JP2015045561A - 電力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリを満充電まで充電したときの満充電容量をより精度よく演算する。【解決手段】バッテリが満充電となるよう充電器を制御する満充電制御の実行開始前の開始前開放電圧ＯＣＶ１および実行終了後の終了後開放電圧ＯＣＶ２と満充電制御の実行中のバッテリ３６の電流積算値Ｉｓｕｍとを用いてバッテリの満充電容量Ｓｆｕｌｌを計算するものにおいて、満充電制御の実行開始前にバッテリの温度調節を行なう際（Ｓ１２０）、バッテリの蓄電割合ＳＯＣが閾値Ｓｒｅｆ１から閾値Ｓｒｅｆ２までの範囲（開放電圧ＯＣＶの変化に対する蓄電割合ＳＯＣの変化が大きい蓄電割合範囲）内となるようとなるよう充電器を制御する（Ｓ１４０）。そして、バッテリの温度調節が終了したときに充電器と温度調節機器とを停止し（Ｓ１５０）、その後に、開始前開放電圧ＯＣＶ１を検出する（Ｓ１７０）。【選択図】図２

Description

本発明は、電力装置に関する。

従来、二次電池の充電中に充電状態が所定の残容量になったときに通電を停止し、通電停止直後から降下した電圧が略一定となる第１安定状態に対して所定の割合となる所定値を加えた第２安定状態に電圧が降下するまでの経過時間と、二次電池の各温度との特性により、二次電池の温度に応じて通電を停止する時間を算出し、算出した通電停止時間の経過後、二次電池の電圧を所定値により補正し、補正後の電圧から二次電池の充電状態を推定する、二次電池の充電状態推定制御装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−１２７９５８号公報

近年、車両に搭載され、バッテリと、外部電源からの電力を用いてバッテリを充電する充電器と、を備える電力装置では、充電器によってバッテリを満充電まで充電する満充電制御の実行開始前および実行終了後のバッテリの開放電圧と実行中のバッテリの電流積算値とを用いて満充電容量を演算することが行なわれており、この演算精度の向上が課題の一つとされている。

ところで、バッテリと充電器とに加えてバッテリと充電器とを接続する電力ラインからの電力の供給を受けてバッテリの温度を調節する温度調節機器を更に備える電力装置では、満充電制御の実行中に温度調節機器を駆動する（温度調節機器による電力消費のために満充電制御の実行時間が長くなる）のを抑制するために、満充電制御の実行開始前に、温度調節機器によってバッテリの温度調節を行なうことが考えられている。この場合、温度調節機器の駆動によってバッテリの蓄電割合が変化することから、満充電容量の演算精度の向上のために、満充電制御の実行開始前のバッテリの蓄電割合をどのようにするかが課題となる。

本発明の電力装置は、バッテリを満充電まで充電したときのバッテリの満充電容量をより精度よく演算することを主目的とする。

本発明の電力装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の電力装置は、
車両に搭載され、バッテリと、外部電源からの電力を用いて前記バッテリを充電する充電器と、前記バッテリと前記充電器とを接続する電力ラインからの電力の供給を受けて前記バッテリの温度を調節する温度調節機器と、を備える電力装置であって、
前記バッテリが満充電となるよう前記充電器を制御する満充電制御の実行開始前および実行終了後の該バッテリの開放電圧である開始前開放電圧および終了後開放電圧と、前記満充電制御の実行中の前記バッテリの電流積算値と、を用いて該バッテリの満充電容量を演算する制御手段を備え、
前記制御手段は、前記満充電制御の実行開始前に前記バッテリの温度調節が行なわれるよう前記温度調節機器を制御する際、前記バッテリの蓄電割合が開放電圧の変化に対する蓄電割合の変化が大きい所定割合範囲内となるよう前記充電器を制御し、前記バッテリの温度調節が終了したときに、前記充電器および前記温度調節器を停止するか前記バッテリの入出力電力が値０となるよう前記充電器および前記温度調節器を制御し、その後に、前記開始前開放電圧を検出する手段である、
ことを要旨とする。

この本発明の電力装置では、バッテリが満充電となるよう充電器を制御する満充電制御の実行開始前および実行終了後のバッテリの開放電圧である開始前開放電圧および終了後開放電圧と、満充電制御の実行中のバッテリの電流積算値と、を用いてバッテリの満充電容量を演算するものにおいて、満充電制御の実行開始前にバッテリの温度調節が行なわれるよう温度調節機器を制御する際、バッテリの蓄電割合が開放電圧の変化に対する蓄電割合の変化が大きい所定割合範囲内となるよう充電器を制御し、バッテリの温度調節が終了したときに、充電器および温度調節器を停止するかバッテリの入出力電力が値０となるよう充電器および温度調節器を制御し、その後に、開始前開放電圧を検出する。したがって、バッテリの開始前開放電圧の検出時にバッテリの蓄電割合が所定割合範囲内となっているときに、バッテリの開始前開放電圧をより精度よく検出することができる。この結果、バッテリの満充電容量をより精度よく演算することができる。

