WO2025196898A1 - バッテリ制御装置及びバッテリ制御方法 - Google Patents

バッテリ制御装置及びバッテリ制御方法

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WO2025196898A1
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battery
discharging
discharge
charge
controller
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真人 三木
憲 寺西
雅則 坂本
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Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries

Definitions

  • the power supply control device described in Patent Document 1 above has the problem that if the difference in SOC between the current SOC of the sub-battery and the set lower limit SOC is large, discharging the sub-battery to the lower limit SOC increases the discharge amount, accelerating deterioration of the sub-battery.
  • the problem that this invention aims to solve is to provide a battery control device and battery control method that prevent battery degradation.
  • the present invention solves the above problem by detecting the charge/discharge switchover, which is when the battery switches from charging to discharging, setting the amount of discharge that can be discharged based on the battery's state at the time of the charge/discharge switchover, and prohibiting battery discharge when the amount of discharge from the battery since the charge/discharge switchover reaches the amount of discharge that can be discharged.
  • This invention can prevent battery deterioration.
  • FIG. 1 is a block diagram of a battery control system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a graph showing the relationship between the energy obtained by engine operation and the energy consumed by auxiliary devices and the like.
  • FIG. 3 is a flowchart showing the control flow of the battery control method in this embodiment.
  • FIG. 4 is a graph showing SOC characteristics during charging before the charge/discharge switching point and during discharging after the charge/discharge switching point.
  • FIG. 1 is a block diagram of a battery control system according to one embodiment of the present invention.
  • the battery control system 100 is mounted on a vehicle equipped with an engine, and is a system that manages the state of the battery 1 and controls the charging and discharging of the battery 1.
  • a device including the battery controller 10 corresponds to the "battery control device" of the present invention
  • the battery control method executed by the battery controller 10 corresponds to the "battery control method" of the present invention.
  • the battery control system 100 includes a battery 1, a current sensor 2, a voltage sensor 3, an alternator 4, an engine (ENG) 5, an inverter 6, a DC-DC converter 7, a starter motor 8, a relay switch 9, a battery controller 10, an idle stop (IS) controller 20, an energy management controller 30, and loads 41 and 42.
  • Battery (low-voltage battery) 1 is a low-voltage power source for operating starter motor 8 and load 41.
  • Battery 1 is a battery of 50 volts or less, for example a 12 V battery.
  • Battery 1 is a secondary battery such as a lithium-ion battery or lead battery.
  • Battery 1 is electrically connected to alternator 4, starter motor 8, and load 41.
  • a lower limit SOC is set in advance for battery 1 to prevent over-discharge. The lower limit SOC is determined in advance based on the materials contained in battery 1, battery performance, etc.
  • Current sensor 2 and voltage sensor 3 are connected to battery 1.
  • Current sensor 2 detects the charge/discharge current flowing through battery 1.
  • Voltage sensor 3 detects the terminal voltage of battery 1.
  • Current sensor 2 and voltage sensor 3 output their detected values to battery controller 10.
  • Alternator 4 is electrically connected to battery 1 via inverter 6 and DCDC converter 7.
  • Alternator 4 charges battery 1 by supplying generated power to it.
  • Alternator 4 generates electricity using energy obtained from engine 5.
  • Alternator 4 is connected to engine 5 via a gear unit, and generates electricity when the rotor included in alternator 4 rotates due to the output torque (engine torque) of engine 5.
  • the inverter 6 is a power converter that converts the power generated by the alternator 4 into DC power.
  • the DCDC converter 7 is connected between the battery 1 and the inverter 6, and converts the output voltage of the inverter 6 to output it as a charging voltage for the battery 1.
  • the DCDC converter 7 also outputs power to the load 41.
  • the starter motor 8 is a motor used to crank the engine.
  • the relay switch 9 When the relay switch 9 is turned on, power is supplied from the battery 1 to the starter motor 8, driving it.
  • the relay switch 9 is connected between the battery 1 and the starter motor 8, and switches between electrical connection and disconnection from the battery 1 to the starter motor 8.
  • the relay switch 9 is switched on and off by a control command from the IS controller 20.
  • Load 41 operates using power output from low-voltage battery 1 and/or alternator 4, and may be, for example, a fan included in an air conditioner, audio equipment such as a speaker, a lamp, etc.
  • Load 42 operates using power from engine 5, and may be, for example, a compressor included in an air conditioner, a transmission, etc.
  • the battery controller 10 manages the status of the sensors (current sensor 2 and/or voltage sensor 3) connected to the battery 1 and controls the charging and discharging of the battery 1.
  • the battery controller 10 is a processor for performing various functions, such as managing the status of the battery 1, controlling the charging and discharging of the battery 1, and setting the dischargeable amount, and executes programs stored in the memory within the control unit.
  • the battery controller 10 has the following functional blocks: a battery management unit 11, a charge and discharge control unit 12, and a dischargeable amount setting unit 13. Note that the battery controller 10 is not limited to the functions of each functional block, such as the battery management unit 11, and may have other functions as well.
  • the battery management unit 11 calculates the SOC (state of charge) of the battery 1 based on the current detected by the current sensor 2 and the voltage detected by the voltage sensor 3.
  • the battery management unit 11 obtains the voltage detected by the voltage sensor 3 as the open-circuit voltage and calculates the SOC by referring to a map showing the correlation between the open-circuit voltage and the SOC of the battery 1.
  • the battery management unit 11 calculates the charge or discharge amount of the battery 1 by integrating the charge/discharge current of the battery 1 using the current detected by the current sensor 2.
  • the battery management unit 11 calculates the current battery capacity by adding the calculated charge or discharge amount to the battery capacity (remaining capacity) at the start of charging or discharging the battery 1. The battery management unit 11 then calculates the current SOC by dividing the current battery capacity by the full charge capacity of the battery 1. Note that other methods may be used to calculate the SOC of the battery 1.
  • the battery management unit 11 also detects a switch from charging to discharging of the battery 1 (hereinafter also referred to as a "charge/discharge switch"). Specifically, the battery management unit 11 detects a charge/discharge switch by determining whether the change in the SOC of the battery 1 has switched from an increase to a decrease, or whether the current of the battery 1 has changed from a charge current to a discharge current.
