JP2012011896A - ハイブリッドカーの電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両側に送信するＳＯＣを補正して、車両に搭載している電動エアコンなどの電装機器が頻繁にオンオフされたり、エンジンが頻繁に始動や停止されたりすることを制限して、ドライバーに快適な環境を提供する。
【解決手段】ハイブリッドカーの電源装置は、車両を走行させるモータ１３に電力を供給する走行用バッテリ１と、この走行用バッテリ１のＳＯＣを検出して車両側に送信するバッテリマネージメントシステム２とを備えている。バッテリマネージメントシステム２は、電池のＳＯＣを車両側に送信する最大ＳＯＣと最小ＳＯＣとを記憶しており、検出される電池のＳＯＣが最大ＳＯＣと最小ＳＯＣの間にあるとき、検出される電池のＳＯＣを車両側に送信し、検出される電池のＳＯＣが最大ＳＯＣ以上の状態にあっては最大ＳＯＣを、検出する電池のＳＯＣが最小ＳＯＣ以下の状態では最小ＳＯＣを車両側に送信する。
【選択図】図３

Description

本発明は、ハイブリッドカーに搭載されて、車両を走行させるモータに電力を供給する電源装置に関し、とくに、車両側に電池のＳＯＣを送信する電源装置に関する。

ハイブリッドカーに搭載される電源装置は、電池のＳＯＣを検出して車両側に送信している。電池のＳＯＣは、満充電容量に対する電池を放電できる容量であるから、満充電容量が６Ａｈで、完全に放電するまで放電できる容量が３Ａｈの電池のＳＯＣは５０％、満充電された電池のＳＯＣは１００％、完全に放電された電池のＳＯＣは０％となる。

車両側は、電源装置から送信されるＳＯＣに基づいて、電池の充放電をコントロールしている。（特許文献１参照）
この公報に記載するハイブリッドカーの電源装置は、電池のＳＯＣを設定された範囲に保持するように、電池の充放電をコントロールしている。電池のＳＯＣが大きくなると、放電を許容して充電を制限してＳＯＣを少なくし、電池のＳＯＣが小さくなると放電を制限して充電を許容してＳＯＣを大きくしている。

ハイブリッドカーは、車両に搭載される電動エアコン等の電装機器を、走行用バッテリのＳＯＣで制御している。たとえば、電池のＳＯＣが少なくなるとエアコンの運転を停止し、ＳＯＣが大きくなるとエアコンを運転するように制御している。電動エアコンによる電池の過放電を防止するためである。さらに、ハイブリッドカーは停車中にあってはエンジンを停止するが、電池のＳＯＣが少なくなるとエンジンを始動して電池の充電を開始し、電池のＳＯＣが設定まで増加するとエンジンを停止する制御も行っている。

一方、電源装置は、電池を充放電する電流の積算値と、電池の電圧とでＳＯＣを検出している。電流によるＳＯＣの演算は、充電電流の積算値を加算し、放電電流の積算値を減算して行われる。電流の積算値で検出されるＳＯＣは、時間と共に誤差が累積して大きくなるので、電池の電圧も考慮してＳＯＣを検出している。電池の電圧はＳＯＣが大きくなると高くなり、ＳＯＣが少なくなると低下する。ただ、電池の電圧はＳＯＣのみで特定されるのではなく、他の種々のパラメーター、たとえば充電状態にあるか放電状態にあるかや温度で変化するので、電圧のみでＳＯＣを正確に検出することができない。

このためハイブリッドカーの電源装置は、電流の積算値と電圧の両方でＳＯＣを検出している。電圧によるＳＯＣの検出は、充電している電池のＳＯＣが１００％に近づき、また、放電している電池のＳＯＣが０％に近づくにしたがってより正確になる。したがって、電池のＳＯＣが１００％に近づき、あるいは０％に近づくにしたがって、電圧によるＳＯＣ検出のウエイトを大きくすることで、ＳＯＣを正確に検出できる。この領域で電池のＳＯＣは電圧から正確に検出されるが、電池の電圧上昇とＳＯＣの上昇とに時間的なずれがあって、このことがＳＯＣの検出誤差の原因となる。このことから、電源装置が検出する電池のＳＯＣは、種々の原因で誤差が発生する。

