(57)【要約】【課題】本明細書は、電気自動車のメインバッテリを構成する複数の二次電池に接続された電圧コンバータのいずれかが停止して複数の二次電池の充電残量がばらついても、各二次電池の過充電及び過放電の発生を抑制する技術を提供する。【解決手段】本明細書が開示する電気自動車は、複数の二次電池が直列に接続されたメインバッテリと各二次電池の入力端に夫々接続された複数の電圧コンバータとメインバッテリの充電残量を制御するコントローラを備えている。各電圧コンバータは、その出力端が並列に接続され、その先に接続された補機群に電力を供給する。コントローラは、メインバッテリの充電残量が残量下限値を下回ったら充電を開始し、充電残量が残量上限値を超えたら充電を停止する。そして、コントローラは、各電圧コンバータのいずれかに異常が検知された場合（Ｓ３）、残量下限値から残量上限値までのメインバッテリ使用範囲を狭める（Ｓ６）。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の二次電池が直列に接続されたメインバッテリと、
入力端が各二次電池に接続されており、出力端が並列に接続されており補機群に電力を供給する複数の電圧コンバータと、
メインバッテリの充電残量が残量下限値を下回ったらメインバッテリの充電を開始し、当該充電残量が残量上限値を超えたら充電を停止するコントローラと、
を備えており、
前記コントローラは、前記複数の電圧コンバータのいずれかに異常が検知された場合、前記残量下限値から前記残量上限値までのメインバッテリ使用範囲を狭めることを特徴とする電気自動車用の電源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気自動車用の電源システムに関する。なお、本明細書における「電気自動車」には、モータとともにエンジンを備えるハイブリッド車を含む。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車では、車両を駆動するために数十キロワットクラスの高出力のモータを利用する。このため、モータに供給する電力を蓄えるバッテリは大容量化が進んでいる。他方、電気自動車は、オーディオや照明等、作動電圧がモータよりも低い機器を駆動するためのバッテリも搭載している。２つのバッテリを区別するため、本明細書では、前者をメインバッテリと称し、後者を補機バッテリと称する。また、補機バッテリが電力を供給するデバイス群を補機群と総称する。典型的には、メインバッテリの出力電圧は１００ボルト以上であるのに対して、補機バッテリの出力電圧は１２ボルトや２４ボルトである。また、メインバッテリは、通常、複数の二次電池（リチャージャブルバッテリ）を直列に接続して高電圧出力を確保する。
【０００３】
典型的な電気自動車では、メインバッテリは、ジェネレータやバックアップ電源などからの電力、もしくはモータからの回生電力により充電され、補機バッテリはメインバッテリで充電される。そのような電気自動車では、メインバッテリの電圧を降圧して補助バッテリに供給する電圧コンバータを備える。メインバッテリの出力電圧を降圧する一つの電圧コンバータを備える電気自動車もあるが、メインバッテリを構成する複数の二次電池の夫々に小型の電圧コンバータを接続する構成が提案されている（特許文献１）。電圧コンバータの出力電圧は補機バッテリの出力電圧に調整されており、複数の電圧コンバータの出力は並列に接続され、補機バッテリ（あるいは補機）に電力を供給する。特許文献１によると、複数の電圧コンバータを備える電源システムは、直列に接続する二次電池の個数を変更することにより、補機バッテリの電圧は同じであるがメインバッテリの出力電圧が異なる複数種類の電気自動車の電源システムを提供できる利点がある、とされている。
【０００４】
また、メインバッテリに利用される二次電池は、例えば、リチウム電池であり、そのような二次電池は、過充電又は過放電が起こると活物質等の材料が分解し、劣化が進行する。そのため、メインバッテリは、充電残量（ＳＯＣ：State Of Charge）が所定の範囲内（ＳＯＣの使用範囲）を維持するように充電される。ここで、特許文献２には、劣化の進行を抑制すべく、劣化が進行するとＳＯＣの使用範囲を狭めることが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１０４１０号公報