  • the battery management unit 11 When the battery management unit 11 detects a charge/discharge switch, it calculates the amount of discharge of the battery from the time of the charge/discharge switch.
  • the time of the charge/discharge switch corresponds to the timing when the state of the battery 1 switched from charge to discharge.
  • the charge/discharge control unit 12 outputs control commands to the inverter 6 and DC/DC converter 7 to control the charging current output from the alternator 4 to the battery 1. Furthermore, the charge/discharge control unit 12 stops charging the battery 1 when the battery 1 is fully charged. The charge/discharge control unit 12 controls the discharge current of the battery 1 when supplying power from the battery 1 to the load 41. When the SOC of the battery 1 decreases due to discharge and reaches the lower limit SOC of the battery 1, the charge/discharge control unit 12 stops discharging from the battery 1.
  • the charge/discharge control unit 12 stops discharging the battery 1 when the amount of discharge from the time of charge/discharge switch reaches the dischargeable amount. After discharging of the battery 1 is stopped, discharging of the battery 1 is prohibited until the SOC of the battery 1 reaches the SOC at the time of charge/discharge switch. In other words, the charge/discharge control unit 12 prohibits discharging of the battery 1 when the amount of discharge from the time of charge/discharge switch reaches the dischargeable amount.
  • the dischargeable amount setting unit 13 sets the dischargeable amount according to the state of the battery 1 at the time of switching between charging and discharging.
  • the dischargeable amount indicates the amount of discharge of the battery 1 that can be discharged from the time of switching between charging and discharging.
  • the dischargeable amount setting unit 13 sets the chargeable and dischargeable amount according to the SOC or remaining capacity of the battery 1 at the time of switching between charging and discharging. For example, the dischargeable amount setting unit 13 sets the chargeable and dischargeable amount so that the larger the SOC or remaining capacity of the battery 1 at the time of switching between charging and discharging, the larger the dischargeable amount.
  • the dischargeable amount setting unit 13 may calculate the dischargeable amount by multiplying the remaining capacity of the battery 1 by a predetermined percentage (e.g., 1%). In this case, the dischargeable amount setting unit 13 may set the predetermined percentage to a value corresponding to the SOC or remaining capacity of the battery 1. Furthermore, when setting the dischargeable amount at the time of switching between charging and discharging, the dischargeable amount setting unit 13 may set the dischargeable amount so that the SOC when the discharge amount of the battery 1 reaches the dischargeable amount is higher than a lower limit SOC that prevents over-discharge of the battery 1. This helps prevent deterioration of battery 1.
  • a predetermined percentage e.g., 1%
  • the dischargeable amount setting unit 13 may set the dischargeable amount according to the vehicle environment and/or the operating conditions of the loads 41, 42 at the time of switching.
  • the vehicle environment is represented by the temperature and humidity of the vehicle's surrounding environment (exterior or interior environment).
  • the temperature and/or humidity are used to predict the operating requirements of the loads 41, 42, such as the air conditioner. For example, when the outside temperature is low in winter or high in summer, the air conditioner is expected to be used, and when the difference between the current outside temperature and the comfortable temperature is large, the air conditioner's airflow volume, etc., is increased. When the output torque of the engine 5 is insufficient when the air conditioner is used, the charge capacity of the battery 1 is used to operate the air conditioner.
  • the dischargeable amount setting unit 13 may increase the dischargeable amount if it is possible to predict a situation in which the air conditioner will be used from the vehicle environment at the time of switching.
  • the dischargeable amount setting unit 13 may increase the dischargeable amount if it can predict that the output torque of the engine 5 will be insufficient energy based on the operating conditions of the loads 41, 42 at the time of switching.
  • the dischargeable amount setting unit 13 may increase the dischargeable amount depending on the vehicle environment and/or the operating conditions of the loads 41, 42 at the time of switching. That is, the dischargeable amount setting unit 13 may increase the dischargeable amount when the battery 1 is in a state where discharging the battery 1 will not accelerate deterioration of the battery 1.
  • the IS controller 20 performs an idling stop when the idling stop conditions are met.
  • the idling stop conditions are defined by the vehicle speed, whether the brakes are applied, the engine rotation speed, etc. For example, the idling stop conditions are when the vehicle speed is zero, the brakes are applied, and the engine rotation speed is less than a predetermined rotation speed threshold.
  • the idling stop period (period during which the engine is stopped) is predetermined, such as one minute.
  • the IS controller 20 cancels the idling stop when the elapsed time of the idling stop reaches the idling stop period, or when the vehicle state during the idling stop does not meet the idling stop conditions.
  • the IS controller 20 turns on the relay switch 9 and drives the starter motor 8.
  • idling stop the engine 5 is stopped and the loads 41 and 42 operate on power from the battery 1.
  • the engine 5 is running, so the battery 1 is charged with power generated by the alternator 4.
  • the battery 1 switches from charging to discharging.
  • the battery management unit 11 detects the switch between charging and discharging that occurs due to idling stop.
  • the EM controller 30 is a control unit that controls the energy management system in the vehicle.
  • the energy management system is installed in the vehicle and controls the energy for auxiliary equipment.
  • the energy management system distributes the output torque of the engine 5 to energy for operating the loads 41, 42 and the alternator 4.
  • FIG 2 is a graph showing the relationship between the energy obtained by engine operation and the energy consumed by accessories, etc.
  • ENG torque indicates the energy obtained from the output torque of the engine 5
  • TM load indicates the energy required to operate the transmission included in the load 42
  • AC load indicates the energy that must be obtained from the output torque of the engine 5 to operate the air conditioner
  • generator load indicates the energy required to operate the alternator 4 and load 41.
  • the EM controller 30 distributes the energy of the "ENG torque” to the "TM load,” “AC load,” and “power generation load.” If there is excess engine torque (state of Figure 2(a)), the alternator 4 is driven by the output torque of the engine 5 to charge the battery 1, and energy equivalent to the excess engine torque is used to charge the battery 1. In this state, if, for example, the AC load increases and the engine torque balance becomes unbalanced, the EM controller 30 outputs a control command to the battery controller 10 to switch the battery 1 from charging to discharging. The charge/discharge control unit 12 of the battery controller 10 switches the battery 1 from charging to discharging. The battery management unit 11 then detects the switch between charging and discharging, which occurs due to the supplementation of the energy shortage.
