バッテリ充放電制御装置
【課題】ハイブリッド電気自動車のバッテリ充放電制御装置に関し、登坂路走行時に、バッテリの温度上昇に起因したバッテリの充放電電流の抑制を不要にできるようにする。
【解決手段】走行用トルクを出力しうるエンジン１及び電動発電機４と、電動発電機４による発電電力によって充電可能なバッテリ４０と、をそなえたハイブリッド電気自動車に装備され、車両の前方の道路状況を取得する手段６０と、取得された車両前方の道路状況に基づいて車両前方に登坂路があるか否かを判定する手段３０ａと、登坂路ありと判定しない限りバッテリ温度がバッテリ４０の上限温度近傍の温度よりも高くなった場合にバッテリ４０の充放電を制限し、登坂路ありと判定したら車両が登坂路に進入するまではバッテリ４０の温度が第１の所定温度よりも低い第２の所定温度よりも高くなった場合にバッテリ４０の充放電を制限する制御手段３０ｄと、を備える。
【解決手段】走行用トルクを出力しうるエンジン１及び電動発電機４と、電動発電機４による発電電力によって充電可能なバッテリ４０と、をそなえたハイブリッド電気自動車に装備され、車両の前方の道路状況を取得する手段６０と、取得された車両前方の道路状況に基づいて車両前方に登坂路があるか否かを判定する手段３０ａと、登坂路ありと判定しない限りバッテリ温度がバッテリ４０の上限温度近傍の温度よりも高くなった場合にバッテリ４０の充放電を制限し、登坂路ありと判定したら車両が登坂路に進入するまではバッテリ４０の温度が第１の所定温度よりも低い第２の所定温度よりも高くなった場合にバッテリ４０の充放電を制限する制御手段３０ｄと、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド電気自動車に用いるバッテリ充放電制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の走行駆動源として、内燃機関（以下、エンジンとも言う）と電動発電機（以下、電動モータ、又は単に、モータとも言う）とを搭載したハイブリッド電気自動車が実用化されている。このハイブリッド電気自動車では、電動モータの力行時の電力供給のためや、モータの回生制動時の発電電力による充電（エネルギ回収）を行なうために、バッテリが装備される。特に、モータの回生電力によるバッテリの充電は、燃費向上に寄与する。
【０００３】
このようなバッテリには、リチウムイオン電池等の二次電池が用いられるが、リチウムイオン電池等、二次電池の多くは、大電流で放電した場合には発熱を生じる。一方、充電した場合には吸熱反応を生じるが、自動車に搭載されるバッテリの場合は、通常、単電池を多数直列に接続した電池群（電池パック）として構成しているので、単電池以外の他の直列接続を行なうための金属部が発熱を生じる可能性がある。繰り返し大きな充放電電流を流した場合には、電池群を構成する各単電池の温度が連続的に上昇してしまう。
【０００４】
かかる二次電池は、過剰に放電したり過剰に充電したりする場合だけでなく、高温で連続的に使用される場合に、劣化が加速する。
このため、このような二次電池に対しては、その充電量（ＳＯＣ：State Of Charge）が所定の範囲に維持されるように制御するだけでなく、その温度状態が過剰に高温にならないように制御することが必要になる。
【０００５】
これに関し、特許文献１には、電池群（電池パック）に流れる充放電電流から電池群を構成する各単電池の所定時間経過後の発熱量を推定し、この推定した発熱量が予め定められた設定値を越えるか否かを判断し、設定値を越えると判断したときには、電池群に流れる充放電電流を抑制して、使用中の単電池の温度上昇を抑制し、その結果として発熱による単電池の劣化を防止する技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−８１９５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、ハイブリッド電気自動車の場合、エンジンを運転すると共に電動モータを力行運転することにより大きな駆動トルクを得ることができる。登坂路を走行する際には、大きな車両駆動トルクが必要になるが、このようにエンジンと電動モータとを共に利用して車両を走行駆動することにより、大きな車両駆動トルクが得られ、車速の低下を招くことなく走行することができる。
【０００８】
また、観点を変えれば、電動モータの駆動トルクの分だけ、エンジンの駆動トルク負担を軽減することができ、エンジンの運転状態を最良燃費点に近づけることができる。これにより、エンジンの燃料消費を節約することができる。
特に、積荷や乗員によって車重が大きく増大するトラックやバス等の大型商用車の場合、大きな車両駆動トルクが得られることや、エンジンの燃料消費を低減できることは、営業運転の観点からもメリットが大きい。
【０００９】
ところが、登坂路を走行する際に、上述のように、バッテリの温度が高くバッテリの温度上昇を抑制するために、バッテリの充放電電流を抑制或いは規制しなくてはならない場合が考えられる。この場合には、電動モータの力行運転による出力トルクを抑制すべき状況や、モータトルクを発生させること自体ができない状況が考えられ、車速の低下を招いたり、エンジンの駆動トルク負担の増大による燃料消費の増大を招いたりしてしまう。特許文献１等の従来技術では、このような課題に関する対策はなされていない。
【００１０】
本発明は、かかる課題に鑑み創案されたものであり、登坂路を走行する際に、バッテリの温度上昇に起因したバッテリの充放電電流の抑制を不要にすることができるようにした、バッテリ充放電制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するために、本発明のバッテリ充放電制御装置は、車両の走行用トルクを出力しうるエンジンと、前記車両の走行用トルクを出力しうると共に前記エンジンの駆動による発電及び制動時のエネルギ回生による発電が可能な電動発電機と、前記電動発電機による発電電力によって充電可能なバッテリと、をそなえたハイブリッド電気自動車に装備され、前記バッテリの温度を検出するバッテリ温度検出手段と、前記車両の前方の道路状況を取得する道路状況取得手段と、前記道路状況取得手段により取得された前記車両前方の道路状況に基づいて、前記車両の前方に登坂路があるか否かを判定する登坂路判定手段と、前記登坂路判定手段が登坂路ありと判定しない限り、前記バッテリの温度が前記バッテリの上限温度又は該上限温度近傍の温度である第１の所定温度よりも高くなった場合に前記バッテリの充放電を制限し、前記登坂路判定手段が登坂路ありと判定したら、前記車両が前記登坂路に進入するまでは、前記バッテリの温度が前記第１の所定温度よりも所定温度差だけ低い第２の所定温度よりも高くなった場合に前記バッテリの充放電を制限する制御手段と、を備えていることを特徴としている。
【００１２】
前記バッテリの充電量を検出するバッテリ充電量検出手段を更に備え、前記制御手段は、前記バッテリ充電量検出手段により検出された前記充電量が所定充電量（ＳＯＣ下限側の値）未満の場合には、前記バッテリの放電を制限すると共に前記バッテリの充電を前記バッテリの温度が前記第１の所定温度よりも高くなった場合に制限し、前記充電量が前記所定充電量以上の場合には、前記車両が前記登坂路に進入するまでは、前記バッテリの温度が前記第２の所定温度よりも高くなった場合に前記バッテリの充放電を制限することが好ましい。
【００１３】
前記車両の車速を検出する車速検出手段をさらに備え、前記制御手段は、前記車速検出手段により検出された前記車速と、前記道路状況取得手段により取得された前記前方の道路状況とに基づいて、前記電動発電機の出力トルクを用いて前記登坂路を走行する際に前記電動発電機に発生する発熱量を求めて、この発熱量に基づいて前記所定温度差を設定することが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のバッテリ充放電制御装置によれば、車両の前方に登坂路がある場合、バッテリの温度が、バッテリの上限温度又はこの上限温度近傍の温度である第１の所定温度よりも所定温度だけ低い第２の所定温度に到達したら、車両が登坂路に進入するまではバッテリの充放電を制限するので、車両が登坂路に進入した際に、バッテリの温度は上限温度よりも低い状態になり、バッテリ温度に起因したバッテリの充放電制限は行なわれないので、バッテリの電力を用いて電動発電機により発生する駆動トルクを用いて登坂路を走行することができる。
