JP3893291B2

JP3893291B2 - ハイブリッド車用電池電源装置

Info

Publication number: JP3893291B2
Application number: JP2002003141A
Authority: JP
Inventors: 宏和河合; 政浩角野
Original assignee: パナソニック・イーブイ・エナジー株式会社
Priority date: 2002-01-10
Filing date: 2002-01-10
Publication date: 2007-03-14
Anticipated expiration: 2022-01-10
Also published as: US20030129457A1; JP2003209932A; EP1328052A2; US6919707B2; EP1328052A3; DE60314788D1; DE60314788T2; EP1328052B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大型車のハイブリッド車を構成する場合に必要とされる大きな駆動電力を供給する電池電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ハイブリッド車の電力源として適用される電池電源装置は、複数（例えば、６個）の蓄電池を直列接続して電池モジュールを構成し、更に、複数（例えば、３０個）の電池モジュールを直列接続して組電池ブロックを構成し、この組電池ブロックの動作状態を管理するために、組電池ブロックの電圧、電流、温度を検出し、その検出結果に応じて異常検出や各種制御を行う電池ＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）を設けて構成され、走行駆動用のモータに駆動電力を供給すると共に、車両発電機からの供給電力により充電がなされるように構成される。
【０００３】
更に大きな供給電力が要求される大型車などの場合には、前記組電池ブロックと前記電池ＥＣＵとを組み合わせた組電池システムを直列及び／又は並列に接続することが構想されている。
【０００４】
図２は、６個の組電池ブロック１ａ〜１ｆを直並列に接続して大きな電力要求に対応させた電池電源装置３０の構成を示すものである。各組電池ブロック１ａ〜１ｆにはその動作状態を管理するために、それぞれ電池ＥＣＵ２ａ〜２ｆを接続して電池システムＡ〜Ｆが構成され、直並列に接続された各組電池ブロック１ａ〜１ｆは正極充放電端子１１と負極充放電端子１２に接続され、各組電池ブロック１ａ〜１ｆの動作状態はそれぞれ電池ＥＣＵ２ａ〜２ｆによって監視、制御される。
【０００５】
組電池システムＡ〜Ｆには、それぞれ充放電電流を検出する電流センサ３ａ〜３ｆの他、前記電池モジュール毎の電圧、電池モジュール毎の電池温度、組電池ブロック１ａ〜１ｆの環境温度をそれぞれ検出する各センサ（図示せず）が設けられており、各センサの検出出力はそれぞれ電池ＥＣＵ２ａ〜２ｆに入力される。各電池ＥＣＵ２ａ〜２ｆは入力された電圧、電流、温度の検出出力をもとに組電池ブロック１ａ〜１ｆの動作状態や異常発生を監視すると共に、温度検出出力をもとに組電池ブロック１ａ〜１ｆに設けられた送風装置等の冷却手段を制御する。また、入力された電圧、電流、温度の検出出力からＳＯＣ（ＳｔａｔｅｏｆＣｈａｒｇｅ＝電池容量に対する蓄電された電気量）を演算する。このＳＯＣや電圧等の検出出力などは組電池ブロック１ａ〜１ｆの動作状態データとして外部出力して、ハイブリッド車の場合では車両制御ＥＣＵに入力され、電池電源装置３０に対する充放電制御に利用される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように複数の組電池システムＡ〜Ｆを組み合わせて電池電源装置３０を構成した場合に、１つの組電池ブロック１ａ〜１ｆに不具合が生じたとき、それが全体に影響を及ぼし車両への供給電力が低下する問題があった。例えば、組電池システムＣの組電池ブロック１ｃを構成する１個の蓄電池に短絡が生じると、その組電池ブロック１ｃは出力電圧が低下し、並列に接続された他の組電池ブロック１ａ，１ｅより電圧が低い状態になるため、他の組電池ブロック１ａ，１ｂ，１ｅ，１ｆからの電流が流入し、各組電池ブロック間で容量のアンバランスが発生し、正極充放電端子１１及び負極充放電端子１２から出力される供給電力が低下することになる。
