JP6409635B2 - Power storage system - Google Patents
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Description
本発明は、蓄電システムに関する。 The present invention relates to a power storage system.
近年、エネルギー使用の最適化を図るためのエネルギーマネジメントシステムとして、二次電池等の充放電可能な蓄電装置を使用した蓄電システムが利用されている。その一例として、近年の自動車では、従来のアイドリングストップ機能に加えて、回生エネルギーを補機の電源として利用するものが知られている。具体的には、減速時の回生エネルギーを発電機（オルタネータ）によって電気エネルギーに変換して二次電池に充電し、この二次電池に充電された電力を用いて、電気負荷であるヘッドライト、ヒータ等の補機を駆動させる。こうした自動車は、マイクロハイブリッド自動車（マイクロＨＥＶ）と呼ばれている。 In recent years, a power storage system using a chargeable / dischargeable power storage device such as a secondary battery has been used as an energy management system for optimizing energy use. As an example of this, in recent automobiles, in addition to the conventional idling stop function, one using regenerative energy as a power source for auxiliary equipment is known. Specifically, regenerative energy at the time of deceleration is converted into electric energy by a generator (alternator) to charge a secondary battery, and using the power charged in the secondary battery, a headlight that is an electric load, Auxiliary equipment such as a heater is driven. Such a vehicle is called a micro hybrid vehicle (micro HEV).
さらに、上記のマイクロＨＥＶでは、回生エネルギーをより多く回収するために、二種類の蓄電装置を搭載したものが知られている。メインの蓄電装置には、たとえば鉛電池などが用いられ、サブの蓄電装置には、たとえばリチウムイオン電池などが用いられる。こうしたマイクロＨＥＶにおいて、各蓄電装置に蓄えられた電荷は、自己放電や、車両に搭載された電子機器類で消費されるスタンバイ電流などにより、駐車中においても徐々に放出される。そのため、たとえば数か月程度の長期間、車両を動かさずに駐車し続けると、蓄電装置の電圧が大幅に低下してしまうことがある。このような状況において、発電機の発電により蓄電装置の充電を開始すると、過大な充電電流が流れてしまうため、蓄電装置の破壊などにつながるおそれがある。特に、サブの蓄電装置は、一般的に充電容量が小さいため、駐車中の電圧の下がり方はメインの蓄電装置よりも大きくなる傾向にあり、こうした問題が顕著である。 Furthermore, in the above-mentioned micro HEV, in order to collect more regenerative energy, one equipped with two types of power storage devices is known. For example, a lead battery is used as the main power storage device, and a lithium ion battery is used as the sub power storage device. In such a micro HEV, the electric charge stored in each power storage device is gradually discharged even during parking due to self-discharge or a standby current consumed by electronic devices mounted on the vehicle. Therefore, for example, if the vehicle is parked without moving the vehicle for a long period of about several months, the voltage of the power storage device may be greatly reduced. In such a situation, when charging of the power storage device is started by power generation by the generator, an excessive charging current flows, which may lead to destruction of the power storage device. In particular, since the sub power storage device generally has a small charge capacity, the voltage drop during parking tends to be larger than that of the main power storage device, and this problem is remarkable.
上記の問題に関して、長期駐車後におけるサブの蓄電装置の電圧低下を防止する対策として、下記の特許文献１の技術が知られている。特許文献１には、駐車中にＤＣ／ＤＣコンバータを介して、メインの鉛電池からサブ電池にトリクル充電をする方法が記載されている。 Regarding the above problem, as a countermeasure for preventing a voltage drop of the sub power storage device after long-term parking, the technology of Patent Document 1 below is known. Patent Document 1 describes a method of trickle charging from a main lead battery to a sub battery via a DC / DC converter during parking.
特許文献１に記載の技術では、ＤＣ／ＤＣコンバータを使用しているため、蓄電システムのコストアップにつながるという課題がある。 In the technique described in Patent Document 1, since a DC / DC converter is used, there is a problem that the cost of the power storage system is increased.
本発明による蓄電システムは、発電機に接続された充放電可能な第一の蓄電装置と、前記発電機に前記第一の蓄電装置と並列に接続された充放電可能な第二の蓄電装置と、前記第一の蓄電装置と前記第二の蓄電装置との接続状態を切り替えるためのスイッチと、を備え、前記スイッチは、前記第一の蓄電装置と前記発電機との間に設けられた第一のスイッチと、前記第二の蓄電装置と前記発電機との間に設けられた第二のスイッチと、を有し、前記第二の蓄電装置に前記発電機を接続した場合に流れると推定される推定電流が、前記第二の蓄電装置の電流規定値以上であるときに、前記第一のスイッチおよび前記第二のスイッチを閉成し、前記第一の蓄電装置から前記第二の蓄電装置に充電されるように前記スイッチを切り替える。 A power storage system according to the present invention includes a first chargeable / dischargeable power storage device connected to a generator, and a second chargeable / dischargeable power storage device connected to the generator in parallel with the first power storage device. A switch for switching a connection state between the first power storage device and the second power storage device, and the switch is provided between the first power storage device and the generator. One switch and a second switch provided between the second power storage device and the generator, and presumed to flow when the generator is connected to the second power storage device When the estimated current to be performed is equal to or greater than the current regulation value of the second power storage device, the first switch and the second switch are closed, and the second power storage The switch is switched so that the device is charged.
本発明によれば、安価な構成により、発電時に過大な充電電流が流れるのを防止できる蓄電システムを提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the electrical storage system which can prevent that an excessive charging current flows at the time of electric power generation with an inexpensive structure can be provided.
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。以下の実施形態では、マイクロＨＥＶに搭載される電池システムを例として、本発明の一実施形態に係る蓄電システムについての説明を行う。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following embodiments, a power storage system according to an embodiment of the present invention will be described using a battery system mounted on a micro HEV as an example.
なお、本発明は以下の実施形態に限定されることなく、本発明の技術的な概念の中で種々の変形例や応用例をもその範囲に含むものである。例えば、以下に説明する実施形態の電池システムは、電池電圧を変えることにより、たとえば一般的なＨＥＶや、ｘＥＭＳ（ＨＥＭＳ（Ｈｏｍｅ Ｅｎｅｒｇｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）、ＢＥＭＳ（Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｅｎｅｒｇｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）等）において使用される蓄電システムにも適用できる。また、電気自動車や鉄道に搭載される蓄電システムにも適用できる。 The present invention is not limited to the following embodiments, and includes various modifications and application examples within the scope of the technical concept of the present invention. For example, the battery system of the embodiment described below is used in, for example, a general HEV, xEMS (HEMS (Home Energy Management System), BEMS (Building Energy Management System), etc.) by changing the battery voltage. It can also be applied to power storage systems. It can also be applied to power storage systems mounted on electric vehicles and railways.
