(57)【要約】【課題】バッテリの過放電を防止しつつ、メモリ効果の影響を避けることができるバッテリ充放電制御装置の提供。【解決手段】バッテリは、バッテリ容量が上限ＳＯＣｍａｘおよび下限ＳＯＣｍｉｎで規定される一定幅の使用ＳＯＣ範囲となるように充放電制御される。使用ＳＯＣ範囲の下限ＳＯＣｍｉｎの近辺でメモリ効果が発生している場合には、上限ＳＯＣｍａｘおよび下限ＳＯＣｍｉｎを同時にΔＳＯＣ１だけ上昇させて使用ＳＯＣ範囲を変更する。変更後の使用ＳＯＣ範囲は、「ＳＯＣｍａｘ＋ΔＳＯＣ１≧ＳＯＣ≧ＳＯＣｍｉｎ＋ΔＳＯＣ１」となりメモリ効果発生領域が含まれないようになる。バッテリは変更後の使用ＳＯＣ範囲で充放電されるので、メモリ効果の発生が防止されるとともに、バッテリの過放電が避けられる。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリ容量が上限値および下限値で規定される一定幅の容量制御範囲内となるようにバッテリの充放電を制御する制御手段と、
前記容量制御範囲において前記バッテリにメモリ効果が発生しているか否かを判断する判断手段と、
前記メモリ効果が発生していると判断された場合に、前記メモリ効果の発生範囲を含まないように前記容量制御範囲を前記一定幅に保持しつつ変更する変更手段とを備えることを特徴とするバッテリ充放電制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のバッテリ充放電制御装置において、
前記バッテリの電圧を検出する電圧検出手段を備え、
前記変更手段は、容量制御範囲の変更後に前記電圧検出手段で検出された電圧が所定上限電圧に達したならば、前記バッテリの容量に応じて前記下限値を所定減少値だけ減少し、その後に前記上限値を前記所定減少値だけ減少することを特徴とするバッテリ充放電制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハイブリッド車両等に用いられるバッテリのバッテリ充放電制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ニッケル水素電池などようにニッケル化合物を用いたバッテリをハイブリッド車両の電源として使用した場合、完全放電に至る前に充電したり、満充電に至る前に放電する制御を繰り返し行うと、実際に使用できる容量が低下してしまうメモリ効果が発生する。このようなメモリ効果の発生に対して、バッテリの使用ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）範囲の幅を変化させることによって完全放電付近までバッテリを放電させて、メモリ効果を解消させる技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−６９６０８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述した従来技術では、バッテリの使用ＳＯＣ範囲の幅を完全放電付近まで広げることにより、メモリ効果を解消させるようにしている。しかしながら、ニッケル化合物を用いたバッテリでは完全放電付近における電圧低下が急激なため、そのような制御を行うとバッテリが過放電状態となってしまうおそれがあり、バッテリ寿命の低下を招くという問題があった。
【０００５】
