JP2016181384A - Electric vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は電動車両に関し、より特定的には、車両駆動用電動機との間で電力を入出力するリチウムイオン二次電池を搭載した電動車両に関する。 The present invention relates to an electric vehicle, and more particularly to an electric vehicle equipped with a lithium ion secondary battery that inputs and outputs electric power to and from a vehicle driving motor.
走行用電動機からの駆動力により走行するハイブリッド自動車や燃料電池車、および電気自動車に用いられる車載蓄電装置として、リチウムイオン二次電池の適用が進められている。リチウムイオン二次電池は、エネルギ密度が高く、出力電圧が高いことから、大きな電池容量および高電圧を必要とする車載蓄電装置として好適である。一方で、リチウムイオン二次電池は、使用態様によっては、負極表面にリチウム金属が析出することによって、電池の発熱あるいは性能低下を招く虞があることが知られている。 BACKGROUND ART Lithium ion secondary batteries are being applied as in-vehicle power storage devices used in hybrid vehicles, fuel cell vehicles, and electric vehicles that travel with driving force from a traveling motor. A lithium ion secondary battery has a high energy density and a high output voltage, and thus is suitable as an in-vehicle power storage device that requires a large battery capacity and a high voltage. On the other hand, it is known that a lithium ion secondary battery may cause heat generation or performance degradation of the battery due to deposition of lithium metal on the negative electrode surface depending on the usage mode.
このため、国際公開第2010/005079号(特許文献1)には、リチウムイオン二次電池の負極でのリチウム金属の析出を抑制するために、充放電時の履歴に基づき、ハイブリッド自動車に搭載されたバッテリへの入力許可電力を調整する制御が記載されている。具体的には、バッテリ電流に基づいて、リチウムイオン二次電池の負極電位がリチウム基準電位まで低下することによってリチウム金属が析出することを回避できる最大電流値を逐次算出するとともに、バッテリ電流が当該最大電流値を超えないように、バッテリへの入力許可電力を調整することが記載されている。 For this reason, International Publication No. 2010/005079 (Patent Document 1) is mounted on a hybrid vehicle based on the charge / discharge history in order to suppress the deposition of lithium metal on the negative electrode of the lithium ion secondary battery. The control for adjusting the input permission power to the battery is described. Specifically, based on the battery current, the maximum current value that can avoid the precipitation of lithium metal due to the decrease in the negative electrode potential of the lithium ion secondary battery to the lithium reference potential is sequentially calculated. It is described that input permission power to the battery is adjusted so as not to exceed the maximum current value.
特許文献1の技術に従って、一定の制御周期毎にバッテリ電流が最大電流を超えているか否かを判定すると、制御周期内でのリプル電流(交流電流)成分が重畳したバッテリ電流の評価が困難である。すなわち、制御周期の設定によっては、リプル電流の重畳によって、制御周期内で瞬間的にバッテリ電流が最大電流値を超えたときに、入力許可電力を適切に制限することが困難となる。一方で、入力許可電力を過度に制限すると、ハイブリッド自動車での回生制動によるエネルギ回収量が低下するため、エネルギ効率が低下する。
According to the technique of
この発明はこのような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、リチウムイオン二次電池を搭載した車両において、リプル電流が重畳された充電電流を過度に制限することなく、適切に制限してリチウム金属の析出を抑制することである。 The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to excessively limit a charging current superimposed with a ripple current in a vehicle equipped with a lithium ion secondary battery. Without restricting appropriately, it is suppressing precipitation of lithium metal.
この発明のある局面では、電動車両は、リチウムイオン二次電池で構成された蓄電装置と、車輪との間で動力伝達経路を形成する出力軸を有する電動機と、蓄電装置の充放電を管理するための制御装置とを備える。制御装置は、設定手段と、第1および第2の制限手段と、検知手段とを含む。設定手段は、所定の制御周期毎に、リチウムイオン二次電池の負極電位がリチウム基準電位まで低下しないように蓄電装置への入力電流を制限するための充電電流上限値を設定する。第1の制限手段は、所定の制御周期毎に作動して、入力電流が充電電流上限値を超えたときに蓄電装置への入力電力を制限する。検知手段は、制御周期の各々において、当該制御周期内で瞬時的に入力電流が充電電流上限値を超えたことを検知する。第2の検知手段は、第1の制限手段による入力電力の制限が非実行であり、かつ、検知手段により瞬時的に入力電流が充電電流上限値を超えたことが検知された場合に、入力電流に重畳されたリプル電流の周波数が所定周波数よりも低いときに、入力電力を制限する。 In one aspect of the present invention, an electric vehicle manages charge / discharge of a power storage device configured with a lithium ion secondary battery, an electric motor having an output shaft that forms a power transmission path between wheels, and the power storage device. And a control device. The control device includes setting means, first and second limiting means, and detection means. The setting means sets a charging current upper limit value for limiting the input current to the power storage device so that the negative electrode potential of the lithium ion secondary battery does not drop to the lithium reference potential at every predetermined control cycle. The first limiting unit operates every predetermined control cycle, and limits input power to the power storage device when the input current exceeds the charging current upper limit value. The detecting means detects in each control cycle that the input current instantaneously exceeds the charging current upper limit value within the control cycle. The second detection means is input when the input power restriction by the first restriction means is not executed and the detection means detects that the input current instantaneously exceeds the charging current upper limit value. When the frequency of the ripple current superimposed on the current is lower than a predetermined frequency, the input power is limited.
