JP4773848B2 - 二次電池の充放電制御システム、電池制御装置、およびプログラム - Google Patents

二次電池の充放電制御システム、電池制御装置、およびプログラム Download PDF

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Description

本発明は、モータの動力源や各種負荷の駆動源として、電気自動車やハイブリッド自動車等に搭載されるニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの二次電池の充放電電力を制御する技術に関する。
ニッケル水素二次電池、リチウム二次電池などの二次電池を使用するにあたっては、過放電や過充電を避けなければならない。仮に二次電池が顕著な過放電や過充電に至ると、電池内部の電解液の電気分解によりガスが発生し、二次電池の寿命に影響を及ぼす。
そこで、モータの動力源や各種負荷の駆動源として二次電池を搭載した電気自動車やハイブリッド自動車などでは、電池電子制御ユニット（以下、電池ＥＣＵと称す）が二次電池の充電状態（以下、ＳＯＣ（State Of Charge）と称す））や電池温度などに基づいて、二次電池が許容できる放電許容電力値や充電許容電力値（以下、放電許容電力値と充電許容電力値とを併せて許容電力値と称す）を決定する技術が提案されている。このようにして電池ＥＣＵが決定した許容電力値を目標値として上回らないように、車両制御ユニット（以下、車両ＥＣＵと称す）が二次電池の充放電を制御することで、二次電池の過放電や過充電を防ぎ、二次電池の損傷や劣化を防止したり、長寿命化を図ったりしている。
特許文献１では、モータを備えた電動車両に搭載され、二次電池の状態に基づき充電電力上限値を決定する手段と、回生制動力の制御目標値の上限を、充電電力上限値およびモータの回転数に基づき制御する手段と、電池電圧が所定の許容値を上回った場合に、回生制動力の制御目標値を低減する手段とを備えた回生制動制御装置が開示されている。
特開平９−７４６０５号公報
ところで、電気自動車やハイブリッド自動車などに搭載されるような短時間で充放電を繰り返す二次電池の場合、電力は安定せず、図１１に示すように時間的変動が大きい。そのため、電力が一度所定の許容値を上回ったとしても、その後継続的に電力が許容値を上回るとは限らない。つまり、電力が所定の許容値を上回ったとしても、二次電池の過放電や過充電により、すぐに二次電池の損傷や劣化に結びつくとは限らない。したがって、特許文献１のように、電池電圧が一度所定の許容値を上回った段階で、回生制動力の制御目標値を低減すると、必要以上に制御目標値を抑制してしまい、二次電池への充電を必要以上に抑制してしまう場合がある。
そこで、本発明は、充放電時における二次電池の許容電力値を制御する充放電制御システムにおいて、二次電池の過放電あるいは過充電を防止しつつ、二次電池の充放電を必要以上に抑制することを防止する。
本発明に係る二次電池の充放電制御システムは、予め二次電池の充放電におけるフィードバック制御の制限目標値である許容電力値を定めた充放電制御部と、前記二次電池の実負荷電力値を演算する電力値演算部と、演算した実負荷電力値と前記許容電力値との差分電力値の大きさを算出する差分算出部と、算出した差分電力値の大きさが所定の閾値以下となった回数を計測し、計測数が所定の上限値以上となった場合、前記許容電力値を下方修正する許容電力値制御部とを備えることを特徴とする。
本発明に係る二次電池の充放電制御システムの１つの態様では、前記許容電力値制御部は、算出した差分電力値の大きさが連続して所定の閾値以下となった回数を計測することを特徴とする。
また、本発明に係る二次電池の充放電制御システムの１つの態様では、前記許容電力値制御部は、算出した差分電力値の大きさが所定の期間内において所定の閾値以下となった回数を計測することを特徴とする。
さらに、本発明に係る二次電池の充放電制御システムの１つの態様では、前記許容電力値制御部は、前記計測数が多いほど前記許容電力値の下方修正量を増加させることを特徴とする。
加えて、本発明に係る二次電池の充放電制御システムの１つの態様では、前記許容電力値制御部は、算出した差分電力値の大きさが所定の閾値以下であって演算した実負荷電力値が前記許容電力値を超えるときに、前記差分電力値の大きさが大きいほど前記許容電力値の下方修正量を増加させることを特徴とする。
また、本発明に係る二次電池の充放電制御システムの１つの態様では、前記二次電池の充放電を遮断する遮断手段を備え、前記許容電力値制御部は、前記計測数が所定の最上限値に達した場合、前記許容電力値をゼロに下方修正して前記遮断手段に二次電池の充放電の遮断を要求することを特徴とする。
さらに、本発明に係る二次電池の充放電制御システムの１つの態様では、前記許容電力値制御部は、電力値が異なる複数の許容電力値が存在する場合、許容電力値ごとに定められた上限値に前記計測数が達するごとに、許容電力値ごとに定められた下方修正量によって上限値に達した許容電力値を下方修正することを特徴とする。
