專利名稱：車載電池的控制裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明用于將電動機作為走行動力使用的電動汽車。本發(fā)明涉及到車載用的可充電電池的充放電控制，狀態(tài)顯示和更換電池時間的信息顯示。本發(fā)明是為用于將內燃機和電動機一起作為走行動力的混合式汽車而進行開發(fā)的，將可充電電池搭載于車輛上，可在將該電池的能量于走行中利用的汽車中廣泛地使用。
本專利的申請人以HIMR的名稱開發(fā)與制造銷售將內燃機和電動機并用的混合式汽車。該汽車將三相交流鼠籠式異步電機作為電動發(fā)電機與內燃機的曲軸相連接，在車輛上搭載大型電池，在電池與鼠籠式異步電機之間接有雙向逆變器，該逆變器具有由程序控制電路進行控制的結構(參照WO 88/06107)。
在該裝置中，車輛加速時控制加在該鼠籠異步電機上的旋轉磁場，使鼠籠式異步電機作為電動機運轉；車輛減速時，控制加在該鼠籠式異步電機上的旋轉磁場使鼠籠式異步電機作為發(fā)電機運轉。這樣，鼠籠式異步電機作為電動機使用時，電池放電；而作為發(fā)電機使用時電池充電，即進行再生制動。
此種裝置當用于大型公共汽車時，應用于城區(qū)的公共汽車線路和在污染盡可能小的區(qū)域的登山車等之中得到好評。一般，近年來汽車的內燃機的排氣對環(huán)境的污染成為一個大問題，即使汽車的價格更高燃料價格也稍高，也有城市的城區(qū)行走的大部分汽車均采用電動汽車的可能性的論述。
上述的HIMR汽車在車輛上設置電池室，將因大量生產可以廉價得到的端壓為12V的電池作為單元電池，將25個上述單元電池搭載于電池室中，在電氣上使其串聯連接，使整個端電壓為12V×25＝300V作為供給走行用能量的電池加以應用。
這里所謂的“單元電池”是指將若干個這樣的電池串聯連接時可以構成提供走行用的能量的電池的單元。比如鉛電池的場合，根據化學性質最小的單元電池的端電壓為2V，一般市場上銷售的電池為將若干個上述2V的電池串聯裝在一個框體中構成的。比如鉛單元電池具有端電壓為2V，4V，6V，12V，24V等種類的。至于鉛電池以外的其他電池，其單元電池的端壓根據其化學性質和串聯的個數決定。
本專利的申請人就對單元電池進行監(jiān)視的發(fā)明提出了國際專利申請(參見PCT/JP 96/0966，WO 96/32651公報)。
本專利發(fā)明人具有上述HIMR的車輛大量的行走記錄和維護記錄。由于電池進行反復的充放電漸漸老化，到某個時候就需要更換電池，現有的技術中沒有考慮充放電控制對電池壽命的影響。即，現有的電動汽車的電池的充放電控制是根據電動汽車的走行條件決定的，將此時電池的狀態(tài)讀入控制系統(tǒng)，而沒有對電池的狀態(tài)加以考慮。
更具體地說，比如電池的標準電壓為上述的300V時，再生制動對電池充電時，現在裝置中該端壓超過所定的限值(比如380V)時，為防止損壞電池進行使其不超過上限值的控制。但是，該限值實際上為電池的充電量大時(充滿時)的安全值，充電量小時(缺電時)即便端電壓更高也可進行高效率的充電。這就意味著在踏下制動踏板進入制動狀態(tài)時，將原來作為制動靴的摩擦熱發(fā)熱的能量，進行再生利用變成向電池充電的能量。
在混合式汽車中，當踏下加速器踏板車輛進入加速狀態(tài)時也同樣。即加速狀態(tài)時所需要的轉矩由內燃機和電動機共同分擔，即使在同樣的加速器踏板位置(同樣的轉矩)，此時應在電池充電量大時(充滿時)，利用控制加大放電電流減輕內燃機的負擔，而在電池的充電量小時(缺電時)利用控制減輕電池的負擔而使內燃機多負擔。
根據進一步地詳細觀測，比如將25個單元電池串聯放電時，由25個單元電池所發(fā)出的能量也是不相等的。即使在充電的場合也不可能使全部的單元電池均勻充電。由電的特性角度看，容易理解各個單元電池的內阻(R)不一致。因為串聯電流(I)是相等的，不論是充電還是放電的場合，單位時間中充電或放電的能量(I2R)不相等。內阻高的單元電池充電時端電壓比其他的單元電池要高；放電時則相反，端電壓比其他單元電池的要低。實際中，將其看作是均等的整體以標準電壓或額定電壓反復進行充放電，內阻高的電池充電時充電不足，從而使其加速老化。而且，內阻高的單元電池，即使在串聯連接充放電時，具有該電池溫度比其他單元電池高的特性，該單元電池將首先老化。
即，充電電流的最大值或放電電流的最大值不僅由全部電池的狀態(tài)，并且由個別單元電池的狀態(tài)來決定，這是延長電池壽命的重要因素。
本發(fā)明人將同一批制造的單元電池放在一個電池室中進行各種試驗。新車中即使各個單元電池的性能一致，車輛長期使用中也會產生特性偏差，從而加速不均勻的老化。因為一般在更換電池時不是對單元電池一個個更換，而是將全部一齊更換，而將全部電池用同一條件控制顯然是使電池壽命縮短的原因。大量地使用電池并且大量的廢棄成為環(huán)境污染的新的原因。
本發(fā)明人在上述國際專利申請(PCT/JP96/00966)中，在構成高壓電池的各個單元電池中分別裝有具有傳感器的檢測裝置，對每個單元電池的充電量進行監(jiān)視，從而可以早期發(fā)現單元電池的老化；裝有檢測裝置的單元電池多，從安裝作業(yè)的方面，對其安裝的結構進行進一步的檢討。
現在，上述混合式汽車或電動汽車上搭載的電池的充電狀態(tài)包括對(1)電池的端電壓；(2)電池的(電壓)×(電流)×(時間)；(3)電解液的比重；等進行觀測，對充電量的狀態(tài)(充滿或缺電)進行顯示。
如上所述，由于構成高壓電池的各單元電池分別裝有具有傳感器的檢測裝置，可對每個電池的充電量進行監(jiān)視，從而可對單元電池的充電狀態(tài)進行確認；限于對其充電狀態(tài)進行監(jiān)視，即，使用者和補充燃料同樣，對提供走行能量的電池是否需要充電，給出此后不充電可以走行多長距離等目標；對單元電池進行充電時，正常進行充電后使用中可否耐用，即對電池的壽命不進行觀測。
換個角度說，即使是僅限于對端電壓監(jiān)視的電池的充電狀態(tài)，實際中，該電池老化時實際被充的容量(安培小時)小，即一旦充電后實際可以走行的距離短，在道路上可能會發(fā)生不能走行的情況。
但，為掌握電池的充電狀態(tài)，駕駛員一定要離開駕駛員席，打開開關門進行確認；該操作不方便，希望可以顯示在駕駛員席上。
電池進行反復充放電漸漸老化，到一定時候就需要更換電池。對維護記錄作詳細地檢討，可發(fā)現即使是走行較為類似路線的公共汽車其壽命也不會是一致的，而產生大的偏差。而且，將若干個單元電池加以串聯，此時各個電池具有互不相同的特性，即使是串聯連接也不會進行同樣的充電和放電。
本發(fā)明基于這樣的背景，由電池的充放電電流對電池的狀態(tài)進行觀測，通過控制在提高效率的同時，將電池的壽命延長作為目的。本發(fā)明以延長電池的綜合壽命為目的。本發(fā)明還以使由于制動損耗的能量盡可能多的再生作為目的。本發(fā)明以提供一種控制裝置為目的，該裝置可在將若干個單元電池在電氣上串聯使用時，即使該單元電池的特性有偏差，通過控制使其長時間使用偏差也不擴大，且電池的老化均勻。本發(fā)明還以降低電動汽車上使用的電池的價格為目的。本發(fā)明也以電池的維護簡單化作為目的。
本發(fā)明的目的是提供一種車載用電池，該電池中可以簡單地安裝檢測裝置，且可將其維持在穩(wěn)定的安裝狀態(tài)。本發(fā)明的目的是提供一種可使檢測裝置的裝卸次數減少的車載電池。本發(fā)明的另一目的是提供一種將檢測裝置安裝于單元電池的框體中從而使電纜的裝卸作業(yè)性好的車載電池。本發(fā)明的目的還是提供一種在更換電池時不需將檢測裝置與電池一起廢棄而可繼續(xù)使用的裝置。
本發(fā)明的目的還是提供一種除了在駕駛員席顯示充電警報和充電殘余量外，可將電池的更換時間加以大致區(qū)分并進行顯示的裝置。本發(fā)明的目的也是提供一種在駕駛員席對更換電池的時間始終進行監(jiān)視，可以對到更換電池還可以走行的時間或距離進行預測的裝置。本發(fā)明的目的還是提供一種可防止錯過更換電池的時間，車輛在路上走行時發(fā)生突然停止的事情的裝置。本發(fā)明的目的是提供一種經常對電池進行維護，可使作為整體的電池的壽命延長的裝置。本發(fā)明是以減少電池廢棄的比例從而減少環(huán)境污染為目的的。