上記電動車両によれば、充放電履歴を反映して一定の制御周期毎に充電電流上限値(許容入力電流値Ilim)を更新するとともに、当該更新の周期よりも短い周期で充電電流(バッテリ電流IB)をチェックすることにより、リプル電流が重畳された充電電流が瞬間的に入力電流制限目標値を超えたことを検知できる。さらに、リプル電流が低周波数領域に含まれるときに限定して蓄電装置の入力電力を制限することで、リチウム金属析出に影響しない電流周波数領域において蓄電装置の充電が制限されることを回避できる。この結果、リプル電流が重畳された充電電流を過度に制限することなく適切に制限して、リチウムイオン二次電池の充電時におけるリチウム金属の析出を抑制することが可能である。 According to the electric vehicle, the charge current upper limit value (allowable input current value Ilim) is updated at a constant control cycle reflecting the charge / discharge history, and the charge current (battery current) is shorter than the update cycle. By checking IB), it can be detected that the charging current superimposed with the ripple current instantaneously exceeds the input current limit target value. Further, by limiting the input power of the power storage device only when the ripple current is included in the low frequency region, charging of the power storage device can be avoided in the current frequency region that does not affect lithium metal deposition. As a result, it is possible to appropriately limit the charging current on which the ripple current is superimposed without excessively limiting the lithium current, and to suppress the deposition of lithium metal during charging of the lithium ion secondary battery.
この発明によれば、リチウムイオン二次電池を搭載した車両において、リプル電流が重畳された充電電流を過度に制限することなく適切に制限してリチウム金属の析出を抑制することである。 According to the present invention, in a vehicle equipped with a lithium ion secondary battery, the charging current superimposed with the ripple current is appropriately limited without excessively limiting the deposition of lithium metal.
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下図中の同一または相当部分には同一符号を付してその説明は原則的に繰返さないものとする。 Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In the following, the same or corresponding parts in the drawings are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated in principle.
図1は、本発明の実施の形態に従う電動車両の代表例として示されるハイブリッド車両の構成例を説明するブロック図である。 FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of a hybrid vehicle shown as a representative example of an electric vehicle according to an embodiment of the present invention.
なお、本発明の実施の形態において、「電動車両」とは、電源装置から供給される電力により、電動機(モータ)から駆動力を発生させ、駆動輪を回転させることが可能に構成された車両を含む概念であり、一例として、ハイブリッド自動車、電気自動車および燃料電池自動車などを含む。 In the embodiment of the present invention, an “electric vehicle” is a vehicle configured to generate driving force from an electric motor (motor) and rotate driving wheels by electric power supplied from a power supply device. As an example, a hybrid vehicle, an electric vehicle, a fuel cell vehicle, and the like are included.
図1を参照して、ハイブリッド車両は、エンジン100と、主に発電機として動作する第1MG(Motor Generator)200と、PCU(Power Control Unit)300と、バッテリ400と、主に電動機として動作する第2MG500と、ECU(Electronic Control Unit)600と、動力分割機構700を含む。
Referring to FIG. 1, the hybrid vehicle operates as an
エンジン100が発生する動力は、動力分割機構700により、2経路に分割される。一方は減速機800を経由して車輪900を駆動する経路である。もう一方は、第1MG200を駆動させて発電する経路である。
The power generated by the
第1MG200および第2MG500は、代表的には、三相交流モータによって構成される。 First MG 200 and second MG 500 are typically configured by a three-phase AC motor.
第1MG200は、動力分割機構700により分配されたエンジン100の動力により発電する。第1MG200により発電された電力は、車両の運転状態や、バッテリ400のSOC(State of Charge)に応じて使い分けられる。たとえば、通常走行時や急加速時では、第1MG200により発電された電力は、そのまま第2MG500を駆動させる電力となる。一方、バッテリ400のSOCが予め定められた値よりも低い場合、第1MG200により発電された電力は、PCU300のインバータ302により交流電力から直流電力に変換される。この直流電力は、コンバータ304により電圧が調整された後、バッテリ400に蓄えられる。また、第1MG200は、エンジン始動時には、エンジン100をモータリングするための電動機として動作する。
First MG 200 generates power using the power of
なお、インバータ302は、図1中では単一のブロックとして記載しているが、実際には、第1MG200および第2MG500にそれぞれ対応して個別にインバータが配置される。これらのインバータの直流リンク側は、コンバータ304と共通に接続される。
バッテリ400は、リチウムイオン二次電池によって構成される。一般的に、バッテリ400として、複数のリチウムイオン電池セルを一体化したモジュールを、さらに複数直列に接続して構成された組電池が用いられる。
The
リチウムイオン電池セルの正極は、リチウムイオンを可逆的に吸蔵/放出可能な材料(たとえばリチウム含有酸化物)から成る。正極は、充電過程においてリチウムイオンを電解液に放出し、放電過程において、負極から放出された電解液中のリチウムイオンを吸蔵する。リチウムイオン電池セルの負極は、リチウムイオンを可逆的に吸蔵/放出可能な材料(たとえば炭素)から成る。負極は、充電過程において、正極から放出された電解液中のリチウムイオンを吸蔵し、放電過程においてリチウムイオンを電解液に放出する。 The positive electrode of the lithium ion battery cell is made of a material (for example, a lithium-containing oxide) capable of reversibly occluding / releasing lithium ions. The positive electrode releases lithium ions into the electrolyte during the charging process, and occludes lithium ions in the electrolyte released from the negative electrode during the discharging process. The negative electrode of the lithium ion battery cell is made of a material (for example, carbon) capable of reversibly occluding / releasing lithium ions. The negative electrode occludes lithium ions in the electrolytic solution released from the positive electrode during the charging process, and releases lithium ions into the electrolytic solution during the discharging process.