加えて、本発明に係る二次電池の充放電制御システムの１つの態様では、前記二次電池は、複数の電池モジュールを組み合わせて構成され、前記許容電力値は、前記二次電池を構成する電池モジュールを所定の単位で区分けしたブロックごとに定められており、前記電力値演算部は、ブロック単位に二次電池の実負荷電力値を演算し、前記許容電力値制御部は、ブロック単位で算出した差分電力値の大きさが所定の閾値以下となった回数を計測し、計測数が所定の上限値以上となった場合、ブロックごとに定められた各許容電力値をそれぞれ下方修正することを特徴とする。
本発明に係る電池制御装置は、少なくとも温度に応じて設定されるフィードバック制御の制限目標値である許容電力値に基づいて、充放電能力の範囲内で充放電制御される二次電池の該許容電力値を適応的に設定する電池制御装置であって、前記二次電池の実負荷電力値を演算する電力値演算部と、演算した実負荷電力値と前記許容電力値との差分電力値の大きさを算出する差分算出部と、算出した差分電力値の大きさが所定の閾値以下となった回数を計測し、計測数が所定の上限値以上となった場合、前記許容電力値を下方修正する許容電力値制御部とを備えることを特徴とする。
また、本発明に係る二次電池の充放電制御システムは、予め二次電池の充放電におけるフィードバック制御の制限目標値である許容電力値を定めた充放電制御部と、前記二次電池の実負荷電力値を演算する電力値演算部と、演算した実負荷電力値と前記許容電力値との差分電力値の大きさを算出する差分算出部と、算出した差分電力値の大きさが所定の閾値以下であって演算した実負荷電力値が前記許容電力値を超えるときに、前記差分電力値の大きさが大きいほど大きな下方修正量により、前記許容電力値を下方修正する許容電力値制御部とを備えることを特徴とする。
さらに、本発明に係る電池制御装置は、少なくとも温度に応じて設定されるフィードバック制御の制限目標値である許容電力値に基づいて、充放電能力の範囲内で充放電制御される二次電池の該許容電力値を適応的に設定する電池制御装置であって、前記二次電池の実負荷電力値を演算する電力値演算部と、演算した実負荷電力値と前記許容電力値との差分電力値の大きさを算出する差分算出部と、算出した差分電力値の大きさが所定の閾値以下であって演算した実負荷電力値が前記許容電力値を超えるときに、前記差分電力値の大きさが大きいほど大きな下方修正量により、前記許容電力値を下方修正する許容電力値制御部とを備えることを特徴とする。
本発明によれば、充放電時における二次電池の許容電力値を制御する充放電制御システムにおいて、二次電池の過放電あるいは過充電を防止しつつ、二次電池の充放電を必要以上に抑制することを防止することができる。
本発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態と称す）について、ハイブリッド自動車を例に、図面を参照して説明する。なお、本実施形態では、電気自動車の１つであるハイブリッド自動車を例に説明するが、駆動源としてモータ（電動機）を備える他の電気自動車にも本実施形態は適用可能である。
図１は、本実施形態に係るハイブリッド自動車の概略構成を示す図である。図１において、車両ＥＣＵ１０は、インバータ５０、エンジン電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵと称す）４０、遮断スイッチ回路３８を制御する。エンジンＥＣＵ４０は、エンジン６０を制御する。また、電池電子制御ユニット（以下、電池ＥＣＵ）２０は、二次電池３０から、電池電圧Ｖ、充放電電流Ｉ、電池温度Ｔなどの情報を受けて、二次電池３０のＳＯＣを推定する。また、電池ＥＣＵ２０は、二次電池３０が現在のＳＯＣにおいて許容できる放電許容電力値Ｐｏｕｔおよび充電許容電力値Ｐｉｎを決定し、決定した放電許容電力値Ｐｏｕｔや充電許容電力値Ｐｉｎ、さらに二次電池３０のＳＯＣや電池温度などの電池情報を車両ＥＣＵ１０に送信する。車両ＥＣＵ１０は、各種電池情報に基づいて放電許容電力値Ｐｏｕｔや充電許容電力値Ｐｉｎを制限の目標値として、それらの許容電力値を上回らないようにエンジンＥＣＵ４０やインバータ５０等を制御することで、二次電池３０の充放電を制御する。以降、放電許容電力値Ｐｏｕｔおよび充電許容電力値Ｐｉｎを総称して、許容電力値Ｐと称す。
電池ＥＣＵ２０は、例えば、電池温度Ｔをパラメータとして放電許容電力値Ｐｏｕｔや充電許容電力値Ｐｉｎを求める。電池ＥＣＵ２０は、例えば図２に示すような参照マップを参照することで、電池温度Ｔに対応する放電許容電力値Ｐｏｕｔや充電許容電力値Ｐｉｎを求める。また、電池ＥＣＵ２０は、ＳＯＣと電池温度Ｔとに基づいて放電許容電力値Ｐｏｕｔや充電許容電力値Ｐｉｎを求めてもよい。この場合、電池ＥＣＵ２０は、図３に示すような参照マップを参照することで、電池温度ＴとＳＯＣとをパラメータとして、放電許容電力値Ｐｏｕｔや充電許容電力値Ｐｉｎを求める。さらに、電池ＥＣＵ２０は、電池電圧Ｖをパラメータとして許容電力値Ｐを求めてもよい。この場合、電池ＥＣＵ２０は、図４に示すような参照マップを参照することで、電池電圧Ｖをパラメータとして許容電力値Ｐを求める。
図１に戻り、二次電池３０は、遮断スイッチ回路３８を介してモータ５２に電力を供給する。インバータ５０は、二次電池３０の放電時に、二次電池３０から供給される直流電力を交流電力に変換し、モータ５２に交流電力を供給する。
エンジン６０は、動力分割機構４２、減速機４４およびドライブシャフト４６を介して車輪に動力を伝達している。モータ５２は、減速機４４およびドライブシャフト４６を介して車輪に動力を伝達している。二次電池３０に充電が必要な場合は、エンジン６０の動力の一部が動力分割機構４２を介して発電機５４に供給され、充電に利用される。
