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JP2017201850A - 電源装置および車両 - Google Patents

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JP2017201850A JP2016092695A JP2016092695A JP2017201850A JP 2017201850 A JP2017201850 A JP 2017201850A JP 2016092695 A JP2016092695 A JP 2016092695A JP 2016092695 A JP2016092695 A JP 2016092695A JP 2017201850 A JP2017201850 A JP 2017201850A
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Abstract

【課題】 環境への影響を低減し、安全な電源装置を提供する。【解決手段】 実施形態の電源装置は、第1蓄電池BT1と、第1蓄電池BT1の正極と電気的に接続可能な第1正極端子PT1と、第1蓄電池BT1の正極と第1正極端子PT1との電気的接続を切り換える第1スイッチSW1と、第1蓄電池BT1の正極と電気的に接続した第2正極端子PT2と、第1蓄電池BT1の負極と電気的に接続した負極端子MTと、第1スイッチSW1の開閉を制御する電池管理装置10と、を備え、第1スイッチSWはノーマリ—オープンである。【選択図】図1

Description

本発明の実施形態は、電源装置および車両に関する。
鉛蓄電池は、比較的安価であって充放電の管理が容易であることから様々な機器の電源として採用されている。例えば、車両に搭載されている電装部品や車両ECU(Electric Control Unit)などは、12Vの鉛蓄電池を電源として動作するように構成されている。しかしながら、鉛蓄電池は劣化による定期的な交換が必要であった。また、鉛蓄電池は容量に対する重量が大きく、充電に時間を要するために携帯機器の電源や電動車両の駆動電源などに用いることは困難であった。
近年、車両が廃棄された時の廃棄物の量を減らすこと、および、有害物質の使用を制限することが望まれている。2000年9月に制定された2000/53/EC(ELV指令)では、鉛は使用禁止材料に指定されている。
一方で、リチウムイオン蓄電池は、入出力性能に優れ、容量に対する重量が小さいため、携帯機器の電源や電動車両の駆動電源などに用いられている。しかしながら、リチウムイオン蓄電池は、過充電によって内部温度が上昇し、セルが破裂発火に至る可能性があるため、各セルの電圧および電流をモニタし過充電状態に至らないように制御することが一般的である。リチウムイオン蓄電池の各セルの電圧を常時モニタし所定の電圧、電流、充電状態(SOC: state of charge)を超えた場合には、充電電圧、充電電流を抑制する制御が実施され、所定の電圧、電流、SOCを超えた場合には、主回路と電池との間に配置された開閉手段を開く制御が実施されている。
特許第5493616号公報 特開2014−200123号公報
例えば、車両の電装部品や車両ECUの電源としてリチウムイオン蓄電池を採用すると、過充電状態や過放電状態となったときにリチウムイオン蓄電池と主回路とが遮断され、車両ECUへの電力供給も遮断されてしまうことになる。
本発明の実施形態は、上記事情を鑑みて成されたものであって、環境への影響を低減し、安全な電源装置および車両を提供することを目的とする。
実施形態による電源装置は、第1蓄電池と、前記第1蓄電池の正極と電気的に接続可能な第1正極端子と、前記第1蓄電池の正極と前記第1正極端子との電気的接続を切り換える第1スイッチと、前記第1蓄電池の正極と電気的に接続した第2正極端子と、前記第1蓄電池の負極と電気的に接続した負極端子と、前記第1スイッチの開閉を制御する電池管理装置と、を備え、前記第1スイッチはノーマリ―オープンである。
図1は、第1実施形態の電源装置および車両の構成の一例を説明するための図である。 図2は、第2実施形態の電源装置および車両の構成の一例を説明するための図である。 図3は、第3実施形態の電源装置および車両の構成の一例を説明するための図である。 図4は、第4実施形態の電源装置および車両の構成の一例を説明するための図である。 図5は、第5実施形態の電源装置および車両の構成の一例を説明するための図である。
以下、複数の実施形態の電源装置および車両について、図面を参照して説明する。
図1は、第1実施形態の電源装置および車両の構成の一例を説明するための図である。
本実施形態の電源装置1は、車両に搭載されている。車両は、電源装置1と、発電機2と、原動機3と、スターターモータ4と、切替器5と、補機6と、を備えている。
