JP2000014030A

JP2000014030A - 車両用充電制御装置

Info

Publication number: JP2000014030A
Application number: JP10187034A
Authority: JP
Inventors: Taichi Ogawa; 太一小川; Minoru Nakajima; 稔中島; Koichiro Ozawa; 浩一郎小澤; Kazuhiro Hara; 一広原; Yasuo Yamada; 保雄山田; Iwao Shimane; 岩夫嶋根
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1998-06-18
Filing date: 1998-06-18
Publication date: 2000-01-14

Abstract

(57)【要約】【課題】大きな充電電流による各セルの過充電を防止
する車両用充電制御装置を提供する。【解決手段】各バイパス回路１５−１〜ｎは、セル電
圧が満充電電圧ＶFUになると充電電流をバイパスさせる
と共にバイパス中信号を出力する。充電制御装置４の回
生制動部４ｃは、ＥＣＵ３からの回生制動指令に応答し
て回生制動を実行し、発電電動モータ（Ｇ／Ｍ）の運動
エネルギを電気エネルギに変換する。ＥＣＵ３のバイパ
ス動作検知部３ａは、バイパス中信号を受信すると充電
部４ｂへ充電制限信号を出力する。充電部４ｂは、回生
制動部４ｃが発生する電気エネルギを、常時は比較的大
きな充電電流ＩH に変換する一方、充電制限信号を受信
すると、比較的小さない充電電流ＩH に制限する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電動車両やハイブ
リッド車両に搭載された蓄電器を充電する車両用充電制
御装置に係り、特に、過充電を防止して蓄電器の長寿命
化を可能にした車両用充電制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】環境への配慮から、電動車両やハイブリ
ッド車両等のバッテリを動力源とする車両（以下、電動
車両で代表する）が普及しつつある。このような電動車
両用の二次バッテリには、ガソリンエンジンに匹敵する
動力の確保を可能にする大容量のバッテリが必要である
が、ガソリン補給と同等に簡便かつ短時間での充電を可
能にする大容量の二次バッテリは未だ開発されていな
い。

【０００３】また、二次バッテリの過充電を防止するた
めには、バッテリの充電量を正確に把握して充電量を制
御することが望ましいが、充電量を正確に検出する技術
が確立されていない現在では、バッテリの容量を有効利
用するために一定量の過充電が行われるのが通常であ
る。しかしながら、過充電はバッテリの劣化を促進する
のみならず、電気エネルギの浪費となってしまう。

【０００４】このような問題点を解決するために、例え
ば特開平６−２６１４５２号公報あるいは特開平４−２
９９０３２号公報では、複数のバッテリセルを直列接続
して二次バッテリを構成すると共に、各バッテリセルの
端子電圧を検出し、端子電圧が所定値に達したバッテリ
セルへの充電電流はバイパスさせる充電制限回路を備え
た蓄電電源装置が提案されている。

【０００５】図８は、上記した従来技術による充電制限
回路の構成を示したブロック図である。バッテリ９は複
数のバッテリセル９０−１、９０−２…、９０−ｎを直
列接続して構成され、負荷７にはバッテリ９から電気エ
ネルギが供給される。バッテリ９の充電時には充電回路
８が接続され、充電回路８は、商用電源６から供給され
る電力を利用してバッテリ９を充電する。

【０００６】各バッテリセル９０−１、９０−２…、９
０−ｎにはバイパス回路５−１〜５−ｎが並列接続され
ている。各バイパス回路５−１〜ｎは、セル電圧が満充
電電圧ＶFUになると、充電電流をバイパス電流ＩBPとし
て通過させるように作用する。したがって、充電電流は
未だ満充電状態ではないバッテリセル９０−ｉへ優先的
に供給されることになる。

【０００７】図９は、前記バイパス回路５の構成例を示
した図であり、入出力端子間に直列接続された分圧抵抗
Ｒ2 、Ｒ3 の接続点にはトランジスタＴｒのベースが接
続され、このトランジスタＴｒのコレクタは入力端子に
接続され、エミッタはバイパス抵抗Ｒ4 を介して出力端
子に接続されている。

【０００８】このような構成によれば、いずれかのバッ
テリセル９０−ｉのセル電圧Ｖが上昇して満充電電圧Ｖ
FUに達すると、トランジスタＴｒのベース電圧が上昇し
てオン状態となり、充電電流がトランジスタＴｒおよび
バイパス抵抗Ｒ4 を介してバイパスされるので、過充電
によるバッテリセルの劣化が防止される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】電動車両では、停車状
態での商用電源による充電のみならず、走行時であって
も制動時には駆動モータを発電機として機能させてバッ
テリを充電させる回生制動が行われる。しかしながら、
回生制動では駆動モータの回転速度に応じた電力が発生
するため、高速走行状態からの制動時には比較的大きな
電流（または電圧）がバッテリへ供給されることにな
る。

