JP3800870B2 - ハイブリッドバッテリ制御方法及び制御装置 - Google Patents
ハイブリッドバッテリ制御方法及び制御装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3800870B2 JP3800870B2 JP19775499A JP19775499A JP3800870B2 JP 3800870 B2 JP3800870 B2 JP 3800870B2 JP 19775499 A JP19775499 A JP 19775499A JP 19775499 A JP19775499 A JP 19775499A JP 3800870 B2 JP3800870 B2 JP 3800870B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- secondary battery
- battery
- fuel cell
- capacity
- outside air
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 37
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 66
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 8
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 16
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 6
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 4
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 4
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000013500 data storage Methods 0.000 description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000002407 reforming Methods 0.000 description 3
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 3
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 2
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 2
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007274 generation of a signal involved in cell-cell signaling Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000012417 linear regression Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 230000001932 seasonal effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
Landscapes
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハイブリッドバッテリ制御方法及び制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気自動車では一般に、搭載された直流電源を可変電圧、可変周波数の交流電源に変換するインバータと、車両駆動用の３相交流モータと、この３相交流モータの電流及び回転速度を検出する電流センサ及び速度センサと、アクセル開度に応じて３相交流モータのトルク指令を決定するトルク指令演算回路と、このトルク指令演算回路の決定したトルク指令及び電流センサの出力に基づいて３相交流モータの電流を制御するための３相交流電流指令を発生する３相交流電流指令発生回路と、この３相交流電流指令発生回路が出力する３相交流電流指令及び電流センサが検出する３相交流モータに流れる電流とに基づいてインバータを制御する信号を発生する信号発生回路を備えている。
【０００３】
ところで、電気自動車用のバッテリとしては、一般に二次電池が用いられているが、二次電池は１回の充電当たりの走行距離が短く、このことが電気自動車の普及を促進する上での大きな障害となっている。
【０００４】
一方、二次電池に代わる電気自動車用のバッテリとして、固体高分子型燃料電池のような常温型の燃料電池が注目されている。燃料電池は、燃料の水素と酸素とを電気化学的に反応させてエネルギを取り出すものであり、燃料が供給される間は出力を発生し続けることができるため、長時間の運転が可能となる。また排出物も大部分がクリーンである。
【０００５】
しかしながら、実用化されている常温型の燃料電池の出力は、単位電池の出力電圧が１Ｖ、あるいは出力電力が１Ｗ／ｃｍ2 程度であり、低負荷だけでなく、高負荷まで広範囲に出力が要求される電気自動車のバッテリとしては、出力密度が小さい問題点がある。
【０００６】
そこで、モータに流れる電流が多いときには燃料電池と二次電池との両方を使用し、少ないときには燃料電池の余剰電力によって二次電池を充電し、次の大きな負荷に耐えられるようにしたハイブリッドバッテリ技術が提案されている（特開平８−１６３７１１号公報、特開平８−２８９４１０号公報）。
【０００７】
このハイブリッドバッテリ方式の電源装置によれば、電気自動車用のバッテリとして、二次電池や常温型燃料電池の弱点を相互に補い合い、広範囲の出力要求に応えられる。これを実用化するには、二次電池の定格電圧は通常、３００Ｖ程度であるのに対して、燃料電池の定格電圧は２４Ｖ〜９６Ｖ、一般には４８Ｖであるため、燃料電池と二次電池との定格電圧の相違に配慮し、双方の特性を十分に活かした最適な使用形態とする必要がある。それによって、車両の低負荷から高負荷までの広範囲の出力要求に応え、かつ走行可能距離の長い電気自動車を実用化することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、従来提案されているハイブリッドバッテリ方式の電源装置では、パワーバッテリとエネルギバッテリとを併用することや、二次電池が常に所定電圧値になるように制御することにより、かかる技術的課題を解決しようとしているが、次のような問題点があった。電気自動車の低温始動時と常温始動時とで始動に使用する電気容量が異なるときに、常に必要な容量を確保するためには、始動時に大きな電気容量が必要な低温側に合わせた電圧に設定しなければならず、二次電池の劣化を早め、そして二次電池の劣化が進むと電気容量が足らなくなり、始動不能になってしまう問題点がある。また、高温側での回生電力の受入れのために、満充電容量の大きな二次電池を用意するか、パワーバッテリとエネルギバッテリの２つの電池を備える必要があり、高価になる問題点がある。
【０００９】
本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたものであり、燃料電池により二次電池を充電する際に、外気温が高く、始動時に燃料電池を暖機するためにそれほど大きな容量を必要としない時期には二次電池の電圧を低めに、また外気温が低く、始動時に大きな容量を必要とする時期には二次電圧を高めに自動的に設定することにより、外気温に季節的な変化があっても常に確実に燃料電池を始動することができ、しかも二次電池に過度の負担をかけず、長寿命化が図れ、また大きな二次電池を用意するか、パワーバッテリとエネルギバッテリの２つの電池を備える必要性をなくしてコスト的にも改善することができるハイブリッドバッテリ制御技術を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明のハイブリッドバッテリ制御方法は、燃料電池の余剰発電電力によって二次電池を所定容量まで充電するに、外気温を監視し、監視した外気温の環境下で前記燃料電池の起動に必要となる最低限の前記二次電池の電池容量を算出し、この算出した電池容量と前記二次電池の現在の電池容量とを比較し、監視した外気温の環境下で前記燃料電池の起動に必要となる最低限の電池容量が前記二次電池に充電されていない場合は、監視した外気温の環境下で前記燃料電池を起動するのに必要な最低限の充電容量まで前記二次電池を充電するものである。
