JP2007306771A - 蓄電装置の充放電制御装置およびそれを搭載した電動車両 - Google Patents

Abstract

【課題】一時的に充放電制限を緩和する際の充放電電力許容値を、蓄電装置の出力電圧が下限電圧から上限電圧までの電圧範囲内から外れないように設定する。
【解決手段】現在の内部抵抗Ｒの下での、現在のバッテリ電流Ｉｂおよびバッテリ電圧Ｖｂ（動作点５１０）より、バッテリ電圧が下限電圧Ｖｅに達するまでバッテリ出力電力を増加させた場合の最大放電可能電流Ｉｄｍａｘ＝Ｉｂ＋（Ｖｂ−Ｖｅ）／Ｒで示される（動作点５２０）。したがって、現在のバッテリ電圧およびバッテリ電流に対する相対値として、一時的に放電制限を緩和してもバッテリ電圧が下限電圧より低下しない最大放電可能電力を、下限電圧Ｖｅおよび最大放電可能電流Ｉｄｍａｘの乗算に従って予測することができる。負荷の放電要求に応じて、バッテリ（蓄電装置）の放電電力制限を一時的に緩和する際には、放電許容電力値は、この最大放電可能電力に対応して設定される。
【選択図】図４

Description

この発明は、蓄電装置の充放電制御装置およびそれを搭載した電動車両に関し、より特定的には、蓄電装置の出力電圧を下限電圧から上限電圧までの電圧範囲内に維持するための充放電制御装置に関する。

二次電池（以下、単にバッテリとも称する）に代表される蓄電装置の充放電を伴って、負荷となる電気機器を駆動制御するシステムが広く用いられている。たとえば、エンジンと、電動機または発電機として機能するモータジェネレータと、このモータジェネレータとの間で電力を充放電するバッテリとを含んで構成されたハイブリッド車両に、このようなシステムが適用される。

特許文献１（特開２００２−５８１１３号公報）には、上記のようにハイブリッド車両に搭載されたバッテリの性能を十分に発揮させるために、バッテリへの要求出力が定格出力を超えた場合に、所定出力可能時間内に限定して定格出力よりも大きい瞬時出力まで、バッテリ出力制限を一時的に緩和するように構成された動力出力装置の構成が開示されている。

同様に、特許文献２（特開２００３−９２８０４号公報）には、ハイブリッド車両の制御装置として、運転要求に応じたバッテリの充放電制御を行なってバッテリの耐久性を確保しつつ運転性を十分に満足するために、車両の走行条件に応じて、バッテリ充放電の際の使用許可容量および使用許可時間を可変に設定する構成が開示されている。特に、短時間に大電力を供給または回収する必要がある条件のときには、バッテリのマージンを小さくして充放電電流を要求を満たすとともに、充放電継続時間は短く設定してトータルの充放電量が過大となることを抑制するが開示されている。

また、特許文献３（特開平１１−１８７５７７号公報）には、電池の使用環境および電池の状態に応じた適切な電力で充放電を行なうために、電池温度および蓄電量（ＳＯＣ：State of Charge）に応じて、充放電電力の制限値を設定することが開示されている。

また、特許文献４（特開２００４−２１５４５９号公報）には、複数個接続された蓄電手段に対する充電時間の短縮化や放電電流値に対する容量の低減を図り、かつ、蓄電手段に異常が発生しないように充放電制御を行なうための電源制御装置が開示されている。特に、この電源制御装置では、並列に接続された複数の蓄電手段（バッテリ）の内部インピーダンス（内部抵抗）を電流・電圧検出データに基づいて逐次測定し、求めたインピーダンスならびに最大電圧値および最小電圧値に基づいて、二次電池の充放電を行なうことが開示されている。
特開２００２−５８１１３号公報 特開２００３−９２８０４号公報 特開平１１−１８７５７７号公報 特開２００４−２１５４５９号公報

特許文献４にも示されるように、バッテリの充放電制御は、過放電あるいは過充電によってバッテリ出力電圧が最低許容電圧（下限電圧）から最高許容電圧（上限電圧）までの管理電圧範囲から外れないように実行される必要がある。特に、特許文献１および２のように、負荷からの要求に応じて充放電制限を一時的に緩和する制御構成では、この際に、バッテリ出力電圧が上記管理電圧範囲を外れないように考慮することが必要となる。

この点につき、たとえば特許文献１には、短時間許容できる瞬時出力について、その際の電池温度および残存容量（ＳＯＣ）から求めることが開示されている。また、特許文献２では、充放電制限時に緩和される電流量については、現在のＳＯＣと、運転状況に応じて設定されたバッテリマージンとに基づいて決定されることが開示されている。

しかしながら、特許文献１，２に開示された構成では、時々刻々変化する、その時点でのバッテリ電圧が考慮されていないため、短時間に限って許容される充放電制限の緩和レベルを、上限電圧および下限電圧を超えない範囲で正確に設定することが困難である。このため、その時点までの充放電履歴によっては、バッテリ電圧が低下しすぎていて、放電制限を緩和した際に下限電圧を割込む場合がある。また、ＳＯＣ推定精度が悪化している場合にも、放電制限を緩和した際に電池電圧が下限電圧を割込んでしまう可能性がある。このため、バッテリ電圧が上限電圧および下限電圧を超えないように、安全側に充放電制限の緩和レベルを決定すると、一時的に許容される充放電電力が小さくなるため、バッテリ性能を最大限に引出せなくなるといった問題が発生する。

この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、二次電池等の蓄電装置の充放電制限を一時的に緩和する際の充放電電力許容値を、蓄電装置の出力電圧が下限電圧から上限電圧までの電圧範囲内から外れないように正確に設定することが可能な蓄電装置の充放電制御装置およびそれを搭載した電動車両を提供することである。

