ハイブリッドカーのバッテリ制御方法

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【発明の名称】	ハイブリッドカーのバッテリ制御方法
【発明者】	【氏名】松本健志【住所又は居所】大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内
【要約】	【課題】地図情報とナビゲーションシステムからの走行位置情報を利用して、ハイブリッドカーに搭載されるバッテリをより理想に近い状態で充放電させて、バッテリの劣化をできる限り少なくして寿命を長くする。可能な限りバッテリとモーターによる走行パターンの割合を増加させて、より理想に近い走行パターンで走行させる。【解決手段】ハイブリッドカーのバッテリ制御方法は、地図情報と、ナビゲーションシステム７から得られる走行位置情報に基づいて、ハイブリッドカーを駆動するモーター２に電力を供給するバッテリ１の充放電を許容する残容量範囲を変更する走行パターンとしている。

【特許請求の範囲】
【請求項１】地図情報と、ナビゲーションシステム(7)から得られる走行位置情報に基づいて、ハイブリッドカーを駆動するモーター(2)に電力を供給するバッテリ(1)の充放電を許容する残容量範囲を変更する走行パターンとするハイブリッドカーのバッテリ制御方法。
【請求項２】走行位置情報と地図情報から、ハイブリッドカーが走行する道路を坂道かどうかを判別し、坂道を走行するときに残容量範囲を変更する請求項１に記載されるハイブリッドカーのバッテリ制御方法。
【請求項３】走行位置情報と地図情報から、ハイブリッドカーの走行領域が市街地であるかどうかを判別し、市街地を走行するときに残容量範囲を変更する請求項１に記載されるハイブリッドカーのバッテリ制御方法。
【請求項４】ナビゲーションシステム(7)で目的地までの道順を検索し、検索された道順を走行予測情報として、残容量範囲を制御する請求項１に記載されるハイブリッドカーのバッテリ制御方法。
【請求項５】走行位置情報からハイブリッドカーが到着地に接近することを予測し、目的地に到着するときの残容量範囲を制御する請求項１に記載されるハイブリッドカーのバッテリ制御方法。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ハイブリッドカーのバッテリ制御方法に関し、とくにナビゲーションシステムから得られる走行予測情報に基づいて、バッテリの充放電パターンを最適なパターンに変更するバッテリ制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ハイブリッドカーは、モーターとエンジンの両方で走行して燃費を著しく向上できる特長がある。エンジンは、自動車を走行させると共に、発電機を駆動してバッテリを充電する。この方式で走行できるハイブリッドカーは、エンジンを熱効率のよい状態で運転して燃費を改善できる。したがって、ハイブリッドカーは、エンジンとモーターを最も効率のよい走行パターンに制御して燃費を改善している。すなわち、アクセル、ブレーキ、車速等のセンサーから入力される情報に基づいて、エンジンの出力とバッテリの充放電電流を制御して理想的な走行パターンで走行している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ハイブリッドカーは、バッテリとモーターを有効に使用して自動車を走行させることが大切であるが、バッテリとモーターでの走行割合を多くする走行パターンは、バッテリを充放電させる電流を大きくし、また一時に充放電される容量も大きくなって、バッテリにとって厳しい環境となる。バッテリは、非常に高価な部品である。このため、できる限り長寿命に使用できることが極めて大切である。しかしながら、モーターとバッテリによる走行割合を優先する走行パターンとすることと、バッテリの寿命を長くすることは互いに相反する特性であって、両方を満足するのが極めて難しい。
