JP3706585B2 - ハイブリッドカーのバッテリ状態表示方法とバッテリ状態表示装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハイブリッドカーのバッテリが長寿命に使用できるやさしい状態で充放電されていることを表示するバッテリ状態表示方法と装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ハイブリッドカーは、エンジンとモーターの両方で走行する。モーターは、バッテリで駆動される。モーターを駆動するバッテリは、非常に厳しい状態で充放電される。重い車両を加速するときに大電流で放電され、さらに制動するときには大電流で充電されるからである。とくに、急加速するときと急ブレーキのときに、極めて大きな電流で放電または充電される。このように、厳しい環境で使用されるにもかかわらず、ハイブリッドカーのバッテリは長寿命であることも要求される。それは、大容量の二次電池を多数に直列に接続したものであって、製造コストが極めて高いからである。バッテリの寿命は、ハイブリッドカーの運転状態に影響を受ける。たとえば、ドライバーが急加速と急ブレーキを頻繁に使用すると、バッテリのダメージが大きく、長寿命に使用できなくなる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
バッテリを充放電する電流を制限して、寿命を長くできる。しかしながら、充放電の電流を制限することは、モーターとバッテリで補助しながら走行するハイブリッドカーに特有の効果を少なくすることになって、ハイブリッドカー本来の特長が失われてしまう。実質的には、モーターとバッテリを小さくしたのと同じになって、ハイブリッドカーの走行状態を著しく低下させる。たとえば、放電電流を制限すると加速が悪くなり、充電電流を制限すると充電効率が低下して、有効に回生制動できなくなる。さらに困ったことに、ドライバーによってアクセルやブレーキを踏む状態が異なるので、やさしく運転するドライバーがハイブリッドカーを運転すると、極めて加速が悪くなってしまう。また、アクセルを強く踏んで急加速したいドライバーは、加速の悪さに不満を感じる。このため、ハイブリッドカーは、好ましい走行状態を実現するためには、充放電電流を制限することができない。したがって、ドライバーによってはバッテリの寿命が極めて短くなってしまう。とくに、ドライバーは、運転状態とバッテリの寿命との関係を知ることができないので、無意識にバッテリの寿命を短くしてしまう。
【０００４】
さらに、ハイブリッドカーは、バッテリの残容量を演算し、残容量が満充電容量の約５０％付近となるように充放電を制御している。この残容量で充放電させると、バッテリの寿命が最も長くなるからである。しかしながら、残容量の演算に誤差が発生すると、現実にバッテリの残容量をこの範囲で充放電できなくなって、電池の寿命を短くする。残容量は、バッテリ電圧で補正できる。残容量が減少するとバッテリ電圧が低下する、すなわち電圧が残容量のパラメータのひとつであるからである。さらに、残容量は、電流と電圧の両方で、より正確に補正できる。電池電圧が電流の大きさで変化するからである。電流と電圧で残容量を補正するとき、電圧と電流の変化値であるΔＶ／ΔＩを検出するが、充放電の電流が急激に増減すると、ΔＶ／ΔＩを正確に検出できなくなる。このため、ΔＶ／ΔＩから残容量を正確に補正できなくなる。したがって、残容量の演算に誤差が発生しやすく、このことが電池寿命を短くする原因となってしまう。
【０００５】
本発明は、このような弊害を解消することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、電池劣化の少ないやさしい環境で使用されている状態、すなわちバッテリ保護状態であることを表示して、ドライバーが電池寿命を意識しながら運転できるハイブリッドカーのバッテリ状態表示方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のハイブリッドカーのバッテリ状態表示方法は、充放電しているバッテリ１の充放電電流の変化が設定範囲よりも小さいときの第１の状態と第２の状態から電圧と電流の変化値であるΔＶ／ΔＩを検出する。バッテリ状態表示方法は、ΔＶ／ΔＩからバッテリ保護状態で充放電されているかどうかを判定して、保護状態で充放電されているときにバッテリ保護状態にあることを表示する。
【０００７】
