JP4200956B2 - Battery control device for hybrid vehicle, battery control method for hybrid vehicle, and hybrid vehicle - Google Patents
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Description
本発明は,エンジンとモータジェネレータとを有するハイブリッド自動車に搭載されるハイブリッド自動車用電池制御装置とその制御方法及びその制御装置が搭載されたハイブリッド自動車に関する。さらに詳細には,車両用電池の状態や環境に応じて充放電電力を制御するためのハイブリッド自動車用電池制御装置,ハイブリッド自動車用電池制御方法及びハイブリッド自動車に関するものである。 The present invention relates to a hybrid vehicle battery control device mounted on a hybrid vehicle having an engine and a motor generator, a control method therefor, and a hybrid vehicle mounted with the control device. More specifically, the present invention relates to a hybrid vehicle battery control device, a hybrid vehicle battery control method, and a hybrid vehicle for controlling charge / discharge power according to the state and environment of the vehicle battery.
エンジンの他にモータジェネレータ及び二次電池を搭載し,車両駆動力の一部をモータジェネレータによって得るハイブリッド自動車がある。このハイブリッド自動車では,一般に,エンジンの状況を監視するエンジンECUと電池の状態を監視する電池ECUとを有し,これらからの情報が車両ECUに入力される。車両ECUでは,エンジンECUと電池ECUからの情報を受けて,運転者の運転操作に応じてエンジンやモータジェネレータを制御し,自動車の駆動制御を行っている。 There is a hybrid vehicle in which a motor generator and a secondary battery are mounted in addition to the engine, and a part of the vehicle driving force is obtained by the motor generator. This hybrid vehicle generally has an engine ECU that monitors the state of the engine and a battery ECU that monitors the state of the battery, and information from these is input to the vehicle ECU. The vehicle ECU receives information from the engine ECU and the battery ECU, controls the engine and the motor generator according to the driving operation of the driver, and controls the driving of the automobile.
二次電池では一般に,その入出力電圧が所定の上下限電圧の範囲を超えると,電池寿命に影響があることがわかっている。そのため,長寿命が要求されるハイブリッド自動車用の二次電池では,上下限電圧の範囲外となるような充放電を行わないようにしている。さらに,連続した入出力が許容される許容時間も,例えば数秒間等と設定している。さらに二次電池では,所定の範囲を超えて電池温度が上昇することもまた好ましくない。そこで,従来より,そのときの電池の温度や充電状態(SOC)に対して,許容される最大の入出力電力値が設定されている(例えば,特許文献1参照。)。 In general, it has been found that the secondary battery has an influence on the battery life when the input / output voltage exceeds a predetermined upper and lower limit voltage range. Therefore, in a secondary battery for a hybrid vehicle that requires a long life, charging / discharging that is outside the upper and lower limit voltage range is not performed. Furthermore, the allowable time during which continuous input / output is allowed is set to several seconds, for example. Further, in the secondary battery, it is not preferable that the battery temperature rises beyond a predetermined range. Therefore, conventionally, the maximum allowable input / output power value is set for the battery temperature and the state of charge (SOC) at that time (see, for example, Patent Document 1).
この許容入出力値は,例えば,図6と図7のグラフに示すように制限されている。これらのグラフでは,横軸より上側の領域は出力値が正の場合であり,電池が電力を出力する場合を示している。また,横軸より下側の領域は,運転者のブレーキ操作等によって発生した余剰エネルギーを回生して電池を充電する場合を示している。まず,電池温度に対する許容入出力は,図6に示すカーブの範囲内に制限されている。二次電池における化学反応の速度は温度に依存するため,特に低温では出力・回生特性がともに大きく下がってしまう。そのため,低温時には許容入出力値を制限して電圧の低下を防止している。また,所定の温度以上では,許容入出力値を制限して電池の反応を抑制し,電池温度のさらなる上昇を抑制している。 This allowable input / output value is limited as shown in the graphs of FIGS. 6 and 7, for example. In these graphs, the region above the horizontal axis shows the case where the output value is positive, and the battery outputs power. The area below the horizontal axis shows a case where the battery is charged by regenerating surplus energy generated by the driver's braking operation or the like. First, the allowable input / output with respect to the battery temperature is limited within the range of the curve shown in FIG. Since the rate of chemical reactions in secondary batteries depends on temperature, both output and regenerative characteristics are greatly reduced, especially at low temperatures. For this reason, the allowable input / output values are limited at low temperatures to prevent voltage drop. In addition, when the temperature is higher than a predetermined temperature, the allowable input / output value is limited to suppress the battery reaction, and further increase of the battery temperature is suppressed.
また,SOCに対する許容入出力は,図7に示すように制限されている。従来のハイブリッド自動車では一般に,中心SOCは所定の一定値として設定されている。この中心SOCは,運転者の運転操作に応じて回生も出力も十分に可能なように,例えば50〜60%程度に設定される。そして,SOCが所定の範囲を超えて下がったら,それ以上SOCが下がらないように電池の出力を制限する。また,SOCが所定の範囲を超えて高くなったら,それ以上の充電は行わないようにしている。こうして,SOCが所定の範囲内となるように,SOCに応じた許容入出力の制限をも行っている。 Further, the allowable input / output for the SOC is limited as shown in FIG. In a conventional hybrid vehicle, the center SOC is generally set as a predetermined constant value. The central SOC is set to, for example, about 50 to 60% so that regeneration and output can be sufficiently performed according to the driving operation of the driver. When the SOC falls below a predetermined range, the battery output is limited so that the SOC does not fall any further. In addition, when the SOC becomes higher than a predetermined range, no further charging is performed. In this way, the allowable input / output is limited according to the SOC so that the SOC is within a predetermined range.
