JP2017071299A - 蓄電装置の充放電制御装置 - Google Patents

蓄電装置の充放電制御装置 Download PDF

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Abstract

【課題】通電部品の雰囲気温度を考慮して通電部品の温度レベルを評価し、通電部品の雰囲気温度に適した蓄電装置の充放電電力の制限を行うことである。
【解決手段】蓄電装置1とモータジェネレータMG1,MG2との間で充放電電力を通電する通電部品Aを含み、通電部品Aの温度に応じて充放電電力を制限する蓄電装置1のコントローラ30であって、エンジンルームに配置された通電部品Aの雰囲気温度を判定する雰囲気温度判定部33によって通電部品Aの雰囲気温度が低下したと判定されたときに、通電部品Aの温度レベルを評価する評価値F(N)を算出する評価値算出部31は、雰囲気温度の低下に基づいて評価値F(N)を小さく算出する。
【選択図】図2

Description

本発明は、車両の走行用モータに通電部材を介して電力を供給する蓄電装置の充放電電力を制限する蓄電装置の充放電制御装置に関する。
ハイブリッド自動車などに搭載される電池等の蓄電装置は、車両の走行用モータに電力供給する一方、その蓄電量が低下すると充電が行われる。蓄電装置と走行用モータとの間の電流は、リレー、ヒューズ、ハーネス等の通電部品を通って流れる。蓄電装置に電流が流れると、これら通電部品にジュール熱が発生する。通電部品の温度が過度に上昇すると正常な機能を損なうおそれがあるため、通電部品を適切に保護する観点から、蓄電装置の充放電を制御する必要がある。
そこで、蓄電装置の充放電時に検出される電流値に基づいて、通電部品の温度レベルを評価するための評価値を算出し、この評価値が閾値を超えた場合に、蓄電装置の充放電電力を制限する制御装置が提案されている(例えば、特許文献1)。
特開2014−45541号公報
特許文献1に記載の発明は、通電部品の温度レベルを評価する評価値に基づいて、蓄電装置の充放電電力を制限している。通電部品の温度レベルの評価値は、電流の二乗値等に基づいて算出されるが、通電部品は、その環境温度、すなわち、通電部品周囲の雰囲気温度の影響を受ける。このため、雰囲気温度が低い状態と高い状態とでは、同じ電流を通電できる時間(通電可能時間)が異なり、雰囲気温度が低い状態では、同じ電流を流しても温度上昇率が低く、より長い時間通電させることができる。
特に、リレー、ヒューズ、ハーネス等の通電部品はエンジンルームに配置されることがあり、この場合にはエンジン駆動時の熱影響を受けることがある。このため、通電部品の温度レベルを評価するときには、エンジンの熱影響を受けることを前提とした雰囲気温度(雰囲気温度が高い状態)を使用することが考えられる。
しかし、放置時、外部充電時、EV走行時等のエンジンが停止している場合には、通電部品の雰囲気温度は低い状態であり、この場合に、上述のエンジンの熱影響を受けることを前提とした雰囲気温度(雰囲気温度が高い状態)を使用してしまうと、実際には通電部品の雰囲気温度が高くない状態でも、通電部品の雰囲気温度が高い状態と同じ評価値が算出されてしまい、早いタイミングで充放電制限が介入してしまう。
そこで、本発明では、通電部品の雰囲気温度を考慮して通電部品の温度レベルを評価し、通電部品の雰囲気温度に適した蓄電装置の充放電電力の制限を行うことを目的とする。
本発明の蓄電装置の充放電制御装置は、蓄電装置と車両の走行用モータとの間で充放電電力を通電する通電部品を含み、前記通電部品の温度に応じて充放電電力を制限する蓄電装置の充放電制御装置であって、エンジンルームに配置された前記通電部品の雰囲気温度を判定する雰囲気温度判定部と、前記蓄電装置の充放電時に検出される電流値に基づいて、前記通電部品の温度レベルを評価する評価値を算出する評価値算出部と、前記評価値が閾値を超えた場合に、前記蓄電装置の充放電電力を制限する電力制限部と、を備え、前記雰囲気温度判定部によって前記通電部品の雰囲気温度が低下したと判定されたときに、雰囲気温度の低下に基づいて前記評価値を小さく算出することを特徴とする。
本発明によれば、通電部品の雰囲気温度を考慮して通電部品の温度を評価し、通電部品の雰囲気温度に適した蓄電装置の充放電電力の制限を行うができる。特に、通電部品の雰囲気温度が低下したと判定したときに、通電部品の評価値を小さく算出するので、評価値が閾値を超えるまでの時間が長くなり、蓄電装置の充放電電力の制限開始が遅延されて、充放電制限が介入するタイミングを遅らせることができる。
蓄電装置を搭載したハイブリッド自動車の概略構成図である。 蓄電装置の概略電気回路図である。 低温雰囲気温度マップと高温雰囲気温度マップを示す図であり、通電部品の雰囲気温度に応じた電流値とその通電可能時間の関係を示す図である。 低温雰囲気温度マップ及び高温雰囲気温度マップに基づく評価値F(N)と制限開始閾値との関係、及び評価値F(N)と入出力制限との関係を示す図である。 蓄電装置の充放電電力の制限処理を示すフローチャートである。 雰囲気温度マップの切り替え処理を示すフローチャートである。 外部充電の充電継続時間に基づいて雰囲気温度マップの切り替えタイミングを示すタイミングチャートである。 イグニッションスイッチのオフ継続時間に基づいて雰囲気温度マップの切り替えタイミングを示すタイミングチャートである。 雰囲気温度マップの変形例を示す図であり、低温雰囲気温度マップ、中温雰囲気温度マップ及び高温雰囲気マップ温度を示す図である。 通電部品の雰囲気温度状態の判定処理の変形例を示すフローチャートである。
