JP3939546B2 - 電動車両の電池電源装置 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大型車の電動車両に適用するための大きな電力を供給する電動車両の電池電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電気自動車やハイブリッド車などの電力源として適用される電池電源装置は、複数（例えば、６個）の蓄電池を直列接続して電池モジュールを構成し、更に、複数（例えば、３０個）の電池モジュールを直列接続して組電池ブロックを構成し、この組電池ブロックの動作状態を管理するために、組電池ブロックの電圧、電流、温度を検出し、その検出結果に応じて異常検出や各種制御を行う電池ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）を設けて構成されている。このような電池電源装置はハイブリッド車に適用されたものが知られており、走行駆動用のモータに駆動電力を供給すると共に、車両の発電機からの電力により充電がなされるように構成される。
【０００３】
更に大きな電力が要求される大型車などの場合には、前記組電池ブロックと前記電池ＥＣＵとを組み合わせた組電池システムを直列又は並列又は直並列に接続することが構想されている。図３は、６個の組電池ブロック３１を直並列に接続して大きな電力要求に対応させた電池電源装置の構成を示すものである。各組電池ブロック３１にはそれぞれ電池ＥＣＵ３２が接続され、直並列に接続された各組電池ブロック３１は正極充放電端子４１と負極充放電端子４２に接続され、各組電池ブロック３１の動作状態はそれぞれ電池ＥＣＵ３２によって監視、制御される。
【０００４】
組電池ブロック３１には、前記電池モジュール毎の電圧、組電池ブロック３１の充放電電流、電池モジュール毎の電池温度、組電池ブロック３１の環境温度をそれぞれ検出するセンサ（図示せず）が設けられており、各センサの検出出力はそれぞれ電池ＥＣＵ３２に入力される。電池ＥＣＵ３２は入力された電圧、電流、温度の検出出力をもとに組電池ブロック３１の動作状態や異常発生を監視すると共に、温度検出出力をもとに組電池ブロック３１に設けられた送風ファン等の冷却手段を制御する。また、入力された電圧、電流、温度の検出出力からＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ＝電池容量に対する蓄電された電気量）を演算する。このＳＯＣや電圧等の検出出力などは組電池ブロック３１の動作状態データとして外部出力して、ハイブリッド車の場合では車両制御ＥＣＵに入力され、電池電源装置に対する充放電制御に利用される。なお、従来周知の電池電源装置としては、たとえば、特許文献１に示されるようなものが挙げられる。
【特許文献１】
特開平８−１４０２０４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように複数の組電池システムを組み合わせて電池電源装置を構成した場合に、各組電池ブロック毎に電池ＥＣＵが配設されているため、電池ＥＣＵが消費する電力が大きくなり、車両が長時間にわたって休止した場合に電池ＥＣＵの電源とする電池の放電量が大きくなる問題点があった。
【０００６】
また、各電池ＥＣＵは車両が走行停止して休止状態に入るとき、その時点での所要データを記憶し、次に車両が始動するとき記憶された所要データを用いて動作を開始するために、データを記憶する不揮発性メモリを設ける必要があり、電池ＥＣＵの数が増えるほどに各電池ＥＣＵに不揮発性メモリを設けることによりコストアップになる問題点があった。
【０００７】
