JP2005327536A - 二次電池の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 車両の加速性能を向上する。
【解決手段】 ECUは、バッテリの放電要求がある場合(S102にてYES)、バッテリの温度を検出するステップ(S104)と、メモリに記憶された、放電電圧と放電電流との関係である放電特性のうち、検出されたバッテリの温度に応じた放電特性に基づいて、バッテリの最大の放電電力値を算出するステップ(S106)と、最大の放電電力値と対応した電圧値および電流値で、バッテリの放電を開始するステップ(S108)とを含むプログラムを実行する。
【選択図】 図4
【解決手段】 ECUは、バッテリの放電要求がある場合(S102にてYES)、バッテリの温度を検出するステップ(S104)と、メモリに記憶された、放電電圧と放電電流との関係である放電特性のうち、検出されたバッテリの温度に応じた放電特性に基づいて、バッテリの最大の放電電力値を算出するステップ(S106)と、最大の放電電力値と対応した電圧値および電流値で、バッテリの放電を開始するステップ(S108)とを含むプログラムを実行する。
【選択図】 図4
Description
本発明は、二次電池の制御装置に関し、特に、二次電池の放電特性に基づいて放電電力値を算出して、電力を放電するように制御する二次電池の制御装置に関する。
近年、環境問題対策の一環として、ハイブリッド車、燃料電池車および電気自動車など、モータからの駆動力により走行可能な車両が注目されている。これらの車両には、モータに供給する電力を蓄えるバッテリなどが搭載されている。バッテリからモータに供給される電力、すなわちバッテリの放電電力は、バッテリの状態などに基づいて定められる。
特開平9−312939号公報(特許文献1)は、電圧センサおよび電流センサにより検出された電圧Vと電流Iとに基づいて、電池の最大放電電力を演算するバッテリコントローラを開示する。特許文献1に記載のバッテリコントローラは、放電中の電池のV−I特性をサンプリングし、サンプリング結果のV−I特性を直線回帰する。電池の解放電圧をE、内部抵抗をRとすると、回帰直線は、V=E−I×Rで表される。バッテリコントローラは、回帰直線に基づき、放電が継続不可能となる最小電圧である放電終止電圧V(MIN)と対応した電流I(MAX)(I(MAX)=(E−V(MIN))/R)を算出し、この電流I(MAX)と放電終止電圧V(MIN)との積である最大放電電力PDを演算する。電池からの放電電力が、最大放電電力を超えた場合において、電池の電圧が基準電圧以下になると、放電電流が低下させられ、電池の電圧が上昇させられる。
この公報に記載のバッテリコントローラによれば、サンプリング値を直線回帰して最大放電電力を演算することにより、電池の状態に応じた最大放電電力を演算することができる。電池からの放電電力が演算された最大放電電力を超えた場合において、電池の電圧が基準電圧以下になると、放電電流が制限されるため、電池の電圧が、放電終止電圧V(MIN)以下となることが抑制される。
特開平9−312939号公報
電池には、放電電流が低くなると放電電圧が高くなるという傾向があるため、放電電流をより低く設定することにより、放電電圧を放電終止電圧V(MIN)よりも高い値にすることができる。このような場合であっても、電池の状態によっては、放電電力が、放電終止電圧V(MIN)を基準として演算された放電電力より大きい値となる場合がある。しかしながら、上述の公報に記載のバッテリコントローラのように、放電終止電圧を基準として最大放電電力を演算すると、演算された最大放電電力が、電池が実際に放電可能な電力よりも小さくなる場合が生じ得る。そのため、電力が十分に供給されていないことにより、モータ駆動による車両の加速性能が損なわれるおそれがあるという問題点があった。
本発明は上述の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、車両の加速性能を向上することができる二次電池の制御装置を提供することである。
第1の発明に係る二次電池の制御装置は、二次電池の放電時における二次電池の電圧値と電流値との関係である放電特性を記憶するための記憶手段と、放電特性に基づいて、放電電力値が最も大きくなる電圧値および電流値で、二次電池を放電するように制御するための制御手段とを含む。
第1の発明によると、記憶手段により記憶された、二次電池の放電時における二次電池の電圧値と電流値との関係である放電特性に基づき、制御手段が、放電電力値が最も大きくなる電圧値および電流値で、二次電池を放電するように制御する。これにより、たとえば車両に搭載された走行用モータに、最大の放電電力値の電力を供給し、車両を走行させることができる。そのため、走行用モータの出力を増大させることができる。その結果、車両の加速性能を向上することができる二次電池の制御装置を提供することができる。
