WO2023084742A1

WO2023084742A1 - 充電制御方法及び充電制御装置

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Publication number: WO2023084742A1
Application number: PCT/JP2021/041755
Authority: WO
Inventors: 育宏谷口; 豊樹井口; 広幸佐野; 梓小林; 宏行渋井
Original assignee: 日産自動車株式会社
Priority date: 2021-11-12
Filing date: 2021-11-12
Publication date: 2023-05-19

Abstract

本実施形態に係る充電制御方法は、リチウムイオン電池を含み、車両に設けられるバッテリの充電を制御する充電制御方法であって、バッテリを長期間充電可能な電力である長期充電可能電力を演算し、バッテリを短期間充電可能な電力であり、長期充電可能電力より大きい短期充電可能電力を演算し、短期充電可能電力と長期充電可能電力に基づき、バッテリを連続的に充電可能な連続充電可能電力を演算し、バッテリ１の充電電力の上限を連続充電可能電力に制限する。

Description

充電制御方法及び充電制御装置

　本発明は、リチウムイオン電池を含むバッテリの充電制御方法及び充電制御装置に関するものである。

　電池の温度が所定温度以下、または所定温度以上のときに、充電電力上限値Ｐin-s、放電電力上限値Ｐout-sを常温時に比して小さくなるように定め、電池の温度を検出し、検出された温度における充放電電力上限値Ｐin-s，Ｐout-s以下になるように、充電電力、放電電力を定め、電池の充電制御を行う、二次電池の充放電制御方法が知られている（例えば特許文献１）。

特開２００３－２１９５１０号公報

　しかしながら、上記従来の充電制御装置の制御方法で、車両のバッテリの充電を制御した場合には、バッテリの低温時に設定される充電可能電力の上限が低くなり、車両の走行シーンに応じて発生する電力をバッテリで吸収することが難しいという問題がある。

　本発明が解決しようとする課題は、車両の走行シーンに応じて発生する電力をバッテリで吸収できる充電制御方法及び充電制御装置を提供することである。

　本発明は、長期充電可能電力を演算し、長期充電可能電力より大きい短期充電可能電力を演算し、短期充電可能電力と長期充電可能電力に基づき連続充電可能電力を演算し、バッテリの充電電力の上限を連続充電可能電力に制限することによって、上記課題を解決する。

　本発明によれば、車両の走行シーンに応じて発生する電力をバッテリで吸収できる。

図１は、本発明の一実施の形態に係る駆動システムを示すブロック図である。図２は、バッテリの電圧特性（а）及び充電電力特性（ｂ）を示すグラフである。図３は、短期充電可能電力、中期充電可能電力、長期充電可能電力の応答特性を示すグラフである。図４は、充電可能電力演算部の機能ブロックを示すブロック図である。図５は、短期／長期充電可能電力、目標維持電力、実充電電力、及び連続充電可能電力の特性を示すグラフである。図６は、本実施形態における充電制御方法のフローチャートである。図７は、本発明の他の実施形態に係る駆動システムを示すブロック図である。図８は、バッテリ温度（電池温度）、ＳＯＣ、短期充電可能電力、及び目標維持電力の相関性を説明するための表である。図９は、上限ＳＯＣ演算部に格納されているマップの概念図である。図１０は、上限ＳＯＣ演算部による上限ＳＯＣの演算方法の制御フローを示すブロック図である。図１１は、本発明の他の実施形態における充電制御方法のフローチャートである。図１２は、本発明の他の実施形態に係る駆動システムを示すブロック図である。図１３は、暖機判定部による暖機判定方法の制御フローを示すブロック図である。図１４は、暖機判定に関係する各種パラメータと暖機判定結果のタイムチャートであり、（а）は極低温時のタイムチャートを、（ｂ）は低温時のタイムチャートを示す。図１５は、本発明の他の実施形態における充電制御方法のフローチャートである。

≪第１実施形態≫
　以下、本発明に係る充電制御システムの一実施の形態を図面に基づいて説明する、図１は、本発明の一実施の形態に係る駆動システムを示すブロック図である。駆動システムは、ハイブリッド車両の駆動システムであって、バッテリ１と、エンジン３０と、発電機４０と、モータ／インバータ５０と、充電制御装置１００とを備えている。本実施形態に係るバッテリ充放電制御システムは、駆動システムの一部であって、バッテリ１からモータ５０に供給される放電電力、及び、発電機４０の発電電力でバッテリ１を充電する充電電力を制御する。なお、本実施形態に係る充電制御方法及び充電制御装置は、主にバッテリ１の充電時の制御に関するものであり、以下、バッテリ１の充電制御を主として説明する。

　バッテリ１は、ハイブリッド車両に設けられる電力源であり、複数のリチウムイオン電池を備えている。リチウムイオン電池は、正極と負極との間をリチウムイオンが移動することで充電及び放電を行う。エンジン３０、発電機４０、及びモータ５０は、シリーズハイブリッドの駆動システムを構成しており、エンジン３０は発電機４０の駆動に使用され、発電機４０により発電された電力はバッテリ１に供給されて、バッテリ１を充電する。このとき、充電制御装置１００は発電機４０の回転数を制御して、発電機４０からバッテリ１に供給される充電電力を制御する。モータ／インバータ５０は、バッテリ１から出力される電圧を直流から交流に変換するインバータと、変換された交流電圧で駆動するモータを有している。

　充電制御装置１００は、バッテリ１のＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ　ｏｆ　Ｃｈａｒｇｅ：充電状態）を管理しつつ、バッテリ１の充電電力を制御するコントローラ（プロセッサ）である。充電制御装置１００は、電圧検出部２、電流検出部３、温度検出部４、ＳＯＣ推定部５、短期充電可能電力演算部６、長期充電可能電力演算部７、充電可能電力演算部８、及び車両コントローラ２０を有している。

　電圧検出部２、電流検出部３、及び温度検出部４は、バッテリ１の内部状態を検出するユニットであり、バッテリ１の電圧センサ、電流センサ、及び温度センサにより、バッテリ１に含まれる各セルの電圧、各セルを流れる電流、及び電池パック内の温度を検出する。

