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図面 (11)

課題

ニッケル水素電池においてOCVカーブ平坦化が生じた場合においても、SOCの算出精度が低下することを抑制する。

解決手段

電池ステムは、ニッケル水素電池と、ニッケル水素電池の制御用SOCを算出するECUとを備える。ECUは、電流積算方式による第1暫定SOCaと電圧方式による第2暫定SOCbとを重み付けすることによって制御用SOCを算出する。ECUは、制御用SOCが所定値よりも低い領域に継続して滞留している時間(以下「低SOC滞留時間」という)が所定時間を超えた場合、低SOC滞留時間が所定時間を超えていない場合よりも、制御用SOCに対する第1暫定SOCaの寄与度を示す重み係数Kを大きくする。

概要

背景

二次電池充放電を的確に行なうためには、二次電池の蓄電量(State of Charge、以下「SOC」ともいう)を精度よく算出することが望まれる。SOCの算出方式として、二次電池の電圧を用いる電圧方式が知られている。この電圧方式は、SOCが大きいほど二次電池の開放電圧(OpenCircuit Voltage、以下「OCV」ともいう)が高くなることに鑑み、SOCに対するOCVの値を示すカーブ(以下「OCVカーブ」ともいう)を予め実験等によって求めておき、このOCVカーブを参照して二次電池の電圧の検出値に対応するSOCを算出するものである。

二次電池では、充放電が繰り返されることに伴なって、メモリ効果と呼ばれる現象が生じることが知られている。メモリ効果が生じると、OCVカーブが新品時(未使用時)からずれてしまうため、電圧方式によるSOCの算出精度が低下してしまう。この点に鑑み、特開2007−333447号公報(特許文献1)には、メモリ効果による電圧のずれを考慮してOCVカーブを補正し、補正されたOCVカーブを参照してSOCを算出する技術が開示されている。

概要

ニッケル水素電池においてOCVカーブの平坦化が生じた場合においても、SOCの算出精度が低下することを抑制する。電池ステムは、ニッケル水素電池と、ニッケル水素電池の制御用SOCを算出するECUとを備える。ECUは、電流積算方式による第1暫定SOCaと電圧方式による第2暫定SOCbとを重み付けすることによって制御用SOCを算出する。ECUは、制御用SOCが所定値よりも低い領域に継続して滞留している時間(以下「低SOC滞留時間」という)が所定時間を超えた場合、低SOC滞留時間が所定時間を超えていない場合よりも、制御用SOCに対する第1暫定SOCaの寄与度を示す重み係数Kを大きくする。

目的

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、ニッケル水素電池においてOCVカーブの平坦化が生じた場合においても、SOCの算出精度が低下することを抑制することである

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

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請求項1

ニッケル水素電池と、前記ニッケル水素電池の電流積算値を用いて算出される第1蓄電量と前記ニッケル水素電池の電圧を用いて算出される第2蓄電量とを用いて、前記ニッケル水素電池の第3蓄電量を算出する制御部とを備え、前記制御部は、前記第1蓄電量が前記第3蓄電量に反映される度合いを示す第1寄与度と、前記第2蓄電量が前記第3蓄電量に反映される度合いを示す第2寄与度とを重み付けすることによって、前記第3蓄電量を算出し、前記制御部は、前記第3蓄電量が所定値よりも低い領域に滞留している時間が所定時間を超えた場合、前記滞留している時間が前記所定時間を超えていない場合よりも、前記第1寄与度を大きくする、電池ステム

技術分野

0001

本発明は、ニッケル水素電池充放電を制御する技術に関する。

背景技術

0002

二次電池の充放電を的確に行なうためには、二次電池の蓄電量(State of Charge、以下「SOC」ともいう)を精度よく算出することが望まれる。SOCの算出方式として、二次電池の電圧を用いる電圧方式が知られている。この電圧方式は、SOCが大きいほど二次電池の開放電圧(OpenCircuit Voltage、以下「OCV」ともいう)が高くなることに鑑み、SOCに対するOCVの値を示すカーブ(以下「OCVカーブ」ともいう)を予め実験等によって求めておき、このOCVカーブを参照して二次電池の電圧の検出値に対応するSOCを算出するものである。

0003

二次電池では、充放電が繰り返されることに伴なって、メモリ効果と呼ばれる現象が生じることが知られている。メモリ効果が生じると、OCVカーブが新品時(未使用時)からずれてしまうため、電圧方式によるSOCの算出精度が低下してしまう。この点に鑑み、特開2007−333447号公報(特許文献1)には、メモリ効果による電圧のずれを考慮してOCVカーブを補正し、補正されたOCVカーブを参照してSOCを算出する技術が開示されている。

