JP2020092509A - Battery control system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両の駆動源に電力を供給するバッテリーを制御するためのバッテリー制御システムに関する。 The present invention relates to a battery control system for controlling a battery that supplies electric power to a drive source of a vehicle.
従来、温度特性の異なる二種類のバッテリーを車両に積載し、温度条件に応じてそれらを使い分ける技術が知られている。例えば、リチウムイオン電池とニッケル水素電池とを車両に搭載した車両において、外気温が低いときにニッケル水素電池を使用し、外気温が高いときにリチウムイオン電池を使用してエンジンを始動させる技術が知られている（特許文献１参照）。ニッケル水素電池は、リチウムイオン電池と比較して低温時の出力が大きいことから、低温環境でのエンジンの始動性を向上させることができる。 2. Description of the Related Art Conventionally, a technique is known in which two types of batteries having different temperature characteristics are loaded in a vehicle and used properly according to temperature conditions. For example, in a vehicle in which a lithium ion battery and a nickel hydrogen battery are mounted on a vehicle, there is a technology for starting the engine by using the nickel hydrogen battery when the outside temperature is low and using the lithium ion battery when the outside temperature is high. It is known (see Patent Document 1). Since the nickel-hydrogen battery has a larger output at low temperatures than a lithium-ion battery, it is possible to improve the startability of the engine in a low-temperature environment.
温度特性の異なる二種類のバッテリー（例えば、低温用バッテリーと常温用バッテリー）を車両の駆動用バッテリーとして用いる場合、低温環境では低温用バッテリーが使用され続けることになる。一方、常温用バッテリーは、ヒーターで昇温させない限り使用することができず、車両の最大出力が半減してしまう。また、使用されるバッテリーの偏りによって、バッテリーの劣化状態にも偏りが生じうる。これにより、電力の供給状態が不安定になるおそれがある。 When two types of batteries having different temperature characteristics (for example, a low temperature battery and a room temperature battery) are used as vehicle drive batteries, the low temperature battery will continue to be used in a low temperature environment. On the other hand, the battery for room temperature cannot be used unless the temperature is raised by the heater, and the maximum output of the vehicle is halved. Further, due to the bias of the used battery, the deterioration state of the battery may be biased. As a result, the power supply state may become unstable.
本件の目的の一つは、上記のような課題に鑑みて創案されたものであり、電力の供給状態を安定させることができるようにしたバッテリー制御システムを提供することである。なお、この目的に限らず、後述する「発明を実施するための形態」に示す各構成から導き出される作用効果であって、従来の技術では得られない作用効果を奏することも、本件の他の目的として位置付けることができる。 One of the objects of the present invention was created in view of the above problems, and is to provide a battery control system capable of stabilizing the power supply state. It should be noted that the present invention is not limited to this purpose, and it is also possible to obtain operational effects that are derived from the respective configurations described in “Modes for Carrying Out the Invention”, which will be described later, and that are not obtained by the conventional technology. Can be positioned as a purpose.
（１）開示のバッテリー制御システムは、車両の駆動源に供給される電力を蓄える第一バッテリーと、前記第一バッテリよりも低温時の出力が大きい特性を有し、前記駆動源に供給される電力を蓄えるとともに、前記第一バッテリーの周囲に配置される第二バッテリーとを備える。また、前記第一バッテリーに関する温度を検出する温度センサーと、前記温度センサーで検出された前記温度が所定温度以上のときと比較して、前記温度が所定温度未満のときに、前記第一バッテリーよりも前記第二バッテリーを優先的に使用することで前記第一バッテリーを昇温させる制御装置とを備える。 (1) The disclosed battery control system has a first battery that stores electric power supplied to a drive source of a vehicle, and a characteristic that an output at a low temperature is larger than that of the first battery, and is supplied to the drive source. A second battery that stores electric power and is arranged around the first battery is provided. Further, a temperature sensor that detects a temperature related to the first battery, and when the temperature detected by the temperature sensor is equal to or higher than a predetermined temperature, when the temperature is lower than a predetermined temperature, Also includes a control device for raising the temperature of the first battery by preferentially using the second battery.
（２）前記第一バッテリー及び前記第二バッテリーが、格子状配列で交互に配置されることが好ましい。なお、前記格子状配列は、少なくとも水平方向に展開されることが好ましい。また、前記第一バッテリー及び前記第二バッテリーを垂直方向に積層する場合においても、前記第一バッテリー及び前記第二バッテリーが、垂直方向に交互に配置されることが好ましい。
（３）前記制御装置は、前記温度が所定温度未満の場合に、前記第二バッテリーのみを使用し、前記温度が所定温度以上になった後で、前記第一バッテリーを使用することが好ましい。
(2) It is preferable that the first battery and the second battery are alternately arranged in a grid arrangement. In addition, it is preferable that the lattice-like array is developed at least in the horizontal direction. Also, when the first battery and the second battery are stacked in the vertical direction, it is preferable that the first battery and the second battery are alternately arranged in the vertical direction.
(3) It is preferable that the control device uses only the second battery when the temperature is lower than a predetermined temperature, and uses the first battery after the temperature becomes equal to or higher than a predetermined temperature.
（４）前記第一バッテリー及び前記第二バッテリーが負荷に対して直列に接続される状態と並列に接続される状態とを切り替える切替装置を備えることが好ましい。
（５）前記制御装置は、前記温度が第二所定温度未満の場合に、前記第一バッテリと前記第二バッテリーとを直列に接続された状態で併用し、前記温度が第二所定温度以上の場合に、前記第一バッテリと前記第二バッテリーとを並列に接続された状態で併用することが好ましい。
(4) It is preferable to include a switching device that switches between a state in which the first battery and the second battery are connected in series to a load and a state in which they are connected in parallel.
