(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに直列接続されて高圧の組み電池を構成する多数の電池モジュ−ルの各モジュ−ル電圧を順次に個別に検出する電圧検出回路と、前記組み電池の総電流を検出する電流検出回路と、前記電圧検出回路と前記電流検出回路により、検出された電圧および電流に応じて組み電池の充電状態を演算する電池状態演算手段とを備えた組み電池の充電状態検出装置において、
前記電流検出回路は、前記組み電池と前記組み電池に接続される電力変換器との間に設けられた電流センサにより前記組み電池の総電流を検出するものであって、前記電池演算手段が出力する信号に基づいて前記電圧検出回路による電圧検出と前記電流検出回路による電流検出を行うことにより電圧検出時期と電流検出時期とを同期させたことを特徴とする組み電池の充電状態検出装置。
【請求項２】
請求項１記載の電池の充電状態検出装置において、前記電池モジュールと前記電圧検出回路とを１つのパッケージに納めていることを特徴とする組み電池の充電状態検出装置。
【請求項３】
互いに直列接続されて高圧の組み電池を構成する多数の電池モジュ−ルと、この電池モジュールの各モジュ−ル電圧を順次に個別に検出する電圧検出回路とを有する電池パックと、前記組み電池の総電流を検出する電流検出回路と、前記電圧検出回路と前記電流検出回路により、検出された電圧および電流に応じて組み電池の充電状態を演算する電池状態演算手段とを備えた組み電池の充電状態検出装置と、この充電状態検出装置によって検出された電池の充電状態に応じて、車両の駆動源を制御する駆動源制御回路とを備え、
前記電流検出回路は、前記組み電池と前記組み電池に接続される電力変換器との間に設けられた電流センサにより前記組み電池の総電流を検出するものであって、前記電池演算手段が出力する信号に基づいて前記電圧検出回路による電圧検出と前記電流検出回路による電流検出を行うことにより電圧検出時期と電流検出時期とを同期させたことを特徴とする車両制御装置。
【請求項４】
請求項３記載の車両制御装置において、前記電流検出回路、前記充電状態検出回路および前記駆動源制御回路とは、前記電池パックとは異なる別のパッケージに収納されていることを特徴とする車両制御装置。
【請求項５】
請求項４記載の車両制御装置において、前記電圧検出回路により検出された電圧は、前記充電状態検出回路に通信により送られることを特徴とする車両制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に電気自動車もしくはハイブリッド車に好適な、組み電池の充電状態検出装置ならびにこの検出装置を備えた車両制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気自動車の駆動用電池は、数Ｖ〜十数Ｖの電池モジュールを数十個直列に接続した組電池構造をしており、これを１つのパッケージに納め、電池パックとして車体に搭載されている。この様な電池パックを搭載したハイブリッド車及び電気自動車において、組電池の残存容量や、劣化具合等を正確に把握することが、走行及び充電性能を向上させるための要因の一つである。
【０００３】
そこで従来は、各電池モジュール毎もしくは、数個の電池モジュール毎に電池電圧を測定して、組電池の残存容量や劣化の状態などを把握するためのパラメータの１つとしている。これらの電池電圧（以降個別電圧と略）の検出手段は電池パック内に組み込まれ、他の制御とを高電圧から絶縁している。
【０００４】
