JP3783391B2 - 二次電池装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二次電池装置に関し、特に、二次電池の冷却装置に異常が発生した場合の充放電制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、低公害の観点から電気自動車が注目されている。電気自動車には、充電および放電の可能な二次電池（以下、バッテリ）が搭載されており、バッテリに充電された電力が電気モータに供給される。そして、モータの出力が車輪に伝えられ、車両が走行する。放電によりバッテリの蓄電量が少なくなると、充電装置を用いてバッテリが充電される。また、車両の減速時には回生制動が行われ、回生制動により発電された電力はバッテリに充電される。
【０００３】
また、電気自動車の一種であるハイブリッド自動車がすでに実用化されている。ハイブリッド自動車は、典型的には、電気モータ、発電機および内燃機関を搭載している。バッテリの蓄電電力を用いて電気モータが駆動され、車両が走行する。高出力が要求されるときは、内燃機関と電気モータの両方の出力により車両が走行する。また、内燃機関の出力により発電機が駆動され、発電された電力がバッテリに充電される。回生制動により発電された電力もバッテリに充電される。なお、電気モータ、発電機および内燃機関の使い分けは、ハイブリッドシステムのタイプによって異なる。回転機を電気モータおよび発電機に兼用することもできる。
【０００４】
バッテリの充放電は、コンピュータ制御装置に管理されている。制御装置は、バッテリの状態を検出し、検出結果に基づいて充放電電力を制御することにより、バッテリを適切な状態に保つ。例えば、特開平７−６７２０９号公報に記載された電気自動車では、バッテリの電解液の温度が検出され、この温度に基づいて充電電圧が制御される。
【０００５】
また、電気自動車には、バッテリ冷却装置が設けられている。バッテリは充放電に伴って発熱する。この発熱による温度上昇を抑え、適切な温度でバッテリを使用することにより、バッテリの性能を維持し、寿命を確保できる。この温度調整のために、バッテリ冷却装置が設けられている。冷却装置としては、冷却ファンが周知である。冷却ファンは、例えば、バッテリを収納するバッテリケースに備え付けられる。バッテリ温度に応じて冷却ファンがオンオフされる。バッテリ温度が高くなると、冷却ファンが作動し、冷却風がバッテリに吹き付けられ、また、ケース内から高温の空気が排出される。バッテリ温度が下がれば、冷却ファンが停止する。これによりバッテリ温度が調整される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この冷却装置に異常が発生することがあり得る。断線等の原因により冷却ファンが作動不能になると、冷却能力が低下する。また、冷却ファンの制御に支障があり、冷却ファンが勝手に作動し続けるという事態が発生すると、冷却能力が予想より増加してしまう。
【０００７】
従来は、このような冷却装置の異常を考慮した充放電制御は行われていない。異常状態では、冷却能力が変化しているにもかかわらず、正常状態と同様の制御が行われる。すなわち、冷却装置が正常に作動しているという前提に基づいた充放電制御が、異常状態下でも同様に行われる。その結果、バッテリ温度が過度に上昇または低下し、充放電を停止しなければならなくなる可能性があった。充放電が停止すると、電気自動車は走行不能になり、ハイブリッド自動車は、内燃機関の出力しか使えなくなる。
【０００８】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、冷却装置に異常が発生した場合でも、バッテリを適切な状態に維持することが可能な二次電池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、本発明は、二次電池と、前記二次電池の充放電電力を制御する充放電制御手段と、前記二次電池を冷却する冷却手段と、を含む二次電池装置において、前記冷却手段の異常である冷却異常を検出する冷却異常検出手段を含み、前記充放電制御手段は、前記冷却異常が発生した場合に、冷却異常状態と冷却正常状態との冷却能力差に応じて充放電電力を変更することを特徴とする。
【００１０】
本発明の一態様の二次電池装置において、前記充放電制御手段は、前記二次電池の状態に応じて充放電電力の上限値を設定する上限値設定手段を含み、前記冷却異常が発生した場合には、前記充放電電力の変更として、冷却正常状態の充放電電力上限値を冷却異常状態の充放電電力上限値へ変更する。好ましくは、前記冷却異常検出手段は、複数種類の冷却異常を判別して検出し、前記充放電制御手段は、冷却異常の種類に応じて前記充放電電力の上限値を決定する。
【００１１】
上記の本発明によれば、冷却異常、すなわち冷却手段の異常の発生が検出される。冷却異常が発生すると冷却能力が変化する。そこで、正常状態と異常状態の冷却能力差に応じて充放電電力が変更される。これにより、冷却能力の変化およびそれに伴う温度変化を見込んだ充放電制御が行われ、現状の冷却能力に適した充放電電力が生じる。したがって、バッテリの温度が適切な温度範囲内に維持され、充放電を停止しないでバッテリの使用を継続することが可能となる。
【００１２】
図１は、電気自動車のバッテリ装置に本発明を適用した場合における充放電電力制御の一例を示している。図中のラインは、充放電電力の上限値の設定を示している。充放電電力は、上限値ラインを越えないように制御される。
