JP2001257011A - 2次電池の昇温時間予測装置 - Google Patents
2次電池の昇温時間予測装置Info
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Abstract
測することができ、2次電池に要求される電力を確実に
供給することができる2次電池の昇温時間予測装置を提
供することにある。 【解決手段】 システムコントローラ61が、2次電池
15から負荷に供給される電圧及び電流に基づいて、2
次電池が放電可能な放電可能出力を演算し、演算された
2次電池の放電可能出力と2次電池の充電量に基づい
て、2次電池が放電可能出力に達するまでの昇温時間を
演算する。
Description
間予測装置に関する。
ては、起動時に、2次電池から所定出力が得られるまで
の2次電池の昇温時間を予測し、その間、2次電池を昇
温するものが知られている。
して、加熱後に所定出力が得られるまでの昇温時間を実
験により求めて、図9に示すようにマップ化しておき、
実際に計測された2次電池の初期の表面温度に基づい
て、このマップを参照して、昇温に必要な時間を演算し
て求めていた。特に、2次電池の温度が均一であれば、
精度良く昇温時間を予測することができるという利点を
有していた。
2次電池の昇温時間予測装置にあっては、昇温時には2
次電池の表面と内部との間に温度差が生じているため、
図9に示すように、2次電池の表面温度から求めた昇温
時間に達しても、2次電池の放電可能出力が所定出力ま
で達したか正確に判断することができないといった問題
があった。
た場合に、セル間に温度バラツキがあり電池の温度が均
一になっていないときには、図9に示すように、精度良
く昇温時間を予測することができないといった問題があ
った。
キーオフから次のキーオンまでの時間が短く、2次電池
の温度が周囲の温度まで均一になっていない場合や、2
次電池の昇温時間が経過したが所定出力が得られず、再
度、昇温するときに2次電池の昇温時間を予測する場合
にも、精度良く昇温時間を予測することができないとい
った問題があった。
その目的としては、精度良く2次電池の昇温時間を予測
することができ、2次電池に要求される電力を確実に供
給することができる2次電池の昇温時間予測装置を提供
することにある。
上記課題を解決するため、2次電池から負荷に供給され
る電圧及び電流を検出する検出手段と、前記検出手段に
より検出された電圧及び電流に基づいて、2次電池が放
電可能な放電可能出力を演算する放電可能出力演算手段
と、前記放電可能出力演算手段により演算された2次電
池の放電可能出力と2次電池の充電量に基づいて、2次
電池が放電可能出力に達するまでの昇温時間を演算する
昇温時間演算手段とを備えたことを要旨とする。
るため、前記2次電池から供給される電力により車輪を
駆動するモータと、前記2次電池または前記モータへ電
力を供給する燃料電池発電システムとを備えた燃料電池
電気自動車であって、前記燃料電池発電システムは、前
記燃料電池に加熱空気を供給するとともに、加熱空気を
前記2次電池に供給して昇温するコンプレッサを備えた
ことを要旨とする。
るため、2次電池の昇温時間から燃料電池発電システム
の起動時間を演算する起動時間演算手段を備えることを
要旨とする。
るため、燃料電池発電システムの起動時間を表示する表
示手段を備えたことを要旨とする。
るため、前記検出手段は、燃料電池発電システムに設け
られたコンプレッサ又は燃焼器を負荷対象とすることを
要旨とする。
池から負荷に供給される電圧及び電流に基づいて、2次
電池が放電可能な放電可能出力を演算し、演算された2
次電池の放電可能出力と2次電池の充電量に基づいて、
2次電池が放電可能出力に達するまでの昇温時間を演算
することで、精度良く2次電池の昇温時間を予測するこ
とができる。この結果、この昇温時間が経過後には2次
電池に要求される電力を確実に供給することができる。
次電池から供給される電力により車輪を駆動するモータ
と、2次電池またはモータへ電力を供給する燃料電池発
電システムとを備えた燃料電池電気自動車であって、燃
料電池発電システムは、燃料電池に加熱空気を供給する
とともに、加熱空気を2次電池に供給して昇温するコン
プレッサを備えたことで、コンプレッサからの加熱空気
を2次電池に供給して2次電池を昇温することができ
る。
次電池の昇温時間から燃料電池発電システムの起動時間
を演算することで、燃料電池発電システムの起動時間を
精度良く予測することができる。この結果、この起動時
間が経過後には燃料電池発電システムを確実に運転する
ことができる。