　ＳＯＣ推定部５は、電圧検出部２により検出されるバッテリ電圧及び／又は電流検出部３により検出されるバッテリ電流に基づき、バッテリ１のＳＯＣを推定する。ＳＯＣ推定部５は、バッテリ１のＯＣＶとＳＯＣとを対応させたＳＯＣ－ＯＣＶマップを有している。ＳＯＣ推定部５は、車両起動時に、バッテリ１の無負荷状態の電圧（ＯＣＶ）を電圧検出部２から取得し、ＳＯＣ－ＯＣＶマップを参照して、初期ＳＯＣを設定する。ＳＯＣ推定部５は、車両起動後に電流を積算し、初期ＳＯＣに電流積算値を加算して、起動後のＳＯＣを推定する。

　短期充電可能電力演算部６は、バッテリ１のＳＯＣと、バッテリ１の温度（電池温度）に基づき、短期充電可能電力を演算する。短期充電可能電力は、バッテリ１を短期間、充電可能な電力である。短期充電可能電力は、エンジン３０の始動後の、エンジン回転数の吹き上げにより発生する電力、又は、車両走行中（特に高速時）の回生充電電力を吸収できる電力に相当する。なお、短期充電可能電力を決める時間は、数秒から数十秒以下の範囲であって、エンジン始動からエンジン回転数の吹き上げまでの時間、及び／又は、車両減速時に発生する大きな回生電力をバッテリ１で吸収する時間等により決まり、少なくとも後述する長期充電可能電力を決める時間の範囲よりも短い。

　短期充電可能電力演算部６は、バッテリ１の温度と、ＳＯＣ推定部５により推定されたＳＯＣに基づき、リチウムを析出させない上限電流を演算する。上限電流は、バッテリ１を短時間充電したときに、リチウムが析出しない電流上限値を示している。短時間は、短期充電可能電力における短期間と対応している。上限電流は、バッテリ１の温度とＳＯＣから決まる値であって、バッテリ温度が低い程、又は、ＳＯＣが高い程、上限電流は小さくなる。上限電流は、バッテリ１の特性等に応じて実験的に決まる値である。短期充電可能電力演算部６は、バッテリ１の温度、ＳＯＣ、及び上限電流を対応させたマップを有しており、バッテリ１の温度及びＳＯＣを入力として、マップ演算により、上限電流を演算する。

　次に、短期充電可能電力演算部６は、バッテリ１の内部抵抗を演算する。短期充電可能電力演算部６は、バッテリ１の温度及びＳＯＣを入力として、マップを参照して内部抵抗を演算する。あるいは、短期充電可能電力演算部６は、車両走行中、バッテリ１の電圧が安定する状態で、バッテリ１の電圧と充放電電流から内部抵抗を演算してもよい。なお、内部抵抗の演算方法は他の周知の方法でもよい。

　短期充電可能電力演算部６は、バッテリ１に上限電流を流した場合に、内部抵抗によって上昇する電圧を演算する（上限電流×内部抵抗）。さらに、短期充電可能電力演算部６は、バッテリ１のＳＯＣに対応するＯＣＶに、演算された電圧（上限電流×内部抵抗）を加算することで、上限電流でバッテリ１を充電した時の電圧（上限電流充電時の電圧）を演算する。そして、短期充電可能電力演算部６は、上限電流充電時の電圧に、上限電流を掛け算することで、短期充電可能電力（Ｐ_ｓ１）を演算する。これにより、短期充電可能電力演算部６は、上限電流に基づく短期充電可能電力（Ｐ_ｓ１）を演算する。

　また、短期充電可能電力演算部６は、短期充電可能電力（Ｐ_ｓ１）の他に、バッテリの使用可能な上限電圧を超えない短期充電可能電力（Ｐ_ｓ２）を演算する。短期充電可能電力（Ｐ_ｓ１）はリチウムを析出させない上限電流に基づく短期充電可能電力であり、短期充電可能電力（Ｐ_ｓ２）はバッテリ使用可能電圧範囲の上限電圧に基づく短期充電可能電力である。バッテリ１には、過放電及び過充電を避けるために使用可能電圧が予め決められており、充電制御装置１００は、バッテリ１の電圧が使用可能電圧範囲内に収まるように、バッテリ１の充放電を制御する。

　図２は、バッテリ１の電圧（セル電圧）の特性（а）及び充電電力の特性（ｂ）を示すグラフである。図２の横軸は時間であり、各縦軸はセル電圧及び充電電力である。バッテリ１を充電した場合に、バッテリ１の電圧は、ＯＣＶから、内部抵抗により上昇し、図２（а）の特性で推移する。

　短期充電可能電力演算部６は、バッテリ１の電圧が使用可能電圧範囲の上限電圧に一致するときの充電可能電力（Ｐ_ｓ２）を、下記式（１）により演算する。なお式（１）において、内部抵抗は、短期間における内部抵抗値であり、例えばバッテリの温度及び／又は劣化率等に基づき演算されればよい。またＯＣＶは、ＳＯＣ－ＯＣＶマップから演算されればよい。

　これにより、短期充電可能電力演算部６は、バッテリ１の温度及びＳＯＣに基づき、上限電圧を超えない短期充電可能電力［Ｐ_ｓ２］を演算する。

　短期充電可能電力演算部６は、短期充電可能電力（Ｐ_ｓ１）と短期充電可能電力（Ｐ_ｓ２）の演算後、小さい方の電力を最終的に短期充電可能電力として演算する。これにより、本実施形態に係る充電制御装置１００は、リチウム析出を防止しつつ、バッテリ使用可能電圧範囲の上限電圧を超えないように、バッテリ１の充電を制御できる。なお、短期充電可能電力演算部６は、必ずしも短期充電可能電力（Ｐ_ｓ１）と短期充電可能電力（Ｐ_ｓ２）の両方の電力を演算する必要は無く、いずれか一方の短期充電可能電力を演算してもよい。例えば、使用可能電圧範囲の設定範囲、又は、バッテリ１の使用環境等により、バッテリ１が使用可能電圧範囲内のセル電圧で使用される限り、リチウム析出を防止できる場合には、短期充電可能電力演算部６は、少なくとも短期充電可能電力（Ｐ_ｓ２）を演算すればよい。