  • step S1 the battery management unit 11 calculates the current SOC (current SOC) of the battery 1 based on the detected current of the current sensor 2 and/or the detected voltage of the voltage sensor 3.
  • step S2 the battery management unit 11 calculates the difference ( ⁇ SOC) between the previous SOC and the current SOC by subtracting the previous SOC from the current SOC.
  • the current SOC corresponds to the current SOC.
  • the previous SOC corresponds to the SOC calculated in the control flow of step S1 in the previous control flow loop.
  • step S3 the battery management unit 11 compares the current value of the SOC difference ( ⁇ SOC n ) with the previous value of the SOC difference ( ⁇ SOC n-1 ).
  • the current value of the SOC difference corresponds to the SOC calculated in the control flow of step S2 in the current control flow loop.
  • the previous value of the SOC difference corresponds to the SOC calculated in the control flow of step S2 in the previous control flow loop. If the current value of the SOC difference ( ⁇ SOC n ) is smaller than the previous value ( ⁇ SOC n-1 ), the change in the SOC of the battery 1 has switched from increasing to decreasing, and the battery management unit 11 detects a switch between charging and discharging the battery 1. If the current value of the SOC difference ( ⁇ SOC n ) is equal to or greater than the previous value ( ⁇ SOC n-1 ), the control flow returns to step S1.
  • the dischargeable amount setting unit 13 sets the dischargeable amount according to the state of the battery 1 at the time of the charge/discharge switch (step S4).
  • the charge/discharge control unit 12 switches the battery 1 from charging to discharging and starts discharging the battery 1 (step S5).
  • the battery management unit 11 calculates the discharge amount of the battery 1.
  • the battery management unit 11 compares the amount of discharge from the time of the charge/discharge switch to the present with the dischargeable amount. If the discharged amount is less than or equal to the dischargeable amount, the control flow returns to step S6. If the discharged amount is greater than the dischargeable amount, in step S8, the battery management unit 11 determines that the discharged amount of the battery 1 has reached the dischargeable amount and prohibits discharging of the battery 1.
  • the battery controller 10 ends the control flow shown in FIG. 3.
  • the charge/discharge control unit 12 may charge the battery 1 until the SOC of the battery 1 reaches the SOC at the start of discharging (the SOC when the control flow of step S5 is executed).
  • FIG. 4 is a graph showing SOC characteristics during charging before the charge/discharge switching point and during discharging after the charge/discharge switching point.
  • the charge start SOC indicates the SOC at the time when charging starts before the charge/discharge switching point.
  • the charge completion SOC indicates the SOC at the time when charging/discharging switches.
  • Discharge SOC a indicates the SOC when the discharge amount of the battery 1 reaches the dischargeable amount in the battery control system according to this embodiment.
  • Discharge SOC b indicates the SOC (SOC at the end of discharge) when the discharge amount of the battery 1 reaches the dischargeable amount in the battery control system according to the reference example.
  • the dischargeable amount is set so that the SOC at the end of discharge after the charge/discharge switching point is 1% lower than the charge start SOC.
  • the dischargeable capacity is set to be a few percent (e.g., about 1%) lower than the discharge start SOC, and the SOC when the dischargeable capacity of the battery 1 is reached is set to be higher than the charge start SOC of the charge immediately before the charge/discharge switching. Therefore, the dischargeable capacity permitted by the dischargeable capacity is significantly reduced compared to the charge amount immediately before the charge/discharge switching. Therefore, the discharge amount represented by the area D a in FIG. 4 is small.
  • the SOC b at the end of discharge is lower than the SOC at the start of discharge (corresponding to the charge completion SOC), and the decrease in SOC from the start of discharge to the end of discharge is large. Therefore, the discharge amount represented by the area D b in FIG. 4 is large. In other words, in this embodiment, the discharge amount immediately after the charge/discharge switching is reduced compared to the reference example, and deterioration of the battery 1 can be prevented.
  • the battery controller 10 detects a charge/discharge switch, sets the dischargeable amount according to the state of the battery 1 at the time of the charge/discharge switch, and prohibits discharging of the battery 1 when the amount of discharge of the battery 1 since the charge/discharge switch reaches the dischargeable amount. This suppresses the amount of discharge of the battery 1 after the charge/discharge switch, preventing deterioration of the battery 1.
  • the battery controller 10 detects the charge/discharge switch that occurs due to idling stop. This reduces the amount of discharge from the battery 1 during idling stop, preventing deterioration of the battery 1.
  • the vehicle is equipped with an energy management system that distributes the output torque of the engine 5 to energy for operating the vehicle's loads 41, 42 and/or alternator 4. If the output torque of the engine 5 is insufficient for the energy required to operate the loads 41, 42 and/or alternator 4, the energy management system compensates for the energy shortage by discharging the battery 1, and the battery controller 10 detects the charge/discharge switch that occurs due to the compensation of the energy shortage. As a result, when the battery 1 is discharged by energy management, the amount of discharge of the battery 1 is suppressed, preventing deterioration of the battery 1.
  • the battery controller 10 sets the dischargeable amount according to the vehicle environment and/or the operating conditions of the loads 41, 42 at the time of switching between charge and discharge.
  • the energy shortage can be compensated for by discharging the battery 1.
  • the energy shortage can be compensated for by discharging the battery 1.
  • the battery controller 10 sets the dischargeable amount so that the SOC when the discharge amount of the battery 1 reaches the dischargeable amount is higher than the lower limit SOC that prevents over-discharge of the battery 1. This makes it possible to prevent deterioration of the battery 1.
  • the battery controller 10, IS controller 20, and EM controller 30 do not necessarily have to be configured as a single ECU, but may be configured as multiple ECUs, and multiple ECUs installed in the vehicle may have the functions of the battery controller 10, IS controller 20, and EM controller 30.
  • the IS controller 20 determines whether to execute or cancel idling stop based on control commands from each ECU, as follows: If the idling stop conditions are not met, the ECU sends a control command to the IS controller 20 indicating that the idling stop conditions are not met.
