JPH09294337A - 電気自動車のバッテリ充電制御システム - Google Patents
電気自動車のバッテリ充電制御システムInfo
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- JPH09294337A JPH09294337A JP8102804A JP10280496A JPH09294337A JP H09294337 A JPH09294337 A JP H09294337A JP 8102804 A JP8102804 A JP 8102804A JP 10280496 A JP10280496 A JP 10280496A JP H09294337 A JPH09294337 A JP H09294337A
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Abstract
速に、過不足なく確実に均等充電する。 【解決手段】 電気自動車のバッテリ充電制御システム
は、マイクロコンピュータ12を中心としマイクロコン
ピュータ12にA/D変換器13その他図示しない周辺
回路が接続されて構成した上記バッテリ管理ユニット
と、電流センサ14と温度センサ16(1)〜16
(7)と電圧センサとしての各アンプ20(1)〜20
(7)とからなるセンサ群と、ブロック電池22(1)
〜22(7)からなる高圧バッテリ4と、ブロック電池
22(1)〜22(7)に流れる充電電流をバイパスす
るバイパスデバイス24(1)〜24(7)と、バイパ
スデバイス24(1)〜24(7)を駆動するデバイス
駆動回路26とを備えて構成される。
Description
リ充電制御システム、更に詳しくは電気自動車の複数の
バッテリ毎の充電制御部分に特徴のある電気自動車のバ
ッテリ充電制御システムに関する。
では、走行用モータの電源として高電圧が要求されるこ
とから、主電源となるバッテリは、複数のセルを有する
単位電池を複数個組み合わせた組電池として構成されて
いるものが多い。例えば、鉛バッテリの場合には、2.
1Vのセルを6個備えた定格12Vの単位電池を28個
直列に接続することで定格336Vのバッテリを得るこ
とができるが、このときの総セル数は168個にも及
ぶ。
る場合、バッテリ間のばらつきをなくし充電状態を均一
にするために、定期的に、低い電流で、通常の充電より
長く充電する均等充電を行っている(例えば特開平6−
319287号公報参照)。
ッケル水素等のバッテリでは、充電末期に内部抵抗が急
激に増加するため、その結果として、各バッテリの端子
電圧が上昇する。通常、安全を確保するために充電器側
では充電電圧の最大値を制限するが、直列に接続された
複数のバッテリにおいて、一部のバッテリの端子電圧が
上昇すると、ほかのバッテリに印加される端子電圧が逆
に低下するために、過充電のバッテリと充電不足のバッ
テリが生じ、結果として均等充電が行えないといった問
題がある。
であり、電気自動車の複数のバッテリを、安全かつ迅速
に、過不足なく確実に均等充電することのできる電気自
動車のバッテリ充電制御システムを提供することを目的
としている。
ッテリ充電制御システムは、車載し直列接続された充電
自在の複数のバッテリと、上記複数のバッテリに配設し
た複数のバッテリ状態検出手段と、上記複数のバッテリ
状態検出手段からの信号に基づき上記複数のバッテリの
充電状態を算出するバッテリ状態算出手段と、上記バッ
テリ状態算出手段で算出した上記複数のバッテリの充電
状態に基づき、上記複数のバッテリの充電を行う充電器
からの充電電流を上記複数のバッテリ毎に制御する複数
の電流制御手段とを備えて構成される。
ステムでは、上記複数の電流制御手段が、上記バッテリ
状態算出手段で算出した上記複数のバッテリの充電状態
に基づき、上記複数のバッテリの充電を行う充電器から
の充電電流を上記複数のバッテリ毎に制御することで、
電気自動車の複数のバッテリを、安全かつ迅速に、過不
足なく確実に均等充電することを可能とする。
の実施の形態について述べる。
に係わり、図1は電気自動車のバッテリ充電制御システ
ムの構成を示すブロック図、図2は図1の電気自動車の
バッテリ充電制御システムを備えた電気自動車のシステ
ム構成を示す構成図、図3は図1のバイパスデバイスの
動作原理を示すブロック図、図4は図1のブロック電池
の充電時の端子電圧及び温度変化を示す特性図、図5は
図1のバイパスデバイスの作用を説明する第1の説明
