JP6224130B2

JP6224130B2 - 制御システム、車両用電源装置

Info

Publication number: JP6224130B2
Application number: JP2015554522A
Authority: JP
Inventors: 美香桐本
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2013-12-27
Filing date: 2014-12-10
Publication date: 2017-11-01
Anticipated expiration: 2034-12-10
Also published as: WO2015098012A1; CN105848978B; US20160297318A1; CN105848978A; US9963043B2; JPWO2015098012A1

Description

本発明は、車両に搭載されるべき二次電池を制御する制御システム、及び車両用電源装置に関する。

近年、ＣＯ_２排出量が少なく低燃費なハイブリッドカー（ＨＥＶ；Hybrid Electric Vehicle）の普及が拡大している。ハイブリッドカーには、エンジン以外の動力源としてのモータ、及び当該モータに電力を供給するための二次電池が搭載される。車載用の二次電池には一般に、リチウムイオン電池またはニッケル水素電池が使用される。車載用の二次電池のエネルギー収支をコントロールするため、二次電池のＳＯＣ（State Of Charge）範囲ごとに電流レートを変更することが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−１５１２１６号公報

しかしながら二次電池には、充放電により劣化しやすいＳＯＣ領域と劣化しにくいＳＯＣ領域がある。それらの領域は電池の種類や仕様ごとに異なっている。例えば充放電による劣化が、ＳＯＣ５０％近辺で小さくなる電池もあれば、ＳＯＣが高い領域で小さくなる電池もある。このような電池の性質を踏まえずに、劣化しやすいＳＯＣ領域で高電流レートで充放電した場合、劣化が促進されることになる。

本発明はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、二次電池の劣化を抑制する技術を提供することにある。

本発明のある態様の制御システムは、二次電池を規定の電流レートで充電または放電した場合の二次電池の劣化度を記述した第一の関連データであり、二次電池のＳＯＣ（State Of Charge）範囲を複数領域に分割した複数のＳＯＣ領域ごとに劣化度をそれぞれ記述した第一の関連データと、二次電池から監視データを取得する監視データ取得部と、取得された監視データをもとに、二次電池のＳＯＣを推定するＳＯＣ推定部と、推定されたＳＯＣと、目標とすべき劣化度をもとに第一の関連データを参照して、充電時または放電時の電流レートとすべき上限電流値を決定する上限電流決定部と、を備える。

本発明の別の態様もまた、制御システムである。この制御システムは、車両走行用のモータに電力を供給するための二次電池を制御する制御システムであって、二次電池を規定の電流レートで充電または放電した場合の二次電池の劣化度を記述した第一の関連データであり、二次電池のＳＯＣ範囲を複数領域に分割した複数のＳＯＣ領域ごとに劣化度をそれぞれ記述した第一の関連データと、二次電池の劣化度と、モータにより車両の走行アシストを行う上限速度との関係を関連付けした第二の関連データと、二次電池から監視データを取得する監視データ取得部と、取得された監視データをもとに、二次電池のＳＯＣを推定するＳＯＣ推定部と、推定されたＳＯＣをもとに第一の関連データを参照して劣化度を特定し、当該劣化度をもとに第二の関連データを参照して、モータによる走行アシストの上限速度を決定する上限速度決定部と、を備える。

本発明のさらに別の態様は、車両用電源装置である。この車両用電源装置は、車両走行用のモータに電力を供給するための二次電池と、前記二次電池を制御する上述の制御システムと、を備える。

なお、以上の構成要素の任意の組合せや、本発明の構成要素や表現を方法、装置、システム、プログラムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、二次電池の劣化を抑制できる。

本発明の実施の形態に係る車両の概略構成を示す図である。本発明の実施の形態に係る電池ＥＣＵ及びＨＶＥＣＵの構成例を示す図である。図３（ａ）、（ｂ）は、電池Ａの特性を示す図である。図４（ａ）、（ｂ）は、電池Ｂの特性を示す図である。劣化度テーブルの一例を示す図である。図６（ａ）、（ｂ）は、燃費を向上させる上限電流値の決定方法の基本概念を示す図である。図７（ａ）、（ｂ）は、電池寿命を延ばす上限電流値の決定方法の基本概念を示す図である。上限速度テーブルの一例を示す図である。燃費を向上させる上限速度の決定方法の第１例を示す図である。燃費を向上させる上限速度の決定方法の第２例を示す図である。燃費を向上させる上限速度の決定方法の第３例を示す図である。電池寿命を延ばす上限速度の決定方法の第１例を示す図である。電池寿命を延ばす上限速度の決定方法の第２例を示す図である。本発明の実施の形態に係る電池ＥＣＵの動作を示すフローチャートである。本発明の実施の形態に係るＨＶＥＣＵの動作を示すフローチャートである。モード選択方法の第１例を説明するためのフローチャートである。モード選択方法の第２例を説明するためのフローチャートである。

図１は、本発明の実施の形態に係る車両１００の概略構成を示す図である。本実施の形態ではマイルドハイブリッドタイプの車両１００を想定する。ハイブリッドカーには大別すると、ストロングハイブリッドタイプとマイルドハイブリッドタイプがある。ストロングハイブリッドタイプは比較的大型の二次電池とモータを搭載し、エンジンが停止した状態でも二次電池に蓄えられたエネルギーで走行できるタイプである。マイルドハイブリッドタイプは比較的小型の二次電池とモータを搭載し、原則的にエンジンが停止した状態では走行せず、二次電池に蓄電されたエネルギーで主にパワーアシストするタイプである。マイルドハイブリッドタイプは、燃費はストロングハイブリッドタイプに及ばないが、構造が簡単で比較的低コストで構成できる。マイルドハイブリッドタイプでは一般に、パラレル方式が採用される。パラレル方式はエンジンとモータの両方で車輪を駆動可能な方式である。一方、シリアル方式は、エンジンで発電したエネルギーを二次電池に蓄え、専らモータで車輪を駆動する方式である。

