JP3933919B2

JP3933919B2 - Battery storage amount estimation device

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Publication number: JP3933919B2
Application number: JP2001366730A
Authority: JP
Inventors: 正明長井
Original assignee: Fuji Jukogyo KK
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2001-11-30
Filing date: 2001-11-30
Publication date: 2007-06-20
Anticipated expiration: 2021-11-30
Also published as: JP2003167035A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バッテリ蓄電量推定装置に関し、特に、電気自動車やハイブリッド自動車に搭載されたバッテリの蓄電量（ＳＯＣ：State Of Charge）を推定するために使用されるバッテリ蓄電量推定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境汚染や騒音の防止・抑制のために、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関で走行する自動車に代えて、電動機で走行する電気自動車（ハイブリッド車も含む）の開発が進んでいる。このような電気自動車の駆動源である電動機は、車両に搭載したバッテリの電力によって駆動されている。
【０００３】
このため、例えば、バッテリ蓄電量（以下、「ＳＯＣ」という）が空の状態に近づいた場合には回生作動などによってバッテリの充電を行い、ＳＯＣが満充電状態に近づいた場合には過充電を防ぐために適度に放電を行うなど、ＳＯＣを常に適切な範囲に制御する必要がある。このようなＳＯＣ制御には、バッテリ使用時のＳＯＣの正確な推定が不可欠である。
【０００４】
従来のＳＯＣ推定方法としては、バッテリの特性を利用したものが採用されている。例えば、バッテリがニッケル水素電池の場合には、出力密度（Ｗ／ｋｇ）とＳＯＣ（％）との関係が図１２の実線で示したような特性曲線で表される。すなわち、ＳＯＣが約１０％以下および約９０％以上の領域Ａにおいては出力密度が急激に変化するが、ＳＯＣが約１０％以上約９０％以下の領域Ｂにおいては、ＳＯＣにほぼ比例して出力密度が変化するような特性を有している。
【０００５】
このようなバッテリの特性を利用して、ＳＯＣ１０％とＳＯＣ９０％におけるバッテリ端子電圧、バッテリ温度およびバッテリ充放電電流のデータをそれぞれマップに記録し、これらマップから読み込んだ値と直線補間式とによって、バッテリ使用時のＳＯＣを推定する手段が採用されていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、バッテリが劣化した場合には、前記した出力密度（Ｗ／ｋｇ）とＳＯＣ（％）との関係を表す特性曲線が変化し、例えば図１２の一点鎖線で示したように、ＳＯＣ１０％以上の領域Ｂにおいても出力密度が急激に変化するような特性を有する場合がある。このような場合には、バッテリ使用時のＳＯＣの推定を正確に行うことができず、ＳＯＣの制御にも支障を来たし、ひいては安定した走行を妨げてしまうという問題があった。
【０００７】
本発明の課題は、バッテリ特性が経時的に変化した場合においても、バッテリ蓄電量（ＳＯＣ）の推定を正確に行うことができるバッテリ蓄電量推定装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、請求項１記載の発明は、例えば図１および図２に示したように、バッテリ端子電圧を検出する電圧検出手段と、バッテリ温度を検出する温度検出手段と、バッテリ充放電電流を検出する電流検出手段と、バッテリ端子電圧およびバッテリ温度と、蓄電量が無い状態に近い第１バッテリ蓄電量におけるバッテリ充放電電流との関係を記録した第１マップと、バッテリ端子電圧およびバッテリ温度と、満充電状態に近い第２バッテリ蓄電量におけるバッテリ充放電電流との関係を記録した第２マップと、検出されたバッテリ充放電電流と、電流検出時に検出されたバッテリ端子電圧およびバッテリ温度と前記第１マップとから求めた前記第１バッテリ蓄電量におけるバッテリ充放電電流と、電流検出時に検出されたバッテリ端子電圧およびバッテリ温度と前記第２マップとから求めた前記第２バッテリ蓄電量におけるバッテリ充放電電流とを用いて、電流検出時のバッテリ蓄電量を算出する蓄電量算出手段とを備えるバッテリ蓄電量推定装置において、検出されたバッテリ端子電圧およびバッテリ充放電電流から出力密度算出値を得る出力密度算出手段と、出力密度とバッテリ蓄電量との関係を記録した第３マップと、前記蓄電量算出手段によって算出したバッテリ蓄電量と前記第３マップとによって出力密度推定値を得る出力密度推定手段と、出力密度算出値と出力密度推定値との差（推定誤差）を算出する誤差算出手段と、前記推定誤差と第１バッテリ蓄電量におけるバッテリ充放電電流の補正量との関係を記録した第４マップと、前記推定誤差が所定の傾向を示した場合に、前記推定誤差と前記第４マップとによって第１バッテリ蓄電量におけるバッテリ充放電電流の補正値を決定する補正値決定手段と、前記補正値決定手段によって決定した補正値によって前記第１マップを更新する第１マップ更新手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
請求項１記載の発明によれば、検出したバッテリ端子電圧およびバッテリ充放電電流から算出した出力密度算出値と、マップを使用して推定した出力密度推定値とを比較してその差（推定誤差）を算出し、その推定誤差が所定の傾向を示した場合に、推定誤差の値に応じた補正値によって第１マップを更新することができる。従って、バッテリが経時劣化してその特性が変化した場合においても、バッテリ蓄電量（ＳＯＣ）を正確に推定することができる。
【００１０】
請求項２記載の発明は、バッテリ端子電圧を検出する電圧検出手段と、バッテリ温度を検出する温度検出手段と、バッテリ充放電電流を検出する電流検出手段と、バッテリ端子電圧およびバッテリ温度と、蓄電量が無い状態に近い第１バッテリ蓄電量におけるバッテリ充放電電流との関係を記録した第１マップと、バッテリ端子電圧およびバッテリ温度と、満充電状態に近い第２バッテリ蓄電量におけるバッテリ充放電電流との関係を記録した第２マップと、検出されたバッテリ充放電電流と、電流検出時に検出されたバッテリ端子電圧およびバッテリ温度と前記第１マップとから求めた第１バッテリ蓄電量におけるバッテリ充放電電流と、電流検出時に検出されたバッテリ端子電圧およびバッテリ温度と前記第２マップとから求めた第２バッテリ蓄電量におけるバッテリ充放電電流とを用いて、電流検出時のバッテリ蓄電量を算出する蓄電量算出手段とを備えるバッテリ蓄電量推定装置において、検出されたバッテリ端子電圧およびバッテリ充放電電流から出力密度算出値を得る出力密度算出手段と、出力密度とバッテリ蓄電量との関係を記録した第３マップと、前記蓄電量算出手段によって算出されたバッテリ蓄電量と前記第３マップとによって出力密度推定値を得る出力密度推定手段と、出力密度算出値と出力密度推定値との差である推定誤差を算出する誤差算出手段と、前記推定誤差と前記第２バッテリ蓄電量におけるバッテリ充放電電流の補正量との関係を記録した第５マップと、前記推定誤差が所定の傾向を示した場合に、前記推定誤差と前記第５マップとによって前記第２バッテリ蓄電量におけるバッテリ充放電電流の補正値を決定する補正値決定手段と、前記補正値決定手段によって決定した補正値によって前記第２マップを更新する第２マップ更新手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項２記載の発明によれば、検出したバッテリ端子電圧およびバッテリ充放電電流から算出した出力密度算出値と、マップを使用して推定した出力密度推定値とを比較してその差（推定誤差）を算出し、その推定誤差が所定の傾向を示した場合に、推定誤差の値に応じた補正値によって第２マップを更新することができる。従って、バッテリが経時劣化してその特性が変化した場合においても、バッテリ蓄電量（ＳＯＣ）を正確に推定することができる。
