JP2015011983A - バッテリパワーの制限方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】高電圧バッテリの正常電圧領域確保による耐久性の向上と、適切なパワー制限スルーレート適用により車両性能の向上を図ることができるバッテリーパワーの制限方法を提供する。
【解決手段】温度区間ごとに最小放電電圧基準値、放電パワースルーレートを設け、温度に応じて放電パワースルーレートを異にして適用するバッテリパワーの制限方法であって、バッテリ温度を測定する温度測定段階Ｓ１００、バッテリセルの最小電圧を測定する電圧測定段階Ｓ２００、及びバッテリセルの最小電圧が該当温度区間の最小放電電圧基準値よりも小さい場合、バッテリの放電パワー制限値を該当温度区間の放電パワースルーレートだけ減少させる放電制限調整段階Ｓ３００を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、高電圧バッテリの正常電圧領域確保による耐久性の向上と、適切なパワー制限スルーレート（ｓｌｅｗ ｒａｔｅ）適用による車両性能の向上を図ることができるバッテリパワーの制限方法に関する。
一般的に、ハイブリッド等の高電圧バッテリを使用するエコ自動車は、バッテリ制御機で送信するパワー制限値内で車両の充放電パワー（モータのａｓｓｉｓｔ／ｒｅｇｅｎ）を決定する。高電圧バッテリの可用パワーの場合、バッテリのセル電圧に依存するため、セル電圧が高いと充電パワーが制限され、セル電圧が低いと放電パワーが制限される。このために、バッテリ制御機のパワー制限制御は、制限のための制限電圧値と、パワーが回復する回復電圧値を設定して行われる。もちろん、チャタリング防止のために制限電圧と回復電圧はヒステリシスを持って制御することになる。
バッテリ電圧が制限電圧に達すると、バッテリ制御機（ＢＭＳ）のパワー制限値を減少させる。そして、バッテリ制御機のパワー制限値は、バッテリ電圧が回復電圧に達するまで継続して減少するようになり、回復電圧に達した後は再びバッテリ制御機のパワー制限値を増加させる。しかし、前記のように瞬間的な電圧上昇及び下降によってバッテリ制御機のパワー制限値が急激に下降することにより、ハイブリッド車の充・放電量を急激に変化させて車両のショックを誘発させる問題がある。
すなわち、瞬間的な電圧上昇及び下降によってバッテリ制御機のパワー制限値が急激に下降して、再び、回復電圧に達するとパワー制限値が上昇することになる。
従来はバッテリの特性及び温度に関係なく、ＢＭＳパワー制限ｓｌｅｗ ｒａｔｅを一括適用していたが、低温において常温と同一のｓｌｅｗ ｒａｔｅでパワー制限変動時に高電圧バッテリの正常電圧領域から離脱する可能性が大きい問題が発見された。したがって、常温において低温と同一のｓｌｅｗ ｒａｔｅでパワー制限変動時に過度のパワー制限が行われて車両の性能低下が懸念される状況であった。
前記の背景技術として説明した事項は、本発明の背景への理解促進のためのものであるだけで、この技術分野における通常の知識を有する者に既に知られている従来技術に該当することを認めるものと受け止められてはならないものである。
ＫＲ１０−１０２８０１８ Ｂ１
本発明は、高電圧バッテリの正常電圧領域確保による耐久性の向上と、適切なパワー制限スルーレート（ｓｌｅｗ ｒａｔｅ）適用による車両性能の向上を図ることができるバッテリパワーの制限方法を提供するところにその目的がある。
前記の目的を達成するための本発明によるバッテリパワーの制限方法は、温度区間ごとに最小放電電圧基準値、放電パワースルーレートを設け、温度に応じて放電パワースルーレートを異にして適用するバッテリパワーの制限方法であって、バッテリ温度を測定する温度測定段階、バッテリセルの最小電圧を測定する電圧測定段階、及びバッテリセルの最小電圧が該当温度区間の最小放電電圧基準値よりも小さい場合、バッテリの放電パワー制限値を該当温度区間の放電パワースルーレートだけ減少させる放電制限調整段階を含む。
