(57)【要約】【課題】二次電池の保護を図りつつ当該二次電池の使用温度範囲を拡げる。【解決手段】バッテリ２６の充電電力が入力制限Ｗｉｎを超過した時間および放電電力が出力制限Ｗｏｕｔを超過した時間である電力超過時間ｔｏｖをバッテリ温度Ｔｂに応じた重み付けを伴って積算した値である電力超過時間積算値ｔａｄを算出する。そして、電力超過時間積算値ｔａｄが所定時間ｔｒｅｆ以下であるときには、バッテリ２６の上限温度Ｔｍａｘを第１の温度Ｔ１に設定すると共に、電力超過時間積算値ｔａｄが所定時間ｔｒｅｆを上回っているときには、上限温度Ｔｍａｘを電力超過時間積算値ｔａｄが大きくなるほど第１の温度Ｔ１から低下させると共に第１の温度Ｔ１よりも低い第２の温度Ｔ２に収束するように設定する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
充放電可能な二次電池と、該二次電池の温度である電池温度を検出する温度検出手段と、前記検出された電池温度が前記二次電池の使用に許容される上限温度よりも低いときには前記二次電池の残容量と前記電池温度とに基づいて該二次電池の充電に許容される電力である許容充電電力および該二次電池の放電に許容される電力である許容放電電力を設定すると共に前記電池温度が前記上限温度以上であるときには前記許容充電電力および許容放電電力を値０に設定する許容充放電電力設定手段とを備える電池装置であって、
前記二次電池の充電電力が前記許容充電電力を超過した時間および該二次電池の放電電力が前記許容放電電力を超過した時間である電力超過時間を前記電池温度に応じた重み付けを伴って積算した値である電力超過時間積算値を算出する電力超過時間積算手段と、
前記電力超過時間積算値が所定時間以下であるときには、前記上限温度を第１の温度に設定すると共に、前記電力超過時間積算値が前記所定時間を上回っているときには、前記上限温度を該電力超過時間積算値が大きくなるほど前記第１の温度から低下させると共に前記第１の温度よりも低い第２の温度に収束するように設定する上限温度設定手段と、
を備える電池装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の電池装置としては、二次電池の満充電時の蓄電容量に対する放電量の割合と電池温度とに基づいて二次電池の放電に許容される電力である許容放電電力を設定するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この電池装置では、二次電池の劣化や破損を抑制するために電池の上限温度を予め定めており、電池温度が上限温度よりも高くなったときには、二次電池を使用禁止として放電を停止させるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２２４６９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のような電池装置では、二次電池が長時間使用された時点であっても電池を保護することができるように上限温度をある程度低めに設定しておく必要がある。しかしながら、このように二次電池が長時間使用された時点を基準として上限温度をある程度低く設定してしまうと、二次電池の使用が必要以上に制限されてしまうおそれがある。
【０００５】
本発明の電池装置は、二次電池の保護を図りつつ当該二次電池の使用温度範囲を拡げることを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の電池装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００７】
本発明の電池装置は、
充放電可能な二次電池と、該二次電池の温度である電池温度を検出する温度検出手段と、前記検出された電池温度が前記二次電池の使用に許容される上限温度よりも低いときには前記二次電池の残容量と前記電池温度とに基づいて該二次電池の充電に許容される電力である許容充電電力および該二次電池の放電に許容される電力である許容放電電力を設定すると共に前記電池温度が前記上限温度以上であるときには前記許容充電電力および許容放電電力を値０に設定する許容充放電電力設定手段とを備える電池装置であって、
