JP3716776B2 - 電源システム - Google Patents
電源システム Download PDFInfo
- Publication number
- JP3716776B2 JP3716776B2 JP2001325767A JP2001325767A JP3716776B2 JP 3716776 B2 JP3716776 B2 JP 3716776B2 JP 2001325767 A JP2001325767 A JP 2001325767A JP 2001325767 A JP2001325767 A JP 2001325767A JP 3716776 B2 JP3716776 B2 JP 3716776B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- secondary battery
- battery group
- aqueous secondary
- power supply
- supply system
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 72
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims description 72
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 20
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 14
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 claims description 14
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 7
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 29
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 29
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 15
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 7
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910006123 SOCa Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 6
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 6
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 6
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 5
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 4
- 238000007086 side reaction Methods 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 3
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 3
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 description 3
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 description 3
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 3
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 3
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- YADSGOSSYOOKMP-UHFFFAOYSA-N dioxolead Chemical compound O=[Pb]=O YADSGOSSYOOKMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 2
- AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L hydroxy(oxo)manganese;manganese Chemical compound [Mn].O[Mn]=O.O[Mn]=O AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 239000011255 nonaqueous electrolyte Substances 0.000 description 2
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 2
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N Ethylene carbonate Chemical compound O=C1OCCO1 KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N dimethyl carbonate Chemical compound COC(=O)OC IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- -1 lithium hexafluorophosphate Chemical compound 0.000 description 1
- 229910003002 lithium salt Inorganic materials 0.000 description 1
