JP3879278B2 - ハイブリッド車の充電量演算方法および充電量演算装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハイブリッド車等に用いられる駆動用二次電池の充電量演算方法および充電量演算装置に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
走行駆動源として内燃エンジンおよび電動モータを備え、それらの両方またはいずれか一方の駆動力により走行するハイブリッド方式の電気自動車（以下では、ハイブリッド車と呼ぶ）が知られている。このようなハイブリッド車では、モータ駆動用二次電池の充電量SOC（State of charge）の算出方法の一つとして、充放電時の電流を積算して得られるAh積算値（＝Σ（Ｉ×ｔ）：Ｉは電流値、ｔは時間）と電池容量とから算出する方法がある。
【０００３】
しかしながら、上述した算出方法では、電流値Ｉに検出誤差ΔＩがあった場合に誤差が累積されることになる。このAh積算値に含まれる累積誤差Σ（ΔＩ×ｔ）によって、充電量SOCの算出を行うたびに誤差が大きくなって実際の充電量SOCと大きくずれてしまうという問題があった。
【０００４】
本発明の目的は、二次電池の充電量SOCを精度良く算出することができるハイブリッド車の充電量演算方法および充電量演算装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
発明の実施の形態を示す図１および図８に対応付けて説明する。
（１）図８に対応付けて説明すると、請求項１の発明によるハイブリッド車の充電量演算方法は、二次電池の充放電電流値Ｉに基づいて電流積算値Ahを算出し、その電流積算値Ahに基づいて二次電池の第１の充電量を算出するハイブリッド車の充電量演算方法に適用され、（ａ）二次電池の無負荷状態時の端子電圧値Ｅ1に基づいて第２の充電量を算出し、第２の充電量と第１の充電量との差が所定値以上となったときに第１の充電量を第２の充電量で置き換える第１の補正方法、（ｂ）二次電池の充放電時の端子電圧値Ｖと電流値Ｉとをサンプリングし、それらを一次回帰演算して得られる端子電圧値と電流値との特性直線に基づいて第１の開放電圧Ｅ2を算出し、第１の開放電圧Ｅ2に基づいて算出される第３の充電量と第１の充電量との差が所定値以上となったときに第１の充電量を第３の充電量で置き換える第２の補正方法、（ｃ）二次電池の充放電時の端子電圧値Ｖ，電流値Ｉおよび内部抵抗値に基づいて第２の開放電圧Ｅ3を算出し、第２の開放電圧Ｅ3に基づいて算出される第４の充電量と第１の充電量との差が所定値以上となったときに第１の充電量を第４の充電量で置き換える第３の補正方法、の内の少なくとも１つの補正方法用いて第１の充電量を補正することにより上述の目的を達成する。
（２）請求項２の発明は、請求項１に記載の充電量演算方法において、第１の補正方法および第２の補正方法を用いて第１の充電量を補正する。
（３）請求項３の発明は、請求項１に記載の充電量演算方法において、第１の補正方法および第３の補正方法を用いて第１の充電量を補正する。
（４）請求項４の発明は、請求項１に記載の充電量演算方法において、第１の補正方法、第２の補正方法および第３の補正方法の内の少なくとも１つの補正方法を、車両の走行状態に基づいて選択して用いるようにした。
（５）請求項５の発明は、請求項４に記載の充電量演算方法において、車両起動時には第１の補正方法を用いて第１の充電量を補正し、車両走行時であって特性直線が得られる走行状態である場合には、第２の補正方法を用いて第１の充電量を補正し、車両走行時であって特性直線が得られない走行状態である場合には、第３の補正方法を用いて第１の充電量を補正する。
（６）図１および図８に対応付けて説明すると、請求項６の発明は、二次電池６の充放電電流値Ｉを検出する電流検出手段９と、電流検出手段９の電流検出値Ｉに基づいて電流積算値Ahを算出する電流積算手段２２とを備え、電流積算値Ahに基づいて二次電池６の第１の充電量を算出するハイブリッド車の充電量演算装置に適用され、二次電池６の端子電圧Ｖを検出する電圧検出手段８と、電流検出手段９の検出値Ｉおよび電圧検出手段８の検出値Ｖに基づいて二次電池６の開放電圧Ｅ2，Ｅ3を算出する開放電圧演算手段２１，２５と、開放電圧演算手段２１，２５による開放電圧算出値Ｅ2，Ｅ3に応じた第２の充電量を算出する充電量演算手段２４と、第１の充電量と第２の充電量との差が所定値以上となったときに、第２の充電量に基づいて第１の充電量を補正する補正手段２３，２４と、を設けたことにより上述の目的を達成する。
【０００６】
なお、本発明の構成を説明する上記課題を解決するための手段の項では、本発明を分かり易くするために発明の実施の形態の図を用いたが、これにより本発明が発明の実施の形態に限定されるものではない。
【０００７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１〜請求項５の発明によれば、異なる４つの算出方法の内の少なくとも２つの算出方法を用いて二次電池の充電量を算出することにより、種々の走行パターンにおいて充電量を精度良く算出できる。
請求項６〜請求項８の発明によれば、第１の充電量を電流検出値誤差等による累積誤差の影響の無い第２，第３または第４の充電量で置き換える３種類の補正方法の少なくとも２つを用いることにより、充電量に対する電流検出値誤差等による累積誤差の影響を低減することができるとともに、種々の走行パターンにおいて充電量を精度良く算出できる。
請求項９の発明によれば、開放電圧算出値に応じて得られる第２の充電量は電流検出値誤差等による累積誤差の影響が無いので、電流積算値に基づく第１の充電量を第２の充電量で補正することにより、充電量に対する電流検出値誤差等による累積誤差の影響を低減することができるとともに、種々の走行パターンにおいて充電量を精度良く算出できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図１０を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１はパラレル・ハイブリッド車の構成を示すブロック図である。エンジン２の主軸には電動モータ３の回転子が直結されており、エンジン２および／またはモータ３の駆動力は駆動系４を介して車軸７に伝達される。パラレル・ハイブリッド車におけるモータ３の運転モードには、車軸７を駆動する駆動モードと二次電池６を充電する発電モードとがある。車両自体の駆動モード時、すなわち加速時，平坦路走行時や登坂時等に、モータ３へ電力を供給する二次電池６が充分な充電状態にある場合には、モータ３を駆動モードで運転してエンジン２とモータ３の両方の両駆動力により走行する。
【０００９】
ただし、二次電池６の充電状態が低い場合にはモータ３を発電モードで運転して、エンジン２の駆動力により走行を行うとともにエンジン２の駆動力によりモータ３の回転子を回転し、モータ３による発電を行って二次電池６を充電する。インバータ５は二次電池６からの直流電力を交流電力に変換してモータ３に供給するとともに、発電モード時にはモータ３からの交流電力を直流電力に変換して二次電池６へ供給する。
【００１０】
一方、車両の制動モード時、すなわち減速時や降坂時などには、駆動系４を介した車輪の回転力によってエンジン２およびモータ３が駆動される。このとき、モータ３を発電モードで運転し回生エネルギーを吸収して二次電池６を充電する。コントローラ１はマイクロコンピュータとその周辺部品から構成され、二次電池６の端子電圧値Ｖを検出する電圧センサ８，充放電時の電流値Ｉを検出する電流センサ９，二次電池６の温度Ｔを検出する温度センサ１０が接続される。コントローラ１の演算部１ａでは上述した各センサの検出値に基づいて二次電池６のＳＯＣを演算し、制御部１ｂは各検出値およびＳＯＣ等に基づいてエンジン２，インバータ５，モータ３を制御する。
【００１１】
次いで、コントローラ１の演算部１ａで行われる充電量演算方法について説明する。図２は演算により得られる充電量SOC（以下では充電量RSOCと記す）と真の充電量SOCとを比較して示した概念図であり、（ａ）は充放電時の電流値Ｉを積算して得られる電流積算値（以下ではAh積算値と記す）に基づく充電量RSOCを示し、（ｂ）は本発明の充電量演算方法による充電量RSOCを示す。ここで、（ａ）の場合も（ｂ）の場合も、基本的には次式（１）を用いて充電量RSOCを算出する。
