(57)【要約】【課題】不要な放電を行うことなく、蓄電池の残容量を均等化することが可能な蓄電池制御装置を提供する。【解決手段】複数の蓄電セル１８を有する蓄電池１０３と、蓄電池１０３との間で電力の授受が可能な電動機１０１と、を備える電動車両の蓄電池制御装置は、イグニッションスイッチがオフとなった後、各蓄電セル１８の温度を検出する検出部と、前記検出部の検出結果に基づき、蓄電セル１８の最低温度を導出する最低温度導出部と、前記最低温度に基づき、均等化待機時間を導出する待機時間導出部と、電動車両のイグニッションスイッチがオフとなってから、前記均等化待機時間が経過した後に、蓄電池１０３の残容量を均等化する均等化制御部と、を備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の蓄電セルを有する蓄電池と、
前記蓄電池との間で電力の授受が可能な電動機と、を備える電動車両の蓄電池制御装置であって、
前記電動車両のイグニッションスイッチがオフとなった後、各蓄電セルの温度を検出する検出部と、
前記検出部の検出結果に基づき、前記蓄電池の最低温度を導出する最低温度導出部と、
前記最低温度に基づき、均等化待機時間を導出する待機時間導出部と、
前記電動車両のイグニッションスイッチがオフとなってから、前記均等化待機時間が経過した後に、前記蓄電池の残容量を均等化する均等化制御部と、を備えることを特徴とする蓄電池制御装置。
【請求項２】
周囲温度に基づき、前記均等化待機時間を補正する補正部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の蓄電池制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電池制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、リチウムイオンバッテリからなる複数のセルを直列に接続して電池パックとして使用するシステムでは、セル電圧にバラツキが発生している場合、通常、このバラツキが解消されないまま、全セルの充放電が同時に行われる。このセル電圧のバラツキが解消されない限り、電池パックとして使用できる残容量は少なくなってしまう。
【０００３】
このため、従来、電池パックに設けられたセル電圧センサを用いて個別にセル電圧を検知して、電池の充電状態や、セル電圧（容量）のバラツキを監視することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。そして、電圧の高いセルを放電して電池パック全体のセル電圧を揃えることにより、または電圧の高いセルから電圧の低いセルに充電して電池パック全体のセル電圧を揃えることにより、残容量の均等化が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−０１０５０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、複数のセルを直列に接続して電池パックとして使用するシステムでは、その特性上、セル電圧のＯＣＶ（開回路電圧：Open Circuit Voltage）への収束にある程度の時間を要する。また、電池パックの大型化に伴い、電池パックを構成する各セルでも温度にはバラツキがあり、特にセルの温度が低いときにはＯＣＶへの収束に要する時間は長くなる傾向がある。そのためイグニッションスイッチがオフとなった直後に、均等化するかどうかの判断を行なうと、セル間の電圧差を誤検出する可能性があり、不要な放電が行なわれてしまうおそれがある。
【０００６】
