JP2014079121A - 蓄電システム - Google Patents

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Abstract

【課題】 リレーを駆動するために必要な電力は、リレーの動作状態や温度に応じて異なる。
【解決手段】 蓄電システムは、直列に接続された複数の蓄電素子を含む蓄電装置と、コイルの通電に応じて蓄電装置および負荷を接続するオンと、コイルの非通電に応じて蓄電素子および負荷の接続を遮断するオフとの間で切り替わるリレーと、少なくとも1つの蓄電素子を含み、直列に接続される蓄電素子の数が互いに異なる複数の蓄電ブロックのそれぞれと、コイルとを接続する複数の電源ラインと、各電源ラインに設けられたスイッチと、リレーの駆動を制御するコントローラと、を有する。コントローラは、スイッチのオンおよびオフを切り替えることにより、複数の蓄電ブロックのうち、コイルに電力を供給する蓄電ブロックを選択する。
【選択図】 図11

Description

本発明は、蓄電装置の電力を用いてリレーを駆動する蓄電システムに関する。
バッテリを負荷と接続したり、バッテリおよび負荷の接続を遮断したりするために、リレーが用いられている。ここで、特許文献1では、車両に搭載された補機バッテリの電力を用いて、リレーをオンおよびオフの間で切り替えている。
特開2008−206288号公報 特開2005−056728号公報
リレーを駆動するために必要な電力は、様々な条件によって変化する。例えば、リレーをオフからオンに切り替えるために必要な電力と、リレーのオンを維持するために必要な電力とは、互いに異なる。また、リレーの温度に応じて、リレーを駆動するために必要な電力が変化する。特許文献1のように、補機バッテリの一定の電力をリレーに供給する構成では、過剰な電力をリレーに供給することがある。
本発明である蓄電システムは、蓄電装置と、蓄電装置を負荷と接続するためのリレーとを有する。蓄電装置は、直列に接続された複数の蓄電素子を含んでいる。リレーは、コイルを有しており、コイルの通電に応じて、蓄電装置および負荷を接続したり、コイルの非通電に応じて、蓄電装置および負荷の接続を遮断したりする。
コイルは、複数の電源ラインを介して、複数の蓄電ブロックと接続されており、各蓄電ブロックからの電力がコイルに供給される。各蓄電ブロックは、少なくとも1つの蓄電素子を含んでおり、複数の蓄電ブロックでは、直列に接続される蓄電素子の数が互いに異なっている。各電源ラインには、スイッチが設けられており、コントローラは、スイッチのオンおよびオフを切り替えることにより、複数の蓄電ブロックのうち、コイルに電力を供給する蓄電ブロックを選択する。
本発明によれば、上述したように、コイルに電力を供給する蓄電ブロックを変更することができる。ここで、複数の蓄電ブロックでは、直列に接続される蓄電素子の数が互いに異なっているため、蓄電ブロックを変更することにより、コイルに供給される電力(又は電圧)を変更することができる。コイルに供給される電力を変更することができれば、リレーの動作状態に応じた適切な電力をコイルに供給することができ、過剰な電力供給に伴うコイルの発熱を抑制することができる。
リレーをオフからオンに切り替えるためにコイルに供給する電力と、リレーのオンを維持するためにコイルに供給する電力とは、互いに異なることがある。この場合には、これらの電力に応じて、コイルと接続される蓄電ブロックを変更することができる。通常、リレーのオンを維持するための電力は、リレーをオフからオンに切り替えるための電力よりも低くすることができる。このため、リレーのオンを維持するために、コイルと接続される蓄電素子の数は、リレーをオフからオンに切り替えるために、コイルと接続される蓄電素子の数よりも少なくすることができる。
蓄電ブロックを選択するときには、蓄電素子の電圧値を考慮することができる。ここで、蓄電素子の電圧値は、電圧センサを用いて検出することができる。具体的には、リレーを駆動するために必要な電圧値を、蓄電素子の電圧値で除算することにより、コイルに電力を供給する蓄電素子の数を算出することができる。蓄電素子の数を算出すれば、この数に対応した蓄電ブロックを選択すればよい。
リレーを駆動するために必要な電圧値には、例えば、リレーをオフからオンに切り替えるための電圧値や、リレーのオンを維持するための電圧値が含まれる。ここで、リレーのオンを維持するときに必要な電圧値は、リレーをオフからオンに切り替えるときに必要な電圧値よりも低くすることができる。
また、リレーのオンを継続させる間において、蓄電素子の電圧値に基づいて、蓄電ブロックを変更することができる。ここで、リレーがオンであるときには、蓄電装置の充放電に応じて、蓄電素子の電圧値が変動しやすくなる。蓄電素子の電圧値に基づいて、蓄電ブロックを変更するとき、蓄電素子の電圧値が変動しやすいと、蓄電ブロックが頻繁に変更されやすくなってしまう。
そこで、蓄電素子の電圧値が第1閾値よりも低下したときには、コイルに電力を供給する蓄電素子の数を増加させるようにすることができる。また、蓄電素子の電圧値が第2閾値よりも上昇したときには、コイルに電力を供給する蓄電素子の数を減少させるようにすることができる。ここで、第2閾値は、第1閾値よりも高い電圧値である。このように、第1閾値および第2閾値を設定することにより、蓄電素子の電圧値が、第1閾値および第2閾値の間で変動しているときには、蓄電ブロックが変更されないことになる。したがって、蓄電素子の電圧変動に応じて、蓄電ブロック(言い換えれば、コイルに電力を供給する蓄電素子の数)が頻繁に変更されてしまうことを抑制できる。
コイルの温度を検出すれば、コイルの温度に基づいて、蓄電ブロックを選択することができる。コイルの温度は、温度センサを用いて検出することができる。ここで、コイルの温度が低下するほど、コイルに供給される電力が低下するように、蓄電ブロックを選択することができる。通常、リレーでは、コイルの温度が低下すれば、コイルに供給する電力を低下させても、リレーを動作させることができる。そこで、コイルの温度を考慮することにより、コイルに電力を供給する蓄電素子の数(すなわち、蓄電ブロック)を選択することができる。これにより、コイルの温度に応じた適切な電力をコイルに供給することができる。
コイルの温度に対応した蓄電ブロックを選択するときには、コイルの温度と、コイルに電力を供給する蓄電素子の数との対応関係を設定しておけばよい。この対応関係を用いれば、コイルの温度を検出したときに、この検出温度に対応した蓄電素子の数を特定することができる。蓄電素子の数を特定すれば、この数に対応した蓄電ブロックを選択することができる。
また、コイルの温度と、リレーを駆動するために必要な駆動電圧値とを考慮して、蓄電ブロックを選択することもできる。具体的には、コイルの温度およびリレーの駆動電圧値の対応関係を設定しておけば、この対応関係を用いることにより、コイルの温度(検出値)に対応する駆動電圧値を特定することができる。そして、駆動電圧値を、蓄電素子の電圧値(検出値)で除算すれば、コイルに電力を供給する蓄電素子の数を算出することができる。蓄電素子の数を算出すれば、この数に対応した蓄電ブロックを選択することができる。
電源ラインとしては、蓄電ブロックの正極端子およびコイルを接続する第1電源ラインと、蓄電ブロックの負極端子およびコイルを接続する第2電源ラインとを用いることができる。ここで、第1電源ラインおよび第2電源ラインの間には、ダイオードを設けることができる。ダイオードのアノードは、第1電源ラインと接続し、ダイオードのカソードは、第2電源ラインと接続することができる。
リレーをオンにしている間において、蓄電ブロックを変更するときには、スイッチのオンおよびオフを切り替えるために、蓄電素子の電力がコイルに供給されない期間が発生することがある。この場合には、上述したダイオードを用いることにより、コイルに電流を流し続けることができる。コイルに電流を流しているときには、コイルに電磁エネルギが蓄積されることになる。コイルが蓄電素子と接続されていないときには、コイルおよびダイオードを含む閉回路において、コイルに蓄積された電磁エネルギを用いて、電流を流し続けることができる。
蓄電装置および負荷は、車両に搭載することができる。ここで、負荷としては、モータ・ジェネレータを用いることができる。モータ・ジェネレータは、蓄電装置から出力された電気エネルギを、車両を走行させる運動エネルギに変換することができる。
電池システムの構成を示す図である。 実施例1において、システムメインリレーの駆動回路を示す図である。 実施例1において、システムメインリレーを駆動する処理を示すフローチャートである。 実施例1の変形例において、システムメインリレーを駆動する処理を示すフローチャートである。 単電池の電圧挙動に応じて、コイルに電力を供給する単電池の数を変更するときの説明図である。 実施例2において、システムメインリレーの駆動回路を示す図である。 実施例2において、システムメインリレーを駆動する処理を示すフローチャートである。 実施例2において、コイルの温度と、コイルに電力を供給する単電池の数との関係を示す図である。 実施例2の変形例において、システムメインリレーを駆動する処理を示すフローチャートである。 実施例2の変形例において、コイルの温度と、コイルに供給する電圧との関係を示す図である。 実施例3において、システムメインリレーの駆動回路を示す図である。 実施例4において、システムメインリレーの駆動回路を示す図である。 実施例5において、システムメインリレーの駆動回路を示す図である。 実施例5の変形例において、システムメインリレーの駆動回路を示す図である。 実施例5の他の変形例において、システムメインリレーの駆動回路を示す図である。