本發(fā)明的第一個方面，是以按照在車輛上搭載的各個單元電池的充放電狀態(tài)，對充電電流的最大值或放電電流的最大值進行設定，根據該值進行相應的充電控制作為特征的。
即，其特征在于，它包括，在車輛的傳動軸上連接的電動發(fā)電機；該車輛上搭載的電池；在該電池和上述電動發(fā)電機之間安裝的進行雙向能量傳遞的逆變器；和對該逆變器進行控制的控制裝置；包括將包含上述電池的充放電電流(i)在內的電池狀態(tài)進行檢測的電池傳感器；還包括將上述充放電電流(i)對時間的積分值I進行計算的裝置，I=∫idt+C]]>(其中C為與初始充電量相應的積分常數)具有根據該時間積分值的函數對再生制動時的上述電池的充電電流和走行時的放電電流進行控制的裝置的程序控制回路。
上述電動發(fā)電機為多相交流旋轉式電機，包括將該車輛的走行速度測出的速度傳感器和將上述電動發(fā)電機的旋轉速度測出的轉速傳感器；上述逆變器控制裝置，包括根據該速度傳感器和轉速傳感器的輸出和運轉操作的輸入向上述逆變器輸出控制輸出的裝置；上述電池傳感器中包括測出上述電池的溫度(θ)的裝置，上述積分器的函數在電池的充電效率為η時為ηI，希望該效率η為上述溫度的函數(η(θ))。
不僅如此，在上述電池傳感器和上述程序控制電路之間，包括將該傳感器的輸出信息用無線電信號進行傳送的接口電路；上述電池傳感器包括將單元電池的端電壓一一測出的裝置；希望上述程序控制電路包括根據端電壓對再生制動時的充電電流進行控制的裝置，和根據端電壓對走行驅動時放電電流進行控制的裝置。
逆變器控制裝置從速度傳感器讀入車輛的走行速度，從轉速傳感器讀入內燃機的轉速并且從電流傳感器讀入電池的充放電電流(i)，根據運轉操作輸入對逆變器進行控制。逆變器在車輛搭載的電池和與內燃機連接的電動發(fā)電機之間進行交流變成直流或直流變成交流的轉換。
在該充放電控制的過程中，程序控制電路對充放電電流(i)的時間積分值I進行計算，根據該時間積分值I的函數對再生制動時電池充電的電流和走行驅動時的放電電流進行控制。
在電動汽車的場合，假如處于對放電電流(i)計算得到的時間積分值I超過設定值的狀態(tài)時(如圖42(a)的斜線所示)，將制動產生的電能多向電池再生。但假如對放電電流(i)計算所得到的積分值I在設定值以下時，因大體上是在被充電的狀態(tài)(如圖(b)的斜線所示)，對制動所產生的電能在不產生過充電的限制條件下進行再生。
混合式汽車(HIMR)的場合中，假如處于對充電電流(i)計算得到的時間積分值I超過設定值(充電狀態(tài))(如圖43(a)的斜線所示)，將再生蓄積的電能供給電動發(fā)電機，電動機分擔的驅動轉矩大。而且，假如對充電電流(i)計算得到的時間積分值I在設定值以下時(如圖(b)所示的充電不足的狀態(tài))，限制向電動發(fā)電機供給的電能。
這樣，對電池的充放電進行經常觀測根據其狀態(tài)對充放電進行控制，在增大電池壽命的同時，將制動消耗的能量盡可能多地再生。同時，可以防止由于長時間使用所引起的單元電池相互間偏差的擴大。
電池的特性因隨溫度而變，假如具有包含對電池的溫度(θ)測出的裝置的電池傳感器，因可以得到將電池的充電效率η作為溫度的函數(η(θ))對包括充放電電流(i)的時間積分值I受溫度變化的影響的控制信息ηI，可以對充放電進行更正確且細致地控制。
各單元電池中的電池傳感器中具有無線發(fā)射機，由該發(fā)射機發(fā)射的電磁波由天線接收機進行接收可將電池傳感器測出的電池信息由無線信號進行傳輸。電池傳感器將單元電池的端電壓一一測出并將該信號利用無線發(fā)射時，程序控制電路借助天線接收機讀入該信息，從而可根據檢出的端電壓對再生制動時的充電電流和走行驅動時的放電電流進行控制。
本發(fā)明的第二方面，是以具有要以簡單的操作，可靠地向單元電池裝卸電池傳感器和接口電路的結構為特征的。
即由上述電池傳感器和上述接口電路的至少一部分構成裝于在該電池的框體內的一個裝置，該裝置以具有可以相對于上述電池框體自由地裝卸為特征。
電池框體的上部具有容納檢測電池信息的電池傳感器和接口電路的空間，在該空間中裝有分別與單元電池的(+)端子和(-)端子相連接的框體中的一對電氣保持件，電池傳感器的端子安裝在上述保持件中。
將檢測傳感器裝于一個裝置中，該裝置中設有接口電路，假如該接口電路具有將檢測傳感器的輸出以無線電信號進行傳輸的結構，將測出的電池信息不用電氣連線即可讀出，在電池室中或在駕駛員席即可知道上述信息。
這樣，假如在裝置中備有無線電發(fā)射機的同時，具有接收由各無線電發(fā)射機的電磁波的無線電接收機，可以實現將該無線電接收機接收的電池信息在顯示器上加以顯示。
本發(fā)明的第三個方面是以在車輛上搭載的電池的充電警報和充電殘余量進行顯示的同時，對電池老化(壽命)進行觀測，顯示與電池更換時間有關的信息為特征的。
即，在上述程序控制電路的輸出端上，至少連接有顯示有關充電警報、充電殘余量和電池更換時間有關的顯示裝置作為特征。
上述程序控制電路的存儲裝置中，預先存儲了標準的充放電電壓、電流特性和與老化程度相應的若干個充放電電壓、電流特性，上述程序控制電路希望包括參照上述存儲裝置中存儲的特性，將電池的老化情況進行計算的裝置。
電池的老化程度可以根據對端電壓和充放電電流的監(jiān)視來掌握。端電壓和放電電流的關系，如

圖16的右則所示，需要充電的電壓作為第一設定值V1時，在正常的放電特性S10中放電電流為I10，在以虛線表示的需要更換狀態(tài)時的放電特性S13中，放電電流為I13(I13＜I10)。但端電壓和充電電流的關系中，如同圖左側所示，充電結束時電壓作為第二設定值時，在正常的充電特性S20中充電電流為I20，在以虛線表示的需要更換的狀態(tài)時充電特性中充電電流為I23(I23＜I20)。這樣充放電特性隨老化程度而變，隨老化的發(fā)展，在同一端電壓下放電電流和充電電流均下降。
程序控制電路，將在充電中或放電中對上述電池的計量得到的電壓電流信息讀入，算出老化的程度，在顯示裝置上分別作為與充電警報，充電殘余量和電池更換時間相關的信息加以顯示。
將上述的標準的充放電電壓電流特性和與老化程度相應的若干個充放電電壓電流特性予先存儲在程序控制電路的存儲裝置中。程序控制電路根據計量得到的電壓電流值參照存儲電路中存儲的特性可以計算電池老化的信息。
電壓信息是由構成電池的電池或各單元電池中安裝的電池傳感器測出，并將該測量的輸出讀入程序控制回路的。
在測出電壓信息的電池傳感器和程序控制電路之間的接口電路中，可以包括將該傳感器輸出的信息利用無線電信號加以傳輸的裝置。比如，各單元電池分別具有無線電發(fā)射機，并具有接收該發(fā)射機的電磁波的無線電接收機，從而可將電池傳感器檢出的電池信息利用無線電信號傳輸到與容納電池場所分離的顯示裝置。
上述顯示裝置，為設于駕駛員席，包括將電池特性大致分為以下(1)被充電后的狀態(tài)(2)正常使用的狀態(tài)(3)希望進行充電的狀態(tài)(4)必須進行充電的狀態(tài)等類別進行顯示的裝置，同時，還包括對電池分為(1)沒老化的狀態(tài)(2)建議進行檢查的狀態(tài)(3)建議更換電池的狀態(tài)(4)必須更換電池的狀態(tài)等類別進行顯示的裝置，在上述被建議檢查的狀態(tài)可以表示檢測到一部分單元電池已產生老化。
這樣，不僅可以顯示電池的充電狀態(tài)，電池老化的狀態(tài)，即該電池是否還處于充電后繼續(xù)可以用的狀態(tài)，或是否處于超過老化的限度需要更換的狀態(tài)從駕駛員席上即可以加以區(qū)分顯示，駕駛員可以根據該信息直接進行處理，可以避免由于超過充電或更換電池的時間發(fā)生在路上車輛停止的事態(tài)。不僅如此，因為對電池經常維護可以延長作為整體的電池的壽命，可以減少電池廢戲的比例從而減少環(huán)境污染。
本發(fā)明的第四個方面，是以對車輛上搭載的電池的狀態(tài)(壽命)進行觀測，將其有關更換時間的信息加以大致地區(qū)分，在駕駛員席加以顯示為特征的。
即，在駕駛員席具有顯示部分，其特征為上述顯示裝置至少被分為兩類，第一類是顯示電池處于良好狀態(tài)的裝置，第二類是顯示電池處于應當更換的狀態(tài)的裝置。
希望在上述的第一類和第二類之間設置中間的類，即將上述類別的電池的老化程度大小進行顯示的燈光顯示裝置。
