JP4165268B2 - 蓄電池の充電状態検知方法 - Google Patents
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Description
【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(Stateof charge: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 (3)
- 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。
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