JP2018113818A

JP2018113818A - 車両

Info

Publication number: JP2018113818A
Application number: JP2017004324A
Authority: JP
Inventors: 真美関口; Mami Sekiguchi
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2017-01-13
Filing date: 2017-01-13
Publication date: 2018-07-19

Abstract

【課題】単回生時の制動力を維持しつつ、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こと。【解決手段】ハイブリッド車両１００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、バッテリ２００とモーター１０２との間に設けられたインバーター１１１と、セル電圧検出部による電圧検出結果に基づいてインバーター１１１のインバーター効率を制御するＨＣＵ１１３ｂと、を有する。【選択図】図１

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。

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）。

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。

特開２００２−２３８１０５号公報

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。

しかしながら、バッテリの充電中（回生中）にバッテリが過電圧となった場合に、例えば、モーターによる回生動作を停止することでバッテリへのそれ以上の充電を停止しようとすると、モーターの回生力が無くなるので、フットブレーキ等で制動を行わなければならない不都合が生じる。

また、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、単セルの過電圧を防止するためだけに、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、過電圧の防止を行わない場合、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なるおそれがある。

本発明は、以上の点を考慮してなされたものであり、回生時の制動力を維持しつつ、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。

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、
前記バッテリとモーターとの間に設けられたインバーターと、
前記セル電圧検出部による電圧検出結果に基づいて、前記インバーターのインバーター効率を制御する制御部と、
を具備する。

本発明によれば、モーターの回生動作を停止させるのではなく、セル電圧検出部による各バッテリセルの電圧検出結果に基づいてインバーターのインバーター効率を制御したことにより、回生時の制動力を維持しつつ、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。

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バッテリの構成を示す接続図実施の形態の動作の説明に供するフローチャート

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。

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。因みに、モーター１０２とトランスミッション１０３は、ＰＴＯ（Power Take-Off）によって連結されている。

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。

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。

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、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１１３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ＥＣＵ１１３によって遮断制御される。

ＥＣＵ１１３は、バッテリ２００を監視するＢＣＵ（Battery Control Unit）１１３ａとハイブリッド全般の制御を行うＨＣＵ（Hybrid Control Unit）１１３ｂとを有する。ＢＣＵ１１３ａはセンサ（図２のセル電圧検出部（ＶＳＥＮＳ）２１１、２１２、２１３）からの情報に基づいてバッテリ電圧を把握し、それをＨＣＵ１１３ｂに送る。

図２は、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、公称電圧が３．６［Ｖ］のバッテリセルが８０個、直列に接続されており、バッテリ２００全体としての公称電圧は２８８［Ｖ］となっている。

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の電圧を検出する。この検出結果はＥＣＵ１１３のＢＣＵ１１３ａを介してＨＣＵ１１３ｂに送られる。

ＨＣＵ１１３ｂ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、インバーター１１１のインバーター効率を制御する。具体的には、ＨＣＵ１１３ｂは、セル電圧を閾値判定し、閾値判定結果に応じてインバーター１１１にインバーター効率を変動させることを指示する。インバーター１１１は、ＨＣＵ１１３ｂから指示されたインバーター効率に応じたスイッチング周波数で動作することにより、インバーター効率を変える。

図３は、本実施の形態によるＨＣＵ１１３ｂによるインバーター効率の制御手順を示すフローチャートである。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の電圧を検出する。

続くステップＳ２において、ＨＣＵ１１３ｂは、セル電圧検出部２１１、２１２、２１３による検出結果Ｖを閾値Ｖ１を用いて閾値判定する。具体的には、ステップＳ２において、ＨＣＵ１１３ｂは、検出電圧ＶがＶ１＜Ｖ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。そして、ＨＣＵ１１３ｂは、１セル以上でＶ１＜Ｖの場合（つまり１セルでも閾値Ｖ１よりも大きい電圧が検出された場合）には、ステップＳ３に移って、インバーター１１１のインバーター効率を下げる。実際には、ＨＣＵ１１３ｂは、インバーター１１１のスイッチング周期が長くなるようにインバーター１１１に指令を出し、インバーター効率を下げる。このようにすることで、インバーター１１１からバッテリ２００に供給される充電電圧は低くなるので、閾値Ｖ１よりも大きい電圧が検出されたバッテリセルの過電圧による損傷が防止される。

これに対して、ＨＣＵ１１３ｂは、ステップＳ２で否定結果を得た場合には、ステップＳ４に移って、インバーター１１１のインバーター効率を最大のままとする。実際上、通常の回生時にはインバーター効率は最大とされているので、過電圧によって損傷するおそれがあるバッテリセルが無い場合には、ＨＣＵ１１３ｂはインバーター効率を下げる制御を行うことなく（つまり何もせずに）、インバーター効率を最大のままとする。

因みに、実施例では、バッテリセル２０１、２０２、２０３、……の定格電圧は３．６［Ｖ］であり、過電圧を防止するための閾値Ｖ１は４．２５［Ｖ］に設定されている。

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２００とモーター１０２との間に設けられたインバーター１１１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インバーター１１１のインバーター効率を制御するＨＣＵ１１３ｂと、を設けたことにより、回生時の制動力を維持しつつ、各バッテリセル２０１、２０２、２０３、……が過電圧となることを防止でき、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。

因みに、一般に、セル電圧検出部２１１、２１２、２１３、……は、従来のバッテリにも搭載されているので、本実施の形態では、上述の効果をハードウェアの追加無しで実現できる。

なお、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。

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。

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。

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
１１３ＥＣＵ
１１３ａＢＣＵ
１１３ｂＨＣＵ
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）

Claims

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、
前記バッテリとモーターとの間に設けられたインバーターと、
前記セル電圧検出部による電圧検出結果に基づいて、前記インバーターのインバーター効率を制御する制御部と、
を具備する車両。
前記制御部は、前記セル電圧検出部によって所定閾値よりも大きい電圧が検出された場合に、前記インバーター効率を下げる、
請求項１に記載の車両。
前記制御部は、前記セル電圧検出部によって、１つ以上のバッテリセルで過電圧が検出された場合に、前記インバーター効率を下げる、
請求項２に記載の車両。