JP3800870B2 - Hybrid battery control method and control apparatus - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハイブリッドバッテリ制御方法及び制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
電気自動車では一般に、搭載された直流電源を可変電圧、可変周波数の交流電源に変換するインバータと、車両駆動用の3相交流モータと、この3相交流モータの電流及び回転速度を検出する電流センサ及び速度センサと、アクセル開度に応じて3相交流モータのトルク指令を決定するトルク指令演算回路と、このトルク指令演算回路の決定したトルク指令及び電流センサの出力に基づいて3相交流モータの電流を制御するための3相交流電流指令を発生する3相交流電流指令発生回路と、この3相交流電流指令発生回路が出力する3相交流電流指令及び電流センサが検出する3相交流モータに流れる電流とに基づいてインバータを制御する信号を発生する信号発生回路を備えている。
【0003】
ところで、電気自動車用のバッテリとしては、一般に二次電池が用いられているが、二次電池は1回の充電当たりの走行距離が短く、このことが電気自動車の普及を促進する上での大きな障害となっている。
【0004】
一方、二次電池に代わる電気自動車用のバッテリとして、固体高分子型燃料電池のような常温型の燃料電池が注目されている。燃料電池は、燃料の水素と酸素とを電気化学的に反応させてエネルギを取り出すものであり、燃料が供給される間は出力を発生し続けることができるため、長時間の運転が可能となる。また排出物も大部分がクリーンである。
【0005】
しかしながら、実用化されている常温型の燃料電池の出力は、単位電池の出力電圧が1V、あるいは出力電力が1W/cm2 程度であり、低負荷だけでなく、高負荷まで広範囲に出力が要求される電気自動車のバッテリとしては、出力密度が小さい問題点がある。
【0006】
そこで、モータに流れる電流が多いときには燃料電池と二次電池との両方を使用し、少ないときには燃料電池の余剰電力によって二次電池を充電し、次の大きな負荷に耐えられるようにしたハイブリッドバッテリ技術が提案されている(特開平8−163711号公報、特開平8−289410号公報)。
【0007】
このハイブリッドバッテリ方式の電源装置によれば、電気自動車用のバッテリとして、二次電池や常温型燃料電池の弱点を相互に補い合い、広範囲の出力要求に応えられる。これを実用化するには、二次電池の定格電圧は通常、300V程度であるのに対して、燃料電池の定格電圧は24V〜96V、一般には48Vであるため、燃料電池と二次電池との定格電圧の相違に配慮し、双方の特性を十分に活かした最適な使用形態とする必要がある。それによって、車両の低負荷から高負荷までの広範囲の出力要求に応え、かつ走行可能距離の長い電気自動車を実用化することができる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、従来提案されているハイブリッドバッテリ方式の電源装置では、パワーバッテリとエネルギバッテリとを併用することや、二次電池が常に所定電圧値になるように制御することにより、かかる技術的課題を解決しようとしているが、次のような問題点があった。電気自動車の低温始動時と常温始動時とで始動に使用する電気容量が異なるときに、常に必要な容量を確保するためには、始動時に大きな電気容量が必要な低温側に合わせた電圧に設定しなければならず、二次電池の劣化を早め、そして二次電池の劣化が進むと電気容量が足らなくなり、始動不能になってしまう問題点がある。また、高温側での回生電力の受入れのために、満充電容量の大きな二次電池を用意するか、パワーバッテリとエネルギバッテリの2つの電池を備える必要があり、高価になる問題点がある。
【0009】
本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたものであり、燃料電池により二次電池を充電する際に、外気温が高く、始動時に燃料電池を暖機するためにそれほど大きな容量を必要としない時期には二次電池の電圧を低めに、また外気温が低く、始動時に大きな容量を必要とする時期には二次電圧を高めに自動的に設定することにより、外気温に季節的な変化があっても常に確実に燃料電池を始動することができ、しかも二次電池に過度の負担をかけず、長寿命化が図れ、また大きな二次電池を用意するか、パワーバッテリとエネルギバッテリの2つの電池を備える必要性をなくしてコスト的にも改善することができるハイブリッドバッテリ制御技術を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明のハイブリッドバッテリ制御方法は、燃料電池の余剰発電電力によって二次電池を所定容量まで充電するに、外気温を監視し、監視した外気温の環境下で前記燃料電池の起動に必要となる最低限の前記二次電池の電池容量を算出し、この算出した電池容量と前記二次電池の現在の電池容量とを比較し、監視した外気温の環境下で前記燃料電池の起動に必要となる最低限の電池容量が前記二次電池に充電されていない場合は、監視した外気温の環境下で前記燃料電池を起動するのに必要な最低限の充電容量まで前記二次電池を充電するものである。
【0011】
請求項2の発明のハイブリッドバッテリ制御装置は、燃料電池の余剰発電電力によって二次電池を所定電圧まで充電する機能を備えたものにおいて、外気温センサと、前記外気温センサの検出する外気温の環境下で前記燃料電池の起動に必要となる最低限の前記二次電池の電池容量を算出し、この算出した電池容量と前記二次電池の現在の電池容量とを比較し、前記外気温センサの検出する外気温の環境下で前記燃料電池の起動に必要となる最低限の電池容量が前記二次電池に充電されていない場合は、前記外気温センサの検出する外気温の環境下で前記燃料電池を起動するのに必要な最低限の充電容量まで前記二次電池を充電する二次電池容量制御手段とを備えたものである。
【0012】
請求項3の発明のハイブリッドバッテリ制御装置は、請求項2において、前記燃料電池の起動時に使用する電力量を計測する起動時電力量検出手段と、前記起動時電力量検出手段の計測する電力量を前記外気温センサの検出する外気温と対応させ、起動時電力量温度マップデータを作成して記憶する温度マップ作成手段とを備え、前記二次電池容量制御手段は、前記外気温センサの検出する外気温、ならびに前記起動時電力量温度マップデータに登録された電力量に基づいて、前記二次電池を充電制御するものである。
【0013】
請求項4の発明のハイブリッドバッテリ制御装置は、請求項3において、前記外気温センサの検出する外気温に対して、前記起動時電力量温度マップデータを参照し、前記二次電池の充電電圧をその外気温状態で前記燃料電池を起動するのに必要な最低限の充電容量に対応する電圧に制御する二次電池電圧制御手段を備えたものである。
【0014】
【発明の効果】
請求項1の発明のハイブリッドバッテリ制御方法によれば、燃料電池の始動に必要な電力量は温度条件によって大きく異なってくるが、外気温を監視しながら、その外気温の環境下で燃料電池を始動するのに必要な最低限の充電容量まで二次電池を充電するので、二次電池に充電可能容量が極端に大きなものを採用しなくても燃料電池の電力回生に必要な空き容量を常に確保しつつ、低温環境下での燃料電池の始動にも対応できる十分な充電容量を持たせる充電制御が行なえる。
