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

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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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