料電池発電システムの起動時間を表示することで、燃料
電池発電システムの確実な起動時間を報知することがで
きる。この結果、この起動時間が経過後には燃料電池発
電システムを確実に運転することができる。
料電池発電システムに設けられたコンプレッサ又は燃焼
器を負荷対象として2次電池から供給される電圧及び電
流を検出することで、精度良く2次電池の昇温時間を予
測することができる。
を参照して説明する。 (第1の実施の形態)図1は、本発明の第1の実施の形
態に係る2次電池の昇温時間予測装置を、燃料電池車に
適応した場合のシステム構成を示す図である。
池発電システム13と2次電池15を備えており、燃料
電池発電システム13により発電された直流電力はDC
/DCコンバータ17を介して昇圧又は減圧されインバ
ータ19及び2次電池15に供給される。また、燃料電
池発電システム13の起動時で燃料電池が発電可能な状
態にない時には、2次電池15から直流電力がインバー
タ19に供給される。インバータ19は、DC/DCコ
ンバータ17又は2次電池15から供給される直流電力
を例えば3相交流電力に変換してモータ21に出力し、
駆動輪23を駆動させる。
テム13内に設けられたコンプレッサ25、改質器27
に設けられた燃焼器29の加熱ヒータ31にも供給され
る。また、モータ21からの回生電力は、インバータ1
9を介して直流電力に変換され2次電池15へ充電され
る。
サ25、改質器27、燃料電池33、加熱器35から構
成されている。改質器27は、燃料37を改質して水素
ガスを生成する改質部28と、燃料37を空気を用いて
燃焼させる燃焼器29と、燃焼器29の立ち上げ時に燃
焼器29を加熱するヒータ31とから構成されている。
料37は改質器27に設けられた改質部39で水素ガス
に改質され、この水素ガス41が燃料電池33に送られ
る。大気中から吸収された空気43は、コンプレッサ2
5で圧縮され加熱器35へ送られて加熱され、加熱器3
5と燃料電池33との間に設けられたバルブ45により
加熱空気の供給先が切り替えられ、燃料電池33又は2
次電池15へ供給される。
池15に供給された加熱空気は、2次電池15を加熱し
た後に、配管47,49を通り改質器27の燃焼器29
へ送られる。一方、加熱器35からバルブ45を介して
燃料電池33に供給された加熱空気は、燃料電池33を
加熱した後に、配管51,49を通り改質器27の燃焼
器29へ送られる。
は、燃料37を燃焼するために使用され、排気ガス53
となって加熱器35に供給され、加熱器35により排気
ガス53とコンプレッサ25からの空気43が熱交換さ
れて空気を加熱し、排気ガスは大気へ放出される。
改質部39から供給された水素ガスと、加熱器35から
バルブ45を介して供給された加熱空気とにより高電圧
の電力が発電される。また、燃料電池33には、燃料電
池33内の純水の温度を検出する温度センサ63が設け
られている。
を検出する電圧センサ55と、2次電池15の入出力電
流を検出する電流センサ57と、2次電池15の温度を
検出する温度センサ59が取り付けられており、各セン
サにより検出された値は、システムコントローラ61に
出力されている。
サで検出された値に基づいて、2次電池15の充電量S
OC及び放電可能出力が演算される。また、システムコ
ントローラー61は、バルブ54とコンプレッサ25に
制御指令を出力する。なお、システムコントローラ61
は、制御データを記憶するRAMと、制御プログラムを
記憶するROMと、制御プログラムに従って動作するC
PUと、時間を計時するタイマとから構成されており、
燃料電池33の解凍システムの起動時間を報知するため
の表示部65が接続されている。
フローチャートに従って、第1の実施の形態に係る動作
を説明する。なお、図2に示すフローチャートは、シス
テムコントローラ61に設けられたROMにプログラム
として記憶されている。
れた純水は凍結状態となっている。このため、起動時に
燃料電池発電システム13を立ち上げるためには、燃料
電池33内に残された純水を解凍する必要がある。そこ
で、本実施の形態では、2次電池15からコンプレッサ
25に電力を供給してコンプレッサ25に空気を圧縮さ
せて加熱空気を燃料電池33に送り込み、燃料電池33
内に残された凍結状態の純水を解凍するようにしてい
る。
ダにイグニツション・キーが挿入され、スタート位置ま
で回動されると、2次電池15からシステムコントロー
ラ61に電力が供給され、CPUがリセットされてから
起動される。ステップS10では、システムコントロー
ラ61は、改質器27に設けられた燃焼器29を起動す
るためオン制御信号を所定時間だけ燃焼器29に出力
