JP2008014702A

JP2008014702A - バッテリの劣化演算装置

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Publication number: JP2008014702A
Application number: JP2006184380A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Nanba; 篤史難波; Mikio Ono; 幹夫小野
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2006-07-04
Filing date: 2006-07-04
Publication date: 2008-01-24
Anticipated expiration: 2026-07-04
Also published as: JP4890977B2

Abstract

【課題】バッテリの電流容量変化率に基づいてバッテリの劣化を高精度に検出する。
【解決手段】バッテリ２５の充放電電流Ｉを積算して電流積算に基づく残存容量(SOCｃ)を求めるとともに、端子電圧Ｖと充放電電流Ｉとバッテリの等価回路のインピーダンスＺとから推定されるバッテリの開放電圧Ｖ0により開放電圧の推定値に基づく残存容量(SOCｖ)を求めて、これらの残存容量の重み付けして合成される合成残存容量(SOC)を求める。一方、電流積算に基づく残存容量の変化量(ΔSOCc)と、合成残存容量の変化量(ΔSOC)とにより電流容量変化率σを求めて、この電流容量変化率σが所定値以下となったときバッテリの劣化度が設定値よりも進んだことを判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は負荷に電力を供給するバッテリの劣化状態を演算するバッテリの劣化演算装置に関する。

電動モータを駆動源とする電気自動車や電動モータとエンジンとを駆動源とするハイブリッド自動車等の電源として、二次電池や電気化学キャパシタ等の蓄電器つまりバッテリが利用されている。例えば、ハイブリッド自動車のバッテリとしては、リチウムイオン電池等の二次電池が利用されており、駆動輪にモータトルクを伝達する際には電動モータにはバッテリから電力が供給され、バッテリはエンジンにより駆動されるジェネレータからの電力によって充電される。

バッテリは充放電が繰り返されると、経時変化ないし経年変化により劣化が進み、劣化が進行するとバッテリの内部抵抗つまりインピーダンスが高くなり、充電容量が少なくなる。したがって、劣化が進行すると満充電状態から放電することができる放電可能容量が次第に低下することになる。そこで、バッテリの交換時期を確実に把握するために、バッテリの劣化度つまりＳＯＨ(State of Health)を監視することが行われている。

バッテリの劣化が進行すると、内部抵抗が増加し逆に電流容量が減少するので、バッテリの劣化を求めるには内部抵抗を検出するようにした抵抗劣化演算と電流容量を検出する容量劣化演算とがある。バッテリの劣化を検出するために、従来は、抵抗劣化を演算する方式が主流となっている（特許文献１〜４参照）。
特開平８−２１４４６９号公報特開２００１−１６７８７号公報特開２００３−１７７１６４号公報特開２００４−３５４０５０号公報

特許文献１には、バッテリの劣化度を演算するために、スタータスイッチが操作されてスタータによるクランキング中のバッテリ電圧を検出してバッテリの内部抵抗を検出する演算方式が記載されており、内部抵抗が設定値以上となった場合にはバッテリの劣化と判定するようにしている。この方式では、スタータ電流を所定の固定値とみなして内部抵抗を検出するようにしており、正確なバッテリの劣化値を算出することが困難である。特許文献２には、バッテリが劣化していなければ充電側の電圧変動がバッテリにより平滑化されるので、リップノイズによる充電側の電圧変動と放電側の電圧変動とを比較することにより、バッテリの劣化を判定するようにした劣化検出装置が記載されている。この検出装置においては、バッテリの内部抵抗の算出は満充電時に限定されており、電圧変動と組み合わせれば劣化判定の精度は向上するが、ハイブリッド自動車においては満充電の機会が限定されてしまうので、劣化の状況をタイムリーに把握することが難しい。