【数１】
RSOC（％）＝［１−Ａｈ／Ａｈ(Pmin)］×１００ …（１）
基本式（１）においてＡｈはAh積算値であり、Ａｈ(Pmin)は二次電池の電池容量である。電池容量Ａｈ(Pmin)の算出方法については後述する。なお、Ａｈ(Pmin)は単に定格容量（３時間率容量など）としても良い。
【００１２】
図２（ａ）に示す充電量RSOCでは、Ａｈとして充放電時の電流値Ｉを積算したAh積算値のみが用いられる。この場合、例えば前述したように電流値Ｉに誤差ΔＩがあると、Ah積算値には電流値Ｉの誤差ΔＩが累積されてしまい、図２（ａ）のようにSOC演算開始時の充電量RSOCが真の充電量SOCと等しかったとしても、演算を行うにつれて真の充電量SOCに対する誤差が増大する。
【００１３】
ところで、二次電池としてはリチウムイオン電池などが用いられるが、リチウムイオン電池では電池の劣化度や温度にかかわらず開放電圧と充電量SOCとの間に一定の相関がある。また、その再現性がとても良い。図３はそのような相関の一例を示す図であり、開放電圧が分かればこの相関から充電量SOCが一意的に決まる。図３では充電量SOC＝１００％に対応する開放電圧はOCV(100)であるが、例えば、開放電圧の実測値としてOCV(100)が得られれば、そのときの二次電池の充電量SOCが１００％であることを相関図から求めることができる。
【００１４】
そこで、本発明による充電量演算方法では、開放電圧を実測または推定し、得られた開放電圧と図３に示す相関とから充電量SOCを算出する。この充電量SOC（以下では、これを充電量CAPSOCと記す）とAh積算値に基づいて基本式（１）で算出される充電量RSOCとの差（誤差に相当する）が所定値以上となったならば、Ah積算値をその時点の充電量CAPSOCに相当するAh積算値（以下、電流積算値CAPAHと記す）に置き換えてリセットする。電流積算値CAPAHは次式（２）で算出される。
【数２】
CAPAH＝Ａｈ(Pmin)×（１−CAPSOC／１００） …（２）
【００１５】
充電量CAPSOCはAh積算値を用いて算出される充電量RSOCのように誤差が累積されないので、図２（ｂ）の一点鎖線で示すように真の充電量SOCに近い値が得られる。図２（ｂ）に示す例では、演算開始から次第に誤差が大きくなった充電量RSOCを時刻ｔ１において充電量CAPSOCの値でリセットしている。そして、時刻ｔ１でRSOC＝CAPSOCと置き換えられた充電量RSOCは、基本式（１）のAh積算値の誤差が累積されるにつれて真の充電量SOCとの誤差が大きくなり、その誤差が所定値以上となった時点で再びリセットが行われる。このように、本発明によるＳ充電量算方法では、真の充電量SOCとの誤差が所定値以上となったならば上述したリセットを行うため、演算値RSOCと真の充電量SOCとの誤差を所定値以下に抑えることが可能となる。
【００１６】
図３の相関を用いて充電量CAPSOCを算出する際の開放電圧としては次の三種類が考えられる。
▲１▼無負荷時に実測して得られる開放電圧Ｅ1
▲２▼充放電時にサンプリングされた電流値および電圧値から得られるＩＶ特性により、すなわちパワー演算（放電ＩＶ外挿）により推定される開放電圧Ｅ2
▲３▼充放電時の電流値および総電圧値に基づいて、次式（３）により推定される開放電圧Ｅ3
【数３】
Ｅ3＝(総電圧)＋(電流)×(温度・劣化補正された内部抵抗) …（３）
【００１７】
［▲１▼の開放電圧Ｅ1による充電量SOC演算］
図４は上述した▲１▼の実測開放電圧Ｅ1に基づいて充電量RSOCのリセットを行う方法を説明する図であり、（ａ）は開放電圧Ｅ1と充電量SOCの相関図、（ｂ）は充電量ROSCの時間変化を示す図である。図４（ｂ）に示す例では、演算開始後の時刻ｔ２およびｔ３においてリセットを行っている。時刻ｔ２における開放電圧Ｅ1をＥ1(2)とすると、図４（ａ）の相関から充電量CAPSOC2が得られる。そして、時刻ｔ２における充電量RSOCを充電量CAPSOC2にリセットする。すなわち、時刻ｔ２におけるAh積算値を、式（２）に充電量CAPSOC2を代入して得られる電流積算値CAPAHにリセットする。時刻ｔ３の場合も同様であり、開放電圧Ｅ1(3)から充電量CAPSOC3を求め、時刻ｔ３における充電量RSOCを充電量CAPSOC3にリセットする。図４（ｂ）の二点鎖線RSOC’は、時刻ｔ２，ｔ３でリセットを行わなかった場合のSOC演算値を示している。なお、開放電圧Ｅ1の計測は無負荷時にしか行えないので、例えば、車両起動時の無負荷時（強電オン前）やキーオフ時に開放電圧Ｅ1を計測する。
【００１８】
［▲２▼の開放電圧Ｅ2による充電量SOC演算］
まず、上述した▲２▼のパワー演算による推定開放電圧Ｅ2の算出方法について図５を参照して説明する。最初に、二次電池の電流変化を捉えて電流値Ｉおよび電圧値Ｖをサンプリングする。図５の×印はサンプリングデータをＩＶ座標上に示したものであり、これらのサンプリングデータに基づいてＩＶ特性を一次回帰演算して特性直線Ｌを求める。この直線Ｌと縦軸（電圧）との交点の値が推定開放電圧Ｅ2である。直線Ｌと放電下限電圧（車両システムとしての使用下限電圧）Ｖminとの交点から、そのときの二次電池の最大出力Ｐmax＝Ｖmin×Ｉmaxがパワー演算値Ｐとして算出される。また、直線Ｌの傾きから二次電池の内部抵抗Ｒを算出することができる。ただし、Ｉmaxは直線Ｌにおいて電圧が放電下限電圧Ｖminとなるときの値であり、放電下限電圧Ｖminは以下の（ａ），（ｂ）の要因から決定される。
（ａ）電池の寿命を考慮した使用電圧範囲の下限電圧（放電終止電圧）
（ｂ）車両搭載ユニットの性能，機能を保証可能な使用電圧範囲の下限電圧
【００１９】
図６は充電量RSOCのリセットを説明する図であり、図４の場合と同様に（ａ）は相関図、（ｂ）は充電量RSOCの時間変化を示す図である。上述したパワー演算により推定開放電圧Ｅ2が得られたならば、図６（ａ）の相関図から充電量CAPSOC4を求めてその時の充電量RSOCを充電量CAPSOC4にリセットする。なお、パワー演算による開放電圧の推定は間欠的にしか行うことができないため、充電量CAPSOCの変化は図６（ｂ）に示すように折れ線グラフとなる。算出された充電量CAPSOCは真の充電量SOCの上下にばらついているが、このばらつきは放電ＩＶサンプリング誤差に起因するものである。
【００２０】
［▲３▼の開放電圧Ｅ3による充電量SOC演算］
図７は▲３▼の開放電圧Ｅ3による充電量SOC演算を説明する図であり、図４の場合と同様に（ａ）は相関図、（ｂ）は充電量RSOCの時間変化を示す図である。充放電時の二次電池の電流値をＩ、電圧値をＶ、補正された内部抵抗をＲで表すと、上述した式（３）は次式（４）のように表される。
【数４】
Ｅ3＝Ｖ＋Ｉ×Ｒ …（４）
ただし、Ｒは、内部抵抗初期値Ｒ０，温度補正係数α，内部抵抗劣化補正係数γを用いて式（５）のように表される。なお、温度補正係数α，内部抵抗劣化補正係数γについては後述する。
【数５】
Ｒ＝Ｒ０／（α×γ） …（５）
【００２１】
式（４）から推定される開放電圧Ｅ3と図７（ａ）の相関図とから充電量CAPSOC5を求め、図７（ｂ）に示すように充電量RSOCを充電量CAPSOC5にリセットする。式（４）で算出される開放電圧Ｅ3は測定されたＩ，Ｖから逐次得ることができるが、電流値Ｉが大きいと補正係数γによる誤差が大きくなったり、電池容量が小さい場合には拡散抵抗増加，SOCの低下を伴うので、開放電圧Ｅ3の算出は電流値Ｉが小さい場合に使用すると有効である。例えば、電流値ＩがＩ≦５ＣＡのときに用いる。なお、Ｃは定格容量であり、定格容量＝３Ａｈの場合ならば５Ｃは１５Ａになる。以下では、算出時の電流値Ｉの上限値を５ＣＡ（＝１５Ａ）として説明する。
【００２２】
このように、開放電圧（Ｅ1〜Ｅ3）から得られる充電量CAPSOCを用いて充電量RSOCをリセットする場合には、上述した▲１▼〜▲３▼のいずれか一つの方法で得られた充電量CAPSOCでリセットしても良いし、これらを組み合わせて用いるようにしても良い。ただし、▲１▼の場合には無負荷時開放電圧は起動，停止時にしか得られないので、▲１▼で得られる充電量CAPSOCのみでリセットを行うよりも、他の▲２▼，▲３▼と組み合わせて行うのが好ましい。
【００２３】
以下では、▲１▼〜▲３▼の三つを組み合わせてリセットする場合について説明する。
