DE102017217547A1

DE102017217547A1 - Energie-speicher-system für fahrzeug und fahrzeug

Info

Publication number: DE102017217547A1
Application number: DE102017217547.8A
Authority: DE
Inventors: Atsushi Fukushima
Original assignee: GS Yuasa International Ltd
Current assignee: GS Yuasa International Ltd
Priority date: 2016-10-03
Filing date: 2017-10-02
Publication date: 2018-04-05
Also published as: US20180097380A1; CN107891828B; CN107891828A; JP2018058405A; US10615616B2; JP6807018B2

Abstract

Eine Batterie für ein Fahrzeug umfasst: eine zusammengesetzte Batterie; und ein Relais, das einen Strom zu/von der zusammengesetzten Batterie trennt, wenn eine Spannung oder eine Kapazität der zusammengesetzten Batterie niedriger ist als ein Schwellenwert X, wobei der Schwellenwert X für das Relais zwischen einem Zustand, in dem das Fahrzeug fährt, und einem Zustand, in dem das Fahrzeug geparkt wird, unterschiedlich ist. Mit dieser Anordnung kann die Batterie ein Leistungsvermögen erzielen, das für jeden der Zustände, in denen das Fahrzeug fährt, und der Zustand, in dem das Fahrzeug geparkt wird, geeignet ist.

Description

BEREICH
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Energie-Speicher-System für ein Fahrzeug.
HINTERGRUND
Herkömmlicherweise enthält ein Energie-Speicher-System, das als Energiezufuhr für ein Kraftfahrzeug verwendet wird, eine Abschalt-Vorrichtung, wie ein Relais oder einen FET, um die Sicherheit zu garantieren. Wenn zum Beispiel eine Spannung des Energie-Speicher-Systems niedriger wird als ein Schwellenwert, dann wird die Abschalt-Vorrichtung so betrieben, dass sie einen Strom trennt, damit die Spannung nicht niedriger als der Schwellenwert wird. JP 11-334498 A beschreibt, dass ein Schwellenwert (Schwellen-Spannung) eines Relais RLY4, das auf einem Strompfad einer Batterie bereitgestellt ist, auf unterschiedliche Werte eingestellt wird, während ein Fahrzeug im Ausland transportiert wird und während das Fahrzeug geparkt wird.
ZUSAMMENFASSUNG
Für ein Energie-Speicher-System können für ein fahrendes Fahrzeug und ein parkendes Fahrzeug unterschiedliche Leistungsvermögen erforderlich sein. Wenn der gleiche Schwellenwert verwendet wird, um eine Abschalt-Vorrichtung zu betreiben, wenn das Fahrzeug fährt und wenn das Fahrzeug geparkt wird, kann das erforderliche Leistungsvermögen nicht ausreichend sein.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, durch Schalten von Schwellenwerten ein Leistungsvermögen zu erreichen, das für jeden Zustand, einem Zustand in dem ein Fahrzeug fährt, und einem Zustand, in dem ein Fahrzeug geparkt wird, geeignet ist.
Ein Energie-Speicher-System für ein Fahrzeug gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst: eine Energie-Speicher-Vorrichtung; und eine Abschalt-Vorrichtung, die einen Strom zu/von der Energie-Speicher-Vorrichtung trennt, wenn eine Spannung oder eine Kapazität der Energie-Speicher-Vorrichtung niedriger ist als ein Schwellenwert, wobei der Schwellenwert für die Abschalt-Vorrichtung zwischen einem Zustand in dem das Fahrzeug fährt und ein Zustand, in dem das Fahrzeug geparkt wird, unterschiedlich ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 stellt eine Seitenansicht eines Fahrzeugs dar, das auf eine erste Ausführungsform angewendet wird.
2 stellt eine perspektivische Ansicht einer Batterie dar.
3 stellt eine perspektivische Explosionsansicht der Batterie dar.
4 stellt ein Blockdiagramm dar, das eine elektronische Anordung der Bakterie zeigt.
5 stellt ein Diagramm dar, das eine Änderung einer Spannung der Batterie zeigt, nachdem das Fahrzeug geparkt ist.
6 stellt numerische Beispiele von Informationen dar, die notwendig sind, um ein erstes Intervall und ein zweites Intervall zu berechnen.
7 stellt ein Graph dar, der eine Beziehung zwischen einem SOC und einer Zellen-Spannung zeigt.
8 stellt eine Tabelle dar, in der die Berechnungsergebnisse des ersten Intervalls, des zweiten Intervalls und des gesamten Intervalls zusammengestellt werden.
9 stellt einen Graph dar, der eine Beziehung zwischen dem Wert eines SOC, bei dem ein Relais betrieben wird, und des ersten Intervalls, des zweiten Intervalls und des gesamten Intervalls zeigt.
10 ist eine Datentabelle eines SOC zu einem Zeitpunkt des Starts des Parkens und eines Schwellenwerts Xb.
11 ist ein Flussdiagramm, das den Ablauf eines Schalt-Vorgangs eines Schwellenwertes zeigt.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Zuerst wird eine allgemeine Beschreibung von Aspekten der vorliegenden Ausführungsform gegeben. Ein Energie-Speicher-System für ein Fahrzeug umfasst: eine Energie-Speicher-Vorrichtung; und eine Abschalt-Vorrichtung, die einen Strom zu/von der Energie-Speicher-Vorrichtung trennt, wenn eine Spannung oder eine Kapazität der Energie-Speicher-Vorrichtung niedriger ist als ein Schwellenwert, wobei der Schwellenwert für die Abschalt-Vorrichtung zwischen einem Zustand in dem das Fahrzeug fährt und ein Zustand, in dem das Fahrzeug geparkt wird, unterschiedlich ist. Mit dieser Anordnung kann die Energie-Speicher-Vorrichtung ein Leistungsvermögen erzielen, das für jeden Zustand, in den das Fahrzeug fährt, und den Zustand, in dem das Fahrzeug geparkt wird, geeignet ist.
