JP4772137B2 - バッテリ使用機器の制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、バッテリ使用機器の制御装置に関し、特に、バッテリと、そのバッテリから電力を受けて駆動する電気負荷とを含むバッテリ使用機器の制御装置に関する。

車両において用いられるバッテリの充電状態（充電率、残存容量ともいう、以下、ＳＯＣ（state of charge）という）を検出するＳＯＣ検出装置が知られている。たとえば、電気自動車のバッテリのＳＯＣを検出するＳＯＣ検出装置は、バッテリの電流を積算し、ＳＯＣを検出しているものが多い。電気自動車においては、一時的な回生制動による充電は期待できるが、基本的に走行中にはバッテリは放電される。そして、走行しないときに充電器によってバッテリを充電することで充電状態を回復する。したがって、電気自動車では、ＳＯＣ検出装置は、満充電からの放電電流を積算し、ＳＯＣを検出しているものが多い。

エンジンや発電機を搭載するハイブリッド車両においても、バッテリのＳＯＣ検出にはバッテリ電流の積算を利用する場合が多い。ところが、ハイブリッド車両においては、寿命や回生電力の受け入れ可能量の観点から、バッテリのＳＯＣが５０％程度に維持されるように充放電が制御される。したがって、バッテリが満充電（１００％近く）となる機会、すなわちＳＯＣの初期化の機会が少ない。バッテリのＳＯＣの検出を、長期間充放電電流の積算のみで行なうと、電流検出誤差などが蓄積され、検出されるＳＯＣの誤差が大きくなってしまう。

特開２００８−２４１２４６号公報（特許文献１）に記載されたＳＯＣ検出装置は、内部反応モデルによりＳＯＣ推定を行なっている。このＳＯＣ検出装置では、二次電池の開放電圧（以下ＯＣＶ：open circuit voltage）が傾きを持っていることを利用して、ＯＣＶとＳＯＣとの対応関係からＳＯＣの推定を実施している。

図２６は、傾きを持つ特性を示す電池のＳＯＣ−ＯＣＶカーブを示した図である。
図２６を参照して、縦軸にはＯＣＶ（Ｖ）が示され、横軸にはＳＯＣ（％）が示される。たとえば、ニッケル系やコバルト系の活物質を電極に使ったリチウムイオン電池がこのような特性を示す。図２６に示すような特性では、ＳＯＣ−ＯＣＶカーブが傾きを持っており、ＯＣＶとＳＯＣは１対１の対応関係を示す。したがって、ＯＣＶをバッテリの端子電圧や電池温度、電池電流などを考慮して求めることにより、ＳＯＣを推定することが可能である。これにより満充電となる機会が少ない場合でもＳＯＣの推定精度が向上する。

特開２００８−２４１２４６号公報 特開２００２−１１７８３３号公報 特開２００５−３０２３００号公報 特開２０００−１６６１０９号公報 特開２００３−１４９３０７号公報 特開平１１−１７４１３４号公報 特開平１０−５１９０６号公報 特開２００７−２２０６５８号公報

近年、オリビン鉄系電池（オリビン鉄系リチウムイオン二次電池）が、高安全性、および安価なことで注目を集めている。オリビン鉄系電池は、リチウムイオン電池の一種であり、正極にオリビン型リン酸鉄を用い、負極との組合せで電池電圧がフラットな領域（プラトー領域）を持つ電池である。負極には、たとえばカーボンなどが用いられる。オリビン鉄系電池は、コバルト系の電極材料と比べてコストが安く安全性が高いため、電気自動車、プラグインハイブリッド自動車に用いられる蓄電装置のような大型電池用として近年注目されている。このようなオリビン鉄系電池は、たとえば、特開２００２−１１７８３３号公報（特許文献２）、特開２００５−３０２３００号公報（特許文献３）に開示されている。

しかしながら、オリビン鉄系電池では、プラトー領域（ＳＯＣが変化してもＯＣＶは略一定である領域）が長く、ＯＣＶの値からＳＯＣを推定することは非常に難しい。

図２７は、オリビン鉄系電池のＳＯＣ−ＯＣＶカーブを示した図である。
図２７を参照して、縦軸にはＯＣＶ（Ｖ）が示され、横軸にはＳＯＣ（％）が示される。図２７に示すように、オリビン鉄系の活物質を電極に使ったリチウムイオン電池は、長いプラトー領域を持っているため、ＯＣＶの値からＳＯＣを推定することは非常に困難となる。たとえば、負極にカーボン系材料を用いる電池の一例では、ＳＯＣが３０％〜９５％の間がプラトー領域となる場合もある。

この発明の目的は、長いプラトー領域を有するバッテリのＳＯＣを高精度に推定し、車両を制御することができるバッテリ使用機器の制御装置を提供することである。

この発明は、要約すると、車両の制御装置であって、車両は、バッテリと、バッテリから電力を受けて駆動するモータとを含む。バッテリの充電状態に対する開放電圧の変化特性は、充電状態の変化量に対して開放電圧の変化量がしきい値を超える第１の領域と、充電状態の変化量に対して開放電圧の変化量がしきい値を超えない第２の領域とを有する。しきい値は、開放電圧に対して充電状態が一意に決定可能か否かに基づいて設定される。制御装置は、バッテリの充電状態の推定値が第１の領域に属する場合には、バッテリの電圧を用いる第１の推定方法によって充電状態を推定してバッテリの充電状態の推定値を更新し、バッテリの充電状態の推定値が第２の領域に属する場合には、バッテリに入出力される電流を用いる第２の推定方法によって充電状態を推定してバッテリの充電状態の推定値を更新する。制御装置は、バッテリの充電状態の推定値が第２の領域に属する期間が所定期間を超えた場合には、一時的にバッテリの充電状態が第１の領域に属するようにバッテリの充電状態を変化させ、第１の推定方法で充電状態を推定する。

好ましくは、第１の推定方法によって得られる充電状態の推定精度は、第２の推定方法によって得られる充電状態の推定精度よりも高い。

好ましくは、バッテリは、複数のセルと、複数のセルの充電状態を均等化させる均等化回路とを含む。制御装置は、均等化回路を作動させて複数のセルの充電状態を均等化させる前に、一時的にバッテリの充電状態が第１の領域に属するようにバッテリの充電状態を変化させ、第１の推定方法で充電状態を推定する。

より好ましくは、車両は、内燃機関と、内燃機関の動力によって発電する発電機とをさらに含む。制御装置は、モータによる電力消費量と発電機の発電量とを変化させることにより、バッテリの充電状態を変化させる。

好ましくは、車両は、車両外部から与えられる電力を受けてバッテリに対して充電する外部充電が可能なように構成される。第１の領域は、第２の領域よりも充電状態が高い領域である。制御装置は、バッテリの充電状態が第１の領域に到達するまで外部充電を行なうとともに第１の推定方法によってバッテリの充電状態を推定した後に、バッテリから所定量の放電を行なわせる。

好ましくは、制御装置は、第１、第２の推定方法のいずれかを用いてバッテリの充電状態の推定値を算出するとともに、バッテリの充電状態の推定値に基づいて充電状態の制御目標値を出力する電池制御部と、バッテリの充電状態の推定値および制御目標値に基づいてモータおよび発電機を制御してバッテリの充電状態を変化させるハイブリッド制御部とを備える。

本発明によれば、長いプラトー領域を有する電池（たとえばオリビン鉄系電池）を用いる場合でも、高精度にＳＯＣを推定しつつ、車両を走行させることができる。

本発明の実施の形態のハイブリッド車両１の構成を示すブロック図である。 図１の制御装置３０の構成例を示したブロック図である。 本実施の形態で用いられるバッテリＢのＳＯＣ推定方法について説明するための図である。 プラグインハイブリッド車両での電池制御について説明するための図である。 図２のバッテリ制御部３１で実行されるＳＯＣの算出処理を説明するためのフローチャートである。 バッテリ制御部３１で実行される車両停止時の処理を説明するためのフローチャートである。 ＳＯＣ＊を一時的に変更する例を示した波形図である。 図７の時刻ｔ１までのＳＯＣの中心値ＳＯＣ＊について説明するための図である。 ＨＶ走行時のＳＯＣの中心値ＳＯＣ＊を一時的に変化させた状態を説明するための図である。 図７の時刻ｔ４以降の中心値ＳＯＣ＊の状態を示した図である。 ＳＯＣの中心値を移動させる処理について説明するためのフローチャートである。 均等化処理を行なうための均等化回路について構成を示した図である。 均等化処理の動作について説明するための波形図である。 均等化処理前におけるＳＯＣの中心値ＳＯＣ＊について説明するための図である。 均等化処理中のＳＯＣの状態を説明するための図である。 均等化処理後のＳＯＣの状態を説明するための図である。 均等化処理時のＳＯＣの中心値の制御を説明するためのフローチャートである。 放電処理前におけるＨＶ走行時のＳＯＣの中心値を示した図である。 放電処理を行なった直後のＳＯＣの中心値を示す図である。 図１９の放電処理が完了した後に再度ＨＶ走行を行なった場合のＳＯＣの中心値を示した図である。 図１８〜２０で説明した放電処理を実行するための制御を示すフローチャートである。 プラグイン充電時の均等化処理を説明するための第１の図である。 プラグイン充電時の均等化処理を説明するための第２の図である。 プラグイン充電を実行する場合の処理について説明するためのフローチャートである。 電池セルをバッテリパックに混在させて使用する例を説明するための図である。 傾きを持つ特性を示す電池のＳＯＣ−ＯＣＶカーブを示した図である。 オリビン鉄系電池のＳＯＣ−ＯＣＶカーブを示した図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一の符号を付してそれらについての説明は繰返さない。

