JP2005269752A - ハイブリッドカーの電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】故障による走行用バッテリの過充電や過放電を防止して、走行用バッテリの劣化を有効に防止する。
【解決手段】ハイブリッドカーの電源装置は、自動車を走行させるモーター７を駆動する走行用バッテリ１と、この走行用バッテリ１を充電する充電部２と、走行用バッテリ１の残存容量が設定範囲となるように走行用バッテリ１の充放電を制御する制御部３と、走行用バッテリ１の充放電の電流を検出する電流センサー４と、この電流センサー４で検出される走行用バッテリ１の充電電流と放電電流を積算する積算部５とを備える。積算部５は、走行用バッテリ１の充電電流と放電電流の積算値から走行用バッテリ１の充放電の異常を検出し、所定の時間における積算値の絶対値が設定値よりも大きいと、走行用バッテリ１の充放電異常と判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンとモーターの両方で走行するハイブリッドカーの電源装置に関する。

エンジンとモーターの両方で走行するハイブリッドカーは、モーターを駆動する走行用バッテリを備えている。走行用バッテリは、たとえば自動車を急加速するとき、あるいは坂道を登るときに、あるいはまた、自動車をゆっくりと走行させるとき、モーターに電力を供給して自動車を駆動する。モーターを駆動して放電された走行用バッテリは、エンジンで駆動される発電機で充電され、あるいは自動車が減速するときに車輪で発電機を駆動する回生制動の状態で充電される。このような状態で充放電される走行用バッテリは、常にモーターを駆動して自動車を加速あるいは走行させ、かつ、回生制動して減速できるように、残存容量が設定範囲となるように充放電を制御している。また、走行用バッテリは、残存容量が大き過ぎても反対に小さ過ぎても寿命が短くなる性質があるので、寿命を長く保持することから、残存容量を設定範囲に保持しながら充放電をコントロールしている。たとえば、走行用バッテリの残存容量が設定値となるように充放電を制御するハイブリッドカーにあっては、モーターを駆動して残存容量が設定値よりも小さくなると、その後に充電し、また回生ブレーキで充電して残存容量が設定値よりも大きくなると、放電して設定値とするようにコントロールしている（特許文献１参照）。

特許文献１の公報には、複数の素電池を組み合わている走行用バッテリの充放電制御方法であって、走行用バッテリの充電上限電気量よりも小さい充電許容電気量、及び走行用バッテリの放電下限電気量よりも大きい放電許容電気量の範囲内で、走行用バッテリを充放電する走行用バッテリの充放電制御方法が記載される。この方法によると、走行用バッテリを構成する各素電池の容量や、充放電に伴う個々の素電池の温度分布に何らかのばらつきが生じても、各素電池の過充電及び過放電を確実に防止して、走行用バッテリを充放電できる。

さらに、走行用バッテリを強制的に放電して、残存容量を正確に設定された残存容量となるようにコントロールする方法も開発されている（特許文献２参照）。

特許文献２の公報に記載される方法は、走行用バッテリの残存容量を演算しながら、充放電を制御する。さらに、この方法は、所定期間毎に、当該所定期間中における充放電容量を演算積算すると共に、第１の所定期間に続く第２の所定期間中に、第１の所定期間に演算積算した充放電容量との総和が０に近づくように走行用バッテリを強制充電または強制放電する。

この方法によると、走行用バッテリは、これを構成する素電池に残存容量や劣化特性等にばらつきが生じても、全ての素電池の過充電と過放電を防止して、走行用バッテリを充放電できる。

特開平８−３３１７７０号公報 特開２０００−１６６１０３号公報

以上の公報に記載される方法は、走行用バッテリを構成する二次電池の劣化を少なくしながら充放電できる。これ等の充放電方法は、走行用バッテリの残存容量を所定値に保持するので、走行用バッテリの充電量と放電量とが等しくなる。ただし、正確には、電池温度や充放電の電流の大きさ等で、電池の充電効率や放電効率が多少は変化するので、充電量と放電量とは完全には一致しない。ただ、電池の充放電の効率は相当に高いので、充電量と放電量はほぼ等しくなる。