本発明の一実施形態としてのハイブリッド自動車100は、車両を走行させるための動力源としてモータジェネレータMG2とエンジン20とを備えた車両である。図1、2に示すように、ハイブリッド自動車100は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの燃料を燃焼させて動力を出力するエンジン20と、エンジン20の出力軸が接続された動力分割機構21と、この動力分割機構21に接続された発電可能なモータジェネレータMG1と、動力分割機構21に接続された主に走行用に用いられるモータジェネレータMG2と、蓄電装置1から出力される直流電力を交流電力に変換して、モータジェネレータMG1,MG2に供給するインバータ22とを備える。
エンジン20、動力分割機構21、モータジェネレータMG1,MG2、インバータ22等は、ハイブリッド自動車100の前部のエンジンルーム101に配置されている。蓄電装置1は、ハイブリッド自動車100の後部、例えば、リアシート下部や荷室、あるいは、フロアパネル下部等に配置されている。蓄電装置1とインバータ22とは、パワーケーブル12により電気的に接続されている。また、エンジンルーム101内では、インバータ22とモータジェネレータMG1,MG2とがパワーケーブル13で接続されている。
蓄電装置1は組電池であり、この組電池は電気的に直列に接続された複数の単電池10を有する。蓄電装置1を構成する単電池10の数は、蓄電装置1の要求出力等に基づいて適宜設定することができる。蓄電装置1は、電気的に並列に接続された複数の単電池10を含んでいてもよい。単電池10としては、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池といった二次電池を用いることができる。また、二次電池の代わりに、電気二重層キャパシタ(コンデンサ)を用いることができる。なお、蓄電装置1を昇圧回路に接続し、昇圧回路をインバータ22に接続する構成としてもよい。昇圧回路を用いることにより、蓄電装置1の出力電圧を昇圧することができ、インバータ22から蓄電装置1への出力電圧を降圧することができる。
インバータ22は、蓄電装置1から出力された直流電力を交流電力に変換し、交流電力をモータジェネレータMG2に出力する。モータジェネレータMG2は、トランスミッションT/Mを介して駆動輪25に接続される駆動軸26に接続され、モータジェネレータMG2の駆動力がトランスミッションT/Mを介して駆動軸26に伝達され、駆動軸26によって駆動輪25に伝達される。モータジェネレータMG2の駆動力をトランスミッションTMを介して駆動輪25に伝達することにより、蓄電装置1の電力を用いた車両走行(EV走行)を行うことができる。
動力分割機構21は、エンジン20の動力を駆動輪25に伝達したり(HV走行)、モータジェネレータMG1に伝達する。モータジェネレータMG1は、エンジン20の動力を受けて発電する。モータジェネレータMG1が生成した電力は、インバータ22を介して、モータジェネレータMG2に供給されたり、蓄電装置1に供給されたりする。モータジェネレータMG1が生成した電力を、モータジェネレータMG2に供給すれば、モータジェネレータMG2の駆動力によって、駆動輪25を駆動することができる。モータジェネレータMG1が生成した電力を蓄電装置1に供給すれば、蓄電装置1を充電することができる。
また、ハイブリッド自動車100を減速させたり、停止させたりするとき、モータジェネレータMG2は、ハイブリッド自動車100の制動時に発生する運動エネルギを電気エネルギ(交流電力)に変換する。インバータ22は、モータジェネレータMG2が生成した交流電力を直流電力に変換し、直流電力を蓄電装置1に出力する。これにより、蓄電装置1は回生電力を蓄えることができる。
図2は、蓄電装置1の充放電を行う概略電気回路図を示す。図2に示すように、蓄電装置1は、正極ラインPL及び負極ラインNLを介してインバータ22に接続されている。正極ラインPL及び負極ラインNLには、システムメインリレーSMR−B,SMR−Gがそれぞれ設けられている。システムメインリレーSMR−Gには、システムメインリレーSMR−Pおよび電流制限抵抗Rが並列に接続され、システムメインリレーSMR−Pおよび電流制限抵抗Rは直列に接続されている。システムメインリレーSMR−B,SMRG−G,SMR−Pは、メンテナンス性を考慮してエンジンルーム101に配置されることがある。また、システムメインリレーSMR−B,SMR−G,SMR−Pは、ハイブリッド自動車100の図示しないECUによって制御される。
ECUは、ハイブリッド自動車100のイグニッションスイッチIGのオン信号に基づいて、システムメインリレーSMR−Bをオフからオンに切り替えるとともに、システムメインリレーSMR−Pをオフからオンに切り替える。これにより、電流制限抵抗Rに電流が流れ、突入電流が流れることを抑制することができる。次に、システムメインリレーSMR−Gをオフからオンに切り替えた後に、システムメインリレーSMR−Pをオンからオフに切り替える。これにより、蓄電装置1の電力をハイブリッド自動車100のインバータ22を含む各部電気機器へ供給可能となる。
一方、イグニッションスイッチIGがオンからオフに切り替わったとき、ECUは、システムメインリレーSMR−B,SMR−Gをオンからオフに切り替える。これにより、蓄電装置1とハイブリッド自動車100の各電気機器との接続が遮断される。