図１は、本発明の実施の形態のハイブリッド車両１の構成を示すブロック図である。
図１を参照して、ハイブリッド車両１は、前輪２０Ｒ，２０Ｌと、後輪２２Ｒ，２２Ｌと、エンジン４０と、プラネタリギヤＰＧと、デファレンシャルギヤＤＧと、ギヤ４，６とを含む。

ハイブリッド車両１は、さらに、バッテリＢと、バッテリＢの出力する直流電力を昇圧する昇圧ユニット２０と、昇圧ユニット２０との間で直流電力を授受するインバータ１４とを含む。

ハイブリッド車両１は、さらに、プラネタリギヤＰＧを介してエンジン４０の動力を受けて発電を行なうモータジェネレータＭＧ１と、回転軸がプラネタリギヤＰＧに接続されるモータジェネレータＭＧ２とを含む。インバータ１４はモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に接続され交流電力と昇圧回路からの直流電力との変換を行なう。

プラネタリギヤＰＧは、サンギヤと、リングギヤと、サンギヤおよびリングギヤの両方に噛み合うピニオンギヤと、ピニオンギヤをサンギヤの周りに回転可能に支持するプラネタリキャリヤとを含む。プラネタリギヤＰＧは第１〜第３の回転軸を有する。第１の回転軸はエンジン４０に接続されるプラネタリキャリヤの回転軸である。第２の回転軸はモータジェネレータＭＧ１に接続されるサンギヤの回転軸である。第３の回転軸はモータジェネレータＭＧ２に接続されるリングギヤの回転軸である。

この第３の回転軸にはギヤ４が取付けられ、このギヤ４はギヤ６を駆動することによりデファレンシャルギヤＤＧに機械的動力を伝達する。デファレンシャルギヤＤＧはギヤ６から受ける機械的動力を前輪２０Ｒ，２０Ｌに伝達するとともに、ギヤ６，４を介して前輪２０Ｒ，２０Ｌの回転力をプラネタリギヤＰＧの第３の回転軸に伝達する。

プラネタリギヤＰＧはエンジン４０，モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の間で動力を分割する役割（動力分割機構としての役割）を果たす。すなわちプラネタリギヤＰＧは、３つの回転軸のうち２つの回転軸の回転に応じて残る１つの回転軸の回転を決定する。したがって、エンジン４０を最も効率のよい領域で動作させつつ、モータジェネレータＭＧ１の発電量を制御してモータジェネレータＭＧ２を駆動させることにより車速の制御を行ない、全体としてエネルギ効率のよい自動車を実現している。

直流電源であるバッテリＢは、たとえば、オリビン鉄系リチウムイオン二次電池を含んで構成される。バッテリＢは、直流電力を昇圧ユニット２０に供給するとともに、昇圧ユニット２０からの直流電力によって充電される。

昇圧ユニット２０はバッテリＢから受ける直流電圧を昇圧し、その昇圧された直流電圧をインバータ１４に供給する。インバータ１４は供給された直流電圧を交流電圧に変換してエンジン始動時にはモータジェネレータＭＧ１を駆動制御する。また、エンジン始動後にはモータジェネレータＭＧ１が発電した交流電力はインバータ１４によって直流に変換されて昇圧ユニット２０によってバッテリＢの充電に適切な電圧に変換されバッテリＢが充電される。

また、インバータ１４はモータジェネレータＭＧ２を駆動する。モータジェネレータＭＧ２はエンジン４０を補助して前輪２０Ｒ，２０Ｌを駆動する。制動時には、モータジェネレータＭＧ２は回生運転を行ない、車輪の回転エネルギを電気エネルギに変換する。得られた電気エネルギは、インバータ１４および昇圧ユニット２０を経由してバッテリＢに戻される。

バッテリＢは、組電池であり、直列に接続された複数の電池ユニットＢＵ０〜ＢＵｎを含む。昇圧ユニット２０とバッテリＢとの間にはシステムリレーＳＲ１，ＳＲ２が設けられ車両非運転時には高電圧が遮断される。

ハイブリッド車両１は、さらに、運転者からの加速要求指示を受ける入力部でありアクセルペダルの位置を検知するアクセルセンサ９と、バッテリＢの電流を検出する電流センサ８と、バッテリＢの電圧を検出する電圧センサ１０と、アクセルセンサ９からのアクセル開度Ａｃｃ、電流センサ８からの電流ＩＢおよび電圧センサ１０からの電圧ＶＢに応じてエンジン４０、インバータ１４および昇圧ユニット２０を制御する制御装置３０とを含む。電流センサ８および電圧センサ１０は、バッテリＢの電流ＩＢおよび電圧ＶＢをそれぞれ検知して制御装置３０に送信する。

ハイブリッド車両１は、さらに、外部充電装置１００から延びる充電ケーブル１０２の先に設けられたプラグ１０４を接続するためのソケット１６と、ソケット１６に設けられプラグ１０４の結合確認素子１０６を検知してプラグ１０４がソケット１６に接続されたことを認識するための結合確認センサ１８と、ソケット１６を経由して外部充電装置１００から交流電力を受ける充電器１２とをさらに含む。充電器１２は、バッテリＢに接続されており、充電用の直流電力をバッテリＢに対して供給する。なお、結合確認センサ１８は、どのような形式のものでも良いが、たとえばプラグ側の磁石を検知するものや、プラグ挿入時に押し込まれる押しボタン式のもの、通電経路の接続抵抗を検知するもの等を用いることができる。

図２は、図１の制御装置３０の構成例を示したブロック図である。
図２を参照して、制御装置３０は、バッテリ制御部３１と、ＨＶ制御部３２と、エンジン制御部３３とを含む。

バッテリ制御部３１は、バッテリＢのＳＯＣの監視を行なうとともに、ＳＯＣの中心の目標値である中心値ＳＯＣ＊を決定する。バッテリ制御部３１は、メモリ３４に記憶されている初期値および電圧センサ１０，電流センサ８および温度センサ７でそれぞれ検出されるバッテリ電圧ＶＢ，バッテリ電流ＩＢおよびバッテリ温度ＴＢに基づいてＳＯＣを推定する。この推定方法は、バッテリ電圧ＶＢを用いる内部反応モデルを利用する第１の推定方法と、バッテリ電流ＩＢを積算して充放電量を加減する第２の推定方法とが使い分けて用いられる。以下では、バッテリ制御部３１によって推定されたＳＯＣの推定値を単にＳＯＣ値とも称する。

またバッテリ制御部３１は、推定したＳＯＣの値が所定時間プラトー領域に属している場合や、推定したＳＯＣの値がプラトー領域に属している状態で所定距離を走行した場合などには、推定方法を変更し推定精度を向上させるために中心値ＳＯＣ＊を変更してＨＶ制御部３２にバッテリの充放電の状態を変化させる。

ＨＶ制御部３２は、アクセル開度、シフトポジションおよび各種センサからの信号によって運転状態に応じたエンジン出力およびモータトルクを求め、インバータ１４および昇圧ユニット２０を制御するとともにエンジン制御部３３に対してエンジン要求回転数ＮＥ＊およびエンジントルクＴＲの指令を行なう。

エンジン制御部３３は、ＨＶ制御部３２からの要求値に従い、エンジン４０の電子制御スロットルボディの開度を制御する。

ＨＶ制御部３２は、バッテリ制御部３１から送信されてきたＳＯＣ推定値が中心値ＳＯＣ＊に一致するように、主としてモータジェネレータＭＧ１の発電量を調整する。すなわち、推定値が中心値ＳＯＣ＊より大であれば、バッテリＢから放電されるように、モータジェネレータＭＧ１の発電電力よりもモータジェネレータＭＧ２の消費電力が多くなるように制御が行なわれる。逆に、推定値が中心値ＳＯＣ＊より小であれば、バッテリＢに充電されるように、モータジェネレータＭＧ１の発電電力をモータジェネレータＭＧ２の消費電力よりも多くするように制御が行なわれる。エンジンの４０のスロットル開度もこのような制御が実現されるように、エンジン制御部３３によって制御される。

なお制御装置３０は、このような構成に限られるものでなく、全体として１つのＥＣＵ（Electronic control unit）で実現されてもよく、またさらに他の複数のＥＣＵを含んで実現されるものであっても良い。

