JP7319163B2

JP7319163B2 - 電池装置および制御方法

Info

Publication number: JP7319163B2
Application number: JP2019183250A
Authority: JP
Inventors: 隆資三宅
Original assignee: Denso Ten Ltd
Current assignee: Denso Ten Ltd
Priority date: 2019-10-03
Filing date: 2019-10-03
Publication date: 2023-08-01
Anticipated expiration: 2039-10-03
Also published as: JP2021061659A

Description

本発明は、電池装置および制御方法に関する。

従来、例えば、車両の自動運転などといった高い安全性が求められる電源システムにおいて、冗長性を確保するために２系統の電源系統を備えるものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１７－１４４８６０号公報

しかしながら、従来技術においては、電源系統ごとに蓄電池を設ける必要があるため、電源システムの製造コストを抑える点において改善の余地があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、電源システムの製造コストを抑えることができる電源装置および制御方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、実施形態に係る電源装置は、バッテリと、制御部とを備える。前記バッテリは、一端が第１系統に接続され、他端が第１スイッチを介して第２系統に接続されるとともに、それぞれ直列配置された電池セルのセル列を繋ぐ第２スイッチを有する。前記制御部は、前記第１スイッチおよび前記第２スイッチをそれぞれ制御する。また、前記制御部は、前記第２系統の起動時に、前記第１スイッチをオンにするとともに、前記第２スイッチをオフにし、前記第２系統の停止時に、前記第１スイッチをオフにするとともに、前記第２スイッチをオンにする。

本発明によれば、電源システムの製造コストを抑えることができる。

図１は、電源システムの概要を示す図である。図２は、電池パックのブロック図である。図３は、バッテリと、第１系統及び第２系統との接続態様を示す模式図（その１）である。図４は、バッテリと、第１系統及び第２系統との接続態様を示す模式図（その２）である。図５は、電池ＥＣＵが実行する処理手順を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照して、実施形態に係る電池装置および制御方法について説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

まず、図１を用いて、実施形態に係る電源システムの概要について説明する。図１は、電源システムの概要を示す図である。なお、以下では、図１に示す電源システム１が、手動運転と自動運転とを行う自動運転車両に搭載されるものとして説明する。また、図１に示す電池パック５０は、電池装置の一例に対応する。

図１に示すように、実施形態に係る電源システム１は、高圧バッテリ１０と、高圧ＤＣＤＣ２０と、１次負荷３０と、切替ＤＣＤＣ４０と、電池パック５０と、２次負荷６０とを備える。

高圧バッテリ１０は、ＨＥＶやＥＶ等に搭載されるメインバッテリであり、走行用モータ（図示略）を動力源として用いている間、高電圧の電力をインバータ（図示略）を介して走行用モータへ供給する。

また、高圧バッテリ１０は、車両の制動時や減速時に走行用モータが発電機として機能する場合、発電された電力をインバータを介して入力し、蓄電する。高圧ＤＣＤＣ２０は、高圧バッテリ１０から供給される電力を、１次負荷を動作させる補機用電力供給系に応じて低電圧（たとえば１２Ｖ）へ降圧する。

高圧ＤＣＤＣによって降圧された電圧は、１次負荷３０へ供給されるとともに、電池パック５０に蓄電される。１次負荷３０は、例えば、車両に搭載された各種電装品や、車両の自動運転を制御するシステムを含む。

切替ＤＣＤＣ４０は、高圧ＤＣＤＣ２０によって降圧された低電圧を２次負荷６０の規格に応じて降圧または昇圧する。切替ＤＣＤＣ４０によって降圧または昇圧された電圧は、２次負荷６０に供給されるとともに、電池パック５０に蓄電される。

２次負荷６０は、例えば、１次負荷３０のバックアップ用の負荷である。車両の自動運転時において、１次負荷３０側の第１系統Ｓ１に電源失陥が生じた場合に、２次負荷６０が１次負荷３０に代わって自動運転を継続して制御することで、自動運転を継続することができる。

第１系統Ｓ１および第２系統Ｓ２の双方に電源失陥が生じた場合、電源失陥が生じた時点で自動運転自体が機能せずに、危険な状態となる。このため、第１系統Ｓ１および第２系統Ｓ２のうち、一方に電源失陥が生じた時点で、車両のドライバへ手動運転への切替えや、安全な場所（例えば、路側帯など）への退避を行う。

なお、１次負荷３０のうち、一部の負荷を２次負荷６０と見做すことにしてもよい。この場合、かかる負荷に対して、第１系統Ｓ１および第２系統Ｓ２の双方から電力を供給することになる。

ところで、従来技術においては、第１系統および第２系統に対して、それぞれ電池パックを設置していた。このため、従来技術においては、系統ごとに電池パックを必要とするので、電源システムの製造コストが増大していた。

