JP2018182943A - Vehicle power storage device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両に搭載される蓄電装置に関する。 The present invention relates to a power storage device mounted on a vehicle.
下記の特許文献1には、この種の蓄電装置が開示されている。この蓄電装置は、発電機に接続され且つ互いに並列接続された上限電圧の異なる2つの蓄電池と、上限電圧の低い方の鉛蓄電池の電流経路に設けられた開閉手段と、開閉手段のオンオフを制御する制御ユニットと、を備えている。この蓄電装置において、制御ユニットは、発電機からの電力が鉛蓄電池の充電可能電力よりも高い場合に、開閉手段をオフ状態に設定するように構成されている。
この蓄電装置によれば、回生時に制御ユニットが開閉手段をオン状態に設定することによって、発電機から供給された電力を2つの蓄電池の両方に充電できる。また、この蓄電装置によれば、充電中に鉛蓄電池にその上限電圧を超える電圧が印加されるのを防ぐことができる。
According to this power storage device, the electric power supplied from the generator can be charged to both of the two storage batteries by the control unit setting the switching means to the on state at the time of regeneration. Moreover, according to this power storage device, it is possible to prevent a voltage exceeding the upper limit voltage from being applied to the lead storage battery during charging.
しかしながら、上記の蓄電装置において、鉛蓄電池の上限電圧を考慮することなく上限電圧の高い方の蓄電池を充電した場合には、制御ユニットが開閉手段を再びオン状態に設定して2つの蓄電池を接続したときに、鉛蓄電池にその上限電圧よりも高い電圧が印加されるという問題が生じ得る。 However, in the above storage device, when charging the storage battery with the higher upper limit voltage without considering the upper limit voltage of the lead storage battery, the control unit sets the open / close means again in the ON state and connects the two storage batteries. When this happens, a problem may arise in which a voltage higher than the upper limit voltage is applied to the lead storage battery.
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、上限電圧の異なる2つの蓄電池を充電終了後に接続したときに上限電圧が低い方の蓄電池にその上限電圧を超える電圧が印加されるのを防ぐことができる車両用蓄電装置を提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of such problems, and when two storage batteries having different upper limit voltages are connected after charging, a voltage exceeding the upper limit voltage is applied to the storage battery having a lower upper limit voltage. It is an object of the present invention to provide a storage device for a vehicle that can be prevented.
本発明の一態様は、
車両に搭載される車両用蓄電装置(10,110,210,310,410)であって、
発電機(2)に電気的に接続された第1蓄電池(12)と、
上記発電機で発生した電力を上記第1蓄電池に充電するための充電制御を行う制御部(16)と、
を備え、
上記第1蓄電池は、その上限電圧(V1m)を下回る上限電圧(V2m)を有する第2蓄電池(22)に電気的に接続され、
上記制御部は、上記第1蓄電池の充電終了後の開回路電圧(V1b)が上記第2蓄電池の上記上限電圧を超えないような充電条件で上記充電制御を行う、車両用蓄電装置(10,110,210,310,410)、
にある。
One aspect of the present invention is
A vehicle storage device (10, 110, 210, 310, 410) mounted on a vehicle,
A first storage battery (12) electrically connected to the generator (2);
A control unit (16) that performs charge control for charging the first storage battery with the electric power generated by the generator;
Equipped with
The first storage battery is electrically connected to a second storage battery (22) having an upper limit voltage (V2m) below the upper limit voltage (V1m),
The control unit performs the charge control under the charge condition such that the open circuit voltage (V1b) after charging of the first storage battery does not exceed the upper limit voltage of the second storage battery (10, 110, 210, 310, 410),
It is in.
上記の車両用蓄電装置によれば、制御部は第1蓄電池の充電終了後の開回路電圧が第2蓄電池の上限電圧を超えないような充電条件で充電制御を行う。即ち、第2蓄電池の上限電圧を考慮しつつ第1蓄電池の充電終了後の開回路電圧を予測しながら第1蓄電池の充電を行う。このため、充電終了後に2つの蓄電池が接続されたときに、第2蓄電池にその上限電圧よりも高い電圧が印加されるのを防ぐことができる。 According to the vehicle storage device, the control unit performs the charge control under the charge condition such that the open circuit voltage after the end of the charge of the first storage battery does not exceed the upper limit voltage of the second storage battery. That is, the first storage battery is charged while predicting the open circuit voltage after the end of the charging of the first storage battery in consideration of the upper limit voltage of the second storage battery. For this reason, when two storage batteries are connected after completion | finish of charge, it can prevent that a voltage higher than the upper limit voltage is applied to a 2nd storage battery.
以上のごとく、上記態様によれば、車両用蓄電装置において、上限電圧の異なる2つの蓄電池を充電終了後に接続したときに上限電圧が低い方の蓄電池にその上限電圧を超える電圧が印加されるのを防ぐことができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
As described above, according to the above aspect, when two storage batteries having different upper limit voltages are connected after charging, a voltage exceeding the upper limit voltage is applied to the storage battery having the lower upper limit voltage in the electric storage device for a vehicle. You can prevent.
The reference numerals in parentheses described in the claims and the means for solving the problems indicate the correspondence with the specific means described in the embodiments described later, and the technical scope of the present invention is limited. It is not a thing.
以下、車両に搭載される車両用蓄電装置の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, an embodiment of a vehicle storage device mounted on a vehicle will be described with reference to the drawings.
