JP2013038977A

JP2013038977A - 電池の寿命評価方法

Info

Publication number: JP2013038977A
Application number: JP2011174512A
Authority: JP
Inventors: Toyotaka Maeda; 豊孝前田; Ryota Onuma; 良多大沼
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-08-10
Filing date: 2011-08-10
Publication date: 2013-02-21

Abstract

【課題】正確に二次電池の寿命を評価することができる評価方法を提供するものである。
【解決手段】電池の電池出力により稼働するモータによって駆動される車両における電池の寿命評価方法であって、温度センサにより前記電池の電池温度を検出する検出ステップと、前記電池に求められる要求出力を算出する算出ステップと、前記検出ステップで検出された前記電池温度が所定の温度よりも高く、かつ前記算出ステップで算出された前記要求出力が所定の出力よりも高い場合に、前記要求出力に対して一次遅れ特性を加えて、前記電池出力を行うことを特徴とする電池の寿命評価方法。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両用の電池寿命評価方法に関する。

ハイブリッド車両（ＨｙｂｒｉｄＶｅｈｉｃｌｅ）とは、ガソリンエンジンと二次電池により駆動される電気モーターの２種類の動力源を組み合わせて駆動する自動車である。このハイブリッド車両は、動力源の負荷が小さい定速走行時または減速時において電力を発電して二次電池内に蓄え、動力源の負荷が大きい発進時や加速時において二次電池に蓄えている電力を放電するものである。この構造のため、ハイブリッド車両は、ガソリンエンジンのみを動力源とする同車種の車と比べて、エネルギーの消費効率が高い。しかし、ハイブリッド車両の動力源には、経時劣化や高温劣化する二次電池が用いられているため、長時間の走行または二次電池の高温時における走行によって、二次電池の容量が低下してしまう。このため、ハイブリッド車両の二次電池は、適切な時期に交換する必要があり、二次電池を交換する時期を予測することが重要であった。この二次電池を交換する時期を測定する方法として、特許文献１のような技術がある。

特許文献１は、あらかじめ車両の走行試験での測定から、運転パターンごと（例えば、車両のコーナリング、車線変更、発進、減速）に設定された試験走行燃費データと、測定された実走行燃費データとを比較して、二次電池の劣化の程度ごとに設定された走行燃費の低下値から二次電池の劣化を評価するハイブリッド車用の二次電池寿命評価方法を開示する。

特開２００７−２１５３３２号公報

しかしながら、特許文献１の評価方法では、単に運転パターン毎に設定された試験走行燃料費データと実走行燃費データとを比較して、二次電池の劣化を評価するに過ぎないため、二次電池の温度とユーザによるアクセルペダルの踏み込みの強弱（アクセル開度の大小）との関係は考慮されていなかった。しかし、一般的に二次電池の温度が高いときに、アクセル開度を大きくすると、高い要求駆動力Ｔｄに応答するように二次電池の出力を急上昇させる。このように高い温度時に二次電池の出力を急上昇させると、二次電池の電池温度が二次電池の急激な劣化を引き起こす温度まで到達して、電池劣化が急激に促進されてしまう。このような二次電池の急激な劣化を考慮せずに、特許文献１の評価方法では二次電池の劣化を評価していたため、正確な二次電池の劣化を評価することができなかった。

そこで、本願発明は、正確に二次電池の寿命を評価することができる評価方法を提供するものである。

上記課題を解決するために、本発明の電池の寿命評価方法は、電池の電池出力により稼働するモータによって駆動される車両における電池の寿命評価方法であって、温度センサにより前記電池の電池温度を検出する検出ステップと、前記電池に求められる要求出力を算出する算出ステップと、前記検出ステップで検出された前記電池温度が所定の温度よりも高く、かつ前記算出ステップで算出された前記要求出力が所定の出力よりも高い場合に、前記要求出力に対して一次遅れ特性を加えて、前記電池出力を行うことを特徴とする。

本願発明によれば、正確な二次電池の劣化を評価することができる。

本発明の電池寿命評価方法が適用されるハイブリッド車両の概略図である。本発明の電池寿命評価方法による制御フローチャートである。要求駆動力設定用のマップを示す説明図である。二次電池における電池温度と仮入出力制限の基本値との関係を示す説明図である。二次電池の残容量と仮入出力制限の補正値との関係を示す説明図である。要求駆動力に対する二次電池の電池出力に関する制御パターンを示す説明図である。図６に示す電池出力に関する制御パターンに対して一次遅れ特性を付与した電池出力の制御パターンを示す説明図である。

