JP2007026696A

JP2007026696A - 組電池用制御装置

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Publication number: JP2007026696A
Application number: JP2005202791A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Kanbara; 英明蒲原
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2005-07-12
Filing date: 2005-07-12
Publication date: 2007-02-01
Anticipated expiration: 2025-07-12
Also published as: JP5050325B2; US7583053B2; US20070013347A1

Abstract

【課題】複数個の単電池で構成した組電池を使用したハイブリッド車両においては、単電池の電圧等を順次測定して電池性能の監視を行っていた。本発明は、この方法で問題となる、電圧測定の一巡中に発生する急速な電圧低下の発見が遅れる事を防ぎ、殆どリアルタイムで電圧低下が大きい単電池を特定し、当該単電池の破損を防ぐ装置の提供を目的とする。
【解決手段】エンジン始動前に組電池を構成する単電池全体に関し電圧測定および電池温度測定を行い、エンジン始動用電動機の作動開始時に最低電圧になると推定される単電池を特定し、この特定された電池について短い周期または連続的に単電池電圧を測定する。この測定値が予め定められた電圧を超える状態になったところで組電池の放電電流を制限し、電池の不可逆的な劣化を防ぐ。
【選択図】図８

Description

本発明は内燃機関（以下、エンジンと略記）駆動と電動機駆動とを用いるハイブリッド車両におけるエンジン始動用に、電動機駆動の場合と同じ複数の単電池を接続して成る組電池を用いた高電圧用電動機を用いる場合の、組電池充電状態を制御する組電池制御装置に関する。

ハイブリッド車両においては、エンジン始動用電動機としてエンジンに結合された発電用電動機が用いられる。この場合、この発電用電動機の駆動用電力源としては、車両を電動機駆動する場合に用いられる複数の単電池を接続して構成されている組電池が用いられる。エンジン始動時にはエンジン始動用電動機に一時的に大電力の供給が要求され、これにより、上記組電池を構成する単電池の一部が大電力放電により過放電状態になることを防止する必要がある。
一方、組電池を構成する単電池の何れかの電圧が所定の電圧以下になったことを検出するための検出回路を各単電池毎に設け、この検出回路によって何れかの単電池の電圧が所定の電圧以下になったことが検出された場合に、組電池からエンジン始動用電動機への供給電力を制限する組電池用の制御装置が下記特許文献１において開示されている。このような組電池の制御装置においては、組電池を構成する単電池毎に電池の電圧が所定の閾値電圧以下になったことを比較し検出する検出回路を備えなければならず、回路規模が大型化しこれによるコストアップが問題となっていた。

この問題を解決する方法として、上記の検出回路を１系統のみとして複数の単電池を順次切換えながら全単電池の電圧を測定する方法、あるいは組電池をより数の少ない単電池で構成されたブロックに分割してブロック単位毎に単電池電圧の検出を順次切換えながら実行する方法等が考えられる。しかし、これらの方法では、特に前者の方法では、低温時におけるエンジン始動時のように、電池電圧の低下速度が大きい場合は、単電池の電圧が実際には閾値以下に低下していても、それが検出されるに至るまでに時間がかかる。このため、単電池の電圧が閾値電圧以下となったことが検出された時点では、当該単電池はすでに過放電状態になっている場合がある。この対策として、単電池電圧を順次測定する時間を短くして電池の過放電を確実に検出するには、高価な高速素子を使用せざるを得なかった。

特開２００４−１６６３６７号公報

本発明は、以上のような従来の問題を解決し、特に回路規模を増大させることなく、また高価な高速素子を使用することなく、低温環境のように電池電圧の低下速度が大きくなる場合においても、時間遅延を増加させることなく確実に過放電を検出することが可能な組電池の制御装置の実現を目的としている。

上記目的を達成するために、本発明においてはエンジン始動前に予め組電池を構成している全単電池の開放電圧、組電池の温度および内部抵抗の各データを検出しておき、これらのデータからエンジン始動用電動機作動時に単電池が過放電状態になると推定される単電池を特定する特定電池検出手段を有し、この特定電池検出手段により特定された単電池について電圧変化を電圧検出手段により放電による単電池の電圧低下よりも短い短周期又は連続的に測定し、この測定結果が予め設定されている閾値から外れたことを検出したときにエンジン始動用電動機への供給電力を制限する構成とした。

