JP5310640B2 - 駆動装置 - Google Patents
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Description
本発明は、駆動装置に関し、詳しくは、駆動用の電動機と、高電圧二次電池と、電動機が接続された高電圧系と高電圧二次電池との接続および接続の解除を行なう接続解除手段と、低電圧二次電池と、低電圧二次電池から電力が供給される低電圧系と高電圧系とに接続されて高電圧系の電力を降圧して低電圧系に供給する降圧回路と、低電圧系から電力の供給を受けて電動機を制御する駆動用制御ユニットと、を備える駆動装置に関する。
従来、この種の駆動装置としては、高電圧バッテリとこの高電圧バッテリとDC/DCコンバータを介して接続された低電圧バッテリとを備える装置において、システム起動が要請されたときに低電圧バッテリの電圧が回復可能な程度までの低下のときにはシステム起動し、装置の電子制御ユニット等の正常動作と保証できないレベルまで低電圧バッテリの電圧が低下しているときにはシステム起動を禁止するものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。この装置では、上述の制御により、低電圧バッテリの電圧が電子制御ユニット等の正常動作と保証できないレベルまで低下したときにシステム起動して誤動作するのを抑制している。
しかしながら、低電圧バッテリの劣化の程度によっては、システム起動が要請されたときに低電圧バッテリの電圧が回復可能な程度までの低下のときにでもシステム起動しない方が好ましいときもある。バッテリは、通常、放置すると徐々に端子間電圧が低下するが、この電圧低下の程度は、バッテリの劣化が大きいほど大きくなる。従って、低電圧バッテリの劣化の程度が小さいときには、端子間電圧がある程度低下していてもシステム起動すればDC/DCコンバータの作動により低電圧バッテリの端子間電圧は回復するが、低電圧バッテリの劣化の程度が大きいとき、特に経年劣化により劣化の程度が大きいときには、システム起動してDC/DCコンバータを作動しても低電圧バッテリの端子間電圧は回復しない。こうした端子間電圧が回復しない状態の低電圧バッテリを用いて電子制御ユニットを動作させると、その正常動作を保証することができない状態となり、駆動装置を適正に制御することができなくなってしまう。
本発明の駆動装置は、駆動用の電動機と、高電圧二次電池と、電動機が接続された高電圧系と高電圧二次電池との接続および接続の解除を行なう接続解除手段と、低電圧二次電池と、低電圧二次電池から電力が供給される低電圧系と高電圧系とに接続されて高電圧系の電力を降圧して低電圧系に供給する降圧回路と、低電圧系から電力の供給を受けて電動機を制御する駆動用制御ユニットと、を備える駆動装置において、より適正にシステム起動することを主目的とする。
本発明の駆動装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
本発明の駆動装置は、
駆動用の電動機と、定格値として第1の電圧で充放電する高電圧二次電池と、前記電動機が接続された高電圧系と前記高電圧二次電池との接続および接続の解除を行なう接続解除手段と、定格値として前記第1の電圧より小さい第2の電圧で充放電する低電圧二次電池と、前記低電圧二次電池から電力が供給される低電圧系と前記高電圧系とに接続されて前記高電圧系の電力を降圧して前記低電圧系に供給する降圧回路と、前記低電圧系から電力の供給を受けて前記電動機を制御する駆動用制御ユニットと、を備える駆動装置であって、
前記低電圧二次電池の端子間電圧を検出する電圧検出手段と、
システム起動が要請されたとき、前記検出された端子間電圧が前記降圧回路を動作可能な最低電圧として予め定められた動作判定電圧未満のときにはシステム起動を禁止し、前記検出された端子間電圧が前記駆動用制御ユニットによる駆動装置の異常判定に要する動作が可能な最低電圧として前記動作判定電圧より大きく予め定められた異常判定必要電圧以上のときにはシステム起動を許可し、前記検出された端子間電圧が前記動作判定電圧以上で前記異常判定必要電圧未満のときには、システム停止したときから前記電圧検出手段により検出される端子間電圧の単位時間当たりの降下である停止時電圧降下率が前記低電圧二次電池の経年劣化により端子間電圧の回復ができないとして予め定めた所定降下率未満のときにはシステム起動を禁止し、前記停止時電圧降下率が前記所定降下率以上のときにはシステム起動を許可するシステム起動判定手段と、