（第１実施形態）
次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例である電池寿命評価方法を搭載するハイブリッド車両（車両）２０の概略構成を示す構成図である。図１に示すように、ハイブリッド車両２０は、デファレンシャルギヤ３１を介して駆動輪３０a,３０bに連結された駆動軸３２に対して動力を供給するモータ２２と、モータ２２を駆動する電力（電池出力）をインバータ２４を介して供給する二次電池２６（電池）と、車両全体をコントロールする電子制御ユニット４０（制御部）、および電子制御ユニット４０や補機６１a,６１bなどに電力供給する電源としての補機バッテリ６０とを含む。

モータ２２は、例えば、電動機として機能すると共に発電機としても機能する周知の同期発電電動機として構成されている。インバータ２４は、複数のスイッチング素子により構成されており、二次電池２６から供給される直流電力を擬似的な三相交流電力に変換してモータ２２に供給する。

電子制御ユニット４０は、ＣＰＵ４２を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ４２の他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ４４と、データを一時的に記憶するＲＡＭ４６と、入出力ポート（不図示）とを含む。電子制御ユニット４０には、モータ２２の回転角θｍを検出する回転角センサ２３、二次電池２６の端子間における端子間電圧Ｖｂを測定する電圧センサ２７a、二次電池２６に充放電される充放電電流Ｉｂを検出する電流センサ２７b、二次電池２６の電池温度Ｔｂを検出する温度センサ２７c、イグニッション信号を発信するイグニッションスイッチ５０、シフトレバー５１の操作位置（以下、シフトポジションＳＰという）を検出するシフトポジションセンサ５２、アクセルペダル５３の踏み込み量（以下、アクセル開度Ａｃｃという）を検出するアクセルペダルポジションセンサ５４、およびブレーキペダル５５の踏み込み量（以下、ブレーキペダルポジションＢＰという）を検出するブレーキペダルポジションセンサ５６が接続されている。これらのセンサ等による検出は入力ポートを介して電子制御ユニット４０に入力される。電子制御ユニット４０は、この入力ポートからの入力結果に伴い、スイッチング制御信号などを出力ポートを介してインバータ２４に出力して、二次電池２６やモータ２２を制御する。また、電子制御ユニット４０では、二次電池２６を管理するために、電流センサ２７bにより検出された充放電電流Ｉｂの積算値に基づいてＣＰＵ４２により二次電池２６の残容量ＳＯＣも演算すると共に演算した残容量ＳＯＣをＲＡＭ４６の所定アドレスに記憶する処理も行なう。

次に、ハイブリッド車両２０の動作について説明する。図２は、ハイブリッド車両２０の電子制御ユニット４０により実行される駆動制御ルーチンの一例を示す制御フローチャートである。このルーチンは、所定時間毎（例えば、数ｍｓｅｃ毎）に繰り返して実行される。

駆動制御ルーチンが実行されると、電子制御ユニット４０におけるＣＰＵ４２は、まず、アクセルペダルポジションセンサ５４からのアクセル開度Ａｃｃ，車速センサ５８からの車速Ｖ，温度センサ２７ｃからの電池温度Ｔｂおよび二次電池２６の残容量ＳＯＣなどのデータを算出する処理を実行する（Ｓ１００、検出ステップ）。

これらのデータ算出処理が実行されると、ＣＰＵ４２は、ＲＯＭ４４に格納されたアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖと要求駆動動力Ｔｄの関係を定めた要求トルク設定用マップ（図３）を読み出す。そして、この読み出した要求トルク設定用マップを用いて、ＣＰＵ４２は、アクセル開度Ａｃｃおよび車速Ｖに対応する要求駆動動力（要求出力）Ｔｄを算出する（Ｓ１０１、算出ステップ）。

ＣＰＵ４２により要求駆動動力Ｔｄが算出されると、ＣＰＵ４２は、入力された電池温度Ｔbが所定の温度範囲内にあるか否かを判定する（Ｓ１０２）。この所定の温度範囲とは、図４に示すように二次電池２６の入出力上下限値が０である低すぎる電池温度Ｔminと高すぎる電池温度Ｔmaxの範囲である。電池温度Ｔbが、所定の範囲から外れると判定された場合は、次のステップへの移行を止め、ＣＰＵ４２による処理を終了させる。

ＣＰＵ４２が、入力された電池温度Ｔbを所定の範囲内にあると判定した場合は、二次電池２６の入出力上下限値を算出する（Ｓ１０３）。この入出力上下限値は、仮入力制限Wintmpに補正値αを加えた入力上下限値と、仮出力制限Wouttmpに補正値αを加えた出力上下限値とする。この仮入力制限Wintmpおよび仮出力制限Wouttmpは、ＣＰＵ４２により、ＲＯＭ４４に格納された二次電池２６の電池温度Ｔbと二次電池２６の仮入出力制限Ｗintmp,Ｗouttmpとの関係（図４）を読み出し、電池温度Ｔbに対応する仮入出力制限Ｗintmp,Ｗouttmpを算出する。補正値αに関しては、ＣＰＵ４２により、ＲＯＭ４４に格納された二次電池２６の残容量ＳＯＣと二次電池２６の仮入出力制限Ｗintmp,Ｗouttmpとの関係（図５）を読み出して、二次電池２６の残容量ＳＯＣに対応する補正値αを算出する。このように、二次電池２６の残容量ＳＯＣを考慮した補正値αを仮入力制限Wintmpおよび仮出力制限Wouttmpに加えることで、より正確な二次電池２６の入出力上下限値を算出することができる。

