JP2018064337A - コントローラ - Google Patents

Abstract

【課題】特定の負荷に同時に電力を供給する複数の二次電池の耐久性の低下を抑制する。【解決手段】コントローラは第１の二次電池および第２の二次電池の端子間電圧の差の絶対値が閾値を越えるとき（Ｓ１０１：ＹＥＳ）第１の二次電池および第２の二次電池の中で端子間電圧のより大きな一方の電池から出力させる電力を他方の二次電池から出力させる電力よりも増大させる。【選択図】図２

Description

本発明は、コントローラに関するものである。

車両には電力を消費して機能を奏する多様な負荷が搭載され、各負荷への電力の供給に鉛蓄電池が用いられていた。近年、エネルギーの効率的な回収などの観点から、急速な充放電に対する耐久性の高い二次電池が求められており、リチウムイオン電池などと鉛蓄電池とが車両に搭載されている（特許文献１参照）。

特開２０１４−１８０１７号公報

特許文献１のように複数の電池を搭載する場合に、それぞれの電池の有効活用の観点から、複数の電池から出力される電力を用いて、スタータモータなどの特定の負荷を駆動することが望まれている。しかし、車両の発電機が廻っていない状態で複数の電池から特定の負荷に電力を供給させると、突入電流により電池の耐久性を低下させる可能性がある。

かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、特定の負荷に同時に電力を供給する複数の電池の耐久性の低下を抑制するコントローラを提供することにある。

上記課題を解決するために本発明の第１の観点に係るコントローラは、
第１の二次電池および第２の二次電池の端子間電圧の差の絶対値が閾値を越えるとき、前記第１の二次電池および前記第２の二次電池の中で端子間電圧のより大きな一方の二次電池から出力させる電力を、他方の二次電池から出力させる電力よりも増大させる
ことを特徴とする。

また、本発明の第２の観点に係るコントローラにおいては、
前記一方の二次電池にから出力させる電力の増大開始後に、前記第１の二次電池および前記第２の二次電池の端子間電圧の差の絶対値が閾値以下となるときに、前記第１の二次電池および前記第２の二次電池を並列接続する
ことが好ましい。

また、本発明の第３の観点に係るコントローラにおいては、
前記第１の二次電池および前記第２の二次電池を並列接続するとき、エンジンの始動を許可する
ことが好ましい。

また、本発明の第４の観点に係るコントローラにおいては、
前記端子間電圧の差に応じて、前記一方の二次電池から出力させる電力と前記他方の二次電池から出力させる電力との差を拡大させる
ことが好ましい。

上記のように構成された本発明に係るコントローラによれば、特定の負荷に同時に電力を供給する複数の電池の耐久性の低下を抑制可能である。

一実施形態のコントローラを含む電池制御システムの概略構成を示す機能ブロック図である。 図１のコントローラが実行する電力消費制御を示すフローチャートである。

以下、本発明を適用したコントローラの実施形態について、図面を参照して説明する。本実施形態のコントローラを含む電池制御システムは、例えば、ガソリン自動車、ディーゼル自動車、およびハイブリッド車などの車両に搭載される。

図１に示すように、電池制御システム１０は、オルタネータ１１、スタータモータ１２、第１の二次電池１３、第２の二次電池ユニット１４、一般負荷１５、被保護負荷１６、第１のスイッチ１７、およびコントローラ１８を含んで構成される。オルタネータ１１、スタータモータ１２、第１の二次電池１３、第２の二次電池ユニット１４を構成する第２の二次電池１９、一般負荷１５、および被保護負荷１６は、並列に接続される。

オルタネータ１１は、発電機であって、車両のエンジンおよびドライブシャフトの少なくとも一方に、直接的または間接的に、機械的に接続される。オルタネータ１１は、エンジンの駆動またはドライブシャフトの回転によって発電可能である。

