JPH10341505A

JPH10341505A - 電気自動車の制御装置

Info

Publication number: JPH10341505A
Application number: JP16356397A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Saito; 和男齋藤
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1997-06-06
Filing date: 1997-06-06
Publication date: 1998-12-22

Abstract

(57)【要約】【課題】リチウムイオン二次電池を電源とする電気自
動車において、外気温が高い時でも電池の残容量を無駄
なく使って航続距離を確保する。【解決手段】電池表面温度Ｔbmaxの温度上昇率ΔＴ／
Δτから平均出力Ｐaveを算出しこれによる予測電力量
より実際の残容量Ｃr が大きいとき、残容量Ｃrの全て
を放電しきるまでの目標平均出力Ｐcal を算出する（ス
テップ１０１〜１０６）。そして演算時点での出力可能
パワーＰmax が目標平均出力Ｐcal より大きければ、こ
の目標平均出力に向かって段階的に電池の出力制限を行
う（ステップ１０７〜１１１）。これにより、温度によ
り出力制限を行う時期が遅らすことができ、その分だけ
通常走行が可能になって航続距離が延びる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、リチウムイオン二
次電池を駆動電源とし、さらには電池を冷却する電池冷
却ファンを備える電気自動車におけるこれら電池あるい
は電池冷却ファンの制御を行なう電気自動車の制御装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】リチウムイオン二次電池は電池内部温度
がある限界温度以上になると、内圧の上昇、電解液の分
解等が発生し不安定な状態になるので、その臨界温度を
超えないように精度よく温度制御する必要がある。リチ
ウムイオン二次電池を搭載した電気自動車において、精
度よく温度制御を行う必要がある場合とは、（１）外気
温が非常に高くかつ放電深度が深い状態で設計時に想定
されていないほどに高負荷走行が行われた場合、（２）
外気温が非常に高いが、渋滞や街路走行等の低負荷走行
が行われている場合、更には（３）外気温が高くて放電
深度も深く、非常に低負荷で走行が行われている場合等
である。

【０００３】上記（１）の場合に対しては、現在の電池
温度上昇率から高々数秒から数十秒先の電池温度を予測
し、その温度に対して放電可能な電池出力で制限するこ
とによって、電池温度が使用上限温度を超えないように
制御する従来方法があった。ところが、この従来方法に
よれば、例えば真夏の日中に放電深度が深い状態で設計
時に想定しないような高負荷走行を行うと、電池温度が
急激に上昇するため、電池内部が臨界温度を超えないよ
うに電池の出力を単純に制限してしまい、まだ電池容量
が残っているにもかかわらず、のろのろ運転しかできな
いような走行状態に陥り、運転者に不満や不快感が生じ
るという問題があった。

【０００４】また上記（２）と（３）の場合に対する従
来の電池温度による冷却ファン制御は、例えば次のよう
に行われる。すなわち、図１２に示されるように、第１
の設定温度Ｔｉから冷却ファンを最小出力で駆動し始
め、第２の設定温度Ｔｆｕｌ以上になったら最大出力で
駆動する。そして温度降下時には第３の設定温度Ｔｈま
で駆動させ、ヒステリシスを持たせるように制御するも
のである。このため、従来の制御では、冷却ファンを駆
動しなくても電池温度が使用上限温度に達しないような
走行状態においても、設定温度以上であれば冷却ファン
が駆動され、無駄な電力を消費するという問題があっ
た。

【０００５】また、一般に電気自動車に搭載されるリチ
ウムイオン二次電池は、複数の電池モジュールで組電池
を構成している。例えば、図２に示すような８本の円筒
型の電池セル２’から成る電池モジュール２を複数個並
べて組電池として構成している。（ａ）は斜視図、
（ｂ）は断面図である。なお、図２（ａ）及び（ｂ）に
おいて、９はセルコントローラ、１０は冷却孔である。
ところで、このような構成にした場合、スペースやレイ
アウト上の制約により、冷却ファン駆動時に冷却風が完
全に均等には流れず、電池間に温度差が発生する。すな
わち、図１３に示すように、横軸をセル位置、縦軸を電
池温度上昇ΔＴとし、冷却風を矢印のようにセル位置の
左側から右側に流した場合に、セルの温度上昇は冷却風
の上流側から下流側にゆくに従って低くなる。また、上
段のセルよりも下段のセルの温度上昇は低い。このよう
な温度差が生じた状態で長時間使用し続けると、電池の
劣化を促進させるという問題がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明が
解決しようとする第１の課題は、外気温が非常に高く且
つ放電深度が深い状態で設計時に想定されていない程の
高負荷走行が行われた場合に、未だ電池の容量が残って
いるにもかかわらず、のろのろ運転しかできないような
走行状態を防止して、航続距離を確保するようにするこ
とである。

