JP2009268068A - 電圧検出装置、及び電池の状態制御装置 - Google Patents

電圧検出装置、及び電池の状態制御装置 Download PDF

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Abstract

【課題】電圧検出に要する時間の短縮と検出分解能の向上との両立を図ることが困難なこと。
【解決手段】高圧バッテリの流出入電流情報を取得し(ステップS50)、これに基づき、リングオシレータを備えて構成されるAD変換器(TAD)への入力周波数をマップ演算する(ステップS52、S54)。ここで、高圧バッテリの流出入電流の絶対値が略ゼロである場合には、開放端電圧に基づき高圧バッテリのSOCを高精度に検出する要求があると考えられるため、TADへの入力周波数を低周波とする。これに対し、高圧バッテリの流出入電流の絶対値が大きい場合には、高圧バッテリの電圧の変動が大きく、その電圧を高速で検出する要求があると考えられるため、TADへの入力周波数を高周波とする。
【選択図】 図14

Description

本発明は、電圧制御発振器と、該電圧制御発振器に検出対象に応じた入力電圧が印加される際の出力信号の論理反転回数をクロック信号の複数のエッジ間の間隔に渡ってカウントすることで前記入力電圧に応じたデジタルデータを出力する出力手段とを備える電圧検出装置、及び電池の状態制御装置に関する。
この種の電圧検出装置としては、例えば下記特許文献1に見られるように、入力電圧信号を電源とするリングオシレータを備える時間AD変換装置(TAD)も提案されている。TADは、比較的簡素な構成にて電圧検出手段を実現できるメリットがある。なお、電圧検出装置としては、他にも例えば下記特許文献2に見られるものがある。
特開平5−259907号公報 特開平10−70462号公報
ところで、複数個の電池セルの直列接続体としての組電池にあっては、これを構成する1個又は隣接する複数個からなる単位電池の両端の電圧値を検出することで、単位電池の状態を監視する要求がある。このため、単位電池の電圧を検出すべく、上記TADを用いることが考えられる。
ただし、例えば車載組電池にあっては、その長寿命化等のニーズに対応するために、より高精度に電圧を検出することが要求されてきている。このため、TADに高分解能が要求されることとなる。一方、車載組電池にあっては、近年、その小型化の要求に伴ってリチウムイオン2次電池を用いることが提案されてきている。ただし、リチウムイオン2次電池は、過度の充電(過充電)や過度の放電(過放電)によって信頼性が低下しやすいため、過充電や過放電を短い周期で監視することも要求される。このため、TADによる電圧検出処理の高速化も要求されることとなる。
しかし、上記TADの高分解能の要求に応じる場合には、電圧検出に際しての演算負荷が増大することなどにより、電圧検出処理の高速化が困難となる。すなわち、上記高分解能の要求と処理の高速化の要求との両立は困難である。
なお、上記車載組電池に限らず、電圧制御発振器を用いて電圧を検出するものにあっては、電圧検出の高精度化と処理の高速化との両立が困難なこうした実情も概ね共通したものとなっている。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、電圧制御発振器と、該電圧制御発振器に検出対象に応じた入力電圧が印加される際の出力信号の論理反転回数をクロック信号の複数のエッジ間の間隔に渡ってカウントすることで前記入力電圧に応じたデジタルデータを出力する出力手段とを備えるものにあって、電圧検出の高速処理と高精度な処理との好適な両立を図ることのできる電圧検出装置、及びこれを備える電池の状態制御装置を提供することにある。
また、本発明の目的は、電力変換回路を介して回転機に接続される電池について、該電池の温度が低い場合、前記電力変換回路を操作することで前記電池の周期的な充放電処理を行う充放電手段を備えるものにあって、充放電処理による電池の昇温制御をより適切に行うことのできる電池の状態制御装置を提供することにある。
以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。
請求項1記載の発明は、電圧制御発振器と、該電圧制御発振器に検出対象に応じた入力電圧が印加される際の出力信号の論理反転回数をクロック信号の複数のエッジ間の間隔に渡ってカウントすることで前記入力電圧に応じたデジタルデータを出力する出力手段とを備える電圧検出装置において、前記入力電圧の検出に要する時間と前記入力電圧の検出分解能との優先度合いを判断する判断手段と、前記判断される優先度合いに応じて、前記クロック信号の周波数を可変設定する可変手段とを備えることを特徴とする。
クロック周波数が高い場合には、クロック信号の複数のエッジ間の間隔が短くなるため、デジタルデータの出力間隔が短くなる。更に、この間にカウントされる反転回数が減少するため、出力されるデジタルデータの処理時間も短縮可能である。このため、クロック周波数が高い場合には、検出に要する時間を短くすることができる。一方、この場合には、カウントされる反転回数が減少するために、分解能が低下する。上記発明では、この点に鑑み、検出に要する時間と検出分解能との優先度合いに応じて、クロック周波数を可変設定することで、優先度合いに応じた電圧検出処理を行うことができる。このため、電圧検出の高速処理と高精度な処理との好適な両立を図ることができる。
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、当該電圧検出装置は、電池の電圧を検出対象とするものであることを特徴とする。
なお、前記検出対象は、複数個の電池セルの直列接続体である組電池を構成する1又は隣接する複数個の電池セルである単位電池の電圧であることを特徴としてもよい。この場合、検出対象の数が多いために、電圧検出の分解能を上げる際には検出に要する負荷が増大しやすい。このため、優先度合いに応じた上記設定が特に有効と考えられる。
請求項3記載の発明は、請求項2記載の発明において、前記判断手段は、前記電池の流出入電流量の絶対値が小さい場合、前記検出分解能の優先度合いが大きいと判断することを特徴とする。
電池の充電状態は、一般に、流出入電流がゼロであるときの電極の電圧(開放端電圧)と1対1の関係を有する傾向にある。これに対し、流出入電流がゼロでない場合には、流出入電流及び内部抵抗に基づき開放端電圧を推測可能ではあるものの、分極の影響等のために、充電状態を精度よく検出することが困難である。このため、電池の流出入電流量の絶対値が小さい場合には、電池の充電状態を特に高精度に検出する要求が生じやすい。上記発明では、この点に鑑み、流出入電流量の絶対値が小さい場合に検出分解能を高くする優先度合いが大きいと判断する。

請求項4記載の発明は、請求項2又は3記載の発明において、前記判断手段は、前記電池を電力源とする負荷の停止時においては該負荷の駆動時よりも前記検出分解能の優先度合いが大きいと判断することを特徴とする。
電池の充電状態は、一般に、流出入電流がゼロであるときの電極の電圧(開放端電圧)と1対1の関係を有する傾向にある。これに対し、流出入電流がゼロでない場合には、流出入電流及び内部抵抗に基づき開放端電圧を推測可能ではあるものの、分極の影響等のために、充電状態を精度よく検出することが困難である。このため、電池の流出入電流量の絶対値が小さい場合には、電池の充電状態を特に高精度に検出する要求が生じやすい。ここで、負荷の停止時には、電池から負荷へと流出する電流量がゼロである一方、負荷が駆動される場合には、電池から負荷へと電流が流出する。上記発明では、この点に鑑み、流出入電流量の絶対値が小さい(ゼロである)と想定される場合に検出分解能を高くする優先度合いが大きいと判断する。
請求項5記載の発明は、請求項4記載の発明において、前記電池は、開閉器を介して前記負荷と接続されるものであって且つ、前記負荷の駆動に際して前記開閉器を閉状態として前記負荷に電気的に接続されるものであり、前記判断手段は、前記開閉器の開閉状態に基づき前記判断を行うことを特徴とする。
負荷が駆動される場合には開閉器が閉状態とされる一方、開閉器が開状態である場合には負荷が停止状態となる。このため、負荷の状態(駆動状態及び停止状態のいずれか)は、開閉器の開閉状態と強い相関関係を有する。上記発明では、この点に鑑み、負荷が駆動状態にあると想定されるか停止状態にあると想定されるかに基づき、優先度合いを判断することができる。
請求項6記載の発明は、請求項2〜5のいずれか1項に記載の発明において、前記電池は、車載動力発生装置の電源であり、前記判断手段は、車両の走行状態に基づき前記判断を行うことを特徴とする。
電池が車両に搭載されるものである場合、電池の電圧の検出に要する時間を短くする要求と、電池の電圧を高分解能で検出する要求とのいずれの要求の優先度合いが大きいかは、車両の走行状態に依存すると考えられる。上記発明では、この点に鑑み、上記判断を行う。
請求項7記載の発明は、請求項2〜6のいずれか1項に記載の発明において、前記電池は、電力変換回路に接続されるものであって且つ、その温度が低い場合、前記電力変換回路を操作することで前記電池の周期的な充放電処理を行う充放電手段によって昇温制御がなされるものであり、前記判断手段は、前記充放電手段により前記充放電処理がなされている場合、前記検出に要する時間の優先度合いが大きいと判断することを特徴とする。
充放電処理がなされる場合、電池の電圧が過度に高くなったり過度に低くなったりすることを回避すべく、電池の電圧を検出することが望まれる。そしてこの場合には、充放電の周期よりも迅速に電圧の検出処理を行うことが望まれる。上記発明では、この点に鑑み、充放電処理がなされている場合に検出に要する時間を短くすることの優先度合いが大きいと判断する。
請求項8記載の発明は、請求項7記載の発明において、前記判断手段は、前記充放電手段により前記充放電処理がなされている場合に前記検出に要する時間の優先度合いが最も大きいと判断することを特徴とする。
請求項9記載の発明は、請求項7又は8記載の発明において、前記可変手段は、前記充放電手段により前記充放電処理がなされている場合、前記クロック信号の周波数を前記充放電処理の周波数よりも高くすることを特徴とする。
充放電処理がなされる場合、充放電に伴う電池の電圧の上昇過程の値や低下過程の値を精度良く検出することが望まれる。上記発明では、この点に鑑み、クロック信号の周波数を充放電処理の周波数よりも高く設定する。
なお、前記クロック信号の周波数は、前記充放電処理の周波数の2倍以上とすることが望ましい。
請求項10記載の発明は、請求項1〜9のいずれか1項に記載の発明において、前記出力手段は、同一の検出対象に対して複数備えられて且つ、前記可変手段は、前記複数の出力手段に入力される前記クロック信号の周波数同士を相違させることが可能な構成であることを特徴とする。
上記発明では、複数の出力手段によって出力される検出結果同士で、検出に要する時間と検出分解能との優先度合いを相違させることができる。
請求項11記載の発明は、請求項1〜10のいずれか1項に記載の発明において、前記出力手段は、同一の検出対象に対して複数備えられて且つ、前記複数の出力手段の出力に基づく前記検出対象の電圧検出結果同士を比較する比較手段と、前記比較手段の比較結果に基づき、前記電圧検出結果同士の離間度合いが所定以上である場合、当該電圧検出装置に異常がある旨診断する異常診断手段とを更に備えることを特徴とする。
同一の検出対象を複数の出力手段によって検出する場合、これらの検出結果は、互いに略等しいと考えられる。このため、これら検出結果が大きく離間する場合には、何らかの異常が生じていると考えられる。上記発明では、この点に着目することで、電圧検出装置の異常の有無を診断することができる。
なお、ここでは、前記電圧制御発振器は、同一の検出対象に対して複数備えられることが望ましい。更に、前記電圧制御発振器は、前記複数の出力手段のそれぞれに対応した各別の発振器からなることが特に望ましい。
