JP7008265B2 - 蓄電装置、及び、蓄電素子の管理方法 - Google Patents
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Description
このような蓄電装置の用途には、車両のエンジンを始動させるスタータに電力を供給する始動用(例えば、特許文献1参照)、電気自動車やハイブリッド自動車などの車両に搭載されている補機類(ヘッドライト、エアコン、オーディオ、ドアのロック機構など)に電力を供給する補機用(例えば、特許文献2参照)、始動用あるいは補機用の蓄電装置の充電状態(SOC:State Of Charge)が低下した場合にそれらに替わって電力を供給するバックアップ用などの様々な用途がある。補機用の蓄電装置は補機類への電力の供給に加えてハイブリッド自動車のハイブリッドシステムの起動に用いられる場合もある。
蓄電装置であって、蓄電素子と、前記蓄電素子の用途を判断可能な情報を取得する取得部と、設定されている管理態様で前記蓄電素子を管理する管理部と、を備え、前記管理部は、前記取得部によって取得された前記情報に応じて前記蓄電素子の管理態様を設定する。
例えば、車両に搭載される蓄電装置の場合、蓄電素子の用途には前述した始動用、補機用、バックアップ用などの様々な用途がある。このため、用途に応じて管理部を用意するとその分だけ開発コストがかかる。上記の蓄電装置によると、蓄電装置の管理部が蓄電素子の用途に応じた管理態様を設定するので、用途ごとに管理部を開発する場合に比べて開発コストを抑制できる。
用途に応じて管理部を用意すると、ある用途についてはその用途に用いる管理部を備えた蓄電装置の在庫があっても、別の用途については在庫が不足するといったことが起こり得る。このため在庫の管理が煩雑になる。これに対し、上記の蓄電装置によると、用途に応じた管理態様を設定するので、用途ごとの販売計画が変更になっても柔軟に対応でき、在庫の管理が格段に容易になる上、在庫減にも寄与する。このため、蓄電装置の管理コストを抑制でき、用途の汎用性も増す。
車両に搭載される蓄電装置の場合は、さらに電圧帯(12V、24V、48V、数百V(電気自動車の駆動用))に応じて管理態様を設定することや、蓄電素子の並列数に応じて管理態様を設定することもできる。蓄電装置が余ったなどの理由で蓄電装置を売却する場合でも用途を限定せずに売却できるので、売却できる可能性が高くなる。このように、用途に応じた管理態様を設定することには多数の利点がある。
実施形態を図1ないし図9によって説明する。
図1に示すように、実施形態1に係る蓄電装置1は車両2に搭載される。車両2はガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどのエンジンを備えるエンジン自動車であってもよいし、電気自動車やハイブリッド自動車、プラグインハイブリッド自動車などであってもよい。エンジン自動車は所謂アイドリングストップ車であってもよい。蓄電装置1は車両2において様々な用途に選択的に用いることができる。以降の説明では蓄電装置1の用途として始動用、補機用及びバックアップ用を例に説明する。
図6に示すように、蓄電装置1は前述した複数の蓄電素子12と、それらの蓄電素子12を管理する電池管理装置50(BMS:Battery Management System)とを備えている。
電流センサ51は蓄電素子12と直列に接続されている。電流センサ51は蓄電素子12に流れる電流の電流値I[A]を計測するとともに、その電流の向きを検出し、計測した電流値I及び検出した向きを管理部55に出力する。
温度センサ53はいずれか一つの蓄電素子12に設けられている。温度センサ53はその蓄電素子12の温度を計測して管理部55に出力する。温度センサ53は2以上の蓄電素子12にそれぞれ設けられてもよい。
リレー54は蓄電素子12と直列に接続されている。リレー54は蓄電素子12を過充電や過放電から保護するためのものであり、管理部55によって開閉される。
管理部55は蓄電素子12の管理態様を設定可能であり、蓄電素子12の用途を判断可能な情報(以下、用途情報という)に応じて蓄電素子12の管理態様を設定する。管理態様についての説明は後述する。以降の説明では蓄電素子12の用途のことを蓄電装置1の用途という場合もある。
蓄電素子12の管理には種々の管理があるが、ここでは内部抵抗値の推定、及び、充電容量の推定について説明する。
図8(A)はエンジンのクランクシャフトを回転させるクランキング時(すなわちエンジンの始動時)の蓄電素子12の電圧の変化を示している。図8(A)においてΔVはクランキング直前の蓄電素子12の電圧とクランキング中の最低電圧との差である。図8(B)はクランキング時の放電電流の変化を示している。図8(B)においてΔIはクランキング直前の放電電流とクランキング中の最大放電電流との差である。
例えば図8(A)及び図8(B)に示す例の場合は、内部抵抗値の推定値は3.63[mΩ](=|12V-10V|/|50A-600A|)となる。