本発明による蓄電装置の充放電制御装置は、蓄電装置の出力電圧を下限電圧から上限電圧までの電圧範囲内に維持するための充放電制御装置であって、状態取得手段と、第１の制限設定手段と、第２の制限設定手段と、内部抵抗推定手段とを備える。状態取得手段は、現時点における蓄電装置の状態を示す測定値を取得するように構成される。第１の制限設定手段は、蓄電装置の充放電電力制限のための放電電力許容値および充電電力許容値を設定するように構成される。第２の制限設定手段は、蓄電装置の負荷からの要求に応じて、所定の許容期間において、充放電電力制限を第１の制限手段によりも一時的に緩和するように構成される。内部抵抗推定手段は、状態取得手段により取得された測定値に基づき、現時点における蓄電装置の内部抵抗を推定するように構成される。特に、第２の制限設定手段は、予測手段と、許容値設定手段とを含む。予測手段は、状態取得手段により取得された測定値のうちの電池電圧および電池電流ならびに、内部抵抗推定手段により推定された内部抵抗に基づき、放電電力および充電電力の増加によって出力電圧が下限電圧および上限電圧にそれぞれ達する際の蓄電装置の放電電力および充電電力のうちの少なくとも一方を予測するように構成される。許容値設定手段は、放電電力許容値および充電電力許容値のうちの少なくとも一方を、予測手段により予測された放電電力および充電電力の少なくとも一方に従って設定する。

上記蓄電装置の充放電制御装置によれば、現時点での電圧および電流を基に、充放電制限の緩和に伴い出力電圧が下限電圧または上限電圧に達する際の電力制限値（最大放電可能電力および最大充電可能電力）を高精度に予測するとともに、予測された最大放電可能電力および／または最大充電可能電力に対応させて、充放電制限を通常よりも緩和する際の放電電力許容値および充電電力許容値の少なくとも一方を決定することができる。したがって、負荷の要求に応じて充放電制限を一時的に緩和する際に、蓄電装置の出力電圧が管理電圧範囲内から外れることを防止した上で、充放電電力の緩和レベルを十分に確保できる。この結果、蓄電装置の性能を十分に引出しつつ、出力電圧を管理電圧範囲内に維持するように充放電制御を行なうことが可能となる。

好ましくは、予測手段は、現在の電池電圧および下限電圧の電圧差を内部抵抗によって除算することによって蓄電装置の放電電流許容増加量を求めるとともに、放電電流許容増加量および電池電流の和で示される放電電流と下限電圧との乗算に従って、出力電圧が下限電圧に至る際の放電電力を予測する。

このような構成によれば、蓄電装置の現在の電圧および電流、ならびに推定された内部抵抗に基づき、簡易な演算によって最大放電可能電力を精度良く予測することができる。

また好ましくは、予測手段は、現在の電池電圧および上限電圧の電圧差を内部抵抗によって除算することによって蓄電装置の充電電流許容増加量を求めるとともに、充電電流許容増加量および電池電流の和で示される充電電流と上限電圧との乗算に従って、出力電圧が上限電圧に至る際の充電電力を予測する。

このような構成によれば、蓄電装置の現在の電圧および電流、ならびに推定された内部抵抗に基づき、簡易な演算によって最大充電可能電力を精度良く予測することができる。

本発明による電動車両は、蓄電装置と、車両駆動力を発生するための内燃機関と、蓄電装置との間で双方向に電力授受可能に構成された第１および第２の電動機と、請求項１または２記載の蓄電装置の充放電制御装置とを備える。特に、第１の電動機は、蓄電装置の放電電力により回転駆動されることによって内燃機関を始動可能に構成され、第２の電動機は、蓄電装置の放電電力により内燃機関とは独立に車両駆動力を発生可能に構成される。そして、充放電制御装置は、内燃機関の始動時、および第２の電動機への出力要求が所定以上となったときの少なくとも一方において、第２の制限設定手段により放電電力許容値を設定する。

この構成によれば、内燃機関、蓄電装置および蓄電装置との間で双方向に電力授受可能に構成された電動機を搭載した電動車両（ハイブリッド自動車等）において、蓄電装置への放電要求が通常時よりも大きくなる運転状況において、蓄電装置の出力電圧が下限電圧よりも低下することを防止した上で、一時的に放電制限を緩和できる。

本発明による電動車両は、蓄電装置と、車両駆動力を発生するための内燃機関と、蓄電装置との間で双方向に電力授受可能に構成された電動機と、請求項１または３記載の二次装置の充放電制御装置とを備える。電動機は、蓄電装置の放電電力により内燃機関とは独立に車両駆動力を発生可能であるとともに、電動車両の減速時に回生トルクの発生による回生制動発電によって蓄電装置の充電電力を発生可能に構成される。そして、充放電制御装置は、電動機に要求される回生トルクの絶対値が所定以上と判断されるときに、第２の制限設定手段により充電電力許容値を設定する。

この構成によれば、内燃機関、蓄電装置および蓄電装置との間で双方向に電力授受可能に構成された電動機を搭載した電動車両（ハイブリッド自動車等）において、高速走行時にブレーキ操作が行なわるときや、比較的低速走行時であってもブレーキ操作等により減速度が大きいときのような、電動機に要求される回生トルクの絶対値が所定以上となって、蓄電装置への充電要求が通常時よりも大きくなる運転状況において、蓄電装置の出力電圧が上限電圧よりも上昇することを防止した上で、一時的に充電制限を緩和できる。

この発明によれば、蓄電装置の充放電制限を一時的に緩和する際の充放電電力許容値を、蓄電装置の出力電圧が下限電圧から上限電圧までの電圧範囲内から外れないように正確に設定することが可能な蓄電装置の充放電制御装置およびそれを搭載した電動車両を提供することができる。

以下において、この発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下図中の同一または相当部分には同一符号を付してその説明は原則として繰返さないものとする。

図１は、本発明の実施の形態に係る蓄電装置の制御装置が搭載された電動車両の代表例として示されるハイブリッド車両の制御ブロック図である。なお、電動車両は、図１に示すハイブリッド車両に限定されるものではなく、車両減速時の回生発電エネルギを回収して蓄電装置に蓄積可能な構成を有するものであれば、他の態様を有するハイブリッド車両（たとえばシリーズ型ハイブリッド車両）あるいは電気自動車についても、本発明を適用することが可能である。

