CN101553967A - 二次电池的充放电控制装置以及具有其的车辆 - Google Patents

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Abstract

搭载在车辆(100)上的二次电池的充放电控制装置包括:温度传感器(42),检测电池B的温度(TB);以及控制装置(30),基于温度传感器(42)检测的温度(TB)以及电池(B)的充电状态来设定电池(B)进行充放电的电池电力。控制装置(30)将表示切换电池(B)的放电和充电时的充电状态的第一值、表示当在充电状态低于所述第一值的情况下对电池(B)进行充电的电池电力达到限制值时的充电状态的第二值、以及表示当在充电状态高于第一值的情况下从电池(B)进行放电的电池电力达到限制值时的充电状态的第三值中的至少一个设定成电池温度(TB)越高就越大。

Description

二次电池的充放电控制装置以及具有其的车辆
技术领域
本发明涉及二次电池的充放电控制装置以及具有其的车辆,特别是涉及基于二次电池的温度来控制充放电电力的技术。
背景技术
通过电动机来取得全部或一部分的车辆驱动力的电力车辆(包括混合动力车辆以及燃料电池车辆)搭载有二次电池并通过储存在该二次电池中的电力来驱动电动机。作为特有的功能,上述电力车辆具有再生制动。再生制动通过在车辆制动时将电动机作为发电机来发挥作用,将车辆的动能转换为电能并进行制动。另外,将取得的电能储存在二次电池中,并在进行加速等情况下再次利用。因此,通过再生制动,能够再次利用在以往的仅通过内燃机进行行驶的车辆中作为热能而扩散到大气中的能量,从而能够大幅地提高能量效率。
这里,为了将在再生制动时产生的电力有效地储存于二次电池,需要在二次电池中具有对应于该电力大小的剩余容量。另外,在能够通过车载的热机驱动发动机来产生电力并将该电力向二次电池进行充电的方式的混合动力车辆中,能够自由地控制储存在二次电池中的电力,即蓄电量。因此,在上述混合动力车辆中,优选将二次电池的蓄电量控制为满蓄电的状态(100%)、完全没有蓄电的状态(0%)、以及中间附近(50~60%),使得接受再生电力并且能够当存在要求时立刻对电动机供应电力。
搭载在电力车辆上的二次电池能够使用于各种使用环境。当在寒冷地域使用时,考虑了在-10℃以下并偶尔在-20℃以下的环境下使用的情况。另外,当在高温下使用时或二次电池温度由于二次电池的使用而上升时,考虑了在40℃以上的环境下使用的情况。当在上述严酷的环境下使用二次电池时,需要与二次电池的特性相应的控制。特别是,在低温时由于二次电池内的化学反应的速度下降而流过大电流时电压下降,不能得到需要的电压。另外,在高温时二次电池的劣化加快。
日本专利文献特开2003-219510号公报公开了能够根据电池的使用环境或电池的状态进行合适的充放电的管理的二次电池的充放电控制装置。上述文献公开的二次电池的充放电控制装置包括:温度检测部,检测二次电池的温度;以及充放电电力限制部,控制充放电电力以使其当检测的温度小于等于预定的温度时不超过预定的对应于温度而变化的充放电电力上限值。
一般而言,电池的温度越高越加快电池的劣化。充放电电力限制部确定该上限值使得当二次电池的温度大于等于预定的温度时充放电电力的上限值随着二次电池的温度升高而减小。由此,能够防止电池温度的进一步上升,因而能够抑制电池的劣化。
但是,根据日本专利文献特开2003-219510号公报公开的技术,能够从二次电池中取出的电力将会根据二次电池的温度而变化。优选的是,如果能够不进行基于温度的限制就能够从二次电池取出电力,则能够更有效地发挥二次电池的性能。但是,日本专利文献特开2003-219510号公报并未特别公开这样的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够更有效地发挥二次电池的性能的二次电池的充放电控制装置以及具有该充放电控制装置的车辆。
根据本发明的主要方面,一种二次电池的充放电控制装置,包括:温度检测部,检测二次电池的电池温度;充电状态检测部,检测二次电池的充电状态,输出表示充电状态的状态值;以及设定部。在状态值低于相当于确定将二次电池的充电和放电的某一个优先的阈值的第一值的情况下,设定部设定二次电池的充电电力使得状态值越低就越增大充电电力并且当状态值达到第二值时充电电力的值为第一限制值。在状态值高于第一值的情况下,设定部设定二次电池的放电电力使得状态值越高就越增大放电电力并且当状态值达到第三值时放电电力的值为第二限制值。设定部将第一值、第二值、以及第三值的至少一个确定为根据温度检测部检测的电池温度来变化的改变对象,并且电池温度越高就使改变对象的值越大。
优选的是,设定部根据状态值的分布从第一值到第三值中确定改变对象。
优选的是,在状态值小于第一值的频率比状态值大于第一值的频率高的情况下设定部将第二值确定为改变对象,在状态值大于第一值的频率比状态值小于第一值的频率高的情况下设定部将第三值确定为改变对象。
优选的是,当在预定期间内二次电池的充电和二次电池的放电的切换被重复了预定次数以上时,设定部将第一值确定为改变对象。
优选的是,二次电池包括锂离子电池。
根据本发明的其他方面,一种车辆,包括二次电池和二次电池的充放电控制装置。充放电控制装置包括:温度检测部,检测二次电池的电池温度;充电状态检测部,检测二次电池的充电状态,输出表示充电状态的状态值;以及设定部。在状态值低于相当于确定将二次电池的充电和放电的某一个优先的阈值的第一值的情况下,设定部设定二次电池的充电电力使得状态值越低就越增大充电电力并且当状态值达到第二值时充电电力的值为第一限制值。在状态值高于第一值的情况下,设定部设定二次电池的放电电力使得状态值越高就越增大放电电力并且当状态值达到第三值时放电电力的值为第二限制值。设定部将第一值、第二值、以及第三值的至少一个确定为根据温度检测部检测的电池温度来变化的改变对象,并且电池温度越高就使改变对象的值越大。