【００１５】
したがって、エンジンと電動発電機とを共に利用して車両を走行駆動することにより、大きな車両駆動トルクが得られ、登坂路における車速の低下を防止することができる。
また、電動発電機による駆動トルクの分だけ、エンジンの駆動トルク負担を軽減することができ、エンジンの運転状態を最良燃費点に近づけることができる。これにより、エンジンの燃料消費を節約することができる。
【００１６】
特に、積荷や乗員によって車重が大きく増大するトラックやバス等の大型商用車の場合、大きな車両駆動トルクが得られることや、エンジンの燃料消費を低減できることは、営業運転の観点からもメリットが大きい。
また、バッテリの充電量が、所定充電量未満の場合には、登坂路走行時にバッテリの放電を許容できるようにするよりもバッテリの充電量の回復が急務であり、この場合には、バッテリの放電を制限すると共にバッテリの充電をバッテリの温度が第１の所定温度よりも高くなった場合に制限するので、バッテリの充電がバッテリの温度が第１の所定温度に上昇するまでは制限されず、バッテリの温度を管理しながらその充電量を回復させることができる。
【００１７】
車速と車両前方の道路状況とに基づいて、電動発電機の出力トルクを用いて登坂路を走行する際に電動発電機に発生する発熱量を求めて、この発熱量に基づいて第１の所定温度と第２の所定温度との温度差（所定温度差）を設定すれば、登坂路において電動発電機を利用して車両を走行駆動した場合にもバッテリの温度が過剰に上昇しないように管理することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態にかかるバッテリ充放電制御装置が適用されるハイブリッド電気自動車の動力系の構成図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかるバッテリ充放電制御装置による制御を説明するタイムチャートである。
【図３】本発明の一実施形態にかかるバッテリ充放電制御装置による制御を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。
図１は本実施形態にかかるハイブリッド電気自動車の動力系の構成図、図２は本バッテリ充放電制御装置による制御を説明するタイムチャート、図３は本バッテリ充放電制御装置による制御を説明するフローチャートである。これらの図を参照して説明する。
【００２０】
〔動力系の構成〕
まず、本実施形態にかかるバッテリ充放電制御装置が適用されるハイブリッド電気自動車の動力系の構成を説明する。
本実施形態にかかるハイブリッド電気自動車は、例えば、トラック又はバスといった商用車であり、ディーゼルエンジンを搭載している。
図１に示すように、車両の前部には、駆動系として、エンジン（内燃機関）１，クラッチ２，モータ（電動発電機）３及び変速機（トランスミッション）４を備えている。
クラッチ２は、エンジン１とモータ３との間に介装され、クラッチ２を遮断すれば、エンジン１は車両の駆動系から切り離されて動力伝達はなされず、クラッチ２を接続すれば、エンジン１は車両の駆動系に加わり動力伝達がなされる。
【００２１】
モータ３は、その直下流側の変速機４と常時接続されており、インバータ４１によって作動を制御される。インバータ４１は、力行時には、バッテリ（例えば、リチウムイオン電池等の充放電可能な二次電池の単電池（セル）が複数個直列接続された電池群）４０からモータ３に電力を供給して出力トルクを発生させる電動機として機能させ、回生制動時には、車両の運動エネルギを用いて電力を発電（回生発電）する発電機としてモータ３を機能させ、回生発電による電力をバッテリ４０の充電に用いるよう構成される。
【００２２】
変速機４は、その入力軸がモータ３の回転軸に接続されており、この変速機４の出力軸は、プロペラシャフト５，ディファレンシャル６，ドライブシャフト７等を備えた動力伝達系を介して、駆動輪（ここでは、左右の後輪）８に接続されている。
したがって、車両の力行時には、変速機４の入力軸に入力された駆動トルクを、選択された変速段に応じた変速比で変速して動力伝達系に出力する。この場合、クラッチ２を接続すれば、このクラッチ２を介して伝達されたエンジン１およびモータ３の両出力トルクが変速機４に入力され、クラッチ２を遮断すれば、モータ３のみの出力トルクが変速機４に入力される。
【００２３】
また、回生制動時には、車両の運動エネルギによる回転トルクが駆動輪８から動力伝達系７，６，５を経て変速機４に入力され、駆動輪８からの入力回転が変速機４の変速段に応じた変速比で変速されて、発電機として機能するモータ３を回転駆動し、車両の制動と共に回生発電を実施することができる。この場合、クラッチ２を遮断すれば、車両の運動エネルギが発電機としてのモータ３の駆動のみに利用され、効率よくエネルギ回収を行なうことができる。また、クラッチ２を接続すれば、インバータ４１によるモータ３の制御による回生ブレーキとエンジンブレーキとの併用や、エンジンブレーキのみの作動を行なうことができる。
【００２４】
〔制御系の構成〕
エンジン１，クラッチ２，モータ３，バッテリ４０及びインバータ４１の制御又は管理は、コンピュータを用いた電子制御によって行なわれるようになっている。
エンジン１を制御するためにエンジンＥＣＵ３１が、モータ３の作動を操作するインバータ４１を制御するためにインバータＥＣＵ３２が、バッテリ４０を管理するためにバッテリＥＣＵ３３が、それぞれ設けられ、これらのエンジンＥＣＵ３１，インバータＥＣＵ３２，バッテリＥＣＵ３３及びクラッチ２を制御するために、車両ＥＣＵ３０が設けられている。
【００２５】
これらの各ＥＣＵ３０，３１，３２，３３は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，入出力回路等からなるコンピュータであって、適宜の機器類が付設又は接続されている。
車両ＥＣＵ３０は、車両の走行状態（例えば、車速），車両への駆動又は制動指令の状態（例えば、アクセル操作量やブレーキ操作量）や、バッテリ４０の充電量（以下、充電量の値を「ＳＯＣ」で示す），バッテリ４０の温度状態等に基づいて、エンジンＥＣＵ３１，インバータＥＣＵ３２，バッテリＥＣＵ３３及びクラッチ２を制御する。
【００２６】
また、バッテリＥＣＵ３３には、バッテリ４０の充放電電流を検出するバッテリ電流センサ５１と、バッテリ４０の充放電電圧を検出するバッテリ電圧センサ５２と、バッテリ４０の充放電回数を検出するバッテリ充放電カウンタ５４とが接続されており、バッテリ４０の充電量ＳＯＣは、このバッテリＥＣＵ３３によって、バッテリ４０の充放電時の電流，電圧に基づいて算出される。したがって、バッテリＥＣＵ３３は、バッテリ充電量検出手段に相当する。
【００２７】
これらの各センサ５１，５２やカウンタ５４は、バッテリ４０の各セルに接続され、この各セルの電流，電圧，充放電回数を検出してもよいし、幾つかのセルに対して一つのセンサが接続され、この幾つかのセルの電流，電圧，温度，充放電回数を検出してもよいし、これらの各セルに対してまたは幾つかのセルに対して１つのセンサを接続することを適宜組み合わせて各センサを配設してもよい。
【００２８】
また、インバータＥＣＵ３２は、インバータ４１を制御することにより、インバータ４１に接続されたモータ３及びバッテリ４０の電力の授受を管理する。例えば、モータ３の回生発電による発電電力をバッテリ４０の充電にあてる。
車両ＥＣＵ３０は、駆動時には、アクセル操作量に基づいて、車両に必要な駆動トルクを設定すると共に、エンジン１とモータ３との何れを使用するか或いは両方を使用するかを設定し、エンジン１とモータ３との両方を使う場合には駆動トルクの配分を行なう。エンジンＥＣＵ３１やインバータＥＣＵ３２は、車両ＥＣＵ３０により設定された駆動トルクを出力するようにエンジン１又はモータ３の作動を制御する。
【００２９】
例えば車両の発進時には、基本的には、クラッチ２を切ってモータ３のみの駆動トルクを用い、その後の走行時には、エンジン１を始動させてクラッチ２を接続して、エンジン１の駆動トルクを主体に、モータ３の駆動トルクを補助的に用いて走行する。ただし、バッテリ４０の充電量が不足している場合や、バッテリ４０の温度が所定温度以上に昇温している場合には、発進時や走行時にモータ３を用いずエンジン１のみを用いて走行する。
【００３０】
また、制動時には、基本的には、クラッチ２を切って駆動輪８の回転エネルギをモータ３のみに送って回生発電を行なう。この回生発電による電力は、通常は、バッテリ４０の充電に用いられる。
