JP2009140771A - Battery device, and on-board load control system including the battery device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、充電可能な二次電池を備えた電池装置に関する。特に小型化、軽量化が求められる場合、低温でも二次電池からの出力を向上させることができる電池装置及び該電池装置を含む車載負荷制御システムに関する。 The present invention relates to a battery device including a rechargeable secondary battery. In particular, when a reduction in size and weight is required, the present invention relates to a battery device capable of improving the output from a secondary battery even at a low temperature and an in-vehicle load control system including the battery device.
大容量、高電圧の充電可能な二次電池を長期間にわたって繰り返し使用することが求められる。二次電池は温度による特性を有しており、低温度では出力が低下し、高温では出力が維持されるものの寿命が短縮される可能性が高くなる。 It is required to repeatedly use a large-capacity, high-voltage rechargeable secondary battery over a long period of time. The secondary battery has characteristics depending on temperature. The output decreases at a low temperature, and the output is maintained at a high temperature, but the possibility that the lifetime is shortened increases.
特許文献1には、二次電池からの出力を維持するために、電池の内部インピーダンス及びエントロピー吸発熱項から算出される発熱量を用い、電池の温度を高精度に制御する技術が開示されている。
特許文献1に開示された技術により、電池の温度を一定の範囲に高精度に維持することは可能である。しかしながら、電池装置の小型化、軽量化がより一層求められる場合、ヒーターを用いる構成ではヒーター自体及びヒーターへの電力供給手段の重量が問題となる場合がある。 With the technique disclosed in Patent Document 1, it is possible to maintain the temperature of the battery within a certain range with high accuracy. However, when the battery device is required to be further reduced in size and weight, in the configuration using the heater, the weight of the heater itself and the power supply means to the heater may be a problem.
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、低温時には自身の発熱量によって自身の温度を調整する構成とすることにより、特に小型化、軽量化が求められる場合でもヒーター等の加熱冷却手段を備えることなしに、低温時の二次電池からの出力を向上させることができる電池装置及び該電池装置を含む車載負荷制御システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and is configured to adjust its own temperature by its own calorific value at low temperatures, so that heating and cooling of a heater or the like can be achieved even when miniaturization and weight reduction are particularly required. It is an object of the present invention to provide a battery device capable of improving the output from a secondary battery at a low temperature without providing a means, and an in-vehicle load control system including the battery device.
また、本発明の他の目的は、二次電池の動作状態を更に測定して制御に用いる構成とすることにより、加熱冷却手段を備えることなしに、低温時の二次電池からの出力をより向上させることができる電池装置及び該電池装置を含む車載負荷制御システムを提供することにある。 Another object of the present invention is to further increase the output from the secondary battery at low temperatures without providing a heating and cooling means by further measuring the operating state of the secondary battery and using it for control. An object of the present invention is to provide a battery device that can be improved and an in-vehicle load control system including the battery device.
第1発明に係る電池装置は、複数の負荷の電力供給源となり、充電が可能な二次電池と、該二次電池の充放電を制御する制御手段とを備える電池装置において、前記二次電池の温度を測定する測定手段を更に備え、前記制御手段は、前記測定手段が測定した温度が所定値以下である場合に、前記複数の負荷の内の特定の負荷へ給電すべく放電させるようにしてあることを特徴とする。 A battery device according to a first aspect of the present invention is a battery device comprising a secondary battery that is a power supply source for a plurality of loads and that can be charged, and a control unit that controls charging and discharging of the secondary battery. And measuring means for measuring the temperature of the plurality of loads when the temperature measured by the measuring means is equal to or lower than a predetermined value to discharge power to a specific load among the plurality of loads. It is characterized by being.
