(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池の満充電時の出力パワーに対して、現在の放電度合いを表す放電深度を求める放電深度算出手段と、
この算出された放電深度に応じて、電池の出力パワーの制限を開始する温度を表す出力制限開始温度を求める出力制限開始温度算出手段と、
電池温度を検出する電池温度検出手段と、
この検出された電池温度の方が出力制限開始温度よりも大きい場合には、電池温度に応じて電池の出力パワーを制限するための出力制限値を求める出力制限値算出手段とを有することを特徴とする電池温度保護制御装置。
【請求項２】
前記出力制限開始温度算出手段は、
電池の放電深度に対応する出力制限開始温度を予め記録する出力制限開始温度テーブルを有することを特徴とする請求項１記載の電池温度保護制御装置。
【請求項３】
前記出力制限開始温度テーブルは、
電池の放電深度に応じた電池の発熱特性に基づいて、放電深度に対応する出力制限開始温度を補正してなることを特徴とする請求項２記載の電池温度保護制御装置。
【請求項４】
電池の満充電時の出力パワーに対して、現在の放電度合いを表す放電深度を求める放電深度算出手段と、
電池温度に応じて電池の出力パワーを制限するための出力制限値を予め記録する出力制限値テーブルを複数の異なる放電深度に対応して有する出力制限値記録手段と、
電池温度を検出する電池温度検出手段と、
現在の放電深度に対応する出力制限値テーブルを参照して、この検出された電池温度に応じた出力制限値を求める出力制限値算出手段とを有することを特徴とする電池温度保護制御装置。
【請求項５】
前記出力制限値記録手段の出力制限値テーブルは、
電池の出力パワーの制限を開始する制限開始温度から出力パワーを停止する出力停止温度までの出力制限値を予め記録することを特徴とする請求項４記載の電池温度保護制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二次電池を電源として搭載する機器に適応可能な電池温度保護制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気自動車等に搭載されている電池は、モータ等の機器への電力を供給するために放電を継続させた場合、この放電に伴ってある程度発熱することが知られている。例えば、電池容量を超える過電流を放電した場合には、電池を過度に発熱させ、早期劣化を引き起こす原因となる。
【０００３】
従来、このような事態を回避するため、機器の消費電力よりある程度余裕をもって大きな容量の電池を搭載する方法がとられているが、機器の大型化やコストアップという新たな問題を生じさせていた。
そこで、必要以上に大容量の電池を使用することなく、機器の大型化やコストアップを伴わずに、過度な発熱に起因した電池の早期劣化を防止することが望まれている。
【０００４】
この対策方法の一つとして、電池温度をパラメータとして用いて、電池から供給可能な出力パワーを決定する方法が知られている。即ち、電池の使用上限温度に向かって出力パワーを絞り込み、上限温度を超えないように制御すればよい。
【０００５】
通常、電池の耐熱上限温度は６０℃程度であり、この温度を超えて使用した場合には、電池セルの著しい劣化や破損に起因して電池寿命が低下することがある。従って、従来の電池温度保護制御装置においては、図８に示すように、電池温度が例えば５５℃〜６０℃の間で出力制限領域（ス）を設けておき、この出力制限領域（ス）まで電池温度が上昇した場合には、電池から供給される出力パワーを低下するように制御するとともに、運転者に電池に充電が必要なことを警告するればよい。さらに、電池温度が６０℃以上になった場合には、電池を使用禁止としモータの出力パワーを停止させるように制御すればよい。但し、電池温度が６０℃になった時点で突然に電池出力を０％に停止するのは好ましくない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電池温度保護制御装置では、電池温度に応じて電池出力の絶対値を決定しているので、図９に示すように、電池の残存容量が十分残っている状態では、電池温度が５０℃になると出力制限を行うこととなり、電池の温度上昇を抑えることができ、従来の電池温度保護制御装置でも十分である。
【０００７】
