JP2007071535A - 車両、車両の電源装置および電流検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 さまざまな容量の二次電池を搭載する車両の開発工数が軽減された車両、車両の電源装置およびそれに用いられる電流検知装置を提供する
【解決手段】 車両１００は、基準容量とは異なる容量の蓄電装置であるバッテリＢ１と、蓄電装置に入出力される電流を検知して検出値を蓄電装置の容量と基準容量の比に応じて変換して出力する電流センサ８４と、電流検知部の出力を受けて電流積算を行ない蓄電装置の充電状態を判断する制御装置６０とを備える。好ましくは、電流センサ８４は、蓄電装置に接続される配線に流れる電流を測定するセンサと、センサの出力を蓄電装置の容量と基準容量の比率に応じて変換する変換部とを含む。変換部は、蓄電装置の容量が基準容量のｎ倍であるときは、センサの出力を１／ｎ倍して出力する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、車両、車両の電源装置および電流検知装置に関する。

近年、環境に配慮した自動車として、車輪の駆動にモータを使用する電気自動車、燃料電池自動車や、モータとエンジンとを併用するハイブリッド自動車等が注目されている。

これらの車両は、モータを駆動するための大容量の二次電池を搭載している。走行時には、二次電池の充電状態（State of Charge：ＳＯＣ）が監視され、車両の制御装置は、電気自動車の場合は必要に応じて充電を促したり、ハイブリッド車両の場合はエンジンを始動させて発電機を回して二次電池に充電を行なったりする。

たとえば、特開２００３−２３７０３号公報（特許文献１）には、ＳＯＣを監視して走行を行なうハイブリッド車両が開示されている。
特開２００３−２３７０３号公報

ハイブリッド自動車を普及させるには、複数の車種においても部品やユニットの共通化をすることが一つの条件となる。その一方で、二次電池の容量は大きければ燃料無補給で走行可能な距離が伸びるが、その分車両重量が増すので経済的な最適容量を選択する必要がある。

しかし、この最適容量は社会情勢の変化（たとえばガソリンの価格の変化）や車両の使用条件（たとえば長距離走行の頻度および必要性）などによって１つの値に決めることは難しい。また、ガソリンの入手に不便な地域や商用電力の価格が安い地域においては、ガソリンを補給することに併用して家庭で二次電池に電気を充電することも実現可能性がある。

また、二次電池の技術は進歩が著しく、体積あたりまたは重量あたりの容量値の改善も年々進んでいる。効率がよいハイブリッド自動車を実現するには、改善の進んだ二次電池を採用するほうが有利である。

このように、電池容量の変化に対応してさまざまなハイブリッドシステムを設計するのでは、車の開発工数が大きくなることが問題となる。

この発明の目的は、さまざまな容量の二次電池を搭載する車両の開発工数が軽減された車両、車両の電源装置およびそれに用いられる電流検知装置を提供することである。

この発明は、要約すると、車両であって、基準容量とは異なる容量の蓄電装置と、蓄電装置に入出力される電流を検知して検出値を蓄電装置の容量と基準容量の比に応じて変換して出力する電流検知部と、電流検知部の出力を受けて電流積算を行ない蓄電装置の充電状態を判断する充電制御装置とを備える。

好ましくは、電流検知部は、蓄電装置に接続される配線に流れる電流を測定するセンサと、センサの出力を蓄電装置の容量と基準容量の比率に応じて変換する変換部とを含む。

より好ましくは、変換部は、蓄電装置の容量が基準容量のｎ倍であるときは、センサの出力を１／ｎ倍して出力する。

好ましくは、車両は、蓄電装置に対して外部から充電するための電力線を接続する接続部をさらに備える。

好ましくは、車両は、蓄電装置に貯蔵された電力を用いて車両を推進させる回転電機と、車両を推進させるために回転電機と併用される内燃機関とをさらに備える。

この発明は、他の局面に従うと、車両の電源装置であって、基準容量とは異なる容量の蓄電装置と、蓄電装置に入出力される電流を検知して検出値を蓄電装置の容量と基準容量の比に応じて変換して出力する電流検知部とを備える。電流検知部は、電流積算を行ない蓄電装置の充電状態を判断する充電制御装置に検出値を出力する。

好ましくは、電流検知部は、蓄電装置に接続される配線に流れる電流を測定するセンサと、センサの出力を蓄電装置の容量と基準容量の比率に応じて変換する変換部とを含む。

より好ましくは、変換部は、蓄電装置の容量が基準容量のｎ倍であるときは、センサの出力を１／ｎ倍して出力する。

好ましくは、車両の電源装置は、蓄電装置に対して外部から充電するための電力線を接続する接続部をさらに備える。

好ましくは、車両は、蓄電装置に貯蔵された電力を用いて車両を推進させる回転電機と、車両を推進させるために回転電機と併用される内燃機関とを備える。

この発明は、さらに他の局面に従うと、車両の電源装置に用いられる電流検知装置であって、電流検知装置は、基準容量とは異なる容量の蓄電装置と充電制御装置との間に接続されて用いられ、電流検知装置は、蓄電装置に入出力される電流を検知して検出値を蓄電装置の容量と基準容量の比に応じて変換して出力し、充電制御装置は、電流積算を行ない蓄電装置の充電状態を判断する。

