JP2015154534A - 蓄電池制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ユーザに違和感を与えることなく、規定期間内の蓄電池の使用の保証と蓄電池の十分な活用とを両立することが可能な蓄電池制御装置を提供する。
【解決手段】複数のバッテリを有する蓄電池１０３と、蓄電池１０３との間で電力の授受が可能な電動機１０１と、を備える電動車両の蓄電池制御装置は、蓄電池１０３の充放電履歴および蓄電池１０３の温度履歴の少なくともいずれかに基づき、蓄電池１０３の劣化度合を導出する劣化度合導出部と、前記劣化度合に基づき、蓄電池１０３の出力および容量の少なくともいずれかの制限値を導出する制限値導出部と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、蓄電池制御装置に関する。

車両に搭載される蓄電池は、使用状態や使用環境に応じて徐々に劣化していく。従来、いかなる使用環境、使用状態においても規定期間（例えば保障使用期間）内においては蓄電池の使用を保証するような蓄電池の制御が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１には、バッテリの現在の性能を示す電池性能指数を推定する電池性能推定部と、バッテリの使用期間および車両の走行距離に基づきマップから許容性能指数を取得する許容性能推定部と、を備えた二次電池の制御装置が記載されている。この制御装置は、電池性能指数が許容性能指数より小さい場合には、バッテリの充放電のための制御を、現在の制御から、バッテリの劣化を抑制するための劣化抑制制御に変更する充放電制御部をさらに備えている。

特開２０１１−４４３４６号公報

上記した特許文献１に記載の技術では、電池性能指数が許容性能指数より小さくなった場合になってはじめて劣化抑制制御が行なわれるため、ユーザに違和感を与えてしまうおそれがある。

また、従来、ユーザに違和感を与えないように、蓄電池の使用開始当初から蓄電池に一定の出力制限をかける制御も行われている。図７は、このような制御における蓄電池の出力制限値を説明するための図である。ここでは、時間経過に伴う蓄電池の出力可能値の変化が、蓄電池出力劣化想定ライン（BATT出力劣化想定ライン）として示されている。蓄電池の出力制限値は、この出力劣化想定ラインに基づいて導出された規定期間経過後における出力可能値として、規定期間中一定に設定されている。

ところで、上記した出力劣化想定ラインは、市場の大部分のユーザを網羅することができない。蓄電池の使用環境、使用状態としては様々なものが想定されているため、個々のユーザの使用環境、使用状態によっては、蓄電池の劣化が想定しているほど進行しない場合があり、蓄電池を十分に活用できないまま規定期間が経過してしまう可能性がある。

本発明は、上記した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ユーザに違和感を与えることなく、規定期間内の蓄電池の使用の保障と蓄電池の十分な活用とを両立することが可能な蓄電池制御装置を提供することである。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、複数のバッテリを有する蓄電池（例えば後述する実施形態における蓄電池１０３）と、前記蓄電池との間で電力の授受が可能な電動機（例えば後述する実施形態における電動機１０１）と、を備える電動車両の蓄電池制御装置（例えば後述する実施形態におけるバッテリＥＣＵ１１５）であって、前記蓄電池の充放電履歴および前記蓄電池の温度履歴の少なくともいずれかに基づき、前記蓄電池の劣化度合を導出する劣化度合導出部（例えば後述する実施形態におけるバッテリＥＣＵ１１５）と、前記劣化度合に基づき、前記蓄電池の出力および容量の少なくともいずれかの制限値を導出する制限値導出部（例えば後述する実施形態におけるバッテリＥＣＵ１１５）と、を備えることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の発明において、前記劣化度合導出部は、前記蓄電池の充放電履歴を所定期間毎に記憶し、該期間における平均値に基づいて前記劣化度合を導出することを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１に記載の発明において、前記劣化度合導出部は、前記蓄電池の充放電履歴を所定期間毎に記憶し、該期間における最大値に基づいて前記劣化度合を導出することを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記制限値導出部は、前記蓄電池の温度履歴を所定期間毎に記憶し、該期間における平均温度に基づいて前記制限値を導出することを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記制限値導出部は、前記蓄電池の温度履歴を所定期間毎に記憶し、該期間における最高温度に基づいて前記制限値を導出することを特徴とする。

