JP5641215B2 - 二次電池の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、二次電池の制御装置に係り、特に二次電池の満充電容量を補正する技術に関する。

電気自動車、内燃機関と電気モータとを搭載したハイブリッド型自動車等、電気を動力源として扱う車両において二次電池の満充電容量の経年変化（低下）を把握するのは重要な技術課題である。
二次電池の満充電容量を十分に把握できないていないと、電池容量が十分であるのに車両を停止させてしまったり、逆に電池容量が不足しているのに電池容量が十分であるものと誤認識して二次電池が過放電状態になったりするという問題が生じる。

近年では、特に車両用にリチウムイオン二次電池やリチウムポリマー二次電池が急速に利用されつつあるが、これらの二次電池では、その性質上、充放電を繰り返すたびに満充電容量が低下することが知られており、上記問題は顕著である。
そこで、満充電容量を把握するために、例えば、満充電容量に対する電池容量の比率であるＳＯＣ（State of Charge）と電流の積算値である電池容量（Aｈ）とに基づき、それぞれ二点間のＳＯＣの差であるδＳＯＣとδAｈとに基づいて満充電容量を演算し判定する技術が知られている（特許文献１参照）。

また、ＳＯＣを求める手法として、電流の積算値からＳＯＣｃを求める方法と開放電圧からＳＯＣvを求める方法とが知られており（特許文献２参照）、上記特許文献１では、電流の積算値からＳＯＣｃを求めるようにしている。

特開２００８−２４１３５８号公報 特開２００５−２０１７４３号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の技術のように、車両における環境にて満充電容量をδＳＯＣとδAｈとに基づいて演算するようにする場合、δＳＯＣとδAｈを得るのに測定誤差が大きく含まれることから、満充電容量を正確に把握できないという問題がある。
このように満充電容量を正確に把握できないと、満充電容量を安全側に見積もらざるを得ず、二次電池の性能を十分に発揮できないこととなり、好ましいことではない。

本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、満充電容量を正確に把握可能な二次電池の制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１の二次電池の制御装置は、二次電池の満充電容量を補正する二次電池の制御装置であって、前記二次電池の充放電電流を検出する電流検出手段と、前記二次電池の電圧を検出する電圧検出手段と、前記電流検出手段により検出された電流の積算値に基づき第１のＳＯＣを求める第１のＳＯＣ演算手段と、前記電圧検出手段により検出された電圧に基づき第２のＳＯＣを求める第２のＳＯＣ演算手段と、前記第１のＳＯＣから前記第２のＳＯＣを引いた差をＳＯＣ差として演算するＳＯＣ差演算手段と、前記ＳＯＣ差を該ＳＯＣ差に応じて所定の変換度合いで変換した点数として演算する点数演算手段と、所定の時間間隔で複数回繰り返し演算された前記点数の合算値に応じて前記二次電池の満充電容量を補正する補正手段とを備え、前記点数演算手段における所定の変換度合いは、前記ＳＯＣ差が正側であり値０近傍では前記点数を付与せず、前記ＳＯＣ差が負側であり値０近傍では前記点数を付与するものであることを特徴とする。

請求項２の二次電池の制御装置では、請求項１において、前記点数演算手段における所定の変換度合いは、前記ＳＯＣ差の絶対値が大きいほど小さいことを特徴とする。

請求項３の二次電池の制御装置では、請求項１または２において、前記補正手段は、前記合算値が所定閾値を越えたとき、前記二次電池の満充電容量を補正することを特徴とする。

本発明の請求項１の二次電池の制御装置によれば、二次電池の満充電容量を補正するに際し、電流検出手段により検出された電流の積算値から求めた第１のＳＯＣから電圧検出手段により検出された電圧から求めた第２のＳＯＣを引いた差をＳＯＣ差として演算し、点数演算手段により当該ＳＯＣ差に応じて所定の変換度合いで変換した点数を求め、所定の時間間隔で複数回繰り返し演算された当該点数の合算値に応じて前記二次電池の満充電容量を補正するようにしている。この場合において、点数演算手段における所定の変換度合いは、ＳＯＣ差が正側であり値０近傍では点数を付与せず、ＳＯＣ差が負側であり値０近傍では点数を付与するものである。

