JP2020131877A - 電池監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両に搭載される電池が過放電状態になることを精度良く抑制するとともに、ユーザの利便性が損なわれることを低減する。【解決手段】車両Ｖｅに搭載される電池Ｂの電圧Ｖを検出する電圧検出部４と、車両ＶｅのイグニッションスイッチＩＧＳＷの状態を検出する状態検出部２と、イグニッションスイッチＩＧＳＷの状態にかかわらず電池Ｂから供給される電力により駆動する制御部６とを備えて電池監視装置を構成し、制御部６は、電圧検出部４により検出される電圧Ｖが規定値Ｖｔｈ以下である場合で、かつ、状態検出部２によりイグニッションスイッチＩＧＳＷがオフであると検出されてから現在までの時間Ｔが規定時間Ｔｔｈ以上である場合、自身の全ての機能のうちの一部の機能を駆動し残りの機能を駆動しない。【選択図】図１

Description

本発明は、車両に搭載される電池の状態を監視する電池監視装置に関する。

電池監視装置として、車両のイグニッションスイッチがオフしているときで、かつ、電池から制御部に暗電流が流れているとき、電池の残存容量に対応する電圧が規定値以下になると、制御部の全ての機能のうちの一部の機能を駆動させ残りの機能を駆動させないものがある。これにより、電池から制御部に供給される電力が抑えられるため、電池が過放電状態になることを抑制することができる。例えば、特許文献１参照。

ところで、電池の電圧の検出誤差などを考慮して電池が過放電状態になることを精度良く抑制するためには規定値をより高くすることが考えられる。

特開２００７−２３０３９８号公報

しかしながら、規定値をより高くしてしまうと、電池の残存容量に対応する電圧が規定値以下になり易くなり、制御部の全ての機能が駆動しないことが頻発するため、電池の監視が十分に行われず電池の充電または放電がユーザの希望通りに行われなくなるなど、ユーザの利便性が損なわれるおそれがある。

本発明の一側面に係る目的は、車両に搭載される電池が過放電状態になることを精度良く抑制するとともに、ユーザの利便性が損なわれることを低減することが可能な電池監視装置を提供することである。

本発明に係る一つの形態である電池監視装置は、車両に搭載される電池の電圧を検出する電圧検出部と、車両のイグニッションスイッチの状態を検出する状態検出部と、イグニッションスイッチの状態にかかわらず電池から供給される電力により駆動する制御部とを備える。

制御部は、電圧検出部により検出される電圧が規定値以下である場合で、かつ、状態検出部によりイグニッションスイッチがオフであると検出されてから現在までの時間が規定時間以上である場合、自身の全ての機能のうちの一部の機能を駆動し残りの機能を駆動しない。

このように、電圧検出部により検出される電圧が規定値以下であるか否かを判断して、制御部の全ての機能のうちの一部の機能を駆動し残りの機能を駆動しない構成であるため、電池から制御部に供給される電力を抑えることができ、電池が過放電状態になることを抑制することができる。

また、電圧検出部により検出される電圧が規定値以下になっても、状態検出部によりイグニッションスイッチがオフであると検出されてから現在までの時間が規定時間以上になるまで、制御部の全ての機能を駆動する状態を維持することができるため、電圧の検出誤差などを考慮して規定値をより高くしても、制御部の全ての機能が駆動しないことが頻発しなくなり、電池が過放電状態になることを精度良く抑制するとともに、ユーザの利便性が損なわれることを低減することができる。

また、制御部は、状態検出部によりイグニッションスイッチがオフであると検出されている時間が長いほど規定値を高くするように構成してもよい。

これにより、イグニッションスイッチがオフである時間が長いほど、電池から制御部に供給される電力をさらに抑えることができるため、電池が過放電状態になることをさらに抑制することができる。