バッテリの放電パワー制限値を該当温度区間の放電パワースルーレートだけ減少させた結果値が０より小さい場合には、バッテリの放電パワー制限値を０に算出するカットオフ段階をさらに含むことができる。
本発明による他のバッテリパワーの制限方法は、温度区間ごとに最大充電電圧基準値、充電パワースルーレートを設け、温度に応じてスルーレートを異にして適用するバッテリパワーの制限方法であって、バッテリ温度を測定する温度測定段階、バッテリセルの最大電圧を測定する電圧測定段階、及びバッテリセルの最大電圧が該当温度区間の最大充電電圧基準値よりも大きい場合、バッテリの充電パワー制限値を該当温度区間の充電パワースルーレートだけ減少させる充電制限調整段階を含む。
バッテリの充電パワー制限値を該当温度区間の充電パワースルーレートだけ減少させた結果値が０より小さい場合には、バッテリの充電パワー制限値を０に算出するカットオフ段階をさらに含むことができる。
本発明による他のバッテリパワーの制限方法は、温度区間ごとに最大放電電圧基準値、放電パワースルーレートを設け、温度に応じて放電パワースルーレートを異にして適用するバッテリパワーの制限方法であって、バッテリ温度を測定する温度測定段階、バッテリセルの最小電圧を測定する電圧測定段階、及びバッテリセルの最小電圧が該当温度区間の最大放電電圧基準値よりも大きい場合、バッテリの放電パワー制限値を該当温度区間の放電パワースルーレートだけ増加させる放電制限調整段階を含む。
本発明による他のバッテリパワーの制限方法は、温度区間ごとに最小充電電圧基準値、充電パワースルーレートを設け、温度に応じてスルーレートを異にして適用するバッテリパワーの制限方法であって、バッテリ温度を測定する温度測定段階、バッテリセルの最大電圧を測定する電圧測定段階、及びバッテリセルの最大電圧が該当温度区間の最小充電電圧基準値よりも小さい場合、バッテリの充電パワー制限値を該当温度区間の充電パワースルーレートだけ増加させる充電制限調整段階を含む。
本発明による他のバッテリパワーの制限方法は、温度区間ごとに放電パワースルーレートと充電パワースルーレートを定めておき、バッテリの放電パワー制限値または充電パワー制限値の減少が必要な場合には、該当温度区間の放電パワースルーレートまたは充電パワースルーレートを適用して、段階的に放電パワー制限値または充電パワー制限値を減少させることができる。
本発明による他のバッテリパワーの制限方法は、温度区間ごとに放電パワースルーレートと充電パワースルーレートを定めておき、バッテリの放電パワー制限値または充電パワー制限値の増加が必要な場合には、該当温度区間の放電パワースルーレートまたは充電パワースルーレートを適用して、段階的に放電パワー制限値または充電パワー制限値を増加させることができる。
上述したような構造からなるバッテリパワーの制限方法によると、バッテリの特性及び環境条件に応じた最適のパラメータを適用してバッテリの耐久性を満足することができ、外部条件に応じてバッテリ可用パワーの能動制御を行って、使用可能なバッテリ最大パワーを使用可能なようにすることができる。
特に、特定の温度区間で現われるセル電圧低下の現象を事前に防止することができるようになる。
本発明の一実施例によるバッテリパワーの制限方法のフローチャートである。 本発明の一実施例によるバッテリパワーの制限方法のブロック図である。
発明を実施するための具体的な内容
以下では、添付された図面を参照して本発明の好ましい実施形態によるバッテリパワーの制限方法について説明する。
図１は、本発明の一実施例によるバッテリパワーの制限方法のフローチャートであり、図２は、本発明の一実施例によるバッテリパワーの制限方法のブロック図である。
本発明によるバッテリパワーの制限方法は、温度区間ごとに放電パワースルーレートと充電パワースルーレートを定めておき、バッテリの放電パワー制限値または充電パワー制限値の減少が必要な場合には、該当温度区間の放電パワースルーレートまたは充電パワースルーレートを適用して、段階的に放電パワー制限値または充電パワー制限値を減少させることができる。
