JP2011239646A - 蓄電装置の制御装置およびそれを搭載する車両 - Google Patents

Abstract

【課題】車載の蓄電装置の充放電制御において、ドライバビリティを損なうことなく、蓄電装置の電圧が使用可能領域外となることを抑制して蓄電装置の劣化を防止するとともに、蓄電装置の充放電性能を十分に引出すことを可能にする。
【解決手段】ＥＣＵ３００は、負荷装置２０へ電源を供給するための蓄電装置１１０の充放電電力を制御する。ＥＣＵ３００は、負荷装置２０の動作状態に基づいて、充放電電力の変化速度を設定するように構成された電力変化速度設定部３４０と、蓄電装置１１０の電圧の変化速度を演算するように構成された電圧変化速度演算部３１０と、充放電電力の変化速度および蓄電装置１１０の電圧の変化速度に基づいて、充放電電力を制限するための制限値を設定する制限値設定部３８０とを備える。
【選択図】図７

Description

本発明は、蓄電装置の制御装置およびそれを搭載する車両に関し、より特定的には、車両に搭載した蓄電装置の充放電制御に関する。

近年、環境に配慮した車両として、蓄電装置（たとえば二次電池やキャパシタなど）を搭載し、蓄電装置に蓄えられた電力から生じる駆動力を用いて走行する車両が注目されている。この車両には、たとえば電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池車などが含まれる。

このような車両においては、搭載された蓄電装置が過充電となったり過放電となったりすることによる蓄電装置の故障や劣化を防止するために、蓄電装置の充電電力および放電電力を適切に制御することが必要とされる。

特開２００６−１６６５５９号公報（特許文献１）は、二次電池を搭載する車両において、電池電圧および電池電圧の変化速度に基づいて、二次電池の入出力電力の制限値を設定する技術を開示する。

特開２００６−１６６５５９号公報（特許文献１）に開示された技術によれば、二次電池の電池電圧の変化速度の大きさが大きいほど、二次電池の入出力電力の制限値が設定される。これによって、二次電池の電圧の制御目標上下限値に対するオーバーシュートを抑制することができるので、二次電池の使用上下限電圧に対するマージンを小さくして制御目標上下限値を設定することができる。これによって、電池の充放電性能を十分引出すことができるとともに電池の搭載量を最適にできるので、コストと性能のバランスの取れた車両を提供することができる。

特開２００６−１６６５５９号公報 特開２０００−２７０４８８号公報 特開平１１−１８７５７７号公報

搭載された蓄電装置に蓄えられた電力から生じる駆動力を用いて走行する車両において、充放電電力を制限する手法として、電池電圧が所定の上下限電圧を超えてから制限を開始する場合がある。このような場合、制限が開始されると、充電電力あるいは放電電力を急激に変化させることが必要となる。そうすると、急激な電力制限に伴って発生するトルク変動によって、運転者がショックを感じることがあり、ドライバビリティを損なうおそれがある。その一方で、ドライバビリティを優先させて、電力のフィードバックゲインを低下させるなどして電力制限速度を緩やかにすると、電池電圧が所定の上下限電圧を超えてしまう可能性があり、電池の劣化の原因となり電池寿命が短くなってしまうおそれがある。

また、特開２００６−１６６５５９号公報（特許文献１）に開示された技術では、電池電圧と電池電圧の変化速度とを考慮して充放電電力の制限値が設定され、上述のような電池電圧が所定の上下限電圧を超えてから制限する場合と比較して、充放電電力の変化を緩やかにすることができる。しかしながら、特開２００６−１６６５５９号公報（特許文献１）に開示された技術においてはまだ改善の余地がある。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、車載の蓄電装置の充放電制御において、ドライバビリティを損なうことなく、蓄電装置の電圧が使用可能領域外となることを抑制して蓄電装置の劣化を防止するとともに、蓄電装置の充放電性能を十分に引出すことを可能にすることである。

本発明による蓄電装置の制御装置は、電力変化速度設定部と、電圧変化速度演算部と、制限値設定部とを備え、負荷装置へ電源を供給するための蓄電装置の充放電電力を制御する。電力変化速度設定部は、負荷装置の動作状態に基づいて、充放電電力の変化速度を設定する。電圧変化速度演算部は、蓄電装置の電圧の変化速度を演算する。制限値設定部は、充放電電力の変化速度および蓄電装置の電圧の変化速度に基づいて、充放電電力を制限するための制限値を設定する。

好ましくは、制限値設定部は、蓄電装置の電圧が、充放電電力の変化速度および蓄電装置の電圧の変化速度に基づいて定められる基準領域内となった場合は、充放電電力の変化速度に従って制限値の大きさを減少させる。

好ましくは、基準領域は、充放電電力の変化速度および蓄電装置の電圧の変化速度に加えて、蓄電装置の温度および蓄電装置の入出力電力に基づいて定められる。

好ましくは、制限値設定部は、制限値の大きさが目標値に到達した場合は、制限値の大きさの減少を中止する。

好ましくは、制限値設定部は、制限値の大きさを減少させている間に、蓄電装置の電圧が基準領域外となった場合は、制限値の大きさの減少を中止する。

本発明による車両は、蓄電装置と、駆動装置と、制御装置とを備える。駆動装置は、蓄電装置からの電力を用いて、車両を走行させるための駆動力を発生させる。制御装置は、蓄電装置の充放電電力を制御する。そして、制御装置は、車両の走行状態に基づいて設定される充放電電力の変化速度と、蓄電装置の電圧の変化速度とに基づいて、充放電電力を制限するための制限値を設定する。

好ましくは、制御装置は、車両の走行状態は、車両の走行速度を含む。そして、充放電電力の変化速度の大きさは、走行速度が大きくなるほど大きく設定される。

好ましくは、制御装置は、蓄電装置の電圧が、充放電電力の変化速度および蓄電装置の電圧の変化速度に基づいて定められる基準領域内となった場合は、充放電電力の変化速度に従って制限値の大きさを減少させる。