(5) When the temperature is lower than a second predetermined temperature, the control device uses the first battery and the second battery together in series, and the temperature is equal to or higher than a second predetermined temperature. In this case, it is preferable to use the first battery and the second battery together in a state of being connected in parallel.
（６）前記制御装置は、前記温度が高いほど、前記第一バッテリーの使用割合を増加させることが好ましい。 (6) The control device preferably increases the usage rate of the first battery as the temperature is higher.
第一バッテリーが低温である場合に、第一バッテリーの周囲に配置された第二バッテリーを優先的に使用することで、車両の駆動源に供給される電力を確保しつつ第一バッテリーを効率的に昇温させることができる。これにより、短時間で第一バッテリーの温度を所定温度以上の状態に高めることができ、電力の供給状態を安定させることができる。 When the first battery has a low temperature, by preferentially using the second battery arranged around the first battery, the first battery can be efficiently used while ensuring the electric power supplied to the drive source of the vehicle. The temperature can be raised to. As a result, the temperature of the first battery can be raised to a predetermined temperature or higher in a short time, and the power supply state can be stabilized.
［１．構成］
図面を参照して、実施形態としてのバッテリー制御システムを説明する。図１は、本バッテリー制御システムが適用された車両１０の側面図である。この車両１０には、モーター１１，インバーター１２，バッテリーパック３が搭載される。モーター１１は車両１０の駆動源であり、電動機としての機能（車両駆動機能）と発電機としての機能（回生発電機能）とを兼ね備える。また、モーター１１は、トランスアクスルやギヤなどを介して駆動輪に接続される。モーター１１を回転駆動するための電力や、モーター１１で発電された電力は、バッテリーパック３に蓄えられる。
[1. Constitution]
A battery control system as an embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a side view of a vehicle 10 to which the present battery control system is applied. A motor 11, an inverter 12, and a battery pack 3 are mounted on this vehicle 10. The motor 11 is a drive source of the vehicle 10, and has both a function as an electric motor (vehicle drive function) and a function as a generator (regenerative power generation function). Further, the motor 11 is connected to the drive wheels via a transaxle, a gear, or the like. Electric power for rotationally driving the motor 11 and electric power generated by the motor 11 are stored in the battery pack 3.
インバーター１２は、バッテリーパック３が介装される直流回路の電力とモーター１１が介装される交流回路の電力とを相互に変換する変換器（DC-ACインバータ）である。モーター１１の力行時には、バッテリーパック３側からモーター１１側へと交流の駆動電力が供給される。一方、モーター１１の発電時には、モーター１１側からバッテリーパック３側へと直流の充電電力が供給される。バッテリーパック３とインバーター１２との間は直流の電力線で接続され、インバーター１２とモーター１１との間は三相交流の電力線で接続される。 The inverter 12 is a converter (DC-AC inverter) for mutually converting the electric power of the DC circuit in which the battery pack 3 is interposed and the electric power of the AC circuit in which the motor 11 is interposed. During power running of the motor 11, AC drive power is supplied from the battery pack 3 side to the motor 11 side. On the other hand, when the motor 11 is generating power, DC charging power is supplied from the motor 11 side to the battery pack 3 side. The battery pack 3 and the inverter 12 are connected by a DC power line, and the inverter 12 and the motor 11 are connected by a three-phase AC power line.
バッテリーパック３には、第一バッテリー１と第二バッテリー２とが内蔵される。これらは互いに異なる温度特性を持つ。第一バッテリー１は、常温域（例えば、-15〜+40℃の温度域）での出力が大きく、低温域（例えば、-15℃以下の温度域）での出力が小さい特性を持つ。これに対し、第二バッテリー２は、少なくとも低温域での出力が第一バッテリー１よりも大きい特性を持つ。本実施形態の第一バッテリー１はリチウムイオン二次電池であり、第二バッテリー２は全固体リチウム二次電池である。第一バッテリー１及び第二バッテリー２の定格出力電圧は、ほぼ同一（例えば、300〜500V程度）となるように設定される。なお、第一バッテリー１，第二バッテリー２は、単電池（バッテリーセル）であってもよいし、複数の単電池を組み合わせてなる組電池（バッテリーアッセンブリー，パック電池）であってもよい。 The battery pack 3 contains the first battery 1 and the second battery 2. These have different temperature characteristics. The first battery 1 has a characteristic that the output is large in a normal temperature range (for example, a temperature range of -15 to +40°C) and is small in a low temperature range (for example, a temperature range of -15°C or lower). On the other hand, the second battery 2 has a characteristic that the output in the low temperature range is larger than that of the first battery 1. The first battery 1 of this embodiment is a lithium ion secondary battery, and the second battery 2 is an all-solid-state lithium secondary battery. The rated output voltages of the first battery 1 and the second battery 2 are set to be substantially the same (for example, about 300 to 500V). The first battery 1 and the second battery 2 may be single cells (battery cells), or may be battery packs (battery assembly, battery pack) formed by combining a plurality of single cells.