遮断スイッチ回路３８は、二次電池３０とインバータ５０との間に設けられ、車両ＥＣＵ１０から送信される開閉指示に基づいて、二次電池３０とインバータ５０とを電気的に接続するスイッチ素子の開閉を行う。このスイッチ素子を開放状態とすることで、二次電池３０とインバータ５０との間の電力伝達が遮断される。
車両ＥＣＵ１０は、エンジンＥＣＵ４０からのエンジン６０の運転状態の情報や、アクセルペダルの操作量、ブレーキペダルの操作量、シフトレバーで設定されるシフトレンジ等の運転情報や、電池ＥＣＵ２０からのＳＯＣや放電許容電力値Ｐｏｕｔや充電許容電力値Ｐｉｎなどに基づいて、エンジンＥＣＵ４０やインバータ５０に制御命令を出力し、エンジン６０やモータ５２を駆動させる。また、電池ＥＣＵ２０が二次電池３０の過充電や過放電など著しい電池寿命の劣化を招くような事態が起こると判断して、車両ＥＣＵ１０に遮断スイッチ回路３８のオープン要求を出力した場合には、車両ＥＣＵ１０は遮断スイッチ回路３８に開放指示を送信する。これにより、二次電池３０とインバータ５０との間の電力伝達が遮断され、電池寿命の劣化を最小限に抑えることができる。
二次電池３０は、図５に示すように、電池ブロックＢ１〜Ｂ２０を直列に接続して構成される。電池ブロックＢ１〜Ｂ２０は、電池ケース３２に収容されている。また、電池ブロックＢ１〜Ｂ２０はそれぞれ、２個の電池モジュールを電気的に直列接続して構成されており、更に、各電池モジュールは、６個の単電池を電気的に直列に接続して構成されている。各単電池としては、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池等を用いることができる。なお、電池ブロック、電池モジュール、単電池の数は特に限定されるものではない。二次電池３０の構成も上記した例に限定されるものではない。
さらに、電池ケース３２内には、複数の温度センサ３４が配置されている。複数の温度センサ３４の配置は、比較的温度が近い複数の電池ブロックを１つのグループとして、あるいはいずれの電池ブロックとも比較的温度差がある１つの電池ブロックを１つのグループとして、グループごとに１つの温度センサ３４を配置することによって行われている。また、グループ分けは、事前の実験等によって各電池ブロックの温度を測定することによって行われている。本実施形態では、Ｍ（Ｍは整数）個の温度センサ３４を備えるものとし、各温度センサ３４が測定した温度をそれぞれ温度Ｔ（１）〜温度Ｔ（Ｍ）と表現する。
図５において、電圧測定部２２は、二次電池３０の端子電圧を測定している。本実施形態では、電圧測定部２２は、電池ブロックＢ１〜Ｂ２０それぞれの端子電圧Ｖ（１）〜Ｖ（２０）を測定する。電圧測定部２２は、端子電圧（１）〜Ｖ（２０）を特定する電圧データを生成し、これらを制御部２６に出力する。制御部２６への電圧データの出力は、予め設定された周期で行われ、制御部２６は、電圧データを記憶部２８に格納する。制御部２６は、記憶部２８に格納された電圧データに示される端子電圧（１）〜Ｖ（２０）を合計することで、電池電圧Ｖを算出する。
電流測定部２３は、二次電池３０の充放電時における充放電電流Ｉを測定している。本実施形態では、電流測定部２３は、電流センサ３５が出力したアナログ信号をデジタル信号に変換し、これに基づいて充電時に二次電池３０に入力された電流と、放電時に二次電池３０から出力された電流とを特定する電流データを生成し、これを制御部２６に出力する。また、電流測定部２３は、例えば充電時をマイナス、放電時をプラスとして電流データを生成する。電流測定部２３による制御部２６への電流データも、予め設定された周期で行われ、制御部２６は電流データも記憶部２８に格納する。
温度測定部２４は、二次電池３０の電池温度の測定を行っている。本実施形態では、グループごとに設定された各温度センサ３４が出力するアナログ信号をデジタル信号に変換し、これに基づいてグループごとの電池温度を特定する温度データを生成し、これを制御部２６に出力する。温度測定部２４による制御部２６への温度データの出力も、予め設定された周期で行われ、制御部２６は温度データも記憶部２８に格納する。制御部２６は、例えば、記憶部２８に格納された温度データに示される温度Ｔ（１）〜温度Ｔ（Ｍ）の平均値を求めることで、電池温度Ｔを求める。
制御部２６は、電池電圧Ｖと充放電電流Ｉとを乗算することで二次電池３０の実負荷電力値Ｐｒを演算したり、実負荷電力値Ｐｒと許容電力値Ｐとの差分の絶対値を算出して差分電力値ΔＶを求めたりする。さらに、制御部２６は、差分電力値ΔＶに基づいて、許容電力値Ｐの更新処理を行う。制御部２６による許容電力値Ｐの更新処理については後ほどフローチャートを用いて詳しく説明する。
このように構成されたハイブリッド自動車において、本実施形態では、二次電池３０の過放電あるいは過充電を防止しつつ、二次電池３０が十分に充放電能力を発揮できるように、電池ＥＣＵ２０が備える制御部２６が、電池温度Ｔなどに基づいて求めた放電許容電力値Ｐｏｕｔや充電許容電力値Ｐｉｎを随時更新（下方修正）する。
ここで、制御部２６が充電許容電力値Ｐｉｎを更新する処理手順について、図６に示すフローチャートを用いて説明する。なお、放電許容電力値Ｐｏｕｔについても下記に示す処理手順と同様な処理手順で下方修正することができるため、放電許容電力値Ｐｏｕｔの修正手順については、適宜、充電許容電力値Ｐｉｎを放電許容電力値Ｐｏｕｔと読み替えられたい。
