JP2021036763A - 蓄電素子の監視装置、蓄電装置および蓄電素子の監視方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】蓄電素子の電圧低下を抑制することができる蓄電素子の監視装置を提供する。【解決手段】移動体に備えられ、移動体の負荷にスイッチを介して電気的に接続される蓄電素子の監視装置１３０は、蓄電素子から電力が供給される監視部を備え、監視部は、蓄電素子の電圧が放電電圧閾値以下になったことを条件に、スイッチをクローズ状態からオープン状態にし、スイッチがオープン状態であるときに蓄電素子が所定の放電復帰条件を満たしたことを条件に、スイッチをオープン状態からクローズ状態にする監視動作を実行し、スイッチがオープン状態である期間において、負荷が停止中である場合には、負荷が動作中である場合に比べて、前記監視動作の実行間隔を長くすることで消費電力を少なくする。【選択図】図２

Description

本明細書によって開示される技術は、蓄電素子の監視装置、蓄電装置および蓄電素子の監視方法に関する。
負荷に、スイッチを介して電気的に接続される蓄電素子（二次電池）の監視装置がある（例えば、特許文献１参照）。この監視装置は、二次電池から電力が供給されることにより、二次電池の電圧を取得し、取得された二次電池の電圧値が予め定められた下限電圧値を下回った場合にスイッチをクローズ状態（閉状態）からオープン状態（開状態）にし、その後、二次電池の電圧値が下限電圧値を上回った場合にスイッチをオープン状態からクローズ状態にする監視動作を繰り返し実行する。また、この監視装置は、二次電池の電圧値が下限電圧値に近づいたら、監視動作の実行間隔を短くすることにより、二次電池の状態が過放電状態になったことを早期に検出し、スイッチをオープン状態にして二次電池を保護できるようにしている。
特開２０１１−１７６９４０号公報
しかし、上記従来の蓄電素子の監視装置では、スイッチがオープン状態になった後に、監視動作の実行間隔をどうするかについて十分に検討されていないため、蓄電素子の電圧が低下してしまう虞があるという課題がある。
本明細書では、上記課題を解決するために、蓄電素子の電圧低下を抑制することができる蓄電素子の監視装置、蓄電装置および蓄電素子の監視方法を開示する。
上記課題を解決するために、本明細書に開示される蓄電素子の監視装置は、移動体に備えられ、前記移動体の負荷にスイッチを介して電気的に接続される蓄電素子の監視装置であって、前記蓄電素子から電力が供給される監視部を備え、前記監視部は、前記蓄電素子の電圧が放電電圧閾値以下になったことを条件に、前記スイッチをクローズ状態からオープン状態にし、前記スイッチが前記オープン状態であるときに前記蓄電素子が所定の放電復帰条件を満たしたことを条件に、前記スイッチを前記オープン状態から前記クローズ状態にする監視動作を実行し、前記スイッチが前記オープン状態である期間において、前記負荷が停止中である場合には、前記負荷が動作中である場合に比べて、前記監視動作の実行間隔を長くすることで消費電力を少なくする。
なお、本明細書に開示される技術は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、蓄電素子の監視装置または方法、その装置と蓄電素子とを備える蓄電装置、その装置または方法の機能を実現するためのコンピュータプログラムや集積回路、そのコンピュータプログラムを記録したＣＤ−ＲＯＭ等の非一時的な記録媒体およびインターネット等の伝送媒体等の形態で実現することが可能である。
図１は、実施形態に係る電池パックの構成を示す説明図である。 図２は、実施形態に係る二次電池の監視処理の流れを示すフローチャートである。 図３は、実施形態に係るオープン時処理の流れを示すフローチャートである。
上記従来の監視装置では、スイッチがオープン状態になった後に、監視動作の実行間隔をどうするかについて十分に検討されていない。仮に、スイッチがオープン状態になった後も、監視動作の実行間隔を短くすれば、二次電池の状態が過放電状態でなくなった場合、スイッチをクローズ状態にして二次電池から負荷に電力が供給される状態に迅速に復帰させることができる。しかし、その一方で、監視動作の実行間隔を短くするには、少なくとも、その短い実行間隔ごとに、二次電池からの電力を監視装置に供給する必要がある分だけ、監視装置の消費電力量が増大する。そうすると、二次電池の電圧がさらに低下し、例えば監視装置の最低動作電圧を下回り、その結果、監視装置が動作できなくなる場合がある。また、二次電池の電圧が低下し続けることにより、二次電池を再利用することができなくなる場合がある。なお、このような問題は二次電池に限らず、キャパシタなどの他の蓄電素子の監視装置でも同様に生じ得る。
本明細書では、上述した課題の少なくとも一部を解決することが可能な技術を開示する。