先行技術

0004

特開2007−333447号公報

発明が解決しようとする課題

0005

従来より、ハイブリッド車両用の二次電池として、ニッケル水素電池が多く採用されている。本願の発明者等は、ニッケル水素電池において、上述のメモリ効果とは別の現象が生じることを実験等によって新たに見出した。別の現象とは、SOCが所定値よりも低い領域(以下「低SOC領域」ともいう)に滞留する時間が所定時間を超えると、OCVカーブの傾き(SOCが単位量変化するときのOCVの変化量)が新品時よりも平坦になる(小さくなる)、という現象である。本明細書では、この現象を、説明の便宜上、「OCVカーブの平坦化」とも記載する。

0006

OCVカーブの平坦化が生じると、電圧方式によるSOCの算出精度が低下してしまうことが懸念される。すなわち、OCVカーブの平坦化が生じているにも関わらず、新品時のOCVカーブを用いてSOCを算出すると、SOCの算出精度が低下してしまう。また、仮に、平坦化を考慮して新品時のOCVカーブを補正したとしても、補正後のOCVカーブは平坦化によってOCVに対するSOCの値が一義的に決まり難くなっているため、やはりSOCの算出精度は低下してしまうことが懸念される。

0007

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、ニッケル水素電池においてOCVカーブの平坦化が生じた場合においても、SOCの算出精度が低下することを抑制することである。

課題を解決するための手段

0008

この発明に係る電池ステムは、ニッケル水素電池と、制御部とを備える。制御部は、ニッケル水素電池の電流積算値を用いて算出される第1蓄電量とニッケル水素電池の電圧を用いて算出される第2蓄電量とを用いて、ニッケル水素電池の第3蓄電量を算出する。制御部は、第1蓄電量が第3蓄電量に反映される度合いを示す第1寄与度と、第2蓄電量が第3蓄電量に反映される度合いを示す第2寄与度とを重み付けすることによって、第3蓄電量を算出する。制御部は、第3蓄電量が所定値よりも低い領域に滞留している時間が所定時間を超えた場合、滞留している時間が所定時間を超えていない場合よりも、第1寄与度を大きくする。

0009

上記構成によれば、制御部は、第1蓄電量(電流積算値を用いて算出される暫定SOC)の第1寄与度と、第2蓄電量(電圧を用いて算出される暫定SOC)の第2寄与度とを重み付けすることによって、ニッケル水素電池の第3蓄電量(最終的なSOC)を算出する。

0010

既に述べたように、ニッケル水素電池においては、SOCが低SOC領域に所定時間以上滞留すると、OCVカーブの平坦化に起因して、電圧を用いて算出されるSOC(第2蓄電量)の算出精度が低下してしまうことが懸念される。この点に鑑み、制御部は、第3蓄電量が第1領域(低SOC領域)に滞留している時間が所定時間を超えた場合(OCVカーブの平坦化が生じている場合)、滞留している時間が所定時間を超えていない場合(OCVカーブの平坦化が生じていない場合)よりも、第1蓄電量(電流積算値を用いて算出される暫定SOC)の第1寄与度を大きくする。これにより、OCVカーブの平坦化の影響を受けない第1蓄電量が第3蓄電量に反映される度合いが増加するとともに、OCVカーブの平坦化の影響を受ける第2蓄電量が第3蓄電量に反映される度合いが低下する。その結果、ニッケル水素電池においてOCVカーブの平坦化が生じた場合においても、SOCの算出精度が低下することを抑制することができる。

図面の簡単な説明

0011

電池システムが搭載される車両の構成を概略的に示す図である。
ECUが制御用SOCを算出する際に行なう処理手順の一例を示すフローチャートである。
耐久試験1後における電圧カーブを示す図である。
耐久試験2後における電圧カーブを示す図である。
耐久試験3後における電圧カーブを示す図である。
ニッケル水素電池のOCVカーブを模式的に示す図である。
耐久試験2後に充放電を2回繰り返したときの電圧カーブを示す図である。
耐久試験3後に充放電を2回繰り返したときの電圧カーブを示す図である。
ECU100がOCVカーブの平坦化の解消および重み係数Kの調整を行なう際の処理手順の一例を示すフローチャートである。
重み係数Kの変化の一例を示す図である。

実施例

0012

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

0013

<電池システムの構成>
図1は、本実施の形態による電池システム2が搭載される車両1の構成を概略的に示す図である。なお、図1に示す車両1はいわゆるハイブリッド車両であるが、本実施の形態による電池システム2は、ハイブリッド車両に適用することに限定されず、ニッケル水素電池を搭載した車両全般、さらには車両以外の用途にも適用可能である。

