JP2018107936A

JP2018107936A - vehicle

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Publication number: JP2018107936A
Application number: JP2016253588A
Authority: JP
Inventors: 宮川　仁; Hitoshi Miyagawa; 仁宮川; 治雄鈴木; Haruo Suzuki; 真美関口; Mami Sekiguchi
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2016-12-27
Filing date: 2016-12-27
Publication date: 2018-07-05

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a vehicle in which such a trouble that whole battery breaks down due to failure of a single cell can be avoided.SOLUTION: The vehicle comprises: a plurality of batter cells 201, 202, 203...which are serially connected; cell voltage detection parts 211, 212, 213...which detect the voltages of the respective batter cells 201, 202, 203... relays 222, 223... provided between the batter cells 201, 202, 203 and a control part that performs an on/off control of relays 222, 223... on the basis of a voltage detection result of the cell voltage detection parts 211, 212, 213... Charging to and discharging from each of batter cells 201, 202, 203...are individually controlled for each of batter cells 201, 202, 203... so that each of batter cells 201, 202, 203...s not damaged by overvoltage and overdischarge.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、ハイブリッド自動車や電気自動車等のバッテリ走行を行う車両に関する。 The present invention relates to a vehicle that runs on a battery, such as a hybrid vehicle or an electric vehicle.

近年、燃費向上及び環境対策などの観点から、車両の運転状態に応じて複合的に制御されるエンジン及びモーターを有するハイブリッドシステムを備えたハイブリッド自動車（以下「ＨＥＶ」という。）や電気自動車が注目されている。ＨＥＶにおいては、車両の加速時や発進時には、モーターによる駆動力のアシストが行われる一方で、慣性走行時や制動時にはモーターによる回生発電が行われる（例えば、特許文献１を参照）。 2. Description of the Related Art In recent years, hybrid vehicles (hereinafter referred to as “HEV”) and electric vehicles equipped with a hybrid system having an engine and a motor that are controlled in combination according to the driving state of the vehicle are attracting attention from the viewpoint of improving fuel efficiency and environmental measures. Has been. In HEV, when a vehicle is accelerated or started, a driving force is assisted by a motor, while regenerative power generation is performed by a motor during inertial running or braking (see, for example, Patent Document 1).

回生発電された電力は、バッテリに蓄電される。バッテリとしては、一般に、数百ボルトを出力できるような大容量のリチウムイオンバッテリ等が用いられている。実際上、ＨＥＶや電気自動車用のバッテリは、数十個〜百個程度のバッテリセルを直列接続することにより、数百ボルトの電気を出力可能としている。 The regenerated power is stored in the battery. In general, a large-capacity lithium ion battery or the like that can output several hundred volts is used as the battery. In practice, batteries for HEVs and electric vehicles can output electricity of several hundred volts by connecting tens to hundreds of battery cells in series.

特開２００２−２３８１０５号公報JP 2002-238105 A

ところで、バッテリが過電圧状態になった場合、バッテリの劣化が促進され、バッテリの短寿命化に繋がる。そこで、ＨＥＶ等におけるバッテリ充電時には、バッテリ全体の電圧を把握し、過電圧とならないよう、電圧印加を軽減もしくはＯＮ−ＯＦＦする制御がなされる。 By the way, when the battery is in an overvoltage state, the deterioration of the battery is promoted, and the life of the battery is shortened. Therefore, when the battery is charged in HEV or the like, the voltage of the entire battery is grasped, and control to reduce or turn on / off the voltage is performed so as not to become an overvoltage.

しかしながら、多数のバッテリセルが直列接続されたバッテリにおいては、単セル毎に電圧のばらつきがあるため、全体では過電圧ではないが、ある単セルでは過電圧となる場合がある。このような場合に、単セルの過電圧を保護するためだけに、バッテリ全体をＯＦＦする制御を行うと、著しい燃費悪化や環境対策の効果を損ねる結果を招く。一方で、過電圧の保護を行わない場合、多数のバッテリセルが直列接続されたバッテリにおいては、１つのバッテリセルが故障しただけで、バッテリ全体が使用できなくおそれがある。 However, in a battery in which a large number of battery cells are connected in series, there is a variation in voltage for each single cell, so that it is not overvoltage as a whole, but may be overvoltage in a single cell. In such a case, if the control for turning off the entire battery is performed only to protect the overvoltage of the single cell, the result of significant deterioration in fuel consumption and the effect of environmental measures is brought about. On the other hand, when overvoltage protection is not performed, in a battery in which a large number of battery cells are connected in series, only one battery cell may fail, and the entire battery may not be usable.