図１に示す車両１００は、動力源としてエンジン１及びモータ７を備える。エンジン１の出力軸と同一軸上にクラッチ２、変速機３が配置される。変速機３は、モータ７の回転を所定の変換比で当該軸に伝達する。当該軸は車輪４の回転軸５とデフ６により連結される。

二次電池９は、モータ７に供給するための電力を蓄える二次電池である。二次電池９は、補機用の１２Ｖ系の二次電池（通常、鉛電池が使用される）と別に設けられる。本実施の形態では二次電池９としてリチウムイオン電池を使用することを想定する。具体的には複数のリチウムイオン電池セルを直列または直並列接続した４８Ｖ系の組電池を想定する。マイルドハイブリッドタイプでは、走行用モータの電源系統として、厳格な絶縁処理が不要な６０Ｖ以下の電源系統を使用することが一般的である。なおストロングハイブリッドタイプでは２００Ｖ以上の電源系統を使用することが一般的である。

二次電池９は、モータ７以外の４８Ｖ系の負荷にも電源供給可能であり、また図示しないＤＣ−ＤＣコンバータを介して１２Ｖの電源系統と接続することも可能である。なお説明を単純化するため以下、モータ７以外の負荷や１２Ｖの電源系統との接続は無視して考える。

インバータ８は力行時、二次電池９から供給される直流電力を交流電力に変換してモータ７に供給する。回生時、モータ７から供給される交流電力を直流電力に変換して二次電池９に供給する。

モータ７には例えば、小型の三相交流同期モータを使用する。モータ７は力行モードでは、インバータ８から供給される電力をもとに回転し、車両の発進および加速のアシストを行う。なお低速領域ではモータ７の駆動力のみで自走できるモードが設定されてもよい。またモータ７は回生モードでは、車両の減速エネルギーにもとづく回転により発電し、インバータ８に出力する。

電池ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１０は、ＨＶＥＣＵ２０と連携して二次電池９を管理または制御する。エンジンＥＣＵ３０は、ＨＶＥＣＵ２０と連携してエンジン１を管理または制御する。ＨＶＥＣＵ２０は、エンジン１とモータ７を含む車両１００の駆動系を統括的に制御する。電池ＥＣＵ１０とＨＶＥＣＵ２０間、エンジンＥＣＵ３０とＨＶＥＣＵ２０間、及びインバータ８とＨＶＥＣＵ２０間は、それぞれＣＡＮ（Controller Area Network）により接続される。

図２は、本発明の実施の形態に係る電池ＥＣＵ１０及びＨＶＥＣＵ２０の構成例を示す図である。本実施の形態では、二次電池９と電池ＥＣＵ１０を総称して電源装置５０と呼ぶ。また電池ＥＣＵ１０とＨＶＥＣＵ２０を総称して車両駆動制御システム４０と呼ぶ。

電池ＥＣＵ１０は、劣化度テーブル１１、監視データ取得部１２、ＳＯＣ推定部１３、上限電流決定部１４及びパラメータ提供部１５を備える。ＨＶＥＣＵ２０は、上限速度テーブル２１、パラメータ要求・取得部２２、上限速度決定部２３及びトルク配分決定部２４を備える。

電池ＥＣＵ１０及びＨＶＥＣＵ２０のそれぞれの構成は、ハードウェア的には、任意のプロセッサ、メモリ、その他のＬＳＩで実現でき、ソフトウェア的にはメモリにロードされたプログラムなどによって実現されるが、ここではそれらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックがハードウェアのみ、ソフトウェアのみ、またはそれらの組み合わせによっていろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。

劣化度テーブル１１は、二次電池９を規定の電流レートで規定の回数、充電または放電した場合の二次電池９の劣化度を記述したテーブルである。以下、具体的に説明する。

図３（ａ）、（ｂ）は、電池Ａの特性を示す図である。図３（ａ）は、ＳＯＣを変えて電池Ａを規定の回数、充放電した場合の容量維持率を示す図であり、図３（ｂ）は、電流レートを変えて電池Ａを規定の回数、充放電した場合の容量維持率を示す図である。図４（ａ）、（ｂ）は、電池Ｂの特性を示す図である。図４（ａ）は、ＳＯＣを変えて電池Ｂを規定の回数、充放電した場合の容量維持率を示す図であり、図４（ｂ）は、電流レートを変えて電池Ｂを規定の回数、充放電した場合の容量維持率を示す図である。容量維持率は、充放電前の容量に対する、規定回数の充放電後の容量の割合である。容量維持率が高いほど、電池の劣化が少ないことを意味している。

電池Ａと電池Ｂは種類が異なる電池である。図３（ａ）に示すように電池Ａでは、ＳＯＣ５０％近辺で充放電した場合の容量維持率が高く、５０％から離れるに従って容量維持率が低くなる。この傾向は電流レートが高いほど顕著になる。一方、図４（ａ）に示すように電池Ｂでは、ＳＯＣが高い状態で充放電した場合ほど容量維持率が高くなる。この傾向は電流レートが高いほど顕著になる。即ち電池Ａは、ＳＯＣ５０％近辺が低劣化動作領域であり、その領域で使用すると電池寿命を延ばすことができる。一方、電池Ｂは、ＳＯＣ８０％近辺が低劣化動作領域であり、その領域で使用すると電池寿命を延ばすことができる。