図６において、まず、制御部２６は、カウンタＮの計測数を初期化した後（Ｓ１００）、上記の通り実負荷電力値Ｐｒを算出する（Ｓ１０２）。次いで、制御部２６は、実負荷電力値Ｐｒと上述のように参照マップを参照することで求められた充電許容電力値Ｐｉｎとの差分電力値ΔＰを算出する（つまり、｜Ｐｒ−Ｐｉｎ｜＝ΔＰ）（Ｓ１０４）。そして、制御部２６は、差分電力値ΔＰが予め定められた閾値αより小さいか否かを判定する（Ｓ１０６）。制御部２６は、差分電力値ΔＰが閾値αより大きければ（ステップＳ１０６での判定結果が、肯定「Ｙ」）、車両ＥＣＵ１０が充電許容電力値Ｐｉｎを上回らないようにエンジンＥＣＵ４０やインバータ５０等を制御していると判断して、下方修正の処理を終了する。なお、本実施形態では、差分電力値ΔＰが閾値αより大きい場合には、実負荷電力値Ｐｒが充電許容電力値Ｐｉｎを十分下回った状態で車両ＥＣＵ１０がエンジンＥＣＵ４０やインバータ５０等を制御していると判断して、充電許容電力値Ｐｉｎの下方修正を行っていない。しかし、上記の通り、差分電力値ΔＰは、実負荷電力値Ｐｒと充電許容電力値Ｐｉｎとの差分の絶対値で求められるため、実負荷電力値Ｐｒが充電許容電力値Ｐｉｎを大きく上回る場合にも差分電力値ΔＰが閾値αより大きくなることがある。この場合、二次電池３０の劣化を招くおそれがある。しかし、このような事態に陥らないために、通常、電池ＥＣＵ２０は、実負荷電力値Ｐｒが所定の上限電力値Ｐｈに達した段階で、例えば、車両ＥＣＵ１０を介して遮断スイッチ回路３８に開放指示を出力することで、二次電池３０とインバータ５０との間の電力伝達を遮断し、二次電池３０の劣化を防止するような制御を行っている。よって、実負荷電力値Ｐｒが充電許容電力値Ｐｉｎを大きく上回る場合の二次電池３０の保護については従来より行われている処理を利用するものとして、本実施形態では考慮しない。放電許容電力値Ｐｏｕｔについても同様である。
一方、制御部２６は、差分電力ΔＰが閾値α以下であれば（ステップＳ１０６での判定結果が、否定「Ｎ」）、車両ＥＣＵ１０が二次電池３０に充電許容電力値Ｐｉｎ付近の充電をさせていると判断して、カウンタＮの計測数をインクリメントした後（Ｓ１０８）、カウンタＮの計測数が予め定められた上限数Ｎａに達したかどうかを判定する（Ｓ１１０）。判定の結果、上限数Ｎａに達していなければ（ステップＳ１１０での判定結果が、否定「Ｎ」）、電池ＥＣＵ２０は、ステップＳ１０２以降の処理を繰り返す。
一方、計測数が上限数Ｎａに達していれば（ステップＳ１１０での判定結果が、肯定「Ｙ」）、制御部２６は、車両ＥＣＵ１０が二次電池３０に充電許容電力値Ｐｉｎ付近の充電を連続的にさせていて、このまま継続させると二次電池３０の劣化を招くおそれがあると判断して、制御部２６は、充電許容電力値Ｐｉｎを下方修正する（Ｓ１１２）。電池ＥＣＵ２０は、例えば、現在の充電許容電力値Ｐｉｎの１／２に充電許容電力値Ｐｉｎを下方修正する。なお、上限数Ｎａは、実負荷電力値Ｐｒの測定間隔が１００ｍｓｅｃであれば、例えば「２０」とする。
以上のように、本実施形態では、電池ＥＣＵ２０が備える制御部２６は、実負荷電力値Ｐｒと許容電力値Ｐとの差分電力値ΔＰが連続して所定の閾値α以下となった回数を計測し、その計測数が所定の上限数Ｎａに達した段階で、許容電力値Ｐを下方修正する。これにより、二次電池３０の過充電や過放電を防止することができる。また、一時的に実負荷電力値Ｐｒが許容電力値Ｐを上回った場合に許容電力値Ｐを下方修正することで必要以上に許容電力値Ｐを抑制してしまい、二次電池３０の充放電を必要以上に抑制してしまうことを防ぐことができる。
続いて、本実施形態の第１の変形例について説明する。第１の変形例では、カウンタＮの計測数が増加するにつれて、許容電力値Ｐの下方修正量を増加させている点で、上記の実施形態とは異なる。また、カウンタＮの計測数によっては、許容電力値Ｐを下方修正するのではなく、遮断スイッチ回路３８のスイッチ素子を開放状態とすることで、二次電池３０とインバータ５０との間の電力伝達を遮断し、二次電池３０の過放電や過充電を防止する点も上記の実施形態とは異なる。
ここで、第１の変形例に係る制御部２６が充電許容電力値Ｐｉｎを更新する処理手順について、図７に示すフローチャートを用いて説明する。なお、図７に示すステップＳ１００からステップＳ１０８までは、図６に示すステップＳ１００からステップＳ１０８と同様な処理のため説明を省略し、ステップＳ１２０以降の処理について説明する。
図７において、制御部２６は、カウンタＮの計測数をインクリメントすると、カウンタＮの計測数が第１上限値Ｎｂ１（例えば、Ｎｂ１＝６０）に達したかどうかを判定する（Ｓ１２０）。判定の結果、第１上限値Ｎｂ１に達した場合には（ステップＳ１２０の判定結果が、肯定「Ｙ」）、後述する充電許容電力値Ｐｉｎの下方修正にも拘わらず、車両ＥＣＵ１０が、充電許容電力値Ｐｉｎを上回らないようにエンジンＥＣＵ４０やインバータ５０等を制御することができていない異常状態であると判断し、制御部２６は、車両ＥＣＵ１０に対して、遮断スイッチ回路３８を開放状態にするように遮断要求を送信する（Ｓ１２８）。車両ＥＣＵ１０は、電池ＥＣＵ２０からの遮断要求を受けて、遮断スイッチ回路３８に開放指示を送信する。これにより、二次電池３０とインバータ５０との間の電力伝達が遮断され、二次電池３０の充電が中断される。よって、異常状態によって、二次電池３０が過充電（放電許容電力値Ｐｏｕｔの場合は過放電）されることを防ぐことができる。