従来は全単電池について順次電圧測定をしていたため、一連の測定中に過放電状態が生じても測定が一巡しなければこれを検知することが出来なかった。このため単電池を不可逆的に劣化させることがあったが、本発明により、エンジン始動用電動機を作動させた場合、過放電状態になることが推定される単電池に特定して電圧測定を行うため、単電池の過放電状態を迅速に検知することが可能となるので、過放電状態による単電池の不可逆劣化を抑制することが可能になるという効果がある。

以下、図により本発明を説明する。
図１に本発明が適用される内燃機関および電動機の両駆動系を有するハイブリッド車両の電動系の構成を示す。図１において、内燃機関であるエンジン１０１の出力軸、発電機用インバータ１０２、トランスミッション１０３、駆動電動機用インバータ１０４、および車輪に動力を伝達するファイナルギア１０５は全て駆動力伝達軸１１３（太実線）により機械的に結合されている。発電機用インバータ１０２はエンジン１０１からの動力により発電し、電力伝達系１１４（中太線）を通じて組電池１０８を充電する部分であるが、エンジン１０１の始動に際しては発電機用インバータ１０２の発電機に組電池１０８から電力を供給しエンジン始動用電動機として動作させる構成となっている。

組電池１０８の電池充電状態（以下、ＳＯＣ；ＳｔａｔｅｏｆＣｈａｒｇｅと略記）はセルコントローラ１０９で各単電池の電圧、過放電、過充電をチェックすることにより検出され、この検出されたＳＯＣのデータはバッテリコントローラ１１０に入力され、バッテリコントローラ１１０でデータ処理された後、組電池の充放電を制御する情報として再度セルコントローラ１０９に返送される。このセルコントローラ１０９およびバッテリコントローラ１１０の動作については図２において後述する。エンジン１０１はエンジンコントローラ１０６で制御され、発電機用インバータ１０２は発電機・電動機コントローラ１０７で制御され、駆動電動機用インバータ１０４は駆動電動機コントローラ１１２でそれぞれ制御される。これら各コントローラはハイブリッドコントローラと称される車両コントローラ１１１により制御されており、これら各制御系は制御線１１５により接続されている。なお、セルコントローラ１０９とバッテリコントローラ１１０とはユニット統合して一体化することも可能である。

（実施の形態１）
上記構成のハイブリッド車両における組電池の電池制御系は図２に示す構成となっており、以下図２にその構成とその動作について説明する。
組電池１０８を構成している各単電池にはそれぞれの単電池電圧を検出する電圧検出手段、単電池が過放電状態、あるいは過充電状態になることを検出する過放電検出手段、過充電検出手段および組電池を構成する単電池の充電量バランスを取るための電流バイパス手段とで構成されたセルコントローラ（以下、Ｃ／Ｃと略記）１０９１〜１０９ｎが接続されている。

図２においては、複数個の単電池で構成された組電池１０８を少数個（図２においては６単電池毎、ｎブロックで構成）の単電池群（ブロック）に分割し、それぞれの分割した単電池群Ｃ／Ｃ１（１０９１）〜Ｃ／Ｃｎ（１０９ｎ）に対応付けて接続した構成と成っている。各Ｃ／Ｃ１（１０９１）〜Ｃ／Ｃｎ（１０９ｎ）においては、それぞれ接続されている各単電池の電圧検出を行い、また、通常時は接続されている各単電池の過充放電状態の有無を検出している。

セルコントローラ１０９１〜１０９ｎで検出された各単電池の電圧値はバッテリコントローラ（以下、Ｂ／Ｃと略記）１１０において後述の特定電池検出手段により、エンジン始動時に過放電状態になることが推定される単電池を特定し、この特定された単電池に関して、エンジン始動時にはその電圧を単電池の放電による単電池の電圧低下よりも短い短周期またはこの特定単電池について連続的に電圧変化を測定する。