本発明が目的とするところは、複数の組電池システムを組み合わせて電池電源装置を構成した場合の問題点を解決する電動車両の電池電源装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明は、複数の蓄電池を直列接続して組電池ブロックを形成し、複数の組電池ブロックを並列又は直並列に接続して車両側の充放電に供すると共に、各組電池ブロックそれぞれに組電池ブロックの動作状態を管理する電池ＥＣＵを設け、この電池ＥＣＵと車両側の車両ＥＣＵとの間で情報交換を行う電動車両の電池電源装置であって、各電池ＥＣＵにそれぞれアドレスを設定すると共に通信手段を設けて各電池ＥＣＵの間および各電池ＥＣＵと車両ＥＣＵとの間を通信ラインで接続し、複数の電池ＥＣＵのうち１つの電池ＥＣＵをマスターに、その他の電池ＥＣＵをスレーブに設定し、各スレーブ電池ＥＣＵには開閉手段を介して動作電力を給電し、各電池ＥＣＵは、それが属する組電池ブロックの検出手段による電圧、電流、温度の検出データに基づいて、それが属する組電池ブロックのＳＯＣを演算してそのＳＯＣデータを車両ＥＣＵに送信し、車両ＥＣＵは、前記ＳＯＣデータに基づき対応組電池ブロックに対する充電及び放電の制御を行なうように構成され、前記マスター電池ＥＣＵはメモリを内蔵し、車両ＥＣＵから走行終了の情報が入力されたとき、各スレーブ電池ＥＣＵからＳＯＣデータを収集して記憶した後、前記開閉手段をオフに制御して各スレーブ電池ＥＣＵに対する給電を停止し、車両ＥＣＵから走行開始の情報が入力されたとき、開閉手段をオンに制御して各スレーブ電池ＥＣＵに給電すると共にマスター電池ＥＣＵに内蔵のメモリから各スレーブ電池ＥＣＵにそれぞれ記憶したＳＯＣデータを伝送するように構成されてなることを特徴とする。
【０００９】
上記構成によれば、複数の電池ＥＣＵのうちの１つをマスター電池ＥＣＵとし、その他をスレーブ電池ＥＣＵとして、車両の走行終了時に通信手段によりスレーブ電池ＥＣＵから所要データをマスター電池ＥＣＵに集めて記憶するので、スレーブ電池ＥＣＵにはデータ保存のための記憶手段を設ける必要がなく、給電を停止することができるので電池ＥＣＵの消費電力が減少し、休止時間が長期にわたった場合にも電源電池の消耗を抑制することができる。走行開始時には各スレーブ電池ＥＣＵに給電し、マスター電池ＥＣＵは記憶した所要データを各スレーブ電池ＥＣＵに戻すので、スレーブ電池ＥＣＵは正常な電池管理を実行することができる。
【００１０】
上記構成において、マスター電池ＥＣＵに動作電力を常時給電するように構成することができるが、マスター電池ＥＣＵに不揮発性メモリを設け、所定時間以上電動車両が走行休止したときには、マスター電池ＥＣＵ及びスレーブ電池ＥＣＵの所要データを前記不揮発性メモリに記憶させた後、動作電力の給電を停止するように構成すると、長時間休止する可能性が高い車両においては休止中の電力消費をより削減することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明し、本発明の理解に供する。尚、以下に示す実施形態は本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００１２】
本実施形態は、モータとエンジンとを併用して走行するハイブリッド車、特に大型ハイブリッド車の走行駆動用電源に適用した電池電源装置について示すものである。
【００１３】
大型ハイブリッド車が必要とする大きな負荷電力に対応させるために、本実施形態に係る電池電源装置１は、図１に示すように、６個の組電池ブロック３ａ〜３ｆを用いて、組電池ブロック３ａと組電池ブロック３ｂ、組電池ブロック３ｃと組電池ブロック３ｄ、組電池ブロック３ｅと組電池ブロック３ｆとをそれぞれ直列接続し、更に直列接続された３組を並列に接続した直並列接続により、大きな出力電圧と出力電流とが供給できるように構成されている。
【００１４】
前記組電池ブロック３ａ〜３ｆは、ニッケル−水素蓄電池を６個直列接続した電池モジュールを更に４０個直列接続したもので、電流センサ及び電圧センサ、温度センサ等の検出手段や電池を冷却するための冷却ファンを設けて構成されている。また、各組電池ブロック３ａ〜３ｆにはそれぞれ電池ＥＣＵ２ａ〜２ｆが接続され組電池システムＡ〜Ｆに構成される。
【００１５】