本発明によれば、車両に搭載される電池が過放電状態になることを精度良く抑制するとともに、ユーザの利便性が損なわれることを低減することができる。

実施形態の電池監視装置を含む車両を示す図である。 制御部の動作の一例を示すフローチャートである。 制御部の動作の他の例を示すフローチャートである。

以下図面に基づいて実施形態について詳細を説明する。
図１は、実施形態の電池監視装置を含む車両を示す図である。

図１に示す車両Ｖｅは、例えば、ハイブリッド車や電動フォークリフトなどの走行用モータを利用して走行する車両であり、負荷Ｌｏと、イグニッションスイッチＩＧＳＷと、走行制御部１と、状態検出部２と、報知部３と、電池パックＢＰとを備える。電池パックＢＰは、電池Ｂと、スイッチＳＷ１、ＳＷ２と、電圧検出部４と、記憶部５と、制御部６とを備える。

なお、電池監視装置は、例えば、状態検出部２と、制御部６とを備えて構成されるものとする。

負荷Ｌｏは、走行用モータを駆動するインバータ回路やエアーコンディショナーなどの電装機器とする。

スイッチＳＷ１、ＳＷ２は、それぞれ、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）などの半導体スイッチまたは電磁式スイッチとする。

負荷Ｌｏの一方の端子は配線Ｌ１を介して電池パックＢＰに設けられるコネクタＣ１に接続され、負荷Ｌｏの他方の端子は配線Ｌ２を介して電池パックＢＰに設けられるコネクタＣ２に接続される。コネクタＣ１は電池Ｂのプラス端子に接続され、コネクタＣ２はスイッチＳＷ１を介して電池Ｂのマイナス端子に接続されている。すなわち、負荷Ｌｏの一方の端子は電池Ｂのプラス端子に接続され、負荷Ｌｏの他方の端子はスイッチＳＷ１を介して電池Ｂのマイナス端子に接続される。

車両Ｖｅの外部に設けられる充電器Ｃｈの一方の端子は、充電ケーブルＣａ１を介して電池パックＢＰに設けられるコネクタＣｄ１に接続され、充電器Ｃｈの他方の端子は、充電ケーブルＣａ２を介してコネクタＣｄ２に接続される。コネクタＣｄ１は電池Ｂのプラス端子に接続され、コネクタＣｄ２はスイッチＳＷ２を介して電池Ｂのマイナス端子に接続されている。すなわち、充電器Ｃｈの一方の端子は電池Ｂのプラス端子に接続され、充電器Ｃｈの他方の端子はスイッチＳＷ２を介して電池Ｂのマイナス端子に接続される。なお、充電ケーブルＣａ１、Ｃａ２は、充電器Ｃｈと電池Ｂとをつなぐ電力線以外に充電器Ｃｈと制御部６とをつなぐ通信線も含まれているものとする。

配線Ｌ１、Ｌ２がコネクタＣ１、Ｃ２に接続されているときで、かつ、スイッチＳＷ１がオンし、スイッチＳＷ２がオフしているとき、負荷Ｌｏから電池Ｂに電力が供給されると、電池Ｂが充電され、電池Ｂから負荷Ｌｏに電力が供給されると、電池Ｂが放電される。充電ケーブルＣａ１、Ｃａ２がコネクタＣｄ１、Ｃｄ２に接続されているときで、かつ、スイッチＳＷ１がオフし、スイッチＳＷ２がオンしているとき、充電器Ｃｈから電池Ｂに電力が供給されると、電池Ｂが充電される。

スイッチＳＷ１、ＳＷ２がオフしているとき、負荷Ｌｏから電池Ｂへの電力供給、電池Ｂから負荷Ｌｏへの電力供給、及び、充電器Ｃｈから電池Ｂへの電力供給が禁止される。すなわち、スイッチＳＷ１、ＳＷ２がオフしているとき、電池Ｂの充電及び放電が禁止される。

なお、スイッチＳＷ１、ＳＷ２は電池Ｂのマイナス端子側に接続されているが、電池Ｂのプラス端子側に接続されていてもよい。

走行制御部１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）またはプログラマブルなデバイス（ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＰＬＤ（Programmable Logic Device））などにより構成され、車両Ｖｅ全体の動作を制御する。なお、走行制御部１は、通信線Ｌｓを介して電池パックＢＰに設けられるコネクタＣｓに接続され、コネクタＣｓは、制御部６に接続されている。すなわち、走行制御部１は、通信線Ｌｓ及びコネクタＣｓを介して制御部６と接続される。

