(57)【要約】【課題】  蓄電装置の充放電を制御する制御装置において、車両システムの始動性を向上させることができる制御装置を提供する。【解決手段】  蓄電装置（２０）の充電状態を制御するために用いられる制御中心値（ＳＯＣ）を変更するコントローラ（１，６）と、車両のシステム（９）を再始動させるときの蓄電装置の温度を予測するための情報を取得する情報取得部（１８）と、を有する。コントローラは、情報取得部の取得情報から予測された予測温度における蓄電装置の出力がシステムを再始動させるための始動電力以上となるように、制御中心値を設定する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載され、蓄電装置の充放電を制御する制御装置であって、
前記蓄電装置の充電状態を制御するために用いられる制御中心値を変更するコントローラと、
前記車両のシステムを再始動させるときの前記蓄電装置の温度を予測するための情報を取得する情報取得部と、を有し、
前記コントローラは、前記情報取得部の取得情報から予測された予測温度における前記蓄電装置の出力が前記システムを再始動させるための始動電力以上となるように、前記制御中心値を設定することを特徴とする制御装置。
【請求項２】
前記コントローラは、前記予測温度において、現在設定されている前記制御中心値での放電制御によって得られる前記蓄電装置の出力が前記始動電力よりも低い場合には、前記蓄電装置の出力が増加する方向に前記制御中心値を変化させることを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記コントローラは、前記蓄電装置の出力が増加する方向に前記制御中心値を変化させることにより、前記蓄電装置への充電を許容することを特徴とする請求項２に記載の制御装置。
【請求項４】
前記コントローラは、前記制御中心値での放電制御によって得られる前記予測温度での前記蓄電装置の出力が前記始動電力以上となる範囲内において、前記蓄電装置に対して充電可能な量が増加する方向に前記制御中心値を変化させることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の制御装置。
【請求項５】
前記コントローラは、前記蓄電装置に対して充電可能な量が増加する方向に前記制御中心値を変化させることにより、前記蓄電装置の放電を許容することを特徴とする請求項４に記載の制御装置。
【請求項６】
前記蓄電装置がリチウムイオン電池で構成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の制御装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１つに記載の制御装置を備えたことを特徴とする車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電装置の充放電を制御する制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の単電池（二次電池）からなる組電池が搭載された車両がある。この車両では、組電池の出力を用いて車両を走行させたり、車両の制動時に発生する運動エネルギを電気エネルギに変換して組電池に充電させたりしている。
【０００３】
ここで、二次電池の充放電制御は、一般的には、二次電池の残存容量を示すＳＯＣ（充電状態）の値に基づいて行われている。そして、充放電制御を行うにあたり、ＳＯＣの制御範囲の中心となる基準値（制御中心値ともいう）を設定している。
【特許文献１】特開２００７−３１１３０９号公報
【特許文献２】特開２００４−２５９７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
二次電池のＳＯＣが低くなるほど、二次電池に対する最大充電電力は増加するため、ＳＯＣの制御中心値を下げれば、車両の運動エネルギをより多く回生電力として充電することができ、車両の燃費を向上させることができる。
【０００５】
ここで、二次電池は、電気エネルギを化学的反応により蓄えるため、温度条件に応じて充放電特性が変化してしまう。すなわち、ＳＯＣの制御中心値が低くなると、二次電池から出力可能な電力も低下してしまう。
【０００６】
一方、二次電池の出力を用いて、車両システムを始動させるためには、所定値以上の電力が必要となる。しかしながら、ＳＯＣの制御中心値を低くしすぎてしまうと、温度条件によっては、二次電池の出力が車両システムを始動させるのに必要な電力よりも低くなってしまうことがある。この場合には、車両システムを始動させることができなくなってしまう。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、蓄電装置の充放電を制御する制御装置において、車両システムの始動性を向上させることができる制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、車両に搭載され、蓄電装置の充放電を制御する制御装置であって、蓄電装置の充電状態を制御するために用いられる制御中心値を変更するコントローラと、車両のシステムを再始動させるときの蓄電装置の温度を予測するための情報を取得する情報取得部と、を有する。そして、コントローラは、情報取得部の取得情報から予測された予測温度における蓄電装置の出力がシステムを再始動させるための始動電力以上となるように、制御中心値を設定する。