本発明は、上記した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、不要な放電を行うことなく、蓄電池の残容量を均等化することが可能な蓄電池制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、複数の蓄電セルを有する蓄電池（例えば後述する実施形態における蓄電池１０３）と、前記蓄電池との間で電力の授受が可能な電動機（例えば後述する実施形態における電動機１０１）と、を備える電動車両の蓄電池制御装置（例えば後述する実施形態におけるバッテリＥＣＵ１１５）であって、前記電動車両のイグニッションスイッチがオフとなった後、各蓄電セルの温度を検出する検出部（例えば後述する実施形態におけるバッテリＥＣＵ１１５）と、前記検出部の検出結果に基づき、前記蓄電池の最低温度を導出する最低温度導出部と、前記最低温度に基づき、均等化待機時間を導出する待機時間導出部（例えば後述する実施形態におけるバッテリＥＣＵ１１５）と、前記電動車両のイグニッションスイッチがオフとなってから、前記均等化待機時間が経過した後に、前記蓄電池の残容量を均等化する均等化制御部（例えば後述する実施形態におけるバッテリＥＣＵ１１５）と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の発明において、周囲温度に基づき、前記均等化待機時間を補正する補正部（例えば後述する実施形態におけるバッテリＥＣＵ１１５）をさらに備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１に係る発明によれば、蓄電池の最低温度に基づき導出した均等化待機時間が経過した後に蓄電池の残容量の均等化を行なうことができるので、電圧差を正しく検出することが可能であり、不要な放電を行うことなく蓄電池の残容量を均等化することが可能である。
【００１０】
請求項２に係る発明によれば、周囲温度によって均等化待機時間を補正することにより、電圧差をより正しく検出することが可能であり、不要な放電を行うことなく蓄電池の残容量を均等化することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態に係る蓄電池制御装置を備えた車両のブロック図である。
【図２】図１の車両における蓄電池の配置を説明するための図である。
【図３】図２の蓄電池の詳細を説明するための要部断面図である。
【図４】蓄電セルの電圧の収束を説明するための図である。
【図５】蓄電セルの温度に応じた電圧の収束を説明するための図である。
【図６】第１実施形態の蓄電池制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図７】均等化待機時間決定処理の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態を、添付図面に基づいて説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
【００１３】
ＨＥＶ（Hybrid Electrical Vehicle：ハイブリッド電気自動車）は、電動機及び内燃機関を備え、車両の走行状態に応じて電動機及び／又は内燃機関の駆動力によって走行する。図１は、ＨＥＶの内部構成を示すブロック図である。図１に示すように、ＨＥＶ（以下、単に「車両」という。）は、電動機(MOT)１０１と、蓄電池(BATT)１０３と、インバータ(INV)１０５と、内燃機関(ENG)１０７と、インバータＥＣＵ(INV ECU)１１１と、エンジンＥＣＵ(ENG ECU)１１３と、バッテリＥＣＵ（BATT ECU）１１５と、マネジメントＥＣＵ(MG ECU)２０１と、ベルト式の無段変速機構（CVT：Continuously Variable Transmission）及び発進クラッチを含む変速装置（T/M）１２１と、補機１２５と、を備える。
【００１４】
電動機１０１は、例えば３相交流モータである。電動機１０１からの駆動力は、変速装置１２１及び駆動軸１５１を介して駆動輪１５３に伝達される。車両の減速時に駆動輪１５３側から駆動軸１５１を介して電動機１０１側に駆動力が伝達されると、電動機１０１が発電機として機能していわゆる回生制動力を発生し、車両の運動エネルギーを電気エネルギー（回生エネルギー）として回収し、蓄電池１０３の充電を行う。さらに、車両の運転状態に応じて、電動機１０１は内燃機関１０７の出力によって発電機として駆動され電気エネルギーを発生し、蓄電池１０３の充電を行う。
【００１５】
蓄電池１０３は、直列に接続された複数の蓄電セル１８からなる複数の蓄電モジュール１７を蓄電セルケース１２内に配置した直流電源（図２、３参照）であって、インバータ１０５を介して電動機１０１に電力を供給する。なお、蓄電池１０３の出力電圧は高電圧（例えば１００〜２００Ｖ）である。
