JP5765028B2 - Control device and control method for hybrid vehicle - Google Patents
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Description
この発明はハイブリッド車両の制御装置および制御方法に関し、より特定的には、ハイブリッド車両に搭載された二次電池の充放電制御に関する。 The present invention relates to a control device and a control method for a hybrid vehicle, and more specifically to charge / discharge control of a secondary battery mounted on the hybrid vehicle.
走行用電動機からの駆動力により走行するハイブリッド自動車や燃料電池車、および電気自動車が公知である。これらの車両には、走行用電動機に対して入出力される電力を蓄えるバッテリ(二次電池)が搭載されている。このような二次電池は、継続的な充放電によって劣化が進行することが知られている。 A hybrid vehicle, a fuel cell vehicle, and an electric vehicle that travel with driving force from a traveling motor are known. These vehicles are equipped with a battery (secondary battery) that stores electric power input and output with respect to the electric motor for traveling. Such a secondary battery is known to deteriorate due to continuous charge and discharge.
特開2010−60406号公報(特許文献1)には、大電流域で発生する電池抵抗の上昇度合を推定する監視装置が記載される。具体的には、電極間での電解液塩濃度(代表的には、リチウムイオン二次電池における電解液中のリチウムイオン濃度)の差と、抵抗上昇率との間の相関に基づいて、電池抵抗の上昇度合を推定することが記載されている。さらに、電池電流の履歴に基づいて、電極内の電解液における塩濃度変化を推定できることが記載されている。 Japanese Patent Laying-Open No. 2010-60406 (Patent Document 1) describes a monitoring device that estimates the degree of increase in battery resistance that occurs in a large current region. Specifically, based on the correlation between the difference in electrolyte salt concentration between electrodes (typically, the lithium ion concentration in the electrolyte in a lithium ion secondary battery) and the rate of increase in resistance, the battery It is described that the degree of increase in resistance is estimated. Furthermore, it is described that the salt concentration change in the electrolyte solution in the electrode can be estimated based on the history of the battery current.
また、特開2009−123435号公報(特許文献2)には、バッテリ容量に対して比較的大きな電流で行なう放電(ハイレート放電)による二次電池の劣化を抑制する制御が記載されている。具体的には、二次電池の放電電流値の履歴に基づいて二次電池の劣化評価値を算出するとともに、算出された劣化評価値に基づいて放電電力を制限することが記載されている。 Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2009-123435 (Patent Document 2) describes control for suppressing deterioration of the secondary battery due to discharge (high rate discharge) performed with a relatively large current with respect to the battery capacity. Specifically, it is described that the deterioration evaluation value of the secondary battery is calculated based on the history of the discharge current value of the secondary battery, and the discharge power is limited based on the calculated deterioration evaluation value.
同様に、特開2009−100513号公報(特許文献3)には、電極間の電解質イオン濃度推定に基づいて二次電池の劣化進行を検知することが記載されている。特許文献3では、推定された電解質イオン濃度に基づいて、電解質イオン濃度を正常範囲に維持するように二次電池の充放電が制御される。 Similarly, Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2009-100533 (Patent Document 3) describes that the progress of deterioration of the secondary battery is detected based on the estimation of the electrolyte ion concentration between the electrodes. In Patent Document 3, charging / discharging of the secondary battery is controlled based on the estimated electrolyte ion concentration so as to maintain the electrolyte ion concentration in a normal range.
また、特開2008−59910号公報(特許文献4)には、拡散方程式により電解液中でのリチウムイオン濃度分布を解析するための電池モデルの構成が記載されている。特に特許文献4では、電池モデルにおいて電極界面における境界条件を適切に設定するための手法が記載される。 Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2008-59910 (Patent Document 4) describes a configuration of a battery model for analyzing a lithium ion concentration distribution in an electrolytic solution by a diffusion equation. In particular, Patent Document 4 describes a method for appropriately setting boundary conditions at electrode interfaces in a battery model.
また、特開2009−290951号公報(特許文献5)には、SOC(State Of Charge)情報がリセットされた二次電池の推定SOCを、短時間で真のSOCに近づけるための充放電制御が記載されている。 Japanese Patent Laid-Open No. 2009-290951 (Patent Document 5) discloses charge / discharge control for bringing the estimated SOC of a secondary battery whose SOC (State Of Charge) information has been reset closer to a true SOC in a short time. Have been described.
特許文献2−4には、電解液塩濃度に応じて、二次電池の放電電力を制限することが記載されている。特に、特許文献2では、ハイレート放電による二次電池の劣化を評価するための評価値を導入することが開示される。そして、この劣化評価値が目標値を超えると、出力電力上限値(WOUT)を通常よりも小さく設定することによって、二次電池の劣化を抑制している。 Patent Documents 2 to 4 describe that the discharge power of the secondary battery is limited according to the electrolyte salt concentration. In particular, Patent Document 2 discloses introducing an evaluation value for evaluating deterioration of a secondary battery due to high-rate discharge. When the deterioration evaluation value exceeds the target value, the deterioration of the secondary battery is suppressed by setting the output power upper limit value (WOUT) smaller than usual.
しかしながら、車載二次電池の放電電力が制限されると、走行用電動機の出力トルクが制限される。このため、ユーザのアクセル操作による加速要求への応答性が低下する等により、車両駆動力が必要とされる場面で車両の動力性能が低下する虞がある。また、特許文献2に記載される劣化評価値は電流値の履歴に基づいて算出されるので、出力制限が必要なレベルまで劣化評価値が一旦上昇すると、出力制限によって放電電流を抑制しても、劣化評価値が低下するまでに時間を要することが懸念される。このため、一旦開始された出力制限は、ある程度の時間継続する可能性がある。 However, when the discharge power of the in-vehicle secondary battery is limited, the output torque of the traveling motor is limited. For this reason, there is a possibility that the power performance of the vehicle may deteriorate in a scene where the vehicle driving force is required due to, for example, a decrease in responsiveness to the acceleration request by the user's accelerator operation. Further, since the deterioration evaluation value described in Patent Document 2 is calculated based on the history of current values, once the deterioration evaluation value rises to a level that requires output restriction, even if the discharge current is suppressed by output restriction. There is a concern that it takes time until the degradation evaluation value decreases. For this reason, the output restriction once started may continue for a certain period of time.
この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、ハイレート放電による二次電池の劣化を抑制しつつ、車両の動力性能の低下を抑制するように車載二次電池の充放電を制御することである。 The present invention has been made in order to solve such problems, and an object of the present invention is to suppress deterioration of the power performance of the vehicle while suppressing deterioration of the secondary battery due to high-rate discharge. And controlling charging / discharging of the in-vehicle secondary battery.
この発明のある局面では、二次電池を搭載したハイブリッド車両の制御装置であって、二次電池を充放電する電池電流値を検出するための検出器と、算出手段と、二次電池の充電レベルを制御するための充放電制御手段と、二次電池の状態に応じて二次電池の放電電力上限値を設定するための充放電制限手段とを備える。算出手段は、電池電流値の履歴に基づいて、継続的な放電による二次電池の電解液中におけるイオン濃度の偏りの増加を反映した劣化評価値を算出する。充放電制御手段は、充電レベルを所定目標に制御するための第1の制御モードによって二次電池の充放電を制御している場合に、算出された劣化評価値が第1の所定値よりも上昇すると、第1の制御モードよりも電池電流値を充電方向に制御する第2の制御モードを適用して充放電を制御する。充放電制限手段は、算出手段によって算出された劣化評価値が第2の所定値よりも上昇すると、劣化評価値が第2の所定値よりも低いときよりも、放電電力上限値を制限する。 In one aspect of the present invention, there is provided a control device for a hybrid vehicle equipped with a secondary battery, a detector for detecting a battery current value for charging / discharging the secondary battery, a calculation means, and charging of the secondary battery. Charge / discharge control means for controlling the level; and charge / discharge restriction means for setting a discharge power upper limit value of the secondary battery according to the state of the secondary battery . The calculation means calculates a deterioration evaluation value that reflects an increase in the deviation of ion concentration in the electrolyte of the secondary battery due to continuous discharge, based on the history of the battery current value. When the charge / discharge control means controls the charge / discharge of the secondary battery in the first control mode for controlling the charge level to a predetermined target, the calculated deterioration evaluation value is more than the first predetermined value. When it rises, charging / discharging is controlled by applying a second control mode for controlling the battery current value in the charging direction rather than the first control mode. When the deterioration evaluation value calculated by the calculation means rises above the second predetermined value, the charge / discharge limiting means limits the discharge power upper limit value than when the deterioration evaluation value is lower than the second predetermined value.