一方、第１上限値Ｎｂ１に達していない場合には（ステップＳ１２０の判定結果が、否定「Ｎ」）、制御部２６は、続いて、カウンタＮの計測数が第２上限値Ｎｂ２（Ｎｂ２＜Ｎｂ１、例えば、Ｎｂ２＝４０）に達したかどうかを判定する（Ｓ１２２）。判定の結果、カウンタＮの計測数が第２上限値Ｎｂ２に達していれば（ステップＳ１２２の判定結果が、肯定「Ｙ」）、制御部２６は、充電許容電力値Ｐｉｎを下方修正する（Ｓ１２６）。この時、電池ＥＣＵ２０は、カウンタＮの計測数が第２上限値Ｎｂ２の場合に対応する下方修正量で充電許容電力値Ｐｉｎを下方修正する。例えば、電池ＥＣＵ２０は、カウンタＮの計測数が第２上限値Ｎｂ２に達すると、現在の充電許容電力値Ｐｉｎを０に修正する。つまり、二次電池３０への充電を禁止する。その後、電池ＥＣＵ２０は、ステップＳ１０２以降の処理を続ける。
一方、カウンタＮの計測数が第２上限値Ｎｂ２に達していなければ（ステップＳ１２２の判定結果が、否定「Ｎ」）、制御部２６は、続いて、カウンタＮの計測数が第３上限値Ｎｂ３（Ｎｂ３＜Ｎｂ２、例えば、Ｎｂ３＝２０）に達しているかどうかを判定する（Ｓ１２４）。判定の結果、カウンタＮの計測数が第３上限値Ｎｂ３に達していなければ（ステップＳ１２４での判定結果が、否定「Ｎ」）、制御部２６は、ステップＳ１０２以降の処理を続ける。一方、カウンタＮの計測数が第３上限値Ｎｂ３に達していれば（ステップＳ１２４での判定結果が、肯定「Ｙ」）、カウンタＮの計測数が第３上限値Ｎｂ３の場合に対応する下方修正量で充電許容電力値Ｐｉｎを下方修正する（Ｓ１２６）。例えば、制御部２６は、カウンタＮの計測数が第３上限値Ｎｂ３に達すると、現在の充電許容電力値Ｐｉｎの１／２に充電許容電力値Ｐｉｎを修正する。修正後、制御部２６は、ステップＳ１０２以降の処理を続ける。
以上、第１の変形例によれば、制御部２６は、カウンタＮの計測数が増加するにつれて、許容電力値Ｐの下方修正量を増加させる。つまり、第１の変形例では、制御部２６は、カウンタＮの計測数に応じて段階的に許容電力値Ｐを下方修正する。よって、上記の実施形態よりもさらに二次電池３０の充放電が必要以上抑制されることを防ぐことができる。
上記の実施形態や第１の変形例では、電池温度ＴやＳＯＣや電池電圧をパラメータとして求められる充電許容電力値Ｐｉｎおよび放電許容電力値Ｐｏｕｔがそれぞれ１つずつの場合について説明した。しかし、車両ＥＣＵ１０が二次電池３０へ要求する電力量とその電力量を保持可能な保持時間によって、参照する許容電力値Ｐを変更できるように、電池ＥＣＵ２０が電池温度ＴやＳＯＣや電池電圧をパラメータとして各許容電力値Ｐをそれぞれ複数求める場合がある。
例えば、電池ＥＣＵ２０が備える制御部２６は、車両ＥＣＵ１０が短期間に高出力を要求する際に参照する短期許容電力値Ｐｓと、できるだけ長期間に亘って平均的な出力を要求する際に参照する短期許容電力値Ｐｓより小さな値の長期許容電力値Ｐｌとを求めて、それぞれ車両ＥＣＵ１０へ提供する。車両ＥＣＵ１０は、エンジン始動時やギヤチェンジ時など比較的短期間に高出力が必要な場合には、短期許容電力値Ｐｓを参照して、二次電池３０の充放電を制御し、定速度走行時など比較的長期間にある程度の出力が必要な場合には、長期許容電力値Ｐｌを参照する（特開２００３−１９９２５８号公報などを参照）。この場合制御部２６は、例えば、図８に示すような参照マップを参照して、電池温度Ｔをパラメータとして、電池温度Ｔに応じた短期許容電力値Ｐｓと長期許容電力値Ｐｌとを求める。
このように、各許容電力値Ｐがそれぞれ複数存在する場合、各許容電力値Ｐによって、制御部２６は、許容電力値Ｐを修正する際の条件となる上限値Ｎａの値や下方修正量を変更してもよい。この場合、許容電力値Ｐの値が大きいほど、二次電池３０の充放電量が多い。そのため、許容電力値Ｐの値が大きいほど二次電池３０への負担が大きく、その許容電力値Ｐを保持可能な期間は短い。そのため、許容電力値Ｐの値が大きいほど上限値Ｎａを小さな値にすることが望ましい。このように許容電力値Ｐの値が大きいほど上限値Ｎａを小さな値にすることで、保持可能な期間が短い場合でも、二次電池３０が過放電や過充電に陥る前に適当なタイミングでカウンタＮの計測数が上限値Ｎａに達するため、制御部２６は適切に許容電力値Ｐを下方修正することができる。なお、カウンタＮの値は事前に電池の劣化状態に応じた試験結果から決定することもできる。
制御部２６が例えば、短期許容電力値Ｐｓと、短期許容電力値Ｐｓより小さな値の長期許容電力値Ｐｌとを求める場合、短期許容電力値Ｐｓの下方修正は、例えば、図６に示すフローチャートに基づいて行われる。より具体的には、制御部２６は、カウンタＮの計測数がＮａ（例えば、Ｎａ＝１０）に達すると、短期許容電力値Ｐｓをより小さな長期許容電力値Ｐｌに修正する。
また、長期許容電力値Ｐｌの下方修正は、例えば、図７に示すフローチャートに基づいて行われる。より具体的には、制御部２６は、カウンタＮの計測数がＮｂ３（例えば、Ｎｂ３＝２０）に達すると、長期許容電力値Ｐｌを１／２に下方修正し、カウンタＮの計測数がＮｂ２（例えば、Ｎｂ２＝４０）に達すると、長期許容電力値Ｐｌを０に下方修正する。さらに、制御部２６は、カウンタＮの計測数がＮｂ１（例えば、Ｎｂ１＝６０）に達すると、車両ＥＣＵ１０に対して遮断要求を行い、二次電池３０とインバータ５０との間の電力伝達を遮断する。
