JP2008239079A - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】走行用バッテリに異常が発生した場合に、退避走行およびシステム遮断を確実に実行する。
【解決手段】ECUは、走行用バッテリの異常を監視して温度関係以外の異常を検出すると(S1000、S1100にてYES)、SMRをオフにして、バッテリレス走行に移行して、最大能力で走行用バッテリを冷却するステップ(S1200−S1400)と、このような状態において、走行用バッテリの温度を監視するステップ(S1500)と、バッテリ温度異常を検出すると(S1600にてYES)、システムオフ指令信号を出力して車両を停止させるステップ(S1700)とを含む、プログラムを実行する。
【選択図】図7

Description

本発明は、ハイブリッド車両に関し、特に、走行用の蓄電機構(バッテリやキャパシタ等)の異常時における、ハイブリッド車両の退避走行およびシステム遮断に関する。
内燃機関(たとえば、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの公知の機関を用いることが考えられる。)と電気モータとを組合せたハイブリッドシステムと呼ばれるパワートレインを搭載した車両が開発され、実用化されている。このような車両においては、走行用の電気モータを駆動するための二次電池およびインバータやDC/DCコンバータ等の電力変換用機器の電気機器(PCU(Power Control Unit))を搭載している。この二次電池は、化学反応により放電や充電が行なわれ、この化学反応が発熱を伴うため、冷却する必要がある。また、インバータやDC/DCコンバータもパワー素子が発熱するため、冷却する必要がある。一般的に、電気機器においては電力線に電流が流れるとジュール熱が発生するため、冷却する必要がある。
このような電気機器(二次電池(バッテリ)やPCU)は、たとえば、車両後席下部や車両後席とラゲッジルームとの間に配置されることがある。この電気機器は、空気通路をとなるダクトに接続されたケーシング内に配置されており、ケーシング内の電気機器の吸気上流側(下流側でもよい)には、電気機器を冷却する冷却風を発生させる冷却ファンが配置されている。そして、このケーシングの上流端部は、車室内に連通(具体的には、後席前方のフロアパネル上に設けられたダクトの吸入口やリヤパッケージトレイに開口した吸入口により連通)しているため、電気機器が、車室内の空気にて冷却されることになる。
二次電池は、たとえば、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池等の二次電池が採用される。たとえば、このような二次電池は、(以下のバッテリパックの例はニッケル水素電池の場合である)バッテリ1セルあたりの出力電圧は1.2V程度であって、これを6セル直列接続して7.2Vのバッテリモジュールとして、さらに30個〜40個のバッテリモジュールを直列接続して、216V〜288Vのバッテリパックとして車両に搭載される。このようなバッテリパックは、3〜5個のバッテリユニットに分割されて、車両のフロアパネルに搭載されたり、ラゲッジルームの床下に搭載される。
ハイブリッド車両においては、エンジンに加えてこのような電気機器を搭載しなければならないために、特に体積の大きな二次電池の各セルが均等に冷却できるように、冷却通路を設けることが困難である。
一方、この二次電池は、残存容量を表わすSOC(State Of Charge)を指標として、SOCが所定範囲に保たれるように制御される。二次電池からの電力により電動モータを駆動して走行する車両においては、二次電池の入出力可能電力が車両の走行性能に大きく左右する。二次電池の入出力可能電力を変化させる要因としては種々のものがあるが、大きな要因の1つとして電池温度がある。そのため、二次電池の温度を管理することが重要になる。さらに、何らかの異常が発生した場合には、このような二次電池の温度が異常に高温となり得ることもある。このため、二次電池の異常を監視しつつ、ハイブリッド車両は走行される。
特開2001−25103号公報(特許文献1)は、車両走行機能の低下を回避しつつ主電池(走行用バッテリ)保護機能を確保可能なハイブリッド車の駆動装置を開示する。この公報に開示されたハイブリッド車の駆動装置は、エンジンと、主電池と、エンジン、主電池および車両駆動軸の間のエネルギーの授受を制御するとともに、エンジン動力を電力に変換して主電池を充電し、かつ、主電池の電力を動力に変換してエンジンを始動するエネルギー伝達装置と、エネルギー伝達装置を制御する制御装置と、主電池の異常を検出する電池異常検出装置と、主電池とエネルギー伝達装置との間の間の送電経路を開閉する開閉装置と、を備えるハイブリッド車の駆動装置であって、制御装置は、走行モード中にもかかわらずエンジンが停止している状態において主電池の異常を検出した場合に、エンジンの始動を指令し、エンジンの始動完了後に開閉装置を遮断して主電池の充放電を禁止し、走行モード中におけるエンジンの停止を禁止し、主電池の電力授受を伴わない制御モードでエネルギー伝達装置を作動させることを特徴とする。
このハイブリッド車の駆動装置によると、走行モードで主電池に異常が生じた場合は、かならずエンジンを動作状態としてから主電池を切り離すので、エンジン停止中に主電池異常による主電池切り離しが生じてエンジンによる走行が不可能になるという問題が生じることがない。
特開2001−25103号公報
しかしながら、上述した特許文献1に開示されたハイブリッド車の駆動装置は、主電池に発生した異常の内容によらず、ハイブリッド車両をエンジンで走行させることになる。たとえば、主電池の充放電が禁止されたとしても、二次電池の化学反応が進行している場合も考え得る。このような場合にハイブリッド車両が走行を継続することの問題について、特許文献1は言及していない。
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、走行用の蓄電機構に異常が発生した場合であって、ハイブリッド車両の退避走行およびシステム遮断を確実に実行できる、ハイブリッド車両の制御装置を提供することである。
