JP2021164358A - Secondary battery, and rush current handling circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、二次電池、および突入電流対応回路に関する。 Embodiments of the present invention relate to a secondary battery and an inrush current compatible circuit.
ガソリンエンジン、ディーゼルエンジンを含む内燃機関を始動するには、物理的な外力を与えて強制的に回転させる必要がある。これをクランキングと呼ぶ。例えば車両では、スターターモータ(セルモータ)を回してエンジンのクランキングを行う。クランキングのエネルギーは、車載バッテリーからとられる。船やその他の移動体においても、事情は同じである。 In order to start an internal combustion engine including a gasoline engine and a diesel engine, it is necessary to apply a physical external force to forcibly rotate the engine. This is called cranking. For example, in a vehicle, a starter motor (starter motor) is rotated to crank the engine. Cranking energy comes from the in-vehicle battery. The situation is the same for ships and other mobiles.
リチウムイオン蓄電池に代表される高性能の二次電池が、既存の多くの車両で用いられている鉛バッテリーにとって代わろうとしている。しかしながらこの種の二次電池を用いた場合、始動時の突入電流が目立って大きいことがわかってきた。 High-performance secondary batteries, such as lithium-ion batteries, are about to replace the lead batteries used in many existing vehicles. However, when this type of secondary battery is used, it has been found that the inrush current at the time of starting is remarkably large.
始動時の突入電流は、規格の範囲内に収める必要がある。既存の技術では遮断器を用いたり、大容量の半導体スイッチ(FETなど)を用いて回路を遮断したりして突入電流を防いでいた。しかしながら二次電池の容量やサイズに応じて突入電流が変化するので、それに応じて遮断器を選定したり、製作する必要がある。利用可能な部品が限られるので、配線を引き回して線路長による抵抗値を利用したりすることもあった。このため装置が大型化したり、コストが高くなったりしていた。
そこで、目的は、始動時の突入電流を抑圧可能な二次電池、および突入電流対応回路を提供することにある。
The inrush current at start-up must be within the specified range. In the existing technology, a circuit breaker is used or a large-capacity semiconductor switch (FET, etc.) is used to break the circuit to prevent the inrush current. However, since the inrush current changes according to the capacity and size of the secondary battery, it is necessary to select or manufacture a circuit breaker accordingly. Since the parts that can be used are limited, the resistance value due to the line length may be used by routing the wiring. For this reason, the size of the device has increased and the cost has increased.
Therefore, an object of the present invention is to provide a secondary battery capable of suppressing an inrush current at the time of starting, and a circuit corresponding to the inrush current.
実施形態によれば、二次電池は、内燃機関を始動させるスタータと、スタータの始動時に接点信号を出力するキースイッチとを備える移動体に搭載可能である。二次電池は、蓄電池と、インタフェースと、第1スイッチ素子と、第1スイッチ素子に並列接続される抵抗器と、抵抗器と直列接続される第2スイッチ素子とを具備する。インタフェースは、接点信号を取得する。第1スイッチ素子は、接点信号が取得されてから既定の期間だけ蓄電池をスタータから切り離し、上記既定の期間の経過後に蓄電池とスタータとを接続する閉回路を形成する。第2スイッチ素子は、接点信号が取得されてから上記既定の期間だけ、抵抗器と蓄電池とスタータとを接続する閉回路を形成する。 According to the embodiment, the secondary battery can be mounted on a mobile body including a starter for starting an internal combustion engine and a key switch for outputting a contact signal when the starter is started. The secondary battery includes a storage battery, an interface, a first switch element, a resistor connected in parallel to the first switch element, and a second switch element connected in series with the resistor. The interface acquires the contact signal. The first switch element disconnects the storage battery from the starter for a predetermined period after the contact signal is acquired, and forms a closed circuit for connecting the storage battery and the starter after the predetermined period elapses. The second switch element forms a closed circuit that connects the resistor, the storage battery, and the starter only for the above-mentioned predetermined period after the contact signal is acquired.
