CN107891828B

CN107891828B - 车辆用蓄电装置和车辆

Info

Publication number: CN107891828B
Application number: CN201710907101.0A
Authority: CN
Inventors: 福岛敦史
Original assignee: GS Yuasa International Ltd
Current assignee: GS Yuasa International Ltd
Priority date: 2016-10-03
Filing date: 2017-09-29
Publication date: 2022-09-09
Anticipated expiration: 2037-09-29
Also published as: DE102017217547A1; US20180097380A1; US10615616B2; JP2018058405A; JP6807018B2; CN107891828A

Abstract

一种车辆用蓄电装置和车辆，通过阈值的切换而在行驶中和停车中得到相应的电池性能。一种车辆用电池，具备组电池(30)和在上述组电池(30)的电压或容量低于阈值X时切断向上述组电池(30)的电流的继电器(45)，上述继电器(45)的上述阈值X在驶中和停车中不同。为该构成时，电池能够得到分别适于行驶中和停车中的性能。

Description

车辆用蓄电装置和车辆

技术领域

本发明涉及车辆用蓄电装置。

背景技术

一直以来，作为汽车的电源使用的蓄电装置为了确保安全性而内置继电器、FET等切断装置，例如，在蓄电装置的电压低于阈值时，使切断装置动作而切断电流进行保护以使电压不为阈值以下。应予说明，在下述专利文献1中记载了使电池的设置于通电线路的继电器RLY4的阈值(阈值电压)在海外输送中和停车中为不同值。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平11-334498号公报

发明内容

然而，在行驶中和停车中，对蓄电装置要求的性能不同，因此如果在行驶中和停车中应用相同阈值使切断装置动作，则无法充分满足所需性能。

本发明是基于如上所述的情况而完成的，目的在于通过阈值的切换而得到与行驶中和停车中相应的性能。

由本说明书公开的车辆用蓄电装置具备蓄电元件和在上述蓄电元件的电压或容量低于阈值时切断向上述蓄电元件的电流的切断装置，并且，上述切断装置的上述阈值在行驶中和停车中不同。

根据由本说明书公开的车辆用蓄电装置，能够得到分别适于行驶中和停车中的性能。

附图说明

图1是实施方式1中应用的车辆的侧面图

图2是电池的立体图

图3是电池的立体分解图

图4是表示电池的电气结构的框图

图5是表示停车后的电池的电压的推移的图

图6是第1期间、第2期间的计算所需的信息的数值例

图7是表示SOC与电池单元电压的关系的图

图8是将第1期间、第2期间、合计期间的计算结果汇总的图表

图9是表示使继电器动作的SOC值与第1期间、第2期间、合计期间的关系的图。

图10是表示停车开始时的SOC和阈值Xb的数据表的图。

图11是表示阈值的切换处理的流程的流程图。

符号说明

1...车辆

20...电池(本发明的“蓄电装置”的一个例子)

30...组电池

31...二次电池(本发明的“蓄电元件”的一个例子)

41...电流检测电阻

45...继电器(本发明的“切断装置”的一个例子)

45a...接点

45b...驱动线圈

45c...开关

50...管理装置

70...控制部

具体实施方式

首先，对在本实施方式中公开的车辆用蓄电装置的概要进行说明。

车辆用蓄电装置具备蓄电元件和在上述蓄电元件的电压或容量低于阈值时切断向上述蓄电元件的电流的切断装置，上述切断装置的上述阈值在行驶中和停车中不同。为该构成时，蓄电装置能够得到分别适于行驶中和停车中的性能。

另外，作为在本实施方式中公开的车辆用蓄电装置的一个实施形态，优选上述切断装置的上述阈值在行驶中比在停车中低。为该构成时，行驶中的阈值低于停车中的阈值，因此能够维持向车辆的电力供给直到比停车中低的电压。另外，停车中通过以比行驶中高的电压使切断装置动作，能够抑制因断开向车辆的暗电流而使容量降低的情况。