さらに好ましくは、ハイブリッド車両は、二次電池からの電力によって車両駆動力を発生するための電動機と、車両走行中に二次電池の充電電力を発生するための発電機構とを備える。そして、充放電制御手段は、二次電池の充電レベルに応じて二次電池の要求充電電力を設定し、要求充電電力は、二次電池の放電が必要なときは負値に設定される。制御装置は、車両全体での要求駆動力を出力するための要求パワーと、要求充電電力との和に対応したトータルパワーが出力されるように、電動機および発電機構を制御するための走行制御手段をさらに備える。充放電制御手段は、二次電池の同一の充電レベルに対して、第2の制御モードでは、第1の制御モードよりも要求充電電力を正方向に変化させる。 More preferably, the hybrid vehicle includes an electric motor for generating a vehicle driving force by electric power from the secondary battery, and a power generation mechanism for generating charging power for the secondary battery while the vehicle is traveling. The charge / discharge control means sets the required charge power of the secondary battery according to the charge level of the secondary battery, and the required charge power is set to a negative value when the secondary battery needs to be discharged. The control device is a travel control means for controlling the electric motor and the power generation mechanism so that a total power corresponding to the sum of the required power for outputting the required driving force for the entire vehicle and the required charging power is output. Is further provided. The charge / discharge control means changes the required charge power in the positive direction in the second control mode with respect to the same charge level of the secondary battery as compared with the first control mode.
また、さらに好ましくは、ハイブリッド車両は、内燃機関と、内燃機関の出力を、電動機に対して機械的に連結された駆動軸と発電機構とに分割するための動力分割機構とをさらに備える。発電機構は、動力分割機構を介して伝達された内燃機関の出力によって発電するように構成される。走行制御手段は、トータルパワーに対する内燃機関の出力および電動機の出力の配分を制御する。 More preferably, the hybrid vehicle further includes an internal combustion engine and a power split mechanism for splitting the output of the internal combustion engine into a drive shaft and a power generation mechanism that are mechanically coupled to the electric motor. The power generation mechanism is configured to generate electric power by the output of the internal combustion engine transmitted through the power split mechanism. The traveling control means controls the distribution of the output of the internal combustion engine and the output of the electric motor with respect to the total power.
好ましくは、算出手段は、放電によるイオン濃度の偏りの増加に応じて、劣化評価値の劣化側への変化量を算出するための劣化算出手段と、時間の経過によるイオン濃度の偏りの減少に応じて、劣化評価値の非劣化側への変化量を算出するための非劣化算出手段と、劣化側への変化量および非劣化側への変化量に基づいて、劣化評価値を算出するための劣化評価値算出手段とを含む。 Preferably, the calculation means includes a deterioration calculation means for calculating a change amount of the deterioration evaluation value to the deterioration side in accordance with an increase in the ion concentration bias due to discharge, and a reduction in the ion concentration bias over time. Accordingly, in order to calculate the deterioration evaluation value based on the non-deterioration calculation means for calculating the change amount of the deterioration evaluation value to the non-deterioration side and the change amount to the deterioration side and the change amount to the non-deterioration side Deterioration evaluation value calculation means.
さらに好ましくは、劣化算出手段は、第1のタイミングから予め定められた期間が経過した第2のタイミングで検出された電流値および予め定められた期間に基づいて、第2のタイミングにおける劣化側への変化量を算出するための手段を含む。非劣化算出手段は、第1のタイミングにおける評価値および予め定められた期間に基づいて、第2のタイミングにおける非劣化側への変化量を算出するための手段を含む。劣化評価値算出手段は、第1のタイミングにおける劣化評価値、第2のタイミングにおける劣化側への変化量および第2のタイミングにおける非劣化側への変化量に基づいて、第2のタイミングにおける劣化評価値を算出するための手段を含む。 More preferably, the deterioration calculating means moves to the deterioration side at the second timing based on the current value detected at the second timing when a predetermined period has elapsed from the first timing and the predetermined period. Means for calculating the amount of change. The non-deterioration calculation means includes means for calculating the amount of change to the non-deterioration side at the second timing based on the evaluation value at the first timing and a predetermined period. The deterioration evaluation value calculation means is based on the deterioration evaluation value at the first timing, the amount of change toward the deterioration side at the second timing, and the amount of change toward the non-deterioration side at the second timing. Means for calculating an evaluation value are included.
この発明の他の局面では、二次電池を搭載したハイブリッド車両の制御方法であって、二次電池を充放電する電池電流値を検出するステップと、電池電流値の履歴に基づいて、継続的な放電による二次電池の電解質中におけるイオン濃度の偏りの増加を反映した劣化評価値を算出するステップと、二次電池の充電レベルを制御するステップと、二次電池の状態に応じて二次電池の放電電力上限値を設定するステップとを備える。制御するステップは、充電レベルを所定目標に制御するための第1の制御モードによって二次電池の充放電を制御している場合に、算出された劣化評価値が第1の所定値よりも上昇すると、第1の制御モードよりも電池電流値を充電方向に制御する第2の制御モードを適用して充放電を制御するステップを含む。設定するステップは、算出された劣化評価値が第2の所定値よりも上昇すると、劣化評価値が第2の所定値よりも低いときよりも、放電電力上限値を制限するステップを含む。 In another aspect of the present invention, there is provided a method for controlling a hybrid vehicle equipped with a secondary battery, the step of detecting a battery current value for charging / discharging the secondary battery, and continuously based on a history of the battery current value. Calculating a degradation evaluation value that reflects an increase in ion concentration bias in the electrolyte of the secondary battery due to a random discharge, controlling the charge level of the secondary battery, and depending on the state of the secondary battery Setting a discharge power upper limit value of the battery . In the controlling step, the calculated deterioration evaluation value is higher than the first predetermined value when charging / discharging of the secondary battery is controlled by the first control mode for controlling the charging level to a predetermined target. Then, a step of controlling charging / discharging by applying a second control mode for controlling the battery current value in the charging direction rather than the first control mode is included. The setting step includes a step of limiting the discharge power upper limit value when the calculated deterioration evaluation value is higher than the second predetermined value than when the deterioration evaluation value is lower than the second predetermined value.
さらに好ましくは、ハイブリッド車両は、二次電池からの電力によって車両駆動力を発生するための電動機と、車両走行中に二次電池の充電電力を発生するための発電機構とを備える。充電レベルを制御するステップは、二次電池の充電レベルに応じて二次電池の要求充電電力を設定し、要求充電電力は、二次電池の放電が必要なときは負値に設定される。制御方法は、車両全体での要求駆動力を出力するための要求パワーと、要求充電電力との和に対応したトータルパワーが出力されるように、電動機および発電機構を制御するステップをさらに備える。充電レベルを制御するステップは、二次電池の同一の充電レベルに対して、第2の制御モードでは、第1の制御モードよりも要求充電電力を正方向に変化させるステップを含む。 More preferably, the hybrid vehicle includes an electric motor for generating a vehicle driving force by electric power from the secondary battery, and a power generation mechanism for generating charging power for the secondary battery while the vehicle is traveling. In the step of controlling the charge level, the required charge power of the secondary battery is set according to the charge level of the secondary battery, and the required charge power is set to a negative value when the secondary battery needs to be discharged. The control method further includes a step of controlling the electric motor and the power generation mechanism so that total power corresponding to the sum of the required power for outputting the required driving force for the entire vehicle and the required charging power is output. The step of controlling the charge level includes a step of changing the required charge power in the positive direction in the second control mode with respect to the same charge level of the secondary battery as compared with the first control mode.
さらに好ましくは、ハイブリッド車両は、内燃機関と、内燃機関の出力を、電動機に対して機械的に連結された駆動軸と発電機構とに分割するための動力分割機構とをさらに備える。発電機構は、動力分割機構を介して伝達された内燃機関の出力によって発電するように構成される。そして、電動機および発電機構を制御するステップは、トータルパワーに対する内燃機関の出力および電動機の出力の配分を制御する。 More preferably, the hybrid vehicle further includes an internal combustion engine and a power split mechanism for splitting the output of the internal combustion engine into a drive shaft and a power generation mechanism that are mechanically coupled to the electric motor. The power generation mechanism is configured to generate electric power by the output of the internal combustion engine transmitted through the power split mechanism. The step of controlling the motor and the power generation mechanism controls the distribution of the output of the internal combustion engine and the output of the motor with respect to the total power.
