| 【発明の名称】 |
ハイブリッドカーの充放電制御方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】古川 忠司
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| 【要約】 |
【課題】多数の二次電池を接続している組電池のバラツキを効率よく少なくする。電池の寿命を延長してハイブリッドカーを正常に走行させる。
【解決手段】ハイブリッドカーの充放電制御方法は、ハイブリッドカーを停止して組電池の充放電を停止する放置時間、あるいは放置時間と放置時間における放置温度を検出し、放置時間、あるいは放置時間と放置温度が設定範囲を越えると、強制充電モードに移行して強制的に充電し、その後、充電よりも放電を優先する放電モードで放電し、放電モードの後にノーマル充放電モードとする。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 ハイブリッドカーを停止して組電池の充放電を停止する放置時間を検出し、放置時間が設定範囲よりも長くなると、強制充電モードに移行して充電し強制的に充電し、その後、充電よりも放電を優先する放電モードで放電し、放電モードの後にノーマル充放電モードとするハイブリッドカーの充放電制御方法。
【請求項２】 ハイブリッドカーを停止して組電池の充放電を停止する放置時間と、放置時間における放置温度とを検出し、放置時間と放置温度が設定範囲を越えると、強制充電モードに移行して充電し強制的に充電し、その後、充電よりも放電を優先する放電モードで放電し、放電モードの後にノーマル充放電モードとする充放電の制御方法。
【請求項３】 組電池の残存量が最大設定容量に充電されるまで強制充電モードで組電池を充電する請求項１または２に記載されるハイブリッドカーの充放電制御方法。
【請求項４】 組電池の残存量が最低設定容量となるまで放電モードで組電池を放電させる請求項１または２に記載されるハイブリッドカーの充放電制御方法。
【請求項５】 放電モードにおいて、ノーマル充放電モードの放電電流と充電電流に１以下の減少係数をかけた補正放電電流と充補正電電流に電流値を制御して充放電する請求項１または２に記載されるハイブリッドカーの充放電制御方法。
【請求項６】 補正放電電流を演算する減少係数が、補正充電電流を演算する減少係数よりも大きい請求項５に記載されるハイブリッドカーの充放電制御方法。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ハイブリッドカーに搭載している組電池の充放電を制御する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ハイブリッドカーに搭載される組電池は、出力を大きくするために、多数の二次電池を直列に接続している。たとえば、現在市販されているハイブリッドカーに搭載される組電池は、１００個以上の二次電池を直列に接続している。多数の二次電池を直列に接続している組電池は、各々の二次電池を全く同じ状態に揃えることは極めて難しい。たとえば、ハイブリッドカーを長い時間にわたって走行させないで停止させると、各々の二次電池は自己放電して残存量が少なくなる。自己放電による残存量の変化は演算しているが、多数の二次電池を直列に接続している組電池は、個々の二次電池のバラツキによってアンバランスが発生する。それは、残存量のバラツキ、不活性な程度のバラツキ、メモリ効果によるバラツキが原因で発生する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】アンバランスになってバラツキの発生した二次電池を直列に接続して充放電させると、いずれかの二次電池が過放電になったり、あるいは組電池全体の電圧を正確に検出できなくなる弊害が発生する。この弊害は、極めて高価な組電池の寿命を短くする原因となり、さらに、正常な充放電制御を狂わせてハイブリッドカーの走行性能を低下させる原因ともなる。
【０００４】本発明は、この欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、多数の二次電池を接続している組電池のバラツキを効率よく少なくすると共に、電池の寿命を延長してハイブリッドカーを正常に走行できる組電池の充放電制御方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明のハイブリッドカーの充放電制御方法は、ハイブリッドカーを停止して組電池の充放電を停止する放置時間を検出し、放置時間が設定範囲よりも長くなると、強制充電モードに移行して強制的に充電し、その後、充電よりも放電を優先する放電モードで放電し、放電モードの後にノーマル充放電モードとする。