（１）本明細書に開示される蓄電素子の監視装置は、移動体に備えられ、前記移動体の負荷にスイッチを介して電気的に接続される蓄電素子の監視装置であって、前記蓄電素子から電力が供給される監視部を備え、前記監視部は、前記蓄電素子の電圧が放電電圧閾値以下になったことを条件に、前記スイッチをクローズ状態からオープン状態にし、前記スイッチが前記オープン状態であるときに前記蓄電素子が所定の放電復帰条件を満たしたことを条件に、前記スイッチを前記オープン状態から前記クローズ状態にする監視動作を実行し、前記スイッチが前記オープン状態である期間において、前記負荷が停止中である場合には、前記負荷が動作中である場合に比べて、前記監視動作の実行間隔を長くすることで消費電力を少なくする。スイッチがオープン状態である期間では、負荷が動作中である場合、負荷への電力供給を早期に再開させる必要性は高い。しかし、負荷が停止中である場合には、負荷が動作中である場合に比べて、負荷への電力供給を早期に再開させる必要性は高くない。そこで、この蓄電素子の監視装置によれば、スイッチがオープン状態である期間では、負荷が停止中である場合には、負荷が動作中である場合に比べて、実行間隔が長く、かつ、前記蓄電素子からの電力の消費量が少ない状態で監視動作が実行される。これにより、スイッチがオープン状態である期間において、負荷が動作中である場合、蓄電素子が放電復帰条件を満たしたときに負荷への電力供給状態の再開が遅れることを抑制しつつ、負荷への電力供給の再開の必要性が比較的に低い負荷の停止中において監視部の電力消費による蓄電素子の電圧低下を抑制することができる。
（２）上記蓄電素子の監視装置において、前記蓄電素子は、さらに、前記移動体のエンジンによって発電する充電器に前記スイッチを介して電気的に接続され、前記監視動作には、さらに、前記蓄電素子の電圧が、前記放電電圧閾値よりも大きい充電電圧閾値以上になったことを条件に、前記スイッチをクローズ状態からオープン状態にし、前記スイッチが前記オープン状態であるときに前記蓄電素子が所定の充電復帰条件を満たしたことを条件に、前記スイッチを前記オープン状態から前記クローズ状態にする動作が含まれ、前記監視部は、前記負荷が停止中である期間において、前記蓄電素子の電圧が前記充電電圧閾値以上になったことにより前記スイッチが前記オープン状態となった場合には、前記蓄電素子の電圧が前記放電電圧閾値以下になったことにより前記スイッチが前記オープン状態となった場合に比べて、前記監視動作の実行間隔を短くすることで消費電力を多くする、構成としてもよい。蓄電素子の電圧が充電電圧閾値以上になったことによりスイッチがオープン状態となった場合、蓄電素子を放電させて電圧を低下させた方がよい。そこで、この蓄電素子の監視装置によれば、負荷が停止中である期間では、蓄電素子の電圧が充電電圧閾値以上になったことによりスイッチが前記オープン状態となった場合には、蓄電素子の電圧が放電電圧閾値以下になったことによりスイッチがオープン状態となった場合に比べて、実行間隔が短く、かつ、蓄電素子からの電力の消費量が多い状態で監視動作が実行される。これにより、負荷が停止中である期間において、蓄電素子の電圧が充電電圧閾値以上になったことによりスイッチがオープン状態となった場合、早期に、蓄電素子の電圧を低下させて蓄電素子の電圧が充電電圧閾値以上になった状態を解消することができる。
（３）上記蓄電素子の監視装置において、前記負荷が停止中である期間において、前記蓄電素子の電圧が前記充電電圧閾値以上になったことにより前記スイッチが前記オープン状態となった場合には、前記スイッチが前記クローズ状態である場合に比べて、前記監視動作の実行間隔を短くすることで消費電力を多くする、構成としてもよい。この蓄電素子の監視装置によれば、負荷が停止中である期間において、蓄電素子の電圧が充電電圧閾値以上になったことによりスイッチがオープン状態となった場合、負荷の動作の開始時において負荷への電力供給を早期に再開させることができる。
（４）上記蓄電素子の監視装置において、前記監視部は、さらに、前記スイッチが前記オープン状態である期間において、前記蓄電素子の電圧が、前記放電電圧閾値よりも低い低電圧閾値以下になった場合には、前記蓄電素子の電圧が前記低電圧閾値よりも大きい場合に比べて、前記監視動作の実行間隔を長くすることで消費電力を少なくする、構成としてもよい。この蓄電素子の監視装置によれば、例えばスイッチがオープン状態である期間が長い場合に、蓄電素子の電圧がさらに低下することを抑制することができる。
以下、図面を参照しながら、本実施形態に係る蓄電素子の監視装置について説明する。なお、以下で説明する実施形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態、方法におけるステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、添付の図面における各図は、模式的な図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。
Ａ．実施形態：
Ａ−１．電池パックの構成：
図１は、本実施形態の電池パック１００の構成を概略的に示す説明図である。電池パック１００は、例えばハイブリッド自動車（ＨＶ）など、駆動源としてエンジン（図示せず）が搭載された自動車のような車両などの移動体に備えられ、そのエンジンを始動させるためのスタータ４００用のバッテリである。また、電池パック１００は、例えばオルタネータ等の移動体のエンジンによって駆動（発電）する発電機２００によって充電される。さらに、電池パック１００は、自動車の電装品等の負荷５００に電力を供給する。つまり、当該移動体は、電池パック１００の他に、エンジンと、発電機２００と、スタータ４００と、負荷５００とを有している。電池パック１００は、蓄電装置の一例であり、発電機２００は、充電器の一例である。なお、上記移動体としては、自動車の他に、自動二輪車、原動機付自転車、電動自転車、または鉄道車両など、移動可能な様々なものが含まれる。つまり、上記負荷とは、搭乗者等のユーザが移動体を使用するために、移動体において消費される電力負荷である。
電池パック１００は、二次電池１１２と、監視装置１３０と、電流センサ１４０と、温度センサ１５０と、リレー１６０とを備える。