0014

車両1は、電池システム2と、パワーコントロールユニット(PCU:Power Control Unit)30と、モータジェネレータ(Motor Generator、以下「MG」という)41,42と、エンジン50と、動力分割機構60と、駆動軸70と、駆動輪80とを備える。電池システム2は、ニッケル水素(NiMH)電池10と、監視ユニット20と、電子制御装置(ECU:Electronic Control Unit)100とを備える。

0015

エンジン50は、燃料燃焼エネルギによって運動エネルギを出力する。MG41,42は、発電機としても電動機としても機能し得る。

0016

MG41は、主として、動力分割機構60を介して伝達されるエンジン50の出力の一部を用いて発電する発電機として動作する。MG41が発電した電力はPCU30を介してMG42あるいはニッケル水素電池10に供給される。

0017

MG42は、ニッケル水素電池10からの電力およびMG41の発電電力の少なくともいずれか一方によって駆動される。MG42の駆動力は、駆動軸70に伝達される。また、車両1の回生制動時には、MG42は、車輪回転力によって駆動されることによって発電機として動作する。MG41,42の発電電力はPCU30を介してニッケル水素電池10に充電される。

0018

ニッケル水素電池10は、MG41,42を駆動するための電力を蓄える。ニッケル水素電池10は、直列に接続された複数のニッケル水素電池セルを含む。監視ユニット20は、電圧センサ21と、電流センサ22と、温度センサ23とを含む。電圧センサ21は、ニッケル水素電池10の端子間電圧(以下「電池電圧VB」ともいう)を検出可能に構成される。電流センサ22は、ニッケル水素電池10の充放電電流(以下「電池電流IB」ともいう)を検出可能に構成される。温度センサ23は、ニッケル水素電池10の温度(以下「電池温度TB」ともいう)を検出可能に構成される。各センサは、検出結果を示す信号をECU100に出力する。

0019

PCU30は、ECU100からのスイッチング指令に従って、ニッケル水素電池10とMG41,42との間で双方向の電力変換を実行するように構成されている。PCU30は、MG41,42の状態をそれぞれ別々に制御可能に構成されている。たとえば、PCU30は、MG41を回生(発電)状態にしつつ、MG42を力行状態にすることができる。

0020

ECU100は、CPU(Central Processing Unit)と、メモリと、入出力インターフェイス(いずれも図示せず)とを含んで構成される。ECU100は、各センサからの信号およびメモリに記憶された情報に基づいてエンジン50およびPCU30を制御することによって、ニッケル水素電池10の充放電を制御する。

0021

ECU100は、ニッケル水素電池10を充電する必要がある場合、エンジン50の動力の一部を用いてMG41に発電させ、MG41が発電した電力でニッケル水素電池10を充電するように、エンジン50およびPCU30(MG41,MG42)を制御する。以下、エンジン50の動力の一部を用いてMG41が発電した電力でニッケル水素電池10を充電する制御を「Pチャージ」ともいう。

0022

ECU100は、ニッケル水素電池10の充放電制御を的確に行なうために、ニッケル水素電池10の蓄電量(SOC)を算出する。一般的に、SOCは、満充電容量に対する残存容量の比で表わされる。

0023

一般的に、SOCの算出方式としては、二次電池の電圧を用いる方式(以下「電圧方式」という)、二次電池の電流積算値を用いる方式(以下「電流積算方式」という)、電圧方式によるSOCと電流積算方式によるSOCとの双方を重み付けして用いる方式(以下「重み付け方式」ともいう)が知られている。電圧方式は、SOCに対するOCVの値を示すOCVカーブを予め実験等によって求めてメモリに記憶しておき、OCVカーブを参照して二次電池の電圧検出値に対応するSOCを算出するものである。電流積算方式は、二次電池の充放電電流を積算することによって積算開始時からのSOCの変化量を求め、求めたSOCの変化量をSOCの初期値(積算開始時の値)に加えることによってSOCを算出するものである。重み付け方式は、電圧方式によるSOCと電流積算方式によるSOCとの双方を算出し、双方の寄与度を重み付けして最終的なSOCを算出するものである。

0024

本実施の形態によるECU100は、重み付け方式によってSOCを算出する。具体的には、ECU100は、電流積算方式によって第1暫定SOCaを算出するとともに、電圧方式によって第2暫定SOCbを算出し、第1暫定SOCaおよび第2暫定SOCbを重み付けすることによって制御用SOCを算出する。この制御用SOCが、ニッケル水素電池10の充放電制御に用いられる。

