CN101779356B - 电源系统和具有该系统的车辆以及电源系统的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电源系统和具有该系统的车辆以及电源系统的控制方法。电源系统具有:由电池组构成的蓄电部(10,20);分别与蓄电部(10,20)相对应的转换器(14,24);充电器(40),其用于从外部电源(62)接受电力来对蓄电部(10,20)进行外部充电。ECU(50)在每个蓄电部中SOC最小的电池模块的SOC来对蓄电部的SOC进行推定。在蓄电部被设为了能够由外部电源进行充电的状态时,ECU(50)控制对应的转换器,使得蓄电部(10,20)以来自充电器(40)的充电电流被充电,并且,基于在每个蓄电部中SOC最大的电池模块的SOC来导出充电容许电力。在所导出的每个蓄电部的充电容许电力的合计值变为了来自外部电源的供给电力实际值以下时,结束对蓄电部的外部充电。
Description
技术领域
本发明涉及电源系统和具有该系统的车辆以及电源系统的控制方法,尤其涉及具有多个蓄电机构的电源系统和具有该系统的车辆以及电源系统的控制方法。
背景技术
最近,作为考虑到环境的汽车,利用电动电机的驱动力进行行驶的混合动力汽车(Hybrid Vehicle)以及电动汽车(Electric Vehicle)受到关注。在这些电动车辆中,为了向作为驱动源的电动机供给电力、在再生制动时将动能转换成电能并进行蓄电,搭载有由二次电池、双电荷层电容器等构成的蓄电机构。来自蓄电机构的放电或向蓄电机构的充电是考虑例如蓄电机构的剩余容量(SOC:State of Charge;以下,也简称为“SOC”)而进行的。通过将SOC维持在适当的范围,能够避免蓄电机构的过充电、过放电等。
在这样的将电动机作为驱动力源的车辆中,为了提高加速性能、行驶持续距离等行驶性能,期望提高蓄电机构的充放电能力。作为用于提高蓄电机构的充放电能力的方法提出了搭载多个蓄电机构的结构。
例如在日本特开2003-209969号公报(专利文献1)中,公开了一种电源控制系统,其具有向车辆的电动牵引电机供给调整后的电力的至少1个变换器、和多个电源级(stage),该多个电源级分别具有电池和升降压(Boost/Buck)直流/直流转换器,被并联布线,至少向1个变换器供给直流电力,控制电源级使得维持向至少一个变换器的输出电压。
专利文献1:日本特开2003-209969号公报
专利文献2:日本特开平7-191109号公报
专利文献3:日本特开平11-055866号公报
专利文献4:日本特开平11-164488号公报
专利文献5:日本特开平10-341540号公报
专利文献6:日本特开平9-182311号公报
专利文献7:日本特开2001-037097号公报
但是,在日本特开2003-209969号公报所公开的电源控制系统中,因多个电源级的长时间的使用,关于电流、电压以及SOC等的电池特性,在电源级间产生偏差。因此,在SOC脱离适当范围的一部分的电源级中,存在发生过充电或过放电而使电池性能劣化这样的问题。
此外,在混合动力车辆中公开了通过来自商用电源等外部电源的电力对所搭载的蓄电机构进行充电的结构。这样,通过外部电源预先对蓄电机构进行充电,从而当通勤、购物等的较短距离的行驶时,能够将内燃机保持为停止状态而进行行驶,所以能够提高总的燃料消耗效率。这样的行驶模式也被称为EV(Electric Vehicle,电动车辆)行驶模式。
上述那样搭载有多个蓄电机构的混合动力车辆的蓄电机构的充放电能力较高,所以对提高这样的EV行驶模式下的行驶性能是有效的。其另一方面,为了充分发挥各蓄电机构的充放电能力,需要对各个蓄电机构避免伴随过充电和过放电的使用。但是,上述日本特开2003-209969号公报没有公开对于这样的课题的解决手段。
发明内容
因此,本发明是为了解决所述课题而完成的发明,其目的是提供一种能够抑制多个蓄电机构的过充电的电源系统以及具有该系统的车辆。
另外,本发明的其他目的是提供一种能够抑制多个蓄电机构的过充电的电源系统的控制方法。
本发明的一种方式的电源系统具有:能够充放电的多个蓄电机构;充电器,其用于从外部电源接受电力来对多个蓄电机构进行外部充电;状态推定部,其对多个蓄电机构各自的剩余容量进行推定;以及控制部,其对多个蓄电机构的充电进行控制。控制部包括:充电部,其在多个蓄电机构被设为能够由外部电源进行充电的状态时,以来自充电器的充电电流对多个蓄电机构进行充电;充电容许电力导出部,其在对多个蓄电机构的外部充电的执行期间,基于推定出的剩余容量,导出多个蓄电机构各自的充电容许电力;第一判断部,其对充电容许电力合计值与预先设定的预定值的大小关系进行判断,所述充电容许电力合计值是所导出的多个蓄电机构各自的充电容许电力的合计值;以及充电结束部,其在由第一判断部判断为充电容许电力合计值为预定值以下的情况下,结束对多个蓄电机构的外部充电。
另外,根据本发明的另一方式,是电源系统的控制方法,电源系统包括:能够充放电的多个蓄电机构;充电器,其用于从外部电源接受电力来对多个蓄电机构进行外部充电;以及状态推定部,其对多个蓄电机构各自的剩余容量进行推定。控制方法包括:在多个蓄电机构被设为能够由外部电源进行充电的状态时,以来自充电器的充电电流对多个蓄电机构进行充电的步骤;在对多个蓄电机构的外部充电的执行期间,基于推定出的剩余容量,导出多个蓄电机构各自的充电容许电力的步骤;判断充电容许电力合计值与预先设定的预定值的大小关系的步骤,所述充电容许电力合计值是所导出的多个蓄电机构各自的充电容许电力的合计值;和在通过判断的步骤判断为充电容许电力合计值为预定值以下的情况下,结束对多个蓄电机构的外部充电的步骤。
根据上述的电源系统及其控制方法,在多个蓄电机构的充电容许电力合计值变为了预定值以下的情况下,通过结束外部充电,能够可靠地抑制每个蓄电机构的过充电。由此,能够避免蓄电机构的电池特性的劣化等。
优选的是,第一判断部将预定值设定为从外部电源供给的电力实际值。
优选的是,判断的步骤中,将预定值设定为从外部电源供给的电力实际值。
根据上述的电源系统及其控制方法,在多个蓄电机构的充电容许电力合计值变为了供给电力实际值以下的情况下,通过结束外部充电,能够可靠地抑制每个蓄电机构的过充电。
优选的是,多个蓄电机构的各个蓄电机构是串联连接能够充放电的多个蓄电部而构成的。状态推定部对多个蓄电部各自的剩余容量进行推定。充电容许电力导出部基于推定出的剩余容量为最大的蓄电部的剩余容量,导出对应的蓄电机构的充电容许电力。
优选的是,导出充电容许电力的步骤中,基于推定出的剩余容量成为最大的蓄电部的剩余容量,导出对应的蓄电机构的充电容许电力。
根据上述的电源系统及其控制方法,基于被过充电的可能性最高的蓄电部的剩余容量,导出蓄电机构的充电容许电力,从而能够可靠地避免每个蓄电部的过充电。
优选的是,状态推定部,在多个蓄电机构被设为能够由外部电源进行充电的状态时,基于多个蓄电机构各自的电压值,将对应的蓄电机构的剩余容量复位成基准值。
根据上述的电源系统及其控制方法,通过复位各蓄电机构的剩余容量,能够高精度地推定剩余容量。由此,能够在外部充电的执行期间,可靠地抑制每个蓄电机构的过充电。
优选的是,电源系统还具有:蓄电机构温度取得部,其取得多个蓄电机构各自的温度,并且基于所取得的多个蓄电机构各自的温度,取得对应的蓄电机构的上升温度;和蓄电机构电压值取得部,其取得多个蓄电机构各自的电压值。控制部还包括:第二判断部,其基于所取得的多个蓄电机构各自的温度,对多个蓄电机构各自的剩余容量目标值进行设定,并且判断推定出的多个蓄电机构各自的剩余容量是否达到了剩余容量目标值;第三判断部,其判断所取得的多个蓄电机构各自的温度是否达到了预定的容许上限温度;第四判断部,其判断所取得的多个蓄电机构各自的上升温度是否为预定的基准值以上;第五判断部,其判断所取得的多个蓄电机构各自的电压值是否达到了预定的上限电压值;以及第六判断部,其基于推定出的多个蓄电机构各自的剩余容量和满充电状态之差,对满充电预定时间进行运算,并且判断外部充电的执行时间是否达到了运算出的满充电预定时间,所述满充电预定时间是到对多个蓄电机构的外部充电完成为止的所需时间。充电结束部,在由第一判断部判断为充电容许电力合计值为预定值以下的情况、由第二判断部判断为多个蓄电机构的任一个的剩余容量达到了剩余容量目标值的情况、由第三判断部判断为多个蓄电机构的任一个的温度达到了预定的容许上限温度的情况、由第四判断部判断为多个蓄电机构的任一个的上升温度为预定的基准值以上的情况、由第五判断部判断为多个蓄电机构的任一个的电压值达到了预定的上限电压值的情况、以及由第六判断部判断为多个蓄电机构的任一个的外部充电的执行时间达到了满充电预定时间的情况中的任一情况已成立时,结束对多个蓄电机构的外部充电。