そして,車両の使用時には,電池ECUは,その時点での電池温度やSOCを取得して,それぞれに対応する許容入出力値を求める。さらに,それらのうち最小のものをその時点での許容入出力値とし,車両ECUに出力する。車両ECUでは,その許容範囲内で電池を使用するように車両全体を制御している。しかし,この方法による制御では,図6と図7のグラフに示すように,電池温度が低温の場合の許容入出力値は非常に小さくなってしまう。これに対し,電池の温度や外気温を検出して,それに応じて中心SOCを変化させる制御方法が提案されている(例えば,特許文献2参照。)。この技術によれば,電池温度が低いほど中心SOCを大きく設定するので,温度によらず必要な出力を得られるとされている。
しかしながら,前記した特許文献2に記載の電池制御方法は,制御が煩雑であり,無駄の多いものとなるおそれがある。その一方で,特許文献1に記載されている制御方法では,図6に示したように,電池温度が低い状態での許容入出力値は非常に小さくなってしまう。そのため,寒冷地の冬場等ではモータアシストや回生時のエネルギー回収が減少し,車両全体としての燃費の悪化を招く。特に,通勤使用のような比較的短時間の運転では電池温度が上昇しないうちに運転を止めることになるので,燃費の悪い状態が続くこととなるという問題点があった。
However, the battery control method described in
これに対し,低温時の許容入出力値を上げるために上下限電圧や許容時間を全領域で拡大することは,電池寿命を短くするおそれがあるので好ましくない。また,電池のセル数や容量を増加させて電池性能を向上させる方法もあるが,常温時ではエネルギー過剰となるので無駄である。さらには,コストや重量の増加にもつながるので好ましくないという問題点があった。 On the other hand, it is not preferable to increase the upper / lower limit voltage and the allowable time in the entire region in order to increase the allowable input / output value at low temperature because the battery life may be shortened. In addition, there is a method of improving battery performance by increasing the number of cells and the capacity of the battery, but it is useless because energy is excessive at room temperature. Furthermore, there is a problem that it is not preferable because it leads to an increase in cost and weight.
本発明は,前記した従来の電池制御方法が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは,電池の寿命及びコストや重量に影響を与えず,中心SOCを変化させることなく低温時の燃費を向上させることのできるハイブリッド自動車用電池制御装置,ハイブリッド自動車用電池制御方法及びハイブリッド自動車を提供することにある。 The present invention has been made to solve the problems of the conventional battery control method described above. That is, the problem is that the battery control device for a hybrid vehicle and the battery control for a hybrid vehicle that can improve the fuel efficiency at low temperature without changing the central SOC without affecting the life, cost and weight of the battery. It is to provide a method and a hybrid vehicle.
この課題の解決を目的としてなされた本発明のハイブリッド自動車用電池制御装置は,ハイブリッド自動車の電池の充放電を制御するハイブリッド自動車用電池制御装置であって,電池の入出力電圧の上限電圧を電池温度に応じて設定し,電池温度が低いときの上限電圧を電池温度が高いときの上限電圧以上とする上限電圧設定部と,電池の入出力電圧の下限電圧を電池温度に応じて設定し,電池温度が低いときの下限電圧を電池温度が高いときの下限電圧以下とする下限電圧設定部と,電池の連続入出力の許容時間を電池温度に応じて設定し,電池温度が低いときの許容時間を電池温度が高いときの許容時間以下とする許容時間設定部とを有し,上限電圧設定部により設定された上限電圧,および下限電圧設定部により設定された下限電圧,および前記許容時間設定部により設定された許容時間の範囲内で電池の充放電を制御するものである。 The battery control device for a hybrid vehicle of the present invention made for the purpose of solving this problem is a battery control device for a hybrid vehicle that controls charging / discharging of the battery of the hybrid vehicle. Set according to the temperature, set the upper limit voltage when the battery temperature is low and set the upper limit voltage to be higher than the upper limit voltage when the battery temperature is high, and set the lower limit voltage of the battery input / output voltage according to the battery temperature, Set the lower limit voltage setting section that sets the lower limit voltage when the battery temperature is low to the lower limit voltage when the battery temperature is high, and the allowable continuous input / output time of the battery according to the battery temperature, and allow when the battery temperature is low time and a permissible time setting unit to less than the allowable time when the battery temperature is high, the upper limit voltage is set by the upper limit voltage setting unit, and the lower limit voltage set lower limit voltage by the setter And it controls the charging and discharging of the battery within the permissible time allowable time set by the setting unit.
本発明のハイブリッド自動車用電池制御装置によれば,上限電圧設定部と下限電圧設定部とによって,上限電圧および下限電圧が電池温度に応じて設定される。特に,電池温度が低いときには,上限電圧を電池温度が高いとき以上に,下限電圧を電池温度が高いとき以下にするので,電池が充放電可能な上下限電圧の範囲が広くなっている。従って,電池温度が低いときにもある程度の充放電が可能であり,許容入出力値を従来に比較して大きく設定することができる。従って,電池の寿命及びコストや重量に影響を与えず,中心SOCを変化させることなく低温時の燃費を向上させることができる。 According to the battery control apparatus for a hybrid vehicle of the present invention, the upper limit voltage setting unit and the lower limit voltage setting unit set the upper limit voltage and the lower limit voltage according to the battery temperature. In particular, when the battery temperature is low, the upper limit voltage is set to be higher than that when the battery temperature is high, and the lower limit voltage is set to be lower than that when the battery temperature is high. Therefore, a certain amount of charge / discharge is possible even when the battery temperature is low, and the allowable input / output value can be set larger than the conventional one. Therefore, it is possible to improve fuel efficiency at low temperatures without affecting the life, cost, and weight of the battery and without changing the central SOC.