図３は本発明における動作原理を従来例との比較において示したものである。
図３（ａ）は従来の方法による単電池の電圧変化検出法を示すもので、組電池を構成する全単電池について順番（例えば、単電池番号順に）に電圧検出を進める構成となっている。このため、エンジン始動用電動機駆動時のように短時間に大電流を放電した場合には、特に冬季のように気温の低い状態においては単電池の電圧降下が速いため、最初は図３（ａ）のように電圧閾値（負荷に供給する放電電力の制限が開始される値）に到達していない状態であっても（図３（ａ）左図丸印内）、各単電池の電圧検出を順次実行し再び当該単電池に戻ってきたときには、図３（ａ）右図のように過放電状態となり不可逆劣化電圧（過放電により電池が不可逆的に劣化する電圧）以下にまで単電池電圧が低下してしまうこともある。

図３（ｂ）は本発明による場合の電圧検出法を説明するもので、図３（ｂ）左図丸印内に示す状態が検出された単電池を後述の特定電池検出手段により特定して、当該単電池に対してのみ電圧検出を行い、この検出された単電池電圧が前記電圧閾値を越えて低下した場合、Ｂ／Ｃ１１０において電圧閾値を越えた電圧値に応じた放電量制限をＣ／Ｃ１０９１〜１０９ｎに対して指示する。

これにより放電制御検出時間が短縮されるのみならず、電圧低下により電圧閾値を越えて低下した時点で放電量の制限を行うことが出来るため、不可逆劣化電圧に到達してバッテリの過放電による不可逆的な劣化を防止できるようになる。

ここで、特定電池検出手段とは、Ｂ／Ｃ１１０において実行される手順を指すもので、単電池電圧検出手段により検出された単電池電圧と、今回の処理以前の走行時に検出された単電池内部抵抗と、図示しないが組電池に設置された複数の温度検出手段から得られた組電池内温度分布とからエンジン始動電動機を作動させた時に過放電となり最低電圧になると推定される単電池を電圧検出の対象電池として特定する処理である。

すなわち、本発明においては、エンジン始動用電動機の作動前に組電池１０８を構成する各単電池の電圧値を電圧検出手段により検出しておき、組電池を構成する複数の単電池のうち、エンジン始動用電動機が作動した場合に最低電圧になると推定される単電池を特定電池検出手段により特定する。この特定電池検出手段によりエンジン始動時に電圧検出の対象単電池と特定された単電池の電圧は、当該単電池に接続されている電圧検出手段で重点的に検出される。電圧検出手段はエンジン始動用電動機の作動時に、特定電池検出手段によって特定された単電池を検出対象の単電池として該単電池の電圧を検出し、電圧検出手段によって検出された単電池電圧が、予め定められた閾値電圧以下となった場合に前記組電池からエンジン始動用電動機に供給する電力を制限する指示をＢ／Ｃ１１０から発することを基本としている。

前記のように、組電池１０１における充放電による充電状況はＣ／Ｃ１０９１〜１０９ｎで測定される。この一つのＣ／Ｃの内部構成を図４に示す。組電池１０８全体に対して図４と同じＣ／Ｃがｎ個接続される。組電池１０８を構成する各単電池の電圧検出手段４０１により電圧測定を行い、過放電検出手段４０２、過充電検出手段４０３によりそれぞれの項目についての異常検出を行う。電圧検出手段４０１の検出結果はアナログ量であるためＡ／Ｄ変換部４０５においてデジタル値に変換され、このＡ／Ｄ変換部４０５に内蔵のデータ転送回路を経てＢ／Ｃ１１０に上記検出された電圧値は転送される。

過放電検出手段４０２および過充電検出手段４０３の各出力はそれぞれＯＲ回路４０６および４０７を経てＢ／Ｃ１１０に転送される。なお、ＯＲ回路４０６および４０７は同じ仕様のものが使用される。ここで、過充電状態である単電池が見出された場合は、電流バイパス手段４０４により当該電池のＳＯＣが他の単電池と同程度に近づくまで放電が行われる。

過放電検出手段４０２、過充電検出手段４０３、電流バイパス手段４０４および単電池電圧検出手段４０１は、例えば図５に示す回路構成が知られている（前出「特許文献１」）。すなわち、組電池１０８の内、ｉ番目の単電池１０８ｉの電圧Ｖｃと、電源電圧Ｖｃｃを抵抗Ｒ１〜Ｒ３および抵抗Ｒ４〜Ｒ６で分圧した電圧とを電圧比較器５０８において過放電、過充電の状態を検出し、組電池１０８を構成する単電池のＳＯＣを調整する構成となっている。なお、単電池電圧検出手段４０１はアナログ電圧検出部ではあるが、前記のように、測定結果である電圧値は最終的にはデジタルデータとしてバッテリコントローラ（Ｂ／Ｃ）１１０に転送されるため、Ａ／Ｄ変換部４０５の入力側が単電池電圧検出手段４０１として用いられる。

