JP2019134554A - 蓄電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリ上がりを抑制し、使用される機器が追加されてもバッテリの長寿命化を図ることができる蓄電装置を提供する。【解決手段】実施形態の蓄電装置１は、鉛蓄電池および電装機器を備える電源システム１００と追加機器Ｌ２との間に設けられる。蓄電装置１は、電力情報取得部１６ａ、放電判別部１６ｂ、電流路制御部１６ｃを備える。電力情報取得部１６ａは、電源システム１００から供給される電力に係る情報を取得する。その情報を基に、放電判別部１６ｂは、鉛蓄電池から電力が供給されているか否かを判別する。その判別結果に従って、電流路制御部１６ｃは、電源システム１００から予め定められた基準を満たす電力が供給されるよう電源システム１００と追加機器Ｌ２との間の電流路を制御する。【選択図】図３

Description

本発明の実施形態は、蓄電装置に関する。

走行中の車両が一旦停止するときにエンジンを停止させるアイドリングストップが知られている。アイドリングストップ中におけるオルタネータ等の発電量はエンジン駆動時よりも少なく、アイドリングストップ中における車両のライトやワイパー等の各種車載機器（電装機器）の駆動は、車両に搭載された二次電池（例えば鉛蓄電池）の電力によって行われる。

アイドリングストップ中に二次電池の残量が少なくなるとエンジン駆動ができなくなる現象（いわゆるバッテリ上がり）が起こる。バッテリ上がりを抑えるための技術として、特許文献１には、例えば満充電になるまで二次電池を充電し、充電完了後にアイドリングストップを行う装置が開示されている。

しかし、この場合、充電を行った分だけバッテリ上がりが起こるまでの時間を延ばせるが、バッテリ上がりの問題の根本的な解決には至っていない。また、使用される機器が増えると二次電池の充放電の頻度が増えて二次電池の劣化が早まる。

特開平９−２５８６４号公報

本発明が解決しようとする課題は、電源システムのバッテリ上がりを抑制し、車両電装機器以外の機器が追加されても、電源システムのバッテリに影響を与えず、当該バッテリの長寿命化を図ることができる蓄電装置を提供することである。

実施形態の蓄電装置は、外部蓄電池および第１の負荷装置を備える電源システムと第２の負荷装置との間に設けられる蓄電装置であって、前記電源システムから供給される電力に係る情報を取得する電力情報取得手段と、前記電力情報取得手段によって取得された前記情報を基に前記外部蓄電池から電力が供給されているか否かを判別する放電判別手段と、前記放電判別手段による判別結果に従って、前記電源システムから予め定められた基準を満たす電力が供給されるよう前記電源システムと前記第２の負荷装置との間の電流路を制御する電流路制御手段と、を備える。

本発明の一実施形態に係る蓄電装置、電源システム、追加機器の関係を示した図である。 電源システム、蓄電装置、追加機器の間の電力の流れを示した図である。 図１に示した蓄電装置の構成を示したブロック図である。 蓄電装置が実行する制御処理を示したフローチャートである。 図４に示した内部蓄電池充電処理を示したフローチャートである。 図４に示した発電要否通知処理を示したフローチャートである。 本実施形態に係る各機器の電圧と閾値との関係を示す図である。 本発明の第１の変形例に係る蓄電装置の構成を示したブロック図である。 本発明の第２の変形例に係る蓄電装置の構成を示したブロック図である。

以下、発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、図中、同一または同等の構成には同一の符号を付す。

本実施形態に係る蓄電装置は、セルモータを有する自動車、電気自動車、ハイブリッド車、電気オートバイ等の車両で使用される。図１に示すように、蓄電装置１は、電源システム１００と追加機器Ｌ２との間に設けられる。

電源システム１００は、電装機器Ｌ１、発電装置Ｅおよび鉛蓄電池（外部蓄電池）Ｐｂを備える。電装機器Ｌ１は、車両のライトやワイパー等の車載機器（第１の負荷装置）であり、発電装置Ｅ、鉛蓄電池Ｐｂから受け取る各電力によって駆動される。

