JP4538418B2 - 二次電池の充放電制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、二次電池に対する充放電電力の制御技術に関し、特に低温時において二次電池を充放電させることで昇温する技術に関する。

走行中の発電が可能である、ハイブリッド車両や燃料電池車などは、二次電池を搭載している。ハイブリッド車両では、電動機により当該二次電池に蓄えられた電力が駆動力に変換され、その駆動力は、単独あるいはエンジンが発生する駆動力と共に車輪に伝達される。また、燃料電池車は、走行状況に応じて、燃料電池が発生する電力に加えて、当該二次電池に蓄えられた電力が電動機に与えられ、当該電動機が発生する駆動力が車輪に伝達される。

二次電池は、電気エネルギを化学的作用により蓄えるため、充放電特性は、環境要件、特に温度条件に応じて、大きく変化する。すなわち、低温時においては、その化学的作用の反応度が大きく低下し、本来の性能を発揮することができない。たとえば、最適使用温度が２０℃〜４０℃において２１ｋＷ程度の電力を供給できる二次電池を０℃で使用した場合においては、５ｋＷ程度の電力しか供給できない。

そのため、冬季の早朝や寒冷地などにおいては、二次電池が低温となっているため、必要な電力を供給できず、スムーズな発進や加速ができないという問題がある。そこで、特開２０００−９２６１４号公報（特許文献１）に開示されるように、二次電池の温度が所定温度より低い場合に、所定の充放電範囲内で強制的に充放電を行ない、発生する抵抗熱により二次電池を所定温度に制御する構成が知られている。

また、特開２００３−２７２７１２号公報（特許文献２）においては、バッテリの温度が所定値以下である場合において、バッテリの充電状態が所定領域内で充放電を繰返す構成が開示されている。さらに、特開２００３−２７４５６５号公報（特許文献３）においては、二次電池を含む蓄電部を充電する発電手段と、蓄電部から電力を放電させる放電手段とを交互に作動させて、二次電池を発熱させる構成が開示されている。

なお、特許文献１〜３に開示されるような充放電を繰返す構成に限られず、積極的に充電のみを行なうことで、二次電池の昇温を行なう構成も開示されている。たとえば、特開平７−７９５０３号公報（特許文献４）には、二次電池の温度に応じて、発電機の出力電圧を上昇させることで、充電抵抗による発熱を促進する構成が開示されている。また、特開２０００−４０５３２号公報（特許文献５）には、エンジン冷却水の水温が低い場合において、ＳＯＣ（State Of Charge）を高く設定することで、二次電池の充電を行ない、二次電池の暖機を促進する構成が開示されている。
特開２０００−９２６１４号公報 特開２００３−２７２７１２号公報 特開２００３−２７４５６５号公報 特開平７−７９５０３号公報 特開２０００−４０５３２号公報

一般的に、二次電池は、その充放電特性を向上させるために、内部抵抗が小さくなるように設計されている。そのため、上述した特許文献１〜５に開示されるような、充放電の繰返しまたは積極的な充電による、内部抵抗でのジュール熱に依存した二次電池の昇温動作では、単位時間の発生熱量はそれほど多くない。したがって、通常の使用温度域までの昇温動作が完了するまでには、たとえば数分から１０数分程度の比較的長い時間を要する。

一方、二次電池を保護するために、二次電池の充放電電力は、各時点における二次電池の電池状態に応じて、化学反応的な観点から定められる充放電制限電力に制限される。通常の昇温動作時においては、昇温時間を短縮するため、充放電制限電力と一致するように充放電電力が設定される。

しかしながら、二次電池がこの充放電制限電力の範囲内で継続的に充放電されると、電極部に生じる分極作用が大きくなり、二次電池の出力電圧が当該分極作用に起因する過剰な電圧変動（電圧上昇または電圧降下）を生じる場合があった。二次電池の出力電圧にこのような過剰な電圧変動が生じると、二次電池に接続されるインバータ装置や電動機に影響を与え、走行性能を低下させるという問題があった。

この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、昇温動作時などのように、二次電池に対する充放電が比較的長い時間に亘って継続する場合において、二次電池の過剰な電圧変動を抑制可能な二次電池の充放電制御装置を提供することである。