請求項12記載の発明は、請求項1〜11のいずれか1項に記載の発明において、前記出力手段の出力に基づき前記検出対象の電圧を検出するに際し、該電圧検出結果から該検出に利用される電子部品の特性に起因する誤差を補償する補償手段を更に備えることを特徴とする。
電圧制御発振器や出力手段、更には、電圧制御発振器と電圧検出対象とを接続する手段等の電子部品には、温度や個体差、経年変化に応じた特性のばらつきが生じ得る。上記発明では、補償手段を備えることで、上記ばらつきに起因した誤差を補償することができる。
なお、前記補償手段は、前記出力手段の出力値に基づき前記補償する処理に用いるパラメータ値を算出する手段を備え、前記判断手段によって前記検出分解能の優先度が大きいと判断される場合の方が該優先度が小さいと判断される場合よりも、前記パラメータ値の更新頻度が高くなるようにすることを特徴とすることが望ましい。
請求項13記載の発明は、請求項12記載の発明において、前記補償手段は、前記電圧制御発振器に複数の基準電圧のそれぞれを印加する際の前記出力手段の出力信号に基づき、入力電圧と出力信号との関係情報を作成する作成手段と、前記入力電圧が前記電圧制御発振器に印加される際の前記出力手段の出力信号と前記関係情報とに基づき、前記入力電圧のデジタルデータを算出する算出手段とを備えて構成されることを特徴とする。
電圧制御発振器及び出力手段を備えて構成される電圧検出手段には、個体差や経年変化、温度特性等が存在し得る。このため、入力電圧に対する出力信号についての基準となる関係を設定しておいたとしても、実際の関係が基準となる関係からずれる場合には、出力信号が入力電圧を表現する精度が低下し得る。この点、上記発明では、実際の電圧検出手段を用いて関係情報を作成しこれを利用してデジタルデータを算出することで、デジタルデータを実際の入力電圧を高精度に表現したものとすることができる。
請求項14記載の発明は、請求項13記載の発明において、前記作成手段は、前記判断手段によって前記検出分解能の優先度合いが大きいと判断される場合の方が該優先度合いが小さいと判断される場合よりも、前記関係情報の作成頻度が高くなるようにすることを特徴とする。
作成手段によって関係情報を作成する際には、検出対象の検出を実行することができないため、検出対象の検出に要する時間が長期化することとなる。一方、作成手段によって関係情報を作成し、作成された最新の関係情報を用いるなら、電圧を特に高精度に検出することができる。上記発明では、この点に鑑み、検出分解能の優先度合いが大きい場合に関係情報の作成頻度を高くすることで、作成手段による関係情報の作成のメリットを十分に生かすことができる。
請求項15記載の発明は、請求項1〜14のいずれか1項に記載の発明において、前記可変手段は、前記クロック信号の周波数を変更するに際し、前記判断手段によって判断される優先度合いに加えて、過去における前記クロック信号の周波数の設定の履歴を加味することを特徴とする。
判断手段によって判断される優先度合いに応じてクロック周波数を変更する場合、優先度合いが頻繁に変化することに起因してクロック周波数がある値と別の値とに頻繁に切り替えられるいわゆるハンチング現象が生じることがある。一方、こうしたハンチング現象が生じる確率は、直近の過去におけるクロック周波数の設定の履歴に依存する傾向にある。上記発明では、この点に鑑み、過去におけるクロック周波数の設定の履歴を加味することで、ハンチング現象を好適に回避しつつクロック周波数を可変設定することができる。
請求項16記載の発明は、請求項7〜9のいずれか1項に記載の電圧検出装置と、前記充放電手段とを備え、前記充放電手段は、前記充放電処理による前記電池の温度上昇に応じて前記充放電処理の周波数及び充放電電流量の少なくとも一方を変更することを特徴とする。
充放電処理の継続時間が増加するにつれて電池の温度が上昇することから、電池の内部抵抗が低下すると考えられる。この場合、充放電処理による電池の電圧の振幅が変化することから、充放電電流量や充放電周波数の設定の自由度が増加する。上記発明では、この点に鑑み、電池の温度上昇に応じてこれらの少なくとも一方を変更することで、電池の昇温制御をより適切に行うことが可能となる。
請求項17記載の発明は、電力変換回路に接続される電池について、該電池の温度が低い場合、前記電力変換回路を操作することで前記電池の周期的な充放電処理を行う充放電手段を備える電池の状態制御装置において、前記充放電手段は、前記充放電処理による前記電池の温度上昇に応じて前記充放電処理の周波数を変更する処理、及び前記充放電処理による前記電池の温度上昇に応じて充放電電流量を増加する処理の少なくとも一方を行うことを特徴とする。
充放電処理の継続時間が増加するにつれて電池の温度が上昇することから、電池の内部抵抗が低下すると考えられる。この場合、充放電処理による電池の電圧の振幅が変化することから、充放電電流量や充放電周波数の設定の自由度が増加する。すなわち例えば、電池の温度が上昇すると、充放電処理に起因する電池の電圧振幅が減少することから、充放電電流量を増加させることが可能となり、これにより、電池の発熱量を増加させることができる。また例えば、充放電周波数を変更することで電池の内部抵抗が変化することから、電池の温度が上昇することで内部抵抗が低下する場合、充放電処理の周波数の設定可能な範囲も変化すると考えられる。上記発明では、この点に鑑み、電池の温度上昇に応じて上記少なくとも一方の処理を行うことで、電池の昇温制御をより適切に行うことが可能となる。
請求項18記載の発明は、請求項17又は18記載の発明において、前記充放電手段は、前記電池の電圧を上限電圧以下とするとの条件の下、前記充放電処理を行うことを特徴とする。
上記発明では、電圧がその上限電圧を超えることで信頼性が低下する事態を回避しつつも、電池の昇温制御をより好適に行うことができる。
請求項19記載の発明は、請求項16〜18のいずれか1項に記載の発明において、前記充放電手段は、前記充放電処理による前記電池の温度上昇に応じて前記充放電処理の電流量を増加させることを特徴とする。
電池の温度が上昇すると、充放電処理に起因する電池の電圧振幅が減少することから、電池の電圧の変動量の増加を招くことなく充放電電流量を増加させることが可能となる。上記発明では、この点に鑑み、充放電処理による電池の温度の上昇に応じて充放電電流量を増加させることで、電池の発熱量を増加させることができる。
請求項20記載の発明は、請求項19記載の発明において、前記充放電手段は、前記電池の電圧の極大値を目標値にフィードバック制御することで前記電流量の増加処理を行うことを特徴とする。
充放電処理がなされることで電池の温度が上昇するにつれて電池の内部抵抗が低下するため、電池の電圧振幅が減少する。このため、電池の温度が上昇するにつれて電池の電圧の極大値が低下する傾向にある。こうした状況下、極大値の低下を補償するように充放電電流量を操作する場合、この操作は、充放電電流量の増加側の操作となると考えられる。
請求項21記載の発明は、請求項16〜18のいずれか1項に記載の発明において、前記充放電手段は、前記充放電処理による前記電池の温度上昇に応じて前記充放電処理の周波数を低下させることを特徴とする。
充放電処理の継続時間が長くなるほど電池の温度が上昇し、電池の内部抵抗が低下すると考えられる。一方、概して、充放電処理の周波数が低下するほど内部抵抗が上昇する傾向がある。このため、電池の温度上昇による内部抵抗の低下によって、充放電周波数を低下させる自由度が生まれることとなる。そして、充放電周波数を低下させるなら、電池の電圧の検出に要する時間に対する優先度合いを低下させることができる。このため、上記可変手段によってクロック信号の周波数を低下させることも可能となり、ひいては電圧検出装置の演算負荷を低減することが可能となる。
請求項22記載の発明は、請求項21記載の発明において、前記充放電手段は、前記電池の電圧の極大値を目標値にフィードバック制御することで前記周波数の低下処理を行うことを特徴とする。
概して、充放電処理の周波数が低下するほど内部抵抗が上昇する傾向がある。一方、充放電処理がなされることで電池の温度が上昇するにつれて電池の内部抵抗が低下するため、電池の電圧振幅が減少する。このため、電池の温度が上昇するにつれて電池の電圧の極大値が低下する傾向にある。こうした状況下、極大値の低下を補償するように充放電処理の周波数を操作する場合、この操作は、周波数の低下側の操作となると考えられる。
請求項23記載の発明は、請求項16〜18のいずれか1項に記載の発明において、前記充放電手段は、前記充放電処理による前記電池の温度上昇に応じて前記充放電処理の周波数を変更しつつ、前記充放電処理による前記電池の温度上昇に応じて前記充放電処理の電流量を増加させることを特徴とする。
電池の温度が上昇すると、充放電処理に起因する電池の電圧振幅が減少することから、充放電電流量を増加させることが可能となる。上記発明では、この点に鑑み、充放電処理により電池の温度が上昇する場合に充放電電流量を増加させることで、電池の発熱量を増加させることができる。
また、電池の内部抵抗は、充放電処理の周波数に依存して変化し、しかも内部抵抗の周波数依存性は、電池の温度に応じて変化する。このため、電池の温度の変化に伴って充放電処理の周波数を変更することで、電池の内部抵抗を昇温制御にとってより適切な値にすることができる。
請求項24記載の発明は、請求項16〜23のいずれか1項に記載の発明において、前記電力変換回路は、入力電圧を変換してキャパシタに印加するコンバータを備え、前記充放電手段は、前記コンバータを操作することで前記充放電処理を行うことを特徴とする。
第1の実施形態にかかる車両の全体構成を示す図。 同実施形態にかかる電池監視システムの構成を示すシステム構成図。 同実施形態にかかるブロック監視ICの構成を示す図。 同実施形態にかかるTADの回路構成を示す回路図。 同実施形態にかかる基準電圧ユニットの構成を示す図。 TADの周波数特性を示す図。 車両の走行速度と高圧バッテリの電圧、電流との関係を示すタイムチャート。 高圧バッテリの開放端電圧とSOCとの関係を示す図。 上記実施形態にかかるTADのクロック周波数と分解能との関係を示す図。 同実施形態にかかる電圧検出処理の手順を示す流れ図。 上記電圧検出処理の一部の詳細を示す流れ図。 上記電圧検出処理の一部の詳細を示す流れ図。 第2の実施形態にかかる電圧検出処理の手順を示す流れ図。 第3の実施形態にかかる電圧検出処理の手順を示す流れ図。 同実施形態にかかる高圧バッテリの流出入電流とクロック周波数との関係を示す図。 第4の実施形態にかかる電圧検出処理の手順を示す流れ図。 第5の実施形態にかかる電池監視システムの構成を示すシステム構成図。 同実施形態にかかるブロック監視ICの構成を示す図。 同実施形態にかかる監視システムの異常診断処理の手順を示す流れ図。 第6の実施形態にかかるシステム構成図。 同実施形態にかかる電圧検出処理の手順を示す流れ図。 第7の実施形態にかかる電圧検出処理の手順を示す流れ図。 電池のインピーダンスと温度、及び充放電周波数との関係を示す図。 第8の実施形態にかかる電池の昇温制御態様を例示するタイムチャート。 同実施形態にかかる電池の昇温制御の手順を示す流れ図。 同実施形態にかかる電池の昇温制御に関するブロック図。 第9の実施形態にかかる電池の昇温制御態様を例示するタイムチャート。 同実施形態にかかる電池の昇温制御の手順を示す流れ図。 同実施形態にかかる電池の昇温制御に関するブロック図。 第10の実施形態にかかる電池の昇温制御態様を例示するタイムチャート。 同実施形態にかかる電池の昇温制御の手順を示す流れ図。 上記第4の実施形態の変形例を示す図。 上記各実施形態の変形例で利用するTADの温度特性を示す図。
(第1の実施形態)
以下、本発明にかかる電圧検出装置をハイブリッド車の電圧検出装置に適用した第1の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
図1に、本実施形態にかかる車両のシステム構成を示す。