以下、本発明の実施例について説明する。
図1は、本実施例の電池システムの構成を示す図である。図1に示す電池システムは、例えば、車両に搭載することができる。
組電池(蓄電装置に相当する)10は、電気的に直列に接続された複数の単電池(蓄電素子に相当する)11を有する。単電池11としては、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池といった二次電池を用いることができる。また、二次電池の代わりに、電気二重層キャパシタを用いることができる。単電池11の数は、組電池10の要求出力などに基づいて、適宜設定することができる。
本実施例では、すべての単電池11が電気的に直列に接続されることによって、組電池10が構成されているが、組電池10には、電気的に並列に接続された複数の単電池11が含まれていてもよい。例えば、電気的に並列に接続された複数の単電池11を用いて、1つの電池モジュールを構成し、複数の電池モジュールを電気的に直列に接続することにより、組電池10を構成することができる。
監視ユニット(電圧センサに相当する)20は、組電池10の端子間電圧を検出したり、各単電池11の端子間電圧を検出したりし、検出結果をコントローラ30に出力する。電流センサ21は、組電池10に流れる電流を検出し、検出結果をコントローラ30に出力する。ここで、組電池10を放電しているときには、電流センサ21によって検出される電流値として、正の値を用いることができる。また、組電池10を充電しているときには、電流センサ21によって検出される電流値として、負の値を用いることができる。
電流センサ21は、組電池10の正極端子と接続された正極ラインPLに設けられている。ただし、電流センサ21は、組電池10に流れる電流を検出できればよく、電流センサ21を設ける位置は適宜設定することができる。具体的には、正極ラインPLおよび負極ラインNLの少なくとも一方に、電流センサ21を設けることができる。負極ラインNLは、組電池10の負極端子と接続されたラインである。
コントローラ30は、メモリ31およびタイマ32を有する。メモリ31は、コントローラ30が所定の処理(例えば、本実施例で説明する処理)を行うための各種の情報を記憶している。また、タイマ32は、時間の計測に用いられる。本実施例では、メモリ31およびタイマ32が、コントローラ30に内蔵されているが、メモリ31およびタイマ32の少なくとも一方は、コントローラ30の外部に設けることもできる。
正極ラインPLには、システムメインリレーSMR−Bが設けられている。システムメインリレーSMR−Bは、コントローラ30からの制御信号を受けることにより、オンおよびオフの間で切り替わる。ここで、システムメインリレーSMR−Bに含まれるコイルに電流を流せば、システムメインリレーSMR−Bに含まれる接点をオフからオンに切り替えることができる。また、システムメインリレーSMR−B(コイル)への通電を遮断すれば、システムメインリレーSMR−B(接点)をオンからオフに切り替えることができる。
負極ラインNLには、システムメインリレーSMR−Gが設けられている。システムメインリレーSMR−Gは、コントローラ30からの制御信号を受けることにより、オンおよびオフの間で切り替わる。ここで、システムメインリレーSMR−Gに含まれるコイルに電流を流せば、システムメインリレーSMR−Gに含まれる接点をオフからオンに切り替えることができる。また、システムメインリレーSMR−G(コイル)への通電を遮断すれば、システムメインリレーSMR−G(接点)をオンからオフに切り替えることができる。
システムメインリレーSMR−Gには、システムメインリレーSMR−Pおよび電流制限抵抗Rが電気的に並列に接続されている。システムメインリレーSMR−Pおよび電流制限抵抗Rは、電気的に直列に接続されている。システムメインリレーSMR−Pは、コントローラ30からの制御信号を受けることにより、オンおよびオフの間で切り替わる。
ここで、システムメインリレーSMR−Pに含まれるコイルに電流を流せば、システムメインリレーSMR−Pに含まれる接点をオフからオンに切り替えることができる。また、システムメインリレーSMR−P(コイル)への通電を遮断すれば、システムメインリレーSMR−P(接点)をオンからオフに切り替えることができる。電流制限抵抗Rは、組電池10を負荷(具体的には、後述するインバータ22)と接続するときに、突入電流が流れることを抑制するために用いられる。
組電池10は、正極ラインPLおよび負極ラインNLを介して、インバータ22と接続されている。組電池10をインバータ22と接続するとき、コントローラ30は、まず、システムメインリレーSMR−B,SMR−Pをオフからオンに切り替える。これにより、電流制限抵抗Rに電流が流れることになる。
次に、コントローラ30は、システムメインリレーSMR−Gをオフからオンに切り替えた後に、システムメインリレーSMR−Pをオンからオフに切り替える。これにより、組電池10およびインバータ22の接続が完了し、図1に示す電池システムは、起動状態(Ready-On)となる。コントローラ30には、車両のイグニッションスイッチのオン/オフに関する情報が入力され、コントローラ30は、イグニッションスイッチがオフからオンに切り替わると、電池システムを起動する。
一方、イグニッションスイッチがオンからオフに切り替わったとき、コントローラ30は、システムメインリレーSMR−B,SMR−Gをオンからオフに切り替える。これにより、組電池10およびインバータ22の接続が遮断され、電池システムは、停止状態(Ready-Off)となる。
インバータ22は、組電池10から出力された直流電力を交流電力に変換し、交流電力をモータ・ジェネレータ23に出力する。モータ・ジェネレータ23としては、例えば、三相交流モータを用いることができる。モータ・ジェネレータ23は、インバータ22から出力された交流電力を受けて、車両を走行させるための運動エネルギを生成する。モータ・ジェネレータ23によって生成された運動エネルギは、車輪に伝達され、車両を走行させることができる。
車両を減速させたり、停止させたりするとき、モータ・ジェネレータ23は、車両の制動時に発生する運動エネルギを電気エネルギ(交流電力)に変換する。インバータ22は、モータ・ジェネレータ23が生成した交流電力を直流電力に変換し、直流電力を組電池10に出力する。これにより、組電池10は、回生電力を蓄えることができる。
本実施例では、組電池10をインバータ22に接続しているが、これに限るものではない。具体的には、組電池10およびインバータ22の間の電流経路に、昇圧回路を設けることができる。昇圧回路は、組電池10の出力電圧を昇圧し、昇圧後の電力をインバータ22に出力する。また、昇圧回路は、インバータ22の出力電圧を降圧し、降圧後の電力組電池10に出力する。
次に、システムメインリレーSMR−B,SMR−G,SMR−Pを駆動する回路の構成について、図2を用いて説明する。図2では、一例として、システムメインリレーSMR−Bを駆動する回路を示している。ここで、システムメインリレーSMR−G,SMR−Pを駆動する場合にも、システムメインリレーSMR−Bを駆動する回路と同様の回路を用いることができる。
組電池10は、システムメインリレーSMR−Bを駆動するための単電池11A〜11Eを有する。ここで、単電池11A〜11Eは、インバータ22に電力を供給したり、システムメインリレーSMR−BのコイルCに電力を供給したりする。
なお、システムメインリレーSMR−Bを駆動するための単電池11の数は、適宜設定することができ、図2に示す単電池11A〜11Eに限るものではない。また、システムメインリレーSMR−Bを駆動するための単電池11としては、組電池10を構成する、すべての単電池11を用いたり、任意の一部の単電池11を用いたりすることができる。
単電池11Aは、電源ラインL0,L1を介して、システムメインリレーSMR−BのコイルCと接続されている。電源ラインL0は、コイルCの一端と、単電池11A(組電池10)の正極端子とに接続されており、電源ラインL1は、コイルCの他端と、単電池11Aの負極端子とに接続されている。
電源ラインL1には、スイッチSW1が設けられており、スイッチSW1は、コントローラ30からの制御信号を受けて、オンおよびオフの間で切り替わる。スイッチSW1だけがオンであるとき、単電池11Aの出力(電力)がコイルCに供給され、システムメインリレーSMR−Bをオフからオンに切り替えることができる。ここで、単電池11Aの電力だけをコイルCに供給するとき、単電池11Aが、本発明における蓄電ブロックに相当する。