【００１３】
ラインｓ（実線）は、冷却手段が正常なときの充放電電力である。バッテリ温度は、冷却手段の冷却作用を受けつつ、外気温やバッテリ使用条件、車両走行条件などの要因に応じて変化する。バッテリ保護のため、高温領域および低温領域では充放電電力が落とされる。ラインｄ１（一点鎖線）は、冷却異常（冷却能力低下）が発生したときの好適な充放電電力であり、ラインｄ２（点線）は、冷却異常（冷却能力増加）が発生したときの好適な充放電電力である。このように、本発明では、冷却異常が発生すると充放電電力が変更される。そして、冷却異常の種類に応じて充放電電力は異なって設定される。
【００１４】
ここで、冷却能力が低下する異常は、例えば冷却不能である。走行中などに冷却不能になると、バッテリ温度が上昇してしまう。しかし、本発明によれば、図示のように、上限値ラインｄ１が、冷却正常状態のラインｓから低温側にシフトされている。このシフトにより、バッテリ温度が過度に高くなる前に充放電電力が落とされ、バッテリの発熱も抑えられる。このような高温領域の充放電電力変更により、バッテリの過熱と、過熱による劣化を確実に回避できるので、バッテリの使用を継続できる。このとき、電気自動車は、図１のラインｄ１に従ってモータ出力を落とした状態ではあるが、高温状態のバッテリを、劣化させることなく使用し続けて、サービスセンタ等の適切な場所まで移動できる。ハイブリッド自動車の場合には、内燃機関とともにモータおよび発電機を使用して移動できる。
【００１５】
一方、冷却能力が増加する異常は、例えば、冷却手段が勝手に作動してしまうような故障である。例えば外気温が低い中で車両を始動するような場合には、冷却手段を止めてバッテリ温度を適当な温度まで速やかに上昇させたい。このとき、異常発生により冷却手段が作動すると、バッテリ温度が低いままである。しかし、本発明によれば、図示のように、上限値ラインｄ２は、冷却正常状態のラインｓから高温側にシフトされている。このシフトにより、バッテリ温度が過度に低くなる前に充放電電力が落とされ、低温領域での無理なバッテリの使用が抑制される。このような低温領域の充放電電力変更により、バッテリの過冷却と、それによる劣化を確実に回避できるので、バッテリの使用を継続できる。このときも、電気自動車は、図１の上限値ラインｄ２に従ってモータ出力を落とした状態ではあるが、低温状態のバッテリを、劣化させることなく使用し続けて、走行することができる。
【００１６】
このように、複数種類の冷却異常を判別して検出し、冷却異常の種類に応じて充放電電力を決定することにより、バッテリを確実に適当な状態に保つことができる。
【００１７】
以上に説明したように、本発明によれば、冷却手段の異常が発生した場合でも、バッテリの状態を適切に維持することができ、バッテリを継続して使用することが可能となる。本発明が電気自動車（ハイブリッド自動車を含む）に適用された場合には、充放電を停止せずにすみ、モータ出力を利用した車両走行を続行可能となる、という利点が得られる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面に従って本発明の実施の形態（以下、実施形態という）を説明する。
【００１９】
［全体構成］
図２には、本発明の二次電池装置が搭載されたハイブリッド自動車のパワープラントの概略図が示されている。エンジン１０の出力軸１２には、ねじれダンパ１４を介して遊星ギア機構１６のプラネタリギア１８を支持するプラネタリキャリア２０が接続されている。遊星ギア機構１６のサンギア２２とリングギア２４は、それぞれ第１モータジェネレータ２６と第２モータジェネレータ２８のロータ３０，３２に接続されている。第１および第２モータジェネレータ２６，２８は、三相交流発電機または三相交流電動機として機能する。リングギア２４には、さらに動力取り出しギア３４が接続されている。動力取り出しギア３４は、チェーン３６、ギア列３８を介してディファレンシャルギア４０と接続されている。ディファレンシャルギア４０の出力側には、先端に図示しない駆動輪が結合されたドライブシャフト４２が接続されている。以上の構造によって、エンジン１０または第１および第２のモータジェネレータ２６，２８の出力が駆動輪に伝達され、車両を駆動する。
【００２０】
エンジン１０は、アクセルペダル４４の操作量や、冷却水温、吸気管負圧などの環境条件、さらに第１および第２モータジェネレータ２６，２８の運転状態に基づきエンジンＥＣＵ４６によりその出力、回転数などが制御される。また、第１および第２モータジェネレータ２６，２８は、制御装置４８により制御が行われる。制御装置４８は、二つのモータジェネレータ２６，２８に電力を供給し、またこれらからの電力を受け入れるバッテリ（二次電池）５０を含んでいる。バッテリ５０と第１および第２モータジェネレータ２６，２８との電力のやりとりは、それぞれ第１および第２インバータ５２，５４を介して行われる。二つのインバータ５２，５４の制御は、制御ＣＰＵ５６が行い、この制御は、エンジンＥＣＵ４６からのエンジン１０の運転状態の情報、アクセルペダル４４の操作量、ブレーキペダル５８の操作量、シフトレバー６０で定められるシフトレンジ、電池の蓄電状態、さらに遊星ギア機構１６のサンギアの回転角θｓ、プラネタリキャリアの回転角θｃ、リングギアの回転角θｒなどに基づき、行われる。また、前記遊星ギア機構１６の三要素の回転角は、それぞれプラネタリキャリアレゾルバ６２、サンギアレゾルバ６４およびリングギアレゾルバ６６により検出される。バッテリ５０に蓄えられた電力、すなわち蓄電量は電池ＥＣＵ６８により算出される。制御ＣＰＵ５６は、前述の諸条件や第１および第２モータジェネレータ２６，２８のｕ相、ｖ相の電流Ｉｕ１，Ｉｖ１，Ｉｕ２，Ｉｖ２さらには電池または他方のインバータから供給される、または供給する電流Ｌ１，Ｌ２などに基づき第１および第２インバータ５２，５４のトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６，Ｔｒ１１〜Ｔｒ１６を制御する。
