JP3360613B2 - 電池制御装置 - Google Patents

電池制御装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、所定個数の電池群
が複数直列に接続された組電池を有し、エンジンにより
駆動される発電機により電池のＳＯＣを目標値に維持す
るようにしたハイブリッド車の電池制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、車両駆動用モータの他に、エ
ンジン駆動される発電機を搭載したハイブリッド車が知
られている。このハイブリッド車においては、電池を搭
載しており、この電池からの電力によって駆動用モータ
を駆動すると共に、発電機からの電力によって電池の充
電を行う。また、駆動用モータおよびエンジンによって
車輪を回転させ走行する。そして、通常の走行において
は、車載した電池のＳＯＣ（充電状態：State of Charg
e）が所定値（例えば５０％程度）になるように、モー
タの駆動および発電機の駆動を制御している。
【０００３】しかし、例えば長い登り坂の走行など走行
状態によっては、電池からの放電が継続する場合もあ
る。このような場合には、電池のＳＯＣは減少してい
く。そこで、電池のＳＯＣが大きく変化する場合もあ
る。このため、通常はＳＯＣの下限値を２０％、上限値
を８０％程度に設定しておき、ＳＯＣが２０％まで下が
った場合には電池の放電を禁止し、またＳＯＣが８０％
まで上昇した場合には電池の充電を禁止し、電池のＳＯ
Ｃを２０％〜８０％の間に維持している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ここで、車載電池は、
その出力直流電圧として、２５０Ｖ程度のものが採用さ
れている。従って、車載電池は、多数の電池セルを直列
接続した組電池から構成されている。通常の場合、複数
個の電池セルを直列接続して電池ブロックを形成し、こ
の電池ブロックを複数接続して、組電池を構成してい
る。例えば、１２セルで１ブロックを形成し、２０ブロ
ック（電池群）で１つの組電池を構成する。
【０００５】また、電池のＳＯＣは、通常充放電量の積
算によって検出している。ハイブリッド車の場合には、
常にＳＯＣが５０％程度になるように制御しているた
め、検出した充放電量と実際の充放電量との間に少しの
誤差でもあると、長期間の積算により誤差が大きくなる
傾向にある。さらに、組電池のＳＯＣは全体としての充
放電量から計算されるため、各電池セルのＳＯＣはこれ
とは異なっている場合もある。また、各電池セルの温度
条件などは必ずしも同一ではなく、電池セル毎にＳＯＣ
が異なってくることを防ぐことはできない。
【０００６】そこで、充放電状態から計算して得たＳＯ
Ｃが２０％まで低下していないのに、組電池の中の電池
セルのＳＯＣが０％になってしまう場合がある。組電池
の場合、１つの電池セルのＳＯＣが０％になっても他の
電池セルにより放電が継続され、これによって、ＳＯＣ
０％の電池セル（過放電セル）に放電電流が流れ続け
る。これによって、その電池セルでは水素ガスが発生し
たりする。
【０００７】［関連技術］このような問題を解決するた
め、本出願人は、特願平９−３３８４３６号において、
電池セル間の電圧差を検出することで、１つの電池セル
におけるＳＯＣ０％を検出することを提案した。２００
以上の電池セルからなる組電池において、その組電池の
電圧から１つのセルのＳＯＣ０％を検出することが困難
である。しかし、１０程度の電池セルからなる電池ブロ
ック（電池群）のそれぞれの電圧値を検出し、これらを
互いに比較すると、ＳＯＣ０％の電池セルが存在する電
池ブロックでは、他の電池ブロックに比べ１Ｖ程度の差
が生じる。
【０００８】すなわち、通常の使用状態では、ＳＯＣ０
％の電池セルは存在しない。そこで、各電池ブロックの
電圧はほぼ同一である。そして、放電が進み、１つの電
池セルにおいてＳＯＣが０％になると、その電池セルの
電圧は０Ｖになる。従って、そのＳＯＣ０％の電池セル
が存在する電池ブロックの電圧は、１つの電池セルが電
圧０Ｖになったことで、急に１Ｖ以上電圧が低くなる。
そこで、電池ブロック間の電圧値の差が１Ｖ以上になっ
たことで、ＳＯＣ０％の電池セルの発生を検出すること
ができる。
【０００９】特願平９−３３８４３６号においては、こ
のようなＳＯＣ０％の電池セルを検出した場合には、出
力を制限する。そして、出力の制限にもかかわらずさら
に放電が続いた場合に電池を切り離し、それ以上の放電
を完全に禁止している。
【００１０】しかし、この場合の出力の制限は、充電を
できるだけ多くする制御であり、アクセルの踏み込み量