本発明は、バッテリの過放電を防止しつつ、メモリ効果の影響を避けることができるバッテリ充電制御装置を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によるバッテリ充放電制御装置では、バッテリ容量が上限値および下限値で規定される一定幅の容量制御範囲となるように、制御手段でバッテリの充放電を制御する。そして、判断手段により容量制御範囲においてバッテリにメモリ効果が発生しているか否かを判断する。メモリ効果が発生していると判断された場合、変更手段は、メモリ効果の発生範囲を含まないように容量制御範囲を一定幅に保持しつつ変更する。
【０００７】
【発明の効果】
本発明によれば、容量制御範囲においてバッテリにメモリ効果が発生した場合には、容量制御範囲変更手段によりメモリ効果の発生範囲を含まないように容量制御範囲を一定幅に保持しつつ変更するため、メモリ効果発生領域を使用せずにバッテリの充放電制御が行われる。その結果、バッテリが過放電となるのを防止することができるとともに、メモリ効果の影響を受けることなくバッテリの充放電を行うことができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明によるバッテリ充放電制御装置の一実施の形態を説明するブロック図であり、ハイブリッド自動車に適用したものである。図１に示すハイブリッド自動車はパラレル方式とシリーズ方式とを組み合わせたものであり、駆動源としてエンジン１と電動モータ２とを備えている。エンジン１は動力分割機構３を介して減速機５および発電機４と接続され、エンジン１の駆動力は動力分割機構３によって車輪６の駆動力と発電機４の駆動力とに分割される。
【０００９】
電動モータ２はインバータ７を介して駆動用のバッテリ８と接続されている。モータ走行時にはバッテリ８から電動モータ２に電力が供給され、制動時には電動モータ２を回生発電させ、その回生電力によりバッテリ８を充電する。車両コントローラ（ＨＣＭ）９は、アクセルセンサ１０で検出されたアクセルペダル踏み込み量、ブレーキセンサ１１で検出されたブレーキペダル踏み込み量、車速センサ１２で検出された車両の走行速度等に基づいて、エンジンコントローラ（Ｅ／Ｃ）１３，モータコントローラ１４，バッテリコントローラ１５およびブレーキコントローラ１６を制御し、車両の駆動力と制動力とを制御する。
【００１０】
ブレーキコントローラ１６は、車両コントローラ９からの指令信号に基づいて油圧源１７を制御して、車輪６に設けられた油圧ブレーキ（不図示）による制動力を調整する。エンジンコントローラ（Ｅ／Ｃ）１３は、車両コントローラ９から送信されるエンジン１の始動／停止信号に基づいてエンジン１の始動・停止制御を行うとともに、エンジントルクが車両コントローラ９からのトルク指令値に一致するように不図示のスロットルバルブ開閉装置、燃料噴射装置および点火時期制御装置を制御する。
【００１１】
モータコントローラ１４は、車両コントローラ９から送信される電動モータ２の駆動（力行）指令および回生制動（発電制動）指令と回転速度指令とに基づいて、インバータ７を制御して電動モータ２の回転速度およびトルクを調整する。バッテリコントローラ１５は、車両コントローラ９からの指令信号、電圧センサ１８で検出されたバッテリ電圧、電流センサ１９で検出された充放電電流、温度センサ２０で検出されたバッテリ温度などに基づいて、バッテリ８の充放電制御および充電状態（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）の演算を行う。
【００１２】
図１に示したハイブリッド自動車では、発進時や、ごく低速で走行する場合には、バッテリ８の電力で電動モータ２を駆動して走行する。通常走行時には、エンジン動力を動力分割機構３で２経路に分割し、分割された動力の一方は車輪５を直接駆動する。他方は発電機４を駆動して発電し、その電力で電動モータ２を駆動して走行駆動力をアシストする。より大きな駆動力を必要とする全開加速時には、バッテリ８からも電動モータ２に電力が供給される。
