JP5347438B2

JP5347438B2 - 電池保護装置

Info

Publication number: JP5347438B2
Application number: JP2008286307A
Authority: JP
Inventors: 賢樹岡村; 直義高松; 茂樹木野村
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-11-07
Filing date: 2008-11-07
Publication date: 2013-11-20
Anticipated expiration: 2028-11-07
Also published as: JP2010115035A

Description

本発明は、過電圧から電池を保護する技術に関する。

従来から、ハイブリッド車両などにおいて、電池に充電しきれなかった回生電力を利用する技術が知られている。例えば、特許文献１には、回生による余剰電流を利用して２次電池を加熱する技術が記載されている。また、特許文献２には、蓄電池を昇温する補機負荷へ余剰電力を供給する技術が記載されている。

特開平１１−１５０８８５号公報特開２００８−１１７５６５号公報

一方、車両の走行状態等によっては、電池や上述の補機負荷へ意図的に供給する回生電力とは別の余剰電力が電池等に供給されてしまう場合がある。この場合、電池や補機負荷で消費可能な電力を目標上限値として回生電力を制御すると、余剰電力分を消費しきれない可能性がある。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、回生時において余剰電力が発生した場合であっても、確実にその余剰電力を消費し、電池の過電圧を防ぐことが可能な電池保護装置を提供することを目的とする。

本発明の１つの観点では、回転駆動力に基づき回生電力を発生させる回転電機と、回生電力を充電する電池と、回生電力を消費する電気負荷と、前記回転電機からの回生電力を降圧して前記電池及び前記電気負荷に供給するコンバータと、前記コンバータが前記電池及び前記電気負荷へ供給する電力を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記電池及び前記電気負荷へ供給する電力の目標値として前記コンバータに指示する値の上限値を、前記電気負荷の電力消費能力から所定値だけ小さく設定する。

上記の電池保護装置は、ハイブリッド車両等に好適に適用される。電池保護装置は、電池と、電気負荷と、制御手段と、を備える。電池は、例えば２次電池であり、供給される回生電力を充電する。電気負荷は、電池に供給される回生電力の一部を消費することで、電池の過電圧を防ぐ。制御手段は、例えばＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）であり、電池及び電気負荷に供給する回生電力を制御する。制御手段は、回生電力の目標上限出力値を、電気負荷の電力消費能力から所定値だけ小さく設定する。所定値は、例えば、想定される余剰電力の上限値に設定される。

一般に、電池が低温の場合、電池の充電性能（充電許容電力）は低くなる。また、車両の走行状態等により、余剰電力が電池及び電気負荷に供給される場合がある。しかし、このような場合であっても、制御手段は、目標上限出力値を電気負荷の電力消費能力より所定値だけ小さい値に設定することで、電力供給多過に基づく電池の過電圧を防ぐことができる。

上記の電池保護装置の他の一態様では、前記制御手段は、前記電池の過電圧の起こりやすさに基づき前記所定値を設定する。この態様では、制御手段は、電池が過電圧を起こしやすい状況では、所定値を大きい値に設定し、電池の過電圧を防ぐ。一方、制御手段は、電池が過電圧を起こしにくい状況では、所定値を小さい値に設定し、多くの回生電力を電池または電気負荷で消費させる。即ち、この態様では、電池温度調節装置は、電池の過電圧を防ぎつつ、不要に回生電力を制限するのを防ぐことができる。

上記の電池保護装置の他の一態様では、前記電池の状態に基づき前記所定値を設定する。電池の過電圧は、電池が高電圧の状態であったり、電池の充電状態が飽和に近い場合などに起こりやすい。即ち、電池の過電圧の起こりやすさは電池の状態によって異なる。従って、制御手段は、この態様により、所定値を適切に設定することができる。

上記の電池保護装置の他の一態様では、電池保護装置は車両に搭載され、前記回生電力制御手段は、前記車両の走行状態に基づき前記所定値を設定する。車両の走行状態によって余剰電力の大きさや発生の起こりやすさが異なる。従って、電池保護措置は、この態様によっても適切に所定値を設定することができる。

上記の電池保護装置の他の一態様では、前記電気負荷は、前記電池を加熱するヒータである。これにより、電池保護装置は、電気負荷で消費した回生電力を電池の加熱に利用することができる。従って、電池保護装置は、電池の暖機を促進し、電池の充電性能や放電性能を向上させることができる。