以下、本実施の形態では、蓄電装置として二次電池（バッテリ）を例示するが、電気二重層キャパシタに代表されるキャパシタ等の他の形式の蓄電装置を用いることも可能である点を確認的に記載する。

図１を参照して、ハイブリッド車両は、駆動源としての、たとえばガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関（以下、単にエンジンという）１２０と、モータジェネレータ（ＭＧ）１４０を含む。モータジェネレータ１４０は、主にモータとして機能するモータジェネレータ１４０Ａ（以下、説明の便宜上モータ１４０Ａとも表現する）および、主にジェネレータとして機能するモータジェネレータ１４０Ｂ（以下、説明の便宜上モータ１４０Ｂとも表現する）を含む。なお、ハイブリッド車両の走行状態に応じて、モータ１４０Ａがジェネレータとして機能したり、ジェネレータ１４０Ｂがモータとして機能したりする。

ハイブリッド車両には、この他に、エンジン１２０やモータジェネレータ１４０Ａで発生した動力を駆動輪１６０に伝達したり、駆動輪１６０の駆動力をエンジン１２０やモータジェネレータ１４０Ａに伝達する減速機１８０と、エンジン１２０の発生する動力を駆動輪１６０とジェネレータ１４０Ｂとの２経路に分配する動力分割機構（たとえば、遊星歯車機構）２００と、モータジェネレータ１４０Ａ，１４０Ｂを駆動するための電力を充電する蓄電装置としての走行用バッテリ２２０と、走行用バッテリ２２０の直流とモータジェネレータ１４０Ａの交流とを変換しながら電流制御を行なうインバータ２４０と、走行用バッテリ２２０の直流とモータジェネレータ１４０Ｂの交流とを変換しながら電流制御を行なうインバータ２４１と、走行用バッテリ２２０の充放電状態を管理制御するバッテリ制御ユニット（以下、バッテリＥＣＵ（Electronic Control Unit）という）２６０と、エンジン１２０の動作状態を制御するエンジンＥＣＵ２８０と、ハイブリッド車両の状態に応じてモータジェネレータ１４０Ａ，１４０ＢおよびバッテリＥＣＵ２６０、インバータ２４０等を制御するＭＧ＿ＥＣＵ３００と、バッテリＥＣＵ２６０、エンジンＥＣＵ２８０およびＭＧ＿ＥＣＵ３００等を相互に管理制御して、ハイブリッド車両が最も効率よく運行できるようにハイブリッドシステム全体を制御するＨＶ＿ＥＣＵ３２０とを含む。

運転者によって操作されるアクセルペダル４１０にはアクセルペダルセンサ４１５が接続され、アクセルペダルセンサ４１５は、運転者によるアクセルペダル４１０の操作量（踏込み量）に応じた出力電圧を発生する。同様に、運転者によって操作されるブレーキペダル４２０にはブレーキペダルセンサ４２５が接続され、ブレーキペダルセンサ４２５は、運転者によるブレーキペダル４２０の操作量（踏込み量）に応じた出力電圧を発生する。アクセルペダルセンサ４１５およびブレーキペダルセンサ４２５の出力電圧は、ＨＶ＿ＥＣＵ３２０へ伝送される。このため、ＨＶ＿ＥＣＵ３２０は、運転者によるアクセルペダル４１０およびブレーキペダル４２０の操作量（踏込み量）を検知することができる。

本実施の形態においては、走行用バッテリ２２０とインバータ２４０との間にはコンバータ２４２が設けられている。これにより、走行用バッテリ２２０の定格電圧が、モータジェネレータ１４０Ａやモータジェネレータ１４０Ｂの定格電圧よりも低くても、コンバータ２４２で電圧を昇圧あるいは降圧することにより、走行用バッテリ２２０およびモータジェネレータ１４０Ａ，１４０Ｂの間で電力を授受することが可能となる。このコンバータ２４２には平滑コンデンサが内蔵されており、コンバータ２４２が昇圧動作を行なう際には、この平滑コンデンサに電荷を蓄えることができる。

なお、図１においては、各ＥＣＵを別構成しているが、２個以上のＥＣＵを統合したＥＣＵとして構成してもよい（たとえば、図１に、点線で示すように、ＭＧ＿ＥＣＵ３００とＨＶ＿ＥＣＵ３２０とを統合したＥＣＵとすることがその一例である）。

動力分割機構２００は、エンジン１２０の動力を、駆動輪１６０とモータジェネレータ１４０Ｂとの両方に振り分けるために、遊星歯車機構（プラネタリーギヤ）が使用される。モータジェネレータ１４０Ｂの回転数を制御することにより、動力分割機構２００は無段変速機としても機能する。エンジン１２０の回転力はプラネタリーキャリア（Ｃ）に入力され、それがサンギヤ（Ｓ）によってモータジェネレータ１４０Ｂに、リングギヤ（Ｒ）によってモータおよび出力軸（駆動輪１６０側）に伝えられる。回転中のエンジン１２０を停止させる時には、エンジン１２０が回転しているので、この回転の運動エネルギをモータジェネレータ１４０Ｂで電気エネルギに変換して、エンジン１２０の回転数を低下させる。

図１に示すようなハイブリッドシステムを搭載するハイブリッド車両においては、発進時や低速走行時等であってエンジン１２０の効率が悪い場合には、モータジェネレータ１４０のモータ１４０Ａのみによりハイブリッド車両の走行を行ない、通常走行時には、たとえば動力分割機構２００によりエンジン１２０の動力を２経路に分け、一方で駆動輪１６０の直接駆動を行ない、他方でジェネレータ１４０Ｂを駆動して発電を行なう。この時、発生する電力でモータ１４０Ａを駆動して駆動輪１６０の駆動補助を行なう。また、高速走行時には、さらに走行用バッテリ２２０からの電力をモータ１４０Ａに供給してモータ１４０Ａの出力を増大させて駆動輪１６０に対して駆動力の追加を行なう。