を備えることを要旨とする。
駆動用の電動機と、定格値として第1の電圧で充放電する高電圧二次電池と、前記電動機が接続された高電圧系と前記高電圧二次電池との接続および接続の解除を行なう接続解除手段と、定格値として前記第1の電圧より小さい第2の電圧で充放電する低電圧二次電池と、前記低電圧二次電池から電力が供給される低電圧系と前記高電圧系とに接続されて前記高電圧系の電力を降圧して前記低電圧系に供給する降圧回路と、前記低電圧系から電力の供給を受けて前記電動機を制御する駆動用制御ユニットと、を備える駆動装置であって、
前記低電圧二次電池の端子間電圧を検出する電圧検出手段と、
システム起動が要請されたとき、前記検出された端子間電圧が前記降圧回路を動作可能な最低電圧として予め定められた動作判定電圧未満のときにはシステム起動を禁止し、前記検出された端子間電圧が前記駆動用制御ユニットによる駆動装置の異常判定に要する動作が可能な最低電圧として前記動作判定電圧より大きく予め定められた異常判定必要電圧以上のときにはシステム起動を許可し、前記検出された端子間電圧が前記動作判定電圧以上で前記異常判定必要電圧未満のときには、システム停止したときから前記電圧検出手段により検出される端子間電圧の単位時間当たりの降下である停止時電圧降下率が前記低電圧二次電池の経年劣化により端子間電圧の回復ができないとして予め定めた所定降下率未満のときにはシステム起動を禁止し、前記停止時電圧降下率が前記所定降下率以上のときにはシステム起動を許可するシステム起動判定手段と、
を備えることを要旨とする。
この本発明の駆動装置では、システム起動が要請されたときに低電圧二次電池の端子間電圧が高電圧系の電力を降圧して低電圧系に供給する降圧回路を動作可能な最低電圧として予め定められた動作判定電圧未満のときにはシステム起動を禁止する。従って、降圧回路を動作できない状態でシステム起動するのを抑止することができる。また、システム起動が要請されたときに低電圧二次電池の端子間電圧が駆動用の電動機を制御する駆動用制御ユニットによる駆動装置の異常判定に要する動作が可能な最低電圧として前記動作判定電圧より大きく予め定められた異常判定必要電圧以上のときにはシステム起動を許可する。これにより、駆動装置の異常判定を行なって正常にシステム起動することができる。一方、低電圧二次電池の端子間電圧が動作判定電圧以上で異常判定必要電圧未満のときには、システム停止したときから低電圧二次電池の端子間電圧の単位時間当たりの降下である停止時電圧降下率が低電圧二次電池の経年劣化により端子間電圧の回復ができないとして予め定めた所定降下率未満のときにはシステム起動を禁止し、停止時電圧降下率が所定降下率以上のときにはシステム起動を許可する。これにより、低電圧二次電池の経年劣化の程度が低く低電圧二次電池の端子間電圧の回復ができるときにだけシステム起動することができ、低電圧二次電池の経年劣化により低電圧二次電池の端子間電圧の回復ができないときにシステム起動することによる不都合を回避することができる。これらのことから、より適正にシステム起動することができる。
次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。
図1は、本発明の一実施例としての駆動装置21を搭載するハイブリッド自動車20の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車20は、図1に示すように、ガソリンや軽油などを燃料とするエンジン22と、エンジン22を駆動制御するエンジン用電子制御ユニット(以下、エンジンECUという)24と、エンジン22のクランクシャフト26にキャリアが接続されると共に駆動輪39a,39bにデファレンシャルギヤ38を介して連結された駆動軸36にリングギヤが接続されたプラネタリギヤ30と、例えば同期発電電動機として構成されて回転子がプラネタリギヤ30のサンギヤに接続されたモータMG1と、例えば同期発電電動機として構成されて回転子が駆動軸36に接続されたモータMG2と、モータMG1,MG2を駆動するためのインバータ41,42と、インバータ41,42の図示しないスイッチング素子をスイッチング制御することによってモータMG1,MG2を駆動制御するモータ用電子制御ユニット(以下、モータECUという)40と、例えばリチウムイオン二次電池として構成されてインバータ41,42にシステムメインリレー44を介して接続された高圧バッテリ50と、例えば鉛蓄電池として構成されて高圧バッテリ50より電圧が低い低圧バッテリ54と、高圧バッテリ50がシステムメインリレー44を介して接続された高電圧系の電力を降圧して低圧バッテリ54が接続された低電圧系に供給するDC/DCコンバータ56と、温度センサ51からの電池温度Tbなどを入力して高圧バッテリ50を管理するバッテリ用電子制御ユニット(以下、バッテリECUという)52と、車両全体をコントロールするハイブリッド用電子制御ユニット(以下、ハイブリッドECUという)70と、エンジンECU24やモータECU40,バッテリECU52,ハイブリッドECU70,車両の起動制御装置や停止制御装置として機能する電源用電子制御ユニット(以下、電源ECUという)72と、を備える。
電源ECU72は、低圧バッテリ54と図示しない電源用リレーとを接続する電力ラインに接続されており、電源ECU72には、運転席前面のパネルに取り付けられて車両のシステム起動やシステム停止を指示するパワースイッチ80からのオンオフ信号や低圧バッテリ54からの電力ラインに取り付けられた電圧センサ55からの低圧バッテリ電圧VLなどが入力されており、電源ECU72からは、図示しない電源用リレーをオンオフするための制御信号などが出力されている。電源ECU72は、実施例では、車両がシステム停止された状態でパワースイッチ80からオン信号を入力したときに電源用リレーをオンとし、システム起動されている状態でパワースイッチ80からオフ信号を入力したときに電源用リレーをオフとする。電源用リレーがオンされると、エンジンECU24やモータECU40,バッテリECU52,ハイブリッドECU70に低圧バッテリ54からの電力が供給される。
ハイブリッドECU70には、シフトレバーの操作位置を検出するシフトポジションセンサ82からのシフトポジションSP,アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ84からのアクセル開度Acc,ブレーキペダルの踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ86からのブレーキペダルポジションBP,車速センサ88からの車速Vなどが入力されている。また、ハイブリッドECU70からは、システムメインリレー44のオンオフを制御するための制御信号やDC/DCコンバータ56への制御信号などが出力されている。ハイブリッドECU70は、エンジンECU24やモータECU40,バッテリECU52,電源ECU72と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。
こうして構成された実施例のハイブリッド自動車20は、ハイブリッドECU70によって実行される以下に説明する駆動制御によって走行する。ハイブリッドECU70は、エンジン22を運転しながら走行するときには、まず、アクセルペダルポジションセンサ84からのアクセル開度Accと車速センサ88からの車速Vとに応じて走行のために駆動軸36に要求される要求トルクTr*を設定し、要求トルクTr*に駆動軸36の回転数Nr(例えば、モータMG2の回転数や車速Vに換算係数を乗じて得られる回転数)を乗じて走行に要求される走行用パワーPdrvを計算する。次に、バッテリ50の残容量(SOC)に基づいて定められるバッテリ50を充放電するための充放電要求パワーPb*と走行用パワーPdrvと損失Lossとの和としてエンジン22から出力すべき要求パワーPe*を計算すると共にエンジン22を効率よく運転することができるエンジン22の回転数NeとトルクTeとの関係としての動作ライン(例えば燃費最適動作ライン)と計算した要求パワーPe*とを用いてエンジン22の目標回転数Ne*と目標トルクTe*とを設定する。