状態検出部２は、ＩＣ（Integrated Circuit）などにより構成され、イグニッションスイッチＩＧＳＷの状態を検出し、その検出結果を走行制御部１を介して制御部６に送る。

報知部３は、例えば、ブザーやランプなどにより構成され、制御部６から走行制御部１を介して送られてくる報知指示に応じてブザーやランプを駆動させる。

電池Ｂは、リチウムイオン電池またはニッケル水素電池などの１以上の二次電池により構成される。

電圧検出部４は、ＩＣなどにより構成され、電圧計として電池Ｂの電圧Ｖを検出し、その検出した電圧Ｖを制御部６に送る。

記憶部５は、ＲＡＭ（Random Access Memory）またはＲＯＭ（Read Only Memory）などにより構成され、後述する規定値Ｖｔｈ、閾値Ｖｔｈ１、及び閾値Ｖｔｈ２などを記憶する。

制御部６は、ＣＰＵまたはプログラマブルなデバイスなどにより構成され、通信機能６１、充放電制御機能６２、及びモード切替機能６３などの複数の機能を有している。各機能はソフトウェアにより構成されてもよいし、ハードウェアにより構成されてもよい。なお、制御部６は、イグニッションスイッチＩＧＳＷの状態にかかわらず電池Ｂから供給される電力により駆動する。また、制御部６の全ての機能のうち駆動する機能が多くなるほど、制御部６により消費される電力が大きくなり電池Ｂの残存容量が低下するものとする。

通信機能６１は、ＣＡＮ（Controller Area Network）通信などにより電圧検出部４、充電器Ｃｈ、及び走行制御部１と通信を行うものとする。

充放電制御機能６２は、電池Ｂの充電または放電の制御を行う。また、充放電制御機能６２は、スイッチＳＷ１、ＳＷ２の動作を制御する。例えば、充放電制御機能６２は、ユーザにより充電ケーブルＣａ１、Ｃａ２がコネクタＣｄ１、Ｃｄ２に接続されたことを検出すると、スイッチＳＷ１をオフさせ、スイッチＳＷ２をオンさせる。また、充放電制御機能６２は、充電ケーブルＣａ１、Ｃａ２がコネクタＣｄ１、Ｃｄ２に接続されていないことを検出しているとき、ユーザによりイグニッションスイッチＩＧＳＷがオンされたことを検出すると、スイッチＳＷ１をオンさせ、スイッチＳＷ２をオフさせる。

モード切替機能６３は、配線Ｌ１、Ｌ２がコネクタＣ１、Ｃ２に接続されているか否か、充電ケーブルＣａ１、Ｃａ２がコネクタＣｄ１、Ｃｄ２に接続されているか否か、及び、通信線ＬｓがコネクタＣｓに接続されているか否かを検出する。

モード切替機能６３は、電圧検出部４により検出される電圧Ｖ及び記憶部５に記憶されている規定値Ｖｔｈなどを用いて、制御部６の状態（モード）をスタンバイモード及びスリープモードのどちらか一方のモードに切り替える。

スタンバイモードは、制御部６の全ての機能が駆動している状態である。例えば、制御部６の状態がスタンバイモードであるとき、通信機能６１が電圧検出部４から電圧Ｖを受信し、充放電制御機能６２が電圧Ｖなどを用いて電流指令値を算出し、通信機能６１が電流指令値を充電器Ｃｈに送信する。充電器Ｃｈは受信した電流指令値に応じた電力を電池Ｂに供給する。また、制御部６の状態がスタンバイモードであるとき、通信機能６１が電圧検出部４から電圧Ｖを受信し、充放電制御機能６２が電圧Ｖなどを用いて電池Ｂの残存容量を算出し、通信機能６１が残存容量を走行制御部１に送信する。走行制御部１は受信した残存容量を用いて電池Ｂから負荷Ｌｏに電力を供給させる。

スリープモードは、制御部６の全ての機能のうちの一部の機能が駆動し残りの機能が駆動しない状態である。例えば、制御部６の状態がスリープモードであるとき、モード切替機能６３が駆動し、通信機能６１及び充放電制御機能６２が駆動していない状態になり、電池Ｂの充電及び放電が行われない状態になる。このようにスリープモードは、スタンバイモードに比べて、駆動しない機能がある分、制御部６の消費電力を低減することができる。