（ａ）起動時には、▲１▼の開放電圧Ｅ1に基づく充電量CAPSOCとAh積算値に基づく充電量RSOCとの偏差が所定値Δ1（例えば、Δ1＝１％）以上となった時にリセットを行い、（ｂ）走行時には、▲２▼の開放電圧Ｅ2に基づく充電量CAPSOCとAh積算値に基づく充電量RSOCとの偏差が所定値Δ1以上となった時にリセットを行う。
【００２４】
ところで、定速走行時など負荷変動が小さな場合には図５の回帰直線Ｌが得られないため、開放電圧Ｅ2を推定することができない。開放電圧Ｅ2が得られないと、上述の偏差が得られなくなってリセットを行うか否かが評価できなくなり、Ah積算値に基づく充電量RSOCの偏差が実際に所定値Δ1以上となっていたとしてもリセットが行われないという不都合が生じる。そこで、このような不都合を防止するために、定速走行時などのパワー演算不可と判定された時には、▲３▼の開放電圧Ｅ3に基づく充電量CAPSOCとAh積算値に基づくRSOCとの偏差が所定値Δ2以上となったならば、充電量RSOCを算出された充電量CAPSOCでリセットする。ここで、所定値Δ2としてはΔ2≧Δ1となる値（例えば５％）に設定する。
【００２５】
なお、走行中に開放電圧Ｅ2や開放電圧Ｅ3に基づく充電量CAPSOCでリセットを行う場合、Ah演算値を式（２）で算出される電流積算値CAPAHで置き換えたときに充電量RSOCが急変する場合がある。そこで、このような走行中の充電量SOCの急変によりシステムの制御が不安定になるのを防止するために、例えば、数十秒間（次式（６）の場合には１０秒間）かけて徐々に充電量RSOCを充電量CAPSOCの値に変化させる。すなわち、次式（６）で算出される電流積算値CAPAHを用いて充電量RSOCを演算する。
【数６】
CAPAH＝[{Ah(Pmin)×(1−CAPSOC/100)}×T/10＋{CAPAH×(1−T/10)} …（６）
【００２６】
図８は図１に示したコントローラ１の演算部１ａの機能ブロック図である。２２は電流センサ９からの電流値Ｉを積算してAh積算値を算出するAh演算部であり、２３はAh積算値と電池容量演算部２０で算出された電池容量Ａｈ(Pmin)とから充電量RSOCを算出するRSOC演算部である。また、２１は電圧センサ８からの電圧値Ｖおよび電流センサ９からの電流値Ｉをサンプリングして二次電池６（図１参照）の開放電圧Ｅ2，内部抵抗Ｒおよびパワー演算値Ｐを演算する瞬時パワー演算部であり、２５は電圧値Ｖおよび電流値Ｉに基づいて式（４）により開放電圧Ｅ3を算出する開放電圧Ｅ3演算部である。なお、パワー演算部２１では、サンプリングした電圧値Ｖおよび電流値Ｉに基づきパワー演算可能か否かの判定も行われる。
【００２７】
算出された開放電圧Ｅ2，Ｅ3および無負荷時に検出される開放電圧Ｅ1は、CAPAH演算部２４に入力される。CAPAH演算部２４は（ａ）各開放電圧Ｅ1〜Ｅ3に応じた充電量CAPSOCの算出、（ｂ）算出された充電量CAPSOCとRSOC演算部２３で算出された充電量RSOCとの偏差の算出、（ｃ）充電量CAPSOCに対応する電流積算値CAPAHの算出をそれぞれ行い、上記の偏差の大きさに応じて（ｃ）の電流積算値CAPAHをRSOC演算部２３に出力する。
【００２８】
すなわち、CAPAH演算部２４は、開放電圧Ｅ1，Ｅ2に基づく充電量CAPSOCに対する偏差が所定値Δ1以上となった時には、起動時であれば開放電圧Ｅ1に基づく充電量CAPSOCから算出される電流積算値CAPAHを出力し、走行時であれば開放電圧Ｅ2に基づく充電量CAPSOCから算出される電流積算値CAPAHを出力する。一方、走行時に、開放電圧Ｅ3に基づく充電量CAPSOCに対する偏差が所定値Δ2以上となった時には、開放電圧Ｅ3に基づく充電量CAPSOCから算出される電流積算値CAPAHを出力する。
【００２９】
なお、CAPAH演算部２４では、例えば、図３に示すようなＳＯＣ対開放電圧のテーブルを予めコントローラ１のメモリ（不図示）に記憶しておき、そのテーブルを用いて充電量CAPSOCを求めるようにする。RSOC演算部２３は、CAPAH演算部２４からの電流積算値CAPAHを受信したならば、充電量RSOCの算出に用いるAh演算値を受信した電流積算値CAPAHで置き換える。
【００３０】
［電池容量演算部２０の説明］
次に、電池容量演算部２０における電池容量Ａｈ(Pmin)の算出方法の概略を説明する。図９は二次電池６の初期特性の温度補正および劣化補正を説明する図であり、それぞれパワー特性対放電電気量の関係Ａｈ(P)を示している。図９（ａ）の曲線Ｌ1は電池の初期特性（劣化が無く、電池温度が基準温度である場合）を示しており、リチウムイオン電池などの場合には、Ａｈ(P)はパワーＰのｎ次式で近似することができる。初期特性Ｌ1は次式（７）で近似することができる。
【数７】
Ａｈ(P)＝ａＰ3＋ｂＰ2＋ｃＰ＋ｄ …（７）
ここで、係数ａ，ｂ，ｃ，ｄは初期電池の特性から決定される。
【００３１】
この初期特性Ｌ1に対して温度補正係数αで温度補正を行うと、図９（ｂ）に示す温度補正特性Ｌ2が得られる。この温度補正特性Ｌ2は次式（８）で表される。
【数８】
図９（ｂ）からも分かるようにαはパワーに対する比例分であって、温度補正特性Ｌ2のＰ切片PrefはPref＝P0×αとなる。この温度補正係数αは二次電池の内部抵抗変化を表すパラメータであり、温度センサ１０からの電池温度Ｔに基づいて電池容量演算部２０のα演算部２０１で算出され、温度Ｔに応じたテーブル参照値である。また、P0は特性Ｌ1のＰ切片である。
【００３２】
さらに、温度補正された式（８）に対して次式（９）で表されるような劣化補正を行うことによって、温度補正および劣化補正が施された関係式Ａｈ(P)がパワー容量演算部２０３で算出される。
【数９】
ここで、γは電池の内部抵抗変化を、βは電気容量変化を表すパラメータであり、それぞれ内部抵抗劣化補正係数、容量劣化補正係数と呼ばれる。上述した電池容量Ａｈ(Pmin)は、式（９）で得られるＡｈ(P)に車両のシステムに必要な最低保証出力Ｐminを代入して得られる。
【００３３】
上述した内部抵抗劣化補正係数γは、α演算部２０１で算出された温度補正係数αおよび瞬時パワー演算部２１で算出された内部抵抗Ｒに基づき、電池容量演算部２０のγ演算部２０２おいて次式（１０）により算出される。
【数１０】
γ＝（Ｒ０／α）／Ｒ …（１０）
ここで、Ｒ０は電池の初期内部抵抗である。一方、容量劣化補正係数βは、Ah演算部２２で算出されるAh積算値およびパワー容量演算部２０３で算出されるＡｈ(P／αγ)に基づき、電池容量演算部２０のβ演算部２０４において次式（１１）により算出される。
【数１１】
β＝（Ah積算値）／Ａｈ(P／αγ) …（１１）
式（９）で表されるＡｈ(P)は図９（ｃ）の曲線Ｌ3のようになる。図９（ｃ）において曲線Ｌ2’は特性曲線Ｌ2を内部抵抗劣化補正係数γで補正した曲線であり、特性曲線Ｌ2はこの曲線Ｌ2’を容量劣化補正係数βで補正したものである。
【００３４】
なお、上述した方法はパワー特性対放電電気量の関係に上記のようなパラメータで表現可能な相関があれば適用可能であり、鉛酸電池，ニッケル水素電池などの電池種を問わず使用できる。ただし、温度補正，劣化補正をどの係数（α、β、γ）に当てはめるかについては各電池毎に検討をする必要がある。なお、必ずしもＡｈ(P)はＰのｎ次式で近似する必要はなく、例えば、ＰとＡｈの関係をテーブルとして持てば、補間計算を用いることによって上述した計算手順と同様に解を求めることができる。
【００３５】
図１０は充電量演算の手順を示すフローチャートであり、ＩＧキー・オンによりフローがスタートする。なお、以下では開放電圧Ｅ1，Ｅ2に基づく充電量CAPSOCを充電量ECAPSOCと記し、開放電圧Ｅ3に基づく充電量CAPSOCを充電量VCAPSOCと記すことにする。ステップＳ１は無負荷状態か否かを判定するステップであり、無負荷状態の場合にはステップＳ２へ進み、負荷状態（充放電時）の場合にはステップＳ７へ進む。ステップＳ１からステップＳ２へ進んだ場合には、ステップＳ２で開放電圧Ｅ1を算出するとともにその開放電圧Ｅ1に基づく充電量ECAPSOCを図３に示す相関から求め、その後ステップＳ３へ進む。
【００３６】