オルタネータ１１がエンジンの駆動によって発電した電力は、レギュレータで出力電圧を調整されて、第１の二次電池１３、第２の二次電池１９、一般負荷１５、被保護負荷１６、および車両の補機に供給され得る。また、オルタネータ１１は車両の減速時などに回生によって発電可能である。オルタネータ１１が回生発電した電力は、第１の二次電池１３および第２の二次電池１９の充電に使用され得る。

スタータモータ１２は、例えばセルモータを含んで構成され、第１の二次電池１３および第２の二次電池１９の少なくとも一方からの電力供給を受けて、エンジンを始動させる。

第１の二次電池１３は、例えば公称電圧１２Ｖの出力電圧を有する鉛蓄電池であって、スタータモータ１２および一般負荷１５に対して電力を供給可能である。第１の二次電池１３は電圧計を有しており、第１の二次電池１３の端子間電圧を測定し、測定値Ｖｔ１をコントローラ１８に通知する。

第２の二次電池ユニット１４は、第２の二次電池１９、第２のスイッチ２０、および第３のスイッチ２１を含んで構成される。第２のスイッチ２０は、第２の二次電池１９と直列に接続されている。第３のスイッチ２１は、第２のスイッチ２０および被保護負荷１６と直列に接続されている。

第２の二次電池１９は、例えば、リチウムイオン電池およびニッケル水素電池などの、鉛蓄電池以外の二次電池である。本実施形態において、第２の二次電池の出力電圧は第１の二次電池１３の出力電圧と略同一であって、例えば、１２Ｖである。また、第２の二次電池１９は、エンジンの停止中に、スタータモータ１２、被保護負荷１６、およびコントローラ１８に対して電力を供給可能である。第２の二次電池１９は電圧計を有しており、第２の二次電池１９の端子間電圧を測定し、測定値Ｖｔ２をコントローラ１８に通知する。

第２のスイッチ２０は、第２の二次電池１９を他の構成要素と並列に接続し又は切り離す。第３のスイッチ２１は、第２の二次電池１９および被保護負荷１６を他の構成要素と並列に接続し又は切り離す。

一般負荷１５および被保護負荷１６は、供給された電力を消費して動作する。一般負荷１５および被保護負荷１６は、例えば、ヘッドランプ、スモールランプ、フォグランプ、ルームランプ、ハザードランプ、ブロアモータ、ドアロック、デフォッガ、パワーウィンドゥ、ワイパ、燃料ポンプ、カーナビゲーション、ラジオ、オーディオ、ＥＴＣ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｏｌｌ Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）車載機、ドライブレコーダ、バックアイカメラ、ＣＶＴ電導オイルポンプ、エアコン、シートヒータである。

車両に搭載される負荷の中で、第１の二次電池１３および第２の二次電池１９の出力特性に応じて、第１の二次電池１３から電力を受電させる一般負荷１５、および第２の二次電池１９から電力を受電させる被保護負荷１６が予め定められている。例えば、本実施形態において、ヘッドランプ、フォグランプ、およびブロアモータは、被保護負荷に定められている。

一般負荷１５は、エンジンの駆動の停止中に第１の二次電池１３からの電力供給を受けて動作する。被保護負荷１６は、エンジンの駆動の停止中に第２の二次電池１９からの電力供給を受けて動作する。一般負荷１５および被保護負荷１６は、エンジンの駆動中にオルタネータ１１からの電力供給を受けて動作する（以下、いずれか一方を特定する場合を除き一般負荷１５および被保護負荷１６を「負荷１５、１６」と呼ぶ。）。負荷１５、１６は、ユーザによるマニュアル入力およびコントローラ１８からの指令に基づき、動作する。

第１のスイッチ１７は、スタータモータ１２と直列に接続されるスイッチである。第１のスイッチ１７は、スタータモータ１２を他の構成要素と並列に接続し又は切り離す。

コントローラ１８は、例えば、エンジンＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）などの専用のマイクロプロセッサまたは特定のプログラムを読込むことにより特定の機能を実行する汎用のＣＰＵである。コントローラ１８は、電池制御システム１０の制御を含む、エンジンの制御を行なう。