さらに本発明では,電池の連続入出力の許容時間を電池温度に応じて設定しているので,電池温度が低いときに上限電圧と下限電圧との範囲を広げた場合でも,その電圧での連続出力は許容時間によって制限される。従って,電池寿命に影響を与えるおそれがない。 Furthermore, in the present invention, since the allowable time for continuous input / output of the battery is set according to the battery temperature, even when the range of the upper limit voltage and the lower limit voltage is widened when the battery temperature is low, The output is limited by the allowable time. Therefore, there is no possibility of affecting the battery life.
なお,ここでは,入出力電圧について,出力側を正とし,入力側すなわち充電側を負としている。よって,上限電圧とは,電池から出力させることを許容する最大電圧のことである。また,下限電圧とは,電池を充電するために加えられる最小電圧のことであり,これはその絶対値としては入力側の中で最大のものである。この上下限電圧は,電池寿命に影響を与えるものであり,常温域においてはこの上下限電圧の範囲を大きくすることは好ましくない。しかし,低温時においては,電池寿命に影響を与えない範囲で上下限電圧の範囲を大きくすることができる。これにより,低温時における電池からの出力電力を大きくすることができるので,燃費を向上させることができる。 Here, regarding the input / output voltage, the output side is positive and the input side, that is, the charging side is negative. Therefore, the upper limit voltage is the maximum voltage that is allowed to be output from the battery. The lower limit voltage is a minimum voltage applied to charge the battery, and this is the maximum value on the input side as an absolute value. This upper and lower limit voltage affects the battery life, and it is not preferable to increase the range of the upper and lower limit voltage in the normal temperature range. However, at low temperatures, the upper and lower limit voltage ranges can be increased without affecting the battery life. As a result, the output power from the battery at a low temperature can be increased, and the fuel efficiency can be improved.
さらに本発明では,上限電圧設定部は,電池温度が第1温度と第2温度の間の範囲内である場合には電池温度が低いほど上限電圧を高くし,電池温度がその範囲外である場合には上限電圧を一定とすることが望ましい。
このようにすれば,上限電圧は,例えば常温域以上および極低温域では一定とされる。さらに,それらの間の低温域では,電池温度が低いほど上限電圧が高くされるので,電池の寿命に影響を与えない範囲で上下限電圧の範囲が大きくされている。
Furthermore, in the present invention, the upper limit voltage setting unit increases the upper limit voltage as the battery temperature is lower when the battery temperature is within the range between the first temperature and the second temperature, and the battery temperature is out of the range. In this case, it is desirable to keep the upper limit voltage constant.
In this way, the upper limit voltage is made constant, for example, in the normal temperature range or higher and in the extremely low temperature range. Further, in the low temperature region between them, the upper limit voltage is increased as the battery temperature is lower, so that the upper and lower limit voltage range is increased within a range that does not affect the battery life.
さらに本発明では,下限電圧設定部は,電池温度が第3温度と第4温度の間の範囲内である場合には電池温度が低いほど下限電圧を低くし,電池温度がその範囲外である場合には下限電圧を一定とすることが望ましい。
このようにすれば,下限電圧は,例えば常温域以上および極低温域では一定とされる。さらに,それらの間の低温域では,電池温度が低いほど下限電圧が低くされるので,電池の寿命に影響を与えない範囲で上下限電圧の範囲が大きくされている。ここで,第1温度と第3温度とは同じでも良い。また,第2温度と第4温度とは同じでも良い。
Further, in the present invention, when the battery temperature is within the range between the third temperature and the fourth temperature, the lower limit voltage setting unit lowers the lower limit voltage as the battery temperature is lower, and the battery temperature is out of the range. In this case, it is desirable to keep the lower limit voltage constant.
In this way, the lower limit voltage is made constant, for example, in the normal temperature range or higher and in the extremely low temperature range. Further, in the low temperature range between them, the lower limit voltage is lowered as the battery temperature is lower, so the range of the upper and lower limit voltages is increased within a range that does not affect the life of the battery. Here, the first temperature and the third temperature may be the same. Further, the second temperature and the fourth temperature may be the same.
さらに本発明では,許容時間設定部は,電池温度が第5温度より高い場合には許容時間を一定とし,電池温度が第5温度より低い場合には電池温度が低いほど許容時間を短くするものであることが望ましい。
このようにすれば,例えば常温域以上や低温域では一定の許容時間が設定される。極低温域では,反応速度が非常に遅くなるので,電池温度が低いほど許容時間を短く設定すれば,電池寿命への影響はごく小さく,制御も容易となる。ここで,第5温度は,第1温度あるいは第3温度と同じでも良い
Further, in the present invention, the allowable time setting unit is configured to make the allowable time constant when the battery temperature is higher than the fifth temperature, and shorten the allowable time as the battery temperature is lower when the battery temperature is lower than the fifth temperature. It is desirable that
In this way, for example, a certain allowable time is set in the normal temperature range or higher or in the low temperature range. Since the reaction rate is very slow in the extremely low temperature range, if the allowable time is set shorter as the battery temperature is lower, the effect on the battery life is very small and control is easy. Here, the fifth temperature may be the same as the first temperature or the third temperature.