- 159000000002 lithium salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000012046 mixed solvent Substances 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000000284 resting effect Effects 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
- G01R31/378—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC] specially adapted for the type of battery or accumulator
- G01R31/379—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC] specially adapted for the type of battery or accumulator for lead-acid batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
Landscapes
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
- Tests Of Electric Status Of Batteries (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は電源システムに係り、特に、車輌に搭載され、発電機から供給される電力を受入可能かつ放電負荷に放電可能な電源システムであって、複数の水溶液系二次電池を接続した水溶液系二次電池群と、複数の非水系二次電池を接続した非水系二次電池群とを組み合わせた電源システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、自動車用電源システムには、2Vの単セル6個が直列に接続された12V系鉛蓄電池を搭載した14V電源システムが用いられてきた。この14V電源システムでは、エンジン始動時に12V系鉛蓄電池からエンジンを始動する起動装置(スタータモータ)に電流を供給(放電)し、エンジン始動後は、走行中のエンジンの回転力によって作動する発電機により12V系鉛蓄電池に常時電流が供給(充電)される。ところが、この14V電源システムでは、自動車の減速時の回生エネルギーは、熱として消費されていた。
【0003】
近年、12V系鉛電池に代わって、36V系鉛蓄電池を搭載した新たな42V/14V電源システムが考案されている。この42V/14V電源システムでは、自動車のエンジンを始動する起動装置として、高出力なモータジェネレータを使用することが可能となり、従来熱として消費されていた自動車の減速時におけるエネルギーを該モータジェネレータで電気エネルギーに変換し、回生エネルギーとして36V系鉛蓄電池に供給(充電)する。このため、42V/14V電源システムでは、エネルギー効率が高められ、自動車の燃費向上を図ることができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、42V/14V電源システムに使用されるモータジェネレータは、3〜4kWと高出力であり、回生時の電流値は40〜80A(2〜4CA相当)に達する。鉛蓄電池は、充電率が1CA以上の電流値になると、充電時の副反応である水の分解反応が促進し、充電効率が落ちて電池寿命に悪影響を及ぼす。このため、36V系鉛蓄電池単独では、このような大電流充電を受け入れることは難しい。更に、36V系鉛蓄電池が載置されるエンジンルームの高い雰囲気温度(約60°C)も考慮すると、42V/14V電源システムにおいて、36V系鉛蓄電池の寿命が短縮する、という問題点がある。
【0005】
本発明は上記事案に鑑み、回生エネルギーを効率良く受け入れることができると共に、電池の寿命が短縮されない電源システムを提供することを課題とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明では、電源システムは、車輌に搭載されており、発電機から供給される電力を受入可能であり、放電負荷に放電可能である。また、電源システムは、複数の水溶液系二次電池を接続した水溶液系二次電池群と、複数の非水系二次電池を接続した非水系二次電池群とが組み合わされており、水溶液系二次電池群を充放電する電流と非水系二次電池群を充放電する電流とを分流する分流器と、この分流器を制御する制御部とを備えている。制御部は、水溶液系二次電池群及び非水系二次電池群の電圧をそれぞれ測定し、該測定した開路状態の電圧値から水溶液系二次電池群及び前記非水系二次電池群のそれぞれのSOCを推定すると共に、発電機から供給される電力の受入開始初期に、非水系二次電池群の電圧が予め設定された受入上限電圧値V1に到達するまで非水系二次電池群に電流を分配し、非水系二次電池群の電圧が受入上限電圧値V1に到達した後に、水溶液系二次電池群に電流を分配するように分流器を制御する。
【0007】
本発明によれば、制御部が、電力の受入開始初期に、非水系二次電池群の電圧が予め設定された受入上限電圧値V1に到達するまで、水溶液系二次電池群よりも電力受入性に優れる非水系二次電池群に電流を供給するように分流器を制御することで、車輌のブレーキ制動時間に相当する時間の間、非水二次電池群が受入上限電圧値V1以下の範囲で回生エネルギーを受け入れるので、電源システム全体として効率よく回生エネルギーを受け入れることができると共に、水溶液系二次電池群には回生時の電流の分配がなされないので、充電に伴う水の分解反応を生じさせず、水溶液系二次電池群の寿命短縮を回避することができると共に、水の分解反応に伴う回生エネルギーの損失を防止することができる。
【0008】
この場合において、受入上限電圧値V1は、非水系二次電池群を構成する非水系二次電池の個数をnとしたときに、各非水系二次電池の電解液が分解を生じ可燃性ガスを発生させる制限電圧値以下の電圧値(例えば、非水系二次電池当たり3.9V〜4.1Vの範囲)×nに設定されることが好ましい。また、制御部が、測定した水溶液系二次電池群の開路状態の電圧値が水溶液系二次電池群の出力限界の充電状態に相当する開路電圧値V2以上のときに、水溶液系二次電池群からのみ放電負荷に電流を分配するように分流器を制御すれば、水溶液系二次電池群が過放電状態となることを避けつつ水溶液系二次電池群から放電負荷に放電することができる。更に、今後42V系電源システムでの放電負荷が増加していくことを考慮すると、水溶液系二次電池群の容量は非水系二次電池群の容量の3倍以上であることが好ましい。