（第１の実施形態）
図１は、本発明の一実施形態に係る電池システム１０が搭載されるマイクロＨＥＶの概略構成を示す図である。図１において、電池システム１０が搭載されているマイクロＨＥＶ１７は、エンジン１１、発電機（オルタネータ）１２、補機負荷１４、ＥＣＵ１５、通信線１６を備える。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a micro HEV on which a
エンジン１１は、ガソリン等の燃料を燃焼させることにより、マイクロＨＥＶ１７の駆動輪を駆動させるための回転力を発生する。発電機１２は、エンジン１１と機械的に接続されており、エンジン１１から発生された回転力の一部を利用して発電を行う。発電機１２の発電によって得られた電力は、補機負荷１４に供給されたり、電池システム１０の充電に用いられたりする。補機負荷１４は、マイクロＨＥＶ１７の動作に必要な各種の電装品であり、ヘッドライト、テールランプ、エアコンファン、スタータ等を含む。補機負荷１４は、発電機１２や電池システム１０の電気負荷として作用する。ＥＣＵ１５は、マイクロＨＥＶ１７の各部分の動作を制御するための上位コントローラである。通信線１６は、ＥＣＵ１５と電池システム１０の間に接続されている。ＥＣＵ１５と電池システム１０は、通信線１６を介して互いに通信を行うことができる。
The
電池システム１０には、２種類の二次電池が搭載されている。一方の二次電池には、たとえば鉛電池など、充電容量が比較的大きなものを用いるのが好ましい。他方の二次電池は、たとえば小型のリチウムイオン電池など、充放電特性に比較的優れたものを用いるのが好ましい。なお、電池システム１０の詳細については後述する。
The
マイクロＨＥＶ１７において、補機負荷１４の電力は、エンジン１１が停止しているアイドリングストップ時には、電池システム１０から供給されるようになっている。また、マイクロＨＥＶ１７の減速時には、惰行によって生じるタイヤからの回転力（減速エネルギー）を利用して、発電機１２を回転動作させて発電させる。この発電機１２によって発生された電気エネルギーにより、補機負荷１４の電力が供給されると共に、電池システム１０内の二次電池が充電されるように、マイクロＨＥＶ１７は構成されている。
In the
次に、電池システム１０の詳細について説明する。図２は、本発明の一実施形態に係る電池システム１０の構成を示す図である。図２に示す電池システム１０は、コントローラ２００、入出力端子２０１、第一電池２０２、第一電池電流計２０３、第一電池電圧センシング線２０４、第一電池スイッチ２０５、第二電池２０６、第二電池電流計２０７、第二電池電圧センシング線２０８、第二電池スイッチ２０９、入出力電圧センシング線２１０を備える。
Next, details of the
第一電池２０２と第二電池２０６は、第一電池スイッチ２０５、第二電池スイッチ２０９をそれぞれ介して、入出力端子２０１に接続されている。入出力端子２０１は、電池システム１０を発電機１２および補機負荷１４と接続するための端子である。発電機１２で発電された電力は、入出力端子２０１を介して電池システム１０に入力され、第一電池２０２または第二電池２０６に充電される。また、第一電池２０２または第二電池２０６の放電により発生された電力は、入出力端子２０１を介して電池システム１０から補機負荷１４に出力される。
The
コントローラ２００には、第一電池電流計２０３で検出された第一電池２０２の電流が入力されると共に、第一電池電圧センシング線２０４を介して第一電池２０２の電圧が入力される。また、第二電池電流計２０７で検出された第二電池２０６の電流が入力されると共に、第二電池電圧センシング線２０８を介して第二電池２０６の電圧が入力される。さらに、入出力電圧センシング線２１０を介して、発電機１２から電池システム１０への入力電圧、または電池システム１０から補機負荷１４への出力電圧が入力される。コントローラ２００は、これらの電流値および電圧値を検出し、その検出結果に基づいて第一電池２０２、第二電池２０６の状態を推定することで、第一電池スイッチ２０５、第二電池スイッチ２０９の切替状態を制御する。また、ＥＣＵ１５と通信線１６を介して通信を行うことにより、第一電池２０２および第二電池２０６の状態や、これらの電流および電圧の検出結果を表す情報をＥＣＵ１５に出力すると共に、発電機１２をオンまたはオフするための指令を出力する。通信線１６には、たとえばＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）や、次世代車載ネットワークであるＦｌｅｘＲａｙなどを用いることができる。なお、コントローラ２００は、ＥＣＵ１５内のプログラムとして実現してもよい。この場合には、通信線１６は不要となる。
The
コントローラ２００や補機負荷１４の電源は、第一電池２０２、第二電池２０６のどちらか一方から固定的に供給してもよい。たとえば、マイクロＨＥＶ１７の駐車中における第二電池２０６の電圧低下を抑制するために、コントローラ２００の電源を第一電池２０２から供給するようにしてもよい。また、上述した補機負荷１４を構成する各電装品のうち、たとえばスタータを第一電池２０２に直結させることで、スタータの電源を第一電池２０２から供給するようにしてもよい。
The power source of the
第一電池２０２には、前述のように、通常は鉛電池が使われる。この理由は、長期間に渡る駐車中の保安装置等の電力を確保するためには、電池容量（Ａｈ）の大きな電池を第一電池２０２として用いるのが好ましいからである。しかしながら、他の種類の二次電池、たとえばニッケル亜鉛電池、容量重視型のリチウムイオン電池、ニッケル水素電池等を用いてもよい。
As described above, a lead battery is usually used for the
一方、第二電池２０６には、電流容量よりも、許容電流や充放電可能回数等の充放電特性を重視して設計された二次電池、たとえば小型のリチウムイオン電池などが用いられる。しかしながら、他の種類の二次電池、たとえばニッケル亜鉛電池、ニッケル水素電池等を用いてもよい。また、二次電池以外の充放電可能なデバイス、たとえば電気二重層キャパシタやリチウムイオンキャパシタ等のキャパシタを用いてもよい。さらに、このような二次電池以外の充放電可能なデバイスを、第一電池２０２として使用しても構わない。以下では、二次電池以外の充放電可能なデバイスについても、電池に含まれるものとして説明を行う。
On the other hand, for the
なお、リチウムイオンキャパシタやリチウムイオン電池の定格電圧は、一般的には３Ｖから４．２Ｖ程度の範囲内である。そのため、これらを第一電池２０２や第二電池２０６として用いる場合には、所望の電圧を得られるように、複数の電池を直列に接続して用いることが好ましい。たとえば、第一電池２０２や第二電池２０６の出力電圧を車両電圧範囲の目安である８Ｖ（オーディオの音飛び電圧の目安）から１４Ｖの範囲に収めるためには、４つの電池を直列で使用すればよい。同様に、ニッケル水素電池の場合には１０本、ニッケル亜鉛電池の場合には８本から１０本、電気二重層キャパシタの場合には７本など、それぞれの定格電圧に応じた数の電池を直列して使用すればよい。
In addition, the rated voltage of a lithium ion capacitor or a lithium ion battery is generally in a range of about 3V to 4.2V. Therefore, when using these as the
第一電池電流計２０３、第二電池電流計２０７には、たとえばホール素子やシャント電流計を用いることができる。また、補機負荷１４の電源喪失を防ぐために、コントローラ２００は、第一電池スイッチ２０５と第二電池スイッチ２０９の両方がオフ（開放）状態となるのを禁止することが好ましい。
As the
次に、上述した電池システム１０においてコントローラ２００が行う第一電池スイッチ２０５および第二電池スイッチ２０９の制御処理について説明する。以下に説明する制御処理は、コントローラ２００内のＣＰＵにおいて所定のプログラムが実行されることにより実現される。
Next, control processing of the
図３は、本発明の第１の実施形態に係る制御処理の流れを示すフローチャートである。このフローチャートに示す制御処理は、マイクロＨＥＶ１７のイグニッションスイッチがオンされて電池システム１０が起動されたときに、コントローラ２００において実行される。
FIG. 3 is a flowchart showing a flow of control processing according to the first embodiment of the present invention. The control process shown in this flowchart is executed in the
