JP3801023B2

JP3801023B2 - 二次電池制御装置

Info

Publication number: JP3801023B2
Application number: JP2001345936A
Authority: JP
Inventors: 義晃菊池
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2001-11-12
Filing date: 2001-11-12
Publication date: 2006-07-26
Anticipated expiration: 2021-11-12
Also published as: JP2003153462A; US6696815B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は二次電池制御装置、特に二次電池の放電制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電気自動車やハイブリッド自動車等において二次電池が搭載されている。ハイブリッド自動車においては、エンジンの他に二次電池からの電力でモータを駆動して車両走行し、また制動時にはモータをジェネレータとして機能させて車両の運動エネルギを電気エネルギに変換して二次電池の充電（回生）を行う。したがって、二次電池の充電状態（ＳＯＣ）は、回生電力を受け入れ可能に、かつ必要な場合に直ちにモータに電力を供給できるように０％と１００％の間、例えば略６０％近傍に制御される。
【０００３】
ところで、車両走行状況によっては二次電池の放電量が多くなり、ＳＯＣが所望の値よりも低下してしまう場合がある。二次電池は、ＳＯＣが０％近傍まで放電すると劣化が進んでしまうため、その手前で放電を停止する必要がある。
【０００４】
そこで、例えば特開平１１−１２２８４０号公報には、二次電池の電圧を検出し、この検出電圧が所定のしきい値以下となった場合に二次電池の放電を停止することで電池の劣化を防止する構成が記載されている。
【０００５】
図３には、従来の二次電池制御装置の構成ブロック図が示されている。二次電池５０には電圧センサ７０が接続されており、二次電池５０の電圧を監視している。二次電池５０は、複数のブロック５０−１〜５０−ｎに分割されており、これらのブロックが直列接続されて１つの二次電池５０を構成している。各電池ブロック５０−１〜５０−ｎのそれぞれに電圧センサ７０−１〜７０−ｎが接続されている。また、二次電池５０の電流経路には電流センサ７２が設けられ、さらに、二次電池５０の温度を検出する温度センサ７４が設けられる。電圧センサ７０、電流センサ７２および温度センサ７４の検出値は、電池ＥＣＵ６８に供給される。また、二次電池５０に接続される電力ラインにはリレー７６が設けられており、負荷であるモータを駆動するためのインバータから二次電池を切り離せるようになっている。
【０００６】
電池ＥＣＵ６８は、機能ブロックとして検出部８０、判定部８２、メモリ８４およびリレー制御部８６を有している。検出部８０は電圧センサ７０、電流センサ７２および温度センサ７４によって検出された電圧値、電流値および電池温度をデジタルデータとして判定部８２に供給する。判定部８２は、検出された電池温度に基づき、その温度に対応する電圧しきい値をメモリ８４から読み出し、検出された二次電池５０の各ブロックの電圧値と大小を比較する。そして、検出されたいずれか１つの電圧値がしきい値以下となった場合、すなわち各ブロックのうちの最低電圧値がしきい値以下となった場合には、判定部８２はリレー制御部８６に判定結果を供給し、リレー制御部８６はリレー７６を開制御（ＯＦＦ制御）して二次電池５０をインバータから切り離す。これにより、二次電池５０はそれ以上放電することがなくなり、劣化が防止される。
【０００７】