【0009】
また、制御部が、充放電休止時に水溶液系二次電池群と非水系二次電池群とを並列接続するように分流器を制御することが好ましい。非水溶液系二次電池群は充電のみでSOCが増大するのに対し、水溶液系電池群は放電のみでSOCが低下するので、両者を並列接続する(回路状態にする)ことで、通常、電圧が高くなると想定される非水溶液電池から、電圧の低い水溶液系電池に電流が流れ込み、両者の充放電電気量をバランスさせ、所定のSOCに保つことができる。この並列接続後に、非水系二次電池の充電状態が30%以下に保持するようにすれば、非水系二次電池群で発電機から供給される電力の受け入れ容量を大きくすることができる。このように、本発明の好適態様では、発電機からの回生電力受入時に、非水系二次電池群は発電機から供給される電力により充電され、水溶液系二次電池群は充放電休止時に非水系二次電池群から供給される電力により充電される。
【0010】
そして、水溶液系二次電池群は鉛蓄電池で構成することが好ましく、鉛蓄電池は36V系密閉型鉛蓄電池であることが更に好ましい。また、非水系二次電池群はリチウム二次電池で構成することが好ましく、リチウム二次電池は36V系リチウム二次電池であることが更に好ましい。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明が適用される電源システムの実施の形態について説明する。
【0012】
図1に示すように、本実施形態の電源システム10は、水溶液系二次電池群としての36V系密閉型鉛蓄電池1及び非水系二次電池群としての36V系リチウム二次電池2を備えている。
【0013】
鉛蓄電池1の電槽には、内部を縦横に仕切る隔壁によって18個のセル室を画定するモノブロック電槽が用いられている。モノブロック電槽の中央部の隔壁には上部側から略中央部までセンサ挿入孔が形成されている。センサ挿入孔には鉛蓄電池1の中央部の温度を検出するサーミスタ等の温度センサが挿入されており、温度センサは接着剤でセンサ挿入孔内に固定されている。
【0014】
鉛蓄電池1の各セル室には、複数の正極板と負極板とをガラスセパレータを介して積層した極板群が1組ずつ収容されており、電解液である希硫酸が注液されている。鉛蓄電池1の正極活物質には二酸化鉛、負極活物質には海綿状鉛を用いることができる。各セル室はモノブロック電槽の開口を一体に覆う蓋で密閉化されており、各セル室間は導電性の接続部材により直列に接続されている。鉛蓄電池1の上部対角位置には、外部出力端子となる正極端子及び負極端子が立設されている。各セルの公称電圧は2Vであり、鉛蓄電池1の容量は18Ah(5時間率容量)である。なお、鉛蓄電池1の負極端子はグランド(以下、GNDと略称する。)に接続されている。
【0015】
一方、リチウム二次電池2は、11本のリチウムイオン電池を直列に接続することで最上位電位側に正極端子、最下位電位側に負極端子を有して構成されている。これら11本のリチウムイオン電池は横方向にそれぞれ4本、3本、4本の3列1段で配置されている。11本のリチウムイオン電池のうち中央に配置された1本のリチウムイオン電池の電池缶表面には、接着剤によりサーミスタ等の温度センサが固着されている。リチウム二次電池2の上下にはそれぞれ厚手のシートが配設されており、このシート上に各リチウムイオン電池の両端電圧を検出するための電圧検出リードが配線されている。
【0016】
各リチウムイオン電池は、アルミニウム箔に正極活物質を塗着した正極と銅箔に負極活物質を塗着した負極とを微多孔性のセパレータを介して捲回した捲回群を有しており、捲回群は、6フッ化リン酸リチウム等のリチウム塩がエチレンカーボネート、ジメチルカーボネート等の混合溶媒に溶解された非水電解液に浸潤されて円筒状の電池缶内に収容されている。リチウムイオン電池の正極活物質にはリチウムを含んだマンガン酸化物、負極活物質には炭素粉末を用いることができる。
【0017】
各リチウムイオン電池の制限電圧(リチウムイオン電池の非水電解液が分解を生じ可燃性ガスを発生させる電圧)は、4.2Vであり、各リチウムイオン電池(リチウム二次電池2)の容量は3Ah(5時間率容量)である。なお、リチウム二次電池2の負極端子はGNDに接続されている。
【0018】
また、電源システム10は、鉛蓄電池1の充電状態(State of Charge、以下、SOCと略称する。)を演算するバッテリコントローラ5と、非水系二次電池群2を構成する各リチウムイオン電池の電圧を監視すると共にリチウム二次電池2のSOCを演算するバッテリコントローラ6とを備えている。
【0019】
バッテリコントローラ5、6は、それぞれマイクロコンピュータ(以下、マイコンという。)を有している。マイコンは、SOCの演算を行うと共に後述する電流制御コントローラ7にデータ送出を行うCPU、基本制御プログラムを記憶したROM、CPUのワークエリアとして働くと共に種々のデータを一時的に記憶するRAM及びこれらを接続する内部バスで構成されている。
【0020】
バッテリコントローラ5のマイコンには、インターフェースを介して、温度検出部及び電圧検出部が接続されている。温度検出部は、鉛蓄電池1の電槽中央部に配置された温度センサに接続されており、温度センサが検出した鉛蓄電池1の電槽中央部の温度値をA/D変換してマイコンに出力する機能を有している。電圧検出部は、鉛蓄電池1の正極端子及び負極端子に接続されており、鉛蓄電池1の両端電圧を検出してA/D変換しマイコンに出力する機能を有している。
【0021】
一方、バッテリコントローラ6のマイコンは、インターフェースを介して、温度検出部及び電圧検出部に接続されている。温度検出部は、リチウム二次電池2の中央部に配置されたリチウムイオン電池に固着された温度センサに接続されており、温度センサが検出した温度値をA/D変換してマイコンに出力する機能を有している。電圧検出部は、各リチウムイオン電池の両端電圧を検出してA/D変換してマイコンに出力する機能を有している。
【0022】
更に、電源システム10は、鉛蓄電池1を充放電する電流とリチウム二次電池2を充放電する電流とを分流する分流器4と、この分流器4を制御する電流制御コントローラ7とを備えている。
【0023】