【０００９】
ここで、予測温度において、現在設定されている制御中心値での放電制御によって得られる蓄電装置の出力が始動電力よりも低い場合には、蓄電装置の出力が増加する方向に制御中心値を変化させることができる。具体的には、制御中心値としてのＳＯＣを、現在の設定値よりも高くすることができる。これにより、蓄電装置の放電電力を始動電力よりも高くすることができ、車両のシステムを容易に始動させることができる。なお、蓄電装置の出力が増加する方向に制御中心値を変化させた場合には、蓄電装置への充電が許容されることになる。
【００１０】
一方、制御中心値での放電制御によって得られる予測温度での蓄電装置の出力が始動電力以上となる範囲内において、蓄電装置に対して充電可能な量が増加する方向に制御中心値を変化させることができる。具体的には、予測温度における蓄電装置の放電電力が始動電力よりも高い状態において、制御中心値としてのＳＯＣを下げることができる。これにより、蓄電装置に対してより多くの電力を充電することができ、車両の燃費を向上させることができる。なお、蓄電装置に対して充電可能な量が増加する方向に制御中心値を変化させた場合には、蓄電装置の放電が許容されることになる。
【００１１】
蓄電装置としては、リチウムイオン電池で構成することができる。そして、本発明の制御装置は、車両に搭載することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、予測温度における蓄電装置の出力が車両のシステムを再始動させるための始動電力以上となるように、制御中心値を設定することにより、車両のシステムを再始動させようとするときに、システムを容易に始動させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１４】
本発明の実施例１である車両について、図１を用いて説明する。ここで、図１は、本実施例の車両における一部の構成を示すブロック図である。
【００１５】
本実施例の車両は、組電池２０と、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２と、ＰＣＵ（Power Control Unit）８と、モータジェネレータ（ＭＧ：Motor Generator）１０と、エンジン９と、動力分割機構１１とを有している。すなわち、本実施例の車両は、組電池２０及びエンジン９を、車両の走行に用いる動力源として備えたハイブリッド自動車である。なお、エンジン９に代えて、燃料電池を用いることもできるし、組電池２０だけを動力源として用いることもできる。
【００１６】
組電池２０は、複数の単電池２１が電気的に直列に接続された電池モジュールを複数用意しておき、これらの電池モジュールを電気的に直列に接続したものである。単電池２１としては、例えば、リチウムイオン電池やニッケル水素電池といった二次電池を用いることができる。なお、二次電池の代わりに、電気二重層キャパシタを用いることもできる。
【００１７】
組電池２０の正極及び負極はそれぞれ、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２を介してＰＣＵ８と接続されており、ＰＣＵ８は、組電池２０の充電量及び放電量を制御する。
【００１８】
ＰＣＵ８に含まれるインバータは、車両の走行時には、組電池２０から供給される直流電力（放電電力）を交流電力に変換して、モータジェネレータ１０に供給する。また、インバータは、車両の回生制動時には、モータジェネレータ１０が発生する交流電力を直流電力（充電電力）に変換して、組電池２０に供給する。これにより、車両の運動エネルギを電気エネルギとして回収することができる。なお、組電池２０から供給される電圧を昇圧したり、モータジェネレータ１０から供給される電圧を降圧したりするためのＤＣ／ＤＣコンバータを、ＰＣＵ８に含ませることもできる。
【００１９】
なお、上述した回生制動とは、車両の運転者によるフットブレーキ操作に応じて発電制動を行う場合と、フットブレーキ操作をしないものの、走行中にアクセルペダルをオフにすることで発電制動をさせながら減速（または加速を中止）する場合とを含むものである。
【００２０】
モータジェネレータ１０は、ＰＣＵ８から供給される交流電力を受けて電動機として機能し、車両を走行させるための駆動力を発生する。また、モータジェネレータ１０は、エンジン９または車輪（不図示）を介して伝達される駆動力を受けて発電機として機能し、車両の運動エネルギを、組電池２０を充電するための電力に変換する。
