JP6741211B2 - 蓄電装置、車両、及び蓄電装置の充電制御方法 - Google Patents
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Description
この状態で充電が行われると、溶出した銅イオンが銅となって電極に析出し、析出した銅が成長することで蓄電素子が内部短絡する虞がある。このため、蓄電装置は、車両負荷へ供給される電流を遮断する電流遮断装置(遮断部)と、電流遮断装置を制御するバッテリ管理部とを備えており、バッテリ管理部は、電流遮断装置において電流を遮断することで蓄電装置が過充電や過放電になることを防いでいる。このような技術としては、特開2013−201888号公報(下記特許文献1)に記載のものが知られている。
初めに、本明細書によって開示する蓄電装置、車両、蓄電装置の内部短絡の検出制御方法および蓄電装置の充電制御方法の概要について説明する。
本実施形態の蓄電装置は、蓄電素子と、前記蓄電素子の電圧を検出する電圧検出部と、前記蓄電素子への通電を制御する通電制御手段と、制御部とを備え、前記制御部は、前記蓄電素子の充電に基づく前記蓄電素子の状態変化に基づいて内部短絡を検出する短絡検出処理を実行する。
また、本明細書により開示される技術は、前記蓄電装置を車両のエンジン始動用の蓄電装置として構成する。
また、本明細書により開示される技術は、前記蓄電装置を搭載した車両である。
また、蓄電装置の内部短絡の検出制御方法は、蓄電素子を有する蓄電装置の内部短絡の検出制御方法であって、充電中の前記蓄電素子の電圧変化が所定の基準範囲を逸脱した場合に前記蓄電素子の充電に基づく前記蓄電素子の状態変化に基づいて内部短絡を検出する短絡検出処理を実行する。
このような構成によると、充電中の蓄電素子の電圧変化を確認することで蓄電素子が内部短絡していることを検出することができる。
このような構成によると、充電後の蓄電素子の電圧変化を確認することで蓄電素子が内部短絡していることを検出することができる。
このような構成によると、蓄電素子を充電して内部短絡を検出する内部短絡検出処理を複数回繰り返すことで、内部短絡の検出精度をさらに向上させることができる。
このような構成によると、充電電流が波形整形回路を経由するように切り替えられた場合に、充電器からの印加電圧の波形を整形して充電電流を平滑化できるから、蓄電素子の状態変化に基づく内部短絡を検出し易くすることができる。
本明細書に開示された技術における一実施形態について図1から図9を参照して説明する。
本実施形態は、図9に示すように、自動車などの車両Mの図示しないエンジンルームに搭載されるエンジン始動用の蓄電装置10を示しており、蓄電装置10は、車両の電子制御装置M1に電力を供給すると共に、電子制御装置M1によって制御されるオルタネータなど車両側充電器M2と接続されている。
また、蓄電装置10は、図1に示すように、ブロック状の電池ケース11を有している。電池ケース11内には、図2に示すように、複数(本実施形態では4つ)の蓄電素子21を直列に接続してなる組電池20や制御基板18などが収容されている。
蓄電素子21は、例えばグラファイト系材料の負極活物質と、リン酸鉄リチウムなどのリン酸鉄系の正極活物質を使用したリチウムイオン電池とされている。
蓄電装置10は、図3に示すように、組電池20と、電池管理装置(以下、「BMU」という)(「制御部」の一例)30と、電流検出抵抗41と、充電遮断装置42と、放電遮断装置43と、波形整形回路44とを備えて構成されている。
充電遮断装置42および放電遮断装置43は、例えばNチャネルのFETであり、それぞれ寄生ダイオード42D,43Dを有している。また、充電遮断装置42および放電遮断装置43は、ドレイン同士が互いに共通接続され、充電遮断装置42のソースが正極側端子部12Pに接続され、放電遮断装置43のソースが組電池20に接続されている。
メモリ34は、例えばフラッシュメモリやEEPROM等の不揮発性メモリとされている。メモリ34には、各蓄電素子21または組電池20を管理する各種プログラム、各種プログラムの実行に必要なデータ、例えば、蓄電素子21のセル電圧充電閾値および組電池20の電池電圧充電閾値、蓄電素子21のセル電圧放電閾値および組電池20の電池電圧放電閾値などが記憶されている。