第2MG500は、バッテリ400に蓄えられた電力および第1MG200により発電された電力の少なくともいずれか一方の電力により駆動する。第2MG500の出力軸(ロータ)は、車輪900との間に動力伝達経路を形成するように構成される。したがって、第2MG500の駆動力は、減速機800を経由して車輪900に伝えられる。これにより、第2MG500は、エンジン100をアシストして車両を走行させたり、第2MG500からの駆動力のみにより車両を走行させたりする。
Second MG 500 is driven by at least one of the electric power stored in
さらに、ハイブリッド車両の回生制動時には、減速機800を経由して車輪900により第2MG500が駆動され、第2MG500が発電機として作動させられる。これにより第2MG500は、制動エネルギーを電力に変換する回生ブレーキとして作用する。第2MG500により発電された電力は、インバータ302を経由してバッテリ400に蓄えられる。
Furthermore, at the time of regenerative braking of the hybrid vehicle, second MG 500 is driven by
ECU600は、図示しない、CPU(Central Processing Unit)およびメモリを含む。ECU600は、車両の運転状態や、アクセル開度センサ1100により検出されたアクセル開度(ACC)、アクセル開度の変化率、図示しない車速センサによって検出された車速(V)、シフトポジション、バッテリ400のSOC、メモリ(図示せず)に保存されたマップおよびプログラムなどに基づいて演算処理を行なう。これにより、ECU600は、車両が所望の運転状態となるように、車両に搭載された機器類を制御することになる。なお、ECU600の少なくとも一部は、電子回路等のハードウェアにより所定の数値・論理演算処理を実行するように構成されてもよい。
図2は、図1に示したハイブリッド車両の電気システムの構成を示すブロック図である。 FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the electric system of the hybrid vehicle shown in FIG.
図2を参照して、ECU600は、バッテリ400を監視するためのバッテリECU601と、PCU300を制御するためのMG−ECU602とを有する。ECU600は、「制御装置」に対応する。
Referring to FIG. 2,
バッテリECU601には、電圧センサ610、電流センサ612および温度センサ614からの出力信号が伝達される。電圧センサ610は、バッテリ400の出力電圧値(以下、バッテリ電圧VBとも称する)を検出する。電流センサ612は、バッテリ400の充放電電流値(以下、バッテリ電流IBとも称する)を検出する。温度センサ614は、バッテリ400の温度(以下、バッテリ温度TBとも称する)を検出する。なお、以下では、バッテリ400の放電時にはバッテリ電流が正値(IB>0)となり、充電時にはバッテリ電流が負値(IB<0)となるものとして説明する。
Output signals from
バッテリECU601は、電圧センサ610からのバッテリ電圧VBおよび電流センサ612からのバッテリ電流IBより、バッテリ400の充放電電力値を算出する。さらに、バッテリECU601は、バッテリ電流IBの積算に基づいてSOC変化をトレースすることによって、バッテリ400のSOCを算出することができる。なお、SOCの算出については、その他の周知技術を用いてもよく、ここではそれらについての詳細な説明は繰返さない。また、電流センサ612により検出されたバッテリ電流IBの履歴は、バッテリECU601内の図示しないメモリによって記憶することができる。
さらに、バッテリECU601は、バッテリ400へ充電する電力の制限値を示す充電電力上限値(以下、WINとも称する)、およびバッテリ400から放電する電力の制限値を示す放電電力上限値(以下、WOUTとも称する)を設定する。バッテリ400への充電電力値、およびバッテリ400からの放電電力値は、このWINおよびWOUTを超えないように制限される。なお、バッテリ400の充電電力および放電電力を制限する方法は、その他の周知技術を用いてもよく、ここではそれらについての詳細な説明は繰返さない。
Further,
第1MG200には、回転角センサ201および電流センサ202が配置される。同様に、第2MG500には、回転角センサ501および電流センサ502が配置される。電流センサ202,502は、図2中には模式的に表記しているが、実際には、PCU300から第1MG200および第2MG500にそれぞれ供給される三相電流を検出するように配置される。
In
MG−ECU602は、回転角センサ201,501および電流センサ202,502からの出力を受ける。MG−ECU602は、回転角センサ201,501からの出力に基づいて、第1MG200および第2MG500の回転速度を検出することができる。また、MG−ECU602は、第1MG200および第2MG500の回転角(ロータ)および三相電流に基づいて、第1MG200および第2MG500の出力トルクを制御することができる。
MG-
MG−ECU602は、第1MG200および第2MG500の出力を指令値(たとえば、トルク指令値)に従って制御するように、PCU300の動作を制御する。具体的には、MG−ECU602は、図示しない電流センサによって検出された第1MG200および第2MG500の電流のフィードバック制御により、インバータ302およびコンバータ304の動作を制御する。