前記二次電池の充電電力が前記許容充電電力を超過した時間および該二次電池の放電電力が前記許容放電電力を超過した時間である電力超過時間を前記電池温度に応じた重み付けを伴って積算した値である電力超過時間積算値を算出する電力超過時間積算手段と、
前記電力超過時間積算値が所定時間以下であるときには、前記上限温度を第１の温度に設定すると共に、前記電力超過時間積算値が前記所定時間を上回っているときには、前記上限温度を該電力超過時間積算値が大きくなるほど前記第１の温度から低下させると共に前記第１の温度よりも低い第２の温度に収束するように設定する上限温度設定手段と、
を備えることを要旨とする。
【０００８】
本発明の電池装置では、二次電池の充電電力が許容充電電力を超過した時間および二次電池の放電電力が許容放電電力を超過した時間である電力超過時間を電池温度に応じた重み付けを伴って積算した値である電力超過時間積算値を算出する。これにより、電力超過時間積算値に基づいて二次電池の劣化の度合を推定することが可能となり、電力超過時間積算値が大きいほど二次電池の劣化が進行しているとみなすことができる。そして、電力超過時間積算値が所定時間以下であるときには、上限温度を第１の温度に設定すると共に、電力超過時間積算値が所定時間を上回っているときには、上限温度を電力超過時間積算値が大きくなるほど第１の温度から低下させると共に第１の温度よりも低い第２の温度に収束するように設定する。このように、電力超過時間積算値が所定時間以下であって二次電池の劣化が進行していないとみなされるときと、電力超過時間積算値が所定時間を上回って二次電池が劣化しているとみなされるときとで二次電池の上限温度を変更することにより、電力超過時間積算値が所定時間以下であるときに上限温度として設定される第１の温度を二次電池が長時間使用された時点を基準に定める必要がなくなり、第１の温度を高めに定めておくことで二次電池が劣化していないときの使用温度範囲を拡げることができる。また、電力超過時間積算値が所定時間を上回っているときに、上限温度を電力超過時間積算値が大きくなるほど第１の温度から低下させると共に第１の温度よりも低い第２の温度に収束するように設定すれば、必要以上に二次電池の使用温度範囲を狭めることなく二次電池の保護を図ることができる。従って、この電池装置では、二次電池の保護を図りつつ当該二次電池の使用温度範囲を拡げることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施例に係る電池装置２０を備える電気自動車１０の概略構成図である。
【図２】バッテリ２６の入出力制限を設定する際の処理ブロックの一例を示す説明図である。
【図３】上限温度設定用マップの一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。
【実施例】
【００１１】
図１は、本発明の一実施例に係る電池装置２０を備える電気自動車１０の概略構成図である。実施例の電気自動車１０は、図示するように、駆動輪３０ａ，３０ｂにデファレンシャルギヤ３１を介して連結された駆動軸３２に動力を入出力可能なモータ２２と、モータ２２を駆動するインバータ２４を介してモータ２２と電力のやりとりを行なうバッテリ２６と、車両全体をコントロールする電子制御ユニット４０とを備える。そして、実施例の電池装置２０は、バッテリ２６や電子制御ユニット４０、バッテリ２６の端子間に設置された電圧センサ２７ａ、バッテリ２６を流れる電流を検出する電流センサ２７ｂ、バッテリ２６の温度を検出する温度センサ２７ｃなどにより構成される。
【００１２】
モータ２２は、例えば、電動機として機能すると共に発電機としても機能する周知の同期発電電動機として構成されている。インバータ２４は、複数のスイッチング素子により構成されており、リチウムイオン二次電池あるいはニッケル水素二次電池として構成されたバッテリ２６から供給される直流電力を擬似的な三相交流電力に変換してモータ２２に供給する。
【００１３】