請求項１〜５に係る発明によれば、個々のユーザの使用環境、使用状態に応じて出力制限値や容量制限値を導出および設定することできるので、規定期間内の蓄電池の使用を保証しつつ、蓄電池を最大限活用することが可能になる。また、長期間にわたって出力制限値や容量制限値を変化させるため、ユーザに違和感を与えることのない制御が可能である。

第１実施形態に係る蓄電池制御装置を備えた車両のブロック図である。 第１実施形態に係る蓄電池制御装置による蓄電池の劣化度合の導出方法を説明するための図である。 第１実施形態に係る蓄電池制御装置によって導出および設定される蓄電池の出力制限値を説明するための図である。 第１実施形態に係る蓄電池制御装置の動作を示すフローチャートである。 第２実施形態に係る蓄電池制御装置によって導出および設定される蓄電池の容量上限値を説明するための図である。 第２実施形態に係る蓄電池制御装置の動作を示すフローチャートである。 従来の蓄電池の出力制限値を説明するための図である。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいて説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。

（第１実施形態）
ＨＥＶ（Hybrid Electrical Vehicle：ハイブリッド電気自動車）は、電動機及び内燃機関を備え、車両の走行状態に応じて電動機及び／又は内燃機関の駆動力によって走行する。図１は、ＨＥＶの内部構成を示すブロック図である。図１に示すように、ＨＥＶ（以下、単に「車両」という。）は、電動機(MOT)１０１と、蓄電池(BATT)１０３と、インバータ(INV)１０５と、内燃機関(ENG)１０７と、インバータＥＣＵ(INV ECU)１１１と、エンジンＥＣＵ(ENG ECU)１１３と、バッテリＥＣＵ（BATT ECU）１１５と、マネジメントＥＣＵ(MG ECU)２０１と、ベルト式の無段変速機構（CVT：Continuously Variable Transmission）及び発進クラッチを含む変速装置（T/M）１２１と、補機１２５と、を備える。

電動機１０１は、例えば３相交流モータである。電動機１０１からの駆動力は、変速装置１２１及び駆動軸１５１を介して駆動輪１５３に伝達される。車両の減速時に駆動輪１５３側から駆動軸１５１を介して電動機１０１側に駆動力が伝達されると、電動機１０１が発電機として機能していわゆる回生制動力を発生し、車両の運動エネルギーを電気エネルギー（回生エネルギー）として回収し、蓄電池１０３の充電を行う。さらに、車両の運転状態に応じて、電動機１０１は内燃機関１０７の出力によって発電機として駆動され電気エネルギーを発生し、蓄電池１０３の充電を行う。

蓄電池１０３は、直列に接続された複数の蓄電セルを有する直流電源であって、インバータ１０５を介して電動機１０１に電力を供給する。なお、蓄電池１０３の出力電圧は高電圧（例えば１００〜２００Ｖ）である。

インバータ１０５は、蓄電池１０３からの直流電力を３相交流電力に変換し、また電動機１０１からの３相交流電力を直流電力に変換する。インバータＥＣＵ１１１は、インバータ１０５の動作を制御する。バッテリＥＣＵ１１５は、蓄電池１０３の充放電を制御すると共に、蓄電池１０３の充放電履歴や放置履歴を記憶して、蓄電池１０３の出力制限値を導出および設定し、本実施形態の蓄電池制御装置として機能する。

内燃機関１０７は、エンジンＥＣＵ１１３からの燃料噴射指令及び点火指令に応じて、インジェクタから噴射供給される燃料を燃焼することで、車両が走行するための駆動力（出力トルク）を発生する。内燃機関１０７及び電動機１０１からの駆動力は、変速装置２０９及び駆動軸１５１を介して駆動輪１５３に伝達される。電動機１０１の回転軸と内燃機関１０７のクランク軸とは直結されている。

