JP2010035350A

JP2010035350A - ハイブリッドカーの電源装置における電池の充放電制御方法

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Publication number: JP2010035350A
Application number: JP2008195384A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Tatsumi; 宏之巽
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2008-07-29
Filing date: 2008-07-29
Publication date: 2010-02-12
Anticipated expiration: 2028-07-29
Also published as: JP5159498B2; US8125187B2; US20100026243A1

Abstract

【課題】異常な状態が検出されて制御目標範囲を狭く制御する状態にあっても、電池を安全に充放電する。
【解決手段】ハイブリッドカーの電源装置における電池の充放電制御方法は、ハイブリッドカーを走行させるモータに電力を供給する電池の残容量を検出して、電池が正常な状態では、検出される残容量があらかじめ設定している広い制御目標範囲にあるように充放電を制御し、異常検出時には、電池の検出残容量が広い制御目標範囲よりも狭い制御目標範囲にあるように制御して電池を充放電する。さらに、充放電制御方法は、異常検出時において、電池を制御する残容量の範囲を広い制御目標範囲から狭い制御目標範囲に切り換えるタイミングにおける電池の検出残容量である異常検出時残容量を含む範囲に狭い制御目標範囲を設定する。
【選択図】図３

Description

本発明は、ハイブリッドカーの電源装置における電池の充放電を制御する方法に関し、とくに電池の残容量を制御目標範囲にあるように充放電を制御し、さらに、異常検出時には制御目標範囲を狭くして電池を安全に充放電する充放電制御方法に関する。

ハイブリッドカーの電源装置は、電池の残容量が制御目標範囲となるように、電池の充放電をコントロールしている。たとえば、電池の残容量の制御目標範囲は５０％±２０％、すなわち３０％ないし７０％となるように設定される。電池は、残容量を制御目標範囲とすることで、過充電と過放電を防止して寿命を長くできる。また、電池の残容量を、５０％を中心とする制御目標範囲に制御することで、常に電池からモータに電力を供給できる状態にあり、また、回生制動によって充電できる状態にあるので、電池を有効に利用してハイブリッドカーを低燃費で走行できる。電池は、制御目標範囲を広くすることで、実質的に使用できる容量を大きくできる。それは、電池の実質的な放電容量を大きくでき、また、回生制動による充電容量を大きくできるからである。したがって、電池の実質容量を大きくするには制御目標範囲を広することが要求される。

ただ、制御目標範囲を広くすると、電池を過充電し、あるいは過放電する確率が高くなって電池を劣化させる原因となる。さらに、充放電される電池の残容量を、常に誤差なく正確に検出することは困難である。たとえば、電池の残容量は、電池を充放電する電流を積算して検出されるが、電流センサが故障して正確に電流を検出できなくなると、電池の電圧と温度から残容量を検出するので正確には検出できなくなる。したがって、検出する残容量が制御目標範囲となるように充放電を制御していても、現実には残容量を制御目標範囲に制御できないことがある。また、電池が異常な状態となると、内圧が上昇して安全弁が開弁してガスや電解液が排出されることもある。このような異常な状態においても、電池の充放電を許容するモードと、電池の充放電を全く許容しないモードとを設けることは、ハイブリッドカーを電池で走行できる確率を高くできる。ハイブリッドカーは、電池とエンジンの両方で正常に走行できる状態と、電池の制御目標範囲を狭くして電池とエンジンで走行できる状態と、電池の充放電を禁止してエンジンのみで走行できる状態とすることで、電池を最も有効に使用しながら走行できる。ただ、異常時に制御目標範囲が広いと、種々の弊害が発生するので、異常時には、制御目標範囲を狭くする方法が開発されている。（特許文献１参照）
特開２００２−３５４６８４号公報

異常時に制御目標範囲を狭くする方法は、図１に示すように、正常な状態では制御目標範囲を５０％±２０％とし、異常を検出すると制御目標範囲を５０％±５％、すなわち４５％〜５５％の範囲と狭く制御する。この方法で電池の充放電を制御するとき、電池の異常が検出されると、電池の残容量が実線Ａで示すように、異常時に設定された狭い制御目標範囲の外部にあることがある。検出された電池の残容量が狭い制御目標範囲の外部にあると、電池の残容量を狭い制御目標範囲とするために、電池が充電され、あるいは放電されることがある。ところが、狭い制御目標範囲を５０％±５％と設定して、電池を充放電する残容量の変化を５％と小さく制限しているにもかかわらず、たとえば、電池の残容量が３０％にあると、狭い制御目標範囲の４５％〜５５％の範囲となるように、１５％以上も残容量を増加させるように連続して充電される。異常が発生した状態で、１５％以上も連続して充電することは、つねに電池の安全性を確保できない。また、反対に電池の残容量が広い制御目標範囲の７０％にあるときに異常が検出されると、１５％以上も連続して放電されることになって、安全性を確保するのが難しい。