原動機3は、車両を駆動する機械エネルギーを生成する内燃機関である。
発電機2は、原動機3からの機械エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機であって、例えば交流電力を発電し、直流に変換する。
スターターモータ4は、原動機3が起動する際の動力を供給する。スターターモータ4は、切替器5を介して主回路と接続されている。
切替器5は、接続と遮断とを電気的に切替え可能であって、原動機3を起動する際に接続される。切替器5は、イグニッションがオフのときや、通常の走行時、車両のアイドリングストップ中は遮断される。
補機6は、車両に搭載された電装部品である。補機6は、電源装置1から供給される電力を電源とする。すなわち、本実施形態の車両において、スターターモータ4と補機6は電源装置1の負荷である。
電源装置1は、第1蓄電池BT1と、第1スイッチSW1と、電流検出器CS1と、電池管理装置10と、第1正極端子PT1と、第2正極端子PT2と、負極端子MTと、を備えている。
第1正極端子PT1は、発電機2とスターターモータ4との間に延びた主回路(12V系統)と電気的に接続している。第2正極端子PT2は、補機6との間に延びた主回路(12V系統)と電気的に接続している。電源装置1の負極端子MTは接地されている。すなわち、第1正極端子PT1には電源装置1への充電電流が入力され、第1正極端子PT1から電源装置1の放電電流が出力される。第2正極端子PT2は電源装置1から電源装置1の放電電流が出力するが、第2正極端子PT2には電源装置1への充電電流は入力されない。すなわち、第2正極端子PT2は放電専用の端子である。第2正極端子PT2に接続した主回路、および、第2正極端子PT2は例えば、電源の端子カバー、あるいは、車両の筐体や、保護具により覆われ、外部からユーザが容易に充電器を接続することが不可能となっている。
第1蓄電池BT1は、複数のリチウムイオン電池セル(図示せず)を含む組電池である。第1蓄電池BT1の正極は、電池管理装置10に制御されて電源装置1の第1正極端子PT1に接続している。また、第1蓄電池BT1の正極は、第2正極端子PT2に電気的に直接接続している。
第1蓄電池BT1の負極端子は電源装置1の負極端子MTと電気的に接続している。電流検出器CS1は、第1蓄電池BT1の充電電流および放電電流を検出し、検出結果を電池管理装置10へ供給する。
第1スイッチSW1は、第1蓄電池BT1の正極と電源装置1の第1正極端子PT1とを接続する経路に介在し、第1蓄電池BT1と第1正極端子PT1とを電気的に接続又は遮断する切替手段である。第1スイッチSW1は、例えばノーマリオープンの切替手段であって、電磁式のリレーで構成してもよく、FET等の半導体スイッチで構成してもよい。なお、第1スイッチSW1を自己保持型のリレーとすることで、第1スイッチSW1における消費電力を低減することができる。第1スイッチSW1の接続状態は、第1スイッチ制御回路14により切替えられる。
車両が駐車中は、第1蓄電池BT1は第2正極端子PT2経由で補機6に電源供給する。車両の原動機3の始動時は、上位制御装置である車両ECUはイグニッションがオンとなったことを電池管理装置10の制御回路11へ通知し、後述する制御回路11が第1スイッチ制御回路14を制御することにより第1蓄電池BT1が第1正極端子PT1に接続され、第1蓄電池BT1からスターターモータ4へ電源供給可能となる。原動機3の始動後も、発電機2から第1蓄電池BT1に充電が可能となる。また、アイドリングストップ時は切替器5が開いた状態であり、アイドリングストップしている状態からエンジン再始動する際には、切替器5を閉じて第1蓄電池BT1からスターターモータ4への放電を可能とする。
第1電池監視回路12は、第1蓄電池BT1の複数の電池セルそれぞれの電圧と、複数の電池セル近傍の温度とを周期的に検出する。第1電池監視回路12は、検出した電圧と温度とを示す値を制御回路11へ供給する。
制御回路11は、例えばCPU(central processing unit)やMPU(micro processing unit)などのプロセッサとメモリとを備えている。制御回路11は、電流検出器CS1で検出された電流の値と、第1電池監視回路12で検出された電圧および温度の値とを用いて、第1蓄電池BT1のSOCを演算する。第1蓄電池BT1のSOCを算出する際に、電流検出器CS1で検出された電流の値を用いることにより、SOCの演算の精度を良くすることができる。また、制御回路11はPT1、PT2のモジュール電圧の検出も可能に構成されている。
制御回路11は、図示しない車両ECU(上位制御装置)からの制御信号や演算したSOCに基づいて、第1電池監視回路12と、第1スイッチ制御回路14と、第1スイッチSW1と、の動作を制御する。制御回路11は、第1蓄電池BT1から電源が供給される。