优选的是,控制方法还包括:基于所取得的多个蓄电机构各自的温度,对多个蓄电机构的剩余容量目标值进行设定,并且判断推定出的所述多个蓄电机构各自的剩余容量是否达到了所述剩余容量目标值的步骤;判断所取得的多个蓄电机构各自的温度是否达到了预定的容许上限温度的步骤;判断所取得的多个蓄电机构各自的上升温度是否为预定的基准值以上的步骤;判断所取得的多个蓄电机构各自的电压值是否达到了预定的上限电压值的步骤;和基于推定出的多个蓄电机构各自的剩余容量和满充电状态之差,对满充电预定时间进行运算,并且判断外部充电的执行时间是否达到了运算出的满充电预定时间的步骤,所述满充电预定时间是到对多个蓄电机构的外部充电完成为止的所需时间。结束外部充电的步骤中,在判断为充电容许电力合计值为预定值以下的情况、判断为多个蓄电机构的任一个的剩余容量达到了剩余容量目标值的情况、判断为多个蓄电机构的任一个的温度达到了预定的容许上限温度的情况、判断为多个蓄电机构的任一个的上升温度为预定的基准值以上的情况、判断为多个蓄电机构的任一个的电压值达到了预定的上限电压值的情况、以及判断为多个蓄电机构的任一个的外部充电的执行时间达到了满充电预定时间的情况中的任一情况已成立时,结束对多个蓄电机构的外部充电。
根据上述的电源系统及其控制方法,即使在蓄电机构间产生电池特性的偏差的情况下,在基于每个蓄电机构的电池特性而设定的多个充电结束条件中的任一条件已成立时,结束外部充电,从而也能够可靠地抑制每个蓄电机构的过充电。
优选的是,状态推定部,在多个蓄电机构被设为能够由外部电源进行充电的状态时,基于多个蓄电机构各自的电压值,将对应的蓄电机构的剩余容量复位成基准值。第六判断部,在状态推定部将多个蓄电机构各自的剩余容量复位成基准值之后,基于推定出的多个蓄电机构各自的剩余容量和满充电状态之差,对满充电预定时间进行推定。
优选的是,判断外部充电的执行时间是否达到了运算出的满充电预定时间的步骤中,在状态推定部将多个蓄电机构各自的剩余容量复位成基准值之后,基于推定出的多个蓄电机构各自的剩余容量和满充电状态之差,对满充电预定时间进行推定。
根据上述的电源系统及其控制方法,通过复位各蓄电机构的剩余容量,能够以高精度推定剩余容量。由此,能够在外部充电的执行期间,可靠地抑制每个蓄电机构的过充电。
优选的是,多个蓄电机构的各个蓄电机构是串联连接能够充放电的多个蓄电部而构成的。蓄电机构温度取得部,在对于多个蓄电机构的各个蓄电机构取得每个蓄电部的温度后,将最脱离预定的温度范围的蓄电部的温度作为对应的蓄电机构的温度的代表值进行输出。
根据上述的电源系统及其控制方法,通过将被过充电的可能性最高的蓄电部的温度采用为蓄电机构的温度的代表值,能够避免每个蓄电部的过充电。
优选的是,电源系统还具备:多个电压变换部,其分别与多个蓄电机构相对应;和电力线对,其将多个电压变换部相互并联连接。充电部,在多个蓄电机构被设为能够由外部电源进行充电的状态时,控制对应的电压变换部,使得以来自充电器的充电电流对多个蓄电机构进行充电。
优选的是,充电的步骤中,在多个蓄电机构被设为能够由外部电源进行充电的状态时,控制对应的电压变换部,使得以来自充电器的充电电流对多个蓄电机构进行充电。
根据本发明的其他方式,是一种车辆,该车辆具有:上述的任一项所述的电源系统;和驱动力产生部,其接受从电源系统经由电力线对供给的电力来产生驱动力。
根据上述车辆,能够避免每个蓄电机构的过充电,并且能够对多个蓄电机构进行外部充电,所以能够充分发挥各蓄电机构的充放电能力,能够使总的燃料消耗效率提高。
发明的效果
根据本发明,能够保护多个蓄电机构的每个蓄电机构不被过充电。
附图说明
图1是搭载有本发明实施方式的电源系统的车辆的概略结构图。
图2是表示本发明实施方式的ECU中的控制构造的框图。
图3是表示图2所示的SOC1运算部以及Win1运算部中的更详细的控制构造的框图。
图4是表示关于电池模块的复位值的一个例子的图。
图5是表示电池温度和SOC目标值的关系的图。
图6是表示复位动作的结束后的电池温度和SOC目标值的关系的图。
图7是表示本发明实施方式的满充电预定时间的运算处理的顺序的流程图。
图8是表示电池温度和电池电压上限值的关系的图。
图9是关于各个电池模块的SOC的一例的图。
图10是表示转换器控制部中的用于开始外部充电动作的处理顺序的流程图。
图11是表示转换器控制部中的外部充电动作的处理顺序的流程图。
图12是表示转换器控制部中的外部充电动作的处理顺序的流程图。
符号说明
10第一蓄电部,12、22电池监视单元,20第二蓄电部,14第一转换器,24第二转换器,26、42电压传感器,28变换器,40充电器,44电流传感器,46充电连接器,48连结检测传感器,50ECU,52发动机,60充电插头,62外部电源,120电池电压检测部,122温度检测部,124、126温度传感器,128电流检测部,130电流传感器,502SOC1运算部,504win1运算部,512SOC2运算部,514Win2运算部,520转换器控制部,522要求产生部,524计时器,B11~B1n电池模块,MNL负母线,MPL正母线。
具体实施方式
以下,参照附图对本发明的实施方式进行说明。需说明的是,图中相同的符号表示相同或相当的部分。
(车辆的概略结构)
图1是搭载有本发明实施方式的电源系统的车辆的概略结构。
参照图1,本发明的实施方式的车辆代表性的是混合动力车辆,搭载有内燃机(发动机)52和电动机(MG:Motor Generator,电动发电机)30,以最佳比率控制来自各自的驱动力来进行行驶。车辆还搭载有用于向该MG30供给电力的多个(例如2个)蓄电部10、20。这些蓄电部10、20在电动车辆的系统启动状态下,能够接受由发动机52的动作而产生的动力来进行充电,并且在电动车辆的系统停止期间,能够通过充电器40、充电连接器46以及充电插头60与外部电源62电连接而进行充电。
充电连接器46代表性地构成用于将商用电源等外部电源62供给至车辆的连结机构,在外部充电时,通过与设置于车辆的充电插头60连结,从而电连接外部电源62和搭载在车辆的充电器40。由此,第一蓄电部10和第二蓄电部20通过充电器40与外部电源62连接。
此外,充电器40也可以设置在车辆外部。另外,外部电源62也可以是代替商用电源或者在其基础上使用由设置在住宅(未图示)的屋顶等的太阳能电池板产生的发电电力等。
车辆作为驱动力源而具备发动机52和MG30。MG30是三相交流电机,由第一蓄电部10以及第二蓄电部20中储存的电力进行驱动。向MG30供给由变换器(inverter,逆变器)28从直流转换成交流的电力。
MG30的驱动力被传递到车轮(未图示)。由此,MG30辅助发动机52,利用来自MG30的驱动力使车辆行驶。另一方面,在混合动力车的再生制动时,MG30被车轮驱动,由此MG30作为发电机动作。由此,MG30作为将制动能量转换成电力的再生制动器而进行动作。由MG30发电产生的电力被变换器28从交流转换成直流之后,存储在第一蓄电部10以及第二蓄电部20中。
第一蓄电部10以及第二蓄电部20都是能够充放电的电力存储部件,代表性地由锂离子电池、镍氢等二次电池或者双电荷层电容器等蓄电元件构成。第一蓄电部10以及第二蓄电部20如后所述那样,是将多个单电池串联连接而成的电池组。
电池监视单元12、22分别作为用于检测第一蓄电部10以及第二蓄电部20的状态的单元而设置,对相应的蓄电部的状态进行检测并向ECU(Electronic Control Unit,电子控制单元)50进行输出。
在第一蓄电部10和变换器28之间配置有能够对直流电压相互进行电压转换的第一转换器14,对第一蓄电部10的输入输出电压和、母线MPL与负母线MNL之间的线间电压进行相互地升压或降压。同样地,在第二蓄电部20和变换器28之间配置有能够对直流电压相互进行电压转换的第二转换器24,对第二蓄电部20的输入输出电压和、正母线MPL与负母线MNL之间的线间电压进行相互地升压或降压。即,第一转换器14以及第二转换器24相对于电力线对即正母线MPL和负母线MNL而并联连接。转换器14、24中的升降压动作分别按照来自ECU50的开关指令而进行控制。