これに対して、本実施形態に係る電源システム１では、図１に示すように、第１系統Ｓ１および第２系統Ｓ２で１つの電池パック５０を共用する。つまり、実施形態に係る電源システム１は、従来技術に比べて、電池パック５０の個数を減らすことができるので、削減した電池パック５０の分だけ、製造コストを削減することが可能となる。以下、実施形態に係る電池パック５０についてさらに詳細に説明する。

次に、図２を用いて、電池パック５０の構成例について説明する。図２は、電池パック５０のブロック図である。なお、図２に示す電池ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５１は、制御部の一例に対応する。

図２に示すように、電池パック５０は、電池ＥＣＵ５１と、バッテリＢとを備える。電池ＥＣＵ５１は、バッテリＢ内に設けられた第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２のオン／オフを制御するコントローラである。

電池ＥＣＵ５１は、車両の運転モードに応じて、第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２のオン／オフを切り替える。ここでの運転モードは、図示しない自動運転制御装置がドライバに代わって運転を行う自動運転モードと、自動運転モード以外のモードである通常モードとがある。また、自動運転モードには、自動駐車が含まれる。

バッテリＢは、複数の電池セルＣと、第１スイッチＳＷ１と、第２スイッチＳＷ２とを備える。また、図２に示すように、バッテリＢは、一端が第１系統Ｓ１に接続され、他端が第１スイッチＳＷ１を介して第２系統Ｓ２に接続される。

すなわち、バッテリＢは、第１系統Ｓ１と電気的に常時接続され、第１スイッチＳＷ１がオンである場合に、第２系統Ｓ２に電気的に接続される。また、図２に示すように、バッテリＢは、それぞれ直列配置された電池セルＣの列であるセル列Ｌ１、Ｌ２によって構成される。

セル列Ｌ１、Ｌ２は、それぞれ複数の電池セルＣが直列配置されて構成され、セル列Ｌ１、Ｌ２間に第２スイッチＳＷ２が設けられる。すなわち、第２スイッチＳＷ２がオンである場合に、各セル列Ｌ１、Ｌ２は、並列接続されることになる。

ここで、各電池セルＣは、リチウムイオンバッテリ（ＬｉＢ）である。ＬｉＢは、鉛バッテリに比べて、エネルギー密度が高い（蓄電容量が大きい）２次電池である。また、近年では、ＬｉＢに対して、鉛バッテリは、有害物質であるため、使用が規制されつつある。

したがって、各電池セルＣをＬｉＢとすることで、鉛バッテリを適用する場合に比べてバッテリＢの小型化が可能であり、また、環境負荷を低減することができる。なお、各電池セルＣは、ＬｉＢに限らず、鉛バッテリを含むその他の２次電池であってもよい。

なお、各セル列Ｌ１、Ｌ２の電池セルＣの個数や、各電池セルＣの容量については、第１系統Ｓ１および第２系統Ｓ２の消費電力等を考慮して、適宜決定することにすればよい。

続いて、図３および図４を用いて、車両の運転モードに応じたバッテリＢと第１系統Ｓ１および第２系統Ｓ２との接続態様について説明する。図３および図４は、バッテリＢと、第１系統Ｓ１及び第２系統Ｓ２との接続態様を示す模式図である。

まず、図３を用いて、通常時（自動運転時以外）における接続態様について説明する。図３に示すように、通常時においては、第１スイッチＳＷ１をオフにし、第２スイッチＳＷ２がオンとなる。

つまり、通常時においては、セル列Ｌ１およびセル列Ｌ２が並列接続された状態で、第１系統Ｓ１に接続される。言い換えれば、後述するように、第１系統Ｓ１用のセル列Ｌ１に加えて、自動運転時における第２系統Ｓ２用のセル列Ｌ２を第１系統Ｓ１に接続することで、電池容量を確保することが可能となる。

これにより、仮に、車両が長期放置された場合であっても、バッテリ上がりまでの期間を長くすることが可能となる。

これに対して、自動運転時においては、図４に示すように、第１スイッチＳＷ１をオンにし、第２スイッチＳＷ２をオフとなる。すなわち、セル列Ｌ１が第１系統Ｓ１に接続され、セル列Ｌ２が第２系統Ｓ２にそれぞれ接続された状態であり、セル列Ｌ１およびセル列Ｌ２が切り離された状態となる。

この場合、セル列Ｌ１およびセル列Ｌ２は、第１系統Ｓ１または第２系統Ｓ２における電圧変動に耐えるためのバッファとしてそれぞれ機能する。

具体的には、第１系統Ｓ１または第２系統Ｓ２の電圧が低下した場合には、セル列Ｌ１またはセル列Ｌ２から第１系統Ｓ１または第２系統に電源が供給される。また、第１系統Ｓ１または第２系統Ｓ２の電圧が上昇した場合には、セル列Ｌ１またはセル列Ｌ２へ蓄電することになる。

また、上述のように、セル列Ｌ１およびセル列Ｌ２に蓄電されたそれぞれの電力は、通常時において、第１系統Ｓ１へ供給されることになる。このように、実施形態に係る電池パック５０は、セル列Ｌ１と、第２系統Ｓ２を繋ぐ第１スイッチＳＷ１と、セル列Ｌ１、Ｌ２を繋ぐ第２スイッチＳＷ２とを有する。