【００１２】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載のバッテリ蓄電量推定装置において、前記第１バッテリ蓄電量は、満充電状態に対して約１０％の蓄電量（ＳＯＣ約１０％）であるとともに、前記第２バッテリ蓄電量は、満充電状態に対して約９０％の蓄電量（ＳＯＣ約９０％）であることを特徴とする。
【００１３】
請求項３記載の発明によれば、一般的に用いられているニッケル水素電池の蓄電量を、きわめて正確に推定することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。本実施の形態においては、バッテリ蓄電量推定装置１を搭載したハイブリッド自動車について説明することとする。
【００１５】
[第１の実施の形態]
本実施の形態に係るハイブリッド自動車は、図１に示すように、電圧センサ１０、温度センサ２０、電流センサ３０およびバッテリＥＣＵ４０から構成されるバッテリ蓄電量推定装置１と、ニッケル水素電池セルから構成されるバッテリ５０と、三相交流同期モータ（以下、「同期モータ」という）６０と、エンジンＥＣＵ７０と、エンジン８０と、ジェネレータ９０と、ＥＣＵ１００とを備えている。
【００１６】
バッテリ蓄電量推定装置１は、バッテリ５０の蓄電量（ＳＯＣ：State Of Charge）を推定するという機能を果たすものである。電圧センサ１０はバッテリ５０の端子電圧を、温度センサ２０はバッテリ５０の温度を、電流センサ３０はバッテリ５０の充放電電流を、それぞれ検出するものである。ここで、「充放電電流」とは、バッテリ５０から同期モータ６０へと供給される放電電流と、同期モータ６０からバッテリ５０へと供給される回生充電電流との双方を意味するものとする。
【００１７】
バッテリＥＣＵ４０は、電圧センサ１０、温度センサ２０および電流センサ３０で検出されたバッテリ５０の端子電圧、温度および充放電電流に基づいて、バッテリ５０のＳＯＣの推定演算を行うものであり、図２に示すようにメモリ４１およびＣＰＵ４２を備えている。
【００１８】
メモリ４１は、第１マップ４１ａ、第２マップ４１ｂ、第３マップ４１ｃおよび第４マップ４１ｄが記憶された情報記憶媒体である。
【００１９】
第１マップ４１ａは、図３（ａ）に示すように、バッテリ５０の端子電圧および温度の値と、バッテリ５０の蓄電量が無い状態に近い所定の値（第１バッテリ蓄電量）であって特にニッケル水素電池の特性に合わせた「ＳＯＣ１０％」における充放電電流の値との関係が記録されたデータマップであり、バッテリ５０およびシステム全体の特性によって決定される。この第１マップ４１ａを用いることにより、検出したバッテリ５０の端子電圧および温度に対応する（ＳＯＣ１０％時の）バッテリ５０の充放電電流を求めることができる。この第１マップ４１ａは、後述するＣＰＵ４２の第１マップ更新手段４２ｆによって更新可能とされる。
【００２０】
第２マップ４１ｂは、図３（ｂ）に示すように、バッテリ５０の端子電圧および温度の値と、バッテリ５０の蓄電量が満充電状態に近い所定の値（第２バッテリ蓄電量）であって特にニッケル水素電池の特性に合わせた「ＳＯＣ９０％」における充放電電流の値との関係が記録されたデータマップであり、バッテリ５０およびシステム全体の特性によって決定される。この第２マップ４１ｂを用いることにより、検出したバッテリ５０の端子電圧および温度に対応する（ＳＯＣ９０％時の）バッテリ５０の充放電電流を求めることができる。
【００２１】
第３マップ４１ｃは、図４に示すように、バッテリ５０の所定時間（１秒）における出力密度（Ｗ／ｋｇ）とＳＯＣ（％）との関係が記憶されたデータマップであり、バッテリ５０の特性によって決定される。バッテリ５０の出力密度は、ＳＯＣ約１０％以下および約９０％以上において急激に変化しており、ＳＯＣ約１０％以上約９０％以下においてはほぼＳＯＣに比例して増加している（図４参照）。
【００２２】
第４マップ４１ｄは、図５に示すように、後述するＣＰＵ４２の誤差算出手段４２ｄによって算出された推定誤差（出力密度算出値と出力密度推定値との差）とバッテリ５０のＳＯＣ１０％における充放電電流の補正量との関係が記憶されたデータマップである。本実施の形態においては、推定誤差が大きくなるほど補正量を増加させることとしている（図５参照）。
【００２３】
ＣＰＵ４２は、図２に示すように、蓄電量算出手段４２ａと、出力密度算出手段４２ｂと、出力密度推定手段４２ｃと、誤差算出手段４２ｄと、補正値決定手段４２ｅと、第１マップ更新手段４２ｆとを備えており、検出されたバッテリ５０の端子電圧、温度および充放電電流に関する情報と、メモリ４１に記憶させた各種マップの情報とによって、バッテリ５０のＳＯＣの推定演算を行うように機能する。
【００２４】
蓄電量算出手段４２ａは、バッテリ５０の使用時に電流センサ３０で検出されたバッテリ５０の充放電電流と、電流検出時に検出されたバッテリ５０の端子電圧および温度と第１マップ４１ａとから求めたバッテリ５０の充放電電流（ＳＯＣ１０％時）と、電流検出時に検出されたバッテリ５０の端子電圧および温度と第２マップ４１ｂとから求めたバッテリ５０の充放電電流（ＳＯＣ９０％時）とによって、バッテリ５０の使用時におけるＳＯＣを算出するものである。なお、蓄電量算出手段４２ａによるＳＯＣの具体的算出方法については、後述する。
【００２５】
出力密度算出手段４２ｂは、バッテリ５０の使用時に電圧センサ１０で検出されたバッテリ５０の端子電圧と電流センサ３０で検出されたバッテリ５０の充放電電流とから、出力密度算出値を得るものである。出力密度推定手段４２ｃは、蓄電量算出手段４２ａによって算出したバッテリ５０の蓄電量（ＳＯＣ）の値と第３マップ４１ｃとによって出力密度推定値を得るものである。
【００２６】
誤差算出手段４２ｄは、出力密度算出手段４２ｂで得た出力密度算出値と、出力密度推定手段４２ｃで得た出力密度推定値との差（推定誤差）を算出するものである。補正値決定手段４２ｅは、誤差算出手段４２ｄで算出した推定誤差が所定の傾向を示した場合に、この推定誤差の値と第４マップ４１ｅとによって、バッテリ５０のバッテリ充放電電流の補正値（ＳＯＣ１０％時）を決定するものである。第１マップ更新手段４２ｆは、補正値決定手段４２ｅによって決定した補正値によって第１マップ４１ａを更新するものである。
【００２７】
バッテリ５０は、ニッケル水素電池セルから構成されるものであり、同期モータ６０にインバータ５１を介して電力を供給するとともに、同期モータ６０の回生作動で発電される電力を蓄積するという機能を果たす。このバッテリ５０の蓄電量（ＳＯＣ）がバッテリ蓄電量推定装置１によって推定されるのは前記したとおりである。
【００２８】
同期モータ６０は、図示していない駆動輪（後輪）を駆動するものであり、インバータ５１を介して供給されたバッテリ５０の電力によってＥＣＵ１００の制御のもとに駆動制御される。この同期モータ７０は、回生作動させることによって、バッテリ５０に電力を供給する発電機（ジェネレータ）としても機能させることができる。
【００２９】
エンジン８０は、図示していない駆動輪（前輪）を駆動するものであり、エンジンＥＣＵ７０によって駆動制御される。このエンジンＥＣＵ７０は、後述するＥＣＵ１００と電気的に相互通信可能に接続されており、同期モータ６０の制御のタイミングを図りながらエンジン８０を駆動制御するものである。このエンジン８０はジェネレータ９０を介してバッテリ５０と接続されており、エンジン８０によってジェネレータ９０を駆動させることによって、バッテリ５０に電力を供給することができる。
【００３０】
ＥＣＵ１００は、各種センサによって検出された車輪回転速度、アクセル操作量、ブレーキ操作量などの各種情報や、バッテリ蓄電量推定装置１のバッテリＥＣＵ４０から伝送されたバッテリ５０の蓄電量（ＳＯＣ）に関する情報に基づいて、同期モータ６０の動作を制御するとともに、エンジンＥＣＵ７０を介してエンジン８０の動作を制御するものである。
【００３１】
ＥＣＵ１００には、バッテリ５０の充電を行う条件が記憶されており、本実施の形態においては、バッテリ蓄電量推定装置１によってバッテリ５０のＳＯＣが１０％以下と推定された場合には、ＥＣＵ１００によって同期モータ６０の出力制限を行うように制御するとともに、エンジンＥＣＵ７０を介してエンジン８０およびジェネレータ９０を駆動させて充電を行うように制御することとした。また、バッテリ蓄電量推定装置１によってバッテリ５０のＳＯＣが９０％以上と推定された場合には、ＥＣＵ１００によって充電を禁止するように制御することとした。また、ＥＣＵ１００には、加速時などバッテリ５０の負荷が最大となる条件が記憶されている。
【００３２】
次に、本実施の形態に係るハイブリッド自動車の制御動作について、フローチャートを用いて説明する。
【００３３】