本発明の一実施例としての電力装置を搭載する電気自動車２０の構成の概略を示す構成図である。 実施例の電子制御ユニット５０により実行されるプラグイン操作時制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。 バッテリ３６の蓄電割合ＳＯＣと開放電圧ＯＣＶとの関係（蓄電割合−開放電圧特性）の一例を示す説明図である。 バッテリ３６の蓄電割合ＳＯＣ，充電器４２の出力，温度調節機器４０の消費電力の時間変化の様子の一例を示す説明図である。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としての電力装置を搭載する電気自動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例の電気自動車２０は、図示するように、例えば同期発電電動機として構成されて駆動輪２６ａ，２６ｂにデファレンシャルギヤ２４を介して接続された駆動軸２２に動力を入出力可能なモータ３２と、モータ３２を駆動するためのインバータ３４と、例えばリチウムイオン二次電池として構成されてインバータ３４を介してモータ３２と電力をやりとり可能なバッテリ３６と、インバータ３４やバッテリ３６が接続された電力ライン３８に接続されてバッテリ３６の温度調節を行なう温度調節機器（例えば、車室内の空調を行なうことによってバッテリ３６の温度調節を行なう空調装置など）４０と、電力ライン３８に接続されて家庭用電源などの外部電源のコンセントにプラグ４３が差し込まれているときに外部電源からの電力を用いてバッテリ３６を充電可能な充電器４２と、車両全体をコントロールする電子制御ユニット５０と、を備える。ここで、実施例では、バッテリ３６や温度調節機器４０，充電器４２，電子制御ユニット５０が「電力装置」に相当する。

電子制御ユニット５０は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭやデータを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポートを備える。電子制御ユニット５０には、モータ３２のロータの回転位置を検出する回転位置検出センサからのモータ３２のロータの回転位置θｍや、モータ３２の三相コイルの各相に流れる相電流を検出する電流センサからの相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ，バッテリ３６の電圧，電流，温度を検出する電圧センサ，電流センサ，温度センサからの端子間電圧Ｖｂ，充放電電流Ｉｂ，電池温度Ｔｂ，イグニッションスイッチ（スタートスイッチ）からのイグニッション信号，シフトレバーの操作位置を検出するシフトポジションセンサからのシフトポジションＳＰ，アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサからのアクセル開度Ａｃｃ，ブレーキペダルの踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサからのブレーキペダルポジションＢＰ，車速センサからの車速Ｖなどが入力ポートを介して入力されている。電子制御ユニット５０からは、インバータ３４のスイッチング素子へのスイッチング制御信号や温度調節機器４０への制御信号，充電器４２への制御信号などが出力ポートを介して出力されている。

次に、こうして構成された実施例の電気自動車２０の動作、特に、駐車中に外部電源からの電力を用いてバッテリ３６が満充電まで充電されるよう満充電制御を実行すると共にその実行後に実行開始前および実行終了後のバッテリの開放電圧とその最中のバッテリ３６の電流積算値とを用いてバッテリ３６の満充電容量を演算する際の動作について説明する。図２は、実施例の電子制御ユニット５０により実行されるプラグイン操作時制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、自宅や予め設定された充電ポイントでイグニッションスイッチがオフとされて、プラグ４３が外部電源のコンセントに差し込まれるプラグイン操作が行なわれたときに実行される。

充電制御ルーチンが実行されると、電子制御ユニット５０は、まず、バッテリ３６の電池温度Ｔｂや蓄電割合ＳＯＣなどのデータを入力する（ステップＳ１００）。ここで、電池温度Ｔｂは、図示しない温度センサにより検出された値を入力するものとした。また、蓄電割合ＳＯＣは、図示しない電流センサにより検出された充放電電流Ｉｂに基づいて演算された値を入力するものとした。

こうしてデータを入力すると、入力した電池温度Ｔｂが閾値Ｔｂｒｅｆ１から閾値Ｔｂｒｅｆ２までの範囲内か否かを判定し（ステップＳ１１０）、バッテリ３６の電池温度Ｔｂが閾値Ｔｂｒｅｆ１から閾値Ｔｂｒｅｆ２までの範囲外のときには、バッテリ３６の電池温度Ｔｂが閾値Ｔｂｒｅｆ１から閾値Ｔｂｒｅｆ２までの範囲内となるよう温度調節機器４０を制御する温度調節制御を実行する（ステップＳ１２０）。