第一バッテリー１，第二バッテリー２の最大入出力と電池温度との関係を図２に示す。図２中の横軸は電池温度を表す。縦軸は最大入出力を表し、横軸よりも上方が最大出力に相当し、横軸よりも下方が最大入力に相当する。また、最大出力と最大入力とに挟まれる範囲は、そのときの電池温度において、バッテリー１，２が外部との間で授受することのできる入出力の範囲を表す。この入出力範囲の幅（最大出力と最大入力との差の大きさ）に着目すると、第一バッテリー１の幅は低温域で狭く、常温域で広くなっている。これに対して第二バッテリー２の幅は、低温域から常温域にかけての変化が小さく、ほぼ一定の幅である。いずれにしても第二バッテリー２は、少なくとも低温域で第一バッテリー１よりも広い幅の入出力範囲を有している。 FIG. 2 shows the relationship between the maximum input/output of the first battery 1 and the second battery 2 and the battery temperature. The horizontal axis in FIG. 2 represents the battery temperature. The vertical axis represents the maximum input/output, the upper side of the horizontal axis corresponds to the maximum output, and the lower side of the horizontal axis corresponds to the maximum input. Further, the range sandwiched between the maximum output and the maximum input represents the range of input/output that can be exchanged between the batteries 1 and 2 at the battery temperature at that time. Focusing on the width of this input/output range (the size of the difference between the maximum output and the maximum input), the width of the first battery 1 is narrow in the low temperature range and wide in the normal temperature range. On the other hand, the width of the second battery 2 is almost constant, with little change from the low temperature range to the normal temperature range. In any case, the second battery 2 has a wider input/output range than the first battery 1 at least in the low temperature range.
バッテリーパック３の内部構造を図３に示す。バッテリーパック３は、上面がケース蓋１３によって密閉されるケース本体１４の内部に、複数のバッテリーモジュール１５〜１７を収納した構造を持つ。それぞれのバッテリーモジュール１５〜１７は、水平方向に広がる平板形状をなし、上下方向に積層した状態で固定される。また、各バッテリーモジュール１５〜１７には、第一バッテリー１と第二バッテリー２との双方が含まれる。 The internal structure of the battery pack 3 is shown in FIG. The battery pack 3 has a structure in which a plurality of battery modules 15 to 17 are housed inside a case body 14 whose upper surface is sealed by a case lid 13. Each of the battery modules 15 to 17 has a flat plate shape extending in the horizontal direction, and is fixed in a vertically stacked state. Further, each of the battery modules 15 to 17 includes both the first battery 1 and the second battery 2.
第一バッテリー１及び第二バッテリー２の配置は、それぞれの第一バッテリー１が第二バッテリー２によって周囲（前後左右）を囲まれるレイアウトとされる。換言すれば、第二バッテリー２は、第一バッテリー１の周囲に配置される。なお、各バッテリーモジュール１５〜１７の縁端部に配置された第一バッテリー１については、第二バッテリー２によって完全に囲むことができないため、その第一バッテリー１から見てバッテリーモジュール１５〜１７の内側方向のみに第二バッテリー２が隣接配置される。 The arrangement of the first battery 1 and the second battery 2 is such that each first battery 1 is surrounded by the second battery 2 (front, rear, left and right). In other words, the second battery 2 is arranged around the first battery 1. The first battery 1 arranged at the edge of each of the battery modules 15 to 17 cannot be completely surrounded by the second battery 2. The second battery 2 is adjacently arranged only in the inward direction.
本実施形態のバッテリーモジュール１５〜１７は、図３に示すように、第一バッテリー１及び第二バッテリー２を格子状配列で交互に配置した構造とされる。また、各バッテリー１，２のレイアウトは、第一バッテリー１が前後左右方向だけでなく上下方向にも第二バッテリー２と隣接するように設定される。なお、各バッテリー１，２のレイアウトは、長方形のマス目を組み合わせてできたチェスボードに準えることができ、例えば第一バッテリー１が白マスに対応するとすれば、第二バッテリー２は黒マスに対応するようなレイアウトである。 As shown in FIG. 3, the battery modules 15 to 17 of the present embodiment have a structure in which the first batteries 1 and the second batteries 2 are alternately arranged in a grid arrangement. The layout of the batteries 1 and 2 is set so that the first battery 1 is adjacent to the second battery 2 not only in the front-rear and left-right directions but also in the up-down direction. The layout of the batteries 1 and 2 can be similar to that of a chess board formed by combining rectangular cells. For example, if the first battery 1 corresponds to a white cell, the second battery 2 is a black cell. The layout corresponds to.
三段のバッテリーモジュール１５〜１７のうち、上下方向の中間に位置する中モジュール１６は、その上下に位置する上モジュール１５，下モジュール１７に対して、第一バッテリー１の位置と第二バッテリー２の位置とを反転させたレイアウトとなっている。第一バッテリー１の周囲に第二バッテリー２を配置することで、第二バッテリー２で発生したジュール熱を利用して第一バッテリー１を効率的に昇温させることが可能となる。 Among the three-stage battery modules 15 to 17, the middle module 16 located in the middle in the vertical direction has a position of the first battery 1 and the second battery 2 with respect to the upper module 15 and the lower module 17 located above and below the middle module 16. The layout is the reverse of the position of. By disposing the second battery 2 around the first battery 1, it becomes possible to efficiently raise the temperature of the first battery 1 by using the Joule heat generated in the second battery 2.
バッテリーパック３の内部回路構造を、図４に示す。バッテリーパック３の内部には、多数の第一バッテリー１及び第二バッテリー２と温度センサー４と切替装置６とが設けられる。図４中に示す第一バッテリー１，第二バッテリー２のそれぞれは、直列に接続されているが、必要に応じて並列回路を追加してもよい。温度センサー４は、少なくとも第一バッテリー１に関する温度Tを検出するセンサーである。 The internal circuit structure of the battery pack 3 is shown in FIG. Inside the battery pack 3, a large number of first batteries 1 and second batteries 2, a temperature sensor 4, and a switching device 6 are provided. Each of the first battery 1 and the second battery 2 shown in FIG. 4 is connected in series, but a parallel circuit may be added if necessary. The temperature sensor 4 is a sensor that detects the temperature T of at least the first battery 1.