  • the idling stop conditions include multiple conditions such as vehicle speed and engine rotation speed, and the determination of whether the idling stop conditions are met is made by multiple ECUs, such as the ECUs.
  • the IS controller 20 receives a control command from at least one ECU indicating that the idling stop conditions are not met, it cancels idling stop.
  • the "battery controller 10" in this embodiment corresponds to the "controller" of the present invention.

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Abstract

バッテリ制御装置において、バッテリ１に接続されたセンサの検出値に基づきバッテリ１の状態を管理し、バッテリ１の充放電を制御するバッテリコントローラ１０を備え、バッテリコントローラ１０は、バッテリ１の充電から放電に切り替わる充放電切り替わりを検知し、充放電切り替わりの時点におけるバッテリ１の状態に応じて放電可能量を設定し、充放電切り替わりの時点からのバッテリ１の放電量が放電可能量に達した場合に、バッテリ１の放電を禁止する。

Description

バッテリ制御装置及びバッテリ制御方法
　本発明は、バッテリ制御装置及びバッテリ制御方法に関するものである。
　従来より、メインバッテリと、補助電源であるサブバッテリとによって、補器群に給電する電源制御装置が知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１記載の電源制御装置では、メインバッテリが劣化していない場合には、燃費優先モード、バランスモード、機能優先モードのとのいずれかをユーザに選択させて、ユーザに選択されたモードによって、サブバッテリの下限ＳＯＣを緊急下限値、中間値、最大値のいずれかのＳＣＯに設定する。
特開２０１５－１２６５７４号公報
　上記特許文献１記載の電源制御装置では、サブバッテリの現在のＳＯＣと、設定された下限ＳＯＣとのＳＯＣ差が大きい場合に、サブバッテリは下限ＳＯＣまで放電すると、放電量が大きくなり、サブバッテリの劣化が促進するという問題がある。
　本発明が解決しようとする課題は、バッテリの劣化を防止するバッテリ制御装置及びバッテリ制御方法を提供することである。
　本発明は、バッテリの充電から放電に切り替わる充放電切り替わりを検知し、充放電切り替わりの時点におけるバッテリの状態に応じて放電可能量を設定し、充放電切り替わりの時点からのバッテリの放電量が放電可能量に達した場合に、バッテリの放電を禁止することにより上記課題を解決する。
　本発明によれば、バッテリの劣化を防止できる。
図１は、本発明の一実施の形態に係るバッテリ制御システムのブロック図である。 図２は、エンジン動作により得られるエネルギーと、補器等で消費されるエネルギーとの関係を示すグラフである。 図３は、本実施形態における、バッテリ制御方法の制御フローを示すフローチャートである。 図４は、充放電切り替わり時点より前の充電と充放電切り替わり時点より後の放電におけるＳＯＣ特性を示すグラフである。
　以下、本発明に係るバッテリ制御装置及びバッテリ制御方法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バッテリ制御システムのブロック図である。バッテリ制御システム１００は、エンジンを備えた車両に搭載され、バッテリ１の状態を管理し、バッテリ１の充放電を制御するシステムである。なお、バッテリコントローラ１０を含む装置が本発明の「バッテリ制御装置」に相当し、バッテリコントローラ１０により実行されるバッテリ制御方法が本発明の「バッテリ制御方法」に相当する。
　図１に示すように、バッテリ制御システム１００は、バッテリ１、電流センサ２、電圧センサ３、オルタネータ４、エンジン（ＥＮＧ）５、インバータ６、ＤＣＤＣコンバータ７、スタータモータ８、リレースイッチ９、バッテリコントローラ１０、アイドリングストップ（ＩＳ）コントローラ２０、エネルギーマネージメントコントローラ３０、及び負荷４１、４２を備えている。
　バッテリ（低電圧バッテリ）１は、スタータモータ８、負荷４１を動作させるための低電圧電源である。バッテリ１は、５０ボルト以下のバッテリであって例えば１２Ｖバッテリである。バッテリ１は、リチウムイオンバッテリ又は鉛バッテリ等の二次電池である。バッテリ１は、オルタネータ４、スタータモータ８、負荷４１に電気的に接続されている。バッテリ１には、過放電を防止する下限ＳＯＣが予め設定されている。下限ＳＯＣは、バッテリ１に含まれる材料、電池性能等により予め決められる。
　電流センサ２及び電圧センサ３はバッテリ１に接続されている。電流センサ２は、バッテリ１に流れる充放電電流を検出する。電圧センサ３はバッテリ１の端子間電圧を検出する。電流センサ２及び電圧センサ３は検出値をバッテリコントローラ１０に出力する。オルタネータ４は、インバータ６及びＤＣＤＣコンバータ７を介して、バッテリ１に電気的に接続されている。オルタネータ４は、発電電力をバッテリ１に供給することで、バッテリ１を充電する。オルタネータ４は、エンジン５から得られるエネルギーを元に発電する。オルタネータ４は、ギアユニットを介してエンジン５に連結されており、エンジン５の出力トルク（エンジントルク）により、オルタネータ４に含まれるロータが回転することで、発電する。