上記の電池保護装置の他の一態様では、前記制御手段は、前記電池の充電許容電力が前記電力消費能力よりも小さい場合、前記上限値を、前記電気負荷の電力消費能力から前記所定値だけ小さく設定し、前記電池の充電許容電力が前記電力消費能力以上の場合、前記上限値を、前記充電許容電力から前記所定値だけ小さく設定する。電池が十分に暖機され、充電許容電力が電気負荷の電力消費能力以上の場合、電池保護装置は、目標上限出力値を電気負荷の電力消費能力に合わせると不要に回生電力の消費を抑えてしまう可能性がある。従って、この態様により、電池保護装置は、より有効に回生電力を消費することができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。

［概略構成］
図１は、本発明の各実施形態に係る電池保護装置１００の構成を示す模式的な図である。電池保護装置１００は、ハイブリッド車両や電気自動車など（以下、「車両」と呼ぶ。）に好適に適用される。電池保護装置１００は、電池１と、余剰電力消費部２と、負荷部３とを含む。電池保護装置１００は、電池１から負荷部３へ供給される電力により生じる駆動力を車輪（不図示）に伝達する。これにより、電池保護装置１００を搭載した車両が走行する。また、電池保護装置１００は、回生時において、負荷部３によって運動エネルギーから電力を生じさせて電池１に回収する。

負荷部３は、ＥＣＵ１０の制御に基づき、駆動及び回生を行う。負荷部３は、コンバータ３１と、インバータ３２、３３と、モータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２と、を含む。

電池１は、放電及び充電を行う。電池１は、余剰電力消費部２と接続されている。電池１は、例えば、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの充放電可能に構成された二次電池などが該当する。以後、電池１が充電可能な電力の上限値を「充電許容電力Ｗｉｎ」と呼び、電池１が放電可能な電力の下限値を「放電許容電力Ｗｏｕｔ」と呼ぶ。電池１は、回生時にコンバータ３１から供給される回生電力によって充電を行う。

余剰電力消費部２は、コンバータ３１から供給された回生電力を消費する。そして、余剰電力消費部２は、回生電力を消費することで発生した熱により、電池１の加熱を行う。余剰電力消費部２は、ＥＣＵ１０から送信される制御信号（スイッチング信号）Ｓ１により制御される。余剰電力消費部２は、本発明における電気負荷の一例である。

コンバータ３１は、電池１及び余剰電力消費部２と、インバータ３２、３３との間に設置され、それらの間で電力の授受を行う。具体的には、コンバータ３１は、電池１からの放電電力を所定の電圧に昇圧して駆動電力としてインバータ３２、３３に供給する一方、モータジェネレータＭＧ１及びＭＧ２からの回生電力を所定の電圧に降圧して電池１または余剰電力消費部２へ供給する。

インバータ３２、３３は、コンバータ３１と並列接続し、コンバータ３１との間で電力の授受を行なう。即ち、インバータ３２、３３は、それぞれコンバータ３１から受ける駆動電力（直流電力）を交流電力に変換してモータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２へ供給する一方、モータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２が発電する交流電力を直流電力に変換して回生電力としてコンバータ３１へ供給する。

モータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２は、それぞれインバータ３２、３３から供給される交流電力を受けて回転駆動力を発生させるとともに、外部からの回転駆動力を受けて回生電力を発電する。一例として、モータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２は、永久磁石が埋設されたロータを備える三相交流回転電機とすることができる。モータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２は、それぞれ動力伝達機構３６と連結されており、発生した駆動力を駆動軸３８によって車輪（図示せず）へ伝達する。

なお、電池保護装置１００がハイブリッド車両に適用される場合には、モータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２は、動力伝達機構３６または駆動軸３８を介して図示しないエンジンとも連結される。そして、ＥＣＵ１０によって、エンジンの発生する駆動力とモータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２の発生する駆動力とが最適な比率となるように制御が実行される。この場合、モータジェネレータＭＧ１は専ら発電機として機能し、モータジェネレータＭＧ２は専ら電動機として機能する。

電圧検出部１４は、電池１と余剰電力消費部２とを接続する電力線間に接続され、電池１にかかる電圧値Ｖｂを検出し、その検出結果をＥＣＵ１０へ出力する。

温度検出部１２は、電池１を構成する電池セルなどに近接して配置され、電池１の内部温度である電池温度Ｔｂを検出し、その検出結果をＥＣＵ１０へ出力する。なお、温度検出部１２は、電池１を構成する複数の電池セルに対応付けて配置された複数の検出素子の検出結果に基づいて、平均化処理などにより代表値を出力するように構成してもよい。

平滑コンデンサＣ１は、コンバータ３１とインバータ３２、３３とを接続する電力線間に接続され、コンバータ３１から出力される駆動電力およびインバータ３２、３３から出力される回生電力に含まれる変動成分を低減する。

ＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）１０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器及び入出力インターフェイスなどを有し、各種センサからの検出信号に基づいて、モータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２の駆動制御を行う。より具体的には、ＥＣＵ１０は、モータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２の発生トルクおよび回転数がそれぞれトルク目標値および回転数目標値となるように、制御信号Ｓ３、Ｓ４を生成してインバータ３２、３３を制御する。また、ＥＣＵ１０は、後述するように、充電許容電力Ｗｉｎや、余剰電力消費部２が消費可能な電力の上限値（以後、「電力消費能力Ｗｒ」と呼ぶ。）などに基づき、回生電力を制御する。従って、ＥＣＵ１０は、本発明における制御手段の一例である。

図２は、電池保護装置１００の回路図の一例である。図２に示すように、インバータ３２、３３は、三相分のスイッチング素子を含むブリッジ回路で構成されており、ＥＣＵ１０からの制御信号Ｓ３、Ｓ４に基づき三相交流電力を発生する。

また、コンバータ３１は、昇降圧チョッパ回路により構成される。コンバータ３１は、スイッチング素子であるトランジスタＴＲ１、ＴＲ２と、ダイオードＤ１、Ｄ２と、インダクタＬと、平滑コンデンサＣ２と、を含む。

また、図２において、電池保護装置１００は、図１において図示しないシステムメインリレー１９ｘ、１９ｙを有する。システムメインリレー１９ｘ、１９ｙは、電池１へ流れる電流を中継したり、遮断したりする。そして、車両衝突時等では、システムメインリレー１９ｘ、１９ｙは、搭乗者の安全を確保するため、高電圧を完全に遮断する。

余剰電力消費部２は、抵抗Ｒと、ダイオードＤ３と、トランジスタＴＲ３と、を含む。抵抗ＲとダイオードＤ３とは、電池１の正極側と接続する電力線とトランジスタＴＲ３のコレクタとの間に並列に接続されている。抵抗Ｒは、例えば電池１に隣接するヒータであり、抵抗Ｒで発生した熱によって電池１を加熱する。ダイオードＤ３は、トランジスタＴＲ３のコレクタ側から電池１の正極と接続する電力線側へ電流を流す。トランジスタＴＲ３は、例えば、ＩＧＢＴ（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であり、ＥＣＵ１０から送信されるスイッチング信号Ｓ１に基づき制御されるスイッチング素子である。トランジスタＴＲ３は、そのコレクタが抵抗ＲとダイオードＤ３とに接続し、そのエミッタが電池１の負極側と接続している。以後、ＥＣＵ１０がトランジスタＴＲ３にスイッチング信号Ｓ１を送信し抵抗Ｒに電流が流れる状態を「余剰電力消費部がオン」であると表現し、ＥＣＵ１０からスイッチング信号Ｓ１が送信されず、抵抗Ｒに電流が流れない状態を「余剰電力消費部がオフ」であると表現する。

次に、図２を用いて、ＥＣＵ１０が送信する制御信号Ｓ１、Ｓ２に基づき余剰電力消費部２と、コンバータ３１とが実現する機能について説明する。

ＥＣＵ１０は、制御信号Ｓ２に含まれるスイッチング信号Ｓ２ａとスイッチング信号Ｓ２ｂとに基づきコンバータ３１に昇圧動作または降圧動作を実行させる。具体的には、ＥＣＵ１０は、スイッチング信号Ｓ２ａによりトランジスタＴＲ１のオン、オフを制御するとともに、スイッチング信号Ｓ２ｂによりトランジスタＴＲ２のオン、オフを制御する。昇圧動作時では、ＥＣＵ１０は、トランジスタＴＲ１をオフ状態に維持し、かつ、トランジスタＴＲ２を所定のデューティー比でオン／オフさせる。これにより、インダクタＬに蓄積される電磁エネルギーに起因して、コンバータ３１がインバータ３２、３３へ供給する直流電力の平均電圧は、デューティー比に応じて昇圧される。また、降圧動作時において、ＥＣＵ１０は、トランジスタＴＲ１を所定のデューティー比でオン／オフさせ、かつ、トランジスタＴＲ２をオフ状態に維持させる。これにより、コンバータ３１から電池１または余剰電力消費部２へ供給される直流電力の平均電圧は、デューティー比に応じて降圧される。

また、ＥＣＵ１０は、スイッチング信号Ｓ１に基づき余剰電力消費部２で消費する電力を調整する。余剰電力消費部２の電力消費能力Ｗｒは、電圧値Ｖｂの二乗を抵抗Ｒの抵抗値で除した値となる。また、余剰電力消費部２で消費する電力は、スイッチング信号Ｓ１のデューティー比と電力消費能力Ｗｒとの積となる。よって、ＥＣＵ１０は、実際に余剰電力消費部２で消費する電力を、スイッチング信号Ｓ１のデューティー制御により調整する。一例として、ＥＣＵ１０は、電圧検出部１４から検出された電圧値Ｖｂを監視し、電圧値Ｖｂが電池１の所定の許容電圧またはその近傍に達した場合に余剰電力消費部２を所定時間オンにする。これにより、ＥＣＵ１０は、余剰電力消費部２に電力を消費させることで電池１の電圧を下げ、電池１が許容電圧以上の過電圧になるのを防ぐ。