電池保護処理では、まず、CPU33が、電圧検出回路31において、各蓄電素子21のセル電圧V1および組電池20の電池電圧V2を検出し(S11)、セル電圧V1および電池電圧V2と、メモリ34に記憶されたセル電圧充電閾値および電池電圧充電閾値とを比較する(S12)。
なお、セル電圧充電閾値とは、蓄電素子21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、電池電圧充電閾値とは、組電池20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。
なお、充電遮断装置42を遮断状態に切り替えた後でも、充電遮断装置42の寄生ダイオード42D経由で放電を継続させることができるようになっている。
そして、放電遮断装置43を遮断状態に切り替えることで、組電池20と正極側端子部12Pとの間の通電を遮断し、組電池20が過放電状態に至ることを抑制する(S15)。
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、組電池20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。
波形整形回路44は、図3に示すように、半導体スイッチSWと、リアクトルRと、放電防止ダイオードD1と、還流ダイオードD2とを備えて構成されている。
具体的には、半導体スイッチSWをオンすると、リアクトルRに電流が流れ、リアトルRは磁気エネルギーを蓄える。そして、半導体スイッチSWがオフに切り換わると、リアクトルRは、還流ダイオードDを経由して、蓄えた磁気エネルギーを放出する。このような動作を周期的に繰り返すことにより、電圧を降圧させることができる。なお、半導体スイッチSWは、デューティ比を切り換えることで、波形整形回路44の出力電圧を調整することができる。
つまり、半導体スイッチSWは、デューティ比を切り換えることで、降圧量を調整することができる。
ところで、リン酸鉄系の正極活物質、負極板基材に銅箔を使用したリチウムイオン電池などの蓄電素子は、定電流充電(充電電流I)において短時間充電した場合のセル電圧の時間推移が、例えば、図5に示すように、充電開始時Tiに急激に立ち上がった後、所定の基準範囲Va内において一定の傾きで増加する。そして、充電を停止する充電停止時Teから基準範囲内において速やかに低下するように推移する。
なお、外部充電器CHによる充電開始の判断は、例えば、CPU33が電圧検出回路31による外部端子部12の電圧検出や電流検出抵抗41の出力による充電電流の検出により行われる。
短絡検出処理では、CPU33は、まず、組電池20への通電を電流遮断装置42、43から波形整形回路44経由に切り替え、波形整形回路44における半導体スイッチSWのスイッチング制御を開始することで充電電圧を降圧させて充電を開始し(S21)、これと同時にCPU33において時間の計測を開始する(S22)。つまり、波形整形回路44において、充電電圧が降圧されて充電電圧の振れが低減され、充電電流が平滑化された状態で組電池20の充電が開始され、これと同時に充電時間Tcの計測が開始される。
そして、CPU33は、いずれかの蓄電素子21におけるセル電圧V1の変化ΔVが、図7に示すように、基準範囲Vaを逸脱していた場合(S25:YES)、蓄電素子21の内部短絡を検出する(S26)。
なお、短絡検出処理の複数回の繰り返しは、蓄電素子21の充電状態(SOC)が、例えば、5%、30%、90%に至る時間を短絡検出充電時間Tsとして実行してもよい。
そして、CPU33は、電圧変化比較処理においても各蓄電素子21の内部短絡が検出されない場合に、電流遮断装置42、43において遮断を解除する遮断解除処理を実行し、外部端子部12と組電池20との間を通電可能とする。
次に、実施形態2について図10を参照して説明する。
実施形態2の蓄電装置110は、実施形態1の電気的構成における波形整形回路44を除き、短絡検出処理の一部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。
また、パルス充電におけるパルスの形状は、矩形状であってもよく、曲線状であってもよい。詳しくは、曲線的に緩やかに増加する形状や曲線的に急激に増加する形状であってもよく、曲線的に緩やかに低減する形状や曲線的に急激に低減する形状であってもよい。