図示されるモータジェネレータ10は、車両の動力発生装置としての回転機である。一方、ハイブリッド制御装置12は、モータジェネレータ10を制御対象とする制御装置である。図1では、便宜上、モータジェネレータ10に接続される電力変換回路(インバータ)の記載を省略しているが、ハイブリッド制御装置12では、実際には、インバータを操作することでモータジェネレータ10のトルクを制御する。高圧バッテリ14は、モータジェネレータ10の電力源となるものである。ハイブリッド制御装置12は、更に、DCDCコンバータ16を操作することで、高圧バッテリ14の電圧を降圧して低圧バッテリ18に印加する。なお、モータジェネレータ10やDCDCコンバータ16は、メインリレー15を介して高圧バッテリ14に接続されている。
電池監視装置20は、高圧バッテリ14の状態を監視するものである。電池監視装置20は、電流センサ22によって検出される高圧バッテリ14の流出入電流(モータジェネレータ10からの流入電流や、モータジェネレータ10、DCDCコンバータ16への流出電流)や、高圧バッテリ14の電圧等を取り込み、これに基づき高圧バッテリ14の状態を監視する。なお、図1に示すシステムは、更に、内燃機関を制御対象とするエンジン制御装置24を備えている。
図2に、高圧バッテリ14及び電池監視装置20の構成を示す。
図示されるように、高圧バッテリ14は、複数の電池セルBij(i=1〜n、j=1〜6)の直列接続体としての組電池である。ここで、これら各電池セルBijは、リチウムイオン2次電池である。これら電池セルBijは、隣接する複数個(ここでは、「6個」を例示)毎に、グループ化されてブロックを構成している。そして、これらブロック内の電池セルBi1〜Bi6の状態は、該当するブロック監視IC40により監視される。
これらブロック監視IC40は、絶縁手段26及び信号分割切替手段28を介して、中央処理装置(CPU30)から出された指令に基づき、各電池セルBi1〜Bi6の状態を監視する。ここで、信号分割切替手段28は、CPU30から出力される信号を、複数個のブロック監視IC40のいずれに出力するかを切り替えるものである。また、絶縁手段26は、車載高圧システムを構成するブロック監視IC40側と、車載低圧システムを構成するCPU30側とを絶縁するためものである。絶縁手段26は、例えばフォトカプラ等を備えて構成される。電池監視装置20は、更に、CPU30が利用するメモリ32を備えている。
図3に、本実施形態にかかるブロック監視IC40の構成を示す。なお、図3において、電池セルBi1〜Bi6を、電池セルB1〜B6と表記する。図示されるように、各電池セルBj(j=1〜6)の正極は、リレー42を介して、抵抗体44、46に接続されている。そして、抵抗体44,46による電池セルBjの分圧は、リレー48を介してボルテージフォロワ50に印加される。ボルテージフォロワ50は、抵抗体44,46によって電池セルBjの電圧を分圧するに際し、抵抗体44、46の接続点からの電流の散逸量を低減するために設けられている。これにより、電池セルBjの電圧を、抵抗体44,46の抵抗値に基づき高精度に算出することを可能としている。
ボルテージフォロワ50の出力は、時間アナログデジタル変換器(TAD52)の入力電圧Vinとして、TAD52の入力端子に印加される。TAD52には、更に、上記CPU30からクロック信号が入力される。更に、TAD52には、マイコン60からのスタートパルス信号が印加される。これにより、TAD52では、検出対象とする電池セルBjの電圧(厳密には、抵抗体44,46の分圧値)の検出値を、デジタルデータとしてマイコン60に出力する。なお、各電池セルBjに対応したボルテージフォロワ50やTAD52は、該当する電池セルBjを電源とするものであり、マイコン60は、ブロックの電池セルB1〜B6を電源とするものである。図4に、TAD52の構成を示す。
図示されるように、TAD52は、電圧制御発振器としてのリングオシレータ52aを備えている。リングオシレータ52aは、負のゲインを持つ奇数個の遅延要素をリング状に結合した発振回路である。図4には、NAND回路に偶数個の論理反転回路が接続されたリングオシレータ52aを例示している。これら各遅延要素(NAND回路、論理反転
回路)の電源として、入力電圧Vinが印加される。また、NAND回路の一方の端子は、リングオシレータ52aの出力端子に接続されて且つ、リングオシレータ52aのパルス入力端子としての他方の端子には、スタートパルス信号が印加される。このスタートパルス信号は、リングオシレータ52aの発振動作のトリガ信号としての機能を有するものであり、論理「L」から論理「H」へと立ち上がりその値を維持することでリングオシレータ52aを発振させる。
リングオシレータ52aの出力信号の論理反転回数は、カウンタ52bにてカウントされる。一方、ラッチ52cは、TAD52に印加されるクロック信号のエッジ(ここでは立ち上がりエッジを例示)に同期して、カウンタ52bのカウント値をラッチする。ここで、エッジ間でのカウント値の増加量は、遅延時間を定量化したものとなる。一方、ラッチエンコーダ52dでは、リングオシレータ52aを構成する各遅延要素のうちの最終段以外のものの出力を取り込むことで、リングオシレータ52aの一回の論理反転よりも小さい遅延時間を定量化して出力する。減算部52fでは、ラッチ52c及びラッチエンコーダ52dの今回の出力と、ラッチ52eに記憶された前回の出力との差に基づき、今回の出力値をデジタルデータとして出力する。この出力信号は、リングオシレータ52aの出力信号の論理反転回数を、「1/(遅延要素の個数)」の精度でデジタル表記したものである。ここで、各遅延要素の遅延時間が入力電圧Vinに依存するために、リングオシレータ52aの発振周波数も入力電圧Vinに依存し、ひいてはTAD52の出力信号を、入力電圧Vinに応じたデジタルデータとすることができる。
ただし、TAD52の入力電圧Vinと出力値との関係は、非線形性を有する。しかも、この非線形性は、温度に応じて変化する。更に、TAD52の出力特性には、個体差もある。このため、TAD52の出力するデジタルデータから入力電圧Vinの正確な値を把握するためには、デジタル表記された入力電圧VinとTAD52の出力(デジタルデータ)との関係を取得することが望まれる。特に、この関係には、TAD52の温度依存性や個体差が反映されていることが望まれる。
そこで本実施形態では、各TAD52毎に、出力特性の近似曲線を、所定周期毎にそれぞれ作成更新する。これを実現すべく、先の図3に示すように、ブロック監視IC40は、基準電圧ユニット54を備えている。図5に基準電圧ユニット54の構成を示す。図示されるように、基準電圧ユニット54は、互いに相違する複数の基準電圧Vref1,Vref2,…、Vrefnのいずれかを選択的に出力可能とするものである。なお、基準電圧ユニット54も、該当する電池セルBjを電源としている。
上記基準電圧ユニット54の電圧がTAD52に印加されると、TAD52は、これに応じたデジタルデータを、先の図3に示したマイコン60に出力する。マイコン60では、基準電圧Vrefi(i=1〜n)に対応したデジタルデータを記憶手段62に記憶する。これにより、補正演算設定部64では、上記近似曲線を作成する。詳しくは、この近似曲線の作成に先立って、各基準電圧Vrefiが印加される際のTAD52の出力値の信頼性を評価する処理を行う。これは、電池セルBjの電圧が変動するものであるため、電池セルBjの電圧によっては、基準電圧Vrefiが正しく生成されないおそれがあることに鑑みてなされるものである。具体的には、ROM66内に、基準電圧Vrefiが印加される際のTAD52の出力値として許容される範囲に関する情報が格納されており、記憶手段62に記憶された値がこの許容範囲内にあるか否かに基づき信頼性を評価する。そして、信頼性の低い出力値を排除することで上記近似曲線を作成する。
一方、電圧算出部68では、電池セルBjの電圧(より正確には、抵抗体44、46による分圧)がTAD52に印加される際のTAD52の出力値と、補正演算設定部64によって作成された近似曲線とに基づき、最終的な電圧検出値(デジタルデータ)を算出し、上記CPU30に出力する。
マイコン60は、更に制御部70を備えている。制御部70は、上記CPU30からの制御信号に基づき、各TAD52にスタートパルス信号を出力する。更に、制御部70では、選択部72を介して、上記リレー48や基準電圧ユニット54を操作することで、TAD52に印加する電圧を選択的に切り替える。
ところで、TAD52は、図6に示すように、クロック信号の周波数に反比例して出力値が低下する特性を有する。これは、クロック周波数が増加するほど、リングオシレータ52aの出力信号の論理反転回数をカウントするための時間(エッジ間の間隔)が短くなることに起因して、カウントされる論理反転回数が減少するためである。このため、TAD52は、クロック周波数が増大するほど、電圧検出時間が短縮される一方、電圧の検出分解能が低下する特性を有する。更に、TAD52のクロック周波数が増大するほど出力信号のうちの入力電圧の表現にとって有効なビット数が減少するために、TAD52の出力信号に基づき電圧検出処理の演算負荷を低減しやすい。上記CPU30では、TAD52のこの特性を利用することで、電圧検出に要する時間を短縮する要求と電圧の検出分解能を高くする要求との優先度合いに応じて、クロック信号の周波数を設定する。以下、この優先度合いについて、考察する。
図7に、高圧バッテリ14の状態の推移を示す。詳しくは、図7(a)に、車両の走行速度(車速)の推移を示し、図7(b)に、高圧バッテリ14の電圧の推移を示し、図7(c)に、高圧バッテリ14の流出入電流の推移を示す。図示されるように、車両の走行速度が略ゼロである際には、高圧バッテリ14の電圧、電流ともに安定し、しかも高圧バッテリ14の流出入電流は略ゼロである。これに対し、車速がゼロよりも大きい領域では、高圧バッテリ14の流出入電流が大きく変動し、これにより高圧バッテリ14の電圧も大きく変動する。
ここで、高圧バッテリ14の充電状態(SOC:State Of Charge)を正確に把握する
ためには、高圧バッテリ14の端子が開放されているときの電圧である開放端電圧を検出することが便宜である。これは、図8に示すように、開放端電圧とSOCとには、1対1の対応関係があるためである。これに対し、高圧バッテリ14の流出入電流が大きい場合には、流出入電流及び内部抵抗に基づき開放端電圧を推測可能ではあるものの、分極の影響等のために、高圧バッテリ14の電圧からSOCを精度よく検出することが困難である。ちなみに、SOCは、高圧バッテリ14の放電能力を定量化した物理量である。詳しくは、高圧バッテリ14の満充電に対する現在の充電量の割合を定量化したものである。
ここで、先の図7によれば、車速が規定速度以下(略ゼロ)である場合には、高圧バッテリ14の流出入電流も規定量以下(略ゼロ)となり、高圧バッテリ14の電圧とSOCとの間に1対1の対応関係が成立するものと考えられる。このため、この場合には、SOCを高精度に検出する要求が生じるといえる。換言すれば、高圧バッテリ14の各電池セルBijの電圧の検出分解能を高くする優先度合いが大きいといえる。
一方、車速が規定速度を超える場合には、高圧バッテリ14の流出入電流も大きくなり得るため、開放端電圧を利用してSOCを検出することはできない。また、この場合には、高圧バッテリ14の電圧が大きく変動するため、高圧バッテリ14を構成する各電池セルBijの電圧を迅速に検出する優先度合いの方が大きくなる。更に、高圧バッテリ14の流出入電流が大きく変化する状況下にあっては、電池セルBijが過度に充電(過充電)されたり、過度に放電(過放電)されたりする事態が生じ得るため、こうした事態が生じていないか監視する要求がある。特に、本実施形態のように電池セルBijをリチウムイオン2次電池にて構成する場合には、これが過充電や過放電によって信頼性の低下しやすいものであることから、電圧検出を迅速に行う要求が非常に高いものとなっている。そして、過充電や過放電の有無を判断するのみの目的には、電圧の検出分解能はさほど高くなくてもよい。
