JP2017200272A - 電力管理システム、電池管理装置、バッテリ装置および車両の電力管理方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本明細書によって開示される電力管理システム10は、二次電池21と、二次電池21に接続される車両発電機50と、二次電池21に接続されると共に車両発電機50に接続される車両負荷60と、車両発電機50から車両負荷60への電力供給を制御する電子制御装置70と、二次電池21の異常状態を検出する電池監視部34と、二次電池21と車両負荷60との間の電流を遮断する電流遮断部25と、電池監視部30において異常状態が検出された後、電流遮断部25において電流を遮断する前に電力制御装置70に対して事前予告するバッテリ装置20の中央処理装置31と、を備え、電子制御装置70は、事前予告に基づいて車両発電機50から車両負荷60への電力供給を制御する構成とした。
【選択図】図3
Description
初めに、本実施形態にて開示する車両の電力管理システムの概要について説明する。本実施形態の電力管理システムは、二次電池と、前記二次電池に接続される発電機と、前記二次電池に接続されると共に前記発電機に接続され、前記二次電池および前記発電機の電力供給により稼働する負荷と、前記発電機から前記負荷への電力供給を制御する電力制御部と、前記二次電池の異常状態を検出する検出部と、前記二次電池と前記負荷との間の電流を遮断する電流遮断部と、前記検出部において異常状態が検出された後、前記電流遮断部において電流を遮断する前に前記電力制御部に対して前記電流を遮断することを事前予告する制御部と、を備え、前記電力制御部は、前記事前予告に基づいて前記発電機から前記負荷への電力供給を制御する構成とした。
本明細書により開示される電力管理システムの一実施態様として、前記制御部は、前記検出部において検出される異常状態のレベルに合わせて、前記事前予告を複数回に亘って行う構成としてもよい。
このような構成によると、電流が遮断されるまで事前予告によってカウントダウンされるから、電力制御部において、事前予告の回数に応じて段階的に、発電機の稼働率を高くしたり、優先度の低い負荷に対する電力制限をしたりするなど電力制御の準備を行うことができる。
本明細書により開示される電力管理システムの一実施態様として、前記電力制御部は、前記事前予告を検出する度に前記負荷への電力供給を段階的に制御する構成としてもよい。
このような構成によると、電力制御の準備を段階的に進めることで、車両側に負担が集中することを防ぐことができる。
このような構成によると、事前予告が電子制御装置に伝えられ、負荷の制御を行う際に、警告発信部が警告をすることで、車両の使用者に対して注意を促すことができる。
このような構成によると、電力制御部が、車両発電機のフィールド電流を増加させ、発電電圧を高めることで発電量を増加させたり、電力制御部が、エンジンの駆動回転数を上げることで車両発電機の発電量を増加させることで負荷に電力を供給することができるから、二次電池から電力供給を受けていた負荷の動作が不安定になることを防ぐことができる。
このような構成によると、車両のエンジンの駆動回転数を上げることなく発電機によって容易に発電量を増加させることができる。
このような構成によると、エンジンの駆動回転数を上げて発電機の発電量を増加させるから、発電量を大きく増加させることができる。これにより、負荷と二次電池との間の電流が遮断されても負荷の動作が不安定になることを防ぐことができる。
本明細書により開示される電力管理システムの一実施態様として、前記電力管理システムは、車両に搭載される電力管理システムであって、前記電力制御部は、前記車両に設けられた電子制御装置であり、前記発電機は、前記車両のエンジンの駆動に伴って稼働する車両発電機であり、前記制御部は、前記検出部において異常状態が検出された場合に、前記電力制御部に所定の時間間隔で複数回に亘って前記事前予告するようになっており、前記電子制御装置は、複数の前記事前予告を検出する度に、アイドリングストップ禁止制御、前記車両発電機のフィールド電流増加による発電量の増加制御、エンジンの駆動回転数を上げることによる発電量の増加制御、車両走行および安全性に関係のない一般負荷への電力供給の低減制御、前記一般負荷への電力停止制御の順に制御を順次増やす構成としてもよい。
このような構成によると、電子制御装置が、事前予告を検出する度に、アイドリングストップ禁止制御、フィールド電流増加による発電量の増加制御、エンジンの駆動回転数を上げることによる発電量の増加制御、一般負荷への電力供給の低減制御、一般負荷への電力停止制御の順に制御を順次増やすことで、重要負荷の電力を確保することができるようになるから、重要負荷の動作が不安定になることを防ぐことができる。
一般に、自動車用の二次電池として、例えばリチウムイオン電池を用いる場合、リチウムイオン電池を管理する電池管理装置を有しているため、この電池管理装置により、電力制御部に対して事前予告をすることができる。これにより、制御部を別途設ける必要がなく、電力管理システムを簡素化することができる。