特許文献３には、バッテリの内部抵抗を特許文献１と同様に負荷の突入電流を用いて算出した純抵抗の劣化値成分と、バッテリの放電電流と端子電圧より算出した分極抵抗（予め測定した値による近似式を使用）の劣化値成分を乗じてバッテリとしての劣化値を算出しているが、バッテリ温度や特性ばらつきの負荷変動に算出精度が大きく影響される。特許文献４では、非劣化時の満充電開放電圧〜放電終止開放電圧間の充放電量をベースとして、電流積算で求めた充放電量と開放電圧値から、非劣化時との充放電量の差を劣化値として算出している。しかし、開放電圧の算出精度を確保するために活物質の劣化モードや電圧ヒステリシスによる変化成分を考慮していて、いずれも実測値をベースとしているため使用環境が基礎データ取得時と大きく異なった場合にはカバーしきれない。

本発明の目的はバッテリの劣化を高精度に検出し得るようにすることにある。

本発明の他の目的はバッテリの電流容量変化率に基づいてバッテリの劣化を高精度に検出し得るようにすることにある。

本発明のバッテリの劣化演算装置は、バッテリの端子電圧を検出する電圧検出手段と、前記バッテリの充放電電流を検出する電流検出手段と、前記電圧検出手段により検出される前記端子電圧、前記電流検出手段により検出される充放電電流、および前記バッテリの等価回路のインピーダンスから推定されるバッテリの開放電圧により開放電圧に基づく残存容量を演算する第１の残存容量演算手段と、前記電流検出手段により検出される充放電電流を積算して電流積算に基づく残存容量を演算する第２の残存容量演算手段と、前記第１の残存容量と前記第２の残存容量とを前記バッテリの使用状況に応じて設定されるウェイトを用いて重み付け合成して合成残存容量を演算する合成残存容量演算手段と、電流積算に基づく残存容量の変化量と、合成残存容量の変化量とにより電流容量変化率を演算する容量変化率演算手段と、前記電流容量変化率が所定値以下となったときにバッテリの劣化度が設定値よりも大きくなったことを判定する劣化判定手段とを有することを特徴とする。

本発明のバッテリの劣化演算装置においては、前記充放電電流が所定の範囲内において所定時間継続したときに前記劣化度を判定することを特徴とする。

本発明のバッテリの劣化演算装置においては、前記バッテリの温度が所定の範囲内において所定時間継続したときに前記劣化度を判定することを特徴とする。

本発明のバッテリの劣化演算装置においては、前記合成残存容量の変化量が所定値以上となったときに前記劣化度を判定することを特徴とする。

本発明のバッテリの劣化演算装置においては、前記電流容量変化率を所定時間毎に複数回演算し、複数の前記電流容量変化率の平均値に基づいて劣化度を判定することを特徴とする。

本発明のバッテリの劣化演算装置においては、前記電流容量変化率を加重平均し、加重平均値に基づいて劣化度を判定することを特徴とする。

本発明のバッテリの劣化演算装置においては、前記劣化度が予め設定されたバッテリ寿命に対応した値を下回ったときに警告表示することを特徴とする。

本発明のバッテリの劣化演算装置においては、前記電流積算に基づく残存容量と前記合成残存容量とを、劣化度を判定した場合にはそれぞれを初期値として更新することを特徴とする。

本発明のバッテリの劣化演算装置においては、前記バッテリの電流値がほぼゼロの状態が所定時間継続した状態のもとでそれぞれ演算された前記電流積算に基づく残存容量と前記合成残存容量とを初期値として更新することを特徴とする。

本発明のバッテリの劣化演算装置においては、前記劣化度を判定するために使用した電流容量変化率を初期値として更新することを特徴とする。

本発明のバッテリの劣化演算装置においては、電流容量変化率をシステム終了時に初期値として更新することを特徴とする。

本発明によれば、電流積算に基づく残存容量の変化量はバッテリの劣化により変化するが、パラメータが限定されており電圧変化に依存しないので、電流積算に基づく残存容量の変化量により劣化を判定することによって、バッテリの負荷変動が発生しても劣化度の判定には影響を与えることなく、高精度でバッテリの劣化度を求めることができる。

電流積算に基づく残存容量と開放電圧の推定による残存容量とを重み付けした合成残存容量の変化量を用いてバッテリの劣化を算出するようにしたので、高精度でバッテリの劣化度を求めることができる。