発電装置Ｅは、例えばエンジンやオルタネータ等を備える。オルタネータは、エンジンの回転エネルギーや車軸の回生エネルギーによって発電する。エンジンは、例えばエンジンコントロールユニット（Engine Control Unit）等によって制御される。エンジンコントロールユニットは、車両に設けられた各種センサから取得される車速とアクセル開度に基づいてエンジンの停止（アイドリングストップ）を行う。

追加機器Ｌ２は、通信機器や表示機器等、車両に新たに追加搭載される車載機器（第２の負荷装置）であり、電源システム１００に備えられた既存の電装機器Ｌ１（第１の負荷装置）とは区別される。

蓄電装置１は、電源システム１００から電力を受け取り、追加機器Ｌ２に電力を供給する。図２に示すように、電源システム１００から受け取る電力は、発電装置Ｅからの電力と、鉛蓄電池Ｐｂからの電力である。

蓄電装置１は、図３に示すように、電流検出部１１、リチウムイオン電池（内部蓄電池）１２、第１電圧検出部１３、第２電圧検出部１４、整流素子Ｄ、第１スイッチング素子ＳＷ１、第２スイッチング素子ＳＷ２、記憶部１５、制御部１６を備える。

電流検出部１１は、電流センサ、増幅器、ＡＤ変換器等を備える。電流検出部１１は、電源システム１００と追加機器Ｌ２との間の電流路ＥＬ１に設けられ、整流素子Ｄ及び第１スイッチング素子ＳＷ１を介して電流路ＥＬ１に流れる電流を検出する。電流検出部１１は、検出した電流の値を制御部１６に供給する。

リチウムイオン電池１２は、複数の電池セルが接続された組電池（電池パック）から構成される。リチウムイオン電池１２は、第２スイッチング素子ＳＷ２を介して電流路ＥＬ１に接続され、電源システム１００からの充電および追加機器Ｌ２への放電が可能となるように設けられている。

第１電圧検出部１３と第２電圧検出部１４は、それぞれ、電圧センサ、増幅器、ＡＤ変換器等を備える。第１電圧検出部１３は、リチウムイオン電池１２に並列に接続され、リチウムイオン電池１２の電圧を検出する。第１電圧検出部１３は、検出した電圧の値を制御部１６に供給する。

第２電圧検出部１４は、電源システム１００に並列に接続され、電源システム１００の電圧を検出する。第２電圧検出部１４は、検出した電圧の値を制御部１６に供給する。

整流素子Ｄは、電流路ＥＬ１に設けられ、第１スイッチング素子ＳＷ１を介して電源システム１００から追加機器Ｌ２への方向に電力を供給する。整流素子Ｄは、アノードが電源システム１００側に接続され、カソードが追加機器Ｌ２側に接続されている。

第１スイッチング素子ＳＷ１は、電流路ＥＬ１に設けられ、整流素子Ｄと直列に接続される。第１スイッチング素子ＳＷ１は、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）等の電圧駆動型の半導体スイッチやリレー等から構成される。第１スイッチング素子ＳＷ１は、制御部１６の制御のもと、電源システム１００から追加機器Ｌ２への電力の供給と停止を切り替える。

第２スイッチング素子ＳＷ２は、電流路ＥＬ１のリチウムイオン電池１２との接続点Ｐとリチウムイオン電池１２との間の電流路ＥＬ２に設けられる。第２スイッチング素子ＳＷ２は、制御部１６の制御のもと、接続点Ｐとリチウムイオン電池１２との間の電力の供給と停止（リチウムイオン電池１２の充放電と停止）を切り替える。

記憶部１５は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ等の記憶装置から構成される。また、記憶部１５は、制御部１６が各種処理を行うための制御プログラムおよびデータを記憶する。

制御部１６は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)、ＣＰＵのメインメモリとして機能するＲＡＭ（Random Access Memory）等を備えたＢＭＵ(Battery Management Unit)から構成される。なお、制御部１６は、一部がＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等の専用回路から構成されてもよい。