好ましくは、電流検知装置は、蓄電装置に接続される配線に流れる電流を測定するセンサと、センサの出力を蓄電装置の容量と基準容量の比率に応じて変換する変換部とを含む。

より好ましくは、変換部は、蓄電装置の容量が基準容量のｎ倍であるときは、センサの出力を１／ｎ倍して出力する。

好ましくは、車両は、蓄電装置に対して外部から充電するための電力線を接続する接続部を備える。

好ましくは、車両は、蓄電装置に貯蔵された電力を用いて車両を推進させる回転電機と、車両を推進させるために回転電機と併用される内燃機関とを備える。

本発明によれば、さまざまな二次電池の容量に適合させたハイブリッド自動車を容易に実現することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

図１は、この発明の実施の形態に係る車両の概略ブロック図である。
図１を参照して、この車両１００は、バッテリユニットＢＵと、昇圧コンバータ１０と、インバータ２０，３０と、電源ラインＰＬ１，ＰＬ２と、接地ラインＳＬと、Ｕ相ラインＵＬ１，ＵＬ２と、Ｖ相ラインＶＬ１，ＶＬ２と、Ｗ相ラインＷＬ１，ＷＬ２と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、エンジン４と、動力分配機構３と、車輪２とを含む。

この車両１００は、車輪の駆動にモータとエンジンとを併用するハイブリッド自動車（Hybrid Vehicle）である。

動力分配機構３は、エンジン４とモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に結合されてこれらの間で動力を分配する機構である。たとえば動力分配機構としてはサンギヤ、プラネタリキャリヤ、リングギヤの３つの回転軸を有する遊星歯車機構を用いることができる。この３つの回転軸がエンジン４、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の各回転軸にそれぞれ接続される。たとえば、モータジェネレータＭＧ１のロータを中空としてその中心にエンジン４のクランク軸を通すことで動力分配機構３にエンジン４とモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２とを機械的に接続することができる。

なお、モータジェネレータＭＧ２の回転軸は車輪２に図示しない減速ギヤや作動ギヤによって結合されている。また動力分配機構３の内部にモータジェネレータＭＧ２の回転軸に対する減速機をさらに組み込んでもよい。

そして、モータジェネレータＭＧ１は、エンジンによって駆動される発電機として動作し、かつ、エンジン始動を行ない得る電動機として動作するものとしてハイブリッド自動車に組み込まれ、モータジェネレータＭＧ２は、ハイブリッド自動車の駆動輪を駆動する電動機としてハイブリッド自動車に組み込まれる。

モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、たとえば、３相交流同期電動機である。モータジェネレータＭＧ１はＵ相コイルＵ１、Ｖ相コイルＶ１、Ｗ相コイルＷ１からなる３相コイルをステータコイルとして含む。モータジェネレータＭＧ２はＵ相コイルＵ２、Ｖ相コイルＶ２、Ｗ相コイルＷ２からなる３相コイルをステータコイルとして含む。

そして、モータジェネレータＭＧ１は、エンジン出力を用いて３相交流電圧を発生し、その発生した３相交流電圧をインバータ２０へ出力する。また、モータジェネレータＭＧ１は、インバータ２０から受ける３相交流電圧によって駆動力を発生し、エンジンの始動を行なう。

モータジェネレータＭＧ２は、インバータ３０から受ける３相交流電圧によって車両の駆動トルクを発生する。また、モータジェネレータＭＧ２は、車両の回生制動時、３相交流電圧を発生してインバータ３０へ出力する。

バッテリユニットＢＵは、負極が接地ラインＳＬに接続された蓄電装置であるバッテリＢ１と、バッテリＢ１の電圧を測定する電圧センサ７０と、バッテリＢ１の電流を測定する電流センサ８４とを含む。車両負荷は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、インバータ２０，３０と、インバータ２０，３０に昇圧した電圧を供給する昇圧コンバータ１０とを含む。

バッテリユニットＢＵにおいては、バッテリＢ１の蓄電容量は種々に変更が可能なように構成される。バッテリＢ１は、たとえば、ニッケル水素、リチウムイオンや鉛蓄電池等の二次電池を用いることができる。また、バッテリＢ１に代えて大容量の電気二重層コンデンサを用いることもできる。

バッテリユニットＢＵは、バッテリＢ１から出力される直流電圧を昇圧コンバータ１０へ出力する。また、昇圧コンバータ１０から出力される直流電圧によってバッテリユニットＢＵ内部のバッテリＢ１が充電される。

昇圧コンバータ１０は、リアクトルＬと、ｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。リアクトルＬは、電源ラインＰＬ１に一端が接続され、ｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２の接続点に他端が接続される。ｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に直列に接続され、制御装置６０からの信号ＰＷＣをベースに受ける。そして、各ｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すようにダイオードＤ１，Ｄ２がそれぞれ接続される。

なお、上記のｎｐｎ型トランジスタおよび以下の本明細書中のｎｐｎ型トランジスタとして、たとえば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を用いることができ、またｎｐｎ型トランジスタに代えて、パワーＭＯＳＦＥＴ（metal oxide semiconductor field-effect transistor）等の電力スイッチング素子をもちいることができる。

インバータ２０は、Ｕ相アーム２２、Ｖ相アーム２４およびＷ相アーム２６を含む。Ｕ相アーム２２、Ｖ相アーム２４およびＷ相アーム２６は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に並列に接続される。

Ｕ相アーム２２は、直列に接続されたｎｐｎ型トランジスタＱ１１，Ｑ１２を含み、Ｖ相アーム２４は、直列に接続されたｎｐｎ型トランジスタＱ１３，Ｑ１４を含み、Ｗ相アーム２６は、直列に接続されたｎｐｎ型トランジスタＱ１５，Ｑ１６を含む。各ｎｐｎ型トランジスタＱ１１〜Ｑ１６のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ１１〜Ｄ１６がそれぞれ接続される。そして、各相アームにおける各ｎｐｎ型トランジスタの接続点は、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相ラインＵＬ１，ＶＬ１，ＷＬ１を介してモータジェネレータＭＧ１の各相コイルの中性点Ｎ１と異なるコイル端にそれぞれ接続される。