この発明によれば、ハイレート放電による二次電池の劣化を抑制しつつ、車両の動力性能の低下を抑制するように車載二次電池の充放電を制御することができる。 According to the present invention, charging / discharging of the in-vehicle secondary battery can be controlled so as to suppress the deterioration of the power performance of the vehicle while suppressing the deterioration of the secondary battery due to the high rate discharge.
以下に本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下では図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は原則的に繰返さないものとする。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following, the same or corresponding parts in the drawings are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated in principle.
図1は、本発明の実施の形態に係る制御装置が搭載されたハイブリッド車両の構成例を説明するブロック図である。 FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of a hybrid vehicle on which a control device according to an embodiment of the present invention is mounted.
図1を参照して、ハイブリッド車両は、エンジン100と、主に発電機として動作する第1MG(Motor Generator)200と、PCU(Power Control Unit)300と、バッテリ400と、主に電動機として動作する第2MG500と、ECU(Electronic Control Unit)600と、動力分割機構700を含む。
Referring to FIG. 1, the hybrid vehicle operates as an
本発明の実施の形態に係る制御装置は、ECU600が実行するソフトウェア処理および/またはハードウェア処理によって実現される。なお、本実施の形態は、エンジン100を搭載したハイブリッド車両を用いて説明するが、本発明は、エンジン100を搭載したハイブリッド車両に限定されず、エンジン100の代わりに燃料電池を搭載したハイブリッド車両(燃料電池車)に適用してもよい。
The control device according to the embodiment of the present invention is realized by software processing and / or hardware processing executed by
エンジン100が発生する動力は、動力分割機構700により、2経路に分割される。一方は減速機800を経由して車輪900を駆動する経路である。もう一方は、第1MG200を駆動させて発電する経路である。
The power generated by the
第1MG200および第2MG500は、代表的には、三相交流モータによって構成される。
第1MG200は、動力分割機構700により分配されたエンジン100の動力により発電する。第1MG200により発電された電力は、車両の運転状態や、バッテリ400の充電レベル(SOC)に応じて使い分けられる。たとえば、通常走行時や急加速時では、第1MG200により発電された電力は、そのまま第2MG500を駆動させる電力となる。一方、バッテリ400のSOCが予め定められた値よりも低い場合、第1MG200により発電された電力は、PCU300のインバータ302により交流電力から直流電力に変換される。この直流電力は、コンバータ304により電圧が調整された後、バッテリ400に蓄えられる。また、第1MG200は、エンジン始動時には、エンジン100をモータリングするための電動機として動作する。
バッテリ400は、代表的には、リチウムイオン二次電池によって構成される。一般的に、バッテリ400には、複数のリチウムイオン電池セルを一体化したモジュールを、さらに複数直列に接続して構成された組電池が用いられる。
The
リチウムイオン電池セルの正極は、リチウムイオンを可逆的に吸蔵/放出可能な材料(たとえばリチウム含有酸化物)から成る。正極は、充電過程においてリチウムイオンを電解液に放出し、放電過程において、負極から放出された電解液中のリチウムイオンを吸蔵する。リチウムイオン電池セルの負極は、リチウムイオンを可逆的に吸蔵/放出可能な材料(たとえば炭素)から成る。負極は、充電過程において、正極から放出された電解液中のリチウムイオンを吸蔵し、放電過程においてリチウムイオンを電解液に放出する。 The positive electrode of the lithium ion battery cell is made of a material (for example, a lithium-containing oxide) capable of reversibly occluding / releasing lithium ions. The positive electrode releases lithium ions into the electrolyte during the charging process, and occludes lithium ions in the electrolyte released from the negative electrode during the discharging process. The negative electrode of the lithium ion battery cell is made of a material (for example, carbon) capable of reversibly occluding / releasing lithium ions. The negative electrode occludes lithium ions in the electrolytic solution released from the positive electrode during the charging process, and releases lithium ions into the electrolytic solution during the discharging process.
第2MG500は、バッテリ400に蓄えられた電力および第1MG200により発電された電力の少なくともいずれか一方の電力により駆動する。第2MG500の駆動力は、減速機800を経由して車輪900に伝えられる。これにより、第2MG500は、エンジン100をアシストして車両を走行させたり、第2MG500からの駆動力のみにより車両を走行させたりする。
一方、ハイブリッド車両の回生制動時には、減速機800を経由して車輪900により第2MG500が駆動され、第2MG500が発電機として作動させられる。これにより第2MG500は、制動エネルギーを電力に変換する回生ブレーキとして作用する。第2MG500により発電された電力は、インバータ302を経由してバッテリ400に蓄えられる。
On the other hand, at the time of regenerative braking of the hybrid vehicle,
ECU600は、CPU(Central Processing Unit)602と、メモリ604と、カ
ウンタ606とを含む。CPU602は、車両の運転状態や、アクセル開度センサ1100により検出されたアクセル開度(ACC)、アクセル開度の変化率、図示しない車速センサによって検出された車速(V)、シフトポジション、バッテリ400のSOC、メモリ604に保存されたマップおよびプログラムなどに基づいて演算処理を行なう。これにより、ECU600は、車両が所望の運転状態となるように、車両に搭載された機器類を制御することになる。なお、ECU600の少なくとも一部は、電子回路等のハードウェアにより所定の数値・論理演算処理を実行するように構成されてもよい。
図2は、図1に示したハイブリッド車両の電気システムの構成を示すブロック図である。 FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the electric system of the hybrid vehicle shown in FIG.
図2を参照して、ECU600には、バッテリ400の出力電圧値(以下、バッテリ電圧Vbとも称する)を検出する電圧センサ610と、充放電電流値(以下、バッテリ電流Ibとも称する)を検出する電流センサ612と、バッテリ400の温度(以下、バッテリ温度Tbとも称する)を検出するバッテリ温度センサ614とが接続されている。なお、以下では、バッテリ400の放電時にはバッテリ電流が正値(Ib>0)となり、充電時にはバッテリ電流が負値(Ib<0)となるものとして説明する。
Referring to FIG. 2,
ECU600は、電圧センサ610が検出したバッテリ電圧Vbおよび電流センサ612が検出したバッテリ電流Ibより、バッテリ400の充放電電力値を算出する。さらに、ECU600は、バッテリ電流Ibの積算に基づいてSOC変化をトレースすることによって、バッテリ400のSOCを算出することができる。なお、SOCの算出については、その他の周知技術を用いてもよく、ここではそれらについての詳細な説明は繰返さない。また、電流センサ612により検出されたバッテリ電流Ibの履歴は、メモリ604によって記憶することができる。
ECU600は、バッテリ400へ充電する電力の制限値を示す充電電力上限値(以下、WINとも称する)、およびバッテリ400から放電する電力の制限値を示す放電電力上限値(以下、WOUTとも称する)を設定する。バッテリ400への充電電力値、およびバッテリ400からの放電電力値は、このWINおよびWOUTを超えないように制限される。なお、バッテリ400の充電電力および放電電力を制限する方法は、その他の周知技術を用いてもよく、ここではそれらについての詳細な説明は繰返さない。
特許文献2にも記載されるように、バッテリ400からのハイレート放電が継続的に行なわれると、内部抵抗が増加し、あるタイミングでバッテリ400からの出力電圧が急激に低下し始める現象が生じる場合がある。そして、さらにこの現象を継続させると、バッテリ400が劣化する場合がある。ハイレート放電が継続的に行なわれることによる電解液中のイオン濃度の偏りが、この劣化の要因の1つと考えられている。ハイレート放電による劣化が生じると、その後放電電流値を低下させたり充電したりしても、出力電圧は回復しない。そのため、このような劣化が生じる前に、ハイレート放電を抑制する必要がある。
As described in Patent Document 2, when high-rate discharge from the
このため、特許文献2では、バッテリ電流の履歴に基づいて、電解液中のリチウムイオン濃度の偏りの変化に対応した劣化評価値Dを算出する。そして、算出された劣化評価値Dに基づいてWOUTが設定される。WOUTが制限されると、走行用電動機(図1の例では第2MG500)の出力トルクも制限されるため、ユーザのアクセル操作による加速要求への応答性が低下する等、車両の動力性能に影響を及ぼす虞がある。特許文献2の制御では、劣化評価値Dに基づいてWOUTを制限する期間を適切に設けることで、車両の動力性能の低下を抑制しつつ、ハイレート放電による二次電池の劣化を抑制することを目的としている。
For this reason, in Patent Document 2, a deterioration evaluation value D corresponding to a change in the deviation of the lithium ion concentration in the electrolytic solution is calculated based on the battery current history. Then, WOUT is set based on the calculated deterioration evaluation value D. If WOUT is restricted, the output torque of the electric motor for traveling (
しかしながら、劣化評価値DがWOUT制限を要するレベルまで一旦上昇すると、WOUT制限によって放電電流を抑制しても、劣化評価値Dが低下するまでに時間を要することが懸念される。すなわち、特許文献2による制御では、WOUT制限による動力性能の低下が、一旦発生するとある程度の時間継続することが懸念される。 However, once the deterioration evaluation value D rises to a level that requires WOUT restriction, there is a concern that it takes time until the deterioration evaluation value D decreases even if the discharge current is suppressed by WOUT restriction. That is, in the control according to Patent Document 2, there is a concern that a decrease in power performance due to WOUT restriction may continue for a certain period of time once it occurs.