【特許文献２】特開２００８−３０８１２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の技術のように、メインバッテリを複数の二次電池の直列接続で構成するとともに、各二次電池に電圧コンバータを接続し、その出力を並列化するタイプの電気自動車は、いずれかの電圧コンバータが停止しても残りの電圧コンバータで補機バッテリへの電力供給を継続できるという利点もある。しかし、一つの（あるいは幾つかの）電圧コンバータが停止している一方で残りの電圧コンバータを通じて補機バッテリへの電力供給を行うと、複数の二次電池のＳＯＣにばらつきが生じる。即ち、電圧コンバータが停止している二次電池は、電圧コンバータが作動している二次電池ほどにはＳＯＣが減少しない。そのような状況において、メインバッテリ全体のＳＯＣに応じて充電を繰り返すと、幾つかの二次電池で過放電あるいは過充電が起こり、劣化が進む可能性がある。
【０００７】
本明細書が開示する技術は、上記課題に鑑みて創作された。その目的は、メインバッテリを複数の二次電池の直列接続で構成するとともに、各二次電池に電圧コンバータを接続するタイプの電気自動車用電源システムにおいて、一つの（あるいは幾つかの）電圧コンバータが停止した場合であっても補機バッテリへの充電を継続しつつ、メインバッテリを構成する二次電池の劣化を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本明細書が開示する電源システムは、メインバッテリ、複数の電圧コンバータ、コントローラを備える。メインバッテリは、前述したように、複数の二次電池を直列に接続したバッテリであって走行用のモータに電力を供給するバッテリである。複数の電圧コンバータは、各電圧コンバータの入力端が各二次電池に接続されており、出力端が並列に接続されている。並列化された出力（電力）は、補機バッテリあるいは補機群に供給される。コントローラは、メインバッテリの充電残量が残量下限値を下回ったらメインバッテリの充電を開始し、充電残量が残量上限値を超えたら充電を停止する。充電は、ハイブリッド車では、典型的にはジェネレータで行われるが、外部電源（プラグイン電気自動車の場合）、あるいは、キャパシタなどの補助電源を使ってもよい。なお、充電残量（ＳＯＣ）の単位は％（現在の電力量／充電可能な電力量）であるが、一般に、充電残量とバッテリの出力電圧の間には一意の関係が存在するため（充電残量が低下するとバッテリ出力電圧も低下する）、充電残量を計測する指標としてはバッテリの出力電圧が用いられる。
【０００９】
本明細書が開示する電源システムでは、メインバッテリを構成する複数の二次電池の劣化の進捗に関わらず、各二次電池に接続されている電圧コンバータのいずれかで異常が検知された場合、異常が検知されていない電圧コンバータで補機バッテリ（補機群）への電力供給を継続するとともに、残量下限値から残量上限値までのメインバッテリの使用範囲を狭める。そうすることで、充電残量の使用範囲に余裕をもたせ、各二次電池の充電残量がばらついても過充電や過放電を起こり難くする。
【００１０】
なお、メインバッテリの使用範囲（充電残量の使用範囲）を狭めることは、残量下限値を高めること、又は、残量上限値を低くすること、あるいはその両方を採用することで実現される。また、本明細書が開示する技術は、複数の電圧コンバータのいずれかで異常が検知された場合にメインバッテリの使用範囲を狭める、と表現したが、いずれかの電圧コンバータが停止している場合のみならず、その出力がわずかである場合も、実質的に、その電圧コンバータは異常であると見なして上記した制御を行うことが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本明細書が開示する技術によれば、電源システムのメインバッテリを構成する複数の二次電池に接続された電圧コンバータのいずれかが停止し、各二次電池の充電残量がばらついても、各二次電池の過充電及び過放電の発生を抑制することができる。本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態の電気自動車用の電源システムの電力系のブロック図である。
