JP2010158097A - 電源装置およびこれを備える車両並びに電源装置の異常判定方法 - Google Patents

電源装置およびこれを備える車両並びに電源装置の異常判定方法 Download PDF

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Abstract

【課題】充放電可能な蓄電手段と蓄電手段からの電圧を昇圧可能な昇圧コンバータとを含む電源部を複数有する電源装置において蓄電手段の異常を精度よく判定する。
【解決手段】リレー62がオンとされると共にリレー63がオフとされて昇圧コンバータ53のみが動作可能となる場合、電圧センサ66により検出されるバッテリ電圧が異常判定用電圧であるときに電流センサ68により検出される充放電電流が第1電流よりも小さいとバッテリ60に異常が発生していると判定する。リレー62とリレー63との双方がオンとされると共に昇圧コンバータ53と昇圧コンバータ54との双方が動作可能となる場合、バッテリ電圧が異常判定用電圧であるときに充放電電流が第1電流とは異なる第2電流よりも小さいとバッテリ60に異常が発生していると判定する。これにより、バッテリ60の異常を精度よく判定することができる。
【選択図】図2

Description

本発明は、電源装置およびこれを備える車両並びに電源装置の異常判定方法に関し、詳しくは、充放電可能な蓄電手段と該蓄電手段からの電圧を昇圧可能な昇圧コンバータとを含む電源部を複数有する電源装置およびこれを備える車両並びに電源装置の異常判定方法に関する。
従来、この種の電源装置としては、充電可能な直流電源である2つの蓄電装置と、蓄電装置ごとに設けられ、対応する蓄電装置と主正母線および主負母線との間でそれぞれ電圧変換を行なう2つのコンバータとを備えるものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。この電源装置では、許容放電電力が制限される充電状態までの残存電力量が蓄電装置ごとに算出されると共に、2つの蓄電装置間における残存電力量の比率に応じて2つの蓄電装置からの放電電力の分配率が算出される。また、この電源装置では、許容充電電力が制限される充電状態までの充電許容量が蓄電装置ごとに算出されると共に、2つの蓄電装置間における充電許容量の比率に応じて2つの蓄電装置の充電電力の分配率が算出される。なお、従来、低電圧系と高電圧系との間で双方向あるいは片方向に出力電圧を変換して電力を供給するDC−DCコンバータを備えた電源装置として、DC−DCコンバータの低電圧系側に設けられた低電圧系コンデンサから通常生じ得るリプル電流の範囲を超える過大な放電電流が流れ出たときに低電圧系に異常が生じていると判定するものも提案されている(例えば、特許文献2参照)。
特開2008−109840号公報 特開2007−336631号公報
ところで、上述のような電源装置では、蓄電手段の電圧および電流に基づく内部抵抗と予め定められた閾値とを比較することにより、蓄電装置の異常の有無を判定することができる。しかしながら、上記特許文献1に記載されたもののように複数のコンバータを備える電源装置では、複数のコンバータの動作状態に応じて各蓄電手段の電圧や電流が変動することから、このように蓄電装置の電圧および電流に基づく内部抵抗と閾値とを単純に比較するだけでは、蓄電装置の異常の有無を精度よく判定し得なくなることがある。
本発明の電源装置およびこれを備える車両並びに電源装置の異常判定方法は、充放電可能な蓄電手段と該蓄電手段からの電圧を昇圧可能な昇圧コンバータとを含む電源部を複数有する電源装置において蓄電手段の異常を精度よく判定することを主目的とする。
本発明の電源装置およびこれを備える車両並びに電源装置の異常判定方法は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
本発明の電源装置は、
充放電可能な蓄電手段と該蓄電手段からの電圧を昇圧可能な昇圧コンバータとを含む電源部を複数有する電源装置であって、
前記複数の電源部の何れか一つと少なくとも一つの電力機器とを接続する第1接続と、並列に接続された前記複数の電源部と前記少なくとも一つの電力機器とを接続する第2接続とを選択的に設定可能な接続設定手段と、
前記電源部ごとに設けられると共にそれぞれ対応した前記蓄電手段の電圧を検出する複数の電圧検出手段と、
前記電源部ごとに設けられると共にそれぞれ対応した前記蓄電手段を流れる電流を検出する複数の電流検出手段と、
前記接続設定手段により前記第1接続が設定されている場合には、前記電力機器と接続された前記電源部の前記電圧検出手段により検出される電圧が所定電圧であるときに該電源部の前記電流検出手段により検出される電流が第1の閾値よりも小さいと該電源部の前記蓄電手段に異常が発生していると判定し、前記接続設定手段により前記第2接続が設定されている場合には、前記複数の電源部ごとに、前記電圧検出手段により検出される電圧が前記所定電圧であるときに前記電流検出手段により検出される電流が前記第1の閾値とは異なる第2の閾値よりも小さいと前記蓄電手段に異常が発生していると判定する異常判定手段と、
を備えることを要旨とする。