一方、このようにリレー７６をＯＮ、ＯＦＦするのではなく、電池ＥＣＵ６８で二次電池５０の電圧値がしきい値以下となった場合、システム全体を制御するＥＣＵ、例えばエンジンとインバータを制御するハイブリッド（ＨＶ）ＥＣＵにその結果を送信し、ＨＶＥＣＵでインバータを制御してモータの出力を抑制し二次電池５０の電圧低下を抑制する技術も知られている。リレーのＯＮ、ＯＦＦではモータが急峻にその動作を停止するためドライバビリティが低下する場合もあるが、このようにインバータを制御してモータでの消費電力を低減させることでドライバビリティの影響を抑制しつつ二次電池５０の過放電を防止できる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＨＶＥＣＵは電池ＥＣＵ６８からの判定結果に基づきインバータを制御する他に、アクセル操作やブレーキ操作等に基づくエンジン制御や二次電池５０のＳＯＣに基づくモータ制御を優先的に実行し、結果として電池ＥＣＵ６８からの判定結果に基づくインバータ制御は低い優先順位で処理しており、場合によっては制御遅れに起因して二次電池５０の電圧がしきい値を下回る問題があった。なお、電圧がしきい値を下回ることがないように最低電圧に余裕を持った設定とすると十分に二次電池を使い切ることができない。二次電池を充電する場合に電圧が高くなり過ぎないように配慮する場合も同様である。
【０００９】
例えば、電池ＥＣＵ６８が１００ｍｓで動作し、ＨＶＥＣＵが８ｍｓで動作するものとする。電池ＥＣＵ６８は１００ｍｓで電圧を検出し、最低電圧をしきい値と比較し、その結果をＨＶＥＣＵに供給するが、ＨＶＥＣＵでは８ｍｓでこのデータを処理するのではなく、このデータの処理ジョブ優先順位を低く設定して処理するため、結果として３００ｍｓあるいはそれ以上の時間経過後にインバータを制御することとなり、その間のモータ駆動により二次電池５０の電圧がさらに低下してしまう問題があった。
【００１０】
本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みなされたものであり、その目的は、従来装置の構成を維持しつつ、かつ、従来以上に高速処理して二次電池の電圧低下を防止し、劣化を抑制できる装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、二次電池と、前記二次電池に接続された負荷と、前記二次電池の電圧を検出する電圧検出手段と、検出電圧を入力する二次電池制御手段と、前記負荷を制御する負荷制御手段とを有する二次電池制御装置であって、前記負荷制御手段は、前記二次電池制御手段よりも高速で動作し、前記二次電池制御手段は、前記二次電池の検出電圧を前記負荷制御手段に供給し、前記負荷制御手段は、前記検出電圧と所定のしきい値との大小関係に応じて前記負荷を制御することにより前記二次電池の放電又は充電を制御することを特徴とする。
【００１２】
ここで、前記二次電池は、互いに直列接続された複数のブロックから構成され、前記電圧検出手段は、前記ブロック毎に電圧を検出し、前記負荷制御手段は、前記ブロック毎の検出電圧の最低値が前記しきい値以下となった場合に前記負荷の消費電力が小さくなるように制御することが好適である。
【００１３】
本装置において、前記負荷はインバータに接続されたモータであり、前記負荷制御手段は、前記インバータの動作を制御することが好適である。
【００１４】
このように、本発明の二次電池制御装置では、二次電池の電圧を入力する二次電池制御手段（電池ＥＣＵ）が検出電圧と所定のしきい値との大小比較を行って二次電池の放電を抑制する処理を行うのではなく、二次電池制御手段よりも高速で動作する負荷制御手段により迅速に検出電圧としきい値との大小比較を行い、その大小結果に応じて直ちに二次電池の放電を制御する。すなわち、負荷制御手段では、二次電池制御手段から検出電圧が供給されるので、これを優先的に処理して迅速に制御する。本発明では、二次電池制御手段（電池ＥＣＵ）が電圧を検出する周期と同程度の制御周期で負荷を制御し二次電池の放電量あるいは充電量を抑制できる。
【００１５】
二次電池の放電を制御する方法としては、二次電池とモータなどの負荷との間にリレー手段を設け、このリレー手段を開閉制御する他、インバータの動作を制御して負荷であるモータでの電力消費を抑制する方法がある。ドライバビリティの観点からは後者が好適である。
【００１６】
本発明の二次電池は、電気自動車やハイブリッド自動車、あるいは燃料電池車などに搭載することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