に応じたトルクの出力などは維持する。従って、さらに
放電が継続する可能性があり、電池セル内における水素
発生が継続される場合があった。
【００１１】本発明は、さらなる過放電をより確実に防
止できる電池制御装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は、所定個数の電
池群が複数直列に接続された組電池を有し、エンジンに
より駆動される発電機により組電池のＳＯＣを目標値に
維持するようにしたハイブリッド車の電池制御装置であ
って、各電池群間の電圧差が所定値以上になったことで
いずれかの電池群内においてＳＯＣ０％（過放電）の電
池セルが存在することを検出したときには、組電池への
充電要求を発することにより、ハイブリッド車の走行中
において組電池全体への充電を行うようにしたことを特
徴とする。充電要求を発することで、その後の放電が禁
止され、組電池の充電状態を回復することができる。ま
た、電池群間の電圧差により、電池セルの過放電を検出
するため、多数の電池セルを接続した組電池における１
つの電池セルの過放電を効果的に検出することができ
る。
【００１３】また、本発明は、電池のＳＯＣが充電要求
を発した後さらに低下した場合には、組電池からの出力
を禁止することを特徴とする。何らかの故障などによ
り、さらに放電が起こった場合には、組電池を切り離す
などの手段によって、組電池からの出力を禁止する。こ
れによって、それ以上の放電を確実に防止することがで
きる。
【００１４】また、本発明は、前記充電要求は、電池の
ＳＯＣを制御下限値にセットすることによって行うこと
を特徴とする。通常の走行においても、ＳＯＣが制御下
限値（例えばＳＯＣ２０％）になると、充電要求が発せ
られるようになっている。そこで、ＳＯＣを制御下限値
にセットすることで、特別な処理ルーチンなどを設けず
に、充電要求を発することができる。また、前記組電池
の電流計測により組電池のＳＯＣを計測することが好適
である。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態（以下
実施形態という）について、図面に基づいて説明する。
【００１６】図１は、実施形態の全体構成を示す図であ
り、組電池１０は、複数の電池セルからなっている。こ
の例では、ニッケル金属水素（Ｎｉ−ＭＨ）電池が利用
されており、２４０個の電池セルを直列接続し、２８０
Ｖ程度の出力電圧を得ている。また、１２個の電池セル
の直列接続を電池ブロックとして、各電池ブロック毎の
電圧を電圧検出器１２が検出している。図においては、
電池ブロックの１つを１つの電池記号として示してい
る。
【００１７】電圧検出器１２は、各電池ブロックの検出
電圧値を比較し、１Ｖ以上の差があるかを検出してい
る。この判定は、隣接する電池ブロック電圧を順次比較
し、その差が１Ｖ以上であるかを判定してもよいし、す
べての電池ブロック電圧の平均値と各電池ブロックの電
圧の差が１Ｖ以上であるかを判定してもよい。
【００１８】電圧検出器１２の検出結果は、電池ＥＣＵ
１４に供給される。電池ＥＣＵ１４は、電池ブロック間
の電圧差の１Ｖ以上であることにより、その電池ブロッ
クにおいてＳＯＣ０％の電池セルが存在することを検出
する。そして、その場合に、ＳＯＣ２０％にセットす
る。すなわち、電池ＥＣＵ１４は、図示しない電流計に
よる組電池１０の電流計測により組電池１０のＳＯＣを
計測しているが、電圧検出器１２における１Ｖ以上の電
圧ばらつきの検出により、このＳＯＣの計測値を２０％
にセットする。
【００１９】電池ＥＣＵ１４は、計測したＳＯＣをＨＶ
ＥＣＵ１６に提供する。ＨＶＥＣＵ１６は、電池ＥＣＵ
１４から供給されるＳＯＣに基づいて、負荷１８の動作
を制御する。ここで、この負荷１８は、駆動用モータ、
エンジン、発電機、インバータなどからなっており、組
電池１０からの電力の消費が負荷１８の制御によって制
御される。すなわち、組電池１０からの電力は、インバ
ータを介し、駆動用モータに供給される。ＨＶＥＣＵ１
６は、アクセル踏み込み量などにより、駆動モータの出
力トルクを決定し、決定した出力トルクになるようにイ
ンバータを制御して、駆動モータを制御する。また、Ｈ
ＶＥＣＵ１６は、エンジン出力の発電機の駆動力および
車輪駆動力についても制御する。これによって、組電池
１０への充電量が制御される。
【００２０】ＨＶＥＣＵ１６は、ＳＯＣが５０％以上で
ある場合には、エンジン出力による発電量が少なくなる
ように設定し、組電池１０からの放電が進むようにす
る。また、ＳＯＣが５０％以下の場合には、エンジン出
力による発電量が多くなるようにして、組電池１０への
充電が進むようにする。なお、このような制御はＳＯＣ
