JP5237649B2

JP5237649B2 - 車両の動力制御装置及び二次電池の寿命判定装置

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Publication number: JP5237649B2
Application number: JP2008040032A
Authority: JP
Inventors: 利明中西; 克典児守
Original assignee: Primearth EV Energy Co Ltd
Current assignee: Primearth EV Energy Co Ltd
Priority date: 2008-02-21
Filing date: 2008-02-21
Publication date: 2013-07-17
Anticipated expiration: 2028-02-21
Also published as: JP2009196489A

Description

本発明は車両の動力制御装置、特に二次電池を有する電源装置の寿命に応じた制御技術に関する。

１つ又は複数の単電池からなる複数の電池モジュールを直列接続してなるニッケル水素電池あるいはリチウムイオン電池等の二次電池を電源装置として使用するハイブリッド車両等において、二次電池の劣化の程度を算出する技術が知られている。

例えば、下記の特許文献１には、駆動用電池の使用履歴データから電池の劣化を推定し、劣化状態に基づいて移動体の価格を算出することが開示されている。使用履歴データとして、駆動中の温度、湿度、電流、電力、充電状態（ＳＯＣ）情報を用いるとしている。

また、特許文献２には、規定電圧以下になると電池電圧を記憶してＩＲから寿命を算出することが開示されている。また、特許文献３には、放電電圧の度数分布を用いて電池状態を演算することが開示されている。さらに、特許文献４には、電池の温度の平均値と使用ＳＯＣ幅から劣化速度を演算し寿命を算出することが開示されている。

特開２００６−１９７７６５号公報特開２００６−１８８１３０号公報特開平１０−２５３７２５号公報特開２００３−２９７４３５号公報

このように、各種の方法で二次電池の寿命を算出しているが、従来においては算出した寿命を用いて車両価格の算定やパワー制御、あるいは電圧制限を行うにとどまり、他の物理量あるいは制御パラメータあるいは制御機器を動的に変更することは提案されていない。具体的には、ハイブリッド車両においてはモータジェネレータからの動力とエンジン動力とを所定の比率で分配して駆動軸に伝達しているが、二次電池の寿命に応じて動力比率を可変制御することは提案されていない。

本発明の目的は、二次電池の寿命が所定の寿命に比べて長い場合にモータジェネレータの動力比率を増大させることで二次電池をより効果的に動作させることにある。

本発明は、車両に搭載される二次電池と、前記二次電池の温度を検出する温度検出手段と、前記二次電池の通電電流を検出する電流検出手段と、前記車両の車速を検出する手段と、前記二次電池の電力により駆動されるモータジェネレータと、エンジンとを有し、少なくとも前記モータジェネレータの動力と前記エンジンの動力を所定の比率で車両の推進源として駆動軸に伝達する車両の動力制御装置であって、前記二次電池の前記温度と前記通電電流と前記車速に基づき、前記二次電池の使用時間当たりの寿命変数を、前記温度に対してその値が単調増加する変数と前記通電電流の大きさに対してその値が単調増加する変数と前記車速に対して単調減少する変数を用いて順次算出する演算手段と、前記寿命変数と所定の基準寿命変数との相対的な大小比較を行い、前記寿命変数が前記所定の基準寿命変数よりも小さい場合に前記二次電池の寿命に余裕があると判定して、前記モータジェネレータの動力比率を増大させるように制御する制御手段とを有することを特徴とする。

また、本発明は、車両に搭載される二次電池と、前記二次電池の温度を検出する温度検出手段と、前記二次電池の通電電流を検出する電流検出手段と、前記車両の車速を検出する手段とを有する二次電池の寿命判定装置であって、前記二次電池の前記温度と前記通電電流と前記車速に基づき、前記二次電池の使用時間当たりの寿命変数を、前記温度に対してその値が単調増加する変数と前記通電電流の大きさに対してその値が単調増加する変数と前記車速に対して単調減少する変数を用いて順次算出する演算手段と、前記寿命変数と所定の基準寿命変数との相対的な大小比較を行い、前記寿命変数が前記所定の基準寿命変数よりも小さい場合に前記二次電池の寿命に余裕があると判定する手段とを有することを特徴とする。

本発明によれば、二次電池の寿命を算出し、算出した寿命が所定の寿命に比べて長い場合にモータジェネレータの動力比率を増大させることで、寿命が所定の寿命に比べて長い場合に加速性能や燃費を向上させることができる。