最初に、図６のメインフローチャートを用いて、ハイブリッド自動車の走行時における充電制御動作を説明する。まず、各種センサによって車輪回転速度、アクセル操作量、ブレーキ操作量などを検出し、これら検出信号をＥＣＵ１００に入力する（所定信号入力工程：Ｓ１０）。
【００３４】
次いで、ＥＣＵ１００は、車輪回転速度、アクセル操作量、ブレーキ操作量などの各種検出信号に基づいて、バッテリ５０が充電される条件に達したか否かを判定する（充電条件判定工程：Ｓ２０）。バッテリ５０が充電される条件に達していると判定された場合には、後述する充電ＳＯＣ推定ルーチンＳ３０（図７参照）を経て制御動作を終了する。なお、図６のメインフローチャートには示していないが、充電ＳＯＣ推定ルーチンＳ３０と並行して、バッテリ５０の回生充電を行っている。
【００３５】
バッテリ５０が充電される条件に達していないと判定された場合には、バッテリ５０への負荷が最大となる条件に達したか否かを判定する（負荷最大条件判定工程：Ｓ４０）。バッテリ５０への負荷が最大となる条件に達していると判定された場合には、バッテリ５０の特性が変化している可能性が高いため、後述するバッテリ特性変化検出ルーチンＳ５０（図８参照）を経て制御動作を終了する。バッテリ５０への負荷が最大となる条件に達していないと判定された場合には、そのまま制御動作を終了する。
【００３６】
次に、図７の充電ＳＯＣ推定ルーチンＳ３０を示すサブフローチャートを用いて、充電時におけるバッテリ５０の蓄電量推定動作を説明する。まず、電圧センサ１０、温度センサ２０および電流センサ３０によって検出したバッテリ５０の端子電圧、温度および充電電流を、バッテリＥＣＵ４０に入力する（電圧・温度・電流信号入力工程：Ｓ３１）。
【００３７】
次いで、バッテリＥＣＵ４０は、入力された端子電圧および温度の値に対応したＳＯＣ１０％時のバッテリ５０の電流値（以下、「電流値Ｉ_SOC10」という）を、バッテリＥＣＵ４０のメモリ４１に記憶された第１マップ４１ａを使用して呼び出す（ＳＯＣ１０％電流呼出工程：Ｓ３２）。次いで、入力された端子電圧および温度の値に対応したＳＯＣ９０％時のバッテリ５０の電流値（以下、「電流値Ｉ_SOC90」という）を、バッテリＥＣＵ４０のメモリ４１に記憶された第２マップ４１ｂを使用して呼び出す（ＳＯＣ９０％電流呼出工程：Ｓ３３）。
【００３８】
続いて、電流値Ｉ_SOC10および電流値Ｉ_SOC90と、入力された充電電流の値Ｉと、以下の直線補間式とを用いて、バッテリＥＣＵ４０のＣＰＵの蓄電量算出手段４２ａによって、入力された充電電流の値Ｉに対応したＳＯＣを算出する（充電ＳＯＣ算出工程：Ｓ３４）。なお、以下の直線補間式は図９のグラフの一点鎖線の直線で表され、入力された充電電流の値Ｉに対応したＳＯＣは、図９の点Ｐ₁で求められることとなる。
ＳＯＣ（％）＝｛８０／（Ｉ_SOC90−Ｉ_SOC10）｝×（Ｉ−Ｉ_SOC90）＋９０
【００３９】
次に、図８のバッテリ特性変化検出ルーチンＳ５０を示すサブフローチャートを用いて、バッテリ５０の特性の経時変化を検出する動作と、バッテリＥＣＵ４０のメモリ４１に記憶された第１マップ４１ａの更新動作とを説明する。
【００４０】
まず、バッテリＥＣＵ４０に入力されたバッテリ５０の端子電圧および充電電流に基づいて、ＣＰＵ４２の出力密度算出手段４２ａによって、出力密度算出値を得る（出力密度算出工程：Ｓ５１）。次いで、充電ＳＯＣ推定ルーチンＳ３０の充電ＳＯＣ算出工程Ｓ３４によって算出したバッテリ５０のＳＯＣと、メモリ４１の第３マップ４１ｃとによって、出力密度推定値を得る（出力密度推定工程：Ｓ５２）。
【００４１】
続いて、出力密度算出工程Ｓ５１で得た出力密度算出値と、出力密度推定工程Ｓ５２で得た出力密度推定値とを比較する（比較工程：Ｓ５３）。この比較の結果、出力密度算出値が出力密度推定値より小さい場合には、バッテリＥＣＵ４０のアップカウンタに１を加えるとともにダウンカウンタをクリアし（アップカウント工程：Ｓ５５ｕ）、後述する推定誤差記録工程Ｓ５６に進む。
【００４２】
比較工程Ｓ５３における比較の結果、出力密度算出値が出力密度推定値以上である場合には、これら２つの値が異なるか否かを判定し（誤差判定工程：Ｓ５４）、これら２つの値が異なると判定された場合には、バッテリＥＣＵ４０のダウンカウンタに１を加えるとともにアップカウンタをクリアし（ダウンカウント工程：Ｓ５５ｄ）、後述する推定誤差記録工程Ｓ５６に進む。また、誤差判定工程Ｓ５４において、出力密度算出値と出力密度推定値とが等しいと判定された場合には、後述するアップカウント数判定工程Ｓ５７にスキップする。
【００４３】
アップカウント工程Ｓ５５ｕまたはダウンカウント工程Ｓ５５ｄを経た後、出力密度算出工程Ｓ５１で得た出力密度算出値と、出力密度推定工程Ｓ５２で得た出力密度推定値との差（推定誤差）を算出し、バッテリＥＣＵ４０のメモリ４１に記録する（推定誤差記録工程：Ｓ５６）。ここで記録された推定誤差は、後述するマップ更新工程Ｓ５９で使用される。
【００４４】
推定誤差記録工程Ｓ５６を経た場合、または、誤差判定工程Ｓ５４において出力密度算出値と出力密度推定値とが等しいと判定された場合には、アップカウンタが５０に達しているか否かを判定する（アップカウント数判定工程：Ｓ５７）。アップカウンタが５０に達していると判定された場合には、後述するマップ更新工程Ｓ５９に進む。
【００４５】
アップカウント数判定工程Ｓ５７でアップカウンタが５０に達していないと判定された場合には、ダウンカウンタが５０に達しているか否かを判定する（ダウンカウント数判定工程：Ｓ５８）。ダウンカウンタが５０に達していると判定された場合には、後述するマップ更新工程Ｓ５９に進む。ダウンカウンタ５０が達していないと判定された場合には、そのままバッテリ特性変化検出ルーチンＳ５０を終了する。
【００４６】
アップカウント数判定工程Ｓ５７またはダウンカウント数判定工程Ｓ５８で、アップカウンタまたはダウンカウンタのいずれかが５０に達していると判定された場合には、バッテリＥＣＵ４０のメモリ４１に記憶された第１マップ４１ａを更新する（マップ更新工程：Ｓ５９）。このマップ更新工程Ｓ５９における第１マップ４１ａの更新手順を、以下説明する。
【００４７】
まず、推定誤差記録工程Ｓ５６でバッテリＥＣＵ４０のメモリ４１に記録された推定誤差と、同じくバッテリＥＣＵ４０のメモリ４１に記憶された第４マップ４１ｄとによって、バッテリ５０のＳＯＣ１０％における充電電流の補正値を決定する（補正値決定工程）。次いで、この決定した補正値を、第１マップ４１ａに記録された電流の値に加算して第１マップ４１ａを更新する（更新工程）。以上の各工程を経て、バッテリ特性変化検出ルーチンＳ５０を終了する。
【００４８】
バッテリ特性変化検出ルーチンＳ５０によって更新された第１マップ４１ａを用いて、充電ＳＯＣ推定ルーチンＳ３０によってバッテリ５０の蓄電量の推定を行った結果を図９に示した。更新された第１マップ４１ａを用いて求めた電流値Ｉ_SOC10（以下、「更新電流値Ｉ_SOC10」という）は、図９における点Ｐ₂’に対応しており、未更新の第１マップ４１ａを用いて求めた電流値Ｉ_SOC10に対応する点Ｐ₂から右側にシフトしていることがわかる。
【００４９】
この更新電流値Ｉ_SOC10と、電流値Ｉ_SOC90と、入力された充電電流の値Ｉと、前記した直線補間式とを用いて求められたＳＯＣ（以下、「更新ＳＯＣ」という）は図９の点Ｐ₁’に対応しており、未更新のＳＯＣに対応する点Ｐ₁と比較すると明らかなように、若干小さい値となっていることがわかる。
【００５０】
本実施の形態に係るハイブリッド自動車のバッテリ蓄電量推定装置１によれば、検出したバッテリ５０の端子電圧および充電電流の値から算出した出力密度算出値と、マップを使用して推定した出力密度推定値とを比較してその差（推定誤差）を算出し、その推定誤差が所定の傾向を示した場合に、推定誤差の値に応じた補正値によって第１マップ４１ａを更新することができる。従って、バッテリ５０が経時劣化してその特性が変化した場合においても、バッテリ５０の蓄電量（ＳＯＣ）を正確に推定することができる。
【００５１】
[第２の実施の形態]
本実施の形態に係るハイブリッド自動車は、第１の実施の形態において、バッテリ蓄電量推定装置１のバッテリＥＣＵ４０のメモリ４１に記憶された第４マップを第５マップに変更し、ＣＰＵ４２の補正値決定手段を変更し、かつ、ＣＰＵ４２の第１マップ更新手段を第２マップ更新手段に変更したものであるので、その他の重複する構成については説明を省略する。
【００５２】
本実施の形態に係るハイブリッド自動車のバッテリ蓄電量推定装置１の第５マップは、出力密度算出値と出力密度推定値との差（推定誤差）と、バッテリ５０のＳＯＣ９０％における電流の補正量との関係が記録されたデータマップである。この第５マップは、図示していないが、第１の実施の形態における第４マップと同様に、推定誤差が大きくなるほど補正量を増加させることとしている。