【００２１】
遊星ギア機構１６の、サンギアの回転数Ｎｓ、プラネタリキャリアの回転数Ｎｃおよびリングギアの回転数Ｎｒは、サンギアとリングギアのギア比をρとすれば、
【数１】
Ｎｓ＝Ｎｒ−（Ｎｒ−Ｎｃ）（１＋ρ）／ρ ・・・（１）
で示される関係がある。すなわち、三つの回転数Ｎｓ，Ｎｃ，Ｎｒの二つが定まれば、もう一つの回転数が決定する。リングギアの回転数Ｎｒは、車両の速度で決定するので、プラネタリキャリアの回転数Ｎｃすなわちエンジン回転数と、サンギアの回転数Ｎｓすなわち第１モータジェネレータ回転数の一方の回転数が決定されれば、他方が決定される。そして、第１および第２モータジェネレータ２６，２８の界磁電流をその時の回転数に応じて制御して、これらのモータジェネレータを発電機として作用させるか、電動機として作用させるかを決定する。二つのモータジェネレータ２６，２８が、全体として電力を消費している場合はバッテリ５０から電力が持ち出され、全体として発電している場合はバッテリ５０に充電が行われる。たとえば、バッテリ５０の蓄電量が少なくなっていることが電池ＥＣＵ６８により検出された場合、エンジン１０の発生するトルクの一部により二つのモータジェネレータ２６，２８の一方または双方により発電を行い、バッテリ５０への充電を行う。また、バッテリ５０の蓄電量が多くなった場合、エンジン１０の出力を抑え気味にして、第２モータジェネレータ２８を電動機として作用させ、これの発生するトルクを車両走行用に用いるように制御する。また、制動時においては、二つのモータジェネレータ２６，２８の一方または双方を発電機として動作させ、発生した電力をバッテリ５０に充電する。
【００２２】
自動車の制動は、いつ行われるか予測することは困難であるから、バッテリ５０は、回生制動によって発生した電力を十分受け入れられるような状態にあることが望ましい。一方、エンジン１０の出力だけでは、運転者の所望する加速を得られない場合、第２モータジェネレータ２８を電動機として動作させるために、バッテリ５０はある程度蓄電量を確保していなければならない。この条件を満たすために、バッテリ５０の蓄電量は、バッテリ容量、すなわち電池が蓄えられる最大の電力の半分程度となるように制御される。本実施形態の場合は、蓄電量が約６０％となるように制御が行われる。
【００２３】
［バッテリ装置の構成］
図３は、本発明の好適な実施形態のバッテリ装置の構成を示しており、このバッテリ装置は図２のハイブリッドシステムに設けられている。図３において、負荷７０は、ハイブリッドシステムの第１モータジェネレータ２６、第２モータジェネレータ２８および第１インバータ５２、第２インバータ５４を含んでいる。バッテリ５０は電力を放電して負荷７０に供給し、また、負荷７０から供給された電力によって充電される。温度センサ７２、電圧センサ７４および電流センサ７６は、それぞれ、バッテリ５０の温度、端子間電圧および充放電電流値を検出しており、検出信号は電池ＥＣＵ６８に入力されている。冷却ファン装置７８は、バッテリ５０に冷却風を送ることによって、バッテリ５０の温度を調整する。冷却ファン装置７８は、補機バッテリ８０から供給される電力により作動する。
【００２４】
電池ＥＣＵ６８において、蓄電量算出部８６は、温度センサ７２、電圧センサ７４および電流センサ７６の検出信号に基づいて、バッテリ５０の蓄電量を算出する。この蓄電量は制御ＣＰＵ５６に送られる。制御ＣＰＵ５６は、前述のように、蓄電量が適切な値となるように負荷７０を制御する。また、冷却ファン制御部８８は、温度センサ７２の検出信号をもとに、冷却ファン装置７８を制御する。
【００２５】
ファン異常判定部９０は、本発明の特徴的な構成であり、冷却ファン装置７８に異常が発生しているかいないかを判定する。異常が発生している場合には、その異常の内容を示すダイアグノーシスコードが記録される。また、異常発生を示す警報が、インジケータ（図示せず）に表示され、運転者に伝えられる。
【００２６】
充放電電力算出部９２は、温度センサ７２および電圧センサ７４の検出信号に基づいて、放電電力Ｗoutおよび充電電力Ｗinを算出する。Ｗoutは放電電力の上限値であり、Ｗinは充電電力の上限値である。これらの上限値は、電池ＥＣＵ６８から制御ＣＰＵ５６に送られ、制御ＣＰＵ５６にて負荷７０の制御において使用される。制御ＣＰＵ５６は、放電時には、放電電力が上限値Ｗoutまたはそれ未満になるように、負荷７０の消費電力を調整する。また、制御ＣＰＵ５６は、充電時には、充電電力が上限値Ｗinまたはそれ未満になるように、負荷７０の発電電力を調整する。このようにして、電池ＥＣＵ６８および制御ＣＰＵ５６によりバッテリ５０の充放電電力が制御される。
【００２７】
ここで、放電電力Ｗoutおよび充電電力Ｗinの算出は、ファン異常判定部９０の判定結果に基づいて行われる。そして、冷却ファンが正常か異常かによって、算出結果は異なる。
【００２８】