以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。

図１に、本実施形態における車両の全体システム図を示す。組電池１０は、複数の電池セルを直列接続して構成される。組電池１０は例えばニッケル水素電池やリチウムイオン電池であり、２４０個の電池セルを直列接続して３００Ｖ程度の電圧を出力する。組電池１０の電圧は、電池監視装置３２内の電圧検出部４０でＡ／Ｄ変換され、デジタル値として電池監視装置３２内の電池状態判定部４２に供給される。また、組電池１０の電流は、電流センサ１１により検出され、電池監視装置３２内の電流検出部３６に供給される。電流センサ１１は、例えば組電池１０の充電もしくは放電時に生じる電流により発生する磁界をホール素子により検出して電圧信号に変換して電流検出部３６に供給する。電流検出部３６は、電流センサ１１から供給された電流に応じた電圧信号をＡ／Ｄ変換し、デジタル値として電池状態判定部４２に供給する。また、組電池１０の近傍には複数箇所に電池の温度を検出する温度センサ１３が設けられ、電池温度を検出して電池監視装置３２内の温度検出部３８に供給する。温度センサ１３を複数箇所に設けるのは、組電池１０がサイズ的にかなり大きなものとなり、組電池１０に温度差が生じるからである。特に、冷却装置の配置や冷媒の流速により組電池１０の各ブロックには温度差が生じてしまう。そこで、電池状態判定部４２は、予めブロックについて比較的温度が近いブロックがまとまるようにブロック分けを行い、事前の実験等でそのブロックの温度と近い温度センサの温度が割り当てられる。これにより、温度差による電池電圧差の影響を取り除くことができる。温度センサ１３としては例えばサーミスタが用いられ、温度により変化する抵抗値を電圧に変換して温度検出部３８に供給する。温度検出部３８は、供給された電圧信号をＡ／Ｄ変換し、デジタル値として電池状態判定部４２に供給する。

電池状態判定部４２は、供給されたデータ、すなわち組電池電圧、電池電流、電池温度のデータに基づいて電池の蓄電量（ＳＯＣ：State of Charge）を検出し、車両制御部２４の制御部２８に供給する。電池状態判定部４２の出力には、ＳＯＣの他、電池電流、電池温度のデータも含まれる。

車両制御部２４は、エンジンＥＣＵ１５からのエンジン１４の運転状態のデータ、アクセルペダル２２の操作量、ブレーキペダル２０の操作量、シフトレバー１８で設定されるシフトレンジ、トランスミッションのシフトポジション等のデータに基づいてトルク指令値を決定し、モータジェネレータ１７の出力がトルク指令値に合致するように制御を行う。車両制御部２４はインバータ１２による組電池１０からモータジェネレータへの電力のスイッチングを制御すると同時に、エンジン１４の出力を制御する信号をエンジンＥＣＵ１５に供給する。これによりモータジェネレータ１７の出力がトルク指令値に合致したものに制御される。イグニッションスイッチ１６は車両の起動と停止をドライバーが制御するスイッチであり、検出部２６に供給される。このイグニッションスイッチ１６が停止中であっても、電池監視装置３２や車両制御部２４は動作するが、モータジェネレータ１７やエンジン１４を動作させて走行することはできない。

エンジン１４の出力がモータジェネレータ１７の出力より大きい場合、インバータ１２からの電力が組電池１０に充電される。一方、エンジン１４の出力がモータジェネレータ１７の出力より小さい場合、組電池１０が放電されインバータ１２からモータジェネレータ１７へ電力が供給される。このように、モータジェネレータ１７は発電手段及び電動手段として動作する。例えば、組電池１０のＳＯＣの低下が電池状態判定部４２により検出された場合、エンジン１４の発生するトルクの一部によりモータジェネレータ１７による発電を行い、組電池１０への充電を行う。また、組電池１０の蓄電量が多くなった場合、エンジン１４の出力を抑え気味にしてモータジェネレータ１７を電動機として作用させ、発生するトルクを車両走行用に用いる。また、車両が制動する場合にはモータジェネレータ１７を発電機として動作させ、発生した電力で組電池１０を充電する。車両の制動はいつ行われるか予測することは困難であるから、組電池１０は制動により発生した電力を十分受け入れることができるのが望ましい。一方、エンジンの出力だけでドライバの所望する加速が得られない場合にはモータジェネレータ１７を電動機として動作させるために組電池１０のＳＯＣがある程度必要である。この条件を満たすために組電池１０のＳＯＣは電池容量の中間程度となるように制御される。エンジン１４の出力により発電し、電池を充電するハイブリッド自動車の場合、組電池１０のＳＯＣを適切に管理することにより、制動時の回生電力を十分に回収しエネルギ効率を高め、加速時にはドライバーの所望の加速度を達成できる。このように組電池１０のＳＯＣを精度良く検出し、適切に制御することはハイブリッド自動車のように電池を動力源とする車両にとり重要である。