しかしながら、図１０に示すように、電池の残存容量があまり残っていない状態では、電池温度が５０℃になっても出力制限を行なう必要がない。すなわち、そのまま電池が出力を継続しても、電池の出力を禁止する必要がある温度（６０℃）に到達する前にＤＯＤ＝１００％となり、電池が出力できない状態となってしまい電池を保覆する必要がなくなる。
このように必要性がないときにまで出力制限を行うことは好ましいことではない。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的としては、電池寿命を低下させることなく、電池温度が使用上限温度を超えない範囲で最大限に電池の出力性能を利用することができる電池温度保護制御装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、上記課題を解決するため、電池の満充電時の出力パワーに対して、現在の放電度合いを表す放電深度を求める放電深度算出手段と、この算出された放電深度に応じて、電池の出力パワーの制限を開始する温度を表す出力制限開始温度を求める出力制限開始温度算出手段と、電池温度を検出する電池温度検出手段と、この検出された電池温度の方が出力制限開始温度よりも大きい場合には、電池温度に応じて電池の出力パワーを制限するための出力制限値を求める出力制限値算出手段とを有することを要旨とする。
【００１０】
請求項２記載の発明は、上記課題を解決するため、前記出力制限開始温度算出手段は、電池の放電深度に対応する出力制限開始温度を予め記録する出力制限開始温度テーブルを有することを要旨とする。
【００１１】
請求項３記載の発明は、上記課題を解決するため、前記出力制限開始温度テーブルは、電池の放電深度に応じた電池の発熱特性に基づいて、放電深度に対応する出力制限開始温度を補正してなることを要旨とする。
【００１２】
請求項４記載の発明は、上記課題を解決するため、電池の満充電時の出力パワーに対して、現在の放電度合いを表す放電深度を求める放電深度算出手段と、電池温度に応じて電池の出力パワーを制限するための出力制限値を予め記録する出力制限値テーブルを複数の異なる放電深度に対応して有する出力制限値記録手段と、電池温度を検出する電池温度検出手段と、現在の放電深度に対応する出力制限値テーブルを参照して、この検出された電池温度に応じた出力制限値を求める出力制限値算出手段とを有することを要旨とする。
【００１３】
請求項５記載の発明は、上記課題を解決するため、前記出力制限値記録手段の出力制限値テーブルは、電池の出力パワーの制限を開始する制限開始温度から出力パワーを停止する出力停止温度までの出力制限値を予め記録することを要旨とする。
【００１４】
【発明の効果】
請求項１記載の本発明によれば、電池の満充電時の出力パワーに対して、現在の放電度合いを表す放電深度を求めておき、この算出された放電深度に応じて、電池の出力パワーの制限を開始する温度を表す出力制限開始温度を求める。ここで、電池温度の方が出力制限開始温度よりも大きい場合には、電池温度に応じて電池の出力パワーを制限するための出力制限値を求めることで、この出力制限値に基づいて、電池の出力パワーを制限するようにしているので、電池寿命を低下させることなく、電池温度が使用上限温度を超えない範囲で最大限に電池の出力性能を利用することができる。
【００１５】
また、請求項２記載の本発明によれば、電池の放電深度に対応する出力制限開始温度を予め記録する出力制限開始温度テーブルを有することで、算出された放電深度に応じて出力制限開始温度テーブルを参照して出力制限開始温度を求めことができる。
【００１６】
また、請求項３記載の本発明によれば、出力制限開始温度テーブルは、電池の放電深度に応じた電池の発熱特性に基づいて、放電深度に対応する出力制限開始温度を補正してなるので、電池の発熱特性に適応する出力制限開始温度に基づいて、電池の出力パワーを制限することができる。
【００１７】
また、請求項４記載の本発明によれば、電池の満充電時の出力パワーに対して、現在の放電度合いを表す放電深度を求めておく。また、電池温度に応じて電池の出力パワーを制限するための出力制限値を予め記録する出力制限値テーブルを複数の異なる放電深度に対応して用意しておく。ここで、現在の放電深度に対応する出力制限値テーブルを参照して、この検出された電池温度に応じた出力制限値を求めることで、この出力制限値に基づいて、電池の出力パワーを制限するようにしているので、電池寿命を低下させることなく、電池温度が使用上限温度を超えない範囲で最大限に電池の出力性能を利用することができる。