［基本的なＳＯＣ推定方法］
図３は、本実施の形態で用いられるバッテリＢのＳＯＣ推定方法について説明するための図である。

図３を参照して、図１のバッテリＢのＳＯＣの変化に対してＯＣＶがどのように変化するかが示されている。このような特性を示すバッテリＢの例としてオリビン鉄系電池が挙げられる。オリビン鉄系電池のように、長いプラトー領域（負極にカーボン系材料を用いる電池の一例では、ＳＯＣが３０％〜９５％の領域）を有する電池においては、内部反応モデルのＳＯＣの推定方法（たとえば特開２００８−２４１２４６号公報に記載されている）と、電流積算によるＳＯＣ推定方法とを組合せて使用すると良い。内部反応モデルのＳＯＣの推定方法では、バッテリ電圧ＶＢや温度ＴＢに基づいてＳＯＣが推定される。分極や内部抵抗の影響分が走行中のバッテリ電圧から補正されＯＣＶが求められ、対応するＳＯＣが推定される。一方、電流積算によるＳＯＣ推定方法では、ＳＯＣの初期値からの変化量をバッテリの電流に基づいて求めＳＯＣが推定される。

図１のバッテリＢの充電状態ＳＯＣに対する開放電圧ＯＣＶの変化特性は、充電状態ＳＯＣの変化量に対して開放電圧ＯＣＶの変化量がしきい値を超える第１の領域（図３の領域Ａ１，Ａ３）と、充電状態ＳＯＣの変化量に対して開放電圧ＯＣＶの変化量がしきい値を超えない第２の領域（図３の領域Ａ２：プラトー領域）とを有する。このしきい値は、ＳＯＣ−ＯＣＶカーブの傾きを判断するためのものであり、電圧センサの精度などを考慮して、開放電圧ＯＣＶに対して充電状態ＳＯＣが一意に決定可能か否かに基づいて設定される。制御装置３０は、バッテリＢの充電状態ＳＯＣの推定値が第１の領域（領域Ａ１，Ａ３）に属する場合には、バッテリＢの電圧ＶＢを用いる第１の推定方法（内部反応モデルによる推定方法）によって充電状態ＳＯＣを推定してバッテリＢの充電状態ＳＯＣの推定値を更新し、バッテリＢの充電状態の推定値が第２の領域（領域Ａ２：プラトー領域）に属する場合には、バッテリＢに入出力される電流を用いる第２の推定方法（電流積算による推定方法）によって充電状態ＳＯＣを推定してバッテリＢの充電状態ＳＯＣの推定値を更新する。制御装置３０は、バッテリＢの充電状態の推定値が第２の領域（領域Ａ２：プラトー領域）に属する期間が所定期間を超えた場合には、一時的にバッテリＢの充電状態ＳＯＣが第１の領域（領域Ａ１，Ａ３）に属するようにバッテリＢの充電状態ＳＯＣを変化させ、第１の推定方法（内部反応モデルによる推定方法）で充電状態ＳＯＣを推定する。

具体的には、ＯＣＶが傾きを持つ領域Ａ１（たとえば、ＳＯＣ＞９５％）と、領域Ａ３（たとえば、ＳＯＣ＜３０％）では、内部反応モデルを利用してＳＯＣの推定を行なう。またプラトー領域Ａ２では電流積算によりＳＯＣの推定を行なう。

また、一例として、ここではＳＯＣに対応させて推定方法を切換えることを示しているが、これに限定されるものではなく、ＯＣＶの値で推定方法を規定してもよい。たとえば、図３のプラトー領域はＯＣＶが３．３Ｖであるので、ＯＣＶがしきい値ＯＣＶ１（たとえば３．３５Ｖ）以上の高ＳＯＣ領域およびＯＣＶがＯＣＶ２（たとえば３．２５Ｖ）以下の低ＳＯＣ領域では内部反応モデルを用いたＳＯＣ推定方法を用い、ＯＣＶがしきい値ＯＣＶ１とＯＣＶ２の間（たとえば３．２５〜３．３５Ｖ）であるプラトー領域Ａ２では電流積算によりＳＯＣの推定を行なうように規定してもよい。なお、ＯＣＶやＳＯＣの具体的数値については、負極にカーボン系材料を用いる電池の一例を示したものであり、バッテリＢは、オリビン鉄系リチウムイオン二次電池以外であっても、プラトー領域がある特性を示すものであれば他のバッテリであっても良い。

図３に示したＳＯＣの推定手法は、図１に示したようなプラグインハイブリッド車両での電池使用を想定した場合に非常に有効である。

図４は、プラグインハイブリッド車両での電池制御について説明するための図である。
図４を参照して、プラグイン充電が終了してから比較的短時間で終わるＥＶ走行時（エンジンを停止させた状態で走行）は、電流積算によってＳＯＣを推定し、バッテリの放電が進みＳＯＣの推定値が０％に近づきプラトー領域から外れた場合に図３の領域Ａ３付近でＨＶ走行（必要に応じてエンジンが始動可能な状態で走行）を行なう。このＨＶ走行では、内部反応モデルでＳＯＣの推定を行なう。

たとえば、プラグインハイブリッド車両での一般的な電池の使用を想定すると、プラグイン充電が完了した直後のＳＯＣが高い領域からＥＶ走行を開始し、ＳＯＣが低い領域に移るとＨＶ走行に走行モードが変更される。電流積算によるＳＯＣの推定は長時間行なうと、積算誤差が蓄積され、ＳＯＣの推定値にずれが生じる懸念がある。しかし、バッテリ容量がそれほど大きくない車両では、あまり長時間走行することはできないので、短時間のＥＶ走行では推定誤差は大きな影響を与えない。

また、ＨＶ走行に移行してから使用する内部反応モデルの推定方法では、電流積算値を使用せず電池温度と電圧ＶＢのみを用いてＳＯＣの推定を行なうため、電流センサ８の誤差の影響は受けない。電流センサ８の誤差は積算処理をされるので、電圧センサ１０の誤差よりもＳＯＣの推定値に与える影響は大きい。そのため、ＳＯＣが低い領域にＳＯＣの制御目標値を移し、ＯＣＶに傾きが出ている図３の領域Ａ３において内部反応モデルでの推定を開始すれば、仮にＥＶ走行時に電流積算誤差によってＳＯＣの推定誤差が大きくなっていても、その後ＨＶ走行を行ない、内部反応モデルでの推定を行なうにつれ、ＳＯＣの誤差は小さくなる。内部反応モデルでは、電圧ＶＢを入力とするため、ＳＯＣの誤差が大きい状態から推定を始めても、推定を続ける間に真のＳＯＣに近づき、ＳＯＣの誤差は自動的に低減されていく。

言い換えると、内部反応モデルでは、ＯＣＶが傾きを持っていることを利用してＳＯＣの推定を行なっている。高精度にＳＯＣの推定を行なうため、ＥＶ走行後の長時間の走行が想定されるＨＶ走行では、ＯＣＶが傾きを持つ領域（たとえば、ＳＯＣ＜３０％）にＳＯＣの管理目標中心値を持ってきて電池を使用する。その領域のみでの使用であれば、電流積算によるＳＯＣの推定を行なうことなしに内部反応モデルだけでＳＯＣの推定を行なうことが可能となる。

具体的には、正極にオリビン鉄、負極に黒鉛を用いた電池では、プラトー領域のセル電圧は約３．３Ｖである。したがって、ＯＣＶが傾きを持ち出す領域（たとえば、ＳＯＣが３０％以下の領域またはＯＣＶが３．２５Ｖ以下の領域）のみを使用してＨＶ走行を行なうようにバッテリの充放電制御を行なう。

図５は、図２のバッテリ制御部３１で実行されるＳＯＣの算出処理を説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理は、車両の制御のメインルーチンから一定時間ごとまたは所定の条件が成立するごとに呼び出されて実行される。

図５を参照して、まず処理が開示されると、ステップＳ１においてＩＧ−ＯＮ時であるか否かが判断される。ＩＧ−ＯＮ時とは、たとえば車両にキーが差し込まれ、車両が起動された場合であり、これにより制御装置３０に初期値等が読込まれるときである。

ステップＳ１においてＩＧ−ＯＮ時でない場合にはステップＳ５に処理が進む。一方、ステップＳ１においてＩＧ−ＯＮ時である場合にはステップＳ２に処理が進む。

ステップＳ２では、車両起動時におけるバッテリの開放電圧ＯＣＶがＯＣＶ１より大またはＯＣＶ２より小となっているか否かが判断される。これにより図３の領域Ａ２であるか否かが判断される。なお、ＳＯＣの推定値で領域Ａ２に属するか否かを判断しても良い。ステップＳ２におけるＯＣＶは、たとえばシステムリレーＳＲ１，ＳＲ２を開放した状態において電圧センサ１０の計測値ＶＢを測定することによって得ることができる。

