JP5791819B2

JP5791819B2 - 車載用蓄電装置及びその制御方法

Info

Publication number: JP5791819B2
Application number: JP2014540655A
Authority: JP
Inventors: 真吾山口; 俊明伊達; 和知　敏; 敏和知
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-10-10
Filing date: 2012-10-10
Publication date: 2015-10-07
Anticipated expiration: 2032-10-10
Also published as: CN104704697B; DE112012007003B4; DE112012007003T5; JPWO2014057538A1; WO2014057538A1; US11239671B2; CN104704697A; US20150108951A1

Description

この発明は、車両に搭載する蓄電装置、特に車両の衝突が検出または予知された際の電池の不具合などを防止する車載用蓄電装置及びその制御方法に関するものである。

車両において、例えば内燃機関にベルト等で接続された発電機で発電した電気エネルギーを一時的に蓄え、内燃機関が回転しておらず発電機で発電できないような状態であっても電気機器に必要な電力を供給するなどのために電池が搭載されている。

また、近年、減速時の車両のエネルギーを効率良く電気エネルギーに変換して充電するため、複数の電池を車両に搭載する車両が出現してきており、車両の電気エネルギーを効率良くためるための電池と、車両の始動等に使用する電池を搭載する場合がある。

電池や電池から電気機器への配線は、通常、乗員や整備作業者などが直接触れることができないように絶縁処理がなされているが、車両が衝突した際には、絶縁部分が破壊され感電等の可能性がある。

例えば、特許文献１では、車両衝突時に複数の単電池の電力を共通の負荷で強制消費して感電対策を行っている。

また、例えば、特許文献２では、車両衝突時に電池への給電を停止し、かつ、電池から電力の供給を受ける機関始動装置を備え、機関の始動に必要な最小電圧まで電池を放電して感電対策を行いつつ機関の始動を行えるようにしている。

特許第3893965号特許第3858797号

しかし、特許文献１に示される先行技術では、放電停止手段がなく充電状態が略０（ゼロ）となるまで電池を放電させることになる。
また、特許文献２に示される先行技術では、機関の始動に使用しない電池は充電状態が略０となるまで電池を放電させることになる。
よって、特許文献１および特許文献２に示される先行技術では、電池が過放電になることを考慮されていない。

電池が過放電になると、電池の劣化が促進され、さらには、過放電となった電池を充電すると電池内部で短絡が発生し、電池が発火や発煙に至る可能性があり、車両衝突時の衝撃による電池の損傷がなくても、電池の再利用ができないという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解消するためになされたもので、車両の衝突が検知または予知された際に電池を放電し、過放電とならない充電状態で電池の放電を停止するようにした車載用蓄電装置及びその制御方法を提供することを目的とする。

この発明は、車両に搭載される電池と、前記電池の充電状態を検出する電池充電状態検出手段と、前記電池を放電させるための放電用の負荷とを備えた車載用蓄電装置において、前記車両の衝突が検出または予知された際に前記負荷によって前記電池を放電させる電池放電手段と、前記電池充電状態検出手段によって検出された前記電池の充電状態が過放電とならない所定値以下の時に、前記電池放電手段による前記電池の放電を停止する電池放電停止手段とを含む制御装置を備え、前記制御装置は、前記電池の異常を検出する電池異常検出手段を備え、
前記電池異常検出手段によって前記電池の異常が検出された際は、前記電池充電状態検出手段によって検出された前記電池の充電状態が前記所定値以下になっても放電を停止せずに充電状態が略０となるまで前記電池を放電すると共に、
前記電池異常検出手段による前記電池の異常検出は、前記電池放電手段による放電を開始した後に実施する。

この発明の車載用蓄電装置及びその制御方法によれば、車両衝突が検出または予知された時に電池の放電を行うと共に、電池の充電状態が過放電になる前に放電を停止するため、電池の過放電を防止し電池の再利用ができる。