例えば、始動用の場合はクランキングの際に大電流が放電される。蓄電素子12が劣化していると大電流を放電したときの電圧降下が大きくなり、車両システムの許容電圧を下回る可能性がある。このため、始動用の場合はその主目的であるクランキング時(言い換えるとエンジンの始動時)の電圧・電流を用いることが望ましい。前述したようにクランキング直前の蓄電素子12の電圧とクランキング中の最低電圧との差をΔVとして用い、クランキング直前の放電電流とクランキング中の最大放電電流との差をΔIとして用いることが望ましい。
バックアップ用の場合は電圧や電流の変化がほぼないので、内部抵抗値を推定するタイミングは任意に設定できる。
蓄電素子12の充放電パターン及びSOCの制御範囲は用途によって異なる。例えば車両2がアイドリングストップ車の場合、始動用の蓄電素子12はSOCの制御範囲を80%前後として使用されることが多い。これに対し、補機用やバックアップ用の場合はSOCの制御範囲をほぼ100%として使用されることが一般的である。アイドリングストップ車の場合、始動用の蓄電素子12はSOCが概ね0%~80%の範囲で大きく変動する。これに対し、補機用の場合は始動用に比べて供給する電力が小さいので、始動用に比べてSOCの変動幅は小さい。バックアップ用の場合はSOCがほぼ100%に維持される。このように、蓄電素子12の充放電パターン及びSOCの制御範囲は用途によって異なる。
管理部55のROM55Bには以下の表に示すような容量推定用テーブル(推定用データの一例)が記憶されている。容量推定用テーブルは蓄電素子12の温度毎に容量減算値が対応付けられているテーブルである。管理部55は所定の時間間隔(例:10分間隔)で温度センサ53によって蓄電素子12の温度を計測し、計測した温度に対応する容量減算値を初期容量内部値から減算していくことによって蓄電素子12の充電容量を推定する。
図9を参照して、管理部55によって実行される管理態様の設定処理について説明する。本処理は蓄電素子12から管理部55に電力が供給されている間、連続的に又は一定時間間隔で繰り返し実行される。
S102では、管理部55は電流の向きが放電方向であるか充電方向であるかを判断し、放電方向である場合(すなわち放電電流の場合)はS103に進み、充電方向である場合(すなわち充電電流の場合)は本処理を終了する。
S104では、管理部55は一定時間が経過するまで待機し、一定時間が経過するとS105に進む。一定時間が経過する前にエンジンが始動した場合は、管理部55は一定時間が経過するのを待たずにS105に進んでもよい。
S106では、管理部55は始動用の蓄電素子12に応じた管理態様を設定する。
S108では、管理部55は上述した一定時間が経過するまでの間にエンジンが始動したか否かを判断し、始動した場合はS109に進み、始動しなかった場合は本処理を終了する。
S110では、管理部55はエンジンが停止するまでの間に100A以上の放電電流が計測されたか否かを判断し、計測された場合はS111に進み、計測されなかった場合はS112に進む。
S112では、管理部55はバックアップ用の蓄電素子12に応じた管理態様を設定する。
蓄電装置1によると、用途情報に応じて蓄電素子12の管理態様を設定するので、蓄電素子12を用途に応じて管理できる。これにより同一仕様の管理部55を多用途で使用可能となり、管理部55(蓄電装置1)に係るコストを抑制できる。
本明細書によって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、例えば次のような実施形態も本明細書によって開示される技術的範囲に含まれる。
例えば、管理部55は管理パラメータを用いて蓄電素子12を管理し、その場合に、用途情報に応じて管理パラメータを設定してもよい。具体的には例えば、管理部55はSOCが所定の上限値(管理パラメータの一例)まで上昇するとリレー54を開いて蓄電素子12を過充電から保護し、SOCが所定の下限値(管理パラメータの一例)まで低下するとリレー54を開いて蓄電素子12を過放電から保護する。これらの上限値や下限値は用途によって適切な値が異なる場合がある。このため用途に応じて下限値や上限値を設定してもよい。
これに対し、補機用の場合は300A以上の大電流が流れないはずであるが、外部短絡によって300A以上の大電流が流れることもあり得る。このため、補機用の場合に300A以上の大電流が流れたときは異常として検出してもよい。
例えば、蓄電装置1に操作部を設け、操作部を介して作業者から用途(例えば始動用、補機用又はバックアップ用)の指定を受け付けることによって用途情報を取得してもよい。操作部としては例えばディップスイッチを用いることができる。
Claims (16)
- 蓄電装置であって、
外装体と、
前記外装体に収容されている蓄電素子と、
前記蓄電素子の用途を判断可能な情報を取得する取得部と、
前記外装体に収容されており、設定されている管理態様で前記蓄電素子を管理する管理部と、
を備え、
前記管理部は、前記取得部によって取得された前記情報に応じて前記蓄電素子の管理態様を設定する、蓄電装置。 - 請求項1に記載の蓄電装置であって、
前記情報は前記蓄電素子の出力状況または入出力状況に関する情報である、蓄電装置。 - 蓄電装置であって、
蓄電素子と、