分流器4は、一端がGNDに接続された発電機としてのモータジェネレータ3の他端、一端がGNDに接続された起動装置(スタータモータ)等の負荷8の他端、上述した鉛蓄電池1の正極端子及びリチウム二次電池2の正極端子にそれぞれ接続されている。
【0024】
電流制御コントローラ7は、バッテリコントローラ5、6に接続されており、バッテリコントローラ5、6から通知された鉛蓄電池1及びリチウム二次電池2のSOC、電圧、温度により分流器4を制御するCPU、基本制御プログラムが記憶されたROM、CPUのワークエリアとして働くと共に種々のデータを一時的に記憶するRAM及びこれらを接続する内部バスで構成されている。なお、バッテリコントローラ5、6及び電流制御コントローラ7は、鉛蓄電池1に接続された図示しない電源部からの電源で作動する。
【0025】
次に、本実施形態の電源システム10の動作について説明する。
【0026】
バッテリコントローラ5は、充放電休止時に、鉛蓄電池1の開路電圧値及び温度値を取り込み、予めROMから読み出されRAMに展開されている25°Cでの開路電圧とSOCとの対応マップにより鉛蓄電池1のSOCを演算し、演算した25°CにおけるSOCを、取り込んだ温度値におけるSOCに温度補正を行って鉛蓄電池1の現在のSOCaを推定する。次に、バッテリコントローラ5は、取り込んだ開路電圧値Va、温度値Ta及び推定したSOCaを電流制御コントローラ7に送出する。
【0027】
一方、バッテリコントローラ6は、所定時間毎に、各リチウムイオン電池の電圧及び中央に配置されたリチウムイオン電池の温度を検出してリチウム二次電池2を監視している。すなわち、バッテリコントローラ6は、各リチウムイオン電池の電圧値を取り込み、各リチウムイオン電池の電圧値が上述した制限電圧未満か否かを判断し、肯定判断のときは、いずれかのリチウムイオン電池が過充電状態に陥っているので、電流制御コントローラ7に過充電状態を通知する。また、温度センサからの温度値を取り込み、リチウムイオン電池の温度値が所定値(例えば、150°C)以上か否かを判断し、肯定判断のときは、リチウムイオン電池が異常温度状態のあるので、電流制御コントローラ7に異常温度状態を通知する。なお、電流制御コントローラ7は、これらの異常状態の通知を受けると、リチウム二次電池2への充電を停止するように分流器4を制御する。一方、各リチウムイオン電池の電圧値が制限電圧未満のとき、及び、リチウムイオン電池の温度値が所定値未満のときは、リチウム二次電池2には異常状態にはないので、上述したリチウム二次電池2の監視を続行すると共に、電流制御コントローラ7に各リチウムイオンの両端電圧を合計したリチウム二次電池2の電圧値Vbを通知する。
【0028】
また、バッテリコントローラ6は、充放電休止時に、リチウム二次電池2の開路電圧値及び中央に配置されたリチウムイオン電池の温度値を取り込み、予めROMから読み出されRAMに展開されている25°Cでの開路電圧とSOCとの対応マップによりリチウム二次電池2のSOCを演算し、演算した25°CにおけるSOCを、取り込んだ温度値におけるSOCに温度補正を行ってリチウム二次電池2の現在のSOCbを推定する。次に、バッテリコントローラ6は、推定したSOCbを電流制御コントローラ7に送出する。
【0029】
電流制御コントローラ7は、電源システム10が充電、放電、又は、充放電休止状態のいずれにあるかを常時把握している。すなわち、例えば、分流器4内のシャント抵抗の両端電圧を検出して状態を直接把握したり、車輌側CPUから充放電状態の通知を受けることで電源システム10の把握することができる。以下、電源システム10の状態に応じて電源制御コントローラ7が分流器4に対して行う制御について説明する。
【0030】
(充電時)
電源システム10への充電は、モータジェネレータ3からの電力を受け入れることにより行われる。モータジェネレータ3からの電力受入初期には、リチウム二次電池2がモータジェネレータ3からの電流を受け入れるように分流器4を制御する。このとき、モータジェネレータ3からの電流は鉛蓄電池1には流れないように制御される。従って、分流器4は、モータジェネレータ3から鉛蓄電池1への電流経路をオフとし、リチウム二次電池2への電流経路をオンとするスイッチと等価となる。
【0031】
次に、電流制御コントローラ7はバッテリコントローラ6から通知された電圧値Vbが予め設定された受入上限電圧値V1に到達したか否かを判断する。この受入上限電圧値V1は、リチウム二次電池2の過充電を防止するために、1本当たりのリチウムイオン電池の制限電圧値4.2(V/本)×リチウムイオン電池の本数11(本)より小さい値、4.0(V/本)×11(本)=44(V)に設定されている。電圧値Vbが受入上限電圧値V1(44V)に到達しない場合には、リチウム二次電池2はモータジェネレータ3からの電流を受け入れることができるので、リチウム二次電池2がモータジェネレータ3からの電流を受け入れるように分流器4の制御を続行する。
【0032】
一方、電圧値Vbが受入上限電圧値V1(44V)に到達した場合には、モータジェネレータ3からの電流をリチウム二次電池2に流れないように分流器4を制御すると共に、鉛蓄電池1のSOCaが所定値(例えば、95%)未満のときには、モータジェネレータ3からの電流を鉛蓄電池1に流れるように分流器4を制御する。このとき、分流器4は、モータジェネレータ3から鉛蓄電池1への電流経路をオンとし、リチウム二次電池2への電流経路をオフとしたスイッチと等価となる。なお、鉛蓄電池1のSOCaが95%以上のときは、鉛蓄電池1の過充電を防止するために、モータジェネレータ3からの電流を鉛蓄電池1にも流れないように分流器4を制御する。このとき、分流器4は、モータジェネレータ3から鉛蓄電池1及びリチウム二次電池2への電流経路を共にオフとしたスイッチと等価となる。
【0033】
(充放電休止時)