本発明は、このような欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、異常な状態が検出されて制御目標範囲を狭く制御する状態にあっても、電池を安全に充放電できるハイブリッドカーの電池の充放電制御方法を提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

本発明のハイブリッドカーの電源装置における電池の充放電制御方法は、ハイブリッドカーを走行させるモータに電力を供給する電池の残容量を検出して、電池が正常な状態では、検出される残容量があらかじめ設定している広い制御目標範囲にあるように充放電を制御し、異常検出時には、電池の検出残容量が広い制御目標範囲よりも狭い制御目標範囲にあるように制御して電池を充放電する。さらに、充放電制御方法は、異常検出時において、電池を制御する残容量の範囲を広い制御目標範囲から狭い制御目標範囲に切り換えるタイミングにおける電池の検出残容量である異常検出時残容量を含む範囲に狭い制御目標範囲を設定する。

以上の充放電制御方法は、異常な状態が検出されて、制御目標範囲を狭く制御する状態にあっても、電池を安全に充放電できる特徴がある。それは、従来のように、広い制御目標範囲と狭い制御目標範囲の基準とする残容量を５０％などと同じ残容量とするのでなく、異常検出時残容量を狭い制御目標範囲に含むように制御するからである。したがって、異常が検出されて制御目標範囲を狭くするときに、電池が連続して充電され、あるいは放電されることがなく、安全に使用できる特徴がある。

本発明の充放電制御方法は、広い制御目標範囲の残容量の基準残容量を４５％ないし５５％とし、かつ広い制御目標範囲の幅を３０％ないし６０％とすることができる。

本発明の充放電制御方法は、狭い制御目標範囲の基準残容量を異常検出時残容量とし、狭い制御目標範囲の幅を広い制御目標範囲の幅の１／５〜１／２とすることができる。

本発明の充放電制御方法は、狭い制御目標範囲の幅を電池の温度でコントロールすることができる。

本発明の充放電制御方法は、電池の残容量を、電池を充放電する電流と、電池の電圧と、電池の温度から検出することができる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するためのハイブリッドカーの電源装置における電池の充放電制御方法を例示するものであって、本発明は充放電制御方法を以下の方法には特定しない。さらに、この明細書は、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。

図２は、ハイブリッドカーの電源装置を示すブロック図である。この図に示す電源装置は、車両を走行させるモータ１１に電力を供給し、さらに車両に搭載している発電機１２で充電される電池１と、この電池１の残容量を検出する残容量検出回路２と、この残容量検出回路２で検出される電池１の残容量で電池２の充放電を制御する制御回路３とを備えている。

電池１は、複数のニッケル水素電池を直列に接続して出力電圧を数百Ｖ、たとえば２００Ｖ〜３００Ｖとしている。ただし、電池にはニッケル水素電池に代わって、リチウムイオン電池も使用できる。リチウムイオン電池は、出力電圧が高いので、直列に接続する個数を少なくして出力電圧を数百Ｖにできる。また、重量に対する容量が大きいので、軽くて大容量にできる。

ハイブリッドカーは、ＤＣ／ＡＣインバータ１０を介して、モータ１１と発電機１２とを電池１に接続している。ＤＣ／ＡＣインバータ１０は、車両側の制御回路である車両側ＥＣＵ１３に制御されて、電池１からモータ１１に供給する電力、すなわち電池１の放電と、発電機１２から電池１に供給される電力、すなわち電池１の充電をコントロールする。車両側ＥＣＵ１３は、バッテリ側の制御回路３からの信号と、車両側の信号、たとえばアクセルの開度やブレーキの操作状態を示す信号でＤＣ／ＡＣインバータ１０をコントロールして、電池１の充放電を制御する。