劣化算出条件を設定することにより、劣化判定精度を高めることができる。

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。図１はハイブリッド自動車の駆動制御システムを示す概略図であり、このハイブリッド自動車（ＨＥＶ）は駆動源としてのエンジン１１とジェネレータモータ１２とを有し、ジェネレータモータ１２は車両駆動源としてのモータの機能と、発電機つまりジェネレータとしての機能とを具備している。ジェネレータモータ１２はエンジン１１のクランク軸に連結されるロータ１２ａと、ロータ１２ａの外側に配置されてケース１３に固定されるステータ１２ｂとを有している。ロータ１２ａはトルクコンバータ１４を介して変速機１５の入力軸１６に連結されており、エンジントルクとモータトルクは変速機の入力軸１６に伝達され、発電時にはエンジントルクはロータ１２ａに伝達される。変速機１５の出力軸１７はデファレンシャル機構１８を介して左右の駆動輪１９ａ，１９ｂに連結されている。

図１に示すハイブリッド自動車は、エンジン１１とジェネレータモータ１２の一方または双方の駆動トルクを駆動輪に伝達することができ、エンジン１１によりジェネレータモータ１２を駆動してバッテリに充電することもでき、充電しながらエンジン１１により車両を駆動することができる。例えば、車両走行時には主要な動力源としてエンジン１１を駆動し、発進時や加速時にはジェネレータモータ１２のアシストトルクを補助的に車両に付加することができる。ジェネレータモータ１２は制動時には発電機として機能し、回生エネルギーを回収してバッテリを充電することができる。

駆動制御システムは、図１に示すように、マイクロプロセッサ等を有するハイブリッド制御ユニット（ＨＥＶＥＣＵ）２１を有している。このハイブリッド制御ユニット２１からはエンジン１１に駆動信号を送るエンジン制御ユニット（エンジンＥＣＵ）２２と、ジェネレータモータ１２に駆動信号を送るインバータ２３と、警告灯２４とに制御信号が送られるとともに、自動変速機などの各種機器にも制御信号が送られる。バッテリ２５は、リチウムイオン二次電池であり、複数のセルが封止された電池パックを複数個直列に接続して構成されている。バッテリ２５の端子電圧Ｖを測定する電圧センサ２６と、バッテリ２５の充放電電流Ｉを測定する電流センサ２７と、バッテリ２５の温度つまりセル温度Ｔを測定する温度センサ２８がそれぞれ電源制御ユニット（バッテリＥＣＵ）２９に接続されている。

電源制御ユニット２９は、ハイブリッド制御ユニット２１と同様に、制御信号を演算するマイクロプロセッサＣＰＵと、制御プログラム、演算式およびマップデータ等が格納されるＲＯＭと、一時的にデータを格納するＲＡＭ等を有しており、第１および第２の残存容量演算手段、容量変化率演算手段、および劣化判定手段を構成している。電源制御ユニット２９は、それぞれのセンサ２６〜２８の信号に基づいて所定時間毎にバッテリ２５の残存容量ＳＯＣとバッテリ２５の劣化度ＳＯＨを演算してハイブリッド制御ユニット２１に信号を送る。

図２はバッテリ残存容量ＳＯＣの演算方式のアルゴリズムを示すブロック図であり、特開２００５−２０１７４３号公報に記載されるように、電流センサ２７からの信号により電流積算に基づいて残存容量ＳＯＣｃを所定時間ｔ毎に算出するとともに、電圧センサ２６からの信号によりバッテリ開放電圧の推定値により開放電圧に基づいて残存容量ＳＯＣｖを算出し、それぞれを重み付けして合成した合成残存容量ＳＯＣをバッテリ２５の残存容量として出力する。

合成残存容量ＳＯＣを求めるための電流積算に基づく残存容量ＳＯＣｃは、以下の式(1)により算出される。
SOCc＝SOC(t-1)−（∫（Ｉ×ηdt）／（Ａｈ×3600)×100・・・(1)

