JP2014128171A

JP2014128171A - バッテリ制御装置

Info

Publication number: JP2014128171A
Application number: JP2012285491A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Kobayashi; 仁小林
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2012-12-27
Filing date: 2012-12-27
Publication date: 2014-07-07

Abstract

【課題】バッテリ充電時の負荷動作による放電を防止可能なバッテリ制御装置を提供する。
【解決手段】高圧バッテリ1と、高圧バッテリ1の正極と負極に接続する負荷を駆動するための負荷駆動回路3と、負荷駆動回路3に設けられ非作動時に開放する負荷駆動用スイッチ6,7と、負荷駆動回路3と並列に設けられ、高圧バッテリ1の正極と負極にそれぞれ接続する充電用回路4と、充電用回路に設けられ非作動時に開放する充電用スイッチ8,9と、を備え、高圧バッテリ充電時には、充電用スイッチ8,9のみ作動させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、バッテリ制御装置に関する。

非特許文献１には、負荷駆動回路の負荷駆動用スイッチと充電用回路の充電用スイッチとが直列に配置されたバッテリ制御装置が開示されている。負荷駆動用スイッチは充電用スイッチよりもバッテリ側の位置に設けられている。

「LEAF ZE0型車新型車解説書」、日産自動車株式会社、平成22年12月、p.EVC-16,17

上記従来技術では、外部電源によるバッテリ充電時には負荷駆動用スイッチを作動させる必要が有るため、バッテリ充電時は負荷が作動可能な状態となる。このため、バッテリ電圧が放電終止電圧付近まで低下した状態から充電を開始した際、エアコン等の負荷が作動した場合には、バッテリの過放電が発生するという問題があった。
本発明の目的は、バッテリ充電時の負荷動作による放電を防止可能なバッテリ制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本願発明では、充電用回路と負荷駆動回路とを並列に設け、バッテリの状態に応じて充電用回路と負荷駆動回路を切り替えるスイッチを作動させる。

よって、バッテリ充電時の負荷動作による放電を防止可能である。

実施例１のバッテリ制御装置を搭載した電動車両の回路構成図である。車両コントローラ10により作動させた両負荷駆動スイッチ6,7をバッテリコントローラ11により作動を禁止するための回路構成の一例である。充放電制御部11bによるバッテリ残量に応じたリレーオンオフ処理の流れを示すフローチャートである。

以下、本発明のバッテリ制御装置を実施するための形態を、図面に示す実施例に基づいて説明する。
〔実施例１〕
まず、構成を説明する。
図１は、実施例１のバッテリ制御装置を搭載した電動車両の回路構成図である。
高圧バッテリ（バッテリ）1は、複数の電池セルの直列接続体である。各電池セルは、例えばリチウム２次電池や、ニッケル水素２次電池等の２次電池である。電池セル1aの負極と電池セル1bの正極との間には、ヒューズ2aおよびサービスプラグ2bで構成されたサービスプラグボックス2が介装されている。サービスプラグ2bは、電動車両における点検整備の際に高電圧回路を遮断するためのもので、作業者が手動で操作可能である。
高圧バッテリ1には、負荷駆動回路3と充電用回路4とが並列に接続されている。負荷駆動回路3は、負荷（昇圧コンバータ、DC/DCコンバータ、インバータ等）に電力を供給するための回路である。各負荷は、図外の車両用ケーブルに接続されている。充電用回路4は、急速充電用コネクタ5に接続された外部充電器により高圧バッテリ1を充電するための回路である。なお、車載充電器15と普通充電用コネクタ16を用いて外部充電器から普通充電を行うこともできる。
高圧バッテリ1の正極端子1cには、負荷駆動回路3の正極側電力ライン3aと充電用回路4の正極側電力ライン4aとが並列に接続されている。また、高圧バッテリ1の負極端子1dには、負荷駆動回路3の負極側電力ライン3bと充電用回路4の負極側電力ライン4bとが並列に接続されている。