ところが、走行用バッテリの充放電を制御する回路、あるいは残存容量を演算する回路、あるいはまた、電池電圧を検出して残存容量を補正する回路等が故障すると、走行用バッテリの充電量と放電量のバランスがくずれて、走行用バッテリが過充電され、あるいは過放電されることがある。たとえば、電池電圧を検出して残存容量を補正する回路が正常に動作しなくなって、残存容量が大きく補正されると、制御回路は残存容量が間違って設定範囲よりも大きいと判定し、走行用バッテリの放電量が多くなる。このため、走行用バッテリは過放電される状態となって、著しく劣化する弊害が発生する。また、残存容量が正しい値よりも小さく補正されると、制御回路は充電量が多くなるように制御するので、走行用バッテリは過充電されて寿命が短くなる。

本発明は、このような欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、故障による走行用バッテリの過充電や過放電を防止して、走行用バッテリの劣化を有効に防止できるハイブリッドカーの電源装置を提供することにある。

本発明のハイブリッドカーの電源装置は、自動車を走行させるモーター７を駆動する走行用バッテリ１と、この走行用バッテリ１を充電する充電部２と、走行用バッテリ１の残存容量が設定範囲となるように走行用バッテリ１の充放電を制御する制御部３と、走行用バッテリ１の充放電の電流を検出する電流センサー４と、この電流センサー４で検出される走行用バッテリ１の充電電流と放電電流を積算する積算部５とを備える。積算部５は、走行用バッテリ１の充電電流と放電電流の積算値から走行用バッテリ１の充放電の異常を検出し、所定の時間における積算値の絶対値が設定値よりも大きいと、走行用バッテリ１の充放電異常と判定する。

本発明の電源装置は、電流センサー４が、走行用バッテリ１と直列に接続している電流検出抵抗の両端に誘導される電圧を検出して、走行用バッテリ１の充放電電流を検出する第１電流センサー４Ａと、走行用バッテリ１の出力リードの電流から発生する磁束を検出して走行用バッテリ１の電流を検出する第２電流センサー４Ｂとを備えることができる。本発明の請求項２の電源装置は、積算部５が、第１電流センサー４Ａで検出される走行用バッテリ１の充放電電流を演算する。さらに、本発明の請求項３の電源装置は、積算部５が、第１電流センサー４Ａで検出される走行用バッテリ１の充放電電流から積算値を演算すると共に、第２電流センサー４Ｂで検出される走行用バッテリ１の充放電電流からも積算値を演算し、いずれかの積算値の絶対値が設定値よりも大きいと、走行用バッテリ１の充放電異常と判定する。

さらに、本発明の電源装置は、積算部５が演算した充放電電流の積算値の絶対値が設定値よりも大きいと、積算部５がアラーム信号を制御部３に出力することができる。さらにまた、本発明の電源装置は、積算部５が、走行用バッテリ１の充電効率と放電効率で充放電電流を補正して、走行用バッテリ１の充放電電流を積算することができる。

本発明のハイブリッドカーの電源装置は、走行用バッテリの充放電の異常を確実に検出して、故障による走行用バッテリの過充電や過放電を有効に防止できる特長がある。それは、本発明の電源装置が、走行用バッテリの充放電の電流を電流センサーで検出すると共に、電流センサーで検出される充電電流と放電電流を積算部で積算しており、充電電流と放電電流の積算値の絶対値が設定値よりも大きいと、走行用バッテリの充放電異常と判定して走行用バッテリの充放電の異常を検出するからである。電源装置は、走行用バッテリが正常に充放電されて残存容量が設定範囲に保持される状態では、充電電流と放電電流を所定の時間に積算すると、その積算値の絶対値は設定値よりも小さくなる。このため、走行用バッテリが正常に充放電されなくなって、残存容量が設定範囲に保持されない状態になると、充電電流と放電電流の積算値の絶対値は設定値よりも大きくなって、走行用バッテリの充放電の異常を正確に検出することができる。以上のように、本発明のハイブリッドカーの電源装置は、極めて簡単な回路構成で走行用バッテリの充放電の異常を確実に検出できるので、走行用バッテリの過充電や過放電を防止して、走行用バッテリの劣化を有効に防止でき、長期間にわたって安全に使用できる特長がある。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するためのハイブリッドカーの電源装置を例示するものであって、本発明は電源装置を以下のものに特定しない。

さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。

図１に示すハイブリッドカーの電源装置は、自動車を走行させるモーター７を駆動する走行用バッテリ１と、この走行用バッテリ１を充電する充電部２と、走行用バッテリ１の残存容量が設定範囲となるように走行用バッテリ１の充放電を制御する制御部３と、走行用バッテリ１の充放電の電流を検出する電流センサー４と、この電流センサー４で検出される走行用バッテリ１の充電電流と放電電流を積算する積算部５とを備える。

走行用バッテリ１は、複数の二次電池６を直列に接続している。走行用バッテリ１は、直列に接続する二次電池６の個数で出力電圧を調整する。走行用バッテリ１は、出力電圧が１００Ｖ〜３００Ｖとなる個数に二次電池６を直列に接続している。走行用バッテリ１は、出力電圧を高くしてモーター７の供給電力を大きくする。走行用バッテリ１は、電圧を昇圧してモーター７を駆動し、あるいは電圧を昇圧することなく走行用のモーター７を駆動する。二次電池６は、ニッケル水素電池、又はリチウムイオン二次電池である。ただし、二次電池６には、ニッケルカドミウム電池など、充電できる全ての電池を使用できる。

充電部２は、制御部３にコントロールされて走行用バッテリ１を残存容量が設定範囲となるように充電する。充電部２は、モーター７を駆動して走行用バッテリ１の残存容量が少なくなると、走行用バッテリ１を残存容量が充電停止容量となるまで充電して、走行用バッテリ１の残存容量を設定範囲に保持する。充電部２は、発電機（図示せず）を備えている。また、発電機は、モーター７を兼用させて利用することもできる。発電機は、エンジン８に駆動されて走行用バッテリ１を充電する。発電機は、自動車を減速するときに車輪９に駆動されても走行用バッテリ１を充電する。すなわち、発電機は、回生制動して走行用バッテリ１を充電する。発電機は、モーター７を駆動して走行用バッテリ１の残存容量が設定容量よりも小さくなると、エンジン８に駆動されて走行用バッテリ１を充電する。エンジン８は、車輪９を駆動する状態で発電機を駆動し、あるいは車輪９を駆動しない状態で、発電機のみを駆動して走行用バッテリ１を充電する。自動車が減速するときは、車輪９で発電機を駆動して、走行用バッテリ１を充電して回生制動する。回生制動して、すなわち車輪９が発電機を駆動して走行用バッテリ１の充電を停止する充電停止容量は、エンジン８が発電機を駆動して充電を停止する充電停止容量よりも大きく、あるいは等しくされる。回生制動の充電停止容量を大きくすると、回生制動のエネルギーを効率よく利用して、走行用バッテリ１を充電できる。

制御部３は、走行用バッテリ１の充放電を制御して、残存容量を設定範囲に保持する。したがって、制御部３は、モーター７で車輪９を駆動して残存容量が小さくなると、充電部２で走行用バッテリ１を充電する。モーター７が車輪９を駆動するとき、走行用バッテリ１からモーター７に電力が供給される。したがって、走行用バッテリ１は次第に残存容量が減少する。走行用バッテリ１の残存容量が減少して充電開始容量になると、充電部２を制御して走行用バッテリ１の充電を開始させる。走行用バッテリ１の充電が開始されて残存容量が充電停止容量になると、充電部２を制御して充電を停止させる。また、モーター７を駆動して残存容量が放電停止容量になると、制御部３はモーター７への電力供給を停止する。走行用バッテリ１が充電されて、残存容量が放電可能容量よりも大きくなると、制御部３はモーター７への電力供給を開始する。モーター７は車輪９を駆動する。ハイブリッドカーは、モーター７とエンジン８の両方で、あるいは一方で車輪９を駆動して走行する。モーター７とエンジン８のいずれが車輪９を駆動するかは、車両に搭載される制御回路（図示せず）が制御する。制御部３は、以上のようにモーター７と充電部２の発電機を制御して、走行用バッテリ１の残存容量を設定範囲に保持する。