第2の発明に係る二次電池の制御装置においては、第1の発明の構成に加えて、放電特性は、二次電池の状態に応じて変化する。制御装置は、二次電池の状態を検出するための検出手段をさらに含む。制御手段は、検出された二次電池の状態に応じた放電特性に基づいて、放電電力値が最も大きくなる電圧値および電流値で、二次電池を放電するように制御するための手段を含む。
第2の発明によると、検出手段が、二次電池の状態を検出し、検出された二次電池の状態に応じた放電特性に基づき、制御手段が、放電電力値が最も大きくなる電圧値および電流値で、二次電池を放電するように制御する。これにより、二次電池の状態により変化する放電特性に応じた最大の放電電力値の電力を、二次電池から放電することができる。
第3の発明に係る二次電池の制御装置においては、第2の発明の構成に加えて、放電特性は、二次電池の温度に応じて変化する。検出手段は、二次電池の温度を検出するための手段を含む。制御手段は、検出された温度に応じた放電特性に基づいて、放電電力値が最も大きくなる電圧値および電流値で、二次電池を放電するように制御するための手段を含む。
第3の発明によると、検出手段が、二次電池の温度を検出し、検出された二次電池の温度に応じた放電特性に基づき、制御手段が、放電電力値が最も大きくなる電圧値および電流値で、二次電池を放電するように制御する。これにより、二次電池の温度により変化する放電特性に応じた最大の放電電力値の電力を、二次電池から放電することができる。
第4の発明に係る二次電池の制御装置においては、第2の発明の構成に加えて、放電特性は、二次電池の放電時間に応じて変化する。検出手段は、二次電池の放電時間を検出するための手段を含む。制御手段は、検出された放電時間に応じた放電特性に基づいて、放電電力値が最も大きくなる電圧値および電流値で、二次電池を放電するように制御するための手段を含む。
第4の発明によると、検出手段が、二次電池の放電時間を検出し、検出された二次電池の放電時間に応じた放電特性に基づき、制御手段が、放電電力値が最も大きくなる電圧値および電流値で、二次電池を放電するように制御する。これにより、二次電池の放電時間により変化する放電特性に応じた最大の放電電力値の電力を、二次電池から放電することができる。
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
<第1の実施の形態>
図1を参照して、本発明の第1の実施の形態に係る制御装置を搭載した車両について説明する。
図1を参照して、本発明の第1の実施の形態に係る制御装置を搭載した車両について説明する。
この車両は、エンジン100と、MG(Motor Generator)(1)200と、PCU(Power Control Unit)300と、バッテリ400、MG(2)500と、ECU(Electronic Control Unit)600とを含む。本発明の実施の形態に係る二次電池の制御装置は、たとえばECU600が実行するプログラムにより実現される。
なお、本実施の形態において、車両は、エンジン100を搭載したハイブリッド車を用いて説明するが、ハイブリッド車の代わりに、燃料電池を搭載した燃料電池車や、電気自動車などを用いてもよい。
エンジン100は、燃料と空気との混合気を燃焼させてクランクシャフト(図示せず)を回転させ、駆動力を発生する。エンジン100が発生した駆動力は、動力分割機構102により、2経路に分割される。一方は減速機104を介して車輪106を駆動する経路である。もう一方は、MG(1)200を駆動させて発電する経路である。
MG(1)200は、動力分割機構102により分割されたエンジン100の動力により駆動させられ、発電する。MG(1)200により発電された電力は、車両の運転状態や、バッテリ400のSOC(State Of Charge)の状態に応じて使い分けられる。たと
えば、通常走行時や急加速時では、MG(1)200により発電された電力は、PCU300を介してMG(2)500に供給される。
えば、通常走行時や急加速時では、MG(1)200により発電された電力は、PCU300を介してMG(2)500に供給される。
一方、バッテリ400のSOCが予め定められた値よりも低い場合、MG(1)200により発電された電力は、PCU300のインバータ302により交流電力から直流電力に変換され、コンバータ304により電圧が調整された後、バッテリ400に蓄えられる。
バッテリ400は、複数のバッテリセルを一体化したバッテリモジュールを、さらに複数直列に接続して構成された組電池である。バッテリ400に蓄えられた電力は、コンバータ304により電圧が調整された後、PCU300のインバータ302により直流電力から交流電力に変換され、MG(2)500に供給される。