Der Schwellenwert für die Abschalt-Vorrichtung kann niedriger sein wenn das Fahrzeug fährt, als wenn das Fahrzeug geparkt wird. Mit dieser Anordnung kann, während des Fahrens des Fahrzeugs, die Energiezufuhr des Fahrzeugs aufrechterhalten werden, bis die Energie-Speicher-Vorrichtung eine niedrigere Spannung erreicht, als wenn das Fahrzeug geparkt wird. Weiterhin wird die Abschalt-Vorrichtung, während das Fahrzeug geparkt wird, mit einer höheren Spannung betrieben, als wenn das Fahrzeug fährt; daher wird ein Dunkelstrom zum Fahrzeug getrennt, so dass die Abnahme der Kapazität verhindert oder reduziert werden kann.
Die Abschalt-Vorrichtung kann durch eine von der Energie-Speicher-Vorrichtung zugeführte Energie betrieben werden, und der Schwellenwert für die Abschalt-Vorrichtung, wenn das Fahrzeug fährt, ist vorzugsweise eine minimale Antriebs-Spannung der Abschalt-Vorrichtung. Mit dieser Anordnung wird verhindert, dass die Abschalt-Vorrichtung nicht mehr verwendet werden kann, wenn das Fahrzeug fährt, und somit kann die Sicherheit der Energie-Speicher-Vorrichtung garantiert werden. Ferner wird, wenn das Fahrzeug fährt, die Energiezufuhr bis nahezu dem Ende des betriebsfähigen Bereichs der Abschalt-Vorrichtung aufrechterhalten.
Die Abschalt-Vorrichtung kann durch eine von der Energie-Speicher-Vorrichtung zugeführte Energie betrieben werden, und der Schwellenwert für die Abschalt-Vorrichtung, wenn das Fahrzeug geparkt wird, ist vorzugsweise eine Spannung, die höher als eine minimale Antriebs-Spannung der Abschalt-Vorrichtung ist. Mit dieser Anordnung wird, wenn das Fahrzeug geparkt wird, die Abschalt-Vorrichtung mit einer Spannung betrieben, die höher als die minimale Antriebs-Spannung der Abschalt-Vorrichtung ist, um den Dunkelstrom zum Fahrzeug zu trennen, so dass die Abnahme der Kapazität verhindert oder reduziert wird. Ferner wird, auch nachdem die Abschalt-Vorrichtung betrieben wird, durch erneutes Betreiben der Abschalt-Vorrichtung das Energie-Speicher-System wieder verwendbar, bis die Spannung des Energie-Speicher-Systems niedriger wird als die minimale Antriebs-Spannung der Abschalt-Vorrichtung.
Der Schwellenwert für die Abschalt-Vorrichtung kann, wenn das Fahrzeug geparkt wird, so eingestellt werden, dass ein gesamtes Intervall, das sich aus einem ersten Intervall und einem zweiten Intervall zusammensetzt, gleich oder länger als ein vorbestimmtes Intervall ist, wobei das erste Intervall ein Intervall vom Start des Parkens bis zum Betrieb der Abschalt-Vorrichtung darstellt, und das zweite Intervall ein Intervall darstellt, nachdem die Abschalt-Vorrichtung das Abschalten ausgeführt hat und in der die Energie-Speicher-Vorrichtung bei erneutem Betrieb der Abschalt-Vorrichtung wieder verwendbar wird. Mit dieser Anordnung ist gesichert, dass das gesamte Intervall (die Summe des ersten Intervalls und des zweiten Intervalls) gleich oder länger als das vorbestimmte Intervall ist.
Der Schwellenwert für die Abschalt-Vorrichtung kann, wenn das Fahrzeug geparkt wird, so eingestellt werden, dass das gesamte Intervall gleich oder länger als das vorbestimmte Intervall ist, und dass das erste Intervall am längsten ist. Mit dieser Anordnung ist gesichert, dass das gesamte Intervall gleich oder länger als das vorbestimmte Intervall ist. Auch kann ein Intervall verlängert werden, in der das Energie-Speicher-System ohne erneuten Betrieb der Abschalt-Vorrichtung verwendet werden kann.
<Eine Ausführungsform>
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 1 bis 11 beschrieben.
1. Die Beschreibung einer Batterie
1 stellt eine Seitenansicht eines Fahrzeugs dar, das auf eine erste Ausführungsform angewendet wird, 2 stellt eine perspektivische Ansicht einer Batterie dar und 3 stellt eine perspektivische Explosionsansicht der Batterie dar.
Ein Fahrzeug 1 ist mit einer Motorstarter-Vorrichtung 15, einem Generator 13 und einer Batterie 20 ausgestattet, wie in 1 gezeigt. Es ist anzumerken, dass, obwohl in 1 nicht gezeigt, in dem Fahrzeug 1 eine elektrische Ausrüstung 17 wie ein Fahrzeug ECU (vehicle ECU) 16, Lichter, ein Audio-Set und eine Klimaanlage installiert sind.
Die Batterie (ein Beispiel eines ”Energie-Speicher-Systems” der vorliegenden Erfindung) 20 weist ein blockförmiges Batterie-Gehäuse 21 auf, wie in 2 gezeigt. In dem Batterie-Gehäuse 21 ist eine zusammengesetzte Batterie 30 untergebracht, die aus einer Vielzahl von Sekundärbatteriezellen 31 und einer Leiterplatte 28 besteht. Es ist anzumerken dass, wenn im folgenden Bezug auf 2 und 3 in der Beschreibung genommen wird, die Y-Richtung die vertikale Richtung des Batterie-Gehäuses 21 darstellt, das horizontal in Bezug auf eine Installationsfläche ohne Neigung positioniert ist, die X Richtung, die Richtung entlang der Längsseitenrichtung des Batterie-Gehäuses 21 darstellt, und die Z-Richtung die Tiefenrichtung des Batterie-Gehäuses 21 darstellt.
Wie in 3 gezeigt, ist das Batterie-Gehäuse 21 mit einem nach oben geöffneten kastenförmigen Gehäuse-Körper 23 ausgestattet, einem Positionier-Element 24, das die Sekundärbatterien 31 positioniert, einen inneren Deckel 25, der an einem oberen Teil des Gehäuse-Körpers 23 angebracht ist, und einen oberen Deckel 26, der über dem inneren Deckel 25 angebracht ist. In dem Gehäuse-Körper 23 sind mehrere in der X-Richtung angeordnete Zellenkammern 23A bereitgestellt, und in jeweils jeder der Zellenkammern 23A sind die Sekundärbatteriezellen 31 einzeln untergebracht.