【０００４】このように厳しい環境で充放電されるバッテリは、できるかぎり長寿命に使用できるように、すなわち劣化を少なくするために、充放電を許容する残容量範囲を厳しく制限している。正確には放電を許容する最低容量と充電を許容する最高容量との範囲を制限している。充放電を許容する残容量範囲は、約５０％の近傍に設定される。過充電や過放電は言うにおよばず、深い充電と放電をも禁止するためである。残容量範囲を狭く制限することは、実質的には、バッテリを充電できる容量と放電できる容量を小さくする。すなわち、小型のバッテリを搭載しているのと同じ状態となる。したがって、バッテリに蓄えて、モーターで自動車を走行できるエネルギー量が小さくなる。また回生制動がバッテリを充電できる容量も少なくなって、制動時に消費するエネルギーを有効に回収できなくする。この弊害をさけるために、充放電を許容する残容量範囲を広くすると、バッテリの寿命が短くなってしまう。このため、バッテリを長寿命に保護しながら、バッテリとモーターの走行割合を多くすることができない。
【０００５】ところで、ナビゲーションシステムを使用した電気自動車用表示装置が開発されている（特許第３１７７８０６号）。この装置は、バッテリの残容量から電気自動車の走行可能距離を表示する。電気自動車は、ハイブリッドカーのようにバッテリを充電しながら走行するのではない。このため、充電したバッテリが完全に放電されると走行できなくなる。バッテリの残容量で走行できる位置をナビゲーションシステムの道上に示すことにより、ドライバーはどこまで移動できるかを確認できる。ハイブリッドカーは、バッテリで走行するが、バッテリを充電しながら走行できる。したがって、バッテリで何処まで走行できるかは大切でない。バッテリの充電量によらず、ガソリン量が走行距離を特定するからである。したがって、ナビゲーションシステムを使用する電気自動車用の表示装置を利用して、バッテリを保護しなが有効に充放電させて長寿命に使用することはできない。
【０００６】本発明は、地図情報とナビゲーションシステムからの走行位置情報を利用して、ハイブリッドカーに搭載されるバッテリをより理想に近い状態で充放電させることで劣化をできる限り少なくして寿命を長くし、さらに、可能な限りバッテリとモーターによる走行パターンの割合を増加させて、より理想に近い走行パターンで走行できるハイブリッドカーのバッテリ制御方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【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バッテリ制御方法は、地図情報と、ナビゲーションシステム７から得られる走行位置情報に基づいて、ハイブリッドカーを駆動するモーター２に電力を供給するバッテリ１の充放電を許容する残容量範囲を変更する走行パターンとしている。
【０００８】本発明のバッテリ制御方法は、走行位置情報と地図情報から、ハイブリッドカーが走行する道路を坂道かどうかを判別し、坂道を走行するときに残容量範囲を変更することができる。さらに、バッテリ制御方法は、走行位置情報と地図情報から、ハイブリッドカーの走行領域が市街地であるかどうかを判別し、市街地を走行するときに残容量範囲を変更することができる。さらに、バッテリ制御方法は、ナビゲーションシステム７で目的地までの道順を検索し、検索された道順を走行予測情報として残容量範囲を制御することができる。さらにまた、バッテリ制御方法は、走行位置情報からハイブリッドカーが到着地に接近することを予測し、目的地に到着するときの残容量範囲を制御することができる。
【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バッテリ制御方法を例示するものであって、本発明はバッテリ制御方法を以下のものに特定しない。