0025

図2は、ECU100が制御用SOCを算出する際に行なう処理手順の一例を示すフローチャートである。このフローチャートは所定周期で繰り返し実行される。

0026

テップ(以下、ステップを「S」と略す)10にて、ECU100は、電流積算方式による第1暫定SOCaを算出する。具体的には、ECU100は、電池電流IBを積算することによって積算開始時からのSOCの変化量を求め、求めたSOCの変化量をSOCの初期値(積算開始時の値)に加えることによって第1暫定SOCaを算出する。なお、電流積算方式そのものは上述のように公知であるため、さらなる詳細な説明はここでは繰り返さない。

0027

S11にて、ECU100は、電圧方式による第2暫定SOCbを算出する。具体的には、ECU100は、実験等によって求められた新品時のOCVカーブ(後述の図6の一点鎖線参照)を予めメモリに記憶しておき、このOCVカーブを参照して電池電圧VB(電圧センサ21による検出値)に対応するSOCを算出する。なお、電圧方式そのものは上述のように公知であるため、さらなる詳細な説明はここでは繰り返さない。

0028

その後、ECU100は、第1暫定SOCaおよび第2暫定SOCbの双方の寄与度を重み付けすることによって、制御用SOCを算出する(S12、S13)。具体的には、ECU100は、まず、S12にて、メモリに記憶された重み係数Kを読み出す。重み係数Kは、第1暫定SOCaが制御用SOCに反映される度合い(制御用SOCに対する第1暫定SOCaの寄与度)を示すものである。重み係数Kは、0以上かつ1以下の値に設定される。第2暫定SOCbが制御用SOCに反映される度合い(制御用SOCに対する第2暫定SOCbの寄与度)は「1−K」で表わされる。すなわち、本実施の形態においては、第1暫定SOCaの寄与度と第2暫定SOCbの寄与度との合計が「1」になるように設定される。なお、重み係数Kは、通常時は、予め定められた初期値Kiniに設定されている。

0029

そして、ECU100は、S13にて、第1暫定SOCa、第2暫定SOCbおよび重み係数Kを、下記の算出式(1)に代入することによって、制御用SOCを算出する。

0030

制御用SOC=K・SOCa+(1−K)・SOCb…(1)
なお、算出式(1)はあくまで例示であって、重み付け方式を用いるのであれば他の算出式あるいは他の方法で制御用SOCを算出するようにしてもよい。

0031

ECU100は、上記のように算出された制御用SOCが所定領域(後述の通常SOC領域または高SOC領域)に収まるようにニッケル水素電池10の充放電を制御する。たとえば、SOCが所定領域の下限値を下回る場合、ECU100は、上述のPチャージを行なってニッケル水素電池10を充電することによって、SOCを増加させる。

0032

<OCVカーブの平坦化>
上述のように、ECU100は、電流積算方式による第1暫定SOCaと電圧方式による第2暫定SOCbとの双方を用いて、制御用SOCを算出する。そのため、制御用SOCを精度よく算出するためには、第1暫定SOCaおよび第2暫定SOCbを高い精度で算出することが望まれる。

0033

ところが、本願の発明者等は、ニッケル水素電池10において、電圧方式による第2暫定SOCbの算出精度に影響を与える現象が生じ得ることを新たに見出した。具体的には、発明者等は、SOCが所定値よりも低い領域(低SOC領域)に所定時間以上継続して滞留した場合に、OCVカーブの傾き(SOCが単位量変化するときのOCVの変化量)が新品時(未使用時)よりも平坦になることを、下記の耐久試験1〜3を含む種々の実験によって新たに見出した。

0034

<<実験内容および実験結果>>
発明者等は、ニッケル水素電池10に対して下記の耐久試験1〜3をそれぞれ行ない、各耐久試験後においてSOCに対する電池電圧VBの挙動(以下「電圧カーブ」ともいう)を測定する実験をそれぞれ行なった。

0035

(耐久試験1) ほぼ完全放電した状態(SOCが数%程度の状態)で25℃下で所定期間P1放置する。

0036

(耐久試験2) ほぼ完全放電した状態で65℃下で所定期間P1放置する。
(耐久試験3) ほぼ完全放電した状態で65℃下で所定期間P2(P2>P1)放置する。

0037

なお、上記の耐久試験1〜3は、いずれもSOCを低SOC領域(所定値よりも低い領域)に所定時間T1以上継続して滞留させる試験である。上記の耐久試験1〜3は、いずれもほぼ完全放電した状態で放置する点で共通する。耐久試験2は、耐久試験1に比べて、放置期間は同じであるが、温度が高い点が異なる。耐久試験3は、耐久試験2に比べて、温度は同じであるが、放置期間が長い点が異なる。