另外，作为在本实施方式中公开的车辆用蓄电装置的一个实施形态，优选上述切断装置是以上述蓄电元件作为电源进行驱动，上述切断装置的行驶中的上述阈值为上述切断装置的最低驱动电压。为该构成时，在行驶中能够防止切断装置无法动作，能够确保蓄电装置的安全性。另外，行驶中能够维持电力供给直到使切断装置可动作的范围内的最低限度。

另外，作为在本实施方式中公开的车辆用蓄电装置的一个实施形态，优选上述切断装置是以上述蓄电元件作为电源进行驱动，上述切断装置的停车中的上述阈值为比上述切断装置的最低驱动电压高的电压。为该构成时，停车中通过以比切断装置的最低驱动电压高的电压使切断装置动作，能够抑制通过断开向车辆的暗电流而使容量降低的情况。另外，在切断装置动作后，也通过直到蓄电装置的电压低于切断装置的最低驱动电压为止的期间使切断装置再驱动，从而使蓄电装置成为可再使用。

另外，作为在本实施方式中公开的车辆用蓄电装置的一个实施形态，优选上述切断装置的停车中的上述阈值以将从停车开始到上述切断装置动作为止的第1期间与上述切断装置的动作后通过上述切断装置的再驱动而使蓄电元件可再使用的第2期间合计的合计期间成为规定期间以上的方式确定。为该构成时，能够确保合计期间(第1期间与第2期间的合计)为规定期间以上。

另外，作为在本实施方式中公开的车辆用蓄电装置的一个实施形态，优选上述切断装置的停车中的阈值以上述合计期间为规定期间以上且上述第1期间最长的方式确定。为该构成时，确保合计期间为规定期间以上，并且在不使切断装置再驱动的情况下蓄电装置能够直接使用的期间最长。

＜一个实施方式＞

根据图1～图11对本发明的一个实施方式进行说明。

1.电池的说明

图1为车辆的侧面图，图2为电池的立体图，图3为电池的立体分解图。

如图1所示，车辆1具备发动机启动装置15、交流发电机13、电池20。应予说明，虽然在图1中省略，但在车辆1中搭载有车辆ECU16、灯、音频、空调等电装设备17。

如图2所示，电池(本发明的“蓄电装置”的一个例子)20具有块状的电池壳体21，在电池壳体21内收容有由多个二次电池31构成的组电池30、电路基板28。应予说明，在以下的说明中，参照图2和图3时，将电池壳体21相对于设置面不倾斜地水平放置时的电池壳体21的上下方向设为Y方向，将电池壳体21的沿长边方向的方向设为X方向，将电池壳体21的往里的方向设为Z方向而进行说明。

如图3所示，电池壳体21具备在上方开口的箱型的壳体主体23、对多个二次电池31进行定位的定位部件24、安装于壳体主体23的上部的中盖25、和安装于中盖25的上部的上盖26而构成。如图3所示，在壳体主体23内沿X方向并列地设有分别独立地收容各二次电池31的多个电池单元室23A。

如图3所示，通过定位部件24在上面配置有多个汇流排27，在配置于壳体主体23内的多个二次电池31的上部配置定位部件24，从而多个二次电池31在被定位的同时被多个汇流排27串联连接。

如图2所示，中盖25呈俯视大致矩形并在Y方向有高低差的形状。在中盖25的X方向两端部设有连接未图示的线束端子的一对的端子部22P、22N。一对端子部22P、22N例如由铅合金等金属构成，22P为正极端子，22N为负极端子。

另外，如图3所示，通过中盖25能够在内部收容电路基板28，在壳体主体23安装中盖25，从而将二次电池31与电路基板28连接。

2.电池20的电气结构

图4为表示电池20的电气结构的电路图。在电池20中介由作为外部端子的正极端子22P、负极端子22N连接了交流发电机13、发动机启动装置15、车辆ECU16、电装设备17。

电池20具有组电池30、电流检测电阻41、温度传感器43、继电器45、和管理组电池30的管理装置50。组电池30、电流检测电阻41、继电器45介由通电线路L进行串联连接。本例中，将电流检测电阻41配置于负极侧，将继电器45配置于正极侧。