本発明においては、組電池１０８の端子に接続されているメインスイッチとなるシステムメインリレー（以下、ＳＭＲと略記）がオフの状態、すなわち組電池が無負荷状態か、あるいはＳＭＲがオンであってもカーラジオ、カーナビゲータ等補機のみの動作による消費電力が軽微な場合に単電池電圧検出が行われる。

単電池の端子電圧は下式により表される。
Ｖ＝Ｅ_Ｏ＋ＩＲ
ここで、Ｖ；端子電圧、Ｅ_Ｏ；開回路（開放）電圧、Ｉ；負荷電流、Ｒ；単電池内部抵抗である。したがって、ＳＭＲをオンする前に全ての単電池の開放電圧を測定することによって、各単電池のＳＯＣを検出することが出来る。さらに、図６（ａ）に示すように、無負荷あるいは軽負荷の場合はＩ≒０であるからＶ≒Ｅ_Ｏとなり、単電池の電圧のばらつきは小さい。これに対し、始動用電動機駆動等のように大きな負荷の場合は、図６（ｂ）に示すように上式の第２項が無視できなくなり、各単電池の能力差が現れ、単電池電圧のばらつきが大きくなり、エンジン始動時の過放電状態になる可能性のある単電池の特定が困難となる。

また、前記特定電池検出手段は、組電池１０８を構成する単電池の内、放電可能電力の限界値、すなわち、この限界値を超えると電池の放電制限を開始する過放電制限開始電圧である閾値電圧になるまでの放電可能な電力（言わば単電池の余力）が最も低い電力の単電池を検出する処理を行う手段を指す。また、ここで放電可能な電力とは、前記の特定された単電池の開放電圧（無負荷または軽負荷時の電圧）と、当該時点以前の走行時の負荷電流から算出された内部抵抗値（例えば、前回走行終了時に検出して記憶した内部抵抗値）と、前記の閾値電圧とから演算処理が行われ算出されるものである。このような処理は、単電池電圧は（Ｃ／Ｃ）１０９１〜１０９ｎを介してＢ／Ｃ１１０に入力され、Ｂ／Ｃ１１０で上記演算処理が行われ、放電制限等の指示が出される。

以上述べたように、本発明によれば、エンジン始動時に過放電状態になると推定される単電池を事前に検出しておき、当該単電池に絞って電圧測定を実行する構成としている。これにより、正常な単電池に対しての測定を実施する必要がなく、過放電状態になると推定される単電池を迅速にチェックして特定することが出来るようになる。

（実施の形態２）
Ｂ／Ｃ１１０においては、組電池１０８内に組み込まれた図示しないが複数の温度検出手段（温度センサ）により組電池１０１の温度分布を取得する。Ｂ／Ｃ１１０には単電池の温度／内部抵抗の相互関係が予め測定され、マップとして内蔵されている。前記の特定された単電池の内部抵抗は、前記温度／内部抵抗の相互関係のマップにより温度センサで検出された温度に応じて前記特定された電池の内部抵抗値をＢ／Ｃ１１０において演算し補正する。

図７（ａ）は単電池のＳＯＣと単電池電圧との関係を示すもので、十分に充電された状態では単電池電圧は高く、放電が進むにつれて電池電圧も低下する様子を示している。同図（ｂ）はＳＯＣと単電池内部抵抗との関係を示すもので、十分に充電された状態では内部抵抗は低く、放電が進むにつれて内部抵抗が上昇する様子を示している。（ｃ）は単電池温度と内部抵抗の関係を示すもので、温度が低いほど内部抵抗が上昇する様子を示している。Ｂ／Ｃ１１０にはこれらデータをマップとして予め測定して記憶させておき、このデータを基にエンジン始動時の単電池内部抵抗の補正を行い、エンジン始動用電動機に供給する電流値を制御し、エンジン始動を容易にする。