【００２１】
エンジン９は、ガソリン、軽油及びメタノールなどの燃料の燃焼により駆動力を発生する内燃機関である。そして、エンジン９で発生した駆動力は、動力分割機構１１を介して、車輪又はモータジェネレータ１０に伝達される。
【００２２】
動力分割機構１１は、モータジェネレータ１０と、エンジン９及び車輪との間で駆動力の伝達を行う機構であり、例えば、シングルピニオン型の遊星歯車機構で構成することができる。
【００２３】
エンジン９を始動させるときには、モータジェネレータ１０が組電池２０からの放電電力を受けて駆動力を発生することにより、エンジン９がクランキングされる。エンジン９がクランキングされることに伴い、燃料の噴射及び点火が行われて、エンジン９の自立回転が確立される。モータジェネレータ１０によるエンジン９のクランキングは、モータジェネレータ１０によって発生する駆動力を、動力分割機構１１を介してエンジン９に伝達することにより行われる。
【００２４】
上述したように、組電池２０の放電電力は、モータジェネレータ１０による駆動力の発生に用いられる。また、組電池２０の充電電力は、エンジン９からの駆動力又は車両の運動エネルギを受けたモータジェネレータ１０によって発生される。すなわち、組電池２０に対する充放電制御は、モータジェネレータ１０（又はＰＣＵ８）及びエンジン９の制御により、放電電力及び充電電力を調節することによって行われる。
【００２５】
一方、電圧センサ１２は、組電池２０の電圧を検出して、この検出結果を制御装置１に出力する。電流センサ１４は、組電池２０の電流を検出して、この検出結果を制御装置１に出力する。電池温度センサ１６は、組電池２０の温度（電池温度）を検出して、この検出結果を制御装置１に出力する。
【００２６】
制御装置１は、検出された組電池２０の電圧、電流及び電池温度に基づいて、組電池２０の残存容量を示すＳＯＣ（State Of Charge）を取得する。以下の説明においては、一例として、ＳＯＣを、組電池２０の満充電容量を基準（１００％）とする百分率として表す。なお、このような百分率による表現に代えて、ＳＯＣを残存容量の絶対値（Ａｈ）などにより表してもよい。
【００２７】
組電池２０のＳＯＣを取得する構成については、さまざまな周知技術を用いることができる。例えば、制御装置１は、開回路状態における検出電圧（開回路電圧値）から算出される暫定ＳＯＣと、検出電流の積算値から算出される補正ＳＯＣとを加算することでＳＯＣを逐次検出することができる。また、制御装置１は、検出した組電池２０のＳＯＣに基づいて、放電許容電力（Ｗｏｕｔ）及び充電許容電力（Ｗｉｎ）を算出する。放電許容電力（Ｗｏｕｔ）及び充電許容電力（Ｗｉｎ）は、その化学反応的な限界で規定される、各時点における放電電力及び充電電力の短時間の制限値である。
【００２８】
一方、制御装置１は、車両システムを停止させるためのイグニッションオフ指令（ＩＧＯＦＦ）と、車両システムを始動させるためのイグニッションオン指令（ＩＧＯＮ）とを受けるように構成されている。ここで、車両システムとは、エンジン９といった車両を構成する各装置を含み、特に、組電池２０からの電力で直接的または間接的に作動する装置を含むものである。
【００２９】
外気温度センサ（情報取得部）１８は、車両の外気温度を検出し、この検出結果を制御装置１に出力する。制御装置１は、外気温度センサ１８によって検出された外気温度に基づいて、車両を再始動させるとき、言い換えれば、イグニッションオン指令（ＩＧＯＮ）が与えられるときにおける組電池２０の温度（以下、予測電池温度という）を特定する。
【００３０】
さらに、制御装置１は、設定されたＳＯＣの制御中心値に基づいて、組電池２０の充放電量を制御する。具体的には、制御装置１は、ＰＣＵ８に制御指令を出力して組電池２０の放電量を制御するとともに、エンジンＥＣＵ７を介してエンジン９の発生する駆動力を制御する。なお、エンジンＥＣＵ７は、制御装置１からの制御指令に応じて、エンジン９に供給する燃料量などを調節し、エンジン９の発生する駆動力（回転数）を制御する。
【００３１】
制御装置１は、イグニッションオン指令（ＩＧＯＮ）を受けると、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２をオンに切り換える。これにより、組電池２０及びＰＣＵ８は、電気的に接続されることになる。一方、制御装置１は、イグニッションオフ指令（ＩＧＯＦＦ）を受けると、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２をオフに切り換える。
【００３２】
制御装置１は、例えば、ＥＣＵ（Electrical Control Unit）から構成されており、ＲＡＭ（Random Access Memory）４と、マップ５と、ＣＰＵ（Central Processing Unit、コントローラ）６とを有している。