したがって、本実施の形態においては、バッテリ400の電解液中のリチウムイオン濃度の偏りの変化に応じて劣化評価値Dを算出するとともに、劣化評価値Dに応じて充放電を制御する。
Therefore, in the present embodiment, deterioration evaluation value D is calculated according to a change in the deviation of the lithium ion concentration in the electrolyte of
図3は、本発明の実施の形態に係る制御装置の機能ブロック図である。
図3に示した各機能ブロックによる処理は、デジタル回路やアナログ回路の構成を主体としたハードウェアでも、メモリ604から読み出されてCPU602で実行されるプログラムとを主体としたソフトウェアでも実現することが可能である。
FIG. 3 is a functional block diagram of the control device according to the embodiment of the present invention.
The processing by each functional block shown in FIG. 3 can be realized by hardware mainly composed of a digital circuit or an analog circuit or software mainly composed of a program read from the
図3を参照して、この制御装置は、SOC算出部605と、劣化評価値算出部620と、充放電制限部640と、充放電制御部630と、走行制御部650とを含む。
Referring to FIG. 3, this control device includes an
SOC算出部605は、上述のように、バッテリ400の状態を表わすバッテリ状態データに基づいて、バッテリ400のSOCを算出する。バッテリ状態データは、バッテリ電流Ib、バッテリ電圧Vbおよびバッテリ電流Ibを含む。
As described above,
劣化評価値算出部620は、バッテリ電流Ibの履歴に基づいて、継続的な放電によるバッテリ400の電解液中におけるイオン濃度の偏りの増加を反映した劣化評価値D(N)を算出する。
Based on the history of battery current Ib, deterioration evaluation
劣化評価値Dは、上述のハイレート放電による劣化状態を示す値である。すなわち、劣化評価値Dが大きいほど、バッテリ400のハイレート放電による劣化が進行していることを示す。劣化評価値Dは、特許文献2と同様の手法によって算出できる。算出手法の詳細については後ほど説明する。
The deterioration evaluation value D is a value indicating a deterioration state due to the above-described high rate discharge. That is, as the deterioration evaluation value D is larger, it indicates that the deterioration due to the high rate discharge of the
充放電制限部640は、バッテリ400のWINおよびWOUTを算出する。代表的には、バッテリ400のSOCに応じて、WIN,WOUTが設定される。WIN,WOUTは、公知の任意の手法に基づいて設定できる。さらに、充放電制限部640は、特許文献2と同様に、劣化評価値算出部620によって算出された劣化評価値Dに応じて、WIN,WOUTをさらに制限してもよい。
Charging / discharging limiting
充放電制御部630は、バッテリ400のSOCを所定の制御目標に維持するように、バッテリ400の充放電を制御する。詳細については後ほど説明するが、充放電制御部630は、算出された劣化評価値Dに応じて充放電制御のモードを変更する。そして、充放電制御部630は、バッテリ400の充放電を制御するために、バッテリ400の充電要求パワーPchgを設定する。充電要求パワーPchgは、バッテリ400を充電すべき場合には正値(Pchg>0)に設定される一方で、バッテリ400を放電すべき場合には負値(Pchg<0)に設定される。
Charging / discharging
走行制御部650は、車両の状態(代表的には、アクセル開度ACCおよび車速V)に基づいて、車両全体での要求駆動力を算出する。そして、走行制御部650は、算出された要求駆動力を発生するためのパワーと、充放電制御部630によって算出された充電要求パワーPchgとの和であるトータルパワーを出力するように、エンジン100、第1MG200および第2MG500の動作指令値を生成する。すなわち、トータルパワーに対するパワー配分が決定される。
Traveling
このパワー配分は、第1MG200および第2MG500に対してバッテリ400から入出力される電力(すなわち、バッテリ400の充放電電力)が、WIN〜WOUTの範囲内に収まるように決定される。したがって、WOUTが制限される場面では、第2MG500の出力の確保が困難となるため、ユーザがアクセル操作によって車両加速を要求した場合に、加速応答性に影響が生じる可能性がある。
This power distribution is determined so that the power input / output from / to the
図4は、本発明の実施の形態に係る二次電池の充放電制御の挙動を説明するための波形図である。 FIG. 4 is a waveform diagram for explaining the behavior of charge / discharge control of the secondary battery according to the embodiment of the present invention.
図4を参照して、継続的な放電(ハイレート放電)によって、劣化評価値Dは徐々に上昇する。図中に点線で示すように、従来の制御(特許文献2による制御)では、時刻t1において劣化評価値Dがしきい値D2を超えると、WOUTの制限が開始される。これにより、時刻t1から、WOUTは、通常値(Wmax)よりも低く設定される。この結果、車両の加速性能は相対的に低下する。 Referring to FIG. 4, deterioration evaluation value D gradually increases due to continuous discharge (high-rate discharge). As indicated by a dotted line in the figure, in the conventional control (control according to Patent Document 2), when the deterioration evaluation value D exceeds the threshold value D2 at time t1, restriction of WOUT is started. Thereby, from time t1, WOUT is set lower than the normal value (Wmax). As a result, the acceleration performance of the vehicle is relatively lowered.
時刻t1以降では、WOUTが制限されることによって、バッテリ電流Ibは減少する。これにより、劣化評価値Dの上昇率は低下する。しかしながら、同一の車両状態が続く限り、劣化評価値Dは低下しない。このため、WOUT制限が一旦開始されると、車両状態が変化して、第2MG500の回生制動による充電機会が訪れない限り、WOUT制限が継続する。このため、WOUT制限が比較的長期間にわたって生じる虞がある。
After time t1, the battery current Ib decreases due to WOUT being limited. As a result, the rate of increase in the degradation evaluation value D decreases. However, as long as the same vehicle state continues, the deterioration evaluation value D does not decrease. For this reason, once the WOUT restriction is started, the WOUT restriction continues unless the vehicle state changes and the charging opportunity by regenerative braking of the
したがって、本発明の実施の形態に係る充放電制御では、劣化評価値Dが、時刻t0において、しきい値D1(D1<D2)を超えると、充放電制御のモードが、通常モードから、通常モードよりもバッテリ電流Ibを充電側に設定するための充電側モードに切換えられる。 Therefore, in the charge / discharge control according to the embodiment of the present invention, when deterioration evaluation value D exceeds threshold value D1 (D1 <D2) at time t0, the charge / discharge control mode is changed from the normal mode to the normal mode. The mode is switched to the charging side mode for setting the battery current Ib to the charging side rather than the mode.
通常モードでは、バッテリ400のSOCを所定の制御目標(たとえば、制御中心)に維持するように充電要求パワーPchgが設定される。一方で、充電側モードでは、通常のSOC制御に比較して、バッテリ電流Ibが強制的に減少される。図4の例では、充電側モードへの切換えによって、バッテリ電流Ibが負に変化したときの挙動が示される。これにより、時刻t1以降では劣化評価値Dは減少する。このため、WOUT制限の開始が回避されて、時刻t1以降においても、WOUTは通常値(Wmax)に維持される。すなわち、通常の加速性能を継続的に確保できる。
In the normal mode, charging request power Pchg is set so as to maintain the SOC of
充電側モードでは、通常のSOC制御に比較して、バッテリ電流Ibを強制的に充電側(つまり、SOC増加側)に変化させるため、充電側モードを長期間継続することには問題がある。このため、充電側モードでは、劣化評価値Dがしきい値D1♯(D1♯<D1)よりも低下すると、再び、制御モードが通常モードに切換えられる。これにより、バッテリ400が充電過多となることを防止できる。
In the charge side mode, since the battery current Ib is forcibly changed to the charge side (that is, the SOC increasing side) as compared with the normal SOC control, there is a problem in continuing the charge side mode for a long time. Therefore, in the charging side mode, when deterioration evaluation value D falls below threshold value D1 # (D1 # <D1), the control mode is switched to the normal mode again. This can prevent the
以下では、図3および図4に示した充放電制御を実現するための制御処理について説明する。 Below, the control process for implement | achieving charging / discharging control shown in FIG. 3 and FIG. 4 is demonstrated.