図、図6は図1のバイパスデバイスの作用を説明する第
2の説明図、図7は図1のバイパスデバイスと等価的な
トランジスタを示す図、図8は図7のトランジスタの動
作原理を説明する説明図、図9は図7のトランジスタを
用いたバッテリ充電回路を示す等価回路図、図10は図
1のブロック電池及びバイパスデバイスを備えたバッテ
リモジュールの構成を示す構成図である。
圧電源系を示し、符号2は電気自動車の低電圧電源系を
示す。上記高電圧電源系1においては、高圧バッテリ4
に、インバータ等からなる駆動回路6を介して走行用モ
ータ5が接続され、また、エアコン・ヒータ等の高圧系
電気負荷部品7aが接続されている。
は鉛バッテリであり、2.1Vのセルを6個を備えた定
格12Vの単位電池を28個直列に接続することで、定
格336Vの組電池として形成されており、バッテリ容
量が規定値より低下した場合、図示しない外部電源に接
続される充電器3を介して充電されるようになってい
る。
誘導電動機であり、上記走行用モータ5の駆動力が図示
しない駆動系に伝達される。尚、車両の走行中には、上
記高圧バッテリ4は駆動回路6で走行用モータ5を回生
制御することによって充電される。
記高圧バッテリ4とは別のバッテリで形成した補助バッ
テリ8に、ワイパ、ラジオ、各種表示器等の一般電装品
7bと、車両制御を行う車両制御ユニット9と、上記高
圧バッテリ4を管理するバッテリ管理ユニット10とが
接続されている。
指令に基づいて、車両の運転、その他必要な制御を行う
ものであり、その際、上記バッテリ管理ユニット10か
らの信号や図示しないセンサ・スイッチ類からの信号に
より車両の状態を検出し、駆動回路6を介して走行用モ
ータ5を制御するとともに、高圧系電気負荷部品7aの
制御を行い、また、一般電装品(表示器等)7bを介し
て必要な情報を運転者に示す。
圧バッテリ4の電圧、充電/放電電流、温度等を検出す
る複数のバッテリ状態検出手段としての後述するセンサ
群11からの信号に基づいて、上記高圧バッテリ4の残
存容量の計測、バッテリ寿命の推測、充電に際しての均
等充電等の制御等のバッテリ管理制御を行うものであ
り、上記高圧バッテリ4の充電/放電時に、上記充電器
3や上記車両制御ユニット9へ制御指示信号や必要な計
測情報を出力する。
示すように、マイクロコンピュータ12を中心とし、こ
のマイクロコンピュータ12に、A/D変換器13、そ
の他、図示しない周辺回路が接続されて構成されてい
る。
11を構成するセンサの一つである電流センサ14から
の信号を増幅するアンプ15、上記センサ群11の例え
ば7個の温度センサ16(1)〜16(7)からの信号
を増幅する各アンプ18(1)〜18(7)、上記セン
サ群11の中の電圧センサとしての各アンプ20(1)
〜20(7)が接続されており、上記高圧バッテリ4の
充電/放電電流、後述する各ブロック毎の温度、各ブロ
ック毎の電圧のアナログ信号がデジタル信号に変換され
て上記マイクロコンピュータ12へ入力されるようにな
っている。
では、6個のセルを有する単位電池を28個直列に接続
した上記高圧バッテリ4に対し、4個の単位電池(24
個のセル)からなる7ブロックの各ブロック毎に電圧を
計測して制御が行われる。なお、以下、4個の単位電池
からなるブロックをブロック電池と記す。すなわち、上
記高圧バッテリ4は、7つのブロック電池22(1)〜
22(7)から構成されることになる。
式の電流センサであり、上記高圧バッテリ4の+側端子
から延出される電源ラインに介装されて上記高圧バッテ
リ4の充電/放電電流を検出する。上記電流センサ14
によって検出される電流は、充電時と放電時とで逆符号
に検出される(例えば、充電時を「+」、放電時を
「−」)。
(7)は、例えばサーミスタからなる温度センサであ
り、上記高圧バッテリ4に対し、定格12Vの単位電池
を4個直列接続してなるブロック電池22(1)〜22
(7)毎に取り付けられ、各ブロック電池22(1)〜
22(7)毎の温度を検出する。
0(1)〜20(7)は、差動増幅器によって構成さ
れ、各ブロック毎の端子電圧(定格48V)を検出する
ようになっている。また、上記アンプ20(1)〜20
(7)と並列に電流バイパス用のバイパスデバイス24
(1)〜24(7)が接続されており、バイパスデバイ
ス24(1)〜24(7)は、上記マイクロコンピュー
タ12により制御されるデバイス駆動回路26によって
バイパスデバイス24(1)〜24(7)を駆動し、ブ
ロック電池22(1)〜22(7)に流れる充電電流を
