JP7135843B2

JP7135843B2 - 車両の電源装置

Info

Publication number: JP7135843B2
Application number: JP2018242508A
Authority: JP
Inventors: 敬之押野; 和樹久保; 信行田中; 義宏内田; 正規内山
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-12-26
Filing date: 2018-12-26
Publication date: 2022-09-13
Anticipated expiration: 2038-12-26
Also published as: JP2020108195A

Description

本発明は、車両の電源装置に関する。

従来、この種の車両の電源装置としては、電池モジュールに流れる電流の積算量を、電池モジュールの蓄電割合ＳＯＣの変化量で除することにより、電池モジュールの満充電容量の推定値である推定容量値を求めるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、ＳＯＣの変化量を用いて、推定容量値ごとに推定の信頼度を求め、複数の推定容量値に対応する複数の信頼度を用いて複数の推定容量値の加重平均をとることにより、満充電容量の検出値である出力容量値を得ている。

特開２０１３－２５００７１号公報

しかしながら、上述の電源装置では、電流センサにより検出される充電電流には誤差が生じる場合があり、この場合、満充電容量の推定の精度が低下してしまう。満充電容量は、車両の走行可能距離を計算して表示する際に用いられるから、満充電容量の推定精度が低くなると、適正な走行可能距離を表示することが困難になる。

本発明の車両の電源装置は、電流センサにより検出される充電電流の誤差に基づく値を補正してより適正な値とすることを主目的とする。

本発明の車両の電源装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の車両の電源装置は、
バッテリと、バッテリの充電電流を検出する電流センサと、を備える車両の電源装置であって、
前記電流センサを収納するジャンクションボックス内の温度を検出する温度センサを備え、
前記バッテリの充電の開始時および終了時に前記温度センサにより検出される温度差に基づいて前記ジャンクションボックス内の発熱量を計算すると共に該発熱量に基づいて前記バッテリを充電した際の推定電流を計算し、前記推定電流と前記充電電流とに基づいて前記充電電流、前記充電電流の積算値、前記充電電流の積算値を用いて計算される満充電容量推定値のいずれかを補正する、
ことを特徴とする。

この本発明の車両の電源装置では、バッテリの充電の開始時および終了時に前記温度センサにより検出される温度差に基づいてジャンクションボックス内の発熱量を計算し、この発熱量に基づいてバッテリを充電した際の推定電流を計算する。そして、推定電流と電流センサにより検出された充電電流とに基づいて充電電流、充電電流の積算値、充電電流の積算値を用いて計算される満充電容量推定値のいずれかを補正する。これにより、より適正な充電電流や充電電流の積算値、満充電容量推定値を得ることができる。即ち、電流センサにより検出される充電電流の誤差に基づく値（充電電流、充電電流の積算値、満充電容量推定値）を補正してより適正な値とすることができる。

本発明の一実施例としての電源装置を搭載する電気自動車２０の構成の概略を示す構成図である。電子制御ユニット７０により実行される満充電容量推定処理の一例を示すフローチャートである。補正値設定用マップの一例を示す説明図である。変形例の満充電容量推定処理の一例を示すフローチャートである。変形例の補正値設定用マップの一例を示す説明図である。変形例の満充電容量推定処理の一例を示すフローチャートである。反映率設定用マップの一例を示す説明図である。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としての満充電容量推定装置を搭載する電気自動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例の電気自動車２０は、図示するように、モータ３２と、インバータ３４と、直流電源としてのバッテリ３６と、電子制御ユニット７０と、を備える。

モータ３２は、例えば同期発電電動機として構成されており、回転子が駆動輪２２ａ，２２ｂにデファレンシャルギヤ２４を介して連結された駆動軸２６に接続されている。インバータ３４は、モータ３２の駆動に用いられると共に電力ライン３８とシステムメインリレー３５とを介してバッテリ３６に接続されている。モータ３２は、電子制御ユニット７０によってインバータ３４の図示しない複数のスイッチング素子がスイッチング制御されることにより、回転駆動される。

バッテリ３６は、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池として構成されており、システムメインリレー３５およびインバータ３４を介してモータ３２と電力のやりとりを行なう。即ち、モータ３２を力行制御することによりバッテリ３６からの電力を用いてモータ３２から駆動用の動力を出力し、モータ３２を回生制御することによりモータ３２からの回生電力によってバッテリ３６を充電する。