この発明によれば、充放電可能に構成される二次電池と、二次電池と接続され、電力を発生する発電手段と、二次電池と接続され、電力を消費する負荷手段と、を有するシステムにおける二次電池の充放電制御装置である。この発明に係る二次電池の充放電制御装置は、二次電池に対する継続的な充放電要求が存在しているか否かを判断する判断手段と、各時点における二次電池の電池状態に応じて定められる充放電制限電力より小さい範囲内で、二次電池を継続して充放電するための充放電継続電力を決定する決定手段と、判断手段により継続的な充放電要求が存在していると判断されたときに、二次電池に対して充放電される電力が決定手段により決定された充放電継続電力となるように、発電手段の発生電力および負荷手段の消費電力のうち、少なくともいずれか一方を制御する制御手段とを備える。

この発明によれば、判断手段により継続的な充放電要求が存在すると判断されると、各時点における二次電池の電池状態に応じて定められる充放電制限電力より小さくなるように、二次電池を継続して充放電するための充放電継続電力が決定される。そして、二次電池は、この決定された充放電継続電力で継続的に充放電される。これにより、短時間についての制限値である充放電制限電力で継続的に充放電する場合に比較して、電極を流れる電流が小さくなるので、電極部に生じる分極作用を抑制できる。

したがって、二次電池に対する充放電が比較的長い時間に亘って継続する場合であっても、二次電池の出力電圧における電圧変動を抑制できる。

好ましくは、決定手段は、充放電制限電力に所定の低減定数を乗じた値を超過しないように、充放電制限電力を決定する。

好ましくは、二次電池の電池温度を取得する電池温度取得手段をさらに備え、判断手段は、電池温度取得手段により取得される当該電池温度が所定値以下であれば、継続的な充放電要求が存在していると判断する。

好ましくは、二次電池のＳＯＣを取得するＳＯＣ取得手段と、ＳＯＣ取得手段により取得される当該ＳＯＣが許容範囲内となるように、二次電池に対して充電または放電のいずれを実行するかを決定する充放電切換手段とをさらに備え、決定手段は、充放電切換手段により決定される充電または放電に応じて、二次電池を継続して充電するための充電継続電力または二次電池を継続して放電するための放電継続電力を決定する。

この発明によれば、昇温動作時などのように、二次電池に対する充放電が比較的長い時間に亘って継続する場合において、二次電池の過剰な電圧変動を抑制可能な二次電池の充放電制御装置を実現できる。

この発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰返さない。

［実施の形態］
図１は、この発明の実施の形態に従う二次電池の充放電制御装置を搭載した車両１００の概略構成図である。

図１を参照して、車両１００は、一例として、エンジンＥＮＧ（Engine）およびモータジェネレータＭＧ１およびＭＧ２（Motor Generator）を備えるハイブリッド車両である。そして、車両１００は、エンジンＥＮＧと、動力分割機構６と、減速機１８と、車輪２０と、パワーコントロールユニットＰＣＵ（Power Control Unit）と、蓄電装置４と、制御装置２と、モータジェネレータＭＧ１およびＭＧ２とを含む。

エンジンＥＮＧは、燃料と空気との混合気を燃焼させてクランクシャフト（図示せず）を回転させ、駆動力を発生する。エンジンＥＮＧが発生した駆動力は、動力分割機構６により、２経路に分割される。一方は減速機１８を介して車輪２０を駆動させる経路である。他方は、モータジェネレータＭＧ１を駆動して発電させる経路である。

パワーコントロールユニットＰＣＵは、それぞれモータジェネレータＭＧ１、モータジェネレータＭＧ２および蓄電装置４と電気的に接続され、制御装置２からの指令に応じて相互間で電力の授受および変換を行なう。そして、パワーコントロールユニットＰＣＵは、昇降圧コンバータＤＣ／ＤＣと、インバータＩＮＶ（Inverter）とを含む。昇降圧コンバータＤＣ／ＤＣは、蓄電装置４から供給される直流電力を所定の電圧に変換してインバータＩＮＶへ供給し、また、インバータＩＮＶから供給される直流電力を所定の電圧に変換して蓄電装置４へ与える。インバータＩＮＶは、昇降圧コンバータＤＣ／ＤＣから供給される直流電力を交流電力に変換して、それぞれモータジェネレータＭＧ１およびＭＧ２と、交流電力の授受を行なう。

蓄電装置４は、パワーコントロールユニットＰＣＵと電気的に接続され、パワーコントロールユニットＰＣＵから供給される直流電力を蓄え、また、蓄えた電力をパワーコントロールユニットＰＣＵへ供給する。そして、蓄電装置４は、複数のバッテリセルが直列接続された組電池である二次電池を含み、後述するように、その二次電池の電池温度、電流値および電圧値などを制御装置２へ出力する。

