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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verwaltungsvorrichtung für eine Energiespeichervorrichtung und eine Energiespeichervorrichtung.
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Hintergrund der Erfindung
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Herkömmlicherweise ist eine Verwaltungsvorrichtung für einen Energiespeicher, der zur Aktivierung einer Antriebsquelle verwendet wird, bekannt (siehe z.B. Patentdokument 1). Die in Patentdokument 1 beschriebene Batterieverwaltungsvorrichtung verwaltet einen Energiespeicher, der zum Starten (Anlassen) eines Fahrzeugmotors verwendet wird. Im Allgemeinen wird eine solche Verwaltungsvorrichtung mit Strom betrieben, der von dem Energiespeicher zugeführt wird.
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Dokument zum Stand der Technik
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Patentdokument
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Patentdokument 1:
Japanisches Patent Nr. 6436201 -
Zusammenfassung der Erfindung
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Probleme, die durch die Erfindung gelöst werden sollen
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Wie in 8A dargestellt, kann vorübergehend ein großer Entladestrom (im Folgenden einfach als großer Strom bezeichnet) durch den Energiespeicher fließen, der zur Aktivierung der Antriebsquelle verwendet wird. Beispielsweise fließt bei einem Energiespeicher, der zum Anlassen eines Fahrzeugmotors verwendet wird, zum Zeitpunkt des Motorstarts vorübergehend ein großer Strom von dem Energiespeicher zu einem Anlasser des Fahrzeugs.
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Die Kapazität des für die Aktivierung der Antriebsquelle verwendeten Energiespeichers ist unterschiedlich. Bisher wurden keine ausreichenden Untersuchungen zu einem Problem durchgeführt, bei dem vorübergehend ein großer Strom durch einen Energiespeicher mit geringer Kapazität fließt.
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Mittel zur Lösung der Probleme
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In der vorliegenden Beschreibung wird eine Technik offenbart, bei der in einer Verwaltungsvorrichtung, die mit Strom betrieben wird, der von einer für die Aktivierung einer Antriebsquelle verwendeten Energiespeichervorrichtung zugeführt wird, selbst bei geringer Kapazität der Energiespeichervorrichtung verhindert wird, dass der Betrieb der Verwaltungsvorrichtung aufgrund einer momentanen Stromunterbrechung durch einen vorübergehenden großen Strom angehalten wird.
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Eine Verwaltungsvorrichtung für eine Energiespeichervorrichtung, die zum Aktivieren einer Antriebsquelle gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung verwendet wird, umfasst: einen Verwaltungsabschnitt, der durch die von der Energiespeichervorrichtung zugeführte Energie betrieben wird; und eine Ersatzenergiequelle, die dem Verwaltungsabschnitt vorübergehend Energie zuführt, wenn eine Spannung der Energiespeichervorrichtung abfällt.
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Vorteile der Erfindung
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Gemäß der Verwaltungsvorrichtung, die mit der von der Energiespeichervorrichtung zugeführten Energie arbeitet, die für die Aktivierung der Antriebsquelle verwendet wird, ist es möglich, das Anhalten des Betriebs der Verwaltungsvorrichtung aufgrund einer sofortigen Stromunterbrechung zu verhindern, die durch den vorübergehenden großen Strom verursacht wird, selbst wenn die Kapazität der Energiespeichervorrichtung klein ist.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Seitenansicht eines Motorrads.
- 2 ist ein Blockdiagramm eines Fahrzeugsystems.
- 3 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung einer Batterie.
- 4 ist eine Draufsicht auf eine Sekundärbatterie.
- 5 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A in 4.
- 6 ist ein Blockdiagramm einer Batterie.
- 7 ist ein Schaltplan eines Generators, einer Energiespeichervorrichtung, eines Verwaltungsabschnitts und einer Ersatzstromquelle.
- 8A ist ein Diagramm, das eine Änderung des Entladestroms der Energiespeichervorrichtung zeigt.
- 8B ist ein Diagramm, das eine Änderung der Spannung der Energiespeichervorrichtung zeigt.
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Verfahren zur Durchführung der Erfindung
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(Zusammenfassung der vorliegenden Ausführungsform)
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Eine Verwaltungsvorrichtung für eine Energiespeichervorrichtung, die zum Aktivieren einer Antriebsquelle verwendet wird, umfasst: einen Verwaltungsabschnitt, der durch die von der Energiespeichervorrichtung zugeführte Energie betrieben wird; und eine Ersatzenergiequelle, die dem Verwaltungsabschnitt vorübergehend Energie zuführt, wenn eine Spannung der Energiespeichervorrichtung abfällt.
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Der Erfinder der vorliegenden Anwendung hat festgestellt, dass, wenn ein großer Entladestrom (hoher Strom) vorübergehend in einer Energiespeichervorrichtung mit einer kleinen Kapazität fließt, die Wahrscheinlichkeit höher ist als bei einer Energiespeichervorrichtung mit einer großen Kapazität, dass der Betrieb der Verwaltungsvorrichtung aufgrund einer momentanen Stromunterbrechung (Blackout), bei der die Spannung der Energiespeichervorrichtung vorübergehend niedriger wird als die Betriebsspannung des Verwaltungsabschnitts, stoppt. Im Nachfolgenden erfolgt eine konkrete Beschreibung unter Bezugnahme auf 8B. In der folgenden Beschreibung wird davon ausgegangen, dass die Betriebsspannung der Verwaltungsvorrichtung 5 V beträgt.
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Wenn die Kapazität der Energiespeichervorrichtung groß ist, ist der Spannungsabfall gering, selbst wenn ein großer Strom fließt. Wie durch die gestrichelte Linie 21 in 8B angedeutet, ist es daher unwahrscheinlich, dass die Spannung auf weniger als die Betriebsspannung (5 V) des Verwaltungsabschnitts abfällt, selbst wenn vorübergehend ein großer Strom fließt. Im Gegensatz dazu sinkt die Spannung, wie durch die durchgezogene Linie 22 angedeutet, stark ab, wenn die Kapazität der Energiespeichervorrichtung klein ist, selbst wenn der Strom die gleiche Größe hat. Daher ist es wahrscheinlicher, dass die Spannung auf weniger als 5 V sinkt. Dies bedeutet, dass in dem Fall, in dem die Kapazität der Energiespeichervorrichtung klein ist, eine hohe Wahrscheinlichkeit besteht, dass eine sofortige Stromunterbrechung auftritt.