电压传感器26配置在正母线MPL和负母线MNL的线间,对该线间电压进行检测并向ECU50进行输出。电压传感器42设置在充电器40的内部,对外部电源62的供给电压进行检测并向ECU50进行输出。电流传感器44对从充电器40供给至第一蓄电部10以及第二蓄电部20的充电电流值进行检测并向ECU50进行输出。
ECU50以CPU(Centrol Proccssing Unit,中央处理单元)、RAM(Random Access Memory,随机存取存储器)或ROM(Read OnlyMemory,只读存储器)等存储部和输入输出接口为主体而构成。ECU50通过CPU将预先存储在ROM等中的程序读出到RAM中并执行,从而执行车辆行驶以及外部充电涉及的控制。
另外,ECU50算出第一蓄电部10以及第二蓄电部20的剩余容量(SOC:State Of Charge;以下简称为“SOC”)。SOC也能够作为蓄电部的充电量的绝对值(单位“A·h”等)进行表示,但在本说明书中,SOC作为充电量相对于蓄电部的充电容量的比率(0~100%)而进行表示。关于算出蓄电部10、20的SOC的结构,能够使用各种公知技术,因此在此省略其详细的说明。
车辆作为用于对第一蓄电部10以及第二蓄电部20进行外部充电的结构,还具有充电连接器46和充电器40。在对第一蓄电部10以及第二蓄电部20进行外部充电的情况下,通过将充电连接器46与充电插头60连结,向充电器40供给来自外部电源62的电力。另外,充电连接器46包括用于对充电插头60和充电连接器46的连结状态进行检测的连结检测传感器48,根据来自该连结检测传感器48的连结信号,ECU50对变为了能够由外部电源充电的状态这一情况进行检测。
此外,在本说明书中,所谓“能够由外部电源充电的状态”是指代表性地将充电连接器46物理地插入至充电插头60的状态。此外,代替图1的结构,在非接触的电磁地结合外部电源和车辆来供给电力的结构中,具体地是在外部电源侧设置初级线圈,并且在车辆侧设置次级线圈,利用初级线圈和次级线圈之间的相互电感进行电力供给的结构中,所谓“能够由外部电源充电的状态”是指初级线圈和次级线圈位置匹配后的状态。
充电器40是用于接受来自外部电源62的电力来对第一蓄电部10以及第二蓄电部20进行外部充电的装置,将来自外部电源62的电力转换成适于蓄电部10、20充电的电力。具体而言,充电器40包括:电压转换部,其用于将外部电源62的供给电压转换成适于蓄电部10、20充电的电压;以及电流控制部,其对该电压转换部的电压转换后的交流电压进行整流并生成直流电压,并且根据来自ECU50的充电电流指令,对供给至蓄电部10、20的充电电流进行控制。此外,也可以代替这些结构,由AC-DC开关调节器(regulator)等实现充电器40。
尤其是,本实施方式的ECU50基于蓄电部10、20的充放电频率,来判断是否需要产生对蓄电部10、20的复位要求(以下,分别记作“SOC1复位要求”以及“SOC2复位要求”)。而且,当判断为需要对蓄电部10、20的任一个的SOC进行复位时,在被设为了能够由外部电源进行充电的状态时,执行SOC的复位动作。
具体而言,ECU50对相应的转换器(例如,第一转换器14)进行控制,使得复位对象的蓄电部(例如,第一蓄电部10)放电,并且控制相应的转换器(例如,第二转换器24),使得至少以来自复位对象的蓄电部的放电电流对剩余的蓄电部(例如,第二蓄电部20)进行充电。需说明的是,在剩余的蓄电部的充电容许电流比来自复位对象的蓄电部的放电电流大的情况下,也可以从充电器40供给充电电流,使得补偿其差值。另外,对蓄电部10、20的复位要求,也可以基于各自的充放电频率来判断是否需要产生。
而且,ECU50基于上述复位对象的蓄电部的电压,将上述复位对象的蓄电部的SOC复位成基准值。更具体而言,在复位对象的蓄电部的电压值低于了预先确定的基准电压的时刻,将SOC复位成基准值。
需说明的是,该基准值也可以基于蓄电部的特性值等预先设定,也可以与电池的使用状况等相应地动态设定。
这样,通过以预定频率复位各蓄电部的SOC,能够排除电池监视单元12、22中的检测误差的影响,能够以高精度推定SOC。
而且,当复位对象的蓄电部的SOC复位成预先设定的复位值时,ECU50以来自充电器40的充电电流对复位对象的蓄电部进行充电(外部充电)。
关于图1所示的本发明的实施方式和本发明的对应关系,第一蓄电部10以及第二蓄电部20相当于“多个蓄电机构”,第一转换器14以及第二转换器24相当于“多个电压变换部”,正母线MPL以及负母线MNL相当于“电力线对”,充电器40相当于“充电器”。
(控制构造)
接着,参照图2和图3,对本实施方式的电源系统中的用于实现外部充电动作的控制构造进行说明。
图2是表示本发明的实施方式的ECU50中的控制构造的框图。图2所示的各功能模块是代表性地通过ECU50执行预先存储的程序而实现的,但也可以将该功能的一部分或全部作为专用的硬件来安装。
参照图2,ECU50作为其功能包括以下部件:对第一蓄电部10的SOC1进行运算的SOC1运算部502;对第二蓄电部20的SOC2进行运算的SOC2运算部512;基于第一蓄电部10的SOC1对第一蓄电部10的充电容许电力Win1进行运算的Win1运算部504;基于第二蓄电部20的SOC2对第二蓄电部20的充电容许电力Win2进行运算的Win2运算部514;转换器控制部520;要求产生部522。
要求产生部522基于蓄电部10、20各自的充电频率产生对蓄电部10、20的复位要求。要求产生部522代表性地基于外部充电开始的累计次数和/或行驶距离,判断是否产生复位要求。具体而言,对基于来自连结检测传感器48(图1)的连结信号的、外部充电开始的信号进行累计,其累计次数超过预定的阈值的情况下,或者,行驶距离超过预定的阈值的情况下,判断为由外部充电或内部充电引起的误差的影响较大,产生复位要求。
SOC1运算部502基于来自电池监视单元12的电池电压、电池温度以及充放电电流,通过后述的方法对第一蓄电部10的SOC1进行运算。Win1运算部504基于运算出的第一蓄电部10的SOC1,对充电容许电力Win1进行运算。
SOC2运算部512基于来自电池监视单元22的电池电压、电池温度以及充放电电流,通过后述方法对第二蓄电部20的SOC2进行运算。Win2运算部514是基于运算出的第二蓄电部20的SOC2,对充电容许电力Win2进行运算。需说明的是,充电容许电力Win1、Win2是由其化学反应的极限规定的、各时刻的充电电力的限制值。
图3是表示图2所示的SOC1运算部502以及Win1运算部504中的更详细的控制构造的框图。
参照图3,电池监视单元12作为用于检测第一蓄电部10的状态的单元,包括电池电压检测部120、温度检测部122、电流检测部128、温度传感器124、126和电流传感器130。
第一蓄电部10如上所述那样,是将多个单电池串联连接而成的电池组。第一蓄电部10被划分为分别由数个串联连接的单电池构成的n(n是自然数)个电池模块B11~B1n。此外,虽然省略图示,但第二蓄电部20也同样地具有被划分成n个电池模块B21~B2n的结构。
电池电压检测部120分别对电池模块B11~B1n的电池电压Vb11~Vb1n进行检测,向SOC1运算部502输出其检测的电池电压Vb11~Vb1n。
温度检测部122基于来自安装在第一蓄电部10的多个位置上的多个温度传感器124、126的传感器输出,对各位置的内部温度Tb1、Tb2进行检测。而且,温度检测部122基于其检测出的内部温度Tb1、Tb2,对每个电池模块的电池温度Tb11~Tb1n进行运算,向SOC1运算部502输出其运算结果。
电流检测部128基于来自电流传感器130的传感器输出对在电池模块B11~B1n流过的第一蓄电部10的充放电电流Ib1进行检测,并向SOC1运算部502进行输出。
在ECU50中,SOC1运算部502基于从电池监视单元12接收到的电池电压Vb11~Vb1n、充放电电流Ib1以及电池温度Tb11~Tb1n,对每个电池模块B11~B1n的SOC11~SOC1n进行运算。
关于算出每个电池模块的SOC的结构,可以使用各种公知技术,作为一例,SOC1运算部502通过对由开路电压值算出的暂定SOC和由充放电电流Ib1的累计值算出的修正SOC进行加法运算,从而导出SOC。具体而言,SOC1运算部502由各时刻的充放电电流Ib1以及电池电压Vb11~Vb1n算出每个电池模块的开回路电压值,通过将该开路电压算出值适用于对预先实验性取得的电池模块的基准状态下的SOC与开路电压值的关系进行表示的基准充放电特性,从而算出电池模块的暂定SOC。进一步,SOC1运算部502对充放电电流Ib1进行累计,算出修正SOC,将暂定SOC与修正SOC相加,从而导出SOC。