残容量検出回路２は、電池１の充放電の電流を積算して電池１の残容量(ＳＯＣ)を演算する。すなわち、充電電流の積算値を加算し、また放電電流の積算値を減算して残容量（Ａｈ）を演算し、演算される残容量（Ａｈ）を電池の満充電に比較して満充電された電池を１００％とする相対残容量（ＳＯＣ％）を演算する。また、残容量検出回路２は、電池１の電圧と温度からも残容量を検出している。この方法で電池１の残容量を検出する残容量検出回路２は、電圧と温度から残容量を特定する関数やルックアップテーブルを記憶回路（図示せず）に記憶している。また、残容量検出回路２は、電流の積算値から演算される残容量を、電圧と温度から検出される残容量の両方で補正して、残容量を検出することもできる。この方法で残容量を検出する残容量検出回路２は、電池１の電圧が最高電圧と最低電圧になる状態において、電圧と温度から検出される残容量で、電流を演算して検出される残容量を補正する。

さらに、残容量検出回路２は、電流を積算して検出される回路が故障する状態では、電圧と温度から残容量を検出する。この方法で検出される残容量は、電池１の電圧が最高電圧や最低電圧にある場合を除いて、電流を積算して検出する残容量よりも精度が低くなる。ハイブリッドカーの電源装置は、通常の使用状態においては、電池１の電圧を最高電圧まで上昇させず、また最低電圧まで低下させない状態として劣化を少なくしている。すなわち、残容量が５０％を中心とする所定の制御目標範囲となるように充放電を制御して、劣化を少なく寿命を長くしている。電池１の電圧と温度から検出される残容量は、電池１の電圧が最高電圧と最低電圧の近傍において高精度に検出されるが、その中間の電圧範囲においては、検出される残容量の精度が、電流の積算値で検出される残容量よりも精度が低くなる。

制御回路３は、残容量検出回路２で検出される検出残容量を、あらかじめ設定している制御目標範囲となるように、電池１の充放電を制御する。制御回路３は、正常な状態では、検出残容量があらかじめ設定している広い制御目標範囲にあるように充放電を制御し、異常検出時には、電池の検出残容量が、広い制御目標範囲よりも狭い制御目標範囲となるように充放電を制御する。

制御回路３は、図３と図４に示すように、正常な状態にあっては、電池の残容量を広い制御目標範囲で制御し、異常検出時には、電池の残容量を狭い制御目標範囲に制限して充放電を制御する。異常検出時とは、電池を充放電する範囲を制限して充放電を許容する程度の異常であって、電池の充放電を完全に停止する状態ではない。異常検出時とは、たとえば電流センサ４で電流を検出して残容量を演算する回路の故障、あるいは直列に接続している多数の電池１の電圧が設定値よりもアンバランスな状態、一部の温度センサ５の故障などであって、電池１の充放電を完全に停止しない状態で、小さい容量の充放電を許容できる状態である。

図３と図４は、広い制御目標範囲を、５０％±２０％、すなわち電池の残容量が３０％〜７０％となるように充放電を制御する。この広い制御目標範囲は、基準残容量を５０％とするが、基準残容量は４５％〜５５％とすることができる。基準残容量を５０％よりも小さく設定して、回生制動による充電容量を大きくできる。また、基準残容量を５０％よりも大きくして、モータ１１に供給できる放電容量を大きくできる。また、図３と図４は広い制御目標範囲の幅を±２０％、すなわち４０％とするが、この範囲は、電池１の特性や要求される寿命、さらに電池１からモータ１１に供給される容量などを考慮して、３０％〜６０％の範囲とすることができる。広い制御目標範囲の幅を広くして、電池１を実質的に充放電できる容量を大きくできる。また、この幅を狭くして、電池１の寿命を長くできる。

図３と図４は、異常を検出する時の残容量、すなわち異常検出時残容量を基準として、±５％を狭い制御目標範囲としている。広い制御目標範囲は、基準の残容量を５０％として変化させない。これに対して、狭い制御目標範囲は、基準残容量を異常検出時残容量として変化させる。したがって、狭い制御目標範囲の基準残容量は、つねに５０％とはならい。異常を検出した時の残容量によって変化する。図３では、異常検出時残容量が４０％であるので、狭い制御目標範囲を４０％±５％の範囲、すなわち、３５％〜４５％としている。さらに、図４は、異常検出時残容量が６０％であるので、狭い制御目標範囲を６０％±５％の範囲、すなわち、５５％〜６５％としている。

