JP5803848B2 - 蓄電装置の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載された蓄電装置の制御装置に関する。

ハイブリッド自動車や電気自動車などに搭載される電池は、リレーやヒューズ、ハーネスなどの通電部品を備えている。電池に電流が流れると、これら通電部品にジュール熱が発生する。通電部品の温度が上昇すると正常に機能しなくなるおそれがあるため、通電部品を適切に保護する観点から、電池の充放電を制御する必要がある（例えば、特許文献１）。

特開２０１２−０９６７１２号公報 特開２００９−００５５７７号公報 特開２００９−０８１９５８号公報

例えば、特許文献１は、通電部品の温度上昇を評価する評価関数（評価値）を、走行モード（ＣＤモード／ＣＳモード）などの条件で異ならせ、通電部品の温度上昇を抑制するための電池の充放電の制限を行っている。

しかしながら、電池の充放電が制限されている状態は、例えば、車両要求に対する電池の出力が不足すると、車両要求に見合った動力性能を発揮させることができず、ドライバビリティが低下する要因であることにはかわりはない。

このため、特許文献１、２のように電池の充放電の制限量が不必要に大きくならないようにする以前に、充放電の制限が介入する状態を極力避けることが好ましく、通電部品の温度上昇を適切に抑制するにしても充放電の制限が介入するタイミングを、極力を遅らせることが好ましい。

そこで、本発明の目的は、ドライバビリティの低下を抑制しつつ、通電部品の温度状態に応じた適切な蓄電装置の充放電制御を行うことができる蓄電装置の制御装置を提供することにある。

本願第１の発明は、車両に搭載される蓄電装置に電気的に接続された通電部品の温度に応じた充放電制御を行う蓄電装置の制御装置である。制御装置は、蓄電装置の充放電時において検出される電流値に基づいて、通電部品の温度状態を評価するための評価値を算出する評価値算出部と、評価値が閾値を超えた場合に、蓄電装置の放電電力又は充電電力の上限値を制限する変更部と、を有する。変更部は、評価値の単位時間あたりの変化量及び車両の速度に応じて上限値の制限量を変更する。

本願第１の発明によれば、評価値の単位時間あたりの変化量に応じて可変的に上限値の制限量を変更するので、放電電力又は充電電力の上限値の制限を開始する閾値を高く設定しても、通電部品の温度上昇を適切に抑制することができる。このため、当該閾値を高く設定することが可能となり、放電電力又は充電電力が制限されるタイミングを遅らせることができる。また、車両の速度から把握される通電機器の発熱量の傾向に応じて上限値の制限量を変更するので、車両要求に対する動力性能の低下を抑制することができる。

このように、放電電力又は充電電力が制限されるタイミングを遅らせる（ドライバビリティが低下する機会を減少させる）ことができ、かつ車両の速度から把握される通電機器の発熱量の傾向に応じて上限値の制限量が変更されるので、車両要求に対する動力性能の低下を抑制しつつ、通電部品の適切に保護することができる。

変更部は、評価値と閾値との差分に、評価値の単位時間あたりの変化量及び車両の速度に応じた係数を乗じて制限量を算出することができる。係数は、変化量が小さくなるにつれて、大きくなるように設定されるとともに、同じ変化量において速度が高くなるにつれて、大きくなるように設定される可変値とすることができる。

また、係数は、単位時間あたりの制限量が予め設定された所定の制限率内となるように設定される。

変化量と車両の速度との関係で設定された係数のマップ情報を記憶する記憶部をさらに備えることができる。変更部は、評価値から算出される単位時間あたりの変化量と、車両の車速センサから取得される速度とを用いて、マップ情報から係数を算出することができる。

本願第２の発明は、車両に搭載される蓄電装置に電気的に接続された通電部品の温度に応じた充放電制御の制御方法である。この制御方法は、蓄電装置の充放電時の電流値を検出するステップと、電流値に基づいて、通電部品の温度状態を評価するための評価値を算出するステップと、車両の速度を検出するステップと、評価値が閾値を超えた場合に、蓄電装置の放電電力又は充電電力の上限値を制限するステップと、を含み、上限値を制限するステップは、評価値の単位時間あたりの変化量及び車両の速度に応じて上限値の制限量を変更する。本願第２の発明についても上記本願第１の発明と同様の効果を奏することができる。

実施例１における電池システムの構成を示す図である。 実施例１における評価値Ｆ（Ｎ）に基づく入出力制限値を算出するための係数Ｋ_in（Ｋ_out）に対する評価値Ｆ（Ｎ）の変化量及び車速の関係を示す図である。 実施例１における評価値Ｆ（Ｎ）の変化量に対する係数Ｋ_in（Ｋ_out）と出力制限値の関係を示す図である。 実施例１における評価値Ｆ（Ｎ）と入出力制限値、通電部品の温度の関係を示す図である。 実施例１の組電池の充放電を制御する処理を示すフローチャートである。 図５のステップＳ１０６，Ｓ１０８の詳細な処理を示すフローチャートである。 評価値Ｆ（Ｎ）を算出するためのなまし係数Ｋと電流平均値との関係を示す図である。 評価値Ｆ（Ｎ）を算出するためのなまし係数Ｋを固定値とした場合の評価値Ｆ（Ｎ）と出力制限値の関係を示す図である。

以下、本発明の実施例について説明する。
（実施例１）

実施例１である電池システムについて、図１を用いて説明する。図１は、電池システムの構成を示す図である。

図１に示す電池システムは、車両に搭載される。車両としては、ハイブリッド自動車や電気自動車がある。ハイブリッド自動車は、車両を走行させるための動力源として、組電池の他に、燃料電池や内燃機関等を備えた車両である。電気自動車は、車両の動力源として組電池だけを備えた車両である。

組電池１０（蓄電装置に相当する）は、電気的に直列に接続された複数の単電池１１（蓄電素子に相当する）を有する。組電池１０を構成する単電池１１の数は、組電池１０の要求出力等に基づいて、適宜設定することができる。組電池１０は、電気的に並列に接続された複数の単電池１１を含んでいてもよい。