好ましくは、基準領域は、充放電電力の変化速度および蓄電装置の電圧の変化速度に加えて、蓄電装置の温度および蓄電装置の入出力電力に基づいて定められる。

好ましくは、制御装置は、制限値が目標値に到達した場合は、制限値の大きさの減少を中止する。

好ましくは、制御装置は、制限値の大きさを減少させている間に、蓄電装置の電圧が基準領域外となった場合は、制限値の大きさの減少を中止する。

本発明によれば、車載の蓄電装置の充放電制御において、ドライバビリティを損なうことなく、蓄電装置の電圧が使用可能領域外となることを抑制して蓄電装置の劣化を防止するとともに、蓄電装置の充放電性能を十分に引出すことが可能になる。

本実施の形態に従う蓄電装置の制御装置を搭載した車両の全体ブロック図である。 本実施の形態の放電電力制限値の設定制御を適用しない場合の比較例における、放電電力制限値および蓄電装置の電圧の変化についての一例を示す図である。 本実施の形態における放電電力制限値の設定制御の概要を説明するための図である。 車両速度と充放電電力の許容変化速度との関係の一例を示す図である。 本実施の形態の放電電力制限値の設定制御における、放電電力制限値の変更期間および変更開始電圧の具体的な演算手法を説明するための図である。 本実施の形態において、放電電力制限値の変更を解除する場合を説明するための図である。 本実施の形態において、ＥＣＵで実行される放電電力制限値の設定制御を説明するための機能ブロック図である。 本実施の形態において、ＥＣＵで実行される放電電力制限値の設定制御処理の詳細を説明するためのフローチャートである。 本実施の形態の充電電力制限値の設定制御における、充電電力制限値の変更期間および変更開始電圧の具体的な演算手法を説明するための図である。 本実施の形態において、ＥＣＵで実行される充電電力制限値の設定制御処理の詳細を説明するためのフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

図１は、本実施の形態に従う蓄電装置１１０の制御装置を搭載した車両１００の全体ブロック図である。

図１を参照して、車両１００は、負荷装置２０と、蓄電装置１１０と、システムメインリレー（以下、ＳＭＲ（System Main Relay）とも称する。）１１５と、制御装置（以下、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）とも称する。）３００とを備える。負荷装置２０は、駆動装置３０と、低電圧系（補機系）の構成として、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６０と、補機バッテリ１８０と、補機負荷１９０とを含む。駆動装置３０は、ＰＣＵ（Power Control Unit）１２０と、モータジェネレータ１３０と、動力伝達ギア１４０と、駆動輪１５０とを含む。また、ＰＣＵ１２０は、コンバータ１２１と、インバータ１２２と、コンデンサＣ１，Ｃ２とを含む。

蓄電装置１１０は、充放電可能に構成された電力貯蔵要素である。蓄電装置１１０は、たとえば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池あるいは鉛蓄電池などの二次電池や、電気二重層キャパシタなどの蓄電素子を含んで構成される。

蓄電装置１１０は、ＳＭＲ１１５を介してモータジェネレータ１３０を駆動するためのＰＣＵ１２０に接続される。そして、蓄電装置１１０は、車両１００の駆動力を発生させるための電力をＰＣＵ１２０に供給する。また、蓄電装置１１０は、モータジェネレータ１３０で発電された電力を蓄電する。蓄電装置１１０の出力は、たとえば２００Ｖである。

ＳＭＲ１１５に含まれるリレーの一方端は、蓄電装置１１０の正極端子および負極端子にそれぞれ接続される。ＳＭＲ１１５に含まれるリレーの他方端は、コンバータ１２１に接続された電力線ＰＬ１および接地線ＮＬ１にそれぞれ接続される。そして、ＳＭＲ１１５は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＳＥ１に基づいて、蓄電装置１１０とコンバータ１２１との間での電力の供給と遮断とを切替える。

コンバータ１２１は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＰＷＣに基づいて、電力線ＰＬ１および接地線ＮＬ１と電力線ＨＰＬおよび接地線ＮＬ１との間で電圧変換を行なう。

インバータ１２２は、電力線ＨＰＬおよび接地線ＮＬ１に接続される。インバータ１２２は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＰＷＩに基づいて、コンバータ１２１から供給される直流電力を交流電力に変換し、モータジェネレータ１３０を駆動する。なお、本実施の形態においては、モータジェネレータおよびインバータの対が１つ設けられる構成を一例として示すが、モータジェネレータおよびインバータの対を複数備える構成としてもよい。

コンデンサＣ１は、電力線ＰＬ１および接地線ＮＬ１の間に設けられ、電力線ＰＬ１および接地線ＮＬ１間の電圧変動を減少させる。また、コンデンサＣ２は、電力線ＨＰＬおよび接地線ＮＬ１の間に設けられ、電力線ＨＰＬおよび接地線ＮＬ１間の電圧変動を減少させる。

モータジェネレータ１３０は交流回転電機であり、たとえば、永久磁石が埋設されたロータを備える永久磁石型同期電動機である。

モータジェネレータ１３０の出力トルクは、減速機や動力分割機構によって構成される動力伝達ギア１４０を介して駆動輪１５０に伝達されて、車両１００を走行させる。モータジェネレータ１３０は、車両１００の回生制動動作時には、駆動輪１５０の回転力によって発電することができる。そして、その発電電力は、ＰＣＵ１２０によって蓄電装置１１０の充電電力に変換される。

また、モータジェネレータ１３０の他にエンジン（図示せず）が搭載されたハイブリッド自動車では、このエンジンおよびモータジェネレータ１３０を協調的に動作させることによって、必要な車両駆動力が発生される。この場合、エンジンの回転による発電電力を用いて、蓄電装置１１０を充電することも可能である。