ここでいう「第一バッテリー１に関する温度T」には、第一バッテリー１のセル温度や第一バッテリー１の表面温度が含まれ、加えてこれらに相関する温度（ケース内温度，外気温，車室内温度）も含まれる。温度センサー４は、好ましくは「第二バッテリー２で発生したジュール熱の影響が反映された第一バッテリー１に関する温度T」を検出する。したがって、温度センサー４でケース内温度や外気温を検出する場合には、第二バッテリー２よりも第一バッテリー１に近い位置に温度センサー４を配置することが好ましい。 The "temperature T relating to the first battery 1" as used herein includes the cell temperature of the first battery 1 and the surface temperature of the first battery 1, and in addition, the temperature (the temperature inside the case, the outside temperature, Room temperature) is also included. The temperature sensor 4 preferably detects “the temperature T regarding the first battery 1 in which the influence of the Joule heat generated in the second battery 2 is reflected”. Therefore, when the temperature sensor 4 detects the temperature inside the case or the outside air temperature, it is preferable to dispose the temperature sensor 4 at a position closer to the first battery 1 than the second battery 2.
切替装置６は、第一バッテリー１及び第二バッテリー２が負荷（モーター１１やインバーター１２）に対して直列に接続される状態と並列に接続される状態とを切り替えるものである。図４に示すように、本実施形態の切替装置６には、第一スイッチ７と第二スイッチ８とが含まれる。第一スイッチ７，第二スイッチ８はともに三路スイッチであり、スイッチの断接状態を変更することで四通りの回路を形成するように機能する。インバーター１２の負極端子に接続される電線は、第一バッテリー１の負極と第二スイッチ８とに分岐して接続される。また、インバーター１２の正極端子に接続される電線は、第二バッテリー２の正極と第一スイッチ７とに分岐して接続される。 The switching device 6 switches between a state in which the first battery 1 and the second battery 2 are connected in series to a load (motor 11 or inverter 12) and a state in which they are connected in parallel. As shown in FIG. 4, the switching device 6 of the present embodiment includes a first switch 7 and a second switch 8. Both the first switch 7 and the second switch 8 are three-way switches, and function to form four types of circuits by changing the connection/disconnection state of the switches. The electric wire connected to the negative electrode terminal of the inverter 12 is branched and connected to the negative electrode of the first battery 1 and the second switch 8. The electric wire connected to the positive electrode terminal of the inverter 12 is branched and connected to the positive electrode of the second battery 2 and the first switch 7.
図４に示すように、第一スイッチ７は、第一バッテリー１の正極に繋がる電線の接続先を位置Ａと位置Ｂとの二位置に切り替えるスイッチである。位置Ａは、インバーター１２の正極端子に繋がっており、位置Ｂは第二スイッチ８（位置Ｃ）に繋がっている。同様に、第二スイッチ８は、第二バッテリー２の負極に繋がる電線の接続先を位置Ｃと位置Ｄとの二位置に切り替えるスイッチである。位置Ｃは、第一スイッチ７（位置Ｂ）に繋がっており、位置Ｄはインバーター１２の負極端子に繋がっている。 As shown in FIG. 4, the first switch 7 is a switch that switches the connection destination of the electric wire connected to the positive electrode of the first battery 1 between two positions, a position A and a position B. The position A is connected to the positive electrode terminal of the inverter 12, and the position B is connected to the second switch 8 (position C). Similarly, the second switch 8 is a switch that switches the connection destination of the electric wire connected to the negative electrode of the second battery 2 to two positions, a position C and a position D. The position C is connected to the first switch 7 (position B), and the position D is connected to the negative terminal of the inverter 12.
図５に、第一スイッチ７及び第二スイッチ８の作動状態と回路状態との関係を示す。第一スイッチ７の操作位置が位置Ａであるとき、少なくとも第一バッテリー１が使用される状態となる。ここで、第二スイッチ８の操作位置が位置Ｃであれば、第一バッテリー１のみがインバーター１２に接続された状態となり、第二バッテリー２の接続は解除される。一方、第二スイッチ８の操作位置が位置Ｄであれば、第一バッテリー１及び第二バッテリー２がインバーター１２に対して並列に接続される。これにより、第一バッテリー１及び第二バッテリー２の併用が可能となる。 FIG. 5 shows the relationship between the operating states of the first switch 7 and the second switch 8 and the circuit state. When the operation position of the first switch 7 is the position A, at least the first battery 1 is in a usable state. Here, if the operation position of the second switch 8 is the position C, only the first battery 1 is connected to the inverter 12, and the connection of the second battery 2 is released. On the other hand, when the operation position of the second switch 8 is the position D, the first battery 1 and the second battery 2 are connected in parallel to the inverter 12. Thereby, the first battery 1 and the second battery 2 can be used together.
第一スイッチ７の操作位置が位置Ｂであるとき、少なくとも第二バッテリー２が使用される状態となる。ここで、第二スイッチ８の操作位置が位置Ｃであれば、第一バッテリー１及び第二バッテリー２がインバーター１２に対して直列に接続され、第一バッテリー１及び第二バッテリー２の併用が可能となる。一方、第二スイッチ８の操作位置が位置Ｄであれば、第二バッテリー２のみがインバーター１２に接続された状態となり、第一バッテリー１の接続は解除される。 When the operation position of the first switch 7 is the position B, at least the second battery 2 is in a usable state. Here, if the operation position of the second switch 8 is position C, the first battery 1 and the second battery 2 are connected in series to the inverter 12, and the first battery 1 and the second battery 2 can be used together. Becomes On the other hand, when the operation position of the second switch 8 is the position D, only the second battery 2 is connected to the inverter 12, and the connection of the first battery 1 is released.