電流レートは、電池Ａ及び電池Ｂとも基本的に低いレートで充放電した場合のほうが容量維持率が高くなる。ただし、ＳＯＣの状態によって容量維持率が変わってくる。例えば、ＳＯＣ１０％の状態で電流レート１．０Ｃで充放電する場合、電池Ａのほうが電池Ｂより容量維持率が高くなる。即ち、ＳＯＣ１０％の状態で同じ劣化を許容する場合、電池Ａのほうが電池Ｂより高い電流レートで充放電できることになる。

このように電池を充放電する場合、劣化しにくいＳＯＣ領域と劣化しやすいＳＯＣ領域があることが分かる。また劣化しにくいＳＯＣ領域および劣化しやすいＳＯＣ領域は、電池の種類により異なることが分かる。また同じ電流レートで充放電しても、電池の種類および／またはＳＯＣ領域により、劣化のしやすさが異なることが分かる。

劣化度テーブル１１は、電池ＡのＳＯＣ範囲を複数領域に分割した複数のＳＯＣ領域ごとに、複数種類の電流レートで充電または放電した場合の劣化度をそれぞれ記述した劣化度テーブル（以下適宜、劣化度マップという）である。この劣化度は、上述の容量維持率を劣化の観点から規定した指標である。容量維持率が高いほど劣化度が低くなり、反対に容量維持率が低いほど劣化度が高くなる。

設計者は例えばＳＯＣ１０％の領域ごとに、規定された各電流レートで規定の回数、充放電試験して、各条件下の劣化度を導出する。このように実験またはシミュレーションにより得られた、各条件下の劣化度をまとめたものが上記の劣化度マップである。

図５は、温度を考慮した劣化度テーブル１１の一例を示す図である。複数のＳＯＣ領域と複数の電流レートの組み合わせごとに導出した劣化度をまとめて記述した劣化度マップを、複数の温度区分ごとに用意する。図５の例では、０℃以下の劣化度マップ１１ａ、０〜１０℃の劣化度マップ１１ｂ、１０〜２０℃の劣化度マップ１１ｃ、２０〜３０℃の劣化度マップ１１ｄ、３０〜４０℃の劣化度マップ１１ｅ、４０〜５０℃の劣化度マップ１１ｆ、５０℃以上の劣化度マップ１１ｇを用意している。設計者は、それぞれの環境温度下の劣化度マップを実験またはシミュレーションにより作成する。

なお、劣化度マップは充電用と放電用が別に設けられてもよい。この場合、充電用の劣化度マップは放電レートを固定し、充電レートを複数種類規定して作成する。放電用の劣化度マップは充電レートを固定し、放電レートを複数種類規定して作成する。

図２に戻る。監視データ取得部１２は、二次電池９から監視データを取得する。具体的には二次電池９の電圧値、電流値および温度値を取得する。二次電池９のパッケージ内には、図示しない電圧検出回路、電流検出素子（例えば、シャント抵抗、ホール素子）、電流検出回路、温度検出素子（例えば、サーミスタ）、温度検出回路が含まれている。当該電圧検出回路、電流検出回路および温度検出回路は、検出した電圧値、電流値および温度値を電池ＥＣＵ１０に送信する。

ＳＯＣ推定部１３は、監視データ取得部１２より取得された監視データをもとに、二次電池９のＳＯＣを推定する。ＳＯＣは例えば、ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）法または電流積算法により推定できる。これらの推定方法は一般的な技術であるため、その詳細な説明は省略する。

上限電流決定部１４は、ＳＯＣ推定部１３により推定されたＳＯＣと、目標とすべき劣化度をもとに劣化度テーブル１１を参照して、充電時または放電時の上限電流値を決定する。上限電流決定部１４は、温度区分が異なる複数の参照テーブルの中から、監視データ取得部１２により二次電池９から取得された温度値をもとに、参照する劣化度テーブル１１を選択する。以下、具体例を挙げながら説明する。

図６（ａ）、（ｂ）は、燃費を向上させる上限電流値の決定方法の基本概念を示す図である。図６（ａ）は、比較例に係る上限電流値の決定方法を示し、図６（ｂ）は、本実施の形態に係る上限電流値の決定方法の一例を示す。比較例では図６（ａ）に示すように、二次電池９からインバータ８を介してモータ７に供給される電流の上限値Ａは、ＳＯＣａ％からＳＯＣｂ％間（例えばＳＯＣ３０％からＳＯＣ６０％間）で固定である。

これに対して本実施の形態では図６（ｂ）に示すように、モータ７に供給される電流の上限値Ａを、二次電池９の劣化が比較的小さいＳＯＣ領域では上限値Ｂに上げる。モータ７に供給する電流の上限値が上がると、モータ７のトルクが大きくなり、その分、エンジン１のトルクが下がり燃費が向上する。電流の上限値を上げても、そのＳＯＣ領域では劣化が小さいため二次電池９への負担は大きくならない。

上限電流決定部１４は、ＳＯＣ推定部１３により推定されたＳＯＣが属するＳＯＣ領域を劣化度マップから特定し、そのＳＯＣ領域の劣化度が設定値より小さい場合、放電電流の上限値を上げる。デフォルトの上限電流値Ａが１．００Ｃに設定されている例を考える。ＳＯＣ推定部１３により推定されたＳＯＣが属するＳＯＣ領域の劣化度が設定値より小さい場合、上限電流決定部１４は上限電流値を１．００Ｃ（上限値Ａ）から例えば１．５０Ｃ（上限値Ｂ）に上げる。

図７（ａ）、（ｂ）は、電池寿命を延ばす上限電流値の決定方法の基本概念を示す図である。図７（ａ）は、比較例に係る上限電流値の決定方法を示し、図７（ｂ）は、本実施の形態に係る上限電流値の決定方法の別の例を示す。図７（ａ）に示す比較例は、図６（ａ）に示す比較例と同様に、モータ７に供給される電流の上限値Ａは、ＳＯＣａ％からＳＯＣｂ％間（例えばＳＯＣ３０％からＳＯＣ６０％間）で固定である。