すなわち、本実施の形態における車両１００は、車両駆動力を発生するための電動機を搭載する車両を示すものであり、エンジンおよび電動機により車両駆動力を発生するハイブリッド自動車、ならびにエンジンを搭載しない電気自動車および燃料電池自動車などを含む。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１６０は、電力線ＰＬ１および接地線ＮＬ１に接続される。そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６０は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＰＷＤに基づいて、蓄電装置１１０から供給される直流電圧を降圧する。そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６０は、電力線ＰＬ２を介して補機バッテリ１８０、補機負荷１９０およびＥＣＵ３００などの車両全体の低電圧系に電力を供給する。

補機バッテリ１８０は、代表的には鉛蓄電池によって構成される。補機バッテリ１８０の出力電圧は、蓄電装置１１０の出力電圧よりも低く、たとえば１２Ｖ程度である。

補機負荷１９０には、たとえばランプ類、ワイパー、ヒータ、オーディオ、ナビゲーションシステムなどが含まれる。

ＥＣＵ３００は、いずれも図１には図示しないがＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置および入出力バッファを含み、各センサ等からの信号の入力および各機器への制御信号の出力を行なうとともに、車両１００および各機器の制御を行なう。なお、これらの制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。

ＥＣＵ３００は、ＰＣＵ１２０、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６０、およびＳＭＲ１１５などを制御するための制御信号を出力する。

ＥＣＵ３００は、図示しない上位ＥＣＵから伝達されるモータジェネレータ１３０のトルク指令値および駆動状態、ならびに蓄電装置１１０の状態に基づいて、モータジェネレータ１３０を駆動するために、ＰＣＵ１２０内のコンバータ１２１およびインバータ１２２の制御信号ＰＷＣ，ＰＷＩを生成する。

また、ＥＣＵ３００は、蓄電装置１１０に含まれるセンサ（図示せず）からの電圧ＶＢ，電流ＩＢおよび温度ＴＢの検出値を受ける。ＥＣＵ３００は、これらの情報に基づいて、蓄電装置１１０の充電状態ＳＯＣ（State of Charge）を演算する。さらに、ＥＣＵ３００は、図示しない車速センサからの車両の走行速度ＳＰＤを受ける。そして、ＥＣＵ３００は、この充電状態ＳＯＣおよび車両１００の駆動状態に基づいて、蓄電装置１１０の充放電電力を制御する。

このような車両においては、搭載された蓄電装置が過充電となったり過放電となったりすることによる蓄電装置の故障や劣化を防止するために、蓄電装置の充電電力および放電電力の制限値が設定され、その制限値を超えないように制御される。

図２は、後述する本実施の形態の充放電電力制限値の設定制御を適用しない場合の比較例における、充放電電力制限値および蓄電装置の電圧ＶＢの変化についての一例を示す図である。以降の説明においては、理解を容易にするために主に放電電力について説明する。なお、本実施の形態においては、放電電力を正値とし充電電力を負値とする。

図２を参照して、図２の上段および下段のグラフにおいて、横軸には時間が示され、縦軸には放電電力上限値Ｗｏｕｔ（上段）および蓄電装置の電圧ＶＢ（下段）が示される。

この比較例においては、放電が進むにつれて図２中の実線の曲線Ｗ２のように蓄電装置１１０の電圧ＶＢが低下する。このとき、放電電力上限値Ｗｏｕｔはほぼ一定値の値に設定され、実際の放電電力がこの放電電力上限値Ｗｏｕｔに沿って変化する状態を考える。

時刻ｔ１において、蓄電装置１１０の電圧下限値Ｖ０まで電圧ＶＢが低下すると、電圧ＶＢが電圧下限値Ｖ０を下回らないようにするために、放電電力上限値ＷｏｕｔをＷｔａｇとするようにフィードバック制御する。このとき、上段の実線の曲線Ｗ１のように、急激に放電電力上限値Ｗｏｕｔが低下される。そして、放電電力上限値Ｗｏｕｔの低下によって蓄電装置１１０から出力可能な電力が減少するので、それにともなってモータジェネレータ１３０の出力トルクが急激に低下してしまい、運転者にいわゆるトルクショックを与えてしまう場合がある。これによって、ドライバビリティを悪化させる要因となり得る。

また、逆にドライバビリティを優先して、図２中の破線の曲線Ｗ２のように、充放電電力のフィードバック制御におけるゲインを下げるなどして、放電電力上限値Ｗｏｕｔの減少速度を制限した場合には、下段の破線の曲線Ｗ４のように、蓄電装置１１０の電圧ＶＢが下限電圧Ｖ０を下回るおそれがあり、蓄電装置１１０の劣化の要因となり得る。

そこで、本実施の形態においては、ドライバビリティを損なわないレベルの充放電電力の許容変化速度と蓄電装置の電圧変化速度とに基づいて、充放電電力上限値の変更を開始するタイミングを設定する充放電電力制限値の設定制御を行なう。このようにすることによって、ドライバビリティを損なわず、かつ蓄電装置の出力電圧を所定の上下限範囲内として蓄電装置の故障や劣化を抑制することができる。

図３は、本実施の形態における放電電力制限値の設定制御の概要を説明するための、放電電力上限値Ｗｏｕｔおよび蓄電装置の電圧ＶＢの変化についての一例を示す図である。図３においても、図２と同様に、時刻ｔ１１までは、蓄電装置１１０の電圧ＶＢが低下するとともに、このときの放電電力上限値Ｗｏｕｔはほぼ一定値の値に設定され、実際の放電電力がこの放電電力上限値Ｗｏｕｔに沿って変化する状態を考える。

