JP3876979B2 - バッテリ制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バッテリの充放電を制御するバッテリ制御装置に関するものである。
【０００２】
【関連する背景技術】
例えば、エンジン駆動の発電機と走行用のモータとを備えたシリーズ式ハイブリッド車両では、バッテリの残存容量を表すＳＯＣ（State of charge）を指標として、ＳＯＣが所定範囲に保たれるように発電機による発電を制御している。この種の車両ではバッテリからの電力によりモータを駆動しているため、バッテリの入出力可能電力が車両の走行性能に大きく左右する。バッテリの入出力可能電力を低下させる要因としては種々のものがあるが、図５の特性図に示すように、温度低下に伴って入出力可能電力が低下する現象が特に大きな影響力を持つ。
【０００３】
そこで、寒冷地等ではヒータ装置によりバッテリを昇温し、これによりバッテリの入出力可能電力の低下を抑制して車両の走行性能を確保する対策が実施されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した対策は、ヒータ装置等の部品を追加する必要があるため、車両の製造コストのアップや構造の複雑化等の弊害を引き起こす上に、ヒータ装置により発生した熱量の一部がバッテリ以外の部位に逃げるため、エネルギ効率の点でも改善の余地があった。
【０００５】
本発明の目的は、部品追加による弊害を回避した上で、バッテリを効率的に昇温して、温度低下によるバッテリの入出力可能電力の低下を未然に防止することができるバッテリ制御装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、バッテリの温度を検出するバッテリ温度検出手段と、バッテリの充電状態を判定する充電状態判定手段と、バッテリの充放電を制御するバッテリ制御手段とを備え、バッテリ制御手段は、バッテリ温度検出手段により検出されたバッテリの温度が所定値以下にあって、充電状態判定手段により判定されたバッテリの充電状態が予め設定された閾値以上のときは、閾値以上の所定領域内でバッテリの充放電を繰り返し、バッテリの充電状態が閾値未満のときは、閾値未満の所定領域内でバッテリの充放電を繰り返すものである。
【０００７】
従って、バッテリの温度が所定値以下で、バッテリの充電状態が閾値以上のときは、閾値以上の所定領域内でバッテリの充放電が繰り返され、バッテリの充電状態が閾値未満のときは、閾値未満の所定領域内でバッテリの充放電を繰り返される。閾値を境界として２分された領域内では、バッテリの充放電が短い周期で交互に繰り返されることになり、速やかに昇温される。又、特に低温下でバッテリ入出力電力が低下しているときには内部抵抗が増加しているため、充電、放電ともバッテリの電流を多くすることで昇温効果を図れる。
【０００８】
しかも、閾値を境界として、現在のバッテリの充電状態と対応する所定領域を選択して、その領域内で充放電を行うため、速やかに領域内での変動処理に移行して昇温を開始可能となる。又、充放電時に生じるバッテリの内部抵抗を利用して直接的に昇温させることから、電力ロスを生じることなく効率的に昇温されると共に、専用のヒータ装置等を追加することなく実施可能となる。
【０００９】
又、請求項２の発明は、エンジンにより駆動される発電機と、車両を駆動するモータとを備えたハイブリッド車両に搭載され、バッテリ制御手段が、走行中の所定領域内での放電制御時には、エンジンによる発電機の駆動を禁止し、走行中の所定領域内での充電制御時には、エンジンによる発電機の駆動を許可するものである。
【００１０】
従って、エンジンにより発電機を駆動してバッテリを充電するハイブリッド車両では、エンジンによる発電機の駆動を禁止するだけでバッテリが放電され、発電機の駆動を許可するだけでバッテリが充電されるため、簡単な処理によりバッテリの充放電を制御可能となる。
更に、請求項３の発明は、ハイブリッド車両が、回生制動によりバッテリを充電する回生制御手段を備え、バッテリ制御手段が、放電制御時には、回生制御手段による回生充電を禁止し、充電制御時には、回生制御手段による回生充電を許可するものである。