該顯示為對上述是否處于充電的狀態(tài)，是否需要充電等等和原來已有的顯示不同的顯示，是將反復進行充放電的電池的壽命還有多少顯示給駕駛員的裝置。
可以利用對端電壓和充、放電電流進行監(jiān)視掌握電池的老化程度。作為一例，上述圖16的右側所示的放電特性中，電池為新品時為S10，隨著老化的發(fā)展成為S11，S12；而當壽命要結束，處于需要更換的狀態(tài)時則成為S13。此外，端電壓和放電電流的關系中，如圖16的右側所示，當需要充電的電壓為第一設定值V1時，正常的放電特性為S10，放電電流為I10，在以虛線表示的需要更換的狀態(tài)時，此時放電特性為S13，與第一設定值V1相應的放電電流為I13(I13＜I10)。而且，充電特性如圖16的左側所示，電池為新電池時，為S20，電池逐漸老化時充電特性為S21，S22，需要更換時為S23。端電壓和充電電流的關系如同圖左側所示，充電結束的電壓為V2時，新品電池正常的充電特性S20充電電流為I20，而以虛線表示處于需要更換狀態(tài)的電池(當然即使用壽命已到的電池)中，充電電流為I23(I23＜I20)。這樣充放電特性隨老化的程度變化，隨老化的進展即便在同樣的端電壓條件下放電電流和充電電流也將減少。
在程序控制電路的存儲裝置中，將圖16例中示的電池的充電特性和(或)放電特性進行存儲，一般，將充電(再生制動)時或放電(電機驅動)時計量的該電池的電壓電流信息讀入控制電路中，將其與存儲裝置中存儲的充電特性或放電特性加以比較，計算電池的老化程度，以顯示裝置將與充電警報，充電殘余量和電池更換時間相關的信息在駕駛員席加以顯示。
這種顯示，如前所述希望大體分為(1)沒有老化的狀態(tài)(2)建議進行檢查的狀態(tài)(3)建議更換電池的狀態(tài)(4)需要更換電池的狀態(tài)等類別加以顯示。這里“需要更換電池的狀態(tài)”因是顯示電池老化的程度大，處于危險狀態(tài)的警報，希望以亮燈顯示。
作為對該電池老化狀態(tài)的顯示，可將電池應當充電的時間和充放電顯示(相當于表示燃料箱中的油料殘余量的燃料計)并列顯示。
本發(fā)明的第五個方面是以對充電進行個別管理，對充電結束達到規(guī)定電壓的電池，以電流旁路通道從和相鄰的電池連接的充電的狀態(tài)釋放作為特征的。
即，每個單元電池的特征在于包括作為電流旁路用的通道；選擇該電流旁路通道和單元電池通道用的切換電路；測量上述單元電池端電壓的測量電路和根據上述測量回路的輸出信息對上述的切換電路分別進行控制的切換控制電路。
上述切換電路中包括半導體開關器件，而上述切換控制電路安裝于每個單元電池中，上述測量電路，上述切換電路，上述旁路通道和上述切換控制電路均安裝于同一個裝置之中；具有與單元電池的正負極端子相連接的連線接頭，上述測量電路具有將單元電池的端電壓區(qū)分為n個電平的輸出信息輸出的電路裝置，上述裝置的表面，最好具有將上述n個電平加以區(qū)分的輸出信息進行顯示的顯示裝置。一般n可取為2。
這樣，對若干個串聯的單元電池進行充電時，在每一個電池設置的電流旁路通道進行適當地閉合，即可以將個別的單元電池從充電狀態(tài)釋放出來。因此，上述單元電池的特性有偏差時，即使各自充電時間不同，將充電結束的單元電池順序地從充電狀態(tài)釋放出來，可以使特性不同的單元電池每個均得到適當的充電。
它可由一個接收機，和將該接收機中每個單元電池的前期的輸出信息讀入的接口電路所構成。采用此種結構時，因由一個地方讀入若干個單元電池的信息，可對全體的狀態(tài)進行監(jiān)視。因此，可在一個地方對若干個單元電池的狀態(tài)進行集中管理。
上述接收機安裝在車體內，上述接口電路可包括利用無線電信號進行傳輸的裝置，不需要連接即可將若干個電池各自的上述的輸出信號讀入，可提高單元電池設計的自由度。此時的接口電路比如是無線電發(fā)射機等。
在程序控制電路中也可以采用具有對上述接收機接收的各單元電池的上述信息進行處理的裝置，這樣，在可將若干個單元電池的狀況在一個地方集中進行管理的同時，可以利用程序控制電路對數據進行分析，比如可以對充電或放電的狀況，電池老化的狀況等各種有用的信息加以顯示。
下面將參考附圖對本發(fā)明的實施例加以詳細地說明。
圖1.本發(fā)明的第一實施例的主要部分的結構框圖。
圖2.本發(fā)明的第一實施例中有關充電效率的示意圖。
圖3.(a)本發(fā)明的第一實施例中與電池放電狀況有關的說明圖；(b)充電量變化的說明圖。
圖4.本發(fā)明的第一實施例中單個單元電池中設置電池傳感器場合的結構框圖。
圖5.本發(fā)明的第一實施例中單個單元電池中設置電池傳感器的場合的結構的斜視圖。
圖6.本發(fā)明的第一實施例中高壓電池安裝狀態(tài)的斜視圖。
圖7.本發(fā)明的第二實施例的主要部分的結構框圖。
圖8.本發(fā)明的第二實施例相關的單元電池結構的斜視圖。
圖9.本發(fā)明的第二實施例相關的高壓電池安裝狀態(tài)的示意圖。
圖10.本發(fā)明的第三實施例的結構斜視圖。
圖11.本發(fā)明的第三實施例的結構的局部剖視圖。
圖12.本發(fā)明的第三實施例中電池傳感器的結構的一個例的示意圖。
圖13.本發(fā)明的第四實施例的主要部分的框圖。
圖14.本發(fā)明的第四實施例中顯示裝置的配置的例的示意圖。
圖15.本發(fā)明的第四實施例中顯示裝置的顯示例的示意圖。
圖16.本發(fā)明的第四實施例相關的電池充放電特性的示意圖。
圖17.本發(fā)明的第四實施例中電流信息顯示動作的流程圖。
圖18.本發(fā)明的第五實施例的主要部分的結構框圖。
圖19.本發(fā)明的第五實施例的主要部分的結構框圖。
圖20.本發(fā)明的第五實施例中顯示裝置和無線電接收機的配置的斜視圖。
圖21.本發(fā)明的第五實施例中檢測裝置和無線電接收機間的接線圖。
圖22.本發(fā)明的第七實施例的基本概念示意圖。
圖23.本發(fā)明的第七實施例的主要部分的結構示意圖。
圖24.本發(fā)明的第七實施例中使用的半導體開關器件的結構示意圖。
圖25.本發(fā)明的第七實施例中單元電池的放電特性和老化之間的關系的示意圖。
圖26.本發(fā)明的第七實施例中單元電池的充電特性和老化之間的關系的示意圖。
圖27.本發(fā)明的第七實施例中第一設定值的檢測部分的動作流程圖。
圖28.本發(fā)明的第七實施例中第二設定值的檢測部分的動作流程圖。
圖29.本發(fā)明的第七實施例中開關控制部分的動作流程圖。
圖30.本發(fā)明的第七實施例中單元電池的結構的斜視圖。
圖31.本發(fā)明的第七實施例中向汽車上搭載的單元電池斜視圖。
圖32.本發(fā)明的第七實施例中單元電池的另一個結構的斜視圖。
圖33.本發(fā)明的第八實施例的主要部分的結構框圖。
圖34.本發(fā)明的第八實施例的全體結構框圖。
圖35.本發(fā)明的第八實施例中無線電發(fā)射機發(fā)射的數據信號的禎結構示意圖。
圖36.本發(fā)明的第八實施例中程序控制電路的第一設定值檢測的動作流程圖。
圖37.本發(fā)明的第八實施例中程序控制電路的第二設定值檢測的動作流程圖。
圖38.本發(fā)明的第八實施例中程序控制電路的開關動作檢測的動作流程圖。
圖39.本發(fā)明的第八實施例中單元電池的外觀的斜視圖。
圖40.本發(fā)明的第八實施例中顯示器的配置的平面圖。
圖41.本發(fā)明的第八實施例中顯示器的設置的示意圖。
圖42.(a)和(b)為電氣制動產生的電能再生的說明圖。
圖43.(a)和(b)為由于放電產生驅動轉矩的說明圖。
圖1為本發(fā)明的第一實施例的主要部分的結構的框圖。
本發(fā)明的第一實施例中包括在車輛上安裝的與內燃機1的傳動軸連接的電動發(fā)電機2，在該車輛上搭載的電池3，設置于該電池3和電動發(fā)電機2之間雙向傳遞能量的逆變器4，控制該逆變器4的逆變器控制裝置5；和對包括電池3的充放電電流(i)在內的電池3的狀態(tài)進行檢測的電池傳感器6；對充放電電流(I)作時間的積分I=∫idt+C]]>(其中，C為與初始充電量相應的積分常數)的運算裝置，根據該時間積分值將再生制動時電池3的充電電流和走行驅動時的放電電流進行控制的程序控制電路7。