この発明の実施の形態１による車載用蓄電装置を含む内燃機関の電源系の一例を示す概略構成図である。この発明の実施の形態１の車載用蓄電装置における制御装置の処理を示すフローチャートである。この発明の実施の形態２の車載用蓄電装置における制御装置の処理を示すフローチャートである。この発明の実施の形態３の車載用蓄電装置として単電池を用いた例を示す接続図である。この発明の実施の形態３の車載用蓄電装置における制御装置の処理を示すフローチャートである。この発明の実施の形態４による車載用蓄電装置を含む内燃機関の電源系の一例を示す概略構成図である。この発明の実施の形態５による車載用蓄電装置を含む内燃機関の電源系の一例を示す概略構成図である。この発明の実施の形態６による車載用蓄電装置を含む内燃機関の電源系の一例を示す概略構成図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による車載用蓄電装置を含む内燃機関の電源系の一例を示す概略構成図である。
内燃機関1と発電機2はベルト等で接続されており、内燃機関1が回転すると発電機2も回転する。
発電機2が回転すると、発電機2により発電された電気エネルギーは電池3に充電されたり電圧変換装置11で電圧を変換して電気機器7で消費されたり副電池10に充電される。内燃機関1を始動するための始動装置12の駆動時の電力は副電池10から供給される。
電池3と並列に放電用の負荷4が接続されている。制御装置5は、後述するように車両の衝突が検出または予知された際に負荷4による放電と放電停止を指示する。
また、電池3、負荷4、制御装置5はケース6内に設置されている。
また、衝突検知信号8はエアバッグ用制御装置（図示せず）等で生成され、制御装置5に入力される。
また、衝突予知信号9は前方検知レーダやカメラ用制御装置（図示せず）等で生成され、制御装置5に入力される。
また、電池3はリチウムイオン電池等である。リチウムイオン電池とは、正極と負極をセパレータで絶縁し、電解液の中をリチウムイオンが正極と負極を行き来して充電と放電を行う二次電池である。
リチウムイオン電池が過放電となると電解液が分解したり、負極に使用されている銅がイオンとなって前記電池内の電解液中に溶解する。
銅イオンは充電することにより再結晶化し、正極と負極がショートする内部短絡となる可能性がある。
なお、副電池10はリチウムイオン電池であっても良いし、他の電池であってもよい。
ここで、電池3と副電池10の電圧が異なる場合を想定し、電圧変換装置11を設けたが、電圧が略同電位の場合であれば、スイッチ等で代用しても良い。

図２は、この発明の実施の形態１における車載用蓄電装置の制御装置5の処理を示すフローチャートであり、制御装置5の処理動作は定期的（例えば10ms毎）に実施される。
図２のフローチャートを参照しながら、この発明の実施の形態１に係る車載用蓄電装置について説明する。

ステップS101において、衝突検知信号8または衝突予知信号9により車両の衝突を検知または予知する。車両の衝突が検知または予知されない場合は処理を終了する。

ステップS101において車両の衝突が検知または予知された場合はステップS102に進み負荷4で電池3の放電を開始する。このステップS101〜S102は電池放電手段に相当する。
放電を開始した後、ステップS103で電池3の充電状態を確認し、充電状態が過放電となる所定値以下か否かを判定する。
充電状態は電池3の電圧や充放電した電流等から求める。充電状態が過放電となる所定値以下と判断されない場合は処理を終了する。
電池3の充電状態が過放電となる所定値以下と判断された場合はステップS104に進み電池3の放電を停止し、処理を終了する。
なお、ステップS103〜S104は、電池放電停止手段に相当する。

なお、図２では、ステップS102で放電を開始した後にステップS103で充電状態が過放電となる所定値以下か否かを判断しているが、先に電池3の充電状態が過放電となる所定値以下か否かを判断した後に所定値以下でないと判断された場合のみ放電を開始してもよい。
また、上記の例では、車両の衝突が検出または予知された際に制御装置5で電池3の放電制御のみを行う場合を示したが、電池3の充電状態に応じて制御装置5により電池3の充放電制御を行うようにすることも可能である。

以上のように、この実施の形態１によれば、車両に搭載される電池3と、電池3の充電状態を検出する電池充電状態検出手段と、電池3を放電させるための放電用の負荷4とを備えた車載用蓄電装置において、電池3の充電状態を検出する電池充電状態検出手段と、車両の衝突が検出または予知された際に負荷4によって電池3を放電させる電池放電手段と、電池充電状態検出手段によって検出された電池3の充電状態が過放電とならない所定値以下の時に、電池放電手段による電池3の放電を停止する電池放電停止手段とを含む制御装置5を備えることにより、車両衝突が検出または予知された時に電池の放電を行うと共に、電池の充電状態が過放電になる前に放電を停止するため、電池の過放電を防止し電池の再利用ができる。
また、発電機で発電した電気エネルギーの受入性に優れたリチウムイオン電池を使用した場合、リチウムイオン電池の過放電を防止できるため、電解液の分解や負極に使用されている銅がイオンとなって電解液中に溶解することを防止することができる。
また、放電用の負荷がケースの中に格納されているため、人が触れることがなく、感電を防止することができる。