モータジェネレータＭＧ１およびＭＧ２は、一例として、三相交流回転電機である。そして、モータジェネレータＭＧ２は、エンジンＥＮＧおよび動力分割機構６と同一の回転軸上に配置され、エンジンＥＮＧおよび車輪２０との相互間で駆動力の授受を行なう。また、モータジェネレータＭＧ１は、動力分割機構６により分割されたエンジンＥＮＧの駆動力を受ける。モータジェネレータＭＧ１およびＭＧ２は、いずれも電動機および発電機として機能することが可能であるが、この発明の実施の形態に従う車両１００においては、主としてモータジェネレータＭＧ１が発電機として機能し、モータジェネレータＭＧ２が電動機として機能する。

制御装置２は、予め格納されたプログラムを実行することで、図示しない各センサから送信された信号、走行状況、アクセル開度の変化率、蓄電装置４のＳＯＣ、格納しているマップなどに基づいて演算処理を行なう。これにより、制御装置２は、運転者の操作に応じて、車両１００が所望の運転状態となるように、車両１００に搭載された回路・機器類を制御する。そのような制御の一部として、制御装置２は、車両１００の駆動時および回生制動時のそれぞれにおいて、パワーコントロールユニットＰＣＵに所定の指令を与えて、モータジェネレータＭＧ１およびＭＧ２における動作を切換える。

一例として、車両１００の駆動時において、モータジェネレータＭＧ２は、パワーコントロールユニットＰＣＵから供給される交流電力を受けて駆動力を発生する。すると、モータジェネレータＭＧ２が発生する駆動力は、減速機１８を介して車輪２０へ伝達される。さらに、エンジンＥＮＧは、走行状況に応じて運転または停止が切換えられる。したがって、車両１００は、モータジェネレータＭＧ２からの駆動力およびエンジンＥＮＧからの駆動力の少なくとも一方を受けて走行する。なお、モータジェネレータＭＧ１が発電する電力の一部は、パワーコントロールユニットＰＣＵで直流電力に変換された後、蓄電装置４に蓄えられ、その他は、パワーコントロールユニットＰＣＵを介してモータジェネレータＭＧ２に供給される。

また、車両１００の回生制動時において、モータジェネレータＭＧ２は、減速機１８を介して車輪２０により駆動させられ、発電機として作動する。すなわち、モータジェネレータＭＧ２は、制動エネルギを電力に変換する回生ブレーキとして作動する。モータジェネレータＭＧ２が発電した電力は、パワーコントロールユニットＰＣＵで直流電力に変換された後、蓄電装置４に蓄えられる。

なお、ここで言う回生制動とは、ハイブリッド車両の運転者によるフットブレーキ操作があった場合における発電制動を伴う制動、およびフットブレーキ操作をしないものの、走行中にアクセルペダルをオフすることで発電制動をさせながら減速（または加速を中止）することを含む。

さらに、制御装置２は、二次電池１０を含む蓄電装置４に対する継続的な充放電要求が存在するか否かを判断し、継続的な充放電要求が存在すると判断されると、各時点における二次電池１０の電池状態に応じて定められる充放電制限電力より小さくなるように、二次電池１０を継続して充放電するための充放電継続電力を決定する。なお、ここで言う充放電継続電力とは、継続的に充電するための充電継続電力＃ＷＩＮおよび継続的に放電するための放電継続電力＃ＷＯＵＴを含む。

そして、制御装置２は、二次電池１０に対して継続的に充放電される電力が決定された充放電継続電力となるように、モータジェネレータＭＧ１およびＭＧ２が発生する電力および消費する電力のうち、少なくともいずれか一方を制御する。同時に、制御装置２は、モータジェネレータＭＧ１およびＭＧ２の発生電力および消費電力に基づいて、必要とされるエンジンＥＮＧの出力を算出して、エンジンＥＮＧに回転数指令を与える。すなわち、概略すると、制御装置２は、二次電池１０を充電する場合にはエンジン出力を増加させ、二次電池を放電する場合にはエンジン出力を低下させる。

なお、この発明の実施の形態に従う二次電池の充放電制御装置は、制御装置２が格納したプログラムを実行することにより実現される。

この発明の実施の形態においては、二次電池１０に対する継続的な充放電要求の一例として、二次電池１０の電池温度が最適使用温度の最低値（最低使用温度）以下である場合において、二次電池１０を継続的に充放電することで発生する内部抵抗からのジュール熱により、二次電池１０を最低使用温度以上まで昇温する場合について説明する。