充放電休止時には、バッテリコントローラ5から通知された開路電圧値Va、温度値Ta及びSOCa、並びに、バッテリコントローラ6から通知された電圧値Vb及びSOCbをRAMに格納すると共に、鉛蓄電池1とリチウム二次電池2とを所定時間(例えば、数秒〜数十秒)の間、並列接続するように分流器4を制御する。分流器4は、鉛蓄電池1の正極端子とリチウム二次電池2の正極端子とを接続するスイッチと等価となる。鉛蓄電池1及びリチウム二次電池2の負極端子はGNDに接続されているので、鉛蓄電池1とリチウム二次電池2とは回路状態となる。上記充電時の動作で説明したように、通常、リチウム二次電池2の電圧は鉛蓄電池1の電圧より高いので、分流器4の並列接続により、リチウム二次電池2からの電流が鉛蓄電池1へ流れ込み、両者の充放電電気量をバランスさせ、所定のSOCに保つことが可能となる。なお、このような並列接続の間隔は数回/日とすることが好ましく、並列接続後のリチウム二次電池2のSOCは、モータジェネレータ3からの電力を受け入れられるように、30%以下に設定することが更に好ましい。
【0034】
(放電時)
放電時には、鉛蓄電池1の温度値Ta及び開路電圧値VaをRAMから読み出し、温度値Taが−15°C以上か否かを判断する。肯定判断のときは、開路電圧値Vaが鉛蓄電池1の出力限界のSOCに相当する開路電圧値V2(例えば、24V)以下か否かを判定し、否定判定のときは、鉛蓄電池1からのみ負荷8に電流を流すように分流器4を制御する。従って、分流器4は、鉛蓄電池1から負荷8への電流経路をオンとし、リチウム二次電池2から負荷8への電流経路をオフとするスイッチと等価となる。これにより負荷8は鉛蓄電池1のみから電源の供給を受ける。なお、開路電圧値Vaが開路電圧値V2未満のときは、鉛蓄電池1の過放電を避けるために、負荷8への電流の供給が停止される。一方、取り込んだ温度値Taが−15°C未満のときには、SOCbが15%以上か否かを判定し、15%以上のときは、低温下では鉛蓄電池1よりリチウム二次電池2の方が出力特性に優れるので、リチウム二次電池2からのみ負荷8に電流を流すように分流器4を制御し、15%未満のときは、リチウム二次電池2の過放電を避けるために、鉛蓄電池1及びリチウム二次電池2の双方から負荷8へ電流を流すように分流器4を制御する。
【0035】
【実施例】
次に、上記実施形態に従って作製した実施例の電源システム10について説明する。なお、比較のために作製した比較例の電源システムについても併記する。
【0036】
(実施例1)
実施例1の電源システム10では、充放電休止時の鉛蓄電池1とリチウム二次電池2とを並列接続による電気量の調整の後、鉛蓄電池1のSOCaが90%、リチウム二次電池2のSOCbが20%、鉛蓄電池1の開路電圧値Va及びリチウム二次電池2の電圧値Vbが37.8Vとなるように設定した。
【0037】
(比較例1)
図2に示すように、比較例1の電源システムでは、実施例1の電源システム10における分流器4及び電流制御コントローラ7を備えず、鉛蓄電池1とリチウム二次電池2とが並列接続されている。
【0038】
<試験・評価>
上記実施例1の電源システムについて、車輌のブレーキ制動時のモータジェネレータ3の出力を4kW、すなわち、電力回生時に80Aの充電が行われる場合を想定して充電実験を行なった。図3(A)、(B)に、実施例1の電源システムの80A充電時における鉛蓄電池1及びリチウム二次電池2の電圧、電流の推移を示す。図3(A)、(B)に示すように、実施例1の電源システム10では、最初にリチウム二次電池2に電流が流れ、時間とともに電圧が増大し、リチウムイオン電池が4.0V/セル、すなわち、リチウム二次電池2が受入上限電圧値V1=44.0Vに到達したときに、モータジェネレータ3からの充電電流はリチウム二次電池2から鉛蓄電池1に切り替わっている。また、リチウム二次電池2が受入上限電圧値V1=44.0Vに達するのに要する時間は、1分以上であり、実際に想定される充電時間、すなわち、車輌のブレーキ制動時間の約10秒に対して、モータジェネレータ3からの回生電力を充分を受け入れることができることが確認された。
【0039】
次に、実施例1及び比較例1の電源システムが車載されたときの走行パターンを想定して、充電−放電−休止のサイクル試験を実施した。充電は80A、10秒、放電は200A、4秒(モータージェネレータ起動)、休止10秒とした。休止10秒の時、電流制御コントローラにより、鉛蓄電池1とリチウム二次電池2とを並列接続した。図4(A)、(B)に、実施例1の電源システム10の鉛蓄電池1及びリチウム二次電池2の電圧、電流の推移を示す。図4(A)、(B)に示すように、電源システム10では、モータジェネレータ3からの充電は、電力受入性の優れるリチウム二次電池2のみで行い、負荷8への放電は、出力性能、容量の大きい鉛蓄電池1でのみ行なわれる。また、充電放電時、鉛蓄電池1、リチウム二次電池2の電圧は、それぞれ、37.4、38.5Vであったが、放電休止時、電圧の高いリチウム二次電池2から鉛蓄電池1へ緩やかに電荷の移動が見られ、鉛蓄電池1への充電(モータジェネレータ3からみると、間接充電)が行なわれると共に、両者の電気量のバランスがとられている。従って、実施例1の電源システムでは、放電により失われた鉛蓄電池1の電気量がリチウム二次電池2を介して補充されることになる。
【0040】
一方、比較例1の電源システムでは、充電時には、モータジェネレータ3からの電流が鉛蓄電池1とリチウム二次電池2に2:8の割合で分配され、負荷8への放電時は、放電電流が鉛蓄電池1とリチウムイオン電池とに6:4の割合で分配される。この際、少量ではあるが鉛蓄電池1に電流が分配されることから、鉛蓄電池1において副反応であるガス発生反応が観察され、比較例1の電源システムは充電効率が低下することが判明した。従って、このような鉛蓄電池1での副反応が観察されなかった実施例1の電源システム10は、エネルギー回生時の充電効率が優れることが分かった。
【0041】
以上のように、本実施形態の電源システム10では、電流制御コントローラ7が分流器4を制御し、モータジェネレータ3の電力の受入開始初期に、リチウム二次電池2の電圧値Vbが受入上限電圧値V1に到達するまで、リチウム二次電池2にのみ電流を供給することで、車輌のブレーキ制動時間に相当する時間の間(0〜10秒程度)、リチウム二次電池2が受入上限電圧値V1以下の範囲で過充電状態に陥ることなく回生エネルギーを受け入れるので、電源システム10全体として効率よく回生エネルギーを受け入れることができると共に、鉛蓄電池1には回生時の大電流の分配がなされないので、大電流充電に伴う水の分解反応を生じさせず、鉛蓄電池1の寿命短縮を回避することができ、副反応によるエネルギーロスをほとんど0にすることができる。
【0042】