ここで、閾値Ｔｂｒｅｆ１，Ｔｂｒｅｆ２は、満充電制御の実行中に温度調節機器４０を駆動してバッテリ３６の温度調節を行なう必要がない（バッテリ３６の温度調節を行なわなくてもバッテリ３６の劣化が促進されない）温度範囲の下限，上限であり、例えば、閾値Ｔｂｒｅｆ１は、０℃や５℃などを用いることができ、閾値Ｔｂｒｅｆ２は、３５℃や４０℃などを用いることができる。満充電制御の実行中に温度調節機器４０を駆動すると、温度調節機器４０による電力消費のために満充電制御の実行時間が長くなり、満充電制御の実行中のバッテリ３６の電流積算値Ｉｓｕｍの精度が低くなり（誤差が大きくなり）、満充電制御の実行後に電流積算値Ｉｓｕｍを用いて満充電容量Ｓｆｕｌｌを計算する際の演算精度が低くなりやすい。このため、実施例では、満充電制御の実行中に温度調節機器４０を駆動しなくて済むようにするために、満充電制御の実行開始前に、バッテリ３６の電池温度Ｔｂが閾値Ｔｂｒｅｆ１から閾値Ｔｂｒｅｆ２までの範囲内となるよう温度調節を行なうものとした。

そして、バッテリ３６の蓄電割合ＳＯＣが閾値Ｓｒｅｆ１から閾値Ｓｒｅｆ２までの範囲内か否かを判定する（ステップＳ１３０）。図３は、バッテリ３６の蓄電割合ＳＯＣと開放電圧ＯＣＶとの関係（蓄電割合−開放電圧特性）の一例を示す説明図である。閾値Ｓｒｅｆ１，Ｓｒｅｆ２は、バッテリ３６の開放電圧ＯＣＶの変化に対する蓄電割合ＳＯＣの変化が大きい蓄電割合範囲の下限，上限であり、例えば、閾値Ｓｒｅｆ１は、１５％や２０％などを用いることができ、閾値Ｓｒｅｆ２は、２５％や３０％などを用いることができる。

バッテリ３６の蓄電割合ＳＯＣが閾値Ｓｒｅｆ１から閾値Ｓｒｅｆ２までの範囲外のときには、蓄電割合ＳＯＣが閾値Ｓｒｅｆ１から閾値Ｓｒｅｆ２までの範囲内となるよう充電器４２を制御する蓄電割合調節制御を実行して（ステップＳ１４０）、ステップＳ１００に戻る。一方、バッテリ３６の蓄電割合ＳＯＣが閾値Ｓｒｅｆ１から閾値Ｓｒｅｆ２までの範囲内のときには、蓄電割合調節制御を実行せずに、ステップＳ１００に戻る。

ステップＳ１１０でバッテリ３６の電池温度Ｔｂが閾値Ｔｂｒｅｆ１から閾値Ｔｂｒｅｆ２までの範囲内のときには、充電器４２および温度調節機器４０を停止し（ステップＳ１５０）、所定時間ｔ１が経過するのを待って（ステップＳ１６０）、電圧センサからの端子間電圧Ｖｂ（開放電圧ＯＣＶ）を入力して、満充電制御の実行開始前の開放電圧としての開始前開放電圧ＯＣＶ１として設定する（ステップＳ１７０）。

ここで、所定時間ｔ１は、温度調節制御や蓄電割合調節制御の実行によるバッテリ３６の充放電によって生じる分極が解消されるまでに要する時間であり、例えば、５分などを用いることができる。なお、この所定時間ｔ１は、固定値を用いるものとしてもよいし、電池温度Ｔｂなどに応じた値とするものとしてもよい。

このように、実施例では、温度調節制御の実行中に必要に応じて蓄電割合制御を実行する（バッテリ３６の蓄電割合ＳＯＣが閾値Ｓｒｅｆ１から閾値Ｓｒｅｆ２までの範囲（バッテリ３６の開放電圧ＯＣＶの変化に対する蓄電割合ＳＯＣの変化が大きい蓄電割合範囲）内となるようにする）から、開始前開放電圧ＯＣＶ１の検出（設定）時に蓄電割合ＳＯＣが閾値Ｓｒｅｆ１から閾値Ｓｒｅｆ２までの範囲内となっているときに、開始前開放電圧ＯＣＶ１をより精度よく検出（設定）することができる。