优选的是,设定部根据状态值的分布从第一值到第三值中确定改变对象。
优选的是,在状态值小于第一值的频率比状态值大于第一值的频率高的情况下设定部将第二值确定为改变对象,在状态值大于第一值的频率比状态值小于第一值的频率高的情况下设定部将第三值确定为改变对象。
优选的是,当在预定期间内二次电池的充电和二次电池的放电的切换被重复了预定次数以上时,设定部将第一值确定为改变对象。
优选的是,二次电池包括锂离子电池。
根据本发明的另一其他方面,一种二次电池的充放电控制装置,包括:温度检测部,检测二次电池的电池温度;充电状态检测部,检测二次电池的充电状态;以及设定部,根据温度检测部检测的电池温度以及充电状态检测部检测的充电状态来确定二次电池进行充放电的电池电力。设定部将表示切换二次电池的放电和二次电池的充电时的充电状态的第一值、表示当在充电状态低于第一值的情况下对二次电池进行充电的电池电力达到限制值时的充电状态的第二值、以及表示当在充电状态高于第一值的情况下从二次电池进行放电的电池电力达到限制值时的充电状态的第三值的至少一个设定成电池温度越高就越大。设定部根据第一值到第三值以及充电状态检测部检测的充电状态来设定电池电力。
优选的是,设定部根据充电状态检测部检测的充电状态的值的分布从第一值到第三值中确定改变对象的值。
更优选的是,在充电状态小于第一值的频率比充电状态大于第一值的频率高的情况下设定部将第二值确定为设定对象的值,在充电状态大于第一值的频率比充电状态小于第一值的频率高的情况下设定部将第三值确定为设定对象的值。
更优选的是,当在预定期间内二次电池的充电和二次电池的放电的切换被重复了预定次数以上时,设定部将第一值确定为设定对象的值。
优选的是,二次电池包括锂离子电池。
根据本发明的另一其他方面,一种车辆,包括:二次电池;以及二次电池的充放电控制装置。充放电控制装置包括:温度检测部,检测二次电池的电池温度;充电状态检测部,检测二次电池的充电状态;以及设定部,根据温度检测部检测的电池温度以及充电状态检测部检测的充电状态来确定二次电池进行充放电的电池电力。设定部将表示切换二次电池的放电和二次电池的充电时的充电状态的第一值、表示当在充电状态低于第一值的情况下对二次电池进行充电的电池电力达到限制值时的充电状态的第二值、以及表示当在充电状态高于第一值的情况下从二次电池进行放电的电池电力达到限制值时的充电状态的第三值的至少一个设定成电池温度越高就越大。设定部根据第一值到第三值以及充电状态检测部检测的充电状态来设定电池电力。
优选的是,设定部根据充电状态检测部检测的充电状态的值的分布从第一值到第三值中确定改变对象的值。
更优选的是,在充电状态小于第一值的频率比充电状态大于第一值的频率高的情况下设定部将第二值确定为设定对象的值,在充电状态大于第一值的频率比充电状态小于第一值的频率高的情况下设定部将第三值确定为设定对象的值。
更优选的是,当在预定期间内二次电池的充电和二次电池的放电的切换被重复了预定次数以上时,设定部将第一值确定为设定对象的值。
优选的是,二次电池包括锂离子电池。
因此,根据本发明,能够更有效地发挥二次电池的性能。
附图说明
图1是具有第一实施方式的二次电池的充放电控制装置的车辆的简要框图;
图2是图1所示的控制装置30的功能框图;
图3是说明基于本实施方式的充放电控制装置的SOC的控制的图;
图4是说明基于本实施方式的充放电控制装置的电池电力的控制的图;
图5是示出SOC值与电池的开路电压的关系的一般图;
图6是示出在如图3和图4所示那样电池的SOC和输入输出电力变动时的电池的电压的变动的图;
图7是示出在如图6所示那样电池电压变动时的电池电流的变动的图;
图8是说明基于图2的电池电力确定部133的电力值Pin/Pout的确定处理的流程图;
图9是示出存储在图表存储部136中的图表MP0的图;
图10是示出图2的电池电力确定部133根据图9的图表MP0进行充放电时的SOC值的分布的图;
图11是图9所示的图表MP0的一个变形例的图;
图12是示出图2的电池电力确定部133基于图11所示的图表MP1来确定电池电力时的SOC值的分布的图;
图13是示出了图9所示的图表MP0的其他变形例的图;
图14是图2的电池电力确定部133基于图13所示的图表MP2来确定电池电力时的SOC值的分布的图;
图15是示出图9所示的图表MP0的另一其他变形例的图;
图16是示出图2的电池电力确定部133基于图15所示的图表MP3来确定电池电力时的SOC值的分布的图;
图17是示出图9所示的图表MP0的另一其他变形例的图;
图18是示出图2的电池电力确定部133基于图17所示的图表MP4来确定电池电力时的SOC值的分布的图;
图19是说明基于图2的电池电力确定部133A的电力值Pin/Pout的确定处理的流程图;
图20是说明基于图2的电池电力确定部133A的电力值Pin/Pout的确定处理的变形例的流程图。
具体实施方式
以下,参考附图来详细地说明本发明的实施方式。图中,对相同或相当部分标注了相同标号,因而不再重复说明。
(第一实施方式)
图1是具有第一实施方式的二次电池的充放电控制装置的车辆的简要框图。
参考图1,车辆100包括:作为内燃机的发动机4;电池单元40;电动发电机MG1、MG2;对应于电动发电机MG1、MG2而分别设置的变换器22、14;动力分配机构PSD;升压转换器12;分解器20、21;电流传感器24、25;控制装置30;以及未图示的车轮。
电池单元40和升压转换器12通过电源线PL1和接地线SL而电连接。
电池单元40包括:电池B;连接在电池B的负极和接地线SL之间的系统主继电器SMR3;连接在电池B的正极和电源线PL1之间的系统主继电器SMR2;以及串联连接在电池B的正极和电源线PL1之间的系统主继电器SMR1和限制电阻R。系统主继电器SMR1~SMR3根据从控制装置30供应的控制信号SE来控制导通/非导通状态。
