JP2007236151A - 二次電池の充放電制御システム、電池制御装置、およびプログラム - Google Patents

二次電池の充放電制御システム、電池制御装置、およびプログラム Download PDF

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Abstract

【課題】充放電時における二次電池の許容電力値を制御する充放電制御システムにおいて、二次電池の過放電あるいは過充電を防止しつつ、二次電池の充放電を必要以上に抑制することを防止する。
【解決手段】車両ECU10は、予め定められた許容電力値に基づいて二次電池の充放電を制御する。電池ECU20は、二次電池の実負荷電力値を検出し、検出した実負荷電力値と許容電力値との差分電力値を算出し、算出した差分電力値が所定の閾値以下となった回数を計測し、計測数が所定の上限値以上となった場合、許容電力値を下方修正する。
【選択図】図1

Description

本発明は、モータの動力源や各種負荷の駆動源として、電気自動車やハイブリッド自動車等に搭載されるニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの二次電池の充放電電力を制御する技術に関する。
ニッケル水素二次電池、リチウム二次電池などの二次電池を使用するにあたっては、過放電や過充電を避けなければならない。仮に二次電池が顕著な過放電や過充電に至ると、電池内部の電解液の電気分解によりガスが発生し、二次電池の寿命に影響を及ぼす。
そこで、モータの動力源や各種負荷の駆動源として二次電池を搭載した電気自動車やハイブリッド自動車などでは、電池電子制御ユニット(以下、電池ECUと称す)が二次電池の充電状態(以下、SOC(State Of Charge)と称す))や電池温度などに基づいて、二次電池が許容できる放電許容電力値や充電許容電力値(以下、放電許容電力値と充電許容電力値とを併せて許容電力値と称す)を決定する技術が提案されている。このようにして電池ECUが決定した許容電力値を目標値として上回らないように、車両制御ユニット(以下、車両ECUと称す)が二次電池の充放電を制御することで、二次電池の過放電や過充電を防ぎ、二次電池の損傷や劣化を防止したり、長寿命化を図ったりしている。
特許文献1では、モータを備えた電動車両に搭載され、二次電池の状態に基づき充電電力上限値を決定する手段と、回生制動力の制御目標値の上限を、充電電力上限値およびモータの回転数に基づき制御する手段と、電池電圧が所定の許容値を上回った場合に、回生制動力の制御目標値を低減する手段とを備えた回生制動制御装置が開示されている。
特開平9−74605号公報
ところで、電気自動車やハイブリッド自動車などに搭載されるような短時間で充放電を繰り返す二次電池の場合、電力は安定せず、図11に示すように時間的変動が大きい。そのため、電力が一度所定の許容値を上回ったとしても、その後継続的に電力が許容値を上回るとは限らない。つまり、電力が所定の許容値を上回ったとしても、二次電池の過放電や過充電により、すぐに二次電池の損傷や劣化に結びつくとは限らない。したがって、特許文献1のように、電池電圧が一度所定の許容値を上回った段階で、回生制動力の制御目標値を低減すると、必要以上に制御目標値を抑制してしまい、二次電池への充電を必要以上に抑制してしまう場合がある。
そこで、本発明は、充放電時における二次電池の許容電力値を制御する充放電制御システムにおいて、二次電池の過放電あるいは過充電を防止しつつ、二次電池の充放電を必要以上に抑制することを防止する。
本発明に係る二次電池の充放電制御システムは、予め二次電池の充放電における許容電力値を定めた充放電制御部と、前記二次電池の実負荷電力値を演算する電力値演算部と、演算した実負荷電力値と前記許容電力値との差分電力値を算出する差分算出部と、算出した差分電力値が所定の閾値以下となった回数を計測し、計測数が所定の上限値以上となった場合、前記許容電力値を下方修正する許容電力値制御部とを備えることを特徴とする。
本発明に係る二次電池の充放電制御システムの1つの態様では、前記許容電力値制御部は、算出した差分電力値が連続して所定の閾値以下となった回数を計測することを特徴とする。
また、本発明に係る二次電池の充放電制御システムの1つの態様では、前記許容電力値制御部は、算出した差分電力値が所定の期間内において所定の閾値以下となった回数を計測することを特徴とする。
さらに、本発明に係る二次電池の充放電制御システムの1つの態様では、前記許容電力値制御部は、前記計測数が多いほど前記許容電力値の下方修正量を増加させることを特徴とする。
加えて、本発明に係る二次電池の充放電制御システムの1つの態様では、前記許容電力値制御部は、前記差分電力値が大きいほど前記許容電力値の下方修正量を増加させることを特徴とする。
また、本発明に係る二次電池の充放電制御システムの1つの態様では、前記二次電池の充放電を遮断する遮断手段を備え、前記許容電力値制御部は、前記計測数が所定の最上限値に達した場合、前記許容電力値をゼロに下方修正して前記遮断手段に二次電池の充放電の遮断を要求することを特徴とする。
さらに、本発明に係る二次電池の充放電制御システムの1つの態様では、前記許容電力値制御部は、電力値が異なる複数の許容電力値が存在する場合、許容電力値ごとに定められた上限値に前記計測数が達するごとに、許容電力値ごとに定められた下方修正量によって上限値に達した許容電力値を下方修正することを特徴とする。