バッテリ３６には、その端子間の電圧を検出する電圧センサ３６ａが取り付けられていると共にバッテリ３６に流れる充放電電流いｂを検出する電流センサ３６ｂが取り付けられている。この電圧センサ３６ａと電流センサ３６ｂは、システムメインリレー３５と共にジャンクションボックス４０に収納されている。

充電用リレー５０は、車外の充電スタンド９０のスタンド側コネクタ９１に接続される車両側コネクタ５１と電力ライン３８とを接続する電力ライン５２に設けられている。充電用リレー５０は、図示しないが、正極リレーと負極リレーを備えている。

電子制御ユニット７０は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵに加えて、処理プログラムを記憶するＲＯＭや、データを一時的に記憶するＲＡＭ、フラッシュメモリ、入出力ポート、通信ポートなどを備える。

電子制御ユニット７０には、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力される。電子制御ユニット７０に入力される信号としては、例えば、モータ３２の回転子の回転位置を検出する図示しない回転位置センサからのモータ３２の回転子の回転位置θｍや、モータ３２の各相の相電流を検出する図示しない電流センサからのモータ３２の各相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを挙げることができる。また、バッテリ３６の端子間に取り付けられた電圧センサ３６ａからのバッテリ３６の電圧Ｖｂや、バッテリ３６の出力端子に取り付けられた電流センサ３６ｂからのバッテリ３６の充放電電流Ｉｂ、バッテリ３６に取り付けられた温度センサ３６ｃからのバッテリ３６の温度Ｔｂ、ジャンクションボックス４０に取り付けられた温度センサ４２からのジャンクションボックス４０内の温度Ｔｊｂも挙げることができる。車両側コネクタ５１がスタンド側コネクタ９１に接続されているか否かを検出する接続検出センサ５３からの接続検出信号や車両側コネクタ５１と充電用リレー５０との間の電力ライン５２に取り付けられた電圧センサ５２ａからの充電電圧Ｖｃｈｇも挙げることができる。図示しないが、さらに、イグニッションスイッチからのイグニッション信号や、シフトレバーの操作位置を検出するシフトポジションセンサからのシフトポジションＳＰ、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサからのアクセル開度Ａｃｃ、ブレーキペダルの踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサからのブレーキペダルポジションＢＰ、車速センサからの車速Ｖなども挙げることができる。

電子制御ユニット７０からは、各種制御信号が出力ポートを介して出力される。電子制御ユニット７０から出力される信号としては、例えば、インバータ３４への制御信号やシステムメインリレー３５への制御信号，充電用リレー５０への制御信号を挙げることができる。また、車両側コネクタ５１がスタンド側コネクタ９１に接続されているときに車両側コネクタ５１およびスタンド側コネクタ９１の通信ラインを介して充電スタンド９０に充電に必要な情報も挙げることができる。電子制御ユニット７０は、電流センサ３６ｂからのバッテリ３６の入出力電流Ｉｂの積算値に基づいてバッテリ３６の蓄電量Ｓｂや蓄電割合ＳＯＣを演算している。ここで、蓄電量Ｃｂは、バッテリ３６から放電可能な電力量であり、蓄電割合ＳＯＣは、バッテリ３６の全容量Ｃａｐに対する蓄電量Ｃｂの割合である。

ここで、実施例の電気自動車２０では、バッテリ３６と電圧センサ３６ａと電流センサ３６ｂと温度センサ３６ｃとシステムメインリレー３５とジャンクションボックス４０と温度センサ４２と電子制御ユニット７０とが電源装置に相当する。

次に、実施利恵の電気自動車２０によりバッテリ３６の満充電容量推定値Ｍｅｓｔを推定する際の動作について説明する。図２は、電子制御ユニット７０により実行される満充電容量推定処理の一例を示すフローチャートである。この処理は、充電スタンド９０からの電力によるバッテリ３６の充電時において満充電容量推定値Ｍｅｓｔを学習する際に実行される。

満充電容量推定処理が実行されると、電子制御ユニット７０は、まず、バッテリ３６の充電前後におけるジャンクボックス４０内の温度差ΔＴを計算する（ステップＳ１００）。温度差ΔＴは、バッテリ３６の充電開始時に温度センサ４２により検出された温度Ｔｊｂ（１）とバッテリ３６の充電終了時に温度センサ４２により検出された温度Ｔｊｂ（２）との差（Ｔｊｂ（２）－Ｔｊｂ（１））として計算することができる。