マネジメントＥＣＵ２０１は、駆動力の伝達系統の切り替えや、電動機１０１、インバータ１０５、内燃機関１０７、変速装置１２１等の制御を行う。また、マネジメントＥＣＵ２０１には、不図示の車速センサからの車速情報、不図示のアクセルペダルの開度（ＡＰ開度）情報、不図示のブレーキペダルの踏力情報等が入力される。マネジメントＥＣＵ２０１は、ＡＰ開度情報および車速情報に基づき、内燃機関１０７及び電動機１０１がそれぞれ出力する各駆動力を決定する。マネジメントＥＣＵ２０１は、当該決定した各駆動力に基づいて、内燃機関１０７が所望の駆動力を出力するようエンジンＥＣＵ１１３に指示し、かつ、電動機１０１が所望の駆動力を出力するように不図示のモータＥＣＵに指示する。

補機１２５は、例えば、車室温度を調整するエアコンのコンプレッサであり、内燃機関１０７からの駆動力により動作する。マネジメントＥＣＵ２０１は、補機１２５の駆動の制御と監視を行う。

このような構成を有する車両は、駆動源の使用形態がそれぞれ異なる種々のオペレーションモードによって走行や充電を行うことが可能である。車両のオペレーションモードには、例えば、アイドル充電、クルーズ充電、ＥＮＧ走行、アシスト走行、ＥＶ走行、回生などがある。

アイドル充電においては、車両は走行せず、内燃機関１０７の駆動により電動機１０１を駆動して、蓄電池１０３を充電する。クルーズ充電においては、車両は、内燃機関１０７の駆動により電動機１０１を駆動して蓄電池１０３を充電するとともに走行を行う。ＥＮＧ走行においては、車両は、内燃機関１０７の駆動のみによって走行する。

アシスト走行においては、車両は、内燃機関１０７の駆動と、蓄電池１０３の蓄電エネルギーによる電動機１０１の駆動の両方によって走行する。ＥＶ走行においては、車両は、蓄電池１０３の蓄電エネルギーによる電動機１０１の駆動のみによって走行する。回生においては、車両の減速時に電動機１０１の回生制動力によって運動エネルギーを蓄電エネルギーに変換し、これを回収することによって蓄電池１０３の充電を行う。

上記したように、本実施形態の蓄電池制御装置（バッテリＥＣＵ１１５）は、蓄電池１０３の使用環境、使用状態に応じて、蓄電池１０３の出力制限値を導出および設定する。具体的には、バッテリＥＣＵ１１５は、蓄電池１０３の使用環境、使用状態に基づいて、規定期間経過後の蓄電池１０３の劣化度合を予測する。蓄電池１０３の劣化は、時間の平方根に比例することが知られている。すなわち、蓄電池１０３の劣化曲線は、以下の式によって表すことができる。
Ｋ×√ｔｉｍｅ×蓄電池の初期出力
ここで、Ｋは、蓄電池１０３の使用環境、使用状態に基づいて定まる比例定数であり、不図示のメモリにマップとして予め記憶されている。以後、このＫ（Ｋ１、Ｋ２）を劣化係数と呼ぶ。

蓄電池１０３の劣化は、蓄電池１０３が充放電している時間や、蓄電池１０３が充放電していない時間（以後、放置時間とも呼ぶ）、およびこれらの際の蓄電池１０３の温度に応じて進行する。そのため、バッテリＥＣＵ１１５は、蓄電池１０３の充放電履歴、放置履歴を不図示のメモリに記憶している。充放電履歴は、蓄電池１０３が充放電している時間に関する履歴および充放電時間中の蓄電池１０３の温度変化に関する履歴（温度履歴）の各情報を含む。放置履歴は、充放電が行われていない放置時間に関する履歴および放置時間中の蓄電池１０３の温度変化に関する履歴（温度履歴）の各情報を含む。