さらに本発明では,上限電圧設定部,下限電圧設定部,および許容時間設定部は,電池温度の他に電池の充電状態にも応じて上下限電圧および許容時間を設定するものであり,電池の充電状態に応じて電池の最大入出力を設定する最大入出力設定部と,上限電圧設定部により設定された上限電圧,下限電圧設定部により設定された下限電圧,および許容時間設定部により設定された許容時間により電池の上下限出力を設定する上下限出力設定部とを有し,最大入出力設定部により設定された最大入出力と,上下限出力設定部により設定された上下限出力とのうち小さい方により電池の充放電を制御することが望ましい。
このようにすれば,電池に許容される最大の入出力電力値は,電池温度だけでなく電池の充電状態にも応じて,適切に制御される。
Furthermore, in the present invention, the upper limit voltage setting unit, the lower limit voltage setting unit, and the allowable time setting unit set the upper and lower limit voltages and the allowable time according to the state of charge of the battery in addition to the battery temperature. The maximum input / output setting unit that sets the maximum input / output of the battery according to the state of charge, the upper limit voltage set by the upper limit voltage setting unit, the lower limit voltage set by the lower limit voltage setting unit, and the allowable time setting unit The upper / lower limit output setting unit that sets the upper / lower limit output of the battery according to the allowable time, and the maximum input / output set by the maximum input / output setting unit and the upper / lower limit output set by the upper / lower limit output setting unit It is desirable to control charging / discharging of the battery by the smaller one.
In this way, the maximum input / output power value allowed for the battery is appropriately controlled according to not only the battery temperature but also the state of charge of the battery.
また本発明は,ハイブリッド自動車の電池の充放電を制御するハイブリッド自動車用電池制御方法であって,電池の入出力電圧の上限電圧を,電池温度に応じて,電池温度が低いときの上限電圧が,電池温度が高いときの上限電圧以上となるように設定し,電池の入出力電圧の下限電圧を,電池温度に応じて,電池温度が低いときの下限電圧が,電池温度が高いときの下限電圧以下となるように設定し,設定された上限電圧と設定された下限電圧の範囲内で電池の充放電を制御するハイブリッド自動車用電池制御方法にも及ぶ。 The present invention also relates to a hybrid vehicle battery control method for controlling charging / discharging of a hybrid vehicle battery, wherein the upper limit voltage of the input / output voltage of the battery is determined according to the battery temperature. Set the lower limit voltage of the battery input / output voltage to be higher than the upper limit voltage when the battery temperature is high, the lower limit voltage when the battery temperature is low, and the lower limit when the battery temperature is high according to the battery temperature. The present invention extends to a battery control method for a hybrid vehicle that is set to be equal to or lower than a voltage and controls charging / discharging of the battery within a range between the set upper limit voltage and the set lower limit voltage.
さらに本発明では,電池の連続入出力の許容時間を,電池温度に応じて,電池温度が低いときの許容時間が,電池温度が高いときの許容時間以下となるように設定し,設定された上限電圧と設定された下限電圧と設定された許容時間の範囲内で電池の充放電を制御する。 Furthermore, in the present invention, the allowable time for continuous input / output of the battery is set according to the battery temperature so that the allowable time when the battery temperature is low is less than the allowable time when the battery temperature is high. that controls charging and discharging of the battery within the upper limit voltage set lower limit voltage and the preset allowable time.
また本発明は,電動モータと内燃機関とを駆動に併用し,電動モータの電池の充放電を制御する電池制御装置を備えたハイブリッド自動車であって,電池制御装置は,電池の入出力電圧の上限電圧を電池温度に応じて設定し,電池温度が低いときの上限電圧を電池温度が高いときの上限電圧以上とする上限電圧設定部と,電池の入出力電圧の下限電圧を電池温度に応じて設定し,電池温度が低いときの下限電圧を電池温度が高いときの下限電圧以下とする下限電圧設定部と,電池の連続入出力の許容時間を電池温度に応じて設定し,電池温度が低いときの許容時間を電池温度が高いときの許容時間以下とする許容時間設定部とを有し,上限電圧設定部により設定された上限電圧,下限電圧設定部により設定された下限電圧,および前記許容時間設定部により設定された許容時間の範囲内で電池の充放電を制御するハイブリッド自動車にも及ぶ。
The present invention also provides a hybrid vehicle including a battery control device that controls the charge / discharge of a battery of the electric motor by using both the electric motor and the internal combustion engine for driving. Set the upper limit voltage according to the battery temperature, set the upper limit voltage when the battery temperature is low to the upper limit voltage when the battery temperature is high, and the lower limit voltage of the battery input / output voltage according to the battery temperature Set the lower limit voltage setting section that sets the lower limit voltage when the battery temperature is low to the lower limit voltage when the battery temperature is high, and the allowable continuous input / output time of the battery according to the battery temperature. and a permissible time setting unit for low allowable time when less time allowed when the battery temperature is high, the upper limit voltage set by the upper limit voltage setting unit, a lower limit voltage is set by the lower limit voltage setting unit, and When allowed Also extends to a hybrid vehicle for controlling the charging and discharging of the battery within a set permissible time by the setting unit.
本発明のハイブリッド自動車用電池制御装置,ハイブリッド自動車用電池制御方法及びハイブリッド自動車によれば,電池の寿命及びコストや重量に影響を与えず,中心SOCを変化させることなく低温時の燃費を向上させることができる。 According to the hybrid vehicle battery control device, the hybrid vehicle battery control method, and the hybrid vehicle of the present invention, the fuel efficiency at low temperature is improved without changing the central SOC without affecting the life, cost, and weight of the battery. be able to.
以下,本発明を具体化した最良の形態について,添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は,エンジンとモータジェネレータとを有するハイブリッド自動車に本発明を適用したものである。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the best mode for embodying the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In this embodiment, the present invention is applied to a hybrid vehicle having an engine and a motor generator.