【００１０】このように、バッテリへ大きな充電電流が
供給されると、バイパス回路５−ｉによるバイパス時で
あってもバイパス抵抗Ｒ4 の端子電圧が上昇するのでバ
ッテリセル９０−ｉへの印加電圧も上昇し、過充電状態
が発生し得るという問題があった。

【００１１】なお、上記した問題は電動車両の回生制動
に固有のものではなく、動力源としてエンジンおよびモ
ータを備えたハイブリッド車両でも、エンジンの運転時
には駆動モータが発電機として機能して充電電流が発生
するので、上記したような回生制動時のみならず、エン
ジンが高回転で運転される場合も大きな充電電流が発生
して前記と同様の問題が生じ得る。

【００１２】本発明の目的は、上記した従来技術の問題
点を解決し、回生制動時等に発生し得る比較的大きな充
電電流によるバッテリセルの過充電を防止できるように
した車両用充電制御装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明は、複数のセルを直列接続して構成され
た充放電可能な蓄電器と、前記蓄電器を充電する発電装
置と、前記発電装置による蓄電器の充電を制御する充電
制御装置とを具備した車両用充電制御装置において、各
セルのそれぞれに並列接続され、各セルの端子電圧が所
定値以上になったことを検知して当該セルへの充電電流
をバイパスするバイパス手段と、前記各バイパス手段が
バイパス動作中であるか否かをそれぞれ検知するバイパ
ス動作検知手段とを具備し、前記充電制御装置は、前記
バイパス動作検知手段によって少なくとも一つのバイパ
ス手段のバイパス動作が検知されると前記蓄電器へ供給
する充電電流を制限するようにした。

【００１４】上記した構成によれば、蓄電器を構成する
各セルのいずれかが満充電になると、充電電流がバイパ
スされて他のセルへ優先的に供給されると共に、充電電
流自体も制限されてバイパス電流が減少するので、バイ
パス電流による満充電セルへの印加電圧の上昇が抑えら
れて過充電による蓄電器の劣化を防止できる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明を詳
細に説明する。図１は、本発明の一実施形態である車両
用充電制御装置のブロック図であり、前記と同一の符号
は同一または同等部分を表している。なお、以下ではモ
ータを動力源とする電動車両を例にして説明するが、モ
ータおよびエンジンを駆動源とする、いわゆるハイブリ
ッド車両にも同様に適用することができる。

【００１６】本実施形態では、各セルへの充電電流をバ
イパスする各バイパス回路の動作状態、すなわち各バイ
パス回路が充電電流をバイパス中か否かを判定し、いず
れかのバイパス回路がバイパス動作中であると充電電流
の供給を制限するようにした点に特徴がある。

【００１７】図１において、発電および電動機能を有す
る発電電動モータ（Ｇ／Ｍ）は、図示しない適宜のギア
手段を介して車両の駆動輪ＷR 、ＷL と機械的に連結さ
れている。蓄電器として機能するキャパシタ１は、例え
ば大容量の電気二重層コンデンサであり、複数のセル１
０−１、１０−２…、１０−ｎを直列接続して構成され
る。

【００１８】充電制御装置４は、前記発電電動モータ
（Ｇ／Ｍ）からキャパシタ１への充電およびキャパシタ
１から発電電動モータ（Ｇ／Ｍ）への給電を制御する。
バイパス手段としての各バイパス回路１５−１〜ｎは、
各セル１０−１〜ｎのセル電圧をそれぞれ監視し、セル
電圧が満充電電圧ＶFUになると充電電流をバイパスさせ
ると共にバイパス中信号をＥＣＵ３へ出力する。満充電
電圧ＶFUは、各セルの定格電圧が例えば２．５Ｖであれ
ば、それ以下の２．３〜２．５Ｖに設定することが望ま
しい。

【００１９】充電制御装置４のインバータ部４ａは、前
記キャパシタ１から出力される直流電流を交流電流に変
換して発電電動モータ（Ｇ／Ｍ）へ供給すると共に、発
電電動モータ（Ｇ／Ｍ）が発電した交流電流を直流電流
に変換してキャパシタ１へ供給する。