ステップＳ２において、ＯＣＶ＞ＯＣＶ１またはＯＣＶ＜ＯＣＶ２のいずれでもなかった場合には、ステップＳ３に処理が進む。この場合、バッテリＢの状態は図３の領域Ａ２に属しているので、ＯＣＶからＳＯＣを一意に特定することができない。したがってステップＳ３では前回ＩＧ−ＯＦＦ時のＳＯＣの推定値によって、ＳＯＣの推定値の初期化を行なう。

一方ステップＳ２において、ＯＣＶ＞ＯＣＶ１またはＯＣＶ＜ＯＣＶ２が成立している場合にはステップＳ４に処理が進む。この場合バッテリの状態は図３の領域Ａ１または領域Ａ３に属している。このため開放電圧ＯＣＶからＳＯＣを求めることができるので、ＯＣＶに対応するＳＯＣを用いてＳＯＣの初期化処理を行なう。すなわち検出されたＯＣＶに基づいて決定されたＳＯＣが推定値の初期値ＳＯＣｉｎｉに設定される。

ステップＳ３またはステップＳ４の処理が完了するとステップＳ５に処理が進む。
ステップＳ５においては、ステップＳ２と同様に、ＯＣＶ＞ＯＣＶ１またはＯＣＶ＜ＯＣＶ２が成立するか否かが判断される。ステップＳ５においてＯＣＶ＞ＯＣＶ１またはＯＣＶ＜ＯＣＶ２が成立した場合にはステップＳ６に処理が進み、成立しなかった場合にはステップＳ７に処理が進む。

ステップＳ６では、図３の領域Ａ１，Ａ３のいずれかにバッテリＢの状態があるため内部反応モデルによるＳＯＣ算出処理が実行される（第１の推定方法）。一方ステップＳ７では、バッテリの状態がプラトー領域Ａ２に属しているので電流積算によるＳＯＣ算出処理が実行される（第２の推定方法）。そしてステップＳ６またはステップＳ７のいずれかの算出処理によってＳＯＣが推定されるとＳＯＣの推定値が更新されてステップＳ８に処理が進み制御はメインルーチンに移される。

図６は、バッテリ制御部３１で実行される車両停止時の処理を説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理は、車両の制御のメインルーチンから一定時間ごとまたは所定の条件が成立するごとに呼び出されて実行される。

図６を参照して、まず処理が開始されるとステップＳ１１においてＩＧ−ＯＦＦ時であるか否か、すなわちイグニッションキーなどで車両のシステム停止の指示が入力されたか否かが判断される。そしてステップＳ１１においてＩＧ−ＯＦＦ時でなかった場合にはステップＳ１３において処理がメインルーチンに移される。一方ステップＳ１１においてＩＧ−ＯＦＦ時であった場合にはステップＳ１２に処理が進む。ステップＳ１２では、図２のメモリ３４に現在のＳＯＣ推定値が記憶される。記憶された値は、図５のステップＳ３の初期値として用いられることとなる。ステップＳ１２の処理が完了するとステップＳ１３に処理が進み制御はメインルーチンに移される。

［ＳＯＣの中心値ＳＯＣ＊の移動処理］
ＨＶ走行を行なっている場合には、バッテリのＳＯＣはエンジンを補助してモータを力行制御する場合には低下し、下り坂は減速時などモータにより回生制動を行なう場合にはＳＯＣは上昇する。しかし、回生制動によりエネルギを回収したくとも、ＳＯＣが高い状態であればバッテリはそのエネルギを受入れることができない。

逆に、ＳＯＣがあまり低い状態であれば、モータを用いて急加速したい場合にモータを駆動するために必要な電力をバッテリから放出することができない。

したがって、バッテリのＳＯＣは、ある程度の電力の受け入れが可能でかつ電力の放出が可能な状態にあることが望ましい。このため、一時的な回生や力行が行なわれた後に、ある中心値に一致させるように図２のＨＶ制御部３２がインバータ１４を制御して発電機の発電量を調整している。この中心値をＳＯＣ＊で表わす。図４では、ＨＶ走行時の中心値ＳＯＣ＊を低い状態に固定した例を示したが、常に低い値に設定する必要はなく、ＳＯＣの推定誤差を解消する時間だけ中心値ＳＯＣ＊を低い状態にしてもよい。

図７は、ＳＯＣ＊を一時的に変更する例を示した波形図である。
図８は、図７の時刻ｔ１までのＳＯＣの中心値ＳＯＣ＊について説明するための図である。

図７、図８を参照して、通常状態においてＨＶ走行の中心値ＳＯＣ＊は値ＳＯＣ１でありプラトー領域（たとえば、負極にカーボン系材料を用いる電池の一例では、ＳＯＣが３０％〜９５％の領域）の中にある。通常状態ではこの領域の中だけで基本的にＨＶ走行が行なわれている。

加減速などによりモータの回生や力行が発生するので、バッテリのＳＯＣはＳＯＣ１を中心として上限値ＳＯＣ１Ｕと下限値ＳＯＣ１Ｌとの間に収まるように発電機の発電量が調整される。このプラトー領域においては、ＯＣＶはほとんど変化しないため、電流積算によってＳＯＣの推定が行なわれる。しかし、電流積算によるＳＯＣの推定を長時間継続していると、電流積算誤差の蓄積によってＳＯＣの推定値の誤差が大きくなる。

そこで、この実施の形態では、プラトー領域におけるＨＶ走行の継続時間や総走行距離などを計測しておき、計測値が制限を超えた場合に一旦ＳＯＣの中心値ＳＯＣ＊を低ＳＯＣ領域（たとえば、ＳＯＣ＜３０％）に変更する。図７の時刻ｔ１〜ｔ２においてＳＯＣの中心値ＳＯＣ＊がＳＯＣ１からＳＯＣ２に変更される。

図９は、ＨＶ走行時のＳＯＣの中心値ＳＯＣ＊を一時的に変化させた状態を説明するための図である。

図９を参照して、図７の時刻ｔ２〜ｔ３では、ＳＯＣの中心値ＳＯＣ＊がＳＯＣ２に一致するように制御される。このように、一旦ＯＣＶの傾きがある領域においてＨＶ走行が実行される。このＨＶ走行の時間は、たとえば１０分程度で構わない。その間上限値がＳＯＣ２Ｕ、下限値がＳＯＣ２Ｌに設定され、この間にＳＯＣが収まるように発電量が調整される。この間、図３、図５で説明した制御によって内部反応モデルでＳＯＣの推定が行なわれるので、ＳＯＣの推定値の誤差が低減され、ＳＯＣの推定値は真のＳＯＣの値に近づく。

すなわち、図９に示した場合に用いられる内部反応モデルでは、電圧入力である。内部反応モデルの推定方法では、電流積算値を使用せず電池温度と電圧ＶＢのみを用いてＳＯＣの推定を行なうため、電流センサ８の誤差の影響は受けない。電流センサ８の誤差は積算処理をされるので、電圧センサ１０の誤差のほうがＳＯＣの推定値に与える影響は小さい。このため、ＳＯＣの推定誤差が大きい状態から推定を始めたとしても、推定処理を続ける間に、真のＳＯＣ値に推定値が近づき、ＳＯＣの推定誤差は自動的に低減されていく。

その後図７の時刻ｔ３〜ｔ４において、再び中心値ＳＯＣ＊が元の値ＳＯＣ１に戻される。

図１０は、図７の時刻ｔ４以降の中心値ＳＯＣ＊の状態を示した図である。
図９の状態では、ＳＯＣが低いのでたとえば加速が長時間続く場合などに加速が制限されてしまう場合があり得るが、図１０のように中心値ＳＯＣ＊を中央付近に戻すことにより、バッテリから連続して出力可能な電力が増えるので車両の加速性能を良くすることができる。

ＨＶ走行の継続時間や走行距離などが制限値に到達した場合に図７に示すように一時的にＳＯＣの中心値ＳＯＣ＊を変更することにより、ＳＯＣの推定誤差が連続的に増大していくことを防ぐことができる。

なお、ここでは、ＯＣＶが傾きを持つ領域の一例として低ＳＯＣ領域（たとえば、３０％以下）について記載しているが、高ＳＯＣ領域（たとえば、ＳＯＣ＞９５％）もＯＣＶが傾きを持つので同様の手法を適用することが可能である。ただし、高ＳＯＣ領域では、特にリチウムイオン電池の場合、電池劣化の促進が問題となることが予想されるので、低ＳＯＣ領域で実施する方が望ましい。

図１１は、ＳＯＣの中心値を移動させる処理について説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理は、車両の制御のメインルーチンから一定時間ごとまたは所定の条件が成立するごとに呼び出されて実行される。

図１１を参照して、まずステップＳ２１において電流積算によるＳＯＣの算出が所定時間を超えたか否かが判断される。なお、所定時間に代えて、電流積算によるＳＯＣを算出している場合の走行距離が、所定距離を超えたか否かで判断してもよい。

ステップＳ２１において電流積算によるＳＯＣの算出が所定時間を超えていなかった場合には（ステップＳ２１でＮＯ）、ステップＳ２７に処理が進む。ステップＳ２７では、図８に示したようにＳＯＣの中心値ＳＯＣ＊は値ＳＯＣ１に設定される。そして基本的にはこの領域でＨＶ走行が行なわれる。