第1スイッチ制御回路14には第1蓄電池BT1から電源が供給されている。車両が駐車している間は、第1スイッチ制御回路14は低消費電力モード(スタンバイ状態)で起動しているものとしてもよい。
次に、上記の電源装置1の動作について説明する。
車両が駐車しているときには、第1スイッチSW1が開いた状態である。また、切替器5は開いた状態で、スターターモータ4は主回路から切り離されている。したがって、車両の駐車中するときには第1蓄電池BT1が第2正極端子PT2を介して補機6へ延びた主回路と電気的に接続し、第1蓄電池BT1から補機6へ電源が供給される。
車両の駐車している期間も、制御回路11は、周期的に、電流検出器CS1および電池監視回路12から、第1蓄電池BT1の電池セルの電圧および電流の値を取得し、第1蓄電池BT1のSOCを演算する。なお、制御回路11がSOCを演算する周期は、車両が駆動している期間と車両が駐車している期間とで異なる周期であってもよい。車両が駐車している期間は、第1蓄電池BT1のSOCの変化が小さいため、駆動時よりも長い周期でSOCの演算を行ってもよい。
車両が駐車している状態が継続すると、第1蓄電池BT1の放電が進んだ状態となる。制御回路11は、第1蓄電池BT1のSOCの演算値に基づき、第1蓄電池BT1のSOC(又は電圧)が所定の始動電流性能を達成するための閾値(第1閾値)を満たすことができないと判断したときに、“SOC低下”を示すアラームを上位制御装置へ通知する。
SOC低下のアラームを通知した後、第1蓄電池BT1の放電がさらに進み、第1蓄電池BT1のSOC(又は電圧)が蓄電池装置1の冷間始動可能な下限値(第2閾値)に至った場合、制御回路11は、“冷間始動不可”を示すアラームを上位制御装置へ通知する。
なお、上記第1閾値は、第1蓄電池BT1を正常動作させるための閾値とし、冷間始動が可能な第2閾値に対して余裕(マージン)をもった値である。
さらに車両が駐車している状態が継続し、第1蓄電池BT1の放電が進んだ場合、第1蓄電池BT1のSOCの演算値に基づき、第1蓄電池BT1のSOC(又は電圧)が蓄電池装置1の始動可能な下限値(第3閾値)未満となると、制御回路11は、電源装置1の故障を示す値を上位制御装置へ通知する。この場合、制御回路11は、第1スイッチSW1が開いた状態を維持し、第1蓄電池BT1から補機6へ電力供給が継続され、上位制御装置は原動機3が始動しないように制御する。
制御回路11は、第1蓄電池BT1を充電するときには、リレー制御回路14を制御して第1スイッチSW1を閉じ、第1正極端子と第1蓄電池BT1の正極とを電気的に接続する。第1蓄電池BT1は、充電器(発電機2)から供給される電流により充電される。
第1蓄電池BT1を充電している間、制御回路11は、第1電池監視回路12から供給される電圧と温度の値と電流検出器CS1から供給される電流の値とから、第1蓄電池BT1が過充電とならないように制御する。すなわち、第1蓄電池BT1の充電が進み、第1蓄電池BT1を構成する電池セルのいずれかの電圧(又はSOC)が過充電状態(第1過充電閾値以上)まで高くなると、制御回路11は、第1スイッチ制御回路14により第1スイッチSW1を開いて第1蓄電池BT1と第1正極端子PT1とを切り離す。なお、第1過充電閾値は、リチウムイオン電池が破裂発火に至る危険な状態となる前の電圧(又はSOC)であって、充電電流の供給を停止することにより、リチウムイオン電池の安全性を担保することが可能な値とする。
上記のように第1蓄電池BT1の充電制御を行うことにより、第1蓄電池BT1が過充電により危険な状態になることを回避することができる。また、第1蓄電池BT1が危険な状態に至る前に充電電流の供給を停止し、かつ、第2正極端子PT2から補機6や上位制御装置への電源を供給することが可能となるため、車両の制御を停止することなく電源装置1の安全性を担保することが可能となる。すなわち、本実施形態によれば、環境への影響を低減し、安全な電源装置を提供することができる。
さらに、第1蓄電池BT1および第2蓄電池BT2としてリチウムイオン蓄電池を用いた場合であっても、過充電状態に至ることを回避することが可能であり、安全性を担保した電源装置および車両を提供することができる。
次に、第2実施形態の電源装置および車両について図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、上述の第1実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
図2は、第2実施形態の電源装置1および車両の構成の一例を説明するための図である。