Das Positionier-Element 24 weist eine Vielzahl von Sammelschienen 27 auf, die auf der oberen Fläche angeordnet sind, wie in 3 gezeigt. Das Positionier-Element 24 ist oberhalb der im Gehäuse-Körper 23 angeordneten Sekundärbatteriezellen 31 angeordnet, wobei die Sekundärbatteriezellen 31 an Ort und Stelle positioniert und mit den Sammelschienen 27 in Reihe geschaltet sind.
Der innere Deckel 25 weist in einer Draufsicht, wie in 2 gezeigt, eine etwa rechteckige Form auf und ist so geformt, dass er in der Y-Richtung unterschiedliche Höhen aufweist. Auf den beiden Endteilen in der X-Richtung des inneren Deckels 25 ist ein Paar von Anschlüssen 22P und 22N bereitgestellt, an die die Kabelbaumanschlüsse (nicht gezeigt) angeschlossen sind. Das Paar von Anschlüssen 22P und 22N besteht aus Metall wie einer Bleilegierung. Der Anschluss 22P ist ein positiver Elektrodenanschluss, und der Anschluss 22N ist ein negativer Elektrodenanschluss.
Ferner kann der innere Deckel 25 darin die Leiterplatte 28 enthalten, wie in 3 gezeigt, und der innere Deckel 25 ist an dem Gehäuse-Körper 23 befestigt, wodurch die Sekundärbatteriezellen 31 und die Leiterplatte 28 miteinander verbunden sind.
2. Eine elektrische Anordnung der Batterie 20
4 stellt ein Blockdiagramm dar, das eine elektronische Anordnung der Batterie zeigt. Der Generator 13, die Motorstarter-Vorrichtung 15, die Fahrzeug-ECU 16, die elektrische Ausrüstung 17 sind mit der Batterie 20 über den positiven Elektrodenanschluss 22P und den negativen Elektrodenanschluss 22N, die externe Anschlüsse sind, verbunden.
Die Batterie 20 weist die zusammengesetzte Batterie 30, einen Strom-Erfassungs-Widerstand 41, einen Temperatur-Sensor 43, ein Relais 45 und eine Verwaltungs-Vorrichtung 50, die die zusammengesetzte Batterie 30 verwaltet, auf. Die zusammengesetzte Batterie 30, der Strom-Erfassungs-Widerstand 41 und das Relais 45 sind über einen Strompfad L in Reihe geschaltet. In dem vorliegenden Beispiel ist der Strom-Erfassungs-Widerstand 41 auf der Seite der negativen Elektrode angeordnet und das Relais 45 ist auf der Seite der positiven Elektrode angeordnet.
Die zusammengesetzte Batterie 30 ist mit einer Vielzahl von in Reihen geschalteten (vier Zellen im vorliegenden Beispiel) Lithiumionen-Sekundärbatterien (ein Beispiel der ”Energie-Speicher-Vorrichtung” der vorliegenden Erfindung) 31 gebildet. Es ist anzumerken, dass die ”Zelle” eine Anordnungs-Einheit der zusammengesetzten Batterie 30 darstellt und eine Zelle eine Lithiumionen-Sekundärbatterie 31 darstellt.
Der Strom-Erfassungs-Widerstand 41 weist eine Funktion zum Erfassen eines durch die Sekundärbatteriezellen 31 fließenden Stroms auf. Der Temperatur-Sensor 43 ist berührungsartig oder berührungslos und hat die Funktion, eine Temperatur [°C] der Sekundärbatteriezellen 31 zu messen. Der Strom-Erfassungs-Widerstand 41 und der Temperatur-Sensor 43 sind über Signal-Leitungen elektrisch mit der Verwaltungs-Vorrichtung 50 verbunden, und Erfassungs-Werte von dem Strom-Erfassungs-Widerstand 41 und dem Temperatur-Sensor 43 werden in die Verwaltungs-Vorrichtung 50 aufgenommen.
Das Relais (ein Beispiel der ”Abschalt-Vorrichtung” der vorliegenden Erfindung) 45 stellt eine Schutz-Vorrichtung, die einen Strom in einer anormalen Situation trennt, dar, um die Sicherheit der Batterie 20 zu garantieren. Das Relais 45 stellt ein Verriegelungs-Relais dar und umfasst eine Kontakt-Stelle 45a, eine Antriebs-Spule zur Einstellung 45b, einen Schalter 45c, eine Antriebs-Spule zum Rücksetzen 45d, einen Schalter 45e. Wenn der Schalter 45c geschlossen ist, um einen Strom durch die Antriebs-Spule zur Einstellung 45b fließen zu lassen, wird die Kontakt-Stelle 45a in einem geschlossenen Zustand gehalten, wodurch ein Strom durch die Batterie 20 fließt. Alternativ wird, um zu bewirken, dass ein Strom durch die Antriebs-Spule zum Rücksetzen 54d fließt, wenn der Schalter 45e geschlossen ist, der Kontaktpunkt 45a in einem offenen Zustand gehalten, wodurch der durch die Batterie 20 fließende Strom getrennt wird.
Die Vetwaltungs-Vorrichtung 50 ist mit einem Spannungs-Detektor 61 und einer Steuerung 70 ausgestattet. Der Spannungs-Detektor 61 ist mit den beiden Enden mit jeder der Sekundarbatteriezelleri 31 über Erfassungs-Leitungen verbunden, und hat eine Funktion zum Messen von Spannungen (Zellen-Spannungen) der Sekundärbatteriezellen 31 und einer Batterie-Spannung (eine Gesamtspannung der zusammengebauten Batterie 30) V₀.
Die Steuerung 70 enthält eine CPU 71, die eine zentrale Zentraleinheit darstellt, und einen Speicher 73. Die CPU 71 überwacht einen Strom I₀, der durch die Batterie 20 fließt, die Spannung V₀ und die Temperatur auf der Basis der Ausgänge von dem Strom-Erfassungs-Widerstand 41, dem Spannungs-Detektor 61 und dem Temperatur-Sensor 43, und berechnet einen SOC (Ladezustand) (SOC: State of Charge) der Batterie 20 auf der Basis eines integrierten Wertes des Stroms I₀. Der SOC kann das Verhältnis der Restkapazität zur tatsächlichen Kapazität sein.
