源システムにおけるＳＯＣの検知方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
エンジン動力とモータ動力を組み合わせたハイブリッド自動車において、モータ動力による走行アシスト時には内蔵された電池からモータに電力が供給される。また、車両を減速・停止させる際には車両の運動エネルギーを変換して得た電気エネルギーを電池に蓄積する、いわゆる回生充電を行うことによって、エネルギーを効率的に利用する。
【０００３】
このような車両に用いられる電池は、アシスト走行時にモータに供給する電力を確保し、かつ回生充電を効率良く受け入れることが求められる。したがって、電池のＳＯＣは満充電状態を１００％とした場合に、例えば５０％〜９５％の部分充電状態に制御する。
【０００４】
また、前記したようなハイブリッド自動車の他に太陽光発電や風力発電システムでは出力を平準化するための電池を有しているものがある。このようなシステムでは自然条件により発電量が変化するために、負荷に対しての発電量の過不足が発生する。そこで発電量が負荷に対して余剰がある場合には、この余剰電力を電池に蓄積し、発電量が負荷に対して不足する場合には、この不足電力を電池から補う。したがって、このような発電システムに併用される電池も、ハイブリッド自動車用の電池と同様、余剰電力を効率的に受入れ、かつ不足電力を補うために適切なＳＯＣ領域内で制御される。
【０００５】
前記したようなシステムにおける電池のＳＯＣ制御はシステムの効率を高める上で重要であることから、電池のＳＯＣを検知するための方法について検討が行われてきている。このＳＯＣの検知方法として放電電気量と充電電気量とを連続してモニターすることにより、任意の時刻における電池のＳＯＣを推定することができる。ところが、電池の充電効率のばらつき、さらには充電効率の経時変化によってＳＯＣの推定誤差が大きくなる。
【０００６】
一方、鉛蓄電池ではＳＯＣとＯＣＶとの間に相関が存在するので、鉛蓄電池の開路電圧（ＯＣＶ）を基に蓄電池のＳＯＣを推定することが知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００７】
ところが、ハイブリッド車両に用いられる鉛蓄電池では車両の運行状況に応じて充放電が短い時間間隔で切り替わり、電池が開路状態にある時間は制限されるため、頻繁にＳＯＣを検知するには不都合であった。
【０００８】
そこで充電時の充電電圧値や放電時の放電電圧値からＳＯＣを推定する方法が検討されてきた。ところがハイブリッド車両用のようにＳＯＣが５０％〜９５％といった比較的広い範囲内で制御を行う場合、ＳＯＣの推定誤差を低く抑えることは困難であった。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００１−３５１６９８号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ハイブリッド車両用の蓄電池のような、ＳＯＣをある所定範囲内で制御する電源システムにおいて、例えば５０％〜９５％といった比較的広いＳＯＣ範囲内で、検知誤差の少ないＳＯＣ検知方法を提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記した課題を解決するために、本発明の請求項１に係る発明は、蓄電池の充電状態（ＳＯＣ）が所定のＳＯＣ領域内で制御される電源システムにおける前記ＳＯＣの検知方法であって、前記ＳＯＣ領域の下限近傍に設定される第１のＳＯＣ領域と、前記ＳＯＣ領域の上限近傍に設定され、かつ前記第１のＳＯＣ領域を含まない第２のＳＯＣ領域を設定し、前記ＳＯＣが前記第１のＳＯＣ領域内か前記第２のＳＯＣ領域内かを判定する判定ステップを有し、前記ステップにおいて前記ＳＯＣが前記第１のＳＯＣ領域内である場合には、前記ＳＯＣを第１のＳＯＣ検知方法によって検知するとともに、前記ＳＯＣが前記第２のＳＯＣ領域内である場合には、前記ＳＯＣを第２のＳＯＣ検知方法によって検知し、前記第１のＳＯＣ検知方法は前記蓄電池の放電電流（Ｉｄ）と放電電圧（Ｖｄ）に基いて前記ＳＯＣを検知し、前記第２のＳＯＣ検知方法は前記蓄電池の充電電流（Ｉｃ）と充電電圧（Ｖｃ）に基いて前記ＳＯＣを検知することを特徴とする蓄電池の充電状態検知方法を示すものである。
