JP2015045561A - 電力装置 - Google Patents
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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)。
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。
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。
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)
- 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。
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2016063577A (ja) * | 2014-09-16 | 2016-04-25 | トヨタ自動車株式会社 | 電動車両の制御装置 |
WO2019135300A1 (ja) * | 2018-01-05 | 2019-07-11 | 株式会社カネカ | 蓄電装置、蓄電システム、電源システム、及び蓄電装置の制御方法 |
JP2019192517A (ja) * | 2018-04-26 | 2019-10-31 | トヨタ自動車株式会社 | 電池情報処理システム、組電池、電池モジュールの容量算出方法、および、組電池の製造方法 |
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2013
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