この本発明の電源装置では、接続設定手段により複数の電源部の何れか一つと少なくとも一つの電力機器とを接続する第1接続が設定されている場合には、電力機器と接続された電源部の電圧検出手段により検出される電圧が所定電圧であるときに当該電源部の電流検出手段により検出される電流が第1の閾値よりも小さいと当該電源部の蓄電手段に異常が発生していると判定される。また、接続設定手段により並列に接続された複数の電源部と少なくとも一つの電力機器とを接続する第2接続が設定されている場合には、複数の電源部ごとに、電圧検出手段により検出される電圧が所定電圧であるときに電流検出手段により検出される電流が第1の閾値とは異なる第2の閾値よりも小さいと蓄電手段に異常が発生していると判定される。即ち、電圧検出手段により検出される蓄電手段の電圧と電流検出手段により検出される蓄電手段の電流には、様々な要因によりリップル(脈動成分)が含まれることになるが、単一の昇圧コンバータのみが動作可能となる第1接続の設定時と複数の昇圧コンバータが動作可能となる第2接続の設定時とでは、電圧および電流のリップルの周期や振幅が異なる。従って、電流との比較により蓄電手段の異常を検出するための閾値を第1接続の設定時と第2接続の設定時とで共通のものとすれば、異常検出範囲を狭めたり、正常な蓄電手段に異常が発生していると誤判定したりするおそれがある。このため、この電源装置では、第2の接続の設定時に、第1接続の設定時に用いられる第1の閾値とは異なる第2の閾値を用いて蓄電手段の異常の有無を判定することとしている。これにより、第1および第2の閾値を第1接続または第2接続の設定時における電圧や電流のリップルを考慮したより適正な値に定めることができるので、複数の電源部を備えた電源装置において蓄電手段の異常の誤判定を抑制して蓄電手段の異常を精度よく判定することが可能となる。
本発明の車両は、上述のいずれかの態様の本発明の電源装置を備える車両であって、前記複数の電源部の何れか一つと並列に接続された前記複数の電源部とにインバータを介して選択的に接続されると共に駆動輪に連結された駆動軸に動力を出力可能な前記電力機器としての電動機を更に備えるものとすることもできる。
こうした本発明の車両において、動力を出力可能な内燃機関と、前記複数の電源部の何れか一つと並列に接続された前記複数の電源部とにインバータを介して選択的に接続される前記電力機器としての発電可能な第2の電動機と、前記駆動軸と前記内燃機関の出力軸と前記第2の電動機の回転軸との3軸に接続され、これら3軸のうちの何れか2軸に入出力される動力に基づく動力を残余の軸に入出力する3軸式動力入出力手段と、を更に備えるものとすることもできる。
こうした本発明の車両において、前記蓄電手段は、車外の充電装置からの電力により充電可能に構成されてなるものとすることもできる。
本発明の電源装置の異常判定方法は、
充放電可能な蓄電手段と該蓄電手段からの電圧を昇圧可能な昇圧コンバータとをそれぞれ含む複数の電源部と、該複数の電源部の何れか一つと少なくとも一つの電力機器とを接続する第1接続と並列に接続された前記複数の電源部と前記少なくとも一つの電力機器とを接続する第2接続とを選択的に設定可能な接続設定手段と、前記電源部ごとに設けられると共にそれぞれ対応した前記蓄電手段の電圧を検出する複数の電圧検出手段と、前記電源部ごとに設けられると共にそれぞれ対応した前記蓄電手段を流れる電流を検出する複数の電流検出手段と、を備える電源装置の異常判定方法であって、
前記接続設定手段により前記第1接続が設定されている場合には、前記電力機器と接続された前記電源部の前記電圧検出手段により検出される電圧が所定電圧であるときに該電源部の前記電流検出手段により検出される電流が第1の閾値よりも小さいと該電源部の前記蓄電手段に異常が発生していると判定し、前記接続設定手段により前記第2接続が設定されている場合には、前記複数の電源部ごとに、前記電圧検出手段により検出される電圧が前記所定電圧であるときに前記電流検出手段により検出される電流が前記第1の閾値とは異なる第2の閾値よりも小さいと前記蓄電手段に異常が発生していると判定する、
ことを要旨とする。
この本発明の電源装置の異常判定方法では、接続設定手段により複数の電源部の何れか一つと少なくとも一つの電力機器とを接続する第1接続が設定されている場合には、電力機器と接続された電源部の電圧検出手段により検出される電圧が所定電圧であるときに当該電源部の電流検出手段により検出される電流が第1の閾値よりも小さいと当該電源部の蓄電手段に異常が発生していると判定する。また、接続設定手段により並列に接続された複数の電源部と少なくとも一つの電力機器とを接続する第2接続が設定されている場合には、複数の電源部ごとに、電圧検出手段により検出される電圧が所定電圧であるときに電流検出手段により検出される電流が第1の閾値とは異なる第2の閾値よりも小さいと蓄電手段に異常が発生していると判定する。即ち、電圧検出手段により検出される蓄電手段の電圧と電流検出手段により検出される蓄電手段の電流には、様々な要因によりリップル(脈動成分)が含まれることになるが、単一の昇圧コンバータのみが動作可能となる第1接続の設定時と複数の昇圧コンバータが動作可能となる第2接続の設定時とでは、電圧および電流のリップルの周期や振幅が異なる。従って、電流との比較により蓄電手段の異常を検出するための閾値を第1接続の設定時と第2接続の設定時とで共通のものとすれば、異常検出範囲を狭めたり、正常な蓄電手段に異常が発生していると誤判定したりするおそれがある。このため、この電源装置の異常判定方法では、第2の接続の設定時に、第1接続の設定時に用いられる第1の閾値とは異なる第2の閾値を用いて蓄電手段の異常の有無を判定することとしている。これにより、第1および第2の閾値を第1接続または第2接続の設定時における電圧や電流のリップルを考慮したより適正な値に定めることができるので、複数の電源部を備えた電源装置において蓄電手段の異常の誤判定を抑制して蓄電手段の異常を精度よく判定することが可能となる。
次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。