インバータ３０は、Ｕ相アーム３２、Ｖ相アーム３４およびＷ相アーム３６を含む。Ｕ相アーム３２、Ｖ相アーム３４およびＷ相アーム３６は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に並列に接続される。

Ｕ相アーム３２は、直列に接続されたｎｐｎ型トランジスタＱ２１，Ｑ２２を含み、Ｖ相アーム３４は、直列に接続されたｎｐｎ型トランジスタＱ２３，Ｑ２４を含み、Ｗ相アーム３６は、直列に接続されたｎｐｎ型トランジスタＱ２５，Ｑ２６を含む。各ｎｐｎ型トランジスタＱ２１〜Ｑ２６のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ２１〜Ｄ２６がそれぞれ接続される。そして、インバータ３０においても、各相アームにおける各ｎｐｎ型トランジスタの接続点は、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相ラインＵＬ２，ＶＬ２，ＷＬ２を介してモータジェネレータＭＧ２の各相コイルの中性点Ｎ２と異なるコイル端にそれぞれ接続される。

車両１００は、さらに、コンデンサＣ１，Ｃ２と、リレー回路４０と、コネクタ５０と、ＥＶ優先スイッチ５２と、制御装置６０と、ＡＣラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２と、電圧センサ７２〜７４と、電流センサ８０，８２とを含む。

コンデンサＣ１は、電源ラインＰＬ１と接地ラインＳＬとの間に接続され、電圧変動に起因するバッテリＢ１および昇圧コンバータ１０への影響を低減する。電源ラインＰＬ１と接地ラインＳＬとの間の電圧ＶＬは、電圧センサ７３で測定される。

コンデンサＣ２は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に接続され、電圧変動に起因するインバータ２０，３０および昇圧コンバータ１０への影響を低減する。電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間の電圧ＶＨは、電圧センサ７２で測定される。

昇圧コンバータ１０は、バッテリユニットＢＵから電源ラインＰＬ１を介して供給される直流電圧を昇圧して電源ラインＰＬ２へ出力する。より具体的には、昇圧コンバータ１０は、制御装置６０からの信号ＰＷＣに基づいて、ｎｐｎ型トランジスタＱ２のスイッチング動作に応じて流れる電流をリアクトルＬに磁場エネルギを蓄積し、その蓄積したエネルギをｎｐｎ型トランジスタＱ２がＯＦＦされたタイミングに同期してダイオードＤ１を介して電源ラインＰＬ２へ電流を流すことによって放出することにより昇圧動作を行なう。

また、昇圧コンバータ１０は、制御装置６０からの信号ＰＷＣに基づいて、電源ラインＰＬ２を介してインバータ２０および３０のいずれか一方または両方から受ける直流電圧をバッテリユニットＢＵの電圧レベルに降圧してバッテリユニットＢＵ内部のバッテリを充電する。

インバータ２０は、制御装置６０からの信号ＰＷＭ１に基づいて、電源ラインＰＬ２から供給される直流電圧を３相交流電圧に変換してモータジェネレータＭＧ１を駆動する。

これにより、モータジェネレータＭＧ１は、トルク指令値ＴＲ１によって指定されたトルクを発生するように駆動される。また、インバータ２０は、エンジンからの出力を受けてモータジェネレータＭＧ１が発電した３相交流電圧を制御装置６０からの信号ＰＷＭ１に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を電源ラインＰＬ２へ出力する。

インバータ３０は、制御装置６０からの信号ＰＷＭ２に基づいて、電源ラインＰＬ２から供給される直流電圧を３相交流電圧に変換してモータジェネレータＭＧ２を駆動する。

これにより、モータジェネレータＭＧ２は、トルク指令値ＴＲ２によって指定されたトルクを発生するように駆動される。また、インバータ３０は、車両１００が搭載されたハイブリッド自動車の回生制動時、駆動軸からの回転力を受けてモータジェネレータＭＧ２が発電した３相交流電圧を制御装置６０からの信号ＰＷＭ２に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を電源ラインＰＬ２へ出力する。

なお、ここで言う回生制動とは、ハイブリッド自動車を運転するドライバーによるフットブレーキ操作があった場合の回生発電を伴う制動や、フットブレーキを操作しないものの、走行中にアクセルペダルをＯＦＦすることで回生発電をさせながら車両を減速（または加速の中止）させることを含む。

リレー回路４０は、リレーＲＹ１，ＲＹ２を含む。リレーＲＹ１，ＲＹ２としては、たとえば、機械的な接点リレーを用いることができるが、半導体リレーを用いてもよい。リレーＲＹ１は、ＡＣラインＡＣＬ１とコネクタ５０との間に設けられ、制御装置６０からの制御信号ＣＮＴＬに応じてＯＮ／ＯＦＦされる。リレーＲＹ２は、ＡＣラインＡＣＬ２とコネクタ５０との間に設けられ、制御装置６０からの制御信号ＣＮＴＬに応じてＯＮ／ＯＦＦされる。

