蓄电器管理装置、蓄电器管理方法和车辆与流程

本发明涉及具有作为驱动源的电动机的车辆所具备的蓄电器的蓄电器管理装置和蓄电器管理方法、以及车辆。

背景技术：

在专利文献1中，记载了一种具有作为驱动源的电动机的车辆所具备的蓄电器的蓄电容量管理装置。该蓄电容量管理装置具备：估算蓄电器的劣化状态的内部电阻计算部；根据蓄电器的劣化状态，将蓄电器的可使用蓄电容量设定为多个区域(zone)的区域设定部；在导出了与蓄电器的开路电压相应的控制SOC之后，判别该导出的控制SOC属于区域设定部所设定的多个区域之中的哪个区域的所属区域判别部；根据所属区域判别部所判别出的区域，指示进行与蓄电器的充放电相关的控制的控制指示部。区域设定部所设定的多个区域之中的至少1个给定区域的蓄电容量的范围与蓄电器的劣化状态无关而被设定为固定，给定区域以外的区域的蓄电容量的范围根据蓄电器的劣化状态而不同。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2012/008462号

技术实现要素：

发明要解决的课题

专利文献1所记载的蓄电容量管理装置中的所属区域判别部在导出了与蓄电器的开路电压相应的控制SOC之后，判别蓄电器属于哪个区域。为了准确进行该判别，需要根据开路电压而导出的控制SOC的精度为一定以上。因此，专利文献1所记载的蓄电容量管理装置以开路电压与控制SOC的关系不取决于蓄电器的劣化状态而是唯一的蓄电器为对象。但是， 在以开路电压与控制SOC的关系根据劣化状态而变化的蓄电器为对象的情况下，对于专利文献1所记载的蓄电容量管理装置而言，会存在不能准确地判别该蓄电器属于哪个区域的情况。结果，在蓄电器发生了劣化的状态下，有可能不能适当地进行基于蓄电器的本来的控制SOC而设定的与充放电相关的控制，不能充分发挥与蓄电器的充放电相关的所希望的性能。

本发明的目的在于，提供一种能够充分发挥特性根据劣化状态而变化的蓄电器的性能的蓄电器管理装置和蓄电器管理方法、以及车辆。

用于解决课题的手段

为了达成上述目的，技术方案1所记载的发明具备：

导出表示具有作为驱动源的电动机(例如后述的实施方式中的电动机M)的车辆所具备的蓄电器(例如后述的实施方式中的蓄电器103)的充电状态的临时值(例如后述的实施方式中的临时控制SOC)的第1导出部(例如后述的实施方式中的开路电压计算部117以及临时控制SOC导出部119)；

基于对根据所述蓄电器的可使用的蓄电量(例如后述的实施方式中的可使用容量)而分割成的多个区域(例如后述的实施方式中的区域)的边界点(例如后述的实施方式中的边界点α、β)与所述临时值进行比较得到的条件，来导出所述蓄电器的充电状态(例如后述的实施方式中的控制SOC)的第2导出部(例如后述的实施方式中的控制SOC计算部125)；