第2発明に係る電池装置は、前記測定手段は、前記二次電池における電圧及び/又は電流を測定する手段を更に備え、前記制御手段は、前記測定手段が測定した温度と、電圧及び/又は電流の値とに基づいて充放電を制御するようにしてあることを特徴とする。 In the battery device according to a second aspect of the present invention, the measuring means further includes means for measuring a voltage and / or current in the secondary battery, and the control means includes the temperature measured by the measuring means, the voltage and / or Charging / discharging is controlled based on the current value.
第3発明に係る車載負荷制御システムは、車両に搭載された複数の負荷と、該負荷への給電を制御する車載負荷制御装置と、前記負荷への電力供給源となる第1又は第2発明に記載の電池装置とを含み、該電池装置が備える測定手段が測定した温度が所定値以下である場合、前記電池装置の制御手段は、特定の負荷への給電を制御する車載負荷制御装置へ給電させる制御信号を出力するようにしてあることを特徴とする。 An on-vehicle load control system according to a third aspect of the invention is a first or second aspect of the invention that serves as a plurality of loads mounted on a vehicle, an on-vehicle load control device that controls power feeding to the loads, and a power supply source to the load. When the temperature measured by the measurement means provided in the battery device is equal to or lower than a predetermined value, the control means of the battery device is directed to an in-vehicle load control device that controls power supply to a specific load. A control signal for feeding power is output.
本発明では、複数の負荷への電力供給源となる二次電池の温度が測定手段により測定され、測定された温度が所定値以下である場合には、複数の負荷の内の特定の負荷へ電力が供給されるべく二次電池は放電され、特定の負荷へ給電される。二次電池では自身の発熱によって温度が上昇する。なお、放電により給電される特定の負荷として、給電が開始されて動作しても問題のない負荷又は動作するべき負荷を選択することが望ましい。 In the present invention, the temperature of the secondary battery serving as a power supply source to the plurality of loads is measured by the measuring unit, and when the measured temperature is equal to or lower than the predetermined value, the specific load among the plurality of loads is transferred. The secondary battery is discharged to supply power, and is supplied to a specific load. In a secondary battery, the temperature rises due to its own heat generation. It should be noted that it is desirable to select a load that does not cause a problem even if power supply is started and operates as a specific load that is fed by discharge.
本発明では、測定された二次電池の電流及び電圧の内のいずれか又は両方による二次電池での動作状態と、二次電池の温度とに基づき総合的に判断されて二次電池の充放電が制御される。 In the present invention, the charge of the secondary battery is determined comprehensively based on the operating state of the secondary battery by either or both of the measured current and voltage of the secondary battery and the temperature of the secondary battery. Discharge is controlled.
本発明による場合、ヒーター等の加熱冷却手段を備えることなしに自身の発熱により温度を上昇させることができるので、車両に搭載される場合等の小型化、軽量化が特に求められる場合、低温時での二次電池からの出力を向上させることができる。 In the case of the present invention, the temperature can be raised by its own heat generation without providing a heating / cooling means such as a heater. Therefore, when it is particularly required to reduce the size and weight when mounted on a vehicle, The output from the secondary battery can be improved.
本発明による場合、二次電池で測定される温度のみならず、電圧値、電流値等の動作状態を考慮して充放電を制御するので、二次電池からの出力を更に最適に維持することができる。 In the case of the present invention, charge / discharge is controlled in consideration of not only the temperature measured by the secondary battery but also the operating state such as voltage value and current value, so that the output from the secondary battery can be maintained more optimally. Can do.
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。 Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to the drawings showing embodiments thereof.
本実施の形態では、本発明に係る電池装置を車載電源システムの補助電源系として用い、補助電源系を電力供給源とする車載負荷の駆動状態に応じて二次電池からの出力を最適化し、二次電池の高寿命化を図ることができる車載電源システムを実現する例を挙げて説明する。 In the present embodiment, the battery device according to the present invention is used as an auxiliary power supply system of an in-vehicle power supply system, and the output from the secondary battery is optimized according to the driving state of the in-vehicle load using the auxiliary power supply system as a power supply source. An example of realizing an in-vehicle power supply system capable of extending the life of a secondary battery will be described.