このリレー回路４０は、制御装置６０からの制御信号ＣＮＴＬに応じて、ＡＣラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２とコネクタ５０との接続／切離しを行なう。すなわち、リレー回路４０は、制御装置６０からＨ（論理ハイ）レベルの制御信号ＣＮＴＬを受けると、ＡＣラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２をコネクタ５０と電気的に接続し、制御装置６０からＬ（論理ロー）レベルの制御信号ＣＮＴＬを受けると、ＡＣラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２をコネクタ５０から電気的に切離す。

コネクタ５０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の中性点Ｎ１，Ｎ２間に外部から交流電圧を入力するための端子である。この交流電圧としては、たとえば、家庭用商用電力線から交流１００Ｖを入力することができる。ＡＣラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２の線間電圧ＶＡＣは、電圧センサ７４で測定され測定値が制御装置６０に送信される。

電圧センサ７０は、バッテリＢ１のバッテリ電圧ＶＢ１を検出し、その検出したバッテリ電圧ＶＢ１を制御装置６０へ出力する。
電圧センサ７３は、コンデンサＣ１の両端の電圧、すなわち、昇圧コンバータ１０の入力電圧ＶＬを検出し、その検出した電圧ＶＬを制御装置６０へ出力する。電圧センサ７２は、コンデンサＣ２の両端の電圧、すなわち、昇圧コンバータ１０の出力電圧ＶＨ（インバータ２０，３０の入力電圧に相当する。以下同じ。）を検出し、その検出した電圧ＶＨを制御装置６０へ出力する。

電流センサ８０は、モータジェネレータＭＧ１に流れるモータ電流ＭＣＲＴ１を検出し、その検出したモータ電流ＭＣＲＴ１を制御装置６０へ出力する。電流センサ８２は、モータジェネレータＭＧ２に流れるモータ電流ＭＣＲＴ２を検出し、その検出したモータ電流ＭＣＲＴ２を制御装置６０へ出力する。

制御装置６０は、外部に設けられるＥＣＵ（Electronic Control Unit）から出力されたモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２およびモータ回転数ＭＲＮ１，ＭＲＮ２、電圧センサ７３からの電圧ＶＬ、ならびに電圧センサ７２からの電圧ＶＨに基づいて、昇圧コンバータ１０を駆動するための信号ＰＷＣを生成し、その生成した信号ＰＷＣを昇圧コンバータ１０へ出力する。

また、制御装置６０は、電圧ＶＨならびにモータジェネレータＭＧ１のモータ電流ＭＣＲＴ１およびトルク指令値ＴＲ１に基づいて、モータジェネレータＭＧ１を駆動するための信号ＰＷＭ１を生成し、その生成した信号ＰＷＭ１をインバータ２０へ出力する。さらに、制御装置６０は、電圧ＶＨならびにモータジェネレータＭＧ２のモータ電流ＭＣＲＴ２およびトルク指令値ＴＲ２に基づいて、モータジェネレータＭＧ２を駆動するための信号ＰＷＭ２を生成し、その生成した信号ＰＷＭ２をインバータ３０へ出力する。

ここで、制御装置６０は、イグニッションスイッチ（またはイグニッションキー）からの信号ＩＧおよびバッテリＢ１の充電状態ＳＯＣに基づいて、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の中性点Ｎ１，Ｎ２間に与えられる商用電源用の交流電圧からバッテリＢ１に対する充電が行なわれるようにインバータ２０，３０を制御するための信号ＰＷＭ１，ＰＷＭ２を生成する。

さらに、制御装置６０は、バッテリＢ１の充電状態ＳＯＣに基づいて、外部から充電可能かを判断し、充電可能と判断したときは、Ｈレベルの制御信号ＣＮＴＬをリレー回路４０へ出力する。一方、制御装置６０は、バッテリＢ１がほぼ満充電状態であり、充電可能でないと判断したときは、Ｌレベルの制御信号ＣＮＴＬをリレー回路４０へ出力し、信号ＩＧが停止状態を示す場合にはインバータ２０および３０を停止させる。

制御装置６０は、運転者からＥＶ優先スイッチ５２によって与えられる指示に応じて、通常のガソリン消費を前提とするハイブリッド走行モードと、ハイブリッド走行よりも最大トルクを控えめにしてモータのみで走行してなるべくバッテリ電力を使用することを優先させるＥＶ優先走行モードとを切換える。

図２は、図１におけるバッテリユニットＢＵおよび制御装置６０についてより詳細な構成を示した図である。

図２を参照して、バッテリユニットＢＵは、電源ラインＰＬ１と接地ラインＳＬとの間に接続されるバッテリＢ１と、バッテリＢ１の電圧ＶＢ１を測定する電圧センサ７０と、バッテリＢ１に入出力される電流を検知する電流センサ８４とを含む。

バッテリＢ１は、並列に接続されたｎ個の単位バッテリＢ１−１〜Ｂ１−ｎを含む。単位バッテリＢ１−１〜Ｂ１−ｎの容量値は、等しい容量値である。したがって、単位バッテリ１つの容量値を基準容量値とすれば、ｎ個の単位バッテリを含む場合には容量値は基準容量値のｎ倍となる。

電流センサ８４は、蓄電装置であるバッテリＢ１に接続される接地ラインＳＬに流れる電流を測定するセンサ８５と、センサ８５の出力をバッテリＢ１の容量と基準容量との比率に応じて変換する変換部８６とを含む。変換部８６は、具体的にはバッテリＢ１の容量値が基準容量値のｎ倍である場合には、センサ８５の出力を１／ｎの電流値に相当する値に変換して電流値ＩＢ１として出力する。