（実施の形態３）
組電池１０８の温度が、予め設定された温度またはＳＯＣと単電池温度から算出されるバッテリ出力制限値（組電池１０８の温度特性により放電電力が制限され、エンジン始動が困難となる温度または電力制限値）が当該装置に対して事前に設定されている値以下の場合、全単電池電圧、組電池の温度分布および前回走行時に検出されている内部抵抗より、Ｂ／Ｃ１１０は、エンジン始動が行われ組電池が放電を開始した時、最も単電池電圧が低くなる可能性の高いと推定される単電池を特定する。この特定法としては、例えば図３（ｂ）における方法が適用可能である。

Ｃ／Ｃ１０９１〜１０９ｎにおいては、この特定された単電池に限定して電圧検出を進めるため、これ以後の測定は低温時におけるように単電池電圧変化の速い条件下に対しても短周期または連続的に電圧検出が可能となる。これら、Ｃ／Ｃ１０９１〜１０９ｎおよびＢ／Ｃ１１０はイグニション・オン（ＩＧＮ＿ＯＮ）により電源投入状態となる。ここで、Ｃ／Ｃ１０９１〜１０９ｎおよびＢ／Ｃ１１０は前述のようにＳＭＲ（システムメインリレー）が投入（ＯＮ）される前に全単電池の開放電圧を取得しておく。

ここでＳＭＲの電源を投入（ＯＮ）し、エンジン始動要求が車両コントローラ１１１からＢ／Ｃ１１０に入力されると、Ｂ／Ｃ１１０は一時的に過放電電圧閾値１（放電制限開始電圧／放電制限率０％）および過放電電圧閾値２（放電制限禁止電圧／放電制限率１００％）を常温の場合より予め定められた温度だけ低く設定する。また、車両コントローラ１１１は発電機／インバータコントローラ１０７にエンジン始動の指令を出す。

なお、ここで放電制限率０％とは電池からの放電を制限しない状態を指し、放電制限率１００％は電池の放電を完全に制限するすなわち放電禁止状態を指す。また、
過放電電圧閾値１はエンジン始動時において電池が過放電になることが推定される開放電圧レベルであり、過放電電圧閾値２は放電禁止により電池の端子に電流が流れなくなり、電極腐食が発生するレベルである。

これに伴い、組電池１０８からエンジン始動用電動機（発電機１０２）に電力が供給される。組電池１０８へのこの放電時に先に特定された単電池の電圧検出を単電池の電圧変動に比べて速い周期または連続的に行い、これにより検出された電圧を上記の変更された過放電電圧閾値１および２と比較する。電圧閾値１を超えて低下した場合、電力制限値をさらに絞り込み、電圧閾値２である放電禁止電圧に至らないように制御する。

エンジン始動後、車両コントローラ１１１は電池温度が既定値になるまで、制限されたＳＯＣの範囲内で単電池に対して予め既定されている電力の充放電を行い、エンジン停止を許可しない（ただし、ＩＧＮ＿ＯＦＦの場合を除く）。エンジンの始動後、電池温度が既定値に達したところでＢ／Ｃ１１０およびＣ／Ｃ１０１１〜１０１ｎは過放電検出閾値１および２を通常設定値へ戻し、かつ特定された単電池のみの電圧検出を行うモードを終了し、通常の過放電電圧閾値検出のモードに戻る。

以上述べたように、本発明における第３の実施の形態においては、エンジン始動時に過放電状態となることが推定されると特定された単電池に対する充電状態制御のための電圧閾値は、エンジンの作動中または始動時、電池温度のいずれかまたはこれらの組み合わせによって設定される。電池温度が予め定められた温度よりも低い場合はこの電池温度に対応して予め設定されている電圧閾値にまで下げ、エンジンおよび電池が通常状態になったところでこの電圧閾値を元の状態に戻す。

また、電池温度が予め定められた温度よりも高い場合は、前記算出された内部抵抗と電池温度とから単電池に対して予め設定されているＳＯＣ制御範囲（通常は３０〜８０％程度）の制限下限の充電状態における内部抵抗を算出し、最大負荷（電池出力の最大値、出力制限が始めるレベル）を想定して制限開始電圧閾値を算出する。なお、電池温度が所定値に達していない低温の場合のエンジン始動に際しては、
最大負荷ではなくエンジン始動に必要となる負荷を想定して制限開始電圧閾値を決定する。