車両制御部２４内の制御部２８は、電池状態判定部４２からの信号に基づき、組電池電圧、電池電流、電流温度の３種類のデータから組電池１０に許容される充放電電力を、それぞれ放電許容電力値、充電許容電力値として算出する。例えば、電池のＳＯＣが低下した場合、放電許容電力値を小さくすることにより結果としてＳＯＣを高い方に誘導する。また、ＳＯＣが高い状況下では充電許容電力値を小さくすることによりＳＯＣを低い方に誘導する。また、電池監視装置３２はＳＯＣ値を車両制御部２４に供給し、車両制御部２４はこの値がＳＯＣの中間域、例えばＳＯＣ＝６０％付近を目標として充放電収支をあわせこむような制御を行う。ＳＯＣは電池温度、電池への通電電流、電池電圧から演算、推定するのが通常であるが、公知であるため省略する。また、低温域では電池の内部抵抗が上昇し入出力が著しく制限された状況となるので、制御部２８は充電許容電力値、放電許容電力値とも小さくするように制御する。また、電池電圧が低くなった場合には電池の過放電を防ぐように放電許容電力値を小さくし、電池電圧が高くなった場合には電池内部でのガス発生を抑制するために充電許容電力値を小さくする。

エンジン１４の出力軸はモータジェネレータ１７のロータが接続されており、クラッチを介してトランスミッションに接続される。モータジェネレータ１７は三相交流発電機もしくは三相交流電動機として機能する。クラッチ機構がクラッチカバー、クラッチディスク、フライホイールにより構成され、車両制御部２４からの信号によりソレノイドを駆動することでエンジン１４の出力軸のトルクをトランスミッションに供給しもしくは遮断する制御を行う。

トランスミッションは、内部のギアを介してエンジン出力軸の回転数が減速され、駆動力はディファレンシャルを経て図示しない駆動輪が結合されたドライブシャフトが接続される。以上の構成により、エンジン１４またはモータジェネレータ１７の出力が駆動輪に伝達され車両を駆動する。

エンジンＥＣＵ１５は、アクセルペダル２２の操作量やモータジェネレータ１７の運転状況により決められた制御部２８のトルク指令に応じた出力を得るため、冷却水温度、吸気温度等の環境条件、吸気流量、クランクセンサ、ノックセンサ、Ｏ₂センサ等によるエンジン１４の動作データに基づいて出力、回転数の制御を行う。

電池冷却ファン３０は、組電池１０を空冷するために配置され、吸気温度センサ５０は冷媒の温度計測をするために配置される。車両制御部２４は、電池温度が上昇した場合には吸気温度ＴＡに応じてファン速度を可変する信号を出力し、ファン速度を変化させることで電池温度を適切な温度範囲となるように制御する。ここで、電池温度は電池温度の平均値や最大値、最小値等がその制御内容により選択され用いられる。組電池１０は車両の後席の後ろ、トランクルームの前部に配置され、組電池１０を空冷する冷媒は車室内から吸気し、組電池冷却後はトランクルームに排気する。

以上のような構成において、本実施形態における制御部２８は、組電池１０の寿命を推定し、推定した寿命に応じて制御内容を変化させる。具体的には、推定した寿命に応じてエンジン１４とモータジェネレータ１７の動力比率を変化させる。電池寿命は、以下のパラメータを用いて演算する。
ＴＢａｖｅ：電池温度（全セルの温度平均値）
ΔＳＯＣ：ワントリップ（イグニッションスイッチ１６をオンしてから次にオフするまで）のＳＯＣの移動幅
Ｉ²ａｖｅ：電池電流値の２乗の時間平均
ＳＰＥＥＤ：車速

図２〜図５に、電池寿命の算出処理フローチャートを示す。図２は、イグニッションスイッチ１６をオンにした起動時の処理である。まず、組電池１０が初回の起動か否かを判定し（Ｓ１０１）、初回の起動である場合、電池寿命を算出するための各種変数の値を初期化する。具体的には、寿命変数Ｌｉｆｅ、停止時に演算するワントリップ中の走行状態を反映する変数ｆＴｒｉｐを１に初期化し、走行中の寿命変数Ｌｉｆｅｎｏｗを順次加算するスタックＬｉｆｅＳｔａｃｋ、バッテリ使用時間１秒毎にインクリメントされるＴｉｍｅＢａｔｔｅｒｙを０に初期化する（Ｓ１０２）。さらに、現在の積算走行距離をＤＩＳｏｎに入力し、ＳＯＣ演算値をＳＯＣｍａｘ、及びＳＯＣｍｉｎの両方に入力する。１秒間に演算するＩ²の積算値Ｉ²ｓｕｍ及びワントリップ中のＬｉｆｅｎｏｗを順次加算するスタックＬｉｆｅＳｔａｃｋＴｒｉｐ、ワントリップの時間を計測するタイマＴｉｍｅＴｒｉｐを０に初期化する（Ｓ１０３）。なお、組電池１０が初回の起動でない場合、Ｓ１０２の処理を行うことなくＳ１０３の処理を実行する。