制御部１６は、例えば、蓄電装置１が、電源システム１００に接続されたタイミングで記憶部１５に記憶された制御プログラムを読み出して実行する。これにより、制御部１６は、電力情報取得部１６ａ、放電判別部１６ｂ、電流路制御部１６ｃ、通知部１６ｄとして機能する。電力情報取得部１６ａ、放電判別部１６ｂ、電流路制御部１６ｃ、通知部１６ｄは、例えば、蓄電装置１が、電源システム１００から切り離されるまで以下の図４乃至図６に示される制御処理を行う。

電力情報取得部１６ａは、電源システム１００から供給される電力に係る情報（電力情報）として、電流路ＥＬ１に流れる電流値を電流検出部１１から、また、電源システム１００の電圧値を第２電圧検出部１４から取得する（ＡＣＴ１１）。

放電判別部１６ｂは、電力情報取得部１６ａによって取得された電流値と電源システム１００の電圧を基に、電源システム１００から受け取る電力が、発電装置Ｅによるものか、鉛蓄電池Ｐｂによるものか、発電装置Ｅと鉛蓄電池Ｐｂ双方によるものかを判別する。放電判別部１６ｂは、この判別を、記憶部１５に記憶された３つの閾値（Ｖｔｈｓ，Ｖｐｂ−ｍａｘ＜Ｖｔｈｓ）によって行う。なお、各機器の電圧と各閾値の関係は、図７に示される。

また、電力情報取得部１６ａによって取得された電源システム１００の電圧が、閾値Ｖｔｈｓを下回る場合、放電判別部１６ｂは、発電装置Ｅから電力が供給されず、鉛蓄電池Ｐｂから電力が供給されている状態であると判別する（ＡＣＴ１３；ＹＥＳ）。発電装置Ｅと鉛蓄電池Ｐｂの双方から、または、鉛蓄電池Ｐｂから電力が供給されている状態であると判別された場合、表示装置等に対する発電要否通知処理が行われる（ＡＣＴ１５）。

また、電力情報取得部１６ａによって取得された電圧値（Ｖｂ）が、閾値Ｖｐｂ−ｍａｘ以上であり、閾値Ｖｔｈｓを下回る場合（Ｖｐｂ−ｍａｘ≦Ｖｂ＜Ｖｔｈｓ）、放電判別部１６ｂは、鉛蓄電池Ｐｂから電力が供給されず、発電装置Ｅから電力が供給されている状態であると判別する（ＡＣＴ１３；ＮＯ）。この場合、内部蓄電池充電処理が行われる（ＡＣＴ１４）。

ＡＣＴ１４の内部蓄電池充電処理では、図５に示すように、電流路制御部１６ｃは、リチウムイオン電池１２の電圧値を第１電圧検出部１３から取得し（ＡＣＴ１４１）、取得した電圧値を基にリチウムイオン電池１２の充電の要否を判別する（ＡＣＴ１４２）。例えば、電流路制御部１６ｃは、この判別を、記憶部１５に記憶された電圧閾値（Ｖｔｈ１）によって行う。

具体的には、電圧閾値（Ｖｔｈ１）は、リチウムイオン電池１２が満充電に近い状態の電圧値が設定されている。第１電圧検出部１３から取得された電圧値（Ｖａ）が電圧閾値Ｖｔｈ１を超えている場合（Ｖｔｈ１＜Ｖａ）、電流路制御部１６ｃは、リチウムイオン電池１２の充電は不要であると判別する（ＡＣＴ１４２；ＹＥＳ）。

一方、第１電圧検出部１３から取得された電圧値（Ｖａ）が電圧閾値Ｖｔｈ１以下の場合（Ｖａ≦Ｖｔｈ１）、電流路制御部１６ｃは、リチウムイオン電池１２の充電が必要であると判別する（ＡＣＴ１４２；ＮＯ）。

リチウムイオン電池１２の充電が不要であると判別した場合（ＡＣＴ１４２；ＹＥＳ）、電流路制御部１６ｃは、第１スイッチング素子ＳＷ１をオン、第２スイッチング素子ＳＷ２をオフにする（ＡＣＴ１４３）。この場合、電源システム１００の発電装置Ｅによって発電された電力は電流路ＥＬ１を介して追加機器Ｌ２に供給され、リチウムイオン電池１２には供給されない。