ここで、蓄電装置1に電気的に接続される通電部品について説明する。本実施形態における通電部品とは、蓄電装置1とモータジェネレータMG1,MG2との間で充放電電力を通電する部品であり、エンジンルーム101内に配置されたパワーケーブル12,13、システムメインリレーSMR−B,SMR−G,SMR−P等が相当する。以下、パワーケーブル12、システムメインリレーSMR−B,SMR−G,SMR−P等を総称して通電部品Aという。
蓄電装置1の正極ラインPL及び負極ラインNLには、ハイブリッド自動車100とは独立した外部電源43から蓄電装置1に電力供給するための充電器40が接続可能である。充電器40を使用することにより、蓄電装置1を充電することができる。充電器40は、充電リレーRch1,Rch2を介して、蓄電装置1に接続されている。充電リレーRch1,Rch2がオンであるとき、外部電源43からの電力を蓄電装置1に供給することができる。充電リレーRch1,Rch2のオンとオフとの間の切替制御は、蓄電装置1の充放電を制御するコントローラ30によって行われる。
充電器40は、インレット41と接続されており、インレット41に充電プラグ42が接続される。充電プラグ42は、外部電源43から延びる充電ケーブルPに設けられた接続コネクタである。充電プラグ42をインレット41に接続することにより、外部電源43からの外部電力を、充電器40を介して蓄電装置1に供給することができる。
外部電源43とは、ハイブリッド自動車100の外部に設けられた電源であり、外部電源43としては、例えば、商用電源がある。外部電源43が交流電力を供給するとき、充電器40は、不図示のAC/DCコンバータを備え、外部電源43からの交流電力を直流電力に変換し、直流電力を蓄電装置1に供給する。外部電源43の電力を蓄電装置1に供給して、蓄電装置1を充電することを外部充電という。外部充電は、イグニッションスイッチIGがオフ状態、すなわち、エンジン20が停止した状態で行われる。
蓄電装置1には、蓄電装置1の電圧を検出する電圧監視ユニット15、蓄電装置1に流れる充放電電流を検出する電流センサ16及び蓄電装置1の温度を検出する温度センサ17がそれぞれ接続されている。電圧監視ユニット15は、検出した蓄電装置1の電圧をコントローラ30に出力する。電流センサ16は、検出した蓄電装置1に流れる充放電電流をコントローラ30に出力する。温度センサ17は、検出した蓄電装置1の温度をコントローラ30に出力する。電流センサ16によって検出された電流値に関して、放電電流を正の値とし、充電電流を負の値とすることができる。また、電流センサ16は、充電器40を介して外部電源43から供給される充電電流を検出することもできる。
コントローラ30は、蓄電装置1の充放電制御を行う充放電制御装置である。コントローラ30には、車載ネットワークを構成する図示しないコントローラエリアネットワーク(CAN)が接続されており、このCANを介して、電圧監視ユニット15、電流センサ16、温度センサ17の各検出値やイグニッションスイッチIGのオン/オフ信号が入力される。コントローラ30は、電圧監視ユニット15、電流センサ16、温度センサ17の各検出値に基づいて、蓄電装置1のSOCを算出する。
本実施形態においてコントローラ30は以下の充放電制御を行っている。まず、コントローラ30は、算出されたSOCに基づいて、許容入力電力(蓄電装置1に充電される電力の最大値)SWinおよび許容出力電力(蓄電装置1から放電される電力の最大値)SWoutを算出し、許容入力電力SWinおよび許容出力電力SWoutを超えないように、蓄電装置1の充放電電力を制限する。これにより、蓄電装置1の過放電や過充電が防止され、蓄電装置1が保護される。
また、蓄電装置1に電流が流れる際には、蓄電装置1に電気的に接続される通電部品Aにも電流が流れ、これらの通電部品Aにジュール熱が発生する。そのため、通電部品Aの温度が上昇して許容温度を超えると、通電部品Aが正常に機能しなくなるおそれがある。 そこで、蓄電装置1の電流値に基づいて、これらの通電部品Aの温度レベルに関する評価値F(N)を算出し、算出された評価値F(N)が閾値を超えないように、許容入力電力SWinおよび許容出力電力SWoutを制限して、蓄電装置1の充放電電力を制限する。これにより、通電部品Aの温度上昇が抑制される。
さらに、通電部品Aは周囲の雰囲気温度の影響を受ける。このため、雰囲気温度が低い状態と高い状態とでは、同じ電流を通電できる時間(通電可能時間)が異なり、雰囲気温度が低い状態では、同じ電流を流しても温度上昇率が低く、より長い時間通電させることができる。特に、本実施形態のように、通電部品Aがエンジンルーム101に配置される場合、エンジン20の駆動時には通電部品Aの雰囲気温度は高温になる。また、ハイブリッド自動車100の放置時、外部充電時、EV走行時にはエンジン20が停止状態であるので、エンジン20の駆動時の雰囲気温度に比べて、通電部品Aの雰囲気温度は低温になる。そこで、通電部品Aの雰囲気温度を考慮して、評価値F(N)を算出することによって、通電部品Aの雰囲気温度に適した蓄電装置1の充放電電力の制限を行う。
以上をまとめると、コントローラ30は、算出された許容入力電力SWinおよび許容出力電力SWoutを超えないように、蓄電装置1の充放電電力を制限し、また、通電部品Aの雰囲気温度を考慮して通電部品Aの温度レベルに関する評価値F(N)を算出し、算出された評価値F(N)に基づいて、許容入力電力SWinおよび許容出力電力SWoutをさらに制限する。