図5は、本発明の実施の形態に係る二次電池の充放電制御の制御処理を説明するフローチャートである。 FIG. 5 is a flowchart illustrating a control process of charge / discharge control of the secondary battery according to the embodiment of the present invention.
図5に示すフローチャートは、予め定められたサイクルタイムΔT(たとえば0.1秒)で繰り返し実行される。図5の各ステップの処理は、ECU600によるハードウェア処理および/またはソフトウェア処理によって実行される。
The flowchart shown in FIG. 5 is repeatedly executed at a predetermined cycle time ΔT (for example, 0.1 second). The processing of each step in FIG. 5 is executed by hardware processing and / or software processing by
図5を参照して、ECU600は、ステップS100により、バッテリ状態データを取得する。バッテリ状態データは、図2に示したセンサ610,612,614の検出値に基づいて取得される。
Referring to FIG. 5,
ECU600は、ステップS110により、ステップS100で取得したバッテリ状態データに基づいて、バッテリ400のSOCを算出する。ステップS110の処理は、図3のSOC算出部605の機能に対応する。
In step S110,
ECU600は、さらにステップS200により、劣化評価値Dを算出する。ステップS200による制御処理は、図3の劣化評価値算出部620の機能に対応する。
図6は、図5に示した劣化評価値を算出するステップの詳細な制御処理を説明するフローチャートである。 FIG. 6 is a flowchart for explaining detailed control processing of the step of calculating the deterioration evaluation value shown in FIG.
図6を参照して、ECU600は、ステップS210では、バッテリ400のSOCおよびバッテリ温度Tbに基づいて、忘却係数Aを算出する。忘却係数Aは、バッテリ400の電解液中のリチウムイオンの拡散速度に対応する係数である。忘却係数Aは、忘却係数AとサイクルタイムΔTとの積が0から1までの値になるように設定される。忘却係数Aは、リチウムイオンの拡散速度が速いと推定される場合に、相対的に大きい値に設定されることが好ましい。
Referring to FIG. 6, in step S210,
たとえば、ECU600は、SOCおよびバッテリ温度Tbをパラメータとするマップに基づいて、忘却係数Aを算出する。具体的には、忘却係数Aは、バッテリ温度Tbが同じであればSOCが高いほど大きい値となり、SOCが同じであればバッテリ温度Tbが高いほど大きい値となるように算出される。この忘却係数マップは、予めメモリ604に予め記憶することができる。
For example,
ECU600は、ステップS220により、劣化評価値Dについての1サイクル間での減少量D(−)を算出する。減少量D(−)は、劣化評価値Dの前回算出時から1サイクルタイムΔTが経過したことに伴う、リチウムイオンの拡散によるリチウムイオン濃度の偏りの減少を表わすための変数である。
In step S220,
たとえば、ECU600は、減少量D(−)を、下記(1)式に従って算出する。式(1)中において、D(N−1)は、前回のサイクルタイムで算出された劣化評価値Dを示す。なお、初期値であるD(0)は、たとえば0である。また、0<A×ΔT<1である。
For example,
D(−)=A×ΔT×D(N−1) …(1)
式(1)から明らかなように、減少量D(−)は、忘却係数Aが大きい(すなわちリチウムイオンの拡散速度が速い)ほど、またサイクルタイムΔTが長いほど大きい値になる。なお、減少量D(−)の算出方法は、この算出方法に限定されるものではない。
D (−) = A × ΔT × D (N−1) (1)
As is clear from the equation (1), the reduction amount D (−) becomes a larger value as the forgetting factor A is larger (that is, the diffusion rate of lithium ions is faster) and as the cycle time ΔT is longer. Note that the calculation method of the decrease amount D (−) is not limited to this calculation method.
ECU600は、ステップS230では、メモリ604に予め記憶された電流係数Bを読み出す。そして、ECU600は、ステップS240により、バッテリ400のSOCおよびバッテリ温度Tbに基づいて、限界しきい値Cを算出する。
In step S230,
限界しきい値Cは、バッテリ温度Tbが同じであればSOCが高いほど大きい値となり、SOCが同じであればバッテリ温度Tbが高いほど限界しきい値Cは大きい値となるように算出される。たとえば、ECU600は、予めメモリ604に予め記憶された、SOCおよびバッテリ温度Tbをパラメータとするマップに基づいて、限界しきい値Cを算出する。
The limit threshold C is calculated to be larger as the SOC is higher if the battery temperature Tb is the same, and to be larger as the battery temperature Tb is higher if the SOC is the same. . For example,
さらに、ECU600は、ステップS250により、劣化評価値Dについての1サイクル間での増加量D(+)を算出する。増加量D(+)は、前回の評価値算出時から1サイクルタイムΔTが経過する間の放電によるリチウムイオン濃度の偏りの増加を表わすための変数である。
Further,
たとえば、ECU600は、増加量D(+)を、下記(2)式に従って算出する。
D(+)=(B/C)×Ib×ΔT …(2)
式(2)から理解されるように、増加量D(+)は、バッテリ電流Ibが大きいほど、またサイクルタイムΔTが長いほど大きい値になる。また、Ib<0(充電時)には、増加量D(+)<0となる。なお、評価値増加量D(+)の算出方法は、この算出方法に限定されるものではない。
For example,
D (+) = (B / C) × Ib × ΔT (2)
As understood from the equation (2), the increase amount D (+) increases as the battery current Ib increases and the cycle time ΔT increases. Further, when Ib <0 (during charging), the increase amount D (+) <0. Note that the method of calculating the evaluation value increase amount D (+) is not limited to this calculation method.
ECU600は、ステップS260により、今回のサイクルタイムにおける劣化評価値DであるD(N)を算出する。D(N)は、下記(3)式に従って算出される。なお、上述したように、初期値D(0)は、たとえば0である。
In step S260,
D(N)=D(N−1)−D(−)+D(+) …(3)
そして、ECU600は、ステップS270により、現在のD(N)をメモリ604に記憶する。記憶された値は、次回のサイクルタイムでの制御処理(S220)におけるD(N−1)として用いられる。このように、D(N)は、これまでのバッテリ電流Ibの履歴に基づいて算出されている。
D (N) = D (N−1) −D (−) + D (+) (3)
Then,
再び図5を参照して、ECU600は、ステップS300により、ステップS200で算出された劣化評価値Dとしきい値D1(図4)とを比較する。これにより、充放電の制御モードが決定される。
Referring to FIG. 5 again, in step S300,
具体的には、ECU600は、劣化評価値DがD1に上昇するまで(S300のNO判定時)は、ステップS310により、通常モードに従って充電要求パワーPchgを算出する。一方で、ECU600は、劣化評価値DがD1よりも上昇すると(S300のYES判定時)、ステップS320により、充電側モードに従って充電要求パワーPchgを算出する。
Specifically,
なお、図4で説明したように、一旦充電側モードが選択されると、ECU600は、ステップS300の判定に用いるしきい値をD1♯(D1♯<D1)に変更する。ステップS300〜S320による処理は、図6の充放電制御部630の機能に対応する。
As described with reference to FIG. 4, once charging mode is selected,
図7を用いて、通常モードおよび充電促進モードにおける充放電制御を説明する。
図7を参照して、ECU600は、バッテリ400のSOCに応じて、充電要求パワーPchgを設定する。通常モードでは、特性線631に従って、SOCが制御中心S0に維持されるように、充電要求パワーPchgが設定される。
The charge / discharge control in the normal mode and the charge promotion mode will be described with reference to FIG.
Referring to FIG. 7,
具体的には、制御中心S0よりもSOCが低い領域(SOC<S0)では、バッテリ400を充電するために、充電要求パワーPchgが正値(Pchg>0)に設定される。これに対して、SOCが制御中心よりも高い領域(SOC>S0)では、バッテリ400の放電を要求するように、充電要求パワーPchgは負値に設定される(Pchg<0)。
Specifically, in the region where the SOC is lower than the control center S0 (SOC <S0), the charging request power Pchg is set to a positive value (Pchg> 0) in order to charge the
また、SOCが制御中心と一致するときには、Pchg=0に設定されるので、充放電制御としては、充電も放電も要求しない。なお、図7では、制御中心S0を単一のSOC値としているが、一定のSOC範囲を制御中心S0としてもよい。 Further, when the SOC coincides with the control center, Pchg = 0 is set, so that neither charge nor discharge is required for charge / discharge control. In FIG. 7, the control center S0 is a single SOC value, but a certain SOC range may be the control center S0.