上記のように、本発明においては直列に接続された組電池の中から単電池特定手段により出力電力抑制を開始する電圧閾値に至る可能性の高い単電池を特定し、エンジン始動用電動機の駆動時にこの特定された単電池のみについて単電池電圧を検出することにより、電池電圧の低下が速い場合においても測定にデッドタイム無しに確実に定められた電圧閾値以下となったことを検出し、過放電状態（不可逆劣化電圧以下）になるのを未然に防止することが出来る。

（実施の形態４）
イグニションスイッチをオンした後であって、エンジン温度がまだ上がる前の最初のエンジン始動後においては、イグニションスイッチをオフにする場合を除き、電池温度が予め設定された温度以上となるまでエンジン停止を許可しない。これにより、エンジンおよび電池の温度が十分に上昇していないために、エンジン停止後の再起動が出来なくなり、走行中の車両に対しては車両停止に至ることを避けることができるようになる。なお、この処理は、Ｂ／Ｃ１１０および車両コントローラ１１１において実行される。

（実施の形態５）
組電池を構成する全単電池の過放電または過充電閾値検出状態である通常状態において、過放電または過充電の状態となり放電電力制限開始電圧である第１の閾値を越える単電池が検出された場合、この単電池を含むセルコントローラブロックで単電池の電圧検出を行い、この第１の閾値を越えた単電池を特定する。この特定された特定単電池の電圧検出を連続的または速い周期で実行し、バッテリコントローラ内のソフトウエアで規定される単電池の不可逆劣化電圧である第２の閾値に到達することのないように前記単電池の充電状態をＢ／Ｃ１１０において制御する構成の組電池用制御装置としている。

図８はこの制御法を説明するもので、過放電電圧閾値１から上の領域において放電制限率は０％で、この領域においては単電池からの放電は制限されることはない。また過放電電圧閾値２から下の領域は放電制限率１００％で単電池からの放電は禁止されている領域である。これら両閾値の間の領域は位置によって放電制限率が設定される領域である。

図８において、時間が左から右へ経過するにしたがって単電池電圧は低下し、上記の過放電電圧閾値１を超えてさらに下の領域に入ると、Ｂ／Ｃ１１０において放電制限率に変化を与えられて次第に放電制限率が低下する方向に補正される（単電池電圧が上昇する方向）。この放電制限率は単電池電圧が上記の閾値電圧１と２の間の何処に位置するかによって決定される。決定された放電制限率は、組電池温度と、ＳＯＣ、単電池の劣化率等から求まる電力制限値に乗算される。

これにより、通常状態においても、放電／充電禁止電圧に至る前に、過放電状態になることを不可逆劣化が生じる前に確実に検知し、単電池破損を未然に防ぐことが出来る。

図９は以上説明した本発明による組電池の制御手順をフロー図で示したものである。まず、エンジン始動前の状態で組電池を構成している全単電池の開放電圧値のデータを測定する（ステップＳ０１）。次いで組電池内の温度分布データを求める（ステップＳ０２）。これらデータを取得したところで、すでにメモリに登録されている全単電池の内部抵抗も勘案してバッテリ出力制限値が温度または電力（電圧）に関して予め見積もられた既定値に達していない単電池があるか否かがチェックされる（ステップＳ０３）。この結果、既定値未満の単電池が存在する場合（ステップＳ０３／ＹＥＳ）は、この既定値未満の単電池はエンジン始動時には過放電状態になる可能性ありとして特定する（ステップＳ０４）。

このようにして、エンジン始動時に電圧を検出する単電池を特定した後、電圧検出周期の変更、あるいは過放電検出閾値１または２の閾値の変更等を行う（ステップＳ０５）。これら各種処理が実行された後、ＳＭＲはオン状態にされ（ステップＳ０６）エンジン始動要求待ちの状態となる（ステップＳ０７）。ステップＳ０７においてはエンジン始動要求の命令が来るまではステップＳ０７／ＮＯの状態が継続され、エンジン始動要求が入力されたことでステップＳ０７／ＹＥＳを経てエンジン始動開始の状態となる（ステップＳ０８）。