本形態のハイブリッド自動車1は,図1にその概略構成を示すように,電池制御装置2と駆動制御装置3とを有し,これらによって駆動制御されるものである。そのために,ハイブリッド自動車1の全体の制御を行うHVECU11と,電池制御装置2の中心となる電池ECU12を有し,さらに,駆動制御装置3にはエンジンECU13を有している。
The hybrid vehicle 1 of the present embodiment has a
電池制御装置2では,電池20は,電池ECU12によって監視され,リレー21を介してモータジェネレータ22に接続されている。また,電池20の温度を検出するサーミスタ23と冷却用の冷却システム24も備えられている。駆動制御装置3では,エンジン30は,エンジンECU13によって監視されている。さらに,運転操作装置31がHVECU11に接続されている。また,モータジェネレータ22とエンジン30とはいずれも,トランスミッション32を介して車輪33に接続されている。ここで,運転操作装置31とは,アクセルペダル,ブレーキペダル,シフトレバー等のことである。
In the
ここで,電池ECU12は,電池20の電圧や電流を検出し,その積算から電池20のSOCを算出して,HVECU11に出力する。さらに,サーミスタ23によって電池20の温度が検出され,HVECU11に出力される。このとき,電池20の温度が所定の温度より高いと判断されたら,電池ECU12は冷却システム24を稼働して電池20を冷却する。また,エンジンECU13は,エンジン30の状況を監視して,HVECU11に出力する。また,HVECU11は,電池ECU12とエンジンECU13との出力を受け,運転操作装置31の操作に応じてモータジェネレータ22やエンジン30の動作制御を行う。
Here, the
モータジェネレータ22はHVECU11の制御に基づいて,電動モータとして駆動力を出力したり,ジェネレータとして電池20を充電したりする。モータジェネレータ22が電動モータとして働き,車輪33に駆動力を与えるときには,電池20からリレー21を介してモータジェネレータ22に電力が供給される。また,運転者のブレーキ操作等によって車速が過剰となった時には,モータジェネレータ22によって回生して得られた余剰電力により電池20が充電される。
Based on the control of the
またこのハイブリッド自動車1は,トランスミッション32が切り替えられることにより,モータジェネレータ22あるいはエンジン30のいずれからでもあるいはその両方からでも駆動力を受けることができる。従って,できるだけモータジェネレータ22からの駆動力を使用するようにできれば,それだけハイブリッド自動車1としての燃費を良くすることができる。本形態では,低温域における電池20の上下限電圧の範囲を広げることで,低温域における電池20の出力低下を抑制する。
In addition, the hybrid vehicle 1 can receive a driving force from either the
一般に,二次電池において上下限電圧を超えて充放電することは,電池20の寿命を短くする原因となることが分かっている。しかし,本発明者は,低温環境時においては,常温における上下限電圧の範囲より少し外側で動作させても,電池20の寿命に悪影響を与えないことを見いだした。そこで,本形態の電池制御装置2では,電池20の上下限電圧を温度に応じて変化させたものとしている。すなわち,電池20の温度が低温の場合では,温度が下がるに従って上限電圧を大きくかつ下限電圧を小さくするのである。一方,電池20の温度が常温以上では,上下限電圧を従来と同じ一定値とする。
In general, it has been found that charging / discharging over the upper and lower limit voltage in a secondary battery shortens the life of the
本形態の電池制御装置2では,例えば図2に示したように,電池温度に応じて上下限電圧値を変化させる。この図で,下側のグラフで示した下限電圧は,入力時の最小電圧に相当する。また,上側のグラフで示した上限電圧は,出力時の最大電圧に相当する。この図に示すように,電池温度T1以上では,上下限電圧をともに一定値とする。これらは,従来と同様の値にされている。一方,電池温度T1〜T2の低温では,温度が低いほど上限電圧値を大きく下限電圧値を小さくなるように変化させる。電池温度T2以下の極低温では,再び上下限電圧をそれぞれ一定値とする。ここで,T1が第1温度および第3温度に相当し,T2が第2温度および第4温度に相当する。
In the
例えば,電池温度T1〜T2の低温で入力時の下限電圧Vlcは,常温での下限電圧をVlとすると,定数αと温度に依存する変数Tとを使用して次式のように表される。
Vlc=Vl−αT
また,電池温度T1〜T2の低温で出力時の上限電圧Vucは,常温での上限電圧をVuとすると,定数βと温度に依存する変数Tとを使用して次式のように表される。
Vuc=Vu+βT
電池温度T2以下の極低温では,上記の各式で温度T2としたときのVlc,Vucが上下限電圧となる。
For example, the lower limit voltage Vlc at the time of input at a low temperature of the battery temperature T1 to T2 is expressed by the following equation using a constant α and a variable T depending on the temperature, where the lower limit voltage at room temperature is Vl. .
Vlc = Vl-αT
Further, the upper limit voltage Vuc at the time of output at a low temperature of the battery temperature T1 to T2 is expressed by the following equation using the constant β and the variable T depending on the temperature, where the upper limit voltage at room temperature is Vu. .
Vuc = Vu + βT
At an extremely low temperature equal to or lower than the battery temperature T2, Vlc and Vuc when the temperature is set to T2 in the above equations are the upper and lower limit voltages.
さらに,本形態の電池制御装置2では,図3に示したように,電池温度に応じて連続許容時間を変化させる。これは,上記の上下限電圧での充放電を連続して行うことが許容される時間である。一般に,常温での連続許容時間は例えば数秒のように一定値に設定されている。本形態では,電池温度T2以下の極低温では,連続許容時間を電池温度に応じて変化させる。具体的には温度が低いほど短く設定する。そして,所定の温度T3以下では全く許容しない。ここでは,T2が第5温度に相当する。
Furthermore, in the
例えば,電池温度T2以下の極低温で出力時の許容時間t1cは,常温での最大出力許容時間をt1とすると,定数γと温度に依存する変数Tとを使用して次式のように表される。
t1c=t1/γT
また,電池温度T2以下の極低温で入力時の許容時間t2cは,常温での最大入力許容時間をt2とすると,同様に次式のように表される。
t2c=t2/γT
ここでの変数Tは,温度が低いほど大きい値となる。なお,電池温度T1,T2,T3としては,例えばT1が約20℃,T2が約−10℃,T3が約−30℃等とすればよい。
For example, the allowable time t1c at the time of output at an extremely low temperature equal to or lower than the battery temperature T2 is expressed as the following equation using the constant γ and the temperature-dependent variable T, where the maximum allowable output time at room temperature is t1. Is done.
t1c = t1 / γT
Further, the allowable time t2c at the time of input at an extremely low temperature equal to or lower than the battery temperature T2 is similarly expressed by the following equation, where the maximum allowable input time at room temperature is t2.
t2c = t2 / γT
The variable T here becomes larger as the temperature is lower. The battery temperatures T1, T2, and T3 may be, for example, T1 of about 20 ° C., T2 of about −10 ° C., T3 of about −30 ° C., and the like.