これに対して、充電促進モードでは、特性線631を、Pchgを正方向(充電側)にシフトさせた特性線632、または、制御中心をS0から一時的にS0♯(S0♯>S0)にシフトさせた特性線633に基づいて、充電要求パワーPchgが設定される。あるいは、特性線631,632を組み合わせて、特性線631に対して、Pchgのシフトおよび制御中心のシフトの両方が適用された特性線を用いて、充電要求パワーPchgを設定してもよい。
On the other hand, in the charge promotion mode, the
これにより、充電側モードでは、バッテリ400の充電状態(SOC)が同じ下では、通常モードと比較して、充電要求パワーPchgは正方向(充電側)に変化する。
As a result, in the charging side mode, when the state of charge (SOC) of the
再び図5を参照して、ECU600は、ステップS400により、ステップS200で算出された劣化評価値Dとしきい値D2(図4)とを比較する。これにより、WOUTの制限要否が決定される。しきい値D2は、ハイレート放電による劣化領域に対応させて、劣化領域の境界値よりも小さい値に設定される。
Referring to FIG. 5 again,
ECU600は、D>D2でないとき(S400のNO判定時)には、ステップS410により、WOUTを通常値に設定する。WOUTの通常値は、代表的には、SOCに基づいて、あるいは、SOCおよびバッテリ温度Tbに基づいて設定される。
When D> D2 is not satisfied (NO in S400),
ECU600は、D>D2のとき(S400のYES判定時)には、ステップS420により、WOUTを通常値(S410)よりも低く設定する。これにより、特許文献2と同様に、WOUTが制限される。
When D> D2 (when YES is determined in S400),
さらに、ECU600は、ステップS500により、ステップS300〜S320で設定された充電要求パワーPchgおよび、ステップS400〜S420で設定されたWOUTを反映して、エンジン100、第1MG200および第2MG500の間のパワー配分を決定する走行制御を実行する。
Further, in step S500,
図8は、図5に示した走行制御のためのステップS500の詳細な制御処理を説明するフローチャートである。 FIG. 8 is a flowchart for explaining detailed control processing in step S500 for travel control shown in FIG.
図8を参照して、ECU600は、ステップS510により、センサ出力信号に基づいて検出された車両状態に基づいて、車両全体での要求駆動力Tr*を算出する。たとえば、アクセル開度ACCおよび車速Vと要求駆動力Tr*との関係を予め定めたマップ(図示せず)が予めメモリ604に記憶されている。そして、ECU600は、アクセル開度ACCおよび車速Vが検出されると、当該マップを参照することによって要求駆動力Tr*を算出できる。
Referring to FIG. 8,
さらに、ECU600は、ステップS520により、要求駆動力Tr*および充電要求パワーPchgに基づいて、下記(4)式に従って、エンジン100への要求パワーPeを算出する。式(4)において、Nrは駆動軸の回転数を示し、Lossは損失項である。
Further, in step S520,
Pe=Tr*・Nr+Pchg+Loss …(4)
なお、駆動軸は、車輪900に対して機械的に連結されるとともに、動力分割機構700を介して、エンジン100および第2MG500とも連結されている。
Pe = Tr * · Nr + Pchg + Loss (4)
The drive shaft is mechanically connected to the
ECU600は、ステップS530により、エンジン要求パワーPeに基づいて、エンジン100の動作点を決定する。
In step S530,
図9は、エンジン動作点の設定を説明するための概念図である。
図9を参照して、エンジン動作点は、エンジン回転数NeおよびエンジントルクTeの組み合わせで定義される。エンジン回転数NeおよびエンジントルクTeの積は、エンジン出力パワーに相当する。
FIG. 9 is a conceptual diagram for explaining the setting of the engine operating point.
Referring to FIG. 9, the engine operating point is defined by a combination of engine speed Ne and engine torque Te. The product of the engine speed Ne and the engine torque Te corresponds to the engine output power.
動作ライン110は、エンジン100を高効率で動作することができるエンジン動作点の集合として予め決定される。動作ライン110は、同一パワー出力時の燃料消費量を抑制するための最適燃費ラインに相当する。
The
ECU600は、ステップS530では、図9に示すように、予め定められた動作ライン110と、ステップS520で算出されたエンジン要求パワーPeに対応する等パワー線120との交点をエンジン動作点(目標回転数Ne*および目標トルクTe*)に決定する。さらに、動力分割機構700によってエンジン100と機械的に連結される第1MG200の出力トルクによってエンジン回転数を目標回転数Ne*に制御するように、第1MG200の出力トルクが決められる。
In step S530, as shown in FIG. 9,
再び図8を参照して、ECU600は、ステップS540では、ステップS530で決定したエンジン動作点に従ってエンジン100を動作させたときに駆動軸に機械的に伝達される駆動トルク(直達トルク)Tepを算出する。たとえば、直達トルクTepは、動力分割機構700のギヤ比を考慮して設定される。
Referring to FIG. 8 again, in step S540,
さらに、ECU600は、ステップS550により、要求駆動力Tr*に対する直達トルクTepの過不足分(Tr*−Tep)を補償するように、第2MG500の出力トルクを算出する。すなわち、第2MG500の出力トルクをTm2とすると、下記(5)式が成立する。なお、Tm2*は、第2MG500の出力によって駆動軸に作用するトルクである。
Further, in step S550,
Tr*=Tep+Tm2* …(5)
そして、ECU600は、ステップS560により、ステップS530〜S550で決定された、エンジン100の動作点と、第1MG200および第2MG500の出力トルクとに基づいて、エンジン100、第1MG200および第2MG500の動作指令値を設定する。エンジン100、第1MG200および第2MG500は、これらの動作指令値に従って制御される。
Tr * = Tep + Tm2 * (5)
このような走行制御により、ハイブリッド車両では、エンジン100を高効率の動作ライン110上で動作させながら、要求駆動力Tr*が駆動軸に作用するように、エンジン100、第1MG200および第2MG500の間のトータルパワーに対するパワー配分を決定することができる。
With such traveling control, in the hybrid vehicle, the
バッテリ400の充放電電力は、このパワー配分によって決まるため、充電要求パワーPchgによって、バッテリ400の充放電電流値(バッテリ電流Ib)を直接制御することはできない。しかしながら、トータルパワーには充電要求パワーPchgが反映されるため、充電要求パワーPchgが充電側に設定される充電側モードでは、通常モードと比較して、バッテリ電流Ibを充電側(負方向)に変化させることができる。すなわち、放電電流値を減少させたり、放電の継続を終了して充電電流を発生することができる。この結果、バッテリ電流Ibの履歴に基づく劣化評価値Dのさらなる上昇を抑制できる。
Since the charge / discharge power of the
以上のように、本実施の形態に係る充放電制御によれば、ハイレート放電による劣化進行を評価するための劣化評価値Dが、WOUT制限となるレベル(しきい値D2)に達する前に、制御モードを充電側モードに切換えることにより、劣化評価値Dのさらなる上昇を抑制できる。 As described above, according to the charge / discharge control according to the present embodiment, before the degradation evaluation value D for evaluating the degradation progression due to the high-rate discharge reaches a level (threshold value D2) that is a WOUT limit, By switching the control mode to the charging side mode, further increase in the degradation evaluation value D can be suppressed.
したがって、ハイレート放電抑制の観点から、走行用電動機(第2MG500)の出力トルク制限につながる、バッテリ400からの出力制限(すなわち、WOUT制限)の開始を防止することができる。この結果、ハイレート放電による二次電池の劣化を抑制しつつ、車両の動力性能(代表的には、加速性能)の低下を抑制することができる。
Therefore, from the viewpoint of suppressing high-rate discharge, it is possible to prevent the start of output restriction (that is, WOUT restriction) from the
なお、本実施の形態においては、バッテリ電流Ibに基づいて算出された劣化評価値Dをサイクルタイムごとに記憶し、記憶された前回値D(N−1)を用いて今回値D(N)を算出したが、劣化評価値Dの算出方法は、本明細書での例示に限定されるものではない。すなわち、バッテリ電流Ibの履歴に基づいて、電解液塩濃度(代表的には、リチウムイオン二次電池における電解液中のリチウムイオン濃度)の偏りの増減を定量的に評価できるのであれば、本明細書での例示とは異なる手法を用いることも可能である。たとえば、前回値D(N−1)に相当する値をバッテリ電流Ibの履歴に基づいてサイクルタイムごとに算出することによって、劣化評価値Dを算出するようにしてもよい。 In the present embodiment, deterioration evaluation value D calculated based on battery current Ib is stored for each cycle time, and current value D (N) is stored using stored previous value D (N−1). However, the method of calculating the degradation evaluation value D is not limited to the examples in this specification. That is, if it is possible to quantitatively evaluate the increase / decrease in the bias of the electrolyte salt concentration (typically, the lithium ion concentration in the electrolyte solution in the lithium ion secondary battery) based on the history of the battery current Ib, It is also possible to use a method different from the example in the specification. For example, the deterioration evaluation value D may be calculated by calculating a value corresponding to the previous value D (N−1) for each cycle time based on the history of the battery current Ib.