【０００７】本発明が解決しようとする第２の課題は、
外気温が非常に高く且つ放電深度が浅い状態で渋滞や街
路走行等の低負荷走行が行われている場合に、無駄な電
力を消費しないようにし、且つ組電池として構成された
リチウムイオン二次電池の電池間温度差の発生を抑える
ように電池冷却ファンを制御することにより、リチウム
イオン二次電池の電池劣化を抑制することである。

【０００８】更に、本発明が解決しようとする第３の課
題は、外気温が高くて放電深度も深く、非常に低負荷で
走行が行われている場合にも、無駄な電力を消費しない
ようにして航続距離を確保するようにし、且つ組電池と
して構成されたリチウムイオン二次電池の電池間温度差
の発生を抑えるように電池冷却ファンを制御することに
より、リチウムイオン二次電池の電池劣化を抑制するこ
とである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】第１の課題を解決するた
めに、本発明は、リチウムイオン二次電池を駆動電源と
する電気自動車において、その電池表面温度を検出する
温度検出器を備え、電池表面温度に基づく出力制限を含
む制御を行う制御装置であって、放電深度が設定深度以
上である場合に電池温度上昇率と放電深度とから電池の
平均出力を求める平均出力算出手段と、この平均出力で
走行するとして電池表面温度により出力制限がかかり始
めるまでに使用する予測電力量を算出する予測電力量算
出手段と、電池の残容量を演算して求める残容量演算手
段と、この残容量が予測電力量よりも大きい場合に残容
量と現在の電池表面温度とから残容量を全て放電しきる
までの電池温度上昇率を算出し、この電池温度上昇率に
対応した目標平均出力を算出する目標平均出力算出手段
と、この目標平均出力に向かって段階的に電池出力の制
限を行なう電池出力制限手段とを有するものとした。

【００１０】すなわち、放電深度が設定深度以上に深い
状態では単位時間当たりの電池温度上昇（電池温度上昇
率）が放電深度に対する二次式で近似され且つその時の
電池平均出力に１対１に対応することを利用して、演算
された電池の残容量と温度検出器による現在の電池表面
温度から、残容量全てを放電しきるまでの目標平均出力
を算出して、この目標平均出力に向かって段階的に電池
出力を制限するものとした。これによって電池の温度上
昇が和らげられ、電池の出力制限時期が遅れ、電気自動
車の航続距離が延びる。

【００１１】第２の課題を解決するために、本発明にお
いては、電池温度上昇率が温度上昇率設定値よりも高く
且つ平均車速が最低車速設定値より高いと判断された場
合には従来の温度によるファン制御を行うが、それ以外
の場合には電池冷却ファンを停止するようにした。これ
によって、無駄な電力消費が無くなる。

【００１２】第３の課題を解決するために、残容量と温
度検出器による現在の電池表面温度から、残容量全てを
放電しきる電池温度上昇率となる作動開始放電深度を算
出して、この作動開始放電深度に達するまでは電池冷却
ファンを停止させ、その後は電池冷却ファンを起動し
て、電池の使用上限温度までに残容量を放電しきるよう
に電池冷却ファンを制御するものとした。これによっ
て、無駄な電力消費が無くなり、同時に電池の構造的要
因から生じる冷却時の電池間温度差の発生が減少する。
更に、電池の残容量が無駄なく使用されるから、電気自
動車の航続距離が延びる。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１は本発明が適用される電気自
動車の主要構成部分の一例を示す。リチウムイオン二次
電池は複数のモジュール２により組電池１として構成さ
れ、バッテリーケース５内に配置されている。各モジュ
ール２には電池表面温度検出器３がぞれぞれ設置されて
いる。電池表面温度検出器３で検出された信号、即ち電
池表面温度信号はバッテリーコントローラ４に入力され
る。バッテリーケース５の端部には電池冷却ファン６が
設置されており、これによって組電池１として構成され
たリチウムイオン二次電池は冷却風を受けるような構成
になっている。冷却風の代わりに冷却水を用いてもよ
い。この場合、冷却水通路が設けられ、ポンプで冷却水
を送水するように構成される。バッテリーコントローラ
４は、電池の電圧、電流、温度等を常に監視し、そのと
き出力可能な電池出力を演算して、モータコントローラ
８へ信号を送りモータ７を制御する。バッテリーコント
ローラ４は、更に、電池冷却ファン６の制御を行うとと
もに、その他の電池の充放電等に係わる全ての制御を行
う。