【００５３】
また、本実施の形態に係るハイブリッド自動車のバッテリ蓄電量推定装置１の補正値決定手段は、推定誤差が所定の傾向を示した場合に、推定誤差と第５マップとによって、バッテリ５０の充放電電流の補正値（ＳＯＣ９０％時）を決定するものとしている。また、本実施の形態に係るハイブリッド自動車のバッテリ蓄電量推定装置１の第２マップ更新手段は、前記した補正値決定手段によって決定した補正値によって第２マップ４１ｂを更新するものである。
【００５４】
本実施の形態に係るハイブリッド自動車において、第１の実施の形態と同様に図６ないし図８に示した制御動作を行った結果を図１０に示した。本実施の形態においては、バッテリ特性変化検出ルーチンＳ５０によって更新された第２マップ４１ｂを用いて、充電ＳＯＣ推定ルーチンＳ３０によってバッテリ５０の蓄電量の推定を行うこととなる。更新された第２マップ４１ｂを用いて求めた電流値Ｉ_SOC90（以下、「更新電流値Ｉ_SOC90」という）は、図１０において点Ｐ₃’に対応しており、未更新の第２マップ４１ｂを用いて求めた電流値Ｉ_SOC90に対応する点Ｐ₃から右側にシフトしていることがわかる。
【００５５】
この更新電流値Ｉ_SOC90と、電流値Ｉ_SOC10と、入力された充電電流の値Ｉと、前記した直線補間式とを用いて求められた更新ＳＯＣは、図１０の点Ｐ₁’に対応しており、未更新のＳＯＣに対応する点Ｐ₁と比較すると明らかなように、若干小さい値となっていることがわかる。
【００５６】
本実施の形態に係るハイブリッド自動車のバッテリ蓄電量推定装置１によれば、検出したバッテリ５０の端子電圧および充電電流の値から算出した出力密度算出値と、マップを使用して推定した出力密度推定値とを比較してその差（推定誤差）を算出し、その推定誤差が所定の傾向を示した場合に、推定誤差の値に応じた補正値によって第２マップ４１ｂを更新することができる。従って、バッテリ５０が経時劣化してその特性が変化した場合においても、バッテリ５０の蓄電量（ＳＯＣ）を正確に推定することができる。
【００５７】
[第３の実施の形態]
本実施の形態に係るハイブリッド自動車は、第１の実施の形態おけるバッテリ蓄電量推定装置１のバッテリＥＣＵ４０のメモリ４１に、第２の実施の形態で採用した第５マップを記憶させ、ＣＰＵ４２の補正値決定手段の補正値決定方法を変更し、かつ、ＣＰＵ４２に第２の実施の形態で採用した第２マップ更新手段を備えたものであるので、各構成については説明を省略する。
【００５８】
本実施の形態に係るハイブリッド自動車において、第１の実施の形態と同様に図６ないし図８に示した制御動作を行った結果を図１１に示した。本実施の形態においては、バッテリ特性変化検出ルーチンＳ５０によって更新された第１マップ４１ａおよび第２マップ４１ｂを用いて、充電ＳＯＣ推定ルーチンＳ３０によってバッテリ５０の蓄電量推定を行うこととなる。更新された第１マップ４１ａおよび第２マップ４１ｂを用いて求めた更新電流値Ｉ_SOC10および更新電流値Ｉ_SOC90は、図１１において点Ｐ₂’および点Ｐ₃’に対応しており、未更新の第１マップ４１ａおよび第２マップ４１ｂを用いて求めた電流値Ｉ_SOC10および電流値Ｉ_SOC90に対応する点Ｐ₁および点Ｐ₃から、それぞれ右側にシフトしていることがわかる。
【００５９】
これら更新電流値Ｉ_SOC10および更新電流値Ｉ_SOC90と、入力された充電電流の値Ｉと、前記した直線補間式とを用いて求められた更新ＳＯＣは、図１１の点Ｐ₁’に対応しており、未更新のＳＯＣに対応する点Ｐ₁と比較すると明らかなように、小さい値となっていることがわかる。
【００６０】
本実施の形態に係るハイブリッド自動車のバッテリ蓄電量推定装置１によれば、推定誤差が所定の傾向を示した場合に、推定誤差の値に応じた補正値によって第１マップおよび第２マップを更新することができる。従って、バッテリが経時劣化してその特性が変化した場合においても、バッテリ使用時のＳＯＣをさらに正確に推定することができる。
【００６１】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、検出したバッテリ端子電圧およびバッテリ充放電電流から算出した出力密度算出値と、マップを使用して推定した出力密度推定値とを比較してその差（推定誤差）を算出し、その推定誤差が所定の傾向を示した場合に、推定誤差の値に応じた補正値によって第１マップを更新することができる。従って、バッテリが経時劣化してその特性が変化した場合においても、バッテリの蓄電量（ＳＯＣ）を正確に推定することができる。
【００６２】
請求項２記載の発明によれば、検出したバッテリ端子電圧およびバッテリ充放電電流から算出した出力密度算出値と、マップを使用して推定した出力密度推定値とを比較してその差（推定誤差）を算出し、その推定誤差が所定の傾向を示した場合に、推定誤差の値に応じた補正値によって第２マップを更新することができる。従って、バッテリが経時劣化してその特性が変化した場合においても、バッテリの蓄電量（ＳＯＣ）を正確に推定することができる。
【００６３】
請求項３記載の発明によれば、一般的に用いられているニッケル水素電池の蓄電量を、きわめて正確に推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るハイブリッド自動車のシステム構成を示した概略図である。
【図２】図１に示したハイブリッド自動車に搭載されたバッテリ蓄電量推定装置のバッテリＥＣＵの構成を示した概念図である。
【図３】（ａ）は図２に示した第１マップの概念図であり、（ｂ）は図２に示した第２マップの概念図である。
【図４】図２に示した第３マップを示すグラフである。
【図５】図２に示した第４マップを示すグラフである。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係るハイブリッド自動車の制御動作を説明するためのメインフローチャートである。
【図７】図６に示した充電ＳＯＣ推定ルーチンを説明するためのサブブローチャートである。
【図８】図６に示したバッテリ特性変化検出ルーチンを説明するためのサブフローチャートである。
【図９】本発明の第１の実施の形態に係るハイブリッド自動車に搭載されたバッテリ蓄電量推定装置によってバッテリのＳＯＣおよび更新ＳＯＣを求めるための直線補間式のグラフである。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係るハイブリッド自動車に搭載されたバッテリ蓄電量推定装置によってバッテリのＳＯＣおよび更新ＳＯＣを求めるための直線補間式のグラフである。
【図１１】本発明の第３の実施の形態に係るハイブリッド自動車に搭載されたバッテリ蓄電量推定装置によってバッテリのＳＯＣおよび更新ＳＯＣを求めるための直線補間式のグラフである。
【図１２】バッテリのＳＯＣと出力密度との関係を表したグラフである。
【符号の説明】
１バッテリ蓄電量推定装置
１０電圧検出手段
２０温度検出手段
３０電流検出手段
４０バッテリＥＣＵ
４１メモリ
４１ａ第１マップ
４１ｂ第２マップ
４１ｃ第３マップ
４１ｄ第４マップ
４２ＣＰＵ
４２ａ蓄電量算出手段
４２ｂ出力密度算出手段
４２ｃ出力密度推定手段
４２ｄ誤差算出手段
４２ｅ補正値決定手段
４２ｆ第１マップ更新手段
５０バッテリ
５１インバータ
６０同期モータ
７０エンジンＥＣＵ
８０エンジン
９０ジェネレータ
１００ＥＣＵ
Ｓ１０所定信号入力工程
Ｓ２０充電条件判定工程
Ｓ３０充電ＳＯＣ推定ルーチン
Ｓ３１電圧・温度・電流信号入力工程
Ｓ３２ＳＯＣ１０％電流呼出工程
Ｓ３３ＳＯＣ９０％電流呼出工程
Ｓ３４充電ＳＯＣ算出工程
Ｓ４０負荷最大条件判定工程
Ｓ５０バッテリ特性変化検出ルーチン
Ｓ５１出力密度算出工程
Ｓ５２出力密度推定工程
Ｓ５３比較工程
Ｓ５４誤差判定工程
Ｓ５５ｕアップカウント工程
Ｓ５５ｄダウンカウント工程
Ｓ５６推定誤差記録工程
Ｓ５７アップカウント数判定工程
Ｓ５８ダウンカウント数判定工程
Ｓ５９マップ更新工程[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a battery storage amount estimation device, and more particularly, to a battery storage amount estimation device used for estimating a state of charge (SOC) of a battery mounted on an electric vehicle or a hybrid vehicle.