本実施形態の電源装置1は、上述の第1実施形態の電源装置1と同様の構成である。本実施形態では、第2正極端子PT2に、切替器5を介してスターターモータ4が接続している点で、上述の第1実施形態と異なっている。
すなわち、スターターモータ4への電源供給は切替器5を開閉することのみによって切り替えられる。すなわち、スターターモータ4への電源供給は、制御回路11に関係なく上位制御装置で制御されることになる。
上記のように構成した場合であっても、上述の第1実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、本実施形態によれば、環境への影響を低減し、安全な電源装置を提供することができる。
次に、第3実施形態の電源装置および車両について図面を参照して説明する。
図3は、第3実施形態の電源装置1および車両の構成の一例を説明するための図である。
本実施形態の電源装置1は、第2蓄電池BT2と、第2スイッチSW2と、電流検出器CS2と、を更に備えている。電池管理装置10は、第2電池監視回路13と、第2リレー制御回路15と、電源切替スイッチ16−1,2,3,4、17−1,2,3,4と、を更に備えている。
第2蓄電池BT2は、複数のリチウムイオン電池セル(図示せず)を含む組電池である。第2蓄電池BT2の正極は電池管理装置10を介して電源装置1の第1正極端子PT1および第2正極端子PT2と電気的に接続している。第2蓄電池BT2の負極端子は電源装置1の負極端子MTと電気的に接続している。
電流検出器CS2は、第2蓄電池BT2の負極と負極端子MTとの間に挿入されている。電流検出器CS2は、第2蓄電池BT2の充電電流および放電電流を検出し、検出結果を電池管理装置10へ供給する。
第1蓄電池BT1と第2蓄電池BT2とは互いに並列に接続している。第1蓄電池BT1のエネルギー密度は、第2蓄電池BT2のエネルギー密度以上である。第1蓄電池BT1は、第2蓄電池BT2よりも長期間の低電流放電に適した特性を有していることが望ましい。第2蓄電池BT2は、第1蓄電池BT1よりも入出力密度が同等以上の電池セルで構成され、発電機2からの充電など大電流による充放電に適した特性を有していることが望ましい。第1蓄電池BT1と第2蓄電池BT2とは、SOCに対する回路電圧(OCV)が略等しくなるように構成されている。
第2スイッチSW2は、第2蓄電池BT2の正極と、電源装置1の第1正極端子PT1および第2正極端子PT2との接続経路に介在し、第2蓄電池BT2と第1正極端子PT1および第2正極端子PT2とを電気的に接続又は遮断する。第2スイッチSW2は、例えばノーマリオープンの切替手段であって、電磁式のリレーで構成してもよく、FET等の半導体スイッチで構成してもよい。なお、第2スイッチSW2を自己保持型のリレーとすることで、第2スイッチSW2における消費電力を低減することができる。第2スイッチSW2の接続状態は、第2スイッチ制御回路15により切替えられる。本構成によって、原動機始動後は、ノーマリオープンの切替手段である第1スイッチSW1および第2スイッチSW2を閉じるために消費電力を必要とするが、駐車時には、第1スイッチSW1および第2スイッチSW2は開いた状態となるため、励磁電力が不要となり、低消費電力化を実現でき、かつ、相対的に高エネルギー密度である第1蓄電池BT1から駐車時には低い電流で放電することが可能になる。
第2電池監視回路13は、第2蓄電池BT2の複数の電池セルそれぞれの電圧と、複数の電池セル近傍の温度とを周期的に検出する。第2電池監視回路13は、検出した電圧と温度との値を制御回路11へ供給する。
電源切替スイッチ16−1,2,3,4は、第1蓄電池BT1から第1スイッチ制御回路14、第2スイッチ制御回路15、および、制御回路11への電源供給を切替える。電源切替スイッチ16−1は、第1蓄電池BT1から、第1スイッチ制御回路14、第2スイッチ制御回路15、および、制御回路11全てへの電源供給を切替える。電源切替スイッチ16−2は、電源切替スイッチ16−1と第1スイッチ制御回路14との間に介在し、第1蓄電池BT1から第1スイッチ制御回路14への電源供給を切替える。電源切替スイッチ16−3は、電源切替スイッチ16−1と第2スイッチ制御回路15との間に介在し、第1蓄電池BT1から第2スイッチ制御回路15への電源供給を切替える。電源切替スイッチ16−4は、電源切替スイッチ16−1と制御回路11との間に介在し、第1蓄電池BT1から制御回路11への電源供給を切替える。
