| 【発明の名称】 |
自動車用のバッテリ充放電制御装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】三井 正彦
【住所又は居所】愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動車株式会社内
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| 【要約】 |
【課題】バッテリの寿命を充放電制御により向上させる。
【解決手段】操作者の操作により選択されている制御モード、即ちモータの駆動性能を重視してバッテリの充放電を制御するパワーモード，バッテリへの負担軽減を考慮してバッテリの充放電を制御するロングライフモードと、バッテリの充電量ＳＯＣとに基づいてバッテリの出力上限および回生上限を設定し、設定された出力上限および回生上限を超えないようにバッテリの充放電を制御する。ロングライフモードは、パワーモードよりも出力上限，回生上限を低く設定することにより、バッテリへの負担を軽減でき、その寿命を延ばすことができる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 バッテリの電力を用いて回転駆動する走行用モータを搭載する自動車における該バッテリの充放電を制御する自動車用のバッテリ充放電制御装置であって、前記バッテリの充電量に応じた該バッテリの定格充放電範囲内で該バッテリの充放電を制御する充放電制御手段と、該充放電制御手段における前記バッテリの定格充放電範囲よりも狭い範囲内で該バッテリの充放電を制御する充放電制限制御手段と、前記充放電制御手段の実行と前記充放電制限制御手段の実行とを選択する選択手段と、を備える自動車用のバッテリ充放電制御装置。
【請求項２】 バッテリの電力を用いて回転駆動する走行用モータを搭載する自動車における該バッテリの充放電を制御する自動車用のバッテリ充放電制御装置であって、前記自動車の動力性能に応じた範囲内で前記バッテリの充放電を制御する充放電制御手段と、該充放電制御手段よりも前記バッテリの充放電電力，温度，充放電時間の少なくとも一つに制限を加えた範囲内で前記バッテリの充放電を制御する充放電制限制御手段と、前記充放電制御手段の実行と前記充放電制限制御手段の実行とを選択する選択手段とを備える自動車用のバッテリ充放電制御装置。
【請求項３】 請求項１または２記載の自動車用のバッテリ充放電制御装置であって、前記選択手段は、操作者の操作により前記充放電制御手段の実行と前記充放電制限制御手段の実行とを選択する手段である自動車用のバッテリ充放電制御装置。
【請求項４】 請求項１ないし３いずれか記載の自動車用のバッテリ充放電制御装置であって、少なくとも前記充放電制御手段の実行履歴に基づいて前記バッテリの劣化を判定する劣化判定手段を備える自動車用のバッテリ充放電制御装置。
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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、自動車用のバッテリ充放電制御装置に関し、詳しくはバッテリの電力を用いて回転駆動する走行用モータを搭載する自動車における該バッテリの充放電を制御する自動車用のバッテリ充放電制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種のバッテリ充放電制御装置としては、走行用モータの駆動性能を重視したパワーモードと、走行用モータの駆動効率を重視したエコノミーモードの２つの制御モードを備えるものが提案されている（例えば、特開平６−１２１４０５号公報など）。この装置によれば、運転者の選択により、走行用モータの最大出力の確保または駆動効率の向上を図っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、こうしたバッテリ充放電制御装置では、バッテリの劣化速度を考慮した充放電制御はなされていない。即ち、バッテリの充放電の量を多くすると、モータの動力性能を最大限発揮することはできるが、その分化学反応が活発になるから、バッテリの劣化速度を早めバッテリの寿命を縮めてしまう場合がある。
【０００４】本発明の自動車用のバッテリ充放電制御装置は、こうした問題を解決し、バッテリの劣化速度を配慮した充放電の制御が可能な装置を提供することを目的の一つとする。また、本発明の自動車用のバッテリ充放電制御装置は、バッテリの劣化を判定することを目的の一つとする。
【０００５】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】本発明の自動車用のバッテリ充放電制御装置は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。