これにより、第１系統Ｓ１および第２系統Ｓ２に対して、１つの電池パック５０を共有することが可能となる。したがって、実施形態に係る電池パック５０によれば、系統ごとに電池パックを設ける場合に比べて、電池パックの個数を削減することができるので、電源システム１の製造コストを抑えることができる。

次に、図５を用いて、実施形態に係る電池ＥＣＵ５１が実行する処理手順について説明する。図５は、電池ＥＣＵ５１が実行する処理手順を示すフローチャートである。なお、以下では、通常時から自動運転時を経由し、通常時に遷移するまでの一連の処理手順について説明する。

図５に示すように、電池ＥＣＵ５１は、まず、自動運転制御装置から自動運転への切替え要求を取得すると（ステップＳ１０１）、第１スイッチＳＷ１をオン、第２スイッチＳＷ２をオフに切り替える（ステップＳ１０２）。ステップＳ１０２の処理では、セル列Ｌ１を第１系統Ｓ１、セル列Ｌ２を第２系統Ｓ２にそれぞれ切り離した状態で接続することになる。

続いて、電池ＥＣＵ５１は、自動運転が終了したか否かを判定し（ステップＳ１０３）、自動運転が終了した場合（ステップＳ１０３，Ｙｅｓ）、第１スイッチＳＷ１をオフ、第２スイッチＳＷ２をオンに切り替えて（ステップＳ１０４）、処理を終了する。一方、電池ＥＣＵ５１は、ステップＳ１０３の判定において、自動運転が終了していないと判定した場合（ステップＳ１０３，Ｎｏ）、ステップＳ１０３の判定処理を継続して行うことになる。

上述したように、実施形態に係る電池パック５０（電源装置の一例）は、バッテリＢと、電池ＥＣＵ５１（制御部の一例）とを備える。バッテリは、一端が第１系統Ｓ１に接続され、他端が第１スイッチＳＷ１を介して第２系統Ｓ２に接続されるとともに、それぞれ直列配置された電池セルＣのセル列Ｌ１、Ｌ２を繋ぐ第２スイッチＳＷ２を有する。

電池ＥＣＵ５１は、第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２をそれぞれ制御し、第２系統Ｓ２の起動時に、第１スイッチＳＷ１をオンにするとともに、第２スイッチＳＷ２をオフにし、第２系統Ｓ２の停止時に、第１スイッチＳＷ１をオフにするとともに、第２スイッチＳＷ２をオンにする。したがって、実施形態に係る電池パック５０によれば、電源システム１の製造コストを抑えることができる。

ところで、上述した実施形態では、バッテリＢのセル列がセル列Ｌ１、Ｌ２の２列である場合について説明したが、これに限定されるものではない。すなわち、セル列を３列以上とすることにしてもよい。この場合、セル列の列数に応じて、第２スイッチＳＷ２を増設することにすればよい。

また、上述した実施形態では、電源システム１が車両に搭載される場合について説明したが、これに限定されるものではない。すなわち、電源システム１をその他の２電源システムに適用することも可能である。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１電源システム
５０電池パック（電池装置の一例）
５１電池ＥＣＵ（制御部の一例）
Ｂバッテリ
Ｃ電池セル
Ｌ１、Ｌ２セル列
Ｓ１第１系統
Ｓ２第２系統

Claims

一端が第１系統に接続され、他端が第１スイッチを介して第２系統に接続されるとともに、それぞれ直列配置された電池セルのセル列を繋ぐ第２スイッチを有するバッテリと、
前記第１スイッチおよび前記第２スイッチをそれぞれ制御する制御部と
を備え、
前記制御部は、
前記第２系統の起動時に、前記第１スイッチをオンにするとともに、前記第２スイッチをオフにし、前記第２系統の停止時に、前記第１スイッチをオフにするとともに、前記第２スイッチをオンにすること
を特徴とする電池装置。
自動運転を行う自動運転車両に搭載され、
前記第１系統は、
自動運転に関する１次負荷が接続され、
前記第２系統は、
前記１次負荷のバックアップ用の２次負荷が接続されること
を特徴とする請求項１に記載の電池装置。
前記制御部は、
前記自動運転を開始する場合に、前記第１スイッチをオンにするとともに、前記第２スイッチをオフにすること
を特徴とする請求項２に記載の電池装置。
前記バッテリは、
リチウムイオンバッテリであること
を特徴とする請求項１～３のいずれか一つに記載の電池装置。
一端が第１系統に接続され、他端が第１スイッチを介して第２系統に接続されるとともに、それぞれ直列配置された電池セルのセル列を繋ぐ第２スイッチを有するバッテリを制御する制御方法であって、
前記第２系統の起動時に、前記第１スイッチをオンにするとともに、前記第２スイッチをオフにし、前記第２系統の停止時に、前記第１スイッチをオフにするとともに、前記第２スイッチをオンにすること
を特徴とする制御方法。