初めに、ステップ３０においてコントローラ２００は、第一電池スイッチ２０５をオン（閉成）状態に切り替えると共に、第二電池スイッチ２０９をオフ（開放）状態に切り替える。このとき、発電機１２および補機負荷１４には、第一電池２０２のみが接続され、第二電池２０６は接続されていない状態となる。
First, in
次に、ステップ３１においてコントローラ２００は、第二電池電圧センシング線２０８を介して入力される第二電池２０６の電圧を計測する。このように、ステップ３０で第二電池スイッチ２０９をオフした後にステップ３１で第二電池２０６の電圧計測を行うことにより、コントローラ２００は、無負荷状態での第二電池２０６の電圧（ＯＣＶ）を測定することができる。こうして第二電池２０６の電圧を計測することにより、コントローラ２００は、第二電池２０６の充電状態を取得することができる。
Next, in
ステップ３２においてコントローラ２００は、ステップ３１で計測した第二電池２０６の電圧に基づいて、第二電池２０６に発電機１２を接続した場合に第二電池２０６に流れる電流を推定する。ここでは、下記の式（１）に基づいて、第二電池２０６に発電機１２を接続した場合に第二電池２０６に流れると推定される推定電流Ｉｅ２を求めることができる。式（１）において、Ｖｇは発電機１２の発電電圧、Ｒｂ２は第二電池２０６の直流抵抗（内部抵抗）、Ｒｓ２は発電機１２と第二電池２０６との間の抵抗をそれぞれ表す。また、Ｖ２はステップＳ３１で計測した第二電池２０６の電圧（ＯＣＶ）を表している。なお、発電機１２と第二電池２０６の間を接続する導線の抵抗は、通常は無視できる程度に小さいため、抵抗Ｒｓ２の値としては、第二電池スイッチ２０９のオン抵抗を用いることができる。
（Ｖｇ−Ｖ２）／（Ｒｂ２＋Ｒｓ２）＝Ｉｅ２ ・・・（１）
In
(Vg−V2) / (Rb2 + Rs2) = Ie2 (1)
発電機１２の発電電圧を表す式（１）のＶｇの値は、発電機１２の発電特性に基づいて決定することができる。Ｖｇの値として、たとえば１４Ｖなどがコントローラ２００に予め記憶される。一方、第二電池２０６の直流抵抗と第二電池スイッチ２０９のオン抵抗との合計を表す式（１）のＲｂ２＋Ｒｓ２の値は、コントローラ２００が測定した第二電池２０６の電流値や電圧値に基づいて推定することができる。その具体的な方法については後で説明する。
The value of Vg in the equation (1) representing the generated voltage of the
次に、ステップ３３においてコントローラ２００は、ステップ３２で求めた第二電池２０６の推定電流が、予め決められた第二電池２０６の電流規定値以上であるか否かを判定する。その結果、推定電流が第二電池２０６の電流規定値以上の場合には、ステップ３４に処理を進め、そうでない場合には、図３の処理を終了する。なお、処理終了後にコントローラ２００は、第一電池２０２および第二電池２０６の充電状態に基づいて、第一電池スイッチ２０５および第二電池スイッチ２０９を切り替え制御することが好ましい。これにより、第一電池２０２または第二電池２０６から補機負荷１４に電源を供給すると共に、発電機１２から第一電池２０２または第二電池２０６を充電することができる。
Next, in
ここで、上記ステップ３３の判定に用いられる電流規定値は、第二電池２０６の安全電流に基づいて定められる。第二電池２０６の安全電流とは、安全上の観点から充電時に流すことのできる第二電池２０６の電流の上限値であり、第二電池２０６の許容充電電流に相当する。この第二電池２０６の安全電流をＩｓ２と表すと、Ｉｓ２の値は、第二電池２０６の集電体の構造や、第二電池２０６に対して要求される温度上昇幅などによって決定される。たとえば、１秒、１０秒、２０秒間等の所定時間に連続して第二電池２０６を充電したときに第二電池２０６が耐えられる電流値に基づいて、安全電流Ｉｓ２の値を決定することができる。この安全電流Ｉｓ２の値は、第二電池２０６のカタログ等に記載された値を用いてもよい。第二電池２０６にリチウムイオンキャパシタを用いた場合には、安全電流Ｉｓ２の値として、たとえば３００Ａを設定できる。また、電気二十層キャパシタの場合にはたとえば２００Ａ、充電容量が５Ａｈ程度のパワー型のリチウムイオン電池の場合にはたとえば１２０Ａ〜１７０Ａを、安全電流Ｉｓ２の値として設定できる。
Here, the current regulation value used for the determination in
ステップ３４において、コントローラ２００は、第一電池スイッチ２０５および第二電池スイッチ２０９の両方をオン（閉成）状態に切り替える。これにより、第一電池２０２から第二電池２０６に電流が流れ、第二電池２０６が充電されるように、第一電池スイッチ２０５および第二電池スイッチ２０９を切り替える。
In
ステップ３４を実行したら、所定時間待機した後に、処理をステップ３１に戻す。ステップ３１以降では、以上説明したような処理を繰り返す。これにより、第二電池２０６の電圧が規定値を超えるまでの間、第一電池スイッチ２０５および第二電池スイッチ２０９の両方をオン（閉成）状態として、第一電池２０２から第二電池２０６が充電されるようにする。
If
ここで、図３の処理の具体例について説明する。以下の具体例では、発電機１２の発電電圧Ｖｇを１４Ｖ、第二電池２０６の直流抵抗Ｒｂ２を１０ｍΩ、第二電池スイッチ２０９のオン抵抗を２ｍΩとそれぞれ仮定する。また、第二電池２０６の安全電流Ｉｓ２を１７０Ａと仮定し、ステップ３３の判定では、このＩｓ２＝１７０Ａを電流規定値として用いるものとする。また、マイクロＨＥＶ１７の長期駐車後に、第一電池２０２の電圧が１２．４Ｖに、第二電池２０６の電圧が９．２Ｖにそれぞれなっているものとする。
Here, a specific example of the processing of FIG. 3 will be described. In the following specific example, it is assumed that the power generation voltage Vg of the
上記のような状態で、発電機１２から第二電池２０６への充電を行った場合、第二電池２０６の推定電流Ｉｅ２は約４００Ａもの大電流となるため、電流規定値の１７０Ａを上回ってしまう。しかし、前述した図３の処理を行うことで、第一電池２０２から第二電池２０６が充電される。このとき第二電池２０６に流れる充電電流は、たとえば第一電池２０２の直流抵抗を５ｍΩ、第一電池スイッチ２０５のオン抵抗を２ｍΩとすると、これらの値と、上記の第一電池２０２の電圧、第二電池２０６の電圧および第二電池２０６の直流抵抗Ｒｂ２の値とに基づいて、約１６８Ａと求められる。すなわち、電流規定値の１７０Ａを上回ることなく、第二電池２０６を充電することができる。その結果、第二電池２０６の電圧は、式（１）で求められる推定電流Ｉｅ２の値が電流規定値の１７０Ａと等しくなるまで引き上げられる。このときの第二電池２０６の電圧は、Ｖ２＝１１．９６Ｖと求められる。その後は発電機１２から第二電池２０６を充電しても、電流規定値の１７０Ａを上回ることなく、第二電池２０６の充電を行うことができる。
When charging from the
ここで第二電池２０６として、たとえば充電容量が５Ａｈであり、上記の９．２Ｖから１１．９６Ｖまで充電されたときの充電率（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）の変化が１５％となる電池を仮定する。この場合、第一電池２０２から第二電池２０６への充電が行われる期間は、２０秒未満程度となるため、長期間に渡って発電機１２の発電が行われなくなることは生じない。したがって、マイクロＨＥＶ１７の動作において、特に不都合を生じることはない。
Here, it is assumed that the
次に、上記の式（１）における第二電池２０６の直流抵抗と第二電池スイッチ２０９のオン抵抗との合計値であるＲｂ２＋Ｒｓ２の推定方法について説明する。Ｒｂ２＋Ｒｓ２の値は、第二電池電流計２０７で検出される第二電池２０６の電流や、第二電池電圧センシング線２０８を介して入力される第二電池２０６の電圧に基づいて、コントローラ２００により、以下のようにして推定することができる。
Next, an estimation method of Rb2 + Rs2 that is the total value of the direct current resistance of the
第二電池スイッチ２０９がオン状態で発電機１２から第二電池２０６が充電されているときには、Ｒｂ２＋Ｒｓ２の値は以下の式（２）で表される。式（２）において、Ｖ２は第二電池２０６の起電力を表しており、これは第二電池２０６のＯＣＶを表す式（１）のＶ２に等しい。また、Ｉ２は第二電池２０６に流れる充電電流を表している。なお、Ｖｇは前述の式（１）と同様に、発電機１２の発電電圧を表している。
Ｒｂ２＋Ｒｓ２＝（Ｖｇ−Ｖ２）／Ｉ２ ・・・（２）