また、外部充電器８２は、車外からバッテリ５０に電力を供給して、バッテリ５０を充電するための装置である。通常は外部充電器８２は使用されない。しかし、メンテナンス時や蓄電量低下時には、外部充電器８２がコネクタ８４を介してバッテリ５０に接続され、バッテリ５０が充電される。外部充電器８２は、冷却ファン装置７８にも電力を供給する。外部充電器８２を用いた充電（以下、外部充電という）の間は、外部充電器８２の電力により冷却ファン装置７８が作動する。外部充電時も、走行中の充電時と同様に、電池ＥＣＵ６８の冷却ファン制御部８８により冷却ファン装置７８が制御される。また、充放電電力算出部９２が算出した充電電力Ｗinに従って充電電力が制限される。
【００２９】
図４は、図３のバッテリ装置に設けられている冷却ファンシステムの構成を示している。図４において、ファン９４にはファンモータ９６が連結されている。ファンモータ９６は、ファンリレースイッチ９８を介して補機バッテリ８０に接続されている。また、ファンモータ９６はファントランジスタ１００を介してアースに接続されている。ファンリレースイッチ９８がＯＮにされ、ファントランジスタ１００が動作すると、ファンモータ９６が回転し、ファン９４が冷却風を発生する。
【００３０】
電池ＥＣＵ６８には、車両のイグニッションスイッチ１０２が接続されており、これにより電池ＥＣＵ６８は、イグニッションスイッチ１０２の電圧ＶＩＧを知ることができる。イグニッションスイッチ１０２は補機バッテリ８０に接続されており、したがって、ＩＧスイッチ電圧ＶＩＧは、補機バッテリ８０の端子間電圧にほぼ等しい。
【００３１】
電池ＥＣＵ６８において、温度判定部１０４は、バッテリ５０の温度を監視している。バッテリ温度が所定のファン作動温度以上になると、温度判定部１０４がトランジスタ１０６に信号を送り、これによりリレー信号ＳｒがＯＮになり、ファンリレースイッチ９８のコイルに電流が流れ、スイッチが閉じる。そして、補機バッテリ８０の電力がファンモータ９６に供給され、ファンモータ９６が回転する。
【００３２】
また、電池ＥＣＵ６８には、外部充電器８２から信号Ｓｃが入力されている。外部充電器８２がハイブリッドシステムに接続されているときには、信号ＳｃがＯＮであり、かつ、ファンモータ９６に電力が供給される。従って、上記の信号ＳｒまたはＳｃのいずれか一方がＯＮであれば、冷却ファン装置が作動（ＯＮ）状態であり、信号ＳｒおよびＳｃがともにＯＦＦであれば、冷却装置は停止（ＯＦＦ）状態である。
【００３３】
また、電池ＥＣＵ６８は、ファンモータ９６およびファントランジスタ１００の中間点ａの電位ＶＭＦを検出している。そして、電圧フィードバック回路１０８、基準電圧供給部１１０および減算器１１２は、ファンモータ９６の端子間電圧を求める。出力駆動回路１１４は、ファン作動時、モータ端子間電圧が所定の適当な制御目標値となるような制御信号Ｓｔｒをファントランジスタ１００へ供給する。
【００３４】
図５は、冷却ファンの起動時の制御を示している。モータ端子間電圧は、起動直後の数秒間はＬＯ電圧であり、次の数秒間は中間電圧（ＭＥ）であり、それから、ＨＩ電圧に引き上げられる。ＬＯ電圧および中間電圧の運転時間は、例えば、図示の如く、それぞれ３秒である。また、ＬＯ電圧、中間電圧およびＨＩ電圧は、例えば、それぞれ４Ｖ、８Ｖ、１２Ｖである。このＨＩ電圧は、補機バッテリの端子間電圧の公称値に相当する。また、冷却ファンの作動中は、バッテリ温度の変化に応じて、モータ端子間電圧がＬＯ，ＭＥ，ＨＩに制御される。
【００３５】
図６は、車両へのバッテリ５０の搭載状態を示している。車室とトランクの間には、密閉タイプのバッテリケース１１６が設置されている。このバッテリケース１１６の中にバッテリ５０が収納されている。バッテリ５０は、多数のバッテリセル１１８で構成されている。バッテリケース１１６の前面にはファン９４が取り付けられている。また、バッテリケース１１６の背面には排気チューブ１２０が取り付けられており、排気通路は車外および車内へ続いている。排気チューブ１２０には、排気通路の行き先を切り替える切替弁１２２が設けられている。バッテリ温度が上昇したときには、ファン９４が作動して冷却風が発生する。そして、冷却風がバッテリに当たるとともに、ケース内のバッテリ周囲の高温の空気が換気される。バッテリ温度が下がると、ファン９４が停止する。このようなファン９４のＯＮ／ＯＦＦ制御により、バッテリ温度が調整される。
【００３６】
［バッテリ装置の動作］
次に、本実施形態のバッテリ装置の動作を説明する。図７は、電池ＥＣＵ６８によって行われる全体的な制御処理を示している。ハイブリッドシステムの走行処理がスタートすると、イニシャライズ処理が行われ（Ｓ２）、データ読み込み処理が行われる（Ｓ４）。ここでは、バッテリの温度、電圧、電流などが読み込まれる。電池ＥＣＵ６８は、入力データに基づいて蓄電量を算出する（Ｓ６）。蓄電量としては、ＳＯＣ（ステートオブチャージ）が求められる。ＳＯＣは蓄電量を表すパラメータであり、バッテリ容量に対する現在の蓄電量の比率である。蓄電量の算出方法は周知であり、ここでの詳細な説明は省略する。概略的には、例えば、バッテリ温度の時間変化率と蓄電量とに一定の関係があるという特性を利用して、温度変化率から蓄電量が求められる。また例えば、バッテリの電圧および電流と蓄電量とに一定の関係があるという特性を利用して、電圧および電流値から蓄電量が求められる（ＩＶ判定）。なお、ＩＶ判定に加えて、バッテリから出入りする電流値を積算することにより蓄電量の変動を監視することも好適である。
【００３７】