また、本実施形態では、測定した開路電圧値Vaが開路電圧値V2以上、かつ、温度値Taが−15°C以上のときに、鉛蓄電池1のみ負荷8に電流を流すようにしたので、鉛蓄電池1が過放電となることなく負荷8に電流を供給することができると共に、温度値が−15°C未満のときには低温下で出力特性の優れるリチウム二次電池2から負荷8に電流を流すようにしたので、負荷8に安定的に電流を供給することができる。
【0043】
また、本実施形態では、充放電休止時に鉛蓄電池1とリチウム二次電池2とを並列接続する(回路状態にする)ようにしたので、電圧の高いリチウム二次電池2から電圧の低い鉛蓄電池1に電流が流れ込み、両者の充放電電気量をバランスさせ、所定のSOCに保つことができる。また、この並列接続後に、リチウム二次電池2のSOCを30%以下(実施例1では20%)としたので、モータジェネレータ3から供給される電力の受け入れ容量を大きくすることができる。
【0044】
なお、本実施形態では、受入上限電圧値V1を44V、すなわち、リチウムイオン電池当たり4.0Vに設定した例を示したが、本発明はこれに限定されることなく、リチウムイオン電池の制限電圧が4.2V/セルの場合には、例えば、3.9V/セル〜4.1V/セル(受入上限電圧値V1:42.9V〜45.1V)の範囲で設定することがこのましい。
【0045】
また、本実施形態では、鉛蓄電池1の容量を18Ah、リチウム二次電池2の容量を3Ahとした例を示したが、鉛蓄電池1の容量はリチウム二次電池2の容量より3倍以上であることことが好ましい。このように容量を設定することで、今後、36V系電池で作動する機器の負荷に対応することが可能となる。
【0046】
更に、本実施形態では、水溶液系二次電池群として36V系密閉型鉛蓄電池、非水系二次電池群として36V系リチウム二次電池を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。従って、開放型の鉛蓄電池やニッケル−水素電池等を用いる場合にも本発明の適用は可能である。
【0047】
【発明の効果】
上述説明したように、本発明によれば、制御部が、電力の受入開始初期に、非水系二次電池群の電圧が予め設定された受入上限電圧値V1に到達するまで、水溶液系二次電池群よりも電力受入性に優れる非水系二次電池群に電流を供給するように分流器を制御することで、車輌のブレーキ制動時間に相当する時間の間、非水二次電池群が受入上限電圧値V1以下の範囲で回生エネルギーを受け入れるので、電源システム全体として効率よく回生エネルギーを受け入れることができると共に、水溶液系二次電池群には回生時の電流の分配がなされないので、充電に伴う水の分解反応を生じさせず、水溶液系二次電池群の寿命短縮を回避することができると共に、水の分解反応に伴う回生エネルギーの損失を防止することができる、という効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が適用可能な実施形態の電源システムの概略を示すブロック図である。
【図2】比較例の電源システムの概略を示すブロック図である。
【図3】実施例の電源システムの80A充電時における鉛蓄電池、リチウム二次電池の状態を示すグラフであり、(A)は充電時間による電圧の推移を示し、(B)は充電時間による電流の推移を示す。
【図4】実施例の電源システムの車載を想定した場合の充電−放電−休止サイクルでの鉛蓄電池、リチウム二次電池の状態を示すグラフであり、(A)は1サイクルおける電圧の推移を示し、(B)は1サイクルにおける電流の推移を示す。
【符号の説明】
1 鉛蓄電池(非水系二次電池群)
2 リチウム二次電池(水溶液系二次電池群)
3 モータジェネレータ(発電機)
4 分流器
5、6 バッテリコントローラ(制御部の一部)
7 電流制御コントローラ(制御部の一部)
8 負荷
10 電源システム
Claims (11)
- 車輌に搭載され、発電機から供給される電力を受入可能かつ放電負荷に放電可能な電源システムであって、複数の水溶液系二次電池を接続した水溶液系二次電池群と、複数の非水系二次電池を接続した非水系二次電池群とを組み合わせた電源システムにおいて、
前記水溶液系二次電池群を充放電する電流と前記非水系二次電池群を充放電する電流とを分流する分流器と、
前記水溶液系二次電池群及び前記非水系二次電池群の電圧をそれぞれ測定し、該測定した開路状態の電圧値から前記水溶液系二次電池群及び前記非水系二次電池群のそれぞれの充電状態(SOC)を推定すると共に、前記発電機から供給される電力の受入開始初期に、前記非水系二次電池群の電圧が予め設定された受入上限電圧値V1に到達するまで前記非水系二次電池群に電流を分配し、前記非水系二次電池群の電圧が前記受入上限電圧値V1に到達した後に、前記水溶液系二次電池群に電流を分配するように前記分流器を制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする電源システム。 - 前記受入上限電圧値V1は、前記非水系二次電池当たり3.9V〜4.1Vの範囲に設定されたことを特徴とする請求項1に記載の電源システム。
- 前記制御部は、前記測定した水溶液系二次電池群の開路状態の電圧値が前記水溶液系二次電池群の出力限界の充電状態に相当する開路電圧値V2以上のときに、前記水溶液系二次電池群からのみ前記放電負荷に電流を分配するように前記分流器を制御することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の電源システム。
- 前記水溶液系二次電池群の容量が前記非水系二次電池群の容量の3倍以上であることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の電源システム。
- 前記発電機からの回生電力受入時に、前記非水系二次電池群は前記発電機から供給される電力により充電され、前記水溶液系二次電池群は充放電休止時に前記非水系二次電池群から供給される電力により充電されることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の電源システム。
- 前記制御部は、充放電休止時に前記水溶液系二次電池群と前記非水系二次電池群とを並列接続するように前記分流器を制御することを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の電源システム。
- 前記並列接続後に、前記非水系二次電池の充電状態が30%以下に保持されることを特徴とする請求項6に記載の電源システム。