電源切替スイッチ17−1,2,3,4は、第2蓄電池BT2から第1スイッチ制御回路14、第2スイッチ制御回路15、および、制御回路11への電源供給を切替える。電源切替スイッチ17−1は、第1蓄電池BT2から、第1スイッチ制御回路14、第2スイッチ制御回路15、および、制御回路11全てへの電源供給を切替える。電源切替スイッチ17−2は、電源切替スイッチ17−1と第1スイッチ制御回路14との間に介在し、第2蓄電池BT2から第1スイッチ制御回路14への電源供給を切替える。電源切替スイッチ17−3は、電源切替スイッチ17−1と第2スイッチ制御回路15との間に介在し、第2蓄電池BT2から第2スイッチ制御回路15への電源供給を切替える。電源切替スイッチ17−4は、電源切替スイッチ17−1と制御回路11との間に介在し、第2蓄電池BT1から制御回路11への電源供給を切替える。
電源切替スイッチ16−1,2,3,4が導通しているときには、第1蓄電池BT1から第1スイッチ制御回路14、第2スイッチ制御回路15、および、制御回路11に電源が供給される。電源切替スイッチ17−1,2,3,4が導通しているときには、第2蓄電池BT2から第1スイッチ制御回路14、第2スイッチ制御回路15、および、制御回路11に電源が供給される。
車両が駐車している期間は、第1スイッチSW1および第2スイッチSW2が開いた状態である。長期駐車時には、第1蓄電池BTの放電が進み、第1蓄電池BT1と第2蓄電池BT2との電圧差(SOC差)が拡大する。第1蓄電池BT1と第2蓄電池BT2との電圧差が拡大した状態で、第1スイッチSW1および第2スイッチSW2を閉じて第1蓄電池BT1と第2蓄電池BT2とを並列に接続すると、電圧が高い第2蓄電池BT2から電圧が低い第1蓄電池BT1へ突入電流が流れ、経路にあるスイッチ(リレー)などの故障の原因となる。
これを回避するために、制御回路11は、第1蓄電池BT1と第2蓄電池BT2との電圧差(又はSOC差)が所定の閾値(差分上限値)以上にとなったときに、第1スイッチSW1および第2スイッチSW2を閉じて、第2蓄電池BT2から第1蓄電池BT1へ充電を行い、第1蓄電池BT1と第2蓄電池BT2との電圧差(又はSOC差)を所定の閾値(許容差分値)未満とする。なお、第1蓄電池BT1と第2蓄電池BT2の電圧差(又はSOC差)の許容差分値は、差分上限値よりも小さい値であって、前記、差分上限値は第1蓄電池BT1と第2蓄電池BT2とを並列に接続した際に一方へ流れる電流により、故障などが生じない程度に十分小さな電圧(又はSOC)の差分値である。
上記のように車両の駐車中に第1蓄電池BT1と第2蓄電池BT2との電圧を均等化することにより、第1蓄電池BT1は充電されるため、車両が駐車中の電源装置1(第1蓄電池BT1)による放電時間を延長することができ、車両が始動するときに第2蓄電池BT1から第1蓄電池BT1へ突入電流が流れることを回避することができる。
また、第1スイッチSW1および第2スイッチSW2閉じたときに第1蓄電池BT1への突入電流を抑えるために、イグニッションがオフからオンとなりスターターモータ4が原動機3を始動するとき、制御回路11が、第2スイッチSW2を閉じ、第1スイッチSW1を開き、原動機3が始動後、発電機2による発電を開始した時点で、制御回路11が、第1スイッチSW1を閉じて、第1蓄電池BT1と第2蓄電池BT2とを並列接続にすることによる突入電流の発生を抑制も可能となる。同様に、制御回路11が、第2スイッチSW2を開き、第1スイッチSW1を閉じ、原動機3が始動後、発電機2による発電を開始した時点で、制御回路11が、第1スイッチSW2を閉じて、第1蓄電池BT1と第2蓄電池BT2とを並列接続にすることによる突入電流の発生を抑制も可能となる。
車両が駐車している状態が継続すると、第1蓄電池BT1と第2蓄電池BT2との両方の放電が進んだ状態となる。制御回路11は、第1蓄電池BT1と第2蓄電池BT2とのSOCの演算値(又は電圧)に基づき、第1蓄電池BT1のSOC(又は電圧)が電源装置1を正常動作させるための制御上の閾値(第1閾値)を下回ったときに、“SOC低下”を示すアラームを上位制御装置へ通知する。“SOC低下”を示すアラームを上位制御装置へ通知した後も第1蓄電池BT1から補機6への電力供給は継続される。
SOC低下のアラームを通知した後、第1蓄電池BT1と第2蓄電池BT2との放電がさらに進み、第1蓄電池BT1のSOC(又は電圧)が冷間始動可能な下限値(第2閾値)に至った場合、制御回路11は、“冷間始動不可”を示すアラームを上位制御装置へ通知する。“冷間始動不可”を示すアラームを上位制御装置へ通知した後も第1蓄電池BT1から補機6への電力供給を継続する。
さらに車両が駐車している状態が継続し、第1蓄電池BT1と第2蓄電池BT2との放電が進んだ場合、第1蓄電池BT1と第2蓄電池BT2とのSOCの演算値に基づき、第1蓄電池BT1のSOC(又は電圧)が始動可能な下限値(第3閾値)未満となると、制御回路11は、電源装置1の故障を示す値を上位制御装置へ通知する。この場合、制御回路11は、継続して第1蓄電池BT1から補機6へ電力供給を行い、上位制御装置は原動機3が始動しないように制御する。なお、第1蓄電池BT1の放電下限SOC(又は電圧)は第3閾値よりも小さい値である。
