(57)【要約】【課題】蓄電装置システムにおいて、強制的な放電を行わずに放電メモリ効果を解消することである。【解決手段】蓄電装置システム３０は、エンジン１２及び回転電機１４を備えるハイブリッド車両に搭載される蓄電装置１６と、電流検出部１８と、電圧検出部２０と、蓄電装置１６の充放電を制御する制御装置２８と、を備え、制御装置２８は、電流検出部１８の検出データに基づく放電電気量の積算値の時間変化から蓄電装置１６の推定電圧を求め、電圧検出部２０の検出データである実電圧と推定電圧との差である電圧乖離量を推定し、電圧乖離量が所定値以上のとき蓄電装置に解消すべきに放電メモリ効果が発生していると判定し、解消すべき放電メモリ効果が発生していると判定したときに、電圧乖離量に応じて蓄電装置の強制充電開始ＳＯＣを引き下げる制御を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン及び回転電機を備えるハイブリッド車両に搭載される蓄電装置と、
前記蓄電装置の充放電電流を検出する電流検出部と、
前記蓄電装置の端子間電圧を検出する電圧検出部と、
前記蓄電装置の充放電を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記電流検出部の検出データに基づき、所定の充電状態から所定電力量の放電を行ったときの放電電気量の積算値の時間変化から前記蓄電装置の推定電圧を求め、
前記電圧検出部の検出データである実電圧と前記推定電圧との差である電圧乖離量を推定し、
前記電圧乖離量が予め定めた所定値以上のときに前記蓄電装置に解消すべき放電メモリ効果が発生していると判定し、
前記解消すべき放電メモリ効果が発生していると判定したときに、前記電圧乖離量に応じて前記蓄電装置の強制充電開始ＳＯＣを引き下げる制御を行う、蓄電装置システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電装置システムに係り、特にハイブリッド車両に搭載される蓄電装置システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、蓄電装置の充放電に関し、放電メモリ効果が生じることが知られている。蓄電装置における放電メモリ効果とは、蓄電装置が完全に放電される前に充電を行う動作を繰り返すと、満充電状態にして放電を開始しても本来より少ない放電量で蓄電装置の起電力が低下し、蓄電装置の動作可能時間が短くなる現象である。ハイブリッド車両では、予め定めた充電状態（Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ：ＳＯＣ）の範囲で充放電制御を行うので、放電メモリ効果が生じやすい。
【０００３】
特許文献１には、放電メモリ効果が発生した場合、強制的に過放電を行うことで放電メモリ効果が解消することを述べている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−０４７１０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ハイブリッド車両に搭載される蓄電装置に放電メモリ効果が発生したときに、放電メモリ効果を解消するために蓄電装置を強制的に放電する制御を行うと、ＳＯＣが低下することでエンジンが始動してしまい、燃費悪化につながる。また、ハイブリッド車両の運転者等のユーザが、例えばハイブリッド車両が降坂しているので回生充電を実施したいと考えているにも関わらず、強制的に放電することは、ユーザの意図に反した制御となる。これらのことから、強制的な放電を行わずに放電メモリ効果を解消することができる蓄電装置システムが要望される。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る蓄電装置システムは、エンジン及び回転電機を備えるハイブリッド車両に搭載される蓄電装置と、蓄電装置の充放電電流を検出する電流検出部と、蓄電装置の端子間電圧を検出する電圧検出部と、蓄電装置の充放電を制御する制御装置と、を備え、制御装置は、電流検出部の検出データに基づき、所定の充電状態から所定電力量の放電を行ったときの放電電気量の積算値の時間変化から蓄電装置の推定電圧を求め、電圧検出部の検出データである実電圧と推定電圧との差である電圧乖離量を推定し、電圧乖離量が予め定めた所定値以上のときに蓄電装置に解消すべき放電メモリ効果が発生していると判定し、解消すべき放電メモリ効果が発生していると判定したときに、電圧乖離量に応じて蓄電装置の強制充電開始ＳＯＣを引き下げる制御を行う。