【０００６】本発明の第１の自動車用のバッテリ充放電制御装置は、バッテリの電力を用いて回転駆動する走行用モータを搭載する自動車における該バッテリの充放電を制御する自動車用のバッテリ充放電制御装置であって、前記バッテリの充電量に応じた該バッテリの定格充放電範囲内で該バッテリの充放電を制御する充放電制御手段と、該充放電制御手段における前記バッテリの定格充放電範囲よりも狭い範囲内で該バッテリの充放電を制御する充放電制限制御手段と、前記充放電制御手段の実行と前記充放電制限制御手段の実行とを選択する選択手段と、を備えることを要旨とする。
【０００７】この本発明の第１の自動車用のバッテリ充放電制御装置では、充放電制御手段が、バッテリの充放電量に応じたバッテリの定格充放電範囲内でバッテリの充放電を制御し、充放電制限制御手段が、充放電制御手段におけるバッテリの定格充放電範囲内よりも狭い範囲内でバッテリの充放電を制御する。そして、選択手段が、充放電制御手段の実行と充放電制限制御手段の実行とを選択する。これにより、充放電制限制御手段を実行している間は、バッテリの劣化速度を抑制してバッテリへの負担を軽減することができるから、バッテリの寿命を延ばすことが可能となる。
【０００８】本発明の第２の自動車用のバッテリ充放電制御装置は、バッテリの電力を用いて回転駆動する走行用モータを搭載する自動車における該バッテリの充放電を制御する自動車用のバッテリ充放電制御装置であって、前記自動車の動力性能に応じた範囲内で前記バッテリの充放電を制御する充放電制御手段と、該充放電制御手段よりも前記バッテリの充放電電力，温度，充放電時間の少なくとも一つに制限を加えた範囲内で前記バッテリの充放電を制御する充放電制限制御手段と、前記充放電制御手段の実行と前記充放電制限制御手段の実行とを選択する選択手段とを備えることを要旨とする。
【０００９】この本発明の第２の自動車用のバッテリ充放電制御装置では、充放電制御手段が、自動車の動力性能に応じた範囲内でバッテリの充放電を制御し、充放電制限制御手段が、充放電制御手段によりバッテリの充放電電力，温度，充放電時間の少なくとも一つに制限を加えた範囲内でバッテリの充放電を制御する。そして、選択手段が、充放電制御手段の実行と充放電制限制御手段の実行とを選択する。バッテリの充放電電力が大きくなったり、バッテリの温度が高くなったり、充放電時間が長くなったりすると、それだけバッテリへの負担が大きくなり、バッテリの劣化が早く進む。したがって、バッテリの充放電電力，温度，充放電時間の少なくとも一つを充放電制御手段よりも制限する充放電制限制御手段を実行することにより、バッテリへの負担を軽減することができ、バッテリの寿命を延ばすことが可能となる。
【００１０】こうした本発明の第１または第２の自動車用のバッテリ充放電制御装置において、前記選択手段は、操作者の操作により前記充放電制御手段の実行と前記充放電制限制御手段の実行とを選択する手段であるものとすることもできる。
【００１１】また、本発明の第１または第２の自動車用のバッテリ充放電制御装置において、少なくとも前記充放電制御手段の実行履歴に基づいて前記バッテリの劣化を判定する劣化判定手段を備えるものとすることもできる。こうすれば、少なくともバッテリへの負担が大きい充放電制御手段の実行履歴に基づいてバッテリの劣化を判定することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態について実施例を用いて説明する。図１は、本発明の一実施例である自動車用のバッテリ充放電制御装置２０を電気自動車１０に適用した際の構成の概略を示す構成図である。実施例の電気自動車１０は、充放電可能なバッテリ１２と、バッテリ１２からの直流電力をスイッチング素子のスイッチングにより多相交流電力（例えば、三相交流電力）に変換して出力するインバータ回路１４と、インバータ回路１４から出力された多相交流電力を受けて回転駆動するモータ１６とを搭載する。モータ１６は、その回転軸１７が電気自動車１０の車輪１８の車軸１９と連結されており、モータ１６の回転軸１７の回転により車輪１８が回転して走行できるようになっている。また、実施例では、モータ１６は発電機を兼ねており、回転軸１７に制動動力が入力されることにより発電でき、この発電電力がインバータ回路１４を経てバッテリ１２に充電されるようになっている。なお、実施例では、バッテリ充放電制御装置２０を電気自動車１０に適用するものとしたが、電気自動車に限られずモータとエンジンとを搭載するハイブリッド自動車に適用するものとしても構わない。
【００１３】実施例のバッテリ充放電制御装置２０は、バッテリ１２の電圧Ｖを検出する電圧センサ２２と、バッテリ１２に流れる電流Ｉを検出する電流センサ２４と、バッテリ充放電制御装置２０全体をコントロールすると共にインバータ回路１４のスイッチング素子をスイッチング制御することによりバッテリ１２の充放電を制御する電子制御ユニット２６と、表示装置としてのＬＥＤ２８とを備えている。