図1Aおよび図1Bは、スタータ始動時の突入電流について説明するためのグラフである。各グラフにおいて、縦軸は回転数当たりの電流値、および電圧を示す。横軸は時間[秒(sec)]を示す。点線は、規格で定められた電流の上限値を示す。 1A and 1B are graphs for explaining the inrush current at the start of the starter. In each graph, the vertical axis shows the current value per rotation speed and the voltage. The horizontal axis indicates time [seconds (sec)]. The dotted line indicates the upper limit of the current defined by the standard.
図1Aに示されるように、対策を取られていない場合には、スタータ始動時に規格を超えたピーク電流が発生してしまう。このピーク電流は、バッテリ、および搭載された移動体(例えば車両)に突入電流を発生させるので、保護回路により(2000A上限)回路が遮断されてしまう。 As shown in FIG. 1A, if no countermeasure is taken, a peak current exceeding the standard will be generated when the starter is started. This peak current causes an inrush current in the battery and the mounted moving body (for example, a vehicle), so that the protection circuit interrupts the circuit (upper limit of 2000A).
図1Bに示されるように、バッテリに設けられた保護回路のFETの仕様を変更することで、始動時の突入電流を抑えることは可能である。しかしながら、規格として定められた仕様から外れることになるので、現実的には難しい。仕様を変更せずに突入電流を抑圧できることが望ましい。以下では、そのようなニーズを解決し得る技術について説明する。 As shown in FIG. 1B, it is possible to suppress the inrush current at the time of starting by changing the specifications of the FET of the protection circuit provided in the battery. However, it is difficult in reality because it deviates from the specifications defined as the standard. It is desirable to be able to suppress the inrush current without changing the specifications. In the following, technologies that can solve such needs will be described.
図2は、実施形態に係わる二次電池の一例を示す模式図である。実施形態において、二次電池100は、内燃機関(エンジン)により駆動力を得る車両200に搭載される。車両200のハンドルの近傍に設置されたキースイッチ(イグニッションスイッチ(IGN))300が操作されると、二次電池100の電力がスタータに供給されてエンジンが始動される。その際、キースイッチ300から接点信号(スタータ情報)が、インタフェース400を介して二次電池100に供給される。
FIG. 2 is a schematic view showing an example of the secondary battery according to the embodiment. In the embodiment, the
すなわち実施形態に係わる二次電池100は、電力端子だけでなく、少なくとも外部からの信号を取得するためのインタフェースを備える。インタフェースから例えば接点信号を与えることで、二次電池100の動作を制御することが可能である。
That is, the
図3は、実施形態に係わる二次電池の一例を示す回路図である。図3は、接点信号が
与えられてから既定の期間(1秒とする)における状態を示す。図3に示される車両200は、キースイッチ300と、エンジンを始動させるためのスタータ201と、スタータ201の動作を安定化させるためのコンデンサ202、および各種の電装品203を備える。キースイッチ300は、二次電池100のインタフェース400に接続される。
FIG. 3 is a circuit diagram showing an example of the secondary battery according to the embodiment. FIG. 3 shows a state in a predetermined period (1 second) after the contact signal is given. The
二次電池100は、例えばリチウムイオン型の蓄電池101と、この蓄電池101を充電する充電回路102とを備える。蓄電池101は、大電力に堪えるFET(Field Effect Transistor)型のFETスイッチ103に接続される。このFETスイッチ103は、規格に定められた範囲内の特性を持つものとする。また、FETスイッチ103は、蓄電池101に直列接続され、放電回路を構成する。