次に,各ハイブリッド自動車1について,電池20の上下限電圧を変化させる度合いの決定方法について説明する。電池20の上下限電圧は,様々な条件により異なるものとなるので,電池寿命に影響を与えない範囲を実験によって求める。各種の前提条件としては,電池20の仕様や車両での電池の使われ方が大きく影響する。まず,電池20の仕様としては,電池20の種類がリチウムイオン電池であるかニッケル水素電池であるかによって大きく異なる。また,電池20に使用されている活物質,電解質,添加剤等の材質や,内部構造の違い等によっても,電池20の特性はそれぞれ異なる。また,車両における電池20の使われ方も車種等によって異なり,これによっても設定が異なる。
Next, a method for determining the degree to which the upper and lower limit voltages of the
そこでまず,電池20の特性について実験する。上記のように様々な電池20から適切なものを選択し,選択された電池20について,各温度での従来の上限電圧より大きい電圧値で最大パルス耐久試験を実施する。この試験を,温度と上下限電圧を変えて多数行い,変曲点を確認する。変曲点が有ればそこからはっきりとした劣化が始まるので,寿命が設定されるということであり,変曲点の無いものは寿命が長いと考えられる。そこで,変曲点の無い範囲内で各温度における上下限電圧を設定する。
First, the characteristics of the
また従来では,連続した充放電を許容する許容時間を一定値に定めている。しかし,極低温以下となると,ここで設定された上下限電圧で,この従来の許容時間だけ連続して充放電させることは難しくなる。そこで,極低温における連続充放電可能な連続許容時間を確認する。その確認した許容時間で,極低温の各温度での最大パルス耐久試験をさらに実施する。そして,寿命への影響レベルを確認する。その結果,寿命への影響が無いと認められた範囲で各温度の許容時間を設定する。このようにして,電池20の特性としての上下限電圧と許容時間とが決定される。
Conventionally, the allowable time for allowing continuous charge / discharge is set to a constant value. However, when the temperature is lower than the extremely low temperature, it is difficult to continuously charge and discharge for the conventional permissible time with the upper and lower limit voltages set here. Therefore, the allowable continuous time for continuous charge / discharge at extremely low temperatures is confirmed. The maximum pulse endurance test at each cryogenic temperature is further carried out with the confirmed allowable time. Then check the impact level on the service life. As a result, the allowable time for each temperature is set within a range where it is recognized that there is no effect on the service life. In this way, the upper and lower limit voltages and the allowable time as the characteristics of the
一方,実際の車両における電池20の使用状況についても確認する必要がある。そこで,まず各種の車両について,設計上での電池20の入出力頻度や電圧レベルを決定する。そして,その車両が寒冷地あるいは酷暑地での使われ方を考慮し,必要とされる寿命の条件を決定する。この必要寿命を余裕を持って満たすように上下限電圧が設定される。
On the other hand, it is necessary to check the usage status of the
これにより,この車両における上下限電圧の変化グラフが,例えば図2のように得られる。さらに許容時間が,例えば図3のように得られる。電池20の温度が低温領域では,抵抗が大きくなっているので,出力電圧を大きくしても電流が大きくなりすぎることは無く,寿命への影響はほとんどない。従って,このように設定してやることにより,低温領域での許容入出力値を,図4に示すように,広げることができる。この図で,破線で示しているのが従来の許容入出力値であり,これに比べて実線で示した本形態の許容入出力値は,低温領域で大きく広がっている。従って,低温時や極低温時における電池20の出力を上昇させ,冬期の燃費の悪化を抑制することができる。
Thereby, the change graph of the upper and lower limit voltage in this vehicle is obtained as shown in FIG. 2, for example. Further, the allowable time is obtained as shown in FIG. 3, for example. When the temperature of the
なお,これらのグラフは,SOCごとに決められる。すなわち,全体としては,これらのグラフにSOC軸を加えた3元系のマップが作成される。そして,電池ECU12では,そのときのSOCや電池20の温度を得て,適合するグラフから上下限電圧を抽出し,HVECU11に出力する。なお,本形態では中心SOCは所定の一定値に設定すればよい。
These graphs are determined for each SOC. That is, as a whole, a ternary map in which the SOC axis is added to these graphs is created. Then, the
さらに,極低温では,許容時間を定めることなく電池20の性能に任せてしまう方法をとることもできる。極低温においては,上下限電圧の範囲内で有れば連続入出力による寿命への影響は小さいからである。ただし,この場合にはHVECU11での制御がやや難しいものとなる。これは,極低温では電池抵抗が大きく上昇するため,急激な出力低下が起こりやすいからである。このような出力低下時にエンジン30が対応しきれない場合には,車両の加速挙動がスムーズでなく感じられるおそれがある。すなわち,運転者にアクセル操作と加速との間にタイムラグがあるように感じさせるおそれがある。これを避けるためには,HVECU11の制御を高速化し,電池20の出力低下時に素早く対処できるようにしなくてはならない。
Furthermore, at a very low temperature, it is possible to take a method in which the performance of the
このように上下限電圧と許容時間とが設定された電池制御装置2を搭載したハイブリッド自動車1では,図5に示すフローチャートに従って,電池20の出力・回生制御が行われる。まず,電池ECU12では,サーミスタ23で電池20の温度を検出する(S101)。次に,その温度に適合する上下限電圧を取得する(S102)。また,電池20の温度が所定の温度以下の極低温領域であるかどうかを判断する(S103)。
Thus, in the hybrid vehicle 1 equipped with the
極低温領域ではないと判断された場合には(S103:No),常温領域と同じ許容時間(t1,t2)を選択する(S104)。極低温領域であると判断された場合には(S103:Yes),温度に応じた許容時間(t1c,t2c)を選択する(S105)。さらに,この上下限電圧と許容時間とから,そのときの許容入出力値を求める(S106)。 When it is determined that it is not in the extremely low temperature region (S103: No), the same allowable time (t1, t2) as that in the normal temperature region is selected (S104). If it is determined that the temperature is in the extremely low temperature range (S103: Yes), an allowable time (t1c, t2c) corresponding to the temperature is selected (S105). Further, an allowable input / output value at that time is obtained from the upper and lower limit voltages and the allowable time (S106).