そして、エンジン22の回転数Neが目標回転数Ne*となるようにするための回転数フィードバック制御によりモータMG1から出力すべきトルクとしてのトルク指令Tm1*を設定すると共にモータMG1をトルク指令Tm1*で駆動したときにプラネタリギヤ30を介して駆動軸36に作用するトルクを要求トルクTr*から減じたトルクをモータMG2のトルク指令Tm2*として設定する。こうして設定したエンジン22の目標回転数Ne*と目標トルクTe*についてはエンジンECU24に送信すると共にモータMG1,MG2のトルク指令Tm1*,Tm2*についてはモータECU40に送信する。目標回転数Ne*と目標トルクTe*とを受信したエンジンECU24は、目標回転数Ne*と目標トルクTe*とによってエンジン22が運転されるようエンジン22の吸入空気量制御や燃料噴射制御,点火制御などを実行し、モータMG1,MG2のトルク指令Tm1*,Tm2*を受信したモータECU40は、モータMG1,MG2がトルク指令Tm1*,Tm2*で駆動されるようインバータ41,42のスイッチング素子をスイッチング制御する。また、ハイブリッドECU70は、エンジン22の運転を停止した状態で走行するときには、アクセル開度Accと車速Vとに応じて駆動軸36に要求される要求トルクTr*を設定し、モータMG1のトルク指令Tm1*に値0を設定すると共にモータMG2のトルク指令Tm2*に要求トルクTr*を設定し、設定したトルク指令Tm1*,Tm2*をモータECU40に送信する。トルク指令Tm1*,Tm2*を受信したモータECU40は、モータMG1,MG2がトルク指令Tm1*,Tm2*で駆動されるようインバータ41,42のスイッチング素子をスイッチング制御する。
次に、こうして構成された実施例のハイブリッド自動車20の動作、特に、パワースイッチ80がオフとされているときの動作およびパワースイッチ80がオンとされたときの動作について説明する。実施例のハイブリッド自動車20では、パワースイッチ80がオフされると、電源ECU72が図2のパワースイッチオフ継続時制御ルーチンを所定時間毎(例えば、1分毎)に繰り返し実行することにより、電圧センサ55によって検出される低圧バッテリ54の電圧VLを低圧バッテリ電圧VL(n)として電源ECU72の図示しないRAMの所定領域に順次記憶する(ステップS100,S110)。
パワースイッチ80がオンとされると、電源ECU72は図3に例示するパワースイッチオン時制御ルーチンを実行する。このルーチンが実行されると、電源ECU72は、電圧センサ55によって検出される低圧バッテリ54の電圧VLを入力し(ステップS200)、入力した低圧バッテリ54の電圧VLが閾値Vref1未満であるか否か(ステップS210)、或いは、閾値Vref1より小さい閾値Vref2以上であるか否かを判定する(ステップS220)。ここで、閾値Vref1は、ハイブリッドECU70やエンジンECU24,モータECU40が駆動装置21の各機器(エンジン22やモータMG1,MG2,インバータ41,42など)の異常判定を行なって正常に動作させることができる下限電圧として予め定められた電圧であり、ハイブリッドECU70やエンジンECU24,モータECU40の特性や駆動装置21の各機器の異常判定を行なう際に用いられるセンサの特性などにより設定することができる。また、閾値Vref2は、ハイブリッドECU70やエンジンECU24,モータECU40による駆動装置21の各機器の異常判定のうちの一部については行なうことができないもののDC/DCコンバータ56のスイッチング素子については正常に駆動することができる下限電圧として予め定められた電圧であり、ハイブリッドECU70やエンジンECU24,モータECU40の特性や駆動装置21の各機器の異常判定を行なう際に用いられるセンサの特性,DC/DCコンバータ56の特性などにより設定することができる。