【００１３】
このような力行時には、前述したようにアクセル操作量、ブレーキ操作量、車速に基づいて車両の駆動力を決定する。また、演算されたバッテリ１のＳＯＣに基づいて発電の必要があるか否かを決定し、上述した駆動力および発電の必要性などの情報に基づいてエンジン１、電動モータ２、発電機４の発生するトルクを演算し、エンジン１、電動モータ２および発電機４を制御する。例えば、バッテリ８のＳＯＣが小さくなりすぎた場合には、エンジン１の動力で発電機４を駆動してバッテリ８を充電する。
【００１４】
制動時および減速時には、車輪５の駆動力によって電動モータ２を駆動し、電動モータ２を発電機として動作させて回生発電を行う。そして、その回生電力でバッテリ８を充電する。その際、車両の回生制動力を考慮したうえでエンジン１，電動モータ２，発電機４を制御するとともに、要求制動力からバッテリ８の最大充電可能電力に相当する回生制動力を減じた制動力を、エンジンブレーキまたは油圧ブレーキで発生させる。
【００１５】
このように、ハイブリッド車両では減速・制動時の回生発電によりバッテリ８の充電を行うようにしているが、バッテリ８が満充電近傍の状態にある場合には制御性が悪いため、通常は満充電近傍を含まない所定の使用ＳＯＣ範囲内で充放電制御が行われる。例えば、ＳＯＣが４０％〜８０％の範囲となるように充放電制御が行われる。しかし、ニッケル水素電池のようなニッケル系二次電池では、上述したようなＳＯＣ範囲（４０％〜８０％）で充放電を繰り返して使用すると、実際に使用できる容量が低下するというメモリ効果が生じる。
【００１６】
図３はニッケル水素電池で構成されたバッテリ８のメモリ効果を説明する図である。図３において、横軸は電池のＳＯＣを表しており、縦軸は電池電圧を表している。実線Ｌ１０はメモリ効果発生前の電圧−ＳＯＣ特性を示し、破線Ｌ２０はメモリ効果が発生した場合の電圧−ＳＯＣ特性を示している。図３の範囲「ＳＯＣｍａｘ≧ＳＯＣ≧ＳＯＣｍｉｎ」はメモリ効果が発生していない通常の場合の使用ＳＯＣ範囲を示しており、例えば、ＳＯＣｍｉｎ＝４０％、ＳＯＣｍａｘ＝８０％のように設定される。バッテリ８の放電が行われると、バッテリ８のＳＯＣは減少して図３の使用ＳＯＣ範囲内を図示右側に移動する。逆に充電が行われると、ＳＯＣが増加して使用ＳＯＣ範囲内を左側に移動する。
【００１７】
メモリ効果発生前（Ｌ１０）では、使用ＳＯＣ範囲の下限値ＳＯＣｍｉｎにおける電池電圧はＶｍｉｎであるが、メモリ効果発生後はＶ’ｍｉｎ（＜Ｖｍｉｎ）に低下する。実際に充放電制御を行う場合にはバッテリ電圧に基づいて制御が行われるので、下限電圧Ｖｍｉｎ以下では電池は使用できないと判断する。そのため、通常は図３の実線Ｌ１０で示すようにＳＯＣ＝ＳＯＣｍｉｎまで使用可能とされるが、破線Ｌ２０のように変化した場合にはＳＯＣ＝ＳＯＣ１以下の残容量は使用できない容量とされ、実際に使用できる容量が（ＳＯＣ１−ＳＯＣｍｉｎ）だけ小さくなってしまう。このように、実際に使用できる容量が低下した状態を、メモリ効果が発生していると呼んでいる。
【００１８】
図３からも分かるように、バッテリ８のＳＯＣがＳＯＣ１よりも小さくなると電池電圧の低下傾向が急になる。そのため、前述した従来技術のように使用ＳＯＣ範囲を広げてバッテリ８を使用すると、バッテリ８が過放電となるおそれがあった。本実施の形態では、そのような過放電を避けるような充放電時のメモリ効果制御を行うとともに、発生したメモリ効果を解消するように制御する。。
