JP3750355B2

JP3750355B2 - 電池の出力検出装置

Info

Publication number: JP3750355B2
Application number: JP18939898A
Authority: JP
Inventors: 雄児丹上; 英明堀江; 孝昭安部; 健岩井; 幹夫川合; 豊昭中川
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1998-07-03
Filing date: 1998-07-03
Publication date: 2006-03-01
Anticipated expiration: 2018-07-03
Also published as: JP2000019233A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池の最大出力を検出する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術とその問題点】
電池の端子電圧と電流を測定して直線回帰により電池のＶ−Ｉ特性を特定し、Ｖ−Ｉ直線と電池の許容下限電圧との交点で決まる最大電流と前記下限電圧との積により、電池の最大出力を演算する方法が知られている。
【０００３】
しかしながら、従来の電池の出力検出装置では、電流センサーの定格電流に比べて測定電流が小さくなると測定誤差が大きくなるため、電池のＶ−Ｉ特性を正確に特定できず、正確な最大出力が得られないという問題がある。
【０００４】
本発明の目的は、電池のＶ−Ｉ特性を正確に特定して正確な最大出力を演算することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
（１）請求項１の発明は、電池の電力を複数の電力変換器を介してそれぞれ異なるモーターへ供給する装置に用いられる電池の出力検出装置であって、電池の端子間の電圧を測定する電圧測定手段と、電池に流れる電流を測定する複数の電流測定手段と、電圧測定手段と複数の電流測定手段により同一時点において電圧と電流を測定し、複数組の電圧と電流の測定値に基づいて電池の電圧−電流特性を特定する電圧−電流特性特定手段と、電圧−電流特性に基づいて電池の最大出力を演算する出力演算手段とを備え、各モーターの最大出力に応じて電池の出力範囲を複数の出力領域に分割し、各出力領域ごとに電流測定手段を設けるとともに、各出力領域の最大出力に応じて各出力領域ごとに電流測定手段の定格電流を定め、各出力領域ごとに電池に流れる電流を測定する。
（２）請求項２の発明は、複数の電流測定手段を、電池から各電力変換器へ分岐する分岐点と電池との間に接続する。
【０００６】
【発明の効果】
（１）請求項１の発明によれば、各出力領域の電流測定値がその領域の電流検出手段の定格電流に近い値となり、どの出力領域でも電流測定誤差が小さくなるので、少ない組数の電圧と電流の測定値に基づいて電池の電圧−電流特性を正確に特定することができ、正確な最大出力を演算することができる。
（２）請求項２の発明によれば、電池に流れる充放電電流のみを測定することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明をハイブリッド車両に適用した一実施の形態を説明する。なお、本発明はハイブリッド車両に限定されず、電気自動車や自動車以外の電池を搭載した装置に対しても適用することができる。
【０００８】
図１および図２は、一実施の形態の構成を示す図である。図において、太い実線は機械力の伝達経路を示し、太い破線は電力線を示す。また、細い実線は制御線を示し、二重線は油圧系統を示す。
この車両のパワートレインは、モーター１、エンジン２、クラッチ３、モーター４、無段変速機５、減速装置６、差動装置７および駆動輪８から構成される。モーター１の出力軸、エンジン２の出力軸およびクラッチ３の入力軸は互いに連結されており、また、クラッチ３の出力軸、モーター４の出力軸および無段変速機５の入力軸は互いに連結されている。