加えて、本発明に係る二次電池の充放電制御システムの1つの態様では、前記二次電池は、複数の電池モジュールを組み合わせて構成され、前記許容電力値は、前記二次電池を構成する電池モジュールを所定の単位で区分けしたブロックごとに定められており、前記電力値演算部は、ブロック単位に二次電池の実負荷電力値を演算し、前記許容電力値制御部は、ブロック単位で算出した差分電力値が所定の閾値以下となった回数を計測し、計測数が所定の上限値以上となった場合、ブロックごとに定められた各許容電力値をそれぞれ下方修正することを特徴とする。
本発明に係る電池制御装置は、少なくとも温度に応じて設定される許容電力値に基づいて、充放電能力の範囲内で充放電制御される二次電池の該許容電力値を適応的に設定する電池制御装置であって、前記二次電池の実負荷電力値を演算する電力演算部と、演算した実負荷電力値と前記許容電力値との差分電力値を算出する差分算出部と、算出した差分電力値が所定の閾値以下となった回数を計測し、計測数が所定の上限値以上となった場合、前記許容電力値を下方修正する許容電力値制御部と、を備えることを特徴とする。
また、本発明に係る二次電池の充放電制御システムは、予め二次電池の充放電における許容電力値を定めた充放電制御部と、前記二次電池の実負荷電力値を演算する電力値演算部と、演算した実負荷電力値と前記許容電力値との差分電力値を算出する差分算出部と、算出した差分電力値が所定の閾値以下となった場合、前記差分電力値が大きいほど大きな下方修正量により、前記許容電力値を下方修正する許容電力値制御部と、を備えることを特徴とする。
さらに、本発明に係る電池制御装置は、少なくとも温度に応じて設定される許容電力値に基づいて、充放電能力の範囲内で充放電制御される二次電池の該許容電力値を適応的に設定する電池制御装置であって、前記二次電池の実負荷電力値を検出する電力値検出部と、検出した実負荷電力値と前記許容電力値との差分電力値を算出する差分算出部と、算出した差分電力値が所定の閾値以下となった場合、前記差分電力値が大きいほど大きな下方修正量により、前記許容電力値を下方修正する許容電力値制御部と、を備えることを特徴とする。
また、本発明に係る充放電制御システムは、二次電池の充放電を制御する充放電制御システムであって、前記二次電池の電池温度及び充電状態及び電池電圧の少なくとも1つに応じて前記二次電池の許容電力値を設定する許容値設定部と、前記許容電力値に基づいて前記二次電池の充放電を制御する充放電制御部であって、前記二次電池の実負荷電力値が前記許容電力値を超えた回数が所定回数に達するまでは前記許容電力値を超える充放電を許容し、前記回数が前記所定回数に達した場合に前記許容電力値より小さい第2の許容電力値に基づいて前記二次電池の充放電を制御する充放電制御部と、を有することを特徴とする。
さらに、本発明に係る充放電制御システムの1つの態様では、前記第2の許容電力値は、所定期間内における前記回数が大なるほど小さい値であることを特徴とする。
加えて、本発明に係る充放電制御システムの1つの態様では、前記第2の許容電力値は、所定期間内における前記回数が前記所定回数より大なる上限回数に達した場合に実質的にゼロとなり、前記制御手段は前記二次電池の充放電を停止することを特徴とする。
本発明によれば、充放電時における二次電池の許容電力値を制御する充放電制御システムにおいて、二次電池の過放電あるいは過充電を防止しつつ、二次電池の充放電を必要以上に抑制することを防止することができる。
本発明を実施するための最良の形態(以下、実施形態と称す)について、ハイブリッド自動車を例に、図面を参照して説明する。なお、本実施形態では、電気自動車の1つであるハイブリッド自動車を例に説明するが、駆動源としてモータ(電動機)を備える他の電気自動車にも本実施形態は適用可能である。
図1は、本実施形態に係るハイブリッド自動車の概略構成を示す図である。図1において、車両ECU10は、インバータ50、エンジン電子制御ユニット(以下、エンジンECUと称す)40、遮断スイッチ回路38を制御する。エンジンECU40は、エンジン60を制御する。また、電池電子制御ユニット(以下、電池ECU)20は、二次電池30から、電池電圧V、充放電電流I、電池温度Tなどの情報を受けて、二次電池30のSOCを推定する。また、電池ECU20は、二次電池30が現在のSOCにおいて許容できる放電許容電力値Poutおよび充電許容電力値Pinを決定し、決定した放電許容電力値Poutや充電許容電力値Pin、さらに二次電池30のSOCや電池温度などの電池情報を車両ECU10に送信する。車両ECU10は、各種電池情報に基づいて放電許容電力値Poutや充電許容電力値Pinを制限の目標値として、それらの許容電力値を上回らないようにエンジンECU40やインバータ50等を制御することで、二次電池30の充放電を制御する。以降、放電許容電力値Poutおよび充電許容電力値Pinを総称して、許容電力値Pと称す。
電池ECU20は、例えば、電池温度Tをパラメータとして放電許容電力値Poutや充電許容電力値Pinを求める。電池ECU20は、例えば図2に示すような参照マップを参照することで、電池温度Tに対応する放電許容電力値Poutや充電許容電力値Pinを求める。また、電池ECU20は、SOCと電池温度Tとに基づいて放電許容電力値Poutや充電許容電力値Pinを求めてもよい。この場合、電池ECU20は、図3に示すような参照マップを参照することで、電池温度TとSOCとをパラメータとして、放電許容電力値Poutや充電許容電力値Pinを求める。さらに、電池ECU20は、電池電圧Vをパラメータとして許容電力値Pを求めてもよい。この場合、電池ECU20は、図4に示すような参照マップを参照することで、電池電圧Vをパラメータとして許容電力値Pを求める。