なお、上記第1閾値は、第1蓄電池BT1と第2蓄電池BT2とを並列接続した場合の始動性能に対する制御上の閾値とし、冷間始動が可能な第2閾値に対して余裕(マージン)をもった値である。
同様に上記第2閾値、第3閾値も、第1蓄電池BT1と第2蓄電池BT2とを並列接続した場合の始動性能を示す値である。
また、制御回路11は、第1蓄電池BT1のSOC(又は電圧)第3閾値未満となった後は、第2スイッチSW2は開いた状態を維持し、第2蓄電池BT2のSOC(又は電圧)を維持する。また、第1スイッチSW1も開いた状態を維持する。
続いて、電源装置1を充電する際の動作について説明する。
例えば車両が駐車している際に電源装置1を充電するときについて説明する。車両が駐車しているときには、第1スイッチSW1および第2スイッチSW2が開いた状態である。
電源装置1が充電される際には、充電器(図示せず)が第1正極端子PT1に接続される。このとき、制御回路11は、第1スイッチSW1と第2スイッチSW2とを個々に切替えて、第1蓄電池BT1と第2蓄電池BT2とに選択的に充電を行うことが可能であり、充電状態が低い蓄電池を優先的に充電することができる。
電源装置1が充電されている間、制御回路11は、第1電池監視回路12から供給される電圧の値と電流検出器CS1から供給される電流の値とから、第1蓄電池BT1が過充電とならないように制御する。また、制御回路11は、第2電池監視回路13から供給される電圧の値と電流検出器CS2から供給される電流の値とから、第2蓄電池BT2が過充電とならないように制御する。
外部から接続された充電器から過大な電圧がかかるような、車両としての充電制御が成されない場合においては、第1蓄電池BT1を構成する電池セルの電圧が高くなり過充電によって危険な状況に陥る可能性が発生するだけでなく、第1蓄電池BT1を電源として用いる制御回路11やスイッチ制御回路14が正常に動作しない可能性がある。そこで、本実施形態では、上記のような、過大な電圧がかかるような場合において、制御回路11は、第1蓄電池BT1を電源として使用せず、第2蓄電池BT2を電源として第1スイッチ制御回路14を起動し、第1スイッチ制御回路14の確実な動作を担保する。
すなわち、第1蓄電池BT1の電圧が所定の閾値(第2過充電閾値)を超えたとき、あるいは、第1蓄電池BT1を構成する複数の電池セルのいずれかの電圧(又はSOC)が所定の閾値(第2過充電閾値)を超えたときに、第1スイッチSW1の開閉を制御する第1スイッチ制御回路14が第2蓄電池BT2を電源として起動する。すなわち、制御回路11は、電源切替スイッチ17−1,2,3,4と、電源切替スイッチ16−1,2,3,4を操作することで、第1蓄電池BT1からスイッチ制御回路14への電源供給を止め、第2蓄電池BT2からスイッチ制御回路14に電源を供給し、スイッチ制御回路14を起動する。
また第1蓄電池BT1の充電が進み、第1蓄電池BT1を構成する電池セルのいずれかの電圧(又はSOC)が過充電状態(第1過充電閾値以上)まで高くなると、制御回路11は、第1スイッチ制御回路14により第1スイッチSW1を開いて第1蓄電池BT1と第1正極端子PT1とを切り離す。なお、第2過充電閾値は第1過充電閾値よりも小さい値でも良く、大きい値でも良い。
上記のように電源装置1の充電制御を行うことにより、第1蓄電池BT1の電圧異常を検出し、過充電による不安全な事態を回避可能とし、第2蓄電池BT2から第1スイッチ制御回路14へ安定した電力を供給することにより、第1スイッチ制御回路14は第1スイッチSW1の制御を確実に実施することができるため、確実に第1蓄電池BT1の過充電を回避することができる。すなわち、本実施形態の電源装置1によれば、第1蓄電池BT1の過充電を回避するとともに、補機6および上位制御装置への電源供給を継続することができ、スターターモータ4により車両を始動することも可能となる。
制御回路11は、第2蓄電池BT2についても上記第1蓄電池BT1と同様に充電を行う。したがって、本実施形態の電源装置1によれば、第2蓄電池BT2の過充電を回避するとともに、補機6および上位制御装置への電源供給を継続することができ、スターターモータ4により車両を始動することも可能となる。
上記のように、本実施形態によれば、鉛などの使用禁止材料を用いることなく、環境への影響を低減し、安全な電源装置および車両を提供することができる。
また、車両が長期間の駐車している時に、微少電流であるが補機6に電源を供給する必要があるが、本実施形態の電源装置1によれば、第1蓄電池BT1および第2蓄電池BT2の電池セルの状態を監視する電池監視回路12、13、および、第1スイッチSW1および第2スイッチSW2の動作を制御するスイッチ制御回路14、15の低消費電力化を実現し、車両の駐車時における消費電流を低く抑えることができる。