次に、コントローラ30の詳細について説明する。コントローラ30は、デジタル回路を主体としたハードウェアで構成されており、蓄電装置1の充放電制御するための各種制御部を備えている。コントローラ30は、エンジンルーム101に配置された通電部品Aの雰囲気温度をエンジン20の駆動状態に基づいて判定する雰囲気温度判定部33と、通電部品Aの複数の雰囲気温度に応じて、評価値F(N)を算出するために使用するなまし係数Kを算出するための複数の特性(マップ)を記憶している雰囲気温度特性記憶部34と、蓄電装置1の電流値Iと、前回算出された評価値と、通電部品Aの温度変化及び通電部品Aの雰囲気温度に応じて算出されるなまし係数Kとに基づいて評価値F(N)を算出する評価値算出部31と、蓄電装置1の許容入力電力SWinおよび許容出力電力SWoutを評価値算出部31で算出された評価値F(N)に基づいて変更して、変更後の充電電力上限値Winおよび放電電力上限値Woutで蓄電装置1の充放電電力を制限するWin/Wout制限部32とを備えている。
雰囲気温度判定部33は、通電部品Aの雰囲気温度が高い状態(高温)であるのか、低い状態(低温)であるのかを判定するものである。特に、本実施形態では、通電部品Aの雰囲気温度が高い状態から低い状態に変化した場合、すなわち、雰囲気温度が低下した場合を判定している。
雰囲気温度判定部33は、時間を計測するタイマー機能を備えている。雰囲気温度判定部33は、ハイブリッド自動車100のイグニッションスイッチIGがオフされたときからの経過時間を計測して、この計測時間が所定時間を超えたときに、ハイブリッド自動車100は放置状態であると判定して、エンジンルーム101の温度が十分に低下している(低温である)と推定する。雰囲気温度判定部33は、この推定結果に基づいて、通電部品Aの雰囲気温度は低温であると判定する。
また、ハイブリッド自動車100のイグニッションスイッチIGがオフされている状態において、外部充電が開始されたときからの経過時間を計測して、この計測時間が所定時間を超えたときに、ハイブリッド自動車100は外部充電されている状態であると判定して、この場合もエンジンルーム101の温度が十分に低下していると推定する。雰囲気温度判定部33は、この推定結果に基づいて、通電部品Aの雰囲気温度は低温であると判定する。
雰囲気温度特性記憶部34は、通電部品Aの雰囲気温度が高温である場合の特性を示す高温雰囲気温度マップMhと、通電部品Aの雰囲気温度が低温である場合の特性を示す低温雰囲気温度マップMlとを記憶している。
図3に示すように、高温雰囲気温度マップMh及び低温雰囲気温度マップMlは、通電部品Aの雰囲気温度に応じた電流値とその通電可能時間の関係を示しており、なまし係数Kを算出するマップである。図3において、通電部品Aに電流値Ibが流れるとき、高温雰囲気では通電可能時間がT2であるが、低温雰囲気では電流値Ibによって温度が上昇する度合いが低いため、通電可能時間がT2よりも長いT1となる。このように、低温雰囲気と高温雰囲気とでは、同じ電流を通電できる時間(通電可能時間)が異なる。
このため、雰囲気温度の高低によって評価値F(N)の算出に使用するなまし係数Kを別々に算出している。図3において、実線で示す低温雰囲気温度マップMlは、低温雰囲気に基づくなまし係数Klowを算出するためのマップである。一点鎖線で示す高温雰囲気温度マップMhは、低温雰囲気以外の雰囲気(高温雰囲気)に基づくなまし係数Khighを算出するためのマップである。なまし係数Klow及びなまし係数Khighは、電流値とその電流値での通電可能時間に基づいて規定されている。これら低温雰囲気温度マップMl及び高温雰囲気温度マップMhは、雰囲気温度を変えてそれぞれ実験等によって予め求めることができる。
評価値算出部31は、蓄電装置1の電流値Iに基づいて評価値F(N)を算出する。評価値F(N)は、通電部品Aの温度レベル、すなわち、通電部品Aの温度がどの程度(レベル)の温度であるかを評価する値であり、この評価値F(N)の値に基づいて、通電部品Aの温度状態を判断する。また、通電部品Aは、通電される電流により発熱し、また、その雰囲気温度による熱の影響を受けるために、これらを考慮して評価値F(N)を算出する必要がある。
そこで、評価値算出部31は、通電による発熱及び雰囲気温度に関してなまし係数Kを用いて、評価値F(N)を算出する。なまし係数Kの特性は、通電部品Aの温度に関して、温度が高いほど評価値F(N)を大きくし、温度が低いほど評価値F(N)を小さくする。また、なまし係数Kの特性は、通電部品Aの雰囲気温度に関して、雰囲気温度が高温であるほど評価値F(N)を大きくし、雰囲気温度が低温であるほど評価値F(N)を小さくする。
評価値算出部31は、通常、高温雰囲気温度マップMhに対応するなまし係数Khighを使用して評価値F(N)を算出する。そして、雰囲気温度判定部33によって、雰囲気温度が低温であると判定された場合に、使用する雰囲気温度マップを、高温雰囲気温度マップMhから低温雰囲気温度マップMlに切り替えて、低温雰囲気温度マップMlに対応するなまし係数Klowを使用する。
なお、エンジン20が始動したときには、エンジンルーム101の温度が上昇するので、この場合には、評価値F(N)の算出に使用する雰囲気温度マップが低温雰囲気温度マップMlであっても、高温雰囲気温度マップMhに切り替えて高温雰囲気温度マップMhに対応するなまし係数Khighを使用する。評価値算出部31による、なまし係数Kを用いた評価値F(N)の具体的な算出については後述する。