図1に戻り、二次電池30は、遮断スイッチ回路38を介してモータ52に電力を供給する。インバータ50は、二次電池30の放電時に、二次電池30から供給される直流電力を交流電力に変換し、モータ52に交流電力を供給する。
エンジン60は、動力分割機構42、減速機44およびドライブシャフト46を介して車輪に動力を伝達している。モータ52は、減速機44およびドライブシャフト46を介して車輪に動力を伝達している。二次電池30に充電が必要な場合は、エンジン60の動力の一部が動力分割機構42を介して発電機54に供給され、充電に利用される。
遮断スイッチ回路38は、二次電池30とインバータ50との間に設けられ、車両ECU10から送信される開閉指示に基づいて、二次電池30とインバータ50とを電気的に接続するスイッチ素子の開閉を行う。このスイッチ素子を開放状態とすることで、二次電池30とインバータ50との間の電力伝達が遮断される。
車両ECU10は、エンジンECU40からのエンジン60の運転状態の情報や、アクセルペダルの操作量、ブレーキペダルの操作量、シフトレバーで設定されるシフトレンジ等の運転情報や、電池ECU20からのSOCや放電許容電力値Poutや充電許容電力値Pinなどに基づいて、エンジンECU40やインバータ50に制御命令を出力し、エンジン60やモータ52を駆動させる。また、電池ECU20が二次電池30の過充電や過放電など著しい電池寿命の劣化を招くような事態が起こると判断して、車両ECU10に遮断スイッチ回路38のオープン要求を出力した場合には、車両ECU10は遮断スイッチ回路38に開放指示を送信する。これにより、二次電池30とインバータ50との間の電力伝達が遮断され、電池寿命の劣化を最小限に抑えることができる。
二次電池30は、図5に示すように、電池ブロックB1〜B20を直列に接続して構成される。電池ブロックB1〜B20は、電池ケース32に収容されている。また、電池ブロックB1〜B20はそれぞれ、2個の電池モジュールを電気的に直列接続して構成されており、更に、各電池モジュールは、6個の単電池を電気的に直列に接続して構成されている。各単電池としては、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池等を用いることができる。なお、電池ブロック、電池モジュール、単電池の数は特に限定されるものではない。二次電池30の構成も上記した例に限定されるものではない。
さらに、電池ケース32内には、複数の温度センサ34が配置されている。複数の温度センサ34の配置は、比較的温度が近い複数の電池ブロックを1つのグループとして、あるいはいずれの電池ブロックとも比較的温度差がある1つの電池ブロックを1つのグループとして、グループごとに1つの温度センサ34を配置することによって行われている。また、グループ分けは、事前の実験等によって各電池ブロックの温度を測定することによって行われている。本実施形態では、M(Mは整数)個の温度センサ34を備えるものとし、各温度センサ34が測定した温度をそれぞれ温度T(1)〜温度T(M)と表現する。
図5において、電圧測定部22は、二次電池30の端子電圧を測定している。本実施形態では、電圧測定部22は、電池ブロックB1〜B20それぞれの端子電圧V(1)〜V(20)を測定する。電圧測定部22は、端子電圧(1)〜V(20)を特定する電圧データを生成し、これらを制御部26に出力する。制御部26への電圧データの出力は、予め設定された周期で行われ、制御部26は、電圧データを記憶部28に格納する。制御部26は、記憶部28に格納された電圧データに示される端子電圧(1)〜V(20)を合計することで、電池電圧Vを算出する。
電流測定部23は、二次電池30の充放電時における充放電電流Iを測定している。本実施形態では、電流測定部23は、電流センサ35が出力したアナログ信号をデジタル信号に変換し、これに基づいて充電時に二次電池30に入力された電流と、放電時に二次電池30から出力された電流とを特定する電流データを生成し、これを制御部26に出力する。また、電流測定部23は、例えば充電時をマイナス、放電時をプラスとして電流データを生成する。電流測定部23による制御部26への電流データも、予め設定された周期で行われ、制御部26は電流データも記憶部28に格納する。
温度測定部24は、二次電池30の電池温度の測定を行っている。本実施形態では、グループごとに設定された各温度センサ34が出力するアナログ信号をデジタル信号に変換し、これに基づいてグループごとの電池温度を特定する温度データを生成し、これを制御部26に出力する。温度測定部24による制御部26への温度データの出力も、予め設定された周期で行われ、制御部26は温度データも記憶部28に格納する。制御部26は、例えば、記憶部28に格納された温度データに示される温度T(1)〜温度T(M)の平均値を求めることで、電池温度Tを求める。
制御部26は、電池電圧Vと充放電電流Iとを積算することで二次電池30の実負荷電力値Prを演算したり、実負荷電力値Prと許容電力値Pとの差分の絶対値を算出して差分電力値ΔVを求めたりする。さらに、制御部26は、差分電力値ΔVに基づいて、許容電力値Pの更新処理を行う。制御部26による許容電力値Pの更新処理については後ほどフローチャートを用いて詳しく説明する。
このように構成されたハイブリッド自動車において、本実施形態では、二次電池30の過放電あるいは過充電を防止しつつ、二次電池30が十分に充放電能力を発揮できるように、電池ECU20が備える制御部26が、電池温度Tなどに基づいて求めた放電許容電力値Poutや充電許容電力値Pinを随時更新(下方修正)する。