Ferner weist die Steuerung 70 eine Funktion zum Steuern des Relais 45, durch Steuern des Öffnens und Schließens des Schalters 45c, auf. Der Speicher 73 speichert Informationen zur Überwachung der Batterie 20. Außerdem speichert der Speicher 73 Daten der Schwellenwerte Xa und Xb, auf deren Grundlage das Relais 45 betrieben wird.
Die Verwaltungs-Vorrichtung 50, das Relais 45 und der Strom-Erfassungs-Widerstand 41 sind auf der Leiterplatte 28 montiert und sind daher in der Batterie 20 bereitgestellt. Ferner ist auch der Temperatur-Sensor 43 in der Batterie 20 bereitgestellt.
3. Das Batterie-Leistungsvermögen, wenn das Fahrzeug fährt und wenn das Fahrzeug geparkt wird
Während das Fahrzeug fährt, wird vorzugsweise die Zufuhr von Energie zu dem Fahrzeug beibehalten, ohne das Relais 45 zu öffnen, bis die Batterie-Spannung eine nutzbare Spannungs-Grenze der Batterie 20 erreicht, so dass die Sicherheit des Fahrzeugs garantiert werden kann. Andererseits wird, während das Fahrzeug geparkt wird, die Restkapazität der Batterie 20 aufgrund eines Fahrzeug Dunkelstroms verringert. Um dieses Problem zu lösen, wird vorzugsweise das Relais 45 in Abhängigkeit von dem Grad der Abnahme der Restkapazität geöffnet, um den Dunkelstrom zu dem Fahrzeug zu trennen, so dass die Batterie-Spannung für ein vorbestimmtes Intervall nicht niedriger als die nutzbare Spannungs-Grenze wird.
Wie oben beschrieben, muss die Batterie 20 unterschiedliche Leistungsvermögen zwischen dem Zustand, in dem das Fahrzeug fährt, und dem Zustand, in dem das Fahrzeug geparkt wird, aufweisen. Daher werden in der Batterie 20 der vorliegenden Ausführungsform unterschiedliche Werte als Schwellenwert X verwendet, auf deren Grundlage das Relais 45 in dem Zustand, in dem das Fahrzeug fährt, und in dem Zustand, in dem das Fahrzeug geparkt wird, betrieben wird. Der Schwellenwert Xb ist, während das Fahrzeug geparkt wird, höher eingestellt als der Schwellenwert Xa, während das Fahrzeug fährt. Es ist anzumerken, dass der Ausdruck ”wird das Relais 45 betrieben” bedeutet, dass die Kontakt-Stelle 45a des Relais 45 von einem geschlossenen Zustand in einen offenen Zustand geschaltet wird.
(1) Der Schwellenwert Xa, während das Fahrzeug fährt
Das Relais 45 ist so gebildet, dass es durch die Batterie 20 als eine Energiezufuhr betrieben wird, wie in 4 gezeigt, und wenn die Batterie-Spannung V₀ niedriger wird als die minimale Betriebs-Spannung (z. B. 5 V) des Relais 45, wird das Relais 45 nicht mehr verwendbar. Es ist anzumerken, dass die Batterie-Spannung V₀ eine Gesamtspannung der zusammengesetzten Batterie 30 darstellt.
Wenn das Relais 45, welches eine Sicherheits-Vorrichtung darstellt, nicht verwendbar ist, kann die Batterie 20 nicht sicher verwendet werden. In Anbetracht der Tatsache, dass die nutzbare Spannungs-Grenze, mit der die Batterie 20 sicher verwendet werden kann, gleich der minimalen Betriebs-Spannung des Relais 45 sein sollte, wird der Schwellenwert Xa während des Fahrens des Fahrzeugs auf die minimale Betriebs-Spannung (5 V) des Relais 45 gesetzt.
Während das Fahrzeug fährt, vergleicht die Steuerung 70 die Batterie-Spannung V₀ mit dem Schwellenwert Xa, und wenn die Batterie-Spannung V₀ niedriger wird als der Schwellenwert Xa, bringt die Steuerung 70 das Relais 45 dazu, den Strom I₀ zu trennen. Durch diesen Betrieb arbeitet das Relais 45, während das Fahrzeug fährt, nicht, bis die Batterie-Spannung V₀ auf die nutzbare Spannungs-Grenze fällt, so dass die Energiezufuhr zum Fahrzeug aufrechterhalten werden kann. Das heißt, während das Fahrzeug fährt, kann die Zufuhr von Energie zu dem Fahrzeug bis nahezu dem Ende des betriebsfähigen Bereichs des Relais 45 aufrechterhalten werden.
(2) Der Schwellenwert Xb, während das Fahrzeug geparkt wird
5 zeigt die Batterie-Spannung V₀ nach Start des Parkens. Die Batterie 20 wird nach dem Start des Parkens aufgrund des Dunkelstroms zum Fahrzeug 1 und des Verbrauchs-Stroms der Verwaltungs-Vorrichtung 50 entladen; so fällt die Batterie-Spannung V₀ mit der Zeit ab.
Wie in 5 gezeigt, ist der Abfall der Batterie-Spannung V₀ kleiner, nachdem das Relais 45 betrieben wird, als bevor das Relais 45 betrieben wird. Dies liegt daran, dass nach dem Betrieb des Relais die Entladung mit dem zum Fahrzeug getrennten Dunkelstrom verringert wird.
Nachfolgend wird das Intervall nach Start des Parkens und bis zum Betrieb des Relais 45 als ein erstes Intervall T1 bezeichnet. Das Intervall, in dem das Relais 45 betrieben wird bis die Batterie-Spannung V₀ die nutzbare Spannungs-Grenze erreicht (insbesondere 5 V, die die minimale Betriebs-Spannung des Relais darstellt), wird als zweites Intervall T2 bezeichnet.