なお、上述の電池保護装置１００の構成は一例であり、本発明が適用可能な構成は必ずしもこれに限定されない。例えば、モータジェネレータは１つであってもよい。図３は、モータジェネレータを１つ備える電池保護装置１００ａの構成例を示す。図３に示すように、電池保護装置１００ａは、モータジェネレータＭＧを備える。モータジェネレータＭＧは、駆動時には電池１の電力により電動機として動作し、制動時には発電機として動作する。この場合であっても、ＥＣＵ１０は、後述するように、制御信号Ｓ１により余剰電力消費部２のオンオフを制御するとともに、制御信号Ｓ２によりコンバータ３１が供給する回生電力を制御することで、電池１の過電圧等を防ぐ。

［第１実施形態における制御］
次に、第１実施形態においてＥＣＵ１０が行う回生制御について説明する。第１実施形態では、ＥＣＵ１０は、電池１が低温で充電許容電力Ｗｉｎが小さい場合であっても、コンバータ３１が供給する回生電力の上限値を余剰電力消費部２の電力消費能力Ｗｒに設定する。これにより、ＥＣＵ１０は、電池１の過電圧を防ぎつつ回生電力を有効に活用する。以後、モータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２で発生した回生電力のうち、ＥＣＵ１０の制御に基づきコンバータ３１から電池１及び余剰電力消費部２へ供給される回生電力を「回生出力」と呼ぶ。

まず、第１実施形態における回生出力の制御について説明する。ＥＣＵ１０は、回生出力の制御上の目標上限値（以後、「目標上限出力値Ｗｍａｘ」と呼ぶ。）を電力消費能力Ｗｒまたは充電許容電力Ｗｉｎのいずれか大きい値に設定する。これについて図４を用いて説明する。

図４は、第１実施形態における、充電許容電力Ｗｉｎ、放電許容電力Ｗｏｕｔ、及び目標上限出力値Ｗｍａｘの関係を示すグラフの一例である。図４では、縦軸の電力は正の方向が放電の電力を示し、負の方向が充電の電力を示す。図４に示すように、充電許容電力Ｗｉｎと放電許容電力Ｗｏｕｔは、電池温度Ｔｂが上昇すると、その絶対値がそれぞれ上昇する。そして、電池温度Ｔｂが所定温度Ｔｂ１以下の場合、充電許容電力Ｗｉｎは、電力消費能力Ｗｒよりも小さい。従って、ＥＣＵ１０は、電池温度Ｔｂが温度Ｔｂ１以下の場合、回生出力の目標上限出力値Ｗｍａｘを電力消費能力Ｗｒに設定する。そして、充電許容電力Ｗｉｎを超えた分の回生出力は、ＥＣＵ１０の制御信号Ｓ１に基づき、余剰電力消費部２の抵抗Ｒに供給され、抵抗Ｒによって消費される。このとき、充電許容電力Ｗｉｎを超えた分の回生出力は、電池温度Ｔｂが低く充電許容電力Ｗｉｎが小さい場合であっても、電力消費能力Ｗｒ以下となる。よって、抵抗Ｒは、供給された電力を確実に消費することができる。従って、電池保護装置１００は、電池１への電力過供給による電池１の過電圧の発生を防ぐことができる。さらに、抵抗Ｒを電池１に隣接させたヒータとして機能させることで、電池保護装置１００は、抵抗Ｒの電力消費に起因して発生した熱で電池１を加熱することができる。これにより電池１は昇温により充電許容電力Ｗｉｎや放電許容電力Ｗｏｕｔが上がるため、電池保護装置１００は、結果として燃費を向上させることができ、回生電力を有効に活用することができる。

次に、第１実施形態における走行中の回生出力についての具体例を示す。図５は、電池１が低温の場合における、回生出力の時間変化のグラフを示す。破線で示されるグラフ９１は、目標上限出力値Ｗｍａｘを常に充電許容電力Ｗｉｎに設定した場合（以後、「比較例」と呼ぶ。）における、回生出力の変化のグラフである。実線で示されるグラフ９２は、目標上限出力値Ｗｍａｘを電力消費能力Ｗｒまたは充電許容電力Ｗｉｎのいずれか大きい方に設定した場合、即ち本実施形態における回生出力を表すグラフである。また、充電許容電力Ｗｉｎが破線で示されている。充電許容電力Ｗｉｎは、時間経過による電池温度Ｔｂの上昇に起因して緩やかに絶対値が上昇している。

