(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
リチウムイオンバッテリと、前記リチウムイオンバッテリの充電に供される回生電力を生成する回生装置とを備える車両用の充電制御装置であって、
直近の所定期間における前記リチウムイオンバッテリの充放電電流の絶対値の積算値に基づいて、前記リチウムイオンバッテリの通電量を算出する通電量算出部と、
前記通電量算出部により算出される前記通電量が所定の上限値を超える場合、回生電圧上限の低減、および、ＳＯＣ維持電圧下限の増加を行うことにより、前記リチウムインバッテリの通電量を減少させる制御部とを含む、充電制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、充電制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
バッテリの充放電の収支を表す充放電電流の時間積算量（一トリップ中の充放電電流の時間積算量）を定期的に算出する充電制御装置が知られている。充放電電流の時間積算量は、一トリップ中のバッテリの充放電の収支を表す指標値であるため、充電電流は例えば「正」の値で、放電電流は「負」の値で積算される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2015-156729号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、近年では、鉛バッテリに代えて又は加えて、リチウムイオンバッテリが使用される車両がある。リチウムイオンバッテリは、一般的に鉛バッテリよりも高価であり、車両寿命（例えば約１５年、約２４万キロ）にわたり無交換で使用できることが望ましい。また、リチウムイオンバッテリを無交換で使用できると、リチウムイオンバッテリの搭載位置の自由度が高くなり（交換時の作業性を考慮する必要が無くなり）、有利である。また、リチウムイオンバッテリは、寿命（劣化）に影響するパラメータが鉛バッテリとは異なる。従って、上記のような鉛バッテリを前提とした従来技術の充電制御で用いるパラメータ（例えば、上記の充放電電流の時間積算量や、ＳＯＣ：State Of Chargeなど）を、リチウムイオンバッテリにそのまま同様に使用するだけでは、車両寿命にわたりリチウムイオンバッテリを無交換で使用することが困難である。
【０００５】
そこで、一局面によれば、本発明は、リチウムイオンバッテリの寿命を長くできる態様で充電制御を行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一局面によれば、リチウムイオンバッテリと、前記リチウムイオンバッテリの充電に供される回生電力を生成する回生装置とを備える車両用の充電制御装置であって、
直近の所定期間における前記リチウムイオンバッテリの充放電電流の絶対値の積算値に基づいて、前記リチウムイオンバッテリの通電量を算出する通電量算出部と、
前記通電量算出部により算出される前記通電量が所定の上限値を超える場合、回生電圧上限の低減、および、ＳＯＣ維持電圧下限の増加を行うことにより、前記リチウムインバッテリの通電量を減少させる制御部とを含む、充電制御装置が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
リチウムイオンバッテリの寿命を長くできる態様で充電制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】電源システム１の概略的な電気回路構成及び電源システム１の制御系の概略的な構成を示す図である。
【図２】通電量算出方法の説明図である。
【図３】本実施例によるオルタネータ４０の発電電圧に対する指示値の変化態様の一例の説明図である。
【図４】制御装置７０により実行される処理の一例を示すフローチャートである。