図4に示すように、Win/Wout制限部32は、蓄電装置1の充放電電力の制限が必要であると判断するための閾値Ftagを有している。閾値Ftagは、蓄電装置1への出力制限を規定する閾値Ftag1と、蓄電装置1への入力制限を規定する閾値Ftag2とからなる。
そして、Win/Wout制限部32は、評価値算出部31により算出された評価値F(N)と、閾値Ftag1,Ftag2とを比較することによって、評価値F(N)が閾値Ftag1または閾値Ftag2を超えたときに、蓄電装置1の充放電電力を制限する。制限するときの充電電力上限値Winおよび放電電力上限値Woutの具体的な算出や、これらに基づく制限については後述する。
次に、コントローラ30による蓄電装置1の充放電制御について、図3〜8に基づき詳しく説明する。図5、6は、本実施形態の蓄電装置1の充放電電力の制御処理を示すフローチャートである。図5、6に示す制御処理は、予め設定された時間間隔(サイクルタイム)で繰り返して行われる。図7、8は、図5、6の制御処理に関するタイミングチャートである。
図5に示すフローチャートのステップS101において、イグニッションスイッチIGのオン/オフ状態を確認する。そして、イグニッションスイッチIGがオンの場合(Yes)にはステップS102に進み、イグニッションスイッチIGがオフの場合(No)には図6に示すステップS130に進む。
ステップS102では、エンジン20の始動状態を確認する。エンジン20が始動している場合(Yes)には、ステップS103に進み、エンジン20が始動していない場合(No)には、ステップS120に進む。
ステップS103では、図7におけるHV走行で示すように、エンジン20の始動に伴って、評価値F(N)の算出に使用する雰囲気温度マップを高温雰囲気温度マップMhに切り替えて、ステップS104に進む。ステップS104では、電流センサ16の出力信号に基づいて、放電電流又は充電電流の電流値Iを取得し、ステップS105に進む。ステップS105では、高温雰囲気温度マップMhを使用して、ステップS104で取得された電流値Iに基づいてなまし係数Khighを算出して、ステップS106に進む。
ステップS106において、ステップS105で算出されたなまし係数Khighと電流値Iに基づいて評価値F(N)を算出する。コントローラ30は、通電部品Aの温度に相関するように、通電部品Aの温度が高いほど評価値F(N)を大きく算出する。また、コントローラ30は、通電部品Aの雰囲気温度に相関するように、通電部品Aの雰囲気温度が高いほど評価値F(N)を大きく算出する。評価値F(N)は以下の式1で算出することができる。
Figure 2017071299
式1において、Nは、評価値F(N)の算出回数を示す。前回算出された評価値F(N−1)が存在しない場合は、評価値F(N)の初期値を用いる。なまし係数Kは、通電部品Aの雰囲気温度に応じて、なまし係数Klowまたはなまし係数Khighが設定される。現時点では、上述したように、なまし係数Kには、なまし係数Khighが設定されている。なお、なまし係数Kは、1以上の定数であって、通電部品Aの温度の変化及び通電部品Aの雰囲気温度に応じて設定される値である。
ここでは高温雰囲気温度マップMhに対応するなまし係数Khighが設定されているので、図4において、評価値F(N)は、一点鎖線の特性で示されている。図4に示すように、蓄電装置1に充放電電流が流れることにより、式1に示した評価値F(N)が大きくなる。評価値F(N)が閾値Ftag2を超えるまでは、コントローラ30は、許容入力電力SWinを上限値として入力制御を行い、評価値F(N)が閾値Ftag2を超えた時点で入力制限が開始され、Win/Wout制限部32によって算出される充電電力上限値Win(<許容入力電力SWin)で入力制御が行われる。
また、評価値F(N)が閾値Ftag1を超えるまでは、許容出力電力SWoutを上限値として出力制御を行い、評価値F(N)が閾値Ftag1を超えた時点で出力制限が開始され、Win/Wout制限部32によって算出される放電電力上限値Wout(<許容出力電力SWout)で出力制御が行われる。
ステップS107において、ステップS106で算出された評価値F(N)が閾値Ftag2を超えているか否かを判別し、超えている場合(Yes)は、ステップS108に進み、入力制限(許容される入力電力の最大値を小さくする)を開始して許容入力電力SWinよりも低い充電電力上限値Winに変更する。
続いて、ステップS109において、ステップS106で算出された評価値F(N)が閾値Ftag2を超えていないと判別された場合(No)、または、入力制限を開始した後、評価値F(N)が閾値Ftag1を超えているか否かを判別する。評価値F(N)が閾値Ftag1を超えている場合(Yes)は、ステップS110に進み、出力制限(許容される出力入力電力の最大値を小さくする)を開始して許容出力電力SWoutよりも低い放電電力上限値Woutに変更する。
ステップS108及びS110における充電電力上限値Win及び放電電力上限値Woutは、例えば、評価値F(N)をパラメータとしたフュードバック制御によって算出することができる。なお、本実施形態では、入出力制限において異なる閾値Ftagで制御し、入力制限開始用の閾値Ftag2と出力制限開始用の閾値Ftag1とを用いている。閾値Ftagは、特許文献1に記載のように通電部品Aの通電電流許容値に基づいて算出することができる。
評価値F(N)が閾値Ftagを超えた場合の充電電力上限値Win/放電電力上限値Woutの各値は、下記の式2−1、式2−2に示すように算出することができる。