図1は、本発明の一実施例としての電源装置を搭載したハイブリッド自動車20の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車20は、図示するように、ガソリンまたは軽油などの炭化水素系燃料と空気との混合気を燃焼させて動力を出力する内燃機関としてのエンジン22と、サンギヤとエンジン22の出力軸としてのクランクシャフト24に接続されたプラネタリキャリアとデファレンシャルギヤ34を介して駆動輪36a,36bに連結された駆動軸32が接続されたリングギヤとを有するシングルピニオン式の遊星歯車機構30と、この遊星歯車機構30のサンギヤに接続されたモータMG1と、駆動軸32に接続されたモータMG2と、モータMG1,MG2を駆動する駆動回路としてのインバータ41,42と、それぞれ直流電源として構成されたマスタ電源51およびスレーブ電源52と、マスタ電源51とスレーブ電源52とが並列に接続されると共にマスタ電源51およびスレーブ電源52とインバータ41,42との電力のやり取りを可能にする正極母線56aおよび負極母線56bと、マスタ電源51およびスレーブ電源52をコントロールする電源用電子制御ユニット(以下、「電源ECU」という)50と、車両全体をコントロールするハイブリッド用電子制御ユニット70(以下、「ハイブリッドECU」という)とを備える。ここで、実施例では、主としてマスタ電源51とスレーブ電源52と正極母線56aおよび負極母線56bと電源ECU50とが本発明の電源装置に相当する。
モータMG1,MG2は、いずれも外表面に永久磁石が貼り付けられたロータと三相コイルが巻回されたステータとを備える周知の同期発電電動機として構成されている。また、モータMG1,MG2は、インバータ41,42を介してハイブリッドECU70により駆動制御されている。
図2に、実施例の電源装置とモータMG1,MG2とを含む電機駆動系の構成図を示す。マスタ電源51は、バッテリ60と、昇圧コンバータ53と、リレー62とにより構成されている。バッテリ60は、ニッケル水素二次電池またはリチウムイオン二次電池などの二次電池として構成されている。昇圧コンバータ53は、インバータ41,42の正極母線56aと負極母線56bに平滑コンデンサ58と並列するよう互いに直列に配置された二つのトランジスタT31,T32と各トランジスタに対して並列に電圧を保持するよう取り付けられた二つのダイオードD31,D32と二つのトランジスタT31,T32の中間とバッテリ60の正極側にリレー62を介して取り付けられたリアクトルL1とにより構成されている。リレー62は、バッテリ60と昇圧コンバータ53との接続やその解除を実行可能なものである。そして、昇圧コンバータ53のリレー62側のリアクトルL1と負極母線56bとには平滑用のコンデンサ64が接続されている。スレーブ電源52は、バッテリ61と、昇圧コンバータ54と、リレー63とにより構成されている。バッテリ61は、ニッケル水素二次電池またはリチウムイオン二次電池などの二次電池として構成されている。昇圧コンバータ54は、インバータ41,42の正極母線56aと負極母線56bに平滑コンデンサ58と並列するよう直列に配置された二つのトランジスタT41,T42と各トランジスタに対して並列に電圧を保持するよう取り付けられた二つのダイオードD41,D42と二つのトランジスタT41,T42の中間とバッテリ61の正極側にリレー63を介して取り付けられたリアクトルL2とにより構成されている。リレー63は、バッテリ61と昇圧コンバータ54との接続やその解除を実行可能なものである。そして、昇圧コンバータ54のリレー63側のリアクトルL2と負極母線56bとには平滑用のコンデンサ65が接続されている。
インバータ41,42は、図2に示すように、6つのトランジスタT11〜T16,T21〜26と、トランジスタT11〜T16,T21〜T26に逆方向に並列接続された6つのダイオードD11〜D16,D21〜D26と、により構成されている。トランジスタT11〜T16,T21〜T26は、それぞれインバータ41,42が電力ライン56として共用する正極母線56aと負極母線56bとに対してソース側とシンク側になるよう2個ずつペアで配置されており、対となるトランジスタ同士の接続点の各々にモータMG1,MG2の三相コイル(U相,V相,W相)の各々が接続されている。したがって、正極母線56aと負極母線56bとの間に電圧が作用している状態で対をなすトランジスタT11〜T16,T21〜T26のオン時間の割合を制御することにより三相コイルに回転磁界を形成でき、モータMG1,MG2を回転駆動することができる。インバータ41,42は、正極母線56aと負極母線56bとを共用しているから、モータMG1,MG2のいずれかで発電される電力を他のモータに供給することができる。正極母線56aと負極母線56bとには平滑用のコンデンサ58が接続されている。
ハイブリッドECU70は、図1に示すように、CPU72を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPU72の他に処理プログラムを記憶するROM74と、データを一時的に記憶するRAM76と、図示しない入出力ポートを備える。ハイブリッドECU70には、モータMG1,MG2を駆動制御するために必要な信号、例えばモータMG1,MG2の回転子の回転位置を検出する図示しない回転位置検出センサからの信号や図示しない電流センサにより検出されるモータMG1,MG2に印加される相電流,インバータ41,42に取り付けられた図示しない温度センサからのインバータ温度などの他、エンジン22の状態を検出する種々のセンサからの信号,イグニッションスイッチ80からのイグニッション信号,シフトレバー81の操作位置を検出するシフトポジションセンサ82からのシフトポジションSP,アクセルペダル83の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ84からのアクセル開度Acc,ブレーキペダル85の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ86からのブレーキペダルポジションBP,車速センサ88からの車速Vなどが入力ポートを介して入力されている。また、ハイブリッドECU70からは、インバータ41,42へのスイッチング制御信号やエンジン22を運転制御するための信号などが出力ポートを介して出力されている。