制御装置６０は、バッテリ制御用ＥＣＵ６１とハイブリッドシステム制御用のＨＶ−ＥＣＵ６２とを含む。バッテリ制御用ＥＣＵ６１は、ＣＰＵ６３とメモリ６４とを含む。メモリ６４には図示しないが、揮発性のランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）やプログラムやマップが保存されるリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）ならびにプログラム、マップ、各種測定値および演算値等が保存される不揮発性メモリを含み得る。

バッテリ制御用ＥＣＵ６１は、バッテリ電圧ＶＢ１および電流ＩＢ１とメモリ６４の情報とに基づいて、バッテリＢ１の充電状態ＳＯＣを算出し、算出したＳＯＣをＨＶ−ＥＣＵ６２に出力する。バッテリ制御用ＥＣＵ６１では、バッテリＢ１が基準容量である場合に適合された電流積算によりＳＯＣの変化量が算出され、これに基づきＳＯＣの算出が行なわれる。

ＨＶ−ＥＣＵ６２は、ＳＯＣ、電圧ＶＬ，ＶＨ，ＶＡＣ、トルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２、モータ回転数ＭＲＮ１，ＭＲＮ２、モータ電流値ＭＣＲＴ１，ＭＣＲＴ２に基づいて、制御信号ＰＷＣ，ＰＷＭ１，ＰＷＭ２，ＣＮＴＬを出力する。

すなわち、車両１００は、基準容量とは異なる容量の蓄電装置であるバッテリＢ１と、蓄電装置に入出力される電流を検知して検出値を蓄電装置の容量と基準容量の比に応じて変換して出力する電流センサ８４と、蓄電装置が基準容量である場合に適合され、電流検知部の出力を受けて電流積算を行ない蓄電装置の充電状態を判断する制御装置６０とを備える。好ましくは、電流センサ８４は、蓄電装置に接続される配線に流れる電流を測定するセンサ８５と、センサの出力を蓄電装置の容量と基準容量の比率に応じて変換する変換部８６とを含む。より好ましくは、変換部８６は、蓄電装置の容量が基準容量のｎ倍であるときは、センサの出力を１／ｎ倍して出力する。

［ＳＯＣの算出の説明］
図３は、図２に示したバッテリ制御用ＥＣＵ６１におけるバッテリＢ１のＳＯＣ算出の処理構造を示すフローチャートである。

図３を参照して、このハイブリッドシステムが起動されると（ステップＳ１０）、電圧センサ７０、温度センサ４６は、それぞれバッテリＢ１の端子間電圧ＶＢ１および温度ＴＢ１を検出し、その検出した端子間電圧ＶＢ１、温度ＴＢ１をＥＣＵ６１へそれぞれ出力する（ステップＳ２０）。

ＥＣＵ６１のＣＰＵ６３は、端子間電圧ＶＢ１、温度ＴＢ１を受けると、端子間電圧ＶＢ１に基づいてバッテリＢ１の開回路電圧（Ｏｐｅｎ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｖｏｌｔａｇｅ：以下「ＯＣＶ」とも称する。）を算出する（ステップＳ３０）。そして、ＣＰＵ６３は、バッテリＢ１のＯＣＶとＳＯＣとの相関関係を示すマップまたはモデル式をメモリ６４から読出し、その読出したマップまたはモデル式を用いて、算出したバッテリＢ１のＯＣＶおよび検出されたバッテリＢ１の温度ＴＢ１に基づいてバッテリＢ１のＳＯＣ初期値を算出する（ステップＳ４０）。

二次電池のＳＯＣの推定方法として、二次電池の端子間電圧を検出し、その検出された端子間電圧から二次電池のＯＣＶを推定し、その推定したＯＣＶに基づいて二次電池のＳＯＣを推定する方法が一般的に知られている。

図４は、図１に示したバッテリＢ１のＯＣＶとＳＯＣとの相関関係を示す図である。
図４を参照して、このバッテリＢ１のＯＣＶとＳＯＣとの相関関係の特徴は、ＯＣＶとＳＯＣとが線形関係になく、また、ＳＯＣの上限近傍および下限近傍を除いて曲線の傾きが小さいことである。

たとえば、このような相関関係をメモリ６４にマップとして記憶しておき、初期ＯＣＶに対応するＳＯＣをマップから求めることができる。なお、温度ＴＢ１も変数とした３次元マップにするほうがより好ましい。

このようにして求めたＳＯＣ初期値は、充放電中のバッテリＢ１のＳＯＣを求めるためにも用いられる。このときバッテリＢ１は通電時の電圧降下量が大きいので、充放電中のＳＯＣを求めるには後に説明するように電流値を観測しておく必要がある。

再び図３を参照して、ステップＳ４０においてバッテリＢ１のＳＯＣ初期値が算出された後には処理はステップＳ５０に進む。

ステップＳ５０では、二次電池の充放電が開始される。そして、ステップＳ６０において、電圧センサ７０、温度センサ４６、および電流センサ８５は、それぞれバッテリＢ１の端子間電圧ＶＢ１、温度ＴＢ１、電流ＩＢ１を検出し、その検出した端子間電圧ＶＢ１、温度ＴＢ１、電流ＩＢ１をＥＣＵ６１へ出力する。

ＣＰＵ６３は、端子間電圧ＶＢ１、温度ＴＢ１、電流ＩＢ１を受けると、温度ＴＢ１、電流ＩＢ１に基づいてバッテリＢ１の電圧降下量ＶＲを算出し、その算出した電圧降下量ＶＲを端子間電圧ＶＢ１から減算することによってバッテリＢ１のＯＣＶを算出する（ステップＳ７０）。このとき、バッテリＢ１で起こった分極による電圧低下分ＶＤＹＮを通電時間に応じて補正するとより好ましい。