図３は、車両走行中の１秒毎の処理フローチャートである。まず、バッテリ使用時間ＴｉｍｅＢａｔｔｅｒｙを１秒間に１ずつインクリメントし、ＴｉｍｅＴｒｉｐを１秒間に１ずつインクリメントする（Ｓ２０１）。次に、既に入力されているＳＯＣｍａｘと今回演算したＳＯＣ演算値とを大小比較し（Ｓ２０２）、ＳＯＣ演算値がＳＯＣｍａｘを超えている場合には、ＳＯＣｍａｘをＳＯＣ演算値で更新する（Ｓ２０３）。ＳＯＣ演算値がＳＯＣｍａｘ以下である場合にはＳＯＣｍａｘは更新せずそのまま維持する。次に、既に入力されているＳＯＣｍｉｎと今回演算したＳＯＣ演算値とを大小比較し（Ｓ２０４）、ＳＯＣ演算値がＳＯＣｍｉｎより小さい場合には、ＳＯＣｍｉｎをＳＯＣ演算値で更新する（Ｓ２０５）。ＳＯＣ演算値がＳＯＣｍｉｎ以上である場合にはＳＯＣｍｉｎは更新せずそのまま維持する。次に、１秒毎に演算するＩ²ｓｕｍを加算により更新し（Ｓ２０６）、電池平均温度ＴＢａｖｅを算出する（Ｓ２０７）。電池平均温度は、組電池１０の各セルの温度ＴＢ１、ＴＢ２、ＴＢ３、・・・、ＴＢｉの平均である。そして、現在の寿命ＬｉｆｅＳｔａｃｋＴｒｉｐに電池平均温度ＴＢａｖｅの関数として求まる変数ｆＬｉｆｅｏｎ（ＴＢａｖｅ）を加算したもので変数ＬｉｆｅＳｔａｃｋＴｒｉｐを更新する（Ｓ２０８）。

図４は、車両停止時の処理である。ここで、停止時とは車速ゼロを意味するのではなく、車速ゼロであってかつイグニッションスイッチ１６をオフした状態をいう。まず、積算走行距離変数ＤＩＳに現在までの積算走行距離ＤＩＳｏｎを設定し、ＳＯＣｍａｘとＳＯＣｍｉｎとの差分を演算してΔＳＯＣを算出する。また、Ｉ²ｓｕｍをＴｉｍｅＴｒｉｐで除算することで時間平均Ｉ²ａｖｅを算出し、積算走行距離ＤＩＳをＴｉｍｅＴｒｉｐで除算することで車速ＳＰＥＥＤ（イグニッションオン時の平均車速）を算出する（Ｓ３０１）。次に、停止時に演算するワントリップ中の走行状態を反映する変数ｆＴｒｉｐを、ΔＳＯＣの関数として求まる変数ｆＬｉｆｅ（ΔＳＯＣ）と、さらにＩ²ａｖｅの関数として求まる変数ｆＬｉｆｅ（Ｉ²ａｖｅ）、ＳＰＥＥＤの関数として求まる変数ｆＬｉｆｅ（ＳＰＥＥＤ）をそれぞれ乗じることにより算出する（Ｓ３０２）。そして、ＬｉｆｅＳｔａｃｋＴｒｉｐに算出されたｆＴｒｉｐを乗じて補正した値を現在のＬｉｆｅＳｔａｃｋに加算することでＬｉｆｅＳｔａｃｋを更新し、更新されたＬｉｆｅＳｔａｃｋをＴｉｍｅＢａｔｔｅｙで除算することで寿命変数Ｌｉｆｅを算出する（Ｓ３０３）。図５は、停止中１秒毎の処理である。停止中においても寿命変数Ｌｉｆｅを１秒毎に演算するものである。但し、走行中と異なりＳＯＣを算出できないのでＴＢａｖｅだけからＬｉｆｅを演算する。停止中にもＬｉｆｅを演算する理由は、次の起動走行時に切れ目なく（精度よく）Ｌｉｆｅを演算してエンジン１４やモータジェネレータ１７の動作を効率よく制御するためである。具体的には、変数ＴｉｍｅＢａｔｔｅｒｙ及びＴｉｍｅＴｒｉｐを１だけインクリメントし（Ｓ４０１）、変数ＴＢａｖｅを演算する（Ｓ４０２）。そして、ＴＢａｖｅから定まるｆＬｉｆｅ（ＴＢａｖｅ）をＬｉｆｅＳｔａｃｋに加算することで現在のＬｉｆｅＳｔａｃｋを演算し、演算したＬｉｆｅＳｔａｃｋをＴｉｍｅＢａｔｔｅｒｙで除算することで寿命変数Ｌｉｆｅを演算する（Ｓ４０３）。