When the
Rb2 + Rs2 = (Vg−V2) / I2 (2)
コントローラ２００は、電池システム１０が動作状態であり第二電池２０６が充電されているときに、上記の式（２）に基づいてＲｂ２＋Ｒｓ２の値を算出することができる。このときのＶ２の値は、充電開始前に第二電池電圧センシング線２０８を介して計測した第二電池２０６の電圧から求められる。また、Ｉ２の値は、充電中に第二電池電流計２０７で検出された第二電池２０６の電流から求められる。こうして算出された最新のＲｂ２＋Ｒｓ２の値を記憶しておくことで、図３のステップ３２において第二電池２０６の推定電流Ｉｅ２を正確に求め、これを用いてステップ３３の判定処理を正確に行うことができる。なお、第一電池２０２の直流抵抗と第一電池スイッチ２０５のオン抵抗との合計値についても、上記と同様の手順により算出することが可能である。
The
あるいは、第一電池スイッチ２０５および第二電池スイッチ２０９を両方ともオン状態としたときの電流や電圧の計測結果に基づいて、Ｒｂ２＋Ｒｓ２を推定してもよい。具体的には、以下の式（３）を用いてＲｂ２＋Ｒｓ２を算出することができる。式（３）において、Ｒｂ１は第一電池２０２の直流抵抗（内部抵抗）、Ｒｓ１は第一電池スイッチ２０５のオン抵抗をそれぞれ表す。また、Ｖ１は第一電池２０２の起電力を表しており、これは第一電池２０２のＯＣＶに等しい。
Ｒｂ２＋Ｒｓ２＝｜Ｖ１−Ｖ２｜／Ｉ２−（Ｒｂ１＋Ｒｓ１） ・・・（３）
Alternatively, Rb2 + Rs2 may be estimated based on current and voltage measurement results when both the
Rb2 + Rs2 = | V1-V2 | / I2- (Rb1 + Rs1) (3)
コントローラ２００は、前述のような手順により、第一電池２０２が充電されているときにＲｂ１＋Ｒｓ１の値を求めることができる。このＲｂ１＋Ｒｓ１の値と、充電開始前に第一電池電圧センシング線２０４、第二電池電圧センシング線２０８を介してそれぞれ計測した第一電池２０２の電圧Ｖ１および第二電池２０６の電圧Ｖ２と、充電中に第二電池電流計２０７で検出された第二電池２０６の電流Ｉ２とに基づいて、上記の式（３）からＲｂ２＋Ｒｓ２の値を算出することができる。なお、第二電池２０６の電流Ｉ２の代わりに、第一電池電流計２０３で検出された第一電池２０２の電流Ｉ１を式（３）において用いてもよい。
The
ここで、上記の式（２）、（３）を用いてＲｂ２＋Ｒｓ２の値を算出するために、コントローラ２００は、図３のステップ３０において、第一電池スイッチ２０５および第二電池スイッチ２０９を両方ともオン（閉成）状態に切り替える処理を追加して行ってもよい。このようにすれば、第一電池スイッチ２０５をオン（閉成）して第二電池スイッチ２０９をオフ（開放）した時の電流Ｉ１の値を測定し、その測定結果に基づいて式（２）と同様の計算により、Ｒｂ１＋Ｒｓ１の値を求めることができる。さらに、第一電池スイッチ２０５および第二電池スイッチ２０９をオン（閉成）した時の電流Ｉ２（またはＩ１）の値を測定し、その測定結果とＲｂ１＋Ｒｓ１の算出結果に基づいて、式（３）からＲｂ２＋Ｒｓ２の値を求めることができる。こうして算出された最新のＲｂ２＋Ｒｓ２の値を記憶しておくことで、図３のステップ３２において第二電池２０６の推定電流Ｉｅ２を正確に求め、これを用いてステップ３３の判定処理を行うことができる。
Here, in order to calculate the value of Rb2 + Rs2 using the above equations (2) and (3), the
以上説明したようにしてＲｂ２＋Ｒｓ２の値を求め、これに基づいて第二電池２０６の推定電流Ｉｅ２を求めることで、第二電池２０６や第二電池スイッチ２０９の特性に合わせて第二電池２０６の推定電流Ｉｅ２を正確に求めることができる。さらに、第二電池２０６や第二電池スイッチ２０９を交換した場合にも、特に設定変更等を行わずにＲｂ２＋Ｒｓ２の値を正確に求め、これを用いて第二電池２０６の推定電流Ｉｅ２を正確に求めることができる。
As described above, the value of Rb2 + Rs2 is obtained, and the estimated current Ie2 of the
あるいは、第二電池２０６の特性に応じたＲｂ２＋Ｒｓ２の値を示す特性データを、テーブル等のデータ形式によりコントローラ２００内に予め記憶しておき、この特性データに基づいてＲｂ２＋Ｒｓ２の値を推定してもよい。その具体的な方法について、以下に説明する。
Alternatively, characteristic data indicating the value of Rb2 + Rs2 corresponding to the characteristic of the
一般に、電池の電圧は、安定した充電状態で十分に時間が経過したときの電圧成分を表す定常ＯＣＶと、充電状態の変化に応じて数秒オーダーで変化する過渡的な電圧成分を表す分極電圧との和で表現される。定常ＯＣＶは、電池の充電率の関数として表現される。そのため、第二電池２０６について、たとえば図６に示す電池の開放電圧のテーブル例のように、ＳＯＣと定常ＯＣＶの関係を表すテーブルをコントローラ２００に記憶しておく。そして、第二電池２０６のＳＯＣを算出し、そのＳＯＣの値により、図６のテーブルを補間して定常ＯＣＶを求めてもよい。なお、第二電池２０６のＳＯＣの算出には、任意の方法を用いることができる。たとえば、参考文献「足立修一・丸太一朗：カルマンフィルタの基礎, 東京電機大出版局,２０１３年３月１０日第一版二刷発行」に記載されたカルマンフィルタを用いた手法により、第二電池２０６のＳＯＣを算出してもよい。または、第二電池２０６に対して入出力された電流を積算し、その積算値に基づいてＳＯＣの変化を計算してもよい。
In general, the voltage of a battery is a steady OCV that represents a voltage component when a sufficient amount of time has elapsed in a stable state of charge, and a polarization voltage that represents a transient voltage component that changes in the order of a few seconds in response to a change in the state of charge. It is expressed as the sum of The steady OCV is expressed as a function of the battery charge rate. Therefore, for the
一方、分極電圧は、次のようにして推定することができる。図７は、第二電池２０６の等価回路を示す図である。図７において分極電圧に相当するのは、分極容量７１と分極抵抗７２の電圧である。ここで、分極容量７１の容量値をｃと表し、分極抵抗７２の抵抗値をｒと表すと、時刻ｔにおける分極電圧Ｖｐ（ｔ）の値は、以下の式（４）により算出することができる。式（４）において、Ｉ（ｔ）は時刻ｔにおいて第二電池２０６に流れる電流の計測値を表しており、充電方向を正の値としている。また、＊は畳み込み積分を表している。
Ｖｐ（ｔ）＝Ｉ（ｔ）＊ｅｘｐ（−ｔ／ｃｒ）／ｃｒ ・・・（４）
On the other hand, the polarization voltage can be estimated as follows. FIG. 7 is a diagram showing an equivalent circuit of the
Vp (t) = I (t) * exp (−t / cr) / cr (4)
また、式（４）を簡略化した以下の式（５）を用いて分極電圧Ｖｐ（ｔ）の値を算出してもよい。ここで、式（５）を使用する場合に、マイクロＨＥＶ１７を長期間駐車した後に電池システム１０が起動された場合などは、時刻ｔ＝０における分極電圧が０になっているものとして、Ｖｐ（０）＝０としてもよい。式（５）において、Δｔは電流計測の時間間隔を表している。
Ｖｐ（ｔ）＝Ｖｐ（ｔ−Δｔ）＊（１−Δｔ／ｃｒ）＋Ｉ（ｔ）×Δｔ／ｃ
・・・（５）
Alternatively, the value of the polarization voltage Vp (t) may be calculated using the following formula (5) obtained by simplifying the formula (4). Here, when using the formula (5), when the
Vp (t) = Vp (t−Δt) * (1−Δt / cr) + I (t) × Δt / c
... (5)