　長期充電可能電力演算部７は、バッテリ１のＳＯＣと、バッテリ１の温度に基づき、短期充電可能電力を演算する。長期充電可能電力は、バッテリ１を長期間、充電可能な電力である。長期充電可能電力は、充電によりバッテリ１の暖機を完了するために必要な充電可能電力に相当する。なお、長期充電可能電力を決める時間は、数百秒から数十分の範囲内の時間である。

　長期充電可能電力演算部７は、バッテリ１の温度と、ＳＯＣ推定部５により推定されたＳＯＣに基づき、リチウムを析出させない上限電流を演算し、上限電流に基づき長期充電可能電力（Ｐ_L１）を演算する。長期充電可能電力（Ｐ_L１）の演算方法は、短期充電可能電力演算部６による短期充電可能電力（Ｐ_L１）の演算方法と同様である。たたし、上限電流は、長時間、バッテリ１を充電したときにリチウムが析出しない上限電流である。バッテリ１の内部抵抗は、長期間用の内部抵抗値であり、マップを参照して演算される。

　次に、長期充電可能電力演算部７は、長期充電可能電力（Ｐ_L１）の他に、バッテリの使用可能な上限電圧を超えない長期充電可能電力（Ｐ_L２）を演算する。長期充電可能電力（Ｐ_L１）はリチウムを析出させない上限電流に基づく長期充電可能電力であり、長期充電可能電力（Ｐ_L２）は、バッテリ使用可能電圧範囲の上限電圧に基づく長期充電可能電力である。長期充電可能電力（Ｐ_L２）の演算方法は、短期充電可能電力演算部６による短期充電可能電力（Ｐ_S２）の演算方法と同様であり、演算式も式（１）と同様である。ただし、バッテリ１の内部抵抗は、長期間用の内部抵抗値であり、例えばバッテリの温度及び／又は劣化率等に基づき演算されればよい。またＯＣＶは、ＳＯＣ－ＯＣＶマップから演算されればよい。これにより、長期間充電可能電力演算部６は、バッテリ１の温度及びＳＯＣに基づき、上限電圧を超えない連続充電可能電力（Ｐ_Ｌ２）を演算する。

　長期充電可能電力演算部７は、長期充電可能電力（Ｐ_L１）と長期充電可能電力（Ｐ_L２）の演算後、小さい方の電力を最終的に長期充電可能電力として演算する。これにより、本実施形態に係る充電制御装置１００は、リチウム析出を防止しつつ、バッテリ使用可能電圧範囲の上限電圧を超えないように、バッテリ１の充電を制御できる。なお、長期充電可能電力演算部７は、短期充電可能電力演算部６と同様に、必ずしも長期充電可能電力（Ｐ_L１）と長期充電可能電力（Ｐ_L２）の両方の電力を演算する必要は無く、いずれか一方の長期充電可能電力を演算してもよい。

　図３は、短期充電可能電力、中期充電可能電力、長期充電可能電力の応答特性を示すグラフである。図３のグラフは、短期充電可能電力、中期充電可能電力、長期充電可能電力の各電力でバッテリ１を充電した場合に、充電時間の経過ともに推移する充電可能電力の推移を示している。図３のグラフを参照しつつ、短期／長期充電可能電力とバッテリの充電との関係について説明する。

　短期充電可能電力（Ｐ_Ｓ１又はＰ_Ｓ２）は、エンジン３０の始動後の、エンジン回転数の吹き上げにより発生する電力、又は、車両走行中（特に高速時）の回生充電電力を吸収できるように、数秒から数十秒以下の範囲で充電可能な電力となる。一方、長期充電可能電力（Ｐ_Ｌ１又はＰ_Ｌ２）は、充電によりバッテリ１の暖機を完了するために必要な充電電力を確保できるよう、数百秒から数十分の範囲内で充電可能な電力となる。そのため、短期充電可能電力は、長期充電可能電力より大きな電力となる。また、長期充電可能電力は、長期間に充電可能な電力であり、短期充電可能電力は、当該長期間よりも短い短時間で充電可能な電力である。

　バッテリ１を短期充電可能電力で充電した場合には充電時間は短くなり、バッテリ１を長期充電可能電力で充電した場合には充電時間は長くなる。一方、短期充電可能電力を使うと、充電可能電力は短時間で下がってしまうため、例えば回生による電力を吸収するために充電が必要な場合に充電ができなくなる。また、長期充電可能電力でバッテリ１を充電した場合には、充電電力が小さくなる。充電電力は短期充電可能電力に対して余裕はあるが、充電でバッテリ１を暖機した場合に、暖機に時間がかかってしまう。

　つまり、短期充電可能電力と長期充電可能電力のいずれか一方のみの充電可能電力で、バッテリ１の充電を制御した場合には、回生電力を吸収するために電力可能電力に余裕をもたせておくこと、及び、暖機時間が長くなることを防ぐことを、両立させることは難しい。そこで、本実施形態に係る充電制御装置１００は、短期充電可能電力と長期充電可能電力とを組み合わせて充電可能電力を演算し、演算された充電可能電力に基づきバッテリ１の充電を制御する。

　図１を参照し、充電可能電力演算部８は、短期充電可能電力演算部６で演算された短期充電可能電力と、長期充電可能電力演算部７で演算された長期充電可能電力に基づき、バッテリ１を連続的に充電可能な連続充電可能電力を演算する。図４は、充電可能電力演算部８の機能ブロックを示すブロック図である。充電可能電力演算部８は、目標維持電力演算部８１と、演算部８２を有している。目標維持電力演算部８１は車両条件に応じて目標維持電力を演算する。目標維持電力は、車両の走行維持に必要な充電可能電力の目標値を示している。車両条件は、エンジン３０のＯＮ／ＯＦＦ状態、車速等の条件である。エンジン３０がオフ状態である場合には、目標維持電力演算部８１は、エンジン３０の始動時に備えた充電可能電力を目標維持電力として演算する。また、目標維持電力演算部８１は、車速が高い場合には、後の回生減速に備えて確保する充電可能電力を目標維持電力として演算する。車速に応じて演算される目標維持電力は、車速が高い程、高くなる。すなわち、目標維持電力は、短期充電可能電力を維持したい目標値であり、車両走行中の回生充電電力やシリーズハイブリット車のエンジン始動後の回転数の吹け上がりにより発生する充電電力を吸収できるような充電可能電力である。