组电池30由经串联连接的多个(本例中为4个电池单元)锂离子二次电池(本发明的“蓄电元件”的一个例子)31构成。应予说明，“电池单元”表示组电池30的构成单元，1个电池单元表示1个锂离子二次电池31。

电流检测电阻41发挥对在二次电池31中流过的电流进行检测的功能。温度传感器43发挥以接触式或非接触式测定二次电池31的温度[℃]的功能。电流检测电阻41和温度传感器43成为如下构成：通过信号线与管理装置50进行电连接，管理装置50获取电流检测电阻41、温度传感器43的检测值。

继电器(本发明的“切断装置”的一个例子)45是通过在异常时切断电流来确保电池20的安全性的保护装置。继电器45为闭锁继电器，包含接点45a、置位用驱动线圈45b、开关45c、复位用驱动线圈45d和开关45e而构成。而且，如果关闭开关45c在置位用驱动线圈45b中流过电流，则接点45a保持于关闭的状态，电池20成为通电状态。另外，如果关闭开关45e在复位用驱动线圈45d中流过电流，则接点45a保持于打开状态，在电池20中流过的电流被切断。

管理装置50具备电压检测部61和控制部70。电压检测部61发挥介由检测线分别与各二次电池31的两端连接，对各二次电池31的电压(电池单元电压)和电池电压(组电池30的总电压)Vo进行测定的功能。

控制部70包含作为中央处理装置的CPU71和存储器73。CPU71根据电流检测电阻41、电压检测部61、温度传感器43的输出对在电池20中流过的电流Io、电压Vo、温度进行监视，同时基于电流Io的积算值算出电池20的SOC(state of charge：充电状态)。应予说明，SOC为相对于实际容量的残留容量的比率。

另外，控制部70具有通过控制开关45c的开闭来控制继电器45的功能。在存储器73中存储有用于监视电池20的信息。另外，除此以外，还存储有使继电器45动作的阈值Xa、Xb的数据。

另外，管理装置50、继电器45、电流检测电阻41搭载于电路基板28，设置于电池20的内部。另外，温度传感器43也设置于电池20的内部。

3.行驶中和停车中的电池性能

行驶中为了确保车辆的安全，优选不将继电器45打开到电池20的使用极限电压的方式维持向车辆的电力供给。另一方面，停车中由于车辆暗电流而使电池20的残留容量减少。因此，优选根据残留容量的减少而开放继电器45以断开向车辆的暗电流，从而使规定期间不低于使用极限电压。

这样，在行驶中和停车中，对电池20要求的性能不同。因此，本实施方式的电池20在行驶中和停车中，将使继电器45动作的阈值X设为不同的值，使停车中的阈值Xb为比行驶中的阈值Xa高的值。应予说明，使继电器45动作是指将继电器45的接点45a从关闭状态切换到打开状态。

(1)行驶中的阈值Xa

如图4所示，继电器45为以电池20作为电源而动作的结构，如果电池电压Vo低于继电器45的最低驱动电压(作为一个例子，为5V)，则继电器45无法动作。应予说明，电池电压Vo为组电池30的总电压。

如果作为安全装置的继电器45无法动作，则无法安全地使用电池20。因此，考虑可确保安全使用的电池20的使用极限电压＝继电器45的最低驱动电压，将行驶中的阈值Xa设定为继电器45的最低驱动电压(5V)。

而且，在行驶中，控制部70将电池电压Vo与阈值Xa进行比较，如果电池电压Vo低于阈值Xa，则使继电器45动作而切断电流Io。这样，在行驶中，直到电池电压Vo降低至使用极限电压为止继电器45不进行动作，能够维持向车辆的电力供给。即，在行驶中，能够维持向车辆的电力供给直到继电器45可动作的范围内的最低程度。

(2)停车中的阈值Xb

图5表示停车开始后的电池电压Vo。停车开始后，电池20因向车辆1的暗电流、管理装置50的消耗电流而放电，进而随着时间经过，电池电压Vo下降。

如图5所示，对于电池电压Vo的斜率而言，与继电器45的动作前相比，动作后的斜率小。这是由于继电器动作后断开向车辆的暗电流，减少放电。

以下，将停车开始后到使继电器45动作为止的期间设为第1期间T1，将从继电器45开始动作到电池电压Vo到达使用极限电压(具体而言，继电器的最低驱动电压5V)为止的期间设为第2期间T2。