【００１１】
請求項２の発明のハイブリッドバッテリ制御装置は、燃料電池の余剰発電電力によって二次電池を所定電圧まで充電する機能を備えたものにおいて、外気温センサと、前記外気温センサの検出する外気温の環境下で前記燃料電池の起動に必要となる最低限の前記二次電池の電池容量を算出し、この算出した電池容量と前記二次電池の現在の電池容量とを比較し、前記外気温センサの検出する外気温の環境下で前記燃料電池の起動に必要となる最低限の電池容量が前記二次電池に充電されていない場合は、前記外気温センサの検出する外気温の環境下で前記燃料電池を起動するのに必要な最低限の充電容量まで前記二次電池を充電する二次電池容量制御手段とを備えたものである。
【００１２】
請求項３の発明のハイブリッドバッテリ制御装置は、請求項２において、前記燃料電池の起動時に使用する電力量を計測する起動時電力量検出手段と、前記起動時電力量検出手段の計測する電力量を前記外気温センサの検出する外気温と対応させ、起動時電力量温度マップデータを作成して記憶する温度マップ作成手段とを備え、前記二次電池容量制御手段は、前記外気温センサの検出する外気温、ならびに前記起動時電力量温度マップデータに登録された電力量に基づいて、前記二次電池を充電制御するものである。
【００１３】
請求項４の発明のハイブリッドバッテリ制御装置は、請求項３において、前記外気温センサの検出する外気温に対して、前記起動時電力量温度マップデータを参照し、前記二次電池の充電電圧をその外気温状態で前記燃料電池を起動するのに必要な最低限の充電容量に対応する電圧に制御する二次電池電圧制御手段を備えたものである。
【００１４】
【発明の効果】
請求項１の発明のハイブリッドバッテリ制御方法によれば、燃料電池の始動に必要な電力量は温度条件によって大きく異なってくるが、外気温を監視しながら、その外気温の環境下で燃料電池を始動するのに必要な最低限の充電容量まで二次電池を充電するので、二次電池に充電可能容量が極端に大きなものを採用しなくても燃料電池の電力回生に必要な空き容量を常に確保しつつ、低温環境下での燃料電池の始動にも対応できる十分な充電容量を持たせる充電制御が行なえる。
【００１５】
請求項２の発明のハイブリッドバッテリ制御装置によれば、請求項１の発明のハイブリッドバッテリ制御方法を使用することができ、したがって、外気温を監視しながら、その外気温の環境下で燃料電池を始動するのに必要な最低限の充電容量まで二次電池を充電することができて、二次電池に充電可能容量が極端に大きなものを採用しなくても燃料電池の電力回生に必要な空き容量を常に確保しつつ、低温環境下での燃料電池の始動にも対応できる十分な充電容量を持たせる充電制御が行なえる。
【００１６】
請求項３の発明のハイブリッドバッテリ制御装置によれば、請求項２の発明の効果に加えて、起動時に使用する電力量を計測して、この起動時電力量を外気温と対応させた起動時電力量温度マップデータを作成して記憶するので、現実の外気温の変化によって燃料電池の始動時に必要となる電力量がどのように変化するかを正確に把握し、どんな温度条件下でも燃料電池を始動するのに必要な最低限の充電容量を二次電池に持たせるように充電制御することができる。
【００１７】
請求項４の発明のハイブリッドバッテリ制御装置によれば、請求項３の発明の効果に加えて、二次電池電圧制御手段により外気温センサの検出する外気温に対して、起動時電力量温度マップデータを参照して二次電池の充電電圧を制御することによって、二次電池に対して燃料電池の電力回生に必要な空き容量を常に確保しつつ、現実の外気温状態で燃料電池を始動するのに必要な最低限の充電容量まで充電できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。図１は本発明の１つの実施の形態のハイブリッドバッテリ制御方法及び制御装置を適用したハイブリッドバッテリシステムの構成を示している。このハイブリッドバッテリシステムは、直流電源を交流電源に変換する駆動用インバータ１、この駆動用インバータ１の出力によって駆動される車両駆動モータ２、この駆動モータ２の回転数を検出する回転数センサ３、駆動モータ２の電流を検出する電流センサ４、アクセル５の踏込み量に応じて駆動モータ２のトルク指令を決定するトルク指令コントローラ６、電流センサ４の出力とトルク指令コントローラ６の出力であるトルク指令とに基づいて駆動モータ２の電流を制御するための３相交流電流指令を発生し、モータ電流指令と駆動モータ２に流れる電流とに基づいて駆動用インバータ１を制御する信号を発生する駆動モータコントローラ７を備えている。
【００１９】
ハイブリッドバッテリシステムはさらに、駆動モータ２に接続された二次電池１１、昇降圧回路１２、この昇降圧回路１２を介して二次電池１１に並列に接続された燃料電池１３、二次電池１１の電圧、電流を検出する電圧センサ１４及び電流センサ１５、外気温を計測する外気温センサ１６、これらの電圧センサ１４と電流センサ１５の出力及び外気温センサ１６の出力に基づいて二次電池１１の充電状態を制御するバッテリコントローラ１７を備えている。
【００２０】
ハイブリッドバッテリシステムはさらに、燃料電池１３に水素を供給する改質装置２１、燃料電池１３に空気を供給するコンプレッサ２２、このコンプレッサ２２を駆動するコンプレッサモータ２３、このコンプレッサモータ２３を駆動するコンプレッサ用インバータ２４、コンプレッサモータ２３にコンプレッサ用インバータ２４から供給される電流を検出する電流センサ２５、コンプレッサモータ２３の回転数を検出する回転数センサ２６、電流センサ２５の出力と回転数センサ２６の出力とに基づいてコンプレッサモータ２３の電流を制御するための電流指令を発生し、この電流指令とコンプレッサモータ２３に流れる電流と与えられるトルク指令に基づいてコンプレッサ用インバータ２４を制御する信号を発生するコンプレッサモータコントローラ２７、バッテリコントローラ１７の状態、トルク指令コントローラ６の状態、コンプレッサモータコントローラ２７の状態に基づいて燃料電池１３に送る水素量と空気量とをコントロールし、燃料電池１３から取り出せる電力を決定する燃料電池コントローラ２８、この燃料電池コントローラ２８の指示に基づいて昇降圧回路１２を制御する昇降圧回路コントローラ２９、そして燃料電池１３の発電中をインストルメントその他の適宜の場所に表示する表示部３０を備えている。
【００２１】
次に、上記構成のハイブリッドバッテリシステムにおけるバッテリコントローラ１７の制御動作を、図２〜図４のフローチャートを用いて説明する。図２のフローチャートに示すメイン処理を実行するのに先立って、図３のフローチャートに示す処理Ｓ１００により外気温を観測し、また図４のフローチャートに示す処理Ｓ２００により二次電池１１の容量を演算し、それらのデータを更新、格納する。
【００２２】
図３のフローチャートに示す外気温度検出処理Ｓ１００では、イグニッションがオンになれば（ステップＳ１０５）、外気温センサ１６から外気温度Toutを取得し（ステップＳ１１０）、イグニッションオン期間中のそれまでに取得した外気温度Toutの最高値（MAX値）、最低値（MIN値）と比較し、MAX値よりも高ければ新たな外気温度をMAX値として更新し、新たに取得した外気温度ToutがMIN値よりも低ければ新たな外気温度ToutをMIN値として更新して記憶し（ステップＳ１１５）、この処理をイグニッションがオンの期間中、周期的に繰り返し、最終的に得られたMIN値を今回の最低温度Tminとする（ステップＳ１２０）。
【００２３】
そしてイグニッションがオフになれば、過去の外気温のTminのデータ保存が所定のＮ回に達しているかどうか判断し（Ｓ１２５）、Ｎ回に達していなければ図５に示した最低温度マップＭ１に順次にTminを登録していき（ステップＳ１３０）、Ｎ回以上になっていれば、最低温度マップＭ１の１番古いデータと入れ替えて、ステップＳ１１０〜Ｓ１２０の処理で最終的に得られたTminを登録する（ステップＳ１３５）。こうして、最低温度マップＭ１には、常に最新のＮ回の外気温の最低温度Tminのデータを格納しておくようにする。これにより、外気温の季節的な変動をデータとして取得することができる。
【００２４】
