專利名稱：車載電池的控制裝置的制作方法
技術領域：
本發明適用于使用電動機作為行走動力的電動汽車。本發明涉及車載式充電電池的充放電控制。本發明是為并用內燃機和電動機作為行走動力的混合式汽車所開發的，然而能夠廣泛用于將充電電池裝載于車輛上，在行走上利用此電池能量的汽車。
本申請人以HIMR的名稱對并用內燃機和電動機的混合式汽車進行開發、制造及銷售。此汽車的構成是其內燃機曲軸上連接了三相交流鼠籠型感應電機，將大型的電池搭載在車輛上，此電池與交流感應電機之間用雙向變換器結合，利用程序控制電路對此變換器進行控制(參考WO88/06107號)。
在此裝置中，在車輛進行加速時，控制提供給此交流感應電機的旋轉磁場以使此交流感應電機成為電動機，在車輛進行減速時，控制提供給此交流感應電機的旋轉磁場以使此交流感應電機成為發電機。并且進行控制，使在交流感應電機作為電動機使用時，電池進行放電，作為發電機使用時，電池進行充電，即實行再生制動。
此裝置裝載于大型公共汽車上，被實用于市區公共汽車以及要求環境污染極小地區的山路公共汽車等。近年來，因汽車內燃機排氣造成的污染成為愈來愈大的問題。盡管車價仍然高，燃料價格稍貴，也到了論述在都市市區行走的大部分汽車成為電動汽車的可能性的時候了。
上述HIMR其構成是在車輛上設置電池室，將因產量大而以低價能夠買到的端電壓為12V的電池作為單位電池，將25個這樣的電池裝載于電池室，在電氣上用串聯連接，使整體的端電壓成為12V×25＝300V，用來作為提供行走用能量的電池。
這里的“單位電池”是指利用多個進行串聯連接、構成提供行走用能量的電池的單位。例如，在鉛電池的情況下，根據化學性質，最小的單位電池的端電壓為2V，而一般市場上銷售的是將多個此2V的電池串聯連接收裝于一個箱體內的電池。例如，在鉛電池的情況下，單位電池的端電壓為2V、4V、6V、12V、24V等。除鉛電池以外的電池也是用其化學性質及串聯連接個數確定其端電壓。
本申請提出人關于單位電池的監視提出過國際專利申請(參考PCT/TP96/00966號、WO96/32651公報)。
此裝置具有電壓檢測電路，對利用連接電纜串聯連接的數量為n個的多個(例如25個)單位電池的(+)端和(-)端之間的電壓是否為設定值以下進行檢測。在此電壓檢測電路中，含有第一發光顯示電路，它在(+)端和(-)端之間的電壓低于第一設定值(V1)以下時，作為需要充電的狀態以紅色的發光進行顯示；第二發光顯示電路，它在(+)端和(-)端之間的電壓超過第二設定值(V2)以上時，作為已充電的狀態用綠色的發光進行顯示。
利用此發光顯示，對充電狀態(即為沒電的狀態還是充好電的狀態)進行通知。
本發明人積累了關于上述HIMR車輛的許多行走記錄及維護記錄。電池隨著反復充放電而逐漸劣化，因此經一定時期，必須更換電池，而在以往的技術中，在電池充放電的控制上，沒有考慮電池的壽命。即，以往的電動汽車的電池充放電控制在構成上是根據行走條件來進行的，而沒有將充放電時的電池狀態信號取回到控制裝置用以參考該電池的狀態進行充放電控制。
下面進一步詳細說明。例如，若假定電池的標準電壓為上述的300V，在利用再生制動進行充電時，以往，若其端電壓超過了既定的界限值(例如380V)，因有造成電池損壞的危險，所以進行控制使其不得超過界限值。然而，此界限值實際上是電池的充電量大時(充滿時)的安全值，在電池的狀態良好時，(電池沒有劣化，沒電時)即使再提高端電壓，也能夠有效率地進行充電。這意味著在電池是新電池且沒電的情況下，制動踏板被踩下處于制動狀態時，能夠減小作為制動片摩擦熱而放掉的能量，進一步增加通過再生制動向電池進行充電還原從而加以利用的能量。