実施形態1について図1から図5を参照して説明する。
本実施形態の電力管理システム10は、4輪の自動車などの車両に搭載される車両の電力管理システム10であって、図1に示すように、バッテリ装置20と、車両のエンジンに取り付けられる車両発電機50と、バッテリ装置20に接続されると共に、車両発電機50に接続される車両負荷60と、車両負荷60および車両発電機50に接続される電子制御装置(以下、ECU)70と、車両の走行状態を監視する車両監視部80と、警告表示を行う警告表示部90とを備えて構成されている。
温度センサ23は、接触式あるいは非接触式とされており、二次電池21の温度を測定し、その測定温度に応じた温度測定値を出力する。
電流センサ22、温度センサ23、電圧センサ24は、信号線もしくは通信線を介してBMU30に接続されており、それぞれのセンサからの出力は、BMU30に取り込まれるようになっている。
電流遮断部駆動部33は、CPU31からの遮断指令もしくは解除指令を受信し、指令に応じた駆動指令を電流遮断部25へ出力する。
記憶部35は、BMU30の動作を制御する為の各種のプログラムが記憶されている。
まず、電流遮断処理について簡単に説明する。
BMU30のCPU31は、電池監視部34の検出結果から二次電池21が、例えば、過充電状態、過放電状態、過度な温度上昇など、異常状態になる虞があるか判断する。CPU31は、二次電池21が異常状態になる虞があると判断した場合には、電流遮断部駆動部33を通して遮断指令を電流遮断部25に入力し、二次電池21の電流を遮断する。これにより、二次電池21が過充電状態、過放電状態、過度な温度上昇による劣化状態に至ることを防ぎ、二次電池21を保護することができる。
CPU31は、電池監視部34の検出結果に基づいて、二次電池21の状態を監視しており、二次電池21において、例えば、過充電状態、過放電状態、過度な温度上昇など、異常が生じた場合、電池監視部34の検出結果から二次電池21が異常状態であると判断する(S11)。CPU31において二次電池21が異常状態であると判断された場合、CPU31は、電流遮断の時期を決定(S12)し、ECU70に電流遮断の時期を事前予告する(S13)。
具体的には、CPU31は、電池監視部34の検出結果から二次電池21が異常状態であることを検出すると、例えば、電流を遮断するまでの時間を1分と決定する。
具体的には、ECU70は、バッテリ装置20におけるBMU30からの事前予告の入力を監視している(S21)。そして、ECU70は、BMU30のCPU31からの事前予告が入力されたことを検出すると、事前予告のあった時間内に以下の制御を行う。
ところで、CPU31がECU70に対して事前予告を入力した後に、二次電池21の異常状態が解消された場合には、バッテリ装置20における二次電池21の電流の遮断を解除すると共に、電力制御処理をキャンセルし、電力管理システム10を通常の状態に戻す必要がある。そこで、電力管理システム10は、CPU31において取消処理を行い、続けて、ECU70に対して取消通知を行う。
以下に、CPU31における取消処理について、図5を参照しつつ説明する。
CPU31は、事前予告処理を実施した後も、電池監視部34を通して二次電池21の監視を継続しており、二次電池21において異常状態が改善した場合には、電池監視部34の検出結果から二次電池21の異常状態が解消されていることを検出する(S31)。
そして、CPU31は、バッテリ装置20の二次電池21から車両負荷60に電力が供給できる状態になったところで、ECU70に取消通知を入力する(S34)。
したがって、図4に示すように、ECU70において、車両発電機50が発電している発電量と、車両負荷60が消費している消費電量とを比較し(S23)、消費電量が発電量よりも大きくない場合には、ECU70は、BMU30からの取消通知の入力を監視し(S23−1)、取消通知の入力がない場合には、所定の時間間隔で、車両負荷60の消費電量が車両発電機50の発電量よりも大きくならないか繰り返しチェックする(S23)。そして、BMU30のCPU31からの取消通知が入力されたことを検出すると、アイドリングストップ禁止制御を解除する(S23−2)。
一方、消費電量が発電量よりも大きい場合には、ECU70は、車両発電機50にエンジンの駆動回転数を上げて車両発電機50の回転数を上げる指令を入力し、車両発電機50の発電量をさらに増加させる(S26)。
ところが、本実施形態の電力管理システム10は、4輪自動車のバッテリ装置を使用しているものの、バッテリ装置20において電流が遮断される前に、ECU70に対して事前予告を入力し、ECU70において電力制御することができるから、車両負荷60の動作が不安定になることを防ぐ上で、非常に有効である。
次に、実施形態2について図6および図7を参照して説明する。