SOC1运算部502向Win1运算部504输出所导出的电池模块B11~B1n的SOC11~SOC1n。进一步,SOC1运算部502将导出的SOC11~SOC1n中的最小的SOC确定为第一蓄电部10的SOC1,向转换器控制部520进行输出。
Win1运算部504接收所导出的每个电池模块的SOC11~SOC1n后,将SOC11~SOC1n中的最大的SOC确定为第一蓄电部10的SOC1,基于该确定出的SOC1导出充电容许电力Win1。而且,向转换器控制部520输出该导出的充电容许电力Win1。
即,SOC1运算部502输出的SOC1和Win1运算部504用于导出充电容许电力Win1的SOC1成为互不相同的SOC。将SOC11~SOC1n的最小值确定为第一蓄电部10的SOC1是为了遵守SOC为最小的电池模块的放电容许电力,来抑制该电池模块成为过放电状态。另一方面,为了导出充电容许电力Win1,将SOC11~SOC1n的最大值确定为SOC1是为了遵守SOC为最大的电池模块的充电容许电力,来抑制该电池模块变为过充电状态。
需说明的是,Win1运算部504预先存储将预先实验性取得的第一蓄电部10的SOC1以及电池温度作为参数而规定的充电容许电力的映射(map),基于运算的SOC1以及电池温度,导出各时刻的充电容许电力Win1。在规定充电容许电力的映射中,也可以包含SOC以及电池温度以外的参数,例如蓄电部的劣化度等。
而且,SOC1运算部502以及Win1运算部504向转换器控制部520分别输出所导出的SOC1以及Win1。同样地,SOC2运算部512以及Win2运算部514向转换器控制部520分别输出所导出的SOC2以及Win2。
再参照图2,转换器控制部520基于蓄电部10的SOC1以及充电容许电力Win1、蓄电部20的SOC2以及充电容许电力Win2、和来自电池监视单元12、22的电池状态,执行对蓄电部10、20的外部充电的控制。
具体而言,转换器控制部520基于充电容许电力Win1、Win2,分别确定第一蓄电部10以及第二蓄电部20中的目标充电电力Pin1*、Pin2*。另外,转换器控制部520基于所确定的目标充电电力Pin1*、Pin2*,来确定对外部电源62(图1)的目标供给电力PAC*。而且,转换器控制部520基于这样被确定的第一蓄电部10中的目标充电电力与第一蓄电部10的充电电力(实际值)的电力偏差,来控制第一转换器14,使得第一蓄电部10以一定电流值被充电。另外,转换器控制部520基于第二蓄电部20中的目标充电电力与第二蓄电部20的充电电力(实际值)的电力偏差,来控制第二转换器24,使得第二蓄电部20以一定电流值被充电。进一步,转换器控制部520基于目标供给电力PAC*与来自外部电源62的供给电力(实际值)PAC的电力偏差,来控制充电器40,使得将来自外部电源62的供给电力转换成适于蓄电部10、20的充电的电力。
这样,通过控制第一转换器14、第二转换器24以及充电器40,对蓄电部10、20进行外部充电。而且,与蓄电部10、20成为满充电状态的情况相应地结束外部充电动作。
但是,因蓄电部10、20的长时间的使用,关于电流、电压以及SOC等的电池特性,在蓄电部间发生偏差。由此,在SOC从适当的范围脱离的一部分的蓄电部中,存在在外部充电的执行中发生过充电而使电池性能劣化的可能性。为了避免这样的过充电,独立地进行对各蓄电部的充放电是有效的,但当蓄电部的总数增加时,会产生控制复杂化的缺点。
而且,在各个蓄电部中,在电池模块之间,产生电池特性的偏差。因此,当以蓄电部整体一并地进行充放电管理时,在放电时,充电状态相对较低的一部分的电池模块可能会成为过放电。另外,在充电时,充电状态相对较高的一部分的电池模块可能会成为过充电。伴随着这样的过充电以及过放电的使用,会使蓄电部的电池性能劣化。尤其是,在电池模块的总数较多的车辆的蓄电部中,不能够无视电池模块间的偏差的影响,因此充分的充放电管理变得困难,不仅不能充分地发挥电池性能,还会缩短寿命。
因此,在上述的对蓄电部进行外部充电的情况下,在电池模块的任一个存在过充电的可能性的情况下,也需要不等待蓄电部成为满充电状态,而立刻使外部充电动作结束。
因此,在本实施方式的电源系统中为如下结构:如图4所示,从避免每个电池模块的过充电而抑制蓄电部的性能劣化的观点出发,预先设定多个用于使蓄电部的充电结束的条件(以下,也称为充电结束条件),在该多个充电结束条件的任意一个成立了的情况下,结束外部充电。
图4是用于对管理外部充电的结束的项目和对于各管理项目确定的充电杂件进行说明的图。
参照图4,在本实施方式中,作为一个例子,充电结束条件合计由6种类构成。这些充电结束条件按每个管理项目分开而存储在ECU50的存储部中。
在ECU50中,转换器控制部520在外部充电的执行期间,按每个预定的控制周期,每个管理项目地判断蓄电部10、20是否满足充电结束条件。而且,在蓄电部10、20满足充电结束条件的任意一个的情况下,控制第一转换器14、第二转换器24以及充电器40,使得外部充电结束。
以下,对图4所示的各个充电结束条件进行详细说明。
(1)基于SOC的充电管理
最初,将蓄电部的SOC达到了目标值(以下,也称为目标SOC*)这一情况设定为第一充电结束条件。目标SOC*是按每个预定的控制周期,基于第一蓄电部10的电池模块B11~B1n的电池温度Tb11~Tb1n以及第二蓄电部20的电池模块B21~B2n的电池温度Tb21~Tb2n而设定的。
具体而言,转换器控制部520按每个控制周期,基于从电池监视单元12、22接收的每个电池模块的电池温度Tb11~Tb1n、Tb21~Tb2n,将被预测为发生过充电的可能性最高的电池模块的电池温度作为其代表值来进行输出。这是为了在不进行每个电池模块的充放电管理而以蓄电部整体一并的充放电管理中,避免每个电池模块的过充电。
详细而言,转换器控制部520对电池温度Tb11~Tb1n的最高温度Tb1max和电池温度Tb21~Tb2n的最高温度Tb2max进行比较,并将较高的一方设定为最高电池温度Tbmax。另外,转换器控制部520对电池温度Tb11~Tb1n的最低温度Tb1min和电池温度Tb21~Tb2n的最低温度Tb2min进行比较,并将较低的一方设定为最低电池温度Tbmin。而且,判断所设定的最高电池温度Tbmax以及最低电池温度Tbmin是否处于预定的温度范围(Tb1≤Tb≤Tb2)内。
此时,在最高电池温度Tbmax以及最低电池温度Tbmin都处于预定的温度范围内的情况下,转换器控制部520采用这两个电池温度的平均值(=(Tbmax+Tbmin)/2)来作为电池温度Tb的代表值。
与此相对,在最高电池温度Tbmax超过预定的温度范围的上限值Tb2的情况下,转换器控制部520采用最高电池温度Tbmax来作为电池温度Tb的代表值。另一方面,在最低电池温度Tbmin低于预定的温度范围的下限值Tb1的情况下,转换器控制部520采用最低电池温度Tbmin来作为电池温度Tb的代表值。
其次,转换器控制部520基于电池温度(代表值)Tb设定目标SOC*。图5是表示电池温度Tb和目标SOC*的关系的图。
参照图5,目标SOC*在电池温度Tb处于预定的温度范围内时,被设定成预定值X1%。另一方面,在电池温度Tb低于温度范围的下限值Tb1的区域(低温侧)中,电池温度Tb越降低,目标SOC*被设定得越小。另外,在电池温度Tb高于温度范围的上限值Tb2的区域(高温侧)中,电池温度Tb越上升,目标SOC*被设定得越小。
而且,转换器控制部520预先将图5的电池温度Tb和目标SOC*的关系作为目标SOC设定用映射(map)而存储在未图示的存储区域中,当按每个预定的控制周期提供电池温度Tb时,从目标SOC设定用映射中抽出相应的SOC来设定为目标SOC*。而且,转换器控制部520判断第一蓄电部10的SOC1以及第二蓄电部20的SOC2中的任意一方是否达到了目标SOC*。在SOC1以及SOC2中的任意一方达到了目标SOC*的情况下,转换器控制部520判断为蓄电部10、20满足第一充电结束条件。
在此,本实施方式的电源系统如上所述那样,判断为需要对蓄电部10、20中的某个SOC进行复位时,在被设为了能够由外部电源进行充电的状态时,执行SOC的复位动作。由此,复位动作执行后运算的SOC1、SOC2能够排除电池监视单元12、22中的检测误差的影响。由此,在复位动作的结束后,需要基于复位后的SOC1、SOC2来设定目标SOC*。