図３を参照して、電圧ＶＢは、時刻ｔ１１までは変化速度ｄＶＢ／ｄｔの割合で減少し、時刻ｔ１２において、電圧下限値Ｖ０となるように制御されるものとする。

このとき、放電電力上限値Ｗｏｕｔの変更期間において、放電電力上限値Ｗｏｕｔの変化速度が、ドライバビリティに影響を与えない程度の放電電力の許容変化速度ΔＰとなるようにする。そして、蓄電装置１１０の電圧ＶＢの変化速度ｄＶＢ／ｄｔとこの許容変化速度ΔＰとから、放電電力上限値Ｗｏｕｔの変更期間Ｔを求め、これに基づいて放電電力上限値Ｗｏｕｔの低下を開始する時刻ｔ１１を演算する。そして、時刻ｔ１１のときの変更開始電圧Ｖｘを演算により求める。

このようにすることによって、放電電力上限値Ｗｏｕｔの変更期間中においては、放電電力上限値Ｗｏｕｔが、ドライバビリティを損なわないレベルの充放電電力の許容変化速度ΔＰとでき、さらに蓄電装置１１０の電圧ＶＢが電圧下限値Ｖ０を下回ることを防止できる。その結果、蓄電装置１１０の性能をより十分に発揮することができるので、蓄電装置１１０の容量を低減して低コスト化を行なうことも可能であるし、同じ蓄電装置１１０の容量であれば性能の向上が期待できる。

ここで、図４に、車両速度ＳＰＤと充放電電力の許容変化速度ΔＰとの関係の一例を示す。図４においては、横軸に車両速度ＳＰＤが示され、縦軸に充放電電力の許容変化速度ΔＰが示される。

図４からわかるように、充放電電力の許容変化速度ΔＰは、車両速度ＳＰＤが大きいほど大きくなるように設定される。これは、車両速度ＳＰＤが増加すると、車両の有する慣性力（イナーシャ）が大きくなるので、充放電電力の低下によって発生するトルク低下の影響を運転者が感じにくくなるためである。本実施の形態においては、このような関係に基づいて定められる充放電電力の許容変化速度ΔＰを用いて、上述のように充放電電力上限値を制限するタイミングを調整する。

図５は、本実施の形態の充放電電力制限値の設定制御における、充放電電力制限値の変更期間Ｔおよび変更開始電圧Ｖｘの具体的な演算手法を説明するための図である。図５においては、横軸には時間が示され、縦軸には蓄電装置１１０の電圧ＶＢ（上段）、電圧ＶＢの変化速度ｄＶＢ／ｄｔ（中段）、および放電電力ＰＷ（下段）が示される。

図５での説明においては、上段に示すように、時刻ｔ２０までは電圧ＶＢは一定の減少レート（ｄＶＢ／ｄｔ＝−β）で低下し、時刻ｔ２０から時刻ｔ２１までの間、すなわち電圧ＶＢがＶ０からＶｘの間の領域（基準領域）において、出力電力ＰＷ（すなわち、放電電力上限値Ｗｏｕｔ）を低下させ、時刻ｔ２１において下限電圧Ｖ０となるようにする場合を考える。

ここで、電圧ＶＢの変化速度ｄＶＢ／ｄｔは、たとえば、電圧ＶＢの検出値について演算周期あるいは所定時間Δｔごとの変化量（すなわち、β＝−（ＶＢ（ｔ）−ＶＢ（ｔ−Δｔ））／Δｔ）を求めることにより算出することができる。なお、この変化速度βの算出においては、演算周期の数周期分の移動平均などを用いることによって、電圧センサの検出誤差やノイズなどによる急峻な変動が発生しないようにすることが好ましい。

また、変化速度βは、放電の継続に伴う電圧低下速度であるが、電流ＩＢが低下することによる、蓄電装置１１０の内部抵抗ＲＢによる電圧変動の影響を考慮して、式（１）のように補正することも好適である。

β＝−｛ＶＢ（ｔ）−ＶＢ（ｔ−Δｔ）＋ＲＢ・（ＩＢ（ｔ）−ＩＢ（ｔ−Δｔ））｝／Δｔ … （１）
さらに、蓄電装置１１０が、複数のブロックに分割され、各ブロックに対応した複数の電圧センサが設けられる場合には、上述の電圧ＶＢとして、複数の電圧検出値の中の最小電圧を用いて上記βを算出することが好ましい。

そして、現在の車両速度ＳＰＤにおいて、ドライバビリティを損なわないレベルの充放電電力の許容変化速度ΔＰが図４のようなマップを用いて算出される。

このとき、許容変化速度ΔＰで出力電力ＰＷが低下される期間（時刻ｔ２０から時刻ｔ２１の間）においては、電流減少に伴って蓄電装置１１０の内部抵抗ＲＢによる電圧低下分が減少することによって、電圧ＶＢの変化速度ｄＶＢ／ｄｔが式（２）だけ緩和される。ここで、内部抵抗ＲＢは、蓄電装置１１０の温度ＴＢから、予め記憶されたマップ等を用いることによって設定される。

α＝ＲＢ・ΔＰ／Ｖ０ … （２）
また、一般的に、電流減少に伴って蓄電装置の放電分極による電圧の変化速度についても、電力に比例して減少する。そのため、変更前の出力電力をＰ０、変更後の出力電力をＰ１とすると、図５中の中段および下段から式（３）の関係が成立する。

Ｐ０：Ｐ１＝β：α … （３）
さらに、図５中の下段より、式（４）の関係が成立する。

Ｐ１＝Ｐ０−ΔＰ・Ｔ …（４）
そして、式（３）および式（４）からＰ１を消去することによって、変更期間Ｔは、式（５）のように導き出すことができる。

Ｔ＝（β−α）・Ｐ０／（β・ΔＰ） … （５）
ここで、時刻ｔ２０から時刻ｔ２１における電圧ＶＢの変化速度ｄＶＢ／ｄｔを、ｄＶＢ／ｄｔ＝ａ・ｔ＋ｂとすると、時刻ｔ２１（ｔ＝０）のときにｄＶＢ／ｄｔ＝０、および時刻ｔ２０（ｔ＝−Ｔ）のときにｄＶＢ／ｄｔ＝−（β−α）となる関係から、式（６）の関係が導き出せる。