第1の発明に係るハイブリッド車両の制御装置は、車両の走行源として、内燃機関と電動機とを有するハイブリッド車両を制御する。この制御装置は、電動機に電力を供給する蓄電機構の異常を検出するための検出手段と、蓄電機構の異常を検出すると、電動機を含む電気負荷から蓄電機構を電気的に切り離して、電動機ではなく内燃機関を走行源として走行するように、車両を制御するための制御手段と、電動機ではなく内燃機関により走行しているときに、蓄電機構のさらなる異常を検出すると、内燃機関による走行を禁止するための禁止手段とを含む。
第1の発明によると、電動機に電力を供給する蓄電機構である二次電池やキャパシタについての異常を検出すると、この異常が検出された蓄電機構を電動機を含む電気負荷から電気的に切り離して、電動機ではなく内燃機関を走行源として走行する。このようにすると、蓄電機構への充放電電力がなくなるので、充放電に起因する蓄電機構の異常は発生しない状態である。しかしながら、それでも、電動機ではなく内燃機関により走行しているときに蓄電機構のさらなる異常を検出すると、内燃機関による走行を禁止する。すなわち、蓄電機構についての異常を検出して蓄電機構を使用しない状態であっても蓄電機構についてのさらなる異常が発生したことは、蓄電機構について重大な異常が発生していることを示す。このため、内燃機関による走行を禁止して、このハイブリッド車両を停止させる。これにより、重大な異常が原因となって、決定的な故障(容易に修復不可能な故障)となることを回避できる。その結果、走行用の蓄電機構に異常が発生した場合であって、ハイブリッド車両の退避走行およびシステム遮断を確実に実行できる、ハイブリッド車両の制御装置を提供することができる。
第2の発明に係るハイブリッド車両の制御装置においては、第1の発明の構成に加えて、禁止手段は、検出手段により検出された蓄電機構の異常とは異なる異常であって、蓄電機構のさらなる異常を検出すると、内燃機関による走行を禁止するための手段を含む。
第2の発明によると、蓄電機構についての異常を検出して蓄電機構を使用しない状態であっても蓄電機構について異なるさらなる異常が発生したことは、蓄電機構について重大な異常が発生していることを示す。このため、内燃機関による走行を禁止して、このハイブリッド車両を停止させる。これにより、重大な異常が原因となって、決定的な故障(容易に修復不可能な故障)となることを回避できる。
第3の発明に係るハイブリッド車両の制御装置においては、第1の発明の構成に加えて、禁止手段は、検出手段により検出された蓄電機構の異常とは異なる異常であって、蓄電機構の温度についての異常を検出すると、内燃機関による走行を禁止するための手段を含む、請求項1に記載のハイブリッド車両の制御装置。
第3の発明によると、蓄電機構についての異常を検出して蓄電機構を使用しない状態であっても蓄電機構について異なるさらなる温度異常が発生したことは、蓄電機構について重大な温度異常が発生していることを示す。このため、内燃機関による走行を禁止して、このハイブリッド車両を停止させる。これにより、重大な温度異常が原因となって、決定的な事態(容易に修復不可能な事態)となることを回避できる。
第4の発明に係るハイブリッド車両の制御装置においては、第1の発明の構成に加えて、検出手段は、蓄電機構の温度以外の異常を検出するための手段を含み、禁止手段は、蓄電機構の温度についての異常を検出すると、内燃機関による走行を禁止するための手段を含む。
第4の発明によると、蓄電機構についての温度以外の異常を検出して蓄電機構を使用しない状態であっても蓄電機構について温度についてのさらなる異常が発生したことは、蓄電機構について重大な温度異常が発生していることを示す。このため、内燃機関による走行を禁止して、このハイブリッド車両を停止させる。これにより、重大な温度異常が原因となって、決定的な事態(容易に修復不可能な事態)となることを回避できる。
第5の発明に係るハイブリッド車両の制御装置においては、第1の発明の構成に加えて、検出手段は、蓄電機構の温度についての異常を検出するための手段を含み、禁止手段は、蓄電機構の温度についてのさらなる異常を検出すると、内燃機関による走行を禁止するための手段を含む。
第5の発明によると、蓄電機構についての温度異常を検出して蓄電機構を使用しない状態であっても蓄電機構について温度についてのさらなる異常が発生したことは、蓄電機構について重大な温度異常が発生していることを示す。このため、内燃機関による走行を禁止して、このハイブリッド車両を停止させる。これにより、重大な温度異常が原因となって、決定的な事態(容易に修復不可能な事態)となることを回避できる。
第6の発明に係るハイブリッド車両の制御装置は、第1〜5のいずれかの発明の構成に加えて、電動機ではなく内燃機関を走行源として走行する際に、蓄電機構を最大能力で冷却するように、冷却手段を制御するための手段をさらに含む。
第6の発明によると、蓄電機構についての異常を検出すると、この異常が検出された蓄電機構を電動機を含む電気負荷から電気的に切り離して、電動機ではなく内燃機関を走行源として走行するときに、蓄電機構を最大能力で冷却する。このようにすると、蓄電機構への充放電電力がなくなり、かつ、最大能力で冷却されるので、蓄電機構の温度異常は発生しない状態にできる。このため、エンジンを走行源とする退避走行を少しでも長い時間行なうことができる。さらに、このように冷却しつつ、蓄電機構を使用しない状態であっても、蓄電機構についてのさらなる異常が発生したことは、蓄電機構について重大な温度異常が発生していることを示す。このため、内燃機関による走行を禁止して、このハイブリッド車両を停止させる。これにより、重大な温度異常が原因となって、決定的な事態(容易に修復不可能な事態)となることを回避できる。
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。
図1を参照して、本実施の形態に係る制御装置を含む、ハイブリッド車両全体の制御ブロック図を説明する。なお、本発明は図1に示すハイブリッド車両に限定されない。本発明は、動力源としての、たとえばガソリンエンジン等の内燃機関(以下、エンジンとして説明する)が、車両を走行させる駆動源(走行源)であって、かつ、ジェネレータの駆動源であればよい。さらに、駆動源がエンジンおよびモータジェネレータであって、モータジェネレータの動力により走行可能な車両であればよく(エンジンを停止させても停止させなくても)、走行用のバッテリを搭載した他の態様を有するハイブリッド車両であってもよい(いわゆるシリーズ型やパラレル型等のハイブリッド車両に限定されない)。