【0015】
請求項2の発明のハイブリッドバッテリ制御装置によれば、請求項1の発明のハイブリッドバッテリ制御方法を使用することができ、したがって、外気温を監視しながら、その外気温の環境下で燃料電池を始動するのに必要な最低限の充電容量まで二次電池を充電することができて、二次電池に充電可能容量が極端に大きなものを採用しなくても燃料電池の電力回生に必要な空き容量を常に確保しつつ、低温環境下での燃料電池の始動にも対応できる十分な充電容量を持たせる充電制御が行なえる。
【0016】
請求項3の発明のハイブリッドバッテリ制御装置によれば、請求項2の発明の効果に加えて、起動時に使用する電力量を計測して、この起動時電力量を外気温と対応させた起動時電力量温度マップデータを作成して記憶するので、現実の外気温の変化によって燃料電池の始動時に必要となる電力量がどのように変化するかを正確に把握し、どんな温度条件下でも燃料電池を始動するのに必要な最低限の充電容量を二次電池に持たせるように充電制御することができる。
【0017】
請求項4の発明のハイブリッドバッテリ制御装置によれば、請求項3の発明の効果に加えて、二次電池電圧制御手段により外気温センサの検出する外気温に対して、起動時電力量温度マップデータを参照して二次電池の充電電圧を制御することによって、二次電池に対して燃料電池の電力回生に必要な空き容量を常に確保しつつ、現実の外気温状態で燃料電池を始動するのに必要な最低限の充電容量まで充電できる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。図1は本発明の1つの実施の形態のハイブリッドバッテリ制御方法及び制御装置を適用したハイブリッドバッテリシステムの構成を示している。このハイブリッドバッテリシステムは、直流電源を交流電源に変換する駆動用インバータ1、この駆動用インバータ1の出力によって駆動される車両駆動モータ2、この駆動モータ2の回転数を検出する回転数センサ3、駆動モータ2の電流を検出する電流センサ4、アクセル5の踏込み量に応じて駆動モータ2のトルク指令を決定するトルク指令コントローラ6、電流センサ4の出力とトルク指令コントローラ6の出力であるトルク指令とに基づいて駆動モータ2の電流を制御するための3相交流電流指令を発生し、モータ電流指令と駆動モータ2に流れる電流とに基づいて駆動用インバータ1を制御する信号を発生する駆動モータコントローラ7を備えている。
【0019】
ハイブリッドバッテリシステムはさらに、駆動モータ2に接続された二次電池11、昇降圧回路12、この昇降圧回路12を介して二次電池11に並列に接続された燃料電池13、二次電池11の電圧、電流を検出する電圧センサ14及び電流センサ15、外気温を計測する外気温センサ16、これらの電圧センサ14と電流センサ15の出力及び外気温センサ16の出力に基づいて二次電池11の充電状態を制御するバッテリコントローラ17を備えている。
【0020】
ハイブリッドバッテリシステムはさらに、燃料電池13に水素を供給する改質装置21、燃料電池13に空気を供給するコンプレッサ22、このコンプレッサ22を駆動するコンプレッサモータ23、このコンプレッサモータ23を駆動するコンプレッサ用インバータ24、コンプレッサモータ23にコンプレッサ用インバータ24から供給される電流を検出する電流センサ25、コンプレッサモータ23の回転数を検出する回転数センサ26、電流センサ25の出力と回転数センサ26の出力とに基づいてコンプレッサモータ23の電流を制御するための電流指令を発生し、この電流指令とコンプレッサモータ23に流れる電流と与えられるトルク指令に基づいてコンプレッサ用インバータ24を制御する信号を発生するコンプレッサモータコントローラ27、バッテリコントローラ17の状態、トルク指令コントローラ6の状態、コンプレッサモータコントローラ27の状態に基づいて燃料電池13に送る水素量と空気量とをコントロールし、燃料電池13から取り出せる電力を決定する燃料電池コントローラ28、この燃料電池コントローラ28の指示に基づいて昇降圧回路12を制御する昇降圧回路コントローラ29、そして燃料電池13の発電中をインストルメントその他の適宜の場所に表示する表示部30を備えている。
【0021】
次に、上記構成のハイブリッドバッテリシステムにおけるバッテリコントローラ17の制御動作を、図2〜図4のフローチャートを用いて説明する。図2のフローチャートに示すメイン処理を実行するのに先立って、図3のフローチャートに示す処理S100により外気温を観測し、また図4のフローチャートに示す処理S200により二次電池11の容量を演算し、それらのデータを更新、格納する。
【0022】
図3のフローチャートに示す外気温度検出処理S100では、イグニッションがオンになれば(ステップS105)、外気温センサ16から外気温度Toutを取得し(ステップS110)、イグニッションオン期間中のそれまでに取得した外気温度Toutの最高値(MAX値)、最低値(MIN値)と比較し、MAX値よりも高ければ新たな外気温度をMAX値として更新し、新たに取得した外気温度ToutがMIN値よりも低ければ新たな外気温度ToutをMIN値として更新して記憶し(ステップS115)、この処理をイグニッションがオンの期間中、周期的に繰り返し、最終的に得られたMIN値を今回の最低温度Tminとする(ステップS120)。
【0023】
そしてイグニッションがオフになれば、過去の外気温のTminのデータ保存が所定のN回に達しているかどうか判断し(S125)、N回に達していなければ図5に示した最低温度マップM1に順次にTminを登録していき(ステップS130)、N回以上になっていれば、最低温度マップM1の1番古いデータと入れ替えて、ステップS110〜S120の処理で最終的に得られたTminを登録する(ステップS135)。こうして、最低温度マップM1には、常に最新のN回の外気温の最低温度Tminのデータを格納しておくようにする。これにより、外気温の季節的な変動をデータとして取得することができる。
【0024】
図4のフローチャートに示す容量演算処理S200では、イグニッションがオンになれば(ステップS205)、イグニッションオン直後の二次電池11の開放電圧Vopenを電圧センサ14から取得し(ステップS210)、また電池温度Tbを取得する(ステップS215)。この後、あらかじめ登録されている図6に示す電池容量マップ(SOCマップ)M2を参照して、開放電圧Vopenのみから電池容量(SOC)を算出する(ステップS220)。
【0025】
そして、求めたSOCに対して、図7に示すような温度係数マップM3に基づいて温度補正を行い、さらに求めた温度補正後のSOCに対して初期SOC特性からの劣化補正(初期特性から何%劣化しているかの補正:この劣化の度合いを示す数値もデータとして登録しておく)を行い、その補正後のSOCを起動時の電池容量SOCとする(ステップS225,S230)。
【0026】
この後、出力可能パワーのサンプリング条件が揃うのを待ち(ステップS235)、サンプリング条件が揃えば、出力可能パワーから図8に示した出力−容量マップデータを用いてSOCを算出する(ステップS240)。