なお、実施例では、バッテリ３６の蓄電割合ＳＯＣが閾値Ｓｒｅｆ１から閾値Ｓｒｅｆ２までの範囲外で電池温度Ｔｂが閾値Ｔｂｒｅｆ１から閾値Ｔｂｒｅｆ２までの範囲内のとき（例えば、プラグイン操作が行なわれたときにバッテリ３６がこの状態のときなど）が生じるが、このときには、プラグイン操作からバッテリ３６の満充電までの時間を短縮するために、蓄電割合調節制御を実行しない（中断する）ものとした。

次に、満充電制御（充電器４２の制御）の実行を開始し（ステップＳ１８０）、バッテリ３６の蓄電割合ＳＯＣが満充電判定用の閾値Ｓｅｎｄ以上に至ったときに（ステップＳ１９０，Ｓ２００）、満充電制御の実行を終了する（ステップＳ２１０）。

こうして満充電制御の実行を終了すると、所定時間ｔ２が経過するのを待って（ステップＳ２２０）、電圧センサからの端子間電圧Ｖｂ（開放電圧ＯＣＶ）を入力し、満充電制御の実行終了前の開放電圧としての終了後開放電圧ＯＣＶ２として設定する（ステップＳ２３０）。ここで、所定時間ｔ２は、満充電制御の実行によるバッテリ３６の充放電によって生じる分極が解消されるまでに要する時間であり、例えば、５分などを用いることができる。

続いて、開始前開放電圧ＯＣＶ１，終了後開放電圧ＯＣＶ２と図３のマップ（蓄電割合−開放電圧特性）とを用いて、満充電制御の開始前，終了後の蓄電割合としての開始前蓄電割合ＳＯＣ１，終了後蓄電割合ＳＯＣ２を設定すると共に（ステップＳ２４０）、満充電制御の実行中の充放電電流Ｉｂの積算値としての電流積算値Ｉｓｕｍを入力する（ステップＳ２５０）。

そして、次式（１）に示すように、終了後蓄電割合ＳＯＣ２［％］と開始前蓄電割合ＳＯＣ１［％］との差分ΔＳＯＣを値１００で除して小数値（値０から値１までの範囲の値）に換算したもので電流積算値Ｉｓｕｍ［Ａｈ］を除して、バッテリ３６の満充電容量Ｓｆｕｌｌ［Ａｈ］を計算して（ステップＳ２６０）、本ルーチンを終了する。

Sfull=Isum/((SOC2-SOC1)/100) (1)

実施例では、満充電制御の実行開始前の蓄電割合制御の実行に用いる閾値Ｓｒｅｆ１（例えば１５％や２０％など）から閾値Ｓｒｅｆ２（例えば２５％や３０％など）までの範囲を、バッテリ３６の開放電圧ＯＣＶの変化に対する蓄電割合ＳＯＣの変化が大きい蓄電割合範囲とすること，比較的小さな値の範囲（差分ΔＳＯＣが大きくなる範囲）とすることにより、バッテリ３６の満充電容量Ｓｆｕｌｌをより精度よく計算することができる。

図４は、バッテリ３６の蓄電割合ＳＯＣ，充電器４２の出力，温度調節機器４０の消費電力の時間変化の様子の一例を示す説明図である。図示するように、時刻ｔ１０にプラグイン操作が行なわれると、温度調節制御と蓄電割合制御との実行を開始し、時刻ｔ１１に蓄電割合ＳＯＣが閾値Ｓｒｅｆ１以上に至ると、蓄電割合制御を終了（中止）し、その後、充電器４２の出力が低下し、時刻ｔ１２に温度調節制御を終了する。そして、時刻ｔ１２から所定時間ｔ１が経過した時刻ｔ１３に、開始前開放電圧ＯＣＶ１を検出（設定）して満充電制御の実行を開始し、バッテリ３６が満充電に至った時刻ｔ１４に、満充電制御を終了する。そして、時刻ｔ１４から所定時間ｔ２が経過したｔ１５に、終了後開放電圧ＯＣＶ２を検出（設定）し、開始前開放電圧ＯＣＶ１（開始前蓄電割合ＳＯＣ１）と終了後開放電圧ＯＣＶ２（終了後蓄電割合ＳＯＣ２）と満充電制御の実行中のバッテリ３６の電流積算値Ｉｓｕｍとを用いて満充電容量Ｓｆｕｌｌを計算する。こうした処理により、蓄電割合ＳＯＣが閾値Ｓｒｅｆ１から閾値Ｓｒｅｆ２までの範囲内となっているときに、開始前開放電圧ＯＣＶ１をより精度よく検出することができる。この結果、満充電容量Ｓｆｕｌｌをより精度よく計算することができる。