一方、ステップＳ１からステップＳ７へ進んだ場合には、ステップＳ７においてパワー演算が可能か否かの判定（例えば、瞬時パワー演算部２１において電流値Ｉ，電圧値Ｖの変化をとらえたサンプリングデータが所定数以上収集できたか否かで判定する）を行い、パワー演算可能な場合にはステップＳ８へ、パワー演算不可能な場合にはステップＳ１０へ進む。ステップＳ８では、開放電圧Ｅ2を算出するとともにその開放電圧Ｅ2に基づく充電量ECAPSOCを図３に示す相関から求め、その後ステップＳ３へ進む。なお、ステップＳ８で充電量ECAPSOCを算出する際には、開放電圧Ｅ2の移動平均、すなわち演算により得られる過去３回の値の平均値を用いる。次いで、ステップＳ３ではステップＳ２またはステップＳ８で算出された充電量ECAPSOCに対する充電量RSOC（Ah積算値から得られる）の偏差ESOCOFSを次式（１２）により算出する。
【数１２】
ESOCOFS＝RSOC−ECAPSOC …（１２）
【００３７】
ステップＳ４は偏差ESOCOFSの絶対値が１％以上か否かを判定するステップであり、１％以上の場合にはステップＳ５に進み、１％より小さい場合にはステップＳ９へ進みAh積算値に基づく充電量RSOCを式（１）により算出した後にステップＳ１６へ進む。ステップＳ５では、式（２）（または式（６））の充電量CAPSOCにステップＳ２またはステップＳ８で算出した充電量ECAPSOCを代入して電流積算値CAPAHを算出し、その電流積算値CAPAHでAh積算値をリセットする。ステップＳ６では、ステップＳ５で算出された電流積算値CAPAHに基づく充電量RSOCを式（１）により算出し、その後ステップＳ１６へ進む。
【００３８】
ところで、ステップＳ７においてパワー演算不可能と判定されてステップＳ１０へ進んだ場合には、ステップＳ１０において電流値Ｉが１５Ａ以下であるか否かを判定し、１５Ａ以下の場合にはステップＳ１１へ進み、１５Ａを越える場合にはステップＳ９へ進む。ステップＳ１１では、負荷時の開放電圧Ｅ3を式（４）により算出し、その開放電圧Ｅ3に基づく充電量VCAPSOCを図３に示す関係から求める。ステップＳ１２では、ステップＳ１１で算出された充電量VCAPSOCに対する充電量RSOC（Ah積算値から得られる）の偏差VSOCOFSを次式（１３）により算出する。
【数１３】
VSOCOFS＝RSOC−VCAPSOC …（１３）
【００３９】
ステップＳ１３は偏差VSOCOFSの絶対値が５％以上か否かを判定するステップであり、５％以上の場合にはステップＳ１４に進んで式（２）または式（６）の充電量CAPSOCにステップＳ１１の充電量VCAPSOCを代入して得られる電流積算値CAPAHでAh積算値をリセットし、５％より小さい場合にはステップＳ９へ進む。次いで、ステップＳ１５において、ステップＳ１４で算出された電流積算値CAPAHに基づく充電量RSOCを式（１）により算出したならば、ステップＳ１６へ進む。
【００４０】
ステップＳ１６〜ステップＳ２０は内部抵抗劣化補正係数γおよび容量劣化補正係数βの学習に関するステップであり、これらのステップを実行することにより最新のγ，βに更新される。まず、ステップＳ１６はパワー演算条件が成立したか否か、すなわち、電流値Ｉ，電圧値Ｖの変化をとらえたサンプリングデータが所定数以上収集できたか否かを判定するステップであり、条件が成立したならばステップＳ１７へ進む。ステップＳ１７は充電量RSOCが所定値KCMSOC（例えば、４０％）以上か否かを判定するステップであり、充電量RSOCが所定値KCMSOCより小さい場合にはステップＳ１９へ進み、所定値KCMSOC以上の場合にはステップＳ１８へ進んでγを次式（１４）で算出されるγで更新した後にステップＳ１９へ進む。
【数１４】
γ＝（Ｒ０／α）／Ｒ …（１４）
ただし、Ｒ０は内部抵抗初期値、Ｒはパワー演算により算出される内部抵抗である。
【００４１】
ステップＳ１９は充電量RSOCが所定値KCLSOC（例えば、５０％）以下か否かを判定するステップであり、充電量RSOCが所定値KCLSOCより大きい場合にはステップＳ７へ戻り、所定値KCLSOCより大きい場合にはステップＳ２０へ進んでβを次式（１５）で算出されるβで更新した後にステップＳ７へ戻る。
【数１５】
β＝CAPAH／Ａｈ(P／αγ) …（１５）
ただし、電流積算値CAPAHには最新の値を用いる。
【００４２】
以上説明したように、本実施の形態では、Ah積算値に基づく充電量RSOCの誤差が所定値Δ1やΔ2以上となったならば、充電量RSOCを算出する際のAh積算値を開放電圧Ｅ1〜Ｅ3から算出される電流積算値CAPAHで置き換えることにより、充電量RSOCに対するAh積算値の累積誤差の影響を低減することができる。また、走行状態、例えば定速走行や電流値Ｉが１５Ａを越えるような大きな場合、に応じて開放電圧Ｅ1〜Ｅ3を使い分けることにより、種々の走行パターンにおいて精度良く充電量を算出することができる。
【００４３】
以上説明した実施の形態と特許請求の範囲の要素との対応において、開放電圧Ｅ 2 およびＥ 3 は開放電圧算出値を構成するとともに、開放電圧Ｅ 2 は第１の開放電圧を、開放電圧Ｅ 3 は第２の開放電圧を構成する。
【００４４】
また、電流センサ９は電流検出手段を、電圧センサ８は電圧検出手段を、Ah演算部２２は電流積算手段を、瞬時パワー演算部２１および開放電圧Ｅ3演算部２５は開放電圧演算手段を、CAPAH 演算部２４は充電量演算手段をそれぞれ構成し、RSOC演算部２３およびCAPAH演算部２４により補正手段が構成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】パラレル・ハイブリッド車の構成を示すブロック図。
【図２】充電量SOCの変化の概念図でり、（ａ）はAh積算値に基づく充電量RSOCと真の充電量SOCとを示す図、（ｂ）は本発明による充電量演算方法による充電量RSOCを示す図。
【図３】開放電圧と充電量SOCとの相関を示す図。
【図４】無負荷時の開放電圧に基づく充電量RSOCのリセットを説明する図であり、（ａ）は開放電圧と充電量SOCとの相関図、（ｂ）は充電量RSOCの変化を示す図。
【図５】パワー演算を説明する図。
【図６】開放電圧Ｅ2に基づく充電量RSOCのリセットを説明する図であり、（ａ）は開放電圧と充電量SOCとの相関図、（ｂ）は充電量RSOCの変化を示す図。
【図７】開放電圧Ｅ3に基づく充電量RSOCのリセットを説明する図であり、（ａ）は開放電圧と充電量SOCとの相関図、（ｂ）は充電量RSOCの変化を示す図。
【図８】演算部１ａの機能ブロック図。
【図９】二次電池の初期特性の温度補正および劣化補正を説明する図であり、（ａ）は初期特性Ｌ1を示す図、（ｂ）は温度補正特性Ｌ2を示す図、（ｃ）は温度補正および劣化補正された特性Ｌ3を示す図。
【図１０】充電量SOCの演算手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
１ コントローラ
１ａ 演算部
１ｂ 制御部
２ エンジン
３ モータ
６ 二次電池
８ 電圧センサ
９ 電流センサ
１０ 温度センサ
２０ 電池容量演算部
２１ 瞬時パワー演算部
２２ Ah演算部
２３ RSOC演算部
２４ CAPAH演算部
２５ 開放電圧Ｅ3演算部
２０１ α演算部
２０２ γ演算部
２０３ パワー容量演算部
２０４ β演算部
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハイブリッド車等に用いられる駆動用二次電池の充電量演算方法および充電量演算装置に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
走行駆動源として内燃エンジンおよび電動モータを備え、それらの両方またはいずれか一方の駆動力により走行するハイブリッド方式の電気自動車（以下では、ハイブリッド車と呼ぶ）が知られている。このようなハイブリッド車では、モータ駆動用二次電池の充電量SOC（State of charge）の算出方法の一つとして、充放電時の電流を積算して得られるAh積算値（＝Σ（Ｉ×ｔ）：Ｉは電流値、ｔは時間）と電池容量とから算出する方法がある。
【０００３】
しかしながら、上述した算出方法では、電流値Ｉに検出誤差ΔＩがあった場合に誤差が累積されることになる。このAh積算値に含まれる累積誤差Σ（ΔＩ×ｔ）によって、充電量SOCの算出を行うたびに誤差が大きくなって実際の充電量SOCと大きくずれてしまうという問題があった。
【０００４】
本発明の目的は、二次電池の充電量SOCを精度良く算出することができるハイブリッド車の充電量演算方法および充電量演算装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