図５に示すように、期間Ａ乃至期間Ｄにおいて、制動制御により回生電力が発生している。比較例では、いずれの期間においても、回生出力は、充電許容電力Ｗｉｎ以下に留まる（グラフ９１参照。）。これに対し、グラフ９２が示す回生出力は、期間Ａ乃至期間Ｄのいずれの期間においても、電力消費能力Ｗｒを上限として充電許容電力Ｗｉｎを超える。この場合であっても、充電許容電力Ｗｉｎを超過する分の回生出力は、電力消費能力Ｗｒ以下になり、余剰電力消費部２によって消費される。このように、本実施形態における電池保護装置１００は、比較例と比べ、電池１への充電許容電力の供給が過多とならならない範囲でより多くの回生電力を消費する。

（処理フロー）
次に、第１実施形態における処理の手順について説明する。図６は、第１実施形態においてＥＣＵ１０が行う制御の一例を示すフローチャートである。図６に示す処理は、回生が行われる際、または所定の周期ごとにＥＣＵ１０によって繰り返し実行される。

まず、ＥＣＵ１０は、充電許容電力Ｗｉｎ及び電力消費能力Ｗｒを取得する（ステップＳ１）。例えば、ＥＣＵ１０は、温度検出部１２から検出される電池温度Ｔｂに基づき、予めメモリに保持する図４に示すようなマップを参照することで、充電許容電力Ｗｉｎを推定する。また、ＥＣＵ１０は、抵抗Ｒの抵抗値に基づき事前に算出された電力消費能力Ｗｒを予めメモリに保持しておくことで、電力消費能力Ｗｒを取得する。

次に、ＥＣＵ１０は、充電許容電力Ｗｉｎが電力消費能力Ｗｒより小さいか否か判定する（ステップＳ２）。

そして、充電許容電力Ｗｉｎが電力消費能力Ｗｒより大きい場合（ステップＳ２；Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１０は、目標上限出力値Ｗｍａｘを充電許容電力Ｗｉｎに設定する（ステップＳ３）。即ち、充電許容電力Ｗｉｎが電力消費能力Ｗｒより大きい場合、ＥＣＵ１０は、充電許容電力Ｗｉｎを目標上限出力値Ｗｍａｘに設定しても、回生電力を十分に消費でき、かつ電池１の過電圧は生じないと判断する。

一方、充電許容電力Ｗｉｎよりも電力消費能力Ｗｒが小さい場合（ステップＳ２；Ｎｏ）、ＥＣＵ１０は、目標上限出力値Ｗｍａｘを電力消費能力Ｗｒに設定する（ステップＳ４）。即ち、この場合、ＥＣＵ１０は、充電許容電力Ｗｉｎが小さいことから、電池１の充電のみでは回生電力を十分に消費できないと判断し、回生出力の上限を電力消費能力Ｗｒに設定する。これにより、ＥＣＵ１０は、余剰電力消費部２にて回生電力を消費させることができ、かつ電池１の過電圧を防ぐことができる。

次に、ＥＣＵ１０は、ステップＳ３またはステップＳ４で定めた目標上限出力値Ｗｍａｘに基づき回生出力を制御する（ステップＳ５）。具体的には、ＥＣＵ１０は、目標上限出力値Ｗｍａｘを超えないようにコンバータ３１を制御する。また、ＥＣＵ１０は、電池１が過電圧にならないように、電圧値Ｖｂなどを監視しつつ、スイッチング信号Ｓ１のデューティー制御を行う。

（変形例）
上述の説明では、ＥＣＵ１０は、目標上限出力値Ｗｍａｘを電力消費能力Ｗｒ又は充電許容電力Ｗｉｎに設定したが、これに代わり、目標上限出力値Ｗｍａｘを充電許容電力Ｗｉｎと電力消費能力Ｗｒとの和に設定してもよい。この場合、このようにすることで、電池保護装置１００は、電池１への電力過供給が発生しない範囲で、モータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２で発生した回生電力を最大限活用することができる。

他の例として、ＥＣＵ１０は、目標上限出力値Ｗｍａｘを電力消費能力Ｗｒに固定してもよい。即ち、ＥＣＵ１０は、充電許容電力Ｗｉｎによらず、電力消費能力Ｗｒを目標上限出力値Ｗｍａｘとしてもよい。このように目標上限出力値Ｗｍａｘを固定値である電力消費能力Ｗｒにすることで、ＥＣＵ１０の制御が簡便化される。また、電力消費能力Ｗｒが比較的大きい値になるように抵抗Ｒが設計されることで、この場合であっても、ＥＣＵ１０は、回生電力を十分に活用することができる。