単電池１１としては、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池といった二次電池を用いることができる。また、二次電池の代わりに、電気二重層キャパシタ（コンデンサ）を用いることができる。

単電池１１は、電池ケースを有しており、電池ケース内部に充放電を行う発電要素が収容されている。発電要素は、正極素子と、負極素子と、正極素子および負極素子の間に配置されるセパレータとを有する。正極素子は、集電板と、集電板の表面に形成された正極活物質層とを有する。負極素子は、集電板と、集電板の表面に形成された負極活物質層とを有する。セパレータ、正極活物質層および負極活物質層には、電解液が含まれている。なお、電解液の代わりに、固体電解質を用いることもできる。

組電池１０の正極端子およびインバータ２２は、正極ライン（ケーブル）を介して接続され、組電池１０の負極端子およびインバータ２２は、負極ライン（ケーブル）を介して接続されている。正極ラインには、システムメインリレー２１ａが設けられており、負極ラインには、システムメインリレー２１ｂが設けられている。インバータ２２は、組電池１０から供給された直流電力を交流電力に変換する。

インバータ２２には、モータ・ジェネレータ２３（交流モータ）が接続されており、モータ・ジェネレータ２３は、インバータ２２から供給された交流電力を受けて、車両を走行させるための運動エネルギを生成する。モータ・ジェネレータ２３は、不図示の車輪と接続されている。なお、ハイブリッド自動車では、モータ・ジェネレータ２３に接続される車輪が、エンジン等の内燃機関にも接続されている。

車両を減速させたり、停止させたりするとき、モータ・ジェネレータ２３は、車両の制動時に発生する運動エネルギを電気エネルギ（交流電力）に変換する。インバータ２２は、モータ・ジェネレータ２３が生成した交流電力を直流電力に変換して、組電池１０に供給する。これにより、組電池１０は、回生電力を蓄えることができる。ハイブリッド自動車では、回生電力の加え、エンジン等の内燃機関によりモータ・ジェネレータ２３を駆動させて電気エネルギを組電池１０に蓄えることができる。

なお、本実施例の組電池１０は、インバータ２２に直接接続されているが、これに限るものではない。具体的には、組電池１０とインバータ２２との間の電流経路に、昇圧回路を配置することができる。これにより、昇圧回路は、組電池１０の出力電圧を昇圧し、昇圧後の電力をインバータ２２に供給することができる。また、昇圧回路は、インバータ２２の出力電圧を降圧し、降圧後の電力を組電池１０に供給することができる。

組電池１０の電流経路上には、電流センサ２４が設けられている。電流センサ２４は、組電池１０に流れる充放電電流を検出し、検出結果をコントローラ３０に出力する。電流センサ２４によって検出された電流値に関して、放電電流を正の値とし、充電電流を負の値とすることができる。また、電流センサ２４は、後述する充電器２７を介して外部電源から供給される充電電流を検出することもできる。

温度センサ２５は、組電池１０の温度を検出し、検出結果をコントローラ３０に出力する。温度センサ２５の数は、適宜設定することができる。複数の温度センサ２５を用いるときには、複数の温度センサ２５によって検出された温度の平均値を組電池１０の温度として用いたり、特定の温度センサ２５によって検出された温度を組電池１０の温度として用いたりすることができる。

電圧センサ２６は、組電池１０の電圧を検出し、検出結果をコントローラ３０に出力する。本実施例では、組電池１０の端子間電圧を検出しているが、これに限るものではない。例えば、組電池１０を構成する複数の単電池１１それぞれの電圧を個別に検出することができる。また、組電池１０を構成する複数の単電池１１を複数のブロックに分け、各ブロックの電圧を検出することができる。

充電器２７は、外部電源からの電力を組電池１０に供給する。これにより、組電池１０を充電することができる。充電器２７は、充電リレー２８ａ，２８ｂを介して、組電池１０に接続されている。充電リレー２８ａ，２８ｂがオンであるとき、外部電源からの電力を組電池１０に供給することができる。充電リレー２８ａ，２８ｂのオンとオフとの間の切替制御は、コントローラ３０によって行われる。

外部電源とは、車両の外部に設けられた電源であり、外部電源としては、例えば、商用電源がある。外部電源が交流電力を供給するとき、充電器２７は、交流電力を直流電力に変換して、直流電力を組電池１０に供給する。一方、外部電源が直流電力を供給するときには、外部電源からの直流電力を組電池１０に供給するだけでよい。本実施例では、外部電源の電力を組電池１０に供給できるようにしているが、外部電源の電力を組電池１０に供給できなくてもよい。

コントローラ３０は、システムメインリレー２１ａ，２１ｂ、インバータ２２、及びモータ・ジェネレータ２３の動作を制御する制御装置であり、組電池１０の充放電制御を行う。コントローラ３０は、各種の情報を記憶するメモリ３３を有しており、メモリ３３には、コントローラ３０を動作させるためのプログラムも記憶されている。本実施例では、コントローラ３０がメモリ３３を内蔵しているが、コントローラ３０の外部にメモリ３３を設けることができる。

コントローラ３０は、車両のイグニッションスイッチがオフからオンに切り替わると、システムメインリレー２１ａ，２１ｂをオフからオンに切り替えたり、インバータ２２を動作させたりする。また、コントローラ３０は、イグニッションスイッチがオンからオフに切り替わると、システムメインリレー２１ａ，２１ｂをオンからオフに切り替えたり、インバータ２２の動作を停止させたりする。

また、本実施例のコントローラ３０は、車両の走行速度を検出する車速センサ４０と接続されている。車速センサ４０は、検出した車両の速度をコントローラ３０に出力する。例えば、車速センサ４０は、車輪の回転数やモータ・ジェネレータの回転数等から車両速度を算出・検出することができる。

コントローラ３０は、電圧センサ２６の組電池１０の電圧検出値に基づいて、組電池１０のＳＯＣを算出し、算出されたＳＯＣに基づいて組電池１０の充放電制御を行うことができる。このとき、コントローラ３０は、例えば、組電池１０の劣化を抑制するためにＳＯＣが予め規定された上限値および下限値を越えないように、モータ・ジェネレータ２３への出力及びモータ・ジェネレータ２３による回生電力の充放電制御を行うことができる。