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Wenn die Spannung der Energiespeichervorrichtung niedriger ist als die Spannung der Ersatzstromquelle, wird der Verwaltungsabschnitt von der Ersatzstromquelle mit Strom versorgt, da die Ersatzstromquelle vorhanden ist. Dies kann eine sofortige Stromunterbrechung verhindern. Daher ist es in der Verwaltungsvorrichtung, die mit der von der Energiespeichervorrichtung, die zur Aktivierung der Antriebsquelle verwendet wird, zugeführten Energie arbeitet, möglich, das Anhalten des Betriebs der Verwaltungsvorrichtung aufgrund einer sofortigen Stromunterbrechung, die durch den vorübergehenden großen Strom verursacht wird, zu verhindern, selbst wenn die Kapazität der Energiespeichervorrichtung klein ist.
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Wenn die Temperatur der Energiespeichervorrichtung niedrig ist, kann es aufgrund eines Anstiegs des Innenwiderstands zu einer sofortigen Leistungsunterbrechung kommen. Gemäß der Verwaltungsvorrichtung kann eine sofortige Leistungsunterbrechung verhindert werden, so dass die Verwaltungsvorrichtung besonders nützlich ist, wenn sie bei einer niedrigen Temperatur verwendet wird, wenn der Innenwiderstand der Energiespeichervorrichtung hoch ist oder in einem Zustand, in dem der Innenwiderstand der Energiespeichervorrichtung stark zugenommen hat.
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Die Energiespeichervorrichtung kann zum Anlassen des Motors eines Motorrads verwendet werden.
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Im Allgemeinen wird die Größe des Lade-/Entladestroms der Energiespeichervorrichtung durch die C-Rate dargestellt. Die C-Rate wird erhalten, indem die Größe eines Stroms als 1 C definiert wird, der fließt, wenn ein Energiespeicher mit einem Ladezustand (SOC) von 100 % in einer Stunde auf 0 % entladen wird (oder alternativ die Größe eines Stroms, der fließt, wenn die Energiespeichervorrichtung mit einem SOC von 0 % in einer Stunde auf 100 % geladen wird). Wenn die Energiespeichervorrichtung beispielsweise in 30 Minuten von einem SOC von 100 % auf 0 % entladen wird, beträgt die C-Rate 2 C.
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Wenn die Ladekapazitäten von Energiespeichern unterschiedlich sind, sind die C-Raten unterschiedlich, auch wenn die Stromwerte der Lade-/Entladeströme gleich sind. Es wird beispielsweise angenommen, dass es einen Energiespeicher B1 mit einer Ladekapazität von 100 Ah [Amperestunde] und einen Energiespeicher B2 mit einer Ladekapazität von 200 Ah gibt und der aktuelle Wert des Entladestroms jedes dieser Energiespeicher 100 A [Ampere] beträgt. In diesem Fall wird der SOC des Energiespeichers B1 in einer Stunde 0 %, und die C-Rate beträgt somit 1 C. Im Gegensatz dazu wird der SOC des Energiespeichers B2 in zwei Stunden 0 %, und die C-Rate beträgt somit 0,5 C. Wie oben beschrieben, wird die C-Rate umso größer, je kleiner die Ladekapazität ist, wenn der aktuelle Wert des Lade-Entladestroms gleich ist. In der folgenden Beschreibung wird eine hohe C-Rate als eine hohe Rate und eine niedrige C-Rate als eine niedrige Rate bezeichnet.
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Normalerweise hat ein Energiespeicher, der zum Anlassen eines Motorradmotors (Energiespeicher für Zweiräder) verwendet wird, eine geringere Ladekapazität und einen geringeren Lade-/Entladestrom als ein Energiespeicher, der zum Anlassen eines Motors eines vierrädrigen Kraftfahrzeugs (Energiespeicher für vierrädrige Fahrzeuge) verwendet wird. Der Unterschied zwischen den Größenordnungen der Lade-/Entladeströme ist jedoch nicht so groß wie der Unterschied zwischen den Ladekapazitäten. So beträgt beispielsweise die Ladekapazität des Energiespeichers für ein zweirädriges Fahrzeug etwa ein Drittel der Ladekapazität des Energiespeichers für ein vierrädriges Fahrzeug, und die Größe des Entladestroms des Energiespeichers für ein zweirädriges Fahrzeug beträgt etwa vier Fünftel des Entladestroms des Energiespeichers für ein vierrädriges Fahrzeug. Daher wird der Energiespeicher für ein zweirädriges Fahrzeug im Allgemeinen mit einer höheren Rate geladen und entladen als der Energiespeicher für ein vierrädriges Fahrzeug.
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Bei einer Entladung mit geringer Geschwindigkeit ist der Spannungsabfall des Energiespeichers im Vergleich zu einer Entladung mit hoher Geschwindigkeit gering, so dass die Wahrscheinlichkeit einer sofortigen Stromunterbrechung geringer ist. Aus diesem Grund wurden in dem Energiespeicher, der sich mit einer geringen Rate entlädt, keine Maßnahmen zur Verhinderung einer sofortigen Stromunterbrechung getroffen.
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Im Gegensatz dazu ist der Spannungsabfall des Energiespeichers bei einer Entladung mit hoher Rate im Vergleich zu einer Entladung mit niedriger Rate groß. Der Erfinder der vorliegenden Anmeldung konzentrierte sich auf diesen Punkt und stellte fest, dass der Energiespeicher für ein zweirädriges Fahrzeug, der mit einer hohen Rate entladen wird, mit hoher Wahrscheinlichkeit eine sofortige Stromunterbrechung verursacht.
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Gemäß der Verwaltungsvorrichtung wird die Ersatzstromquelle in der Verwaltungsvorrichtung der Energiespeichervorrichtung für ein zweirädriges Fahrzeug bereitgestellt, in der eine momentane Stromunterbrechung leicht auftritt, so dass die momentane Stromunterbrechung in der Verwaltungsvorrichtung die Energiespeichervorrichtung für ein zweirädriges Fahrzeug verhindert werden kann.