电池单元40还包括测定电池B的端子间的电压VB的电压传感器10。
电池B可以使用镍氢、锂离子等二次电池。但作为后述的二次电池B,优选使用锂离子电池。
在电池单元40的周边设置有用于检测电池B的温度TB的温度传感器42。温度传感器42既可以设置在电池B的附近,也可以设置在例如能够推定电池B的温度的位置上。具体地说,温度传感器42能够例如设置在电源线PL1的附近(A点)、电抗器L1的附近(B点)、系统主继电器SMR2的附近(C点)等。
升压转换器12对接地线SL与电源线PL1之间的电压进行升压,并通过接地线SL和电源线PL2供应给变换器14、22。变换器14将从升压转换器12供应的直流电压变换为三相交流并输出给电动发电机MG2。变换器22将从升压转换器12供应的直流电压变换为三相交流并输出给电动发电机MG1。
升压转换器12包括:平滑用电容器C1,一端与电源线PL1连接,另一端与接地线SL连接;电抗器L1,一端与电源线PL1连接;IGBT元件Q1、Q2,串联连接在电源线PL2和接地线SL之间;二极管D1、D2,分别与IGBT元件Q1、Q2并联连接;平滑用电容器C2;电压传感器6,检测电源线PL1与接地线SL之间的电压VL;以及电压传感器8,检测电源线PL2和接地线SL之间的电压VH。
平滑用电容器C1使被从电池B输出并升压之前的直流电压平滑化。平滑用电容器C2使升压转换器12升压后的直流电压平滑化。
电抗器L1的另一端与IGBT元件Q1的射极以及IGBT元件Q2的集电极连接。二极管D1的阴极与IGBT元件Q1的集电极连接,二极管D1的阳极与IGBT元件Q1的射极连接。二极管D2的阴极与IGBT元件Q2的集电极连接,二极管D2的阳极与IGBT元件Q2的射极连接。
变换器14将升压转换器12输出的直流电压转换为三相电流并输出给驱动车轮的电动发电机MG2。另外,随着再生制动,变换器14将电动发电机MG2发电而来的电力返回升压转换器12。此时,通过控制装置30控制升压转换器12以使其作为降压电路来进行动作。
变换器14包括:U相桥臂15、V相桥臂16、W相桥臂17。U相桥臂15、V相桥臂16、以及W相桥臂17并联连接在电源线PL2和接地线SL之间。
U相桥臂15包括:IGBT元件Q3、Q4,串联连接在电源线PL2与接地线SL之间;二极管D3、D4,分别与IGBT元件Q3、Q4并联连接。二极管D3的阴极与IGBT元件Q3的集电极连接,二极管D3的阳极与IGBT元件Q3的射极连接。二极管D4的阴极与IGBT元件Q4的集电极连接,二极管D4的阳极与IGBT元件Q4的射极连接。
V相桥臂16包括:IGBT元件Q5、Q6,串联连接在电源线PL2与接地线SL之间;二极管D5、D6,分别与IGBT元件Q5、Q6并联连接。二极管D5的阴极与IGBT元件Q5的集电极连接,二极管D5的阳极与IGBT元件Q5的射极连接。二极管D6的阴极与IGBT元件Q6的集电极连接,二极管D6的阳极与IGBT元件Q6的射极连接。
W相桥臂17包括:IGBT元件Q7、Q8,串联连接在电源线PL2与接地线SL之间;二极管D7、D8,分别与IGBT元件Q7、Q8并联连接。二极管D7的阴极与IGBT元件Q7的集电极连接,二极管D7的阳极与IGBT元件Q7的射极连接。二极管D8的阴极与IGBT元件Q8的集电极连接,二极管D8的阳极与IGBT元件Q8的射极连接。
电动发电机MG2为三相的永磁同步马达,U、V、W相的三个绕组的各自的一端共同连接于中性点。并且,U相绕组的另一端与IGBT元件Q3、Q4的连接节点连接。另外,V相绕组的另一端与IGBT元件Q5、Q6的连接节点连接。另外,W相绕组的另一端与IGBT元件Q7、Q8的连接节点连接。电动发电机MG2的旋转轴通过未图示的减速齿轮或差动齿轮与车轮耦合。
动力分配机构PSD与发动机以及电动发电机MG1、MG2耦合并在它们之间分配动力。例如,作为动力分配机构PSD,可以使用具有太阳齿轮、行星齿轮架以及内啮合齿轮的三个旋转轴的行星齿轮机构。该三个旋转轴分别与发动机以及电动发电机MG1、MG2的旋转轴连接。例如,可以使电动发电机MG1的转子中空并向其中心贯通发动机的曲轴,由此以机械的方式将发动机、电动发电机MG1、MG2与动力分配机构PSD连接。
电流传感器24检测流过电动发电机MG2的电流作为马达电流值MCRT2,并将马达电流值MCRT2输出给控制装置30。
变换器22与变换器14相对于升压转换器12而并联连接。变换器22将升压转换器12输出的直流电压转换为三相电流并输出给电动发电机MG1。变换器22为了接受从升压转换器12升压而来的电压来例如使发动机起动从而驱动电动发电机MG1。
另外,变换器22将通过从发动机4的曲轴传递的旋转扭矩而由电动发电机MG1发电而来的电力返回升压转换器12。此时,通过控制装置30控制升压转换器12以使其作为降压电路来进行动作。
变换器22的内部的结构虽未图示,但其是与变换器14相同的,因而不再重复详细说明。
电动发电机MG1为三相的永磁同步马达,U、V、W相的三个绕组的各自的一端共同连接于中性点。并且,各相绕组的另一端与变换器22连接。
电流传感器25检测流过电动发电机MG1的电流作为马达电流值MCRT1,并将马达电流值MCRT1输出给控制装置30。
控制装置30接受发动机转速MRNE、电压VB、VL、VH、电流IB、温度TB的各个值、马达电流值MCRT1、MCRT2、以及起动信号IGON。控制装置30还接受未图示的加速器位置传感器所检测的加速器开度Acc和未图示的车速传感器所检测的车辆速度V。
控制装置30接受分解器20、21的输出来分别计算马达转速MRN2、MRN1。这里,马达转速MRN1以及马达电流值MCRT1与电动发电机MG1相关,马达转速MRN2以及马达电流值MCRT2与电动发电机MG2相关。