電動發(fā)電機2為多相交流旋轉式電機，具有對該車輛的走行速度進行檢測的速度傳感器8，和檢測電動發(fā)電機2的旋轉速度的轉速傳感器9；在逆變器控制裝置5中，包括根據該速度傳感器8和轉速傳感器9的輸出和運行操作輸入對逆變器4控制的輸出信號輸出的裝置。
電池傳感器6中，包括檢測電池的溫度(θ)的裝置，上述積分值的函數在電池的充電效率為η時為ηI，該效率η為上述溫度的函數(η(θ))。
在逆變器4的輸出側接有電容器31，在電池3中連接有檢測逆變器4的輸出電壓的電壓檢測電路32。電池3借助斷路器33與直直變流器34相連接。電池傳感器6中具有溫度檢測器(熱敏電阻)，固定在許多單元電池中一個的電池箱上。
電池傳感器6、速度傳感器8、轉速傳感器9和電流傳感器10及電壓檢測電路32借助接口電路30與程序控制電路7相連接。該程序控制電路7與圖1中省略了的軸傳感器、齒輪位置傳感器、制動傳感器、發(fā)電機溫度傳感器、離合器傳感器相連接。
圖2為與本發(fā)明的第一實施例有關的充電效率的示意圖。電池3的充電效率η如圖所示隨溫度變化。該值溫度越低越小，而隨溫度上升而變大。即經過同樣的時間，以同樣的充電電流給電池3充電時其充電量隨當時的溫度而變。從本發(fā)明的串聯連接的若干個(比如25個)單元電池中，讀取一個電池的溫度，將其作為高壓電池整體的溫度，將該溫度的充電效率η與充電電流(i)的時間積分值I相乘得到的ηI，根據其對再生制動時的充電電流和走行驅動時的放電電流加以控制。
這里，對這種結構的本發(fā)明的第一實施例的動作加以說明。
在車輛走行之中，如圖3(a)所示的由電池3放電和向電池3充電是經常進行的，同圖(b)所示電池3的充電量也在不斷地變化。
通常，在旋轉系統(tǒng)中產生制動力時，程序控制電路7，生成將具有比轉速傳感器9所測出的，電動發(fā)電機2的轉子的實際轉速低的速度(比如97％，轉差為-3％)的旋轉磁場供給電動發(fā)電機2的定子的逆變器4的控制信號。此時，電動發(fā)電機2作為發(fā)電機工作，發(fā)出的能量經逆變器4變換為直流能量向電池3提供的充電電流。
當向旋轉系統(tǒng)提供驅動力時，程序控制電路7生成將具有比轉速傳感器9所測出的電動發(fā)電機2的轉子的實際轉速高的旋轉磁場(比如102％，轉差為+2％)供給電動發(fā)電機2的定子的逆變器4的控制信號。此時電池3輸出直流電流，由逆變器4變換為多相交流供給電動發(fā)電機2，從而作為向內燃機1提供輔助動力的電動機用。
本發(fā)明的特征在于在上述充放電控制中，一邊對電池3的狀態(tài)進行觀測，一邊對充放電電流加以控制。即，程序控制電路7，根據電流傳感器10測出的電池3的放電電流(i)，電池傳感器6測出的電池3的溫度，和電壓檢測電路32測出的端電壓，對電池3的充放電電流(i)的時間積分值I
進行計算。其中C為與初始充電量相應的積分常數。充電的能量為I×V(瓦特·小時)。
根據該時間積分值I，與是電池溫度的函數的電池效率η相乘得到的ηI的值，對再生制動時向電池3充電的電流和走行驅動時向電動發(fā)電機2的放電電流，在規(guī)定的充電量的允許范圍中進行控制。即，如圖3(b)所示，有對電池3的充電量超過允許范圍的上限時形成過充電的充電限制；和充電量超過允許范圍的下限時對向電動發(fā)電機2的放電限制。
構成電池的單元電池的老化是各不相同的。其中，單元電池分別有電池傳感器，對各單元電池的充放電電流進行檢測，對其時間積分值I進行計算，可根據該時間積分值I的函數對再生制動時的充電電流和走行驅動時的放電電流進行控制。
這里，對在單元電池中個別設置電池傳感器的實施例加以說明。圖4為本發(fā)明的第一實施例中個別單元電池中設置電池傳感器的結構框圖，圖5為本發(fā)明的第一實施例中個別單元電池設置電池傳感器的結構的斜視圖。
在此例中，將n個(25個)電壓為12V的單元電池11相串聯，該單元電池11的(+)端子11a和(-)端子11b間借助一對連接件12與電池傳感器6相連。各單元電池11(+)端子11a和(-)端子11b利用連接電纜14進行連接。
各電池傳感器6中包括上述的電池溫度(θ)檢測裝置；和具有當(+)端子11a和(-)端子11b間的電壓在第一設定值(V1)以下時發(fā)光的第一發(fā)光顯示電路13a和超過第二設定值(V2)時以與第一發(fā)光顯示電路13a不同的，別的顏色發(fā)光的第二發(fā)光顯示電路13b的發(fā)光顯示電路。
圖6為本發(fā)明的第一實施例中高壓電池安裝狀態(tài)的斜視圖。上述的單元電池11容納于車體中央的下部所設置的電池室中的電池托架21中，其外部用開關門22遮住。
此例中，程序控制電路7讀入各單元電池11測量的輸出，對電流傳感器10測出的充放電電流(i)的時間積分值I進行計算，根據該時間積分值I的函數和單元電池11的溫度決定的充電效率η對充放電電流進行控制。
同時，程序控制電路7，當各單元電池11的端電壓在第一設定值(V1)以下時，作為充電不足的第一發(fā)光顯示電路13a的紅燈亮，端電壓超過第二設定值(V2)時，作為處于充電狀態(tài)顯示的第二發(fā)光顯示電路13b綠燈亮，表示各單元電池11處于充電狀態(tài)。
根據以上說明，對供給汽車走行用的能量的電池的充放電一邊觀測電池的狀態(tài)一邊進行控制，這樣在提高效率的同時，可以大大地增加電池的使用壽命。而且，可以將由于制動所消耗的能量盡可能多地進行再生，即便單元電池的特性存在偏差，也可以抑制由于長時間使用所造成的偏差的擴大。此外，在降低安裝于汽車的電池價格的同時，可使電池的維護簡單化。
圖7為本發(fā)明的第二個實施例的主要部分的結構框圖。
本發(fā)明的第二實施例，在第一實施例中的電池傳感器6和程序控制電路7間的接口電路30中，包括將該傳感器輸出的信息利用無線電信號進行傳輸的裝置；電池傳感器6包括將單元電池11的端電壓分別測出的裝置，在程序控制電路7中包括相應于端電壓對再生制動時的充電電流進行控制的裝置，和走行驅動時相應于端電壓對放電電流進行控制的裝置。
作為無線電信號的傳輸裝置，各單元電池11分別具有發(fā)射機15，和接收該發(fā)射機15所發(fā)射的在空間傳播的電磁波，并將電池傳感器6檢測的輸出解調的無線電接收機17。
發(fā)射機15和電池傳感器6裝于同一個檢測裝置20中，此外，在該檢測裝置20中還包括將對電池傳感器6檢測的輸出進行調解產生的電磁流向室間發(fā)射的振蕩器16，和根據電池傳感器6的檢測輸出對單元電池11是正常還是異常加以顯示的發(fā)光顯示電路13。在發(fā)光顯示電路13中，和第一實施例相同，具有第一發(fā)光顯示電路13a和第二發(fā)光顯示電路13b。無線電接收機17與該解調輸出加以顯示的光學的顯示裝置18相連接。
圖8為與本發(fā)明的第二實施例相關的電池結構的斜視圖。發(fā)射機15利用托座19對單元電池11處于可以裝卸的狀態(tài)。發(fā)射機15中的振蕩器16中，具有當(+)端子11a和(-)端子11b間的電壓超過設定值時，電磁波的振蕩即停止；而電壓在設定值以下時電磁波的振蕩開始的裝置。
圖9為表示本發(fā)明的第二實施例相關的高壓電池安裝狀態(tài)的斜視圖。單元電池11處于串聯連接，和第一實施例同樣，裝在車體中央下部設置的電池室中的托架21中。該托架21的附近，裝有無線電接收機17，光學顯示裝置18，斷路器33；電池托架21和外部間以開關門22遮住。斷路器33在操作人員維護時動作，使電池和逆變器4及接地間的連接切斷。無線電發(fā)射機17和光學顯示裝置18可配置于駕駛員席，此時無線電接收機17和電源間利用電線連接。
電池傳感器6將每個單元電池11的端電壓測出，當單元電池11中任一個端電壓在設定值以下時，將該檢測輸出送往振蕩器16，振蕩器16根據該檢測輸出振蕩。該電磁波被無線電接收機17接收，解調之后將該輸出送往光學顯示裝置18。光學顯示裝置18在收到該輸出時，紅色燈亮，通告單元電池11中有異常狀態(tài)發(fā)生。此時發(fā)光顯示電路13也和第一實施例同樣的動作，使第一發(fā)光顯示電路13a，第二發(fā)光顯示電路13b燈亮。
程序控制電路7收到電池傳感器6的檢測輸出，在根據檢測的端電壓對再生制動時的充電電流加以控制的同時，也相應于端電壓對走行時放電電流進行控制。