MG(2)500は、三相交流回転電機である。MG(2)500は、バッテリ400に蓄えられた電力およびMG(1)200により発電された電力の少なくともいずれか一方の電力により駆動する。MG(2)500の駆動力は、減速機104を介して車輪10
6に伝えられる。これにより、MG(2)500は、エンジン100をアシストして車両を走行させたり、MG(2)500からの駆動力のみにより車両を走行させたりする。
6に伝えられる。これにより、MG(2)500は、エンジン100をアシストして車両を走行させたり、MG(2)500からの駆動力のみにより車両を走行させたりする。
車両の回生制動時には、減速機104を介して車輪106によりMG(2)500が駆動させられ、MG(2)500が発電機として作動させられる。これによりMG(2)500は、制動エネルギを電力に変換する回生ブレーキとして作動する。MG(2)500により発電された電力は、インバータ302およびコンバータ304を介してバッテリ400に蓄えられる。
ECU600には、バッテリ400の温度TBを検知するバッテリ温度センサ602、車速を検知する車速センサ604、アクセルペダル606を検出するアクセル開度センサ608、シフトレバー610のポジションを検出するポジションセンサ612が接続されている。バッテリ温度センサ602、車速センサ604、アクセル開度センサ608、ポジションセンサ612の検知結果を表す信号は、ECU600に送信される。
また、図2に示すように、ECU600には、バッテリ400の充放電電圧値を検知する電圧計614と、充放電電流値を検知する電流計616とが接続されている。ECU600は、電圧計614が検知した充放電電圧値と電流計616が検知した充放電電流値より、バッテリ400の充放電電力値を算出するとともに、カウンタ618により充放電時間を計測し、充放電電流値を積算して、バッテリ400のSOCを算出する。
ECU600は、各センサから送信された信号、車両の運転状態、アクセル開度の変化率、バッテリ400のSOC、メモリ620に記憶されたマップおよびプログラムなどに基づいて演算処理を行なう。これにより、ECU600は、車両が所望の運転状態となるように車両に搭載された機器類を制御する。
図3に示すように、メモリ620には、バッテリ400の放電時における電圧値と電流値との関係である放電特性がマップとして記憶されている。この放電特性は、予め実験などにより得られた実験値に基づいて作成される。
バッテリ400を放電させると、バッテリ400の放電電圧は、内部抵抗および分極の影響により低下する。そのため、図3に示すように、放電電流が高いほど、放電電圧が低くなる。
放電特性は、バッテリ400の温度に応じて変化するため、メモリ620には、バッテリ400の温度に応じた複数の放電特性が記憶されている。図3には、バッテリ400の温度がT(A)、T(B)およびT(C)(T(A)>T(B)>T(C))である場合の放電特性を示す。ECU600は、メモリ620に記憶された放電特性に基づいて、バッテリ400の放電電力値を決定し、決定された放電電力値と対応した電圧値および電流値でバッテリ400を放電するように、PCU300を制御する。
図4を参照して、本実施の形態に係る制御装置において、ECU600が実行するプログラムの制御構造について説明する。
ステップ(以下、ステップをSと略す)100にて、ECU600は、車両を走行させるために必要な出力要求値を算出する。出力要求値は、たとえば、アクセル開度、シフトポジションおよび車速などに基づいて算出すればよい。また、出力要求値は、クルーズコンピュータなどからの指令値であってもよい。
S102にて、ECU600は、バッテリ400の放電要求があるか、すなわちMG(2)500にバッテリ400から電力を供給する必要があるか否かを判別する。バッテリ400の放電要求があるか否かは、たとえば、算出された出力要求値、アクセル開度、シフトポジション、車速、エンジン100の運転状態およびバッテリ400のSOCなどに基づいて判別すればよい、バッテリ400の放電要求がある場合(S102にてYES)、処理はS104に移される。そうでない場合(S102にてNO)、この処理は終了する。
S104にて、ECU600は、バッテリ400の温度を検出する。S106にて、ECU600は、検出されたバッテリ400の温度に応じた放電特性に基づいて、バッテリ400の最大の放電電力値を算出する。S108にて、ECU600は、最大の放電電力値と対応した電圧値および電流値で、バッテリ400の放電を開始する。S110にて、ECU600は、放電時間の計測を開始する。