一方、ステップＳ２１において電流積算によるＳＯＣの算出時間が所定時間を超えていた場合には（ステップＳ２１でＹＥＳ）、ステップＳ２２に処理が進む。ステップＳ２２では、図９に示すように、ＳＯＣの中心値ＳＯＣ＊はＳＯＣ１より低い値ＳＯＣ２に設定される。そしてステップＳ２３において、現在のＳＯＣの推定値がＳＯＣ２以下になったか否かが判断される。なおここで、ＳＯＣ２は、たとえば３０％より小さい値に設定される。すなわち、ＯＣＶが傾きを持ち、ＯＣＶに基づいてＳＯＣが一意に決定可能な領域に設定される。

ステップＳ２３においてＳＯＣ≦ＳＯＣ２が成立しない場合には（ステップＳ２３でＮＯ）、目標値がＳＯＣ２に設定されたがバッテリの実際のＳＯＣはまだ図９で示す領域に入っていないため、ステップＳ２４に処理が進み電流積算によるＳＯＣの推定処理が実行される。

一方ステップＳ２３において、ＳＯＣ≦ＳＯＣ２が成立した場合には（ステップＳ２３でＹＥＳ）、ステップＳ２５に処理が進む。

ステップＳ２５では、電池モデルでのＳＯＣの推定処理が実行される。これにより電流積算により拡大していたＳＯＣの推定誤差が縮小する。ステップＳ２５に続くステップＳ２６では、ＳＯＣの推定値がＳＯＣ２以下となっている時間が所定時間継続したか否かが判断される。この所定時間は、ＳＯＣの推定誤差を解消するのに十分な時間（たとえば１０分程度）に設定される。

ステップＳ２６において継続時間が所定時間を経過したと判断された場合にはステップＳ２７に処理が進みＳＯＣの中心値ＳＯＣ＊はＳＯＣ１に設定される。そしてその後ステップＳ２８に処理が進む。またステップＳ２７の処理およびステップＳ２４の処理が終了した場合にも、ステップＳ２８に処理が進む。そしてステップＳ２８では、制御はメインルーチンに移される。

［均等化処理との組合せ］
電動車両において用いられるバッテリは、大容量および高電圧を実現するために、１つのバッテリパックに複数の電池セルまたは電池ユニットを収納している。このような場合、複数の電池セル間または複数の電池ユニット間でＳＯＣのばらつきが生じた場合に、特定の電池セルまたは電池ユニットが過放電となったり過充電となったりするおそれがある。このような場合に、各電池セルまたは電池ユニットのＳＯＣを均等化させる均等化処理が行なわれる。

図１２は、均等化処理を行なうための均等化回路について構成を示した図である。
図１２には、バッテリＢと、バッテリＢからの電力供給を受ける負荷２５と、バッテリＢの動作を制御する制御装置３０とが示される。さらに、バッテリＢおよび負荷２５の間には、両者の間の接続および非接続を制御するためのシステムリレーＳＲ１，ＳＲ２が設けられている。各システムリレーＳＲ１，ＳＲ２は図示しない制御信号に応じて開閉される。

バッテリＢは、直列接続された複数の電池ユニットＢＵ１〜ＢＵ４と、バッテリＢの均等化処理を行なうための均等化回路６０とを含む。電池ユニットＢＵ１〜ＢＵ４の各々は、単一の電池セルまたは、直列、並列あるいは直並列接続された複数個の電池セルを含む。好ましくは、各電池ユニットＢＵ１〜ＢＵ４は、互いに等しい電池容量を有する。バッテリＢは、代表的には電気自動車やハイブリッド車両等に車両駆動用電源として搭載される。

電池ユニットＢＵ１〜ＢＵ４にそれぞれ並列に電圧センサ４１〜４４が設けられる。電圧センサ４１〜４４は、電池ユニットＢＵ１〜ＢＵ４のそれぞれの出力電圧Ｖ１〜Ｖ４を検出し、検出した出力電圧Ｖ１〜Ｖ４を制御装置３０へ送出する。さらに、温度センサ５１〜５４が、電池ユニットＢＵ１〜ＢＵ４にそれぞれ対応して設けられる。温度センサ５１〜５４は、電池ユニットＢＵ１〜ＢＵ４のそれぞれの温度（バッテリ温度）Ｔ１〜Ｔ４を検出し、検出したバッテリ温度Ｔ１〜Ｔ４を制御装置３０へ送出する。各温度センサ５１〜５４は、たとえば、対応の電池ユニットＢＵ（電池ユニットＢＵ１〜ＢＵ４を総称するもの、以下同じ）の筐体に取付けられる。

制御装置３０は、バッテリＢのＳＯＣを算出するバッテリ制御部３１を含む。バッテリ制御部３１は、制御装置３０に予め記憶されたプログラムの実行により実現される機能ブロックである。

バッテリ制御部３１は、電圧センサ４１〜４４、温度センサ５１〜５４、および適宜配置された電流センサ（図示せず）の検出値に応じて、バッテリＢ全体のＳＯＣおよび各電池ユニットＢＵ１〜ＢＵ４単体のＳＯＣを推定する。特に、バッテリＢの状態が図３の領域Ａ１またはＡ３である場合には、各電池ユニットＢＵ１〜ＢＵ４のＯＣＶがＳＯＣと強い相関を有することが知られているため、主に、電圧センサ４１〜４４により検知された出力電圧Ｖ１〜Ｖ４に基づいてＳＯＣ値は算出される。

均等化回路６０は、電池ユニットＢＵ１〜ＢＵ４にそれぞれ並列に設けられた放電用のバイパス回路６１〜６４を含む。バイパス回路６１は、直列接続されたスイッチ素子ＳＷ１および抵抗素子Ｒ１を有し、バイパス回路６２は、直列接続されたスイッチ素子ＳＷ２および抵抗素子Ｒ２を有する。同様に、バイパス回路６３は、直列接続されたスイッチ素子ＳＷ３および抵抗素子Ｒ３を有し、バイパス回路６４は、直列接続されたスイッチ素子ＳＷ４および抵抗素子Ｒ４を有する。スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ４のオンおよびオフは、制御装置３０によってそれぞれ独立に制御される。

次に、均等化処理の動作について説明する。負荷２５の動作時、電気自動車またはハイブリッド車両においてはイグニッションオン時（ＩＧ−ＯＮ時）には、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２がオンされて、負荷２１の動作に応じてバッテリＢは充電あるいは放電される。バッテリ制御部３１は、各センサからの出力に基づき、バッテリＢ全体および各電池ユニットＢＵ１〜ＢＵ４のＳＯＣ値を逐次算出する。

負荷２１の停止時、電気自動車またはハイブリッド車両においてはイグニッションオフ時（ＩＧ−ＯＦＦ時）に、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２はオフされる。システムリレーＳＲ１，ＳＲ２がオフされた電池不使用期間（負荷停止期間）において、電池ユニットＢＵ１〜ＢＵ４間のＳＯＣのばらつきを所定範囲内とするための均等化処理が、均等化回路６０によって実行される。

均等化処理時には、バイパス回路６１〜６４のそれぞれにおいて、作動（放電動作）時にはスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ４がオンされ、停止時にはスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ４がオフされる。各バイパス回路１１〜１４は、作動時には対応の電池ユニットＢＵを放電させ、停止時には、対応の電池ユニットＢＵの残容量を維持する。したがって、電池ユニットＢＵ１〜ＢＵ４のＳＯＣ値に応じてスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ４を選択的にオンさせて、残容量が相対的に高い電池ユニットで選択的に放電動作を行なわせることにより、各電池ユニットＢＵ１〜ＢＵ４のＳＯＣのばらつきを低減することができる。

図１３は、均等化処理の動作について説明するための波形図である。
図１３に示されるように、制御装置３０は、負荷２１の停止時に、負荷２１の停止時点ｔ０から上記均等化処理を開始する時点ｔ１までの待機期間Ｔｗを設定する。待機期間Ｔｗは、代表的には経過時間により定義される。

制御装置３０は、負荷の動作中および待機期間中（時点ｔ１以前）においては、スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ４をすべてオフとして、バッテリＢの均等化処理を停止する。

停止時点ｔ０から待機期間Ｔｗが経過した時点ｔ１以後において、制御装置３０は、均等化処理のために、電池ユニットＢＵ１〜ＢＵ４のＳＯＣが均等化されるように、スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ４を選択的にオンまたはオフする。

時点ｔ１以降では、スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ４を選択的にオン・オフさせることにより、均等化処理が実行される。均等化処理中には、バッテリ制御部３１により各電池ユニットＢＵ１〜ＢＵ４のＳＯＣ値が逐次算出され、時点ｔ２において、均等化処理により電池ユニットＢＵ１〜ＢＵ４のＳＯＣのばらつきが所定範囲内に収まると、均等化処理が終了され、再びスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ４はすべてオフされる。