(実施形態1)
図1に示される電源システム1は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等の車両に搭載されるものであり、発電電力を充電して蓄えるとともに充電した電力を各電気部品へ供給する機能を有する。
(Embodiment 1)
The
実施形態1にかかるこの電源システム1は、発電機2と、補機等からなる負荷3と、車両用蓄電装置としての電池パック10と、スイッチ21と、鉛蓄電池22と、電圧センサ23と、電流センサ24と、を備えている。
The
発電機2は、車両減速のときの回生時に発電可能なモーター機能付発電機(モータジェネレータ)であり、回生時に減速エネルギーによって発電した回生電力を出力するように構成されている。この発電機2は、電池パック10の端子10aに電気的に接続されている。
The
負荷3は、発電機2、電池パック10及び鉛蓄電池22からの電力供給によって作動することができるように構成された電気機器である。この目的のために、この負荷3は、スイッチ21を挟んで電池パック10の端子10bに電気的に接続され、且つスイッチ21の下流で鉛蓄電池22に電気的に接続されている。
The load 3 is an electric device configured to be able to operate by power supply from the
電池パック10は、スイッチ11と、リチウム蓄電池12と、電圧センサ13と、電流センサ14と、温度センサ15と、電池ECU16と、を備えている。
The battery pack 10 includes a
スイッチ11は、発電機2で発生した電力をリチウム蓄電池12に充電するための経路上に、具体的には2つの端子10a,10bの間にオンオフ可能に設けられた第1電流制限機構である。このスイッチ11は、半導体スイッチであるP−SMRスイッチとして構成されている。
The
このスイッチ11は、電池ECU16からの制御信号に応じて、発電機2がリチウム蓄電池12に電気的に接続されたオン状態と、この接続が解除されたオフ状態とのいずれか一方に設定されるように構成されている。このスイッチ11によれば、リチウム蓄電池12に流れる電流を個別に制限することができる。
In accordance with a control signal from
このスイッチ11がオン状態に設定されることによって、発電機2で生じた回生電力のリチウム蓄電池12への充電が可能になる。一方で、このスイッチ11がオフ状態に設定されることによって、発電機2で生じた回生電力のリチウム蓄電池12への充電が不能になる。
By setting the
リチウム蓄電池12は、車両の走行のために発電機2に電気的に接続された蓄電池であり、特に、正極と負極の間をリチウムイオンが移動することで充電や放電を行う二次電池である。このリチウム蓄電池12は、鉛蓄電池22に比べて短時間により多くの電力を充電することができ、ごく短時間に発生する回生電力を効率的に充電することが可能な高入出力タイプの電池である。
The
このリチウム蓄電池12として、正極にオリビン構造を有する素材であるリン鉄リチウムを用い、負極にカーボン(グラファイト、ソフトカーボン、ハードカーボン、グラフェンなど)を用い、電解質に有機溶媒などの非水電解質を用いるリチウムイオン電池を採用するのが好ましい。この場合、正極にオリビン構造を有する素材を用いることによって、放電能力を高めることができる。
なお、必要に応じては、このリチウム蓄電池12に代えて、別の構造のリチウムイオン電池や、リチウムイオン電池以外の非水系二次電池を採用することもできる。
As this
If necessary, a lithium ion battery having another structure or a non-aqueous secondary battery other than the lithium ion battery may be employed instead of the
なお、以下の説明では、便宜上、一方の蓄電池であるこのリチウム蓄電池12を「第1蓄電池12」といい、他方の蓄電池である鉛蓄電池22を「第2蓄電池22」という。また、第1蓄電池12のためのスイッチ11を「第1スイッチ11」といい、第2蓄電池22のためのスイッチ21を「第2スイッチ21」という。
In the following description, for convenience, this
電圧センサ13は、第1蓄電池12の端子電圧OCVを検出するために、この第1蓄電池12に電気的に接続された電圧検出部として構成されている。この電圧センサ13は、電圧に関する情報を直接的或いは間接的に計測可能な既知の電圧センサを用いて構成されている。この電圧センサ13で検出された電圧は、電池ECU16の記憶部16aに伝送される。
The
電流センサ14は、第1蓄電池12の充電時の電流を検出するためのセンサである。この電流センサ14は、電流に関する情報を直接的或いは間接的に計測可能な既知の電流センサを用いて構成されている。この電流センサ14で検出された電流は、電池ECU16の記憶部16aへ伝送される。
The
温度センサ15は、第1蓄電池12の温度を検出するためのセンサである。この温度センサ15は、温度に関する情報を直接的或いは間接的に計測可能な既知の温度センサによって構成されている。この温度センサ15で検出された温度の値は、電池ECU16の記憶部16aへ伝送される。
The
電池ECU16は、発電機2で発生した電力を第1蓄電池12及び第2蓄電池22のそれぞれに充電するための充電制御を行う機能を有する制御部として構成されている。この機能を実現するために、電池ECU16は、記憶部16aと、演算部16bと、駆動部16cと、を備えている。
The
記憶部16aは、演算式やセンサなどによって検出された各種の情報などを記憶する機能を有する。この記憶部16aには、図2に示されるように、端子電圧OCV[V]と充電率SOC(State Of Charge)[%]との相関を示すマップMが予め準備されて記憶されている。このマップMにおいて、相関線Lの傾きSを一定の直線として近似することができる。
The
演算部16bは、記憶部16aに記憶された情報や、各種のセンサで検出された情報を使用して、予め定められたタイミングで必要な演算を行う機能を有する。
The
駆動部16cは、記憶部16aに記憶されている情報や、演算部16bの演算結果、更には上位ECU(図示省略)からの指令信号などに基づいて、第1スイッチ11及び第2スイッチ21のそれぞれを駆動するための制御信号を出力する機能を有する。
The
この機能により、第1スイッチ11は、第1蓄電池12が発電機2に接続されたオン状態と、当該接続が解除されたオフ状態のいずれ一方の状態に設定される。また、この機能により、第2スイッチ21は、第2蓄電池22が発電機2に接続されたオン状態と、当該接続が解除されたオフ状態のいずれ一方の状態に設定される。
なお、第2スイッチ21の切換制御を、電池ECU16に代えて、この電池ECU16に接続された上位ECUが主体となって実行するようにしてもよい。
By this function, the
The switching control of the
第2スイッチ21は、発電機2で発生した電力を第2蓄電池22に充電するための経路上に、具体的には発電機2側の電力供給経路と負荷3及び第2蓄電池22が接続されている通電経路との間にオンオフ可能に設けられた第2電流制限機構である。この第2スイッチ21は、半導体スイッチであるP−MOSスイッチとして構成されている。
The