図６〜図１０に、それぞれ各変数の値を示す。図６は、Ｓ２０８における変数ｆＬｉｆｅｏｎ（ＴＢａｖｅ）とＴＢａｖｅとの関係を示す。具体的には、ＴＢａｖｅとｆＬｉｆｅｏｎ（ＴＢａｖｅ）との対応関係をテーブルとしてメモリに保持しておく。関数として保持してもよい。ＴＢａｖｅがある一定値までは同じ値であり、一定値を超えると急峻に値が増大する連続関数である。図７に、Ｓ３０２における変数ｆＬｉｆｅ（ΔＳＯＣ）とΔＳＯＣとの関係を示す。具体的には、ΔＳＯＣとｆＬｉｆｅ（ΔＳＯＣ）との対応関係をテーブルとしてメモリに保持しておく。関数として保持してもよい。ΔＳＯＣに応じて単調に増加する連続関数である。図８は、Ｓ３０２における変数ｆＬｉｆｅ（ＳＰＥＥＤ）とＳＰＥＥＤとの関係を示す。具体的には、ＳＰＥＥＤとｆＬｉｆｅ（ＳＰＥＥＤ）との対応関係をテーブルとしてメモリに保持しておく。関数として保持してもよい。ＳＰＥＥＤに応じて単調減少する連続関数である。図９は、Ｓ３０２における変数ｆＬｉｆｅ（Ｉ²ａｖｅ）とＩ²ａｖｅとの関係を示す。具体的には、Ｉ²ａｖｅとｆＬｉｆｅ（Ｉ²ａｖｅ）との対応関係をテーブルとしてメモリに保持しておく。関数として保持してもよい。Ｉ²ａｖｅに応じて単調増加する連続関数である。図１０は、Ｓ４０３における変数ｆＬｉｆｅｏｆｆ（ＴＢａｖｅ）とＴＢａｖｅとの対応関係を示す。具体的には、ＴＢａｖｅとｆＬｉｆｅｏｆｆ（ＴＢａｖｅ）との対応関係をテーブルとしてメモリに保持しておく。関数として保持してもよい。図６〜図１０に示すテーブルあるいは関数を用いて、ＴＢａｖｅ、ΔＳＯＣ、ＳＰＥＥＤ、Ｉ²ａｖｅに応じて変数を設定し、この変数を用いて寿命変数Ｌｉｆｅを算出できる。図６〜図１０のテーブルあるいは関数は、複数の組電池１０のデータを統計処理して得られる。

以上のようにしてワントリップ後のイグニッションオフ時に寿命変数Ｌｉｆｅを順次算出し、これから組電池１０の電池寿命に余裕があるか否か、つまり寿命が長いか否かを判定する。寿命変数Ｌｉｆｅはその定義から分かるように組電池１０の使用時間当たりの平均値であり、所定の値との相対的な大小比較により寿命に余裕があるか否かを判定することができる。

図１１に、所定の寿命変数の値を１、すなわち基準寿命の値を１とした場合の寿命変数の算出例を示す。寿命変数Ｌｉｆｅの初期値は１であり、一般に時間経過とともに寿命変数は１より大きくなる。この場合、寿命は悪化しており、寿命に余裕がないと判定できる。一方、通常の使用環境よりも組電池１０の劣化が進みにくい使用環境である場合、例えば充放電電流が小さい、温度が比較的低い等の場合、劣化の程度が小さく寿命変数は１より小さくなり得る。この場合、通常よりも寿命に余裕があると判定できる。本実施形態では、このように寿命に余裕があるか否かを判定し、その判定結果に応じて動力比率を変化させる。すなわち、ハイブリッド車両では、エンジン１４あるいはモータジェネレータ１７により車両を駆動するが、その動力比率を制御することで低燃費を実現できる。例えば、低車速域ではモータジェネレータ１７で駆動し、あるしきい車速を超えて高車速域になるとエンジン１４を始動してエンジン１４出力により駆動する等である。エンジン１４を始動する車速、あるいはエンジンを停止する車速を算出した寿命変数Ｌｉｆｅに応じて変化させることで、組電池１０の寿命に応じた動力比率が可能になる。具体的には、制御部１８で寿命変数Ｌｉｆｅを算出し、算出した寿命変数Ｌｉｆｅに応じてインバータ１２及びエンジンＥＣＵ１５に制御信号を出力してエンジン１４の始動／停止、及びモータジェネレータ１７の始動／停止を制御する。

図１２に、動力比率制御の処理フローチャートを示す。車速に応じてモータジェネレータ１７とエンジン１４を切替制御する場合の起動時処理である。まず、エンジン１７を始動する車速の初期値ＶＥｎｇｉｎｉ及びエンジン１７を停止する車速の初期値ＶＥＶｉｎｉを設定する（Ｓ５０１）。例えば、ＶＥｎｇｉｎｉ＝４０Ｋｍ／ｈ、ＶＥＶｉｎｉ＝１５ｋｍ／ｈに設定する。次に、寿命変数Ｌｉｆｅが１より小さいか否か、すなわち寿命に余裕があるか否かを判定する（Ｓ５０２）。Ｌｉｆｅ＜１である場合、寿命に余裕があると判定してＶｏｆｆｓｅｔを所定のグラフあるいはテーブルから求めて設定する（Ｓ５０３）。一方、Ｌｉｆｅが１以上である場合、寿命に余裕がないとしてＶｏｆｆｓｅｔを０に設定する（Ｓ５０４）。そして、寿命に応じて設定した車速オフセットＶｏｆｆｓｅｔを用いてエンジン始動の車速ＶＥｎｇ、エンジン停止の車速ＶＥＶを、それぞれＶＥｎｇｉｎｉ＝ＶＥｎｇｉｎｉ＋Ｖｏｆｆｓｅｔ、ＶＥＶ＝ＶＥＶｉｎｉ＋Ｖｏｆｆｓｅｔにより設定する（Ｓ５０５）。