このバッテリは、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池などであって、その種類は特に限定されるものではない。また、蓄電機構としては、バッテリの代わりにキャパシタでも構わない。以下においては、蓄電機構はバッテリであって、バッテリの種類はリチウムイオン電池であるとして説明する。なお、このリチウムイオン電池は、動作電圧が高く、重量および体積あたりのエネルギ密度が高いため、軽量化・コンパクト化を図ることができ、また、メモリ効果がないという長所を有する。さらに、バッテリの構造についての詳細な説明は後述する。
ハイブリッド車両は、エンジン120と、モータジェネレータ(MG)140とを含む。なお、以下においては、説明の便宜上、モータジェネレータ140を、モータジェネレータ140A(またはMG(2)140A)と、モータジェネレータ140B(またはMG(1)140B)と表現するが、ハイブリッド車両の走行状態に応じて、モータジェネレータ140Aがジェネレータとして機能したり、モータジェネレータ140Bがモータとして機能したりする。このモータジェネレータがジェネレータとして機能する場合に回生制動が行なわれる。モータジェネレータがジェネレータとして機能するときには、車両の運動エネルギが電気エネルギに変換されて、車両が減速される。
ハイブリッド車両は、この他に、エンジン120やモータジェネレータ140で発生した動力を駆動輪160に伝達したり、駆動輪160の駆動をエンジン120やモータジェネレータ140に伝達したりする減速機180と、エンジン120の発生する動力を駆動輪160とモータジェネレータ140B(MG(1)140B)との2経路に分配する動力分割機構(たとえば、後述する遊星歯車機構)200と、モータジェネレータ140を駆動するための電力を充電する走行用バッテリ220と、走行用バッテリ220の直流とモータジェネレータ140A(MG(2)140A)およびモータジェネレータ140B(MG(1)140B)の交流とを変換しながら電流制御を行なうインバータ240と、走行用バッテリ220の充放電状態(たとえば、SOC)を管理制御するバッテリ制御ユニット(以下、バッテリECU(Electronic Control Unit)という)260と、エンジン120の動作状態を制御するエンジンECU280と、ハイブリッド車両の状態に応じてモータジェネレータ140およびバッテリECU260、インバータ240等を制御するMG_ECU300と、バッテリECU260、エンジンECU280およびMG_ECU300等を相互に管理制御して、ハイブリッド車両が最も効率よく運行できるようにハイブリッドシステム全体を制御するHV_ECU320等を含む。なお、SOCは、電流積算測定や開放電圧(OCV(Open Circuit Voltage))測定により算出される。
本実施の形態において、走行用バッテリ220とインバータ240との間には昇圧コンバータ242が設けられている。これは、走行用バッテリ220の定格電圧が、モータ140A(MG(2)140A)やモータジェネレータ140B(MG(1)140B)の定格電圧よりも低いので、走行用バッテリ220からモータジェネレータ140A(MG(2)140A)やモータジェネレータ140B(MG(1)140B)に電力を供給するときには、昇圧コンバータ242で電力を昇圧する。
なお、図1においては、各ECUを別構成としているが、2個以上のECUを統合したECUとして構成してもよい(たとえば、図1に、点線で示すように、MG_ECU300とHV_ECU320とを統合したECUとすることがその一例である)。
動力分割機構200は、エンジン120の動力を、駆動輪160とモータジェネレータ140B(MG(1)140B)との両方に振り分けるために、遊星歯車機構(プラネタリーギヤ)が使用される。モータジェネレータ140B(MG(1)140B)の回転数を制御することにより、動力分割機構200は無段変速機としても機能する。エンジン120の回転力はキャリア(C)に入力され、それがサンギヤ(S)によってモータジェネレータ140B(MG(1)140B)に、リングギヤ(R)によってモータジェネレータ140A(MG(2)140A)および出力軸(駆動輪160側)に伝えられる。回転中のエンジン120を停止させる時には、エンジン120が回転しているので、この回転の運動エネルギをモータジェネレータ140B(MG(1)140B)で電気エネルギに変換して、エンジン120の回転数を低下させる。
図1に示すようなハイブリッドシステムを搭載するハイブリッド車両においては、車両の状態について予め定められた条件が成立すると、HV_ECU320は、モータジェネレータ140のモータジェネレータ140A(MG(2)140A)のみによりハイブリッド車両の走行を行なうようにモータジェネレータ140A(MG(2)140A)およびエンジンECU280を介してエンジン120を制御する。たとえば、予め定められた条件とは、走行用バッテリ220のSOCが予め定められた値以上であるという条件等である。このようにすると、発進時や低速走行時等であってエンジン120の効率が悪い場合に、モータジェネレータ140A(MG(2)140A)のみによりハイブリッド車両の走行を行なうことができる。この結果、走行用バッテリ220のSOCを低下させることができる(その後の車両停止時に走行用バッテリ220を充電することができる)。
また、通常走行時には、たとえば動力分割機構200によりエンジン120の動力を2経路に分け、一方で駆動輪160の直接駆動を行ない、他方でモータジェネレータ140B(MG(1)140B)を駆動して発電を行なう。この時、発生する電力でモータジェネレータ140A(MG(2)140A)を駆動して駆動輪160の駆動補助を行なう。また、高速走行時には、さらに走行用バッテリ220からの電力をモータジェネレータ140A(MG(2)140A)に供給してモータジェネレータ140A(MG(2)140A)の出力を増大させて駆動輪160に対して駆動力の追加を行なう。一方、減速時には、駆動輪160により従動するモータジェネレータ140A(MG(2)140A)がジェネレータとして機能して回生発電を行ない、回収した電力を走行用バッテリ220に蓄える。なお、走行用バッテリ220の充電量が低下し、充電が特に必要な場合には、エンジン120の出力を増加してモータジェネレータ140B(MG(1)140B)による発電量を増やして走行用バッテリ220に対する充電量を増加する。