二次電池１１２は、リレー１６０を介して、発電機２００と、エンジンを始動するためのスタータ４００と、移動体の負荷５００とに電気的に接続されている。このため、リレー１６０がクローズ状態である場合、二次電池１１２からスタータ４００や負荷５００への電力供給が可能であり、また、発電機２００によって二次電池１１２を充電することが可能な充放電可能状態になる。一方、リレー１６０がオープン状態である場合、二次電池１１２からスタータ４００や負荷５００への電力供給ができず、また、発電機２００によって二次電池１１２を充電することができない充放電不可状態になる。リレー１６０は、スイッチの一例である。
二次電池１１２は、直列接続された複数のセル（図示せず）を有する。各セルは、例えばリチウムイオン二次電池である。二次電池１１２は、予め定められた上限電圧値ＶＴ１と下限電圧値ＶＴ２との間の電圧範囲で使用可能である。二次電池１１２は、蓄電素子の一例である。
電流センサ１４０は、発電機２００による二次電池１１２への充電電流、または、二次電池１１２から負荷５００への放電電流（以下、まとめて「充放電電流」という）に応じた検出信号を出力する。温度センサ１５０は、例えばサーミスタにより構成されており、二次電池１１２の温度に応じた検出信号を出力する。
監視装置１３０は、信号線を介して二次電池１１２に電気的に接続されており、二次電池１１２から電力が供給されることにより動作可能状態になる。監視装置１３０は、電圧センサ１２２と、ＣＰＵ１３２と、メモリ１３４と、通信インターフェース（Ｉ／Ｆ）１３６とを備える。
電圧センサ１２２は、二次電池１１２の端子電圧値Ｖ１と、二次電池１１２およびリレー１６０の合計電圧Ｖ２とに応じた検出信号を出力する。メモリ１３４は、例えばＲＡＭやＲＯＭにより構成されており、各種のプログラム等を記憶する。ＣＰＵ１３２は、メモリ１３４から読み出したプログラムに従って、各センサからの情報を参照しつつ、電池パック１００の各部の動作を制御する。例えば、ＣＰＵ１３２は、リレー１６０にオープン指令信号を与えることによりリレー１６０をオープン状態にし、クローズ指令信号を与えることによりリレー１６０をクローズ状態にする。
また、ＣＰＵ１３２は、電圧センサ１２２からの検出信号に基づき二次電池１１２の端子電圧値Ｖ１（またはＶ２）を取得し、電流センサ１４０からの検出信号に基づき充放電電流の電流量を取得し、温度センサ１５０からの検出信号に基づき二次電池１１２の温度を取得する。なお、監視装置１３０が動作可能な最低動作電圧値ＶＴ４は、二次電池１１２の上記下限電圧値ＶＴ２よりも低いものとする。通信インターフェース１３６は、エンジンコントロールユニット（以下、ＥＣＵという）６００などの外部装置と通信するための装置である。ＣＰＵ１３２は監視部の一例である。
発電機２００は、図示しないＡＣ／ＤＣコンバータやＤＣ／ＤＣコンバータを備え、電池パック１００を充電するための電力を出力する。
Ａ−２．二次電池１１２の監視処理：
監視装置１３０は、二次電池１１２から上記最低動作電圧値ＶＴ４以上の電力が供給されることを条件に、二次電池１１２の監視処理を実行する。図２は、二次電池の監視処理の流れを示すフローチャートである。この監視処理は、二次電池１１２の状態を監視して、二次電池１１２の状態が異常状態になることを抑制するための処理である。なお、監視処理の実行当初は、リレー１６０はクローズ状態であるものとする。
始めに、監視装置１３０のＣＰＵ１３２は、負荷５００が動作中であるか否かを判断する（Ｓ１１０）。ＣＰＵ１３２は、例えばイグニッションの状態を示す信号をＥＣＵ６００から受信し、その受信した信号に基づき、イグニッションがオン状態であれば負荷５００は動作中であると判断し、イグニッションがオフ状態であれば負荷５００は停止中であると判断する。なお、負荷５００が動作中であるとは、移動体が有する負荷５００に電力を供給中、または、当該電力の供給によって移動体が動作中であると言い換えることができる。また、負荷５００が停止中であるとは、移動体が有する負荷５００に電力の供給を停止中、または、当該電力の供給停止によって移動体が停止中であると言い換えることができる。
なお、本電池パック１００がアイドリングストップ車に搭載されている場合、ＣＰＵ１３２は、イグニッションの状態を示す信号とエンジンが動作中であるか否かを示す信号をＥＣＵ６００から受信する。そして、ＣＰＵ１３２は、その受信した信号に基づき、イグニッションがオン状態であり、且つ、エンジンが停止中であることを条件に、アイドリングストップ中、即ち、負荷５００が動作中であると判断する。また、本実施形態では、ＣＰＵ１３２は、移動体（車両）が停車中である場合も、アイドリングストップ中と同様に、すぐに走行可能な状態にあるため、負荷５００が動作中であると判断する。
つまり、負荷５００が動作中であるとは、車両などの移動体が走行中、高速走行中、アイドリングストップ中または停車中であることをいう。また、負荷５００が停止中であるとは、車両などの移動体が駐車中または長期駐車中であることをいう。
ＣＰＵ１３２は、負荷５００が動作中であると判断した場合（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、第１基準動作処理を実行し（Ｓ１２０〜Ｓ１５０）、負荷５００が動作中でない、即ち、停止中であると判断した場合（Ｓ１１０：ＮＯ）、第１低消費電力処理を実行する（Ｓ１６０〜Ｓ１９０）。
Ａ−２−１．第１基準動作処理：
第１基準動作処理は、リレー１６０がクローズ状態である期間において、例えば監視装置１３０のＣＰＵ１３２は、常時、起動状態であり、二次電池１１２から電力を消費しており、基準周期ΔＴ１（例えば数十ｍｓｅｃ〜数百ｍｓｅｃ）で二次電池１１２の監視動作（Ｓ１３０〜Ｓ１５０）を繰り返し実行する処理である。この第１基準動作処理は、エンジンや負荷５００の動作中など、二次電池１１２の充放電が頻繁に行われるために、頻繁に二次電池１１２の監視動作を実行する必要性が比較的に高い場合に実行される。基準周期ΔＴ１は、監視動作の実行間隔の一例である。