Figure 2017071299
Figure 2017071299
式2−1において、充電電力上限値Winは、蓄電装置1のSOCと電池温度に基づいて算出される許容入力電力SWinに、評価値F(N)をパラメータとしたフュードバック制御による補正項であるKin×(F−Ftag2)を加算することで算出することができる。上述したように充電電流は負の値で表されているので、充電電力も負の値で表すことができ、許容入力電力SWinに対して正の値である補正項Kin×(F−Ftag2)が加算されるので、充電電力上限値Winは、許容入力電力SWinよりも大きい値(絶対値としては小さい値)となる。
式2−2において、放電電力上限値Woutは、蓄電装置1のSOCと電池温度に基づいて算出される許容出力電力SWoutに、評価値F(N)をパラメータとしたフュードバック制御による補正項であるKout×(F−Ftag1)を減算することで算出することができる。上述したように放電電流は正の値で表されているので、放電電力も正の値で表すことができ、許容出力電力SWoutに対して正の値である補正項Kout×(F−Ftag1)が減算されるので、放電電力上限値Woutは、許容出力電力SWoutよりも小さい値となる。
補正項Kin,Koutは係数であり、評価値F(N)をパラメータとしたフュードバック制御の補正項の比例制御値であり、充電電力上限値Win/放電電力上限値Woutを算出するためのフィードバックゲインである。
このように、補正項Kin×(F−Ftag2)を蓄電装置1の入力制限量として算出し、補正項Kout×(F−Ftag1)を蓄電装置1の出力制限量として算出することができる。そして、評価値F(N)の値をパラメータとしたフュードバック制御により、許容入力電力SWin/許容出力電力SWoutよりも低い充電電力上限値Win/放電電力上限値Woutを算出して、充電電力上限値Win/放電電力上限値Woutを上限値として蓄電装置1の入出力制御を行うことで、通電部品Aの温度が許容温度を超えることを抑制することができる。
一方、図6におけるステップS130において、外部充電が行われているか確認する。すなわち、電流センサ16の検出結果から、外部電源43から充電が行われているかを確認し、外部充電中である場合(Yes)にはステップS131へ進み、外部充電が行われていない場合(No)にはステップS140に進む。
ステップS131では、図7における外部充電で示すように、雰囲気温度判定部33により外部充電時間Tcが開始されたときからの時間を計測して、外部充電時間Tcと所定時間Taとを比較する。外部充電時間Tcが所定時間Taを超えている場合(Yes)にはステップS132に進み、外部充電時間Tcが所定時間Taに達していない場合(No)にはリターンする。
ここで、所定時間Taについて説明する。所定時間Taとは、通電部品Aの雰囲気温度が低温であるかを判定するための時間である。すなわち、イグニッションスイッチIGがオフであり、かつ、外部充電が所定時間Taを超えて行われたときには、エンジンルーム101の温度は十分に低下していると推定できる。このため、外部充電時間Tcが所定時間Taを超えている場合は、通電部品Aの雰囲気温度が低温であると判定する。よって、ステップS132では、通電部品Aの雰囲気温度が十分に低下して、雰囲気温度は低温であると判定し、ステップS133に進む。
ステップS133では、図7に示すように、通電部品Aの雰囲気温度マップを高温雰囲気温度マップMhから低温雰囲気温度マップMlに切り替えて、低温雰囲気温度マップMlを使用する。その後、図5に示すステップS104、S105に進み、ステップS105において、低温雰囲気温度マップMlを用いて、ステップS104で取得された電流値Iに基づいてなまし係数Klowを算出する。
ステップS106では、ステップS105で算出されたなまし係数Klowと電流値Iに基づいて評価値F(N)を算出する。この評価値F(N)は、なまし係数Klowを用いて評価値F(N)を算出するので、なまし係数Khighを用いて評価値F(N)を算出するときよりも小さく算出される。換言すると、通電部品Aの雰囲気温度が低温であるときには、通電部品Aの雰囲気温度が高温であるときよりも、その評価値F(N)が小さい値で算出される。ステップS106以降の制御内容は上述したとおりである。
また、図6におけるステップS140では、図8における放置(外部充電)で示すように、ハイブリッド自動車100が放置状態、すなわち、エンジン20が停止されて駐車している状態であるかを確認する。ステップS140では、雰囲気温度判定部33によりイグニッションスイッチIGがオフされたときからのIGオフ時間Tiを計測して、IGオフ時間Tiと所定時間Tbとを比較する。IGオフ時間Tiが所定時間Tbを超えている場合(Yes)にはステップS141に進み、IGオフ時間Tiが所定時間Tbに達していない場合(No)にはリターンする。
所定時間Tbは、所定時間Taと同様に、通電部品Aの雰囲気温度が低温であるかを判定するための時間である。すなわち、イグニッションスイッチIGのオフ時間が所定時間Tbを超えているときには、エンジンルーム101の温度は十分に低下していると推定できる。このため、イグニッションスイッチIGのオフ時間が所定時間Tbを超えている場合は、通電部品Aの雰囲気温度が低温であると判定する。よって、ステップS141では、通電部品Aの雰囲気温度が十分に低下して、雰囲気温度は低温であると判定し、ステップS142に進む。