単電池11Bは、電源ラインL0,L2を介して、システムメインリレーSMR−BのコイルCと接続されている。電源ラインL2は、コイルCの他端と、単電池11Bの負極端子とに接続されている。電源ラインL2には、スイッチSW2が設けられており、スイッチSW2は、コントローラ30からの制御信号を受けて、オンおよびオフの間で切り替わる。スイッチSW2だけがオンであるとき、単電池11A,11Bの出力(電力)がコイルCに供給され、システムメインリレーSMR−Bをオフからオンに切り替えることができる。ここで、単電池11A,11Bの電力だけをコイルCに供給するとき、単電池11A,11Bが、本発明における蓄電ブロックに相当する。
単電池11Cは、電源ラインL0,L3を介して、システムメインリレーSMR−BのコイルCと接続されている。電源ラインL3は、コイルCの他端と、単電池11Cの負極端子とに接続されている。電源ラインL3には、スイッチSW3が設けられており、スイッチSW3は、コントローラ30からの制御信号を受けて、オンおよびオフの間で切り替わる。スイッチSW3だけがオンであるとき、単電池11A〜11Cの出力(電力)がコイルCに供給され、システムメインリレーSMR−Bをオフからオンに切り替えることができる。ここで、単電池11A〜11Cの電力だけをコイルCに供給するとき、単電池11A〜11Cが、本発明における蓄電ブロックに相当する。
単電池11Dは、電源ラインL0,L4を介して、システムメインリレーSMR−BのコイルCと接続されている。電源ラインL4は、コイルCの他端と、単電池11Dの負極端子とに接続されている。電源ラインL4には、スイッチSW4が設けられており、スイッチSW4は、コントローラ30からの制御信号を受けて、オンおよびオフの間で切り替わる。スイッチSW4だけがオンであるとき、単電池11A〜11Dの出力(電力)がコイルCに供給され、システムメインリレーSMR−Bをオフからオンに切り替えることができる。ここで、単電池11A〜11Dの電力だけをコイルCに供給するとき、単電池11A〜11Dが、本発明における蓄電ブロックに相当する。
単電池11Eは、電源ラインL0,L5を介して、システムメインリレーSMR−BのコイルCと接続されている。電源ラインL5は、コイルCの他端と、単電池11Eの負極端子とに接続されている。電源ラインL5には、スイッチSW5が設けられており、スイッチSW5は、コントローラ30からの制御信号を受けて、オンおよびオフの間で切り替わる。スイッチSW5だけがオンであるとき、単電池11A〜11Eの出力(電力)がコイルCに供給され、システムメインリレーSMR−Bをオフからオンに切り替えることができる。ここで、単電池11A〜11Eの電力だけをコイルCに供給するとき、単電池11A〜11Eが、本発明における蓄電ブロックに相当する。
図2に示す構成では、電源ラインL1〜L5の一部は、互いに重複しており、この重複したラインが、コイルCの他端に接続されている。また、図2に示す構成では、スイッチSW1〜SW5のうち、オンに切り替えるスイッチSWに応じて、コイルCに供給される電力(電圧)が異なることになる。言い換えれば、図2に示す構成によれば、コイルCに供給される電力(電圧)を変化させることができる。ここで、コイルCに電力を供給するときには、スイッチSW1〜SW5のうち、いずれか1つのスイッチSWだけをオンに切り替える。
次に、システムメインリレーSMR−Bを駆動するときの処理について、図3に示すフローチャートを用いて説明する。図3に示す処理は、コントローラ30によって実行される。また、図3に示す処理は、イグニッションスイッチがオフからオンに切り替わったときに開始される。
ステップS101において、コントローラ30は、N個の単電池11からコイルCに電力を供給する。ここで、N個の単電池11は、直列に接続されている。単電池11の数Nは、予め設定することができ、数Nに関する情報は、メモリ31に記憶することができる。図2に示す構成では、5つの単電池11A〜11Eを用いて、システムメインリレーSMR−Bを駆動できるため、数Nとしては、1〜5の間の整数となる。
ステップS102において、コントローラ30は、ステップS101の処理によってコイルCの通電を開始してから所定時間が経過したか否かを判別する。具体的には、コントローラ30は、タイマ32を用いて、コイルCの通電を開始したときからの経過時間を取得し、経過時間が、予め定められた所定時間以上であるか否かを判別する。コイルCの通電時間が所定時間よりも長くなったとき、コントローラ30は、ステップS103の処理を行う。
ステップS103において、コントローラ30は、コイルCに電力を供給する単電池11の数を変更する。具体的には、コントローラ30は、コイルCに電力を供給する単電池11の数を減少させる。すなわち、ステップS103の処理で用いられる単電池11の数Mは、ステップS101の処理で用いられる単電池11の数Nよりも小さい。数Mは、予め設定することができ、数Mに関する情報は、メモリ31に記憶することができる。単電池11の数を減少させることにより、コイルCに供給される電力(電圧)を低下させることができる。
システムメインリレーSMR−B(SMR−P,SMR−G)では、システムメインリレーSMR−Bをオフからオンに切り替えるために必要な最低限の電力(切替電力という)と、システムメインリレーSMR−Bのオンを継続させるために必要な最低限の電力(継続電力という)とが互いに異なる。
具体的には、切替電力は、継続電力よりも高くなる。言い換えれば、システムメインリレーSMR−Bのオンを継続させるときには、切替電力をコイルCに供給しなくても、システムメインリレーSMR−Bのオンを継続させることができる。この点を考慮して、本実施例では、数Mを、数Nよりも小さくしている。すなわち、数Mの単電池11からコイルCに供給される電力(電圧)を、数Nの単電池11からコイルCに供給される電力(電圧)よりも低くしている。
システムメインリレーSMR−Bをオフからオンに切り替えるときと、システムメインリレーSMR−Bのオンを継続させるときとで、コイルCに電力を供給する単電池11の数を変更することにより、システムメインリレーSMR−Bの動作状態に応じて、適切な電力をコイルCに供給することができる。ここで、システムメインリレーSMR−Bの動作状態とは、システムメインリレーSMR−Bをオフからオンに切り替える状態や、システムメインリレーSMR−Bのオンを継続させる状態である。
システムメインリレーSMR−Bのオンを継続させるときに、切替電力をコイルCに供給すると、コイルCに対しては、必要以上の電力を供給してしまうことになる。コイルCに必要以上の電力を供給すれば、コイルCが発熱しやすくなってしまう。
本実施例では、システムメインリレーSMR−Bの動作状態に応じた適切な電力をコイルCに供給することができる。すなわち、過剰な電力がコイルCに供給されることを抑制できるため、コイルCの発熱を抑制することができる。また、過剰な電力をコイルCに供給することを抑制することにより、単電池11の無駄な放電を抑制することができる。単電池11の無駄な放電を抑制すれば、放電を抑制した分の電力を、車両を走行させるときの電力として用いることができる。
ここで、図2に示す構成を用いて、単電池11の数を減少させる処理について、具体的に説明する。例えば、ステップS101の処理において、コントローラ30がスイッチSW5だけをオンにしているときには、ステップS103の処理において、コントローラ30は、スイッチSW5をオフにするとともに、スイッチSW1〜SW4のいずれか1つのスイッチSWをオンにする。これにより、コイルCに電力を供給する単電池11の数を減少させることができる。
ステップS104において、コントローラ30は、イグニッションスイッチがオフであるか否かを判別する。イグニッションスイッチがオンのままであるとき、コイルCには、ステップS103の処理で設定された数Mの単電池11から電力が供給され続ける。一方、イグニッションスイッチがオンからオフに切り替わったとき、コントローラ30は、ステップS105の処理を行う。
ステップS105において、コントローラ30は、システムメインリレーSMR−Bをオンからオフに切り替える。具体的には、コントローラ30は、スイッチSW1〜SW5のうち、オンにしているスイッチSWをオフに切り替える。これにより、コイルCへの通電が遮断され、システムメインリレーSMR−Bは、オンからオフに切り替わる。
次に、システムメインリレーSMR−Bを駆動するときの他の処理について、図4に示すフローチャートを用いて説明する。図4に示す処理は、コントローラ30によって実行される。また、図4に示す処理は、イグニッションスイッチがオフからオンに切り替わったときに開始される。
ステップS201において、コントローラ30は、監視ユニット20の出力に基づいて、単電池11の電圧Vbを検出する。電圧Vbを検出する単電池11は、図2に示す構成では、システムメインリレーSMR−BのコイルCに電力を供給する単電池11A〜11Eである。単電池11A〜11Eの電圧が略等しいときには、この電圧を電圧Vbとして用いる。なお、組電池10を構成する、すべての単電池11の電圧が略等しいときには、単電池11A〜11E以外の単電池11の電圧を検出することもできる。この場合にも、検出した電圧を電圧Vbとして用いることができる。