本発明による他のバッテリパワーの制限方法は、温度区間ごとに放電パワースルーレートと充電パワースルーレートを定めておき、バッテリの放電パワー制限値または充電パワー制限値の増加が必要な場合には、該当温度区間の放電パワースルーレートまたは充電パワースルーレートを適用して、段階的に放電パワー制限値または充電パワー制限値を増加させることができる。
すなわち、車両用高出力バッテリの場合、充電状況や放電状況でそれぞれにパワーを制限する充電パワー制限値と放電パワー制限値を運営するが、本発明の場合、多様な状況に応じてこれらの充電パワー制限値と放電パワー制限値を変動させることに関するものである。
充電パワー制限値と放電パワー制限値の変動は、段階的な変動によってバッテリセルの電圧安定化を追求するところ、一定のスルーレート（ＳＬＥＷ ＲＡＴＥ）を持って段階的にパワー制限値を変化させる。
特に本発明の場合、これらのスルーレートを温度に応じて異なって適用するというものであるところ、これは、従来のように一定のスルーレートを持って一律的にパワー制限を変動させる場合、バッテリセルの電圧が不安定な状態を示し、ひどくは最小電圧以下に下がってバッテリセルの安定判断に誤作動を起こしたり、車両の性能に影響を与える問題が発生していたのである。従って、バッテリの性質が温度に必然的に連動させざるを得ないところ、温度区間に応じてスルーレートを実験値として適切に変化させるのである。
バッテリは、多数のセルから構成され、それぞれのセルの電圧を測定してバッテリで最低セル電圧と最大セル電圧、すなわちバッテリセルの最低電圧と最高電圧を測定する。そして基本的に放電に関連する場合は、最低電圧を基準として判断及び制御し、充電に関連するものは、最大電圧を基準として判断及び制御することにより、バッテリを保守的に運用し耐久性を維持するようにする。
よって、まず、温度区間ごとに放電パワースルーレートと充電パワースルーレートを定めておく。そして、バッテリの放電パワー制限値または充電パワー制限値の減少が必要な場合には、該当温度区間の放電パワースルーレートまたは充電パワースルーレートを適用して段階的に放電パワー制限値または充電パワー制限値を減少させるのである。
あるいは、バッテリの放電パワー制限値または充電パワー制限値の増加が必要な場合には、該当温度区間の放電パワースルーレートまたは充電パワースルーレートを適用して段階的に放電パワー制限値または充電パワー制限値を増加させることにより、結局は温度に応じて異なるスルーレートが適用されるのであり、それによってバッテリセルの電圧が安定的に運用されるのである。
具体的には、本発明によるバッテリパワーの制限方法は、温度区間ごとに最小放電電圧基準値、放電パワースルーレートを設け、温度に応じて放電パワースルーレートを異にして適用するバッテリパワーの制限方法であって、バッテリ温度を測定する温度測定段階Ｓ１００、バッテリセルの最小電圧を測定する電圧測定段階Ｓ２００、およびバッテリセルの最小電圧が該当温度区間の最小放電電圧基準値よりも小さい場合、バッテリの放電パワー制限値を該当温度区間の放電パワースルーレートだけ減少させる放電制限調整段階Ｓ３００を含む。
まず、温度区間ごとに最小放電電圧基準値、放電パワースルーレートを設ける。もし、バッテリセルの最小電圧が最小放電電圧基準値よりも小さいならば、それ以上の放電をすると耐久性に悪影響を及ぼすため、放電パワー制限値を減少させることにより放電を制限しなくてはならないのである。
したがって、バッテリの温度を測定し、バッテリの温度が把握されたら、該当温度区間の最小放電電圧基準値とバッテリセルの最小電圧を比較して、バッテリセルの最小電圧が該当温度区間の最小放電電圧基準値よりも小さい場合は、バッテリ放電パワー制限値を該当温度区間の放電パワースルーレートだけ減少させるのである。
反対に、充電の場合には、温度区間ごとに最大充電電圧基準値、充電パワースルーレートを設け、バッテリセルの最大電圧が該当温度区間の最大充電電圧基準値よりも大きい場合、バッテリの充電パワー制限値を該当温度区間の充電パワースルーレートだけ減少させるのである。