　インバータ６は、オルタネータ４の発電電力を直流電力に変換する電力変換器である。ＤＣＤＣコンバータ７はバッテリ１とインバータ６との間に接続され、インバータ６の出力電圧を変換して、バッテリ１の充電電圧として出力する。またＤＣＤＣコンバータ７は、負荷４１に対して電力で出力する。
　スタータモータ８は、エンジンをクランキングさせるためのモータである。リレースイッチ９がオンになると、バッテリ１からの電力がスタータモータ８に供給され、スタータモータ８が駆動する。リレースイッチ９はバッテリ１とスタータモータ８の間に接続されており、バッテリ１からスタータモータ８への電気的な導通と遮断を切り替える。リレースイッチ９のオン、オフはＩＳコントローラ２０の制御指令により切り替わる。
　負荷４１は、低電圧バッテリ１及び／又はオルタネータ４から出力される電力によって動作し、例えばエアーコンディショナーに含まれるファン、スピーカ等のオーディオ機器、ランプ等である。負荷４２はエンジン５の動力によって動作し、例えばエアーコンディショナーに含まれるコンプレッサ、トランスミッション等である。
　バッテリコントローラ１０は、バッテリ１に接続されたセンサ（電流センサ２及び／又は電圧センサ３）状態を管理し、バッテリ１の充放電を制御する。バッテリコントローラ１０は、バッテリ１の状態を管理する機能、バッテリ１の充放電を制御する機能、及び、放電可能量を設定する機能等の各種機能を実行するためのプロセッサであり、コントロールユニット内のメモリに保存されたプログラムを実行する。バッテリコントローラ１０は、機能ブロックとして、バッテリ管理部１１、充放電制御部１２、放電可能量設定部１３を有している。なおバッテリコントローラ１０は、バッテリ管理部１１等の各機能ブロックの機能に限らず、他の機能を有してもよい。
　バッテリ管理部１１は、電流センサ２の検出電流、及び、電圧センサ３の検出電圧に基づき、バッテリ１のＳＯＣ（充電状態）を算出する。バッテリ１が無負荷状態である場合には、バッテリ管理部１１は、電圧センサ３の検出電圧を開放電圧として取得し、バッテリ１の開放電圧とＳＯＣとの相関性を示したマップを参照して、ＳＯＣを算出する。バッテリ１が有負荷状態である場合には、バッテリ管理部１１は、電流センサ２の検出電流を用いてバッテリ１の充放電電流を積算することで、バッテリ１の充電量又は放電量を算出する。バッテリ管理部１１は、バッテリ１の充放電開始時の電池容量（残容量）に、算出した充電量又は放電量を加算することで、現在の電池容量を算出する。そして、バッテリ管理部１１は、バッテリ１の満充電容量から現在の電池容量を除算することで、現在ＳＯＣを算出する。なお、バッテリ１のＳＯＣの算出方法は、他の方法であってもよい。またバッテリ管理部１１は、バッテリ１の充電から放電への切り替わり（以下、「充放電切り替わり」とも称する）を検知する。具体的には、バッテリ管理部１１は、バッテリ１のＳＯＣの変化が増加から減少へ切り替わったこと、又は、バッテリ１の電流が充電電流から放電電流に変わったことを特定することで、充放電切り替わりを検知する。バッテリ管理部１１は、充放電切り替わりを検知した場合には、充放電切り替わり時点からのバッテリの放電量を算出する。なお、充放電切り替わり時点は、バッテリ１の状態が充電から放電に切り替わったタイミングに相当する。
　充放電制御部１２は、インバータ６及びＤＣ／ＤＣコンバータ７に制御指令を出力し、オルタネータ４からバッテリ１に出力される充電電流を制御する。また充放電制御部１２は、バッテリ１が満充電に達した場合には、バッテリ１への充電を停止する。充放電制御部１２は、バッテリ１から負荷４１に対して電力を供給する際には、バッテリ１の放電電流を制御する。バッテリ１の放電によりバッテリ１のＳＯＣが低下し、バッテリ１の下限ＳＯＣに達した場合には、充放電制御部１２はバッテリ１からの放電を停止する。また充放電制御部１２は、バッテリ管理部１１により充放電切り替わりを検知した場合に、充放電切り替わり時点からの放電量が放電可能量に達したときには、バッテリ１の放電を停止する。バッテリ１の放電停止後は、バッテリ１のＳＯＣが充放電切り替わり時点のＳＯＣまで、バッテリ１の放電は禁止される。つまり、充放電制御部１２は、充放電切り替わり時点からの放電量が放電可能量に達した場合に、バッテリ１の放電を禁止する。
　放電可能量設定部１３は、充放電切り替わり時点におけるバッテリ１の状態に応じて放電可能量を設定する。放電可能量は、充放電切り換え時点から放電できる、バッテリ１の放電量を示している。放電可能量設定部１３は、充放電切り換え時点のバッテリ１のＳＯＣ又は残容量に応じて、充放電可能量を設定する。例えば、放電可能量設定部１３は、充放電切り換え時点のバッテリ１のＳＯＣ又は残容量が大きいほど放電可能量が大きくなるように、充放電可能量を設定する。例えば、放電可能量設定部１３は、バッテリ１の残容量に対して所定の割合（例えば１％）を乗じることで、放電可能量を算出すればよい。このとき、放電可能量設定部１３は、所定の割合を、バッテリ１のＳＯＣ又は残容量に応じた値とすればよい。また、放電可能量設定部１３は、充放電切り替わり時点で放電可能量を設定する際には、バッテリ１の放電量が放電可能量に達した時のＳＯＣが、バッテリ１の過放電を防止する下限ＳＯＣより高くなるように、放電可能量を設定するとよい。これにより、バッテリ１の劣化を抑制できる。
　また、放電可能量設定部１３は、切り替わりの時点における車両の環境及び／又は負荷４１、４２の動作状況に応じて、放電可能量を設定してもよい。車両の環境は、車両の周囲環境（車外又は車内の環境）の温度や湿度で表される。温度及び／又は湿度は、エアーコンディショナー等の負荷４１、４２に対する動作要求を予測するために使用される。例えば、冬の季節で外気温が低い場合、又は、夏の季節で外気温が高い場合には、エアーコンディショナーを使用することが予想され、現在の外気温と快適温度との差が大きい場合には、エアーコンディショナーの風量なども大きくなる。エアーコンディショナーを使用する際に、エンジン５の出力トルクが不足している場合には、バッテリ１の充電容量がエアーコンディショナーの動作に使用される。このような場合には、エアーコンディショナーに対する動作要求を満たすために、バッテリ１の放電量を多くするとよい。すなわち、放電可能量設定部１３は、切り替わりの時点における車両の環境から、エアーコンディショナーを使用するシーンを予測できる場合には、放電可能量を大きくしてもよい。