【発明の効果】
【０００７】
上記構成の蓄電装置システムによれば、強制的な放電を行わずに放電メモリ効果を解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明に係る実施の形態の蓄電装置システムを搭載するハイブリッド車両の駆動システムの構成図である。
【図２】本発明に係る実施の形態の蓄電装置システムにおける放電メモリ効果の解消制御の手順を示すフローチャートである。
【図３】図２において、放電電気量の積算を示す図である。
【図４】図２において、電圧乖離量の算出を示す図である。
【図５】図２において、放電メモリ効果の判定に関する図である。
【図６】図２において、強制充電開始ＳＯＣの引き上げに関する図である。
【図７】図６において、強制充電開始ＳＯＣを放電メモリ効果量に応じて決定する理由を示す図である。図７（ａ）は、蓄電装置の経年変化の例を示す図であり、（ｂ）は放電量に応じて経年変化が回復する例を示す図であり、（ｃ）は（ｂ）の結果について放電可能電力量との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、蓄電装置システムが搭載されるハイブリッド車両として、エンジンと１台の回転電機とを備える構成を述べるが、これは説明のための例示である。複数の回転電機が車両に搭載される場合であってもよい。例えば、１台の回転電機を駆動用に、もう１台の回転電機を発電用に用いる構成としてもよい。
【００１０】
また、回転電機に接続される電源装置として、蓄電装置、電力変換器、平滑コンデンサ、インバータを含むものとして説明するが、これは主たる構成要素を述べたもので、これ以外の構成要素を含むものとしてもよい。例えば、蓄電装置側の平滑コンデンサ、低電圧インバータ回路、システムメインリレー、ＤＣ／ＤＣコンバータ等を含むものとしてもよい。
【００１１】
以下では、蓄電装置としてニッケル水素組電池を述べるが、これ以外に、放電メモリ効果を発生する可能性のある蓄電装置であれば、本発明が適用できる。例えば、リチウムイオン組電池に本発明が適用できる。以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１２】
図１は、ハイブリッド車両の駆動システム１０の構成を示す図である。この駆動システム１０は、動力装置を構成するエンジン１２と回転電機１４とを備え、さらに、回転電機１４に接続される電源装置と、これらを全体として制御する制御装置２８とを含む。電源装置は、蓄電装置１６、電流検出部１８、電圧検出部２０、電力変換器２２、平滑コンデンサ２４、インバータ２６を含む。これらのうち、蓄電装置１６、電流検出部１８、電圧検出部２０、制御装置２８の蓄電装置１６の充放電制御に関する部分が、蓄電装置システム３０を構成する。
【００１３】
動力装置を構成するエンジン１２は、内燃機関である。また、回転電機１４は、ハイブリッド車両に搭載されるモータ・ジェネレータ（ＭＧ）である。回転電機１４は、インバータ２６を駆動回路として含む電源装置から電力が供給されるときはモータとして機能し、エンジン１２による駆動時、あるいはハイブリッド車両の制動時には発電機として機能する三相同期型回転電機である。
【００１４】
電源装置は、回転電機１４を駆動するための装置である。電源装置を構成する蓄電装置１６は、充放電可能な高電圧用蓄電池である。具体的には、約２００Ｖから約３００Ｖの端子間電圧を有するニッケル水素組電池である。組電池は、単電池または電池セルと呼ばれる端子間電圧が１Ｖから数Ｖの電池を複数個組み合わせて、上記の所定の端子間電圧を得るようにしたものである。
【００１５】
電流検出部１８は、蓄電装置１６の充放電電流を検出する電流検出手段である。電圧検出部２０は、蓄電装置１６の端子間電圧を検出する電圧検出手段である。これらの検出データは、適当な信号線を介して制御装置２８に伝送される。
【００１６】