【００１８】
図１には、本実施形態の構成ブロック図が示されている。全体構成は上述した従来装置と略同一である。車両にはモータ／ジェネレータ（ＭＧ）１４およびエンジン１６が設けられる。モータ／ジェネレータ１４とエンジン１６は、例えばプラネタリギア機構等の動力分割機構により連結され、その一部は駆動輪が結合されたドライブシャフトに接続される。これにより、モータ／ジェネレータ１４あるいはエンジン１６の出力が駆動輪に伝達され、車両を駆動する。
【００１９】
エンジン１６は、アクセスセンサで検出されたアクセルペダルの操作量や冷却水温などの環境条件、さらにモータ／ジェネレータ１４の運転状態に基づきエンジンＥＣＵに１７によりその出力や回転数などが制御される。モータ／ジェネレータ１４は、ハイブリッド（ＨＶ）ＥＣＵ２０により制御され、ＨＶＥＣＵ２０はインバータ１２の各スイッチを制御することにより二次電池１０からモータ／ジェネレータ１４に電力を供給し、あるいはモータ／ジェネレータ１４からの電力を二次電池１０に回生する。二次電池１０とインバータ１２はシステムメインリレーＳＭＲにより接続される。ＨＶＥＣＵ２０によるインバータ１２の制御は、エンジンＥＣＵ１７からのエンジン１６の運転状態の情報やアクセルペダルの操作量、ブレーキコンピュータからのブレーキペダルの操作量、シフトポジションセンサで検出されたシフトレンジ、電池ＥＣＵ１８からの二次電池１０の充電状態ＳＯＣ等に基づき実行される。
【００２０】
二次電池１０は、従来と同様に複数のブロックが直列接続されて構成され、各ブロックは複数のセルから構成される。各ブロック毎に電圧センサが設けられ、各ブロックの検出電圧を電池ＥＣＵ１８に供給する。また、電流センサで検出された二次電池１０の電流値も電池ＥＣＵに供給される。電池ＥＣＵ１８は、検出された温度に基づき二次電池１０の温度管理を実行し、温度が所定温度以上となった場合に図示しない冷却ファンを駆動して二次電池１０の温度を一定に維持する。また、検出された電流値に基づき二次電池１０の充電状態（ＳＯＣ）を検出してＨＶＥＣＵ２０に供給する。ＳＯＣは、初期状態のＳＯＣと電流積算値に基づき算出される。算出されたＳＯＣは上述したようにＨＶＥＣＵ２０に供給される。
【００２１】
さらに、電池ＥＣＵ１８は、従来においては各ブロック毎の電圧値の最低値を所定のしきい値と大小比較し、所定のしきい値以下となった場合にはＨＶＥＣＵ２０にその結果を供給し、ＨＶＥＣＵ２０では通常の処理ルーチンの間にこのデータを受信し、比較的低い優先順位でこのデータに基づきインバータ１２を制御しモータ１４の消費電力を低減していたが、本実施形態においては電池ＥＣＵ１８は所定の制御周期、例えば１０ｍｓで各ブロックの電圧値を検出すると、検出電圧値をそのままＨＶＥＣＵ２０に供給する。ＨＶＥＣＵ２０は、所定の制御周期、例えば８ｍｓで各ブロック毎の電圧値の最低値を所定のしきい値と比較し、しきい値以下であれば直ちにインバータ１２を制御してモータ１４の消費電力を抑制する。電池ＥＣＵ１８は制御周期１００ｍｓで電圧を検出するので、ＨＶＥＣＵ２０ではこの制御周期と略同程度の速度でインバータ１２を制御するため、二次電池１０の電圧が制御遅れによりしきい値を大きく下回ることを防ぐことができる。
【００２２】
図２には、本実施形態の処理フローチャートが示されている。まず、電池ＥＣＵ１８で二次電池１０の各ブロック毎の電圧を入力し、その最低電圧値を検出する（Ｓ１０１）。検出周期は例えば１００ｍｓである。各ブロック毎の電圧値を検出した後、電池ＥＣＵ１８は、その電圧データをＨＶＥＣＵ２０に送信する（Ｓ１０２）。
【００２３】
ＨＶＥＣＵ２０では、アクセル開度、シフトポジションから必要なエンジン出力、モータトルクを算出してエンジンＥＣＵ１７に指令値を出力し、インバータ１２を制御するが、それと並行して所定の制御周期（例えば８ｍｓ）で電池ＥＣＵ１８からの電圧値を入力し、その最低値データをメモリに記憶された所定のしきい値と大小比較する（Ｓ１０３）。なお、しきい値は、二次電池１０の電圧下限値よりもマージン分だけ高い値に設定することができ、また、メモリに記憶するしきい値としては１つの電池数の値を基本とすることもできる。この場合、最低値と比較すべきしきい値は、電圧しきい値（電池セル量）×１ブロック内電池セル数で算出することができる。また、しきい値は温度毎に複数記憶しておき、検出された温度に対応するしきい値をメモリから読み出すこともできる。温度に応じたしきい値の更新は、電池ＥＣＵ１８の電圧検出周期（１００ｍｓ）で行えばよい。