【００１６】
インバータ１０５は、蓄電池１０３からの直流電力を３相交流電力に変換し、また電動機１０１からの３相交流電力を直流電力に変換する。インバータＥＣＵ１１１は、インバータ１０５の動作を制御する。バッテリＥＣＵ１１５は、蓄電池１０３の充放電を制御すると共に、蓄電池１０３を構成する各蓄電セル１８の温度や電圧、蓄電池１０３の冷却に使用される空気の温度を検出し、この検出結果に基づいて蓄電池１０３の残容量の均等化を行なう、本実施形態の蓄電池制御装置として機能する。
【００１７】
内燃機関１０７は、エンジンＥＣＵ１１３からの燃料噴射指令及び点火指令に応じて、インジェクタから噴射供給される燃料を燃焼することで、車両が走行するための駆動力（出力トルク）を発生する。内燃機関１０７及び電動機１０１からの駆動力は、変速装置２０９及び駆動軸１５１を介して駆動輪１５３に伝達される。電動機１０１の回転軸と内燃機関１０７のクランク軸とは直結されている。
【００１８】
マネジメントＥＣＵ２０１は、駆動力の伝達系統の切り替えや、電動機１０１、インバータ１０５、内燃機関１０７、変速装置１２１等の制御を行う。また、マネジメントＥＣＵ２０１には、不図示の車速センサからの車速情報、不図示のアクセルペダルの開度（ＡＰ開度）情報、不図示のブレーキペダルの踏力情報、車室内外の温度情報、車両システムを起動するイグニッションスイッチの状態等が入力される。マネジメントＥＣＵ２０１は、ＡＰ開度情報および車速情報に基づき、内燃機関１０７及び電動機１０１がそれぞれ出力する各駆動力を決定する。マネジメントＥＣＵ２０１は、当該決定した各駆動力に基づいて、内燃機関１０７が所望の駆動力を出力するようエンジンＥＣＵ１１３に指示し、かつ、電動機１０１が所望の駆動力を出力するように不図示のモータＥＣＵに指示する。
【００１９】
補機１２５は、例えば、車室温度を調整するエアコンのコンプレッサであり、内燃機関１０７からの駆動力により動作する。マネジメントＥＣＵ２０１は、補機１２５の駆動の制御と監視を行う。
【００２０】
このような構成を有する車両は、駆動源の使用形態がそれぞれ異なる種々のオペレーションモードによって走行や充電を行うことが可能である。車両のオペレーションモードには、例えば、アイドル充電、クルーズ充電、ＥＮＧ走行、アシスト走行、ＥＶ走行、回生などがある。
【００２１】
アイドル充電においては、車両は走行せず、内燃機関１０７の駆動により電動機１０１を駆動して、蓄電池１０３を充電する。クルーズ充電においては、車両は、内燃機関１０７の駆動により電動機１０１を駆動して蓄電池１０３を充電するとともに走行を行う。ＥＮＧ走行においては、車両は、内燃機関１０７の駆動のみによって走行する。
【００２２】
アシスト走行においては、車両は、内燃機関１０７の駆動と、蓄電池１０３の蓄電エネルギーによる電動機１０１の駆動の両方によって走行する。ＥＶ走行においては、車両は、蓄電池１０３の蓄電エネルギーによる電動機１０１の駆動のみによって走行する。回生においては、車両の減速時に電動機１０１の回生制動力によって運動エネルギーを蓄電エネルギーに変換し、これを回収することによって蓄電池１０３の充電を行う。
【００２３】
図２に示すように、蓄電池１０３は、車体後部のトランクルームに搭載されている。蓄電池１０３はボックス状の蓄電セルケース１２を備えており、蓄電セルケース１２の車幅方向両端から前方に延びる一対の吸気ダクト１３，１３の先端に設けられた吸気口１３ａ，１３ａが、リヤシート１４の車幅方向両端部において車室内に開口する。また、蓄電セルケース１２の右側面から排気ダクト（不図示）が車幅方向外側に延びている。
【００２４】
図３に示すように、蓄電セルケース１２の内部には、６個の蓄電モジュール１７が収納されている。各蓄電モジュール１７は、リチウムイオン電池よりなる複数の蓄電セル１８が蓄電セルホルダを介して積層されることにより構成されている。蓄電セル１８間には車両上下方向に延びる多数の冷却通路２６が形成されている。このように構成された６個の蓄電モジュール１７…は、その長手方向（積層方向）を前後方向に沿わせて並置される。蓄電セルケース１２は６個の蓄電モジュール１７を支持する平坦な支持壁２７を備えており、支持壁２７には冷却空気が通過可能な複数の開口２７ａが形成される。
