WO2024058066A1 - 蓄電装置、電流遮断装置の制御方法 - Google Patents

蓄電装置、電流遮断装置の制御方法 Download PDF

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WO2024058066A1
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敦史 福島
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株式会社Gsユアサ
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    • B60L58/10Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
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    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/20Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for electronic equipment
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries

Definitions

  • the present invention relates to control of a current interrupt device.
  • a power storage device for starting or auxiliary equipment mounted on a vehicle may have a current interrupting device such as a relay as one of the protection devices.
  • Patent Document 1 discloses a power storage device having a current interrupt device.
  • Patent Document 2 discloses a battery control device that controls a battery of a vehicle.
  • the battery control device of Patent Document 2 includes a detection unit that detects the type of failure that occurs in the battery, and a detection unit that detects whether the vehicle is near a stop spot or the distance traveled by the vehicle from starting to stopping the vehicle.
  • the apparatus includes a determination unit that determines whether or not is less than or equal to a threshold value, and a control unit.
  • the control unit determines that the vehicle is near the stop spot, or that the travel distance of the vehicle from starting to stopping the vehicle is equal to or less than the threshold value.
  • the input power or the output power is limited depending on the type of failure detected by the detection unit so that the vehicle is allowed to travel.
  • the control unit determines that the vehicle is not near the stop spot by the determination unit, or that the distance traveled by the vehicle from starting to stopping the vehicle is longer than the threshold value. , the input power or the output power is limited depending on the type of failure detected by the detection unit.
  • the vehicle can open the built-in current cutoff device to cut off the current and protect the vehicle's power storage device.
  • the current interrupt device is opened while the vehicle is running, the power supply to the vehicle's loads (at least the running system and the auxiliary equipment system) may be stopped.
  • the present inventor has overcome the above-mentioned problems and has completed the invention.
  • a power storage device for a vehicle includes a cell, a current interrupting device that interrupts the current of the cell, and a management device.
  • the management device When the management device detects an abnormality in the power storage device while the vehicle is running, the management device changes the control of the current interrupting device according to the state of the running vehicle.
  • the present technology can be applied to a control method and a control program for a current interrupt device.
  • This technology is a current interrupt device that takes into account the balance between battery protection and the priority of power supply to the vehicle by changing the control of the current interrupt device according to the state of the running vehicle when an abnormality occurs in the power storage device. can be controlled. Therefore, it is possible to respond to the situation, such as stopping the vehicle with priority given to protecting the battery as much as possible, or giving priority to safely evacuating the vehicle by considering the situation of the vehicle rather than protecting the battery.
  • a power storage device includes a cell, a current interrupting device that interrupts current of the cell, and a management device.
  • the management device When the management device detects an abnormality in the power storage device while the vehicle is running, the management device changes the control of the current interrupting device according to the state of the running vehicle.
  • the control of the current interrupting device when an abnormality occurs in the power storage device, the control of the current interrupting device is changed according to the difference in the state of the running vehicle, thereby protecting the battery and providing power to the vehicle.
  • the current interrupting device can be controlled in consideration of the balance of supply priorities.
  • the state of the vehicle may be a location where the vehicle is traveling.
  • the state of the vehicle may be a traveling speed of the vehicle.
  • the state of the vehicle may be a difference in whether or not disaster information is received.
  • the management device may change the closing maintenance time of the current interrupting device depending on the state of the vehicle. .
  • the time during which power is supplied from the power storage device to the vehicle can be optimized depending on the difference in the state of the vehicle.
  • FIG. 1 is a side view of the vehicle. Vehicle 10 has an engine 20 as a power means. FIG. 1 shows only the engine 20 and the power storage device 50 mounted on the vehicle 10, and other parts constituting the vehicle 10 are omitted.
  • the power storage device 50 mounted on the vehicle 10 is used for engine starting or for auxiliary equipment, and in this embodiment, the power storage device 50 is rated at 12V.
  • Vehicle 10 may be equipped with a drive motor and a power storage device in addition to or in place of engine 20 (internal combustion engine).
  • the power storage device 50 includes a battery pack 60, a monitoring board 100, and a container 71.
  • the container 71 includes a main body 73 and a lid 74.
  • the main body 73 and the lid 74 are made of synthetic resin.
  • the main body 73 has a cylindrical shape with a bottom.
  • the main body 73 includes a bottom part 75 and four side parts 76.
  • An opening 77 is formed at the upper end of the main body 73 by the four side parts 76 .
  • the housing body 71 houses the assembled battery 60 and the monitoring board 100.
  • the monitoring board 100 has various components (a current interrupting device 53, a voltage detecting section 110 shown in FIG. 4, a management device 120, etc.) mounted on a printed circuit board.
  • the monitoring board 100 is arranged, for example, above and adjacent to the assembled battery 60, as shown in FIG. Alternatively, the monitoring board 100 may be placed adjacent to the side of the assembled battery 60.
  • the lid 74 closes the opening 77 of the main body 73.
  • An outer peripheral wall 78 is provided around the lid body 74.
  • the lid body 74 has a protrusion 79 that is approximately T-shaped in plan view.
  • a positive external terminal 51 is fixed to one corner of the front portion of the lid 74, and a negative external terminal 52 is fixed to the other corner.
  • the monitoring board 100 may be housed within the lid 74 (for example, within the protrusion 79) instead of the main body 73 of the housing 71.
  • the assembled battery 60 has a plurality of cells 62. As shown in FIG. 3, the cell 62 houses an electrode body 83 together with a non-aqueous electrolyte in a rectangular parallelepiped case 82.
  • the cell 62 is, for example, a lithium ion secondary battery cell.
  • the case 82 includes a case body 84 and a lid 85 that closes an upper opening of the case body 84.
  • the electrode body 83 has a porous resin between a negative electrode plate made of a base material made of copper foil coated with an active material, and a positive electrode plate made of a base material made of aluminum foil coated with an active material. A separator made of film is placed.
  • the electrode body 83 may be of a laminated type instead of a wound type.
  • a positive electrode terminal 87 is connected to the positive electrode plate via a positive electrode current collector 86, and a negative electrode terminal 89 is connected to the negative electrode plate via a negative electrode current collector 88.
  • the positive electrode current collector 86 and the negative electrode current collector 88 have a flat pedestal 90 and legs extending from the pedestal 90. A through hole is formed in the pedestal portion 90.
  • the positive electrode terminal 87 and the negative electrode terminal 89 consist of a terminal main body portion 92 and a shaft portion 93 that protrudes downward from the center portion of the lower surface thereof.
  • the terminal main body portion 92 and the shaft portion 93 of the positive electrode terminal 87 are integrally molded from aluminum (a single material).
  • the terminal main body part 92 is made of aluminum
  • the shaft part 93 is made of copper, and these are assembled.
  • the terminal body portions 92 of the positive electrode terminal 87 and the negative electrode terminal 89 are arranged at both ends of the lid 85 with a gasket 94 made of an insulating material interposed therebetween, and are exposed to the outside from this gasket 94, as shown in FIG. .
  • the lid 85 has a pressure release valve (safety valve) 95.
  • Pressure release valve 95 is located between positive terminal 87 and negative terminal 89. The pressure release valve 95 opens to lower the internal pressure of the case 82 when the internal pressure of the case 82 exceeds a limit.
  • the vehicle 10 includes a general electrical load 25, an alternator 30, a vehicle ECU 41, a car navigation device 42, and a power storage device 50.
  • the general load 25 may be an engine starter or auxiliary equipment.
  • the engine starting device has a motor that starts the engine.
  • Auxiliary equipment includes headlights, electric power steering, air conditioning, and power windows.
  • a vehicle ECU (Electronic Control Unit) 41 is connected to the alternator 30 via a communication line 45 and communicably connected to the power storage device 50 via a communication line 46.
  • Reference numeral 72 shown in FIG. 5 is a connector for connecting the communication line 46.
  • Vehicle ECU 41 controls charging and discharging of power storage device 50 mounted on vehicle 10. In addition to charge/discharge control, vehicle ECU 41 notifies power storage device 50 of various information such as information regarding the state of traveling vehicle 10 through communication via communication line 46 .
  • the power storage device 50 includes a current interrupting device 53, a battery pack 60, a current detection section 54, a voltage detection section 110, a management device 120, and a temperature sensor 63.
  • the current interrupt device 53, the voltage detector 110, and the management device 120 are mounted on the monitoring board 100.
  • the cell is a storage cell that can be repeatedly charged and discharged.
  • the cell is not limited to a rectangular parallelepiped cell, but may be a cylindrical cell or a pouch cell having a laminate film case.
  • the positive electrode of the assembled battery 60 is connected to the positive external terminal 51 via the power line 55P.
  • the negative electrode of the assembled battery 60 is connected to the negative external terminal 52 via a power line 55N.
  • the external terminals 51 and 52 are terminals for connection with the general load 25, alternator 30, vehicle ECU 41, and car navigation device 42 mounted on the vehicle 10.
  • the current interrupt device 53 is located at the positive electrode of the assembled battery 60, and is provided on the positive electrode power line 55P.
  • a switch having mechanical contacts such as a relay can be used.
  • semiconductor switches such as FETs can be used.
  • the current interrupting device 53 is controlled to be in a closed state during normal operation. If there is an abnormality in power storage device 50, management device 120 outputs a control signal to current interrupt device 53 to open current interrupt device 53. By opening current interrupting device 53, current I can be interrupted and power storage device 50 can be protected.
  • Abnormalities in power storage device 50 include overvoltage, overcurrent, overcharging, and overdischarging.
  • the abnormality referred to here includes not only a cell abnormality but also a failure in which power storage device 50 does not operate normally, such as a switch failure, and includes a single failure and a complex failure.
  • the current detection unit 54 detects the current I [A] of the assembled battery 60.
  • the current detection section 54 may be a shunt resistor.
  • the resistive current detection section 54 measures the current I of the assembled battery 60 based on the voltage across the current detection section 54 .
  • the resistive current detection unit 54 can distinguish between discharging and charging based on the polarity (positive or negative) of the voltage.
  • the current detection section 54 may be a magnetic sensor.
  • the voltage detection unit 110 is connected to both ends of each cell 62 via a signal line, and measures the cell voltage Vs of each cell 62. Further, the total voltage Vt of the assembled battery 60 is measured from the cell voltage Vs of each cell 62. The total voltage Vt of the assembled battery 60 is the total voltage of the four cells 62 connected in series.
  • the temperature sensor 63 is attached to the assembled battery 60 and detects the temperature of the assembled battery 60.
  • the management device 120 includes a CPU 121 that has a calculation function and a memory 122 that is a storage unit.
  • the management device 120 monitors the temperature T, current I, and total voltage Vt of the assembled battery 60 based on the outputs of the current detection section 54, voltage detection section 110, and temperature sensor 63.
  • the memory 122 is a nonvolatile storage medium such as flash memory or EEPROM.
  • the memory 122 stores a monitoring program for monitoring the state of the assembled battery 60 and data necessary for executing the monitoring program.
  • the memory 122 also stores a control program for the current interrupt device 53 (an execution program of the flowchart shown in FIG. 7) and data necessary for executing the control program.
  • the program may be stored using a telecommunications line.
  • the car navigation device 42 includes a CPU 42A, a data storage section 42B, a first receiving section 42C, a second receiving section 42D, and a display panel 42E.
  • the data storage unit 42B stores map information.
  • the first receiving unit 42C receives GPS information (location information of the vehicle 10) from a GPS satellite.
  • the second receiving unit 42D receives road information from the information service center.
  • the user of the vehicle can input the destination G of the vehicle 10 by operating the display panel 42E.
  • the car navigation device 42 searches for a route to the destination G using the map information in the data storage section 42B, and displays the search results on the display panel 42E.
  • the car navigation device 42 acquires position information, traveling speed, and traffic information of the vehicle 10 based on information received by the first receiving section 42C and the second receiving section 42D.
  • the car navigation device 42 uses this information as a reference to determine the measured value of the gyro sensor provided in the vehicle 10 (measured value of the position information of the vehicle 10) and the measured value of the vehicle speed pulse sensor provided in the vehicle 10 (measured value of the speed information of the vehicle 10).
  • the distance X from the current location to the destination G and the required time Tx to the destination G are calculated in real time (see FIG. 6).
  • the calculation results are displayed on the display panel 42E.
  • the management device 120 monitors the state of the power storage device 50 based on the current, voltage, cell voltage, and temperature of the power storage device 50 while the vehicle is running. If an abnormality in power storage device 50 is detected while the vehicle is running, management device 120 performs optimal control of current interrupt device 53.
  • the optimal control is the optimization of the control of the current interrupt device 53 according to the difference in the state of the running vehicle 10, and as shown in FIG. 7, it is composed of six steps S10 to S60.
  • the management device 120 When the management device 120 detects an abnormality in the power storage device 50 while the vehicle 10 is running, it first notifies the vehicle ECU 41 to request that the vehicle 10 stop running due to the occurrence of the abnormality (S10). Furthermore, the management device 120 acquires the following information (1) from the car navigation device 42 via the vehicle ECU 41 and the information (2) from the vehicle ECU 41 along with the notification requesting the stop.
  • the management device 120 determines whether the vehicle 10 is traveling on an expressway based on the travel location information acquired from the car navigation device 42 (S20).
  • the management device 120 transmits a signal to the current interrupt device 53, and the current interrupt device 53 is maintained closed during the first time T1. It is opened after T1 has elapsed (S40).
  • the first time T1 is preliminarily assumed to be the limit time at which an unsafe event will occur in the power storage device 50 if the power storage device 50 is continued to be used after an abnormality occurs, and is 2 minutes as an example.
  • the power storage device 50 maintains power supply to the vehicle 10 for the first time T1 after the occurrence of the abnormality. Therefore, the driver can use the time to move the vehicle 10 traveling on the expressway to an emergency stop area such as an emergency parking zone.
  • the management device 120 determines whether the traveling speed of the vehicle 10 is equal to or higher than a predetermined value (60 km/h as an example) (S30).
  • the management device 120 keeps the current interrupting device 53 closed for the second time T2, and opens it after the second time T2 has elapsed (S50).
  • the second time T2 is a time period during which power storage device 50 deteriorates or is damaged due to continued use after an abnormality occurs, but power storage device 50 can be reused.
  • the second time T2 is shorter than the first time T1 (T1>T2), and is one minute, for example.
  • the power storage device 50 maintains the power supply to the vehicle 10 for the second time T2 after the occurrence of the abnormality. Therefore, the driver can use this time to move the vehicle 10, which is traveling at a speed equal to or higher than the predetermined value, to a safe place near a general road.
  • the management device 120 keeps the current interrupting device 53 closed for the third time T3, and opens it after the third time T3 has elapsed (S50).
  • the third time T3 is a time period during which the power storage device 50 will not deteriorate or be damaged even if it continues to be used after the occurrence of an abnormality.
  • the third time T3 is shorter than the second time T2 (T2>T3), and is, for example, 20 seconds.
  • the power storage device 50 maintains power supply to the vehicle 10 for the third time T3 after the occurrence of the abnormality. Therefore, the driver can use this time to move the vehicle 10, which is traveling at a speed less than the predetermined value, to a safe place near the general road.
  • the closing time of the current interrupt device 53 is varied depending on the location and speed of the vehicle 10, and the reason for this is as follows.
  • the reason why the time required to keep the current interrupting device 53 closed differs depending on the location where the vehicle 10 is traveling is that the time required from when the driver is notified of an abnormality until the vehicle 10 stops varies depending on the location where the vehicle 10 is traveling. be.
  • the vehicle traveling on the expressway can be moved to a safe place and stopped.
  • deterioration and damage to the power storage device 50 can be suppressed by shortening the closed maintenance time.
  • the vehicle 10 if the vehicle 10 is running at a high speed and it takes time to stop after running, the vehicle 10 running at a high speed can be safely stopped by increasing the closed maintenance time.
  • the traveling speed is low and it is possible to stop the vehicle from traveling in a short time, the deterioration and damage to the power storage device 50 can be suppressed as much as possible by shortening the closed maintenance time.
  • the second embodiment differs from the first embodiment in optimal control of the current interrupt device 53.
  • the optimal control according to the second embodiment is executed when the management device 120 detects an abnormality in the power storage device 50 while the vehicle 10 is running, and includes five steps S100 to S140, as shown in FIG. .
  • the management device 120 When the management device 120 detects an abnormality in the power storage device 50 while the vehicle 10 is running, it first notifies the vehicle ECU 41 to request that the vehicle 10 stop running due to the occurrence of the abnormality.
  • the management device 120 determines whether the power storage device 50 in which the abnormality has occurred can be reused (S110). Whether or not it can be reused can be determined based on the voltage of power storage device 50.
  • the reusable range F1 is wider than the normal use range F2.
  • the power storage device 50 is outside the normal usage range, it is determined to be abnormal, and furthermore, when it is outside the reusable range, it is determined that the power storage device 50 cannot be reused. Whether or not it can be reused can be determined not only by the voltage but also by the temperature and current value of the power storage device 50.
  • the management device 120 determines that the power storage device 50 is reusable (S110: YES), the management device 120 does not open the current interrupt device 53 but maintains it closed.
  • the power supply from the power storage device 50 to the vehicle 10 is maintained, so the driver can stop or park the vehicle 10 after moving it to a safe location.
  • the management device 120 determines whether the distance X from the current location to the service base is greater than or equal to a predetermined value (100 km as an example) (S120). .
  • the service base is a base that provides some kind of service to the vehicle 10, such as refueling or maintenance, and is, for example, a gas station or a dealer of the vehicle 10.
  • the distance X to the service base is determined by the management device 120 via the vehicle ECU 41 causing the car navigation device 42 to calculate the distance from the current location to the nearest service base, and acquiring the calculation result from the car navigation device 42. Seek.
  • the management device 120 prioritizes the safety of the vehicle 10 and maintains the current interrupt device 53 closed (S130).
  • the management device 120 prioritizes reusing the power storage device 50 and switches the current interrupt device 53 from closed to open (S140).
  • the power supply from power storage device 50 to vehicle 10 is cut off, making it difficult for vehicle 10 to continue traveling.
  • the driver stops the vehicle 10 nearby the driver contacts the road service provider and requests assistance.
  • the management device 120 when the management device 120 detects an abnormality in the power storage device 50 while the vehicle 10 is traveling, the management device 120 adjusts the closing maintenance time of the current interrupting device 53 according to the traveling location and traveling speed of the vehicle 10. changed.
  • the management device 120 switches between opening and closing the current interrupt device 53 depending on the distance X from the current location to the nearest service base.
  • the management device 120 can control (optimize) the protection of the power storage device and the power supply to the vehicle 10 while maintaining a balance.
  • the cell (repetitively chargeable/dischargeable electricity storage cell) 62 is not limited to a lithium ion secondary battery cell, but may be any other nonaqueous electrolyte secondary battery cell.
  • a capacitor can also be used instead of the secondary battery cell 62.
  • the management device 120 changes the control of the current interrupt device 53 depending on whether the vehicle 10 is traveling on an expressway or on a general road. In addition, the management device 120 changes the control of the current interrupt device 53 when the vehicle 10 is traveling at a place where it is difficult to stop, such as an intersection or a railroad crossing, and when the vehicle 10 is traveling at other places. Good too.
  • the management device 120 lengthens the time to keep the current interrupt device 53 closed, and when driving in other locations, shortens the time to keep the current interrupt device 53 closed. You may.
  • the management device 120 when the management device 120 detects an abnormality in the power storage device 50 while driving, the management device 120 interrupts the current according to the distance X from the current location of the vehicle 10 to the nearest service base. The control of device 53 was changed. In addition to this, the management device 120 may change the control of the current interrupt device 53 depending on whether or not the vehicle 10 has received disaster information. Specifically, when the running vehicle 10 receives disaster information, the management device 120 prioritizes moving to a safe place and opens the current interrupting device 53 even if an abnormality is detected in the power storage device 50. does not switch (maintains closed). On the other hand, if vehicle 10 has not received disaster information, management device 120 prioritizes reuse of power storage device 50 and switches current interrupt device 53 from closed to open.
  • Disaster information includes typhoon information, earthquake information, tsunami information, flood information, etc.
  • the vehicle 10 can obtain disaster information from an information providing center or the like via the navigation device 42.
  • the processing performed by the management device 120 has been described, but similar processing may be performed by the vehicle ECU 41, or a server outside the vehicle may remotely perform the processing by exchanging necessary information with the vehicle. You may go.
  • a power storage device for a mobile body including a cell, a current interrupting device that interrupts the current of the cell, and a management device, and the management device controls the power storage device while the mobile body is moving.
  • a power storage device that changes control of the current interrupt device according to a state of the moving body when an abnormality is detected.
  • the state of the moving body may be a moving route of the moving body or a moving speed of the moving body.
  • the state of the mobile object may be a difference in whether or not disaster information is received.
  • the management device may change the closed maintenance time of the current interrupt device depending on the state of the mobile object.
  • Vehicle 41 Vehicle ECU 50 Power storage device 53 Current interrupting device 60 Assembled battery 120 Management device

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Abstract

車両用の蓄電装置50は、セル60と、前記セル60の電流を遮断する電流遮断装置53と、管理装置120と、を含む。前記管理装置120は、車両10の走行中に前記セル60の異常を検出した場合、走行する車両10の状態の相違に応じて、前記電流遮断装置53の制御を変更する。

Description

蓄電装置、電流遮断装置の制御方法
 本発明は、電流遮断装置の制御に関する。
 車両に搭載される始動用や補機用の蓄電装置は、保護装置の1つとして、リレー等の電流遮断装置を有する場合がある。特許文献1は、電流遮断装置を有する蓄電装置を開示する。特許文献2は、車両の電池を制御する電池制御装置を開示する。
 特許文献2の電池制御装置は、電池に発生する故障の種類を検知する検知部と、車両が停止スポットの近くにあるか否か、または、前記車両の起動から停止までの前記車両の走行距離が閾値以下であるか否かを判定する判定部と、制御部と、を備える。前記制御部は、前記判定部により前記車両が前記停止スポットの近くにあると判定される場合、または、前記車両の起動から停止までの前記車両の走行距離が前記閾値以下であると判定される場合、前記車両の走行が許容されるように前記検知部により検知される故障の種類に応じて前記入力電力または前記出力電力を制限する。前記制御部は、前記判定部により前記車両が前記停止スポットの近くにないと判定される場合、または、前記車両の起動から停止までの前記車両の走行距離が前記閾値より長いと判定される場合、前記検知部により検知される故障の種類に応じて前記入力電力または前記出力電力を制限する。
特開2017-5985号公報 特開2021-72680号公報
 車両は、過充電や過電流等の異常発生時、内蔵する電流遮断装置をオープンすることで電流を遮断し、車両用の蓄電装置を保護出来る。しかし、車両の走行中に電流遮断装置をオープンすると、車両の負荷(少なくとも、走行系、および補機系)への電力供給が停止する恐れがある。
 走行中の車両は、走行場所や走行速度等の相違により、電力供給維持の必要性が異なる。これまでは、車両の走行中に電池異常を検出した場合、電池保護と車両への電力供給の優先度のバランスを考慮して、電流遮断装置を制御する点について検討がされておらず、改善の余地があった。
 本発明者は、上述の課題を克服し、発明の完成に至った。
 車両用の蓄電装置は、セルと、前記セルの電流を遮断する電流遮断装置と、管理装置と、を含む。
 前記管理装置は、車両の走行中に前記蓄電装置の異常を検出した場合、走行する前記車両の状態に応じて、前記電流遮断装置の制御を変更する。
 本技術は、電流遮断装置の制御方法、制御プログラムに適用することが出来る。
 本技術は、蓄電装置の異常発生時、走行する車両の状態に応じて、電流遮断装置の制御を変更することにより、電池保護と車両への電力供給の優先度のバランスを考慮した電流遮断装置の制御をすることが出来る。したがって、出来るだけ電池の保護を優先して車両を停止させたり、電池の保護よりも車両の状況を考慮して車両を安全に退避させることを優先する、という状況に応じた対応ができる。
車両の側面図 蓄電装置の分解斜視図 セルの断面図 セルの平面図 車両の電気的構成を示すブロック図 目的地までの距離と残り時間を示す図 電流遮断装置の最適制御のフローチャート 電流遮断装置の最適制御のフローチャート 蓄電装置の電圧範囲を示す図
 車両用の蓄電装置の概要を説明する。
 (1)本発明の一実施形態に係る蓄電装置は、セルと、前記セルの電流を遮断する電流遮断装置と、管理装置と、を含む。
 前記管理装置は、車両の走行中に前記蓄電装置の異常を検出した場合、走行する前記車両の状態に応じて、前記電流遮断装置の制御を変更する。
 本発明の一実施形態に係る蓄電装置によれば、蓄電装置の異常発生時において、走行する車両の状態の相違に応じて電流遮断装置の制御を変更することにより、電池保護と車両への電力供給の優先度のバランスを考慮した電流遮断装置の制御をすることができる。
 (2)上記(1)に記載の蓄電装置において、前記車両の状態は、前記車両の走行場所でもよい。
 上記(2)に記載の蓄電装置によれば、車両が停車又は駐車し難い場所を走行中である場合、電池保護よりも、車両への電力供給を優先させるといった制御が可能となる。
 (3)上記(1)に記載の蓄電装置において、前記車両の状態は、前記車両の走行速度でもよい。
 上記(3)に記載の蓄電装置によれば、車両の走行速度が高く、停車や駐車に時間がかかる場合、電池保護よりも、車両への電力供給を優先させるといった制御が可能となる。
 (4)上記(1)に記載の蓄電装置において、前記車両の状態は、災害情報の受信の有無の相違でもよい。
 上記(4)に記載の蓄電装置によれば、災害情報を受信しており緊急性が高い場合には、電池保護よりも、車両への電力供給を優先させるといった制御が可能となる。
 (5)上記(1)~(4)のいずれか一項に記載の蓄電装置において、前記管理装置は、前記車両の状態に応じて、前記電流遮断装置のクローズ維持時間を変更してもよい。
 上記(5)に記載の蓄電装置によれば、蓄電装置の異常検出後、車両の状態の相違に応じて、蓄電装置から車両に対して電力が供給される時間を最適化できる。
 <実施形態1>
 1.車両10の構成
 図1は車両の側面図である。車両10は、動力手段としてエンジン20を有する。図1は、エンジン20及び車両10に搭載された蓄電装置50のみ図示し、車両10を構成する他の部品は省略している。
 車両10に搭載された蓄電装置50は、エンジン始動用又は補機用であり、この実施形態では、定格12Vである。車両10は、エンジン20(内燃機関)に加えて、或いは代えて、駆動用の駆動モータ及び蓄電装置を搭載してもよい。
 蓄電装置50は、図2に示すように、組電池60と、監視基板100と、収容体71を備える。
 収容体71は、本体73と蓋体74とを備える。本体73と蓋体74は、合成樹脂製である。本体73は有底筒状である。本体73は、底面部75と、4つの側面部76とを備える。4つの側面部76によって、本体73の上端に、開口部77が形成される。
 収容体71は、組電池60と監視基板100を収容する。監視基板100は、プリント基板上に各種部品(電流遮断装置53や、図4に示す電圧検出部110及び管理装置120等)を搭載している。監視基板100は、図2に示すように組電池60の、例えば上方に隣接して配置されている。代替的に、監視基板100は、組電池60の側方に隣接して配置されていてもよい。
 蓋体74は、本体73の開口部77を閉鎖する。蓋体74の周囲には外周壁78が設けられている。蓋体74は、平面視略T字形の突出部79を有する。蓋体74の前部のうち、一方の隅部に正極の外部端子51が固定され、他方の隅部に負極の外部端子52が固定されている。監視基板100は、収容体71の本体73に代えて、蓋体74内に(例えば突出部79内に)収容されていてもよい。
 組電池60は、複数のセル62を有する。図3に示すように、セル62は、直方体のケース82内に電極体83を非水電解質と共に収容する。セル62は、例えば、リチウムイオン二次電池セルである。ケース82は、ケース本体84と、その上方の開口部を閉鎖する蓋85とを有している。
 電極体83は、詳細は図示しないが、銅箔からなる基材に活物質を塗布した負極板と、アルミニウム箔からなる基材に活物質を塗布した正極板との間に、多孔性の樹脂フィルムからなるセパレータを配置する。
 これらはいずれも帯状をなしており、セパレータに対して負極板と正極板とを短手方向でそれぞれ位置を反対にずらした状態で、扁平状に巻回されている。電極体83は、巻回タイプのものに代えて、積層タイプのものであってもよい。
 正極板には正極集電体86を介して正極端子87が、負極板には負極集電体88を介して負極端子89がそれぞれ接続されている。正極集電体86及び負極集電体88は、平板状の台座部90と、この台座部90から延びる脚部とを有する。台座部90には貫通孔が形成されている。
 正極端子87及び負極端子89は、端子本体部92と、その下面中心部分から下方に突出する軸部93とからなる。正極端子87の端子本体部92と軸部93とは、アルミニウム(単一材料)によって一体成形されている。負極端子89においては、端子本体部92がアルミニウム製で、軸部93が銅製であり、これらが組み付けられている。正極端子87及び負極端子89の端子本体部92は、蓋85の両端部に絶縁材料からなるガスケット94を介して配置され、図4に示すように、このガスケット94から外方へ露出されている。
 蓋85は、圧力開放弁(安全弁)95を有している。圧力開放弁95は正極端子87と負極端子89の間に位置している。圧力開放弁95は、ケース82の内圧が制限を超えた場合に、開放してケース82の内圧を下げる。
 2.車両10の電気的構成(電源系統)
 図5に示すように、車両10は、一般電気負荷25、オルタネータ30、車両ECU41、カーナビゲーション装置42、及び蓄電装置50を有している。
 一般負荷25は、エンジン始動装置や補機類でもよい。エンジン始動装置はエンジンを始動するモータ有している。補機類は、ヘッドライド、電動パワーステアリング、エアコン、パワーウィンドウなどである。
 車両ECU(Electronic Control Unit:電子制御ユニット)41は、通信線45を介してオルタネータ30に接続され、通信線46を介して蓄電装置50と通信可能に接続されている。図5に示す符号72は、通信線46を接続するためのコネクタである。
 車両ECU41は、車両10に搭載された蓄電装置50の充放電を制御する。車両ECU41は充放電制御に加え、走行する車両10の状態に関する情報など各種情報を、通信線46を介した通信により、蓄電装置50に通知する。
 蓄電装置50は、電流遮断装置53と、組電池60と、電流検出部54と、電圧検出部110と、管理装置120と、温度センサ63と、を備える。電流遮断装置53、電圧検出部110や管理装置120は、監視基板100に搭載されている。
 組電池60のセル62は、例えば12個あり(図2参照)、3並列で4直列に接続されている。図5は、並列に接続された3つのセル62を1つの電池記号で表している。セルは繰り返し充放電可能な蓄電セルである。セルは、直方体型セルに限定はされず、円筒型セルであってもよいし、ラミネートフィルムケースを有するパウチセルであってもよい。
 組電池60の正極は、パワーライン55Pを介して、正極の外部端子51と接続されている。組電池60の負極は、パワーライン55Nを介して、負極の外部端子52に接続されている。
 外部端子51、52は、車両10に搭載された一般負荷25、オルタネータ30、車両ECU41、カーナビゲーション装置42との接続用端子である。
 電流遮断装置53は、組電池60の正極に位置し、正極のパワーライン55Pに設けられている。電流遮断装置53は、リレー等の機械式接点を有するスイッチを用いることが出来る。また、機械的接点の他、FETなどの半導体スイッチを用いることが出来る。
 電流遮断装置53は、正常時、クローズ状態に制御される。蓄電装置50に異常があった場合、管理装置120は、電流遮断装置53に制御信号を出力し、電流遮断装置53をオープンする。電流遮断装置53のオープンにより、電流Iを遮断し、蓄電装置50を保護することが出来る。蓄電装置50の異常としては、過電圧、過電流、過充電、過放電が挙げられる。ここでいう異常には、セルの異常だけでなく、スイッチの故障など、蓄電装置50が正常に動作しない故障をも含み、単独的故障や、複合的故障を含む。
 電流検出部54は、組電池60の電流I[A]を検出する。電流検出部54は、シャント抵抗でもよい。抵抗式の電流検出部54は、電流検出部54の両端電圧に基づいて、組電池60の電流Iを計測する。抵抗式の電流検出部54は、電圧の極性(正負)から放電と充電を判別できる。電流検出部54は、磁気センサでもよい。
 電圧検出部110は、信号線を介して、各セル62の両端にそれぞれ接続され、各セル62のセル電圧Vsを計測する。また、各セル62のセル電圧Vsから組電池60の総電圧Vtを計測する。組電池60の総電圧Vtは、直列に接続された4つのセル62の合計電圧である。温度センサ63は、組電池60に取り付けられており、組電池60の温度を検出する。
 管理装置120は、演算機能を有するCPU121と、記憶部であるメモリ122と、を備える。管理装置120は、電流検出部54、電圧検出部110、温度センサ63の出力に基づいて、組電池60の温度T、電流I、総電圧Vtを監視する。
 メモリ122は、フラッシュメモリやEEPROM等の不揮発性の記憶媒体である。メモリ122には、組電池60の状態を監視する監視プログラム及び監視プログラムの実行に必要なデータが記憶されている。また、メモリ122には、電流遮断装置53の制御プログラム(図7に示すフローチャートの実行プログラム)及び制御プログラムの実行に必要なデータが記憶されている。
 プログラムは、電気通信回線を用いて記憶させてもよい。
 カーナビゲーション装置42は、CPU42Aと、データ記憶部42Bと、第1受信部42Cと、第2受信部42Dと、表示パネル42Eとを含む。データ記憶部42Bは、地図情報が記憶されている。第1受信部42Cは、GPS衛星より、GPS情報(車両10の位置情報)を受信する。第2受信部42Dは、情報サービスセンターから、道路情報を受信する。
 車両の利用者は、表示パネル42Eに対するパネル操作により、車両10の目的地Gを入力できる。カーナビゲーション装置42は、データ記憶部42Bの地図情報を用いて、目的地Gまでのルートを検索し、表示パネル42Eに検索結果を表示する。
 カーナビゲーション装置42は、走行中、第1受信部42Cと第2受信部42Dの受信情報に基づいて、車両10の位置情報、走行速度や交通情報を取得する。カーナビゲーション装置42は、これら情報を参考としながら、車両10に備わるジャイロセンサの計測値(車両10の位置情報の計測値)及び車両10に備わる車速パルスセンサの計測値(車両10の速度情報の計測値)に基づいて、現在地から目的地Gまでの距離Xと、目的地Gまでの所要時間Txをリアルタイムで算出する(図6参照)。算出結果は表示パネル42Eに表示される。
2.電流遮断装置の最適制御
 管理装置120は、車両走行中、蓄電装置50の電流、電圧、セル電圧、温度に基づいて、蓄電装置50の状態を監視する。そして、車両走行中に、蓄電装置50の異常を検出した場合、管理装置120は、電流遮断装置53の最適制御を実行する。最適制御は、走行する車両10の状態の相違に応じて、電流遮断装置53の制御を最適化したものであり、図7に示すように、S10~S60の6つのステップから構成されている。
 管理装置120は、車両10の走行中に蓄電装置50の異常を検出した場合、まず、車両ECU41に対して異常発生により車両10の走行停止を求める通知を行う(S10)。更に、管理装置120は停止を求める通知と共に、車両ECU41を介してカーナビゲーション装置42から以下(1)の情報を取得し、車両ECU41から(2)の情報を取得する。
 (1)車両10の走行場所の情報
 (2)車両10の走行速度の情報
 その後、管理装置120は、カーナビゲーション装置42から取得した走行場所の情報に基づいて、車両10の走行場所が高速道路か判断する(S20)する。
 車両10が高速道路を走行中の場合(S20:YES)、管理装置120は電流遮断装置53へ信号を送信し、第1時間T1の間、電流遮断装置53はクローズに維持され、第1時間T1経過後にオープンされる(S40)。第1時間T1は、異常発生後、それ以上使用継続すると、蓄電装置50に不安全事象が発生する限界の時間と予め想定し、一例としては2分である。
 この場合、蓄電装置50は車両10への電力供給を、異常発生から第1時間T1は維持する。そのため、ドライバーはその時間を利用して、高速道路走行中の車両10を非常駐車帯等の緊急停車エリアまで移動することが出来る。
 次に車両10が一般道路を走行中の場合(S20:NO)、管理装置120は、車両10の走行速度が所定値(一例として60km/h)以上か判定する(S30)。
 車両10の走行速度が所定値以上の場合(S30:YES)、管理装置120は、電流遮断装置53を第2時間T2、クローズに維持し、第2時間T2経過後にオープンする(S50)。第2時間T2は、異常発生後、蓄電装置50は、使用の継続により劣化、或いは損傷するが、蓄電装置50の再使用は可能な時間である。第2時間T2は、第1時間T1よりも短く(T1>T2)、一例として1分である。
 この場合、蓄電装置50は車両10への電力供給を、異常発生から第2時間T2は維持する。そのため、ドライバーはその時間を利用して、所定値以上の走行速度で走行する車両10を、一般道路近くの安全な場所に、移動することが出来る。
 車両10の走行速度が所定値未満の場合(S30:YES)、管理装置120は、電流遮断装置53を第3時間T3、クローズに維持し、第3時間T3経過後にオープンする(S50)。第3時間T3は、異常発生後、使用を継続しても蓄電装置50が劣化、或いは損傷しない時間である。第3時間T3は、第2時間T2よりも短く(T2>T3)、一例として20秒である。
 この場合、蓄電装置50は車両10への電力供給を、異常発生から第3時間T3は維持する。そのため、ドライバーはその時間を利用して、所定値未満の走行速度で走行する車両10を、一般道路近くの安全な場所に、移動させることが出来る。
 この実施形態では、車両10の走行場所や走行速度の相違に応じて、電流遮断装置53のクローズ維持時間に差を設けているが、その理由は、以下の通りである。
 車両10の走行場所に応じて、電流遮断装置53のクローズ維持時間に差を設ける理由は、ドライバーが異常の通知を受けてから車両10が停車するまでに必要な時間が走行場所により異なるためである。つまり、高速道路を走行中など、安全な場所での停車に時間がかかる場合、クローズ維持時間を長くすることで、高速道路を走行する車両を安全な場所まで移動して停車させることが出来る。一方、一般道路を走行中など、短時間で走行中から停車できる可能性がある場合、クローズ維持時間を短くすることで、蓄電装置50の劣化や損傷を抑えられる。
 車両10の走行速度の相違に応じて、電流遮断装置53のクローズ維持時間に差を設ける理由も同様であり、ドライバーが異常の通知を受けてから走行中の車両10を停車するまでに必要な時間は、車両10の走行速度により、異なるためである。
 つまり、車両10の走行速度が速く、走行から停車するまでに時間がかかる場合、クローズ維持時間を長くすることで、走行速度の高い車両10を安全に停車させることが出来る。一方、走行速度が低く、走行から停車するまで短時間で可能な場合、クローズ維持時間を短くすることで、蓄電装置50の劣化や損傷を少しでも抑えることが出来る。
3.効果説明
 この構成では、異常発生時における電流遮断装置53の制御を、車両10の走行場所や走行速度に応じて変更する。そのため、蓄電装置50の保護と車両10への電力供給の優先度のバランスを考慮して電流遮断装置53を制御(最適化)することが出来る。それにより、車両10を安全な場所まで退避走行させることができ、かつ蓄電装置50の劣化や損傷を最小限に抑えることができる。
 <実施形態2>
 実施形態2は、実施形態1に比較して電流遮断装置53の最適制御が異なる。実施形態2の最適制御は、車両10の走行中に管理装置120が蓄電装置50の異常を検出した場合に実行され、図8に示すように、S100~S140の5つのステップから構成されている。
 管理装置120は、車両10の走行中に蓄電装置50の異常を検出した場合、まず、車両ECU41に対して、異常発生により車両10の走行停止を求める通知を行う。
 その後、管理装置120は、異常発生した蓄電装置50について、再使用可能か判断する(S110)。再使用の可否は、蓄電装置50の電圧により判断できる。
 例えば、蓄電装置50の総電圧Vtを再使用可能範囲F1(図9参照)と比較することにより、再使用可能か判断できる。図9の例では、再使用可能範囲F1は、正常使用範囲F2よりも広い。蓄電装置50は正常使用範囲外になると、異常と判断され、更に、再使用可能範囲外になると、再使用不可と判断される。再使用の可否は、電圧に限らず、蓄電装置50の温度や電流値により判断することも可能である。
 蓄電装置50が再使用可能であると管理装置120が判断した場合(S110:YES)、管理装置120は電流遮断装置53をオープンせず、クローズに維持する。
 この場合、異常発生後も、蓄電装置50から車両10への電力供給は維持されるため、ドライバーは車両10を安全な場所まで移動させた後、停車又は駐車させることが出来る。
 蓄電装置50が再使用できないと管理装置120が判断した場合(S110:NO)、管理装置120は、現在地点からサービス拠点までの距離Xが所定値(一例として100km)以上か判断する(S120)。
 サービス拠点とは、車両10に対して、燃料補給やメンテナンス等、何らかのサービスを行う拠点であり、例えば、ガソリンスタンドや車両10のディーラーである。サービス拠点までの距離Xは、管理装置120が車両ECU41を介して、カーナビゲーション装置42に現在地点から最も近いサービス拠点までの距離を計算させ、その計算結果をカーナビゲーション装置42から取得することで求まる。
 サービス拠点までの距離Xが所定値以上の場合(S120:YES)、管理装置120は、車両10の安全面を優先し、電流遮断装置53をクローズに維持する(S130)。
 この場合、異常発生後も、蓄電装置50から車両10への電力供給は維持されるため、ドライバーは、車両10をサービス拠点まで移動させることが出来る。
 サービス拠点までの距離Xが所定値未満の場合(S120:NO)、管理装置120は、蓄電装置50の再使用を優先し、電流遮断装置53をクローズからオープンに切り換える(S140)。
 この場合、異常発生後、蓄電装置50から車両10への電力供給は遮断されるため、車両10の走行継続は困難である。ドライバーは、車両10を近くに緊急停止後、ロードサービスを行う事業者に連絡を行い、支援を要請する。
 実施形態1では、管理装置120が車両10の走行中に蓄電装置50の異常を検出した場合、管理装置120は、車両10の走行場所や走行速度に応じて、電流遮断装置53のクローズ維持時間を変更した。
 これに対して、実施形態2では、現在地点から最寄りのサービス拠点までの距離Xに応じて、管理装置120は電流遮断装置53をオープンする制御とクローズする制御を切り換える。実施形態2は、実施形態1と同様に、蓄電装置の保護と車両10への電力供給について、管理装置120はバランスを取りながら制御(最適化)することが出来る。
 <他の実施形態>
 本発明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発明の技術的範囲に含まれる。
 (1)セル(繰り返し充放電可能な蓄電セル)62は、リチウムイオン二次電池セルに限らず、他の非水電解質二次電池セルでもよい。二次電池セル62に代えて、キャパシタを用いることも出来る。
 (2)実施形態1では、車両10が高速道路を走行している場合と、一般道路を走行している場合で、管理装置120は電流遮断装置53の制御を変更した。この他に、車両10が交差点や踏切など停車が困難な場所を走行している場合と、それ以外の場所を走行している場合で、管理装置120は電流遮断装置53の制御を変更してもよい。
 つまり、交差点や踏切など停車が困難な場所では、管理装置120は電流遮断装置53のクローズ維持時間を長くし、それ以外の場所を走行している場合、電流遮断装置53のクローズ維持時間を短くしてもよい。
 (3)上記実施形態2では、管理装置120が走行中に蓄電装置50の異常を検出した場合、車両10の現在地点から最寄りのサービス拠点までの距離Xに応じて、管理装置120は電流遮断装置53の制御を変更した。これ以外にも、車両10の災害情報の受信の有無に応じて、管理装置120は電流遮断装置53の制御を変更してもよい。具体的には、走行中の車両10が災害情報を受信した場合、管理装置120は蓄電装置50の異常を検出しても、安全な場所への移動を優先し、電流遮断装置53をオープンには切り換えない(クローズ維持)。一方、車両10が災害情報を受信していない場合、管理装置120は蓄電装置50の再利用を優先し、電流遮断装置53をクローズからオープンに切り換える。
 災害情報には、台風情報、地震情報、津波情報、洪水情報等が含まれる。車両10は、ナビゲーション装置42を介して、情報提供センター等より災害情報を取得することが出来る。なお、実施形態では、管理装置120が行う処理について説明したが、同様の処理を車両ECU41が行ってもよいし、車両と必要な情報をやり取りして、車両外のサーバーが遠隔的に処理を行ってもよい。
 また、実施形態では本技術を自動車に適用した場合を説明したが、それに限らず、本技術を自動二輪車や、安全な走行と運用のために鉄道車両にも適用できる。本技術は、船舶の航行、飛行体の運行にも適用可能である。言い換えれば、本技術は以下の形態で実施することができる。
(A)移動体用の蓄電装置であって、セルと、前記セルの電流を遮断する電流遮断装置と、管理装置と、を含み、前記管理装置は、移動体の移動中に前記蓄電装置の異常を検出した場合、移動する前記移動体の状態に応じて、前記電流遮断装置の制御を変更する、蓄電装置。
(B)前記移動体の状態は、前記移動体の移動経路、或いは前記移動体の移動速度であってもよい。
(C)前記移動体の状態は、災害情報の受信の有無の相違であってもよい。
(D)前記管理装置は、前記移動体の状態に応じて、前記電流遮断装置のクローズ維持時間を変更してもよい。
 10 車両
 41 車両ECU
 50 蓄電装置
 53 電流遮断装置
 60 組電池
 120 管理装置

Claims (6)

  1.  車両用の蓄電装置であって、
     セルと、
     前記セルの電流を遮断する電流遮断装置と、
     管理装置と、を含み、
     前記管理装置は、車両の走行中に前記蓄電装置の異常を検出した場合、走行する前記車両の状態に応じて、前記電流遮断装置の制御を変更する、蓄電装置。
  2.  請求項1に記載の蓄電装置であって、
     前記車両の状態は、前記車両の走行場所、或いは前記車両の走行速度である、蓄電装置。
  3.  請求項1に記載の蓄電装置であって、
     前記車両の状態は、災害情報の受信の有無の相違である、蓄電装置。
  4.  請求項1に記載の蓄電装置であって、
     前記管理装置は、前記車両の状態に応じて、前記電流遮断装置のクローズ維持時間を変更する、蓄電装置。
  5.  車両用の蓄電装置に使用される電流遮断装置の制御方法であって、
     前記車両の走行中に蓄電装置の異常を検出した場合、走行する前記車両の状態に応じて、前記電流遮断装置の制御を変更する、電流遮断装置の制御方法。
  6.  移動体用の蓄電装置に使用される電流遮断装置の制御方法であって、
     前記移動体の移動中に蓄電装置の異常を検出した場合、移動する前記移動体の状態に応じて、前記電流遮断装置の制御を変更する、電流遮断装置の制御方法。
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JP2022119458A (ja) * 2021-02-04 2022-08-17 プライムプラネットエナジー&ソリューションズ株式会社 電動車両

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