第一スイッチ７，第二スイッチ８の作動状態は、制御装置５によって制御される。この制御装置５は、温度センサー４で検出された温度Tに基づいて第一スイッチ７，第二スイッチ８の作動状態を変更するコンピューター（電子制御装置）である。ここでは、温度センサー４で検出された温度Tが所定温度T1以上のときと比較して、温度Tが所定温度T1未満のときに、第一バッテリー１よりも第二バッテリー２を優先的に使用する制御が実施される。これにより、車両１０の走行性能を確保しつつ第一バッテリー１を昇温させることが可能となる。 The operating states of the first switch 7 and the second switch 8 are controlled by the control device 5. The control device 5 is a computer (electronic control device) that changes the operating states of the first switch 7 and the second switch 8 based on the temperature T detected by the temperature sensor 4. Here, the temperature T detected by the temperature sensor 4 is compared with the case one or more predetermined temperature T, when the temperature T is lower than the predetermined temperature T 1, preferentially the second battery 2 than the first battery 1 The control used for is implemented. This makes it possible to raise the temperature of the first battery 1 while ensuring the traveling performance of the vehicle 10.
制御装置５には、図示しないプロセッサ（中央処理装置），メモリ（メインメモリ，主記憶装置），補助記憶装置などが内蔵され、内部バスを介して互いに通信可能に接続される。プロセッサは、制御ユニット（制御回路）や演算ユニット（演算回路），キャッシュメモリ（レジスタ群）などを内蔵する中央処理装置である。また、メモリは、プログラムや作業中のデータが格納される記憶装置であり、例えばROM（Read Only Memory），RAM（Random Access Memory）がこれに含まれる。補助記憶装置は、メモリよりも長期的に保持されるデータやファームウェアが格納されるメモリ装置であり、例えばフラッシュメモリやEEPROMなどの不揮発性メモリがこれに含まれる。 The control unit 5 has a processor (central processing unit), a memory (main memory, main storage unit), an auxiliary storage unit, etc., which are not shown in the figure, and is communicably connected to each other via an internal bus. The processor is a central processing unit that includes a control unit (control circuit), an arithmetic unit (arithmetic circuit), a cache memory (register group), and the like. The memory is a storage device that stores a program and work data, and includes, for example, a ROM (Read Only Memory) and a RAM (Random Access Memory). The auxiliary storage device is a memory device that stores data and firmware that is retained for a longer period than the memory, and includes, for example, a nonvolatile memory such as a flash memory or an EEPROM.
本実施形態の制御装置５は、温度Tが四つの温度帯のいずれに属しているかを判断し、それぞれの温度帯に対応するように切替装置６の作動状態を制御する。まず、温度Tが所定温度T1未満のときには、第一バッテリー１を使用せず、第二バッテリー２のみが使用されるように、切替装置６の作動状態を制御する。一方、温度Tが所定温度T1以上、かつ、第二所定温度T2未満のときには、第一バッテリー１及び第二バッテリー２が直列で併用されるように、切替装置６の作動状態を制御する。温度Tが第二所定温度T2以上、かつ、第三所定温度T3未満のときには、第一バッテリー１及び第二バッテリー２が並列で併用されるように、切替装置６の作動状態を制御する。また、温度Tが第三所定温度T3以上のときには、第一バッテリー１のみが使用されるように、切替装置６の作動状態を制御する。 The control device 5 of the present embodiment determines which of the four temperature zones the temperature T belongs to, and controls the operating state of the switching device 6 so as to correspond to each of the temperature zones. First, when the temperature T is lower than the predetermined temperature T 1 , the operation state of the switching device 6 is controlled so that the first battery 1 is not used and only the second battery 2 is used. On the other hand, when the temperature T is equal to or higher than the predetermined temperature T 1 and lower than the second predetermined temperature T 2 , the operating state of the switching device 6 is controlled so that the first battery 1 and the second battery 2 are used in series. .. When the temperature T is equal to or higher than the second predetermined temperature T 2 and lower than the third predetermined temperature T 3 , the operating state of the switching device 6 is controlled so that the first battery 1 and the second battery 2 are used in parallel. .. Further, when the temperature T is equal to or higher than the third predetermined temperature T 3 , the operating state of the switching device 6 is controlled so that only the first battery 1 is used.
［２．フローチャート］
図６は、制御装置５で実施される制御の流れを説明するためのフローチャートである。ステップＡ１では、温度センサー４で検出された温度Tの情報が制御装置５に入力される。これを受けて制御装置５は、温度Tが所定温度T1未満であるか否かを判定する（ステップＡ２）。この条件が成立する場合には、第二バッテリー２のみが使用される（ステップＡ３）。つまり、第一スイッチ７の操作位置は位置Ｂとされ、第二スイッチ８の操作位置は位置Ｄとされる。
[2. flowchart]
FIG. 6 is a flowchart for explaining the flow of control performed by the control device 5. In step A1, information on the temperature T detected by the temperature sensor 4 is input to the control device 5. In response to this, the control device 5 determines whether the temperature T is lower than the predetermined temperature T 1 (step A2). When this condition is satisfied, only the second battery 2 is used (step A3). That is, the operation position of the first switch 7 is the position B, and the operation position of the second switch 8 is the position D.