そこで本実施形態では、図9に示すように、車速が規定速度α(≒0、望ましくはゼロ)以下である場合にクロック周波数を低周波(周波数fL)とすることで、電圧の検出分解能の向上を優先させる一方、車速が規定速度αよりも大きい場合にクロック周波数を高周波(周波数fH)とすることで、電圧の検出に要する時間の短縮を優先させる。これにより、検出に要する時間と検出分解能との優先度合いに応じた適切な電圧検出処理を行う。
図10に、本実施形態にかかる電圧検出処理の手順を示す。この処理は、電池監視装置20によって、例えば所定周期で繰り返し実行される。
この一連の処理では、まずステップS10において、車両走行情報としての車速信号を取得する。続くステップS12では、車速が規定速度α以下であるか否かを判断する。この処理は、電圧の検出に要する時間と検出分解能との優先度合いを判断するためのものである。そして、車速が規定速度α以下であると判断される場合、ステップS14において、クロック信号の周波数を低周波の周波数fLを有する信号として、TAD52に入力する。続くステップS16においては、上述したTAD52の出力特性を近似する近似曲線を作成し、ステップS18では、電池セルBijの電圧を検出する。
これに対し、車速が規定速度αを上回ると判断される場合、ステップS20において、クロック信号の周波数を高周波の周波数fHを有する信号として、TAD52に入力する。続くステップS22では、近似曲線を更新(作成)するタイミングであるか否かを判断する。この処理は、近似曲線を作成しつつ電池セルBijの電圧を検出する場合には、その検出に要する時間が長期化することに鑑みて設けられたものである。車速が規定速度αを上回ると判断されている場合には、検出に要する時間を短縮することの優先度合いが大きいため、近似曲線の作成を制限する。具体的には、例えばクロック信号の周波数を高周波とした状態で連続して電圧検出処理がなされた回数が規定回数以上である場合に、近似曲線の更新タイミングであると判断すればよい。そして、近似曲線の更新タイミングであると判断される場合には、上記ステップS16に移行する。これに対し、近似曲線の更新タイミングでないと判断される場合には、ステップS18において、以前算出された近似曲線を用いて電池セルBijの電圧を検出する。この近似曲線は、同一の周波数(高周波である周波数fH)のクロック信号がTAD52に印加された際に作成されたものとする。
ちなみに、上記ステップS10〜S14,S20の処理は、上記CPU30内でなされるものである。具体的には、ステップS10,S12の処理が、先の図2に示す分解能判別部30aの備える走行状態判別部の行う処理である。また、ステップS14,S20の処理が、クロック周波数設定部30b、クロック信号発生部30cの行う処理である。これに対し、ステップS16、S18,S22の処理は、ブロック監視IC40の行う処理である。
図11に、先の図10のステップS16の処理の詳細を示す。
この一連の処理では、まずステップS30において、基準電圧VrefiをTAD52に入力する。ここで、この処理に最初に入る場合には、基準電圧Vref1が選択される。続くステップS32においては、TAD52の出力値を取得する。続くステップS34においては、全ての基準電圧Vref1〜VrefnのそれぞれをTAD52に印加した際のTAD52の出力値を取得したか否かを判断する。そして、未だ全てについては取得していないと判断される場合、ステップS36において、基準電圧を変更し、ステップS30に戻る。これに対し、ステップS34において全てについて取得済みであると判断される場合、ステップS38において、TAD52の印加電圧をデジタル表記したものと、TAD52の出力値(デジタルデータ)とを関係付ける近似曲線を作成する。
図12に、先の図10のステップS18の詳細を示す。
この一連の処理では、まずステップS40において、先の図11の処理によって作成された近似曲線を取得する。ここでは、後述するステップS42においてTAD52による電圧検出で用いられる周波数と同一の周波数を有するクロック信号の印加時に作成された近似曲線を取得する。続くステップS42においては、電池セルBijの電圧(より正確には、抵抗体44,46による分圧)をTAD52に印加する。続くステップS44では、TAD52の出力値を取得する。そして、ステップS46においては、出力値を近似曲線に代入することで、電池電圧を算出する。正確には、抵抗体44,46による分圧を算出し、これと抵抗体44,46の抵抗値とに基づき、電池電圧を算出する。
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
(1)TAD52への入力電圧Vinの検出に要する時間と検出分解能との優先度合いを判断し、判断される優先度合いに応じて、クロック信号の周波数を可変設定した。これにより、電圧検出の高速処理と高精度な処理との好適な両立を図ることができる。
(2)車速に基づき優先度合いを判断することで、適切な判断が可能となる。
(3)TAD52の入力電圧Vinをデジタル表記したものとTAD52の出力信号との関係情報(近似曲線)を作成し、電池セルBijに応じた電圧(抵抗体44,46の分圧)がTAD52に印加される際のTAD52の出力信号と関係情報とに基づき、入力電圧Vinのデジタルデータを算出した。これにより、デジタルデータを実際の電圧を高精度に表現したものとすることができる。
(4)検出分解能の優先度が大きいと判断される場合の方が該優先度が小さいと判断される場合よりも、近似曲線の作成頻度が高くなるようにした。これにより、近似曲線の作成のメリットを十分に生かすことができる。
(第2の実施形態)
以下、第2の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
図13に、本実施形態にかかる電圧検出処理の手順を示す。この処理は、電池監視装置20によって、例えば所定周期で繰り返し実行される。なお、図13において、先の図10に示した処理に対応する処理については、便宜上同一のステップ番号を付している。
この一連の処理では、ステップS10aにおいて、車両走行情報として、モータジェネレータ10等の電気負荷と高圧バッテリ14とを開閉する開閉器としての、メインリレー15の状態に関する情報を取得する。続くステップS12aにおいては、メインリレー15が開状態とされているか否かを判断する。この処理は、高圧バッテリ14によって負荷が駆動されているか否かを判断するためのものである。そして、メインリレー15が開状態である場合にはステップS14に移行し、閉状態である場合にはステップS20に移行する。
以上説明した本実施形態によれば、先の第1の実施形態の上記(1)、(3)、(4)の効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。
(5)高圧バッテリ14を電力源とする負荷の停止時においては該負荷の駆動時よりも検出分解能の優先度合いが大きいと判断した。これにより、高圧バッテリ14の流出入電流量の絶対値が小さい(ゼロである)と想定される場合に検出分解能を高くする優先度合いが大きいと判断することができる。
(6)メインリレー15の開閉状態に基づき上記判断をした。これにより、負荷が駆動状態にあると想定されるか停止状態にあると想定されるかに基づき、優先度合いを判断することができる。
(第3の実施形態)
以下、第3の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
図14に、本実施形態にかかる電圧検出処理の手順を示す。この処理は、電池監視装置20によって、例えば所定周期で繰り返し実行される。なお、図14において、先の図10に示した処理に対応する処理については、便宜上同一のステップ番号を付している。
この一連の処理では、まずステップS50において、高圧バッテリの流出入電流の情報を取得する。この処理は、電流センサ22の検出値を取得する処理とすればよい。続くステップS52においては、電流とクロック信号の周波数との関係を定めるマップを取得する。ここでは、先の図2に示したメモリ32に予め図15に示すマップを格納しておくことで実行することができる。このマップは、図15に示すように、高圧バッテリ14の流出入電流の絶対値が大きいほどクロック周波数が大きくなるように設定されている。ただし、高圧バッテリ14の流出入電流の絶対値が規定量(≒0)以下である場合には、クロ
ック周波数は所定の低周波で固定される。続くステップS54では、上記マップを用いてクロック周波数を算出する。この処理が完了すると、先の図10に示したステップS22,S16,S18の処理を行う。
なお、上記ステップS50の処理は、先の図2に示したCPU30内の分解能判別部30aにて行われる。すなわち、本実施形態では、図2において、実線にて示した走行状態判別部に代えて、1点鎖線にて示す電流充放電判別部を備え、これによりステップS50の処理を実行する。
以上説明した本実施形態によれば、先の第1の実施形態の上記(1)、(3)、(4)の効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。
(7)高圧バッテリ14の流出入電流量の絶対値が小さい場合、検出分解能の優先度合いが大きいと判断することで、優先度合いを適切に判断することができる。
(第4の実施形態)
以下、第4の実施形態について、先の第3の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
本実施形態では、高圧バッテリ14の流出入電流量に応じてクロック信号の周波数を2段階に可変設定する。更に、本実施形態では、高周波から低周波への切り替えと低周波から高周波への切り替えとの間にヒステリシスを持たせることで、クロック信号の周波数が頻繁に切り替わるハンチング現象の回避を図る。
図16に、本実施形態にかかる電圧検出処理の手順を示す。この処理は、電池監視装置20によって、例えば所定周期で繰り返し実行される。なお、図16において、先の図10に示した処理に対応する処理については、便宜上同一のステップ番号を付している。
この一連の処理では、まずステップS60において、高圧バッテリ14の電流情報としての流出入電流量の検出値を取得すると、ステップS62において、電流とクロック信号の周波数との関係を定めるマップに基づき、クロック周波数を算出する。このマップは、図16に示されるように、電流の絶対値が規定量以下であるか、規定量より大きいかに応じて、クロック周波数を低周波(周波数fL)とするか高周波(周波数fH)とするかを切り替えるものである。続くステップS64においては、周波数の切り替えを待機する旨のヒステリシス期間フラグがオン状態であるか否かを判断する。そして、ヒステリシス期間フラグがオフ状態であると判断される場合には、ステップS66において、前回マップ演算値と今回マップ演算値とが相違するか否かを判断する。この処理は、クロック周波数の切り替えがマップ演算値によって指示され始めるタイミングを判断するものである。そして、ステップS66において肯定判断される場合には、クロック周波数の切り替えがマップ演算値によって指示され始めるタイミングであることから、ステップS68において、ヒステリシス期間フラグをオンとする。
一方、上記ステップS64において肯定判断される場合には、ステップS70において、前回のマップ演算値と今回のマップ演算値とが等しいか否かを判断する。この処理は、クロック周波数の切り替えがマップ演算値によって依然指示されているか否かを判断するものである。そして、ステップS64において肯定判断される場合には、クロック周波数の切り替えが依然指示されていると考えられることから、ステップS72において、切り替え指示が継続している時間を計時するカウンタをインクリメントする。一方、上記ステップS64において否定判断される場合には、クロック周波数の切り替え指示が突発的なものであったとして、ステップS74においてカウンタを初期化するとともにヒステリシス期間フラグをオフとする。
