JP6217564B2 - バッテリ故障判定装置 - Google Patents

Description

本発明はバッテリ故障判定装置に関する。

従来からの走行用動力源としてエンジンを搭載したエンジン車両の効率を改善するために、エンジンに加えて走行用動力源としてモータを搭載したハイブリッド電気自動車、或いはエンジンに代えてモータを搭載した電気自動車等（以下、電動車両と総称する場合もある）が実用化されている。

このような電動車両に搭載されるバッテリは、複数のセルを組み合わせたバッテリパックとして車両に搭載されている。（特許文献１参照）。

特開２０１４−１１６９９２

バッテリはその性能を正常に発揮するため、特許文献１の技術のように各セル間で電圧のバランスを取っていたり、バッテリパック内を温度管理していたりする。しかしながら、セルが故障すれば、バッテリの性能を正常に発揮できなくなり、モータ走行による燃費低減効果等を得られなくなるおそれがある。そこで、バッテリのセルの故障を早期に且つ精度良く検出することが望まれている。

本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、電動車両に用いられるバッテリ内部のセル単位の故障を早期に且つ精度良く検知することのできるバッテリ故障判定装置を提供することにある。

本発明は前述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様又は適用例として実現することができる。

本適用例に係るバッテリ故障判定装置は、車両の駆動源であるモータと、蓄電する複数のセルからなり、前記モータに電力を供給するバッテリと、前記複数のセルの温度を検出し、前記バッテリ内の温度分布を算出する温度分布算出手段と、前記車両のキーオフ時において、前記温度分布算出手段により算出される第１の温度分布を記憶する温度分布記憶手段と、前記車両のキーオン後において、前記温度分布算出手段により算出される第２の温度分布と、前記温度分布記憶手段に記憶された前記第１の温度分布とを比較することにより、前記バッテリ内のセルの故障を判定する故障判定手段と、を含む。

本発明によれば、電動車両に用いられるバッテリ内部のセル単位の故障を早期に且つ精度良く検知することができる。

実施形態のバッテリ故障判定装置が搭載されたハイブリッド型トラックを示す全体構成図である。 本実施形態における車両ＥＣＵが実行するバッテリ故障判定制御ルーチンを示すフローチャートである。 バッテリの全セルの温度分布を示す説明図である。

以下、本発明に係るバッテリ故障判定装置を具体化した一実施形態を説明する。

図１は本実施形態のバッテリ故障判定装置が搭載されたハイブリッド型トラックを示す全体構成図である。

ハイブリッド型トラック１は所謂パラレル型ハイブリッド車両として構成されており、以下の説明では、車両と称する場合もある。車両１には走行用動力源としてディーゼルエンジン（以下、エンジンという）２、及び例えば永久磁石式同期電動機のように発電機としても作動可能なモータ３が搭載されている。エンジン２の出力軸にはクラッチ４が連結され、クラッチ４にはモータ３の回転軸を介して自動変速機５の入力側が連結されている。自動変速機５の出力側にはプロペラシャフト６を介して差動装置７が連結され、差動装置７には駆動軸８を介して左右の駆動輪９が連結されている。

自動変速機５は一般的な手動変速機をベースとしてクラッチ４の断接操作及び変速段の切換操作を自動化したものであり、本実施形態では、前進１２速後退１速の変速段を有している。当然ながら、自動変速機５の構成はこれに限るものではなく任意に変更可能であり、例えば手動式変速機として具体化してもよいし、２系統の動力伝達系を備えたいわゆるデュアルクラッチ式自動変速機として具体化してもよい。

モータ３にはインバータ１０を介してバッテリ１１が接続されている。バッテリ１１に蓄えられた直流電力はインバータ１０により交流電力に変換されてモータ３に供給され（力行制御）、モータ３が発生した駆動力は自動変速機５で変速された後に駆動輪９に伝達されて車両１を走行させる。また、例えば車両１の減速時や降坂路での走行時には、駆動輪９側からの逆駆動によりモータ３が発電機として作動する（回生制御）。モータ３が発生した負側の駆動力は制動力として駆動輪９側に伝達されると共に、モータ３が発電した交流電力がインバータ１０で直流電力に変換されてバッテリ１１に充電される。