また,電池ECU12では,そのときの電池20のSOCも検出する(S107)。その結果からSOCに対応する許容入出力値を求める(S108)。次に,S106とS108で求められた2つの許容入出力値を比較する(S109)。それらのうち小さい方をそのときの許容入出力値として採用し,HVECU11に出力する(S110)。HVECU11では,入力された許容入出力値を限度として,運転者の運転操作に応じてモータジェネレータ22を制御する。
The
以上詳細に説明したように本形態の電池制御装置2によれば,電池20の温度が低温の領域では,温度が下がるに従って,入出力の上限電圧を大きく下限電圧を小さくする。従って,低温領域での出力電力を従来に比較して大きくすることができる。この方法では,中心SOCを変化させていないので制御が容易であり,電池20のセル数等は増加していないのでコストや重量の増加とはならない。また,寿命に影響の無い範囲の上下限電圧値を実験により決定しているので,電池20の寿命を短くすることはない。従って,電池20の寿命及びコストや重量に影響を与えず,中心SOCを変化させることなく低温時の燃費を向上させることができる。さらに,極低温での上下限電圧の許容時間も設定しておけば,制御がより容易になる。
As described above in detail, according to the
なお,本形態は単なる例示にすぎず,本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に,その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良,変形が可能である。
例えば,各グラフは1つの例であり,実際の車両ではこの形になるとは限らない。
In addition, this form is only a mere illustration and does not limit this invention at all. Therefore, the present invention can naturally be improved and modified in various ways without departing from the gist thereof.
For example, each graph is an example, and an actual vehicle does not always have this shape.
1 ハイブリッド自動車
2 電池制御装置(ハイブリッド自動車用電池制御装置)
12 電池ECU(上限電圧設定部,下限電圧設定部,許容時間設定部,最大入出力設定部,上下限出力設定部)
20 電池
22 モータジェネレータ(電動モータ)
30 エンジン(内燃機関)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
12 Battery ECU (Upper limit voltage setting unit, lower limit voltage setting unit, allowable time setting unit, maximum input / output setting unit, upper / lower limit output setting unit)
20
30 engine (internal combustion engine)
Claims (6)
電池の入出力電圧の上限電圧を電池温度に応じて設定し,電池温度が低いときの上限電圧を電池温度が高いときの上限電圧以上とする上限電圧設定部と,
電池の入出力電圧の下限電圧を電池温度に応じて設定し,電池温度が低いときの下限電圧を電池温度が高いときの下限電圧以下とする下限電圧設定部と,
電池の連続入出力の許容時間を電池温度に応じて設定し,電池温度が低いときの許容時間を電池温度が高いときの許容時間以下とする許容時間設定部とを有し,
前記上限電圧設定部により設定された上限電圧,前記下限電圧設定部により設定された下限電圧,および前記許容時間設定部により設定された許容時間の範囲内で電池の充放電を制御することを特徴とするハイブリッド自動車用電池制御装置。 In a hybrid vehicle battery controller for controlling the charge and discharge of a hybrid vehicle battery,
An upper limit voltage setting unit that sets the upper limit voltage of the battery input / output voltage according to the battery temperature, and sets the upper limit voltage when the battery temperature is low to be equal to or higher than the upper limit voltage when the battery temperature is high;
A lower limit voltage setting unit that sets the lower limit voltage of the battery input / output voltage according to the battery temperature, and sets the lower limit voltage when the battery temperature is low to the lower limit voltage when the battery temperature is high ;
An allowable time setting unit that sets the allowable time for continuous input / output of the battery according to the battery temperature, and sets the allowable time when the battery temperature is low to the allowable time when the battery temperature is high ,
Upper limit voltage set by the upper limit voltage setting unit, the lower limit voltage set by pre Symbol lower limit voltage setting unit, and to control the charging and discharging of the battery within a set permissible time by the allowable time setting unit A battery control device for a hybrid vehicle characterized by the above.
前記上限電圧設定部は,電池温度が第1温度と第2温度の間の範囲内である場合には電池温度が低いほど上限電圧を高くし,電池温度がその範囲外である場合には上限電圧を一定とするものであり,
前記下限電圧設定部は,電池温度が第3温度と第4温度の間の範囲内である場合には電池温度が低いほど下限電圧を低くし,電池温度がその範囲外である場合には下限電圧を一定とするものであることを特徴とするハイブリッド自動車用電池制御装置。 In the hybrid vehicle battery control device according to claim 1 ,
The upper limit voltage setting unit increases the upper limit voltage as the battery temperature is lower when the battery temperature is within the range between the first temperature and the second temperature, and the upper limit when the battery temperature is out of the range. The voltage is constant,
The lower limit voltage setting unit lowers the lower limit voltage as the battery temperature is lower when the battery temperature is within the range between the third temperature and the fourth temperature, and the lower limit when the battery temperature is out of the range. A battery control apparatus for a hybrid vehicle characterized in that the voltage is constant.