【００２０】ＥＣＵ３は、別途に入力される制動指令に
応答して充電制御装置４へ回生制動指令を出力する。充
電制御装置４の回生制動部４ｃは、ＥＣＵ３から送出さ
れた回生制動指令に応答して、前記発電電動モータ（Ｇ
／Ｍ）を発電機として機能させて駆動輪ＷR 、ＷL に制
動力を発生させる回生制動を実行し、発電電動モータ
（Ｇ／Ｍ）の運動エネルギを交流電流に変換する。この
交流電流は前記インバータ部４ａで直流電流に変換さ
れ、充電部４ｂからキャパシタ１へ充電電流として供給
される。

【００２１】ＥＣＵ３のバイパス動作検知部３ａはバイ
パス動作検知手段として機能し、各バイパス回路１５−
１〜ｎから出力されたバイパス中信号を受信すると、い
ずれかのセル１０−ｉが満充電状態となってバイパス回
路１５−ｉが作動したと判断し、前記充電制御装置４の
充電部４ｂへ充電制限指令を出力する。

【００２２】前記充電部４ｂは、回生制動時の発電電動
モータ（Ｇ／Ｍ）から出力される交流電流を、常時は比
較的大きな充電電流ＩH に変換して出力する一方、ＥＣ
Ｕ３のバイパス動作検知部３ａから充電制限指令を受信
すると、出力電流を前記充電電流ＩH から、これよりも
小さい充電電流ＩL に制限する。

【００２３】図２は、前記バイパス回路１５の構成例を
示したブロック図であり、前記と同一の符号は同一また
は同等部分を表している。

【００２４】各バイパス回路１５のバイパス抵抗Ｒ4 に
は、バイパス中信号発生手段としてのフォトカプラ１５
１のフォトダイオード１５３が並列接続され、各フォト
ダイオード１５３と対をなすフォトトランジスタ１５２
のエミッタおよびコレクタは、各フォトカプラごとに相
互に共通接続されてＥＣＵ３に接続される。ＥＣＵ３で
は前記共通エミッタ線が接地され、共通コレクタ線はプ
ルアップされると共に前記バイパス動作検知部３ａに接
続される。共通コレクタ線上の信号は前記バイパス中信
号となる。

【００２５】このように、本実施形態では各バイパス回
路がバイパス動作中であるか否かを、バイパス動作中に
流れるバイパス電流により直接的に検知することができ
るので、従来のようにセル電圧に基づいて検知する場合
などに比べて、セル電圧を検知するためのセンサ等が不
要になるのみならず、正確な検知が可能になる。

【００２６】図３、４は、本実施形態の動作を示したフ
ローチャートであり、特に、図４はバイパス動作検知部
３ａの動作を示し、図４は充電部４ｂの動作を示してい
る。また、図５は、図１各部の電圧レベルの遷移状態を
示したタイムチャートであり、ここでは、キャパシタ１
が３つのセル１０ａ、１０ｂ、１０ｃにより構成されて
いるものとする。

【００２７】なお、図５の(a) は充電量が十分なセル１
０ａの端子電圧であり、(c) は充電量が不足しているセ
ル１０ｃの端子電圧であり、(b) は、充電量が両者の中
間程度であるセル１０ｂの端子電圧を示している。

【００２８】バイパス動作検知部３ａは、ステップＳ１
１において制動指令を受信すると、ステップＳ１２で
は、充電制御装置４の回生制動部４ｃへ、時刻ｔ1 にお
いて回生制動指令を出力する。これにより発電電動モー
タ（Ｇ／Ｍ）が発電機として機能して回生制動が実行さ
れる。

【００２９】ステップＳ１３では、各バイパス回路１５
−ｉからバイパス中信号が送出されているか否かが判定
される。ここで、各セル１０ａ、１０ｂ、１０ｃのセル
電圧Ｖが、図５の時刻ｔ1 のようにいずれも満充電電圧
ＶFU以下であると、充電電流はバイパス回路１５でパイ
パスされることなく各セル１０ａ、１０ｂ、１０ｃへ充
電されるので、前記バイパス中信号は出力されない。バ
イパス動作検知部３ａは、バイパス中信号が受信されな
ければ充電制限信号を出力しない。

【００３０】その後、各セル１０ａ、１０ｂ、１０ｃの
充電が進み、同図(a) に示したように、時刻ｔ2 におい
て前記セル１０ａの端子電圧が満充電電圧ＶFUに達する
と、当該セル１０ａのバイパス回路１５が付勢されて充
電電流がバイパスされると共に、バイパス動作検知部３
ａに対しては、バイパス中信号が出力される。バイパス
動作検知部３ａは、ステップＳ１３において前記バイパ
ス中信号を受信すると、ステップＳ１４において充電制
限指令を出力する。

