车辆以及二次电池的充电状态推定方法 技术领域 本发明涉及车辆以及二次电池的充电状态推定方法， 尤其是涉及包括二次电池和 执行二次电池的充放电控制的控制装置的车辆、 以及该二次电池的充电状态推定方法。
背景技术 近年来， 作为注重环保的汽车， 通过电动机驱动车轮的电动车和并用电动机和发 动机来驱动车轮的混合动力车受到了关注。在这样的混合动力车中， 通过发动机的动力使 搭载在车辆上的发电机旋转发电， 通过发电产生的电力对蓄电池进行充电、 或者向电动机 供应电力， 但是也正在研究能够从外部对蓄电池进行充电、 能够在家庭等地进行充电 ( 下 面简称为外部充电 ) 的车辆。
如果能够进行外部充电， 那么通过在家庭等地进行充电就减少了为补给燃料而前 往加油站的次数， 对驾驶者来说很方便， 并且通过利用廉价的深夜用电等， 即便从成本方面 来看也是划算的。
专利第 3016349 号公报 ( 专利文献 1) 公开了这样的能够从外部进行充电的混合 专利文献 1 ： 日本专利文献专利第 3016349 号公报 专利文献 2 ： 国际公开第 99/61929 号公报 专利文献 3 ： 日本专利文献特开 2003-7353 号公报 专利文献 4 ： 国际公开第 98/56059 号公报动力车。
发明内容 发明所要解决的技术问题
混合动力车和电动车等搭载有蓄电池的车辆计算蓄电池的充电状态 (SOC ： State Of Charge)， 并进行控制以使得蓄电池不会发生过充电和过放电。 SOC 也被称为充电量或剩 余容量等。
例如， 在国际公开第 99/61929 号公报 ( 专利文献 2) 中， 公开了蓄电池的 SOC 的推 定方法的一个例子。该 SOC 的推定方法考虑了电池的内部电阻和极化， 因此即使充放电以 短的周期被切换、 重复， 也能够正确地推定出 SOC。
但是， 在执行外部充电时， 蓄电池不会发生放电， 所以处于仅持续地进行充电的状 态。在将这样的现有的 SOC 推定方法应用于外部充电时， 蓄电池电压由于极化而产生的变 化量大， 所以 SOC 会被推定得高于实际的 SOC。这样一来， 在外部充电过程中控制装置会早 于实际情况而识别为 SOC 达到了管理上限值并停止外部充电。
能够进行外部充电的车辆优选能够执行 EV(Electric Vehicle， 电动汽车 ) 行驶 ( 即， 使用对蓄电池进行外部充电而存储的电力而不使用发动机 ) 而能够尽可能地不使用 汽油等燃料来运行， 但是外部充电未能完全充电至 SOC 上限值的话会导致 EV 行驶距离变 短， 因此很不利。
另外， 相反地， 在严寒期间的早晨等时候， 在通过定时功能等使用蓄电池的电力来 执行乘车前空气调节这样的情况下， 变为仅持续地进行放电的状态。 在这样的情况下， 如果 使用现有的 SOC 的推定方法， 则 SOC 会被推定得比实际情况低。这样一来， 控制装置会识别 为 SOC 已达到了管理下限值， 因此会提早停止空气调节。
本发明的目的在于提供一种能够增大充电量或放电量的、 能够有效地利用二次电 池的车辆。
用于解决问题的手段
概括而言， 本发明的车辆包括 ： 能够进行充放电的二次电池 ； 对二次电池的电流 进行检测的电流传感器 ； 和推定出二次电池的充电状态， 并基于充电状态对二次电池的充 放电进行控制的控制装置。控制装置在充电和放电的循环被重复地执行的第一工作模式 下， 推定出二次电池的开路电压， 并通过基于极化对开路电压进行校正而得到的值来确定 充电状态。控制装置在充电和放电中的一者持续地进行的第二工作模式下， 基于对由电流 传感器检测到的电流进行累计而得到的结果来确定充电状态。
优选的是， 车辆构成为能够执行从车辆外部对二次电池进行充电的外部充电。在 外部充电时选择第二工作模式。
更加优选的是， 车辆还包括能够从二次电池接受电力供应而执行乘车前空气调节 的空调装置。在外部充电时和乘车前空气调节时选择第二工作模式。控制装置在作为前处 理而执行了外部充电和乘车前空气调节中的一者、 作为在前处理之后继续进行的后处理而 执行了另一者的情况下， 在执行前处理之前存储电流传感器的偏移值， 在执行后处理时利 用在执行前处理之前存储了的偏移值对由电流传感器检测到的电流进行校正。
优选的是， 车辆还包括能够执行动力运行工作和再生工作的电动机。在能够重复 地执行动力运行工作和再生工作的车辆行驶期间， 选择第一工作模式。
本发明的另一种技术方案是一种二次电池的充电状态推定方法， 该二次电池能够 进行充放电， 该二次电池的充电状态推定方法包括 ： 判断二次电池被使用的工作模式的步 骤； 当在进行判断的步骤中判断出工作模式为充电和放电的循环被重复地执行的第一工作 模式时， 推定出二次电池的开路电压， 并通过基于极化对开路电压进行校正而得到的值来 确定充电状态的步骤 ； 和当在进行判断的步骤中判断出工作模式为充电和放电中的一者持 续地进行的第二工作模式时， 基于对由电流传感器检测到的电流进行累计而得到的结果来 确定充电状态的步骤。
优选的是， 二次电池被搭载在车辆上。车辆构成为能够执行从车辆外部对二次电 池进行充电的外部充电。在进行判断的步骤中， 在外部充电时判断为第二工作模式。
更加优选的是， 车辆还包括能够从二次电池接受电力供应而执行乘车前空气调节 的空调装置， 在外部充电时和乘车前空气调节时选择第二工作模式。 还包括以下步骤 ： 在作 为前处理而执行了外部充电和乘车前空气调节中的一者、 作为在前处理之后继续进行的后 处理而执行了另一者的情况下， 在执行前处理之前存储电流传感器的偏移值， 在执行后处 理时利用在执行前处理之前存储了的偏移值对由电流传感器检测到的电流进行校正。
优选的是， 车辆还包括能够执行动力运行工作和再生工作的电动机。在进行判断 的步骤中， 在能够重复地执行动力运行工作和再生工作的车辆行驶期间， 判断为第一工作 模式。发明的效果