ａ＝（β−α）／Ｔ … （６）
そして、ＶＢ＝∫（ｄＶＢ／ｄｔ）・ｄｔ＋Ｃ＝ａ・ｔ²／２＋Ｃ（Ｃは定数）であり、時刻ｔ２１（ｔ＝０）のときにＶＢ＝Ｖ０、および時刻ｔ２０（ｔ＝−Ｔ）のときにＶＢ＝Ｖｘとなるので、これらの関係から、Ｃ＝Ｖ０が導き出せる。

これによって、β＞α＞０の場合に、出力電力の変更開始電圧Ｖｘは、式（７）によって求めることができる。

Ｖｘ＝Ｐ０・（β−α）²／（２・β・ΔＰ）＋Ｖ０ … （７）
なお、上述の説明において、出力電力Ｐ０は、時刻ｔ２０における実電力であり、これは、蓄電装置１１０の電圧ＶＢおよび電流ＩＢのそれぞれの検出値の積として演算することができる。ただし、出力電力Ｐ０を電圧ＶＢおよび電流ＩＢの検出値の積とした場合は、センサの検出誤差やノイズなどの影響によって、演算値Ｐ０が変動する可能性があるので、安定化を目的として、出力電力Ｐ０に代えて放電電力上限値Ｗｏｕｔを用いて上記のＶｘを演算するようにしてもよい。

また、このとき、変更後の出力電力の目標値Ｐ１（＝Ｗｔａｇ）は、式（８）のように算出することができる。

Ｗｔａｇ＝Ｐ０−ΔＰ・Ｔ＝α・Ｐ０／β … （８）
また、本実施の形態においては、放電電力上限値Ｗｏｕｔの変更期間Ｔの間に、たとえば、電圧ＶＢが電圧下限値Ｖ０以下（ＶＢ≦Ｖ０）となったり、急ブレーキなどによって車両走行状態が変更されて電圧ＶＢが変更開始電圧Ｖｘよりも大きく（ＶＢ＞Ｖｘ）なったりした場合には、図６のように、放電電力上限値Ｗｏｕｔが変更後の目標値Ｗｔａｇに到達しなくとも、放電電力上限値Ｗｏｕｔの変更を中止する。このようにすることによって、不必要な場合にまで放電電力が制限されてしまうことを防止することができる。

次に図７および図８を用いて、ＥＣＵ３００で実行される制御について説明する。
図７は、本実施の形態において、ＥＣＵ３００で実行される放電電力制限値の設定制御を説明するための機能ブロック図である。図７で説明される機能ブロック図に記載された各機能ブロックは、ＥＣＵ３００によるハードウェア的あるいはソフトウェア的な処理によって実現される。

図１および図７を参照して、ＥＣＵ３００は、電圧変化速度演算部３１０と、電力演算部３２０と、内部抵抗演算部３３０と、電力変化速度設定部３４０と、電圧低下量演算部３５０と、基準値設定部３６０と、判定部３７０と、制限値設定部３８０とを含む。

電圧変化速度演算部３１０は、蓄電装置１１０からの電圧ＶＢを受ける。電圧変化速度演算部３１０は、所定の時間間隔での電圧ＶＢの変化量を逐次演算することによって、電圧変化速度β（＝ｄＶＢ／ｄｔ）を演算する。そして、電圧変化速度演算部３１０は、演算結果を基準値設定部３６０へ出力する。

電力演算部３２０は、蓄電装置１１０からの電圧ＶＢおよび電流ＩＢを受ける。電力演算部３２０は、電圧ＶＢおよび電流ＩＢの積を逐次演算することによって、現在の実電力Ｐ０を演算する。そして、電力演算部３２０は、演算結果を基準値設定部３６０へ出力する。

内部抵抗演算部３３０は、蓄電装置１１０からの温度ＴＢを受ける。内部抵抗演算部３３０は、この温度ＴＢに基づいて、予め記憶されたマップ等を用いることによって、蓄電装置１１０の内部抵抗ＲＢを演算する。そして、内部抵抗演算部３３０は、演算結果を電圧低下量演算部３５０へ出力する。

電力変化速度設定部３４０は、図示しない車速センサからの車両速度ＳＰＤを受ける。電力変化速度設定部３４０は、この車両速度ＳＰＤに基づいて、図４で説明したような予め記憶されたマップ等を参照することによって、ドライバビリティを損なわないレベルの充放電電力の許容変化速度ΔＰを設定する。そして、電力変化速度設定部３４０は、設定した許容変化速度ΔＰを、電圧低下量演算部３５０、基準値設定部３６０および制限値設定部３８０へ出力する。

電圧低下量演算部３５０は、内部抵抗演算部３３０によって演算された内部抵抗ＲＢ、および電力変化速度設定部３４０によって設定された許容変化速度ΔＰを受ける。電圧低下量演算部３５０は、これらの情報と、予め定められた電圧下限値Ｖ０とに基づいて、電流減少に伴って蓄電装置１１０の内部抵抗ＲＢによる電圧低下分の緩和量αを、上述の式（２）によって演算する。そして、電圧低下量演算部３５０は、演算した緩和量αを基準値設定部３６０へ出力する。

基準値設定部３６０は、電圧変化速度演算部３１０からの電圧変化速度β、電力演算部３２０からの実電力Ｐ０、電力変化速度設定部３４０からの許容変化速度ΔＰ、および電圧低下量演算部３５０からの緩和量αを受ける。基準値設定部３６０は、これらの情報と、予め定められた電圧下限値Ｖ０とに基づいて、上述の式（７）を用いて変更開始電圧Ｖｘを設定する。