ただし、SOC(t-1)は１演算周期前に求められた合成残存容量ＳＯＣの値であり、電流積算のベース値となっており、図２においては遅延演算子Ｚ^−１として示されている。また、式(1)において、ηはバッテリの効率であり、Ａｈはバッテリの電流容量である。

図３はバッテリの電流容量低下率とバッテリの温度Ｔとの関係を示す特性線図であり、温度２５℃における電流容量Ａｈを１とした場合における電流容量の比を示している。この特性線図に対応する電流容量低下率のテーブルがＲＯＭに格納されており、格納された電流容量低下率のテーブルを参照することによって、温度センサ２８により検出された温度Ｔに基づいて電流容量Ａｈが求められる。

一方、開放電圧Ｖ0が求められれば、開放電圧Ｖ0と電流容量Ａｈとには一定の関係があるので、マップデータや演算式により開放電圧Ｖ0に基づく残存容量を求めることができる。しかし、バッテリに電流が流れているときには端子電圧Ｖを測定しても、それは開放電圧Ｖ0を検出したことにはならない。そこで、電圧センサ２６が測定したバッテリ２５の端子電圧Ｖにより開放電圧Ｖ0を推定し、その推定値によって開放電圧に基づく残存容量ＳＯＣｖを演算する。

図４は、開放電圧Ｖ0の推定値に基づいてバッテリの残存容量ＳＯＣvを求めるためのバッテリの等価回路モデル図である。この等価回路は、抵抗分Ｒ1〜Ｒ3、容量分Ｃ１，ＣＰＥ１，ＣＰＥ２（但し、ＣＰＥ１，ＣＰＥ２は二重層容量分）の各パラメータを、直列及び並列に組み合わせた等価回路モデルであり、交流インピーダンス法における周知のCole-Coleプロットをカーブフィッティングすることにより各パラメータを決定する。

これらの各パラメータから求められるインピーダンスＺは、バッテリの温度や電気化学的な反応速度、充放電電流の周波数成分によって大きく変化する。したがって、インピーダンスＺを決定するパラメータとして、単位時間当たりの電流Ｉの移動平均値を周波数成分の置き換えとして採用し、電流Ｉの移動平均値と温度Ｔとを条件とするインピーダンス測定を行ってデータを蓄積した後、温度Ｔと単位時間当たりの電流Ｉの移動平均値とに基づいてインピーダンスＺのテーブルを作成し、ＲＯＭに格納する。そして、このインピーダンスデーブルを利用してインピーダンスＺを求め、このインピーダンスＺと、実測した端子電圧Ｖと電流Ｉとから、以下の式(2)を用いて開放電圧Ｖ0の推定値を求める。
Ｖ＝Ｖ0−Ｉ・Ｚ・・・(2)

電流Ｉの積算により式(1)により求められる残存容量ＳＯＣｃと、端子電圧Ｖに基づいて式(2)により求められる開放電圧Ｖ0の推定による残存容量ＳＯＣｖとにはそれぞれ一長一短がある。電流積算による残存容量ＳＯＣｃは、誤差が累積し易く、特に高負荷継続時の誤差が大きい反面、突入電流等の負荷変動に強い。これ対し、開放電圧推定による残存容量ＳＯＣｖは、通常の使用時においてはほぼ正確な値を求めることが可能であるが、負荷が短時間で大きく変動したときに値が急激に変化する可能性がある。

そこで、電流Ｉを積算して求めた残存容量ＳＯＣｃと、バッテリ開放電圧の推定値から求めた残存容量ＳＯＣｖとを、バッテリの使用状況に応じて随時変化させるウェイト（重み係数）ｗにより重み付けして合成することにより、双方の残存容量の欠点を打ち消して互いの利点を最大限に引き出すことができる。合成後の残存容量ＳＯＣは、以下の式(3)で求められる。
ＳＯＣ＝ｗ・ＳＯＣｃ＋（１−ｗ）・ＳＯＣｖ・・・(3)

ウェイトｗは、ｗ＝０〜１の間の値であり、現在のバッテリの使用状況を的確に表すことのできるパラメータを用いて決定される。そのパラメータとしては、単位時間当たりの電流の変化率ΔＩや残存容量ＳＯＣｃ，ＳＯＣｖの間の偏差等を用いることが可能である。