続いて、バッテリ３６の充電前後におけるジャンクボックス４０内の温度差ΔＴに基づいてバッテリ３６の充電中におけるジャンクボックス４０内の発熱量ΔＱを計算すると共に（ステップＳ１１０）、この発熱量ΔＱに基づいてバッテリ３６を充電したときの推定電流Ｉｅｓｔを計算する（ステップＳ１２０）。ジャンクボックス４０内の発熱量ΔＱは、ジャンクボックス内の熱容量Ｃｊｂを予め求めておき、熱容量Ｃｊｂに温度差ΔＴを乗じることにより計算することができる。推定電流Ｉｅｓｔは、バッテリ３６を充電する際のジャンクボックス内の抵抗Ｒｊｂを予め求めておき、ΔＱ＝Ｉｅｓｔ^２・Ｒの関係から計算することができる。

次に、計算した推定電流Ｉｅｓｔからバッテリ３６を充電しているときに電流センサ３６ｂにより検出される電流Ｉｂを減じて電流差分ΔＩ（ΔＩ＝Ｉｅｓｔ－Ｉｂ）を計算し（ステップＳ１３０）、電流差分ΔＩに基づいて補正値ｋｉを設定する（ステップＳ１４０）。補正値ｋｉは、実施例では電流差分ΔＩと補正値ｋｉとの関係を予め定めて補正値設定用マップとして記憶しておき、電流差分ΔＩが与えられるとマップから対応する補正値ｋｉを導出することにより設定されるものとした。図３に補正値設定用マップの一例を示す。実施例では、図３の補正値設定用マップに示すように、電流差分ΔＩが大きいほど補正値ｋｉが大きくなる傾向に、電流差分ΔＩが大きいほど補正値ｋｉの変化率が大きくなる傾向に設定するものとした。

そして、電流センサ３６ｂにより検出される電流Ｉｂに補正値ｋｉを加算して補正後充電電流Ｉｂ＊を計算し（ステップＳ１５０）、この補正後充電電流Ｉｂ＊を用いて満充電容量推定値Ｍｅｓｔを計算し（ステップＳ１６０）、満充電容量推定処理を終了する。満充電容量推定値Ｍｅｓｔは、補正後充電電流Ｉｂ＊を用いてバッテリ３６の充電中における電流積算値ΣＩｂ＊を計算し、バッテリ３６の充電の前後の蓄電割合ＳＯＣの差分（充電開始時の蓄電割合ＳＯＣ－充電終了時の蓄電割合ＳＯＣ）を電流積算値ΣＩｂ＊で除することにより計算することができる。

以上説明した実施例の電気自動車２０では、バッテリ３６の充電電流Ｉｂを検出する電流センサ３６ｂを収納するジャンクションボックス４０内の充電前後の温度差ΔＴに基づいてジャンクボックス４０内の発熱量ΔＱを計算すると共に発熱量ΔＴに基づいてバッテリ３６を充電したときの推定電流Ｉｅｓｔを計算する。次に、この推定電流Ｉｅｓｔと電流センサ３６ｂにより検出された充電電流Ｉｂとの電流差分ΔＩに基づいて補正値ｋｉを設定し、充電電流Ｉｂに補正値ｋｉを加えた補正後充電電流Ｉｂ＊を求める。そして、この補正後充電電流Ｉｂ＊を用いて満充電容量推定値Ｍｅｓｔを計算する。ジャンクションボックス４０内の充電前後の温度差ΔＴに基づく補正値ｋｉにより充電電流Ｉｂを補正するから、より適正な補正後充放電電流Ｉｂ＊とすることができる。また、このより適正な補正後充電電流Ｉｂ＊を用いて満充電容量推定値Ｍｅｓｔを計算するから、満充電容量推定値Ｍｅｓｔをより適正なものとすることができる。