根据本发明， 能够增大对蓄电池的充电量和放电量， 所以能够有效地利用蓄电池， 从而能够延长不使用发动机而通过电动机来行驶的距离。 附图说明
图 1 是表示本发明的实施方式的车辆 1 的主体结构的图。
图 2 是表示蓄电池的开路电压 OCV 和 SOC 之间的关系的图。
图 3 是用于说明充电时的蓄电池电压和放电时的蓄电池电压随着时间经过而发 生的变化的波形图。
图 4 是说明在本实施方式中执行的 SOC 推定处理和车辆的控制的流程图。
图 5 是表示由控制装置 30 执行的 SOC 推定处理的构成的框图。
图 6 是用于说明基于本实施方式的 SOC 计算处理而紧接在乘车前空气调节之后执 行了插入式充电时的一个例子的波形图。
附图标记说明 ：
1 车辆 3 动力分配机构 4 发动机 6 充电器 7 空调 8 商用电源 10-1、 10-2、 13 电压传感器
11-1、 11-2 电流传感器 12-1、 12-2 升压转换器
14 变换器 30 控制装置 40-1、 40-2 斩波电路
110 电流检测部 112 电压检测部 114 伪 SOC 推定部
116 电动势推定部 118 电压变动推定部 120 动态电压变动推定部 122、 128 加法计算部 124 比较器 126 SOC 修正量计算部 132 初始 SOC 检测部 134 电流累计处理部 136 选择部
B1、 B2 蓄电池 C1、 C2、 CH 平滑电容器
D1A、 D2B 二极管 L1、 L2 电感 LN1A、 LN2A 正母线
LN1B、 LN2B 布线 LN1C、 LN2C 负母线 MA、 MB 电池模块
MG1、 MG2 电动发电 机 MNL 主负母线 MPL 主正母线
NL1、 NL2 负极线 PL1、 PL2 正极线 Q1A、 Q1B、 Q2A、 Q2B 晶体管 SMR1、 SMR2 系统主继电器
具体实施方式
以下， 参照附图来详细地说明本发明的实施方式。 另外， 在附图中对同一部分或相 当的部分标注同一附图标记， 不重复对其的说明。
( 车辆的整体结构 )
图 1 是表示本发明的实施方式的车辆 1 的主体结构的图。
参照图 1， 车辆 1 包括 ： 蓄电池 B1、 B2 ； 升压转换器 12-1、 12-2 ； 平滑电容器 CH ； 电 压传感器 10-1、 10-2、 13 ； 变换器 14 ； 发动机 4 ； 电动发电机 MG1、 MG2 ； 动力分配机构 3 ； 和控 制装置 30。
该车辆所搭载的蓄电池 B1、 B2 能够从外部进行充电。因此， 车辆 1 还包括充电器 6， 该充电器 6 具有能够与例如 AC100V 或 200V 的商用电源 8 连接的连接器， 并与正极线 PL1和负极线 NL1 连接。充电器 6 将交流电转换为直流电， 并且对电压进行调压后将其提供给 蓄电池。另外， 为了能够进行外部充电， 除此之外也可以使用将电动发电机 MG1、 MG2 的转子 绕组的中性点与交流电源连接的方式、 或者合并升压转换器 12-1、 12-2 来作为交流直流转 换装置而发挥作用的方式。
平滑电容器 CH 使由升压转换器 12-1、 12-2 升压后的电压平滑化。电压传感器 13 对平滑电容器 CH 的端子间电压进行检测， 并将检测结果输出至控制装置 30。
变换器 14 将从升压转换器 12-1 或 12-2 提供的直流电压 VH 转换为三相交流电压， 并输出至电动发电机 MG1 和 MG2。
动力分配机构 3 为与发动机 4 和电动发电机 MG1、 MG2 连接并在这三者之间分配动 力的机构。例如作为动力分配机构 3， 可以使用具有太阳齿轮、 行星齿轮架、 内啮合齿轮的 三根旋转轴的行星齿轮机构。在行星齿轮机构中， 如果确定了三根旋转轴中的两根旋转轴 的旋转， 则另一根旋转轴的旋转也被强制性地确定了。这三根旋转轴分别与发动机 4、 电动 发电机 MG1、 MG2 的各自的旋转轴连接。另外， 电动发电机 MG2 的旋转轴通过没有图示的减 速齿轮、 差动齿轮而与车轮连接。另外， 在动力分配机构 3 中还可以组装有针对电动发电机 MGG2 的旋转轴的减速器。 蓄电池 B1 的正极与正极线 PL1 连接， 负极与负极线 NL1 连接。电压传感器 10-1 对蓄电池 B1 的正负极之间的电压 Vb1 进行测定。为了与电压传感器 10-1 一起监视蓄电池 B1 的充电状态 SOC1， 设置有对流过蓄电池 B1 的电流 Ib1 进行检测的电流传感器 11-1。另 外， 在控制装置 30 中检测出蓄电池 B1 的充电状态 SOC1。控制装置 30 使用后面结合图 4、 图 5 说明的方法计算出充电状态 SOC1。
蓄电池 B2 的正极与正极线 PL2 连接， 负极与负极线 NL2 连接。电压传感器 10-2 对蓄电池 B2 的端子间的电压 Vb2 进行测定。为了与电压传感器 10-2 一起监视蓄电池 B2 的充电状态 SOC2， 设置有对流过蓄电池 B2 的电流 Ib2 进行检测的电流传感器 11-2。另外， 在控制装置 30 中检测出蓄电池 B2 的充电状态 SOC2。控制装置 30 使用后面结合图 4、 图5 说明的方法计算出充电状态 SOC2。
作为蓄电池 B1、 B2， 例如可以使用铅蓄电池、 镍氢电池、 锂离子电池等二次电池、 或 电双层电容器等大容量的电容器等。
蓄电池 B2 和蓄电池 B1 的可蓄电容量例如被设定为 ： 通过同时使用， 能够输出连接 在主正母线 MPL 和主负母线 MNL 之间的电负载 ( 变换器 14 和电动发电机 MG2) 所容许的最 大功率。由此， 在不使用发动机的 EV(Electric Vehicle) 行驶中， 能够进行最大功率的行 驶。
