充放電制御装置及び充放電制御方法
【課題】蓄電器の内部抵抗に応じて蓄電器に過大な負荷をかけずに蓄電器を迅速に昇温可能な充放電制御装置を提供すること。
【解決手段】負荷に電力を供給する蓄電器と、動力源の運転によって発電した電力を負荷又は蓄電器に供給する発電機とを備え、蓄電器の温度が所定値未満のとき、蓄電器がパータベーション方式の充放電を行うよう制御する充放電制御装置は、蓄電器の充電状態及び温度に基づいて、蓄電器が充放電可能な電力量である充放電可能量を導出する充放電可能量導出部と、蓄電器の内部抵抗に基づいて、パータベーション方式の充放電を行う際の一周期の充放電時間を導出する充放電時間導出部と、充放電可能量及び充放電時間に応じたパータベーションのパターンを決定するパターン決定部と、蓄電器がパータベーションパターンに応じた充放電を行うよう発電機を制御する制御部とを備える。
【解決手段】負荷に電力を供給する蓄電器と、動力源の運転によって発電した電力を負荷又は蓄電器に供給する発電機とを備え、蓄電器の温度が所定値未満のとき、蓄電器がパータベーション方式の充放電を行うよう制御する充放電制御装置は、蓄電器の充電状態及び温度に基づいて、蓄電器が充放電可能な電力量である充放電可能量を導出する充放電可能量導出部と、蓄電器の内部抵抗に基づいて、パータベーション方式の充放電を行う際の一周期の充放電時間を導出する充放電時間導出部と、充放電可能量及び充放電時間に応じたパータベーションのパターンを決定するパターン決定部と、蓄電器がパータベーションパターンに応じた充放電を行うよう発電機を制御する制御部とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、充放電制御装置及び充放電制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ハイブリッド車両（ＨＥＶ）や電気自動車（ＥＶ）などは、バッテリを電源としてモータを駆動して走行している。したがって、走行中や長時間の駐停車などで生じる放電によってバッテリ残容量が低下すると、そのバッテリを充電する必要がある。このとき、バッテリを急速充電するとそのバッテリの劣化および寿命低下につながる。このため、バッテリの保護の観点から、例えば、定格容量の１０分の１（０．１Ｃ）で１０時間程度の充電を行うことが推奨されている。しかし、バッテリは、低温時においては内部インピーダンスが高くなるため、ヒータ等によってバッテリを加温してから充電を開始することで充電時間を短縮することができる。ところが、このような外部からの加温による充電方法では、ヒータなどの外部加温装置が必要になる。この方法は、車載のレイアウト上、およびヒータを加熱するための別電源を用意しなければならないなどの理由で、あまり好ましくない。
【０００３】
特許文献１には、あらかじめ、バッテリに対してパルス充放電を行うことによってそのバッテリを加温してから通常充電に移行するバッテリの充電制御方法に関する技術が開示されている。この技術によれば、図１３に示すように、バッテリ温度Ｔがかなり低いとき（例えば、０℃以下のとき）は、充放電量が等しい第１のパルス充放電を行ってバッテリを加温させ、バッテリ温度Ｔがやや高くなったとき（例えば、０℃から１０℃のとき）は、充電量よりも放電量が少ない第２のパルス充放電を行うことにより、加温と同時に充電を行う。そして、バッテリがほぼ所定の温度になった以降は通常充電に移行している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１２５３２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に開示されたバッテリ充電制御方法では、第１のパルス充放電時、バッテリ温度Ｔが低いほど、充放電パルスの充電区間での充電量と放電区間での放電量が小さくなるように設定されている。また、当該方法では、充電区間と放電区間を合せた時間がバッテリ温度Ｔにかかわらず一定であり、充電区間中のバッテリの端子間電圧Ｖが上限電圧を越えないよう充電電流Ｉが設定され、放電区間中のバッテリの端子間電圧Ｖが下限電圧を下回らないよう放電電流Ｉが設定される。なお、「上限電圧」は、例えば、リチウム系バッテリでは電解液の分解を招く電圧であり、また、アルカリ系バッテリでは酸素ガスの発生を招く電圧である。
【０００６】
しかし、同じ温度環境下で内部抵抗が異なる２つのバッテリに対して上記パルス充放電を行うと、各バッテリに対する加温効率又は負荷が異なる。図１４（ａ）は、内部抵抗が低いバッテリに対してパルス充放電を行った際の端子間電圧の時間変化の一例を示すグラフであり、図１４（ｂ）は、内部抵抗が高いバッテリに対してパルス充放電を行った際の端子間電圧の時間変化の一例を示すグラフである。バッテリの内部抵抗に応じて上限電圧及び下限電圧は異なり、内部抵抗が大きいと下限電圧〜上限電圧の幅は狭くなる。
【０００７】
図１４（ａ）に示した例では、端子間電圧が上限電圧に達する前に充電区間が終了して放電区間に移行している。このようなパルス充放電は、端子間電圧が変化可能な幅（下限電圧〜上限電圧の幅）の全てを利用していないため、結果として、バッテリを昇温する時間が延びる。一方、図１４（ｂ）に示した例では、端子間電圧が上限電圧を超えた後に充電区間が終了して放電区間に移行している。このようなパルス充放電を行うとバッテリに過大な負荷がかかるため、バッテリが劣化してしまう。
【０００８】
本発明の目的は、蓄電器の内部抵抗に応じて蓄電器に過大な負荷をかけずに蓄電器を迅速に昇温可能な充放電制御装置及び充放電制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決して係る目的を達成するために、請求項１に記載の発明の充放電制御装置は、負荷（例えば、実施の形態での電動機Ｍ）に電力を供給する蓄電器（例えば、実施の形態での蓄電器Ｂ）と、動力源（例えば、実施の形態での内燃機関Ｅ）の運転によって発電した電力を前記負荷又は前記蓄電器に供給する発電機（例えば、実施の形態での発電機Ｇ）と、を備えたシステムにおいて、前記蓄電器の温度が所定値未満のとき、前記蓄電器がパータベーション方式の充放電を行うよう制御する充放電制御装置であって、前記蓄電器の充電状態及び前記蓄電器の温度に基づいて、前記蓄電器が充放電可能な電力量である充放電可能量を導出する充放電可能量導出部（例えば、実施の形態での充放電可能量導出部１５３）と、前記蓄電器の内部抵抗に基づいて、前記パータベーション方式の充放電を行う際の一周期の充放電時間を導出する充放電時間導出部（例えば、実施の形態での充放電時間導出部１５７）と、前記充放電可能量及び前記充放電時間に応じたパータベーションのパターンを決定するパータベーションパターン決定部（例えば、実施の形態でのパータベーションパターン決定部１５９）と、前記蓄電器が前記パータベーションのパターンに応じた充放電を行うよう前記発電機を制御する制御部（例えば、実施の形態での制御部１０９）と、を備えたことを特徴としている。
【００１０】
さらに、請求項２に記載の発明の充放電制御装置では、前記充放電時間導出部は、前記蓄電器の内部抵抗が大きいときは前記一周期の充放電時間を短くし、前記蓄電器の内部抵抗が小さいときは前記一周期の充放電時間を長くすることを特徴としている。
【００１１】
さらに、請求項３に記載の発明の充放電制御装置では、負荷（例えば、実施の形態での電動機Ｍ）に電力を供給する蓄電器（例えば、実施の形態での蓄電器Ｂ）と、動力源（例えば、実施の形態での内燃機関Ｅ）の運転によって発電した電力を前記負荷又は前記蓄電器に供給する発電機（例えば、実施の形態での発電機Ｇ）と、を備えたシステムにおいて、前記蓄電器の温度が所定値未満のとき、前記蓄電器がパータベーション方式の充放電を行うよう制御する充放電制御装置であって、前記蓄電器の充電状態及び前記蓄電器の温度に基づいて、前記蓄電器が充放電可能な電力量である充放電可能量を導出する充放電可能量導出部（例えば、実施の形態での充放電可能量導出部１５３）と、前記蓄電器の内部抵抗及び充電状態に基づいて、前記パータベーション方式の充放電を行う際の一周期の充放電時間を導出する充放電時間導出部（例えば、実施の形態での充放電時間導出部２５７）と、前記充放電可能量及び前記充放電時間に応じたパータベーションのパターンを決定するパータベーションパターン決定部（例えば、実施の形態でのパータベーションパターン決定部１５９）と、前記蓄電器が前記パータベーションのパターンに応じた充放電を行うよう前記発電機を制御する制御部（例えば、実施の形態での制御部１０９）と、を備えたことを特徴としている。