し、図3に示すように、2次電池15からの電力により
燃焼器29を所定時間だけ起動する。
状態にあるかどうかを判断する。すなわち、燃料電池3
3に取り付けた温度センサ63からの温度データが所定
温度以下となり燃料電池33内の純水が凍結状態にある
かどうかを判断する。燃料電池33内の純水が凍結状態
にある場合には解凍システムを起動する必要があるの
で、ステップS30に進み、燃料電池発電システムの起
動を待機する。一方、燃料電池33内の純水が凍結状態
にない場合には解凍システムを起動する必要がないの
で、ステップS120に進む。
5の放電可能出力を演算する。すなわち、コントローラ
61は、パルス波形からなるオフオン制御信号をコンプ
レッサ25に出力し、コンプレッサ25のモータに設け
られたステータコイルにパルス期間分の電力を2次電池
からパルス放電させ、電圧センサ55からの電圧データ
によりパルス放電の前後での総電圧降下を求め、電流セ
ンサ57からのパルス放電時の電流データから現在の2
次電池が放電可能な放電可能出力を求める。すなわち、
コントローラ61は、パルス放電時の電圧データと電流
データとの積から電力データを算出して2次電池15か
ら出力可能な放電可能出力を得る。
5の放電可能出力が解凍システムの起動電力以下かどう
かを判断する。2次電池15の放電可能出力がこの起動
電力以下ではなく必要な電力が2次電池15から得られ
ると判断された場合にはステップS100に進む。一
方、2次電池15から要求電力が得られない場合にはス
テップS50に進む。
ムの起動可能出力が得られるまでの2次電池の昇温時間
を演算し、2次電池の昇温時間と燃料電池の解凍システ
ムの起動時間との合計時間を運転者に報知する。同時
に、タイマによる計時動作を開始する。
温時間の求め方を説明する。まず、2次電池15の充電
量SOCを求める。すなわち、前回キーオフした時点で
内部RAMに記憶させておいた充電量SOCを読み出す
か、または、充電量SOCと電池電圧に相関がある電池
系では、予め充電量SOC−電池電圧の特性グラフをマ
ップとして記憶しておき、現在の電池電圧に対応する充
電量SOCをマップから求める。
充電量SOCに基づいて、図4に示す充電量SOC毎の
放電可能出力−電池温度の特性マップを参照して、現在
の充電量SOCにおいて放電可能電力を出力するのに必
要な電池の温度を演算する。なお、この特性マップは、
2次電池15の台上評価結果により予め作成して内部R
OMに記憶してある。
られた2次電池15の温度に基づいて、図5に示す予め
台上実験により作成しておいた充電量SOC毎の2次電
池温度−昇温時間の特性マップを参照して、要求出力が
取り出せるまでの昇温時間を求める。
25から出力される加熱空気を用いて2次電池を加熱し
て昇温する。すなわち、システムコントローラ61は、
2次電池15からコンプレッサ25に電力を供給してコ
ンプレッサ25に空気を圧縮させて加熱空気をバルブ4
5を介して2次電池15に送り込み、2次電池15の温
度を上昇させるようにしている。
計時データを読み出し、ステップS50で求めておいた
2次電池の昇温時間が経過したかどうかを判断する。2
次電池昇温時間が経過していない場合にはステップS6
0に戻り、処理を繰り返す。
場合にはステップS80へ進み、2次電池15の放電可
能出力を演算する。すなわち、ステップS30と同様
に、2次電池の放電可能出力を求める。
5の放電可能出力が燃料電池33の解凍システムを起動
するのに必要な起動電力以上になったかどうかを判断す
る。ここで、2次電池15の放電可能出力がこの解凍シ
ステムの起動電力以上になっていない場合にはステップ
S50に戻り、再度、加熱時間を演算して、上述した処
理を繰り返す。
電池33の解凍システムを起動するのに必要な起動電力
以上になった場合にはステップS100へ進む。ステッ
プS100では、システムコントローラーは、バルブ4
5を切り替え、同時に、コンプレッサ25の作動条件の
切り替えを行い、燃料電池33の解凍システムを起動す
る。また、ステップS100では、燃料電池33の解凍
システムを起動させ、2次電池33のドライバに燃料電
池33の解凍システムの起動時間を表示部65からドラ
イバに報知する。
33は凍結状態から解凍状態になったかどうかを判断す
る。すなわち、燃料電池33に取り付けた温度センサ6
3からの温度データが所定温度以上となり燃料電池33
内の純水が凍結状態から解凍状態になったかどうかを判
断する。燃料電池33内の純水が凍結状態にある場合に
はステップS100に戻り、上述した処理を繰り返す。
一方、燃料電池33内の純水が解凍状態になった場合に