而且， 如果蓄电池 B2 的电力被耗尽， 则使用蓄电池 B1 和发动机 4， 由此即使不使用 蓄电池 B2 也能够进行最大功率的行驶。另外， 也可以构成为 ： 车辆搭载有多个蓄电池 B2， 如果第一个蓄电池 B2 的电力被耗尽， 则通过开关等切换连接至第二个蓄电池 B2、 第三个蓄 电池 B2， 由此能够继续执行 EV 行驶。
变换器 14 与主正母线 MPL 和主负母线 MNL 连接。变换器 14 接受由升压转换器 12-1 和 12-2 升压后的电压， 例如为了起动发动机 4 而驱动电动发电机 MG1。另外， 变换器 14 使由电动发电机 MG1 利用从发动机 4 传递过来的动力发电产生的电力返回升压转换器 12-1 和 12-2。此时， 升压转换器 12-1 和 12-2 由控制装置 30 控制而作为将电压 VH 分别转
换为电压 Vb1、 Vb2 的电压转换电路工作。
变换器 14 将升压转换器 12-1 和 12-2 输出的直流电压转换为三相交流电压并向 驱动车轮的电动发电机 MG2 输出。另外， 变换器 14 使伴随着再生制动而在电动发电机 MG2 中发电产生的电力返回升压转换器 12-1 和 12-2。此时， 升压转换器 12-1 和 12-2 由控制装 置 30 控制而作为将电压 VH 分别转换为电压 Vb1、 Vb2 的电压转换电路工作。
控制装置 30 接收电动发电机 MG1 和 MG2 的各自的转矩指令值、 电动机电流值和旋 转速度、 电压 Vb1、 Vb2、 VH 的各值、 以及起动信号。而且， 控制装置 30 向升压转换器 12-1 和 12-2 输出升压指令、 降压指令、 和工作禁止指令。
而且， 控制装置 30 向变换器 14 输出 ： 将作为升压转换器 12-1、 12-2 的输出的直流 电压 VH 转换为用于驱动电动发电机 MG1 的交流电压的驱动指令 ； 和使电动发动机 MG1 发电 产生的交流电压转换为直流电压 VH 并将该直流电压 VH 返回升压转换器 12-1、 12-2 侧的再 生指令。
同样地， 控制装置 30 向变换器 14 输出 ： 将直流电压转换为用于驱动电动发电机 MG2 的交流电压的驱动指令 ； 和使电动发动机 MG2 发电产生的交流电压转换为直流电压并 将该直流电压返回升压转换器 12-1、 12-2 侧的再生指令。 升压转换器 12-1 包括 ： 斩波电路 40-1 ； 正母线 LN1A ； 负母线 LN1C ； 布线 LN1B ； 和 平滑电容器 C1。斩波电路 40-1 包括 ： 晶体管 Q1A、 Q1B ； 二极管 D1A、 D1B ； 和电感 L1。由晶 体管 Q1B 和二极管 D1B 构成了上臂。另外， 由晶体管 Q1A 和二极管 D1A 构成了下臂。
正母线 LN1A 的一端与晶体管 Q1B 的集电极连接， 另一端与主正母线 MPL 连接。另 外， 负母线 LN1C 的一端与负极线 NL1 连接， 另一端与主负母线 MNL 连接。
晶体管 Q1A、 Q1B 在负母线 LN1C 和正母线 LN1A 之间串联连接。具体而言， 晶体管 Q1A 的发射极与负母线 LN1C 连接， 晶体管 Q1B 的发射极与晶体管 Q1A 的集电极连接， 晶体管 Q1B 的集电极与正母线 LN1A 连接。在下臂中， 二极管 D1A 与晶体管 Q1A 并联连接。在上臂 中， 二极管 D1B 与晶体管 Q1B 并联连接。二极管 D1A 的导通方向为从母线 LN1C 朝向电感 L1 的方向。另外， 二极管 D1B 的导通方向为从电感 L1 朝向母线 LN1A 的方向。电感 L1 的一端 与晶体管 Q1A 和晶体管 Q1B 的连接节点连接。
布线 LN1B 连接在正极线 PL1 和电感 L1 的另一端之间。平滑电容器 C1 连接在布 线 LN1B 和负母线 LN1C 之间， 减少布线 LN1B 和负母线 LN1C 之间的直流电压所含的交流成 分。
正极线 PL1 和负极线 NL1 通过系统主继电器 SMR1 分别与蓄电池 B1 的正极和负极 连接。
而且， 斩波电路 40-1 能够按照从控制装置 30 提供的驱动信号 PWC1 对从正极线 PL1 和负极线 NL1 接受的直流电力 ( 驱动电力 ) 进行升压， 并将升压后的直流电力向主正母 线 MPL 和主负母线 MNL 供应， 另外对主正母线 MPL 和主负母线 MNL 之间的电压进行降压后 向蓄电池 B1 供应。
升压转换器 12-2 包括 ： 斩波电路 40-2 ； 正母线 LN2A ； 负母线 LN2C ； 布线 LN2B ； 和 平滑电容器 C2。斩波电路 40-2 包括 ： 晶体管 Q2A、 Q2B ； 二极管 D2A、 D2B ； 和电感 L2。由晶 体管 Q2B 和二极管 D2B 构成了上臂。另外， 由晶体管 Q2A 和二极管 D2A 构成了下臂。
正母线 LN2A 的一端与晶体管 Q2B 的集电极连接， 另一端与主正母线 MPL 连接。另
外， 负母线 LN2C 的一端与负极线 NL2 连接， 另一端与主负母线 MNL 连接。
晶体管 Q2A、 Q2B 在负母线 LN2C 和正母线 LN2A 之间串联连接。具体而言， 晶体管 Q2A 的发射极与负母线 LN2C 连接， 晶体管 Q2B 的发射极与晶体管 Q2A 的集电极连接， 晶体管 Q2B 的集电极与正母线 LN2A 连接。在下臂中， 二极管 D2A 与晶体管 Q2A 并联连接。在上臂 中， 二极管 D2B 与晶体管 Q2B 并联连接。二极管 D2A 的导通方向为从母线 LN2C 朝向电感 L2 的方向。另外， 二极管 D2B 的导通方向为从电感 L2 朝向母线 LN2A 的方向。电感 L2 与晶体 管 Q2A 和晶体管 Q2B 的连接节点连接。