また、基準値設定部３６０は、電圧変化速度演算部３１０からの電圧変化速度β、電力演算部３２０からの実電力Ｐ０、および電圧低下量演算部３５０からの緩和量αに基づいて、変更後の放電電力上限値の目標値Ｗｔａｇを設定する。そして、基準値設定部３６０は、変更開始電圧Ｖｘを判定部３７０へ出力するとともに、目標値Ｗｔａｇを制限値設定部３８０へ出力する。

判定部３７０は、蓄電装置１１０からの電圧ＶＢ、および基準値設定部３６０からの変更開始電圧Ｖｘを受ける。判定部３７０は、電圧ＶＢが変更開始電圧Ｖｘに到達したか否かを判定する。そして、判定部３７０は、電圧ＶＢが変更開始電圧Ｖｘに到達した場合には、放電電力上限値Ｗｏｕｔを変更するための変更フラグＦＬＧをオンに設定して制限値設定部３８０へ出力する。

なお、判定部３７０は、一旦変更フラグＦＬＧをオンに設定して制限値設定部３８０へ出力した後に、電圧ＶＢが電圧下限値Ｖ０以下となった場合、または、電圧ＶＢが変更開始電圧Ｖｘよりも大きくなった場合には、変更フラグＦＬＧをオフに設定する。

制限値設定部３８０は、電力変化速度設定部３４０からの許容変化速度ΔＰ、基準値設定部３６０からの目標値Ｗｔａｇ、および判定部３７０からの変更フラグＦＬＧを受ける。また、制限値設定部３８０は、蓄電装置１１０の電圧ＶＢ、電流ＩＢおよび温度ＴＢに基づいて算出された蓄電装置１１０のＳＯＣを受ける。

制限値設定部３８０は、変更フラグＦＬＧがオフに設定されているときは、このＳＯＣに基づいて放電電力上限値Ｗｏｕｔを設定する。制限値設定部３８０は、変更フラグＦＬＧがオンに設定されると、変更フラグＦＬＧがオンになったときの放電電力上限値Ｗｏｕｔを基準として、その値が目標値Ｗｔａｇになるまで、許容変化速度ΔＰの割合で放電電力上限値Ｗｏｕｔを低下させる。

そして、制限値設定部３８０で設定された放電電力上限値Ｗｏｕｔに基づいて、放電電力指令値が演算される。

図８は、本実施の形態において、ＥＣＵ３００で実行される放電電力制限値の設定制御処理の詳細を説明するためのフローチャートである。図８および後述する図１０に示される充電電力制限値の設定制御処理のフローチャートについては、ＥＣＵ３００に予め格納されたプログラムがメインルーチンから呼び出されて、所定周期で実行されることによって処理が実現される。また、その一部または全部のステップについて、専用のハードウェア（電子回路）を構築して処理を実現することも可能である。

図１および図８を参照して、ＥＣＵ３００は、ステップ（以下、ステップをＳと略す。）１００にて、蓄電装置１１０の電圧ＶＢ，電流ＩＢ，温度ＴＢ、および車両速度ＳＰＤを取得する。そして、ＥＣＵ３００は、Ｓ１１０にて、上述の式（１）〜（８）を用いて、緩和量α、電圧変化速度β、変更開始電圧Ｖｘ、許容変化速度ΔＰおよび目標値Ｗｔａｇを演算により求める。また、ＥＣＵ３００は、蓄電装置１１０のＳＯＣを演算して放電電力上限値Ｗｏｕｔを算出する。

次に、ＥＣＵ３００は、Ｓ１２０にて、電圧変化速度βが緩和量αより大きいか否かを判定する。

電圧変化速度βが緩和量α以下の場合（Ｓ１２０にてＮＯ）は、電圧変化速度がもともと緩やかであり、電圧ＶＢが電圧下限値Ｖ０に到達してから放電電力上限値Ｗｏｕｔを低下させても、ドライバビリティを損なうことなく、かつ電圧ＶＢが電圧下限値Ｖ０を下回るおそれもないので、処理がＳ１００に戻される。

電圧変化速度βが緩和量αより大きい場合（Ｓ１２０にてＹＥＳ）は、Ｓ１３０に処理が進められ、ＥＣＵ３００は、蓄電装置１１０の電圧ＶＢが変更開始電圧Ｖｘ以下であるか否かをさらに判定する。

電圧ＶＢが変更開始電圧Ｖｘより大きい場合（Ｓ１３０にてＮＯ）は、まだ電圧ＶＢが変更開始電圧Ｖｘまで低下していないため、処理がＳ１００に戻される。

一方、電圧ＶＢが変更開始電圧Ｖｘ以下の場合（Ｓ１３０にてＹＥＳ）は、ＥＣＵ３００は、電圧ＶＢが変更開始電圧Ｖｘまで低下したと判断し、Ｓ１４０に処理を進めて放電電力上限値Ｗｏｕｔの修正を開始する。

ＥＣＵ３００は、Ｓ１４０にて、許容変化速度ΔＰのレートで放電電力上限値Ｗｏｕｔを低下させる。

そして、ＥＣＵ３００は、Ｓ１５０にて、放電電力上限値Ｗｏｕｔが目標値Ｗｔａｇ以下となったか否かを判定する。

放電電力上限値Ｗｏｕｔが目標値Ｗｔａｇ以下となった場合（Ｓ１５０にてＹＥＳ）は、放電電力上限値Ｗｏｕｔが目標値Ｗｔａｇまで低下しているので、ＥＣＵ３００は、放電電力上限値Ｗｏｕｔの修正処理を終了する。

放電電力上限値Ｗｏｕｔが目標値Ｗｔａｇよりも大きい場合（Ｓ１５０にてＮＯ）は、ＥＣＵ３００は、Ｓ１６０にて、現在の蓄電装置１１０の電圧ＶＢを再度取得する。そして、ＥＣＵ３００は、Ｓ１７０にて、電圧ＶＢが電圧下限値Ｖ０以下となっているか否かを判定する。