【００１４】図３は第１の実施例として、主としてバッ
テリーコントローラ４における制御動作の流れを示すフ
ローチャートである。この実施例は第１の課題に対処す
るもので、とくに、電池表面温度のうち最も高いものが
例えば２０℃以上で放電深度ＤＯＤが５０％以上のとき
に、有効に出力制限時期を遅らせ航続距離を確保するの
に適している。

【００１５】まず、ステップ１０１で、電池表面温度検
出器３により電池表面温度Ｔb が適当なサンプリングタ
イムτsam 毎に検出される。ステップ１０２では、或る
時間ｎにおける温度上昇率（ΔＴ／Δτ）n がバッテリ
ーコントローラ４内のメモリに蓄積される。或る時間ｎ
における温度上昇率（ΔＴ／Δτ）n は、下記の式
（１）に従って、バッテリーコントローラ４が演算を行
って算出する。（ΔＴ／Δτ）n ＝（Ｔbmax*n−Ｔbmax*n-1）／τsam （１）ここにＴbmax*nは或る時間ｎに同時に検出された電池表
面温度のうちの最も高い電池表面温度を、Ｔbmax*n-1は
それより１回前の時間（ｎ−１）に検出された電池表面
温度のうちの最も高い電池表面温度をそれぞれ表す。式
（１）による電池温度上昇率の演算、及び演算結果のメ
モリへの蓄積はサンプリングタイムτsam 毎に行われ、
これが適当な回数Ｋ回繰り返し行われる。

【００１６】ステップ１０３では、図３に示すようにバ
ッテリーコントローラ４内のメモリに蓄積されたＫ個の
（ΔＴ／Δτ）n を横軸ＤＯＤ、縦軸ΔＴ／Δτと考え
てプロットした実際の走行時のサンプリングデータを二
次近似し、ＤＯＤをパラメータとする二次式の係数を求
め、更に所定の手順を経て平均出力Ｐave を誘導する。
つまり、或る冷却ファン出力で冷却風が流れているとき
にサンプリングした或るＤＯＤでの温度上昇率（ΔＴ／
Δτ）n を二次近似して求めた二次式の係数を、予め与
えられているテーブルの数字と比較して、Ｋ回のサンプ
リングが行われた時間（τsam ×Ｋ）での平均的な出力
Ｐave が求められるのである。なお、テーブルの数字と
数字の間の数値は直線補間によって求められる。

【００１７】ステップ１０３について、図４を参照しな
がら更に詳細に説明する。図の曲線は或る冷却状態での
或る出力時の電池温度特性曲線で、多数の×点は実際の
走行時のサンプリングデータを示す。図４から明らかな
ように、電池温度特性曲線は放電深度ＤＯＤが５０％以
降はほぼ二次曲線に近似したカーブを描いている。即
ち、リチウムイオン二次電池においては、Ｔbmaxが２０
℃以上、ＤＯＤが設定深度５０％以上の領域で、ΔＴ／
ΔτがＤＯＤをパラメータとする下記の二次式（２）で
近似できる。 ΔＴ／Δτ＝Ａ×Ｂ×（ＤＯＤ）²＋Ｃ×（ＤＯＤ）＋Ｄ（２）ここにＡは電池の出力によって決まる係数、Ｂは電池冷
却手段の作用によって決まる係数、ＣとＤは電池の発熱
特性によって決まる係数である。これらの係数の内、Ｃ
とＤは電池特性から予め定まる定数である。また、Ａは
電池出力に対応し、Ｂは電池冷却手段の作用（例えば冷
却ファン出力）に対応してそれぞれ一義的に定まり、図
５に示すようにテーブルとして与えられている。

【００１８】更に、ＤＯＤは予め電池特性から開放電圧
に対して一義的に与えられており、図６に示すように、
適当な電流域に対してサンプリングされた電圧と電流
を、横軸電流、縦軸電圧として一次近似した電圧軸の切
片として与えられる電池開放電圧ＥO から演算される。
ここで、図６の直線の傾きが電池の内部抵抗Ｒとなり、
この直線の延長線が電圧軸と交差する点が電池開放電圧
ＥO となる。なお、これらの電圧、電流の測定は、図示
されていない電圧検出器と電流検出器により行われ、実
際にサンプリングされた値が図６に複数の×点で示され
ている。