また、走行用バッテリ220の目標SOCはいつ回生が行なわれてもエネルギーが回収できるように、通常は60%程度に設定される。また、SOCの上限値と下限値とは、走行用バッテリ220のバッテリの劣化を抑制するために、たとえば、上限値を80%とし、下限値を30%として設定され、HV_ECU320は、MG_ECU300を介してSOCが上限値および下限値を越えないようにモータジェネレータ140による発電や回生、モータ出力を制御している。なお、ここで挙げた値は、一例であって特に限定される値ではない。
図2を参照して、動力分割機構200についてさらに説明する。動力分割機構200は、サンギヤ(S)202と(以下、単にサンギヤ202と記載する)、ピニオンギヤ204と、キャリア(C)206(以下、単にキャリア206と記載する)と、リングギヤ(R)208(以下、単にリングギヤ208と記載する)とを含む遊星歯車から構成される。
ピニオンギヤ204は、サンギヤ202およびリングギヤ208と係合する。キャリア206は、ピニオンギヤ204が自転可能であるように支持する。サンギヤ202はMG(1)140Bの回転軸に連結される。キャリア206はエンジン120のクランクシャフトに連結される。リングギヤ208はMG(2)140Aの回転軸および減速機180に連結される。
エンジン120、MG(1)140BおよびMG(2)140Aが、遊星歯車からなる動力分割機構200を介して連結されることで、エンジン120、MG(1)140BおよびMG(2)140Aの回転数は、共線図において直線で結ばれる関係になる。
図3を参照して、図1の走行用バッテリ220について説明する。この走行用バッテリ220を構成する電池の種類は、上述のように、リチウムイオン電池である。
図3に示す走行用バッテリ220は、たとえば車両の座席や荷室のシート下(フロアパネル上)に設置される。走行用バッテリ220は、バッテリパックカバー220Aと、ジャンクションブロック220Bと、リチウムイオン電池(バッテリパック)220Cと、電動バッテリ冷却ファン220Dと、バッテリECU260とから構成される。
ジャンクションボックス220Bは、リチウムイオン電池220Cと、DC/DCコンバータやインバータを介してモータジェネレータなどと接続する配線の接続部であって、その内部には電線の接続のみならず、分岐などの機能を有する場合もある。
リチウムイオン電池220Cは、一般的には、正極にコバルト系リチウム、ニッケル系リチウム、マンガン酸リチウムのようなリチウムを含む化合物を、負極にリチウムを含まない炭素材料を、電解液にリチウム塩を有機溶媒に溶かしたものを用い、リチウムをイオンとして使用する。特に、正極にニッケル系リチウムを用いたものは、高温下での長寿命化を図ることができるとともに、電解液と電解界面での劣化反応を抑制することで低温下での高出力化および長寿命化を図ることも可能である。このようなリチウムイオン電池220Cは、動作電圧が高く、重量および体積あたりのエネルギ密度が高いため、軽量化・コンパクト化を図ることが容易である。
電動バッテリ冷却ファン220Dは、リチウムイオン電池220Cの高温時に、リチウムイオン電池220Cを冷却する。リチウムイオン電池220Cは、常温付近で最も高い性能を発揮する。このため、電池温度センサにより測定された温度が予め定められたしきい値よりも高いと、電池性能を確保するため、電動モータの回転数を制御することにより能力を変更できる電動バッテリ冷却ファン220Dにより車室内空気を冷却媒体として、リチウムイオン電池220Cを冷却する。
バッテリECU260は、リチウムイオン電池220Cの充放電管理および異常処理を行なう。リチウムイオン電池220のSOCを適切な値にするために、SOC管理制御、SOC均等化管理制御、電池温度制御を実行する。
SOC管理制御は、リチウムイオン電池220CのSOCを車両の走行状態に応じて管理する。たとえば、回生制動時にモータジェネレータにより発電された電力を充電できるように(すわわち満充電状態にならないように)SOCを管理する。
SOC均等化管理制御は、複数の単電池(バッテリセル)を1組のバッテリパックとして使用する場合、各バッテリセルのSOCを均等化して、集合電池としてのバッテリパックのSOCの使用幅を最大限にして、蓄電量を有効に使用する。このため、各バッテリセルのSOCにばらつきができると、最もSOCの低いバッテリセルに合わせて他のバッテリセルを放電させて均等化を行なう。
電池温度制御は、リチウムイオン電池220Cが常温付近で最も高い性能を発揮するため、リチウムイオン電池220Cの温度が上昇すると、電動バッテリ冷却ファン220Dを用いて電池温度を最適な温度まで冷却する。
図4に、リチウムイオン電池220Cの内部構造を示す。図4に示すように、このリチウムイオン電池220Cは、1セルの出力電圧が約3〜4Vのバッテリセルを56セル(ここでは、14セル×4セル)直列に接続したものである。なお、バッテリセルの形状は各型に限定されるものではなく、円筒型であっても、他の形状であっても構わない。さらに、バッテリパックを構成するバッテリセルの数も限定されない。
図5に、図4のリチウムイオン電池220Cにおける4個のバッテリセルから構成されるバッテリモジュール400の内部構造を示す。なお、バッテリモジュールは4個のバッテリセルで構成されることに限定されない。図5に示すように、バッテリモジュール400は、たとえば、バッテリセル410,420,430,440の4個のバッテリセルを直列に接続して構成される。なお、本発明は、バッテリモジュールを構成するバッテリセルの個数は1個であってもよいし、このように4個または4個以外の複数であってもよい。これは、バッテリパックを構成するバッテリセルの数、バッテリパックを構成する列数と1列あたりのセル数等により変更される。
