JP7647495B2 - バッテリの保護装置 - Google Patents

Description

本明細書が開示する技術は、バッテリの保護装置に関し、特に車両に搭載されるバッテリの保護装置に関する。

特許文献１に、車両に搭載されるバッテリの保護装置が開示されている。バッテリは、太陽電池によって充電可能に構成されており、保護装置は、太陽電池による充電中にバッテリの電圧が基準値を超えたときに、当該充電を中止するように構成されている。

特開２００５－２８７１１８号公報

ユーザが、いわゆる社外品の充電器を利用して、車両に搭載されたバッテリを充電することがある。社外品の充電器は、その性能や品質が様々であり、バッテリに対して有害な充電を行うものが存在する。このような充電器に対しては、バッテリの保護装置が作動することによって、有害な充電からバッテリを保護されることが好ましい。その一方で、社外品の充電器のなかには、バッテリに対して無害な充電を行うものも存在する。このような充電器に対しては、バッテリの保護装置が作動することなく、バッテリの充電が許容されることが好ましい。しかしながら、従来の技術では、無害な充電を行う充電器に対しても、バッテリの保護装置が作動してその充電が禁止されることがあり、ユーザの利便性が損なわれてしまうという問題があった。

上記を鑑み、本明細書では、性能や品質が様々な社外品の充電器に対しても、バッテリを適切に保護することができる技術を提供する。

本明細書は、車両に搭載されるバッテリの保護装置を開示する。保護装置は、バッテリと車両側の回路との間に設けられたリレーと、車両の駐車中にバッテリの電圧を監視し、バッテリの電圧又はその変化が所定の異常を示すときに、リレーを開放する保護処理を実行可能な制御装置と、制御装置は、バッテリの電圧の一日当たりの変化幅が、所定の第１上限値以下であるときに、保護処理の実行を中断する。

上記した保護装置では、車両の駐車中にバッテリの電圧が監視され、バッテリの電圧又はその変化が所定の異常（例えば過充電や過放電）を示すときに、リレーを開放する保護処理が実行される。従って、バッテリが過充電や過放電の状態にあるときや、社外品の充電器によって有害な充電が行われたときは、リレーを解放することによってバッテリを保護することができる。その一方で、この保護装置では、バッテリの電圧の一日当たりの変化幅も監視されており、その変化幅が所定の第１上限値以下であるときには、保護処理の実行が中断されるように構成されている。通常、駐車された車両でも、バッテリの電力は消費されており、それによってバッテリの電圧は低下していく。しかしながら、バッテリの電圧にそのような変化も見られず、バッテリの電圧の一日当たりの変化幅が第１上限値以下であるときは、例えば社外品の充電器によって、バッテリが緩やかに充電されていると判断することができる。このような充電は、バッテリにとって無害であることから、保護処理の実行が中断されることで、当該充電が意図せず禁止されることを避けることができる。このように、上記した保護装置によると、性能や品質が様々な社外品の充電器に対しても、バッテリを適切に保護することができる。

バッテリユニット２０の構成を示すブロック図。 保護装置１０の保護処理を説明するフロー図。 バッテリ１２の電池残量と電圧との関係を示すグラフ。 バッテリ１２に対して有害な充電器の一具体例を示す。 バッテリ１２に対して無害な充電器の一具体例を示す。

本技術の一実施形態において、制御装置は、バッテリの一時間毎の平均電圧が上昇傾向を示すとともに、平均電圧の一時間当たりの変化幅が所定の第２上限値以下であるときも、保護処理の実行を中断してもよい。このような構成によると、バッテリにとって無害な充電をより正確に識別し、保護処理の実行を中断することによって、当該充電を許容することができる。

（実施例）図面を参照して、保護装置１０を備えるバッテリユニット２０について説明する。バッテリユニット２０は、保護装置１０に加え、バッテリ１２と、電流センサ１８を備える。バッテリユニット２０は、車両に搭載される。バッテリユニット２０は、正極端子２０ａと負極端子２０ｂとを備える。バッテリユニット２０の正極端子２０ａ及び負極端子２０ｂのそれぞれは、車両側の回路（不図示）に接続される。電流センサ１８は、バッテリ１２の負極１２ｂと、バッテリユニット２０の負極端子２０ｂとの間に設けられている。電流センサ１８は、バッテリユニット２０を流れる電流値を検出する。

バッテリ１２は、例えば１２ボルトの補機バッテリである。バッテリ１２は、車両の種々の制御システムやその他の補機に接続されており、これらに電力を供給する。バッテリ１２は、複数の電池セルによって構成されている。バッテリ１２は、車両のメインバッテリ（図示省略）や、駐車時に社外品の充電器等による供給電力によって充電することができる。特に限定されないが、本実施例のバッテリ１２は、リチウムバッテリであり、例えばリン酸鉄リチウムイオン（ＬＦＰ）バッテリである。