すなわち、温度区間ごとに放電を制限するか、または充電を制限するかを決定する最小放電電圧基準値と最大充電電圧基準値を別におき、それに伴うスルーレートも温度に応じて異なっておくことにより、最適のパワー制限とバッテリセルの耐久性を保証することができるのである。
一方、このようにスルーレートを適用して放電パワー制限値や充電パワーの制限値を減少させる場合にも、その減少させた結果値が０より小さい場合には、バッテリの放電パワー制限値または充電制限値を０に算出してエラーが発生しないようにしなければならない。
また、本発明による他のバッテリパワーの制限方法は、温度区間ごとに最大放電電圧基準値、放電パワースルーレートを設け、温度に応じて放電パワースルーレートを異にして適用するバッテリパワーの制限方法であって、バッテリ温度を測定する温度測定段階Ｓ１００、バッテリセルの最小電圧を測定する電圧測定段階Ｓ２００、およびバッテリセルの最小電圧が該当温度区間の最大放電電圧基準値よりも大きい場合、バッテリの放電パワー制限値を該当温度区間の放電パワースルーレートだけ増加させる放電制限調整段階Ｓ３００を含む。
すなわち、バッテリセルの最小電圧が該当温度区間の最大放電電圧基準値よりも大きい場合には、反対に放電パワー制限値を上昇させて、より多くの放電が必要な場合に対応することができるようにしなければならないところ、バッテリの放電パワー制限値を該当温度区間の放電パワースルーレートだけ増加させるのである。このような制御ロジックにより、バッテリは該当温度区間に最適化されたスルーレートに従って放電パワー制限値が段階的に減少と増加を繰返すことになるのである。
一方、充電の場合にも、温度区間ごとに最小充電電圧基準値、充電パワースルーレートを設け、温度に応じてスルーレートを異にして適用するバッテリパワーの制限方法であって、バッテリ温度を測定する温度測定段階Ｓ１００、バッテリセルの最大電圧を測定する電圧測定段階Ｓ２００、およびバッテリセルの最大電圧が該当温度区間の最小充電電圧基準値よりも小さい場合、バッテリの充電パワーの制限値を該当温度区間の充電パワースルーレートだけ増加させる充電制限調整段階Ｓ４００を含むことができる。
図２は、本発明の一実施例によるバッテリパワーの制限方法のブロック図であり、図のように、バッテリ温度区間をみて、もしバッテリの温度がＡより大きいなら該当区間のロジックに進入する。そして、バッテリセルの最小電圧（Ｖｍｉｎ）を測定し、その最小電圧（Ｖｍｉｎ）が、該当温度区間の最小放電電圧基準値（Ｖｏｕｔ＿ｓｔ１）よりも小さい場合、バッテリの放電パワー制限値（Ｐｏｕｔ）を該当温度区間の放電パワースルーレート（Ｄｃｈ ｓｌｅｗ ｒａｔｅ １）だけ減少させるのである。もし、そうでないなら、放電パワー制限値（Ｐｏｕｔ）は変更せず、従来の放電パワー制限値（Ｐｏｕｔ＿ｐｒｅｖ）をそのまま維持するのである。
同様に、バッテリセルの最大電圧（Ｖｍａｘ）を測定し、その最大電圧（Ｖｍａｘ）が該当温度区間の最大充電電圧基準値（Ｖｉｎ＿ｓｔ１）よりも大きい場合には、バッテリ充電パワー制限値（Ｐｉｎ）を該当温度区間の充電パワースルーレート（Ｃｈａ ｓｌｅｗ ｒａｔｅ １）だけ減少させるのである。同様に、そうでないならば、充電パワー制限値（Ｐｉｎ）は変更せず、従来の充電パワー制限値（Ｐｉｎ＿ｐｒｅｖ）をそのまま維持するのである。
このような点は、バッテリセルの最小電圧を最大放電電圧基準値と比較して放電パワー制限値を上昇させたり、あるいはバッテリセルの最大電圧を最小充電電圧基準値と比較して充電パワー制限値を上昇させる場合も同様ということができる。
上述のような構造からなるバッテリパワーの制限方法によれば、バッテリの特性及び環境条件に応じた最適のパラメータを適用してバッテリの耐久性を満足することができ、外部条件に応じてバッテリ使用可能パワーの能動制御を実行して使用可能なバッテリの最大パワーを使用可能なようにすることができる。
特に、特定の温度区間で現われるセル電圧低下の現象を事前に防止することができるようになる。