【図５】リチウムイオンバッテリ２２の充電受け入れ性の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、添付図面を参照しながら各実施例について詳細に説明する。
【００１０】
図１（Ａ）は、電源システム１の概略的な電気回路構成を示す図である。電源システム１は、例えばエンジンのみを駆動源とする車両に搭載される。
【００１１】
電源システム１は、電気負荷群１０と、リチウムイオンバッテリ２２と、オルタネータ（回生装置の一例）４０とを含む。
【００１２】
電気負荷群１０は、複数の電気負荷を含む。複数の電気負荷は、スタータ、ランプ、ブロア、ワイパ、電動ファン、パワーステアリングのアシストモータ等であってよい。
【００１３】
リチウムイオンバッテリ２２は、例えば１２Ｖを定格電圧としてもよい。
【００１４】
電源システム１は、更に、リチウムイオンバッテリ２２に出入りする電流を検出する電流センサ２２１と、リチウムイオンバッテリ２２の電圧を検出する電圧センサ２２２とを含む。
【００１５】
図１（Ｂ）は、電源システム１の制御系の概略的な構成を示す図である。電源システム１は、制御装置７０を含む。制御装置７０は、マイコン及びＩＣ（Integrated Circuit）を含むＥＣＵ（Electronic Control Unit）により実現される。制御装置７０には、センサ群９０及びオルタネータ４０が接続される。センサ群９０は、電流センサ２２１及び電圧センサ２２２を含む。
【００１６】
制御装置７０は、バッテリ情報取得部７１と、通電量算出部７２と、充電電圧制御部７４とを含む。バッテリ情報取得部７１、通電量算出部７２、及び充電電圧制御部７４は、マイコンにより実現される（即ち、マイコンのＣＰＵがＲＯＭ等に記憶されたプログラムを実行することで実現される）。
【００１７】
バッテリ情報取得部７１は、センサ群９０から各種情報を取得する。例えば、バッテリ情報取得部７１は、リチウムイオンバッテリ２２の状態を表す情報、及び、リチウムイオンバッテリ２２の状態を表す情報を取得する。リチウムイオンバッテリ２２の状態を表す情報は、電流センサ２２１及び電圧センサ２２２から取得できる電流及び電圧を含む。リチウムイオンバッテリ２２の状態を表す情報は、リチウムイオンバッテリ２２の温度（液温度）を含んでよい。この場合、センサ群９０は、温度センサ（図示せず）を含む。
【００１８】
通電量算出部７２は、所定期間Ｍ毎に、バッテリ情報取得部７１を介して取得されるリチウムイオンバッテリ２２の電流（バッテリ電流）に基づいて、直近の所定期間Ｍにおけるリチウムイオンバッテリ２２の充放電電流の絶対値の積算値（以下、単に「絶対積算値」とも称する）を算出する。絶対積算値は、以下のとおりであり、積分期間は、現時点よりも所定期間Ｍ前の時点から、現時点までである。
絶対積算値＝∫｜ＩＬｉ｜・ｄｔ
ここで、ＩＬｉは、リチウムイオンバッテリ２２の充放電電流であり、｜ＩＬｉ｜は、その絶対値である。
例えば、通電量算出部７２は、所定期間Ｍ中に所定周期（＜Ｍ）毎にサンプリングされるリチウムイオンバッテリ２２の充放電電流の絶対値を積算することで、今回の所定期間Ｍに係る絶対積算値（直近の所定期間Ｍにおける絶対積算値）を、過去の絶対積算値と共に、例えばリングバッファのようなバッファに保持する。例えば、図２に示す例では、所定期間Ｍは、１分であり、１分毎の絶対積算値が１０点、１０個のバッファ領域（Ｎｏ．１〜１０）に格納される。１０個のバッファ領域には、ＦＩＦＯ(First-In, First-Out)形式で、最新の１０点が格納され、１分毎に、新たな絶対積算値に基づいて更新される。
【００１９】
