(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハイブリッド車両用電池の劣化状態を検出する劣化検出手段と、
前記劣化状態検出値に基づいて前記電池の目標ＳＯＣを設定するＳＯＣ設定手段と、
前記電池のＳＯＣを検出するＳＯＣ検出手段と、
前記ＳＯＣ検出値が前記目標ＳＯＣとなるように前記電池の充放電を制御する制御手段とを備え、
前記ＳＯＣ設定手段は、前記劣化検出手段によって検出される劣化の進行に応じて、前記電池の目標ＳＯＣを高くすることを特徴とするハイブリッド車両用電池の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のハイブリッド車両用電池の制御装置において、
前記電池の温度を検出する温度検出手段を備え、
前記ＳＯＣ設定手段は、前記劣化状態検出値と前記温度検出値とに基づいて目標ＳＯＣを設定することを特徴とするハイブリッド車両用電池の制御装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のハイブリッド車両用電池の制御装置において、
前記劣化検出手段は、前記電池の内部抵抗を検出して劣化状態を判断することを特徴とするハイブリッド車両用電池の制御装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかの項に記載のハイブリッド車両用電池の制御装置において、
前記制御手段は、前記目標ＳＯＣに応じて入力電力を制限することを特徴とするハイブリッド車両用電池の制御装置。
【請求項５】
ハイブリッド車両用電池の劣化状態を検出する劣化検出手段と、
前記劣化状態検出値に基づいて前記電池の目標ＳＯＣ範囲を設定するＳＯＣ設定手段と、
前記電池のＳＯＣを検出するＳＯＣ検出手段と、
前記ＳＯＣ検出値が前記目標ＳＯＣ範囲内になるように前記電池の充放電を制御する制御手段とを備え、
前記ＳＯＣ設定手段は、前記劣化検出手段によって検出される劣化の進行に応じて、前記電池の目標ＳＯＣ範囲の下限値を高くすることを特徴とするハイブリッド車両用電池の制御装置。
【請求項６】
請求項５に記載のハイブリッド車両用電池の制御装置において、
前記劣化検出手段は、前記電池の内部抵抗を検出して劣化状態を判断することを特徴とするハイブリッド車両用電池の制御装置。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載のハイブリッド車両用電池の制御装置において、
前記制御手段は、前記目標ＳＯＣ範囲に応じて入力電力を制限することを特徴とするハイブリッド車両用電池の制御装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかの項に記載のハイブリッド車両用電池の制御装置において、
前記電池はリチウムイオン電池であることを特徴とするハイブリッド車両用電池の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハイブリッド車両に用いられる電池の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術とその問題点】
一般に、電池は、劣化の進行にともなって内部抵抗が増加し、入出力が低下するという特性がある。そのため、所定の入出力が得られなくなった時点で電池の寿命と判断し、電池の交換を促している。
【０００３】
ところで、ハイブリッド車両には大容量の電池が搭載されるので、電池交換は費用と作業が比較的大掛かりになる。したがって、搭載電池が交換レベルまで劣化しても、ある程度の距離を走行可能にし、交換までに時間的な余裕を持たせることが望ましい。
【０００４】
本発明の目的は、ハイブリッド車両の搭載電池が交換レベルまで劣化したときに、ある程度の距離を走行可能にすることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
（１）  請求項１の発明は、ハイブリッド車両用電池の劣化状態を検出する劣化検出手段と、劣化状態検出値に基づいて電池の目標ＳＯＣを設定するＳＯＣ設定手段と、電池のＳＯＣを検出するＳＯＣ検出手段と、ＳＯＣ検出値が目標ＳＯＣとなるように電池の充放電を制御する制御手段とを備え、ＳＯＣ設定手段は、劣化検出手段によって検出される劣化の進行に応じて、電池の目標ＳＯＣを高くすることにより、上記目的を達成する。