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Im Allgemeinen hat die Verwaltungsvorrichtung der Energiespeichervorrichtung für ein zweirädriges Fahrzeug einen geringen Stromverbrauch im Vergleich zur Verwaltungsvorrichtung der Energiespeichervorrichtung für ein vierrädriges Fahrzeug, und daher kann die Kapazität der Ersatzstromquelle ebenfalls gering sein. Daher besteht auch der Vorteil, dass eine sofortige Stromunterbrechung zu geringen Kosten verhindert werden kann, verglichen mit einem Fall, in dem die Ersatzstromquelle in der Verwaltungsvorrichtung der Energiespeichervorrichtung für ein vierrädriges Fahrzeug vorgesehen ist.
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Die Ersatzstromquelle kann den Verwaltungsabschnitt vorübergehend mit Strom versorgen, wenn die Spannung der Energiespeichervorrichtung sinkt.
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Um eine sofortige Unterbrechung der Stromversorgung zu verhindern, muss der Verwaltungsabschnitt nur vorübergehend mit Strom versorgt werden. Wenn in diesem Fall eine Ersatzstromquelle verwendet wird, die über einen längeren Zeitraum Strom zuführen kann, wird die Ersatzstromquelle zu groß, und die Herstellungskosten der Verwaltungsvorrichtung steigen. Gemäß der Verwaltungsvorrichtung versorgt die Ersatzstromquelle den Verwaltungsabschnitt vorübergehend mit Strom, so dass die Herstellungskosten der Verwaltungsvorrichtung im Vergleich zum Fall der Verwendung der Ersatzstromquelle, die für eine bestimmte lange Zeit Strom zuführen kann, niedrig gehalten werden können.
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Die Zeiten, in denen die Ersatzstromquelle den Verwaltungsabschnitt vorübergehend mit Strom versorgt, können angemessen gewählt werden, aber wenn die Zeiten, in denen die Ersatzstromquelle Strom zuführt, lang sind, ist es notwendig, die Kapazität der Ersatzstromquelle zu erhöhen. So liegt die Zeit, in der Strom zugeführt wird, wünschenswert innerhalb von zehn Sekunden, und noch wünschenswerter innerhalb von fünf Sekunden. Wenn die Dauer der momentanen Stromunterbrechung weniger als eine Sekunde beträgt, können die Zeiten, während derer die Ersatzstromquelle Strom zuführt, innerhalb einer Sekunde liegen.
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Die Ersatzstromquelle kann ein Kondensator sein, der von der Energiespeichervorrichtung aufgeladen wird.
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Im Allgemeinen sind die Kosten für den Kondensator gering, so dass es möglich ist, eine Ersatzstromquelle zu schaffen, die den Verwaltungsabschnitt vorübergehend mit Strom versorgt.
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Angenommen, die Ersatzstromquelle erfordert die Steuerung des Verwaltungsabschnitts. Wenn die Spannung der Energiespeichervorrichtung z. B. auf eine Spannung nahe 5 V abfällt, muss der Verwaltungsabschnitt die Ersatzstromquelle mithilfe einer Softwaresteuerung mit Strom versorgen. In diesem Fall wird die Verarbeitung des Verwaltungsabschnitts jedoch kompliziert, und die Reaktionsgeschwindigkeit wird aufgrund der Softwaresteuerung ebenfalls langsam. Wenn dagegen die Spannung der Energiespeichervorrichtung niedriger ist als die Spannung des Kondensators, versorgt der Kondensator den Verwaltungsabschnitt automatisch mit Strom, so dass die Softwaresteuerung überflüssig ist. Dies hat auch den Vorteil, dass die Verarbeitung des Verwaltungsabschnitts vereinfacht wird. Wenn der Kondensator verwendet wird, kann die sofortige Stromunterbrechung nur durch die Hardware bewältigt werden, wodurch sich zudem der Vorteil ergibt, dass die sofortige Stromunterbrechung im Vergleich zur Softwaresteuerung schnell bewältigt werden kann.
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Die Verwendung eines Kondensators hat auch den Vorteil, dass gleichzeitig das Rauschen beseitigt werden kann.
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Die Verwaltungsvorrichtung kann einen mit der Energiespeichervorrichtung in Reihe geschalteten Stromkreisunterbrecher und einen Stromsensor umfassen, der einen Stromwert eines durch die Energiespeichervorrichtung fließenden Stroms erfasst, und der Verwaltungsabschnitt kann den Stromkreisunterbrecher ausschalten, wenn der Stromsensor einen Stromwert erfasst, der gleich oder größer als ein vorgegebener Wert ist.
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Wenn ein externer Kurzschluss auftritt, fließt ein großer Strom (ein Strom, der gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert ist) durch die Energiespeichervorrichtung. Wenn ein großer Strom fließt, kann die Energiespeichervorrichtung gemäß der Verwaltungsvorrichtung vor dem großen Strom geschützt werden, indem der Verwaltungsabschnitt den Stromkreisunterbrecher ausschaltet. Wenn jedoch die Spannung der Energiespeichervorrichtung aufgrund des großen Stroms niedriger wird als die Betriebsspannung des Verwaltungsabschnitts, stoppt der Betrieb des Verwaltungsabschnitts ohne die Ersatzstromquelle, so dass der Stromkreisunterbrecher nicht ausgeschaltet werden kann.
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Wenn die Spannung der Energiespeichervorrichtung niedriger wird als die Spannung der Ersatzstromquelle, wird die Energie von der Ersatzstromquelle an den Verwaltungsabschnitt zugeführt. Somit schaltet der Verwaltungsabschnitt, der durch die von der Ersatzstromquelle zugeführte Energie betrieben wird, den Stromkreisunterbrecher aus, wodurch die Energiespeichervorrichtung davor geschützt werden kann, in den Zustand zu geraten, in dem sie nicht in der Lage ist, die Entladung eines großen Stroms aufgrund eines externen Kurzschlusses zu steuern.
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Ein Regler, der die Spannung der Energiespeichervorrichtung auf die Betriebsspannung des Verwaltungsabschnitts absenkt, kann zwischen der Energiespeichervorrichtung und dem Verwaltungsabschnitt vorgesehen sein, und die Ersatzstromquelle kann mittels einer Stromleitung bereitgestellt werden, die von einer Stromleitung abzweigt, die den Regler und den Verwaltungsabschnitt verbindet.