各電池ＥＣＵ２ａ〜２ｆは、電流センサ及び電圧センサ、温度センサによって検出される組電池ブロック３ａ〜３ｆの充放電電流及び電圧、電池モジュール単位での電圧及び温度、組電池ブロック３ａ〜３ｆを冷却する空気温度（環境温度）をもとに組電池ブロック３ａ〜３ｆの動作状態を監視し、冷却ファンの回転を制御すると共に、電圧、電流、温度の検出値から電池容量に対して蓄電された電気量であるＳＯＣを演算し、これが適正な状態に維持されるような充電及び放電の状態が得られるように車両側の制御装置である車両ＥＣＵに要求する。また、電圧、電流、温度の検出結果やＳＯＣの演算結果に基づいて異常状態が検出されたときには、異常発生信号が前記車両ＥＣＵに出力される。
【００１６】
電池ＥＣＵ２ａ〜２ｆにはそれぞれネットワークインタフェース（通信手段）が設けられており、このネットワークインタフェースを用いて各電池ＥＣＵ２ａ〜２ｆの間を接続ケーブル（通信ライン）６により接続して電池ネットワークが構成されている。この電池ネットワークはネットワーク端子１４から車両側の車両ネットワークに接続され、車両ネットワークを通じて車両ＥＣＵに接続される。また、組電池システムＡの電池ＥＣＵ２ａをマスターとし、他の組電池システムＢ〜Ｆの電池ＥＣＵ２ｂ〜２ｆをスレーブとする構成がなされている。
【００１７】
また、各電池ＥＣＵ２ａ〜２ｆの動作電力は、車両側から電源端子１５を通じてＤＣ１２Ｖが供給され、マスターとする電池ＥＣＵ２ａには電源端子１５から常時給電され、スレーブとなる他の電池ＥＣＵ２ｂ〜２ｆにはリレー接点（開閉手段）１６を通じた給電がなされ、リレー接点１６はマスター電池ＥＣＵ２ａによって開閉制御される。
【００１８】
上記構成になる電池電源装置１は車両に搭載され、図２に示すように、正極充放電端子１１及び負極充放電端子１２からの放電電力によりインバータ２４を通じてトラクションモータ２１を駆動する。また、車両に搭載されたジェネレータ２２からの発電出力はインバータ２５を通じて充電電力として正極充放電端子１１及び負極充放電端子１２から電池電源装置１に入力されて各組電池ブロック３ａ〜３ｆの充電に供される。電池電源装置１に対する充電及び放電は、電池ＥＣＵ２ａ〜２ｆのＳＯＣ状態や車両の走行状態に応じて車両ＥＣＵ２７により制御される。
【００１９】
上記構成において、運転者により車両のイグニッションスイッチ２８がオフに操作されて走行終了となったとき、その情報は車両ＥＣＵ２７から車内ネットワークを通じてネットワーク端子１４からマスター電池ＥＣＵ２ａに入力される。マスター電池ＥＣＵ２ａは電池ネットワークを通じて各スレーブ電池ＥＣＵ２ｂ〜２ｆからＳＯＣデータを収集して内蔵するメモリに格納する。ＳＯＣデータは各スレーブ電池ＥＣＵ２ｂ〜２ｆのアドレスを付けてメモリに格納する。データの収集、格納が終了すると、マスター電池ＥＣＵ２ａは電源リレーを動作させてリレー接点１６をオフに制御する。この制御により各スレーブ電池ＥＣＵ２ｂ〜２ｆの電源は切断されるので、車両の運転休止中に車両蓄電池２９の電力消費が徒に増加することが抑制される。
【００２０】
運転休止から車両が走行開始するときに、イグニッションスイッチ２８がオンに操作されると、その情報は車両ＥＣＵ２７からマスター電池ＥＣＵ２ａに入力されるので、マスター電池ＥＣＵ２ａは電源リレーを制御してリレー接点１６をオンとし、各スレーブ電池ＥＣＵ２ｂ〜２ｆを起動する。次いで、メモリに格納しているＳＯＣデータをアドレスに対応する各スレーブ電池ＥＣＵ２ｂ〜２ｆにＳＯＣデータを電池ネットワークを通じて伝送する。各電池ＥＣＵ２ａ〜２ｆは各組電池ブロック３ａ〜３ｆを管理する態勢ができ、運転休止前のＳＯＣデータを用いて電池管理動作を開始することができる。この構成により給電停止される各スレーブ電池ＥＣＵ２ｂ〜２ｆにＳＯＣデータを記憶するための不揮発性メモリを設ける必要がない。また、マスター電池ＥＣＵ２ａは常時給電されているので、メモリは不揮発性メモリを用いることなく揮発性メモリでよく、各組電池システムＡ〜Ｆは同等の構成となり、互換性のある共通構成により管理コストや製造コストの低減化を図ることができる。
【００２１】
以上説明した実施形態は、マスター電池ＥＣＵ２ａに対しては動作電力を常時給電する構成としたが、マスター電池ＥＣＵ２ａに不揮発性メモリを設けると、車両の長時間にわたる休止時にマスター電池ＥＣＵ２ａに対する動作電力の給電も停止して車両の休止中の使用電力をより削減することができる。
【００２２】