【００３１】一方、前記充電部４ｂは、ステップＳ２１
において充電制限指令が受信されたか否かを判定し、充
電制限指令が受信されないと、ステップＳ２２において
出力電流を比較的大きな充電電流ＩH に設定する。した
がって、時刻ｔ1 以降は各セル１０ａ、１０ｂ、１０ｃ
が比較的大きな充電電流ＩH で急速に充電されることに
なる。また、時刻ｔ2 において充電制限指令が送出さ
れ、これが前記ステップＳ２１において受信されると、
ステップＳ２３では、出力電流を比較的小さな充電電流
ＩL （＜ＩH ）に制限する。

【００３２】その後、時刻ｔ3 において前記セル１０ｂ
の端子電圧が満充電電圧ＶFUに達すると、当該セル１０
ｂのバイパス回路１５が付勢されて充電電流がバイパス
されると共に、バイパス動作検知部３ａに対してバイパ
ス中信号が出力される。さらに、時刻ｔ4 において前記
セル１０ｃの端子電圧が満充電電圧ＶFUに達すると、当
該セル１０ｃのバイパス回路１５が付勢されて充電電流
がバイパスされると共に、バイパス動作検知部３ａに対
してバイパス中信号が出力される。

【００３３】上記したように、本実施形態によれば、い
ずれかのセル１０が満充電状態に達し、そのバイパス回
路１５が機能すると、これに応答して回生制動による充
電電流が自動的に制限されるので、各セルの過充電が防
止される。

【００３４】なお、上記した実施形態では、充電部４ｂ
が充電電流を、比較的大きな充電電流ＩH またはこれよ
りも小さな充電電流ＩL の２段階に制御するものとして
説明したが、図６に示したように、いずれかのバイパス
回路１５からバイパス中信号が出力されるごとに、充電
電流がＩH →ＩM →ＩL と段階的に減少するようにして
も良い。

【００３５】さらに、図５、６では、全てのバイパス回
路１５からバイパス中信号が出力された後も小さな充電
電流ＩL が供給され続けるものとして説明したが、全て
のバイパス回路１５からバイパス中信号が出力された後
は、充電電流の供給が停止されるようにしても良い。

【００３６】図７は、本発明の第２実施形態である車両
用充電制御装置のブロック図であり、前記と同一の符号
は同一または同等部分を表している。本実施形態では、
モータとエンジン２とを組み合わせた、いわゆるハイブ
リッド車両に本発明の車両用充電制御装置を適用してい
る。

【００３７】ハイブリッド車両には、発電専用モータお
よび電動専用モータを別々に備え、エンジンで発電専用
モータを駆動してバッテリを充電するシリーズ方式と、
発電機および電動機の双方として機能する発電電動モー
タを備え、発電電動モータはエンジン動力をアシストす
ると共に発電機としてバッテリを充電するパラレル方式
とが提案されている。さらに、各方式を組み合わせ、エ
ンジンおよび発電電動モータの一方を選択的に駆動する
組合せ方式も提案されている。

【００３８】図７は、上記したパラレル方式あるいは組
合せ方式を採用したハイブリッド車両のブロック図であ
り、エンジン２のクランク軸と発電電動モータ（Ｇ／
Ｍ）の回転軸とが連結されており、車両の駆動輪ＷR 、
ＷL は、エンジン２のみ、発電電動モータ（Ｇ／Ｍ）の
み、あるいはエンジン２および発電電動モータ（Ｇ／
Ｍ）の双方により選択的に駆動される。

【００３９】このような構成のハイブリット車両では、
上記した回生制動時以外でも、エンジン２の運転中は充
電電流が発生し、その大きさはエンジン回転数に依存す
る。したがって、充電部４ｂがエンジン２の運転時に充
電制御装置４から出力される電流を、ＥＣＵ３のバイパ
ス動作検知部３ａから出力される充電制限指令に基づい
て前記と同様に制御すれば、エンジン回転数にかかわら
ず、適正な充電電流による充電が可能になる。