[0002]
[Prior art]
In recent years, in order to prevent and control environmental pollution and noise, electric vehicles (including hybrid vehicles) that run on electric motors have been developed instead of vehicles that run on internal combustion engines such as gasoline engines and diesel engines. The electric motor which is a drive source of such an electric vehicle is driven by the power of a battery mounted on the vehicle.
[0003]
For this reason, for example, when the battery storage amount (hereinafter referred to as “SOC”) approaches an empty state, the battery is charged by a regenerative operation or the like, and when the SOC approaches a fully charged state, the overcharge is performed. In order to prevent this, it is necessary to always control the SOC within an appropriate range, for example, by appropriately discharging. For such SOC control, accurate estimation of the SOC when the battery is used is indispensable.
[0004]
As a conventional SOC estimation method, a method using the characteristics of a battery is employed. For example, when the battery is a nickel metal hydride battery, the relationship between the output density (W / kg) and the SOC (%) is represented by a characteristic curve as shown by the solid line in FIG. That is, the output density changes rapidly in the region A where the SOC is about 10% or less and about 90% or more, but in the region B where the SOC is about 10% or more and about 90% or less, the output is almost proportional to the SOC. It has the characteristic that density changes.
[0005]
Using such battery characteristics, battery terminal voltage, battery temperature, and battery charge / discharge current data at SOC 10% and SOC 90% are recorded on maps, respectively, and values read from these maps and linear interpolation formulas are used. A means for estimating the SOC when the battery is used has been adopted.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the battery is deteriorated, the characteristic curve representing the relationship between the power density (W / kg) and the SOC (%) changes. For example, as indicated by a one-dot chain line in FIG. Even in the region B, there may be a characteristic that the output density changes abruptly. In such a case, there is a problem in that the SOC cannot be accurately estimated when the battery is used, the SOC control is hindered, and stable running is hindered.
[0007]
An object of the present invention is to provide a battery storage amount estimation device that can accurately estimate a battery storage amount (SOC) even when battery characteristics change over time.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, the invention described in claim 1 includes, as shown in FIGS. 1 and 2, for example, a voltage detection unit that detects a battery terminal voltage, a temperature detection unit that detects a battery temperature, Current detection means for detecting the battery charge / discharge current, a first map that records the relationship between the battery terminal voltage and the battery temperature, and the battery charge / discharge current at the first battery charge amount close to the state where there is no charge amount; A second map that records the relationship between the voltage and battery temperature and the battery charge / discharge current in the second battery charge amount close to the fully charged state, the detected battery charge / discharge current, and the battery terminal voltage detected at the time of current detection And the battery charge / discharge current in the first battery charge amount obtained from the battery temperature and the first map, and detected at the time of current detection A battery charge storage unit that calculates a battery charge amount at the time of current detection using a battery charge / discharge current in the second battery charge amount obtained from the battery terminal voltage and battery temperature and the second map; In the amount estimation device, output density calculation means for obtaining an output density calculation value from the detected battery terminal voltage and battery charge / discharge current, a third map in which a relationship between the output density and the battery charge amount is recorded, and the charge amount calculation Output density estimation means for obtaining an output density estimated value based on the amount of battery storage calculated by the means and the third map; error calculation means for calculating a difference (estimation error) between the output density calculated value and the output density estimated value; A fourth map that records the relationship between the estimated error and the correction amount of the battery charge / discharge current in the first battery charge amount; A correction value determining means for determining a correction value of the battery charge / discharge current in the first battery charge amount based on the estimation error and the fourth map, and a correction value determined by the correction value determining means. And a first map updating means for updating the first map.
[0009]
According to the first aspect of the present invention, the output density calculated value calculated from the detected battery terminal voltage and the battery charge / discharge current is compared with the output density estimated value estimated using the map, and the difference (estimation error) is compared. ) And the first map can be updated with a correction value corresponding to the value of the estimation error when the estimation error shows a predetermined tendency. Therefore, even when the battery deteriorates with time and its characteristics change, the battery charge (SOC) can be accurately estimated.
[0010]
According to a second aspect of the present invention, there is provided voltage detection means for detecting battery terminal voltage, temperature detection means for detecting battery temperature, current detection means for detecting battery charge / discharge current, battery terminal voltage and battery temperature, and storage 1st map which recorded the relationship with the battery charge-and-discharge current in the 1st battery charge amount near the state where there is no amount, the battery terminal voltage and the battery temperature, and the battery charge-discharge current in the second battery charge amount close to the full charge state Battery charge / discharge at the first battery charge determined from the second map, the detected battery charge / discharge current, the battery terminal voltage and battery temperature detected at the time of current detection, and the first map. The second bar obtained from the current, the battery terminal voltage and battery temperature detected at the time of current detection, and the second map. Output from detected battery terminal voltage and battery charge / discharge current in a battery charge amount estimation device comprising a charge amount calculation means for calculating a battery charge amount at the time of current detection using a battery charge / discharge current in a battery charge amount The output density is estimated by the output density calculation means for obtaining the density calculation value, the third map in which the relationship between the output density and the battery charge amount is recorded, the battery charge amount calculated by the charge amount calculation means and the third map. Output density estimating means for obtaining a value, error calculating means for calculating an estimation error which is a difference between the output density calculated value and the output density estimated value, and correction of the battery charge / discharge current in the estimated error and the second battery charge amount When the estimation error shows a predetermined tendency, the estimation error and the fifth map are used to calculate the previous map. Correction value determining means for determining a correction value of the battery charge / discharge current in the second battery charge amount, and second map updating means for updating the second map with the correction value determined by the correction value determining means. Features.
[0011]
According to the second aspect of the present invention, the output density calculated value calculated from the detected battery terminal voltage and the battery charge / discharge current is compared with the output density estimated value estimated using the map, and the difference (estimation error) is compared. ) And the second map can be updated with a correction value corresponding to the value of the estimation error when the estimation error shows a predetermined tendency. Therefore, even when the battery deteriorates with time and its characteristics change, the battery charge (SOC) can be accurately estimated.
[0012]
According to a third aspect of the present invention, in the battery charged amount estimation device according to the first or second aspect, the first battery charged amount is a charged amount of about 10% (SOC is about 10%) with respect to a fully charged state. Together with the above Second battery charge amount Is characterized by a storage amount of about 90% of the fully charged state (SOC of about 90%).
[0013]
According to the third aspect of the present invention, it is possible to estimate the charged amount of a commonly used nickel-metal hydride battery very accurately.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the present embodiment, a hybrid vehicle equipped with the battery storage amount estimation device 1 will be described.
[0015]
[First embodiment]
As shown in FIG. 1, the hybrid vehicle according to the present embodiment includes battery storage amount estimation device 1 including voltage sensor 10, temperature sensor 20, current sensor 30, and battery ECU 40, and nickel metal hydride battery cells. Battery 50, a three-phase AC synchronous motor (hereinafter referred to as "synchronous motor") 60, an engine ECU 70, an engine 80, a generator 90, and an ECU 100.