従って、ＳＯＣ差を所定の変換度合いで変換した点数に一旦変換し、点数の所定回数の合算値に応じて二次電池の満充電容量を補正することにより、電流検出手段により検出された電流の積算値における測定誤差及び電圧検出手段により検出された電圧の測定誤差を良好に吸収でき、満充電容量を適正に補正して正確なものとすることができる。
特に、ＳＯＣ差が正側であり値０近傍では点数を付与せず、ＳＯＣ差が負側であり値０近傍では点数を付与することにより、満充電容量の減算補正の感度を上げるようにでき、図らずも電池容量が不足して二次電池が過放電状態になるような事態を好適に防止することができる。
請求項２の二次電池の制御装置によれば、所定の変換度合いをＳＯＣ差の絶対値が大きいほど小さくすることにより、満充電容量の補正感度を自在に可変し、誤検知による異常値と思われるような極端に大きなＳＯＣ差の影響を極力小さく抑えることができる。

請求項３の二次電池の制御装置によれば、点数の所定回数の合算値が所定閾値を越えたときに二次電池の満充電容量を補正するので、誤検知による異常値と思われるようなＳＯＣ差の影響を良好に抑えることができる。

本発明における二次電池の制御装置の全体構成図である。 基準満充電容量を示すマップである。 二次電池の満充電容量補正制御ルーチンを示すフローチャートである。 二次電池の開放電圧とＳＯＣ[電圧]との関係を示す図である。 δＳＯＣと補正ポイントとの関係を示す図である。

以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明における二次電池の制御装置の全体構成図である。
この二次電池の制御装置は、例えばシリーズ式ハイブリッド型車両の駆動力源として搭載された走行モータ（図示せず）に電力を供給する二次電池の制御装置である。
図１に示すように、二次電池の制御装置は、二次電池１０及び二次電池１０から走行モータ或いは充電プラグへ延びる電力線１１に電池管理制御ユニット２０が接続されて構成されている。

二次電池１０は、例えばリチウムイオン二次電池であって、複数の電池モジュール１４が直列に連結された電池パック１２からなり、電池パック１２毎に電池管理制御ユニット２０が設けられている。
詳しくは、電池モジュール１４毎に電圧を測定する電圧センサ（電圧検出手段）１６と電池温度センサ１７が設けられており、電池管理制御ユニット２０に電気的に接続されている。また、電力線１１に充放電電流を検出する電流センサ（電流検出手段）１８が設けられており、電池管理制御ユニット２０に電気的に接続されている。

電池管理制御ユニット２０には、満充電容量に対する電池容量の比率であるＳＯＣ（State of Charge）を演算するＳＯＣ演算部（第１のＳＯＣ演算手段、第２のＳＯＣ演算手段）２１が設けられており、当該ＳＯＣ演算部２１に、上記電圧センサ１６により検出される各電圧、即ち電池パック１２の電圧値が供給されるとともに、電流センサ１８から電力線１１を流れる充放電電流の電流値が供給される。具体的には、ＳＯＣ演算部２１では、電圧値に基づいてＳＯＣ[電圧]を算出し、電流の積算値に基づいてＳＯＣ[電流]が演算される。

ＳＯＣ演算部２１の入力部には、二次電池１０の満充電容量を補正し演算するための満充電容量補正部（補正手段）２２が接続されている。
一方、ＳＯＣ演算部２１の出力部には、満充電容量の補正量を演算するための補正演算部（ＳＯＣ差演算手段、点数演算手段）２３及び補正開始／実施判定部２４が接続されている。

補正開始／実施判定部２４はさらに電池温度センサ１７及び補正演算部２３に接続されており、補正演算部２３の出力部は、記憶部２５を介して上記満充電容量補正部２２の入力部に接続されている。記憶部２５には、図２に示すような、二次電池１０の使用を開始してからの経過年月に対し減少する満充電容量の基準値、即ち基準満充電容量（Ａｈr）が実験等に基づきマップとして記憶されるとともに、更新された満充電容量の補正値、即ち満充電容量補正値が記憶されている。

電池管理制御ユニット２０には、さらに車両の各種制御の他、ＳＯＣの表示等を行う車両制御装置３０が接続されている。詳しくは、車両制御装置３０の入力部は補正演算部２３に接続され、出力部は補正開始／実施判定部２４に接続されている。具体的には走行状態、充電状態等により補正開始や補正実施を判定している。
図３には、本発明に係る二次電池の充電中に二次電池の制御装置において実行される二次電池１０の満充電容量補正制御ルーチンがフローチャートで示されており、以下、同フローチャートに基づき本発明に係る満充電容量の補正制御内容について説明する。