発明の実施の形態を示す図１および図８に対応付けて説明する。
（１）図８に対応付けて説明すると、請求項１の発明によるハイブリッド車の充電量演算方法は、二次電池の充放電電流値Ｉに基づいて電流積算値Ahを算出し、その電流積算値Ahに基づいて二次電池の第１の充電量を算出するハイブリッド車の充電量演算方法に適用され、（ａ）二次電池の無負荷状態時の端子電圧値Ｅ1に基づいて第２の充電量を算出し、第２の充電量と第１の充電量との差が所定値以上となったときに第１の充電量を第２の充電量で置き換える第１の補正方法、（ｂ）二次電池の充放電時の端子電圧値Ｖと電流値Ｉとをサンプリングし、それらを一次回帰演算して得られる端子電圧値と電流値との特性直線に基づいて第１の開放電圧Ｅ2を算出し、第１の開放電圧Ｅ2に基づいて算出される第３の充電量と第１の充電量との差が所定値以上となったときに第１の充電量を第３の充電量で置き換える第２の補正方法、（ｃ）二次電池の充放電時の端子電圧値Ｖ，電流値Ｉおよび内部抵抗値に基づいて第２の開放電圧Ｅ3を算出し、第２の開放電圧Ｅ3に基づいて算出される第４の充電量と第１の充電量との差が所定値以上となったときに第１の充電量を第４の充電量で置き換える第３の補正方法、の内の少なくとも１つの補正方法用いて第１の充電量を補正することにより上述の目的を達成する。
（２）請求項２の発明は、請求項１に記載の充電量演算方法において、第１の補正方法および第２の補正方法を用いて第１の充電量を補正する。
（３）請求項３の発明は、請求項１に記載の充電量演算方法において、第１の補正方法および第３の補正方法を用いて第１の充電量を補正する。
（４）請求項４の発明は、請求項１に記載の充電量演算方法において、第１の補正方法、第２の補正方法および第３の補正方法の内の少なくとも１つの補正方法を、車両の走行状態に基づいて選択して用いるようにした。
（５）請求項５の発明は、請求項４に記載の充電量演算方法において、車両起動時には第１の補正方法を用いて第１の充電量を補正し、車両走行時であって特性直線が得られる走行状態である場合には、第２の補正方法を用いて第１の充電量を補正し、車両走行時であって特性直線が得られない走行状態である場合には、第３の補正方法を用いて第１の充電量を補正する。
（６）図１および図８に対応付けて説明すると、請求項６の発明は、二次電池６の充放電電流値Ｉを検出する電流検出手段９と、電流検出手段９の電流検出値Ｉに基づいて電流積算値Ahを算出する電流積算手段２２とを備え、電流積算値Ahに基づいて二次電池６の第１の充電量を算出するハイブリッド車の充電量演算装置に適用され、二次電池６の端子電圧Ｖを検出する電圧検出手段８と、電流検出手段９の検出値Ｉおよび電圧検出手段８の検出値Ｖに基づいて二次電池６の開放電圧Ｅ2，Ｅ3を算出する開放電圧演算手段２１，２５と、開放電圧演算手段２１，２５による開放電圧算出値Ｅ2，Ｅ3に応じた第２の充電量を算出する充電量演算手段２４と、第１の充電量と第２の充電量との差が所定値以上となったときに、第２の充電量に基づいて第１の充電量を補正する補正手段２３，２４と、を設けたことにより上述の目的を達成する。
【０００６】
なお、本発明の構成を説明する上記課題を解決するための手段の項では、本発明を分かり易くするために発明の実施の形態の図を用いたが、これにより本発明が発明の実施の形態に限定されるものではない。
【０００７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１〜請求項５の発明によれば、異なる４つの算出方法の内の少なくとも２つの算出方法を用いて二次電池の充電量を算出することにより、種々の走行パターンにおいて充電量を精度良く算出できる。
請求項６〜請求項８の発明によれば、第１の充電量を電流検出値誤差等による累積誤差の影響の無い第２，第３または第４の充電量で置き換える３種類の補正方法の少なくとも２つを用いることにより、充電量に対する電流検出値誤差等による累積誤差の影響を低減することができるとともに、種々の走行パターンにおいて充電量を精度良く算出できる。
請求項９の発明によれば、開放電圧算出値に応じて得られる第２の充電量は電流検出値誤差等による累積誤差の影響が無いので、電流積算値に基づく第１の充電量を第２の充電量で補正することにより、充電量に対する電流検出値誤差等による累積誤差の影響を低減することができるとともに、種々の走行パターンにおいて充電量を精度良く算出できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図１０を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１はパラレル・ハイブリッド車の構成を示すブロック図である。エンジン２の主軸には電動モータ３の回転子が直結されており、エンジン２および／またはモータ３の駆動力は駆動系４を介して車軸７に伝達される。パラレル・ハイブリッド車におけるモータ３の運転モードには、車軸７を駆動する駆動モードと二次電池６を充電する発電モードとがある。車両自体の駆動モード時、すなわち加速時，平坦路走行時や登坂時等に、モータ３へ電力を供給する二次電池６が充分な充電状態にある場合には、モータ３を駆動モードで運転してエンジン２とモータ３の両方の両駆動力により走行する。
【０００９】
ただし、二次電池６の充電状態が低い場合にはモータ３を発電モードで運転して、エンジン２の駆動力により走行を行うとともにエンジン２の駆動力によりモータ３の回転子を回転し、モータ３による発電を行って二次電池６を充電する。インバータ５は二次電池６からの直流電力を交流電力に変換してモータ３に供給するとともに、発電モード時にはモータ３からの交流電力を直流電力に変換して二次電池６へ供給する。
【００１０】
一方、車両の制動モード時、すなわち減速時や降坂時などには、駆動系４を介した車輪の回転力によってエンジン２およびモータ３が駆動される。このとき、モータ３を発電モードで運転し回生エネルギーを吸収して二次電池６を充電する。コントローラ１はマイクロコンピュータとその周辺部品から構成され、二次電池６の端子電圧値Ｖを検出する電圧センサ８，充放電時の電流値Ｉを検出する電流センサ９，二次電池６の温度Ｔを検出する温度センサ１０が接続される。コントローラ１の演算部１ａでは上述した各センサの検出値に基づいて二次電池６のＳＯＣを演算し、制御部１ｂは各検出値およびＳＯＣ等に基づいてエンジン２，インバータ５，モータ３を制御する。
【００１１】
次いで、コントローラ１の演算部１ａで行われる充電量演算方法について説明する。図２は演算により得られる充電量SOC（以下では充電量RSOCと記す）と真の充電量SOCとを比較して示した概念図であり、（ａ）は充放電時の電流値Ｉを積算して得られる電流積算値（以下ではAh積算値と記す）に基づく充電量RSOCを示し、（ｂ）は本発明の充電量演算方法による充電量RSOCを示す。ここで、（ａ）の場合も（ｂ）の場合も、基本的には次式（１）を用いて充電量RSOCを算出する。
【数１】
RSOC（％）＝［１−Ａｈ／Ａｈ(Pmin)］×１００ …（１）
基本式（１）においてＡｈはAh積算値であり、Ａｈ(Pmin)は二次電池の電池容量である。電池容量Ａｈ(Pmin)の算出方法については後述する。なお、Ａｈ(Pmin)は単に定格容量（３時間率容量など）としても良い。
【００１２】
図２（ａ）に示す充電量RSOCでは、Ａｈとして充放電時の電流値Ｉを積算したAh積算値のみが用いられる。この場合、例えば前述したように電流値Ｉに誤差ΔＩがあると、Ah積算値には電流値Ｉの誤差ΔＩが累積されてしまい、図２（ａ）のようにSOC演算開始時の充電量RSOCが真の充電量SOCと等しかったとしても、演算を行うにつれて真の充電量SOCに対する誤差が増大する。
【００１３】
ところで、二次電池としてはリチウムイオン電池などが用いられるが、リチウムイオン電池では電池の劣化度や温度にかかわらず開放電圧と充電量SOCとの間に一定の相関がある。また、その再現性がとても良い。図３はそのような相関の一例を示す図であり、開放電圧が分かればこの相関から充電量SOCが一意的に決まる。図３では充電量SOC＝１００％に対応する開放電圧はOCV(100)であるが、例えば、開放電圧の実測値としてOCV(100)が得られれば、そのときの二次電池の充電量SOCが１００％であることを相関図から求めることができる。