另外,电压VB是电池B的电压,通过电压传感器10进行测定。电压VL是施加在平滑用电容器C1上的升压转换器12的升压前电压,通过电压传感器6进行测定。电压VH是施加在平滑用电容器C2上的升压转换器12的升压后电压,通过电压传感器8进行测定。
并且,控制装置30对升压转换器12输出进行升压指示的控制信号PWU、进行降压指示的控制信号PWD、以及指示动作禁止的信号CSDN。
此外,控制装置30对变换器14输出将作为升压转换器12的输出的电压VH(直流电压)转换为用于驱动电动发动机MG2的交流电压的驱动指示PWMI2、以及将通过电动发动机MG2发电而来的交流电压转换为直流电压并返回升压变换器12侧的再生指示PWMC2。IGBT元件Q3~Q8根据这些指示来进行动作。
同样地,控制装置30对变换器22输出将电压VH(直流电压)转换为用于驱动电动发动机MG1的交流电压的驱动指示PWMI1、以及将通过电动发动机MG1发电而来的交流电压转换为直流电压并返回升压变换器12侧的再生指示PWMC1。
图2是图1所示的控制装置30的功能框图。图2所示的控制装置30既可以通过硬件实现,也可以通过软件实现。
参考图2和图1,控制装置30包括:车辆要求输出计算部131、SOC(State of Charge:充电状态)计算部132、电池电力确定部133、驱动力分配确定部134、发动机ECU(Electronic Control Unit,电子控制单元)135、图表存储部136、转换器控制部137、变换器控制部138、139。
车辆要求输出计算部131根据加速器开度Acc、车辆速度V、以及从SOC计算部132输出的表示电池B的SOC的状态值(SOC值)来计算图1所示的车辆100整体所要求的输出(即车辆的要求动力)。
SOC计算部132根据电流值IB、电压VB、以及温度TB来计算电池B的SOC值。例如,在电池B为满充电状态的情况下将SOC值定义为100%,在电池B为完全没有充电状态的情况下将SOC值定义为0%。并且,在电池B的充电状态在从完全没有储电的状态到满充电状态之间变化的情况下,根据其充电状态将SOC值定义在0%至100%之间变化。
电池电力确定部133根据温度TB和电池B的SOC(SOC计算部132的计算结果)来确定电池B充电时的电力值Pin和电池B放电时的电力值Pout。电池电力确定部133中的处理的详细内容会在后面说明。
图表存储部136存储将SOC和电力值Pin/Pout对应起来的图表。电池电力确定部133基于存储在图表存储部136中的图表和温度TB来设定电力值Pin/Pout。
驱动力分配确定部134从车辆要求输出计算部131接受车辆要求输出。驱动力分配确定部134从电池电力确定部133接受电力值Pin或电力值Pout。驱动力分配确定部134从发动机ECU135接受发动机转速MRNE。驱动力分配确定部134针对车辆要求输出确定发动机4和电动发电机MG1、MG2之间的扭矩分配。
如果表示为具体的例子,驱动力分配确定部134将车辆要求输出作为发动机4的要求输出(发动机要求输出力PEreq*),在能够输出该发动机要求输出PEreq*的运转点(通过扭矩和转速来确定的点)中确定发动机4的效率最佳的点(换言之发动机的扭矩和转速)。并且,驱动力分配确定部134将确定的发动机的转速(目标转速MRNE*)输出给发动机ECU135。由此,发动机135控制发动机4的输出(转速×扭矩)以使目标转速MRNE*与实际的发动机转速MRNE相一致。
此外,驱动力分配确定部134根据发动机要求输出PEreq*和电力值Pin/Pout来确定电动发电机(MG1、MG2)的输出。并且,驱动力分配确定部134根据电动发电机(MG1、MG2)的输出来确定电动发电机MG2的扭矩指令值TR2。驱动力确定部134将扭矩指令值TR2输出给转换器控制部137和变换器控制部139。
当将从发动机4输出的动力的一部分作为电动发电机MG1的发电用电力使用时,电动发电机MG1的发电电力将会被使用于电动发电机MG2的驱动。此时,驱动力分配确定部134进一步设定用于指令电动发电机MG1所要求的扭矩的扭矩指令值TR1。并且,驱动力分配确定部134将扭矩指令值TR1输出给转换器控制部137和变换器控制部138。
转换器控制部137接受扭矩指令值TR1、TR2以及马达转速MRN1、MRN2并输出控制信号PWU、PWD以及信号CSDN。
变换器控制部138接受扭矩指令值TR1以及马达电流值MCRT1并输出驱动指示PWMI1以及再生指示PWMC1。
变换器控制部139接受扭矩指令值TR2以及马达电流值MCRT2并输出驱动指示PWMI2以及再生指示PWMC2。
(电池的SOC的控制)
图3是说明本实施方式的充放电控制装置对SOC的控制的图。
图4是说明本实施方式的充放电控制装置对电池电力的控制的图。
参考图3和图4,曲线CV1示出了在预定的温度(例如+25℃)下的SOC值的变动,曲线CV2示出了高温时的SOC值的变动。即,在本实施方式中,SOC值的变动的中心随着电池的温度升高而升高。但是,不管电池的温度高低,对电池输入或从电池输出的电池电力(图4的“电池输入输出”)是相同的。
图5是示出SOC值与电池的开路电压之间的关系的一般图。
参考图5可知,电池的开路电压随着SOC值增大而升高。
图6是示出在如图3和图4所示那样电池的SOC和输入输出电力变动时电池的电压变动的图。
参考图6,曲线CV3示出了在预定的温度(例如+25℃)下的电池电压的变动,曲线CV4示出了高温时的电池电压的变动。如图5所示,SOC值越高则电池的开路电压越高。即,在高温时SOC值的变动的中心升高,因此电池的电压升高。
图7是示出在如图6所示那样电池电压变动时的电池电流的变动的图。
参考图7和图6,曲线CV5示出了在预定的温度(例如+25℃)下的电池电流的变动,曲线CV6示出了高温时的电池电流的变动。如图4所示,在本实施方式中,不管电池的温度高低,对电池输入输出的电力是相同的。因此,由于电池的温度越高则电压值越大,因而电流值减小。