ただし、バッテリ４０の充電量ＳＯＣが上限（満充電）又は上限の近傍（略満充電）に達している場合や、バッテリ４０の温度が所定温度以上に昇温している場合には、回生発電による電力をバッテリ４０の充電に用いることはできない。
【００３１】
つまり、バッテリ４０は充電量が過剰に高くなると発熱を伴いながら劣化が促進される。また、充電量が過剰に低下しても劣化を招く。そこで、車両ＥＣＵ３０は、バッテリ４０の充電量も管理する。
さらに、バッテリ４０は温度が過剰に高くなると劣化が促進される。そこで、車両ＥＣＵ３０は、バッテリ４０の温度も管理する。
【００３２】
特に、この温度管理に関しては、重量の大きな商用車の場合特に重要である。
つまり、前述のように、本ハイブリッド電気自動車は、重量の大きな商用車であり、輸送可能な重量を確保することや積載スペースを確保することが重要であり、更には、車両コストの高騰を抑えることも重要である。また、ハイブリッド自動車を適用する第１の目的は燃費改善効果である。したがって、このような商用車に必要な条件とのバランスを考慮して、このバッテリ４０は、車両の大きさに対するバッテリ容量（充電容量，熱容量）が、通常のハイブリッド電気自動車の乗用車の場合よりも相対的に小さいものが搭載されている。
【００３３】
さらに、商用車の場合、積載重量を確保し効率良く輸送をする観点から、乗用車に比べて大型車両が多く、このため、モータ３の高トルクの力行運転や回生制動を行なう場合も多い。つまり、限られた容量のバッテリ４０で、力行運転のためのモータの放電や回生制動によるモータの充電を大電流で行う場合が多く発生する。バッテリ４０は小容量なので熱容量も小さいため、バッテリ４０で大きな熱量の発熱を伴うモータ３の高トルクの力行運転や回生制動を行なうと、バッテリ４０の各単電池自体の発熱や単電池間を接する金属部の発熱によるバッテリ４０の温度上昇も著しくなる。
【００３４】
バッテリ４０は高温状態になると劣化が促進するので、車両ＥＣＵ３０が、バッテリ４０の温度が過剰に上昇しないようにするバッテリ４０の温度管理は極めて重要である。
このバッテリ４０の温度管理のために、バッテリ４０には、バッテリ４０の温度を検出するバッテリ温度センサ５３が装備され、このバッテリ温度センサ５３が、検出したバッテリ温度ＴＢ情報が車両ＥＣＵ３０に入力されるように接続される。
【００３５】
また、バッテリ４０の充電量の管理のために、車両ＥＣＵ３０に接続されたバッテリＥＣＵ３３から算出されたバッテリ４０の充電量ＳＯＣが入力されるように接続される。
さらに、本装置の場合、単に、バッテリ４０の充電量や温度を管理するだけでなく、車両の前方に登坂路がある場合に、この登坂路の走行に可能な限りバッテリ４０の電力を利用して発生するモータ２の出力トルクを利用して走行することができるように、車両ＥＣＵ３０は、特有のバッテリ管理を行なうようになっている。
【００３６】
このようなバッテリ４０の管理のために、車両ＥＣＵ３０には、登坂路判定手段３０ａと、発熱量推定手段３０ｂと、温度設定手段３０ｃと、充放電制限手段３０ｄとが、何れもコンピュータソフトウェアによる機能要素として設けられている。以下、これらを説明する。
【００３７】
〔バッテリ管理の制御〕
登坂路判定手段３０ａは、道路状況取得手段６０から車両ＥＣＵ３０に入力される車両前方の道路状況の情報に基づいて、自車両の前方に登坂路があるか否かを判定する。本実施形態では、道路状況取得手段６０に、車両に搭載されたナビゲーションシステムが流用されている。
つまり、この車載ナビゲーションシステムは、各地点の位置情報に高度情報が付加された地図データが登録された地図データベース（記憶装置）と、自車両の現在位置を判定する現在位置判定機能とを備え、自車両の走行予定ルートを設定すれば、上記地図データと判定した自車両の現在位置とから、自車両が走行しようとしている前方の道路を特定することができるので、この自車両の前方の道路各点の、自車両の現在位置からの距離と高度とを情報として取得し出力することができ、道路状況取得手段６０として機能する。
【００３８】
登坂路判定手段３０ａは、自車両の現在位置から予め設定された距離（道のり）の範囲内の道路の各点の高度を検出して、予め定められた距離（道のり）以上にわたって高度が連続的に上昇する箇所を登坂路であると判定する。そして、自車両の前方における設定距離（道のり）の範囲内に登坂路があれば、「自車両の前方に登坂路がある」と判定し、自車両前方の設定距離範囲内に登坂路がなければ、「自車両の前方に登坂路がない」と判定する。
【００３９】
発熱量推定手段３０ｂは、登坂路判定手段３０ａにより「自車両の前方に登坂路がある」と判定されると、この登坂路において、バッテリ４０を放電させて発生するモータ２の出力トルクを利用して走行する場合のバッテリ４０の発熱量ＱＢを推定する。なお、ここでは、バッテリ４０の各セルの放電に応じた発熱量ＱＢＩＮ１及び各セル間の金属部分の通電による発熱量ＱＢＩＮ２から、下式（１）のようにバッテリ４０の発熱量ＱＢを推定する。
ＱＢ＝ＱＢＩＮ１＋ＱＢＩＮ２・・・（１）
【００４０】
なお、セルの放電に応じた発熱ＱＢＩＮ１は各セルの内部抵抗Ｒ１（既知の値）と瞬時瞬時の電流値Ｉの二乗Ｉ２との乗算値ＲＩ２を時間積分した値∫Ｒ１Ｉ２ｄｔに比例するので、登坂路走行時の電流値Ｉを一定値ＩＵＳとし登坂路走行時間をｔ１として下式（２）により算出できる。また、各セル間の金属部分の通電による発熱ＱＢＩＮ２は金属部分の抵抗Ｒ２（既知の値）と瞬時瞬時の電流値Ｉの二乗Ｉ２との乗算値Ｒ２Ｉ２を時間積算した値Ｒ２Ｉ２ｔに比例するので、登坂路走行時の電流値Ｉを一定値ＩＵＳとし登坂路走行時間をｔ１として下式（３）により算出できる。なお、登坂路走行時間ｔ１は登坂路の長さＬと登坂路を走行する想定車速Ｖとから下式（４）により算出できる。
ＱＢＩＮ１＝Ｃ１・Ｒ１Ｉ２ｔ１ Ｃ１：比例乗数・・・（２）
ＱＢＩＮ２＝Ｃ２・Ｒ２Ｉ２ｔ１ Ｃ２：比例乗数・・・（３）
ｔ１＝Ｌ／Ｖ ・・・（４）
【００４１】
温度設定手段３０ｃは、第１設定温度ＴＢ１から所定の温度差ΔＴＢを減算して第２設定温度ＴＢ２を設定する。なお、第１設定温度ＴＢ１は、バッテリ４０の温度ＴＢをこれ以上に上昇させるとバッテリ４０の劣化が許容限度以上に促進されると推定されるバッテリ４０の管理上の上限温度又は上限温度付近（上限温度よりもマージン分だけ低い）温度である。
【００４２】
また、所定の温度差ΔＴＢは、車両がモータ２の出力トルクを利用して登坂路を走行する際にバッテリ４０の発熱によってバッテリ４０の温度が上昇する温度上昇分であって、この温度上昇分（所定の温度差）ΔＴＢは上記の発熱量推定手段３０ｂによって推定される発熱量ＱＢと比例するので、下式（５）により算出できる。したがって、第２設定温度ＴＢ２は下式（６）により算出できる。
ΔＴＢ＝Ｃ・ＱＢ Ｃ：比例乗数 ・・・（５）
ＴＢ２＝ＴＢ１−ΔＴＢ ・・・（６）
【００４３】
充放電制限手段３０ｄは、バッテリＥＣＵ（充電量検出手段）３３により算出（検出）された充電量ＳＯＣが所定充電量ＳＯＣｍｉｎ未満の場合には、充電は制限しないが放電は制限する。なお、所定充電量ＳＯＣｍｉｎは、充電量ＳＯＣが過剰に低下するとバッテリ４０の劣化を招くので、充電量ＳＯＣを管理する許容下限値として設定される値である。なお、充電や放電の制限とは、ここでは充電や放電を完全に禁止するものとする。
【００４４】
充放電制限手段３０ｄは、バッテリＥＣＵ（充電量検出手段）３３により算出された充電量ＳＯＣが所定充電量ＳＯＣｍｉｎ以上あっても、バッテリ４０の温度ＴＢが判定基準温度ＴＢＳよりも高くなった場合には、バッテリの充電も放電も制限する。ただし、通常は、判定基準温度ＴＢＳを、バッテリ４０の上限温度又は該上限温度近傍の温度である第１の所定温度ＴＢ１とするが、登坂路判定手段３０ａが登坂路ありと判定したら、車両が登坂路に進入するまでは、判定基準温度ＴＢＳを、上記のように第１の所定温度ＴＢ１よりも所定温度差ΔＴＢだけ低い第２の所定温度ＴＢ２として判定し、バッテリ４０の充放電を制限する。
【００４５】
〔作用、効果〕
本発明の一実施形態にかかるバッテリ充放電制御装置は、上述のように構成されるので、例えば、図２，図３に示すように、車両ＥＣＵ３０がバッテリ４０の充放電を制御する。
つまり、図３に示すように、まず、道路状況取得手段６０からの自車両の前方の道路状況の情報と、バッテリＥＣＵ（バッテリ充電量検出手段）３３からのバッテリ充電量ＳＯＣと、バッテリ温度センサ５３からのバッテリ温度ＴＢとを取得する（ステップＳ１０）。