【００１２】
さらに、請求項４に記載の発明の充放電制御装置では、前記充放電時間導出部は、前記蓄電器の内部抵抗が大きくかつ前記蓄電器の充電率が高いときは前記一周期の充放電時間を短くし、前記蓄電器の内部抵抗が小さくかつ前記蓄電器の充電率が低いときは前記一周期の充放電時間を長くすることを特徴としている。
【００１３】
さらに、請求項５に記載の発明の充放電制御装置では、前記負荷に対する要求出力が前記充放電可能量未満のとき、前記要求出力を超えた前記蓄電器の余剰出力によって前記動力源を空回しすることを特徴としている。
【００１４】
さらに、請求項６に記載の発明の充放電制御装置では、前記負荷に対する要求出力が前記充放電可能量未満のとき、前記要求出力を超えた前記蓄電器の余剰出力によって前記システムに含まれる他の装置（例えば、実施の形態での補機）を駆動することを特徴としている。
【００１５】
さらに、請求項７に記載の発明の充放電制御装置では、前記制御部は、前記負荷に対する要求出力に前記パータベーションのパターンを畳み込んだ補正要求出力に応じて前記発電機を制御することを特徴としている。
【００１６】
さらに、請求項８に記載の発明の充放電制御方法では、負荷（例えば、実施の形態での電動機Ｍ）に電力を供給する蓄電器（例えば、実施の形態での蓄電器Ｂ）と、動力源（例えば、実施の形態での内燃機関Ｅ）の運転によって発電した電力を前記負荷又は前記蓄電器に供給する発電機（例えば、実施の形態での発電機Ｇ）と、を備えたシステムにおいて、前記蓄電器の温度が所定値未満のとき、前記蓄電器がパータベーション方式の充放電を行うよう制御する充放電制御方法であって、前記蓄電器の充電状態及び前記蓄電器の温度に基づいて、前記蓄電器が充放電可能な電力量である充放電可能量を導出し、前記蓄電器の内部抵抗を導出し、前記蓄電器の内部抵抗に基づいて、前記パータベーション方式の充放電を行う際の一周期の充放電時間を導出し、前記充放電可能量及び前記充放電時間に応じたパータベーションのパターンを決定し、前記蓄電器が前記パータベーションのパターンに応じた充放電を行うよう前記発電機を制御することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１〜７に記載の発明の充放電制御装置及び請求項８に記載の充放電制御方法によれば、蓄電器の内部抵抗に応じて蓄電器に過大な負荷をかけずに蓄電器を迅速に昇温できる。
【００１８】
請求項２及び４に記載の発明の充放電制御装置によれば、蓄電器の状態に応じた充放電量の制限値範囲内で充放電を繰り返して蓄電器を加温するため、蓄電器の劣化を防止しつつ、蓄電器に過大な負荷をかけずに蓄電器を迅速に昇温できる。
【００１９】
請求項５及び６に記載の発明の充放電制御装置によれば、前記要求出力を超えた前記蓄電器の余剰出力を消費できるため、蓄電器は充放電可能量を出力できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る充放電制御装置を含むシリーズ方式のＨＥＶの概略構成図
【図２】パータベーション方式の充放電の制御に係る第１の実施形態の制御部１０９の内部構成を示すブロック図
【図３】蓄電器ＢのＳＯＣに対する可能出力を３つの異なるバッテリ温度毎に示すグラフ
【図４】バッテリ温度−内部抵抗マップを示す図
【図５】蓄電器Ｂの内部抵抗Ｒに対するパータベーション方式の充放電を行う際の一周期の充放電時間を示すグラフ
【図６】パータベーションのパターンの一例を示す図
【図７】車両要求出力及び補正要求出力の時間変化の一例を示すグラフ
【図８】パータベーション方式の充放電を行う前の第１の実施形態の制御部１０９の動作を示すフローチャート
【図９】パータベーション方式の充放電の制御に係る第２の実施形態の制御部１０９の内部構成を示すブロック図
【図１０】パータベーション方式の充放電を行う前の第２の実施形態の制御部１０９の動作を示すフローチャート
【図１１】蓄電器Ｂの内部抵抗Ｒ及びＳＯＣに対するパータベーション方式の充放電を行う際の一周期の充放電時間を示すグラフ
【図１２】本発明に係る充放電制御装置を含むシリーズ／パラレル方式のＨＥＶの概略構成図
【図１３】特許文献１に開示されたバッテリ充電制御方法を実施した場合のバッテリ温度、充放電電圧、充放電電流及びバッテリ残容量の変化を示すタイムチャート
【図１４】（ａ）は内部抵抗が低いバッテリに対してパルス充放電を行った際の端子電圧の時間変化の一例を示すグラフ、（ｂ）は内部抵抗が高いバッテリに対してパルス充放電を行った際の端子電圧の時間変化の一例を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００２２】
ＨＥＶ（Hybrid Electrical Vehicle：ハイブリッド電気自動車）は、電動機及び内燃機関を備え、車両の走行状態に応じて電動機及び／又は内燃機関の駆動力によって走行する。ＨＥＶには、大きく分けてシリーズ方式とパラレル方式の２種類がある。シリーズ方式のＨＥＶは、電動機の動力によって走行する。内燃機関は発電のためだけに用いられ、内燃機関の動力によって発電機で発電された電力は蓄電器に充電されるか、電動機に供給される。
【００２３】
なお、シリーズ方式のＨＥＶは、「ＥＶ走行」又は「シリーズ走行」を行う。「ＥＶ走行」では、ＨＥＶは、蓄電器からの電源供給によって駆動する電動機の駆動力によって走行する。このとき内燃機関は駆動されない。また、「シリーズ走行」では、ＨＥＶは、蓄電器及び発電機の双方からの電力の供給や発電機のみからの電力の供給等によって駆動する電動機の駆動力によって走行する。このとき、内燃機関は発電機における発電のために駆動される。
【００２４】
パラレル方式のＨＥＶは、電動機及び内燃機関のいずれか一方又は双方の動力によって走行する。上記両方式を複合したシリーズ／パラレル方式のＨＥＶも知られている。当該方式では、車両の走行状態に応じてクラッチを切断又は締結する（断接する）ことによって、駆動力の伝達系統をシリーズ方式及びパラレル方式のいずれかの構成に切り替える。特に低速走行時にはクラッチを切断してシリーズ方式の構成とし、特に中高速走行時にはクラッチを締結してパラレル方式の構成とする。
【００２５】
（第１の実施形態）
図１は、本発明に係る充放電制御装置を含むシリーズ方式のＨＥＶの概略構成図である。図１に示すＨＥＶ（以下、単に「車両」という）は、内燃機関Ｅと、発電機Ｇと、電動機Ｍと、変速機構ＴＭと、駆動輪Ｗと、蓄電器Ｂと、電流センサ１０１と、電圧センサ１０３と、温度センサ１０５と、電力制御部１０７と、制御部１０９とを備える。
【００２６】
当該車両では、電動機Ｍの動力が変速機構ＴＭを介して駆動輪Ｗに伝達される。内燃機関Ｅは発電のためだけに用いられ、発電機Ｇは内燃機関Ｅの出力によって駆動する。発電機Ｇで発電された電力は、車両の運転状態に応じて、蓄電器Ｂに充電されるか電動機Ｍに供給される。
【００２７】
蓄電器Ｂは、直列に接続された複数の蓄電セルを有し、例えば１００〜２００Ｖの高電圧を供給する。蓄電セルは、例えば、金属水素化物を陰極活物質とするＮｉ−ＭＨ（nickel-metal hydride）電池やリチウムイオン電池、電気二重層キャパシタ、コンデンサ等である。
【００２８】
電流センサ１０１は、蓄電器Ｂの充放電電流Ｉを検出する。なお、充放電電流Ｉは、蓄電器Ｂから電動機Ｍ等に供給される放電電流、又は発電機Ｇから蓄電器Ｂに供給される充電電流である。電圧センサ１０３は、蓄電器Ｂの端子間電圧Ｖを検出する。温度センサ１０５は、蓄電器Ｂの温度（以下「バッテリ温度」という）Ｔを検出する。各センサは、検出した情報を制御部１０９に送る。
【００２９】
電力制御部１０７は、蓄電器Ｂから電動機Ｍへの電力供給及び発電機Ｇから蓄電器Ｂへの電力供給を制御する。電力制御部１０７は、直流電圧を昇圧又は降圧を行うコンバータ及び交流電圧から直流電圧又は直流電圧から交流電圧に変換するインバータを含む。コンバータ及びインバータは、各々を構成するトランジスタが制御部１０９によってスイッチング制御されることで動作する。
【００３０】