本発明は、以上の点を考慮してなされたものであり、著しい燃費悪化や環境対策の効果を損ねることなく、単セルが故障することでバッテリ全体が故障するといった不都合を回避できる車両を提供する。 The present invention has been made in consideration of the above points, and provides a vehicle capable of avoiding inconveniences such as failure of a single cell due to failure of a single cell without deteriorating the effect of remarkable fuel consumption and environmental measures. To do.

本発明の車両の一つの態様は、
直列接続された複数のバッテリセルと、
各バッテリセルの電圧を検出するセル電圧検出部と、
前記バッテリセルの間に設けられたリレーと、
前記セル電圧検出部による電圧検出結果に基づいて、前記リレーをオンオフ制御する制御部と、
を具備する。 One aspect of the vehicle of the present invention is:
A plurality of battery cells connected in series;
A cell voltage detector for detecting the voltage of each battery cell;
A relay provided between the battery cells;
Based on the voltage detection result by the cell voltage detection unit, a control unit for on / off control of the relay,
It comprises.

本発明によれば、リレーのオンオフ制御によって各バッテリセルの充電及び又は放電を制御できるので、著しい燃費悪化や環境対策の効果を損ねることなく、単セルが故障することでバッテリ全体が故障するといった不都合を回避できる。 According to the present invention, since charging and / or discharging of each battery cell can be controlled by relay on / off control, the entire battery fails due to a single cell failure without deteriorating the effects of significant fuel consumption and environmental measures. Inconvenience can be avoided.

実施の形態に係るハイブリッド車両の全体構成を示す概略図Schematic showing the overall configuration of a hybrid vehicle according to an embodiment 実施の形態によるバッテリの構成を示す接続図Connection diagram showing configuration of battery according to embodiment リレーによる電流遮断の説明に供する図Diagram for explaining current interruption by relay リレーの構成を示す図Diagram showing relay configuration 実施の形態の動作の説明に供するフローチャートFlowchart for explaining the operation of the embodiment

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１は、実施の形態に係るハイブリッド車両の全体構成を示す概略図である。ハイブリッド車両１００は、エンジン（ＥＮＧ）１０１、モーター（ＭＯＴ）１０２、トランスミッション（Ｔ／Ｍ）１０３を有し、エンジン１０１及びモーター１０２の駆動力をトランスミッション１０３を介して車輪１０４に伝達する。 FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an overall configuration of a hybrid vehicle according to an embodiment. The hybrid vehicle 100 includes an engine (ENG) 101, a motor (MOT) 102, and a transmission (T / M) 103, and transmits driving forces of the engine 101 and the motor 102 to the wheels 104 via the transmission 103.

モーター１０２には、バッテリ（ＢＡＴＴ）２００からの電力がインバーター（ＩＮＶ）１１１を介して供給される。また、モーター１０２による回生発電により得られた電力がインバーター１１１を介してバッテリ２００に供給され、これによりバッテリ２００が充電される。 Electric power from a battery (BATT) 200 is supplied to the motor 102 via an inverter (INV) 111. In addition, the electric power obtained by the regenerative power generation by the motor 102 is supplied to the battery 200 via the inverter 111, whereby the battery 200 is charged.

インバーター１１１は、スイッチング動作を行うことによって、バッテリ２００からの直流電流を三相交流に変換してモーター１０２に供給するとともに、モーター１０２からの回生電流を直流電流に変換してバッテリ２００に供給する。インバーター１１１のスイッチング周波数はＥＣＵ（Electronic Control Unit）１１３によって制御される。 The inverter 111 performs a switching operation to convert a direct current from the battery 200 into a three-phase alternating current and supply it to the motor 102, and also convert a regenerative current from the motor 102 into a direct current and supply it to the battery 200. . The switching frequency of the inverter 111 is controlled by an ECU (Electronic Control Unit) 113.