バイパスするようになっている。
は、上記高圧バッテリ4の残存容量計測処理やバッテリ
寿命推測処理、充電に際しての均等充電制御等のバッテ
リ管理制御を行うようになっている。
テリ充電制御システムが、マイクロコンピュータ12を
中心としマイクロコンピュータ12にA/D変換器13
その他図示しない周辺回路が接続されて構成した上記バ
ッテリ管理ユニット10と、電流センサ14と温度セン
サ16(1)〜16(7)と電圧センサとしての各アン
プ20(1)〜20(7)とからなる上記センサ群11
と、ブロック電池22(1)〜22(7)からなる上記
高圧バッテリ4と、上記バイパスデバイス24(1)〜
24(7)と、上記デバイス駆動回路26とを備えて構
成されることになる。
自動車のバッテリ充電制御システムの作用について説明
する。
7)では、図3に示すように、充電器3から与えられる
充電電流をIch(=Icharge:ブロック電池22(n)
が単に直列接続されている場合は、すべてのブロック電
池22(n)に等しいIchが流れる)とし、Ichのうち
ブロック電池22(n)に流れる電流をIB、バイパス
デバイス24(n)に流れるバイパス電流をIPとする
と、 Ich=IB+IP ただし、IB≧0、IP≧0となる。
VBは、図4に示すように、充電末期において、急変す
る。そこで、マイクロコンピュータ12では、電圧セン
サとしての上記アンプ20(1)〜20(7)によりブ
ロック電池22(n)の端子電圧VBを監視し、ΔV/
Δt(単位時間あたりの電圧変化)を算出し、ΔV/Δ
tが所定値を越えた場合は、端子電圧VBが急変したと
して、ブロック電池22(n)の充電末期を検出する。
ここで、図4においては、充電末期の端子電圧VB及び
温度の時間的変化を拡大して示している。
ロック電池22(n)の充電末期の検出は、図4に示す
ように、ΔV/Δtが負になったことを検出したとき
や、温度センサ16(1)〜16(7)によるブロック
電池22(n)の温度監視によってΔT/Δt(単位時
間あたりの温度変化)を算出し所定値を越えたときを充
電末期としてもよい。
してブロック電池22(n)の充電末期を検出すると、
過充電を防止するために、例えば、図5に示すように、
デバイス駆動回路26を制御し、デバイス駆動回路26
からの駆動信号によってバイパスデバイス24(n)に
バイパス電流IPを流すことで、ブロック電池22
(n)に流れる充電電流IBを段階的に低下させ、例え
ば充電電流IBを最終的に1Aとして所定時間充電し、
ブロック電池22(n)の端子電圧VBの上昇を抑え、
端子電圧VBの最大定格電圧(58.8V=14.7V
×4)以下で過充電を防止し過不足なく充電を行う。こ
こで、ブロック電池22(n)に発生する熱を保温に利
用することでブロック電池22(n)を活性化させて充
電を行うことができる。
IPを流すことで、図6に示すように、ブロック電池2
2(n)に流れる充電電流IBを連続的に低下させても
よい。また、充電電流IBを1Aとして所定時間充電す
るとしたが、この充電は所定時間、所定間隔で1Aで充
電するようにしてもよく、これにより長時間ブロック電
池22(n)の活性化状態を保つことが可能となる。
ロック電池22(n)のバイパスデバイス24(n)が
バイパス電流IPを流すようになり、例えば充電電流IB
を1Aとして所定時間の充電が終了したとき、警告ラン
プ31を点灯させると共に、充電器3に対して充電停止
を指示するために充電停止制御信号を出力する。この警
告ランプ31の点灯及び充電停止制御信号の出力は、い
ずれかのバイパスデバイス24(n)が短絡状態で故障
した場合にも発せられる。充電器3は充電停止制御信号
を受けて充電を中止する。
VBが所定値に達し、バイパス電流IPを流したとしても
充電器3からの充電電流Ichが所定値以上となる場合に
は、マイクロコンピュータ12は、充電器3に対して充
電電流Ichの低下を指示する電流低下指示信号を出力す
る。これにより充電器3が充電電流Ichを低下させるこ
とになり、充電電流IBを1Aとして所定時間の充電が
可能となる。なお、この電流低下指示信号の出力は、い
ずれかのバイパスデバイス24(n)が開放状態で故障
しブロック電池22(n)の端子電圧が所定値に達した
場合にも発せられる。
信号によってバイパスデバイス24(n)に電流IPを
流し、ブロック電池22(1)〜22(7)に流れる充
電電流IBを低下させる方法について、詳細に説明す
る。
すように、等価的にバイポーラトランジスタと考える