ステップS142では、図8に示すように、通電部品Aの雰囲気温度マップを高温雰囲気温度マップMhから低温雰囲気温度マップMlに切り替えて、低温雰囲気温度マップMlを使用してステップS143に進む。
ステップS143では、図8における放置(外部充電)で示すように、この時点において外部充電が行われているかを再度確認する。電流センサ16の検出結果から、外部電源43から充電が行われているかを確認し、外部充電中である場合(Yes)には図5に示すステップS104、S105に進み、ステップS105において、低温雰囲気温度マップMlを用いて、ステップS104で取得された電流値Iに基づいてなまし係数Klowを算出する。以降の制御内容は上述したとおりである。また、外部充電が行われていない場合(No)にはリターンする。
なお、図8において、所定時間Tb経過後に外部充電が開始されているが、所定時間Tbの経過前から外部充電が開始されていてもよい。
図5に戻り、ステップS120では、EV走行時に使用する雰囲気温度マップが低温雰囲気温度マップMlであるかを確認する。図7、8におけるEV走行に示すように、ステップS120に到達するまでに、ステップS130を経由してステップS133やステップS142において、雰囲気温度マップが低温雰囲気温度マップMlに切り替えられている場合には、ステップS120においても低温雰囲気温度マップMlが設定されている。
しかし、ステップS130を経由せずに、ステップS120に直接到達する場合、例えば、イグニッションスイッチIGがオフされて、すぐにオンされた場合等には、外部充電時間Tcが所定時間Taに達しておらず、また、IGオフ時間も所定時間Tbに達していないので、雰囲気温度マップは低温雰囲気温度マップMlに切り替えられておらず、雰囲気温度マップには通常時の高温雰囲気温度マップMhが設定されている。
換言すると、イグニッションスイッチIGがオンされる前の状態の通電部品Aの雰囲気温度が低温であると判定されていれば、低温雰囲気温度マップMlが使用され、イグニッションスイッチIGがオンされる前の状態の通電部品Aの雰囲気温度が低温ではない(高温である)と判定されていれば、高温雰囲気温度マップMhが使用されている。
よって、ステップS120において、雰囲気温度マップが低温雰囲気温度マップMlに設定されている場合(Yes)にはステップS121に進み、高温雰囲気温度マップMhに設定されている場合(No)にはステップS103に進む。
ステップS121では、使用する雰囲気温度マップが低温雰囲気温度マップMlであることを確認して、ステップS104に進む。ステップS104以降の制御内容は上述したとおりである。
以上説明したように、通電部品Aの雰囲気温度が低温であると判定された場合、雰囲気温度マップが低温雰囲気温度マップMlに切り替えられて、評価値F(N)の算出に、低温雰囲気温度マップMlに対応するなまし係数Klowが用いられるので、評価値F(N)が小さく算出される。評価値F(N)が小さいと、評価値F(N)が閾値Ftagを超えるまでの時間が長くなり、通電部品Aの温度上昇の抑制に伴う入出力制限が介入するタイミングを遅らせることができる。
この入出力制限が介入するタイミングの遅延について詳しく説明する。図4において、実線が図3の低温雰囲気温度マップMlに対応するなまし係数Klowを用いて評価値F(N)を算出したときの、評価値F(N)及び入出力電力の上限値の変化を示しており、一点鎖線が図3の高温雰囲気温度マップMhに対応するなまし係数Khgihを用いて評価値F(N)を算出したときの、評価値F(N)及び入出力電力の上限値の変化を示している。
高温雰囲気では、評価値F(N)が時刻t1で閾値Ftag2を超えてしまうが、低温雰囲気では、高温雰囲気に比べてより長い時間通電させることができる分、なまし係数Khgihよりも大きな値に設定されるなまし係数Klowが適用されることで、評価値F(N)の上昇率が低くなる。このため、時刻t1よりも経過時間が長い時刻t3で評価値F(N)が閾値Ftag2を超えるので、入力制限が介入するタイミングを遅らせることができる。
また、高温雰囲気では、評価値F(N)が時刻t2で閾値Ftag1を超えてしまうが、低温雰囲気では、同様に係数Klowが適用されることで時刻t2よりも経過時間が長い時刻t4で評価値F(N)が閾値Ftag1を超えるので、出力制限が介入するタイミングを遅らせることができる。
このように本実施形態では、通電部品Aの雰囲気温度が低温雰囲気であると判定される場合に、評価値F(N)を算出するためのなまし係数Kが、高温雰囲気のとき(低温雰囲気でないとき)よりも大きい値に設定され、評価値F(N)を通電部品Aの雰囲気温度に応じて算出する。なお、図3に示す低温雰囲気温度マップMl及び高温雰囲気温度マップMhは、流れる電流値が大きくなるほど、なまし係数Klow,Khgihの値は、小さくなるように設定されており、同じ電流値に対してなまし係数Klowがなまし係数Khgihよりも大きくなるように設定されている。
本実施形態によれば、ハイブリッド自動車100が外部充電されたときから所定時間Ta経過した場合、または、ハイブリッド自動車100のイグニッションスイッチIGがオフされたときから所定時間Tb経過した場合、通電部品Aの雰囲気温度が高い状態から低い状態に変化したと判定する。そして、評価値F(N)を算出する際に、低温雰囲気温度マップMlに対応するなまし係数Klowを用いる。なまし係数Klowを用いた場合、なまし係数Khgihを用いた場合よりも、評価値F(N)は小さく算出される。