電源ECU50は、図2に示すように、CPU50aを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPU50aの他に処理プログラムを記憶するROM50bと、データを一時的に記憶するRAM50cと、図示しない入出力ポートを備える。電源ECU50には、バッテリ60の端子間の電圧を検出する電圧センサ66からのバッテリ電圧Vbm,バッテリ61の端子間の電圧を検出する電圧センサ67からのバッテリ電圧Vbs,リレー62とリアクトルL1との間に取り付けられバッテリ60の充放電電流を検出する電流センサ68からの充放電電流Ibm,リレー63とリアクトルL2との間に取り付けられバッテリ61の充放電電流を検出する電流センサ69からの充放電電流Ibs,コンデンサ58に対して並列に設置された電圧センサ59からの昇圧後電圧Vhなどのマスタ電源51およびスレーブ電源52を管理するのに必要な信号が入力ポートを介して入力されている。そして、電源ECU50からは、リレー62,63をオンオフする駆動信号や昇圧コンバータ53,54へのスイッチング制御信号などが出力ポートを介して出力されている。さらに、電源ECU50は、マスタ電源51およびスレーブ電源52を管理するために電流センサ68,69により検出された充放電電流Ibm,Ibsの積算値に基づいてバッテリ60およびバッテリ61のそれぞれの残容量(SOC)を演算したり、演算した残容量と電池温度とに基づいてバッテリ60,61を充放電してもよい最大許容電力である入出力制限を演算している。なお、電源ECU50は、ハイブリッドECU70と通信しており、ハイブリッドECU70からの制御信号によりマスタ電源51,スレーブ電源52を制御すると共に必要に応じてマスタ電源51,スレーブ電源52の状態に関するデータを出力する。
こうして構成された実施例の電源装置を搭載したハイブリッド自動車20は、運転者によるアクセルペダル83の踏み込み量に対応するアクセル開度Accと車速Vとに基づいて駆動軸32に出力すべき要求トルクを計算し、この要求トルクに対応する要求動力が駆動軸32に出力されるように、エンジン22とモータMG1とモータMG2とが運転制御される。エンジン22とモータMG1とモータMG2の運転制御としては、要求動力に見合う動力がエンジン22から出力されるようにエンジン22を運転制御すると共にエンジン22から出力される動力のすべてが遊星歯車機構30とモータMG1とモータMG2とによってトルク変換されて駆動軸32に出力されるようモータMG1およびモータMG2を駆動制御するトルク変換運転モードや要求動力とバッテリ60,61の充放電に必要な要求電力との和に見合う動力がエンジン22から出力されるようにエンジン22を運転制御すると共にバッテリ60,61の充放電を伴ってエンジン22から出力される動力の全部またはその一部が遊星歯車機構30とモータMG1とモータMG2とによるトルク変換を伴って要求動力が駆動軸32に出力されるようモータMG1およびモータMG2を駆動制御する充放電運転モード、エンジン22の運転を停止してモータMG2からの要求動力に見合う動力を駆動軸32に出力するよう運転制御するモータ運転モードなどがある。また、モータMG1,MG2(インバータ41,42)の駆動制御方式としては、主に低中回転数域で用いられる正弦波PWM制御方式や可変調PWM制御方式、主に高回転数域で用いられる矩形波制御方式などがある。
また、実施例の電源装置を搭載したハイブリッド自動車20では、マスタ電源51およびスレーブ電源52の充放電モードとして、マスタ電源51のリレー62とスレーブ電源52のリレー63との双方がオンとされると共にマスタ電源51の昇圧コンバータ53とスレーブ電源52の昇圧コンバータ54との双方が動作可能となる2−バッテリモードと、マスタ電源51のリレー62がオンとされると共にスレーブ電源52のリレー63がオフとされてマスタ電源51の昇圧コンバータ53のみが動作可能となる1−バッテリモードと、マスタ電源51のリレー62がオフとされると共にスレーブ電源52のリレー63がオンとされてスレーブ電源52の昇圧コンバータ54のみが動作可能となるバックアップモードとがある。2−バッテリモードは、主にハイブリッド自動車20がモータMG2のみからの動力により走行するモータ運転モードの選択時に用いられるモードであり、ハイブリッド自動車20の走行開始直後などに用いられる。また、1−バッテリモードは、主にスレーブ電源52の残容量が予め定められた下限残容量(マスタ電源51の下限残容量よりも小さい)に達した後のトルク変換運転モードや充放電運転モードの選択時や、スレーブ電源52の異常時などに用いられるモードである。更に、バックアップモードは、主にマスタ電源51の異常発生時などに用いられるモードである。このように、実施例のハイブリッド自動車20は、マスタ電源51に加えてスレーブ電源52を備えるから、単一の電源を備えるものに比べて、モータ運転モードでの走行距離(走行時間)をより長くすると共に、減速時や降坂路の走行時などに回生電力をより多く蓄電することが可能となる。また、ハイブリッド自動車20では、マスタ電源51とスレーブ52の電源の何れか一方に異常が発生しても、正常な他方の電源を用いて走行を継続させることができる。なお、モータMG1およびMG2の双方を運転制御するトルク変換運転モードや充放電運転モードを2−バッテリモードの選択時に実行可能であること、並びにトルク変換運転モード、充放電運転モードおよびモータ運転モードを1−バッテリモードおよびバックアップモードの選択時に実行可能であることはいうまでもない。
次に、こうして構成された実施例のハイブリッド自動車20の動作、特にマスタ電源51に含まれるバッテリ60の異常を判定する際の動作について説明する。図3は電源ECU50により実行されるマスタバッテリ異常判定ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、電源ECU50によりマスタ電源51のリレー62がオンにされているときに、所定時間ごとに実行される。