【０００６】さらに、本発明の請求項２の充放電の制御方法は、ハイブリッドカーを停止して組電池の充放電を停止する放置時間と、放置時間における放置温度とを検出し、放置時間と放置温度が設定範囲を越えると、強制充電モードに移行して強制的に充電し、その後、充電よりも放電を優先する放電モードで放電し、放電モードの後にノーマル充放電モードとする。
【０００７】強制充電モードでは、組電池の残存量が最大設定容量に充電されるまで組電池を充電することができる。また、放電モードでは、組電池の残存量が最低設定容量となるまで組電池を放電させることができる。
【０００８】さらに、放電モードにおいては、ノーマル充放電モードの放電電流と充電電流に１以下の減少係数をかけた補正放電電流と補正充電電流に電流値を制御して充放電することができる。補正放電電流を演算する減少係数は、好ましくは、補正充電電流を演算する減少係数よりも大きくする。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するためのハイブリッドカーの充放電制御方法を例示するものであって、本発明は充放電制御方法を以下のものに特定しない。
【００１０】図１は、ハイブリッドカーの回路図である。この図のハイブリッドカーは、パラメーターを管理するバッテリＥＣＵ１と、このバッテリＥＣＵ１から入力される情報信号に基づいて、バッテリを充放電してハイブリッドカーを走行させるＨＥＶ−ＥＣＵ４とを備える。ＨＥＶ−ＥＣＵ４は、アクセルの開度を検出するアクセルセンサー（図示せず）と、ブレーキの踏み力を検出するブレーキセンサー（図示せず）から入力される信号と、バッテリＥＣＵ１から入力されるバッテリの情報信号に基づいて、モーター６とエンジン５を制御して、ハイブリッドカーを走行させる。たとえば、アクセルが強く踏まれた信号が入力されると、エンジン５とモーター６を駆動してハイブリッドカーを加速する。このとき、モーター６に供給する最大電流を、バッテリＥＣＵ１から入力される情報信号で制限する。また、ブレーキが踏まれるハイブリッドカーを減速して回生制動するときは、情報信号に基づいてバッテリを充電する電流を制限する。
【００１１】バッテリＥＣＵ１は、組電池２の残存量をパラメーターとして、充放電を許容する最大電流を制限する情報信号をＨＥＶ−ＥＣＵ４に出力する。図２の太線は、バッテリＥＣＵ１がＨＥＶ−ＥＣＵ４に出力する情報信号を示している。この図に示すように、バッテリＥＣＵ１は、組電池２の残存量が最小設定容量よりも大きくなると、放電電流を最大電流まで許容する情報信号をＨＥＶ−ＥＣＵ４に出力する。残存量が０から設定容量までは、残存量が大きくなるにしたがって許容する放電電流を大きくする情報信号を出力する。また、組電池２の残存量が最大設定容量よりも小さいときには、回生制動による充電電流を最大電流まで許容し、最大設定容量から満充電されるまでは、回生制動の充電電流を次第に小さくする情報信号をＨＥＶ−ＥＣＵ４に出力する。
【００１２】バッテリＥＣＵ１とＨＥＶ−ＥＣＵ４は、組電池２が正常な状態にあっては、図２の太線で示す「ノーマル充放電モード」で組電池２を充放電して、ハイブリッドカーを走行させる。しかしながら、ハイブリッドカーに搭載される組電池２は、長い時間使用しないで放置されると、図３に示すように各電池３の残存量にバラツキができる。この図は、電池３の残存量をクロスハッチングで示している。とくに、高温で長期間使用しないとバラツキが大きくなる。さらに、放置された電池３は、不活性になって正常に充放電できなくなったり、メモリ効果で実質的に使用できる容量が少なくなる。
【００１３】電池３の残存量にバラツキが発生した組電池２を、前述のノーマル充放電モードで充放電させると、組電池２の寿命が短くなる。また、加速している途中で出力電流が減少されて瞬時に加速が低下したり、あるいはブレーキを踏んで回生制動している途中で、充電電流が制限されて制動力が弱くなる原因ともなる。このよう弊害を解消するために、本発明の充放電制御方法は、ハイブリッドカーを停止して組電池２を充放電させない放置時間を検出して、放置時間が設定範囲よりも長くなると、ただちに「ノーマル充放電モード」では充放電させず、「強制充電モード」と「放電モード」の後、ノーマル充放電モードで充放電させる。さらに、本発明の充放電制御方法は、放置時間と放置温度の両方が設定範囲を越えると、強制充電モードと放電モードを経てノーマル充放電モードとすることもできる。放置時間が設定範囲を越えず、あるいは放置時間と放置温度が設定範囲を越えないときは、強制充電モードに移行することなく、ノーマル充放電モードで充放電させる。