バッテリ２００とインバーター１１１との間には、保護用リレー１１２が設けられており、保護用リレー１１２は、ＥＣＵ１１４によって例えばバッテリ２００に大電流が流れたことが検知されると、ＥＣＵ１１４によって遮断制御される。 A protective relay 112 is provided between the battery 200 and the inverter 111. The protective relay 112 is controlled to be cut off by the ECU 114 when the ECU 114 detects that a large current flows through the battery 200, for example. The

図２は、本実施の形態によるバッテリ２００の構成を示す接続図である。バッテリ２００は、複数のバッテリセル２０１、２０２、２０３、………が直列接続されて構成されている。なお、図２では図を簡単化するために３つのバッテリセル２０１、２０２、２０３のみが図示されているが、実際には、数十個〜百個程度のバッテリセルが直列接続されている。本実施の形態では、電圧が約３．６［Ｖ］のバッテリセルが約９０個前後、直列に接続されており、バッテリ２００全体としての電圧は約３２０［Ｖ］となっている。 FIG. 2 is a connection diagram showing a configuration of battery 200 according to the present embodiment. The battery 200 is configured by connecting a plurality of battery cells 201, 202, 203,... In series. In FIG. 2, only three battery cells 201, 202, and 203 are shown to simplify the drawing, but actually, several tens to hundreds of battery cells are connected in series. In the present embodiment, about 90 battery cells having a voltage of about 3.6 [V] are connected in series, and the voltage of the battery 200 as a whole is about 320 [V].

各バッテリセル２０１、２０２、２０３にはセル電圧検出部（ＶＳＥＮＳ）２１１、２１２、２１３が設けられており、セル電圧検出部２１１、２１２、２１３は、それぞれ、バッテリセル２０１、２０２、２０３の電圧を検出し、検出結果をＥＣＵ１１４に出力する。 Each battery cell 201, 202, 203 is provided with cell voltage detectors (V SENS) 211, 212, 213, and the cell voltage detectors 211, 212, 213 are respectively connected to the battery cells 201, 202, 203. The voltage is detected, and the detection result is output to the ECU 114.

かかる構成に加えて、バッテリセル２０１、２０２、２０３の間にはリレー２２２、２２３が設けられている。リレー２２２の入力端ａはバッテリセル２０１の正極に接続されている。また、リレー２２２の２つの出力端ｂ１、ｂ２のうち、第１の出力端ｂ１は入力端ａが接続されたバッテリセル２０１に隣り合うバッテリセル２０２の負極に接続されているとともに、第２の出力端ｂ２は入力端ａが接続されたバッテリセル２０１に隣り合うバッテリセル２０２の正極に接続されている。同様に、リレー２２３の入力端ａはバッテリセル２０２の正極に接続されている。また、リレー２２３の２つの出力端ｂ１、ｂ２のうち、第１の出力端ｂ１は入力端ａが接続されたバッテリセル２０２に隣り合うバッテリセル２０３の負極に接続されているとともに、第２の出力端ｂ２は入力端ａが接続されたバッテリセル２０２に隣り合うバッテリセル２０３の正極に接続されている。 In addition to this configuration, relays 222 and 223 are provided between the battery cells 201, 202, and 203. The input end a of the relay 222 is connected to the positive electrode of the battery cell 201. Of the two output terminals b1 and b2 of the relay 222, the first output terminal b1 is connected to the negative electrode of the battery cell 202 adjacent to the battery cell 201 to which the input terminal a is connected. The output terminal b2 is connected to the positive electrode of the battery cell 202 adjacent to the battery cell 201 to which the input terminal a is connected. Similarly, the input terminal “a” of the relay 223 is connected to the positive electrode of the battery cell 202. Of the two output terminals b1 and b2 of the relay 223, the first output terminal b1 is connected to the negative electrode of the battery cell 203 adjacent to the battery cell 202 to which the input terminal a is connected. The output terminal b2 is connected to the positive electrode of the battery cell 203 adjacent to the battery cell 202 to which the input terminal a is connected.