マスタバッテリ異常判定ルーチンが実行されると、電源ECU50のCPU50aは、まず、電圧センサ66からのバッテリ電圧Vbmや電流センサ68からの充放電電流Ibmなどバッテリ60の異常を判定するのに必要なデータを入力し(ステップS100)、入力したバッテリ電圧Vbmが異常判定用電圧VrefになるまでステップS100の処理を繰り返す(ステップS110)。そして、入力したバッテリ電圧Vbmが異常判定用電圧Vrefになると、スレーブ電源52のリレー63のオンオフ状態を示すスレーブ電源フラグFを入力して(ステップS120)、入力したスレーブ電源フラグFの値を調べる(ステップS130)。ここで、異常判定用電圧Vrefは、バッテリ60の内部抵抗値Rの変化に起因した充放電電流Ibmの変化に基づいてバッテリ60の異常の有無を判定することができるように実験や解析の結果などを考慮して予め定められるものである。すなわちバッテリ電圧Vbmは、図4に示すように、内部抵抗の存在により充放電電流Ibmが大きくなるほど低下する傾向を示すが、バッテリ60に何らかの異常が発生して内部抵抗値Rが大きくなると、図4において破線で示すように、バッテリ電圧Vbmがある値(異常判定用電圧Vref)であるときの充放電電流Ibmが正常時(図中実線参照)に比べて低下することになる。これを踏まえて、異常判定用電圧Vrefは、バッテリ60に異常が発生しているとみなせる内部抵抗値Rを考慮して、内部抵抗値Rの変動に起因した充放電電流Ibmの低下が十分大きくなるような値に定められる。また、スレーブ電源フラグFは、電源ECU50により、スレーブ電源52のリレー63がオフとされているときに値0に設定され、リレー63がオンとされているときに値1に設定されるものである。
ステップS130にてスレーブ電源フラグFが値0であると判定したとき、すなわちマスタ電源51のバッテリ60とモータMG1およびMG2の少なくとも何れか一方との間で電力のやり取りが行われると共に昇圧コンバータ53のみが動作可能となる1−バッテリモードが選択されているときには、バッテリ60の異常を判定するために充放電電流Ibmと比較される閾値としての異常判定用閾値Ifailに第1電流Iref1を設定する(ステップS140)。また、ステップS130にてスレーブ電源フラグFが値1であると判定したとき、すなわちマスタ電源51のバッテリ60およびスレーブ電源52のバッテリ61の双方とモータMG1およびMG2の少なくとも何れか一方との間で電力のやり取りが行われると共に昇圧コンバータ53および54の双方が動作可能となる2−バッテリモードが選択されているときには、バッテリ60の異常を判定するために充放電電流Ibmと比較される閾値としての異常判定用閾値Ifailに第1電流Iref1とは異なる第2電流Iref2を設定する(ステップS150)。こうしてステップS140またはS150にて異常判定用閾値Ifailを設定すると、充放電電流Ibmが異常判定用閾値Ifail以上であるか否かを調べる(ステップS160)。そして、充放電電流Ibmが異常判定用閾値Ifail以上であるときには、バッテリ60の内部抵抗値Rが正常範囲内にあってバッテリ60に異常が発生していないと判定し(ステップS170)、本ルーチンを終了する。これに対して、充放電電流Ibmが異常判定用閾値Ifail未満であるときには、バッテリ60に何らかの異常が発生して内部抵抗値Rが極端に大きくなっていると判定し(ステップS180)、マスタ電源51のリレー62をオフして(ステップS190)、本ルーチンを終了する。
続いて、バッテリ電圧Vbmおよび充放電電流Ibmの時間変化の一例を示す図5および図6を参照しながら、異常判定用閾値Ifailとして用いられる第1電流Irefおよび第2電流Iref2の設定手順について説明する。図5および図6に示すように、バッテリ電圧Vbmと充放電電流Ibmとには、モータMG1およびMG2の少なくとも何れか一方が動作している最中に昇圧コンバータ53,54やインバータ41,42が動作することによりリップル(脈動成分)が含まれることになる。このようにバッテリ電圧Vbmや充放電電流Ibmにリップルが重畳したときに、図5において実線で示すようにバッテリ電圧Vbmと充放電電流Ibmとの位相が概ね一致すればよいが、実際には、図5において破線で示すように、それぞれリップルを含むバッテリ電圧Vbmと充放電電流Ibmとの間の位相ズレにより充放電電流Ibmがバッテリ電圧Vbmとは同期しなくなってしまうことが多く、それによりバッテリ電圧Vbmが異常判定用電圧Vrefであるときに電流センサ68により検出される充放電電流Ibmが理論値(リップルが含まれないときの値)とは異なるものとなってしまう。また、昇圧コンバータ53,54の動作状態等によってはバッテリ電圧Vbmや充放電電流Ibmに含まれるリップルの振幅も変化する。そして、電流のリップルの振幅が大きくなると、図6において破線で示すように、バッテリ電圧Vbmと充放電電流Ibmとの位相のズレに起因した充放電電流Ibmと理論値との差が増幅されてしまうおそれがある。
ここで、バッテリ電圧Vbmと充放電電流Ibmとに含まれるリップルの周期や振幅は、インバータ41,42のスイッチング周波数や制御方式(正弦波PWM制御方式、過変調PWM制御方式、および矩形波制御方式の何れか)によっても変化するが、それぞれバッテリ60または61と昇圧コンバータ53または54を含むマスタ電源51とスレーブ電源52とを備えた実施例のハイブリッド自動車20では、昇圧コンバータ53,54が動作するときのスイッチング周波数や昇圧比の影響を受けやすい。このため、実施例では、異常検出範囲を狭めたり正常なバッテリ60に異常が発生していると誤判定したりしないように、昇圧コンバータ53のみが動作可能な1−バッテリモードの選択時と昇圧コンバータ53および54の双方が動作可能な2−バッテリモードの選択時とで、異常判定用閾値Ifailを異なる値に設定することにした。