組電池１０のＳＯＣは、組電池１０の満充電容量に対して現在の充電容量の割合（充電状態）を示すものであり、満充電容量はＳＯＣの上限値である。ＳＯＣは、組電池１０のＯＣＶ（Open Circuit Voltage）から特定することができ、ＳＯＣ及びＯＣＶは対応関係にある。このため、予め求められたＯＣＶとＳＯＣとの対応関係をメモリ３３にマップとして保持しておき、電圧センサ２６の電圧検出値に基づいてＳＯＣを特定することができる。組電池１０のＯＣＶは、電圧センサ２６によって検出される組電池１０の電圧（ＣＣＶ：Closed Circuit Voltage）から算出することができる。

また、コントローラ３０は、組電池１０の温度やＳＯＣなどに基づいて、充電電力制限値（組電池１０に充電される電力の最大値）Ｗ_inおよび放電電力制限値（組電池１０から放電される電力の最大値）Ｗ_outを算出する。コントローラ３０は、充電電力制限値Ｗ_inおよび放電電力制限値Ｗ_outを越えないように、組電池１０の充放電電力を制限する。これにより、組電池１０の過放電や過充電が防止され、組電池１０が保護される。

本実施例において、組電池１０に電流が流れる際には、電池システムを構成する組電池１０に電気的に接続される通電部品（たとえば、サービスプラグ、組電池１０の正負極の各電極端子、システムメインリレー、組電池１０、システムメインリレー２１ａ，２１ｂ、インバータ２２をそれぞれ接続する接続ライン等のワイヤハーネス、ヒューズなど）にも電流が流れ、これらの通電部品にジュール熱が発生する。そのため、通電部品の温度が上昇して許容温度を越えると、通電部品が正常に機能しなくなるおそれがある。

そこで、本実施例では、電池システムの作動時間において検出される組電池１０の電流値Ｉに基づいて、これらの通電部品の温度状態に関する評価値Ｆを算出し、算出された評価値Ｆに基づいて、充電電力制限値Ｗ_inおよび放電電力制限値Ｗ_outを変更する。

図１に示すように、コントローラ３０は、評価値算出部３１及びＷ_in／Ｗ_out変更部３２を含んで構成されている。

評価値算出部３１は、通電部品の温度状態（温度上昇）の評価に用いられる値である評価値Ｆを算出する。評価値算出部３１は、組電池１０の電流値Ｉおよびメモリ３３に記憶された評価値（先回算出された評価値）に基づいて、評価値Ｆを算出する。

Ｗ_in／Ｗ_out変更部３２は、評価値算出部３１で算出された評価値Ｆに基づいて、充電電力制限値Ｗ_inおよび放電電力制限値Ｗ_outを変更し、変更されたＷ_inおよびＷ_outで組電池１０の電力を制限するように、インバータ２２を制御する。

なお、評価値算出部３１及びＷ_in／Ｗ_out変更部３２を有する本実施例のコントローラ３０は、デジタル回路やアナログ回路を主体としたハードウェアで構成することができる。また、コントローラ３０に含まれるＣＰＵがメモリ３３に記憶されている所定のプログラムを読み込んで実行するソフトウェアで構成することもできる。

ここで、本実施例の評価値Ｆの算出方法と、算出された評価値Ｆを用いた充電電力制限値Ｗ_inおよび放電電力制限値Ｗ_outの算出方法について詳細に説明する。

コントローラ３０は、通電部品の温度に相関するように、通電部品の温度が高いほど評価値Ｆ（Ｎ）を大きく設定する。また、コントローラ３０は、通電部品の温度に相関するように、検出された組電池１０の電流値Ｉに基づいて、評価値Ｆ（Ｎ）を算出する。例えば、評価値Ｆ（Ｎ）は以下の式１で表される関数で算出することができる。
（式１）

式１において、Ｎは、評価値Ｆの算出回数を示す。先回算出された評価値Ｆ（Ｎ−１）が存在しない場合は、評価値Ｆの初期値を用いることができる。ここで、なまし係数Ｋは、１以上の定数であって、通電部品の温度の変化に応じて予め設定される値である。なお、評価値Ｆ（Ｎ）の算出方法はこれに限定されない。例えば、通電時間を考慮して、通電時間と電流値Ｉとに基づいて評価値Ｆを算出するようにしてもよい。

また、本実施例の評価値Ｆを算出するためのなまし係数Ｋの値は、図７に示すＫｍｉｎ又はＫｒｍａｘで固定された値を用いることができるが、組電池１０の電流値Ｉの時間平均値（電流平均値：Ｉ_ave）と評価値Ｆの増減に応じて可変にすることができる。

例えば、コントローラ３０は、先々回算出された評価値Ｆ（Ｎ−２）および先回算出された評価値Ｆ（Ｎ−１）をメモリ３３から読み出し、Ｆ（Ｎ−２）よりもＦ（Ｎ−１）が大きい場合に、評価値Ｆが増加していると判断することができる。評価値Ｆが増加していると判別された場合、コントローラ３０は、図７に示すＫｒマップを参照して、係数Ｋを算出する。図７に示すＫｒマップは、電流平均値Ｉ_aveをパラメータとしてなまし係数Ｋを規定したものである。

実際の通電部品の温度は、電流平均値Ｉ_aveが高い領域で急激に増加し、電流平均値Ｉ_aveが低い領域では急激には増加しない特性を有する。この特性を評価値Ｆに反映させるために、図７に示すＫｒマップにおいて係数Ｋは、電流平均値Ｉ_aveが高い領域で小さい値、言い換えれば、評価値Ｆの単位時間あたりの増加量を大きくする値に設定され、電流平均値Ｉ_aveが低い領域で大きい値、言い換えれば、評価値Ｆの単位時間あたりの増加量を小さくする値に設定される。

具体的には、係数Ｋは、電流平均値Ｉ_aveがＩ_ave（２）よりも高い領域では最小値Ｋｍｉｎに設定され、電流平均値Ｉ_aveがＩ_ave（２）よりも低下すると徐々に増加し、電流平均値_ＩaveがＩ_ave（１）よりも低い領域では最大値Ｋｒｍａｘに設定される。