這樣，因為電壓檢測動作相對于每個單元電池是自動的，且獨立地進行，根據光學顯示裝置18的燈亮得到通告時，僅打開開關門22，不將電池托架21拉出，就可以對哪個單元電池11異常進行確認。在更換發(fā)生異常的單元電池11后，端電壓超過設定值，振蕩器16的電磁波振蕩即停止。
圖10為本發(fā)明的第三實施例的結構的斜視圖，圖11為本發(fā)明的第三實施例的結構的局部剖面圖。
本發(fā)明的第三實施例，和圖7所示的第二實施例相同，在檢測裝置20中，包含電池傳感器6和接口電路30的至少一部分，該檢測裝置20的安裝使其可以在單元電池11的框體中自由裝卸。此外，該接口電路30的至少一部分中包括利用無線電信號將電池傳感器6的輸出進行傳輸的裝置。
其構造為在單元電池11的框體的上面具有容納檢測裝置2的容納空間23，在其兩端部具有將單元電池11的(+)端子11a和(-)端子11b在一個端部固定，在另一個端部利用支座24加以固定的一對連接件25。檢測裝置20中與支座24對應的位置具有連接端子20a和20b。該連接端子20a和20b為金屬筒形，支座24為由在該接線端子20a和20b的外周部保持規(guī)定的接觸壓力的板狀的金屬彈性體構成的，其上部具有插入接線端子2a和2b的開口部分。
其他結構與圖7所示的第二實施例相同，在檢測裝置20中包括電池傳感器6；和作為接口電路的一部分的，根據電池傳感器6檢測的輸出產生相應的電磁波振蕩的振蕩器16，和將電磁波調制發(fā)射的發(fā)射機15。
電池傳感器6，如圖所示，與根據其檢測輸出顯示單元電池11正常還是異常的發(fā)光顯示電路13連接，該發(fā)光顯示電路13，包括在(+)端子11a和(-)端子11b間的電壓在第一設定值(V1)以下時發(fā)紅光的第一發(fā)光顯示電路13a，和超過第二設定值(V2)時發(fā)綠光的第二發(fā)光顯示電路13b。
在第三實施例中，高壓電池的安裝也與如圖9所示的第二實施例相同，容納于電池托架21中。
圖12為本發(fā)明的第三實施例的電池傳感器的結構的一例。
在此例中，電池傳感器6采用紅色的發(fā)光二極管LED1和綠色的發(fā)光二極管LED2。同圖中COM1為第一比較器，COM2為第二比較器，ZD為齊納二極管。又，該電路結構中可使前述的端電壓的第一設定值(V1)和第二設定值(V2)相同，也可使第二設定值(V2)較第一設定值(V1)低。
圖12對電池傳感器10的動作加以說明。第一設定值V1＝第二設定值V2＝VZ時，12V的單元電池11的電壓在設定值VZ以上時，齊納二極管ZD導通，電流A流通，綠色的發(fā)光二極管LED2亮表示正常。
單元電池11的電壓在設定值V2以上時，因第一比較器COM1的輸入側施加的電壓Va和Vb間存在Va＜Vb的關系，第一比較器COM1中有電流B流過，因此第二比較器COM2中沒有電流流過，紅色的發(fā)光二極管LED1不亮。
單元電池11的電壓在設定值V2以下時，齊納二極管ZD不通，因此沒有電流A。此時，在第一比較器COM1的輸入側所施加的電壓具有Va＞Vb的關系，在第一比較器COM1中流過反向電流B。隨著該電流B的流通，第二比較器COM2中有電流C流過，從而使紅色的發(fā)光二極管LED1亮，表示單元電池11的電壓在設定值V2以下?？墒蔷G色的發(fā)光二極管LED2也同時亮的話，表示電壓的檢測動作正常進行，但結果異常。
這種電壓檢測動作，因是對25個單元電池11分別自動進行的，駕駛員如圖6和圖9所示僅打開開關門22，不用將電池托架21取出即可從視覺上確認高壓電池的狀態(tài)。又，發(fā)光二極管LED1和LED2假如全不亮時，可判斷為由于連接件25的安裝不妥或電池傳感器6等異常。
在上述說明的本發(fā)明的第三實施例中，可以對在電池傳感器中內裝的檢測裝置容易地進行安裝，且在振動時仍可以維持穩(wěn)定的狀態(tài)。這樣在可以減少多個檢測裝置裝卸所需要的工時的同時，將檢測裝置裝于單元電池的框體中也可提高與單元電池連接的電纜裝卸的作業(yè)性。因為檢測裝置可以裝卸，可以不用在更換電池時將檢測裝置和電池一起廢棄。
圖13為本發(fā)明的第四實施例的主要部分的結構框圖。
本發(fā)明的第四實施例，如圖14所示在駕駛員席具有顯示電池3的信息的顯示裝置26；在程序控制電路7中，包括讀入車輛上搭載的電池3的充放電電壓和電流的信息，對電池3的信息進行計算的裝置和存儲裝置7a；在該程序控制電路7的輸出，至少連接有與充電警報，充電殘余量和電池更換時間相關的信息的顯示裝置26。
在程序控制電路的存儲裝置7a中，預先存儲了與標準的充放電電壓電流特性和與老化程度相應的若干個充放電電壓電流特性，在程序控制電路7中，具有參照存儲裝置7a中存儲的特性對電池的老化信息加以計算的裝置。其他與第一實施例相同。
在顯示裝置26中，如圖15所示，包括顯示單元電池的老化狀態(tài)的老化顯示部26a和顯示單元電池11的充電狀態(tài)的充電顯示部26b。左側的老化顯示部26a表示電池的壽命，右側的充電顯示部26b顯示充電狀態(tài)，即具有和燃油表相同的意義。充電顯示部26b的顯示采用現有的電動汽車中廣泛采用的方式。
老化顯示部26a根據其老化的狀態(tài)分為沒有老化的狀態(tài)G(綠色)，建議進行檢查的狀態(tài)Y(黃色)，建議更換電池的狀態(tài)R(紅色)和必須更換電池的狀態(tài)E(紅燈亮或閃光)。
而且，充電顯示部26b分為正常使用狀態(tài)G(綠色)和需要充電狀態(tài)R(紅色)，此外根據指針27b的位置，在G區(qū)接近“F”標志附近時表示被充完電的狀態(tài)(充滿狀態(tài))，接近G區(qū)中R區(qū)時表示希望進行充電的狀態(tài)(缺電狀態(tài))。
在本發(fā)明的老化顯示中，假如指針27a在G區(qū)中時，表示單元電池11正常，根據充電顯示可以進行充電更不用更換，繼續(xù)使用。指針27a在Y區(qū)時假定不繼續(xù)走行時需要加以檢查。指針27b在R區(qū)中表示一定要迅速加以檢查。而且，紅燈亮或閃光時表示電池完全老化需要進行更換。
圖16為與本發(fā)明的第四實施例相關的電池的充放電特性圖?？梢愿鶕褂脮r端電壓和放電電流或充電電流之間的關系觀測電池的老化。在端電壓和放電電流的關系中，如同圖右側所示，需充電的電壓為第一設定值V1時，電池沒有老化時放電特性為S10，端電壓V1時放電電流為I10。電池稍有老化時其特性為S11，放電電流I11比I10要小。電池進一步老化其特性為S12，放電電流I12比I11要小。電池完全老化時放電特性為S13，在相同的端電壓V1時放電電流I13小于I12。
而且，對充電特性加以說明，端電壓和充電電流的關系在電池正常時充電特性為S20，端電壓為V2時充電電流為I20。電池稍有老化時其特性為S21，端電壓V2時的充電電流為I21小于I20。電池進一步老化時特性為S22，在同樣的端電壓V2時充電電流為小于I21的I22。電池處于完全老化狀態(tài)時，充電特性為S23，端電壓V2時的充電電流I23比I22要小。
這里，對本發(fā)明的第一實施例中的電池信息的顯示過程加以說明。圖17為本發(fā)明的第一實施例中電池信息顯示過程的流程圖。
首先程序控制電路7的存儲裝置7a中予先存儲了根據老化程度不同的若干個充放電特性。程序控制電路7由電壓檢測電路32和電流傳感器10讀入電壓值和電流值，參照存儲裝置7a中存儲的充放電特性，將電池整體的老化信息加以計算。根據該計算值區(qū)分電池良好度的等級，在向存儲裝置7a中存儲的同時，以顯示裝置26加以顯示。該顯示如前所述，分為電池的老化狀態(tài)和充電狀態(tài)進行。
圖18為本發(fā)明的第五實施例的整體結構框圖，圖19為本發(fā)明的第五實施例的主要部分的結構框圖。
本發(fā)明的第五實施例中，構成高壓電池的單元電池11，在分別具有包括利用無線電信號傳輸電池信息的裝置的檢測裝置22的同時，還具有接收無線電信號的無線電接收機28。無線電接收機28和顯示裝置26如圖20和21所示，設于駕駛員席，無線電接收機28和各檢測裝置20之間以天線29相連接。
在第五實施例中，檢測傳感器20測出各單元電池11的電壓信息，振蕩器16根據該檢測輸出產生電磁波振蕩，發(fā)射機15將檢測信號進行傳輸。被發(fā)射的電池信息被無線電接收機28接收，程序控制電路7將該信息讀入，參照在存儲裝置7a中存儲的充放電特性，對單元電池11的老化信息進行計算。計算后的信息以顯示裝置26進行顯示。