リチウムイオン電池１２の充電が必要であると判別した場合（ＡＣＴ１４２；ＮＯ）、電流路制御部１６ｃは、第１スイッチング素子ＳＷ１と第２スイッチング素子ＳＷ２の双方をオンにする（ＡＣＴ１４４）。この場合、電源システム１００の発電装置Ｅによって発電された電力は電流路ＥＬ１を介してリチウムイオン電池１２と追加機器Ｌ２の双方に供給され、リチウムイオン電池１２が充電される。
以上により、発電装置Ｅの電力を受け取る場合の一連の処理が行われ、その後は、図４に示したＡＣＴ１１に戻る。

一方、ＡＣＴ１５の発電要否通知処理では、図６に示すように、電流路制御部１６ｃは、第１スイッチング素子ＳＷ１をオフ、第２スイッチング素子ＳＷ２をオンにする（ＡＣＴ１５１）。この場合、電源システム１００から電力を受け取らず、リチウムイオン電池１２から追加機器Ｌ２に電力が供給される状態となる。つまり、この場合、追加機器Ｌ２は、リチウムイオン電池１２の電力により駆動される。

通知部１６ｄは、リチウムイオン電池１２の電圧値（Ｖａ）を第１電圧検出部１３から取得し、電源システム１００の電圧値（Ｖｂ）を第２電圧検出部１４から取得する（ＡＣＴ１５２）。通知部１６ｄは、取得した各電圧値を基にリチウムイオン電池１２、鉛蓄電池Ｐｂの充電の要否を判別する（ＡＣＴ１５３）。

通知部１６ｄは、この判別を、記憶部１５に記憶されたリチウムイオン電池１２の電圧閾値（Ｖｔｈ２）と鉛蓄電池Ｐｂの電圧閾値（Ｖｔｈ３）によって行う。リチウムイオン電池１２の電圧閾値（Ｖｔｈ２）は、例えば、満充電量の５０％に対応する電圧値が設定される。リチウムイオン電池１２の電圧値（Ｖａ）が電圧閾値Ｖｔｈ２を下回る場合（Ｖａ＜Ｖｔｈ２）、通知部１６ｄは、リチウムイオン電池１２の充電が必要であると判別する。

一方、鉛蓄電池Ｐｂの電圧閾値（Ｖｔｈ３）は、バッテリ上がりとなる電圧値（例えば鉛蓄電池Ｐｂの満充電量の２０％に対応する電圧値）を基に設定される。例えば、アイドリングストップ時に電装機器Ｌ１の駆動によって鉛蓄電池Ｐｂの電力が消費され、電源システム１００の電圧値（Ｖｂ）が電圧閾値Ｖｔｈ３を下回った場合（Ｖｂ＜Ｖｔｈ３）、通知部１６ｄは、鉛蓄電池Ｐｂの充電が必要であると判別する。

通知部１６ｄは、リチウムイオン電池１２、鉛蓄電池Ｐｂいずれかの充電が必要であると判別した場合（ＡＣＴ１５３；ＹＥＳ）、電装機器Ｌ１や追加機器Ｌ２として構成された表示装置に、発電装置Ｅの駆動が必要な旨を通知して表示させる（ＡＣＴ１５４）。

通知部１６ｄは、リチウムイオン電池１２、鉛蓄電池Ｐｂの双方とも充電が不要であると判別した場合（ＡＣＴ１５３；ＮＯ）、電装機器Ｌ１や追加機器Ｌ２として構成された表示装置に、発電装置Ｅの駆動が不要な旨を通知して表示させる（ＡＣＴ１５５）。
以上により、発電装置Ｅの電力を受け取らない場合の一連の処理が行われ、その後は、図４に示したＡＣＴ１１に戻り、上記と同様の処理を行う。