単位時間当たりの電流の変化率は、バッテリの負荷変動を直接的に反映しているが、単なる電流変化率では瞬間的に発生する電流の急激な変化の影響を受けてしまう。そこで、瞬間的に発生する電流の変化の影響を防止するために所定のサンプリング数の単純平均、移動平均、加重平均等の処理を施した電流変化率が用いられる。特に、電流の遅れを考慮すると、バッテリの充放電状態の変化に対して、過去の履歴が過剰となることなく適切に反映することのできる移動平均を用いてウェイトｗを決定することが好ましい。

図５はウェイトテーブルの一例を示す説明図であり、ウェイトｗは図５に示す場合には、電流Ｉの移動平均値を温度補正した補正後電流変化率ＫΔＩ／Δｔをパラメータとしている。図５に示すように、補正後電流変化率ＫΔＩ／Δｔが小さくなる程、すなわちバッテリの負荷変動が小さい程ウェイトｗの値を小さくして電流積算による残存容量ＳＯＣｃの重みを小さくする傾向となっている。

一方、前述したインピーダンステーブルは、補正後電流変化率ＫΔＩ／Δｔと温度Ｔとをパラメータとして等価インピーダンスＺの値を格納したテーブルであり、補正後電流変化率ＫΔＩ／Δｔが同じ場合には、温度Ｔが低くなる程インピーダンスＺが増加し、同じ温度では、補正後電流変化率ＫΔＩ／Δｔが小さくなる程、インピーダンスＺが増加する傾向となっている。

このように、電流Ｉの移動平均値は、ウェイトｗとインピーダンスＺを決定するパラメータとしても用いられ、ウェイトｗ、インピーダンスＺの演算を容易としているが、低温になる程バッテリの内部インピーダンスが増加して電流変化率が小さくなるため、ウェイトｗ、インピーダンスＺは、直接的には、上述のように電流Ｉの移動平均値を温度補正した補正後電流変化率ＫΔＩ／Δｔを用いて決定される。

電流Ｉの移動平均値に基づいてウェイトｗを決定することにより、電流Ｉの移動平均値が大きいときには、電流積算のウェイトを高くして開放電圧推定のウェイトを下げ、負荷変動の影響を電流積算によって正確に反映するとともに、開放電圧推定時の振動を防止することができる。逆に、電流Ｉの移動平均値が小さいときには、電流積算のウェイトを下げ、開放電圧推定のウェイトを高くすることにより、電流積算時の誤差の累積による影響を回避し、開放電圧の推定により正確な残存容量を算出することができる。

電流Ｉの移動平均は、電流の高周波成分に対するローパスフィルタとなり、この移動平均のフィルタリングにより、遅れ成分を助長することなく、走行中の負荷変動で発生する電流のスパイク成分を除去できる。これにより、バッテリ状態をより的確に把握することができ、残存容量ＳＯＣｃ，ＳＯＣｖ双方の欠点を打ち消して互いの利点を最大限に引き出し、残存容量の推定精度を大幅に向上させることができる。

本発明においては、電流積算に基づく残存容量ＳＯＣｃの所定時間内における変化量（ΔＳＯＣｃ）と、この所定時間と同一の時間内における合成残存容量ＳＯＣの変化量（ΔＳＯＣ）とを演算し、これらの変化量から電流容量変化率σ（ΔＳＯＣｃ／ΔＳＯＣ）を求める。

所定時間内における残存容量ＳＯＣｃの変化量を求めるには、以下の式(1a)により所定時間経過前後の残存容量ＳＯＣｃが算出される。
SOCc＝SOCｃ(0)−（∫（Ｉ×ηdt）／（Ａｈ×3600)×100・・・(1a)