【００１１】
従って、回生制御手段による回生制動を禁止することにより、より迅速にバッテリが放電される一方、回生制動を許可することにより、より迅速にバッテリが充電される。
一方、請求項４の発明は、バッテリ制御手段が、車両の停車中、発電機を駆動させるものである。
【００１２】
従って、放電制御時や充電制御時に車両が停車すると、発電機が駆動されて電力がバッテリに供給される。停車状態が継続されるとバッテリの充放、放電が発生しなくなってバッテリの昇温が困難となるが、このように発電機の駆動によりバッテリの充電が実施されることで、バッテリを昇温可能となる。
好ましい態様として、放電制御時には発電機を１／２定格で運転させるものが望ましい。放電制御時にはバッテリを早く放電させるべきではあるが、停車時には上記したバッテリの昇温が困難な問題があるため、１／２定格とすることで、バッテリの放電とバッテリの昇温とを並存可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をシリーズ式ハイブリッド車両に搭載されたバッテリ制御装置に具体化した一実施形態を説明する。
図１は本実施形態のバッテリ制御装置を示す全体構成図である。この図に示すように、車両には走行用駆動源としてモータ／ジェネレータ１が搭載され、モータ／ジェネレータ１はディファレンシャル装置２を介して左右の駆動輪３に連結されている。モータ／ジェネレータ１はＭＣＵ（motor control unit）４に内蔵されたインバータ回路を介して走行用バッテリ５に接続され、ＭＣＵ４はＴＣＵ（torque control unit）１３を介してＢＣＵ（battery control unit）６に接続され、このＢＣＵ６によりＴＣＵ１３がモータトルクを演算し、ＴＣＵ１３の指示によりＭＣＵ４が駆動されて、バッテリ５からモータ／ジェネレータ１への電力供給、及びモータ／ジェネレータ１からバッテリ５への電力回生が制御されるようになっている。
【００１４】
バッテリ５には、バッテリ温度Ｔbatを検出する温度センサ７（バッテリ温度検出手段）、バッテリ電圧Ｂbatを検出する電圧センサ８、バッテリ５の放電電流又は充電電流Ｉbatを検出する電流センサ９が設けられ、これらのセンサからの情報がＢＣＵ６に入力される。又、図示しないアクセルセンサにより検出されたアクセル操作量ＡＰＳやブレーキセンサにより検出されたブレーキ操作量ＢＰＳはＴＣＵ１３に入力され、ＴＣＵ１３はモータトルクを演算してＭＣＵ４に指示し、ＭＣＵ４はモータ駆動電流を演算する。
【００１５】
又、車両の発電駆動源であるエンジン１０には発電機１１が連結され、このエンジン１０により発電機１１が回転駆動され、発生した交流電力が整流器１１ａにより整流された後に上記バッテリ５に充電される。エンジン１０及び発電機１１はＡＣＵ（Auxiliary control unit）１２に接続され、このＡＣＵ１２は上記したＢＣＵ６との間で相互通信し、ＢＣＵ６から入力される発電指令に基づいて、発電機１１の発電状態を制御する。
【００１６】
ハイブリッド車両の走行制御はＴＣＵ１３により行われ、例えば、車両の走行時においては、アクセル操作量ＡＰＳから算出した要求モータトルクに基づき、ＭＣＵ４を駆動してバッテリ５からの電力をモータ／ジェネレータ１に供給し、これにより駆動輪３に要求モータトルクを伝達する。又、車両の減速時においては、回生制動でモータ／ジェネレータ１に発生した電力をＭＣＵ４によりバッテリ５に充電する（回生制御手段）。
【００１７】
一方、ＢＣＵ６は、電圧センサ８及び電流センサ９の検出情報Ｂbat,Ｉbatからバッテリ５の残存容量を表すＳＯＣを求め（充電状態判定手段）、このＳＯＣに基づいて上記のようにＡＣＵ１２に発電機１１の発電状態を制御させて、バッテリ５のＳＯＣを調整する（バッテリ制御手段）。このバッテリ制御は、図２，３に示すバッテリ制御ルーチンに基づいて行われ、以下、その概要を説明する。
【００１８】