以上のようにして単電池の特定が行われた後、この特定電池について電圧値の検出が開始される（ステップＳ０９）。この電圧検出においては、先ずこの電圧値が過放電電圧閾値１以下にまで低下しているか否かを判定する。過放電電圧閾値１未満の場合（ステップＳ１０；ＹＥＳ）は、過放電電圧閾値２の単電池が負荷逆劣化電圧に到達したか否かを判定する。ここで過放電電圧閾値２に到達した場合（ステップＳ１１；ＮＯ）は放電を中止し、車両を停止する。

また、過放電電圧閾値２に到達しない限り、単電池からの放電電力を制限する処理を行う（ステップＳ１２）。ここで、ステップＳ１０において過放電電圧閾値１以上である場合（ステップＳ１０；ＮＯ）は、単電池は正常であるため放電電力制限の必要はなくエンジン始動の可否を判定する。ここで、放電電力制限処理が未完了の状態では（ステップＳ１３；ＮＯ）単電池のＳＯＣが正常状態に回復するまで放電処理を継続させるため、ステップＳ１０に戻りこの処理ループが繰り返される。ステップＳ１０；ＮＯの状態に達したところでステップＳ１３はエンジン始動許可（ステップＳ１３；ＹＥＳ）を出し、エンジンスタートする。

エンジンスタート後は組電池の温度測定に入る。電池は正常に動作するためには予め定められた既定値以上の温度であることが要求され、このため電池の温度測定を開始する。ここで、電池温度が既定値に達していない場合（ステップＳ１４；ＮＯ）は、電池昇温制御（ステップＳ１５）を温度が既定値に達するまで行う。温度が既定値に達した（ステップＳ１４；ＹＥＳ）ところで，エンジン始動が完了したことになるため、ここまで実行してきた単電池の電圧検出モードを通常モードに切り換え、電圧測定周期およびステップＳ０５で変更された過放電電圧検出閾値１および２を通常状態に戻すように切り換える（ステップＳ１５）。この状態はイグニションスイッチオフ（ＩＧＮ＿ＯＦＦ）されるまで持続され、イグニションスイッチオフとなったところ（ステップＳ１６；ＹＥＳ）で全処理は終了する。

また、前記ステップＳ０３において、電池温度あるいは放電電力値に問題がなければ（ステップＳ０３；ＮＯ）、単電池特定の処理は不要であるから、通常モードとしての電圧検出モードに入り（ステップＳ１７）、ＳＭＲをオン状態とする（ステップＳ１８）。この状態でイグニションスイッチをオフにすることで（ステップＳ１６；ＹＥＳ）全処理を終わらせることが出来、また、オフにしなければ（ステップＳ１６；ＮＯ）単電池の開放電圧が図３に示した電圧閾値１に達していないものがあるかを判定する。ここで、開放電圧が放電電力制限開始レベルである電圧閾値１よりも高くなっておれば動作上問題はないわけでこの状態をイグニションスイッチがオフとなるまで持続する（ステップＳ１９；ＮＯ）。また、開放電圧が電圧閾値１に達していない場合（ステップＳ１９；ＹＥＳ）は、電圧検出モードを切り換えて電圧測定周期および過放電検出閾値１および２の設定を変更する（ステップＳ２０）。この切り換えた状態で開放電圧測定を継続し、開放電圧が電池の不可逆劣化を生じる電圧である電圧閾値２以下にまで低下すれば（ステップＳ２１；ＮＯ）、放電を停止して直ちに車両を停止する。電圧閾値２以上であれば（ステップＳ２１；ＹＥＳ）電力制限処理を開始し（ステップＳ２２）、電力制限を行いながら通常動作をイグニションスイッチがオフ（ステップＳ１６）となるまでこの状態を維持する。

本発明を適用するハイブリッド車両の電気系系統図。組電池制御系の構成図。組電池の充放電制御法の原理説明図。セルコントローラの内部構成図。１単電池当たりのセルコントローラ回路図。単電池電圧の負荷による影響を示す単電池電圧分布図。リチウム電池の開放電圧、ＳＯＣ、内部抵抗、温度の関係図。過放電電圧閾値１および２間の電力制限法説明図。本発明による組電池制御法を示すフロー図。

符号の説明

１０１：エンジン１０２：発電機／インバータ
１０３：トランスミッション１０４：駆動電動機／インバータ
１０５：ファイナルギヤ１０６：エンジンコントローラ
１０７：発電機／インバータコントローラ
１０８：組電池１０９：セルコントローラ
１１０：バッテリコントローラ１１１：車両コントローラ
１１２：駆動電動機コントローラ１１３：駆動力伝達軸
１１４：電力伝達線１１５：制御線
４０１：単電池電圧検出手段４０２：過放電検出手段
４０３：過充電検出手段４０４：電流バイパス手段
４０５：Ａ／Ｄ変換部４０６：ＯＲ回路
４０７：ＯＲ回路５０８：電圧比較器

Claims

内燃機関と電動機とを原動機として搭載したハイブリッド車両であって、
車両の内燃機関始動用電動機に接続されて、該内燃機関始動用電動機に電力を供給可能な、複数の単電池を接続して成る組電池の電池制御装置において、
前記各単電池の電圧を検出可能な電圧検出手段と、
内燃機関始動用電動機の作動前に、組電池を構成する複数の単電池のうち、内燃機関始動用電動機が作動した場合に最低電圧になると推定される単電池を電圧検出の対象単電池として特定する特定電池検出手段と、
前記特定電池検出手段により電圧検出の対象単電池と特定された前記単電池の電圧を、前記内燃機関始動用電動機の作動時に、電圧検出手段で検出し、前記電圧検出手段によって検出された単電池電圧が、予め定められた閾値電圧以下となった場合に前記組電池から内燃機関始動用電動機に供給する電力を制限する供給電力制限手段と、を備えたことを特徴とする組電池の制御装置。
請求項１に記載の組電池の制御装置において、
前記特定電池検出手段は、前記複数の単電池の内、放電可能電力の限界値を示す過放電制限開始電圧である閾値電圧になるまでの放電可能な電力が最も低い電力の単電池を検出することを特徴とする組電池の制御装置。
請求項２に記載の組電池の制御装置において、
前記放電可能な電力は、前記特定された単電池の開放電圧と、当該時点以前の走行中に負荷電流から算出された内部抵抗値と、前記電圧閾値とから算出されることを特徴とする組電池の制御装置。
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の組電池の制御装置は、予め測定されている温度と内部抵抗との相互関係についてのマップを内蔵しており、
前記組電池には温度を検出するための温度検出手段が装着されており、
前記温度と内部抵抗との相互関係のマップにより前記温度検出手段で検出された温度に基づいて前記特定電池の内部抵抗値を補正する内部抵抗値補正手段を有することを特徴とする組電池の制御装置。
請求項１乃至請求項４の何れかに記載の組電池の制御装置において、
前記特定された単電池に対する充電状態制御のための前記電圧閾値は、エンジンの作動中または始動時等の車両状態、および電池温度等の電池状態の単独または組み合わせによって設定され、
電池温度が予め定められた温度よりも低い場合は、過放電を検出し、出力電力を抑制する電圧閾値および出力を禁止する電圧閾値を、電池温度が予め定められた値以上となっている通常状態の場合よりも低く設定し、
電池温度が予め定められた温度よりも高い場合は、前記算出された内部抵抗と電池温度とから前記特定された単電池の制限下限の充電状態における想定内部抵抗を算出し、該想定内部抵抗を用いて電池出力の最大値を推定し、これにより制限開始電圧閾値を決定することを特徴とする組電池の制御装置。
請求項１乃至請求項５に記載の組電池の制御装置において、
イグニションスイッチをオンした後の最初の内燃機関始動後における内燃機関停止は、イグニションスイッチをオフにする場合を除き、電池温度が予め設定された温度以上となるまで許可しないことを特徴とする組電池の制御装置。
請求項１乃至６のいずれかに記載の組電池制御装置において、
組電池を構成する全単電池の過放電または過充電検出状態において、過放電または過充電の状態となり放電電力制限開始電圧となる第１の閾値から外れる単電池が検出された場合、該単電池を含むセルコントローラまたはコントローラブロックで該単電池の電圧検出を行い、当該閾値を越えた単電池を特定し、
前記特定された特定単電池の電圧検出を連続的または放電による単電池の電圧低下よりも短い短周期で実行し、バッテリコントローラ内のソフトウエアで規定される単電池の不可逆劣化電圧である第２の閾値に到達することのないように前記単電池の充電状態を制御する出力電力制御手段を有することを特徴とする組電池の制御装置。