電力変換器２２は、蓄電装置１６とインバータ２６の間に配置され、直流電圧変換機能を有する回路である。電力変換器２２は、リアクトルと、スイッチング素子を含んで構成される。電圧変換機能としては、蓄電装置１６側の電圧をリアクトルのエネルギ蓄積作用を利用して昇圧しインバータ２６側に供給する昇圧機能と、インバータ２６側からの電力を蓄電装置１６側に降圧して充電電力として供給する降圧機能とを有する。
【００１７】
インバータ２６は、回転電機１４に接続される駆動回路で、複数のスイッチング素子と逆接続ダイオード等を含んで構成され、交流電力と直流電力との間の電力変換を行う機能を有する。すなわち、インバータ２６は、回転電機１４を発電機として機能させるときは、回転電機１４からの交流三相回生電力を直流電力に変換し、蓄電装置１６側に充電電流として供給する交直変換機能を有する。また、回転電機１４をモータとして機能させるときは、蓄電装置１６側からの直流電力を交流三相駆動電力に変換し、回転電機１４に交流駆動電力として供給する直交変換機能を有する。
【００１８】
電力変換器２２とインバータ２６との間に設けられる平滑コンデンサ２４は、電力変換器２２とインバータ２６とを結ぶ正極母線と負極母線の間において電圧、電流を平滑化する機能を有するコンデンサ素子である。
【００１９】
制御装置２８は、上記の各要素を全体として制御する制御回路であるが、特にここでは、蓄電装置１６の充放電制御について、蓄電装置１６の放電メモリ効果を解消する制御を行う。かかる制御装置２８は、車両搭載に適したコンピュータで構成することができる。
【００２０】
制御装置２８は、放電メモリ効果を解消する制御を行うために以下の機能を有する。まず、蓄電装置１６の充放電後の電圧を推定して算出する推定電圧算出部３２を含む。また、蓄電装置１６の実電圧と推定電圧との差である電圧乖離量を求める電圧乖離量算出部３４を含む。さらに、電圧乖離量に基づいて蓄電装置１６に放電メモリ効果が発生しているか否かを判定する放電メモリ効果判定部３６を含む。そして、解消すべき放電メモリ効果が発生していると判定したときに、蓄電装置１６の強制充電開始ＳＯＣを電圧乖離量に応じて引き下げる強制充電開始ＳＯＣ決定部３８を含む。決定された強制充電開始ＳＯＣに基づいて、充放電制御部４０は、蓄電装置１６の充放電制御を行う。
【００２１】
制御装置２８のこれらの機能は、ソフトウェアを実行することで実現できる。具体的には、放電メモリ効果の解消に関する制御プログラムを制御装置２８が実行することで、これらの機能が実現できる。
【００２２】
上記構成の作用について、特に制御装置２８の各機能について、図２以下を用いてさらに詳細に説明する。図２は、蓄電装置システム３０における放電メモリ効果の解消制御の手順を示すフローチャートである。各手順は、放電メモリ効果の解消に関する制御プログラムにおける各処理手順に対応する。図３以下は、図２の手順の内容を示す図である。
【００２３】
ハイブリッド車両の駆動システム１０が立ち上がると、放電メモリ効果の解消に関する制御プログラムも立上り、初期設定が行われる（Ｓ１０）。初期設定では、制御装置２８の放電メモリ効果の解消制御に用いられる各種メモリの初期化、電流検出部１８の初期化、電圧検出部２０の初期化、放電メモリ効果の解消制御に用いられるフラグの初期化等が行われる。
【００２４】
放電メモリ効果の解消に関する制御プログラムでは、蓄電装置１６について放電メモリ効果が生じているか否かを判定し、その程度に応じて、放電メモリ効果の解消手順を進めるか否かを決める。放電メモリ効果の解消手順を進めるか否かを示すために、所定の「メモリ効果解消フラグ」を用いる。メモリ効果解消フラグを以下では、単にフラグと呼ぶ。放電メモリ効果の解消手順を進めるときは、フラグをオンとし、放電メモリ効果の解消手順を進めないときはフラグをオフとする。フラグのオンまたはオフは、電圧レベルの「Ｈ」レベルまたは「Ｌ」レベル、あるいは、２値状態の「１」または「０」で示す。初期設定では、フラグはオフとされる。
【００２５】