このため、通電部品Aの雰囲気温度が低温である場合、評価値F(N)が閾値Ftagを超えるまでの時間が長くなり、通電部品Aの温度上昇の抑制に伴う入出力制限が介入するタイミングを遅らせることができる。その結果、蓄電装置1により多くの電力を充電でき、また、蓄電装置1からより多くの電力を放電することができる。
よって、外部充電時の蓄電装置1への充電電力を増加することができ、エンジン20を駆動させずにEV走行できる距離を長くすることができる。また、EV走行時の蓄電装置1からの放電電力を増加することができ、外部充電後のEV走行において、同様にエンジン20を駆動させずにEV走行できる距離を長くすることができる。したがって、燃費の悪化を抑制することができる。
また、通電部品Aの雰囲気温度が高温である場合、すなわち、エンジン20の始動に応じて雰囲気温度マップを高温雰囲気温度マップMhに切り替えるので、通電部品Aの過度な温度上昇を抑制することができる。
上述の実施形態では、高温雰囲気温度マップMhと低温雰囲気温度マップMlとの2つのマップを切り替えて使用しているが、雰囲気温度マップは2つに限られず、2つ以上の雰囲気温度マップを使用してもよい。例えば、図9に破線で示すように、上述の2つのマップに加えて中温雰囲気温度マップMmを加えてもよい。この場合、所定時間Ta,Tbの長さを段階的に設定して雰囲気温度マップを切り替える。雰囲気温度マップの切り替えに応じて、なまし係数KをKlow、Kmid、Khgihのいずれかに設定する。このように、複数の雰囲気温度マップを使用することにより、通電部品Aの雰囲気温度に応じた高精度な評価値F(N)を算出することができる。
また、上述の実施形態では、通電部品Aの雰囲気温度を、エンジン20の駆動状態に基づき判定していたが、エンジンルーム101内の温度を検出する温度センサ18からの温度情報に基づいて、通電部品Aの雰囲気温度を判定してもよい。
図1に示すように、エンジンルーム101には、エンジンルーム101内の温度を検出する温度センサ18が設けられている。この場合には、図5に示すステップS101においてNoの場合に、図10に示すステップS200に進む。ステップS200では、CANが正常に機能しているか確認する。CANが正常に機能している場合(Yes)にはステップS201に進み、フェール等でCANが正常に機能していない場合(No)にはステップS204に進む。
ステップS201では、温度センサ18の出力信号に基づいて、エンジンルーム101の検出温度teを取得し、ステップS202に進む。ステップS202では、温度センサ18の検出温度teと所定温度taとを比較する。検出温度teが所定温度taよりも低い場合(Yes)には、ステップS203に進み、検出温度teが所定温度ta以上の場合(No)にはリターンする。
所定温度taは、通電部品Aの雰囲気温度が低温であるかを判定するための温度である。すなわち、エンジンルーム101の検出温度teが所定温度taよりも低い場合には、通電部品Aの雰囲気温度は低温であると判定する。また、エンジンルーム101の検出温度teが所定温度ta以上の場合には、通電部品Aの雰囲気温度は高温であると判定する。
ステップS203では、雰囲気温度マップを低温雰囲気温度マップMlに切り替えて、図5のステップS104に進む。
また、ステップS204では、温度センサ18の検出温度teに関わらず、高温雰囲気温度マップMhを使用する。通電部品Aの雰囲気温度が正確に判定できない場合には、通電部品Aの過熱を抑制するために、評価値F(N)の算出に使用するなまし係数Kを、高温側のなまし係数Khighに固定する。
このように、温度センサ18を使用することにより、通電部品Aの雰囲気温度を正確に検出することが可能になり、通電部品Aの雰囲気温度に適した雰囲気温度マップ(なまし係数)を使用することができる。
1 蓄電装置、12,13 パワーケーブル、15 電圧監視ユニット、16 電流センサ、17,18 温度センサ、20 エンジン、30 コントローラ、31 評価値算出部、32 Win/Wout制限部、33 雰囲気温度判定部、34 雰囲気温度特性記憶部、43 外部電源、100 ハイブリッド自動車、101 エンジンルーム、A 通電部品、F 評価値、Ftag,Ftag1,Ftag2 閾値、IG イグニッションスイッチ、K,Klow,Khigh 係数、Mh 高温雰囲気温度マップ、Ml 低温雰囲気温度マップ、SMR−B,SMR−G,SMR−P システムメインリレー、SWin 許容入力電力、SWout 許容出力電力、Ta,Tb 所定時間、Tc 外部充電時間、Ti IGオフ時間、Win 充電電力上限値、Wout 放電電力上限値。

Claims (1)

  1. 蓄電装置と車両の走行用モータとの間で充放電電力を通電する通電部品を含み、前記通電部品の温度に応じて充放電電力を制限する蓄電装置の充放電制御装置であって、
    エンジンルームに配置された前記通電部品の雰囲気温度を判定する雰囲気温度判定部と、
    前記蓄電装置の充放電時に検出される電流値に基づいて、前記通電部品の温度レベルを評価する評価値を算出する評価値算出部と、
    前記評価値が閾値を超えた場合に、前記蓄電装置の充放電電力を制限する電力制限部と、
    を備え、
    前記雰囲気温度判定部によって前記通電部品の雰囲気温度が低下したと判定されたときに、雰囲気温度の低下に基づいて前記評価値を小さく算出することを特徴とする蓄電装置の充放電制御装置。
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