【００４６】
そして、バッテリ充電量ＳＯＣが所定充電量ＳＯＣｍｉｎ未満か否かを判断し（ステップＳ２０）、バッテリ充電量ＳＯＣが所定充電量ＳＯＣｍｉｎ未満の場合には、放電を制限する（ステップＳ８０）。したがって、バッテリ４０への充電がなくてもバッテリ充電量ＳＯＣは所定充電量ＳＯＣｍｉｎの付近に保持される。
一方、充電はバッテリ温度ＴＢに応じて制限する。つまり、判定基準温度ＴＢＳをバッテリ４０の管理上の上限温度又は上限温度付近の温度である第１設定温度ＴＢ１に設定し（ステップＳ９０）、バッテリ４０の温度ＴＢがこの判定基準温度ＴＢＳ以上か否かを判断し（ステップＳ１００）、バッテリ４０の温度ＴＢが判定基準温度ＴＢＳ（＝第１設定温度ＴＢ１）以上に上昇したら、充電も制限する。
【００４７】
このように、バッテリ４０の温度ＴＢが第１設定温度ＴＢ１以上に上昇しない限り、充電は制限されないので、回生制動によるバッテリ４０の充電を行って、バッテリ充電量ＳＯＣを回復させることができる。
これに対して、バッテリ充電量ＳＯＣが所定充電量ＳＯＣｍｉｎ未満でなければ、自車両が登坂路走行中ではなく且つ自車両前方に登坂路がある状態か否かを判断し（ステップＳ３０）、自車両が登坂路走行中ではなく且つ自車両前方に登坂路がある場合には、判定基準温度ＴＢＳを第２設定温度ＴＢ２に設定し（ステップＳ４０）、バッテリ４０の温度ＴＢがこの判定基準温度ＴＢＳ以上か否かを判断し（ステップＳ６０）、バッテリ４０の温度ＴＢが判定基準温度ＴＢＳ（＝第２設定温度ＴＢ２）以上に上昇したら、充放電を制限する（ステップＳ７０）。
【００４８】
第２設定温度ＴＢ２は車両がモータ２の出力トルクを利用して登坂路を走行する際にバッテリ４０の発熱によってバッテリ４０の温度が上昇する温度上昇分だけバッテリ上限温度である第１設定温度ＴＢ１よりも低い温度なので、車両がその後、登坂路に進入して以降（この段階では、判定基準温度ＴＢは第１設定温度ＴＢ１に設定される）は、バッテリ４０の温度をバッテリ上限温度である第１設定温度ＴＢ１以内に保持しながらモータ２の出力トルクを利用して登坂路を走行することができる。
【００４９】
また、ステップＳ３０において、登坂路走行中であるか、又は、自車両前方に登坂路がない場合には、判定基準温度ＴＢが第１設定温度ＴＢ１に設定されるので（ステップＳ４０）、バッテリ４０の温度ＴＢが第１設定温度ＴＢ１以上に上昇しない限り、充放電は制限されず、支障なくバッテリ４０の充電や放電を行なうことができる。
例えば図２は、バッテリ充電量ＳＯＣが所定充電量ＳＯＣｍｉｎ以上確保されている状況下で、車両Ｃの前方に登坂路ｕｓがある状況で車両Ｃが登坂路ｕｓの手前の降坂路ｄｓを下っていて、バッテリ４０の温度が第２設定温度ＴＢ２まで上昇した場合を示している。
【００５０】
従来技術であれば、バッテリ４０の温度が第１設定温度ＴＢ１まで上昇しない限りバッテリの充放電は規制しないため、車両Ｃが降坂路ｄｓを下っていてバッテリ４０の温度が第２設定温度ＴＢ２まで上昇しても、回生発電による充電が続行される。しかし、この充電の続行によって、バッテリ４０の温度は上昇を続けていくことになり、車両Ｃが登坂路ｕｓの入口ｕｓ１に進入してモータ２の出力トルクを利用して登坂路ｕｓを走行すると、途中で、バッテリ４０の温度が第１設定温度ＴＢ１まで上昇し、バッテリの充放電が規制される。このため、モータ２の出力トルクを利用できなくなり、その分だけ車両駆動トルクが減少し、登坂路ｕｓにおける車速の低下を招くおそれもある。また、電動発電機による駆動トルクの減少分だけ、エンジンの駆動トルク負担が増大し、燃料消費効量が増大する。
【００５１】
これに対して、本発明の装置では、車両Ｃが降坂路ｄｓを下っていてバッテリ４０の温度が第２設定温度ＴＢ２まで上昇した段階で回生発電による充電が停止される。したがって、回生発電によるバッテリ４０の充電ができない分だけエネルギを電力として回収することができない（ただし、回生発電による電力はバッテリ４０の充電以外に利用することができる）が、その後、車両Ｃが登坂路入口ｕｓ１に進入してから、バッテリ４０の温度をバッテリ上限温度である第１設定温度ＴＢ１以内に保持しながらモータ２の出力トルクを利用して登坂路ｕｓを走行しきることができる。
【００５２】
したがって、エンジン１とモータ２とを共に利用して車両を走行駆動することにより、大きな車両駆動トルクが得られ、登坂路における車速の低下を防止することができる。
また、モータ２による駆動トルクを確保できる分だけ、エンジン１の駆動トルク負担を軽減することができ、エンジンの燃料消費量を節約することができる。
特に、積荷や乗員によって車重が大きく増大するトラックやバス等の大型商用車の場合、大きな車両駆動トルクが得られることや、エンジンの燃料消費を低減できることは、営業運転の観点からもメリットが大きい。
【００５３】
〔その他〕
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、かかる実施形態の一部を変更したり、かかる実施形態の一部のみを適用したりして、実施することができる。
例えば、上記の実施形態では、充電や放電の制限を充電や放電を完全に禁止するものとしているが、充電や放電の制限を、充電や放電の予め設定したレベル（電流値）よりも低いレベルに抑えることとすることも考えられる。
【００５４】
また、上記の実施形態では、重量の大きな商用車への適用例を説明したが、本発明の対象はかかる自動車に限定されず、また、自動車以外の車両（鉄道車両）への適用も可能である。
また、車両に搭載されるエンジンもディーゼルエンジンに限定されない。
【符号の説明】
【００５５】
１ エンジン
２ クラッチ
３ モータ（電動発電機）
４ 変速機
５ プロペラシャフト
６ ディファレンシャル
７ ドライブシャフト
８ 駆動輪
３０ 車両ＥＣＵ
３０ａ 登坂路判定手段
３０ｂ 発熱量推定手段
３０ｃ 温度設定手段
３０ｄ 充放電制限手段
３１ エンジンＥＣＵ
３２ インバータＥＣＵ
３３ バッテリＥＣＵ（バッテリ充電量検出手段）
４０ バッテリ
４１ インバータ
５１ バッテリ電流センサ
５２ バッテリ電圧センサ
５３ バッテリ温度センサ
５４ バッテリ充放電カウンタ
６０ ナビゲーションシステム（道路状況取得手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド電気自動車に用いるバッテリ充放電制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の走行駆動源として、内燃機関（以下、エンジンとも言う）と電動発電機（以下、電動モータ、又は単に、モータとも言う）とを搭載したハイブリッド電気自動車が実用化されている。このハイブリッド電気自動車では、電動モータの力行時の電力供給のためや、モータの回生制動時の発電電力による充電（エネルギ回収）を行なうために、バッテリが装備される。特に、モータの回生電力によるバッテリの充電は、燃費向上に寄与する。
【０００３】
このようなバッテリには、リチウムイオン電池等の二次電池が用いられるが、リチウムイオン電池等、二次電池の多くは、大電流で放電した場合には発熱を生じる。一方、充電した場合には吸熱反応を生じるが、自動車に搭載されるバッテリの場合は、通常、単電池を多数直列に接続した電池群（電池パック）として構成しているので、単電池以外の他の直列接続を行なうための金属部が発熱を生じる可能性がある。繰り返し大きな充放電電流を流した場合には、電池群を構成する各単電池の温度が連続的に上昇してしまう。
【０００４】
かかる二次電池は、過剰に放電したり過剰に充電したりする場合だけでなく、高温で連続的に使用される場合に、劣化が加速する。
このため、このような二次電池に対しては、その充電量（ＳＯＣ：State Of Charge）が所定の範囲に維持されるように制御するだけでなく、その温度状態が過剰に高温にならないように制御することが必要になる。
【０００５】
