JP4033024B2 - 組電池の充放電制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、組電池の充電および放電を制御する組電池の充放電制御装置に関し、特に、組電池を構成するセルの過充電および過放電を検出する異常検出装置の故障診断を行う組電池の充放電制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
複数のセルから構成され、充放電が可能な組電池において、組電池の寿命が低下することを防止するために、各セルが過充電状態または過放電状態となることを防止する技術が知られている(特許文献1参照)。すなわち、セルの上限電圧および下限電圧を予め定めておき、いずれかのセルの電圧が上限電圧を超えると過充電状態であると判定し、下限電圧を下回ると過放電状態であると判定する。
【0003】
【特許文献1】
特開平11−113183号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、セルの過充電状態を検出する機能または過放電状態を検出する機能が故障した場合には、セルの電圧が上限電圧または下限電圧を超えてしまう可能性があった。
【0005】
本発明は、組電池を構成するセルの異常を検出する異常検出手段の故障診断を行う組電池の充放電制御装置を提供する。
【0006】
【課題を解決するための手段】
(1)本発明による組電池の充放電制御装置は、組電池を構成する各セルの電圧が第1の電圧を超えたとき、異常検出手段から異常検出信号が出力されるものであり、制御手段は、組電池の出力電圧が(第1の電圧)×(組電池を構成するセル数)の電圧を超えるように充電を行った時に、異常検出手段から異常検出信号が出力された場合、異常検出手段が正常であると診断する。
(2)本発明による組電池の充放電制御装置は、組電池を構成する各セルの電圧が第3の電圧を下回ったとき、異常検出手段から異常検出信号が出力されるものであり、制御手段は、組電池の出力電圧が(第3の電圧)×(組電池を構成するセル数)の電圧を下回るように放電を行った時に、異常検出手段から異常検出信号が出力されると、異常検出手段が正常であると診断する。
【0007】
【発明の効果】
(1)本発明による組電池の充放電制御装置によれば、組電池の電圧が(第1の所定電圧×組電池を構成するセル数)の電圧を超えるように充電を行った時に、異常検出手段から異常検出信号が出力されると、異常検出手段が正常であると診断するので、各セルの電圧に基づいてセルの異常を検出する異常検出手段の故障診断を行うことにより、セルが過充電状態となることを確実に防ぐことができる。
(2)本発明による組電池の充放電制御装置によれば、組電池の電圧が(第3の所定電圧×組電池を構成するセル数)の電圧を下回るように放電を行った時に、異常検出手段から異常検出信号が出力されると、異常検出手段が正常であると診断するので、各セルの電圧に基づいてセルの異常を検出する異常検出手段の故障診断を行うことにより、セルが過放電状態となることを確実に防ぐことができる。
【0008】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明による組電池の充放電制御装置をハイブリッド車両に適用した一実施の形態の全体構成を示すブロック図である。このハイブリッド車両は、エンジン2と3相交流モータ3(以下、単にモータ3と呼ぶ)とを備え、エンジン2とモータ3の両方またはいずれか一方の駆動力により走行する。
【0009】
一般に、電動機(モータ)は、電力を駆動力に変換して力行運転するものであるが、そのままの構造で駆動力を電力に逆変換して回生運転することが可能である。また、発電機(ジェネレータ)は、駆動力を電力に変換して発電運転(回生運転と同等)するものであるが、そのままの構造で電力を駆動力に逆変換して力行運転することが可能である。つまり、電動機(モータ)と発電機(ジェネレータ)とは基本的に同一構造であり、どちらも駆動(力行)と発電(回生)とが可能である。したがって、本明細書では、電気エネルギー(電力)を回転エネルギー(駆動力)に変換する電動機(モータ)の機能と、回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機(ジェネレータ)の機能を合わせ持つ回転電機を、モータジェネレータまたは単にモータと呼ぶ。一方、内燃機関はガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの燃料を燃やしたときに発生する燃焼エネルギーを回転エネルギー(駆動力)に変換するものであり、この明細書ではこれらの内燃機関をエンジンと総称する。