正極側電力ライン3aには、正極側負荷駆動用スイッチ6が設けられ、負極側電力ライン3bには、負極側負荷駆動用スイッチ7が設けられている。
正極側電力ライン4aには、正極側充電用スイッチ8が設けられ、負極側電力ライン4bには、負極側充電用スイッチ9が設けられている。
正極側負荷駆動用スイッチ6、負極側負荷駆動用スイッチ7、正極側充電用スイッチ8および負極側充電用スイッチ9は、いずれも常開接点（A接点）を有するリレーである。両負荷駆動用スイッチ6,7は、車両コントローラ10からの指令により動作する（接点を閉じる）。両充電用スイッチ8,9は、車両コントローラ10からの指令により動作する（接点を閉じる。）ただし、その動作自体はバッテリコントローラ11からの指令により禁止される。車両コントローラ10およびバッテリコントローラ11は、図外の低圧バッテリからの電力により動作する。
車両コントローラ10は、イグニッションオン時、両負荷駆動用スイッチ6,7を作動（オン）させ、イグニッションオフ時、両負荷駆動用スイッチ6,7を開放（オフ）する。また、車両コントローラ10は、車両全体の電力を制御するもので、バッテリ1の充電状態や走行状態に合わせて各スイッチを作動させる。各スイッチの溶着やシステム異常（インバータ異常等）時には高電圧回路を遮断するサービスプラグ2bを遮断するフェイルセーフ等を行う。
バッテリコントローラ11は、バッテリ残量検出部11aと充放電制御部11bとを有する。
バッテリ残量検出部11aは、電圧センサ12により検出された高圧バッテリ1の各電池セルのうち最低電圧の電池セルの電圧に基づいてバッテリ残量(SOC)を演算する。

また、バッテリコントローラ11は、バッテリ1の状態を監視しバッテリ情報を出力するものである。そして、バッテリコントローラ11自身を保護するために、例えば、バッテリ1が劣化しそうな場合は放電を禁止するフェイルセーフ等を行う。例えば、車両コントローラ10が各スイッチを作動させて制御しようとした場合に、バッテリ1を放電するとバッテリの劣化が発生するおそれがあると、バッテリコントローラ11のフェイルセーフ指令により放電を禁止することができる。
充放電制御部11bは、高電圧バッテリ1の状態（電圧、電流、温度、残量等）に基づいて高圧バッテリ1の充放電量を制御する。また、充放電制御部11bは、システム動作モードが「充電モード」である場合には、電圧によって、両充電用スイッチ8,9を作動（許可または禁止）させる。

充放電制御部11bは、バッテリ残量が所定の残量未満である場合、両負荷駆動用スイッチ6,7の作動を禁止する。
図２は、車両コントローラ10により作動させた両負荷駆動スイッチ6,7をバッテリコントローラ11により作動を禁止するための回路構成の一例である。
（作動許可時）
バッテリコントローラ11がトランジスタ11cをオンすると、リレー13のコイル13aが通電されてA接点を持つリレー13がオンするため、正極側負荷駆動用スイッチ6のコイル6aに低圧バッテリ14から電力が供給可能となる。これにより、車両コントローラ10がトランジスタ10aをオンすることで、正極側負荷駆動用スイッチ6がオンされる。
（作動禁止時）
バッテリコントローラ11がトランジスタ11cをオフすると、リレー13のコイル13aが非通電状態となり、リレー13がオフするため、正極側負荷駆動用スイッチ6のコイル6aに電力が供給されない状態となる。これにより、車両コントローラ10がトランジスタ10aをオンした場合であっても、正極側負荷駆動用スイッチ6はオンされない。バッテリコントローラ11により正極側負荷駆動用スイッチ6の作動が禁止されているためである。
なお、負極側負荷駆動用スイッチ7についても同様である。

［バッテリ残量に応じたリレーオンオフ処理］
図３は、充放電制御部11bによるバッテリ残量に応じたリレーオンオフ処理の流れを示すフローチャートであり、以下、各ステップについて説明する。
ステップS1では、電圧センサ12により検出された各電池セルの電圧値を読み込む。
ステップS2では、ステップS1で読み込んだ各電圧値の最低値（以下、高圧バッテリ1の電圧値と記載する。）がリミット（放電終止電圧）＋余裕代αよりも高いか否かを判定し、YESの場合はステップS3へ進み、NOの場合はステップS4へ進む。
ステップS3では、放電禁止フラグをリセット(=0)する。
ステップS4では、放電禁止フラグをセット(=1)する。
ステップS5では、システム作動モードが走行モードであるか否かを判定し、YESの場合はステップS15へ進み、NOの場合はステップS6へ進む。
ステップS6では、放電禁止フラグがセット(=1)されているか否かを判定し、YESの場合はステップS10へ進み、NOの場合はステップS7へ進む。