図２は、この発明の実施の形態に従う二次電池の充放電制御装置に係る要部を示す概略構成図である。

図２を参照して、蓄電装置４は、パワーコントロールユニットＰＣＵと電気的に接続され、パワーコントロールユニットＰＣＵとの間で直流電力の授受を行なう。そして、蓄電装置４は、二次電池１０と、二次電池１０の出力端の電圧値を検出する電圧値検出部１４と、二次電池１０と入出力される電流値を検出する電流値検出部１６と、二次電池１０の各セルの温度を検出する温度センサ１２とからなる。なお、二次電池１０は、一例として、リチウムイオン電池やニッケル水素電池などからなる。

制御装置２は、一例として、ＥＣＵ（Electrical Control Unit）で構成され、ＣＰＵ（Central Processing Unit）７と、ＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）などのメモリ８とを含む。そして、制御装置２は、温度センサ１２から取得した二次電池１０の電池温度が最低使用温度以下であれば、二次電池１０のＳＯＣに応じて、二次電池１０を継続的に充電または放電させる。

一般的なハイブリッド車両では、運転者の操作に応じて、モータジェネレータＭＧ２に駆動電力を供給し、かつ、モータジェネレータＭＧ１からの回生電力を蓄電することが可能であるように保つ必要がある。そのため、二次電池１０は、そのＳＯＣが所定のＳＯＣ許容範囲内（たとえば４０％〜６０％）となるように充放電電力が制御される。そこで、制御装置２は、二次電池１０のＳＯＣがＳＯＣ許容範囲内の下限値（ＳＯＣ下限許容値）を下回っていれば、二次電池１０を充電継続電力＃ＷＩＮで継続的に充電し（以下、「充電モード」とも称す）、二次電池１０のＳＯＣがＳＯＣ許容範囲内の上限値（ＳＯＣ上限許容値）を上回っていれば、二次電池１０を放電継続電力＃ＷＯＵＴで継続的に放電する（以下、「放電モード」とも称す）。

すなわち、モータジェネレータＭＧ１が発電する電力をＰ１［ｋＷ］（発電時を正とする）とし、モータジェネレータＭＧ２が駆動力の発生に消費する電力をＰ２［ｋＷ］（消費時を正とする）とすると、パワーコントロールユニットＰＣＵでの損失が無いとした場合には、二次電池１０を充電する充電電力Ｐｃ［ｋＷ］は、Ｐｃ＝Ｐ１−Ｐ２（Ｐ１＞Ｐ２）となり、二次電池１０から放電される放電電力Ｐｄ［ｋＷ］は、Ｐｄ＝Ｐ２−Ｐ１（Ｐ２＞Ｐ１）となる。

充電モードにおいて、制御装置２は、充電電力Ｐｃが充電継続電力＃ＷＩＮと一致するように、パワーコントロールユニットＰＣＵにトルク指令および回転数指令などを与えて、モータジェネレータＭＧ１およびＭＧ２の電力Ｐ１およびＰ２のうち少なくとも一方を
制御する。

一方、放電モードにおいて、制御装置２は、放電電力Ｐｄが放電継続電力＃ＷＯＵＴと一致するように、パワーコントロールユニットＰＣＵにトルク指令および回転数指令などを与えて、モータジェネレータＭＧ１およびＭＧ２の電力Ｐ１およびＰ２のうち少なくとも一方を制御する。

なお、車両１００が走行中であれば、運転者の操作により要求される車両１００の駆動力、すなわち減速機１８を介して車輪２０（図１）に伝達される駆動力を発生する必要がある。そのため、制御装置２は、モータジェネレータＭＧ２が発生する駆動力およびエンジンＥＮＧが発生する駆動力の総和およびその比率を、予め定められたマップなどに基づいて決定し、パワーコントロールユニットＰＣＵにトルク指令および回転数指令を与えるのと同時に、エンジンＥＮＧに回転数指令を与える。

なお、二次電池１０のＳＯＣを取得する構成については、さまざまな周知技術を用いることができる。一例として、制御装置２は、各時点において電圧値検出部１４および電流値検出部１６からそれぞれ検出される電圧値および電流値から二次電池１０の開回路電圧ＯＣＶを導出し、当該開回路電圧ＯＣＶを予め実験的に測定された二次電池１０の基準状態におけるＳＯＣと開回路電圧ＯＣＶとの関係を示す基準充放電特性に適用することで、二次電池１０のＳＯＣを取得する。さらに、二次電池１０の入出力電流の積算値により、基準充放電特性に基づいて取得されたＳＯＣを補正してもよい。このようなＳＯＣを取得する構成は周知であるので、詳細な説明は繰返さない。