ここで、制御部26が充電許容電力値Pinを更新する処理手順について、図6に示すフローチャートを用いて説明する。なお、放電許容電力値Poutについても下記に示す処理手順と同様な処理手順で下方修正することができるため、放電許容電力値Poutの修正手順については、適宜、充電許容電力値Pinを放電許容電力値Poutと読み替えられたい。
図6において、まず、制御部26は、カウンタNの計測数を初期化した後(S100)、上記の通り実負荷電力値Prを算出する(S102)。次いで、制御部26は、実負荷電力値Prと上述のように参照マップを参照することで求められた充電許容電力値Pinとの差分電力値ΔPを算出する(つまり、|P−Pin|=ΔP)(S104)。そして、制御部26は、差分電力値ΔPが予め定められた閾値αより小さいか否かを判定する(S106)。制御部26は、差分電力値ΔPが閾値αより大きければ(ステップS106での判定結果が、肯定「Y」)、車両ECU10が充電許容電力値Pinを上回らないようにエンジンUEC40やインバータ50等を制御していると判断して、下方修正の処理を終了する。なお、本実施形態では、差分電力値ΔPが閾値αより大きい場合には、実負荷電力値Prが充電許容電力値Pinを十分下回った状態で車両ECU10がエンジンECU40やインバータ50等を制御していると判断して、電許容電力値Pinの下方修正を行っていない。しかし、上記の通り、差分電力値ΔPは、実負荷電力値Prと充電許容電力値Pinとの差分の絶対値で求められるため、実負荷電力値Prが充電許容電力値Pinを大きく上回る場合にも差分電力値ΔPが閾値αより大きくなることがある。この場合、二次電池30の劣化を招くおそれがある。しかし、このような事態に陥らないために、通常、電池ECU20は、実負荷電力値Prが所定の上限電力値Phに達した段階で、例えば、車両ECU10を介して遮断スイッチ回路38に開放指示を出力することで、二次電池30とインバータ50との間の電力伝達を遮断し、二次電池30の劣化を防止するような制御を行っている。よって、実負荷電力値Prが充電許容電力値Pinを大きく上回る場合の二次電池30の保護については従来より行われている処理を利用するものとして、本実施形態では考慮しない。放電許容電力値Poutについても同様である。
一方、制御部26は、差分電力ΔPが閾値α以下であれば(ステップS106での判定結果が、否定「N」)、車両ECU10が二次電池30に充電許容電力値Pin付近の充電をさせていると判断して、カウンタNの計測数をインクリメントした後(S108)、カウンタNの計測数が予め定められた上限数Naに達したかどうかを判定する(S110)。判定の結果、上限数Naに達していなければ(ステップS110での判定結果が、否定「N」)、電池ECU20は、ステップS102以降の処理を繰り返す。
一方、計測数が上限数Naに達していれば(ステップS110での判定結果が、肯定「Y」)、制御部26は、車両ECU10が二次電池30に充電許容電力値Pin付近の充電を連続的にさせていて、このまま継続させると二次電池30の劣化を招くおそれがあると判断して、制御部26は、充電許容電力値Pinを下方修正する(S112)。電池ECU20は、例えば、現在の充電許容電力値Pinの1/2に充電許容電力値Pinを下方修正する。なお、上限数Naは、実負荷電力値Prの測定間隔が100msecであれば、例えば「20」とする。
以上のように、本実施形態では、電池ECU20が備える制御部26は、実負荷電力値Prと許容電力値Pとの差分電力値ΔPが連続して所定の閾値α以下となった回数を計測し、その計測数が所定の上限数Naに達した段階で、許容電力値Pを下方修正する。これにより、二次電池30の過充電や過放電を防止することができる。また、一時的に実負荷電力値Prが許容電力値Pを上回った場合に許容電力値Pを下方修正することで必要以上に許容電力値Pを抑制してしまい、二次電池30の充放電を必要以上に抑制してしまうことを防ぐことができる。
続いて、本実施形態の第1の変形例について説明する。第1の変形例では、カウンタNの計測数が増加するにつれて、許容電力値Pの下方修正量を増加させている点で、上記の実施形態とは異なる。また、カウンタNの計測数によっては、許容電力値Pを下方修正するのではなく、遮断スイッチ回路38のスイッチ素子を開放状態とすることで、二次電池30とインバータ50との間の電力伝達を遮断し、二次電池30の過放電や過充電を防止する点も上記の実施形態とは異なる。
ここで、第1の変形例に係る制御部26が充電許容電力値Pinを更新する処理手順について、図7に示すフローチャートを用いて説明する。なお、図7に示すステップS100からステップS108までは、図6に示すステップS100からステップS108と同様な処理のため説明を省略し、ステップS120以降の処理について説明する。
図7において、制御部26は、カウンタNの計測数をインクリメントすると、カウンタNの計測数が第1上限値Nb1(例えば、Nb1=60)に達したかどうかを判定する(S120)。判定の結果、第1上限値Nb1に達した場合には(ステップS120の判定結果が、肯定「Y」)、後述する充電許容電力値Pinの下方修正にも拘わらず、車両ECU10が、充電許容電力値Pinを上回らないようにエンジンECU40やインバータ50等を制御することができていない異常状態であると判断し、制御部26は、車両ECU10に対して、遮断スイッチ回路38を開放状態にするように遮断要求を送信する(S128)。車両ECU10は、電池ECU20からの遮断要求を受けて、遮断スイッチ回路38に開放指示を送信する。これにより、二次電池30とインバータ50との間の電力伝達が遮断され、二次電池30の充電が中断される。よって、異常状態によって、二次電池30が過充電(放電許容電力値Poutの場合は過放電)されることを防ぐことができる。