ＣＰＵ４２が二次電池２６の入出力上下限値を算出すると、ＣＰＵ４２は、電池温度Ｔbが所定の温度より高いか否かおよびアクセル開度Ａｃｃが所定の開度（所定の出力）より大きいか否かを判断する（Ｓ１０４）。ＣＰＵ４２が、電池温度Ｔbを所定の温度よりも高く、アクセル開度Ａｃｃを所定の開度よりも大きいと判断した場合は、ＣＰＵ４２は、要求駆動力Ｔｄに一次遅れ特性を加えて二次電池２６に対して供給する電力を制御して、電池出力を行う（Ｓ１０５、１０６）。具体的には、図６に示すような通常の二次電池２６への電池出力に対して、一次遅れ特性を付与して図７のような電池出力として、二次電池２６の電池出力を制御する。このように、二次電池２６の電池出力を制御することで、二次電池２６の温度が高く二次電池２６の劣化が促進され易い場合においても、二次電池２６の急激な劣化を防ぎながら、二次電池２６の出力をユーザにより要求された電池出力となるように制御することができる。すなわち、二次電池２６の温度が急激な劣化を引き起こす温度に到達することを防ぎ、二次電池２６の急激な劣化を防ぐことができる。ここで、所定の温度とは、例えば６０℃とし、所定の開度とは、例えば、二次電池２６の電池温度が６０℃の時にアクセルペダル５３を踏み込んでも、二次電池が急激に劣化する温度に到達しないアクセル開度Ａｃｃとする。

ＣＰＵ４２が、電池温度Ｔbを所定の温度よりも低い、または、アクセル開度Ａｃｃを所定の開度よりも小さいと判断した場合は、要求駆動動力Ｔｄに対して一次遅れ特性を加えずに、二次電池２６の電池出力を行う（Ｓ１０６）。この電池温度Ｔbが所定の温度よりも低い場合は、高いアクセル開度Ａｃｃに伴う二次電池２６の急激な電池出力を行っても、二次電池２６が劣化し易い温度まで到達しにくいため、急激な二次電池２６の劣化が促進されることはない。また、アクセル開度Ａｃｃが低い場合では、電池出力が低いアクセル開度Ａｃｃであるため、電池温度Ｔbが高い状態であっても、二次電池２６が劣化し易い温度まで到達しなく、急激に二次電池２６の劣化が生じることはない。このように、急激な二次電池２６の劣化が生じない場合については、要求駆動力Ｔｄに迅速に応答するように二次電池２６の電池出力を制御することで、ユーザの要求に対して迅速に応えることができる。すなわち、本発明は、二次電池２６の急激な劣化を防ぎながら、ユーザの意図した動きになるようにハイブリッド車両２０を発進または加速でき、高いドライバビリティを実現することができる。

上記のように、二次電池２６の電池温度Ｔbおよびアクセルペダル５３のアクセル開度Ａｃｃの測定結果に基づいて、二次電池２６への電力供給を変えることで、アクセル開度Ａｃｃに伴う急激な二次電池２６の劣化を防ぐことができる。すなわち、ユーザによるアクセルペダル５３を踏み込む強弱（アクセル開度Ａｃｃの大小）に関係なく、二次電池２６の劣化のバラツキを低減させることができる。

この電力の供給方法を従来技術（例えば特許文献１）に開示された測定方法に組み込むことで、アクセル開度Ａｃｃに伴った二次電池２６への劣化のバラツキを低減させて、より正確な二次電池２６の劣化を評価することができる。

