(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池の状態量を検出する手段と、少なくとも前記状態量に基づき所定の電圧モデルを用いてある電力における前記二次電池の入力あるいは出力可能な継続時間を演算する演算手段と、
を有し、
前記電力は負荷の駆動に必要な電力であり、
前記演算手段は、前記負荷の駆動に必要な電力が得られる出力可能な継続時間を演算し、さらに、前記装置は、
演算して得られた継続時間が負荷駆動に必要な所定の継続時間に達した場合に前記二次電池の電力により前記負荷を駆動する制御手段と、
を有することを特徴とする二次電池制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、
前記負荷はエンジンであり、
前記制御手段は、演算して得られた継続時間がエンジン始動に必要な所定の継続時間に達した場合に前記二次電池の電力により前記エンジンを始動することを特徴とする二次電池制御装置。
【請求項３】
請求項１、２のいずれかに記載の装置において、
前記電圧モデルは、前記状態量をｘ、電流値をｉ、電圧値をＶとした場合に、Ｖ＝ｇ（ｘ，ｉ）により表され、
前記演算手段は、
電力Ｐ＝ｇ（ｘ，ｉ）×ｉを満たす電流値ｉを算出し、
電流ｉが流れたことによる時間Ｔ後の前記二次電池の状態量を算出し、
算出された電流値及び状態量に基づき前記電圧モデルを用いて時間Ｔ後の電圧を算出し、
前記電圧が前記二次電池の所定の電圧下限値に達するときの前記時間Ｔの積算値を前記継続時間として算出する
ことを特徴とする二次電池制御装置。
【請求項４】
二次電池の状態量を検出する手段と、
少なくとも前記状態量に基づき所定の電圧モデルを用いて前記二次電池の入力あるいは出力可能なある継続時間における電力を演算する演算手段と、
を有することを特徴とする二次電池制御装置。
【請求項５】
請求項４記載の装置において、さらに、
前記演算手段で得られた電力及び継続時間でモータを駆動する制御手段と、
を有することを特徴とする二次電池制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は二次電池制御装置、特に二次電池の充放電量制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電気自動車やハイブリッド自動車等に二次電池が搭載されている。ハイブリッド車両においては、エンジンの他に二次電池からの電力によりモータを駆動して車両を走行させる。例えば、低速時にはモータのみで車両を走行させ、高速となった時点でエンジンをクランキングして始動し、エンジンとモータで車両を走行させる。車両制動時には、モータをジェネレータとして機能させて運動エネルギを電気エネルギに変換して二次電池を充電する。二次電池の状態は常にマイコンで監視し、充電状態（ＳＯＣ）が一定値（例えば満充電状態の６０％）となるように充放電を制御する。従って、モータのみで走行する低速時においても、二次電池のＳＯＣが低下している場合には、エンジンをクランキングしてエンジンにより車両を走行させる。
【０００３】
なお、エンジンのクランキングは、例えばエンジンに連結されたジェネレータを二次電池からの電力によりモータ（セルスタータ）として機能させて行うことができる。すなわち、本来、ジェネレータは主にエンジン出力により発電を行い、その電力をモータに供給してモータを駆動しているが、ジェネレータに接続されたインバータを制御してスタータモータとして機能させ、エンジンを始動してエンジンによる走行とエンジン出力増大及び回生による二次電池の充電を図っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来においては実際に二次電池のＳＯＣが低下し始めてからモータによる走行からエンジンによる走行に移行しているため、現在の二次電池のＳＯＣでエンジンをクランキングできるか否かが必ずしも保証されていない問題があった。
【０００５】
もちろん、十分なマージンを確保したしきい値を設定し、ＳＯＣがこのしきい値に達した時点でエンジンをクランキングすることも考えられるが、この場合には二次電池の出力に未だ余裕があるにもかかわらずエンジンを始動することになるので、二次電池の能力を十分活用できず、燃費低下や二次電池の使用効率低下を招く。
【０００６】