通電量算出部７２は、また、所定期間Ｍ毎に、最新の所定数Ｎ（≧１）の絶対積算値に基づいて、一時間当たりの通電量Ｉｔｏｔａｌを算出する。図２に示す例では、Ｎ＝１０であり、２００＋２５０＋４１００＋・・・＋２７０＝１０７１０［Ａｓ］×６/３６００［ｓｅｃ］＝１７．９［Ａｈ］が、一時間当たりの通電量［Ａｈ］となる。尚、本実施例では、一例として、最新の所定数Ｎの絶対積算値の合計は、一時間当たりの通電量に換算されるが、変形例では、最新の所定数Ｎの絶対積算値の合計は、他の時間当たりの通電量、例えば１０分当たりの通電量に換算されてもよい。この場合、１０分当たりの通電量は、１０個のバッファ領域の各領域の合計であり、２００＋２５０＋４１００＋・・・＋２７０＝１０７１０［Ａｓ］×６となる。或いは、他の変形例では、直近の所定期間Ｍにおける通電量（最新の絶対積算値）は、そのまま利用されてもよい。即ち、所定数Ｎ＝１であってもよい。
【００２０】
充電電圧制御部７４は、通電量算出部７２により算出される通電量Ｉｔｏｔａｌが所定の上限値ＴＨＭを超えないように、リチウムイオンバッテリ２２への充電電圧を制御する。リチウムイオンバッテリ２２への充電電圧は、オルタネータ４０の発電電圧を制御することで制御できる。充電電圧制御部７４は、オルタネータ４０の発電電圧に対する指示値を設定することで、オルタネータ４０の発電電圧を制御する。
【００２１】
図３は、本実施例によるオルタネータ４０の発電電圧に対する指示値の変化態様（時系列）の一例の説明図である。
【００２２】
図３では、上から順に、車速（走行状態）の時系列と、オルタネータ４０の発電電圧に対する指示値（指示電圧）の時系列とがそれぞれ示される。図３において、Ｖ１は、ＳＯＣ維持電圧下限を示し、Ｖ２は、回生電圧上限を示す。図３に示すように、Ｓ＆Ｓ（Stop ＆ Start）機能に基づくアイドルストップ中は、オルタネータ４０の発電は停止状態となる。また、減速状態では、オルタネータ４０の発電電圧に対する指示値は、回生電圧上限となる。他方、加速状態及び定常走行状態では、オルタネータ４０の発電電圧に対する指示値は、ＳＯＣ維持電圧下限となる。ＳＯＣ維持電圧下限は、リチウムイオンバッテリ２２のＳＯＣが所定の下限値を下回らないようにするための指示値である。
【００２３】
本実施例では、充電電圧制御部７４は、通電量Ｉｔｏｔａｌが所定の上限値ＴＨＭを超えないように、回生電圧上限及びＳＯＣ維持電圧下限を設定する。回生電圧上限は、上述のように、走行状態が減速状態であるとき（回生時）のオルタネータ４０の発電電圧に対する指示値である。ＳＯＣ維持電圧下限は、上述のように、回生時以外の走行状態（例えば加速時、定常走行時）でのオルタネータ４０の発電電圧に対する指示値である。
【００２４】
回生時のオルタネータ４０の発電電圧が低いときは、回生時のリチウムイオンバッテリ２２の充電量が減少するので、回生時のリチウムイオンバッテリ２２の通電量が減少される。逆に、回生時のオルタネータ４０の発電電圧が高いときは、回生時のリチウムイオンバッテリ２２の充電量が増加するので、回生時のリチウムイオンバッテリ２２の通電量が増加される。また、回生時以外の走行状態でのオルタネータ４０の発電電圧が低いときは、リチウムイオンバッテリ２２から電力が持ち出され易くなるので、その間のリチウムイオンバッテリ２２の放電量（及びそれに伴う通電量）が大きくなり易くなる。逆に、回生時以外の走行状態でのオルタネータ４０の発電電圧が高いときは、リチウムイオンバッテリ２２から電力が持ち出され難くなるので、その間のリチウムイオンバッテリ２２の放電量（及びそれに伴う通電量）が小さくなり易くなる。従って、回生電圧上限及びＳＯＣ維持電圧下限を制御することで、通電量Ｉｔｏｔａｌが所定の上限値ＴＨＭを超えないように制御できることが可能である。回生電圧上限及びＳＯＣ維持電圧下限の具体的な設定方法は、図４を参照して後述する。
【００２５】
ここで、リチウムイオンバッテリ２２の寿命に関わる主要な因子は、以下のとおりである。車両走行時は、温度分布と通電量が寿命に関わる。即ち車両走行時の容量劣化率は、以下の通り表すことができる。