【００１８】
また、請求項５記載の本発明によれば、出力制限値テーブルは、電池の出力パワーの制限を開始する制限開始温度から出力パワーを停止する出力停止温度までの出力制限値を予め記録することで、現在の放電深度に対応する出力制限値テーブルを参照して、この検出された電池温度に応じた出力制限値を求めることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る電池温度保護制御装置に好適な電池パワー演算装置１のシステム構成を示す図である。
【００２０】
同図において、電池３には、インバータ５を介してモータ７が接続されており、電池３からの直流電流がインバータ５によって所望の三相交流電流に変換されモータ７が駆動される。
【００２１】
インバータ５は、内部に複数のスイッチング素子を有し、このスイッチング素子をモータ制御部９から出力されたＰＷＭ信号に応じてＯＮ・ＯＦＦ制御することで、電池３からの直流電流を三相交流電流に変換するものであり、スイッチング素子の駆動制御によりモータ７の出力トルク等の制御を行うことができる。このインバータ５には、モータ制御部９が接続されており、モータ制御部９からのＰＷＭ信号に応じてインバータ５内のスイッチング素子がＯＮ・ＯＦＦ制御され、所望の三相交流電流がモータ７に供給される。モータ７は、インバータ５から供給される三相交流電流に応じて車両を駆動する。
【００２２】
モータ制御部９は、運転者の操作量としてアクセル１１からのアクセル開度や変速レバー１３からのシフトポジションに対応するトルク指令値に応じてＰＷＭ信号を生成してＰＷＭ（パルス幅変調）制御を行う。また、モータ制御部９は、電池制御部２１により設定された０〜１００％の範囲で変化する出力制限値ＰL に応じて電池３の出力パワーを制限するようにリミッタ制御を行う。
【００２３】
電流検出器１５は、電池３からインバータ５に供給される直流電流Ｉを検出する。温度検出器１７は、温度センサを有し、パワー供給時に発熱した電池３の電池温度Ｔを検出する。電圧検出器１９は、電池３からインバータ５に供給される直流電圧Ｖを検出する。
【００２４】
電池制御部２１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ（メモリ部）、タイマ等を有し、電流検出器１５で検出される電池３の直流電流Ｉ、温度検出器１７で検出される電池３の電池温度Ｔ、電圧検出器１９で検出される電池３両端の直流電圧Ｖに基づいて、電池３からの出力パワーを制限するための出力制限値ＰL を演算してモータ制御部９に所定時間毎に設定する。
【００２５】
ここで、電池３の放電特性について説明する。
電池３が満充電されたときの出力可能なパワー値Ｐを１００％としておき、通常、例えば５５℃程度から徐々に出力パワーを制限するようにしている。しかしながら、実際には、車両が走行中には、電池３が発熱するので電池温度Ｔが徐々に上昇し、出力可能なパワー値Ｐが十分にあるにも拘わらず、電池温度Ｔが例えば５５℃を超えてしまった場合には、出力パワーは制限されることとなる。理想的には、電池３の出力パワーがなくなるまでに電池温度Ｔが６０℃を超えない場合には、電池３からの出力パワーを制限する必要はない。
【００２６】
一般に、電池３の発熱量は、電池３の満充電時の出力パワーに対して、現在の放電度合いを表す放電深度ＤＯＤ（Depth of Discharge）に依存する。例えば、満充電された電池を搭載した電気自動車が始動した後、連続運転により電池３の発熱量が大きく、電池温度Ｔも高くなっている場合に、放電深度ＤＯＤが深く電池３に残存出力パワーが少ないときには、電池３の放電が終わるまでに電池温度が上限温度（６０℃）に近づく傾向がある。
【００２７】
そこで、本実施の形態では、放電深度ＤＯＤと電池温度Ｔに応じて電池から供給される出力パワーを制限するように出力制限値ＰL を制御すること特徴としている。
なお、電池の放電深度ＤＯＤは、周知の演算処理方法に従って演算される値である。即ち、電池３が放電しているときの直流電流Ｉと直流電圧Ｖおよび放電時間ｔとに基づいて積算演算を行い、満充電時から現在までに電池３から放電されている出力パワー値Ｐ（Ｉ，Ｖ，ｔ）を求める。次に、放電深度ＤＯＤは、満充電時の電池３に蓄積されている出力可能なパワー値ＰMAX と、出力パワー値Ｐ（Ｉ，Ｖ，ｔ）とから