前記蓄電素子の用途を判断可能な情報を取得する取得部と、
設定されている管理態様で前記蓄電素子を管理する管理部と、
を備え、
前記蓄電素子は車両に搭載されるものであり、
前記取得部は前記蓄電素子の放電電流の電流値を計測する電流計測部であり、
前記管理部は、前記電流計測部によって第1の基準値以上の電流値が計測された場合は、前記車両のエンジンを始動させるための始動用の蓄電素子に応じた管理態様を設定する、蓄電装置。 - 請求項2に記載の蓄電装置であって、
前記蓄電素子は車両に搭載されるものであり、
前記取得部は、前記蓄電素子に流れる電流の電流値を計測する電流計測部と、前記車両からエンジンの始動及び停止を判断可能な信号を受信する通信部とを有し、
前記電流計測部が第1の基準値以上の電流値を計測し、その後に前記エンジンが始動した場合は、前記管理部は前記エンジンを始動させるための始動用の蓄電素子に応じた管理態様を設定する、蓄電装置。 - 請求項4に記載の蓄電装置であって、
前記電流計測部が前記第1の基準値以上の電流値を計測することなく前記エンジンが始動した場合は、前記管理部は前記車両の補機に電力を供給する補機用の蓄電素子に応じた管理態様を設定する、蓄電装置。 - 請求項4に記載の蓄電装置であって、
前記電流計測部が前記第1の基準値以上の電流値を計測することなく前記エンジンが始動した後、前記エンジンが停止する前に前記第1の基準値より小さい第2の基準値以上の電流値が計測された場合は、前記管理部は前記車両の補機に電力を供給する補機用の蓄電素子に応じた管理態様を設定し、前記第2の基準値以上の電流値が計測されることなく前記エンジンが停止した場合は、前記管理部はバックアップ用の蓄電素子に応じた管理態様を設定する、蓄電装置。 - 請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載の蓄電装置であって、
前記蓄電素子の管理は前記蓄電素子の内部抵抗値の推定であり、
前記管理部は前記内部抵抗値を推定するタイミングを前記情報に応じて設定する、蓄電装置。 - 請求項1乃至請求項7のいずれか一項に記載の蓄電装置であって、
前記蓄電素子の管理は推定用データを用いた前記蓄電素子の状態の推定であり、
前記管理部は前記情報に応じて前記推定用データを設定する、蓄電装置。 - 請求項1乃至請求項8のいずれか一項に記載の蓄電装置であって、
前記管理部は当該蓄電装置の異常を検出する処理を前記情報に応じて設定する、蓄電装置。 - 請求項1に記載の蓄電装置であって、
前記取得部は外部の機器から前記情報を受信する通信部、又は、前記情報の入力操作を受け付ける操作部である、蓄電装置。 - 請求項1乃至請求項10のいずれか一項に記載の蓄電装置であって、
前記管理部は、前記情報に応じた管理態様を設定するとき、設定後の用途が、設定前の用途からの切り替えが禁止されている用途である場合は、当該蓄電装置を使用不能にする、蓄電装置。 - 請求項1に記載の蓄電装置であって、
前記情報は、前記蓄電装置の電圧帯を示す情報、及び、前記蓄電素子の並列数を示す情報の少なくとも一方である、蓄電装置。 - 請求項2に記載の蓄電装置であって、
前記入出力状況に関する情報は、前記蓄電素子の温度を示す情報、前記蓄電素子の充電状態の変化を示す情報、及び、前記蓄電素子の開放電圧の変化を示す情報の少なくとも一つである、蓄電装置。 - 請求項8に記載の蓄電装置であって、
前記推定用データは、前記蓄電素子の充電容量を推定するための容量推定用テーブル、前記蓄電素子の開放電圧から前記蓄電素子の充電状態を推定するためのテーブル、前記蓄電素子のSOHを推定するためのSOH推定テーブル、及び、いずれかの前記蓄電素子の温度から複数の前記蓄電素子の平均的な温度を推定するための温度推定テーブルの少なくとも一つである、蓄電装置。 - 請求項1から請求項14のいずれか一項に記載の蓄電装置であって、
前記管理部は前記情報に応じて管理パラメータを設定し、
当該蓄電装置は前記蓄電素子と直列に接続されている電流遮断器を備え、前記管理部は前記蓄電素子の充電状態が上限値以上になると前記電流遮断器を開いて前記蓄電素子を過充電から保護し、前記管理パラメータは前記上限値である、
又は、
当該蓄電装置は前記蓄電素子と直列に接続されている電流遮断器を備え、前記管理部は前記蓄電素子の充電状態が下限値以下になると前記電流遮断器を開いて前記蓄電素子を過放電から保護し、前記管理パラメータは前記下限値である、
又は、
前記管理パラメータは前記蓄電素子の異常を判定する基準となる閾値である、蓄電装置。 - 外装体と、前記外装体に収容されている蓄電素子と、前記外装体に収容されており、前記蓄電素子を管理する管理部と、を備える蓄電装置における蓄電素子の管理方法であって、
前記管理部が、前記蓄電素子の用途を判断可能な情報を取得するステップと、
前記管理部が、前記ステップで取得された前記情報に応じて前記蓄電素子の管理態様を設定するステップと、
前記管理部が、設定されている管理態様で前記蓄電素子を管理するステップと、
を含む、蓄電素子の管理方法。
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