一方、減速時には、駆動輪１６０により従動するモータ１４０Ａがジェネレータとして機能して回生制動による発電を行ない、回収した電力を走行用バッテリ２２０に蓄えることができる。なお、ここで言う回生制動とは、ハイブリッド自動車を運転するドライバによるフットブレーキ操作があった場合の回生発電を伴う制動や、フットブレーキを操作しないものの走行中にアクセルペダルをオフすることで回生発電をさせながら車両減速（または加速の中止）させることを含む。

回生発電可能な電力は、走行用バッテリ２２０への充電電力許容値に応じて設定する。すなわち、走行用バッテリ２２０の充電禁止時には、回生発電も禁止されて、モータジェネレータ１４０Ａのトルク指令値は零に設定される。

また、走行用バッテリ２２０の充電量が低下し、充電が特に必要な場合には、エンジン１２０の出力を増加してジェネレータ１４０Ｂによる発電量を増やして走行用バッテリ２２０に対する充電量を増加する。もちろん、低速走行時でも必要に応じてエンジン１２０の出力を増加する制御を行なう。たとえば、上述のように走行用バッテリ２２０の充電が必要な場合や、エアコン等の補機を駆動する場合や、エンジン１２０の冷却水の温度を所定温度まで上げる場合等である。

駆動輪１６０および図示しない車輪の各々には、ブレーキ機構４６０が設けられる。ブレーキ機構４６０は、各車輪に対応して設けられたディスクロータ４６５を、ブレーキアクチュエータ４５０の発生油圧によって操作されるブレーキパッド（摩擦材）によって押さえ付けることにより発生される摩擦力によって車両の制動力が得られるように構成されている。ブレーキアクチュエータ４５０による油圧発生量は、ＨＶ＿ＥＣＵ３２０によって制御される。

ＨＶ＿ＥＣＵ３２０は、ブレーキペダル４２０の踏込み量等から車両全体での要求制動力を算出し、算出した全体要求制動力が、モータ１４０Ａによる回生制動力およびブレーキ機構４６０による油圧制動力によって協調的に発生されるように制御する。

図２には、本発明の実施の形態による蓄電装置の充放電制御の概略構成が示される。
蓄電装置の一例として示される走行用バッテリ２２０は、図示するように複数のセルを直列接続した組電池であり、鉛蓄電池、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等の二次電池により構成される。走行用バッテリ２２０は、インバータ２４０，２４１およびコンバータ２４２を介して、モータジェネレータ１４０Ａ，１４０Ｂ（ＭＧ（１），ＭＧ（２））と接続されている。すなわち、本実施の形態では、インバータ２４０，２４１およびコンバータ２４２ならびにモータジェネレータ１４０Ａ，１４０Ｂ（ＭＧ（１），ＭＧ（２））が、一体的に走行用バッテリ２２０の負荷を構成する。

また、走行用バッテリ２２０の端子電圧（以下、バッテリ電圧Ｖｂと称する）を検出する電圧センサ２２６、走行用バッテリ２２０に流れる電流を検出する電流センサ２２２が設けられている。以下では、電流センサ２２２により検出される走行用バッテリ２２０および負荷の間の入出力電流をバッテリ電流Ｉｂと称する。なお、バッテリ電流Ｉｂは、図中の矢印方向を正電流方向と定義する。すなわち、放電時にはＩｂ＞０（正）であり、充電時にはＩｂ＜０（負）である。したがって、走行用バッテリ２２０の負荷に対する入出力電力は、バッテリ電圧Ｖｂおよびバッテリ電流Ｉｂの積で示され、放電時には正値となり、充電時には負値となる。

さらに、走行用バッテリ２２０の複数箇所に電池温度を検出する温度センサ２２４が設けられている。温度センサ２２４を複数箇所に設けたのは、走行用バッテリ２２０の温度が局所的に異なる可能性があるからである。電流センサ２２２、電圧センサ２２６および温度センサ２２４の出力は、バッテリＥＣＵ２６０へ送出される。

バッテリＥＣＵ２６０では、これらのセンサ出力値に基づき、電池の残存容量（ＳＯＣ）を算出し、さらにバッテリ充放電制限を実行する。充放電制御は、推定したＳＯＣが目標ＳＯＣに合致するように、かつ、過充電によってバッテリ電圧Ｖｂが最高許容電圧（上限電圧Ｖｕ）より高くなったり、過放電によってバッテリ電圧Ｖｂが最低許容電圧（下限電圧Ｖｅ）より低くなったりすることがないように実行される。ここで、上限電圧Ｖｕおよび下限電圧Ｖｅは、走行用バッテリ２２０の最高定格電圧および最低定格電圧、あるいは、走行用バッテリ２２０に接続される機器（負荷）の動作可能（保証）電圧等に従って決定される。

特に、上記のように、バッテリ電圧Ｖｂが下限電圧Ｖｅ〜上限電圧Ｖｕの電圧範囲（以下、管理電圧範囲とも称する）内に維持されるように、バッテリＥＣＵ２６０は、走行用バッテリ２２０に関する充電電力許容値Ｗｉｎ（Ｗｉｎ≦０）および放電電力許容値Ｗｏｕｔ（Ｗｏｕｔ≧０）を決定し、ＭＧ＿ＥＣＵ３００およびＨＶ＿ＥＣＵ３２０へ送出する。

特に、ＨＶ＿ＥＣＵ３００は、充電電力許容値Ｗｉｎおよび放電電力許容値Ｗｏｕｔの範囲内で走行用バッテリ２２０が充放電されるように、各モータジェネレータ１４０Ａ，１４０Ｂの動作指令値（代表的にはトルク指令値）を設定する。たとえば、上述のような、走行状況に応じたエンジン１２０およびモータ１４０Ａの間での車両駆動力の出力配分は、モータ１４０Ａでの消費電力を含む走行用バッテリ２２０の出力電力が放電電力許容値Ｗｏｕｔを超えないように考慮される。