制御部３は、走行用バッテリ１の残存容量を充放電の電流で演算し、さらに電池電圧で残存容量を補正する。走行用バッテリ１の残存容量は、充電容量から放電容量を減算して演算される。充電容量は充電電流を積算して演算される。充電容量は、充電効率で補正して正確に演算される。また、放電容量は放電電流を積算して演算される。放電容量も、放電効率を考慮して演算することができる。さらに、充放電の電流で演算される残存容量は、時間が経過すると誤差が累積される。残存容量の誤差は、電池電圧を検出しながら、走行用バッテリ１を満充電して補正できる。たとえば、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池は、ピーク電圧やピーク電圧からのΔＶ低下を検出して満充電を検出し、リチウムイオン二次電池は、電池電圧で満充電を検出して残存容量を補正する。また、残存容量の誤差は、満充電に至らずとも、電池電圧を検出しながら、電池電圧から残存容量の推定可能な電圧に至るまで、充電あるいは放電することにより補正される。

積算部５は、電流センサー４で検出される走行用バッテリ１の充電電流と放電電流を積算する。図２は、走行用バッテリ１に流れる充電電流と放電電流が変化する例を示す。この図に示すように、走行用バッテリ１が正常に充放電されて、残存容量が設定範囲に保持されるかぎり、走行用バッテリ１の充電電流の積算値と放電電流の積算値の絶対値は同じになる。充電電流の積算値と放電電流の積算値の差が残存容量の変化量となるので、充電電流の積算値と放電電流の積算値に差があると、残存容量が次第に変動して、設定範囲に保持できなくなるからである。したがって、充電電流と放電電流を所定の時間に積算すると、その積算値の絶対値は設定値よりも小さくなる。充電電流と放電電流とは電流の方向が逆になるので、充電電流の積算値を正とすれば、放電電流の積算値は負となり、その大きさがほぼ等しくなるからである。充電電流と放電電流は走行状態で変動する。したがって、電流変動に対して十分に長い時間における積算値の絶対値は、設定値よりも小さく、ほとんど０に近い値となる。充電電流と放電電流を積算して積算値を演算する時間帯は、長くするほど０に近い値となるが、この時間帯は、たとえば１分〜１時間、あるいはハイブリッドカーの走行を開始してから停止するまでとする。

積算部５は、電流センサー４から入力される走行用バッテリ１の電流を、常に一定時間のインターバルで連続的に積算して積算値を演算し、この積算値の絶対値を設定値に比較して、走行用バッテリ１の充放電の異常を検出する。走行用バッテリ１が正常に充放電されないで、残存容量が設定範囲に保持されない状態になると、充電電流と放電電流の積算値の絶対値は設定値よりも大きくなる。充電電流の積算値と放電電流の積算値がアンバランスになるからである。したがって、積算部５は、走行用バッテリ１の充電電流と放電電流の積算値から走行用バッテリ１の充放電の異常を検出することができ、この積算値の絶対値が設定値よりも大きいと、充電部２、制御部３、電流センサー４、およびそれら以外の構成部材（図示せず）のいずれか、あるいは複数の故障による走行用バッテリ１の充放電異常と判定する。

ただ、正確には、走行用バッテリ１が正常に充放電される状態においても、一定時間における充電電流の積算値と放電電流の積算値の絶対値は完全には一致しない。したがって、充電電流と放電電流の積算値は正確には０とはならない。たとえば、電池温度が高くなって、充電効率が低下すると、電池の充電に使用される電流の割合が少なくなる。この状態になると、走行用バッテリ１の充電電流の積算値が、放電電流の積算値よりも大きくなる。積算部５が、充電電流を充電効率で補正して積算値を演算することで、この弊害を避けることができる。

図１の電源装置は、走行用バッテリ１の充放電の電流を検出するために、第１電流センサー４Ａと第２電流センサー４Ｂを備えている。第１電流センサー４Ａは、走行用バッテリ１と直列に接続している電流検出抵抗の両端に誘導される電圧を検出して、走行用バッテリ１の充放電電流を検出するタイプである。この第１電流センサー４Ａは、正確に走行用バッテリ１の充放電電流を検出できる。第２電流センサー４Ｂは、走行用バッテリ１の出力リードの電流から発生する磁束を検出して走行用バッテリ１の電流を検出する。この第２電流センサー４Ｂは、磁気センサーを備えている。