第1期间T1可以由停车开始时刻的电池20的残留容量C1、继电器动作时的电池20的残留容量C2和电池20的放电电流Is1算出。

T1＝(C1-C2)/Is1……(1)式

图6表示在第1期间T1、第2期间T2的计算中使用的数值例。停车开始时刻的电池20的残留容量C1可以由电池20的实际容量Co与停车开始时刻的SOC的积而求出。在图6的例子中，电池20的实际容量Co为60Ah，停车开始时的SOC为70％，停车开始时刻的电池20的残留容量C1为42Ah。应予说明，实际容量Co为从电池20完全充电的状态到SOC0％为止可导出的容量。

放电电流Is1是在停车时电池20以继电器45关闭的状态进行放电的放电电流。放电电流Is1可以由向车辆的暗电流(在停车时车辆ECU16、一部分电装设备17等特定机器消耗的电流)和管理装置50的消耗电流与电池20的自放电量之和求出。向车辆的暗电流、管理装置50的消耗电流、电池20的自放电量可以使用基于过去的实际情况的经验值。在图6的例子中，向车辆的暗电流为30mA，管理装置50的消耗电流为0.25mA，电池20的自放电量为0.3mA。因此，放电电流Is1为30.55mA。

例如，在SOC＝0％时切断继电器45的情况下，继电器动作时的电池20的残留容量C2为0Ah。因此，第1期间T1根据(1)式为1374.8小时，如果将其换算成天数，则为57.3天。

第2期间T2可以由放电可能容量C3和电池的放电电流Is2算出。

T2＝C3/Is2……(2)式

可放电容量C3为继电器动作后电池20在电池电压Vo到达使用极限电压(具体而言为5V)的期间可放电的容量。可放电容量C3可以由图7中示出的SOC与电池单元电压的相关特性图而算出。应予说明，图7的图表示以放电电流Is2相当的低倍率进行放电时的SOC与电池单元电压的关系。

如果将继电器45的最低驱动电压5V换算成电池单元电压，则为1.25V，此时的SOC值为﹣0.83％。因此，使继电器45以SOC＝0％进行动作时，为了电池电压Vo降低至5V，电池20可放电的可放电SOC为0.83％。如果将其换算成容量(0.83×60)，则可放电容量C3为0.5Ah。

应予说明，如图7所示，与电池单元电压1.25V对应的SOC为“﹣0.83”，为负值。这是由于以下的理由。本例中，将以1C倍率进行放电直到2.0V时定义为SOC 0％，如图7所示，以Is2相当的低倍率在约2.4V变为SOC 0％。二次电池31的通常使用范围W是将SOC 0％作为下限规定的。二次电池31的通常使用范围W例如为适于相对于过充电或过放电具有余量的使用的范围，SOC为负的区域表示与二次电池31的通常使用范围W相比进一步导出容量。另外，通常使用范围W为考虑安全系数等相对于二次电池31的使用极限有余量的范围，而与使用极限电压(本例中为1.25V)的关系是比1C倍率下的通常使用范围W的下限值(本例中为2.0V)低。

电池20的放电电流Is2为停车时电池20以继电器45打开的状态进行放电的放电电流。放电电流Is2可以由管理装置50的消耗电流Io与电池的自放电量Ic之和求出。

在图6的例子中，管理装置50的消耗电流为0.25mA，电池的自放电量为0.3mA。因此，放电电流Is2为0.55mA。因此，在SOC＝0％时使继电器45动作的情况下，第2期间T2根据(2)式为909.1小时，如果将其换算成天数，则为37.9天。

因此，在SOC＝0％时使继电器45动作的情况下，第1期间T1与第2期间T2合计的合计期间T成为95.2天。

T＝T1+T2……(3)

如此地，决定使继电器45动作的SOC值，则能够分别求出第1期间T1、第2期间T2、合计期间T。图8示出将使继电器45动作的SOC值变更为0.5％、1％、1.5％、2％、3％而分别求出第1期间T1、第2期间T2、合计期间T的结果。