ここで、図７に示すＫｒマップの設定手法の一例について説明する。上記式１において、Ｉ（Ｎ−１）は、評価値Ｆ（Ｎ−１）算出時の組電池１０の電流値Ｉである。そして、上記式１に示す式を、電流値Ｉを一定値Ｉ_ＢＯとして変形すると、下記の式２となる。

（式２）

評価値Ｆ（Ｎ）が制限値Ｉ_Ｂｃｏｎｓｔ^２を超えないように制限するための係数Ｋは、電流値Ｉを一定値Ｉ_ＢＯとしたとき、上記式２に示す式を変形して下記式３に示す式で算出される。なお、制限値Ｉ_Ｂｃｏｎｓｔ^２は、通電部品の許容温度などに基づいて予め設定された値であり、Ｉ_Ｂｃｏｎｓｔは、通電部品の通電電流許容値である。
（式３）

Ｋｒマップは、上記式３に示す式の一定値Ｉ_ＢＯを電流平均値Ｉ_aveに置き換えて係数Ｋを算出した値に設定される。

一方、コントローラ３０は、先々回算出された評価値Ｆ（Ｎ−２）および先回算出された評価値Ｆ（Ｎ−１）をメモリ３３から読み出し、Ｆ（Ｎ−２）よりもＦ（Ｎ−１）が小さい場合に、評価値Ｆが減少していると判断することができる。評価値Ｆが減少していると判別された場合、コントローラ３０は、図７に示すＫｆマップを参照して、係数Ｋを算出する。図７に示すＫｆマップも、Ｋｒマップ同様、電流平均値Ｉ_aveをパラメータとして係数Ｋを規定したものである。

図７に示すＫｆマップにおいて、係数Ｋは、電流平均値Ｉ_aveがＩ_ave（２）よりも高い領域ではＫｒマップと同じ最小値Ｋｍｉｎに設定され、電流平均値Ｉ_aveがＩ_ave（２）よりも低下すると徐々に増加し、電流平均値Ｉ_aveがＩ_ave（１）よりも低い領域では最大値Ｋｆｍａｘに設定される。Ｋｆマップの最大値Ｋｆｍａｘは、Ｋｒマップの最大値Ｋｒｍａｘよりも低い値に設定される。

上述したように、評価値Ｆ（Ｎ）は上記式１に示す式で算出することができ、なまし係数Ｋの値が小さいほど、評価値Ｆ（Ｎ）の単位時間あたりの増加量は大きくなる。つまり、なまし係数Ｋを最小値Ｋｍｉｎで固定した場合、評価値Ｆ（Ｎ）の単位時間あたりの増加量が大きい値に維持されてしまうので、評価値Ｆ（Ｎ）が早期に閾値を超え、組電池１０のＷ_in／Ｗ_outが不必要に制限されてしまう。

一方、係数Ｋを最大値Ｋｒｍａｘで固定した場合、評価値Ｆ（Ｎ）の単位時間あたりの増加量が小さい値に維持されてしまうので、通電部品の温度が許容温度を超えているにも関わらず、評価値Ｆ（Ｎ）が閾値に到達せずに組電池１０のＷ_in／Ｗ_outを適切に制限することができず、通電部品を保護することができない。

このように、本実施例では、評価値Ｆ（Ｎ）の算出に用いられるなまし係数Ｋの値を、図７のマップに示したように、電流平均値Ｉ_aveに応じた可変値とすることで、評価値Ｆ（Ｎ）の単位時間あたりの増加量が電流平均値Ｉ_aveに応じて適切に調整できる。このため、係数Ｋを最小値Ｋｍｉｎで固定した場合に比べて、Ｗ_in／Ｗ_outが制限されるまでの時間（評価値Ｆ（Ｎ）が閾値を超えるまでの時間）が長期化される一方で、なまし係数Ｋを最大値Ｋｒｍａｘで固定した場合に比べて、通電部品の実際の温度上昇を適切に把握でき、組電池１０のＷ_in／Ｗ_outを適切に制限して、通電部品を保護することができる。

すなわち、電流平均値Ｉ_aveが高い領域では、通電部品の温度が急激に増加することを考慮して、係数Ｋを小さくして評価値Ｆの単位時間あたりの増加量を大きくする。一方、電流平均値Ｉ_aveが低い領域では、通電部品の温度が急激には増加しないことを考慮して、係数Ｋを大きくして評価値Ｆの単位時間あたりの増加量を小さくする。

したがって、評価値Ｆの単位時間あたりの増加量および減少量を、実際の通電部品の温度の単位時間あたりの増加量および減少量に適切に適合させることができ、その結果、評価値Ｆを実際の通電部品の温度に適切に近似させることができる。

本実施例の評価値Ｆの算出方法は、通電部品の温度状態の評価に用いられる評価値Ｆの算出のためのなまし係数Ｋの値を、組電池１０の電流平均値Ｉ_aveおよび評価値Ｆの増減に応じて変更することで、評価値Ｆを実際の通電部品の温度上昇の変化を的確に捉えられるようにし、通電部品を適切に保護しつつ、組電池１０のＷ_in／Ｗ_out（充放電電力）が不必要に制限されることを回避し、車両の動力性能の低下を抑制することができる。

次に、上述した評価値Ｆを用いた充電電力制限値Ｗ_inおよび放電電力制限値Ｗ_outの算出方法について説明する。

本実施例では、評価値Ｆが閾値Ｆｔａｇを超えた時点でＷ_in／Ｗ_outの制限が開始され、充電電力制限値Ｗ_inおよび放電電力制限値Ｗ_outを、評価値Ｆをパラメータとしたフュードバック制御によって算出する。なお、本実施例では、Ｗ_inとＷ_outの各制限において異なる閾値Ｆｔａｇで制御し、Ｗ_in制限開始用の閾値Ｆｔａｇ２とＷ_out制限開始用の閾値Ｆｔａｇ１とを用いている。閾値Ｆｔａｇは、Ｉ_Ｂｃｏｎｓｔ（通電電流許容値）に対応する閾値Ｉ_Ｂｃｏｎｓｔ^２よりも小さい値である。