実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２の車載用蓄電装置における制御装置5の処理を示すフローチャートであり、制御装置5の処理動作は、定期的（例えば10ms毎）に実施される。実施の形態２は実施の形態１に対し、図３に示すようにステップS203とステップS204が追加されている点が異なっている。

以下、図３における図２からの変更点に関し説明する。
図３において、ステップS102において電池3の放電が開始された後、ステップS203で電池3が異常か否かを判定する。このステップS203は電池異常検出手段に相当する。
電池3の異常は、電池3の温度や電圧の変化等によって検出される。
ステップS203において電池3が異常と判定された場合は、ステップS204に進み、電池3の充電状態が略０（ゼロ）か否かを判定する。電池3の充電状態が略０であればステップS104に進み放電を停止する。
なお、図3では電池3の充電状態が略０となった場合には放電を停止しているが、放電を停止しなくても良い。

ステップS204において、電池3の充電状態が略０でない場合は処理を終了する。
ステップS203において、電池3が異常と判定されない場合は、ステップS103に進む。

この実施の形態２のように構成することで、電池の異常時は充電状態が略０まで放電するため、電池のエネルギーを下げることができ、電池の内部短絡時の発火・発煙を防止することができる。
また、放電を開始した後に電池の異常を検出するため、電池の内部短絡状態が微短絡などのときに電池の電圧変化や温度変化が緩やかなときで異常検出に時間を要するような場合でも放電を開始し、故障判定の結果を待たずに感電防止可能な電圧まで放電することができる。

実施の形態３．
図４は、この発明の実施の形態３の車載用蓄電装置において電池3として単電池21を複数直列に接続した接続図であり、図１の電池ケース6内のみを図示したものである。
電池3は複数の単電池21を直列または並列に接続した組電池であり、図４では単電池21を３個直列に接続した場合を示しているが、単電池21を並列に接続したり、直列と並列を混合した接続としてもよい。
また、放電用の負荷4として抵抗23と回路開閉手段22からなるバイパス回路を各単電池21に並列となるよう接続している。回路開閉手段22は制御装置5により開閉される。

図５は、図４に示す複数の単電池21とそれと並列に接続したバイパス回路からなる車載蓄電装置の制御装置5の処理を示すフローチャートであり、制御装置5の処理動作は定期的（例えば10ms毎）に実施される。
本処理は、図３に対し、対象を電池3から単電池21に変更したものであり、単電池21各々に対して処理を行うものである。
図３に対し図５では、ステップS102がステップS302に、ステップS203がステップS303に、ステップS204がステップS304に、ステップS103がステップS305に、ステップS104がステップS306に変更されている。
各ステップにおける処理は図３に対し図５では対象が電池3から単電池21に変更になったのみであるため、説明は省略する。

この実施の形態３のように構成することで、単電池の電圧を均等化するために既に準備されているバイパス回路を使用することができ、車両衝突時の電池の放電用に新たにバイパス回路を準備する必要がない。
また、異常と判断した単電池は充電状態が略０まで放電するため、電池のエネルギーを下げ、電池の内部短絡時の発火・発煙を防止することができ、異常と判断しない単電池は充電状態が過放電になる前に放電を停止するため、電池の過放電を防止し電池の再利用ができる。

実施の形態４．
図６は、この発明の実施の形態４による車載用蓄電装置を含む内燃機関の電源系の一例を示す概略構成図である。
この実施の形態４においては、電池3と電池3から電力が供給される電気機器7との間に電池遮断手段41を設けており、車両の衝突が検知または予知された場合は、電池遮断手段41で電池3から電気機器7への電力供給を遮断してから電池3の放電を実施する。

この実施の形態４のように構成することで、車両の衝突が検出または予知された際に電池遮断手段にて電池を遮断するため、車両衝突時の絶縁部分が破損した際の感電を即座に防止することができる。

実施の形態５．
図７は、この発明の実施の形態５による車載用蓄電装置を含む内燃機関の電源系の一例を示す概略構成図である。
この実施の形態５においては、外部通知手段51を追加している。外部通知手段51は、放電中や放電完了した時にユーザや救助者などに通知する。
図７では外部通知手段51を１つ図示しているが、放電中と放電完了のそれぞれを示すために２つ設けてもよい。
または、放電中と放電完了とで異なる色や音等を発するようにしてもよい。

この実施の形態５のように構成することで、電池の放電中であることを外部に通知するため、電池が感電防止可能な状態に達していないことを知ることができる。
また、電池の放電を完了したことを外部に通知するため、電池が感電防止可能な状態にあることを知ることができる。