［第２実施形態］
第１実施形態では、ＥＣＵ１０は、回生出力の目標上限出力値Ｗｍａｘを電力消費能力Ｗｒと充電許容電力Ｗｉｎのうち大きい方に設定し、目標上限出力値Ｗｍａｘに基づき回生出力を制御した。一方、車両の走行中において車輪がスリップ後にグリップした場合など、回生電力が大きい場合には、ＥＣＵ１０に制御された回生出力とは別の余剰電力、即ち、ＥＣＵ１０が制御（把握）しきれていない突発的な電力（以後、「余剰電力Ｗｅ」と呼ぶ。）が電池１及び余剰電力消費部２に供給される恐れがある。この場合、余剰電力Ｗｅに起因して目標上限出力値Ｗｍａｘ以上の電力が電池１及び余剰電力消費部２に供給されて電池１の過電圧が生じる恐れがある。従って、第２実施形態では、ＥＣＵ１０は、回生出力の目標上限出力値Ｗｍａｘを第１実施形態で用いた目標上限出力値Ｗｍａｘより所定値だけ下げる。これにより、ＥＣＵ１０は、電池１の過電圧を防ぐ。

図７は、第２実施形態における、充電許容電力Ｗｉｎ、放電許容電力Ｗｏｕｔ、及び目標上限出力値Ｗｍａｘの関係を示すグラフの一例である。図７に示すように、充電許容電力Ｗｉｎは、温度Ｔｂ２のとき電力消費能力Ｗｒより定数ΔＰだけ小さい値をとる。そして、目標上限出力値Ｗｍａｘは、温度Ｔｂ２以下の場合、電力消費能力Ｗｒより定数ΔＰだけ小さい値に設定されている。ここで、定数「ΔＰ」は、電力消費能力Ｗｒより小さい値であり、余剰電力Ｗｅ以上の値に実験等によって予め設定される。例えば、定数ΔＰは発生し得る余剰電力Ｗｅの上限値に設定される。従って、目標上限出力値Ｗｍａｘは、温度Ｔｂ２以下では、電力消費能力Ｗｒから定数ΔＰを除した値に設定される。

このように、電池温度Ｔｂが温度Ｔｂ２以下の場合、ＥＣＵ１０は、目標上限出力値Ｗｍａｘを電力消費能力Ｗｒから定数ΔＰだけ小さい値、即ち、
Ｗｍａｘ＝Ｗｒ−ΔＰ
に設定することで、余剰電力Ｗｅに起因した電池１の過電圧を防ぐ。即ち、目標上限出力値Ｗｍａｘが電力消費能力Ｗｒから定数ΔＰを減算した値に設定され、かつ定数ΔＰが余剰電力Ｗｅ以上に設定された場合、余剰電力Ｗｅを含めた回生出力の最大値は電力消費能力Ｗｒ以下となる。従って、電池保護装置１００は、余剰電力Ｗｅが発生した場合であっても、余剰電力Ｗｅを含めた回生出力を適切に消費することができる。

（処理フロー）
次に、第２実施形態における処理の手順について図８を用いて説明する。第２実施形態に係るステップＳ１０１乃至Ｓ１０５の処理は、第１実施形態における処理とステップＳ１０３及びステップＳ１０４を除き同一である。

ＥＣＵ１０は、充電許容電力Ｗｉｎと電力消費能力Ｗｒを取得し（ステップＳ１０１）、これらを比較する（ステップＳ１０２）。そして、充電許容電力Ｗｉｎが電力消費能力Ｗｒより大きい場合（ステップＳ１０２；Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１０は、目標上限出力値Ｗｍａｘを充電許容電力Ｗｉｎから定数ΔＰを減じた値に設定する（ステップＳ１０３）。なお、定数ΔＰは、事前の実験等により、予想される余剰電力Ｗｅよりも大きい値に設定され、ＥＣＵ１０のメモリに保持されている。

一方、充電許容電力Ｗｉｎが電力消費能力Ｗｒより小さい場合（ステップＳ１０２；Ｎｏ）、ＥＣＵ１０は、目標上限出力値Ｗｍａｘを電力消費能力Ｗｒから定数ΔＰを減じた値に設定する（ステップＳ１０４）。そして、ＥＣＵ１０は、目標上限出力値Ｗｍａｘに基づき回生出力の制御を行う（ステップＳ１０５）。以上により、余剰電力Ｗｅが発生した場合であっても、定数ΔＰを余剰電力Ｗｅよりも大きい値に設定することで、ＥＣＵ１０は、電池１の過電圧を防ぐことができる。