具体的には、1−バッテリモードの選択時に異常判定用閾値Ifailとして設定される第1電流Iref1は、昇圧コンバータ53のみが動作するときにバッテリ電圧Vbmと充放電電流Ibmとに含まれるリップルの周期や振幅を実験・解析により求め、求めたリップルの周期や振幅を考慮して定められる。また、2−バッテリモードの選択時に異常判定用閾値Ifailとして設定される第2電流Iref2は、昇圧コンバータ53および54の双方が動作するときにバッテリ電圧Vbmと充放電電流Ibmとに含まれるリップルの周期や振幅を実験・解析により求め、求めたリップルの周期や振幅を考慮して、マスタ電源51の昇圧コンバータ53の動作に起因したリップルとスレーブ電源52の昇圧コンバータ54の動作に起因したリップルとの重なりにより充放電電流Ibmのリップルの振幅が大きくなったり小さくなったりしてもバッテリ60の異常を誤判定しないように第1電流Iref1よりも小さな値に定められる。このように、第1電流Iref1および第2電流Iref2を1−バッテリモードおよび2−バッテリモードの選択時におけるバッテリ電圧Vbmや充放電電流Ibmのリップルを考慮したより適正な値に定めることで、マスタ電源51およびスレーブ電源52を備えたハイブリッド自動車20においてマスタ電源51に含まれるバッテリ60の異常の誤判定を抑制してバッテリ60の異常を精度よく判定することが可能となる。
なお、ここまでマスタ電源51に含まれるバッテリ60の異常判定について説明したが、スレーブ電源52に含まれるバッテリ61の異常判定も上述したものと同様の手順により実行することができる。図7に、電源ECU50により実行されるスレーブバッテリ異常判定ルーチンの一例を示す。図7のスレーブバッテリ異常判定ルーチンが実行される場合、ステップS105にてバッテリ電圧Vbsと充放電電流Ibsとを入力し、バッテリ電圧Vbsが異常判定用電圧Vrefになると(ステップS115)、マスタ電源51のリレー62がオフとされているときに値0に設定されると共にリレー62がオンとされているときに値1に設定されるマスタ電源フラグF′を入力し(ステップS125)、マスタ電源フラグF′の値を調べる(ステップS135)。そして、マスタ電源フラグF′が値0であってスレーブ電源52のバッテリ61とモータMG1およびMG2の少なくとも何れか一方との間で電力のやり取りが行われると共に昇圧コンバータ54のみが動作可能となるバックアップモードが選択されているときには、異常判定用閾値Ifailに予め定められた少なくとも第2電流Iref2とは異なる第3電流Iref3を設定する(ステップS145)。また、マスタ電源フラグF′が値1であってマスタ電源51のバッテリ60およびスレーブ電源52のバッテリ61の双方とモータMG1およびMG2の少なくとも何れか一方との間で電力のやり取りが行われると共に昇圧コンバータ53および54の双方が動作可能となる2−バッテリモードが選択されているときには、異常判定用閾値Ifailに上述の第2電流Iref2を設定する(ステップS155)。そして、上述のステップS160〜S190と同様のステップS165〜S195の処理を実行することにより、スレーブ電源52に含まれるバッテリ61の異常を精度よく判定することが可能となる。
以上説明した本発明の一実施例としての電源装置を搭載したハイブリッド自動車20では、マスタ電源51のリレー62がオンとされると共にスレーブ電源52のリレー63がオフとされてマスタ電源51の昇圧コンバータ53のみが動作可能となる1−バッテリモードが選択されている場合、モータMG1およびMG2の少なくとも何れか一方と電力のやり取りを行なうマスタ電源51の電圧センサ66により検出されるバッテリ電圧Vbmが異常判定用電圧Vrefであるときに電流センサ68により検出される充放電電流Ibmが第1電流Iref1よりも小さいとマスタ電源51に含まれるバッテリ60に異常が発生していると判定する。また、マスタ電源51のリレー62とスレーブ電源52のリレー63との双方がオンとされると共にマスタ電源51の昇圧コンバータ53とスレーブ電源52の昇圧コンバータ54との双方が動作可能となる2−バッテリモードが選択されている場合、モータMG1およびMG2の少なくとも何れか一方と電力のやり取りを行なうマスタ電源51の電圧センサ66により検出されるバッテリ電圧Vbmが異常判定用電圧Vrefであるときに電流センサ68により検出される充放電電流Ibmが第1電流Iref1とは異なる第2電流Iref2よりも小さいとマスタ電源51に含まれるバッテリ60に異常が発生していると判定する。さらに、マスタ電源51のリレー62がオフとされると共にスレーブ電源52のリレー63がオンとされてスレーブ電源52の昇圧コンバータ54のみが動作可能となるバックアップモードが選択されている場合、モータMG1およびMG2の少なくとも何れか一方と電力のやり取りを行なうスレーブ電源51の電圧センサ67により検出されるバッテリ電圧Vbsが異常判定用電圧Vrefであるときに電流センサ69により検出される充放電電流Ibsが第3電流Iref3よりも小さいとスレーブ電源52に含まれるバッテリ61に異常が発生していると判定する。また、2−バッテリモードが選択されている場合、モータMG1およびMG2の少なくとも何れか一方と電力のやり取りを行なうスレーブ電源52の電圧センサ67により検出されるバッテリ電圧Vbsが異常判定用電圧Vrefであるときに電流センサ69により検出される充放電電流Ibsが第2電流Iref2よりも小さいとスレーブ電源52に含まれるバッテリ61に異常が発生していると判定する。これにより、第1電流Iref1〜第3電流Iref3を1−バッテリモード,2−バッテリモードおよびバックアップモードのそれぞれにおける電圧や電流のリップルを考慮したより適正な値に定めることができるので、マスタ電源51に含まれるバッテリ60およびスレーブ電源52に含まれるバッテリ61の異常を精度よく判定することができる。