第五實施例中因是將若干個(25個)單元電池11的每個電池的信息測出，對于單元電池11全部處于如圖16中所示的第四實施例中的正常范圍中(S10～S12，S20～S22)中時，圖15中的指針27a處在綠色G的區(qū)域中。25個單元電池中少數的，如1個～5個處于需要更換的狀態(tài)時，指針27a顯示黃色Y。即單元電池11中具有老化加快的物體時，如繼續(xù)使用將進一步老化，擴大偏差，希望在早期對老化的單元電池11加以更換。當更多的單元電池11老化時，指針將顯示紅色。緊急燈E將警告如進一步老化車輛將處于不能走行的狀態(tài)。
上面的說明中以圖15為例，對其中的指針顯示加以了說明，也可以用發(fā)光二極管等其他發(fā)光器件利用發(fā)光部分的面積產生相應的變化來進行顯示的其他顯示裝置。
采用上面說明的第五實施例中，可對構成電動汽車或混合式汽車上搭載的高壓電池的電池或單元電池的充電警報，充電殘余量和電池更換時間等信息在駕駛員席加以顯示。這樣，可對到充電或更換電池可以走行的時間和距離進行預測，從而避免路上突然停車的事情發(fā)生。此外，因為對電池作頻繁地維護可以延長作為整體的電池的壽命，可以減少電池廢棄的比例從而減少環(huán)境污染。
本發(fā)明的第六實施例因可以將與車輛上安裝的電池的充電狀態(tài)和更換時間有關的信息在駕駛員席加以顯示，所以，可以防止因電池老化而導致不能走行為特征的。
該顯示裝置的結構和圖20與圖21所示的第五實施例相同。
第六實施例除顯示電池的充電狀態(tài)之外，電池的老化狀態(tài)，即該電池是否可以反復進行充放電而繼續(xù)使用，或是否超過老化的限度必須加以更換也可在駕駛員席上分別加以顯示，駕駛員可根據該信息立刻進行處理?？梢苑乐巩敵^電池更換的時間時，車輛停在路上的事故發(fā)生。此外，因對電池進行頻繁的維護可以延長電池的壽命，從而可以減少電池廢棄的比例以減少環(huán)境污染。
充電顯示分為正常使用時為G(綠色)和需要充電時R(紅色)，此外，圖15中所示的指針27b的位置如接近G區(qū)上部時是表示充完電的狀態(tài)(充滿狀態(tài))，接近G區(qū)中R區(qū)的位置是希望進行充電的位置(缺電狀態(tài))。
又，老化顯示中假如指針27a在G區(qū)中時，電池為正常，根據充電顯示進行充電，電池可繼續(xù)使用。指針27a處于Y區(qū)則不要繼續(xù)走行而需要進行檢查。指針27a處于R區(qū)時一定要根據顯示迅速加以檢查。而且紅燈亮或閃光時電池老化到最終壽命附近，路上可能發(fā)生故障需要立即更換電池。
電池壽命的測量和圖16與圖17所示的第五實施例相同，可以得到同樣的效果。
本發(fā)明的第七實施例的整體結構和圖1所示的第一實施例的結構相同。
圖22表示本發(fā)明的第七實施例的基本概念，圖23為本發(fā)明的第七實施例的主要部分的結構圖，圖24為本發(fā)明的第七實施例中所用的半導體開關器件的結構圖。
本發(fā)明的第七實施例，如圖22所示，包括單元電池11-1～11-n，電流旁路通道41-1～41-n，將該電流旁路通道41-1～41-n和單元電池11-1～11-n的通道進行選擇的切換電路42-1～42-n；如圖23所示，包括作為單元電池11-1～11-n的端電壓檢測電路的電壓檢測部43，第一設定值檢測部44，第二設定值檢測部45，根據該第一設定值檢測部44和第二設定值檢測部45的輸出信息對電流方向檢測部46進行切換的切換電路42-1～42-n進行分別控制的開關控制部47。
切換電路42-1～42-n，如圖24所示，包括半導體開關器件，開關控制部47設于每個單元電池11-1～11-n中。
以下對本發(fā)明的第七實施例的動作加以說明。如圖22所示，在每個單元電池11-1～11-n設置有旁路通道41-1～41-n和切換電路42-1～42-n。n個切換電路42-1～42-n均切換在電池一側時，n個單元電池11-1～11-n全部串聯連接。此時，比如切換電路42-1切換到電流旁路通道41-1一側時，單元電池11-1被釋放，n-1個單元電池11-2～11-n仍串聯連接。
在第七實施例中，由于單元電池11-1～11-n的性能偏差，充電時間不同，先充完的由單元電池11-1～11-n中釋放，以避免過充電引起性能老化，可利用切換電路42-1～42-n的切換操作使單元電池11-1～11-n被釋放。這樣，駕駛員可以知道單元電池11-1～11-n的充放電狀態(tài)。
單元電池11-1～11-n中充放電特性和老化的關系如圖25和圖26所示。圖25為單元電池11-1～11-n的放電特性和老化之間的關系圖，橫軸為放電時間(T)，縱軸為電壓(V)。為在定負荷下恒流放電的特性。圖26為單元電池11-1～11-n的充電特性和老化之間的關系圖，橫軸為充電時間(T)，縱軸為電壓(V)。為以恒流充電時的特性。圖25中，隨老化的發(fā)展放電時電壓急劇下降。圖26中隨老化的發(fā)展，短時間電壓即上升達到充電結束的狀態(tài)。
這里，對第一設定值和第二設定值加以說明。如圖25和圖26所示，單元電池11-1～11-n的電壓隨充放電的電流值而變化。單元電池的標準電壓為12V，有些種類的電池中電池正常狀況下反復進行充放電時，其端電壓在11.4v到13.2V之間變化。這樣，比如11.4V作為需要充電的電壓(第一設定值)，13.2V作為充電結束的電壓(第二設定值)。這兩個設定值的設定要考慮到電池的性質和如何使用電池，以及裕量。
對本發(fā)明第七實施例的電壓檢測電路40的動作參照圖27和28加以說明。圖27為第一設定值檢測部44的動作流程圖。圖28為第二設定值檢測部45的流程圖。圖27的流程圖中，起動時，首先，為將至此時保存的數據復位(S1)。將單元電池11-1～11-n各自的電壓值測出(S2)。當測出第一設定值以下的值時(S3)，將其結果保存(S4)，紅燈亮(S5)。
一般，第一設定值(11.4V)以下的電壓是在從電池中提取電流時，即單元電池11-1～11-n被加負荷時測出的，它是在汽車使用鼠籠式多相異步電機2進行加速時，單元電池11-1～11-n的負荷增大時產生。這樣，負荷減輕時的端電壓又回到第一設定值以上，在檢測的記錄中沒有加以保存，從而在將檢測結果作為管理數據應用以前，檢測的結果就已經消失的可能性很大。
即紅燈R，在加負荷時單元電池11-1～11-n產生過放電時變亮，當電壓低到第一設定值以下的單元電池11-1～11-n端電壓雖然再上升，紅燈仍然亮。其后，即使電壓進一步上升達到第二設定值時綠燈G亮，此時紅燈仍然亮。
圖28的流程圖中，起動時首先將至此保存的數據復位(S11)。將單元電池11-1～11-n各自的電壓值測出(S12)，當測出在第二設定值以上的電壓值時(S13)，將其結果保存(S14)，點亮綠燈G(S15)。
綠燈G在單元電池11-1～11-n的端電壓超過第二設定值時點亮。在此例中綠燈G將保持亮。綠燈G在單元電池11-1～11-n處于過充電狀態(tài)時點亮。其后，通過放電，即使過充電狀態(tài)解除綠燈G也保持亮。
該紅燈R和綠燈G和本發(fā)明沒有直接關系，根據它，駕駛員或管理人員在搭載本裝置的汽車業(yè)務結束后，可以利用將單元電池11-1～11-n的狀態(tài)用紅燈和綠燈G的點亮來加以掌握。具體地說，某個單元電池11-1隨老化的進展，該單元電池11-1的紅燈和綠燈G具有比其他單元電池的燈容易先點亮的趨勢，管理人員根據紅燈和綠燈G的亮對單元電池11-1進行檢查可以高效率地實現檢查。
在本發(fā)明的第七實施例中，圖23所示的開關控制部47對切換電路42-1～42-n進行自動控制。本發(fā)明的第七實施例的開關控制部的動作將參照圖29加以說明。圖29為開關控制部49的流程圖。在圖29的流程圖中，單元電池11-1～11-n的第二設定值被測出(S21)，在檢測第二設定值時(S22)利用電流方向檢測部46測出電流方向(S23)。此時假如電流方向為充電方向(由負端流向正端)時(S24)，將切換電路42切換到電流旁路通道41一側(S25)。利用連續(xù)電流方向檢測部46測出電流方向(S26)，電流為放電方向(由正端流向負端)時(S27)將切換電路切換回單元電池11-1～11-n一側(S28)。又，電流方向檢測部46由霍爾元件實現。