に応じて段階的に行う。
【００２１】そして、電池ＥＣＵ１４から供給されるＳ
ＯＣが２０％になった場合には、ＨＶＥＣＵ１４は組電
池１０からの放電を禁止し、組電池１０の充電制御を行
う。すなわち、負荷１８を制御して発電機による発電量
以上の電力を駆動モータが消費することを禁止する。エ
ンジンによる車輪の駆動をある程度維持していてもよい
が、駆動モータの出力による電力の消費量を発電機によ
る発電量以下に制御する。
【００２２】このような制御によって、組電池１０に対
する充電が行われ、組電池１０のＳＯＣが回復する。な
お、ＳＯＣ２０％へのセットを行った後は、電流量の積
算によりＳＯＣを常時検出する。そして、ＳＯＣが上昇
することで、通常の制御に戻る。なお、ＳＯＣが所定
値、例えば３０％まで回復するまでは、放電を禁止する
ことも好適である。また、通常の走行においても、ＳＯ
Ｃが制御下限値（例えばＳＯＣ２０％）になると、充電
要求が発せられるようになっている。そこで、ＳＯＣを
制御下限値にセットすることで、特別な処理ルーチンな
どを設けずに、充電要求を発することができる。
【００２３】図２に、このような制御の一例を示す。通
常の走行時においては、ＳＯＣは５０％前後に保たれて
いる。そして、電圧検出器１２の検出値により、いずれ
かの電池ブロックにおける１Ｖ以上の電圧低下を検出し
た場合には、ＳＯＣを２０％にセットする。このような
状況は、登坂路などの走行によりＳＯＣがある程度下が
った場合に発生することが多いと考えられる。そして、
ＳＯＣを２０％にセットすることによって、ＨＶＥＣＵ
１６が組電池１０への充電が行われるように、負荷１８
を制御するため、組電池１０のＳＯＣが回復される。
【００２４】一方、機器の故障などがあれば、ＨＶＥＣ
Ｕ１６による充電制御が行われているにも拘わらず、組
電池１０のＳＯＣが低下することも考えられる。この場
合に、放電が継続されると、さらにＳＯＣ０％の電池セ
ルにおける過放電が進む。これにより、電池セル内部の
圧力が上昇し、液漏れが発生するおそれもある。
【００２５】そこで、電池ＥＣＵ１４による電流積算に
よりがＳＯＣ２０％からさらに所定量の放電を検出した
場合には、ＨＶＥＣＵ１６は、リレー２０を制御して、
組電池１０を負荷１８から切り離す。これによって、組
電池１０からの放電は完全に停止され、それ以上の放電
は禁止される。
【００２６】すなわち、図３に示すように、ＳＯＣ２０
％へのセット後において、さらに所定量の放電があった
場合には、リレー２０を制御して出力を禁止する。
【００２７】図４に、上述のような制御のフローチャー
トを示す。まず、電池ＥＣＵ１４は、電圧検出器１２の
出力から、過放電セルが存在するかを判定する（Ｓ１
１）。上記実施形態の場合、電池ブロック間の電圧差が
１Ｖ以上になったかを判定したが、各電池セルの電圧検
出によって、これを検出してもよい。また、電池セルに
おける圧力上昇などにより過放電を検出してもよい。
【００２８】過放電セルが存在した場合には、負荷１８
に対し充電を要求する（Ｓ１２）。この充電要求は、Ｓ
ＯＣを２０％に設定することにより行ったが、ＳＯＣの
設定とは無関係に放電を行わない制御を行ってもよい。
これによって、組電池１０のＳＯＣは回復するはずであ
る。
【００２９】そこで、充電状態が回復したかを判定し
（Ｓ１３）、充電状態が回復した場合には、処理を終了
し、Ｓ１１の判定に戻る。一方、Ｓ１３でＮＯの場合に
は、充電要求を発した後、過放電検出後さらに所定量の
放電が行ったかを判定する（Ｓ１４）。そして、何らか
の原因で、所定量の放電が起こった場合には、リレー２
０をオフして出力を禁止する（Ｓ１５）。このような処
理によって、過放電セルを検出した場合に、充電要求を
自動的に行うことができ、さらなる放電を禁止できる。
さらに、故障などによりさらなる放電が行った場合に
は、組電池１０を負荷１８から切り離すことで、確実な
放電の禁止が行える。
【００３０】図５に、ハイブリッド車の全体構成を示
す。このように、エンジン３０には、発電機３２が接続
されており、エンジン３０の出力によって発電機３２に
よる発電が行われる。発電機３２の出力には、組電池１
０が接続されており、発電機３２によって組電池１０が
充電される。組電池１０の出力には、インバータ３４を
介しモータ３６が接続されており、組電池１０からの電
力によってモータ３６が駆動される。そして、モータ３
６には、車輪３８が接続されており、モータ３６の出力
によって、車輪３８が回転駆動され、ハイブリッド車が
走行する。また、車輪３８はエンジン３０にも接続され
ており、エンジン３０の出力によっても車輪３８が回転