上記ステップS68〜S74の処理が完了する場合、ステップS76において、カウンタ値が切替閾値以上となったか否かを判断する。この処理は、クロック周波数の切り替え指示が突発的なものでなく、クロック周波数を切り替えたとしても、その直後に再度の切り替え要求が生じることはないか否かを判断するためのものである。そして、切替閾値以上と判断される場合、ステップS78において、クロック周波数を切り替える。
なお、ステップS76において否定判断される場合やステップS78の処理が完了する場合には、先の図10に示したステップS22,S16,S18の処理を実行する。
以上説明した本実施形態によれば、先の第1の実施形態の上記(1)、(3)、(4)の効果や先の第3の実施形態の上記(7)の効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。
(8)クロック信号の周波数を変更するに際し、優先度合いの判断結果に加えて、過去におけるクロック周波数の設定の履歴を加味した。これにより、ハンチング現象を好適に回避しつつクロック周波数を可変設定することができる。
(9)優先度合いの判断結果が変化してからその判断結果が継続して維持される時間が規定時間(切替閾値)以上となることに基づき、クロック信号の周波数を変更した。これにより、電流の検出値のようにその値が微少なタイムスケールで大きく変動し得るパラメータを用いて優先度合いを定量化した場合であっても、周波数の切り替えが頻繁に生じるハンチング現象を好適に抑制することができる。
(第5の実施形態)
以下、第5の実施形態について、先の第3の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
図17に、本実施形態にかかる電池監視装置20の構成を示す。なお、図17において、先の図2に示した部材と対応する部材については、便宜上同一の符号を付している。
図示されるように、本実施形態では、絶縁手段26を介してCPU30から複数のブロック監視IC40のそれぞれにクロック信号と制御信号とが出力される。これに対し、ブロック監視IC40では、電圧の検出結果を、隣接する低電位側のブロックに対応したブロック監視ICに出力する。そして、最低電位のブロック監視IC40は、自分よりも高電位のブロック監視ICから出力された電圧検出結果の全てを、信号線La,Lb及び絶縁手段26を介してCPU30に出力する。これにより、ブロック監視IC40のそれぞれが絶縁手段26を介して検出結果をCPU30に出力する場合と比較して、絶縁手段の数を低減させることができる。なお、高電位側のブロック監視IC40から低電位側のブロック監視IC40へと信号を伝達する手法については、例えば特開2007−278913号公報に記載された技術を利用すればよい。
更に、本実施形態では、クロック信号発生部30c、30dを備えることで、互いに相違するクロック周波数のクロック信号を同時に出力することが可能となっている。これは、本実施形態では、ブロック監視IC40が電池セルBijのそれぞれを検出対象とするTADを2つずつ備えることに対応している。
図18に、本実施形態にかかるブロック監視IC40の構成を示す。図示されるように、本実施形態では、各電池セルB1〜B6のそれぞれを検出対象とするTADを2つずつ(TAD52a,TAD52b)備えている。そして、これに対応して、記憶手段62a、62bや、電圧算出部68a,68b、補正演算設定部64a,64bを備えている。
こうした構成によれば、TAD52a,TAD52bを用いた電圧検出結果同士を照合することで、これらの異常の有無を診断することが可能となる。図19に、本実施形態にかかる上記異常診断処理の手順を示す。この処理は、電池監視装置20によって、例えば所定周期で繰り返し実行される。
この一連の処理では、まずステップS80において、高圧バッテリ14の流出入電流に関する情報を取得する。続くステップS82においては、電圧の検出モードを決定する。ここでは、4つの検出モードのうちのいずれかを選択する。ここで、検出モード1(Mode1)は、TAD52a,TAD52bの双方に高周波(周波数fH)のクロック信号を印加するモードである。これに対し、検出モード2、3(Mode2,Mode3)は、いずれもTAD52a,TAD52bのうちの一方に高周波(周波数fH)のクロック信号を印加して且つ他方に低周波(周波数fL)のクロック信号を印加するモードである。更に、検出モード4(Mode4)は、TAD52a,TAD52bの双方に低周波(周波数fL)のクロック信号を印加するモードである。本実施形態では、高圧バッテリ14の流出入電流量の絶対値が小さい値(ex.ゼロ)である場合に検出モード4とし、中間の値である場合に検出モード2,3とし、大きい値である場合に検出モード1とする。
続くステップS84においては、上記ステップS82によって決定された検出モードに従ってTAD52a,TAD52bに入力するクロック周波数を決定する。そして、ステップS86では、電圧検出処理を実行する。続くステップS88においては、TAD52a,TAD52bのそれぞれを利用した電圧の検出値Va,Vbの差の絶対値が規定値β以上であるか否かを判断する。この処理は、電池監視装置20に異常があるか否かを判断するためのものである。そして、規定値β以上であると判断される場合、ステップS90に移行し、電池監視装置20に異常がある旨判断する。そして、この場合には、電圧検出装置に異常がある場合のフェールセーフ処理を実行することが望ましい。
なお、ステップS88において否定判断される場合や、ステップS90の処理が完了する場合には、この一連の処理を一旦終了する。なお、ステップS88の処理は、毎回実行する必要はない。例えば検出モード2,3が選択されている場合には、TAD52a,TAD52bのそれぞれを用いた電圧検出時間に差があるため、低周波のクロック信号が用いられている方の電圧検出の完了時に限って実行するようにしてもよい。これにより、高周波のクロック信号が用いられている方の電圧検出時間の長期化を回避することができる。
以上説明した本実施形態によれば、先の第1の実施形態の上記(1)、(3)、(4)の効果や先の第3の実施形態の上記(7)の効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。
(10)同一の検出対象に対してTADを2つ備え(TAD52a,TAD52b)、これらに入力されるクロック信号の周波数同士を相違させることを可能とした。これにより、TAD52a,TAD52bのそれぞれを用いた電圧検出処理同士で、検出に要する時間と検出分解能との優先度合いを相違させることができる。
(11)TAD52a,TAD52bのそれぞれを利用した電圧検出結果同士の離間度合いが所定以上である場合、電圧検出装置(電池監視装置20)に異常がある旨診断した。これにより、電圧検出装置の異常の有無を診断することができる。
(第6の実施形態)
以下、第6の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
例えば特開2007−12568号公報に記載されているように、高圧バッテリ14は、その温度が低くなることで、入出力可能な電力が大きく低下する。このため、本実施形態でも、上記公報に記載されているように、高圧バッテリ14の温度が低い場合、高圧バッテリ14を昇温する昇温制御を行う。
ここでは、まず図20を用いて、昇温制御に用いる電力変換回路について説明する。図20は、本実施形態にかかるシステム構成を示す。
モータジェネレータ10は、インバータIV及びDCDCコンバータCVを介して高圧バッテリ14に接続されている。ここで、DCDCコンバータCVは、コンデンサCと、これに並列接続される一対のスイッチング素子Scp,Scnの直列接続体と、スイッチング素子Scp,Scnの接続点を高圧バッテリ14に接続するリアクトルLとを備えて構成されている。DCDCコンバータCVは、高圧バッテリ14の電圧(例えば「288V」)を所定の電圧(例えば「666V」)を上限として昇圧するものである。一方、インバータIVは、スイッチング素子Sup,Sunの直列接続体と、スイッチング素子Svp,Svnの直列接続体と、スイッチング素子Swp,Swnの直列接続体とを備えており、これら各直列接続体の接続点がモータジェネレータ10のU,V,W相にそれぞれ接続されている。なお、スイッチング素子Sup,Sun,Svp,Svn,Swp,Swn,Scp,Scnにはそれぞれ、ダイオードDup,Dun,Dvp,Dvn,Dwp,Dwn、Dcp,Dcnが逆並列に接続されている。
一方、上記ハイブリッド制御装置12では、インバータIVやDCDCコンバータCVを操作する操作信号を生成して出力する。ここで、インバータIVのスイッチング素子Sup,Sun,Svp,Svn,Swp,Swnを操作する信号が、操作信号gup,gun,gvp,gvn,gwp,gwnである。また、DCDCコンバータCVの2つのスイッチング素子Scp,Scnを操作する信号が、操作信号gup,gcnである。
特にハイブリッド制御装置12は、高圧バッテリ14の温度が低い場合、DCDCコンバータCVを操作することで、高圧バッテリ14の昇温制御を行う。ここで、高圧バッテリ14の温度は、温度センサ80による検出結果として電池監視装置20に取り込まれるものであり、ハイブリッド制御装置12では、電池監視装置20から昇温制御の要求が出されることで、高圧バッテリ14の昇温制御を行う。
この昇温制御は、高圧バッテリ14とコンデンサCとの間での電荷の授受を周期的に行うことで高圧バッテリ14の充電処理と放電処理とを周期的に繰り返すものである。この充放電処理に起因して高圧バッテリ14の内部抵抗に流れる電流によって、高圧バッテリ14が発熱するため、高圧バッテリ14の昇温制御が実現できる。
ただし、高圧バッテリ14の充放電処理がなされる場合、高圧バッテリ14の電圧が振動することとなるため、この電圧の極大値が過度に高くなったり、極小値が過度に低くなったりする事態が生じないように、高圧バッテリ14の電圧を監視することが望まれる。そこで本実施形態では、昇温制御中において以下に詳述する態様にて各電池セルBijの電圧を監視する。
図21に、本実施形態にかかる電圧検出処理の手順を示す。この処理は、電池監視装置20によって、例えば所定周期で繰り返し実行される。なお、図21において、先の図10に示した処理に対応する処理については、便宜上同一のステップ番号を付している。
この一連の処理では、まずステップS100において、高圧バッテリ14の昇温制御の実行中であるか否かを判断する。この処理は、電圧の検出に要する時間と検出分解能との優先度合いを判断するためのものである。そして、昇温制御の実行中であると判断される場合、ステップS112に移行する。ステップS112においては、電圧の検出に要する時間を短くする優先度合いの方が大きいとして、クロック信号の周波数を高周波(例えば「1kHz〜10kHz」)としてこれをTAD52に入力する。ちなみに、クロック周波数は、昇温制御のための充放電の周波数(例えば「500Hz〜1kHz」)の定数X(≧2)倍とする。ここで、充放電周波数の2倍以上とするのは、サンプリング定理に基づくものである。また、充放電周波数に定数Xを乗算したものをクロック周波数とするのは、クロック周波数の設定を簡素化するためである。
ステップS22の処理が完了する場合には、先の図10同様、ステップS22、S16、S18の処理を行う。これに対し、ステップS100において否定判断される場合には、検出分解能の優先度合いの方が大きいと判断し、ステップS114において、クロック信号の周波数を低周波としてTAD52に入力する。そして、ステップS114の処理が完了する場合には、上記ステップS16、S18の処理を行う。
以上説明した本実施形態によれば、先の第1の実施形態の上記(1)、(3)、(4)の各効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。