また、本実施形態の電源装置1によれば、第1蓄電池BT1および第2蓄電池BT2を並列接続する構成としているが、第1蓄電池BT1および第2蓄電池BT2のSOC(又は電圧)を均等化することにより、電圧が低い電源への突入電流を回避することができる。長期間の駐車においても、補機6への電力供給が可能となる。
次に、第4実施形態の電源装置および車両について図面を参照して説明する。
図4は、第4実施形態の電源装置1および車両の構成の一例を説明するための図である。
本実施形態の電源装置1は、上述の第3実施形態の電源装置1と同様の構成である。本実施形態では、第2正極端子PT2に、切替器5を介してスターターモータ4が接続している点で、上述の第3実施形態と異なっている。
すなわち、スターターモータ4への電源供給は切替器5を開閉することのみによって切り替えられる。すなわち、スターターモータ4への電源供給は、制御回路11に関係なく上位制御装置で制御されることになる。
上記のように構成した場合であっても、上述の第3実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、本実施形態によれば、環境への影響を低減し、安全な電源装置および車両を提供することができる。
次に、第5実施形態の電源装置および車両について図面を参照して説明する。
図5は、第5実施形態の電源装置1および車両の構成の一例を説明するための図である。
本実施形態の電源装置1は、第2スイッチSW2の配置位置が上述の第3実施形態と異なっている。本実施形態の電源装置1では、第1蓄電池BT1の正極は第1スイッチSW1および第2スイッチSW2を介して第1正極端子PT1と電気的に接続可能に構成されている。第2蓄電池BT2の正極は、第2スイッチSW2を介して第1正極端子PT1と電気的に接続可能に構成され、第1スイッチSW1を介して第2正極端子PT2と接続可能に構成されている。
本実施形態の電池装置1において、制御回路11は、第1スイッチSW1と第2スイッチSW2との両方を閉じることで、第1蓄電池BT1と第2蓄電池BT2とを充電することが可能となる。また、制御装置11は、第2スイッチSW2を閉じて、第1スイッチSW1を開いて、第2蓄電池BT2のみを充電することができる。制御装置11は、第2スイッチSW2を開くことにより、第1蓄電池BT1と第2蓄電池BT2との両方を第1正極端子PT1と電気的に切り離すことができ、充電を受け入れない状態となる。
制御回路11は、充電中に第2蓄電池BT2のSOC(又は電圧)が充電上限値となったときに、第2スイッチSW2を開いて、第1スイッチSW1を閉じた状態とし、第1蓄電池BT1と第2蓄電池BT2とを並列に接続して、第1蓄電池BT1と第2蓄電池BT2との間の電圧差(SOC差)を解消させることができる。このことにより、第1蓄電池BT1と第2蓄電池BT2との過充電回避と、両電池の充電状態の均等化とを実現できる。
上記以外の点は、本実施形態の電源装置1および車両は上述の第3実施形態と同様の構成であって、上述の第3実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、本実施形態によれば、環境への影響を低減し、安全な電源装置および車両を提供することができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
1…電源装置、2…発電機、3…原動機(エンジン)、4…スターターモータ、5…切替器、6…補機(負荷)、10…電池管理装置(BMU)、11…制御回路、12…第1電池監視回路(CMU)、13…第2電池監視回路(CMU)、14…第1スイッチ制御回路、15…第2スイッチ制御回路、16−1,2,3,4、17−1,2,3,4…電源切替スイッチ、BT1…第1蓄電池、BT2…第2蓄電池、CS1、CS2…電流検出器、SW1…第1スイッチ、SW2…第2スイッチPT1…第1正極端子、PT2…第2正極端子、MT…負極端子。

Claims (12)

  1. 第1蓄電池と、
    前記第1蓄電池の正極と電気的に接続可能な第1正極端子と、
    前記第1蓄電池の正極と前記第1正極端子との電気的接続を切り換える第1スイッチと、
    前記第1蓄電池の正極と電気的に接続した第2正極端子と、
    前記第1蓄電池の負極と電気的に接続した負極端子と、
    前記第1スイッチの開閉を制御する電池管理装置と、を備え、
    前記第1スイッチはノーマリ―オープンである電源装置。
  2. 第2蓄電池と、
    前記第2蓄電池の正極と前記第1正極端子および前記第2正極端子との電気的接続を切り換える第2スイッチと、を更に備え、
    前記第1蓄電池のエネルギー密度は前記第2蓄電池のエネルギー密度以上であって、前記第2スイッチはノーマリオープンである、請求項1記載の電源装置。