この個別電圧検出手段は、測定した各個別電圧データを車両制御や走行制御を行う走行制御ユニットに搭載されたコントローラにシリアル通信などでデータ転送し、このコントローラで電池状態を判断している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなシステム構成では、電流センサによる総電流のサンプリング時間に対して、個別電圧のサンプリング時間に時間差が生じる問題を有している。これは電池状態を判断するコントローラにおいて、個別電圧のサンプリング時間＝データ転送された時間となるが、実際の個別電圧データは、それ以前に個別電圧検出手段によってサンプリングされた時点のデータであるため、総電流のデータと個別電圧のデータに同期が取れず、電池状態の演算精度が悪化することが問題となる。
【０００６】
そこで、本発明は、組電池の個別電圧検出手段と、この総電流の電流検出手段において、個別電圧と総電流の同期検出を実現することにより、より正確な電池状態が把握可能な電気自動車やハイブリッド車を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載した本発明の充電状態検出装置によれば、互いに直列接続されて高圧の組み電池を構成する多数の電池モジュ−ルの各モジュ−ル電圧を順次に個別に検出する電圧検出回路と、前記組み電池の総電流を検出する電流検出回路と、前記電圧検出回路と前記電流検出回路により、検出された電圧および電流に応じて組み電池の充電状態を演算する電池状態演算手段とを備えた組み電池の充電状態検出装置において、
前記電流検出回路は、前記組み電池と前記組み電池に接続される電力変換器との間に設けられた電流センサにより前記組み電池の総電流を検出するものであって、前記電池演算手段が出力する信号に基づいて前記電圧検出回路による電圧検出と前記電流検出回路による電流検出を行うことにより電圧検出時期と電流検出時期とを同期させた。
【０００８】
これによれば、電圧および電流を同期して検出することで、より正確な電池状態が検出することができる。
【０００９】
また、請求項２記載の電池の充電状態検出装置においては、電池モジュールと電圧検出回路とを１つのパッケージに納めている。
【００１０】
請求項３記載の車両制御装置によれば、互いに直列接続されて高圧の組み電池を構成する多数の電池モジュ−ルと、この電池モジュールの各モジュ−ル電圧を順次に個別に検出する電圧検出回路とを有する電池パックと、前記組み電池の総電流を検出する電流検出回路と、前記電圧検出回路と前記電流検出回路により、検出された電圧および電流に応じて組み電池の充電状態を演算する電池状態演算手段とを備えた組み電池の充電状態検出装置と、この充電状態検出装置によって検出された電池の充電状態に応じて、車両の駆動源を制御する駆動源制御回路とを備え、前記電流検出回路は、前記組み電池と前記組み電池に接続される電力変換器との間に設けられた電流センサにより前記組み電池の総電流を検出するものであって、
前記電池演算手段が出力する信号に基づいて前記電圧検出回路による電圧検出と前記電流検出回路による電流検出を行うことにより電圧検出時期と電流検出時期とを同期させた。
【００１１】
これによれば、電圧および電流を同じタイミングで検出することで、組み電池の正確な充電状態を検出することで、車両の駆動源を適格に制御することができる。
【００１２】
また、請求項４記載の車両制御装置においては、前記電流検出回路、前記充電状態検出回路および前記駆動源制御回路とは、前記電池パックとは異なる別のパッケージに収納されている。
【００１３】
さらに、請求項５記載の車両制御装置においては、前記電圧検出回路により検出された電圧は、前記充電状態検出回路に通信により送られる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な態様を以下の実施例により詳細に説明する。ただし、本発明は下記の実施例の構成に限定されるものではなく、置換可能な公知回路を用いて構成できることは当然である。