【００１４】図４は、強制充電モードに移行させる設定範囲Ａを示している。この図は、放置時間と放置温度の両方で設定範囲Ａを特定している。図において、放置時間と放置温度が太線で囲まれる設定範囲Ｂにあるときは、強制充電モードと放電モードに移行することなく、ノーマル充放電モードで組電池２を充放電させる。設定範囲Ｂの外側である設定範囲Ａになると、ノーマル充放電モードに移行することなく強制充電モードで組電池２を強制的に充電する。この図は、放置温度と放置時間の両方で設定範囲Ａを特定しているが、図５に示すように、放置時間のみで設定範囲Ａを特定することもできる。
【００１５】放置時間と放置温度が設定範囲にあるかどうかは、バッテリＥＣＵ１が判定する。バッテリＥＣＵ１は、このことを実現するために、温度／放置時間記憶回路に、図４または図５に示す設定範囲を記憶している。さらに、放置時間と放置温度の両方を設定範囲に比較するバッテリＥＣＵ１は、イグニッションスイッチをオフにしてハイブリッドカーを停止させているときに、一定あるいは不定のサンプリング周期で組電池２の放置温度を検出し、この測定温度が設定範囲の範囲外にある範囲外回数をカウントして記憶している。範囲外回数は、放置時間を特定する。たとえば、サンプリング周期を１回／日とする場合、連続して３０回の範囲外回数がカウントされると、放置温度が範囲外にある放置時間は３０日となる。放置時間と放置温度の両方を設定範囲に比較する方法は、複数回にわたって検出した放置温度が、すべて設定範囲ではなくとも、加算した範囲外回数が設定回数になると、強制充電モードに移行させる。サンプリング周期は、たとえば数時間〜数日とする。
【００１６】さらに、放置時間のみで設定範囲を特定する方法は、温度を検出することなく、一定または不定のサンプリング周期で放置状態にあることを検出して、放置状態にある回数を範囲外回数としてカウントし、カウント値を設定回数に比較して、放置時間が範囲外にあるかどうかを判定する。
【００１７】放置時間が設定範囲Ａを越え、あるいは放置時間と放置温度の両方が設定範囲Ａを越えた組電池２は、ノーマル充放電モードに移行することなく、強制充電モードに移行する。強制充電モードになると、組電池２が強制的に充電されるので、残存量は図６に示すように増加する。この図に示す強制充電モードは、組電池２を強制的に最大設定容量まで充電する。この図は最大設定容量を残存量が１００％となる満充電に設定している。ただ、最大設定容量は必ずしも満充電とする必要はなく、たとえば、残存量が７０〜１００％となる範囲とすることもできる。また、強制充電モードは、残存量によらず、電池電圧を検出して終了させることもできる。この方法は、電池電圧が最大設定電圧になると強制充電モードを終了させる。
【００１８】ハイブリッドカーは、エンジンを始動して組電池２を強制的に充電できるので、強制充電モードにおいては、バッテリＥＣＵ１からＨＥＶ−ＥＣＵ４に、強制充電モード要求信号が入力される。ＨＥＶ−ＥＣＵ４は、この信号が入力されるとエンジン５を始動して発電機７を駆動して組電池２を強制的に充電する。強制充電モードにおける充電電流は、ノーマル充放電モードの最大電流に設定し、あるいは、ノーマル充放電モードの最大電流よりも少なくして、バラツキが発生して不活性になった二次電池の電気特性を低下させないようにする。
【００１９】強制充電モードが終了すると、バッテリＥＣＵ１からＨＥＶ−ＥＣＵ４に入力していた強制充電モード要求信号が、放電モード要求信号に切り換えられる。放電モードに移行すると、ＨＥＶ−ＥＣＵ４は、組電池２の残存量が最小設定容量になるまで補正充電電流と補正放電電流で充放電させる。ＨＥＶ−ＥＣＵ４は、放電モードにおいては、補正放電電流と補正充電電流を、ノーマル充放電モードの放電電流と充電電流に１以下の減少係数をかけた値に制御して、図６に示すように、組電池２の残存量が次第に減少するように制御する。放電モードは、たとえば、補正放電電流を演算する減少係数を、補正充電電流を演算する減少係数よりも大きく設定して、残存量を次第に減少できる。図２は、放電モードとノーマル充放電モードにおいて、残存量に対する放電モードの補正充電電流及び補正放電電流と、ノーマル充放電モードの充電電流と放電電流の大きさを示している。この図では、ノーマル充放電モードにおける充電電流と放電電流の大きさを太線で、放電モードにおける補正充電電流と補正放電電流の大きさを細線で示している。この図は、放電電流の減少係数を約０．５に設定して、充電電流の減少係数を約０．３に設定して、補正放電電流と補正充電電流を演算している。したがって、放電モードにおいては、ノーマル充放電モードの放電電流の５０％を補正放電電流とし、充電電流の３０％を補正充電電流としている。補正放電電流が補正充電電流よりも大きくなるので、このモードにおいて組電池２の残存量は、図６に示すように次第に減少する。
【００２０】放電モードは、組電池２の残存量が最小設定容量になるまで継続する。図６は、最小設定容量を残存量が０％となって完全に放電される値に設定している。ただ、最小設定容量は、必ずしも完全放電の状態とする必要はなく、たとえば、残存量が０〜３０％となる範囲とすることもできる。また、放電モードは、残存量によらず、電池電圧を検出して終了させることもできる。この方法は、電池電圧が最小設定電圧になると放電モードを終了させる。