以下に、オリビン鉄系電池の電池パックにおいて、電池セル間または電池ユニット間でＳＯＣばらつきが生じた場合に、電圧均等化によりＳＯＣの推定値のずれを修正する手法を説明する。この手法は、ハイブリッド車両での使用を想定した場合に、ＨＶ走行時のＳＯＣの中心値ＳＯＣ＊がプラトー領域（たとえば、負極にカーボン系材料を用いる電池の一例では、ＳＯＣが３０％〜９５％の領域）の中にある場合、つまり、基本的にＨＶ走行をプラトー領域内だけで行なう場合に有効な手法である。

図１４は、均等化処理前におけるＳＯＣの中心値ＳＯＣ＊について説明するための図である。

すなわち、図１４に示すように、ＨＶ走行時は、ＳＯＣの中心値ＳＯＣ＊をプラトー領域のほぼ中心にある値ＳＯＣ１に一致させるように、発電量の制御が行なわれる。

ここで、電池には一般的に自己放電があり、電池セル間で自己放電のばらつきがある。このため、電池セル間のＳＯＣは自然とばらついてくる。従来のリチウムイオン電池パック（ニッケル系やコバルト系の活物質を使用したリチウムイオン電池パック）では、均等化回路を利用して電池セル間または電池ユニット間でＳＯＣばらつきが生じた場合のＳＯＣの調整を行なっている。

このようなリチウムイオン電池パックは、ＯＣＶとＳＯＣとが１対１の関係であることを利用し、ＯＣＶの値の大きい電池セルまたは電池ユニットを強制放電することによりＯＣＶの値を複数の電池セルまたは電池ユニットで一致させるように均等化処理が行なわれる。

これに対して、オリビン鉄系電池では、プラトー領域（たとえば、負極にカーボン系材料を用いる電池の一例では、ＳＯＣ＝３０％〜９５％）のみでのＨＶ走行（電池使用）を想定した場合、ＳＯＣが変化してもＯＣＶは略同じ値である。したがって、電池セル間または電池ユニット間でＳＯＣのばらつきが生じても、従来のようにＯＣＶの値の差によってＳＯＣを調整することは極めて困難である。

そこで、数週間に一度は、ＳＯＣの中心値ＳＯＣ＊をＯＣＶの傾きが生じる低ＳＯＣ領域（たとえばＳＯＣ＜３０％）に持っていき、そこでＨＶ走行を実施し、その後ＩＧ−ＯＦＦの指示が来るまでＳＯＣの中心値ＳＯＣ＊を低ＳＯＣ領域に設定したままとする。

図１５は、均等化処理中のＳＯＣの状態を説明するための図である。
図１６は、均等化処理後のＳＯＣの状態を説明するための図である。

本実施の形態では、図１５に示すように、数週間に一度はＳＯＣの中心値ＳＯＣ＊をＯＣＶの傾きが生じる低ＳＯＣ領域（たとえばＳＯＣ＜３０％）に移動させる。そしてその状態でＨＶ走行を実施する。そしてＳＯＣの中心値ＳＯＣ＊を低ＳＯＣ領域に設定した状態でＩＧ−ＯＦＦの指令を待つ。ＩＧ−ＯＦＦの指令が入力されると、均等化回路によるセル電圧の均等化によりすべての電池セルまたは電池ユニットでＳＯＣが一致するように放電が制御される。

その後、図１６に示すように再び走行を開始したときにＳＯＣの中心値を元のプラトー領域に戻す。

ここでは、ＯＣＶが傾きを持つ領域の一例として低ＳＯＣ領域について記載しているが、高ＳＯＣ領域（たとえば、ＳＯＣ＞９５％）もＯＣＶが傾きを持つので同様の手法を適用することが可能である。ただし、特にリチウムイオン電池では、高ＳＯＣ領域での長時間の状態保持は電池劣化の促進が問題となることが予想されるので、均等化処理は低ＳＯＣ領域で実施する方が望ましい。

図１７は、均等化処理時のＳＯＣの中心値の制御を説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理は、車両の制御のメインルーチンから一定時間ごとまたは所定の条件が成立するごとに呼び出されて実行される。

図１７を参照して、まず処理が開始されると、ステップＳ３１において前回均等化処理を行なった後に所定時間が経過したか否かが判断される。

ステップＳ３１においてまだ所定時間が経過していなければ、ステップＳ３２に処理が進み、ＳＯＣの中心値ＳＯＣ＊がＳＯＣ１に設定される。一方ステップＳ３１において所定時間が経過していた場合には、ステップＳ３３に処理が進み、中心値ＳＯＣ＊がＳＯＣ２に設定される。ステップＳ３２またはステップＳ３３においてＳＯＣ＊の値が設定されると、ステップＳ３４に処理が進む。

ステップＳ３４では、ＩＧ−ＯＦＦ中であるか否かが判断される。ＩＧ−ＯＦＦ中というのは、ドライバがキースイッチを操作して車両の停止を指令してから一連の車両停止処理が完了するまでの間のことである。

ステップＳ３４において現在ＩＧ−ＯＦＦ処理中であると判断された場合にはステップＳ３５に処理が進む。ステップＳ３５では、推定されたＳＯＣと値ＳＯＣ２との差の絶対値が所定のしきい値より小さいか否かが判断される。

ステップＳ３５において｜ＳＯＣ−ＳＯＣ２｜＜しきい値が成立していた場合には、ステップＳ３６に処理が進み、均等化処理が実行される。そしてステップＳ３７において中心値ＳＯＣ＊が再びＳＯＣ１に戻される。

ステップＳ３４，ステップＳ３５でＮＯと判断された場合およびステップＳ３７の処理が終了した場合には、ステップＳ３８に処理が進み制御はメインルーチンに移される。

［放電処理を用いる例］
この変形例では、オリビン鉄系電池パックにおいて、電池セル間または電池ユニット間でＳＯＣばらつきが生じた場合に、放電処理および電圧均等化によりＳＯＣの推定値のずれを修正する手法を示す。

図１８は、放電処理前におけるＨＶ走行時のＳＯＣの中心値を示した図である。
図１９は、放電処理を行なった直後のＳＯＣの中心値を示す図である。

図２０は、図１９の放電処理が完了した後に再度ＨＶ走行を行なった場合のＳＯＣの中心値を示した図である。

図１８に示すように、ＨＶ走行のＳＯＣの中心値ＳＯＣ＊はプラトー領域（たとえば、負極にカーボン系材料を用いる電池の一例では、ＳＯＣ＝３０％〜９５％）に設定されている。この例では、ＨＶ走行はＳＯＣの中心値ＳＯＣ＊がＳＯＣ１に設定された状態で行なわれる。

先に述べたように、オリビン鉄系電池では、プラトー領域のみでのＨＶ走行を想定した場合、複数の電池セルまたは電池ユニット間でＳＯＣのばらつきが生じても、均等化回路によってそれを調整することは極めて困難である。これはＯＣＶがＳＯＣが変化してもほぼ一定な値を取るからである。

そこで、図１９に示すように、数週間に一度は、ＨＶ走行終了後、車両停車中に、バッテリの電極間に抵抗器などを接続して一旦ＯＣＶが傾きを持つ低ＳＯＣ領域（たとえば、ＳＯＣ＜３０％）まで放電を行なう。そして、バッテリの状態が図１９に示すようになってから、そのＳＯＣ領域で均等化回路によるセル電圧の均等化を行ない、ＳＯＣをすべての電池セルで一致させる。

その後、再び走行を開始したときに、図２０に示すようにＳＯＣの中心値ＳＯＣ＊を元のプラトー領域に戻す。

図２１は、図１８〜２０で説明した放電処理を実行するための制御を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、車両の制御のメインルーチンから一定時間ごとまたは所定の条件が成立するごとに呼び出されて実行される。

図２１を参照して、まず処理が開始されるとステップＳ４１において前回均等化処理を実行した後に所定時間が経過したか否かが判断される。

ステップＳ４１において所定時間がまだ経過していなければ処理はステップＳ４６に進む。一方ステップＳ４１において所定時間が経過していた場合にはステップＳ４２に処理が進む。

ステップＳ４２では、ＩＧ−ＯＦＦ中であるか否かが判断される。ステップＳ４２においてＩＧ−ＯＦＦ中であった場合には、ステップＳ４３に処理が進む。一方ステップＳ４２においてＩＧ−ＯＦＦ中でなかった場合にはステップＳ４６に処理が進む。

ステップＳ４３では、バッテリの放電処理が実行される。バッテリの放電処理は、バッテリの正極と負極間に一時的にリレーなどで放電抵抗を接続することなどで行なわれる。また、インバータ１４を利用してモータジェネレータのステータコイルにｄ軸電流を流すようにして放電を行なってもよい。