ステップＳ１０では、補正開始／実施判定部２４において補正制御の開始可否の判定を行う。具体的には、車両制御装置３０が充電状態にあって、ＳＯＣ演算部２１において演算された現在のＳＯＣ[電圧]の値が例えば５０％以下であり、且つ、電池温度センサ１７により検出される各電池温度の最低温度が例えば１０℃以上であるか否かを判別する。ここに、補正制御の開始可否要件を現在のＳＯＣ[電圧]の値が例えば５０％以下とするのはＳＯＣ[電圧]が比較的安定しているからであり、各電池温度の最低温度が例えば１０℃以上とするのは電池温度が例えば１０℃未満であると二次電池１０の性能が低下して正確な補正制御ができないためである。判別結果が偽（Ｎｏ）で、充電状態でなく現在のＳＯＣ[電圧]の値が例えば５０％以下ではなく、或いは各電池温度の最低温度が例えば１０℃未満であるような場合には、当該ルーチンを抜ける。

一方、ステップＳ１０の判別結果が真（Ｙｅｓ）で、充電状態であって現在のＳＯＣ[電圧]の値が例えば５０％以下であり、且つ、電池温度センサ１７により検出される各電池温度の最低温度が例えば１０℃以上であると判定された場合には、満充電容量の補正制御を開始する。
ステップＳ１２では、ＳＯＣ演算部２１においてＳＯＣ[電流]を演算する。具体的には、ＳＯＣ[電流]は、電流センサ１８により検出される充電電流の積算値を満充電容量補正部２２において記憶部２５に記憶された基準満充電容量と満充電容量補正値とに基づき演算された補正した満充電容量で除して求められる。

ステップＳ１４では、補正開始／実施判定部２４において補正制御の実施可否の判定を行う。具体的には、ＳＯＣ[電流]が所定値に達し、且つ、充電電流を一旦停止してから所定時間（例えば、５〜１５分）が経過したか否かを判別する。ここに、充電電流を一旦停止してから所定時間（例えば、５〜１５分）が経過したことを待つのは、次のステップＳ１６において二次電池１０の開放電圧からＳＯＣ[電圧]を求めるためである。判別結果が偽（Ｎｏ）で、ＳＯＣ[電流]が所定値に達しておらず、或いは充電電流を一旦停止してから所定時間が経過していないと判定された場合には、当該ルーチンを抜ける。

一方、ステップＳ１０の判別結果が真（Ｙｅｓ）で、ＳＯＣ[電流]が所定値に達し、且つ、充電電流を一旦停止してから所定時間が経過したと判定された場合には、満充電容量の補正を実施する。
満充電容量の補正を実施するにあたり、ステップＳ１６において、ＳＯＣ演算部２１においてＳＯＣ[電圧]を演算する。具体的には、ＳＯＣ演算部２１には、図４に示すような二次電池１０の開放電圧とＳＯＣ[電圧]との関係が実験等によりマップとして記憶されており、当該マップからＳＯＣ[電圧]を読み出す。

ステップＳ１８では、補正演算部２３において、上記のように演算したＳＯＣ[電流]とＳＯＣ[電圧]との差、即ちδＳＯＣ（ＳＯＣ差）を演算する（δＳＯＣ＝ＳＯＣ[電流]−ＳＯＣ[電圧]）。
ステップＳ２０では、上記の如く演算したδＳＯＣの正または負の大きさに基づき、補正ポイント（点数）を演算する。具体的には、図５に示すようなδＳＯＣと補正ポイントとの関係、即ち所定の変換度合いで変換する関係に基づいて補正ポイントを演算する。つまり、δＳＯＣの大きさを一旦補正ポイントへ所定の変換度合いで変換する。

図５に示すように、δＳＯＣと補正ポイントとの関係における所定の変換度合いについては、ここでは、δＳＯＣの絶対値が大きくなるほど補正ポイントを段階的に大きく或いは小さくするとともに、さらにδＳＯＣの大きさに応じて補正ポイントに重み付けするようにし、δＳＯＣの絶対値が大きいほど補正ポイントの量の変化分を抑えるような変換度合いとしている。