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Wenn die Ersatzstromquelle vorgesehen ist, kann die Ersatzstromquelle zwischen der Energiespeichervorrichtung und dem Regler vorgesehen werden, aber in diesem Fall ist eine Ersatzstromquelle mit einer großen Kapazität erforderlich, die in der Lage ist, die gleiche Spannung zu speichern wie die Spannung der Energiespeichervorrichtung. Im Gegensatz dazu wird die Spannung durch den Regler gesenkt, wenn die Ersatzstromquelle zwischen dem Regler und dem Verwaltungsabschnitt vorgesehen ist, so dass die Kapazität der Ersatzstromquelle im Vergleich zu dem Fall, in dem die Ersatzstromquelle zwischen der Energiespeichervorrichtung und dem Regler vorgesehen ist, reduziert werden kann. Daher kann eine sofortige Stromunterbrechung zu geringeren Kosten verhindert werden.
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Die Erfindung, die durch die vorliegende Beschreibung offenbart wird, kann in verschiedenen Aspekten wie einer Vorrichtung, einem Verfahren, einem Computerprogramm zur Durchführung der Vorrichtung oder des Verfahrens und einem Aufzeichnungsmedium, auf dem das Computerprogramm aufgezeichnet ist, realisiert werden.
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<Erste Ausführungsform>
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Im Folgenden wird eine erste Ausführungsform unter Bezugnahme auf die bis beschrieben.
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Wie in 1 dargestellt, handelt es sich bei einer Batterie 50 (Energiespeichervorrichtung) gemäß der ersten Ausführungsform um eine Batterie für ein zweirädriges Fahrzeug, das auf einem Motorrad 10 montiert ist.
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Wie in 2 dargestellt, sind ein Anlasser 10A, eine Lichtmaschine 10B und eine Zusatzausrüstung 10C (Scheinwerfer, Klimaanlagen, Audiogeräte usw.), die am Motorrad 10 montiert sind, an die Batterie 50 angeschlossen. Die Batterie 50 ist eine Motorstartbatterie, die den Anlasser 10A mit Strom versorgt, um einen Motor zu starten (ein Beispiel für eine Antriebsquelle). Die Batterie 50 wird während des Motorbetriebs von der Lichtmaschine 10B aufgeladen.
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Während des Motorbetriebs des Motorrads 10 wird die Zusatzausrüstung 10C von der Lichtmaschine 10B mit Strom versorgt. Somit versorgt die Batterie 50 die Zusatzausrüstung 10C nicht mit Strom, wenn der Motor in Betrieb ist, aber wenn die Zusatzausrüstung 10C verwendet wird, während der Motor abgestellt ist, versorgt die Batterie 50 auch die Zusatzausrüstung 10C mit Strom.
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Im Allgemeinen hat eine Batterie für ein zweirädriges Fahrzeug nicht die Funktion, mit einer elektronischen Steuereinheit (ECU) des Motorrads 10 zu kommunizieren. Die Batterie 50 für ein zweirädriges Fahrzeug gemäß der ersten Ausführungsform hat auch nicht die Funktion, mit der ECU zu kommunizieren.
- (1) Wie in 3 dargestellt, umfasst die Batterie 50 eine zusammengesetzte Batterie 60, eine Leiterplatteneinheit 65 und ein Gehäuse 71.
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Das Gehäuse 71 besteht aus einem Körper 73 aus einem Kunstharzmaterial und einem Deckel 74. Der Körper 73 hat eine zylindrische Form mit einem Boden. Der Körper 73 umfasst einen Bodenflächenabschnitt 75 und vier Seitenflächenabschnitte 76. Eine obere Öffnung 77 wird in einem oberen Endabschnitt durch die vier Seitenflächenabschnitte 76 gebildet.
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Das Gehäuse 71 beherbergt die montierte Batterie 60 und eine Leiterplatteneinheit 65. Die montierte Batterie 60 enthält 12 Sekundärbatterien 62 (ein Beispiel für einen Energiespeicher). Die Sekundärbatterie 62 ist z. B. eine Lithium-Ionen-Batterie. Die zwölf Sekundärbatterien 62 sind mit drei parallel und vier in Reihe geschaltet. Die Leiterplatteneinheit 65 umfasst eine Leiterplatte 100 und ein elektronisches Bauteil, das auf der Leiterplatte 100 montiert und an der zusammengebauten Batterie 60 angeordnet ist.
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Der Deckel 74 verschließt die obere Öffnung 77 des Gehäuses 73. Um den Deckel 74 ist eine äußere Umfangswand 78 vorgesehen. Der Deckel 74 hat in der Draufsicht eine im Wesentlichen T-förmige Ausbuchtung 79. Ein positiver externer Anschluss 51 ist an einer Ecke des vorderen Teils des Deckels 74 befestigt, und ein negativer externer Anschluss 52 ist an der anderen Ecke befestigt.
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Wie in den 4 und 5 dargestellt, enthält die Sekundärbatterie 62 eine Elektrodenanordnung 83 zusammen mit einem nichtwässrigen Elektrolyten in einem Gehäuse 82, das die Form eines rechteckigen Parallelepipeds hat. Das Gehäuse 82 hat einen Gehäusekörper 84 und einen Deckel 85 zum Verschließen einer Öffnung an der Oberseite des Gehäusekörpers 84.
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Obwohl nicht im Detail gezeigt, hat die Elektrodenanordnung 83 einen Separator, der aus einem porösen Harzfilm besteht und zwischen einem negativen Elektrodenelement, das durch Aufbringen eines aktiven Materials auf ein Substrat aus Kupferfolie gebildet wird, und einem positiven Elektrodenelement, das durch Aufbringen eines aktiven Materials auf ein Substrat aus Aluminiumfolie gebildet wird, angeordnet ist. Diese sind alle bandförmig und in einer flachen Form gewickelt, so dass sie in dem Gehäusekörper 84 in einem Zustand untergebracht werden können, in dem das negative Elektrodenelement und das positive Elektrodenelement auf den gegenüberliegenden Seiten in der Breitenrichtung in Bezug auf den Separator voneinander versetzt sind.