具体的には、ＣＰＵ１３２は、前回の監視動作の実行時から、基準周期ΔＴ１だけ経過したか否かを判断する（Ｓ１２０）。なお、監視処理の開始当初では、監視処理の開始時から基準周期ΔＴ１に相当する時間だけ経過したか否かが判断される。
ＣＰＵ１３２は、前回の監視動作の実行時から基準周期ΔＴ１だけ経過していないと判断した場合（Ｓ１２０：ＮＯ）には待機し、前回の監視動作の実行時から基準周期ΔＴ１だけ経過したと判断した場合（Ｓ１２０：ＹＥＳ）、監視動作を実行する。具体的には、ＣＰＵ１３２は、二次電池１１２の端子電圧値Ｖと、充放電電流の電流量と、温度とを取得し（Ｓ１３０）、それらの取得結果に基づき、二次電池１１２の状態が異常状態になっているか否かを判断する（Ｓ１４０）。
本実施形態では、二次電池１１２の状態が、過放電状態、過充電状態、過電流状態、温度異常状態のいずれかの異常状態になっているか否かが判断される。過放電状態は、二次電池１１２の端子電圧値Ｖが上記下限電圧値ＶＴ２以下である状態であり、過充電状態は、二次電池１１２の端子電圧値Ｖが上記上限電圧値ＶＴ１以上である状態である。過電流状態は、二次電池１１２の単位時間あたりの充放電電流の電流量が規定量以上である状態であり、温度異常状態は、二次電池１１２の温度が規定温度以上である状態である。このとき、下限電圧値ＶＴ２は、放電電圧閾値の一例であり、上限電圧値ＶＴ１は、充電電圧閾値の一例である。
ＣＰＵ１３２は、二次電池１１２の状態が異常状態になっていると判断した場合（Ｓ１４０：ＹＥＳ）、リレー１６０を、クローズ状態からオープン状態にする（Ｓ１５０）。これにより、二次電池１１２が充放電不可状態になり、スタータ４００や負荷５００への放電による二次電池１１２の電圧低下を抑制することができる。換言すれば、二次電池１１２の状態が異常状態になることや異常状態がさらに進行することが抑制され、二次電池１１２が保護される。但し、二次電池１１２から監視装置１３０への電力供給により、二次電池１１２の電圧低下が生じ得る。ＣＰＵ１３２は、リレー１６０をオープン状態にした後、Ｓ１１０に戻る。
一方、ＣＰＵ１３２は、二次電池１１２の状態が異常状態になっていないと判断した場合（Ｓ１４０：ＮＯ）、リレー１６０をクローズ状態に維持したままＳ１１０に戻る。即ち、第１基準動作処理では、リレー１６０がオープン状態であるかクローズ状態であるかに関係なく、基準周期ΔＴ１で二次電池１１２の監視動作が実行される。これにより、例えば、リレー１６０がオープン状態である場合でも、発電機２００の出力が高くなった場合に早期に二次電池１１２の充電を開始でき、車両の電源システムを正常な状態に戻すことができる。なお、上述したように、アイドリングストップ中や停車中でも、Ｓ１１０で負荷５００が動作中であると判断されるため（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、第１基準動作処理が実行される。アイドリングストップ中や停車中では、エンジンは停止しているものの、ドライバーは、運転席に乗っており、二次電池１１２が過放電になったことに気づき、比較的短時間のうちに充電作業を実施することが予想されるからである。
Ａ−２−２．第１低消費電力処理：
第１低消費電力処理は、リレー１６０がクローズ状態である期間において、基準周期ΔＴ１よりも長い第１低電力周期ΔＴ２（＞ΔＴ１、例えば十数ｓｅｃ）で、監視装置１３０のＣＰＵ１３２は、停止状態から一時的に起動状態となって二次電池１１２からの電力を消費して二次電池１１２の監視動作（Ｓ１７０〜Ｓ１９０）を行うことを、繰り返し実行する処理である。この第１低消費電力処理は、後述するように、負荷５００が停止され車両が駐車中であるなど、二次電池１１２の放電電流量が暗電流量程度であるために、二次電池１１２の監視動作を頻繁に行う必要性が比較的に低い場合に実行される。つまり、監視装置１３０のＣＰＵ１３２は、監視動作の実行間隔を長くすることで、消費電力を少なくする。第１低電力周期ΔＴ２は、監視動作の実行間隔の一例である。
具体的には、ＣＰＵ１３２は、前回の監視動作の実行時から、第１低電力周期ΔＴ２だけ経過したか否かを判断する（Ｓ１６０）。なお、監視処理の開始当初では、監視処理の開始時から第１低電力周期ΔＴ２に相当する時間だけ経過したか否かが判断される。
ＣＰＵ１３２は、前回の監視動作の実行時から第１低電力周期ΔＴ２だけ経過していないと判断した場合（Ｓ１６０：ＮＯ）には待機し、前回の監視動作の実行時から第１低電力周期ΔＴ２だけ経過したと判断した場合（Ｓ１６０：ＹＥＳ）、監視動作を実行する。具体的には、ＣＰＵ１３２は、二次電池１１２の端子電圧値Ｖと、充放電電流の電流量と、温度とを取得し（Ｓ１７０）、それらの取得結果に基づき、二次電池１１２の状態が異常状態になっているか否かを判断する（Ｓ１８０）。なお、この異常状態は、上記Ｓ１４０の処理と同じである。ただし、異常状態は、少なくとも過放電状態を含んでいれば、その他の異常状態は、Ｓ１４０の処理と異なってもよい。
ＣＰＵ１３２は、二次電池１１２の状態が異常状態になっていないと判断した場合（Ｓ１８０：ＮＯ）、リレー１６０をクローズ状態に維持したままＳ１１０に戻る。その一方で、ＣＰＵ１３２は、二次電池１１２の状態が異常状態になっていると判断した場合（Ｓ１８０：ＹＥＳ）、リレー１６０を、クローズ状態からオープン状態にして（Ｓ１９０）、図３に示すオープン時処理を実行する（Ｓ２００）。