また、本実施の形態においては、加速性能に影響を及ぼす放電電力の制限について主に説明した。しかしながら、式(1)から理解されるように、大電流による充電が継続すると、劣化評価値Dは、負領域で絶対値が大きくなってしまう。すなわち、劣化評価値D<0の領域においても、劣化評価値Dの絶対値が所定のしきい値を超えると、バッテリ400の充電電力、すなわちWINを制限する必要が生じる。
In the present embodiment, the limitation on the discharge power that affects the acceleration performance has been mainly described. However, as understood from the equation (1), when charging with a large current is continued, the degradation evaluation value D has an absolute value in a negative region. That is, even in the region where the deterioration evaluation value D <0, if the absolute value of the deterioration evaluation value D exceeds a predetermined threshold value, it is necessary to limit the charging power of the
したがって、劣化評価値D<0の場合にも、WIN制限が必要となる手前の領域において、上述の充電側モードとは反対の放電側モードを適用するようにしてもよい。たとえば、放電側モードでは、図7の特性線631に対して、Pchgの負方向(放電側)へのシフトおよび/または制御中心の低下方向へのシフトが適用された特性線を用いて、充電要求パワーPchgを設定すればよい。
Therefore, even when the degradation evaluation value D <0, a discharge side mode opposite to the above-described charge side mode may be applied in a region before WIN restriction is necessary. For example, in the discharge-side mode, charging is performed using a characteristic line in which a shift in the negative direction (discharge side) of Pchg and / or a shift in the decrease direction of the control center is applied to the
また、本発明はリチウムイオン二次電池に好適であるが、継続的な放電あるいは充電によって電解液塩濃度の偏りが劣化に影響を及ぼすような特性の二次電池であれば、本発明に係る充放電制御を同様に適用できることについても確認的に記載する。 Further, the present invention is suitable for a lithium ion secondary battery. However, the present invention is applicable to any secondary battery having such a characteristic that the deviation of the electrolyte salt concentration affects the deterioration by continuous discharge or charging. The fact that charge / discharge control can be applied in a similar manner is also described in a confirming manner.
さらに、図1に記載したハイブリッド車両の構成は一例に過ぎず、図1とは異なる構成のハイブリッド車両に搭載された二次電池に対しても本発明が適用であることについては確認的に記載する。すなわち、車載二次電池のSOCを所定目標に制御するための充放電制御を通常制御として実行するハイブリッド車両であれば、通常制御よりは充電側(言い換えれば、放電抑制側)に充放電制御を調整可能である限り、任意の構成のハイブリッド車両に搭載された二次電池に対して本発明を同様に提供できる。 Further, the configuration of the hybrid vehicle shown in FIG. 1 is merely an example, and it is confirmed that the present invention is applicable to a secondary battery mounted on a hybrid vehicle having a configuration different from that shown in FIG. To do. That is, in a hybrid vehicle that executes charge / discharge control for controlling the SOC of the in-vehicle secondary battery to a predetermined target as normal control, charge / discharge control is performed on the charge side (in other words, discharge suppression side) rather than normal control. As long as it can be adjusted, the present invention can be similarly provided to a secondary battery mounted on a hybrid vehicle having an arbitrary configuration.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
この発明は、車両に搭載された二次電池の充放電制御に適用することができる。 The present invention can be applied to charge / discharge control of a secondary battery mounted on a vehicle.
100 エンジン、110 動作ライン、120 等パワー線、200 第1MG、302 インバータ、304 コンバータ、400 バッテリ、500 第2MG、600 ECU、602 CPU、604 メモリ、605 SOC算出部、606 カウンタ、610 電圧センサ、612 電流センサ、614 バッテリ温度センサ、620 劣化評価値算出部、630 充放電制御部、631,632,633 特性線、640 充放電制限部、650 走行制御部、700 動力分割機構、800 減速機、900 車輪、1100 アクセル開度センサ、A 忘却係数、ACC アクセル開度、D,D(N) 劣化評価値、D(N−1) 劣化評価値(前回値)、D(−) 減少量(劣化評価値)、D(+) 増加量(劣化評価値)、D1,D2 しきい値、Tep 直達トルク、Ib バッテリ電流、Ne エンジン回転数、Te エンジントルク、Pchg 充電要求パワー、Pe エンジン要求パワー、Tp* エンジン要求パワー、S0 SOC制御中心、Tb バッテリ温度、Tr* 要求駆動力、V 車速、Vb バッテリ電圧。 100 engine, 110 operation line, 120 equal power line, 200 1st MG, 302 inverter, 304 converter, 400 battery, 500 2nd MG, 600 ECU, 602 CPU, 604 memory, 605 SOC calculation unit, 606 counter, 610 voltage sensor, 612 Current sensor, 614 Battery temperature sensor, 620 Degradation evaluation value calculation unit, 630 Charge / discharge control unit, 631, 632, 633 Characteristic line, 640 Charge / discharge limiting unit, 650 Travel control unit, 700 Power split mechanism, 800 Reducer, 900 wheel, 1100 accelerator opening sensor, A forgetting factor, ACC accelerator opening, D, D (N) deterioration evaluation value, D (N-1) deterioration evaluation value (previous value), D (-) decrease (deterioration) Evaluation value), D (+) Increase amount (degradation evaluation value), D1, D2 Threshold, Tep direct torque, Ib battery current, Ne engine speed, Te engine torque, Pchg charge required power, Pe engine required power, Tp * engine required power, S0 SOC control center, Tb battery temperature, Tr * required drive force , V Vehicle speed, Vb Battery voltage.
Claims (8)
前記二次電池を充放電する電池電流値を検出するための検出器と、
前記電池電流値の履歴に基づいて、継続的な放電による前記二次電池の電解液中におけるイオン濃度の偏りの増加を反映した劣化評価値を算出するための算出手段と、
前記二次電池の充電レベルを制御するための充放電制御手段と、
前記二次電池の状態に応じて、前記二次電池の放電電力上限値を設定するための充放電制限手段とを備え、
前記充放電制御手段は、前記充電レベルを所定目標に制御するための第1の制御モードによって前記二次電池の充放電を制御している場合に、算出された前記劣化評価値が第1の所定値よりも上昇すると、前記第1の制御モードよりも前記電池電流値を充電方向に制御する第2の制御モードを適用して前記充放電を制御するように構成され、
前記充放電制限手段は、前記算出手段によって算出された前記劣化評価値が第2の所定値よりも上昇すると、前記劣化評価値が前記第2の所定値よりも低いときよりも、前記放電電力上限値を制限し、
前記第1の所定値は、前記第2の所定値よりも低い、制御装置。 A control device for a hybrid vehicle equipped with a secondary battery,
A detector for detecting a battery current value for charging and discharging the secondary battery;
Based on the history of the battery current value, a calculation means for calculating a degradation evaluation value that reflects an increase in ion concentration bias in the electrolyte of the secondary battery due to continuous discharge;
Charge / discharge control means for controlling the charge level of the secondary battery;
Charge / discharge limiting means for setting a discharge power upper limit value of the secondary battery according to the state of the secondary battery ,
When the charge / discharge control unit controls charge / discharge of the secondary battery in a first control mode for controlling the charge level to a predetermined target, the calculated deterioration evaluation value is a first value. When rising above a predetermined value, the charge / discharge is controlled by applying a second control mode for controlling the battery current value in the charging direction rather than the first control mode ,
When the deterioration evaluation value calculated by the calculation means rises above a second predetermined value, the charge / discharge limiting means causes the discharge power to be lower than when the deterioration evaluation value is lower than the second predetermined value. Limit the upper limit,
The control device , wherein the first predetermined value is lower than the second predetermined value .