図1は、本実施の形態における車載電源システムの構成を示す構成図である。車載電源システムは、主電源系1と補助電源系2とで構成されている。主電源系1は、鉛電池を利用した二次電池10と、エンジンから動力を得て発電し、主電源系1の二次電池10へ蓄電するオルタネータ11とで構成される。補助電源系2は、リチウムイオン電池を利用した二次電池20と、主電源系1からの電力を受けて二次電池20へ充電するDCDCコンバータ21と、二次電池20における電圧、電流及び温度を計測する電池状態センサ22と、二次電池20の充放電を制御する電池制御部23と、補助電源系2を電力供給源とする車載負荷3への電力供給のオン・オフを切り替えるリレー24とで構成される。
FIG. 1 is a configuration diagram showing the configuration of the in-vehicle power supply system according to the present embodiment. The in-vehicle power supply system includes a main power supply system 1 and an auxiliary
車載電源システムは車両に搭載されている複数の車載負荷3夫々に接続されて電力を供給する。車載電源システムと各車載負荷3とは、複数の電源線、信号線及びシールドからなるハーネスによって接続されている。図1中における各構成部を接続する実線は、電源線を示し、破線は信号線を示している。
The in-vehicle power supply system is connected to each of a plurality of in-
複数の車載負荷3の内の一部の車載負荷3は、リレー24及びハーネスを介して電源線により補助電源系2に接続されており、補助電源系2からの電力の供給を受けて作動する。補助電源系2からの電力の供給を受ける車載負荷3は、車載負荷ECU(電子制御装置;Electronic Control Unit)4と信号線で接続され、動作のオン・オフが制御される。
Some of the in-
車載負荷ECU4は、図示しないスイッチ、又は他の車載負荷ECU4からの信号に基づいて車載負荷3の動作を制御する。そして、電池制御部23からも車載負荷3の動作のオン・オフを指示する制御信号を受け付け、制御信号に従って車載負荷3の動作を制御する。なお、車載負荷3の動作状態を示す信号を補助電源系2の電池制御部23へ出力する機能を有していてもよい。
The in-
補助電源系2のDCDCコンバータ21は、主電源系1と、補助電源系2の二次電池20とに電源線で接続されている。またDCDCコンバータ21は電池制御部23に信号線で接続され、電池制御部23からの制御信号に従って主電源系1からの電力の供給を受け、電圧を変換して補助電源系2の二次電池20を充電するように動作する。
The DCDC converter 21 of the auxiliary
補助電源系2の二次電池20の出力電圧は、主電源系1の鉛電池を利用した二次電池10の出力電圧の12ボルトよりも高く、例えば42ボルトとする。これにより、多くの電力供給を短時間に必要とする車載負荷3を動作させることが可能となる。高出力が実現され、電流量を少なくすることができるので、補助電源系2からの電力の供給を受ける各車載負荷3へ接続されるハーネスに含まれる電源線の径を小さくすることが可能となり、ハーネスの軽量化及び車両全体の軽量化を図ることができる。
The output voltage of the
多くの電力供給を必要として補助電源系2からの電力供給を受ける車載負荷3の例として、短時間で温まるシートヒーター、ステアリングヒーター、寒冷地用に特に使用されるエンジン始動直後の暖房性能を向上させるためのPTC(Positive Temperature Coefficient)ヒーター、ウィンドシールドのデフォッガ、デアイサ、ディーゼルエンジン用グロープラグ、電気的に制御する電動スタビライザー、電動サスペンション等が挙げられる。
As an example of an in-
電池状態センサ22は、サーミスタ等の温度センサを含み温度に対応する測定値を出力する。電池状態センサ22は電池制御部23に信号線で接続されており、温度の測定値を電池制御部23へ出力する。
The
電池制御部23は、DCDCコンバータ21に信号線で接続されており、DCDCコンバータ21へ主電源系1からの電力の供給による充電を制御する制御信号を出力する。制御信号はオン・オフを表わす信号で構成してもよいし、出力電圧で充電のオン・オフを制御する信号で構成してもよい。なお電池制御部23は、図示しないイグニッションスイッチに信号線で接続されており、車両の状態、即ちアクセサリー電源オン状態、エンジンスタート状態を区別することが可能である。他に、車輪速センサから出力される車輪速の測定値を取得することが可能な構成とし、車両の状態として走行状態を区別することが可能としてもよい。そして電池制御部23は信号線でリレー24に接続されており、車載負荷3への電力供給のオン・オフを制御する。