電子制御ユニット４０は、ＣＰＵ４２を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ４２の他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ４４と、データを一時的に記憶するＲＡＭ４６と、計時指令に応じて計時処理を実行する図示しないタイマと、図示しない入出力ポートとを備える。電子制御ユニット４０には、モータ２２の回転角を検出する回転角センサ２３からの回転角や，電圧センサ２７ａからの端子間電圧Ｖｂ，電流センサ２７ｂからの充放電電流Ｉｂ，温度センサ２７ｃからのバッテリ温度Ｔｂ，イグニッションスイッチ５０からのイグニッション信号，シフトレバー５１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ５２からのシフトポジションＳＰ，アクセルペダル５３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ５４からのアクセル開度Ａｃｃ，ブレーキペダル５５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ５６からのブレーキペダルポジションＢＰ，車速センサ５８からの車速Ｖなどが入力ポートを介して入力されている。電子制御ユニット４０からは、モータ２２を駆動制御するためのインバータ２４のスイッチング素子へのスイッチング制御信号などが出力ポートを介して出力されている。
【００１４】
また、電子制御ユニット４０は、バッテリ２６を管理するために、電流センサ２７ｂにより検出された充放電電流Ｉｂの積算値に基づいて残容量（バッテリの充電容量に対する充電残量の比率）ＳＯＣを算出したり、バッテリ２６の上限温度とバッテリ温度Ｔｂと残容量ＳＯＣとに基づいてバッテリ２６の充電に許容される電力である許容充電電力としての入力制限Ｗｉｎとバッテリ２６の放電に許容される電力である許容放電電力としての出力制限Ｗｏｕｔとを算出したり、電圧センサ２７ａからの端子間電圧Ｖｂや電流センサ２７ｂからの充放電電流Ｉｂに基づいてバッテリ２６の充電電力が入力制限Ｗｉｎを超過した時間および放電電力が出力制限Ｗｏｕｔを超過した時間である電力超過時間ｔｏｖを算出したりする。なお、電力超過時間ｔｏｖは、バッテリ２６の端子間電圧Ｖｂが所定の上限電圧を超過した時間あるいは充放電電流Ｉｂが所定の上限電流を超過した時間であってもよい。
【００１５】
電気自動車１０においてイグニッションスイッチ５０がオンされると、電子制御ユニット４０は、アクセルペダルポジションセンサ５４からのアクセル開度Ａｃｃや，車速センサ５８からの車速Ｖ，モータ２２の回転数Ｎｍ，別途設定したバッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔなどに基づいて車両全体を制御するのに必要な指令信号を生成する。例えば実施例の電気自動車１０において運転者によりシフトレバー５１が前進走行用のドライブポジションにセットされると共にアクセルペダル８３が踏み込まれたときに、電子制御ユニット４０は、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて駆動輪３０ａ，３０ｂに連結された駆動軸３２に出力すべき要求トルクＴｄ＊を計算する。。 次いで、入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔとモータ２２の回転数Ｎｍとを用いて次式（１）および（２）に従いモータ２２から出力してもよいトルクの上下限としてのトルク制限Ｔｍａｘ，Ｔｍｉｎを計算する。そして、計算したトルク制限Ｔｍａｘ，Ｔｍｉｎにより次式（３）に従い要求トルクＴｄ＊を制限してモータ２２のトルク指令Ｔｍ＊を設定し、設定したトルク指令Ｔｍ＊でモータ２２を駆動制御する。モータ２２の駆動制御は、具体的には、トルク指令Ｔｍ＊でモータ２２が駆動されるようインバータ２４のスイッチング素子をスイッチング制御することにより行なわれる。
【００１６】
Tmax=Wout/Nm2  …（１）
Tmin=Win/Nm2  …（２）
Tm*=max(min(Td*,Tmax),Tmin)  …（３）
【００１７】