このように、それぞれの許容電力値Ｐの電力値や保持期間に基づいて、下方修正を行う条件となるカウンタＮの計測数や、下方修正量を予め定めておけば、制御部２６が電池温度Ｔなどに基づいて許容電力値Ｐを複数求める場合にも、それぞれの許容電力値Ｐに対して適した下方修正を行うことができる。
また、上記の実施形態や第１の変形例では、制御部２６は、二次電池３０を構成する電池モジュール全体の電池電圧Ｖと充放電電流Ｉとを乗算することで求められる実負荷電力値Ｐｒを用いて、下方修正の有無を判断していた。しかし、制御部２６は、二次電池３０を構成する電池モジュール群を所定のブロック単位に分けて、ブロックごとの実負荷電力値Ｐｒｎを算出し、ブロックごとの実負荷電力値Ｐｒｎを用いて下方修正の有無の判断を行ってもよい。
この場合、制御部２６は、ブロックごとの実負荷電力値Ｐｒｎと、ブロックごとの許容電力値Ｐｎとの差分電力値ΔＰｎを順次算出し、算出された各差分電力値ΔＰｎが予め定められた閾値αｎより大きいか否かを判定し、差分電力値ΔＰｎが閾値αｎ以下の場合にカウンタＮの計測数をインクリメントする。そして、制御部２６は、計測数が上限値に達すると、計測数の大きさに応じた下方修正量で各許容電力値Ｐｎを下方修正する。さらに、制御部２６は、下方修正されたブロックごとの許容電力値Ｐｎを合計することで、二次電池３０全体の許容電力値Ｐを求める。
上記のように、ブロックごとに実負荷電力値Ｐｒｎを求める場合、例えば、電池ＥＣＵ２０内の電圧測定部２２は、図９に示すような回路で構成すればよい。図９において、電圧測定部２２は、第１のスイッチ回路３４１、第２のスイッチ回路３４２、第３のスイッチ回路３４３、およびキャパシタＣ１により構成されるフライング・キャパシタ回路と、電圧測定回路３４４とから構成される。図９において、電圧測定装置３４は、二次電池３０を構成する電池モジュール群をＮブロックに分け、ブロックごとに電池電圧Ｖｎを測定する。
まず、電圧測定部２２は、第１ブロックの電池電圧Ｖ１を測定するために、第１のスイッチ回路３４１のスイッチ素子Ｓ１１と第２のスイッチ回路３４２のスイッチ素子Ｓ２２をオンにする。これにより、第１ブロックの一端は、オンしたスイッチ素子Ｓ１１、第１の電位検出線Ｌ１を介してキャパシタＣ１の一端に接続され、第１のブロックの他端は、オンしたスイッチ素子Ｓ２２、第２の電位検出線Ｌ２を介してキャパシタＣ１の他端に接続され、第１ブロックの電池電圧Ｖ１はキャパシタＣ１の両端の電位と同じになる。
次に、電圧測定部２２は、スイッチ素子Ｓ１１、Ｓ２２をオフして、第３のスイッチ回路３４３のスイッチ素子Ｓ３ａ、Ｓ３ｂをオンする。これにより、キャパシタＣ１の両端の電位、すなわち選択した第１ブロックの電池電圧Ｖ１が電圧測定回路３４４に入力され測定される。
次に第２ブロックの電池電圧Ｖ２を測定するために、電圧測定部２２は、第１のスイッチ回路３４１のスイッチ素子Ｓ１３と第２のスイッチ回路３４２のスイッチ素子Ｓ２２をオンする。これにより、第２ブロックの一端（第１ブロックの他端）は、オンしたスイッチ素子Ｓ２２、第２の電位検出線Ｌ２を介してキャパシタＣ１の他端に接続され、第２ブロックの他端は、オンしたスイッチ素子Ｓ１３、第１の電位検出線Ｌ１を介してキャパシタＣ１の一端に接続され、第２のブロックの電位Ｖ２は極性が逆でキャパシタＣ１の両端の電位と同じになる。
次に、電圧測定部２２は、スイッチＳ１３、Ｓ２２をオフし、第３のスイッチ回路３４３のスイッチ素子Ｓ３ａ，Ｓ３ｂをオンする。これにより、キャパシタＣ１の両端の電位、すなわち選択した第２ブロックの電池電圧Ｖ２が反転信号−Ｖ２として電圧測定回路３４４に入力されＶ２として測定される。
このようにして、フライング・キャパシタ方式でブロックごとの電池電圧Ｖｎを測定することができる。なお、キャパシタＣ１は、電池電圧を蓄積する容量手段であればよい。
また、ブロックごとに実負荷電力値Ｐｒｎを求める場合、電流測定部２３は、電圧測定部２２がブロックごとの電圧Ｖｎを測定するタイミングで測定した充放電電流ＩをＩｎ（ｎ＝１〜Ｎ）として測定する。
以上により、制御部２６は、電圧測定部２２からのブロックごとの電池電圧Ｖｎと電流測定部２３からの充放電電流Ｉｎとを順次乗算することで、ブロックごとの実負荷電力値Ｐｒｎを求める。そして、制御部２６は、ブロックごとの実負荷電力値Ｐｒと、ブロックごとの許容電力値Ｐｎとの差分電力値ΔＰｎを順次算出し、算出された各差分電力値ΔＰｎが予め定められた閾値αｎより大きいか否かを判定する。判定の結果、差分電力値ΔＰｎが閾値αｎ以下の場合にカウンタＮの計測数をインクリメントし、計測数が上限値に達すると、計測数の大きさに応じた下方修正量で各許容電力値Ｐｎを下方修正する。
なお、上記では、差分電力値ΔＰが連続して閾値α以下となる場合に制御部２６がカウンタＮの計測数をインクリメントする場合を説明した。しかし、ハイブリッド自動車などの駆動源の電力源として搭載される二次電池３０の電池電圧や充放電電流は、パルス状に変化する。よって、測定するタイミングによっては、一時的に差分電力値ΔＰが閾値αより大きくなる場合がある。この場合、二次電池３０が過充電や過放電に陥っているのにも拘わらず、連続して差分電力値ΔＰが閾値α以下となっていないため、カウンタＮの計測数がインクリメントされずに、上限値に達しないおそれがある。この場合、許容電力値Ｐｎが適切に下方修正されないおそれがある。