そしてステップＳ４４において、ＳＯＣが値ＳＯＣ２以下になったか否かが判断される。なお、値ＳＯＣ２は３０％より小さな値である。この領域では、ＯＣＶが傾きを持ち、ＯＣＶに対応してＳＯＣが決定できるような領域（図３の領域Ａ３）である。この間のＳＯＣの推定は、図３の領域Ａ２に推定値が存在する場合は電流積算による推定方法が使用され、領域Ａ３に推定値が移動した後には、電圧を用いる内部反応モデルによる推定方法が使用される。ステップＳ４４においてＳＯＣが値ＳＯＣ２以下になっていなければ引続きステップＳ４３の放電処理が行なわれる。

ステップＳ４４においてＳＯＣが値ＳＯＣ２以下になった場合には、ステップＳ４５に処理が進み、図１２、図１３を用いて説明したような均等化処理が実行され、その後処理はステップＳ４６に進む。ステップＳ４６においては、制御は再びメインルーチンに移される。

［プラグイン充電の例］
図２２は、プラグイン充電時の均等化処理を説明するための第１の図である。

図２３は、プラグイン充電時の均等化処理を説明するための第２の図である。
ここでは、オリビン鉄系電池パックをＥＶ（電気自動車）またはＰＨＶ（プラグインハイブリッド車両）用途で使用することを想定したときに、プラグイン充電時に電池セル間または電池ユニット間に生じるＳＯＣのばらつきを解消する手法について説明する。

図３で説明したように、オリビン鉄系電池は、長いプラトー領域を有しており、その領域において、ＯＣＶが変化してもＳＯＣでもほぼ一定である。そのため、プラトー領域（たとえば、負極にカーボン系材料を用いる電池の一例では、ＳＯＣ＝３０％〜９５％）における充電では、電池セル間または電池ユニット間にＳＯＣのばらつきが生じていてもそれを検知することは困難である。

そこで、図２２に示すように外部からプラグイン充電を行なう場合には、必ず図３の領域Ａ１に示したような高ＳＯＣ領域まで充電を行ない、ＳＯＣの推定ずれが生じないようにする。具体的には、ＯＣＶが傾きを有する領域（たとえば、ＳＯＣ＞９５％）まで充電を行なった後、充電を停止する。

そしてすべての電池セルまたは電池ユニットの電圧を検出し、すべての電池セルまたは電池ユニットの電圧が同じ値となるように均等化処理を行なう。均等化処理を行なう場合、最も電圧の低い電池セルまたは電池ユニットにすべての電池セルまたは電池ユニットの電圧が揃うように、図１２に示した均等化回路を使用して、これらの電池セルまたは電池ユニットの放電を行なってもよい。あるいは、電圧の高い電池セルまたは電池ユニットから電圧の低い電池セルまたは電池ユニットにエネルギを移すことにより均等化を行なってもよい。

このとき、リチウムイオン電池は、ＳＯＣが高い状態で保存すると劣化の促進が懸念される。このときは図２３に示すように、抵抗器などを利用して電流積算により所定量だけ放電を行ない、ＳＯＣを下げておく。劣化が問題とならない領域までＳＯＣを下げることにより、電池の劣化促進を防止することが可能となる。また、このようにＳＯＣを下げるときの電荷量の測定には、電流値の積算量を用いるようにしてもよい。このような短時間の放電時の電流積算なら誤差はほとんど影響しないので、ＳＯＣの推定値がずれる懸念は少ない。

図２４は、プラグイン充電を実行する場合の処理について説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理は、車両の制御のメインルーチンから一定時間ごとまたは所定の条件が成立するごとに呼び出されて実行される。

図２４を参照して、まずステップＳ５１においてプラグイン充電中であるか否かが判断される。ステップＳ５１においてプラグイン充電中でなければステップＳ５７に処理が進む。一方ステップＳ５１においてプラグイン充電中であると判断された場合にはステップＳ５２に処理が進む。

ステップＳ５２では、プラグイン充電中においてＳＯＣが判定値ＳＯＣｈ１より大きくなったか否かが判断される。ここで判定値ＳＯＣｈ１は、図２２に示すようにＯＣＶが傾きを持ち、ＯＣＶを測定することにより、ＳＯＣが決定できる領域に入ったことがわかる判定値である。たとえば判定値ＳＯＣｈ１は９５％より大きく設定される。

ステップＳ５２においてＳＯＣ＞ＳＯＣｈ１が成立しない場合にはステップＳ５７に処理が進む。一方ステップＳ５２においてＳＯＣ＞ＳＯＣｈ１が成立した場合にはステップＳ５３に処理が進む。

ステップＳ５３では、プラグイン充電の停止および所定時間の休止が行なわれる。その後、続いてステップＳ５４において均等化処理が行なわれる。この均等化処理においては、ＯＣＶに基づいて各電池セルまたは電池ユニットのＳＯＣを一致させるように制御が行なわれる。

続いてステップＳ５５において、ＳＯＣが高い状態におけるバッテリの劣化を抑制するために、ＳＯＣを下げる放電処理が実行される。この放電処理は、バッテリの電極間に一時的にリレーなどで放電抵抗を接続したり、モータのステータコイルにｄ軸電流を流したりすることで行なうことができる。

続いてステップＳ５６においてＳＯＣが判定値ＳＯＣｈ２以下となったか否かが判断される。判定値ＳＯＣｈ２は、判定値ＳＯＣｈ１よりも小さな値である。判定値ＳＯＣｈ２は、ＳＯＣが高い状態で保存することによるバッテリの劣化を抑制するために、たとえばＳＯＣｈ２＝８０％に設定される。

ステップＳ５６において、ＳＯＣがまだ図２３に示したような判定値ＳＯＣｈ２以下になっていない場合には、ステップＳ５５に戻り放電処理が継続される。一方、ステップＳ５６においてＳＯＣ≦ＳＯＣｈ２が成立した場合には処理は、ステップＳ５７に進み充電完了となる。

［電池セルの種類を混在させる例］
ここではオリビン鉄系電池パックを使用し、プラトー領域（たとえば、ＳＯＣが３０％〜９５％の領域）のみで走行する場合に、ＳＯＣや電池劣化状態を推定する技術を説明する。

図２５は、電池セルをバッテリパックに混在させて使用する例を説明するための図である。

図２５を参照して、電池セル７１は、ＯＣＶが傾きを持つニッケル系やコバルト系の活物質を使用したリチウムイオン電池の電池セルであり、電池セル７１〜７８は、オリビン鉄系電池の電池セルである。

図２７で説明したように、プラトー領域におけるＳＯＣの推定を行なうのは困難であり、この場合ＳＯＣの推定は、電流積算に頼る必要がある。しかしながら、電流積算は、長時間行なうと積算誤差が蓄積され、その結果ＳＯＣの推定値の精度が悪化するという懸念がある。

そこで、図２５に示すように、組電池の中に少なくとも１つ以上の異なる種類の電池セル７１、たとえばニッケル系やコバルト系の活物質を使用したリチウムイオン電池を直列接続する。図２５では、一例としてセル８個を直列にした組電池が示されている。この異なる種類の電池セル７１は、プラトー領域がなく、ＯＣＶに対してＳＯＣが決定できるタイプの電池セルである。そして、その電池セルのＳＯＣの変化量を、電圧を用いる内部反応モデルによる方法を用いて推定し、オリビン鉄系電池に換算することで他の電池セル７２〜７８の状態がプラトー領域にある場合でもＳＯＣおよび劣化状態推定技術を適用できるようにする。すなわち、ＯＣＶが傾きを持つ電池セルには、電池としてのエネルギ供給と、ＳＯＣを推定するためのある種のセンサとしての役割を付与する。

ここで、オリビン鉄系電池のＳＯＣ変化量は次の式で算出できる。
ΔＳＯＣｏ＝ΔＳＯＣｒｅｆ×（Ｑｒｅｆ／Ｑｏ）
ただし、ΔＳＯＣｏは、直列に繋いだオリビン鉄系電池のＳＯＣ変化量を示し、ΔＳＯＣｒｅｆは、ＳＯＣ測定用電池セルのＳＯＣ変化量を示し、Ｑｒｅｆは、ＳＯＣ推定用の電池セルの容量を示し、Ｑｏは、直列に繋いだオリビン鉄系電池の容量を示す。