【００１０】さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００１１】ハイブリッドカーは、図１に示すように、エンジン３とモーター２の両方で走行する。エンジン３は、車輪５と発電機４を駆動する。発電機４は、バッテリ１の残容量が少なくなると充電して所定の残容量範囲に保持する。発電機４は、エンジン３で駆動されてバッテリ１を充電する。また制動時には、モーター２が発電機として車輪５に駆動されて発電し、回生制動しながらバッテリ１を充電する。バッテリ１に蓄えられた電気エネルギーは、エンジン３の効率が低下するときに、モーター２に出力される。このようにしてハイブリッドカーは、エンジン３の出力と、モーター２の出力を制御しながら、エンジン３とモーター２で効率よく走行して燃費を改善する。
【００１２】図２は、ハイブリッドカーに装備されるバッテリ制御装置の回路図である。この制御装置は、ハイブリッドカーのモーター２を駆動するバッテリ１と、このバッテリ１の制御回路６と、ハイブリッドカーの走行位置を検出するナビゲーションシステム７と、制御回路６にコントロールされてバッテリ１を充放電させる充放電回路８とを備える。
【００１３】バッテリ１は、多数の二次電池を直列に接続している。バッテリ１は、複数の二次電池を直列に接続して電池モジュールとし、さらに、この電池モジュールを直列に接続している。二次電池は、ニッケル－水素電池であるが、リチウムイオン二次電池も使用でき、さらにニッケル－カドミウム電池も使用できる。また、バッテリ１は、鉛蓄電池を多数直接に接続し、使用することもできる。
【００１４】ナビゲーションシステム７は、地図情報を記憶している記憶媒体９と、この記憶媒体９に記憶される地図情報を読み出しする読出回路１０と、ＧＰＳ衛星からの電波を受信し、受信した信号と、読出回路１０で読み出された地図情報に基づいてハイブリッドカーの位置を演算する信号処理回路１１と、信号処理回路１１で演算された位置情報を地図の上に表示するモニタ１２と、信号処理回路１１を操作する操作回路１３とを備える。
【００１５】記憶媒体９は、道路勾配を含む地図情報、すなわち坂道の登り勾配あるいは下り勾配と距離を記憶している。また、記憶媒体９は、市街地、高速道路、郊外、信号、交差点、道幅等の地図情報も記憶している。
【００１６】信号処理回路１１は、ハイブリッドカーの位置と地図情報から、ハイブリッドカーが走行する道路を予測して、走行予測情報をバッテリ１の制御回路６に出力する。さらに、信号処理回路１１は、操作回路１３から目的地が入力されて、目的地が設定されると、現在地から目的地までの間で走行するのに最適な道路を検索し、検索された道順を走行予測情報として、バッテリ１の制御回路６に出力する。さらにまた、信号処理回路１１は、記憶媒体９に記憶される自宅情報に基づいて、現在地から自宅までの道順を検索し、検索された道順を走行予測情報としてバッテリ１の制御回路６に出力する。さらに、目的地や自宅に接近することも予測し、目的地や自宅に到着するまで走行予測情報をバッテリ１の制御回路６に出力する。さらに、信号処理回路１１は、渋滞情報を検出する渋滞情報検出回路（図示せず）も備えている。渋滞情報検出回路は、電波ビーコン、光ビーコン、ＦＭ多重放送等を受信してＶＩＣＳ情報を検出し、ハイブリッドカーがこれから走行する道路の渋滞状況を検出する。検出した渋滞情報は、バッテリ１の制御回路６に出力される。渋滞情報は、渋滞している道路の場所、渋滞距離、渋滞の程度等を示す情報である。
【００１７】操作回路１３は、複数の押しボタンスイッチやキーボードを備えており、目的地や自宅の情報を信号処理回路１１に出力する。信号処理回路１１は、入力された自宅情報を記憶媒体９に記憶させる。
【００１８】バッテリ１の制御回路６は、地図情報と、ナビゲーションシステム７から入力される走行位置情報に基づいて、バッテリ１の充放電を許容する残容量範囲を変更する走行パターンを決定する。地図情報は、ナビゲーションシステム７から制御回路６に入力する。ただ、信号処理回路に地図情報を記憶させることもできる。また、信号処理回路に電話等の通信回線を接続して、通信回線から地図情報を得ることもできる。