ＢＣＵ６は図２，３のルーチンを所定の制御インターバルで実行し、まず、ステップＳ２で温度センサ７により検出されたバッテリ温度Ｔbatが所定温度Ｔ0未満か否かを判定する。所定温度Ｔ0としては、図５の特性図に基づいて、温度低下によりバッテリ容量に支障が生じると推測される温度、例えば０℃が設定されている。
【００１９】
ステップＳ２の判定がＮＯ（否定）のときには、ステップＳ４以降で通常モードの処理を実行する。ステップＳ４ではＳＯＣが３０％未満か否かを判定し、バッテリ５の残存容量が少なくてＹＥＳ（肯定）の判定を下したときには、ステップＳ６でＡＣＵ１２側に発電開始指令を出力して発電を開始させる。その後、ステップＳ８でＳＯＣが７０％を越えているか否かを判定し、判定がＮＯのときにはステップＳ６に戻る。発電の継続によりバッテリ５のＳＯＣが次第に増加して７０％を越えると、ステップＳ８の判定がＹＥＳとなり、ステップＳ１０でＡＣＵ１２側に発電中止指令を出力して発電を中止させた後、ルーチンを終了する。
【００２０】
その後にステップＳ４に移行したときにはＮＯの判定が下されるため、直接ステップＳ８に移行し、このステップＳ８でＹＥＳの判定を下すため、ステップＳ１０を経てルーチンを終了する。このように通常温度においては、一般的なハイブリッド車両と同様にバッテリ５のＳＯＣが所定範囲（３０〜７０％）に保持される。
【００２１】
一方、上記ステップＳ２でＹＥＳの判定を下したときには、ステップＳ１２以降でバッテリ５の昇温を目的とした昇温モードの処理を実行する。まず、ステップＳ１２ではＳＯＣが５０％未満か否かを判定し、判定がＹＥＳのときにはステップＳ１４で走行発電及び回生制動を禁止する。つまり、車両の走行に伴うバッテリ消費を補うために発電機１１を駆動して発電を行う状況であっても、ＢＣＵ６はＡＣＵ１２側に発電中止指令を出力して発電を中止させ、又、車両減速に伴ってモータ／ジェネレータ１の回生制動が行われる状況であっても、ＢＣＵ６は回生時のトルクを抑制する信号をＴＣＵ１３に送り、ＴＣＵ１３はＭＣＵ４に回生側のトルクを指示しないようにする。従って、バッテリ５は回生電力により充電せず、結果としてバッテリ５はモータ駆動の機会毎に放電し続けることになる。
【００２２】
続くステップＳ１６ではＳＯＣが３０％未満か否かを判定し、ＮＯのときにはステップＳ１４に戻り、バッテリ放電に伴って判定がＹＥＳになるとステップＳ１８に移行して、上記した走行発電及び回生発電を再開する。従って、発電機１１の発電や回生制動により適宜バッテリ５の充電が行われる。その後、ステップＳ２０で車速Ｖに基づいて車両が停車したか否かを判定し、判定がＮＯのときにはステップＳ２２に移行してＳＯＣが４０％を越えているか否かを判定し、ＮＯのときにはステップＳ１８に戻る。
【００２３】
又、車両の停車により上記ステップＳ２０でＹＥＳの判定を下すと、ステップＳ２４に移行して、ＡＣＵ１２側に発電開始指令を出力して強制的に発電を開始させ、発電した電力をバッテリ５に充電させる。ステップＳ２４の処理によりバッテリ５は充電され続けるため、ＳＯＣは速やかに増加し、ＢＣＵ６はステップＳ２２の判定がＹＥＳになると、ルーチンを終了する。
【００２４】
従って、ステップＳ２で低温判定が下された時点のＳＯＣが５０％未満であるときには、それ以降は３０〜４０％の領域においてバッテリ５の充電が継続される状態と放電が継続される状態とが短い周期で交互に繰り返されて、図４のタイムチャートに示すように、ＳＯＣは３０〜４０％の範囲内で変動することになる。
【００２５】
一方、ステップＳ１２でＳＯＣが５０％以上としてＮＯの判定を下したときには、ステップＳ２６で、上記ステップＳ１４と同様に走行発電及び回生制動を禁止する。続くステップＳ２８ではＳＯＣが５０％未満か否かを判定し、当初の判定はＮＯであるため、ステップＳ２６に戻って処理を繰り返す。放電の継続によりステップＳ２８に判定がＹＥＳになると、ステップＳ３０に移行して、上記ステップＳ１８と同様に走行発電及び回生発電を再開する。続くステップＳ３２では車両の停車を判定し、判定がＮＯのときにはステップＳ３４でＳＯＣが６０％を越えているか否かを判定し、ＮＯのときにはステップＳ３０に戻る。