このようなモータ３が発生する駆動力は上記クラッチ４の断接状態に関わらず駆動輪９側に伝達され、これに対してエンジン２が発生する駆動力はクラッチ４の接続時に限って駆動輪９側に伝達される。従って、クラッチ４の切断時には、上記のようにモータ３が発生する正側または負側の駆動力が駆動輪９側に伝達されて車両１が走行する。また、クラッチ４の接続時には、エンジン２及びモータ３の駆動力が駆動輪９側に伝達されたり、或いはエンジン２の駆動力のみが駆動輪９側に伝達されたりして車両１が走行する。

車両ＥＣＵ２０は、メモリ２０ａ（温度分布記憶手段）の他、図示しないＣＰＵ、タイマカウンタなどから構成された制御回路であり、様々な制御量の演算を行うと共に、その制御量に基づき各種デバイスの制御を行っている。そのために車両ＥＣＵ２０には、アクセルペダル１２の操作量θaccを検出するアクセルセンサ２１、ブレーキペダル１３の踏込操作を検出するブレーキスイッチ２２、車両１の速度（車速）Ｖを検出する車速センサ２３、エンジン２の回転速度Ｎeを検出するエンジン回転速度センサ２４、及びモータ３の回転速度Ｎmを検出するモータ回転速度センサ２５等の各種センサ・スイッチ類が接続されている。

また、車両ＥＣＵ２０は、図示はしないがクラッチ４を断接操作するアクチュエータ、及び自動変速機５を変速操作するアクチュエータ等が接続されると共に、エンジン制御用のエンジンＥＣＵ２６、インバータ制御用のインバータＥＣＵ２７、及びバッテリ１１を管理するバッテリＥＣＵ２８が接続されている。

車両ＥＣＵ２０は、運転者によるアクセル操作量θacc等に基づき車両１を走行させるために必要な要求トルクを算出し、その要求トルクやバッテリ１１のＳＯＣ等に基づき車両１の走行モードを選択する。本実施形態では走行モードとして、エンジン２の駆動力のみを用いるＥ/Ｇモード、モータ３の駆動力のみを用いるＥＶモード、及びエンジン２及びモータ３の駆動力を共に用いるＨＥＶモードが設定されており、その何れかの走行モードを車両ＥＣＵ２０が選択するようになっている。

車両ＥＣＵ２０は選択した走行モードに基づき、要求トルクをエンジン２やモータ３が出力すべきトルク指令値に換算する。例えばＨＥＶモードでは要求トルクをエンジン２側及びモータ３側に配分した上で、その時点の変速段に基づきエンジン２及びモータ３のトルク指令値を算出する。また、Ｅ/Ｇモードでは要求トルクを変速段に基づきエンジン２へのトルク指令値に換算し、ＥＶモードでは要求トルクを変速段に基づきモータ３へのトルク指令値に換算する。

そして、車両ＥＣＵ２０は選択した走行モードを実行すべく、ＥＶモードでは上記クラッチ４を切断し、Ｅ/Ｇモード及びＨＥＶモードではクラッチ４を接続した上で、エンジンＥＣＵ２６及びインバータＥＣＵ２７にトルク指令値を適宜出力する。また、車両１の走行中において車両ＥＣＵ２０は、アクセル操作量θaccや車速Ｖ等に基づき図示しないシフトマップから目標変速段を算出し、この目標変速段を達成すべく、アクチュエータによりクラッチ４の断接操作及び変速段の切換操作を実行する。

一方、エンジンＥＣＵ２６は、車両ＥＣＵ２０から入力された走行モード及びトルク指令値を達成するように噴射量制御や噴射時期制御を実行する。例えばＥ/ＧモードやＨＥＶモードでは、正側のトルク指令値に対してエンジン２に駆動力を発生させ、負側のトルク指令値に対してエンジンブレーキを発生させる。また、ＥＶモードの場合には、燃料噴射の中止によりエンジン２を停止保持状態、またはアイドル運転状態とする。