マスター電池ＥＣＵ２ａへの給電停止制御は、スレーブ電池ＥＣＵ２ｂ〜２ｆのＳＯＣデータを電池ネットワークを通じて収集し、自らのＳＯＣデータと共に不揮発性メモリに格納した後、マスター電池ＥＣＵ２ａ自身が電源自己保持回路をオフに制御することによってなされる。
【００２３】
マスター電池ＥＣＵ２ａに対する給電を停止する場合、車両が運転休止、即ちイグニッションスイッチ２８がオフに操作されてから１０分〜１時間程度の時間経過があった後に実行されるように設定するのが好適である。１０分〜１時間程度の時間経過があると、走行時の充放電に伴う電池の温度上昇が治まり、突入電流防止回路に設けられている抵抗器１９の温度も定常温度にまで下がっているので、新たな走行として電池を制御できる状態にあり、マスター電池ＥＣＵ２ａへの給電を停止する目安となる。
【００２４】
車両の走行開始時には、イグニッションスイッチ２８がオンに操作されると、車両ＥＣＵ２７がマスター電池ＥＣＵ２ａを起動させ、マスター電池ＥＣＵ２ａは電源自己保持回路を動作させて不揮発性メモリから記憶した自らのデータ及びスレーブ電池ＥＣＵ２ｂ〜２ｆのデータを読み出し、各スレーブ電池ＥＣＵ２ｂ〜２ｆにそれぞれのデータを伝送することにより停止前の状態が復元され、正常な電池管理のもとに走行が開始される。
【００２５】
【発明の効果】
以上の説明の通り本発明によれば、複数の電池ＥＣＵのうちの１つをマスター電池ＥＣＵとし、その他をスレーブ電池ＥＣＵとして、車両の走行終了時に通信手段によりスレーブ電池ＥＣＵから所要データをマスター電池ＥＣＵに集めて記憶するので、スレーブ電池ＥＣＵにはデータ保存のための記憶手段を設ける必要がなく、給電を停止することができるので電池ＥＣＵの消費電力が減少し、休止時間が長期にわたった場合にも電源電池の消耗を抑制することができる。走行開始時には各スレーブ電池ＥＣＵに給電し、マスター電池ＥＣＵは記憶した所要データを各スレーブ電池ＥＣＵに戻すので、スレーブ電池ＥＣＵは正常な電池管理を実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係る電池電源装置の構成を示すブロック図。
【図２】車両側の要部構成を示すブロック図。
【図３】従来技術に係る電池電源装置の構成を示すブロック図。
【符号の説明】
１ 電池電源装置
２ａ〜２ｆ 電池ＥＣＵ
３ａ〜３ｆ 組電池ブロック
６ 接続ケーブル（通信ライン）
１６ リレー接点（開閉手段）
２７ 車両ＥＣＵ

Claims (1)

  1. 複数の蓄電池を直列接続して組電池ブロックを形成し、複数の組電池ブロックを並列又は直並列に接続して車両側の充放電に供すると共に、各組電池ブロックそれぞれに組電池ブロックの動作状態を管理する電池ＥＣＵを設け、この電池ＥＣＵと車両側の車両ＥＣＵとの間で情報交換を行う電動車両の電池電源装置であって、
    各電池ＥＣＵにそれぞれアドレスを設定すると共に通信手段を設けて各電池ＥＣＵの間および各電池ＥＣＵと車両ＥＣＵとの間を通信ラインで接続し、複数の電池ＥＣＵのうち１つの電池ＥＣＵをマスターに、その他の電池ＥＣＵをスレーブに設定し、各スレーブ電池ＥＣＵには開閉手段を介して動作電力を給電し、
    各電池ＥＣＵは、それが属する組電池ブロックの検出手段による電圧、電流、温度の検出データに基づいて、それが属する組電池ブロックのＳＯＣを演算してそのＳＯＣデータを車両ＥＣＵに送信し、車両ＥＣＵは、前記ＳＯＣデータに基づき対応組電池ブロックに対する充電及び放電の制御を行なうように構成され、
    前記マスター電池ＥＣＵはメモリを内蔵し、車両ＥＣＵから走行終了の情報が入力されたとき、各スレーブ電池ＥＣＵからＳＯＣデータを収集して記憶した後、前記開閉手段をオフに制御して各スレーブ電池ＥＣＵに対する給電を停止し、車両ＥＣＵから走行開始の情報が入力されたとき、開閉手段をオンに制御して各スレーブ電池ＥＣＵに給電すると共にマスター電池ＥＣＵに内蔵のメモリから各スレーブ電池ＥＣＵにそれぞれ記憶したＳＯＣデータを伝送するように構成されてなることを特徴とする電動車両の電池電源装置。
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