【0010】
インバータ5は、モータコントローラ4からの指令に基づいて、組電池1から供給される直流電圧を交流電圧に変換して、モータ3に供給する。すなわち、モータ3を走行駆動源として用いる場合には、図示しないアクセルペダルの踏み込み量(アクセル開度)に応じたトルクを発生させるために、モータコントローラ4によってインバータ5を制御する。また、図示しないブレーキペダルが踏まれる状況等のように、ハイブリッド車両の減速時等においては、エンジン2の回転力によりモータ3が回生運転を行う。モータ3の回生運転により発電された交流電力は、インバータ5で直流電力に変換されて組電池1の充電に用いられる。
【0011】
組電池1は、複数のセルを直列に接続して構成される。ここでは、組電池1としてリチウムイオン電池を用いた例について説明する。総電圧センサ6は、組電池1の総電圧を検出する。検出した総電圧値は、充放電制御装置10に送られる。異常検出装置7は、組電池1を構成する各セルの電圧に基づいて、各セルの過充電状態および過放電状態を検出する。すなわち、いずれかのセルの電圧が過充電判定電圧V1より高くなると、そのセルは過充電状態であると判定し、いずれかのセルの電圧が過放電電圧V2より低くなると、そのセルは過放電状態であると判定する。異常検出装置7がいずれかのセルの過充電状態または過放電状態を検出すると、異常検出信号を充放電制御装置10に送信する。
【0012】
充放電制御装置10は、組電池1が過充電状態とならないように組電池1の充電を制御するとともに、過放電状態とならないように組電池1の放電を制御する。また、充放電制御装置10は、組電池1を構成する各セルの過充電状態および過放電状態を検出する異常検出装置7に故障が発生していないか否かを調べる。すなわち、充放電制御装置10は、組電池1の充電および放電を制御する充放電制御モードと、異常検出装置7の故障診断を行う診断モードとの2つの動作モードを少なくとも備えている。充放電制御装置10が異常検出装置7の故障を検出すると、インジケータ11を点灯させることにより、異常検出装置7に故障が発生していることを乗員に報知する。
【0013】
図2は、上述した充放電制御モードおよび診断モードについて説明するための図である。図2の縦軸は、組電池1の総電圧を示している。充放電制御装置10の動作モードが充放電制御モードである時には、第1の所定電圧を充電電圧の上限値に、また、第3の所定電圧を放電電圧の下限値とする第1の電圧範囲内にて、組電池1の充電および放電が行われる。ここで、第1の所定電圧は、上述した過充電判定電圧V1に組電池1を構成するセル数をかけた電圧値であり、第3の所定電圧は、上述した過放電判定電圧V2に組電池1を構成するセルの数をかけた電圧値である。
【0014】
すなわち、充放電制御装置10は、組電池1の充電時には、総電圧センサ6にて検出される組電池1の電圧が第1の所定電圧を超える前に充電を停止し、放電時には、総電圧センサ6にて検出される組電池1の電圧が第3の所定電圧を下回る前に放電を停止させる。これにより、組電池1が過充電状態または過放電状態となることを防いでいる。
【0015】
図2に示す第2の所定電圧は、第1の所定電圧よりも高い値に設定されており、診断モード時における異常検出装置7の故障診断時に用いられる。すなわち、第2の所定電圧は、充放電制御モード時には、組電池1の総電圧が到達することはない電圧値であり、これ以上充電すると組電池1の著しい寿命の低下につながる電圧値である。具体的には、組電池1を構成する1つのセル当たり4.2Vの電圧値に組電池1を構成するセルの数をかけた電圧値とする。
【0016】
第4の所定電圧は、第3の所定電圧よりも低い値に設定されており、診断モード時における異常検出装置7の故障診断時に用いられる。すなわち、第4の所定電圧は、充放電制御モード時には、組電池1の総電圧が到達することはない電圧値であり、これ以上放電すると組電池1の著しい寿命の低下につながる電圧値である。具体的には、組電池1を構成する1つのセル当たり2.5Vの電圧値に組電池1を構成するセルの数をかけた電圧値とする。