Das erste Intervall T1 kann aus einer Restkapazität C1 der Batterie 20 zu einem Zeitpunkt des Start des Parkens, einer Restkapazität C2 der Batterie 20 wenn das Relais betrieben wird, und einem Entladestrom Is1 der Batterie 20, berechnet werden. T1 = (C1 – C2)/Is1 Gleichung 1
6 zeigt numerische Beispiele, die verwendet werden, um das erste Intervall T1 und das zweite Intervall T2 zu berechnen. Die Restkapazität C1 der Batterie 20 zum Zeitpunkt des Start des Parkens kann durch Multiplizieren einer tatsächlichen Kapazität Co der Batterie 20 mit dem SOC zum Zeitpunkt des Start des Parkens berechnet werden. In den Beispielen von 6 beträgt die tatsächliche Kapazität Co der Batterie 20 60 Ah, der SOC zum Zeitpunkt des Start des Parkens beträgt 70% und die Restkapazität C1 der Batterie 20 zum Zeitpunkt des Starts des Parkens beträgt 42 Ah. Es anzumerken, dass die tatsächliche Kapazität Co eine Kapazität darstellt, die aus dem Zustand genommen werden kann, in dem die Batterie 20 vollständig geladen ist, bis zu dem Zustand in dem der SOC 0% beträgt.
Der Entladestrom Is1 stellt ein Entladestrom dar, der die Batterie 20 entlädt, wenn das Fahrzeug geparkt und das Relais 45 geschlossen wird. Der Entladestrom Is1 kann als Summe des Dunkelstroms (der Strom, der während das Fahrzeug geparkt wird von der Fahrzeug-ECU 16 und einer spezielle Ausrüstung wie die elektrische Ausrüstung 17, verbraucht wird) zum Fahrzeug, des Verbrauchs-Stroms der Verwaltungs-Vorrichtung 50 und einer Selbstentladungsmenge der Batterie 20 erhalten werden. Der Dunkelstrom zum Fahrzeug, der Verbrauchs-Strom der Verwaltungs-Vorrichtung 50 und die Selbstentladungsmenge der Batterie 20 können als Erfahrungs-Werte auf der Grundlage vergangener Ergebnisse verwendet werden. In den Beispielen von 6 beträgt der Dunkelstrom zum Fahrzeug 30 mA, der Verbrauchs-Strom der Verwaltungs-Vorrichtung 50 beträgt 0,25 mA und die Selbstentladungsmenge der Batterie 20 beträgt 0,3 mA. Daher beträgt der Entladestrom Is1 30,55 mA.
Wenn zum Beispiel das Relais 45 getrennt wird, wenn der SOC 0% beträgt, beträgt die Restkapazität C2 der Batterie bei Betrieb des Relais 20 0 Ah. Daher wird das erste Intervall T1 nach Gleichung 1 auf 1,374.8 Stunden berechnet, was 57.3 Tage entspricht, wenn die Stunden in Tage umgewandelt werden.
Das zweite Intervall T2 kann auf Basis einer entladbaren Kapazität C3 und eines Entladestroms Is2 der Batterie berechnet werden. T2 = C3/1s2 Gleichung 2
Die entladbare Kapazität C3 stellt eine Kapazität dar, die die Batterie 20 nach Betrieb des Relais entladen kann, bis die Batterie-Spannung V₀ die nutzbare Spannungs-Grenze erreicht (z. B. 5 V). Die entladbare Kapazität C3 kann aus einem Korrelationskennlinienschema (correlation characteristic graph) zwischen dem SOC und der in 7 gezeigten Zellen-Spannung berechnet werden. Es ist anzumerken, dass der Graph in 7 die Beziehung zwischen dem SOC und der Zellen-Spannung, wenn die Batterie mit einer niedrigen Rate entladen wird, die äquivalent zu dem Entladestrom Is2 ist, zeigt.
Die minimale Steuer-Spannung 5 V des Relais 45 wird in 1.25 V der Zellen-Spannung umgewandelt und der Wert des SOC beträgt –0,83%, wenn die Zellen-Spannung 1.25 V beträgt. Wenn daher das Relais 45 betrieben wird, wenn der SOC 0% beträgt, kann der entladbare SOC, der die Batterie 20 entladen kann bis die Batterie-Spannung V₀ auf 5 V sinkt, 0,83% betragen. Wenn diese Zahl in die Kapazität (0,83 × 60) umgewandelt wird, wird die entladbare Kapazität C3 auf 0,5 Ah berechnet.
Es ist anzumerken, dass, wie in 7 gezeigt, der SOC, der einer Zellen-Spannung von 1.25 V entspricht, ”–0,83” beträgt, was eine negative Zahl darstellt. Der Grund ist wie folgt. Im vorliegenden Beispiel ist 0% im SOC als der Fall definiert, in dem die Batterie mit einer Rate von 1C bis zu 2.0 V entladen wird; wenn daher bei einer niedrigen Rate, die dem Is2 entspricht, entladen wird, beträgt der SOC etwa 2.4 V 0%, wie in 7 gezeigt. Ein normaler Verwendungsbereich W der Sekundärbatterien 31 wird mit der Annahme von 0% im SOC als Untergrenze definiert. Der normale Verwendungsbereich W der Sekundärbatterien 31 weist einen Spielraum auf, um, zum Beispiel bei Überladung und Überentladung, geeignet verwendet zu werden. Der Bereich, in dem der SOC negativ ist, bedeutet, dass zusätzlich zu der Kapazität des normalen Verwendungsbereichs W der Sekundärbatterien 31 eine Kapazität entnommen werden kann. Zusätzlich weist der normale Verwendungsbereich W einen Spielraum auf, der als Sicherheitsfaktor in Bezug auf die Grenze der Verwendung der Sekundärbatterien 31 betrachtet wird, und die nutzbare Spannungsgrenze (1.25 V im vorliegenden Beispiel) ist niedriger als die untere (2.0 V im vorliegenden Beispiel) des normalen Verwendungsbereichs W für die 1C-Rate.
Der Entladestrom Is2 der Batterie 20 stellt ein Entladestrom dar, der die Batterie 20 entlädt wenn das Fahrzeug geparkt und das Relais 45 geöffnet wird. Der Entladestrom Is2 kann als Summe des Verbrauchs-Stroms I₀ der Verwaltungs-Vorrichtung 50 und einer Selbstentladungsmenge Ic der Batterie erhalten werden.
In den Beispielen von 6 beträgt der Verbrauchs-Strom der Verwaltungs-Vorrichtung 50 0.25 mA und die Selbstentladungsmenge der Batterie beträgt 0.3 mA. Somit beträgt der Entladestrom Is2 0.55 mA. Wenn daher das Relais 45 betrieben wird, wenn der SOC 0% beträgt, wird das zweite Intervall T2 nach Gleichung 2 auf 909.1 Stunden berechnet, was 37.9 Tage beträgt, wenn die Stunden in Tage umgewandelt werden.
Wenn daher das Relais 45 betrieben wird, wenn der SOC 0% beträgt, beträgt ein gesamtes Intervall T, das eine Summe des ersten Intervalls T1 und des zweiten Intervalls T2 darstellt, 95.2 Tage. T = T1 + T2 Gleichung 3
Wenn, wie oben beschrieben, der Wert des SOC, bei dem das Relais 45 betrieben wird, bestimmt wird, ist es möglich, das erste Intervall T1, das zweite Intervall T2 und das gesamte Intervall T zu berechnen. 8 zeigt die Berechnungsergebnisse von jeweils dem ersten Intervall T1, dem zweiten Intervall T2 und dem gesamten Intervall T für verschiedene SOC-Werte von 0.5%, 1%, 1.5%, 2% und 3%, bei denen das Relais 45 betrieben wird.
9 stellt ein Graph dar, in dem die horizontale Achse die Werte des SOC darstellt, wenn das Relais betrieben wird, und in dem die vertikale Achse die Intervalle T1, T2 und T darstellt. In dem Graph werden, wenn das Relais betrieben wird, das zweite Intervall T2 und das gesamte Intervall T in etwa proportional zum Wert des SOC länger.
Sogar nach dem Betrieb des Relais kann die Batterie 20 wieder verwendet werden, indem das Relais 45 wieder betrieben wird (Erregung der Antriebs-Spule zum Rücksetzen 45d, um die Kontaktstelle 45a zu schließen) wenn die Batterie-Spannung V₀ nicht niedriger als die nutzbare Spannungs-Grenze ist.
Daher wird in der vorliegenden Ausführungsform der Schwellenwert Xb für das Relais 45, während das Fahrzeug geparkt wird, so bestimmt, dass das gesamte Intervall T, das die Summe des ersten Intervalls T1 und des zweiten Intervalls T2 darstellt, länger als eine vorbestimmter Zeitraum (z. B., 150 Tage) sein kann.
Genauer gesagt, wie in 8 und 9 gezeigt, wenn das Relais 45 bei einem SOC von 1.5% oder mehr betrieben wird, ist das gesamte Intervall T gleich oder länger als 150 Tage. Wenn der Wert 1.5% des SOC in eine Zellen-Spannung umgewandelt wird, beträgt die Zellen-Spannung 2.8 V und diese Spannung entspricht der Batterie-Spannung V₀ von 11.2 V. Wenn daher der Schwellenwert Xb für das Relais 45, während das Fahrzeug geparkt wird, auf 11.2 V oder höher eingestellt ist, wird gesichert, dass das gesamte Intervall T 150 Tage oder länger ist.
Wenn das Relais 45 betrieben wird, um den Dunkelstrom zu dem Fahrzeug gleichzeitig mit Start des Parkens zu trennen, wird das gesamte Intervall T verlängert (am längsten). Wenn jedoch das Relais 45 einmal betrieben worden ist, und die Kontaktstelle 45a offen gehalten wird, dann ist eine spezielle Behandlung erforderlich, so dass das Relais 45 wieder verwendbar wird, um die Kontaktstelle 45a zu schließen. Zum Beispiel wird gewöhnlich ein Ladegerät oder dergleichen verwendet, um die Batterie 20 aufzuladen. Dies liegt daran, dass die Verwaltungs-Vorrichtung 50 die Antriebs-Spule zum Rücksetzen 45d so steuert, das sie erregt wird, um die Kontakt-Stelle 45a auf der Grundlage einer Bedingung zu schließen, die die Verbindung des Ladegeräts mit den externen Anschlüssen 22P und 22N erfasst.
Während eines vorbestimmten Intervalls nach Start des Parkens wird die Batterie 20 vorzugsweise ohne eine solche spezielle Behandlung verwendet. Daher wird in der vorliegenden Ausführungsform der Schwellenwert Xb für das Relais 45, während das Fahrzeug geparkt wird, auf 11.2 V gesetzt, so dass gesichert ist, dass das gesamte Intervall T 150 Tage oder länger ist und somit das erste Intervall T1 (das Intervall in der die Batterie ohne besondere Behandlung verwenden kann) verlängert (am längsten) wird.
Ferner wird in der vorliegenden Ausführungsform, während das Fahrzeug geparkt wird, der Schwellenwert Xb für das Relais 45 für jeweilige SOCs zum Zeitpunkt des Starts des Parkens, vorher berechnet. Die SOCs zum Zeitpunkt des Starts des Parkens und der Schwellenwert Xb für das Relais 45, während das Fahrzeug geparkt wird, werden in einer Datentabelle (10), die in dem Speicher 73 gespeichert ist, miteinander in Verbindung gebracht.
Wenn erkannt wird, dass das Fahrzeug 1 mit den Parken startet, greift die Verwaltungs-Vorrichtung 50 auf die in dem Speicher 73 gespeicherte Datentabelle zu, um den Schwellenwert Xb zu wählen, der dem SOC zum Zeitpunkt des Startvorgangs entspricht.
4. Ein Schalt-Vorgang des Schwellenwerts X durch die Verwaltungs-Vorrichtung
Nach der Inbetriebnahme führt die Verwaltungs-Vorrichtung 50 einen Vorgang durch, um den Zustand der Batterie 20 zu überwachen. Insbesondere überwacht die Verwaltungs-Vorrichtung 50 jeweils den Strom I₀, die Spannung V₀ und die Temperatur der Batterie von den jeweiligen Ausgängen des Strom-Erfassungs-Widerstands 41, des Spannungs-Detektors 61 und des Temperatur-Sensors 43, und integriert den Strom I₀ um den SOC der Batterie 20 zu berechnen.
Ferner führt die Verwaltungs-Vorrichtung 50 einen in 11 gezeigten Schalt-Vorgang parallel zur Überwachung der Batterie 20 durch, Der Schalt-Vorgang besteht aus drei Schritten, den Schritten von S10 bis S30; und in Schritt S10 führt die Verwaltungs-Vorrichtung 50 einen Vorgang durch, um den Zustand des Fahrzeugs zu bestimmen. Im vorliegenden Beispiel wird aus dem Strom der Batterie 20 bestimmt, ob sich das Fahrzeug im Fahrzustand oder im Parkzustand befindet. Wenn der von dem Strom-Erfassungs-Widerstand 41 erfasste Strom I₀ größer als ein vorgeschriebener Wert ist (z. B. 1 A), befindet sich das Fahrzeug im Fahrzustand. Wenn andererseits der Strom I₀ kleiner als der vorgeschriebene Wert für ein vorbestimmtes Intervall ist, befindet sich das Fahrzeug im Parkzustand. Es ist anzumerken, dass der Parkzustand ein Zustand darstellt, in dem mindestens eine Antriebs-Einheit wie eine Maschine oder ein Motor gestoppt wird, und in dem sich das Fahrzeug für ein vorbestimmtes Intervall nicht bewegt.
Alternativ kann der Zustand des Fahrzeugs aus dem Betriebszustand der Antriebs-Einheit, wie eine Maschine oder einem Motor, oder aus einer Häufigkeit der Kommunikation zwischen dem Fahrzeug und der Batterie bestimmt werden. Das heißt, in dem Fall, dass das Fahrzeug 1 mit der Batterie 20 Information über den Betriebszustand der Antriebs-Einheit, wie zum Beispiel eine Maschine oder einen Motor, kommunizieren kann, befindet sich das Fahrzeug 1 im Fahrzustand und die Antriebs-Einheit, wie eine Maschine oder ein Motor, wird betrieben. Das Fahrzeug 1 befindet sich im Parkzustand, wenn der Betrieb der Antriebs-Einheit, wie zum Beispiel eine Maschine oder ein Motor, für ein vorbestimmtes Intervall aufhört. Ferner ist die Häufigkeit der Kommunikation zwischen dem Fahrzeug und der Batterie höher, während das Fahrzeug fährt, als während das Fahrzeugs geparkt wird. Daher kann die Bestimmung aus der Häufigkeit der Kommunikation erfolgen.
Wenn dann die Verwaltungs-Vorrichtung 50 bestimmt, dass sich das Fahrzeug 1 im Fahrzustand befindet, setzt die Verwaltungs-Vorrichtung 50 den Schwellenwert, an dem das Relais 45 betrieben wird, auf den Wert Xa (Schritt S20). Wenn die Verwaltungs-Vorrichtung 50 andererseits bestimmt, dass sich das Fahrzeug 1 im Parkzustand befindet, setzt die Verwaltungs-Vorrichtung 50 den Schwellenwert, an dem das Relais 45 betrieben wird, auf den Wert Xb (Schritt S30).
Der Schalt-Vorgang des Schwellenwertes X (11) wird wiederholt durchgeführt, während die Verwaltungs-Vorrichtung 50 die Batterie 20 überwacht. Wenn sich der Zustand des Fahrzeugs ändert, wird daher der Schwellenwert X entsprechend geändert.
Anschließend vergleicht die Verwaltungs-Vorrichtung 50 die Batterie-Spannung V₀ mit dem Schwellenwert Xa während das Fahrzeug fährt, und wenn die Batterie-Spannung V₀ niedriger ist als der Schwellenwert Xa, betreibt die Verwaltungs-Vorrichtung 50 das Relais 45 so, dass es den durch die Batterie 20 fließenden Strom trennt. Zusätzlich vergleicht die Verwaltungs-Vorrichtung 50 die Batterie-Spannung V₀ mit dem Schwellenwert Xb während das Fahrzeug geparkt wird, und wenn die Batterie-Spannung V₀ niedriger ist als der Schwellenwert Xb, betreibt die Verwaltungs-Vorrichtung 50 das Relais 45 so, dass das Relais 45 den durch die Batterie 20 fließenden Strom trennt.
5. Die Beschreibung der Wirkungen
In Bezug auf die Batterie 20 weist der Schwellenwert Xa bei dem das Relais 45 betrieben wird, wenn das Fahrzeug fährt, und der Schwellenwert Xb, bei dem das Relais 45 betrieben wird, wenn das Fahrzeug geparkt wird, unterschiedliche Werte auf. Daher ist es möglich, das Batterievermögen zu erreichen, das für jeden der Zustände, in denen das Fahrzeug fährt, und den Zustand, in dem das Fahrzeug geparkt wird, geeignet ist. Insbesondere ist der Schwellenwert Xa, während das Fahrzeug fährt, niedriger als der Schwellenwert Xb, während des Fahrzeug geparkt wird; daher kann die Energiezufuhr zum Fahrzeug auf eine niedrigere Batterie-Spannung V₀ gehalten werden, während das Fahrzeug fährt, als während das Fahrzeug geparkt wird. Zusätzlich ist es möglich, den Abfall der Kapazität der Batterie 20 zu verhindern oder zu reduzieren, indem das Relais 45 mit einer höheren Spannung betrieben wird, während das Fahrzeug geparkt wird, als wenn das Fahrzeug fährt, um den Fahrzeug Dunkelstrom zu trennen.
<Andere Ausführungsformen>
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die in der obigen Beschreibung und den Zeichnungen beschriebene Ausführungsform beschränkt, zum Beispiel sind die folgenden Ausführungsformen auch in dem technischen Umfang der vorliegenden Erfindung enthalten.

(1) In der vorliegenden Ausführungsform wird als ein Beispiel der Energie-Speicher-Vorrichtung die Lithiumionen-Sekundärbatterie 31 beispielhaft beschrieben; es können jedoch auch andere Sekundärbatterien wie eine Nickel-Metall-Hydrid-Sekundärbatterie verwendet werden. Ferner kann ein Kondensator oder andere Vorrichtungen verwendet werden. In der vorliegenden Ausführungsform wird als ein Beispiel der Batterie eine Mehrzellen-Anordnung beispielhaft beschrieben; jedoch kann eine Einzelzellen-Anordnung verwendet werden.