この式に、電池反応モデルを用いた推定方法で推定したΔＳＯＣｒｅｆを代入すれば、オリビン鉄系電池のＳＯＣ変化量ΔＳＯＣｏがわかる。

最後に、本実施の形態の主要な内容について、図面を参照して総括する。再び図１を参照して、車両１は、バッテリＢと、バッテリＢから電力を受けて駆動するモータ（モータジェネレータＭＧ２）とを含む。図３に示すように、バッテリＢの充電状態ＳＯＣに対する開放電圧ＯＣＶの変化特性は、充電状態ＳＯＣの変化量に対して開放電圧ＯＣＶの変化量がしきい値を超える第１の領域（領域Ａ１，Ａ３）と、充電状態ＳＯＣの変化量に対して開放電圧ＯＣＶの変化量がしきい値を超えない第２の領域（領域Ａ２：プラトー領域）とを有する。このしきい値は、開放電圧ＯＣＶに対して充電状態ＳＯＣが一意に決定可能か否かに基づいて設定される。制御装置３０は、バッテリＢの充電状態ＳＯＣの推定値が第１の領域（領域Ａ１，Ａ３）に属する場合には、バッテリＢの電圧ＶＢを用いる第１の推定方法（内部反応モデルによる推定方法）によって充電状態ＳＯＣを推定してバッテリＢの充電状態ＳＯＣの推定値を更新し、バッテリＢの充電状態の推定値が第２の領域（領域Ａ２：プラトー領域）に属する場合には、バッテリＢに入出力される電流を用いる第２の推定方法（電流積算による推定方法）によって充電状態ＳＯＣを推定してバッテリＢの充電状態ＳＯＣの推定値を更新する。制御装置３０は、バッテリＢの充電状態の推定値が第２の領域（領域Ａ２：プラトー領域）に属する期間が所定期間を超えた場合には、一時的にバッテリＢの充電状態ＳＯＣが第１の領域（領域Ａ１，Ａ３）に属するようにバッテリＢの充電状態ＳＯＣを変化させ、第１の推定方法（内部反応モデルによる推定方法）で充電状態ＳＯＣを推定する。

このようにＳＯＣを推定することにより、プラトー領域を有する電池であってもＳＯＣの推定誤差を拡大させることなく、精度よく推定が行なわれる。

好ましくは、第１の推定方法（内部反応モデルによる推定方法）によって得られる充電状態ＳＯＣの推定精度は、第２の推定方法（電流積算による推定方法）によって得られる充電状態ＳＯＣの推定精度よりも高い。

好ましくは、図１２に示すように、バッテリＢは、複数の電池ユニットＢＵ１〜ＢＵ４と、複数の電池ユニットＢＵ１〜ＢＵｎの充電状態ＳＯＣを均等化させる均等化回路６０とを含む。制御装置３０は、均等化回路６０を作動させて複数の電池ユニットＢＵ１〜ＢＵ４の充電状態ＳＯＣを均等化させる前に、一時的にバッテリＢの充電状態が第１の領域（図３のＡ１またはＡ３）に属するようにバッテリＢの充電状態ＳＯＣを変化させ、第１の推定方法（内部反応モデルによる推定方法）で充電状態を推定する。

より好ましくは、車両１は、内燃機関（エンジン４０）と、内燃機関（エンジン４０）の動力によって発電する発電機（モータジェネレータＭＧ１）とをさらに含む。制御装置３０は、モータ（モータジェネレータＭＧ２）による電力消費量と発電機（モータジェネレータＭＧ１）の発電量とを変化させることにより、バッテリＢの充電状態ＳＯＣを変化させる。

好ましくは、図１に示すように車両１は、車両外部の外部充電装置１００から与えられる電力を受けてバッテリＢに対して充電する外部充電が可能なように構成される。第１の領域は、第２の領域よりも充電状態ＳＯＣが高い領域である。制御装置は、図２２に示すようにバッテリＢの充電状態ＳＯＣが第１の領域に到達するまで外部充電を行なうとともに第１の推定方法によってバッテリＢの充電状態ＳＯＣを推定した後に、図２３に示すようにバッテリから所定量の放電を行なわせる。

好ましくは、図２に示すように、制御装置３０は、第１、第２の推定方法のいずれかを用いてバッテリＢの充電状態ＳＯＣの推定値を算出するとともに、バッテリＢの充電状態の推定値に基づいて充電状態ＳＯＣの制御目標値を出力するバッテリ制御部３１と、バッテリＢの充電状態ＳＯＣの推定値および制御目標値ＳＯＣ＊に基づいてモータおよび発電機（モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２）を制御してバッテリの充電状態ＳＯＣを変化させるＨＶ制御部３２とを備える。

なお、本実施の形態では動力分割機構によりエンジンの動力を車軸と発電機とに分割して伝達可能なシリーズ／パラレル型ハイブリッドシステムに適用した例を示した。しかし本発明は、発電機を駆動するためにのみエンジンを用い、発電機により発電された電力を使うモータでのみ車軸の駆動力を発生させるシリーズ型ハイブリッド自動車や、モータのみで走行する電気自動車にも適用できる。これらの構成は、いずれもバッテリのＳＯＣを推定することが必要であり、本発明が適用可能である。

また、本実施の形態中にはプラトー領域のＯＣＶやＳＯＣについて、カーボン系材料を負極に用いたオリビン鉄系リチウムイオン電池の数値を例示して説明したが、これら数値はあくまでも例であり、プラトー領域を有する他の電池の場合はこれらの数値も適宜変更した値が適用される。

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。

１ ハイブリッド車両、４，６ ギヤ、７ 温度センサ、８ 電流センサ、９ アクセルセンサ、１０ 電圧センサ、１１ バイパス回路、１２ 充電器、１４ インバータ、１６ ソケット、１８ 結合確認センサ、２０ 昇圧ユニット、２０Ｒ 前輪、２２Ｒ 後輪、２１ 負荷、３０ 制御装置、３１ バッテリ制御部、３２ ＨＶ制御部、３３ エンジン制御部、３４ メモリ、４０ エンジン、４１〜４４ 電圧センサ、５１〜５４ 温度センサ、６０ 均等化回路、６１〜６４ バイパス回路、７１〜７８ 電池セル、１００ 外部充電装置、１０２ 充電ケーブル、１０４ プラグ、１０６ 結合確認素子、Ｂ バッテリ、ＢＵ０〜ＢＵｎ 電池ユニット、ＤＧ デファレンシャルギヤ、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ、ＰＧ プラネタリギヤ、Ｒ１〜Ｒ４ 抵抗素子、ＳＲ１，ＳＲ２ システムリレー、ＳＷ１〜ＳＷ４ スイッチ素子。

Claims (6)

1. バッテリを使用するバッテリ使用機器の制御装置であって、
   前記バッテリ使用機器は、前記バッテリから電力を受けて駆動する電気負荷とを含み、
   前記バッテリの充電状態に対する開放電圧の変化特性は、充電状態の変化量に対して開放電圧の変化量がしきい値を超える第１の領域と、充電状態の変化量に対して開放電圧の変化量が前記しきい値を超えない第２の領域とを有し、前記しきい値は、開放電圧に対して充電状態が一意に決定可能か否かに基づいて設定され、
   前記制御装置は、前記バッテリの充電状態の推定値が前記第１の領域に属する場合には、前記バッテリの電圧を用いる第１の推定方法によって充電状態を推定して前記バッテリの充電状態の推定値を更新し、前記バッテリの充電状態の推定値が前記第２の領域に属する場合には、前記バッテリに入出力される電流を用いる第２の推定方法によって充電状態を推定して前記バッテリの充電状態の推定値を更新し、
   前記制御装置は、前記バッテリの充電状態の推定値が前記第２の領域に属する期間が所定期間を超えた場合には、一時的に前記バッテリの充電状態が前記第１の領域に属するように前記バッテリの充電状態を変化させ、前記第１の推定方法で充電状態を推定する、バッテリ使用機器の制御装置。
2. 前記第１の推定方法によって得られる充電状態の推定精度は、前記第２の推定方法によって得られる充電状態の推定精度よりも高い、請求項１に記載のバッテリ使用機器の制御装置。
3. 前記バッテリは、
   複数のセルと、
   前記複数のセルの充電状態を均等化させる均等化回路とを含み、
   前記制御装置は、前記均等化回路を作動させて前記複数のセルの充電状態を均等化させる前に、一時的に前記バッテリの充電状態が前記第１の領域に属するように前記バッテリの充電状態を変化させ、前記第１の推定方法で充電状態を推定する、請求項１または２に記載のバッテリ使用機器の制御装置。
4. 前記バッテリ使用機器は、車両であり、
   前記電気負荷はモータを含み、
   前記車両は、内燃機関と、前記内燃機関の動力によって発電する発電機とをさらに含み、
   前記制御装置は、前記モータによる電力消費量と前記発電機の発電量とを変化させることにより、前記バッテリの充電状態を変化させる、請求項３に記載のバッテリ使用機器の制御装置。
5. 前記バッテリ使用機器は、前記バッテリ使用機器外部から与えられる電力を受けて前記バッテリに対して充電する外部充電が可能なように構成され、
   前記第１の領域は、前記第２の領域よりも充電状態が高い領域であり、
   前記制御装置は、前記バッテリの充電状態が前記第１の領域に到達するまで前記外部充電を行なうとともに前記第１の推定方法によって前記バッテリの充電状態を推定した後に、前記バッテリから所定量の放電を行なわせる、請求項１に記載のバッテリ使用機器の制御装置。
6. 前記制御装置は、
   前記第１、第２の推定方法のいずれかを用いて前記バッテリの充電状態の推定値を算出するとともに、前記バッテリの充電状態の推定値に基づいて充電状態の制御目標値を出力する電池制御部と、
   前記バッテリの充電状態の推定値および前記制御目標値に基づいて前記電気負荷を制御して前記バッテリの充電状態を変化させるハイブリッド制御部とを備える、請求項１〜５のいずれか１項に記載のバッテリ使用機器の制御装置。

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