次に、電池ＥＣＵ６８は、本発明に特徴的なファン異常判定処理（Ｓ８）、および、ファン異常判定結果に基づいた充放電電力（Ｗin，Ｗout）算出処理（Ｓ１０）を行う。前述のように、Ｗinは充電電力の上限値であり、Ｗoutは放電電力の上限値である。Ｓ８およびＳ１０の詳細な処理は後述にて説明する。概略的には、Ｓ８にて、冷却ファン装置７８が正常であるか異常であるかが判定される。この判定結果に基づいて、図１４〜図１９の中から適切なマップが選択される。そして、選択されたマップを用いて、充放電電力Ｗin，Ｗoutが算出される。その結果、図１３に示すように、ファン正常作動時とファン異常発生時ではＷin，Ｗoutが異なった値となる。さらに、図１３に示されるように、異常の内容に応じてＷin，Ｗoutは異なった値となる。
【００３８】
Ｓ１０で算出された充放電電力Ｗin，Ｗoutは、Ｓ６で算出された蓄電量（ＳＯＣ）とともに、電池ＥＣＵ６８から制御ＣＰＵ５６へ送られる。制御ＣＰＵ５６は、蓄電量に基づいて負荷７０を制御する。この際、制御ＣＰＵ５６は、充放電電力がＷin，Ｗoutまたはそれ未満になるような消費電力や発電電力を負荷７０に発生させる。このようにして、本実施形態では、電池ＥＣＵ６８および制御ＣＰＵ５６によって、バッテリ５０の充放電電力が制御されている。
【００３９】
次に、電池ＥＣＵ６８は、図４を用いて説明したように、冷却ファン装置７８を制御する（Ｓ１２）。これにより、バッテリ温度が所定のファン作動温度以上であるときは冷却ファン装置７８が作動し、そうでなければ冷却ファン装置７８が停止する。そして、電池ＥＣＵ６８は、イグニッションスイッチがＯＦＦであるか否かを判定し（Ｓ１４）、ＯＦＦでなければＳ４に戻る。
【００４０】
［ファン異常判定処理］
次に、図８を参照し、図７のＳ８のファン異常判定処理の詳細を説明する。ただし、図８の処理は、走行中と外部充電（外部充電器８２を用いた充電）中とに共通して行われる。これにより、外部充電中も走行中と同様の方法で冷却ファン装置７８の異常が判定される。
【００４１】
図８において、まず、冷却ファンのＯＮ／ＯＦＦが判定される（Ｓ２０）。Ｓｒ（ファンリレースイッチ９８を開閉するための信号（図４））がＯＮ、または、Ｓｃ（外部充電器８２の接続を示す信号）がＯＮであれば、冷却ファンはＯＮである。冷却ファンがＯＮの場合、Ｔｒオープン故障が発生しているか否かが判定される（Ｓ２２）。Ｔｒオープン故障は、冷却ファン装置７８のファントランジスタ１００に断線などが発生することをいい、Ｔｒオープン故障が発生すると冷却ファン装置７８は作動不能になる。Ｓ２２では、ＶＭＦとＶＩＧが比較される。図４に示すように、ＶＭＦは、ファンモータ９６およびファントランジスタ１００の中間点ａの電位であり、ＶＩＧは、イグニッションスイッチの電位である。ＶＭＦ≧ＶＩＧ−１Ｖであれば、ＶＭＦが異常に高いので、Ｔｒオープン故障が発生したと判定され、そして、オープン故障用のマップが選択される（Ｓ２４）。ここでは、図１６の放電電力算出マップと、図１７の充電電力算出マップが選択される。また、電池ＥＣＵ６８は、ダイアグノーシスコード（オープン故障）を記録し、オープン故障を知らせる警報を発する（Ｓ２６）。故障発生は、インジケータ表示によって運転者に伝えられる（以下同じ）。
【００４２】
Ｓ２２でＴｒオープン故障が発生していない場合は、冷却ファン装置がＬＯ運転中であるか否かが判定される（Ｓ２８）。前述のように、冷却ファンの起動時等にはＬＯ運転が行われる。ＬＯ運転中の場合、「ＴｒショートまたはＤＵＴＹ１００％」の故障判定が行われる（Ｓ３０）。
【００４３】
Ｔｒショート故障またはＤＵＴＹ１００％故障が発生すると、冷却ファン装置７８が最大能力で作動し続けてしまう。ここで、図５に示されるように、ＬＯ運転中のモータ端子間電圧は低い。従って、ファントランジスタ１００が正常であれば、電位ＶＭＦは、ある程度高いはずである。しかし、Ｔｒショート等が発生すると、電位ＶＭＦは異常に低下するはずである。そこで、Ｓ３０では、電位ＶＭＦが所定の判断基準値（１．８Ｖ）と比較され、１．８Ｖ以下であれば故障が発生したと判定される。Ｓ３０の判定がＹＥＳの場合、ショート故障用の充放電電力算出マップ（図１８：放電、図１９：充電）が選択される（Ｓ３２）。そして、ダイアグノーシスコード（ショート故障）が記録され、この故障発生を示す警報が発せられる（Ｓ３４）。
【００４４】
Ｓ２８またはＳ３０の判断がＮＯの場合には、正常作動用のマップ（図１４：放電、図１５：充電）が選択される（Ｓ３６）。なお、冷却ファンがＬＯ運転中でない場合にＳ３０の判断を行わない理由は、ＬＯ以外の運転モードでは正常時でも電位ＶＭＦが低いために、ショート故障の判定が困難だからである。
【００４５】
一方、Ｓ２０において冷却ファンがＯＦＦ（ＳｒとＳｃが共にＯＦＦ）の場合には、Ｓ３８へ進み、ファンリレースイッチ９８の溶着が発生していないかどうかが判定される（Ｓ３８）。ここで、補機バッテリ８０の端子間電圧の標準的な値は１２Ｖであり、ばらつきを含めると、補機バッテリ８０の端子間電圧は概ね９〜１５Ｖの間の値である。ファンリレースイッチ９８が正常であれば、ファンＯＦＦ時にはスイッチが開き、電位ＶＭＦは補機バッテリ電圧と比べてかなり低くなる。しかし、ファンリレースイッチ９８に溶着が発生すると、電位ＶＭＦは補機バッテリ電圧に近くなる。そこで、Ｓ３８では、電位ＶＭＦが、所定の溶着判断基準値（９Ｖ）と比較され、基準値以上であれば溶着発生と判断される。溶着が発生していなければ、正常作動用の充放電電力算出マップ（図１４：放電、図１５：充電）が選択され（Ｓ４０）、処理が終了する。
【００４６】