ステップS7では、両充電用スイッチ8,9をオンし、両負荷駆動用スイッチ6,7のオンを許可する。これにより、両負荷駆動用スイッチ6,7はオンされる。
ステップS8では、既知の方法を用いて高圧バッテリ1を充電する充電処理を行う。
ステップS9では、充電が終了したか否かを判定し、YESの場合はリターンへ進み、NOの場合はステップS8へ進む。充電終了は、電圧センサ12により検出された各電池セルの電圧値を読み込み、高圧バッテリ1の電圧値が所定の電圧値に達した場合、または、急速充電用コネクタ5と外部充電器との接続が外れた場合とする。
ステップS10では、両充電用スイッチ8,9をオンし、両負荷駆動用スイッチ6,7のオンを禁止する。これにより、両負荷駆動用スイッチ6,7はオフされる。
ステップS11では、既知の方法を用いて高圧バッテリ1を充電する充電処理を行う。
ステップS12では、電圧センサ12により検出された各電池セルの電圧値を読み込み、高圧バッテリ1の電圧値がリミット（放電終止電圧）＋αよりも高いか否かを判定し、YESの場合はステップS13へ進み、NOの場合はステップS11へ進む。
ステップS13では、両負荷駆動用スイッチ6,7を作動させる。
ステップS14では、充電が終了したか否かを判定し、YESの場合はリターンへ進み、NOの場合はステップS11へ進む。
ステップS15では、放電禁止フラグがセット(=1)されているか否かを判定し、YESの場合はステップS16へ進み、NOの場合はステップS18へ進む。
ステップS16では、両充電用スイッチ8,9をオフし、両負荷駆動用スイッチ6,7のオンを禁止する。これにより、両負荷駆動用スイッチ6,7はオフされる。
ステップS17では、ワーニングランプの点灯や音声等により電欠状態（走行不能状態）あることの警告を行う。
ステップS18では、両充電用スイッチ8,9をオフし、両負荷駆動用スイッチ6,7のオンを許可する。これにより、両負荷駆動用スイッチ6,7はオンされる。

次に、作用を説明する。
上記非特許文献１に記載されたバッテリ制御装置では、負荷駆動回路の負荷駆動用スイッチと充電用回路の充電用スイッチとが直列に配置され、負荷駆動用スイッチは充電用スイッチよりもバッテリ側の位置に設けられているため、外部電源による高圧バッテリの充電時、負荷駆動用スイッチは常にオンの状態である。このため、走行中はバッテリ電圧が放電終止電圧以下とならないような制御を実施しているものの、長期間放置による自己放電によってバッテリ電圧が放電終止電圧付近まで低下した状態から充電を開始する際、エアコン等の負荷動作に伴う放電により、高圧バッテリの過放電が発生するという問題があった。
これに対し、実施例１のバッテリ制御装置では、正極側負荷駆動用スイッチ6と正極側充電用スイッチ8とを高圧バッテリ1の正極端子1cに対して並列に接続すると共に、負極側負荷駆動回路7と負極側充電用スイッチ9とを高圧バッテリ1の負極端子1dに対して並列に接続した。これにより、両負荷駆動用スイッチ6,7をオフした状態で、両充電用スイッチ8,9のみをオンすることができるため、高圧バッテリ充電時の負荷動作による放電を防止可能である。

そして、実施例１では、高圧バッテリ1の電圧値がリミット＋α以下である場合、放電禁止フラグをセットし、高圧バッテリ1の充電時には、前記最低値がリミット＋αよりも高くなるまでの間、両負荷駆動用スイッチ6,7の作動を禁止する。これにより、高圧バッテリ1の残量が放電可能な状態に復帰するまでの間は、エアコン等の負荷動作に伴う高圧バッテリ1の放電を禁止できるため、充電中における高圧バッテリ1の過放電を防止できる。
上記従来のバッテリ制御装置では、上記のような過放電の発生を回避するためには、余裕代αの値を比較的高い値に設定する必要があるのに対し、実施例１では、上記バッテリ残量に応じたリレーオンオフ処理によって高圧バッテリ1の電圧値がリミット＋α以下である場合の放電を防止できるため、従来よりも余裕代αの値を小さな値に設定できる。このため、同じバッテリ残量で走行可能距離を長くできるというメリットがある。
また、実施例１では、走行中に放電禁止フラグがセットされている場合には、高圧バッテリ1の電圧値がリミット＋αよりも高くなるまでの間、両負荷駆動用スイッチ6,7の作動を禁止する。これにより、高圧バッテリ1の残量が放電可能な状態に復帰するまでの間は、エアコン等の負荷動作に伴う高圧バッテリ1の放電を禁止できるため、走行中における高圧バッテリ1の過放電を防止できる。
さらに、実施例１では、高圧バッテリ1の電圧値がリミット＋αよりも高くなった場合には、両負荷駆動用スイッチ6,7の作動を許可するため、バッテリ残量が回復して過放電が発生しない場合には、高圧バッテリ1から負荷へ電力を供給可能となる。