は解凍システムを終了し、ステップS120に進み、燃
料電池発電システムの起動を待機する。
ステム13を起動するときに2次電池15に要求される
要求電力について説明する。燃焼器29の起動(1)
と、2次電池15の加熱(2)に必要な2次電池15の
電力は、2次電池15自身による昇温なしに出力できる
よう設計してもよい。一方、燃料電池の解凍システムの
起動(3)に必要な2次電池の電力は、2次電池15が
昇温した後に出力できるように設計する。この理由は、
2次電池15が昇温せずに燃料電池の解凍システムを起
動する場合に必要となる電力を2次電池15に要求する
と、2次電池15のサイズが大きくなるためである。
は、2次電池の放電可能出力と図3より得られた2次電
池温度は、電池の平均温度に近い値を演算していること
になるので、昇温時間を精度良く予測できている。
電池から負荷に供給される電圧及び電流に基づいて、2
次電池が放電可能な放電可能出力を演算し、演算された
2次電池の放電可能出力と2次電池の充電量に基づい
て、2次電池が放電可能出力に達するまでの昇温時間を
演算することで、精度良く2次電池の昇温時間を予測す
ることができる。この結果、図6に示すように、この昇
温時間が経過後には2次電池に要求される電力を確実に
供給することができる。
車輪を駆動するモータと、2次電池またはモータへ電力
を供給する燃料電池発電システムとを備えた燃料電池電
気自動車であって、燃料電池発電システムは、燃料電池
に加熱空気を供給するとともに、加熱空気を2次電池に
供給して昇温するコンプレッサを備えたことで、コンプ
レッサからの加熱空気を2次電池に供給して2次電池を
昇温することができる。
発電システムの起動時間を演算することで、燃料電池発
電システムの起動時間を精度良く予測することができ
る。この結果、この起動時間が経過後には燃料電池発電
システムを確実に運転することができる。
表示することで、燃料電池発電システムの確実な起動時
間を報知することができる。この結果、この起動時間が
経過後には燃料電池発電システムを確実に運転すること
ができる。また、燃料電池発電システムに設けられたコ
ンプレッサを負荷対象として2次電池から供給される電
圧及び電流を検出することで、精度良く2次電池の昇温
時間を予測することができる。
は、図1に示す第1の実施の形態に係る2次電池の昇温
時間予測装置を、燃料電池車に適応した場合のシステム
構成と同様であり、その説明を省略することとする。
第2の実施の形態に係る制御動作を説明する。なお、図
7に示すフローチャートは、図2に示すフローチャート
と同様の基本的手順を有しており、同一の手順には同一
の符号を付している。また、図7に示すフローチャート
も、システムコントローラ61の内部ROMに制御プロ
グラムとして記憶されている。
は、第1の実施の形態において説明した内容と同様なの
で、その説明を省略する。ステップS210では、2次
電池15の放電可能出力の演算を、ステップS10での
燃焼器29の起動時に行うようにしている。すなわち、
コントローラ61は、燃焼器29の起動時に、電圧セン
サ55からの電圧データによりこの起動前後での総電圧
降下を求め、電流センサ57からの電流データに基づい
て、2次電池の放電可能出力を求める。
ルスをコンプレッサ25に出力する必要がなく、2次電
池15の電力エネルギを使用せずに済み、燃料電池発電
システム起動時の2次電池15のエネルギが少なくて済
むという効果がある。
解凍システムの起動電力が得られない場合は、ステップ
S220に進み、上述したステップS30と同様に、2
次電池15の放電可能出力を演算してステップS50へ
戻るようにしている。
電池発電システムに設けられた燃焼器を負荷対象として
2次電池から供給される電圧及び電流を検出すること
で、精度良く2次電池の昇温時間を予測することができ
る。
は、図1に示す第1の実施の形態に係る2次電池の昇温
時間予測装置を、燃料電池車に適応した場合のシステム
構成と同様であり、その説明を省略することとする。
示すように、2次電池15の昇温時には加熱空気を2次
電池15へ送るため、コンプレッサ25に2次電池15
からの電力を供給し、この2次電池15の放電時に2次
電池の放電可能出力を演算し、2次電池の昇温時間より
早く所定出力が得られる場合には、燃料電池の解凍シス
テムを起動するようにし、一方、2次電池の昇温時間を
経過しても所定出力が得られない場合には、燃料電池の
解凍システムを起動せずに2次電池から所定出力が得ら
れるまで2次電池の昇温を続けることにある。
第3の実施の形態に係る制御動作を説明する。なお、図
8に示すフローチャートは、図2に示すフローチャート