また、インバータＥＣＵ２７は、車両ＥＣＵ２０から入力された走行モード及びトルク指令値を達成するように、インバータ１０を介してモータ３を制御する。例えばＥＶモードやＨＥＶモードでは、正側のトルク指令値に対してモータ３を力行制御して正側の駆動力を発生させ、負側のトルク指令値に対してはモータ３を回生制御して負側の駆動力を発生させる。また、Ｅ/Ｇモードの場合には、モータ３の駆動力を０に制御する。また、バッテリＥＣＵ２８は、バッテリ１１の温度、バッテリ１１の電圧、インバータ１０とバッテリ１１との間に流れる電流等を検出し、これらの検出結果からバッテリ１１のＳＯＣを逐次算出して車両ＥＣＵ２０に出力する。

また、バッテリ１１はバッテリパック内に複数のセルが内蔵されて構成されており、これらの各セルを冷却するための冷却装置３０が設けられている。冷却装置３０は例えばバッテリパック内の各セル間に冷却回路が配設されており、当該冷却回路内をガス又は水等の冷却媒体が循環する構成をなしている。そして冷却媒体と各セルとが熱交換することでセルの冷却が行われ、ひいてはバッテリ１１の冷却が行われる。冷却装置３０の構成はこれに限られず、バッテリパックにファンを設けてバッテリパック内に空気を導入することで、各セルを空冷するものであってもよい。

またバッテリ１１にはバッテリ温度センサ３１（温度検出手段）が設けられている。バッテリ温度センサ３１は各セル毎に設けられており、各セルそれぞれの実測温度を検出する。そして、これら冷却装置３０及びバッテリ温度センサ３１は車両ＥＣＵ２０に電気的に接続されている。

そして、本実施形態における車両ＥＣＵ２０はバッテリ１１の各セルの温度分布を算出し（温度分布算出手段）、算出した温度分布に基づきバッテリ１１の故障を判定する（故障判定手段）。詳しくは、図２に車両ＥＣＵ２０により実行されるバッテリ故障判定制御ルーチンが示されており、以下同フローチャートに基づき説明する。

車両ＥＣＵ２０は、車両１のキーオン時から図２に示すバッテリ故障判定制御ルーチンをスタートさせる。まずステップＳ１として車両ＥＣＵ２０は、スタートから一定時間経過したか否かを判別する。この一定時間は、例えばバッテリ１１の各セルの温度分布が安定するまでの時間に設定されている。一定時間経過していない場合、例えばキーオン直後等でバッテリ１１のセル温度が安定していない場合には、当該判別結果は偽（Ｎｏ）となり、ステップＳ１の判別を繰り返す。一方、一定時間経過した場合には、当該判別結果は真（Ｙｅｓ）となり、次のステップＳ２に進む。

ステップＳ２において、車両ＥＣＵ２０は、バッテリ温度センサ３１により検出される各セルの実測温度から各セルの現在温度分布σnow（第２の温度分布）を算出する。ここで図３にはバッテリ１１の全セルの温度分布の説明図が示されており、同図に示すように各セル１１ａの温度分布はバッテリ１１を構成する多数のセル１１ａがバッテリパック内の冷却媒体（水や空気等）による冷却状態に応じた温度分布で分散して示される。ステップＳ２では、この図３で示したような実測値に則した温度分布σnowを算出する。

続いて、ステップＳ３において、車両ＥＣＵ２０はメモリ２０ａから後述する前回温度分布σprev（第１の温度分布）を読み込む。

そして、続くステップＳ４において、車両ＥＣＵ２０は前回温度分布σprevに対し現在温度分布σnowが予め定めた許容範囲内であるか否かを判別する。当該判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合は、即ち前回温度分布と現在温度分布との差がない、又は差があっても許容範囲内である場合は、セル１１ａに故障はないと判断し、ステップＳ５に進む。

ステップＳ５において、車両ＥＣＵ２０はステップＳ２で算出した現在温度分布σnowを新たな前回温度分布σprevとしてメモリ２０ａに保存することで、前回温度分布σprevの更新を行う。

次にステップＳ６において、車両ＥＣＵ２０は、キーオフ信号があるか否かを判別する。当該判別結果が偽（Ｎｏ）である場合、即ちキーオン状態が維持されている場合には、当該ルーチンをリターンする。一方、当該判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合、即ちエンジン２やモータ３を停止させ車両１の活動を停止させる場合には、ステップＳ７に進む。