【０００７】
また、複数の組電池システムＡ〜Ｆを組み合わせて電池電源装置を構成した場合に、各組電池システムＡ〜Ｆそれぞれの動作状態を車両側から管理し、各組電池システムＡ〜Ｆ相互間での情報伝送を行う際に、各組電池システムＡ〜Ｆを識別するためのアドレスを付与する必要がある。一般にアドレス設定はメモリにアドレス番号を記憶させるが、個々のアドレス番号を付与したメモリ構成によるコストアップをまねき、組電池システムＡ〜Ｆを同一機種として互換性のある状態にすることができない。また、組立時あるいは交換時に間違った機種を設置してしまう恐れもある。
【０００８】
本発明が目的とするところは、複数の組電池システムを組み合わせて電池電源装置を構成した場合の問題点を解決する電池電源装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本願発明の電池電源装置は、複数の蓄電池を直列接続した複数の組電池ブロックを並列又は直並列に接続すると共に、各組電池ブロックそれぞれに組電池ブロックの動作状態を管理する電池ＥＣＵが設けられてなるハイブリッド車用電池電源装置であって、各電池ＥＣＵにその相互間及び車両制御ＥＣＵとの間の通信手段を設けると共に、各電池ＥＣＵに、組電池ブロックの数に対応するビット数のアドレス設定用端子を設け、前記ビット数の接続ラインと前記アドレス設定用端子との間の接続を各電池ＥＣＵ毎に異なるように設定し、かつ特定の電池ＥＣＵをマスター電池ＥＣＵに、他の電池ＥＣＵをスレーブ電池ＥＣＵに設定し、マスター電池ＥＣＵは、各スレーブ電池ＥＣＵの動作状態に関する情報を収集し、その情報を車両制御ＥＣＵに通信する機能を備えるように構成し、マスター電池ＥＣＵが管理する組電池ブロックに不具合が検出されたとき、前記組電池ブロックと並列接続関係にある他の組電池ブロックの１つをマスター電池ＥＣＵに設定変更した後、不具合が検出された組電池ブロックを並列接続から切り離すように構成したことを特徴とする。御することを特徴とする。
【００１０】
電池電源装置をハイブリッド車のような車両の駆動電力供給源に適用したとき、車両の走行状態は常に一定でないため、電池電源装置の負荷状態も常に変化する。従って、電池電源装置の電力容量は、車両が必要とする最大の使用電力に対応できるように余裕をもった構成がなされており、異常発生した組電池ブロックを並列又は直並列接続から切り離しても車両の動力性能を急激に低下させることはない。また、車両が最大の使用電力を要求する状態は短時間であり、電池は短時間の過負荷状態には対応でき、不具合が発生した組電池ブロックの切り離しにより最大許容負荷レベルが下がっても、それを越える負荷電力には耐えることができ、不具合の発生が全体に影響することを防止できる。
【００１２】
複数の組電池ブロックを用いて電池電源装置を構成した場合、各組電池ブロックそれぞれの動作状態を管理するための各電池ＥＣＵを通信ラインで接続し、更には通信ラインを外部の制御手段と接続し、各組電池ブロックの動作状態を個別に監視することが要求される。これを実現するためには、各電池ＥＣＵにアドレスを設定することを要するが、それを各電池ＥＣＵに組電池ブロックの数に対応できるビット数のアドレス設定用端子を設けることにより、接続ラインとの接続を各電池ＥＣＵ毎に異なるように設定することでアドレス設定が可能となり、各電池ＥＣＵは互換性のある共通仕様として生産性あるいは保守性を向上させることができる。
【００１６】
複数の組電池ブロックそれぞれに設けられた各電池ＥＣＵは、アドレス設定用端子と接続ラインとの間の接続によって、１つの電池ＥＣＵをマスターに、他の電池ＥＣＵをスレーブに設定しているので、通信手段により各スレーブ電池ＥＣＵの動作状態に関する情報はマスター電池ＥＣＵに集め、マスター電池ＥＣＵにより電池電源装置全体の管理を行うことができる。マスター電池ＥＣＵは、各スレーブ電池ＥＣＵの動作状態に関する情報を収集し、その情報を外部に通信することにより、電池電源装置を使用する外部装置から電池電源装置の動作状態を監視して、的確な制御を実施することができる。