【００１２】
また、本発明の請求項２に係る発明は、請求項１の蓄電池の充電状態検知方法において、前記第１のＳＯＣ検知方法によって得たＳＯＣに基いて前記判定ステップを行うことを特徴とするものである。
【００１３】
そして、本発明の請求項３に係る発明は、請求項１の前記蓄電池の充電状態検知方法において、前記第２のＳＯＣ検知方法によって得たＳＯＣに基いて前記判定ステップを行うことを特徴とするものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態による蓄電池の充電状態の検知方法を図面を用いて説明する。
【００１５】
図１および図２は本発明の蓄電池の充電状態の検知方法を適用する電源システムにおける蓄電池の充電状態（以下、ＳＯＣ）の推移の例を示す図である。ＳＯＣは上限であるＳＯＣ（ＵＬ）と下限であるＳＯＣ（ＬＬ）内に制御されている。例えばＳＯＣを５０〜９５％の領域内で制御する場合、ＳＯＣ（ＵＬ）は９５％、ＳＯＣ（ＬＬ）は５０％である。
【００１６】
そして本発明ではＳＯＣの下限近傍に第１のＳＯＣ領域とＳＯＣの上限近傍に第２のＳＯＣ領域を設定する。例えば図１に示したように、ＳＯＣ（ＬＬ）より大であり、ＳＯＣ（ＵＬ）未満であるＳＯＣ（ＬＰ）を設定し、ＳＯＣ（ＬＬ）≦ＳＯＣ≦ＳＯＣ（ＬＰ）を第１のＳＯＣ領域、また、ＳＯＣ（ＬＰ）以上であり、ＳＯＣ（ＵＬ）以下であるＳＯＣ（ＵＰ）を設定し、ＳＯＣ（ＵＰ）≦ＳＯＣ≦ＳＯＣ（ＵＬ）を第２のＳＯＣ領域とする。
【００１７】
なお、図２に示したようにＳＯＣ（ＬＰ）＝ＳＯＣ（ＵＰ）となることを妨げないが、この場合ＳＯＣ（ＬＰ）値、すなわち、ＳＯＣ（ＵＰ）値がどちらのＳＯＣ領域に入れるかを予め定義しておく必要がある。本実施の形態においてはＳＯＣ（ＬＰ）＝ＳＯＣ（ＵＰ）とし、ＳＯＣ（ＬＬ）≦ＳＯＣ≦ＳＯＣ（ＵＰ）を第１のＳＯＣ領域、ＳＯＣ（ＵＰ）＜ＳＯＣ≦ＳＯＣ（ＵＬ）を第２のＳＯＣ領域とした例について述べる。
【００１８】
図３と図４は本発明の実施の形態による蓄電池の充電状態（ＳＯＣ）検知方法のフローを示す図である。ＳＯＣ検知のスタート（Ｓ１）後、蓄電池が放電状態にあるかどうかの判定を行う（Ｓ２）。蓄電池が放電状態でない場合には所定時間待機後、放電判定（Ｓ２）を行う。この放電判定（Ｓ２）は蓄電池に流れる電流を検知し、これが電流値の符号から判定することができる。
【００１９】
蓄電池が放電状態にある場合、蓄電池の放電電流（Ｉｄ）の測定（Ｓ３）と、放電電圧（Ｖｄ）の測定（Ｓ４）が行われる。次にここで得られたＶｄとＩｄとの値から蓄電池のＳＯＣを求める。この放電時の電圧（Ｖｄ）−電流（Ｉｄ）との関係から求めたＳＯＣをＳＯＣ１とする（Ｓ５）。ここで蓄電池毎に予めＳＯＣ別にＶｄ−Ｉｄ値のデータ列を求めておき、このデータ列をメモリー等の記憶手段に記憶させておく。そしてＶｄ値とＩｄ値の実測値からこのデータ列を参照してＳＯＣ１を求める。なお、ここでデータ列を蓄電池温度毎に求めておけば、より精度よくＳＯＣ１を測定することができる。なお、放電開始後にＶｄは変化するため、放電開始後のＶｄの測定タイミングを所定時間内に行うことが必要である。
【００２０】
次にＳＯＣ１が下限近傍の第１のＳＯＣ領域内か、上限近傍の第２のＳＯＣ領域内かどうかを判定するステップ（Ｓ６）を行う。ここでＳＯＣ１が第１のＳＯＣ領域内、すなわち、ＳＯＣ（ＬＬ）≦ＳＯＣ１≦ＳＯＣ（ＵＰ）内である場合（ＹＥＳ）、このＳＯＣ１の値を蓄電池のＳＯＣとして出力する（Ｓ７）。ＳＯＣ１が第１のＳＯＣ領域外、すなわち、第２のＳＯＣ領域内である場合には図４に示した充電判定を行うステップ（Ｓ８）に移行する。
【００２１】
充電判定ステップ（Ｓ８）では蓄電池が充電中であるかどうかの判定を行う。蓄電池が放電中、あるいは充放電電流が０であり、実質上開路状態である場合には所定時間後に再び充電判定ステップ（Ｓ８）に移行する。
【００２２】