これに対して本実施の形態では図７（ｂ）に示すように、モータ７に供給される電流の上限値Ａを、二次電池９の劣化が比較的大きいＳＯＣ領域では上限値Ｂに下げる。モータ７に供給する電流の上限値が下がると、その分、モータ７のトルクが小さくなるが、二次電池９への負担が軽減される。

上限電流決定部１４は、ＳＯＣ推定部１３により推定されたＳＯＣが属するＳＯＣ領域を劣化度マップから特定し、そのＳＯＣ領域の劣化度が設定値より大きい場合、放電電流の上限値を下げる。デフォルトの上限電流値Ａが１．００Ｃに設定されている例を考える。ＳＯＣ推定部１３により推定されたＳＯＣが属するＳＯＣ領域の劣化度が設定値より大きい場合、上限電流決定部１４は上限電流値を１．００Ｃ（上限値Ａ）から例えば０．５０Ｃ（上限値Ｂ）に下げる。

図６（ｂ）及び図７（ｂ）に示した燃費向上および電池劣化抑制の両方を実現する上限電流値の決定方法を採用してもよい。上限電流決定部１４は、ＳＯＣ推定部１３により推定されたＳＯＣが属するＳＯＣ領域を劣化度マップから特定する。そして特定したＳＯＣ領域の劣化度および電池レートを参照して、劣化度が設定値を超えない範囲で、最大の電流レートを選択して上限電流値に設定する。この上限電流値の決定方法では、二次電池９の劣化を抑制しつつ、できるだけ大きい電流レートで放電できる。

以上、二次電池９からモータ７に電流を供給する放電時の上限電流値の決定方法について説明したが、モータ７から二次電池９に電流が回生する充電時の上限電流値の決定方法も同様の方法を用いることができる。図６（ｂ）に示す上限電流値の決定方法を用いる場合、より大きな電力を回収できるため二次電池９の容量不足を発生させにくくできる。結果的に、モータ７のアシスト機会の減少を抑制し、燃費向上につながる。

図２に戻る。パラメータ提供部１５は、ＨＶＥＣＵ２０のパラメータ要求・取得部２２からのパラメータ取得要求に応じて、指定されたパラメータ値をＨＶＥＣＵ２０に提供する。本実施の形態ではパラメータ値として、上限電流決定部１４により決定された上限電流値、および充電時および／または放電時の劣化度をＨＶＥＣＵ２０に提供する。当該劣化度は、ＳＯＣ推定部１３により推定されたＳＯＣ及び当該上限電流値に設定された電流レートの組み合わせ条件に対応する劣化度である。

ＨＶＥＣＵ２０の上限速度テーブル２１は、二次電池９の劣化度と、モータ７により車両の走行アシストを行う上限速度との関係を規定する。また上限速度テーブル２１は二次電池９の劣化度と、モータ７から電力回生を行う上限速度との関係を規定する。劣化度に対応する、走行アシスト時の上限速度（以下、力行上限速度という）と、電力回生時の上限速度（以下、回生上限速度という）は対称であってもよいし、非対称であってもよい。

図８は、上限速度テーブル２１の一例を示す図である。図８に示す上限速度テーブル２１は、力行上限速度と回生上限速度が非対称な例である。図８では説明を単純化するため、二次電池９の放電時の劣化度と充電時の劣化度をそれぞれ「大」、「中」、「小」の３つに分類している。力行上限速度が高いほうが、モータ７がアシストする機会が増えるためエンジン１の仕事量が低減し燃費が向上する。回生上限速度も高いほうが二次電池９の容量不足を抑制し、結果として燃費向上につながる。

この例で、回生上限速度のほうが力行上限速度より高く設定されているのは、二次電池９の容量不足をできるだけ回避するためである。例えば、外部からのプラグイン充電、及びエンジン回転に基づくオルタネータ発電電力の充電をしない二次電池９の場合は、二次電池９の容量不足を回避するため、回生充電の機会をできるだけ多くする必要がある。また、走行アシストによる消費電力と、減速時の発電電力が等しいと仮定できる場合でも、インバータ８での変換損失および配線損失を考慮すると、発電電力の充電のほうを、電力消費による放電より多くする必要がある。

図２に戻る。パラメータ要求・取得部２２は、トルク配分の決定および回生制御に先立ち電池ＥＣＵ１０に、二次電池９のパラメータ値を提供するよう要求する。本実施の形態では上述の上限電流値および劣化度を要求し、それらをパラメータ提供部１５から取得する。

上限速度決定部２３は、取得された劣化度をもとに上限速度テーブル２１を参照して、力行上限速度または回生上限速度を決定する。上述のように当該劣化度は、電池ＥＣＵ１０側で、推定されたＳＯＣをもとに劣化度テーブル１１を参照して特定されたものである。以下、具体例を挙げながら説明する。

図９は、燃費を向上させる上限速度の決定方法の第１例を示す図である。第１例は、力行上限速度と回生上限速度が非対称な例であり、力行上限速度のみを上げる例である。上限速度決定部２３は劣化度テーブル１１を参照して、電池ＥＣＵ１０から取得される放電時の劣化度が設定条件を満足する範囲で力行上限速度を上げる。例えば図８の上限速度テーブル２１を前提とし、電池ＥＣＵ１０から取得される放電時の劣化度が「小」に該当する場合のみ、力行上限速度を３５ｋｍ／ｈから４０ｋｍ／ｈに上げる。これによりモータ７によるアシスト機会が増え、エンジンの仕事量が低減し燃費が向上する。なお燃費向上をより重視する場合、電池ＥＣＵ１０から取得される放電時の劣化度が「中」に該当する場合でも力行上限速度を上げてもよい。ただし、電池ＥＣＵ１０から取得される放電時の劣化度が「大」に該当する場合は力行上限速度を上げない。