第一バッテリー１を不使用とすることで、第一バッテリー１の劣化が抑制される。また、低温に強い第二バッテリー２が使用されることから、低温環境での電力の供給状態が安定化し、車両１０の走行性能が向上する。第二バッテリー２を使用することで発生するジュール熱は、その第二バッテリー２に隣接する第一バッテリー１へと伝達される。それぞれの第一バッテリー１は、周囲に位置する複数の第二バッテリー２によって暖められ、短時間で昇温する。 By not using the first battery 1, deterioration of the first battery 1 is suppressed. Moreover, since the second battery 2 that is resistant to low temperatures is used, the power supply state in a low temperature environment is stabilized, and the running performance of the vehicle 10 is improved. The Joule heat generated by using the second battery 2 is transferred to the first battery 1 adjacent to the second battery 2. Each of the first batteries 1 is warmed by the plurality of second batteries 2 located in the surroundings and heats up in a short time.
温度Tが所定温度T1以上になると、制御装置５は、その温度Tが第二所定温度T2未満であるか否かを判定する（ステップＡ４）。この条件が成立する場合には、第一バッテリー１と第二バッテリー２とが直列接続で併用される（ステップＡ５）。このとき、第一スイッチ７の操作位置は位置Ｂとされ、第二スイッチ８の操作位置は位置Ｃとされる。第一バッテリー１と第二バッテリー２とを直列に接続することで、インバーター１２に入力される電圧が高くなり、車両１０の走行安定性が向上する。特に、出力電圧が低温時に低下する特性があるバッテリー１，２を使用する場合に、その出力電圧の低下をカバーすることができる。 When the temperature T becomes equal to or higher than the predetermined temperature T 1 , the control device 5 determines whether the temperature T is lower than the second predetermined temperature T 2 (step A4). When this condition is satisfied, the first battery 1 and the second battery 2 are used in series connection together (step A5). At this time, the operation position of the first switch 7 is set to the position B, and the operation position of the second switch 8 is set to the position C. By connecting the first battery 1 and the second battery 2 in series, the voltage input to the inverter 12 increases, and the running stability of the vehicle 10 improves. In particular, when using the batteries 1 and 2 which have the characteristic that the output voltage drops at low temperatures, the drop in output voltage can be covered.
ステップＡ４の条件が不成立の場合、制御装置５は、温度Tが第三所定温度T3未満であるか否かを判定する（ステップＡ６）。この条件が成立する場合には、第一バッテリー１と第二バッテリー２とが並列接続で併用される（ステップＡ７）。このとき、第一スイッチ７の操作位置は位置Ａとされ、第二スイッチ８の操作位置は位置Ｄとされる。第一バッテリー１と第二バッテリー２とを並列に接続することで、インバーター１２に入力される電圧が過剰に上昇することが抑制される。また、温度上昇に伴う出力電圧の上昇の影響を小さくすることができる。 If the condition of step A4 is not satisfied, the control unit 5 determines whether or not the temperature T is less than a third predetermined temperature T 3 (step A6). When this condition is satisfied, the first battery 1 and the second battery 2 are used in parallel connection (step A7). At this time, the operation position of the first switch 7 is set to the position A, and the operation position of the second switch 8 is set to the position D. By connecting the first battery 1 and the second battery 2 in parallel, an excessive increase in the voltage input to the inverter 12 is suppressed. Further, it is possible to reduce the influence of the increase in the output voltage due to the temperature increase.
一方、ステップＡ６の条件が不成立の場合には、第一バッテリー１のみが使用される（ステップＡ８）。このとき、第一スイッチ７の操作位置は位置Ａとされ、第二スイッチ８の操作位置は位置Ｃとされる。第二バッテリー２を不使用とすることで、第二バッテリー２の劣化が抑制される。また、常温での使用に適した第一バッテリー１のみが使用されることから、電力の供給状態が安定化し、車両１０の走行性能が向上する。 On the other hand, when the condition of step A6 is not satisfied, only the first battery 1 is used (step A8). At this time, the operation position of the first switch 7 is set to the position A, and the operation position of the second switch 8 is set to the position C. By not using the second battery 2, deterioration of the second battery 2 is suppressed. Further, since only the first battery 1 suitable for use at room temperature is used, the power supply state is stabilized and the running performance of the vehicle 10 is improved.
［３．作用，効果］
（１）上記のバッテリー制御システムによれば、第一バッテリー１が低温である場合に、第一バッテリー１の周囲に配置された第二バッテリー２が優先的に使用される。これにより、車両１０の駆動源に供給される電力を確保しつつ、第一バッテリー１を効率的に昇温させることができる。また、短時間で第一バッテリー１の温度を所定温度T1以上の状態に高めることができ、電力の供給状態を安定させることができる。
[3. Action, effect]
(1) According to the battery control system described above, the second battery 2 arranged around the first battery 1 is preferentially used when the first battery 1 has a low temperature. As a result, it is possible to efficiently raise the temperature of the first battery 1 while securing the electric power supplied to the drive source of the vehicle 10. In addition, the temperature of the first battery 1 can be raised to a temperature equal to or higher than the predetermined temperature T 1 in a short time, and the power supply state can be stabilized.
（２）上記の第一バッテリー１及び第二バッテリー２は、図３に示すように、格子状配列で交互に配置される。このようなレイアウトにより、第二バッテリー２で発生したジュール熱を周囲の第一バッテリー１に吸収させて、第一バッテリー１を迅速に昇温させることができる。また、格子状配列にすることで、第一バッテリー１の温度ムラの発生を防止することができ、複数の第一バッテリー１をほぼ均等に暖めることができる。さらに、構造がシンプルであり、製造が容易であるというメリットもある。特に、第一バッテリー１と第二バッテリー２とを同一形状にすれば、これらのバッテリー１，２を狭い空間にコンパクトにまとめることができ、空間効率を高めることができる。 (2) As shown in FIG. 3, the first battery 1 and the second battery 2 are alternately arranged in a grid-like arrangement. With such a layout, the Joule heat generated in the second battery 2 can be absorbed by the surrounding first battery 1 and the temperature of the first battery 1 can be raised quickly. Further, the grid-like arrangement can prevent the temperature unevenness of the first battery 1 from occurring, and the plurality of first batteries 1 can be heated almost evenly. Further, there is an advantage that the structure is simple and the manufacturing is easy. In particular, if the first battery 1 and the second battery 2 have the same shape, these batteries 1 and 2 can be compactly packed in a narrow space, and space efficiency can be improved.