前記許容時間設定部は,電池温度が第5温度より高い場合には許容時間を一定とし,電池温度が第5温度より低い場合には電池温度が低いほど許容時間を短くするものであることを特徴とするハイブリッド自動車用電池制御装置。 In the hybrid vehicle battery control device according to claim 1 or 2,
The allowable time setting unit sets the allowable time constant when the battery temperature is higher than the fifth temperature, and shortens the allowable time as the battery temperature is lower when the battery temperature is lower than the fifth temperature. A battery control device for a hybrid vehicle characterized by the above.
前記上限電圧設定部,前記下限電圧設定部,および前記許容時間設定部は,電池温度の他に電池の充電状態にも応じて上下限電圧および許容時間を設定するものであり,
電池の充電状態に応じて電池の最大入出力を設定する最大入出力設定部と,
前記上限電圧設定部により設定された上限電圧,前記下限電圧設定部により設定された下限電圧,および前記許容時間設定部により設定された許容時間により電池の上下限出力を設定する上下限出力設定部とを有し,
前記最大入出力設定部により設定された最大入出力と,前記上下限出力設定部により設定された上下限出力とのうち小さい方により電池の充放電を制御することを特徴とするハイブリッド自動車用電池制御装置。 In the hybrid vehicle battery control device according to any one of claims 1 to 3 ,
The upper limit voltage setting unit, the lower limit voltage setting unit, and the allowable time setting unit set the upper and lower limit voltage and the allowable time according to the state of charge of the battery in addition to the battery temperature,
A maximum input / output setting unit that sets the maximum input / output of the battery according to the state of charge of the battery;
Upper / lower limit output setting unit for setting the upper / lower limit output of the battery according to the upper limit voltage set by the upper limit voltage setting unit, the lower limit voltage set by the lower limit voltage setting unit, and the allowable time set by the allowable time setting unit And
A battery for hybrid vehicles, wherein charge / discharge of the battery is controlled by a smaller one of the maximum input / output set by the maximum input / output setting unit and the upper / lower limit output set by the upper / lower limit output setting unit Control device.
電池の入出力電圧の上限電圧を,電池温度に応じて,電池温度が低いときの上限電圧が,電池温度が高いときの上限電圧以上となるように設定し,
電池の入出力電圧の下限電圧を,電池温度に応じて,電池温度が低いときの下限電圧が,電池温度が高いときの下限電圧以下となるように設定し,
電池の連続入出力の許容時間を,電池温度に応じて,電池温度が低いときの許容時間が,電池温度が高いときの許容時間以下となるように設定し,
設定された上限電圧と設定された下限電圧と設定された許容時間の範囲内で電池の充放電を制御することを特徴とするハイブリッド自動車用電池制御方法。 In a hybrid vehicle battery control method for controlling charge and discharge of a hybrid vehicle battery,
The upper limit voltage of the battery input / output voltage is set according to the battery temperature so that the upper limit voltage when the battery temperature is low is equal to or higher than the upper limit voltage when the battery temperature is high.
Set the lower limit voltage of the battery input / output voltage according to the battery temperature so that the lower limit voltage when the battery temperature is low is less than or equal to the lower limit voltage when the battery temperature is high.
The allowable time for continuous battery input / output is set according to the battery temperature so that the allowable time when the battery temperature is low is less than the allowable time when the battery temperature is high,
A battery control method for a hybrid vehicle, wherein charge / discharge of the battery is controlled within a range of a set upper limit voltage, a set lower limit voltage, and a set allowable time .
電池の入出力電圧の上限電圧を電池温度に応じて設定し,電池温度が低いときの上限電圧を電池温度が高いときの上限電圧以上とする上限電圧設定部と,
電池の入出力電圧の下限電圧を電池温度に応じて設定し,電池温度が低いときの下限電圧を電池温度が高いときの下限電圧以下とする下限電圧設定部と,
電池の連続入出力の許容時間を電池温度に応じて設定し,電池温度が低いときの許容時間を電池温度が高いときの許容時間以下とする許容時間設定部とを有し,
前記上限電圧設定部により設定された上限電圧,前記下限電圧設定部により設定された下限電圧,および前記許容時間設定部により設定された許容時間の範囲内で電池の充放電を制御することを特徴とするハイブリッド自動車。 In a hybrid vehicle equipped with a battery control device that uses an electric motor and an internal combustion engine for driving and controls charging / discharging of the battery of the electric motor, the battery control device includes:
An upper limit voltage setting unit that sets the upper limit voltage of the battery input / output voltage according to the battery temperature, and sets the upper limit voltage when the battery temperature is low to be equal to or higher than the upper limit voltage when the battery temperature is high;
A lower limit voltage setting unit that sets the lower limit voltage of the battery input / output voltage according to the battery temperature, and sets the lower limit voltage when the battery temperature is low to the lower limit voltage when the battery temperature is high ;
An allowable time setting unit that sets the allowable time for continuous input / output of the battery according to the battery temperature, and sets the allowable time when the battery temperature is low to the allowable time when the battery temperature is high ,
Upper limit voltage set by the upper limit voltage setting unit, the lower limit voltage set by pre Symbol lower limit voltage setting unit, and to control the charging and discharging of the battery within a set permissible time by the allowable time setting unit A featured hybrid car.
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