Ａ−２−３．オープン時処理：
オープン時処理は、リレー１６０がオープン状態になっているときにおける二次電池１１２の監視動作に関する処理である。ＣＰＵ１３２は、二次電池１１２の状態が過放電状態であるか否かを判断する（Ｓ３２０）。なお、このＳ３２０の処理において、ＣＰＵ１３２は、図２の１８０の処理で判断された異常状態が過放電状態であるか否かを判断してもよい。二次電池１１２の状態が、過充電状態など、過放電状態以外の異常状態である場合、ＣＰＵ１３２は、二次電池１１２の状態が過放電状態でないと判断し（Ｓ３２０：ＮＯ）、第２基準動作処理（Ｓ３８０〜Ｓ４１０）を実行する。これに対して、二次電池１１２の状態が過放電状態である場合、ＣＰＵ１３２は、二次電池１１２の状態が過放電状態であると判断し（Ｓ３２０：ＹＥＳ）、第２低消費電力動作処理（Ｓ３３０〜Ｓ３５０、Ｓ４１０）を実行する。
Ａ−２−４．第２基準動作処理：
第２基準動作処理は、リレー１６０がオープン状態である期間において、例えば監視装置１３０のＣＰＵ１３２は、常時、起動状態であり、二次電池１１２から電力を消費しており、上記基準周期ΔＴ１で二次電池１１２の監視動作（Ｓ３９０〜Ｓ４１０）を繰り返し実行する処理である。具体的には、ＣＰＵ１３２は、前回の監視動作（Ｓ１３０〜Ｓ１５０、Ｓ１７０〜Ｓ１９０を含む）の実行時から、基準周期ΔＴ１だけ経過したか否かを判断する（Ｓ３８０）。ＣＰＵ１３２は、前回の監視動作の実行時から基準周期ΔＴ１だけ経過していないと判断した場合（Ｓ３８０：ＮＯ）には待機し、前回の監視動作の実行時から基準周期ΔＴ１だけ経過したと判断した場合（Ｓ３８０：ＹＥＳ）、監視動作を実行する。具体的には、ＣＰＵ１３２は、二次電池１１２の端子電圧値Ｖと、充放電電流の電流量と、温度とを取得し（Ｓ３９０）、それらの取得結果に基づき、二次電池１１２の異常状態が解消されたか否か、換言すれば、二次電池１１２の状態が上述した異常状態のいずれにもなっていない正常状態であるか否かを判断する（Ｓ４００）。なお、本実施形態では、二次電池１１２に現在の二次電池１１２の電圧以上の電圧が印加されておらず、二次電池１１２の端子電圧が、上述の上限電圧値ＶＴ１よりも小さい充電復帰電圧（上述の下限電圧値ＶＴ２よりも大きい）以下になったことを条件に、二次電池１１２の過充電状態が解消されたと判断する。この条件は、所定の充電復帰条件の一例である。
ＣＰＵ１３２は、二次電池１１２の異常状態が解消されたと判断した場合（Ｓ４００：ＹＥＳ）、リレー１６０を、オープン状態からクローズ状態にして（Ｓ４１０）、図２のＳ１１０に戻る。一方、ＣＰＵ１３２は、二次電池１１２の異常状態が解消されていないと判断した場合（Ｓ４００：ＮＯ）、リレー１６０をオープン状態にしたまま、Ｓ３２０に戻る。
第２基準動作処理の実行により次のような効果を得ることができる。上述したように、リレー１６０がオープン状態である場合、充放電不可状態になるため、イグニッションのオン操作がされても、二次電池１１２からエンジンのスタータ４００や負荷５００に電力が供給されないため、スタータ４００や負荷５００を起動できない。ここで、仮に、リレー１６０がオープン状態である場合において、比較的に長い動作周期で上記監視動作を実行すると、二次電池１１２の状態が正常状態になっても、リレー１６０がクローズ状態になるまでに時間がかかってしまう。
これに対して、上記第２基準動作処理では、比較的に短い動作周期で二次電池１１２の監視動作が実行される。このため、二次電池１１２が正常状態になった場合には、迅速にリレー１６０がクローズ状態に復帰して充放電可能状態になる。従って、イグニッションのオン操作など、スタータ４００や負荷５００を起動するための指令に対して迅速に対応することができる。即ち、リレー１６０がオープン状態である期間では、二次電池１１２の状態が例えば過充電状態である場合、比較的に短い基準周期ΔＴ１で監視動作を行うことで、スタータ４００や負荷５００の起動指令に対する迅速な対応が可能になる。但し、動作周期が短いほど監視装置１３０の消費電力が多くなるため、その分だけ二次電池１１２の端子電圧値Ｖが低下する。しかし、特に二次電池１１２が過充電状態である場合には、動作周期が短いほど、早期に過充電状態を解消することができる。このように、監視装置１３０のＣＰＵ１３２は、監視動作の実行間隔を短くすることで消費電力を多くする。
Ａ−２−５．第２低消費電力処理：
第２低消費電力処理は、リレー１６０がオープン状態である期間において、上記基準周期ΔＴ１よりも長い第１低電力周期ΔＴ２で、監視装置１３０のＣＰＵ１３２は、停止状態から一時的に起動状態となって二次電池１１２からの電力を消費して二次電池１１２の監視動作（Ｓ３４０〜３５０、Ｓ４１０）を行うことを、繰り返し実行する処理である。具体的には、ＣＰＵ１３２は、前回の監視動作（Ｓ１３０〜Ｓ１５０、Ｓ１７０〜Ｓ１９０を含む）の実行時から、第１低電力周期ΔＴ２だけ経過したか否かを判断する（Ｓ３３０）。
ＣＰＵ１３２は、前回の監視動作の実行時から第１低電力周期ΔＴ２だけ経過していないと判断した場合（Ｓ３３０：ＮＯ）には待機し、前回の監視動作の実行時から第１低電力周期ΔＴ２だけ経過したと判断した場合（Ｓ３３０：ＹＥＳ）、監視動作を実行する。具体的には、ＣＰＵ１３２は、二次電池１１２の端子電圧値Ｖを取得し（Ｓ３４０）、その取得結果に基づき、二次電池１１２の過放電状態が解消されたか否かを判断する（Ｓ３５０）。なお、本実施形態では、二次電池１１２に所定電圧以上の電圧が印加されたり、二次電池１１２の端子電圧が、上述の下限電圧値ＶＴ２よりも大きい放電復帰電圧（上述の上限電圧値ＶＴ１未満）以上になったりしたことを条件に、ＣＰＵ１３２は、二次電池１１２の過放電状態が解消されたと判断する。この条件は、所定の放電復帰条件の一例である。