以上のような構成およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る制御装置におけるECU600の動作について説明する。
車両のシステムの起動中において、車両を走行させるために必要な出力要求値が算出され(S100)、バッテリ400の放電要求があるか否かが判別される(S102)、バッテリ400の放電要求があれば(S102にてYES)、バッテリ400の温度が検出される(S104)。
ここでは、バッテリ400の温度が、温度T(A)であったと想定する。この場合、図5に示すように、検出されたバッテリ400の温度T(A)に応じた放電特性に基づいて、バッテリ400の最大の放電電力値が算出される(S106)。
温度T(A)においては、放電電圧値がT(A)であり放電電流値がI(A)の場合に、放電電力値が最大となる。したがって、このときの放電電力値は、放電電圧値がV(B)であり放電電流値がI(B)の場合や、放電電圧値がV(C)であり放電電流値がI(C)の場合よりも大きい。
放電電力値の最大値が算出されれば、この最大の放電電力値と対応した電圧値T(A)および電流値I(A)で、バッテリ400の放電が開始されて(S108)、MG(2)500に電力が供給され、放電時間の計測が開始される(S110)。なお、車両を走行させるために必要な出力要求値のうち、バッテリ400から供給される電力を超える分については、エンジン100からの出力により補われる。
以上のように、本実施の形態に係る制御装置において、ECUは、バッテリの温度に応じた放電特性に基づいて、バッテリの放電電力値が最大となるような電圧値および電流値で、バッテリを放電させる。これにより、バッテリが放電できる電力の範囲内で、MG(2)に最大の電力を供給し、MG(2)の出力を向上することができる。
<第2の実施の形態>
図6ないし8を参照して、本発明の第2の実施の形態について説明する。前述の第1の実施の形態においては、バッテリの温度に応じた放電特性に基づいて充電電力値を算出していたが、本実施の形態においては、バッテリの温度に加えて、放電時間に応じた放電特性に基づいて充電電力値を算出する。その他の構成については、前述の第1の実施の形態と同じである。それらについての機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰返さない。
図6ないし8を参照して、本発明の第2の実施の形態について説明する。前述の第1の実施の形態においては、バッテリの温度に応じた放電特性に基づいて充電電力値を算出していたが、本実施の形態においては、バッテリの温度に加えて、放電時間に応じた放電特性に基づいて充電電力値を算出する。その他の構成については、前述の第1の実施の形態と同じである。それらについての機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰返さない。
図6に示すように、メモリ620には、バッテリ400の温度に関する放電特性の他、放電時間に関する放電特性が記憶されている。放電時間に関する放電特性は、予め実験などにより得られた実験値に基づいて作成され、自己学習機能により常に最新状態にメンテナンスされる。
図6には、放電時間SがS(X)以下である場合、S(X)より長くS(Y)以下である場合およびS(Y)より長くS(Z)以下である場合(S(X)<S(Y)<S(Z))の放電特性を示す。バッテリ400のSOCは、放電に伴い低下するため、バッテリ400の電圧値および電流値は、放電時間が長くなるほど低下する。
図7を参照して、本実施の形態に係る制御装置において、ECU600が実行するプログラムの制御構造について説明する。ECU600は、第1の実施の形態におけるプログラムに加えて、以下に説明するプログラムを実行する。
S200にて、ECU600は、バッテリ400が放電中であるか否かを判別する。バッテリ400が放電中であるか否かは、たとえば電流計616により放電電流が検知されているか否かにより判別すればよい。バッテリ400が放電中である場合(S200にてYES)、処理はS202に移される。そうでない場合(S200にてNO)、この処理は終了する。
S202にて、ECU600は、放電時間に応じた放電特性に基づいて、バッテリ400の最大放電電力値を算出する。S204にて、ECU600は、算出された最大放電電力値と対応した電圧値および電流値で、バッテリ400の放電を継続する。
S206にて、ECU600は、バッテリ400に対する放電要求が停止したか否かを判別する。放電要求が停止した場合(S206にてYES)、処理はS208に移される。そうでない場合(S206にてNO)、処理はS202に移される。S208にて、ECU600は、バッテリ400の放電を停止する。
以上のような構成およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る制御装置におけるECU600の動作について説明する。