在混合式汽車中，在踩下加速踏板車輛處于加速狀態時也同樣如此。即，處在加速狀態時，內燃機和電動機成為對必需的轉矩進行分擔的情況，然而，即使是相同的加速踏板的踩下程度(相同轉矩)，也應該能夠進行控制，在當時電池狀態好時(電池沒有劣化，充滿電時)，加大放電電流，使內燃機的負擔減輕，使環境污染減小。在電池的充電量差時(電池劣化，或充電狀態為沒電時)，使電池的負擔減輕，增加內燃機的負擔。
根據進一步的觀測，可以發現若讓例如25個單位電池以串聯連接的狀態進行放電，能量并不是從25個電池各自均等地放出。串聯連接進行充電時，也并不是全部的單位電池被均等地充電。從電氣特性來看此，較易于理解的是將其解釋為各個單位電池的內電阻(R)不相等。由于是串聯連接，電流(I)雖一致，但不管是充電時還是放電時，單位時間充電或放電的能量(I2R)并不相等。在充電時，內電阻高的單位電池的端電壓比其他的單位電池要高，放電時則相反，其端電壓比其他單位電池要低。實際上，如將其當作是相等的，以全體的標準電壓或額定電壓進行反復充放電，則內電阻高的電池在充電時被造成過充電，使該單位電池獨自被加速劣化。另外，內電阻大的單位電池用串聯連接進行充放電時，該電池的溫度變高，造成與其他電池的特性不同，該單位電池獨自提前劣化。
也就是說，本發明人發現充電電流的最大值或放電電流的最大值的決定，不僅取決于電池全體的狀況，而且還取決于每個單位電池的狀況。這是延長電池壽命的重要的要素。
發明人作了各種各樣的嘗試，例如將同一制造批量的單位電池收容在一個電池室中等。發明人發現即使車輛在新車時，各單位電池的特性一致，可是隨著車輛的長期使用，特性產生了偏差，加速了不均等的劣化。一般，電池的更換不是對單個單位電池進行，而是全體一齊更換，因此，對全體以相等的條件進行控制，明顯是造成電池壽命縮短的原因。大量使用、大量廢棄電池成了環境污染的新的原因。
本發明是在這樣的背景下進行的，目的是提供一種裝置，該裝置能夠對電池的充放電狀態進行觀測，根據其狀態實行對驅動裝置的加速及對電池的充電。本發明的目的是不單純根據電池的充電狀態是沒電還是充滿電狀態，而且還根據電池是新的還是劣化狀態的，進行對該電池適宜的充電及放電的控制。本發明的目的是在提高電池的充放電效率的同時，延長電池的使用壽命。本發明的目的是減少因制動消耗的能量，將盡可能多的能量進行再生。本發明的目的是提供一種控制裝置，即使單位電池的特性上存在偏差，該裝置不使其因長期使用造成偏差擴大。本發明的目的是降低電動汽車的電池費用。本發明的目的是使電池的維修保養簡單化。
本發明的特征在于根據電池的劣化狀態，設定對加速區域進行區分的邊界線。該加速區域是指由混合式汽車多相交流電機產生的、給驅動裝置加速的區域。這里，所謂電池的劣化狀態，不單純是判定電池的充電狀態是沒電還是充滿電狀態，還包括判定電池是新的還是劣化了的。
即，本發明的第一觀點的特征在于包括多相交流電機，它與電池的放電電流控制有關，與車輛的驅動裝置相連接；變換器，它設置在裝載于車輛上的電池與上述多相交流電機之間，進行交流變直流或直流變交流的變換；程序控制電路，用于對此變換器進行控制，還包括電流電壓測定裝置，它附在上述電池上，用來測定放電時的電流電壓及/或充電時的電流電壓，上述程序控制電路含有放電電流控制裝置，它根據利用上述電流電壓測定裝置測定的信息通過上述變換器對上述電池進行放電電流的控制。
上述程序控制電路最好包括存儲器，用于將反映電池劣化程度的放電時的電流電壓特性及/或充電時的電流電壓特性事先作為特性圖進行存儲；識別裝置，用于將利用上述測定裝置測定的放電時或充電時的電流電壓特性與上述存儲器中存儲的特性圖進行比較，利用此對電池的劣化程度進行識別；放電電流增減裝置，用于將加速踏板的踩下量取回，根據由上述識別裝置識別的劣化程度，對用來產生與該踩下量相對應的驅動轉矩所需的放電電流的大小進行增減。