（３）上記のバッテリー制御システムでは、温度Tが所定温度T1未満の場合に第二バッテリー２のみが使用され、第一バッテリー１が不使用とされる。また、第一バッテリー１は、少なくとも温度Tが所定温度T1以上になった後で使用される。このような制御により、第一バッテリー１の劣化の進行を確実に防止することができる。また、温度Tが所定温度T1から第三所定温度T3までの範囲内にある状態では、第一バッテリー１と第二バッテリー２とが併用される。これにより、第二バッテリー２の電力が過剰に消費されることを防止できる。 (3) In the above battery control system, when the temperature T is lower than the predetermined temperature T 1, only the second battery 2 is used and the first battery 1 is not used. Further, the first battery 1 is used after at least the temperature T becomes equal to or higher than the predetermined temperature T 1 . By such control, the progress of deterioration of the first battery 1 can be reliably prevented. Further, when the temperature T is in the range from the predetermined temperature T 1 to the third predetermined temperature T 3 , the first battery 1 and the second battery 2 are used together. This can prevent the electric power of the second battery 2 from being excessively consumed.
（４）図４に示すように、上記のバッテリー制御システムには、第一バッテリー１と第二バッテリー２との接続状態を直列と並列とに切り替える切替装置６が設けられる。これにより、二種類のバッテリー１，２を直列状態と並列状態との二形態で活用することができる。直列状態では電圧を上昇させることができ、並列状態では温度上昇による電圧上昇の影響を小さくすることができる。なお、温度Tの大小に関わらず、バッテリーパック３の出力電圧を高めたいときに二種類のバッテリー１，２を直列状態にすることが可能となり、出力電圧の制御性を向上させることができる。 (4) As shown in FIG. 4, the battery control system described above is provided with the switching device 6 that switches the connection state between the first battery 1 and the second battery 2 between series and parallel. As a result, the two types of batteries 1 and 2 can be utilized in two forms, that is, the serial state and the parallel state. The voltage can be increased in the serial state, and the influence of the voltage increase due to the temperature increase can be reduced in the parallel state. In addition, regardless of the magnitude of the temperature T, when it is desired to increase the output voltage of the battery pack 3, the two types of batteries 1 and 2 can be put in series, and the controllability of the output voltage can be improved.
（５）上記のバッテリー制御システムでは、温度Tが第二所定温度T2未満の場合に、第一バッテリー１及び第二バッテリー２が直列に接続された状態で併用される。一方、温度Tが第二所定温度T2以上の場合には、第一バッテリー１及び第二バッテリー２が並列に接続された状態で併用される。このように、低温時（T<T2）に二種類のバッテリー１，２を直列状態にすることで、温度による電圧低下の影響を小さくすることができる。一方、高温時（T2≦T）には二種類のバッテリー１，２を並列状態にすることで、温度上昇による電圧上昇の影響を小さくすることができる。 (5) In the above battery control system, when the temperature T is lower than the second predetermined temperature T 2 , the first battery 1 and the second battery 2 are used together in a state of being connected in series. On the other hand, when the temperature T is equal to or higher than the second predetermined temperature T 2 , the first battery 1 and the second battery 2 are used together in a state of being connected in parallel. In this way, by placing the two types of batteries 1 and 2 in series at low temperatures (T<T 2 ), it is possible to reduce the effect of voltage drop due to temperature. On the other hand, when the temperature is high (T 2 ≦T), the two types of batteries 1 and 2 are placed in parallel to reduce the influence of the voltage increase due to the temperature increase.
［４．変形例］
上記の実施形態はあくまでも例示に過ぎず、本実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。また、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることができる。
[4. Modification]
The above embodiment is merely an example, and is not intended to exclude various modifications and application of techniques that are not explicitly described in this embodiment. Each configuration of the present embodiment can be variously modified and implemented without departing from the spirit thereof. Also, they can be selected or combined as needed.
例えば、温度Tに応じて第一バッテリー１の使用割合と第二バッテリー２の使用割合とを変更するような制御を実施してもよい。この場合、温度Tが低いほど第一バッテリー１の使用割合を減少させ、温度Tが上昇するにつれて第一バッテリー１の使用割合を増加させて、出力を大きくすることが好ましい。このような制御により、車両の作動状態がさらに安定化しうる。 For example, control may be performed such that the usage rate of the first battery 1 and the usage rate of the second battery 2 are changed according to the temperature T. In this case, it is preferable that the lower the temperature T is, the lower the usage rate of the first battery 1 is, and the higher the temperature T is, the higher the usage rate of the first battery 1 is to increase the output. By such control, the operating state of the vehicle can be further stabilized.
また、上述の実施形態ではインバーター１２に設けられている正極端子及び負極端子の数が一対であるバッテリー制御システムについて詳述したが、端子対の数はこれに限定されない。つまり、インバーター１２に対して、第一バッテリー１と第二バッテリー２とが個別に接続されるような回路構成にしてもよい。これにより、第一バッテリー１の使用割合と第二バッテリー２の使用割合とを変更する制御が容易となる。 Further, although the battery control system in which the number of the positive electrode terminals and the negative electrode terminals provided in the inverter 12 is a pair has been described in detail in the above embodiment, the number of the terminal pairs is not limited to this. That is, the inverter 12 may have a circuit configuration in which the first battery 1 and the second battery 2 are individually connected. This facilitates control for changing the usage rate of the first battery 1 and the usage rate of the second battery 2.