保護装置１０は、バッテリ１２を保護する装置である。例えば、保護装置１０は、駐車中にバッテリ１２の電圧を監視しており、バッテリ１２が過充電や過放電の状態にあるときや、社外品の充電器によって有害な充電が行われたときに、バッテリ１２を保護するように構成されている。保護装置１０は、ラッチリレー（ラッチングリレーとも称する）１４と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１６とを備える。ここで、ラッチリレー１４は、本明細書が開示する技術における「リレー」の一例であり、ＥＣＵ１６は、本明細書が開示する技術における「制御装置」の一例である。

ラッチリレー１４は、バッテリ１２と車両側の回路との間に設けられている。ラッチリレー１４の一端は、バッテリ１２の正極１２ａに接続されている。ラッチリレー１４の他端は、車両側の回路に接続される正極端子２０ａに接続されている。ラッチリレー１４が開放／閉鎖することにより、車両側の回路と、バッテリ１２との間が遮断／接続される。通常、ラッチリレー１４は閉鎖しており、バッテリ１２と車両側の回路とは互いに接続されている。

ＥＣＵ１６は、バッテリ１２の正極１２ａ及び負極１２ｂに接続されている。ＥＣＵ１６は、車両の駐車中にバッテリ１２の電圧を計測し、これらを監視する。なお、ここでの電圧は、閉回路電圧（ＣＣＶ）を意味する。電圧（即ちＣＣＶ）と、バッテリ残量（いわゆるＳＯＣ）との関係は、図３に示されている。これにより、ＥＣＵ１６は、電圧からバッテリ残量を推定することができる。以降、この推定をＣＣＶ－ＳＯＣ推定と称する。ＥＣＵ１６は、ＣＣＶ-ＳＯＣ推定に基づいて、バッテリ１２の状態を判断する。なお、バッテリ１２に社外品の充電器が接続された場合、ＥＣＵ１６による計測電圧は、充電器によってバッテリ１２に印加される充電電圧を示す。従って、詳しくは後述するが、例えば社外品の充電器が使用されるなどして、バッテリ１２が充電されている間は、ＣＣＶ－ＳＯＣ推定の実行が中止される。

ＥＣＵ１６は、ラッチリレー１４に接続されており、ラッチリレー１４の動作を制御する。ＥＣＵ１６は、バッテリ１２の計測電圧が所定の異常を示すときに、バッテリ１２の保護処理を実行する。この保護処理では、ＥＣＵ１６がラッチリレー１４を開放させることにより、バッテリ１２が車両側の回路から電気的に切断される。これにより、バッテリ１２が過充電の状態（即ち、図３の（Ｚ））や過放電の状態（即ち、図３の（Ｘ））を示すときに、バッテリ１２のさらなる放電又は充電が回避される。また、例えば社外品の充電器がバッテリ１２に接続され、バッテリ１２の計測電圧が急変した場合も、ＥＣＵ１６は、バッテリ１２に対して有害な充電であると判断して、バッテリ１２を車両側の回路（即ち、充電器）から電気的に切断することができる。

ＥＣＵ１６は、バッテリ１２の電圧の一日当たりの変化幅も監視する。ＥＣＵ１６は、当該変化幅が所定の第１上限値以下であるときには、バッテリ１２が、例えば社外品の充電器によって緩やかに充電されている（即ち、図３の（Ｙ））と判断する。このとき、ＥＣＵ１６は、保護処理の実行を中断する。第１上限値は、例えば約０．１ボルト／日である。また、ＥＣＵ１６は、バッテリ１２の一時間毎の平均電圧が上昇傾向を示すとともに、平均電圧の一時間当たりの変化幅が所定の第２上限値以下であるときも、保護処理の実行を中断する。このような構成によると、バッテリ１２にとって無害な充電をより正確に識別し、保護処理の実行を中断することによって、当該充電を許容することができる。第２上限値は、例えば約０．０５ボルト／時である。なお、バッテリ１２の充電中は、ＥＣＵ１６によるバッテリ１２の計測電圧が、バッテリ１２に印加される充電電圧を示し、バッテリ１２のＳＯＣと必ずしも対応しない。従って、ＥＣＵ１６は、保護処理の実行を中断するのと同時に、ＣＣＶ－ＳＯＣ推定も中断する。