この第2スイッチ21は、電池ECU16の駆動部16cからの制御信号に応じて、電力供給経路が負荷3及び第2蓄電池22のそれぞれに電気的に接続されたオン状態と、この接続が解除されたオフ状態とのいずれか一方に設定されるように構成されている。この場合、制御信号は、電池ECU16から直接的に或いは上位ECUを介して間接的に第2スイッチ21に伝送されるのが好ましい。この第2スイッチ21によれば、第2蓄電池22に流れる電流を個別に制限することができる。
In the
この第2スイッチ21がオン状態に設定されることによって、発電機2で生じた回生電力の第2蓄電池22への充電と、負荷3への電力供給とが可能になる。一方で、この第2スイッチ21がオフ状態に設定されることによって、発電機2で生じた回生電力の鉛蓄電池22への充電と、負荷3への電力供給とが不能になる。
By setting the
第2蓄電池22は、電極に鉛を用い、電解液として希硫酸を用いた二次電池である。この第2蓄電池22によれば、充電状態でその電力を負荷3に供給することができる。このような第2蓄電池22は、第1蓄電池12に比べて安価である。
The
この第2蓄電池22は、その上限電圧V2m[V]が第1蓄電池12の上限電圧V1m[V]を下回るように構成されている。一方で、第1蓄電池12は、その抵抗R[Ω]が第2蓄電池22を下回るように構成されている。
The
電圧センサ23は、電圧センサ13と同様のセンサであり、第2蓄電池22の端子電圧OCV(Open Circuit Voltage)を検出するために、この第2蓄電池22に電気的に接続された電圧検出部として構成されている。この電圧センサ23で検出された電圧は、上位ECUを介して電池ECU16の記憶部16aへ伝送される。
The
電流センサ24は、電流センサ14と同様のセンサであり、第2蓄電池22側の電流を検出するためのセンサである。この電流センサ14で検出された電流は、上位ECUを介して電池ECU16の記憶部16aへ伝送される。
The
以下、図3〜図5を参照しながら、第1蓄電池12及び第2蓄電池22の充電制御について具体的に説明する。この充電制御は、電池ECU16が主体となって実行されるものである。
Hereinafter, charge control of the
この電池ECU16は、概して、第1蓄電池12の充電終了後の開回路電圧V1b[V]が第2蓄電池22の上限電圧V2m[V]を超えないような充電条件、具体的には開回路電圧V1b[V]が上限電圧V2m[V]になるような充電条件で充電制御を行う。この充電制御では、充電条件に基づいて2つのスイッチ11,21のそれぞれをオン状態からオフ状態に切換えるタイミングが適宜に制御される。
The
図3のフローチャートに示されるように、この充電制御は、ステップS1からステップS9までの処理を順次実行することによって達成される。
なお、必要に応じてこのフローチャートに別のステップが追加されてもよいし、或いは1つのステップが複数のステップに分割されてもよい。
As shown in the flowchart of FIG. 3, this charge control is achieved by sequentially executing the processing from step S1 to step S9.
Note that another step may be added to the flowchart as needed, or one step may be divided into a plurality of steps.
ステップS1は、電源システム1の初期状態において、第1蓄電池12の充電前の開回路電圧である電圧V0[V]を電圧センサ13によって検出するステップである。このステップS1によれば、第1蓄電池12の電圧V0[V]を取得できる。この初期状態では、2つのスイッチ11,21がともにオフ状態に設定されている。このため、第2蓄電池22から負荷3への電力供給が可能になる。
Step S1 is a step in which
ステップS2は、ステップS1で取得した電圧V0[V]に基づいて、第1蓄電池12の充電容量閾値Qth[Ah]を設定するステップである。この充電容量閾値Qth[Ah]は、第1蓄電池12に充電可能な容量の上限閾値を示すものであり、上限電圧が低い方の第2蓄電池22の上限電圧V2m[V]によって定まる。このステップS2は、図4中のステップS2aからステップ2dまでの処理によって具現化される。
Step S2 is a step which sets up charge capacity threshold Qth [Ah] of the
図4に示されるように、ステップS2aは、図2のマップMの相関線Lを用いて初期の充填率である初期SOC[%]を導出するステップである。このステップでは、相関線Lの電圧V1[V]に対応した充填率SOC[%]を求め、この充填率SOC[%]を初期SOC[%]として導出する。例えば、相関線Lにおいて電圧V1[V]に対応した充填率SOCが50[%]である場合、初期SOCが50[%]になる。 As shown in FIG. 4, step S2a is a step of deriving an initial SOC [%] which is an initial filling rate, using the correlation line L of the map M of FIG. In this step, the filling factor SOC [%] corresponding to the voltage V1 [V] of the correlation line L is determined, and this filling factor SOC [%] is derived as the initial SOC [%]. For example, when the filling rate SOC corresponding to the voltage V1 [V] in the correlation line L is 50 [%], the initial SOC is 50 [%].
ステップS2bは、第2蓄電池22の上限電圧である電圧V2a[V]から上限の充填率である上限SOC[%]を導出するステップである。このステップでは、相関線Lの電圧V2m[V]に対応した充填率SOC[%]を求め、この充填率SOC[%]を上限SOC[%]として導出する。例えば、相関線Lにおいて電圧V2m[V]に対応したSOCが80[%]である場合、上限SOCが80[%]になる。
Step S2b is a step which derives upper limit SOC [%] which is the filling rate of the upper limit from voltage V2a [V] which is the upper limit voltage of the
ステップS2cは、ステップS2bで導出した上限SOC[%]からステップS2aで導出した初期SOC[%]を減算するステップである。このステップS2cによれば、その減算値ΔSOC[%]が導出される。例えば、上限SOCが80[%]であり初期SOCが50[%]である場合、減算値ΔSOCが30[%]になる。 Step S2c is a step of subtracting the initial SOC [%] derived in step S2a from the upper limit SOC [%] derived in step S2b. According to step S2c, the subtraction value ΔSOC [%] is derived. For example, when the upper limit SOC is 80% and the initial SOC is 50%, the subtraction value ΔSOC is 30%.