単電池11A〜11Eの電圧にバラツキが発生しているときには、例えば、最も低い値を示す電圧を、電圧Vbとして用いることができる。一方、単電池11A〜11Eの電圧にバラツキが発生しているときには、単電池11A〜11Eにおける電圧を均等化させる処理(均等化処理という)を行うこともできる。均等化処理を行えば、組電池10を構成する、すべての単電池11の電圧を揃えることができる。均等化処理では、すべての単電池11の電圧を検出し、基準となる電圧よりも高い電圧を示す単電池11だけを放電させる。これにより、すべての単電池11の電圧を基準電圧に揃えることができる。
ステップS202において、コントローラ30は、コイルCに電力を供給する単電池11の数N0を算出する。具体的には、コントローラ30は、下記式(1)に基づいて、単電池11の数N0を算出することができる。数N0は、1よりも大きい整数である。
N0=V0/Vb ・・・(1)
上記式(1)において、V0は、システムメインリレーSMR−Bをオフからオンに切り替えるときに必要となる電圧であり、予め設定することができる。Vbは、ステップS201の処理で検出された単電池11の電圧である。ここで、上記式(1)に基づいて算出された数(算出値)N0が、小数点以下の数字を含むときには、コイルCに電力を供給する単電池11の数として、数(算出値)N0よりも大きく、数(算出値)N0に最も近い正の整数を用いることができる。
ステップS203において、コントローラ30は、N0個の単電池11からコイルCに電力を供給する。例えば、図2に示す構成において、N0が4つであるとき、コントローラ30は、スイッチSW4をオフからオンに切り替えることにより、単電池11A〜11Dの電力をコイルCに供給させる。これにより、システムメインリレーSMR−Bをオフからオンに切り替えることができる。
ステップS204において、コントローラ30は、図3に示すステップS102の処理と同様に、ステップS203の処理によってコイルCの通電を開始してから所定時間が経過したか否かを判別する。コイルCの通電時間が所定時間よりも長くなったとき、コントローラ30は、ステップS205の処理を行う。
ステップS205において、コントローラ30は、監視ユニット20の出力に基づいて、単電池11の電圧Vbを検出する。電圧Vbを検出する単電池11としては、ステップS203の処理によって、コイルCに電力を供給している単電池11とすることができる。コイルCに電力を供給している複数の単電池11において、電圧のバラツキが発生しているときには、例えば、最も低い値を示す電圧を、電圧Vbとして用いることができる。
ステップS206において、コントローラ30は、コイルCに電力を供給する単電池11の数Nnを算出する。具体的には、コントローラ30は、下記式(2)に基づいて、単電池11の数Nnを算出する。数Nnは、1よりも大きい整数である。
Nn=V1/Vb ・・・(2)
上記式(2)において、V1は、システムメインリレーSMR−Bのオンを継続させるために必要な電圧であり、予め設定しておくことができる。ここで、電圧V1は、上記式(1)に示す電圧V0よりも低い。上記式(2)に示すVbは、ステップS205の処理で検出された電圧である。
ステップS203の処理によって、数N0の単電池11における電力がコイルCに供給されるため、コイルCに電力を供給する分だけ、数N0の単電池11における電圧が低下する。ここで、電圧V0,V1の差(ΔV=V0−V1)が、コイルCに電力を供給する単電池11における電圧降下量よりも大きければ、数Nnは、ステップS202の処理で算出された数N0よりも小さくなる。
ステップS207において、コントローラ30は、ステップS206の処理で算出された数Nnの単電池11からコイルCに電力を供給させる。ここで、コイルCに電力を供給する複数の単電池11における総電圧は、電圧V0から電圧V1に変化する。ステップS206の処理で算出された数Nnが、ステップS202の処理で算出された数N0と異なっているとき、コントローラ30は、コイルCに電力を供給する単電池11の数を変更する。
例えば、図2に示す構成において、数N0が4であり、数Nnが2とする。このとき、ステップS207の処理において、コントローラ30は、スイッチSW4をオンからオフに切り替えるとともに、スイッチSW2をオフからオンに切り替える。これにより、コイルCに電力を供給する単電池11としては、4つの単電池11A〜11Dから、2つの単電池11A,11Bに切り替わる。
ステップS208において、コントローラ30は、図3に示すステップS102の処理と同様に、ステップS207の処理によってコイルCの通電を開始してから所定時間が経過したか否かを判別する。コイルCの通電時間が所定時間よりも長くなったとき、コントローラ30は、ステップS209の処理を行う。
ステップS209において、コントローラ30は、イグニッションスイッチがオフであるか否かを判別する。イグニッションスイッチがオンのままであるとき、コントローラ30は、ステップS205の処理に戻る。すなわち、イグニッションスイッチがオンのままであるときには、ステップS205からステップS209までの処理が繰り返して行われる。一方、イグニッションスイッチがオンからオフに切り替わったとき、コントローラ30は、ステップS210の処理を行う。
ステップS210において、コントローラ30は、システムメインリレーSMR−Bをオンからオフに切り替える。具体的には、図2に示す構成において、コントローラ30は、スイッチSW1〜SW5のうち、オンにしているスイッチSWをオフに切り替える。これにより、コイルCへの通電が遮断され、システムメインリレーSMR−Bは、オンからオフに切り替わる。
図4に示す処理において、ステップS205からステップS209までの処理が繰り返して行われるとき、コイルCに電力を供給する単電池11の数Nnは、単電池11の電圧Vbに応じて変化する。ここで、ステップS205からステップS209までの処理は、図1に示す電池システムが起動しているときに行われるため、組電池10の充放電に応じて、単電池11の電圧Vbが変化する。この場合には、単電池11の電圧Vbを検出するたびに電圧Vbが変化しやすくなり、電圧Vbが変化するたびに数Nnを算出してしまうと、数Nnが頻繁に変化してしまうことがある。
そこで、例えば、以下に説明する処理(第1又は第2の方法)を行うことにより、数Nnが頻繁に変化してしまうことを抑制できる。
第1の方法としては、監視ユニット20が電圧Vbを検出するたびに、検出した電圧Vbに対して、なまし処理を行うことができる。具体的には、今回検出した電圧Vbと、前回までに算出した電圧Vbとに対して重み付けを行った上で、これらの電圧Vbを加算した値を、ステップS206の処理で用いられる電圧Vbとすることができる。ここで、今回検出した電圧Vbに乗算される重み付け係数は、前回までに算出した電圧Vbに乗算される重み付け係数よりも大きくすることができる。
なまし処理された電圧Vbでは、監視ユニット20によって検出された電圧Vbに比べて、急激な電圧変化が発生しにくくなる。したがって、監視ユニット20によって検出された電圧Vbに基づいて、数Nnを算出する場合に比べて、数Nnの変化を抑制することができる。
第2の方法としては、単電池11の電圧Vbが閾値に到達することに応じて、数Nnを変更することができる。この処理について、図5を用いて具体的に説明する。図5において、縦軸は、単電池11の電圧Vbであり、横軸は、時間である。
時刻t1において、単電池11の電圧Vbが、下限閾値(第1閾値に相当する)V_lowよりも低下したときには、ステップS207の処理で用いられる数Nnを、「N−1」から「N」に増やすことができる。ここで、Nは、2よりも大きい整数である。単電池11の電圧Vbが低下したときには、コイルCに対して必要な電力を供給し続けるために、数Nnを増加させる必要がある。図5では、数Nnを増加させる条件として、下限閾値V_lowを設定している。下限閾値V_lowは、予め設定しておくことができ、下限閾値V_lowに関する情報は、メモリ31に記憶することができる。
次に、時刻t2において、単電池11の電圧Vbが、上限閾値(第2閾値に相当する)V_highよりも上昇したときには、ステップS207の処理で用いられる数Nnを、「N」から「N−1」に減らすことができる。上限閾値V_highは、下限閾値V_lowよりも高い電圧である。単電池11の電圧Vbが上昇したときには、コイルCに対して十分な電力を供給することができるため、数Nnを減らすことができる。図5では、数Nnを減少させる条件として、上限閾値V_highを設定している。上限閾値V_highは、予め設定しておくことができ、上限閾値V_highに関する情報は、メモリ31に記憶することができる。