そこで、制御部２６は、所定のカウント期間を定めて、そのカウント期間に差分電力値ΔＰが閾値α以下となった回数を計測し、その計測数が上限値に達していれば、その計測数に応じた下方修正を許容電力値Ｐｎに施してもよい。
この場合、例えば、制御部２６は、図１０に示すようなフローチャートに基づいて、許容電力値Ｐの下方修正を行う。
図１０において、制御部２６は、ステップＳ１０１においてタイマをセットする。その後、差分電力値ΔＰが閾値αより大きかった場合（ステップＳ１０６での判定結果が、肯定「Ｙ」）、およびカウンタＮの計測数が上限値Ｎａに達していない場合（ステップＳ１１０での判定結果が、否定「Ｎ」）、制御部２６は、ステップＳ１０１でセットしたタイマが予め定められたカウント期間に達したかどうかを判定する（Ｓ１０９）。そして、カウント期間に達していなければ、制御部２６は、さらにステップＳ１０２以降の処理を続ける。
これにより、一時的に差分電力値ΔＰが閾値α以下となった場合でも、所定期間におけるカウンタＮの計測数が多い場合には上限値に達するため、制御部２６は、許容電力値Ｐを下方修正することができる。よって、二次電池３０が過充電や過放電に陥っているのにも拘わらず、連続して差分電力値ΔＰが閾値α以下とならなかったため、許容電力値Ｐが下方修正されないという事態を避けることができる。
また、上記では、差分電力値ΔＰが閾値α以下となった回数によって、制御部２６が許容電力値Ｐの下方修正量を変更する例について説明した。その他の例としては、例えば、制御部２６は、カウンタＮの計測数が上限値に達するまでに許容電力値Ｐを上回った実負荷電力値Ｐｒを抽出し、抽出した各実負荷電力値Ｐｒと許容電力値Ｐとの各差分の平均値を求め、その平均値が大きいほど下方修正量が大きくなるようにしてもよい。また、制御部２６は、カウンタＮの計測数が上限値に達するまでに許容電力値Ｐを上回った実負荷電力値Ｐｒのうち、最も許容電力値Ｐとの差が大きい実負荷電力値Ｐｒを選択して、選択した実負荷電力Ｐｒと許容電力値Ｐとの差分の大きさに基づいて下方修正量を決定してもよい。
さらに、上記では、カウンタＮの計測数が上限値に達すると、許容電力値Ｐの下方修正を行う例について説明した。その他の例としては、例えば、制御部２６は、差分電力値ΔＰが閾値α以下となる場合であって実負荷電力値Ｐｒが許容電力値Ｐを超えているごとに、その差分が大きいほど下方修正量が大きくなるように下方修正量を決定し、許容電力値Ｐの下方修正を行ってもよい。
また、制御部２６は、マイクロコンピュータに図６，７，１０に示す各種処理を具現化させるプログラムをインストールし、このプログラムを実行することによって実現することができる。この場合、マイクロコンピュータの中央処理装置（ＣＰＵ）が制御部２６として機能する。
さらに、上記では、電池ＥＣＵ２０が制御部２６を備える構成ついて説明したが、車両ＥＣＵ１０など他のＥＣＵが制御部２６を備えてもよいし、制御部２６専用のＥＣＵを別途設けてもよい。
本実施形態および第１の変形例におけるハイブリッド自動車の概略構成を示す図である。 電池ＥＣＵが電池温度に基づいて許容電力値を求める際に参照する参照マップの一例を示す。 電池ＥＣＵが電池温度およびＳＯＣに基づいて許容電力値を求める際に参照する参照マップの一例を示す。 電池ＥＣＵが電池電圧に基づいて許容電力値を求める際に参照する参照マップの一例を示す。 電池ＥＣＵ及び二次電池について説明するための機能ブロックを示す図である。 本実施形態における電池ＥＣＵが許容電力値の下方修正を行う際の処理手順を示すフローチャートである。 第１の変形例における電池ＥＣＵが許容電力値の下方修正を行う際の処理手順を示すフローチャートである。 電池ＥＣＵが、電池温度に基づいて短期許容電力値Ｐｓおよび長期許容電力値Ｐｌを求める際に参照する参照マップの一例を示す。 ブロックごとに実負荷電力値Ｐｒｎを求めることが可能な電圧測定装置の回路構成を示す図である。 電池ＥＣＵが、所定のカウント期間に差分電力値ΔＰが閾値α以下となった回数を計測し、下方修正を行う際の処理手順を示すフローチャートである。 電気自動車やハイブリッド自動車などに搭載されるような短時間で充放電を繰り返す二次電池の充放電電力の時間変動を説明するための図である。
符号の説明
１０ 車両ＥＣＵ、２０ 電池ＥＣＵ、２２ 電圧測定部、２３ 電流測定部、２４ 温度測定部、２６ 制御部、３０ 二次電池、３８ 遮断スイッチ回路、４２ 動力分割機構、４４ 減速機、４６ ドライブシャフト、５０ インバータ、５２ モータ、５４ 発電機、６０ エンジン。

Claims (12)

  1. 予め二次電池の充放電におけるフィードバック制御の制限目標値である許容電力値を定めた充放電制御部と、
    前記二次電池の実負荷電力値を演算する電力値演算部と、
    演算した実負荷電力値と前記許容電力値との差分電力値の大きさを算出する差分算出部と、
    算出した差分電力値の大きさが所定の閾値以下となった回数を計測し、計測数が所定の上限値以上となった場合、前記許容電力値を下方修正する許容電力値制御部と、
    を備えることを特徴とする二次電池の充放電制御システム。
  2. 請求項１に記載の充放電制御システムにおいて、
    前記許容電力値制御部は、