ステップS2dは、ステップS2cで導出した減算値ΔSOC[%]を充電容量閾値Qth[Ah]に換算するステップである。具体的には、減算値ΔSOC[%]は、第1蓄電池12の電池容量[Ah]との積算によって、第1蓄電池12の充電容量閾値Qth[Ah]に換算される。例えば、減算値ΔSOCが30[%]であり電池容量が10[Ah]である場合、充電容量閾値Qthが3[Ah]になる。
Step S2d is a step of converting the subtraction value ΔSOC [%] derived in step S2c into a charge capacity threshold Qth [Ah]. Specifically, the subtraction value ΔSOC [%] is converted to the charge capacity threshold Qth [Ah] of the
上述のステップS2aからステップS2dまでの処理を、図5のように模式的に示すことができる。この処理の場合、第1蓄電池12の充電率SOCと開回路電圧OCVとの相関Lについて予め準備されたマップMと、第2蓄電池22の上限電圧V2m[V]と、に基づく充電容量閾値Qth[V]を、充電容量Q[Ah]の判定のための上限閾値としている。
The processes from step S2a to step S2d described above can be schematically shown as shown in FIG. In the case of this process, the charge capacity threshold Qth based on the map M prepared in advance for the correlation L between the charge ratio SOC of the
図3に戻り、ステップS3は、発電機2が発電中であるか否か、即ち充電可能な状態であるか否かを判定するステップである。この判定は、発電機2についての出力情報を検出することによって可能になる。そして、この判定において、発電機2が発電中であると判定するまで、ステップS1からステップS3までの処理が繰り返される。
Referring back to FIG. 3, step S3 is a step of determining whether or not the
ステップS4は、発電機2が発電中であるという判定がなされた(ステップS3がYesである)ことを条件に、第1スイッチ11及び第2スイッチ21のそれぞれをオン状態に設定するステップである。このステップS4によれば、発電機2から供給された回生電力の第1蓄電池12への充電が開始され、且つ第2蓄電池22への充電が開始される。この充電開始からの経過時間は、タイマー(図示省略)によってカウントされて、電池ECU16の記憶部16aへ伝送される。
Step S4 is a step of setting each of the
この場合、発電機2、第1蓄電池12及び第2蓄電池22から負荷3への電力供給が可能になる。一方で、発電機2が発電中でない場合には、第1蓄電池12及び第2蓄電池22から負荷3への電力供給が可能になる。
In this case, power can be supplied to the load 3 from the
ステップS5は、第2蓄電池22の充電中の充電電圧V2[V]がその上限電圧V2m[V]に達したか否かを判定するステップである。この判定は、充電電圧V2[V]を上限電圧V2m[V]と対比することによって可能になる。
Step S5 is a step which judges whether charge voltage V2 [V] under charge of the
ステップS6は、充電電圧V2[V]が上限電圧V2m[V]に達したという判定がなされた(ステップS5がYesである)ことを条件に、第2スイッチ21をオン状態からオフ状態に切換設定するステップである。このステップS6によれば、第2蓄電池22は、発電機2から分離されるためその充電が終了する。この場合、第2蓄電池22から負荷3への電力供給が可能になる。
The step S6 switches the
ステップS7は、第1蓄電池12の充電中のパラメータである充電容量Q[Ah]を検出するステップである。この充電容量Q[Ah]は、電流センサ14によって検出された電流と、前記のタイマーによって検出された充電開始からの経過時間との積算によって導出される。
Step S7 is a step of detecting a charge capacity Q [Ah] which is a parameter during charging of the
ステップS8は、ステップS7で検出された充電容量Q[Ah]がステップS2で設定された充電容量閾値Qth[Ah]、即ち第2蓄電池22の上限電圧V2m[V]から定まる上限閾値に達したか否かを判定するステップである。この判定は、充電容量Q[Ah]を充電容量閾値Qth[Ah]と対比することによって可能になる。
In step S8, the charge capacity Q [Ah] detected in step S7 has reached the upper limit threshold determined from the charge capacity threshold Qth [Ah] set in step S2, that is, the upper limit voltage V2m [V] of the
ステップS9は、充電容量Q[Ah]が充電容量閾値Qth[Ah]に達したという判定がなされた(ステップS8がYesである)ことを条件に、第1スイッチ11をオンからオフに切換制御するステップである。このステップS9によれば、第1蓄電池12は、発電機2から分離されるためその充電が終了する。即ち、充電容量Q[Ah]が充電容量閾値Qth[Ah]に達するまで第1蓄電池12の充電を継続する。
Step S9 controls the switching of the
上述の充電制御によれば、第1蓄電池12及び第2蓄電池22のそれぞれの電圧は図6に示されるように変化する。
According to the above-mentioned charge control, the voltage of each of the
第2蓄電池22の電圧は、ステップS4で第2スイッチ21がオンに制御された時間taのときの初期電圧V0[V]から徐々に上昇する。その後、第2蓄電池22の電圧は、ステップS6で第2スイッチ21がオフに制御された時間tbのときの電圧V2a[V](上限電圧V2m[V]に一致)を最大値として、充電終了後の開回路電圧であるV2b[V]まで徐々に下降する。
The voltage of the
一方で、第1蓄電池12の電圧は、ステップS4で第1スイッチ11がオンに制御された時間taのときの初期電圧V0[V]から徐々に上昇する。その後、第1蓄電池12の電圧は、ステップS9で第1スイッチ11がオフに制御された時間tcのときの電圧V1a[V]を最大値として、充電終了後の開回路電圧であるV1b[V]まで徐々に下降する。このとき、第1蓄電池12の充電終了後の開回路電圧V1b[V]は、第2蓄電池22の上限電圧上限電圧V2m[V]に一致する。
On the other hand, the voltage of the
なお、ステップS8の判定で使用する上限閾値は、充電容量閾値Qth[Ah]を下回る値であってもよい。即ち、充電容量Q[Ah]の値が第2蓄電池22の上限電圧V2m[V]から定まる充電容量閾値Qth[Ah]を超えないような条件であればよい。この場合、電池ECU16は、第1蓄電池12の充電終了後の開回路電圧V1bが第2蓄電池22の上限電圧V2mを超えないような充電条件、具体的には開回路電圧V1bが第2蓄電池22の上限電圧V2m[V]と充電終了後の開回路電圧V2b[V]との間に領域に制御されるような充電条件で充電制御を行うのが好ましい。