図１０は、燃費を向上させる上限速度の決定方法の第２例を示す図である。第２例も、力行上限速度と回生上限速度が非対称な例である。第２例では力行上限速度と回生上限速度の両方を上げる。上限速度決定部２３は劣化度テーブル１１を参照して、電池ＥＣＵ１０から取得される放電時の劣化度が設定条件を満足する範囲で力行上限速度を上げる。また上限速度決定部２３は劣化度テーブル１１を参照して、電池ＥＣＵ１０から取得される充電時の劣化度が設定条件を満足する範囲で回生上限速度を上げる。回生上限速度も上げることにより、二次電池９の容量不足を抑制し、結果として燃費向上につながる。

図１１は、燃費を向上させる上限速度の決定方法の第３例を示す図である。第３例は、力行上限速度と回生上限速度が対称な例であり、力行上限速度と回生上限速度の両方を上げる例である。上限速度決定部２３は劣化度テーブル１１を参照して、電池ＥＣＵ１０から取得される放電時の劣化度が設定条件を満足する範囲で力行上限速度を上げる。同様に上限速度決定部２３は劣化度テーブル１１を参照して、電池ＥＣＵ１０から取得される充電時の劣化度が設定条件を満足する範囲で回生上限速度を上げる。

図１２は、電池寿命を延ばす上限速度の決定方法の第１例を示す図である。第１例は、力行上限速度と回生上限速度が非対称な例であり、力行上限速度と回生上限速度の両方を下げる例である。上限速度決定部２３は劣化度テーブル１１を参照して、電池ＥＣＵ１０から取得される放電時の劣化度が設定条件を満足する範囲で力行上限速度を下げる。例えば図８の上限速度テーブル２１を前提とし、電池ＥＣＵ１０から取得される放電時の劣化度が「高」に該当する場合のみ、力行上限速度を３５ｋｍ／ｈから３０ｋｍ／ｈに下げる。これにより二次電池９への負担が軽減される。なお電池保護をより重視する場合、電池ＥＣＵ１０から取得される放電時の劣化度が「中」に該当する場合でも力行上限速度を下げてもよい。ただし、電池ＥＣＵ１０から取得される放電時の劣化度が「小」に該当する場合は力行上限速度を上げない。電池への負担が小さい場合、燃費向上効果も一定程度、確保する。

図１３は、電池寿命を延ばす上限速度の決定方法の第２例を示す図である。第２例は、力行上限速度と回生上限速度が対称な例であり、力行上限速度と回生上限速度の両方を下げる例である。上限速度決定部２３は劣化度テーブル１１を参照して、電池ＥＣＵ１０から取得される放電時の劣化度が設定条件を満足する範囲で力行上限速度を下げる。同様に上限速度決定部２３は劣化度テーブル１１を参照して、電池ＥＣＵ１０から取得される充電時の劣化度が設定条件を満足する範囲で回生上限速度を下げる。

図２に戻る。トルク配分決定部２４は、要求トルクに対するエンジントルクとモータトルクの配分を決定する。トルク配分決定部２４は、アクセルを制御する図示しないＥＣＵからアクセル開度を取得し、エンジンＥＣＵ３０からエンジン１の回転数を取得する。トルク配分決定部２４は、当該アクセル開度およびエンジン１の回転数から、運転者が要求する要求トルクを算出する。トルク配分決定部２４は、図示しないアシストマップを参照して、要求トルクに対するエンジントルクとモータトルクの最適配分を決定する。なお本明細書は、最適なトルク配分を実現する技術に注目したものではないため、トルク配分の具体的な説明は省略する。設計者は本出願時点で公知のトルク配分アルゴリズムのいずれかを任意に選択して採用できる。

トルク配分決定部２４は、要求トルクに対するエンジントルクとモータトルクの配分を決定する際、上述した放電時の上限電流値の制限に従う。具体的にはトルク配分決定部２４は、当該上限電流値に従う電流レートでモータ７を稼働した場合に得られるモータトルクを算出し、当該モータトルクと、トルク配分アルゴリズムにより配分したモータトルクを比較する。前者が後者より小さい場合、モータ７に配分すべきモータトルクを前者に置き換える。この場合トルク配分決定部２４は、エンジン１に配分すべきエンジントルクに、置き換え前後のモータトルクの差分を加算する。

またトルク配分決定部２４は、要求トルクに対するエンジントルクとモータトルクの配分を決定する際、上述した力行上限速度の制限にも従う。具体的にはトルク配分決定部２４は、車速センサから得られる車両速度が力行上限速度を超える場合、モータ７に配分すべきモータトルクをゼロにする。

トルク配分決定部２４は、決定したエンジントルクをエンジンＥＣＵ３０に送信する。エンジンＥＣＵ３０は、ＨＶＥＣＵ２０から受信したエンジントルクを、エンジンスロットル開度に変換し、エンジンスロットルを制御する。トルク配分決定部２４は、上述した放電時の上限電流値を、インバータ８に含まれる駆動回路に送信する。当該駆動回路は、ＨＶＥＣＵ２０から受信した上限電流値をもとに、インバータ８に含まれるスイッチング素子（例えば、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ）の駆動信号を生成する。例えば当該駆動回路は、スイッチング素子のデューティ比、または同一アームを構成するスイッチング素子間の位相差を制御して、二次電池９からモータ７に取り出す電力量を調整する。