图9为将继电器动作时的SOC值设为横轴并将各期间T1、T2、T设为纵轴的图，显示了第2期间T2和合计期间T与继电器动作时的SOC值几乎成比例地变长的趋势。

电池20只要在继电器动作后电池电压Vo也不降低至使用极限电压，则通过再驱动继电器45(对复位用驱动线圈45d通电而关闭接点45a)而使电池20变得可再使用。

因此，在本实施方式中，以将第1期间T1与第2期间T2合计的合计期间T长于规定期间(作为一个例子，为150天)的方式决定继电器45的停车中的阈值Xb。

具体而言，如图8、图9所示，合计期间T为150天以上的为SOC以1.5％以上时使继电器45动作的情况。如果将SOC值1.5％换算成电池单元电压，则为2.8V，电池电压Vo为11.2V。因此，通过使继电器45的停车中的阈值Xb为11.2V以上，能够确保合计期间T为150天以上。

另外，合计期间T只要在停车开始的同时使继电器45动作而断开向车辆的暗电流，就变为最长。但是，如果临时使继电器45动作而保持于打开了接点45a的状态，则其后为了再驱动继电器45来关闭接点45a，一般需要利用充电器等对电池20进行再充电等特别处置。这是由于管理装置50以对充电器与外部端子22P、22N的连接进行检测为条件，进行将复位用驱动线圈45d通电而关闭接点45a的控制。

停车开始后的一定期间优选即便不执行这样特别的处置，也可以直接使用电池20。因此，在本实施方式中，为了确保合计期间T为150天以上，同时第1期间(即便不进行特别的处置也可以使用的期间)T1为最长，使继电器45的停车中的阈值Xb为11.2V。

另外，在本实施方式中，对于每个停车开始时的SOC，预先算出继电器45的停车中的阈值Xb，将使停车开始时的SOC与继电器45的停车中的阈值Xb相对应的数据表(图10)存储于存储器73。

然后，管理装置50成为如下构成：检测到车辆1的停车开始时，登入存储于存储器73的数据表，选择与停车开始时刻的SOC对应的阈值Xb。

4.利用管理装置进行的阈值X的切换处理

管理装置50在起动后进行监视电池20的状态的处理。具体而言，根据电流检测电阻41、电压检测部61、温度传感器43的输出对电池的电流Io、电压Vo、温度进行监视，同时积算电流Io而算出电池20的SOC。

另外，管理装置50与电池20的监视并行地执行图11中示出的切换处理。切换处理由S10～S30这3个步骤构成，在S10中，通过管理装置50来执行判定车辆状态的处理。本例中，根据电池20的电流对车辆为行驶中、停车中的哪一个状态进行判定。即，由电流检测电阻41检测的电流Io大于规定值(作为一个例子，为1A)时，判定车辆为行驶状态。另一方面，电流Io小于规定值的状态继续规定期间时，判定车辆为停车状态。应予说明，停车是指至少发动机、马达等驱动部停止而在规定期间车辆不动的状态。

另外，车辆的状态也可以根据发动机、马达等驱动部的动作状态或车辆-电池间的通信频率进行判定。即，在可以从车辆1向电池20通信发动机、马达等驱动部的动作状况的信息的情况下，发动机、马达等驱动部动作时可以判定为行驶状态，发动机、马达等驱动部停止规定期间时判定为停车状态。另外，车辆-电池的通信频率在行驶中比在停车中高。因此，也可以根据通信频率进行判定。

然后，对于管理装置50而言，判定为车辆1为行驶状态时，将使继电器45动作的阈值设为“Xa”(S20)。另一方面，判定为停车状态时，将使继电器45动作的阈值设为“Xb”(S30)。

阈值X的切换处理(图11)在管理装置50进行电池20的监视的期间反复进行。因此，如果车辆的状态切换，则阈值X也与其对应地自动切换。

进而，在行驶中，管理装置50将电池电压Vo与阈值Xa进行比较，如果电池电压Vo低至阈值Xa，则使继电器45动作，切断在电池20中流过的电流。另外，在停车中，将电池电压Vo与阈值Xb进行比较，如果电池电压Vo低至阈值Xb，则使继电器45动作，切断在电池20中流过的电流。