バッテリ状態表示方法は、充放電しているバッテリ１の充放電電流の変化が設定範囲よりも小さいときの第１の状態であるとき、第１バッテリ保護状態と判定し、その後、充放電しているバッテリ１の充放電電流の変化が設定範囲よりも小さいときの第２の状態であるとき、第１の状態と第２の状態から電圧と電流の変化値であるΔＶ／ΔＩを検出し、ΔＶ／ΔＩから第２バッテリ保護状態で充放電されているかどうかを判定し、第１又は第２保護状態で充放電されているときに該バッテリ保護状態にあることを表示する。
【０００８】
本発明の請求項３のハイブリッドカーのバッテリ状態表示装置は、充放電しているバッテリ１の充放電電流の変化が設定範囲よりも小さいときの第１の状態と第２の状態から電圧と電流の変化値であるΔＶ／ΔＩを検出し、ΔＶ／ΔＩからバッテリ保護状態で充放電されているかどうかを判定する判定回路５と、この判定回路５が、バッテリ１を保護状態で充放電していると判定するときにバッテリ保護状態にあることを表示する表示器６とを備える。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するためのバッテリ状態表示方法と装置を例示するものであって、本発明は方法と装置を以下のものに特定しない。
【００１０】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００１１】
図１は、ハイブリッドカーの回路図である。この図のハイブリッドカーは、モーター２に電力を供給してを駆動するバッテリ１と、このバッテリ１に供給する電力を制御してモーター２に供給するインバータ３と、アクセルやバッテリ１の残容量等からインバータ３を制御する制御回路４と、バッテリ１のΔＶ／ΔＩを検出してバッテリ保護状態にあるかどうかを判定する判定回路５と、この判定回路５がバッテリ保護状態であると判定するときにバッテリ保護状態を表示する表示器６とを備える。
【００１２】
バッテリ１は、多数の二次電池を直列に接続している。バッテリ１は、複数の二次電池を直列に接続して電池モジュールとし、さらに、この電池モジュールを直列に接続している。二次電池は、ニッケル−水素電池であるが、リチウムイオン二次電池も使用でき、さらにニッケル−カドミウム電池も使用できる。
【００１３】
バッテリ１は、電圧を正確に検出して残容量を補正できる。バッテリ電圧が残容量を特定するひつとのパラメータであるからである。バッテリ電圧は、バッテリ１に電流を流さない無負荷の状態では出力電圧を検出して正確に検出できる。しかしながら、バッテリ１に電流を流す状態では、出力電圧を検出しても、この検出電圧はバッテリ１の現実の電圧とはならない。バッテリ１の内部インピーダンスによる電圧降下がバッテリ１の出力電圧を低下させるからである。内部インピーダンスによる電圧降下は、内部インピーダンスの値と流れる電流の積で演算できる。このため、バッテリ電圧を正確に検出するには、内部インピーダンスと電流を正確に検出する必要がある。
【００１４】
バッテリ１の内部インピーダンスは、常に一定の値とはならない。たとえば、バッテリ１の残容量によって変動する。バッテリ１を満充電ないし過充電する状態と、完全放電ないし過放電すると内部インピーダンスは大きくなり、残容量を中間とする状態で小さくなる。バッテリ１の内部インピーダンスは、ΔＶ／ΔＩを検出して演算できる。ただ、バッテリ１のΔＶ／ΔＩから演算される内部インピーダンスは、バッテリ１の現実の内部インピーダンスと正確に一致するものではない。しかしながら、ΔＶ／ΔＩから演算される内部インピーダンスは、バッテリ１の現実の内部インピーダンスに近似する値となる。したがって、ΔＶ／ΔＩから内部インピーダンスを演算し、この内部インピーダンスから、電流が流れる状態での電圧降下を演算し、この演算値をバッテリ１の出力電圧に加算してバッテリ１の正確な電圧を計算することができる。
【００１５】
ΔＶ／ΔＩは、電圧と電流の変化値である。したがって、バッテリ１の出力電流と出力電圧の特性が図２に示すように変化するとき、電流の値が異なる第１の状態と第２の状態とで、電流と電圧を検出し、その差からΔＶ／ΔＩを演算できる。ハイブリッドカーがバッテリ１でモーター２を駆動しながら走行するとき、図３に示すように、ハイブリッドカーの走行状態によってバッテリ１に流れる電流は変動する。ハイブリッドカーは、加速するときバッテリ１を放電してモーター２を駆動する。制動するときに回生制動してバッテリ１を充電する。ハイブリッドカーが強く加速され、あるいは強く減速されるとき、バッテリ１の放電電流と充電電流は大きくなる。