【００１９】ステップ１０４では、平均出力Ｐave で走
行が続くと仮定して、出力制限がかかり始める電池温度
と現在の電池表面温度の中の最も高い電池表面温度との
差、すなわちΔＴlim ＝（Ｔlim −Ｔbmax）だけ温度上
昇するのに費やす時間τlimが、先に求めたΔＴ／Δτ
に対するＤＯＤの二次式から逆算される。更に、電池温
度により出力制限がかかり始めるまでに使用する予測電
力量が、平均出力と電池温度により出力制限がかかり始
めるまでの時間との積（Ｐave ×τlim ）で与えられ
る。

【００２０】電池の実際の残容量Ｃr の算出要領は次の
ように行われる。放電深度ＤＯＤの演算時に用いた図６
による電池開放電圧ＥO と内部抵抗Ｒとにより、演算時
点での出力可能パワーＰmax が車両の使用下限出力Ｐlo
w における使用下限電圧Ｅlow に対して下記の式（３）
で与えられる。Ｐmax ＝Ｅlow ×（ＥO −Ｅlow ）／Ｒ（３）

【００２１】このＰmax を電池出力の上限として車両の
走行を制御する。リチウムイオン二次電池においては、
図７に示されるように、Ｐmax に対し放電電力量が一義
的に与えられるという特性を持っている。これを利用す
ることにより、電力積算による放電電力量とＰmax に対
応する放電電力量とを、電池状態によりそれぞれ重み付
けて放電量を演算し、満充電状態のフル容量から現在の
放電量を差し引くことで、精度良く残容量Ｃr が求めら
れる。

【００２２】ステップ１０５では、バッテリーコントロ
ーラ４により演算された電池の残容量Ｃr が電池温度に
より出力制限がかかり始めるまでに使用する予測電力量
と比較され、比較結果に従って次の２つのステップへと
それぞれ進むことになる。

【００２３】ステップ１０５での比較の結果、バッテリ
ーコントローラ４により演算された電池の残容量Ｃr が
電池温度により出力制限がかかり始めるまでの予測電力
量（Ｐavｅ〓×τlim ）よりも大きければステップ１０
６に進む。ステップ１０６では、電池の残容量Ｃr を電
池温度による出力制限なしに放電しきるための温度上昇
率ΔＴ／Δτを求め、それに対応する平均出力を逆算し
目標平均出力Ｐcal を算出する。続いてステップ１０７
では、演算時点での出力可能パワーＰmax が前のステッ
プ１０６で算出された目標平均出力Ｐcal と比較され、
Ｐmax がＰcal と等しいか又はそれより小さい場合には
最初のステップ１０１に戻る。Ｐmax がＰcal より大き
い場合にはステップ１０８に進む。

【００２４】ステップ１０８では、下記の式（４）に従
った演算が行われる。Ｐlim ＝Ｐmax ×（Ｐcal ／Ｐmax ）(1/m) （４）ここでＰlim は演算制限出力、ｍは演算の繰り返し回数
であり、その数並びに繰り返しの間隔は電池特性によっ
て定まる。但し、Ｐcal はｍ回で制限されるため、ｍの
繰り返し中の温度上昇分を含めて実際の演算値よりも小
さめの値を用いる。また、この演算はＰmax ＞Ｐcal の
条件でのみ行われ、演算途中でＰmax ≦Ｐcal となった
り、残容量Ｃr が先にゼロになったりした場合には、ｍ
回の繰り返しはリセットされ、再び温度上昇率のサンプ
リングから演算を繰り返す。

【００２５】ステップ１０８に続くステップ１０９で
は、式（４）の演算がｍ回繰り返されたか否かがチェッ
クされる。その結果、ＹＥＳなら最初のステップ１０１
に戻り、ＮＯならばステップ１１０に進む。ステップ１
１０では、Ｐmax とＰcal が再度比較され、Ｐmax がＰ
cal と等しいか又はそれより小さい場合には最初のステ
ップ１０１に戻り、Ｐmax がＰcal より大きい場合には
ステップ１１１に進む。ステップ１１１では演算時点で
の出力可能パワーＰmax が車両の使用下限出力Ｐlow と
比較されるが、Ｐmax がＰlow より小さければ制御動作
を終了する。Ｐmax がＰlow と等しいかそれよりも大き
ければ、ステップ１０８に戻る。

【００２６】一方、ステップ１０５での比較の結果、バ
ッテリーコントローラ４により演算された電池の残容量
Ｃr が電池温度により出力制限がかかり始めるまでの予
測電力量（Ｐave ×Ｔlim ）よりも小さければステップ
１１２へ進む。ステップ１１２では、電池の残容量Ｃr
がゼロか否かをチェックし、ゼロでなければ最初のステ
ップ１０１に戻り、ゼロならば制御動作を終了する。