【００１５】
【実施例】
本発明の車両制御装置の一実施例を図１、図２を参照して説明する。
【００１６】
図１は本発明のシステム構成概略図で、１９は走行用バッテリで、数Ｖ〜十数Ｖ程度の電圧の電池モジュールが数十個直列に接続した組電池構造をしている。
【００１７】
１は個別電圧検出手段で、走行用バッテリの電池モジュール１９と他の制御系を絶縁すると共に、各電池モジュール１９の電圧V1〜Vnを個別に測定し、測定データをシリアル通信で信号２０１に出力している。なお、この個別電圧検出手段１については、後述する。
【００１８】
３０は電池パックで、走行用バッテリ１９と個別電圧検出手段１とを１つのパッケージに納め、走行用の電源ユニットとして車両に搭載されている。
【００１９】
４０は走行用モータであり、走行用バッテリ１９に蓄えられた電力を、５０の走行用インバータで電力変換して駆動する。そして、電気自動車もしくはハイブリッド車の駆動源である走行用モータ４０を駆動させるものである。
【００２０】
６０は電流検出手段であり、走行用バッテリ１９に流れる電池モジュールの総電流Ibを、磁気平衡式電流センサなどを用いて測定し、信号６０１として電圧出力する。
【００２１】
７０は走行制御ユニットで、走行用インバータ５０と電流検出手段６０及びコントローラ８０等から構成された走行制御装置で、電池パック３０とは別のパッケージになっている。
【００２２】
８０は本システムを制御するためのコントローラで、車両の各種センサ信号（例えば、アクセルセンサ８４、ブレーキセンサ８５、シフトセンサ８６等）を入力し、マイコンによって走行用インバータ５０を制御して、走行用モータ４０を駆動することで車両の走行を制御している。
【００２３】
そして、コントローラ８０内の電池状態演算手段８１は、電流検出手段６０と個別電圧検出手段１からの信号により、組み電池の充電状態を検出している。この検出方法については、一般に知られていることから説明を省略する。
【００２４】
また、車両制御手段８２においては、電池状態演算手段８１からの電池充電状態の情報と、上述した各センサ８４，８５，８６の信号から、車両を駆動するに必要なトルクを演算する。なお、トルクの演算方法については、例えば、特開平１１−６４４９号公報を参照のこと。
【００２５】
さらに、トルク制御装置８３は、上記車両制御手段８２により、演算されたトルクに応じて、走行用インバータ５０の電流制御を行うものである。また、走行用バッテリ１９に充電する際は、本システムの外部または内部の充電器と協調し、充電制御を行っている。そして、信号２０１及び信号６０１を介して走行用バッテリ１９の各電池モジュール電圧V1〜Vnや総電流Ibを検出して、走行用バッテリ１９の残存容量や劣化具合等を演算、監視し、必要に応じて走行能力を制限したり、充電電流を制御することによりシステムの走行及び充電性能を向上させている。
【００２６】
そして、電池パック３０１について、以下、図３および図４に基づいて説明する。組み電池１９の各モジュ−ル電圧をデジタル信号に変換する組み電池の電圧検出装置を示すブロック図であり、組み電池１９、差動型電圧検出回路２０１〜２２０、Ａ／Ｄ変換回路５〜８、フォトカプラ素子２０ａが図示されている。
【００２７】
図４は図３のこの電圧検出装置を用いた電池モニタ装置の一実施例を示すブロック図である。
【００２８】
１は電池の電圧を制御するＣＰＵ、２はデマルチプレクサからなるクロック信号分配用のセレクタ回路（以下、クロック信号セレクタ回路ともいう）、３はデマルチプレクサからなる制御信号分配用のセレクタ回路（以下、制御信号セレクタ回路ともいう）、４はマルチプレクサからなるデジタル信号選択用のセレクタ回路（以下、デ−タセレクタ回路ともいう）、５〜１０はＡ／Ｄ変換回路、２０１〜２２０及び１３は差動型電圧検出回路、１４はアナログ増幅回路、１５は電流センサ、１０１〜１２０は組み電池１９の各電池モジュ−ル（単にモジュ−ルともいう）である。ただし、図４において、電池モジュ−ル１０６〜１２０、差動型電圧検出回路２０６〜２２０、Ａ／Ｄ変換回路６〜８は図示省略されている。