バッテリセル410,420,430,440の上面には、正極または負極の端子412,414,422,424,432,434,442,444が設けられ、この端子を用いて、4個のバッテリセルが直列に接続される。
また、バッテリセル410,420,430,440の上面には、安全弁416,426,436,446が設けられる。このような安全弁416,426,436,446は、リチウムイオン電池が異常な状態で使用されたときに内部に発生したガスを排出する。たとえば、電池が異常な状態になると(大電流で放電したり、あるいは過充電したりすると)、電池の内部でガスが発生して、電池の内圧が異常に高くなることがある。この状態になると、安全弁を開弁してガスを排出し、内圧で電池ケースが破壊されるのを防止している。
リチウムイオン電池は、電池温度が異常な高温に上昇すると電流を遮断するために、温度スイッチ(温度ヒューズ)を内蔵している。温度スイッチは、電池温度を正確に検出するために、電池に接触して配設される。温度スイッチを温度ヒューズとし、これを電池と直列に接続しているため、電池温度が異常に高くなると、温度ヒューズがオフになって電流を遮断する。電池温度が低下すると温度ヒューズはオンになって、再び使用できる状態となる。この温度スイッチが各バッテリセルに設けられており、温度スイッチは、たとえばバッテリセルの温度が85℃になるとオン信号をバッテリECU260に送信するように構成されている。
さらに、走行用バッテリ220のバッテリパック温度を測定する温度センサが、たとえば、走行用バッテリ220の最も温度環境の好ましくない位置(たとえば、冷却風の流れが悪い位置、および/または、冷却風の温度が高い位置)に設けられる。
図6に、バッテリECU260で制御される走行用バッテリ220の制御ブロック図を示す。図6に示すように、バッテリECU260には、リチウムイオン電池220Cの電流値(リチウムイオン電池220Cへの充電電流値およびリチウムイオン電池220Cからの放電電流値)を検出する電流センサ610からバッテリ電流値が、リチウムイオン電池220Cの電圧値を検出する電圧センサ612からバッテリ電圧値が、リチウムイオン電池220Cのバッテリパック温度を検出する温度センサ620からバッテリ温度TBPが、バッテリフューズ632からフューズ切れ信号が、温度スイッチ622(本実施の形態においては56個)からリチウムイオン電池220Cの各セルの温度TBSが設定温度(85℃)を越えるとオンになる信号が、それぞれ入力される。これらの信号に基づいて、バッテリECU260は、走行用バッテリ220の異常を検出して、ダイアグ(Diagnosis)として、ECU内のメモリ等に記憶する。
バッテリECU260からは、電動バッテリ冷却ファン220Dへの作動指令信号、システムメインリレー(SMR)640へのSMRオン信号およびSMRオフ信号が出力される。
さらに、このハイブリッド車両は、車両のメンテナンス時において、機械的に抜くことにより走行用バッテリ220Cと各電気機器とを電気的に非接続状態にするサービスプラグ630を備える。
また、バッテリECU260には、リチウムイオン電池220Cが異常状態であることを表わす信号を他のECU(たとえばHV_ECU320やエンジンECU280)に出力するための信号線が接続されている。
このような構成を有する走行用バッテリ220を搭載したハイブリッド車両を制御する本実施の形態に係る制御装置は、バッテリの異常を検出するとバッテリレス走行(エンジン120のみによる走行)に移行して、かつ、さらに深刻な(重篤な)バッテリの異常が発生すると、システムを遮断してハイブリッド車両を停止させる点が特徴である。このような制御は、デジタル回路やアナログ回路の構成を主体としたハードウェアでも、ECUに含まれるCPUおよびメモリとメモリから読み出されてCPUで実行されるプログラムとを主体としたソフトウェアでも実現することが可能である。一般的に、ハードウェアで実現した場合には動作速度の点で有利で、ソフトウェアで実現した場合には設計変更の点で有利であると言われている。以下においては、ソフトウェアとして制御装置を実現した場合を説明する。なお、このようなプログラムを記録した記録媒体についても本発明の一態様である。
図7を参照して、本実施の形態に係る制御装置であるバッテリECU260で実行される第1のプログラムの制御構造について説明する。なお、このプログラムは、予め定められたサイクルタイムで繰り返し実行される。さらに、図7に示すフローチャートは、システムが起動された後に開始されることを前提とし、ハイブリッド車両のシステム遮断までを示している。
ステップ(以下、ステップをSと記載する)1000にて、バッテリECU260は、走行用バッテリ220を監視する。このときの監視項目の一例としては、リチウムイオン電池の劣化状態、SOCの低下状態、SOCが制御下限値以下であるにも関わらず放電した状態、バッテリフューズ632の状態、許容値以上に大きな充放電電流値を検出した状態、監視ユニット自体(ここではバッテリECU260を含み得る)が異常な状態、SOCが制御上限値を超えた状態等である。
S1100にて、バッテリECU260は、バッテリ異常を検出したか否かを判断する。なお、このときの異常にはバッテリ温度異常を含まない。バッテリ異常を検出すると(S1100にてYES)、処理はS1200へ移される。もしそうでないと(S1100にてNO)、処理はS1000へ戻されて走行用バッテリ220を監視する。なお、S1100にてNOの場合には、このプログラムがサブルーチンであることを考慮するとリターンしても構わない。さらに、バッテリ異常を検出した場合には、バッテリECU260はバッテリ異常に関するダイアグを記憶する。
S1200にて、バッテリECU260は、SMR640をオンからオフに切換えるように、SMR640に指令信号を出力する。S1300にて、バッテリECU260は、バッテリレス走行(エンジン120のみによる走行)への移行指令信号を、HV_ECU320に出力する。S1400にて、バッテリECU260は、最大能力(最大風量)で走行用バッテリ220を冷却するように、電動バッテリ冷却ファン220Dに指令信号を出力する。