【0027】
出力可能パワーのサンプリング条件が成立するとは、電池電流が図9に示すグラフのようであったとし、パワー演算開始タイミングは力行時、かつ電流の増加時としてグラフ中の○印を付した点に至った場合をいう。そして、このサンプリング条件が成立すれば、○印の開始点から所定時間経過した時点の電流、電圧を電流センサ4,15,25、電圧センサ14によってサンプリングして、図10に示すパワー演算データ格納マップM4に格納する。そして、最初のパワー演算開始点から所定容量変化したときのデータを用いて、図11に示すように直線回帰演算を行い、開放電圧と内部抵抗とを求める。開放電圧は直線の切片であり、内部抵抗は直線の傾きとして求められる。この演算は、二次電池容量が所定容量だけ変化するたびに繰り返す。
【0028】
出力可能パワーから出力−容量マップデータを用いてSOCを算出した後、電池温度を取得し、求めたSOCに対して、上記と同様に図7に示した温度係数マップM3を用いて温度補正を行い、現在の二次電池11の容量劣化の度合いを求める(ステップS245,S250)。そして、補正後のSOCを現在のSOCに決定して、後述する演算に用いる(ステップS255)。以上のステップS235〜S255の演算処理は、イグニッションがオンしている期間中、繰り返す(ステップS260)。
【0029】
ステップS250における電池の容量劣化の演算は、次のようにして行う。図12の出力−容量マップに示すように、イグニッションがオンとなった後のパワー演算によって求めた出力可能パワー(B)に対して、二次電池11の新品時の所定温度(ここでは、25℃に設定している)にした場合の出力可能パワー(C)に補正する。これには、電池温度に対する温度係数を図7に示す温度係数マップを用いて求め、出力可能パワー×温度係数=温度補正後のデータ(C)とする温度補正を行う。そして、この温度補正したデータ(C)と初期のデータ(A)との比率(C/A)から出力劣化係数を算出し、さらに、容量劣化はこの出力劣化から図13に示す劣化係数マップM5を参照して算出する。
【0030】
このようにして外気温検出処理と容量演算処理により得た結果を利用し、図2に示すメインフローにより、二次電池11の充電制御を行う。ここでは、イグニッションがオンになれば(ステップS05)、改質装置21の暖機運転を二次電池11の電力によって行う(ステップS10,S15)。そして改質装置21の暖機が終了すれば、容量演算処理S200で得た現在のSOCから、図12に示した出力−容量マップデータを用いて出力XKW、入力YKWが可能なSOCの範囲、例えば、30%〜50%の範囲を算出する(ステップS20)。続いて、SOCの範囲の中央値、上記の例では40%を起動時のターゲット値として、二次電池11のSOCを調整する(ステップS25,S30)。
【0031】
そしてイグニッションがオフになれば、外気温度検出処理S100で得た図5に示す最低温度マップM1から過去N回の外気温度のMIN値を読み込み(ステップS30,S35)、この外気温環境の下で起動時に必要となる電力量を賄うのに必要なSOCを図14に示す、あらかじめ登録されている起動時使用電力量マップM6から読み込む(ステップS40)。そして、二次電池11のイグニッションオフ時の現実のSOCが起動時SOCに対して必要最低限の大きさであればそのまま停止し、不足しているようであれば、燃料電池13をイグニッションオフ後にも発電運転を継続させ、二次電池11の実際のSOCが起動時SOCを超えるまで充電する。そしてこの充電中、インストパネル等の表示部30に二次電池11の容量不足であるために燃料電池13をしばらくの間継続運転する旨の表示をして使用者に知らせる(ステップS45,S50)。
【0032】
なお、燃料電池13の暖機が終了する前にイグニッションがオフされた場合、ステップS15でYESに分岐して、ステップS35〜S45の処理と同様に、最低温度マップM1から過去N回の外気温度のMIN値を読み込み(ステップS55)、この外気温環境の下で起動時に必要となる電力量を賄うのに必要なSOCを起動時使用電力量マップM6から読み込み(ステップS60)、二次電池11のイグニッションオフ時の現実のSOCが起動時SOCに対して必要最低限の大きさであればそのまま停止するが、不足しているようであれば、容量不足に注意を喚起する表示を表示部30に行わせて使用者に知らせる(ステップS65,S70)。
【0033】
このようにして、第1の実施の形態によれば、燃料電池13により二次電池11を充電する際に、外気温が高い時期には二次電池のSOCを低めに、また外気温が低い時期には燃料電池13の改質装置21の暖機に大きな電力が必要であるために二次電池11のSOCを高めに自動的に調整することにより、外気温が低い場合にも燃料電池13を円滑に起動することができ、またそれほど燃料電池13の始動に大電力を必要としない条件下では二次電池に過度の負担をかけることがなく、その長寿命化が図れ、また大きな二次電池を用意するとか、パワーバッテリとエネルギバッテリの2つの電池を備えるといった必要性をなくしてコストの低減化も図れる。
【0034】
次に、本発明の第2の実施の形態のハイブリッドバッテリ制御方法及び制御装置を図15及び図16に基づいて説明する。第2の実施の形態を適用するハイブリッドバッテリシステムは、図1に示した第1の実施の形態のものと同じである。そして、ハイブリッドバッテリシステムにおけるバッテリコントローラ17の制御動作は、図15及び図16のフローチャートに示すものである。
【0035】
各回の起動に先立って、第1の実施の形態の場合と同様、図3のフローチャートに示す処理により外気温を観測し、図4のフローチャートに示す処理により二次電池11の容量を演算すると共に、さらに、第2の実施の形態の特徴である図16のフローチャートに示す処理によって起動時電力測定を実行し、それらのデータを更新、格納する。
【0036】
第2の実施の形態の特徴をなす起動時電力測定処理S300は、図16に示すように、イグニッションがオンになれば(ステップS305)、外気温センサ16から外気温Toutを取得し(ステップS310)、この外気温Toutに従い、前回の運転終了時までに登録されている図14に示した起動時使用電力量マップM6(第2の実施の形態では、このマップM6は後述するように自動的に更新される)から起動時に使用する電力量を参照する(ステップS315)。
【0037】
そして、イグニッションがスタート操作(エンジン自動車におけるエンジンスタートに相当する操作)されると(ステップS320)、改質装置21の暖機に使用する電力を電圧センサ14、電流センサ15の出力から計算し、暖機終了まで積算する(ステップS325,S330)。改質装置の暖機が終了すれば、積算電力量を外気温度Toutに従い、起動時使用電力量マップM6に更新登録する(ステップS335)。
【0038】
これにより、図14に示す起動時使用電力量マップM6には実機による燃料電池13の改質装置21の暖機に実際に必要とされる電力量を登録しておくことができる。
【0039】
このようにして、第1の実施の形態と同様に容量演算処理S100、外気温検出処理S200を行い、また起動時電力測定処理S300で得られたデータを用い、図15に示すフローチャートにより二次電池11の充電容量を制御する。この制御手順は、次の通りである。