時刻t3において、単電池11の電圧Vbが下限閾値V_lowよりも低下したときには、数Nnを、「N−1」から「N」に再び増やすことができる。単電池11の電圧Vbが、上限閾値V_highおよび下限閾値V_lowの間で変化しているときには、数Nnが変化しない。一方、単電池11の電圧Vbが、上限閾値V_highや下限閾値V_lowに到達したときには、数Nnが変化する。これにより、数Nnが、単電池11の電圧Vbに基づいて、頻繁に変化してしまうことを抑制できる。
一方、図4に示す処理(ステップS202,ステップS206)では、単電池11の電圧Vbに基づいて、数N0,Nnを算出しているが、これに限るものではない。単電池11の電圧Vbは、単電池11のSOC(State of Charge)と対応関係があるため、単電池11のSOCに基づいて、数N0,Nnを算出することもできる。ここで、単電池11のSOCとは、単電池11の満充電容量に対する、現在の充電容量の割合である。単電池11のSOCは、単電池11に流れる電流や、単電池11の電圧に基づいて算出することができる。SOCを算出する具体的な方法は、公知であるため、ここでは説明を省略する。
単電池11の電圧Vbが上昇すれば、単電池11のSOCも上昇し、単電池11の電圧Vbが低下すれば、単電池11のSOCも低下する。コントローラ30は、単電池11を負荷(インバータ22)と接続している間や、単電池11を負荷と接続する前において、単電池11のSOCを算出している。このため、コントローラ30は、算出した単電池11のSOCを用いて、数N0,Nnを算出することができる。
具体的には、上記式(1)において、数N0を算出するときには、電圧V0の代わりに、電圧V0に相当する単電池11のSOCを用い、電圧Vbの代わりに、電圧Vbに相当する単電池11のSOCを用いることができる。同様に、上記式(2)において、数Nnを算出するときには、電圧V1の代わりに、電圧V1に相当する単電池11のSOCを用い、電圧Vbの代わりに、電圧Vbに相当する単電池11のSOCを用いることができる。
本実施例によれば、上述したように、システムメインリレーSMR−Bをオフからオンに切り替えるための電力と、システムメインリレーSMR−Bのオンを維持するための電力とを変更することができ、過剰な電力がコイルCに供給されることを抑制できる。コイルCに過剰な電流を流さなければ、通電に伴うコイルCの発熱を抑制することができる。
ここで、システムメインリレーSMR−Bの過度の発熱を抑制するためには、システムメインリレーSMR−Bに含まれる接点の発熱と、コイルCの発熱とを考慮する必要がある。本実施例によれば、コイルCの発熱を抑制できるため、コイルCの発熱を抑制した分だけ、システムメインリレーSMR−B(接点)の発熱を許容することができる。これにより、システムメインリレーSMR−B(接点)に電流を流し続けやすくなり、システムメインリレーSMR−Bの過度の発熱を抑制するために、システムメインリレーSMR−B(接点)に流れる電流が制限されてしまうことを抑制できる。
実施例2である電池システムについて、図6を用いて説明する。本実施例において、実施例1で説明した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を用い、詳細な説明は省略する。図6は、システムメインリレーSMR−Bを駆動する回路の構成を示す図であり、図2に対応している。
本実施例では、コイルCの温度に基づいて、コイルCに電力を供給する単電池11の数を変更している。このため、図6に示すように、システムメインリレーSMR−Bには、コイルCの温度を検出するための温度センサ24が設けられている。温度センサ24は、コイルCの温度を検出し、検出結果をコントローラ30に出力する。図6に示す構成は、温度センサ24を設けた点を除くと、図2に示す構成と同じである。
次に、システムメインリレーSMR−Bを駆動するときの処理について、図7に示すフローチャートを用いて説明する。図7に示す処理は、コントローラ30によって実行される。また、図7に示す処理は、イグニッションスイッチがオフからオンに切り替わったときに開始される。
ステップS301において、コントローラ30は、温度センサ24の出力に基づいて、コイルCの温度を検出する。ステップS302において、コントローラ30は、ステップS301の処理で検出したコイルCの温度に基づいて、コイルCに電力を供給する単電池11の数Nnを算出する。
具体的には、コントローラ30は、図8に示すマップを用いて、数Nnを算出することができる。図8において、縦軸は、コイルCに電力を供給する単電池11の数を示し、横軸は、コイルCの温度を示す。図8に示すように、コイルCの温度が高くなるほど、コイルCに電力を供給する単電池11の数が増加する。言い換えれば、コイルCの温度が低くなるほど、コイルCに電力を供給する単電池11の数が減少する。
システムメインリレーSMR−Bでは、コイルCの温度に応じて、システムメインリレーSMR−Bをオフからオンに切り替えるための必要電力や、システムメインリレーSMR−Bのオンを維持するための必要電力が変化する。具体的には、コイルCの温度が低下するほど、コイルCに供給する電力を低下させることができる。すなわち、コイルCの温度が低下していれば、コイルCに供給する電力を低下させても、システムメインリレーSMR−Bをオフからオンに切り替えたり、システムメインリレーSMR−Bのオンを維持したりすることができる。ここで、単電池11の数を減らせば、コイルCに供給される電力(電圧)を低下させることができる。
そこで、本実施例では、図8に示すように、コイルCの温度が低下するほど、コイルCに電力を供給する単電池11の数を減らしている。ここで、図8に示すマップは、予め用意しておくことができ、マップに関する情報は、メモリ31に記憶しておくことができる。
図8に示すマップは、一例であり、コイルCの温度と、コイルCに電力を供給する単電池11の数との関係は、図8に示す関係に限るものではない。例えば、コイルCの温度が異なっていても、コイルCに電力を供給する単電池11の数が等しくなっていてもよい。なお、本実施例では、図8に示すマップを予め用意しているが、コイルCの温度と、単電池11の数Nnをパラメータとした方程式を用意しておき、この方程式に対して、コイルCの温度を代入することにより、単電池11の数Nnを算出することもできる。この場合には、方程式に関する情報をメモリ31に記憶しておくことができる。
ステップS303において、コントローラ30は、ステップS302の処理で算出された数Nnの単電池11を用いて、コイルCに電力を供給する。例えば、図6に示す構成において、数Nnが「3」であるとき、コントローラ30は、スイッチSW3をオフからオンに切り替えることにより、単電池11A〜11Cの電力をコイルCに供給させる。これにより、システムメインリレーSMR−Bをオフからオンに切り替えることができる。
ステップS304において、コントローラ30は、ステップS303の処理によってコイルCの通電を開始してから所定時間が経過したか否かを判別する。コイルCの通電時間が所定時間よりも長くなったとき、コントローラ30は、ステップS305の処理を行う。
ステップS305において、コントローラ30は、イグニッションスイッチがオフであるか否かを判別する。イグニッションスイッチがオンのままであるとき、コントローラ30は、ステップS301の処理に戻る。すなわち、イグニッションスイッチがオンのままであるときには、ステップS301からステップS305までの処理が繰り返して行われる。
ここで、ステップS301からステップS305までの処理が繰り返して行われるとき、温度センサ24によって検出されるコイルCの温度が変化すれば、コイルCに電力を供給する単電池11の数Nnが変化する。例えば、コイルCに電力を供給し続けると、コイルCが発熱することにより、コイルCの温度が上昇することがある。この場合には、図8に示すマップに基づいて、単電池11の数Nnを増加させることができる。
一方、イグニッションスイッチがオンからオフに切り替わったとき、コントローラ30は、ステップS306の処理を行う。ステップS306において、コントローラ30は、システムメインリレーSMR−Bをオンからオフに切り替える。具体的には、図6に示す構成において、コントローラ30は、スイッチSW1〜SW5のうち、オンにしているスイッチSWをオフに切り替える。これにより、コイルCへの通電が遮断され、システムメインリレーSMR−Bは、オンからオフに切り替わる。
図7に示す処理によれば、コイルCの温度に応じて、コイルCに電力を供給する単電池11の数Nnを変更している。実施例1で説明したように、コイルCに供給する電力は、システムメインリレーSMR−Bの動作状態によって変化するだけでなく、コイルCの温度によっても変化する。そこで、コイルCの温度を考慮することにより、コイルCの温度に応じた適正な電力をコイルCに供給することができ、不必要な電力がコイルCに供給されることを抑制できる。不必要な電力がコイルCに供給されることを抑制すれば、コイルCの発熱を抑制したり、単電池11の不必要な放電を抑制したりすることができる。
次に、本実施例の変形例について、図9に示すフローチャートを用いて説明する。図9に示す処理は、コントローラ30によって実行される。また、図9に示す処理は、イグニッションスイッチがオフからオンに切り替わったときに開始される。