(12)高圧バッテリ14の昇温制御(充放電処理)がなされている場合、検出に要する時間の優先度合いが大きいと判断した。これにより、高圧バッテリ14の電圧が大きく変動する状況下、高圧バッテリ14の電圧が過度に高くなったり過度に低くなったりすることが無いかを適切に監視することができる。
(13)高圧バッテリ14の昇温制御(充放電処理)がなされている場合、クロック信号の周波数を充放電処理の周波数の2倍以上とした。これにより、高圧バッテリ14の電圧の変動を適切に監視することができる。
(第7の実施形態)
以下、第7の実施形態について、先の第6の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
図22に、本実施形態にかかる電圧検出処理の手順を示す。この処理は、電池監視装置20によって、例えば所定周期で繰り返し実行される。なお、図22において、先の図21に示した処理に対応する処理については、便宜上同一のステップ番号を付している。
この一連の処理では、ステップS100において高圧バッテリ14の昇温制御の実行中ではないと判断される場合、ステップS12において、車速が規定速度α以下であるか否かを判断する。この処理は、先の図10に示したステップS12の処理と同様である。そして、車速が規定速度α以下と判断される場合には、ステップS114においてクロック周波数を低周波とする一方、規定速度αを上回ると判断される場合、ステップS116においてクロック周波数を、ステップS112において設定される周波数とステップS114において設定される周波数との中間の周波数とする。なお、この中間の周波数は、先の図10のステップS20における周波数fH程度とすることが望ましい。
このように本実施形態では、車両の走行速度が規定速度αを上回る場合には規定速度α以下の場合と比較して検出に要する時間の優先度合いが大きいと判断しつつも、規定速度αを上回る場合の検出に要する時間の優先度合いは昇温制御時よりも低いとしている。
(第8の実施形態)
以下、第8の実施形態について、先の第6の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
上述したように、高圧バッテリ14の昇温制御においては、高圧バッテリ14の電圧が過度に高くなったり過度に低くなったりしないように電圧を監視することが望まれる。ここで、高圧バッテリ14の電圧の変動幅は、高圧バッテリ14の内部抵抗に依存して変化する。この内部抵抗は、図23に示すように、変化しえるものである。図23に、電池セルBijの内部抵抗(インピーダンス)と、電池セルBijの温度及び充放電周波数との関係を示す。
図示されるように、電池セルBijのインピーダンスは、温度が高くなるほど小さくなる。このため、電池セルBijのインピーダンスの変化にかかわらず、充放電処理態様を固定したのでは、高圧バッテリ14の温度を迅速に上昇させる上で必ずしも適切なものとならない。以下これについて、図24(a1),図24(b1)、図24(c1)を用いて説明する。図24(a1)は、電池セルBijの温度の推移を示し、図24
(b1)は、電池セルBijの充放電電流の推移を示し、図24(c1)は、電池セルBijの電圧の推移を示す。ここで、図24(c1)に示す一点鎖線は、電池セルBijの信頼性の低下を招くことのない電圧の上限値を示す。
図示されるように、電池セルBijの温度が上昇すると、内部抵抗が低下するため、電池セルBijの充放電電流量の振幅を固定しても、電圧の振幅は減少していく。これは、内部抵抗の低下とともに、内部抵抗による電圧降下量が減少するためである。このため、昇温制御当初において電池セルBijの電圧が上限値以下となるように充放電電流量を設定する場合には、電池セルBijの温度の上昇とともに電池セルBijの電圧が上限値に対して余裕を有するものとなる。ここで、電池セルBijでの発熱は、内部抵抗と電流の2乗との積に比例するため、電流量を増加させることができるなら、発熱量を増加させることができ、ひいては電池セルBijの温度をより迅速に上昇させることができると考えられる。
そこで本実施形態では、図24(a2)、図24(b2)及び図24(c2)に示すように、充放電処理に伴う電池セルBijの電圧の極大値を上限値にフィードバック制御する。図24(a2)、図24(b2)及び図24(c2)は、それぞれ図24(a1),図24(b1)、図24(c1)に対応するものである。
図示されるように、電池セルBijの温度の上昇に伴って内部抵抗が低下しても、電圧の極大値を上限値にフィードバック制御することで、電池セルBijの温度の上昇につれて充放電電流量が増加することとなる。ちなみに、ここで充放電電流量の増加とは、充放電電流量の振幅の増加のことである。換言すれば、単位時間当たりに電池セルBijから流出入する電流の絶対値の増加のことである。
図25に、本実施形態にかかる上記電圧の極大値のフィードバック制御の処理手順を示す。この処理は、電池監視装置20及びハイブリッド制御装置12によって、例えば所定周期で繰り返し実行される。なお、図25において、先の図21に示した処理に対応する処理については、便宜上同一のステップ番号を付している。
この一連の処理では、高圧バッテリ14の昇温制御中においてステップS18の処理が完了する場合、ステップS120に移行する。ステップS120においては、TAD52によって検出される電圧の極大値を上限値にフィードバック制御すべく、充放電電流量を操作する。図26に、この処理の詳細を示す。
偏差算出部90では、検出電圧の極大値から目標値を減算した値を算出し、乗算器92に出力する。ここで、目標値は、フィードバック制御時の電圧の微小な変動を考慮し、上記上限値よりも所定量低い値に設定することが望ましい。一方、乗算器92では、偏差算出部90の出力値にゲインKを乗算して、変調率設定部94に出力する。変調率設定部94では、現在の変調率に、乗算器92の出力を加算することで、変調率指令値を算出する。操作信号生成部96では、変調率指令値に応じた正弦波とキャリアとの大小比較に基づくPWM処理によって、スイッチング素子Scnの操作信号gcnとスイッチング素子Scpの操作信号gupとを生成する。ちなみに、図では、上記大小比較に基づき操作信号gcnが生成されるタイムチャートが示してあるが、実際には、大小比較に基づき生成されるPWM信号に対し、デッドタイム生成処理をしつつ操作信号gcp,gcnを生成する。
ここで、変調率を大きくするほど、DCDCコンバータCVの出力電圧の変動が大きくなる。このため、高圧バッテリ14の充放電電流の振幅が大きくなる。なお、変調率設定部94から出力される変調率指令値は、次回の制御周期において、現在の変調率とされる。このように、電圧の極大値を目標値にフィードバック制御する制御器を積分制御器とすることで、電池セルBijの温度上昇に応じたフィードバック操作量(変調率)を学習することができ、ひいては目標値への追従性を高めることができる。
なお、この処理によって、今回の変調率指令値が算出されると、先の図25の一連の処理を一旦終了する。
以上説明した本実施形態によれば、先の第1の実施形態の上記(1)、(3)、(4)の各効果や、先の第6の実施形態の上記(12)、(13)の各効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。
(14)電池セルBijの電圧を上限電圧以下とするとの条件下、充放電処理による電池セルBijの温度上昇に応じて充放電電流量を増加させた。これにより、高圧バッテリの昇温制御をより適切に行うことが可能となる。
(15)電池セルBijの電圧検出値の極大値を目標値にフィードバック制御することで電流量の増加処理を行った。これにより、電池セルBijの電圧が上限値を上回らないようにしつつも、電池セルBijの充放電電流の振幅を極力増大させることができる。
(第9の実施形態)
以下、第9の実施形態について、先の第7の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
図27(a2)、図27(b2)、図27(c2)に、本実施形態にかかる充放電処理態様を示す。なお、図27(a2)、図27(b2)、図27(c2)は、先の24(a2)、図24(b2)、図24(c2)に対応するものである。また、図27(a1)、図27(b1)、図27(c1)は、先の24(a1)、図24(b1)、図24(c1)と同一のものを対比のために記載している。
図示されるように、本実施形態では、電池セルBijの温度上昇に伴って、充放電処理の周波数を低下させる処理を行う。詳しくは、電池セルBijの電圧の極大値を目標値にフィードバック制御するための操作量を充放電処理の周波数とすることで上記処理を行う。これは、先の図23に示したように、所定の周波数以下の領域では、周波数の低下に伴って電池セルBijの内部抵抗(インピーダンス)が上昇する傾向にあることに鑑みたものである。特に、本実施形態では、周波数の低下に伴って電池セルBijの内部抵抗が上昇する領域のうちの最高周波数領域において昇温制御を行うようにすることで、内部抵抗が極力小さくなる領域(数十Hz〜数kHz)で昇温制御を行うことを想定している。このため、充放電周波数を低下させることで、内部抵抗を上昇させることができ、ひいては発熱量の増大を図ることができる。ただし、発熱量が内部抵抗と電流の2乗との積に比例することに鑑みれば、周波数を低下させることによる発熱量の増加効果は、上記第8の実施形態のように充放電電流量を増加させることによる発熱量の増加効果よりは小さくなる。
ただし、充放電周波数を低下させる場合には、検出分解能を維持しつつTAD52に入力するクロック周波数を低下させることを可能とするというメリットを有する。
図28に、本実施形態にかかる上記電圧の極大値のフィードバック制御の処理手順を示す。この処理は、電池監視装置20及びハイブリッド制御装置12によって、例えば所定周期で繰り返し実行される。なお、図28において、先の図25に示した処理に対応する処理については、便宜上同一のステップ番号を付している。
この一連の処理では、高圧バッテリ14の昇温制御中においてステップS18の処理が完了する場合、ステップS120aに移行する。ステップS120aにおいては、TAD52によって検出される電圧の極大値を上限値にフィードバック制御すべく、充放電周波数を操作する。図29に、この処理の詳細を示す。なお、図29において、先の図26に示した処理に対応する処理については、便宜上、同一の符号を付している。
図示されるように、本実施形態では、上記変調率設定部94に代えて、周波数設定部94aを備える。そして、現在の正弦波周波数に、乗算器92の出力を加算することで、周波数指令値を設定する。操作信号生成部96では、周波数指令値に応じた周波数を有する正弦波とキャリアとの大小比較に基づき操作信号gup,gcnを生成する。なお、本実施形態における乗算器92の設定は、先の図26に示したものの設定と同一ではなく、特にゲインKを負とすることを想定している。
こうして設定される充放電周波数は、電池セルBijの温度上昇に応じて低下操作されるものとなる。そして、充放電周波数が低下操作されると、先の図28に示したステップS120aにおいて、クロック周波数を低下させる。
以上説明した本実施形態によれば、先の第1の実施形態の上記(1)、(3)、(4)の各効果や、先の第6の実施形態の上記(12)、(13)の各効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。
(16)充放電処理による電池セルBijの温度上昇に応じて充放電処理の周波数を低下させた。これにより、電池セルBijの温度上昇に伴う内部抵抗の低下を補償することができ、ひいては発熱量を増大させることができる。しかも、電池の電圧の検出に要する時間に対する優先度合いを低下させることができるため、電池監視装置20の演算負荷を低減することができる。
(17)電池セルBijの電圧の極大値を目標値にフィードバック制御すべく、充放電の周波数を操作した。これにより、電池セルBijの電圧が上限値を上回らないようにしつつも、充放電電流の周波数を極力低下させることができる。