電圧ＶＢが電圧下限値Ｖ０以下の場合（Ｓ１７０にてＹＥＳ）は、ＥＣＵ３００は、放電電力上限値Ｗｏｕｔの修正処理を終了する。

一方、電圧ＶＢが電圧下限値Ｖ０よりも大きいときは、Ｓ１８０に処理が進められ、ＥＣＵ３００は、電圧ＶＢが変更開始電圧Ｖｘよりも大きくなっているか否かをさらに判定する。

電圧ＶＢが変更開始電圧Ｖｘよりも大きい場合（Ｓ１８０にてＹＥＳ）は、放電電力上限値Ｗｏｕｔの修正は不要であるので、ＥＣＵ３００は、放電電力上限値Ｗｏｕｔの修正処理を終了する。

電圧ＶＢが変更開始電圧Ｖｘ以下の場合（Ｓ１８０にてＮＯ）は、まだ放電電力上限値Ｗｏｕｔが目標値Ｗｔａｇにも到達しておらず、かつ、電圧ＶＢが下限電圧Ｖ０まで到達していないので、Ｓ１４０に処理が戻されて、ＥＣＵ３００は、さらに放電電力上限値Ｗｏｕｔを低下させて、Ｓ１４０からＳ１８０までの処理を繰り返す。

このような処理に従って制御することによって、ドライバビリティを損なうことなく、蓄電装置の電圧が使用可能領域を超えることを抑制して蓄電装置の劣化を防止するとともに、蓄電装置の放電性能を十分に引出すことが可能になる。

上記においては、放電電力の場合について説明したが、充電電力の場合についても同様の制御を適用することができる。

図９は、充電電力の場合における図５に対応する図である。すなわち、図９は、充電電力制限値の設定制御における、充電電力制限値の変更期間および変更開始電圧の具体的な演算手法を説明するための図である。

図９を参照して、蓄電装置１１０を充電する場合には、蓄電装置１１０の電圧ＶＢは充電が進むにつれて増加する。そして、電圧ＶＢの増加速度βと、ドライバビリティを損なわないレベルの充電電力の許容変化速度ΔＰとに基づいて、充電電力上限値Ｗｉｎを修正するための変更開始電圧Ｖｙを、放電電力の場合の式（１）〜（８）と同様の手法によって設定する。そして、電圧ＶＢが変更開始電圧Ｖｙから電圧上限値ＶＥまでの領域（基準領域）の範囲になると、充電電力上限値Ｗｉｎの大きさ（絶対値）が許容変化速度ΔＰのレートで小さくなるように修正される。

このようにすることによって、充電電力の場合においても、ドライバビリティを損なうことなく、蓄電装置の電圧が使用可能領域を超えることを抑制して蓄電装置の劣化を防止するとともに、蓄電装置の充電性能を十分に引出すことが可能になる。

図１０は、本実施の形態において、ＥＣＵ３００で実行される充電電力制限値の設定制御処理の詳細を説明するためのフローチャートである。

図１および図１０を参照して、ＥＣＵ３００は、Ｓ２００にて、蓄電装置１１０の電圧ＶＢ，電流ＩＢ，温度ＴＢ、および車両速度ＳＰＤを取得する。そして、ＥＣＵ３００は、Ｓ２１０にて、緩和量α、電圧変化速度β、変更開始電圧Ｖｙ、許容変化速度ΔＰおよび目標値Ｗｔａｇを演算により求める。また、ＥＣＵ３００は、蓄電装置１１０のＳＯＣを演算して充電電力上限値Ｗｉｎを算出する。

次に、ＥＣＵ３００は、Ｓ２２０にて、電圧変化速度βが緩和量αより大きいか否かを判定する。

電圧変化速度βが緩和量α以下の場合（Ｓ２２０にてＮＯ）は、電圧変化速度がもともと緩やかであり、電圧ＶＢが電圧上限値ＶＥに到達してから充電電力上限値Ｗｉｎの大きさを低下させても、ドライバビリティを損なうことなく、かつ電圧ＶＢが電圧上限値ＶＥを上回るおそれもないので、処理がＳ２００に戻される。

電圧変化速度βが緩和量αより大きい場合（Ｓ２２０にてＹＥＳ）は、Ｓ２３０に処理が進められ、ＥＣＵ３００は、蓄電装置１１０の電圧ＶＢが変更開始電圧Ｖｙ以上であるか否かをさらに判定する。

電圧ＶＢが変更開始電圧Ｖｙより小さい場合（Ｓ２３０にてＮＯ）は、まだ電圧ＶＢが変更開始電圧Ｖｙまで上昇していないため、処理がＳ２００に戻される。

一方、電圧ＶＢが変更開始電圧Ｖｙ以上の場合（Ｓ２３０にてＹＥＳ）は、ＥＣＵ３００は、電圧ＶＢが変更開始電圧Ｖｙまで上昇したと判断し、Ｓ２４０に処理を進めて充電電力上限値Ｗｉｎの修正を開始する。

ＥＣＵ３００は、Ｓ２４０にて、許容変化速度ΔＰのレートで充電電力上限値Ｗｉｎの大きさが小さくなるように修正する。

そして、ＥＣＵ３００は、Ｓ２５０にて、充電電力上限値Ｗｉｎの大きさ（絶対値）が目標値Ｗｔａｇの絶対値以下となったか否かを判定する。

充電電力上限値Ｗｉｎの大きさが目標値Ｗｔａｇの絶対値以下となった場合（Ｓ２５０にてＹＥＳ）は、充電電力上限値Ｗｉｎが目標値Ｗｔａｇまで到達しているので、ＥＣＵ３００は、充電電力上限値Ｗｉｎの修正処理を終了する。