【００２９】
電池モジュ−ル１０１〜１２０はそれぞれ１２個の単電池を縦続接続してなる。電池モジュ−ル１０１は最高位のモジュ−ル電圧をもち、電池モジュ−ル１２０は最低位のモジュ−ル電圧をもつ。２０は各セレクタ回路２〜４と各Ａ／Ｄ変換回路５〜１０を接続するシリアル信号線群であり、この実施例では、各信号線はＣＰＵ１の保護のためにそれぞれフォトカプラ（たとえば２０ａ）を有している。Ａ／Ｄ変換回路５〜１０はそれぞれ５チャンネル入力の切り替え入力型のＡ／Ｄ変換回路であり、入力される切り替え信号により、各Ａ／Ｄ変換回路５〜１０は同期してチャンネル切り替えされる。
【００３０】
図４からわかるように、モジュ−ル１０１のモジュ−ル電圧は差動型電圧検出回路２０１で所定の基準電位１に対する信号電圧に変換されてからＡ／Ｄ変換回路５でＡ／Ｄ変換される。同様に、モジュ−ル１０２のモジュ−ル電圧は差動型電圧検出回路２０２で所定の基準電位１に対する信号電圧に変換されてからＡ／Ｄ変換回路５でＡ／Ｄ変換され、モジュ−ル１０３のモジュ−ル電圧は差動型電圧検出回路２０３で所定の基準電位１に対する信号電圧に変換されてからＡ／Ｄ変換回路５でＡ／Ｄ変換され、モジュ−ル１０４のモジュ−ル電圧は差動型電圧検出回路２０４で所定の基準電位１に対する信号電圧に変換されてからＡ／Ｄ変換回路５でＡ／Ｄ変換され、モジュ−ル１０５のモジュ−ル電圧は差動型電圧検出回路２０５で所定の基準電位１に対する信号電圧に変換されてからＡ／Ｄ変換回路５でＡ／Ｄ変換される。
【００３１】
同様に、電池モジュ−ル１０６〜１１０のモジュ−ル電圧は差動型電圧検出回路２０６〜２１０を通じてＡ／Ｄ変換回路６に入力され、電池モジュ−ル１１１〜１１５のモジュ−ル電圧は差動型電圧検出回路２１１〜２１５を通じてＡ／Ｄ変換回路７に入力され、電池モジュ−ル１１６〜１２０のモジュ−ル電圧は差動型電圧検出回路２１６〜２２０を通じてＡ／Ｄ変換回路８に入力される。
【００３２】
また、組み電池１９の総電圧は差動型電圧検出回路１３で所定の共通接地電位に対する信号電圧に変換されからＡ／Ｄ変換回路９でＡ／Ｄ変換され、組み電池１９の電流は増幅回路１４を通じてＡ／Ｄ変換回路１９でＡ／Ｄ変換される。
【００３３】
各Ａ／Ｄ変換回路５〜１０の出力は、デ−タセレクタ回路４にて時間順次に選択され、信号ＳＩＮとしてＣＰＵ１に読み込まれる。
【００３４】
Ａ／Ｄ変換回路５〜１０は同期動作シリアル出力型のＡ／Ｄ変換回路であって、変換デ−タすなわちシリアルデジタル信号はデジタル信号確定後に入力するクロックパルスに同期して出力される。
【００３５】
更に説明すると、Ａ／Ｄ変換回路５は、アナログ信号が入力されるアナログ入力端子、シリアル信号であるデジタル信号を出力するデ−タ出力端子、シリアル信号である制御命令が入力される制御命令入力端子、及び、同期用のクロックパルスが入力されるクロックパルス入力端子を有し、読み込み指令が制御命令入力端子へ入力されると、アナログ信号の読み込みが行われ、その後、次のクロックパルスの入力により８ビットのシリアルデジタル信号が出力される。その他のＡ／Ｄ変換回路６〜１０も同じ構造を有している。
【００３６】
次に、組み電池１９の各モジュ−ル電圧を検出する差動型電圧検出回路２０１〜２２０について、図３を参照して説明する。
【００３７】