充電判定ステップ（Ｓ８）で蓄電池が充電中である場合にはこのときの充電電流（Ｉｃ）と充電電圧（Ｖｃ）の測定がそれぞれステップ（Ｓ９）とステップ（Ｓ１０）で行われる。そしてここで得られたＶｃとＩｃとの値から蓄電池のＳＯＣを求め、ＳＯＣ２とする（Ｓ１１）。なお、ＶｃおよびＩｃとＳＯＣとの関係は用いる蓄電池毎に予め求めたデータ列をメモリー等の記憶手段に保存しておき、ＶｃとＩｃの測定後、これらのデータ列を参照してＳＯＣ２を逆算する。なお、ここでデータ列を蓄電池温度毎に求めておけば、より精度よくＳＯＣ２を測定することができる。ここで求めたＳＯＣ２を蓄電池のＳＯＣとして出力する（Ｓ１２）。
【００２３】
本発明ではＳＯＣの値によってＳＯＣの測定方法を変えるものである。ＳＯＣが８０％程度以下の領域では放電時の電流（Ｉｄ）と電圧（Ｖｄ）の関係からＳＯＣを求める方法が充電時の電流（Ｉｃ）と電圧（Ｖｃ）の関係からＳＯＣを求める方法に比較して精度良くＳＯＣが検知できる。またＳＯＣが９５％といった上限に近いところでは充電時の電流（Ｉｃ）と電圧（Ｖｃ）の関係からＳＯＣを求める方法が放電時の電流（Ｉｄ）と電圧（Ｖｄ）をより精度よく求めることが可能である。
【００２４】
本発明では蓄電池のＳＯＣがどのＳＯＣ領域にあるのかを検知し、そのＳＯＣ領域に適したＳＯＣ検知方法を選択することにより、ＳＯＣの測定精度を高めることができる。なお、本実施形態では図２に示したように、ＳＯＣ（ＵＰ）＝ＳＯＣ（ＬＰ）とすることによって第１のＳＯＣ領域と第２のＳＯＣ領域が接するよう、設定したが、図１に示したように、ＳＯＣ（ＵＰ）＞ＳＯＣ（ＬＰ）とし、第１のＳＯＣ領域と第２のＳＯＣ領域の間にどちらにも属さない、第３のＳＯＣ領域を設けることも可能である。この第３の領域で第１のＳＯＣ領域と同様の放電電圧と放電電流に基づく方法を採用した場合には、前記した本発明の実施形態と実質上、同じとなる。また、放電電圧と放電電流によって求めたＳＯＣ（ＳＯＣ１）と充電電圧と充電電圧によって求めたＳＯＣ（ＳＯＣ２）との平均値を採用することもできる。
【００２５】
なお、本発明では蓄電池の電流−電圧の関係からＳＯＣを求めるため、これらの関係に比較的強い相関関係がある蓄電池、例えば鉛蓄電池やリチウム２次電池に適用すれば、ＳＯＣの検知精度をより高めることができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上、説明してきたように、本発明による蓄電池の充電状態（ＳＯＣ）の検知方法によれば、例えば５０％〜９５％といった比較的広いＳＯＣ領域で精度よくＳＯＣを検知でき、ひいてはＳＯＣ制御を必要とする電源システムの制御精度を高めることができることから、工業上、極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】蓄電池のＳＯＣ推移を示す図
【図２】蓄電池のＳＯＣ推移を示す図
【図３】本発明の実施の形態による充電状態検知方法のフローの一部を示す図
【図４】本発明の実施の形態による充電状態検知方法のフローの一部を示す図

Claims

蓄電池の充電状態（ＳＯＣ）が所定のＳＯＣ領域内で制御される電源システムにおける前記充電状態の検知方法であって、
前記ＳＯＣ領域の下限近傍に設定される第１のＳＯＣ領域と、
前記ＳＯＣ領域の上限近傍に設定され、かつ前記第１のＳＯＣ領域を含まない第２のＳＯＣ領域を設定し、
前記ＳＯＣが前記第１のＳＯＣ領域内か前記第２のＳＯＣ領域内かを判定する判定ステップを有し、
前記ステップにおいて前記ＳＯＣが前記第１のＳＯＣ領域内である場合には、前記ＳＯＣを第１のＳＯＣ検知方法によって検知するとともに、
前記ＳＯＣが前記第２のＳＯＣ領域内である場合には、前記ＳＯＣを第２のＳＯＣ検知方法によって検知し、
前記第１のＳＯＣ検知方法は前記蓄電池の放電電流（Ｉｄ）と放電電圧（Ｖｄ）に基いて前記ＳＯＣを検知し、
前記第２のＳＯＣ検知方法は前記蓄電池の充電電流（Ｉｃ）と充電電圧（Ｖｃ）に基いて前記ＳＯＣを検知することを特徴とする蓄電池の充電状態検知方法。
前記第１のＳＯＣ検知方法によって得たＳＯＣに基いて前記判定ステップを行うことを特徴とする請求項１に記載の充電状態検知方法。
前記第２のＳＯＣ検知方法によって得たＳＯＣに基いて前記判定ステップを行うことを特徴とする請求項１に記載の充電状態検知方法。