(第10の実施形態)
以下、第10の実施形態について、先の第7の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
図30(a2)、図30(b2)、図30(c2)に、本実施形態にかかる充放電処理態様を示す。なお、図30(a2)、図30(b2)、図30(c2)は、先の24(a2)、図24(b2)、図24(c2)に対応するものである。また、図30(a1)、図30(b1)、図30(c1)は、先の24(a1)、図24(b1)、図24(c1)と同一のものを対比のために記載している。
図示されるように、本実施形態では、電池セルBijの温度上昇に伴って、充放電電流量を増加させる処理と、充放電処理の周波数を変更する処理とを行う。これは、先の図23に示したように、電池セルBijの温度によって、電池セルBijの内部抵抗(インピーダンス)を最小とする周波数が相違することに鑑みたものである。電池セルBijの発熱量が内部抵抗と充放電電流量の2乗との積に比例する一方、内部抵抗が大きいほど充放電電流量を増加させにくくなることに鑑みれば、内部抵抗を最小化することで、発熱量を最大化することができる。このため、電池セルBijの都度の温度において、充放電電流量を最大とすることができるように周波数を変更する。
図31に、本実施形態にかかる上記電圧の極大値のフィードバック制御の処理手順を示す。この処理は、電池監視装置20及びハイブリッド制御装置12によって、例えば所定周期で繰り返し実行される。なお、図31において、先の図25に示した処理に対応する処理については、便宜上同一のステップ番号を付している。
この一連の処理では、高圧バッテリ14の昇温制御中においてステップS18の処理が完了する場合、ステップS120bに移行する。ステップS120bにおいては、電池セルBijの発熱量を最大とするとの条件を設けつつ、TAD52によって検出される電圧の極大値を上限値にフィードバック制御する。これは、電池セルBijの電圧の極大値を極力低下させるように充放電周波数を操作しつつ、電圧の極大値を上限値にフィードバック制御すべく充放電電流量を操作することで実現することができる。
以上説明した本実施形態によれば、先の第1の実施形態の上記(1)、(3)、(4)の各効果や、先の第6の実施形態の上記(12)、(13)の各効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。
(18)電池セルBijの電圧の極大値を目標値よりも極力低下させるように充放電処理の周波数を操作しつつ、電圧の極大値を目標値にフィードバック制御するように充放電電流量を増加させた。これにより、電池セルBijの電圧を上限値以下とするとの条件下、電池セルBijの発熱量を最大化することができる。
(その他の実施形態)
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・上記第5の実施形態では、高電位側のブロック監視IC40から低電位側のブロック監視IC40へと電圧の検出結果を出力することで、最低電位のブロック監視IC40を介してCPU30に電圧検出結果を取り込むようにする一方、クロック信号や制御信号については、CPU30から絶縁手段26を介して各ブロック監視ICに出力するようにした。しかし、これらクロック信号や制御信号についても、CPU30から最高電位のブロック監視IC40に出力するようにして且つ、これらの信号が高電位側のブロック監視IC40から低電位側のブロック監視IC40へと出力されるようにしてもよい。これについても、上記特開2007−278913号公報に記載された技術を用いることで実現することができる。
また、上記第5の実施形態において、複数のブロック監視IC40のそれぞれが、電圧の検出結果を、絶縁手段26を介してCPU30に出力するようにしてもよい。
・上記第1〜第4の実施形態において、上記第5の実施形態やその変形例にて例示したように、高電位側のブロック監視IC40から低電位側のブロック監視IC40へと検出結果等の信号を出力するようにしてもよい。これにより、絶縁手段の数を低減することができる。
・上記第5の実施形態において、電圧検出装置の異常の有無の診断を行う目的のみのために各電池セルBiにTADを2つずつ設ける場合には、Mode2、Mode3を設けなくてもよい。また、2つの異なるクロック周波数のそれぞれを同時に用いて2つの異なる目的で電圧検出処理を実行する場合であっても、Mode2,Mode3の双方を設ける代わりに、これら一方のみを設けてもよい。
・上記第5の実施形態では、同一の検出対象に対してTADを2つ設けたが3つ以上設けてもよい。この場合、各TADの入力クロックを互いに相違されるなら、検出に要する時間と検出分解能との優先度合いを3段階以上で相違させつつ、各TADで各優先度合いに応じた電圧検出を行うことができる。
・上記第5の実施形態及びその変形例では、同一の検出対象に対して、電圧制御発振器(リングオシレータ52a)を複数個備えたが、電圧制御発振器については、同一の検出対象に対してただ一つとしてもよい。この場合であっても、出力手段(カウンタ52b、ラッチ52c、ラッチエンコーダ52d、ラッチ52e、減算部52f)を、複数個備えるなら、これらの間で電圧制御発振器を共有することで、同一の検出対象に対して複数の検出結果を出力することができる。
・上記第4の実施形態では、高圧バッテリ14の流出入電流に応じてクロック信号の周波数を2通りに設定したが、これに限らない。3つ以上の周波数のいずれかに設定する場合であっても、これらクロック周波数を切り替える際にヒステリシスを設けることは有効である。
・クロック周波数の切り替え条件にヒステリシスを設ける手法としては、上記第4の実施形態で例示したように、切り替えのためのパラメータ(ex.電流値)の値がそれまでとは相違するクロック周波数を指示するものとなってからその値を所定時間維持することで指示される周波数に切り替える手法に限らない。例えば図32に示されるように、高周波数側から低周波数側へと切り替える際と、低周波数側から高周波数側へと切り替える際とで、切り替えのためのパラメータ(ex.車速)の値を相違させるようにしてもよい。なお、この手法についても、3つ以上の周波数を切り替える際に適用することも可能である。
・上記各実施形態では、クロック周波数が低い場合には、近似曲線の算出処理を毎回行うことで電圧検出を更に高精度化したが、短時間の間ではTADの出力特性が変化しないと考えられるため、複数回に一度近似曲線を更新するようにしてもよい。この場合であっても、クロック周波数が低い場合の方が高い場合よりも近似曲線の更新周期を短くすることが望ましい。また、電圧検出の高精度化のための手法としては、上記近似曲線の利用に限らない。例えば、抵抗体44,46等、電圧検出に際して用いるTAD以外の電子部品の温度特性に起因した電圧検出誤差を補償すべく、電圧検出結果を温度補正する処理を行ってもよい。この場合であっても、温度補正量の算出更新頻度を、検出分解能の優先度合いが大きい場合の方が小さい場合よりも高くすることが望ましい。ちなみに、温度補正をする場合、TADの温度は、図33に示すTADの温度特性を利用することで、TADの出力値に基づき検出することができる。
・車両の走行状態に基づく電圧の検出に要する時間と検出分解能との優先度合いの判断手法としては、車速が略ゼロであるか否かに基づくものに限らない。例えば、パラレルハイブリッド車のように加速時以外には主として内燃機関を車両の動力源とするものにあっては、車速がゼロよりも大きい場合であっても、一定であるなら高圧バッテリの流出入電流が小さい状況が生じ得る。このため、こうした場合にあっては、車速が一定速度である場合にも、検出分解能の方が優先度合いが大きいと判断してもよい。また、車速を入力として上記判断を行うものにも限らない。例えば、回転機が発電及び動力生成の双方をしない運転状態が存在するものにあっては、この運転状態となる条件が成立する場合に、検出分解能の優先度合いが大きいと判断してもよい。
・検出に要する時間と検出分解能との優先度合いを判断する判断手段としては、上記車両の走行状態や電池の流出入電流、電池への負荷の接続の有無に基づくものに限らない。例えば、検出に要する時間を短周期とする電圧検出のなされる期間が所定期間以上となる場合に、検出分解能の優先度合いが大きいと判断してもよい。この際、ハイブリッド制御装置12によってモータジェネレータ10と高圧バッテリ14との間の流出入電流を一時的にゼロとする制御を実行するようにするなら、開放端電圧を高精度に検出することができる。
・上記第6〜第10の実施形態において、高圧バッテリ14の昇温制御時においても所定のタイミングで近似曲線の更新処理を行うようにしたがこれに限らない。例えば、昇温制御時に電圧の検出に要する時間の優先度合いが極めて大きい場合には、予めTAD52の出力特性の近似曲線を記憶しておき、近似曲線の更新処理を一切行うことなく、記憶された近似曲線を用いて電圧を検出するようにしてもよい。
・上記第6,7の実施形態では、高圧バッテリ14の昇温制御時においてTAD52のクロック信号の周波数を最高としたがこれに限らず、検出に要する時間の優先度合いがより大きい状況が生じる場合には、その状況においてクロック信号の周波数が最高となるようにしてもよい。
・上記第8〜第10の実施形態では、高圧バッテリ14の昇温制御において、スイッチング素子Scnの操作信号gcnの時比率Dを「50%」を中心としてPWM制御によって変化させることで高圧バッテリ14の充放電処理を行ったがこれに限らない。例えば、高圧バッテリ14の昇温制御時におけるDCDCコンバータCVの出力電圧としてより高い電圧が望まれかより低い電圧が望まれるかに応じて、上記時比率Dを「50%」よりも大きい値又は小さい値を中心にしてPWM制御によって変化させるようにしてもよい。
・高圧バッテリ14の昇温制御による電池セルBijの温度上昇に応じて充放電電流を増加させる処理としては、電圧のフィードバック制御によるものに限らない。例えば、高圧バッテリ14の温度の検出値に基づき、これが上昇するほど充放電電流量を増加させることで電圧を開ループ制御してもよい。また、電圧を目標値に制御するものにも限らず、電圧を上限値以下とするとの制約の下、高圧バッテリ14の温度の検出値が上昇するほど充放電電流量を増加させるようにしてもよい。なお、ここで温度の検出値は、先の図20に示した温度センサ80によって検出される温度である高圧バッテリ14の温度の代表値であってもよいが、これ以外でもよい。すなわち、例えば、高圧バッテリ14の複数個所に温度センサを備え、これら各温度センサの検出値の平均値等であってもよい。
更に、電池セルBijの温度を把握する手段としては、温度検出手段や、充放電電流の極大値を検出する手段に限らない。例えば、昇温制御時間(充放電処理時間)を検出する手段であってもよい。すなわち、充放電処理時間が長ければ長いほど温度が上昇することに鑑みれば、充放電処理時間の検出値の増加に伴って充放電電流を増加させる処理を行うことも可能である。
・高圧バッテリ14の昇温制御による電池セルBijの温度上昇に応じて充放電処理の周波数を低下させる処理としては、電圧のフィードバック制御によるものに限らない。例えば、高圧バッテリ14の温度の検出値に基づき、これが上昇するほど充放電処理の周波数を低下させることで電圧を開ループ制御してもよい。また、電圧を目標値に制御するものにも限らず、電圧を上限値以下とするとの制約の下、高圧バッテリ14の温度の検出値が上昇するほど充放電処理の周波数を低下させるようにしてもよい。なお、ここで温度の検出値は、先の図20に示した温度センサ80によって検出される温度である高圧バッテリ14の温度の代表値であってもよいが、これ以外でもよい。すなわち、例えば、高圧バッテリ14の複数個所に温度センサを備え、これら各温度センサの検出値の平均値等であってもよい。