次いで、ＣＰＵ６３は、再びバッテリＢ１のＯＣＶとＳＯＣとの相関関係を示すマップまたはモデル式を用いて、算出したバッテリＢ１のＯＣＶおよび検出されたバッテリＢ１の温度ＴＢ１に基づいてバッテリＢ１のＳＯＣを算出する（ステップＳ８０）。

そしてステップＳ９０においてＣＰＵ６３は、算出したバッテリＢ１のＳＯＣをＨＶ−ＥＣＵ６２に出力する。

その後、ＣＰＵ６３は、このハイブリッドシステムの停止指令を外部から受けたか否かを判定し（ステップＳ１００）、システム停止の指令を受けていないと判定すると（ステップＳ１００においてＮＯ）、ステップＳ６０に処理を移行する。一方、ＣＰＵ６３は、外部からシステム停止の指令を受けたと判定すると（ステップＳ１００においてＹＥＳ）、一連の処理を終了する。

なお、前回システム終了時のＳＯＣを不揮発性のメモリに記憶しておき、これに基づいてステップＳ４０でのＳＯＣ初期値を算出しても良い。

バッテリ制御用ＥＣＵ６１は、電流積算によりたとえば０〜１００％という範囲のＳＯＣを算出する。基準容量のバッテリにおいて０〜１００％のＳＯＣが算出されるとすると、基準容量に対してＮ倍となったバッテリを単にバッテリ制御用ＥＣＵ６１に接続して用いると本来の１／ＮのＳＯＣ変化量を算出することになる。ＨＶ−ＥＣＵ６２は、電流積算値ではなく、バッテリ制御用ＥＣＵ６１が算出した０〜１００％の間の百分率で表されるＳＯＣの値により車両を制御するため、Ｎ倍のバッテリを接続してもその１／Ｎの容量しか実際には使用できないことになる。

すなわち、バッテリ容量が基準容量のＮ倍になっていたとしても、バッテリ制御用ＥＣＵ６１にはそのことがわからないので増加した分のバッテリ容量を使用することができない。このような問題を本実施の形態では避けることができる。

図２において変換部８６を設けない場合には、バッテリＢ１の容量を変更した車種を開発するごとにＥＣＵ６１のソフトウエアのうち電流積算からＳＯＣを求める部分を変更する必要がある。もしこの変更を行なわなければ、たとえばバッテリＢ１の容量を基準容量の３倍に変更したとしても、ＥＣＵ６１はバッテリＢ１が基準容量であると認識しているので所定量の電流が引出されたときには、バッテリＢ１に充電必要であると判断してしまう。その結果、バッテリＢ１の容量を大きくしても、すぐにエンジンが始動されバッテリＢ１に対する充電が始まってしまうので、バッテリＢ１に蓄えた電力を充分に引出すことができない。

これに対し、本発明の実施の形態では、図２の単位バッテリ数を仕様変更する場合は、バッテリ制御用ＥＣＵ６１のソフトウエアは基準容量に適合したものを共通して用意しておき、変換部８６の係数のみを変換することでバッテリ制御用ＥＣＵ６１でのＳＯＣの算出はほぼ問題なく行なわれる。このため、バッテリ制御用ＥＣＵ６１のソフトウエアの開発の工数を増やさずに多数の車種へのハイブリッドシステムの展開が容易となる。

なお、図２では、理解の容易のためにバッテリＢ１は基準容量のバッテリを並列に接続して容量を増やし、この場合に変換部８６の係数を容量比に対応して変更することを示したが、バッテリＢ１はこのような構成に限られるものではなく、１つのバッテリで容量の大きなものに変更する場合も意図される。また変換部８６は、必ずしもセンサ８５と分離して設ける必要はなく、バッテリＢ１が基準容量である場合に用いるべき電流センサに比べて電流値として１／ｎに相当する値を出力する特性を有するものであれば良い。

［外部からの充電についての説明］
次に、車両１００において商用電源用の交流電圧ＶＡＣから直流の充電電圧を発生する方法について説明する。

図５は、図１の回路図を充電に関する部分に簡略化して示した図である。
図５では、図１のインバータ２０および３０のうちのＵ相アームが代表として示されている。またモータジェネレータの３相コイルのうちＵ相コイルが代表として示されている。Ｕ相について代表的に説明すれば各相コイルには同相の電流が流されるので、他の２相の回路もＵ相と同じ動きをする。図５を見ればわかるように、Ｕ相コイルＵ１とＵ相アーム２２の組、およびＵ相コイルＵ２とＵ相アーム３２の組はそれぞれ昇圧コンバータ１０と同様な構成となっている。したがって、たとえば１００Ｖの交流電圧を直流電圧に変換するだけでなく、さらに昇圧してたとえば２００Ｖ程度のバッテリ充電電圧に変換することが可能である。

図６は、充電時のトランジスタの制御状態を示した図である。
図５、図６を参照して、まず電圧ＶＡＣ＞０すなわちラインＡＣＬ１の電圧ＶＭ１がラインＡＣＬ２の電圧ＶＭ２よりも高い場合には、昇圧コンバータのトランジスタＱ１はＯＮ状態とされ、トランジスタＱ２はＯＦＦ状態とされる。これにより昇圧コンバータ１０は電源ラインＰＬ２から電源ラインＰＬ１に向けて充電電流を流すことができるようになる。