特開２００３−４７１０８号公報

従来のハイブリッドカーの電源装置は、検出する電池のＳＯＣをそのままの値で車両側に送信するので、ＳＯＣが激しく変動して、電動エアコン等の電装機器が頻繁にオンオフに切り換えられたり、あるいはエンジンが頻繁に始動と停止を繰り返すなどの弊害が発生してドライバーに快適な環境を提供できない。

本発明は、以上の欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、車両側に送信するＳＯＣを補正することで、車両に搭載している電動エアコンなどの電装機器が頻繁にオンオフされたり、あるいはエンジンが頻繁に始動や停止されたりすることを制限してドライバーに快適な環境を提供できるハイブリッドカーの電源装置を提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

本発明のハイブリッドカーの電源装置は、車両を走行させるモータ１３に電力を供給する走行用バッテリ１と、この走行用バッテリ１のＳＯＣを検出して車両側に送信するバッテリマネージメントシステム２とを備えている。バッテリマネージメントシステム２は、電池のＳＯＣを車両側に送信する最大ＳＯＣと最小ＳＯＣとを記憶しており、検出される電池のＳＯＣが最大ＳＯＣと最小ＳＯＣの間にあるとき、検出される電池のＳＯＣを車両側に送信し、検出される電池のＳＯＣが最大ＳＯＣ以上の状態にあっては最大ＳＯＣを、検出する電池のＳＯＣが最小ＳＯＣ以下の状態では最小ＳＯＣを車両側に送信する。

以上のハイブリッドカーの電源装置は、車両側に送信するＳＯＣを補正することで、車両に搭載している電動エアコンなどの電装機器が頻繁にオンオフされたり、あるいはエンジンが頻繁に始動や停止されたりすることを制限してドライバーに快適な環境を提供できる特徴がある。

本発明のハイブリッドカーの電源装置は、バッテリマネージメントシステム２が記憶する最大ＳＯＣを６５％ないし７５％の範囲とし、最小ＳＯＣを２５％ないし３５％の範囲とすることができる。
以上の電源装置は、電池の過充電や過放電を防止しながら、電動エアコンなどの電装機器の頻繁なオンオフを防止し、また、エンジンの頻繁な始動や停止をも制限して、ドライバーに快適な環境を提供できる。

本発明のハイブリッドカーの電源装置は、バッテリマネージメントシステム２が、車両側に送信するＳＯＣの最大変化率を記憶して、検出される電池のＳＯＣの変化率が最大変化率よりも大きい状態にあっては、車両側に送信するＳＯＣの変化率を最大変化率に制限することができる。
以上の電源装置は、ＳＯＣの演算の誤差を補正しながら、電装機器やエンジンの頻繁なオンオフを防止できる。

本発明のハイブリッドカーの電源装置は、バッテリマネージメントシステム２が記憶するＳＯＣ減少の最大変化率を、走行用バッテリ１があらかじめ設定している最大電流で放電して減少するＳＯＣよりも小さくすることができる。
この電源装置は、検出するＳＯＣが検出誤差で急激に変化しても、安定したＳＯＣの値を車両側に送信できる特徴がある。

本発明のハイブリッドカーの電源装置は、バッテリマネージメントシステム２が記憶するＳＯＣ増加の最大変化率を、走行用バッテリ１があらかじめ設定している最大電流で充電して増加するＳＯＣよりも小さく設定することができる。
この電源装置は、検出するＳＯＣが検出誤差で急激に変化しても、安定したＳＯＣの値を車両側に送信できる特徴がある。

本発明のハイブリッドカーの電源装置は、バッテリマネージメントシステム２が、ＳＯＣが減少する状態とＳＯＣが増加する状態とで異なる最大変化率を記憶することができる。
以上の電源装置は、ＳＯＣが増加する状態と、減少する状態の両方で検出されるＳＯＣが急激に変化するのを補正して、安定したＳＯＣを車両側に送信できる。