コントローラ１８は、車両の動作モードが第１のモードであるとき、第１の二次電池１３および第２の二次電池１９から端子間電圧の測定値Ｖｔ１およびＶｔ２を取得する。なお、第１のモードは、例えば、アクセサリーモードのように、エンジンの始動を行わずに、一般負荷１５および被保護負荷１６の少なくとも一方を動作させる動作モードである。

さらに、コントローラ１８は、端子間電圧の差の絶対値（以下、「電圧差」と呼ぶ。）｜Ｖｔ１−Ｖｔ２｜を第１の閾値Ｔｈ１と比較する。第１の閾値Ｔｈ１は、例えば、第１の二次電池１３と第２の二次電池１９を通電したとき、すなわち第２のスイッチ２０および第３のスイッチ２１の通電時に、いずれの二次電池にも突入電流を生じさせない値に定められている。

また、コントローラ１８は、電圧差｜Ｖｔ１−Ｖｔ２｜が第１の閾値Ｔｈ１を超えるとき、第１の二次電池１３および第２の二次電池１９のいずれの端子間電圧が大きいかを判定する。さらに、コントローラ１８は、端子間電圧が大きな一方の二次電池から出力させる電力を、他方の二次電池から出力させる電力より増大させる。

例えば、第１の二次電池１３の端子間電圧の測定値Ｖｔ１が第２の二次電池１９の端子間電圧の測定値Ｖｔ２より大きいとき、コントローラ１８は、一般負荷１５全体の消費電力が被保護負荷１６全体の消費電力より大きくなるように、一般負荷１５および被保護負荷１６を動作させる。

また、例えば、第２の二次電池１９の端子間電圧の測定値Ｖｔ２が第１の二次電池１３の端子間電圧の測定値Ｖｔ１より大きいとき、コントローラ１８は、第２のスイッチ２０を通電させ、被保護負荷１６全体の消費電力が一般負荷１５全体の消費電力より大きくなるように、一般負荷１５および被保護負荷１６を動作させる。

さらに、コントローラ１８は、電圧差｜Ｖｔ１−Ｖｔ２｜に応じて、前述の、出力する電力をより増大させる一方の二次電池と、他方の二次電池とから出力させる電力の差を拡大させる。

本実施形態では、コントローラ１８は、電圧差｜Ｖｔ１−Ｖｔ２｜と、第１の閾値Ｔｈ１、第２の閾値Ｔｈ２、および第３の閾値Ｔｈ３との比較に基づいて、動作させる負荷１５、１６の数を調整することにより、出力させる電力の差を拡大させる。なお、第２の閾値Ｔｈ２は第１の閾値Ｔｈ１より大きく、第３の閾値Ｔｈ３は第２の閾値Ｔｈ２より大きい。

例えば、第１の二次電池１３および第１の二次電池１９それぞれの端子間電圧Ｖｔ１およびＶｔ２がＴｈ１＜Ｔｈ２かつＴｈ１＜｜Ｖｔ１−Ｖｔ２｜≦Ｔｈ２を満たすとき、コントローラ１８は一般負荷１５を動作させずに、被保護負荷１６の中でブロアモータを動作させる。また、第１の二次電池１３および第１の二次電池１９それぞれの端子間電圧Ｖｔ１およびＶｔ２がＴｈ１＜Ｔｈ２かつＴｈ２＜｜Ｖｔ１−Ｖｔ２｜≦Ｔｈ３を満たすとき、コントローラ１８は一般負荷１５を動作させずに、被保護負荷１６の中でブロアモータおよびヘッドランプを動作させる。また、第１の二次電池１３および第１の二次電池１９それぞれの端子間電圧Ｖｔ１およびＶｔ２がＴｈ１＜Ｔｈ２かつＴｈ３＜｜Ｖｔ１−Ｖｔ２｜を満たすとき、コントローラ１８は一般負荷１５を動作させずに、被保護負荷１６の中でブロアモータ、ヘッドランプ、およびフォグランプを動作させる。