入力した低圧バッテリ54の電圧VLが閾値Vref1以上のときには、ハイブリッドECU70やエンジンECU24,モータECU40は正常に動作することができると判断し、システム起動して(ステップS260)、本ルーチンを終了する。システム起動は、具体的には、図示しない電源リレーをオンとしてハイブリッドECU70やエンジンECU24,モータECU40に電源を供給すると共に、ハイブリッドECUユニット70にシステム起動を意味する制御信号をオン出力(例えば、ST信号のオン出力)することにより行なわれる。システム起動により電源の供給を受けたハイブリッドECU70がシステムメインリレー44をオンとすると共にハイブリッドECU70やエンジンECU24,モータECU40などが駆動装置21の各機器の異常判定を行なって正常であることを確認して各機器を駆動することができる状態を示す制御信号をオン出力(例えば、レディ信号のオン出力)することにより、システム起動を完了する。
入力した低圧バッテリ54の電圧VLが閾値Vref2未満のときには、正常にシステム起動することができないと判断し、システム起動を禁止して(ステップS270)、本ルーチンを終了する。この場合、図示しない電源リレーをオンとしてハイブリッドECU70やエンジンECU24,モータECU40に電源を供給することは行なわれず、システム起動できなかった異常ランプの点灯などが行なわれる。
入力した低圧バッテリ54の電圧VLが閾値Vref1未満ではあるが閾値Vref2以上のときには、パワースイッチ80がオフされている最中に電源ECU72の図示しないRAMの所定領域に順次記憶された低電圧バッテリ電圧VL(n)を入力すると共に(ステップS230)、低電圧バッテリ電圧VL(n)の単位時間当たりの傾きdVLを計算し(ステップS240)、計算した傾きdVLを閾値dVrefと比較し(ステップS250)、傾きdVLを閾値dVref以上のときにはシステム起動して(ステップS260)、本ルーチンを終了し、傾きdVLを閾値dVref未満のときにはシステム起動を禁止して(ステップS270)、本ルーチンを終了する。ここで、閾値dVrefは、低圧バッテリ54が劣化していないときの電圧の低下の程度より小さく低圧バッテリ54が劣化しているときの電圧の低下の程度より大きな値として予め定められた値であり、低圧バッテリ54の特性により定めることができる。図4に低圧バッテリ54が劣化していないときと劣化しているときの電圧の時間変化と閾値dVrefの一例を示す。低圧バッテリ54は、鉛蓄電池として構成されているから、あまり劣化していない状態のときには放置時間に対する端子間電圧の低下の程度は小さいが、劣化した状態ときには放置時間に対する端子間電圧の低下の程度が大きくなる。実施例では、その中間の傾きを閾値dVrefとして定め、パワースイッチ80をオフしてからの低圧バッテリ54の電圧VLの低下の傾きdVLが閾値dVref以上のときには、長時間の放置により低圧バッテリ54の電圧VLが閾値Vref1未満に至っただけで低圧バッテリ54の劣化は進んでおらず、DC/DCコンバータ56を駆動すれば低圧バッテリ54の電圧VLを閾値Vref1以上に復帰させることができると判断して、システム起動し、傾きdVLが閾値dVref未満のときには、低圧バッテリ54の劣化が進んでおり、DC/DCコンバータ56を駆動しても低圧バッテリ54の電圧VLを閾値Vref1以上に復帰させることは困難であるか、復帰させても短時間のうちに閾値Vref1未満に至ると判断して、システム起動を禁止するのである。これにより、より適正にシステム起動することができる。
以上説明した実施例のハイブリッド自動車20が搭載する駆動装置21によれば、パワースイッチ80がオンされたときには、低圧バッテリ54の電圧VLをハイブリッドECU70やエンジンECU24,モータECU40が駆動装置21の各機器(エンジン22やモータMG1,MG2,インバータ41,42など)の異常判定を行なって正常に動作させることができる下限電圧として予め定められた電圧としての閾値Vref1やハイブリッドECU70やエンジンECU24,モータECU40による駆動装置21の各機器の異常判定のうちの一部については行なうことができないもののDC/DCコンバータ56のスイッチング素子については正常に駆動することができる下限電圧として予め定められた電圧としての閾値Vref2と比較し、低圧バッテリ54の電圧VLが閾値Vref1以上のときにはシステム起動し、低圧バッテリ54の電圧VLが閾値Vref2未満のときにはシステム起動を禁止し、低圧バッテリ54の電圧VLが閾値Vref1未満であるが閾値Vref2以上のときには、パワースイッチ80をオフしてからの低圧バッテリ54の電圧VLの低下の傾きdVLが低圧バッテリ54が劣化していないときの電圧の低下の程度より小さく低圧バッテリ54が劣化しているときの電圧の低下の程度より大きな値として予め定められた値である閾値dVrefと比較して、傾きdVLが閾値dVref以上のときにはシステム起動し、傾きdVLが閾値dVref未満のときにはシステム起動を禁止することにより、低圧バッテリ54の状態に応じてより適正にシステム起動することができる。