【0040】
イグニッションがオンになり、改質装置21の暖機が終了すれば(ステップS405,S410)、容量演算処理S200で得た現在のSOCから、図12に示した出力−容量マップを用いて出力XKW、入力YKWが可能なSOCの範囲を算出する(ステップS415)。続いて、外気温度検出処理S100で得た図5に示す最低温度マップM1から過去N回の外気温度のMIN値を読み込み(ステップS420)、この外気温環境の下で起動時に必要となる電力量を賄うのに必要なSOCを起動時電力測定処理S300で得た図14に示す起動時使用電力量マップM6から読み込み、ターゲットSOCとする(ステップS425)。
【0041】
そして、二次電池11の現実のSOCをターゲットSOCと比較し、現実のSOCがターゲットSOC(つまり、起動時に改質装置21の暖機に必要とされる電力量を賄うに必要最低限の大きさのSOC)であれば燃料電池13への発電指令は行わなず、イグニッションがオフされればそのまま停止する(ステップS430〜S445)。しかしながら、ターゲットSOCに対して二次電池11の現実のSOCが不足しているようであればステップS435でNOに分岐して、燃料電池13をイグニッションのオン/オフにかかわらず、現実のSOCがターゲットSOCを超えるまで燃料電池13の発電運転を継続させ、二次電池11を充電する。そしてこの充電中、インストパネル等の表示部30に二次電池11の容量不足であるために燃料電池13を運転している旨の表示をして使用者に知らせる(ステップS450)。
【0042】
なお、現実のSOCとターゲットSOCが均衡している場合には、ステップS430でYESに分岐し、イグニッションがオンであれば処理を継続し、オフになれば処理を終了する(ステップS455)。
【0043】
こうして、第2の実施の形態によれば、起動時電力測定を実際に行い、マップM6を常に現実に即したものに更新するので、第1の実施の形態の効果に加えて、二次電池11のいっそう実用に即した容量制御が可能となる。
【0044】
なお、上記の両方の実施の形態で使用した数値やグラフ特性はすべて例示的なものであり、実用に際しては実験的に決めるものとする。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態を適用したハイブリッドバッテリシステムのブロック図。
【図2】上記の実施の形態による二次電池の容量制御のメインフローチャート。
【図3】上記の実施の形態における外気温度検出処理のフローチャート。
【図4】上記の実施の形態における容量演算処理のフローチャート。
【図5】上記の実施の形態で使用する最低温度格納マップの説明図。
【図6】上記の実施の形態で使用する二次電池の開放電圧−容量マップの説明図。
【図7】上記の実施の形態で使用する温度係数マップの説明図。
【図8】上記の実施の形態で使用する二次電池の出力−容量特性グラフ。
【図9】上記の実施の形態における二次電池の出力電流の時間変化を示すグラフ。
【図10】上記の実施の形態で使用する二次電池のパワー演算データ格納マップの説明図。
【図11】上記の実施の形態における二次電池の電流−電圧特性を示すグラフ。
【図12】上記の実施の形態における二次電池の劣化補正を説明するグラフ。
【図13】上記の実施の形態で使用する二次電池の劣化係数マップの説明図。
【図14】上記の実施の形態で使用する二次電池の起動時使用電力量格納マップの説明図。
【図15】本発明の第2の実施の形態による二次電池の容量制御のメインフローチャート。
【図16】上記の実施の形態における起動時電力測定処理のフローチャート。
【符号の説明】
1 駆動用インバータ
2 駆動モータ
3 回転数センサ
4 電流センサ
5 アクセル
6 トルク指令コントローラ
7 駆動モータコントローラ
11二次電池
12 昇降圧回路
13 燃料電池
14 電圧センサ
15 電流センサ
16 外気温センサ
17 バッテリコントローラ17
21 改質装置
22 コンプレッサ22
23 コンプレッサモータ
24 コンプレッサ用インバータ
25 電流センサ
26 回転数センサ
27 コンプレッサモータコントローラ
28 燃料電池コントローラ
29 昇降圧回路コントローラ
30 表示部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a hybrid battery control method and a control apparatus.
[0002]
[Prior art]
In general, in an electric vehicle, an inverter that converts a mounted DC power source into an AC power source of variable voltage and variable frequency, a three-phase AC motor for driving a vehicle, and a current sensor that detects a current and a rotation speed of the three-phase AC motor. And a speed command, a torque command calculation circuit for determining a torque command for the three-phase AC motor in accordance with the accelerator opening, and a torque command for the three-phase AC motor based on the torque command determined by the torque command calculation circuit and the output of the current sensor. A three-phase alternating current command generation circuit that generates a three-phase alternating current command for controlling current, a three-phase alternating current command that is output from the three-phase alternating current command generation circuit, and a three-phase alternating current motor that is detected by a current sensor. A signal generation circuit for generating a signal for controlling the inverter based on the flowing current;
[0003]