【００２６】
車両の停車によりステップＳ３２の判定がＹＥＳになると、ステップＳ３６で、上記ステップＳ２４と同様に強制発電を行ってバッテリ５を充電し、ステップＳ３４の判定がＹＥＳになると、ルーチンを終了する。
従って、ＳＯＣが５０％以上であるときには、それ以降は５０〜６０％の領域においてバッテリ５の充放電が短い周期で交互に繰り返されて、図４に示すように、ＳＯＣは５０〜６０％の範囲内で変動することになる。
【００２７】
尚、ステップＳ１４、ステップＳ２６の次に、図６に示すようなステップＳをそれぞれ追加してもよい。これによれば、ステップＳ４２にて停車判定を追加し、停車と判定されたときのみステップＳ４４でエンジン１０を始動して強制的に発電機１１を駆動させる。
停車状態が長時間継続すると、バッテリ５の充電、放電が発生しなくなりバッテリ５に対する電流の出入りがなくなるため、バッテリ温度を上昇させることは困難となるが、放電制御がメインの状態であっても、停車と判定されたときには発電機１１を駆動させることでバッテリ５の充電を実施（電流の流れを作る）し、常にバッテリ温度を上昇させることができる。但し、放電制御中であるため、１／２定格で発電機１１を運転することが好ましい。放電制御では早くＳＯＣを低下させるべきではあるが、停車中は上述した問題があるため、１／２定格とすることで、ＳＯＣ低下とジュール熱利用とを並存させることができる。
【００２８】
以上のように、バッテリ入出力可能電力が低下して支障が生じる虞のある０℃未満では、昇温モードによりバッテリ５の充放電を短い周期で交互に繰り返している。よって、バッテリ５は速やかに昇温され、温度低下によるバッテリ容量の低下を未然に防止することができる。
しかも、上記のように５０％を境界として上下に領域（３０〜４０％、５０〜６０％）を定め、低温判定を下した時点のＳＯＣが５０％以上か未満かに応じて領域を選択して、その領域内でＳＯＣを変動させている。つまり、低温判定を下した時点のＳＯＣに対して比較的近い領域内でＳＯＣを変動させるため、例えば現在のＳＯＣが５０％以上の場合には直ちに、現在のＳＯＣが５０％未満の場合には放電に伴って４０％に低下する僅かな時間後に、速やかに領域内での変動処理に移行できる。よって、この要因もバッテリ昇温の迅速化に大きく貢献することになる。
【００２９】
又、充放電時に生じるバッテリ５の内部抵抗を利用して直接的に昇温させることから、例えば従来技術として説明したヒータ装置のように電力ロスを生じることなく、極めて効率的な昇温を実現できると共に、専用のヒータ装置等を追加することなく、ＢＣＵ６のソフトウェアの簡単な変更により実施することができる。
【００３０】
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、シリーズ式ハイブリッド車両に搭載されたバッテリ制御装置に具体化したが、適用する車両はこれに限ることはなく、例えばエンジンを発電用の他に走行用としても利用するシリーズ・パラレル式ハイブリッド車両に適用したり、或いは、車両以外、例えば工事等で使用される発電装置のバッテリに適用したりしてもよい。更に、上記実施形態では、全ての機器を車両に搭載したが、例えば、ＡＣＵ１２、エンジン１０、発電機１１を別ユニットとして車両本体から分離し、車両に牽引される発電トレーラとしてもよい（図１に一点鎖線で示す通り）。
【００３１】
以下、本発明をシリーズ・パラレル式ハイブリッド車両に適用した場合の概要を述べると、当該車両は、図７に示すように走行用駆動源としてエンジン２１及びモータ／ジェネレータ２２を備えている。エンジン２１は動力分配装置２３と連結され、この動力分配装置２３により、エンジン出力が任意の比率で駆動輪２４のギア２５側と発電機２６側とに分配される。発電機２６はインバータ回路２７を介してモータ／ジェネレータ２２及びバッテリ２８にそれぞれ電気的に接続され、モータ／ジェネレータ２２は上記駆動輪２４のギア２５と連結されている。このインバータ回路２７によりモータ／ジェネレータ２２の駆動やバッテリ２８の充電が制御される。
【００３２】