ＥＣＵ１６は、電流センサ１８と通信可能に接続されている。ＥＣＵ１６は、電流センサ１８の検出データを受信し、検出したデータに基づいてバッテリ１２の状態を判断する。

車両のバッテリは、ユーザによって、いわゆる社外品の充電器を利用して、充電されることがある。社外品の充電器は、その性能や品質が様々であり、バッテリに対して有害な充電を行うものが存在する。このような充電器に対しては、バッテリの保護装置が作動することによって、有害な充電からバッテリを保護されることが好ましい。その一方で、社外品の充電器のなかには、バッテリに対して無害な充電を行うものも存在する。このような充電器に対しては、バッテリの保護装置が作動することなく、バッテリの充電が許容されることが好ましい。しかしながら、従来の技術では、無害な充電を行う充電器に対しても、バッテリの保護装置が作動してその充電が禁止されることがあり、ユーザの利便性が損なわれてしまうという問題があった。

上記問題を解決するために、本実施例の保護装置１０では、車両の駐車中にバッテリ１２の電圧が監視され、バッテリ１２の電圧又はその変化が所定の異常（例えば過充電や過放電）を示すときに、ラッチリレー１４を開放する保護処理が実行される。従って、バッテリ１２が過充電や過放電の状態にあるときや、社外品の充電器によって有害な充電が行われたときは、ラッチリレー１４を解放することによってバッテリ１２を保護することができる。その一方で、この保護装置１０では、バッテリ１２の電圧の一日当たりの変化幅も監視されており、その変化幅が所定の第１上限値以下であるときには、保護処理の実行が中断されるように構成されている。通常、駐車された車両でも、バッテリ１２の電力は消費されており、それによってバッテリ１２の電圧は低下していく。しかしながら、バッテリ１２の電圧にそのような変化も見られず、バッテリ１２の電圧の一日当たりの変化幅が第１上限値以下であるときは、例えば社外品の充電器によって、バッテリ１２が緩やかに充電されていると判断することができる。このような充電は、バッテリ１２にとって無害であることから、保護処理の実行が中断されることで、当該充電が意図せず禁止されることを避けることができる。このように、上記した保護装置１０によると、性能や品質が様々な社外品の充電器に対しても、バッテリ１２を適切に保護することができる。

図２及び図３を参照して、保護装置１０が実行する一連の処理について説明する。まず、ステップＳ１２において、保護装置１０は、車両がReady-OFF状態であり、且つ、電流が所定値、例えば約０．１アンペア以下であるか否かを判定する。ここで、Ready-OFF状態とは、イグニッションスイッチがオフになっており、車両が駐車中であることを示す。イグニッションスイッチがオフされた駐車直後は、車両内の種々のシステムが稼働しており、電力を消費する。イグニッションスイッチがオフしてから、一定時間待機した後、電流が０．１アンペア以下になったときには、保護装置１０は車両が完全に駐車したと判断し、Ｓ１４の処理へ進む。なお、保護装置１０は、車両が完全に駐車したと判断すると同時に、ＣＣＶ－ＳＯＣ推定と保護処理を有効にする。

次いでステップＳ１４において、保護装置１０は、バッテリ１２の電圧が、著しく変化しているか否かを判定する。具体的には、保護装置１０が、バッテリ１２の電圧の一時間当たりの変化幅ΔＶｈが約０．５ボルト以下、又はバッテリ１２の一秒当たりの電圧の変化幅ΔＶｓが約０．３ボルト以下であるかどうかを判定する。この条件が満たされる場合、保護装置１０は、バッテリ１２の計測電圧は急変していないと判断して、（Ｓ１４でＹｅｓ）、Ｓ１６の処理に進む。一方、この条件も満たされない場合（Ｓ１４でＮｏ）、保護装置１０は、バッテリ１２の意図しない過放電又は過剰な充電の可能性（図３の（Ｘ）又は（Ｚ））があると判断し、Ｓ２４の処理に進み、保護処理を実行する。

ステップＳ１６において、保護装置１０は、バッテリ１２の電圧の一日当たりの変化幅ΔＶｄが緩やかに変化しているか否かを判定する。具体的には、保護装置１０は、一日当たりの変化幅ΔＶｄが約０．１ボルト以下であるか否かを判定する。一日当たりの変化幅ΔＶｄが約０．１ボルト以下であるときには（Ｓ１６でＹｅｓ）、保護装置１０はバッテリ１２が無害な充電器により充電されていると判断し、Ｓ２２の処理へ進み、保護処理の実行を中断する。一日当たりの変化幅ΔＶｄが約０．１ボルトよりも大きいときには（Ｓ１６でＮｏ）、Ｓ１８の処理へ進む。

ステップＳ１８において、保護装置１０は、一日当たりの変化幅ΔＶｄが増加傾向であるか否かを判定する。一日当たりの変化幅ΔＶｄが増加傾向であるときには（Ｓ１８でＹｅｓ）、Ｓ２０の処理へ進む。一日当たりの変化幅ΔＶｄが減少傾向であるときには（Ｓ１８でＮｏ）、保護装置１０はバッテリ１２が通常の放電の可能性があると判断し、Ｓ２４の処理に進み、保護処理を実行する。