なお、以上説明した分極電圧の推定方法では、分極容量７１の容量値ｃおよび分極抵抗７２の抵抗値ｒが既知である必要がある。これらの値は、電池の充電率に応じて求めることができる。そのため、第二電池２０６について、たとえば図８に示す電池の分極抵抗・容量のテーブル例のように、ＳＯＣと分極容量７１の容量値ｃおよび分極抵抗７２の抵抗値ｒとの関係を表すテーブルをコントローラ２００に記憶しておく。そして、第二電池２０６のＳＯＣを算出し、そのＳＯＣの値により、図８のテーブルを補間してｃおよびｒの値を求めてもよい。ここで、ｃ、ｒの値は温度により変化する場合がある。そのため、第二電池２０６に温度計を設けると共に、図８のようなテーブルを温度ごとに記憶しておくことで、計測した温度に応じてｃおよびｒの値を算出してもよい。
In the polarization voltage estimation method described above, the capacitance value c of the
以上説明したような方法で定常ＯＣＶおよび分極電圧を求めることで、第二電池２０６の電流Ｉ２および電圧Ｖ２の計測結果に対して、Ｒｂ２＋Ｒｓ２の値を推定することができる。
By obtaining the steady OCV and the polarization voltage by the method described above, the value of Rb2 + Rs2 can be estimated with respect to the measurement result of the current I2 and the voltage V2 of the
あるいは、上記の分極抵抗７２の抵抗値ｒに加えて、さらに図７の抵抗７３の抵抗値Ｒおよび第二電池スイッチ２０９のオン抵抗Ｒｓ２の値をそれぞれ示す特性データを、テーブル等のデータ形式によりコントローラ２００内に予め記憶しておき、これらの特性データに基づいてＲｂ２＋Ｒｓ２の値を推定してもよい。具体的には、第二電池２０６について、たとえば図９に示す電池の直流抵抗のテーブル例のように、ＳＯＣと抵抗７３の抵抗値Ｒとの関係を表すテーブルをコントローラ２００に記憶しておく。そして、第二電池２０６のＳＯＣを算出し、そのＳＯＣの値により、図９のテーブルを補間してＲの値を求めることができる。ここで、Ｒの値は温度により変化する場合がある。そのため、第二電池２０６に温度計を設けると共に、図９のようなテーブルを温度ごとに記憶しておくことで、計測した温度に応じてＲの値を算出してもよい。
Alternatively, in addition to the resistance value r of the
一方、第二電池スイッチ２０９のオン抵抗Ｒｓ２については、予め設定された一つの値をコントローラ２００に記憶しておく。または、第二電池スイッチ２０９に温度計を設けると共に、たとえば図１０に示すスイッチのオン抵抗のテーブル例のように、温度とオン抵抗値Ｒｓ２との関係を表すテーブルをコントローラ２００に記憶しておく。これにより、計測した温度に応じて図１０のテーブルを補間してＲｓ２の値を求めてもよい。
On the other hand, for the on-resistance Rs2 of the
以上説明したような方法で第二電池２０６における分極抵抗７２の抵抗値ｒおよび抵抗７３の抵抗値Ｒを求めると共に、第二電池スイッチ２０９のオン抵抗Ｒｓ２を求めることで、Ｒｂ２＋Ｒｓ２の値を推定することができる。
The value rb2 + Rs2 is estimated by obtaining the resistance value r of the
以上説明した本発明の第１の実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。 According to the 1st Embodiment of this invention demonstrated above, there exist the following effects.
（１）電池システム１０は、発電機１２に接続された充放電可能な第一電池２０２と、発電機１２に第一電池２０２と並列に接続された充放電可能な第二電池２０６と、第一電池２０２と第二電池２０６との接続状態を切り替えるための第一電池スイッチ２０５および第二電池スイッチ２０９とを備える。電池システム１０は、コントローラ２００の処理により、第二電池２０６に発電機１２を接続した場合に流れると推定される推定電流Ｉｅ２を求め（ステップ３２）、その推定電流Ｉｅ２が第二電池２０６の電流規定値以上であるときに（ステップ３３：Ｙｅｓ）、第一電池２０２から第二電池２０６に充電されるように第一電池スイッチ２０５および第二電池スイッチ２０９を切り替える（ステップ３４）。このようにしたので、ＤＣ／ＤＣコンバータを使用しない安価な構成により、発電時に過大な充電電流が流れるのを防止できる蓄電システムとしての電池システム１０を提供できる。
(1) The
（２）ステップＳ３２において、推定電流Ｉｅ２は、発電機１２の発電電圧をＶｇ、第二電池２０６の電圧をＶ２、第二電池２０６の直流抵抗をＲｂ２、発電機１２と第二電池２０６との間の抵抗をＲｓ２としたときに、前述の式（１）に基づいて求められる。これにより、推定電流Ｉｅ２を正確に求めることができる。
(2) In step S32, the estimated current Ie2 is obtained by calculating the power generation voltage of the
（３）電池システム１０は、第一電池２０２から第二電池２０６に充電されるように切り替えるためのスイッチとして、第一電池２０２と発電機１２との間に設けられた第一電池スイッチ２０５と、第二電池２０６と発電機１２との間に設けられた第二電池スイッチ２０９とを有する。コントローラ２００は、ステップ３４において、推定電流Ｉｅ２が第二電池２０６の電流規定値以上であるときに、第一電池スイッチ２０５および第二電池スイッチ２０９を閉成する。このようにしたので、第二電池２０６の充電状態に応じて、発電機１２と第一電池２０２および第二電池２０６との間の接続状態を適切に切り替えることができる。
(3) The
（４）電池システム１０において、コントローラ２００は、ステップ３０において、第一電池スイッチ２０５および第二電池スイッチ２０９を閉成したときの電流値Ｉ２またはＩ１と、第一電池スイッチ２０５を閉成して第二電池スイッチ２０９を開放した時の電流値Ｉ１とを測定してもよい。ステップ３２では、これらの電流値に基づいて推定電流Ｉｅ２を求めることができる。このようにすれば、推定電流Ｉｅ２を正確に求めることができる。
(4) In the
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。前述の第１の実施形態で説明した図３の制御処理は、第一電池２０２の充電率が比較的高い場合に適用することができる。しかし、マイクロＨＥＶ１７を長期間駐車した後などには、第一電池２０２の充電率も低くなっているため、第一電池２０２から第二電池２０６への充電が困難な場合もある。本実施形態では、こうした場合にも対処可能な制御方法について説明する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. The control process of FIG. 3 described in the first embodiment can be applied when the charging rate of the
図５は、本発明の第２の実施形態に係る制御処理の流れを示すフローチャートである。このフローチャートに示す制御処理は、マイクロＨＥＶ１７のイグニッションスイッチがオンされて電池システム１０が起動されたときに、コントローラ２００において実行される。
FIG. 5 is a flowchart showing a flow of control processing according to the second embodiment of the present invention. The control process shown in this flowchart is executed in the
なお、図５に示すフローチャートは、第１の実施形態で説明した図３のフローチャートのステップ３３とステップ３４の間に、第一電池２０２を充電するためのステップ５１〜ステップ５５の処理を追加したものである。以下では、この追加されたステップ５１〜ステップ５５の処理について説明する。
In the flowchart shown in FIG. 5, the processing of