MG-
バッテリECU601は、一定のサンプリング周期(たとえば、8[ms])でデータをサンプリングするとともに、サンプリングされたデータに基づき制御周期(たとえば、100[ms])でバッテリ400の状態を管理する。当該管理には、上述した、SOCの算出、ならびに、WINおよびWOUTの設定が含まれる。
The
一方で、MG−ECU602は、スイッチング周波数が数KHz〜10kHz程度に設定されたPWM(Pulse Width Modulation)制御によってインバータ302およびコンバータ304の動作を制御することが一般的である。
On the other hand, MG-
このため、MG−ECU602の制御周期およびサンプリング周期は、バッテリECU601よりも短い。したがって、電流センサ612からの出力信号をMG−ECU602へ入力することにより、バッテリECU601の制御周期よりも短い周期で、バッテリ電流IBを検知することが可能となる。
For this reason, the control cycle and sampling cycle of MG-
次に、本発明の実施の形態に従う電動車両でのリチウムイオン二次電池によって構成されるバッテリ400に対するLi析出抑制制御について説明する。
Next, Li deposition suppression control for
バッテリ400を構成するリチウムイオン二次電池は、エネルギ密度が高く、他の二次電池に比べ初期回路電圧および平均動作電圧が高いので、大きな電池容量、高い電圧を必要とする車両の車載蓄電装置に好適であることが知られている。また、リチウムイオン二次電池は、クーロン効率が100%に近いことから充放電効率が高く、したがって、他の二次電池に比べエネルギの有効利用が可能であるという利点も有する。
The lithium-ion secondary battery constituting the
しかしながら、特許文献1にも示されるように、リチウムイオン二次電池は、充電条件によっては、負極表面にリチウム金属が析出する虞がある。このため、本実施の形態では、特許文献1と同様に、リチウムイオン二次電池でのリチウム金属析出を抑制するためにバッテリ400への充電を制限する制御(以下、「Li析出抑制制御」とも称する)を実行する。
However, as shown in
図3は、本発明の実施の形態に従う電動車両で実行されるLi析出抑制制御を説明する波形図である。 FIG. 3 is a waveform diagram illustrating Li precipitation suppression control executed in the electric vehicle according to the embodiment of the present invention.
図3を参照して、時刻t0からバッテリ電流IBが負方向に変化して、バッテリ400の充電が開始される。
Referring to FIG. 3, battery current IB changes in the negative direction from time t0, and charging of
バッテリ400の充放電履歴に応じて、バッテリ400の許容入力電流値Ilimが設定される。特許文献4に記載されるように、許容入力電流値Ilimは、単位時間内に、バッテリ負極電位がリチウム基準電位まで低下することによってリチウム金属が析出しない最大電流値として求められる。許容入力電流値Ilimは、特許文献1と同様に設定することができる。すなわち、充放電履歴がない状態における許容入力電流値の初期値Ilim[0]から、充電継続による減少量、放電継続による回復量、または放置による回復量を制御周期毎に加減算することによって、時刻tにおけるIlim[t]が逐次求められる。許容入力電流値Ilimは充電電流の許容上限値を示すため、Ilim≦0に設定される。
The allowable input current value Ilim of the
さらに、許容入力電流値Ilimに対するマージン電流ΔImrを設定して、リチウム金属の析出を防止するための入力電流制限目標値Itagが設定される。特許文献4に記載されるように、許容入力電流値Ilimを正方向にオフセットさせることによって、入力電流制限目標値Itagを設定することができる。この場合には、オフセットさせた電流値が、マージン電流ΔImrとなる。入力電流制限目標値Itagについても、Itag≦0に設定される。 Further, a margin current ΔImr with respect to the allowable input current value Ilim is set to set an input current limit target value Itag for preventing lithium metal deposition. As described in Patent Document 4, the input current limit target value Itag can be set by offsetting the allowable input current value Ilim in the positive direction. In this case, the offset current value becomes the margin current ΔImr. The input current limit target value Itag is also set to Itag ≦ 0.