初期設定においてフラグをオフにして、次に所定の充電状態から所定の放電電力量で連続放電を行い、そのときの放電電気量の積算を行う（Ｓ１２）。所定の充電状態と所定の放電電力量は、ハイブリッド車両の駆動システム１０における平均的な状態のときの値を用いる。例えば、ハイブリッド車両の駆動システム１０における通常の充放電制御のときのＳＯＣ中心を所定の充電状態とし、回転電機１４の定格トルク出力のときの電力量を所定の放電電力量とする。通常の充放電制御をＳＯＣ７０％からＳＯＣ３０％で行うときは、ＳＯＣ中心であるＳＯＣ５０％を所定の充電状態とする。回転電機１４の定格トルクは、回転電機１４の仕様によって定められる。放電電気量の積算は、放電電流の時間積分によって算出する。図３に放電電気量の積算の内容を示す。図３の横軸は時間、縦軸は、電流検出部１８が検出したデータに基づく蓄電装置１６の放電電流である。例えば、時間ｔ１における放電電気量の積算値は、時間ｔ＝０からｔ＝ｔ１までの放電電流の時間積分値である。したがって、放電電気量の積算値は、Ａｈ（アンペアアワー）の単位を有する。
【００２６】
各時間ｔにおける放電電気量の積算値が求まると、各時間ｔにおける蓄電装置１６の推定電圧を算出する（Ｓ１４）。各時間ｔにおける推定電圧とは、蓄電装置１６の端子間電圧の各時間ｔにおける推定値である。この処理手順は、制御装置２８の推定電圧算出部３２の機能によって実行される。推定電圧の算出は、蓄電装置１６と同型の新品の蓄電装置を用いて、所定の充電状態から所定の放電電流値で連続放電し、各時間ｔにおける放電電気量の積算値と、蓄電装置の端子間電圧との関係を予め求めておき、その関係を参照して求めることができる。
【００２７】
時間ｔ１における推定電圧が算出されると、時間ｔ１において電圧検出部２０が検出したデータである実電圧と比較する。図４にその比較を示す。図４の横軸は時間、縦軸は電圧である。図４の実線は、算出された推定電圧４２であり、破線は、検出された実電圧４４である。この２つから、時間ｔ１における電圧乖離量ΔＶを算出する（Ｓ１６）。この処理手順は、制御装置２８の電圧乖離量算出部３４の機能によって実行される。放電メモリ効果が生じると、実電圧４４は、推定電圧４２よりも低くなる。電圧乖離量ΔＶは、ΔＶ＝｛（推定電圧４２）−（実電圧４４）｝として、各時間ｔごとに算出される。
【００２８】
電圧乖離量ΔＶは、放電メモリ効果の大きさである放電メモリ効果量ＶＤＭと関連がある。図５に、電圧乖離量ΔＶと放電メモリ効果量ＶＤＭの関係を示す。横軸は電圧乖離量ΔＶで、縦軸は電圧で示された放電メモリ効果量ＶＤＭである。電圧乖離量ΔＶが大きくなるにつれ放電メモリ効果量ＶＤＭは増大するが、電圧乖離量ΔＶがある程度大きくなると、放電メモリ効果量ＶＤＭは飽和する。
【００２９】
そこで、放電メモリ効果の解消手順を進めるか否かについては、電圧乖離量ΔＶが予め定めた所定値ΔＶｔｈ以上か否かで決める（Ｓ１８）。この処理手順は、制御装置２８の放電メモリ効果判定部３６の機能によって実行される。解消すべき放電メモリ効果量ＶＤＭをＶＤＭ1とすると、所定値ΔＶthは、ＶＤＭ1の大きさの放電メモリ効果に対応する電圧乖離量ΔＶである。そこで、ΔＶ＜ΔＶthのときは、解消すべき放電メモリ効果が発生していないとして、フラグをオフする（Ｓ２０）が、ΔＶ≧ΔＶthのときは、解消すべき放電メモリ効果が発生しているとして、フラグをオンする（Ｓ２２）。図５に、ΔＶthとＶＤＭ1の関係を示す。
【００３０】
フラグがオンのときは、蓄電装置１６に対する強制充電開始ＳＯＣを通常動作状態における値よりも引き下げる（Ｓ２４）。通常動作状態における強制充電開始ＳＯＣは、蓄電装置１６のＳＯＣが低下して、これ以上低下すると過放電になる恐れがあるので、エンジン１２を始動させて回転電機１４に発電させ、その発電電力で蓄電装置１６を充電する必要がある限度のＳＯＣである。換言すれば、強制充電開始ＳＯＣは、エンジン１２の始動開始ＳＯＣである。通常動作状態における強制充電開始ＳＯＣの一例を挙げると、４０％である。フラグがオンのときは、強制充電開始ＳＯＣを４０％よりも低い値に設定される。
【００３１】
強制充電開始ＳＯＣから引き下げる大きさは、放電メモリ効果量ＶＤＭに応じて定める。図６に、放電メモリ効果量ＶＤＭと強制充電開始ＳＯＣの関係を示す。横軸は放電メモリ効果量ＶＤＭであり、縦軸は強制充電開始ＳＯＣで、ＳＯＣAは通常動作状態における強制充電開始ＳＯＣである。上記の例では、ＳＯＣA＝４０％である。図６に示すように、放電メモリ効果量ＶＤＭがＶＤＭ1未満のときはフラグがオフであるので、強制充電開始ＳＯＣは引き下げられずに、ＳＯＣAのままである。放電メモリ効果量ＶＤＭがＶＤＭ1以上となると、フラグがオンとなり、放電メモリ効果量ＶＤＭが大きくなるほど、強制充電開始ＳＯＣの引き下げ量を大きくする。強制充電開始ＳＯＣの引き下げ限度は、蓄電装置１６の回復不可能な過放電の恐れ等からＳＯＣBに設定される。一例を挙げるとＳＯＣB＝３０％である。この例では、強制充電開始ＳＯＣは、４０％から３０％の範囲で、放電メモリ効果量ＶＤＭに応じて決定される。以上の処理手順は、制御装置２８の強制充電開始ＳＯＣ決定部３８の機能によって決定される。