更に、電池セルBijの温度を把握する手段としては、温度検出手段や、充放電電流の極大値を検出する手段に限らない。例えば、昇温制御時間(充放電処理時間)を検出する手段であってもよい。すなわち、充放電処理時間が長ければ長いほど温度が上昇することに鑑みれば、充放電処理時間の検出値の増加に伴って充放電電流処理の周波数を低下させる処理を行うことも可能である。
・高圧バッテリ14の昇温制御による電池セルBijの温度上昇に応じて充放電処理の周波数及び充放電電流量を変更する処理としては、上記第8〜10の実施形態で例示したものに限らない。例えば、上記第10の実施形態において、高圧バッテリ14の温度と、充放電の周波数及び充放電電流(上記変調率等の充放電電流を操作するためのパラメータ)との関係を定めたマップを用いて充放電処理の周波数及び充放電電流量の双方を変更してもよい。また例えば、上記第8の実施形態における電圧フィードバック制御器と、第9の実施形態における電圧フィードバック制御器とを併用するようにしてもよい。
・上記第6〜第10の実施形態では、高圧バッテリ14の昇温制御において、電池セルBijの電圧を上限値以下とするとの条件を設けたがこれに限らず。例えば、電池セルBijの信頼性の低下を招くことの無い電圧の下限値以上とするとの条件を更に設けてもよい。もっとも、電池セルBijの電圧を上限値にフィードバック制御するなどすることで、電池セルBijの電圧が過度に低くなることは無いと考えられるなら、電池セルBijの電圧が下限値以上となるか否かについてはこれを特別判断する処理を有しなくても、電池セルBijの電圧が下限値以下となることを回避することができると考えられる。
・高圧バッテリ14及びモータジェネレータ10間に介在する電力変換回路としては、上記DCDCコンバータCV及びインバータIVに限らない。例えばDCDCコンバータを、キャパシタと、高圧バッテリ14に並列接続される一対のスイッチング素子と、キャパシタに並列接続された一対のスイッチング素子と、高圧バッテリ14に並列接続される一対のスイッチング素子の接続点をキャパシタに並列接続された一対のスイッチング素子の接続点に接続するコイルとを備えるバックブーストコンバータとしてもよい。更に例えば、上記バックブーストコンバータを3つ備え、これら各コンバータの出力電圧が、モータジェネレータ10の各相に印加されるようにしてもよい。この場合、キャパシタの充放電によってモータジェネレータ10が駆動されることの回避が望まれる場合には、モータジェネレータ10とコンバータとの間に開閉器を備え、これを開状態とした状態で充放電を行うなどすればよい。
更に、高圧バッテリ14に接続される電力変換回路としては、車載主機との間で電力の授受を行うものに限らず、例えば高圧バッテリ14の電圧を降圧して車載補機類の給電手段(低圧バッテリ)に印加するDCDCコンバータであってもよい。この場合、高圧バッテリ14と低圧バッテリとの間で電荷をやり取りすることで、高圧バッテリ14の昇温制御を行うことができる。
・ブロック内の電池セルの数は、6個に限らない。また、ブロック毎に監視ICを備えることなく、組電池を構成する全ての電池セルの電圧を監視する単一のICを備えるようにしてもよい。更に、TADの電圧検出対象としては、電池セルの電圧に限らず、例えばブロック単位の電圧であってもよい。
・上記各実施形態では、TAD52が出力値をシリアルラインに出力することを想定したが、これに限らない。例えば、先の第1の実施形態において、周波数fHにおいては用いられないビット(常時ゼロとなるビット)と、用いられるビットとを各別のラインに出力するようにしてもよい。これによれば、クロック信号が高周波とされる場合には、マイコン60内において、小さい側の値を表現するビットのみを取得して電圧の算出に用いればよいため、演算負荷をいっそう低減することができる。
・TAD52としては、先の図4に例示したものに限らない。例えば、ラッチエンコーダ52dを備えない構成とすることで、リングオシレータ52aの出力信号の論理反転回数を整数単位でカウントするものとしてもよい。
・車両としては、ハイブリッド車に限らず、例えば電気自動車であってもよい。
・組電池としては、リチウムイオン2次電池を電池セルとするものに限らず、例えばニッケル水素2次電池等であってもよい。
・電池としては、車載組電池に限らない。例えば上記低圧バッテリ18等でもよい。また、車載電池に限らず、例えば、パーソナルコンピュータや携帯電話機、更にはカメラ等の電源としての電池であってもよい。
・電圧の検出対象としては、電池に限らない。例えば、ピエゾインジェクタに内蔵されるピエゾ素子の電圧であってもよい。
10…モータジェネレータ(負荷の一実施形態)、14…高圧バッテリ、20…電圧監視装置(電圧検出装置の一実施形態)、52…TAD(電圧制御発振器と出力手段との一実施形態)、52a…リングオシレータ(電圧制御発振器の一実施形態)、Bij…電池セル(電圧の検出対象の一実施形態)。

Claims (24)

  1. 電圧制御発振器と、該電圧制御発振器に検出対象に応じた入力電圧が印加される際の出力信号の論理反転回数をクロック信号の複数のエッジ間の間隔に渡ってカウントすることで前記入力電圧に応じたデジタルデータを出力する出力手段とを備える電圧検出装置において、
    前記入力電圧の検出に要する時間と前記入力電圧の検出分解能との優先度合いを判断する判断手段と、
    前記判断される優先度合いに応じて、前記クロック信号の周波数を可変設定する可変手段とを備えることを特徴とする電圧検出装置。
  2. 当該電圧検出装置は、電池の電圧を検出対象とするものであることを特徴とする請求項1記載の電圧検出装置。
  3. 前記判断手段は、前記電池の流出入電流量の絶対値が小さい場合、前記検出分解能の優先度合いが大きいと判断することを特徴とする請求項2記載の電圧検出装置。
  4. 前記判断手段は、前記電池を電力源とする負荷の停止時においては該負荷の駆動時よりも前記検出分解能の優先度合いが大きいと判断することを特徴とする請求項2又は3記載の電圧検出装置。
  5. 前記電池は、開閉器を介して前記負荷と接続されるものであって且つ、前記負荷の駆動に際して前記開閉器を閉状態として前記負荷に電気的に接続されるものであり、
    前記判断手段は、前記開閉器の開閉状態に基づき前記判断を行うことを特徴とする請求項4記載の電圧検出装置。
  6. 前記電池は、車載動力発生装置の電源であり、
    前記判断手段は、車両の走行状態に基づき前記判断を行うことを特徴とする請求項2〜5のいずれか1項に記載の電圧検出装置。
  7. 前記電池は、電力変換回路に接続されるものであって且つ、その温度が低い場合、前記電力変換回路を操作することで前記電池の周期的な充放電処理を行う充放電手段によって昇温制御がなされるものであり、
    前記判断手段は、前記充放電手段により前記充放電処理がなされている場合、前記検出に要する時間の優先度合いが大きいと判断することを特徴とする請求項2〜6のいずれか1項に記載の電圧検出装置。
  8. 前記判断手段は、前記充放電手段により前記充放電処理がなされている場合に前記検出に要する時間の優先度合いが最も大きいと判断することを特徴とする請求項7記載の電圧検出装置。
  9. 前記可変手段は、前記充放電手段により前記充放電処理がなされている場合、前記クロック信号の周波数を前記充放電処理の周波数よりも高くすることを特徴とする請求項7又は8記載の電圧検出装置。
  10. 前記出力手段は、同一の検出対象に対して複数備えられて且つ、
    前記可変手段は、前記複数の出力手段に入力される前記クロック信号の周波数同士を相違させることが可能な構成であることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の電圧検出装置。
  11. 前記出力手段は、同一の検出対象に対して複数備えられて且つ、
    前記複数の出力手段の出力に基づく前記検出対象の電圧検出結果同士を比較する比較手段と、
    前記比較手段の比較結果に基づき、前記電圧検出結果同士の離間度合いが所定以上である場合、当該電圧検出装置に異常がある旨診断する異常診断手段とを更に備えることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の電圧検出装置。
  12. 前記出力手段の出力に基づき前記検出対象の電圧を検出するに際し、該電圧検出結果から該検出に利用される電子部品の特性に起因する誤差を補償する補償手段を更に備えることを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項に記載の電圧検出装置。
  13. 前記補償手段は、前記電圧制御発振器に複数の基準電圧のそれぞれを印加する際の前記出力手段の出力信号に基づき、入力電圧と出力信号との関係情報を作成する作成手段と、前記入力電圧が前記電圧制御発振器に印加される際の前記出力手段の出力信号と前記関係情報とに基づき、前記入力電圧のデジタルデータを算出する算出手段とを備えて構成されることを特徴とする請求項12記載の電圧検出装置。
  14. 前記作成手段は、前記判断手段によって前記検出分解能の優先度合いが大きいと判断される場合の方が該優先度合いが小さいと判断される場合よりも、前記関係情報の作成頻度が高くなるようにすることを特徴とする請求項13記載の電圧検出装置。
  15. 前記可変手段は、前記クロック信号の周波数を変更するに際し、前記判断手段によって判断される優先度合いに加えて、過去における前記クロック信号の周波数の設定の履歴を加味することを特徴とする請求項1〜14のいずれか1項に記載の電圧検出装置。
  16. 請求項7〜9のいずれか1項に記載の電圧検出装置と、
    前記充放電手段とを備え、
    前記充放電手段は、前記充放電処理による前記電池の温度上昇に応じて前記充放電処理の周波数及び充放電電流量の少なくとも一方を変更することを特徴とする電池の状態制御装置。
  17. 電力変換回路に接続される電池について、該電池の温度が低い場合、前記電力変換回路を操作することで前記電池の周期的な充放電処理を行う充放電手段を備える電池の状態制御装置において、
    前記充放電手段は、前記充放電処理による前記電池の温度上昇に応じて前記充放電処理の周波数を変更する処理、及び前記充放電処理による前記電池の温度上昇に応じて充放電電流量を増加する処理の少なくとも一方を行うことを特徴とする電池の状態制御装置。
  18. 前記充放電手段は、前記電池の電圧を上限電圧以下とするとの条件の下、前記充放電処理を行うことを特徴とする請求項16又は17記載の電池の状態制御装置。
  19. 前記充放電手段は、前記充放電処理による前記電池の温度上昇に応じて前記充放電処理の電流量を増加させることを特徴とする請求項16〜18のいずれか1項に記載の電池の状態制御装置。
  20. 前記充放電手段は、前記電池の電圧の極大値を目標値にフィードバック制御することで前記電流量の増加処理を行うことを特徴とする請求項19記載の電池の状態制御装置。
  21. 前記充放電手段は、前記充放電処理による前記電池の温度上昇に応じて前記充放電処理の周波数を低下させることを特徴とする請求項16〜18のいずれか1項に記載の電池の状態制御装置。
  22. 前記充放電手段は、前記電池の電圧の極大値を目標値にフィードバック制御することで前記周波数の低下処理を行うことを特徴とする請求項21記載の電池の状態制御装置。
  23. 前記充放電手段は、前記充放電処理による前記電池の温度上昇に応じて前記充放電処理の周波数を変更しつつ、前記充放電処理による前記電池の温度上昇に応じて前記充放電処理の電流量を増加させることを特徴とする請求項16〜18のいずれか1項に記載の電池の状態制御装置。
  24. 前記電力変換回路は、入力電圧を変換してキャパシタに印加するコンバータを備え、
    前記充放電手段は、前記コンバータを操作することで前記充放電処理を行うことを特徴とする請求項16〜23のいずれか1項に記載の電池の状態制御装置。
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