JP2006211859A - 車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 少なくとも２つの二次電池を搭載した車両において、エネルギ損失を発生させることなく一方の二次電池の劣化を検知する。
【解決手段】 ＨＶ＿ＥＣＵは、イグニッションスイッチがオンにされると（Ｓ１００にてＹＥＳ）、補機用バッテリから走行用バッテリに充電指令を出力するステップ（Ｓ２００）と、補機用バッテリの電流値と電圧値とを検知して（Ｓ３００）、電流−電圧特性により補機バッテリの劣化を判定するステップ（Ｓ４００）と、補機用バッテリが劣化していると判断されると（Ｓ５００にてＹＥＳ）、補機用バッテリの劣化についての警告を表示するように指令を出力するステップ（Ｓ６００）と、補機の負荷を低減するように処理するステップ（Ｓ７００）とを含むプログラムを実行する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、少なくとも２つのバッテリを搭載した車両の制御装置に関し、特に、エネルギ損失を発生させることなく、いずれかのバッテリの状態を検知する車両の制御装置に関する。

車両には、内燃機関であるエンジン（たとえば、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの公知の機関を用いることが考えられる。）のみを搭載した車両や、このようなエンジンに加えて電気モータとを搭載したハイブリッド車両とがある。エンジンの始動時には、クランクシャフトに連結されたフライホイールをスタータモータ（以下、スタータと記載する。）により回転させてエンジンをクランキングして、エンジンを始動させる。このとき、エンジンのみを搭載した車両においてはスタータを補機用バッテリの電力で駆動させていた。一方、ハイブリッド車両においてはスタータ（この場合、スタータとしてモータジェネレータが用いられることもある）を走行用バッテリの電力で駆動させていた。

補機用バッテリが劣化している場合、エンジンのみを搭載した車両においては、スタータに十分な電力が供給されないでエンジンが始動されない。このため、車両が走行することがなく車両走行後に補機用バッテリの劣化による問題の発生がない。一方、ハイブリッド車両であって、走行用バッテリでスタータに電力を供給する場合においては、補機用バッテリが劣化していても走行用バッテリが正常であればエンジンを始動させることができ、ハイブリッド車両が走行を開始する。そのため、走行後に補機用バッテリの劣化が問題となる場合があり得る。

すなわち、このように走行用バッテリの電力を用いてエンジンを始動させる場合、車両に搭載された補機用バッテリの劣化状態が不明であるために、走行中に補機用バッテリの劣化による不具合が生じる可能性があるということである。エンジンのみを搭載した車両では、補機用バッテリからスタータに大電流を供給することでエンジンを始動させるので、運転者はエンジンが始動できるか否かにより補機用バッテリの劣化を容易に知ることができるが、ハイブリッド自動車では走行用バッテリの電力を用いてスタータによりエンジンを始動させるため、運転者は補機用バッテリがどのような状態にあるのかエンジンを始動させる時に把握することができない。

特開平１０−２２４９０４号公報（特許文献１）は、エンジン始動時に補機用バッテリの劣化状態を確実に検知してドライバに報知して、以後の円滑な走行を可能とするハイブリッド自動車を開示する、この公報に開示されたハイブリッド自動車は、エンジンと、このエンジンにて駆動される発電機と、この発電機にて発電された電力を蓄積する主バッテリと、この主バッテリからの電力にて駆動される電動機と、補機を駆動するための補機用バッテリとを備え、主バッテリの電力により発電機を駆動させエンジンを始動するハイブリッド自動車において、エンジン始動時に補機用バッテリの劣化を検知する検知手段と、劣化を検知した場合にその旨を報知する報知手段とを有する。特に、検知手段は、エンジン始動時に補機用バッテリから車載機器駆動用モータにロック電流を供給するスイッチ手段と、補機用バッテリの電圧を検知する電圧検知手段とを有し、ロック電流通電時の補機用バッテリの電圧変化に基づき劣化を検知する。

このハイブリッド自動車によると、エンジン始動時に補機用バッテリから車載機器駆動用モータ（たとえば、パワーウィンドウモータ）にロック電流を流して、予め定められた時間内に補機用バッテリが大きく電圧降下すると補機用バッテリが劣化している状態であることを自動検知してドライバに報知するので、以後の円滑な走行が可能となる。
特開平１０−２２４９０４号公報