【００２７】ここで上記のフローにおけるステップ１０
１〜１０３が発明の平均出力算出手段を構成し、ステッ
プ１０４が予測電力量算出手段を、ステップ１０５、１
０６が残容量演算手段および目標平均出力算出手段を、
そして、ステップ１０７〜１１１が電池出力制限手段を
構成している。

【００２８】以上説明したように、本実施例では、放電
深度が設定深度が例えば５０％以上と深く、設計時に想
定されていない程の高負荷走行が行われて電池温度が急
激に上昇し、実際には未だ容量が残っているにもかかわ
らず電池の出力が制限され車両の走行が殆ど不可能にな
ることが予測されるような場合に、その時の電池の状態
に対応して、残容量を放電しきることが可能な電池温度
上昇率となる平均出力を精度よく予測し、その制限出力
まで段階的に電池の出力制限を行うように制御するもの
である。

【００２９】本実施例の制御装置の作用効果をさらに説
明する。図８は、真夏に連続登坂のような高負荷走行し
た場合の温度上昇曲線の一例を示す。例えば、外気温度
が３５℃以上で箱根ターンパイクを５０〜６０ｋｍ／ｈ
で連続登坂走行するような高負荷走行状況においては、
容量がフルからエンプティまで走行した場合に、電池温
度が２０℃程度上昇するような性能の電池と電池冷却手
段との組合せであったとき、未だ容量が残っているにも
かかわらず電池温度による出力制限が行われ、この時点
τ1 から車両はのろのろ走行しかできなくなってしま
う。この時点τ1 は、図８において、温度上昇曲線が出
力制限開始温度Ｔlim と交差する点に対応する時間軸の
値である。そして、この時点τ1 における電池の放電深
度ＤＯＤは７０％程度である。

【００３０】本実施例では、上記のような外気温度と高
負荷走行時に、電池の放電深度ＤＯＤが深い設定深度、
例えば５０％以降において、残容量を全て放電可能な電
池平均出力を電池温度上昇率から逆算し、この電池平均
出力を目標に電池出力を段階的に制限するように制御す
るものである。図８において、電池の放電深度ＤＯＤが
５０％の時に対応するのが演算時点ａであり、この演算
時点ａから太い破線で示す曲線が上記制御下で予測され
る温度上昇曲線である。この予測される温度上昇曲線が
出力制限開始温度Ｔlim と交差する点に対応する時間軸
上の時点が出力制限が行われる時点τ2 である。従っ
て、出力制限を行う時期をτ1 からτ2 に遅らすことが
でき、（τ2 −τ1 ）時間分だけ通常走行が可能になる
から、従来の温度による出力制限の場合に比較して航続
距離を延ばすことができる。

【００３１】次に、図９は本発明の第２の実施例を示す
フローチャートである。この実施例は第２及び第３の課
題を解決するもので、例えば電池表面温度のうち最も高
いものが２０℃以上、車両の平均車速が設定値以下のと
きに、無駄な電力消費を抑えるのに有効である。

【００３２】まずステップ２０１では、図示されていな
い車速検知器により検知した複数回の車速データから平
均車速Ｖave が検出される。次にステップ２０２では、
平均車速Ｖave が最低速度設定値Ｖ1 と比較され、Ｖav
e がＶ1 よりも大きければステップ２０６に、小さけれ
ばステップ２０３にそれぞれ進む。ステップ２０３で
は、単位時間当たりの電池表面温度の変化、即ち電池温
度上昇率ΔＴ／Δτが温度上昇率設定値ＤＴ1 と比較さ
れ、ΔＴ／ΔτがＤＴ1 よりも大きければステップ２０
６に進み、小さければステップ２０４に進む。ステップ
２０４では放電深度ＤＯＤが設定深度５０％未満か否か
が比較され、ＹＥＳならばステップ２０５に、ＮＯなら
ばステップ２０７にそれぞれ進み、いずれの場合も電池
冷却ファンは停止される。なお、上記ステップ２０６で
は温度によるファン制御、即ち従来のファン制御が行わ
れる。

【００３３】ステップ２０７には、第１の実施例の図３
におけると同じステップ１０１から１０５が続く。ステ
ップ２０７からステップ１０１に進む時点における状態
は、外気温度が２０℃以上、放電深度が５０％以上、平
均車速が最低速度設定値Ｖ1 ｋｍ／ｈ以下で、いわゆる
外気温度が高くて放電深度も深く、非常に低負荷で走行
が行われている状態である。このような状態で、ステッ
プ１０１からステップ１０４までの処理を順次経た後の
ステップ１０５では、バッテリーコントローラによる演
算で求められた電池の残容量Ｃr が、電池温度により出
力制限がかかり始めるまでに使用する予測電力量（Ｐav
e ×τlim ）と比較される。このステップ１０５での比
較の結果、Ｃr が予測電力量よりも大きいと判断された
場合には、ステップ２０８に進む。