バッテリ400から放電が行われていれば(S200にてYES)、計測された放電時間に応じた放電特性に基づいて、バッテリ400の最大放電電力値が算出される(S202)。ここでは、バッテリ400の放電時間Sが、S(X)以下であると想定する。
バッテリ400の放電時間Sが、S(X)以下である場合は、図8において実線で示す放電特性に基づいて、最大の放電電力値が算出され(S202)、算出された最大放電電力値と対応した電圧値V(X)および電流値I(X)で、バッテリ400の放電が継続される(S204)。
バッテリ400への放電要求が停止されなければ(S206にてNO)、計測された放電時間に応じた放電特性に基づいて、バッテリ400の最大放電電力値が再度算出される(S202)。ここでは、バッテリ400の放電時間Sが、S(X)より長くS(Y)以下となったと想定する。
バッテリ400の放電時間Sが、S(X)より長くS(Y)以下となれば、用いられる放電特性が図8において一点鎖線で示す放電特性に切換えられ、この放電特性に基づいて、最大の放電電力値が算出され(S202)、算出された最大放電電力値と対応した電圧値V(Y)および電流値I(Y)で、バッテリ400の放電が継続される(S204)。
さらに放電時間が経過し、バッテリ400の放電時間Sが、S(Y)より長くS(Z)以下となれば、用いられる放電特性が図8において二点鎖線で示す放電特性に切換えられ、この放電特性に基づいて、最大の放電電力値が算出され(S202)、算出された最大放電電力値と対応した電圧値V(Z)および電流値I(Z)で、バッテリ400の放電が継続される(S204)。
なお、図示しないが、バッテリ400への放電要求が停止しない限り(S206にてNO)、放電時間に応じて、用いられる放電特性が切換えられ、用いられた放電特性に基づいて算出された最大放電電力値と対応した電圧値および電流値で、バッテリ400の放電が継続される。
バッテリ400への放電要求が停止すれば(S206にてYES)、放電が停止させられる(S208)。これにより、MG(2)500を用いた車両の走行が停止させられる。
以上のように、本実施の形態に係る制御装置において、ECUは、バッテリの放電時間に応じた放電特性に基づいて、バッテリの放電電力値が最大となるような電圧値および電流値で、バッテリを放電させる。これにより、バッテリが放電できる電力の範囲内で、MG(2)に最大の電力を供給し、MG(2)の出力を向上することができる。
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。
300 PCU、302 インバータ、304 コンバータ、400 バッテリ、600 ECU、602 バッテリ温度センサ、618 カウンタ、620 メモリ。
Claims (4)
- 二次電池の制御装置であって、
前記二次電池の放電時における前記二次電池の電圧値と電流値との関係である放電特性を記憶するための記憶手段と、
前記放電特性に基づいて、放電電力値が最も大きくなる電圧値および電流値で、前記二次電池を放電するように制御するための制御手段とを含む、二次電池の制御装置。 - 前記放電特性は、前記二次電池の状態に応じて変化し、
前記制御装置は、前記二次電池の状態を検出するための検出手段をさらに含み、
前記制御手段は、前記検出された二次電池の状態に応じた放電特性に基づいて、放電電力値が最も大きくなる電圧値および電流値で、前記二次電池を放電するように制御するための手段を含む、請求項1に記載の二次電池の制御装置。 - 前記放電特性は、前記二次電池の温度に応じて変化し、
前記検出手段は、前記二次電池の温度を検出するための手段を含み、
前記制御手段は、前記検出された温度に応じた放電特性に基づいて、放電電力値が最も大きくなる電圧値および電流値で、前記二次電池を放電するように制御するための手段を含む、請求項2に記載の二次電池の制御装置。 - 前記放電特性は、前記二次電池の放電時間に応じて変化し、
前記検出手段は、前記二次電池の放電時間を検出するための手段を含み、
前記制御手段は、前記検出された放電時間に応じた放電特性に基づいて、放電電力値が最も大きくなる電圧値および電流値で、前記二次電池を放電するように制御するための手段を含む、請求項2に記載の二次電池の制御装置。
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KR100901593B1 (ko) | 2007-08-20 | 2009-06-08 | 현대자동차주식회사 | 온도에 따른 고전압 배터리의 가용 soc 최적화 방법 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20070807 |