制御部１０９は、バッテリ温度Ｔが所定値未満のとき、蓄電器Ｂを昇温するために行う充放電を制御する。なお、当該充放電は、充電と放電を所定時間ずつ繰り返し行うパータベーション（perturbation）方式の充放電である。制御部１０９は、蓄電器Ｂが当該パータベーション方式の充放電を行うよう内燃機関Ｅ及び発電機Ｇの運転を制御する。
【００３１】
図２は、パータベーション方式の充放電の制御に係る第１の実施形態の制御部１０９の内部構成を示すブロック図である。図２に示すように、制御部１０９は、ＳＯＣ推定部１５１と、充放電可能量導出部１５３と、内部抵抗算出部１５５と、充放電時間導出部１５７と、パータベーションパターン決定部１５９と、車両要求出力導出部１６１と、パータベーション要求出力導出部１６３とを有する。
【００３２】
ＳＯＣ推定部１５１は、安定状態の蓄電器Ｂの端子間電圧Ｖは開放電圧（ＯＣＶ：Open Circuit Voltage）に等しいとみなし、蓄電器Ｂが安定した状態のときには、蓄電器Ｂの開放電圧−ＳＯＣ特性に基づいて、端子間電圧Ｖから蓄電器Ｂの残容量（ＳＯＣ：State of Charge）を推定する。なお、ＳＯＣ推定部１５１は、蓄電器Ｂが安定していない状態のときには、電流センサ１０１によって検出された充放電電流Ｉを所定期間毎に積算して積算充電量及び積算放電量を算出し、積算充電量及び積算放電量を初期状態又は充放電開始直前のＳＯＣ（初期ＳＯＣ）に加算又は減算することによって蓄電器ＢのＳＯＣを推定する。
【００３３】
充放電可能量導出部１５３は、蓄電器ＢのＳＯＣ及びバッテリ温度Ｔに応じた、蓄電器Ｂに過大な負荷がかからずに充放電可能な電力量（以下「充放電可能量」という）を導出する。充放電可能量を導出する際、充放電可能量導出部１５３は、図３に示したグラフを参照する。図３は、蓄電器ＢのＳＯＣに対する可能出力を３つの異なるバッテリ温度毎に示すグラフである。図３に示すように、蓄電器Ｂの可能出力はＳＯＣによって異なり、かつ、バッテリ温度Ｔが低いほど蓄電器Ｂの可能出力は低い。充放電可能量導出部１５３は、蓄電器ＢのＳＯＣ及びバッテリ温度Ｔに応じた可能出力、例えば、ＳＯＣに応じた可能出力よりバッテリ温度Ｔに応じた可能出力の方が低いとき、バッテリ温度Ｔに応じた可能出力を導出した上で、当該可能出力に応じた蓄電器Ｂの充放電可能量を導出する。なお、可能動力として導出する基準は、この限りではなく、何れか高い方、あるいは平均を導出してもよい。
【００３４】
内部抵抗算出部１５５は、蓄電器Ｂの端子間電圧Ｖ及び充放電電流Ｉに基づいて、内部抵抗Ｒ＝端子間電圧Ｖ／充放電電流Ｉの計算式から内部抵抗Ｒを算出する。なお、蓄電器Ｂの内部抵抗Ｒは、電極表面の結晶構造の変化によって異なる。例えば、蓄電器Ｂが長時間にわたり放電し続けると、電極表面の活物質イオン濃度がイオン拡散により高まる。その結果、蓄電器Ｂの内部抵抗Ｒは高くなる。但し、結晶構造が変化しない材料を用いた蓄電器の場合は、温度による粘性等によって内部抵抗が変化する。したがって、蓄電器Ｂがこのような蓄電器の場合、内部抵抗算出部１５５は、図４に示すバッテリ温度−内部抵抗マップに基づいて、バッテリ温度Ｔから蓄電器Ｂの内部抵抗Ｒを導出する。
【００３５】
充放電時間導出部１５７は、蓄電器Ｂの内部抵抗Ｒに基づいて、パータベーション方式の充放電を行う際の一周期の充放電時間（以下、単に「充放電時間」という）を導出する。充放電時間を導出する際、充放電時間導出部１５７は、図５に示したグラフを参照する。図５は、蓄電器Ｂの内部抵抗Ｒに対するパータベーション方式の充放電を行う際の一周期の充放電時間を示すグラフである。図５に示すように、内部抵抗Ｒが小さいときは一周期の充放電時間を長く設定し、内部抵抗Ｒが大きいときは一周期の充放電時間を短く設定する。
【００３６】
パータベーションパターン決定部１５９は、充放電可能量及び充放電時間に応じたパータベーションのパターンを決定する。図６は、パータベーションのパターンの一例を示す図である。図６に示すように、本実施形態におけるパータベーション方式の充放電では、充放電可能量の電力変化を伴う蓄電器Ｂの充電及び放電を充放電時間の半分の時間ずつ交互に行う。
【００３７】
車両要求出力導出部１６１は、アクセルペダル開度（ＡＰ開度）及び車両の走行車速（車速）に基づいて、車両に要求される出力（車両要求出力）を導出する。パータベーション要求出力導出部１６３は、車両要求出力にパータベーションのパターンを畳み込んだ補正要求出力を導出する。図７は、車両要求出力及び補正要求出力の時間変化の一例を示すグラフである。
【００３８】
なお、バッテリ温度Ｔが所定値未満のとき、蓄電器Ｂは車両要求出力を出力できない可能性が高い。したがって、蓄電器Ｂが低温時には、基本的に、内燃機関Ｅの動力によって発電機Ｇを駆動することで得られる電力を電動機Ｍに供給する。但し、本実施形態では、パータベーションのパターンを畳み込んだ補正要求出力に応じて内燃機関Ｅ及び発電機Ｇが運転されるため、結果として、蓄電器Ｂがパータベーションパターンで充放電する。
【００３９】
以下、蓄電器Ｂを昇温するためにパータベーション方式の充放電を行う際の制御部１０９の動作について、図８を参照して説明する。図８は、パータベーション方式の充放電を行う前の第１の実施形態の制御部１０９の動作を示すフローチャートである。図８に示すように、制御部１０９は、バッテリ温度Ｔが所定値未満か否かを判断し（ステップＳ１０１）、バッテリ温度Ｔが所定値未満のときはステップＳ１０３に進み、所定以上のときはステップＳ１２１に進む。ステップＳ１２１ではパータベーション方式の充放電は行わず、制御部１０９は通常の制御を行う。
【００４０】
一方、ステップＳ１０３では、ＳＯＣ推定部１５１が、蓄電器ＢのＳＯＣを推定する。次に、充放電可能量導出部１５３は、蓄電器ＢのＳＯＣ及びバッテリ温度Ｔに応じた充放電可能量を導出する（ステップＳ１０５）。次に、内部抵抗算出部１５５は、蓄電器Ｂの端子間電圧Ｖ及び充放電電流Ｉに基づいて、蓄電器Ｂの内部抵抗Ｒを算出する（ステップＳ１０７）。次に、充放電時間導出部１５７は、蓄電器Ｂの内部抵抗Ｒに基づいて、パータベーション方式の充放電を行う際の一周期の充放電時間を導出する（ステップＳ１０９）。
【００４１】
次に、パータベーションパターン決定部１５９は、充放電可能量及び充放電時間からパータベーションのパターンを決定する（ステップＳ１１１）。次に、車両要求出力導出部１６１は、ＡＰ開度及び車速に基づいて車両要求出力を導出する（ステップＳ１１３）。次に、パータベーション要求出力導出部１６３は、車両要求出力にパータベーションのパターンを畳み込んだ補正要求出力を導出する（ステップＳ１１５）。次に、制御部１０９は、補正要求出力に応じて発電機Ｇが所望の電力を出力するよう、内燃機関Ｅの運転を制御する。
【００４２】
以上説明したように、本実施形態によれば、パータベーション方式の充放電における一周期の充放電時間を内部抵抗Ｒに基づいて導出している。図１４（ａ）及び図１４（ｂ）に示したように、蓄電器Ｂの内部抵抗Ｒに応じて上限電圧及び下限電圧は異なり、内部抵抗が大きいと下限電圧〜上限電圧の幅は狭くなる。本実施形態では、このような特性に応じて、内部抵抗Ｒが小さいときは長い充放電時間が導出され、内部抵抗Ｒが大きいときは短い充放電時間が導出される。その結果、当該充放電によって、蓄電器Ｂに過大な負荷をかけずに迅速に蓄電器Ｂを昇温することができる。さらに、内部抵抗Ｒに応じて一周期の充放電時間を調節するため、蓄電器Ｂの劣化を防止しつつ、過大な負荷をかけず迅速に蓄電器Ｂを昇温することができる。
【００４３】
また、充放電の切り替え頻度が蓄電器Ｂの内部抵抗Ｒに応じて異なり、内部抵抗Ｒが小さいときは充放電の切り替え頻度が低く設定されるため、電力制御部１０７のコンバータで発生するスイッチング損失を低減できる。
【００４４】
なお、車両要求出力が蓄電器Ｂの充放電可能量未満であると、放電時の蓄電器Ｂの出力が車両要求出力を超えてしまう。本実施形態では、車両要求出力を超えた蓄電器Ｂの余剰出力を、図示しない補機の駆動や内燃機関Ｅの空回しによって消費する。
【００４５】
（第２の実施形態）
第２の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、車両が備える制御部の充放電時間導出部による充放電時間の導出の仕方である。この点以外は第１の実施形態と同様である。このため、第１実施形態と同一又は同等部分の説明は簡略化又は省略する。
【００４６】