実施形態2は、実施形態1における事前予告処理および電力制御処理の内容を変更したものであって、実施形態1と共通する構成、作用、および効果については重複するため、その説明を省略する。また、実施形態1と同じ構成については同一の符号を用いるものとする。
そして、CPU31は、電流遮断の時間になったところで、電流遮断部駆動部33を通じて遮断指令を電流遮断部25へ入力し、電流遮断部25において電流を遮断する(S117)。
一方、消費電量が発電量よりも大きい場合には、ECU70は、車両発電機50にフィールド電流の増加指令を入力し、車両発電機50の発電量を増加させる(S127)。そして、BMU30からの3回目の事前予告の入力を監視する(S128)。
一方、消費電量が発電量よりも大きい場合には、ECU70は、エンジンの駆動回転数を上げて車両発電機50の回転数を上げ、車両発電機50の発電量をさらに増加させる(S131)。そして、4回目の事前予告の入力を監視する(S132)。
次に、実施形態3について図8を参照して説明する。
実施形態3は、実施形態1における事前予告処理および電力制御処理の内容を変更したものであって、実施形態1と共通する構成、作用、および効果については重複するため、その説明を省略する。また、実施形態1と同じ構成については同一の符号を用いるものとする。また、実施形態3の電力制御処理については、実施形態2の電力制御処理と同じ構成であるため、その説明を省略する。
すなわち、本実施形態によると、車両の走行状態によっては車両を急に停止させることができない場合には、使用者が余裕をもって対処できるように、早めに警告することができると共に、ECU70においても余裕をもって電力制御することができる。
本明細書で開示される技術は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような種々の態様も含まれる。
(1)上記実施形態では、電流センサ22、温度センサ23、電圧センサ24からの出力に基づいてBMU30が二次電池21の異常状態を検出する構成にした。しかしながら、これに限らず、各種センサを設けることで、BMUにおいて、二次電池内で発生するガスや二次電池の膨張などを種々の異常状態を検出できるように構成してもよい。
(3)上記実施形態では、電流遮断部25を、半導体スイッチやリレーによって構成した。しかしながら、これに限らず、過電流によって溶断されるヒューズや、過電流および強制的に溶断可能なSCプロテクター(Self Control Protector)などの保護素子などによって構成してもよい。
一般に、オルターネータなどの車両発電機は、エンジンの駆動回転と連動して回転し、発電する。このため、回転を利用して発電した電流は交流であり、車両発電機は、交流を直流変換させて電力供給を行う。
そこで、以下の実施形態では、電圧センサ24によって、電源回路のおける電圧変動を検出することで、電流遮断部25での電流の遮断が検出できることを特定し、この検出結果に基づいて、電力制御を行うこととした。
電流遮断検出処理では、電圧センサ24から電池監視部34に入力された電圧値にもとにその結果をCPU31が監視している(S311)。そして、電圧センサ24においてリップル電圧が検出された場合には、CPU31は、電源遮断部において電流が遮断されたと判断し、ECU70に対して電流遮断通知を行う(S312)。
21:二次電池
25:電流遮断部
30:電池管理装置(「制御部」の一例)
31:中央処理装置(「制御部」の一例)
34:電池監視部(「検出部」の一例)
50:車両発電機(「発電機」の一例)
60:車両負荷(「負荷」の一例)
61:重要負荷(「負荷」の一例)
62:一般負荷(「負荷」の一例)
70:電子制御装置(「電力制御部」の一例)
80:車両監視部
90:警告表示部(「警告発信部」の一例)
Claims (15)
- 二次電池と、
前記二次電池に接続される発電機と、
前記二次電池に接続されると共に前記発電機に接続され、前記二次電池および前記発電機の電力供給により稼働する負荷と、
前記発電機から前記負荷への電力供給を制御する電力制御部と、
前記二次電池の異常状態を検出する検出部と、
前記二次電池と前記負荷との間の電流を遮断する電流遮断部と、
前記検出部において異常状態が検出された後、前記電流遮断部において電流を遮断する前に前記電力制御部に対して前記電流を遮断することを事前予告する制御部と、を備え、
前記電力制御部は、前記事前予告に基づいて前記発電機から前記負荷への電力供給を制御する電力管理システム。 - 前記制御部は、前記検出部において検出される異常状態のレベルに合わせて、前記事前予告を複数回に亘って行う請求項1に記載の電力管理システム。
- 前記制御部は、前記検出部において異常状態が検出された場合に、前記電力制御部に所定の時間間隔で複数回に亘って前記事前予告する請求項1または請求項2に記載の電力管理システム。
- 前記電力制御部は、前記事前予告を検出する度に前記負荷への電力供給を段階的に制御する請求項3に記載の電力管理システム。