図２は、蓄電池１０３の劣化度合の導出方法を説明するための図である。上記したように、バッテリＥＣＵ１１５は、蓄電池１０３の充放電履歴として、現時点までの所定期間内において蓄電池１０３が充放電を行なった時間Ｔ１と、蓄電池１０３が充放電を行なっている際の蓄電池１０３の温度を記憶している。本実施形態では、蓄電池１０３が充放電を行なっている際の蓄電池１０３の温度履歴から平均温度を算出し、当該平均温度に基づいてメモリに記憶されているマップを検索し、充放電時間Ｔ１における劣化係数Ｋ１を導出する。尚、上記した現時点までの所定期間とは、前回蓄電池１０３の出力制限値を導出および設定した時点から現時点までの期間であってもよいし、蓄電池１０３の使用開始時点から現時点までの期間であってもよい。

同様に、バッテリＥＣＵ１１５は蓄電池１０３の放置履歴として、現時点までの所定期間内において蓄電池１０３が充放電を行なわずに放置されている時間Ｔ２と、蓄電池１０３が放置されている際の蓄電池１０３の温度を記憶している。本実施形態では、蓄電池１０３が放置されている際の蓄電池１０３の温度履歴から平均温度を算出し、当該平均温度に基づいてメモリに記憶されているマップを検索し、放置時間Ｔ２における劣化係数Ｋ２を導出する。

ここで、蓄電池１０３の充放電時間Ｔ１と放置時間Ｔ２との比率は、ユーザが同じであれば、規定期間中のどの時点であってもほぼ同様であると考えられる。したがって、規定期間Ｔｔｏｔａｌは、充放電時間（Ｔｔｏｔａｌ×Ｔ１／（Ｔ１＋Ｔ２））と、放置時間（Ｔｔｏｔａｌ×Ｔ２／（Ｔ１＋Ｔ２））と、の和と推定することができる。したがって、充放電時間（Ｔｔｏｔａｌ×Ｔ１／（Ｔ１＋Ｔ２））と劣化係数Ｋ１とから、充放電による蓄電池１０３の劣化の進行状態を推定すると共に、放置時間（Ｔｔｏｔａｌ×Ｔ２／（Ｔ１＋Ｔ２））と劣化係数Ｋ２とから、放置による蓄電池１０３の劣化の進行状態を推定することができるので、これらをあわせることで、規定期間経過後の蓄電池１０３の劣化度合を導出することができる。

図３は、本実施形態の蓄電池制御装置により、蓄電池１０３の劣化が想定以下だった場合（細二点鎖線）と、蓄電池１０３の劣化が想定以上に進んでいた場合（細一点鎖線）と、を示しており、そのそれぞれについて蓄電池１０３の出力制限値がどのように設定されるかを示している。図３から、蓄電池１０３の劣化が想定以下であった場合、蓄電池１０３の出力制限値は、規定期間経過後に蓄電池１０３が出力可能な値を目指して徐々に増加するように設定されることがわかる（太二点鎖線）。このように蓄電池１０３の出力制限値を設定することにより、車両の動力性能を向上できると共に、規定期間経過時に蓄電池１０３のポテンシャルを使い切るような制御が可能となる。一方で、蓄電池１０３の劣化が想定以上に進行していた場合、蓄電池１０３の出力制限値は、規定期間経過後に蓄電池１０３が出力可能な値を目指して徐々に減少するように設定されることがわかる（太一点鎖線）。このように蓄電池１０３の出力制限値を設定することにより、規定期間中における蓄電池１０３の使用を保証することができる。また、いずれの場合であっても、蓄電池１０３の出力制限値はゆるやかに変化するため、ユーザに違和感を与えない制御が可能となる。

以下、本実施形態に係る蓄電池制御装置の動作に関して、詳細に説明する。図４は、本実施形態に係る蓄電池制御装置の動作を示すフローチャートである。図４に示すように、まず、バッテリＥＣＵ１１５は、不図示のメモリに記憶されている蓄電池１０３の充放電履歴から、劣化係数Ｋ１、充放電時間Ｔ１を導出する（ステップＳ１）。