　演算部８２は、目標維持電力、短期充電可能電力、及び長期充電可能電力に基づき、連続充電可能電力を演算する。まず演算部８２は、短期充電可能電力から目標維持電力を減算することで、電力差（ΔＰ）を演算する。演算部８２は、短期充電可能電力と長期充電可能電力との使用割合（ｒａｔｅ）を定めた割合テーブルを有している。図４に示すように、割合テーブルは、電力差（ΔＰ）と使用割合（ｒａｔｅ）と対応させたテーブルである。例えば、電力差（ΔＰ）が５ｋＷの場合には使用割合（ｒａｔｅ）は１００％となり、電力差（ΔＰ）が小さくなるほど、使用割合（ｒａｔｅ）は低くなり、電力差（ΔＰ）が１ｋＷの場合には使用割合（ｒａｔｅ）は０％となる。図４の割合テーブルの例では、電力差（ΔＰ）が５ｋｗから１ｋＷずつ小さくなると、使用割合（ｒａｔｅ）は２５％ずつ下がる。なお、例えば、バッテリ１の劣化が進み、短期充電可能電力が目標維持電力より小さくなり、電力差（ΔＰ）がゼロ又はマイナスになった場合に、使用割合（ｒａｔｅ）は０％になる。

　次に、演算部８２は、連続充電可能電力を下記式（２）により演算する。

　これにより、充電可能電力演算部８は、目標維持電力を演算し、短期充電可能電力と目標維持電力をとの差に応じて、短期充電可能電力と長期充電可能電力との割合を演算し、演算された割合に応じて、連続充電可能電力を演算する。

　図５に、充電可能電力の応答をタイムチャートで示す。図５は、短期／長期充電可能電力、目標維持電力、実充電電力、及び連続充電可能電力の特性を示すグラフである。図５に示すように、短期充電可能電力が目標維持電力に対して余裕があるときには、すなわち、電力差（ΔＰ）が大きい場合には、短期充電可能電力の割合を多くして連続充電可能を演算する。図５において、短期充電可能電力と目標維持電力との差が大きい場合（ΔＰ≧５ｋＷ）には、連続充電可能電力は、短期充電可能電力の使用割合が１００％になる。そして、短期充電可能電力が小さくなり、電力差（ΔＰ）が小さくなると（１ｋＷ＜ΔＰ＜５ｋＷ）、電力差（ΔＰ）が小さいほど、短期充電可能電力の使用割合は低くなる。そのため、図５に示すようなタイムチャートで、短期充電可能電力が小さくなると、連続可能充電電力は、短期充電可能電力よりも大きな減少率で低くなる。短期充電可能電力がさらに小さくなり、電力差（ΔＰ）が小さくなると（ΔＰ≦１ｋＷ）、短期充電可能電力の使用割合が０％になり、連続可能充電電力は、長期充電可能電力と一致する。

　このように、短期充電可能電力が目標維持電力に対して余裕がある場合には、充電可能電力演算部８は、短期充電可能電力の割合が多くなるように、連続充電可能電力を演算する。一方、短期充電可能電力が目標維持電力に対して余裕がない場合には、充電可能電力演算部８は、長期充電可能電力の割合が多くなるように、連続充電可能電力を演算する。
これによって、短期充電可能電力が目標維持電力に対して余裕があるときには充電して、電池の暖機を促進することができる。また、余裕がないときには、充電電力を抑制することで短期充電可能電力が目標維持電力以上になる状態を維持できる。

　図１を参照し、車両コントローラ２０は、バッテリ１の状態を管理しつつバッテリ１の充放電を制御する機能と、駆動システムを制御する機能を有している。車両コントローラ２０は、エンジン３０にトルク指令を、発電機４０に回転数指令を送信することで電力を発電し、バッテリ１を充電する。また、車両コントローラ２０は、モータ／インバータ５０にトルク指令を送信することで車両の走行に必要な駆動力を発生させる。車両コントローラ２０は、バッテリ１を充電する際には、バッテリ１の充電電力の上限を、充電可能電力演算部８で演算された連続充電可能電力に制限して、バッテリ１を充電する。

　次に、図６を参照しつつ、充電制御装置１００に含まれるプロセッサにより実行される充電制御方法の制御フローを説明する。図６は、充電制御方法のフローチャートである。なお各ステップは、必ずしも図６に示す順番で実行する必要は無く、適宜順序を変更されてもよい。ステップＳ１にて、電圧検出部２はバッテリ１の電圧を検出する。ステップＳ２にて、電流検出部３はバッテリ１の電流を検出する。ステップＳ３にて、温度検出部４はバッテリ１の温度を検出する。ステップＳ４にて、ＳＯＣ推定部５は、バッテリ１の電圧及び電流に基づきＳＯＣを推定する。例えば、ＳＯＣ推定部５は、車両起動時のバッテリ１の平均電圧から求めたＳＯＣを初期値とし、バッテリ１に流れる電流を積算することにより、バッテリ１のＳＯＣを推定する。

　ステップＳ５にて、短期充電可能電力演算部６は、バッテリ１の温度とＳＯＣに基づき、短期充電可能電力を演算する。ステップＳ６にて、長期充電可能電力演算部７は、バッテリ１の温度とＳＯＣに基づき、長期充電可能電力を演算する。ステップＳ７にて、充電可能電力演算部８は、短期充電可能電力、長期充電可能電力、目標維持電力に基づき、連続充電可能電力を演算する。ステップＳ８にて、車両コントローラ２０は、バッテリ１への充電電力の上限を連続充電可能電力に制限して、バッテリ１の充電を制御する。