（２）  請求項２のハイブリッド車両用電池の制御装置は、電池の温度を検出する温度検出手段を備え、ＳＯＣ設定手段によって、劣化状態検出値と温度検出値とに基づいて目標ＳＯＣを設定するようにしたものである。
（３）  請求項３のハイブリッド車両用電池の制御装置は、劣化検出手段によって、電池の内部抵抗を検出して劣化状態を判断するようにしたものである。
（４）  請求項４のハイブリッド車両用電池の制御装置は、制御手段によって、目標ＳＯＣに応じて入力電力を制限するようにしたものである。
（５）  請求項５のハイブリッド車両用電池の制御装置は、ハイブリッド車両用電池の劣化状態を検出する劣化検出手段と、劣化状態検出値に基づいて電池の目標ＳＯＣ範囲を設定するＳＯＣ設定手段と、電池のＳＯＣを検出するＳＯＣ検出手段と、ＳＯＣ検出値が目標ＳＯＣ範囲内になるように電池の充放電を制御する制御手段とを備え、ＳＯＣ設定手段は、劣化検出手段によって検出される劣化の進行に応じて、電池の目標ＳＯＣ範囲の下限値を高くすることにより、上記目的を達成する。
（６）  請求項６のハイブリッド車両用電池の制御装置は、劣化検出手段は、電池の内部抵抗を検出して劣化状態を判断するようにしたものである。
（７）  請求項７のハイブリッド車両用電池の制御装置は、制御手段は、目標ＳＯＣ範囲に応じて入力電力を制限するようにしたものである。
（８）  請求項８のハイブリッド車両用電池の制御装置は、電池はリチウムイオン電池である。
【０００６】
【発明の効果】
（１）  請求項１の発明によれば、ハイブリッド車両用電池の劣化状態を検出して、劣化の進行に応じて、電池の目標ＳＯＣが高くなるように電池の目標ＳＯＣを設定し、電池のＳＯＣが目標ＳＯＣとなるように電池の充放電を制御するようにしたので、ハイブリッド車両用電池の劣化状態が交換を要するレベルに達してもある程度の距離を走行することができ、交換までに時間的な余裕を持たせることができるため、乗員に安心感を与えることができる。
（２）  請求項２の発明によれば、電池の劣化状態検出値と温度検出値とに基づいて目標ＳＯＣを設定し、電池のＳＯＣが目標ＳＯＣとなるように電池の充放電を制御するようにした。電池の劣化状態に応じて目標ＳＯＣを引き上げると出力を上げることができるが、逆に入力を制限する必要がある。ところが、電池の温度が上がれば出力も上昇するので、劣化の進行により目標ＳＯＣを引き上げる場合に電池の温度が高ければ目標ＳＯＣを上げなくてもよく、電池の入力余裕を考慮した最適な目標ＳＯＣを設定することができる。
（３）  請求項３の発明によれば、電池の内部抵抗を検出して劣化状態を判断するようにしたので、車両の運行中にも電池の劣化状態を簡便に、正確に判断することができる。
（４）  請求項４の発明によれば、目標ＳＯＣに応じて入力電力を制限するようにしたので、電池の劣化にともなって目標ＳＯＣを引き上げた場合に、電池のＳＯＣを目標値に正確に制御することができる。
（５）  請求項５の発明によれば、ハイブリッド車両用電池の劣化状態を検出して、劣化の進行に応じて、電池の目標ＳＯＣ範囲の下限値が高くなるように電池の目標ＳＯＣ範囲を設定し、電池のＳＯＣが目標ＳＯＣ範囲内となるように電池の充放電を制御するようにしたので、ハイブリッド車両用電池の劣化状態が交換を要するレベルに達してもある程度の距離を走行することができ、交換までに時間的な余裕を持たせることができるため、乗員に安心感を与えることができる。
（６）  請求項８の発明によれば、ＳＯＣに対する入出力特性の傾きが比較的大きなリチウムイオン電池に本発明を適用すると、上述した効果がより顕著になる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は一実施の形態の構成を示す図である。図において、太い実線は機械力の伝達経路を示し、太い破線は電力線を示す。また、細い実線は制御線を示し、二重線は油圧系統を示す。
この車両のパワートレインは、モーター１、エンジン２、クラッチ３、モーター４、無段変速機５、減速装置６、差動装置７および駆動輪８から構成される。モーター１の出力軸、エンジン２の出力軸およびクラッチ３の入力軸は互いに連結されており、また、クラッチ３の出力軸、モーター４の出力軸および無段変速機５の入力軸は互いに連結されている。
【０００８】