以上、上記実施形態に係る蓄電装置１は、電源システム１００の鉛蓄電池Ｐｂから電力を受け取らず、発電装置Ｅから電力を受け取るよう、電源システム１００と追加機器Ｌ２との間の電流路ＥＬ１を制御できる。これにより、電源システム１００の鉛蓄電池Ｐｂのバッテリ上がりを抑制でき、車両で使用される機器が追加されても、鉛蓄電池Ｐｂに影響を与えず、鉛蓄電池Ｐｂの長寿命化を図ることができる。

なお、上記実施形態では、電源システム１００から受け取る電力が、発電装置Ｅ、鉛蓄電池Ｐｂ、発電装置Ｅと鉛蓄電池Ｐｂ双方の何れかによるものであるかを電流路ＥＬ１に流れる電流値を基に判別したが、これらの判別を、電流路ＥＬ１に流れる電流値と第２電圧検出部１４から取得する電圧値とから求められる電力値を基に行ってもよい。

また、上記実施形態では、通知部１６ｄは、発電装置Ｅの駆動の要否を電装機器Ｌ１や追加機器Ｌ２として構成された表示装置に通知する例を説明したが、当該駆動の要否を車両内のエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ：Engine Control Unit）に通知してもよい。この場合、エンジンコントロールユニットは、通知部１６ｄから受け取る通知に基づいて、発電装置Ｅ（エンジン）を自動駆動し、発電を行うようにしてもよい。

また、鉛蓄電池Ｐｂの電圧値（Ｖｂ）が電圧閾値Ｖｔｈ３を下回る場合（Ｖｂ＜Ｖｔｈ３）、リチウムイオン電池１２の電力を電源システム１００に供給するよう、蓄電装置１を構成してもよい。

この場合、蓄電装置１は、図８に示すように、電流路ＥＬ１に設けられた整流素子Ｄに並列に接続された第３スイッチング素子ＳＷ３を備える。電流路制御部１６ｃは、第２電圧検出部１４から取得する電源システム１００の電圧の値を基に、第１スイッチング素子ＳＷ１、第２スイッチング素子ＳＷ２および第３スイッチング素子ＳＷ３を全てオンにする。これにより、リチウムイオン電池１２から電源システム１００（電装機器Ｌ１、鉛蓄電池Ｐｂ）への電力の供給が可能となる。

また、上記実施形態では、電流路ＥＬ１に備えられた第１スイッチング素子ＳＷ１を制御することにより、電源システム１００から追加機器Ｌ２への電力の供給と停止を切り替えたが、図９に示すように、第１スイッチング素子ＳＷ１の代わりに、ＤＣ／ＤＣコンバータ等の変圧回路１７を備えてもよい。この場合、電流路制御部１６ｃは、放電判別部１６ｂによる判別結果に従って、電源システム１００から追加機器Ｌ２に供給される電力の調整（低減または増加）を変圧回路１７に行わせる。

なお、上記実施形態では、蓄電装置に備えられる内部蓄電池は、リチウムイオン電池１２である例を挙げたが、その他の二次電池（例えば鉛蓄電池）を採用してもよい。また、蓄電装置１に備えられる内部蓄電池の数量は２つ以上であってもよく、内部蓄電池の種類の一致、相違は問わない。また、電源システムの外部蓄電池は、他の二次電池（例えばリチウムイオン電池）であってもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同時に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…蓄電装置
１１…電流検出部
１２…リチウムイオン電池（内部蓄電池）
１３…第１電圧検出部
１４…第２電圧検出部
１５…記憶部
１６…制御部
１６ａ…電力情報取得部
１６ｂ…放電判別部
１６ｃ…電流路制御部
１６ｄ…通知部
１７…変圧回路
Ｄ…整流素子
ＳＷ１…第１スイッチング素子
ＳＷ２…第２スイッチング素子
ＳＷ３…第３スイッチング素子
１００…電源システム
Ｅ…発電装置
Ｐｂ…鉛蓄電池（外部蓄電池）
Ｌ１…電装機器（第１の負荷装置）
Ｌ２…追加機器（第２の負荷装置）

Claims (9)