図４のフローチャートに示す容量演算処理Ｓ２００では、イグニッションがオンになれば（ステップＳ２０５）、イグニッションオン直後の二次電池１１の開放電圧Vopenを電圧センサ１４から取得し（ステップＳ２１０）、また電池温度Tbを取得する（ステップＳ２１５）。この後、あらかじめ登録されている図６に示す電池容量マップ（ＳＯＣマップ）Ｍ２を参照して、開放電圧Vopenのみから電池容量（ＳＯＣ）を算出する（ステップＳ２２０）。
【００２５】
そして、求めたＳＯＣに対して、図７に示すような温度係数マップＭ３に基づいて温度補正を行い、さらに求めた温度補正後のＳＯＣに対して初期ＳＯＣ特性からの劣化補正（初期特性から何％劣化しているかの補正：この劣化の度合いを示す数値もデータとして登録しておく）を行い、その補正後のＳＯＣを起動時の電池容量ＳＯＣとする（ステップＳ２２５，Ｓ２３０）。
【００２６】
この後、出力可能パワーのサンプリング条件が揃うのを待ち（ステップＳ２３５）、サンプリング条件が揃えば、出力可能パワーから図８に示した出力−容量マップデータを用いてＳＯＣを算出する（ステップＳ２４０）。
【００２７】
出力可能パワーのサンプリング条件が成立するとは、電池電流が図９に示すグラフのようであったとし、パワー演算開始タイミングは力行時、かつ電流の増加時としてグラフ中の○印を付した点に至った場合をいう。そして、このサンプリング条件が成立すれば、○印の開始点から所定時間経過した時点の電流、電圧を電流センサ４，１５，２５、電圧センサ１４によってサンプリングして、図１０に示すパワー演算データ格納マップＭ４に格納する。そして、最初のパワー演算開始点から所定容量変化したときのデータを用いて、図１１に示すように直線回帰演算を行い、開放電圧と内部抵抗とを求める。開放電圧は直線の切片であり、内部抵抗は直線の傾きとして求められる。この演算は、二次電池容量が所定容量だけ変化するたびに繰り返す。
【００２８】
出力可能パワーから出力−容量マップデータを用いてＳＯＣを算出した後、電池温度を取得し、求めたＳＯＣに対して、上記と同様に図７に示した温度係数マップＭ３を用いて温度補正を行い、現在の二次電池１１の容量劣化の度合いを求める（ステップＳ２４５，Ｓ２５０）。そして、補正後のＳＯＣを現在のＳＯＣに決定して、後述する演算に用いる（ステップＳ２５５）。以上のステップＳ２３５〜Ｓ２５５の演算処理は、イグニッションがオンしている期間中、繰り返す（ステップＳ２６０）。
【００２９】
ステップＳ２５０における電池の容量劣化の演算は、次のようにして行う。図１２の出力−容量マップに示すように、イグニッションがオンとなった後のパワー演算によって求めた出力可能パワー（Ｂ）に対して、二次電池１１の新品時の所定温度（ここでは、２５℃に設定している）にした場合の出力可能パワー（Ｃ）に補正する。これには、電池温度に対する温度係数を図７に示す温度係数マップを用いて求め、出力可能パワー×温度係数＝温度補正後のデータ（Ｃ）とする温度補正を行う。そして、この温度補正したデータ（Ｃ）と初期のデータ（Ａ）との比率（Ｃ／Ａ）から出力劣化係数を算出し、さらに、容量劣化はこの出力劣化から図１３に示す劣化係数マップＭ５を参照して算出する。
【００３０】
このようにして外気温検出処理と容量演算処理により得た結果を利用し、図２に示すメインフローにより、二次電池１１の充電制御を行う。ここでは、イグニッションがオンになれば（ステップＳ０５）、改質装置２１の暖機運転を二次電池１１の電力によって行う（ステップＳ１０，Ｓ１５）。そして改質装置２１の暖機が終了すれば、容量演算処理Ｓ２００で得た現在のＳＯＣから、図１２に示した出力−容量マップデータを用いて出力ＸＫＷ、入力ＹＫＷが可能なＳＯＣの範囲、例えば、３０％〜５０％の範囲を算出する（ステップＳ２０）。続いて、ＳＯＣの範囲の中央値、上記の例では４０％を起動時のターゲット値として、二次電池１１のＳＯＣを調整する（ステップＳ２５，Ｓ３０）。
【００３１】
そしてイグニッションがオフになれば、外気温度検出処理Ｓ１００で得た図５に示す最低温度マップＭ１から過去Ｎ回の外気温度のMIN値を読み込み（ステップＳ３０，Ｓ３５）、この外気温環境の下で起動時に必要となる電力量を賄うのに必要なＳＯＣを図１４に示す、あらかじめ登録されている起動時使用電力量マップＭ６から読み込む（ステップＳ４０）。そして、二次電池１１のイグニッションオフ時の現実のＳＯＣが起動時ＳＯＣに対して必要最低限の大きさであればそのまま停止し、不足しているようであれば、燃料電池１３をイグニッションオフ後にも発電運転を継続させ、二次電池１１の実際のＳＯＣが起動時ＳＯＣを超えるまで充電する。そしてこの充電中、インストパネル等の表示部３０に二次電池１１の容量不足であるために燃料電池１３をしばらくの間継続運転する旨の表示をして使用者に知らせる（ステップＳ４５，Ｓ５０）。
【００３２】
なお、燃料電池１３の暖機が終了する前にイグニッションがオフされた場合、ステップＳ１５でＹＥＳに分岐して、ステップＳ３５〜Ｓ４５の処理と同様に、最低温度マップＭ１から過去Ｎ回の外気温度のMIN値を読み込み（ステップＳ５５）、この外気温環境の下で起動時に必要となる電力量を賄うのに必要なＳＯＣを起動時使用電力量マップＭ６から読み込み（ステップＳ６０）、二次電池１１のイグニッションオフ時の現実のＳＯＣが起動時ＳＯＣに対して必要最低限の大きさであればそのまま停止するが、不足しているようであれば、容量不足に注意を喚起する表示を表示部３０に行わせて使用者に知らせる（ステップＳ６５，Ｓ７０）。
【００３３】
このようにして、第１の実施の形態によれば、燃料電池１３により二次電池１１を充電する際に、外気温が高い時期には二次電池のＳＯＣを低めに、また外気温が低い時期には燃料電池１３の改質装置２１の暖機に大きな電力が必要であるために二次電池１１のＳＯＣを高めに自動的に調整することにより、外気温が低い場合にも燃料電池１３を円滑に起動することができ、またそれほど燃料電池１３の始動に大電力を必要としない条件下では二次電池に過度の負担をかけることがなく、その長寿命化が図れ、また大きな二次電池を用意するとか、パワーバッテリとエネルギバッテリの２つの電池を備えるといった必要性をなくしてコストの低減化も図れる。
【００３４】
次に、本発明の第２の実施の形態のハイブリッドバッテリ制御方法及び制御装置を図１５及び図１６に基づいて説明する。第２の実施の形態を適用するハイブリッドバッテリシステムは、図１に示した第１の実施の形態のものと同じである。そして、ハイブリッドバッテリシステムにおけるバッテリコントローラ１７の制御動作は、図１５及び図１６のフローチャートに示すものである。
【００３５】
各回の起動に先立って、第１の実施の形態の場合と同様、図３のフローチャートに示す処理により外気温を観測し、図４のフローチャートに示す処理により二次電池１１の容量を演算すると共に、さらに、第２の実施の形態の特徴である図１６のフローチャートに示す処理によって起動時電力測定を実行し、それらのデータを更新、格納する。
【００３６】
第２の実施の形態の特徴をなす起動時電力測定処理Ｓ３００は、図１６に示すように、イグニッションがオンになれば（ステップＳ３０５）、外気温センサ１６から外気温Toutを取得し（ステップＳ３１０）、この外気温Toutに従い、前回の運転終了時までに登録されている図１４に示した起動時使用電力量マップＭ６（第２の実施の形態では、このマップＭ６は後述するように自動的に更新される）から起動時に使用する電力量を参照する（ステップＳ３１５）。
【００３７】
そして、イグニッションがスタート操作（エンジン自動車におけるエンジンスタートに相当する操作）されると（ステップＳ３２０）、改質装置２１の暖機に使用する電力を電圧センサ１４、電流センサ１５の出力から計算し、暖機終了まで積算する（ステップＳ３２５，Ｓ３３０）。改質装置の暖機が終了すれば、積算電力量を外気温度Toutに従い、起動時使用電力量マップＭ６に更新登録する（ステップＳ３３５）。
【００３８】
これにより、図１４に示す起動時使用電力量マップＭ６には実機による燃料電池１３の改質装置２１の暖機に実際に必要とされる電力量を登録しておくことができる。
【００３９】
このようにして、第１の実施の形態と同様に容量演算処理Ｓ１００、外気温検出処理Ｓ２００を行い、また起動時電力測定処理Ｓ３００で得られたデータを用い、図１５に示すフローチャートにより二次電池１１の充電容量を制御する。この制御手順は、次の通りである。
【００４０】