しかしながら、上述した特許文献に開示されたハイブリッド車両における補機用バッテリの劣化検知では、補機用バッテリの劣化判定のために、補機用バッテリ自体の電力を消費することになり、エネルギ効率上好ましくない。このような問題は、ハイブリッド車両に限定されないで、少なくとも２つのバッテリを有する場合に発生し得る。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、少なくとも２つの二次電池を搭載した車両において、エネルギ損失を発生させることなく一方の二次電池の劣化を検知することができる、車両の制御装置を提供することである。

第１の発明に係る制御装置は、走行用の電力を蓄える第１の二次電池と第１の二次電池よりも低電圧の第２の二次電池とを搭載した車両を制御する。この制御装置は、第２の二次電池から供給された電力により第１の二次電池を充電するための制御手段と、第２の二次電池からの出力電力を検知するための検知手段と、制御手段により第１の二次電池が充電されているときに検知手段により検知された第２の二次電池の出力電力に基づいて第２の二次電池の状態を判定するための判定手段とを含む。

第１の発明によると、たとえば、車両の走行開始前に、第２の二次電池を用いて第１の二次電池を充電する。このときの第２の二次電池の出力電力（放電状態における電流−電圧特性）に基づいて第２の二次電池の状態（たとえば第２の二次電池が劣化しているか否か）を判断することができる。このときに第２の二次電池からの放電電力は第１の二次電池に充電されるので、電力を無駄に消費することがない。その結果、エネルギ損失を発生させることなく一方の二次電池の劣化を検知することができる、車両の制御装置を提供することができる。

第２の発明に係る制御装置においては、第１の発明の構成に加えて、判定手段は、第２の二次電池が劣化しているか否かを判定するための手段を含む。

第２の発明によると、二次電池の経時的な劣化を判定することができる。

第３の発明に係る制御装置においては、第１または２の発明の構成に加えて、検知手段は、第２の二次電池の電流値および電圧値を検知するための手段を含む。

第３の発明によると、第２の二次電池を用いて第１の二次電池を充電して、第２の二次電池の電流値と電圧値とに基づいて第２の二次電池の状態（たとえば第２の二次電池が劣化しているか否か）を判断することができる。

第４の発明に係る制御装置においては、第３の発明の構成に加えて、判定手段は、第２の二次電池の電流−電圧特性に基づいて第２の二次電池が劣化しているか否かを判定するための手段を含む。

第４の発明によると、たとえば一定電流値の元での電圧降下が著しいと、第２の二次電池が劣化していると判定することができる。

第５の発明に係る制御装置においては、第１〜４のいずれかの発明の構成に加えて、車両には、第１の二次電池で始動される内燃機関と、第１の二次電池で駆動される走行用モータとが搭載され、判定手段は、内燃機関の始動前に、第２の二次電池の状態を判定するための手段を含む。

第５の発明によると、内燃機関を始動して車両が発進される前に、第２の二次電池（たとえば補機用）が劣化しているか否かを判定することができる。このような第１の二次電池で始動される内燃機関においては、たとえ第２の二次電池が劣化していてもクランキングできて内燃機関を始動できるので、より有効である。

第６の発明に係る制御装置においては、第５の発明の構成に加えて、車両には、第２の二次電池の電圧を昇圧して第１の二次電池を充電する機構が搭載され、判定手段は、内燃機関の始動時に、第２の二次電池の電圧を昇圧して第１の二次電池を充電するときに、第２の二次電池の状態を判定するための手段を含む。

第６の発明によると、第２の二次電池の電圧を昇圧して第１の二次電池を充電しているときに、第２の二次電池の電流値と電圧値とに基づいて第２の二次電池の状態（たとえば第２の二次電池が劣化しているか否か）を判断することができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。

図１を参照して、本発明の実施の形態に係るハイブリッド車両の制御ブロック図を説明する。なお、本発明は図１に示すハイブリッド車両に限定されない。二次電池を搭載した他の態様を有するハイブリッド車両であってもよい。また、電気自動車であっても、燃料電池車であってもよい。なお、二次電池は、少なくとも２個搭載していることを前提とする。また、このような二次電池としてニッケル水素電池やリチウムイオン電池がある。