【図２】実施形態の電気自動車用の電源システムが二次電池のＳＯＣ（充電残量）の使用範囲を決定する過程を示したフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１を参照して実施例の電気自動車の電源システムを説明する。実施例は、走行用モータとエンジンを備えるハイブリッド車に搭載されている電源システム２である。
【００１４】
実施例の電源システム２は、電源としてメインバッテリ３及び補機バッテリ６を備えていると共に、メインバッテリ３の充電残量（ＳＯＣ：State Of Charge）が所定の使用範囲（ＳＯＣの使用範囲）となるように制御するコントローラ８を備えている。メインバッテリ３は、走行用モータ９（以下、モータ９）を駆動するための電力を蓄えるバッテリである。補機バッテリ６は、メインバッテリ３よりも出力電圧が低く、モータ９以外の電気デバイスに電力を供給する。
【００１５】
メインバッテリ３は、リチウム電池である二次電池４が５個直列に接続されて構成されている。メインバッテリ３に蓄えられた電力は、インバータ１３を経てモータ９に供給される。インバータ１３は、メインバッテリ３の直流電力をモータ９の駆動に適した交流電力に変換する。インバータ１３は昇圧コンバータも含んでおり、メインバッテリ３の出力電力を昇圧した後に交流に変換する。
【００１６】
メインバッテリ３を構成する二次電池４には夫々電圧コンバータ（５ａ、５ｂ）が接続されている。各電圧コンバータ（５ａ、５ｂ）の入力端は各二次電池４に接続される。各電圧コンバータ（５ａ、５ｂ）の出力端は互いに並列に接続されると共に、補機バッテリ６に接続されている。これにより、各二次電池４の蓄えられた電力は、各電圧コンバータにより補機バッテリ６の出力電圧に調整され、補機バッテリ６に供給される。
【００１７】
補機バッテリ６には、オーディオ機器７ａ、ルームランプ７ｂが接続されている。また、コントローラ８も、補機バッテリ６に接続されている。別言すれば、オーディオ機器７ａ、ルームランプ７ｂ、及び、コントローラ８は、補機バッテリ６から電力の供給を受けて動作する。なお、補機バッテリ６には、他にも複数の電子デバイスが接続されている。図１では、簡素化のため、他の電子デバイスの図示が省略されている。オーディオ機器７ａ、ルームランプ７ｂ、コントローラ８、他の電子デバイスを総称して補機群７と総称する。
【００１８】
ここで、電圧コンバータ５ａはその他の電圧コンバータ５ｂと信号線１８で接続され、電圧コンバータ５ａがコントローラ８と信号線１７で接続されている。各電圧コンバータ５ｂの信号は電圧コンバータ５ａにより一括されてコントローラ８に伝達され、逆にコントローラ８の信号は電圧コンバータ５ａから他の電圧コンバータ５ｂに伝達される。すなわち、複数の電圧コンバータは電圧コンバータ５ａがマスターとなり、他のコンバータ５ｂがスレーブとなって協調して動作する。なお、電圧コンバータから伝達される信号は、電圧コンバータの異常を検知する信号、電圧コンバータの出力電圧、入力電圧等である。
【００１９】
モータ９の出力軸とエンジン１２の出力軸は動力分配機構１４に連結されている。モータ９の出力トルクとエンジン１２の出力トルクは動力分配機構１４により合成され、その出力はデフギア１５を介して車輪１６に伝達される。動力分配機構７は基本的には遊星歯車ギアであり、モータ９の出力軸はサンギアに連結され、エンジン１２の出力軸はプラネタリキャリアに連結され、出力軸（デフギア１５に連結している車軸）はリングギアに連結されている。また、動力分配機構１４は、エンジン１２の出力トルクをモータ１２と出力軸に振り分ける場合もある。その場合、電源システム２が搭載されたハイブリッド車は、エンジン１２の出力で走行しながらモータ９で発電する。発電で得られた電力はインバータ１３により直流電力に変換されメインバッテリ３に充電される。