（第２実施形態）
上記第１実施形態において、電池温度Ｔbとアクセル開度Ａｃｃの関係に基づいて二次電池２６の電池出力を制御する方法として説明したが、第２実施形態では、電池温度ＴbとブレーキペダルポジションＢＰに基づいて二次電池２６の電池出力を制御する方法とする。具体的には、第１の実施形態におけるＳ１０４を、ＣＰＵ４２が、電池温度Ｔbが所定の温度よりも高いか否かおよびブレーキペダルポジションＢＰが所定の位置（所定の出力）よりも低いか否かを判断するものとする。この場合、ＣＰＵ４２が、電池温度Ｔbを所定の温度よりも高く、ブレーキペダルポジションＢＰを所定の位置よりも低いと判断した場合は、電池温度Ｔbが急激に二次電池２６の劣化を引き起こす温度に到達する可能性が高いため、ブレーキペダルポジションＢＰにより要求された制動力に対して、一次遅れ特性を付与して停止させるように制御する。この構成により、ブレーキペダルポジションＢＰに伴う急激な二次電池２６の温度上昇を防ぎ、急激な二次電池２６の劣化を防ぐことができる。また、電池温度Ｔbが所定の温度よりも低い場合、またはブレーキペダルポジションＢＰが所定の位置よりも高い場合には、ユーザによるブレーキペダルポジションＢＰに伴う制動力で動作させて、ハイブリッド車両２０を迅速に停止させる。この構成により、ユーザによるブレーキペダル５５の操作に伴う二次電池２６の急激な劣化（二次電池２６の劣化のバラツキ）を防ぐとともに、高いドライバビリティを実現することできる。

また、この二次電池２６に対する電池出力の制御を従来技術（例えば特許文献１）に開示された測定方法に組み込むことで、ブレーキペダルポジションＢＰの位置に伴った二次電池２６への劣化のバラツキを低減させて、より正確な二次電池２６の劣化を評価することができる。なお、所定の温度とは、例えば６０℃とし、所定の位置とは、例えば二次電池の電池温度が６０℃の時にブレーキペダル５５を踏み込んでも、二次電池が急激に劣化する温度に到達しないブレーキペダルポジションＢＰとする。

（第３実施形態）
上記第１実施形態および第２実施形態において、電池温度Ｔbとアクセル開度Ａｃｃの関係または電池温度ＴbとブレーキペダルポジションＢＰの関係のいずれかを考慮して、二次電池２６の電池出力を制御する方法について説明したが、第３実施形態では、電池温度Ｔbとアクセル開度Ａｃｃの関係および電池温度ＴbとブレーキペダルポジションＢＰの関係の両方を考慮して、二次電池２６の電池出力を制御する方法としても良い。すなわち、Ｓ１０４において、ＣＰＵ４２が、電池温度Ｔbが所定の温度より高いか否かおよびアクセル開度Ａｃｃが所定の開度より大きいか否か、または、電池温度Ｔbが所定の温度より高いか否かおよびブレーキペダルポジションＢＰが所定の位置よりも低いか否かを判断しても良い。これらの条件のいずれかを満たした場合に、第１実施例または第２実施例で説明したような要求駆動動力Ｔｄに対して一次遅れ特性を付与して、二次電池２６の電池出力を制御する。このような電池温度Ｔbとアクセル開度Ａｃｃの関係および電池温度ＴbとブレーキペダルポジションＢＰの関係を考慮して二次電池２６の電池出力を制御することで、ユーザによるアクセルペダル５３およびブレーキペダル５５の操作に伴う二次電池２６の急激な劣化（二次電池２６の劣化のバラツキ）を防ぐとともに、高いドライバビリティを実現することできる。

また、この二次電池２６に対する電池出力の制御を従来技術（例えば特許文献１）に開示された測定方法に組み込むことで、アクセルペダル５３のアクセル開度ＡｃｃおよびブレーキペダルポジションＢＰの位置に伴った二次電池２６への劣化のバラツキを低減させて、より正確な二次電池２６の劣化を評価することができる。

本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他の様々な形で実施することができる。そのため、前述の実施の形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する全ての変形、様々な改良、代替および改質は、すべて本発明の範囲内のものである。

２０ハイブリッド車両（車両）
２２モータ２３回転角センサ２４インバータ
２６二次電池（電池）２７a 電圧センサ２７ｂ電流センサ
２７ｃ温度センサ３０a、３０ｂ駆動輪３１デファレンシャルギヤ３２駆動軸４０電子制御ユニット（制御部）４２ＣＰＵ
４４ＲＯＭ４６ＲＡＭ５０イグニッションスイッチ
５１シフトレバー５２シフトポジションセンサ５３アクセルペダル５４アクセルペダルポジションセンサ５５ブレーキペダル
５６ブレーキペダルポジションセンサ５８車速センサ
６０補機バッテリ６１a,６１ｂ補機

Claims

電池の電池出力により稼働するモータによって駆動される車両における電池の寿命評価方法であって、
温度センサにより前記電池の電池温度を検出する検出ステップと、
前記電池に求められる要求出力を算出する算出ステップと、
前記検出ステップで検出された前記電池温度が所定の温度よりも高く、かつ前記算出ステップで算出された前記要求出力が所定の出力よりも高い場合に、前記要求出力に対して一次遅れ特性を加えて、前記電池出力を行うことを特徴とする電池の寿命評価方法。