本発明の一実施例にかかるハイブリッドカーの電源装置のブロック図である。 ウエイト１とウエイト２の比率を示すグラフである。 バッテリマネージメントシステムが検出する走行用バッテリのＳＯＣが最大ＳＯＣを超える領域まで変化し、また急激に変化する状態を示すグラフである。 バッテリマネージメントシステムが検出する走行用バッテリのＳＯＣが最小ＳＯＣよりも小さい領域まで変化し、また急激に変化する状態を示すグラフである。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するためのハイブリッドカーの電源装置を例示するものであって、本発明はハイブリッドカーの電源装置を以下のものに特定しない。さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。

図１に示すハイブリッドカーの電源装置は、車両を走行させるモータ１３に電力を供給する走行用バッテリ１と、この走行用バッテリ１のＳＯＣを検出して車両側に送信するバッテリマネージメントシステム２とを備える。

車両側は、バッテリマネージメントシステム２から送信される信号で、ＤＣ／ＡＣインバータ１１をコントロールする制御回路１２を備えている。ＤＣ／ＡＣインバータ１１は、車両を走行させるモータ１３と、走行用バッテリ１を充電する発電機１４とを接続している。発電機１４は、エンジン１５に駆動されて走行用バッテリ１を充電し、また、車両を減速する回生制動によって回転されて走行用バッテリ１を充電する。

制御回路１２は、ＤＣ／ＡＣインバータ１１を制御して、走行用バッテリ１のＳＯＣを所定の範囲に保持するように、たとえばＳＯＣが５０±２０％の範囲となるように、モータ１３と発電機１４をコントロールする。この制御回路１２は、充電されて走行用バッテリ１のＳＯＣが７０％になると、充電を停止して放電のみを許容し、放電されて走行用バッテリ１のＳＯＣが３０％になると放電を停止して充電を許容するように制御する。すなわち、制御回路１２は、走行用バッテリ１のＳＯＣを５０±２０％の範囲とするように、ＤＣ／ＡＣインバータ１１を介してモータ１３と発電機１４を制御する。

制御回路１２は、ＳＯＣを特定の範囲に保持するように、アクセルやブレーキから入力される信号で、モータ１３と発電機１４とを制御する。たとえば、アクセルが踏まれて車両を加速するときに、モータ１３に電力を供給してモータ１３の出力とエンジン１５の両方で車両を加速する。また、車両がゆっくりと低速走行する状態では、エンジン１５を停止してモータ１３のみで走行することもできる。この状態で、走行用バッテリ１のＳＯＣが低下すると、エンジン１５を始動して走行用バッテリ１を充電しながらエンジン１５とモータ１３の両方で走行する。さらに、ブレーキが踏まれて車両を減速するとき、車輪で発電機１４を駆動して走行用バッテリ１を充電する。すなわち、回生制動によって走行用バッテリ１を充電する。走行用バッテリ１のＳＯＣが７０％まで上昇すると、エンジン１５を停止して走行用バッテリ１の充電を停止する。

バッテリマネージメントシステム２は、走行用バッテリ１を所定のＳＯＣの範囲で充放電するために、充放電される走行用バッテリ１のＳＯＣを検出している。ＳＯＣは、充放電する電流の積算値と、電圧から検出される。電源装置は、走行用バッテリ１の電流を検出する電流検出回路３と、走行用バッテリ１の電圧を検出する電圧検出回路４と、走行用バッテリ１の温度を検出する温度検出回路５からの信号でＳＯＣを検出する。

バッテリマネージメントシステム２は、走行用バッテリ１の充電電流の積算値を加算し、放電電流の積算値を減算してＳＯＣを演算する。さらに、走行用バッテリ１の電圧によってもＳＯＣを演算する。バッテリマネージメントシステム２は、積算値で演算される積算ＳＯＣと、電圧値で検出される電圧ＳＯＣから、以下の式でＳＯＣを演算する。
ＳＯＣ＝ウエイト１×積算ＳＯＣ＋ウエイト２×電圧ＳＯＣ
ただし、ウエイト１＋ウエイト２＝１とする。
さらに、ウエイト１とウエイト２は、電池の電圧で変化させる。ウエイト１とウエイト２を電池の電圧で特定する比率を図２に示している。ウエイト１とウエイト２の電圧に対する比率は、バッテリマネージメントシステム２のメモリ７に記憶している。