また、電力の差の拡大が、負荷１５、１６の運転強度の調整によって行われてもよい。運転強度の調整は、例えば、エアコンのブロアモータの風量調整、カーナビゲーションの輝度調整、オーディオの音量調整、ならびにドライブレコーダおよびバックアイカメラのフレームレートの調整などが挙げられる。

また、コントローラ１８は、第１の二次電池１３および第２の二次電池１９の一方の二次電池の電力の増大開始後に電圧差｜Ｖｔ１−Ｖｔ２｜が第１の閾値Ｔｈ１以下となるときに、第３のスイッチ２１を通電させ、第１の二次電池１３および第２の二次電池１９を並列接続させる。さらに、コントローラ１８は第１の二次電池１３および第２の二次電池１９を並列接続するとき、第１のスイッチ１７の通電を許可、言換えると、エンジンの始動を許可する。

なお、ユーザの設定により、電圧差｜Ｖｔ１−Ｖｔ２｜が第１の閾値Ｔｈ１以下となる前に、エンジンの始動が許可されるように設定可能であってもよい。また、当該絶対値が第１の閾値Ｔｈ１以下となる前にユーザによりエンジン始動の入力があるとき、第１の二次電池１３のみでエンジンを始動させる警告を発し、その後さらにエンジン始動の入力があるときに第３のスイッチ２１を遮断させたまま、第１のスイッチ１７を通電させるように設定可能であってもよい。

次に、第１の実施形態において、コントローラ１８が実行する電力消費制御について、図２のフローチャートを用いて説明する。コントローラ１８は、前述の第１のモードに切替えられるとき、電力消費制御を開始する。

ステップＳ１００において、コントローラ１８は、第１の二次電池１３および第２の二次電池１９から、それぞれ端子間電圧の測定値Ｖｔ１およびＶｔ２を取得する。測定値Ｖｔ１およびＶｔ２を取得すると、プロセスはステップＳ１０１に進む。

ステップＳ１０１では、コントローラ１８は、ステップＳ１００において取得した測定値Ｖｔ１、Ｖｔ２の電圧差｜Ｖｔ１−Ｖｔ２｜が第１の閾値Ｔｈ１を超えるか否かを判定する。電圧差｜Ｖｔ１−Ｖｔ２｜が第１の閾値Ｔｈ１を超えるとき、プロセスはステップＳ１０２に進む。電圧差｜Ｖｔ１−Ｖｔ２｜が第１の閾値Ｔｈ１を超えない、すなわち第１の閾値Ｔｈ１以下であるとき、プロセスはステップＳ１０２からＳ１０５をスキップして、ステップＳ１０６に進む。

ステップＳ１０２では、コントローラ１８は、電圧差｜Ｖｔ１−Ｖｔ２｜と、第２の閾値Ｔｈ２および第３の閾値Ｔｈ３とを比較する。比較後、プロセスはステップＳ１０３に進む。

ステップＳ１０３では、コントローラ１８は、端子間電圧が大きな一方の二次電池から出力させる電力を、他方の二次電池から出力させる電力より、ステップＳ１０２における比較結果に応じて増大させるように、負荷１５、１６を動作させる。負荷１５、１６の動作を開始させると、プロセスはステップＳ１０４に進む。

ステップＳ１０４では、コントローラ１８は、再度、第１の二次電池１３および第２の二次電池１９から、それぞれ端子間電圧の測定値Ｖｔ１およびＶｔ２を取得する。測定値Ｖｔ１およびＶｔ２を取得すると、プロセスはステップＳ１０５に進む。

ステップＳ１０５では、コントローラ１８は、ステップＳ１０４において取得した測定値Ｖｔ１、Ｖｔ２の電圧差｜Ｖｔ１−Ｖｔ２｜が第１の閾値Ｔｈ１を超えるか否かを判定する。電圧差｜Ｖｔ１−Ｖｔ２｜が第１の閾値Ｔｈ１を超えない、すなわち第１の閾値Ｔｈ１以下であるとき、プロセスはステップＳ１０４に戻り、電圧差｜Ｖｔ１−Ｖｔ２｜が第１の閾値Ｔｈ１を超えるまで、ステップＳ１０４、Ｓ１０５を繰返す。電圧差｜Ｖｔ１−Ｖｔ２｜が第１の閾値Ｔｈ１を超えるとき、プロセスはステップＳ１０６に進む。