イグニッションがオンになり、改質装置２１の暖機が終了すれば（ステップＳ４０５，Ｓ４１０）、容量演算処理Ｓ２００で得た現在のＳＯＣから、図１２に示した出力−容量マップを用いて出力ＸＫＷ、入力ＹＫＷが可能なＳＯＣの範囲を算出する（ステップＳ４１５）。続いて、外気温度検出処理Ｓ１００で得た図５に示す最低温度マップＭ１から過去Ｎ回の外気温度のMIN値を読み込み（ステップＳ４２０）、この外気温環境の下で起動時に必要となる電力量を賄うのに必要なＳＯＣを起動時電力測定処理Ｓ３００で得た図１４に示す起動時使用電力量マップＭ６から読み込み、ターゲットＳＯＣとする（ステップＳ４２５）。
【００４１】
そして、二次電池１１の現実のＳＯＣをターゲットＳＯＣと比較し、現実のＳＯＣがターゲットＳＯＣ（つまり、起動時に改質装置２１の暖機に必要とされる電力量を賄うに必要最低限の大きさのＳＯＣ）であれば燃料電池１３への発電指令は行わなず、イグニッションがオフされればそのまま停止する（ステップＳ４３０〜Ｓ４４５）。しかしながら、ターゲットＳＯＣに対して二次電池１１の現実のＳＯＣが不足しているようであればステップＳ４３５でＮＯに分岐して、燃料電池１３をイグニッションのオン／オフにかかわらず、現実のＳＯＣがターゲットＳＯＣを超えるまで燃料電池１３の発電運転を継続させ、二次電池１１を充電する。そしてこの充電中、インストパネル等の表示部３０に二次電池１１の容量不足であるために燃料電池１３を運転している旨の表示をして使用者に知らせる（ステップＳ４５０）。
【００４２】
なお、現実のＳＯＣとターゲットＳＯＣが均衡している場合には、ステップＳ４３０でＹＥＳに分岐し、イグニッションがオンであれば処理を継続し、オフになれば処理を終了する（ステップＳ４５５）。
【００４３】
こうして、第２の実施の形態によれば、起動時電力測定を実際に行い、マップＭ６を常に現実に即したものに更新するので、第１の実施の形態の効果に加えて、二次電池１１のいっそう実用に即した容量制御が可能となる。
【００４４】
なお、上記の両方の実施の形態で使用した数値やグラフ特性はすべて例示的なものであり、実用に際しては実験的に決めるものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を適用したハイブリッドバッテリシステムのブロック図。
【図２】上記の実施の形態による二次電池の容量制御のメインフローチャート。
【図３】上記の実施の形態における外気温度検出処理のフローチャート。
【図４】上記の実施の形態における容量演算処理のフローチャート。
【図５】上記の実施の形態で使用する最低温度格納マップの説明図。
【図６】上記の実施の形態で使用する二次電池の開放電圧−容量マップの説明図。
【図７】上記の実施の形態で使用する温度係数マップの説明図。
【図８】上記の実施の形態で使用する二次電池の出力−容量特性グラフ。
【図９】上記の実施の形態における二次電池の出力電流の時間変化を示すグラフ。
【図１０】上記の実施の形態で使用する二次電池のパワー演算データ格納マップの説明図。
【図１１】上記の実施の形態における二次電池の電流−電圧特性を示すグラフ。
【図１２】上記の実施の形態における二次電池の劣化補正を説明するグラフ。
【図１３】上記の実施の形態で使用する二次電池の劣化係数マップの説明図。
【図１４】上記の実施の形態で使用する二次電池の起動時使用電力量格納マップの説明図。
【図１５】本発明の第２の実施の形態による二次電池の容量制御のメインフローチャート。
【図１６】上記の実施の形態における起動時電力測定処理のフローチャート。
【符号の説明】
１ 駆動用インバータ
２ 駆動モータ
３ 回転数センサ
４ 電流センサ
５ アクセル
６ トルク指令コントローラ
７ 駆動モータコントローラ
１１二次電池
１２ 昇降圧回路
１３ 燃料電池
１４ 電圧センサ
１５ 電流センサ
１６ 外気温センサ
１７ バッテリコントローラ１７
２１ 改質装置
２２ コンプレッサ２２
２３ コンプレッサモータ
２４ コンプレッサ用インバータ
２５ 電流センサ
２６ 回転数センサ
２７ コンプレッサモータコントローラ
２８ 燃料電池コントローラ
２９ 昇降圧回路コントローラ
３０ 表示部
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハイブリッドバッテリ制御方法及び制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気自動車では一般に、搭載された直流電源を可変電圧、可変周波数の交流電源に変換するインバータと、車両駆動用の３相交流モータと、この３相交流モータの電流及び回転速度を検出する電流センサ及び速度センサと、アクセル開度に応じて３相交流モータのトルク指令を決定するトルク指令演算回路と、このトルク指令演算回路の決定したトルク指令及び電流センサの出力に基づいて３相交流モータの電流を制御するための３相交流電流指令を発生する３相交流電流指令発生回路と、この３相交流電流指令発生回路が出力する３相交流電流指令及び電流センサが検出する３相交流モータに流れる電流とに基づいてインバータを制御する信号を発生する信号発生回路を備えている。
【０００３】
ところで、電気自動車用のバッテリとしては、一般に二次電池が用いられているが、二次電池は１回の充電当たりの走行距離が短く、このことが電気自動車の普及を促進する上での大きな障害となっている。
【０００４】
一方、二次電池に代わる電気自動車用のバッテリとして、固体高分子型燃料電池のような常温型の燃料電池が注目されている。燃料電池は、燃料の水素と酸素とを電気化学的に反応させてエネルギを取り出すものであり、燃料が供給される間は出力を発生し続けることができるため、長時間の運転が可能となる。また排出物も大部分がクリーンである。
【０００５】
しかしながら、実用化されている常温型の燃料電池の出力は、単位電池の出力電圧が１Ｖ、あるいは出力電力が１Ｗ／ｃｍ2 程度であり、低負荷だけでなく、高負荷まで広範囲に出力が要求される電気自動車のバッテリとしては、出力密度が小さい問題点がある。
【０００６】
そこで、モータに流れる電流が多いときには燃料電池と二次電池との両方を使用し、少ないときには燃料電池の余剰電力によって二次電池を充電し、次の大きな負荷に耐えられるようにしたハイブリッドバッテリ技術が提案されている（特開平８−１６３７１１号公報、特開平８−２８９４１０号公報）。
【０００７】
このハイブリッドバッテリ方式の電源装置によれば、電気自動車用のバッテリとして、二次電池や常温型燃料電池の弱点を相互に補い合い、広範囲の出力要求に応えられる。これを実用化するには、二次電池の定格電圧は通常、３００Ｖ程度であるのに対して、燃料電池の定格電圧は２４Ｖ〜９６Ｖ、一般には４８Ｖであるため、燃料電池と二次電池との定格電圧の相違に配慮し、双方の特性を十分に活かした最適な使用形態とする必要がある。それによって、車両の低負荷から高負荷までの広範囲の出力要求に応え、かつ走行可能距離の長い電気自動車を実用化することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、従来提案されているハイブリッドバッテリ方式の電源装置では、パワーバッテリとエネルギバッテリとを併用することや、二次電池が常に所定電圧値になるように制御することにより、かかる技術的課題を解決しようとしているが、次のような問題点があった。電気自動車の低温始動時と常温始動時とで始動に使用する電気容量が異なるときに、常に必要な容量を確保するためには、始動時に大きな電気容量が必要な低温側に合わせた電圧に設定しなければならず、二次電池の劣化を早め、そして二次電池の劣化が進むと電気容量が足らなくなり、始動不能になってしまう問題点がある。また、高温側での回生電力の受入れのために、満充電容量の大きな二次電池を用意するか、パワーバッテリとエネルギバッテリの２つの電池を備える必要があり、高価になる問題点がある。
【０００９】
本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたものであり、燃料電池により二次電池を充電する際に、外気温が高く、始動時に燃料電池を暖機するためにそれほど大きな容量を必要としない時期には二次電池の電圧を低めに、また外気温が低く、始動時に大きな容量を必要とする時期には二次電圧を高めに自動的に設定することにより、外気温に季節的な変化があっても常に確実に燃料電池を始動することができ、しかも二次電池に過度の負担をかけず、長寿命化が図れ、また大きな二次電池を用意するか、パワーバッテリとエネルギバッテリの２つの電池を備える必要性をなくしてコスト的にも改善することができるハイブリッドバッテリ制御技術を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明のハイブリッドバッテリ制御方法は、燃料電池の余剰発電電力によって二次電池を所定容量まで充電するに、外気温を監視し、監視した外気温の環境下で前記燃料電池の起動に必要となる最低限の前記二次電池の電池容量を算出し、この算出した電池容量と前記二次電池の現在の電池容量とを比較し、監視した外気温の環境下で前記燃料電池の起動に必要となる最低限の電池容量が前記二次電池に充電されていない場合は、監視した外気温の環境下で前記燃料電池を起動するのに必要な最低限の充電容量まで前記二次電池を充電するものである。