基于所述第2导出部所导出的所述蓄电器的充电状态，来判别所述蓄电器属于所述多个区域之中的哪个区域的判别部(例如后述的实施方式中的所属区域判别部127)；和

根据所述判别部所判别出的区域，进行指示以进行所述蓄电器的充放电所涉及的控制的指示部(例如后述的实施方式中的控制指示部129)，

所述边界点基于所述蓄电器属于所述多个区域之中的至少1个特定区域时最低限度所需的可使用的蓄电量来设定，

所述最低限度所需的可使用的蓄电量是处于给定劣化状态的所述蓄电器属于所述特定区域时的可使用容量。

技术方案2所记载的发明在技术方案1所记载的发明中，

在判别为所述蓄电器属于所述特定区域(例如后述的实施方式中的D区域)时，所述指示部限制或禁止所述蓄电器的充电。

技术方案3所记载的发明在技术方案1所记载的发明中，

在判别为所述蓄电器属于所述特定区域(例如后述的实施方式中的BC区域)时，所述指示部限制或禁止所述蓄电器的放电。

技术方案4所记载的发明在技术方案1～3中任一项所记载的发明中，

还具备：第3导出部，其导出所述蓄电器的开路电压，

所述第1导出部根据所述第3导出部所导出的开路电压，基于所述蓄电器的开路电压与所述蓄电器的充电状态的关系来导出所述临时值。

技术方案5所记载的发明在技术方案1～4中任一项所记载的发明中，

所述第2导出部在所述边界点与所述临时值的比较的结果是判定为所述蓄电器属于所述特定区域的情况下，基于所述蓄电器的充放电电流的累计值，来导出所述蓄电器的充电状态。

技术方案6所记载的发明在技术方案1～5中任一项所记载的发明中，

所述第2导出部在所述边界点与所述临时值的比较的结果是判定为所述蓄电器不属于所述特定区域的情况下，基于所述蓄电器的充放电电流的累计值以及所述临时值，来导出所述蓄电器的充电状态。

技术方案7所记载的发明在技术方案6所记载的发明中，

所述第2导出部在判定为所述蓄电器不属于所述特定区域的情况下，所述临时值越接近于所述边界点则越增加基于所述临时值的导出比例。

技术方案8所记载的发明在技术方案1～7中任一项所记载的发明中，

处于所述给定劣化状态的所述蓄电器，是表示所述蓄电器为满充电时的充电状态的值成为表示未发生劣化的所述蓄电器为满充电时的充电状态的值的一半以下的状态的所述蓄电器。

技术方案9所记载的发明在技术方案1～8中任一项所记载的发明中，所述蓄电器的开路电压与所述蓄电器的充电状态的关系根据所述蓄电器的劣化状态而变化。

技术方案10所记载的发明在技术方案8所记载的发明中，

所述给定劣化状态是所述蓄电器的劣化状态为能够容许的最低限度的水平。

技术方案11所记载的发明在技术方案4所记载的发明中，

所述第1导出部导出所述临时值时所利用的所述蓄电器的开路电压与所述蓄电器的充电状态的关系，是所述蓄电器处于初始状态与所述给定劣化状态之间表示与开路电压相对应的充电状态的值的误差最小的劣化状态下的所述关系。

技术方案12所记载的发明具有技术方案1～11中任一项所记载的蓄电器管理装置。

技术方案13所记载的发明具有：

导出表示具有作为驱动源的电动机(例如后述的实施方式中的电动机M)的车辆所具备的蓄电器(例如后述的实施方式中的蓄电器103)的充电状态的临时值(例如后述的实施方式中的临时控制SOC)的第1导出步骤；

基于对根据所述蓄电器的可使用的蓄电量(例如后述的实施方式中的可使用容量)而分割成的多个区域(例如后述的实施方式中的区域)的边界点(例如后述的实施方式中的边界点α、β)与所述临时值进行比较得到的条件，来导出所述蓄电器的充电状态(例如后述的实施方式中的控制SOC)的第2导出步骤；

基于由所述第2导出步骤所导出的所述蓄电器的充电状态，来判别所述蓄电器属于所述多个区域之中的哪个区域的判别步骤；和

根据由所述判别步骤所判别出的区域，进行指示以进行所述蓄电器的充放电所涉及的控制的控制指示步骤，

所述边界点基于所述蓄电器属于所述多个区域之中的至少1个特定区域时最低限度所需的可使用的蓄电量来设定，

所述最低限度所需的蓄电量是处于给定劣化状态的所述蓄电器属于所述特定区域时的可使用容量。

发明效果

根据技术方案1、12以及13的发明，根据蓄电器的可使用的蓄电量而分割成的多个区域的边界点基于处于给定劣化状态的蓄电器的特性来设定，以使得即使蓄电器发生劣化也能够确保特定区域中各自最低限度所需的容量。这样设定了边界点的蓄电器管理装置在导出了表示蓄电器的充 电状态的临时值之后，基于对该临时值与边界点进行比较得到的条件，导出了蓄电器的充电状态。因此，即使在使用了特性根据劣化状态而变化的蓄电器的情况下，即使该蓄电器发生劣化也能够确保特定区域中最低限度所需的容量。因此，即使蓄电器发生劣化而引起特性发生变化，也能够充分发挥所需要的性能。