【００１７】
さらにマスター電池ＥＣＵが管理する組電池ブロックに不具合が検出されたとき、前記組電池ブロックと並列接続関係にある他の組電池ブロックの１つをマスター電池ＥＣＵに設定変更した後、不具合が検出された組電池ブロックを並列接続から切り離す機能を備えているので、マスター電池ＥＣＵが管理する組電池ブロックに不具合が発生したとき、マスター設定を他の電池ＥＣＵに設定変更して、不具合が発生した組電池ブロックを並列接続から切り離すと、電池電源装置としての出力電圧に変わりなく、マスター電池ＥＣＵによる全体管理も可能なので、電池電源装置の動作を１つの組電池ブロックの不具合により停止させることがない。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明し、本発明の理解に供する。尚、以下に示す実施形態は本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。尚、従来構成と同一の構成要素には同一の符号を付して、本発明の特徴を明確にする。
【００１９】
本実施形態は、モータとエンジンとを併用して走行するハイブリッド車、特に大型のハイブリッド車の走行駆動用電源に適用した電池電源装置について示すものである。大型ハイブリッド車が必要とする大きな負荷電力に対応させるために、本実施形態に係る電池電源装置１０は、図１に示すように、６個の組電池ブロック１ａ〜１ｆを用いて、組電池ブロック１ａと組電池ブロック１ｂ、組電池ブロック１ｃと組電池ブロック１ｄ、組電池ブロック１ｅと組電池ブロック１ｆとをそれぞれ直列接続し、更に直列接続された３組を並列に接続した直並列接続により、大きな出力電圧と出力電流が供給できるように構成されている。
【００２０】
前記組電池ブロック１ａ〜１ｆは、ニッケル−水素蓄電池を６個直列接続した電池モジュールを更に４０個直列接続したもので、電流センサ３ａ〜３ｆ及び図示しない電圧センサ、温度センサ等の検出手段や電池を冷却するための冷却ファンを設けて構成されている。また、各組電池ブロック１ａ〜１ｆにはそれぞれ電池ＥＣＵ２ａ〜２ｆが接続され、組電池システムＡ〜Ｆに構成される。各組電池システムＡ〜Ｆには正極端子５ａ〜５ｆ及び負極端子６ａ〜６ｆが外部露出しているので、組立時や保守点検時に作業者がこれに触れて感電することを防止すると共に、個別に直並列接続から切り離しできるように、リレーによる開閉接点４ａ〜４ｆが各組電池ブロック１ａ〜１ｆと直列に接続されている。また、直列接続の正極側となる組電池システムＡ，Ｃ，Ｅには開閉接点４ａ，４ｃ，４ｅと並列に抵抗器８ａ，８ｃ，８ｅを介して副開閉接点７ａ，７ｃ，７ｅが接続され、電池電源装置１０を始動するときには、この副開閉接点７ａ，７ｃ，７ｅを先に閉じて突入電流による弊害を防止している。
【００２１】
各電池ＥＣＵ２ａ〜２ｆは、電流センサ及び電圧センサ、温度センサによって検出される各組電池ブロック１ａ〜１ｆの充放電電流及び電圧、電池モジュール単位での電圧及び温度、組電池ブロック１ａ〜１ｆを冷却する空気温度（環境温度）をもとに組電池ブロック１ａ〜１ｆの動作状態を監視し、冷却ファンの回転を制御すると共に、電圧、電流、温度の検出値から電池容量に対して蓄電された電気量であるＳＯＣを演算し、これが適正な状態に維持されるような充電及び放電の状態が得られるように車両側の制御装置である車両制御ＥＣＵに要求する。また、電圧、電流、温度の検出結果やＳＯＣの演算結果に基づいて異常状態が検出されたときには、異常発生信号が前記車両制御ＥＣＵに出力される。
【００２２】