电池随着电池的充放电而放热。因此,电池的温度上升。如果将电池的内部阻抗的值设为R并将电池的电流设为I,可视为电池的放热量基本上与R×I2成正比。在本实施方式中,在电池的温度高时降低了电池的电流值。因此,由于能够抑制电池的放热,因而能够抑制电池温度进一步上升。
以往,在电池的温度超过预定的温度的情况下,充放电电力会被限制。但是,由于进行上述限制,图1所示的车辆的发动机的动作点可能会与最优效率的动作点相偏离。在上述情况下,可能导致燃油经济性降低。
作为用于防止该问题的方法,例如考虑了冷却电池的方法。但是,为了高效率地冷却电池,可能使冷却构造大型化。一般而言,当冷却构造大型化时成本上升。另外,需要确保电池的冷却线路,并且需要在车辆上搭载具有足以能够冷却电池的能力的冷却装置(冷却风扇、或冷却泵等)。
与此相对,在本实施方式中,即使电池的温度发生了变化,对电池输入输出的电力也是相同的,因此能够将发动机的动作点确保于最优效率的动作点。因此,根据本实施方式能够防止燃油经济性降低。
另外,根据本实施方式,由于在电池的温度高的情况下抑制了电池的发热,因而能够防止电池的温度过度上升。因此,即使需要用于冷却电池的冷却构造,也能够防止该冷却构造大型化。
由此,根据本实施方式,能够有效地发挥电池的性能。另外,根据本实施方式,能够进一步发挥车辆的性能。
在本实施方式中优选电池为锂离子电池。理由是,当在锂离子电池中充电时发生吸热反应,因此能够抑制充电时的温度上升。
(关于输入输出电力的设定)
图2所示的电池电力确定部133根据温度TB来适当改变存储在图表存储部136中的图表,并根据改变后的图表来确定电力值Pin/Pout。以下,说明电池电力确定部133对图表进行的改变。
图8是说明图2的电池电力确定部133对电力值Pin/Pout的确定处理的流程图。例如当预定的条件成立时(例如车辆起动时)从主程序中调出并执行该流程图所示的处理。
参考图8和图2,在步骤S1中电池电力确定部133从图表存储部136中读出图9所示的图表MP0。
图9是示出存储在图表存储部136中的图表MP0的图。
参考图9,图表MP0根据SOC值来确定电池的充电电力和放电电力。在图表MP0中限定了α、β、γ三个SOC值。SOC值α是表示切换电池的放电和电池的充电时的SOC的值。即,在电池的SOC值大于SOC值α的状态下优先进行电池的放电,在电池的SOC值小于SOC值α的状态下优先进行电池的充电。
SOC值β是表示当在SOC低于SOC值α的情况下电池的充电电力达到限制值(作为充电电力的上限值的第一限制值)时的SOC的值。SOC值越低则充电电力越大。在SOC值小于等于SOC值β的情况下,充电电力被固定在第一限制值。SOC值γ是表示当在SOC高于SOC值α的情况下电池的放电电力达到限制值(作为放电电力的上限值的第二限制值)时的SOC的值。SOC值越高则放电电力越大,但在SOC值大于等于SOC值γ的情况下放电电力被固定在第二限制值。
通过如上述那样限制充电电力,能够防止电池的过充电。同样地,通过限制放电电力,能够防止电池的过放电。
再次参考图8和图2,在步骤S2中,电池电力确定部133取得温度TB的值。在步骤S3中,电池电力确定部133基于温度TB来改变图表MP0。在步骤S4中,电池电力确定部133从SOC计算部132取得SOC值。在步骤S5中,电池电力确定部133基于SOC值以及改变后的图表MP0来确定电池的输入输出电力值(电力值Pin/Pout)。当步骤S5的处理结束时,全部的处理返回步骤S2。
图10是示出图2的电池电力确定部133根据图9的图表MP0进行电池的充放电时的SOC值的分布的图。图10所示的分布曲线是表示电池电力确定部133未改变图表MP0时从SOC计算部132输出的SOC值的分布的曲线。
参考图10,SOC值为SOC值α附近的值的状态的频率最高。随着SOC值从SOC值α变化至SOC值β,该SOC值的频率下降。SOC值从SOC值α变化至SOC值γ的情况也一样。
图11是图9所示的图表MP0的一个变形例的图。
参考图11和图9,在SOC值β向高SOC值侧进行了移动的这一点上,图表MP1与图表MP0不同。
图12是示出图2的电池电力确定部133基于图11所示的图表MP1来确定电池电力时的SOC值的分布的图。
参考图12,实线的分布曲线示出了图2的电池电力确定部133基于图11所示的图表MP1来确定电池电力时的SOC值的分布,虚线的分布曲线与图10所示的分布曲线相同。实线的分布曲线示出了小于SOC值α的SOC值发生的频率下降。即,将电池的SOC值维持于高状态。
另外,实线的分布曲线示出了电池电力确定部133基于图表MP1来确定电池电力而由此抑制了电池的充电。如上述说明的那样,所谓的将电池的SOC值维持于高状态是表示优先进行电池的放电。因此,在将电池的SOC值维持于高状态的情况下抑制了电池的充电。也存在充电时比放电时放热更多的电池。即,在电池电力确定部133根据图表MP1来确定电池电力的情况下,不仅能够通过将SOC值维持在高状态从而减小流过电池的电流来抑制电池的放热,还能够通过降低电池的充电频率来抑制电池的放热。
图13是示出了图9所示的图表MP0的其他变形例的图。
参考图13和图9,在SOC值α向高SOC值侧进行了移动的这一点上,图表MP2与图表MP0不同。
图14是图2的电池电力确定部133基于图13所示的图表MP2来确定电池电力时的SOC值的分布的图。
参考图14,实线的分布曲线示出了图2的电池电力确定部133基于图13所示的图表MP2来确定电池电力时的SOC值的分布,虚线的分布曲线与图10所示的分布曲线相同。实线的分布曲线示出了当SOC值α向高SOC值侧移动时,SOC值的分布的波峰向高SOC值侧移动的情况。即,通过电池电力确定部133根据图表MP2来切换电池的充电和放电,能够将SOC值维持在高的状态下就此进行电池的充放电。由此,能够通过将电池的电压维持于高状态来减小电池的电流。因此,能够抑制电池的放热。