ＤＯＤ＝｛Ｐ（Ｉ，Ｖ，ｔ）／ＰMAX｝＊１００
として求める。
【００２８】
本実施の形態においては、電池制御部２１で放電深度ＤＯＤを所定時間毎に積算演算を行って求め、ＲＡＭ（メモリ部）に記憶しておくこととする。このようにして求められた放電深度ＤＯＤは、満充電時に０％であり、全放電時には１００％となることはいうまでもない。
【００２９】
次に、図３〜図７を参照しつつ、図２に示すフローチャートを用いて、電池温度保護制御装置１に設けられた電池制御部２１の動作を説明する。なお、本フローチャートに示す制御プログラムは、電池制御部２１内部に設けられたＲＯＭに記憶されており、所定時間毎に処理されることとする。
【００３０】
まず、ステップＳ１０では、電池制御部２１内部のＲＡＭ（メモリ部）に記憶されている現在の放電深度ＤＯＤを読み出して参照する。
ここで、電池制御部２１内部のＲＯＭには、放電深度ＤＯＤ−出力制限開始温度ＴS テーブルとして、図３に示すように、放電深度ＤＯＤに対応する出力制限開始温度ＴS テーブルが予め記憶されている。
【００３１】
ステップＳ２０では、電池制御部２１内部のＲＯＭに記憶されている放電深度ＤＯＤ−出力制限開始温度ＴS テーブルから放電深度ＤＯＤに対応する出力制限開始温度ＴS を読み出して求める。
【００３２】
次に、ステップＳ３０では、温度検出器１７で電池３の電池温度Ｔを検出する。次に、ステップＳ４０では、電池温度Ｔと出力制限開始温度ＴS とを比較し、電池温度Ｔの方が出力制限開始温度ＴS よりも大きいか否かを判断する。ここで、電池温度Ｔの方が出力制限開始温度ＴS よりも大きい場合にはステップＳ６０に進む。一方、電池温度Ｔの方が出力制限開始温度ＴS よりも小さい場合にはステップＳ５０に進む。
【００３３】
ここで、ステップＳ５０では、電池温度Ｔの方が出力制限開始温度ＴS よりも小さいく、図４に示すように、電池温度Ｔは電池から供給される出力パワーに制限を加えなくても済む非制限領域（ハ）にあるので、電池制御部２１は出力制限値ＰL を１００％としモータ制御部９に設定する。
【００３４】
この結果、モータ制御部９からインバータ５に出力されるＰＷＭ信号は制限を加えられずに出力される。即ち、モータ制御部９では、アクセル１１からのアクセル開度と、変速レバー１３からのシフトポジションに対応するトルク指令値に応じて生成されたＰＷＭ信号がそのままインバータ５に出力される。
【００３５】
一方、ステップＳ６０では、電池温度Ｔの方が出力制限開始温度ＴS よりも大きく、図４に示すように、電池温度Ｔは電池から供給される出力パワーに制限を加えるべき制限領域（ニ）にあるので、電池温度Ｔに応じた出力制限値ＰL を求める。
【００３６】
ここで、電池制御部２１内部のＲＯＭには、電池温度Ｔ−出力制限値ＰL テーブルとして、図４に示すように、電池温度Ｔに対応する出力制限値ＰL が予め記憶されている。ステップＳ６０では、電池制御部２１内部のＲＯＭに記憶されている電池温度Ｔ−出力制限値ＰL テーブルから電池温度Ｔに対応する出力制限値ＰL を読み出して求め、この出力制限値ＰL をモータ制御部９に設定する。
【００３７】
この結果、モータ制御部９からインバータ５に出力されるＰＷＭ信号は制限を加えられて出力される。即ち、モータ制御部９では、アクセル１１からのアクセル開度と、変速レバー１３からのシフトポジションに対応するトルク指令値に応じて生成されたＰＷＭ信号に出力制限値ＰL を乗算して補正されたＰＷＭ信号がインバータ５に出力される。
【００３８】
このように、電池３の満充電時の出力パワーに対して、現在の放電度合いを表す放電深度ＤＯＤを電池制御部２１で求めておき、この算出された放電深度ＤＯＤに応じて、電池３の出力パワーの制限を開始する出力制限開始温度ＴS を求める。ここで、温度検出器１７で検出された電池温度の方が出力制限開始温度よりも大きい場合には、電池温度に応じて電池３の出力パワーを制限するための出力制限値ＰL を求めることで、この出力制限値ＰL に基づいて、電池３の出力パワーを制限するようにしているので、電池寿命を低下させることなく、電池温度が使用上限温度を超えない範囲で最大限に電池の出力性能を利用することができる。
【００３９】