これにより、リレー２２２、２２３の可動接点が第１の出力端ｂ１に接続されると、そのリレー２２２、２２３に対応するバッテリセル２０２、２０３は隣り合うバッテリセル２０１、２０２と直列接続された状態（つまり通常状態）となり、リレー２２２、２２３の可動接点が第２の出力端ｂ２に接続されると、そのリレー２２２、２２３に対応するバッテリセル２０２、２０３は電流がオーバースルーされて電流が流れない状態（つまりセル遮断状態）となる。 Thus, when the movable contacts of the relays 222 and 223 are connected to the first output end b1, the battery cells 202 and 203 corresponding to the relays 222 and 223 are connected in series with the adjacent battery cells 201 and 202. (That is, when the movable contacts of the relays 222 and 223 are connected to the second output terminal b2), the battery cells 202 and 203 corresponding to the relays 222 and 223 are overflowed and current flows. No state (that is, a cell cutoff state).

リレー２２２、２２３は、オフ状態のときに可動接点が出力端ｂ１に接続され、オン状態のときに可動接点が出力端ｂ２に接続される。図４は、リレー２２２、２２３の構成を示すものであり、ＥＣＵ１１４によってコイルが通電されないオフ状態では可動接点が出力端ｂ１に接続され、ＥＣＵ１１４によってコイルが通電されたオン状態では可動接点が出力端ｂ２に接続される。 When the relays 222 and 223 are in the off state, the movable contact is connected to the output end b1, and in the on state, the movable contact is connected to the output end b2. FIG. 4 shows the configuration of the relays 222 and 223. In the off state where the coil is not energized by the ECU 114, the movable contact is connected to the output end b1, and in the on state where the coil is energized by the ECU 114, the movable contact is the output end. connected to b2.

ＥＣＵ１１４は、セル電圧検出部２１１、２１２、２１３による電圧検出結果に基づいて、リレー２２２、２２３をオンオフ制御する。ＥＣＵ１１４は、充電時（つまり回生時）において、例えば図３に示すように、セル電圧検出部２１２による検出電圧Ｖが所定閾値Ｖ１よりも大きかった場合にはリレー２２２をオン制御することにより、バッテリセル２０２に電流が流れなくする。これにより、バッテリセル２０２の過電圧による損傷を防止できる。また、ＥＣＵ１１４は、放電時（つまりモーター１０２への電流供給時）において、セル電圧検出部２１２による検出電圧Ｖが所定閾値Ｖ２よりも小さかった場合にはリレー２２２をオン制御することにより、バッテリセル２０２が放電しないようにする。これにより、バッテリセル２０２の過放電を防止できる。因みに、実施例では、バッテリセル２０１、２０２、２０３、……の定格電圧は約３．６［Ｖ］であり、過電圧を防止するための閾値Ｖ１は４．３［Ｖ］に設定されており、過放電を防止するための閾値Ｖ２は約２．０［Ｖ］に設定されている。 The ECU 114 performs on / off control of the relays 222 and 223 based on the voltage detection results by the cell voltage detection units 211, 212, and 213. When charging (that is, during regeneration), the ECU 114 turns on the relay 222 when the detection voltage V detected by the cell voltage detection unit 212 is larger than a predetermined threshold value V1, as shown in FIG. Current does not flow through the cell 202. Thereby, the damage by the overvoltage of the battery cell 202 can be prevented. Further, the ECU 114 turns on the relay 222 when the voltage V detected by the cell voltage detection unit 212 is smaller than the predetermined threshold V2 at the time of discharging (that is, when supplying current to the motor 102). Prevent 202 from discharging. Thereby, overdischarge of the battery cell 202 can be prevented. Incidentally, in the embodiment, the rated voltage of the battery cells 201, 202, 203,... Is about 3.6 [V], and the threshold value V1 for preventing overvoltage is set to 4.3 [V]. The threshold value V2 for preventing overdischarge is set to about 2.0 [V].