Note that the upper limit threshold used in the determination of step S8 may be a value lower than the charge capacity threshold Qth [Ah]. That is, the condition may be such that the value of the charge capacity Q [Ah] does not exceed the charge capacity threshold value Qth [Ah] which is determined from the upper limit voltage V2m [V] of the
特に、開回路電圧V1b[V]が開回路電圧V2b[V]に一致する場合、即ち等電圧になる場合には、その後に、2つのスイッチ11,21をともにオンにしても電圧変動を生じさせることなく第1蓄電池12と第2蓄電池22とを直接接続することができる。
In particular, in the case where open circuit voltage V1b [V] matches open circuit voltage V2b [V], that is, equal voltage, a voltage fluctuation occurs even if both switches 11 and 21 are both turned on thereafter. The
次に、実施形態1の作用効果について説明する。 Next, the operation and effect of the first embodiment will be described.
上記の電池パック10によれば、電池ECU16は、第1蓄電池12の充電終了後の開回路電圧V1b[V]が第2蓄電池22の上限電圧V2m[V]を超えないような充電条件で充電制御を行う。即ち、第2蓄電池22の上限電圧V2m[V]を考慮しつつ第1蓄電池12の充電終了後の開回路電圧V1b[V]を予測しながら第1蓄電池12の充電を行う。このため、充電終了後に2つの蓄電池12,22が接続されたときに、第2蓄電池22にその上限電圧V2m[V]よりも高い電圧が印加されるのを防ぐことができる。その結果、第2蓄電池22の劣化を抑制できる。
According to the above battery pack 10, the
また、上記の電池パック10によれば、充電容量Q[Ah]とマップMとを用いることによって、第1スイッチ11をオンからオフに切換える判定に使用する充電容量閾値Qth[Ah]の設定を行うことができる。
Further, according to the above battery pack 10, by using the charge capacity Q [Ah] and the map M, the setting of the charge capacity threshold Qth [Ah] used for the determination to switch the
また、上記の電池パック10によれば、第1蓄電池12の充電終了後の開回路電圧V1b[V]が第2蓄電池22の上限電圧V2m[V]以下となり、且つ第2蓄電池22の充電終了後の開回路電圧V2b[V]以上となる充電条件を採用しているため、第2蓄電池22の劣化を抑制した上で、2つの蓄電池12,22の接続時の電圧変動を低く抑えることができる。特に、第1蓄電池12の充電容量Q[Ah]が充電容量閾値Qth[V]に達するまで第1蓄電池12の充電を継続するため、第1蓄電池12の充電量をできるだけ増やすことができる。
Further, according to the above battery pack 10, the open circuit voltage V1b [V] after the end of the charging of the
以下、上記の実施形態1に関連する他の実施形態について図面を参照しつつ説明する。他の実施形態において、実施形態1の要素と同一の要素には同一の符号を付しており、当該同一の要素についての説明を省略する。 Hereinafter, other embodiments relating to the above-described first embodiment will be described with reference to the drawings. In the other embodiments, the same elements as the elements of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description of the same elements is omitted.
(実施形態2)
実施形態2の電池パック110は、実施形態1と同様に図1の電源システム1を構成するものである。この電池パック110は、実施形態1の電池パック10と同様のシステム構成を有する。一方で、この電池パック110は、電池ECU16によって実行される図3の充電制御のうち、第1蓄電池12の充電容量閾値Qth[Ah]を設定するためのステップS2が実施形態1と相違しており、その他のステップは実施形態1と一致している。
Second Embodiment
The battery pack 110 of the second embodiment constitutes the
概して、実施形態1では、第1蓄電池12の充電容量閾値Qth[Ah]を設定するのに、初期SOC[%]及び上限SOC[%]を用いるのに対して、この実施形態2では、マップMの相関線Lの傾きS[V/%]を用いるようにしている。
Generally, in the first embodiment, the initial SOC [%] and the upper limit SOC [%] are used to set the charge capacity threshold Qth [Ah] of the
この充電制御は、ステップS2を構成する図4のステップS2a〜2dに代えて、図8のステップS12a〜12cを採用している。 This charge control adopts steps S12a to 12c of FIG. 8 in place of steps S2a to 2d of FIG. 4 forming step S2.
ステップS12aは、第1蓄電池12の許容電圧VA[V]を導出するステップである。ここで、許容電圧VA[V]は、第1蓄電池12の充電中の充電電圧V1[V]から第2蓄電池22の上限電圧V2m[V]を減算することによって導出される。
Step S12a is a step of deriving an allowable voltage VA [V] of the
ステップS12bは、ステップS12aで導出した許容電圧VA[V]を図2中の相関線Lの傾きS[V/%]で除算するステップである。このステップS12bによれば、その除算値D[%]が導出される。 Step S12b is a step of dividing the allowable voltage VA [V] derived in step S12a by the slope S [V /%] of the correlation line L in FIG. According to step S12b, the division value D [%] is derived.