【００２１】放電モードが終了すると、バッテリＥＣＵ１は、放電モード要求信号を、ノーマル充放電モード要求信号に変更して、組電池２をノーマル充放電モードで充放電させる。
【００２２】以上の動作で組電池を充放電させるハイブリッドカーは、図７に示すフローチャートで、以下に示すステップで組電池を充放電させる。
［ｎ＝１のステップ］イグニッションスイッチがオンになると、イグニッションスイッチをオフにしてハイブリッドカーを停止していたときに、サンプリングした範囲外回数を読み込む。範囲外回数は、図４の×印で示すように、サンプリングしたときに設定範囲の範囲外にあった回数である。
［ｎ＝２〜４のステップ］範囲外回数が設定回数よりも多いかどうか、すなわち、放置温度が設定温度外にあったトータル時間が設定時間よりも長いかどうかを判定する。範囲外回数の回数が設定回数よりも少なく、放置時間と放置温度のトータル値が設定範囲にあるときは、ノーマル充放電モードに移行し、トータル値が設定範囲外にあるときは、強制充電フラグをオンにする。図は、範囲外回数が３０回を越えたかどうかで、ノーマル充放電モードに移行するかどうかを判定している。
［ｎ＝５のステップ］バッテリＥＣＵ１が、ＨＥＶ−ＥＣＵ４に、強制充電モード要求信号を出力する。
［ｎ＝６のステップ］組電池２が所定の残存量となり、あるいは電池電圧が設定電圧にまるまでこのステップをループする。
［ｎ＝７のステップ］強制充電モードが終了すると、バッテリＥＣＵ１が放電モード要求信号をＨＥＶ−ＥＣＵ４に出力する。
［ｎ＝８のステップ］ＨＥＶ−ＥＣＵ４は、放電モードで組電池２を充放電させる。このとき、ＨＥＶ−ＥＣＵ４は、補正充電電流と補正放電電流で組電池２を充放電させる。補正充電電流は、ノーマル充放電モードの充電電流の０．３倍とし、補正放電電流は、ノーマル充放電モードの放電電流の０．５倍とする。
［ｎ＝９のステップ］放電下限になって放電モードが終了したかどうかを判別する。放電下限は、残存量が最小設定容量になったかどうかで判別し、あるいは電圧値が最低設定電圧まで低下したかどうかで判定する。放電モードが終了するまでこのステップをループする。
［ｎ＝１０のステップ］放電モードが終了すると、放電モードをノーマル充放電モードに切り換えて、組電池２を充放電させる。
【００２３】
【発明の効果】本発明のハイブリッドカーの充放電制御方法は、多数の二次電池を接続している組電池のバラツキを効率よく少なくできると共に、電池の寿命を延長してハイブリッドカーを正常に走行できる特長がある。それは、本発明の充放電制御方法が、ハイブリッドカーを停止して組電池の充放電を停止する放置時間、あるいは、放置時間と放置時間における放置温度を検出し、これらが設定範囲を越えると強制充電モードに移行して強制的に充電し、その後、充電よりも放電を優先する放電モードで放電した後、ノーマル充放電モードとして充放電を制御しているからである。長時間放置され、あるいは高温放置された電池は、残存量のバラツキ、不活性、メモリ効果等の種々の弊害が発生しやすくなる。本発明の充放電制御方法は、放置時間が設定範囲よりも長くなり、あるいは放置時間と放置温度が設定範囲を越えた組電池を、強制充電モードで強制充電して、残存量のバラツキや不活性を解消し、放電モードで放電して、メモリ効果をリフレッシュする。このため、組電池の種々のバラツキを有効に解消して、極めて高価な組電池を長寿命にでき、しかも、ハイブリッドカーの走行性能を低下させることなく安全に使用できる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００１８８９
【氏名又は名称】三洋電機株式会社
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| 【出願日】 |
平成１２年１１月３０日（２０００．１１．３０） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７４３５４
【弁理士】
【氏名又は名称】豊栖 康弘
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| 【公開番号】 |
特開２００２−１７１６０９（Ｐ２００２−１７１６０９Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１４年６月１４日（２００２．６．１４） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−３６６２２７（Ｐ２０００−３６６２２７） |
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