另 外， 晶 体 管 Q1B、 Q1A、 Q2A、 Q2B 只 要 是 功 率 开 关 元 件 即 可， 可以使用 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝 缘 栅 双 极 晶 体 管 ) 元 件 或 功 率 MOSFET(Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor， 金属 - 氧化物 - 半导体 场效应管 ) 等。
布线 LN2B 的一端与正极线 PL2 连接， 另一端与电感 L2 连接。平滑电容器 C2 连接 在布线 LN2B 和负母线 LN2C 之间， 减少布线 LN2B 和负母线 LN2C 之间的直流电压所含的交 流成分。
正极线 PL2 和负极线 NL2 通过系统主继电器 SMR2 分别与蓄电池 B2 的正极和负极 连接。
而且， 斩波电路 40-2 能够按照从图 1 的控制装置 30 提供的驱动信号 PWC2 对从正 极线 PL2 和负极线 NL2 接受的直流电力 ( 驱动电力 ) 进行升压， 并将升压后的直流电力向 主正母线 MPL 和主负母线 MNL 供应， 另外对主正母线 MPL 和主负母线 MNL 之间的电压进行 降压后向蓄电池 B2 供应。
( 对开路电压和充电状态的说明 )
图 2 是表示蓄电池的开路电压 (OCV ： Open-Circiut Voltage) 和 SOC 之间的关系 的图。
存在着 SOC 增加、 则蓄电池的 OCV 升高这样的相关关系。 例如， 在锂离子蓄电池中， 如果 OCV ＝ 3.0V， 则 SOC ＝ 0％， 如果 OCV ＝ 4.1V， 则 SOC ＝ 100％， 在 SOC 与 OCV 之间存在 着图 2 所示的相关关系。预先测定该相关关系， 并以映射图的形式存储。于是， 能够通过电 压传感器检测出 OCV 并基于 OCV 参照映射图来推定出 SOC。
但是， 在行驶过程中或外部充电过程中必须使电流在电路中流动， 所以不能测定 开路电压。在电路中有电流流动的情况下， 蓄电池电压受到由于内部电阻而产生的电压增 减量、 以及由于极化而产生的电压增减量的影响。
图 3 是用于说明充电时的蓄电池电压和放电时的蓄电池电压随着时间经过而发 生的变化的波形图。
参照图 3， 对于在时刻 t1 ～ t2 之间蓄电池进行充电， 在时刻 t2 ～ t3 之间蓄电池 不进行充放电， 在时刻 t3 之后蓄电池进行放电的情况进行说明。
首先， 在时刻 t1 开始对蓄电池进行充电。蓄电池电流 IB 为 ： 正向表示放电， 负向 表示充电。随着充电的进行， 开路电压 OCV 随着充电状态 SOC 的增加而上升。该开路电压 OCV 在充电过程中是不能直接测量的。 在充电过程中， 能够通过电压传感器作为蓄电池电压 VB 而进行检测的是闭路电压 CCV(Closed Circuit Vlotage)。该闭路电压 CCV 是在开路电 压 OCV 的基础上加上由于蓄电池内部电阻而产生的变化量 ΔV1 和由于极化而产生的变化量 ΔV2 后得到的。
关于变化量 ΔV1， 能够通过充电电流 I 和内部电阻 R 的乘积来求出。 另外， 蓄电池 内部电阻 R 具有温度依赖性， 所以也可以测量蓄电池的温度并基于温度对该内部电阻 R 进 行校正。
关于变化量 ΔV2， 其具有随着充电时间增长而增大的倾向。因此， 在时刻 t1 ～ t2 之间变化量 ΔV2 逐渐增大。
在时刻 t2 停止了充电时， 电流不再流动， 所以变化量 ΔV1 变为零。但是， 变化量 ΔV2 不会立即变为零， 而是会随着时间经过逐渐地接近零。因此， 蓄电池电压 VB 在一段时 间内显示为高于开路电压 OCV 的值， 经过一定时间之后与开路电压 OCV 变为一致。
关于时刻 t3 之后的放电期间， 变化量 ΔV1、 ΔV2 出现在相反的方向、 即降低测定 电压的方向上。在放电时， ΔV1 为内部电阻和电流的乘积这一点、 以及 ΔV2 是由于极化而 导致的并随着时间经过而增加这一点也与充电时一样， 所以不再重复说明。 虽然没有图示， 但是在放电停止、 蓄电池电流变为了零时， 电压升高变化量 ΔV1， 但变化量 ΔV2 不会立即 变为零， 在一段时间内会测量到低于开路电压 OCV 的电压。之后， 经过了一定时间之后测量 到的电压与开路电压 OCV 变为一致。 如上所述， 由于极化而产生的电压变化量 ΔV2 随着从开始充电或开始放电起经 过的时间而变化。 因此， 如后面通过图 5 的电池模块 MB 所说明的那样， 在适用于车辆行驶时 的 SOC 的推定处理中， 与再生和动力运行的充放电的循环被重复执行的行驶模式相应地来 确定由于极化而产生的电压变化量 ΔV2( 在图 5 中为 Vdyn)， 使用该电压变化量 ΔV2 并根 据闭路电压 CCV 来推定出开路电压 OCV， 并且基于推定出的开路电压 OCV 最终推定出 SOC。
即， 电压变化量 ΔV2( 在图 5 中为 Vdyn) 是基于与重复执行充放电的行驶期间相 匹配的值而计算出的。
(SOC 的推定处理 )
图 4 是说明在本实施方式中执行的 SOC 的推定处理和车辆的控制的流程图。
参照图 1、 图 4， 控制装置 30 在步骤 S1 中判断是否执行乘车前空气调节 ( 也被称 为提前 (pre) 空气调节 )、 是否从蓄电池放电。
乘车前空气调节是指以下功能 ： 如果事先指定了出发预定时刻， 则在该出发预定 时刻之前开始进行车辆的空气调节， 通过取暖或制冷使车厢内部在出发预定时刻处于舒适 的温度。 另外， 蓄电池的输出在低温和高温下降低， 所以有时即使从为了发挥蓄电池的性能 这一点出发， 也进行乘车前空气调节。 在这样的乘车前空气调节中， 在不起动发动机的情况 下使空调工作， 所以会持续地从蓄电池放电， 而不会对蓄电池进行充电。
在步骤 S1 中， 基于乘员对开关等的指示来判断是否执行乘车前空气调节。当在步 骤 S1 中判断为执行乘车前空气调节时 ( 在步骤 S1 中为是 )， 在步骤 S30 中进行一系列的乘 车前空气调节。