0038

上記の実験結果を図3〜5に示す。図3は、耐久試験1後における電圧カーブを示す図である。図4は、耐久試験2後における電圧カーブを示す図である。図5は、耐久試験3後における電圧カーブを示す図である。なお、図3〜5の各々において、横軸はSOCを表わし、縦軸はSOCを変化させたときの電池電圧VB(CCV:ClosedCircuit Voltage)を表わす。また、図3〜5の各々において、実線は耐久試験後の電圧カーブを表わし、破線は新品時の電圧カーブを表わす。なお、図3〜5(および後述する図7、8)に示す各充電電圧カーブにおいては、電池電圧VBが最大レベルで平坦になる領域があるが、これは、放電挙動を確認する前に電池をほぼ満充電状態にするために、最大レベルの電圧を意図的に所定時間保持しているためである。

0039

いずれの実験結果からも、耐久試験後(実線)は、新品時(破線)に比べて、電圧カーブが平坦になっている(電圧カーブの傾きが小さくなっている)ことが確認できる。また、電圧カーブの平坦化は、温度と放置期間とに依存していることが確認できる。具体的には、温度のみが異なる図3図4とを比較すると、温度が高い図4の電圧カーブの方が、温度が低い図3の電圧カーブよりも、平坦になっていることが確認できる。また、放置期間のみが異なる図4図5とを比較すると、放置期間が長い図5の電圧カーブの方が、放置期間が短い図4の電圧カーブよりも、平坦になっていることが確認できる。なお、上記の電圧カーブの平坦化は低SOC領域で放置することで生じているが、低SOC領域で充放電を行なった際においても、放置時と同様に電圧カーブの平坦化が生じることを出願人は他の実験で確認している。

0040

図3〜5に示されている充放電時の電圧カーブは、無負荷に近い小電流計測された結果である。すなわち、上記のような電圧カーブの平坦化が生じたニッケル水素電池においては、OCVカーブの平坦化も生じていると考えられる。

0041

図6は、ニッケル水素電池10のOCVカーブを模式的に示す図である。なお、図6において、横軸はSOCを表わし、縦軸はOCVを表わす。また、図6において、実線は耐久試験後のOCVカーブを表わし、一点鎖線は新品時のOCVカーブを表わす。

0042

図6に示されるように、新品時のOCVカーブ(一点鎖線)は、SOCの全領域で、ある程度の大きさの傾きを有する。そのため、OCVが決まればSOCも一義的に決まり易い関係にある。

0043

一方、耐久試験後のOCVカーブ(実線)は、新品時のOCVカーブから変化しており、長い平坦領域(SOCに依らずOCVがほぼ一定となる領域)を有する。この平坦領域では、OCVが決まってもSOCを一義的に決めるのは困難である。

0044

このように、SOCが低SOC領域に滞留している時間が所定時間T1を超えた場合、実際のOCVカーブは、耐久試験後のOCVカーブ(実線)のように平坦化される。そして、OCVカーブの平坦化は、放置時間だけでなく、温度にも依存している。それにも関わらず、新品時のOCVカーブ(一点鎖線)を用いて第2暫定SOCbを算出すると、第2暫定SOCbの算出精度が低下する。また、仮に、平坦化を考慮して新品時のOCVカーブを補正したとしても、補正後のOCVカーブは平坦化によってOCVに対するSOCの値が一義的に決まり難くなっているため、やはり第2暫定SOCbの算出精度は低下してしまうことが懸念される。第2暫定SOCbの算出精度が低下したことによって制御用SOCの算出精度も低下すると、ニッケル水素電池10の充放電を適切に制御できなくなることが懸念される。

0045

<OCVカーブの平坦化の解消>
発明者等は、OCVカーブの平坦化を解消させるための種々の検討を行なった。その結果、発明者等は、OCVカーブの平坦化は、ある程度高いSOCまで充電することによって解消することを突き止めた。

0046

図7は、耐久試験2後に充放電を2回繰り返したときの電圧カーブを示す図である。図8は、耐久試験3後に充放電を2回繰り返したときの電圧カーブを示す図である。図7、8において、一点鎖線は1回目の充放電時の電圧カーブを表わし、二点鎖線は2回目の充放電時の電圧カーブを表わす。

0047

図7、8の検討結果から、充放電を繰り返すことによって、電圧カーブが平坦化された状態から、傾きを有する新品時の状態に徐々に回復することが確認される。特に、1回目の充電後の傾きの回復が顕著であることが確認できる。この検討結果から、OCVカーブの平坦化は、ある程度高いSOCまで充電することによって解消すると考えられる。

0048

この点に鑑み、本実施の形態によるECU100は、SOCが低SOC領域に滞留している時間(以下「低SOC滞留時間」ともいう)が所定時間T1を超えた場合、SOCを所定値(低SOC領域の上限値)よりも大きい値に増加させ、その後の所定期間は、比較的高いSOC領域で充放電を繰り返す。高いSOC領域で充放電を繰り返すことに応じて、OCVカーブの平坦化は徐々に解消される。OCVカーブの平坦化が完全に解消することによって、第2暫定SOCbの算出精度の低下の問題も解消する。