ステップＳ１０６では、コントローラ１８は、第３のスイッチ２１をＯＮして通電させ、第１の二次電池１３および第２の二次電池１９を並列接続させる。並列接続をさせると、プロセスはステップＳ１０７に進む。

ステップＳ１０７では、コントローラ１８は、エンジンの始動を許可する。エンジンの始動を許可すると、電力消費制御を終了する。

以上のような構成の本実施形態のコントローラ１８によれば、第１の二次電池１３および第２の二次電池１９の電圧差が第１の閾値Ｔｈ１を越えるときに、端子間電圧のより大きな一方の二次電池から出力させる電力を、他方の二次電池から出力させる電力よりも増大させるので、二次電池の内部抵抗による電圧降下および放電により、第１の二次電池１３および第２の二次電池１９の電圧差が低減する。端子間電圧の絶対値の差が小さくなるので、第１の二次電池１３および第２の二次電池１９をからスタータモータ１２のように特定の負荷に同時に電力の供給を開始しても突入電流の電流値を低下させ得る。突入電流の電流値が低下するので、二次電池の耐久性の低下が抑制され得る。

また、本実施形態のコントローラ１８によれば、負荷１５、１６の動作の調整後、第１の二次電池１３および第２の二次電池１９の電圧差が第１の閾値Ｔｈ１以下となるときに、第１の二次電池１３および第２の二次電池１９を並列接続させるので、突入電流の電流値を要求される値以下に低下させ得る。

また、本実施形態のコントローラ１８によれば、第１の二次電池１３および第２の二次電池１９を並列接続するときに、エンジンの始動が許可されるので、特に消費電流が大きなスタータモータ１２の動作に第１の二次電池１３および第２の二次電池１９の電力を使用し得る。スタータモータ１２の動作に複数の二次電池を使用できるので、一方の二次電池のみを常時使用する構成に比べて、製造コストおよび耐久性の観点から最適な特性を有する第１の二次電池１３および第２の二次電池１９を選択可能となる。

また、本実施形態のコントローラ１８によれば、第１の二次電池１３および第２の二次電池１９の電圧差の大きさに応じて、動作させる負荷１５、１６の数および負荷１５、１６の運転強度の少なくとも一方が変更されるので、特定の負荷の動作を開始可能となるまでの時間間隔を短縮し得る。

本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。

１０ 電池制御システム
１１ オルタネータ
１２ スタータモータ
１３ 第１の二次電池
１４ 第２の二次電池ユニット
１５ 一般負荷
１６ 被保護負荷
１７ 第１のスイッチ
１８ コントローラ
１９ 第２の二次電池
２０ 第２のスイッチ
２１ 第３のスイッチ

Claims (4)

1. 第１の二次電池および第２の二次電池の端子間電圧の差の絶対値が閾値を越えるとき、前記第１の二次電池および前記第２の二次電池の中で端子間電圧のより大きな一方の二次電池から出力させる電力を、他方の二次電池から出力させる電力よりも増大させる
   ことを特徴とするコントローラ。
2. 請求項１に記載のコントローラにおいて、
   前記一方の二次電池にから出力させる電力の増大開始後に、前記第１の二次電池および前記第２の二次電池の端子間電圧の差の絶対値が閾値以下となるときに、前記第１の二次電池および前記第２の二次電池を並列接続する
   ことを特徴とするコントローラ。
3. 請求項２に記載のコントローラにおいて、
   前記第１の二次電池および前記第２の二次電池を並列接続するとき、エンジンの始動を許可する
   ことを特徴とするコントローラ。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のコントローラにおいて、
   前記端子間電圧の差に応じて、前記一方の二次電池から出力させる電力と前記他方の二次電池から出力させる電力との差を拡大させる
   ことを特徴とするコントローラ。

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