【0017】
充放電制御装置10の診断モード時の動作について説明する。充放電制御モード時における充電時には、組電池1の総電圧が第1の所定電圧を超えないように制御されるが、診断モード時における充電時には、組電池1の総電圧が第1の所定電圧を超えて第2の所定電圧に到達するまで組電池1の充電が行われる。従って、異常検出装置7に故障が発生しておらず正常である場合には、組電池1の総電圧が第1の所定電圧を超えると、組電池1に異常が発生している旨を示す異常検出信号が出力される。逆に、組電池1の総電圧が第1の所定電圧を超えて第2の所定電圧に到達するまでの間に、異常検出装置7から異常検出信号が出力されない場合には、異常検出装置7に故障が発生していると判断することができる。
【0018】
同様に、充放電制御モード時における放電時には、組電池1の総電圧が第3の所定電圧を下回らないように制御されるが、診断モード時における放電時には、組電池1の総電圧が第3の所定電圧を下回って第4の所定電圧に到達するまで組電池1の放電が行われる。従って、異常検出装置7に故障が発生しておらず正常である場合には、組電池1の総電圧が第3の所定電圧を下回ると、組電池1に異常が発生している旨を示す異常検出信号が出力される。逆に、組電池1の総電圧が第3の所定電圧を下回って第4の所定電圧に到達するまでの間に、異常検出装置7から異常検出信号が出力されない場合には、異常検出装置7に故障が発生していると判断することができる。
【0019】
図3は、充放電制御装置10により行われる診断モード時の処理内容を示す一実施の形態のフローチャートである。ステップS10から始まる処理は、例えば、所定の時間ごとに行われる。ステップS10では、充放電制御装置10が診断モードであるか否かを判定する。診断モードであると判定するとステップS20に進み、診断モードではなく、充放電制御モードであると判定するとステップS100に進む。
【0020】
ステップS20では、モータ3の回生運転により発電される電力を用いて、組電池1の充電を行う。ステップS20に続くステップS30では、総電圧センサ6により検出される組電池1の電圧が第2の所定電圧に到達したか否かを判定する。上述したように、診断モード時には、組電池1の電圧が充放電制御モード時の充電電圧の上限値である第1の所定電圧を超えても充電が継続して行われる。組電池1の電圧が第2の所定電圧に到達したと判定するとステップS40に進み、第2の所定電圧に到達していないと判定すると、ステップS20に戻って組電池1の充電を継続する。
【0021】
ステップS40では、異常検出装置7から異常検出信号(過充電検出信号)が送信されてきたか否かを判定する。異常検出信号が送信されてきたと判定するとステップS50に進み、送信されてきていないと判定するとステップS110に進む。ステップS50では、組電池1の総電圧が第1の所定電圧を超えて第2の所定電圧に到達するまでの間に異常検出装置7から異常検出信号が出力されたので、異常検出装置7に故障は発生しておらず正常であると判断して、ステップS60に進む。
【0022】
ステップS60では、モータ3を力行運転させて組電池1の放電を行う。ステップS60に続くステップS70では、総電圧センサ6により検出される組電池1の電圧が第4の所定電圧に到達したか否かを判定する。上述したように、診断モード時には、組電池1の電圧が充放電制御モード時の放電電圧の下限値である第3の所定電圧を下回っても放電が継続して行われる。組電池1の電圧が第4の所定電圧に到達したと判定するとステップS80に進み、第4の所定電圧に到達していないと判定すると、ステップS60に戻って組電池1の放電を継続する。
【0023】
ステップS80では、異常検出装置7から異常検出信号(過放電検出信号)が送信されてきたか否かを判定する。異常検出信号が送信されてきたと判定するとステップS90に進み、送信されてきていないと判定するとステップS110に進む。ステップS90では、組電池1の総電圧が第3の所定電圧を下回って第4の所定電圧に到達するまでの間に異常検出装置7から異常検出信号が出力されたので、異常検出装置7に故障は発生しておらず正常であると判断して、ステップS100に進む。ステップS100では、充放電制御モードによる充放電制御を行う。すなわち、第1の電圧範囲内で組電池1の充電および放電の制御を行う。以後、ステップS10から始まる処理が繰り返し行われる。