第１の実施形態では、車両が備える制御部１０９の充放電時間導出部１５７は、蓄電器Ｂの内部抵抗Ｒに基づいて、充放電時間を導出する。第２の実施形態では、図９及び図１０のステップＳ２０９に示すように、充放電時間導出部２５７が、蓄電器Ｂの内部抵抗Ｒ及びＳＯＣに基づいて、パータベーション方式の充放電を行う際の一周期の充放電時間を導出する。図９には、図２と共通する構成要素には同じ参照符号が付されている。また、図１０には、図８と共通するステップには同じ参照符号が付されている。
【００４７】
第２の実施形態の充放電時間導出部２５７は、充放電時間を導出する際、図１１に示したグラフを参照する。図１１は、蓄電器Ｂの内部抵抗Ｒ及びＳＯＣに対するパータベーション方式の充放電を行う際の一周期の充放電時間を示すグラフである。図１１に示すように、内部抵抗Ｒが小さくかつＳＯＣが低いときは一周期の充放電時間を長く設定し、内部抵抗Ｒが大きくかつＳＯＣが高いときは一周期の充放電時間を短く設定する。また、内部抵抗Ｒが小さくかつＳＯＣが高いとき、及び、内部抵抗Ｒが大きくかつＳＯＣが低いときは、中程度の充放電時間を設定する。
【００４８】
本実施形態によれば、パータベーション方式の充放電における一周期の充放電時間を内部抵抗Ｒ及びＳＯＣに基づいて導出している。このため、第１の実施形態よりも蓄電器Ｂの状態に応じた最適な充放電時間を導出することができる。その結果、当該充放電によって、蓄電器に過大な負荷をかけずに迅速に蓄電器Ｂを昇温することができるといった効果をより高めることができる。さらに、内部抵抗Ｒ及びＳＯＣに応じて一周期の充放電時間を調節するため、蓄電器Ｂの劣化を防止しつつ、過大な負荷をかけず迅速に蓄電器Ｂを昇温することができる。
【００４９】
上記第１及び第２の実施形態では、充放電制御装置がシリーズ方式のＨＥＶに含まれた例について説明したが、図１２に示すシリーズ／パラレル方式のＨＥＶに含まれていても良い。但し、充放電制御装置による上記制御は、当該ＨＥＶにおいてクラッチが切断され、駆動力の伝達系統がシリーズ方式の構成であるときのみ行われる。
【００５０】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で上記実施形態に多くの修正及び変更を加え得ることは勿論である。例えば、上記実施形態では、パータベーション方式の充放電における一周期の充放電時間を内部抵抗Ｒ、または内部抵抗Ｒ及びＳＯＣに基づいて導出しているが、充放電時間導出部１５７，２５７は、充放電可能量をも考慮して当該充放電時間を導出しても良い。具体的には、現内部抵抗での蓄電器Ｂの端子間電圧Ｖが上限電圧から下限電圧に達するまでの時間と下限電圧から上限電圧に達するまでの時間の合計時間を、パータベーション方式の充放電における一周期の充放電時間として導出しても良い（フィードバック制御）。これにより、蓄電器Ｂの充放電によるジュール熱をより高精度に利用することができるので、蓄電器Ｂの加温をより迅速に行なうことができる。
【００５１】
また、車両の始動時にパータベーションのパターンを設定すると、制御部１０９は、そのパターンで蓄電器Ｂの充放電を制御するが、所定時間毎にパータベーションのパターンが変更されても良い。例えば、パータベーションのパターンが設定されて所定時間が経過すると、充放電可能量導出部１５３がそのときの蓄電器ＢのＳＯＣ及びバッテリ温度Ｔに基づいて充放電可能量を算出し、充放電時間導出部１５７，２５７が一周期の充放電時間を導出する。そして、パータベーションパターン決定部１５９は、これら導出した充放電可能量及び充放電時間に応じたパータベーションのパターンを再度決定する。蓄電器Ｂが温まるにつれて充放電可能量は増加するため、パータベーションのパターンを所定時間間隔で更新することにより迅速に蓄電器を加温できる。
【符号の説明】
【００５２】
Ｅ 内燃機関
Ｇ 発電機
Ｍ 電動機
ＴＭ 変速機構
Ｗ 駆動輪
Ｂ 蓄電器
１０１ 電流センサ
１０３ 電圧センサ
１０５ 温度センサ
１０７ 電力制御部
１０９ 制御部
１５１ ＳＯＣ推定部
１５３ 充放電可能量導出部
１５５ 内部抵抗算出部
１５７，２５７ 充放電時間導出部
１５９ パータベーションパターン決定部
１６１ 車両要求出力導出部
１６３ パータベーション要求出力導出部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、充放電制御装置及び充放電制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ハイブリッド車両（ＨＥＶ）や電気自動車（ＥＶ）などは、バッテリを電源としてモータを駆動して走行している。したがって、走行中や長時間の駐停車などで生じる放電によってバッテリ残容量が低下すると、そのバッテリを充電する必要がある。このとき、バッテリを急速充電するとそのバッテリの劣化および寿命低下につながる。このため、バッテリの保護の観点から、例えば、定格容量の１０分の１（０．１Ｃ）で１０時間程度の充電を行うことが推奨されている。しかし、バッテリは、低温時においては内部インピーダンスが高くなるため、ヒータ等によってバッテリを加温してから充電を開始することで充電時間を短縮することができる。ところが、このような外部からの加温による充電方法では、ヒータなどの外部加温装置が必要になる。この方法は、車載のレイアウト上、およびヒータを加熱するための別電源を用意しなければならないなどの理由で、あまり好ましくない。
【０００３】
特許文献１には、あらかじめ、バッテリに対してパルス充放電を行うことによってそのバッテリを加温してから通常充電に移行するバッテリの充電制御方法に関する技術が開示されている。この技術によれば、図１３に示すように、バッテリ温度Ｔがかなり低いとき（例えば、０℃以下のとき）は、充放電量が等しい第１のパルス充放電を行ってバッテリを加温させ、バッテリ温度Ｔがやや高くなったとき（例えば、０℃から１０℃のとき）は、充電量よりも放電量が少ない第２のパルス充放電を行うことにより、加温と同時に充電を行う。そして、バッテリがほぼ所定の温度になった以降は通常充電に移行している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１２５３２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に開示されたバッテリ充電制御方法では、第１のパルス充放電時、バッテリ温度Ｔが低いほど、充放電パルスの充電区間での充電量と放電区間での放電量が小さくなるように設定されている。また、当該方法では、充電区間と放電区間を合せた時間がバッテリ温度Ｔにかかわらず一定であり、充電区間中のバッテリの端子間電圧Ｖが上限電圧を越えないよう充電電流Ｉが設定され、放電区間中のバッテリの端子間電圧Ｖが下限電圧を下回らないよう放電電流Ｉが設定される。なお、「上限電圧」は、例えば、リチウム系バッテリでは電解液の分解を招く電圧であり、また、アルカリ系バッテリでは酸素ガスの発生を招く電圧である。
【０００６】
しかし、同じ温度環境下で内部抵抗が異なる２つのバッテリに対して上記パルス充放電を行うと、各バッテリに対する加温効率又は負荷が異なる。図１４（ａ）は、内部抵抗が低いバッテリに対してパルス充放電を行った際の端子間電圧の時間変化の一例を示すグラフであり、図１４（ｂ）は、内部抵抗が高いバッテリに対してパルス充放電を行った際の端子間電圧の時間変化の一例を示すグラフである。バッテリの内部抵抗に応じて上限電圧及び下限電圧は異なり、内部抵抗が大きいと下限電圧〜上限電圧の幅は狭くなる。
【０００７】
図１４（ａ）に示した例では、端子間電圧が上限電圧に達する前に充電区間が終了して放電区間に移行している。このようなパルス充放電は、端子間電圧が変化可能な幅（下限電圧〜上限電圧の幅）の全てを利用していないため、結果として、バッテリを昇温する時間が延びる。一方、図１４（ｂ）に示した例では、端子間電圧が上限電圧を超えた後に充電区間が終了して放電区間に移行している。このようなパルス充放電を行うとバッテリに過大な負荷がかかるため、バッテリが劣化してしまう。
【０００８】
