JP2006071635A

JP2006071635A - バッテリ充電状態制御装置

Info

Publication number: JP2006071635A
Application number: JP2005243587A
Authority: JP
Inventors: Yoshiteru Kikuchi; 義晃菊池
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-08-25
Filing date: 2005-08-25
Publication date: 2006-03-16

Abstract

【課題】電流センサの異常時において、適切なＳＯＣ検出を行う。
【解決手段】電池ＥＣＵ１４は、電流センサ１６により検出したバッテリ電流を積算してＳＯＣを検出する。一方、電流センサ１６の異常時には、電圧検出器１２により検出したバッテリ１０の電圧に基づきＳＯＣを検出する。このような２つのＳＯＣ検出手段により、電流センサ１６の異常時においても適切なＳＯＣ検出が行え、バッテリ１０の適切な充放電制御が行える。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンにより駆動され発電を行う発電手段と、バッテリからの電力により作動し車両を駆動する電動手段とを有するハイブリッド電気自動車において使用されるバッテリの充電状態制御装置に関する。

従来より、エンジンにより駆動され発電を行う発電機と、バッテリからの電力により作動し駆動輪を駆動するモータとを有するハイブリッド電気自動車が知られている。このハイブリッド電気自動車によれば、発電機によって得た電力によりバッテリを充電するため、ガソリン自動車なみの走行距離が得られる。一方、エンジンは車両の駆動力の一部を負担するとしても、エンジンの運転は一定負荷に近い運転にでき、エンジンを高効率で運転でき、また有害物質の排出量を非常に少なくできるというメリットがある。

ここで、このようなハイブリッド電気自動車では、モータの駆動によってバッテリの放電が行われ、発電機の発電電力によってバッテリの充電が行われるが、走行状態に応じてバッテリの充放電電流が変化する。すなわち、長い登り坂等を走行する際にはモータの消費電力が発電量を上回り、長い下り坂等を走行する際には発電量がモータの消費電力を上回る。そこで、走行状態に応じてバッテリが充電されたり、放電されたりする。そこで、通常はバッテリの充電状態（ＳＯＣ）を５０％程度に維持するように、バッテリの充放電を制御し、走行状態の変化に対応できるようにしている。

そこで、バッテリのＳＯＣを検出する必要がある。ハイブリッド電気自動車のバッテリについてのＳＯＣ検出装置としては、バッテリの電流（充放電電流）を積算し、ＳＯＣを検出するＳＯＣ検出装置が広く利用されている。しかし、ハイブリッド電気自動車では、バッテリの充放電電流を長期間積算し、ＳＯＣを検出することになり、その誤差がかなり大きくなってしまう。

また、ハイブリッド電気自動車においては、通常の走行を維持するために、ＳＯＣは２０％〜８０％の範囲に保ちたいという要求がある。一方、このようなＳＯＣが２０％や、８０％という完全放電や満充電に近い値になった場合、電流量に応じたバッテリ電圧の変化が大きくなる。そこで、バッテリの電流量（Ｉ）、電圧（Ｖ）の判定（ＩＶ判定）からＳＯＣ２０％、８０％を測定することも利用されている。

特開平７−９５７０３号公報

しかしながら、これらのＳＯＣ検出は、基本的にバッテリ電流の検出を利用している。このバッテリ電流の検出には電流センサを利用するが、この電流センサが異常になった場合、ＳＯＣの検出が不能になってしまう。モータの駆動などはすべてＳＯＣに基づいて制御を行っており、電流センサの異常時には、通常の制御が行えなくなる。そこで、従来は、バッテリを切り離し、エンジンのみを利用して走行していた。