【0024】
ステップS110では、組電池1の総電圧が第1の所定電圧を超えて第2の所定電圧に到達するまでの間に異常検出装置7から異常検出信号が出力されたか、あるいは、組電池1の総電圧が第3の所定電圧を下回って第4の所定電圧に到達するまでの間に異常検出装置7から異常検出信号が出力されなかったので、異常検出装置7に故障が発生していると判定する。ステップS110に続くステップS120では、異常検出装置7に故障が発生していることをインジケータ11を点灯させることによって、乗員に報知して、図3に示すフローチャートによる処理を終了する。
【0025】
以上、一実施の形態における組電池の充放電制御装置によれば、通常の充放電制御モード時の充電電圧の上限値である第1の所定電圧を超えて組電池1の充電を行い、異常検出装置7から異常検出信号が出力されると、異常検出装置7は正常であると判断する。逆に、組電池1の電圧が第1の所定電圧を超えて第2の所定電圧に到達しても、異常検出装置7から異常検出信号が出力されなかった場合には、異常検出装置7に故障が発生していると判断する。これにより、組電池1を構成するセルの過充電を検出する異常検出装置7の故障診断を、特別な故障診断装置を備えることなく確実に行うことができる。
【0026】
また、診断モード時に、組電池1の電圧が充放電制御モード時の放電電圧の下限値である第3の所定電圧を下回っても組電池1の放電を継続した時に、異常検出装置7から異常検出信号が出力されると、異常検出装置7は正常であると判断する。逆に、組電池1の電圧が第3の所定電圧を下回って第4の所定電圧に到達しても、異常検出装置7から異常検出信号が出力されなかった場合には、異常検出装置7に故障が発生していると判断する。これにより、組電池1を構成するセルの過放電を検出する異常検出装置7の故障診断を、特別な故障診断装置を備えることなく確実に行うことができる。
【0027】
−変形例−
異常検出装置7の故障診断を行う診断モードでは、充電時に第1の所定電圧を超えて充電を行うので、一時的に過充電に近い状態となる。また、放電時には、第3の所定電圧を下回っても放電を行うので、一時的に過放電に近い状態となる。これらの状態が継続する時間を短くするために、変形構成における組電池の充放電制御装置では、診断モード時における過充電状態および過放電状態となる時間を短縮する。
【0028】
上述した一実施の形態における組電池の充放電制御装置では、診断モード時に組電池1の総電圧が第2の所定電圧に到達するまで充電を行ったが、変形構成における組電池の充放電制御装置では、第1の所定電圧と第2の所定電圧との間の第1の中間電圧に到達するまで充電を行う。この場合、組電池1の電圧が第1の中間電圧に到達するまでの間に異常検出装置7から異常検出信号が出力されない場合には、第1の中間電圧と第2の所定電圧との間の第2の中間電圧に到達するまで、さらに組電池1の充電を行う。
【0029】
従って、組電池1の電圧が第1の所定電圧を超えて第1の中間電圧に到達するまでの間に、異常検出装置7から異常検出信号が出力されると、異常検出装置7は正常であると判定して、組電池1の充電を中止することができる。これにより、異常検出装置7が正常であるにも関わらず、組電池1の電圧が第1の中間電圧を超えてさらに充電が継続されるのを防ぐことができる。また、組電池1の電圧が第1の中間電圧に到達するまでの間に異常検出装置7から異常検出信号が発せられない場合でも、第2の中間電圧に到達するまでの間に異常検出信号が出力されると、異常検出装置7は正常であると判定することができるので、組電池1の充電を中止することにより、その後に第2の所定電圧に到達するまで充電が継続されるのを防ぐことができる。
【0030】
また、診断モードにおける放電時には、第3の所定電圧と第4の所定電圧との間の第3の中間電圧に到達するまで組電池1の放電を行う。この場合、組電池1の電圧が第3の中間電圧に到達するまでの間に異常検出装置7から異常検出信号が出力されない場合には、第3の中間電圧と第4の所定電圧との間の第4の中間電圧に到達するまで、さらに組電池1の放電を行う。
【0031】