また、回生制動時には、モータジェネレータ１４０Ａによる発電電力を含む走行用バッテリ２２０への入力電力が充電電力許容値Ｗｉｎを超えないように考慮した上で、モータジェネレータ１４０Ａのトルク指令値（一般に負トルク）が設定される。なお、上述のように、ＨＶ＿ＥＣＵ３２０は、運転者によるブレーキ操作時には、モータジェネレータ１４０Ａによる回生制動力およびブレーキ機構４６０による油圧制動力の和により、車両全体への要求制動力が得られるように協調制御を行なうので、充電電力許容値Ｗｉｎによりモータジェネレータ１４０Ａによる回生制動力が制限されても、必要な車両制動力を得ることが可能である。また、バッテリＥＣＵ２６０へは、ＨＶ＿ＥＣＵ３２０から、一時的な充放電制限の緩和を要求する要求フラグが入力される。この要求フラグについては、後程詳細に説明する。

次に、本発明の実施の形態による放電電力制限について図３および図４を用いて説明する。

図３は、本発明の実施の形態による放電電力許容値の設定を説明するフローチャートである。図３に示したフローチャートは、バッテリＥＣＵ２６０により所定周期ごとに実行される。

図３を参照して、バッテリＥＣＵ２６０は、ステップＳ１００により、電流センサ２２２、温度センサ２２４および電圧センサ２２６の検出値から、バッテリ状態量（バッテリ電圧Ｖｂ、バッテリ電流Ｉｂおよびバッテリ温度Ｔｂ）を取得する。

さらに、バッテリＥＣＵ２６０は、ステップＳ１１０により、ステップＳ１００で取得したバッテリ状態量に基づき内部抵抗Ｒを推定する。ステップＳ１１０における内部抵抗推定手法は特に限定されず、周知の推定手法を任意に用いることができる。たとえば、内部抵抗Ｒが温度依存性を有するタイプのバッテリでは、実験等により予め求められたバッテリ温度Ｔｂおよび内部抵抗Ｒの特性を反映したマップを作成しておき、ステップＳ１００で取得したバッテリ温度Ｔｂを用いて当該マップを参照することによって内部抵抗Ｒを推定できる。あるいは、特許文献４にも開示されるように、バッテリ電流Ｉｂおよびバッテリ電圧Ｖｂの実測値を適宜参照し、最小二乗法等の適用により（Ｖｂ／Ｉｂ）を逐次求めることによって内部抵抗Ｒを推定してもよい。

なお、蓄電装置がキャパシタで構成される場合にも、上記と同様にステップＳ１００で取得したバッテリ状態量に基づき、内部抵抗Ｒを推定することができる。

さらに、バッテリＥＣＵ２６０は、ステップＳ１２０により、ステップＳ１００によって取得されたバッテリ状態量に基づきＳＯＣを推定する。ＳＯＣ推定についても、周知の推定手法を任意に用いることができる。たとえば、ステップＳ１００で取得されたバッテリ状態量を電池モデル式に代入することによって逐次開路電圧（ＯＣＶ）を推定することによってＳＯＣを推定してもよく、バッテリ電流Ｉｂの積算に基づいてＳＯＣ変化をトレースすることによってＳＯＣを推定してもよい。あるいは、電池モデルに基づくＳＯＣ推定および電流積算によるＳＯＣ推定との両者を組合せてＳＯＣを推定してもよい。

さらに、バッテリＥＣＵ２６０は、ステップＳ１３０により、ステップＳ１２０で求められた推定ＳＯＣおよび／またはステップＳ１１０で求められたバッテリ状態量（代表的にはバッテリ温度Ｔｂ）に基づき、基本的な放電電力許容値Ｗｏｕｔ♯（Ｗｏｕｔ♯≧０）を設定する。たとえば、基本的な放電電力許容値（Ｗｏｕｔ♯）は、Ｗｏｕｔ♯での放電が所定時間継続されても、バッテリ電圧Ｖｂの電圧変化が所定範囲内に収まるように設定される。

続いてバッテリＥＣＵ２６０は、ステップＳ１５０により、負荷の放電要求が通常レベルであるかどうかを判断する。ステップＳ１５０による判定は、ＨＶ＿ＥＣＵ３２０からの要求フラグに基づき実行される。この要求フラグは、バッテリの負荷の状況に応じて、負荷からバッテリへの放電要求が大であるとき、すなわち、走行用バッテリ２２０からの出力電力を通常時よりも一時的に大きくしたい状況において、ステップＳ１５０がＮＯ判定となるように設定される。たとえば、本実施の形態によるハイブリッド車両では、モータジェネレータ１４０Ｂ（ＭＧ（１））によるエンジン始動時、あるいはアクセルペダル操作によりモータジェネレータ１４０Ａ（ＭＧ（２））への要求出力が所定より大きくなった場合等、走行用バッテリ２２０からの出力電力を通常時よりも一時的に大きくしたい運転状況において、要求フラグは、ステップＳ１５０がＮＯ判定となるように設定される。

バッテリＥＣＵ２６０は、ステップＳ１５０のＹＥＳ判定時、すなわち負荷の放電要求が通常レベルである場合には、ステップＳ１６０により、ステップＳ１３０で設定した基本的な充電電力許容値Ｗｏｕｔ♯を、放電電力許容値Ｗｏｕｔとする（Ｗｏｕｔ＝Ｗｏｕｔ♯）ことにより、通常の放電制限を行なう。

これに対して、バッテリＥＣＵ２６０は、ステップＳ１５０のＮＯ判定時、すなわち負荷の放電要求が大である場合には、ステップＳ１７０およびＳ１８０により、放電制限を通常よりも一時的に緩和する。このような放電制限緩和によって、バッテリ電圧Ｖｂが下限電圧Ｖｅを超えて低下することがないように、一時的な放電制限緩和時における放電電力許容値が以下のように決められる。