　上記のように、本実施形態に係る充電制御方法及び充電制御装置は、長期充電可能電力を演算し、長期充電可能電力より大きい短期充電可能電力を演算し、短期充電可能電力と長期充電可能電力に基づき連続充電可能電力を演算し、バッテリ１の充電電力の上限を連続充電可能電力に制限する。これにより、車両の走行シーンに応じて発生する電力をバッテリで吸収できる。また、極低温時に充電可能電力が不足することを防止し、車両減速時の回生充電を可能とし、車両の走行を維持できる。

　ところで、リチウムイオン電池の特性として、電池温度が低い場合には、充電可能電力が小さくなる。そのため、バッテリ１の充電制御方法として、電池温度が低いほど充電可能電力小さく絞ることが従来より行われているが、このような電池温度のみに依存して充電可能電力を絞る方法では、低温時には充電可能電力が微小になり、車両の走行中の回生電力による充電や、シリーズハイブリット車のエンジン始動後の回転数吹け上がりにより発生する電力をバッテリで吸収するのが難しくなるという問題点がある。特にバッテリ１の劣化により、低温性能が劣っている場合には、低温時の充電可能電力がさらに減少するため、この問題はより顕著となる。

　本実施形態に係る充電制御では、短期充電可能電力を演算し、長期充電可能電力を演算し、短期充電可能電力と長期充電可能電力を組み合わせて連続充電可能電力を演算し、バッテリの充電電力の上限を連続充電可能電力に制限して、車両駆動システムにおける、バッテリ充電制御を行う。これにより、車両の走行シーンに応じて発生する電力をバッテリで吸収できる。

　また本実施形態に係る充電制御方法及び充電制御装置は、目標維持電力を演算し、短期充電可能電力と目標維持電力をとの差に応じて、短期充電可能電力と長期充電可能電力との割合を演算し、割合に応じて連続充電可能電力を演算する。これにより、短時間充電可能電力に余裕があるときには、短時間充電可能電力の割合が多くなるように、連続充電可能電力を演算することで、充電電力を大きく確保でき電池の暖機が促進される。一方、短時間充電可能電力に余裕がないときには、長時間充電可能電力の割合が多くなるように、連続充電可能電力を演算することで、充電可能電力が無くなるのを防止でき、車両の走行を維持することができる。また、短時間充電可能電力が目標電力以上を維持することができ、シリーズハイブリット車のエンジン始動時の回転数の回転数吹け上がりにより発生する電力をバッテリで吸収させることができ、車両の走行を維持することができる。

　また本実施形態に係る充電制御方法及び充電制御装置は、リチウムを析出させない上限電流に基づき、短期充電可能電力及び長期充電可能電力を演算する。これにより、電池の劣化や性能低下を抑制し、寿命を延長することができる。バッテリ１の充電電力の上限を連続充電可能電力に制限することで、バッテリ１の充電電流は上限電流以下に抑えられるために、電池のリチウム析出を防止できる。

　また本実施形態に係る充電制御方法及び充電制御装置は、バッテリ１の使用可能な上限電圧に基づき、短期充電可能電力及び長期充電可能電力を演算する。これにより、電池の劣化や性能低下を抑制し、寿命を延長することができる。バッテリ１の充電電力の上限を連続充電可能電力に制限することで、バッテリ１の充電電圧は上限電圧以下に抑えられるために、電池の過充電を防止できる。

　また本実施形態に係る充電制御方法及び充電制御装置は、バッテリ１の温度を検出し、バッテリ１のＳＯＣを演算し、温度及びＳＯＣに基づき上限電流を演算する。これにより、電池の劣化や性能低下を抑制し、寿命を延長することができる。

　また本実施形態に係る充電制御方法及び充電制御装置は、バッテリ１の温度を検出し、バッテリ１のＳＯＣを演算し、温度及びＳＯＣに基づき、上限電圧を超えない短期充電可能電力及び長期充電可能電力を演算する。これにより、電池の劣化や性能低下を抑制し、寿命を延長することができる。

≪第２実施形態≫
　次に、第２実施形態に係る充電制御装置及び充電制御方法について説明する。第２実施形態では、第１実施形態に対して、劣化率推定部９及び上限ＳＯＣ演算部１０を有している。なお、以下に説明する点において第１実施形態に係る充電制御装置及び充電制御方法と異なること以外は、第１実施形態と同様の構成を有し、第１実施形態と同様に動作又は作用するものであって、第１実施形態の記載を適宜、援用する。本実施形態では、バッテリ１の充電電力の上限を連続充電可能電力に制限する、充電可能電力の条件に加えて、上限ＳＯＣを設定し、バッテリ１の充電時にＳＯＣが上限ＳＯＣに達した場合には、バッテリ１の充電を制御する。

　図７は、本発明の他の実施形態に係る駆動システムを示すブロック図である。充電制御装置１００は、電圧検出部２等に加えて、劣化率推定部９及び上限ＳＯＣ演算部１０を備えている。劣化率推定部９は、バッテリ１の内部抵抗の現在値を、バッテリ１の内部抵抗の初期値で除算することでバッテリ１の劣化率を推定する。内部抵抗の初期値は、電池の新品時の内部抵抗である。

　上限ＳＯＣ演算部１０は、バッテリ１の温度及び劣化率に基づき上限ＳＯＣを演算する。上限ＳＯＣは、バッテリ１を充電可能なＳＯＣの上限値を示す。上限ＳＯＣ演算部１０は、短期充電可能電力が目標維持電力以上になるように、上限ＳＯＣを演算する。

　図８及び図９を参照して、上限ＳＯＣの演算方法について説明する。図８はバッテリ温度（電池温度）、ＳＯＣ、短期充電可能電力、及び目標維持電力の相関性を説明するための表である。図９は、上限ＳＯＣ演算部１０に格納されているマップの概念図である。