【００１４】
そこで、本発明による充電量演算方法では、開放電圧を実測または推定し、得られた開放電圧と図３に示す相関とから充電量SOCを算出する。この充電量SOC（以下では、これを充電量CAPSOCと記す）とAh積算値に基づいて基本式（１）で算出される充電量RSOCとの差（誤差に相当する）が所定値以上となったならば、Ah積算値をその時点の充電量CAPSOCに相当するAh積算値（以下、電流積算値CAPAHと記す）に置き換えてリセットする。電流積算値CAPAHは次式（２）で算出される。
【数２】
CAPAH＝Ａｈ(Pmin)×（１−CAPSOC／１００） …（２）
【００１５】
充電量CAPSOCはAh積算値を用いて算出される充電量RSOCのように誤差が累積されないので、図２（ｂ）の一点鎖線で示すように真の充電量SOCに近い値が得られる。図２（ｂ）に示す例では、演算開始から次第に誤差が大きくなった充電量RSOCを時刻ｔ１において充電量CAPSOCの値でリセットしている。そして、時刻ｔ１でRSOC＝CAPSOCと置き換えられた充電量RSOCは、基本式（１）のAh積算値の誤差が累積されるにつれて真の充電量SOCとの誤差が大きくなり、その誤差が所定値以上となった時点で再びリセットが行われる。このように、本発明によるＳ充電量算方法では、真の充電量SOCとの誤差が所定値以上となったならば上述したリセットを行うため、演算値RSOCと真の充電量SOCとの誤差を所定値以下に抑えることが可能となる。
【００１６】
図３の相関を用いて充電量CAPSOCを算出する際の開放電圧としては次の三種類が考えられる。
▲１▼無負荷時に実測して得られる開放電圧Ｅ1
▲２▼充放電時にサンプリングされた電流値および電圧値から得られるＩＶ特性により、すなわちパワー演算（放電ＩＶ外挿）により推定される開放電圧Ｅ2
▲３▼充放電時の電流値および総電圧値に基づいて、次式（３）により推定される開放電圧Ｅ3
【数３】
Ｅ3＝(総電圧)＋(電流)×(温度・劣化補正された内部抵抗) …（３）
【００１７】
［▲１▼の開放電圧Ｅ1による充電量SOC演算］
図４は上述した▲１▼の実測開放電圧Ｅ1に基づいて充電量RSOCのリセットを行う方法を説明する図であり、（ａ）は開放電圧Ｅ1と充電量SOCの相関図、（ｂ）は充電量ROSCの時間変化を示す図である。図４（ｂ）に示す例では、演算開始後の時刻ｔ２およびｔ３においてリセットを行っている。時刻ｔ２における開放電圧Ｅ1をＥ1(2)とすると、図４（ａ）の相関から充電量CAPSOC2が得られる。そして、時刻ｔ２における充電量RSOCを充電量CAPSOC2にリセットする。すなわち、時刻ｔ２におけるAh積算値を、式（２）に充電量CAPSOC2を代入して得られる電流積算値CAPAHにリセットする。時刻ｔ３の場合も同様であり、開放電圧Ｅ1(3)から充電量CAPSOC3を求め、時刻ｔ３における充電量RSOCを充電量CAPSOC3にリセットする。図４（ｂ）の二点鎖線RSOC’は、時刻ｔ２，ｔ３でリセットを行わなかった場合のSOC演算値を示している。なお、開放電圧Ｅ1の計測は無負荷時にしか行えないので、例えば、車両起動時の無負荷時（強電オン前）やキーオフ時に開放電圧Ｅ1を計測する。
【００１８】
［▲２▼の開放電圧Ｅ2による充電量SOC演算］
まず、上述した▲２▼のパワー演算による推定開放電圧Ｅ2の算出方法について図５を参照して説明する。最初に、二次電池の電流変化を捉えて電流値Ｉおよび電圧値Ｖをサンプリングする。図５の×印はサンプリングデータをＩＶ座標上に示したものであり、これらのサンプリングデータに基づいてＩＶ特性を一次回帰演算して特性直線Ｌを求める。この直線Ｌと縦軸（電圧）との交点の値が推定開放電圧Ｅ2である。直線Ｌと放電下限電圧（車両システムとしての使用下限電圧）Ｖminとの交点から、そのときの二次電池の最大出力Ｐmax＝Ｖmin×Ｉmaxがパワー演算値Ｐとして算出される。また、直線Ｌの傾きから二次電池の内部抵抗Ｒを算出することができる。ただし、Ｉmaxは直線Ｌにおいて電圧が放電下限電圧Ｖminとなるときの値であり、放電下限電圧Ｖminは以下の（ａ），（ｂ）の要因から決定される。
（ａ）電池の寿命を考慮した使用電圧範囲の下限電圧（放電終止電圧）
（ｂ）車両搭載ユニットの性能，機能を保証可能な使用電圧範囲の下限電圧
【００１９】
図６は充電量RSOCのリセットを説明する図であり、図４の場合と同様に（ａ）は相関図、（ｂ）は充電量RSOCの時間変化を示す図である。上述したパワー演算により推定開放電圧Ｅ2が得られたならば、図６（ａ）の相関図から充電量CAPSOC4を求めてその時の充電量RSOCを充電量CAPSOC4にリセットする。なお、パワー演算による開放電圧の推定は間欠的にしか行うことができないため、充電量CAPSOCの変化は図６（ｂ）に示すように折れ線グラフとなる。算出された充電量CAPSOCは真の充電量SOCの上下にばらついているが、このばらつきは放電ＩＶサンプリング誤差に起因するものである。
【００２０】
［▲３▼の開放電圧Ｅ3による充電量SOC演算］
図７は▲３▼の開放電圧Ｅ3による充電量SOC演算を説明する図であり、図４の場合と同様に（ａ）は相関図、（ｂ）は充電量RSOCの時間変化を示す図である。充放電時の二次電池の電流値をＩ、電圧値をＶ、補正された内部抵抗をＲで表すと、上述した式（３）は次式（４）のように表される。
【数４】
Ｅ3＝Ｖ＋Ｉ×Ｒ …（４）
ただし、Ｒは、内部抵抗初期値Ｒ０，温度補正係数α，内部抵抗劣化補正係数γを用いて式（５）のように表される。なお、温度補正係数α，内部抵抗劣化補正係数γについては後述する。
【数５】
Ｒ＝Ｒ０／（α×γ） …（５）
【００２１】
式（４）から推定される開放電圧Ｅ3と図７（ａ）の相関図とから充電量CAPSOC5を求め、図７（ｂ）に示すように充電量RSOCを充電量CAPSOC5にリセットする。式（４）で算出される開放電圧Ｅ3は測定されたＩ，Ｖから逐次得ることができるが、電流値Ｉが大きいと補正係数γによる誤差が大きくなったり、電池容量が小さい場合には拡散抵抗増加，SOCの低下を伴うので、開放電圧Ｅ3の算出は電流値Ｉが小さい場合に使用すると有効である。例えば、電流値ＩがＩ≦５ＣＡのときに用いる。なお、Ｃは定格容量であり、定格容量＝３Ａｈの場合ならば５Ｃは１５Ａになる。以下では、算出時の電流値Ｉの上限値を５ＣＡ（＝１５Ａ）として説明する。
【００２２】
このように、開放電圧（Ｅ1〜Ｅ3）から得られる充電量CAPSOCを用いて充電量RSOCをリセットする場合には、上述した▲１▼〜▲３▼のいずれか一つの方法で得られた充電量CAPSOCでリセットしても良いし、これらを組み合わせて用いるようにしても良い。ただし、▲１▼の場合には無負荷時開放電圧は起動，停止時にしか得られないので、▲１▼で得られる充電量CAPSOCのみでリセットを行うよりも、他の▲２▼，▲３▼と組み合わせて行うのが好ましい。
【００２３】
以下では、▲１▼〜▲３▼の三つを組み合わせてリセットする場合について説明する。
（ａ）起動時には、▲１▼の開放電圧Ｅ1に基づく充電量CAPSOCとAh積算値に基づく充電量RSOCとの偏差が所定値Δ1（例えば、Δ1＝１％）以上となった時にリセットを行い、（ｂ）走行時には、▲２▼の開放電圧Ｅ2に基づく充電量CAPSOCとAh積算値に基づく充電量RSOCとの偏差が所定値Δ1以上となった時にリセットを行う。
【００２４】
ところで、定速走行時など負荷変動が小さな場合には図５の回帰直線Ｌが得られないため、開放電圧Ｅ2を推定することができない。開放電圧Ｅ2が得られないと、上述の偏差が得られなくなってリセットを行うか否かが評価できなくなり、Ah積算値に基づく充電量RSOCの偏差が実際に所定値Δ1以上となっていたとしてもリセットが行われないという不都合が生じる。そこで、このような不都合を防止するために、定速走行時などのパワー演算不可と判定された時には、▲３▼の開放電圧Ｅ3に基づく充電量CAPSOCとAh積算値に基づくRSOCとの偏差が所定値Δ2以上となったならば、充電量RSOCを算出された充電量CAPSOCでリセットする。ここで、所定値Δ2としてはΔ2≧Δ1となる値（例えば５％）に設定する。
【００２５】