- 前記水溶液系二次電池群は、鉛蓄電池で構成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載の電源システム。
- 前記鉛蓄電池は、36V系密閉型鉛蓄電池であることを特徴とする請求項8に記載の電源システム。
- 前記非水系二次電池群は、リチウム二次電池で構成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項9のいずれか1項に記載の電源システム。
- 前記リチウム二次電池は、36V系リチウム二次電池であることを特徴とする請求項10に記載の電源システム。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001325767A JP3716776B2 (ja) | 2001-10-24 | 2001-10-24 | 電源システム |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001325767A JP3716776B2 (ja) | 2001-10-24 | 2001-10-24 | 電源システム |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003134689A JP2003134689A (ja) | 2003-05-09 |
JP3716776B2 true JP3716776B2 (ja) | 2005-11-16 |
Family
ID=19142263
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001325767A Expired - Fee Related JP3716776B2 (ja) | 2001-10-24 | 2001-10-24 | 電源システム |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3716776B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20170008807A (ko) | 2014-06-30 | 2017-01-24 | 히타치가세이가부시끼가이샤 | 전지 시스템 |
WO2018216692A1 (ja) | 2017-05-25 | 2018-11-29 | 株式会社 東芝 | 蓄電ユニットおよび蓄電システム |
Families Citing this family (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4413888B2 (ja) | 2006-06-13 | 2010-02-10 | 株式会社東芝 | 蓄電池システム、車載電源システム、車両、および蓄電池システムの充電方法 |
JP4700644B2 (ja) * | 2007-03-22 | 2011-06-15 | 富士重工業株式会社 | 鉛バッテリの充電制御装置 |
JP2010057291A (ja) * | 2008-08-28 | 2010-03-11 | Sanyo Electric Co Ltd | 車両用の電源装置 |
JP5257173B2 (ja) * | 2009-03-16 | 2013-08-07 | 株式会社デンソー | 車載電源装置 |
EP2272722B1 (en) | 2009-07-01 | 2015-04-08 | Denso Corporation | Power source apparatus for vehicle |
JP6007704B2 (ja) * | 2012-09-25 | 2016-10-12 | 株式会社豊田自動織機 | 蓄電池システム、及び充電量算出方法 |
JP6320929B2 (ja) * | 2012-10-29 | 2018-05-09 | 三洋電機株式会社 | 車載用蓄電システム |
JP6003743B2 (ja) * | 2013-03-21 | 2016-10-05 | 株式会社オートネットワーク技術研究所 | 電源装置 |
JP6221659B2 (ja) * | 2013-11-11 | 2017-11-01 | スズキ株式会社 | 車両用電源装置 |
JP6337596B2 (ja) * | 2014-04-28 | 2018-06-06 | 日立化成株式会社 | 電源システムおよび自動車 |
JP6397673B2 (ja) * | 2014-07-17 | 2018-09-26 | 株式会社関谷 | 電源制御装置の制御方法 |
JP6327046B2 (ja) * | 2014-07-31 | 2018-05-23 | 日立化成株式会社 | 電源システムおよび自動車 |
WO2016035279A1 (ja) * | 2014-09-05 | 2016-03-10 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | バッテリーシステム及び電動車両 |
WO2016035280A1 (ja) * | 2014-09-05 | 2016-03-10 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | バッテリーシステム、電動車両及びバッテリーシステムの充電方法 |
JP6295942B2 (ja) * | 2014-12-15 | 2018-03-20 | トヨタ自動車株式会社 | 充電装置 |
JP6519781B2 (ja) * | 2015-03-25 | 2019-05-29 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 蓄電システム及び管理装置 |
EP3577707A4 (en) * | 2017-01-31 | 2021-02-17 | Camx Power, L.L.C. | ELECTRICALLY RESTORABLE RECHARGEABLE BATTERY, AND METHODS OF MANUFACTURING AND OPERATING PROCEDURES OF THE BATTERY |
JP6580734B2 (ja) * | 2018-03-15 | 2019-09-25 | 三菱ロジスネクスト株式会社 | バッテリ残存容量表示システム、及び、状態量表示方法 |