加速と減速は、ドライバーがアクセルやブレーキを踏む状態で変化するので、運転状態によって放電電流と充電電流も変化する。バッテリ１のΔＶ／ΔＩは、充放電電流が変動しているときは正確に検出できない。したがって、正確にΔＶ／ΔＩを検出するには、バッテリ電流が変動しない第１の状態と第２の状態から演算する必要がある。さらに、バッテリ１の充放電の電流が急激に変動しない状態は、ハイブリッドカーが停止または一定の速度で移動している状態と、一定の加速度で加速または減速される状態である。したがって、バッテリ１のΔＶ／ΔＩは、ハイブリッドカーを停止または一定の速度で運転する状態と、一定の加速度で加速または減速する状態で正確に検出できる。バッテリ１のΔＶ／ΔＩが正確に検出されると、検出されたΔＶ／ΔＩに基づいて残容量を正確に補正できる。したがって、現実のバッテリ１の残容量を正確に検出しながら、バッテリ１を過充電や過放電することなく、バッテリ１を保護しながら充放電できる設定された残容量の範囲で充放電できる。このため、バッテリ１を保護しながら充放電できる。また、一定の加速度で加速または減速する運転状態は、アクセルをバタバタと変化させながら運転する状態、いいかえると急激に加速や減速を繰り返す荒い運転ではないので、バッテリ１を保護しながら充放電できることにもなる。
【００１６】
判定回路５は、バッテリ１のΔＶ／ΔＩを検出してバッテリ保護状態にあるかどうかを判定する。図１の判定回路５は、バッテリ１の電流を検出するための電流検出回路７と、電圧検出するための電圧検出回路８と、演算処理回路９とを備える。電流検出回路７は、バッテリ１の電流を検出して電流信号を演算処理回路９に出力する。電圧検出回路８は、バッテリ１の電圧を検出して電圧信号を演算処理回路９に出力する。判定回路５は、充放電しているバッテリ１の第１の状態と第２の状態から電圧と電流の変化値であるΔＶ／ΔＩを検出する。ΔＶ／ΔＩが検出できる状態をバッテリ保護状態で充放電されていると判定する。バッテリ１は、充放電電流の変化が設定範囲よりも小さいときにΔＶ／ΔＩを検出できるので、このときにバッテリ保護状態にあると判定できる。
【００１７】
判定回路５は、ハイブリッドカーがスムーズに加速されるときと、スムーズに減速するときに、ΔＶ／ΔＩを検出してバッテリ保護状態にあると判定する。スムーズに加速されて、ΔＶ／ΔＩを検出してバッテリ保護状態であると判定するときは、たとえば、図３に示すように、ハイブリッドカーが信号待ち等で一時的に停止している状態を第１の状態とし、その後発進して、スムーズに加速されて一定電流でバッテリ１からモーター２に電流が供給される状態を第２の状態とする。この状態は、第１の状態と第２の状態でバッテリ電流は変化するが、第１の状態でのバッテリ電流の変動は少なく、また第２の状態でのバッテリ電流の変動も少ない。加速の途中で減速すると、バッテリ電流が放電電流から充電電流へと急激に変動するのでΔＶ／ΔＩは検出されない。このため、この加速の途中で減速されると、バッテリ保護状態でないと判定する。
【００１８】
ただ、第１の状態は、必ずしも一時的に停止している状態とする必要はない。第１の状態は、ハイブリッドカーを等速運転している状態や、慣性の転がり抵抗のエネルギーで減速中の状態とすることもできる。これらの場合においても、バッテリ１の充放電の電流の変動は少なくなるからである。判定回路５は、図３の鎖線で示すように、ハイブリッドカーを等速運転中や慣性で減速中の状態を第１の状態とし、その後スムーズに加速して一定電流でバッテリ１からモーター２に電流が供給される状態を第２の状態としてΔＶ／ΔＩを検出する。
【００１９】
ハイブリッドカーがスムーズに減速されて、判定回路５がΔＶ／ΔＩを検出してバッテリ保護状態であると判定するときは、加速が終了して等速運転中の状態、もしくは、慣性の転がり抵抗のエネルギーで減速中の状態を第１の状態とし、一定の加速度で回生制動されながら減速されて、バッテリ１が一定の電流で充電される状態を第２の状態とする。この状態も、第１の状態と第２の状態でバッテリ電流は変化するが、第１の状態でのバッテリ電流の変動は少なく、また第２の状態でのバッテリ電流の変動も少ない。減速の途中で加速すると、バッテリ電流が充電電流から放電電流へと急激に変動するのでΔＶ／ΔＩは検出されない。このため、ハイブリッドカーがこの減速の途中で加速されると、判定回路５はバッテリ保護状態でないと判定する。
【００２０】