S1500にて、バッテリECU260は、走行用バッテリ温度を監視する。このとき、バッテリECU260は、バッテリパック温度TBPまたはバッテリセル温度TBS(N)(N=1〜56)に基づいて走行用バッテリ温度を監視する。
S1600にて、バッテリECU260は、バッテリ温度異常を検出したか否かを判断する。たとえば、バッテリパック温度TBPが90℃よりも高い、または、バッテリセル温度TBS(N)(N=1〜56)が85℃よりも高いと、バッテリ温度異常を検出したと判断される。バッテリ温度異常を検出すると(S1600にてYES)、処理はS1700へ移される。もしそうでないと(S1600にてNO)、処理はS1500へ戻されて走行用バッテリ220の温度を監視する。なお、S1500にてNOの場合には、このプログラムがサブルーチンであることを考慮するとリターンしても構わない。
S1700にて、バッテリECU260は、システムオフ指令信号を、HV_ECU320に出力する。
以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る制御装置(ECU)により制御される走行用バッテリ220を搭載したハイブリッド車両の動作について、図8を参照して説明する。
ハイブリッド車両の運転者が、システム起動要求を行なう(たとえば、ブレーキペダルを踏んだ状態でPOWERスイッチ(スイッチの名称は一例である)を押す)ことにより、SMR640が電気的に接続された状態になるとともに、システムオフの状態からシステムオンの状態に移行して、このハイブリッド車両が走行可能な状態になる。
システムオンの状態において、走行用バッテリ220が監視される。バッテリ温度異常以外のなんらかのバッテリ異常(たとえばリチウムイオン電池の劣化異常)が検出される(S1100にてYES)。このタイミングが、図8の時刻t(1)である。
SMR640がオン状態からオフ状態に切換えられ(S1200)、バッテリレス走行(エンジン120のみによる走行)への移行指令信号がHV_ECU320に出力される(S1300)。HV_ECU320は、エンジン120が停止していれば作動を開始するようにエンジンECU280に指令信号を出力して、バッテリレス走行(エンジン120のみによる走行)に移行される。このタイミングが、図8の時刻t(2)である。
なお、このとき、SMR640が電気的に非接続の状態であるので、走行用バッテリ220からの電力は使用できないが、エンジン120を作動させるための電力(たとえば、各ECUを作動させるための電力や、スタータを作動させるための電力や、点火プラグに供給される電力や、電動バッテリ冷却ファン220Dを作動させるための電力)は、図示しない補機バッテリから供給される。
電動バッテリ冷却ファン220Dに指令信号を出力されて、最大能力(最大風量)で走行用バッテリ220が冷却される。このように走行用バッテリ220を電気的に切り離した状態で、このハイブリッド車両は、エンジン120の動力により走行を継続する。走行用バッテリ220は、充放電されることなく、電動バッテリ冷却ファン220Dにより最大限に冷却されている。このため、通常であれば、走行用バッテリ220の温度が上昇することはない。
ところが、走行用バッテリ220を電気的に切り離した状態であって充放電されていない状態であるのでリチウムイオン電池内の化学反応も発生していないはずであるにも関わらず、走行用バッテリ220の温度異常を監視していて(S1500)、バッテリ温度異常が検出される(S1600)。このタイミングが、図8の時刻t(3)である。このとき、バッテリパック温度TBPが90℃よりも高い、または/および、バッテリセル温度TBS(N)(N=1〜56)の1つでも85℃よりも高いと、バッテリ温度異常が検出される。
このように、走行用バッテリ220を電気的に切り離した状態でエンジン120のみで走行中であって、最大限で走行用バッテリ220を冷却したにも関わらず、走行用バッテリ220の温度異常が検出されたことは、走行用バッテリ220に深刻な(重篤な)バッテリの異常が発生していることを示す。このため、このハイブリッド車両のシステムがオフにされる(S1700)。このタイミングが、図8の時刻t(4)である。これにより、このハイブリッド車両は、走行不可能状態となる。なお、時刻t(3)と時刻t(4)との間に、遅延時間を設けて、運転者がこのハイブリッド車両を安全な場所に停止できるだけの時間的な余裕を持たせることも好ましい。
以上のようにして、本実施の形態に係る制御装置によると、ハイブリッドシステムが作動している状態で、バッテリ異常を検出すると、バッテリレス走行に移行する。この状態でもバッテリ温度異常が検出されると、ハイブリッドシステムをオフにして、ハイブリッド車両の走行を確実に停止させる。これにより、より重大な事態に発展してしまうことを回避することができる。
なお、図8の時刻t(2)から時刻t(3)の間において、時刻t(1)で検出されたバッテリ異常と異なるバッテリ異常(温度以外の異常)を検出しても、システムオフされない。
<第1の変形例>
以下、本実施の形態の第1の変形例について、図9および図10を用いて説明する。なお、図1−図6は、上述した実施の形態と同じである。したがって、それらについての説明はここでは繰り返さない。
図9を参照して、本変形例に係る制御装置であるバッテリECU260で実行される第2のプログラムの制御構造について説明する。なお、このプログラムも、予め定められたサイクルタイムで繰り返し実行される点、図9に示すフローチャートは、システムが起動された後に開始されることを前提とし、ハイブリッド車両のシステム遮断までを示している点は、上述した実施の形態と同じである。さらに、図9に示すフローチャートと図7に示したフローチャートとで同じ処理については同じステップ番号を付してある。それらの処理の内容は同じである。したがって、それらの処理についての詳細な説明な繰り返さない。
図9に示すように、この変形例に係る制御装置であるバッテリECU260は、図7のS1500およびS1600の処理を先に実行するとともに、S1100の処理とは異なるS2000の処理を実行する。S2000以外の処理は、処理の順番が異なるだけであるので、ここでの説明は繰り返さない。