容量劣化率＝（バッテリ劣化速度）×（バッテリ温度分布）×（通電量）      式（１）
また、駐車時は、温度分布と放置時間が寿命に関わる。即ち駐車時の容量劣化率は、以下の通り表すことができる。
容量劣化率＝（バッテリ劣化速度）×（バッテリ温度分布）×（放置時間）      式（２）
式（１）から、走行時は、通電量が過大とならないように制御できれば、リチウムイオンバッテリ２２の寿命が延びることが分かる。バッテリ劣化速度は、リチウムイオンバッテリ２２の固有の特性であり、バッテリ温度分布は、環境に依存するパラメータである。従って、リチウムイオンバッテリ２２の寿命と通電量との関係は、特定の環境を想定して、試験等から求めることができる。所定の上限値ＴＨＭは、試験結果等に基づくリチウムイオンバッテリ２２の寿命と通電量との関係に基づいて、リチウムイオンバッテリ２２の必要な寿命が確保されるように決定される。
【００２６】
図４は、制御装置７０により実行される処理の一例を示すフローチャートである。制御装置７０により実行される処理は、所定時間Ｍ（例えば１分）毎に実行される。
【００２７】
ステップＳ３００では、通電量算出部７２は、直近の所定時間Ｍに係る絶対積算値を算出し、バッファ（図２参照）を更新する。そして、通電量算出部７２は、更新したバッファ内のデータに基づいて、１時間当たりの通電量を算出する。１時間当たりの通電量方法は、上述のとおりである。
【００２８】
ステップＳ３０２では、通電量算出部７２は、ステップＳ３００で算出した通電量が、所定閾値よりも大きいか否かを判定する。所定閾値は、上述の上限値ＴＨＭと同じであってもよいし、上述の上限値ＴＨＭよりも所定の余裕分だけ大きい値であってもよい。判定結果が"ＹＥＳ"の場合は、ステップＳ３０４に進み、それ以外の場合は、ステップＳ３０６に進む。
【００２９】
ステップＳ３０４では、充電電圧制御部７４は、回生電圧上限及びＳＯＣ維持電圧下限を以下の通り、リチウムイオンバッテリ２２の通電量が減少される方向に変更（更新）する。
回生電圧上限＝回生電圧上限（現在値）−所定値ＤＲＭ
ＳＯＣ維持電圧下限＝ＳＯＣ維持電圧下限（現在値）＋所定値ＤＣＭ
所定値ＤＲＭ及び所定値ＤＣＭは、それぞれ、例えば０．０５［Ｖ］であってよい。ただし、回生電圧上限は、所定の上限値及び下限値を有し、その範囲内で回生電圧上限が変更される。ＳＯＣ維持電圧下限についても同様であってよい。
【００３０】
このようにして回生電圧上限が低減されると、回生時のオルタネータ４０の発電電圧が低くなり、回生時のリチウムイオンバッテリ２２の充電量が減少する。また、ＳＯＣ維持電圧下限が増加されると、減速状態以外の車両走行状態でのオルタネータ４０の発電電圧が増加し、その分だけ、リチウムイオンバッテリ２２からの電気負荷群１０への供給電力が低減される（即ちリチウムイオンバッテリ２２の放電量が減少する）。この結果、回生電圧上限及びＳＯＣ維持電圧下限の変更前の状態に比べて、リチウムイオンバッテリ２２の通電量が減少される。このようにして、リチウムイオンバッテリ２２の通電量が所定閾値よりも大きくなると、リチウムイオンバッテリ２２の通電量が所定の上限値ＴＨＭを超えないように低減される。これにより、リチウムイオンバッテリ２２の必要な寿命を確保できる可能性を高めることができる。
【００３１】
ステップＳ３０６では、通電量算出部７２は、ステップＳ３００で算出した通電量が、所定の下限値ＴＨＰ以下であるか否かを判定する。所定の下限値ＴＨＰは、上限値ＴＨＭ以下であるが、ヒステリシスを持たせるために、上限値ＴＨＭよりも小さい値とされてもよい。判定結果が"ＹＥＳ"の場合は、ステップＳ３０８に進み、それ以外の場合は、今回周期の処理は終了する。
【００３２】
ステップＳ３０８では、充電電圧制御部７４は、回生電圧上限及びＳＯＣ維持電圧下限を以下の通り、リチウムイオンバッテリ２２の通電量が増加される方向に変更（更新）する。