第２低消費電力動作処理の実行により次のような効果を得ることができる。上述したように、リレー１６０がオープン状態である場合、充放電不可状態になるため、スタータ４００や負荷５００への放電による二次電池１１２の電圧低下は抑制することができる。しかし、監視装置１３０の電力消費により二次電池１１２の端子電圧値Ｖが低下し過放電状態がさらに悪化し得る。これに対して、第２低消費電力動作処理では、第２基準動作処理に比べて、長い動作周期で二次電池１１２の監視動作が実行される。このため、監視装置１３０の電力消費による二次電池１１２の電圧低下を抑制することができる。要するに、過放電状態によりリレー１６０がオープン状態になった場合、スタータ４００や負荷５００の起動指令に対する迅速な対応よりも、過放電に対する二次電池１１２の保護を優先することにより、例えば二次電池１１２の端子電圧値Ｖが監視装置１３０の最低動作電圧値ＶＴ４を下回り、監視装置１３０が動作不能になったり、二次電池１１２の再利用が不能になったりすることを抑制することができる。
ＣＰＵ１３２は、二次電池１１２の過放電状態が解消されたと判断した場合（Ｓ３５００：ＹＥＳ）、リレー１６０を、オープン状態からクローズ状態にして（Ｓ４１０）、図２のＳ１１０に戻る。一方、ＣＰＵ１３２は、二次電池１１２の過放電状態が解消されていないと判断した場合（Ｓ３５０：ＮＯ）、リレー１６０をオープン状態にしたまま、上記Ｓ３４０の取得結果に基づき、二次電池１１２の端子電圧値Ｖが低電圧閾値ＶＴ３以下であるか否かを判断する（Ｓ３６０）。低電圧閾値ＶＴ３は、下限電圧値ＶＴ２よりも低く、かつ、最低動作電圧値ＶＴ４よりも高い値である。
ＣＰＵ１３２は、二次電池１１２の端子電圧値Ｖが低電圧閾値ＶＴ３以下でないと判断した場合（Ｓ３６０：ＮＯ）、二次電池１１２の端子電圧値Ｖが最低動作電圧値ＶＴ４以下になる可能性がまだ低いため、動作周期を第１低電力周期ΔＴ２のまま変えずに、Ｓ３２０に戻る。一方、ＣＰＵ１３２は、二次電池１１２の端子電圧値Ｖが低電圧閾値ＶＴ３以下であると判断した場合（Ｓ３６０：ＹＥＳ）、二次電池１１２の端子電圧値Ｖが最低動作電圧値ＶＴ４以下になる可能性が高いため、動作周期を第１低電力周期ΔＴ２から、それよりもさらに長い第２低電力周期ΔＴ３に変更して、Ｓ３２０に戻る。つまり、監視装置１３０のＣＰＵ１３２は、監視動作の実行間隔を長くすることで、消費電力を少なくする。これにより、この後、さらに長い動作周期で二次電池１１２の監視動作が実行されるため、監視装置１３０の電力消費による二次電池１１２の電圧低下を、より効果的に抑制することができる。
Ａ−３．本実施形態の効果：
リレー１６０がオープン状態である期間では、負荷５００が動作中（つまり、車両などの移動体が走行中、高速走行中、アイドリングストップ中または停車中）である場合、負荷５００への電力供給を早期に再開させる必要性は高い。例えば、車両が走行中または高速走行中の場合には、オルタネータ等の発電機２００が動作中であり、電源喪失による車両の制御不可を避けるため、充電可能状態に戻れば即時リレー１６０を復帰させたいからである。また、車両がアイドリングストップ中または停車中の場合には、オルタネータ等の発電機２００は停止しているものの、搭乗者が車両に乗車している状況であり、過放電に気づき充電作業が可能(または、数時間以内に充電作業が可能)なため、監視装置１３０が動作不能状態まで放電されることはないからである。
しかし、負荷５００が停止中（つまり、車両などの移動体が駐車中または長期駐車中）である場合には、負荷５００が動作中である場合に比べて、負荷５００への電力供給を早期に再開させる必要性は高くない。例えば、車両が駐車中の場合には、駐車場などの安全な場所に駐車されているため、リレー１６０のオープン後に即時復帰させる必要はなく、可能な限り低消費電力として放置可能期間を延長したいからである。また、車両が長期駐車中の場合には、長期で車両が使用されておらず、二次電池１１２が再使用不可能な電圧に低下するまでの期間を可能な限り延長したいからである。なお、車両が長期間使用されていないことは、リレー１６０のオープン後に所定の電圧を下回ったことで検出することができる。
そこで、本実施形態によれば、リレー１６０がオープン状態である期間では、負荷５００が停止中である場合には、負荷５００が動作中である場合に比べて、実行間隔が長く、かつ、二次電池１１２からの電力の単位時間当たりの消費量が少ない状態で監視動作が実行される。
具体的には、図３のオープン時処理における第２低消費電力処理（Ｓ３３０〜Ｓ３５０、Ｓ４１０）では、図２のＳ１５０の実行によりリレー１６０がオープン状態になった後の第１基準動作処理（Ｓ１２０〜Ｓ１５０）よりも、実行間隔が長く、かつ、二次電池１１２からの電力の単位時間当たりの消費量が少ない。つまり、監視装置１３０のＣＰＵ１３２は、監視動作の実行間隔を長くすることで、消費電力を少なくする。これにより、リレー１６０がオープン状態である期間において、負荷５００が動作中である場合、二次電池１１２の状態が過放電状態でなくなったときに負荷５００への電力供給状態の再開が遅れることを抑制しつつ、負荷５００への電力供給の再開の必要性が比較的に低い負荷５００の停止中における監視動作の実行間隔を長くすることにより、二次電池１１２の電圧低下を抑制することができる。