式(1a)における初期値SOCｃ(0)は、式(1)におけるベース値ＳＯＣ(t-1)と相違し、合成残存容量をベース値とすることなく、電流積算により演算された残存容量の値が初期値とされる。初期値SOCc(0)は、システム起動時つまり車両のスタータキーをオンしたときの開放電圧Ｖ0により求められる。システム起動時には、電流Ｉがゼロであり、端子電圧Ｖは開放電圧に一致しており、開放電圧からテーブルにより求められる残存容量を初期値SOCc(0)として電流積算に基づく残存容量ＳＯＣｃが算出される。

一方、合成残存容量ＳＯＣの変化量を求めるには、上述した式(1)により１演算周期前の合成残存容量ＳＯＣの値をベース値として所定時間経過前後の合成残存容量ＳＯＣが算出される。

図６は電流容量変化率σとインピーダンス変化量τとの関係を示す特性線図であり、これらは一次元の関係となっており、電流容量変化率σが所定値σｓ以下となったときにはバッテリの劣化度ＳＯＨが所定値以上に進んだと判定することができる。

図７および図８は、バッテリの劣化演算手順のアルゴリズムを示すフローチャートであり、約0.1秒の周期で実行される。図１に示す電圧センサ２６と、電流センサ２７と温度センサ２８からの測定値をステップＳ１において読み込む。ステップＳ２においては、図３に示すようにバッテリの温度Ｔと電流容量Ａｈとの関係を示す特性線図に対応した電流容量テーブルを読み出して温度Ｔの値に基づいて電流容量Ａｈが演算される。この電流容量Ａｈと電流Ｉの値に基づいて、ステップＳ３において上記式(1)によって電流積算に基づく残存容量ＳＯＣｃが算出される。この演算においては、１周期前の合成残存容量をベース値ＳＯＣ(t-1)とする必要があり、メモリに格納されたベース値が用いられる。ただし、システム起動時には、開放電圧Ｖ0により求められる残存容量の値をベース値とすることができる。

ステップＳ４においては、上述した補正後電流変化率ＫΔＩ／Δｔが演算され、上述したインピーダンステーブルからＫΔＩ／Δｔと温度ＴとによりインピーダンスＺがステップＳ５において演算される。これにより、インピーダンスＺと電流Ｉと端子電圧Ｖとにより開放電圧Ｖ0の推定値が求められ、ステップＳ６において開放電圧の推定による残存容量ＳＯＣｖが演算される。ステップＳ７においては、図５に示すウェイトテーブルによりウェイトｗが演算され、ステップＳ８においては、前述した式(3)により合成残存容量ＳＯＣが演算され、演算された合成残存容量ＳＯＣはメモリに格納される。

次いで、バッテリの劣化度ＳＯＨを算出する際には、まず、劣化度ＳＯＨの算出条件（１）が成立しているか否かをステップＳ９において判定する。

その算出条件（１）は、電流Ｉがゼロ付近の−Ｉａ≦Ｉ≦Ｉｂの範囲であり、かつバッテリの温度Ｔが所定の範囲（Ｔａ≦Ｔ≦Ｔｂ）内の状態が、所定時間ｔａ時間継続しているか否かが条件となる。この算出条件が成立した場合における残存容量ＳＯＣｃが上記式(1a)に基づいてステップＳ１０において演算されて第１の残存容量ＳＯＣｃ(1)とされる。さらに、算出条件（１）が成立している条件のもとでステップＳ８で演算された合成残存容量ＳＯＣが第１の合成残存容量ＳＯＣ(1)とされる。これらの第１の算出値ＳＯＣｃ(1)、ＳＯＣ(1)はメモリに格納される。なお、例えば、−Ｉａを−３Ａ、Ｉｂを３Ａ、Ｔａを２０℃、Ｔｂを６０℃、時間ｔａを数秒とすることができる。このように、所定の算出条件が成立したときにそれぞれの残存容量ＳＯＣｃ(1)、ＳＯＣｃ(2)、ＳＯＣ(1)およびＳＯＣ(2)を算出するようにしたので、劣化度の算出を高精度で行うことができる。