【００３４】ステップ２０８では、出力制限される温度
に達することなく電池の残容量Ｃrを放電しきるための
温度上昇率ΔＴ／Δτ、即ち単位時間当たりの電池表面
温度Ｔb の変化を求め、現在の平均出力でその温度上昇
率ΔＴ／Δτとなるような冷却ファン出力と冷却ファン
作動開始ＤＯＤを逆算により算出する。次のステップ２
０９では車速検知器で平均車速Ｖave が検知される。そ
して、ステップ２１０で、平均車速Ｖave が最低速度設
定値Ｖ1 と比較され、Ｖave がＶ1 よりも大きければ最
初のステップ２０１に戻る。Ｖave がＶ1 よりも小さけ
ればステップ２１１に進み、ステップ２０８で演算によ
り算出された作動開始ＤＯＤから冷却ファンを駆動す
る。そして、冷却ファン駆動後は最初のステップ２０１
に戻る。

【００３５】図１０は組電池におけるセル位置にそった
温度上昇の様子から本実施例の制御の態様を示すもので
ある。（ａ）は外気温が高く通常制御では冷却ファンが
駆動される条件であっても、非常に低負荷の走行で、電
池使用上限温度に達しないと予測された場合を示し、冷
却ファンは作動させずに走行を行うように制御する。こ
こでは、冷却ファンを駆動から停止に変化させても温度
分布はＦａからＳａに変化するだけで、依然として使用
上限温度以下に維持される。

【００３６】（ｃ）は平均車速Ｖave が設定値Ｖ1 を超
えるか、又は高速道路や登坂路走行等に移り高負荷にな
って温度上昇率が設定値ＤＴ1 以上となった場合で、セ
ル位置によって冷却ファン駆動の温度分布Ｆｃでも使用
上限温度近傍にあるから、冷却ファン停止の温度分布Ｓ
ｃは使用上限温度をはるかに越すことになる。したがっ
てこの場合には従来の温度による単純な制御に従い温度
分布Ｆｃを得るようにする。

【００３７】そして（ｂ）は外気温が高くて放電深度が
深く、渋滞や街路走行で平均速度が低い場合等、非常に
低負荷であるが、電池冷却ファンを停止すると電池の使
用上限温度を超えた温度分布Ｓｂとなってしまうと予測
される場合には、電池温度上昇率による電池の使用電力
量予測による制御で冷却ファンを駆動し、温度分布Ｆｂ
を得るようにする。

【００３８】以上のように、本実施例では、とくにステ
ップ２０１から２０７のフローにより、外気温が高く通
常制御では冷却ファンが駆動される条件であっても、非
常に低負荷の走行で、電池使用上限温度に達しないと予
測される場合には、冷却ファンは作動させずに走行を行
うように制御するが、平均車速Ｖave が最低速度設定値
Ｖ1 を超えるか又は高速道路や登坂路走行等に移り高負
荷になって単位時間当たりの電池温度Ｔb の変化、即ち
温度上昇率ΔＴ／Δτが温度上昇率設定値ＤＴ1 以上と
なった場合には、従来の温度による単純な制御に戻る。
従って、電池冷却ファンの駆動時間が従来の温度による
ファン制御に比較して短くなり、無駄な電力消費が無く
なり、同時に冷却時の電池間温度差の発生も抑制され
る。

【００３９】また、ステップ２０７に続くステップ１０
１〜１０５、ステップ２０８〜２１１のフローにより、
外気温が高くて放電深度も深く、非常に低負荷で走行が
行われている場合には、電池温度上昇率が放電深度に対
する二次式で近似され且つその時の電池平均出力に１対
１に対応することを利用して、バッテリーコントローラ
により演算された残容量と電池表面温度検出器による現
在の電池表面温度から、残容量全てを放電しきる電池温
度上昇率となる作動開始放電深度を算出して、この作動
開始放電深度に達するまでは電池冷却ファンを停止さ
せ、その後は電池冷却ファンを起動して、電池の使用上
限温度までに残容量を放電しきるように電池冷却ファン
を制御する。これにより、無駄な電力消費が無くなり、
同時に電池の構造的要因から生じる冷却時の電池間温度
差の発生が抑制される。

