JP6614443B2 - バッテリ装置、車両、電池管理プログラムおよびバッテリ装置の管理方法 - Google Patents
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Description
初めに、本実施形態にて開示するバッテリ装置、電池管理プログラムおよびバッテリ装置の管理方法の概要について説明する。
また、本実施形態にて開示する車両は、前記バッテリ装置と、前記負荷と、前記負荷システムとを有する車両であって、前記負荷システムは、前記禁止指示が入力されることで、前記高負荷が動作することを禁止する構成とした。
本明細書により開示されるバッテリ装置の一実施態様として、前記電流遮断部の両端電圧を検出する電圧検出部を備え、前記制御部は、前記電流遮断部を通電状態に切り替えて電圧を検出する第1電圧検出処理と、前記遮断処理を実行して電圧を検出する第2電圧検出処理と、前記第1電圧検出処理の電圧と前記第2電圧検出処理の電圧とに基づいて前記電流遮断部が故障しているか否か診断する故障診断処理とを実行する構成としてもよい。
つまり、電流遮断部の通電状態と遮断状態との間に電圧差を生じさせて故障診断を容易にするための電圧降下素子が大型化することを防ぎつつ、電圧降下素子が大電流によって破損することを防ぐことができる。
このような構成によると、故障診断処理が、例えば、スターターモータなどの高負荷を始動させるための始動時間よりも短い数百ミリ秒程度で実施されるから、高負荷の始動時に違和感を生じさせることなく、故障診断処理を実施できる。
本明細書により開示されるバッテリ装置の一実施態様として、前記二次電池を充電する充電装置が前記電流遮断部を介して前記二次電池に接続されており、前記電圧降下素子は、前記二次電池から前記負荷へ電流を流すダイオードである構成としてもよい。
このような構成によると、二次電池が過放電となる前に補助電流遮断部によって放電を遮断できるから、二次電池が過放電状態に至ることを防ぐことができる。
このような構成によると、バッテリ装置から負荷システムに対して禁止指示を行うことで、高負荷が動作することを禁止し、遮断処理を実施することができるから、電圧降下素子の最大許容電流を超える電流が電圧降下素子に流れることを防ぐことができ、電圧降下素子が破損することを防ぐことができる。
このような構成によると、負荷システムが高負荷の動作を禁止したことをもって出力した遮断許可指示により、制御部が遮断処理を実施するから、電圧降下素子の最大許容電流を超える電流が電圧降下素子に流れることを防ぐことができ、電圧降下素子が破損することを防ぐことができる。
このような構成によると、制御部からの禁止指示によって負荷システムが高負荷の動作を禁止し、その後に出力される遮断許可指示に基づいて制御部が電流遮断装置を遮断状態にするから、電圧降下素子が大電流によって破損することを防ぐことができる。
本明細書で開示される技術を自動車などの車両10に適用した実施形態1について図1から図8を参照しつつ説明する。
車両発電機14は、車両10のエンジンの駆動に伴って回転することで発電し、車両負荷12およびバッテリ装置20に電力供給を行う。
ケース本体23内には、図3に示すように、複数の二次電池30が個別に収容される複数のセル室23AがX方向に並んで設けられている。
中蓋25は、図3に示すように、BMU50が内部に収容可能とされており、中蓋25がケース本体23に装着されることで、二次電池30とBMU50とが接続されるようになっている。
電圧検出回路70は、電圧検知線を介して、電流遮断回路80の両端および各二次電池30の両端にそれぞれ接続されている。そして、電圧検出回路70は、制御部60からの指示に応答して、電流遮断回路80の両端電圧CV1、各二次電池30の電圧および直列に接続された複数の二次電池30における総電圧Vを計測する。
通信部65は、車両ECU13と通信可能に接続されており、車両ECU13にて発生する指令を車両ECU13側から制御部60に送信すると共に、制御部60のCPU61にて発生する指令を制御部60側から車両ECU13に送信する。
電流遮断装置81は、例えば、有接点リレー(機械式スイッチ)であり、一方の端部が二次電池30に接続され、他方の端部が正極側端子部24Pに接続されるようにして、二次電池30と正極側端子部24Pとの間に配されている。また、電流遮断装置81は、BMU50のCPU61からの指令に応答して作動し、二次電池30と正極側端子部24Pとの間を通電状態および遮断状態に切り替える。なお、本実施形態では、電流遮断装置81を、有接点リレーにより構成したが、例えば、FET等の半導体スイッチにより構成してもよい。
電池保護処理では、CPU61は、電圧検出回路70において、各二次電池30の個別電圧V1および直列に接続された複数の二次電池30の総電圧V2を検出し(S11)、個別電圧V1および総電圧V2と、メモリ63に記憶されたメモリ63に記憶された個別過充電電圧閾値および総過充電電圧閾値とを比較する(S12)。