本発明の目的は、蓄電器の内部抵抗に応じて蓄電器に過大な負荷をかけずに蓄電器を迅速に昇温可能な充放電制御装置及び充放電制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決して係る目的を達成するために、請求項１に記載の発明の充放電制御装置は、負荷（例えば、実施の形態での電動機Ｍ）に電力を供給する蓄電器（例えば、実施の形態での蓄電器Ｂ）と、動力源（例えば、実施の形態での内燃機関Ｅ）の運転によって発電した電力を前記負荷又は前記蓄電器に供給する発電機（例えば、実施の形態での発電機Ｇ）と、を備えたシステムにおいて、前記蓄電器の温度が所定値未満のとき、前記蓄電器がパータベーション方式の充放電を行うよう制御する充放電制御装置であって、前記蓄電器の充電状態及び前記蓄電器の温度に基づいて、前記蓄電器が充放電可能な電力量である充放電可能量を導出する充放電可能量導出部（例えば、実施の形態での充放電可能量導出部１５３）と、前記蓄電器の内部抵抗に基づいて、前記パータベーション方式の充放電を行う際の一周期の充放電時間を導出する充放電時間導出部（例えば、実施の形態での充放電時間導出部１５７）と、前記充放電可能量及び前記充放電時間に応じたパータベーションのパターンを決定するパータベーションパターン決定部（例えば、実施の形態でのパータベーションパターン決定部１５９）と、前記蓄電器が前記パータベーションのパターンに応じた充放電を行うよう前記発電機を制御する制御部（例えば、実施の形態での制御部１０９）と、を備えたことを特徴としている。
【００１０】
さらに、請求項２に記載の発明の充放電制御装置では、前記充放電時間導出部は、前記蓄電器の内部抵抗が大きいときは前記一周期の充放電時間を短くし、前記蓄電器の内部抵抗が小さいときは前記一周期の充放電時間を長くすることを特徴としている。
【００１１】
さらに、請求項３に記載の発明の充放電制御装置では、負荷（例えば、実施の形態での電動機Ｍ）に電力を供給する蓄電器（例えば、実施の形態での蓄電器Ｂ）と、動力源（例えば、実施の形態での内燃機関Ｅ）の運転によって発電した電力を前記負荷又は前記蓄電器に供給する発電機（例えば、実施の形態での発電機Ｇ）と、を備えたシステムにおいて、前記蓄電器の温度が所定値未満のとき、前記蓄電器がパータベーション方式の充放電を行うよう制御する充放電制御装置であって、前記蓄電器の充電状態及び前記蓄電器の温度に基づいて、前記蓄電器が充放電可能な電力量である充放電可能量を導出する充放電可能量導出部（例えば、実施の形態での充放電可能量導出部１５３）と、前記蓄電器の内部抵抗及び充電状態に基づいて、前記パータベーション方式の充放電を行う際の一周期の充放電時間を導出する充放電時間導出部（例えば、実施の形態での充放電時間導出部２５７）と、前記充放電可能量及び前記充放電時間に応じたパータベーションのパターンを決定するパータベーションパターン決定部（例えば、実施の形態でのパータベーションパターン決定部１５９）と、前記蓄電器が前記パータベーションのパターンに応じた充放電を行うよう前記発電機を制御する制御部（例えば、実施の形態での制御部１０９）と、を備えたことを特徴としている。
【００１２】
さらに、請求項４に記載の発明の充放電制御装置では、前記充放電時間導出部は、前記蓄電器の内部抵抗が大きくかつ前記蓄電器の充電率が高いときは前記一周期の充放電時間を短くし、前記蓄電器の内部抵抗が小さくかつ前記蓄電器の充電率が低いときは前記一周期の充放電時間を長くすることを特徴としている。
【００１３】
さらに、請求項５に記載の発明の充放電制御装置では、前記負荷に対する要求出力が前記充放電可能量未満のとき、前記要求出力を超えた前記蓄電器の余剰出力によって前記動力源を空回しすることを特徴としている。
【００１４】
さらに、請求項６に記載の発明の充放電制御装置では、前記負荷に対する要求出力が前記充放電可能量未満のとき、前記要求出力を超えた前記蓄電器の余剰出力によって前記システムに含まれる他の装置（例えば、実施の形態での補機）を駆動することを特徴としている。
【００１５】
さらに、請求項７に記載の発明の充放電制御装置では、前記制御部は、前記負荷に対する要求出力に前記パータベーションのパターンを畳み込んだ補正要求出力に応じて前記発電機を制御することを特徴としている。
【００１６】
さらに、請求項８に記載の発明の充放電制御方法では、負荷（例えば、実施の形態での電動機Ｍ）に電力を供給する蓄電器（例えば、実施の形態での蓄電器Ｂ）と、動力源（例えば、実施の形態での内燃機関Ｅ）の運転によって発電した電力を前記負荷又は前記蓄電器に供給する発電機（例えば、実施の形態での発電機Ｇ）と、を備えたシステムにおいて、前記蓄電器の温度が所定値未満のとき、前記蓄電器がパータベーション方式の充放電を行うよう制御する充放電制御方法であって、前記蓄電器の充電状態及び前記蓄電器の温度に基づいて、前記蓄電器が充放電可能な電力量である充放電可能量を導出し、前記蓄電器の内部抵抗を導出し、前記蓄電器の内部抵抗に基づいて、前記パータベーション方式の充放電を行う際の一周期の充放電時間を導出し、前記充放電可能量及び前記充放電時間に応じたパータベーションのパターンを決定し、前記蓄電器が前記パータベーションのパターンに応じた充放電を行うよう前記発電機を制御することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１〜７に記載の発明の充放電制御装置及び請求項８に記載の充放電制御方法によれば、蓄電器の内部抵抗に応じて蓄電器に過大な負荷をかけずに蓄電器を迅速に昇温できる。
【００１８】
請求項２及び４に記載の発明の充放電制御装置によれば、蓄電器の状態に応じた充放電量の制限値範囲内で充放電を繰り返して蓄電器を加温するため、蓄電器の劣化を防止しつつ、蓄電器に過大な負荷をかけずに蓄電器を迅速に昇温できる。
【００１９】
請求項５及び６に記載の発明の充放電制御装置によれば、前記要求出力を超えた前記蓄電器の余剰出力を消費できるため、蓄電器は充放電可能量を出力できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る充放電制御装置を含むシリーズ方式のＨＥＶの概略構成図
【図２】パータベーション方式の充放電の制御に係る第１の実施形態の制御部１０９の内部構成を示すブロック図
【図３】蓄電器ＢのＳＯＣに対する可能出力を３つの異なるバッテリ温度毎に示すグラフ
【図４】バッテリ温度−内部抵抗マップを示す図
【図５】蓄電器Ｂの内部抵抗Ｒに対するパータベーション方式の充放電を行う際の一周期の充放電時間を示すグラフ
【図６】パータベーションのパターンの一例を示す図
【図７】車両要求出力及び補正要求出力の時間変化の一例を示すグラフ
【図８】パータベーション方式の充放電を行う前の第１の実施形態の制御部１０９の動作を示すフローチャート
【図９】パータベーション方式の充放電の制御に係る第２の実施形態の制御部１０９の内部構成を示すブロック図
【図１０】パータベーション方式の充放電を行う前の第２の実施形態の制御部１０９の動作を示すフローチャート
【図１１】蓄電器Ｂの内部抵抗Ｒ及びＳＯＣに対するパータベーション方式の充放電を行う際の一周期の充放電時間を示すグラフ
【図１２】本発明に係る充放電制御装置を含むシリーズ／パラレル方式のＨＥＶの概略構成図
【図１３】特許文献１に開示されたバッテリ充電制御方法を実施した場合のバッテリ温度、充放電電圧、充放電電流及びバッテリ残容量の変化を示すタイムチャート
【図１４】（ａ）は内部抵抗が低いバッテリに対してパルス充放電を行った際の端子電圧の時間変化の一例を示すグラフ、（ｂ）は内部抵抗が高いバッテリに対してパルス充放電を行った際の端子電圧の時間変化の一例を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００２２】
ＨＥＶ（Hybrid Electrical Vehicle：ハイブリッド電気自動車）は、電動機及び内燃機関を備え、車両の走行状態に応じて電動機及び／又は内燃機関の駆動力によって走行する。ＨＥＶには、大きく分けてシリーズ方式とパラレル方式の２種類がある。シリーズ方式のＨＥＶは、電動機の動力によって走行する。内燃機関は発電のためだけに用いられ、内燃機関の動力によって発電機で発電された電力は蓄電器に充電されるか、電動機に供給される。
【００２３】
なお、シリーズ方式のＨＥＶは、「ＥＶ走行」又は「シリーズ走行」を行う。「ＥＶ走行」では、ＨＥＶは、蓄電器からの電源供給によって駆動する電動機の駆動力によって走行する。このとき内燃機関は駆動されない。また、「シリーズ走行」では、ＨＥＶは、蓄電器及び発電機の双方からの電力の供給や発電機のみからの電力の供給等によって駆動する電動機の駆動力によって走行する。このとき、内燃機関は発電機における発電のために駆動される。
