JP2005327536A - 二次電池の制御装置 - Google Patents

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

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。

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。

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。

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。

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を示すブロック図（その１）である。 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を示すブロック図（その２）である。 本発明の第１の実施の形態に係る制御装置において、ＥＣＵのメモリに記憶された放電特性のマップを示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る制御装置において、ＥＣＵが実行するプログラムの制御構造を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施の形態に係る制御装置において算出される最大放電電力を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る制御装置において、ＥＣＵのメモリに記憶された放電特性のマップを示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る制御装置において、ＥＣＵが実行するプログラムの制御構造を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施の形態に係る制御装置において算出される最大放電電力を示す図である。

符号の説明

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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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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