【００４０】図１１は本実施例における上記の制御状態
を示す図で、縦軸を電池温度、横軸を時間として電池温
度上昇曲線を表示している。Ｔ1 は冷却ファンを停止さ
せた場合、Ｔ3 は従来制御でファンを動作させた場合、
そしてＴ2 は冷却ファンを途中から動作させた場合のそ
れぞれの電池温度上昇曲線を示す。温度上昇曲線Ｔ1が
Ｔ2 と交差する点に対応する時間軸の値τ4 が、冷却フ
ァンの駆動開始時点を表す。なお、Ｔ0 は電池の使用上
限温度である。

【００４１】外気温が高く通常の温度による制御では冷
却ファンが駆動される条件が生じた時点τ0 において、
非常に低負荷の走行で電池使用上限温度に達しないと予
測される場合であっても、従来はこの時点τ0 から温度
による冷却ファン制御が行われてきた。これに対して、
本実施例では、τ0 時点で非常に低負荷の走行で電池使
用上限温度に達しないと予測される場合には冷却ファン
を停止させ、低負荷の走行ではあるが冷却ファンを駆動
しないと電池使用上限温度に達すると予測される場合、
残容量から算出した冷却ファン作動開始放電深度ＤＯＤ
に対応する時点τ4 から冷却ファンを駆動するように制
御するものである。従来の単純な温度による冷却ファン
制御に比べ、冷却ファンの駆動開始時間を（τ4 −τ0
）だけ遅らすことができるので、その分だけ電池を冷
却ファンで強制的に冷却する時間を減らすことができ
る。従って、無駄な電力の消費がなく、且つ組電池とし
て構成されたリチウムイオン二次電池の電池間温度差の
発生が抑えられ、電池劣化が抑制される。

【００４２】本実施例では、ステップ２０１が発明の平
均車速検出手段を構成し、ステップ２０２から２０６が
平均車速が最低速度設定値よりも小さく、且つ電池温度
上昇率が温度上昇率設定値よりも小さい場合には、前記
電池冷却ファンを停止させる冷却ファン制御手段を構成
している。そしてとくにステップ２０２が車速比較手段
を、ステップ２０３が温度上昇率比較手段を構成してい
る。また、ステップ１０１〜１０３が発明の平均出力算
出手段を構成し、ステップ１０４が予測電力量算出手段
を、ステップ１０５、２０８が残容量演算手段および作
動開始放電深度算出手段を、そして、ステップ２０９〜
２１１が電池の放電深度が作動開始放電深度に達するま
では電池冷却ファンを停止させ、その後は電池冷却ファ
ンを起動させて電池の使用上限温度までに残容量を放電
しきるように制御する冷却ファン制御手段を構成してい
る。

【００４３】

【発明の効果】請求項１記載の発明は、電池の残容量と
電池表面温度検出器による現在の電池表面温度から残容
量全てを放電しきるまでの目標平均出力を算出し、その
目標平均出力に向かって段階的に電池出力を制限するよ
うにしたので、従来の温度による出力制限開始時点を遅
らせ、その分だけ通常運転可能の時間を長くすることが
できる。この際、放電深度が設定深度以上に深い状態で
は電池温度上昇率が放電深度に対する二次式で近似され
且つその時の電池平均出力に１対１に対応するというリ
チウムイオン二次電池の特性を利用し、電池の残容量で
走行可能な電池出力の予測を表面温度上昇率という非常
に簡単なパラメータのみで精度よく行なえるので、新た
に専用の検出器や制御装置等を増設する必要がない。そ
して、のろのろ運転から生じる運転者の不満や不快感を
除去し、更に残容量を無駄なく使用して走行可能距離即
ち航続距離を確保することができるという効果を有す
る。

【００４４】請求項２記載の発明は、外気温が高く通常
制御では冷却ファンが駆動される条件であっても、非常
に低負荷の走行で電池使用上限温度に達しないと予測さ
れる場合には、冷却ファンは作動させずに走行を行うよ
うに制御するものとしたので、無駄な電力消費がなくな
り、更に冷却ファンの駆動時間が従来よりも短いので、
電池の構造的要因から生じる冷却時の電池間温度差の発
生をその分だけ少なくすることができる。

【００４５】請求項３記載の発明は、電池の残容量と電
池表面温度検出器による現在の電池表面温度から、残容
量全てを放電しきるまでの温度上昇率を算出し、或る放
電深度までは冷却ファンを停止させ、その後は冷却ファ
ンを起動して電池使用上限温度までに残容量を全て放電
しきるように制御するものとしたので、無駄な電力消費
がなくなり、また冷却ファンの駆動時間が従来よりも短
いので、電池の構造的要因から生じる冷却時の電池間温
度差の発生をその分だけ抑えられ、電池の劣化も抑制さ
れる。更に、残容量を無駄なく使用して走行可能距離即
ち航続距離を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用される電気自動車の主要構成部分
の一例を示す図である。