バッテリＥＣＵ２６０は、ステップＳ１７０では、現在のバッテリ電圧Ｖｂおよびバッテリ電流Ｉｂを基に、放電制限緩和によるバッテリ電流増大（正方向）に伴ってバッテリ電圧Ｖｂが下限電圧Ｖｅまで低下するときの放電電力である、最大放電可能電力Ｐｅ（Ｐｅ＞０）を予測する。

図４は、この際における最大放電可能電力の予測手法を説明する概念図である。
図４を参照して、動作点５１０は、現在のバッテリ電流Ｉｂおよびバッテリ電圧Ｖｂに対応する。そして、最大放電可能電力Ｐｅ出力時の動作点５２０では、バッテリ電流が最大放電可能電流Ｉｄｍａｘであり、バッテリ電圧が下限電圧Ｖｅである。この際に、動作点５１０および５２０は、現在の推定内部抵抗Ｒを傾きとする直線上に位置する。

したがって、現在のバッテリ電圧Ｖｂおよびバッテリ電流Ｉｂに対する相対値として、放電制限緩和の際にバッテリ電圧が下限電圧Ｖｅに達する動作点５２０を予測することができる。すなわち、現在のバッテリ電流Ｉｂおよび動作点５２０における最大放電可能電流Ｉｄｍａｘの電流差、すなわち、放電電流許容増加量ΔＩｂｍａｘ＝（Ｖｂ−Ｖｅ）／Ｒと予測できる。

再び図３を参照して、この結果、最大放電可能電力Ｐｅ（｜Ｐｅ｜＞｜Ｗｏｕｔ♯｜）は、下記（１）式に従って予測することができる。

Ｐｅ＝（Ｉｂ＋ΔＩｂｍａｘ）・Ｖｅ＝（Ｉｂ＋（Ｖｂ−Ｖｅ）／Ｒ）・Ｖｅ…（１）
さらに、バッテリＥＣＵ２６０は、ステップＳ１８０では、一時的な放電電力制限のため、制限緩和期間Δｔに限り最大放電可能電力Ｐｅに対応させて放電電力許容値Ｗｏｕｔを設定する。代表的には、放電電力許容値Ｗｏｕｔ＝Ｐｅと設定すればよいが、マージンを設けてＷｏｕｔ＜Ｐｅに設定してもよい。なお、一時的な放電電力制限の緩和期間が制限緩和期間Δｔを超えた場合には、ステップＳ１５０の判定がＹＥＳ判定となるように、ＨＶ＿ＥＣＵ３２０からの要求フラグが変更される。

このような構成とすることにより、現時点でのバッテリ電圧Ｖｂおよびバッテリ電流Ｉｂを基に、放電制限緩和によりバッテリ電圧Ｖｂが下限電圧Ｖｅに達する際の最大放電可能電力Ｐｅを予測して、予測された最大放電可能電力に対応させて、通常よりも充放電制限を緩和する際の放電電力許容値Ｗｏｕｔを決定することができる。したがって、負荷の要求に応じて放電制限を一時的に緩和する際に、走行用バッテリ２２０（蓄電装置）の出力電圧が下限電圧よりも低下することを防止し、かつ、放電制限電力の緩和レベルを十分に確保できる。

次に、本発明の実施の形態による充電電力制限について図５および図６を用いて説明する。

図５は、本発明の実施の形態による充電電力許容値の設定を説明するフローチャートである。図５に示したフローチャートは、バッテリＥＣＵ２６０により所定周期ごとに実行される。

図５を参照して、バッテリＥＣＵ２６０は、図３と同様のステップＳ１００〜Ｓ１２０の処理により、バッテリ状態量（バッテリ電圧Ｖｂ、バッテリ電流Ｉｂおよびバッテリ温度Ｔｂ）を取得し（Ｓ１００）、内部抵抗Ｒを推定し（Ｓ１１０）、かつ、ＳＯＣを推定する（Ｓ１２０）。

さらに、バッテリＥＣＵ２６０は、ステップＳ１３５により、ステップＳ１２０で求められた推定ＳＯＣおよび／またはステップＳ１１０で求められたバッテリ状態量（代表的にはバッテリ温度Ｔｂ）に基づき、基本的な充電電力許容値Ｗｉｎ♯（Ｗｉｎ♯≦０）を設定する。たとえば、基本的な充電電力許容値（Ｗｉｎ♯）は、Ｗｉｎ♯での放電が所定時間継続されても、バッテリ電圧Ｖｂの電圧変化が所定範囲内に収まるように設定される。

続いてバッテリＥＣＵ２６０は、ステップＳ１５５により、負荷の充電要求が通常レベルであるかどうかを判断する。ステップＳ１５５による判定についても、ＨＶ＿ＥＣＵ３２０からの要求フラグに基づき実行される。この要求フラグは、バッテリの負荷の状況に応じて、負荷からバッテリへの充電要求が大であるとき、すなわち、走行用バッテリ２２０への入力電力を通常時よりも一時的に大きくしたい状況において、ステップＳ１５５がＮＯ判定となるように設定される。たとえば、本実施の形態によるハイブリッド車両では、運転者によるブレーキ操作等によってモータジェネレータ１４０Ａに要求される回生トルクの大きさ（絶対値）が所定以上となった場合等、モータジェネレータ１４０Ａでの回生発電電力を増加させて、走行用バッテリ２２０への入力電力を通常時よりも一時的に大きくしたい運転状況において、要求フラグは、ステップＳ１５０がＮＯ判定となるように設定される。

たとえば、所定速度以上の高速走行時にブレーキ操作が行なわれたときや、比較的低速走行時であっても、ブレーキ操作等により減速度が大きいときに、上記のような、モータジェネレータ１４０Ａに要求される回生トルクの大きさ（絶対値）が所定以上となるケースが発生する。