次に、バッテリＥＣＵ１１５は、不図示のメモリに記憶されている蓄電池１０３の放置履歴から、劣化係数Ｋ２、放置時間Ｔ２を導出する（ステップＳ２）。

そして、バッテリＥＣＵ１１５は、ステップＳ１で導出した劣化係数Ｋ１、ステップＳ２で導出した劣化係数Ｋ２、および充放電時間Ｔ１と放置時間Ｔ２との比率から、規定期間経過後の出力値ＰＷｅｓｔを導出する（ステップＳ３）。この出力値ＰＷｅｓｔが、蓄電池１０３の劣化度合を示すものとなる。バッテリＥＣＵ１１５は、この出力値ＰＷｅｓｔを、蓄電池１０３の出力制限値として設定し（ステップＳ４）、処理を終了する。このようにして設定された蓄電池１０３の出力制限値に基づき、バッテリＥＣＵ１１５は蓄電池１０３の放電を制御することとなる。このような蓄電池１０３の出力制限値の導出および設定は、蓄電池１０３の使用開始時点から所定間隔で繰り返し行なわれる。

以上説明したように、本実施形態に係る蓄電池制御装置によれば、個々のユーザの使用環境、使用状態に応じて出力制限値を導出および設定することできるので、規定期間内の蓄電池１０３の使用を保証しつつ、蓄電池１０３を最大限活用することが可能になる。また、長期間にわたって出力制限値を変化させるため、ユーザに違和感を与えることのない制御が可能である。

尚、上記した実施形態においては、蓄電池１０３が充放電されている際の蓄電池１０３の平均温度に基づいて、充放電時間Ｔ１における劣化係数Ｋ１を導出していたが、これに加えて、またはこれに替えて、蓄電池１０３が充放電されている際の蓄電池１０３の最高温度に基づいて劣化係数Ｋ１を導出してもよい。また、充放電中の蓄電池１０３の温度に加えて、またはこれに替えて、蓄電池１０３の充放電の頻度や出力値等の履歴に基づいて劣化係数Ｋ１を導出してもよい。

また、上記した実施形態においては、蓄電池１０３が放置されている際の蓄電池１０３の平均温度に基づいて放置時間Ｔ２における劣化係数Ｋ２を導出していたが、これに加えて、またはこれに替えて、蓄電池１０３が放置されている際の蓄電池１０３の最高温度に基づいて劣化係数Ｋ２を導出してもよい。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る蓄電池制御装置について、図５、６を参照して説明する。第２実施形態は、第１実施形態で行なっていた蓄電池の出力制限値の導出および設定に替えて、蓄電池の容量上限値を導出および設定する点において第１実施形態と異なる。したがって、第１実施形態と同一又は同等部分には同一符号又は相当符号を付して説明を簡略化又は省略する。

本実施形態においても、バッテリＥＣＵ１１５は、第１実施形態と同様に、規定期間経過後の蓄電池１０３の劣化度合を予測する。図５は、本実施形態の蓄電池制御装置により、蓄電池１０３の劣化が想定以上に進んでいた場合（細一点鎖線）と、蓄電池１０３の劣化が想定以下だった場合（細二点鎖線）を示しており、そのそれぞれについて蓄電池１０３の出力制限値がどのように設定されるかを示している。図５から、蓄電池１０３の劣化が想定以下であった場合、蓄電池１０３の容量上限値は、規定期間経過後における蓄電池１０３が容量の最大値を目指して徐々に増加するように設定されることがわかる（太二点鎖線）。このように蓄電池１０３の容量上限値を設定することにより、車両のエネルギー効率を向上して航続距離を延長できると共に、規定期間経過時に蓄電池１０３のポテンシャルを使い切るような制御が可能となる。一方で、蓄電池１０３の劣化が想定以上に進行していた場合、蓄電池１０３の容量上限値は、規定期間経過後に蓄電池１０３の容量の最大値を目指して徐々に減少するように設定されることがわかる（太一点鎖線）。このように蓄電池１０３の容量上限値を設定することにより、規定期間中における蓄電池１０３の使用を保証することができる。また、いずれの場合であっても、蓄電池１０３の容量上限値はゆるやかに変化するため、ユーザに違和感を与えない制御が可能となる。