図１３に、寿命変数Ｌｉｆｅと車速オフセットＶｏｆｆｓｅｔの関係を示す。寿命変数Ｌｉｆｅの値が小さくなるほど、つまり寿命に余裕があるほどＶｏｆｆｓｅｔは増大する。したがって、寿命に余裕があるほどエンジン始動車速ＶＥｎｇ及びエンジン停止車速ＶＥＶは大きくなり、これは寿命に余裕があるほどエンジン始動タイミング及びエンジン停止タイミングが遅れ、モータジェネレータ１７を動力源として用いる車速域が増大することを意味する。例えば、寿命変数Ｌｉｆｅが１より大きい場合、車速が４０ｋｍ／ｈでエンジン１４が始動してモータジェネレータ１７からエンジン１４に動力源が切り替わるが、寿命変数Ｌｉｆｅが０．２の場合にはＶＥｎｇは４０＋１５＝５５ｋｍ／ｈとなるため、車速が４０ｋｍ／ｈでもエンジン１４は始動せずモータジェネレータ１７が引き続き動力源となる。このように、組電池１０の寿命に余裕がある場合には、動力源の切り替え点を高車速側にシフトさせることでモータジェネレータ１７を最大限活用することができる。

図１４に、動力比率制御の他の処理フローチャートを示す。エンジン１４とモータジェネレータ１７の動力により走行する場合にアクセル開度に応じてエンジン１４とモータジェネレータ１７の動力比率を可変制御する場合の起動処理である。まず、平均温度ＴＢａｖｅ、ＳＯＣ、アクセル開度の各データを取得する（Ｓ６０１）。次に、予めメモリに記憶されたマップを用いて、ＴＢａｖｅから組電池１０の入力制限値ＰＢｉｎ（ＴＢａｖｅ）、出力制限値ＰＢｏｕｔ（ＴＢａｖｅ）を取得し、ＳＯＣから係数ＢＳＯＣｉｎ、ＢＳＯＣｏｕｔを取得し、アクセル開度から係数Ａｃｃを取得する（Ｓ６０２）。ここで、充電方向を正とすると、ＰＢｉｎ（ＴＢａｖｅ）≧０、ＰＢｏｕｔ（ＴＢａｖｅ）≦０、０≦ＢＳＯＣｉｎ、ＢＳＯＣｏｕｔ≦１、０≦Ａｃｃ≦１である。次に、これらの値を用いて、基本入力制限値をＰＢｉｎ＝ＰＢｉｎ（ＴＢａｖｅ）×ＢＳＯＣｉｎ、基本出力制限値をＰＢｏｕｔ＝ＰＢｏｕｔ（ＴＢａｖｅ）×ＢＳＯＣｏｕｔにより算出する（Ｓ６０３）。次に、組電池１０の入出力電力の上限値ＰｉｎとＰｏｕｔを、基本の制限値ＰＢｉｎ、ＰＢｏｕｔにアクセル開度に応じて設定される係数Ａｃｃを乗じることで算出する。すなわち、入力上限値Ｐｉｎ＝ＰＢｉｎ×Ａｃｃ、Ｐｏｕｔ＝ＰＢｏｕｔ×Ａｃｃにより算出する（Ｓ６０４）。以上のようにして組電池１０の電力制限値を設定し、組電池１０の許容電力としてＰｉｎ、Ｐｏｕｔを指令する（Ｓ６０５）。係数Ａｃｃが増大するほど許容電力Ｐｉｎ、Ｐｏｕｔが増大し、モータジェネレータ１７の動力比率が増大する。