次に、バッテリ２６の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを設定する手順について説明する。図２は、バッテリ２６の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを設定する際の処理ブロックの一例を示す説明図である。電子制御ユニット４０は、入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの設定に際して、別途計算したバッテリ２６の残容量ＳＯＣおよび電力超過時間ｔｏｖと温度センサ２７ｃからのバッテリ温度Ｔｂとを入力する。そして、電力超過時間ｔｏｖをバッテリ温度Ｔｂに応じた重み付けを伴って積算することにより電力超過時間積算値ｔａｄを算出する。電力超過時間積算値ｔａｄは、例えば、バッテリ温度Ｔｂが所定温度以上であるときには電力超過時間ｔｏｖをそのまま積算すると共に、バッテリ温度Ｔｂが所定温度以下であるときには電力超過時間ｔｏｖに値１よりも大きい係数を乗じて積算することにより得られる。
【００１８】
さらに、算出した電力超過時間積算値ｔａｄと所定の上限温度設定用マップとを用いてバッテリ２６の上限温度Ｔｍａｘを設定する。図３に、上限温度設定用マップの一例を示す。図示するように、バッテリ２６の上限温度Ｔｍａｘは、電力超過時間積算値ｔａｄが所定時間ｔｒｅｆ以下であるときには、第１の温度Ｔ１に設定されると共に、電力超過時間積算値ｔａｄが所定時間ｔｒｅｆを上回っているときには、電力超過時間積算値ｔａｄが大きくなるにつれて第１の温度Ｔ１から徐々に低下すると共に第１の温度Ｔ１よりも低い第２の温度Ｔ２に収束するように設定される。
【００１９】
バッテリ２６の上限温度Ｔｍａｘを設定したならば、設定した上限温度Ｔｍａｘとバッテリ温度Ｔｂとに基づいてバッテリ２６の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの温度依存値ＷｉｎＴ，ＷｏｕｔＴを設定する。図２に示すように、温度依存値ＷｉｎＴ，ＷｏｕｔＴは、バッテリ温度Ｔｂが所定温度以上になると徐々に値０に近づくように制限され、バッテリ温度Ｔｂが上限温度Ｔｍａｘに達すると値０に設定される。実施例では、電力超過時間積算値ｔａｄが所定時間ｔｒｅｆ以下であってバッテリ２６の上限温度Ｔｍａｘが第１の温度Ｔ１に設定されているときには（図中破線参照）、バッテリ温度Ｔｂが所定温度以上になると、温度依存値ＷｉｎＴ，ＷｏｕｔＴは、バッテリ温度Ｔｂに概ね比例して変化してバッテリ温度Ｔｂが第１の温度Ｔ１に達した時点で値０になるように設定される。これに対して、電力超過時間積算値ｔａｄが所定時間ｔｒｅｆを上回ったことによりバッテリ２６の上限温度Ｔｍａｘが第１の温度Ｔ１よりも低い第２の温度Ｔ２に設定されているときには（図中実線）、温度依存値ＷｉｎＴ，ＷｏｕｔＴは、バッテリ温度Ｔｂが所定温度に達すると、上限温度Ｔｍａｘが第１の温度Ｔ１に設定されている場合と同様にバッテリ温度Ｔｂに比例するように変更されるが、バッテリ温度Ｔｂが第２の温度Ｔ２に達した段階で値０に設定される。こうして温度依存値ＷｉｎＴ，ＷｏｕｔＴを設定したならば、さらにバッテリ２６の残容量（ＳＯＣ）に基づいて出力制限用補正係数と入力制限用補正係数とを設定し、設定した温度依存値ＷｉｎＴ，ＷｏｕｔＴに出力制限用補正係数または入力制限用補正係数を乗じることによりバッテリ２６の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを設定する。
【００２０】
以上説明した実施例の電気自動車１０に備えられたる電池装置２０のように、バッテリ２６の充電電力が入力制限Ｗｉｎを超過した時間およびバッテリ２６の放電電力が出力制限Ｗｏｕｔを超過した時間である電力超過時間ｔｏｖをバッテリ温度Ｔｂに応じた重み付けを伴って積算することにより電力超過時間積算値ｔａｄを算出すれば、算出した電力超過時間積算値ｔａｄに基づいてバッテリ２６の劣化の度合を推定することが可能となり、電力超過時間積算値ｔａｄが大きいほどバッテリ２６の劣化が進行しているとみなすことができる。そして、実施例の電池装置２０では、電力超過時間積算値ｔａｄが所定時間ｔｒｅｆ以下であるときには、バッテリ２６の上限温度Ｔｍａｘを第１の温度Ｔ１に設定すると共に、電力超過時間積算値ｔａｄが所定時間ｔｒｅｆを上回っているときには、上限温度Ｔｍａｘを電力超過時間積算値ｔａｄが大きくなるほど第１の温度Ｔ１から低下させると共に第１の温度Ｔ１よりも低い第２の温度Ｔ２に収束するように設定する。