【００１１】
請求項２の発明のハイブリッドバッテリ制御装置は、燃料電池の余剰発電電力によって二次電池を所定電圧まで充電する機能を備えたものにおいて、外気温センサと、前記外気温センサの検出する外気温の環境下で前記燃料電池の起動に必要となる最低限の前記二次電池の電池容量を算出し、この算出した電池容量と前記二次電池の現在の電池容量とを比較し、前記外気温センサの検出する外気温の環境下で前記燃料電池の起動に必要となる最低限の電池容量が前記二次電池に充電されていない場合は、前記外気温センサの検出する外気温の環境下で前記燃料電池を起動するのに必要な最低限の充電容量まで前記二次電池を充電する二次電池容量制御手段とを備えたものである。
【００１２】
請求項３の発明のハイブリッドバッテリ制御装置は、請求項２において、前記燃料電池の起動時に使用する電力量を計測する起動時電力量検出手段と、前記起動時電力量検出手段の計測する電力量を前記外気温センサの検出する外気温と対応させ、起動時電力量温度マップデータを作成して記憶する温度マップ作成手段とを備え、前記二次電池容量制御手段は、前記外気温センサの検出する外気温、ならびに前記起動時電力量温度マップデータに登録された電力量に基づいて、前記二次電池を充電制御するものである。
【００１３】
請求項４の発明のハイブリッドバッテリ制御装置は、請求項３において、前記外気温センサの検出する外気温に対して、前記起動時電力量温度マップデータを参照し、前記二次電池の充電電圧をその外気温状態で前記燃料電池を起動するのに必要な最低限の充電容量に対応する電圧に制御する二次電池電圧制御手段を備えたものである。
【００１４】
【発明の効果】
請求項１の発明のハイブリッドバッテリ制御方法によれば、燃料電池の始動に必要な電力量は温度条件によって大きく異なってくるが、外気温を監視しながら、その外気温の環境下で燃料電池を始動するのに必要な最低限の充電容量まで二次電池を充電するので、二次電池に充電可能容量が極端に大きなものを採用しなくても燃料電池の電力回生に必要な空き容量を常に確保しつつ、低温環境下での燃料電池の始動にも対応できる十分な充電容量を持たせる充電制御が行なえる。
【００１５】
請求項２の発明のハイブリッドバッテリ制御装置によれば、請求項１の発明のハイブリッドバッテリ制御方法を使用することができ、したがって、外気温を監視しながら、その外気温の環境下で燃料電池を始動するのに必要な最低限の充電容量まで二次電池を充電することができて、二次電池に充電可能容量が極端に大きなものを採用しなくても燃料電池の電力回生に必要な空き容量を常に確保しつつ、低温環境下での燃料電池の始動にも対応できる十分な充電容量を持たせる充電制御が行なえる。
【００１６】
請求項３の発明のハイブリッドバッテリ制御装置によれば、請求項２の発明の効果に加えて、起動時に使用する電力量を計測して、この起動時電力量を外気温と対応させた起動時電力量温度マップデータを作成して記憶するので、現実の外気温の変化によって燃料電池の始動時に必要となる電力量がどのように変化するかを正確に把握し、どんな温度条件下でも燃料電池を始動するのに必要な最低限の充電容量を二次電池に持たせるように充電制御することができる。
【００１７】
請求項４の発明のハイブリッドバッテリ制御装置によれば、請求項３の発明の効果に加えて、二次電池電圧制御手段により外気温センサの検出する外気温に対して、起動時電力量温度マップデータを参照して二次電池の充電電圧を制御することによって、二次電池に対して燃料電池の電力回生に必要な空き容量を常に確保しつつ、現実の外気温状態で燃料電池を始動するのに必要な最低限の充電容量まで充電できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。図１は本発明の１つの実施の形態のハイブリッドバッテリ制御方法及び制御装置を適用したハイブリッドバッテリシステムの構成を示している。このハイブリッドバッテリシステムは、直流電源を交流電源に変換する駆動用インバータ１、この駆動用インバータ１の出力によって駆動される車両駆動モータ２、この駆動モータ２の回転数を検出する回転数センサ３、駆動モータ２の電流を検出する電流センサ４、アクセル５の踏込み量に応じて駆動モータ２のトルク指令を決定するトルク指令コントローラ６、電流センサ４の出力とトルク指令コントローラ６の出力であるトルク指令とに基づいて駆動モータ２の電流を制御するための３相交流電流指令を発生し、モータ電流指令と駆動モータ２に流れる電流とに基づいて駆動用インバータ１を制御する信号を発生する駆動モータコントローラ７を備えている。
【００１９】
ハイブリッドバッテリシステムはさらに、駆動モータ２に接続された二次電池１１、昇降圧回路１２、この昇降圧回路１２を介して二次電池１１に並列に接続された燃料電池１３、二次電池１１の電圧、電流を検出する電圧センサ１４及び電流センサ１５、外気温を計測する外気温センサ１６、これらの電圧センサ１４と電流センサ１５の出力及び外気温センサ１６の出力に基づいて二次電池１１の充電状態を制御するバッテリコントローラ１７を備えている。
【００２０】
ハイブリッドバッテリシステムはさらに、燃料電池１３に水素を供給する改質装置２１、燃料電池１３に空気を供給するコンプレッサ２２、このコンプレッサ２２を駆動するコンプレッサモータ２３、このコンプレッサモータ２３を駆動するコンプレッサ用インバータ２４、コンプレッサモータ２３にコンプレッサ用インバータ２４から供給される電流を検出する電流センサ２５、コンプレッサモータ２３の回転数を検出する回転数センサ２６、電流センサ２５の出力と回転数センサ２６の出力とに基づいてコンプレッサモータ２３の電流を制御するための電流指令を発生し、この電流指令とコンプレッサモータ２３に流れる電流と与えられるトルク指令に基づいてコンプレッサ用インバータ２４を制御する信号を発生するコンプレッサモータコントローラ２７、バッテリコントローラ１７の状態、トルク指令コントローラ６の状態、コンプレッサモータコントローラ２７の状態に基づいて燃料電池１３に送る水素量と空気量とをコントロールし、燃料電池１３から取り出せる電力を決定する燃料電池コントローラ２８、この燃料電池コントローラ２８の指示に基づいて昇降圧回路１２を制御する昇降圧回路コントローラ２９、そして燃料電池１３の発電中をインストルメントその他の適宜の場所に表示する表示部３０を備えている。
【００２１】
次に、上記構成のハイブリッドバッテリシステムにおけるバッテリコントローラ１７の制御動作を、図２〜図４のフローチャートを用いて説明する。図２のフローチャートに示すメイン処理を実行するのに先立って、図３のフローチャートに示す処理Ｓ１００により外気温を観測し、また図４のフローチャートに示す処理Ｓ２００により二次電池１１の容量を演算し、それらのデータを更新、格納する。
【００２２】
図３のフローチャートに示す外気温度検出処理Ｓ１００では、イグニッションがオンになれば（ステップＳ１０５）、外気温センサ１６から外気温度Toutを取得し（ステップＳ１１０）、イグニッションオン期間中のそれまでに取得した外気温度Toutの最高値（MAX値）、最低値（MIN値）と比較し、MAX値よりも高ければ新たな外気温度をMAX値として更新し、新たに取得した外気温度ToutがMIN値よりも低ければ新たな外気温度ToutをMIN値として更新して記憶し（ステップＳ１１５）、この処理をイグニッションがオンの期間中、周期的に繰り返し、最終的に得られたMIN値を今回の最低温度Tminとする（ステップＳ１２０）。
【００２３】