上記のように複数の組電池ブロック１ａ〜１ｆはそれぞれ電池ＥＣＵ２ａ〜２ｆによって動作状態が管理されると同時に、各電池ＥＣＵ２ａ〜２ｆの管理データは車両側の車両制御ＥＣＵに伝送され、車両制御ＥＣＵは走行状態に応じた制御データを各電池ＥＣＵ２ａ〜２ｆに伝送する。このデータ伝送を行うために、各電池ＥＣＵ２ａ〜２ｆの相互間及び車両制御ＥＣＵとの間で情報伝送ができるように、各電池ＥＣＵ２ａ〜２ｆにそれぞれネットワークインタフェースが設けられ、このネットワークインタフェースを用いて各電池ＥＣＵ２ａ〜２ｆの間が通信ライン１５により接続されて電池ネットワークが構成されている。この電池ネットワークは通信端子１６から車両側の車両ネットワークに接続され、車両ネットワークを通じて車両制御ＥＣＵに接続される。
【００２３】
上記のように各電池ＥＣＵ２ａ〜２ｆの相互間及び車両側との間に通信ネットワークを構成する場合に、各電池ＥＣＵ２ａ〜２ｆそれぞれを識別するためにアドレスを設定する必要があり、各電池ＥＣＵ２ａ〜２ｆには、それぞれアドレス設定端子１３ａ〜１３ｆが設けられている。このアドレス設定端子１３ａ〜１３ｆは、３つの端子と３本のアドレス線１４との接続を電池ＥＣＵ２ａ〜２ｆ毎に変えることによりアドレス設定できるようにして、各組電池システムＡ〜Ｆが同一仕様でもアドレスは異なるようにする構成がなされている。
【００２４】
アドレス設定端子１３ａ〜１３ｆは、組電池システムＡ〜Ｆの数に対応するビット数で設けられる。ここでは組電池システムＡ〜Ｆの数は６台なので、それを識別するための最小のビット数は３であるため、３つのアドレス設定端子１３ａ〜１３ｆと３本のアドレス線１４との接続を図示するように、各電池ＥＣＵ２ａ〜２ｆ毎に異なるように設定することによってアドレス設定することができる。即ち、各電池ＥＣＵ２ａ〜２ｆの３つのアドレス設定端子１３ａ〜１３ｆのうち、アドレス線１４に接続されている端子を「１」、接続されていない端子を「０」とする３ビットのアドレス設定がなされている。３本のアドレス線１４はアドレス端子１７から車両側に接続される。
【００２５】
上記電池電源装置１０において、６台の組電池ブロック１ａ〜１ｆのうち１台に異常が発生した場合、それは電池ＥＣＵ２ａ〜２ｆによって検出されるので、通信ライン１５から通信端子１６を通じて異常発生が車両側に伝送され、上記アドレス設定構造により異常が生じた組電池ブロック１ａ〜１ｆが識別できる。異常発生を受信した車両制御ＥＣＵは、アドレスに該当する電池ＥＣＵ２ａ〜２ｆに制御指令を送信するので、該当する電池ＥＣＵ２ａ〜２ｆはリレーにより開閉接点４ａ〜４ｆを開き、異常発生した組電池ブロック１ａ〜１ｆを直並列接続から切り離す。
【００２６】
車両の走行状態は常に一定でないため、電池電源装置１０の負荷状態も常に変化する。従って、電池電源装置１０の電力容量は、車両が必要とする最大の使用電力に対応できるように余裕をもった構成がなされており、異常発生した組電池ブロック１ａ〜１ｆの切り離しにより車両の動力性能を急激に低下させることはない。また、電池は短時間の過負荷状態には対応でき、車両の高負荷状態も短時間なので、組電池ブロック１ａ〜１ｆの１つを切り離して最大許容負荷レベルが下がっても、それを越える負荷電力には耐えることができる。また、車両制御ＥＣＵは異常発生を報知されたとき電池電源装置１０からの最大許容負荷レベルを下げ、モータとエンジンとを併用するハイブリッド車は電池電力の低下をエンジンで補うように制御することができる。
【００２７】
また、複数の組電池ブロック１ａ〜１ｆを用いて電池電源装置１０を構成したとき、車両制御ＥＣＵとの間のデータ伝送を各電池ＥＣＵ２ａ〜２ｆ毎に行うのでなく、特定の電池ＥＣＵ、実施形態構成では電池ＥＣＵ２ａをマスターとして、他の電池ＥＣＵ２ｂ〜２ｆをスレーブに設定し、マスター電池ＥＣＵ２ａと車両制御ＥＣＵとの間でデータ伝送を行うように構成される。マスター電池ＥＣＵ２ａは各スレーブ電池ＥＣＵ２ｂ〜２ｆの動作状態に関する各種情報を収集し、それらと自らの情報を車両制御ＥＣＵに伝送する。
【００２８】
各電池ＥＣＵ２ａ〜２ｆによって管理する各組電池ブロック１ａ〜１ｆに不具合が検出されたとき、前述したように組電池ブロック１ａ〜１ｆのうち不具合が発生したものを並列接続から切り離すように制御されるが、不具合がマスター電池ＥＣＵ２ａが管理する組電池ブロック２ａであった場合には、マスター設定を並列接続の関係にある他の電池ＥＣＵ２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆに変更する。その後、不具合が発生した組電池ブロック１ａ，１ｂを並列接続から切り離すように制御する。この制御によりマスター電池ＥＣＵ２ａが管理する組電池ブロック１ａに不具合が生じた場合でも、マスター設定は維持され、電池電源装置１０は１つの組電池ブロック１ａの不具合により機能停止してしまうことがない。