実施例の電気自動車２０では、推定電流Ｉｅｓｔと電流センサ３６ｂにより検出された充電電流Ｉｂとの電流差分ΔＩに基づいて補正値ｋｉを設定し、充電電流Ｉｂに補正値ｋｉを加えた補正後充電電流Ｉｂ＊を用いて満充電容量推定値Ｍｅｓｔを計算するものとした。しかし、推定電流Ｉｅｓｔの積算値と電流センサ３６ｂにより検出された充電電流Ｉｂの積算値との差分としての電流積算値差分ΔΣＩに基づいて補正値ｋｓｉを設定し、充電電流Ｉｂの積算値ΣＩｂに補正値ｋｓｉを加えた補正後充電電流積算値ΣＩｂ＊を用いて満充電容量推定値Ｍｅｓｔを計算するものとしてもよい。この場合、図４に示す変形例の満充電容量推定処理を実行すればよい。

図４の変形例の満充電容量推定処理では、バッテリ３６の充電前後におけるジャンクボックス４０内の温度差ΔＴを計算し（ステップＳ１００）、バッテリ３６の充電前後におけるジャンクボックス４０内の温度差ΔＴに基づいてバッテリ３６の充電中におけるジャンクボックス４０内の発熱量ΔＱを計算すると共に（ステップＳ１１０）、この発熱量ΔＱに基づいてバッテリ３６を充電したときの推定電流Ｉｅｓｔを計算する（ステップＳ１２０）。ここまでは、図２の満充電容量推定処理と同一である。

次に、計算した推定電流Ｉｅｓｔから電流センサ３６ｂにより検出される充電電流Ｉｂを減じて得られる電流差分（Ｉｅｓｔ－Ｉｂ）の充電時間における積算値（電流積算値差分）ΔΣＩを計算する（ステップＳ２３０）。電流差分（Ｉｅｓｔ－Ｉｂ）の充電時間における積算値は、推定電流Ｉｅｓｔの充電時間における積算値と充電電流Ｉｂの充電時間における積算値との差分と同意である。続いて、計算した電流積算値差分ΔΣＩに基づいて補正値ｋｓｉを設定する（ステップＳ２４０）。補正値ｋｉは、電流積算値差分ΔΣＩと補正値ｋｓｉとの関係を予め定めて補正値設定用マップとして記憶しておき、電流積算値差分ΔΣＩが与えられるとマップから対応する補正値ｋｓｉを導出することにより設定されるものとした。図５に補正値設定用マップの一例を示す。この変形例では、図５の補正値設定用マップに示すように、電流積算値差分ΔΣＩが大きいほど補正値ｋｓｉが大きくなる傾向に、電流積算値差分ΔΣＩが大きいほど補正値ｋｓｉの変化率が大きくなる傾向に設定するものとした。そして、電流センサ３６ｂにより検出される充電電流Ｉｂの積算値ΣＩｂに補正値ｋｓｉを加算して補正後充電電流積算値ΣＩｂ＊を計算し（ステップＳ２５０）、この補正後充電電流積算値ΣＩｂ＊を用いて満充電容量推定値Ｍｅｓｔを計算し（ステップＳ２６０）、満充電容量推定処理を終了する。満充電容量推定値Ｍｅｓｔは、バッテリ３６の充電の前後の蓄電割合ＳＯＣの差分（充電開始時の蓄電割合ＳＯＣ－充電終了時の蓄電割合ＳＯＣ）を補正後充電電流積算値ΣＩｂ＊で除することにより計算することができる。

この変形例では、バッテリ３６を充電したときの推定電流Ｉｅｓｔの積算値と電流センサ３６ｂにより検出された充電電流Ｉｂの積算値との差分（電流積算値差分）ΔΣＩに基づいて補正値ｋｓｉを設定し、充電電流積算値ΣＩｂに補正値ｋｓｉを加えた補正後充電電流積算値ΣＩｂ＊を求める。そして、この補正後充電電流積算値ΣＩｂ＊を用いて満充電容量推定値Ｍｅｓｔを計算する。変形例でも、実施例と同様に、ジャンクションボックス４０内の充電前後の温度差ΔＴに基づく補正値ｋｓｉにより充電電流積算値ΣＩｂを補正するから、より適正な補正後充放電電流積算値ΣＩｂ＊とすることができる。また、このより適正な補正後充電電流積算値ΣＩｂ＊を用いて満充電容量推定値Ｍｅｓｔを計算するから、満充電容量推定値Ｍｅｓｔをより適正なものとすることができる。

また、別の変形例として図６に例示する満充電容量推定処理を実行するものとしてもよい。図６の満充電容量推定処理では、図２および図４の満充電容量推定処理と同様にバッテリ３６を充電したときの推定電流Ｉｅｓｔを計算する（ステップＳ１００～Ｓ１２０）。次に、図４の満充電容量推定処理と同様に電流積算値差分ΔΣＩを計算する（ステップＳ２３０）。