By the way, as a battery for an electric vehicle, a secondary battery is generally used. However, the secondary battery has a short traveling distance per charge, which is a great factor in promoting the popularization of electric vehicles. It is an obstacle.
[0004]
On the other hand, room-temperature fuel cells such as polymer electrolyte fuel cells have attracted attention as electric vehicle batteries that replace secondary batteries. A fuel cell is one that takes out energy by electrochemically reacting hydrogen and oxygen of fuel, and can continuously generate output while fuel is supplied, so that it can be operated for a long time. . Most of the emissions are clean.
[0005]
However, the output of a room temperature fuel cell that has been put into practical use is that the output voltage of the unit cell is 1 V or the output power is 1 W / cm. 2 However, there is a problem that the output density is low as a battery of an electric vehicle that requires a wide range of output up to a high load as well as a low load.
[0006]
Therefore, a hybrid battery technology that uses both the fuel cell and the secondary battery when the current flowing through the motor is large, and charges the secondary battery with surplus power of the fuel cell when the current is small so that it can withstand the next large load. Have been proposed (Japanese Patent Laid-Open Nos. 8-163711 and 8-289410).
[0007]
According to this hybrid battery type power supply device, as a battery for an electric vehicle, the weak points of a secondary battery and a room temperature type fuel cell can be compensated for each other to meet a wide range of output requirements. In order to put this to practical use, the rated voltage of the secondary battery is usually about 300V, whereas the rated voltage of the fuel cell is 24V to 96V, generally 48V. Considering the difference in rated voltage, it is necessary to make the most suitable use form that fully utilizes both characteristics. As a result, it is possible to put into practical use an electric vehicle that can meet a wide range of output demands from a low load to a high load of the vehicle and that has a long travelable distance.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, in the conventionally proposed hybrid battery type power supply device, such a technical problem is solved by using a power battery and an energy battery together or by controlling the secondary battery to always have a predetermined voltage value. I was trying to find the following problems. To ensure the required capacity at all times when the electric capacity used for starting is different between low temperature start and normal temperature start of the electric vehicle, a large electric capacity is set to a voltage that matches the low temperature side that is required at the start. There is a problem that the secondary battery is deteriorated earlier, and when the secondary battery deteriorates, the electric capacity becomes insufficient and the engine cannot be started. In addition, in order to accept regenerative power on the high temperature side, it is necessary to prepare a secondary battery with a large full charge capacity or to have two batteries, a power battery and an energy battery, which is expensive.