　バッテリ１の特性として、バッテリ１の温度が低いほど、短期充電可能電力は小さくなり、またＳＯＣが高いほど、短期充電可能電力は小さくなる。そのため、バッテリ１の低温域において、ＳＯＣが高くなると、短期充電可能電力が目標維持電力を下回ってしまう。例えば、図８に示すように、バッテリ１の温度が－３０［ｄｅｇＣ］時に、ＳＯＣが６０％より高くなると、短期充電可能電力は目標維持電力未満になってしまう。このように、ＳＯＣが高くなり、短期充電可能電力が目標維持電力より小さい状態で、エンジンの始動が必要になる場合、又は、高速走行中に回生減速が必要になった場合には、エンジン回転数の吹き上げにより発生する電力、又は、回生減速時の回生電力を、バッテリ１が充電できない可能性がある。

　本実施形態では、バッテリ１の温度及びＳＯＣの条件から、短期充電可能電力が目標維持電力未満になる範囲内では、上限ＳＯＣを設定して、短期充電可能電力が目標維持電力未満ならないように、充電に制限をかけている。具体的には、上限ＳＯＣ演算部１０は、図９に示すような、バッテリ１の温度、劣化率、及び上限ＳＯＣを対応させたマップ（上限ＳＯＣ演算マップ）を有し、マップを用いて上限ＳＯＣを演算する。上限ＳＯＣ演算マップは、バッテリ１の温度及び劣化率を入力として、上限ＳＯＣを演算するためのマップである。ＳＯＣ演算マップにおいて、バッテリ１の温度の低温領域（例えば、劣化率が１００％（新品同様の状態）で、温度０ｄｅｇＣ未満の領域）では、バッテリ温度が低いほど、上限ＳＯＣは小さくなる。図９の点線の枠で囲う部分の上限ＳＯＣは、図８の目標維持電力に対応している。つまり、劣化率が１００％でバッテリ１の温度が－３０［ｄｅｇＣ］時には、上限ＳＯＣが６０％に制限されることで、短期充電可能電力が目標充電電力未満になることを防止する。

　また、バッテリ温度に応じて上限ＳＯＣが１００％未満に制限される温度領域は、バッテリ１の劣化が進むにつれて、徐々に高温側に広がり、さらに上限ＳＯＣは低くなる。バッテリ１が劣化すると内部抵抗が増加して充電可能電力が低下するため、各劣化率と対応させて、バッテリ温度と上限ＳＯＣの関係をマップ上で設定している。これにより、上限ＳＯＣは、短期充電可能電力が目標維持電力以上になるように、上限ＳＯＣ演算マップにおいて設定されている。なお、図９の数値は一例であって、バッテリ１の特性等に応じて適宜、変更可能である。

　上限ＳＯＣ演算部１０は、上限ＳＯＣ演算マップを用いた上記演算方法の他に、以下の要領で上限ＳＯＣを演算してもよい。図１０は、上限ＳＯＣ演算部１０による上限ＳＯＣの演算方法の制御フローを示すブロック図である。

　第１実施形態の式（１）に示すように、目標維持電力は、上限電圧、内部抵抗、及びＯＣＶから算出される。式（１）において、ＯＣＶを上限ＯＣＶに置き換えると、下記式（３）が導出される。

　さらに、式（３）を展開し、上限ＳＯＣを求めるための下記式（４）が導出される。

　目標維持電力は車両条件により決まる。上限電圧は、バッテリ１の特性に応じて、使用可能電圧範囲により予め決まる。内部抵抗は、バッテリ１の現在の電流／電圧から演算される。そのため、これらのパラメータを式（４）に代入することで、上限ＯＣＶが演算さできる。さらに、図１０に示すように、上限ＳＯＣ演算部１０は、ＯＣＶとＳＯＣとの関係テーブルを参照して、演算された上限ＯＣＶに対応するＳＯＣを、上限ＳＯＣとして演算する。これにより、上限ＳＯＣ演算部１０は、上限電圧、目標維持電力、内部抵抗に基づき、短期充電可能電力が所定電力以上となる上限ＯＣＶを演算し、上限ＯＣＶに対応する上限ＳＯＣを演算する。

　図７を参照し、車両コントローラ２０は、上限ＳＯＣ演算部１０から上限ＳＯＣを取得し、バッテリ１のＳＯＣの上限を上限ＳＯＣに制限してバッテリ１を充電する。

　次に、図１１を参照しつつ、充電制御装置１００による充電制御方法の制御フローを説明する。図１１は充電制御方法のフローチャートである。なお各ステップは、必ずしも図１１に示す順番で実行する必要は無く、適宜順序を変更されてもよい。ステップＳ１１～Ｓ１７の制御フローは、第１実施形態のステップＳ１～Ｓ７と同内容のため、説明を省略する。

　ステップＳ１８にて、劣化率推定部９は、バッテリ１の平均電圧と電流から電池の劣化率を推定する。ステップＳ１９にて、上限ＳＯＣ演算部１０は、短期充電可能電力が目標維持電力以上になるように、バッテリ１の温度と劣化率に基づき、上限ＳＯＣを演算する。ステップＳ２０にて、車両コントローラ２０は、バッテリ１への充電電力の上限を連続充電可能電力に制限し、及び、バッテリ１のＳＯＣを上限ＳＯＣに制限して、バッテリ１の充電を制御する。

　上記のように、本実施形態に係る充電制御方法及び充電制御装置は、バッテリ１の温度を検出し、バッテリ１の劣化率を演算し、温度と劣化率に基づきバッテリ１の上限ＳＯＣを演算し、バッテリ１のＳＯＣを上限ＳＯＣに制限して、バッテリ１を充電する。これにより、ＳＯＣの上限を設定することで充電可能電力を確保でき、車両の走行を維持することができる。また、バッテリ１は、ＳＯＣの上昇により充電可能電力が減少する特性をもつため、電池の温度と劣化率に応じて、充電する時に上限ＳＯＣを設定することで、バッテリ１の劣化を考慮しながら充電可能電力を確保できる。

　また本実施形態に係る充電制御方法及び充電制御装置は、バッテリ１の温度、劣化率、及び上限ＳＯＣを対応させたマップを有し、マップを用いて上限ＳＯＣを演算する。また上限ＳＯＣは、短期充電可能電力が目標維持電力以上になるようにマップにおいて設定されている。これにより、ＳＯＣの上限を設定することで充電可能電力を確保でき、車両の走行を維持することができる。