在步骤 S30 中， 首先执行步骤 S2 的电流零控制。以使用蓄电池 B1 的电力使空调 7 工作的情况为例来进行说明。控制装置 30 通过将系统主继电器 SMR1 设为断开状态来设 定电路的状态， 使得蓄电池电流 Ib1 变为零。接着， 在步骤 S3 中， 控制装置 30 存储由电流 传感器 11-1 检测到的值来作为偏移值。该偏移值被存储在控制装置 30 内部的非易失性存 储器等中。另外， 在电流零控制中， 可以不必将系统主继电器设定为断开状态， 只要对蓄电
池外围电路的状态进行设定以使得如升压转换器停止了工作、 空调等负载也停止了工作的 状态那样蓄电池电流不流动即可。
另外， 此时电流为零， 因此能够测量开路电压 OCV。 因此， 控制装置 30 在步骤 S4 中 使用电压传感器 10-1 来测量开路电压 OCV。然后， 基于此时测量到的开路电压 OCV 并利用 存储有图 2 所示的相关关系的映射图得出充电状态 SOC 的初始值。
接下来， 在步骤 S5 中， 控制装置 30 将充电状态 SOC 的计算方法设定为电流累计 法。此时， 使用在步骤 3 中存储的偏移值对此时由电流传感器检测到的电流值进行校正， 将 校正结果用于累计。之后， 在设定为通过该计算方法来计算 SOC 的状态下， 在步骤 S6 中执 行空气调节。
在比出发预定时刻提前 10 分钟等接近出发预定时刻的时间自动地开始执行乘车 前空气调节。另外， 在驾驶者进入了车辆时， 乘车前空气调节结束。通过是否发生了开门、 是否操作了点火开关、 或者是否改变了空调装置的设定等操作来判断驾驶者是否进入了车 厢即可。但是， 也要考虑取消出发的情况。因此， 为了避免蓄电池过放电， 在比出发预定时 刻推迟了预定时间后驾驶者仍未上车的情况下， 也使乘车前空气调节结束。
在乘车前空气调节结束了时， 在步骤 S7 中控制装置 30 存储放电电流累计值。之 后， 在步骤 S22 中， 控制返回到预定的主例程。 另一方面， 在步骤 S1 中判断为不执行乘车前空气调节时， 处理从步骤 S1 进入步骤 S8。在步骤 S8 中， 判断是否对蓄电池进行插入式充电。例如， 根据电源 8 是否已与图 1 的 充电器 6 连接来判断是否执行插入式充电。
在步骤 S8 中判断为执行插入式充电时， 处理从步骤 S8 进入步骤 S9。在步骤 S9 中， 判断是否是紧接在乘车前空气调节之后的插入式充电。
紧接在乘车前空气调节之后的插入式充电包括两者情况 ： 一是在从乘车前空气调 节结束算起在预定时间内开始插入式充电的情况 ； 二是在插入式充电过程中执行了乘车前 空气调节， 蓄电池发生了放电 ( 在空调的消耗电力大于插入式充电电力的情况下 )， 在乘车 前空气调节结束之后仍继续进行插入式充电的情况。
对于这样的在乘车前空气调节时从蓄电池放电了的放电量， 如果紧接在乘车前空 气调节之后进行充电， 则一定能够恢复。在通过现有的方法来推定 SOC 并进行充电时， 有时 尽管还没有真正达到上限 SOC， 但推定出的 SOC 却偏高， 从而导致了充电量不足。 因此， 会缩 短靠外部充电所得电力支撑的续航距离。
在本实施方式中， 对放电了的电量 (Ah ： 安培小时 ) 进行累计并进行等量的充电， 所以能够可靠地使蓄电池的 SOC 恢复到放电前的状态。换言之， 即使进行了与放电了的电 量等量的电量的充电， 也不会有蓄电池过充电的可能性。仅通过与乘车前空气调节时和插 入式充电时的 SOC 的推定相同的方法、 即电流累计， 就能够实现与放电了的电量等量的电 量的充电。
在步骤 S9 中判断为是紧接在乘车前空气调节之后的插入式充电时， 执行步骤 S40 所表示的一系列的插入式充电处理。例如如果已存储了步骤 S6 的空气调节结束的时刻， 则 根据从该时刻算起尚未经过预定时间， 就能够做出判断。
首先， 在步骤 S10 中， 控制装置 30 设定为 ： 在对于由电流传感器检测出的电流值的 校正中， 使用在乘车前空气调节时的步骤 3 中存储了的值。其理由在于两点， 其一是 ： 由于
紧接在乘车前空气调节之后， 因此可以原样使用偏移校正值 ； 其二是 ： 如果改变了偏移校 正值， 则可能会出现尽管需要以放电了的电量准确地进行充电、 但是充电量却发生了偏离 的情况。另外， SOC 的初始值继承作为前一步骤的步骤 S30 结束时的 SOC。这样做的原因在 于： 如果紧接在放电之后进行充电， 则极化的影响仍会存在， 所以如果此时测定开路电压并 通过图 2 的映射图来求出 SOC 的话， 求出的 SOC 会有误差。
接下来， 在步骤 S11 中， 控制装置 30 将充电状态 SOC 的计算方法设定为电流累计 法。使用在步骤 S3 中存储了的偏移值对此时由电流传感器检测到的电流值进行校正， 将校 正结果用于累计。之后， 在设定为通过该计算方法来计算 SOC 的状态下， 在步骤 S12 中执行 插入式充电。 通过与乘车前空气调节时相同的方法并利用相同的偏移值计算出 SOC， 因而能 够执行所充电量与在乘车前空气调节时放电了的电流累计值相等的充电。
以上， 将步骤 S30 的一系列乘车前空气调节作为前一步骤时的、 作为后一步骤的 步骤 S40 的一系列的插入式充电处理就结束了。
另一方面， 当在步骤 S9 中判断为不是紧接在乘车前空气调节之后的插入式充电 的情况下， 处理进入步骤 S13， 执行通常的插入式充电处理。
以对蓄电池 B1 执行插入式充电的情况为例来进行说明。在步骤 S13 中， 执行与步 骤 2 同样的电流零控制。接着， 在步骤 S14 中， 控制装置 30 存储电流传感器 11-1 的检测值 来作为偏移值。该偏移值被存储在控制装置 30 内部的非易失性存储器等中。 另外， 此时因此电流为零， 所以能够测量开路电压 OCV。因此， 控制装置 30 在步骤 S15 中使用电压传感器 10-1 来测量开路电压 OCV。接着， 基于此时测量到的开路电压 OCV 并使用存储有图 2 所示的相关关系的映射图求出充电状态 SOC 的初始值。