そこで、電流センサの異常時において、走行性能が著しく悪化するという問題点があった。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、電流センサの異常時において適切なＳＯＣ検出を行いバッテリの充放電を制御できるバッテリ充電状態制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、エンジンにより駆動され発電を行う発電手段と、バッテリからの電力により作動し車両を駆動する電動手段とを有するハイブリッド電気自動車において使用されるバッテリの充電状態制御装置であって、バッテリの充放電電流を検出する電流センサと、充放電電流に基づきバッテリの充電状態（以下ＳＯＣという）を検出する第１のＳＯＣ検出手段と、バッテリの電圧を検出する電圧センサと、検出したバッテリ電圧に基づき蓄電池の蓄電状態を求める第２のＳＯＣ検出手段と、前記第１または第２のＳＯＣ検出手段により検出したＳＯＣを所定値に保つようにバッテリへの充放電電流を制御する充放電電流制御手段と、電流センサの異常を検出する電流センサ異常検出手段と、電流センサの正常時は第１のＳＯＣ手段からのＳＯＣを、電流センサ異常時には第２のＳＯＣ検出手段からのＳＯＣを、前記充放電電流制御手段に供給する切換手段と、を備えることを特徴とする。

このように、本発明では、電流センサが異常でない場合には、バッテリ電流の積算に応じた通常通りのＳＯＣ検出を行い、通常の場合と同様の制御が行える。そして、電流センサの異常時においては、バッテリ電圧に基づいて、ＳＯＣを検出する。従って、このようにして検出したＳＯＣに基づいて、通常と同様の電動手段の制御が行え、バッテリの充放電を制御することができる。従って、電流センサ異常時において、ハイブリッド電気自動車のドライバビリティが悪化することを防止することができる。

以上説明したように、本発明によれば、電流センサの異常時においても、バッテリ電圧に基づいて適切なＳＯＣ検出を行え、これに基づいてモータの出力制御、バッテリ充放電制御を行うことができる。

以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）について、図面に基づいて説明する。

図１は、本発明のバッテリ充電状態制御装置をハイブリッド電気自動車に適用したシステムの構成を示すブロック図である。バッテリ１０は、多数のバッテリセルからなっている。本実施形態では、このバッテリ１０は、ニッケル水素バッテリであり、２０個のバッテリセルをまとめて１ブロックとして、このブロックを１２個接続して、２４０個のバッテリセルを直列接続した３００Ｖ程度の出力電圧を得ている。

バッテリ１０の電圧は、電圧検出器１２で計測され、電池ＥＣＵ１４に供給される。また、この電池ＥＣＵ１４には、バッテリ電流を検出する電流センサ１６も接続されており、バッテリ電流が電池ＥＣＵ１４に供給される。

そして、この電池ＥＣＵ１４は、供給されるバッテリ電圧及びバッテリ電流の両方に基づいて、バッテリ１０の蓄電量（ＳＯＣ）を２種類検出する。すなわち、電池ＥＣＵ１４は、２種類のＳＯＣ検出手段を有している。そして、電池ＥＣＵ１４は、いずれかのＳＯＣ検出手段で検出されたＳＯＣをＨＶＥＣＵ１８に供給する。

このＨＶＥＣＵ１８は、アクセル開度、ブレーキ踏み込み量、車速などの情報に基づいてトルク指令を決定し、モータジェネレータ２２の出力がトルク指令に合致するように制御する。すなわち、ＨＶＥＣＵ１８は、インバータ２０におけるスイッチングを制御すると共に、エンジン２４の出力を制御する。これによって、モータジェネレータ２２への入力が決定され、モータジェネレータ２２の出力がトルク指令に合致したものに制御される。

エンジン２４の出力の方がモータジェネレータ２２の出力より大きい場合には、インバータ２０から電力がバッテリ１０に向けて出力されバッテリ１０が充電される。一方、エンジン２４の出力がモータジェネレータ２２より小さい場合には、インバータ２０からモータジェネレータ２２に電力が供給され、バッテリ１０が放電される。このように、モータジェネレータ２２は、電動手段及び発電手段として機能する。

また、ＨＶＥＣＵ１８は、電池ＥＣＵ１４から供給されるＳＯＣに応じて、エンジン２４の出力をある程度制御し、これによってバッテリ１０のＳＯＣが目標値（例えば、５０％）になるように制御する。しかし、この制御はエンジン駆動車のような出力トルクをトルク指令に応じて制御するようなものではなく、所定の範囲内で変更する。そこで、バッテリ１０のＳＯＣにより、充電が必要な場合（充電要求がある場合）には、エンジン２４の出力は比較的大きなものに設定され、放電要求がある場合には、エンジン２４の出力は比較的小さなものに設定される。しかし、実際のモータジェネレータ２２の出力の変化は大きく、充電要求がでているときでも放電が行われ、また放電要求がでているときでも充電が行われる。