因此,转换器控制部520保持与图5所示的关系不同的、如图6所示的、复位动作结束后的电池温度Tb和目标SOC*的关系,并与复位动作的执行的有无相应地选择任意一方来设定目标SOC*。
图6是表示复位动作结束后的电池温度Tb和目标SOC*的关系的图。
参照图6,目标SOC*在电池温度Tb处于预定的温度范围内时,被设定成预定值X2%。该预定值X2是从图5的预定值X1排除了电池监视单元12、22中的检测误差的影响而得到的值。而且,在电池温度Tb低于温度范围的下限值Tb1的区域(低温侧)中,电池温度Tb越降低,目标SOC*被设定得越小。另外,在电池温度Tb高于温度范围的上限值Tb2的区域(高温侧)中,电池温度Tb越上升,目标SOC*被设定得越小。
转换器控制部520将图6的电池温度Tb和目标SOC*的关系预先作为复位动作结束后的目标SOC设定用映射而存储在未图示的存储区域中,当按每个预定的控制周期而提供电池温度Tb时,从该目标SOC设定用映射中抽出相应的SOC来设定为目标SOC*。需说明的是,以下为了便于说明,将图5的目标SOC设定用映射称作“通常时目标SOC设定用映射”,将图6的目标SCO设定用映射称作“复位时目标SOC设定用映射”。
(2)基于充电时间的充电管理
再参照图4,将蓄电部10、20的充电时间达到了满充电预定时间tch*这一情况设定为第二充电结束条件。满充电预定时间tch*是在外部充电的开始时,基于满充电状态(例如SOC为100%)和蓄电部10、20的SOC之差来通过下式运算的。
tch*=(100-SOC)×Qfull/Pb...(1)
其中,Qfull是蓄电部10、20的满充电容量,Pb是单位时间的充电电力。
当根据来自连结检测传感器48(图1)的连结信号检测出变为了能够由外部电源进行充电的状态时,转换器控制部520对第一蓄电部10和第二蓄电部20各自的满充电预定时间tch*进行运算。
图7是表示本发明的实施方式的满充电预定时间的运算处埋的顺序的流程图。需说明的是,图7所示的各步骤的处理是通过ECU50(图1)作为图2所示的各控制模块发挥功能而实现的。
参照图7,转换器控制部520基于来自连结检测传感器48(图1)的连结信号,判断车辆的外部电源62是否与充电器40相连接(步骤S01)。
在外部电源62没有与充电器40相连接的情况(步骤S01中为“否”的情况)下,处理返回到最初。
与此相对,在外部电源62与充电器40相连接的情况(步骤S01中为“是”的情况)下,转换器控制部520判断为变为了能够由外部电源进行充电的状态,分别从SOC1运算部502以及SOC2运算部512取得第一蓄电部10的SOC1以及第二蓄电部20的SOC2(步骤S02)。
进一步,转换器控制部520从设置在充电器40的内部的电压传感器42(图1)取得外部电源62的供给电压VAC的检测值(步骤S03)。而且,转换器控制部520基于所取得的供给电压VAC的电压电平,来设定式(1)中的单位时间的充电电力Pb。
需说明的是,在本实施方式中,进行相应的转换器14、24以及充电器40的控制,使得蓄电部10、20以一定电流值被充电,但在外部电源62的供给电压VAC会发生相对于额定电压的电压降低。因此,与供给电压VAC的电压降低相匹配地调整单位时间的充电电力Pb,由此正确地算出满充电预定时间tch*。
详细而言,转换器控制部520首先判断所取得的供给电压VAC是否为预定的阈值V1以下(步骤S04)。在供给电压VAC为预定的阈值V1以下的情况(步骤S04中为“是”情况)下,转换器控制部520将单位时间的充电电力Pb设定成预定值X1[Wh](步骤S06)。
与此相对,在所取得的供给电压VAC比预先确定的第一阈值V1高的情况(在步骤S04中是“否”的情况)下,转换器控制部520接着判断供给电压VAC是否为高于上述第一阈值V1的第二阈值V2以下(步骤S05)。在供给电压VAC为第二阈值V2以下的情况(在步骤S05中是“是”的情况)下,转换器控制部520将单位时间的充电电力Pb设定成预定值X2[Wh](步骤S07)。
与此相对,在所取得的供给电压VAC比第二阈值V2高的情况(在步骤S05中是“否”的情况)下,转换器控制部520将单位时间的充电电力Pb设定成预定值X3[Wh](步骤S08)。
而且,转换器控制部520通过将步骤S06~S08的各个步骤中设定的单位时间的充电量Pb代入式(1),从而算出满充电预定时间tch*(步骤S09)。
转换器控制部520在外部充电的开始时,通过上述的方法,算出第一蓄电部10以及第二蓄电部20的各自的满充电预定时间tch*,并且使用计时器524(图2)开始充电时间tch的计时动作。而且,转换器控制部520按每个预定的控制周期,判断充电时间tch是否达到了满充电预定时间tch*。在第一蓄电部10以及第二蓄电部20中的任意一方中,充电时间tch达到了满充电预定时间tch*的情况下,转换器控制部520判断为蓄电部10、20满足第二充电结束条件。
(3)基于电池温度的管理
再参照图4,将蓄电部10、20的电池温度Tb变为了预先设定的预定的容许温度Tb_lim以上这一情况设定为第三充电结束条件。预定的容许温度Tb_lim被设定成能够防止因持续充电而发生的蓄电部10、20的异常发热的电池温度。
关于电池温度Tb,按照与上述(1)中所述的相同的方法,通过转换器控制部520,按每个控制周期,基于从电池监视单元12、22接收的每个电池模块的电池温度Tb11~Tb1n、Tb21~Tb2n,将预测为过充电的可能性最高的电池模块的电池温度作为其代表值来采用。因此,转换器控制部520按每个预定的控制周期,判断电池温度Tb(代表值)是否是预定的容许温度Tb_lim以上。在电池温度Tb变为了容许温度Tb_lim以上的情况下,转换器控制部520判断为蓄电部10、20满足第三充电结束条件。
(4)基于电池温度的变化的管理
进一步,将在蓄电部10、20的电池温度中、从外部充电开始时起的上升温度ΔTb变为了预先设定的预定的基准上升温度ΔTb_std以上这一情况设定为第四充电结束条件。预定的基准上升温度ΔTb_std被设定为能够防止因电池温度的急剧上升而发生的蓄电部10、20的异常发热的电池温度。
关于用于检测上升温度ΔTb的电池温度Tb,按照与上述(1)中所述的相同的方法,通过转换器控制部520,按每个控制周期,基于从电池监视单元12、22接收的每个电池模块的电池温度Tb11~Tb1n、Tb21~Tb2n,将预测为过充电的可能性最高的电池模块的电池温度作为其代表值来采用。
转换器控制部520按每个预定的控制周期,判断电池温度Tb(代表值)的上升温度ΔTb是否为预定的基准上升温度ΔTb_std以上。在电池温度Tb的上升温度ΔTb变为了基准上升温度ΔTb_std以上的情况下,转换器控制部520判断为蓄电部10、20满足第四充电结束条件。
(5)基于电池电压的管理
另外,作为第五充电结束条件,设定有蓄电部10、20的电池电压(充电电压)Vbat1、Vbat2达到了预先设定的预定的电池电压上限值Vb_up这一情况。
电池电压Vbat1是连接第一蓄电部10和第一转换器14的电力线间的电压,由电池监视单元12检测。另外,电池电压Vbat2是连接第二蓄电部20和第二转换器24的电力线间的电压,由电池监视单元22检测。由于蓄电部的SOC和蓄电部的电池电压具有一定的关系,所以测定蓄电部的电池电压,参照预先实验取得的关系特性,由此能够进行充电管理,使得变为满充电状态。
电池电压上限值Vb_up是按每个预定的控制周期,基于蓄电部10、20的电池温度Tb而被设定的。此时的电池温度Tb是按照与上述(1)中所述的相同的方法,通过转换器控制部520,按每个该控制周期,基于从电池监视单元12、22接收的每个电池模块的电池温度Tb11~Tb1n、Tb21~Tb2n,将预测为过充电的可能性最高的电池模块的电池温度作为其代表值来采用的。
图8是表示电池温度Tb和电池电压上限值Vb_up的关系的图。
参照图8,电池电压上限值Vb_up被设定成随着电池温度Tb变高而电压值变低。转换器控制部520将图8的电池温度Tb和电池电压上限值Vb_up的关系预先作为电池电压上限值设定用映射而存储在未图示的存储区域中,按每个预定的控制周期提供电池温度Tb时,从电池电压上限值设定用映射抽出相应的电压值来设定为电池电压上限值Vb_up。而且,转换器控制部520判断第一蓄电部10的电池电压Vbat1以及第二蓄电部20的电池电压Vbat2是否达到了电池电压上限值Vb_up。在电池电压Vbat1以及Vbat2中的任意一方达到了电池电压上限值Vb_up的情况下,转换器控制部520判断为蓄电部10、20满足第五充电结束条件。