電池充放電時的電流電壓總在變動。對此放電時及充電時或其兩者之一的電流電壓進行經常的測定，程序控制電路根據此測定的電壓電流信息對變換器進行控制。變換器響應此控制，實行電池與多相交流電機之間的直流交流變換，向與多相交流電機相連接的驅動裝置給以驅動力。
通過對端電壓與放電電流或充電電流的電壓電流特性進行監視，能夠知道電池的劣化程度。舉端電壓與放電電流的特性為例，如圖5的右側所示，其電流電壓特性隨著劣化程度從S10到S13進行變化。在設需要充電的電壓為第一設定值V1時，電池為新電池時的放電特性為S10的情況，因此，其放電電流為I10，相反，劣化嚴重、需要更換的狀態的放電特性為S13的情況，其放電電流為I13(I23＜I10)。將此電流電壓特性預先存儲在存儲器中，能夠根據所測定的電流電壓特性，進行適宜于當時電池狀態的控制。即，此控制不單純根據電池的充電狀態是沒電還是充滿電狀態，而且還包括根據電池劣化為何種程度來進行的。
另外，在端電壓與充電電流的關系上，如圖5左側所示，其電流電壓特性隨著劣化程度從S12到S23進行變化。在設充電完了電壓為第二設定值V2時，正常的新電池時的充電特性為S20的情況，其充電電流為I20，虛線表示的需要更換的狀態的電池時，其充電特性為S23的情況，其充電電流為I23(I23＜I20)。充放電特性如上所述隨著劣化程度而變化，隨著劣化的發展，即使是相同的端電壓，放電電流及充電電流卻減少。
將反映此電池劣化程度的放電時的電流電壓特性及充電時的電流電壓特性作為特性圖存儲在程序控制電路的存儲器中，將測定的放電時或充電時的電流電壓特性與上述存儲器中存儲的特性圖進行比較，由此對電池的劣化程度進行識別，根據此劣化程度，對放電電流進行控制。
電池的放電是根據加速踏板被踩下來進行的，程序控制電路根據與特性圖的比較所識別到的劣化程度，對用來產生與該踩下量相對應的驅動轉矩所需放電電流的大小進行增減，限制放電電流。
本發明的第二觀點的特征在于包括多相交流電機，它與電池的充電電流控制有關，與車輛的驅動裝置相連接；變換器，它設置在車輛上裝載的電池與此多相交流電機之間，進行交流變直流或直流變交流的變換；程序控制電路，用于對此變換器進行控制，還包括電流電壓測定裝置，它附在上述電池上，用來測定放電時的電流電壓及/或充電時的電流電壓，
上述程序控制電路含有充電電流控制裝置，它根據利用上述電流電壓測定裝置測定的信息通過上述變換器對上述電池進行充電電流的控制。
上述程序控制電路最好包括存儲器，用于將反映電池劣化程度的放電時的電流電壓特性及/或充電時的電流電壓特性事先作為特性圖進行存儲；識別裝置，用于將利用上述測定裝置測定的放電時或充電時的電流電壓特性與上述存儲器中存儲的特性圖進行比較，利用此對電池的劣化程度進行識別；充電電流增減裝置，用于將制動壓力取回，根據由上述識別裝置識別的劣化程度，對用來產生與該制動壓力相對應的再生制動轉矩所需的充電電流的大小進行增減。
充電電流控制的情況也與放電電流控制的情況同樣，根據測定的電壓電流信息同存儲器中存儲的信息相比較，對電池的劣化程度進行識別，根據其劣化程度對充電電流進行控制。
電池的充電是根據制動踏板被踩下或成為發動機制動狀態來進行的，程序控制電路將制動壓力及當時的發動機轉速取回，根據與特性圖的比較所識別到的劣化程度，對用來產生與制動壓力及當時的發動機轉速相對應的再生制動轉矩所需充電電流的大小進行增減，限制充電電流。