なお、個別過充電電圧閾値とは、二次電池30の1つが過充電状態になったときの電圧値よりもやや小さい値であり、総過充電電圧閾値とは、直列に接続された複数の二次電池30が過充電状態になったときの電圧値よりやや小さい値である。
そして、この電池保護処理を、常時或いは定期的に、繰り返すことで、二次電池30が過充電状態または過放電状態になることを防いでいる。
電流遮断装置81の故障診断は、例えば、前回の故障診断処理の実行時から所定の時間が経過し、かつ、電流検出部67が計測する放電電流が所定値未満となった場合に実行される。言い換えると、電流遮断装置81の故障診断処理は、所定の時間、車両10に動きがなく駐車状態となった場合に実行される。
なお、電流遮断装置81の故障とは、電流遮断装置81の駆動用の磁気コイルの故障等により、CPU61が通電切替指示をしても電流遮断装置81が遮断状態のままになっているオープン故障と、例えば、電流遮断装置81の接点の溶着等により、CPU61が遮断切替指示をしても電流遮断装置81が通電状態のままになっているクローズ故障とがある。
ここで、電流遮断装置81は、通常、通電状態となっているため、両端電圧CV1は、電流遮断装置81が通電状態の場合の閉電圧CV1として計測される。なお、S21とS22との処理が、「第1電圧検出処理」に相当する。
電流遮断回路80の両端電圧CV1と順方向電圧Vfとがほぼ同じ場合(S29:YES)には、ダイオード82に順方向の電流が流れることでダイオード82の両端間に順方向電圧Vfの電圧降下が生じていると判断され、電流遮断装置81は、オープン故障と診断される(S29−1)。
一方、電流遮断回路80の両端電圧CV1がほぼゼロの場合(両端電圧CV1と順方向電圧Vfとがほぼ同一でない場合)(S29:NO)、電流遮断装置81を通して電流が流れていると判断され、クローズ故障と診断される(S29−2)。
車両ECU13は、バッテリ装置20のBMU50における制御部60から禁止指示が出力されたか監視しており(S31)、禁止指示が入力された場合(S31:YES)、車両負荷12のうち、高負荷12Aの動作を禁止することが可能か判断する(S32)。
一方、高負荷12Aの動作を禁止しても問題ないと判断した場合(S32:YES)、車両ECU13は、所定の期間の間、高負荷12Aが動作することを禁止する(S33)。なお、車両負荷12のうち、高負荷12Aではない車両負荷12は稼働可能であり、車両10の制御などを維持することができる。
そして、車両ECU13は、高負荷12Aの動作を禁止したところで、バッテリ装置20の制御部60に対して遮断許可通知を出力し(S34)、禁止処理を終了する。
また、本実施形態によると、故障診断処理は、例えば、スターターモータなどの車両負荷12を始動させるための始動時間よりも短い数百ミリ秒程度で実施可能であるため、車両10の始動時に違和感を生じさせることなく、実施可能である。
次に、実施形態2について図9から図11を参照して説明する。
実施形態2の電流遮断回路180は、実施形態1における電流遮断回路80の並列回路83の構成を変更したものであって、実施形態1と共通する構成、作用、および効果については重複するため、その説明を省略する。また、実施形態1と同じ構成については同一の符号を用いるものとする。
補助電流遮断装置184は、例えば、有接点リレー(機械式スイッチ)であり、一方の端部が二次電池30に接続され、他方の端部がダイオード82に接続されるようにして、二次電池30とダイオード82との間に配されている。また、補助電流遮断装置184は、BMU50のCPU61からの指令に応答して作動し、二次電池30とダイオード82との間を通電状態および遮断状態に切り替える。
本実施形態の電池保護処理では、実施形態1の電池保護処理と同様の処理を行うものの、その後に追加の処理が行われる。
詳しくは、CPU61が電池保護処理において、各二次電池30の個別電圧V1のいずれかが個別過充電電圧閾値よりも小さいと判断し、かつ、総電圧V2が総過充電電圧閾値以下よりも小さいと判断した場合であって、各二次電池30の個別電圧V1のいずれかが個別過放電電圧閾値以下と判断、もしくは、総電圧V2が総過放電電圧閾値以下と判断した場合(S12:NO、且つ、S14:YES)、二次電池30が過放電状態に至る虞があるとして、電流遮断装置81に遮断切替指令を送信して、電流遮断装置81を遮断状態に切り替える(S15)。
ここで、個別過放電電圧最終閾値とは、二次電池30の1つが過放電状態になった時の電圧値よりも僅かに大きい値で、個別過放電電圧閾値よりも僅かに小さい値であり、総過放電電圧最終閾値とは、直列に接続された複数の二次電池30が過放電状態になったときの電圧値よりも僅かに大きい値で、総過放電電圧閾値よりも僅かに小さい値である。