従って、組電池1の電圧が第3の所定電圧を下回って第3の中間電圧に到達するまでの間に、異常検出装置7から異常検出信号が出力されると、異常検出装置7は正常であると判定して、組電池1の放電を中止することができる。これにより、異常検出装置7が正常であるにも関わらず、組電池1の電圧が第3の中間電圧を下回ってさらに放電が継続されるのを防ぐことができる。また、組電池1の電圧が第3の中間電圧に到達するまでの間に異常検出装置7から異常検出信号が出力されない場合でも、第4の中間電圧に到達するまでの間に異常検出信号が出力されると、異常検出装置7は正常であると判定することができるので、組電池1の放電を中止することにより、その後に第4の所定電圧に到達するまで放電が継続されるのを防ぐことができる。
【0032】
このように、変形構成による組電池の充放電制御装置によれば、異常検出装置7に故障が発生しておらず正常な場合に、組電池1の総電圧が充電電圧の上限値である第1の所定電圧を超えて充電される時間を短縮することができる。また、組電池1の総電圧が放電電圧の下限値である第3の所定電圧を下回って放電される時間を短縮することができる。これにより、組電池1が過充電または過放電に近い状態となって、組電池1の寿命が短くなるのを防ぐことができる。
【0033】
本発明は、上述した一実施の形態に限定されることはない。例えば、異常検出装置7は、セル(組電池)の過充電検出機能および過放電検出機能の両機能を備えているが、いずれか一方の機能を備えていてもよい。例えば、過充電検出機能のみを備えている場合には、上述した方法により、過充電検出機能の故障診断を行うことができる。
【0034】
上述した診断モードにおいて、組電池1の充電時には、組電池1の電圧が第1の所定電圧を超えて第2の所定電圧に到達するまで充電した時に、異常検出装置7から異常検出信号が出力されなければ、異常検出装置7に故障が発生していると診断した。しかし、組電池1の充電時に、組電池1の電圧が第1の所定電圧を超えてから所定時間を経過しても異常検出装置7から異常検出信号が出力されなければ、異常検出装置7に故障が発生していると診断することもできる。同様に、組電池1の放電時に、組電池1の電圧が第3の所定電圧を下回ってから所定時間を経過しても異常検出装置7から異常検出信号が出力されなければ、異常検出装置7に故障が発生していると診断してもよい。
【0035】
特許請求の範囲の構成要素と一実施の形態の構成要素との対応関係は次の通りである。すなわち、総電圧センサ6が電圧検出手段を、異常検出装置7が異常検出手段を、充放電制御装置10が制御手段をそれぞれ構成する。なお、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、各構成要素は上記構成に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による組電池の充放電制御装置をハイブリッド車両に適用した一実施の形態の全体構成を示すブロック図
【図2】充放電制御モードおよび診断モードについて説明するための図
【図3】充放電制御装置により行われる診断モード時の処理内容を示す一実施の形態のフローチャート
【符号の説明】
1…組電池、2…エンジン、3…3相交流モータ、4…モータコントローラ、5…インバータ、6…総電圧センサ、7…異常検出装置、10…充放電制御装置、11…インジケータ
Claims (10)
- 複数のセルから構成される組電池の出力電圧を検出する電圧検出手段と、
前記複数のセルのうちのいずれか1つのセルの電圧が第1の電圧を超えたとき、異常検出信号を出力する異常検出手段と、
前記電圧検出手段により検出される組電池の出力電圧が、(前記第1の電圧)×(前記組電池を構成するセル数)の電圧を超えない範囲で前記組電池の充電を行うように制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記電圧検出手段により検出される組電池の出力電圧が(前記第1の電圧)×(前記組電池を構成するセル数)の電圧を超えるように前記組電池の充電を行った時に、前記異常検出手段から前記異常検出信号が出力された場合、前記異常検出手段が正常であると診断することを特徴とする組電池の充放電制御装置。 - 請求項1に記載の組電池の充放電制御装置において、
前記制御手段は、前記電圧検出手段により検出される組電池の出力電圧が(前記第1の電圧)×(前記組電池を構成するセル数)の電圧より高い第2の電圧に到達するまで前記組電池を充電した時に、前記異常検出手段から前記異常検出信号が出力されなかった場合に、前記異常検出手段に故障が発生していると診断する組電池の充放電制御装置。 - 請求項1に記載の充放電制御装置において、