図２は、制御部６の動作の一例を示すフローチャートである。なお、イグニッションスイッチＩＧＳＷがオンであり、制御部６の状態がスタンバイモードであるものとする。

まず、制御部６は、状態検出部２によりイグニッションスイッチＩＧＳＷがオフしたと検出されていないとき（ステップＳ１：Ｎｏ）、スタンバイモードを維持する。

一方、制御部６は、状態検出部２によりイグニッションスイッチＩＧＳＷがオフしたと検出されると（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、ステップＳ２に進む。

ステップＳ２において、制御部６は、電圧検出部４により検出される電圧Ｖが規定値Ｖｔｈより大きい場合、または、状態検出部２によりイグニッションスイッチＩＧＳＷがオフであると検出されてから現在までの時間Ｔが規定時間Ｔｔｈより短い場合（ステップＳ２：Ｎｏ）、スタンバイモードを維持する。これにより、電圧検出部４により検出される電圧Ｖが規定値Ｖｔｈ以下になっても、状態検出部２によりイグニッションスイッチＩＧＳＷがオフであると検出されてから現在までの時間Ｔが規定時間Ｔｔｈ以上になるまで、制御部６の全ての機能を駆動する状態を維持することができる。

一方、制御部６は、電圧検出部４により検出される電圧Ｖが規定値Ｖｔｈ以下である場合で、かつ、状態検出部２によりイグニッションスイッチＩＧＳＷがオフであると検出されてから現在までの時間Ｔが規定時間Ｔｔｈ以上である場合（ステップＳ２：Ｙｅｓ）、報知指示を報知部３に送信することで電池Ｂが過放電状態になる直前である旨をユーザに報知し（ステップＳ３）、制御部６の状態をスタンバイモードからスリープモードに切り替える（ステップＳ４）。これにより、電池Ｂから制御部６への電力供給により電池Ｂが過放電状態になりそうなときに、制御部６の全ての機能のうちの一部の機能を駆動し残りの機能を駆動しない状態にすることができる。

次に、制御部６は、状態検出部２によりイグニッションスイッチＩＧＳＷがオンしたと検出されていないときで、かつ、ユーザによるコネクタの抜き差しが行われていないとき（ステップＳ５：Ｎｏ、ステップＳ６：Ｎｏ）、スリープモードを維持する。

コネクタの抜き差しとは、配線Ｌ１、Ｌ２がコネクタＣ１、Ｃ２に接続されなくなった後、すぐに配線Ｌ１、Ｌ２がコネクタＣ１、Ｃ２に接続されること、または、充電ケーブルＣａ１、Ｃａ２がコネクタＣｄ１、Ｃｄ２に接続されなくなった後、すぐに充電ケーブルＣａ１、Ｃａ２がコネクタＣｄ１、Ｃｄ２に接続されること、または、通信線ＬｓがコネクタＣｓに接続されなくなった後、すぐに通信線ＬｓがコネクタＣｓに接続されることとする。

また、制御部６は、状態検出部２によりイグニッションスイッチＩＧＳＷがオンしたと検出されると（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、スリープモードからスタンバイモードに切り替え（ステップＳ７）、電圧検出部４により検出される電圧Ｖが閾値Ｖｔｈ１以下であるか否かを判断する（ステップＳ８）。

次に、制御部６は、電圧検出部４により検出される電圧Ｖが閾値Ｖｔｈ１以下であると判断すると（ステップＳ８：Ｙｅｓ）、電池Ｂの充電及び放電を禁止し（ステップＳ９）、ステップＳ５またはステップＳ６に戻る。例えば、制御部６は、スイッチＳＷ１、ＳＷ２をオフさせることにより、電池Ｂの充電及び放電を禁止する。これにより、電池Ｂが過放電状態である場合に電池Ｂの充電または放電が行われることを防止することができる。

一方、制御部６は、電圧検出部４により検出される電圧Ｖが閾値Ｖｔｈ１より大きいと判断すると（ステップＳ８：Ｎｏ）、電池Ｂの充電及び放電を許可し（ステップＳ１０）、ステップＳ１に戻る。