- 前記制御部は、前記事前予告をした後に、前記検出部において異常状態が解消されたことが検出された場合には、前記電力制御部に対して前記電流の遮断を取り消す取消通知を行うようになっており、
前記電力制御部は、前記取消通知により、前記事前予告に基づいて行った前記電力供給の制御をキャンセルする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の電力管理システム。 - 請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の電力管理システムは、車両に搭載される電力管理システムであって、
前記車両の走行状態を監視する車両監視部を備え、
前記制御部は、前記車両監視部において検出された前記車両の走行状態に応じて前記電流の遮断の時期と前記事前予告の時期との間の時間間隔を決定する電力管理システム。 - 請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の電力管理システムは、車両に搭載される電力管理システムであって、
前記電力制御部は、前記車両に設けられた電子制御装置であり、
前記車両内には、警告を行う警告発信部が設けられており、
前記電子制御装置は、前記制御部からの前記事前予告により前記警告発信部において警告を行う電力管理システム。 - 請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の電力管理システムは、車両に搭載される電力管理システムであって、
前記電力制御部は、前記車両に設けられた電子制御装置であり、
前記発電機は、前記車両のエンジンの駆動に伴って稼働する車両発電機であり、
前記電子制御装置は、前記事前予告があった場合には、前記エンジンのアイドリングを一時的に停止するアイドリングストップを禁止する電力管理システム。 - 請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の電力管理システムは、車両に搭載される電力管理システムであって、
前記発電機は、前記車両のエンジンの駆動に伴って稼働する車両発電機であり、
前記電力制御部は、前記事前予告があった場合には、前記車両発電機のフィールド電流を増加させる、もしくはエンジンの駆動回転数を上げることで前記車両発電機の発電量を増加させる電力管理システム。 - 請求項1から請求項9のいずれか一項に記載の電力管理システムは、車両に搭載される電力管理システムであって、
前記負荷は、車両走行または安全性の少なくともどちらか一方に関係のある重要度が高い重要負荷と、車両走行または安全性と関係のない重要度が低い一般負荷とに分類されており、
前記電力制御部は、前記事前予告が合った場合には、前記一般負荷への電力供給を低減もしくは停止する電力管理システム。 - 請求項1から請求項10のいずれか一項に記載の電力管理システムは、車両に搭載される電力管理システムであって、
前記電力制御部は、前記車両に設けられた電子制御装置であり、
前記発電機は、前記車両のエンジンの駆動に伴って稼働する車両発電機であり、
前記制御部は、前記検出部において異常状態が検出された場合に、前記電力制御部に所定の時間間隔で複数回に亘って前記事前予告するようになっており、
前記電子制御装置は、複数の前記事前予告を検出する度に、アイドリングストップ禁止制御、前記車両発電機のフィールド電流増加による発電量の増加制御、エンジンの駆動回転数を上げることによる発電量の増加制御、車両走行および安全性に関係のない一般負荷への電力供給の低減制御、前記一般負荷への電力停止制御の順に制御を順次増やす電力管理システム。 - 前記二次電池は、4輪の自動車に搭載されるエンジン始動用の二次電池であり、
前記制御部は、前記二次電池を管理する電池管理装置である請求項1から請求項11のいずれか一項に記載の電力管理システム。 - 二次電池の異常状態を検出する検出部と、
前記検出部において異常状態が検出された場合に、前記二次電池と前記二次電池に接続された負荷との間の電流を遮断状態に切り替える制御部と、を備え、
前記制御部は、前記検出部において異常状態を検出した後、前記電流を遮断状態に切り替える前に、前記負荷への電力供給を制御する電力制御部に対して前記電流を遮断することを事前予告する二次電池の電池管理装置。 - 車両に搭載されるバッテリ装置であって、
二次電池と、
請求項13に記載の二次電池の電池管理装置と、
前記二次電池と前記負荷との間の電流を遮断する電流遮断部と、
前記制御部は、前記電流遮断部において前記電流を遮断状態に切り替えるバッテリ装置。 - 二次電池の異常状態が検出された際に、車両に搭載された負荷と前記二次電池との間の電流を遮断する車両の電力管理方法であって、
異常状態が検出された後、前記電流が遮断される前に、前記電流の遮断の事前予告がされる予告工程と、
前記予告工程の前記事前予告により、前記車両に搭載された発電機から前記負荷への電力供給を制御する電力制御工程と、を含む車両の電力管理方法。
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