これに関し、特許文献１には、電池群（電池パック）に流れる充放電電流から電池群を構成する各単電池の所定時間経過後の発熱量を推定し、この推定した発熱量が予め定められた設定値を越えるか否かを判断し、設定値を越えると判断したときには、電池群に流れる充放電電流を抑制して、使用中の単電池の温度上昇を抑制し、その結果として発熱による単電池の劣化を防止する技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−８１９５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、ハイブリッド電気自動車の場合、エンジンを運転すると共に電動モータを力行運転することにより大きな駆動トルクを得ることができる。登坂路を走行する際には、大きな車両駆動トルクが必要になるが、このようにエンジンと電動モータとを共に利用して車両を走行駆動することにより、大きな車両駆動トルクが得られ、車速の低下を招くことなく走行することができる。
【０００８】
また、観点を変えれば、電動モータの駆動トルクの分だけ、エンジンの駆動トルク負担を軽減することができ、エンジンの運転状態を最良燃費点に近づけることができる。これにより、エンジンの燃料消費を節約することができる。
特に、積荷や乗員によって車重が大きく増大するトラックやバス等の大型商用車の場合、大きな車両駆動トルクが得られることや、エンジンの燃料消費を低減できることは、営業運転の観点からもメリットが大きい。
【０００９】
ところが、登坂路を走行する際に、上述のように、バッテリの温度が高くバッテリの温度上昇を抑制するために、バッテリの充放電電流を抑制或いは規制しなくてはならない場合が考えられる。この場合には、電動モータの力行運転による出力トルクを抑制すべき状況や、モータトルクを発生させること自体ができない状況が考えられ、車速の低下を招いたり、エンジンの駆動トルク負担の増大による燃料消費の増大を招いたりしてしまう。特許文献１等の従来技術では、このような課題に関する対策はなされていない。
【００１０】
本発明は、かかる課題に鑑み創案されたものであり、登坂路を走行する際に、バッテリの温度上昇に起因したバッテリの充放電電流の抑制を不要にすることができるようにした、バッテリ充放電制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するために、本発明のバッテリ充放電制御装置は、車両の走行用トルクを出力しうるエンジンと、前記車両の走行用トルクを出力しうると共に前記エンジンの駆動による発電及び制動時のエネルギ回生による発電が可能な電動発電機と、前記電動発電機による発電電力によって充電可能なバッテリと、をそなえたハイブリッド電気自動車に装備され、前記バッテリの温度を検出するバッテリ温度検出手段と、前記車両の前方の道路状況を取得する道路状況取得手段と、前記道路状況取得手段により取得された前記車両前方の道路状況に基づいて、前記車両の前方に登坂路があるか否かを判定する登坂路判定手段と、前記登坂路判定手段が登坂路ありと判定しない限り、前記バッテリの温度が前記バッテリの上限温度又は該上限温度近傍の温度である第１の所定温度よりも高くなった場合に前記バッテリの充放電を制限し、前記登坂路判定手段が登坂路ありと判定したら、前記車両が前記登坂路に進入するまでは、前記バッテリの温度が前記第１の所定温度よりも所定温度差だけ低い第２の所定温度よりも高くなった場合に前記バッテリの充放電を制限する制御手段と、を備えていることを特徴としている。
【００１２】
前記バッテリの充電量を検出するバッテリ充電量検出手段を更に備え、前記制御手段は、前記バッテリ充電量検出手段により検出された前記充電量が所定充電量（ＳＯＣ下限側の値）未満の場合には、前記バッテリの放電を制限すると共に前記バッテリの充電を前記バッテリの温度が前記第１の所定温度よりも高くなった場合に制限し、前記充電量が前記所定充電量以上の場合には、前記車両が前記登坂路に進入するまでは、前記バッテリの温度が前記第２の所定温度よりも高くなった場合に前記バッテリの充放電を制限することが好ましい。
【００１３】
前記車両の車速を検出する車速検出手段をさらに備え、前記制御手段は、前記車速検出手段により検出された前記車速と、前記道路状況取得手段により取得された前記前方の道路状況とに基づいて、前記電動発電機の出力トルクを用いて前記登坂路を走行する際に前記電動発電機に発生する発熱量を求めて、この発熱量に基づいて前記所定温度差を設定することが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のバッテリ充放電制御装置によれば、車両の前方に登坂路がある場合、バッテリの温度が、バッテリの上限温度又はこの上限温度近傍の温度である第１の所定温度よりも所定温度だけ低い第２の所定温度に到達したら、車両が登坂路に進入するまではバッテリの充放電を制限するので、車両が登坂路に進入した際に、バッテリの温度は上限温度よりも低い状態になり、バッテリ温度に起因したバッテリの充放電制限は行なわれないので、バッテリの電力を用いて電動発電機により発生する駆動トルクを用いて登坂路を走行することができる。
【００１５】
したがって、エンジンと電動発電機とを共に利用して車両を走行駆動することにより、大きな車両駆動トルクが得られ、登坂路における車速の低下を防止することができる。
また、電動発電機による駆動トルクの分だけ、エンジンの駆動トルク負担を軽減することができ、エンジンの運転状態を最良燃費点に近づけることができる。これにより、エンジンの燃料消費を節約することができる。
【００１６】
特に、積荷や乗員によって車重が大きく増大するトラックやバス等の大型商用車の場合、大きな車両駆動トルクが得られることや、エンジンの燃料消費を低減できることは、営業運転の観点からもメリットが大きい。
また、バッテリの充電量が、所定充電量未満の場合には、登坂路走行時にバッテリの放電を許容できるようにするよりもバッテリの充電量の回復が急務であり、この場合には、バッテリの放電を制限すると共にバッテリの充電をバッテリの温度が第１の所定温度よりも高くなった場合に制限するので、バッテリの充電がバッテリの温度が第１の所定温度に上昇するまでは制限されず、バッテリの温度を管理しながらその充電量を回復させることができる。
【００１７】
車速と車両前方の道路状況とに基づいて、電動発電機の出力トルクを用いて登坂路を走行する際に電動発電機に発生する発熱量を求めて、この発熱量に基づいて第１の所定温度と第２の所定温度との温度差（所定温度差）を設定すれば、登坂路において電動発電機を利用して車両を走行駆動した場合にもバッテリの温度が過剰に上昇しないように管理することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態にかかるバッテリ充放電制御装置が適用されるハイブリッド電気自動車の動力系の構成図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかるバッテリ充放電制御装置による制御を説明するタイムチャートである。
【図３】本発明の一実施形態にかかるバッテリ充放電制御装置による制御を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。
図１は本実施形態にかかるハイブリッド電気自動車の動力系の構成図、図２は本バッテリ充放電制御装置による制御を説明するタイムチャート、図３は本バッテリ充放電制御装置による制御を説明するフローチャートである。これらの図を参照して説明する。
【００２０】
〔動力系の構成〕
まず、本実施形態にかかるバッテリ充放電制御装置が適用されるハイブリッド電気自動車の動力系の構成を説明する。
本実施形態にかかるハイブリッド電気自動車は、例えば、トラック又はバスといった商用車であり、ディーゼルエンジンを搭載している。
図１に示すように、車両の前部には、駆動系として、エンジン（内燃機関）１，クラッチ２，モータ（電動発電機）３及び変速機（トランスミッション）４を備えている。
クラッチ２は、エンジン１とモータ３との間に介装され、クラッチ２を遮断すれば、エンジン１は車両の駆動系から切り離されて動力伝達はなされず、クラッチ２を接続すれば、エンジン１は車両の駆動系に加わり動力伝達がなされる。
【００２１】
モータ３は、その直下流側の変速機４と常時接続されており、インバータ４１によって作動を制御される。インバータ４１は、力行時には、バッテリ（例えば、リチウムイオン電池等の充放電可能な二次電池の単電池（セル）が複数個直列接続された電池群）４０からモータ３に電力を供給して出力トルクを発生させる電動機として機能させ、回生制動時には、車両の運動エネルギを用いて電力を発電（回生発電）する発電機としてモータ３を機能させ、回生発電による電力をバッテリ４０の充電に用いるよう構成される。
【００２２】