図7に示す処理では、コイルCの温度と、コイルCに電力を供給する単電池11の数Nnとの対応関係を用いて、単電池11の数Nnを算出している。ここで、単電池11からコイルCに電力を供給しているときには、単電池11の放電によって、単電池11の電圧が低下することになる。そこで、図9に示す処理では、単電池11の電圧を検出して、コイルCに電力を供給する単電池11の数Nnを算出するようにしている。以下、図9に示す処理について、詳細に説明する。
ステップS401において、コントローラ30は、温度センサ24の出力に基づいて、コイルCの温度を検出する。ステップS402において、コントローラ30は、ステップS401の処理で検出されたコイルCの温度に基づいて、コイルCに供給する電圧Vnを算出する。具体的には、コントローラ30は、図10に示すマップを用いて、電圧Vnを算出することができる。
ここで、実施例1で説明したように、システムメインリレーSMR−Bをオフからオンに切り替えるためにコイルCに供給する電圧Vnと、システムメインリレーSMR−Bのオンを維持するためにコイルCに供給する電圧Vnとは、互いに異なることがある。そこで、図10に示すマップとしては、システムメインリレーSMR−Bをオフからオンに切り替えるときに用いられるマップと、システムメインリレーSMR−Bのオンを維持するときに用いられるマップとを容易しておくことができる。
図10において、縦軸は、電圧Vnを示し、横軸は、コイルCの温度を示す。図10に示すように、コイルCの温度が高くなるほど、電圧Vnが上昇する。言い換えれば、コイルCの温度が低下するほど、電圧Vnが低下する。図8を用いて説明したように、コイルCの温度が低下するほど、コイルCに供給する電力(電圧)を低下させることができる。そこで、図10に示すマップを予め用意しておけば、コイルCの温度に基づいて、電圧Vnを算出することができる。
なお、図10に示すマップを用意せずに、図10に示す関係を規定する方程式を用意しておくこともできる。この方程式は、電圧Vnと、コイルCの温度とをパラメータとした方程式であり、この方程式に対して、コイルCの温度を代入すれば、電圧Vnを算出することができる。この方程式は、予め規定しておくことができ、方程式に関する情報は、メモリ31に記憶しておくことができる。
ステップS403において、コントローラ30は、監視ユニット20の出力に基づいて、単電池11の電圧Vbを検出する。複数の単電池11における電圧にバラツキが発生していなければ、この電圧を電圧Vbとして用いることができる。また、複数の単電池11において、電圧のバラツキが発生しているときには、例えば、最も低い値の電圧を電圧Vbとして用いることができる。ここで、システムメインリレーSMR−Bをオフからオンに切り替えるときには、事前に均等化処理を行うことにより、複数の単電池11における電圧を揃えておくこともできる。
ステップS404において、コントローラ30は、コイルCに電力を供給する単電池11の数Nnを算出する。具体的には、コントローラ30は、下記式(3)を用いて、数Nnを算出することができる。
Nn=Vn/Vb ・・・(3)
上記式(3)において、Vnは、ステップS402の処理で算出された電圧であり、Vbは、ステップS403の処理で検出された電圧である。ここで、数Nnを設定するときには、実施例1で説明したように、電圧Vbに対して、なまし処理を行ったり、図5で説明した処理を行ったりすることができる。
ステップS405において、コントローラ30は、ステップS404の処理で算出された数Nnの単電池11を用いて、コイルCに電力を供給する。例えば、図6に示す構成において、数Nnが「5」であるとき、コントローラ30は、スイッチSW5をオフからオンに切り替えることにより、単電池11A〜11Eの電力をコイルCに供給させる。
イグニッションスイッチがオフからオンに切り替わった直後であれば、数Nnの単電池11の電力をコイルCに供給することにより、システムメインリレーSMR−Bをオフからオンに切り替えることができる。また、システムメインリレーSMR−Bをオフからオンに切り替えた後であれば、数Nnの単電池11の電力をコイルCに供給することにより、システムメインリレーSMR−Bのオンを継続させることができる。
ステップS406において、コントローラ30は、ステップS405の処理によってコイルCの通電を開始してから所定時間が経過したか否かを判別する。コイルCの通電時間が所定時間よりも長くなったとき、コントローラ30は、ステップS407の処理を行う。
ステップS407において、コントローラ30は、イグニッションスイッチがオフであるか否かを判別する。イグニッションスイッチがオンのままであるとき、コントローラ30は、ステップS401の処理に戻る。すなわち、イグニッションスイッチがオンのままであるときには、ステップS401からステップS407までの処理が繰り返して行われる。
ここで、ステップS401からステップS407までの処理が繰り返して行われるとき、温度センサ24によって検出されるコイルCの温度が変化すれば、コイルCに供給する電圧Vnが変化する。また、単電池11からコイルCに電力を供給すれば、単電池11の電圧Vbが低下する。このため、電圧Vn,Vbの変化によって、コイルCに電力を供給する単電池11の数Nnも変化する。
本変形例によれば、コイルCの温度変化や、単電池11の電圧変化を考慮して、コイルCに電力を供給する最適な数Nnを算出することができる。これにより、過剰な電力をコイルCに供給することを抑制でき、コイルCの発熱を抑制したり、単電池11の過剰な放電を抑制したりすることができる。
一方、イグニッションスイッチがオンからオフに切り替わったとき、コントローラ30は、ステップS408の処理を行う。ステップS408において、コントローラ30は、システムメインリレーSMR−Bをオンからオフに切り替える。具体的には、図6に示す構成において、コントローラ30は、スイッチSW1〜SW5のうち、オンにしているスイッチSWをオフに切り替える。
実施例3である電池システムについて、図11を用いて説明する。本実施例において、実施例1で説明した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を用い、詳細な説明は省略する。図11は、システムメインリレーSMR−Bを駆動する回路の構成を示す図であり、図2に対応した図である。
図2に示す構成では、スイッチSW1〜SW5を用いることにより、コイルCに電力を供給する単電池11を、1つずつ増やしたり、1つずつ減らしたりすることができる。一方、本実施例では、図11に示すように、電源ラインL0,L3,L5だけを設けており、図2に示す構成に対して、電源ラインを間引いている。具体的には、図2に示す構成において、電源ラインL1,L2,L4を省略している。また、電源ラインを間引くことにより、各電源ラインに設けられるスイッチSWの数も減らしている。これにより、システムメインリレーSMR−Bを駆動する回路の構成を簡素化することができる。
図11に示す構成では、電源ラインL3,L5を用いているが、これに限るものではない。すなわち、図2に示す構成において、電源ラインL1〜L5のうち、任意の電源ラインを省略することができる。
図11に示す構成において、図3に示す処理を行うとき、ステップS101の処理では、スイッチSW5だけをオンにしておき、ステップS103の処理では、スイッチSW3だけをオンにすることができる。これにより、システムメインリレーSMR−Bをオフからオンに切り替えるときと、システムメインリレーSMR−Bのオンを維持するときとで、コイルCに電力を供給する単電池11の数を変更することができる。
すなわち、システムメインリレーSMR−Bをオフからオンに切り替えるときには、必要な電力を用いて、システムメインリレーSMR−Bをオフからオンに切り替えることができる。また、システムメインリレーSMR−Bをオフからオンに切り替えた後は、コイルCに供給される電力を低減させた状態で、システムメインリレーSMR−Bのオンを継続させることができる。
図11に示す構成では、図4に示す処理を行うこともできる。図4に示す処理では、単電池11の電圧Vbに基づいて、コイルCに電力を供給する単電池11の数N0,Nnを算出している。ここで、図11に示す構成では、電源ラインを間引いているため、コイルCに電力を供給できる単電池11の数が、数N0,Nnと一致しないこともある。
図11に示す構成において、数N0,Nnと一致する単電池11の数を設定できれば、数N0,Nnに対応したスイッチSW3,SW5をオンにすればよい。一方、数N0,Nnと一致する単電池11の数を設定できないとき、コイルCに電力を供給する単電池11の数としては、数N0,Nnよりも大きな数であって、スイッチSW3,SW5のオン/オフ制御によって設定できる数とすればよい。
ここで、コイルCに電力を供給する単電池11の数が、数N0,Nnよりも大きくなりすぎると、コイルCに不必要な電力が供給されてしまう。そこで、コイルCに電力を供給する単電池11の数としては、数N0,Nnよりも大きな数であって、数N0,Nnに最も近い数を設定することが好ましい。