利用此充放電電流的控制，能夠根據當時電池的狀態實行對驅動裝置的加速及對電池的充電，在提高電池的充放電效率的同時，延長電池的使用壽命。此外，能夠盡可能地減少因制動消耗的能量，盡可能多地將能量再生，即使單位電池的特性上存在偏差，也能夠防止因長期使用造成的偏差擴大。
本發明的第三觀點是記錄有上述程序控制電路所必需的軟件的記錄媒體。此軟件中含有上述的特性圖，作為汽車制造工序的一環，或汽車修理工序的一環，安裝在程序控制電路中。將這樣的記錄媒體作為專利對象。
圖1為表示本發明實施例的全部構成的框圖。
圖2為表示本發明實施例高壓電池構成的框圖。
圖3為表示本發明實施例單位電池構成的斜視圖。
圖4為表示本發明實施例利用單位電池構成高壓電池的實際安裝狀態的斜視圖。
圖5所示為關于本發明實施例電池的充放電特性圖。
圖6為表示本發明實施例的電池劣化識別動作流程的流程圖。
圖7為表示本發明實施例的充放電電流控制動作流程的流程圖。
圖8為本發明實施例充放電電流控制狀態的說明圖。
以下，根據附圖對本發明實施例進行說明。圖1為表示本發明實施例的全部構成的框圖。
本發明實施例具有多相交流電機2，它連接于車輛的驅動裝置(內燃機)1上；變換器4，它設置在裝載于車輛上的電池3與上述多相交流電機2之間，進行交流變直流或直流變交流的變換；速度傳感器5，用于對車輛的行走速度進行檢測；轉速傳感器6，用于對驅動裝置(內燃機)1的轉速進行檢測；程序控制電路7，它根據速度傳感器5及轉速傳感器6的輸出對變換器4進行控制；電流傳感器8，用于對電池3的充放電電流進行檢測；顯示裝置9，用于對電池3的信息進行顯示；加速傳感器10，用于檢測加速踏板的踩下量；制動傳感器11，用于檢測制動踏板的操作。
速度傳感器5、轉速傳感器6、顯示裝置9、加速傳感器10以及制動傳感器11通過接口電路12與程序控制電路7相連接。在此程序控制電路7上連接有圖中省略的齒輪位置傳感器、發電機溫度傳感器、離合器傳感器等。
此外，變換器4的直流側上連接有電容器13，在電池3上，通過斷路器15，連接有對變換器4的輸出電壓進行檢測的檢測電路14，同時，連接有DC·DC變換器16。電池3由數量為n個的多個單位電池17構成。
再有，作為本發明的特征，還包括一個電流電壓測定裝置，它附在上述電池3上，用來測定放電時的電流電壓及/或充電時的電流電壓。上述程序控制電路7含有放電電流控制裝置，它根據利用上述電流電壓測定裝置測定的信息通過上述變換器4對上述電池3進行放電電流的控制；存儲器7a，用于將反映電池劣化程度的放電時的電流電壓特性及充電時的電流電壓特性或其兩者之一的電流電壓特性事先作為特性圖進行存儲；識別裝置，用于將利用上述測定裝置測定的放電時或充電時的電流電壓特性與上述存儲器7a中存儲的特性圖進行比較，利用此對電池的劣化程度進行識別；放電電流增減裝置，用于將加速踏板的踩下量從加速傳感器10取回，根據由上述識別裝置識別的劣化程度，對用來產生與該踩下量相對應的驅動轉矩所需的放電電流的大小進行增減。充電電流控制裝置，它根據利用上述電流電壓測定裝置測定的信息通過上述變換器4對上述電池3進行充電電流的控制。充電電流增減裝置，用于將制動壓力從制動傳感器11取回，根據由上述識別裝置識別的劣化程度，對用來產生與該制動壓力相對應的再生制動轉矩所需的充電電流的大小進行增減。
圖2為表示本發明實施例高壓電池構成的框圖，圖3為表示本發明實施例單位電池構成的斜視圖，圖4為表示本發明實施例利用單位電池構成高壓電池的實際安裝狀態的斜視圖。
數量為n個(在本例中為25個)的多個單位電池17由連接電纜18被串聯連接，對其(+)端17a和(-)端17b的電壓是否為設定值以下進行檢測的檢測單元19用一對連接器20被連接。
此n個單位電池如圖4所示，收納于車體中央的下部設置的電池室內的托架21上，利用可開閉的門與外部相隔離。