【００１９】
《メモリ効果発生時の制御について》
次に、メモリ効果発生時の制御について説明する。図２はバッテリ８のメモリ効果の影響を回避するとともに、メモリ効果を解消するための制御を説明するフローチャートであり、バッテリコントローラ１５で実行される処理を示したものである。図２のフローチャートに示す一連の処理は、車両のイグニッションスイッチがオンされると開始され、その後、イグニッションスイッチがオフされるまで、所定時間間隔で繰り返し実行される。
【００２０】
ステップＳ１０では、バッテリ８にメモリ効果が発生しているか否かを判定し、メモリ効果が発生していないと判定されると図２のフローチャートを終了する。すなわち、使用ＳＯＣ範囲として初期設定であるＳＯＣｍａｘ≧ＳＯＣ≧ＳＯＣｍｉｎを使用し、バッテリ８の充放電制御を行う。一方、ステップＳ１０でメモリ効果が発生していると判定されるとステップＳ２０に進む。ここで、メモリ効果が発生したか否かの判定方法としては種々あるが、例えば、次の（ａ），（ｂ）のように判定する。
【００２１】
（ａ）充放電時に電圧センサ１８で検出されるバッテリ８の電圧が使用ＳＯＣ範囲の下限値ＳＯＣｍｉｎにおける電圧Ｖｍｉｎに達した場合に、メモリ効果が発生したと判定する。通常の使用ＳＯＣ範囲（ＳＯＣｍａｘ≧ＳＯＣ≧ＳＯＣｍｉｎ）で充放電制御を行っている場合には、バッテリ８のＳＯＣがＳＯＣｍｉｎに近づくと充電を行うように制御されるため、メモリ効果が発生していないときはバッテリ電圧は下限値Ｖｍｉｎに達することはない。しかし、メモリ効果が発生して図３のＬ２０のような特性に変化すると、通常の使用ＳＯＣ範囲で充放電制御している場合でも、バッテリ８のＳＯＣがＳＯＣ１になったときに電圧Ｖｍｉｎが検出される。
【００２２】
（ｂ）放電時にバッテリ電圧およびバッテリ電流を複数ポイント検出し、そのサンプリングデータからＩ−Ｖ特性直線を回帰演算し、Ｉ−Ｖ特性直線からバッテリ８の内部抵抗が求められる。そして、異なる複数のＳＯＣ毎に内部抵抗を求めて、ＳＯＣの下限値ＳＯＣｍｉｎ付近における内部抵抗が他のＳＯＣ領域の内部抵抗に比べて大きくなっている場合に、メモリ効果が発生したと判定する。
【００２３】
以下では（ａ）の場合を例に説明する。メモリ効果が発生したと判定されてステップＳ１０からステップＳ２０へ進んだ場合には、図３に示すように本来の特性Ｌ１０から大きくずれたメモリ効果発生範囲を避けるように、範囲幅（ＳＯＣｍａｘ−ＳＯＣｍｉｎ）を保ったまま、充放電制御の使用ＳＯＣ範囲を通常の使用ＳＯＣ範囲（ＳＯＣｍａｘ≧ＳＯＣ≧ＳＯＣｍｉｎ）からＳＯＣが大きくなる方へと上昇させる。すなわち、ＳＯＣｍａｘ≧ＳＯＣ≧ＳＯＣｍｉｎであった使用ＳＯＣ範囲をＳＯＣｍａｘ＋ΔＳＯＣ１≧ＳＯＣ≧ＳＯＣｍｉｎ＋ΔＳＯＣ１と全体を＋ΔＳＯＣ１だけ上昇させる。
【００２４】
この上昇させる大きさΔＳＯＣ１については、図３のΔＳＯＣ１のように実線Ｌ１０と破線Ｌ２０とのずれが大きい領域（メモリ効果が発生している領域）を含まないように設定すれば良い。破線Ｌ２０はバッテリの特性として実測等により予め求めることができるので、その実測値に基づいてΔＳＯＣ１を設定すればよい。なお、使用ＳＯＣ範囲をＳＯＣｍａｘ＋ΔＳＯＣ１≧ＳＯＣ≧ＳＯＣｍｉｎ＋ΔＳＯＣ１のように＋ΔＳＯＣ１だけ増加させる際には、車両挙動の急変を防止するためにＳＯＣの上昇速度を小さくするのが望ましく、１％／分程度とするのが好ましい。
【００２５】