The
また、電池制御部23は、車載負荷ECU4へも信号線で接続されており、車載負荷ECU4へ制御信号を出力して車載負荷の動作を開始させることが可能である。なお、電池制御部23に接続されて電池制御部23からの制御信号を受け付ける車載負荷ECU4は、後述する特定の負荷の動作を制御する車載負荷ECU4である。なお、電池制御部23への電力供給は二次電池20から受けるので、電池制御部23も電源線で二次電池20に接続されている。また、電池制御部23は電池状態センサ22と信号線で接続されており、電池状態センサ22から出力される二次電池20における電圧値、電流値及び温度の測定値を取得することが可能である。
The
電池制御部23は、電池状態センサ22から取得した温度の測定値から、二次電池20の温度を取得する。なお、電池状態センサ22から取得した電圧値及び電流値を利用することによって二次電池20の温度を算出してもよい。
The
電池制御部23は、取得又は算出した二次電池20の温度が所定値(例えばゼロ℃)以下であるか否かにより、二次電池20の充放電を制御し、車載負荷3への給電のオン・オフを切り替える。そして電池制御部23は、放電する場合には放電により給電される特定の車載負荷3を動作させるため、当該特定の車載負荷3への給電を制御する車載負荷ECU4へ制御信号を出力する。二次電池20は、放電により自己のジュール熱で温度が上昇し、出力が向上する。電池制御部23は、二次電池20の温度が所定の温度範囲(例えば16℃から20℃まで)を維持するように充放電を制御する。ユーザの操作又は他の車載負荷ECU4による制御により車載負荷3が動作を開始し、当該車載負荷3への給電のための放電によって二次電池20の温度が上昇して所定の温度範囲を保つことができる場合には、特定の車載負荷3へ給電して動作させる必要がないので車載負荷ECU4へ給電を停止させる制御信号を出力する。
The
なお、特定の車載負荷3としてはユーザが操作することなしに給電が開始されて動作しても問題とならないもの、又はこれを利用して動作させるべきものであることが好ましい。本実施の形態における車載電源システムでは、低温時とは即ち、エンジン始動直後、又はアクセサリー電源オン状態期間であることが推測される。したがって特定の車載負荷3の具体例としては、デフォッガ、デアイサ、シートヒーター、ステアリングヒーター等のヒーター類が好ましい。車両内外温度がゼロ℃以下である場合、補助電源系2からの供給電力を必要とする車載負荷3への二次電池20の出力を向上させるために二次電池20を放電させ、自己の放電による発熱で温度を上昇させることができると共に、室内の冷却されたシート及びステアリングが自動的に短時間で温められることによって車室内が快適となり、ウィンドシールドの曇り、結氷が短時間で取り除かれる。なお、ウィンドシールドの曇り、結氷がない場合にデフォッガ、デアイサが作動しても運転に支障がないので、デフォッガ、デアイサは特定の車載負荷3として好適である。
The
電池制御部23が、二次電池20の温度によって充放電及び特定の車載負荷3への給電の開始・停止を制御する処理について、フローチャートを参照して説明する。
The process in which the
図2は、本実施の形態における車載電源システムを構成する補助電源系2の電池制御部23による充放電制御の処理手順の一例を示すフローチャートである。なお、電池制御部23は、イグニッションスイッチによりアクセサリー電源がオンとなった場合、又はエンジンがスタートした場合に以下の制御を開始する。
FIG. 2 is a flowchart showing an example of a processing procedure of charge / discharge control by the
電池制御部23は、二次電池20の温度が所定値以下であるか判断する(ステップS11)。なお、所定値は出力が向上する好適な温度範囲(例えば16℃から20℃まで)の下限未満の数値であるが、二次電池20にリチウムイオン電池を利用する場合、ゼロ℃以下で出力が顕著に低下するので所定値をゼロ℃とすることが好ましい。
The
電池制御部23は、二次電池20の温度が所定値以下であると判断した場合(S11:YES)、二次電池20の放電を開始し(ステップS12)、リレーを閉塞し(ステップS13)、特定の車載負荷3の車載負荷ECU4へ給電を開始させる制御信号を出力する(ステップS14)。電池制御部23は、二次電池20の温度が所定値よりも高いと判断した場合(S11:NO)、処理を次に進める。
When the
次に電池制御部23は、二次電池20の温度が所定の温度範囲(T1℃〜T2℃、例えばT1=16、T2=20)にあるか否かを判断する(ステップS15)。電池制御部23は、二次電池20の温度が所定の温度範囲にないと判断した場合(S15:NO)、処理をステップS11へ戻す。
Next, the