と、トランジスタのベース電流Ibを0としたとき、ト
ランジスタはOFFとなり、トランジスタの増幅動作を
示す図8において、動作点は開放となる。一方、ベース
電流Ibを十分流すと、トランジスタはONとなり、図
8において動作点は飽和となる。
と、 Ic=βIb (β:電流増幅率) という関係があるので、マイクロコンピュータ12は、
デバイス駆動回路26を制御しベース電流Ib、すなわ
ちデバイス駆動回路26からの駆動信号をアナログ的に
変化させることで、コレクタ電流Ic、すなわちバイパ
スデバイス24(n)に流れる電流IPを変化させ電流
IPと充電電流IBとの配分比を変えることで、図5に示
したようにブロック電池22(n)に流れる充電電流I
Bを段階的に低下させたり、図6に示したようにブロッ
ク電池22(n)に流れる充電電流IBを連続的に低下
させる。ここで、バイパス電流がトランジスタで消費さ
れるために、バイパスデバイス24(n)を例えばヒー
トシンク等を備えた放熱構造とする。
駆動回路26からの駆動信号をアナログ的に変化させる
としたが、これに限らず、例えばベース電流Ib、すな
わちデバイス駆動回路26からの駆動信号をスイッチン
グ制御して、ベース電流IbのON/OFFデューティ
比を変化させ、平均電流を変化させることで、コレクタ
電流Ic、すなわちバイパスデバイス24(n)に流れ
る電流IPを変化させるようにしてもよい。この場合、
図9に示すように、トランジスタと直列に抵抗を挿入
し、この抵抗により電力を消費させることで、トランジ
スタを保護することができる。
ッテリ充電制御システムでは、マイクロコンピュータ1
2が各々のブロック電池22(n)の端子電圧VBを監
視し、例えばΔV/Δt(単位時間あたりの電圧変化)
を算出し、ΔV/Δtが所定値を越えた場合は端子電圧
VBが急変したとしてブロック電池22(n)の充電末
期を検出し、デバイス駆動回路26からの駆動信号によ
りバイパスデバイス24(n)に流れる電流IPを変化
させ、ブロック電池22(n)に流れる充電電流IBを
連続的に低下させるので、電気自動車のブロック電池2
2(n)の充電状況に応じて、ブロック電池22(n)
毎に、安全かつ迅速に、過不足なく確実に均等充電する
ことができる。
ュータ12は、ブロック電池22(n)の充電末期を検
出すると、バイパスデバイス24(n)にバイパス電流
IPを流すことで、ブロック電池22(n)に流れる充
電電流IBを低下させ充電電流IBを1Aとして所定時間
充電するとしたが、充電器3により通常の充電を行い、
各ブロック電池22(n)がある程度充電され、上記電
流センサ14によって充電器3からの充電電流を検出し
この充電電流が所定値以下になってから、バイパスデバ
イス24(n)にバイパス電流IPを流すようにしても
よく、この場合、バイパスデバイス24(n)に流れる
バイパス電流IPは小電流となるので、発熱量が小さく
なり、小型でかつより安全にバイパスデバイス24
(n)を配置できる。
22、バイパスデバイス24、電流センサ14及びアン
プ18、温度センサ16、電圧センサとしてのアンプ2
0とからなるバッテリモジュール41を構成してもよ
く、このようなバッテリモジュール41を用いること
で、本実施の形態の効果を有する電気自動車のバッテリ
充電制御システムを容易に構成することが可能となる。
のバッテリ充電制御システムによれば、複数の電流制御
手段が、バッテリ状態算出手段で算出した複数のバッテ
リの充電状態に基づき、複数のバッテリの充電を行う充
電器からの充電電流を複数のバッテリ毎に制御するの
で、電気自動車の複数のバッテリを、安全かつ迅速に、
過不足なく確実に均等充電することができるという効果
がある。
テリ充電制御システムの構成を示すブロック図
を備えた電気自動車のシステム構成を示す構成図
ック図
度変化を示す特性図
の説明図
の説明図
タを示す図
図
を示す等価回路図
備えたバッテリモジュールの構成を示す構成図
(7)…アンプ 16(1)〜16(7)…温度センサ 22(1)〜22(7)…ブロック電池 24(1)〜24(7)…バイパスデバイス 26…デバイス駆動回路
Claims (9)
- 【請求項1】 車載し直列接続された充電自在の複数の
バッテリと、 上記複数のバッテリに配設した複数のバッテリ状態検出
手段と、 上記複数のバッテリ状態検出手段からの信号に基づき上
記複数のバッテリの充電状態を算出するバッテリ状態算
出手段と、 上記バッテリ状態算出手段で算出した上記複数のバッテ
リの充電状態に基づき、上記複数のバッテリの充電を行