このように、電力超過時間積算値ｔａｄが所定時間ｔｒｅｆ以下であってバッテリ２６の劣化が進行していないとみなされるときと、電力超過時間積算値ｔａｄが所定時間ｔｒｅｆを上回ってバッテリ２６が劣化しているとみなされるときとでバッテリ２６の上限温度Ｔｍａｘを変更することにより、電力超過時間積算値ｔａｄが所定時間ｔｒｅｆ以下であるときに上限温度Ｔｍａｘとして設定される第１の温度Ｔ１をバッテリ２６が長時間使用された時点を基準に定める必要がなくなり、第１の温度Ｔ１を高めに定めておくことでバッテリ２６が劣化していないときの使用温度範囲を拡げることができる。また、電力超過時間積算値ｔａｄが所定時間ｔｒｅｆを上回っているときに、上限温度Ｔｍａｘを電力超過時間積算値ｔａｄが大きくなるほど第１の温度Ｔ１から低下させると共に第１の温度Ｔ１よりも低い第２の温度Ｔ２に収束するように設定すれば、必要以上にバッテリ２６の使用温度範囲を狭めることなくバッテリ２６の保護を図ることができる。従って、この電池装置２０を備えた電気自動車１０では、バッテリ２６の保護を図りつつバッテリ２６の使用温度範囲を拡げることが可能となる。
【００２１】
ここで、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、バッテリ２６が「二次電池」に相当し、温度センサ２７ｃが「温度検出手段」に相当し、図２の処理ブロックに従ってバッテリ２６の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを設定する電子制御ユニット４０が「許容充放電電力設定手段」に相当し、バッテリ２６の充電電力が入力制限Ｗｉｎを超過した時間およびバッテリ２６の放電電力が出力制限Ｗｏｕｔを超過した時間である電力超過時間ｔｏｖをバッテリ温度Ｔｂに応じた重み付けを伴って積算した値である電力超過時間積算値ｔａｄを算出する電子制御ユニット４０が「電力超過時間積算手段」に相当し、電力超過時間積算値ｔａｄが所定時間ｔｒｅｆ以下であるときには、バッテリ２６の上限温度Ｔｍａｘを第１の温度Ｔ１に設定すると共に、電力超過時間積算値ｔａｄが所定時間ｔｒｅｆを上回っているときには、上限温度Ｔｍａｘを電力超過時間積算値ｔａｄが大きくなるほど第１の温度Ｔ１から低下させると共に第１の温度Ｔ１よりも低い第２の温度Ｔ２に収束するように設定する電子制御ユニット４０が「上限温度設定手段」に相当する。
【００２２】
ただし、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。すなわち、実施例はあくまで課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎず、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の解釈は、その欄の記載に基づいて行なわれるべきものである。
【００２３】
以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明は、電池装置を備える電気自動車の製造産業に利用可能である。
【符号の説明】
【００２５】
１０  電気自動車、２０  電池装置、２２  モータ、２３  回転角センサ、２４  インバータ、２６  バッテリ、２７ａ  電圧センサ、２７ｂ  電流センサ、２７ｃ  温度センサ、３０ａ，３０ｂ  駆動輪、３１  デファレンシャルギヤ、３２  駆動軸、４０  電子制御ユニット、４２  ＣＰＵ、４４  ＲＯＭ、４６  ＲＡＭ、５０  イグニッションスイッチ、５１  シフトレバー、５２  シフトポジションセンサ、５３  アクセルペダル、５４  アクセルペダルポジションセンサ、５５  ブレーキペダル、５６ブレーキペダルポジションセンサ、５８  車速センサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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