なお、第１実施形態における変形例は、第２実施形態にも適用することができる。即ち、ＥＣＵ１０は、目標上限出力値Ｗｍａｘを、充電許容電力Ｗｉｎと電力消費能力Ｗｒとの和よりも定数ΔＰだけ小さい値に設定してもよい。その代わりに、目標上限出力値Ｗｍａｘを充電許容電力Ｗｉｎによらず常に電力消費能力Ｗｒよりも定数ΔＰだけ小さい値に設定してもよい。

［第３実施形態］
第２実施形態では、ＥＣＵ１０は、余剰電力Ｗｅを考慮して、事前にメモリ等に保持した定数ΔＰだけ目標上限出力Ｗｍａｘを小さく設定した。これに対し、第３実施形態では、ＥＣＵ１０は、定数ΔＰに相当する変数「ΔＰｈ」を走行中に適切な値に定め、目標上限出力値Ｗｍａｘを変数ΔＰｈだけ小さく設定する。これにより、ＥＣＵ１０は、電池１の過電圧を防ぎつつ、回生出力を増加させる。

以下、変数ΔＰｈの決定方法について説明する。ＥＣＵ１０は、電池１の過電圧の起こりやすさを指標として変数ΔＰｈを決定する。即ち、過電圧が起こりやすいと判断した場合、ＥＣＵ１０は、過電圧を防ぐため目標上限出力値Ｗｍａｘを小さく設定する。一方、過電圧が起こりにくいと判断した場合、ＥＣＵ１０は回生電力の消費を優先するため目標上限出力値Ｗｍａｘを大きく設定する。

また、電池１の過電圧の起こりやすさは、電池１の状態、または車両の走行状態と相関がある。ここで、電池１の状態は、例えば、電池１の充電状態（ＳＯＣ：ＳｔａｔｅｏｆＣｈａｒｇｅ）、電池１の電圧、電池１の劣化度合い、及び過去一定時間における電池１の負荷等である。一般に、電池ＳＯＣが飽和に近い場合、電池１は、許容電圧が小さく過電圧になりやすい。また、電池１の電圧が回生制御前から高い場合であっても、過電圧が生じやすい。さらに、電池１が劣化している場合でも、電池１は許容電圧が小さく過電圧になりやすい。また、過去一定時間にわたり電池１の充放電負荷を多くした場合、ＥＣＵ１０の制御上の誤差等に起因して電池１は過電圧になりやすい。

また、余剰電力Ｗｅが発生する車両の走行状態では、電池１の過電圧が生じやすい。ここで、余剰電力Ｗｅが発生する車両の走行状態とは、例えば、車両が備える車輪がスリップした後グリップした場合、エンジンのイナーシャを大きく変えるアクセルのオン、オフがあった場合、及びアクセルとブレーキが両方有効になった場合等が該当する。このような車両の走行状態では、ブレーキ時において、比較的大きな車輪の動力が動力伝達機構３６や駆動軸３８を介してモータジェネレータＭＧ１またはモータジェネレータＭＧ２に伝達され、大きな回生電力が発生する。その結果、目標上限出力値Ｗｍａｘ以上の電力、即ち余剰電力Ｗｅが電池１及び余剰電力消費部２へ供給され、電池１の過電圧が発生しやすくなる。

従って、ＥＣＵ１０は、所定の間隔ごとに、または回生制御が行われる際に、電池１の状態や車両の走行状態を各種のセンサから取得し、変数ΔＰｈを設定する。例えば、ＥＣＵ１０は、上述した電池１の状態や車両の走行状態を判定する各要素を複数選定し、それらの要素と余剰電力の大きさとの関係を示すマップを実験等により予め作成し、メモリに保持しておく。そして、ＥＣＵ１０は、選定した各要素を回生制御が行われる際等にセンサから取得し、上述したマップに基づき変数ΔＰｈを設定する。

以上のように、変数ΔＰｈを電池１の過電圧の起こりやすさに基づき決定することで、ＥＣＵ１０は、電池１の過電圧が起こりにくい状況では、変数ΔＰｈを小さく設定し、より多くの回生電力を電池１または余剰電力消費部２で消費させる。従って、ＥＣＵ１０は、回生電力を有効に活用することができ、結果として燃費を向上させることができる。また、ＥＣＵ１０は、電池１の過電圧が起こりやすい状況では、変数ΔＰｈを大きく設定し、目標上限出力値Ｗｍａｘを小さい値に設定する。これにより、ＥＣＵ１０は、電池１の過電圧を抑制することができる。

（処理フロー）
次に、第３実施形態における処理手順の一例について図９を用いて説明する。なお、この処理は、所定の周期ごとに、または回生制御が行われる際にＥＣＵ１０により実行される。