【００１９】制御回路６は、バッテリ１の残容量が残容量範囲の最低値よりも低くなると、放電を禁止して充電のみ許容し、残容量範囲の最高値よりも高くなると充電を禁止して放電のみを許容する。バッテリ１の残容量が残容量範囲にあるときは、充放電を許容する。制御回路６は、バッテリ１の充放電を以上のように制御して、バッテリ１の残容量を残容量範囲に保持する。ただし、制御回路６は、バッテリ１の残容量を補正し、あるいはメモリ効果を解消するために深く放電するような特別モードにおいては、残容量が残容量範囲を越えるようにバッテリ１を充放電させる。
【００２０】図３は、制御回路６が、地図情報と、ナビゲーションシステム７から入力される走行位置情報に基づいて、バッテリ１の残容量範囲を変更する状態を示している。この図は、ハイブリッドカーが、郊外、峠や山道、郊外、市街地、郊外、渋滞領域、目的地の順番で走行するときに、制御回路６が残容量範囲を変更する状態を示している。制御回路６は、地図情報とナビゲーションシステム７から入力される走行位置情報からハイブリッドカーが郊外を走行していることを検出する。ハイブリッドカーが郊外を走行していると検出するとき、制御回路６は、残容量範囲を標準範囲に設定する。郊外は市街地のように頻繁に停止、発進しないのでモーター２を使用する発進の頻度が少ないので、バッテリ１の保護を優先して残容量範囲を標準範囲に設定する。
【００２１】ハイブリッドカーが峠や山を越えるときは、上り坂のときと下り坂のときで、残容量範囲を変更する。バッテリ１の制御回路６は、地図情報とナビゲーションシステム７から入力される走行位置情報からハイブリッドカーが峠や山道を走行することを検出する。坂道を上るときは、モーター２での加速割合が多くなるので、バッテリ１の放電を多くでき、かつ頂上で残容量が少なくなるように残容量範囲を次第に低くする。峠や山の頂上では、その後の下り坂を走行するときに、より回生制動して多量の電気エネルギーを回収できるように、残容量範囲を最低値に設定する。坂道を下るときには、回生制動でエネルギーを回収してバッテリ１を充電するので、残容量範囲を次第に大きく設定する。坂道を下った状態で目的地まで距離があるときは、坂道を下った時には、一時的に残容量範囲の最大容量を標準値よりも高くすることができる。目的に到着するまでにバッテリ１を放電して、残容量範囲を標準範囲にできるからである。峠や山道は、坂道の勾配や高さを考慮して、残容量範囲を実線で示すように、あるいは鎖線で示すように変更する。高い山や峠を越えるときは、頂上での残容量範囲を低く設定する。さらに、図の走行パターンでは、頂上での残容量範囲の幅を狭くしている。ハイブリッドカーが頂上に登ったときにバッテリ１の残容量が多いと、その後の下り坂で有効にエネルギーを回生制動して回収できなくなるので、頂上ではバッテリ１の残容量が必ず小さくなるように設定している。
【００２２】市街地を走行するときは、残容量範囲を大きく、とくに残容量範囲の最大容量を大きくして、残容量範囲の幅を広くする。バッテリ１の制御回路６は、地図情報とナビゲーションシステム７から入力される走行位置情報からハイブリッドカーが市街地を走行していることを検出する。市街地は、信号停止が多いので、信号待ちで頻繁にハイブリッドカーを加速して、バッテリ１を放電してモーター２が加速できる割合を多くするためである。さらに、ハイブリッドカーが渋滞地域を走行するとき、渋滞地域は、ハイブリッドカーの停止と発進の頻度が多くなるので、残容量範囲を大きくし、とくに残容量範囲の最大容量を大きくして、頻繁に停止するハイブリッドカーを繰り返しモーター２で加速できるようにする。渋滞地域を走行することは、ナビゲーションシステム７から入力される渋滞情報で検出される。図の走行パターンでは、市街地や渋滞地域を走行し始めてから、残容量範囲が大きくなるように制御している。ただ、制御回路６は、目的地や自宅に到着するまでの道順の走行予想情報、さらには車の現在位置と進行方向から市街地や渋滞地帯に接近していることを予測して、図の一点鎖線で示すように、市街地や渋滞地域を走行し始める前に、残容量範囲が大きくなるように制御することもできる。