接下来， 在步骤 S16 中， 控制装置 30 将充电状态 SOC 的计算方法设定为电流累计 法。使用在步骤 S14 中存储的偏移值对此时由电流传感器检测到的电流值进行校正， 并将 校正结果用于累计。之后， 在设定为通过该计算方法来计算 SOC 的状态下， 在步骤 S17 中执 行插入式充电。
在充电不断进行而 SOC 达到了管理上限值、 或者由于插头被拔下等而与外部电源 不再连接时， 插入式充电结束。
接下来， 对不是在插入式充电时也不是乘车前空气调节时、 而是在通常的行驶时 执行的 SOC 推定进行说明。在步骤 S8 中判断为不进行插入式充电时， 处理进入步骤 S18。 例如， 如果电源 8 未与图 1 的充电器 6 连接， 则控制装置 30 识别为不执行插入式充电。
在步骤 S18 中， 控制装置 30 通过将系统主继电器 SMR1、 SMR2 设为断开状态来设定 电路的状态， 使得蓄电池电流 Ib1、 Ib2 变为零。接着， 在步骤 S19 中， 控制装置 30 存储由电 流传感器 11-1、 11-2 检测到的电流值来作为偏移值。该偏移值被存储在控制装置 30 内部 的非易失性存储器等中。
接下来， 在步骤 S20 中， 控制装置 30 将 SOC 的计算方法设定为不同于步骤 S5、 S11、 S16 的推定方法 ( 也称为推定 OCV 法 )。在该推定 OCV 法中， 不仅反映了电流累计， 而且反 映了蓄电池电压和蓄电池内部电阻， 防止了在采用频繁地重复充电和放电的蓄电池使用方 法时误差被累积。
接下来， 在步骤 S21 中， 执行通常行驶时的充放电控制。在该情况下， 执行电动机 的动力运行 / 再生控制、 以及对基于发动机和发电机的发电的控制， 使得推定出的 SOC 始终
处于根据蓄电池的寿命确定的蓄电池的 SOC 的管理上限值和管理下限值之间。而且， 在点 火开关被关闭了时， 将该时刻的蓄电池的 SOC 的推定值存储在非易失性存储器中。有时也 将该存储了的推定值作为下一次的 SOC 的初始值来使用。
在步骤 S7、 S12、 S17、 S21 中的某一处理结束了时， 使处理进入步骤 S22， 使控制返 回主例程。
如上所述， 在获知了只执行充电或放电中的一者的情况下， 控制装置 30 在步骤 S5、 S11、 S16 中对 SOC 的初始值累计充电或放电的电流来进行 SOC 的推定。另一方面， 在有 可能像行驶时那样频繁地重复充电和放电的循环的情况下， 在步骤 S20 中将 SOC 计算方法 设定为作为不同的推定方法的推定 OCV 法。在该推定 OCV 法中， 不仅反映了电流累计， 而且 反映了蓄电池电压和蓄电池内部电阻， 防止了在采用频繁地重复充电和放电的蓄电池使用 方法时误差被累积。
关于由控制装置 30 执行的这样的 SOC 的推定处理的切换， 使用框图来进行说明。
图 5 是表示由控制装置 30 执行的 SOC 推定处理的构成的框图。
参照图 5， 由电流检测部 110 检测出蓄电池的充放电电流。 由电压检测部 112 检测 出此时的蓄电池电压。另外， 电流检测部 110 与图 1 的电流传感器 11-1、 11-2 相对应。电 压检测部 112 与图 1 的电压传感器 10-1、 10-2 相对应。
在车辆的通常行驶期间， 进行使用了电池模块 MB 的 SOC 的推定。而且， 将选择部 136 的选择设定设定为 B 侧， 使得采用使用了电池模块 MB 而得到的 SOC 的推定值。由电流 检测部 110 检测出的充放电电流值在伪 SOC 推定部 114 中被积分， 并与事先求出的蓄电池 的 SOC 的初始值相加， 由此推定出作为 SOC 的临时值的伪 SOC。关于该 SOC 的初始值， 如果 为满充电时则为 100％， 或者可以读出在上一次使用结束时保存在控制装置 30 内部的非易 失性存储器中的 SOC 推定值来使用。
基于这样求出的伪 SOC， 由电动势推定部 116 推定出与该伪 SOC 相对应的蓄电池电 压。由该电动势推定部 116 推定出的蓄电池电压为蓄电池的开路电压的推定值 Voc。例如 可以事先针对每一蓄电池求出如图 2 那样的 SOC 与开路电压的映射图， 并将与从伪 SOC 推 定部 114 提供的伪 SOC 相对应的开路电压 Voc 作为推定值推定出来。
另外， 根据由电流检测部 110 检测到的蓄电池的充放电电流值， 由电压变动推定 部 118 推定出由于蓄电池的内部电阻而产生的电压变动。在该电压变动推定部 118 中， 根 据下面所示的计算式推定出由于内部电阻而产生的蓄电池电压的变动。
Vr ＝ -r×Ib
这里， r 表示内部电阻， Ib 表示蓄电池电流值 ( 放电电流为正 )。另外， Vr 为由电 压变动推定部 118 推定出的、 由于内部电阻而产生的电压变动。另外， 事先针对每一蓄电池 确定出蓄电池的内部电阻 r。 另外， 电流值 Ib 为由电流检测部 110 检测到的充放电电流值。 该电压变动量 Vr 与图 3 的 ΔV1 相对应。
而且， 由动态电压变动推定部 120 推定出基于蓄电池的充放电电流的变化而产生 的蓄电池电压的变动。该动态电压变动是由于蓄电池的极化而产生的。在动态电压变动推 定部 120 中， 给出基于频繁地重复充放电的使用模式而确定出的蓄电池的动态的电压变动 Vdyn。该电压变动量 Vdyn 与图 3 的 ΔV2 相对应。例如， 事先针对蓄电池电流 Ib 测量出行 驶时的合适的设定时间中的极化电压， 通过电压变动 Vdyn 与电流的映射图来定义电压变动 Vdyn 并使用。