0049

<重み係数K(制御用SOCに対する第1暫定SOCaの寄与度)の調整>
上述のように、ECU100は、低SOC滞留時間が所定時間T1を超えた場合に、高いSOC領域で充放電を繰り返すことによって、OCVカーブの平坦化を徐々に解消させる。これによりOCVカーブの平坦化が完全に解消すると、第2暫定SOCbの算出精度の低下の問題も解消する。

0050

ところが、OCVカーブの平坦化が完全に解消するまでの期間は、依然として、第2暫定SOCbの算出精度の低下し、その影響で制御用SOCの算出精度が低下するという問題が残存することになる。

0051

そこで、本実施の形態によるECU100は、低SOC滞留時間が所定時間T1を超えた場合、低SOC滞留時間が所定時間T1を超えていない場合よりも、重み係数K(制御用SOCに対する第1暫定SOCaの寄与度)を大きい値に設定する。これにより、OCVカーブの平坦化の影響を受けない第1暫定SOCaが制御用SOCに反映される度合いが増加するとともに、OCVカーブの平坦化の影響を受ける第2暫定SOCbが制御用SOCに反映される度合いが低下する。その結果、OCVカーブの平坦化によって第2暫定SOCbの算出精度が一時的に低下したとしても、制御用SOCの算出精度を低下し難くすることができる。

0052

なお、上述のように、OCVカーブの平坦化は、高いSOC領域での充放電を繰り返すことで徐々に解消される。この点を考慮し、ECU100は、高いSOC領域での充放電を繰り返す期間が開始された当初は、重み係数Kを最大値Kmaxに設定し、その後は、重み係数Kを所定レートで徐々に初期値Kiniに戻す。OCVカーブの平坦化の解消速度は、温度に依存することが想定される。そのため、ECU100は、重み係数Kを初期値Kiniに戻す「所定レート」を、一定にするのではなく、電池温度TBを考慮しながら調整する。

0053

<ECUの処理の流れ>
図9は、ECU100がOCVカーブの平坦化の解消および重み係数Kの調整を行なう際の処理手順の一例を示すフローチャートである。

0054

S20にて、ECU100は、ニッケル水素電池10の制御モードが高SOCモードであるか否かを判定する。

0055

なお、本実施の形態において、ニッケル水素電池10の制御モードには、通常SOCモードと高SOCモードとが含まれる。

0056

通常SOCモードは、制御用SOCが制御下限値SN1から制御上限値SN2までの領域(以下「通常SOC領域」ともいう)に収まるようにニッケル水素電池10の充放電を制御するモードである。たとえば、通常SOC領域のの制御下限値SN1および制御上限値SN2をそれぞれ30%、70%とした場合、通常SOCモードのSOC制御中心値は50%となる。なお、上記の値はあくまで例示であってこれに限定されるものではない。

0057

高SOCモードは、OCVカーブの平坦化を解消させるためのモードである。高SOCモードは、制御用SOCが比較的高い制御下限値SH1から制御上限値SH2までの領域(以下「高SOC領域」ともいう)に収まるようにニッケル水素電池10の充放電を制御するモードである。たとえば、高SOC領域の制御下限値SH1および制御上限値SH2をそれぞれ60%、80%とした場合、高SOCモードのSOC制御中心値は70%となる。なお、上記の値はあくまで例示であってこれに限定されるものではない。ただし、高SOC領域の制御下限値SH1は、少なくとも、通常SOC領域の制御下限値SN1よりも大きく、かつOCVカーブの平坦化が懸念される低SOC領域の上限値(所定値)よりも大きい値に設定する必要がある。

0058

ニッケル水素電池10の制御モードが高SOCモードでない場合(S20にてNO)、すなわちニッケル水素電池10の制御モードが通常SOCモードである場合、ECU100は、S21にて、低SOC滞留時間(制御用SOCが低SOC領域に継続して滞留している時間)を算出する。低SOC滞留時間は、現在までの制御用SOCの履歴から算出される。低SOC滞留時間は、制御用SOCが所定値を超えた時点でリセットされる。なお、制御用SOCは、上述の算出式(1)から算出される。

0059

S22にて、ECU100は、低SOC滞留時間が所定時間T1を超えたか否かを判定する。この判定は、OCVカーブの平坦化が生じているか否かを判定するための処理である。OCVカーブの平坦化は、上述したように、時間だけでなく、温度にも依存している。そのため、ECU100は、低SOC滞留時間における電池温度TBの履歴に応じて、所定時間T1を適切な値に設定する。たとえば、ECU100は、電池温度TBが高いほど、OCVカーブの平坦化がより早期に発生すると考えられるため、所定時間T1を短くする。これにより、OCVカーブの平坦化が生じているか否かを精度よく判定することが可能となる。