続いて、計算した電流積算値差分ΔΣＩに基づいて反映率σを設定する（ステップＳ３４０）。反映率σは、今回計算する満充電容量推定値Ｍｅｓｔにおいて充電電流Ｉｂを用いて計算した満充電容量の前回計算した満充電推定値Ｍｅｓｔへの反映の程度を示すものであり、この変形例では、電流積算値差分ΔΣＩと反映率σとの関係を予め定めて反映率設定用マップとして記憶しておき、電流積算値差分ΔΣＩが与えられるとマップから対応する反映率σを導出することにより設定するものとした。図７に反映率設定用マップの一例を示す。この図７の反映率設定用マップでは、電流積算値差分ΔΣＩの絶対値が大きいほど小さくなる傾向に、電流積算値差分ΔΣＩの絶対値が大きいほど変化率の絶対値が大きくなるように反映率σを設定するものとした。

そして、充電電流Ｉｂに基づいて満充電容量推定値Ｍ（Ｉｂ）を計算し（ステップＳ３５０）、次式（１）に示すように、計算した満充電容量推定値Ｍ（Ｉｂ）に反映率σを乗じて得られる値と前回この処理により計算された満充電容量推定値Ｍｅｓｔに値１から反映率σを減じたものを乗じて得られる値との和として満充電容量推定値Ｍｅｓｔを計算する（ステップＳ３６０）。満充電容量推定値Ｍ（Ｉｂ）は、バッテリ３６の充電の前後の蓄電割合ＳＯＣの差分（充電開始時の蓄電割合ＳＯＣ－充電終了時の蓄電割合ＳＯＣ）を充電電流Ｉｂの積算値ΣＩｂで除することにより計算することができる。

Ｍｅｓｔ＝Ｍ（Ｉｂ）・σ＋前回Ｍｅｓｔ・（１－σ）（１）

この変形例では、電流積算値差分ΔΣＩに基づいて反映率σを設定し、充電電流Ｉｂに基づいて計算される満充電容量推定値Ｍ（Ｉｂ）に反映率σを乗じて得られる値と前回満充電容量推定値Ｍｅｓｔに値１から反映率σを減じたものを乗じて得られる値との和として満充電容量推定値Ｍｅｓｔを計算する。このように、ジャンクションボックス４０内の充電前後の温度差ΔＴに基づく反映率σを用いて満充電容量推定値Ｍｅｓｔを計算するから、満充電容量推定値Ｍｅｓｔをより適正なものとすることができる。

実施例や変形例では、電源装置は電気自動車２０に搭載されるものとしたが、ハイブリッド自動車に搭載されているものや、燃料電池車に搭載されるものとしてもよい。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、車両の電源装置の製造産業などに利用可能である。

２０電気自動車、２２ａ，２２ｂ駆動輪、２４デファレンシャルギヤ、２６駆動軸、３２モータ、３４インバータ、３５システムメインリレー、３６バッテリ、３６ａ電圧センサ、３６ｂ電流センサ、３６ｃ温度センサ、３８電力ライン、５０充電用リレー、５１車両側コネクタ、５２電力ライン、５２ａ電圧センサ、５３接続検出センサ、７０電子制御ユニット、９０充電スタンド、９１スタンド側コネクタ。

Claims

電力ラインを介して電力を供給するバッテリと、前記電力ラインに取り付けられたシステムメインリレーと、前記バッテリの充電電流を検出する電流センサと、前記バッテリの端子間電圧を検出する電圧センサと、を備える車両の電源装置であって、
前記電力ラインの一部と前記システムメインリレーと前記電流センサと前記電圧センサとのみを収納するジャンクションボックス内の温度を検出する温度センサを備え、
前記バッテリの充電の開始時および終了時に前記温度センサにより検出される温度差に基づいて前記ジャンクションボックス内の発熱量を計算すると共に該発熱量に基づいて前記バッテリを充電した際の推定電流を計算し、前記推定電流と前記充電電流とに基づいて前記充電電流、前記充電電流の積算値、前記充電電流の積算値を用いて計算される満充電容量推定値のいずれかを補正する、
ことを特徴とする車両の電源装置。