次に、実施形態3について図12および図13を参照しつつ説明する。
実施形態3の故障診断処理は、BMU50の制御部60におけるCPU61が、車両ECU13からの指示を受けることにより、BMU50が故障診断処理を実行するものであって、実施形態1と共通する構成、作用、および効果については重複するため、その説明を省略する。また、実施形態1と同じ構成については同一の符号を用いるものとする。
以下に、車両ECU13が、故障診断が必要と判断した場合の禁止処理について図12を参照しつつ説明する。
実施形態3の故障診断処理は、図13に示すように、CPU61が、車両ECU13から遮断許可通知が出力されるか監視しており(S221)、車両ECU13から遮断許可通知が出力されたことを検知したところで、CPU61は、電流遮断装置81に通電状態に切り替える通電切替指令を送信し(S222)、電圧検出回路70により電流遮断回路80の両端電圧CV1を計測する(S223)。なお、S222とS223との処理が、「第1電圧検出処理」に相当する。
そして、CPU61は、閉電圧CV1と開電圧CV2との差の絶対値(|CV1−CV2|)を電圧差ΔCVとして算出し、電圧差ΔCVとメモリ63に記憶された順方向電圧Vfとを比較する(S226)。
電流遮断回路80の両端電圧CV1と順方向電圧Vfとがほぼ同じ場合(S228:YES)には、ダイオード82に順方向の電流が流れることでダイオード82の両端間に順方向電圧Vfの電圧降下が生じていると判断され、電流遮断装置81は、オープン故障と診断される(S228−1)。
つまり、本実施形態によると、車両ECU13が、故障診断が必要と判断し、禁止処理が実行された後、BMU50において故障診断が実行されるから、ダイオード82に最大許容電流を超えた電流が流れることを防ぐことができる。
本明細書で開示される技術は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような種々の態様も含まれる。
(1)上記実施形態では、電池管理装置50は、1つのCPU61によって構成した。しかしながら、これに限らず、電池管理装置は、複数のCPUを備える構成や、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)などのハード回路でもよく、マイコン、FPGA、MPU、また、それらが組み合わされた構成でもよい。
(3)上記実施形態では、車両ECU13とバッテリ装置20との通信方式をLIN通信として構成にした。しかしながら、これに限らず、車両ECUとバッテリ装置の通信方式は、CAN通信でもよく、他の通信方式によって構成してもよい。
(5)上記実施形態では、CPU61から車両ECU13に禁止指示を出力し、車両ECU13から遮断許可通知が出力されたことにより、CPU61が電流遮断装置81に対し遮断切替指令を送信する構成とした。しかしながら、これに限らず、CPUから車両ECUに禁止指示を出力したことをもって、CPUが電流遮断装置に対し遮断切替指令を送信する構成にしてもよい。
(7)上記実施形態では、電圧検出回路70において電流遮断回路80の両端電圧CV1を計測する構成にした。しかしながら、これに限らず、電流遮断装置と正極側端子部の電圧(バッテリ装置の端子電圧)と、電流遮断装置と二次電池側の電圧(各二次電池の電圧の合計値または直列に接続された複数の二次電池の総電圧)との差分を取ることで間接的に電流遮断回路の両端電圧を取得してもよい。
12:車両負荷(「負荷」の一例)
12A:高負荷
13:車両側電子制御装置(「負荷システム」の一例)
14:車両発電機(「充電装置」の一例)
20:バッテリ装置
30:二次電池
60:制御部
70:電圧検出回路(「電圧検出部」の一例)
81:電流遮断装置
82:ダイオード(「電圧降下素子」の一例)
83,183:並列回路
184,284:補助電流遮断装置
Claims (13)
- 負荷に電力を供給する二次電池と、
前記二次電池と前記負荷との間を通電状態および遮断状態に切り替える電流遮断装置と、
前記電流遮断装置に並列接続され、電流が流れることで電圧降下を生じさせる電圧降下素子を有する並列回路と、
制御部とを備え、
前記制御部は、前記電圧降下素子の最大許容電流を超える電力供給を受けて稼働する高負荷が動作しない時に、前記電流遮断装置を遮断状態に切り替える遮断処理を実行し、
前記制御部は、前記遮断処理を実行する前に、前記負荷の動作制御を行う負荷システムに対して、前記遮断処理中に、前記高負荷を動作させないようにする禁止指示を行う、バッテリ装置。 - 負荷に電力を供給する二次電池と、
前記二次電池と前記負荷との間を通電状態および遮断状態に切り替える電流遮断装置と、
前記電流遮断装置に並列接続され、電流が流れることで電圧降下を生じさせる電圧降下素子を有する並列回路と、