[0016]
The battery storage amount estimation device 1 performs a function of estimating a storage amount (SOC: State Of Charge) of the battery 50. The voltage sensor 10 detects the terminal voltage of the battery 50, the temperature sensor 20 detects the temperature of the battery 50, and the current sensor 30 detects the charge / discharge current of the battery 50. Here, “charge / discharge current” means both a discharge current supplied from the battery 50 to the synchronous motor 60 and a regenerative charge current supplied from the synchronous motor 60 to the battery 50.
[0017]
The battery ECU 40 estimates the SOC of the battery 50 based on the terminal voltage, temperature, and charge / discharge current of the battery 50 detected by the voltage sensor 10, the temperature sensor 20, and the current sensor 30, and FIG. As shown, a memory 41 and a CPU 42 are provided.
[0018]
The memory 41 is an information storage medium in which a first map 41a, a second map 41b, a third map 41c, and a fourth map 41d are stored.
[0019]
As shown in FIG. 3A, the first map 41a has a terminal voltage and temperature values of the battery 50, and predetermined values (first battery charged amount) close to a state where the charged amount of the battery 50 is not present. In particular, it is a data map in which the relationship with the value of the charge / discharge current in “SOC 10%” in accordance with the characteristics of the nickel metal hydride battery is recorded, and is determined by the characteristics of the battery 50 and the entire system. By using the first map 41a, the charge / discharge current of the battery 50 (when the SOC is 10%) corresponding to the detected terminal voltage and temperature of the battery 50 can be obtained. The first map 41a can be updated by first map updating means 42f of the CPU 42 described later.
[0020]
As shown in FIG. 3B, the second map 41b is a predetermined value (second battery storage amount) in which the terminal voltage and temperature values of the battery 50 and the storage amount of the battery 50 are close to a fully charged state. In particular, this is a data map in which the relationship with the value of the charge / discharge current at “SOC 90%” in accordance with the characteristics of the nickel metal hydride battery is recorded, and is determined by the characteristics of the battery 50 and the entire system. By using the second map 41b, the charge / discharge current of the battery 50 (when the SOC is 90%) corresponding to the detected terminal voltage and temperature of the battery 50 can be obtained.
[0021]
As shown in FIG. 4, the third map 41 c is a data map in which the relationship between the output density (W / kg) and the SOC (%) at a predetermined time (1 second) of the battery 50 is stored. Determined by characteristics. The output density of the battery 50 changes abruptly when the SOC is about 10% or less and about 90% or more, and when the SOC is about 10% or more and about 90% or less, it almost increases in proportion to the SOC (see FIG. 4). ).
[0022]
As shown in FIG. 5, the fourth map 41 d is a charge / discharge at an SOC of 10% of the battery 50 estimated error (difference between the output density calculated value and the output density estimated value) calculated by an error calculating means 42 d of the CPU 42 described later. 6 is a data map in which a relationship with a current correction amount is stored. In the present embodiment, the correction amount is increased as the estimation error increases (see FIG. 5).
[0023]
As shown in FIG. 2, the CPU 42 includes a storage amount calculation unit 42a, an output density calculation unit 42b, an output density estimation unit 42c, an error calculation unit 42d, a correction value determination unit 42e, and a first map update unit 42f. And functions to estimate the SOC of the battery 50 based on the detected information on the terminal voltage, temperature, and charge / discharge current of the battery 50 and information on various maps stored in the memory 41. .
[0024]
The storage amount calculating means 42a is a battery obtained from the charge / discharge current of the battery 50 detected by the current sensor 30 when the battery 50 is used, the terminal voltage and temperature of the battery 50 detected at the time of current detection, and the first map 41a. 50 charge / discharge current (when SOC is 10%), and the battery 50 charge / discharge current (when SOC is 90%) obtained from the terminal voltage and temperature of battery 50 detected at the time of current detection and second map 41b. Is used to calculate the SOC. A specific method for calculating the SOC by the charged amount calculating means 42a will be described later.
[0025]
The output density calculation means 42b obtains an output density calculation value from the terminal voltage of the battery 50 detected by the voltage sensor 10 when the battery 50 is used and the charge / discharge current of the battery 50 detected by the current sensor 30. . The output density estimation means 42c obtains an output density estimated value from the value of the storage amount (SOC) of the battery 50 calculated by the storage amount calculation means 42a and the third map 41c.
[0026]
The error calculation unit 42d calculates a difference (estimation error) between the output density calculation value obtained by the output density calculation unit 42b and the output density estimation value obtained by the output density estimation unit 42c. When the estimated error calculated by the error calculating unit 42d shows a predetermined tendency, the correction value determining unit 42e uses the estimated error value and the fourth map 41e to correct the battery charge / discharge current correction value ( SOC 10%). The first map updating unit 42f updates the first map 41a with the correction value determined by the correction value determining unit 42e.
[0027]
The battery 50 is composed of nickel metal hydride battery cells, and functions to supply electric power to the synchronous motor 60 via the inverter 51 and to store electric power generated by the regenerative operation of the synchronous motor 60. As described above, the storage amount (SOC) of the battery 50 is estimated by the battery storage amount estimation device 1.
[0028]
The synchronous motor 60 drives a driving wheel (rear wheel) (not shown), and is driven and controlled under the control of the ECU 100 by the electric power of the battery 50 supplied via the inverter 51. The synchronous motor 70 can also function as a generator that supplies power to the battery 50 by performing a regenerative operation.
[0029]
The engine 80 drives drive wheels (front wheels) (not shown), and is driven and controlled by the engine ECU 70. The engine ECU 70 is electrically connected to an ECU 100, which will be described later, so as to be able to communicate with each other. The engine ECU 70 drives and controls the engine 80 while controlling the timing of the synchronous motor 60. The engine 80 is connected to the battery 50 via the generator 90, and the power can be supplied to the battery 50 by driving the generator 90 by the engine 80.
[0030]
The ECU 100 includes various information such as wheel rotation speed, accelerator operation amount, and brake operation amount detected by various sensors, and information related to the storage amount (SOC) of the battery 50 transmitted from the battery ECU 40 of the battery storage amount estimation device 1. Based on this, the operation of the synchronous motor 60 is controlled, and the operation of the engine 80 is controlled via the engine ECU 70.
[0031]
The ECU 100 stores a condition for charging the battery 50. In the present embodiment, when the SOC of the battery 50 is estimated to be 10% or less by the battery storage amount estimation device 1, the ECU 100 synchronizes with the ECU 100. Control is performed so as to limit the output of the motor 60, and control is performed such that the engine 80 and the generator 90 are driven via the engine ECU 70 to perform charging. Moreover, when the SOC of the battery 50 is estimated to be 90% or more by the battery power storage amount estimation device 1, the ECU 100 controls to prohibit charging. Further, the ECU 100 stores conditions for maximizing the load on the battery 50 such as during acceleration.
[0032]
Next, the control operation of the hybrid vehicle according to the present embodiment will be described using a flowchart.
[0033]
First, the charging control operation during traveling of the hybrid vehicle will be described using the main flowchart of FIG. First, wheel rotation speed, accelerator operation amount, brake operation amount, and the like are detected by various sensors, and these detection signals are input to the ECU 100 (predetermined signal input step: S10).
[0034]
Next, the ECU 100 determines whether or not a condition for charging the battery 50 has been reached based on various detection signals such as the wheel rotation speed, the accelerator operation amount, and the brake operation amount (charging condition determination step: S20). When it is determined that the condition for charging the battery 50 is reached, the control operation is terminated through a charging SOC estimation routine S30 (see FIG. 7) described later. Although not shown in the main flowchart of FIG. 6, regenerative charging of the battery 50 is performed in parallel with the charging SOC estimation routine S30.
[0035]
When it is determined that the condition for charging the battery 50 has not been reached, it is determined whether or not the condition for maximizing the load on the battery 50 has been reached (maximum load condition determination step: S40). If it is determined that the condition for maximizing the load on the battery 50 has been reached, there is a high possibility that the characteristics of the battery 50 have changed, so a battery characteristic change detection routine S50 (see FIG. 8) described later. Then, the control operation is finished. If it is determined that the condition for maximizing the load on the battery 50 has not been reached, the control operation is terminated.