0060

低SOC滞留時間が所定時間T1を超えた場合(S22にてYES)、OCVカーブの平坦化が生じていると考えられるため、ECU100は、処理をS23に移し、ニッケル水素電池10の制御モードを、現在の通常SOCモードから高SOCモードに変更する。この際、ECU100は、まず、制御用SOCが高SOC領域の制御中心値に増加するまで上述のPチャージを行なってニッケル水素電池10を強制的に充電する強制充電初回充電)を行なう。この強制充電(初回充電)によって、SOCが所定値よりも大きい値に増加するため、OCVカーブの平坦化を早期に解消させることができる。その後、ECU100は、制御用SOCが高SOC領域に収まるようにニッケル水素電池10の充放電を制御する。これにより、強制充電後に即座にSOCが低SOC領域に戻ってしまうこと(すなわちOCVカーブが平坦化された状態に戻ってしまうこと)が抑制される。

0061

ニッケル水素電池10の制御モードを高SOCモードに変更した後、ECU100は、S24にて、メモリに記憶されている重み係数K(制御用SOCに対する第1暫定SOCaの寄与度)を、初期値Kiniよりも大きい値に設定する。これにより、OCVカーブの平坦化の影響を受けない第1暫定SOCaが制御用SOCに反映される度合いが増加するとともに、OCVカーブの平坦化の影響を受ける第2暫定SOCbが制御用SOCに反映される度合いが低下する。その結果、OCVカーブの平坦化が生じた場合においても、制御用SOCの算出精度が低下することを抑制することができる。

0062

一方、ニッケル水素電池10の制御モードが既に高SOCモードに変更されている場合(S20にてYES)、ECU100は、S25にて、高SOCモードが継続されている時間(以下「高SOC継続時間」ともいう)が所定時間T2を超えたか否かを判定する。この判定は、OCVカーブの平坦化が解消したか否かを判定するためのものである。上述したように、OCVカーブの平坦化の解消速度は温度に依存することが想定される。そのため、ECU100は、「所定時間T2」を電池温度TBに応じて設定する。

0063

また、OCVカーブの平坦化が解消したと判定されるまでは、重み係数K(電流積算方式による第1暫定SOCaの寄与度)が初期値Kiniよりも大きい値に維持されるが、第1暫定SOCaには電流積算誤差が含まれているため、重み係数Kを大きい値に維持する時間が長くなり過ぎると、電流積算誤差の影響が大きくなり過ぎて、かえって制御用SOCの算出精度が低下してしまうことが懸念される。そのため、ECU100は、「所定時間T2」を電流積算誤差の影響を考慮して設定する。

0064

高SOC継続時間が所定時間T2を超えていない場合(S25にてNO)、現時点で通常SOCモードに復帰させるとOCVカーブが平坦化された状態に即座に戻ってしまうことが懸念されるため、ECU100は、処理をS23に移してニッケル水素電池10の制御モードを高SOCモードに維持するとともに、S24にて、メモリに記憶されている重み係数Kを初期値Kiniよりも大きい値に維持する。この際、OCVカーブの平坦化が高SOC継続時間に応じて徐々に解消することを考慮し、ECU100は、高SOC継続時間に応じて重み係数Kを所定レートで徐々に初期値Kiniに戻す(後述の図10参照)。

0065

高SOC継続時間が所定時間T2を超えた場合(S25にてYES)、OCVカーブの平坦化が完全に解消したと考えられるため、ECU100は、処理をS26に移し、ニッケル水素電池10の制御モードを高SOCモードから通常SOCモードに復帰させる。その後、ECU100は、S27にて、重み係数Kを初期値Kiniに戻す。

0066

図10は、一定温度下で低SOC滞留時間が所定時間T1を超えた場合の重み係数Kの変化の一例を示す図である。図10には、重み係数Kの初期値(Kini)を「0.5」とする例が示されている。

0067

時刻t1よりも前は、ニッケル水素電池10の制御モードは通常SOCモードであり、重み係数Kは初期値Kiniに設定されている。

0068

時刻t1にて低SOC滞留時間が所定時間T1を超えた場合、OCVカーブの平坦化が生じていると考えられるため、ニッケル水素電池10の制御モードが高SOCモードに変更される。これにより、高SOC領域で充放電が繰り返されるため、OCVカーブの平坦化が徐々に解消していく。