すなわち、図２に示すように、ＳＯＣが制御中心（例えば、ＳＯＣ５０％）にある場合には、充放電量についての要求を発生しないが、ＳＯＣが高くなれば放電要求が高くなり、ＳＯＣが低くなれば充電要求が高くなる。一方、エンジン２４の出力は有限であり、このエンジン２４の出力０、１００％がこの最大充電要求及び最大放電要求に対応する。

そして、電池ＥＣＵ１４は通常時には、電流センサ１６で検出したバッテリ１０の充放電電流の積算によりＳＯＣを算出している。なお、ＳＯＣ２０％。８０％という放電過剰、充電過剰状態の検出には電圧検出器１２からの出力も利用したＩＶ判定を行う。このＳＯＣ検出手段を第１のＳＯＣ検出手段という。

一方、電流センサ１６の異常時には、電圧検出器１２において検出した電圧値を基にＳＯＣを検出する。すなわち、電池ＥＣＵ１４は、図３に示すような電圧とＳＯＣの関係（電圧ＳＯＣ特性）についてのマップを記憶しており、電圧検出器１２で検出したバッテリ１０の電圧値に基づいてＳＯＣを検出する。このＳＯＣ検出手段を第２のＳＯＣ検出手段という。

そして、電池ＥＣＵ１４は、通常時に電流センサ１６により検出した充放電電流の積算によるＳＯＣを検出し、ＨＶＥＣＵ１８に供給し、電流センサ１６の異常時には、電圧検出器１２により検出したバッテリ電圧に基づいて検出したＳＯＣをＨＶＥＣＵ１８に供給する。従って、ＨＶＥＣＵ１８は、電流センサ１６の異常時においても、バッテリ１０の電圧が所定値に維持されるようにエンジン２４及びインバータ２０を制御する。従って、ＳＯＣについて若干の誤差があるとしてもバッテリ１０のＳＯＣが所定の範囲に維持されるような充放電制御が行え、かつモータジェネレータ２２の出力も通常通りに維持することができる。そこで、電流センサ１６の異常発生時において、モータジェネレータ２２の運転が停止されドライバビリティが悪化してしまうことを防止することができる。

なお、電流センサ１６の異常は、電圧検出器１２における電圧が変動しているにもかかわらず、電流センサ１６の出力が０または全く変動しない等の現象を検出したり、エンジン２４の出力に対するモータジェネレータ２２の出力や、電流などを検出することによって行うことができる。

本発明のバッテリ充電状態制御装置をハイブリッド電気自動車に適用したシステムの構成を示すブロック図である。ＳＯＣと充放電要求の関係を示す図である。バッテリ電圧とＳＯＣの関係を示す図である。

符号の説明

１０バッテリ、１２電圧検出器、１４電池ＥＣＵ、１６電流センサ、１８ＨＶＥＣＵ、２０インバータ、２２モータジェネレータ、２４エンジン。

Claims

エンジンにより駆動され発電を行う発電手段と、バッテリからの電力により作動し車両を駆動する電動手段とを有するハイブリッド電気自動車において使用されるバッテリの充電状態制御装置であって、
バッテリの充放電電流を検出する電流センサと、
充放電電流に基づきバッテリの充電状態（以下ＳＯＣという）を検出する第１のＳＯＣ検出手段と、
バッテリの電圧を検出する電圧センサと、
検出したバッテリ電圧に基づき蓄電池の蓄電状態を求める第２のＳＯＣ検出手段と、
前記第１または第２のＳＯＣ検出手段により検出したＳＯＣを所定値に保つようにバッテリへの充放電電流を制御する充放電電流制御手段と、
電流センサの異常を検出する電流センサ異常検出手段と、
電流センサの正常時は第１のＳＯＣ手段からのＳＯＣを、電流センサ異常時には第２のＳＯＣ検出手段からのＳＯＣを、前記充放電電流制御手段に供給する切換手段と、
を備えることを特徴とするバッテリ充電状態制御装置。