(6)基于充电容许电力的管理
再参照图4,最后,作为第六充电结束条件,设定有第一蓄电部10的充电容许电力Win1以及第二蓄电部20的充电容许电力Win2的合计值、即充电容许电力合计值(=Win1+Win2)变为了来自外部电源62的供给电力PAC以下这一情况。
在此,在本实施方式中,蓄电部10、20的充电容许电力Win1、Win2是如图3中所述那样,在对应的Win运算部中,基于由SOC运算部导出的每个电池模块的SOC中的最大的SOC而被导出的。其另一方面,关于蓄电部10、20的SOC,由SOC运算部导出的每个电池模块的SOC中的最小的SOC被确定为对应的蓄电部的SOC。
即,参照图9,在构成蓄电部(例如第一蓄电部10)的n个电池模块B11~B1n中,因长时间的使用而在SOC发生偏差。因此,当以蓄电部整体一并进行充放电管理时,在放电时,SOC最小的电池模块B13可能会变为过放电。另一方面,在充电时,SOC最大的电池模块B14可能会变为过充电。为了防止这样的过充电以及过放电,按每个电池模块进行充放电管理是有效的,但由于电池模块B11~B1n串联连接,所以控制会复杂化,实际上是困难的。
因此,关于成为充放电管理的指标的SOC,通过将SOC最小的电池模块B13的SOC确定成第一蓄电部10的SOC1,从而能够遵守电池模块B13的放电容许电力,抑制该电池模块成为过放电状态。
进一步,在充电容许电力Win1的导出中,通过将SOC最大的电池模块B14的SOC确定成第一蓄电部10的SOC1,从而能够遵守电池模块B14的充电容许电力,抑制该电池模块成为过充电状态。
转换器控制部520从Win1运算部504接收充电容许电力win1,从Win2运算部514接收充电容许电力Win2后,取得它们的合计值、即充电容许电力合计值。另外,转换器控制部520基于来自电压传感器42的外部电源62的供给电压VAC和来自电流传感器44的充电电流值之积,取得从外部电源62供给的电力实际值。而且,转换器控制部520判断充电容许电力合计值和供给电力实际值的大小关系。在充电容许电力合计值为供给电力实际值以下的情况下,转换器控制部520判断为蓄电部10、20满足第六充电结束条件。
这样,在各个蓄电部10、20中,基于充电状态最高的电池模块的SOC算出充电容许电力,并且,在充电容许电力合计值变为了来自外部电源62的供给电力实际值以下的情况下,通过结束外部充电,从而能够在各蓄电部中,可靠地抑制每个电池模块的过充电。由此,能够避免电池模块的电池特性的劣化等。
再参照图4,转换器控制部520在外部充电的执行过程中按每个预定的控制周期,判断蓄电部10、20是否满足上述第一~第六充电结束条件。而且,在蓄电部10、20满足了第一~第六充电结束条件中的任一条件的情况下,控制第一转换器14、第二转换器24以及充电器40,使得结束外部充电。
(控制流程)
最后,使用图10~图13对转换器控制部520中的用于实现外部充电动作的控制构造进行说明。
图10是表示转换器控制部520中的用于开始外部充电动作的处理顺序的流程图。图10所示的各步骤的处理是通过ECU50(图1)作为图2所示的各控制模块发挥功能而实现的。
参照图10,转换器控制部520基于来自连结检测传感器48(图1)的连结信号,判断车辆的外部电源62是否与充电器40连接(步骤S11)。
在外部电源62没有与充电器40连接的情况(在步骤S11中为”否”的情况)下,处理返回最初。
与此相对,在外部电源62与充电器40相连接的情况(在步骤S11中为“是”的情况)下,转换器控制部520判断为变为了能够由外部电源进行充电的状态,判断是否从要求产生部522产生了对蓄电部10、20的复位要求(步骤S12)。在没有从要求产生部522产生复位要求的情况(在步骤S12中为“否”的情况)下,转换器控制部520基于第一蓄电部10的每个电池模块的电池温度Tb11~Tb1n以及第二蓄电部20的每个电池模块的电池温度Tb21~Tb2n,根据上述的方法,对蓄电部10、20的电池温度Tb(代表值)进行运算(步骤S20)。进一步,转换器控制部520进行按照图7的流程图的处理,对蓄电部10、20的各自的满充电预定时间tch*进行运算(步骤S21)。
与此相对,在从要求产生部522产生了复位要求的情况(在步骤S12中为“是”的情况)下,转换器控制部520进一步对复位对象的蓄电部判断是否完成了SOC的复位动作(步骤S13)。在复位动作没有完成的情况(在步骤S13中为”否”的情况)下,处理被维持在步骤S13。即,转换器控制部520等待到复位动作完成。
而且,当复位动作完成时(在步骤S13中为“是”的情况),转换器控制部520基于第一蓄电部10的每个电池模块的电池温度Tb11~Tb1n以及第二蓄电部20的每个电池模块的电池温度Tb21~Tb2n,通过上述的方法,对蓄电部10、20的电池温度Tb(代表值)进行运算(步骤S14)。进一步,转换器控制部520基于被复位的SOC进行按照图7的流程图的处理,对蓄电部10、20各自的满充电预定时间tch*进行运算(步骤S15)。
进一步,转换器控制部520判断来自电流传感器44的充电电流值是否为预先确定的预定值以上(步骤S16)。该预定值被预先设定成适于来自外部电源62的充电电流以一定电流值对蓄电部10、20进行充电的电流值。在充电电流值为预定值以上的情况(在步骤S16中为“否”的情况)下,处理进入步骤S18。
与此相对,在来自电流传感器44的充电电流值低于预定值的情况(在步骤S16中为“是”的情况)下,转换器控制部520基于来自电流传感器44的充电电流值进行按照图7的流程图的处理,对蓄电部10、20各自的满充电预定时间tch*进行再运算(步骤S17)。
而且,转换器控制部520开始对蓄电部10、20的外部充电(步骤S18)。即,转换器控制部520控制第一转换器14、第二转换器24以及充电器40,使得蓄电部10、20以一定电流值被充电。进一步,转换器控制部520使用计时器开始充电时间tch的计时动作(步骤S19)。
图11和图12是表示转换器控制部520中的外部充电动作的处理顺序的流程图。图11、12所示的各步骤的处理是按每个预定的控制周期,通过使ECU50(图1)作为图2所示的各控制模块发挥功能而实现的。
参照图11,根据图10的处理顺序,开始对蓄电部10、20的外部充电时,转换器控制部520最初从电池监视单元12的温度检测部122(图3)取得第一蓄电部10的电池模块B11~B1n的电池温度Tb11~Tb1n(步骤S31)。另外,转换器控制部520从电池监视单元22的温度检测部122取得第二蓄电部20的电池模块B21~B2n的电池温度Tb21~Tb2n(步骤S32)。
接着,转换器控制部520对电池温度Tb11~Tb1n的最高温度Tb1max、和电池温度Tb21~Tb2n的最高温度Tb2max进行比较,将较高的一方设定成最高电池温度Tbmax(步骤S33)。另外,转换器控制部520对电池温度Tb11~Tb1n的最低温度Tb1min、和电池温度Tb21~Tb2n的最低温度Tb2min进行比较,将较低的一方设定成最低电池温度Tbmin(步骤S34)。而且,判断所设定的最高电池温度Tbmax和最低电池温度Tbmin是否处于预定的温度范围(Tb1≤Tb≤Tb2)内。
具体而言,转换器控制部520判断最高电池温度Tbmax是否超过预定的温度范围的上限值Tb2(步骤S35)。在最高电池温度Tbmax超过上限值Tb2的情况(在步骤S35中为“是”的情况)下,转换器控制部520将最高电池温度Tbmax作为电池温度Tb的代表值来采用(步骤S37)。
与此相对,在最高电池温度Tbmax为上限值Tb2以下的情况(在步骤S35中为“否”的情况)下,转换器控制部520进一步判断最低电池温度Tbmin是否低于预定的温度范围的下限值Tb1(步骤S36)。在最低电池温度Tbmin低于下限值Tb1的情况(在步骤S36中为“是”的情况)下,转换器控制部520将最低电池温度Tbmin采用为电池温度Tb的代表值(步骤S38)。
与此相对,在最低电池温度Tbmin为下限值Tb1以上的情况(在步骤S36中为“否”的情况)下,转换器控制部520将最高电池温度Tbmax和最低电池温度Tbmin的平均值(=(Tbmax+Tbmin)/2)采用为电池温度Tb的代表值(步骤S39)。