さらに、運転者がアクセルを全開するなど高負荷走行時においては二次電池からの電力を継続的にモータに供給してトルクアシストを行う必要があるが、従来装置においてはどの程度の時間二次電池からモータに必要な電力を供給できるかを把握しておらず、二次電池の電圧が所定の下限値に達するまで電力を供給する処理を行っているのが実情であり、より計画的かつ効率的な制御が望まれていた。
【０００７】
本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みなされたものであり、その目的は、二次電池の入出力電力および入出力可能な継続時間を正確に制御し、これによりモータなどの負荷を高精度に制御できる装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、二次電池の状態量を検出する手段と、少なくとも前記状態量に基づき所定の電圧モデルを用いてある電力における前記二次電池の入力あるいは出力可能な継続時間を演算する演算手段とを有することを特徴とする。
【０００９】
ここで、前記電力は負荷の駆動に必要な電力であり、前記演算手段は、前記負荷の駆動に必要な電力が得られる出力可能な継続時間を演算し、さらに、前記装置は、演算して得られた継続時間が負荷駆動に必要な所定の継続時間に達した場合に前記二次電池の電力により前記負荷を駆動する制御手段とを有することが好適である。
【００１０】
また、本装置において、前記負荷はエンジンであり、前記制御手段は、演算して得られた継続時間がエンジン始動に必要な所定の継続時間に達した場合に前記二次電池の電力により前記エンジンを始動することが好適である。
【００１１】
前記電圧モデルは、前記状態量をｘ、電流値をｉ、電圧値をＶとした場合にＶ＝ｇ（ｘ，ｉ）により表され、前記演算手段は、電力Ｐ＝ｇ（ｘ，ｉ）×ｉを満たす電流値ｉを算出し、電流ｉが流れたことによる時間Ｔ後の前記二次電池の状態量を算出し、算出された電流値及び状態量に基づき前記電圧モデルを用いて時間Ｔ後の電圧を算出し、前記電圧が前記二次電池の所定の電圧下限値に達するときの前記時間Ｔの積算値を前記継続時間として算出することができる。
【００１２】
また、本発明は、二次電池の状態量を検出する手段と、少なくとも前記状態量に基づき所定の電圧モデルを用いて前記二次電池の入力あるいは出力可能なある継続時間における電力を演算する演算手段とを有することを特徴とする。
【００１３】
本装置において、さらに、前記演算手段で得られた電力及び継続時間で負荷を駆動する制御手段とを有することができ、前記負荷はモータとすることができる。
【００１４】
このように、本発明の二次電池制御装置は、二次電池の電圧モデルを用いて現在の状態量（ＳＯＣや温度等）から電力に対応する入力あるいは出力可能な継続時間を算出する。言い換えれば、ある電力に対応する入力あるいは出力可能な継続時間を予測する。入出力可能な継続時間を予測することで、必要な継続時間条件を満たしているか否かを判定し、判定結果に基づいて二次電池の充放電を精度良く制御できる。本発明の二次電池を車両に搭載し、二次電池の状態に応じてモータ駆動からエンジン駆動に切り替える場合、二次電池がエンジンのクランキングに必要な電力及び継続時間を満たすか否かを判定することが可能となり、これにより二次電池に不要マージンを確保する必要がなくなり、かつエンジンのクランキングを保証できる。
【００１５】
一方、現在の状態量から電力に対応する入出力継続時間を算出するのではなく、その逆演算により入出力継続時間に対応する電力を算出することも可能である。例えば、二次電池に要求される放電継続時間が与えられた場合、この放電継続時間に対応する電力が得られる。これにより、少なくともある電力をある一定時間だけ充放電させる必要が生じた場合でも、現在の二次電池がこの条件を満たすか否かを正確に判断することができ、充放電の制御性が向上する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
【００１７】
図１には、本実施形態の構成ブロック図が示されている。車両にはモータ／ジェネレータ（ＭＧ）１４およびエンジン１６並びにジェネレータ１９が設けられる。モータ／ジェネレータ１４とエンジン１６は、例えばプラネタリギア機構等の動力分配機構により連結され、その一部は駆動輪が結合されたドライブシャフトに接続される。これにより、モータ／ジェネレータ１４あるいはエンジン１６の出力が駆動輪に伝達され、車両を駆動する。
【００１８】