[0009]
The present invention has been made in view of such a conventional problem. When a secondary battery is charged by a fuel cell, the outside air temperature is high, and a large capacity is required to warm up the fuel cell at the start. When it is not needed, the secondary battery voltage is lowered, and when the outside air temperature is low and a large capacity is required at start-up, the secondary voltage is automatically set to a higher value, so that The fuel cell can always be started reliably even if there is a general change, and the secondary battery is not overburdened, the service life is extended, and a large secondary battery is prepared. An object of the present invention is to provide a hybrid battery control technique that can eliminate the necessity of providing two batteries of an energy battery and improve the cost.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
According to the hybrid battery control method of the first aspect of the invention, in order to charge the secondary battery to a predetermined capacity by the surplus generated power of the fuel cell, the outside temperature is monitored, and the fuel cell is started in the environment of the monitored outside temperature. Minimum required Of the secondary battery Battery capacity is calculated, and the calculated battery capacity and the secondary Compared with the current battery capacity of the battery, if the secondary battery is not charged with the minimum battery capacity required for starting the fuel cell under the monitored ambient temperature environment, the monitored ambient temperature The secondary battery is charged to the minimum charge capacity required to start the fuel cell under the environment of
[0011]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a hybrid battery control device having a function of charging a secondary battery to a predetermined voltage by surplus generated power of a fuel cell. An outside air temperature sensor, and an outside air temperature detected by the outside air temperature sensor. The minimum required to start the fuel cell under the environment Of the secondary battery Battery capacity is calculated, and the calculated battery capacity and the secondary Compared with the current battery capacity of the battery, when the secondary battery is not charged with the minimum battery capacity required for starting the fuel cell under the environment of the outside temperature detected by the outside temperature sensor And a secondary battery capacity control means for charging the secondary battery to a minimum charge capacity necessary for starting the fuel cell under an ambient temperature environment detected by the ambient temperature sensor. .
[0012]
The hybrid battery control device of the invention of
[0013]
A hybrid battery control device according to a fourth aspect of the present invention is the hybrid battery control device according to the third aspect, wherein the charge voltage of the secondary battery is determined by referring to the starting power amount temperature map data with respect to the outside air temperature detected by the outside air temperature sensor. The fuel cell in the outside air temperature state. Start A secondary battery voltage control means for controlling to a voltage corresponding to a minimum charge capacity necessary for operation is provided.
[0014]
【The invention's effect】
According to the hybrid battery control method of the first aspect of the present invention, the amount of electric power required for starting the fuel cell varies greatly depending on the temperature condition, but the fuel cell is operated under the environment of the outside air temperature while monitoring the outside air temperature. Since the secondary battery is charged to the minimum charge capacity necessary for starting, there is always enough space available for regenerating the power of the fuel cell even if the rechargeable battery does not have an extremely large chargeable capacity. In addition, the charging control can be performed so as to have a sufficient charging capacity that can cope with the start of the fuel cell in a low temperature environment.
[0015]
According to the hybrid battery control device of the second aspect of the invention, the hybrid battery control method of the first aspect of the invention can be used. Therefore, the fuel cell can be operated under the environment of the outside air temperature while monitoring the outside air temperature. The rechargeable battery can be charged to the minimum charge capacity necessary for starting, and the space required for power regeneration of the fuel cell is not required even if the rechargeable battery has an extremely large chargeable capacity. Charge control can be performed to ensure sufficient capacity, and to have sufficient charge capacity to cope with the start of the fuel cell in a low temperature environment.
[0016]
According to the hybrid battery control device of the invention of
[0017]
According to the hybrid battery control device of the fourth aspect of the invention, in addition to the effect of the third aspect of the invention, the starting electric energy temperature map with respect to the outside temperature detected by the outside temperature sensor by the secondary battery voltage control means. By controlling the charging voltage of the secondary battery with reference to the data, the fuel cell is started at the actual outside air temperature while always ensuring the free capacity necessary for the power regeneration of the fuel cell for the secondary battery. It can be charged up to the minimum charge capacity required for this.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows a configuration of a hybrid battery system to which a hybrid battery control method and a control apparatus according to one embodiment of the present invention are applied. This hybrid battery system includes a
[0019]
The hybrid battery system further includes a secondary battery 11 connected to the
[0020]
The hybrid battery system further includes a reforming
[0021]
Next, the control operation of the
[0022]
In the outside air temperature detection process S100 shown in the flowchart of FIG. 3, when the ignition is turned on (step S105), the outside air temperature Tout is obtained from the outside air temperature sensor 16 (step S110), and is obtained up to that time during the ignition on period. Compared to the maximum value (MAX value) and minimum value (MIN value) of the outside air temperature Tout. If it is higher than the MAX value, the new outside air temperature Tout is updated as the MAX value, and the newly acquired outside air temperature Tout is less than the MIN value. If it is low, the new outside air temperature Tout is updated and stored as a MIN value (step S115), and this process is periodically repeated while the ignition is on, and the finally obtained MIN value is used as the current minimum temperature Tmin. (Step S120).