【００２４】
パラレル方式のＨＥＶは、電動機及び内燃機関のいずれか一方又は双方の動力によって走行する。上記両方式を複合したシリーズ／パラレル方式のＨＥＶも知られている。当該方式では、車両の走行状態に応じてクラッチを切断又は締結する（断接する）ことによって、駆動力の伝達系統をシリーズ方式及びパラレル方式のいずれかの構成に切り替える。特に低速走行時にはクラッチを切断してシリーズ方式の構成とし、特に中高速走行時にはクラッチを締結してパラレル方式の構成とする。
【００２５】
（第１の実施形態）
図１は、本発明に係る充放電制御装置を含むシリーズ方式のＨＥＶの概略構成図である。図１に示すＨＥＶ（以下、単に「車両」という）は、内燃機関Ｅと、発電機Ｇと、電動機Ｍと、変速機構ＴＭと、駆動輪Ｗと、蓄電器Ｂと、電流センサ１０１と、電圧センサ１０３と、温度センサ１０５と、電力制御部１０７と、制御部１０９とを備える。
【００２６】
当該車両では、電動機Ｍの動力が変速機構ＴＭを介して駆動輪Ｗに伝達される。内燃機関Ｅは発電のためだけに用いられ、発電機Ｇは内燃機関Ｅの出力によって駆動する。発電機Ｇで発電された電力は、車両の運転状態に応じて、蓄電器Ｂに充電されるか電動機Ｍに供給される。
【００２７】
蓄電器Ｂは、直列に接続された複数の蓄電セルを有し、例えば１００〜２００Ｖの高電圧を供給する。蓄電セルは、例えば、金属水素化物を陰極活物質とするＮｉ−ＭＨ（nickel-metal hydride）電池やリチウムイオン電池、電気二重層キャパシタ、コンデンサ等である。
【００２８】
電流センサ１０１は、蓄電器Ｂの充放電電流Ｉを検出する。なお、充放電電流Ｉは、蓄電器Ｂから電動機Ｍ等に供給される放電電流、又は発電機Ｇから蓄電器Ｂに供給される充電電流である。電圧センサ１０３は、蓄電器Ｂの端子間電圧Ｖを検出する。温度センサ１０５は、蓄電器Ｂの温度（以下「バッテリ温度」という）Ｔを検出する。各センサは、検出した情報を制御部１０９に送る。
【００２９】
電力制御部１０７は、蓄電器Ｂから電動機Ｍへの電力供給及び発電機Ｇから蓄電器Ｂへの電力供給を制御する。電力制御部１０７は、直流電圧を昇圧又は降圧を行うコンバータ及び交流電圧から直流電圧又は直流電圧から交流電圧に変換するインバータを含む。コンバータ及びインバータは、各々を構成するトランジスタが制御部１０９によってスイッチング制御されることで動作する。
【００３０】
制御部１０９は、バッテリ温度Ｔが所定値未満のとき、蓄電器Ｂを昇温するために行う充放電を制御する。なお、当該充放電は、充電と放電を所定時間ずつ繰り返し行うパータベーション（perturbation）方式の充放電である。制御部１０９は、蓄電器Ｂが当該パータベーション方式の充放電を行うよう内燃機関Ｅ及び発電機Ｇの運転を制御する。
【００３１】
図２は、パータベーション方式の充放電の制御に係る第１の実施形態の制御部１０９の内部構成を示すブロック図である。図２に示すように、制御部１０９は、ＳＯＣ推定部１５１と、充放電可能量導出部１５３と、内部抵抗算出部１５５と、充放電時間導出部１５７と、パータベーションパターン決定部１５９と、車両要求出力導出部１６１と、パータベーション要求出力導出部１６３とを有する。
【００３２】
ＳＯＣ推定部１５１は、安定状態の蓄電器Ｂの端子間電圧Ｖは開放電圧（ＯＣＶ：Open Circuit Voltage）に等しいとみなし、蓄電器Ｂが安定した状態のときには、蓄電器Ｂの開放電圧−ＳＯＣ特性に基づいて、端子間電圧Ｖから蓄電器Ｂの残容量（ＳＯＣ：State of Charge）を推定する。なお、ＳＯＣ推定部１５１は、蓄電器Ｂが安定していない状態のときには、電流センサ１０１によって検出された充放電電流Ｉを所定期間毎に積算して積算充電量及び積算放電量を算出し、積算充電量及び積算放電量を初期状態又は充放電開始直前のＳＯＣ（初期ＳＯＣ）に加算又は減算することによって蓄電器ＢのＳＯＣを推定する。
【００３３】
充放電可能量導出部１５３は、蓄電器ＢのＳＯＣ及びバッテリ温度Ｔに応じた、蓄電器Ｂに過大な負荷がかからずに充放電可能な電力量（以下「充放電可能量」という）を導出する。充放電可能量を導出する際、充放電可能量導出部１５３は、図３に示したグラフを参照する。図３は、蓄電器ＢのＳＯＣに対する可能出力を３つの異なるバッテリ温度毎に示すグラフである。図３に示すように、蓄電器Ｂの可能出力はＳＯＣによって異なり、かつ、バッテリ温度Ｔが低いほど蓄電器Ｂの可能出力は低い。充放電可能量導出部１５３は、蓄電器ＢのＳＯＣ及びバッテリ温度Ｔに応じた可能出力、例えば、ＳＯＣに応じた可能出力よりバッテリ温度Ｔに応じた可能出力の方が低いとき、バッテリ温度Ｔに応じた可能出力を導出した上で、当該可能出力に応じた蓄電器Ｂの充放電可能量を導出する。なお、可能動力として導出する基準は、この限りではなく、何れか高い方、あるいは平均を導出してもよい。
【００３４】
内部抵抗算出部１５５は、蓄電器Ｂの端子間電圧Ｖ及び充放電電流Ｉに基づいて、内部抵抗Ｒ＝端子間電圧Ｖ／充放電電流Ｉの計算式から内部抵抗Ｒを算出する。なお、蓄電器Ｂの内部抵抗Ｒは、電極表面の結晶構造の変化によって異なる。例えば、蓄電器Ｂが長時間にわたり放電し続けると、電極表面の活物質イオン濃度がイオン拡散により高まる。その結果、蓄電器Ｂの内部抵抗Ｒは高くなる。但し、結晶構造が変化しない材料を用いた蓄電器の場合は、温度による粘性等によって内部抵抗が変化する。したがって、蓄電器Ｂがこのような蓄電器の場合、内部抵抗算出部１５５は、図４に示すバッテリ温度−内部抵抗マップに基づいて、バッテリ温度Ｔから蓄電器Ｂの内部抵抗Ｒを導出する。
【００３５】
充放電時間導出部１５７は、蓄電器Ｂの内部抵抗Ｒに基づいて、パータベーション方式の充放電を行う際の一周期の充放電時間（以下、単に「充放電時間」という）を導出する。充放電時間を導出する際、充放電時間導出部１５７は、図５に示したグラフを参照する。図５は、蓄電器Ｂの内部抵抗Ｒに対するパータベーション方式の充放電を行う際の一周期の充放電時間を示すグラフである。図５に示すように、内部抵抗Ｒが小さいときは一周期の充放電時間を長く設定し、内部抵抗Ｒが大きいときは一周期の充放電時間を短く設定する。
【００３６】
パータベーションパターン決定部１５９は、充放電可能量及び充放電時間に応じたパータベーションのパターンを決定する。図６は、パータベーションのパターンの一例を示す図である。図６に示すように、本実施形態におけるパータベーション方式の充放電では、充放電可能量の電力変化を伴う蓄電器Ｂの充電及び放電を充放電時間の半分の時間ずつ交互に行う。
【００３７】
車両要求出力導出部１６１は、アクセルペダル開度（ＡＰ開度）及び車両の走行車速（車速）に基づいて、車両に要求される出力（車両要求出力）を導出する。パータベーション要求出力導出部１６３は、車両要求出力にパータベーションのパターンを畳み込んだ補正要求出力を導出する。図７は、車両要求出力及び補正要求出力の時間変化の一例を示すグラフである。
【００３８】
なお、バッテリ温度Ｔが所定値未満のとき、蓄電器Ｂは車両要求出力を出力できない可能性が高い。したがって、蓄電器Ｂが低温時には、基本的に、内燃機関Ｅの動力によって発電機Ｇを駆動することで得られる電力を電動機Ｍに供給する。但し、本実施形態では、パータベーションのパターンを畳み込んだ補正要求出力に応じて内燃機関Ｅ及び発電機Ｇが運転されるため、結果として、蓄電器Ｂがパータベーションパターンで充放電する。
【００３９】
以下、蓄電器Ｂを昇温するためにパータベーション方式の充放電を行う際の制御部１０９の動作について、図８を参照して説明する。図８は、パータベーション方式の充放電を行う前の第１の実施形態の制御部１０９の動作を示すフローチャートである。図８に示すように、制御部１０９は、バッテリ温度Ｔが所定値未満か否かを判断し（ステップＳ１０１）、バッテリ温度Ｔが所定値未満のときはステップＳ１０３に進み、所定以上のときはステップＳ１２１に進む。ステップＳ１２１ではパータベーション方式の充放電は行わず、制御部１０９は通常の制御を行う。
【００４０】
一方、ステップＳ１０３では、ＳＯＣ推定部１５１が、蓄電器ＢのＳＯＣを推定する。次に、充放電可能量導出部１５３は、蓄電器ＢのＳＯＣ及びバッテリ温度Ｔに応じた充放電可能量を導出する（ステップＳ１０５）。次に、内部抵抗算出部１５５は、蓄電器Ｂの端子間電圧Ｖ及び充放電電流Ｉに基づいて、蓄電器Ｂの内部抵抗Ｒを算出する（ステップＳ１０７）。次に、充放電時間導出部１５７は、蓄電器Ｂの内部抵抗Ｒに基づいて、パータベーション方式の充放電を行う際の一周期の充放電時間を導出する（ステップＳ１０９）。