なお、実施例のハイブリッド自動車20が搭載する駆動装置21では、電子制御ユニットとしては、電源ECU72,ハイブリッドECU70,エンジンECU24,モータECU40の4つのものとしたが、単一の電子制御ユニットでこれら4つの電子制御ユニットが行なう全ての制御を行なうものとしてもよい。
実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、モータMG1やモータMG2が「電動機」に相当し、高圧バッテリ50が「高電圧二次電池」に相当し、システムメインリレー44が「接続解除手段」に相当し、低圧バッテリ54が「低電圧二次電池」に相当し、DC/DCコンバータ56が「降圧回路」に相当し、ハイブリッドECU70,エンジンECU24,モータECU40が「駆動用制御ユニット」に相当し、電圧センサ55が「電圧検出手段」に相当し、図3のパワースイッチオン時制御ルーチンを実行する電源ECU72が「システム起動判定手段」に相当する。
なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。
以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
本発明は、駆動装置の製造産業などに利用可能である。
20 ハイブリッド自動車、21 駆動システム、22 エンジン、24 エンジン用電子制御ユニット(エンジンECU)、26 クランクシャフト、30 プラネタリギヤ、36 駆動軸、38 デファレンシャルギヤ、39a,39b 駆動輪、40 モータ用電子制御ユニット(モータECU)、41,42 インバータ、44 システムメインリレー、50 高圧バッテリ、51 温度センサ、52 バッテリ用電子制御ユニット(バッテリECU)、54 低圧バッテリ、55 電圧センサ、56 DC/DCコンバータ、70 ハイブリッド用電子制御ユニット(ハイブリッドECU)、72 電源用電子制御ユニット(電源ECU)、80 パワースイッチ、82 シフトポジションセンサ、84 アクセルペダルポジションセンサ、86 ブレーキペダルポジションセンサ、88 車速センサ、MG1,MG2 モータ。
Claims (1)
- 駆動用の電動機と、定格値として第1の電圧で充放電する高電圧二次電池と、前記電動機が接続された高電圧系と前記高電圧二次電池との接続および接続の解除を行なう接続解除手段と、定格値として前記第1の電圧より小さい第2の電圧で充放電する低電圧二次電池と、前記低電圧二次電池から電力が供給される低電圧系と前記高電圧系とに接続されて前記高電圧系の電力を降圧して前記低電圧系に供給する降圧回路と、前記低電圧系から電力の供給を受けて前記電動機を制御する駆動用制御ユニットと、を備える駆動装置であって、
前記低電圧二次電池の端子間電圧を検出する電圧検出手段と、
システム起動が要請されたとき、前記検出された端子間電圧が前記降圧回路を動作可能な最低電圧として予め定められた動作判定電圧未満のときにはシステム起動を禁止し、前記検出された端子間電圧が前記駆動用制御ユニットによる駆動装置の異常判定に要する動作が可能な最低電圧として前記動作判定電圧より大きく予め定められた異常判定必要電圧以上のときにはシステム起動を許可し、前記検出された端子間電圧が前記動作判定電圧以上で前記異常判定必要電圧未満のときには、システム停止したときから前記電圧検出手段により検出される端子間電圧の単位時間当たりの降下である停止時電圧降下率が前記低電圧二次電池の経年劣化により端子間電圧の回復ができないとして予め定めた所定降下率未満のときにはシステム起動を禁止し、前記停止時電圧降下率が前記所定降下率以上のときにはシステム起動を許可するシステム起動判定手段と、
を備える駆動装置。
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