[0023]
If the ignition is turned off, it is determined whether the data storage of the past outside air temperature Tmin has reached a predetermined N times (S125). If not, the minimum temperature map M1 shown in FIG. 5 is displayed. Sequentially register Tmin (step S130), and if it is N times or more, replace the oldest data of the minimum temperature map M1 with the Tmin finally obtained by the processing of steps S110 to S120. Registration is performed (step S135). In this way, the lowest temperature map M1 always stores the latest N times of the lowest temperature Tmin of the outside air temperature. Thereby, the seasonal fluctuation | variation of external temperature can be acquired as data.
[0024]
In the capacity calculation process S200 shown in the flowchart of FIG. 4, when the ignition is turned on (step S205), the open voltage Vopen of the secondary battery 11 immediately after the ignition is turned on is acquired from the voltage sensor 14 (step S210), and the battery temperature Tb is acquired (step S215). Thereafter, the battery capacity (SOC) is calculated from only the open circuit voltage Vopen with reference to the battery capacity map (SOC map) M2 shown in FIG. 6 registered in advance (step S220).
[0025]
Then, the obtained SOC is subjected to temperature correction based on the temperature coefficient map M3 as shown in FIG. 7, and further, the deterioration corrected from the initial SOC characteristic (what is determined from the initial characteristic) is calculated for the obtained temperature-corrected SOC. The numerical value indicating the degree of deterioration is also registered as data), and the SOC after the correction is set as the battery capacity SOC at the time of activation (steps S225 and S230).
[0026]
Thereafter, the process waits until the sampling conditions for the output possible power are met (step S235). If the sampling conditions are met, the SOC is calculated from the output possible power using the output-capacity map data shown in FIG. 8 (step S240). .
[0027]
Sampling conditions for power that can be output are satisfied when the battery current is as shown in the graph in FIG. 9, and the power calculation start timing is marked with a circle in the graph when powering and when the current increases. When it reaches. If this sampling condition is satisfied, the current and voltage at the time when a predetermined time has elapsed from the start point of the circle are sampled by the
[0028]
After calculating the SOC from the output possible power using the output-capacity map data, the battery temperature is acquired, and the temperature correction is performed on the obtained SOC using the temperature coefficient map M3 shown in FIG. To determine the current capacity degradation degree of the secondary battery 11 (steps S245 and S250). Then, the corrected SOC is determined as the current SOC and used for the calculation described later (step S255). The arithmetic processing of steps S235 to S255 described above is repeated during a period in which the ignition is on (step S260).
[0029]
The calculation of the battery capacity deterioration in step S250 is performed as follows. As shown in the output-capacity map of FIG. 12, the output temperature (B) obtained by the power calculation after the ignition is turned on is set to a predetermined temperature (in this case, 25 when the secondary battery 11 is new). The output power (C) is corrected when the temperature is set to ° C. For this purpose, the temperature coefficient with respect to the battery temperature is obtained by using the temperature coefficient map shown in FIG. 7, and the temperature correction is performed such that the output power x temperature coefficient = temperature-corrected data (C). Then, an output deterioration coefficient is calculated from the ratio (C / A) between the temperature-corrected data (C) and the initial data (A). Further, the capacity deterioration is determined from this output deterioration by a deterioration coefficient map M5 shown in FIG. To calculate.
[0030]
Thus, the charging control of the secondary battery 11 is performed by the main flow shown in FIG. 2 using the results obtained by the outside air temperature detection process and the capacity calculation process. Here, if the ignition is turned on (step S05), the
[0031]
When the ignition is turned off, the MIN value of the past N times of the outside air temperature is read from the minimum temperature map M1 shown in FIG. 5 obtained in the outside air temperature detection process S100 (steps S30 and S35). The SOC required to cover the amount of power required at the time of startup is read from a pre-registered power usage map at startup M6 shown in FIG. 14 (step S40). Then, if the actual SOC when the ignition of the secondary battery 11 is off is the minimum necessary size with respect to the startup SOC, the secondary battery 11 is stopped as it is, and if it is insufficient, the
[0032]
If the ignition is turned off before the warm-up of the
[0033]
Thus, according to the first embodiment, when the secondary battery 11 is charged by the
[0034]
Next, a hybrid battery control method and control apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 15 and 16. The hybrid battery system to which the second embodiment is applied is the same as that of the first embodiment shown in FIG. The control operation of the
[0035]
Prior to each activation, as in the first embodiment, the outside air temperature is observed by the process shown in the flowchart of FIG. 3, and the capacity of the secondary battery 11 is calculated by the process shown in the flowchart of FIG. Further, the power measurement at start-up is executed by the process shown in the flowchart of FIG. 16 which is a feature of the second embodiment, and the data is updated and stored.
[0036]
As shown in FIG. 16, the startup power measurement process S300, which is a feature of the second embodiment, acquires the outside air temperature Tout from the outside
[0037]
When the ignition operation is started (operation corresponding to engine start in an engine vehicle) (step S320), the power used for warming up the
[0038]
Accordingly, the power amount actually required for warming up the reforming
[0039]
In this manner, the capacity calculation process S100 and the outside air temperature detection process S200 are performed in the same manner as in the first embodiment, and the data obtained in the startup power measurement process S300 is used to obtain a secondary result according to the flowchart shown in FIG. The charging capacity of the battery 11 is controlled. This control procedure is as follows.
[0040]
When the ignition is turned on and the warming-up of the
[0041]
Then, the actual SOC of the secondary battery 11 is compared with the target SOC, and the actual SOC is the minimum necessary to cover the target SOC (that is, the amount of power required for warming up the
[0042]
If the actual SOC and the target SOC are balanced, the process branches to YES in step S430. If the ignition is on, the process is continued, and if it is off, the process is terminated (step S455).