ハイブリッド車両は、駆動源としての、たとえばガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関（以下、単にエンジンという）１２０と、モータジェネレータ（ＭＧ）１４０を含む。なお、図１においては、説明の便宜上、モータジェネレータ１４０を、モータ１４０Ａとジェネレータ１４０Ｂ（あるいはモータジェネレータ１４０Ｂ）と表現するが、ハイブリッド車両の走行状態に応じて、モータ１４０Ａがジェネレータとして機能したり、ジェネレータ１４０Ｂがモータとして機能したりする。

ハイブリッド車両には、この他に、エンジン１２０やモータジェネレータ１４０で発生した動力を駆動輪１６０に伝達したり、駆動輪１６０の駆動をエンジン１２０やモータジェネレータ１４０に伝達する減速機１８０と、エンジン１２０の発生する動力を駆動輪１６０とジェネレータ１４０Ｂとの２経路に分配する動力分割機構（たとえば、遊星歯車機構）２００と、モータジェネレータ１４０を駆動するための電力を充電する走行用バッテリ２２０と、走行用バッテリ２２０の直流とモータ１４０Ａおよびジェネレータ１４０Ｂの交流とを変換しながら電流制御を行なうインバータ２４０と、走行用バッテリ２２０の充放電状態を管理制御するバッテリ制御ユニット（以下、バッテリＥＣＵ（Electronic Control Unit）という）２６０と、エンジン１２０の動作状態を制御するエンジンＥＣＵ
２８０と、ハイブリッド車両の状態に応じてモータジェネレータ１４０およびバッテリＥＣＵ２６０、インバータ２４０等を制御するＭＧ＿ＥＣＵ３００と、バッテリＥＣＵ２６０、エンジンＥＣＵ２８０およびＭＧ＿ＥＣＵ３００等を相互に管理制御して、ハイブリッド車両が最も効率よく運行できるようにハイブリッドシステム全体を制御するＨＶ＿ＥＣＵ３２０等を含む。

本実施の形態においては、走行用バッテリ２２０とインバータ２４０との間には双方向コンバータ２４２が設けられている。これは、走行用バッテリ２２０の定格電圧が、モータ１４０Ａやモータジェネレータ１４０Ｂの定格電圧よりも低いので、走行用バッテリ２２０からモータ１４０Ａやモータジェネレータ１４０Ｂに電力を供給するときには、昇圧コンバータ２４２で電力を昇圧する。また、補機用バッテリ４００からの電力を昇圧して走行用バッテリ２２０を充電したり、走行用バッテリ２２０からの電力を降圧して補機用バッテリ４００を充電したりする。

なお、図１においては、各ＥＣＵを別構成しているが、２個以上のＥＣＵを統合したＥＣＵとして構成してもよい（たとえば、図１に、点線で示すように、ＭＧ＿ＥＣＵ３００とＨＶ＿ＥＣＵ３２０とを統合したＥＣＵとすることがその一例である）。

動力分割機構２００は、エンジン１２０の動力を、駆動輪１６０とモータジェネレータ１４０Ｂとの両方に振り分けるために、遊星歯車機構（プラネタリーギヤ）が使用される。モータジェネレータ１４０Ｂの回転数を制御することにより、動力分割機構２００は無段変速機としても機能する。エンジン１２０の回転力はプラネタリーキャリア（Ｃ）に入力され、それがサンギヤ（Ｓ）によってモータジェネレータ１４０Ｂに、リングギヤ（Ｒ）によってモータおよび出力軸（駆動輪１６０側）に伝えられる。

図１に示すようなハイブリッドシステムを搭載するハイブリッド車両においては、エンジン１２０の始動（クランキング）を、走行用バッテリ２２０から電力供給されたモータジェネレータ１４０Ｂを用いて行なう。すなわち、イグニッションスイッチがスタート位置にされると（このときにエンジン１２０が始動されるとする。）、モータジェネレータ１４０Ｂがエンジン１２０をクランキングしてエンジン１２０を始動させる。本発明に係る制御装置であるＨＶ＿ＥＣＵ３２０は、このエンジン３２０の始動時に、補機用バッテリ４００から走行用バッテリ２２０を充電するように双方向コンバータ２４２を制御する。このときの補機用バッテリ４００の出力特性（バッテリ電流ＩＢ−バッテリ電圧ＶＢ特性）により補機用バッテリ４００の劣化状態を判定する。