根据技术方案2的发明，即使蓄电器发生劣化，也能够确保限制或禁止了蓄电器的充电的区域中的最低限度所需的容量。

根据技术方案3的发明，即使蓄电器发生劣化，也能够确保限制或禁止了蓄电器的放电的区域中的最低限度所需的容量。

根据技术方案4的发明，能够导出基于蓄电器的开路电压与蓄电器的充电状态的关系的该蓄电器的充电状态的临时值。

根据技术方案5的发明，能够高精度地估算属于特定区域的蓄电器的充电状态。

根据技术方案6的发明，能够高精度地估算不属于特定区域的蓄电器的充电状态。

根据技术方案7的发明，能够适当地导出不属于特定区域的接近于边界点的蓄电器的充电状态。另外，能够保证属于特定区域的蓄电器的充电状态与不属于特定区域的蓄电器的充电状态的连续性。

根据技术方案8的发明，即使在表示蓄电器为满充电时的充电状态的值成为表示未发生劣化的蓄电器为满充电时的充电状态的值的一半以下的状态下，也能够确保特定区域中最低限度所需的容量。

根据技术方案9的发明，开路电压与充电状态的关系根据劣化状态而变化的蓄电器能够充分发挥所需要的性能。

根据技术方案10的发明，即使蓄电器的劣化状态成为能够容许的最低限度的水平，也能够确保特定区域中最低限度所需的容量。

根据技术方案11的发明，能够使与蓄电器的劣化状态相应的临时值的误差最小化。

附图说明

图1是搭载了一实施方式的蓄电器管理装置的车辆的示意结构图。

图2是表示蓄电器处于新品时以及劣化时的开路电压相对于实际SOC的变化特性的图。

图3是表示蓄电器处于新品时以及劣化时的控制SOC的范围与开路电压OCV与多个区域的关系的图。

图4是表示蓄电器处于新品时以及劣化时的、开路电压相对于实际SOC的变化特性和开路电压相对于容量的变化特性的图。

图5是表示蓄电器管理装置的内部构成的框图。

图6是表示蓄电器处于新品时、劣化时以及劣化进展时的开路电压相对于控制SOC的变化特性的图。

图7是表示与控制SOC相对应的电流累计比重映射的一例的图。

图8是表示与控制SOC相对应的电流累计比重映射的另一例的图。

图9是表示蓄电器管理装置的动作的流程图。

具体实施方式

以下，参照附图来说明本发明的实施方式。以下说明的实施方式的蓄电器管理装置搭载于将由从蓄电器供给的电力来驱动的电动机设置为驱动源的EV(Electric Vehicle：电动汽车)、HEV(Hybrid Electrical Vehicle：混合动力电动汽车)等车辆。

图1是搭载了一实施方式的蓄电器管理装置的车辆的示意结构图。图1所示的车辆主要具备电动机M、变速机构TM、驱动轮W、电力控制装置101、蓄电器103、电流传感器105、电压传感器107和蓄电器管理装置109。在该车辆中，来自电动机M的驱动力经由变速机构TM而传递给驱动轮W。此外，若在减速时从驱动轮W侧向电动机M侧传递驱动力，则电动机M作为发电机来发挥作用而产生所谓的再生制动力，将车体的运动能量作为再生能量而回收到蓄电器103中。