以下、本実施形態に係る蓄電池制御装置の動作に関して詳細に説明する。図６は、本実施形態に係る蓄電池制御装置の動作を示すフローチャートである。図６に示すように、まず、バッテリＥＣＵ１１５は、不図示のメモリに記憶されている、現時点までの蓄電池１０３の充放電履歴から、劣化係数Ｋ１、充放電時間Ｔ１を導出する（ステップＳ１１）。

次に、バッテリＥＣＵ１１５は、不図示のメモリに記憶されている、現時点までの蓄電池１０３の放置履歴から、劣化係数Ｋ２、放置時間Ｔ２を導出する（ステップＳ１２）。

そして、バッテリＥＣＵ１１５は、ステップＳ１で導出した劣化係数Ｋ１、ステップＳ２で導出した劣化係数Ｋ２、および充放電時間Ｔ１と放置時間Ｔ２との比率から、規定期間経過後の容量値ＣＡＰｅｓｔを導出する（ステップＳ１３）。この容量値ＣＡＰｅｓｔが、蓄電池１０３の劣化度合を示すものとなる。バッテリＥＣＵ１１５は、この容量値ＣＡＰｅｓｔを蓄電池１０３の容量上限値として設定し（ステップＳ１４）、処理が終了する。このようにして設定された蓄電池１０３の容量上限値に基づき、バッテリＥＣＵ１１５が蓄電池１０３の充電を制御する。このような蓄電池１０３の容量上限値の導出および設定は、蓄電池１０３の使用開始時点から所定間隔で繰り返し行なわれる。

以上説明したように、本実施形態に係る蓄電池制御装置によれば、個々のユーザの使用環境、使用状態に応じて容量上限値を導出および設定することできるので、規定期間内の蓄電池１０３の使用を保証しつつ、蓄電池１０３を最大限活用することが可能になる。また、長期間にわたって容量制限値を変化させるため、ユーザに違和感を与えることのない制御が可能である。

尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が可能である。本発明に係る制御装置は、シリーズ・パラレル方式のＨＥＶに適用されるものとして説明したが、シリーズ方式のＨＥＶやパラレル方式のＨＥＶ、またはＥＶ（Electrical Vehicle：電気自動車）にも、本発明を適用可能である。また、第１実施形態に関して説明した出力制限値の導出および設定の制御と、第２実施形態に関して説明した容量上限値の導出および設定の制御は独立して行なうことができ、両方を同時に行なってもよい。

１０１ 電動機(MOT)
１０３ 蓄電池(BATT)
１１５ バッテリＥＣＵ（BATT ECU）

Claims (5)

1. 複数のバッテリを有する蓄電池と、
   前記蓄電池との間で電力の授受が可能な電動機と、を備える電動車両の蓄電池制御装置であって、
   前記蓄電池の充放電履歴および前記蓄電池の温度履歴の少なくともいずれかに基づき、前記蓄電池の劣化度合を導出する劣化度合導出部と、
   前記劣化度合に基づき、前記蓄電池の出力および容量の少なくともいずれかの制限値を導出する制限値導出部と、を備えることを特徴とする蓄電池制御装置。
2. 前記劣化度合導出部は、前記蓄電池の充放電履歴を所定期間毎に記憶し、該期間における平均値に基づいて前記劣化度合を導出することを特徴とする請求項１に記載の蓄電池制御装置。
3. 前記劣化度合導出部は、前記蓄電池の充放電履歴を所定期間毎に記憶し、該期間における最大値に基づいて前記劣化度合を導出することを特徴とする請求項１に記載の蓄電池制御装置。
4. 前記制限値導出部は、前記蓄電池の温度履歴を所定期間毎に記憶し、該期間における平均温度に基づいて前記制限値を導出することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の蓄電池制御装置。
5. 前記制限値導出部は、前記蓄電池の温度履歴を所定期間毎に記憶し、該期間における最高温度に基づいて前記制限値を導出することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の蓄電池制御装置。

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