例えば通常走行時にはエンジン２１を運転して、その出力を駆動輪２４側に伝達すると共に（矢印ａ）、出力の一部を発電機２６側にも分配して、得られた発電電力によりモータ／ジェネレータ２２を駆動し（矢印ｂ）、これによりエンジン２１及びモータ／ジェネレータ２２を共に利用して車両を走行させ、又、発進・低速走行時にはエンジン２１を停止させて、バッテリ２８の電力によりモータ／ジェネレータ２２を駆動して車両を走行させる（矢印ｃ）。一方、バッテリ２８のＳＯＣが所定値未満になると、通常走行時にはエンジン出力を増加させて、発電電力の増加分をバッテリ２８に充電し、発進・低速走行時にはエンジン２１を始動し、発電を開始してバッテリ２８を充電している（矢印ｄ）。
【００３３】
よって、バッテリ温度Ｔbatが低いときの昇温モードとしては、このような走行時の発電を禁止（ステップＳ１４，２６に相当）及び再開（ステップＳ１８，３０に相当）すればよく、これによりバッテリ２８の充放電が短い周期で交互に繰り返されて、上記実施形態と同様にバッテリ２８の昇温を促進することができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明のバッテリ制御装置によれば、部品追加による弊害を回避した上で、バッテリを効率的に昇温して、温度低下によるバッテリ入出力可能電力の低下を未然に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態のシリーズ式ハイブリッド車両用のバッテリ制御装置を示す全体構成図である。
【図２】ＥＣＵが実行するバッテリ制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】ＥＣＵが実行するバッテリ制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図４】低温時のＳＯＣの制御状況を示すタイムチャートである。
【図５】温度に対するバッテリ容量を示す特性図である。
【図６】停車時に１／２定格の強制発電を実施する追加部分を示すフローチャートである。
【図７】シリーズ・パラレル式ハイブリッド車両を示す全体構成図である。
【符号の説明】
１ モータ／ジェネレータ
５ バッテリ
６ ＢＣＵ（充電状態判定手段、バッテリ制御手段）
７ 温度センサ（バッテリ温度検出手段）
１０ エンジン
１１ 発電機
１３ ＴＣＵ（回生制御手段）

Claims (4)

1. バッテリの温度を検出するバッテリ温度検出手段と、
   上記バッテリの充電状態を判定する充電状態判定手段と、
   上記バッテリの充放電を制御するバッテリ制御手段と
   を備え、
   上記バッテリ制御手段は、
   上記バッテリ温度検出手段により検出されたバッテリの温度が所定値以下にあって、上記充電状態判定手段により判定されたバッテリの充電状態が予め設定された閾値以上のときは、該閾値以上の所定領域内でバッテリの充放電を繰り返し、上記バッテリの充電状態が上記閾値未満のときは、該閾値未満の所定領域内でバッテリの充放電を繰り返すことを特徴とするバッテリ制御装置。
2. エンジンにより駆動される発電機と、車両を駆動するモータとを備えたハイブリッド車両に搭載され、
   上記バッテリ制御手段は、走行中の上記所定領域内での放電制御時には、上記エンジンによる上記発電機の駆動を禁止し、走行中の上記所定領域内での充電制御時には、上記エンジンによる上記発電機の駆動を許可することを特徴とする請求項１に記載のバッテリ制御装置。
3. 上記ハイブリッド車両は、回生制動により上記バッテリを充電する回生制御手段を備え、
   上記バッテリ制御手段は、上記放電制御時には、上記回生制御手段による回生充電を禁止し、上記充電制御時には、上記回生制御手段による回生充電を許可することを特徴とする請求項２に記載のバッテリ制御装置。
4. 上記バッテリ制御手段は、上記車両の停車中、上記発電機を駆動させることを特徴とする請求項２に記載のバッテリ制御装置。

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