　また、負荷４１、４２の動作状況から、エンジン５の出力トルクから得られるエネルギーが、負荷４１、４２の動作、オルタネータ４の動作等に多く使用されている状態で、さらに、別の負荷４１、４２を動作させようとすると、エネルギー不足が生じる。このようなエネルギー不足が生じた場合には、バッテリ１の放電でエネルギー不足を補完するとよい。すなわち、放電可能量設定部１３は、切り替わりの時点における負荷４１、４２の動作状況から、エンジン５の出力トルクではエネルギー不足となることを予測できる場合には、放電可能量を大きくしてもよい。なお、放電可能量設定部１３は、充放電切り換え時点のバッテリ１のＳＯＣ又は残容量が十分に大きい場合（例えばＳＯＣ：７０～８０％以上の場合）に、切り替わりの時点における車両の環境及び／又は負荷４１、４２の動作状況に応じて、放電可能量を大きくしてもよい。つまり、放電可能量設定部１３は、バッテリ１を放電させてもバッテリ１の劣化が促進しないようなバッテリ１の状態で、放電可能量を大きくするとよい。
　ＩＳコントローラ２０は、アイドリングストップ条件を満たす場合には、アイドリングストップを行う。アイドリングストップ条件は、車速、ブレーキ作動の有無、又はエンジン回転速度等で規定される。例えば、アイドリングストップ条件は、車速がゼロで、ブレーキが作動し、かつ、エンジン回転速度が所定の回転速度閾値未満である場合とする。アイドリングストップ期間（エンジンの停止期間）は、例えば１分のように予め決められている。ＩＳコントローラ２０は、アイドリングストップの経過時間がアイドリングストップ期間に達した場合、又は、アイドリングストップ中に、車両の状態がアイドリングストップ条件を満たさない状態となった場合には、アイドリングストップを解除する。ＩＳコントローラ２０は、アイドリングストップを解除する際には、リレースイッチ９をオンにして、スタータモータ８を駆動させる。
　アイドリングストップ中、エンジン５は停止しており、負荷４１、４２はバッテリ１の電力で動作する。すなわち、アイドリングストップ前は、エンジン５が駆動しているため、バッテリ１はオルタネータ４の発電電力で充電される。アイドリングストップが行われると、バッテリ１は充電から放電に切り替わる。そして、バッテリ管理部１１は、アイドリングストップにより生じる充放電切り替わりを検知する。
　ＥＭコントローラ３０は、車両におけるエネルギーマネージメントシステムを制御するコントロールユニットである。エネルギーマネージメントシステムは、車両に搭載され、補器用のエネルギーを制御するシステムである。エネルギーマネージメントシステムは、エンジン５の出力トルクを、負荷４１、４２及びオルタネータ４を動作するためのエネルギーに分配する。
　図２を参照して、車両の走行中、エネルギーマネージメントシステムで実行されるエネルギーの分配について説明する。図２は、エンジン動作により得られるエネルギーと、補器等で消費されるエネルギーとの関係を示すグラフである。図２において「ＥＮＧトルク」はエンジン５の出力トルクで得られるエネルギーを示し、「ＴＭ負荷」は負荷４２に含まれるトランスミッションを動作するために必要なエネルギーを、「ＡＣ負荷」はエアーコンディショナーを動作するために、エンジン５の出力トルクから得る必要のあるエネルギーを、「発電負荷」はオルタネータ４や負荷４１を動作させるために必要なエネルギーを示す。
　図２（а）に示すように、「通常」時では、「ＥＮＧトルク」のエネルギーが、「ＴＭ負荷」、「ＡＣ負荷」、及び「発電負荷」に分配されたとしても、エネルギー（Ｅａ）相当の余裕トルク（エンジン余裕トルク）ができる。エンジン余裕トルクはバッテリ１の充電に使用される。「通常」の状態から、例えばエアーコンディショナーの出力が上がると、「ＥＣＧトルク」のエネルギーの多くが「ＡＣ負荷」で消費される。そのため図２（ｂ）に示すように、ＥＭコントローラ３０は、「ＥＮＧトルク」のエネルギーを「発電負荷」に分配できなくなり、エネルギー（Ｅｂ）相当のエンジントルクが不足する。図２（ｂ）に示すように、「ＥＮＧトルク」のエネルギーが、エンジントルクを必要とする負荷の必要エネルギーに対して不足する、いわゆるエンジントルク収支が合わない状態となった場合には、「発電負荷」を下げて、一時的にオルタネータ４からの出力に制限をかける。しかしながら、オルタネータ４からの出力に制限をかけると、オルタネータ４からの電力が負荷４１に十分に供給されず、例えば負荷４１に含まれる、エアーコンディショナーのファンが動作しなくなり、エアーコンディショナーの出力性能が下がってしまう。
　ＥＭコントローラ３０は、図２（ｂ）に示すようなエンジントルク収支が合わない状態である場合には、バッテリ１を充電から放電に切り替えて、バッテリ１の放電電力で、エネルギー（Ｅｂ）相当のエンジントルクを補完する。つまり、ＥＭコントローラ３０は、オルタネータ４からの出力に制限をかけて「発電負荷」を減らし、エンジントルクの不足分に相当するエネルギーを、バッテリ１の放電で得る。
　なお上記では「ＡＣ負荷」のエネルギー上昇により、エンジントルクが不足する例を説明したが、「発電負荷」のエネルギーが上昇した場合にも、エンジントルクが不足することがある。例えば、エンジントルク収支が合っている状態で、負荷４１を動作させるために必要なエネルギーが増加した場合には、エンジントルクが不足する。ＥＭコントローラ３０は、バッテリ１を充電から放電に切り替えて、バッテリ１の放電電力で、エンジントルクの不足分を補完する。
　すなわち、エネルギーマネージメントシステムは、エンジン５の出力トルクが、負荷４１及び／又はオルタネータ４の動作に必要なエネルギーに対して不足した場合には、バッテリ１の放電よりエネルギー不足を補完する。これにより、エンジントルク収支を保ちつつ、負荷４１に対して電力を供給できる。