[0036]
Next, the charged amount estimation operation of the battery 50 at the time of charging will be described using a sub-flowchart showing the charging SOC estimation routine S30 of FIG. First, the terminal voltage, temperature, and charging current of the battery 50 detected by the voltage sensor 10, the temperature sensor 20, and the current sensor 30 are input to the battery ECU 40 (voltage / temperature / current signal input step: S31).
[0037]
Next, the battery ECU 40 determines the current value (hereinafter referred to as “current value I”) of the battery 50 when the SOC is 10% corresponding to the input terminal voltage and temperature value. _SOC10 Is called) using the first map 41a stored in the memory 41 of the battery ECU 40 (SOC 10% current calling step: S32). Next, the current value of the battery 50 at the time of SOC 90% corresponding to the input terminal voltage and temperature value (hereinafter referred to as “current value I _SOC90 Is called) using the second map 41b stored in the memory 41 of the battery ECU 40 (SOC 90% current calling step: S33).
[0038]
Subsequently, the current value I _SOC10 And current value I _SOC90 Then, using the input charging current value I and the following linear interpolation formula, the storage amount calculation means 42a of the CPU of the battery ECU 40 calculates the SOC corresponding to the input charging current value I ( Charge SOC calculation step: S34). The following linear interpolation formula is represented by a one-dot chain line in the graph of FIG. 9, and the SOC corresponding to the input charging current value I is the point P in FIG. ₁ Will be required.
SOC (%) = {80 / (I _SOC90 -I _SOC10 )} × (I-I _SOC90 ) +90
[0039]
Next, using the sub-flowchart showing the battery characteristic change detection routine S50 of FIG. 8, an operation for detecting a change in the characteristics of the battery 50 with time, and an operation for updating the first map 41a stored in the memory 41 of the battery ECU 40, Will be explained.
[0040]
First, based on the terminal voltage and charging current of the battery 50 input to the battery ECU 40, an output density calculation value is obtained by the output density calculation means 42a of the CPU 42 (output density calculation step: S51). Next, an output density estimation value is obtained from the SOC of the battery 50 calculated in the charging SOC calculation step S34 of the charging SOC estimation routine S30 and the third map 41c of the memory 41 (output density estimation step: S52).
[0041]
Subsequently, the output density calculation value obtained in the output density calculation step S51 is compared with the output density estimation value obtained in the output density estimation step S52 (comparison step: S53). As a result of this comparison, when the calculated output density is smaller than the estimated output density, 1 is added to the up counter of the battery ECU 40 and the down counter is cleared (up count process: S55u), and an estimated error recording process S56 described later. Proceed to
[0042]
As a result of the comparison in the comparison step S53, when the calculated output density is equal to or greater than the estimated output density, it is determined whether or not these two values are different (error determination step: S54), and these two values are different. Is determined, 1 is added to the down counter of the battery ECU 40, the up counter is cleared (down counting step: S55d), and the process proceeds to an estimation error recording step S56 described later. If it is determined in the error determination step S54 that the calculated output density is equal to the estimated output density value, the process skips to an upcount number determination step S57 described later.
[0043]
After the up-counting step S55u or the down-counting step S55d, a difference (estimation error) between the output density calculated value obtained in the output density calculating step S51 and the output density estimated value obtained in the output density estimating step S52 is calculated. Recording in the memory 41 of the battery ECU 40 (estimation error recording step: S56). The estimated error recorded here is used in a map update step S59 described later.
[0044]
When the estimated error recording step S56 is passed, or when it is determined in the error determining step S54 that the calculated output density and the estimated output density are equal, it is determined whether or not the up counter has reached 50 ( Upcount number determination step: S57). When it is determined that the up counter has reached 50, the process proceeds to a map update step S59 described later.
[0045]
If it is determined in the upcount number determination step S57 that the up counter has not reached 50, it is determined whether or not the down counter has reached 50 (down count number determination step: S58). When it is determined that the down counter has reached 50, the process proceeds to a map update step S59 described later. If it is determined that the down counter 50 has not reached, the battery characteristic change detection routine S50 is terminated.
[0046]
When it is determined in the upcount number determination step S57 or the downcount number determination step S58 that either the upcounter or the downcounter has reached 50, the first map 41a stored in the memory 41 of the battery ECU 40 is used. Is updated (map update step: S59). The procedure for updating the first map 41a in the map updating step S59 will be described below.
[0047]
First, the correction value of the charging current in the SOC 10% of the battery 50 is calculated based on the estimated error recorded in the memory 41 of the battery ECU 40 in the estimated error recording step S56 and the fourth map 41d also stored in the memory 41 of the battery ECU 40. Determine (correction value determination step). Next, the determined correction value is added to the current value recorded in the first map 41a to update the first map 41a (update step). Through the above steps, the battery characteristic change detection routine S50 is terminated.
[0048]
FIG. 9 shows the result of estimating the amount of power stored in the battery 50 by the charge SOC estimation routine S30 using the first map 41a updated by the battery characteristic change detection routine S50. The current value I obtained using the updated first map 41a _SOC10 (Hereinafter referred to as “update current value I _SOC10 ") Is a point P in FIG. ₂ 'And the current value I obtained using the unupdated first map 41a. _SOC10 Point P corresponding to ₂ It turns out that it has shifted to the right side.
[0049]
This updated current value I _SOC10 And the current value I _SOC90 The SOC obtained using the input charging current value I and the linear interpolation equation (hereinafter referred to as “updated SOC”) ₁ Point P corresponding to 'and not yet updated SOC ₁ As is clear from comparison with FIG.
[0050]
According to the battery storage amount estimation device 1 of the hybrid vehicle according to the present embodiment, the output density calculation value calculated from the detected terminal voltage and charging current value of the battery 50 and the output density estimation estimated using the map. When the difference (estimation error) is calculated by comparing the values and the estimation error shows a predetermined tendency, the first map 41a can be updated with a correction value corresponding to the value of the estimation error. Therefore, even when the battery 50 is deteriorated with time and its characteristics are changed, the charged amount (SOC) of the battery 50 can be accurately estimated.
[0051]
[Second Embodiment]
In the hybrid vehicle according to the present embodiment, in the first embodiment, the fourth map stored in the memory 41 of the battery ECU 40 of the battery storage amount estimation device 1 is changed to the fifth map, and the correction value determination of the CPU 42 is determined. Since the means is changed and the first map update means of the CPU 42 is changed to the second map update means, description of other overlapping configurations is omitted.
[0052]
The fifth map of the battery storage amount estimation device 1 of the hybrid vehicle according to the present embodiment includes a difference (estimation error) between the output density calculated value and the output density estimated value, and a current correction amount at 90% SOC of the battery 50. This is a data map in which the relationship is recorded. Although this fifth map is not shown in the drawing, the correction amount is increased as the estimation error increases, as in the fourth map in the first embodiment.
[0053]
Further, the correction value determining means of the battery charge amount estimation device 1 of the hybrid vehicle according to the present embodiment is configured to charge / discharge the battery 50 according to the estimation error and the fifth map when the estimation error shows a predetermined tendency. The current correction value (when SOC is 90%) is determined. Further, the second map update means of the battery charge amount estimation device 1 of the hybrid vehicle according to the present embodiment updates the second map 41b with the correction value determined by the correction value determination means.
[0054]
FIG. 10 shows the result of performing the control operation shown in FIGS. 6 to 8 in the hybrid vehicle according to the present embodiment, similarly to the first embodiment. In the present embodiment, the charged amount of the battery 50 is estimated by the charging SOC estimation routine S30 using the second map 41b updated by the battery characteristic change detection routine S50. The current value I obtained using the updated second map 41b _SOC90 (Hereinafter referred to as “update current value I _SOC90 ") Is a point P in FIG. _Three 'And the current value I obtained using the unupdated second map 41b. _SOC90 Point P corresponding to _Three It turns out that it has shifted to the right side.
[0055]
This updated current value I _SOC90 And the current value I _SOC10 10 and the updated SOC obtained using the input charging current value I and the above-described linear interpolation formula is represented by a point P in FIG. ₁ Point P corresponding to 'and not yet updated SOC ₁ As is clear from comparison with FIG.
[0056]
According to the battery storage amount estimation device 1 of the hybrid vehicle according to the present embodiment, the output density calculation value calculated from the detected terminal voltage and charging current value of the battery 50 and the output density estimation estimated using the map. When the difference (estimation error) is calculated by comparing the values and the estimation error shows a predetermined tendency, the second map 41b can be updated with a correction value corresponding to the value of the estimation error. Therefore, even when the battery 50 is deteriorated with time and its characteristics are changed, the charged amount (SOC) of the battery 50 can be accurately estimated.