なお、本実施の形態においては、ステップＳ２０で、放電深度ＤＯＤ−出力制限開始温度ＴS テーブルから放電深度ＤＯＤに対応する出力制限開始温度ＴS を求めた後に、ステップＳ６０で、電池温度Ｔ−出力制限値ＰL 特性テーブルから電池温度Ｔに対応する出力制限値ＰL を求めるようにしている。しかしながら、本発明はこのような場合にのみ限定されることなく、図５に示すように、それぞれ異なる放電深度ＤＯＤに対応する電池温度Ｔ−出力制限値ＰL テーブルを電池制御部２１内部のＲＯＭに予め記憶させておき、現在の放電深度ＤＯＤを指定して１つの電池温度Ｔ−出力制限値ＰL テーブルのみを決定した後に、電池温度Ｔに対応する出力制限値ＰL をこのテーブルから読み出して求めてもよい。この場合には、放電深度ＤＯＤに対応した電池温度Ｔ−出力制限値ＰL テーブルを決定しているので、電池温度Ｔに応じて出力制限値ＰL の非制限領域から制限領域に至るなめらかな連続性を確保することができ、その結果、出力制限値ＰL が非制限領域から制限領域に切り替わる時点で発生することが予想されるモータトルクの変動による車両に加わる前後Ｇの変化がなく、運転性の向上に寄与することができる。
【００４０】
また、電池３の発熱量ＱP は、図６に示すように、一般に放電深度ＤＯＤの大きさに依存して変化する。さらに、発熱量ＱP が大きくなる程、出力制限開始温度ＴS を低めに設定する必要がある。この場合、発熱量ＱP が大きくなる程に出力制限値ＰL を低く設定することで発熱量ＱP を制限するように制御することが望まれる。即ち、電池３の発熱量ＱP が前回の量と同等になるよう出力制限値ＰL を設定ればよい。
【００４１】
詳しくは、図７に示すように、放電深度ＤＯＤ−出力制限開始温度ＴS 特性テーブルを作成しておく。放電深度ＤＯＤが中間領域（ト）では、図６に示すように、最も発熱量ＱP が少なくなるので、図７に示すように、基準線（イ）よりも制限開始温度ＴS を高く設定すればよい。この結果、放電深度ＤＯＤが中間領域（ト）では、発熱量ＱP が一定レベルに保たれているので制限開始温度を高く設定して、出力パワーを大きくすることができる。
【００４２】
一方、放電深度ＤＯＤが深くなる領域（チ）では、図６に示すように、発熱量ＱP が大きくなるので、図７に示すように、制限開始温度ＴS は基準線（イ）よりも低く設定すればよい。この結果、放電深度ＤＯＤが深くなる領域（チ）では、発熱量ＱP が急激に大きくなるので制限開始温度ＴS を低く設定して、発熱量ＱP を制限することができる。なお、図７に示す基準線（イ）は、図３に示す一般的な放電深度ＤＯＤ−出力制限開始温度ＴS 特性グラフである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る電池温度保護制御装置に好適な電池パワー演算装置１のシステム構成を示す図である。
【図２】電池温度保護制御装置１に設けられた電池制御部２１の動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】放電深度ＤＯＤ−出力制限開始温度ＴS 特性グラフを示す図である。
【図４】電池温度Ｔに対応する出力制限値ＰL の特性グラフを示す図である。
【図５】電池温度Ｔ−出力制限値ＰL テーブルの特性グラフを示す図である。
【図６】電池の放電深度ＤＯＤと発熱量ＱP の特性グラフを示す図である。
【図７】放電深度ＤＯＤ−出力制限開始温度ＴS 特性グラフを発熱量ＱP を用いて補正したことを示す図である。
【図８】電池温度が５５℃〜６０℃の間で出力制限領域を設けたことを示す図である。
【図９】電池の残存容量が十分残っている状態を示す図である。
【図１０】電池の残存容量があまり残っていない状態を示す図である。
【符号の説明】
３  電池
５  インバータ
７  モータ
９  モータ制御部
１５  電流検出器
１７  温度検出器
１９  電圧検出器
２１  電池制御部
【図１】
0003757602.tif 000002
【図２】
0003757602.tif 000003
【図３】
0003757602.tif 000004
【図４】
0003757602.tif 000005
【図５】
0003757602.tif 000006
【図６】
0003757602.tif 000007
【図７】
0003757602.tif 000008
【図８】
0003757602.tif 000009
【図９】
0003757602.tif 000010
【図１０】
0003757602.tif 000011