エンジン１６は、アクセルセンサで検出されたアクセルペダルの操作量や冷却水温などの環境条件、さらにモータ／ジェネレータ１４の運転状態に基づきエンジンＥＣＵ１７によりその出力や回転数などが制御される。
【００１９】
ジェネレータ１９は、エンジン１６に連結され、エンジン１６の出力より発電してモータ／ジェネレータ１４を駆動し、あるいは二次電池１０に供給して二次電池１０を充電する。
【００２０】
モータ／ジェネレータ１４は、ハイブリッド（ＨＶ）ＥＣＵ２０により制御され、ＨＶＥＣＵ２０はモータＥＣＵを介してインバータ１２の各スイッチを制御することにより二次電池１０からモータ／ジェネレータ１４に電力を供給し、あるいはモータ／ジェネレータ１４からの電力を二次電池１０に回生して二次電池１０を充電する。二次電池１０とインバータ１２はシステムメインリレーＳＭＲを介して接続される。
【００２１】
ＨＶＥＣＵ２０によるインバータ１２の制御は、エンジンＥＣＵ１７からのエンジン１６の運転状態の情報やアクセルペダルの操作量、ブレーキコンピュータからのブレーキペダルの操作量、シフトポジションセンサからのシフトレンジ、電池ＥＣＵ１８からの二次電池１０の充電状態ＳＯＣ等に基づき実行される。例えば、ＨＶＥＣＵ２０は、電池ＥＣＵ１８から供給された二次電池１０のＳＯＣに基づき、モータ駆動からエンジン駆動への切替タイミングを制御する。エンジン始動は、インバータ１２を制御して二次電池１０からの電力をジェネレータ１９に供給し、ジェネレータ１９をスタータモータとして機能させることで行う。モータ駆動からエンジン駆動への切替については、さらに後述する。
【００２２】
二次電池１０は、複数のブロックが直列接続されて構成され、各ブロックは複数のセルから構成される。各ブロック毎に電圧センサが設けられ、各ブロックの検出電圧を電池ＥＣＵ１８に供給する。また、電流センサで検出された二次電池１０の電流値も電池ＥＣＵ１８に供給される。さらに、温度センサで検出された温度も電池ＥＣＵ１８に供給される。二次電池１０としては、例えばニッケル水素電池を用いることができる。
【００２３】
電池ＥＣＵ１８は、検出された温度に基づき二次電池１０の温度管理を実行し、温度が所定温度以上となった場合に図示しない冷却ファンを駆動して二次電池１０の温度を一定に維持する。また、検出された電流値に基づき二次電池１０の充電状態（ＳＯＣ）を検出してＨＶＥＣＵ２０に供給する。ＳＯＣは、初期状態のＳＯＣと電流積算値に基づき算出される。
【００２４】
このような構成において、本実施形態では、ＨＶＥＣＵ２０でモータ駆動からエンジン駆動に切り替える際に、二次電池１０の出力可能継続時間を算出し、最適のタイミングでエンジン駆動に切り替える。すなわち、二次電池１０の使用効率の観点からは、二次電池１０のＳＯＣあるいが電圧がエンジンクランキングに必要な出力が得られる限界値に達するまではエンジンを始動せず、限界値に達した時点でその残存出力を用いてエンジンクランキングを行うのが望ましい。二次電池１０に余裕を残さず、かつ確実にエンジンを始動できるからである。
【００２５】
そこで、本実施形態のＨＶＥＣＵ２０は、現在の二次電池１０の状態から、エンジンクランキングに必要な既知の必要電力及び出力継続時間が得られるか否かを正確に判定することで切替タイミングを調整する。
【００２６】
図２には、ＨＶＥＣＵ２０の処理フローチャートが示されている。まず、ＨＶＥＣＵ２０は、エンジン１６のクランキングに必要な電力ＰEに対する二次電池１０の出力可能継続時間ＴCを算出する（Ｓ１０１）。この算出処理については後述する。次に、得られた継続時間ＴCとエンジン１６のクランキングに必要な既知の継続時間ＴEの大小比較を行う（Ｓ１０２）。なお、継続時間ＴEは予めＨＶＥＣＵ２０のメモリに記憶しておけばよい。そして、継続時間ＴCがＴEを越えている場合には、二次電池１０に未だ余裕があることを意味するからエンジン１６のクランキングは実行せず、モータ１４により走行する。一方、Ｓ１０２にてＹＥＳ、すなわち算出された継続時間ＴCが継続時間ＴE以下となったとき、言い換えれば継続時間ＴCが継続時間ＴEに達した場合には、二次電池１０の余裕がなくエンジン１６のクランキングは可能であることを意味するから、この時点でインバータ１２を制御してジェネレータ１９をモータとして機能させエンジン１６を始動する（Ｓ１０３）。
【００２７】
図３には、図２におけるＳ１０１の処理、すなわちエンジンのクランキングに必要な既知の電力ＰEに対する二次電池１０の出力可能継続時間ＴCを算出する処理フローチャートが示されている。