（充放電制限電力）
図３は、ある特定の温度における二次電池１０の充放電制限電力の一例を示す図である。

図３を参照して、二次電池１０では、その化学反応的な限界に応じた、各時点における短時間についての制限値である、充電制限電力ＷＩＮおよび放電制限電力ＷＯＵＴが定められる。なお、ここで言う充放電制限電力とは、充電制限電力ＷＩＮおよび放電制限電力ＷＯＵＴを含む。

この充電制限電力ＷＩＮおよび放電制限電力ＷＯＵＴは、二次電池１０のＳＯＣに応じて定められ、たとえば、リチウムイオン電池の場合においては、各セルの電圧が上限電圧４．２Ｖ、下限電圧３．０Ｖの範囲に入るように決定される。なお、この充放電制限電力は、電池温度に依存しても大きく変化する。

そのため、制御装置２は、予め実験的に取得された二次電池１０のＳＯＣおよび電池温度で規定される充放電制限電力のマップを格納しておき、取得されるＳＯＣおよび電池温度に基づいて、各時点の充放電制限電力を取得する。そして、制御装置２は、当該充放電制限電力を超過しないように、二次電池１０の充電電力および放電電力を制御する。なお、充放電制限電力を規定するマップには、ＳＯＣおよび電池温度以外のパラメータ、たとえば二次電池１０の劣化度などを含ませることもできる。

ところで、充放電制限電力は、各時点における短時間についての制限値であるため、充放電制限電力の範囲内で、特に制限することなく二次電池１０を継続的に充放電すると、大きな分極作用が生じ、二次電池の出力電圧に過剰な電圧変動が生じる。

図４は、二次電池１０を充放電制限電力で継続的に充放電した場合の時間的変化を示す図である。

図４（ａ）は、時間経過に伴う二次電池１０のＳＯＣの変化を示す。
図４（ｂ）は、時間経過に伴う二次電池１０の出力電圧の変化を示す。

図４（ａ）を参照して、二次電池１０を充電制限電力ＷＩＮで継続的に充電すると、二次電池１０のＳＯＣは、当該充電電力に相応して単調増加する。

図４（ｂ）を参照して、二次電池１０の出力電圧は、図４（ａ）に示すような二次電池１０のＳＯＣの増加に伴い、基準充放電特性に従い増加すると考えられる（理論値）。しかしながら、実際に表れる二次電池１０の出力電圧は、理論値に比較して過剰な電圧上昇を生じる場合がある。これは、長時間に亘って継続した充電電力（充電電流）によって、大きな分極作用が生じることによるものと考えられる。

一方、二次電池１０を放電制限電力ＷＯＵＴで継続的に充電すると、二次電池１０の出力電圧は、理論値に比較して過剰な電圧降下を生じる場合がある。この現象についても、長時間に亘って継続した放電電力（放電電流）によって、大きな分極作用が生じることによるものと考えられる。

このように、充電電力および放電電力を各時点における充放電制限電力に制限した場合であっても、過剰な電圧変動が生じる場合がある。これは、充放電制限電力が、二次電池１０を保護する目的で、「各時点」の電池状態に基づいて、「短時間」における制限値として定められたものであり、継続して充放電されることが考慮されていないことに起因する。

そこで、この発明の実施の形態に従う制御装置２は、二次電池１０の昇温動作などのように、二次電池１０に対する継続的な充放電要求が存在する場合において、充放電制限電力より小さい充放電継続電力を決定する。具体的には、制御装置２は、各時点の充放電制限電力に所定の低減定数α（０＜α＜１）を乗じて得られる低減電力を超過しないように充放電継続電力を決定する。

（処理フロー）
図５は、充放電継続電力の決定に係る処理の流れを示すフローチャートである。

図５を参照して、制御装置２は、二次電池１０に対する継続的な充放電要求の一例として、二次電池１０が最適使用温度の最低値（最低使用温度）以下である場合において、二次電池１０を昇温させる必要があるか否かを判断する。まず、制御装置２は、温度センサ１２から二次電池１０の電池温度を取得する（ステップＳ１００）。そして、制御装置２は、二次電池１０を昇温させる必要があるか否かを判断するために、取得した電池温度が最低使用温度以下であるか否かを判断する（ステップＳ１０２）。

電池温度が最低使用温度以下である場合（ステップＳ１０２においてＹＥＳの場合）には、制御装置２は、二次電池１０に対する継続的な充放電要求が存在すると判断し、二次電池１０のＳＯＣを取得する（ステップＳ１０４）。そして、制御装置２は、二次電池１０のＳＯＣがＳＯＣ下限許容値を下回っているか否かを判断する（ステップＳ１０６）。

二次電池１０のＳＯＣがＳＯＣ下限許容値を下回っている場合（ステップＳ１０６においてＹＥＳの場合）には、制御装置２は、二次電池１０を継続して充電させるための「充電モード」に移行する（ステップＳ１０８）。