二次電池１１２が過充電状態になったことによりリレー１６０がオープン状態となった場合、二次電池１１２を放電させて電圧を低下させた方がよい。つまり、過充電時は、二次電池１１２をできる限り早く正常な電圧範囲内に復帰させたいため、放電を促進するのが望ましい。そこで、本実施形態によれば、負荷５００が停止中である期間では、二次電池１１２が過充電状態になったことによりリレー１６０がオープン状態となった場合には（図３のＳ３２０：ＮＯ）、二次電池１１２が過放電状態になったことによりリレー１６０がオープン状態となった場合（Ｓ３２０：ＹＥＳ）に比べて、実行間隔が短く、かつ、二次電池１１２からの電力の単位時間当たりの消費量が多い状態で監視動作が実行される。つまり、監視装置１３０のＣＰＵ１３２は、監視動作の実行間隔を短くすることで消費電力を多くする。これにより、負荷５００が停止中である期間において、二次電池１１２が過充電状態になったことによりリレー１６０がオープン状態となった場合における監視動作の実行間隔を、二次電池１１２が過放電状態になった場合と同じにする場合に比べて、早期に、二次電池１１２の端子電圧値Ｖを低下させて二次電池１１２の過充電状態を解消することができる。
本実施形態によれば、負荷５００が停止中である期間において、二次電池１１２が過充電状態になったことによりリレー１６０がオープン状態となった場合における監視動作の実行間隔（図３のＳ３８０〜Ｓ４１０参照）は、リレー１６０がクローズ状態である場合における監視動作の実行間隔（図２のＳ１６０〜Ｓ１９０参照）よりも短い。つまり、監視装置１３０のＣＰＵ１３２は、監視動作の実行間隔を短くすることで消費電力を多くする。これにより、二次電池１１２が過充電状態になったことによりリレー１６０がオープン状態となった場合における監視動作の実行間隔が、リレー１６０がクローズ状態である場合における監視動作の実行間隔以上である場合に比べて、負荷５００の動作の開始時において負荷５００への電力供給を早期に再開させることができる。
Ｂ．変形例：
本明細書で開示される技術は、上述の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態に変形することができ、例えば次のような変形も可能である。
例えば、上記実施形態では、監視装置１３０は、１つのＣＰＵ１３２を有する構成であるが、監視装置１３０の構成はこれに限らず、複数のＣＰＵを備える構成や、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）などのハード回路を備える構成、ハード回路およびＣＰＵの両方を備える構成でもよい。
また、上記実施形態では、電池パック１００は、１つの監視装置１３０を備えるが、複数の監視装置１３０を備えてもよい。
負荷は、電装品に限らず、例えば電気自動車（ＥＶ）を駆動するモータ、その他の電気機器や、産業機械の駆動源（モータ等）でもよい。充電器は、オルタネータに限らず、自動車の外部の充電スタンドに設定された充電器でもよい。
上記実施形態では、スイッチの一例として、リレー１６０を例に挙げたが、機械式に限らず、半導体スイッチなどでもよい。また、スイッチは、電池パック１００に内蔵されたものに限らず、電池パック１００の外部に設けられたものでもよい。さらに、スイッチは、互いに並列に接続された複数のリレー等でもよい。
上記実施形態では、蓄電素子の一例として、リチウムイオン二次電池を例に挙げたが、これに限らず、他の二次電池でもよく、さらに、一次電池やキャパシタでもよい。また、蓄電素子は、複数のセルを有する組電池に限らず、１つのセルを有する単電池でもよい。
図２のＳ１４０で判断される異常状態は、少なくとも過放電状態が含まれていればよい。異常状態は、過充電状態、過電流状態、温度異常状態に限らず、例えば蓄電素子の内部抵抗、ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）やＳＯＣに関する異常状態でもよい。また、Ｓ１４０の処理では、二次電池１１２の状態が異常状態になるおそれがあるか否かを判断してもよい。例えば、ＣＰＵ１３２は、二次電池１１２の端子電圧値Ｖが、上記下限電圧値ＶＴ２よりもやや高い放電電圧閾値以下であるか否かを判断してもよい。ＣＰＵ１３２は、二次電池１１２の端子電圧値Ｖが、上記上限電圧値ＶＴ１よりもやや低い充電電圧閾値以上であるか否かを判断してもよい。
オープン時処理において、ＣＰＵ１３２は、Ｓ３２０の処理をせずに、異常状態に種類に関係なく、第２低消費電力処理（Ｓ３３０〜Ｓ３５０、Ｓ４１０）を実行してもよい。また、オープン時処理において、ＣＰＵ１３２は、過放電状態が解消されないと判断した場合（Ｓ３５０：ＮＯ）、Ｓ３６０、Ｓ３７０の処理を実行せずに、Ｓ３２０に戻ってもよい。
また、オープン時処理において、ＣＰＵ１３２は、二次電池１１２の状態が、過放電状態以外に、例えば過電流状態や温度異常状態である場合も、第２低消費電力動作処理を実行してもよい。車両が駐車中や長期駐車中の場合には、駐車場などの安全な場所に駐車されていたり長期で車両が使用されないため、リレー１６０のオープン後に即時復帰させる必要はなく、二次電池１１２が再使用不可能な電圧に低下するまでの期間を可能な限り延長したいからである。
第１基準動作処理と第２基準動作処理とで、監視動作の動作周期や電力消費量が異なってもよい。また、第１低消費電力動作処理と第２低消費電力動作処理とで、監視動作の動作周期や電力消費量が異なってもよい。
車両などの移動体がアイドリングストップ中または停車中である場合には、負荷５００が停止中であると定義してもよい。つまり、移動体が走行中または高速走行中である場合に、負荷５００が動作中であるとし、移動体がアイドリングストップ中、停車中、駐車中または長期駐車中である場合に、負荷５００が停止中であるとしてもよい。