ファンリレースイッチ９８の溶着が発生している場合でも、車両走行中に負荷７０とバッテリ５０の間で充放電が通常どおりに行われても問題ない。しかし、リレー溶着が発生している状態で外部充電器８２を用いて外部充電を行うとすると問題が生じる。図４から分かるように、補機バッテリ８０から外部充電器８２へ向けて電流が流れてしまうからである。本実施形態では、リレー溶着時の処理は、上記の点を考慮して設定されている。Ｓ３８がＹＥＳの場合、正常作動用のマップ（図１４：放電、図１５：充電）が選択される（Ｓ４２）。そして、ダイアグノーシスコード（ファンリレー溶着）が記録され、故障発生を示す警報が発せられる（Ｓ４４）。さらに、外部充電器８２を用いた充電を禁止する処理が行われる（Ｓ４６）。したがって、この処理が車両走行中に行われた場合には、正常用マップを用いた通常の充放電処理が継続される。しかし、後に外部充電を行おうとしても、この外部充電は禁止される。また、現在すでに外部充電を実行中の場合には、Ｓ４６の禁止処理によって外部充電が停止する。
【００４７】
［充放電電力の算出処理］
次に、上記の異常判定処理で選択されたマップを用いて適当な充放電電力Ｗin，Ｗoutを算出する処理を説明する。この処理は図７のＳ１０にて行われ、算出された値は、走行中の充放電制御に使用される。また、外部充電器８２を用いた外部充電においても、同様に、充電電力Ｗinが算出され、このＷinが充電制御に使われる（外部充電においてはＷoutは不要である）。
【００４８】
まず、代表例として、図１４のマップ（正常作動、放電）を用いて放電電力Ｗoutを算出する処理、および、図１５のマップ（正常作動、充電）を用いて充電電力Ｗinを算出する処理を説明する。
【００４９】
ここで、前出の図３においては、バッテリ５０、温度センサ７２および電圧センサ７４が簡略化して示されている。しかし、実際には、図９に示すように、バッテリ５０は、直列接続された２４０個のバッテリセル１１８（ニッケル水素電池）を有する。２４０個のバッテリセル１１８は、２０のバッテリブロックＢＫ１〜ＢＫ２０に分けられており、すなわち、各バッテリブロックＢＫｎ（ｎはブロック番号、以下同じ）は、２０個の電池セルを含む。そして、ブロック電圧（各ブロックの両端間の電圧）Ｖ１〜Ｖ２０が個別に検出され、また、ブロック温度（各ブロックのバッテリの温度）ＴＢＫ１〜ＴＢＫ２０が個別に検出されている。
【００５０】
放電電力Ｗoutは、上記のブロック電圧およびブロック温度を用いて、ブロック毎に算出される。図１０は、第ｎブロックの放電電力Ｗout・ｎ（ｎ＝１〜２０）の算出処理を示している。まず、ブロック電圧Ｖｎ×２０が１９０Ｖより小さいか否か（１セル当たりの電圧（以下、セル電圧という）が０．８Ｖより小さいか否か）が判定される（Ｓ５０）。Ｓ５０がＹＥＳであれば、Ｗout-step(ｘ)（初期値０）をデクリメントする（Ｓ５２）。step(ｘ)の最小値は−８である。Ｓ５０がＮＯであれば、ブロック電圧Ｖｎ×２０が２１５Ｖより小さいか否か（セル電圧が０．９Ｖより小さいか否か）が判定される（Ｓ５４）。Ｓ５４がＹＥＳの場合、Ｓ５６へ進み、Ｗout-step(ｘ)が−５より大きければ、このstep(ｘ)をデクリメントする（Ｓ５６）。Ｓ５４がＮＯであれば、ブロック電圧Ｖｎ×２０が３０５Ｖより大きいか否か（セル電圧が１．２７Ｖより大きいか否か）が判定される（Ｓ５８）。Ｓ５８がＹＥＳであれば、Ｗout-step(ｘ)がインクリメントされる（最大値０）（Ｓ６０）。Ｓ５８がＮＯであれば、Ｗout-step(ｘ)は変更されない。
【００５１】
このようにして、現在のブロック電圧の大小に応じて、Ｗout-step(ｘ)が更新される。Ｓ５０〜Ｓ６０の処理により、セル電圧が安定的に１．２７Ｖより大きい値であれば、Ｗout-step(ｘ）は０である。１．２７Ｖ＞セル電圧≧０．９Ｖであれば、step(ｘ)は０〜−５のいずれかである。０．９Ｖ＞セル電圧≧０．８Ｖが続くと、step(ｘ)＝−５になる。さらに、０．８Ｖ＞セル電圧が続くと、step(ｘ)＝０になる。
【００５２】
次に、Ｓ５０〜Ｓ６０で決定されたＷout-step(ｘ)とブロック温度ＴＢＫｎとを基に、放電電力Ｗout・ｎが算出される（Ｓ６２）。ここでは、step(ｘ)およびブロック温度ＴＢＫｎに対応するＷout・ｎが、図１４のマップから読み取られる。このとき、ＴＢＫｎの直線補完により、マップに示されない中間的なＴＢＫｎに対応するＷout・ｎが算出される。
【００５３】
図１１は、図１４のＷout算出マップをグラフであらわしたものである。図示のように、常温領域ではＷoutは一定であり、高温領域および低温領域では、バッテリ保護のためにＷoutが落とされる。また、Ｗout-step(ｘ)が−８に近づくほど、Ｗoutが小さくなる。前述のように、セル電圧が高いときにはstep(ｘ)が０であり、Ｗoutの算出値は最大になる。セル電圧が低下するとstep(ｘ)が小さくなり、Ｗoutも小さくなる。０．８Ｖ未満のセル電圧が続くと、Ｗoutは０になる。
【００５４】
図１０に示した上記のＷout算出処理は、ブロック毎に行われる。そして、全ブロックのＷout・１〜Ｗout・２０のうちの最小値が求められ、この最小値が最終的な放電電力Ｗoutに決定される。また、放電電力Ｗout（Ｗout・１〜Ｗout・２０）は、１秒毎に繰り返し算出され、確定される。
【００５５】
次に、図１２を参照し、充電電力Ｗinの算出処理を説明する。Ｗoutと同様に、Ｗinもブロック毎に算出される。図１２は、ｎ番目のブロックの充電電力Ｗin・ｎを算出するための処理を示している。マップの使い方は、原則として、Ｗoutの算出処理と同様である。