評価値Ｆが閾値Ｆｔａｇを超えた場合のＷ_in／Ｗ_outの各値は、下記の式４−１、式４−２に示すように算出することができる。
（式４−１）

（式４−２）

式４−１において、ＳＷ_inは、上述した組電池１０のＳＯＣと電池温度に基づいて算出されるＷ_inであり、Ｋ_in×（Ｆ−Ｆｔａｇ２）は、評価値Ｆをパラメータとしたフュードバック制御による補正項である。上述したように充電電流は負の値で表されているので、充電電力も負の値で表すことができ、ＳＷ_inに対して正の値である補正項Ｋ_in×（Ｆ−Ｆｔａｇ２）が加算されるので、Ｗ_inは、ＳＷ_inよりも大きい値（絶対値としては小さい値）となる。

式４−２において、ＳＷ_outは、上述した組電池１０のＳＯＣと電池温度に基づいて算出されるＷ_outであり、Ｋ_out×（Ｆ−Ｆｔａｇ１）は、評価値Ｆをパラメータとしたフュードバック制御による補正項である。また、上述したように放電電流は正の値で表されているので、放電電力も正の値で表すことができ、ＳＷ_outに対して正の値である補正項Ｋ_out×（Ｆ−Ｆｔａｇ１）が減算されるので、Ｗ_outは、ＳＷ_outよりも小さい値となる。

Ｋ_in、Ｋ_outは係数であり、評価値Ｆをパラメータとしたフュードバック制御の補正項の比例制御値であり、Ｗ_in／Ｗ_outを算出するためのフィードバックゲインである。

このように、Ｗ_in／Ｗ_outの低下量を、評価値Ｆの値をパラメータとしてフュードバック制御（ＳＷ_in／ＳＷ_outに対し、評価値Ｆをパラメータとした補正項を適用した制御）をすることで、通電部品の温度が許容温度を超えることを抑制しつつ、充放電電力の制限量を最小限に抑えることができる。

ここで、図８は、Ｋ_outを一定値とした場合の評価値Ｆをパラメータとした式４−２に基づいて算出されるＷ_outの関係を示した図である。

図８において、時間ｔａで評価値Ｆが閾値Ｆｔａｇを超え、式４−２に基づいて算出されるＷ_outを上限値として組電池１０の放電電力が制限される。このとき、評価値Ｆが閾値Ｆｔａｇを超えて制限が開始される際のＷ_outの制限量、すなわち、制限前のＳＷ_outに対するＷ_outの低下量Ｈ１は、最大となる（時間ｔａから時間ｔｂの間のＷ_outの傾き（制限レート）が最大となる）。

また、時間ｔｃの時点では、時間ｔａから開始された放電電力の制限により、評価値Ｆは飽和傾向となり、評価値Ｆの増加が抑制される。このとき、制限開始から所定時間経過後のＷ_outの低下量Ｈ２は、評価値Ｆが閾値Ｆｔａｇを超えて制限が開始される際のＷ_outの低下量Ｈ１よりも小さくなる（時間ｔｂから時間ｔｃの間の傾き（制限レート）が、時間ｔａから時間ｔｂの間のＷ_outの傾き（制限レート）よりも小さくなる）。

つまり、Ｋ_outを一定値とした場合、評価値Ｆをパラメータとした式４−２に基づいて算出されるＷ_outは、図８に示すように制限開始直後（評価値ＦがＦｔａｇを超えた際）が最も大きくなるが、Ｗ_outの制限が開始された後は低下量が小さくなり、時間ｔｂから時間ｔｃの間では、飽和傾向にある評価値Ｆの変化に対してＷ_outの低下量が低く抑えられている。

このように、Ｋ_outを一定値とした場合、時間ｔｂから時間ｔｃの間では、Ｗ_outの制限レートが、制限開始直後の最も大きい制限レートよりも低くなり、余裕がある。なお、制限レートの上限値（式４−１、式４−２の補正項の変化量の上限値）は、ドライバビリティを考慮して予め設定された値であり、制限レートの上限値が大きいほど、急激にＷ_in／Ｗ_outが制限されてしまうので、車両要求に対して過度の動力性能が低下しないようにしつつ通電部品の温度上昇を適切に抑制できるように予め設定される。

一方で、評価値Ｆが閾値Ｆｔａｇを超えたことによってＷ_in／Ｗ_outが制限されている状態は、例えば、車両要求に対する組電池１０の出力が不足すると、車両要求に見合った動力性能を発揮させることができず、ドライバビリティが低下する。また、ハイブリッド車両ではエンジンを始動して不足分の出力を補うため、燃費が低下する。このため、Ｗ_in／Ｗ_outの低下量が不必要に大きくならないようにしても、Ｗ_in／Ｗ_outの制限が介入ことは、極力避けることが好ましく、通電部品の温度上昇を適切に抑制するにしてもＷ_in／Ｗ_outの制限が介入するタイミングを、極力を遅らせることが好ましい。

このため、通電部品に対する保護閾値（Ｉ_Ｂｃｏｎｓｔ^２）を超えないように制御しつつ、Ｗ_in／Ｗ_outの制限が介入する機会を減少させるためには、閾値Ｆｔａｇの値を大きくする必要がある。しかしながら、図８の例のように、Ｋ_in、Ｋ_outが固定値だと、式４−１、式４−２から分かるようにＷ_in／Ｗ_outの低下量と評価値Ｆの増加量とが単純な比例関係になってしまうため、Ｗ_outの制限レートは、制限開始直後が最も大きくなり、その後は制限が開始されたことにより評価値Ｆの増加傾向が抑制されるので制限レートを大きくすることができない。

言い換えれば、評価値Ｆの増加に応じて制限レートが高くなるので、制限介入後は、制限開始直後の最も大きい制限レートよりも低い制限レートでしかＷ_in／Ｗ_outを制御できない。このため、閾値Ｆｔａｇの値を大きくすると、評価値Ｆをパラメータとする制限レートの上限値をより高くしなければ、通電部品に対する保護閾値を超えないように制御することができないため、ドライバビリティが低下してしまう。