バッテリＥＣＵ２６０は、ステップＳ１５５のＹＥＳ判定時、すなわち負荷の充電要求が通常レベルである場合には、ステップＳ１６５により、ステップＳ１３５で設定した基本的な充電電力許容値Ｗｉｎ♯を、充電電力許容値Ｗｉｎとする（Ｗｉｎ＝Ｗｉｎ♯）ことにより、通常の充電制限を行なう。

これに対して、バッテリＥＣＵ２６０は、ステップＳ１５５のＮＯ判定時、すなわち負荷の充電要求が大である場合には、ステップＳ１７５およびＳ１８５により、充電制限を通常よりも一時的に緩和する。このような充電制限緩和によって、バッテリ電圧Ｖｂが下限電圧Ｖｅを超えて低下することがないように、以下のようにして、一時的な充電制限緩和時における充電電力許容値が決められる。

バッテリＥＣＵ２６０は、ステップＳ１７５では、現在のバッテリ電圧Ｖｂおよびバッテリ電流Ｉｂを基に、充電制限緩和によるバッテリ電流増大（負方向）に伴ってバッテリ電圧Ｖｂが上限電圧Ｖｕまで低下するときの充電電力である、最大充電可能電力Ｐｕ（Ｐｕ＜０）を予測する。

図６は、この際における最大充電可能電力の予測手法を説明する概念図である。
図６を参照して、動作点５１０♯は、現在のバッテリ電流Ｉｂおよびバッテリ電圧Ｖｂに対応する。そして、最大充電可能電力Ｐｕ入力時の動作点５２０♯では、バッテリ電流が最大充電可能電流Ｉｃｍａｘであり、バッテリ電圧が下限電圧Ｖｅである。この際に、動作点５１０および４２０は、現在の推定内部抵抗Ｒを傾きとする直線上に位置する。

したがって、現在のバッテリ電圧Ｖｂおよびバッテリ電流Ｉｂに対する相対値として、充電制限緩和の際にバッテリ電圧が上限電圧Ｖｕに達する動作点５２０♯を予測することができる。すなわち、現在のバッテリ電流Ｉｂおよび動作点５２０♯における最大充電可能電流Ｉｃｍａｘの電流差、すなわち充電電流許容増加量ΔＩｂｍａｘ＝（Ｖｂ−Ｖｕ）／Ｒと予測できる。

再び図３を参照して、この結果、最大充電可能電力Ｐｕ（｜Ｐｕ｜＞｜Ｗｉｎ♯｜）は、下記（２）式に従って予測することができる。

Ｐｕ＝（Ｉｂ＋ΔＩｂｍａｘ）・Ｖｅ＝（Ｉｂ＋（Ｖｂ−Ｖｕ）／Ｒ）・Ｖｕ…（２）
さらに、バッテリＥＣＵ２６０は、ステップＳ１８５では、一時的な充電電力制限のため、制限緩和期間Δｔ♯に限り最大充電可能電力Ｐｕに対応させて充電電力許容値Ｗｉｎを設定する。代表的には、充電電力許容値Ｗｉｎ＝Ｐｕと設定すればよいが、マージンを設けて｜Ｗｉｎ｜＜｜Ｐｕ｜に設定してもよい。なお、一時的な充電電力制限の緩和期間が制限緩和期間Δｔを超えた場合には、ステップＳ１５５の判定がＹＥＳ判定となるように、ＨＶ＿ＥＣＵ３２０からの要求フラグが変更される。

このような構成とすることにより、現時点でのバッテリ電圧Ｖｂおよびバッテリ電流Ｉｂを基に、充電制限緩和によりバッテリ電圧Ｖｂが上限電圧Ｖｕに達する際の最大充電可能電力Ｐｕを予測して、予測された最大充電可能電力に対応させて、通常よりも充電制限を緩和する際の充電電力許容値Ｗｉｎを決定することができる。したがって、負荷の要求に応じて充電制限を一時的に緩和する際に、蓄電装置（走行用バッテリ２２０）の出力電圧が上限電圧よりも上昇することを防止し、かつ、充電制限電力の緩和レベルを十分に確保できる。

上記のように充放電電力許容値を設定することにより、本発明の実施の形態による蓄電装置の充放電制御では、蓄電装置の性能を十分に引出しつつ、出力電圧が管理電圧範囲内に維持されるように充放電制御を行なうことが可能となる。なお、本発明を実現する最小限の構成として、充電電力許容値および放電電力許容値のうちの一方のみについて、図３または図５のフローチャートに従って設定する構成とすることも可能である。

また、本実施の形態では、ハイブリッド車両（電動車両）に搭載された蓄電装置（たとえば、走行用バッテリや電気二重層キャパシタ等）の充放電制限、すなわち、蓄電装置から負荷への電力供給（放電）および負荷から蓄電装置の電力供給（充電）の両方が可能に構成された場合の充放電電力許容値の設定を例示したが、本発明の適用はこのような場合に限定されるものではない。すなわち、蓄電装置から負荷への電力供給（放電）あるいは負荷から蓄電装置の電力供給（充電）のみが実行されるように構成された場合においても、その際の放電電力許容値あるいは充電電力許容値について、本発明を適用して設定することができる。すなわち、本発明は、負荷の構成を限定することなく、蓄電装置の出力電圧を下限電圧から上限電圧の電圧範囲内に維持するための充放電電力許容値の設定に共通することが可能であることを確認的に記載する。

なお、図３および図５のフローチャートにおいて、ステップＳ１００は本発明の「状態取得手段」に対応し、ステップＳ１１０は本発明での「内部抵抗推定手段」に対応し、ステップＳ１３０，Ｓ１３５は本発明での「第１の制限設定手段」に対応する。また、ステップＳ１７０，Ｓ１８０およびステップＳ１７５，Ｓ１８５は、本発明での「第２の制限設定手段」に対応し、特に、ステップＳ１７０およびＳ１７５が本発明での「予測手段」に対応し、ステップＳ１８０およびＳ１８５は本発明での「許容値設定手段」に対応する。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態に係る蓄電装置の充放電制御装置が搭載された電動車両の代表例として示されるハイブリッド車両の制御ブロック図である。 本発明の実施の形態による蓄電装置の充放電制御の概略構成が示される。 本発明の実施の形態による放電電力許容値の設定を説明するフローチャートである。 最大放電可能電力の予測手法を説明する概念図である。 本発明の実施の形態による充電電力許容値の設定を説明するフローチャートである。 最大放電可能電力の予測手法を説明する概念図である。