変速機４は、その入力軸がモータ３の回転軸に接続されており、この変速機４の出力軸は、プロペラシャフト５，ディファレンシャル６，ドライブシャフト７等を備えた動力伝達系を介して、駆動輪（ここでは、左右の後輪）８に接続されている。
したがって、車両の力行時には、変速機４の入力軸に入力された駆動トルクを、選択された変速段に応じた変速比で変速して動力伝達系に出力する。この場合、クラッチ２を接続すれば、このクラッチ２を介して伝達されたエンジン１およびモータ３の両出力トルクが変速機４に入力され、クラッチ２を遮断すれば、モータ３のみの出力トルクが変速機４に入力される。
【００２３】
また、回生制動時には、車両の運動エネルギによる回転トルクが駆動輪８から動力伝達系７，６，５を経て変速機４に入力され、駆動輪８からの入力回転が変速機４の変速段に応じた変速比で変速されて、発電機として機能するモータ３を回転駆動し、車両の制動と共に回生発電を実施することができる。この場合、クラッチ２を遮断すれば、車両の運動エネルギが発電機としてのモータ３の駆動のみに利用され、効率よくエネルギ回収を行なうことができる。また、クラッチ２を接続すれば、インバータ４１によるモータ３の制御による回生ブレーキとエンジンブレーキとの併用や、エンジンブレーキのみの作動を行なうことができる。
【００２４】
〔制御系の構成〕
エンジン１，クラッチ２，モータ３，バッテリ４０及びインバータ４１の制御又は管理は、コンピュータを用いた電子制御によって行なわれるようになっている。
エンジン１を制御するためにエンジンＥＣＵ３１が、モータ３の作動を操作するインバータ４１を制御するためにインバータＥＣＵ３２が、バッテリ４０を管理するためにバッテリＥＣＵ３３が、それぞれ設けられ、これらのエンジンＥＣＵ３１，インバータＥＣＵ３２，バッテリＥＣＵ３３及びクラッチ２を制御するために、車両ＥＣＵ３０が設けられている。
【００２５】
これらの各ＥＣＵ３０，３１，３２，３３は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，入出力回路等からなるコンピュータであって、適宜の機器類が付設又は接続されている。
車両ＥＣＵ３０は、車両の走行状態（例えば、車速），車両への駆動又は制動指令の状態（例えば、アクセル操作量やブレーキ操作量）や、バッテリ４０の充電量（以下、充電量の値を「ＳＯＣ」で示す），バッテリ４０の温度状態等に基づいて、エンジンＥＣＵ３１，インバータＥＣＵ３２，バッテリＥＣＵ３３及びクラッチ２を制御する。
【００２６】
また、バッテリＥＣＵ３３には、バッテリ４０の充放電電流を検出するバッテリ電流センサ５１と、バッテリ４０の充放電電圧を検出するバッテリ電圧センサ５２と、バッテリ４０の充放電回数を検出するバッテリ充放電カウンタ５４とが接続されており、バッテリ４０の充電量ＳＯＣは、このバッテリＥＣＵ３３によって、バッテリ４０の充放電時の電流，電圧に基づいて算出される。したがって、バッテリＥＣＵ３３は、バッテリ充電量検出手段に相当する。
【００２７】
これらの各センサ５１，５２やカウンタ５４は、バッテリ４０の各セルに接続され、この各セルの電流，電圧，充放電回数を検出してもよいし、幾つかのセルに対して一つのセンサが接続され、この幾つかのセルの電流，電圧，温度，充放電回数を検出してもよいし、これらの各セルに対してまたは幾つかのセルに対して１つのセンサを接続することを適宜組み合わせて各センサを配設してもよい。
【００２８】
また、インバータＥＣＵ３２は、インバータ４１を制御することにより、インバータ４１に接続されたモータ３及びバッテリ４０の電力の授受を管理する。例えば、モータ３の回生発電による発電電力をバッテリ４０の充電にあてる。
車両ＥＣＵ３０は、駆動時には、アクセル操作量に基づいて、車両に必要な駆動トルクを設定すると共に、エンジン１とモータ３との何れを使用するか或いは両方を使用するかを設定し、エンジン１とモータ３との両方を使う場合には駆動トルクの配分を行なう。エンジンＥＣＵ３１やインバータＥＣＵ３２は、車両ＥＣＵ３０により設定された駆動トルクを出力するようにエンジン１又はモータ３の作動を制御する。
【００２９】
例えば車両の発進時には、基本的には、クラッチ２を切ってモータ３のみの駆動トルクを用い、その後の走行時には、エンジン１を始動させてクラッチ２を接続して、エンジン１の駆動トルクを主体に、モータ３の駆動トルクを補助的に用いて走行する。ただし、バッテリ４０の充電量が不足している場合や、バッテリ４０の温度が所定温度以上に昇温している場合には、発進時や走行時にモータ３を用いずエンジン１のみを用いて走行する。
【００３０】
また、制動時には、基本的には、クラッチ２を切って駆動輪８の回転エネルギをモータ３のみに送って回生発電を行なう。この回生発電による電力は、通常は、バッテリ４０の充電に用いられる。
ただし、バッテリ４０の充電量ＳＯＣが上限（満充電）又は上限の近傍（略満充電）に達している場合や、バッテリ４０の温度が所定温度以上に昇温している場合には、回生発電による電力をバッテリ４０の充電に用いることはできない。
【００３１】
つまり、バッテリ４０は充電量が過剰に高くなると発熱を伴いながら劣化が促進される。また、充電量が過剰に低下しても劣化を招く。そこで、車両ＥＣＵ３０は、バッテリ４０の充電量も管理する。
さらに、バッテリ４０は温度が過剰に高くなると劣化が促進される。そこで、車両ＥＣＵ３０は、バッテリ４０の温度も管理する。
【００３２】
特に、この温度管理に関しては、重量の大きな商用車の場合特に重要である。
つまり、前述のように、本ハイブリッド電気自動車は、重量の大きな商用車であり、輸送可能な重量を確保することや積載スペースを確保することが重要であり、更には、車両コストの高騰を抑えることも重要である。また、ハイブリッド自動車を適用する第１の目的は燃費改善効果である。したがって、このような商用車に必要な条件とのバランスを考慮して、このバッテリ４０は、車両の大きさに対するバッテリ容量（充電容量，熱容量）が、通常のハイブリッド電気自動車の乗用車の場合よりも相対的に小さいものが搭載されている。
【００３３】
さらに、商用車の場合、積載重量を確保し効率良く輸送をする観点から、乗用車に比べて大型車両が多く、このため、モータ３の高トルクの力行運転や回生制動を行なう場合も多い。つまり、限られた容量のバッテリ４０で、力行運転のためのモータの放電や回生制動によるモータの充電を大電流で行う場合が多く発生する。バッテリ４０は小容量なので熱容量も小さいため、バッテリ４０で大きな熱量の発熱を伴うモータ３の高トルクの力行運転や回生制動を行なうと、バッテリ４０の各単電池自体の発熱や単電池間を接する金属部の発熱によるバッテリ４０の温度上昇も著しくなる。
【００３４】
バッテリ４０は高温状態になると劣化が促進するので、車両ＥＣＵ３０が、バッテリ４０の温度が過剰に上昇しないようにするバッテリ４０の温度管理は極めて重要である。
このバッテリ４０の温度管理のために、バッテリ４０には、バッテリ４０の温度を検出するバッテリ温度センサ５３が装備され、このバッテリ温度センサ５３が、検出したバッテリ温度ＴＢ情報が車両ＥＣＵ３０に入力されるように接続される。
【００３５】
また、バッテリ４０の充電量の管理のために、車両ＥＣＵ３０に接続されたバッテリＥＣＵ３３から算出されたバッテリ４０の充電量ＳＯＣが入力されるように接続される。
さらに、本装置の場合、単に、バッテリ４０の充電量や温度を管理するだけでなく、車両の前方に登坂路がある場合に、この登坂路の走行に可能な限りバッテリ４０の電力を利用して発生するモータ２の出力トルクを利用して走行することができるように、車両ＥＣＵ３０は、特有のバッテリ管理を行なうようになっている。
【００３６】
このようなバッテリ４０の管理のために、車両ＥＣＵ３０には、登坂路判定手段３０ａと、発熱量推定手段３０ｂと、温度設定手段３０ｃと、充放電制限手段３０ｄとが、何れもコンピュータソフトウェアによる機能要素として設けられている。以下、これらを説明する。
【００３７】
〔バッテリ管理の制御〕
登坂路判定手段３０ａは、道路状況取得手段６０から車両ＥＣＵ３０に入力される車両前方の道路状況の情報に基づいて、自車両の前方に登坂路があるか否かを判定する。本実施形態では、道路状況取得手段６０に、車両に搭載されたナビゲーションシステムが流用されている。