5.效果说明

电池20中，将停车中使继电器45动作的阈值Xb与行驶中使继电器45动作的阈值Xa设为不同的值。因此，能够得到分别适于行驶中和停车中的电池性能。具体而言，因为行驶中的阈值Xa与停车中的阈值Xb相比电压低，所以行驶中能够维持向车辆的电力供给直到比停车中低的电池电压Vo为止。另外，停车中通过以比行驶中高的电压使继电器45动作，断开车辆暗电流而能够抑制使电池20的容量降低的情况。

＜其它实施方式＞

本发明不限定于由上述记述和附图所说明的实施方式，例如以下这样的实施方式也包含于本发明的技术范围。

(1)在本实施方式中，作为蓄电元件的一个例子，例示了锂离子二次电池31，但也可以为镍氢二次电池等其它二次电池。另外，还可以为电容器等。另外，在本实施方式中，作为电池的一个例子，例示了多个电池单元的构成，但也可以为单电池单元的构成。

(2)在本实施方式中，作为切断装置的一个例子，例示了继电器45，但也可以为FET、晶体管等半导体开关。另外，作为继电器，例示了闭锁型继电器，但也可以为没有闭锁功能的继电器。

(3)在本实施方式中，将切断继电器45的阈值Xa、Xb由电池电压Vo规定，但也可以由二次电池31的电池单元电压规定。例如，将停车中的阈值Xa以电池单元电压计为2.8V，将行驶中的阈值Xb以电池单元电压计为1.25V，停车中，对最低电池单元电压和阈值Xa进行比较来判断继电器45能否动作，行驶中，对最低电池单元电压和阈值Xb进行比较来判断继电器45能否动作。另外，阈值Xa、Xb除电池电压、电池单元电压以外，也可以由电池的残留容量、SOC规定。

(4)在本实施方式中，使继电器45的行驶中的阈值Xa与停车中的阈值Xb的大小关系为Xa＜Xb，但也可以为Xa＞Xb。

(5)在本实施方式中，例示了以将第1期间T1与第2期间T2合计的合计期间T为150天以上的方式来确定使继电器动作的阈值Xb的例子，但150天是一个例子，也可以为200天等除此以外的天数。

(6)在本实施方式中，例示了将图10中示出的数据表预先存储于存储器的构成，但在检测到车辆的停车开始时，也可以按照实施方式1中例示的运算方法由停车开始时刻的电池的残留容量、电池的放电电流Is1、Is2、继电器的最低驱动电压的数据，以合计期间T、第1期间T1为所希望的天数的方式算出阈值Xb。

Claims

1.一种车辆用蓄电装置，具备：

蓄电元件、和

在所述蓄电元件的电压或容量低于阈值时切断向所述蓄电元件的电流的切断装置，

其中，所述切断装置的所述阈值在行驶中和停车中不同，

所述切断装置的所述阈值在行驶中比在停车中低。

2.根据权利要求1所述的车辆用蓄电装置，其中，所述切断装置以所述蓄电元件作为电源进行驱动，

所述切断装置的行驶中的所述阈值为所述切断装置的最低驱动电压。

3.根据权利要求1或2所述的车辆用蓄电装置，其中，所述切断装置以所述蓄电元件作为电源进行驱动，

所述切断装置的停车中的所述阈值为比所述切断装置的最低驱动电压高的电压。

4.根据权利要求3所述的车辆用蓄电装置，其中，所述切断装置的停车中的所述阈值是以将从停车开始到所述切断装置进行切断动作为止的第1期间与所述切断装置的切断动作后通过所述切断装置的再驱动而使蓄电元件可再使用的第2期间合计的合计期间成为规定期间以上的方式来设定。

5.根据权利要求4所述的车辆用蓄电装置，其中，所述切断装置的停车中的阈值是以所述合计期间成为规定期间以上且所述第1期间成为最长的方式来设定。

6.一种车辆，具备权利要求1～5中任一项所述的蓄电装置。