図１５に、ＴＢａｖｅとＰＢｉｎ（ＴＢａｖｅ）との関係、及びＴＢａｖｅとＰＢｏｕｔ（ＴＢａｖｅ）との関係を示す。ＰＢｉｎ（ＴＢａｖｅ）に着目すると、ＴＢａｖｅが０℃以下のＴＢ１より大きくなると０から増大し、０℃以上のＴＢ２に達すると０となる。ＰＢｏｕｔ（ＴＢａｖｅ）は、ＰＢｉｎ（ＴＢａｖｅ）の符号を反転させた特性である。図１６に、ＳＯＣとＢＳＯＣｏｕｔとの関係を示し、図１７に、ＳＯＣとＢＳＯＣｉｎとの関係を示す。ＢＳＯＣｏｕｔは、ＳＯＣがＳＯＣ１以上で０より大きい値となり、やがて１に飽和する。ＢＳＯＣｉｎは、ＳＯＣがＳＯＣ２以下では１であり、ＳＯＣ２に近づくにつれ小さくなり、ＳＯＣ２より大きく１００％以下では０となる。図１８に、アクセル開度とＡｃｃとの関係を示す。寿命変数Ｌｉｆｅがパラメータとして機能し、寿命変数Ｌｉｆｅ毎にアクセル開度とＡｃｃとの対応関係が設定される。同一アクセル開度でも、寿命変数Ｌｉｆｅの値が小さいほど（つまり寿命に余裕があるほど）Ａｃｃは増大する。アクセル開度がある所定値まではＡｃｃは寿命変数Ｌｉｆｅに応じて１より小さいＡｃｃ１、Ａｃｃ２、Ａｃｃ３の固定値であり、所定値を超えるとアクセル開度に応じてＡｃｃは増大し、さらにアクセル開度が増大すると寿命変数Ｌｉｆｅによらず１に飽和する。図では、Ｌｉｆｅ＜０．６の場合、Ｌｉｆｅが０．６〜０．９の場合、Ｌｉｆｅ＞０．９の場合の３つにパターンを分けた場合を示す。Ｌｉｆｅ＞０．９が通常の場合である。寿命に余裕がある場合には、Ａｃｃが通常よりも増大し、したがって組電池１０の許容電力Ｐｉｎ、Ｐｏｕｔが増大することになる。許容電力が増大することで、その分だけモータジェネレータ１７の動力比率が増大する。

図１８では、寿命変数Ｌｉｆｅに応じて３つのパターンを示したが、必要に応じて２つのパターン、あるいは３つ以上のパターンに分けてもよいのは言うまでもない。例えば、Ｌｉｆｅ＞０．９とＬｉｆｅ≦０．９の２つのパターンに分ける等である。言い換えれば、寿命に余裕がある場合とない場合の２つのパターンに分けて係数Ａｃｃを設定することができる。

以上説明したように、本実施形態では、組電池１０の寿命を算出し、算出した寿命に応じてエンジン１４とモータジェネレータ１７の動力比率を変化させるので、組電池１０の寿命に余裕がある場合にモータジェネレータ１７を駆動する余力があるとしてモータジェネレータ１７の動力比率を増大させることで加速性能や燃費を向上させることができる。

本実施形態では停止中（イグニッションスイッチ１６をオフにしているとき）において寿命変数Ｌｉｆｅを算出しているが、走行中において寿命変数Ｌｉｆｅを算出することもできる。すなわち、停止中は、
ＬｉｆｅＳｔａｃｋ＝ＬｉｆｅＳｔａｃｋ＋ＬｉｆｅＳｔａｃｋＴｒｉｐ×ｆＴｒｉｐ
Ｌｉｆｅ＝ＬｉｆｅＳｔａｃｋ／ＴｉｍｅＢａｔｔｅｒｙ
で算出されるが、走行中は、Ｓ２０８に続いて
ＬｉｆｅＳｔａｃｋ＝ＬｉｆｅＳｔａｃｋ＋ＬｉｆｅＳｔａｃｋＴｒｉｐ
Ｌｉｆｅ＝ＬｉｆｅＳｔａｃｋ／ＴｉｍｅＢａｔｔｅｒｙ
で算出される。停止中と比べて補正係数ｆＴｒｉｐ依存分が誤差となる。

また、本実施形態では、組電池１０の寿命変数Ｌｉｆｅを、組電池１０の平均温度ＴＢａｖｅ、電流Ｉ、ワントリップ（イグニッションスイッチ１６のオンからオフまでの１走行）の間のＳＯＣの変化量ΔＳＯＣ、車速ＳＰＥＥＤを用いて算出しているが、平均温度ＴＢａｖｅと電流Ｉを用いて、あるいは平均温度ＴＢａｖｅと電流ＩとΔＳＯＣを用いて、あるいは平均温度ＴＢａｖｅと電流Ｉと車速ＳＰＥＥＤを用いて簡易的に算出してもよい。簡易的に算出する場合、無視した変数は１として扱えばよい。

実施形態の車両の全体構成図である。起動時の処理フローチャートである。走行中の処理フローチャートである。停止時の処理フローチャートである。停止中の処理フローチャートである。係数説明図である。係数説明図である。係数説明図である。係数説明図である。係数説明図である。寿命変数の時間変化を示す図である。動力比率の可変処理フローチャートである。車速オフセット説明図である。他の動力比率の可変処理フローチャートである。係数説明図である。係数説明図である。係数説明図である。寿命変数に応じた係数説明図である。