図11に示す構成において、コイルCの温度を検出する温度センサを設けておけば、図7や図9に示す処理を行うことができる。図7に示す処理を行うときには、コイルCの温度に基づいて、コイルCに電力を供給する単電池11の数Nnを決定する。図11に示す構成では、コイルCに電力を供給する単電池11として、単電池11A〜11Cを選択したり、単電池11A〜11Eを選択したりすることができる。
図9に示す処理を行うときには、ステップS401からステップS404の処理によって、数Nnを算出する。ここで、図11に示す構成では、電源ラインを間引いているため、コイルCに電力を供給する単電池11の数と、算出した数Nnとが一致しないことがある。この場合には、コイルCに電力を供給する単電池11の数として、数Nnよりも大きな数を設定することができる。ここで、設定される数が、数Nnよりも大きくなりすぎると、コイルCに不必要な電力を供給してしまうことになるため、設定される数は、数Nnに最も近い数とすることが好ましい。
実施例4である電池システムについて、図12を用いて説明する。図12は、システムメインリレーSMR−Bを駆動する回路の構成を示す図である。本実施例において、実施例1で説明した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を用い、詳細な説明は省略する。
実施例1で説明した構成(図2参照)では、システムメインリレーSMR−Bを駆動するときに、単電池11Aの電力が常にコイルCに供給されてしまう。この場合には、単電池11Aの電圧が、他の単電池11(単電池11B〜11E)の電圧よりも低下しやすくなってしまう。
そこで、本実施例では、コイルCに電力を供給する単電池11を変更できるようにしている。以下、図12に示す構成について、具体的に説明する。
電源ラインL0には、スイッチSW0が設けられており、スイッチSW0は、コントローラ30からの制御信号を受けて、オンおよびオフの間で切り替わる。電源ラインL1〜L5のそれぞれには、スイッチS1G〜S5Gがそれぞれ設けられており、スイッチS1G〜S5Gは、コントローラ30からの制御信号を受けて、オンおよびオフの間で切り替わる。ここで、各スイッチS1G〜S5Gの一端は、各スイッチSW1〜SW5と接続され、各スイッチS1G〜S5Gの他端は、コイルCと接続されている。
電源ラインL0,L1の間には、スイッチS1Bが設けられている。スイッチS1Bの一端は、電源ラインL0のうち、スイッチSW0およびコイルCの接続ラインと接続され、スイッチS1Bの他端は、電源ラインL1のうち、スイッチSW1,S1Gの接続ラインと接続されている。電源ラインL0,L2の間には、スイッチS2Bが設けられている。スイッチS2Bの一端は、電源ラインL0のうち、スイッチSW0およびコイルCの接続ラインと接続され、スイッチS2Bの他端は、電源ラインL2のうち、スイッチSW2,S2Gの接続ラインと接続されている。
電源ラインL0,L3の間には、スイッチS3Bが設けられている。スイッチS3Bの一端は、電源ラインL0のうち、スイッチSW0およびコイルCの接続ラインと接続され、スイッチS3Bの他端は、電源ラインL3のうち、スイッチSW3,S3Gの接続ラインと接続されている。電源ラインL0,L4の間には、スイッチS4Bが設けられている。スイッチS4Bの一端は、電源ラインL0のうち、スイッチSW0およびコイルCの接続ラインと接続され、スイッチS4Bの他端は、電源ラインL4のうち、スイッチSW4,S4Gの接続ラインと接続されている。
電源ラインL0,L5の間には、スイッチS5Bが設けられている。スイッチS5Bの一端は、電源ラインL0のうち、スイッチSW0およびコイルCの接続ラインと接続され、スイッチS5Bの他端は、電源ラインL5のうち、スイッチSW5,S5Gの接続ラインと接続されている。スイッチS1B〜S5Bは、コントローラ30からの制御信号を受けて、オンおよびオフの間で切り替わる。
図12に示す構成において、例えば、スイッチSW0,SW1,S1Gだけをオンにすれば、単電池11Aの電力をコイルCに供給することができる。また、スイッチSW1,S1B,SW2,S2Gだけをオンにすれば、単電池11Bの電力をコイルCに供給することができる。スイッチSW2,S2B,SW3,S3Gだけをオンにすれば、単電池11Cの電力をコイルCに供給することができる。
スイッチSW3,S3B,SW4,S4Gだけをオンにすれば、単電池11Dの電力をコイルCに供給することができる。また、スイッチSW4,S4B,SW5,S5Gだけをオンにすれば、単電池11Eの電力をコイルCに供給することができる。このように、スイッチSW0〜SW5,S1B〜S5B,S1G〜S5Gのオン/オフを制御することにより、コイルCに電力を供給する単電池11を切り替えることができる。これにより、システムメインリレーSMR−Bを駆動するときに、特定の単電池11(図2に示す単電池11A)の電圧だけが低下しやすくなることを抑制できる。
一方、スイッチSW0〜SW5,S1B〜S5B,S1G〜S5Gのオン/オフを制御することにより、コイルCに電力を供給する単電池11の数を変更することもできるし、コイルCに電力を供給する単電池11の組み合わせを変更することもできる。
例えば、スイッチSW1,S1B,SW4,S4Gだけをオンにすれば、3つの単電池11B〜11Dの電力をコイルCに供給することができる。また、スイッチSW1,S1B,SW5,S5Gだけをオンにすれば、4つの単電池11B〜11Eの電力をコイルCに供給することができる。このように、コイルCに電力を供給する単電池11の数を変更することができる。
一方、スイッチSW0,SW3,S3Gだけをオンにすれば、3つの単電池11A〜11Cの電力をコイルCに供給することができる。また、スイッチSW3,S3B,SW5,S5Gだけをオンにすれば、2つの単電池11D,11Eの電力をコイルCに供給することができる。このように、コイルCに電力を供給する単電池11の組み合わせを変更することができる。
図12に示す構成においても、図3や図4に示す処理を行うことができる。図3又は図4に示す処理を行うときには、例えば、システムメインリレーSMR−Bをオンにするたびに、コイルCに電力を供給する単電池11を変更することができる。一方、図12に示す構成において、コイルCの温度を検出する温度センサを設ければ、図7や図9に示す処理を行うことができる。図7又は図9に示す処理を行うときには、例えば、システムメインリレーSMR−Bをオンにするたびに、コイルCに電力を供給する単電池11を変更することができる。
本実施例によれば、コイルCに電力を供給する単電池11を変更することができるため、組電池10を構成する、すべての単電池11における電圧を均等化させることができる。具体的には、コントローラ30は、監視ユニット20の出力に基づいて、各単電池11の電圧を検出する。ここで、図12に示す構成において、例えば、各単電池11A〜11Cの電圧が、各単電池11D,11Eの電圧よりも高いときには、単電池11A〜11Cの電力をコイルCに供給することができる。これにより、各単電池11A〜11Cの電圧を低下させることができ、各単電池11A〜11Cの電圧を、各単電池11D,11Eの電圧に揃えることができる。すなわち、単電池11A〜11Eにおける電圧を均等化させることができる。
実施例5である電池システムについて、図13を用いて説明する。図13は、システムメインリレーSMR−Bを駆動する回路の構成を示す図である。本実施例において、実施例1,4で説明した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を用い、詳細な説明は省略する。
本実施例では、実施例4で説明した構成(図12参照)に対して、ダイオードD1〜D5を追加している。図13に示すように、ダイオードD1〜D5は、直列に接続されている。電源ラインL0,L1の間には、ダイオードD1が設けられている。ダイオードD1のカソードは、電源ラインL0のうち、スイッチS1B〜S5Bの接続点とコイルCとの間に位置するラインと接続されている。また、ダイオードD1のアノードは、電源ラインL1のうち、スイッチS1GおよびコイルCの接続ラインと接続されている。
電源ラインL1,L2の間には、ダイオードD2が設けられている。ダイオードD2のカソードは、電源ラインL1のうち、スイッチS1GおよびコイルCの接続ラインと接続されている。ダイオードD2のアノードは、電源ラインL2のうち、スイッチS2GおよびコイルCの接続ラインと接続されている。電源ラインL2,L3の間には、ダイオードD3が設けられている。ダイオードD3のカソードは、電源ラインL2のうち、スイッチS2GおよびコイルCの接続ラインと接続されている。ダイオードD3のアノードは、電源ラインL3のうち、スイッチS3GおよびコイルCの接続ラインと接続されている。
電源ラインL3,L4の間には、ダイオードD4が設けられている。ダイオードD4のカソードは、電源ラインL3のうち、スイッチS3GおよびコイルCの接続ラインと接続されている。ダイオードD4のアノードは、電源ラインL4のうち、スイッチS4GおよびコイルCの接続ラインと接続されている。電源ラインL4,L5の間には、ダイオードD5が設けられている。ダイオードD5のカソードは、電源ラインL4のうち、スイッチS4GおよびコイルCの接続ラインと接続されている。ダイオードD5のアノードは、電源ラインL5のうち、スイッチS5GおよびコイルCの接続ラインと接続されている。