また、制御部６は、コネクタの抜き差しが行われたとき（ステップＳ６：Ｙｅｓ）、スリープモードからスタンバイモードに切り替え（ステップＳ１１）、電圧検出部４により検出される電圧Ｖが閾値Ｖｔｈ２以下であるか否かを判断する（ステップＳ１２）。

次に、制御部６は、電圧検出部４により検出される電圧Ｖが閾値Ｖｔｈ２以下であると判断すると（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、電池Ｂの充電または放電を禁止し（ステップＳ９）、ステップＳ５またはステップＳ６に戻る。

一方、制御部６は、電圧検出部４により検出される電圧Ｖが閾値Ｖｔｈ２より大きいと判断すると（ステップＳ１２：Ｎｏ）、電池Ｂの充電及び放電を許可し（ステップＳ１０）、ステップＳ１に戻る。なお、制御部６は、状態検出部２によりイグニッションスイッチＩＧＳＷがオンしたと検出された後（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、コネクタの抜き差しが行われ（ステップＳ６：Ｙｅｓ）、電圧検出部４により検出される電圧Ｖが閾値Ｖｔｈ２より大きいと判断したとき（ステップＳ１２：Ｎｏ）、電池Ｂの充電のみを許可するように構成してもよい。

なお、閾値Ｖｔｈ２は、例えば、放電中の電池Ｂが過放電状態になる直前において電圧検出部４により検出される電圧Ｖとする。また、閾値Ｖｔｈ２は、閾値Ｖｔｈ１より小さい値とする。また、閾値Ｖｔｈ１は、規定値Ｖｔｈより小さい値とする。すなわち、規定値Ｖｔｈ＞閾値Ｖｔｈ１＞閾値Ｖｔｈ２とする。

このように、閾値Ｖｔｈ１が規定値Ｖｔｈより小さいため、例えば、電圧Ｖが規定値Ｖｔｈ以下で、かつ、電圧Ｖが閾値Ｖｔｈ１より大きい場合、制御部６がスタンバイモードからスリープモードに切り替わった後、イグニッションスイッチＩＧＳＷによって電池Ｂの充電及び放電が許可され易くすることができる。

また、閾値Ｖｔｈ２が閾値Ｖｔｈ１より小さいため、例えば、電圧Ｖが閾値Ｖｔｈ１以下であり、かつ、電圧Ｖが閾値Ｖｔｈ２より大きい場合、制御部６がスタンバイモードからスリープモードに切り替わった後、イグニッションスイッチＩＧＳＷによって電池Ｂの充電及び放電が許可されない場合でも、コネクタの抜き差しによって電池Ｂの充電及び放電が許可され易くすることができる。

また、規定時間Ｔｔｈは、ユーザの車両Ｖｅの普段の使用頻度に基づいて決定され、例えば、規定時間Ｔｔｈがユーザの車両Ｖｅの平均使用間隔よりも長くなるように設定される。

実施形態の電池監視装置は、電圧検出部４により検出される電圧Ｖが規定値Ｖｔｈ以下であるか否かを判断して、スタンバイモードからスリープモードに切り替える構成であるため、すなわち、制御部６の全ての機能のうちの一部の機能を駆動し残りの機能を駆動しない構成であるため、電池Ｂから制御部６に供給される電力を抑えることができ、電池Ｂが過放電状態になることを抑制することができる。

また、実施形態の電池監視装置によれば、電圧検出部４により検出される電圧Ｖが規定値Ｖｔｈ以下になっても、状態検出部２によりイグニッションスイッチＩＧＳＷがオフであると検出されてから現在までの時間Ｔが規定時間Ｔｔｈ以上になるまで、スタンバイモードを維持することができるため、すなわち、制御部６の全ての機能を駆動する状態を維持することができるため、電圧Ｖの検出誤差などを考慮して規定値Ｖｔｈをより高くしても、制御部６の全ての機能が駆動しないことが頻発しなくなり、電池Ｂが過放電状態になることを精度良く抑制するとともに、ユーザの利便性が損なわれることを低減することができる。