接下来， 在加法器 122 中对上述电动势推定部 116、 电压变动推定部 118、 动态电压 变动推定部 120 的输出值进行加法计算， 求出作为蓄电池电压的推定值的推定电压 Vest。 即， Vest ＝ Voc+Vr+Vdyn。
另外， 由上述的伪 SOC 推定部 114、 电动势推定部 116、 电压变动推定部 118、 动态电 压变动推定部 120、 和加法器 122 构成了电池模块 MB。
在比较器 124 中， 对由上述电池模块 MB 推定出的蓄电池的推定电压 Vest 与由电 压检测部 112 检测出的实际的蓄电池的测量电压 Vmes 进行比较， 其差值被输入到 SOC 校正 量计算部 126。通过 SOC 校正量计算部 126 和加法器 128 来执行下面的计算式的运算， 计算 出蓄电池的 SOC 的推定值。
SOC ＝ SOCp+Kp×(Vmes-Vest)+Ki× ∫ (Vmes-Vest)dt
这里， SOCp 为伪 SOC， Kp、 Ki 为系数。在上式中， 伪 SOC(SOCp) 为伪 SOC 推定部 114 的输出值。另外， 在 SOC 校正量计算部 126 中， 计算出与上式的第二项和第三项、 即由比较 器 124 求出的推定电压 Vest 和测量电压 Vmes 之差 (Vmes-Vest) 成比例的成分， 以及与该 差值的积分值成比例的成分。这里， 事先分别根据蓄电池特性来确定出系数 Kp、 Ki。如上 式所示， 通过加法器 128 对由 SOC 校正量计算部 126 计算出的上述各成分和伪 SOC 推定部 114 的输出值 SOCp 进行加法计算。由此， 能够得到蓄电池的 SOC 的推定值。
这样， 在通常行驶时， 使用电池模块 MB 并根据伪 SOC 推定出蓄电池的电动势， 并且 推定出由于蓄电池的内部电阻而产生的变动量和由于充放电电流的变化而产生的动态的 电压变动量， 将它们的合计值推定作为蓄电池的电压。即， 通过电池模块， 考虑伪 SOC 和蓄 电池的状态的变动来推定出蓄电池电压 Vest。接下来， 对伪 SOC 进行校正， 使得该推定电 压 Vest 变得与实际测量到的蓄电池的电压 Vmes 相等， 并且将经校正的值推定为蓄电池的 SOC。
这样， 如果使用在行驶时所使用的电池模块 MB， 则会以使推定电压 Vest 变得与实 际测量到的蓄电池的电压 Vmes 相等的方式来对伪 SOC 进行校正， 所以即使最初提供的 SOC 的初始值中包含有较大的误差， 也能够快速地收敛为正确的 SOC 的推定值。
另一方面， 例如在获知了只执行充电或放电中的一者的情况下， 如在执行插入式 充电时或乘车前空气调节时， 进行使用了电池模块 MA 的 SOC 的推定。而且， 将选择部 136 的选择设定设定为 A 侧， 使得采用使用了电池模块 MA 而得到的 SOC 的推定值。
在电池模块 MA 中， 初始 SOC 检测部 132 基于由电压检测部 112 检测到的蓄电池电 压来确定初始 SOC。如结合图 3 所说明的那样， 如果是紧接在充电或放电停止之后， 则会残 留有极化的影响， 所以继承此前由电池模块 MA、 MB 等推定出的 SOC。如果是在充电或放电 停止后电流大致为零的时间持续了一段时间之后， 则因为在执行电流零控制时测量到的蓄 电池电压 VB 等于电池电动势， 所以根据图 2 所示的映射图求出 SOC。
接着， 由电流检测部 110 检测到的充放电电流值在电流累计处理部 134 中被积分， 结果与在初始 SOC 检测部 132 中求出的蓄电池的 SOC 的初始值相加， 由此推定出 SOC。
在执行插入式充电时或乘车前空气调节时等情况下， 只执行充电和放电中的一 者， 并且不会流过如车辆行驶时的电动机电流那样的大电流。因此， SOC 的推定误差难以积 累， 所以只要通过这样的电流累计法来推定 SOC 即可。由此， 不会受到由于极化而产生的电压变动量的扩大的影响， 所以能够正确地进行插入式充电直至 SOC 达到了 SOC 管理上限值。 另外， 能够通过插入式充电可靠地恢复在乘车前空气调节中从蓄电池使用的量的电力。因 此， 从延长 EV 行驶的续航距离这一点来看是有利的。
另外， 在执行插入式充电时或乘车前空气调节时等情况下， 只执行充电和放电中 的一者， 并且不会流过如车辆行驶时的电动机电流那样的大电流， 所以可以将图 5 的电流 检测部 110 如电流检测部 110A、 110B 那样分成检测范围不同的检测部。并且， 可以与选择 部 136 的选择设定联动地切换电流检测部 110A、 110B 的使用， 使得在使用电池模块 MA 时， 使用具有低测量范围且高分辨能力的电流检测部 110A， 而在使用电池模块 MB 时， 使用具有 能够测量大电流的测量范围且低分辨能力的电流检测部 110B。在图 1 中， 可以代替电流传 感器 11-1、 11-2 而分别在相同的场所设置高精度的传感器 11-1A、 11-2A 和精度低但能够测 量更大电流的传感器 11-1B、 11-2B 并分开使用两者。这样一来， 能够执行更为准确的 SOC 推定。
图 6 是用于说明基于本实施方式的 SOC 计算处理而紧接在乘车前空气调节之后执 行了插入式充电时的一个例子的波形图。
参照图 6， 假定在时刻 t11 之前已经执行了插入式充电， 成为了蓄电池的充电状态 SOC 达到了管理上限值 Smax 的状态。响应于变为预先设定的时刻， 在时刻 t11 开始进行乘 车前空气调节。此时， 蓄电池电流 IB 为放电电流。 在时刻 t11 至 t12 期间执行乘车前空气调节。在此期间， 由于进行放电， SOC 逐渐 下降。 对蓄电池电流 IB 进行累计， 并基于该值推定出 SOC。 因为尽管从出发预定时刻算起经 过了预定时间、 但是乘员仍没有进入车辆， 所以在时刻 t12 乘车前空气调节结束。另外， 优 选的是 ： 也可以在乘车前空气调节结束的时刻存储从蓄电池被充电至 SOC 管理上限值 Smax 的时间点开始放电了的蓄电池电流 IB 的累计值 k(Ah)。