図3に示されるように、継続的な充電によって、許容入力電流値Ilimおよび入力電流制限目標値Itagは、正方向に徐々に変化する。これによって、許容される充電電流(|IB|)は減少することが理解される。そして、時刻t1において、IBがItagを超えると(IB<Itag)と、リチウム金属の析出を抑制するために充電電流を制限することが必要となる。たとえば、時刻t1からバッテリ400のWINを正方向に変化させることによって、充電電力(すなわち、第2MG500からの回生電力)が制限される。以下では、WINの変更によるバッテリ400の充電電力の制限を、単に「WIN」制限とも称する。WIN制限により、リチウム金属析出防止によるバッテリ400の保護が図られる反面、第2MG500による回生発電の制限により、エネルギ効率が低下する。
As shown in FIG. 3, the allowable input current value Ilim and the input current limit target value Itag gradually change in the positive direction due to continuous charging. As a result, it is understood that the allowable charging current (| IB |) is reduced. When IB exceeds Itag at time t1 (IB <Itag), it is necessary to limit the charging current in order to suppress lithium metal deposition. For example, charging power (that is, regenerative power from second MG 500) is limited by changing WIN of
時刻t1からのWIN制限によって充電電流が減少して(すなわち、IBが正方向に変化)、時刻t2以降では、再び、IB>Itagとなる。 Due to the WIN limitation from time t1, the charging current decreases (that is, IB changes in the positive direction), and after time t2, IB> Itag again.
図4は、本発明の実施の形態に従う電動車両で実行されるLi析出抑制制御の制御処理を説明するフローチャートである。図4に示されたフローチャートによる制御処理は、バッテリECU601により一定の制御周期で実行される。
FIG. 4 is a flowchart illustrating a control process of Li precipitation suppression control executed in the electric vehicle according to the embodiment of the present invention. The control process according to the flowchart shown in FIG. 4 is executed by the
図4を参照して、バッテリECU601は、ステップS100により、電流センサ612、電圧センサ610および温度センサ614の出力に基づいて、バッテリ状態データ(VB,IB,DB)を取得する。さらに、バッテリECU601は、ステップS110により、バッテリ400のSOCを算出する。
Referring to FIG. 4,
バッテリECU601は、ステップS120により、バッテリ400のWINのベース値であるWIN0を設定する。WIN0は、Li析出抑制制御を実行する前のWINであり、現在のバッテリ状態(SOC,バッテリ温度等)に基づいて設定される。すなわち、このWIN0は、公知の手法に基づいて通常設定されるバッテリ400のWINに相当する。
さらに、バッテリECU601は、ステップS130により、Li析出抑制制御のための電流制御演算を実行する。すなわち、図3で説明したように、特許文献1に示す手法に基づいて、バッテリ400の充放電履歴に基づいて、今回の制御周期における許容入力電流値Ilim[t]が演算される。そして許容入力電流値Ilim[t]に対して、所定のマージン電流ΔImrを設けることによって、リチウムイオン二次電池の負極電位がリチウム基準電位まで低下しないようにするための「充電電流上限値」に相当する入力電流制限目標値Itagが算出される。ステップS130による入力電流制限目標値Itagの設定は、「設定手段」の機能に対応する。
Furthermore,
バッテリECU601は、ステップS200により、各制御周期内での電流チェック結果をMG−ECU602から受信する。後述するように、制御周期内におけるバッテリ電流IBの評価は、バッテリECU601よりもサンプリング周期が短いMG−ECU602によって実行される。MG−ECU602でバッテリ電流IBをチェックすることにより、バッテリECU610の制御周期では検知困難な周波数の交流電流成分(リプル電流)を加味した充電電流(バッテリ電流IB)の検知が可能となる。
図5は、Li析出抑制制御においてバッテリ電流IBにリプル電流が重畳したときの電流挙動を説明する概念的な波形図である。 FIG. 5 is a conceptual waveform diagram for explaining the current behavior when the ripple current is superimposed on the battery current IB in the Li deposition suppression control.
図5を参照して、バッテリ電流IBに所定周波数のリプル電流が重畳されている。このリプル電流は、代表的には、図1における第2MG500の回転速度に依存した周波数を有している。
Referring to FIG. 5, a ripple current having a predetermined frequency is superimposed on battery current IB. This ripple current typically has a frequency that depends on the rotational speed of
所定の制御周期T0毎に、図4に示されたフローチャートが実行されることによって、入力電流制限目標値Itagが、バッテリ400の充放電履歴に基づいて更新される。たとえば、時刻ta,tb,tc,tdのそれぞれにおいて、入力電流制限目標値Itagが更新される。上述のように、入力電流制限目標値Itagは、WIN制限が必要であるかどうかの閾値に相当する。
The input current limit target value Itag is updated based on the charge / discharge history of the
バッテリ電流IBにリプル電流が重畳されると、制御周期T0内での電流平均値IBave、あるいは、制御周期T0毎の電流サンプリング値が入力電流制限目標値Itagを超えていなくても、制御周期内で、入力電流制限目標値Itagを超えるバッテリ電流IB(IB<Itag)が生じていることが理解される。しかしながら、制御周期T0毎に、電流平均値IBave、あるいは、電流サンプリング値に基づいて判定した場合には、バッテリ電流IBが入力電流制限目標値Itagを超えていることを検知することができない。 When the ripple current is superimposed on the battery current IB, even if the current average value IBave within the control cycle T0 or the current sampling value for each control cycle T0 does not exceed the input current limit target value Itag, Thus, it is understood that the battery current IB (IB <Itag) exceeding the input current limit target value Itag is generated. However, when the determination is made based on the current average value IBave or the current sampling value for each control cycle T0, it cannot be detected that the battery current IB exceeds the input current limit target value Itag.