そしてイグニッションがオフになれば、過去の外気温のTminのデータ保存が所定のＮ回に達しているかどうか判断し（Ｓ１２５）、Ｎ回に達していなければ図５に示した最低温度マップＭ１に順次にTminを登録していき（ステップＳ１３０）、Ｎ回以上になっていれば、最低温度マップＭ１の１番古いデータと入れ替えて、ステップＳ１１０〜Ｓ１２０の処理で最終的に得られたTminを登録する（ステップＳ１３５）。こうして、最低温度マップＭ１には、常に最新のＮ回の外気温の最低温度Tminのデータを格納しておくようにする。これにより、外気温の季節的な変動をデータとして取得することができる。
【００２４】
図４のフローチャートに示す容量演算処理Ｓ２００では、イグニッションがオンになれば（ステップＳ２０５）、イグニッションオン直後の二次電池１１の開放電圧Vopenを電圧センサ１４から取得し（ステップＳ２１０）、また電池温度Tbを取得する（ステップＳ２１５）。この後、あらかじめ登録されている図６に示す電池容量マップ（ＳＯＣマップ）Ｍ２を参照して、開放電圧Vopenのみから電池容量（ＳＯＣ）を算出する（ステップＳ２２０）。
【００２５】
そして、求めたＳＯＣに対して、図７に示すような温度係数マップＭ３に基づいて温度補正を行い、さらに求めた温度補正後のＳＯＣに対して初期ＳＯＣ特性からの劣化補正（初期特性から何％劣化しているかの補正：この劣化の度合いを示す数値もデータとして登録しておく）を行い、その補正後のＳＯＣを起動時の電池容量ＳＯＣとする（ステップＳ２２５，Ｓ２３０）。
【００２６】
この後、出力可能パワーのサンプリング条件が揃うのを待ち（ステップＳ２３５）、サンプリング条件が揃えば、出力可能パワーから図８に示した出力−容量マップデータを用いてＳＯＣを算出する（ステップＳ２４０）。
【００２７】
出力可能パワーのサンプリング条件が成立するとは、電池電流が図９に示すグラフのようであったとし、パワー演算開始タイミングは力行時、かつ電流の増加時としてグラフ中の○印を付した点に至った場合をいう。そして、このサンプリング条件が成立すれば、○印の開始点から所定時間経過した時点の電流、電圧を電流センサ４，１５，２５、電圧センサ１４によってサンプリングして、図１０に示すパワー演算データ格納マップＭ４に格納する。そして、最初のパワー演算開始点から所定容量変化したときのデータを用いて、図１１に示すように直線回帰演算を行い、開放電圧と内部抵抗とを求める。開放電圧は直線の切片であり、内部抵抗は直線の傾きとして求められる。この演算は、二次電池容量が所定容量だけ変化するたびに繰り返す。
【００２８】
出力可能パワーから出力−容量マップデータを用いてＳＯＣを算出した後、電池温度を取得し、求めたＳＯＣに対して、上記と同様に図７に示した温度係数マップＭ３を用いて温度補正を行い、現在の二次電池１１の容量劣化の度合いを求める（ステップＳ２４５，Ｓ２５０）。そして、補正後のＳＯＣを現在のＳＯＣに決定して、後述する演算に用いる（ステップＳ２５５）。以上のステップＳ２３５〜Ｓ２５５の演算処理は、イグニッションがオンしている期間中、繰り返す（ステップＳ２６０）。
【００２９】
ステップＳ２５０における電池の容量劣化の演算は、次のようにして行う。図１２の出力−容量マップに示すように、イグニッションがオンとなった後のパワー演算によって求めた出力可能パワー（Ｂ）に対して、二次電池１１の新品時の所定温度（ここでは、２５℃に設定している）にした場合の出力可能パワー（Ｃ）に補正する。これには、電池温度に対する温度係数を図７に示す温度係数マップを用いて求め、出力可能パワー×温度係数＝温度補正後のデータ（Ｃ）とする温度補正を行う。そして、この温度補正したデータ（Ｃ）と初期のデータ（Ａ）との比率（Ｃ／Ａ）から出力劣化係数を算出し、さらに、容量劣化はこの出力劣化から図１３に示す劣化係数マップＭ５を参照して算出する。
【００３０】
このようにして外気温検出処理と容量演算処理により得た結果を利用し、図２に示すメインフローにより、二次電池１１の充電制御を行う。ここでは、イグニッションがオンになれば（ステップＳ０５）、改質装置２１の暖機運転を二次電池１１の電力によって行う（ステップＳ１０，Ｓ１５）。そして改質装置２１の暖機が終了すれば、容量演算処理Ｓ２００で得た現在のＳＯＣから、図１２に示した出力−容量マップデータを用いて出力ＸＫＷ、入力ＹＫＷが可能なＳＯＣの範囲、例えば、３０％〜５０％の範囲を算出する（ステップＳ２０）。続いて、ＳＯＣの範囲の中央値、上記の例では４０％を起動時のターゲット値として、二次電池１１のＳＯＣを調整する（ステップＳ２５，Ｓ３０）。
【００３１】
そしてイグニッションがオフになれば、外気温度検出処理Ｓ１００で得た図５に示す最低温度マップＭ１から過去Ｎ回の外気温度のMIN値を読み込み（ステップＳ３０，Ｓ３５）、この外気温環境の下で起動時に必要となる電力量を賄うのに必要なＳＯＣを図１４に示す、あらかじめ登録されている起動時使用電力量マップＭ６から読み込む（ステップＳ４０）。そして、二次電池１１のイグニッションオフ時の現実のＳＯＣが起動時ＳＯＣに対して必要最低限の大きさであればそのまま停止し、不足しているようであれば、燃料電池１３をイグニッションオフ後にも発電運転を継続させ、二次電池１１の実際のＳＯＣが起動時ＳＯＣを超えるまで充電する。そしてこの充電中、インストパネル等の表示部３０に二次電池１１の容量不足であるために燃料電池１３をしばらくの間継続運転する旨の表示をして使用者に知らせる（ステップＳ４５，Ｓ５０）。
【００３２】
なお、燃料電池１３の暖機が終了する前にイグニッションがオフされた場合、ステップＳ１５でＹＥＳに分岐して、ステップＳ３５〜Ｓ４５の処理と同様に、最低温度マップＭ１から過去Ｎ回の外気温度のMIN値を読み込み（ステップＳ５５）、この外気温環境の下で起動時に必要となる電力量を賄うのに必要なＳＯＣを起動時使用電力量マップＭ６から読み込み（ステップＳ６０）、二次電池１１のイグニッションオフ時の現実のＳＯＣが起動時ＳＯＣに対して必要最低限の大きさであればそのまま停止するが、不足しているようであれば、容量不足に注意を喚起する表示を表示部３０に行わせて使用者に知らせる（ステップＳ６５，Ｓ７０）。
【００３３】
このようにして、第１の実施の形態によれば、燃料電池１３により二次電池１１を充電する際に、外気温が高い時期には二次電池のＳＯＣを低めに、また外気温が低い時期には燃料電池１３の改質装置２１の暖機に大きな電力が必要であるために二次電池１１のＳＯＣを高めに自動的に調整することにより、外気温が低い場合にも燃料電池１３を円滑に起動することができ、またそれほど燃料電池１３の始動に大電力を必要としない条件下では二次電池に過度の負担をかけることがなく、その長寿命化が図れ、また大きな二次電池を用意するとか、パワーバッテリとエネルギバッテリの２つの電池を備えるといった必要性をなくしてコストの低減化も図れる。
【００３４】
次に、本発明の第２の実施の形態のハイブリッドバッテリ制御方法及び制御装置を図１５及び図１６に基づいて説明する。第２の実施の形態を適用するハイブリッドバッテリシステムは、図１に示した第１の実施の形態のものと同じである。そして、ハイブリッドバッテリシステムにおけるバッテリコントローラ１７の制御動作は、図１５及び図１６のフローチャートに示すものである。
【００３５】
各回の起動に先立って、第１の実施の形態の場合と同様、図３のフローチャートに示す処理により外気温を観測し、図４のフローチャートに示す処理により二次電池１１の容量を演算すると共に、さらに、第２の実施の形態の特徴である図１６のフローチャートに示す処理によって起動時電力測定を実行し、それらのデータを更新、格納する。
【００３６】
第２の実施の形態の特徴をなす起動時電力測定処理Ｓ３００は、図１６に示すように、イグニッションがオンになれば（ステップＳ３０５）、外気温センサ１６から外気温Toutを取得し（ステップＳ３１０）、この外気温Toutに従い、前回の運転終了時までに登録されている図１４に示した起動時使用電力量マップＭ６（第２の実施の形態では、このマップＭ６は後述するように自動的に更新される）から起動時に使用する電力量を参照する（ステップＳ３１５）。
【００３７】
そして、イグニッションがスタート操作（エンジン自動車におけるエンジンスタートに相当する操作）されると（ステップＳ３２０）、改質装置２１の暖機に使用する電力を電圧センサ１４、電流センサ１５の出力から計算し、暖機終了まで積算する（ステップＳ３２５，Ｓ３３０）。改質装置の暖機が終了すれば、積算電力量を外気温度Toutに従い、起動時使用電力量マップＭ６に更新登録する（ステップＳ３３５）。
【００３８】
これにより、図１４に示す起動時使用電力量マップＭ６には実機による燃料電池１３の改質装置２１の暖機に実際に必要とされる電力量を登録しておくことができる。
【００３９】