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Das positive Elektrodenelement ist über einen positiven Stromkollektor 86 mit einem positiven Elektrodenanschluss 87 verbunden, und das negative Elektrodenelement ist über einen negativen Stromkollektor 88 mit einem negativen Elektrodenanschluss 89 verbunden. Sowohl der positive Stromkollektor 86 als auch der negative Stromkollektor 88 bestehen aus einer plattenförmigen Basis 90 und Schenkeln 91, die sich von der Basis 90 aus erstrecken. In der Basis 90 ist ein Durchgangsloch ausgebildet. Der Schenkel 91 ist mit dem positiven Elektrodenelement oder dem negativen Elektrodenelement verbunden. Sowohl der positive Elektrodenanschluss 87 als auch der negative Elektrodenanschluss 89 besteht aus einem Anschlusskörperteil 92 und einem Schaft 93, der vom Mittelteil der unteren Fläche des Anschlusskörperteils 92 nach unten ragt. Der Anschlusskörperteil 92 und der Schaft 93 der positiven Elektrodenklemme 87 sind einstückig aus Aluminium (Einzelmaterial) gefertigt. Der negative Elektrodenanschluss 89 weist den Anschlusskörperteil 92 aus Aluminium und den Schaft 93 aus Kupfer auf und ist mit diesen zusammengebaut. Die Anschlusskörperteile 92 des positiven Elektrodenanschlusses 87 und des negativen Elektrodenanschlusses 89 sind an beiden Enden des Deckels 85 über Dichtungen 94 aus einem Isoliermaterial angeordnet und liegen nach außen von den Dichtungen 94 frei.
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Der Deckel 85 hat ein Druckablassventil 95. Wie in 2 dargestellt, befindet sich das Druckablassventil 95 zwischen dem positiven Elektrodenanschluss 87 und dem negativen Elektrodenanschluss 89. Das Druckablassventil 95 wird geöffnet, wenn der Innendruck des Gehäuses 82 einen Grenzwert überschreitet, um den Innendruck des Gehäuses 82 zu senken.
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(2) Elektrische Konfiguration der Batterie
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Wie in 6 dargestellt, umfasst die Batterie 50 eine zusammengesetzte Batterie 60 und eine Batteriemanagementeinheit (BMU) 101, die die zusammengesetzte Batterie 60 verwaltet. Die BMU 101 ist ein Beispiel für eine Verwaltungsvorrichtung.
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Die zusammengesetzte Batterie 60 umfasst eine Vielzahl von Sekundärbatterien 62. Die zwölf Sekundärbatterien 62 sind mit drei parallel und vier in Reihe geschaltet. In 6 werden drei parallel geschaltete Sekundärbatterien 62 durch ein Batteriesymbol dargestellt. Die Batterie 50 hat eine Nennspannung von 12 V.
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Eine Stromversorgungsleitung 70P ist eine Stromversorgungsleitung zur Verbindung des positiven externen Anschlusses 51 und der positiven Elektrode der zusammengebauten Batterie 60. Eine Stromleitung 70N ist eine Stromleitung zur Verbindung des negativen externen Anschlusses 52 mit der negativen Elektrode der zusammengebauten Batterie 60. Die negative Elektrode der zusammengebauten Batterie 60 ist mit einer Signalmasse G1 verbunden. Die zusammengesetzte Batterie 60 hat die Signalmasse G1 als Bezugspotential. Der negative externe Anschluss 52 ist mit einer Karosseriemasse G2 verbunden. Die Karosseriemasse G2 ist die Karosserie des Motorrads 10. Die Karosseriemasse G2 ist das Bezugspotenzial des Motorrads 10.
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Die BMU 101 umfasst einen Stromsensor 53, einen Spannungssensor 110, einen Temperatursensor 111, einen Stromkreisunterbrecher 55, ein Verwaltungsabschnitt 130, eine Diode 40 (Gleichrichter), einen Kondensator 41 (ein Beispiel für eine Ersatzstromquelle) und einen Regler 42. Die zusammengesetzte Batterie 60, der Stromsensor 53 und der Stromkreisunterbrecher 55 sind über die Stromleitung 70P und die Stromleitung 70N in Reihe geschaltet. Der Stromkreisunterbrecher 55, der Stromsensor 53, der Spannungssensor 110, das Verwaltungsabschnitt 130, die Diode 40, der Kondensator 41 und der Regler 42 sind auf der Leiterplatte 100 montiert, und die Signalmasse G1 der Leiterplatte 100 ist als Bezugspotential (Betriebsreferenz) festgelegt.
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Der Stromsensor 53 befindet sich auf der negativen Elektrodenseite der zusammengebauten Batterie 60 und ist an der Stromleitung 70N auf der negativen Elektrodenseite vorgesehen. Der Stromsensor 53 erfasst einen Strom I der zusammengesetzten Batterie 60.
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Der Spannungssensor 110 erfasst die Spannung V jeder Sekundärbatterie 62 und die Gesamtspannung der zusammengesetzten Batterie 60. Die Gesamtspannung der zusammengesetzten Batterie 60 ist die Gesamtspannung der vier Sekundärbatterien 62.
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Der Temperatursensor 111 ist in einer oder zwei der Sekundärbatterien 62 vorgesehen, erfasst die Temperatur der Sekundärbatterie 62 und gibt die Temperatur an den Verwaltungsabschnitt 130 aus.
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Der Stromkreisunterbrecher 55 befindet sich an der negativen Elektrode der zusammengebauten Batterie 60 und ist in der Stromleitung 70N der negativen Elektrode vorgesehen. Der Unterbrecher 55 umfasst einen Lade-FET (Feldeffekttransistor) 55A und einen Entlade-FET 55B. Der Lade-FET 55A und der Entlade-FET 55B sind Leistungshalbleiterschalter, genauer gesagt N-Kanal-Feldeffekttransistoren (FETs). Die Source-Gebiete S des Lade-FET 55A und des Entlade-FET 55B sind Bezugsanschlüsse. Die Gates G des Lade-FET 55A und des Entlade-FET 55B sind Steueranschlüsse. Die Drain-Gebiete D des Lade-FET 55A und des Entlade-FET 55B sind Verbindungsanschlüsse.
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Im Lade-FET 55A ist das Source-Gebiet S mit der negativen Elektrode der zusammengebauten Batterie 60 verbunden. Das Source-Gebiet S des Entlade-FET 55B ist mit dem negativen externen Anschluss 52 verbunden. Der Lade-FET 55A und der Entlade-FET 55B sind durch die miteinander verbundenen Drain-Gebiete D Rücken an Rücken verbunden.