  3. 第2蓄電池と、
    前記第2蓄電池の正極と前記第1正極端子との電気的接続、および、前記第1蓄電池の正極と前記第1正極端子との電気的接続を切り換える第2スイッチと、を更に備え、
    前記第1蓄電池のエネルギー密度は前記第2蓄電池のエネルギー密度以上であって、前記第2スイッチはノーマリオープンである、請求項1記載の電源装置。
  4. 前記第1蓄電池は複数の第1電池セルを含み、
    前記第2蓄電池は複数の第2電池セルを含み、
    前記電池管理装置は、前記複数の第1電池セルの電圧を検出して出力する第1電池監視回路と、前記複数の第2電池セルの電圧を検出して出力する第2電池監視回路と、前記第1スイッチを開閉する第1スイッチ制御回路と、前記第2スイッチを開閉する第2スイッチ制御回路と、前記第1電池セルの電圧および前記第2電池セルの電圧を受信し、前記第1電池監視回路、前記第2電池監視回路、前記第1スイッチ制御回路、および、前記第2スイッチ制御回路を制御する制御回路と、を備え、
    前記制御回路は、前記複数の第1電池セルのいずれかの電圧が第1過充電閾値を超えたときに前記第1スイッチを開き、前記複数の第2電池セルのいずれかの電圧が第1過充電閾値を超えたときに、第2スイッチを開く請求項2または請求項3記載の電源装置。
  5. 前記第1蓄電池は複数の第1電池セルを含み、
    前記第2蓄電池は複数の第2電池セルを含み、
    前記電池管理装置は、前記複数の第1電池セルの電圧を検出して出力する第1電池監視回路と、前記複数の第2電池セルの電圧を検出して出力する第2電池監視回路と、前記第1スイッチを開閉する第1スイッチ制御回路と、前記第2スイッチを開閉する第2スイッチ制御回路と、前記第1電池セルの電圧および前記第2電池セルの電圧を受信し、前記第1電池監視回路、前記第2電池監視回路、前記第1スイッチ制御回路、および、前記第2スイッチ制御回路を制御する制御回路と、を備え、
    前記制御回路は、前記複数の第1電池セルのいずれかの電圧が第2過充電閾値を超えたときに、前記第1スイッチ制御回路を前記第2蓄電池からの電源供給により起動する、請求項2又は請求項3記載の電源装置。
  6. 前記第1スイッチ制御回路と前記第2スイッチ制御回路とへ電力を供給する電源を、前記第1蓄電池と前記第2蓄電池とで切替える電源切替スイッチを更に備える、請求項5記載の電源装置。
  7. 前記第1蓄電池は複数の第1電池セルを含み、
    前記第2蓄電池は複数の第2電池セルを含み、
    前記電池管理装置は、前記複数の第1電池セルの電圧を検出して出力する第1電池監視回路と、前記複数の第2電池セルの電圧を検出して出力する第2電池監視回路と、前記第1スイッチを開閉する第1スイッチ制御回路と、前記第2スイッチを開閉する第2スイッチ制御回路と、前記第1電池セルの電圧および前記第2電池セルの電圧を受信し、前記第1電池監視回路、前記第2電池監視回路、前記第1スイッチ制御回路、および、前記第2スイッチ制御回路を制御する制御回路と、を備え、
    前記制御回路は、前記第1蓄電池の電圧と前記第2蓄電池の電圧との差が差分上限値以上であるときに前記第2スイッチと前記第1スイッチとを閉じる請求項2記載の電源装置。
  8. 前記第1蓄電池は複数の第1電池セルを含み、
    前記第2蓄電池は複数の第2電池セルを含み、
    前記電池管理装置は、前記複数の第1電池セルの電圧を検出して出力する第1電池監視回路と、前記複数の第2電池セルの電圧を検出して出力する第2電池監視回路と、前記第1スイッチを開閉する第1スイッチ制御回路と、前記第2スイッチを開閉する第2スイッチ制御回路と、前記第1電池セルの電圧および前記第2電池セルの電圧を受信し、前記第1電池監視回路、前記第2電池監視回路、前記第1スイッチ制御回路、および、前記第2スイッチ制御回路を制御する制御回路と、を備え、
    前記制御回路は、前記第1蓄電池の電圧と前記第2蓄電池の電圧との差が差分上限値以上であるときに前記第1スイッチを閉じる請求項3記載の電源装置。
  9. 前記第1スイッチおよび前記第2スイッチは、自己保持型のリレーである、請求項2又は請求項3記載の電源装置。
  10. 前記第1スイッチは、自己保持型のリレーである請求項1記載の電源装置。
  11. 前記第2正極端子は、端子カバーあるいは保護具によって覆われている請求項1乃至請求項3のいずれか1項記載の電源装置。
  12. 請求項1乃至請求項9のいずれか1項記載の電源装置と、
    前記第1正極端子へ充電電流を供給する発電機と、
    前記第2正極端子から放電電流が供給される負荷と、を備えた車両。
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