二次電池１０のＳＯＣがＳＯＣ下限許容値を下回っていない場合（ステップＳ１０６においてＮＯの場合）には、制御装置２は、二次電池１０のＳＯＣがＳＯＣ上限許容値を超過しているか否かを判断する（ステップＳ１１０）。

二次電池１０のＳＯＣがＳＯＣ上限許容値を超過している場合（ステップＳ１１０においてＹＥＳの場合）には、制御装置２は、二次電池１０を継続して放電させるための「放電モード」に移行する（ステップＳ１１２）。

二次電池１０のＳＯＣがＳＯＣ下限許容値を下回っておらず（ステップＳ１０６においてＮＯ）、かつ、ＳＯＣ上限許容値を超過していない（ステップＳ１１０においてＮＯ）場合には、制御装置２は現在選択中のモードを維持する（ステップＳ１１３）。なお、イグニションオン直後などにおいて、本処理フローを最初に実行する場合においては、制御装置２により選択されるモードが不定となる場合があるので、初期値としていずれかのモード（たとえば充電モード）を予め選択しておいてもよい。

そして、制御装置２は、二次電池１０の充放電継続電力（暫定値）を算出する（ステップＳ１１４）。なお、充放電継続電力（暫定値）は、二次電池１０の電池温度と最低使用温度との温度差、二次電池１０の内部抵抗値、外気温などに応じて、決定される。そして、制御装置２は、現在選択中のモードが「充電モード」であるのか「放電モード」であるのかを判断する（ステップＳ１１６）。

現在選択中のモードが「充電モード」（ステップＳ１１６において「充電モード」）の場合には、制御装置２は、現時点のＳＯＣに応じた充電制限電力ＷＩＮに低減定数αを乗じて、低減電力（充電モード）を算出する（ステップＳ１１８）。そして、制御装置２は、充放電継続電力（暫定値）を、算出した低減電力（充電モード）を超過しないように制限し、その制限後の値を充電継続電力＃ＷＩＮとして決定する（ステップＳ１２０）。

現在選択中のモードが「放電モード」（ステップＳ１１６において「放電モード」）の場合には、制御装置２は、現時点のＳＯＣに応じた放電制限電力ＷＯＵＴに低減定数αを乗じて、低減電力（放電モード）を算出する（ステップＳ１２２）。一例として、低減定数αは、０．５などを採用する。

そして、制御装置２は、充放電継続電力（暫定値）を、算出した低減電力（放電モード）を超過しないように制限し、その制限後の値を放電継続電力＃ＷＯＵＴとして決定する（ステップＳ１２４）。

また、電池温度が最低使用温度以下でない場合（ステップＳ１０２においてＮＯの場合）には、制御装置２は、二次電池１０に対する継続的な充放電要求が存在しないと判断し、充放電継続電力をゼロに決定する（ステップＳ１２６）。

充放電継続電力（充電継続電力＃ＷＩＮまたは放電継続電力＃ＷＯＵＴ）を決定した（ステップＳ１２０，Ｓ１２４，Ｓ１２６）後、制御装置２は、決定された充放電継続電力で二次電池１０が継続的に充放電されるように、運転者の操作などによる他の要求に、当該充放電継続電力による要求を加えて最終的な指令を生成し、パワーコントロールユニットＰＣＵおよびエンジンＥＮＧに当該指令を与える（ステップＳ１２８）。

以後、制御装置２は、上述した処理を所定の周期またはシーケンシャルに繰返し実行する。

なお、上述のフローチャートにおいては、低減定数αが固定値である場合について例示したが、これに限られず、二次電池１０の電池温度と最低使用温度との温度差および外気温などから予想される昇温時間、すなわち充放電の継続時間に応じて、低減定数αを変化させてもよい。

また、上述のフローチャートにおいては、充電モードまたは放電モードに関わらず、充放電継続電力（暫定値）を一括して算出する（ステップＳ１１４）場合について例示したが、充電モードまたは放電モードごとに独立して、充電継続電力（暫定値）または放電継続電力（暫定値）を算出するようにしてもよい。

図６は、低減定数α＝１とした場合における昇温動作に伴う各部の時間波形の一例を示す。

図６（ａ）は、時間経過に伴う二次電池１０の電池温度の変化を示す。
図６（ｂ）は、時間経過に伴う二次電池１０のＳＯＣの変化を示す。

図６（ｃ）は、時間経過に伴う二次電池１０の充放電電力の変化を示す。
図６（ａ）を参照して、たとえば、イグニッションオンの時点で、二次電池１０の電池温度が最低使用温度以下であれば、制御装置２は、二次電池１０の昇温を開始する。