ＣＰＵ１３２は、移動体が駐車する期間が長いほど、監視動作の実行間隔（第１低電力周期ΔＴ２または第２低電力周期ΔＴ３）が長くなるように、監視処理を実行することにしてもよい。つまり、ＣＰＵ１３２は、移動体が長期駐車中である場合に、移動体が短期駐車中である場合よりも、監視動作の実行間隔が長くなるように、監視処理を実行することにしてもよい。
ここで、上記で説明した電圧値および監視動作の実行間隔の関係を、以下の表１にまとめて示す。ここで、ＶＴ１は、予め定められた上限の電圧値であり、ＶＴ２は、予め定められた下限の電圧値であり、ＶＴ４は、監視装置１３０が動作可能な最低動作電圧値であり、ＶＴ３は、ＶＴ２よりも低くＶＴ４よりも高い低電圧閾値であり、ＶＴ１＞ＶＴ２＞ＶＴ３＞ＶＴ４の関係を満たす。また、ΔＴ１は基準周期であり、ΔＴ２は第１低電力周期であり、ΔＴ３は第２低電力周期であり、ΔＴ１＜ΔＴ２＜ΔＴ３の関係を満たす。
Figure 2021036763
なお、Ｖ＝ＶＴ１の場合に、監視動作の実行間隔をΔＴ２にしてもよいし、Ｖ＝ＶＴ３の場合に、当該実行間隔をΔＴ２にしてもよい。また、ＶがＶＴ４以下の場合は、監視装置１３０が動作不能であるため、表１からは除外している。
１００：電池パック
１１２：二次電池
１２２：電圧センサ
１３０：監視装置
１３２：ＣＰＵ
１３４：メモリ
１３６：通信インターフェース
１４０：電流センサ
１５０：温度センサ
１６０：リレー
２００：発電機
４００：スタータ
５００：負荷
６００：ＥＣＵ
ΔＴ１：基準周期
ΔＴ２：第１低電力周期
ΔＴ３：第２低電力周期
Ｖ：端子電圧値
ＶＴ１：上限電圧値
ＶＴ２：下限電圧値
ＶＴ３：低電圧閾値
ＶＴ４：最低動作電圧値

Claims (7)

  1. 移動体に備えられ、前記移動体の負荷にスイッチを介して電気的に接続される蓄電素子の監視装置であって、
    前記蓄電素子から電力が供給される監視部を備え、
    前記監視部は、
    前記蓄電素子の電圧が放電電圧閾値以下になったことを条件に、前記スイッチをクローズ状態からオープン状態にし、前記スイッチが前記オープン状態であるときに前記蓄電素子が所定の放電復帰条件を満たしたことを条件に、前記スイッチを前記オープン状態から前記クローズ状態にする監視動作を実行し、
    前記スイッチが前記オープン状態である期間において、前記負荷が停止中である場合には、前記負荷が動作中である場合に比べて、前記監視動作の実行間隔を長くすることで消費電力を少なくする、
    蓄電素子の監視装置。
  2. 前記蓄電素子は、さらに、前記移動体のエンジンによって発電する充電器に前記スイッチを介して電気的に接続され、
    前記監視動作には、さらに、前記蓄電素子の電圧が、前記放電電圧閾値よりも大きい充電電圧閾値以上になったことを条件に、前記スイッチをクローズ状態からオープン状態にし、前記スイッチが前記オープン状態であるときに前記蓄電素子が所定の充電復帰条件を満たしたことを条件に、前記スイッチを前記オープン状態から前記クローズ状態にする動作が含まれ、
    前記監視部は、
    前記負荷が停止中である期間において、前記蓄電素子の電圧が前記充電電圧閾値以上になったことにより前記スイッチが前記オープン状態となった場合には、前記蓄電素子の電圧が前記放電電圧閾値以下になったことにより前記スイッチが前記オープン状態となった場合に比べて、前記監視動作の実行間隔を短くすることで消費電力を多くする、
    請求項１に記載の蓄電素子の監視装置。
  3. 前記負荷が停止中である期間において、前記蓄電素子の電圧が前記充電電圧閾値以上になったことにより前記スイッチが前記オープン状態となった場合には、前記スイッチが前記クローズ状態である場合に比べて、前記監視動作の実行間隔を短くすることで消費電力を多くする、
    請求項２に記載の蓄電素子の監視装置。
  4. 前記監視部は、さらに、
    前記スイッチが前記オープン状態である期間において、前記蓄電素子の電圧が、前記放電電圧閾値よりも低い低電圧閾値以下になった場合には、前記蓄電素子の電圧が前記低電圧閾値よりも大きい場合に比べて、前記監視動作の実行間隔を長くすることで消費電力を少なくする、
    請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の蓄電素子の監視装置。
  5. 蓄電素子と、
    請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の蓄電素子の監視装置と、を備える、
    蓄電装置。
  6. 前記蓄電装置は、さらに、
    移動体の負荷と前記蓄電素子との間に配置されるスイッチを備える、
    請求項５に記載の蓄電装置。
  7. 移動体に備えられ、前記移動体の負荷にスイッチを介して電気的に接続される蓄電素子の監視装置が行う蓄電素子の監視方法であって、
    前記蓄電素子の電圧が放電電圧閾値以下になったことを条件に、前記スイッチをクローズ状態からオープン状態にし、前記スイッチが前記オープン状態であるときに前記蓄電素子が所定の放電復帰条件を満たしたことを条件に、前記スイッチを前記オープン状態から前記クローズ状態にする監視動作を実行し、
    前記スイッチが前記オープン状態である期間において、前記負荷が停止中である場合には、前記負荷が動作中である場合に比べて、前記監視動作の実行間隔を長くすることで消費電力を少なくする、
    蓄電素子の監視方法。
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