回生電圧上限＝回生電圧上限（現在値）＋所定値ＤＲＰ
ＳＯＣ維持電圧下限＝ＳＯＣ維持電圧下限（現在値）−所定値ＤＣＰ
所定値ＤＲＰ及び所定値ＤＣＰは、それぞれ、例えば０．０５［Ｖ］であってよい。このようにして回生電圧上限が増加されると、回生時のオルタネータ４０の発電電圧が高くなり、回生時のリチウムイオンバッテリ２２の充電量が増加する。また、ＳＯＣ維持電圧下限が減少されると、減速状態以外の車両走行状態でのオルタネータ４０の発電電圧が減少し、その分だけ、リチウムイオンバッテリ２２からの電気負荷群１０への供給電力が増加される（即ちリチウムイオンバッテリ２２の放電量が増加する）。この結果、回生電圧上限及びＳＯＣ維持電圧下限の変更前の状態に比べて、燃費が向上する。このようにして、リチウムイオンバッテリ２２の通電量が所定の下限値ＴＨＰよりも大きくなると、リチウムイオンバッテリ２２の通電量が増加される。これにより、回生時のリチウムイオンバッテリ２２の充電量が多くなり、減速状態以外の車両走行状態でのオルタネータ４０の負荷（エンジントルクへの負荷）が低減し、燃費効果を高めることができる。
【００３３】
図５は、リチウムイオンバッテリ２２の充電受け入れ性の説明図である。図５では、横軸に時間を取り、縦軸に電流値を取り、回生時のリチウムイオンバッテリのバッテリ電流値の波形Ｌ１と、回生時の鉛バッテリのバッテリ電流値の波形Ｌ２とをそれぞれ示す。これらの特性を得る際に用いたリチウムイオンバッテリの定格容量は６９［Ａｈ］であり、鉛バッテリの定格容量は７５［Ａｈ］である。これらの特性を得たときの回生時の条件は同等である。但し、回生時のオルタネータ４０の発電電圧は、リチウムイオンバッテリの場合は１４．７［Ｖ］とし、鉛バッテリの場合は１５．３［Ｖ］とした。図５に示すように、鉛バッテリの充電電流は、最大１４０［Ａ］（平均８４［Ａ］）であるのに対して、リチウムイオンバッテリの充電電流は、最大２１０［Ａ］（平均１７７［Ａ］）であり、リチウムイオンバッテリは鉛バッテリに比べて約２倍近く高い充電受け入れ性を持つ。
【００３４】
このように本実施例によれば、充電受け入れ性の高いリチウムイオンバッテリ２２を用いることで、回生時のオルタネータ４０の発電電圧を比較的高くせずに回生時に比較的大きな充電量が確保しやすくなる。尚、オルタネータ４０の発電電圧の低電圧化は、電気負荷群１０に印加される電圧の低電圧化を伴うため、電気負荷群１０の寿命の観点から有利となる。
【００３５】
以上、各実施例について詳述したが、特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。また、前述した実施例の構成要素を全部又は複数を組み合わせることも可能である。
【００３６】
例えば、上述した実施例では、リチウムイオンバッテリ２２の単電源システムであるが、本発明は、鉛バッテリとリチウムイオンバッテリ２２との２電源システムにも適用できる。この場合、鉛バッテリとリチウムイオンバッテリ２２との間に昇降圧コンバータが設けられる場合は、リチウムイオンバッテリ２２の通電量は、昇降圧コンバータの出力電圧を制御することで制御できる。この場合、オルタネータ４０及び昇降圧コンバータが回生装置を形成する。
【符号の説明】
【００３７】
１  電源システム
１０  電気負荷群
２２  リチウムイオンバッテリ
４０  オルタネータ
７０  制御装置
７１  バッテリ情報取得部
７２  通電量算出部
７４  充電電圧制御部
９０  センサ群
２２１  電流センサ
２２２  電圧センサ
【図１】
0006481645.tif 000002
【図２】
0006481645.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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