図６（ｂ）を参照して、制御装置２は、イグニッションオンの時点で、そのＳＯＣがＳＯＣ許容範囲内にある二次電池１０に対して、充電継続電力＃ＷＩＮを供給して充電を開始する（充電モード）。その後、二次電池１０のＳＯＣがＳＯＣ上限許容値を超過すると、制御装置２は放電モードに移行して、二次電池１０から放電継続電力＃ＷＯＵＴを放電させる。以後、制御装置２は、充電モードと放電モードを交互に切換えて、二次電池１０のＳＯＣをＳＯＣ許容範囲内に維持しつつ、二次電池１０を最低使用温度まで昇温する。

図６（ｃ）を参照して、低減定数α＝１、すなわち充放電制限電力まで充放電継続電力が許容される場合には、二次電池１０には、現時点の充放電制限電力（充電制限電力ＷＩＮまたは放電制限電力ＷＯＵＴ）と一致する充放電電力が生じる。そのため、上述したように、二次電池１０は、過剰な電圧変動を生じる場合がある。

図７は、低減定数α＝０．５とした場合における昇温動作に伴う各部の時間波形を示す。

図７（ａ）は、時間経過に伴う二次電池１０の電池温度の変化を示す。
図７（ｂ）は、時間経過に伴う二次電池１０のＳＯＣの変化を示す。

図７（ｃ）は、時間経過に伴う二次電池１０の充放電電力の変化を示す。
図７（ａ）および図７（ｂ）を参照して、図６（ａ）および図６（ｂ）と同様に、たとえば、イグニッションオンの時点で、二次電池１０の電池温度が最低使用温度以下であれば、制御装置２は、二次電池１０のＳＯＣをＳＯＣ許容範囲内に維持しながら、二次電池１０を昇温する。

図７（ｃ）を参照して、低減定数α＝０．５であるので、二次電池１０の充放電継続電力（充電継続電力＃ＷＩＮまたは放電継続電力＃ＷＯＵＴ）は、現時点の充放電制限電力（充電制限電力ＷＩＮまたは放電制限電力ＷＯＵＴ）の５０％に抑制される。この結果、二次電池１０の電極を流れる電流値が小さくなるので、電極部に生じる分極作用を抑制でき、二次電池１０に生じる過剰な電圧変動を回避できる。よって、二次電池１０の昇温動作などのように、二次電池１０に対する継続的な充放電要求が存在する場合であっても、車両１００の走行性能を低下させることがない。

なお、二次電池１０に対する充放電電力が充放電制限電力から充放電継続電力まで低減されるため、昇温時間（二次電池１０の充放電継続時間）は、図６の場合に比較して相対的に長くなる。しかしながら、二次電池１０に生じる分極作用の大きさに関しては、電極に流れる電流を低減することによる効果がより有効となるため、図６の場合に比較して、分極作用は小さくなる。そのため、二次電池１０の電圧変動を抑制することができる。

この発明の実施の形態においては、モータジェネレータＭＧ１およびＭＧ２が「発電手段」および「負荷手段」を実現可能であるが、多くの場面において、モータジェネレータＭＧ１が「発電手段」を実現し、モータジェネレータＭＧ２が「負荷手段」を実現する。そして、制御装置２が「判断手段」、「決定手段」、「制御手段」、「電池温度取得手段」、および「ＳＯＣ取得手段」を実現する。

この発明の実施の形態によれば、冬季の早朝や寒冷地などにおける二次電池の昇温動作などのように、二次電池に対する継続な充放電要求が存在する場合において、充放電制限電力より小さくなるように充放電継続電力が決定される。そして、二次電池は、この決定された充放電継続電力で継続的に充放電されるため、充放電制限電力で継続的に充放電された場合に比較して、二次電池に生じる分極作用を抑制できる。そのため、二次電池を継続的に充放電した場合であっても、分極作用による二次電池の過剰な電圧変動を小さくできる。