電池制御部23は、二次電池20の温度が所定の温度範囲にあると判断した場合(S15:YES)、二次電池20からの出力が良好に維持されることが期待されるので特定の車載負荷3の車載負荷ECU4へ給電を停止させる制御信号を出力する(ステップS16)。そして電池制御部23は、リレーを開放し(ステップS17)、他の車載負荷3への給電の必要がない場合には二次電池20の放電を停止し(ステップS18)、処理をステップS11へ戻す。これにより、再度温度が所定値以下となった場合、二次電池20からの出力を向上させるべく放電が行なわれる。アクセサリー電源がオンになった時点、又はエンジンがスタートした時点で既に二次電池20の温度が所定の範囲内にある場合には勿論、ステップS12からステップS14までの処理は行われず、特定の車載負荷3への給電がされていないので、ステップS16からステップS18までの処理は不要である。
When the
電池制御部23は、イグニッションスイッチによりエンジンがオフとなった場合、アクセサリー電源がオフとなった場合には処理を終了する。なお、電池制御部23は、特定の車載負荷3へ給電しているときには、ステップS16からステップS18までの処理を実行した後に処理を終了する。
The
電池制御部23が上述のような制御を行なうことにより、二次電池20の温度を調整するためのヒーターを備えることなしに、低温時でも二次電池20自身を放電により発熱させて温度を上昇させ、出力を向上させることができる。したがって、車載電源システム等の軽量化、小型化が求められる場合に電池装置の重量を抑えることができ、車両全体の軽量化に寄与することができる。
By performing the control as described above, the
また、放電によって給電される特定の車載負荷3として、低温時に自動的に給電されても問題が起こらない車載負荷3を選択することが望ましい。なお、低温時に自動的に給電されるべき車載負荷3を選択した場合には副次的な効果を期待することができる。
Moreover, it is desirable to select the in-
電池状態センサ22は、電圧センサ、電流センサを含み補助電源系2の二次電池20における電圧値を測定して出力し、電流値を測定して出力するように構成されてもよい。この場合、電池制御部23は、二次電池20における電圧値及び電流値のいずれか一方又は両方を利用して二次電池20の温度を算出するようにしてもよい。更に、電池制御部23は、電池状態センサ22から出力される二次電池20における電圧値及び電流値のいずれか一方又は両方を使用して二次電池20からの出力状態を取得し、二次電池20からの出力が所定の閾値を満たしているか否かを判断してもよい。
The
図3は、本実施の形態における車載電源システムを構成する補助電源系2の電池制御部23による充放電制御の処理手順の他の一例を示すフローチャートである。なお、図3のフローチャートに示す処理手順の内、図2のフローチャートに示した処理手順と共通する処理手順については同一のステップ番号を付して詳細な説明を省略する。
FIG. 3 is a flowchart showing another example of the processing procedure of charge / discharge control by the
電池制御部23は、ステップS15において二次電池20の温度が所定の温度範囲内であると判断した場合(S15:YES)、電池状態センサ22により取得した電圧値及び電流値の両方又はいずれか一方に基づいて出力が閾値以上を満たすか否かを判断する(ステップS21)。電池制御部23は、出力が閾値を満たすと判断した場合(S21:YES)、処理をステップS16へ進める。電池制御部23は、出力が閾値を満たさないと判断した場合(S21:NO)、処理をステップS12へ戻し、放電を開始していないときには放電を開始し(S12)、ステップS13及びステップS14の処理を実行し、放電を開始しているときには放電を継続する。
When the
これにより、二次電池20における動作状態に応じて出力をより最適に維持することが可能となる。
Thereby, it becomes possible to maintain an output more optimally according to the operation state in the
なお、本実施の形態では本発明に係る電池装置を車載電源システムの補助電源系として用いた例を示した。しかしながら、本発明は車載電源システムに限らず、リチウムイオン電池等の二次電池を用いた多様な電気機器、特に小型化、軽量化が求められる一方で高出力が求められる電気機器の電源に適用可能であることは勿論である。 In the present embodiment, an example in which the battery device according to the present invention is used as an auxiliary power system of an in-vehicle power system is shown. However, the present invention is not limited to an in-vehicle power supply system, but is applied to various electric devices using secondary batteries such as lithium ion batteries, particularly power sources for electric devices that require high output while being reduced in size and weight. Of course, it is possible.