【００２４】
比較の結果、検出された最低値がしきい値以下であると判定された場合には、ＨＶＥＣＵ２０は、直ちにインバータ１２を制御してモータ１４の消費電力を抑制し、二次電池１０の放電を抑える（Ｓ１０４）。もちろん、インバータ１２の動作を停止して二次電池１０の放電を停止することも可能である。一方、最低値がしきい値を越えている場合には、必要なモータトルクが得られるようにインバータ１２を動作させて二次電池１０から電力を供給しモータ１４を駆動する。
【００２５】
このように、最低電圧値を所定のしきい値と比較する処理をＨＶＥＣＵ２０で実行するとともに、電池ＥＣＵ１８からの検出電圧の処理ジョブを従来よりも高い優先順位で処理しているため、従来以上に迅速に二次電池１０の電圧に基づくインバータ１２の制御が可能となり、制御遅れによる電圧低下を防止できる。
【００２６】
なお、本実施形態においてはインバータ１２を制御することで二次電池１０の放電を抑制しているが、二次電池１０とインバータ１２との間の電力ラインにリレーを設け、しきい値以下となった場合にこのリレーを閉制御して二次電池１０の放電を停止することもできる。
【００２７】
また、本実施形態では、電池ＥＣＵ１８で各ブロックの電圧を検出し、検出した電圧をＨＶＥＣＵ２０に供給しているが、電圧のしきい値として第１しきい値と第２しきい値（第１しきい値＞第２しきい値）を設け、検出電圧の最低値が第１しきい値を超える範囲では従来と同様に電池ＥＣＵ１８で最低電圧としきい値とを大小比較してその結果をＨＶＥＣＵ２０に供給し、ＨＶＥＣＵ２０では低い優先順位でこのデータを処理するとともに、最低電圧が第１しきい値以下となった時点で電池ＥＣＵ１８は検出電圧をそのままＨＶＥＣＵ２０に供給し、ＨＶＥＣＵ２０ではこの電圧値に基づいて高い優先順位で最低電圧と第２しきい値とを大小比較しインバータ１２を制御することもできる。
【００２８】
要は、二次電池１０の電圧が下限値近傍となった時点で高速処理が可能なＨＶＥＣＵ２０により迅速にしきい値との大小結果に応じてモータ１４の消費電力を制御すればよく、この技術思想の範囲内で種々の変更が可能である。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、二次電池の放電を迅速に制御し、二次電池の劣化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態の構成ブロック図である。
【図２】実施形態の処理フローチャートである。
【図３】従来装置の構成ブロック図である。
【符号の説明】
１０二次電池、１０−１，１０−２，１０−ｎ電圧センサ、１２インバータ、１４モータ／ジェネレータ、１６エンジン、１８電池ＥＣＵ、２０
ＨＶＥＣＵ。

Claims

二次電池と、
前記二次電池に接続された負荷と、
前記二次電池の電圧を検出する電圧検出手段と、
検出電圧を入力する二次電池制御手段と、
前記負荷を制御する負荷制御手段と、
を有する二次電池制御装置であって、
前記負荷制御手段は、前記二次電池制御手段よりも高速で動作し、
前記二次電池制御手段は、前記二次電池の検出電圧を前記負荷制御手段に供給し、
前記負荷制御手段は、前記検出電圧と所定のしきい値との大小関係に応じて前記負荷を制御することにより前記二次電池の放電又は充電を制御することを特徴とする二次電池制御装置。
請求項１記載の装置において、
前記二次電池は、互いに直列接続された複数のブロックから構成され、
前記電圧検出手段は、前記ブロック毎に電圧を検出し、
前記負荷制御手段は、前記ブロック毎の検出電圧の最低値が前記しきい値以下となった場合に前記負荷の消費電力が小さくなるように制御することを特徴とする二次電池制御装置。
請求項１、２のいずれかに記載の装置において、
前記負荷はインバータに接続されたモータであり、
前記負荷制御手段は、前記インバータの動作を制御することを特徴とする二次電池制御装置。