また、上述の実施形態では、図３に示すような格子状配列で交互に配置される第一バッテリー１及び第二バッテリー２を例示したが、第一バッテリー１及び第二バッテリー２の具体的なレイアウトはこれに限定されない。例えば、図７（Ａ）に示すように、バッテリーモジュール１５〜１７の縁端部に第一バッテリー１が配置されないように、第二バッテリー２を張り巡らせてもよい。 Further, in the above-described embodiment, the first battery 1 and the second battery 2 which are alternately arranged in the lattice arrangement as shown in FIG. 3 are illustrated. The layout is not limited to this. For example, as shown in FIG. 7A, the second battery 2 may be stretched around so that the first battery 1 is not arranged at the edge portions of the battery modules 15 to 17.
あるいは、図７（Ｂ）に示すように、隙間１８を設けることで高温環境での過昇温を抑制できるようにしてもよい。また、図７（Ｃ）に示すように、第一バッテリー１のサイズと第二バッテリー２のサイズとを相違させてもよい。少なくとも、第一バッテリー１の周囲に第二バッテリー２が配置されるレイアウトにすることで、第二バッテリー２で発生したジュール熱を第一バッテリー１へと効率的に伝達することができ、第一バッテリー１を迅速に暖めることができる。 Alternatively, as shown in FIG. 7B, a gap 18 may be provided to suppress excessive temperature rise in a high temperature environment. Further, as shown in FIG. 7C, the size of the first battery 1 and the size of the second battery 2 may be different. By arranging at least the second battery 2 around the first battery 1, Joule heat generated in the second battery 2 can be efficiently transferred to the first battery 1. The battery 1 can be heated quickly.
１ 第一バッテリー（常温用）
２ 第二バッテリー（低温用）
３ バッテリーパック
４ 温度センサー
５ 制御装置
６ 切替装置
７ 第一スイッチ
８ 第二スイッチ
１０ 車両
１１ モーター
１２ インバーター
１３ ケース蓋
１４ ケース本体
１５ 上モジュール
１６ 中モジュール
１７ 下モジュール
１８ 隙間
T 温度
T1 所定温度
T2 第二所定温度
T3 第三所定温度
1 first battery (for normal temperature)
2 second battery (for low temperature)
3 Battery pack 4 Temperature sensor 5 Control device 6 Switching device 7 First switch 8 Second switch 10 Vehicle 11 Motor 12 Inverter 13 Case lid 14 Case body 15 Upper module 16 Middle module 17 Lower module 18 Gap
T temperature
T 1 specified temperature
T 2 Second predetermined temperature
T 3 Third predetermined temperature
Claims (6)
前記第一バッテリよりも低温時の出力が大きい特性を有し、前記駆動源に供給される電力を蓄えるとともに、前記第一バッテリーの周囲に配置される第二バッテリーと、
前記第一バッテリーに関する温度を検出する温度センサーと、
前記温度センサーで検出された前記温度が所定温度以上のときと比較して、前記温度が所定温度未満のときに、前記第一バッテリーよりも前記第二バッテリーを優先的に使用することで前記第一バッテリーを昇温させる制御装置とを備える
ことを特徴とする、バッテリー制御システム。 A first battery that stores the electric power supplied to the drive source of the vehicle,
The second battery has a characteristic that an output at a low temperature is larger than that of the first battery, stores electric power supplied to the drive source, and is arranged around the first battery,
A temperature sensor for detecting the temperature of the first battery;
When the temperature detected by the temperature sensor is higher than or equal to a predetermined temperature, when the temperature is lower than the predetermined temperature, the second battery is preferentially used over the first battery, thereby A battery control system, comprising: a controller for raising the temperature of one battery.
ことを特徴とする、請求項１記載のバッテリー制御システム。 The battery control system of claim 1, wherein the first batteries and the second batteries are alternately arranged in a grid arrangement.
前記温度が所定温度未満の場合に、前記第二バッテリーのみを使用し、
前記温度が所定温度以上になった後で、前記第一バッテリーを使用する
ことを特徴とする、請求項１または２記載のバッテリー制御システム。 The control device is
When the temperature is below a predetermined temperature, using only the second battery,
The battery control system according to claim 1 or 2, wherein the first battery is used after the temperature exceeds a predetermined temperature.
ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のバッテリー制御システム。 The switching device for switching between a state in which the first battery and the second battery are connected in series to a load and a state in which the first battery and the second battery are connected in parallel, the switching device is provided. The battery control system described in.
前記温度が第二所定温度未満の場合に、前記第一バッテリと前記第二バッテリーとを直列に接続された状態で併用し、
前記温度が第二所定温度以上の場合に、前記第一バッテリと前記第二バッテリーとを並列に接続された状態で併用する
ことを特徴とする、請求項４記載のバッテリー制御システム。 The control device is
When the temperature is lower than a second predetermined temperature, the first battery and the second battery are used together in a state of being connected in series,
The battery control system according to claim 4, wherein when the temperature is equal to or higher than a second predetermined temperature, the first battery and the second battery are used together in a state of being connected in parallel.
前記温度が高いほど、前記第一バッテリーの使用割合を増加させる
ことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のバッテリー制御システム。 The control device is
The battery control system according to claim 1, wherein the higher the temperature is, the more the usage rate of the first battery is increased.
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