一方、第1上限値Nb1に達していない場合には(ステップS120の判定結果が、否定「N」)、制御部26は、続いて、カウンタNの計測数が第2上限値Nb2(Nb2<Nb1、例えば、Nb2=40)に達したかどうかを判定する(S122)。判定の結果、カウンタNの計測数が第2上限値Nb2に達していれば(ステップS122の判定結果が、肯定「Y」)、制御部26は、充電許容電力値Pinを下方修正する(S126)。この時、電池ECU20は、カウンタNの計測数が第2上限値Nb2の場合に対応する下方修正量で充電許容電力値Pinを下方修正する。例えば、電池ECU20は、カウンタNの計測数が第2上限値Nb2に達すると、現在の充電許容電力値Pinを0に修正する。つまり、二次電池30への充電を禁止する。その後、電池ECU20は、ステップS102以降の処理を続ける。
一方、カウンタNの計測数が第2上限値Nb2に達していなければ(ステップS122の判定結果が、否定「N」)、制御部26は、続いて、カウンタNの計測数が第3上限値Nb3(Nb3<Nb2、例えば、Nb3=20)に達しているかどうかを判定する(S124)。判定の結果、カウンタNの計測数が第3上限値Nb3に達していなければ(ステップS124での判定結果が、否定「N」)、制御部26は、ステップS102以降の処理を続ける。一方、カウンタNの計測数が第3上限値Nb3に達していれば(ステップS124での判定結果が、肯定「Y」)、カウンタNの計測数が第3上限値Nb3の場合に対応する下方修正量で充電許容電力値Pinを下方修正する(S126)。例えば、制御部26は、カウンタNの計測数が第3上限値Nb2に達すると、現在の充電許容電力値Pinの1/2に充電許容電力値Pinを修正する。修正後、制御部26は、ステップS102以降の処理を続ける。
以上、第1の変形例によれば、制御部26は、カウンタNの計測数が増加するにつれて、許容電力値Pの下方修正量を増加させる。つまり、第1の変形例では、制御部26は、カウンタNの計測数に応じて段階的に許容電力値Pを下方修正する。よって、上記の実施形態よりもさらに二次電池30の充放電が必要以上抑制されることを防ぐことができる。
上記の実施形態や第1の変形例では、電池温度TやSOCや電池電圧をパラメータとして求められる充電許容電力値Pinおよび放電許容電力値Poutがそれぞれ1つずつの場合について説明した。しかし、車両ECU10が二次電池30へ要求する電力量とその電力量を保持可能な保持時間によって、参照する許容電力値Pを変更できるように、電池ECU20が電池温度TやSOCや電池電圧をパラメータとして各許容電力値Pをそれぞれ複数求める場合がある。
例えば、電池ECU20が備える制御部26は、車両ECU10が短期間に高出力を要求する際に参照する短期許容電力値Psと、できるだけ長期間に亘って平均的な出力を要求する際に参照する短期許容電力値Psより小さな値の長期許容電力値Plとを求めて、それぞれ車両ECU10へ提供する。車両ECU10は、エンジン始動時やギヤチェンジ時など比較的短期間に高出力が必要な場合には、短期許容電力値Psを参照して、二次電池30の充放電を制御し、定速度走行時など比較的長期間にある程度の出力が必要な場合には、長期許容電力値Plを参照する(特開2003−199258号公報などを参照)。この場合制御部26は、例えば、図8に示すような参照マップを参照して、電池温度Tをパラメータとして、電池温度Tに応じた短期許容電力値Psと長期許容電力値Plとを求める。
このように、各許容電力値Pがそれぞれ複数存在する場合、各許容電力値Pによって、制御部26は、許容電力値Pを修正する際の条件となる上限値Naの値や下方修正量を変更してもよい。この場合、許容電力値Pの値が大きいほど、二次電池30の充放電量が多い。そのため、許容電力値Pの値が大きいほど二次電池30への負担が大きく、その許容電力値Pを保持可能な期間は短い。そのため、許容電力値Pの値が大きいほど上限値Naを小さな値にすることが望ましい。このように許容電力値Pの値が大きいほど上限値Naを小さな値にすることで、保持可能な期間が短い場合でも、二次電池30が過放電や過充電に陥る前に適当なタイミングでカウンタNの計測数が上限値Naに達するため、制御部26は適切に許容電力値Pを下方修正することができる。なお、カウンタNの値は事前に電池の劣化状態に応じた試験結果から決定することもできる。
制御部26が例えば、短期許容電力値Psと、短期許容電力値Psより小さな値の長期許容電力値Plとを求める場合、短期許容電力値Psの下方修正は、例えば、図6に示すフローチャートに基づいて行われる。より具体的には、制御部26は、カウンタNの計測数がNa(例えば、Na=10)に達すると、短期許容電力値Psをより小さな長期許容電力値Plに修正する。
また、長期許容電力値Plの下方修正は、例えば、図7に示すフローチャートに基づいて行われる。より具体的には、制御部26は、カウンタNの計測数がNb3(例えば、Nb3=20)に達すると、長期許容電力値Plを1/2に下方修正し、カウンタNの計測数がNb2(例えば、Nb2=40)に達すると、長期許容電力値Plを0に下方修正する。さらに、制御部26は、カウンタNの計測数がNb1(例えば、Nb1=60)に達すると、車両ECU10に対して遮断要求を行い、二次電池30とインバータ50との間の電力伝達を遮断する。
このように、それぞれの許容電力値Pの電力値や保持期間に基づいて、下方修正を行う条件となるカウンタNの計測数や、下方修正量を予め定めておけば、制御部26が電池温度Tなどに基づいて許容電力値Pを複数求める場合にも、それぞれの許容電力値Pに対して適した下方修正を行うことができる。