また、本発明は、以上の実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。

＜変形例１＞
図３は、制御部６の動作の他の例を示すフローチャートである。なお、図３に示すステップＳ２〜ステップＳ１２は、図２に示すステップＳ２〜ステップＳ１２と同様であるため、その説明を省略する。

制御部６は、状態検出部２によりイグニッションスイッチＩＧＳＷがオフしたと検出されると（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、状態検出部２によりイグニッションスイッチＩＧＳＷがオフであると検出されている時間Ｔに応じて規定値Ｖｔｈを設定し（ステップＳ１´）、ステップＳ２に進む。

例えば、制御部６は、状態検出部２によりイグニッションスイッチＩＧＳＷがオフであると検出されている時間Ｔが長いほど規定値Ｖｔｈを高くする。言い換えると、制御部６は、状態検出部２によりイグニッションスイッチＩＧＳＷがオフであると検出されている時間Ｔが所定時間Ｔｃ以上である場合、規定値Ｖｔｈを所定値Ｖｃより大きくし、状態検出部２によりイグニッションスイッチＩＧＳＷがオフであると検出されている時間Ｔが所定時間Ｔｃより短い場合、規定値Ｖｔｈを所定値Ｖｃより小さくする。

これにより、時間Ｔが長いほど、スタンバイモードからスリープモードに切り替わり易くなるため、電池Ｂから制御部６に供給される電力をさらに抑えることができるため、電池Ｂが過放電状態になることをさらに抑制することができる。

また、時間Ｔが長いほど、電池Ｂの分極が解消し電池Ｂの電圧が安定するため、電圧検出部４における電圧Ｖの検出精度が高くなり、電圧Ｖと規定値Ｖｔｈとの比較を精度良く行うことができ、電池Ｂが過放電状態になることを精度良く抑制することができる。

＜変形例２＞
上記実施形態では、電池Ｂが過放電状態になる直前である旨をユーザに報知するか否かの判断に用いられる規定値Ｖｔｈ及び規定時間Ｔｔｈと、制御部６の状態をスタンバイモードからスリープモードに切り替えるか否かの判断に用いられる規定値Ｖｔｈ及び規定時間Ｔｔｈとが互いに同じ値であるが、電池Ｂが過放電状態になる直前である旨をユーザに報知するか否かの判断に用いられる規定値Ｖｔｈ及び規定時間Ｔｔｈと、制御部６の状態をスタンバイモードからスリープモードに切り替えるか否かの判断に用いられる規定値Ｖｔｈ及び規定時間Ｔｔｈとを互いに異なる値にしてもよい。

１ 走行制御部
２ 状態検出部
３ 報知部
４ 電圧検出部
５ 記憶部
６ 制御部
６１ 通信機能
６２ 充放電制御機能
６３ モード切替機能
Ｖｅ 車両
Ｌｏ 負荷
ＢＰ 電池パック
Ｂ 電池
Ｃｈ 充電器
ＩＧＳＷ イグニッションスイッチ
ＳＷ１、ＳＷ２ スイッチ
Ｌ１、Ｌ２ 配線
Ｃａ１、Ｃａ２ 充電ケーブル
Ｌｓ 通信線
Ｃ１、Ｃ２、Ｃｄ１、Ｃｄ２、Ｃａ１、Ｃａ２、Ｃｓ コネクタ

Claims (2)

1. 車両に搭載される電池の電圧を検出する電圧検出部と、
   前記車両のイグニッションスイッチの状態を検出する状態検出部と、
   前記イグニッションスイッチの状態にかかわらず前記電池から供給される電力により駆動する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記電圧検出部により検出される電圧が規定値以下である場合で、かつ、前記状態検出部により前記イグニッションスイッチがオフであると検出されてから現在までの時間が規定時間以上である場合、自身の全ての機能のうちの一部の機能を駆動し残りの機能を駆動しない
   ことを特徴とする電池監視装置。
2. 請求項１に記載の電池監視装置であって、
   前記制御部は、前記状態検出部により前記イグニッションスイッチがオフであると検出されている時間が長いほど前記規定値を高くする
   ことを特徴とする電池監視装置。
   

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