【００４０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、以下のような効果が達成される。 (1) 請求項１によれば、蓄電器（キャパシタ）を構成す
る各セルのいずれかが満充電に達すると、充電電流がバ
イパスされて他のセルへ優先的に供給されると共に、充
電電流自体も制限されてバイパス電流が減少するので、
バイパス電流による満充電セルへの印加電圧の上昇が抑
えられて過充電による蓄電器の劣化を防止できる。 (2) 請求項２によれば、各バイパス回路がバイパス動作
中であるか否かを、バイパス動作中に流れるバイパス電
流により直接的に検知することができるので、正確な検
知が可能になる。 (3) 請求項３によれば、充電回路は、パイパス動作が検
知されるまでは比較的大きな充電電流ＩH を供給し、バ
イパス動作が検知されると、比較的小さな充電電流ＩL
を供給するので、バイパスが開始されるまではセルへの
充電が急速に進むと共に、バイパスが開始された以降
も、当該セルの過充電を防止しながら他のセルへの充電
を継続することができる。 (4) 請求項４によれば、満充電状態のセルが増えること
に充電電流が小さくなるので、残りのセルの過充電をさ
らに良好に防止できるようになる。 (5) 請求項５によれば、回生制動時に発生する電流が、
常に最適な大きさに制御された後に充電電流として蓄電
器へ供給されるので、大きな発電電流を発生し得る回生
制動時においてもセルの過充電が防止される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である車両用充電制御装置の
ブロック図である。

【図２】図１に示したバイパス回路の一実施形態を示し
た図である。

【図３】本実施形態の動作を示したフローチャートであ
る。

【図４】本実施形態の動作タイミングを示したタイムチ
ャートである。

【図５】本実施形態の動作タイミングの一例を示したタ
イムチャートである。

【図６】本実施形態の動作タイミングの他の一例を示し
たタイムチャートである。

【図７】本発明の他の一実施例である車両用充電制御装
置のブロック図である。

【図８】従来技術のブロック図である。

【図９】従来技術のバイパス回路の構成例を示した図で
ある。

【符号の説明】

１…キャパシタ、２…エンジン、３…ＥＣＵ、４…充電
制御装置、５、１５…バイパス回路、１０…セル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小澤浩一郎埼玉県和光市中央一丁目４番１号株式会社本田技術研究所内 (72)発明者原一広埼玉県和光市中央一丁目４番１号株式会社本田技術研究所内 (72)発明者山田保雄埼玉県和光市中央一丁目４番１号株式会社本田技術研究所内 (72)発明者嶋根岩夫埼玉県和光市中央一丁目４番１号株式会社本田技術研究所内Ｆターム(参考） 5G003 AA07 BA03 CA01 CA11 CB09 CC02 DA07 DA11 FA06 GB06 GC05 5G065 BA00 DA06 EA10 GA03 GA09 HA17 JA07 LA01 LA02 LA07 MA10 5H111 BB02 BB06 CC01 CC11 CC16 DD03 DD08 DD11 FF05 GG17 JJ05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のセルを直列接続して構成された充
放電可能な蓄電器と、前記蓄電器を充電する発電装置
と、前記発電装置による蓄電器の充電を制御する充電制
御装置とを具備した車両用充電制御装置において、各セルのそれぞれに並列接続され、各セルの端子電圧が
所定値以上になったことを検知して当該セルへの充電電
流をバイパスするバイパス手段と、前記各バイパス手段がバイパス動作中であるか否かをそ
れぞれ検知するバイパス動作検知手段とを具備し、前記充電制御装置は、前記バイパス動作検知手段によっ
て少なくとも一つのバイパス手段のバイパス動作が検知
されると前記蓄電器へ供給する充電電流を制限する充電
手段を具備したことを特徴とする車両用充電制御装置。
【請求項２】前記各バイパス手段は、各バッテリセルと並列接続され、当該バッテリセルの端
子電圧が予定の満充電電圧になると導通して充電電流を
バイパスするスイッチ手段と、前記バイパスされた充電電流により付勢されてバイパス
中信号を発生するバイパス中信号発生手段とを具備し、前記バイパス動作検知手段は、前記バイパス中信号の有
無に基づいて、各バイパス手段によるバイパス動作を検
知することを特徴とする請求項１に記載の車両用充電制
御装置。
【請求項３】前記充電手段は、前記バイパス動作検知
手段によっていずれかのバイパス手段によるパイパス動
作が検知されるまでは第１の充電電流を供給し、バイパ
ス動作が検知されると、前記第１の充電電流よりも小さ
い第２の充電電流を、前記第１の充電電流の代わりに供
給することを特徴とする請求項１または２に記載の車両
用充電制御装置。
【請求項４】前記充電手段は、前記バイパス動作検知
手段によって各バイパス手段によるパイパス動作が検知
されるごとに、前記充電電流を漸次減少させることを特
徴とする請求項１または２に記載の車両用充電制御装
置。
【請求項５】前記充電制御装置は、回生制動時に充電
電流を発電する回生制動手段を具備し、前記充電手段は、前記回生制動時に発生する充電電流を
制限することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか
に記載の車両用充電制御装置。