さらに、バッテリマネージメントシステム２は、電池の温度で補正することでより正確にＳＯＣを検出する。電池の温度によって充電効率や放電効率を補正し、あるいは電池の電圧を補正することで、より正確に走行用バッテリ１のＳＯＣを検出できる。

車両を走行させる状態で、走行用バッテリ１は充放電されてＳＯＣが変化する。変化する走行用バッテリ１のＳＯＣは、バッテリマネージメントシステム２に検出されて車両側に送信される。バッテリマネージメントシステム２は、検出する走行用バッテリ１のＳＯＣをそのままの状態では車両側に送信しない。バッテリマネージメントシステム２は、電池のＳＯＣを車両側に送信する最大ＳＯＣと最小ＳＯＣとを記憶している。バッテリマネージメントシステム２は、検出される電池のＳＯＣが最大ＳＯＣと最小ＳＯＣの間にあるとき、検出される電池のＳＯＣを車両側に送信し、検出される電池のＳＯＣが最大ＳＯＣ以上の状態にあっては最大ＳＯＣを、検出する電池のＳＯＣが最小ＳＯＣ以下の状態では最小ＳＯＣを車両側に送信する。

さらに、バッテリマネージメントシステム２は、車両側に送信するＳＯＣの最大変化率も記憶している。検出される電池のＳＯＣの変化率が、最大変化率よりも大きい状態にあっては、車両側に送信されるＳＯＣの変化率を最大変化率に制限するように補正する。この最大変化率は、１ｓｅｃ間にＳＯＣが変化する最大の割合を、走行用バッテリ１の最大電流で放電して減少するＳＯＣよりも小さくしている。

走行用バッテリ１は、電池を保護するために、あらかじめ最大電流を特定して、いかなる状態にあっても、最大電流よりも大きな電流では放電しないように制御している。たとえば、定格容量を６Ａｈとする走行用バッテリ１が、２００Ａで１ｓｅｃ放電すると、ＳＯＣは計算では０．９２６％減少する。走行用バッテリ１は、最大電流の２００Ａ以下で放電されるので、ＳＯＣの補正計算が起こらない限りＳＯＣの変化率は０．９２６％よりも大きくならない。ＳＯＣの最大変化率を、０．９２６％以下に特定することで、安定したＳＯＣの推移を車両側に送信できる。最大変化率が小さすぎると、正確にＳＯＣを車両側に送信できなくなる。したがって、記憶している最大変化率は、最大電流で放電して減少するＳＯＣの、たとえば７０％以上、好ましくは８０％以上、さらに好ましくは９０％以上に設定される。

さらに、放電する状態での最大電流と、充電する状態での最大電流を異なる電流値としている走行用バッテリ１は、走行用バッテリ１を放電してＳＯＣが減少する状態と、充電してＳＯＣが増加する状態とで、最大変化率が変化する。たとえば、充電電流の最大電流を５０Ａ、放電電流の最大電流を２００Ａとする走行用バッテリ１は、充電する状態でＳＯＣが増加する最大値は０．２３％となる。したがって、この走行用バッテリ１は、増加するＳＯＣの最大変化率を０．２３％以下に特定することで、安定したＳＯＣの推移を車両側に送信できる。この最大変化率も小さすぎると、正確にＳＯＣを車両側に送信できなくなる。したがって、記憶している最大変化率は、最大電流で充電して増加するＳＯＣの、たとえば７０％以上、好ましくは８０％以上、さらに好ましくは９０％以上に設定される。

図３と図４は、バッテリマネージメントシステム２が検出する走行用バッテリ１のＳＯＣを鎖線で示し、車両側に送信するＳＯＣを太線で示している。図３はバッテリマネージメントシステム２が検出する走行用バッテリ１のＳＯＣが、最大ＳＯＣを超える領域まで変化し、また、ＳＯＣが急激に変化する状態を示している。この状態で変化するＳＯＣは、図の太線で示すように、車両側に送信される。すなわち、ＳＯＣが最大ＳＯＣ以上の状態にあっては、最大ＳＯＣを車両側に送信し、ＳＯＣの変化率が最大変化率を超える領域にあっては、ＳＯＣを最大変化率に変更させて車両側に送信する。