【００２８】
まず、ＨＶＥＣＵ２０は各種パラメータの初期設定を行う（Ｓ２０１）。具体的には、二次電池１０の状態量（ＳＯＣや温度）に現地点で検出された状態量をセットするとともに、継続時間ＴCを０に初期化する。次に、所定の電圧モデルＶ＝ｇ（ｘ，ｉ）において、ＰE＝ｇ（ｘ，ｉ）×ｉの関係を満たす電流値ｉを算出する（Ｓ２０２）。所定の電圧モデルＶ＝ｇ（ｘ，ｉ）は、理論的に定義される公知の電圧モデルのパラメータを二次電池１０を用いた充放電実験により調整することで得ることができる。
【００２９】
エンジンクランキングに必要な電力ＰEが得られる電流値ｉを算出した後、この電流ｉが流れることによる時間Ｔ後の二次電池１０の状態量ｘを算出する（Ｓ２０３）。ＳＯＣであれば、初期状態のＳＯＣからＴ間に流れた電流の積算値を加減することによりＴ後のＳＯＣを算出することができる。温度に関しては、実験的に定めた温度上昇分から定めることができる。
【００３０】
次に、Ｓ２０２にて得られた電流値ｉとＳ２０３にて得られた状態量ｘに基づき、所定の電圧モデルＶ＝ｇ（ｘ，ｉ）を用いて時間Ｔ後の二次電池１０の電圧を算出する（Ｓ２０４）。時間Ｔ後の二次電池１０の電圧を算出した後、この電圧が二次電池１０の所定の下限電圧に達したか否かを判定する（Ｓ２０５）。この下限電圧は、これよりも電圧が低下すると二次電池１０の劣化が急速に進む電圧であり、二次電池１０に応じて予め決定してメモリに記憶しておく。そして、二次電池１０の電圧が未だ下限電圧に達していない場合には、二次電池１０の出力あるいは放電が未だ可能であることを意味するから、継続時間ＴCに時間Ｔを加算して継続時間ＴCを更新し（Ｓ２０６）、再びＳ２０２以降の処理を繰り返していく。これにより、時間Ｔは二次電池１０の電圧が下限値に達するまで順次積算され、この積算値が継続時間ＴCとなる。
【００３１】
一方、二次電池１０の電圧モデルに基づく算出電圧が下限電圧に達した場合には、二次電池１０の出力に余裕がなくなりこれ以上の放電はできないことを意味するから、その時点におけるＴCを電力ＰEが得られる可能な出力継続時間ＴCとして確定する。以上のようにして、二次電池１０の現在の状態量ｘと電圧モデルを用いてエンジンクランキングに必要な電力ＰEを継続して出力できる継続時間ＴCを精度良く算出することができる。算出されたＴCは所定時間ＴEと大小比較されることは上述した通りである。
【００３２】
このように、本実施形態においては、エンジンクランキングに必要な電力が得られる二次電池１０の出力可能継続時間を算出し、この継続時間がエンジンクランキングに必要な所定の継続時間に達したときにエンジンクランキングを実行するようにタイミング制御しているので、二次電池１０の能力を最大限利用することができ、二次電池１０の使用効率、モータ１４の使用効率を向上させて燃費向上を図ることができる。
【００３３】
なお、本実施形態においては、図３に示された処理フローチャートによりエンジンクランキングに必要な電力ＰEの出力継続時間ＴCを算出しているが、二次電池１０の状態量ｘと電力Ｐ並びに継続時間ＴCとの関係を電圧モデルを用いて予め算出してマップ化してメモリに記憶しておき、このマップに基づき現在の状態量ｘおよび必要な電力に対応する継続時間ＴCを直ちに算出してもよい。このようなマップは、ＴC＝ｆ（ｘ，Ｐ）なる関係式で表すことができる。
【００３４】
また、電力Ｐと継続時間Ｔとの関係Ｔ＝ｆ（ｘ，Ｐ）に基づき、電力Ｐから二次電池１０の継続時間を算出するのではなく、逆に二次電池１０の現在の状態量ｘと必要な継続時間Ｔから、二次電池１０の可能電力Ｐを算出することもできる。すなわち、Ｔ＝ｆ（ｘ、Ｐ）の関係からＰ＝ｆ-1（ｘ，Ｔ）を得、この関係式により必要な継続時間Ｔが得られる電力Ｐを算出できる。これにより、例えば車両運転者がアクセルを全開操作等して少なくとも所定の時間（例えば１０秒）は二次電池１０を継続的に放電させてモータ１４を駆動させる必要がある場合に、どの程度の電力が得られるかを予め把握することができる。例えば、少なくとも１０秒間継続して放電する必要がある場合には、１０秒間継続して出力できる電力が得られることになり、この電力を用いてトルクアシストを行うことができる。もちろん、１０秒間で得られる電力がアクセル操作に伴うモータトルクを得るのに十分でない場合には、必要な電力が得られる継続時間を上述した実施形態と同様の方法で算出し、その継続時間が容認できるか否かを判定してもよい。