【００１４】電子制御ユニット２６は、図示しないが、ＣＰＵを中心としたマイクロプロセッサとして構成されており、処理プログラムを記憶するＲＯＭと、一時的にデータを記憶するＲＡＭと、入出力ポートとを備える。このバッテリ充放電制御装置２０には、電圧センサ２２により検出されたバッテリ１２の電圧Ｖや電流センサ２４により検出されたバッテリ１２の電流Ｉなどが入力ポートを介して入力されている。また、電子制御ユニット３０からは、インバータ回路１４のスイッチング素子をスイッチング制御するためのスイッチング制御信号やＬＥＤ２８への点灯信号などが出力ポートを介して出力されている。
【００１５】こうして構成された実施例のバッテリ充放電制御装置２０の動作について説明する。まず、バッテリ１２の充放電の制御について説明する。図２は、実施例のバッテリ充放電制御装置２０の電子制御ユニット２６により実行される充放電制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、所定時間毎（例えば、１０ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。
【００１６】充放電制御ルーチンが実行されると、電子制御ユニット２６のＣＰＵは、まず、制御モードやバッテリ１２の充電量ＳＯＣを読み込む処理を実行する（ステップＳ１０１）。この制御モードには、モータ１６の駆動性能を重視してバッテリ１２の定格出力の範囲内で充放電を制御するパワーモードと、バッテリ１２への負担軽減を重視してバッテリ１２の定格出力よりも狭い範囲内でバッテリ１２の充放電を制御するロングライフモードとがあり、操作者のスイッチ操作などにより内部ＲＡＭの所定アドレスの記憶される。したがって、制御モードを読み込む処理は、内部ＲＡＭに記憶されたモードを読み込む処理となる。また、充電量ＳＯＣは、バッテリ１２から直接検出できるものを用いても良いが、実施例では、電流センサ２４により検出される電流Ｉを積算して得られるＳＯＣの値を電圧センサ２２により検出される電圧Ｖとそのときの電流Ｉとの関係から得られるＳＯＣの値で補正することによって得られる値をＳＯＣとして電子制御ユニット２６の内部ＲＡＭの所定アドレスに記憶する。したがって、充電量ＳＯＣを読み込む処理は、内部ＲＡＭに記憶された値を読み込む処理となる。
【００１７】次に、読み込んだ制御モードと充電量ＳＯＣとに基づいて、バッテリ１２が放電可能な出力上限と充電可能な回生上限とを設定する処理を行なう（ステップＳ１０２）。この処理は、実施例では、パワーモードにおけるバッテリ１２の充電量ＳＯＣと出力上限，回生上限との関係と、ロングライフモードにおけるバッテリ１２の充電量ＳＯＣと出力上限，回生上限との関係とを予め求めてマップとして内部ＲＯＭに記憶しておき、制御モードと充電量ＳＯＣとが与えられると、マップから対応する出力上限と回生上限とが導出されるようにした。パワーモードにおけるバッテリ１２の充電量ＳＯＣと出力上限との関係およびロングライフモードにおけるバッテリ１２の充電量ＳＯＣと出力上限との関係の一例を図３（ａ）に示し、パワーモードにおけるバッテリ１２の充電量ＳＯＣと回生上限との関係およびロングライフモードにおけるバッテリ１２の充電量ＳＯＣと回生上限との関係の一例を図３（ｂ）に示す。このように、ロングライフモードにおけるバッテリ１２の充放電の量をパワーモードにおけるバッテリ１２の充放電の量よりも少なく設定するのは、バッテリ１２の化学反応を抑えてバッテリ１２の寿命を延ばすためである。
【００１８】こうして出力上限と回生上限とが設定されると、設定された出力上限と回生上限とを超えないよう（回生上限から出力上限までの範囲内で）インバータ回路１４を駆動制御して（ステップＳ１０４）本ルーチンを終了する。このインバータ回路１４の駆動制御は、具体的には、モータ１６に要求される動力（負の動力、即ち回生動力も含む）が、バッテリ１２の出力上限，回生上限を超えているときには、モータ１６で消費または発電される電力を小さくする旨のスイッチング制御信号をインバータ回路１４に出力することにより行なうことができる。
【００１９】次に、操作者の操作により選択された制御モードの実行履歴に基づいてバッテリ１２の劣化を判定する処理を説明する。図４は、実施例のバッテリ充放電制御装置２０の電子制御ユニット２６により実行される劣化判定処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、所定時間毎（例えば、１０ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。