在檢測單元19中，具有第一發光顯示電路19a，用于在(+)端17a和(-)端17b的電壓為第一設定值(V1)以下時，作為處于不足既定充電量的狀態以紅色發光進行顯示；第二發光顯示電路19b，用于在(+)端17a和(-)端17b的電壓超過第二設定值(V2)時，作為處于既定充電量的狀態以綠色發光進行顯示。
圖5所示為關于本發明實施例電池的充放電特性圖。利用對使用時的端電壓與放電電流或充電電流的關系，能夠對電池的劣化程度進行觀測。在端電壓與放電電流的關系上，如圖的右側所示，在設需要充電的電壓為第一設定值V1時，電池沒有劣化時的放電特性為S10的情況，在端電壓為V1時，其放電電流為I10電池稍微劣化時，其特性如由S11表示，其放電電流為小于I10的I11。電池進一步劣化，其特性如由S12表示，其放電電流為小于I11的I12。若電池處于完全劣化狀態時，其放電特性為S13的情況，在相等的端電壓V1下，其放電電流為小于I12的I13。
另外，就充電特性進行說明，在端電壓與充電電流的關系上，當電池正常時，其充電特性為S20的情況，在端電壓為V2時，其充電電流為I20。電池稍微劣化時，其特性如由S21表示，在端電壓為V2時，其充電電流為小于I20的I21。電池進一步劣化，其特性如由S22表示，在相等的端電壓V2下，其充電電流為小于I21的I22。若電池處于完全劣化狀態時，其充電特性為S23的情況，在端電壓為V2時，其充電電流為小于I22的I23。
將此反映電池劣化程度的充放電時的多個特性預先存儲在程序控制電路7的存儲器7a中。
在此，對本發明實施例程序控制電路充放電電流的控制動作進行說明。圖6為表示本發明實施例的電池劣化識別動作流程的流程圖，圖7為表示本發明實施例的充放電電流控制動作流程的流程圖。
程序控制電路將檢測裝置14及電流傳感器8檢測的電壓值及電流值取回，與存儲器7a中預先存儲的電壓電流特性圖進行比較，對電池3的劣化程度進行識別。根據此識別，進行電池3的良好度分級。即，判別屬于圖5所示的多個特性S10～S13或S20～S23之中的哪個。在將此電壓電流值存儲在存儲器7a中的同時，在顯示裝置9上以圖形進行粗略區分顯示。
接著，根據加速踏板或制動踏板的任一個被操作，對要進行加速還是要進行制動進行判別。
當要進行加速時，從加速傳感器10將加速踏板的踩下量取回，對與此踩下量相對應的必需的驅動轉矩進行計算。這里，首先取回記錄在存儲器7a中的表示電池3良好度的級別，根據此級別所表示的電池3的劣化程度設定電能的分擔。例如，對多相交流電機2的轉差率進行控制，以如圖8的右側所示那樣，對于必需的驅動轉矩，如電池3為良好狀態，則實行用于產生以斜線表示的驅動轉矩的放電，如電池3不是良好狀態，則實行用于產生以網線表示的驅動轉矩的放電。
另外，當要進行制動時，從制動傳感器11將制動踏板的制動壓力取回，對與此制動壓力相對應的必需的制動轉矩進行計算。接著，首先取回記錄在存儲器7a中的表示電池3良好度的級別，根據此級別所表示的電池3的劣化程度設定電能的分擔。例如，對多相交流電機2的轉差率進行控制，以使如圖8的左側所示那樣，對于必需的制動轉矩，如電池3為良好狀態，則實行用于產生以斜線表示的制動轉矩的充電，如電池3不是良好狀態，則實行用于產生以網線表示的制動轉矩的充電。
利用上述的控制，能夠根據電池的劣化程度對電池無傷害地進行充電及放電的控制，因此，能夠延長電池的壽命。即使單位電池的特性上存在偏差，也能夠防止偏差擴大，總的說來，可使到更換電池為止的時間延長。