接着,转换器控制部520基于从要求产生部522产生的复位要求,判断是否对蓄电部10、20的任一个进行了SOC的复位(步骤S40)。在对蓄电部10、20的任一个进行了SOC的复位的情况(在步骤S40中为“是”的情况)下,转换器控制部520从复位时目标SOC设定用映射(图6)抽出与电池温度Tb对应的SOC来设定为目标SOC*(步骤S41)。
与此相对,在没有对蓄电部10、20的任一个进行SOC的复位的情况(在步骤S40中为“否”的情况)下,转换器控制部520从通常时目标SOC设定用映射(图5)抽出与电池温度Tb对应的SOC来设定为目标SOC*(步骤S42)。
进一步,转换器控制部520从电池电压上限值设定用映射(图8)抽出与电池温度Tb对应的电压值来设定为电池电压上限值Vb_up(步骤S43)。
接着,转换器控制部520从SOC1运算部502取得第一蓄电部10的SOC1,从SOC2运算部512取得第二蓄电部20的SOC2(步骤S44)。另外,转换器控制部520从Win1运算部504取得第一蓄电部10的充电容许电力Win1,从Win2运算部514取得第二蓄电部20的充电容许电力Win2(步骤S45)。
而且,转换器控制部520基于这些设定的目标值以及取得的电池状态,按每个上述(1)~(6)中所述的管理项目判断蓄电部10、20是否满足充电结束条件。
具体而言,首先,转换器控制部520判断第一蓄电部10的SOC1以及第二蓄电部20的SOC2中的任一方是否达到了目标SOC*(步骤S46)。在SOC1和SOC2的任一方达到了目标SOC*的情况(在步骤S46中为“是”的情况)下,转换器控制部520判断为蓄电部10、20满足第一充电结束条件,控制第一转换器14、第二转换器24以及充电器40,使得结束对蓄电部10、20的外部充电(步骤S52)。
与此相对,在SOC1和SOC2都没有达到目标SOC*的情况(在步骤S46中为“否”的情况)下,转换器控制部520接着判断使用计时器524(图2)计时到的充电时间tch是否达到了蓄电部10、20各自的满充电预定时间tch*(步骤S47)。在第一蓄电部10和第二蓄电部20的任一方中,充电时间tch达到了满充电预定时间tch*的情况(在步骤S47中为“是”的情况)下,转换器控制部520判断为蓄电部10、20满足第二充电结束条件,结束对蓄电部10、20的外部充电(步骤S52)。
与此相对,在第一蓄电部10和第二蓄电部20中,充电时间tch没有达到满充电预定时间tch*的情况(在步骤S47中为“否”的情况)下,转换器控制部520进一步判断电池温度Tb是否为预定的容许温度Tb_lim以上(步骤S48)。在电池温度Tb为容许温度Tb_lim以上的情况(在步骤S48中为“是”的情况)下,转换器控制部520判断为蓄电部10、20满足第三充电结束条件,结束对蓄电部10、20的外部充电(步骤S52)。
与此相对,在电池温度Tb低于容许温度Tb_lim的情况(在步骤S48中为“否”的情况)下,转换器控制部520判断电池温度Tb的上升温度ΔTb是否为预定的基准E升温度ΔTb_std以上(步骤S49)。在电池温度Tb的上升温度ΔTb变为了基准上升温度ΔTb_std以上的情况(在步骤S49中为“是”的情况)下,转换器控制部520判断为蓄电部10、20满足第四充电结束条件,结束对蓄电部10、20的外部充电(步骤S52)。
与此相对,在电池温度Tb的上升温度ΔTb低于基准上升温度ΔTb_std的情况(在步骤S49中为“否”的情况)下,转换器控制部520进一步判断第一蓄电部10的电池电压Vbat1和第二蓄电部20的电池电压Vbat2是否达到了电池电压上限值Vb_up(步骤S50)。在电池电压Vbat1和Vbat2的任一方达到了电池电压上限值Vb_up的情况(在步骤S50中为“是”的情况)下,转换器控制部520判断为蓄电部10、20满足第五充电结束条件,结束对蓄电部10、20的外部充电(步骤S52)。
与此相对,在电池电压Vbat1和Vbat2都没有达到电池电压上限值Vb_up的情况(在步骤S50中为”否”的情况)下,转换器控制部520判断蓄电部10、20的充电容许电力合计值(=Win1+Win2)是否为来自外部电源62的供给电力实际值PAC以下(步骤S51)。在充电容许电力合计值为供给电力实际值以下的情况(在步骤S51中为“是”的情况)下,转换器控制部520判断为蓄电部10、20满足第六充电结束条件,结束外部充电(步骤S52)。
与此相对,在充电容许电力合计值高于供给电力实际值的情况(在步骤S51中为“否”的情况)下,转换器控制部520判断为蓄电部10、20不满足第一~第六充电结束条件,控制第一转换器14、第二转换器24以及充电器40,使得继续进行对蓄电部10、20的外部充电(步骤S53)。而且,转换器控制部520返回到最初的处理。
如以上那样,根据本发明的实施方式的电源系统,在对多个蓄电部进行外部充电的情况下,在任意一个蓄电部中,在由于构成蓄电部的电池组的电池模块间的特性偏差而电池模块有可能被过充电的情况下,不等待蓄电部成为满充电状态,而立刻使外部充电动作结束。其结果,不需要独立地控制对各蓄电部的外部充电,能够可靠地抑制每个蓄电部的过充电。
进一步,在各蓄电部中,不需要进行复杂的每个电池模块的充放电管理,能够对蓄电部整体一并进行充放电管理、并可靠地抑制每个电池模块的过充电。由此,能够避免电池模块的电池特性的劣化等。
应该认为,本次公开的实施方式,在所有方面都只是例示而并非限制性的内容。本发明的范围并不是由上述的说明而是由权利要求所表示,包括与权利要求同等的含义和范围内的所有变更。
工业实用性
本发明能够应用于具有多个蓄电机构的电源系统以及具有该系统的车辆。
Claims (19)
1.一种电源系统,具有:
能够充放电的多个蓄电机构(10,20);
充电器(40),其用于从外部电源接受电力来对所述多个蓄电机构(10,20)进行外部充电;
状态推定部,其对所述多个蓄电机构(10,20)各自的剩余容量进行推定;以及
控制部(50),其对所述多个蓄电机构(10,20)的充电进行控制,
所述控制部(50)包括:
充电部,其在所述多个蓄电机构(10,20)被设为能够由外部电源进行充电的状态时,以来自所述充电器(40)的充电电流对所述多个蓄电机构(10,20)进行充电;
充电容许电力导出部,其在对所述多个蓄电机构(10,20)的外部充电的执行期间,基于推定出的剩余容量,导出所述多个蓄电机构(10,20)各自的充电容许电力;
第一判断部,其对充电容许电力合计值与预先设定的预定值的大小关系进行判断,所述充电容许电力合计值是所导出的所述多个蓄电机构(10,20)各自的充电容许电力的合计值;以及
充电结束部,其在由所述第一判断部判断为所述充电容许电力合计值为所述预先设定的预定值以下的情况下,结束对所述多个蓄电机构(10,20)的外部充电。
2.根据权利要求1所述的电源系统,其中,
所述第一判断部将所述预先设定的预定值设定为从外部电源供给的电力实际值。
3.根据权利要求1所述的电源系统,其中,
所述多个蓄电机构(10,20)的各个蓄电机构是串联连接能够充放电的多个蓄电部(B11~B1n)而构成的,
所述状态推定部对所述多个蓄电部(B11~B1n)各自的剩余容量进行推定,
所述充电容许电力导出部基于推定出的剩余容量为最大的蓄电部的剩余容量,导出对应的蓄电机构的充电容许电力。
4.根据权利要求1所述的电源系统,其中,
所述状态推定部,在所述多个蓄电机构(10,20)被设为能够由外部电源进行充电的状态时,基于所述多个蓄电机构(10,20)各自的电压值,将对应的蓄电机构的剩余容量复位成基准值。
5.根据权利要求1所述的电源系统,其中,还具有:
蓄电机构温度取得部,其取得所述多个蓄电机构(10,20)各自的温度,并且基于所取得的所述多个蓄电机构(10,20)各自的温度,取得对应的蓄电机构的上升温度;和
蓄电机构电压值取得部,其取得所述多个蓄电机构(10,20)各自的电压值,
所述控制部(50)还包括:
第二判断部,其基于所取得的所述多个蓄电机构(10,20)各自的温度,对所述多个蓄电机构(10,20)的剩余容量目标值进行设定,并且判断推定出的所述多个蓄电机构(10,20)各自的剩余容量是否达到了所述剩余容量目标值;
第三判断部,其判断所取得的所述多个蓄电机构(10,20)各自的温度是否达到了预定的容许上限温度;
第四判断部,其判断所取得的所述多个蓄电机构(10,20)各自的上升温度是否为预定的基准值以上;