【００２０】劣化判定処理ルーチンが実行されると、電子制御ユニット２６のＣＰＵは、まず、前述の制御モードを読み込む処理を行ない（ステップＳ２００）、読み込んだ制御モードがパワーモードであるときには、カウンタＣに例えば値２を加算し（ステップＳ２０２）、読み込んだ制御モードがロングライフモードであるときには、カウンタＣに例えば値１を加算する（ステップＳ２０４）。このカウンタＣは、バッテリ１２の劣化を判定するために使用されるものであり、カウンタＣの値が大きくなるほどバッテリ１２の劣化が進んでいるものと判断される。制御モードに応じてカウンタＣに加算する値を変更するのは、バッテリ１２への負担が大きいパワーモードを使用しているときには、それだけバッテリ１２の劣化が早く進むと考えられるからである。
【００２１】その後、カウンタＣの値が、バッテリ１２の劣化を判定する閾値としての値Ｃｒｅｆを超えているか否かを判定し（ステップＳ２０６）、閾値Ｃｒｅｆを超えているときには、バッテリ１２は劣化していると判断してバッテリ１２の交換を促すためのＬＥＤ２８への点灯信号を出力して（ステップＳ２０８）本ルーチンを終了し、閾値Ｃｒｅｆ以下であるときには、バッテリ１２は未だ劣化していないと判断して、何もせずに本ルーチンを終了する。これにより、操作者が選択した制御モードに応じたバッテリ１２の劣化を判定することができる。
【００２２】以上説明した実施例のバッテリ充放電制御装置２０によれば、操作者の操作により、モータ１６が駆動性能を最大限発揮できるようにバッテリ１２の充放電を制御するパワーモードと、バッテリ１２の負担を軽減してその寿命を延ばすようにバッテリ１２の充放電を制御するロングライフモードとを切り替えて制御するから、バッテリ１２の寿命をより向上させることも可能となる。
【００２３】また、実施例のバッテリ充放電制御装置２０によれば、バッテリ１２の劣化を判定するに際し、選択された制御モードに応じてカウンタＣに加算する値を変更し、このカウンタＣの値に基づいてバッテリ１２の劣化を判定するから、バッテリ１２の充放電の制御に応じてより適切にバッテリ１２の劣化を判定することができる。
【００２４】実施例のバッテリ充放電制御装置２０では、操作者の操作により選択された制御モード（パワーモード，ロングライフモード）を実行するものとしたが、操作者の操作に限られず、例えば、バッテリ１２の劣化がある程度まで進んだときに、パワーモードからロングライフモードに自動切り替えしてバッテリの充放電制御を行なうものとしても構わない。
【００２５】実施例のバッテリ充放電制御装置２０では、パワーモードが実行された履歴とロングライフモードが実行された履歴とに基づいてバッテリ１２の劣化を判定するものとしたが、バッテリ１２への負担が大きいパワーモードが実行された履歴のみに基づいて、バッテリの劣化を判定するものとしても構わない。
【００２６】実施例のバッテリ充放電制御装置２０では、ロングライフモードのバッテリ１２の出力上限，回生上限の範囲をパワーモードよりも狭く制限してバッテリ１２の充放電を制御するものとしたが、ロングライフモードのバッテリの充放電電力や、温度、充放電時間などの範囲をパワーモードよりも小さい範囲に制限してバッテリの充放電を制御するものとしても構わない。バッテリの充放電電力や，温度，充放電時間の制限は、バッテリの充放電電力や，温度，充放電時間が設定された範囲を超えたときに、モータで消費又は回生される電力を低くする旨の制御信号をインバータ回路に対して出力することにより行なう。バッテリの充放電電力，温度を制限するのは、バッテリの充放電電力が大きくなるほど、又バッテリの温度が高くなるほど、バッテリの化学反応が活発となりバッテリの寿命低下につながることに基づき、バッテリの充放電時間を制限するのは、バッテリの充放電時間が長くなると、それだけバッテリが早く劣化することに基づいている。
【００２７】以上、本発明の実施の形態について実施例を用いて説明したが、本発明のこうした実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３２０７
【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
【住所又は居所】愛知県豊田市トヨタ町１番地
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| 【出願日】 |
平成１３年１２月２５日（２００１．１２．２５） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７５２５８
【弁理士】
【氏名又は名称】吉田 研二 （外２名）
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| 【公開番号】 |
特開２００３−１９９２１１（Ｐ２００３−１９９２１１Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１５年７月１１日（２００３．７．１１） |
| 【出願番号】 |
特願２００１−３９２２７７（Ｐ２００１−３９２２７７） |
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