充電電力上限値Ｗｉｎの大きさが目標値Ｗｔａｇの絶対値よりも大きい場合（Ｓ２５０にてＮＯ）は、ＥＣＵ３００は、Ｓ２６０にて、現在の蓄電装置１１０の電圧ＶＢを再度取得する。そして、ＥＣＵ３００は、Ｓ２７０にて、電圧ＶＢが電圧上限値ＶＥ以上となっているか否かを判定する。

電圧ＶＢが電圧上限値ＶＥ以上の場合（Ｓ２７０にてＹＥＳ）は、ＥＣＵ３００は、充電電力上限値Ｗｉｎの修正処理を終了する。

一方、電圧ＶＢが電圧上限値ＶＥよりも小さいときは、Ｓ２８０に処理が進められ、ＥＣＵ３００は、電圧ＶＢが変更開始電圧Ｖｙよりも小さくなっているか否かをさらに判定する。

電圧ＶＢが変更開始電圧Ｖｙよりも小さい場合（Ｓ２８０にてＹＥＳ）は、充電電力上限値Ｗｉｎの修正は不要であるので、ＥＣＵ３００は、充電電力上限値Ｗｉｎの修正処理を終了する。

電圧ＶＢが変更開始電圧Ｖｙ以上の場合（Ｓ２８０にてＮＯ）は、まだ充電電力上限値Ｗｉｎが目標値Ｗｔａｇにも到達しておらず、かつ、電圧ＶＢが上限電圧ＶＥまで到達していないので、Ｓ２４０に処理が戻されて、ＥＣＵ３００は、さらに充電電力上限値Ｗｉｎを修正して、Ｓ２４０からＳ２８０までの処理を繰り返す。

このような処理に従って制御することによって、ドライバビリティを損なうことなく、蓄電装置の電圧が使用可能領域を超えることを抑制して蓄電装置の劣化を防止し、蓄電装置の充電性能を十分に引出すことが可能になる。

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。

２０ 負荷装置、３０ 駆動装置、１００ 車両、１１０ 蓄電装置、１２０ ＰＣＵ、１２１ コンバータ、１２２ インバータ、１３０ モータジェネレータ、１４０ 動力伝達ギア、１５０ 駆動輪、１６０ ＤＣ／ＤＣコンバータ、１８０ 補機バッテリ、１９０ 補機負荷、３００ ＥＣＵ、３１０ 電圧変化速度演算部、３２０ 電力演算部、３３０ 内部抵抗演算部、３４０ 電力変化速度設定部、３５０ 電圧低下量演算部、３６０ 基準値設定部、３７０ 判定部、３８０ 制限値設定部、Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ、ＨＰＬ，ＰＬ１，ＰＬ２ 電力線、ＮＬ１ 接地線。

Claims (11)

1. 負荷装置へ電源を供給するための蓄電装置の充放電電力を制御するための制御装置であって、
   前記負荷装置の動作状態に基づいて、前記充放電電力の変化速度を設定するように構成された電力変化速度設定部と、
   前記蓄電装置の電圧の変化速度を演算するように構成された電圧変化速度演算部と、
   前記充放電電力の変化速度および前記蓄電装置の電圧の変化速度に基づいて、前記充放電電力を制限するための制限値を設定する制限値設定部とを備える、蓄電装置の制御装置。
2. 前記制限値設定部は、前記蓄電装置の電圧が、前記充放電電力の変化速度および前記蓄電装置の電圧の変化速度に基づいて定められる基準領域内となった場合は、前記充放電電力の変化速度に従って前記制限値の大きさを減少させる、請求項１に記載の蓄電装置の制御装置。
3. 前記基準領域は、前記充放電電力の変化速度および前記蓄電装置の電圧の変化速度に加えて、前記蓄電装置の温度および前記蓄電装置の入出力電力に基づいて定められる、請求項２に記載の蓄電装置の制御装置。
4. 前記制限値設定部は、前記制限値の大きさが目標値に到達した場合は、前記制限値の大きさの減少を中止する、請求項２または３に記載の蓄電装置の制御装置。
5. 前記制限値設定部は、前記制限値の大きさを減少させている間に、前記蓄電装置の電圧が前記基準領域外となった場合は、前記制限値の大きさの減少を中止する、請求項２〜４のいずれか１項に記載の蓄電装置の制御装置。
6. 車両であって、
   蓄電装置と、
   前記蓄電装置からの電力を用いて、前記車両を走行させるための駆動力を発生させるように構成された駆動装置と、
   前記蓄電装置の充放電電力を制御するための制御装置とを備え、
   前記制御装置は、
   前記車両の走行状態に基づいて設定される前記充放電電力の変化速度と、前記蓄電装置の電圧の変化速度とに基づいて、前記充放電電力を制限するための制限値を設定する、車両。
7. 前記車両の走行状態は、前記車両の走行速度を含み、
   前記充放電電力の変化速度の大きさは、前記走行速度が大きくなるほど大きく設定される、請求項６に記載の車両。
8. 前記制御装置は、前記蓄電装置の電圧が、前記充放電電力の変化速度および前記蓄電装置の電圧の変化速度に基づいて定められる基準領域内となった場合は、前記充放電電力の変化速度に従って前記制限値の大きさを減少させる、請求項７に記載の車両。
9. 前記基準領域は、前記充放電電力の変化速度および前記蓄電装置の電圧の変化速度に加えて、前記蓄電装置の温度および前記蓄電装置の入出力電力に基づいて定められる、請求項８に記載の車両。
10. 前記制御装置は、前記制限値が目標値に到達した場合は、前記制限値の大きさの減少を中止する、請求項８または９に記載の車両。
11. 前記制御装置は、前記制限値の大きさを減少させている間に、前記蓄電装置の電圧が前記基準領域外となった場合は、前記制限値の大きさの減少を中止する、請求項８〜１０のいずれか１項に記載の車両。

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