【００３２】
Ｓ２４で強制充電開始ＳＯＣの引き下げ量が決定されると、その条件の下で、蓄電装置１６の充放電制御が行われる（Ｓ２６）。強制充電開始ＳＯＣの引き下げによって、例えば、蓄電装置１６の電力のみでハイブリッド車両のパワーが供給されている状態で、エンジン１２の始動を遅らせることができ、連続放電が可能となる。強制充電開始ＳＯＣを引き下げることで、放電しやすくなり、放電メモリ効果の解消が進む。ここで、強制充電開始ＳＯＣの引き下げは、強制的に放電させる場合と異なり、ユーザはそのことをほとんど認識せずに車両を運行するので、ユーザの意図に反した充放電となることが避けられる。蓄電装置１６の電力のみでハイブリッド車両のパワーが供給されている状態の例は、シフトポジションがＰレンジのときや、回転電機のみで走行するＥＶモードのときである。Ｓ２４およびＳ２０の後は、Ｓ１２に戻り、上記の手順が繰り返される。繰り返される手順のうち、Ｓ１８の判定において、フラグの更新または維持が行われる。
【００３３】
図７を用いて、図６において「放電メモリ効果量ＶＤＭが大きくなるほど、強制充電開始ＳＯＣの引き下げ量を大きくする」理由を説明する。図７（ａ）は、同型の２つの蓄電装置について、容量特性の劣化の異なる２つの例を示す図である。横軸はＡｈ（アンペアアワー）で示される蓄電容量、縦軸は電圧Ｖで示される端子間電圧である。実線の特性は新品の状態、破線の特性は経年変化の状態である。特性５０の蓄電装置は、ほとんど経年変化が生じていない。特性５２の蓄電装置は、放電メモリ効果等による経年変化が大きい。
【００３４】
図７（ｂ）は、経年変化の大きい特性５０を有する蓄電装置について、１０ｓ（１０秒）間の一定電力放電試験による出力試験の前に、定電力量の放電を実施して、放電メモリの解消効果による容量特性の変化を調べた結果を示す図である。横軸と縦軸は、図７（ａ）と同じである。破線の特性５３は、図７（ａ）の特性５２の破線と同じものである。一点鎖線の特性５４は、定電力量の放電がΔＳＯＣ＝２０％で実施したときの出力試験の結果である。二点鎖線の特性５５は、定電力量の放電がΔＳＯＣ＝３０％で実施したときの出力試験の結果である。図７（ｂ）の結果から、ΔＳＯＣが大きいほど、放電メモリ効果等による経年変化の回復量が大きいことが示される。このことから、強制充電開始ＳＯＣの引き下げ量を大きくしてΔＳＯＣを大きくすることで、放電メモリ効果はより大きく回復できることが分かる。
【００３５】
図７（ｃ）は、特性５３の蓄電装置、特性５４の蓄電装置、特性５５の蓄電装置のそれぞれについて、一定電力放電試験によって放電可能電力量を調べた結果を示す図である。横軸は放電量としてのΔＳＯＣ、縦軸はｋＷで示す放電可能電力量である。図７（ｃ）の結果から、ΔＳＯＣが大きいほど、放電可能電力量の回復量が大きいことが示される。このことからも、強制充電開始ＳＯＣの引き下げ量を大きくしてΔＳＯＣを大きくすることで、放電メモリ効果はより大きく回復することが分かる。
【符号の説明】
【００３６】
１０  ハイブリッド車両の駆動システム、１２  エンジン、１４  回転電機、１６  蓄電装置、１８  電流検出部、２０  電圧検出部、２２  電力変換器、２４  平滑コンデンサ、２６  インバータ、２８  制御装置、３０  蓄電装置システム、３２  推定電圧算出部、３４  電圧乖離量算出部、３６  放電メモリ効果判定部、３８  強制充電開始ＳＯＣ決定部、４０  充放電制御部、４２  推定電圧、４４  実電圧、５０，５２，５３，５４，５５  特性。
【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】
2017132273.tif 000007
【図６】
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【図７】
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