と同様の基本的手順を有しており、同一の手順には同一
の符号を付している。また、図8に示すフローチャート
も、システムコントローラ61の内部ROMに制御プロ
グラムとして記憶されている。
は、第1の実施の形態において説明した内容と同様なの
で、その説明を省略する。ステップS60での2次電池
15の昇温時に、ステップS310では、上述したよう
に、2次電池15からコンプレッサ25へ電力を供給す
ることにより、2次電池の放電可能出力を演算する。
15の放電可能出力が燃料電池の解凍システムの起動電
力以上かどうかを判断し、放電可能出力が燃料電池の解
凍システムの起動電力以上になった場合にはステップS
340へ進む。そして、ステップS340では、上述し
たように、2次電池15の放電可能出力を演算を行う。
15の放電可能出力が燃料電池の解凍システムの起動電
力以上あるかどうかを判断する。放電可能出力が燃料電
池の解凍システムの起動電力以上ある場合には、ステッ
プS100へ進み、燃料電池の解凍システムを起動す
る。一方、ステップS350において、2次電池の放電
可能出力が燃料電池の解凍システムの起動電力以下の場
合にはステップS60へ戻り、2次電池15の加熱を継
続する。
電池の放電可能出力が燃料電池の解凍システムの起動電
力以下の場合にはステップS70へ進み、2次電池15
の昇温時間が経過したかを判断し、昇温時間が経過して
いない場合にはステップS60へ戻り、再度、2次電池
の昇温動作を継続する。
ップS80に進み、上述したように、パルス放電により
2次電池の放電可能出力を演算する。ここで、ステップ
S90では、2次電池の放電可能出力が燃料電池の解凍
システムの起動電力以上かどうかを判断する。そして、
放電可能出力が燃料電池の解凍システムの起動電力以下
の場合にはステップS50へ戻り、再度、2次電池の昇
温時間を演算し、2次電池15を加熱する。
の放電可能出力が燃料電池の解凍システムの起動電力以
上になった場合には、ステップS100へ進み、燃料電
池の解凍システムを起動する。
は、燃料電池発電システムに設けられたコンプレッサを
負荷対象として2次電池から供給される電圧及び電流を
検出することで、精度良く2次電池の昇温時間を予測す
ることができる。
時間内に燃料電池の解凍システムの起動電力が得られる
場合には、燃料電池の解凍システムを起動するので、ド
ライバを少しでも待たせないようにすることができる。
なお、上述した第1乃至第3の実施の形態では、燃料電
池の発電システムの起動時を例に上げて説明したが、2
次電池を昇温して使用するときに適用できることは、言
うまでもない。
温時間予測装置を、燃料電池車に適応した場合のシステ
ム構成を示す図である。
フローチャートである。
池に要求される要求電力を示す図である。
性マップを示す図である。
性マップを示す図である。
である。
フローチャートである。
フローチャートである。
示す図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 2次電池から負荷に供給される電圧及び
電流を検出する検出手段と、 前記検出手段により検出された電圧及び電流に基づい
て、2次電池が放電可能な放電可能出力を演算する放電
可能出力演算手段と、 前記放電可能出力演算手段により演算された2次電池の
放電可能出力と2次電池の充電量に基づいて、2次電池
が放電可能出力に達するまでの昇温時間を演算する昇温
時間演算手段とを備えたことを特徴とする2次電池の昇
温時間予測装置。 - 【請求項2】 前記2次電池から供給される電力により
車輪を駆動するモータと、 前記2次電池または前記モータへ電力を供給する燃料電
池発電システムとを備えた燃料電池電気自動車であっ
て、 前記燃料電池発電システムは、 前記燃料電池に加熱空気を供給するとともに、加熱空気
を前記2次電池に供給して昇温するコンプレッサを備え
たことを特徴とする請求項1記載の2次電池の昇温時間
予測装置。 - 【請求項3】 2次電池の昇温時間から燃料電池発電シ
ステムの起動時間を演算する起動時間演算手段を備える
ことを特徴とする請求項2記載の2次電池の昇温時間予
測装置。 - 【請求項4】 燃料電池発電システムの起動時間を表示
する表示手段を備えたことを特徴とする請求項3記載の
2次電池の昇温時間予測装置。 - 【請求項5】 前記検出手段は、 燃料電池発電システムに設けられたコンプレッサ又は燃
焼器を負荷対象とすることを特徴とする請求項2記載の
2次電池の昇温時間予測装置。
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