【００２０】
コントローラ８は、メインバッテリ３のＳＯＣが所定の使用範囲（ＳＯＣの使用範囲）内となるように、インバータ１３を駆動し、メインバッテリ３を充電する。コントローラ８は、メインバッテリ３のＳＯＣが、上記の使用範囲の下限値（ＳＯＣ下限値）を下回ると充電を開始し、使用範囲の上限値（ＳＯＣ上限値）を上回ると充電を停止するように、インバータ１３の駆動を制御する。なお、メインバッテリ３のＳＯＣはメインバッテリ３の出力電圧に基づいてインバータ１３により計測される。
【００２１】
また、コントローラ８は、二次電池４の蓄電容量が均等化されるように電圧コンバータ（５ａ、５ｂ）を駆動し、補機バッテリ６を充電する。電圧コンバータ５ａは、他の電圧コンバータ５ｂから各二次電池４の出力電圧値を受信して、二次電池４の出力電圧の平均値（電圧平均値）を算出する。電圧コンバータ５ａから他の電圧コンバータ５ｂへ、電圧平均値がコントローラ８から送られた出力電流の指令値と共に送信される。各電圧コンバータ５ｂは、電圧平均値と各電圧コンバータにより計測される二次電池４の出力電圧との差に応じて、各電圧コンバータの出力電流を調整する。例えば、二次電池４の出力電圧が電圧平均値より高い二次電池４に接続されている電圧コンバータは、放電量を他の電圧コンバータよりも多くするために、電流指令値の１０５％に相当する電流を出力する。また、出力電圧が電圧平均値より低い二次電池に接続されている電圧コンバータは、逆に、電流指令値の９５％に相当する電流を出力する。
【００２２】
図２を参照して、コントローラ８がメインバッテリ３のＳＯＣの使用範囲を制御する処理について説明する。図２の処理は、ハイブリッド車が走行を開始したと同時に開始され、ハイブリッド車の走行が停止したときに終了する。先ず、ハイブリッド車が通常走行を開始すると、コントローラ８により、メインバッテリ３のＳＯＣの使用範囲が決定される（Ｓ１）。ＳＯＣの使用範囲は、初期状態では、下限値が２０％で、上限値が８０％となる。コントローラ８は、後述するフェール走行状態（Ｓ６）になるまで、ＳＯＣが上記の使用範囲となるように、メインバッテリ３を充電する。
【００２３】
ステップＳ１の後、コントローラ８は、各二次電池４のＳＯＣのばらつきの程度をチェックする（Ｓ２）。具体的には、コントローラ８は、各二次電池４の出力電圧の平均値と各二次電池４の出力電圧との差の絶対値が閾値０．５Ｖより大きいか否かを、各二次電池すべてにおいて確認する。いずれかの二次電池４で電圧の差の絶対値が０．５Ｖより大きい場合（Ｓ２：ＹＥＳ）、コントローラ８は、その二次電池４に異常が発生していると判断して、二次電池異常処置の状態となる（Ｓ９）。この時、コントローラ８は、ダイアグノーシス（不図示）に二次電池４に異常が発生したことを記憶させると共に、コーションランプ（不図示）を点灯させる。ここで、ダイアグノーシスとは、自己診断装置であり、車載機器に異常があった時にその情報を記憶する装置のことである。その後、コントローラ８は、車両を停止させる（Ｓ１０）。一方、すべての二次電池４において電圧の差の絶対値が０．５Ｖ以下である場合（Ｓ２：ＮＯ）、ステップＳ３の処理に進む。
【００２４】
ステップＳ３の処理では、コントローラ８は、各電圧コンバータ（５ａ、５ｂ）のいずれかに異常が検知されていないかを確認する。異常が検知されていない場合（Ｓ３：ＮＯ）、コントローラ８はステップＳ２の処理へ戻る。異常が検知された場合（Ｓ３：ＹＥＳ）、コントローラ８はステップＳ４の処理に進む。この処理では、異常が検知された電圧コンバータが停止される。異常が検知されていない電圧コンバータは、継続運転される。その次の処理では、電圧コンバータ異常処置となり、コントローラ８は、電圧コンバータに異常が発生していることをダイアグノーシスに記憶させ、コーションランプを点灯させる（Ｓ５）。その後、ステップＳ６の処理に進む。
【００２５】