【００２９】
また、切り離し制御の情報とマスター設定の変更の情報を車両制御ＥＣＵに伝送することは言うまでもないが、そのタイミングは不具合が発生した組電池ブロック１ａのマスター電池ＥＣＵ２ａが不具合検出時に情報伝送しても、電池ＥＣＵ２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆのうち新たにマスター設定されたものが情報伝送してもよい。
【００３０】
以上説明した実施形態においては、ハイブリッド車に適用した例を示したが、これに限定されるものではなく、大型機器の電源のバックアップに用いられる無停電電源装置や、生産現場における自動搬送車両などにも適用可能であることは言うまでもない。
【００３１】
また、組電池ブロック１ａ〜１ｆのうち不具合は発生したものを接続から切り離した後、そこに新たなものに交換することにより、電池電源装置１０を正常に回復させることができる。移動を伴わない装置、例えば前記無停電電源装置では、不具合発生が検出された後、速やかに交換作業を実施することができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上の説明の通り本発明によれば、複数の組電池ブロックを並列又は直並列に接続して電池電源装置に構成した場合に、その１つに不具合が発生したとき、それを並列又は直並列接続から切り離すように制御するので、１つの組電池ブロックの不具合により全体の機能が低下あるいは停止することが防止できる。
【００３３】
また、複数の組電池ブロックを並列又は直並列に接続して電池電源装置に構成した場合に、各組電池ブロックそれぞれにその動作状態を管理する各電池ＥＣＵを設けると共に全体を総合的に管理する必要があり、各電池ＥＣＵにアドレスを設定する。本発明によればアドレス設定は複数のアドレス設定端子への接続状態の変化によりアドレス設定することができ、電池ＥＣＵを互換性のある共通仕様として、生産性や保守性を向上させることができる。
【００３４】
また、複数の電池ＥＣＵのうち１つをマスターに、その他をスレーブに設定することにより、各組電池ブロックの動作状態をマスター電池ＥＣＵに集めて電池電源装置を総合的に管理することができ、電池電源装置を使用する装置側との情報伝送が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係る電池電源装置の構成を示すブロック図。
【図２】従来技術に係る電池電源装置の構成を示すブロック図。
【符号の説明】
１ａ〜１ｆ組電池ブロック
２ａ〜２ｆ電池ＥＣＵ
４ａ〜４ｆ開閉接点
１０電池電源装置
１３ａ〜１３ｆアドレス設定端子
１４アドレス線
１５通信ライン

Claims

複数の蓄電池を直列接続した複数の組電池ブロックを並列又は直並列に接続すると共に、各組電池ブロックそれぞれに組電池ブロックの動作状態を管理する電池ＥＣＵが設けられてなるハイブリッド車用電池電源装置であって、各電池ＥＣＵにその相互間及び車両制御ＥＣＵとの間の通信手段を設けると共に、各電池ＥＣＵに、組電池ブロックの数に対応するビット数のアドレス設定用端子を設け、前記ビット数の接続ラインと前記アドレス設定用端子との間の接続を各電池ＥＣＵ毎に異なるように設定し、かつ特定の電池ＥＣＵをマスター電池ＥＣＵに、他の電池ＥＣＵをスレーブ電池ＥＣＵに設定し、マスター電池ＥＣＵは、各スレーブ電池ＥＣＵの動作状態に関する情報を収集し、その情報を車両制御ＥＣＵに通信する機能を備えるように構成し、マスター電池ＥＣＵが管理する組電池ブロックに不具合が検出されたとき、前記組電池ブロックと並列接続関係にある他の組電池ブロックの１つをマスター電池ＥＣＵに設定変更した後、不具合が検出された組電池ブロックを並列接続から切り離すように構成したことを特徴とするハイブリッド車用電池電源装置。