(2) In der vorliegenden Ausführungsform ist als ein Beispiel der Abschalt-Vorrichtung das Relais 45 beispielhaft beschrieben; jedoch kann ein Halbleiterschalter, wie ein FET oder ein Transistor, verwendet werden. Zusätzlich wird als Relais ein Verriegelungsrelais beschrieben; jedoch kann ein Relais ohne Verriegeiungsfunktion venwendet werden.
(3) In der vorliegenden Ausführungsform sind die Schwellenwerte Xa und Xb durch die Batterie-Spannung V₀ definiert, bei der das Relais 45 getrennt wird; jedoch kann die Zellen-Spannung der Sekundärbatterien 31 zur Definition verwendet werden. Beispielsweise kann das folgende Verfahren verwendet werden. Der Schwellenwert Xa, während das Fahrzeug geparkt wird, wird auf 2.8 V der Zellen-Spannung eingestellt, und der Schwellenwert Xb während des Fahrens des Fahrzeugs wird auf 1.25 V der Zellen-Spannung eingestellt. Während das Fahrzeug geparkt wird, wird die minimale Zellen-Spannung mit dem Schwellenwert Xa verglichen, um zu bestimmen, ob das Relais 45 betreibbar ist oder nicht. Während das Fahrzeug fährt, wird die minimale Zellen-Spannung mit dem Schwellenwert Xb verglichen, um zu bestimmen, ob das Relais 45 betreibbar ist oder nicht. Alternativ können die Schwellenwerte Xa und Xb durch die Restkapazität oder den SOC der Batterie definiert werden, anders als die Batterie-Spannung und die Zellen-Spannung.
(4) Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Größenbeziehung zwischen dem Schwellenwert Xa für das Relais 45, während das Fahrzeug fährt, und dem Schwellenwert Xb für das Relais 45, während das Fahrzeug geparkt wird, Xa < Xb, jedoch kann die Beziehung als Xa > Xb definiert werden.
(5) In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Beispiel beschrieben, in dem der Schwellwert Xb, bei dem das Relais betrieben wird, so eingestellt ist, dass das gesamte Intervall T, das insgesamt das erste Intervall T1 und das zweite Intervall T2 darstellt, 150 Tage oder länger ist. Allerdings ist die Zahl von 150 Tagen ein Beispiel, und eine andere Anzahl von Tagen, wie 200 Tage, kann verwendet werden.
(6) In der vorliegenden Ausführungsform wird eine Anordnung beispielhaft beschrieben, bei der die Datentabelle in 10 vorher in dem Speicher abgespeichert ist; wenn jedoch das Parken des Fahrzeugs gestartet wird, kann der Schwellenwert Xb durch das Berechnungsverfahren, das in der ersten Ausführungsform beispielhaft beschrieben ist, aus der Restkapazität der Batterie zum Zeitpunkt des Starts des Parkens, der Entladeströme Is1 und Is2 der Batterie und den Daten der minimalen Antriebs-Spannung des Relais berechnet werden, so dass das gesamte Intervall T und das erste Intervall T1 eine gewünschte Anzahl von Tagen aufweisen.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 11-334498 A [0002]

Claims

Energie-Speicher-System für ein Fahrzeug, wobei das Energie-Speicher-System umfasst: eine Energie-Speicher-Vorrichtung; und eine Abschalt-Vorrichtung, die einen Strom zu/von der Energie-Speicher-Vorrichtung trennt, wenn eine Spannung oder eine Kapazität der Energie-Speicher-Vorrichtung niedriger ist als ein Schwellenwert, wobei der Schwellenwert für die Abschalt-Vorrichtung zwischen einem Zustand, in dem das Fahrzeug fährt, und einem Zustand, in dem das Fahrzeug geparkt wird, unterschiedlich ist.
Energie-Speicher-System für ein Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei, wenn das Fahrzeug fährt, der Schwellenwert für die Abschalt-Vorrichtung niedriger ist, als wenn das Fahrzeug geparkt wird.
Energie-Speicher-System für ein Fahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Abschalt-Vorrichtung durch eine von der Energie-Speicher-Vorrichtung zugeführte Energie betrieben wird, und der Schwellenwert für die Abschalt-Vorrichtung, während das Fahrzeug fährt, eine minimale Antriebs-Spannung der Abschalt-Vorrichtung darstellt.
Energie-Speicher-System für ein Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Abschalt-Vorrichtung durch eine Energie von der Energie-Speicher-Vorrichtung betrieben wird, und der Schwellenwert für die Abschalt-Vorrichtung, während das Fahrzeug geparkt wird, eine Spannung darstellt, die höher ist als eine minimale Antriebs-Spannung der Abschalt-Vorrichtung.
Energie-Speicher-System für ein Fahrzeug nach Anspruch 4, wobei der Schwellenwert für die Abschalt-Vorrichtung, während des Fahrzeugs geparkt wird, so eingestellt ist, dass ein gesamtes Intervall, das sich aus einem ersten Intervall und einem zweiten Intervall zusammensetzt, gleich oder länger als ein vorbestimmtes Intervall ist, wobei das erste Intervall ein Intervall vom Start des Parkens, bis die Abschalt-Vorrichtung einen Abschalt-Vorgang ausführt, darstellt und wobei das zweite Intervall ein Intervall darstellt, nachdem die Abschalt-Vorrichtung das Abschalten ausgeführt hat und in der die Energie-Speicher-Vorrichtung bei erneutem Betrieb der Abschalt-Vorrichtung wieder verwendbar wird.
Energie-Speicher-System für ein Fahrzeug nach Anspruch 5, wobei der Schwellenwert für die Abschalt-Vorrichtung, während das Fahrzeugs geparkt wird, so eingestellt ist, dass das gesamte Intervall gleich oder länger als das vorgegebene Intervall ist und dass das erste Intervall am längsten ist.
Fahrzeug das die Energie-Speicher-System nach einem der Ansprüche 1 bis 6 umfasst.