前記二次電池からの電力によって車両駆動力を発生するための電動機と、
車両走行中に前記二次電池の充電電力を発生するための発電機構とを備え、
前記充放電制御手段は、二次電池の充電レベルに応じて前記二次電池の要求充電電力を設定し、
前記要求充電電力は、前記二次電池の放電が必要なときは負値に設定され、
前記制御装置は、
車両全体での要求駆動力を出力するための要求パワーと、前記要求充電電力との和に対応したトータルパワーが出力されるように、前記電動機および前記発電機構を制御するための走行制御手段をさらに備え、
前記充放電制御手段は、前記二次電池の同一の前記充電レベルに対して、前記第2の制御モードでは、前記第1の制御モードよりも前記要求充電電力を正方向に変化させる、請求項1記載の制御装置。 The hybrid vehicle
An electric motor for generating vehicle driving force by electric power from the secondary battery;
A power generation mechanism for generating charging power of the secondary battery during vehicle travel,
The charge / discharge control means sets the required charge power of the secondary battery according to the charge level of the secondary battery,
The required charging power is set to a negative value when the secondary battery needs to be discharged,
The controller is
Travel control means for controlling the electric motor and the power generation mechanism so that a total power corresponding to the sum of the required power for outputting the required driving force for the entire vehicle and the required charging power is output. In addition,
The charge / discharge control means changes the required charging power in the positive direction in the second control mode with respect to the same charge level of the secondary battery as compared with the first control mode. The control device according to 1.
内燃機関と、
前記内燃機関の出力を、前記電動機に対して機械的に連結された駆動軸と前記発電機構とに分割するための動力分割機構とをさらに備え、
前記発電機構は、前記動力分割機構を介して伝達された前記内燃機関の出力によって発電するように構成され、
前記走行制御手段は、前記トータルパワーに対する前記内燃機関の出力および前記電動機の出力の配分を制御する、請求項2記載の制御装置。 The hybrid vehicle
An internal combustion engine;
A power split mechanism for splitting the output of the internal combustion engine into a drive shaft mechanically connected to the electric motor and the power generation mechanism;
The power generation mechanism is configured to generate power by the output of the internal combustion engine transmitted through the power split mechanism,
The control device according to claim 2 , wherein the travel control unit controls distribution of the output of the internal combustion engine and the output of the electric motor with respect to the total power.
放電による前記イオン濃度の偏りの増加に応じて、前記劣化評価値の劣化側への変化量を算出するための劣化算出手段と、
時間の経過による前記イオン濃度の偏りの減少に応じて、前記劣化評価値の非劣化側への変化量を算出するための非劣化算出手段と、
前記劣化側への変化量および前記非劣化側への変化量に基づいて、前記劣化評価値を算出するための劣化評価値算出手段とを含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の制御装置。 The calculating means includes
Deterioration calculating means for calculating the amount of change of the deterioration evaluation value to the deterioration side according to an increase in the deviation of the ion concentration due to discharge;
Non-deterioration calculating means for calculating a change amount of the deterioration evaluation value to the non-deteriorating side according to a decrease in the deviation of the ion concentration over time,
Based on the amount of change in the change amount and the non-deterioration side to the deterioration side, and a deterioration evaluation value calculating means for calculating the deterioration evaluating value, according to any one of claims 1 to 3 Control device.
前記非劣化算出手段は、前記第1のタイミングにおける評価値および前記予め定められた期間に基づいて、前記第2のタイミングにおける非劣化側への変化量を算出するための手段を含み、
前記劣化評価値算出手段は、前記第1のタイミングにおける劣化評価値、前記第2のタイミングにおける劣化側への変化量および前記第2のタイミングにおける非劣化側への変化量に基づいて、前記第2のタイミングにおける劣化評価値を算出するための手段を含む、請求項4に記載の制御装置。 The deterioration calculating means is configured to supply the deterioration side at the second timing to the deterioration side based on the current value detected at the second timing when a predetermined period has elapsed from the first timing and the predetermined period. Including means for calculating the amount of change;
The non-deterioration calculation means includes means for calculating a change amount to the non-deterioration side at the second timing based on the evaluation value at the first timing and the predetermined period.
The deterioration evaluation value calculation means is configured to determine the first value based on a deterioration evaluation value at the first timing, a change amount toward the deterioration side at the second timing, and a change amount toward the non-deterioration side at the second timing. The control device according to claim 4 , comprising means for calculating a deterioration evaluation value at a timing of 2.
前記二次電池を充放電する電池電流値を検出するステップと、
前記電池電流値の履歴に基づいて、継続的な放電による前記二次電池の電解質中におけるイオン濃度の偏りの増加を反映した劣化評価値を算出するステップと、
前記二次電池の充電レベルを制御するステップと、
前記二次電池の状態に応じて、前記二次電池の放電電力上限値を設定するステップとを備え、
前記制御するステップは、前記充電レベルを所定目標に制御するための第1の制御モードによって前記二次電池の充放電を制御している場合に、算出された前記劣化評価値が第1の所定値よりも上昇すると、前記第1の制御モードよりも前記電池電流値を充電方向に制御する第2の制御モードを適用して前記充放電を制御するステップを含み、
前記設定するステップは、
算出された前記劣化評価値が第2の所定値よりも上昇すると、前記劣化評価値が前記第2の所定値よりも低いときよりも、前記放電電力上限値を制限するステップを含む、制御方法。 A control method for a hybrid vehicle equipped with a secondary battery,
Detecting a battery current value for charging and discharging the secondary battery;
Based on the history of the battery current value, calculating a deterioration evaluation value reflecting an increase in ion concentration bias in the electrolyte of the secondary battery due to continuous discharge;
Controlling a charge level of the secondary battery ;
Setting a discharge power upper limit value of the secondary battery according to the state of the secondary battery ,
In the controlling step, when the charge / discharge of the secondary battery is controlled by a first control mode for controlling the charge level to a predetermined target, the calculated deterioration evaluation value is a first predetermined value. When higher than the value, look including the step of controlling the charging and discharging by applying the second control mode for controlling the charging direction the battery current value than the first control mode,
The setting step includes:
The control method includes a step of limiting the discharge power upper limit value when the calculated deterioration evaluation value is higher than a second predetermined value than when the deterioration evaluation value is lower than the second predetermined value. .
前記二次電池からの電力によって車両駆動力を発生するための電動機と、
車両走行中に前記二次電池の充電電力を発生するための発電機構とを備え、
前記充電レベルを制御するステップは、二次電池の充電レベルに応じて前記二次電池の要求充電電力を設定し、
前記要求充電電力は、前記二次電池の放電が必要なときは負値に設定され、
前記制御方法は、
車両全体での要求駆動力を出力するための要求パワーと、前記要求充電電力との和に対応したトータルパワーが出力されるように、前記電動機および前記発電機構を制御するステップをさらに備え、
前記充電レベルを制御するステップは、前記二次電池の同一の前記充電レベルに対して、前記第2の制御モードでは、前記第1の制御モードよりも前記要求充電電力を正方向に変化させるステップを含む、請求項6記載の制御方法。 The hybrid vehicle
An electric motor for generating vehicle driving force by electric power from the secondary battery;
A power generation mechanism for generating charging power of the secondary battery during vehicle travel,
The step of controlling the charge level sets the required charge power of the secondary battery according to the charge level of the secondary battery,
The required charging power is set to a negative value when the secondary battery needs to be discharged,
The control method is:
Further comprising the step of controlling the electric motor and the power generation mechanism so that the total power corresponding to the sum of the required power for outputting the required driving force in the entire vehicle and the required charging power is output,
The step of controlling the charge level is a step of changing the required charge power in the positive direction in the second control mode relative to the same charge level of the secondary battery than in the first control mode. The control method according to claim 6 , comprising:
内燃機関と、
前記内燃機関の出力を、前記電動機に対して機械的に連結された駆動軸と前記発電機構とに分割するための動力分割機構とをさらに備え、
前記発電機構は、前記動力分割機構を介して伝達された前記内燃機関の出力によって発電するように構成され、
前記電動機および前記発電機構を制御するステップは、前記トータルパワーに対する前記内燃機関の出力および前記電動機の出力の配分を制御する、請求項7記載の制御方法。 The hybrid vehicle
An internal combustion engine;
A power split mechanism for splitting the output of the internal combustion engine into a drive shaft mechanically connected to the electric motor and the power generation mechanism;
The power generation mechanism is configured to generate power by the output of the internal combustion engine transmitted through the power split mechanism,
The control method according to claim 7 , wherein the step of controlling the electric motor and the power generation mechanism controls distribution of an output of the internal combustion engine and an output of the electric motor with respect to the total power.
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