また、上記の実施形態や第1の変形例では、制御部26は、二次電池30を構成する電池モジュール全体の電池電圧Vと充放電電流Iとを積算することで求められる実負荷電力値Prを用いて、下方修正の有無を判断していた。しかし、制御部26は、二次電池30を構成する電池モジュール群を所定のブロック単位に分けて、ブロックごとの実負荷電力値Prnを算出し、ブロックごとの実負荷電力値Prnを用いて下方修正の有無の判断を行ってもよい。
この場合、制御部26は、ブロックごとの実負荷電力値Prnと、ブロックごとの許容電力値Pnとの差分電力値ΔPnを順次算出し、算出された各差分電力値ΔPnが予め定められた閾値αnより大きいか否かを判定し、差分電力値ΔPnが閾値αn以下の場合にカウンタNの計測数をインクリメントする。そして、制御部26は、計測数が上限値に達すると、計測数の大きさに応じた下方修正量で各許容電力値Pnを下方修正する。さらに、制御部26は、下方修正されたブロックごとの許容電力値Pnを合計することで、二次電池30全体の許容電力値Pを求める。
上記のように、ブロックごとに実負荷電力値Prnを求める場合、例えば、電池ECU20内の電圧測定部22は、図9に示すような回路で構成すればよい。図9において、電圧測定部22は、第1のスイッチ回路341、第2のスイッチ回路342、第3のスイッチ回路343、およびキャパシタC1により構成されるフライング・キャパシタ回路と、電圧測定回路344とから構成される。図9において、電圧測定装置34は、二次電池30を構成する電池モジュール群をNブロックに分け、ブロックごとに電池電圧Vnを測定する。
まず、電圧測定部22は、第1ブロックの電池電圧V1を測定するために、第1のスイッチ回路341のスイッチ素子S11と第2のスイッチ回路342のスイッチ素子S22をオンにする。これにより、第1ブロックの一端は、オンしたスイッチ素子S11、第1の電位検出線L1を介してキャパシタC1の一端に接続され、第1のブロックの他端は、オンしたスイッチ素子S22、第2の電位検出線L2を介してキャパシタC1の他端に接続され、第1ブロックの電池電圧V1はキャパシタC1の両端の電位と同じになる。
次に、電圧測定部22は、スイッチ素子S11、S22をオフして、第3のスイッチ回路343のスイッチ素子S3a、S3bをオンする。これにより、キャパシタC1の両端の電位、すなわち選択した第1ブロックの電池電圧V1が電圧測定回路344に入力され測定される。
次に第2ブロックの電池電圧V2を測定するために、電圧測定部22は、第1のスイッチ回路341のスイッチ素子S13と第2のスイッチ回路342のスイッチ素子S22をオンする。これにより、第2ブロックの一端(第1ブロックの他端)は、オンしたスイッチ素子S22、第2の電位検出線L2を介してキャパシタC1の他端に接続され、第2ブロックの他端は、オンしたスイッチ素子S13、第1の電位検出線L1を介してキャパシタC1の一端に接続され、第2のブロックの電位V2は極性が逆でキャパシタC1の両端の電位と同じになる。
次に、電圧測定部22は、スイッチS13、S22をオフし、第3のスイッチ回路343のスイッチ素子S3a,s3bをオンする。これにより、キャパシタC1の両端の電位、すなわち選択した第2ブロックの電池電圧V2が反転信号−V2として電圧測定回路344に入力されV2として測定される。
このようにして、フライング・キャパシタ方式でブロックごとの電池電圧Vnを測定することができる。なお、キャパシタC1は、電池電圧を蓄積する容量手段であればよい。
また、ブロックごとに実負荷電力値Prnを求める場合、電流測定部23は、電圧測定部22がブロックごとの電圧Vnを測定するタイミングで測定した充放電電流IをIn(n=1〜N)として測定する。
以上により、制御部26は、電圧測定部22からのブロックごとの電池電圧Vnと電流測定部23からの充放電電流Inとを順次積算することで、ブロックごとの実負荷電力値Prnを求める。そして、制御部26は、ブロックごとの実負荷電力値Prと、ブロックごとの許容電力値Pnとの差分電力値ΔPnを順次算出し、算出された各差分電力値ΔPnが予め定められた閾値αnより大きいか否かを判定する。判定の結果、差分電力値ΔPnが閾値αn以下の場合にカウンタNの計測数をインクリメントし、計測数が上限値に達すると、計測数の大きさに応じた下方修正量で各許容電力値Pnを下方修正する。
なお、上記では、差分電力値ΔPが連続して閾値α以下となる場合に制御部26がカウンタNの計測数をインクリメントする場合を説明した。しかし、ハイブリッド自動車などの駆動源の電力源として搭載される二次電池30の電池電圧や充放電電流は、パルス状に変化する。よって、測定するタイミングによっては、一時的に差分電力値ΔPが閾値αより大きくなる場合がある。この場合、二次電池30が過充電や過放電に陥っているのにも拘わらず、連続して差分電力値ΔPが閾値α以下となっていないため、カウンタNの計測数がインクリメントされずに、上限値に達しないおそれがある。この場合、許容電力値Pnが適切に下方修正されないおそれがある。
そこで、制御部26は、所定のカウント期間を定めて、そのカウント期間に差分電力値ΔPが閾値α以下となった回数を計測し、その計測数が上限値に達していれば、その計測数に応じた下方修正を許容電力値Pnに施してもよい。
この場合、例えば、制御部26は、図10に示すようなフローチャートに基づいて、許容電力値Pの下方修正を行う。