ステップ５１において、コントローラ２００は、第一電池２０２の充電率（ＳＯＣ）を推定する。ここでは、たとえば第一電池２０２の電流や電圧を計測し、その計測値に基づいて、たとえば国際公開ＷＯ２０１２／１２０６２０号や、特開２００５−８３７９８号公報に記載された方法を利用して、第一電池２０２の充電率を推定することができる。これ以外にも、任意の方法を用いて第一電池２０２の充電率を推定してよい。なお、ステップ５１では、たとえばイグニッションオン前後の電圧と、第一電池２０２の電力を利用したクランキング時の電流、電圧とを利用することで、第一電池２０２の充電率を推定する。そのため、ステップ５１の処理は、クランキング直後に終了する。
In
次に、ステップ５２においてコントローラ２００は、ステップ５１で推定した第一電池２０２の充電率が予め設定された閾値（例えば８０％）以上であるか否かを判定する。その結果、第一電池２０２の充電率が閾値未満ならば処理をステップ５３に進め、閾値以上であれば処理をステップ５４に進める。
Next, in
ステップ５３において、コントローラ２００は、発電機１２の発電を継続することで、発電機１２から第一電池２０２が充電されるようにする。このとき、たとえば以下の式（６）を用いて、ステップ５１で推定した第一電池２０２の充電率に対して、所定時間ごとに充電された電流分の充電率を加えていくことにより、第一電池２０２の充電率を逐次更新する。式（６）において、Ｐ１（Ｔ）は時刻Ｔにおける更新後の第一電池２０２の充電率（％）を表しており、Ｐ１（Ｔ−ΔＴ）は時刻ＴよりΔＴ（ｓ）前の時刻における更新前の第一電池２０２の充電率（％）を表している。また、Ｃ１は第一電池２０２の充電容量（Ａｈ）を表している。
Ｐ１（Ｔ）＝Ｐ１（Ｔ−ΔＴ）＋Ｉ１×ΔＴ×１００／（Ｃ１×３６００）
・・・（６）
In
P1 (T) = P1 (T−ΔT) + I1 × ΔT × 100 / (C1 × 3600)
... (6)
上記式（６）において、第一電池２０２の充電容量Ｃ１には、予めコントローラ２００に記憶された値を用いることができる。あるいは、前述の国際公開ＷＯ２０１２／１２０６２０号や特開２００５−８３７９８号公報に記載された方法を利用して推定した値を用いてもよい。
In the above formula (6), the value stored in the
ステップ５３を実行したら、コントローラ２００は処理をステップ５２に戻し、ステップ５２で第一電池２０２の充電率が閾値以上と判定されるまで、ステップ５３の処理を繰り返す。これにより、発電機１２が第一電池２０２を充電することで第一電池２０２の充電状態が閾値以上となるまでの間、第一電池スイッチ２０５をオン（閉成）し続けると共に、第二電池スイッチ２０９をオフ（開放）し続けて、発電機１２の発電を継続する。
After executing
ステップ５４において、コントローラ２００は、上位コントローラであるＥＣＵ１５に対して、発電機１２を停止するための指令を出力する。この指令に応じてＥＣＵ１５が発電機１２を停止することで、発電機１２から第一電池２０２への充電が終了する。
In step 54, the
ステップ５５において、コントローラ２００は、発電機１２の発電が停止したか否かを判定する。発電が停止されていなければステップ５５の判定を継続し、発電が停止されたらステップ３４に処理を進める。ここでは、たとえば図２の入出力電圧センシング線２１０を介して、入出力端子２０１の電圧を監視することで、発電機１２の発電電圧が所定電圧未満となったことを確認する。さらに、第一電池電流計２０３で計測した電流が放電側になったことを確認する。これらを確認することで、発電機１２の発電が停止したと判断することができる。
In
以上説明した本発明の第２の実施形態によれば、第１の実施形態で説明した作用効果に加えて、次の作用効果を奏する。 According to the second embodiment of the present invention described above, in addition to the functions and effects described in the first embodiment, the following functions and effects are achieved.
電池システム１０は、コントローラ２００の処理により、第一電池２０２の充電状態が所定の閾値未満であるときに（ステップ５２：Ｎｏ）、発電機１２が第一電池２０２を充電することで第一電池２０２の充電状態が閾値以上となるまでの間、第一電池スイッチ２０５を閉成すると共に第二電池スイッチ２０９を開放する（ステップ５３）。そして、第一電池２０２の充電状態が閾値以上となった後に（ステップ５２：Ｙｅｓ）、第一電池スイッチ２０５および第二電池スイッチ２０９を閉成する（ステップ３４）。このようにしたので、第一電池２０２の充電率が低く、そのままでは第一電池２０２から第二電池２０６への充電が困難な場合でも、発電機１２から第二電池２０６を充電する際に過大な充電電流が流れるのを防止できる。
In the
なお、以上説明した第２の実施形態では、ステップ５１において第一電池２０２の充電状態を推定するようにしたが、充電状態を推定する代わりに、第一電池２０２の電圧を測定してもよい。この場合、ステップ５２では、ステップ５１で測定した第一電池２０２の電圧が所定の閾値未満であるか否かを判定し、閾値未満であると判定されている間は、ステップ５２、５３の処理を実行し続ける。このようにして、発電機１２が第一電池２０２を充電することで第一電池２０２の充電状態が閾値以上となるまでの間は、ステップ５３で第一電池スイッチ２０５を閉成すると共に、第二電池スイッチ２０９を開放する。そして、第一電池２０２の電圧が閾値以上となった後に、ステップ３４を実行して第一電池スイッチ２０５および第二電池スイッチ２０９を閉成する。このようにしても、第２の実施形態で説明したのと同様の効果を奏することができる。
In the second embodiment described above, the state of charge of the
（第３の実施形態）
以上説明した第１、第２の実施形態では、図３や図５の処理において、第一電池２０２の電圧や、第二電池２０６の電圧によっては、第一電池２０２から第二電池２０６への充電時に流れる充電電流が大きくなってしまうことがある。その結果、第二電池２０６の充電電流が安全電流以下という条件を満たさない場合もあり得る。本実施形態では、このような場合にも対処できるようにするため、図２の第二電池スイッチ２０９に替えて、オン抵抗値が異なる複数のスイッチを並列に配置した第二電池スイッチ２０９Ａを設け、これらのスイッチを切り替えて用いるようにした例を説明する。
(Third embodiment)
In the first and second embodiments described above, depending on the voltage of the
図４は、本発明の第３の実施形態に係る第二電池スイッチ２０９Ａの構成例を示す図である。図４において、第二電池スイッチ２０９Ａは、互いにオン抵抗が異なるスイッチ４１、４２を並列に配置して構成されている。スイッチ４１は、第一電池２０２から第二電池２０６を充電するときに、コントローラ２００によってオン（閉成）される。このスイッチ４１のオン抵抗値は、第一電池２０２および第二電池２０６の電圧がどのような関係にあっても、第一電池２０２から第二電池２０６への充電時に流れる電流が安全電流以下となるような値に設定されている。具体的には、スイッチ４１のオン抵抗値は、第一電池２０２の上限電圧、第二電池２０６の下限電圧および前述の第二電池の安全電流Ｉｓ２に基づいて設定されていることが好ましい。一方、スイッチ４２は、図３の処理を終えて発電機１２から第二電池２０６を充電するときに、コントローラ２００によってオン（閉成）される。このスイッチ４２のオン抵抗値は、スイッチ４１のオン抵抗値よりも小さな値に設定されていることが好ましい。
FIG. 4 is a diagram showing a configuration example of the
なお、図４では２つのスイッチ４１、４２を並列に配置することとしたが、３つ以上のスイッチを並列に配置してもよい。オン抵抗値が異なる複数のスイッチが並列に配置され、そのうちいずれか少なくとも一つが第一電池２０２から第二電池２０６を充電するときにオンされ、当該スイッチを除いたスイッチのうちいずれか少なくとも一つが発電機１２から第二電池２０６を充電するときにオンされるものであれば、第二電池スイッチ２０９Ａをどのように構成してもよい。
In FIG. 4, the two
以上説明した本発明の第３の実施形態によれば、第１、第２の実施形態で説明した作用効果に加えて、次の作用効果を奏する。 According to the third embodiment of the present invention described above, in addition to the functions and effects described in the first and second embodiments, the following functions and effects are achieved.