【００３５】
さらに、エンジン始動時、あるいはアクセル全開等の高負荷走行時によらず、ＨＶＥＣＵ２０は二次電池１０の現在の状態量から可能な出力電力と継続時間との組合せ（Ｐ、Ｔ）を常に算出し、この中から現在の走行状態に最適の組合せを選択して二次電池１０の放電を制御することも可能である。
【００３６】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく種々の変更が可能である。
【００３７】
例えば、本実施形態では二次電池１０の放電について説明したが、二次電池１０の充電についても同様に行うことができる。具体的には以下のように処理できる。すなわち、二次電池１０の状態量（ＳＯＣや温度）に現地点で検出された状態量をセットするとともに、継続時間ＴCを０に初期化する。次に、所定の電圧モデルＶ＝ｇ（ｘ，ｉ）において、入力電力Ｐ＝ｇ（ｘ，ｉ）×ｉの関係を満たす電流値ｉを算出する。電力Ｐに対応する電流値ｉを算出した後、この電流ｉが流れ込むことによる時間Ｔ後の二次電池１０の状態量ｘを算出する。そして、得られた電流値ｉと状態量ｘに基づき、所定の電圧モデルＶ＝ｇ（ｘ，ｉ）を用いて時間Ｔ後の二次電池１０の電圧を算出する。時間Ｔ後の二次電池１０の電圧を算出した後、この電圧が二次電池１０の所定の上限電圧に達したか否かを判定する。二次電池１０の電圧が未だ上限電圧に達していない場合には、二次電池１０の充電が未だ可能であることを意味するから、継続時間ＴCに時間Ｔを加算して継続時間ＴCを更新していく。これにより、時間Ｔは二次電池１０の電圧が上限値に達するまで順次積算されていき、この積算値が継続時間ＴCとなる。算出された継続時間は所定のしきい時間と比較され、所定のしきい時間以内であれば二次電池１０の充電を許可し、しきい時間を超える場合には二次電池１０の充電を禁止する等の制御が可能である。
【００３８】
また、Ｐ＝ｆ-1（ｘ，Ｔ）に基づいて充電継続時間Ｔに対応する入力電力Ｐを算出し、この電力で二次電池１０の充電を行うことも可能であろう。
【００３９】
また、本実施形態では、電力に対応する入力あるいは出力可能継続時間の算出はＨＶＥＣＵ２０で実行しているが、もちろん電池ＥＣＵ１８で行うことも可能であり、さらにこれらとは別のＥＣＵあるいはマイコンで実行してもよい。
【００４０】
また、本発明における電圧モデルＶ＝ｇ（ｘ，ｉ）の関数形は任意に設定することができ、単一の関数形ではなく状態量ｘあるいは電流値ｉに応じて複数の関数形を用いてもよい。ＨＶＥＣＵ２０のプロセッサが、Ｖ＝ｇ（ｘ，ｉ）なる一定の関係式に従って電力から継続時間を算出し、あるいは継続時間から電力を算出するのではなく、予めこの関係式に従って状態量と電力並びに継続時間のセットをマップとしてメモリに記憶させ、このマップを用いて検出した状態量に対応する電力あるいは継続時間を読み出してもよい。マップに記憶された状態量と電力及び継続時間は電圧モデルに基づいて得られる以上、本発明に含まれる。
【００４１】
また、電圧モデルＶ＝ｇ（ｘ，ｉ）における状態量としては本実施形態で示した充電状態（ＳＯＣ）や温度の他、二次電池１０の充放電履歴を示すパラメータを含んでいてもよい。
【００４２】
さらに、ＨＶＥＣＵ２０は、電力と時間との関係式Ｔ＝ｆ（ｘ、Ｐ）を用いて電力Ｐから継続時間Ｔを算出する、あるいはＰ＝ｆ-1（ｘ、Ｔ）を用いて継続時間Ｔから電力Ｐを算出することもできるが、この式も電圧モデルＶ＝ｇ（ｘ，ｉ）を用いて得られる以上、本発明に含まれる。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば二次電池を限界まで使用することができ、充電あるいは放電効率を上げることができる。また、ハイブリッド車などに搭載した場合には、二次電池の使用効率が向上するので燃費も向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施形態の構成ブロック図である。
【図２】  実施形態の処理フローチャートである。
【図３】  実施形態の継続時間算出フローチャートである。
【符号の説明】
１０  二次電池、１２  インバータ、１４  モータ／ジェネレータ、１６  エンジン、１７  エンジンＥＣＵ、１８  電池ＥＣＵ、１９  ジェネレータ、２０ＨＶＥＣＵ。
【図１】
0003812420.tif 000002
【図２】
0003812420.tif 000003
【図３】
0003812420.tif 000004