なお、走行中に開放電圧Ｅ2や開放電圧Ｅ3に基づく充電量CAPSOCでリセットを行う場合、Ah演算値を式（２）で算出される電流積算値CAPAHで置き換えたときに充電量RSOCが急変する場合がある。そこで、このような走行中の充電量SOCの急変によりシステムの制御が不安定になるのを防止するために、例えば、数十秒間（次式（６）の場合には１０秒間）かけて徐々に充電量RSOCを充電量CAPSOCの値に変化させる。すなわち、次式（６）で算出される電流積算値CAPAHを用いて充電量RSOCを演算する。
【数６】
CAPAH＝[{Ah(Pmin)×(1−CAPSOC/100)}×T/10＋{CAPAH×(1−T/10)} …（６）
【００２６】
図８は図１に示したコントローラ１の演算部１ａの機能ブロック図である。２２は電流センサ９からの電流値Ｉを積算してAh積算値を算出するAh演算部であり、２３はAh積算値と電池容量演算部２０で算出された電池容量Ａｈ(Pmin)とから充電量RSOCを算出するRSOC演算部である。また、２１は電圧センサ８からの電圧値Ｖおよび電流センサ９からの電流値Ｉをサンプリングして二次電池６（図１参照）の開放電圧Ｅ2，内部抵抗Ｒおよびパワー演算値Ｐを演算する瞬時パワー演算部であり、２５は電圧値Ｖおよび電流値Ｉに基づいて式（４）により開放電圧Ｅ3を算出する開放電圧Ｅ3演算部である。なお、パワー演算部２１では、サンプリングした電圧値Ｖおよび電流値Ｉに基づきパワー演算可能か否かの判定も行われる。
【００２７】
算出された開放電圧Ｅ2，Ｅ3および無負荷時に検出される開放電圧Ｅ1は、CAPAH演算部２４に入力される。CAPAH演算部２４は（ａ）各開放電圧Ｅ1〜Ｅ3に応じた充電量CAPSOCの算出、（ｂ）算出された充電量CAPSOCとRSOC演算部２３で算出された充電量RSOCとの偏差の算出、（ｃ）充電量CAPSOCに対応する電流積算値CAPAHの算出をそれぞれ行い、上記の偏差の大きさに応じて（ｃ）の電流積算値CAPAHをRSOC演算部２３に出力する。
【００２８】
すなわち、CAPAH演算部２４は、開放電圧Ｅ1，Ｅ2に基づく充電量CAPSOCに対する偏差が所定値Δ1以上となった時には、起動時であれば開放電圧Ｅ1に基づく充電量CAPSOCから算出される電流積算値CAPAHを出力し、走行時であれば開放電圧Ｅ2に基づく充電量CAPSOCから算出される電流積算値CAPAHを出力する。一方、走行時に、開放電圧Ｅ3に基づく充電量CAPSOCに対する偏差が所定値Δ2以上となった時には、開放電圧Ｅ3に基づく充電量CAPSOCから算出される電流積算値CAPAHを出力する。
【００２９】
なお、CAPAH演算部２４では、例えば、図３に示すようなＳＯＣ対開放電圧のテーブルを予めコントローラ１のメモリ（不図示）に記憶しておき、そのテーブルを用いて充電量CAPSOCを求めるようにする。RSOC演算部２３は、CAPAH演算部２４からの電流積算値CAPAHを受信したならば、充電量RSOCの算出に用いるAh演算値を受信した電流積算値CAPAHで置き換える。
【００３０】
［電池容量演算部２０の説明］
次に、電池容量演算部２０における電池容量Ａｈ(Pmin)の算出方法の概略を説明する。図９は二次電池６の初期特性の温度補正および劣化補正を説明する図であり、それぞれパワー特性対放電電気量の関係Ａｈ(P)を示している。図９（ａ）の曲線Ｌ1は電池の初期特性（劣化が無く、電池温度が基準温度である場合）を示しており、リチウムイオン電池などの場合には、Ａｈ(P)はパワーＰのｎ次式で近似することができる。初期特性Ｌ1は次式（７）で近似することができる。
【数７】
Ａｈ(P)＝ａＰ3＋ｂＰ2＋ｃＰ＋ｄ …（７）
ここで、係数ａ，ｂ，ｃ，ｄは初期電池の特性から決定される。
【００３１】
この初期特性Ｌ1に対して温度補正係数αで温度補正を行うと、図９（ｂ）に示す温度補正特性Ｌ2が得られる。この温度補正特性Ｌ2は次式（８）で表される。
【数８】
【００３２】
さらに、温度補正された式（８）に対して次式（９）で表されるような劣化補正を行うことによって、温度補正および劣化補正が施された関係式Ａｈ(P)がパワー容量演算部２０３で算出される。
【数９】
【００３３】
上述した内部抵抗劣化補正係数γは、α演算部２０１で算出された温度補正係数αおよび瞬時パワー演算部２１で算出された内部抵抗Ｒに基づき、電池容量演算部２０のγ演算部２０２おいて次式（１０）により算出される。
【数１０】
γ＝（Ｒ０／α）／Ｒ …（１０）
ここで、Ｒ０は電池の初期内部抵抗である。一方、容量劣化補正係数βは、Ah演算部２２で算出されるAh積算値およびパワー容量演算部２０３で算出されるＡｈ(P／αγ)に基づき、電池容量演算部２０のβ演算部２０４において次式（１１）により算出される。
【数１１】
β＝（Ah積算値）／Ａｈ(P／αγ) …（１１）
式（９）で表されるＡｈ(P)は図９（ｃ）の曲線Ｌ3のようになる。図９（ｃ）において曲線Ｌ2’は特性曲線Ｌ2を内部抵抗劣化補正係数γで補正した曲線であり、特性曲線Ｌ2はこの曲線Ｌ2’を容量劣化補正係数βで補正したものである。
【００３４】
なお、上述した方法はパワー特性対放電電気量の関係に上記のようなパラメータで表現可能な相関があれば適用可能であり、鉛酸電池，ニッケル水素電池などの電池種を問わず使用できる。ただし、温度補正，劣化補正をどの係数（α、β、γ）に当てはめるかについては各電池毎に検討をする必要がある。なお、必ずしもＡｈ(P)はＰのｎ次式で近似する必要はなく、例えば、ＰとＡｈの関係をテーブルとして持てば、補間計算を用いることによって上述した計算手順と同様に解を求めることができる。
【００３５】
図１０は充電量演算の手順を示すフローチャートであり、ＩＧキー・オンによりフローがスタートする。なお、以下では開放電圧Ｅ1，Ｅ2に基づく充電量CAPSOCを充電量ECAPSOCと記し、開放電圧Ｅ3に基づく充電量CAPSOCを充電量VCAPSOCと記すことにする。ステップＳ１は無負荷状態か否かを判定するステップであり、無負荷状態の場合にはステップＳ２へ進み、負荷状態（充放電時）の場合にはステップＳ７へ進む。ステップＳ１からステップＳ２へ進んだ場合には、ステップＳ２で開放電圧Ｅ1を算出するとともにその開放電圧Ｅ1に基づく充電量ECAPSOCを図３に示す相関から求め、その後ステップＳ３へ進む。
【００３６】
一方、ステップＳ１からステップＳ７へ進んだ場合には、ステップＳ７においてパワー演算が可能か否かの判定（例えば、瞬時パワー演算部２１において電流値Ｉ，電圧値Ｖの変化をとらえたサンプリングデータが所定数以上収集できたか否かで判定する）を行い、パワー演算可能な場合にはステップＳ８へ、パワー演算不可能な場合にはステップＳ１０へ進む。ステップＳ８では、開放電圧Ｅ2を算出するとともにその開放電圧Ｅ2に基づく充電量ECAPSOCを図３に示す相関から求め、その後ステップＳ３へ進む。なお、ステップＳ８で充電量ECAPSOCを算出する際には、開放電圧Ｅ2の移動平均、すなわち演算により得られる過去３回の値の平均値を用いる。次いで、ステップＳ３ではステップＳ２またはステップＳ８で算出された充電量ECAPSOCに対する充電量RSOC（Ah積算値から得られる）の偏差ESOCOFSを次式（１２）により算出する。
【数１２】
ESOCOFS＝RSOC−ECAPSOC …（１２）
【００３７】
ステップＳ４は偏差ESOCOFSの絶対値が１％以上か否かを判定するステップであり、１％以上の場合にはステップＳ５に進み、１％より小さい場合にはステップＳ９へ進みAh積算値に基づく充電量RSOCを式（１）により算出した後にステップＳ１６へ進む。ステップＳ５では、式（２）（または式（６））の充電量CAPSOCにステップＳ２またはステップＳ８で算出した充電量ECAPSOCを代入して電流積算値CAPAHを算出し、その電流積算値CAPAHでAh積算値をリセットする。ステップＳ６では、ステップＳ５で算出された電流積算値CAPAHに基づく充電量RSOCを式（１）により算出し、その後ステップＳ１６へ進む。
【００３８】
ところで、ステップＳ７においてパワー演算不可能と判定されてステップＳ１０へ進んだ場合には、ステップＳ１０において電流値Ｉが１５Ａ以下であるか否かを判定し、１５Ａ以下の場合にはステップＳ１１へ進み、１５Ａを越える場合にはステップＳ９へ進む。ステップＳ１１では、負荷時の開放電圧Ｅ3を式（４）により算出し、その開放電圧Ｅ3に基づく充電量VCAPSOCを図３に示す関係から求める。ステップＳ１２では、ステップＳ１１で算出された充電量VCAPSOCに対する充電量RSOC（Ah積算値から得られる）の偏差VSOCOFSを次式（１３）により算出する。
【数１３】
VSOCOFS＝RSOC−VCAPSOC …（１３）