上述的处理与执行图 4 中的步骤 S1 到步骤 S2 至 S7 的处理相对应。
接下来， 在时刻 t12 至 t13 之间， 蓄电池电流为零的状态持续。之后， 如果不执行 行驶而是继续维持充电器与外部电源连接的状态， 则在时刻 t13 开始进行充电电量与放电 电量相等的充电。
在时刻 t13 至 t14 之间， 执行插入式充电。在此期间， 由于进行充电， SOC 逐渐上 升。对蓄电池电流 IB 进行累计， 并基于该值推定出 SOC。当 SOC 达到了原来的管理上限值 Smax 时， 插入式充电结束。另外， 优选的是 ： 也可以同样地通过累计值来判断是否进行了与 存储的蓄电池电流 IB 的累计值 k(Ah) 等量的充电， 如果判断为进行了这样的充电， 则使充 电停止。
以上的处理与执行图 4 中的步骤 S1 至步骤 S10 至 S12 的处理相对应。此时， 关于 电流传感器的偏移值， 使用与放电时相同的值来对电流值进行校正， 所以能够防止由于偏 移值不同而导致累计值产生错误。另外， 在插入式充电中， 能够正确地充电至 SOC 的管理上 限值， 所以能够延长 EV 行驶的续航距离。
最后， 参照图 1 对本实施方式进行综合说明。车辆 1 包括 ： 能够进行充放电的二 次电池 ( 蓄电池 B1、 B2) ； 对二次电池的电流进行检测的电流传感器 (11-1、 11-2) ； 和推定 出二次电池的充电状态 (SOC)， 并基于充电状态对二次电池的充放电进行控制的控制装置 30。控制装置 30 在充电和放电的循环被重复地执行的第一工作模式下， 推定出二次电池的
开路电压 (VOC)， 并通过基于极化对开路电压进行校正而得到的值来确定充电状态 (SOC)。 控制装置 30 在充电和放电中的一者持续地进行的第二工作模式下， 基于对由电流传感器 (11-1、 11-2) 检测到的电流进行累计而得到的结果来确定充电状态 (SOC)。
优选的是， 车辆 1 搭载有能够与图 1 的外部电源连接的充电器 6， 并构成为能够执 行从车辆外部对二次电池 ( 蓄电池 B1、 B2) 进行充电的外部充电。在外部充电时选择第二 工作模式。
更加优选的是， 车辆 1 还包括能够从二次电池 ( 蓄电池 B1、 B2) 接受电力供应而执 行乘车前空气调节的空调装置 ( 空调 7)。 在外部充电时和乘车前空气调节时选择第二工作 模式。控制装置 30 在作为前处理而执行了外部充电和乘车前空气调节中的一者、 作为在前 处理之后继续进行的后处理而执行了另一者的情况下， 在执行前处理之前存储电流传感器 的偏移值， 在执行后处理时利用在执行前处理之前存储了的偏移值对由电流传感器检测到 的电流进行校正。
优选的是， 车辆 1 还包括能够执行动力运行工作和再生工作的电动机 ( 电动发电 机 MG1、 MG2)。在能够重复地执行动力运行工作和再生工作的车辆行驶期间， 选择第一工作 模式。 另外， 如图 4 所示， 本发明的另一个技术方案是一种二次电池的充电状态推定方 法， 该二次电池 (B1、 B2) 能够进行充放电， 该二次电池的充电状态推定方法包括 ： 判断二次 电池被使用的工作模式的步骤 (S1、 S8、 S9) ； 当在进行判断的步骤 (S1、 S8、 S9) 中判断出工 作模式为充电和放电的循环被重复地执行的第一工作模式时 ( 在步骤 S1 中为否， 在步骤 S8 中为否 )， 推定出二次电池的开路电压， 并通过基于极化对开路电压进行校正而得到的值来 确定充电状态的步骤 (S20) ； 和当在进行判断的步骤 (S1、 S8、 S9) 中判断出工作模式为充电 和放电中的一者持续地进行的第二工作模式时 ( 在步骤 S1 中为是， 在步骤 S8 中为是 )， 基 于对由电流传感器检测到的电流进行累计而得到的结果来确定充电状态的步骤 ( 步骤 S5、 S11、 S16)。
优选的是， 二次电池 ( 蓄电池 B1、 B2) 被搭载在车辆 1 上。车辆 1 构成为能够执行 从车辆外部 (8) 对二次电池 ( 蓄电池 B1、 B2) 进行充电的外部充电。在进行判断的步骤中， 在外部充电时判断为第二工作模式。
更加优选的是， 车辆还包括能够从二次电池接受电力供应而执行乘车前空气调节 的空调装置 ( 空调 7)。在外部充电时和乘车前空气调节时选择第二工作模式。还包括以下 步骤 ： 在作为前处理而执行了外部充电 (S40) 和乘车前空气调节 (S30) 中的一者、 作为在前 处理之后继续进行的后处理而执行了另一者的情况下， 在执行前处理之前存储电流传感器 的偏移值， 在执行后处理时利用在执行前处理之前存储了的偏移值对由电流传感器检测到 的电流进行校正。
另外， 结合图 4 说明了将乘车前空气调节 (S30) 作为前处理并将外部充电作为后 处理 (S40) 的情况， 但是反之也可以。在该情况下， 在外部充电时代替步骤 S10 而执行对电 流传感器偏移值和初始 SOC 的获取和存储， 在乘车前空气调节时代替步骤 S3 中的偏移值存 储而继续使用在外部充电时存储了的偏移值和在外部充电结束时推定出的 SOC。
优选的是， 车辆还包括能够执行动力运行工作和再生工作的电动机 ( 电动发电机 MG1、 MG2)。在进行判断的步骤中， 在能够重复地执行动力运行工作和再生工作的车辆行驶
期间， 判断为第一工作模式。
应该认识到本次所公开的实施方式在所有方面都是例示性的而非限制性的。 本发 明的范围由权利要求书而非上述说明来表示， 包括了与权利要求相等同的含义和在该范围 内所进行的全部变更。