図10において、制御部26は、ステップS101においてタイマをセットする。その後、差分電力値ΔPが閾値αより大きかった場合(ステップS106での判定結果が、肯定「Y」)、およびカウンタNの計測数が上限値Naに達していない場合(ステップS110での判定結果が、否定「N」)、制御部26は、ステップS101でセットしたタイマが予め定められたカウント期間に達したかどうかを判定する(S109)。そして、カウント期間に達していなければ、制御部26は、さらにステップS102以降の処理を続ける。
これにより、一時的に差分電力値ΔPが閾値α以下となった場合でも、所定期間におけるカウンタNの計測数が多い場合には上限値に達するため、制御部26は、許容電力値Pを下方修正することができる。よって、二次電池30が過充電や過放電に陥っているのにも拘わらず、連続して差分電力値ΔPが閾値α以下とならなかったため、許容電力値Pが下方修正されないという事態を避けることができる。
また、上記では、差分電力値ΔPが閾値α以下となった回数によって、制御部26が許容電力値Pの下方修正量を変更する例について説明した。その他の例としては、例えば、制御部26は、カウンタNの計測数が上限値に達するまでに許容電力値Pを上回った実負荷電力値Prを抽出し、抽出した各実負荷電力値Prと許容電力値Pとの各差分の平均値を求め、その平均値が大きいほど下方修正量が大きくなるようにしてもよい。また、制御部26は、カウンタNの計測数が上限値に達するまでに許容電力値Pを上回った実負荷電力値Prのうち、最も許容電力値Pとの差が大きい実負荷電力値Prを選択して、選択した実負荷電力Prと許容電力値Pとの差分の大きさに基づいて下方修正量を決定してもよい。
さらに、上記では、カウンタNの計測数が上限値に達すると、許容電力値Pの下方修正を行う例について説明した。その他の例としては、例えば、制御部26は、差分電力値ΔPが閾値α以下となる場合であって実負荷電力値Prが許容電力値Pを超えているごとに、その差分が大きいほど下方修正量が大きくなるように下方修正量を決定し、許容電力値Pの下方修正を行ってもよい。
また、制御部26は、マイクロコンピュータに図6,7,10に示す各種処理を具現化させるプログラムをインストールし、このプログラムを実行することによって実現することができる。この場合、マイクロコンピュータの中央処理装置(CPU)が制御部26として機能する。
さらに、上記では、電池ECU20が制御部26を備える構成ついて説明したが、車両ECU10など他のECUが制御部26を備えてもよいし、制御部26専用のECUを別途設けてもよい。
本実施形態および第1の変形例におけるハイブリッド自動車の概略構成を示す図である。 電池ECUが電池温度に基づいて許容電力値を求める際に参照する参照マップの一例を示す。 電池ECUが電池温度およびSOCに基づいて許容電力値を求める際に参照する参照マップの一例を示す。 電池ECUが電池電圧に基づいて許容電力値を求める際に参照する参照マップの一例を示す。 電池ECU及び二次電池について説明するための機能ブロックを示す図である。 本実施形態における電池ECUが許容電力値の下方修正を行う際の処理手順を示すフローチャートである。 第1の変形例における電池ECUが許容電力値の下方修正を行う際の処理手順を示すフローチャートである。 電池ECUが、電池温度に基づいて短期許容電力値Psおよび長期許容電力値Plを求める際に参照する参照マップの一例を示す。 ブロックごとに実負荷電力値Prnを求めることが可能な電圧測定装置の回路構成を示す図である。 電池ECUが、所定のカウント期間に差分電力値ΔPが閾値α以下となった回数を計測し、下方修正を行う際の処理手順を示すフローチャートである。 電気自動車やハイブリッド自動車などに搭載されるような短時間で充放電を繰り返す二次電池の充放電電力の時間変動を説明するための図である。
符号の説明
10 車両ECU、20 電池ECU、22 電圧測定部、23 電流測定部、24 温度測定部、26 制御部、30 二次電池、38 遮断スイッチ回路、42 動力分割機構、44 減速機、46 ドライブシャフト、50 インバータ、52 モータ、54 発電機、60 エンジン。

Claims (16)

  1. 予め二次電池の充放電における許容電力値を定めた充放電制御部と、
    前記二次電池の実負荷電力値を演算する電力値演算部と、
    演算した実負荷電力値と前記許容電力値との差分電力値を算出する差分算出部と、
    算出した差分電力値が所定の閾値以下となった回数を計測し、計測数が所定の上限値以上となった場合、前記許容電力値を下方修正する許容電力値制御部と、
    を備えることを特徴とする二次電池の充放電制御システム。
  2. 請求項1に記載の充放電制御システムにおいて、
    前記許容電力値制御部は、
    算出した差分電力値が連続して所定の閾値以下となった回数を計測する、
    ことを特徴とする充放電制御システム。
  3. 請求項1に記載の充放電制御システムにおいて、
    前記許容電力値制御部は、
    算出した差分電力値が所定の期間内において所定の閾値以下となった回数を計測する、
    ことを特徴とする充放電制御システム。
  4. 請求項1乃至3のいずれか1つに記載の充放電制御システムにおいて、
    前記許容電力値制御部は、
    前記計測数が多いほど前記許容電力値の下方修正量を増加させる、
    ことを特徴とする充放電制御システム。
  5. 請求項1乃至4のいずれか1つに記載の充放電制御システムにおいて、
    前記許容電力値制御部は、
    前記差分電力値が大きいほど前記許容電力値の下方修正量を増加させる、
    ことを特徴とする充放電制御システム。
  6. 請求項1乃至5のいずれか1つに記載の充放電制御システムにおいて、
    前記二次電池の充放電を遮断する遮断手段を備え、
    前記許容電力値制御部は、