次に、ステップＳ１１において劣化度ＳＯＨの算出条件（２）が成立しているか否かを判定する。

その算出条件（２）は、第１の算出値（ＳＯＣｃ(1)とＳＯＣ(1)）が算出された状態から所定時間ｔｂが経過し、かつ経過時間ｔｂの間におけるバッテリの温度Ｔが所定の範囲（Ｔａ≦Ｔ≦Ｔｂ）内であって、しかも電流Ｉがゼロ付近の−Ｉａ≦Ｉ≦Ｉｂの状態が所定時間ｔｃ以上継続していることが条件である。この算出条件（２）が成立した場合における残存容量ＳＯＣｃが上記式(1a)に基づいてステップＳ１２において演算されて第２の残存容量ＳＯＣｃ(2)とされる。さらに、算出条件（２）が成立している条件もとでステップＳ８で演算された合成残存容量ＳＯＣが第２の合成残存容量ＳＯＣ(2)とされる。これらの第２の算出値ＳＯＣｃ(2)、ＳＯＣ(2)はメモリに格納される。なお、例えば、ｔｂは数１０秒程度に設定され、ｔｃは数秒程度に設定される。

次いで、ステップＳ１３においては、それぞれ積算電量に基づく第１の残存容量ＳＯＣｃ(1)と第２の残存容量ＳＯＣｃ(2)との差である残存容量の変化量（ΔＳＯＣｃ）が算出される。ステップＳ１４においては、第１の合成残存容量ＳＯＣ(1)と第２の合成残存容量ＳＯＣ(2)との差である合成残存容量の変化量（ΔＳＯＣ）が算出される。それぞれの合成残存容量は、式(3)により合成残存容量ＳＯＣの値をベース値として求められた電流積算の残存容量と、開放電圧の推定による残存容量とに重み付けして求められる。

ステップＳ１５においては、両方の変化量の比（ΔＳＯＣｃ／ΔＳＯＣ）により電流容量変化率σが求められる。さらにステップＳ１６においては、電流容量変化率σの加重平均値σavが算出される。加重平均値σavは以下の式により求められる。

σav＝（１−ａ）×σav0＋ａ×σ
ただし、０＜ａ＜１（例えばａ＝１／４）であり、σav0は前回算出したσavであり、σav0の初期値は１である。

電流容量変化率σの加重平均値を求めて劣化度を判定することにより、劣化判定精度を高めることができる。劣化判定精度を高めるために、電流容量変化率σを所定時間毎に複数回演算し、複数の電流容量変化率の値の平均値によって劣化判定を行うようにしても判定精度を高めることができる。

ステップＳ１７においては、ＳＯＣｃ(2)をＳＯＣｃ(1)としてメモリに格納し、ＳＯＣ(2)をＳＯＣ(1)としてメモリに格納し、ステップＳ１８において電流容量変化率の加重平均値σavをメモリに格納する。メモリに格納された加重平均値σavを初期値として次の演算に使用することにより、劣化判定精度を高めることができる。ただし、初期値として格納するタイミングとしては、システム終了時における加重平均値を更新するようにしても良い。

次いで、ステップＳ１９においては、電流変化率σavが所定値σｓ以下となっているか否か、つまりバッテリの劣化度ＳＯＨが所定値よりも大きくなっているか否かが判定される。ステップＳ１９で電流変化率σavが所定値σｓ以下となっていると判定されたときには、図１に示す警告灯２４が点灯される。一方、ステップＳ１９でＮＯと判定された場合には、ステップＳ２１において既に警告灯２４が点灯されたか否かが判定され、既に警告灯２４が点灯されていれば、一時的に電流変化率σavが所定値σｓ以上となっても警告灯２４を点灯させる。

なお、式(1a)を算出するための初期値として、劣化度を判定した場合における残存容量ＳＯＣｃの値を使用するように、メモリに更新するようにしても良い。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。たとえば、実施の形態はハイブリッド車両の電源として車両に搭載されるバッテリの劣化を求めるために本発明を適用した場合であるが、電気自動車の電源に用いるバッテリの劣化を求めるためにも本発明を適用することができるとともに、二次電池や電気化学キャパシタ等の種々のバッテリの劣化を求めるために本発明を適用することができる。