【００２５】
蓄電池１０３の冷却は、以下のようにして行なわれる。まず、車室内の空気が冷却空気として一対の吸気口１３ａ，１３ａから吸気ダクト１３，１３に吸い込まれ、吸気ダクト１３，１３から蓄電セルケース１２の下部の上流側通路２９の車幅方向両端部に流入する。上流側通路２９の車幅方向両端部から流入して相互に接近する方向に流れる冷却空気は、その過程で上方に分岐して支持壁２７の開口２７ａを通過し、支持壁２７上に支持された蓄電モジュール１７を冷却する。すなわち、蓄電モジュール１７の蓄電セル１８間に形成された冷却通路２６を通過する冷却空気が、蓄電セル１８の側面と接触して熱交換することで、蓄電セル１８が冷却される。冷却通路２６を通過した冷却空気は蓄電セルケース１２の上部の下流側通路３１に流入し、下流側通路３１を車幅方向中央部に向かって流れて冷却空気チャンバ３２に集合した後、流路抵抗部３３の下部通路３３ａおよび上部通路３３ｂ、排気ダクトを経て、トランクルームの外部に排出される。
【００２６】
ところで、蓄電池１０３を構成する各蓄電モジュール１７、ひいては各蓄電セル１８は、充放電に伴い、残容量（ＳＯＣ：State Of Charge）にバラツキが発生する。そのため、ユーザによりイグニッションスイッチがＯＦＦ状態とされた後、バッテリＥＣＵ１１５は、蓄電池１０３のＳＯＣの均等化を行なう。蓄電池１０３のＳＯＣの均等化を行うためには、まず、各蓄電モジュール１７、ひいては各蓄電セル１８のＳＯＣをそれぞれ推測する必要があるが、各蓄電セル１８のＳＯＣを正しく推測するためには、各蓄電セル１８の電圧がＯＣＶへとほぼ収束している必要がある。
【００２７】
図４は、イグニッションスイッチがＯＦＦ状態となった後の時間経過に伴い、蓄電セルの電圧とＯＣＶとの差分がどのように変化するかを説明するための図である。図４からわかるように、イグニッションスイッチがＯＦＦとなった直後は、蓄電セルの電圧とＯＣＶとの差分が大きい。時間経過に伴い蓄電セルの電圧とＯＣＶとの差分は小さくなるが、蓄電セルの電圧とＯＣＶとの差分がＳＯＣ判断に影響を及ぼさない範囲へと収束する時点ｔ１までには、所定の時間を要する。
【００２８】
ここで、イグニッションスイッチがＯＦＦとなった後における蓄電池１０３の電圧の収束は、蓄電セルの温度が大きく影響する。図５は、蓄電セルの温度が異なる場合に、蓄電セルの電圧とＯＣＶとの差分がどのように変化するかを説明するための図である。図５においては、蓄電セルａ、ｂ、ｃはそれぞれ温度が異なっており、それぞれの温度の関係は、ｃ＜ｂ＜ａとなっている。図５から明らかであるように、蓄電セルａの電圧がＯＣＶへとほぼ収束する時間ｔａ、蓄電セルｂの電圧がＯＣＶへとほぼ収束する時間ｔｂ、および蓄電セルｃの電圧がＯＣＶへとほぼ収束する時間ｔｃとの間には、ｔａ＜ｔｂ＜ｔｃの関係がある。すなわち、蓄電セルの温度が低いほど、蓄電セルの電圧がＯＣＶへとほぼ収束するのに長い時間を要することがわかる。
【００２９】
本実施形態において、バッテリＥＣＵ１１５は、蓄電セル１８の温度に応じて当該蓄電セル１８の電圧がＯＣＶへとほぼ収束する時間（ＯＣＶ収束時間）を予め実験等により求めておき、不図示のメモリにマップとして記憶している。上述したように、蓄電セル１８の温度が低ければ低い程ＯＣＶ収束時間が長くなるので、最も低い温度（最低温度）に基づいて導出されたＯＣＶ収束時間を用いれば、全ての蓄電セル１８の電圧がＯＣＶへとほぼ収束しているものと考えられる。したがって、バッテリＥＣＵ１１５は、蓄電池１０３の各蓄電セル１８の温度を検出し、その中で最も低い温度（最低温度）に基づいて、ＯＣＶ収束時間を導出する。
【００３０】
また、蓄電池１０３は、吸気口１３ａから吸気された空気により冷却されているので、蓄電セル１８の温度もこの冷却により徐々に低下するが、この変化は吸気された空気の温度に応じて異なるものと考えられる。そこで、本実施形態のバッテリＥＣＵ１１５は、吸気口１３ａから吸気された空気の温度に応じた蓄電セル１８の温度変化を予め実験等により求めておき、不図示のメモリにマップとして記憶している。そして、バッテリＥＣＵ１１５は、吸気口１３ａから吸気された空気の温度（周囲温度）の情報を用いて、蓄電セル１８の最低温度に基づいて導出されたＯＣＶ収束時間を補正することにより、均等化待機時間を導出する。バッテリＥＣＵ１１５は、この均等化待機時間経過後に、蓄電池１０３のＳＯＣの均等化を行なう。