そして、これらステップＳ１８とステップＳ２０の作業を所定の時間間隔でｎ回（所定回数、例えば、１０回）繰り返し、これらｎ回の補正ポイントを合算する。
ステップＳ２２では、このように合算したｎ回の補正ポイントの合算値を記憶部２５に一時的に記憶しておく。
ステップＳ２４では、満充電容量補正部２２において、上記補正ポイントの合算値が所定の負の閾値（所定閾値）より小であるか否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）で補正ポイントの合算値が所定の負の閾値より小であると判定された場合には、ステップＳ２６に進み、満充電容量を一定量だけ減算補正する。即ち、補正ポイントの合算値が負の値であって所定の負の閾値より小であるような状況は、即ちδＳＯＣが負でＳＯＣ[電流]がＳＯＣ[電圧]よりも小さいような状況であり、上記補正した満充電容量よりも実際の満充電容量は小さい、換言すれば、ＳＯＣ[電流]を演算するための満充電容量を誤って実際の満充電容量よりも大きく見積もっている状況と考えられ、この場合には、満充電容量をδＳＯＣが値０に向かうよう、即ちＳＯＣ[電流]とＳＯＣ[電圧]とが一致するように一定量だけ減算補正する。

一方、ステップＳ２４の判別結果が偽（Ｎｏ）で、補正ポイントの合算値が所定の負の閾値より小でない場合には、ステップＳ２８に進み、補正ポイントの合算値が所定の正の閾値（所定閾値）より大であるか否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）で補正ポイントの合算値が所定の正の閾値より大であると判定された場合には、ステップＳ３０に進み、満充電容量補正部２２において、満充電容量を一定量だけ加算補正する。即ち、補正ポイントの合算値が正の値であって所定の正の閾値より大であるような状況は、即ちδＳＯＣが正でＳＯＣ[電流]がＳＯＣ[電圧]よりも大きいような状況であり、上記補正した満充電容量よりも実際の満充電容量は大きい、換言すれば、ＳＯＣ[電流]を演算するための補正した満充電容量を誤って実際の満充電容量よりも小さく見積もっている状況と考えられ、この場合には、満充電容量をδＳＯＣが値０に向かうよう、即ちＳＯＣ[電流]とＳＯＣ[電圧]とが一致するように一定量だけ加算補正する。

このように満充電容量を減算補正或いは加算補正したら、ステップＳ３２に進み、上記ステップＳ２２において記憶したｎ回の補正ポイントの合算値をリセットし、以降、ＳＯＣ[電流]とＳＯＣ[電圧]とが一致するよう当該ルーチンの実行を繰り返す。
以上説明したように、本発明に係る二次電池の制御装置では、二次電池１０の経年変化によりＳＯＣ[電流]とＳＯＣ[電圧]との間に差が生じることに着目し、二次電池１０の充電中にＳＯＣ[電流]とＳＯＣ[電圧]とが一致するように二次電池１０の満充電容量を補正制御するようにしている。そして、この際、ＳＯＣ[電流]とＳＯＣ[電圧]との差、即ちδＳＯＣを補正ポイントに変換するとともにδＳＯＣが正側に大きいほど補正ポイントの量を正側に段階的に大きくし、或いはδＳＯＣが負側に小さいほど補正ポイントの量を負側に段階的に大きくしてｎ回の補正ポイントの合算値を求め、この補正ポイントの合算値が所定の正の閾値より大または所定の負の閾値より小になったことをもって満充電容量を一定量ずつ減算補正或いは加算補正するようにしている。

従って、例えばδＳＯＣの瞬時値に基づいて、単純にそのδＳＯＣの大きさに応じて満充電容量を補正するようにすると、特に電流センサ１８の測定誤差の影響を受け易く、満充電容量を適正に補正することができないおそれがあるが、δＳＯＣを補正ポイントに変換するとともにδＳＯＣが正側に大きいほど補正ポイントの量を正側に段階的に大きくし、或いはδＳＯＣが負側に小さいほど補正ポイントの量を負側に段階的に大きくしてｎ回の補正ポイントの合算値を求め、この補正ポイントの合算値に基づいて満充電容量を減算補正或いは加算補正することにより、たとえ電流センサ１８に瞬間的に測定誤差が生じたとしても、δＳＯＣの大きさの補正ポイントへの変換によって、さらには補正ポイントのｎ回の合算によって測定誤差を良好に吸収でき、満充電容量を適正に補正して正確なものとすることができる。