    算出した差分電力値の大きさが連続して所定の閾値以下となった回数を計測する、
    ことを特徴とする充放電制御システム。
  3. 請求項１に記載の充放電制御システムにおいて、
    前記許容電力値制御部は、
    算出した差分電力値の大きさが所定の期間内において所定の閾値以下となった回数を計測する、
    ことを特徴とする充放電制御システム。
  4. 請求項１乃至３のいずれか１つに記載の充放電制御システムにおいて、
    前記許容電力値制御部は、
    前記計測数が多いほど前記許容電力値の下方修正量を増加させる、
    ことを特徴とする充放電制御システム。
  5. 請求項１乃至４のいずれか１つに記載の充放電制御システムにおいて、
    前記許容電力値制御部は、
    算出した差分電力値の大きさが所定の閾値以下であって演算した実負荷電力値が前記許容電力値を超えるときに、前記差分電力値の大きさが大きいほど前記許容電力値の下方修正量を増加させる、
    ことを特徴とする充放電制御システム。
  6. 請求項１乃至５のいずれか１つに記載の充放電制御システムにおいて、
    前記二次電池の充放電を遮断する遮断手段を備え、
    前記許容電力値制御部は、
    前記計測数が所定の最上限値に達した場合、前記許容電力値をゼロに下方修正して前記遮断手段に二次電池の充放電の遮断を要求する、
    ことを特徴とする充放電制御システム。
  7. 請求項１乃至６のいずれか１つに記載の充放電制御システムにおいて、
    前記許容電力値制御部は、
    電力値が異なる複数の許容電力値が存在する場合、許容電力値ごとに定められた上限値に前記計測数が達するごとに、許容電力値ごとに定められた下方修正量によって上限値に達した許容電力値を下方修正する、
    ことを特徴とする充放電制御システム。
  8. 請求項１乃至７のいずれか１つに記載の充放電制御システムにおいて、
    前記二次電池は、複数の電池モジュールを組み合わせて構成され、
    前記許容電力値は、前記二次電池を構成する電池モジュールを所定の単位で区分けしたブロックごとに定められており、
    前記電力値演算部は、
    ブロック単位に二次電池の実負荷電力値を演算し、
    前記許容電力値制御部は、
    ブロック単位で算出した差分電力値の大きさが所定の閾値以下となった回数を計測し、計測数が所定の上限値以上となった場合、ブロックごとに定められた各許容電力値をそれぞれ下方修正する、
    ことを特徴とする充放電制御システム。
  9. 少なくとも温度に応じて設定されるフィードバック制御の制限目標値である許容電力値に基づいて、充放電能力の範囲内で充放電制御される二次電池の該許容電力値を適応的に設定する電池制御装置であって、
    前記二次電池の実負荷電力値を演算する電力値演算部と、
    演算した実負荷電力値と前記許容電力値との差分電力値の大きさを算出する差分算出部と、
    算出した差分電力値の大きさが所定の閾値以下となった回数を計測し、計測数が所定の上限値以上となった場合、前記許容電力値を下方修正する許容電力値制御部と、
    を備えることを特徴とする電池制御装置。
  10. 予め二次電池の充放電におけるフィードバック制御の制限目標値である許容電力値を定めた充放電制御部と、
    前記二次電池の実負荷電力値を演算する電力値演算部と、
    演算した実負荷電力値と前記許容電力値との差分電力値の大きさを算出する差分算出部と、
    算出した差分電力値の大きさが所定の閾値以下であって演算した実負荷電力値が前記許容電力値を超えるときに、前記差分電力値の大きさが大きいほど大きな下方修正量により、前記許容電力値を下方修正する許容電力値制御部と、
    を備えることを特徴とする二次電池の充放電制御システム。
  11. 少なくとも温度に応じて設定されるフィードバック制御の制限目標値である許容電力値に基づいて、充放電能力の範囲内で充放電制御される二次電池の該許容電力値を適応的に設定する電池制御装置であって、
    前記二次電池の実負荷電力値を演算する電力値演算部と、
    演算した実負荷電力値と前記許容電力値との差分電力値の大きさを算出する差分算出部と、
    算出した差分電力値の大きさが所定の閾値以下であって演算した実負荷電力値が前記許容電力値を超えるときに、前記差分電力値の大きさが大きいほど大きな下方修正量により、前記許容電力値を下方修正する許容電力値制御部と、
    を備えることを特徴とする電池制御装置。
  12. 少なくとも温度に応じて設定されるフィードバック制御の制限目標値である許容電力値に基づいて、充放電能力の範囲内で充放電制御される二次電池の該許容電力値を適応的に設定する電池制御装置として、コンピュータを機能させるためのプログラムであって、
    前記コンピュータを、
    前記二次電池の実負荷電力値を演算する電力値演算部と、
    演算した実負荷電力値と前記許容電力値との差分電力値の大きさを算出する差分算出部と、
    算出した差分電力値の大きさが所定の閾値以下となった回数を計測し、計測数が所定の上限値以上となった場合、前記許容電力値を下方修正する許容電力値制御部と、
    して機能させるためのプログラム。
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