【００５６】
図１２において、Ｓ７０では、ブロック電圧Ｖｎ×２０が４００Ｖより大きいか否か（セル電圧が１．６７Ｖより大きいか否か）が判定される。Ｓ７０がＹＥＳであれば、Ｗin-step(ｙ)（初期値０）がデクリメントされる（最小値−８）（Ｓ７２）。Ｓ７０がＮＯであれば、ブロック電圧Ｖｎ×２０が３９０Ｖより大きいか否か（セル電圧が１．６３Ｖより大きいか否か）が判定される（Ｓ７４）。Ｓ７４がＹＥＳであれば、Ｓ７６へ進み、Ｗin-step(ｙ)が−５よりも大きければ、step(ｙ)をデクリメントする（Ｓ７６）。Ｓ７４がＮＯであれば、ブロック電圧Ｖｎ×２０が３８０Ｖより小さいか否か（セル電圧が１．５８Ｖより小さいか否か）が判定される（Ｓ７８）。Ｓ７８がＹＥＳであれば、Ｗin-step(ｙ)がインクリメントされる（最大値０）（Ｓ８０）。Ｓ７８がＮＯであれば、Ｗin-step(ｙ)は変更されない。
【００５７】
上記の処理（Ｓ７０〜Ｓ８０）では、セル電圧が１．５８Ｖ未満である間は、Ｗin-step(ｙ）は０である。１．５８Ｖ＜セル電圧≦１．６３Ｖであれば、step(ｙ)は０〜−５のいずれかである。１．６３Ｖ＜セル電圧≦１．６７Ｖが続くと、step(ｙ)＝−５になる。さらに、１．６７Ｖ＜セル電圧が続くと、step(ｙ)＝０になる。
【００５８】
次に、Ｗin-step(ｙ)とブロック温度ＴＢＫｎを用いて、充電電力Ｗin・ｎが算出される（Ｓ８２）。ここでは、図１５のマップ（充電用）からＷin・ｎが読み取られる。Ｗoutの算出処理と同様に、ＴＢＫｎの直線補完が行われる。そして、全ブロックのＷin１〜Ｗin２０のうちの最小値が求められ、この最小値が、最終的な充電電力Ｗinに決定される。充電電力Ｗinの算出も１秒毎に行われる。図１５のマップをグラフであらわした場合にも、図１１と同様のラインが得られる。セル電圧が低い間はstep(ｙ)が０であるのでＷinの算出値は最大になる。セル電圧が上昇するとstep(ｙ)が小さくなり、Ｗinも小さくなる。セル電圧が１．６７Ｖを越えると、Ｗinは０になる。
【００５９】
以上、正常作動用マップ（図１４、図１５）を用いた充放電電力Ｗin，Ｗoutの算出処理を説明した。オープン故障用マップおよびショート故障用マップを用いた算出処理も全く同様にして行われる。すなわち、冷却ファン装置７８が異常な場合と正常な場合とでは、選択されるマップ（図１４〜図１９）が異なるが、算出処理自体は共通である。
【００６０】
従って、このマップの使い分けにより、冷却ファン装置７８が正常な状態と異常な状態では、充放電電力Ｗin、Ｗoutの算出値が異なった値になり、また、この算出値は、異常の種類に応じて異なった値になる。算出結果のＷin、Ｗoutは、前述のように、制御ＣＰＵ５６に送られ、負荷７０の制御処理において使用される。放電時には、制御ＣＰＵ５６は、放電電力がＷoutまたはそれ未満になるように、負荷７０の消費電力を調整する。充電時には、制御ＣＰＵ５６は、充電電力がＷinまたはそれ未満になるように、負荷７０の発電電力を調整する。また、外部充電中は、外部充電器８２からバッテリ５０へ供給される電力が、上記のＷinまたはそれ未満に調整される。
【００６１】
図１３を参照して、正常作動用マップ、オープン故障用マップおよびショート故障用マップを対比する。図１３のラインは、Ｗout-step(ｘ)＝０のときのＷoutを表している。図示のように、オープン故障用マップは、正常作動用マップよりも低温側にシフトされている。また、ショート故障用マップは、正常作動用マップよりも高温側にシフトされている。このシフトに対応して、Ｗoutの算出値がマップ毎に異なった値になる。
【００６２】
なお、Ｗout-step(ｘ)が０でない場合も、図１３と同様に、マップ間でＷoutのラインがシフトされる。また、充電電力Ｗinも、放電電力Ｗoutと同様に設定されており、すなわち、オープン故障用マップは低温側にシフトされ、ショート故障用マップは高温側にシフトされている。なお、本実施形態では、step(ｘ)＝step(ｙ)のときは、ＷoutおよびＷinの絶対値が一致している。しかし、両者が一致する必要はなく、また故障用マップのシフト幅もＷoutおよびＷinで異なっていてよい。
【００６３】
図１３を参照して、本実施形態により得られる利点を説明する。Ｔｒオープン故障が発生すると、冷却ファン装置７８が作動不能になり、冷却能力が低下する。走行中などにこのような異常が発生すると、バッテリ温度が上昇してしまう。しかし、本実施形態では、図１３に示されるように、オープン故障のラインが、正常作動のラインから低温側にシフトされている。このシフトにより、バッテリ温度が過度に高くなる前に充放電電力が落とされ、バッテリの発熱も抑えられる。この充放電電力の変更により、バッテリの過熱と、過熱による劣化を確実に回避できるので、バッテリの使用を継続できる。このとき、ハイブリッド自動車は、図１３のオープン故障ラインに従ってモータ出力を落とした状態ではあるが、高温状態のバッテリを、劣化させることなく使用し続けられる。従って、モータ出力と内燃機関の出力を使った走行が続行可能である。運転者は、故障発生の警報を受けたとき、車両をサービスセンタ等の適切な場所まで移動できる。
【００６４】