第五判断部,其判断所取得的所述多个蓄电机构(10,20)各自的电压值是否达到了预定的上限电压值;以及
第六判断部,其基于推定出的所述多个蓄电机构(10,20)各自的剩余容量和满充电状态之差,对满充电预定时间进行运算,并且判断外部充电的执行时间是否达到了运算出的所述满充电预定时间,所述满充电预定时间是到对所述多个蓄电机构(10,20)的外部充电完成为止的所需时间,
所述充电结束部,在由所述第一判断部判断为所述充电容许电力合计值为所述预先设定的预定值以下的情况、由所述第二判断部判断为所述多个蓄电机构(10,20)的任一个的剩余容量达到了所述剩余容量目标值的情况、由所述第三判断部判断为所述多个蓄电机构(10,20)的任一个的温度达到了所述预定的容许上限温度的情况、由所述第四判断部判断为所述多个蓄电机构(10,20)的任一个的上升温度为所述预定的基准值以上的情况、由所述第五判断部判断为所述多个蓄电机构(10,20)的任一个的电压值达到了所述预定的上限电压值的情况、以及由所述第六判断部判断为所述多个蓄电机构(10,20)的任一个的外部充电的执行时间达到了所述满充电预定时间的情况中的任一情况已成立时,结束对所述多个蓄电机构(10,20)的外部充电。
6.根据权利要求5所述的电源系统,其中,
所述状态推定部,在所述多个蓄电机构(10,20)被设为能够由外部电源进行充电的状态时,基于所述多个蓄电机构(10,20)各自的电压值,将对应的蓄电机构的剩余容量复位成基准值,
所述第六判断部,在所述状态推定部将所述多个蓄电机构(10,20)各自的剩余容量复位成所述基准值之后,基于推定出的所述多个蓄电机构(10,20)各自的剩余容量和满充电状态之差,对所述满充电预定时间进行推定。
7.根据权利要求5所述的电源系统,其中,
所述多个蓄电机构(10,20)的各个蓄电机构是串联连接能够充放电的多个蓄电部(B11~B1n)而构成的,
所述蓄电机构温度取得部,在对于所述多个蓄电机构(10,20)的各个蓄电机构取得每个蓄电部的温度后,将最脱离预定的温度范围的蓄电部的温度作为对应的蓄电机构的温度的代表值进行输出。
8.根据权利要求1所述的电源系统,其中,还具有:
多个电压变换部(14,24),其分别与所述多个蓄电机构(10,20)相对应;和
电力线对(MPL,MNL),其将所述多个电压变换部(14,24)相互并联连接,
所述充电部,在所述多个蓄电机构(10,20)被设为能够由外部电源进行充电的状态时,控制对应的电压变换部,使得以来自所述充电器(40)的充电电流对所述多个蓄电机构(10,20)进行充电。
9.一种车辆,具有:
权利要求1至权利要求8的任一项所述的电源系统;和
驱动力产生部(28,30),其接受从所述电源系统供给的电力来产生驱动力。
10.一种电源系统的控制方法,其中,
所述电源系统包括:
能够充放电的多个蓄电机构(10,20);
充电器(40),其用于从外部电源接受电力来对所述多个蓄电机构(10,20)进行外部充电;以及
状态推定部,其对所述多个蓄电机构(10,20)各自的剩余容量进行推定,
所述控制方法包括:
在所述多个蓄电机构(10,20)被设为能够由外部电源进行充电的状态时,以来自所述充电器(40)的充电电流对所述多个蓄电机构(10,20)进行充电的步骤;
在对所述多个蓄电机构(10,20)的外部充电的执行期间,基于推定出的剩余容量,导出所述多个蓄电机构(10,20)各自的充电容许电力的步骤;
判断充电容许电力合计值与预先设定的预定值的大小关系的步骤,所述充电容许电力合计值是所导出的所述多个蓄电机构(10,20)各自的充电容许电力的合计值;和
在通过所述判断的步骤判断为所述充电容许电力合计值为所述预先设定的预定值以下的情况下,结束对所述多个蓄电机构(10,20)的外部充电的步骤。
11.根据权利要求10所述的电源系统的控制方法,其中,
所述判断的步骤中,将所述预先设定的预定值设定为从外部电源供给的电力实际值。
12.根据权利要求10所述的电源系统的控制方法,其中,
所述多个蓄电机构(10,20)的各个蓄电机构是串联连接能够充放电的多个蓄电部(B11~B1n)而构成的,
所述状态推定部对所述多个蓄电部(B11~B1n)各自的剩余容量进行推定,
导出所述充电容许电力的步骤中,基于推定出的剩余容量为最大的蓄电部的剩余容量,导出对应的蓄电机构的充电容许电力。
13.根据权利要求10所述的电源系统的控制方法,其中,
所述状态推定部,在所述多个蓄电机构(10,20)被设为能够由外部电源进行充电的状态时,基于所述多个蓄电机构(10,20)各自的电压值,将对应的蓄电机构的剩余容量复位成基准值。
14.根据权利要求10所述的电源系统的控制方法,其中,
所述电源系统还包括:
蓄电机构温度取得部,其取得所述多个蓄电机构(10,20)各自的温度,并且基于所取得的所述多个蓄电机构(10,20)各自的温度,取得对应的蓄电机构的上升温度;和
蓄电机构电压值取得部,其取得所述多个蓄电机构(10,20)各自的电压值,
所述控制方法还包括:
基于所取得的所述多个蓄电机构(10,20)各自的温度,对所述多个蓄电机构(10,20)的剩余容量目标值进行设定,并且判断推定出的所述多个蓄电机构(10,20)各自的剩余容量是否达到了所述剩余容量目标值的步骤;
判断所取得的所述多个蓄电机构(10,20)各自的温度是否达到了预定的容许上限温度的步骤;
判断所取得的所述多个蓄电机构(10,20)各自的上升温度是否为预定的基准值以上的步骤;
判断所取得的所述多个蓄电机构(10,20)各自的电压值是否达到了预定的上限电压值的步骤;和
基于推定出的所述多个蓄电机构(10,20)各自的剩余容量和满充电状态之差,对满充电预定时间进行运算,并且判断外部充电的执行时间是否达到了运算出的所述满充电预定时间的步骤,所述满充电预定时间是到对所述多个蓄电机构(10,20)的外部充电完成为止的所需时间,
结束所述外部充电的步骤中,在判断为所述充电容许电力合计值为所述预先设定的预定值以下的情况、判断为所述多个蓄电机构(10,20)的任一个的剩余容量达到了所述剩余容量目标值的情况、判断为所述多个蓄电机构(10,20)的任一个的温度达到了所述预定的容许上限温度的情况、判断为所述多个蓄电机构(10,20)的任一个的上升温度为所述预定的基准值以上的情况、判断为所述多个蓄电机构(10,20)的任一个的电压值达到了所述预定的上限电压值的情况、以及判断为所述多个蓄电机构(10,20)的任一个的外部充电的执行时间达到了所述满充电预定时间的情况中的任一情况已成立时,结束对所述多个蓄电机构(10,20)的外部充电。
15.根据权利要求14所述的电源系统的控制方法,其中,
所述状态推定部,在所述多个蓄电机构(10,20)被设为能够由外部电源进行充电的状态时,基于所述多个蓄电机构(10,20)各自的电压值,将对应的蓄电机构的剩余容量复位成基准值,
判断所述外部充电的执行时间是否达到了运算出的所述满充电预定时间的步骤中,在所述状态推定部将所述多个蓄电机构(10,20)各自的剩余容量复位成所述基准值之后,基于推定出的所述多个蓄电机构(10,20)各自的剩余容量和满充电状态之差,对所述满充电预定时间进行推定。
16.根据权利要求14所述的电源系统的控制方法,其中,
所述多个蓄电机构(10,20)的各个蓄电机构是串联连接能够充放电的多个蓄电部(B11~B1n)而构成的,
所述蓄电机构温度取得部,在对于所述多个蓄电机构(10,20)的各个蓄电机构取得每个蓄电部的温度后,将最脱离预定的温度范围的蓄电部的温度作为对应的蓄电机构的温度的代表值进行输出。
17.根据权利要求10所述的电源系统的控制方法,其中,
所述电源系统还包括:
多个电压变换部(14,24),其分别与所述多个蓄电机构(10,20)相对应;和
电力线对(MPL,MNL),其将所述多个电压变换部(14,24)相互并联连接,
所述充电的步骤中,在所述多个蓄电机构(10,20)被设为能够由外部电源进行充电的状态时,控制对应的电压变换部,使得以来自所述充电器(40)的充电电流对所述多个蓄电机构(10,20)进行充电。
18.根据权利要求1所述的电源系统,其中,
所述多个蓄电机构(10,20)相对于所述充电器(40)并联连接。
19.根据权利要求10所述的电源系统的控制方法,其中,
所述多个蓄电机构(10,20)相对于所述充电器(40)并联连接。
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