【００３９】
ステップＳ１３は偏差VSOCOFSの絶対値が５％以上か否かを判定するステップであり、５％以上の場合にはステップＳ１４に進んで式（２）または式（６）の充電量CAPSOCにステップＳ１１の充電量VCAPSOCを代入して得られる電流積算値CAPAHでAh積算値をリセットし、５％より小さい場合にはステップＳ９へ進む。次いで、ステップＳ１５において、ステップＳ１４で算出された電流積算値CAPAHに基づく充電量RSOCを式（１）により算出したならば、ステップＳ１６へ進む。
【００４０】
ステップＳ１６〜ステップＳ２０は内部抵抗劣化補正係数γおよび容量劣化補正係数βの学習に関するステップであり、これらのステップを実行することにより最新のγ，βに更新される。まず、ステップＳ１６はパワー演算条件が成立したか否か、すなわち、電流値Ｉ，電圧値Ｖの変化をとらえたサンプリングデータが所定数以上収集できたか否かを判定するステップであり、条件が成立したならばステップＳ１７へ進む。ステップＳ１７は充電量RSOCが所定値KCMSOC（例えば、４０％）以上か否かを判定するステップであり、充電量RSOCが所定値KCMSOCより小さい場合にはステップＳ１９へ進み、所定値KCMSOC以上の場合にはステップＳ１８へ進んでγを次式（１４）で算出されるγで更新した後にステップＳ１９へ進む。
【数１４】
γ＝（Ｒ０／α）／Ｒ …（１４）
ただし、Ｒ０は内部抵抗初期値、Ｒはパワー演算により算出される内部抵抗である。
【００４１】
ステップＳ１９は充電量RSOCが所定値KCLSOC（例えば、５０％）以下か否かを判定するステップであり、充電量RSOCが所定値KCLSOCより大きい場合にはステップＳ７へ戻り、所定値KCLSOCより大きい場合にはステップＳ２０へ進んでβを次式（１５）で算出されるβで更新した後にステップＳ７へ戻る。
【数１５】
β＝CAPAH／Ａｈ(P／αγ) …（１５）
ただし、電流積算値CAPAHには最新の値を用いる。
【００４２】
以上説明したように、本実施の形態では、Ah積算値に基づく充電量RSOCの誤差が所定値Δ1やΔ2以上となったならば、充電量RSOCを算出する際のAh積算値を開放電圧Ｅ1〜Ｅ3から算出される電流積算値CAPAHで置き換えることにより、充電量RSOCに対するAh積算値の累積誤差の影響を低減することができる。また、走行状態、例えば定速走行や電流値Ｉが１５Ａを越えるような大きな場合、に応じて開放電圧Ｅ1〜Ｅ3を使い分けることにより、種々の走行パターンにおいて精度良く充電量を算出することができる。
【００４３】
以上説明した実施の形態と特許請求の範囲の要素との対応において、開放電圧Ｅ 2 およびＥ 3 は開放電圧算出値を構成するとともに、開放電圧Ｅ 2 は第１の開放電圧を、開放電圧Ｅ 3 は第２の開放電圧を構成する。
【００４４】
また、電流センサ９は電流検出手段を、電圧センサ８は電圧検出手段を、Ah演算部２２は電流積算手段を、瞬時パワー演算部２１および開放電圧Ｅ3演算部２５は開放電圧演算手段を、CAPAH 演算部２４は充電量演算手段をそれぞれ構成し、RSOC演算部２３およびCAPAH演算部２４により補正手段が構成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】パラレル・ハイブリッド車の構成を示すブロック図。
【図２】充電量SOCの変化の概念図でり、（ａ）はAh積算値に基づく充電量RSOCと真の充電量SOCとを示す図、（ｂ）は本発明による充電量演算方法による充電量RSOCを示す図。
【図３】開放電圧と充電量SOCとの相関を示す図。
【図４】無負荷時の開放電圧に基づく充電量RSOCのリセットを説明する図であり、（ａ）は開放電圧と充電量SOCとの相関図、（ｂ）は充電量RSOCの変化を示す図。
【図５】パワー演算を説明する図。
【図６】開放電圧Ｅ2に基づく充電量RSOCのリセットを説明する図であり、（ａ）は開放電圧と充電量SOCとの相関図、（ｂ）は充電量RSOCの変化を示す図。
【図７】開放電圧Ｅ3に基づく充電量RSOCのリセットを説明する図であり、（ａ）は開放電圧と充電量SOCとの相関図、（ｂ）は充電量RSOCの変化を示す図。
【図８】演算部１ａの機能ブロック図。
【図９】二次電池の初期特性の温度補正および劣化補正を説明する図であり、（ａ）は初期特性Ｌ1を示す図、（ｂ）は温度補正特性Ｌ2を示す図、（ｃ）は温度補正および劣化補正された特性Ｌ3を示す図。
【図１０】充電量SOCの演算手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
１ コントローラ
１ａ 演算部
１ｂ 制御部
２ エンジン
３ モータ
６ 二次電池
８ 電圧センサ
９ 電流センサ
１０ 温度センサ
２０ 電池容量演算部
２１ 瞬時パワー演算部
２２ Ah演算部
２３ RSOC演算部
２４ CAPAH演算部
２５ 開放電圧Ｅ3演算部
２０１ α演算部
２０２ γ演算部
２０３ パワー容量演算部
２０４ β演算部
Claims (6)
- 二次電池の充放電電流値に基づいて電流積算値を算出し、その電流積算値に基づいて前記二次電池の第１の充電量を算出するハイブリッド車の充電量演算方法において、
（ａ）前記二次電池の無負荷状態時の端子電圧値に基づいて第２の充電量を算出し、前記第２の充電量と前記第１の充電量との差が所定値以上となったときに前記第１の充電量を前記第２の充電量で置き換える第１の補正方法、
（ｂ）前記二次電池の充放電時の端子電圧値と電流値とをサンプリングし、それらを一次回帰演算して得られる端子電圧値と電流値との特性直線に基づいて第１の開放電圧を算出し、前記第１の開放電圧に基づいて算出される第３の充電量と前記第１の充電量との差が所定値以上となったときに前記第１の充電量を前記第３の充電量で置き換える第２の補正方法、
（ｃ）前記二次電池の充放電時の端子電圧値，電流値および内部抵抗値に基づいて第２の開放電圧を算出し、前記第２の開放電圧に基づいて算出される第４の充電量と前記第１の充電量との差が所定値以上となったときに前記第１の充電量を前記第４の充電量で置き換える第３の補正方法、の内の少なくとも１つの補正方法を用いて前記第１の充電量を補正することを特徴とするハイブリッド車の充電量演算方法。 - 請求項１に記載の充電量演算方法において、
前記第１の補正方法および前記第２の補正方法を用いて前記第１の充電量を補正することを特徴とするハイブリッド車の充電量演算方法。 - 請求項１に記載の充電量演算方法において、
前記第１の補正方法および前記第３の補正方法を用いて前記第１の充電量を補正することを特徴とするハイブリッド車の充電量演算方法。 - 請求項１に記載の充電量演算方法において、
前記第１の補正方法、前記第２の補正方法および前記第３の補正方法の内の少なくとも１つの補正方法を、車両の走行状態に基づいて選択して用いることを特徴とするハイブリッド車の充電量演算方法。 - 請求項４に記載の充電量演算方法において、
車両起動時には前記第１の補正方法を用いて前記第１の充電量を補正し、
車両走行時であって前記特性直線が得られる走行状態である場合には、前記第２の補正方法を用いて前記第１の充電量を補正し、
車両走行時であって前記特性直線が得られない走行状態である場合には、前記第３の補正方法を用いて前記第１の充電量を補正することを特徴とするハイブリッド車の充電量演算方法。 - 二次電池の充放電電流値を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段の電流検出値に基づいて電流積算値を算出する電流積算手段とを備え、前記電流積算値に基づいて前記二次電池の第１の充電量を算出するハイブリッド車の充電量演算装置において、
前記二次電池の端子電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電流検出手段の検出値および前記電圧検出手段の検出値に基づいて前記二次電池の開放電圧を算出する開放電圧演算手段と、
前記開放電圧演算手段による開放電圧算出値に応じた第２の充電量を算出する充電量演算手段と、
前記第１の充電量と前記第２の充電量との差が所定値以上となったときに、前記第２の充電量に基づいて前記第１の充電量を補正する補正手段と、を設けたことを特徴とするハイブリッド車の充電量演算装置。
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