実施例の電源装置を搭載したハイブリッド自動車20は、マスタ電源51およびスレーブ電源52の2つの電源を用いるものであるが、3つ以上の電源が電力ライン56に接続されてもよい。この場合、モータMG1およびMG2の少なくとも何れか一方と電力のやり取りを行なう電源の数に応じて適切な電流値を異常判定用閾値Ifailに設定すればよい。
また、本発明の車両は、図8に示す変形例の電気自動車120のように、駆動軸32に接続されて同期発電電動機として構成されたモータMGと、モータMGを駆動する駆動回路としてのインバータ43と、直流電源としてのマスタ電源51およびスレーブ電源52と、マスタ電源51とスレーブ電源52とが並列に接続されると共にマスタ電源51およびスレーブ電源52とインバータ43との電力のやり取りを可能にする正極母線56aおよび負極母線56bと、マスタ電源51およびスレーブ電源52をコントロールする電源ECU50とを備える電気自動車の形態としてもよい。
さらに、本発明の車両は、車外の充電装置からの電力によりバッテリ60,61を充電可能な、いわゆるプラグイン式のハイブリッド自動車あるいは電気自動車として構成されてもよい。
ここで、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、ニッケル水素二次電池またはリチウムイオン二次電池などの二次電池として構成されたバッテリ60,61が「蓄電手段」に相当し、昇圧コンバータ53,54が「昇圧コンバータ」に相当し、マスタ電源51およびスレーブ電源52がそれぞれ「電源部」に相当し、リレー62およびリレー63とこれらのリレー62,63をオンオフする駆動信号を出力して1−バッテリモードや2−バッテリモード,バックアップモードに切換可能な電源ECU50とが「接続設定手段」に相当し、電圧センサ66,67が「電圧検出手段」に相当し、電流センサ68,69が「電流検出手段」に相当し、マスタバッテリ異常判定ルーチンおよびスレーブバッテリ異常判定ルーチンを実行する電源ECU50が「異常判定手段」に相当する。また、エンジン22が「内燃機関」に相当し、モータMG,MG2が「電動機」に相当し、モータMG1が「第2の電動機」に相当し、遊星歯車機構30が「3軸式動力入出力手段」に相当する
ここで、「蓄電手段」としては、ニッケル水素二次電池またはリチウムイオン二次電池などの二次電池として構成されたバッテリ60および61に限定されるものではなく、キャパシタなど、充放電可能な蓄電手段であれば如何なるものとしても構わない。「昇圧コンバータ」としては、リアクトルL1,L2の逆起電力の利用して昇圧するものに限定されるものではなく、コンデンサを充電することで昇圧するものなど、蓄電手段からの電圧を昇圧可能であれば如何なるものとしても構わない。「電源部」としては、マスタ電源51やスレーブ電源52に限定されるものではなく、充放電可能な蓄電手段と蓄電手段からの電圧を昇圧可能な昇圧コンバータとを含むものであれば如何なるものとしても構わない。「接続設定手段」としては、1−バッテリモードや2−バッテリモード,バックアップモードのいずれかに切り換えるものに限定されるものではなく、複数の電源部の何れか一つと少なくとも一つの電力機器とを接続する第1接続と、並列に接続された複数の電源部と少なくとも一つの電力機器とを接続する第2接続とを選択的に設定可能なものであれば如何なるものとしても構わない。「電圧検出手段」としては、電圧センサ66,67に限定されるものではなく、電源部ごとに設けられると共にそれぞれ対応した蓄電手段の電圧を検出するものであれば如何なるものとしても構わない。「電流検出手段」、電流センサ68,69に限定されるものではなく、電源部ごとに設けられると共にそれぞれ対応した蓄電手段を流れる電流を検出するものであれば如何なるものとしても構わない。「異常判定手段」としては、マスタバッテリ異常判定ルーチンおよびスレーブバッテリ異常判定ルーチンを実行する電源ECU50に限定されるものではなく、接続設定手段により第1接続が設定されている場合には、電力機器と接続された電源部の電圧検出手段により検出される電圧が所定電圧であるときに該電源部前記電流検出手段により検出される電流が第1の閾値よりも小さいと電源部の蓄電手段に異常が発生していると判定し、接続設定手段により第2接続が設定されている場合には、複数の電源部ごとに、電圧検出手段により検出される電圧が所定電圧であるときに電流検出手段により検出される電流が第1の閾値とは異なる第2の閾値よりも小さいと蓄電手段に異常が発生していると判定するものであれば如何なるものとしても構わない。また、「内燃機関」としては、ガソリンまたは軽油などの炭化水素系燃料と空気との混合気を燃焼させて動力を出力する内燃機関としてのエンジン22に限定されるものではなく、水素エンジンなど如何なるタイプの内燃機関であっても構わない。「電動機」としては、モータMG,MG2に限定されるものではなく、誘導電動機など、複数の電源部の何れか一つと並列に接続された複数の電源部とにインバータを介して選択的に接続されると共に駆動輪に連結された駆動軸に動力を出力可能な電力機器としての電動機であれば如何なるタイプの電動機であっても構わない。「第2の電動機」としては、モータMG1に限定されるものではなく、複数の電源部の何れか一つと並列に接続された複数の電源部とにインバータを介して選択的に接続される電力機器としての発電可能な電動機であれば如何なるタイプの電動機であっても構わない。「3軸式動力入出力手段」としては、シングルピニオン式の遊星歯車機構30に限定されるものではなく、ダブルピニオン式の遊星歯車機構を用いるものなど、駆動軸と内燃機関の出力軸と第2の電動機の回転軸との3軸に接続され、これら3軸のうちの何れか2軸に入出力される動力に基づく動力を残余の軸に入出力するものであれば如何なるものとしても構わない。
なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための最良の形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。