ハイブリッド自動車の駆動制御システムを示す概略図である。バッテリ残存容量の演算方式のアルゴリズムを示すブロック図である。バッテリの電流容量低下率とバッテリの温度との関係を示す特性線図である。開放電圧の推定値に基づいてバッテリの残存容量を求めるためのバッテリの等価回路モデル図である。ウェイトテーブルの一例を示す説明図である。電流容量変化率とインピーダンス変化量との関係を示す特性線図である。バッテリの劣化演算手順のアルゴリズムを示すフローチャートである。バッテリの劣化演算手順のアルゴリズムを示すフローチャートである。

符号の説明

２５バッテリ
２６電圧センサ（電圧検出手段）
２７電流センサ（電流検出手段）
２８温度センサ（温度検出手段）
２９電源制御ユニット

Claims

バッテリの端子電圧を検出する電圧検出手段と、
前記バッテリの充放電電流を検出する電流検出手段と、
前記電圧検出手段により検出される前記端子電圧、前記電流検出手段により検出される充放電電流、および前記バッテリの等価回路のインピーダンスから推定されるバッテリの開放電圧により開放電圧に基づく残存容量を演算する第１の残存容量演算手段と、
前記電流検出手段により検出される充放電電流を積算して電流積算に基づく残存容量を演算する第２の残存容量演算手段と、
前記第１の残存容量と前記第２の残存容量とを前記バッテリの使用状況に応じて設定されるウェイトを用いて重み付け合成して合成残存容量を演算する合成残存容量演算手段と、
電流積算に基づく残存容量の変化量と、合成残存容量の変化量とにより電流容量変化率を演算する容量変化率演算手段と、
前記電流容量変化率が所定値以下となったときにバッテリの劣化度が設定値よりも大きくなったことを判定する劣化判定手段とを有することを特徴とするバッテリの劣化演算装置。
請求項１記載のバッテリの劣化演算装置において、前記充放電電流が所定の範囲内において所定時間継続したときに前記劣化度を判定することを特徴とするバッテリの劣化演算装置。
請求項１または２記載のバッテリの劣化演算装置において、前記バッテリの温度が所定の範囲内において所定時間継続したときに前記劣化度を判定することを特徴とするバッテリの劣化演算装置。
請求項１〜３のいずれか１項に記載のバッテリの劣化演算装置において、前記合成残存容量の変化量が所定値以上となったときに前記劣化度を判定することを特徴とするバッテリの劣化演算装置。
請求項１〜４のいずれか１項に記載のバッテリの劣化演算装置において、前記電流容量変化率を所定時間毎に複数回演算し、複数の前記電流容量変化率の平均値に基づいて劣化度を判定することを特徴とするバッテリの劣化演算装置。
請求項１〜５のいずれか１項に記載のバッテリの劣化演算装置において、前記電流容量変化率を加重平均し、加重平均値に基づいて劣化度を判定することを特徴とするバッテリの劣化演算装置。
請求項１〜６のいずれか１項に記載のバッテリの劣化演算装置において、前記劣化度が予め設定されたバッテリ寿命に対応した値を下回ったときに警告表示することを特徴とするバッテリの劣化演算装置。
請求項１〜７のいずれか１項に記載のバッテリの劣化演算装置において、前記電流積算に基づく残存容量と前記合成残存容量とを、劣化度を判定した場合にはそれぞれを初期値として更新することを特徴とするバッテリの劣化演算装置。
請求項１〜７のいずれか１項に記載のバッテリの劣化演算装置において、前記バッテリの電流値がほぼゼロの状態が所定時間継続した状態のもとでそれぞれ演算された前記電流積算に基づく残存容量と前記合成残存容量とを初期値として更新することを特徴とするバッテリの劣化演算装置。
請求項１〜９のいずれか１項に記載のバッテリの劣化演算装置において、前記劣化度を判定するために使用した電流容量変化率を初期値として更新することを特徴とするバッテリの劣化演算装置。
請求項１０記載のバッテリの劣化演算装置において、電流容量変化率をシステム終了時に初期値として更新することを特徴とするバッテリの劣化演算装置。