【００３１】
以下、本実施形態に係る蓄電池制御装置の動作を詳細に説明する。図６は、本実施形態に係る蓄電池制御装置の動作を示すフローチャートである。図６に示すように、まず、バッテリＥＣＵ１１５は、イグニッションスイッチがＯＦＦ状態になってから初めて当該処理が行なわれているどうかを判断する（ステップＳ１）。
【００３２】
ステップＳ１で、当該処理が初めて行なわれていると判断された場合、バッテリＥＣＵ１１５は、均等化待機時間決定処理を行なう（ステップＳ２）。
【００３３】
図７は、均等化待機時間決定処理における蓄電池制御装置の動作を示すフローチャートである。図７に示すように、バッテリＥＣＵ１１５は、各蓄電セル１８の温度を検出し、その最低温度Ｔｍｉｎを算出する（ステップＳ１１）。そして、バッテリＥＣＵ１１５は、この最低温度Ｔｍｉｎに基づき、全ての蓄電セル１８の電圧がＯＣＶにほぼ収束するのに要する時間であるＯＣＶ収束時間ｔｏｃｖを導出する（ステップＳ１２）。
【００３４】
次いで、バッテリＥＣＵ１１５は、吸気口１３ａから吸気される空気の温度である周囲温度Ｔａｉｒを取得する（ステップＳ１３）。そして、バッテリＥＣＵ１１５は、周囲温度Ｔａｉｒに基づいてＯＣＶ収束時間ｔｏｃｖを補正することにより、均等化待機時間ｔｏｃｖ’を導出する（ステップＳ１４）。
【００３５】
図６に戻って、バッテリＥＣＵ１１５は、イグニッションスイッチがＯＦＦ状態となってから均等化待機時間ｔｏｃｖ’が経過したかどうかを判断する（ステップＳ３）。イグニッションスイッチがＯＦＦ状態となってから均等化待機時間ｔｏｃｖ’が未だ経過していないと判断された場合には、バッテリＥＣＵ１１５は蓄電池１０３の均等化処理を禁止する（ステップＳ４）。この場合、バッテリＥＣＵ１１５は同様の動作を繰り返すことによって、均等化待機時間ｔｏｃｖ’の経過を待つこととなる。
【００３６】
ステップＳ３で均等化待機時間ｔｏｃｖ’が経過したと判断された場合には、バッテリＥＣＵ１１５は蓄電池１０３の均等化の実施を許可する（ステップＳ５）。これにより、バッテリＥＣＵ１１５は、蓄電池１０３のＳＯＣの均等化を行なうことが可能となる。
【００３７】
以上説明したように、本実施形態に係る蓄電池制御装置によれば、蓄電池１０３を構成する蓄電セル１８の最低温度や周囲温度に基づき導出した均等化待機時間が経過した後に蓄電池１０３の残容量の均等化を行なうことができる。これにより、蓄電セル１８間の電圧差を正しく検出することが可能であり、不要な放電を行うことなく、蓄電池１０３の残容量を均等化することが可能である。
【００３８】
尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が可能である。本発明に係る制御装置は、パラレル方式のＨＥＶに適用されるものとして説明したが、シリーズ方式のＨＥＶやシリーズ・パラレル方式のＨＥＶ、またはＥＶ（Electrical Vehicle：電気自動車）にも、本発明を適用可能である。また、前述した実施形態においては、各蓄電セル１８の温度を検出していたが、これに限られず、各蓄電モジュール１７の複数箇所において温度検出を行ない、その中から最低温度を算出してもよい。また、前述した実施形態においては、吸気口から吸入される空気の温度を検出し、これを周囲温度Ｔａｉｒとして用いていたが、これに限られず、車室内の温度や外気温を周囲温度として用いてもよい。また、これら周囲温度による均等化待機時間の補正は行わなくてもよい。
【符号の説明】
【００３９】
１８  蓄電セル
１０１  電動機(MOT)
１０３  蓄電池(BATT)
１１５  バッテリＥＣＵ（BATT ECU）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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