前記制御手段は、前記電圧検出手段により検出される組電池の出力電圧が(前記第1の電圧)×(前記組電池を構成するセル数)の電圧を超えるように充電を行う時に、(前記第1の電圧)×(前記組電池を構成するセル数)の電圧を超えてから所定時間経過しても前記異常検出手段から前記異常検出信号が出力されなかった場合に、前記異常検出手段に故障が発生していると診断する組電池の充放電制御装置。 - 請求項1に記載の組電池の充放電制御装置において、
前記制御手段は、前記電圧検出手段により検出される組電池の出力電圧が(前記第1の電圧)×(前記組電池を構成するセル数)の電圧より高く、かつ、充電電圧の上限値である第2の電圧より低い第1の中間電圧に到達するまで前記組電池を充電した時に、前記異常検出手段から前記異常検出信号が出力された場合、前記組電池の充電を中止することを特徴とする組電池の充放電制御装置。 - 請求項4に記載の組電池の充放電制御装置において、
前記制御手段は、前記電圧検出手段により検出される組電池の出力電圧が前記第1の中間電圧に到達するまで前記組電池を充電しても、前記異常検出手段から前記異常検出信号が出力されなかった場合には、前記組電池の電圧が前記第1の中間電圧よりも高く、かつ、前記第2の電圧よりも低い第2の中間電圧に到達するまで前記組電池を充電し、前記異常検出手段から前記異常検出信号が出力された場合には、前記組電池の充電を中止することを特徴とする組電池の充放電制御装置。 - 複数のセルから構成される組電池の出力電圧を検出する電圧検出手段と、
前記複数のセルのうちのいずれか1つのセルの電圧が第3の電圧を下回ったとき、異常検出信号を出力する異常検出手段と、
前記電圧検出手段により検出される組電池の出力電圧が、(前記第3の電圧)×(前記組電池を構成するセル数)の電圧を下回らない範囲で前記組電池の放電を行うように制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記電圧検出手段により検出される組電池の出力電圧が前記(前記第3の電圧)×(前記組電池を構成するセル数)の電圧を下回るように前記組電池の放電を行った時に、前記異常検出手段から前記異常検出信号が出力された場合、前記異常検出手段が正常であると診断する組電池の充放電制御装置。 - 請求項6に記載の組電池の充放電制御装置において、
前記制御手段は、前記電圧検出手段により検出される組電池の出力電圧が(前記第3の電圧)×(前記組電池を構成するセル数)の電圧より低い第4の電圧に到達するまで前記組電池を放電した時に、前記異常検出手段から前記異常検出信号が出力されなかった場合に、前記異常検出手段に故障が発生していると診断する組電池の充放電制御装置。 - 請求項6に記載の充放電制御装置において、
前記制御手段は、前記電圧検出手段により検出される組電池の出力電圧が(前記第3の電圧)×(前記組電池を構成するセル数)の電圧を下回るように放電を行う時に、(前記第3の電圧)×(前記組電池を構成するセル数)の電圧を下回ってから所定時間経過しても前記異常検出手段から前記異常検出信号が出力されなかった場合に、前記異常検出手段に故障が発生していると診断する組電池の充放電制御装置。 - 請求項6に記載の組電池の充放電制御装置において、
前記制御手段は、前記電圧検出手段により検出される組電池の出力電圧が(前記第3の電圧)×(前記組電池を構成するセル数)の電圧より低く、かつ、放電電圧の下限値である第4の電圧より高い第3の中間電圧に到達するまで前記組電池を放電した時に、前記異常検出手段から前記異常検出信号が出力された場合、前記組電池の放電を中止することを特徴とする組電池の充放電制御装置。 - 請求項9に記載の組電池の充放電制御装置において、
前記制御手段は、前記電圧検出手段により検出される組電池の出力電圧が前記第3の中間電圧に到達するまで前記組電池を放電しても、前記異常検出手段から前記異常検出信号が出力されなかった場合には、前記組電池の電圧が前記第3の中間電圧よりも低く、かつ、前記第4の電圧よりも高い第4の中間電圧に到達するまで前記組電池を放電し、前記異常検出手段から前記異常検出信号が出力された場合には、前記組電池の放電を中止することを特徴とする組電池の充放電制御装置。
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