トルク配分決定部２４は、アクセルを制御する図示しないＥＣＵから車両走行中にアクセル開度がゼロになった信号を受信すると、上述した充電時の上限電流値を、インバータ８に含まれる駆動回路に送信する。当該駆動回路は、ＨＶＥＣＵ２０から受信した上限電流値をもとに、インバータ８に含まれるスイッチング素子の駆動信号を生成する。これによりモータ７から二次電池９に取り出す電力量を調整する。

トルク配分決定部２４は回生制御時、上述した回生上限速度の制限に従う。具体的にはトルク配分決定部２４は、車速センサから得られる車両速度が回生上限速度を超える場合、インバータ８に遮断信号を送信して、モータ７から二次電池９への回生を遮断する。

図１４は、本発明の実施の形態に係る電池ＥＣＵ１０の動作を示すフローチャートである。パラメータ提供部１５は、ＨＶＥＣＵ２０からパラメータ取得要求を受信する（Ｓ１０）。監視データ取得部１２は、二次電池９から監視データとして電圧値、電流値および温度値を取得する（Ｓ１１）。監視データ取得部１２は当該監視データをもとに二次電池９の現在のＳＯＣを推定する（Ｓ１２）。上限電流決定部１４は、推定されたＳＯＣ及び二次電池９の温度値をもとに、劣化度マップを参照して上限電流値を決定する（Ｓ１３）。パラメータ提供部１５は、決定された上限電流値と、決定した条件下での劣化度をパラメータとしてＨＶＥＣＵ２０に送信する（Ｓ１４）。

図１５は、本発明の実施の形態に係るＨＶＥＣＵ２０の動作を示すフローチャートである。パラメータ要求・取得部２２は、電池ＥＣＵ１０にパラメータ取得要求を送信する（Ｓ２０）。パラメータ要求・取得部２２は、電池ＥＣＵ１０からパラメータとして、上述の上限電流値および劣化度を取得する（Ｓ２１）。

モータ７で走行アシストすべき状況では（Ｓ２２のア）、上限速度決定部２３は、取得された放電時の劣化度をもとに、上限速度テーブル２１を参照して力行上限速度を決定する（Ｓ２３）。トルク配分決定部２４は、取得された放電時の上限電流値および決定された力行上限速度の範囲内で、要求トルクに対するエンジントルクとモータトルクの配分を決定する（Ｓ２４）。トルク配分決定部２４は決定した配分に応じて、エンジンＥＣＵ３０及びインバータ８のそれぞれに制御信号を送信する（Ｓ２５）。

モータ７で回生発電すべき状況では（Ｓ２２の回）、上限速度決定部２３は、取得された充電時の劣化度をもとに、上限速度テーブル２１を参照して回生上限速度を決定する（Ｓ２６）。トルク配分決定部２４は、取得された充電時の上限電流値および決定された回生上限速度の範囲内で充電条件を決定する（Ｓ２７）。トルク配分決定部２４は決定した充電条件に応じてインバータ８に制御信号を送信する（Ｓ２８）。

以上説明したように本実施の形態によれば、二次電池９の劣化度マップをもとに上限電流および／または上限速度を決定するため、二次電池９の劣化抑制または燃費向上を実現できる。また、その両方をバランスよく実現することもできる。

上述の上限電流および／または上限速度の決定処理において、燃費向上を重視する設定（以下、燃費重視モードという）、電池寿命を重視する設定（以下、電池重視モードという）、及び両方の要請を取り入れた設定（以下、バランスモードという）を説明した。これら燃費重視モード、電池重視モード及びバランスモードのいずれを選択するかを、運転者から指定できる設計を採用してもよい。また二次電池９の劣化状況や運転者の走行パターンにより、電池ＥＣＵ１０またはＨＶＥＣＵ２０がモードを選択する設計を採用してもよい。

図１６は、モード選択方法の第１例を説明するためのフローチャートである。第１例は、運転者がモードを選択できる例である。運転者は例えばダッシュボード上のユーザインタフェースを操作してモードを選択する。ＨＶＥＣＵ２０は、ユーザインタフェースを制御するＥＣＵからモード選択信号を受信すると上限速度決定部２３に、選択されたモードを設定する（Ｓ４１）。ＨＶＥＣＵ２０は、選択されたモードへの切替指示を電池ＥＣＵ１０に送信し（Ｓ４２）、電池ＥＣＵ１０は上限電流決定部１４に、選択されたモードを設定する。

図１７は、モード選択方法の第２例を説明するためのフローチャートである。第２例は、二次電池９の劣化を考慮してモードを切り替える例である。第２例は、電池ＥＣＵ１０が二次電池９の累積充放電回数を記録していることを前提とする。電池ＥＣＵ１０は、二次電池９の累積充放電回数が所定の閾値を超えると（Ｓ５０のＹ）、上限電流決定部１４に電池重視モードを設定する（Ｓ５１）。燃費重視モード又はバランスモードが設定されている場合は電池重視モードに変更し、電池重視モードに設定されている場合はその設定を維持する。電池ＥＣＵ１０は、電池重視モードへの切替指示をＨＶＥＣＵ２０に送信し（Ｓ５２）、ＨＶＥＣＵ２０は上限速度決定部２３に電池重視モードを設定する。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。こられ実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

上述の実施の形態では電池ＥＣＵ１０でＳＯＣ推定処理、上限電流決定処理を行い、ＨＶＥＣＵ２０で上限速度決定処理、トルク配分処理、インバータ８の制御を行った。これらの各処理の分担は一例であり、これらの処理を電池ＥＣＵ１０とＨＶＥＣＵ２０で任意に分担できる。また電池ＥＣＵ１０とＨＶＥＣＵ２０を一体化したＥＣＵを用いて、当該ＥＣＵでこれらの処理を一括で行ってもよい。