この実施例では組み電池１９を構成する合計２４０個の単電池が互いに縦続接続される２０個の電池モジュ−ル１０１〜１２０に区分され、更に、電池モジュ−ル１０１〜１０５は第１の電圧検出ブロックを構成し、電池モジュ−ル１０６〜１１０は第２の電圧検出ブロックを構成し、電池モジュ−ル１１１〜１１５は第３の電圧検出ブロックを構成し、電池モジュ−ル１１６〜１２０は第４の電圧検出ブロックを構成している。
【００３８】
第１の電圧検出ブロックは、第１の基準電位である基準電位１をもち、第２の電圧検出ブロックは第２の基準電位である基準電位２をもち、第３の電圧検出ブロックは、第３の基準電位である基準電位３をもち、第４の電圧検出ブロックは第４の基準電位である基準電位４を有している。
【００３９】
この実施例では、基準電位１は電池モジュ−ル１０３の低位側端子電圧（電池モジュ−ル１０４の高位側端子電圧）に設定され、以下同様に、各基準電位２〜４は、各電圧検出ブロックにおける高電位側から３番目の電池モジュ−ルの低位側端子電圧（低位側から２番目の電池モジュ−ルの高位側端子電圧）に設定されている。
【００４０】
すなわち、この実施例では、同一の電圧検出ブロック内の各差動型電圧検出回路の基準電位（入力側抵抗回路網の一端に印加される定電位）は等しくされ、また、各電圧検出ブロックには異なる基準電位１〜４が印加される。更に、各基準電位１〜４は、電圧検出ブロック内の各電池モジュ−ルの中間電位（最高端子電圧と最低端子電圧との中間の値にできるだけ近い値）に設定され、更に、各基準電位１〜４として電池モジュ−ルの端子電圧を用いている。
【００４１】
次に、図２において、本発明の個別電圧及び総電流データを確定する場合のタイミングチャートを示す。このタイミングチャートでは、コントローラ８０に組み込まれたマイコンによってタイミングが制御されている。
【００４２】
まず、各電池モジュール電圧V1〜Vnと総電流Ibのサンプリングを同期させるため、コントローラ８０が所定周期のパルス信号を同期信号として信号２１１に出力する（図２（ａ）参照）と共に、このパルス信号に合わせて信号６０１を介して総電流Ibの検出を行っている（図２（ｅ）参照）。
【００４３】
さらに、個別電圧検出手段１は、図２（ａ）の信号２１１のタイミングに合わせて電池モジュール電圧V1〜Vnの測定する（図２（ｂ）参照）と共に、測定データを信号２０１にシリアル通信で出力している（図２（ｃ）参照）。
【００４４】
また、コントローラ８０は、信号２０１を介して行われる各電池モジュール電圧V1〜Vnのシリアル通信データの受信に合わせて、電池モジュール電圧V1〜Vnの更新（図２（ｄ）参照）及び総電流Ibデータの更新（図２（ｆ）参照）を行っている。
【００４５】
以上の制御により、組電池の個別電圧検出手段と、この総電流の電流検出手段が別体になったシステム構成においても、個別電圧と総電流の同期検出を実現でき、より正確な電池状態が把握可能となり、車両駆動源（走行用モータ４０）を適格に駆動できる電気自動車やハイブリッド車を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の車両制御装置のシステム図である。
【図２】本発明の電圧および電流の検出を示すタイミングチャートである。
【図３】組み電池１９の各モジュ−ル電圧をデジタル信号に変換する組み電池の電圧検出装置を示すブロック図である。
【図４】図３の組み電池の電圧検出装置を用いた組み電池の電池モニタ装置の一実施例を示すブロック回路図である。
【符号の説明】
１は個別電圧検出手段、１９は組み電池、３０は電池パック、４０は走行用モータ、５０はインバータ回路、６０は電流検出手段、７０は走行制御ユニット、８０はコントローラ、８１は電池状態演算手段。
【図１】
0004035913.tif 000002
【図２】
0004035913.tif 000003
【図３】
0004035913.tif 000004
【図４】
0004035913.tif 000005