符号の説明

１２０ エンジン、１４０Ａ モータ（モータジェネレータ）、１４０Ｂ ジェネレータ（モータジェネレータ）、１６０ 駆動輪、１８０ 減速機、２００ 動力分割機構、２２０ 走行用バッテリ（蓄電装置）、２２２ 電流センサ、２２４ 温度センサ、２２６ 電圧センサ、２４０，２４１ インバータ、２４２ コンバータ、２６０ バッテリＥＣＵ、２８０ エンジンＥＣＵ、３２０ ＨＶ＿ＥＣＵ、４１０ アクセルペダル、４１５ アクセルペダルセンサ、４２０ ブレーキペダル、４２５ ブレーキペダルセンサ、４５０ ブレーキアクチュエータ、４６０ ブレーキ機構、４６５ ブレーキパッド、５１０，５１０♯ 動作点（現在の電圧・電流）、５２０ 動作点（下限電圧到達時）、５２０♯ 動作点（上限電圧到達時）、Ｉｂ バッテリ電流、Ｉｄｍａｘ 最大放電可能電流、Ｉｃｍａｘ 最大充電可能電流、Ｐｅ 最大放電可能電力、Ｐｕ 最大充電可能電力、Ｒ 内部抵抗（推定値）、Ｔｂ バッテリ温度、Ｖｂ バッテリ電圧、Ｖｅ 下限電圧、Ｖｕ 上限電圧、Ｗｉｎ 充電電力許容値、Ｗｉｎ♯ 充電電力許容値（通常時）、Ｗｏｕｔ 放電電力許容値、Ｗｏｕｔ♯ 放電電力許容値（通常時）、ΔＩｂｍａｘ 電流差。

Claims (5)

1. 蓄電装置の出力電圧を下限電圧から上限電圧までの電圧範囲内に維持するための充放電制御装置であって、
   現時点における前記蓄電装置の状態を示す測定値を取得するための状態取得手段と、
   前記蓄電装置の充放電電力制限のための放電電力許容値および充電電力許容値を設定するための第１の制限設定手段と、
   前記蓄電装置の負荷からの要求に応じて、所定の許容期間において、前記充放電電力制限を前記第１の制限手段によりも一時的に緩和するための第２の制限設定手段と、
   前記状態取得手段により取得された前記測定値に基づき、現時点における前記蓄電装置の内部抵抗を推定するための内部抵抗推定手段とを備え、
   前記第２の制限設定手段は、
   前記状態取得手段により取得された前記測定値のうちの電池電圧および電池電流ならびに、前記内部抵抗推定手段により推定された前記内部抵抗に基づき、放電電力および充電電力の増加によって前記出力電圧が前記下限電圧および前記上限電圧にそれぞれ達する際の前記蓄電装置の放電電力および充電電力のうちの少なくとも一方を予測するための予測手段と、
   前記放電電力許容値および前記充電電力許容値のうちの少なくとも一方を、前記予測手段により予測された前記放電電力および前記充電電力の少なくとも一方に従って設定する許容値設定手段とを含む、蓄電装置の充放電制御装置。
2. 前記予測手段は、現在の前記電池電圧および前記下限電圧の電圧差を前記内部抵抗によって除算することによって前記蓄電装置の放電電流許容増加量を求めるとともに、前記放電電流許容増加量および前記電池電流の和で示される放電電流と前記下限電圧との乗算に従って、前記出力電圧が前記下限電圧に至る際の前記放電電力を予測する、請求項１記載の蓄電装置の充放電制御装置。
3. 前記予測手段は、現在の前記電池電圧および前記上限電圧の電圧差を前記内部抵抗によって除算することによって前記蓄電装置の充電電流許容増加量を求めるとともに、前記充電電流許容増加量および前記電池電流の和で示される充電電流と前記上限電圧との乗算に従って、前記出力電圧が前記上限電圧に至る際の前記充電電力を予測する、請求項１記載の蓄電装置の充放電制御装置。
4. 前記蓄電装置と、
   車両駆動力を発生するための内燃機関と、
   前記蓄電装置との間で双方向に電力授受可能に構成された第１および第２の電動機と、
   請求項１または２記載の蓄電装置の充放電制御装置とを備えた電動車両であって、
   前記第１の電動機は、前記蓄電装置の放電電力により回転駆動されることによって内燃機関を始動可能に構成され、
   前記第２の電動機は、前記蓄電装置の放電電力により前記内燃機関とは独立に前記車両駆動力を発生可能に構成され、
   前記充放電制御装置は、
   前記内燃機関の始動時、および、前記第２の電動機への出力要求が所定以上となったときの少なくとも一方において、前記第２の制限設定手段により前記放電電力許容値を設定する、電動車両。
5. 前記蓄電装置と、
   車両駆動力を発生するための内燃機関と、
   前記蓄電装置との間で双方向に電力授受可能に構成された電動機と、
   請求項１または３記載の蓄電装置の充放電制御装置とを備えた電動車両であって、
   前記電動機は、前記蓄電装置の放電電力により前記内燃機関とは独立に前記車両駆動力を発生可能であるとともに、前記電動車両の減速時に回生トルクの発生による回生制動発電によって前記蓄電装置の充電電力を発生可能に構成され、
   前記充放電制御装置は、
   前記電動機に要求される前記回生トルクの絶対値が所定以上と判断されるときに、前記第２の制限設定手段により前記充電電力許容値を設定する、電動車両。

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