次に、図５を用いて、本実施の形態の動作について説明する。
ステップＳ１において、セル電圧検出部２１１、２１２、２１３が各バッテリセル２０１、２０２、２０３の電圧を検出し、続くステップＳ２において、ＥＣＵ１１４がセル電圧検出部２１１、２１２、２１３による検出結果Ｖを閾値Ｖ１、Ｖ２を用いて閾値判定する。具体的には、ステップＳ２において、ＥＣＵ１１４は、検出電圧ＶがＶ２≦Ｖ≦Ｖ１であるか否かの判断を、セル電圧検出部２１１、２１２、２１３による全ての検出結果Ｖについて行う。 Next, the operation of the present embodiment will be described with reference to FIG.
In step S1, the cell voltage detectors 211, 212, and 213 detect the voltages of the battery cells 201, 202, and 203. In the subsequent step S2, the ECU 114 sets the detection results V by the cell voltage detectors 211, 212, and 213 as threshold values. The threshold is determined using V1 and V2. Specifically, in step S2, the ECU 114 determines whether or not the detection voltage V is V2 ≦ V ≦ V1 for all detection results V by the cell voltage detection units 211, 212, and 213.

ステップＳ２において肯定結果が得られた場合、このことはそのバッテリセルは充電及び放電が行われても過電圧及び過放電になる可能性が低いことを意味し、処理はステップＳ２からステップＳ３に移る。ステップＳ３においてＥＣＵ１１４は対応するリレーをオフ状態とする（つまり何もしない）ことで、そのバッテリセルの充電及び放電を許容する。 If an affirmative result is obtained in step S2, this means that the battery cell is unlikely to become overvoltage and overdischarge even if it is charged and discharged, and the process moves from step S2 to step S3. . In step S3, the ECU 114 allows charging and discharging of the battery cell by turning off the corresponding relay (that is, nothing).

これに対して、ステップＳ２において否定結果が得られた場合、このことはそのバッテリセルは充電及び放電が行われると過電圧又は過放電になる可能性が高いこと意味し、処理はステップＳ２からステップＳ４に移る。ステップＳ４においてＥＣＵ１１４は対応するリレーをオン状態とすることで、そのバッテリセルの充電又は放電を停止する。 On the other hand, if a negative result is obtained in step S2, this means that the battery cell is likely to be overvoltage or overdischarged when charged and discharged, and the process proceeds from step S2 to step S2. Move on to S4. In step S4, the ECU 114 turns on the corresponding relay to stop charging or discharging the battery cell.

ステップＳ３又はステップＳ４の処理の後、ステップＳ５においてイグニッションスイッチ等のバッテリシステム起動信号がオフであれば処理を終了し、オフでなければステップＳ１に戻る。 After the process of step S3 or step S4, if the battery system activation signal such as the ignition switch is off in step S5, the process is terminated.

以上説明したように、本実施の形態によれば、直列接続された複数のバッテリセル２０１、２０２、２０３、……と、各バッテリセル２０１、２０２、２０３、……の電圧を検出するセル電圧検出部２１１、２１２、２１３、……と、バッテリセル２０１、２０２、２０３、……の間に設けられたリレー２２２、２２３、……と、セル電圧検出部２１１、２１２、２１３、……による電圧検出結果に基づいてリレー２２２、２２３、……をオンオフ制御するＥＣＵ１１４と、を設け、各バッテリセル２０１、２０２、２０３、……が過電圧及び過放電によって損傷しないように、各バッテリセル２０１、２０２、２０３、……への充電及び放電を各バッテリセル２０１、２０２、２０３、……個別に制御したことにより、著しい燃費悪化や環境対策の効果を損ねることなく、単バッテリセルが故障することでバッテリ全体が故障するといった不都合を回避できる。 As described above, according to the present embodiment, a plurality of battery cells 201, 202, 203,... Connected in series and a cell voltage for detecting the voltage of each battery cell 201, 202, 203,. , And the relays 222, 223,... Provided between the battery cells 201, 202, 203,..., And the cell voltage detectors 211, 212, 213,. ECU 114 that controls ON / OFF of relays 222, 223,... Based on the voltage detection result, and prevents each battery cell 201, 202, 203,... From being damaged by overvoltage and overdischarge. 202, 203,... Have been controlled individually for each battery cell 201, 202, 203,. Without impairing the effect of the measures, it is possible to avoid a disadvantage such entire battery fails by single battery cell fails.