ただ、判定回路５は、ハイブリッドカーが一定の加速度で回生制動されながら減速されて、バッテリ１が一定の電流で充電される状態を第１の状態とし、ハイブリッドカーが停止する状態を第２の状態とすることもできる。この状態も、第１の状態と第２の状態でバッテリ電流は変化するが、第１の状態でのバッテリ電流の変動は少なく、また第２の状態でのバッテリ電流の変動も少ないからである。さらに、この判定方法では、第２の状態は、必ずしもハイブリッドカーが停止する状態とする必要はなく、バッテリ１の充放電の電流の変動が少なくなる状態、たとえば、一定の加速度で加速している状態や、等速運転する状態、慣性の転がり抵抗のエネルギーで減速中の状態とすることもできる。
【００２１】
判定回路５は、第１の状態においては、バッテリ電流の変化が第１設定範囲よりも小さく、かつ、第２の状態ではバッテリ電流の変化が第２設定範囲よりも小さいときに、ΔＶ／ΔＩを検出してバッテリ保護状態であると判定する。第１設定範囲と第２設定範囲は、たとえば平均電流に対する電流の変動幅を＋−３０％以下、好ましくは＋−２０％以下、さらに好ましくは＋−１０％以下の状態とする。
【００２２】
判定回路５は、第２の状態でΔＶ／ΔＩを検出するまでの間と、第２の状態でΔＶ／ΔＩを検出できた状態とを、バッテリ保護状態として異なる表示とすることができる。たとえば、第２の状態でΔＶ／ΔＩを検出するまでを第１バッテリ保護状態と判定し、第２の状態でΔＶ／ΔＩが検出できた状態を第２バッテリ保護状態と判定することができる。第１バッテリ保護状態は、第１の状態から、第２の状態でΔＶ／ΔＩを検出するまでの間で、バッテリ電流の変化が設定範囲よりも小さい状態である。第２の状態でΔＶ／ΔＩを検出するまでの間で、第１バッテリ保護状態と判定した後、途中でΔＶ／ΔＩを検出できない状態となったとき、判定回路５は第１バッテリ保護状態でないと判定する。
【００２３】
ハイブリッドカーは、スムーズに加速して一定の速度になると、その後加速しなくなり、また種々の走行パターンで、加速と減速を繰り返しながら走行される。この状態で、バッテリ１は放電と充電を繰り返しながら電流が変動する。したがって、第２バッテリ保護状態と判定した後、バッテリ１の充放電電流が変動するようになると、第２バッテリ保護状態であるとの判定を解除する。ただし、第２バッテリ保護状態は、タイマーで一定時間後に解除することもでき。その後、ハイブリッドカーが等速運転され、あるいは信号等でスムーズに減速して停止するようになると、第１の状態が検出されて第１バッテリ保護状態と判定し、その後第２の状態でΔＶ／ΔＩが検出されると第２バッテリ保護状態と判定する。その後、さらにハイブリッドカーがスムーズに加速されると、第１バッテリ保護状態から第２バッテリ保護状態と判定される。ハイブリッドカーがスムーズに加速され、あるいは減速されると、以上のように第１バッテリ保護状態と第２バッテリ保護状態と判定される。しかしながら、ハイブリッドカーがスムーズな加速や減速がされない場合、ΔＶ／ΔＩが検出されず、第２バッテリ保護状態と判定されない。ハイブリッドカーが停止されると、第１の状態は検出されるが、その後にハイブリッドカーが加速度が変化する状態で急加速され、あるいは加速の途中で減速すると、第１バッテリ保護状態ではないと判定される。また、減速中に加速しても、第１バッテリ保護状態は解除される。
【００２４】
表示器６は、ハイブリッドカーがバッテリ保護状態であると判定すると、そのことを発光ダイオード等の光源で表示する。ただ、表示器６は、バッテリ保護状態をモニタに図形や文字で表示することもできる。光源でバッテリ保護状態を表示する表示器６は、第１バッテリ保護状態で光源を点滅させる。第２バッテリ保護状態では光源を連続して点灯させる。また、光源は、発光色を変化させて、第１バッテリ保護状態と第２バッテリ保護状態とを表示することもできる。たとえば、第１バッテリ保護状態を緑色発光ダイオードを点灯して表示し、第２バッテリ保護状態を青や白色の発光ダイオードを点灯して表示することができる。さらに、この表示器は、第１バッテリ保護状態や第２バッテリ保護状態が解除されると、赤色発光ダイオードを点灯してΔＶ／ΔＩが検出されなかったことを表示することもできる。
【００２５】
さらに、表示器６は、スイッチ（図示せず）を設けて、バッテリ保護状態を表示する状態と表示しない状態とを切り換えることもできる。この表示器６は、ドライバーが表示器６に気を取られて安全運転に集中できないときに、スイッチをオフにできる特長がある。
【００２６】