つまり、この車載ナビゲーションシステムは、各地点の位置情報に高度情報が付加された地図データが登録された地図データベース（記憶装置）と、自車両の現在位置を判定する現在位置判定機能とを備え、自車両の走行予定ルートを設定すれば、上記地図データと判定した自車両の現在位置とから、自車両が走行しようとしている前方の道路を特定することができるので、この自車両の前方の道路各点の、自車両の現在位置からの距離と高度とを情報として取得し出力することができ、道路状況取得手段６０として機能する。
【００３８】
登坂路判定手段３０ａは、自車両の現在位置から予め設定された距離（道のり）の範囲内の道路の各点の高度を検出して、予め定められた距離（道のり）以上にわたって高度が連続的に上昇する箇所を登坂路であると判定する。そして、自車両の前方における設定距離（道のり）の範囲内に登坂路があれば、「自車両の前方に登坂路がある」と判定し、自車両前方の設定距離範囲内に登坂路がなければ、「自車両の前方に登坂路がない」と判定する。
【００３９】
発熱量推定手段３０ｂは、登坂路判定手段３０ａにより「自車両の前方に登坂路がある」と判定されると、この登坂路において、バッテリ４０を放電させて発生するモータ２の出力トルクを利用して走行する場合のバッテリ４０の発熱量ＱＢを推定する。なお、ここでは、バッテリ４０の各セルの放電に応じた発熱量ＱＢＩＮ１及び各セル間の金属部分の通電による発熱量ＱＢＩＮ２から、下式（１）のようにバッテリ４０の発熱量ＱＢを推定する。
ＱＢ＝ＱＢＩＮ１＋ＱＢＩＮ２・・・（１）
【００４０】
なお、セルの放電に応じた発熱ＱＢＩＮ１は各セルの内部抵抗Ｒ１（既知の値）と瞬時瞬時の電流値Ｉの二乗Ｉ２との乗算値ＲＩ２を時間積分した値∫Ｒ１Ｉ２ｄｔに比例するので、登坂路走行時の電流値Ｉを一定値ＩＵＳとし登坂路走行時間をｔ１として下式（２）により算出できる。また、各セル間の金属部分の通電による発熱ＱＢＩＮ２は金属部分の抵抗Ｒ２（既知の値）と瞬時瞬時の電流値Ｉの二乗Ｉ２との乗算値Ｒ２Ｉ２を時間積算した値Ｒ２Ｉ２ｔに比例するので、登坂路走行時の電流値Ｉを一定値ＩＵＳとし登坂路走行時間をｔ１として下式（３）により算出できる。なお、登坂路走行時間ｔ１は登坂路の長さＬと登坂路を走行する想定車速Ｖとから下式（４）により算出できる。
ＱＢＩＮ１＝Ｃ１・Ｒ１Ｉ２ｔ１ Ｃ１：比例乗数・・・（２）
ＱＢＩＮ２＝Ｃ２・Ｒ２Ｉ２ｔ１ Ｃ２：比例乗数・・・（３）
ｔ１＝Ｌ／Ｖ ・・・（４）
【００４１】
温度設定手段３０ｃは、第１設定温度ＴＢ１から所定の温度差ΔＴＢを減算して第２設定温度ＴＢ２を設定する。なお、第１設定温度ＴＢ１は、バッテリ４０の温度ＴＢをこれ以上に上昇させるとバッテリ４０の劣化が許容限度以上に促進されると推定されるバッテリ４０の管理上の上限温度又は上限温度付近（上限温度よりもマージン分だけ低い）温度である。
【００４２】
また、所定の温度差ΔＴＢは、車両がモータ２の出力トルクを利用して登坂路を走行する際にバッテリ４０の発熱によってバッテリ４０の温度が上昇する温度上昇分であって、この温度上昇分（所定の温度差）ΔＴＢは上記の発熱量推定手段３０ｂによって推定される発熱量ＱＢと比例するので、下式（５）により算出できる。したがって、第２設定温度ＴＢ２は下式（６）により算出できる。
ΔＴＢ＝Ｃ・ＱＢ Ｃ：比例乗数 ・・・（５）
ＴＢ２＝ＴＢ１−ΔＴＢ ・・・（６）
【００４３】
充放電制限手段３０ｄは、バッテリＥＣＵ（充電量検出手段）３３により算出（検出）された充電量ＳＯＣが所定充電量ＳＯＣｍｉｎ未満の場合には、充電は制限しないが放電は制限する。なお、所定充電量ＳＯＣｍｉｎは、充電量ＳＯＣが過剰に低下するとバッテリ４０の劣化を招くので、充電量ＳＯＣを管理する許容下限値として設定される値である。なお、充電や放電の制限とは、ここでは充電や放電を完全に禁止するものとする。
【００４４】
充放電制限手段３０ｄは、バッテリＥＣＵ（充電量検出手段）３３により算出された充電量ＳＯＣが所定充電量ＳＯＣｍｉｎ以上あっても、バッテリ４０の温度ＴＢが判定基準温度ＴＢＳよりも高くなった場合には、バッテリの充電も放電も制限する。ただし、通常は、判定基準温度ＴＢＳを、バッテリ４０の上限温度又は該上限温度近傍の温度である第１の所定温度ＴＢ１とするが、登坂路判定手段３０ａが登坂路ありと判定したら、車両が登坂路に進入するまでは、判定基準温度ＴＢＳを、上記のように第１の所定温度ＴＢ１よりも所定温度差ΔＴＢだけ低い第２の所定温度ＴＢ２として判定し、バッテリ４０の充放電を制限する。
【００４５】
〔作用、効果〕
本発明の一実施形態にかかるバッテリ充放電制御装置は、上述のように構成されるので、例えば、図２，図３に示すように、車両ＥＣＵ３０がバッテリ４０の充放電を制御する。
つまり、図３に示すように、まず、道路状況取得手段６０からの自車両の前方の道路状況の情報と、バッテリＥＣＵ（バッテリ充電量検出手段）３３からのバッテリ充電量ＳＯＣと、バッテリ温度センサ５３からのバッテリ温度ＴＢとを取得する（ステップＳ１０）。
【００４６】
そして、バッテリ充電量ＳＯＣが所定充電量ＳＯＣｍｉｎ未満か否かを判断し（ステップＳ２０）、バッテリ充電量ＳＯＣが所定充電量ＳＯＣｍｉｎ未満の場合には、放電を制限する（ステップＳ８０）。したがって、バッテリ４０への充電がなくてもバッテリ充電量ＳＯＣは所定充電量ＳＯＣｍｉｎの付近に保持される。
一方、充電はバッテリ温度ＴＢに応じて制限する。つまり、判定基準温度ＴＢＳをバッテリ４０の管理上の上限温度又は上限温度付近の温度である第１設定温度ＴＢ１に設定し（ステップＳ９０）、バッテリ４０の温度ＴＢがこの判定基準温度ＴＢＳ以上か否かを判断し（ステップＳ１００）、バッテリ４０の温度ＴＢが判定基準温度ＴＢＳ（＝第１設定温度ＴＢ１）以上に上昇したら、充電も制限する。
【００４７】
このように、バッテリ４０の温度ＴＢが第１設定温度ＴＢ１以上に上昇しない限り、充電は制限されないので、回生制動によるバッテリ４０の充電を行って、バッテリ充電量ＳＯＣを回復させることができる。
これに対して、バッテリ充電量ＳＯＣが所定充電量ＳＯＣｍｉｎ未満でなければ、自車両が登坂路走行中ではなく且つ自車両前方に登坂路がある状態か否かを判断し（ステップＳ３０）、自車両が登坂路走行中ではなく且つ自車両前方に登坂路がある場合には、判定基準温度ＴＢＳを第２設定温度ＴＢ２に設定し（ステップＳ４０）、バッテリ４０の温度ＴＢがこの判定基準温度ＴＢＳ以上か否かを判断し（ステップＳ６０）、バッテリ４０の温度ＴＢが判定基準温度ＴＢＳ（＝第２設定温度ＴＢ２）以上に上昇したら、充放電を制限する（ステップＳ７０）。
【００４８】
第２設定温度ＴＢ２は車両がモータ２の出力トルクを利用して登坂路を走行する際にバッテリ４０の発熱によってバッテリ４０の温度が上昇する温度上昇分だけバッテリ上限温度である第１設定温度ＴＢ１よりも低い温度なので、車両がその後、登坂路に進入して以降（この段階では、判定基準温度ＴＢは第１設定温度ＴＢ１に設定される）は、バッテリ４０の温度をバッテリ上限温度である第１設定温度ＴＢ１以内に保持しながらモータ２の出力トルクを利用して登坂路を走行することができる。
【００４９】
また、ステップＳ３０において、登坂路走行中であるか、又は、自車両前方に登坂路がない場合には、判定基準温度ＴＢが第１設定温度ＴＢ１に設定されるので（ステップＳ４０）、バッテリ４０の温度ＴＢが第１設定温度ＴＢ１以上に上昇しない限り、充放電は制限されず、支障なくバッテリ４０の充電や放電を行なうことができる。
例えば図２は、バッテリ充電量ＳＯＣが所定充電量ＳＯＣｍｉｎ以上確保されている状況下で、車両Ｃの前方に登坂路ｕｓがある状況で車両Ｃが登坂路ｕｓの手前の降坂路ｄｓを下っていて、バッテリ４０の温度が第２設定温度ＴＢ２まで上昇した場合を示している。
【００５０】
従来技術であれば、バッテリ４０の温度が第１設定温度ＴＢ１まで上昇しない限りバッテリの充放電は規制しないため、車両Ｃが降坂路ｄｓを下っていてバッテリ４０の温度が第２設定温度ＴＢ２まで上昇しても、回生発電による充電が続行される。しかし、この充電の続行によって、バッテリ４０の温度は上昇を続けていくことになり、車両Ｃが登坂路ｕｓの入口ｕｓ１に進入してモータ２の出力トルクを利用して登坂路ｕｓを走行すると、途中で、バッテリ４０の温度が第１設定温度ＴＢ１まで上昇し、バッテリの充放電が規制される。このため、モータ２の出力トルクを利用できなくなり、その分だけ車両駆動トルクが減少し、登坂路ｕｓにおける車速の低下を招くおそれもある。また、電動発電機による駆動トルクの減少分だけ、エンジンの駆動トルク負担が増大し、燃料消費効量が増大する。
【００５１】