图15是示出图9所示的图表MP0的另一其他变形例的图。
参考图15和图9,在SOC值γ向高SOC值侧进行移动的这一点上,图表MP3与图表MP0不同。
图16是示出图2的电池电力确定部133基于图15所示的图表MP3来确定电池电力时的SOC值的分布的图。
参考图16,实线的分布曲线示出了图2的电池电力确定部133基于图15所示的图表MP3来确定电池电力时的SOC值的分布,虚线的分布曲线与图10所示的分布曲线相同。实线的分布曲线示出了SOC值为高状态的频率下降的情况。即,在电池电力确定部133根据图表MP3来确定电池电力的情况下,能够将SOC值确保于高状态,并能够抑制图2所示的电力值Pout。由此,能够当电池放电时抑制从电池输出的电流。因此,能够将SOC值维持于高状态,并且能够抑制电池电流,因此能够抑制电池的发热。这里,在图表MP3中设定放电电力,使得不对图1所示的车辆100的动作或发动机4的运转效率带来影响。
图17是示出图9所示的图表MP0的另一其他变形例的图。
参考图17和图9,在SOC值α、SOC值β、SOC值γ同样地向高SOC值侧进行移动的这一点上,图表MP4与图表MP0不同。
图18是示出图2的电池电力确定部133基于图17所示的图表MP4来确定电池电力时的SOC值的分布的图。
参考图18,实线的分布曲线示出了图2的电池电力确定部133基于图17所示的图表MP4来确定电池电力时的SOC值的分布,虚线的分布曲线与图10所示的分布曲线相同。实线的分布曲线相对于虚线的分布曲线向高SOC值侧进行了移动。在图2的电池电力确定部133基于图表MP4来确定电池电力的情况下,能够获得使SOC值α移动时的效果、使SOC值β移动时的效果、以及使SOC值γ移动时的效果。
在图8的步骤S3的处理中,电池电力确定部133可以使图9的图表MP0中的SOC值α、SOC值β、SOC值γ中的任两个随着电池的温度的升高而向高SOC值侧移动。
参考图1、图2来概括说明第一实施方式的二次电池的充放电控制装置。第一实施方式的二次电池的充放电控制装置包括:温度传感器42,检测电池B的温度TB;检测电池B的充电状态的SOC计算部132;以及电池电力确定部133,基于温度传感器42检测的温度TB和SOC计算部132检测的充电状态来设定电池B进行充放电的电池电力。电池电力确定部133设定电池电力使得温度TB越高充电状态越高。
优选的是,电池电力确定部133设定电池电力,使得表示切换电池B的放电和电池B的充电时的充电状态的SOC值α、表示当在SOC值低于SOC值α的情况下对电池B进行充电的电池电力达到限制值时的充电状态的SOC值β、以及表示当在SOC值高于SOC值α的情况下从电池B进行放电的电池电力达到限制值时的SOC值的SOC值γ中的至少一个为温度TB越高就越大。电池电力确定部133基于SOC值α、SOC值β、SOC值γ、以及SOC计算部132检测到的充电状态来设定电池电力。
由此,不管电池的温度高低,均能够对电池输入或从电池输出期望的电力。因此,根据第一实施方式,能够更有效地发挥电池的性能。
另外,根据第一实施方式,即使在电池的高温时进行电池的充放电,也能够抑制电池的温度进一步上升。
另外,根据第一实施方式,通过有效地发挥电池的性能,能够防止发动机的运转效率下降的情况。因此,能够更有效地发挥车辆的性能。
优选的是,电池B包括锂离子电池。由此,能够在电池B的充电时抑制电池的温度上升。
(第二实施方式)
搭载有第二实施方式的二次电池的充放电控制装置的车辆的结构等同于在图1所述的车辆100的结构中将控制装置30替换为控制装置30A而得到的结构。另外,控制装置30A的结构等同于在图2所示的控制装置30的结构中将电池电力确定部133替换为电池电力确定部133A而得到的结构。
在根据电池B的温度TB来改变图9所示的图表MP0这一点上,电池电力确定部133A与电池电力确定部133相同。但是,电池电力确定部133A基于SOC计算部132检测的充电状态的值的分布来确定在图9的图表MP0所限定的SOC值α、SOC值β、SOC值γ中向高SOC值侧移动的值。
图19是说明基于图2的电池电力确定部133A的电力值Pin/Pout的确定处理的流程图。例如当预定的条件成立时(例如车辆的起动时)从主程序中调出并执行该流程图所示的处理。
首先,参考图19和图8,在(1)步骤S1与步骤S2之间增加了步骤S1A、S1B、S1C的处理以及(2)不包含步骤S4的处理的这一点上,图19所示的流程图与图8所示的流程图不同。图19的流程图中的其他步骤的处理与图8所示的流程图中对应的步骤的处理相同。因此,以下主要说明步骤S1A、S1B、S1C的处理。
参考图19和图2,电池电力确定部133A从SOC计算部132取得SOC值(步骤S1A)。接下来,电池电力确定部133A根据过去的SOC值和在步骤S1A中取得的SOC值来计算SOC值的分布(步骤S1B)。然后,电池电力确定部133根据计算出的SOC值的分布来确定图9的图表MP0中的SOC值α、SOC值β、SOC值γ的哪一个向高SOC值侧移动(步骤S1C)。当结束步骤S1C的处理时,全部的处理进入步骤S2。
例如,电池电力确定部133A预先存储有图10所示的分布曲线,并将该分布曲线与计算出的SOC值的分布进行比较,从而确定SOC值α、SOC值β、SOC值γ的哪一个移动。使SOC值α移动时的图表与图13所示的图表MP2相同。使SOC值β移动时的图表与图11所示的图表MP1相同。使SOC值γ移动时的图表与图15所示的图表MP3相同。
如上所述,电池电力确定部133A基于实际的电池的充放电动作来确定充放电时的电力值,使得电池的高温时的SOC值为比通常更高的状态。由此,根据第二实施方式能够比第一实施方式更有效地抑制电池的放热。