【０００９】
クラッチ３締結時はエンジン２とモーター４が車両の推進源となり、クラッチ３解放時はモーター４のみが車両の推進源となる。エンジン２および／またはモーター４の駆動力は、無段変速機５、減速装置６および差動装置７を介して駆動輪８へ伝達される。無段変速機５には油圧装置９から圧油が供給され、ベルトのクランプと潤滑がなされる。油圧装置９のオイルポンプ（不図示）はモーター１０により駆動される。
【００１０】
モータ１，４，１０は三相同期電動機または三相誘導電動機などの交流機であり、モーター１は主としてエンジン始動と発電に用いられ、モーター４は主として車両の推進と制動に用いられる。また、モーター１０は油圧装置９のオイルポンプ駆動用である。なお、モーター１，４，１０には交流機に限らず直流電動機を用いることもできる。また、クラッチ３締結時に、モーター１を車両の推進と制動に用いることもでき、モーター４をエンジン始動や発電に用いることもできる。
【００１１】
クラッチ３はパウダークラッチであり、伝達トルクがほぼ励磁電流に比例するので伝達トルクを調節することができる。無段変速機５はベルト式やトロイダル式などの無段変速機であり、変速比を無段階に調節することができる。
【００１２】
モーター１，４，１０はそれぞれ、インバーター１１，１２，１３により駆動される。なお、モーター１，４，１０に直流電動機を用いる場合には、インバーターの代わりにＤＣ／ＤＣコンバーターを用いる。インバーター１１〜１３は共通のＤＣリンク１４を介してメインバッテリー１５に接続されており、メインバッテリー１５の直流充電電力を交流電力に変換してモーター１，４，１０へ供給するとともに、モーター１，４の交流発電電力を直流電力に変換してメインバッテリー１５を充電する。
【００１３】
なお、インバーター１１〜１３は互いにＤＣリンク１４を介して接続されているので、回生運転中のモーターにより発電された電力をメインバッテリー１５を介さずに直接、力行運転中のモーターへ供給することができる。また、メインバッテリー１５にはリチウムイオン電池、ニッケル水素電池、鉛電池などを用いることができる。
【００１４】
コントローラー１６は、マイクロコンピューターとその周辺部品や各種アクチュエータなどを備え、エンジン２の回転速度や出力トルク、クラッチ３の伝達トルク、モーター１，４，１０の回転速度や出力トルク、無段変速機５の変速比、メインバッテリー１５の充放電などを制御する。
【００１５】
コントローラー１６には、図２に示すように電圧センサー２０と電流センサー２１が接続される。電圧センサー２０はメインバッテリー１５の端子電圧Ｖ［Ｖ］を検出し、電流センサー２１はメインバッテリー１５に流れる充放電電流Ｉ［Ａ］を検出する。なお、電流センサー２１の定格電流は、モーター１，４，１０の合計最大出力に合わせて選定する。
【００１６】
ここで、この実施の形態のメインバッテリー１５の出力検出方法を説明する。この実施の形態では、図３に示すように、メインバッテリー１５の出力範囲を３個の領域Ａ、Ｂ、Ｃに分割し、各出力領域ごとに最適な方法で出力を検出する。出力領域Ａ、Ｂ、Ｃは、モーター１，４，１０の最大出力ににより決定する。すなわち、モーター４の最大出力を領域Ａの最大出力とし、モーター１と４の合計最大出力を領域Ｂの最大出力とし、すべてのモーター１，４，１０の合計最大出力を領域Ｃの最大出力とする。
【００１７】
なお、この実施の形態ではモーター１，４，１０の最大出力により出力領域Ａ、Ｂ、Ｃを決定する例を示すが、出力範囲の領域分割方法はこの実施の形態に限定されず、例えばバッテリーの出力とその使用頻度に基づいて出力範囲を複数の領域に分割してもよい。
【００１８】
また、この実施の形態ではバッテリーの出力範囲を３領域に分割する例を示すが、分割数はこの実施の形態に限定されず、２分割または４分割以上としてもよい。
【００１９】