これに対して、本発明の装置では、車両Ｃが降坂路ｄｓを下っていてバッテリ４０の温度が第２設定温度ＴＢ２まで上昇した段階で回生発電による充電が停止される。したがって、回生発電によるバッテリ４０の充電ができない分だけエネルギを電力として回収することができない（ただし、回生発電による電力はバッテリ４０の充電以外に利用することができる）が、その後、車両Ｃが登坂路入口ｕｓ１に進入してから、バッテリ４０の温度をバッテリ上限温度である第１設定温度ＴＢ１以内に保持しながらモータ２の出力トルクを利用して登坂路ｕｓを走行しきることができる。
【００５２】
したがって、エンジン１とモータ２とを共に利用して車両を走行駆動することにより、大きな車両駆動トルクが得られ、登坂路における車速の低下を防止することができる。
また、モータ２による駆動トルクを確保できる分だけ、エンジン１の駆動トルク負担を軽減することができ、エンジンの燃料消費量を節約することができる。
特に、積荷や乗員によって車重が大きく増大するトラックやバス等の大型商用車の場合、大きな車両駆動トルクが得られることや、エンジンの燃料消費を低減できることは、営業運転の観点からもメリットが大きい。
【００５３】
〔その他〕
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、かかる実施形態の一部を変更したり、かかる実施形態の一部のみを適用したりして、実施することができる。
例えば、上記の実施形態では、充電や放電の制限を充電や放電を完全に禁止するものとしているが、充電や放電の制限を、充電や放電の予め設定したレベル（電流値）よりも低いレベルに抑えることとすることも考えられる。
【００５４】
また、上記の実施形態では、重量の大きな商用車への適用例を説明したが、本発明の対象はかかる自動車に限定されず、また、自動車以外の車両（鉄道車両）への適用も可能である。
また、車両に搭載されるエンジンもディーゼルエンジンに限定されない。
【符号の説明】
【００５５】
１ エンジン
２ クラッチ
３ モータ（電動発電機）
４ 変速機
５ プロペラシャフト
６ ディファレンシャル
７ ドライブシャフト
８ 駆動輪
３０ 車両ＥＣＵ
３０ａ 登坂路判定手段
３０ｂ 発熱量推定手段
３０ｃ 温度設定手段
３０ｄ 充放電制限手段
３１ エンジンＥＣＵ
３２ インバータＥＣＵ
３３ バッテリＥＣＵ（バッテリ充電量検出手段）
４０ バッテリ
４１ インバータ
５１ バッテリ電流センサ
５２ バッテリ電圧センサ
５３ バッテリ温度センサ
５４ バッテリ充放電カウンタ
６０ ナビゲーションシステム（道路状況取得手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の走行用トルクを出力しうるエンジンと、前記車両の走行用トルクを出力しうると共に前記エンジンの駆動による発電及び制動時のエネルギ回生による発電が可能な電動発電機と、前記電動発電機による発電電力によって充電可能なバッテリと、をそなえたハイブリッド電気自動車に装備され、
前記バッテリの温度を検出するバッテリ温度検出手段と、
前記車両の前方の道路状況を取得する道路状況取得手段と、
前記道路状況取得手段により取得された前記車両前方の道路状況に基づいて、前記車両の前方に登坂路があるか否かを判定する登坂路判定手段と、
前記登坂路判定手段が登坂路ありと判定しない限り、前記バッテリの温度が前記バッテリの上限温度又は該上限温度近傍の温度である第１の所定温度よりも高くなった場合に前記バッテリの充放電を制限し、前記登坂路判定手段が登坂路ありと判定したら、前記車両が前記登坂路に進入するまでは、前記バッテリの温度が前記第１の所定温度よりも所定温度差だけ低い第２の所定温度よりも高くなった場合に前記バッテリの充放電を制限する制御手段と、を備えている
ことを特徴とする、バッテリ充放電制御装置。
【請求項２】
前記バッテリの充電量を検出するバッテリ充電量検出手段を更に備え、
前記制御手段は、前記バッテリ充電量検出手段により検出された前記充電量が所定充電量未満の場合には、前記バッテリの放電を制限すると共に前記バッテリの充電を前記バッテリの温度が前記第１の所定温度よりも高くなった場合に制限し、前記充電量が前記所定充電量以上の場合には、前記車両が前記登坂路に進入するまでは、前記バッテリの温度が前記第２の所定温度よりも高くなった場合に前記バッテリの充放電を制限する
ことを特徴とする、請求項１記載のバッテリ充放電制御装置。
【請求項３】
前記車両の車速を検出する車速検出手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記車速検出手段により検出された前記車速と、前記道路状況取得手段により取得された前記前方の道路状況とに基づいて、前記電動発電機の出力トルクを用いて前記登坂路を走行する際に前記電動発電機に発生する発熱量を求めて、この発熱量に基づいて前記所定温度差を設定する
ことを特徴とする、請求項１又は２記載のバッテリ充放電制御装置。
【請求項１】
車両の走行用トルクを出力しうるエンジンと、前記車両の走行用トルクを出力しうると共に前記エンジンの駆動による発電及び制動時のエネルギ回生による発電が可能な電動発電機と、前記電動発電機による発電電力によって充電可能なバッテリと、をそなえたハイブリッド電気自動車に装備され、
前記バッテリの温度を検出するバッテリ温度検出手段と、
前記車両の前方の道路状況を取得する道路状況取得手段と、
前記道路状況取得手段により取得された前記車両前方の道路状況に基づいて、前記車両の前方に登坂路があるか否かを判定する登坂路判定手段と、
前記登坂路判定手段が登坂路ありと判定しない限り、前記バッテリの温度が前記バッテリの上限温度又は該上限温度近傍の温度である第１の所定温度よりも高くなった場合に前記バッテリの充放電を制限し、前記登坂路判定手段が登坂路ありと判定したら、前記車両が前記登坂路に進入するまでは、前記バッテリの温度が前記第１の所定温度よりも所定温度差だけ低い第２の所定温度よりも高くなった場合に前記バッテリの充放電を制限する制御手段と、を備えている
ことを特徴とする、バッテリ充放電制御装置。
【請求項２】
前記バッテリの充電量を検出するバッテリ充電量検出手段を更に備え、
前記制御手段は、前記バッテリ充電量検出手段により検出された前記充電量が所定充電量未満の場合には、前記バッテリの放電を制限すると共に前記バッテリの充電を前記バッテリの温度が前記第１の所定温度よりも高くなった場合に制限し、前記充電量が前記所定充電量以上の場合には、前記車両が前記登坂路に進入するまでは、前記バッテリの温度が前記第２の所定温度よりも高くなった場合に前記バッテリの充放電を制限する
ことを特徴とする、請求項１記載のバッテリ充放電制御装置。
【請求項３】
前記車両の車速を検出する車速検出手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記車速検出手段により検出された前記車速と、前記道路状況取得手段により取得された前記前方の道路状況とに基づいて、前記電動発電機の出力トルクを用いて前記登坂路を走行する際に前記電動発電機に発生する発熱量を求めて、この発熱量に基づいて前記所定温度差を設定する
ことを特徴とする、請求項１又は２記載のバッテリ充放電制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−１１６４１１（Ｐ２０１２−１１６４１１Ａ）
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６９６９９（Ｐ２０１０−２６９６９９）
【出願日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【出願人】（５９８０５１８１９）ダイムラー・アクチェンゲゼルシャフト (1,147)
【氏名又は名称原語表記】Ｄａｉｍｌｅｒ ＡＧ
【住所又は居所原語表記】Ｍｅｒｃｅｄｅｓｓｔｒａｓｓｅ １３７，７０３２７ Ｓｔｕｔｔｇａｒｔ，Ｄｅｕｔｓｃｈｌａｎｄ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【出願人】（５９８０５１８１９）ダイムラー・アクチェンゲゼルシャフト (1,147)
【氏名又は名称原語表記】Ｄａｉｍｌｅｒ ＡＧ
【住所又は居所原語表記】Ｍｅｒｃｅｄｅｓｓｔｒａｓｓｅ １３７，７０３２７ Ｓｔｕｔｔｇａｒｔ，Ｄｅｕｔｓｃｈｌａｎｄ
【Ｆターム（参考）】
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