根據如上所述的本發明，能夠按照電池的狀態對電池的充電及放電狀態進行控制，即，不單純根據電池的充電狀態是沒電還是充滿電狀態，而且還根據電池是新的還是劣化狀態的，進行對各個電池適宜的充電及放電的控制。這樣一來，能夠延長電池的使用壽命。另外，在提高電池的充放電效率的同時，能夠減少因制動消耗的能量，將盡可能多的能量進行再生。利用本發明，即使單位電池的特性上存在偏差，能夠減小因長期使用造成的偏差擴大。利用本發明，能夠降低電動汽車的電池費用，能夠使電池的維修保養簡單化。
權利要求
1.一種車載電池的控制裝置，其特征在于包括多相交流電機，它與車輛的驅動裝置相連接；變換器，它設置在裝載于車輛上的電池與上述多相交流電機之間，進行交流變直流或直流變交流的變換；程序控制電路，用于對此變換器進行控制，還包括電流電壓測定裝置，它附在上述電池上，用來測定放電時的電流電壓及/或充電時的電流電壓，上述程序控制電路含有放電電流控制裝置，它根據利用上述電流電壓測定裝置測定的信息通過上述變換器對上述電池進行放電電流的控制。
2.如權利要求1所記載的車載電池的控制裝置，其上述程序控制電路含有存儲器，用于將反映電池劣化程度的放電時的電流電壓特性和/或充電時的電流電壓特性事先作為特性圖進行存儲；識別裝置，用于將利用上述測定裝置測定的放電時或充電時的電流電壓特性與上述存儲器中存儲的特性圖進行比較，利用此對電池的劣化程度進行識別。
3.如權利要求2所記載的車載電池的控制裝置，其上述程序控制電路含有放電電流增減裝置，用于將加速踏板的踩下量取回，根據由上述識別裝置識別的劣化程度，對用來產生與該踩下量相對應的驅動轉矩所需的放電電流的大小進行增減。
4.一種車載電池的控制裝置，其特征在于包括多相交流電機，它與車輛的驅動裝置相連接；變換器，它設置在裝載于車輛上的電池與上述多相交流電機之間，進行交流變直流或直流變交流的變換；程序控制電路，用于對此變換器進行控制，還包括電流電壓測定裝置，它附在上述電池上，用來測定放電時的電流電壓及/或充電時的電流電壓，上述程序控制電路含有充電電流控制裝置，它根據利用上述電流電壓測定裝置測定的信息通過上述變換器對上述電池進行充電電流的控制。
5.如權利要求4所記載的車載電池的控制裝置，其上述程序控制電路包括存儲器，用于將反映電池劣化程度的放電時的電流電壓特性和/或充電時的電流電壓特性事先作為特性圖進行存儲；識別裝置，用于將利用上述測定裝置測定的放電時或充電時的電流電壓特性與上述存儲器中存儲的特性圖進行比較，利用此對電池的劣化程度進行識別。
6.如權利要求5所記載的車載電池的控制裝置，其上述程序控制電路包括充電電流增減裝置，用于將制動壓力取回，根據由上述識別裝置識別的劣化程度，對用來產生與該制動壓力相對應的再生制動轉矩所需的充電電流的大小進行增減。
7.一種機器可讀的存儲媒體，其上記錄有利用向含有計算機的硬件進行安裝，從而使從權利要求4到權利要求5的任何一項所記載的程序控制電路形成的軟件。
全文摘要
本發明能夠根據電池的狀態來進行由混合式汽車多相交流電機產生的、給驅動裝置(內燃機)的加速以及給電池的充電。對車輛上裝載的電池其放電時及充電時的電流、電壓進行測定,程序控制電路根據此測得的電流、電壓信息,通過用于實行電池與連接于車輛驅動裝置的多相交流電機之間的交流變直流或直流變交流變換的變換器,對在向驅動裝置提供輔助動力時的放電電流進行控制。由于是根據電池的充電狀態來限制充放電電流,避免了不論電池充電量的多少而同樣實行的充放電,因此在提高充電效率的同時,還能夠使電池的壽命延長。
文檔編號B60L3/00GK1195324SQ97190708
公開日1998年10月7日 申請日期1997年6月10日 優先權日1996年6月14日
發明者小池哲夫, 增田敦 申請人:日野自動車工業株式會社