第二電池スイッチ２０９Ａには、第一電池２０２から第二電池２０６を充電するときに閉成されるスイッチ４１と、発電機１２から第二電池２０６を充電するときに閉成されるスイッチ４２と、を含む複数のスイッチが並列に配置されている。そして、スイッチ４１のオン抵抗値と、スイッチ４２のオン抵抗値とは、互いに異なる。具体的には、スイッチ４１のオン抵抗値は、第一電池２０２の上限電圧、第二電池２０６の下限電圧および第二電池２０６の安全電流Ｉｓ２に基づいて設定されていることが好ましい。また、スイッチ４２のオン抵抗値は、スイッチ４１のオン抵抗値よりも低いことが好ましい。このようにしたので、第一電池２０２から第二電池２０６への充電時に流れる充電電流が大きくなってしまう場合にも、第二電池２０６の充電電流を安全電流以下とすることができる。
The
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。前述の第１〜第３の実施形態では、第一電池スイッチ２０５または第二電池スイッチ２０９を切り替える際のタイミングによっては、第一電池２０２および第二電池２０６と補機負荷１４との接続が瞬間的に切断されてしまい、補機負荷１４に電源が供給されない場合が生じ得る。本実施形態では、こうしたスイッチ切り替え時の瞬間的な電源供給切断の対策例を説明する。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. In the first to third embodiments described above, depending on the timing when the
図１１は、本発明の第４の実施形態に係る電池システム１０Ａの構成を示す図である。図１１に示す電池システム１０Ａには、前述の第１の実施形態で説明した図２の電池システム１０と比較して、補機負荷１４に対して第一電池２０２および第二電池２０６と並列に接続されたコンデンサ１１１がさらに設けられている。
FIG. 11 is a diagram showing a configuration of a
電池システム１０Ａにおいて、第一電池スイッチ２０５および第二電池スイッチ２０９が両方ともオフ状態になると、コンデンサ１１１に充電された電力が補機負荷１４に供給される。そのため、第一電池２０２および第二電池２０６と補機負荷１４との接続が瞬間的に切断されたとしても、コンデンサ１１１から補機負荷１４に電源を供給し続けることができる。
In the
なお、マイクロＨＥＶ１７の駐車中には、コントローラ２００はスリープ状態となる。そのため、第一電池スイッチ２０５および第二電池スイッチ２０９にＦＥＴやＩＧＢＴ等の半導体スイッチを用いた場合、これらのスイッチにおけるゲート端子の電圧は、マイクロＨＥＶ１７の駐車中にはＬレベルとなる。したがって、第一電池２０２を保安装置の電源として利用するためには、プルアップ抵抗等を用いることで、コントローラ２００のスリープ時に第一電池スイッチ２０５のゲート端子電圧を強制的にＨレベルにして、第一電池スイッチ２０５をオン状態に保持するようにすることが好ましい。一方、第一電池スイッチ２０５に機械式リレーを使用した場合には、リレーの電磁石に流れる電流が０となるときにリレーがオンとなるように、第一電池スイッチ２０５を接続しておけばよい。そのため、プルアップ抵抗は必要ない。さらに、電磁石に電流が流れなくなっても前の切替状態を保持できるラッチアップ方式のリレーを使用してもよい。この場合、プルアップ抵抗が不要であり、かつ、上記のように電流が０であるときの切替状態を考慮した接続としなくてもよい。
During the parking of the
また、第一電池スイッチ２０５にＦＥＴやＩＧＢＴ等の半導体スイッチを使用するために、その半導体スイッチを駆動するドライバ回路が電池システム内に搭載される場合がある。この場合、マイクロＨＥＶ１７の駐車中においても、ドライバ回路の電源を落とさないようにすることが好ましい。さらにこの場合に、もしドライバ回路の消費電流が大きければ、第一電池スイッチ２０５と並列に機械式リレーを接続して、電磁石の電流を０にしたときにそのリレーがオンとなるようにしてもよい。このようにすれば、イグニッションがオンされたときの切替動作を第一電池スイッチ２０５に分担させることができるため、機械式リレーの寿命を延ばすことができる。
In addition, in order to use a semiconductor switch such as an FET or IGBT for the
または、第一電池スイッチ２０５にダイオードを並列に繋いでおくことで、プルアップ抵抗を不要としてもよい。この場合のダイオードの向きは、第一電池２０２から発電機１２および補機負荷１４に向かう方向に電流が流れる向きとすればよい。
Alternatively, a pull-up resistor may be unnecessary by connecting a diode to the
一方、第二電池スイッチ２０９にＦＥＴやＩＧＢＴ等の半導体スイッチを用いる場合には、半導体スイッチのゲート端子にプルダウン抵抗を接続しておくことで、マイクロＨＥＶ１７の駐車中にオフとなるようにすることが好ましい。
On the other hand, when a semiconductor switch such as FET or IGBT is used for the
なお、以上説明したプルアップ抵抗やプルダウン抵抗は、第一電池スイッチ２０５や第二電池スイッチ２０９として用いるＦＥＴ等の半導体スイッチがｐチャンネルかｎチャンネルかで、接続先の電圧が変わる。しかし、いずれの場合であっても、マイクロＨＥＶ１７の駐車中に第一電池スイッチ２０５がオンとなり、第二電池スイッチ２０９がオフとなるように接続されていればよい。ただし、第二電池２０６を保安装置の電源として利用する場合は、上記とは反対に、マイクロＨＥＶ１７の駐車中に第一電池スイッチ２０５がオフとなり、第二電池スイッチ２０９がオンとなるように、プルアップ抵抗やプルダウン抵抗を接続することが好ましい。
Note that the pull-up resistor and pull-down resistor described above have different connection destination voltages depending on whether the semiconductor switch such as an FET used as the
以上説明した本発明の第４の実施形態によれば、第１、第２の実施形態で説明したのと同様の作用効果を奏する。また、電池システム１０Ａは、補機負荷１４に対して第一電池２０２および第二電池２０６と並列に接続されたコンデンサ１１１をさらに備える。そのため、第一電池２０２および第二電池２０６と補機負荷１４との接続が瞬間的に切断されたとしても、コンデンサ１１１から補機負荷１４に電源を供給し続けることができる。
According to the fourth embodiment of the present invention described above, the same operational effects as described in the first and second embodiments can be obtained.