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、充電遮断装置42および放電遮断装置43を、MOSFETによって構成した。しかしながら、これに限らず、充電遮断装置および放電遮断装置をリレーによって構成してもよい。また、図11に示すように、充電遮断装置を設置せずにリレー型の放電遮断装置243のみ設置した構成にしてもよい。
(3)上記実施形態では、短絡検出処理を実行した後、電圧変化比較処理を実行する構成にした。しかしながら、これに限らず、短絡検出処理のみ実行する構成や電圧変化比較処理のみ実行する構成にしてもよい。
(4)上記実施形態では、蓄電装置10を、自動車など4輪用の車両Mに搭載されるエンジン始動用の蓄電装置10として構成した。しかしながら、これに限らず、蓄電装置を、2輪用の車両に搭載される蓄電装置として構成してもよい。
21:蓄電素子
30:電池管理装置(「制御部」の一例)
31:電圧検出回路(「電圧検出部」の一例)
33:CPU(「制御部」の一例)
43:放電遮断装置(「通電制御手段」および「電流遮断装置」の一例)
44:波形整形回路(「通電制御手段」の一例)
Va:基準範囲
ΔV:蓄電素子の電圧変化
Claims (9)
- 蓄電素子と、
前記蓄電素子の電圧を検出する電圧検出部と、
前記蓄電素子への通電を制御する通電制御手段と、
制御部とを備え、
前記制御部は、前記通電制御手段により前記蓄電素子への通電を制御して前記蓄電素子を充電し、前記蓄電素子の充電に基づく前記蓄電素子の状態変化に基づいて内部短絡を検出する短絡検出処理を実行し、
前記制御部は、前記蓄電素子の電圧が所定電圧よりも低下することで前記蓄電素子の放電を遮断して充電の受け入れを可能とした後に前記短絡検出処理を実行し、前記短絡検出処理において前記蓄電素子の内部短絡が検出されない場合に、前記蓄電素子への通電を可能として前記蓄電素子を再充電可能にする蓄電装置。 - 前記制御部は、前記短絡検出処理において充電中の前記蓄電素子の電圧変化が所定の基準範囲を逸脱した場合に前記蓄電素子の内部短絡を検出する請求項1に記載の蓄電装置。
- 前記蓄電素子は、直列に複数接続されており、
前記制御部は、前記短絡検出処理において、前記蓄電素子の充電後における前記蓄電素子同士の状態変化を比較することで前記蓄電素子の内部短絡を検出する請求項1に記載の蓄電装置。 - 前記蓄電素子は、直列に複数接続されており、
前記制御部は、前記短絡検出処理において充電中の前記蓄電素子の電圧変化が所定の基準範囲を逸脱し、かつ、前記蓄電素子の充電後における前記蓄電素子同士の状態変化を比較することで前記蓄電素子の内部短絡を検出する請求項1に記載の蓄電装置。 - 前記制御部は、前記短絡検出処理を複数回行う請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の蓄電装置。
- 前記通電制御手段は、前記蓄電素子への通電路を遮断する電流遮断装置と、
前記電流遮断装置に対して並列に接続された波形整形回路と、を備え、
前記制御部は、前記通電路を遮断して前記蓄電素子への通電を前記波形整形回路経由に切り替えて前記蓄電素子を充電する請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の蓄電装置。 - 請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の蓄電装置は、車両用のエンジン始動用の蓄電装置である蓄電装置。
- 請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の蓄電装置を搭載する車両。
- 蓄電素子を有する蓄電装置の充電制御方法であって、
前記蓄電素子の電圧が所定電圧よりも低下した場合に、前記蓄電素子の放電を遮断する放電遮断処理と、
前記放電遮断処理後に前記蓄電素子の充電に基づく前記蓄電素子の状態変化に基づいて内部短絡を検出する短絡検出処理と、を行い、
前記短絡検出処理において前記蓄電素子の内部短絡が検出されない場合に前記蓄電素子への通電を可能として前記蓄電素子を再充電可能にする、蓄電装置の充電制御方法。
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