JP2005304122A - ハイブリッド車用電池管理装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 車両制御装置10により制御される高圧回転電機4、5と電力を授受する高圧電池1から低圧負荷8に給電するための低圧電池2へ降圧送電する降圧型DC−DCコンバータ11と、この降圧型DC−DCコンバータ11の降圧送電を制御する電池コントローラ3とを備えるハイブリッド車の電池管理装置において、電池コントローラ3が、検出した高圧電池1の状態に基づいて降圧型DC−DCコンバータ11の降圧送電を制御し、かつ、検出した高圧電池1の状態を車両制御装置10に送信する。これにより、車両制御装置10と電池コントローラ3との通信不調にもかかわらず、電池コントローラ3は高圧電池1の状態に応じた好適な高圧電池1から低圧電池2への送電を行うことができる。
【選択図】図1
Description
(全体構成)
この実施例の電池管理装置を採用するハイブリッド車の電力系統図を図1に示す。1は高圧(100〜400V)の高圧電池、2は低圧(14V程度)の低圧電池である。高圧電池1は通常の二次電池でもよいが、燃料電池を採用してもよい。
(車両制御装置10)
車両制御装置10は、外部から入力される操作情報特に運転者の運転操作に応じて回転機系又は車両走行を制御するマイコン内蔵のコントローラであり、通常において車両ECUと呼称されている。回転機コントローラ10は、走行モータ4、発電機5及びエンジン9からそれらの状態を示す信号を受け取り、これらの受信信号並びに他から入力された入力信号を所定のプログラムで演算し、その結果に基づいて走行モータ4及びエンジン9の運転を制御する。走行モータ4及び三相交流発電機5が界磁コイル付きブラシレスDCモータである場合には、車両制御装置10は、これら回転電機に内蔵された界磁電流制御装置に指令して界磁電流制御も行うこともできる。車両制御装置10は、電池コントローラ3から受信した高圧電池1の状態に関する情報に基づいて、運転状態が許す範囲において高圧電池1の状態を良好に保つべく発電機5やエンジン9を制御し、更に高圧電池1の状態が許容範囲を逸脱するおそれがある場合には発電機5やエンジン9を制御して高圧電池1の状態を少なくともその許容状態好ましくは好適状態に保つことを優先してそれらを制御する。車両制御装置10は、車両ECUとして周知であるため、更なる説明は省略する。
(電池コントローラ3)
この実施例の特徴をなす電池コントローラ3について説明する。電池コントローラ3は、高圧電池1の電圧を降圧して低圧電池2に印加するDC−DCコンバータ(降圧型DC−DCコンバータ又は絶縁コンバータとも言う)11、高圧電池1を構成する多数のブロックの電圧(ブロック電圧とも言う)の各部電圧及び温度更に好ましくは電流を検出する電圧温度検出部(以下、電池モニタとも言う)12、DC−DCコンバータ11を制御するPWM制御部13、車両制御装置10との通信を行う通信制御部14により構成されており、更に低圧電池2から給電される電圧を内部の電源電圧とするための定電圧回路である電源回路21も有している。なお、電圧温度検出部12、PWM制御部13及び通信制御部14は、本発明で言う制御装置を構成している。
DC−DCコンバータ11は、高圧電池1から給電される直流高電圧を単相交流電圧に変換するインバータ回路、この交流電圧を降圧するトランス、トランスの二次電圧を整流する整流回路、及び、整流回路の出力を平滑する平滑回路を有する周知の回路方式を採用している。DC−DCコンバータ11は、インバータ回路の各スイッチング素子を断続制御するためのスイッチング素子駆動回路を有している。
(電池モニタ12)
電池モニタ12は、高圧電池1の数十又はそれ以上に分割された各電池ブロックの電圧である多数のブロック電圧を読み込んでデジタル信号に変換し、通信制御部14に時間順次に出力する。また、電池モニタ12は、高圧電池1に内蔵された温度センサから得た高圧電池温度、並びに、高圧電池1に内蔵された電流センサから得た高圧電池1の充放電電流をそれぞれ読み込んで、デジタル信号に変換し、通信制御部14に出力する。ただし、発電機5及び走行モータ4の電流を精密に計測することができるのあれば、それらの総和の逆数が高圧電池1の充放電電流となるので、高圧電池1の電流検出は必須ではない。しかし、高圧電池1は、走行モータ4及び発電機5の他にたとえばコンプレッサ駆動用モータなどを駆動する場合もあり、漏電などの可能性も考慮すると、高圧電池1の電流検出はその積算による電池容量推計において非常に好ましいことである。
(PWM制御部13)
PWM制御部13は、読み込んだ低圧電池2の電圧を目標電圧と比較し、この比較結果に基づいてDC−DCコンバータ11のスイッチング素子のPWMデューティ比を決定し、DC−DCコンバータ11のスイッチング素子駆動制御回路に出力し、低圧電池2の電圧を所定の好適範囲に保つ低圧電池容量制御を少なくとも行い、これにより低圧電池2の容量(実際には電圧)が好適範囲に制御される。DC−DCコンバータ11を制御するPWM制御部13のこのフィードバック制御は従来と本質的に同じであり、もはや良く知られているためこれ以上の説明は省略する。
非常に重要な点は、このDC−DCコンバータ11による高圧電池1又は低圧電池2の上記電池保護制御を外部からの通信線を通じた指令を通信線の不調などにより受信できない場合でもなんら支障なく実行できることである。
(通信制御部14)
通信制御部14は、車両制御装置10とシリアルパルス通信を行い、車両制御装置すなわち車両制御装置10から受信したDC−DCコンバータ11への運転指令信号をPWM制御部13に出力し、PWM制御部13はこの出力指令を受信した場合には、他の制御に優先して回転機コントローラ車両制御装置10からの出力指令に基づくDC−DCコンバータ11の制御を行う。