符号の説明

１０組電池、１２インバータ、１３温度センサ、１４エンジン、１７モータジェネレータ、２４車両制御部、３０電池冷却ファン、３２電池監視装置。

Claims

車両に搭載される二次電池と、
前記二次電池の温度を検出する温度検出手段と、
前記二次電池の通電電流を検出する電流検出手段と、
前記車両の車速を検出する手段と、
前記二次電池の電力により駆動されるモータジェネレータと、
エンジンと、
を有し、少なくとも前記モータジェネレータの動力と前記エンジンの動力を所定の比率で車両の推進源として駆動軸に伝達する車両の動力制御装置であって、
前記二次電池の前記温度と前記通電電流と前記車速に基づき、前記二次電池の使用時間当たりの寿命変数を、前記温度に対してその値が単調増加する変数と前記通電電流の大きさに対してその値が単調増加する変数と前記車速に対して単調減少する変数を用いて順次算出する演算手段と、
前記寿命変数と所定の基準寿命変数との相対的な大小比較を行い、前記寿命変数が前記所定の基準寿命変数よりも小さい場合に前記二次電池の寿命に余裕があると判定して、前記モータジェネレータの動力比率を増大させるように制御する制御手段と、
を有することを特徴とする車両の動力制御装置。
車両に搭載される二次電池と、
前記二次電池の温度を検出する温度検出手段と、
前記二次電池の通電電流を検出する電流検出手段と、
前記二次電池のＳＯＣを検出する手段と、
前記車両の車速を検出する手段と、
前記二次電池の電力により駆動されるモータジェネレータと、
エンジンと、
を有し、少なくとも前記モータジェネレータの動力と前記エンジンの動力を所定の比率で車両の推進源として駆動軸に伝達する車両の動力制御装置であって、
前記二次電池の前記温度と前記通電電流と車両ワントリップ間の前記ＳＯＣの変化量と前記車速に基づき、前記二次電池の使用時間当たりの寿命変数を、前記温度に対してその値が単調増加する変数と前記通電電流の大きさに対してその値が単調増加する変数と車両ワントリップ間の前記ＳＯＣの変化量に対して単調増加する変数と前記車速に対して単調減少する変数を用いて順次算出する演算手段と、
前記寿命変数と所定の基準寿命変数との相対的な大小比較を行い、前記寿命変数が前記所定の基準寿命変数よりも小さい場合に前記二次電池の寿命に余裕があると判定して、前記モータジェネレータの動力比率を増大させるように制御する制御手段と、
を有することを特徴とする車両の動力制御装置。
請求項１、２のいずれかに記載の装置において、
前記制御手段は、前記モータジェネレータの動力から前記エンジンの動力への切替車速を高速側にシフトさせることで前記モータジェネレータの動力比率を増大させるように制御することを特徴とする車両の動力制御装置。
請求項１、２のいずれかに記載の装置において、
前記制御手段は、前記モータジェネレータの許容電力を増大させることで前記モータジェネレータの動力比率を増大させるように制御することを特徴とする車両の動力制御装置。
請求項１〜４のいずれかに記載の装置において、
前記演算手段は、前記車両の停止状態で前記寿命変数を算出することを特徴とする車両の動力制御装置。
車両に搭載される二次電池と、
前記二次電池の温度を検出する温度検出手段と、
前記二次電池の通電電流を検出する電流検出手段と、
前記車両の車速を検出する手段と、
を有する二次電池の寿命判定装置であって、
前記二次電池の前記温度と前記通電電流と前記車速に基づき、前記二次電池の使用時間当たりの寿命変数を、前記温度に対してその値が単調増加する変数と前記通電電流の大きさに対してその値が単調増加する変数と前記車速に対して単調減少する変数を用いて順次算出する演算手段と、
前記寿命変数と所定の基準寿命変数との相対的な大小比較を行い、前記寿命変数が前記所定の基準寿命変数よりも小さい場合に前記二次電池の寿命に余裕があると判定する手段と、
を有することを特徴とする二次電池の寿命判定装置。
車両に搭載される二次電池と、
前記二次電池の温度を検出する温度検出手段と、
前記二次電池の通電電流を検出する電流検出手段と、
前記二次電池のＳＯＣを検出する手段と、
前記車両の車速を検出する手段と、
を有する二次電池の寿命判定装置であって、
前記二次電池の前記温度と前記通電電流と車両ワントリップ間の前記ＳＯＣの変化量と前記車速に基づき、前記二次電池の使用時間当たりの寿命変数を、前記温度に対してその値が単調増加する変数と前記通電電流の大きさに対してその値が単調増加する変数と車両ワントリップ間の前記ＳＯＣの変化量に対して単調増加する変数と前記車速に対して単調減少する変数を用いて順次算出する演算手段と、
前記寿命変数と所定の基準寿命変数との相対的な大小比較を行い、前記寿命変数が前記所定の基準寿命変数よりも小さい場合に前記二次電池の寿命に余裕があると判定する手段と、
を有することを特徴とする二次電池の寿命判定装置。