以下，说明车辆所具备的各构成要素。

电力控制装置101对电动机M的驱动所涉及的从蓄电器103向电动机M的电力供给、以及从电动机M向蓄电器103的再生能量的回收进行控制。

蓄电器103是镍氢电池、锂离子电池等2次电池。在利用作为2次电 池的蓄电器103时，需要始终监视蓄电器103的剩余容量(SOC：State of Charge)，进行过充电、过放电的防止控制。蓄电器103在进行了这样的控制的基础上，在蓄电器103的可使用的控制SOC的范围(0％～100％)内被反复进行充放电。蓄电器103的控制SOC基于蓄电器103的充放电电流的累计值以及/或者蓄电器103的开路电压(OCV：Open Circuit Voltage)而导出。此外，如图2所示，蓄电器103的开路电压与实际的SOC(实际SOC)的关系根据蓄电器103的劣化状态而不同。另外，在蓄电器103的控制SOC与实际的SOC(实际SOC)之间存在差别。

电流传感器105检测蓄电器103的充放电电流Ib。充放电电流Ib包含：从蓄电器103向电动机M供给的放电电流、以及从进行再生动作的电动机M向蓄电器103供给的充电电流。

电压传感器107检测蓄电器103的端子电压Vb(也称作闭路电压(CCV：Closed Circuit Voltage))。电流传感器105的检测定时与电压传感器107的检测定时为大致同时。

蓄电器管理装置109导出蓄电器103的控制SOC，并判别蓄电器103属于预先设定的多个区域(以下称作“区域”)之中的哪个区域。图3是表示蓄电器103处于新品时以及劣化时的控制SOC的范围与开路电压OCV与多个区域的关系的图。如图3所示，蓄电器103的可使用的控制SOC的范围从0％侧一直到100％侧，划分为C区域、B区域、A区域、D区域这4个区域。蓄电器管理装置109根据所判别出的区域，对电力控制装置101进行以下说明的控制。

针对属于C区域的蓄电器103，禁止放电。此外，属于B区域的蓄电器103处于保证车辆上坡或开动时的对电动机M的电力供给的蓄电状态。因此，针对属于B区域的蓄电器103，限制放电。属于A区域的蓄电器103处于能够进行平地、市区等一般的行驶的蓄电状态。因此，针对属于A区域的蓄电器103，进行标准控制。此外，属于D区域的蓄电器103处于基于减速时的电动机M的再生动作等的充电被限制或禁止的蓄电状态。因此，针对属于D区域的蓄电器103，限制或禁止充电。

在本实施方式中，如图2所示，蓄电器103的开路电压与实际SOC的关系根据蓄电器103的劣化状态而不同，因此如图3所示，对于新品的 蓄电器103与发生了劣化的蓄电器103而言，即使是相同的开路电压，可使用容量也不同。因此，若基于新品的蓄电器103的开路电压来设定D区域与A区域的边界点或BC区域与A区域的边界点，则发生了劣化的蓄电器103属于D区域或BC区域时，不能确保各区域中最低限度所需的容量。例如，若基于新品的蓄电器103的开路电压来设定BC区域与A区域的边界点，则发生了劣化的蓄电器103属于BC区域时，不能确保BC区域中最低限度所需的容量。因此，在本实施方式中，基于与发生了劣化的蓄电器103的开路电压相应的可使用容量，来分别设定了D区域与A区域的边界点α以及BC区域与A区域的边界点β。结果，如图4所示，新品的蓄电器103的各区域中可使用容量中包含富余部分，但即使该蓄电器103发生劣化，在边界点α处的D区域以及边界点β处的BC区域中各区域中的保证容量、即各区域中最低限度所需的容量也得到确保。另外，本实施方式的说明中的所谓“发生了劣化”的蓄电器103或“劣化时”的蓄电器103，是指图4所示的实际SOC为上限SOC(控制SOC＝100％)时的可使用容量成为新品时的一半以下的状态的蓄电器103，蓄电器103的劣化状态是能够容许的最低限度水平。

图5是表示蓄电器管理装置109的内部构成的框图。如图5所示，蓄电器管理装置109具有电流/电压取得部111、微分运算部113、内部电阻计算部115、开路电压计算部117、临时控制SOC导出部119、电流累计比重导出部121、所属区域判定部123、控制SOC计算部125、所属区域判别部127和控制指示部129。