　また本実施形態に係る充電制御方法及び充電制御装置は、バッテリの内部抵抗を推定し、バッテリ１の使用可能な上限電圧、目標維持電力、及び内部抵抗に基づき、短期充電可能電力が所定電力（目標維持電力に相当）以上となる上限ＯＣＶを演算し、上限ＯＣＶに対応する上限ＳＯＣを演算し、バッテリのＳＯＣを上限ＳＯＣに制限して、バッテリを充電する。これにより、ＳＯＣの上限を設定することで充電可能電力を確保でき、車両の走行を維持することができる。

≪第３実施形態≫
　次に、第３実施形態に係る充電制御装置及び充電制御方法について説明する。第３実施形態では、第１実施形態に対して、暖機判定部１１を有している。なお、以下に説明する点において第１実施形態に係る充電制御装置及び充電制御方法と異なること以外は、第１実施形態と同様の構成を有し、第１実施形態と同様に動作又は作用するものであって、第１実施形態及び／又は第２実施形態の記載を適宜、援用する。なお本実施形態に、劣化率推定部９及び上限ＳＯＣ演算部１０を加え、第２実施形態で説明した制御の下、バッテリ１を制御してもよい。

　図１２は、本発明の他の実施形態に係る駆動システムを示すブロック図である。充電制御装置１００は、電圧検出部２等に加えて、暖機判定部１１を備えている。暖機判定部１１は、温度検出部４により検出されたバッテリ１の温度と充電可能電力演算部８で演算された充電可能電力に基づき、バッテリ１の暖機が完了したか否かを判定し、暖機判定結果を車両コントローラ２０に出力する。

　図１３を参照して、暖機判定方法を説明する。図１３は、暖機判定部１１による暖機判定方法の制御フローを示すブロック図である。暖機判定部１１は、充電可能電力条件と温度条件を使って暖機判定を行う。暖機判定部１１は、２つの条件を満たす場合に、暖機が完了したと判定する。暖機判定部１１は、２つの条件を満たさない場合には、暖機は完了していないと判定する。暖機判定部１１は、バッテリ１の充電による暖機開始後に、暖機完了の判定を行う。

　暖機判定電力閾値は、バッテリ１の充電によりバッテリ１を暖機する場合に、暖機に必要な充電可能電力を確保できることを示す閾値である。暖機判定電力閾値は、予め設定されている閾値であり、目標維持電力よりも高い電力に設定されている。暖機判定電力閾値は、暖機完了判定後に短期充電可能電力が再び目標維持電力よりも下がらないように、設定される閾値である。

　暖機判定部１１は、連続充電可能電力が暖機判定電力閾値より高い状態をタイマーで計測し、計測時間（カウンタ）が所定時間である場合に、充電可能電力条件を満たすと判定する。一方、暖機判定部１１は、連続充電可能電力が暖機判定電力閾値より低い、又は、連続充電可能電力が暖機判定電力閾値より高い状態の継続時間（計測時間）が所定時間未満である場合には、充電可能電力条件を満たしていないと判定する。

　暖機判定部１１は、温度条件として、第１温度閾値と第２温度閾値を含んだ、ヒステリシスをもつ温度閾値を有している。第２温度閾値は第１温度閾値より高い。暖機判定部１１は、バッテリ１の温度と第１／第２温度閾値とを比較する。バッテリ１の温度が第１温度閾値以下である場合には、暖機中を示すフラグ（ｆｌａｇ）を立てる（ｓｅｔ）。バッテリ１の温度が第１温度閾値以上で第２温度閾値未満の場合には、フラグ（ｆｌａｇ）はセットされた状態（ｓｅｔ）となる。そして、バッテリ１の温度が第２温度閾値以上になると、フラグ（ｆｌａｇ）はクリア状態になる（ｃｌｅａｒ）。暖機判定部１１は、フラグの状態に対してＮＯＴ演算を行い、フラグがセット状態ではない場合に、暖機完了判定のための温度条件を満たすと判定する。暖機判定部１１は、フラグがセット状態である場合には、暖機中であり、暖機完了判定のための温度条件を満たさないと判定する。

　図１４に暖機判定に関係する各種パラメータと暖機判定結果のタイムチャートを示す。（а）は極低温時のタイムチャートを、（ｂ）は低温時のタイムチャートを示す。図１４（а）を参照し、極低温時は、バッテリ１の温度が第１温度閾値未満の状態から開始しており、暖機中である。暖機よりバッテリ１の温度は徐々に高くなる。連続充電可能電力が大きくなり、暖機判定電力閾値以上になると、タイマーによるカウンタが始まる。そして、バッテリ１の温度が第２温度閾値以上になり、カウンタが所定時間に達すると、暖機判定部１１は、暖機完了と判定する。

　低温時は、バッテリ１の温度が第１温度閾値以上の状態から開始しており、暖機は始まっていない。バッテリ１の温度が低下し、第１温度閾値未満になると、車両コントローラ２０は暖機を開始する。暖機判定部１１は暖機中と判定する。暖機中、連続可能電力が下がり暖機判定閾値電力未満になると、暖機判定部１１は、タイマーによるカウンタをリセットする。その後、暖機判定部１１は、連続可能電力が暖機判定閾値電力以上になると、タイマーによるカウンタを開始する。図１４（ｂ）の例では、バッテリ１の温度が第２温度閾値に達する前に、カウンタが所定時間に達しており、暖機判定部１１は、充電可能電力条件を満たすと判定する。その後、バッテリ１の温度が高くなり第２温度閾値に達すると、暖機判定部１１は、充電可能電力条件に加えて、温度条件を満たすと判定することで、暖機完了と判定する。

　図１２を参照し、車両コントローラ２０は、暖機判定部１１が暖機中と判定した場合には、バッテリ１の充電電力の上限を連続充電可能電力に制限する。暖機判定部１１が暖機完了と判断した場合には、車両コントローラ２０は、充電電力の上限を、通常充電可能電力、例えば短期充電可能電力又は中期充電可能電力などに制限する。中期充電可能電力は、短期と長期の間の時間で充電可能な電力（図３の「中期充電可能電力」に相当）である。