このようにして、第１の実施の形態と同様に容量演算処理Ｓ１００、外気温検出処理Ｓ２００を行い、また起動時電力測定処理Ｓ３００で得られたデータを用い、図１５に示すフローチャートにより二次電池１１の充電容量を制御する。この制御手順は、次の通りである。
【００４０】
イグニッションがオンになり、改質装置２１の暖機が終了すれば（ステップＳ４０５，Ｓ４１０）、容量演算処理Ｓ２００で得た現在のＳＯＣから、図１２に示した出力−容量マップを用いて出力ＸＫＷ、入力ＹＫＷが可能なＳＯＣの範囲を算出する（ステップＳ４１５）。続いて、外気温度検出処理Ｓ１００で得た図５に示す最低温度マップＭ１から過去Ｎ回の外気温度のMIN値を読み込み（ステップＳ４２０）、この外気温環境の下で起動時に必要となる電力量を賄うのに必要なＳＯＣを起動時電力測定処理Ｓ３００で得た図１４に示す起動時使用電力量マップＭ６から読み込み、ターゲットＳＯＣとする（ステップＳ４２５）。
【００４１】
そして、二次電池１１の現実のＳＯＣをターゲットＳＯＣと比較し、現実のＳＯＣがターゲットＳＯＣ（つまり、起動時に改質装置２１の暖機に必要とされる電力量を賄うに必要最低限の大きさのＳＯＣ）であれば燃料電池１３への発電指令は行わなず、イグニッションがオフされればそのまま停止する（ステップＳ４３０〜Ｓ４４５）。しかしながら、ターゲットＳＯＣに対して二次電池１１の現実のＳＯＣが不足しているようであればステップＳ４３５でＮＯに分岐して、燃料電池１３をイグニッションのオン／オフにかかわらず、現実のＳＯＣがターゲットＳＯＣを超えるまで燃料電池１３の発電運転を継続させ、二次電池１１を充電する。そしてこの充電中、インストパネル等の表示部３０に二次電池１１の容量不足であるために燃料電池１３を運転している旨の表示をして使用者に知らせる（ステップＳ４５０）。
【００４２】
なお、現実のＳＯＣとターゲットＳＯＣが均衡している場合には、ステップＳ４３０でＹＥＳに分岐し、イグニッションがオンであれば処理を継続し、オフになれば処理を終了する（ステップＳ４５５）。
【００４３】
こうして、第２の実施の形態によれば、起動時電力測定を実際に行い、マップＭ６を常に現実に即したものに更新するので、第１の実施の形態の効果に加えて、二次電池１１のいっそう実用に即した容量制御が可能となる。
【００４４】
なお、上記の両方の実施の形態で使用した数値やグラフ特性はすべて例示的なものであり、実用に際しては実験的に決めるものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を適用したハイブリッドバッテリシステムのブロック図。
【図２】上記の実施の形態による二次電池の容量制御のメインフローチャート。
【図３】上記の実施の形態における外気温度検出処理のフローチャート。
【図４】上記の実施の形態における容量演算処理のフローチャート。
【図５】上記の実施の形態で使用する最低温度格納マップの説明図。
【図６】上記の実施の形態で使用する二次電池の開放電圧−容量マップの説明図。
【図７】上記の実施の形態で使用する温度係数マップの説明図。
【図８】上記の実施の形態で使用する二次電池の出力−容量特性グラフ。
【図９】上記の実施の形態における二次電池の出力電流の時間変化を示すグラフ。
【図１０】上記の実施の形態で使用する二次電池のパワー演算データ格納マップの説明図。
【図１１】上記の実施の形態における二次電池の電流−電圧特性を示すグラフ。
【図１２】上記の実施の形態における二次電池の劣化補正を説明するグラフ。
【図１３】上記の実施の形態で使用する二次電池の劣化係数マップの説明図。
【図１４】上記の実施の形態で使用する二次電池の起動時使用電力量格納マップの説明図。
【図１５】本発明の第２の実施の形態による二次電池の容量制御のメインフローチャート。
【図１６】上記の実施の形態における起動時電力測定処理のフローチャート。
【符号の説明】
１ 駆動用インバータ
２ 駆動モータ
３ 回転数センサ
４ 電流センサ
５ アクセル
６ トルク指令コントローラ
７ 駆動モータコントローラ
１１二次電池
１２ 昇降圧回路
１３ 燃料電池
１４ 電圧センサ
１５ 電流センサ
１６ 外気温センサ
１７ バッテリコントローラ１７
２１ 改質装置
２２ コンプレッサ２２
２３ コンプレッサモータ
２４ コンプレッサ用インバータ
２５ 電流センサ
２６ 回転数センサ
２７ コンプレッサモータコントローラ
２８ 燃料電池コントローラ
２９ 昇降圧回路コントローラ
３０ 表示部
Claims (4)
- 燃料電池の余剰発電電力によって二次電池を所定容量まで充電するハイブリッドバッテリ制御方法において、
外気温を監視し、
監視した外気温の環境下で前記燃料電池の起動に必要となる最低限の前記二次電池の電池容量を算出し、この算出した電池容量と前記二次電池の現在の電池容量とを比較し、監視した外気温の環境下で前記燃料電池の起動に必要となる最低限の電池容量が前記二次電池に充電されていない場合は、監視した外気温の環境下で前記燃料電池を起動するのに必要な最低限の充電容量まで前記二次電池を充電することを特徴とするハイブリッドバッテリ制御方法。 - 燃料電池の余剰発電電力によって二次電池を所定電圧まで充電する機能を備えたハイブリッドバッテリ制御装置において、
外気温センサと、
前記外気温センサの検出する外気温の環境下で前記燃料電池の起動に必要となる最低限の前記二次電池の電池容量を算出し、この算出した電池容量と前記二次電池の現在の電池容量とを比較し、前記外気温センサの検出する外気温の環境下で前記燃料電池の起動に必要となる最低限の電池容量が前記二次電池に充電されていない場合は、前記外気温センサの検出する外気温の環境下で前記燃料電池を起動するのに必要な最低限の充電容量まで前記二次電池を充電する二次電池容量制御手段とを備えて成るハイブリッドバッテリ制御装置。 - 前記燃料電池の起動時に使用する電力量を計測する起動時電力量検出手段と、前記起動時電力量検出手段の計測する電力量を前記外気温センサの検出する外気温と対応させ、起動時電力量温度マップデータを作成して記憶する温度マップ作成手段とを備え、
前記二次電池容量制御手段は、前記外気温センサの検出する外気温、ならびに前記起動時電力量温度マップデータに登録された電力量に基づいて、前記二次電池を充電制御することを特徴とする請求項２に記載のハイブリッドバッテリ制御装置。 - 前記外気温センサの検出する外気温に対して、前記起動時電力量温度マップデータを参照し、前記二次電池の充電電圧をその外気温状態で前記燃料電池を起動するのに必要な最低限の充電容量に対応する電圧に制御する二次電池電圧制御手段を備えて成る請求項３に記載のハイブリッドバッテリ制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19775499A JP3800870B2 (ja) | 1999-07-12 | 1999-07-12 | ハイブリッドバッテリ制御方法及び制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19775499A JP3800870B2 (ja) | 1999-07-12 | 1999-07-12 | ハイブリッドバッテリ制御方法及び制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001028807A JP2001028807A (ja) | 2001-01-30 |
| JP3800870B2 true JP3800870B2 (ja) | 2006-07-26 |
Family
ID=16379800
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19775499A Expired - Fee Related JP3800870B2 (ja) | 1999-07-12 | 1999-07-12 | ハイブリッドバッテリ制御方法及び制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3800870B2 (ja) |
Families Citing this family (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002247701A (ja) * | 2001-02-22 | 2002-08-30 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 補機駆動装置 |