一方で、リプル電流がリチウムイオン二次電池のリチウム金属析出に与える影響には、周波数依存性がある。具体的には、高周波数のリプル電流は、リチウムイオン二次電池の充放電履歴に影響を与えない。すなわち、高周波数のリプル電流によってバッテリ電流IBが瞬間的に入力電流制限目標値Itagを超えても(IB<Itag)、リチウム金属の析出に悪影響は生じない。一方で、低周波数のリプル電流は、リチウムイオン二次電池の充放電履歴に影響を及ぼす。すなわち、低周波数のリプル電流によってバッテリ電流IBが入力電流制限目標値Itagを超えた場合には、リチウム金属の析出が生じる虞がある。リチウム金属の析出に影響を及ぼす周波数の閾値はバッテリ400の特性に依存するので、事前に実機実験等によって求めることができる。
On the other hand, the influence of the ripple current on the lithium metal deposition of the lithium ion secondary battery has frequency dependency. Specifically, the high-frequency ripple current does not affect the charge / discharge history of the lithium ion secondary battery. That is, even if the battery current IB instantaneously exceeds the input current limit target value Itag (IB <Itag) due to the high-frequency ripple current, no adverse effect is caused on the lithium metal deposition. On the other hand, the low-frequency ripple current affects the charge / discharge history of the lithium ion secondary battery. That is, when the battery current IB exceeds the input current limit target value Itag due to the low-frequency ripple current, lithium metal may be deposited. Since the threshold value of the frequency affecting the lithium metal deposition depends on the characteristics of the
図6には、本実施の形態に従う電動車両におけるLi析出抑制制制御の各制御周期内での電流チェックの制御処理を説明するフローチャートが示される。上述のように、電流チェックは、MG−ECU602によって実行される。
FIG. 6 shows a flowchart illustrating a current check control process within each control cycle of Li deposition suppression control in the electric vehicle according to the present embodiment. As described above, the current check is executed by the MG-
図6を参照して、MG−ECU602は、ステップS210により、Li析出抑制制御の制御周期の1周期(T0)分の、電流平均値IBaveおよび当該1周期におけるピーク電流値IBpkを算出する。
Referring to FIG. 6, MG-
ステップS210において、ピーク電流値IBpkは、MG−ECU602が、所定のサンプリング周期でサンプリングしたバッテリ電流IBを統計処理することによって求めてもよい。あるいは、別途設けられた図示しないピークホールド回路にバッテリ電流IBを入力して、当該ピークホールド回路の出力に基づいてピーク電流値IBpkを取得することも可能である。
In step S210, the peak current value IBpk may be obtained by the MG-
MG−ECU602は、ステップS220により、バッテリ電流IBの電流平均値IBaveを入力電流制限目標値Itagと比較する。IBave<Itagのとき(S220のYES判定時)には、バッテリ電流IBの平均値が入力電流制限目標値Itagを超えている状態であるから、処理はステップS250に進められる。MG−ECU602はステップS250では、WIN制限をオンするために、制限フラグFLGを1にセットする。ステップS220がYES判定されることによるWIN制限は、「第1の制限手段」の機能に相当する。
In step S220, MG-
一方で、MG−ECU602は、IBave<Itagのとき(S220のNO判定時)には、ステップS230に処理を進めて、充電電流のピーク電流値IBpkが入力電流制限目標値Itagに達しているか否かをさらに判定する。ステップS230による判定は、「検知手段」の機能に対応する。
On the other hand, when IBave <Itag (when NO is determined in S220), MG-
IBpk>Itagのとき(S230のNO判定時)には、充電電流(バッテリ電流IB)の平均値およびピーク値のいずれも、許容入力電流値Ilimに達していない。このため、MG−ECU602は、処理をステップS260に進めて、制限フラグFLG=0にセットする。すなわち回生制限はオフされる。
When IBpk> Itag (NO in S230), neither the average value nor the peak value of the charging current (battery current IB) has reached the allowable input current value Ilim. Therefore, the MG-
一方で、MG−ECU602は、IBpk<Itagのとき(S230のYES判定時)には、すなわち、リプル電流が重畳した充電電流(バッテリ電流IB)が瞬間的に許容入力電流値Ilimを超えている場合には、ステップS240に処理を進めて、リプル電流の周波数frp(以下、リプル周波数frpとも称する)を所定のしきい値ftと比較する。上述のように、しきい値ftは、バッテリ400に対応して予め定められている。
On the other hand, when IBpk <Itag (when YES is determined in S230), MG-
ステップS240での判定において、リプル周波数frpは、たとえば第2MG500の回転速度から演算によって求めることができる。バッテリ400に対して入出力されるバッテリ電流IBは、第2MG500による駆動力または回生制動力の出力に用いられるため、第2MG500の回転速度の逆数に従う電気周波数がリプル電流の主要因となるからである。このようにすると、MG−ECU602によってサンプリングされたバッテリ電流から周波数成分を抽出する処理と比較して、演算負荷を軽減することができる。
In the determination in step S240, the ripple frequency frp can be obtained by calculation from the rotation speed of the
MG−ECU602は、frp<ftのとき(S240のYES判定時)には、リプル電流の周波数がリチウム金属の析出に影響を及ぼす低周波領域に含まれると判定する。したがって、MG−ECU602は、処理をステップS250に進めて、制限フラグFLG=1にセットする。一方で、frp>ftのとき(S240のNO判定時)には、ステップS260により、制限フラグFLG=0にセットされる。
When frp <ft (YES in S240), MG-
これにより、充電電流の平均値IBaveは許容入力電流値Ilimに達していなくても(すなわち、「第1の制限手段」によるWIN制限は非実行)、リプル電流が重畳したピーク電流値IBpkが許容入力電流値Ilimを超えたことが検知され、さらに、リプル電流の周波数が所定の低周波数領域に含まれていると(frp<ft)、リチウム金属の析出を回避するために、WIN制限が実行される。すなわち、ステップS240がYES判定されることによるWIN制限は、「第2の制限手段」の機能に相当する。 Thereby, even if the average value IBave of the charging current does not reach the allowable input current value Ilim (that is, the WIN limitation by the “first limiting means” is not executed), the peak current value IBpk superimposed with the ripple current is allowable. When it is detected that the input current value Ilim is exceeded and the ripple current frequency is included in a predetermined low frequency region (frp <ft), WIN restriction is performed to avoid lithium metal deposition. Is done. That is, the WIN restriction by determining YES in step S240 corresponds to the function of “second restriction means”.