【００４１】
次に、パータベーションパターン決定部１５９は、充放電可能量及び充放電時間からパータベーションのパターンを決定する（ステップＳ１１１）。次に、車両要求出力導出部１６１は、ＡＰ開度及び車速に基づいて車両要求出力を導出する（ステップＳ１１３）。次に、パータベーション要求出力導出部１６３は、車両要求出力にパータベーションのパターンを畳み込んだ補正要求出力を導出する（ステップＳ１１５）。次に、制御部１０９は、補正要求出力に応じて発電機Ｇが所望の電力を出力するよう、内燃機関Ｅの運転を制御する。
【００４２】
以上説明したように、本実施形態によれば、パータベーション方式の充放電における一周期の充放電時間を内部抵抗Ｒに基づいて導出している。図１４（ａ）及び図１４（ｂ）に示したように、蓄電器Ｂの内部抵抗Ｒに応じて上限電圧及び下限電圧は異なり、内部抵抗が大きいと下限電圧〜上限電圧の幅は狭くなる。本実施形態では、このような特性に応じて、内部抵抗Ｒが小さいときは長い充放電時間が導出され、内部抵抗Ｒが大きいときは短い充放電時間が導出される。その結果、当該充放電によって、蓄電器Ｂに過大な負荷をかけずに迅速に蓄電器Ｂを昇温することができる。さらに、内部抵抗Ｒに応じて一周期の充放電時間を調節するため、蓄電器Ｂの劣化を防止しつつ、過大な負荷をかけず迅速に蓄電器Ｂを昇温することができる。
【００４３】
また、充放電の切り替え頻度が蓄電器Ｂの内部抵抗Ｒに応じて異なり、内部抵抗Ｒが小さいときは充放電の切り替え頻度が低く設定されるため、電力制御部１０７のコンバータで発生するスイッチング損失を低減できる。
【００４４】
なお、車両要求出力が蓄電器Ｂの充放電可能量未満であると、放電時の蓄電器Ｂの出力が車両要求出力を超えてしまう。本実施形態では、車両要求出力を超えた蓄電器Ｂの余剰出力を、図示しない補機の駆動や内燃機関Ｅの空回しによって消費する。
【００４５】
（第２の実施形態）
第２の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、車両が備える制御部の充放電時間導出部による充放電時間の導出の仕方である。この点以外は第１の実施形態と同様である。このため、第１実施形態と同一又は同等部分の説明は簡略化又は省略する。
【００４６】
第１の実施形態では、車両が備える制御部１０９の充放電時間導出部１５７は、蓄電器Ｂの内部抵抗Ｒに基づいて、充放電時間を導出する。第２の実施形態では、図９及び図１０のステップＳ２０９に示すように、充放電時間導出部２５７が、蓄電器Ｂの内部抵抗Ｒ及びＳＯＣに基づいて、パータベーション方式の充放電を行う際の一周期の充放電時間を導出する。図９には、図２と共通する構成要素には同じ参照符号が付されている。また、図１０には、図８と共通するステップには同じ参照符号が付されている。
【００４７】
第２の実施形態の充放電時間導出部２５７は、充放電時間を導出する際、図１１に示したグラフを参照する。図１１は、蓄電器Ｂの内部抵抗Ｒ及びＳＯＣに対するパータベーション方式の充放電を行う際の一周期の充放電時間を示すグラフである。図１１に示すように、内部抵抗Ｒが小さくかつＳＯＣが低いときは一周期の充放電時間を長く設定し、内部抵抗Ｒが大きくかつＳＯＣが高いときは一周期の充放電時間を短く設定する。また、内部抵抗Ｒが小さくかつＳＯＣが高いとき、及び、内部抵抗Ｒが大きくかつＳＯＣが低いときは、中程度の充放電時間を設定する。
【００４８】
本実施形態によれば、パータベーション方式の充放電における一周期の充放電時間を内部抵抗Ｒ及びＳＯＣに基づいて導出している。このため、第１の実施形態よりも蓄電器Ｂの状態に応じた最適な充放電時間を導出することができる。その結果、当該充放電によって、蓄電器に過大な負荷をかけずに迅速に蓄電器Ｂを昇温することができるといった効果をより高めることができる。さらに、内部抵抗Ｒ及びＳＯＣに応じて一周期の充放電時間を調節するため、蓄電器Ｂの劣化を防止しつつ、過大な負荷をかけず迅速に蓄電器Ｂを昇温することができる。
【００４９】
上記第１及び第２の実施形態では、充放電制御装置がシリーズ方式のＨＥＶに含まれた例について説明したが、図１２に示すシリーズ／パラレル方式のＨＥＶに含まれていても良い。但し、充放電制御装置による上記制御は、当該ＨＥＶにおいてクラッチが切断され、駆動力の伝達系統がシリーズ方式の構成であるときのみ行われる。
【００５０】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で上記実施形態に多くの修正及び変更を加え得ることは勿論である。例えば、上記実施形態では、パータベーション方式の充放電における一周期の充放電時間を内部抵抗Ｒ、または内部抵抗Ｒ及びＳＯＣに基づいて導出しているが、充放電時間導出部１５７，２５７は、充放電可能量をも考慮して当該充放電時間を導出しても良い。具体的には、現内部抵抗での蓄電器Ｂの端子間電圧Ｖが上限電圧から下限電圧に達するまでの時間と下限電圧から上限電圧に達するまでの時間の合計時間を、パータベーション方式の充放電における一周期の充放電時間として導出しても良い（フィードバック制御）。これにより、蓄電器Ｂの充放電によるジュール熱をより高精度に利用することができるので、蓄電器Ｂの加温をより迅速に行なうことができる。
【００５１】
また、車両の始動時にパータベーションのパターンを設定すると、制御部１０９は、そのパターンで蓄電器Ｂの充放電を制御するが、所定時間毎にパータベーションのパターンが変更されても良い。例えば、パータベーションのパターンが設定されて所定時間が経過すると、充放電可能量導出部１５３がそのときの蓄電器ＢのＳＯＣ及びバッテリ温度Ｔに基づいて充放電可能量を算出し、充放電時間導出部１５７，２５７が一周期の充放電時間を導出する。そして、パータベーションパターン決定部１５９は、これら導出した充放電可能量及び充放電時間に応じたパータベーションのパターンを再度決定する。蓄電器Ｂが温まるにつれて充放電可能量は増加するため、パータベーションのパターンを所定時間間隔で更新することにより迅速に蓄電器を加温できる。
【符号の説明】
【００５２】
Ｅ 内燃機関
Ｇ 発電機
Ｍ 電動機
ＴＭ 変速機構
Ｗ 駆動輪
Ｂ 蓄電器
１０１ 電流センサ
１０３ 電圧センサ
１０５ 温度センサ
１０７ 電力制御部
１０９ 制御部
１５１ ＳＯＣ推定部
１５３ 充放電可能量導出部
１５５ 内部抵抗算出部
１５７，２５７ 充放電時間導出部
１５９ パータベーションパターン決定部
１６１ 車両要求出力導出部
１６３ パータベーション要求出力導出部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷に電力を供給する蓄電器と、動力源の運転によって発電した電力を前記負荷又は前記蓄電器に供給する発電機と、を備えたシステムにおいて、前記蓄電器の温度が所定値未満のとき、前記蓄電器がパータベーション方式の充放電を行うよう制御する充放電制御装置であって、
前記蓄電器の充電状態及び前記蓄電器の温度に基づいて、前記蓄電器が充放電可能な電力量である充放電可能量を導出する充放電可能量導出部と、
前記蓄電器の内部抵抗に基づいて、前記パータベーション方式の充放電を行う際の一周期の充放電時間を導出する充放電時間導出部と、
前記充放電可能量及び前記充放電時間に応じたパータベーションのパターンを決定するパータベーションパターン決定部と、
前記蓄電器が前記パータベーションのパターンに応じた充放電を行うよう前記発電機を制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする充放電制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の充放電制御装置であって、
前記充放電時間導出部は、前記蓄電器の内部抵抗が大きいときは前記一周期の充放電時間を短くし、前記蓄電器の内部抵抗が小さいときは前記一周期の充放電時間を長くすることを特徴とする充放電制御装置。
【請求項３】
負荷に電力を供給する蓄電器と、動力源の運転によって発電した電力を前記負荷又は前記蓄電器に供給する発電機と、を備えたシステムにおいて、前記蓄電器の温度が所定値未満のとき、前記蓄電器がパータベーション方式の充放電を行うよう制御する充放電制御装置であって、