    前記計測数が所定の最上限値に達した場合、前記許容電力値をゼロに下方修正して前記遮断手段に二次電池の充放電の遮断を要求する、
    ことを特徴とする充放電制御システム。
  7. 請求項1乃至6のいずれか1つに記載の充放電制御システムにおいて、
    前記許容電力値制御部は、
    電力値が異なる複数の許容電力値が存在する場合、許容電力値ごとに定められた上限値に前記計測数が達するごとに、許容電力値ごとに定められた下方修正量によって上限値に達した許容電力値を下方修正する、
    ことを特徴とする充放電制御システム。
  8. 請求項1乃至7のいずれか1つに記載の充放電制御システムにおいて、
    前記二次電池は、複数の電池モジュールを組み合わせて構成され、
    前記許容電力値は、前記二次電池を構成する電池モジュールを所定の単位で区分けしたブロックごとに定められており、
    前記電力値演算部は、
    ブロック単位に二次電池の実負荷電力値を演算し、
    前記許容電力値制御部は、
    ブロック単位で算出した差分電力値が所定の閾値以下となった回数を計測し、計測数が所定の上限値以上となった場合、ブロックごとに定められた各許容電力値をそれぞれ下方修正する、
    ことを特徴とする充放電制御システム。
  9. 少なくとも温度に応じて設定される許容電力値に基づいて、充放電能力の範囲内で充放電制御される二次電池の該許容電力値を適応的に設定する電池制御装置であって、
    前記二次電池の実負荷電力値を演算する電力値演算部と、
    演算した実負荷電力値と前記許容電力値との差分電力値を算出する差分算出部と、
    算出した差分電力値が所定の閾値以下となった回数を計測し、計測数が所定の上限値以上となった場合、前記許容電力値を下方修正する許容電力値制御部と、
    を備えることを特徴とする電池制御装置。
  10. 予め二次電池の充放電における許容電力値を定めた充放電制御部と、
    前記二次電池の実負荷電力値を演算する電力値演算部と、
    演算した実負荷電力値と前記許容電力値との差分電力値を算出する差分算出部と、
    算出した差分電力値が所定の閾値以下となった場合、前記差分電力値が大きいほど大きな下方修正量により、前記許容電力値を下方修正する許容電力値制御部と、
    を備えることを特徴とする二次電池の充放電制御システム。
  11. 少なくとも温度に応じて設定される許容電力値に基づいて、充放電能力の範囲内で充放電制御される二次電池の該許容電力値を適応的に設定する電池制御装置であって、
    前記二次電池の実負荷電力値を演算する電力値演算部と、
    演算した実負荷電力値と前記許容電力値との差分電力値を算出する差分算出部と、
    算出した差分電力値が所定の閾値以下となった場合、前記差分電力値が大きいほど大きな下方修正量により、前記許容電力値を下方修正する許容電力値制御部と、
    を備えることを特徴とする電池制御装置。
  12. 二次電池の充放電を制御する充放電制御システムであって、
    前記二次電池の電池温度及び充電状態及び電池電圧の少なくとも1つに応じて前記二次電池の許容電力値を設定する許容値設定部と、
    前記許容電力値に基づいて前記二次電池の充放電を制御する充放電制御部であって、 前記二次電池の実負荷電力値が前記許容電力値を超えた回数が所定回数に達するまでは前記許容電力値を超える充放電を許容し、前記回数が前記所定回数に達した場合に前記許容電力値より小さい第2の許容電力値に基づいて前記二次電池の充放電を制御する充放電制御部と、
    を有することを特徴とする充放電制御システム。
  13. 請求項12記載の充放電制御システムにおいて、
    前記第2の許容電力値は、所定期間内における前記回数が大なるほど小さい値であることを特徴とする充放電制御システム。
  14. 請求項13記載の充放電制御システムにおいて、
    前記第2の許容電力値は、所定期間内における前記回数が前記所定回数より大なる上限回数に達した場合に実質的にゼロとなり、前記制御部は前記二次電池の充放電を停止することを特徴とする充放電制御システム。
  15. 少なくとも温度に応じて設定される許容電力値に基づいて、充放電能力の範囲内で充放電制御される二次電池の該許容電力値を適応的に設定する電池制御装置として、コンピュータを機能させるためのプログラムであって、
    前記コンピュータを、
    前記二次電池の実負荷電力値を演算する電力値演算部と、
    演算した実負荷電力値と前記許容電力値との差分電力値を算出する差分算出部と、
    算出した差分電力値が所定の閾値以下となった回数を計測し、計測数が所定の上限値以上となった場合、前記許容電力値を下方修正する許容電力値制御部と、
    して機能させるためのプログラム。
  16. 二次電池の充放電を制御する充放電制御システムとして、コンピュータを機能させるためのプログラムであって、
    前記コンピュータを、
    前記二次電池の電池温度及び充電状態及び電池電圧の少なくとも1つに応じて前記二次電池の許容電力値を設定する許容値設定部と、
    前記許容電力値に基づいて前記二次電池の充放電を制御する充放電制御部であって、前記二次電池の実負荷電力値が前記許容電力値を超えた回数が所定回数に達するまでは前記許容電力値を超える充放電を許容し、前記回数が前記所定回数に達した場合に前記許容電力値より小さい第2の許容電力値に基づいて前記二次電池の充放電を制御する充放電制御部と、
    して機能させるためのプログラム。
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