S2000にて、バッテリECU260は、バッテリ異常を検出したか否かを判断する。なお、このときの異常には、S1000の異常監視項目であるリチウムイオン電池の劣化状態、SOCの低下状態、SOCが制御下限値以下であるにも関わらず放電した状態、バッテリフューズ632の状態、許容値以上に大きな充放電電流値を検出した状態、監視ユニット自体(ここではバッテリECU260を含み得る)が異常な状態、SOCが制御上限値を超えた状態に加えて、S1600で検出された以外のバッテリ温度異常を含む。たとえば、S1600でバッテリパック温度TBPの異常を検出していると、S2000ではバッテリセル温度TBS(N)(N=1〜56)の異常が含まれる(確認的に記載するが逆でも構わない)。バッテリ異常を検出すると(S2000にてYES)、処理はS1700へ移される。もしそうでないと(S2000にてNO)、処理はS1000へ戻されて走行用バッテリ220を監視する。さらに、バッテリ異常を検出した場合には、バッテリECU260はバッテリ異常に関するダイアグを記憶する。
以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る制御装置(ECU)により制御される走行用バッテリ220を搭載したハイブリッド車両の動作について、図10を参照して説明する。なお、図10の説明において、図8の説明と同じ動作についての説明は繰り返さない。
このハイブリッド車両がシステムオンの状態において、走行用バッテリ220の温度が監視される(S1500)。バッテリ温度異常が検出される(S1600にてYES)。このタイミングが、図10の時刻t(5)である。このとき、バッテリパック温度TBPが90℃よりも高い、または、バッテリセル温度TBS(N)(N=1〜56)の1つでも85℃よりも高いと、バッテリ温度異常が検出される。
SMR640がオン状態からオフ状態に切換えられ(S1200)、バッテリレス走行(エンジン120のみによる走行)への移行指令信号がHV_ECU320に出力される(S1300)。HV_ECU320は、エンジン120が停止していれば作動を開始するようにエンジンECU280に指令信号を出力して、バッテリレス走行(エンジン120のみによる走行)に移行される。このタイミングが、図10の時刻t(6)である。
電動バッテリ冷却ファン220Dに指令信号を出力されて、最大能力(最大風量)で走行用バッテリ220が冷却される。このように走行用バッテリ220を電気的に切り離した状態で、このハイブリッド車両は、エンジン120の動力により走行を継続する。走行用バッテリ220は、充放電されることなく、電動バッテリ冷却ファン220Dにより最大限に冷却されている。このため、通常であれば、走行用バッテリ220の温度が上昇することはない。
ところが、走行用バッテリ220を電気的に切り離した状態であって充放電されていない状態であるのでリチウムイオン電池内の化学反応も発生していないはずであるにも関わらず、走行用バッテリ220の異常を監視していて(S1000)、S1600にて検出された以外のバッテリ温度異常を含むバッテリ異常が検出される(S2000)。このタイミングが、図10の時刻t(7)である。
このように、走行用バッテリ220を電気的に切り離した状態でエンジン120のみで走行中であって、最大限で走行用バッテリ220を冷却したにも関わらず、走行用バッテリ220の温度異常が検出されたことは、走行用バッテリ220に深刻な(重篤な)バッテリの異常が発生していることを示す。このため、このハイブリッド車両のシステムがオフにされる(S1700)。このタイミングが、図10の時刻t(8)である。これにより、このハイブリッド車両は、走行不可能状態となる。
以上のようにして、本実施の形態に係る制御装置によると、ハイブリッドシステムが作動している状態で、バッテリ温度異常を検出すると、バッテリレス走行に移行する。この状態でもバッテリ異常が検出されると、ハイブリッドシステムをオフにして、ハイブリッド車両の走行を確実に停止させる。これにより、より重大な事態に発展してしまうことを回避することができる。
<第2の変形例>
以下、本実施の形態の第2の変形例について、図11および図12を用いて説明する。なお、図1−図6は、上述した実施の形態と同じである。したがって、それらについての説明はここでは繰り返さない。
図11を参照して、本変形例に係る制御装置であるバッテリECU260で実行される第3のプログラムの制御構造について説明する。なお、このプログラムも、予め定められたサイクルタイムで繰り返し実行される点、図11に示すフローチャートは、システムが起動された後に開始されることを前提とし、ハイブリッド車両のシステム遮断までを示している点は、上述した実施の形態や第1の変形例と同じである。さらに、図11に示すフローチャートと図7または図9に示したフローチャートとで同じ処理については同じステップ番号を付してある。それらの処理の内容は同じである。したがって、それらの処理についての詳細な説明な繰り返さない。
図11に示すように、この変形例に係る制御装置であるバッテリECU260は、図9のS2000とは異なるS3000の処理を実行する。S3000以外の処理は、図9と同じであるので、ここでの説明は繰り返さない。
S3000にて、バッテリECU260は、バッテリ異常高温を検出したか否かを判断する。たとえば、バッテリパック温度TBPが94℃〜95℃になると(なお、この温度は一例である)、バッテリ異常高温を検出する。バッテリ異常高温を検出すると(S3000にてYES)、処理はS1700へ移される。もしそうでないと(S3000にてNO)、処理はS1000へ戻されて走行用バッテリ220を監視する。さらに、バッテリ異常高温を検出した場合には、バッテリECU260はバッテリ異常高温に関するダイアグを記憶する。
以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る制御装置(ECU)により制御される走行用バッテリ220を搭載したハイブリッド車両の動作について、図12を参照して説明する。なお、図12の説明において、図8または図10の説明と同じ動作についての説明は繰り返さない。