[0057]
[Third embodiment]
The hybrid vehicle according to the present embodiment stores the fifth map employed in the second embodiment in the memory 41 of the battery ECU 40 of the battery storage amount estimation device 1 in the first embodiment, and corrects the CPU 42. Since the correction value determining method of the value determining means is changed and the CPU 42 is provided with the second map updating means adopted in the second embodiment, description of each component is omitted.
[0058]
In the hybrid vehicle according to the present embodiment, the results of performing the control operations shown in FIGS. 6 to 8 as in the first embodiment are shown in FIG. In the present embodiment, the charged amount estimation of the battery 50 is performed by the charging SOC estimation routine S30 using the first map 41a and the second map 41b updated by the battery characteristic change detection routine S50. The updated current value I obtained using the updated first map 41a and second map 41b. _SOC10 And update current value I _SOC90 Is a point P in FIG. ₂ 'And point P _Three Current value I obtained using the unupdated first map 41a and second map 41b. _SOC10 And current value I _SOC90 Point P corresponding to ₁ And point P _Three It can be seen that each shifts to the right.
[0059]
These updated current values I _SOC10 And update current value I _SOC90 11 and the updated SOC obtained using the input charging current value I and the linear interpolation formula described above ₁ Point P corresponding to 'and not yet updated SOC ₁ As is clear from comparison with FIG.
[0060]
According to the battery storage amount estimation device 1 for a hybrid vehicle according to the present embodiment, when the estimation error shows a predetermined tendency, the first map and the second map are updated with a correction value according to the value of the estimation error. can do. Therefore, even when the battery deteriorates with time and its characteristics change, the SOC when the battery is used can be estimated more accurately.
[0061]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, the output density calculated value calculated from the detected battery terminal voltage and the battery charge / discharge current is compared with the output density estimated value estimated using the map, and the difference (estimation error) is compared. ) And the first map can be updated with a correction value corresponding to the value of the estimation error when the estimation error shows a predetermined tendency. Therefore, even when the battery deteriorates with time and its characteristics change, it is possible to accurately estimate the charged amount (SOC) of the battery.
[0062]
According to the second aspect of the present invention, the output density calculated value calculated from the detected battery terminal voltage and the battery charge / discharge current is compared with the output density estimated value estimated using the map, and the difference (estimation error) is compared. ) And the second map can be updated with a correction value corresponding to the value of the estimation error when the estimation error shows a predetermined tendency. Therefore, even when the battery deteriorates with time and its characteristics change, it is possible to accurately estimate the charged amount (SOC) of the battery.
[0063]
According to the third aspect of the present invention, it is possible to estimate the charged amount of a commonly used nickel-metal hydride battery very accurately.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a system configuration of a hybrid vehicle according to a first embodiment of the present invention.
2 is a conceptual diagram showing a configuration of a battery ECU of a battery storage amount estimation device mounted on the hybrid vehicle shown in FIG. 1; FIG.
3A is a conceptual diagram of the first map shown in FIG. 2, and FIG. 3B is a conceptual diagram of the second map shown in FIG. 2;
4 is a graph showing a third map shown in FIG. 2. FIG.
FIG. 5 is a graph showing a fourth map shown in FIG. 2;
FIG. 6 is a main flowchart for illustrating a control operation of the hybrid vehicle according to the first embodiment of the present invention.
7 is a sub-blow chart for explaining a charging SOC estimation routine shown in FIG. 6; FIG.
FIG. 8 is a sub-flowchart for explaining a battery characteristic change detection routine shown in FIG. 6;
FIG. 9 is a graph of a linear interpolation formula for obtaining the SOC and the updated SOC of the battery by the battery storage amount estimation device mounted on the hybrid vehicle according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a graph of a linear interpolation formula for obtaining a battery SOC and an updated SOC by a battery storage amount estimation device mounted on a hybrid vehicle according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a graph of a linear interpolation formula for obtaining a battery SOC and an updated SOC by a battery storage amount estimation device mounted on a hybrid vehicle according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a graph showing the relationship between battery SOC and output density.
[Explanation of symbols]
1 Battery charge amount estimation device
10 Voltage detection means
20 Temperature detection means
30 Current detection means
40 Battery ECU
41 memory
41a 1st map
41b 2nd map
41c 3rd map
41d 4th map
42 CPU
42a Storage amount calculation means
42b Output density calculation means
42c Output density estimation means
42d Error calculation means
42e Correction value determining means
42f 1st map update means
50 battery
51 inverter
60 Synchronous motor
70 Engine ECU
80 engine
90 generator
100 ECU
S10 Predetermined signal input process
S20 Charging condition determination process
S30 Charging SOC estimation routine
S31 Voltage / temperature / current signal input process
S32 SOC 10% current calling process
S33 SOC 90% current calling process
S34 Charging SOC calculation process
S40 Maximum load condition determination process
S50 Battery characteristic change detection routine
S51 Output density calculation process
S52 Output density estimation process
S53 Comparison process
S54 Error judgment process
S55u up-count process
S55d Down count process
S56 Estimated error recording process
S57 Up count number judgment process
S58 Down count number judgment process
S59 Map update process

Claims

Voltage detection means for detecting battery terminal voltage; temperature detection means for detecting battery temperature; current detection means for detecting battery charge / discharge current;
A first map that records the relationship between the battery terminal voltage and the battery temperature and the battery charge / discharge current in the first battery charge amount close to the state where there is no charge amount;
A second map that records the relationship between the battery terminal voltage and the battery temperature and the battery charge / discharge current in the second battery charge amount close to the fully charged state;
The detected battery charge / discharge current, the battery terminal voltage and battery temperature detected at the time of current detection, and the battery charge / discharge current in the first battery storage amount obtained from the first map, and the battery detected at the time of current detection A battery charge amount provided with charge amount calculation means for calculating a battery charge amount at the time of current detection using a battery charge / discharge current in the second battery charge amount obtained from the terminal voltage and battery temperature and the second map. In the estimation device,
Output density calculating means for obtaining an output density calculated value from the detected battery terminal voltage and battery charge / discharge current;
A third map that records the relationship between the power density and the battery charge amount;
Output density estimation means for obtaining an output density estimated value from the battery storage amount calculated by the storage amount calculation means and the third map;
An error calculating means for calculating a difference (estimated error) between the output density calculated value and the output density estimated value;
A fourth map that records the relationship between the estimated error and the correction amount of the battery charge / discharge current in the first battery charge amount;
Correction value determining means for determining a correction value of the battery charge / discharge current in the first battery charge amount based on the estimated error and the fourth map when the estimation error shows a predetermined tendency;
A battery charge amount estimation device comprising: first map update means for updating the first map with a correction value determined by the correction value determination means.

Voltage detection means for detecting battery terminal voltage; temperature detection means for detecting battery temperature; current detection means for detecting battery charge / discharge current;
A first map that records the relationship between the battery terminal voltage and the battery temperature and the battery charge / discharge current in the first battery charge amount close to the state where there is no charge amount;
A second map that records the relationship between the battery terminal voltage and the battery temperature and the battery charge / discharge current in the second battery charge amount close to the fully charged state;
The detected battery charge / discharge current, the battery terminal voltage and battery temperature detected at the time of current detection, the battery charge / discharge current at the first battery charge determined from the first map, and the battery terminal detected at the time of current detection A battery charge amount estimation device comprising: a charge amount calculation means for calculating a battery charge amount at the time of current detection using a battery charge / discharge current at a second battery charge amount obtained from the voltage and battery temperature and the second map. In
Output density calculating means for obtaining an output density calculated value from the detected battery terminal voltage and battery charge / discharge current;
A third map that records the relationship between the power density and the battery charge amount;
Output density estimation means for obtaining an output density estimated value from the battery storage amount calculated by the storage amount calculation means and the third map;
An error calculating means for calculating an estimation error that is a difference between the output density calculated value and the output density estimated value;
A fifth map that records the relationship between the estimated error and the correction amount of the battery charge / discharge current in the second battery charge amount;
A correction value determining means for determining a correction value of a battery charge / discharge current in the second battery charge amount based on the estimation error and the fifth map when the estimation error shows a predetermined tendency;
And a second map updating unit that updates the second map with the correction value determined by the correction value determining unit.

The first battery storage amount is:
In addition to being about 10% charged (SOC about 10%) with respect to the fully charged state,
The second battery charge amount is
3. The battery storage amount estimation device according to claim 1, wherein the storage amount is about 90% of the fully charged state (SOC about 90%).