(变形例)
图20是说明基于图2的电池电力确定部133A的电力值Pin/Pout的确定处理的变形例的流程图。例如当预定的条件成立时(例如车辆的起动时)从主程序中调出并执行该流程图所示的处理。
参考图20和图19,在包含步骤S11~S15的处理来代替步骤S1C的处理的这一点上,图20所示的流程图与图19所示的流程图不同。图20的流程图中的其他步骤的处理与图19所示的流程图中对应的步骤的处理相同。因此,以下主要说明步骤S11~S15的处理。
参考图20和图2,电池电力确定部133A首先判定SOC计算部132计算的SOC值(以下,仅称为“SOC值”)是否较多地分布于SOC值α附近(步骤S11)。在步骤S11中,电池电力确定部133A预先存储图10所示的分布曲线,通过对该分布曲线与计算出的SOC值的分布进行比较来判定SOC值是否较多地分布于SOC值α附近。SOC值较多地分布于SOC值α附近是指在预定期间内频繁地(预定次数以上)重复电池B的充电和电池B的放电的切换。
在SOC值较多地分布于SOC值α附近的情况下(步骤S11中“是”)处理进入步骤S12,在除此以外的情况下(步骤S11中“否”)处理进入步骤S13。
在步骤S12中,电池电力确定部133A确定在图9的图表MP0中移动SOC值α。另一方面,在步骤S13中,电池电力确定部133A判定充电的频率是否高于放电的频率。
当SOC值小于SOC值α的频率比大于SOC值α的频率高时,电池电力确定部133A判定为充电的频率比放电的频率高。该情况下(步骤S13中“是”),电池电力确定部133A确定在图9的图表MP0中将SOC值β向高SOC值侧移动(步骤S14)。
另一方面,当SOC值大于SOC值α的频率比小于SOC值α的频率高时,电池电力确定部133A判定为放电的频率比充电的频率高。该情况下(步骤S13中“否”),电池电力确定部133A确定在图9的图表MP0中将SOC值γ向高SOC值侧移动(步骤S15)。
当步骤S12、S14、S15的任一步骤的处理结束时,整体的处理进入步骤S2。
例如,当图1所示的车辆100在拥堵的道路上行驶时,反复进行车辆100的起动和停止。该情况下,当车辆100的起动时电池B为了驱动电动发电机MG2而进行放电,当车辆100的停止时通过电动发电机MG2随着再生制动而发电得到的电力对电池B进行充电。即,当车辆100在拥堵的道路上行驶时,频繁地进行电池B的充电和放电的切换。在上述情况下,电池电力确定部133A在图9的图表MP0中移动SOC值α(图20中步骤S12)。
另外,在发动机效率高的运转区域中,图1所示的车辆100主要通过发动机4的输出而行驶。当在上述行驶状态下电池B的SOC值下降时,通过提高发动机4的输出来进行电动发电机MG1的发电,通过电动发电机MG1发电得到的电力对电池B进行充电。在上述的车辆的状态下,电池电力确定部133A确定图9的图表MP0中的SOC值β向高SOC值侧移动(图20中的步骤S14)。在该情况下,由于能够减少电池B的充电的频率,因而能够减少电动发电机MG1的动作次数。即,由于能够将发动机的输出更多的使用于车辆的行驶,因此能够越提高发动机的输出就越会使车辆在高速下行驶。因此,例如操作者能够越加大加速器的踏下量就越使车辆在高速下行驶,因此例如能够提高车辆的操作性。
另外,在车辆在发动机效率高的运转区域中行驶的情况下(但车辆未高速行驶的情况下),电池电力确定部133A确定在图9的图表MP0中使SOC值γ移动(图20中的步骤S15)。该情况下,例如能够持续运转使得发动机的效率最佳。
如上所述,在第二实施方式的变形例中,电池电力确定部133A当SOC计算部132计算出的SOC值小于SOC值α的频率比其计算出的SOC值大于SOC值α的频率高时,将SOC值β确定为向高SOC值侧移动的值。另外,电池电力确定部133A当SOC计算部132计算出的SOC值大于SOC值α的频率比其计算出的SOC值小于SOC值α的频率高时,将SOC值γ确定为向高SOC值侧移动的值。
更优选的是,电池电力确定部133A当在预定的期间内重复切换电池B的充电和电池B的放电的次数大于等于预定次数时,确定将SOC值α作为向高SOC值侧移动的值。
因此,根据变形例能够进行对应于车辆的行驶状态的SOC的控制。
在本实施方式中,示出了应用在能够通过动力分配机构将发动机的动力分配并传递给车轴和发电机的串联/并联式混合动力系统的例子。但本发明还能够应用在使用发动机来仅驱动发电机并仅通过使用由发电机发电而来的电力的马达来产生车轴的驱动力的串联式混合动力车辆、以及仅通过马达来行驶的电力车辆中。
应认为本次公开的实施例的所有内容仅为例示而不具有限制作用。本发明的范围不通过上述说明而是通过权利要求书来表示,意在包括与权利要求书均等意义以及范围内的所有变形。

Claims (20)

1.一种二次电池的充放电控制装置,包括:
温度检测部,检测所述二次电池的电池温度;
充电状态检测部,检测所述二次电池的充电状态,输出表示所述充电状态的状态值;以及
设定部,在所述状态值从与确定将所述二次电池的充电和放电的哪一个优先的阈值相当的第一值降低的情况下,设定所述二次电池的充电电力使得所述状态值越低就越增大所述充电电力并且当所述状态值达到第二值时所述充电电力的值为第一限制值,在所述状态值从所述第一值上升的情况下,设定所述二次电池的放电电力使得所述状态值越高就越增大所述放电电力并且当所述状态值达到第三值时所述放电电力的值为第二限制值;
其中,所述设定部将所述第一值、所述第二值、以及所述第三值中的至少一个确定为根据所述温度检测部检测出的所述电池温度而变化的改变对象,并且所述电池温度越高就使所述改变对象的值越大。
2.根据权利要求1所述的二次电池的充放电控制装置,其中,
所述设定部根据所述状态值的分布从所述第一值到第三值中确定所述改变对象。