[0043]
Thus, according to the second embodiment, the power measurement at start-up is actually performed, and the map M6 is always updated to a reality. Therefore, in addition to the effects of the first embodiment, the secondary battery Thus, the capacity control according to 11 can be realized.
[0044]
It should be noted that the numerical values and graph characteristics used in both of the above embodiments are all illustrative, and are determined experimentally in practical use.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of a hybrid battery system to which a first embodiment of the present invention is applied.
FIG. 2 is a main flowchart of capacity control of a secondary battery according to the embodiment.
FIG. 3 is a flowchart of outside temperature detection processing in the embodiment.
FIG. 4 is a flowchart of capacity calculation processing in the embodiment.
FIG. 5 is an explanatory diagram of a minimum temperature storage map used in the above embodiment.
6 is an explanatory diagram of an open-circuit voltage-capacity map of a secondary battery used in the above embodiment. FIG.
FIG. 7 is an explanatory diagram of a temperature coefficient map used in the above embodiment.
FIG. 8 is an output-capacity characteristic graph of the secondary battery used in the embodiment.
FIG. 9 is a graph showing the change over time of the output current of the secondary battery in the above embodiment.
FIG. 10 is an explanatory diagram of a power calculation data storage map of a secondary battery used in the above embodiment.
FIG. 11 is a graph showing current-voltage characteristics of the secondary battery in the above embodiment.
FIG. 12 is a graph for explaining deterioration correction of a secondary battery in the above embodiment.
FIG. 13 is an explanatory diagram of a deterioration coefficient map of the secondary battery used in the embodiment.
FIG. 14 is an explanatory diagram of a starting power consumption storage map of a secondary battery used in the embodiment.
FIG. 15 is a main flowchart of capacity control of a secondary battery according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a flowchart of start-up power measurement processing in the embodiment.
[Explanation of symbols]
1 Drive inverter
2 Drive motor
3 Speed sensor
4 Current sensor
5 Accelerator
6 Torque command controller
7 Drive motor controller
11 Secondary battery
12 Buck-boost circuit
13 Fuel cell
14 Voltage sensor
15 Current sensor
16 Outside air temperature sensor
17
21 reformer
22
23 Compressor motor
24 Inverter for compressor
25 Current sensor
26 Speed sensor
27 Compressor motor controller
28 Fuel Cell Controller
29 Buck-Boost Circuit Controller
30 Display section
Claims (4)
外気温を監視し、
監視した外気温の環境下で前記燃料電池の起動に必要となる最低限の前記二次電池の電池容量を算出し、この算出した電池容量と前記二次電池の現在の電池容量とを比較し、監視した外気温の環境下で前記燃料電池の起動に必要となる最低限の電池容量が前記二次電池に充電されていない場合は、監視した外気温の環境下で前記燃料電池を起動するのに必要な最低限の充電容量まで前記二次電池を充電することを特徴とするハイブリッドバッテリ制御方法。In the hybrid battery control method of charging the secondary battery to a predetermined capacity by surplus generated power of the fuel cell,
Monitor the outside temperature,
Calculate the minimum battery capacity of the secondary battery required for starting the fuel cell under the monitored ambient temperature environment, and compare the calculated battery capacity with the current battery capacity of the secondary battery. If the secondary battery is not charged with the minimum battery capacity required for starting the fuel cell under the monitored ambient temperature environment, the fuel cell is activated under the monitored ambient temperature environment. A hybrid battery control method comprising charging the secondary battery to a minimum charge capacity necessary for the above.
外気温センサと、
前記外気温センサの検出する外気温の環境下で前記燃料電池の起動に必要となる最低限の前記二次電池の電池容量を算出し、この算出した電池容量と前記二次電池の現在の電池容量とを比較し、前記外気温センサの検出する外気温の環境下で前記燃料電池の起動に必要となる最低限の電池容量が前記二次電池に充電されていない場合は、前記外気温センサの検出する外気温の環境下で前記燃料電池を起動するのに必要な最低限の充電容量まで前記二次電池を充電する二次電池容量制御手段とを備えて成るハイブリッドバッテリ制御装置。In the hybrid battery control device having a function of charging the secondary battery to a predetermined voltage by surplus generated power of the fuel cell,
An outside temperature sensor,
The minimum battery capacity of the secondary battery required for starting the fuel cell is calculated under the ambient temperature detected by the ambient temperature sensor, and the calculated battery capacity and the current battery of the secondary battery are calculated. If the minimum battery capacity required for starting the fuel cell is not charged in the secondary battery under the ambient temperature detected by the ambient temperature sensor, the ambient temperature sensor And a secondary battery capacity control means for charging the secondary battery to a minimum charge capacity necessary for starting the fuel cell under the ambient temperature detected by the battery.
前記二次電池容量制御手段は、前記外気温センサの検出する外気温、ならびに前記起動時電力量温度マップデータに登録された電力量に基づいて、前記二次電池を充電制御することを特徴とする請求項2に記載のハイブリッドバッテリ制御装置。A startup power amount detection unit that measures the amount of power used when starting the fuel cell, and a power amount measured by the startup power amount detection unit correspond to an outside air temperature detected by the outside air temperature sensor, Temperature map creating means for creating and storing quantity temperature map data,
The secondary battery capacity control means controls charging of the secondary battery based on the outside air temperature detected by the outside air temperature sensor and the amount of power registered in the starting power amount temperature map data. The hybrid battery control device according to claim 2.
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