このように、図6に示されたフローチャートに従って、MG−ECU602は、直前の1周期分の電流チェック結果に基づいて、制限フラグFLGを1または0にセットする。たとえば、図5の時刻t2のタイミングにおいてバッテリECU601が、図4のステップS200においてMG−ECU602から受信する電流チェック結果(すなわち、制限フラグFLG)は、MG−ECU602が時刻t1〜t2間におけるバッテリ電流IBを、時刻t1における許容入力電流値Ilimと比較することによって実行されている。
Thus, according to the flowchart shown in FIG. 6, MG-
なお、上述のように、ステップS220による判定は、バッテリ電流IBについて、制御周期T0毎のサンプリング値と入力電流制限目標値Itagとの比較によって実行されてもよい。このようにすると、判定処理に係る演算負荷が軽減できる。 As described above, the determination in step S220 may be performed by comparing the battery current IB with the sampling value for each control cycle T0 and the input current limit target value Itag. In this way, the calculation load related to the determination process can be reduced.
また、図6の例では、ステップS220〜S260による電流チェック処理をMG−ECU602で実行したが、ステップS210で取得された、電流平均値IBave(または、サンプリング値)およびピーク電流値IBpkをバッテリECU601へ送信することにより、当該電流チェック処理をバッテリECU601で実行することも可能である。
In the example of FIG. 6, the current check process in steps S220 to S260 is executed by the MG-
再び図4を参照して、バッテリECU601は、ステップS150により、ステップS200によりMG−ECU602から受信した制限フラグFLGの値をチェックする。バッテリECU601は、FLG=1のとき(ステップS150のYES判定時)には、ステップS160に処理を進めて、WIN制限をオンすることによってリチウム金属の析出を抑制する。すなわち、バッテリECU601は、ステップS170により、最終的なWINを、ベース値WIN0よりも絶対値が小さくなるように設定する(|WIN|<|WIN0|)。
Referring to FIG. 4 again, in step S150,
これに対して、バッテリECU601は、FLG=0のとき(S150のNO判定時)には、ステップS180に処理を進めてWIN制限をオフする。したがって、バッテリECU601は、ステップS190により、WIN=WIN0に設定する。すなわち、WIN制限がオフされた場合には、バッテリ400のSOCおよびバッテリ温度TBに基づいたベース値WIN0がそのまま最終的なWINとして採用される。
In contrast to this, when FLG = 0 (NO in S150),
このように本実施の形態に従う電動車両におけるLi析出抑制制御によれば、充放電履歴を反映して一定の制御周期毎に更新される、リチウム金属の析出を回避するための充電電流上限値(許容入力電流値Ilim)の更新周期よりも短い周期で充電電流(バッテリ電流IB)をチェックすることにより、リプル電流が重畳された充電電流が瞬間的に入力電流制限目標値に達したことを検知することができる。 As described above, according to the Li deposition suppression control in the electric vehicle according to the present embodiment, the charging current upper limit value for avoiding the deposition of lithium metal (reflected in a certain control cycle reflecting the charge / discharge history) By checking the charging current (battery current IB) at a cycle shorter than the update cycle of the allowable input current value Ilim), it is detected that the charging current superimposed with the ripple current instantaneously reaches the input current limit target value can do.
さらに、リプル電流の周波数とリチウムイオン二次電池の特性とを考慮して、リプル電流の周波数が所定周波数よりも低いときに限定してWIN制限を適用することで、WIN制限が過度に行われることを回避できる。この結果、リプル電流が重畳された充電電流を過度に制限することなく適切に制限して、リチウムイオン二次電池の充電時におけるリチウム金属の析出を抑制することが可能である。 Furthermore, in consideration of the frequency of the ripple current and the characteristics of the lithium ion secondary battery, the WIN limitation is excessively performed by applying the WIN limitation only when the frequency of the ripple current is lower than the predetermined frequency. You can avoid that. As a result, it is possible to appropriately limit the charging current on which the ripple current is superimposed without excessively limiting the lithium current, and to suppress the deposition of lithium metal during charging of the lithium ion secondary battery.