次に、効果を説明する。
実施例１にあっては、以下に列挙する効果を奏する。
(1) 高圧バッテリ1と、高圧バッテリ1の正極と負極に接続する負荷を駆動するための負荷駆動回路3と、負荷駆動回路3に設けられ非作動時に開放する負荷駆動用スイッチ6,7と、負荷駆動回路3と並列に設けられ、高圧バッテリ1の正極と負極にそれぞれ接続する充電用回路4と、充電用回路に設けられ非作動時に開放する充電用スイッチ8,9と、を備え、高圧バッテリ充電時には、充電用スイッチ8,9のみ作動させる。
これにより、高圧バッテリ充電時の負荷動作による放電を防止可能である。
(2) 高圧バッテリ1の残量を検出するバッテリ残量検出部11aと、検出されたバッテリ残量に応じて負荷駆動用スイッチ6,7と充電用スイッチ8,9の作動をコントロールする充放電制御部11bと、を備え、充放電制御部11bは、検出されたバッテリ残量が所定の残量未満である場合、負荷駆動用スイッチ6,7の作動を禁止し、充電用スイッチ8,9の作動を許可する。
これにより、高圧バッテリ1の過放電を防止できる。
(3) 充放電制御部11bは、検出されたバッテリ残量が所定の残量を超えた場合、負荷駆動用スイッチ6,7の作動を許可する。
これにより、バッテリ残量が回復して過放電の発生しない場合には、高圧バッテリ1から負荷へ電力を供給可能となる。
(4) 充電用回路4は、負荷駆動回路3の負荷駆動用スイッチ6,7よりもバッテリ側の位置（正極端子1c,負極端子1d）に接続されている。
これにより、両負荷駆動用スイッチ6,7をオフし、両充電用スイッチ8,9のみをオンする構成を、ハード的に容易に達成できる。

〔他の実施例〕
以上、本発明を実施するための形態を実施例に基づいて説明したが、本発明の具体的な構成は実施例に示した構成に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。
例えば、負荷駆動用スイッチおよび充電用スイッチは正極側電力ラインと負極側電力ラインの少なくとも一方にあれば良い。
高圧バッテリの残量を検出する方法は任意であり、バッテリ電流やバッテリ温度を加味して残量を求めても良い。
負荷駆動用スイッチおよび充電用スイッチはリレーに限られない。

1 高圧バッテリ（バッテリ）
3 負荷駆動回路
4 充電用回路
6 正極側負荷駆動用スイッチ
7 負極側負荷駆動用スイッチ
8 正極側充電用スイッチ
9 負極側充電用スイッチ
10 車両コントローラ
11 バッテリコントローラ
11a バッテリ残量検出部
11b 充放電制御部

Claims

バッテリと、
前記バッテリの正極と負極に接続する負荷を駆動するための負荷駆動回路と、
前記負荷駆動回路に設けられた非作動時に開放する負荷駆動用スイッチと、
前記負荷駆動回路と並列に設けられ、前記バッテリの正極と負極にそれぞれ接続する充電用回路と、
前記充電用回路に設けられた非作動時に開放する充電用スイッチと、
を備え、
前記バッテリ充電時には、前記充電用スイッチのみ作動させることを特徴とするバッテリ制御装置。
請求項１に記載のバッテリ制御装置において、
前記バッテリの残量を検出するバッテリ残量検出部と、
前記検出されたバッテリ残量に応じて前記負荷駆動用スイッチと充電用スイッチの作動をコントロールする充放電制御部と、
を備え、
前記充放電制御部は、前記検出されたバッテリ残量が所定の残量未満である場合、前記負荷駆動用スイッチの作動を禁止し、前記充電用スイッチの作動を許可することを特徴とするバッテリ制御装置。
請求項２に記載のバッテリ制御装置において、
前記充放電制御部は、前記検出されたバッテリ残量が前記所定の残量を超えた場合、前記負荷駆動用スイッチの作動を許可することを特徴とするバッテリ制御装置。
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のバッテリ制御装置において、
前記充電用回路は、前記負荷駆動回路の前記負荷駆動用スイッチよりもバッテリ側の位置を介して接続されていることを特徴とするバッテリ制御装置。