本実施例においても、実施例4と同様に、図3、図4、図7又は図9に示す処理を行うことができる。ここで、システムメインリレーSMR−Bをオンにしている間に、コイルCに電力を供給する単電池11の数を変更したり、コイルCに電力を供給する単電池11を変更したりすることがある。この場合には、スイッチSW0〜SW5,S1B〜S5B,S1G〜S5Gのいずれかをオンからオフに切り替えた後に、スイッチSW0〜SW5,S1B〜S5B,S1G〜S5Gのいずれかをオフからオンに切り替えることになる。
例えば、コイルCに電力を供給する単電池11として、単電池11A〜11Cから単電池11D,11Eに切り替えるときには、スイッチSW0,S3Gをオンからオフに切り替えた後に、スイッチS3B,SW5,S5Gをオフからオンに切り替える必要がある。ここで、スイッチSW0,S3Gをオフにしてから、スイッチS3B,SW5,S5Gをオンにするまでの間は、コイルCに電力が供給されない。
そこで、本実施例では、ダイオードD1〜D5を用いることにより、コイルCに電力を供給し続けることができる。システムメインリレーSMR−Bをオフからオンに切り替えるときに、コイルCに電流を流せば、コイルCに電磁エネルギが蓄積される。ここで、例えば、コイルCに電力を供給する単電池11を、単電池11A〜11Cから単電池11D,11Eに切り替えるまでの間は、コイルCに蓄積された電磁エネルギによって、コイルCおよびダイオードD1の間で電流を流し続けることができる。すなわち、コイルCが単電池11と接続されていなくても、ダイオードD1を含む閉回路において、コイルCに電流を流し続けることができる。
ここで、ダイオードD1は、単電池11AおよびコイルCの接続を遮断した後において、コイルCに電流を流し続けるために用いることができる。同様に、ダイオードD2〜D5のそれぞれは、各単電池11B〜11EおよびコイルCの接続を遮断した後において、コイルCに電流を流し続けるために用いることができる。
本実施例では、各単電池11A〜11Eに対してダイオードD1〜D5を設けているが、これに限るものではない。例えば、図14に示すように、電源ラインL0と、電源ラインL1〜L5の共通ラインとの間に、ダイオードDを設けるだけでもよい。図14に示す構成であっても、本実施例と同様の効果を得ることができる。
また、本実施例では、ダイオードD1〜D5を用いているが、ダイオードD1〜D5の代わりに、コンデンサを用いることもできる。コンデンサを用いれば、コンデンサに蓄えられた電荷を用いて、コイルCに電流を流すことができる。すなわち、コイルCを単電池11と接続したときには、コンデンサに電荷を蓄えることができ、コイルCが単電池11と接続されていないときには、コンデンサに蓄えられた電荷を用いて、コイルCに電流を流すことができる。
図15には、本実施例の変形例を示す。図15に示す構成では、電源ラインL0〜L5の一部が、監視ユニット20の電圧検出ラインと重複している。監視ユニット20は、複数の監視IC(Integrated Circuit)21を有しており、各監視IC21は、電圧検出ライン(電源ラインL0〜L5の一部)を用いて、単電池11の電圧を検出する。
本変形例によれば、各電源ラインL0〜L5および電圧検出ラインが重複しているため、電源ラインL0〜L5および電圧検出ラインを個別に設ける場合に比べて、ラインの数を減らすことができる。これにより、単電池11の電圧を検出する回路と、システムメインリレーSMR−Bを駆動する回路とを簡素化することができる。
図15に示す構成では、図13に示す構成に対して、監視ユニット20を設けているが、これに限るものではない。すなわち、上述した実施例で説明した構成(図2、図6、図11、図12又は図14)に対して、監視ユニット20を設けることができる。すなわち、図2、図6、図11、図12又は図14に示す構成において、各電源ラインL0〜L5の一部を、監視ユニット20の電圧検出ラインと重複させることができる。
11,11A〜11E:単電池(蓄電素子)、10:組電池(蓄電装置)、
20:監視ユニット(電圧センサ)、21:電流センサ、22:インバータ、
23:モータ・ジェネレータ、24:温度センサ、30:コントローラ、
31:メモリ、32:タイマ、
SMR−B,SMR−G,SMR−P:システムメインリレー、C:コイル、
R:電流制限抵抗、PL:正極ライン、NL:負極ライン、L0〜L5:電源ライン、
SW0〜SW1,S1B〜S5B,S1G〜S5G:スイッチ、
D,D1〜D5:ダイオード

Claims (11)

  1. 直列に接続された複数の蓄電素子を含む蓄電装置と、
    コイルの通電に応じて前記蓄電装置および負荷を接続するオンと、前記コイルの非通電に応じて前記蓄電素子および前記負荷の接続を遮断するオフとの間で切り替わるリレーと、
    少なくとも1つの前記蓄電素子を含み、直列に接続される前記蓄電素子の数が互いに異なる複数の蓄電ブロックのそれぞれと、前記コイルとを接続する複数の電源ラインと、
    前記各電源ラインに設けられたスイッチと、
    前記リレーの駆動を制御するコントローラと、を有し、
    前記コントローラは、前記スイッチのオンおよびオフを切り替えることにより、前記複数の蓄電ブロックのうち、前記コイルに電力を供給する前記蓄電ブロックを選択することを特徴とする蓄電システム。
  2. 前記コントローラは、前記リレーを前記オフから前記オンに切り替えるときと、前記リレーの前記オンを維持するときとで、前記コイルに電力を供給する前記蓄電ブロックを変更することを特徴とする請求項1に記載の蓄電システム。
  3. 前記蓄電ブロックを構成する前記蓄電素子の数に関して、前記リレーの前記オンを維持するときの前記蓄電素子の数は、前記リレーを前記オフから前記オンに切り替えるときの前記蓄電素子の数よりも少ないことを特徴とする請求項2に記載の蓄電システム。
  4. 前記蓄電素子の電圧値を検出する電圧センサを有しており、
    前記コントローラは、
    前記リレーを駆動するために必要な電圧値を、前記電圧センサによって検出された電圧値で除算することにより、直列に接続される前記蓄電素子の数を算出し、
    算出した前記蓄電素子の数に対応した前記蓄電ブロックを選択することを特徴とする請求項1に記載の蓄電システム。
  5. 前記リレーの前記オンを維持するときに必要な電圧値は、前記リレーを前記オフから前記オンに切り替えるときに必要な電圧値よりも低いことを特徴とする請求項4に記載の蓄電システム。
  6. 前記コントローラは、前記リレーの前記オンを継続させるときにおいて、
    前記蓄電素子の電圧値が第1閾値よりも低下したときには、直列に接続される前記蓄電素子の数の増加を許容し、
    前記蓄電素子の電圧値が前記第1閾値よりも高い第2閾値よりも上昇したときには、直列に接続される前記蓄電素子の数の減少を許容する、
    ことを特徴とする請求項4又は5に記載の蓄電システム。
  7. 前記コイルの温度を検出する温度センサを有しており、
    前記コントローラは、前記温度センサの検出結果を用いて、前記コイルの温度が低下するほど前記コイルに供給される電力が低下するように、前記蓄電ブロックを選択することを特徴とする請求項1に記載の蓄電システム。
  8. 前記コントローラは、前記コイルの温度と、前記コイルに電力を供給する前記蓄電素子の数との対応関係を示す情報を用いて、前記温度センサによって検出された温度に対応する前記蓄電ブロックを選択することを特徴とする請求項7に記載の蓄電システム。
  9. 前記蓄電素子の電圧値を検出する電圧センサを有しており、
    前記コントローラは、
    前記コイルの温度と、前記リレーを駆動するために必要な駆動電圧値との対応関係を示す情報を用いて、前記温度センサによって検出された温度に対応する前記駆動電圧値を特定し、
    特定した前記駆動電圧値および前記電圧センサの検出結果から算出される前記蓄電素子の数に対応した前記蓄電ブロックを選択することを特徴とする請求項7に記載の蓄電システム。
  10. 前記電源ラインは、前記蓄電ブロックの正極端子および前記コイルを接続する第1電源ラインと、前記蓄電ブロックの負極端子および前記コイルを接続する第2電源ラインとを含んでおり、
    アノードが前記第1電源ラインと接続され、カソードが前記第2電源ラインと接続されたダイオードを有することを特徴とする請求項1から9のいずれか1つに記載の蓄電システム。
  11. 前記蓄電装置および前記負荷は、車両に搭載されており、
    前記負荷は、前記蓄電装置から出力された電気エネルギを、前記車両を走行させる運動エネルギに変換するモータ・ジェネレータであることを特徴とする請求項1から10のいずれか1つに記載の蓄電システム。
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