クラッチ３締結時はエンジン２とモーター４が車両の推進源となり、クラッチ３解放時はモーター４のみが車両の推進源となる。エンジン２および／またはモーター４の駆動力は、無段変速機５、減速装置６および差動装置７を介して駆動輪８へ伝達される。無段変速機５には油圧装置９から圧油が供給され、ベルトのクランプと潤滑がなされる。油圧装置９のオイルポンプ（不図示）はモーター１０により駆動される。
【０００９】
モータ１，４，１０は三相同期電動機または三相誘導電動機などの交流機であり、モーター１は主としてエンジン始動と発電に用いられ、モーター４は主として車両の推進と制動に用いられる。また、モーター１０は油圧装置９のオイルポンプ駆動用である。なお、モーター１，４，１０には交流機に限らず直流電動機を用いることもできる。また、クラッチ３締結時に、モーター１を車両の推進と制動に用いることもでき、モーター４をエンジン始動や発電に用いることもできる。
【００１０】
クラッチ３はパウダークラッチであり、伝達トルクがほぼ励磁電流に比例するので伝達トルクを調節することができる。無段変速機５はベルト式やトロイダル式などの無段変速機であり、変速比を無段階に調節することができる。
【００１１】
モーター１，４，１０はそれぞれ、インバーター１１，１２，１３により駆動される。なお、モーター１，４，１０に直流電動機を用いる場合には、インバーターの代わりにＤＣ／ＤＣコンバーターを用いる。インバーター１１〜１３は共通のＤＣリンク１４を介してメインバッテリー１５に接続されており、メインバッテリー１５の直流充電電力を交流電力に変換してモーター１，４，１０へ供給するとともに、モーター１，４の交流発電電力を直流電力に変換してメインバッテリー１５を充電する。なお、インバーター１１〜１３は互いにＤＣリンク１４を介して接続されているので、回生運転中のモーターにより発電された電力をメインバッテリー１５を介さずに直接、力行運転中のモーターへ供給することができる。
【００１２】
メインバッテリー１５はリチウムイオン電池である。なお、メインバッテリー１５には、ニッケル水素電池や鉛電池などの他の種類の電池を用いることができる。
【００１３】
コントローラー１６は、マイクロコンピューターとその周辺部品や各種アクチュエータなどを備え、エンジン２の回転速度や出力トルク、クラッチ３の伝達トルク、モーター１，４，１０の回転速度や出力トルク、無段変速機５の変速比、メインバッテリー１５のＳＯＣなどを制御する。
【００１４】
コントローラー１６には、図２に示すように、車両のキースイッチ２０、ＳＯＣ検出装置２１、温度センサー２２、電圧センサー２３、電流センサー２４などが接続される。ＳＯＣ検出装置２１はメインバッテリー１５のＳＯＣ（充電状態）を検出し、温度センサー２２はメインバッテリー１５の温度を検出する。また、電圧センサー２３はメインバッテリー１５の端子電圧を検出し、電流センサー２４はメインバッテリー１５の充放電電流を検出する。
【００１５】
ここで、この実施の形態の電池のＳＯＣ制御について説明する。
図３は、リチウムイオン電池のＳＯＣに対する入出力特性を示す。図において、実線は新品のときの特性を示し、破線は劣化時の特性を示す。
一般に、電池は、ＳＯＣが増加すると出力が増加して入力が減少する。この性質を利用すれば、電池が劣化して出力が低下したら、ＳＯＣを高くすることによって劣化による出力低下分をある程度、補償することができる。
【００１６】
一方、ハイブリッド車両では、メインバッテリーのＳＯＣが常に目標値あるいは目標範囲に入るように、充放電を制御している。具体的には、ＳＯＣの目標値を５０％に、あるいは目標範囲を３０〜７０％に設定し、走行中、メインバッテリーのＳＯＣを検出して検出値が目標値近傍になるように、あるいは目標範囲に入るように、メインバッテリーの充放電を制御している。
【００１７】
そこで、この実施の形態では、メインバッテリー１５の劣化状態を検出し、劣化状態が交換を要するレベルに達したら警告を行うとともに、劣化の進行に応じてＳＯＣの目標値または目標範囲の下限値を上げ、劣化にともなう出力低下を補償する。これにより、メインバッテリーが交換レベルまで劣化しても、ある程度の走行距離が確保され、時間的な余裕を持って電池交換を行うことができる。
【００１８】
しかし、ＳＯＣの目標値または目標範囲の下限値を上げることは、図３から明らかなように、電池の入力余裕が低下することになるため、ＳＯＣ目標値の変更にともなって入力を制限する必要がある。なお、ハイブリッド車両では、通常、メインバッテリーへの入力は回生制動モードにおいて行われるので、回生受け入れ電力を制限する。
【００１９】