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Der Lade-FET 55A enthält eine parasitäre Diode 56A. Die Durchlassrichtung der parasitären Diode 56A ist die gleiche wie die Entladungsrichtung. Der Entlade-FET 55B enthält eine parasitäre Diode 56B. Die Durchlassrichtung der parasitären Diode 56B ist die gleiche wie die Laderichtung.
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Da das Source-Gebiet S des Entlade-FETs 55B mit dem negativen externen Anschluss 52 verbunden ist, ist die Masse G2 ein Bezugspotenzial. Beim Lade-FET 55A ist das Source-Gebiet S mit der negativen Elektrode der zusammengesetzten Batterie 60 verbunden. Da die negative Elektrode der eingebauten Batterie 60 mit der Signalmasse G1 der Leiterplatte 100 verbunden ist, ist die Signalmasse G1 ein Bezugspotenzial im Lade-FET 55A.
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Der Lade-FET 55A wird durch Anlegen einer Spannung mit H-Pegel an das Gate G eingeschaltet und durch Anlegen einer Spannung mit L-Pegel an das Gate G ausgeschaltet. Das Gleiche gilt für den Entlade-FET 55B.
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Der Verwaltungsabschnitt 130 wird durch die von der Sekundärbatterie 62 zugeführte Energie betrieben und umfasst eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) 131, einen Festwertspeicher (ROM) 132 und einen Direktzugriffsspeicher (RAM) 133. Die Betriebsspannung des Verwaltungsabschnitts 130 beträgt 5 V. Der Verwaltungsabschnitt 130 verwaltet die Batterie 50 auf der Grundlage der Ausgaben des Spannungssensors 110, des Stromsensors 53 und des Temperatursensors 111. In einem normalen Zustand legt der Verwaltungsabschnitt 130 eine H-Pegel-Spannung an jedes Gate G des Lade-FET 55A und das Gate G des Entlade-FET 55B an, um den Lade-FET 55A und den Entlade-FET 55B einzuschalten. Wenn sowohl der Lade-FET 55A als auch der Entlade-FET 55B eingeschaltet sind, kann die zusammengesetzte Batterie 60 sowohl laden als auch entladen.
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Der Regler 42 ist eine Schaltung, die eine von der Sekundärbatterie 62 zugeführte Spannung von 12 V auf 5 V reduziert, die die Betriebsspannung des Verwaltungsabschnitts 130 ist. Der Regler 42 ist in einer Stromleitung 120 vorgesehen, die den Strom der Sekundärbatterie 62 an den Verwaltungsabschnitt 130 liefert. Die Stromleitung 120 zweigt von der Stromleitung 70P ab. Wenn die Betriebsspannung des Verwaltungsabschnitts 130 12 V beträgt oder wenn das Verwaltungsabschnitt 130 selbst einen Regler enthält, ist der Regler 42 nicht erforderlich.
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Die Diode 40 ist zwischen dem Regler 42 und der zusammengesetzten Batterie 60 in der Stromleitung 120 vorgesehen. Ein Strom fließt durch die Diode 40 in Richtung von der Sekundärbatterie 62 zum Verwaltungsabschnitt 130. Die Diode 40 verhindert, dass die Spannung des Kondensators 41 sinkt, wenn die Spannung der Batterie 60 abnimmt.
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Der Kondensator 41 ist in einer Stromleitung 121 vorgesehen, die zwischen der Diode 40 und dem Regler 42 in der Stromleitung 120 abzweigt. Der Kondensator 41 wird von der eingebauten Batterie 60 mit 12 V geladen, und wenn die Gesamtspannung der eingebauten Batterie 60 niedriger wird als die Spannung des Kondensators 41, wird dem Verwaltungsabschnitt 130 vorübergehend eine Spannung von 5 V oder mehr zugeführt.
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Die Zeit, während der der Kondensator 41 vorübergehend Strom an den Verwaltungsabschnitt 130 liefert, kann beliebig gewählt werden, aber wenn die Zeit, während der der Strom zugeführt wird, lang ist, ist es notwendig, die Kapazität des Kondensators 41 zu erhöhen. So liegt die Zeit, während der Strom zugeführt wird, wünschenswert innerhalb von zehn Sekunden, und noch wünschenswerter innerhalb von fünf Sekunden. Wenn die Zeit, in der die momentane Stromunterbrechung andauert, weniger als eine Sekunde beträgt, kann die Zeit, in der der Kondensator 41 Strom liefert, innerhalb einer Sekunde liegen.
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(3) Verarbeitung durch den Verwaltungsabschnitt
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Von den durch den Verwaltungsabschnitt 130 ausgeführten Verarbeitungen werden die SOC-Schätzung, der Überladungs-/Überentladungsschutz und der Überstromschutz beschrieben.
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(3-1) Verarbeitung der SOC-Schätzung
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Die SOC-Schätzung ist die Schätzung des Ladezustands der Sekundärbatterie 62 durch das Stromintegrationsverfahren. Das Stromintegrationsverfahren ist ein Verfahren, bei dem die in die Sekundärbatterie 62 hineinfließende und aus ihr herausfließende Energiemenge durch Messen des Lade-/Entladestroms der Sekundärbatterie 62 in vorbestimmten Zeitintervallen mit dem Stromsensor 53 gemessen und dann zu der Anfangskapazität addiert oder von ihr subtrahiert wird, um den SOC zu schätzen.
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Das Stromintegrationsverfahren hat den Vorteil, dass der SOC auch dann geschätzt werden kann, wenn die Sekundärbatterie 62 in Gebrauch ist, aber der Stromsensor 53 misst immer den Strom und integriert den Lade-/Entladestrombetrag, so dass sich der Messfehler des Stromsensors 53 akkumulieren und zunehmend ungenauer werden kann. Daher kann der Verwaltungsabschnitt 130 den SOC zurücksetzen, der durch das Stromintegrationsverfahren auf der Grundlage der Leerlaufspannung (OCV) der Sekundärbatterie 62 geschätzt wird.
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Insbesondere besteht eine relativ genaue Korrelation zwischen dem OCV und dem SOC, so dass der SOC anhand des OCV geschätzt werden kann und der durch das aktuelle Integrationsverfahren geschätzte SOC auf den anhand des OCV geschätzten SOC zurückgesetzt werden kann.