第１電流センサー４Ａと第２電流センサー４Ｂを備える電源装置は、第１電流センサー４Ａで検出される走行用バッテリ１の充放電電流を積算部５で積算し、あるいは、第２電流センサー４Ｂで検出される充放電電流を積算部５で積算し、あるいはまた、第１電流センサー４Ａと第２電流センサー４Ｂから入力される両方の充放電電流を独立して積算して、その積算値から走行用バッテリ１の充放電の異常を検出する。第１電流センサー４Ａと第２電流センサー４Ｂから入力される両方の電流を積算する積算部５は、いずれか一方の電流センサー４から入力される電流の積算値の絶対値が、設定値よりも大きくなると、充電部２、制御部３、電流センサー４、およびそれら以外の構成部材（図示せず）のいずれか、あるいは複数の故障による走行用バッテリ１の充放電異常と判定する。また、第１電流センサー４Ａと第２電流センサー４Ｂの一方の電流の積算値の絶対値が設定値より大きい場合、第１電流センサー４Ａあるいは第２電流センサー４Ｂのいずれかが故障していると判定することもできる。

積算部５は、演算した充放電電流の積算値の絶対値が設定値よりも大きくなって、走行用バッテリ１の充放電異常と判定すると、アラーム信号を制御部３に出力する。制御部３は、積算部５からアラーム信号が入力されると、走行用バッテリ１の充放電を停止し、あるいは充放電電流を小さく制限する。また、走行用バッテリ１の充放電が異常であることを、モニタやパイロットランプ（図示せず）に表示して、ドライバーに知らせる。

本発明の一実施例にかかるハイブリッドカーの電源装置のブロック図である。 走行用バッテリに流れる充電電流と放電電流が時間と共に変化する状態を示すグラフである。

符号の説明

１…走行用バッテリ
２…充電部
３…制御部
４…電流センサー ４Ａ…第１電流センサー
４Ｂ…第２電流センサー
５…積算部
６…二次電池
７…モーター
８…エンジン
９…車輪

Claims (5)

1. 自動車を走行させるモーター(7)を駆動する走行用バッテリ(1)と、この走行用バッテリ(1)を充電する充電部(2)と、走行用バッテリ(1)の残存容量が設定範囲となるように走行用バッテリ(1)の充放電を制御する制御部(3)と、走行用バッテリ(1)の充放電の電流を検出する電流センサー(4)と、この電流センサー(4)で検出される走行用バッテリ(1)の充電電流と放電電流を積算する積算部(5)とを備えるハイブリッドカーの電源装置であって、
   積算部(5)が走行用バッテリ(1)の充電電流と放電電流の積算値から走行用バッテリ(1)の充放電の異常を検出し、所定の時間における積算値の絶対値が設定値よりも大きいと、走行用バッテリ(1)の充放電異常と判定するようにしてなるハイブリッドカーの電源装置。
2. 電流センサー(4)が、走行用バッテリ(1)と直列に接続している電流検出抵抗の両端に誘導される電圧を検出して、走行用バッテリ(1)の充放電電流を検出する第１電流センサー(4A)と、走行用バッテリ(1)の出力リードの電流から発生する磁束を検出して走行用バッテリ(1)の電流を検出する第２電流センサー(4B)とを備え、
   積算部(5)が、第１電流センサー(4A)で検出される走行用バッテリ(1)の充放電電流から積算値を演算する請求項１に記載されるハイブリッドカーの電源装置。
3. 電流センサー(4)が、走行用バッテリ(1)と直列に接続している電流検出抵抗の両端に誘導される電圧を検出して、走行用バッテリ(1)の充放電電流を検出する第１電流センサー(4A)と、走行用バッテリ(1)の出力リードの電流から発生する磁束を検出して走行用バッテリ(1)の電流を検出する第２電流センサー(4B)とを備え、
   積算部(5)が、第１電流センサー(4A)で検出される走行用バッテリ(1)の充放電電流から積算値を演算すると共に、第２電流センサー(4B)で検出される走行用バッテリ(1)の充放電電流からも積算値を演算し、いずれかの積算値の絶対値が設定値よりも大きいと、走行用バッテリ(1)の充放電異常と判定する請求項１に記載されるハイブリッドカーの電源装置。
4. 積算部(5)が演算した充放電電流の積算値の絶対値が設定値よりも大きいと、積算部(5)がアラーム信号を制御部(3)に出力する請求項１に記載されるハイブリッドカーの電源装置。
5. 積算部(5)が、走行用バッテリ(1)の充電効率と放電効率で充放電電流を補正して、走行用バッテリ(1)の充放電電流を積算する請求項１に記載されるハイブリッドカーの電源装置。
   

Images