制御回路４は、判定回路５で検出されたΔＶ／ΔＩに基づいて、バッテリ１の残容量を補正する。補正された残容量に基づいて、インバータ３を制御し、バッテリ１からモーター２への供給電力を制御する。ΔＶ／ΔＩは、バッテリ１の内部インピーダンスに等価な値であるから、ΔＶ／ΔＩからバッテリ１の実質的な内部インピーダンスに近い値を検出し、これに基づいて電流による電圧降下を演算する。内部インピーダンスによる電圧降下が検出されると、電流を流している状態でバッテリ１の正確な電圧が計算される。バッテリ１を放電している状態では、内部インピーダンスの電圧降下にバッテリ１の出力電圧を加算した値がバッテリ１の正確な電圧となるからである。また、充電している状態では、バッテリ１の出力電圧から内部インピーダンスの電圧降下を減算した値が、バッテリ１の正確な電圧となる。制御回路４は、バッテリ１の正確な電圧から残容量を補正する。さらに、バッテリ１は、過充電や過放電状態、あるいはこれに近い状態になるとΔＶ／ΔＩが増加するので、ΔＶ／ΔＩが大きな値になると、制御回路４はバッテリ１の充放電を停止するようにインバータ３を制御して、バッテリ１を保護する。
【００２７】
制御回路４は、バッテリ１の残容量とアクセル等の入力信号にしたがって、インバータ３を制御して、バッテリ１からモーター２に供給する電力を制御して、ハイブリッドカーを走行させる。また、ハイブリッドカーが減速されるときは、バッテリ１の残容量を考慮しながら回生制動して、バッテリ１の充電電流を制御する。
【００２８】
【発明の効果】
本発明のバッテリ状態表示方法は、電池劣化の少ないやさしい環境で使用されている状態、すなわちバッテリ保護状態で充放電していることを表示して、ドライバーに電池寿命を意識させながら運転を促すことができる。それは、本発明のバッテリ状態表示方法が、充放電しているバッテリのΔＶ／ΔＩを検出し、ΔＶ／ΔＩをパラメータとして、バッテリ保護状態であるかどうかを判定するからである。ハイブリッドカーが、アクセルやブレーキをバタバタと踏まないで、やさしく運転されると、バッテリの充放電電流の変化は少なくなる。充放電電流の変化が少ない状態において、バッテリのΔＶ／ΔＩは正確に検出できる。したがって、ΔＶ／ΔＩを検出して、ドライバーがハイブリッドカーを優しく運転しているかどうかを判定できる。また、ΔＶ／ΔＩから電池の実質的な内部インピーダンスを検出できるので、この内部インピーダンスで電池電圧を補正してより正確に残容量を演算できる。また、検出されたΔＶ／ΔＩの値で、バッテリの過充電や過放電を判定し、あるいは深い充放電をも検出して、バッテリを最適な残容量で充放電させて保護することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例にかかるバッテリ状態表示装置を備えるハイブリッドカーの回路図
【図２】バッテリの出力電流と出力電圧の特性を示すグラフ
【図３】ハイブリッドカーの走行状態によってバッテリ電流が変動する状態を示すグラフ
【符号の説明】
１…バッテリ
２…モーター
３…インバータ
４…制御回路
５…判定回路
６…表示器
７…電流検出回路
８…電圧検出回路
９…演算処理回路

Claims (3)

1. 充放電しているバッテリ１の充放電電流の変化が設定範囲よりも小さいときの第１の状態と第２の状態から電圧と電流の変化値であるΔＶ／ΔＩを検出し、ΔＶ／ΔＩからバッテリ保護状態で充放電されているかどうかを判定し、保護状態で充放電されているときにバッテリ保護状態にあることを表示するハイブリッドカーのバッテリ状態表示方法。
2. 充放電しているバッテリ１の充放電電流の変化が設定範囲よりも小さいときの第１の状態であるとき、第１バッテリ保護状態と判定し、
   その後、充放電しているバッテリ１の充放電電流の変化が設定範囲よりも小さいときの第２の状態であるとき、第１の状態と第２の状態から電圧と電流の変化値であるΔＶ／ΔＩを検出し、ΔＶ／ΔＩから第２バッテリ保護状態で充放電されているかどうかを判定し、第１又は第２保護状態で充放電されているときに該バッテリ保護状態にあることを表示するハイブリッドカーのバッテリ状態表示方法。
3. 充放電しているバッテリ１の充放電電流の変化が設定範囲よりも小さいときの第１の状態と第２の状態から電圧と電流の変化値であるΔＶ／ΔＩを検出し、ΔＶ／ΔＩからバッテリ保護状態で充放電されているかどうかを判定する判定回路(5)と、この判定回路(5)が、バッテリ(1)を保護状態で充放電していると判定するときにバッテリ保護状態にあることを表示する表示器(6)とを備えるハイブリッドカーのバッテリ状態表示装置。

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