ステップＳ７において、車両ＥＣＵ２０は前回更新した前回温度分布σprev、つまり最新の前回温度分布σprevを保存した時点から予め定めた所定時間を経過したか否かを判別する。当該所定時間は、各セル１１ａの温度分布が変動し得る時間に設定される。

ステップＳ７の判別結果が偽（Ｎｏ）である場合、即ち前回温度分布σprevの保存から所定時間未満の比較的短時間しか経過していない場合は、前回温度分布σprevをそのままに、当該ルーチンをリターンする。

ステップＳ７の判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合、即ち前回温度分布σprevの保存から所定時間以上の比較的長時間が経過している場合には、ステップＳ８に進む。

ステップＳ８において、車両ＥＣＵ２０は、改めてバッテリ温度センサ３１により検出される各セル１１ａの実測温度から各セル１１ａの現在温度分布σnowを算出し、その現在温度分布σnowを前回温度分布σprevとしてメモリ２０ａに保存する。つまり、車両１の活動停止直前の各セル１１ａの温度分布をメモリ２０ａに記憶して当該ルーチンをリターンし、次のキーオンに備える。

一方、上記ステップＳ４の判別結果が偽（Ｎｏ）であった場合、即ち前回温度分布σprevに対し現在温度分布σnowが許容範囲外にある場合には、ステップＳ９に進む。

ステップＳ９において、車両ＥＣＵ２０はバッテリ温度センサ３１又は冷却装置３０に故障がないか、即ちバッテリ温度センサ３１又は冷却装置３０からの故障信号を受けていないか否かを判別する。当該判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合、即ちバッテリ温度センサ３１又は冷却装置３０に故障がある場合は、セル１１ａが故障しているとは限られないと判断し、上述したステップＳ５に進む。

一方、ステップＳ９の判別結果が偽（Ｎｏ）である場合、即ち温度センサ３１及び冷却装置３０の故障がない場合には、ステップＳ１０に進む。

ステップＳ１０において、車両ＥＣＵ２０はバッテリ１１の各セル１１ａのうちのいずれか又は全てに故障があると判断し、運転者に警告を行い、当該ルーチンをリターンする。ここでの警告は、例えば車両１の運転席に設けた図示しない警告灯を点灯したり、警報を鳴らしたりする。

このように車両ＥＣＵ２０は、メモリ２０ａに記憶した前回温度分布σprevとバッテリ温度センサ３１により計測した現在温度分布σnowとを比較することで、バッテリパック内のセル１１ａの故障を検出している。当該温度分布は各セル１１ａの実測値に基づくものであり、セル１１ａの一つでも異常が生じれば、前回温度分布σprevに対する許容範囲から外れることとなり、バッテリ１１内部のセル単位の故障を早期に且つ精度良く検知することができる。

以上で本実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、ハイブリッド型トラックのバッテリ故障判定装置として説明したが、走行用動力源としてモータのみを搭載した電気自動車のバッテリ故障判定装置としてもよい。

また、図２のステップＳ９における故障判断は、バッテリ温度センサ３１及び冷却装置３０の故障に限られず、バッテリ温度の計測に影響のある他のセンサや、バッテリの冷却に影響のある他の装置の故障から判定してもよい。

１１ バッテリ
１１ａ セル
２０ 車両ＥＣＵ（温度分布算出手段、故障判定手段）
２０ａ メモリ（温度分布記憶手段）
３０ 冷却装置
３１ バッテリ温度センサ（温度検出手段）

Claims (1)

1. 車両の駆動源であるモータと、
   蓄電する複数のセルからなり、前記モータに電力を供給するバッテリと、
   前記複数のセルの温度を検出する温度検出手段と、
   前記温度検出手段により検出された前記複数のセルの温度に基づき、前記バッテリ内の温度分布を算出する温度分布算出手段と、
   少なくとも前記車両のキーオフ時において、前記温度分布算出手段により算出される第１の温度分布を記憶する温度分布記憶手段と、
   前記車両のキーオン後において、前記温度分布算出手段により算出される第２の温度分布と、前記温度分布記憶手段に記憶された前記第１の温度分布とを比較することにより、前記バッテリ内のセルの故障を判定する故障判定手段と、
   を含むバッテリ故障判定装置。

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