即單元電池11-1～11-n充電結束時，單元電池11-1～11-n的電壓上升到第二設定值。此外，電流方向繼續(xù)為充電方向，有過充電的危險，將切換電路42切換到電流旁路通道41一側以避免過充電。當電流的方向變?yōu)榉烹姺较驎r，切換電路迅速切換回單元電池11-1～11-n一側。
此例可在圖24中利用半導體開關器件加以說明，半導體開關器件流過的電流大時，由于半導體器件的發(fā)熱，散熱器也要求大，可以使用如下結構的觸點開關。即，將圖23中所示的切換電路42用觸點開關實現，電流方向檢測部46監(jiān)視的電流過零時，該觸點開關進行切換動作。這種形式的結構觸點開關雖然電流大，此時觸點開關處于穩(wěn)定的狀態(tài)，觸點電阻小，不產生發(fā)熱或開關的損壞的問題。
本發(fā)明的第七實施例的單元電池的外觀如圖30所示。單元電池11的上部裝有電壓檢測電路40和切換電路42，分別利用連接件12與(+)端子11a和(-)端子11b相連接。單元電池11利用連接電纜14和相鄰的其他單元電池11相連接。
在汽車上搭載本發(fā)明的第七實施例的單元電池的例如圖31所示。與第一實施例相同，若干個單元電池11在電池托架21中集中搭載，安裝在開關門22內側設置的電池室中?？梢岳脤㈦姵赝屑?1拉出，駕駛員和管理人對單元電池11進行檢查。
本發(fā)明的第七實施例的單元電池11的另一結構如圖32所示。此例中將電壓檢測電路40和切換電路42裝于同一裝置之中。和圖30的例子相比，可減少配線和占用的空間，但要求考慮到切換電路42的半導體開關器件的發(fā)熱不對開關控制部47其他控制電路造成影響。
如上說明，本發(fā)明第七實施例可以增大電池的使用壽命。而且，許多單元電池電氣上串聯使用時，即使單元電池的性能有偏差，也可控制使電池的老化均勻。此外，即使單元電池的特性有偏差也可利用控制裝置實現長時間使用不使偏差增大。本發(fā)明可以降低電動汽車的電池的價格。并可實現使電池的維持簡單化的控制裝置。
參考圖33和圖34對本發(fā)明的第八實施例加以說明。圖33為本發(fā)明的第八實施例的主要部分的結構框圖，圖34為本發(fā)明的第八實施例的全部結構框圖。本發(fā)明的第八實施例以在電壓檢測電路40中增加無線電發(fā)射機48為特征。無線電發(fā)射機48裝于每個單元電池中。本實施例中裝25個。而無線電接收機28則整體僅設置1個。
無線電發(fā)射機48將開關控制部47的控制狀態(tài)和電壓檢測部43的電壓狀態(tài)分別送往無線電接收機28。如圖34所示，無線電接收機28與程序控制電路7相連接，將信息輸入程序控制電路7，對數據進行處理在顯示器26上加以顯示。
以下對本發(fā)明的第八實施例加以說明。圖35為無線電發(fā)射機48發(fā)射的數據信號的禎結構圖。無線電發(fā)射機48如圖35所示將32bit的禎構成的數據信號以64kb/s的速度在每周期t中，間斷地發(fā)射。在頭部發(fā)射每個無線電發(fā)射機48所分配的識別碼。因此，無線電接收機28中可以識別接受的禎是由那一個無線電發(fā)射機48發(fā)射的。該裝置在本實施例中是用移動電話的元件改造的。對每個無線電發(fā)射機48設置不同的上述周期t值。每次的發(fā)射時間為20ms。周期t在20至60秒的范圍中，使各無線電發(fā)射機48相互間稍有不同的設定。采用這種結構，即使若干個無線電發(fā)射機48的發(fā)射定時一致，在下一個周期發(fā)射的定時也會，無線電接收機28可以單個地接收無線電發(fā)射機48的信號。
假如周期為20秒，一個無線電發(fā)射機48-i的發(fā)射時間20ms為其千分之一。因此，與25個單元電池11-1～11-n分別連接的無線電發(fā)射機48-1～48-n以隨機的定時發(fā)射，沖突的可能性為400分之一。即使暫時有發(fā)生沖突的，但由于周期t各自不同，在下個周期不發(fā)生沖突而單個地接收信號也是可能的。
程序控制電路7的動作參照圖36到38加以說明。圖36為程序控制電路7的第一設定值檢出有關動作的流程圖。將第一設定值檢測的信息輸入程序控制電路7(S31)，對檢測出第一設定值的單元電池的個數是否在閾值以上進行判斷(S32)。在閾值以上時，向顯示器26輸出，顯示需要充電的信號(S38)。顯示器26為設于駕駛員席的液晶顯示器。
即，在若干個單元電池11中，具有已經說明的性能的偏差，當由于老化的進展單元電池11-1與其他單元電池比較早期電壓下降即達到第一設定值時，從整體的單元電池數看電壓下降達到第一設定值的單元電池11的比例大時，可判斷需要對全體進行充電。程序控制電路7以顯示器26的顯示將該信息通知駕駛員或管理者。
圖37為與檢測程序控制電路的第二設定值的流程圖。向程序控制電路7輸入第二設定值檢測信息(S41)，對第二設定值測出的單元電池的個數是否在閾值以上加以判斷(S42)。如在閾值以上向顯示器26輸出顯示需要放電的信號(S43)。
即，從整個單元電池的數量看電壓上升到第二設定值的單元電池11的比例大時，可作出全體充電結束的判斷。程序控制電路7通過顯示電路26的顯示將上述信息通知駕駛員或管理者。
圖38為與程序控制電路的開關動作檢出相關的流程圖。向程序控制電路7輸入開關動作的檢測信息(S51)，將其動作時間存儲下來(S52)。此外，測出若干個單元電池11動作時刻的偏差(S53)。當某個單元電池11-i的偏差以包括其他大多數的單元電池11的平均偏差的范圍有閾值之上的大幅度偏移時(S54)，顯示該單元電池11-i老化(S55)。
即隨老化的發(fā)展，老化的電池與沒老化的電池相比充放電時間快。這樣，其他電池相比特別是充電結束的時間明顯地快，可以據此將老化的電池抽出。在本實施例中，因可利用檢測切換電路42的動作時刻來檢測充電結束的時刻，可利用它，將比其他電池明顯地充電結束時間快的電池用顯示器26加以顯示，從而將特定的老化電池通知駕駛員或管理員。又，也可用將達到第二設定值的時間加以記錄來進行同樣的通知。
本發(fā)明的第八實施例的單元電池11的外觀如圖39所示。單元電池11的上部裝有內部有無線電發(fā)射機48的電壓檢測電路40和切換電路42，以連接件12與(+)端子11a和(-)端子11b相連接，利用托座19固定在單元電池11的框體中。
本發(fā)明的第八實施例的顯示器26的設置如圖40和圖41所示，利用在電池室中安裝的無線電接收機17，顯示器49和借助天線29安裝在駕駛員席的無線電接收機28和顯示器26，可以不用打開電池室，即掌握單元電池11的狀況。
這樣，可對單元電池進行簡單且快速的管理。具體地說，如圖41所示利用在駕駛員席安裝的顯示器26，駕駛員可以一邊駕駛一邊就掌握是否需要充電和放電，更進一步還可以掌握單元電池11的老化狀況。
權利要求書按照條約第19條的修改1.一種車載電池的控制裝置，其特征在于，它包括與車輛的傳動軸相連的電動發(fā)電機；在該車輛上搭載的電池；設于該電池和上述電動發(fā)電機之間傳遞雙向能量的逆變器；和控制上述逆變器的逆變器控制裝置；它包括檢測包含上述電池的充放電電流(i)的電池狀態(tài)的電池傳感器；和程序控制裝置它包括對上述電池的充放電電流(i)的時間積分值II=∫idt+C]]>(C為與初始充電量相應的積分常數)進行計算的裝置，根據上述積分值的函數對再生制動時上述電池的充電，電流和走行驅動時的放電電流進行控制的控制裝置。
2.根據權利要求1所述的車載電池控制裝置，上述電動發(fā)電機為多相交流旋轉電機，它包括對車輛的走行速度進行檢測的速度傳感器，和對上述電動發(fā)電機的轉速進行檢測的轉速傳感器；上述逆變器控制裝置，包括根據該速度傳感器和轉速傳感器的輸出和駕駛操作輸入向上述逆變器輸出控制輸出的裝置。
3.根據權利要求1所述的車載電池控制裝置，在上述電池傳感器中包括檢測上述電池的溫度(θ)的裝置，上述積分值的函數當電池的充電效率為η時為ηI，該效率η為上述溫度的函數(η(θ))。
4.根據權利要求1所述的車載電池的控制裝置，在上述電池傳感器和上述程序控制電路之間包括將該傳感器的輸出信息利用無線電信號傳輸的接口電路。
5.根據權利要求1或2所述的車載電池的控制裝置，上述電池傳感器包括將單元電池的端電壓分別測出的裝置，上述程序控制電路包括將再生制動時的充電電流相應于其端電壓進行控制的裝置。