-
2001
- 2001-10-24 JP JP2001325767A patent/JP3716776B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20170008807A (ko) | 2014-06-30 | 2017-01-24 | 히타치가세이가부시끼가이샤 | 전지 시스템 |
US10461545B2 (en) | 2014-06-30 | 2019-10-29 | Hitachi Chemical Company, Ltd. | Battery system |
WO2018216692A1 (ja) | 2017-05-25 | 2018-11-29 | 株式会社 東芝 | 蓄電ユニットおよび蓄電システム |
KR20190104615A (ko) | 2017-05-25 | 2019-09-10 | 가부시끼가이샤 도시바 | 축전 유닛 및 축전 시스템 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2003134689A (ja) | 2003-05-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3716776B2 (ja) | 電源システム | |
JP5682708B2 (ja) | 蓄電システム | |
JP2004025979A (ja) | 走行車両用電源システム | |
JP2004032871A (ja) | 走行車両用電源システム | |
US20140011057A1 (en) | Hybrid electrochemical energy store | |
US6366055B1 (en) | Power supply system and state of charge estimating method | |
JP6428086B2 (ja) | 電源システムおよび自動車 | |
JP3611905B2 (ja) | 組蓄電池の充電制御方法 | |
JP2005117722A (ja) | 組電池の充放電制御装置 | |
JP2003174734A (ja) | ハイブリッド二次電池 | |
WO2000054359A1 (en) | Dual battery systems and methods for maintaining the charge state of high power batteries | |
JP6750316B2 (ja) | 車両用電源システムおよび自動車 | |
JP6658314B2 (ja) | 車両用電源システムおよび自動車 | |
US20120176081A1 (en) | Energy storage apparatus comprising an energy storage device | |
JP6337596B2 (ja) | 電源システムおよび自動車 | |
JP6327046B2 (ja) | 電源システムおよび自動車 | |
JP2014007821A (ja) | 車両に搭載される蓄電装置の制御装置 | |
JP2016088178A (ja) | 電源システムおよび自動車 | |
US10479179B2 (en) | Method for operating a rechargeable battery cell and battery control device | |
JP2016067142A (ja) | 電源システムおよび自動車 | |
WO2014184861A1 (ja) | 電池システム、その電池システムを備える移動体および電力貯蔵システム、および電池システムの制御方法 | |
JP2003219575A (ja) | 電源システム | |
JP2001286004A (ja) | 走行車輌用電源システム | |
JP6435824B2 (ja) | 電源システムおよび自動車 | |
JP2002051471A (ja) | 走行車輌用電源システム及び該システムにおける充電状態推定方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050420 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050510 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050704 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20050809 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20050822 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Ref document number: 3716776 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080909 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090909 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090909 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100909 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100909 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110909 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110909 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120909 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130909 Year of fee payment: 8 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |