JP2007185074A

JP2007185074A - 電池制御装置、電気自動車、および充放電電力決定方法

Info

Publication number: JP2007185074A
Application number: JP2006002730A
Authority: JP
Inventors: Takahiko Miki; 隆彦三木
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-01-10
Filing date: 2006-01-10
Publication date: 2007-07-19
Anticipated expiration: 2026-01-10
Also published as: JP4548343B2

Abstract

【課題】大気圧の変化によって、二次電池に設けられた開閉弁が開く際の電池内圧が、予め想定した所定圧力より低くなることで、無用に開閉弁の開閉が行われることを防止する。
【解決手段】電気自動車は、駆動用のモータ５２と、モータ５２の電源として利用される二次電池３０の電池状態を検知する電池ＥＣＵ２０を備える。電池ＥＣＵ２０は、二次電池３０の充電状態、電池温度、二次電池３０近傍の大気圧を検知し、検知した充電状態と電池温度と大気圧とに基づいて、二次電池３０が許容する最大充電電力や最大放電電力を決定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、二次電池を電源とするモータを駆動源として備える車両に関する。

車両の駆動源になるモータの電源の役割をするバッテリーは、一般に二次電池が用いられる。二次電池としては、例えば、ニッケル水素電池が用いられる。このような二次電池は、充放電時の主として負極の膨張により電池内圧が上昇するので、充放電サイクルごとに内圧が徐々に高くなることが知られている。

特許文献１には、二次電池の内圧を調整するための開閉弁を二次電池の筐体に設け、その開閉弁を電池内圧が所定圧力を超えると開き、所定圧力以下の圧力で閉じるように制御することで、繰り返し充放電による電池内圧上昇を抑え、電池寿命を増大させることが開示されている。

ところで、大気圧が低い高地を車両が走行する場合、大気圧が低いために、二次電池に設けられた開閉弁が開く際の電池内圧が、予め想定した所定圧力より低くなることがあり、無用に開閉弁の開閉が行われるおそれがある。

特許文献２では、二次電池の充電状態（以下、ＳＯＣ（State Of Charge）とも称す）の判定値を、大気圧に応じて設定することが開示されている。

しかし、特許文献２では、大気圧の変化が二次電池の開閉弁の開閉に影響を与えることは考慮されていない。

特開２００４−３９３３７号公報特開平８−６１１９３号公報

本発明は、大気圧の変化によって、二次電池に設けられた開閉弁が開く際の電池内圧が、予め想定した所定圧力より低くなることで、無用に開閉弁の開閉が行われることを防止する。

本発明に係る電池制御装置は、電気自動車の駆動用モータの電源として利用される二次電池の充電状態を検知する充電状態検知部と、前記二次電池の電池温度を検知する電池温度検知部と、前記二次電池近傍の大気圧を検知する大気圧検知部と、前記充電状態と前記電池温度と前記大気圧とに基づいて、前記二次電池が許容する最大充電電力もしくは最大放電電力を決定する充放電電力決定部と、を備えることを特徴とする。

本発明の１つの態様によれば、前記充放電電力決定部は、充電状態と電池温度と大気圧との関係が示される参照マップを参照して、前記二次電池が許容する最大充電電力もしくは最大放電電力を決定することを特徴とする。

本発明の１つの態様によれば、前記充放電電力決定部は、前記大気圧が低くなるにつれて二次電池の内圧上昇が抑制されるように最大充電電力もしくは最大放電電力を決定することを特徴とする。

また、本発明に係る電気自動車は、少なくとも駆動源として駆動用モータと、前記駆動用モータの電源として利用される二次電池の充電状態を検知する充電状態検知部と、前記二次電池の電池温度を検知する電池温度検知部と、前記二次電池近傍の大気圧を検知する大気圧検知部と、前記充電状態と前記電池温度と前記大気圧とに基づいて、前記二次電池が許容する最大充電電力もしくは最大放電電力を決定する充放電電力決定部と、を備えることを特徴とする。

さらに、本発明に係る充放電電力決定方法は、電気自動車の駆動用モータの電源として利用される二次電池が許容する最大充電電力もしくは最大放電電力を決定する充放電電力決定方法において、前記二次電池の充電状態を検知し、前記二次電池の電池温度を検知し、前記二次電池近傍の大気圧を検知し、前記充電状態と前記電池温度と前記大気圧とに基づいて、前記二次電池が許容する最大充電電力もしくは最大放電電力を決定することを特徴とする。

本発明によれば、大気圧が比較的低い場所では、二次電池の充放電が制限され、二次電池の内圧上昇が抑制され、二次電池に設けられた開閉弁の開閉が抑制される。

本発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態と称す）について、ハイブリッド式電気自動車（以下、ハイブリッド車と称す）を例に、図面を参照して説明する。なお、本実施形態では、電気自動車の１つであるハイブリッド車を例に説明するが、駆動源としてモータを備える燃料電池自動車など他の電気自動車にも本実施形態は適用可能である。

図１は、本実施形態に係るハイブリッド車の概略構成を示す図である。図１において、車両ＥＣＵ１０は、インバータ５０およびエンジン電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵと称す）４０を制御する。エンジンＥＣＵ４０は、エンジン４２を制御する。また、電池電子制御ユニット（以下、電池ＥＣＵ）２０は、二次電池３０から、電池電圧、充放電電流、電池温度、大気圧等の情報を受けて、二次電池のＳＯＣを推定し、二次電池３０が現在のＳＯＣにおいて許容できる最大放電電力Ｗｏｕｔおよび最大充電電力Ｗｉｎを決定し、決定した最大放電電力Ｗｏｕｔや最大充電電力Ｗｉｎ、さらに二次電池３０のＳＯＣや電池温度などの二次電池情報を車両ＥＣＵ１０に送信する。

二次電池３０は、複数の単電池または複数の単電池を直列接続した電池モジュールを複数積層して形成される電池スタックであり、例えば、ニッケル水素電池である。また、二次電池３０には、車両ＥＣＵ１０に送信する二次電池情報を取得するために、電池温度を測定する温度センサ３２と、二次電池３０の電池電圧を測定する電圧センサ３４と、二次電池３０の充放電電流を測定する電流センサ３６と、二次電池３０の近傍の大気圧を測定する気圧センサ３８とが設けられている。さらに、二次電池３０は、充放電時の主として負極の膨張により電池内圧が上昇するので、充放電サイクルごとに電池内圧が徐々に高くなる。そこで、その内圧を降下させるために、二次電池３０には、電池内圧を降下させるために開閉弁が設けられている。開閉弁は、所定の圧力を超えると開き、該所定の圧力以下の圧力で閉じる公知のバネ式逆止弁により構成される。

インバータ５０は、二次電池３０の放電時に、二次電池３０から供給される直流電流を三相の交流電流に変換し、三相の巻線を有するモータ５２に三相交流電流を供給する。また、インバータ５０は、二次電池３０の充電時に、モータ５２から供給される三相交流電流を直流電流に変換し、二次電池３０に直流電流を供給する。トランスミッション６０は、エンジン４２やモータ５２の出力を駆動輪に伝達する。

車両ＥＣＵ１０は、エンジンＥＣＵ４０からのエンジン４２の運転状態の情報、アクセルペダルの操作量、ブレーキペダルの操作量、シフトレバーで設定されるシフトレンジ、電池ＥＣＵ２０からのＳＯＣや最大放電電力Ｗｏｕｔおよび最大充電電力Ｗｉｎなどに基づいて、エンジンＥＣＵ４０やインバータ５０に制御命令を出力し、エンジン４２やモータ５２を駆動させる。

このように構成されたハイブリッド車が、高地などの大気圧が比較的低い場所を走行する場合、二次電池３０に設けられた開閉弁が無用に開閉することがある。これにより、二次電池３０の性能劣化などが早まるなどの不具合が発生するおそれがある。

そこで、本実施形態では、ハイブリッド車が走行する場所の大気圧が低くなるにつれて、電池内圧の上昇幅が小さくなるように、電池ＥＣＵ２０が二次電池３０の最大放電電力Ｗｏｕｔおよび最大充電電力Ｗｉｎを決定する。車両ＥＣＵ１０は、上記の通り電池ＥＣＵ２０から送信される最大放電電力Ｗｏｕｔや最大充電電力Ｗｉｎに基づいて、インバータ５０を制御する。つまり、車両ＥＣＵ１０は、最大放電電力Ｗｏｕｔや最大充電電力Ｗｉｎの値が小さければ、二次電池３０の充放電を抑制するようにインバータ５０を制御する。よって、本実施形態によれば、大気圧が比較的低い場所では、二次電池３０の充放電が制限され、二次電池３０の内圧上昇が抑制され、二次電池３０に設けられた開閉弁の開閉が抑制される。これにより、二次電池３０の性能劣化などが早まるなどの不具合の発生を防止することができる。特に、電池内圧の上昇は主として充電時に発生するため、大気圧の低下に伴い、最大充電電力Ｗｉｎを抑制することで、二次電池３０に設けられた開閉弁の開閉が抑制される。

続いて、電池ＥＣＵ２０の最大放電電力Ｗｏｕｔおよび最大充電電力Ｗｉｎの決定方法について説明する。

電池ＥＣＵ２０は、順次、二次電池３０に設けられた各センサから送信される、電池電圧、充放電電流、電池温度、大気圧の情報を検知する。そして、電池ＥＣＵ２０は、電池電圧、充放電電流、電池温度に基づいて、二次電池３０のＳＯＣを決定する。さらに、電池ＥＣＵ２０は、ＳＯＣと電池温度と大気圧とに基づいて、最大放電電力Ｗｏｕｔや最大充電電力Ｗｉｎを決定する。より具体的には、電池ＥＣＵ２０は、大気圧の大きさごとに、ＳＯＣと電池温度とをパラメータとして最大放電電力Ｗｏｕｔや最大充電電力Ｗｉｎを決定することができる参照マップを保持し、検知した大気圧に対応する参照マップを参照して、最大放電電力Ｗｏｕｔや最大充電電力Ｗｉｎを決定する。図２Ａは、大気圧が１．０気圧の場合の参照マップを示す。電池ＥＣＵ２０は、大気圧が１．０気圧の場合、図２Ａに示すような参照マップを参照することで、ＳＯＣと電池温度とをパラメータとして最大放電電力Ｗｏｕｔや最大充電電力Ｗｉｎを決定することができる。

図２Ｂは、大気圧が０．８気圧の場合の参照マップ、図２Ｃは、大気圧が０．６気圧の場合における参照マップの一例を示す。本実施形態では、図２Ａ〜図２Ｃに示すように、ＳＯＣと電池温度とが同じ値でも大気圧が低くなるについて、最大放電電力Ｗｏｕｔや最大充電電力Ｗｉｎが小さくなる。よって、大気圧が比較的低い場所では、二次電池３０の充放電が制限され、二次電池３０の内圧上昇が抑制され、二次電池３０に設けられた開閉弁の開閉が抑制される。これにより、二次電池３０の性能劣化などが早まるなどの不具合の発生を防止することができる。

なお、上記では、ＳＯＣと電池温度とをパラメータとして最大放電電力Ｗｏｕｔや最大充電電力Ｗｉｎを決定することができる参照マップを大気圧の大きさごとに電池ＥＣＵ２０が保持する例について説明した。しかし、電池ＥＣＵ２０は、例えば、図３に示すように、ＳＯＣと大気圧とをパラメータとして最大放電電力Ｗｏｕｔや最大充電電力Ｗｉｎを決定することができる参照マップを電池温度の大きさごとに保持してもよい。このような参照マップを保持する場合でも、電池ＥＣＵ２０は、ＳＯＣと電池温度とが同じ値でも大気圧が低くなるについて、二次電池３０の充放電が抑制されるように、最大放電電力Ｗｏｕｔや最大充電電力Ｗｉｎを決定することができる。これにより、大気圧が低くなるにつれて、二次電池３０に設けられた開閉弁の開閉が抑制され、二次電池３０の早期の性能劣化などの不具合の発生を防止することができる。

また、上記では、電池ＥＣＵ２０は、大気圧が低くなるにつれて、最大放電電力Ｗｏｕｔおよび最大充電電力Ｗｉｎを小さい値になるように決定する例について説明した。しかし、電池内圧の上昇は主として充電時に発生するため、電池ＥＣＵ２０は、大気圧が低くなるにつれて、電池内圧が抑制されるように最大充電電力Ｗｉｎのみを抑制してもよい。

本実施形態におけるハイブリッド車の概略構成を示す図である。電池ＥＣＵが最大放電電力Ｗｏｕｔや最大充電電力Ｗｉｎを決定する際に参照する参照マップの一例である。電池ＥＣＵが最大放電電力Ｗｏｕｔや最大充電電力Ｗｉｎを決定する際に参照する参照マップの一例である。電池ＥＣＵが最大放電電力Ｗｏｕｔや最大充電電力Ｗｉｎを決定する際に参照する参照マップの一例である。電池ＥＣＵが最大放電電力Ｗｏｕｔや最大充電電力Ｗｉｎを決定する際に参照する参照マップの一例である。

符号の説明

１０車両ＥＣＵ、２０電池ＥＣＵ、３０二次電池、３２温度センサ、３４電圧センサ、３６電流センサ、３８気圧センサ、４０エンジンＥＣＵ、４２エンジン、５０インバータ、５２モータ、６０トランスミッション。

Claims

電気自動車の駆動用モータの電源として利用される二次電池の充電状態を検知する充電状態検知部と、
前記二次電池の電池温度を検知する電池温度検知部と、
前記二次電池近傍の大気圧を検知する大気圧検知部と、
前記充電状態と前記電池温度と前記大気圧とに基づいて、前記二次電池が許容する最大充電電力もしくは最大放電電力を決定する充放電電力決定部と、
を備えることを特徴とする電池制御装置。
請求項１に記載の電池制御装置において、
前記充放電電力決定部は、充電状態と電池温度と大気圧との関係が示される参照マップを参照して、前記二次電池が許容する最大充電電力もしくは最大放電電力を決定することを特徴とする電池制御装置。
請求項１または２に記載の電池制御装置において、
前記充放電電力決定部は、前記大気圧が低くなるにつれて二次電池の内圧上昇が抑制されるように最大充電電力もしくは最大放電電力を決定することを特徴とする電池制御装置。
少なくとも駆動源として駆動用モータと、
前記駆動用モータの電源として利用される二次電池の充電状態を検知する充電状態検知部と、
前記二次電池の電池温度を検知する電池温度検知部と、
前記二次電池近傍の大気圧を検知する大気圧検知部と、
前記充電状態と前記電池温度と前記大気圧とに基づいて、前記二次電池が許容する最大充電電力もしくは最大放電電力を決定する充放電電力決定部と、
を備えることを特徴とする電気自動車。
電気自動車の駆動用モータの電源として利用される二次電池が許容する最大充電電力もしくは最大放電電力を決定する充放電電力決定方法において、
前記二次電池の充電状態を検知し、
前記二次電池の電池温度を検知し、
前記二次電池近傍の大気圧を検知し、
前記充電状態と前記電池温度と前記大気圧とに基づいて、前記二次電池が許容する最大充電電力もしくは最大放電電力を決定する、
ことを特徴とする充放電電力決定方法。