狭い制御目標範囲は、図３と図４に示すように、広い制御目標範囲の幅よりも狭くする。図３と図４は、狭い制御目標範囲を広い制御目標範囲の１／４としている。すなわち、狭い制御目標範囲を異常検出時残容量±５％に設定している。電池をニッケル水素電池とする電源装置にあっては、水素あるいは水素ガスが発生する状態になって、５％程度の充放電では安全弁は開弁しない。この容量の充放電によって発生するガスを内部に蓄えることができるからである。したがって、異常検出時残容量を基準残容量として、５％の充電と放電を許容するように設定する狭い制御目標範囲は、異常時にガスを排出することなく安全に使用できる特徴がある。ただ、狭い制御目標範囲は、広い制御目標範囲の１／５〜１／２とすることもできる。

図３と図４は、狭い制御目標範囲を異常検出時残容量を基準残容量として、充電側と放電側を同じ容量とするように設定している。ただ、狭い制御目標範囲は、異常検出時残容量を基準残容量とするが、放電側と充電側とを必ずしも同じ容量とする必要はなく、放電側と充電側との容量を異なる容量とすることができる。たとえば、基準残容量に対して放電側の容量を充電側よりも大きく、また反対に放電側の容量を充電側の容量よりも小さくすることもできる。

さらに、狭い制御目標範囲の幅は、電池１の温度によって変化させることもできる。電池１の温度が高くなると、狭い制御目標範囲の幅を狭くすることで、異常検出時に電池１をより安全に充放電できる。

以上の制御回路３は、異常な状態を検出しない状態にあっては、あらかじめ設定している電池１の残容量を広い制御目標範囲となるように充放電をコントロールする。すなわち、電池１の残容量が広い制御目標範囲となるように充放電をコントロールする。したがって、制御回路３は、電池１の残容量が広い制御目標範囲の最低値、図３と図４にあっては３０％まで低下する放電を停止し、反対に最高値の７０％になると充電を停止して、残容量を広い制御目標範囲に制御する。さらに、制御回路３は、異常な状態を検出すると、残容量を制限する範囲を広い制御目標範囲から狭い制御目標範囲に変更する。このとき、狭い制御目標範囲は、異常な状態を検出した時の残容量を含むように、たとえば異常検出時残容量を基準残容量として、たとえば５％の充電と５％の放電を許容するように設定する。狭い制御目標範囲は、制御回路３の記憶回路６にあらかじめ記憶させている。さらに、制御回路３は、電池１の温度を検出して、電池１の温度が高くなるに従って、狭い制御目標範囲を狭くすることで、より安全に充放電できる。

従来の充放電制御方法で制御目標範囲を狭くする状態を示す図である。本発明の一実施例にかかる充放電制御方法で充放電されるハイブリッドカーの電源装置の一例を示すブロック図である。本発明の一実施例にかかる充放電制御方法で制御目標範囲を狭くする一例を示す図である。本発明の一実施例にかかる充放電制御方法で制御目標範囲を狭くする他の一例を示す図である。

符号の説明

１…電池
２…残容量検出回路
３…制御回路
４…電流センサ
５…温度センサ
６…記憶回路
１０…ＤＣ／ＡＣインバータ
１１…モータ
１２…発電機
１３…車両側ＥＣＵ

Claims

ハイブリッドカーを走行させるモータに電力を供給する電池の残容量を検出して、電池が正常な状態では、検出される残容量があらかじめ設定している広い制御目標範囲にあるように充放電を制御し、異常検出時には、電池の検出残容量が広い制御目標範囲よりも狭い制御目標範囲にあるように制御して充放電するハイブリッドカーの電源装置における電池の充放電制御方法であって、
異常検出時において、電池を制御する残容量の範囲を広い制御目標範囲から狭い制御目標範囲に切り換えるタイミングにおける電池の検出残容量である異常検出時残容量を含む範囲に狭い制御目標範囲を設定することを特徴とするハイブリッドカーの電源装置における電池の充放電制御方法。
前記広い制御目標範囲の残容量の基準残容量を４５％ないし５５％とし、かつ広い制御目標範囲の幅を３０％ないし６０％とする請求項１に記載されるハイブリッドカーの電源装置における電池の充放電制御方法。
前記狭い制御目標範囲の基準残容量を異常検出時残容量とし、狭い制御目標範囲の幅を広い制御目標範囲の幅の１／５〜１／２とする請求項１に記載されるハイブリッドカーの電源装置における電池の充放電制御方法。
前記狭い制御目標範囲の幅を電池の温度でコントロールする請求項１に記載されるハイブリッドカーの電源装置における電池の充放電制御方法。
電池の残容量を、電池を充放電する電流と、電池の電圧と、電池の温度から検出する請求項１に記載されるハイブリッドカーの電源装置における電池の充放電制御方法。