3.根据权利要求2所述的二次电池的充放电控制装置,其中,
在所述状态值小于所述第一值的频率比所述状态值大于所述第一值的频率高的情况下所述设定部将所述第二值确定为所述改变对象,在所述状态值大于所述第一值的频率比所述状态值小于所述第一值的频率高的情况下所述设定部将所述第三值确定为所述改变对象。
4.根据权利要求2所述的二次电池的充放电控制装置,其中,
当在预定期间内所述二次电池的充电和所述二次电池的放电的切换被重复了预定次数以上时,所述设定部将所述第一值确定为所述改变对象。
5.根据权利要求1所述的二次电池的充放电控制装置,其中,
所述二次电池包括锂离子电池。
6.一种车辆,包括:
二次电池;以及
所述二次电池的充放电控制装置;
所述充放电控制装置包括:
温度检测部,检测所述二次电池的电池温度;
充电状态检测部,检测所述二次电池的充电状态,输出表示所述充电状态的状态值;以及
设定部,在所述状态值从与确定将所述二次电池的充电和放电的哪一个优先的阈值相当的第一值降低的情况下,设定所述二次电池的充电电力使得所述状态值越低就越增大所述充电电力并且当所述状态值达到第二值时所述充电电力的值为第一限制值,在所述状态值从所述第一值上升的情况下,设定所述二次电池的放电电力使得所述状态值越高就越增大所述放电电力并且当所述状态值达到第三值时所述放电电力的值为第二限制值;
其中,所述设定部将所述第一值、所述第二值、以及所述第三值中的至少一个确定为根据所述温度检测部检测出的所述电池温度而变化的改变对象,并且所述电池温度越高就使所述改变对象越大。
7.根据权利要求6所述的车辆,其中,
所述设定部根据所述状态值的分布从所述第一值到第三值中确定所述改变对象。
8.根据权利要求7所述的车辆,其中,
在所述状态值小于所述第一值的频率比所述状态值大于所述第一值的频率高的情况下所述设定部将所述第二值确定为所述改变对象,在所述状态值大于所述第一值的频率比所述状态值小于所述第一值的频率高的情况下所述设定部将所述第三值确定为所述改变对象。
9.根据权利要求7所述的车辆,其中,
当在预定期间内所述二次电池的充电和所述二次电池的放电的切换被重复了预定次数以上时,所述设定部将所述第一值确定为所述改变对象。
10.根据权利要求6所述的车辆,其中,
所述二次电池包括锂离子电池。
11.一种二次电池的充放电控制装置,包括:
温度检测部,检测所述二次电池的电池温度;
充电状态检测部,检测所述二次电池的充电状态;以及
设定部,根据所述温度检测部检测出的所述电池温度以及所述充电状态检测部检测出的所述充电状态来确定所述二次电池进行充放电的电池电力;
其中,所述设定部将表示切换所述二次电池的放电和所述二次电池的充电时的所述充电状态的第一值、表示当在所述充电状态低于所述第一值的情况下对所述二次电池进行充电的所述电池电力达到限制值时的所述充电状态的第二值、以及表示当在所述充电状态高于所述第一值的情况下从所述二次电池进行放电的所述电池电力达到限制值时的所述充电状态的第三值中的至少一个设定成所述电池温度越高就越大,并根据所述第一值到第三值以及所述充电状态检测部检测出的所述充电状态来设定所述电池电力。
12.根据权利要求11所述的二次电池的充放电控制装置,其中,
所述设定部根据所述充电状态检测部检测出的所述充电状态的值的分布从所述第一值到第三值中确定设定对象的值。
13.根据权利要求12所述的二次电池的充放电控制装置,其中,
在所述充电状态小于所述第一值的频率比所述充电状态大于所述第一值的频率高的情况下所述设定部将所述第二值确定为所述设定对象的值,在所述充电状态大于所述第一值的频率比所述充电状态小于所述第一值的频率高的情况下所述设定部将所述第三值确定为所述设定对象的值。
14.根据权利要求12所述的二次电池的充放电控制装置,其中,
当在预定期间内所述二次电池的充电和所述二次电池的放电的切换被重复了预定次数以上时,所述设定部将所述第一值确定为所述设定对象的值。
15.根据权利要求11所述的二次电池的充放电控制装置,其中,
所述二次电池包括锂离子电池。
16.一种车辆,包括:
二次电池;以及
所述二次电池的充放电控制装置;
所述充放电控制装置包括:
温度检测部,检测所述二次电池的电池温度;
充电状态检测部,检测所述二次电池的充电状态;以及
设定部,根据所述温度检测部检测出的所述电池温度以及所述充电状态检测部检测出的所述充电状态来确定所述二次电池进行充放电的电池电力;
其中,所述设定部将表示切换所述二次电池的放电和所述二次电池的充电时的所述充电状态的第一值、表示当在所述充电状态低于所述第一值的情况下对所述二次电池进行充电的所述电池电力达到限制值时的所述充电状态的第二值、以及表示当在所述充电状态高于所述第一值的情况下从所述二次电池进行放电的所述电池电力达到限制值时的所述充电状态的第三值中的至少一个设定成所述电池温度越高就越大,并根据所述第一值到第三值以及所述充电状态检测部检测出的所述充电状态来设定所述电池电力。
17.根据权利要求16所述的车辆,其中,
所述设定部根据所述充电状态检测部检测出的所述充电状态的值的分布从所述第一值到第三值中确定设定对象的值。
18.根据权利要求17所述的车辆,其中,
在所述充电状态小于所述第一值的频率比所述充电状态大于所述第一值的频率高的情况下所述设定部将所述第二值确定为所述设定对象的值,在所述充电状态大于所述第一值的频率比所述充电状态小于所述第一值的频率高的情况下所述设定部将所述第三值确定为所述设定对象的值。
19.根据权利要求17所述的车辆,其中,
当在预定期间内所述二次电池的充电和所述二次电池的放电的切换被重复了预定次数以上时,所述设定部将所述第一值确定为所述设定对象的值。
20.根据权利要求16所述的车辆,其中,
所述二次电池包括锂离子电池。
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