次に、出力領域Ａ、Ｂ、Ｃごとに電圧と電流の測定組数を以下のようにする。すなわち、出力領域Ａでは、充放電電流Ｉが電流センサー２１の定格電流に比べて小さいので、電流の測定誤差が大きくなる。そこで、電圧と電流の測定組数を多くする。この実施の形態では、出力領域Ａの電圧と電流の測定組数を９組とする。また、出力領域Ｂでは、領域Ａよりも充放電電流の測定誤差が小さくなるが、それでも電流測定値が電流センサー２１の定格値よりも小さいので、電圧と電流の測定組数を３組とする。最後に、領域Ｃでは、電流測定値は電流センサー２１の定格値に近く、電流測定誤差は小さいと考えられるので、この実施の形態では測定組数を１組とする。なお、各出力領域における電圧と電流の測定組数はこの実施の形態に限定されない。
【００２０】
バッテリーの端子電圧Ｖと充放電電流Ｉの測定に際しては、同一時点において電圧センサー２０と電流センサー２１により電圧と電流を測定し、同一時点における電圧と電流の測定値を対にして図３に示す出力範囲の領域Ａ、Ｂ、Ｃごとに整理する。そして、各出力領域ごとに予め定めた組数の電圧と電流の測定値が得られたら、測定を終了する。
【００２１】
図４は、メインバッテリー１５の放電時の電圧と電流の測定結果を示す図である。図において、黒点は各測定組の電圧と電流により決まる点を示す。
上述したように、出力領域Ａでは９組の電圧と電流を測定し、出力領域Ｂでは３組の電圧と電流を測定し、出力領域Ｃでは１組の電圧と電流を測定する。これらの電圧と電流の測定値を直線回帰し、メインバッテリー１５の現在のＶ−Ｉ特性を特定する。
【００２２】
出力領域Ａでは、電流の測定誤差が大きく測定値にばらつきがあるが、測定組数が多く、Ｖ−Ｉ特性の直線回帰の過程で結果的に９組の測定値の平均値をとることになり、測定精度を上げることができる。また、出力領域Ｂでも、領域Ａより測定誤差は小さいが、Ｖ−Ｉ特性の直線回帰の過程で３組の測定値の平均値をとることになり、測定精度を上げることができる。なお、出力領域Ｃでは電流測定精度が高いので、１組の電圧と電流の測定値をそのまま用いる。
【００２３】
以上のようにして正確に特定したＶ−Ｉ特性により、最大出力を求める。
回帰直線のＶ軸切片の電圧Ｖoはメインバッテリー１５の開放電圧を表し、回帰直線の傾きはメインバッテリー１５の内部抵抗Ｒを表す。したがって、回帰直線においては、
【数１】
Ｖ＝Ｖo−I・Ｒ
の関係が成立する。また、Ｖ−Ｉ直線とメインバッテリー１５の許容下限電圧Ｖminとの交点における電流Ｉmaxは放電電流の最大値を与え、
【数２】
Ｉmax＝（Ｖo−Ｖmin）／Ｒ
したがって、メインバッテリー１５の現在の最大出力Ｐdは、
【数３】
Ｐd＝Ｖmin・Ｉmax＝Ｖmin・（Ｖo−Ｖmin）／Ｒ
となる。
【００２４】
図５は、一実施の形態の最大出力検出処理を示すフローチャートである。
コントローラー１６は、車両のキースイッチ（不図示）がON位置に設定されている間、この処理を繰り返す。ステップ１において放電中か否かを確認し、放電中のときはステップ２へ進む。ステップ２で電圧と電流を測定し、続くステップ３で各出力領域Ａ、Ｂ、Ｃごとに予め定めた組数の電圧と電流の測定が完了したかどうかを確認する。各出力領域ごとに予め定めた組数の電圧と電流を測定したらステップ４へ進み、それらの電圧と電流の測定値を直線回帰し、メインバッテリー１５のＶ−Ｉ特性を特定する。そして、ステップ５で回帰直線に基づいて上記数式２，３によりメインバッテリー１５の最大出力Ｐdを演算する。
【００２５】
−一実施の形態の変形例−
上述した一実施の形態では、１台の電流センサー２１でメインバッテリー１５に流れる電流を測定する例を示したが、出力領域Ａ、Ｂ、Ｃごとに別個の電流センサーを用いる上記一実施の形態の変形例を説明する。
【００２６】
図６は変形例の構成を示す図である。なお、図１および図２と同様な機器に対しては同一の符号を付して相違点を中心に説明する。