ステップＳ６の処理で、コントローラ８は、メインバッテリ３のＳＯＣの使用範囲を狭める。コントローラ８は、ＳＯＣ使用範囲の上限値を８０％から６０％に下げ、さらに、ＳＯＣの使用範囲の下限値を２０％から４０％に上げる。一般に、車両に異常が発生し、走行性能を制限して走行を続けることをフェール走行と称する。本実施例では、ＳＯＣの使用範囲を通常走行時よりも狭めて走行を続けることが、フェール走行に相当する。その後、ステップＳ２の処理と同様に各二次電池４のＳＯＣのばらつきを確認する（Ｓ７）。ステップＳ２と同様に、コントローラ８は、各二次電池４の出力電圧の平均値と各二次電池４の出力電圧との差の絶対値が閾値より大きい否かを、各二次電池すべてにおいて確認する。ここで、閾値は１．０Ｖとし、ステップＳ２よりもばらつきの許容値が大きくされる。ステップＳ６にてＳＯＣ使用範囲の上限値が８０％から６０％に下がったため、過充電になるまで２０％の余裕が生じることとなる。このため、各二次電池４の出力電圧のばらつきについても、この余裕幅を超えない分だけ、許容値を大きくすることができる。各二次電池４で電圧の差の絶対値が１．０Ｖ以下である場合（Ｓ７：ＮＯ）、コントローラ８は各二次電池４に異常は無いと判断し、フェール走行を継続させると共に、Ｓ７の処理を反復して行う。一方、少なくとも一つの二次電池４で電圧の差の絶対値が１．０Ｖより大きい場合（Ｓ７：ＹＥＳ）、コントローラ８は二次電池４に異常が発生していると判断し、車両を停止する（Ｓ８）。
【００２６】
以下、上述の実施例により得られる利点について説明する。上述のように、電圧コンバータは各二次電池のＳＯＣを均等化しているため、いずれかの電圧コンバータに異常が発生すると各二次電池のＳＯＣは均等化されなくなる。よって、各二次電池４のＳＯＣのばらつきが大きくなる。しかし、実施例の電源システム２では、コントローラ８がいずれかの電圧コンバータの異常を検知した場合に、メインバッテリ３のＳＯＣの使用範囲を狭める。これにより、二次電池が過充電及び過放電の状態になるまでに余裕が生じる。よって、各二次電池４のＳＯＣのばらつきが大きくなっても、各二次電池４の過充電及び過放電が防止される。このため、メインバッテリ３を劣化から守るために電源システム２を停止しなくてもよい。よって、ハイブリッド車の走行を継続することができる。
【００２７】
また、修理については、異常が検知された電圧コンバータのみを交換すればよい。これにより、修理費の低減と作業性を改善することができる。なお、各二次電池４に生じたＳＯＣのばらつきは、正常な電圧コンバータに交換した後、走行しながら自動的に均等化される。
【００２８】
なお、ＳＯＣの使用範囲を狭めることは、車両の走行性能を低下させることになる。本明細書で開示する技術は、車両の走行性能が低下しても、車両の走行維持を優先することを目的としている点に留意されたい。
【００２９】
以下、実施例で示した技術に関する留意点を述べる。実施例の電源システム２を搭載する電気自動車は走行用にモータとエンジンを備えるハイブリッド車であった。本明細書が開示する技術は、エンジンを備えず、モータだけで走行するピュアＥＶに適用することも可能である。この場合、メインバッテリ３はモータからの回生電力及び外部電源や補助電源により充電される。
【００３０】
また、実施例では、メインバッテリ３は５個の二次電池を直列に繋いで構成されていたが、メインバッテリ３は複数の二次電池を直列に繋いで構成されていればよい。
【００３１】
また、図２で示されているＳＯＣ使用範囲の上限値及び下限値の数値、各二次電池４のＳＯＣのばらつきを判断する閾値は、実施例で示される値には限らない。適用する二次電池の種類及び電気自動車の種類等により適当な値が選ばれることに留意されたい。
【００３２】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００３３】
２：電源システム
３：メインバッテリ
４：二次電池
５ａ、５ｂ：電圧コンバータ
６：補機バッテリ
７：補機群
８：コントローラ
９：モータ
１２：エンジン
１３：インバータ
【図１】
2015080328.tif 000003
【図２】
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