なお、本実施の形態では、制御周期およびサンプリング周期の異なる複数のECU(バッテリECU601およびMG−ECU602の組み合わせによってLi析出抑制制御を実行する例を説明したが、単一のECU(制御装置)が異なる演算周期で制御処理(サブルーチン)を実行することによって、同様の制御処理を実現することも可能である。
In the present embodiment, an example has been described in which the Li deposition suppression control is executed by a combination of a plurality of ECUs having different control cycles and sampling cycles (
また、本発明の適用において、電動車両の構成は図1の構成に限定されるものではない。すなわち、図1とは異なるパワートーレーン構成のハイブリッド車両、あるいは、電気自動車や燃料電池自動車等のハイブリッド車両以外の電動車両に対しても、リチウムイオン二次電池によって構成された車載蓄電装置によって車両駆動用電動機との間で電力を入出力する構成を有するものあれば、本発明を共通に適用することができる。 Further, in the application of the present invention, the configuration of the electric vehicle is not limited to the configuration of FIG. That is, a vehicle with an in-vehicle power storage device constituted by a lithium ion secondary battery can be used for a hybrid vehicle having a power tolane configuration different from that shown in FIG. 1 or an electric vehicle other than a hybrid vehicle such as an electric vehicle or a fuel cell vehicle. The present invention can be applied in common as long as it has a configuration for inputting and outputting electric power to and from the drive motor.
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。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
100 エンジン、200 第1MG、201,501 回転角センサ(MG)、202,502 電流センサ(MG)、300 PCU、302 インバータ、304 コンバータ、400 バッテリ、500 第2MG、600 ECU、601 バッテリECU、602 MG−ECU、610 電圧センサ(バッテリ)、612 電流センサ(バッテリ)、614 温度センサ(バッテリ)、700 動力分割機構、800 減速機、900 車輪、1100 アクセル開度センサ、FLG 制限フラグ、IB バッテリ電流、IBave 電流平均値(バッテリ電流)、IBpk ピーク電流値(バッテリ電流)、Ilim 許容入力電流値、T0 制御周期(Li析出抑制制御)、VB バッテリ電圧、WIN0 ベース値(WIN)、frp リプル周波数。 100 Engine, 200 1st MG, 201, 501 Rotation angle sensor (MG), 202, 502 Current sensor (MG), 300 PCU, 302 Inverter, 304 Converter, 400 Battery, 500 2nd MG, 600 ECU, 601 Battery ECU, 602 MG-ECU, 610 Voltage sensor (battery), 612 Current sensor (battery), 614 Temperature sensor (battery), 700 Power split mechanism, 800 Reducer, 900 wheel, 1100 Accelerator opening sensor, FLG limit flag, IB Battery current , IBave current average value (battery current), IBpk peak current value (battery current), Ilim allowable input current value, T0 control cycle (Li deposition suppression control), VB battery voltage, WIN0 base value (WIN), frp Le frequency.
Claims (1)
車輪との間で動力伝達経路を形成する出力軸を有する電動機と、
前記蓄電装置の充放電を管理するための制御装置とを備え、
前記制御装置は、
所定の制御周期毎に、前記リチウムイオン二次電池の負極電位がリチウム基準電位まで低下しないように前記蓄電装置への入力電流を制限するための充電電流上限値を設定するための設定手段と、
前記所定の制御周期毎に作動して、前記入力電流が前記充電電流上限値を超えたときに前記蓄電装置への入力電力を制限するための第1の制限手段と、
前記制御周期の各々において、当該制御周期内で瞬時的に前記入力電流が前記充電電流上限値を超えたことを検知するための検知手段と、
前記第1の制限手段による前記入力電力の制限が非実行であり、かつ、前記検知手段により瞬時的に前記入力電流が前記充電電流上限値を超えたことが検知された場合に、前記入力電流に重畳されたリプル電流の周波数が所定周波数よりも低いときに、前記入力電力を制限するための第2の制限手段とを含む、電動車両。 A power storage device comprising a lithium ion secondary battery;
An electric motor having an output shaft that forms a power transmission path with the wheels;
A control device for managing charge and discharge of the power storage device,
The control device includes:
A setting means for setting a charging current upper limit value for limiting an input current to the power storage device so that a negative electrode potential of the lithium ion secondary battery does not decrease to a lithium reference potential for each predetermined control cycle;
A first limiting unit that operates every predetermined control period and limits input power to the power storage device when the input current exceeds the charging current upper limit;
In each of the control cycles, detection means for detecting that the input current exceeds the charging current upper limit value instantaneously within the control cycle;
When the input power limitation by the first limiting means is not executed and the detection means detects that the input current exceeds the charging current upper limit value instantaneously, the input current And a second restricting means for restricting the input power when the frequency of the ripple current superimposed on is lower than a predetermined frequency.
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