电流/电压取得部111取得由电流传感器105所检测出的充放电电流Ib以及由电压传感器107所检测出的端子电压Vb。微分运算部113对电流/电压取得部111所取得的充放电电流Ib以及端子电压Vb分别进行微分运算。内部电阻计算部115基于微分运算部113所计算出的充放电电流Ib的微分值ΔIb以及端子电压Vb的微分值ΔVb，通过以下的式(1)来计算蓄电器103的内部电阻Rn。

Rn＝ΔVb/ΔIb…(1)

开路电压计算部117基于内部电阻计算部115所计算出的内部电阻Rn、以及电流/电压取得部111所取得的充放电电流Ib以及端子电压Vb， 通过以下的式(2)来计算蓄电器103的开路电压OCV。

OCV＝Vb+Ib×Rn…(2)

临时控制SOC导出部119根据开路电压计算部117所计算出的开路电压OCV，使用映射，来导出蓄电器103的控制SOC的临时值(以下称作“临时控制SOC”)。另外，临时控制SOC导出部119所使用的映射如图6所示，基于根据蓄电器103的劣化状态而变化的控制SOC-OCV曲线之中的位于新品的蓄电器103的曲线与发生了劣化的蓄电器103的曲线之间的曲线所示的值而作成。在本实施方式中，基于蓄电器103处于新品时与劣化时之间，控制SOC相对于开路电压OCV的误差最小的劣化状态下的曲线所示的值来作成了映射。因此，能够使与蓄电器103的劣化状态相应的临时控制SOC的误差最小化。

电流累计比重导出部121根据临时控制SOC导出部119所导出的临时控制SOC，使用图7所示的电流累计比重映射，来导出电流累计比重，其中电流累计比重表示在控制SOC计算部125计算控制SOC时使用蓄电器103的充放电电流Ib的累计值的比例。电流累计比重如图7所示是0到1之间的值，电流累计比重导出部121在临时控制SOC超过与D区域和A区域的边界点α相对应的阈值thα的情况或临时控制SOC小于与BC区域和A区域的边界点β相对应的阈值thβ的情况下，导出1。此外，电流累计比重导出部121在临时控制SOC为阈值thβ以上且阈值thα以下时，越接近阈值thα、thβ则导出越小的值。另外，根据基于蓄电器103的劣化状态的开路电压与实际SOC的关系的变化，电流累计比重导出部121也可以使用图8所示的电流累计比重映射。图8所示的电流累计比重映射特别是在使用控制SOC-OCV曲线的倾斜较大的蓄电器时优选。此外，除了图7以及图8所示的电流累计比重映射以外，电流累计比重导出部121所使用的电流累计比重映射也可以根据蓄电器的特性、使用状况等进行各种设定。

所属区域判定部123根据临时控制SOC导出部119所导出的临时控制SOC，来判定蓄电器103所属的区域。如图7以及图8所示，若临时控制SOC超过与D区域和A区域的边界点α相对应的阈值thα，则所属区域判定部123判定为蓄电器103属于D区域，若临时控制SOC小于与BC 区域和A区域的边界点β相对应的阈值thβ，则所属区域判定部123判定为蓄电器103属于BC区域，若临时控制SOC为阈值thβ以上且阈值thα以下，则所属区域判定部123判定为属于A区域。进而，所属区域判定部123决定与所判定的所属区域相应的电流累计分母容量。电流累计分母容量在控制SOC计算部125使用蓄电器103的充放电电流Ib的累计值来计算控制SOC时使用。

控制SOC计算部125按照每个给定时间，通过以下所示的式(3)来计算蓄电器103的控制SOC。另外，式(3)中右边包含“控制SOC的上次值”是由控制SOC计算部125所计算出的最新的控制SOC。此外，式(3)中右边包含的“累计放电量-累计充电量”是将以蓄电器103处于放电时的充放电电流Ib为正值而处于充电时的充放电电流Ib为负值时的充放电电流Ib的累计值除以所属区域判定部123所决定的电流累计分母容量而得到的值。