1. 外部蓄電池および第１の負荷装置を備える電源システムと第２の負荷装置との間に設けられる蓄電装置であって、
   前記電源システムから供給される電力に係る情報を取得する電力情報取得手段と、
   前記電力情報取得手段によって取得された前記情報を基に前記外部蓄電池から電力が供給されているか否かを判別する放電判別手段と、
   前記放電判別手段による判別結果に従って、前記電源システムから予め定められた基準を満たす電力が供給されるよう前記電源システムと前記第２の負荷装置との間の電流路を制御する電流路制御手段と、を備える、
   蓄電装置。
2. 前記電流路に流れる電流を検出する電流検出手段をさらに備え、
   前記電力情報取得手段は、前記電流検出手段によって検出された電流の値を前記電力に係る情報として取得し、
   前記放電判別手段は、前記電力情報取得手段によって取得された前記電流の大きさを基に前記外部蓄電池から電力が供給されているか否かを判別し、
   前記電流路制御手段は、前記放電判別手段による判別結果に従って、前記基準を満たす電力が供給されるよう前記電流路を制御する、
   請求項１に記載の蓄電装置。
3. 前記電流路に接続され、前記電源システムからの充電および前記第２の負荷装置への放電が可能になるように設けられた内部蓄電池と、
   前記内部蓄電池の電圧を検出する第１電圧検出手段と、をさらに備え、
   前記電流路制御手段は、前記第１電圧検出手段によって検出された前記内部蓄電池の電圧の大きさを基に、前記内部蓄電池に電力が供給されるよう前記内部蓄電池の前記電流路との接続点と当該内部蓄電池との間の電流路を制御する、
   請求項１または２に記載の蓄電装置。
4. 前記電源システムと前記第２の負荷装置との間の電流路に設けられ、前記電源システムから前記第２の負荷装置への方向に電力を供給する整流素子と、
   当該電流路に設けられ、前記電源システムから前記第２の負荷装置への電力の供給と停止を切り替える第１スイッチング素子と、
   前記接続点と前記内部蓄電池との間の電流路に設けられ、前記接続点と前記内部蓄電池との間の電力の供給と停止を切り替える第２スイッチング素子と、をさらに備え、
   前記電流路制御手段は、前記放電判別手段による判別結果に従って、前記第２の負荷装置または前記内部蓄電池の少なくとも一方に電力が供給されるよう前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子を制御する、
   請求項３に記載の蓄電装置。
5. 前記第１電圧検出手段によって検出された前記内部蓄電池の電圧の大きさを基に、前記電源システムに備えられた発電装置の駆動の要否を通知する通知手段をさらに備える、
   請求項３または４に記載の蓄電装置。
6. 前記電源システムの電圧を検出する第２電圧検出手段と、
   前記第２電圧検出手段によって検出された前記電源システムの電圧の値を基に、前記電源システムに備えられた発電装置の駆動の要否を通知する通知手段と、をさらに備える、
   請求項１から４の何れか１項に記載の蓄電装置。
7. 前記電源システムの電圧を検出する第２電圧検出手段をさらに備え、
   前記電流路制御手段は、前記第２電圧検出手段によって検出された前記電源システムの電圧の値を基に、前記内部蓄電池から前記電源システムに電力が供給されるよう前記電源システムと前記内部蓄電池との間の電流路を制御する、
   請求項４に記載の蓄電装置。
8. 前記整流素子に並列に接続された第３スイッチング素子をさらに備え、
   前記電流路制御手段は、前記第２電圧検出手段によって検出された前記電源システムの電圧の値を基に、前記内部蓄電池から前記電源システムに電力が供給されるよう前記第１スイッチング素子、前記第２スイッチング素子および前記第３スイッチング素子を制御する、
   請求項７に記載の蓄電装置。
9. 前記電源システムと前記第２の負荷装置との間の電流路に変圧回路をさらに備え、
   前記電流路制御手段は、前記放電判別手段による判別結果に従って、前記電源システムから前記第２の負荷装置に供給される電力の調整を前記変圧回路に行わせる、
   請求項１から３の何れかに記載の蓄電装置。

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