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Die OCV ist nicht auf eine Spannung in einem Zustand beschränkt, in dem der Stromkreis offen ist. Die OCV kann beispielsweise eine Spannung sein, wenn der Stromwert des durch die Sekundärbatterie 62 fließenden Stroms geringer ist als ein winziger Bezugswert.
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(3-2) Verarbeitung des Überladungs- und Überentladungsschutzes
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Die Überladungs-/Überentladungsschutzverarbeitung ist eine Verarbeitung zum Schutz der Sekundärbatterie 62 vor Überladung durch Abschalten des Lade-FET 55A, wenn der SOC gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert wird, und ist eine Verarbeitung zum Schutz der Sekundärbatterie 62 vor Überentladung durch Abschalten des Entladungs-FET 55B, wenn der SOC gleich oder kleiner als ein vorbestimmter unterer Grenzwert wird.
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(3-3) Verarbeitung des Überstromschutzes
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Die Überstromschutzverarbeitung ist eine Verarbeitung zum Schutz der Sekundärbatterie 62 vor einem großen Strom durch Abschalten des Entlade-FET 55B, wenn ein großer Strom durch die Sekundärbatterie 62 aufgrund eines externen Kurzschlusses fließt. Insbesondere erfasst der Verwaltungsabschnitt 130 einen Stromwert in vorgegebenen Zeitintervallen mit dem Stromsensor 53 und schaltet den Entlade-FET 55B aus, wenn ein Stromwert gleich oder größer als ein vorgegebener Wert erfasst wird. Der vorbestimmte Wert ist ein Wert, der größer ist als ein Stromwert eines großen Stroms, der zum Zeitpunkt des Motorstarts fließt.
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(4) Betrieb des Kondensators
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Im Folgenden wird die Funktionsweise des Kondensators 41 unter Bezugnahme auf 7 beschrieben. Wenn die Batterie 60 mit hoher Geschwindigkeit geladen und entladen wird, kann beim Anlassen des Motors vorübergehend ein großer Strom fließen, so dass die Gesamtspannung auf weniger als 5 V sinken kann. Wenn die Gesamtspannung der Batterie 60 auf weniger als 5 V sinkt, wird die Gesamtspannung der Batterie 60 niedriger als die Spannung des Kondensators 41, und daher wird vorübergehend Strom vom Kondensator 41 an das Verwaltungsabschnitt 130 zugeführt.
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Da die Gesamtspannung der eingebauten Batterie 60 beim Anlassen des Motors vorübergehend auf weniger als 5 V abfällt, wird das Verwaltungsabschnitt 130 von der eingebauten Batterie 60 mit Strom versorgt, wenn sich die Spannung der eingebauten Batterie 60 danach wieder erholt. Daher arbeitet das Verwaltungsabschnitt 130 auch dann weiter, wenn die Gesamtspannung der zusammengesetzten Batterie 60 zum Zeitpunkt des Motorstarts vorübergehend auf weniger als 5 V sinkt. Mit anderen Worten, die oben beschriebene SOC-Schätzung und der Überladungs-/Überentladungsschutz werden fortlaufend ausgeführt.
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Wenn die zusammengesetzte Batterie 60 mit hoher Geschwindigkeit geladen und entladen wird, kann die Gesamtspannung der zusammengesetzten Batterie 60 aufgrund eines großen Stromflusses auf weniger als 5 V abfallen, selbst wenn ein externer Kurzschluss auftritt. Selbst wenn die Gesamtspannung der zusammengesetzten Batterie 60 aufgrund eines externen Kurzschlusses auf weniger als 5 V abfällt, wird das Verwaltungsabschnitt 130 vorübergehend vom Kondensator 41 mit Strom versorgt.
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Der Grund, warum Strom vom Kondensator 41 dem Verwaltungsabschnitt 130 zugeführt wird, wenn ein externer Kurzschluss auftritt, ist, dass der Verwaltungsabschnitt 130 vorübergehend verwendet werden muss, um die oben beschriebene Überstromschutzverarbeitung durchzuführen. Insbesondere, wenn ein großer Strom aufgrund eines externen Kurzschlusses fließt, wird der Stromwert gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert, so dass der Verwaltungsabschnitt 130, der durch die vom Kondensator 41 zugeführte Energie betrieben wird, erkennt, dass der Stromwert gleich oder größer als der vorbestimmte Wert ist, und schaltet den Entlade-FET 55B aus. Dadurch wird die Sekundärbatterie 62 vor einem großen Strom aufgrund eines externen Kurzschlusses geschützt. Danach, wenn der Kondensator 41 keinen Strom mehr zuführt, stellt der Verwaltungsabschnitt 130 seinen Betrieb ein.
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(5) Effekte der Ausführungsform
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Laut BMU 101 ist die Ersatzstromquelle (Kondensator 41) vorgesehen, und wenn die Spannung der zusammengesetzten Batterie 60 niedriger wird als die Spannung der Ersatzstromquelle, wird der Verwaltungsabschnitt 130 von der Ersatzstromquelle mit Strom versorgt. Dies kann eine sofortige Stromunterbrechung verhindern. Somit ist es möglich, in der BMU 101, die mit der von der Sekundärbatterie 62 des Zweirads zugeführten Energie betrieben wird, selbst wenn die Kapazität der Sekundärbatterie 62 klein ist, die Unterbrechung des Betriebs der BMU 101 aufgrund der sofortigen Stromunterbrechung durch den vorübergehenden großen Strom zu verhindern.
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Wenn die Temperatur der Sekundärbatterie 62 niedrig ist, ist eine sofortige Stromunterbrechung aufgrund eines Anstiegs des Innenwiderstands wahrscheinlich. Gemäß der BMU 101 kann eine sofortige Stromunterbrechung verhindert werden, so dass die BMU 101 besonders nützlich ist, wenn sie bei einer niedrigen Temperatur verwendet wird, wenn der Innenwiderstand der Sekundärbatterie 62 hoch ist, oder in einem Zustand, in dem sich der Innenwiderstand der Sekundärbatterie 62 stark verschlechtert hat.