そして第１のインバータではトランジスタＱ１２が電圧ＶＡＣに応じた周期およびデューディー比でスイッチングされ、トランジスタＱ１１はＯＦＦ状態またはダイオードＤ１１の導通に同期して導通されるスイッチング状態に制御される。このとき第２のインバータではトランジスタＱ２１はＯＦＦ状態とされ、トランジスタＱ２２はＯＮ状態に制御される。

電圧ＶＡＣ＞０ならば、トランジスタＱ１２のＯＮ状態において電流がコイルＵ１→トランジスタＱ１２→ダイオードＤ２２→コイルＵ２の経路で流れる。このときコイルＵ１，Ｕ２に蓄積されたエネルギはトランジスタＱ１２がＯＦＦ状態となると放出され、ダイオードＤ１１を経由して電流が電源ラインＰＬ２に流れる。ダイオードＤ１１による損失を低減させるためにダイオードＤ１１の導通期間に同期させてトランジスタＱ１１を導通させても良い。電圧ＶＡＣおよび電圧ＶＨの値に基づいて、昇圧比が求められトランジスタＱ１２のスイッチングの周期およびデューディー比が定められる。

次に、電圧ＶＡＣ＜０すなわちラインＡＣＬ１の電圧ＶＭ１がラインＡＣＬ２の電圧ＶＭ２よりも低い場合には、昇圧コンバータのトランジスタＱ１はＯＮ状態とされ、トランジスタＱ２はＯＦＦ状態とされる。これにより昇圧コンバータ１０は電源ラインＰＬ２から電源ラインＰＬ１に向けて充電電流を流すことができるようになる。

そして第２のインバータではトランジスタＱ２２が電圧ＶＡＣに応じた周期およびデューディー比でスイッチングされ、トランジスタＱ２１はＯＦＦ状態またはダイオードＤ２１の導通に同期して導通されるスイッチング状態に制御される。このとき第１のインバータではトランジスタＱ１１はＯＦＦ状態とされ、トランジスタＱ１２はＯＮ状態に制御される。

電圧ＶＡＣ＜０ならば、トランジスタＱ２２のＯＮ状態において電流がコイルＵ２→トランジスタＱ２２→ダイオードＤ１２→コイルＵ１の経路で流れる。このときコイルＵ１，Ｕ２に蓄積されたエネルギはトランジスタＱ２２がＯＦＦ状態となると放出され、ダイオードＤ２１を経由して電流が電源ラインＰＬ２に流れる。ダイオードＤ２１による損失を低減させるためにダイオードＤ２１の導通期間に同期させてトランジスタＱ２１を導通させても良い。このときも電圧ＶＡＣおよび電圧ＶＨの値に基づいて、昇圧比が求められトランジスタＱ２２のスイッチングの周期およびデューディー比が定められる。

図７は、図１の制御装置６０が行なう充電開始の判断に関するプログラムの制御構造を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、一定時間毎または所定の条件が成立するごとにメインルーチンから呼び出されて実行される。

図１、図７を参照して、まずステップＳ２１０において制御装置６０は、信号ＩＧがＯＦＦ状態であるか否かを判断する。ステップＳ２１０で信号ＩＧがＯＦＦ状態でなければ、充電ケーブルを車両に接続して充電を行なわせるのは不適切であるのでステップＳ２６０に処理が進み、制御はメインルーチンに移される。

ステップＳ２１０において、信号ＩＧがＯＦＦ状態である場合には、充電を行なうのに適切であると判断されステップＳ２２０に処理が進む。ステップＳ２２０ではリレーＲＹ１およびＲＹ２が非導通状態から導通状態に制御され、電圧センサ７４によって電圧ＶＡＣが測定される。そして、交流電圧が観測されない場合には、充電ケーブルがコネクタ５０のソケットに接続されていないと考えられるため充電処理を行なわずにステップＳ２６０に処理が進み、制御はメインルーチンに移される。

一方、ステップＳ２２０において電圧ＶＡＣとして交流電圧が観測されたら処理はステップＳ２３０に進む。ステップＳ２３０ではバッテリＢ１の充電状態ＳＯＣが満充電状態を表すしきい値Ｓｔｈ（Ｆ）より小さいか否かが判断される。

ＳＯＣ＜Ｓｔｈ（Ｆ）が成立すれば充電可能状態であるため処理はステップＳ２４０に進む。ステップＳ２４０では、制御装置６０は、２つのインバータを協調制御してバッテリＢ１に充電を行なう。

ステップＳ２３０においてＳＯＣ＜Ｓｔｈ（Ｆ）が成立しないときは、バッテリＢ１は、満充電状態であるので充電を行なう必要がなく、ステップＳ２５０に処理が進む。ステップＳ２５０では、充電停止処理が行なわれる。具体的には、インバータ２０及び３０は停止され、リレーＲＹ１，ＲＹ２は開放されて交流電力の車両１００への入力は遮断される。そして処理はステップＳ２６０に進み制御はメインルーチンに戻される。

このような充電可能なハイブリッド自動車に関しても、本発明の実施の形態では、図２の単位バッテリ数を仕様変更する場合は、変換部８６の係数を変換することで、ＥＣＵ６１でのＳＯＣの算出はほぼ問題なく行なわれる。このため、ＥＣＵ６１のソフトウエアの開発の工数を増やさずに多数の車種へのハイブリッドシステムの展開が容易となる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明の実施の形態に係る車両の概略ブロック図である。 図１におけるバッテリユニットＢＵおよび制御装置６０についてより詳細な構成を示した図である。 図２に示したバッテリ制御用ＥＣＵ６１におけるバッテリＢ１のＳＯＣ算出の処理構造を示すフローチャートである。 図１に示したバッテリＢ１のＯＣＶとＳＯＣとの相関関係を示す図である。 図１の回路図を充電に関する部分に簡略化して示した図である。 充電時のトランジスタの制御状態を示した図である。 図１の制御装置６０が行なう充電開始の判断に関するプログラムの制御構造を示すフローチャートである。