そこで、本実施例では、Ｋ_in、Ｋ_outの値を単純な比例定数とせずに、評価値Ｆの単位時間当たりの変化量（ｄＦ／ｄｔ）と車両の速度Ｖｓとに応じて可変値とすることで、ドライバビリティが考慮された所定の制限レートの上限値内で通電部品を適切に保護しつつ、Ｗ_in／Ｗ_outの制限が介入するタイミングを遅らせる。

具体的には、図２（ａ）に示すように本実施例のＫ_in、Ｋ_outは、評価値Ｆの単位時間あたりの変化量（ｄＦ／ｄｔ）が大きい領域では、小さい値に設定され、評価値Ｆの単位時間あたりの変化量（ｄＦ／ｄｔ）が小さい領域では、大きい値に設定される。つまり、評価値Ｆの単位時間あたりの変化量（ｄＦ／ｄｔ）に応じて可変にするとともに、Ｗ_in／Ｗ_outの制限が開始された後の評価値Ｆが飽和傾向に近づくにつれて（評価値Ｆの単位時間あたりの変化量（ｄＦ／ｄｔ）が小さくなるにつれて）、Ｋ_in、Ｋ_outが大きくなるので、制限開始閾値であるＦｔａｇを大きい値に設定しても、ドライバビリティが考慮された所定の制限レートの上限値を維持しつつ、制限開始直後よりも制限が開始された後の評価値Ｆの増加傾向が抑制される状態での制限レートを大きくすることができる。

図３は、本実施例のＫ_in、Ｋ_outが適用された評価値ＦとＷ_outとの関係を示す図である。閾値ＦｔａｇＡは、Ｋ_in、Ｋ_outが固定値である場合の制限開始閾値であり、そのＷ_outを二点鎖線で示している。

図３に示すように評価値Ｆが閾値Ｆｔａｇを超えて制限が開始された直後は、評価値Ｆの変化量ｄＦ１／ｄｔが大きいため、Ｋ_in１、Ｋ_out１が小さくなり、Ｗ_in、Ｗ_outの低下量が低く抑えられる一方で、制限が介入したことで増加傾向が抑制されている評価値Ｆの変化量ｄＦ２／ｄｔは、ｄＦ１／ｄｔよりも小さいため、Ｋ_in２、Ｋ_out２がより大きな値になり、Ｗ_in、Ｗ_outを大きく制限する。

図３において、Ｋ_in、Ｋ_outが固定値である場合の二点鎖線で示したＷ_outと比較して、制限開始後の同じ時点でのＷ_outの低下量は、制限開始直後では小さくなり（Ｈ１＞Ｈ３）、制限が開始された後の評価値Ｆの増加傾向が緩和されるについて大きくなる（Ｈ２＜Ｈ４）。

このため、Ｋ_in、Ｋ_outが固定値である場合のＦｔａｇＡよりも大きいＦｔａｇを制限開始閾値としても、ドライバビリティが考慮された所定の制限レートの上限値を維持しつつ、通電部品の温度上昇を適切に抑制でき、Ｗ_in／Ｗ_outが制限されるタイミングを遅らせることができる。

また、本実施例のＫ_in、Ｋ_outは、図２（ｂ）に示すように評価値Ｆの単位時間あたりの変化量（ｄＦ／ｄｔ）に加えて、車両の速度（車速）Ｖｓに応じて可変に設定される。図２（ｃ）は、評価値Ｆの単位時間あたりの変化量（ｄＦ／ｄｔ）と車速Ｖｓとで規定されたＫ_in、Ｋ_outマップの一例である。Ｋ_in、Ｋ_outマップは、メモリ３３に記憶することができる。

同じｄＦ／ｄｔでも車速Ｖｓが高い領域では、Ｋ_in、Ｋ_outが大きく設定され、車速Ｖｓが低い領域では、Ｋ_in、Ｋ_outが小さくなるように設定される。これは、車速Ｖｓが大きいと、通電部品に通電される放電電流又は回生電流の電流値が大きく、通電機器の発熱量が高くなる傾向にあるため、車速Ｖｓが大きい領域では、Ｋ_in、Ｋ_outを大きくしてＷ_in／Ｗ_outをより制限して通電部品の保護を図るためである。なお、本実施例では、車速Ｖｓを考慮して制限量を変更している。例えば、車速Ｖｓが高い領域においてＷ_in／Ｗ_outの制限に対する動作性能の低下は、車速Ｖｓが低い場合に比べて、ユーザが急な動力性能の低下として認識し難い傾向にあるので、車速Ｖｓが高い領域で制限量を大きくし、車両要求に対する動力性能の低下に対するユーザの認識を抑制しつつ、通電部品の保護を図ることができる。

一方、車速Ｖｓが小さいと、通電部品に通電される放電電流又は回生電流の電流値が小さく、車速Ｖｓが大きい場合に比べて通電機器の発熱量（温度上昇）は抑制される傾向になるため、車速Ｖｓが小さい領域では、Ｋ_in、Ｋ_outを小さくすることでＷ_in／Ｗ_outの制限が緩和され、Ｗ_in／Ｗ_outの制限による車両要求に対する動力性能の低下を抑制させることができる。

なお、Ｋ_in、Ｋ_outが固定値である場合の閾値ＦｔａｇＡよりも大きい値の本実施例の閾値Ｆｔａｇは、固定値せずに可変値とすることもできる。例えば、図２（ｄ）に示すように、車速Ｖｓに対して閾値Ｆｔａｇ（Ｆｔａｇ１，Ｆｔａｇ２）を可変とするマップ情報をメモリ３３に保持しておき、車速Ｖｓが高くなるにつれて値を大きくするように、閾値Ｆｔａｇを可変に適用することができる。