され、ハイブリッド車が走行する。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
過放電セルの存在を検出した際には、充電要求を発し、
放電を禁止するため、電池の充電状態を回復することが
できる。特に、電池ブロック毎の電圧のばらつきを検出
することで、過放電セルの存在を効果的に検出すること
ができる。また、検出ＳＯＣを下限値にセットすること
で、充電要求を行えば、通常時のルーチンを利用して容
易に充電要求を行うことができる。さらに、充電要求を
発した後、さらに所定量の放電があった場合には、電池
を切り離すため、制御系の故障などの場合にも電池のさ
らなる放電を確実に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 全体構成を示すブロック図である。
【図２】 ＳＯＣの変化状態の一例を示す図である。
【図３】 ＳＯＣの変化状態の他の例を示す図である。
【図４】 処理動作を示すフローチャートである。
【図５】 ハイブリッド車の構成を示す図である。
【符号の説明】
１０ 組電池、１２ 電圧検出器、１４ 電池ＥＣＵ、
１６ ＨＶＥＣＵ、１８ 負荷、２０ リレー。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中山 佳行 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (56)参考文献 特開 平６−296302（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−66267（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−45239（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−140206（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−308705（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−178225（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02J 7/00 - 7/12 H02J 7/34 - 7/36 B60L 11/18

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 所定個数の電池群が複数直列に接続され
    た組電池を有し、エンジンにより駆動される発電機によ
    り組電池のＳＯＣを目標値に維持するようにしたハイブ
    リッド車の電池制御装置であって、 各電池群間の電圧差が所定値以上になったことでいずれ
    かの電池群内においてＳＯＣ０％の電池セルが存在する
    ことを検出したときには、組電池への充電要求を発する
    ことにより、ハイブリッド車の走行中において組電池全
    体への充電を行うようにしたことを特徴とする電池制御
    装置。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の装置において、 組電池のＳＯＣが充電要求を発した後さらに低下した場
    合には、組電池からの出力を禁止することを特徴とする
    電池制御装置。
  3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の装置におい
    て、 前記充電要求は、組電池のＳＯＣを制御下限値にセット
    することによって行うことを特徴とする電池制御装置。
  4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれか１つに記載の装
    置において、 前記組電池の電流計測により組電池のＳＯＣを計測する
    ことを特徴とする電池制御装置。
  5. 【請求項５】 所定個数の電池群が複数直列に接続され
    た組電池を有し、エンジンにより駆動される発電機によ
    り組電池のＳＯＣを目標値に維持するようにしたハイブ
    リッド車の電池制御装置であって、 各電池群間の電圧差が所定値以上になったことでいずれ
    かの電池群内において過放電の電池セルが存在すること
    を検出したときには、組電池への充電要求を発すること
    により、ハイブリッド車の走行中において組電池全体へ
    の充電を行うようにしたことを特徴とする電池制御装
    置。
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