ステップS12cは、ステップS12bで導出した除算値D[%]を充電容量閾値Qth[Ah]に換算するステップである。具体的には、除算値D[%]と第1蓄電池12の電池容量[Ah]との積算によって、第1蓄電池12の充電容量閾値Qth[Ah]が導出される。
Step S12c is a step of converting the division value D [%] derived in step S12b into a charge capacity threshold Qth [Ah]. Specifically, the charge capacity threshold value Qth [Ah] of the
上述のステップS12aからステップS12cまでの処理を、図9のように模式的に示すことができる。この処理の場合、第1蓄電池12の充電率SOCと開回路電圧OCVとの相関Lについて予め準備されたマップMと、第1蓄電池12の充電中の充電電圧V1[V]と、第2蓄電池22の上限電圧V2m[V]と、に基づく充電容量閾値Qth[V]を、充電容量Q[Ah]の判定のための上限閾値としている。
The processes from step S12a to step S12c described above can be schematically shown as shown in FIG. In the case of this process, the map M prepared in advance for the correlation L between the state of charge SOC of the
上述の実施形態2によれば、充電容量閾値Qth[Ah]を設定するためのステップの数を実施形態1の場合よりも少なくできる。このため、この設定の演算に要するコストを実施形態1に比べて低く抑えることができる。
その他、実施形態1と同様の作用効果を奏する。
According to the above-described second embodiment, the number of steps for setting the charge capacity threshold Qth [Ah] can be smaller than in the first embodiment. For this reason, the cost required for the calculation of the setting can be reduced as compared to the first embodiment.
Other effects and effects similar to those of the first embodiment are achieved.
(実施形態3)
実施形態3の電池パック210は、実施形態1と同様に図1の電源システム1を構成するものである。この電池パック210は、実施形態1の電池パック10と同様のシステム構成を有する。一方で、この電池パック110による充電制御は、電池ECU16が図10中のステップS1からステップS9までの処理を順次実行することによって達成される。
(Embodiment 3)
The battery pack 210 of the third embodiment constitutes the
この充電制御において、ステップS102と、ステップS107〜S109が実施形態1と相違しており、その他のステップは実施形態1と一致している。即ち、図10中のステップS103〜S106のそれぞれが、図3中のステップS3〜S6のそれぞれと一致している。 In this charge control, step S102 and steps S107 to S109 are different from those of the first embodiment, and the other steps are the same as those of the first embodiment. That is, each of steps S103 to S106 in FIG. 10 corresponds to each of steps S3 to S6 in FIG.
概して、実施形態1では、第1蓄電池12の充電終了のタイミングをその充電容量Q[Ah]に基づいて判定しているのに対して、この実施形態3では、第1蓄電池12の充電終了のタイミングをその充電電圧V1[V]に基づいて判定するようにしている。
Generally, in the first embodiment, the timing of charge termination of the
ステップS102は、図4中のステップS2aと同じものであり、図2のマップMの相関線Lを用いて初期SOC[%]を導出するステップである。
なお、必要に応じて、このステップS102を省略することもできる。
Step S102 is the same as step S2a in FIG. 4, and is a step of deriving the initial SOC [%] using the correlation line L of the map M of FIG.
Note that this step S102 can be omitted as necessary.
ステップS107は、第1蓄電池12の電圧閾値Vth[V]を設定するステップである。この電圧閾値Vth[V]は、第1蓄電池12の充電電圧V1[V]として許容される上限閾値を示すものであり、上限電圧が低い方の第2蓄電池22の上限電圧V2m[V]によって定まる。このステップS107は、図11中のステップS107a及びステップ107bの処理によって具現化される。
Step S <b> 107 is a step of setting the voltage threshold Vth [V] of the
ステップS107aは、第1蓄電池12の過電圧ΔV[V]を導出するステップである。ここで、過電圧ΔV[V]は、第1蓄電池12の充電中のパラメータである充電電圧V1[V]の補正値であり、電流センサ14によって検出された電流I[A]と、温度センサ15によって検出された温度T[℃]から算出した抵抗R[Ω]と、の積算によって得られる。
Step S107a is a step of deriving the overvoltage ΔV [V] of the
ステップS107bは、ステップS107aで導出した過電圧ΔV[V]から電圧閾値Vth[V]を導出するステップである。ここで、電圧閾値Vth[V]は、第1蓄電池12の充電中の充電電圧V1[V]にステップS107aで導出した過電圧ΔV[V]を加算することによって導出される。
Step S107b is a step of deriving a voltage threshold Vth [V] from the overvoltage ΔV [V] derived in step S107a. Here, the voltage threshold value Vth [V] is derived by adding the overvoltage ΔV [V] derived in step S107 a to the charging voltage V1 [V] during charging of the
図10に戻り、ステップS108は、第1蓄電池12の充電中の充電電圧V1[V]がステップS107で設定された電圧閾値Vth[V]に達したか否かを判定するステップである。この判定は、充電電圧V1[V]を電圧閾値Vth[V]と対比することによって可能になる。
Returning to FIG. 10, step S108 is a step of determining whether or not the charging voltage V1 [V] during charging of the
ステップS109は、充電電圧V1[V]が電圧閾値Vth[V]に達したという判定がなされた(ステップS108がYesである)ことを条件に、第1スイッチ11をオンからオフに切換制御するステップである。このステップS109によれば、第1蓄電池12は、発電機2から分離されるためその充電が終了する。即ち、充電電圧V1[V]が電圧閾値Vth[V]に達するまで第1蓄電池12の充電を継続する。
Step S109 switches the
上述のステップS107a及びステップS107bの処理を、図12のように模式的に示すことができる。この処理の場合、第1蓄電池12の充電中の電流I[A]と抵抗R[Ω]とによって定まる過電圧ΔV[V])で充電電圧V1[V]を補正した電圧閾値Vth[V]を、充電電圧V1[V]の判定のための上限閾値としている。
The processes of the above-described steps S107a and S107b can be schematically shown as shown in FIG. In the case of this process, a voltage threshold Vth [V] obtained by correcting the charging voltage V1 [V] with an overvoltage ΔV [V] determined by the current I [A] and the resistance R [Ω] during charging of the
上述の実施形態3によれば、第1蓄電池12の充電電圧V1[V]を用いることによって、第1スイッチ11をオンからオフに切換える判定に使用する電圧閾値Vth[V]の設定を行うことができる。この設定により、開回路電圧V1b[V]が上限電圧V2m[V]を超えないようにするための充電条件の精度を高めることができる。
また、第1蓄電池12は第2蓄電池22に比べて抵抗R[Ω]が小さく過電圧ΔV[V]も小さいため、充電制御が容易になる。
その他、実施形態1と同様の作用効果を奏する。
According to the third embodiment described above, setting of the voltage threshold Vth [V] used for determination to switch the
In addition, since the
Other effects and effects similar to those of the first embodiment are achieved.