つまり、本実施例では、車速Ｖｓが高いと、Ｋ_in，Ｋ_outが大きく設定され、Ｗ_in／Ｗ_outが大きく制限されることになるので、通電部品の温度上昇に対するＷ_in／Ｗ_outの制限フィードバックが大きく（早く）作用することになる。このため、閾値Ｆｔａｇを車速Ｖｓが高くなるにつれて可変的に値を大きくすることで、車速が低い場合よりも大きく設定されるＫ_in，Ｋ_outによって通電部品が適切に保護されつつ、Ｗ_in／Ｗ_outの制限が介入するタイミングを遅らせることができる。なお、可変値として適用される場合の閾値Ｆｔａｇは、例えば、図２（ｄ）に示すように、温度上昇に対する通電部品の保護の観点から予め決められた上限値及び下限値の範囲内とすることができる。このとき、下限値は、Ｋ_in、Ｋ_outが固定値である場合の閾値ＦｔａｇＡよりも大きい値とすることができる。

図４は、評価値Ｆ、Ｗ_in／Ｗ_out及び通電部品の温度の関係を示す図である。実線は、図２（ｃ）に示したＫ_in、Ｋ_outマップに基づいて、評価値Ｆの単位時間あたりの変化量（ｄＦ／ｄｔ）と車両の速度（Ｖｓ）に応じたＫ_in、Ｋ_outが可変的に適用されたものであり、点線がＫ_in、Ｋ_outが固定値である場合の挙動を示している。

図４に示すように、Ｗ_inの制限開始閾値Ｆｔａｇ２が、Ｋ_inが固定された場合の制限開始閾値Ｆｔａｇ２ａよりも大きく設定され、制限が開始される時間を時間ｔ１から時間ｔ３に遅延させつつ、ドライバビリティを考慮した所定の制限レートを維持した通電部品の保護を実現できる。時間ｔ５において、Ｋ_in、Ｋ_outマップによる可変値であってもＫ_inが固定される場合と同様、Ｗ_inの制限量はほぼ同じであり、評価値Ｆに基づいて通電部品の温度上昇が抑制されている。

また、Ｗ_outにおいても、Ｗ_outの制限開始閾値Ｆｔａｇ１が、Ｋ_outが固定された場合の制限開始閾値Ｆｔａｇ１ａよりも大きく設定され、制限が開始される時間を時間ｔ２から時間ｔ４に遅延させつつ、ドライバビリティを考慮した所定の制限レートを上限値として維持した通電部品の保護を実現できる。

ここで、評価値Ｆの単位時間あたりの変化量（ｄＦ／ｄｔ）は、以下の式５のように求めることができる。
（式５）

βは、評価値Ｆの単位時間あたりの変化量を算出するためのなまし定数（β＞０）、（ｄＦ／ｄｔ）nは、所定時間間隔で算出された前回の評価値Ｆと今回の評価値Ｆとの間の変化量である。（ｄＦ／ｄｔ）ave（n）の初期値は０である。式５のように求められるｄＦ／ｄｔは、ｄＦ／ｄｔ間の変動により、Ｋ_in、Ｋ_outが大きく変動することを抑制することができる。

また、Ｋ_in、Ｋ_out、Ｆｔａｇ１、及びＦｔａｇ２は、以下のように算出することができる。例えば、ドライバビリティを考慮した所定の制限レートＡ（Ｗ／ｓｅｃ）を予め決めておく。この予め決められた制限レートＡを維持するには、ｄ（Ｗ_in）／ｄｔ＝Ｋ_in×（ｄＦ／ｄｔ）＝Ａとなるので、（ｄＦ／ｄｔ）＝Ｍａｘ（最大）となるＫ_inを算出する。Ｋ_inが算出されれば、式４−１より、Ｆｔａｇ２を算出することができる。

そして、（ｄＦ／ｄｔ）ave（n）が小さい領域では、Ｋ_inを大きくし、制限レートＡを守りながら、通電電流許容値（Ｉ_Ｂｃｏｎｓｔ）を超過しないようにＷ_inが制限されるＫ_inを設定することができる。

同様に、この予め決められた制限レートＡを維持するには、ｄ（Ｗ_out）／ｄｔ＝−Ｋ_out×（ｄＦ／ｄｔ）＝Ａとなるので、（ｄＦ／ｄｔ）＝Ｍａｘ（最大）となるＫ_outを算出する。Ｋ_outが算出されれば、式４−２より、Ｆｔａｇ１を算出することができる。（ｄＦ／ｄｔ）ave（n）が小さい領域では、Ｋ_outを大きくし、制限レートＡ内での制限レートを守りながら、通電電流許容値（Ｉ_Ｂｃｏｎｓｔ）を超過しないようにＷ_outが制限されるＫ_outを設定することができる。

次に、図５及び図６に示すフローチャートを用いて、組電池１０の充放電を制御する処理について説明する。図５及び図６に示す処理は、予め設定された時間間隔（サイクルタイム）で繰り返して行われる。図５及び図６に示す処理は、コントローラ３０に含まれるＣＰＵが、メモリ３３に記憶されたプログラムを実行することにより行われる。

ステップＳ１０１において、コントローラ３０は、イグニッションスイッチがＯＮされると、電池システムを起動し、組電池１０の充放電制御を開始する。

ステップＳ１０２において、コントローラ３０は、電流センサ２４の出力信号に基づいて、放電電流又は充電電流の電流値Ｉを取得する。

ステップＳ１０３において、コントローラ３０は、ステップＳ１０２で得られた電流値Ｉに基づいて、評価値Ｆを算出する。コントローラ３０は、メモリ３３に記憶されている図７に示した評価値Ｆを算出するためのなまし係数Ｋを算出し、式１に基づいて評価値Ｆを算出することができる。評価値Ｆの算出過程について上記説明をもって省略する。

ステップ１０４において、コントローラ３０は、所定の時間間隔で評価値Ｆの単位時間あたりの変化量ｄＦ／ｄｔを算出する。コントローラ３０は、ステップＳ１０３での評価値Ｆの算出処理の算出結果に基づいて、式５に示した算出方法により変化量ｄＦ／ｄｔを算出することができる。

コントローラ３０は、ステップＳ１０３で算出された評価値Ｆが閾値Ｆｔａｇ２を超えているか否かを判別し（Ｓ１０５）、超えている場合は、ステップＳ１０６に進み、Ｗ_inの制限を開始してＷ_inをＳＷ_inよりも低く変更する。超えていない場合は、ステップＳ１０６をスキップしてＷ_inの制限を開始しない。