まず、ＥＣＵ１０は、充電許容電力Ｗｉｎ、電力消費能力Ｗｒ、及び電池１の状態、車両の走行状態について各種のセンサから取得する（ステップＳ２０１）。例えば、ＥＣＵ１０は、電圧検出部１４から電圧値Ｖｂを取得することで電池１の電圧を把握し、図示しないアクセルセンサやブレーキポジションセンサからの検出信号に基づきアクセル、ブレーキの踏み込み量等を把握することで、車両の走行状態を把握する。

次に、ＥＣＵ１０は、取得した電池１の状態や車両の走行状態に基づき変数ΔＰｈを算出する（ステップＳ２０２）。例えば、ＥＣＵ１０は、予め実験等により作成した電池１の状態及び車両の走行状態と余剰電力とのマップを参照することで、変数ΔＰｈを設定する。

次に、ＥＣＵ１０は、充電許容電力Ｗｉｎと電力消費能力Ｗｒとを比較し（ステップＳ２０３）、充電許容電力Ｗｉｎが電力消費能力Ｗｒより大きい場合（ステップＳ２０３；Ｙｅｓ）、目標上限出力値Ｗｍａｘを充電許容電力Ｗｉｎから変数ΔＰｈを減じた値に設定する（ステップＳ２０４）。一方、充電許容電力Ｗｉｎが電力消費能力Ｗｒより小さい場合（ステップＳ２０３；Ｎｏ）、ＥＣＵ１０は、目標上限出力値Ｗｍａｘを電力消費能力Ｗｒから変数ΔＰｈを減じた値に設定する（ステップＳ２０５）。

そして、ＥＣＵ１０は、設定した目標上限出力値Ｗｍａｘに基づき回生出力を制御する（ステップＳ２０６）。

なお、第１実施形態における変形例は、第３実施形態にも適用することができる。即ち、ＥＣＵ１０は、目標上限出力値Ｗｍａｘを充電許容電力Ｗｉｎと電力消費能力Ｗｒとの和よりも変数ΔＰｈだけ小さい値に設定してもよい。その代わりに、目標上限出力値Ｗｍａｘを充電許容電力Ｗｉｎによらず常に電力消費能力Ｗｒよりも変数ΔＰｈだけ小さい値に設定してもよい。

電池保護装置の模式的な平面図を示す図の一例である。電池保護装置の回路図の一例である。モータジェネレータを１つ備える電池保護装置の回路図の一例である。第１実施形態における、電池温度に対する充電許容電力、放電許容電力、及び目標上限出力値のグラフの一例である。時間変化に伴う回生出力の変化のグラフの一例である。第１実施形態に係る処理手順の一例を表すフローチャートである。第２実施形態における、電池温度に対する充電許容電力、放電許容電力、及び目標上限出力値のグラフの一例である。第２実施形態に係る処理手順の一例を表すフローチャートである。第３実施形態に係る処理手順の一例を表すフローチャートである。

符号の説明

１電池
２余剰電力消費部
３負荷部
１０ＥＣＵ
１２温度検出部
１４電圧検出部
３１コンバータ
３２、３３インバータ
３６動力伝達機構
３８駆動軸
ＭＧ１、ＭＧ２モータジェネレータ
１００電池保護装置

Claims

回転駆動力に基づき回生電力を発生させる回転電機と、
回生電力を充電する電池と、
回生電力を消費する電気負荷と、
前記回転電機からの回生電力を降圧して前記電池及び前記電気負荷に供給するコンバータと、
前記コンバータが前記電池及び前記電気負荷へ供給する電力を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記電池及び前記電気負荷へ供給する電力の目標値として前記コンバータに指示する値の上限値を、前記電気負荷の電力消費能力から所定値だけ小さく設定することを特徴とする電池保護装置。
前記制御手段は、前記電池の過電圧の起こりやすさに基づき前記所定値を設定する請求項１に記載の電池保護装置。
前記制御手段は、電池の状態に基づき前記所定値を設定する請求項２に記載の電池保護装置。
車両に搭載され、
前記制御手段は、前記車両の走行状態に基づき前記所定値を設定する請求項２または３に記載の電池保護装置。
前記電気負荷は、前記電池を加熱するヒータである請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電池保護装置。
前記制御手段は、前記電池の充電許容電力が前記電力消費能力よりも小さい場合、前記上限値を、前記電気負荷の電力消費能力から前記所定値だけ小さく設定し、前記電池の充電許容電力が前記電力消費能力以上の場合、前記上限値を、前記充電許容電力から前記所定値だけ小さく設定する請求項１乃至５のいずれか一項に記載の電池保護装置。