【００３３】
ＣＰＵ６は、予めＲＡＭ４に格納されたプログラムなどにしたがって、上述した制御装置１の各種処理を実行する。そして、ＣＰＵ６は、処理の実行に伴って得られたデータをＲＡＭ４へ格納する。
【００３４】
マップ５は、例えば、ＥＥＰＲＯＭ（Electrical Erasable and Programmable Read Only Memory）などのデータ書込可能な不揮発性記憶媒体で構成されており、予測電池温度を外気温度と対応付けて記憶している。ここで、ＣＰＵ６は、マップ５を参照し、外気温度センサ１８から取得した外気温度に対応する予測電池温度を取得する。
【００３５】
マップ５に格納される予測電池温度は、予め実験によって求められた値（初期値）を用いてもよいし、この初期値を学習処理によって更新した値を用いてもよい。学習処理においては、例えば、予め取得された予測電池温度と、その後のイグニッションオン指令（ＩＧＯＮ）を与えられたときの外気温度との誤差に基づいて、マップ５に格納されている外気温度及び予測電池温度の対応関係を更新することができる。具体的には、予測電池温度及び外気温度を含む演算式によって得られる演算値が、予測電池温度を取得するために用いられた外気温度と対応付けられるように、マップ５の値を更新する。なお、学習処理に関する詳細な内容については、特許文献１に記載されている。
【００３６】
次に、本実施例の車両を停止させる前の制御装置１の処理について、図２を用いて説明する。
【００３７】
ステップＳ１において、ＣＰＵ６は、外気温度センサ１８の出力に基づいて、外気温度を取得する。そして、ステップＳ２において、ＣＰＵ６は、マップ５を用いて、ステップＳ１で取得した外気温度に対応する予測電池温度を取得する。
【００３８】
ステップＳ３において、ＣＰＵ６は、ステップＳ２で取得した予測電池温度に基づいて、充放電制御に用いられるＳＯＣの制御中心値を設定する。ここで、ＣＰＵ６は、設定された制御中心値に基づいて、組電池２０の充放電を制御する。
【００３９】
以下、制御中心値を設定する処理について、図３を用いて説明する。図３において、縦軸は、放電許容電力及び充電許容電力を示しており、横軸は、予測電池温度を示している。放電許容電力とは、組電池２０からの放電が可能となる電力（放電量）であり、充電許容電力とは、組電池２０に対する充電が可能となる電力（充電量）である。また、図３には、ＳＯＣの制御中心値を、４０％、６０％、７０％に設定したときの放電特性を示しているとともに、ＳＯＣの制御中心値を、４０％、６０％に設定したときの充電特性を示している。
【００４０】
始動電力（Ｗｓ）は、車両システムを始動させるのに必要な電力である。すなわち、組電池２０から出力される電力が、始動電力（Ｗｓ）よりも低い場合には、車両システムを始動させることができないことになる。
【００４１】
一方、図３に示すように、ＳＯＣの制御中心値が高くなるほど、組電池２０の放電許容電力が高くなるとともに、充電許容電力が低くなる。言い換えれば、ＳＯＣの制御中心値が低くなるほど、組電池２０の放電許容電力が低くなるとともに、充電許容電力が高くなる。
【００４２】
ここで、二次電池では、ＳＯＣの制御中心値が変化することに応じて、充電特性及び放電特性は変化することになる。特に、リチウムイオン電池では、制御中心値の変化に対する、充電特性及び放電特性の変化量は大きくなる。
【００４３】
図３に示す閾値Ｔｓは、ＳＯＣの制御中心値が４０％に設定されている場合において、車両システムを始動させるのに必要な温度の下限値である。すなわち、ＳＯＣの制御中心値が４０％に設定されている場合において、外気温度から予測した予測電池温度が閾値Ｔｓよりも低ければ、組電池２０の出力（放電許容電力）は、始動電力Ｗｓに到達せず、車両システムを始動させることができない。一方、ＳＯＣの制御中心値が４０％に設定されている場合において、外気温度から予測した予測電池温度が閾値Ｔｓよりも高ければ、組電池２０の出力（放電許容電力）は、始動電力Ｗｓよりも高くなり、車両システムを始動させることができる。
【００４４】
本実施例では、図２のステップＳ２で取得した予測電池温度と、現在設定されているＳＯＣの制御中心値とに基づいて、車両システムを再始動させる前、言い換えれば、車両システムを停止させる前に、ＳＯＣの制御中心値を変更するようにしている。
【００４５】
例えば、現在、ＳＯＣの制御中心値が４０％に設定されており、ステップＳ２で取得した予測電池温度が閾値Ｔｓよりも低い場合には、制御中心値を４０％から６０％に変更する。この場合には、組電池２０に対する充電が行われることになる。このように制御中心値を高くすることにより、組電池２０の放電許容電力を増加させることができ、車両システムを再始動させるときに、始動電力Ｗｓよりも高い電力を組電池２０から得ることができる。これにより、車両システムの始動性を向上させることができる。