| JP4348891B2 (ja) | 2001-06-15 | 2009-10-21 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池を有する動力出力装置およびその方法 |
| JP2007059415A (ja) * | 2001-06-15 | 2007-03-08 | Toyota Motor Corp | 燃料電池を有する動力出力装置およびその方法 |
| JP3695379B2 (ja) | 2001-10-02 | 2005-09-14 | 日産自動車株式会社 | 電源システム |
| JP4193639B2 (ja) | 2003-08-28 | 2008-12-10 | 日産自動車株式会社 | 燃料電池搭載車両の制御装置 |
| JP4845342B2 (ja) * | 2004-03-04 | 2011-12-28 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システム |
| JP2005302491A (ja) * | 2004-04-09 | 2005-10-27 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システム |
| JP5215583B2 (ja) * | 2007-04-06 | 2013-06-19 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池システム |
| JP4805327B2 (ja) * | 2008-10-31 | 2011-11-02 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池車両 |
| KR101028020B1 (ko) | 2009-12-04 | 2011-04-13 | 기아자동차주식회사 | 하이브리드 차량용 dc-dc 컨버터의 출력 전압 제어 방법 |
| JP5543840B2 (ja) * | 2010-05-13 | 2014-07-09 | 本田技研工業株式会社 | 電動車両 |
| CN101966820B (zh) * | 2010-08-26 | 2013-06-12 | 清华大学 | 一种自适应修正的锂离子电池荷电状态在线监控方法 |
| KR101452837B1 (ko) | 2012-04-30 | 2014-10-23 | 엘아이지넥스원 주식회사 | 캠핑트레일러에 전원을 공급하기 위한 연료전지 시스템 및 그 방법 |
| CN111169328B (zh) * | 2018-11-09 | 2022-07-15 | 上海申龙客车有限公司 | 一种客车用的燃料电池控制方法 |
| JP7291085B2 (ja) * | 2020-01-23 | 2023-06-14 | 株式会社豊田自動織機 | 燃料電池システム |
| EP4318695A1 (en) * | 2022-08-03 | 2024-02-07 | Airbus Operations GmbH | End plate for clamping one or more fuel cells in a fuel cell arrangement |
| CN116846042B (zh) * | 2023-09-04 | 2023-12-22 | 深圳科力远数智能源技术有限公司 | 一种混合储能电池充放电自动调整方法及*** |
-
1999
- 1999-07-12 JP JP19775499A patent/JP3800870B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001028807A (ja) | 2001-01-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3800870B2 (ja) | ハイブリッドバッテリ制御方法及び制御装置 | |
| JP4157317B2 (ja) | 状態検知装置及びこれを用いた各種装置 | |
| JP3375511B2 (ja) | バッテリ残容量検出装置 | |
| US9428071B2 (en) | Impedance based battery parameter estimation | |
| US10800284B2 (en) | Charging strategies to mitigate lithium plating in electrified vehicle battery | |
| JP4068444B2 (ja) | ハイブリッド電気自動車のバッテリ充電状態リセット方法 | |
| US8466684B2 (en) | Determination of battery predictive power limits | |
| CN111409502B (zh) | 氢燃料电池汽车及其在低温环境下的电机能量管理方法 | |
| JP5160523B2 (ja) | 電気自動車 | |
| JP4193639B2 (ja) | 燃料電池搭載車両の制御装置 | |
| WO2010003361A1 (zh) | 一种电池荷电预测方法及装置 | |
| JP3780979B2 (ja) | 充放電制御装置及び方法 | |
| CN102790407B (zh) | 双蓄电池汽车供电***中的充放电控制方法 | |
| JPH10290535A (ja) | バッテリ充電装置 | |
| JP2000261901A (ja) | 二次電池の電池容量劣化算出方法 | |
| JP2000150003A (ja) | ハイブリッド車の充電量演算方法および充電量演算装置 | |
| JP2004236381A (ja) | 蓄電池の充放電制御装置および車両用蓄電池の充放電制御装置 | |
| JP2018518814A (ja) | 電力貯蔵システムの寿命を最適化する方法及び装置 | |
| CN102785580A (zh) | 用于基于双蓄电池供电***的汽车的起停控制方法 | |
| JP4666130B2 (ja) | 燃料電池システム | |
| CN112224093A (zh) | 燃料电池汽车低温启动控制方法 | |
| JP2001086604A (ja) | 組電池及び残容量検出装置 | |
| JP2006352997A (ja) | ハイブリッド車における電源システムの制御装置及び制御方法 | |
| JP3687463B2 (ja) | ハイブリッド車両の制御装置 | |
| JP2004325263A (ja) | 電池の自己放電量検出装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050203 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050208 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050406 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060131 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060310 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20060411 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20060424 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090512 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100512 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110512 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130512 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140512 Year of fee payment: 8 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |