JP5436785B2

JP5436785B2 - 電源装置

Info

Publication number: JP5436785B2
Application number: JP2008040031A
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: 2014-03-05
Anticipated expiration: 2028-02-21
Also published as: JP2009199870A

Description

本発明は電源装置、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、二次電池は適温範囲で動作させる必要があるため、温度が上昇した場合に二次電池を冷却するための冷却機構が必要となるが、従来において二次電池の寿命との関連において冷却動作を制御することは行われていない。

本発明の目的は、二次電池の寿命に応じて効率的に冷却動作を実行することにある。

本発明は、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、前記二次電池の温度に応じて前記二次電池を冷却する冷却手段とを有する電源装置であって、前記二次電池の前記温度と前記通電電流に基づき、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ある一定値を超えると急峻に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、前記二次電池を冷却するタイミングを遅らせるように前記冷却手段の動作を制御する制御手段とを有することを特徴とする。ここで、冷却するタイミングを遅らせることに代えて、冷却する度合いを低下させるように制御してもよい。

また、本発明は、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、前記二次電池の温度に応じて前記二次電池を冷却する冷却手段とを有する電源装置であって、前記二次電池の前記温度と前記通電電流と前記二次電池が搭載される車両のワントリップ間の前記ＳＯＣの変化量に基づき、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ある一定値を超えると急峻に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、前記二次電池を冷却するタイミングを遅らせるように前記冷却手段の動作を制御する制御手段とを有することを特徴とする。冷却するタイミングを遅らせることに代えて、冷却する度合いを低下させるように制御してもよい。

また、本発明は、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、前記二次電池が搭載される車両の車速を検出する手段と、前記二次電池の温度に応じて前記二次電池を冷却する冷却手段とを有する電源装置であって、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ある一定値を超えると急峻に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、前記二次電池を冷却するタイミングを遅らせるように前記冷却手段の動作を制御する制御手段とを有することを特徴とする。冷却するタイミングを遅らせることに代えて、冷却する度合いを低下させるように制御してもよい。

また、本発明は、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、前記二次電池が搭載される車両の車速を検出する手段と、前記二次電池の温度に応じて前記二次電池を冷却する冷却手段とを有する電源装置であって、前記二次電池の前記温度と前記通電電流と前記二次電池が搭載される車両の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ある一定値を超えると急峻に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、前記二次電池を冷却するタイミングを遅らせるように前記冷却手段の動作を制御する制御手段とを有することを特徴とする。冷却するタイミングを遅らせることに代えて、冷却する度合いを低下させるように制御してもよい。

本発明によれば、二次電池の寿命を算出し、算出した寿命に応じて冷却動作を効率的に実行することができる。

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電源装置を車両に搭載した場合の全体システム図を示す。組電池１０は、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個の単電池を直列接続して３００Ｖ程度の電圧を出力する。組電池１０の電圧は、単電池単位あるいはブロック単位で検出され、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ー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、電池温度の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のロータに接続されており、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に接続される。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、推定した寿命が良好である場合、組電池１０の能力に未だ余力があるとして電池冷却ファン３０の駆動方法を変化させる。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（全ブロックの温度平均値）
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、現在の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が初回の起動ではない場合、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の各ブロックの温度ＴＢ１、ＴＢ２、ＴＢ３、・・・、ＴＢｉの平均である。そして、現在の変数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、現在までの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の関数として定まる変数ｆＬｉｆｅ（ΔＳＯＣ）と、さらにＩ²ａｖｅの関数として定まる変数ｆＬｉｆｅ（Ｉ²ａｖｅ）、ＳＰＥＥＤの関数として定まる変数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を演算して冷却ファン３０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電池冷却ファン３０の動作を制御する。具体的には、制御部２８で寿命変数を算出し、寿命変数に応じてファン駆動部３１に制御信号を供給する。ファン駆動部３１が制御部２８からの制御信号に応じて電池冷却ファン３０の動作を切り替える。

以下、電池冷却ファン３０の動作について説明する。組電池１０は電池冷却ファン３０の送出する冷媒（空気）により冷却される。具体的には、電池平均温度であるＴＢａｖｅに応じて電池冷却ファン３０の動作状態を変化させる。例えば、電池冷却ファン３０の動作状態としてＯＦＦ、ＬＯ、ＭＥＤ、ＨＩの４つの状態を有し、ＨＩが最も冷媒の流量が大きい。電池平均温度ＴＢａｖｅが大きくなるほどＯＦＦからＬＯ、ＬＯからＭＥＤ、ＭＥＤからＨＩへと切り替えて冷媒の流量を増大させて組電池１０を冷却する。

図１２に、ＴＢａｖｅに応じた電池冷却ファン３０の動作状態変化を示す。ＴＢａｖｅがＴＬＯとなる温度で電池冷却ファン３０はＯＦＦ状態からＬＯに切り替わり、ＴＭＥＤとなる温度でＬＯからＭＥＤに切り替わり、ＴＨＩとなる温度でＭＥＤからＨＩに切り替わる。ここで、ＴＬＯ＜ＴＭＥＤ＜ＴＨＩである。また、ＴＨＩより所定温度、例えば２℃低い温度でＨＩからＭＥＤに切り替わり、ＴＭＥＤより２℃低い温度でＭＥＤからＬＯに切り替わり、ＴＬＯより２℃低い温度でＬＯからＯＦＦに切り替わる。電池冷却ファン３０の動作切り替え点が、流量を増大させる場合と減少させる場合とで異なる、すなわちヒステリシス特性を有しているのは、切り替え点においてファン動作が頻繁に切り替わるのを防止するためである。このように電池冷却ファン３０の動作を切り替える際に、寿命変数Ｌｉｆｅを考慮して動作切り替えを動的に変更する。

図１３に、制御部２８のファン切替処理フローチャートを示す。起動時の処理である。まず、動作切り替え点の温度を設定する（Ｓ５０１）。例えば、ＴＬＯの初期値ＴＬＯｉｎｉを３０（℃）、ＴＭＥＤの初期値ＴＭＥＤｉｎｉを４０（℃）、ＴＨＩの初期値ＴＨＩｉｎｉを５０（℃）に設定する。次に、停止中に算出された寿命変数Ｌｉｆｅが所定値、例えば１より小さいか否かを判定する（Ｓ５０２）。この処理は、算出された寿命が基準寿命より長いか否かを判定するものである。大小比較の結果、Ｌｉｆｅ＜１である場合、組電池１０に寿命に余裕があると判定して変数Ｔｏｆｆｓｅｔを算出する（Ｓ５０３）。一方、Ｌｉｆｅが１以上である場合には組電池１０に寿命がないと判定し、Ｔｏｆｆｓｅｔを０に設定する（Ｓ５０４）。温度オフセットＴｏｆｆｓｅｔを設定した後、新たな動作切り替え点の温度として、ＴＬＯ＝ＴＬＯｉｎｉ＋Ｔｏｆｆｓｅｔ、ＴＭＥＤ＝ＴＭＥＤｉｎｉ＋Ｔｏｆｆｓｅｔ、ＴＨＩ＝ＴＨＩｉｎｉ＋Ｔｏｆｆｓｅｔに変更する（Ｓ５０５）。

図１４に、寿命変数Ｌｉｆｅと温度オフセットＴｏｆｆｓｅｔの関係を示す。寿命変数Ｌｉｆｅの値が減少するほど温度オフセットＴｏｆｆｓｅｔは階段状に増大する。このことは、寿命変数Ｌｉｆｅの値が小さいほど、電池冷却ファン３０の動作切り替え点の温度が高い側にシフトすることを意味し、電池平均温度ＴＢａｖｅが高くなっても動作の切り替わりが遅くなる、あるいは冷却の度合いを低下させることを意味する。一例を挙げると、寿命変数Ｌｉｆｅが１以上である場合、温度オフセットＴｏｆｆｓｅｔは０であるため、動作切り替え点はそれぞれＴＬＯ＝３０℃、ＴＭＥＤ＝４０℃、ＴＨＩ＝５０℃である。したがって、ＴＢａｖｅが３０℃に達すると電池冷却ファン３０はＯＦＦからＬＯに切り替わる。ところが、寿命変数Ｌｉｆｅが０．４であって寿命に余裕がある場合、Ｔｏｆｆｓｅｔは９℃であるため動作切り替え点はそれぞれＴＬＯ＝３９℃、ＴＭＥＤ＝４９℃、ＴＨＩ＝５９℃となり、ＴＢａｖｅが３０℃に達しても電池冷却ファン３０はＯＦＦのままであり、ＴＢａｖｅが３９℃まで上昇して始めてＯＦＦからＬＯに切り替わる。これは、電池冷却ファン３０の動作タイミングを遅らせることに相当する。また、ＴＢａｖｅが４５℃に達しても電池冷却ファン３０はＬＯのままであり、ＴＢａｖｅが４９℃まで上昇して始めてＬＯからＭＥＤに切り替わる。これは、電池冷却ファン３０の冷却の度合いを低下させることに相当する。このように、組電池１０の寿命に余裕がある場合に電池冷却ファン３０の動作を変更して電池冷却ファンを動作させない（あるいはより少ない流量で動作させる）のは、組電池１０の寿命に余裕がある場合には組電池１０をあえて迅速に冷却する必要性がなく、無駄な電力消費を低減するためである。なお、上記の実施形態では、ファン動作の切替モードをＯＦＦ、ＬＯ、ＭＥＤ及びＨＩの４段階とし、ＬＯ＝３０度、ＭＥＤ＝４０度、ＨＩ＝５０度の場合を示したが、モード数をさらに多く設定することにより、モード間の設定温度間隔が狭くなり、ファン切替動作がよりスムーズになる。