制御部とを備え、
前記制御部は、前記電圧降下素子の最大許容電流を超える電力供給を受けて稼働する高負荷が動作しない時に、前記電流遮断装置を遮断状態に切り替える遮断処理を実行し、
前記制御部は、前記負荷の動作制御を行う負荷システムが前記高負荷の動作を禁止した後に出力する前記電流遮断装置の遮断許可指示が入力されることで、前記遮断処理を行う、バッテリ装置。 - 前記電流遮断装置の両端電圧を検出する電圧検出部を備え、
前記制御部は、
前記電流遮断装置を通電状態に切り替えて電圧を検出する第1電圧検出処理と、
前記遮断処理を実行して電圧を検出する第2電圧検出処理と、
前記第1電圧検出処理の電圧と前記第2電圧検出処理の電圧とに基づいて前記電流遮断装置が故障しているか否か診断する故障診断処理とを実行する請求項1又は請求項2に記載のバッテリ装置。 - 前記故障診断処理は、前記高負荷を始動させるための始動時間よりも短時間で実施する請求項3記載のバッテリ装置。
- 前記二次電池を充電する充電装置が前記電流遮断装置を介して前記二次電池に接続されており、
前記電圧降下素子は、前記二次電池から前記負荷へ電流を流すダイオードである請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のバッテリ装置。 - 前記並列回路は、前記電圧降下素子と直列に接続され、通電状態および遮断状態に切り替わる補助電流遮断装置を有する請求項1から請求項5のいずれか一項に記載のバッテリ装置。
- 請求項1から請求項6のいずれか一項に記載のバッテリ装置と、
前記負荷と、
前記負荷の動作制御を行う負荷システムとを有する車両。 - 請求項1に記載のバッテリ装置と、
前記負荷と、
前記負荷システムとを有する車両であって、
前記負荷システムは、前記禁止指示が入力されることで、前記高負荷が動作することを禁止する車両。 - 前記制御部は、前記禁止指示によって前記負荷システムが前記高負荷の動作を禁止した後に出力する遮断許可指示が入力されることで、前記遮断処理を実行する請求項8に記載の車両。
- 負荷に電力を供給する二次電池と、
前記二次電池と前記負荷との間を通電状態および遮断状態に切り替える電流遮断装置と、
前記電流遮断装置に並列接続され、電流が流れることで電圧降下を生じさせる電圧降下素子を有する並列回路とを備えるバッテリ装置の制御部に、
前記電圧降下素子の最大許容電流を超える電力供給を受けて稼働する高負荷が動作しない時に、前記電流遮断装置を遮断状態に切り替える遮断処理を実行させ、
前記遮断処理を実行する前に、前記負荷の動作制御を行う負荷システムに対して、前記遮断処理中に、前記高負荷を動作させないようにする禁止指示を行う、電池管理プログラム。 - 負荷に電力を供給する二次電池と、
前記二次電池と前記負荷との間を通電状態および遮断状態に切り替える電流遮断装置と、
前記電流遮断装置に並列接続され、電流が流れることで電圧降下を生じさせる電圧降下素子を有する並列回路とを備えるバッテリ装置の制御部に、
前記電圧降下素子の最大許容電流を超える電力供給を受けて稼働する高負荷が動作しない時に、前記電流遮断装置を遮断状態に切り替える遮断処理を実行させ、
前記負荷の動作制御を行う負荷システムが前記高負荷の動作を禁止した後に出力する前記電流遮断装置の遮断許可指示が入力されることで、前記遮断処理を実行させる、電池管理プログラム。 - 負荷に電力を供給する二次電池と、
前記二次電池と前記負荷との間を通電状態および遮断状態に切り替える電流遮断装置と、
前記電流遮断装置に並列接続され、電流が流れることで電圧降下を生じさせる電圧降下素子を有する並列回路とを備えるバッテリ装置の管理方法であって、
前記電圧降下素子の最大許容電流を超える電力供給を受けて稼働する高負荷が動作しない時に、前記電流遮断装置を遮断状態に切り替える遮断処理を実行し、
前記遮断処理を実行する前に、前記負荷の動作制御を行う負荷システムに対して、前記遮断処理中に、前記高負荷を動作させないようにする禁止指示を行う、バッテリ装置の管理方法。 - 負荷に電力を供給する二次電池と、
前記二次電池と前記負荷との間を通電状態および遮断状態に切り替える電流遮断装置と、
前記電流遮断装置に並列接続され、電流が流れることで電圧降下を生じさせる電圧降下素子を有する並列回路とを備えるバッテリ装置の管理方法であって、
前記電圧降下素子の最大許容電流を超える電力供給を受けて稼働する高負荷が動作しない時に、前記電流遮断装置を遮断状態に切り替える遮断処理を実行し、
前記負荷の動作制御を行う負荷システムが前記高負荷の動作を禁止した後に出力する前記電流遮断装置の遮断許可指示が入力されることで、前記遮断処理を実行する、バッテリ装置の管理方法。
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