続いて、ステップＳ１０５において、ステップＳ１０３で算出された評価値Ｆが閾値Ｆｔａｇ２を超えていないと判別された場合やＷ_inの制限を開始した後、コントローラ３０は、ステップＳ１０３で算出された評価値Ｆが閾値Ｆｔａｇ１を超えているか否かを判別し（Ｓ１０７）、超えている場合は、ステップＳ１０８に進み、Ｗ_outの制限を開始してＷ_outをＳＷ_outよりも低く変更する。

図６は、図５のステップＳ１０６，Ｓ１０８の詳細な処理を示すフローチャートである。図６に示すように、評価値Ｆが閾値Ｆｔａｇ２（Ｆｔａｇ１）を超えた場合、コントローラ３０は、車速センサ４０から組電池１０が搭載された車両の車速Ｖｓを取得する（Ｓ３０１）。

コントローラ３０は、メモリ３３に記憶されている図２（ｃ）で示したＫ_in、Ｋ_outマップを参照し、ステップＳ１０４で算出された変化量ｄＦ／ｄｔと車速Ｖｓをパラメータに、Ｋ_in又は／及びＫ_outを算出する（Ｓ３０２）。またコントローラ３０は、評価値Ｆによる制限開始前の組電池１０のＳＯＣと電池温度に基づいて設定される入出力制限値ＳＷ_in／ＳＷ_outを取得する（Ｓ３０３）。

コントローラ３０は、式４−１、式４−２を用い、入出力制限値ＳＷ_in／ＳＷ_out、算出されたＫ_in又は／及びＫ_out、Ｆｔａｇ１又は／及びＦｔａｇ２を用いて、制限後のＷ_in／Ｗ_outを求め（Ｓ３０４）、算出されたＷ_in／Ｗ_outを組電池１０の入出力制限値として設定して（Ｓ３０５）、評価値Ｆによる通電部品保護の観点から、保護温度を超えた異常検出温度とならないように温度上昇を抑制するために、Ｗ_in／Ｗ_outを変更する。

本実施例によれば、評価値Ｆの単位時間あたりの変化量ｄＦ／ｄｔに応じて可変的にＷ_in／Ｗ_outの上限値の制限量を変更するので、放電電力又は充電電力の上限値の制限を開始する閾値Ｆｔａｇを高く設定しても、通電部品の温度上昇を適切に抑制することができる。このため、閾値Ｆｔａｇを高く設定することが可能となり、放電電力又は充電電力が制限されるタイミングを遅らせることができる。また、車速Ｖｓから把握される通電機器の発熱量の傾向に応じて上限値の制限量を変更するので、車両要求に対する動力性能の低下を抑制することができる。

なお、本実施例では、Ｗ_in／Ｗ_outの両者の各上限値の制限量を変更する態様について説明したが、これに限るものではなく、Ｗ_in／Ｗ_outの両者のいずれか一方の上限値の制限量を変更することもできる。

また、本実施例の充放電制御は、外部充電時にも適用することができる。この場合、車両が停止しているので、車速は０となる。したがって、Ｋ_outマップにおいて車速Ｖｓが最も低い場合のＫ_inを用いて、式４−１に基づくＷ_inの算出処理を行うことができる。外部充電時にも充電電力に応じた温度上昇を抑制して通電部品の保護を図りながら、Ｗ_inが制限されるタイミングを遅らせて外部充電の充電時間を短縮することができる。

１０：組電池
１１：単電池
２１ａ，２１ｂ：システムメインリレー
２２インバータ
２３：モータ・ジェネレータ
２４：電流センサ
２５：温度センサ
２６：電圧センサ
２７：充電器
２８ａ，２８ｂ：充電リレー
３０：コントローラ
３１：評価値算出部
３２：Ｗ_in／Ｗ_out変更部
３３：メモリ
４０：車速センサ

Claims (5)

1. 車両に搭載される蓄電装置に電気的に接続された通電部品の温度に応じた充放電制御を行う前記蓄電装置の制御装置であって、
   前記蓄電装置の充放電時において検出される電流値に基づいて、前記通電部品の温度状態を評価するための評価値を算出する評価値算出部と、
   前記評価値が閾値を超えた場合に、前記蓄電装置の放電電力又は充電電力の上限値を制限する変更部と、を有し、
   前記変更部は、前記評価値の単位時間あたりの変化量及び前記車両の速度に応じて前記上限値の制限量を変更することを特徴とする蓄電装置の制御装置。
2. 前記変更部は、前記評価値と閾値との差分に、前記評価値の単位時間あたりの変化量及び前記車両の速度に応じた係数を乗じて前記制限量を算出し、
   前記係数は、前記変化量が小さくなるにつれて、大きくなるように設定されるとともに、同じ前記変化量において前記速度が高くなるにつれて、大きくなるように設定される可変値であることを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置の制御装置。
3. 前記係数は、単位時間あたりの前記制限量が予め設定された所定の制限率内となるように設定されることを特徴とする請求項２に記載の蓄電装置の制御装置。
4. 前記変化量と前記車両の速度との関係で設定された前記係数のマップ情報を記憶する記憶部をさらに備え、
   前記変更部は、前記評価値から算出される単位時間あたりの変化量と、前記車両の車速センサから取得される前記速度とを用いて、前記マップ情報から前記係数を算出することを特徴とする請求項２又は３に記載の蓄電装置の制御装置。
5. 車両に搭載される蓄電装置に電気的に接続された通電部品の温度に応じた充放電制御の制御方法であって、
   前記蓄電装置の充放電時の電流値を検出するステップと、
   前記電流値に基づいて、前記通電部品の温度状態を評価するための評価値を算出するステップと、
   前記車両の速度を検出するステップと、
   前記評価値が閾値を超えた場合に、前記蓄電装置の放電電力又は充電電力の上限値を制限するステップと、を含み、
   前記上限値を制限するステップは、前記評価値の単位時間あたりの変化量及び前記車両の速度に応じて前記上限値の制限量を変更することを特徴とする制御方法。

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