0069

ところが、高SOCモードに変更された時刻t1から所定時間T2が経過する時刻t2までの期間は、OCVカーブの平坦化が完全に解消していないことが懸念される。そのため、高SOCモードに変更された当初は重み係数K(第1暫定SOCaの寄与度)が初期値Kiniよりも大きい最大値Kmaxに設定され、その後は所定レートで徐々に初期値Kiniに向けて低下される。これに伴い、制御用SOCに対する第2暫定SOCbの寄与度である「1−K」は、高SOCモードに変更された当初において初期値(=1−Kini、図10においては0.5)よりも小さい最小値「1−Kmax」に設定され、その後は所定レートで徐々に初期値(=1−Kini、図10においては0.5)に向けて増加される。

0070

そして、高SOC継続時間が所定時間T2に達した時刻t2にて、ニッケル水素電池10の制御モードが低SOCモードに戻されるとともに、重み係数Kは初期値Kiniに戻される。

0071

なお、図10には、重み係数Kを初期値Kiniに戻すレートが一定レート(直線)である例が示されているが、温度が変化する場合には温度を考慮しながらレートを可変にしてもよい。

0072

以上のように、本実施の形態によるECU100は、低SOC滞留時間が所定時間T1を超えた場合、低SOC滞留時間が所定時間T1を超えていない場合よりも、重み係数K(制御用SOCに対する第1暫定SOCaの寄与度)を大きい値に設定する。これにより、OCVカーブの平坦化の影響を受けない第1暫定SOCaが制御用SOCに反映される度合いが増加するとともに、OCVカーブの平坦化の影響を受ける第2暫定SOCbが制御用SOCに反映される度合いが低下する。その結果、OCVカーブの平坦化が生じた場合においても、制御用SOCの算出精度が低下することを抑制することができる。

0073

また、ECU100は、低SOC滞留時間が所定時間T1を超えた場合、ニッケル水素電池10の制御モードを通常SOCモードから高SOCモードに変更する。これにより、制御用SOCが所定値よりも大きい値に増加するまではニッケル水素電池10が充電され、その後の所定時間T2は、制御用SOCが高SOC領域内に維持される。その結果、ニッケル水素電池10においてOCVカーブの平坦化が生じた場合に、その平坦化を早期に解消させることができる。

0074

なお、上述の実施の形態においては、低SOC滞留時間が所定時間T1を超えた場合に、ニッケル水素電池10の制御モードを通常SOCモードから高SOCモードに変更する処理(OCVカーブの平坦化を早期に解消するための処理)と重み係数Kを増加する処理との双方を行なった。しかしながら、ニッケル水素電池10の制御モードを通常SOCモードに維持したままで、重み係数Kを増加する処理だけを行なうだけでもよい。このような場合であっても、OCVカーブの平坦化に起因して制御用SOCの算出精度が低下することを抑制することができる。

0075

また、上述の実施の形態においては、図9のS22において、時間(低SOC滞留時間)そのものを指標としてOCVカーブの平坦化が生じているか否かを判定した。しかしながら、OCVカーブの平坦化が生じているか否かの判定に用いる指標は、時間そのものに限定されない。たとえば、時間と温度とを考慮して規格化された評価値を新たに設け、この評価値を指標としてOCVカーブの平坦化が生じているか否かを判定するようにしてもよい。

0076

新たな評価値としては、たとえば下記の式で定義される温度評価値Eを所定周期Δt毎に演算して蓄積し、蓄積された温度評価値Eが所定量を超えた場合に、OCVカーブの平坦化が生じていると判定するようにしてもよい。

0077

E(t+Δt)=E(t)+K・Δt
上記式において、「t」は時刻(時間)を表わし、「E(t+Δt)」は温度評価値Eの今回値を表わし、「E(t)」は温度評価値Eの前回値を表わす。「K」は各温度における平坦化ポイントである。

0078

また、「K」には、SOCの変動幅依存性を持たせてもよい。このような評価値Eを導入することで、温度が大きく変化する車両走行中において、より効果的に本制御を実施することができる。

0079

また、上述したように、OCVカーブの平坦化の解消速度は、電池温度TBおよびSOC変動幅に依存する。この点に鑑み、図9のS25において、上述の評価値Eに類似する評価指標を新たに設け、この評価指標を用いて高SOCモードから通常SOCモードに復帰させるか否かを判定するようにしてもよい。このようにすることで、通常SOCモードに復帰させるか否かをより効率良く判定することができる。

0080

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

0081

1 車両、2電池システム、10ニッケル水素電池、20監視ユニット、21電圧センサ、22電流センサ、23温度センサ、30 PCU、41,42 MG、50エンジン、60動力分割機構、70駆動軸、80駆動輪、100 ECU。

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