前記蓄電器の充電状態及び前記蓄電器の温度に基づいて、前記蓄電器が充放電可能な電力量である充放電可能量を導出する充放電可能量導出部と、
前記蓄電器の内部抵抗及び充電状態に基づいて、前記パータベーション方式の充放電を行う際の一周期の充放電時間を導出する充放電時間導出部と、
前記充放電可能量及び前記充放電時間に応じたパータベーションのパターンを決定するパータベーションパターン決定部と、
前記蓄電器が前記パータベーションのパターンに応じた充放電を行うよう前記発電機を制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする充放電制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載の充放電制御装置であって、
前記充放電時間導出部は、前記蓄電器の内部抵抗が大きくかつ前記蓄電器の充電率が高いときは前記一周期の充放電時間を短くし、前記蓄電器の内部抵抗が小さくかつ前記蓄電器の充電率が低いときは前記一周期の充放電時間を長くすることを特徴とする充放電制御装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の充放電制御装置であって、
前記負荷に対する要求出力が前記充放電可能量未満のとき、前記要求出力を超えた前記蓄電器の余剰出力によって前記動力源を空回しすることを特徴とする充放電制御装置。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の充放電制御装置であって、
前記負荷に対する要求出力が前記充放電可能量未満のとき、前記要求出力を超えた前記蓄電器の余剰出力によって他の装置を駆動することを特徴とする充放電制御装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の充放電制御装置であって、
前記制御部は、前記負荷に対する要求出力に前記パータベーションのパターンを畳み込んだ補正要求出力に応じて前記発電機を制御することを特徴とする充放電制御装置。
【請求項８】
負荷に電力を供給する蓄電器と、動力源の運転によって発電した電力を前記負荷又は前記蓄電器に供給する発電機と、を備えたシステムにおいて、前記蓄電器の温度が所定値未満のとき、前記蓄電器がパータベーション方式の充放電を行うよう制御する充放電制御方法であって、
前記蓄電器の充電状態及び前記蓄電器の温度に基づいて、前記蓄電器が充放電可能な電力量である充放電可能量を導出し、
前記蓄電器の内部抵抗を導出し、
前記蓄電器の内部抵抗に基づいて、前記パータベーション方式の充放電を行う際の一周期の充放電時間を導出し、
前記充放電可能量及び前記充放電時間に応じたパータベーションのパターンを決定し、
前記蓄電器が前記パータベーションのパターンに応じた充放電を行うよう前記発電機を制御することを特徴とする充放電制御方法。
【請求項１】
負荷に電力を供給する蓄電器と、動力源の運転によって発電した電力を前記負荷又は前記蓄電器に供給する発電機と、を備えたシステムにおいて、前記蓄電器の温度が所定値未満のとき、前記蓄電器がパータベーション方式の充放電を行うよう制御する充放電制御装置であって、
前記蓄電器の充電状態及び前記蓄電器の温度に基づいて、前記蓄電器が充放電可能な電力量である充放電可能量を導出する充放電可能量導出部と、
前記蓄電器の内部抵抗に基づいて、前記パータベーション方式の充放電を行う際の一周期の充放電時間を導出する充放電時間導出部と、
前記充放電可能量及び前記充放電時間に応じたパータベーションのパターンを決定するパータベーションパターン決定部と、
前記蓄電器が前記パータベーションのパターンに応じた充放電を行うよう前記発電機を制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする充放電制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の充放電制御装置であって、
前記充放電時間導出部は、前記蓄電器の内部抵抗が大きいときは前記一周期の充放電時間を短くし、前記蓄電器の内部抵抗が小さいときは前記一周期の充放電時間を長くすることを特徴とする充放電制御装置。
【請求項３】
負荷に電力を供給する蓄電器と、動力源の運転によって発電した電力を前記負荷又は前記蓄電器に供給する発電機と、を備えたシステムにおいて、前記蓄電器の温度が所定値未満のとき、前記蓄電器がパータベーション方式の充放電を行うよう制御する充放電制御装置であって、
前記蓄電器の充電状態及び前記蓄電器の温度に基づいて、前記蓄電器が充放電可能な電力量である充放電可能量を導出する充放電可能量導出部と、
前記蓄電器の内部抵抗及び充電状態に基づいて、前記パータベーション方式の充放電を行う際の一周期の充放電時間を導出する充放電時間導出部と、
前記充放電可能量及び前記充放電時間に応じたパータベーションのパターンを決定するパータベーションパターン決定部と、
前記蓄電器が前記パータベーションのパターンに応じた充放電を行うよう前記発電機を制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする充放電制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載の充放電制御装置であって、
前記充放電時間導出部は、前記蓄電器の内部抵抗が大きくかつ前記蓄電器の充電率が高いときは前記一周期の充放電時間を短くし、前記蓄電器の内部抵抗が小さくかつ前記蓄電器の充電率が低いときは前記一周期の充放電時間を長くすることを特徴とする充放電制御装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の充放電制御装置であって、
前記負荷に対する要求出力が前記充放電可能量未満のとき、前記要求出力を超えた前記蓄電器の余剰出力によって前記動力源を空回しすることを特徴とする充放電制御装置。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の充放電制御装置であって、
前記負荷に対する要求出力が前記充放電可能量未満のとき、前記要求出力を超えた前記蓄電器の余剰出力によって他の装置を駆動することを特徴とする充放電制御装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の充放電制御装置であって、
前記制御部は、前記負荷に対する要求出力に前記パータベーションのパターンを畳み込んだ補正要求出力に応じて前記発電機を制御することを特徴とする充放電制御装置。
【請求項８】
負荷に電力を供給する蓄電器と、動力源の運転によって発電した電力を前記負荷又は前記蓄電器に供給する発電機と、を備えたシステムにおいて、前記蓄電器の温度が所定値未満のとき、前記蓄電器がパータベーション方式の充放電を行うよう制御する充放電制御方法であって、
前記蓄電器の充電状態及び前記蓄電器の温度に基づいて、前記蓄電器が充放電可能な電力量である充放電可能量を導出し、
前記蓄電器の内部抵抗を導出し、
前記蓄電器の内部抵抗に基づいて、前記パータベーション方式の充放電を行う際の一周期の充放電時間を導出し、
前記充放電可能量及び前記充放電時間に応じたパータベーションのパターンを決定し、
前記蓄電器が前記パータベーションのパターンに応じた充放電を行うよう前記発電機を制御することを特徴とする充放電制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１２−１１９３１０（Ｐ２０１２−１１９３１０Ａ）
【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２０１１−２４２３７６（Ｐ２０１１−２４２３７６）
【出願日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【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２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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