よって、過剰な電圧変動によるインバータ装置や電動機への影響を抑制でき、冬季の早朝や寒冷地などにおいても、安定した走行性能を発揮させることができる。

なお、この発明の実施の形態においては、この発明に係る二次電池の制御装置を搭載したハイブリッド車両について説明したが、この発明の適用は、二次電池を搭載しており、かつ、発電手段および負荷手段を備えるシステムであれば、ハイブリッド車両に限られない。一例として、燃料電池を搭載した燃料電池車などにも適用できる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明の実施の形態に従う二次電池の充放電制御装置を搭載した車両の概略構成図である。 この発明の実施の形態に従う二次電池の充放電制御装置に係る要部を示す概略構成図である。 ある特定の温度における二次電池の充放電制限電力の一例を示す図である。 二次電池１０を継続的に充電することで昇温を行なう場合について説明する図である。 充放電継続電力の決定に係る処理の流れを示すフローチャートである。 低減定数α＝１とした場合における昇温動作に伴う各部の時間波形の一例を示す。 低減定数α＝０．５とした場合における昇温動作に伴う各部の時間波形を示す。

符号の説明

２ 制御装置、４ 蓄電装置、６ 動力分割機構、８ メモリ、１０ 二次電池、１２ 温度センサ、１４ 電圧値検出部、１６ 電流値検出部、１８ 減速機、２０ 車輪、１００ 車両、ＤＣ／ＤＣ 昇降圧コンバータ、ＥＮＧ エンジン、ＩＮＶ インバータ、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ、ＰＣＵ パワーコントロールユニット、ＷＩＮ 充電制限電力、ＷＯＵＴ 放電制限電力、＃ＷＩＮ 充電継続電力、＃ＷＯＵＴ 放電継続電力、α 低減定数。

Claims (5)

1. 充放電可能に構成される二次電池と、
   前記二次電池と接続され、電力を発生する発電手段と、
   前記二次電池と接続され、電力を消費する負荷手段と、を有するシステムにおける二次電池の充放電制御装置であって、
   前記二次電池の電池温度を取得する電池温度取得手段と、
   前記電池温度取得手段により取得される当該電池温度が所定値以下であれば、昇温のために、前記二次電池に対する継続的な充放電要求が必要と判断する判断手段と、
   前記二次電池のＳＯＣを逐次取得するＳＯＣ取得手段と、
   前記判断手段により前記継続的な充放電要求が必要と判断されているときに、各時点における前記二次電池のＳＯＣに応じて定められる充放電制限電力より小さい範囲内で、前記二次電池を継続して充放電するための充放電継続電力を決定する決定手段とを備え、前記判断手段は、逐次取得されるＳＯＣに対応付けられた充放電制限電力を逐次取得し、取得された充放電制限電力に所定の低減定数を乗じた値を超過しないように、前記充放電継続電力を逐次決定し、さらに
   前記二次電池に対して充放電される電力が前記決定手段により決定された前記充放電継続電力となるように、前記発電手段の発生電力および前記負荷手段の消費電力のうち、少なくともいずれか一方を制御する制御手段と、
   前記ＳＯＣ取得手段により逐次取得されたＳＯＣが許容範囲内となるように、前記二次電池に対して充電動作または放電動作のいずれを実行するかを決定する充放電切換手段とを備え、前記充放電切換手段は、充電動作中に逐次取得されたＳＯＣが前記許容範囲の上限値に到達すると放電動作に切換え、放電動作中に逐次取得されたＳＯＣが前記許容範囲の上限値に到達すると充電動作に切換える、二次電池の充放電制御装置。
2. 前記決定手段は、前記充放電切換手段により決定される充電動作または放電動作に応じて、前記二次電池を継続して充電するための充電継続電力または前記二次電池を継続して放電するための放電継続電力を決定する、請求項１に記載の二次電池の充放電制御装置。
3. 前記決定手段は、前記二次電池のＳＯＣと前記充放電制限電力との予め格納された対応関係を参照して、各時点の充放電制限電力を決定する、請求項１または２に記載の二次電池の充放電制御装置。
4. 前記発電手段は、エンジンにより駆動される第１モータジェネレータであり、
   前記負荷手段は、電力を用いて駆動力を発生する第２モータジェネレータである、請求項１〜３のいずれか１項に記載の二次電池の充放電制御装置。
5. 前記システムは、前記エンジンと前記第１モータジェネレータとの間の動力伝達経路上に、前記エンジンからの駆動力を第１および第２出力に分割するための動力分割機構をさらに有しており、
   前記第１モータジェネレータは、前記動力分割機構の第１出力と機械的に接続されており、前記エンジンからの駆動力のうち前記動力分割機構の第１出力として出力される駆動力と、前記第１モータジェネレータからの駆動力とが結合されて合成駆動力として出力され、
   前記第２モータジェネレータは、前記動力分割機構の第２出力と機械的に接続されており、前記エンジンからの駆動力のうち前記動力分割機構の第２出力として出力される駆動力を受けて、前記合成駆動力の大きさとは独立して電力の発生が可能に構成される、請求項４に記載の二次電池の充放電制御装置。

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