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Da die Ersatzstromquelle in der BMU 101 der Sekundärbatterie 62 für ein zweirädriges Fahrzeug vorgesehen ist, in der eine momentane Stromunterbrechung leicht auftritt, kann die momentane Stromunterbrechung in der Sekundärbatterie 62 für ein zweirädriges Fahrzeug verhindert werden.
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Im Allgemeinen hat die BMU 101 der Sekundärbatterie 62 für ein zweirädriges Fahrzeug eine niedrige Betriebsspannung im Vergleich zur BMU der Sekundärbatterie 62 für ein vierrädriges Fahrzeug, und daher kann die Kapazität der Ersatzstromquelle ebenfalls gering sein. Daher besteht auch der Vorteil, dass eine sofortige Stromunterbrechung zu geringen Kosten verhindert werden kann, verglichen mit einem Fall, in dem die Ersatzstromquelle in der BMU der Sekundärbatterie 62 für ein vierrädriges Fahrzeug vorgesehen ist.
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Gemäß der BMU 101 versorgt die Ersatzstromquelle den Verwaltungsabschnitt 130 vorübergehend mit Strom, so dass die Herstellungskosten der BMU 101 im Vergleich zur Verwendung einer Ersatzstromquelle, die über einen längeren Zeitraum Strom liefern kann, niedrig gehalten werden können.
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Bei der BMU 101 ist die Ersatzstromquelle ein Kondensator 41, der von der Sekundärbatterie 62 geladen wird. Im Allgemeinen sind die Kosten für den Kondensator gering, so dass es möglich ist, eine Ersatzstromquelle zu schaffen, die den Verwaltungsabschnitt vorübergehend mit Strom versorgt.
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Wenn die Spannung der Energiespeichervorrichtung niedriger wird als die Spannung des Kondensators 41, liefert der Kondensator 41 automatisch Strom an den Verwaltungsabschnitt 130, so dass die Softwaresteuerung nicht erforderlich ist. Daher besteht auch der Vorteil, dass die Verarbeitung des Verwaltungsabschnitts 130 vereinfacht wird. Wenn der Kondensator 41 verwendet wird, kann die sofortige Stromunterbrechung nur durch die Hardware bewältigt werden, wodurch auch der Vorteil auftritt, dass die sofortige Stromunterbrechung im Vergleich zur Softwaresteuerung schnell bewältigt werden kann.
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Die Verwendung des Kondensators 41 hat auch den Vorteil, dass gleichzeitig das Rauschen beseitigt werden kann.
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Gemäß der BMU 101 schaltet der Verwaltungsabschnitt 130, der vom Kondensator 41 mit Strom versorgt wird, den Entlade-FET 55B aus, selbst wenn die Spannung der zusammengesetzten Batterie 60 aufgrund des externen Kurzschlusses abfällt, wodurch die Sekundärbatterie 62 davor geschützt werden kann, dass sie aufgrund eines externen Kurzschlusses nicht in der Lage ist, die Entladung eines großen Stroms zu steuern.
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<Andere Ausführungsformen>
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Die Technik, die in der vorliegenden Beschreibung offenbart wird, ist nicht auf die Ausführungsform beschränkt, die unter Bezugnahme auf die obige Beschreibung und die Zeichnungen beschrieben wird, und zum Beispiel sind die folgenden Ausführungsformen auch in dem technischen Umfang enthalten, der in der vorliegenden Beschreibung offenbart wird.
- (1) In der obigen Ausführungsform wurde der Kondensator 41 als ein Beispiel für die Ersatzstromquelle beschrieben, aber die Ersatzstromquelle ist nicht darauf beschränkt. Die Ersatzstromquelle kann beispielsweise eine Primärbatterie wie eine Knopfbatterie sein (ein Beispiel für eine Ersatzstromquelle, die für eine bestimmte Zeit Strom zuführen kann).
- (2) In der obigen Ausführungsform wurde der Fall, in dem der Kondensator 41 zwischen der Sekundärbatterie 62 und dem Regler 42 vorgesehen ist, als Beispiel beschrieben, aber der Kondensator 41 kann auch zwischen dem Regler 42 und dem Verwaltungsabschnitt 130 vorgesehen sein. Wenn die Ersatzstromquelle zwischen dem Regler 42 und dem Verwaltungsabschnitt 130 vorgesehen ist, wird die Spannung durch den Regler 42 gesenkt, so dass die Kapazität des Kondensators 41 im Vergleich zu dem Fall, in dem der Kondensator 41 zwischen der Sekundärbatterie 62 und dem Regler 42 vorgesehen ist, reduziert werden kann. Daher kann eine sofortige Stromunterbrechung zu geringeren Kosten verhindert werden.
- (3) In der obigen Ausführungsform wurde die Sekundärbatterie 62 für ein zweirädriges Fahrzeug als Beispiel für die Sekundärbatterie beschrieben, die zum Aktivieren der Antriebsquelle verwendet wird, aber die Sekundärbatterie, die zum Starten der Antriebsquelle verwendet wird, ist nicht darauf beschränkt. Beispielsweise enthält ein Elektrofahrzeug, ein Hybridfahrzeug oder ähnliches eine Antriebsbatterie zur Versorgung eines Elektromotors, der eine Antriebsquelle des Fahrzeugs ist. Im Allgemeinen wird eine Antriebsbatterie durch die von einer externen Sekundärbatterie zugeführte Energie gestartet und versorgt einen Elektromotor mit Strom. Die zum Starten der Antriebsquelle verwendete Sekundärbatterie kann wie die oben beschriebene externe Sekundärbatterie verwendet werden.
- (4) In der obigen Ausführungsform wurde die Sekundärbatterie 62 als ein Beispiel für eine Energiespeichervorrichtung beschrieben, aber die Energiespeichervorrichtung ist nicht darauf beschränkt. Die Energiespeichervorrichtung kann zum Beispiel ein Kondensator sein, der von einer elektrochemischen Reaktion begleitet wird.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Motorrad
- 41
- Kondensator (Beispiel für eine Ersatzstromquelle)
- 42
- Regler
- 53
- Stromsensor
- 55
- Stromkreisunterbrecher
- 62
- Sekundärbatterie (Beispiel für eine Energiespeichervorrichtung)
- 101
- BMU (Beispiel für eine Verwaltungsvorrichtung)
- 130
- Verwaltungsabschnitt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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