ステップＳ２０の処理により、新たに設定された使用ＳＯＣ範囲（ＳＯＣｍａｘ＋ΔＳＯＣ１≧ＳＯＣ≧ＳＯＣｍｉｎ＋ΔＳＯＣ１）内においては実線Ｌ１０と破線Ｌ２０との間とのずれはほとんど無い。そのため、この範囲内で充放電制御している限りメモリ効果が発生しているＳＯＣ範囲を使用しないため、実際に使用できる残容量が低下するという不都合が発生することはない。
【００２６】
次いで、ステップＳ３０では、電圧センサ１８で検出されるバッテリ電圧が予め設定された上限電圧Ｖｕ（図３参照）に達したか否かを判定し、上限電圧Ｖｕに達したと判定されるとステップＳ４０へ進み、上限電圧Ｖｕに達していないと判定されるとステップＳ１０に戻る。この上限電圧Ｖｕは、バッテリ８が過充電となる充電電圧を規定するものである。ステップＳ３０からステップＳ１０に戻った場合には、再びメモリ効果が発生しているか否かを判定する。この場合、ステップＳ２０で使用ＳＯＣ範囲を「ＳＯＣｍａｘ＋ΔＳＯＣ１≧ＳＯＣ≧ＳＯＣｍｉｎ＋ΔＳＯＣ１」に変更しているので、下限ＳＯＣｍｉｎ＋ΔＳＯＣ１に対応する電圧値を検出したか否かでメモリ効果が発生したか否かを判定する。
【００２７】
ステップＳ２０で使用ＳＯＣ範囲を「ＳＯＣｍａｘ＋ΔＳＯＣ１≧ＳＯＣ≧ＳＯＣｍｉｎ＋ΔＳＯＣ１」に変更した変更当初はメモリ効果が生じることはない。そのため、ステップＳ１０においてＮＯと判定され、図２のフローチャートの処理を終了する。すなわち、バッテリ８の充放電制御は、使用ＳＯＣ範囲「ＳＯＣｍａｘ＋ΔＳＯＣ１≧ＳＯＣ≧ＳＯＣｍｉｎ＋ΔＳＯＣ１」に基づいて行われる。その後、所定時間が経過すると、再び図２の制御が実行される。
【００２８】
このように、使用ＳＯＣ範囲を「ＳＯＣｍａｘ＋ΔＳＯＣ１≧ＳＯＣ≧ＳＯＣｍｉｎ＋ΔＳＯＣ１」に変更した当初は、メモリ効果が発生せずステップＳ１０では常にＮＯと判定され、使用ＳＯＣ範囲は「ＳＯＣｍａｘ＋ΔＳＯＣ１≧ＳＯＣ≧ＳＯＣｍｉｎ＋ΔＳＯＣ１」に維持される。しかしながら、この範囲で充放電を繰り返していると、図４に示すように、使用ＳＯＣ範囲「ＳＯＣｍａｘ＋ΔＳＯＣ１≧ＳＯＣ≧ＳＯＣｍｉｎ＋ΔＳＯＣ１」の制御下限ＳＯＣｍｉｎ＋ΔＳＯＣ１付近において再度メモリ効果が発生することがある。そのような場合には、ステップＳ１０でメモリ効果が発生したと判定されてステップＳ２０へ進む。
【００２９】
図４は、使用ＳＯＣ範囲「ＳＯＣｍａｘ＋ΔＳＯＣ１≧ＳＯＣ≧ＳＯＣｍｉｎ＋ΔＳＯＣ１」で充放電制御を行っているときに、メモリ効果が発生した場合の電池特性（破線Ｌ２０）を示したものである。使用ＳＯＣ範囲の下限ＳＯＣｍｉｎ＋ΔＳＯＣ１付近では、破線Ｌ２０は実線Ｌ１０から大きくずれてメモリ効果が発生している。ステップＳ２０では、現在の使用ＳＯＣ範囲「ＳＯＣｍａｘ＋ΔＳＯＣ１≧ＳＯＣ≧ＳＯＣｍｉｎ＋ΔＳＯＣ１」の全体を＋ΔＳＯＣ２だけ上昇させて、「ＳＯＣｍａｘ＋ΔＳＯＣ１＋ΔＳＯＣ２≧ＳＯＣ≧ＳＯＣｍｉｎ＋ΔＳＯＣ１＋ΔＳＯＣ２」を新たな使用ＳＯＣ範囲に設定する。なお、ＳＯＣｍａｘ＋ΔＳＯＣ１＋ΔＳＯＣ２に対応する電圧がバッテリ８の上限電圧Ｖｕを超えるような場合には、使用ＳＯＣ範囲の上限を上限電圧Ｖｕに対応するＳＯＣｕに設定する。
【００３０】
このようなステップＳ２０の処理を何回か行うと、使用ＳＯＣ範囲の上限がＳＯＣｕとなるため、電圧センサ１８で検出されるバッテリ電圧が上限電圧Ｖｕに達する場合がある。そのような場合には、ステップＳ３０でＹＥＳと判定されてステップＳ４０へ進む。ステップＳ４０では、ステップＳ１０と同様にメモリ効果が発生したか否かを判定し、図５に示すように使用ＳＯＣ範囲の下限付近にメモリ効果が発生したならばステップＳ５０へ進む。
【００３１】