The
充電回路102は、FETスイッチ103に並列接続される抵抗器104と、この抵抗器104に直列接続されるFETスイッチ105を備える。FETスイッチ105は、キースイッチ300から接点信号が取得されてから上記既定の期間(1秒)だけ、抵抗器104をオンする。これによりキースイッチ300の操作から1秒間の間だけ、蓄電池101、スタータ201、および抵抗器104を接続する閉回路が形成される。
The
FETスイッチ103、FETスイッチ105は、いずれもインタフェース400を介してキースイッチ300からの接点信号を取得することができる。
Both the
図3に示されるように、キースイッチ300が操作されてから1秒間が経過するまでは、FETスイッチ103はオフに、FETスイッチ105はオンになる。これにより蓄電池101からスタータ201への電力供給系統に、抵抗器104が介在される。
As shown in FIG. 3, the
図4は、図3に示される二次電池の、キースイッチ300の操作から1秒間の経過後の状態を示す図である。図4に示されるように、キースイッチ300の操作から1秒間が経過すると、FETスイッチ103はオンに、FETスイッチ105はオフになる。これにより蓄電池101からスタータ201への電力供給系統から、抵抗器104が切り離される。
FIG. 4 is a diagram showing a state of the secondary battery shown in FIG. 3 after 1 second has elapsed from the operation of the
図5は、実施形態に係わる二次電池100の動作を説明するためのタイミングチャートである。キースイッチ300(IGN)が操作されると、FETスイッチ105がオンし、FETスイッチ103がオフする。よって抵抗器104の抵抗値により、起動初期の突入電流(例えば2000A)が回避される。この状態が1秒間続いたのち、FETスイッチ105がオフし、FETスイッチ103がオンする。これにより蓄電池101からスタータ201への電流は例えば600Aで安定する。この状態を例えば30秒程度継続させることでエンジンを始動することができる。
FIG. 5 is a timing chart for explaining the operation of the
図6は、キースイッチ300の操作からスタータ201に流れる電流値の一例を示すグラフである。実施形態によれば、キースイッチ300のオンからエンジン始動に至るまで、電流値を2000A未満に抑えることができる。もちろん、突入電流の十分に抑圧されている。
FIG. 6 is a graph showing an example of the current value flowing through the
図7は、比較のため従来の二次電池を示す回路図である。既存の二次電池は、キースイッチ300から信号を取得するためのインタフェースを備えておらず、始動時に接点信号を取得することもできない。FETスイッチ105は、蓄電池101を充電するときにしかオンにならず、エンジンの始動に係わることは無い。エンジンの始動に関係するのはFETスイッチ500であるが、抵抗器104を蓄電池101に接続することはできない。
FIG. 7 is a circuit diagram showing a conventional secondary battery for comparison. The existing secondary battery does not have an interface for acquiring a signal from the
図8に示されるように、始動時には、スタータ201に流れる電流がそのままFET500に流れてしまう。このため図9に示されるように、キースイッチ300の操作から少なくとも1秒が経過するまで、FETスイッチ500を流れる電流が規格値を超えてしまう。つまりFETスイッチ500の仕様を変更することでしか、突入電流を抑圧することはできない。
As shown in FIG. 8, at the time of starting, the current flowing through the
鉛蓄電池を用いる場合、その特性上、突入電流が発生しても特に問題となることは無かく、例えば2500Aにもおよぶ電流スパイクも許容されていた。しかしながらリチウムイオン電池に代表される高性能の蓄電池を使用する場合、突入電流の発生が問題視される。今後、様々な車両への適用にあたり、突入電流を抑圧できることが望まれる。 When a lead-acid battery is used, there is no particular problem even if an inrush current is generated due to its characteristics, and a current spike of, for example, 2500 A is allowed. However, when a high-performance storage battery typified by a lithium-ion battery is used, the generation of inrush current is regarded as a problem. In the future, it is hoped that the inrush current can be suppressed when applied to various vehicles.