一方、Ｔｒショート故障やＤＵＴＹ１００％故障が発生し、かつ、溶着・故障等によりファンリレースイッチ９８がショート故障を起こしている場合には、冷却ファンが最大能力で勝手に作動し、従って、全体として予想よりも冷却能力が増加してしまう。ところで、低温領域では、バッテリは、その内部抵抗が上昇し、劣化しやすい状態にある。そこで、外気温が低い中で車両を始動するような場合には、冷却ファンを止めてバッテリ温度を適当な温度まで速やかに上昇させたい。しかし、このときにショート故障やＤＵＴＹ１００％故障が発生していると、冷却ファンが作動するのでバッテリ温度が低いままである。これに対し、本実施形態では、図１３に示されるように、ショート故障のラインが、正常作動のラインから高温側にシフトされている。この冷却能力差を見込んだシフトにより、バッテリ温度が過度に低くなる前に充放電電力が落とされ、低温領域での無理なバッテリの使用が抑制される。この充放電電力変更により、バッテリの過冷却と、それによる劣化を確実に回避できるので、バッテリの使用を継続できる。このときも、ハイブリッド自動車は、図１３のショート故障ラインに従ってモータ出力を落とした状態ではあるが、低温状態のバッテリを、劣化させることなく使用し続けて、走行することができる。
【００６５】
以上、本発明の好適な実施の形態を説明した。本実施形態によれば、冷却ファン装置７８の異常が検出され、異常発生時にはバッテリの充放電電力が変更されるので、バッテリの適切な状態が維持される。これにより、予想以上のバッテリ低温化や高温化によるバッテリ劣化を防止することができる。また、冷却ファン装置７８が故障した後でもバッテリを使い続けることができるので、いわゆるリンピングフォーム走行が可能となり、車両を低速で修理施設などに移動させることが可能となる。
【００６６】
また、本実施形態によれば、冷却ファン装置７８のファンリレースイッチ９８の溶着故障が検出可能である。そして、溶着故障発生時に外部充電器８２を用いた充電が禁止されるので、補機バッテリ８０から外部充電器８２へ向けて電流が流れるという事態が回避される。このような事態の発生の心配がないので、作業者は容易に外部充電器８２やコネクタ８４を扱うことができる。
【００６７】
なお、本実施形態では、本発明がハイブリッド自動車の駆動システムに適用された。これに対し、本発明は、ハイブリッド自動車ではない一般的な電気自動車にも同様に適用可能である。また、車両以外の任意の装置に設けられた二次電池装置にも本発明を同様に適用可能であり、本発明の効果が好適に得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による充放電電力上限値の設定例を示す図である。
【図２】 本発明の実施の形態のハイブリッドシステムを示す図である。
【図３】 図２のシステムに設けられた本発明の二次電池装置を示す図である。
【図４】 図３のシステムに設けられた冷却ファンシステムを示す図である。
【図５】 図４の冷却ファンの起動時の制御を示す図である。
【図６】 車両へのバッテリの搭載状態を示す図である。
【図７】 図２のシステムの動作を示すフローチャートである。
【図８】 図７のファン異常判定処理の詳細を示すフローチャートである。
【図９】 図３のバッテリ、電圧センサおよび温度センサの構成を示す図である。
【図１０】 放電電力Ｗoutの算出処理を示すフローチャートである。
【図１１】 冷却ファンが正常なときの放電電力Ｗoutを示す図である。
【図１２】 充電電力Ｗinの算出処理を示すフローチャートである。
【図１３】 冷却ファンの正常作動時、オープン故障発生時およびショート故障発生時の放電電力Ｗoutを比較して示す図である。
【図１４】 冷却ファンの正常作動時の放電電力算出用のマップを示す図である。
【図１５】 冷却ファンの正常作動時の充電電力算出用のマップを示す図である。
【図１６】 冷却ファンのオープン故障発生時の放電電力算出用のマップを示す図である。
【図１７】 冷却ファンのオープン故障発生時の充電電力算出用のマップを示す図である。
【図１８】 冷却ファンのショート故障発生時の放電電力算出用のマップを示す図である。
【図１９】 冷却ファンのショート故障発生時の充電電力算出用のマップを示す図である。
【符号の説明】
５０ バッテリ、５６ 制御ＣＰＵ、６８ 電池ＥＣＵ、７２ 温度センサ、７４ 電圧センサ、７６ 電流センサ、７８ 冷却ファン装置、８０ 補機バッテリ、８２ 外部充電器、８６ 蓄電量算出部、８８ 冷却ファン制御部、９０ファン異常判定部、９２ 充放電電力算出部、９４ ファン、９６ ファンモータ、９８ ファンリレースイッチ、１００ ファントランジスタ。

Claims (3)

1. 二次電池と、
   前記二次電池の充放電電力を制御する充放電制御手段と、
   前記二次電池を冷却する冷却手段と、
   を含む二次電池装置において、
   前記冷却手段の異常である冷却異常を検出する冷却異常検出手段を含み、
   前記充放電制御手段は、前記冷却異常が発生した場合に、冷却異常状態と冷却正常状態との冷却能力差に応じて充放電電力を変更することを特徴とする二次電池装置。
2. 請求項１に記載の装置において、
   前記充放電制御手段は、前記二次電池の状態に応じて充放電電力の上限値を設定する上限値設定手段を含み、前記冷却異常が発生した場合には、前記充放電電力の変更として、冷却正常状態の充放電電力上限値を冷却異常状態の充放電電力上限値へ変更することを特徴とする二次電池装置。
3. 請求項２に記載の装置において、
   前記冷却異常検出手段は、複数種類の冷却異常を判別して検出し、前記充放電制御手段は、冷却異常の種類に応じて前記充放電電力の上限値を決定することを特徴とする二次電池装置。

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