本発明は、特定の実施例に関連して図示して説明したが、以下の特許請求の範囲によって提供される本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で、本発明が多様に改良および変更されることができるということは、当業界で通常の知識を有する者にとって自明なことである。
Ｓ１００：温度測定段階 Ｓ２００：電圧測定段階
Ｓ３００：放電制限調整段階 Ｓ４００：充電制限調整段階

Claims (8)

  1. 温度区間ごとに最小放電電圧基準値、放電パワースルーレートを設け、温度に応じて放電パワースルーレートを異にして適用するバッテリパワーの制限方法であって、
    バッテリ温度を測定する温度測定段階、
    バッテリセルの最小電圧を測定する電圧測定段階、及び
    バッテリセルの最小電圧が該当温度区間の最小放電電圧基準値よりも小さい場合、バッテリの放電パワー制限値を該当温度区間の放電パワースルーレートだけ減少させる放電制限調整段階を含むバッテリパワーの制限方法。
  2. バッテリの放電パワー制限値を該当温度区間の放電パワースルーレートだけ減少させた結果値が０より小さい場合には、バッテリの放電パワー制限値を０に算出するカットオフ段階をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のバッテリパワーの制限方法。
  3. 温度区間ごとに最大充電電圧基準値、充電パワースルーレートを設け、温度に応じてスルーレートを異にして適用するバッテリパワーの制限方法であって、
    バッテリ温度を測定する温度測定段階、
    バッテリセルの最大電圧を測定する電圧測定段階、及び
    バッテリセルの最大電圧が該当温度区間の最大充電電圧基準値よりも大きい場合、バッテリの充電パワー制限値を該当温度区間の充電パワースルーレートだけ減少させる充電制限設定段階を含むバッテリパワーの制限方法。
  4. バッテリ充電パワー制限値を該当温度区間の充電パワースルーレートだけ減少させた結果値が０より小さい場合には、バッテリ充電パワー制限値を０に算出するカットオフ段階をさらに含むことを特徴とする請求項３に記載のバッテリパワーの制限方法。
  5. 温度区間ごとに最大放電電圧基準値、放電パワースルーレートを設け、温度に応じて放電パワースルーレートを異にして適用するバッテリパワーの制限方法であって、
    バッテリ温度を測定する温度測定段階、
    バッテリセルの最小電圧を測定する電圧測定段階、及び
    バッテリセルの最小電圧が該当温度区間の最大放電電圧基準値よりも大きい場合、バッテリの放電パワー制限値を該当温度区間の放電パワースルーレートだけ増加させる放電制限調整段階を含むバッテリパワーの制限方法。
  6. 温度区間ごとに最小充電電圧基準値、充電パワースルーレートを設け、温度に応じてスルーレートを異にして適用するバッテリパワーの制限方法であって、
    バッテリ温度を測定する温度測定段階、
    バッテリセルの最大電圧を測定する電圧測定段階、及び
    バッテリセルの最大電圧が該当温度区間の最小充電電圧基準値よりも小さい場合、バッテリの充電パワー制限値を該当温度区間の充電パワースルーレートだけ増加させる充電制限設定段階を含むバッテリパワーの制限方法。
  7. 温度区間ごとに放電パワースルーレートと充電パワースルーレートを定めておき、バッテリの放電パワー制限値または充電パワー制限値の減少が必要な場合には、該当温度区間の放電パワースルーレートまたは充電パワースルーレートを適用して段階的に放電パワー制限値または充電パワー制限値を減少させることを特徴とするバッテリパワーの制限方法。
  8. 温度区間ごとに放電パワースルーレートと充電パワースルーレートを定めておき、バッテリの放電パワー制限値または充電パワー制限値の増加が必要な場合には、該当温度区間の放電パワースルーレートまたは充電パワースルーレートを適用して段階的に放電パワー制限値または充電パワー制限値を増加させることを特徴とするバッテリパワーの制限方法。
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