以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
本発明は、電源装置や車両の製造産業等に利用可能である。
本発明の一実施例としての電源装置を搭載したハイブリッド自動車20の構成の概略を示す構成図である。 実施例の電源装置とモータMG1,MG2とを含む電機駆動系の構成図を示す。 電源ECU50により実行されるマスタバッテリ異常判定ルーチンの一例を示すフローチャートである。 バッテリ60の正常時および異常時におけるバッテリ電圧Vbmと充放電電流Ibmとの関係を示す説明図である。 バッテリ電圧Vbmおよび充放電電流Ibmの時間変化の一例を示す説明図である。 バッテリ電圧Vbmおよび充放電電流Ibmの時間変化の一例を示す説明図である。 電源ECU50により実行されるスレーブバッテリ異常判定ルーチンの一例を示すフローチャートである。 変形例の電気自動車120の構成の概略を示す構成図である。
符号の説明
20 ハイブリッド自動車、22 エンジン、24 クランクシャフト、30 遊星歯車機構、32 駆動軸、34 デファレンシャルギヤ、36a,36b 駆動輪、41,42,43 インバータ、50 電源用電子制御ユニット(電源ECU)、51 マスタ電源、52 スレーブ電源、53,54 昇圧コンバータ、56a 正極母線、56b 負極母線、58 平滑コンデンサ、59 電圧センサ、60,61 バッテリ、62,63 リレー、64,65 コンデンサ、66,67 電圧センサ、68,69 電流センサ、70 ハイブリッド用電子制御ユニット(ハイブリッドECU)、80 イグニッションスイッチ、81 シフトレバー、82 シフトポジションセンサ、83 アクセルペダル、84 アクセルペダルポジションセンサ、85 ブレーキペダル、86 ブレーキペダルポジションセンサ、88 車速センサ、120 電気自動車、D11〜D16,D21〜D26,D31,D32,D41,D42 ダイオード、MG,MG1,MG2 モータ、L1,L2 リアクトル、T11〜T16,T21〜T26,T31,T32,T41,T42 トランジスタ。

Claims (5)

  1. 充放電可能な蓄電手段と該蓄電手段からの電圧を昇圧可能な昇圧コンバータとを含む電源部を複数有する電源装置であって、
    前記複数の電源部の何れか一つと少なくとも一つの電力機器とを接続する第1接続と、並列に接続された前記複数の電源部と前記少なくとも一つの電力機器とを接続する第2接続とを選択的に設定可能な接続設定手段と、
    前記電源部ごとに設けられると共にそれぞれ対応した前記蓄電手段の電圧を検出する複数の電圧検出手段と、
    前記電源部ごとに設けられると共にそれぞれ対応した前記蓄電手段を流れる電流を検出する複数の電流検出手段と、
    前記接続設定手段により前記第1接続が設定されている場合には、前記電力機器と接続された前記電源部の前記電圧検出手段により検出される電圧が所定電圧であるときに該電源部の前記電流検出手段により検出される電流が第1の閾値よりも小さいと該電源部の前記蓄電手段に異常が発生していると判定し、前記接続設定手段により前記第2接続が設定されている場合には、前記複数の電源部ごとに、前記電圧検出手段により検出される電圧が前記所定電圧であるときに前記電流検出手段により検出される電流が前記第1の閾値とは異なる第2の閾値よりも小さいと前記蓄電手段に異常が発生していると判定する異常判定手段と、
    を備える電源装置。
  2. 請求項1に記載の電源装置を備える車両であって、
    前記複数の電源部の何れか一つと並列に接続された前記複数の電源部とにインバータを介して選択的に接続されると共に駆動輪に連結された駆動軸に動力を出力可能な前記電力機器としての電動機を更に備える車両。
  3. 請求項2に記載の車両において、
    動力を出力可能な内燃機関と、
    前記複数の電源部の何れか一つと並列に接続された前記複数の電源部とにインバータを介して選択的に接続される前記電力機器としての発電可能な第2の電動機と、
    前記駆動軸と前記内燃機関の出力軸と前記第2の電動機の回転軸との3軸に接続され、これら3軸のうちの何れか2軸に入出力される動力に基づく動力を残余の軸に入出力する3軸式動力入出力手段と、
    を更に備える車両。
  4. 前記蓄電手段は、車外の充電装置からの電力により充電可能に構成されてなる請求項2または3に記載の車両。
  5. 充放電可能な蓄電手段と該蓄電手段からの電圧を昇圧可能な昇圧コンバータとをそれぞれ含む複数の電源部と、該複数の電源部の何れか一つと少なくとも一つの電力機器とを接続する第1接続と並列に接続された前記複数の電源部と前記少なくとも一つの電力機器とを接続する第2接続とを選択的に設定可能な接続設定手段と、前記電源部ごとに設けられると共にそれぞれ対応した前記蓄電手段の電圧を検出する複数の電圧検出手段と、前記電源部ごとに設けられると共にそれぞれ対応した前記蓄電手段を流れる電流を検出する複数の電流検出手段と、を備える電源装置の異常判定方法であって、
    前記接続設定手段により前記第1接続が設定されている場合には、前記電力機器と接続された前記電源部の前記電圧検出手段により検出される電圧が所定電圧であるときに該電源部の前記電流検出手段により検出される電流が第1の閾値よりも小さいと該電源部の前記蓄電手段に異常が発生していると判定し、前記接続設定手段により前記第2接続が設定されている場合には、前記複数の電源部ごとに、前記電圧検出手段により検出される電圧が前記所定電圧であるときに前記電流検出手段により検出される電流が前記第1の閾値とは異なる第2の閾値よりも小さいと前記蓄電手段に異常が発生していると判定する、
    電源装置の異常判定方法。
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