【００４６】
ここで、制御中心値を高くする場合には、ステップＳ２で取得した予測電池温度において、始動電力Ｗｓ以上の電力を得ることができる制御中心値を設定しておけばよい。すなわち、ステップＳ２で取得した予測電池温度において、始動電力Ｗｓと交差する放電特性を有する制御中心値又は、この制御中心値よりも高い制御中心値を設定すればよい。この条件を満たす限り、制御中心値は適宜設定することができる。
【００４７】
一方、現在設定されている制御中心値の放電特性と、予測電池温度とから特定される組電池２０の出力（放電許容電力）が、始動電力Ｗｓよりも高い場合には、制御中心値を低くすることができる。
【００４８】
例えば、現在、制御中心値が６０％に設定されており、ステップＳ２で取得した予測電池温度が閾値Ｔｓである場合には、制御中心値を６０％から４０％に変更することができる。このように制御中心値を低くすることにより、組電池２０に対する充電量を増加させることができる。すなわち、車両の回生制動に伴って発生する電気エネルギを効率良く充電することができ、車両の燃費を向上させることができる。また、制御中心値を４０％に変更しても、組電池２０の出力（放電許容電力）は始動電力Ｗｓとなるため、車両システムを始動させることができる。
【００４９】
制御中心値を下げる場合には、ステップＳ２で取得した予測電池温度において始動電力Ｗｓが得られる放電特性を有する制御中心値を設定する必要がある。ここで、予測電池温度における組電池２０の出力（放電許容電力）が始動電力Ｗｓよりも低い放電特性を有する制御中心値では、上述したように、車両システムを再始動させることができなくなってしまう。そこで、制御中心値を下げる場合には、予測電池温度における組電池２０の出力が始動電力Ｗｓよりも高い放電特性を有する制御中心値（１つ又は複数）の中から選択する必要がある。この条件を満たす限り、制御中心値は適宜設定することができる。
【００５０】
一方、電池温度が所定値よりも高い場合には、図３に示すように、制御中心値に拘わらず、組電池２０の放電許容電力及び充電許容電力は、概ね変化しなくなる。したがって、上述した制御中心値の設定は、予測電池温度が上記所定値よりも低い場合において、好適に用いることができる。
【００５１】
なお、本実施例では、外気温度センサ１８による検出温度と、マップ５の格納情報とに基づいて、車両システムを再始動させるときの組電池２０の温度を予測しているが、これに限るものではない。すなわち、車両システムを再始動させるときの組電池２０の温度を予測できる情報が得られればよい。
【００５２】
例えば、車両の乗員が組電池２０の予測電池温度を手動で入力するようにすることができる。すなわち、天気予報等によって組電池２０の予測電池温度を特定できるのであれば、車両の乗員が組電池２０の予測電池温度を手動で入力することができる。この場合には、予測電池温度を示す情報を入力する入力部と、入力部で入力された情報を判別するための判別部（情報取得部）とを設ければよい。
【００５３】
また、車両システムを再始動させるときの外気温度を、無線通信（情報取得部）を介して取得し、この外気温度に基づいて、組電池２０の予測電池温度を特定することもできる。例えば、予測された将来の外気温度を格納したデータベースから、無線通信を介して特定の日時における外気温度を取得することができる。そして、取得した外気温度から、組電池２０の予測電池温度を特定することができる。また、ＧＰＳ（Global Positioning System）の機能を併用することにより、特定の場所における外気温度を取得することもできる。
【００５４】
一方、本実施例では、外気温度と組電池２０の予測電池温度との対応関係を、制御装置１内のマップ５に格納しているが、これに限るものではない。例えば、車両とは離れた場所に設けられたデータベースに、外気温度と組電池２０の予測電池温度との対応関係を格納しておき、必要に応じて、無線通信を介してデータベース内に格納された対応関係の情報を取得することもできる。このように構成すれば、制御装置１内にマップ５を設けておく必要がなくなる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施例１である車両の一部の構成を示すブロック図である。
【図２】実施例１において、制御中心値を設定する処理を示すフローチャートである。
【図３】予測電池温度と、組電池の放電許容電力及び充電許容電力との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００５６】
１：制御装置
６：ＣＰＵ（コントローラ）
９：エンジン（車両システムの一部）
１８：外気温度センサ（情報取得部）
２０：組電池（蓄電装置）
【図１】
2009273326.tif 000003
【図２】
2009273326.tif 000004
【図３】
2009273326.tif 000005