う充電器からの充電電流を上記複数のバッテリ毎に制御
する複数の電流制御手段とを備えたことを特徴とする電
気自動車のバッテリ充電制御システム。 - 【請求項2】 上記複数の電流制御手段は、上記複数の
バッテリ毎に並列に接続され、上記複数のバッテリに供
給される充電電流を、上記バッテリ状態算出手段が算出
した充電状態に基づいてバイパスさせる電流バイパス手
段であることを特徴とする請求項1に記載の電気自動車
のバッテリ充電制御システム。 - 【請求項3】 上記複数のバッテリ状態検出手段は、上
記複数のバッテリの端子電圧を検出する電圧検出手段で
あって、 上記バッテリ状態算出手段は、上記電圧検出手段が検出
した上記複数のバッテリの端子電圧を所定値と比較し、
充電状態を算出することを特徴とする請求項1または2
に記載の電気自動車のバッテリ充電制御システム。 - 【請求項4】 上記複数のバッテリ状態検出手段は、上
記複数のバッテリの端子電圧を検出する電圧検出手段で
あって、 上記バッテリ状態算出手段は、上記電圧検出手段が検出
した上記複数のバッテリの端子電圧の変化率を所定値と
比較し、充電状態を算出することを特徴とする請求項1
または2に記載の電気自動車のバッテリ充電制御システ
ム。 - 【請求項5】 上記バッテリ状態算出手段は、上記電圧
検出手段が検出した上記複数のバッテリの端子電圧の変
化率が所定値を越えたかどうかで充電状態を算出するこ
とを特徴とする請求項4に記載の電気自動車のバッテリ
充電制御システム。 - 【請求項6】 上記バッテリ状態算出手段は、上記電圧
検出手段が検出した上記複数のバッテリの端子電圧の変
化率が負になったかどうかで充電状態を算出することを
特徴とする請求項4に記載の電気自動車のバッテリ充電
制御システム。 - 【請求項7】 上記複数のバッテリ状態検出手段は、上
記複数のバッテリの温度を検出する温度検出手段であっ
て、 上記バッテリ状態算出手段は、上記温度検出手段が検出
した上記複数のバッテリの温度の変化率が所定値を越え
たかどうかで充電状態を算出することを特徴とする請求
項1または2に記載の電気自動車のバッテリ充電制御シ
ステム。 - 【請求項8】 上記電流バイパス手段は、上記複数のバ
ッテリに供給される充電電流とバイパス電流との配分比
を制御することを特徴とする請求項2に記載の電気自動
車のバッテリ充電制御システム。 - 【請求項9】 上記充電器からの充電電流を検出する充
電電流検出手段を備え、 上記複数のバッテリ状態検出手段は、上記複数のバッテ
リの端子電圧を検出する電圧検出手段であって、 上記バッテリ状態算出手段は、上記電圧検出手段が検出
した上記複数のバッテリのすべての端子電圧が所定値に
達した場合において、上記充電電流検出手段が検出する
上記充電電流が所定値以上である場合、上記充電器に対
して充電電流の低下を指示する電流低下指示信号を出力
することを特徴とする請求項1または2に記載の電気自
動車のバッテリ充電制御システム。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8102804A JPH09294337A (ja) | 1996-04-24 | 1996-04-24 | 電気自動車のバッテリ充電制御システム |
GB9707073A GB2312571B (en) | 1996-04-24 | 1997-04-07 | Battery charge control system |
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Applications Claiming Priority (1)
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JP8102804A JPH09294337A (ja) | 1996-04-24 | 1996-04-24 | 電気自動車のバッテリ充電制御システム |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09294337A true JPH09294337A (ja) | 1997-11-11 |
Family
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Family Applications (1)
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