ステップＳ２０において、保護装置１０は、一時間当たりの変化幅ΔＶｈが緩やかであるか否かを判定する。具体的には、保護装置１０は、一時間当たりの変化幅ΔＶｈが０．０５ボルト以下であるか否かを判定する。一時間当たりの変化幅ΔＶｈが０．０５ボルト以下であるときには（Ｓ２０でＹｅｓ）、Ｓ２２の処理へ進み、保護装置１０はバッテリ１２が無害な充電器により充電されていると判断し、保護処理の実行を中断する。一時間当たりの変化幅ΔＶｈが０．０５ボルトよりも大きいときには（Ｓ２０でＮｏ）、Ｓ２４の処理に進み、保護装置１０はバッテリ１２が過充電の可能性があると判断し、保護処理を実行する。

（具体例１）図４を参照して、バッテリ１２に不適合な社外品の充電器が使用され、バッテリ１２に対して有害な充電が実施された場合の具体例１について説明する。時刻Ｔ１のとき、イグニッション（ＩＧ）信号はＯｆｆになり、車両が駐車された。このとき、図２のフローでは、Ｓ１２でＹｅｓに進む。車両が駐車されたとともに保護処理の判定は有効とされた。駐車後、通常時生じる放電により、ΔＶ低下フラグはＯｎとなった。時刻Ｔ２のとき、社外品の充電器によって充電が開始された。時刻Ｔ２から電圧が急激に上昇していき、時刻Ｔ３のとき、ＥＣＵ１６の計測電圧は１３．５ボルトから最大１４．６ボルトまで上昇した。このとき、電圧上昇フラグがＯｎとなり、さらにＥＣＵ１６によって過電圧判定がＯｎされた。よって、図２のフローに従い、保護装置１０は過充電の可能性があると判断し、Ｓ１４でＮｏへ進んだ。そして、Ｓ２４において、保護処理を実行し、時刻Ｔ４のとき、ラッチリレー１４が開放された。従って、バッテリ１２に対して有害な充電器を使用した場合には、バッテリ１２の保護処理が実行された。

（具体例２）図５を参照して、バッテリ１２に対して無害な充電器を使用して、バッテリ１２を充電した場合の具体例２について説明する。時刻Ｔ５のときＩＧ信号がＯｆｆになり、車両が駐車された。このとき、図２のフローでは、Ｓ１２でＹｅｓに進む。車両が駐車されたとともに保護処理の判定は有効とされた。駐車後、通常時に生じる放電により、ΔＶ低下フラグはＯｎとなった。時刻Ｔ６のとき、社外品の充電器によって充電が開始された。このときのＥＣＵ１６の計測電圧は一定値を示し、短期ΔＶ一定フラグがＯｎされた。このとき、図２のフローでは、Ｓ１４からＳ１６を経由しＳ１８に進む。ここで、短期ΔＶ一定フラグは、一分当たりの電圧の変化幅ΔＶｍが０．１ボルト以下でＯｎとなる。時刻Ｔ７からＴ８を超えて、緩やかに電圧が上昇し（Ｓ２０へ進み）、長期ΔＶ一定フラグがＯｎされ、Ｓ２０でＹｅｓに進んだ。ここで、長期ΔＶ一定フラグは、一時間当たりの電圧の変化幅ΔＶｈが約０．０５ボルト以下でＯｎとなる。そして、Ｓ２２において、保護処理の実行を中断し、ラッチリレー１４は閉鎖のまま維持された。従って、バッテリ１２に対して無害な充電器を使用した場合は、バッテリ１２の保護処理の実行が中断され、社外品の充電器による充電が許容された。

以上、本明細書が開示する技術の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書、又は、図面に説明した技術要素は、単独で、あるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組合せに限定されるものではない。本明細書又は図面に例示した技術は、複数の目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

１０：保護装置
１２：バッテリ
１４：ラッチリレー
１６：ＥＣＵ
１８：電流センサ
２０：バッテリユニット

Claims (2)

1. 車両に搭載されるバッテリの保護装置であって、
   前記バッテリと前記車両側の回路との間に設けられたリレーと、
   前記車両の駐車中に前記バッテリの電圧を監視し、前記バッテリの電圧又はその変化が所定の異常を示すときに、前記リレーを開放する保護処理を実行可能な制御装置と、
   前記制御装置は、前記バッテリの電圧の一日当たりの変化幅が、所定の第１上限値以下であるときに、前記保護処理の実行を中断する、
   保護装置。
2. 前記制御装置は、前記バッテリの一時間毎の平均電圧が上昇傾向を示すとともに、前記平均電圧の一時間当たりの変化幅が所定の第２上限値以下であるときも、前記保護処理の実行を中断する、請求項１に記載の保護装置。

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