　上記のように、ＥＭコントローラ３０は、車両の走行中、「ＥＮＧトルク」のエネルギーを、「ＴＭ負荷」、「ＡＣ負荷」、及び「発電負荷」に分配しても、エンジン余裕トルクがある場合には（図２（а）の状態）、エンジン５の出力トルクでオルタネータ４を駆動させてバッテリ１を充電することで、エンジン余裕トルク相当のエネルギーをバッテリ１の充電に使用する。この状態で、例えばＡＣ負荷が大きくなり、エンジントルク収支が合わない状態になった場合には、ＥＭコントローラ３０は、バッテリ１を充電から放電に切り替えるために、制御指令をバッテリコントローラ１０に出力する。バッテリコントローラ１０の充放電制御部１２はバッテリ１を充電から放電に切り替える。そして、バッテリ管理部１１は、エネルギー不足の補完により生じる充放電切り替わりを検知する。
　次に、図３を参照して、バッテリ制御方法の制御フローを説明する。図３は、バッテリ制御方法の制御フローを示すフローチャートである。バッテリコントローラ１０は、車両の走行を開始する（イグニッションスイッチがオンになる）と制御フローを開始する。なお図３に示す制御フローは、車両の走行開始後、バッテリ１が充電から放電に切り替わり、放電が禁止されるまでのフローを示している。なお、図３の制御フローは車両の走行中に実行されてもよく、車両の停車中に実行されてもよい。
　ステップＳ１にて、バッテリ管理部１１は、電流センサ２の検出電流及び／又は電圧センサ３の検出電圧に基づき、バッテリ１の現在のＳＯＣ（現在ＳＯＣ）を算出する。ステップＳ２にて、バッテリ管理部１１は、今回ＳＯＣから前回ＳＯＣを差し引くことで、前回ＳＯＣと今回ＳＯＣの差分（ΔＳＯＣ）を算出する。今回ＳＯＣは現在ＳＯＣに相当する。前回ＳＯＣは前回の制御フローのループで、ステップＳ１の制御フローで算出されたＳＯＣに相当する。
　ステップＳ３にて、バッテリ管理部１１は、ＳＯＣ差分の今回値（ΔＳＯＣｎ）とＳＯＣ差分の前回値（ΔＳＯＣｎ―１）とを比較する。ＳＯＣ差分の今回値は今回の制御フローのループで、ステップＳ２の制御フローで算出されたＳＯＣに相当する。ＳＯＣ差分の前回値は前回の制御フローのループで、ステップＳ２の制御フローで算出されたＳＯＣに相当する。ＳＯＣ差分の今回値（ΔＳＯＣｎ）が前回値（ΔＳＯＣｎ―１）より小さい場合には、バッテリ１のＳＯＣの変化が増加から減少へ切り替わったことになり、バッテリ管理部１１は、バッテリ１の充放電切り替わりを検知する。ＳＯＣ差分の今回値（ΔＳＯＣｎ）が前回値（ΔＳＯＣｎ―１）以上である場合には、制御フローはステップＳ１に戻る。
　充放電切り替わりが検知された場合には、放電可能量設定部１３は、充放電切り替わり時点におけるバッテリ１の状態に応じて放電可能量を設定する（ステップＳ４）。充放電制御部１２は、バッテリ１の充電から放電に切り替えて、バッテリ１の放電を開始する（ステップＳ５）。ステップＳ６にて、バッテリ管理部１１はバッテリ１の放電量を算出する。ステップＳ７にて、バッテリ管理部１１は、充放電切り換え時点から現在までの放電量と、放電可能量を比較する。放電量が放電可能量以下である場合には、制御フローはステップＳ６に戻る。放電量が放電可能量より大きい場合には、ステップＳ８にて、バッテリ管理部１１は、バッテリ１の放電量が放電可能量に達したと判定し、バッテリ１の放電を禁止する。そして、バッテリコントローラ１０は、図３に示す制御フローを終了する。
　なお放電禁止後、充放電制御部１２は、バッテリ１のＳＯＣが放電開始時のＳＯＣ（ステップＳ５の制御フローを実行した時のＳＯＣ）になるまで、バッテリ１を充電してもよい。
　次に、本実施形態に係るバッテリ制御システムで制御されるバッテリ１のＳＯＣ特性を、参考例と比較して説明する。図４は、充放電切り替わり時点より前の充電と充放電切り替わり時点より後の放電におけるＳＯＣ特性を示すグラフである。図４において、充電開始ＳＯＣは、充放電切り替わり時点より前の充電を開始した時点のＳＯＣを示す。充電完了ＳＯＣは、充放電切り替わり時点のＳＯＣを示す。放電ＳＯＣаは、本実施形態に係るバッテリ制御システムにおいて、バッテリ１の放電量が放電可能量に達した時のＳＯＣを示す。放電ＳＯＣｂは、参考例に係るバッテリ制御システムにおいて、バッテリ１の放電量が放電可能量に達した時のＳＯＣ（放電終了時のＳＯＣ）を示す。参考例では、充放電切り替わり時点後の放電終了時のＳＯＣが、充電開始ＳＯＣに対して１％低いＳＯＣになるよう、放電可能量が設定されている。
　図４の矢印аに示すように、本実施形態では、放電可能量は、放電開始ＳＯＣに対して数パーセント程度（例えば１％程度）の低下になるよう設定されており、バッテリ１の放電可能量に達した時のＳＯＣが、切り替わりの直前の充電における充電開始ＳＯＣよりも高くなるように設定されている。そのため、放電可能量により許容される放電可能量は、充放電切り替わり時点の直前の充電量と比較して、大きく抑えられている。そのため、図４のエリアＤаの面積部分で表される放電量は小さくなる。一方、参考例では、充放電切り替わり時点の直後の放電を終えると、放電終了時のＳＯＣｂは、放電開始時のＳＯＣ（充電完了ＳＯＣに相当）よりも低くなっており、放電開始時から放電終了時までのＳＯＣの低下幅は大きい。そのため、図４のエリアＤｂの面積部分で表される放電量は大きい。すなわち、本実施形態では、参考例と比較して充放電切り替わり時点の直後の放電量が抑制され、バッテリ１の劣化を防止できる。
　上記のように、本実施形態に係るバッテリ制御装置及びバッテリ制御方法において、バッテリコントローラ１０は、充放電切り替わりを検知し、充放電切り替わりの時点におけるバッテリ１の状態に応じて放電可能量を設定し、充放電切り替わりの時点からのバッテリ１の放電量が放電可能量に達した場合に、バッテリ１の放電を禁止する。これにより、バッテリ１の充放電切り替わり後の放電量が抑制され、バッテリ１の劣化を防止できる。
　また本実施形態において、バッテリコントローラ１０は、アイドリングストップにより生じる充放電切り替わりを検知する。これにより、アイドリングストップ中のバッテリ１放電量が抑制され、バッテリ１の劣化を防止できる。