このハイブリッド車両がシステムオンの状態において、走行用バッテリ220の温度が監視される(S1500)。バッテリ温度異常が検出される(S1600にてYES)。このタイミングが、図12の時刻t(9)である。このとき、バッテリパック温度TBPが90℃よりも高い、または、バッテリセル温度TBS(N)(N=1〜56)の1つでも85℃よりも高いと、バッテリ温度異常が検出される。
SMR640がオン状態からオフ状態に切換えられ(S1200)、バッテリレス走行(エンジン120のみによる走行)への移行指令信号がHV_ECU320に出力される(S1300)。HV_ECU320は、エンジン120が停止していれば作動を開始するようにエンジンECU280に指令信号を出力して、バッテリレス走行(エンジン120のみによる走行)に移行される。このタイミングが、図10の時刻t(10)である。
電動バッテリ冷却ファン220Dに指令信号を出力されて、最大能力(最大風量)で走行用バッテリ220が冷却される。このように走行用バッテリ220を電気的に切り離した状態で、このハイブリッド車両は、エンジン120の動力により走行を継続する。走行用バッテリ220は、充放電されることなく、電動バッテリ冷却ファン220Dにより最大限に冷却されている。このため、通常であれば、走行用バッテリ220の温度が上昇することはない。
ところが、走行用バッテリ220を電気的に切り離した状態であって充放電されていない状態であるのでリチウムイオン電池内の化学反応も発生していないはずであるにも関わらず、走行用バッテリ220の異常を監視していて(S1000)、バッテリ温度の異常高温が検出される(S3000)。このタイミングが、図12の時刻t(11)である。
このように、走行用バッテリ220を電気的に切り離した状態でエンジン120のみで走行中であって、最大限で走行用バッテリ220を冷却したにも関わらず、走行用バッテリ220の温度の異常高温が検出されたことは、走行用バッテリ220に深刻な(重篤な)バッテリの異常が発生していることを示す。このため、このハイブリッド車両のシステムがオフにされる(S1700)。このタイミングが、図12の時刻t(12)である。これにより、このハイブリッド車両は、走行不可能状態となる。
以上のようにして、本実施の形態に係る制御装置によると、ハイブリッドシステムが作動している状態で、バッテリ温度異常を検出すると、バッテリレス走行に移行する。この状態でもバッテリ異常高温が検出されると、ハイブリッドシステムをオフにして、ハイブリッド車両の走行を確実に停止させる。これにより、より重大な事態に発展してしまうことを回避することができる。
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。
本発明の実施の形態に係る制御装置を含む、ハイブリッド車両全体の制御ブロック図である。 動力分割機構を示す図である。 本発明の実施の形態に係る走行用バッテリの全体斜視図である。 リチウムイオン電池から構成されるバッテリパックの全体斜視図である。 図5の部分拡大図である。 走行用バッテリの制御ブロック図である。 図6のバッテリECUで実行される第1のプログラムの制御構造を示すフローチャートである。 図7に示すフローチャートが実行された場合のハイブリッド車両の動作を示すタイミングチャートである。 図6のバッテリECUで実行される第2のプログラムの制御構造を示すフローチャートである。 図9に示すフローチャートが実行された場合のハイブリッド車両の動作を示すタイミングチャートである。 図6のバッテリECUで実行される第3のプログラムの制御構造を示すフローチャートである。 図11に示すフローチャートが実行された場合のハイブリッド車両の動作を示すタイミングチャートである。
符号の説明
120 エンジン、140 モータジェネレータ、160 駆動輪、180 減速機、200 動力分割機構、220 走行用バッテリ、240 インバータ、242 昇圧コンバータ、260 バッテリECU、280 エンジンECU、300 MG_ECU、320 HV_ECU、220A バッテリパックカバー、220B ジャンクションブロック、220C リチウムイオン電池、220D 電動バッテリ冷却ファン。

Claims (6)

  1. 車両の走行源として、内燃機関と電動機とを有するハイブリッド車両の制御装置であって、
    前記電動機に電力を供給する蓄電機構の異常を検出するための検出手段と、
    前記蓄電機構の異常を検出すると、前記電動機を含む電気負荷から前記蓄電機構を電気的に切り離して、前記電動機ではなく前記内燃機関を走行源として走行するように、前記車両を制御するための制御手段と、
    前記電動機ではなく前記内燃機関により走行しているときに、前記蓄電機構のさらなる異常を検出すると、前記内燃機関による走行を禁止するための禁止手段とを含む、ハイブリッド車両の制御装置。
  2. 前記禁止手段は、前記検出手段により検出された蓄電機構の異常とは異なる異常であって、前記蓄電機構のさらなる異常を検出すると、前記内燃機関による走行を禁止するための手段を含む、請求項1に記載のハイブリッド車両の制御装置。
  3. 前記禁止手段は、前記検出手段により検出された蓄電機構の異常とは異なる異常であって、前記蓄電機構の温度についての異常を検出すると、前記内燃機関による走行を禁止するための手段を含む、請求項1に記載のハイブリッド車両の制御装置。
  4. 前記検出手段は、前記蓄電機構の温度以外の異常を検出するための手段を含み、
    前記禁止手段は、前記蓄電機構の温度についての異常を検出すると、前記内燃機関による走行を禁止するための手段を含む、請求項1に記載のハイブリッド車両の制御装置。
  5. 前記検出手段は、前記蓄電機構の温度についての異常を検出するための手段を含み、
    前記禁止手段は、前記蓄電機構の温度についてのさらなる異常を検出すると、前記内燃機関による走行を禁止するための手段を含む、請求項1に記載のハイブリッド車両の制御装置。
  6. 前記蓄電機構は、冷却手段により冷却され、
    前記制御装置は、前記電動機ではなく前記内燃機関を走行源として走行する際に、前記蓄電機構を最大能力で冷却するように、前記冷却手段を制御するための手段をさらに含む、請求項1〜5のいずれかに記載のハイブリッド車両の制御装置。
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