控制SOC＝{控制SOC的上次值×电流累计比重}+{临时控制SOC×(1-电流累计比重)}-{累计放电量-累计充电量}…(3)

使用式(3)计算的控制SOC在电流累计比重为1时，从控制SOC的上次值中减去“累计放电量-累计充电量”来计算得到，在电流累计比重为例如0.9时，从控制SOC的上次值的十分之9与临时控制SOC导出部119所导出的临时控制SOC的十分之1的合计中减去“累计放电量-累计充电量”来计算得到。因此，图7或图8所示的电流累计比重映射所示的电流累计比重被设定为1时，计算使用了充放电电流Ib的累计值的控制SOC，而在电流累计比重小于1时，计算通过临时控制SOC来进行了一部分校正后的控制SOC。

所属区域判别部127根据控制SOC计算部125所计算出的控制SOC，来判别蓄电器103属于哪个区域。

控制指示部129根据所属区域判别部127所判别出的区域，指示电力控制装置101以进行基于车速、加速踏板开度、制动踏板踏力、控制SOC、挡位(shift position)等的蓄电器103的充放电所涉及的控制。

图9是表示蓄电器管理装置109的动作的流程图。如图9所示，蓄电器管理装置109的电流/电压取得部111取得由电流传感器105所检测出的 充放电电流Ib以及由电压传感器107所检测出的端子电压Vb(步骤S101)。接着，微分运算部113对充放电电流Ib以及端子电压Vb分别进行微分运算，内部电阻计算部115根据充放电电流Ib的微分值ΔIb以及端子电压Vb的微分值ΔVb来计算蓄电器103的内部电阻Rn(步骤S103)。接着，开路电压计算部117基于内部电阻Rn、充放电电流Ib以及端子电压Vb，来计算蓄电器103的开路电压OCV(步骤S105)。

接着，临时控制SOC导出部119根据蓄电器103的开路电压OCV来导出临时控制SOC(步骤S107)。接着，电流累计比重导出部121导出与临时控制SOC相应的电流累计比重(步骤S109)。接着，所属区域判定部123根据临时控制SOC，来判断蓄电器103所属的区域，并决定与所判定的所属区域相应的电流累计分母容量(步骤S111)。接着，控制SOC计算部125通过上述的式(3)来计算蓄电器103的控制SOC(步骤S113)。

接着，所属区域判别部127根据在步骤S113中计算出的控制SOC，来判别蓄电器103属于哪个区域(步骤S115)。最后，控制指示部129对电力控制装置101进行与在步骤S115中判别出的区域相应的控制的指示(步骤S117)。

如以上说明的那样，在本实施方式中，对蓄电器103进行不同的控制的多个区域的边界点α、β基于发生了劣化的蓄电器103的特性来设定，以使得即使蓄电器103发生劣化也能够确保各区域(尤其是D区域以及BC区域)中各自最低限度所需的容量。这样设定了边界点α、β的蓄电器管理装置109在导出了与基于蓄电器103的充放电电流Ib以及端子电压Vb而计算出的开路电压OCV相对应的临时控制SOC之后，对该临时控制SOC与边界点α、β所对应的阈值进行比较，计算了适当的控制SOC。因此，在本实施方式中，在开路电压与实际SOC的关系根据劣化状态而不同的蓄电器103的情况下，即使该蓄电器103发生劣化也能够确保上述各区域中最低限度所需的容量。因此，即使蓄电器103发生劣化而引起开路电压与可使用容量的关系发生变化，也能够充分发挥所需要的性能。

另外，本发明并不限定于前述的实施方式，能够进行适当变形、改良等。

符号说明

101 电力控制装置

103 蓄电器

105 电流传感器

107 电压传感器

109 蓄电器管理装置

111 电流/电压取得部

113 微分运算部

115 内部电阻计算部

117 开路电压计算部

119 临时控制SOC导出部

121 电流累计比重导出部

123 所属区域判定部

125 控制SOC计算部

127 所属区域判别部

129 控制指示部

M 电动机

TM 变速机构

W 驱动轮