【図２】リチウムイオン二次電池モジュールの構造の一
例を示す図である。

【図３】本発明の第１の実施例の制御動作を示すフロー
チャートである。

【図４】リチウムイオン二次電池における放電深度と電
池温度上昇率との関係を示す図である。

【図５】電池温度上昇率の近似式に用いる係数を示す図
である。

【図６】出力可能パワーの演算に用いる電池の開放電圧
と内部抵抗を求める方法を示す図である。

【図７】出力可能パワーと放電電力量の関係を示す図で
ある。

【図８】高負荷走行した場合の電池温度上昇の一例を示
す図である。

【図９】第２の実施例の制御動作を示すフローチャート
である。

【図１０】第２の実施例における組電池のセル位置にそ
った温度分布と制御の関係を示す図である。

【図１１】第２の実施例における制御状態を電池温度上
昇曲線で示す図である。

【図１２】従来の電池表面温度による電池冷却ファンの
制御動作を示す図である。

【図１３】冷却風により発生した組電池内の電池表面温
度の分布例を示した図である。

【符号の説明】

１組電池２組電池モジュール２’ 電池セル３電池表面温度検出器４バッテリーコントローラ５バッテリーケース６電池冷却ファン７モータ８モータコントローラ９セルコントローラ１０冷却孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０２Ｊ 7/00 Ｈ０２Ｊ 7/00 Ｐ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】リチウムイオン二次電池を駆動電源とす
る電気自動車において、その電池表面温度を検出する温
度検出器を備え、電池表面温度に基づく出力制限を含む
制御を行う制御装置であって、放電深度が設定深度以上
である場合に電池温度上昇率と放電深度とから電池の平
均出力を求める平均出力算出手段と、この平均出力で走
行するとして電池表面温度により出力制限がかかり始め
るまでに使用する予測電力量を算出する予測電力量算出
手段と、電池の残容量を演算して求める残容量演算手段
と、この残容量が予測電力量よりも大きい場合に残容量
と現在の電池表面温度とから残容量を全て放電しきるま
での電池温度上昇率を算出し、この電池温度上昇率に対
応した目標平均出力を算出する目標平均出力算出手段
と、この目標平均出力に向かって段階的に電池出力の制
限を行なう電池出力制限手段とを有することを特徴とす
る電気自動車の制御装置。
【請求項２】リチウムイオン二次電池を駆動電源とし
該電池を冷却する電池冷却ファンを備える電気自動車に
おいて、電池表面温度を検出する温度検出器を備え、電
池表面温度に基づいて電池冷却ファンの制御を行う制御
装置であって、平均車速を検出する平均車速検出手段
と、平均車速検出器により検出された平均車速を最低速
度設定値と比較する車速比較手段と、温度検出器により
検出された電池表面温度から算出された電池温度上昇率
を温度上昇率設定値と比較する温度上昇率比較手段と、
平均車速が最低速度設定値よりも小さく、且つ電池温度
上昇率が温度上昇率設定値よりも小さい場合には、前記
電池冷却ファンを停止させる冷却ファン制御手段とを有
することを特徴とする電気自動車の制御装置。
【請求項３】リチウムイオン二次電池を駆動電源とし
該電池を冷却する電池冷却ファンを備える電気自動車に
おいて、電池表面温度を検出する温度検出器を備え、電
池表面温度に基づいて電池冷却ファンの制御を行う制御
装置であって、放電深度が設定深度以上である場合に電
池温度上昇率と放電深度とから電池の平均出力を求める
平均出力算出手段と、この平均出力で走行するとして電
池表面温度により出力制限がかかり始めるまでに使用す
る予測電力量を算出する予測電力量算出手段と、電池の
残容量を演算して求める残容量演算手段と、この残容量
が予測電力量よりも大きい場合に残容量と現在の電池表
面温度とから残容量を全て放電しきる電池温度上昇率と
なる作動開始放電深度を算出する作動開始放電深度算出
手段と、電池の放電深度が作動開始放電深度に達するま
では電池冷却ファンを停止させ、その後は電池冷却ファ
ンを起動させて電池の使用上限温度までに残容量を放電
しきるように制御する冷却ファン制御手段とを有するこ
とを特徴とする電気自動車の制御装置。