そこで実施形態では、キースイッチ300から接点信号(スタータ情報)を取得できるようにし、接点信号に基づいてFETスイッチ103,105のオン/オフタイミングを制御するようにした。すなわち、スタータ201への給電が開始された瞬間から1秒が経過するまでは、蓄電池101に直列接続されたFETスイッチ103をオフし、蓄電池101に並列接続された抵抗器104に直列接続されたFETスイッチ105をオンする。これにより抵抗器104を閉回路に介在させ、その抵抗値により突入電流を抑圧する。1秒が経過したのちは、FETスイッチ103をオン、FETスイッチ105をオフして抵抗器104を給電回路から切り離す。これによりスタータ201をロスなく駆動することができる。
Therefore, in the embodiment, the contact signal (starter information) can be acquired from the
これらのことから実施形態によれば、始動時の突入電流を抑圧可能な二次電池、および突入電流対応回路を提供することが可能になる。
実施形態を説明したが、この実施形態は例として提示するものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、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。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、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。
From these facts, according to the embodiment, it becomes possible to provide a secondary battery capable of suppressing the inrush current at the time of starting, and a circuit corresponding to the inrush current.
Although embodiments have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. This novel embodiment can be implemented in various other embodiments, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the gist of the invention. This embodiment and its modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the scope of the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.
100…二次電池、101…蓄電池、102…充電回路、103…FETスイッチ、104…抵抗器、105…FETスイッチ、200…車両、201…スタータ、202…コンデンサ、203…電装品、300…キースイッチ、400…インタフェース、500…FETスイッチ。 100 ... secondary battery, 101 ... storage battery, 102 ... charging circuit, 103 ... FET switch, 104 ... resistor, 105 ... FET switch, 200 ... vehicle, 201 ... starter, 202 ... capacitor, 203 ... electrical equipment, 300 ... key Switch, 400 ... interface, 500 ... FET switch.
Claims (6)
蓄電池と、
前記接点信号を取得するインタフェースと、
前記接点信号が取得されてから既定の期間だけ前記蓄電池を前記スタータから切り離し、前記期間の経過後に前記蓄電池と前記スタータとを接続する閉回路を形成する第1スイッチ素子と、
前記第1スイッチ素子に並列接続される抵抗器と、
前記抵抗器と直列接続され、前記接点信号が取得されてから前記期間だけ、前記抵抗器と前記蓄電池と前記スタータとを接続する閉回路を形成する第2スイッチ素子とを具備する、二次電池。 A secondary battery that can be mounted on a moving body including a starter for starting an internal combustion engine and a key switch for outputting a contact signal when the starter is started.
With a storage battery
An interface for acquiring the contact signal and
A first switch element that disconnects the storage battery from the starter for a predetermined period after the contact signal is acquired, and forms a closed circuit that connects the storage battery and the starter after the elapse of the period.
A resistor connected in parallel to the first switch element and
A secondary battery that is connected in series with the resistor and includes a second switch element that forms a closed circuit that connects the resistor, the storage battery, and the starter only for the period after the contact signal is acquired. ..
前記接点信号が取得されてから既定の期間だけ前記蓄電池を前記スタータから切り離し、前記期間の経過後に前記蓄電池と前記スタータとを接続する閉回路を形成する第1スイッチ素子と、
前記第1スイッチ素子に並列接続される抵抗器と、
前記抵抗器と直列接続され、前記接点信号が取得されてから前記期間だけ、前記抵抗器と前記蓄電池と前記スタータとを接続する閉回路を形成する第2スイッチ素子とを具備する、突入電流対応回路。 An interface that acquires the contact signal from a key switch that outputs a contact signal when the starter, which is powered by a storage battery and starts the internal combustion engine, is started.
A first switch element that disconnects the storage battery from the starter for a predetermined period after the contact signal is acquired, and forms a closed circuit that connects the storage battery and the starter after the elapse of the period.
A resistor connected in parallel to the first switch element and
Inrush current compatible, comprising a second switch element that is connected in series with the resistor and forms a closed circuit that connects the resistor, the storage battery, and the starter only for the period after the contact signal is acquired. circuit.
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