また、従来は過電圧が検出されたバッテリセルを積極的に放電して電圧を下げることで他のバッテリセルの電圧と揃える処理をするものがあるが、本実施の形態の構成では、このような放電処理を行うものと比較して、電力を無駄にせずに充電による過電圧を防止できる。 In addition, conventionally, there is a process in which a battery cell in which an overvoltage is detected is positively discharged and the voltage is lowered to align with the voltage of another battery cell. In the configuration of the present embodiment, Compared with the discharge processing, it is possible to prevent overvoltage due to charging without wasting power.

なお、上述の実施の形態では、各バッテリセル毎にリレーを設けた場合について述べたが、バッテリセルをブロック分けし、ブロック毎に１つのリレーを設け、ブロック内のいずれかのバッテリセルが過電圧、過放電のときにそれに対応するリレーを作動させて、ブロック内のバッテリセルの損傷を防止するようにしてもよい。例えば４個のセルを１つのブロックとして、ブロックに１つリレーを設けてもよい。このようにすれば、リレーの数を少なくすることができる。 In the above-described embodiment, the case where the relay is provided for each battery cell has been described. However, the battery cell is divided into blocks, one relay is provided for each block, and any battery cell in the block is overvoltage. In the case of overdischarge, the corresponding relay may be operated to prevent the battery cells in the block from being damaged. For example, four cells may be used as one block, and one relay may be provided in the block. In this way, the number of relays can be reduced.

また、上述の実施の形態では、本発明をハイブリッド車両に適用した場合について述べたが、本発明はハイブリッド車両以外の電気自動車にも適用でき、要は、バッテリを動力源として用いて走行する車両に広く適用可能である。 In the above-described embodiment, the case where the present invention is applied to a hybrid vehicle has been described. However, the present invention can also be applied to an electric vehicle other than a hybrid vehicle, and in short, a vehicle that travels using a battery as a power source. Widely applicable to.

上述の実施の形態は、本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することの無い範囲で、様々な形で実施することができる。 The above-described embodiments are merely examples of implementation in carrying out the present invention, and the technical scope of the present invention should not be construed as being limited thereto. That is, the present invention can be implemented in various forms without departing from the gist or main features thereof.

本発明は、ハイブリッド自動車や電気自動車等のバッテリ走行を行う車両に適用し得る。 The present invention can be applied to a vehicle that runs on a battery, such as a hybrid vehicle or an electric vehicle.

１００ハイブリッド車両
１０１エンジン（ＥＮＧ）
１０２モーター（ＭＯＴ）
１０３トランスミッション（Ｔ／Ｍ）
１０４車輪
１１１インバーター（ＩＮＶ）
１１２保護用リレー
１１３、１１４ＥＣＵ
２００バッテリ（ＢＡＴＴ）
２０１、２０２、２０３バッテリセル
２１１、２１２、２１３セル電圧検出部（ＶＳＥＮＳ）
２２２、２２３リレー 100 Hybrid vehicle 101 Engine (ENG)
102 Motor (MOT)
103 Transmission (T / M)
104 Wheel 111 Inverter (INV)
112 Relay for protection 113, 114 ECU
200 battery (BATT)
201, 202, 203 Battery cell 211, 212, 213 Cell voltage detector (V SENS)
222, 223 Relay

Claims

A plurality of battery cells connected in series;
A cell voltage detector for detecting the voltage of each battery cell;
A relay provided between the battery cells;
Based on the voltage detection result by the cell voltage detection unit, a control unit for on / off control of the relay,
A vehicle comprising:

The control unit performs on / off control of the relay so that a battery cell in which a voltage greater than a predetermined threshold is detected by the cell voltage detection unit is not charged during charging.
The vehicle according to claim 1.

The control unit performs on / off control of the relay so that a battery cell in which a voltage smaller than a predetermined threshold is detected by the cell voltage detection unit is not discharged during discharge.
The vehicle according to claim 1.