電池はまた、温度が高いほど出力が増加する特性がある。そこで、この実施の形態では電池の劣化状態と電池の温度に応じて目標ＳＯＣを設定し、劣化が進むほど目標ＳＯＣを高くし、電池の温度が高いほど目標ＳＯＣを低くする。
【００２０】
次に、電池の劣化状態の検出方法について説明する。
上述したように、電池は劣化するにつれてその内部抵抗が増加するので、内部抵抗を検出して劣化状態を知ることができる。電池の内部抵抗は、開放電圧と充放電時の端子電圧との差を充放電電流で除して求めることができる。さらに正確に求めるには、放電時の端子電圧と電流をサンプリングし、サンプリングデータを直線回帰して電圧−電流特性を求め、その傾きから内部抵抗を知ることができる。
また、ＳＯＣに対する出力容量を演算により求め、新品時の出力容量と比較して劣化状態を検出することもできる。
【００２１】
図４は、一実施の形態のＳＯＣ制御を示すフローチャートである。このフローチャートにより、一実施の形態の動作を説明する。
コントローラー１６は、車両のキースイッチ２０がON位置に設定されるとこの制御プログラムを繰り返し実行する。ステップ１において、上述した方法によりメインバッテリー１５の劣化状態を検出するとともに、温度センサー２２によりメインバッテリー１５の温度を検出する。なお、メインバッテリー１５に温度センサーを設置しない場合は、空調用の外気温センサーの検出値をバッテリー温度に代用してもよい。続くステップ２で、メインバッテリー１５の劣化状態が交換を要するレベルに達していたら警告を行う。ステップ３では、メインバッテリー１５の劣化状態と温度Ｔbに応じた目標ＳＯＣを設定する。
【００２２】
図５および図６は、メインバッテリーのＳＯＣに対する新品時の出力特性（実線）と劣化時の出力特性（破線）を示す。
図５に示すように、メインバッテリー１５のＳＯＣを目標値５０％に制御する場合には、新品時にはＰ１の出力が得られるが、劣化するとＰ３の出力しか得られなくなる。そこで、劣化時に目標ＳＯＣを５０％から７５％に引き上げると、新品時の出力Ｐ１には及ばないまでも、Ｐ３よりも高いＰ２の出力が得られる。
【００２３】
一方、図６に示すように、メインバッテリー１５のＳＯＣを目標範囲３０〜７０％に制御する場合には、新品時には少なくともＰ１３の出力が得られるが、劣化すると最悪状態ではＰ１５の出力しか得られなくなる。そこで、劣化時に目標ＳＯＣ範囲の下限値を３０％から５０％に引き上げると、新品時の最低出力Ｐ１３には及ばないまでもそれに近いＰ１４の最低出力が得られる。
【００２４】
メインバッテリー１５の劣化状態と温度に応じた目標ＳＯＣを設定した後、ステップ４でＳＯＣ検出装置２１によりメインバッテリー１５のＳＯＣを検出し、続くステップ５で、ＳＯＣ検出値が目標値となるようにメインバッテリー１５の充放電を制御する。このとき、新品時よりも目標ＳＯＣを高く設定した場合には、メインバッテリー１５への回生受け入れ電力を目標ＳＯＣに応じて制限する。
【００２５】
以上の一実施の形態の構成において、電圧センサー２３、電流センサー２４およびコントローラー１６が劣化検出手段を、コントローラー１６がＳＯＣ設定手段および制御手段を、ＳＯＣ検出装置２１がＳＯＣ検出手段を、温度センサー２２が温度検出手段をそれぞれ構成する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  一実施の形態の構成を示す図である。
【図２】  図１に続く、一実施の形態の構成を示す図である。
【図３】  リチウムイオン電池のＳＯＣに対する入出力特性を示す図である。
【図４】  一実施の形態のＳＯＣ制御を示すフローチャートである。
【図５】  一実施の形態による劣化時の出力特性の改善結果を説明する図である。
【図６】  一実施の形態による劣化時の出力特性の改善結果を説明する図である。
【符号の説明】
１、４、１０  モーター
２  エンジン
３  クラッチ
５  無段変速機
６  減速装置
７  差動装置
１１〜１３  インバーター
１４  ＤＣリンク
１５  メインバッテリー
１６  コントローラー
２０  キースイッチ
２１  ＳＯＣ検出装置
２２  温度センサー
２３  電圧センサー
２４  電流センサー
【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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