また上述の実施の形態では上限電流および上限速度による制限処理を両方実施する例を説明したが、それらの一方だけを実施してもよい。上限電流による制限処理のみを実施する場合、上限速度テーブル２１及び上限速度決定部２３は不要である。一方、上限速度による制限処理のみを実施する場合、劣化度テーブル１１及び上限電流決定部１４は不要である。

また上述の実施の形態では劣化度マップに、複数種類の電流レートごとの劣化度を記述する例を説明した。この点、電流レートは１種類であってもよい。この場合、推定されたＳＯＣによりＳＯＣ領域が特定されると、二次電池９の劣化度が一意的に特定されることになる。

また上述の実施の形態では劣化度テーブル１１に、ＳＯＣ領域ごとの劣化度を記述する例を説明した。この点、劣化度テーブル１１の代わりにグラフや数式などで当該劣化度を記述してもよい。上限電流決定部１４は、これらのいずれかにより記述された劣化度を第一の関連データとして参照し、上限電流値を決定する。

また上述の実施の形態では上限速度テーブル２１に、劣化度と上限速度の関連付けを記述する例を説明した。この点、上限速度テーブル２１の代わりにグラフや数式などで当該劣化度と上限速度の関連付けを記述してもよい。上限速度決定部２３は、これらのいずれかにより記述された劣化度と上限速度の関連付けを第二の関連データとして参照し、上限速度を決定する。

なお、実施の形態は、以下の項目によって特定されてもよい。

［項目１］
二次電池９を規定の電流レートで充電または放電した場合の前記二次電池９の劣化度を記述した第一の関連データであり、前記二次電池９のＳＯＣ（State Of Charge）範囲を複数領域に分割した複数のＳＯＣ領域ごとに前記劣化度をそれぞれ記述した第一の関連データと、
前記二次電池９から監視データを取得する監視データ取得部１２と、
取得された監視データをもとに、前記二次電池９のＳＯＣを推定するＳＯＣ推定部１３と、
推定されたＳＯＣと、目標とすべき劣化度をもとに前記第一の関連データを参照して、充電時または放電時の電流レートとすべき上限電流値を決定する上限電流決定部１４と、
を備えることを特徴とする制御システム。
これにより、二次電池９の劣化を抑制できる。
［項目２］
前記上限電流決定部１４は、前記ＳＯＣ推定部１３により推定されたＳＯＣが属するＳＯＣ領域の劣化度が第１設定値より大きい場合、前記上限電流値を下げることを特徴とする項目１に記載の制御システム。
これにより、二次電池９の劣化を抑制できる。
［項目３］
前記上限電流決定部１４は、前記ＳＯＣ推定部１３により推定されたＳＯＣが属するＳＯＣ領域の劣化度が第２設定値より小さい場合、前記上限電流値を上げることを特徴とする項目１または２に記載の制御システム。
これにより、二次電池９の劣化を抑制しつつ、二次電池９から電力供給を受ける負荷のトルクを増大させることができる。
［項目４］
前記第一の関連データは、前記二次電池９のＳＯＣ範囲を複数領域に分割した複数のＳＯＣ領域ごとに、複数種類の電流レートで充電または放電した場合の劣化度をそれぞれ記述しており、
前記上限電流決定部１４は、前記ＳＯＣ推定部１３により推定されたＳＯＣが属するＳＯＣ領域の劣化度および電流レートを参照して、前記劣化度が第３設定値を超えない範囲で、最大の電流レートを選択して前記上限電流値に設定することを特徴とする項目１に記載の制御システム。
これにより、二次電池９を劣化を抑制しつつ負荷のトルクを最適化できる。
［項目５］
前記第一の関連データは、複数の温度区分ごとに設けられ、
前記監視データ取得部１２は、前記二次電池９から前記二次電池９の温度を取得し、
前記上限電流決定部１４は、取得された温度をもとに、参照する第一の関連データを選択することを特徴とする項目１から４のいずれかに記載の制御システム。
これにより、上限電流値をより最適に設定できる。
［項目６］
前記制御システム４０は、車両走行用のモータ７に電力を供給するための二次電池９を制御し、
前記二次電池９の劣化度と、前記モータ７により車両１００の走行アシストを行う上限速度との関係を関連付けした第二の関連データと、
前記推定されたＳＯＣをもとに前記第一の関連データを参照して特定された劣化度をもとに、前記第二の関連データを参照して、前記モータ７による走行アシストを行う上限速度を決定する上限速度決定部２３と、
をさらに備えることを特徴とする項目１から５のいずれかに記載の制御システム。
これにより、二次電池９の劣化を考慮した最適なアシスト上限速度を決定できる。
［項目７］
前記モータ７は、車両減速時に減速エネルギーにより発電し、
前記第二の関連データは、前記二次電池９の劣化度と、前記モータ７から電力回生を行う上限速度との関係をさらに規定し、
前記上限速度決定部２３は、推定されたＳＯＣをもとに前記第一の関連データを参照して特定された劣化度をもとに、前記第二の関連データを参照して、前記モータ７から電力回生を行う上限速度を決定することを特徴とする項目６に記載の制御システム。
これにより、二次電池９の劣化を考慮した最適な回生上限速度を決定できる。
［項目８］
車両走行用７のモータに電力を供給するための二次電池９を制御する制御システムであって、
前記二次電池９を規定の電流レートで充電または放電した場合の前記二次電池９の劣化度を記述した第一の関連データであり、前記二次電池９のＳＯＣ範囲を複数領域に分割した複数のＳＯＣ領域ごとに前記劣化度をそれぞれ記述した第一の関連データと、
前記二次電池９の劣化度と、前記モータ７により車両１００の走行アシストを行う上限速度との関係を関連付けした第二の関連データと、
前記二次電池９から監視データを取得する監視データ取得部１２と、
取得された監視データをもとに、前記二次電池９のＳＯＣを推定するＳＯＣ推定部１３と、
前記推定されたＳＯＣをもとに前記第一の関連データを参照して劣化度を特定し、当該劣化度をもとに前記第二の関連データを参照して、前記モータ７による走行アシストの上限速度を決定する上限速度決定部２３と、
を備えることを特徴とする制御システム。
これにより、二次電池９の劣化を考慮した最適なアシスト上限速度を決定できる。
［項目９］
車両走行用のモータ７に電力を供給するための二次電池９と、
前記二次電池９を制御する項目１から５のいずれかに記載の制御システム４０と、
を備えることを特徴とする車両用電源装置５０。
これにより、二次電池９の劣化抑制または負荷のトルク増大を実現できる。