【００２３】さらに、ハイブリッドカーが、目的地や自宅等の到着地に近付くと、バッテリ１の制御回路６は、到着地に接近することを予測して、目的地に到着するときの残容量範囲を標準範囲よりもさらに狭い範囲に変更する。ハイブリッドカーが目的地に接近するときに、制御回路６はバッテリ１を充放電させて、バッテリ１の残容量を狭い残容量範囲とする。この状態で設定される残容量範囲は、バッテリ１を充放電しないで放置して、最も劣化の少ない残容量範囲とする。この方法は、ハイブリッドカーが到着地に到着してイグニッションスイッチをオフにするときに、バッテリ１を保存に理想的な残容量に制御する。このため、イグニッションスイッチをオフにする状態で、バッテリ１の劣化を最小にできる。
【００２４】ハイブリッドカーが到着地に近付くことは、ナビゲーションシステム７で検出する。到着地は、目的地を入力することによってナビゲーションシステム７の信号処理回路１１が地図情報から道順を演算して検出した地点であり、あるいは、予め記憶されている自宅である。ナビゲーションシステム７の走行位置情報から、ハイブリッドカーが到着地に接近し、また到着することが検出される。バッテリ１の制御回路６は、ハイブリッドカーが到着地に到着するに従って、残容量範囲を狭くし、到着地で最小範囲となるように制御する。
【００２５】図３は、ハイブリッドカーが、郊外、峠や山道、市街地、渋滞地域等の異なる走行領域を走行するとき、あるいは到着地に到着するときに、制御回路６が残容量範囲を次第に増加させ、あるいは次第に減少するように制御している。図示しないが、制御回路６は、ハイブリッドカーが異なる走行領域に移動するとき、段階的に残容量範囲を変更することもできる。また、残容量範囲は。その大きさ幅の両方を変更し、あるいは最大値と最小値のいずれか一方を変更することもできる。
【００２６】バッテリ１の制御回路６は、ハイブリッドカーの中央制御装置から入力される制御信号により、バッテリ１の残容量が残容量範囲となるように、充放電回路８を制御してバッテリ１を充放電させる。制御回路６は、充放電回路８を制御して、バッテリ１の充放電電流を制御し、バッテリ１でモーター２を駆動し、あるいは発電機４でバッテリ１を充電する。
【００２７】
【発明の効果】本発明のバッテリ制御方法は、ハイブリッドカーに搭載されるバッテリをより理想に近い状態で充放電して劣化をできる限り少なくして寿命を長くしながら、可能な限りバッテリとモーターによる走行パターンの割合を増加させて、理想に近い走行パターンで走行できる。それは、本発明の制御方法が、ナビゲーションシステムから得られる走行予測情報に基づいて、充放電を許容する残容量範囲を変更する走行パターンとするからである。たとえば、ハイブリッドカーがこれから走行する道路が、坂を登った後に坂を下る峠や山越えのときには、坂を登るときに残容量範囲を低く設定する走行パターンとする。この走行パターンで峠を越えると、坂を登るときにモーターの動力を有効に使用できる。また、峠や山の頂上ではバッテリの残容量が低くなっているので、坂を下るときの回生制動でバッテリを有効に充電してエネルギーの回収量を多くできる。さらに、市街地を走行する走行予測情報が入力されると、バッテリの充放電を許容する残容量範囲を大きくして、信号待ち等での発進時にモーターによる動力を有効に利用して燃費を向上する。また、目的地に到着する目的地到着予測情報が入力されると、目的地に到着するまでの間の走行パターンを制御して、目的地に到着したときには、バッテリを保存するときに最も劣化の少ない残容量、たとえば５０％となるようにすれば、ハイブリッドカーを停止させる状態でのバッテリの劣化を最小にできる。

【出願人】	【識別番号】０００００１８８９【氏名又は名称】三洋電機株式会社【住所又は居所】大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号
【出願日】	平成１４年２月４日（２００２．２．４）
【代理人】	【識別番号】１０００７４３５４【弁理士】【氏名又は名称】豊栖康弘
【公開番号】	特開２００３－２３５１０６（Ｐ２００３－２３５１０６Ａ）
【公開日】	平成１５年８月２２日（２００３．８．２２）
【出願番号】	特願２００２－２６９４６（Ｐ２００２－２６９４６）