(実施形態4)
図13に示されるように、実施形態4に係る電源システム301は、実施形態1に係る電源システム1の電流制限機構である第2スイッチ21に代えてセレクタ30が設けられている点で実施形態1と相違している。
その他の構成は、実施形態1と同様である。
(Embodiment 4)
As shown in FIG. 13, the
The other configuration is the same as that of the first embodiment.
セレクタ30は、発電機2と第2蓄電池22との間の通電経路上で互いに背面接続(バック・ツー・バック接続)された2つのMOS−FET31,31を有する。このMOS−FET31の制御端子としてのゲート端子にセレクタ制御回路32が接続されている。
The
このセレクタ30において、セレクタ制御回路32が2つのMOS−FET31,31の一方をオンに且つ他方をオフに制御することによって、予め設定された設定電位差以上の電位差が生じたときに電流が流れる一方で、設定電位差を下回る電位差の場合には電流が流れなくなる。設定電位差は、MOS−FET31の半導体材料によって定まる。セレクタ30は、このような原理によって、2つのスイッチ11,21と同様の電流制限機能を発揮する。
In the
実施形態4の電池パック310において、電池ECU16は、第1蓄電池12の充電中に第2蓄電池22との間に設定電位差以上の電位差が生じて第2蓄電池22側へ電流が流れたことを電流センサ24が検出したことを条件に、第1スイッチ11をオンからオフに制御するように構成されている。
In the
上述の実施形態4によれば、セレクタ30が第2蓄電池22に対する第1蓄電池12の相対的な電位差を決めるため、第1蓄電池12と第2蓄電池22との間の電圧変動を抑制できる。この抑制効果を高めるために、設定電位差が第2蓄電池22の上限電圧V2m[V]の例えば5%程度となるように、MOS−FET31の半導体材料を選定するのが好ましい。
その他、実施形態1と同様の作用効果を奏する。
According to the above-mentioned Embodiment 4, since
Other effects and effects similar to those of the first embodiment are achieved.
なお、この実施形態4に関連して、上記のセレクタ30に代えて、DC(直流)をDC(直流)へ変換する機器であるDC−DCコンバータを用いて第1蓄電池12と第2蓄電池22との間の電位差を設定することもできる。
Incidentally, in relation to the fourth embodiment, the
(実施形態5)
図14に示されるように、実施形態5に係る電源システム401は、実施形態1に係る電源システム1の構成要素に加えて、3つの負荷4,5,6を備えている。また、実施形態5の電池パック410は、そのシステム構成が実施形態1の電池パック10と相違している。図14では、便宜上、図1中の電池ECU16及びセンサ類について、その記載を省略している。
その他の構成は、実施形態1と同様である。
Embodiment 5
As shown in FIG. 14, the
The other configuration is the same as that of the first embodiment.
電池パック410は、電池パック10の構成要素に加えて、4つの端子10c,10d,10e,10fと、電力供給機構40と、バイパス機構50と、を備えている。なお、図14中のスイッチ17は、実施形態1のスイッチ21に相当するスイッチであり、電池パック410の一構成である。
In addition to the components of the battery pack 10, the
電池パック410は、端子10bにおいて負荷3に接続され、端子10dにおいて負荷4に接続され、端子10eにおいて負荷5に接続され、端子10fにおいて負荷6に接続されている。
The
なお、この電池パック410の端子の数は、車両に搭載される負荷の数に応じて適宜に設定されるのが好ましい。これにより、電池パック410の汎用性を高めることが可能になる。
The number of terminals of the
電力供給機構40は、第1蓄電池12及び第2蓄電池22のそれぞれの電力を第1蓄電池22に電気的に接続された4つの負荷3,4,5,6のそれぞれに選択的に供給可能に構成されている。この機能を実現するために、電力供給機構40は、2つのスイッチ42,43を備えている。
The
これら2つのスイッチ42,43は、第1蓄電池12の正極端子を2つのスイッチ11,17を通ることなく端子10bに接続する接続経路41上にオンオフ可能に設けられている。また、この接続経路41は、2つのスイッチ42,43の間から分岐して3つの端子10d,10e,10fのそれぞれに接続されている。
These two
スイッチ42は、半導体スイッチであるS−MOSスイッチとして構成されており、スイッチ43は、半導体スイッチであるS−SMRスイッチとして構成されている。これら2つのスイッチ42,43はそれぞれ、電池ECU16からの制御信号によってオン状態或いはオフ状態に設定されるように構成されている。
The
バイパス機構50は、第1蓄電池12をバイパスして発電機2と第2蓄電池22とを電気的に接続可能に構成されている。この機能を実現するために、バイパス機構50は、2つのバイパスリレー52,53を備えている。これら2つのバイパスリレー52,53は、電池パック410をバイパスして発電機2側の径路と第2蓄電池22側の経路を接続するバイパス経路51上に直列に設けられている。このバイパス経路51は、端子10cと3つの端子10d,10e,10fのそれぞれとを接続している。
The
2つのバイパスリレー52,53はいずれも、常閉式の電磁リレーとして構成されており、通常時は電池ECU16から励磁電流が常時出力されることで開放状態に制御される一方で、電源失陥時に電池ECU16からの励磁電流の出力が停止されることによって閉鎖状態になる。
Both of the two bypass relays 52 and 53 are configured as normally closed electromagnetic relays, and under normal conditions, the excitation current is constantly output from the
上述の実施形態5によれば、電力供給機構40の2つのスイッチ42,43を適宜に制御することによって、発電機2から第1蓄電池12及び第2蓄電池22に充電しながら、これら第1蓄電池12及び第2蓄電池22のいずれからでも4つの負荷3,4,5,6のそれぞれに電力を供給することが可能になる。即ち、充電と放電を同時に行うことができる。例えば、第1蓄電池12の充電中に第2蓄電池22の電力を、電池パック410を挟んで反対側に設置されている3つの負荷4,5,6に供給することができる。
According to the above-described fifth embodiment, by appropriately controlling the two
また、実施形態5によれば、バイパス機構50を使用することによって、電池パック410の故障や電源失陥などが発生したときでも、発電機2や第2蓄電池22の電力のみで4つの負荷3,4,5,6のそれぞれを作動させることが可能になる。この場合、電源システム401から電池パック410のみが除去されたのと同様の電源システムが構築される。
その他、実施形態1と同様の作用効果を奏する。
Further, according to the fifth embodiment, by using the
Other effects and effects similar to those of the first embodiment are achieved.
