JP5987512B2 - 車両の電池制御装置 - Google Patents
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Description
なお、前記均等化手段による制御は、「均等化制御」,「電圧均等化制御」,「バランサー制御」等と呼ばれる制御である。また、ここでいう「均等化」とは、各セル(複数のセル)の電圧を均等化することを意味する。
本実施形態の車両の電池制御装置7は、図1に示す車両10に適用される。この車両10は、エンジン11及びモーター12を併用して車両を駆動するプラグインハイブリッド自動車である。車両10の任意の位置には、モーター12の電力源となるバッテリー13が搭載される。
本実施形態のバッテリー13は、二種類の充電方式で充電可能とされる。第一の充電方式は外部電源から供給される電力の充電であり、第二の充電方式はモーター12等での発電電力の充電である。これらのバッテリー13の充電時には、自己放電特性のばらつきやセル容量のばらつきにより、電圧にばらつきが生じうる。そこで電池制御装置7は、バッテリー13の各セル9の電圧を均等化するバランサー制御(均等化制御)を実施する。
なお、本実施形態では、おもに車両10の走行中(車両10の移動中だけでなく、一時停止中や停車中を含む非外部充電時)でのバランサー制御について詳述するが、このバランサー制御は外部充電時に実施することも可能である。
図2に示すように、電池制御装置7には、電圧記憶部1,演算部2,設定部3,条件判定部4及びバランサー制御部5が設けられる。これらの各要素は、電子回路(ハードウェア)によって実現してもよく、あるいはソフトウェアとしてプログラミングされたものとしてもよいし、あるいはこれらの機能のうちの一部をハードウェアとして設け、他部をソフトウェアとしたものであってもよい。
条件2:バッテリー13の電気的負荷が小さい状態である
条件3:電圧差ΔVYが所定電圧差ΔVTHを超えている
条件4:バランサー制御の累積実施時間Tが許可時間TMAX未満である
図4は、電池制御装置7で実施されるバランサー制御の手順を例示するフローチャートである。このフローは、予め設定された所定周期(例えば、数十[ms]サイクル)で繰り返し実施される。なおここでは、外部充電の不実施時におけるバランサー制御を取り上げて説明するが、外部充電時にバランサー8を作動させることを妨げる意図はない。
[4−1.セル数が三個の場合]
上記のバランサー制御による各セル9の電圧の変化について、図5,図6を用いて説明する。ここでは、セル9の個数が三個である場合について、それぞれのセル9の符号を9a,9b,9cとして、各セル9a,9b,9cの充放電特性グラフを太実線,破線,一点鎖線で示す。
その後、エンジン11やモーター12が駆動され、車両10はバッテリー13の電力を消費しながら走行を継続する。このような車両10の走行時には、図5(b)に示すように、最高電圧VYMAXと目標電圧VTGTとの電圧差ΔVYが演算される。この電圧差ΔVYは、太実線と一点鎖線との間の縦軸方向の距離に相当する。バッテリー13の電力は、一般的な発電制御や回生制御によって適宜補充され、各セル9の電圧が所定電圧以上に維持される。
図7(a)〜(d)は、バランサー制御の実施対象となるセル数がM個であるときのバランサー8の駆動順序を示すグラフである。ここでは、図7(a)に示すように、バランサー制御が開始された時点で最も高電圧のセル9から、電圧の高い順にセル番号#1,#2,#3,…,#Mを付し、セル番号#Mの電圧が目標電圧VTGTであるものとする。
図8(a)〜(c)は、上記のセル9aに劣化していない新品のものを使用し、セル9b,9cのそれぞれの劣化度がそれぞれ、大,小である場合に、満充電時の電圧のばらつきがどの程度の大きさになるのかを予測したシミュレーション結果を示すグラフである。図8(a)は、それぞれのセル9a〜9cの充放電特性グラフを示す。このバッテリー13の満充電時における電圧のばらつきの大きさは、図8(a)中に示す黒丸間の縦軸方向の距離に相当する。ここで、バッテリー13の使用中にそれぞれのセル9a〜9cの電圧が、図8(a)中に白丸で示す状態であるときにバランサー制御を実施した場合に、満充電時の電圧のばらつきがどの程度変化するのかを予測したものが、図8(b),(c)である。
(1)このように、上記の電池制御装置7では、満充電時の電圧が最も低いセルの開放電圧を目標電圧VTGTとしたバランサー制御が実施される。つまり、バランサー制御を実施する時点での最低電圧ではなく、満充電時の充放電特性が最も劣るセルの電圧が参照される。このような制御により、各セルを再び満充電にしたときに生じうる電池容量のばらつきを小さくすることができる。つまり、最低セルよりも他のセルの電圧が低下した状態であっても、充電量の変化に対する電圧のばらつきの増大を抑制することができる。したがって、バッテリー13全体として使用できる電池容量の減少を抑えることができる。
また、最低セルよりも低い電圧を持つセル9に対してはバランサー制御が実施されないため、電圧を均等化するのに消費される電力を節約することができ、無駄なく電圧のばらつきを抑えることができる。
(6)また、上記の電池制御装置7では、少なくとも条件2が成立する状態、すなわち、バッテリー13の電気的負荷が小さい状態でバランサー制御が実施されるため、適切に各セル9の電圧を均等化することができ、制御精度を向上させることができる。
上述の実施形態では、抵抗バイパス回路として形成されたバランサー8を例示したが、バランサー8の具体的な構造はこれに限定されない。例えば、各セル9の電圧を個別に制御する代わりに、複数のセル9の電圧を一括で制御するバランサー8を用いてもよいし、各セル9間で電力を分配するバランサー8を用いてもよい。
2 演算部(演算手段)
3 設定部(設定手段)
4 条件判定部
5 バランサー制御部(均等化手段)
7 電池制御装置
8 バランサー
9 セル
13 バッテリー
14 インレット(充電手段)
Claims (4)
- 車載の組電池に充電する充電手段と、
外部電源からの充電が行われているか否かを判断する判断手段と、
前記判断手段により外部電源からの充電が行われていると判断され、かつ、前記組電池が満充電となった際に、前記組電池に含まれる各セルのうち電圧が最も低い最低セルを記憶する記憶手段と、
前記判断手段により外部電源からの充電が行われていないと判断されているときに、前記最低セルよりも高い電圧を持つセルを放電し、前記最低セルの電圧を目標として前記組電池の電圧を均等化する均等化手段と
を備えたことを特徴とする、車両の電池制御装置。 - 前記組電池の満充電時における各セルの最低電圧及び最高電圧の差に基づき、セル容量差を演算する演算手段と、
前記均等化に係る消費電流と前記演算手段で演算された前記セル容量差とに基づき、前記均等化の累積実施時間の上限値を設定する設定手段とを備え、
前記均等化手段が、前記設定手段で設定された前記上限値を超える前記均等化を禁止する
ことを特徴とする、請求項1記載の車両の電池制御装置。 - 前記設定手段が、前記組電池が満充電になる毎に前記上限値を再設定する
ことを特徴とする、請求項2記載の車両の電池制御装置。 - 前記均等化手段が、前記組電池の充放電電流の絶対値が所定値未満であることを、前記均等化の実施条件の一つとする
ことを特徴とする、請求項1〜3の何れか1項に記載の車両の電池制御装置。
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