ステップＳ５０では、図５の使用ＳＯＣ範囲の下限の降下を開始する。この場合も、降下速度１％／分程度の速度で徐々に下げる。ステップＳ６０では、降下中の使用ＳＯＣ範囲の中央値とバッテリ８の実際のＳＯＣとを比較して、「中央値＞実ＳＯＣ」であって「（中央値−実ＳＯＣ）＜（中央値の５％）」であるＳＯＣ３となったか否かを判定する。ステップＳ６０でＹＥＳと判定されたならば、ステップＳ７０へ進んで下限の降下を停止する。すなわち、バッテリ８の放電が行われて実ＳＯＣが低下するに従って、使用ＳＯＣ範囲の下限が図５の右側に移動する。停止時までの降下量はＳＯＣｕ−（ＳＯＣｍａｘ−ＳＯＣｍｉｎ）−ＳＯＣ３となる。なお、停止位置のＳＯＣ３が初期値の下限であるＳＯＣｍｉｎよりも小さい場合には、下限をＳＯＣｍｉｎに設定する。
【００３２】
ステップＳ８０では、使用ＳＯＣ範囲の下限はステップＳ７０で停止した値に固定した状態で、使用ＳＯＣ範囲の上限を下限の場合と同じ値だけ降下させる。この場合も、降下速度１％／分程度で徐々に降下させる。ステップＳ９０では、使用ＳＯＣ範囲が初期の使用ＳＯＣ範囲「ＳＯＣｍａｘ≧ＳＯＣ≧ＳＯＣｍｉｎ」と等しいか否かを判定し、等しいと判定されると一連の処理を終了し、異なっていると判定されるとステップＳ５０へ戻ってステップＳ５０からステップＳ８０までの降下処理を再び行う。
【００３３】
ステップＳ５０からステップＳ７０までの下限降下処理においては、メモリ効果が発生している領域よりもバッテリ電圧が低い領域で充放電が行われる。その結果、メモリ効果が解消される。さらに、メモリ効果の解消が行われる時点では、電池電圧は図３のＶ’ｍｉｎに比べて十分高くなっているので、バッテリ８が過放電となるおそれがない。
【００３４】
なお、上述したメモリ効果発生の判定方法（ａ）、（ｂ）に加えて、以下の（ｃ）、（ｄ）に述べるような判定方法もある。
（ｃ）充放電時間が所定時間に達した場合に、メモリ効果が発生したと判定する。（ｄ）充放電容量が所定容量に達した場合に、メモリ効果が発生したと判定する。
【００３５】
以上説明した実施の形態と特許請求の範囲の要素との対応において、バッテリコントローラ１５は制御手段、判断手段および変更手段を、電圧センサ１８は電圧検出手段を、降下量「ＳＯＣｕ−（ＳＯＣｍａｘ−ＳＯＣｍｉｎ）−ＳＯＣ３」が所定減少値をそれぞれ構成する。なお、上述した実施の形態では、ハイブリッド自動車の走行用バッテリの充放電制御を例に説明したが、中間付近の容量範囲で充放電が繰り返されてメモリ効果が発生するようなバッテリであれば、本発明を適用することができる。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるバッテリ充放電制御装置の一実施の形態を説明するブロック図である。
【図２】メモリ効果発生時の制御を示すフローチャートである。
【図３】ニッケル水素電池で構成されたバッテリ８のメモリ効果を説明する図である。
【図４】使用ＳＯＣ範囲「ＳＯＣｍａｘ＋ΔＳＯＣ１≧ＳＯＣ≧ＳＯＣｍｉｎ＋ΔＳＯＣ１」で充放電制御を行っているときにメモリ効果が発生した場合の電池特性を示す図である。
【図５】下限降下動作を説明する図である。
【符号の説明】
１  エンジン
２  電動モータ
７  インバータ
８  バッテリ
９  車両コントローラ
１３  エンジンコントローラ
１４  モータコントローラ
１５  バッテリコントローラ
１８  電圧センサ
１９  電流センサ
【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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