1 主電源系
10 二次電池
2 補助電源系
20 二次電池
22 電池状態センサ(測定手段)
23 電池制御部(制御手段)
3 車載負荷
4 車載負荷ECU(車載負荷制御装置)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Main
23 Battery control unit (control means)
3
Claims (3)
前記二次電池の温度を測定する測定手段を更に備え、
前記制御手段は、前記測定手段が測定した温度が所定値以下である場合に、前記複数の負荷の内の特定の負荷へ給電すべく放電させるようにしてあること
を特徴とする電池装置。 In a battery device comprising a secondary battery that is a power supply source of a plurality of loads and can be charged, and a control unit that controls charging and discharging of the secondary battery,
A measuring means for measuring the temperature of the secondary battery;
The battery device according to claim 1, wherein the control unit is configured to discharge the power to supply a specific load among the plurality of loads when the temperature measured by the measurement unit is equal to or lower than a predetermined value.
前記制御手段は、前記測定手段が測定した温度と、電圧及び/又は電流の値とに基づいて充放電を制御するようにしてあること
を特徴とする請求項1に記載の電池装置。 The measuring means further comprises means for measuring voltage and / or current in the secondary battery,
The battery device according to claim 1, wherein the control unit controls charging / discharging based on a temperature measured by the measuring unit and a value of a voltage and / or current.
該電池装置が備える測定手段が測定した温度が所定値以下である場合、前記電池装置の制御手段は、特定の負荷への給電を制御する車載負荷制御装置へ給電させる制御信号を出力するようにしてあること
を特徴とする車載負荷制御システム。 A plurality of loads mounted on a vehicle, an in-vehicle load control device that controls power feeding to the load, and the battery device according to claim 1 or 2 serving as a power supply source to the load,
When the temperature measured by the measuring unit included in the battery device is equal to or lower than a predetermined value, the control unit of the battery device outputs a control signal for feeding power to the in-vehicle load control device that controls feeding to a specific load. In-vehicle load control system characterized by
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