以上説明したように、本実施形態では組電池１０の寿命を評価し、評価結果に応じて電池冷却ファン３０の動作を制御するため、組電池１０を無駄に冷却することがなくなり、効率的に組電池１０を駆動することができる。電池冷却ファン３０での電力消費分を他の負荷機器（例えば車室内の冷暖房機器）での電力消費に振り分けることもできる。本実施形態の基本的な技術思想は、組電池１０の寿命に余裕がある場合には、その余裕分を電池冷却ファン３０以外の消費に割り当てることでドライバビリティを向上させ、あるいは運転者に対し何らかの報酬を与えることで快適性を向上させることにある。

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。走行中は、停止時に算出される補正変数ｆＴｒｉｐを反映せず、走行中の電池平均温度に依存する部分のみで処理を行う。

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。変数説明図である。変数説明図である。変数説明図である。変数説明図である。変数説明図である。寿命変数の時間変化を示す図である。ファンの動作切替説明図である。ファン切替処理フローチャートである。温度オフセット説明図である。

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

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、
前記二次電池の温度に応じて前記二次電池を冷却する冷却手段と、
を有する電源装置であって、
前記二次電池の前記温度と前記通電電流に基づき、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ある一定値を超えると急峻に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、前記二次電池を冷却するタイミングを遅らせるように前記冷却手段の動作を制御する制御手段と、
を有することを特徴とする電源装置。
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、
前記二次電池の温度に応じて前記二次電池を冷却する冷却手段と、
を有する電源装置であって、
前記二次電池の前記温度と前記通電電流と前記二次電池が搭載される車両のワントリップ間の前記ＳＯＣの変化量に基づき、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ある一定値を超えると急峻に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、前記二次電池を冷却するタイミングを遅らせるように前記冷却手段の動作を制御する制御手段と、
を有することを特徴とする電源装置。
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、
前記二次電池が搭載される車両の車速を検出する手段と、
前記二次電池の温度に応じて前記二次電池を冷却する冷却手段と、
を有する電源装置であって、
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ある一定値を超えると急峻に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、前記二次電池を冷却するタイミングを遅らせるように前記冷却手段の動作を制御する制御手段と、
を有することを特徴とする電源装置。
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、
前記二次電池が搭載される車両の車速を検出する手段と、
前記二次電池の温度に応じて前記二次電池を冷却する冷却手段と、
を有する電源装置であって、
前記二次電池の前記温度と前記通電電流と前記二次電池が搭載される車両の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ある一定値を超えると急峻に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、前記二次電池を冷却するタイミングを遅らせるように前記冷却手段の動作を制御する制御手段と、
を有することを特徴とする電源装置。
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、
前記二次電池の温度に応じて前記二次電池を冷却する冷却手段と、
を有する電源装置であって、
前記二次電池の前記温度と前記通電電流に基づき、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ある一定値を超えると急峻に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、前記二次電池を冷却する度合いを低下させるように前記冷却手段の動作を制御する制御手段と、
を有することを特徴とする電源装置。
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、
前記二次電池の温度に応じて前記二次電池を冷却する冷却手段と、
を有する電源装置であって、
前記二次電池の前記温度と前記通電電流と前記二次電池が搭載される車両のワントリップ間の前記ＳＯＣの変化量に基づき、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ある一定値を超えると急峻に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、前記二次電池を冷却する度合いを低下させるように前記冷却手段の動作を制御する制御手段と、
を有することを特徴とする電源装置。
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、
前記二次電池が搭載される車両の車速を検出する手段と、
前記二次電池の温度に応じて前記二次電池を冷却する冷却手段と、
を有する電源装置であって、
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ある一定値を超えると急峻に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、前記二次電池を冷却する度合いを低下させるように前記冷却手段の動作を制御する制御手段と、
を有することを特徴とする電源装置。
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、
前記二次電池が搭載される車両の車速を検出する手段と、
前記二次電池の温度に応じて前記二次電池を冷却する冷却手段と、
を有する電源装置であって、
前記二次電池の前記温度と前記通電電流と前記二次電池が搭載される車両の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ある一定値を超えると急峻に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、前記二次電池を冷却する度合いを低下させるように前記冷却手段の動作を制御する制御手段と、
を有することを特徴とする電源装置。
請求項１〜８のいずれかに記載の装置において、
前記演算手段は、前記二次電池が搭載される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電源装置。