図２を参照して、ＨＶ＿ＥＣＵ３２０で実行される補機用バッテリ４００の劣化状態判定処理の制御構造を説明する。なお、以下の説明では、ＨＶ＿ＥＣＵ３２０が補機用バッテリ４００の劣化状態判定処理を行なうとして説明するが、別のＥＣＵで行なうようにしてもよい。なお、この補機用バッテリ４００の劣化状態判定処理は、エンジン１２０を実際にクランキングする前に行なわれる。

ステップ（以下、ステップをＳと略す。）１００にて、ＨＶ＿ＥＣＵ３２０は、イグニッションスイッチがオンにされたか否かを判断する。イグニッションスイッチがオンにされるときとは、エンジン１２０がモータジェネレータ１４０Ｂによりクランキングされるときである。イグニッションスイッチがオンにされると（Ｓ１００にてＹＥＳ）、処理はＳ２００へ移される。もしそうでないと（Ｓ１００にてＮＯ）、処理はＳ１００へ戻され、イグニッションスイッチがオンにされるまで待つ。

Ｓ２００にて、ＨＶ＿ＥＣＵ３２０は、補機用バッテリ４００から走行用バッテリ２２０へ充電指令を出力する。このとき、双方向コンバータ２４２には、補機用バッテリ４００から供給された電力を昇圧して走行用バッテリ２２０を充電するような指令が出力される。なお、このときには、まだエンジン１２０がモータジェネレータ１４０Ｂでクランキングされている状態ではなく、走行用バッテリ２２０が充電されることになる。

Ｓ３００にて、ＨＶ＿ＥＣＵ３２０は、補機用バッテリ４００の電流値ＩＢおよび電圧値ＶＢを検知する。このとき、ＨＶ＿ＥＣＵ３２０に入力された補機用バッテリ４００の電流信号（ＩＢ信号）および電圧信号（ＶＢ信号）により補機用バッテリ４００の電流値ＩＢおよび電圧値ＶＢが検知される。なお、この補機用バッテリ４００は、電流値ＩＢに対応する信号を出力する電流センサおよび電圧値ＶＢに対応する信号を出力する電圧センサを備える。

Ｓ４００にて、ＨＶ＿ＥＣＵ３２０は、補機用バッテリ４００の電流−電圧特性を分析して、補機用バッテリ４００の劣化判定を行なう。このとき、補機用バッテリ４００の劣化判定のために用いられる電流−電圧特性は一例である。たとえば、一定の電流値が流れている場合であって予め定められた時間内に補機用バッテリ４００の電圧値が降下する度合いが大きいと補機用バッテリ４００が劣化していると判定できる。なお、このような判定方法に限定されるものではない。

Ｓ５００にて、ＨＶ＿ＥＣＵ３２０は、補機用バッテリ４００が劣化しているか否かが判断される。この判断は、Ｓ４００の判定結果に基づいて行なわれる。補機用バッテリ４００が劣化していると（Ｓ５００にてＹＥＳ）、処理はＳ６００へ移される。もしそうでないと（Ｓ５００にてＮＯ）、処理はＳ８００へ移される。

Ｓ６００にて、ＨＶ＿ＥＣＵ３２０は、補機用バッテリ４００が劣化していることを示す劣化警告表示指令を出力する。この指令により、たとえばインストルメンタルパネルに設けられた警告灯が点灯されたり点滅されたり、警報が出力されたりする。

Ｓ７００にて、ＨＶ＿ＥＣＵ３２０は、補機４２０の負荷を低減するように処理を行なう。たとえば、エアコンディショナのコンプレッサ（このコンプレッサは補機用バッテリ４００で駆動される電動型であると想定する）の使用制限フラグをセットして、エアコンディショナの使用要求に対してコンプレッサの駆動を制限する。

Ｓ８００にて、ＨＶ＿ＥＣＵ３２０は、車両が発進可能な状態であることを示す「ＲＥＡＤＹ−ＯＮ」許可指令を出力する。これにより、たとえば、インストルメンタルパネルに設けられた「ＲＥＡＤＹ−ＯＮ」表示灯が点灯するとともに、エンジン１２０を始動（クランキング）することができたり、モータ走行が開始できたりするようになる。