さらに、図４は、バッテリマネージメントシステム２が検出する走行用バッテリ１のＳＯＣが、最小ＳＯＣよりも小さい領域まで変化し、また、ＳＯＣが急激に変化する状態を示している。この状態で変化するＳＯＣは、図の太線で示すように、車両側に送信される。すなわち、ＳＯＣが最小ＳＯＣ以下の状態にあっては、最小ＳＯＣを車両側に送信し、ＳＯＣの変化率が最大変化率を超える領域にあっては、ＳＯＣを最大変化率に変化させて車両側に送信する。

バッテリマネージメントシステム２は、ＳＯＣを制限して車両側に送信するので、車両側では走行用バッテリ１が異常な状態まで充電され、あるいは放電されたことを判定できなくなる。この状態で安全性を向上するために、電源装置は、走行用バッテリ１のプラスとマイナスの出力側にコンタクタ６を接続して、このコンタクタ６をバッテリマネージメントシステム２の保護回路８で制御している。バッテリマネージメントシステム２の保護回路８は、走行用バッテリ１が過充電される状態になると、コンタクタ６を開いて過充電を阻止し、また、走行用バッテリ１のＳＯＣが０になって放電できなくなるときも、コンタクタ６を開いて走行用バッテリ１の放電を強制的に停止する。

１…走行用バッテリ
２…バッテリマネージメントシステム
３…電流検出回路
４…電圧検出回路
５…温度検出回路
６…コンタクタ
７…メモリ
８…保護回路
１１…ＤＣ／ＡＣインバータ
１２…制御回路
１３…モータ
１４…発電機
１５…エンジン

Claims (6)

1. 車両を走行させるモータ(13)に電力を供給する走行用バッテリ(1)と、この走行用バッテリ(1)のＳＯＣを検出して車両側に送信するバッテリマネージメントシステム(2)とを備えるハイブリッドカーの電源装置であって、
   前記バッテリマネージメントシステム(2)が、電池のＳＯＣを車両側に送信する最大ＳＯＣと最小ＳＯＣとを記憶しており、検出される電池のＳＯＣが最大ＳＯＣと最小ＳＯＣの間にあるとき、検出される電池のＳＯＣを車両側に送信し、検出される電池のＳＯＣが最大ＳＯＣ以上の状態にあっては最大ＳＯＣを、検出する電池のＳＯＣが最小ＳＯＣ以下の状態では最小ＳＯＣを車両側に送信するようにしてなるハイブリッドカーの電源装置。
2. 前記バッテリマネージメントシステム(2)が記憶する最大ＳＯＣを６５％ないし７５％の範囲とし、最小ＳＯＣを２５％ないし３５％の範囲とする請求項１に記載されるハイブリッドカーの電源装置。
3. 前記バッテリマネージメントシステム(2)が、車両側に送信するＳＯＣの最大変化率を記憶しており、検出される電池のＳＯＣの変化率が、最大変化率よりも大きい状態にあっては、車両側に送信するＳＯＣの変化率を最大変化率に制限するようにしてなる請求項１又は２に記載されるハイブリッドカーの電源装置。
4. 前記バッテリマネージメントシステム(2)が記憶するＳＯＣ減少の最大変化率が、走行用バッテリ(1)をあらかじめ設定している最大電流で放電して減少するＳＯＣよりも小さく設定している請求項３に記載されるハイブリッドカーの電源装置。
5. 前記バッテリマネージメントシステム(2)が記憶するＳＯＣ増加の最大変化率が、走行用バッテリ(1)をあらかじめ設定している最大電流で充電して増加するＳＯＣよりも小さく設定している請求項３に記載されるハイブリッドカーの電源装置。
6. 前記バッテリマネージメントシステム(2)が、ＳＯＣが減少する状態とＳＯＣが増加する状態とで異なる最大変化率を記憶している請求項４または５に記載されるハイブリッドカーの電源装置。

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