特に、補正ポイントの合算値が所定の正の閾値より大または所定の負の閾値より小になったことをもって満充電容量を減算補正或いは加算補正することにより、電流センサ１８の誤検知による異常値と思われるようなＳＯＣ差の影響を良好に抑えることができる。
そして、このようにδＳＯＣの大きさを一旦補正ポイントへ変換する際、所定の変換度合いをδＳＯＣの大きさに応じて補正ポイントに重み付けをするような変換度合いとすることにより、満充電容量の補正感度を自在に可変するようにできる。

例えば、所定の変換度合いを図５に示すようなδＳＯＣの絶対値が大きいほど補正ポイントの量の変化分を抑えるような変換度合いとすることにより、電流センサ１８の誤検知による異常値と思われるような極端に大きなδＳＯＣの影響を極力小さく抑えることができる。
また、例えば、δＳＯＣが負側であるような場合には、ＳＯＣ[電流]を演算するための補正した満充電容量を誤って実際の満充電容量よりも大きく見積もっている状況と考えられるが、この場合においてδＳＯＣに対する補正ポイントの量をδＳＯＣが正側である場合よりも全体的に大きくすることにより、満充電容量の減算補正を早期に行うようにできる。具体的には、図５において、δＳＯＣが正側であるときにはδＳＯＣが値０近傍で補正ポイントを付けないのに対し、δＳＯＣが負側であるときにはδＳＯＣが値０近傍であっても補正ポイントを付けるようにしている。これにより、特に満充電容量の減算補正の感度を上げるようにでき、速やかに満充電容量を適正なものとしてＳＯＣ[電流]とＳＯＣ[電圧]とを一致させるようにでき、図らずも電池容量が不足して二次電池１０が過放電状態になり車両が走行途中で停止してしまうような事態を好適に防止することができる。

以上で本発明に係る二次電池の制御装置の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限られるものではない。
例えば、上記実施形態では、ステップＳ２４またはステップＳ２８において補正ポイントの合算値が所定の負の閾値より小或いは所定の正の閾値より大であるか否かを判別し、ステップＳ２６またはステップＳ３０において満充電容量を一定量だけ加算補正或いは減算補正するようにしたが、所定の負の閾値及び所定の正の閾値をそれぞれ複数段階設けるようにし、補正量を一定量に限らず、複数の所定の負の閾値或いは所定の正の閾値毎に異ならせるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、二次電池１０を例えばリチウムイオン二次電池としたが、二次電池であればよく、リチウムポリマー二次電池であってもよい。

１０ 二次電池
１２ 電池パック
１６ 電圧センサ（電圧検出手段）
１７ 電池温度センサ
１８ 電流センサ（電流検出手段）
２０ 電池管理制御ユニット
２１ ＳＯＣ演算部（第１のＳＯＣ演算手段、第２のＳＯＣ演算手段）
２２ 満充電容量補正部（補正手段）
２３ 補正演算部（ＳＯＣ差演算手段、点数演算手段）
２４ 補正開始／実施判定部
２５ 記憶部
３０ 車両制御装置

Claims (3)

1. 二次電池の満充電容量を補正する二次電池の制御装置であって、
   前記二次電池の充放電電流を検出する電流検出手段と、
   前記二次電池の電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記電流検出手段により検出された電流の積算値に基づき第１のＳＯＣを求める第１のＳＯＣ演算手段と、
   前記電圧検出手段により検出された電圧に基づき第２のＳＯＣを求める第２のＳＯＣ演算手段と、
   前記第１のＳＯＣから前記第２のＳＯＣを引いた差をＳＯＣ差として演算するＳＯＣ差演算手段と、
   前記ＳＯＣ差を該ＳＯＣ差に応じて所定の変換度合いで変換した点数として演算する点数演算手段と、
   所定の時間間隔で複数回繰り返し演算された前記点数の合算値に応じて前記二次電池の満充電容量を補正する補正手段と、
   を備え、
   前記点数演算手段における所定の変換度合いは、前記ＳＯＣ差が正側であり値０近傍では前記点数を付与せず、前記ＳＯＣ差が負側であり値０近傍では前記点数を付与するものであることを特徴とする二次電池の制御装置。
2. 前記点数演算手段における所定の変換度合いは、前記ＳＯＣ差の絶対値が大きいほど小さいことを特徴とする、請求項１記載の二次電池の制御装置。
3. 前記補正手段は、前記合算値が所定閾値を越えたとき、前記二次電池の満充電容量を補正することを特徴とする、請求項１または２記載の二次電池の制御装置。

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