6.根據權利要求1或2所述的車載電池的控制裝置，上述電池傳感器包括將單元電池的端電壓分別測出的裝置，上述程序控制電路包括將行走驅動時的放電電流相應于其端電壓進行控制的裝置。
7.權利要求1所述的車載用電池，其中將電池傳感器和接口電路的至少一部分埋入電池的框體的內部。
8.根據權利要求7所述的車載用電池，上述電池傳感器和上述接口電路的至少一部分構成一個裝置，該裝置的結構可以使它相對于上述電池框體中自由地裝卸。
9.一種車載電池的控制裝置，其特征在于在權利要求1所述的車載電池的控制裝置中在上述程序控制電路的輸出至少連接著與充電警報，充電殘余量和電池更換時間有關的顯示裝置。
10.根據權利要求9所述的車載電池的控制裝置，在上述程序控制電路的存儲裝置中，預先存儲了與標準的充放電電壓和電流特性和老化程度相應的若干個充放電電壓電流特性，上述程序控制電路包括參照該存儲裝置中存儲的特性對電池的老化信息進行計算的裝置。
11.根據權利要求9所述的車載電池控制裝置，設于駕駛員席的上述顯示裝置包括對電池大致區(qū)分為(1)充電后狀態(tài)(2)正常使用的狀態(tài)(3)希望進行充電的狀態(tài)(4)必須進行充電的狀態(tài)進行顯示的裝置。
12.根據權利要求9或11所述的車載電池控制裝置，設于駕駛員席的上述顯示裝置包括將上述電池大致區(qū)分為(1)沒有老化的狀態(tài)(2)建議進行檢查的狀態(tài)(3)建議更換電池的狀態(tài)(4)必須更換電池的狀態(tài)進行顯示的裝置；
在上述建議進行檢查的狀態(tài)表示檢測出一部分單元電池發(fā)生老化。
13.根據權利要求9所述的車載電池控制裝置，上述顯示裝置至少分為兩部分，第一部分為對電池處于良好狀態(tài)進行顯示，第二部分為對電池應當更換的狀態(tài)加以顯示。
14.根據權利要求13所述的車載電池顯示裝置，其中在第一部分和第二部分之間設有中間部分。
15.根據權利要求14所述的車載電池顯示裝置，其中在上述增加的部分中，當電池的老化程度很高時用點亮燈來加以表示。
16.一種車載電池的控制裝置，它包括在每個單元電池中，具有電流旁路通道，在該電流旁路通道和單元電池之間進行通道選擇的切換電路，對上述單元電池的端電壓進行檢測的檢測電路，和根據該檢測電路的輸出信息對上述切換電路分別進行控制的切換控制電路。
17.根據權利要求16所述的車載電池控制裝置，上述切換電路包括半導體開關器件，且上述切換電路置于每個單元電池中。
18.根據權利要求17所述的車載電池控制裝置，上述檢測電路，上述切換電路，上述旁路通道和上述切換控制電路安裝在一個裝置之中，在單元電池的正負端具有連接用的連接件。
19.根據權利要求16或17所述的車載電池的控制裝置，上述檢測電路具有將單元電池的端電壓分為n個電平的輸出信息輸出的電路裝置。
20.根據權利要求18所述的車載電池的控制裝置，在上述裝置的表面具有將上述分為n個電平的輸出信息加以顯示的顯示裝置。
權利要求
1.一種車載電池的控制裝置，其特征在于，它包括與車輛的傳動軸相連的電動發(fā)電機；在該車輛上搭載的電池；設于該電池和上述電動發(fā)電機之間傳遞雙向能量的逆變器；和控制上述逆變器的逆變器控制裝置；它包括檢測包含上述電池的充放電電流(i)的電池狀態(tài)的電池傳感器；和程序控制裝置它包括對上述電池的充放電電流(i)的時間積分值II=∫idt+C]]>(C為與初始充電量相應的積分常數)進行計算的裝置，根據上述積分值的函數對再生制動時上述電池的充電，電流和走行驅動時的放電電流進行控制的控制裝置。
2.根據權利要求1所述的車載電池控制裝置，上述電動發(fā)電機為多相交流旋轉電機，它包括對車輛的走行速度進行檢測的速度傳感器，和對上述電動發(fā)電機的轉速進行檢測的轉速傳感器；上述逆變器控制裝置，包括根據該速度傳感器和轉速傳感器的輸出和駕駛操作輸入向上述逆變器輸出控制輸出的裝置。
3.根據權利要求1所述的車載電池控制裝置，在上述電池傳感器中包括檢測上述電池的溫度(θ)的裝置，上述積分值的函數當電池的充電效率為η時為ηI，該效率η為上述溫度的函數(η(θ))。
4.根據權利要求1所述的車載電池的控制裝置，在上述電池傳感器和上述程序控制電路之間包括將該傳感器的輸出信息利用無線電信號傳輸的接口電路。
5.根據權利要求1或2所述的車載電池的控制裝置，上述電池傳感器包括將單元電池的端電壓分別測出的裝置，上述程序控制電路包括將再生制動時的充電電流相應于其端電壓進行控制的裝置。
6.根據權利要求1或2所述的車載電池的控制裝置，上述電池傳感器包括將單元電池的端電壓分別測出的裝置，上述程序控制電路包括將行走驅動時的放電電流相應于其端電壓進行控制的裝置。
7.權利要求1所述的將電池傳感器和接口電路的至少一部分裝于電池的框體中的車載用電池。
8.根據權利要求7所述的車載用電池，上述電池傳感器和上述接口電路的至少一部分構成一個裝置，該裝置可以相對于上述電池框體中自由地裝卸。
9.一種車載電池的控制裝置，其特征在于在權利要求1所述的車載電池的控制裝置中在上述程序控制電路的輸出至少連接著與充電警報，充電殘余量和電池更換時間有關的顯示裝置。
10.根據權利要求9所述的車載電池的控制裝置，在上述程序控制電路的存儲裝置中，預先存儲了與標準的充放電電壓和電流特性和老化程度相應的若干個充放電電壓電流特性，上述程序控制電路包括參照該存儲裝置中存儲的特性對電池的老化信息進行計算的裝置。
11.根據權利要求9所述的車載電池控制裝置，設于駕駛員席的上述顯示裝置包括對電池大致區(qū)分為(1)充電后狀態(tài)(2)正常使用的狀態(tài)(3)希望進行充電的狀態(tài)(4)必須進行充電的狀態(tài)進行顯示的裝置。
12.根據權利要求9或11所述的車載電池控制裝置，設于駕駛員席的上述顯示裝置包括將上述電池大致區(qū)分為(1)沒有老化的狀態(tài)(2)建議進行檢查的狀態(tài)(3)建議更換電池的狀態(tài)(4)必須更換電池的狀態(tài)進行顯示的裝置；在上述建議進行檢查的狀態(tài)表示檢測出一部分單元電池發(fā)生老化。
13.根據權利要求9所述的車載電池控制裝置，上述顯示裝置至少分為兩類，第一類為對電池是否處于良好狀態(tài)進行顯示，第二類為對電池應當更換的狀態(tài)加以顯示。
14.根據權利要求13所述的車載電池顯示裝置，它設置處于第一類和第二類之間的中間類別。
15.根據權利要求14所述的車載電池顯示裝置，上述增加的類別中，對電池的老化程度用燈明滅來加以顯示的裝置。
16.一種車載電池的控制裝置，它包括在每個單元電池中，具有電流旁路通道，在該電流旁路通道和單元電池之間進行通道選擇的切換電路，對上述單元電池的端電壓進行檢測的檢測電路，和根據該檢測電路的輸出信息對上述切換電路分別進行控制的切換控制電路。
17.根據權利要求16所述的車載電池控制裝置，上述切換電路包括半導體開關器件，且上述切換電路置于每個單元電池中。
18.根據權利要求17所述的車載電池控制裝置，上述檢測電路，上述切換電路，上述旁路通道和上述切換控制電路安裝在一個裝置之中，在單元電池的正負端具有連接用的連接件。
19.根據權利要求16或17所述的車載電池的控制裝置，上述檢測電路具有將單元電池的端電壓分為n個電平的輸出信息輸出的電路裝置。
20.根據權利要求18所述的車載電池的控制裝置，在上述裝置的表面具有將上述分為n個電平的輸出信息加以顯示的顯示裝置。
全文摘要
本發(fā)明一邊觀測電池的狀態(tài),一邊對電池的充放電電流進行控制,在提高效率的同時使電池的壽命增大。程序控制電路讀入車速傳感器測出的車輛走行速度和轉速傳感器測出的內燃機的轉速,對與內燃機連接的電動發(fā)電機和車輛上搭載的電池之間,進行交流變直流或直流變交流的交換的逆變器進行控制。同時將電流傳感器測出的電池的充放電電流(i)讀入,對充放電電流(i)的時間積分值Ⅰ進行計算,根據該時間積分值Ⅰ的函數對再生制動時的電池的充電電流和走行驅動時的放電電流進行控制。它可以延長電池的綜合壽命,盡可能多地再生由于制動消耗的能量,并可抑止單元電池的特性偏差的擴大。此外,可以降低電池的價格和使得維護簡單。
文檔編號B60K6/28GK1194614SQ97190591
公開日1998年9月30日 申請日期1997年5月23日 優(yōu)先權日1996年5月24日
發(fā)明者上光勛, 小池哲夫, 山口公一, 增田敦, 清水邦敏 申請人:日野自動車工業(yè)株式會社