　次に、図１５を参照しつつ、充電制御装置１００による充電制御方法の制御フローを説明する。図１５は、充電制御方法のフローチャートである。図１５の制御フローは、バッテリ１の暖機中に実行されるフローである。なお各ステップは、必ずしも図１５に示す順番で実行する必要は無く、適宜順序を変更されてもよい。ステップＳ２１～Ｓ２７の制御フローは、第１実施形態のステップＳ１～Ｓ７と同内容のため、説明を省略する。

　ステップＳ２８にて、暖機判定部１１は、温度検出部４により検出されたバッテリ１の温度と充電可能電力演算部８で演算された充電可能電力に基づき、バッテリ１の暖機が完了したか否かを判定する。暖機が完了していないと判定した場合には、ステップＳ２９にて、車両コントローラ２０は、バッテリ１への充電電力の上限を連続充電可能電力に制限して、バッテリ１の充電を制御する。暖機が完了したと判定した場合には、車両コントローラ２０は、バッテリ１への充電電力の上限を通常充電可能電力に制限して、バッテリ１の充電を制御する。

　上記のように、本実施形態に係る充電制御方法及び充電制御装置は、バッテリ１の温度と連続充電可能電力に基づき、バッテリ１の暖機が完了したか否かを判定する。これにより、電池の暖機完了を判断することで、通常の充電可能電力演算に切り替えることができる。

　なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

１　バッテリ
２　電圧検出部
３　電流検出部
４　温度検出部
５　ＳＯＣ推定部
６　短期充電可能電力演算部
７　長期充電可能電力演算部
８　充電可能電力演算部
９　劣化率推定部
１０　上限ＳＯＣ演算部
１１　暖機判定部
２０　車両コントローラ
３０　エンジン
４０　発電機
５０　モータ／インバータ
１００　充電制御装置

Claims

　プロセッサにより実行される、リチウムイオン電池を含み車両に設けられるバッテリの充電を制御する充電制御方法において、
前記プロセッサは、
　前記バッテリを長期間充電可能な電力である長期充電可能電力を演算し、
　前記バッテリを短期間充電可能な電力であり、前記長期充電可能電力よりも大きい短期充電可能電力を演算し、
　前記短期充電可能電力と前記長期充電可能電力に基づき、前記バッテリを連続的に充電可能な連続充電可能電力を演算し、
　前記バッテリの充電電力の上限を前記連続充電可能電力に制限する充電制御方法。
　請求項１記載の充電制御方法において、
前記プロセッサは、
　前記車両の走行維持に必要な充電可能電力の目標値を示す目標維持電力を演算し、
　前記短期充電可能電力と前記目標維持電力をとの差に応じて、前記短期充電可能電力と前記長期充電可能電力との割合を演算し、
　前記割合に応じて、前記連続充電可能電力を演算する充電制御方法。
　請求項１又は２記載の充電制御方法において、
前記プロセッサは、
　リチウムを析出させない上限電流に基づき、前記短期充電可能電力及び前記長期充電可能電力を演算する充電制御方法。
　請求項１～３のいずれか一項に記載の充電制御方法において、
前記プロセッサは、
　前記バッテリの使用可能な上限電圧に基づき、前記短期充電可能電力及び前記長期充電可能電力を演算する充電制御方法。
　請求項３に記載の充電制御方法において、
前記プロセッサは、
　前記バッテリの温度を検出し、
　前記バッテリのＳＯＣを演算し、
　前記温度及び前記ＳＯＣに基づき、前記上限電流を演算する充電制御方法。
　請求項４に記載の充電制御方法において、
前記プロセッサは、
　前記バッテリの温度を検出し、
　前記バッテリのＳＯＣを演算し、
　前記温度及び前記ＳＯＣに基づき、前記上限電圧を超えない、前記短期充電可能電力及び前記長期充電可能電力を演算する充電制御方法。
　請求項１～４のいずれか一項に記載の充電制御方法において、
前記プロセッサは、
　前記バッテリの温度を検出し、
　前記バッテリの劣化率を演算し、
　前記温度と前記劣化率に基づき、前記バッテリを充電可能なＳＯＣの上限ＳＯＣを演算し、
　前記バッテリのＳＯＣを前記上限ＳＯＣに制限して、前記バッテリを充電する充電制御方法。
　請求項７に記載の充電制御方法において、
前記プロセッサは、
　前記温度、前記劣化率、及び前記上限ＳＯＣを対応させたマップを有し、
　前記マップを用いて前記上限ＳＯＣを演算し、
前記上限ＳＯＣは、前記短期充電可能電力が目標維持電力以上になるように前記マップにおいて設定されており、
前記目標維持電力は、前記車両の走行維持に必要な充電可能電力の目標値を示す充電制限方法。
　請求項１～４のいずれか一項に記載の充電制御方法において、
前記プロセッサは、
　前記バッテリの内部抵抗を推定し、
　前記バッテリの使用可能な上限電圧、前記バッテリを備えた車両の走行維持に必要な充電可能電力の目標値を示す目標維持電力、及び前記内部抵抗に基づき、前記短期充電可能電力が所定電力以上となる上限ＯＣＶを演算し、
　前記上限ＯＣＶに対応する上限ＳＯＣを演算し、
　前記バッテリのＳＯＣを前記上限ＳＯＣに制限して、前記バッテリを充電する充電制御方法。
　請求項１～４のいずれか一項に記載の充電制御方法において、
前記プロセッサは、
　前記バッテリの温度を検出し、
　前記温度と前記連続充電可能電力に基づき、前記バッテリの暖機が完了したか否かを判定する充電制御方法。
　リチウムイオン電池を含み車両に設けられるバッテリの充電を制御するコントローラを備え、
前記コントローラは、
　前記バッテリを長期間充電可能な電力である長期充電可能電力を演算し、
　前記バッテリを短期間充電可能な電力であり、前記長期充電可能電力よりも大きい短期充電可能電力を演算し、
　前記短期充電可能電力と前記長期充電可能電力に基づき、前記バッテリを連続的に充電可能な連続充電可能電力を演算し、
　前記バッテリの充電電力の上限を前記連続充電可能電力に制限する充電制御装置。