１００車両、１エンジン、２クラッチ、３変速機、４車輪、５回転軸、６デフ、７モータ、８インバータ、９二次電池、１０電池ＥＣＵ、２０ＨＶＥＣＵ、３０エンジンＥＣＵ、４０車両駆動制御システム、５０電源装置、１１劣化度テーブル、１２監視データ取得部、１３ＳＯＣ推定部、１４上限電流決定部、１５パラメータ提供部、２１上限速度テーブル、２２パラメータ要求・取得部、２３上限速度決定部、２４トルク配分決定部。

本発明は、車両に搭載される二次電池の制御に利用可能である。

Claims

二次電池を規定の電流レートで充電または放電した場合の前記二次電池の劣化しやすさの指標である劣化度を記述した第一の関連データであり、前記二次電池のＳＯＣ（State Of Charge）範囲を複数領域に分割した複数のＳＯＣ領域ごとに前記劣化度をそれぞれ記述した第一の関連データと、
前記二次電池から監視データを取得する監視データ取得部と、
取得された監視データをもとに、前記二次電池のＳＯＣを推定するＳＯＣ推定部と、
推定されたＳＯＣと、目標とすべき前記劣化度をもとに前記第一の関連データを参照して、充電時または放電時の電流レートとすべき上限電流値を決定する上限電流決定部と、
を備えることを特徴とする制御システム。
前記上限電流決定部は、前記ＳＯＣ推定部により推定されたＳＯＣが属するＳＯＣ領域の前記劣化度が第１設定値より大きい場合、前記上限電流値を下げることを特徴とする請求項１に記載の制御システム。
前記上限電流決定部は、前記ＳＯＣ推定部により推定されたＳＯＣが属するＳＯＣ領域の前記劣化度が第２設定値より小さい場合、前記上限電流値を上げることを特徴とする請求項１または２に記載の制御システム。
前記第一の関連データは、前記二次電池のＳＯＣ範囲を複数領域に分割した複数のＳＯＣ領域ごとに、複数種類の電流レートで充電または放電した場合の前記劣化度をそれぞれ記述しており、
前記上限電流決定部は、前記ＳＯＣ推定部により推定されたＳＯＣが属するＳＯＣ領域の前記劣化度および電流レートを参照して、前記劣化度が第３設定値を超えない範囲で、最大の電流レートを選択して前記上限電流値に設定することを特徴とする請求項１に記載の制御システム。
前記第一の関連データは、複数の温度区分ごとに設けられ、
前記監視データ取得部は、前記二次電池から前記二次電池の温度を取得し、
前記上限電流決定部は、取得された温度をもとに、参照する第一の関連データを選択することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の制御システム。
前記制御システムは、車両走行用のモータに電力を供給するための二次電池を制御し、
前記二次電池の前記劣化度と、前記モータにより車両の走行アシストを行う上限速度との関係を関連付けした第二の関連データと、
前記推定されたＳＯＣをもとに前記第一の関連データを参照して特定された前記劣化度をもとに、前記第二の関連データを参照して、前記モータによる走行アシストを行う上限速度を決定する上限速度決定部と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の制御システム。
前記モータは、車両減速時に減速エネルギーにより発電し、
前記第二の関連データは、前記二次電池の前記劣化度と、前記モータから電力回生を行う上限速度との関係をさらに規定し、
前記上限速度決定部は、推定されたＳＯＣをもとに前記第一の関連データを参照して特定された前記劣化度をもとに、前記第二の関連データを参照して、前記モータから電力回生を行う上限速度を決定することを特徴とする請求項６に記載の制御システム。
車両走行用のモータに電力を供給するための二次電池を制御する制御システムであって、
前記二次電池を規定の電流レートで充電または放電した場合の前記二次電池の劣化しやすさの指標である劣化度を記述した第一の関連データであり、前記二次電池のＳＯＣ（State Of Charge）範囲を複数領域に分割した複数のＳＯＣ領域ごとに前記劣化度をそれぞれ記述した第一の関連データと、
前記二次電池の前記劣化度と、前記モータにより車両の走行アシストを行う上限速度との関係を関連付けした第二の関連データと、
前記二次電池から監視データを取得する監視データ取得部と、
取得された監視データをもとに、前記二次電池のＳＯＣを推定するＳＯＣ推定部と、
前記推定されたＳＯＣをもとに前記第一の関連データを参照して前記劣化度を特定し、当該劣化度をもとに前記第二の関連データを参照して、前記モータによる走行アシストの上限速度を決定する上限速度決定部と、
を備えることを特徴とする制御システム。
車両走行用のモータに電力を供給するための二次電池と、
前記二次電池を制御する請求項１から５のいずれかに記載の制御システムと、
を備えることを特徴とする車両用電源装置。