以上説明した実施例の電気自動車２０に搭載される電力装置によれば、バッテリ３６が満充電となるよう充電器４２を制御する満充電制御の実行開始前の開始前開放電圧ＯＣＶ１および実行終了後の終了後開放電圧ＯＣＶ２と満充電制御の実行中のバッテリ３６の電流積算値Ｉｓｕｍとを用いてバッテリ３６の満充電容量Ｓｆｕｌｌを計算するものにおいて、満充電制御の実行開始前にバッテリ３６の温度調節を行なう際、バッテリ３６の蓄電割合ＳＯＣが閾値Ｓｒｅｆ１から閾値Ｓｒｅｆ２までの範囲（開放電圧ＯＣＶの変化に対する蓄電割合ＳＯＣの変化が大きい蓄電割合範囲）内となるようとなるよう充電器４２を制御し、バッテリ３６の温度調節が終了したときに充電器４２と温度調節機器４０とを停止し、その後に、開始前開放電圧ＯＣＶ１を検出するから、開始前開放電圧ＯＣＶ１の検出（設定）時に蓄電割合ＳＯＣが閾値Ｓｒｅｆ１から閾値Ｓｒｅｆ２までの範囲内となっているときに、開始前開放電圧ＯＣＶ１をより精度よく検出することができる。この結果、満充電容量Ｓｆｕｌｌをより精度よく計算することができる。

実施例の電気自動車２０に搭載される電力装置では、ステップＳ１１０でバッテリ３６の電池温度Ｔｂが閾値Ｔｂｒｅｆ１から閾値Ｔｂｒｅｆ２までの範囲内のときには、充電器４２および温度調節機器４０を停止するものとしたが、バッテリ３６に電流が入出力されない（充放電電流Ｉｂが値０となる）ように充電器４２および温度調節機器４０を制御する（フィードバック制御する）ものとしてもよい。

実施例の電気自動車２０に搭載される電力装置では、ステップＳ１１０でバッテリ３６の電池温度Ｔｂが閾値Ｔｂｒｅｆ１から閾値Ｔｂｒｅｆ２までの範囲外のときには、温度調節制御の実行時間に拘わらず、温度調節制御を実行するものとしたが、温度調節制御の実行時間が所定時間（例えば５分など）以上に至ったときには、温度調節制御を終了するものとしてもよい。

実施例では、本発明を走行用のモータ３２を備える電気自動車２０に適用するものとしたが、走行用のモータおよびエンジンを備えるハイブリッド自動車に適用するものとしてもよい。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、バッテリ３６が「バッテリ」に相当し、充電器４２が「充電器」に相当し、温度調節機器４０が「温度調節機器」に相当し、図２のプラグイン操作時制御ルーチンを実行する電子制御ユニット５０が「制御手段」に相当する。

なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、電力装置の製造産業などに利用可能である。

２０ 電気自動車、２２ 駆動軸、２４ デファレンシャルギヤ、２６ａ，２６ｂ 駆動輪、３２ モータ、３４ インバータ、３６ バッテリ、３８ 電力ライン、４０ 温度調節機器、４２ 充電器、４３ プラグ、５０ 電子制御ユニット。

Claims (1)

1. 車両に搭載され、バッテリと、外部電源からの電力を用いて前記バッテリを充電する充電器と、前記バッテリと前記充電器とを接続する電力ラインからの電力の供給を受けて前記バッテリの温度を調節する温度調節機器と、を備える電力装置であって、
   前記バッテリが満充電となるよう前記充電器を制御する満充電制御の実行開始前および実行終了後の該バッテリの開放電圧である開始前開放電圧および終了後開放電圧と、前記満充電制御の実行中の前記バッテリの電流積算値と、を用いて該バッテリの満充電容量を演算する制御手段を備え、
   前記制御手段は、前記満充電制御の実行開始前に前記バッテリの温度調節が行なわれるよう前記温度調節機器を制御する際、前記バッテリの蓄電割合が開放電圧の変化に対する蓄電割合の変化が大きい所定割合範囲内となるよう前記充電器を制御し、前記バッテリの温度調節が終了したときに、前記充電器および前記温度調節器を停止するか前記バッテリの入出力電力が値０となるよう前記充電器および前記温度調節器を制御し、その後に、前記開始前開放電圧を検出する手段である、
   電力装置。

Images