電流センサー２２は出力領域Ａ（モーター４の最大出力）の充放電電流Ｉを測定するセンサーであり、その定格電流を出力領域Ａの最大出力（モーター４の最大出力）に合わせて選定する。電流センサー２３は出力領域Ｂ（モーター１と４の合計最大出力）の充放電電流Ｉを測定するセンサーであり、その定格電流を出力領域Ｂの最大出力（モーター１と４の合計最大出力）に合わせて選定する。電流センサー２４は出力領域Ｃ（全モーター１，４，１０の合計最大出力）の充放電電流Ｉを測定するセンサーであり、その定格電流を出力領域Ｃの最大出力（全モーター１，４，１０の合計最大出力）に合わせて選定する。
【００２７】
なお、上述したように、モーター１，４，１０のインバーター１１〜１３は互いにＤＣリンク１４を介して接続されており、回生運転中のモーターにより発電された電力がメインバッテリー１５を介さずに直接、力行運転中のモーターへ流れることがある。このようなメインバッテリー１５へ流れない電流は充放電電流ではないから、出力領域ごとの電流センサー２２〜２４をインバーター１１〜１３への分岐点とメインバッテリー１５との間に直列に接続し、メインバッテリー１５へ流れる充放電電流のみを測定する。
【００２８】
電圧センサー２０と３個の電流センサー２２〜２４により同一時点において電圧と電流を測定し、各出力領域Ａ、Ｂ、Ｃごとに整理する。この変形例では、各出力領域ごとに各領域の最大出力に合わせて電流センサーの定格電流を選定するので、出力領域Ａ、Ｂでも電流の測定誤差が小さくなり、各出力領域ごとに少なくとも１組の電圧と電流を測定すればよい。そして、それらの測定結果に基づいてメインバッテリー１５のＶ−Ｉ特性を特定し、そのＶ−Ｉ特性に基づいて最大出力を演算する。
【００２９】
なお、上記変形例ではモーターの最大出力に基づいて決定した出力領域Ａ、Ｂ、Ｃごとに電流センサー２２〜２４の定格電流を選定する例を示したが、電池の出力範囲を、電池の出力とその使用頻度に基づいて複数の領域に分割し、各領域の最大出力に合わせて電流センサーの定格電流を選定するようにしてもよい。
【００３０】
以上の一実施の形態の構成において、電圧センサー２０が電圧測定手段を、電流センサー２１〜２４が電流測定手段を、コントローラー１６が電圧−電流特性特定手段および出力演算手段をそれぞれ構成する。
【図面の簡単な説明】
【図１】〜
【図２】一実施の形態の構成を示す図である。
【図３】電池の出力範囲の領域分割例を示す図である。
【図４】出力領域ごとの測定データに基づいて電池のＶ−Ｉ特性を特定する方法を説明する図である。
【図５】一実施の形態の最大出力検出処理を示すフローチャートである。
【図６】一実施の形態の変形例の構成を示す図である。
【符号の説明】
１，４，１０モーター
２エンジン
３クラッチ
５無段変速機
６減速装置
７差動装置
１１〜１３インバーター
１４ＤＣリンク
１５メインバッテリー
１６コントローラー
２０電圧センサー
２１〜２４電流センサー

Claims

電池の電力を複数の電力変換器を介してそれぞれ異なるモーターへ供給する装置に用いられる電池の出力検出装置であって、
前記電池の端子間の電圧を測定する電圧測定手段と、
前記電池に流れる電流を測定する複数の電流測定手段と、
前記電圧測定手段と前記複数の電流測定手段により同一時点において電圧と電流を測定し、複数組の電圧と電流の測定値に基づいて前記電池の電圧−電流特性を特定する電圧−電流特性特定手段と、
前記電圧−電流特性に基づいて前記電池の最大出力を演算する出力演算手段とを備え、
前記各モーターの最大出力に応じて前記電池の出力範囲を複数の出力領域に分割し、前記各出力領域ごとに前記電流測定手段を設けるとともに、前記各出力領域の最大出力に応じて前記各出力領域ごとに前記電流測定手段の定格電流を定め、前記各出力領域ごとに前記電池に流れる電流を測定することを特徴とする電池の出力検出装置。
請求項１に記載の電池の出力検出装置において、
前記複数の電流測定手段を、前記電池から前記各電力変換器へ分岐する分岐点と前記電池との間に接続することを特徴とする電池の出力検出装置。