なお、この実施形態5に関連して、電力供給機構40及びバイパス機構50の両方を備える構造に代えて、電力供給機構40及びバイパス機構50のいずれか一方を備える構造を採用することもできる。
Incidentally, in connection with the fifth embodiment, instead of the structure including both the
本発明は、上記の実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の応用や変形が考えられる。例えば、上記の実施形態を応用した次の各形態を実施することもできる。 The present invention is not limited to the above embodiment, and various applications and modifications can be considered without departing from the object of the present invention. For example, the following embodiments to which the above embodiment is applied can be implemented.
上記の実施形態では、第1蓄電池12としてリチウム蓄電池(正極にリン鉄リチウム、負極にカーボン)を用い、第2蓄電池22として鉛蓄電池を用いる場合について例示したが、第1蓄電池12及び第2蓄電池22については、これに限定されるものではなく、以下のような変更例を採用することもできる。
Although said embodiment illustrated about the case where a lithium storage battery (phosphorus iron lithium, carbon is used for a negative electrode as a 1st storage battery 12) and a lead storage battery is used as a
第1蓄電池12として、正極にニッケルマンガンコバルト酸リチウムを用い負極にカーボンを用いたリチウム蓄電池、正極にマンガン酸リチウムを用い負極にチタン酸リチウムを用いたリチウム蓄電池、正極にナトリウム金属酸化物を用い負極にカーボンを用いたナトリウム蓄電池、マグネシウム電池、アルミニウム空気電池、リチウムイオンキャパシタなどを採用することもできる。
As the
第2蓄電池22として、正極にナトリウム金属酸化物を用い負極にカーボンを用いたナトリウム蓄電池、正極にマンガン酸リチウムを用い負極にチタン酸リチウムを用いたリチウム蓄電池などを採用することもできる。
As the
2 発電機
3,4,5,6 負荷
8 画像処理装置(場所情報検出装置)
10,110,210,310,410 電池パック(車両用蓄電装置)
11 第1スイッチ(第1電流制限機構)
12 第1蓄電池(リチウム蓄電池)
16 電池ECU(制御部)
21 第2スイッチ(第2電流制限機構)
22 第2蓄電池(鉛蓄電池)
30 セレクタ(第2電流制限機構)
31 MOS−FET
40 電力供給機構
50 バイパス機構
I 電流
M マップ
Q 充電容量
Qth 充電容量閾値(上限閾値)
R 抵抗
SOC 充電率
V1 充電電圧
Vth 電圧閾値(上限閾値)
V1m,V2m 上限電圧
V1b,V2b,OCV 開回路電圧
ΔV 過電圧
2 Generator 3, 4, 5, 6 Load 8 Image processing device (location information detection device)
10, 110, 210, 310, 410 Battery pack (power storage device for vehicle)
11 1st switch (1st current limiting mechanism)
12 1st storage battery (lithium storage battery)
16 Battery ECU (Control Unit)
21 2nd switch (2nd current limit mechanism)
22 2nd battery (lead battery)
30 Selector (2nd current limit mechanism)
31 MOS-FET
40
R resistance SOC Charge ratio V1 Charge voltage Vth Voltage threshold (upper threshold)
V1m, V2m Upper limit voltage V1b, V2b, OCV Open circuit voltage ΔV Overvoltage
Claims (13)
発電機(2)に電気的に接続された第1蓄電池(12)と、
上記発電機で発生した電力を上記第1蓄電池に充電するための充電制御を行う制御部(16)と、
を備え、
上記第1蓄電池は、その上限電圧(V1m)を下回る上限電圧(V2m)を有する第2蓄電池(22)に電気的に接続され、
上記制御部は、上記第1蓄電池の充電終了後の開回路電圧(V1b)が上記第2蓄電池の上記上限電圧を超えないような充電条件で上記充電制御を行う、車両用蓄電装置(10,110,210,310,410)。 A vehicle storage device (10, 110, 210, 310, 410) mounted on a vehicle,
A first storage battery (12) electrically connected to the generator (2);
A control unit (16) that performs charge control for charging the first storage battery with the electric power generated by the generator;
Equipped with
The first storage battery is electrically connected to a second storage battery (22) having an upper limit voltage (V2m) below the upper limit voltage (V1m),
The control unit performs the charge control under the charge condition such that the open circuit voltage (V1b) after charging of the first storage battery does not exceed the upper limit voltage of the second storage battery (10, 110, 210, 310, 410).
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