以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る車両の動作について説明する。

ハイブリッド車において、運転者が車両を発進させようとして（エンジン１２０による走行、モータ走行のいずれでも構わない）、イグニッションスイッチをオンにすると（Ｓ１００にてＹＥＳ）、補機用バッテリ４００から走行用バッテリ２２０への充電指令が出力され、双方向コンバータ２４２により補機用バッテリ４００が昇圧され、その昇圧された電力により走行用バッテリ２２０が充電される。このとき、補機用バッテリ４００が放電され、放電電流値（電流値ＩＢ）および放電電圧値（電圧値ＶＢ）が測定され、ＨＶ＿ＥＣＵ３２０に入力される（Ｓ３００）。

補機用バッテリ４００の電流−電圧特性（ＩＢ−ＶＢ特性）が分析されて、たとえば、電圧降下が予め定められたしきい値よりも大きいと、補機用バッテリ４００が劣化していると判定される（Ｓ４００、Ｓ５００にてＹＥＳ）。このような場合には、補機用バッテリ４００が劣化していることを運転者に報知するとともに、補機４２０の負荷を低減するように処理される（Ｓ６００、Ｓ７００）
以上のようにして、本実施の形態に係る制御装置であるＨＶ＿ＥＣＵによると、車両の走行開始前に、エンジン始動時に電力が用いられる走行用バッテリに補機用バッテリから電力を供給して、走行用バッテリを充電する。このとき、補機用バッテリが劣化していると、電流−電圧特性が、正常時とは異なる特性となる。この特性の変化があるときには、補機用バッテリが劣化していると判断できる。このように、車両の走行開始前に補機用バッテリの劣化判定を行なうことができ、車両走行後の補機バッテリの劣化による問題の発生を未然に回避できる。また、このときに使用される補機用バッテリの電力は走行用バッテリに充電されることに用いられるのでエネルギ損失を発生させない。

なお、補機用バッテリ４００が劣化していない場合（Ｓ５００にてＮＯ）、走行用バッテリ２２０の電力を双方向コンバータ２４２に降圧して補機用バッテリ４００を充電して、元の状態に戻すようにしてもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態に係るハイブリッド車両の制御ブロック図である。 ＨＶ＿ＥＣＵで実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャートである。

符号の説明

１２０ エンジン、１４０ モータジェネレータ、１４０Ａ モータ、１４０Ｂ ジェネレータ、１６０ 駆動輪、１８０ 減速機、２００ 動力分割機構、２２０ 走行用バッテリ、２４０ インバータ、２４２ 双方向コンバータ、２６０ バッテリＥＣＵ、２８０ エンジンＥＣＵ、３００ ＭＧ＿ＥＣＵ、３２０ ＨＶ＿ＥＣＵ、４００ 補機用バッテリ、４２０ 補機。

Claims (6)

1. 走行用の電力を蓄える第１の二次電池と前記第１の二次電池よりも低電圧の第２の二次電池とを搭載した車両の制御装置であって、
   前記第２の二次電池から供給された電力により第１の二次電池を充電するための制御手段と、
   前記第２の二次電池からの出力電力を検知するための検知手段と、
   前記制御手段により前記第１の二次電池が充電されているときに前記検知手段により検知された前記第２の二次電池の出力電力に基づいて前記第２の二次電池の状態を判定するための判定手段とを含む、車両の制御装置。
2. 前記判定手段は、前記第２の二次電池が劣化しているか否かを判定するための手段を含む、請求項１に記載の車両の制御装置。
3. 前記検知手段は、前記第２の二次電池の電流値および電圧値を検知するための手段を含む、請求項１または２に記載の車両の制御装置。
4. 前記判定手段は、前記第２の二次電池の電流−電圧特性に基づいて前記第２の二次電池が劣化しているか否かを判定するための手段を含む、請求項３に記載の車両の制御装置。
5. 前記車両には、前記第１の二次電池で始動される内燃機関と、前記第１の二次電池で駆動される走行用モータとが搭載され、
   前記判定手段は、前記内燃機関の始動前に、前記第２の二次電池の状態を判定するための手段を含む、請求項１〜４のいずれか記載の車両の制御装置。
6. 前記車両には、前記第２の二次電池の電圧を昇圧して前記第１の二次電池を充電する機構が搭載され、
   前記判定手段は、前記内燃機関の始動時に、前記第２の二次電池の電圧を昇圧して前記第１の二次電池を充電するときに、前記第２の二次電池の状態を判定するための手段を含む、請求項５に記載の車両の制御装置。

Images