　また本実施形態において、車両は、エンジン５の出力トルクを、車両の負荷４１、４２及び／又はオルタネータ４を動作するためのエネルギーに分配するエネルギーマネージメントシステムを備え、エネルギーマネージメントシステムは、エンジン５の出力トルクが、負荷４１、４２及び／又はオルタネータ４の動作に必要なエネルギーに対して不足した場合には、バッテリ１の放電よりエネルギー不足を補完し、バッテリコントローラ１０は、エネルギー不足の補完により生じる充放電切り替わりを検知する。これにより、エネルギーマネージメントによりバッテリ１を放電させる場合に、バッテリ１の放電量が抑制され、バッテリ１の劣化を防止できる。
　また本実施形態において、バッテリコントローラ１０は、充放電切り替わりの時点における車両の環境及び／又は負荷４１、４２の動作状況に応じて、放電可能量を設定する。これにより、車両の環境からエアーコンディショナー等の補器類を大きな出力で動作させる際に、エンジントルクが不足するようなシーンでは、バッテリ１の放電によりエネルギー不足を補完できる。また、負荷４１、４２を動作させるために必要なエネルギーが大きく、エンジントルクが不足するようなシーンでは、バッテリ１の放電によりエネルギー不足を補完できる。
　また本実施形態において、バッテリコントローラ１０は、バッテリ１の放電量が放電可能量に達した時のＳＯＣが、バッテリ１の過放電を防止する下限ＳＯＣより高くなるように、放電可能量を設定する。これにより、バッテリ１の劣化を防止できる。
　なおバッテリコントローラ１０、ＩＳコントローラ２０、及びＥＭコントローラ３０は、必ずしも１つのＥＣＵで構成されなくてもよく、複数のＥＣＵで構成されてもよく、車両に搭載された複数のＥＣＵが、バッテリコントローラ１０、ＩＳコントローラ２０、及びＥＭコントローラ３０の機能を有してもよい。例えばＩＳコントローラ２０は、以下の要領で、各ＥＣＵからの制御指令に基づきアイドリングストップを実行するか解除するか判定する。ＥＣＵは、アイドリングストップ条件を満たさない場合には、アイドリングストップ条件を満たしていない旨の制御指令を、ＩＳコントローラ２０に送信する。アイドリングストップ条件は、車速やエンジン回転速度など、複数の条件をもっており、アイドリングストップ条件を満たすか否かの判定は、ＥＣＵ等の複数のＥＣＵで行われる。そしてＩＳコントローラ２０は、少なくとも１つのＥＣＵから、アイドリングストップ条件を満たさない旨の制御指令を受信した場合には、アイドリングストップを解除する。本実施形態における「バッテリコントローラ１０」が本発明の「コントローラ」に相当する。
１　バッテリ
２　電流センサ
３　電圧センサ
４　オルタネータ
５　エンジン
６　インバータ
７　ＤＣＤＣコンバータ
８　スタータモータ
９　リレースイッチ
１０　バッテリコントローラ
１１　バッテリ管理部
１２　充放電制御部
１３　放電可能量設定部
２０　ＩＳコントローラ
３０　ＥＭコントローラ
４１、４２　負荷
１００　バッテリ制御システム

Claims (6)

  1. 　車両に搭載されたバッテリを制御するバッテリ制御装置であって、
    　前記バッテリに接続されたセンサの検出値に基づき前記バッテリの状態を管理し、前記バッテリの充放電を制御するコントローラを備え、
    　前記コントローラは、
    　　前記バッテリの充電から放電に切り替わる充放電切り替わりを検知し、
    　　前記充放電切り替わりの時点における前記バッテリの状態に応じて放電可能量を設定し、
    　　前記充放電切り替わりの時点からの前記バッテリの放電量が前記放電可能量に達した場合に、前記バッテリの放電を禁止するバッテリ制御装置。
  2. 　請求項１記載のバッテリ制御装置において、
    　前記バッテリは、エンジンに連結されたオルタネータの発電電力により充電され、
    　前記コントローラは、アイドリングストップにより生じる前記充放電切り替わりを検知するバッテリ制御装置。
  3. 　請求項１記載のバッテリ制御装置において、
    　前記バッテリは、エンジンに連結されたオルタネータの発電電力により充電され、
    　前記車両は、前記エンジンの出力トルクを、前記車両の負荷及び／又は前記オルタネータを動作するためのエネルギーに分配するエネルギーマネージメントシステムを備え、
    　前記エネルギーマネージメントシステムは、
    　　前記出力トルクが、前記負荷及び／又は前記オルタネータの動作に必要なエネルギーに対して不足した場合には、前記バッテリの放電よりエネルギー不足を補完し、
    　前記コントローラは、前記エネルギー不足の補完により生じる前記充放電切り替わりを検知するバッテリ制御装置。
  4. 　請求項１～３のいずれか一項に記載のバッテリ制御装置において、
    　前記コントローラは、前記充放電切り替わりの時点における前記車両の環境及び／又は前記車両の負荷の動作状況に応じて、前記放電可能量を設定するバッテリ制御装置。
  5. 　請求項１～４のいずれか一項に記載のバッテリ制御装置において、
    　前記コントローラは、
    　　前記バッテリの放電量が前記放電可能量に達した時のＳＯＣが、前記バッテリの過放電を防止する下限ＳＯＣより高くなるように、前記放電可能量を設定するバッテリ制御装置。
  6. 　コントローラにより実行される、車両に搭載されたバッテリを制御するバッテリ制御方法であって、
    　前記コントローラは、
    　　前記バッテリ１に接続されたセンサの検出値に基づき前記バッテリの状態を管理し、
    　　前記バッテリ１の充放電を制御するコントローラを備え、
    　　前記バッテリの充電から放電に切り替わる充放電切り替わりを検知し、
    　　前記充放電切り替わりの時点における前記バッテリの状態に応じて放電可能量を設定し、
    　　前記充放電切り替わりの時点からの前記バッテリの放電量が前記放電可能量に達した場合に、前記バッテリの放電を禁止するバッテリ制御方法。
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