(電池保護制御)
次に、通信制御部14により実質的に演算され、PWM制御部13を通じてDC−DCコンバータ11が実行する上記電池保護制御について説明する。
(変形態様)
この実施例では、電池コントローラ3を高圧電池1と一体に組み付けたが、別々に配置しても構わないことは当然である。ただし、両者をできるだけ近接して配置することにより、高圧電池1から電池モニタ12への配線が数十本にものぼり、一部は非常に高電圧となるブロック電圧検出用の配線を短縮し、かつ、ケース内に密閉することができ、配線による電圧ドロップも減らすことができ、事故時の安全性も向上する。
(変形態様)
この実施例では、通信制御部14は、上記種々の演算や制御を行ったが、これを車両制御装置10に代替させてもよい。
(変形態様)
この実施例では、PWM制御部13は、高圧電池1の電圧や状態による高圧電池1の保護のためのPWM制御を通信制御部14からの情報に基づいて行ったが、その代わりに図2に示すようにDC−DCコンバータ11の入力端子又は内部電圧から高圧電池1の電圧を検出する電圧検出回路30を追加して行っても良い。
(変形態様)
この実施例では、PWM制御部13は、高圧電池1の電圧や状態による高圧電池1の保護のためのPWM制御を通信制御部14からの情報に基づいて行ったが、その代わりに図3に示すように電池モニタすなわち電圧温度検出部12からの電圧に基づいて行っても良い。この場合、電池モニタ12は検出した各ブロック電圧を合算する回路をもつものとする。
(変形態様)
この実施例では、低圧電池2が車両後部に配置したため、低圧電池2の電圧や温度を電池コントローラ3に直接取り込んだが、たとえば低圧電池2によりスタータモータを駆動してエンジン9を始動する場合などにおいては低圧電池2をエンジンルーム内に配置する方が好ましいため、この場合には、図4に示すように、低圧電池2の電圧や温度を車両制御装置10に取り込み、車両制御装置10から通信線24を通じて通信制御部14に送信し、通信制御部14からPWM制御部13に出力することもできる。この場合には、通信制御部14は受信した低圧電池2の電圧をデジタル信号の形式で受け取るため、PWM制御部13のフィードバック演算を自己の内部にて容易にソフトウエア処理することができ、PWM制御部13を実質的に省略することができる。
2 低圧電池
3 電池コントローラ
4 走行モータ
5 発電機
8 低圧負荷
9 エンジン
10 車両制御装置(車両ECU)
11 DC−DCコンバータ(絶縁コンバータ)
12 電池モニタ(電圧温度検出部)
13 PWM制御部
14 通信制御部
24 通信線
Claims (8)
- 車両制御装置により制御される高圧回転電機と電力を授受する高圧電池から低圧負荷給電用の低圧電池へ降圧送電する降圧型DC−DCコンバータと、
前記高圧電池の状態を検出して前記高圧電池の状態を前記車両制御装置に送信するとともに、前記両電池の状態に基づいて前記降圧型DC−DCコンバータの前記降圧送電を制御する制御装置と、
を備え、
前記高圧電池と一体に又は近接して同一ケース内の回路基板に実装されていることを特徴とするハイブリッド車用電池管理装置。 - 請求項1記載のハイブリッド車の電池管理装置において、
前記高圧回転電機、エンジン及び車両制御装置は車両前部に、前記高圧電池及び電池管理装置は車両後部に配置されることを特徴とするハイブリッド車の電池管理装置。 - 請求項2記載のハイブリッド車の電池管理装置において、
前記制御装置は、
前記低圧電池から給電されて所定電圧の制御用電源電圧を発生する電源部と、
前記降圧型DC−DCコンバータをPWM制御させるための指令信号を形成するPWM制御部と、
前記高圧電池を構成する各電池ブロックの電圧である多数のブロック電圧並びに電池温度を検出してデジタル信号に変換する電圧温度検出部と、
前記各デジタル信号を前記車両制御装置に送信する通信制御部と、
を有することを特徴とするハイブリッド車の電池管理装置。 - 請求項1乃至3のいずれか記載のハイブリッド車の電池管理装置において、
前記制御装置は、
前記高圧電池の異常、前記降圧型DC−DCコンバータの異常を検出し、この異常検出時に前記車両制御装置に異常信号を警報することを特徴とするハイブリッド車の電池管理装置。 - 請求項4記載のハイブリッド車の電池管理装置において、
前記制御装置は、
前記異常検出時に前記降圧型DC−DCコンバータにこの異常に対応する動作を行わせることを特徴とするハイブリッド車の電池管理装置。 - 請求項1記載のハイブリッド車の電池管理装置において、
前記制御装置は、
前記高圧電池の状態を検出して前記高圧電池の状態を前記車両制御装置に送信するとともに、前記車両制御装置から受信した指令及び前記両電池の状態に基づいて前記降圧型DC−DCコンバータの前記降圧送電を制御することを特徴とするハイブリッド車の電池管理装置。 - 請求項3記載のハイブリッド車の電池管理装置において、
前記制御装置は、
前記車両制御装置から前記PWM制御部への出力指令を受信して前記PWM制御部に出力して前記降圧型DC−DCコンバータの前記降圧送電を制御することを特徴とするハイブリッド車の電池管理装置。 - 請求項3記載のハイブリッド車の電池管理装置において、
前記制御装置は、
車両後部に設置される前記低圧電池の温度を検出し、温度に応じた出力指令を前記PWM制御部に出力して前記降圧型DC−DCコンバータの前記降圧送電を制御することを特徴とするハイブリッド車の電池管理装置。
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