実施の形態６．
図８は、この発明の実施の形態６による車載用蓄電装置を含む内燃機関の電源系の一例を示す概略構成図である。
この実施の形態６においては、メモリ61を追加している。メモリ61には、事故による放電を経験したことを記憶させたり、電池異常を検出したことを記憶する。
図８では、メモリ61を制御装置5の外に設けているが、制御装置5内に設けてもよい。また、メモリ61は不揮発性でも揮発性でもよい。

この実施の形態６のように構成することで、電池の電圧や温度を直接計測しなくとも、電池を再利用できるか否かの判断をすることができる。

なお，この発明は，その発明の範囲内において，各実施の形態を自由に組み合わせたり，各実施の形態を適宜，変形，省略することが可能である。

1 内燃機関、2 発電機、3 電池、4 負荷、5 制御装置、6 ケース、7 電気機器、8 衝突検知信号、9 衝突予知信号、10 副電池、11 電圧変換装置、12 始動装置、21 単電池、22 回路開閉手段、23 抵抗、41 電池遮断手段、51 外部通知手段、61 メモリ

Claims

車両に搭載される電池と、前記電池の充電状態を検出する電池充電状態検出手段と、前記電池を放電させるための放電用の負荷とを備えた車載用蓄電装置において、
前記車両の衝突が検出または予知された際に前記負荷によって前記電池を放電させる電池放電手段と、前記電池充電状態検出手段によって検出された前記電池の充電状態が過放電とならない所定値以下の時に、前記電池放電手段による前記電池の放電を停止する電池放電停止手段とを含む制御装置を備え、
前記制御装置は、前記電池の異常を検出する電池異常検出手段を備え、
前記電池異常検出手段によって前記電池の異常が検出された際は、前記電池充電状態検出手段によって検出された前記電池の充電状態が前記所定値以下になっても放電を停止せずに充電状態が略０となるまで前記電池を放電すると共に、
前記電池異常検出手段による前記電池の異常検出は、前記電池放電手段による放電を開始した後に実施することを特徴とする車載用蓄電装置。
前記電池は、複数の単電池を直列または並列に接続した組電池からなり、前記負荷は抵抗と回路開閉手段からなるバイパス回路で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の車載用蓄電装置。
前記制御装置は、前記単電池各々の異常を検出する単電池異常検出手段を備え、
前記単電池異常検出手段によって前記単電池の異常が検出された際は、前記電池充電状態検出手段によって検出された前記単電池の充電状態が前記所定値以下になっても放電を停止せずに充電状態が略０となるまで前記単電池を放電し、
前記単電池異常検出手段によって前記単電池を異常と判断しない際は前記電池充電状態検出手段によって検出された前記単電池の充電状態が前記所定値以下の時に放電を停止することを特徴とする請求項２に記載の車載用蓄電装置。
前記電池と前記電池から電力が供給される電気機器との間に電池遮断手段を備え、
前記車両の衝突が検出または予知された際に前記電池遮断手段によって前記電池から前記電気機器の電力供給を遮断してから前記電池放電手段により前記電池を放電させることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の車載用蓄電装置。
前記電池放電手段による放電中または放電完了を外部に通知する外部通知手段を備えたことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の車載用蓄電装置。
前記電池放電手段による放電を実施したことを記憶させるメモリを備えたことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の車載用蓄電装置。
前記電池はリチウムイオン電池であり、前記過放電は前記リチウムイオン電池の電解液の分解や負極に使用されている銅がイオンとなって前記電池内の電解液中に溶解することであることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の車載用蓄電装置。
前記負荷は前記電池を格納するケースの中に設置されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の車載用蓄電装置。
車両に搭載される電池と、前記電池の充電状態を検出する電池充電状態検出手段と、前記電池を放電させるための放電用の負荷とを備えた車載用蓄電装置の制御方法において、
前記車両の衝突が検出または予知された際に前記負荷によって前記電池を放電させる第１のステップと、
前記電池の充電状態が過放電とならない所定値以下の時に前記第１のステップによる前記電池の放電を停止する第２のステップを含み、
前記電池の異常が検出された際は、前記電池の充電状態が前記所定値以下になっても放電を停止せずに充電状態が略０となるまで前記電池を放電する第３のステップを含むと共に、
前記電池の異常検出は、前記第１のステップによる前記電池の放電を開始した後に実施する
ことを特徴とする車載用蓄電装置の制御方法。