符号の説明

２ 車輪、３ 動力分配機構、４ エンジン、１０ 昇圧コンバータ、２０，３０ インバータ、２２，３２ Ｕ相アーム、２４，３４ Ｖ相アーム、２６，３６ Ｗ相アーム、４０ リレー回路、４６ 温度センサ、５０ コネクタ、５２ ＥＶ優先スイッチ、６０ 制御装置、６１ バッテリ制御用ＥＣＵ、６２ ＨＶ−ＥＣＵ、６４ メモリ、７０，７１〜７４ 電圧センサ、８０，８２，８４，８５ 電流センサ、８６ 変換部、１００ 車両、ＡＣＬ１，ＡＣＬ２ ＡＣライン、Ｂ１ バッテリ、ＢＵ バッテリユニット、Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ１１〜Ｄ１６，Ｄ２１〜Ｄ２６ ダイオード、Ｌ リアクトル、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ、ＰＬ１，ＰＬ２ 電源ライン、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ１１〜Ｑ１６，Ｑ２１〜Ｑ２６ トランジスタ、ＲＹ１，ＲＹ２ リレー、ＳＬ 接地ライン、Ｕ１，Ｕ２ Ｕ相コイル、ＵＬ１，ＵＬ２ Ｕ相ライン、Ｖ１，Ｖ２ Ｖ相コイル、ＶＬ１，ＶＬ２ Ｖ相ライン、Ｗ１，Ｗ２ Ｗ相コイル、ＷＬ１，ＷＬ２ Ｗ相ライン。

Claims (15)

1. 基準容量とは異なる容量の蓄電装置と、
   前記蓄電装置に入出力される電流を検知して検出値を前記蓄電装置の容量と前記基準容量の比に応じて変換して出力する電流検知部と、
   前記電流検知部の出力を受けて電流積算を行ない前記蓄電装置の充電状態を判断する充電制御装置とを備える、車両。
2. 前記電流検知部は、
   前記蓄電装置に接続される配線に流れる電流を測定するセンサと、
   前記センサの出力を前記蓄電装置の容量と前記基準容量の比率に応じて変換する変換部とを含む、請求項１に記載の車両。
3. 前記変換部は、前記蓄電装置の容量が前記基準容量のｎ倍であるときは、前記センサの出力を１／ｎ倍して出力する、請求項２に記載の車両。
4. 前記蓄電装置に対して外部から充電するための電力線を接続する接続部をさらに備える、請求項１に記載の車両。
5. 前記蓄電装置に貯蔵された電力を用いて前記車両を推進させる回転電機と、
   前記車両を推進させるために前記回転電機と併用される内燃機関とをさらに備える、請求項１に記載の車両。
6. 基準容量とは異なる容量の蓄電装置と、
   前記蓄電装置に入出力される電流を検知して検出値を前記蓄電装置の容量と前記基準容量の比に応じて変換して出力する電流検知部とを備え、
   前記電流検知部は、電流積算を行ない前記蓄電装置の充電状態を判断する充電制御装置に前記検出値を出力する、車両の電源装置。
7. 前記電流検知部は、
   前記蓄電装置に接続される配線に流れる電流を測定するセンサと、
   前記センサの出力を前記蓄電装置の容量と前記基準容量の比率に応じて変換する変換部とを含む、請求項６に記載の車両の電源装置。
8. 前記変換部は、前記蓄電装置の容量が前記基準容量のｎ倍であるときは、前記センサの出力を１／ｎ倍して出力する、請求項７に記載の車両の電源装置。
9. 前記蓄電装置に対して外部から充電するための電力線を接続する接続部をさらに備える、請求項６に記載の車両の電源装置。
10. 前記車両は、
    前記蓄電装置に貯蔵された電力を用いて前記車両を推進させる回転電機と、
    前記車両を推進させるために前記回転電機と併用される内燃機関とを備える、請求項６に記載の車両の電源装置。
11. 車両の電源装置に用いられる電流検知装置であって、
    前記電流検知装置は、基準容量とは異なる容量の蓄電装置と充電制御装置との間に接続されて用いられ、
    前記電流検知装置は、前記蓄電装置に入出力される電流を検知して検出値を前記蓄電装置の容量と前記基準容量の比に応じて変換して出力し、
    前記充電制御装置は、電流積算を行ない前記蓄電装置の充電状態を判断する、電流検知装置。
12. 前記電流検知装置は、
    前記蓄電装置に接続される配線に流れる電流を測定するセンサと、
    前記センサの出力を前記蓄電装置の容量と前記基準容量の比率に応じて変換する変換部とを含む、請求項１１に記載の電流検知装置。
13. 前記変換部は、前記蓄電装置の容量が前記基準容量のｎ倍であるときは、前記センサの出力を１／ｎ倍して出力する、請求項１２に記載の電流検知装置。
14. 前記車両は、
    前記蓄電装置に対して外部から充電するための電力線を接続する接続部を備える、請求項１１に記載の電流検知装置。
15. 前記車両は、
    前記蓄電装置に貯蔵された電力を用いて前記車両を推進させる回転電機と、
    前記車両を推進させるために前記回転電機と併用される内燃機関とを備える、請求項１１に記載の電流検知装置。

Images