（第５の実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。本実施形態では、マイクロＨＥＶ１７の駐車中に、コントローラ２００を起動せずに第一電池２０２から第二電池２０６を充電する例を説明する。
(Fifth embodiment)
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, an example in which the
図１２は、本発明の第５の実施形態に係る電池システム１０Ｂの構成を示す図である。図１２に示す電池システム１０Ｂには、前述の第１の実施形態で説明した図２の電池システム１０と比較して、第一電池２０２と第二電池２０６の間に、ツェナーダイオード１２１およびトリクル充電スイッチ１２２がさらに設けられている。
FIG. 12 is a diagram showing a configuration of a
トリクル充電スイッチ１２２は、マイクロＨＥＶ１７を駐車して電池システム１０Ｂの動作が停止されたときに、コントローラ２００によりオン（閉成）状態に切り替えられる。トリクル充電スイッチ１２２がオン状態になると、ツェナーダイオード１２１およびトリクル充電スイッチ１２２を介して、第一電池２０２から第二電池２０６が充電される。この充電は、第一電池２０２と第二電池２０６の電圧差がツェナーダイオード１２１のツェナー電圧と等しくなるまで行われる。
The
なお、ツェナーダイオード１２１のツェナー電圧は、マイクロＨＥＶ１７の駐車中に予想される第一電池２０２および第二電池２０６の電圧に基づいて設定することが好ましい。たとえば、長期駐車時に予想される第一電池２０２の最低電圧と第二電池２０６の最低電圧の差分を、ツェナーダイオード１２１のツェナー電圧に設定できる。具体的には、たとえば第一電池２０２の予想最低電圧を１２Ｖとし、第二電池２０６の最低電圧を、カタログ等に記載された充電率０％のときの電圧値とすればよい。あるいは、ツェナーダイオード１２１を設けなくてもよい。この場合、第一電池２０２の電圧と第二電池２０６の電圧が等しくなるまで、第一電池２０２により第二電池２０６がトリクル充電される。
The Zener voltage of the
トリクル充電スイッチ１２２には、前述の第４の実施形態で説明したように、ＦＥＴやＩＧＢＴ等の半導体スイッチを用いることで、マイクロＨＥＶ１７の駐車中、すなわち電池システム１０Ｂの動作停止時に、オン状態が保持されるようにすることができる。あるいは、前述のように機械式リレーを用いてもよい。電池システム１０Ｂの停止時には閉成（オン）され、電池システム１０Ｂの起動時に開放（オフ）されるものであれば、どのようなスイッチをトリクル充電スイッチ１２２に用いてもよい。
As described in the fourth embodiment, the
以上説明した本発明の第５の実施形態によれば、第１、第２の実施形態で説明したのと同様の作用効果を奏する。また、電池システム１０Ｂは、第一電池２０２と第二電池２０６との間に設けられ、電池システム１０Ｂの停止時に閉成され、電池システム１０Ｂの起動時に開放されるトリクル充電スイッチ１２２をさらに備える。そのため、マイクロＨＥＶ１７の駐車中にコントローラ２００を起動しなくても、第一電池２０２から第二電池２０６を充電して、発電機１２から第二電池２０６を充電する際に過大な充電電流が流れるのを防止できる。
According to the fifth embodiment of the present invention described above, the same operational effects as described in the first and second embodiments can be obtained. The
なお、以上説明した第１〜第５の各実施形態において、第二電池２０６にリチウムイオン電池等の二次電池を使用すると、長期駐車中には自己放電により、第二電池２０６の電圧が所定の下限電圧以下となって過放電状態となる場合がある。この下限電圧は、たとえば４本のリチウムイオン電池を直列接続した場合、約８Ｖ（１本当たり約２Ｖ）程度である。このような場合、電池としての機能が失われてしまい、第二電池２０６を交換せざるを得なくなる。そのため、第二電池２０６として、たとえばリチウムイオンキャパシタや電気二十層キャパシタのように、電圧が低くなっても交換が不要である充放電可能なデバイスを使用してもよい。同様に、第一電池２０２についても、二次電池以外の充放電可能なデバイスを使用することができる。すなわち、本発明では、充放電可能な蓄電装置であれば、どのようなものを第一電池２０２および第二電池２０６として使用してもよい。
In each of the first to fifth embodiments described above, when a secondary battery such as a lithium ion battery is used as the
以上説明した各実施形態や各種の変化例はあくまで一例であり、発明の特徴が損なわれない限り、本発明はこれらの内容に限定されない。本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。 Each embodiment and various modifications described above are merely examples, and the present invention is not limited to these contents as long as the features of the invention are not impaired. The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
１０，１０Ａ，１０Ｂ：電池システム、１１：エンジン、１２：発電機（オルタネータ）、１４：補機負荷、１５：ＥＣＵ（上位コントローラ）、１６：通信線、１７：マイクロＨＥＶ、１１１：コンデンサ、１２１：ツェナーダイオード、１２２：トリクル充電スイッチ、２００：コントローラ、２０１：入出力端子、２０２：第一電池、２０３：第一電池電流計、２０４：第一電池電圧センシング線、２０５：第一電池スイッチ、２０６：第二電池、２０７：第二電池電流計、２０８：第二電池電圧センシング線、２０９，２０９Ａ：第二電池スイッチ、２１０：入出力電圧センシング線 10, 10A, 10B: Battery system, 11: Engine, 12: Generator (alternator), 14: Auxiliary load, 15: ECU (upper controller), 16: Communication line, 17: Micro HEV, 111: Capacitor, 121 : Zener diode, 122: Trickle charge switch, 200: Controller, 201: Input / output terminal, 202: First battery, 203: First battery ammeter, 204: First battery voltage sensing wire, 205: First battery switch, 206: second battery, 207: second battery ammeter, 208: second battery voltage sensing wire, 209, 209A: second battery switch, 210: input / output voltage sensing wire
Claims (8)
前記発電機に前記第一の蓄電装置と並列に接続された充放電可能な第二の蓄電装置と、
前記第一の蓄電装置と前記第二の蓄電装置との接続状態を切り替えるためのスイッチと、を備え、
前記スイッチは、前記第一の蓄電装置と前記発電機との間に設けられた第一のスイッチと、前記第二の蓄電装置と前記発電機との間に設けられた第二のスイッチと、を有し、
前記第二の蓄電装置に前記発電機を接続した場合に流れると推定される推定電流が、前記第二の蓄電装置の電流規定値以上であるときに、前記第一のスイッチおよび前記第二のスイッチを閉成し、前記第一の蓄電装置から前記第二の蓄電装置に充電されるように前記スイッチを切り替える蓄電システム。 A chargeable / dischargeable first power storage device connected to the generator;
A chargeable / dischargeable second power storage device connected to the generator in parallel with the first power storage device;
A switch for switching a connection state between the first power storage device and the second power storage device,
The switch includes a first switch provided between the first power storage device and the generator, a second switch provided between the second power storage device and the generator, Have
When the estimated current estimated to flow when the generator is connected to the second power storage device is equal to or greater than a current regulation value of the second power storage device, the first switch and the second power power storage system closes the switch, switches the switch to be charged to the second power storage device from said first power storage device.
前記推定電流は、前記発電機の発電電圧をＶｇ、前記第二の蓄電装置の電圧をＶ２、前記第二の蓄電装置の直流抵抗をＲｂ２、前記発電機と前記第二の蓄電装置との間の抵抗をＲｓ２としたときに、以下の式に基づいて求められる蓄電システム。
（Ｖｇ−Ｖ２）／（Ｒｂ２＋Ｒｓ２） The power storage system according to claim 1,
The estimated current includes a power generation voltage of the generator as Vg, a voltage of the second power storage device as V2, a DC resistance of the second power storage device as Rb2, and between the generator and the second power storage device. A storage system that is obtained based on the following equation when the resistance of Rs2 is Rs2.
(Vg−V2) / (Rb2 + Rs2)
前記第一の蓄電装置の充電状態または電圧が所定の閾値未満であるときに、前記発電機が前記第一の蓄電装置を充電することで前記第一の蓄電装置の充電状態または電圧が前記閾値以上となるまでの間、前記第一のスイッチを閉成すると共に前記第二のスイッチを開放し、
前記第一の蓄電装置の充電状態または電圧が前記閾値以上となった後に、前記第一のスイッチおよび前記第二のスイッチを閉成する蓄電システム。 The power storage system according to claim 1 or 2 ,
When the charging state or voltage of the first power storage device is less than a predetermined threshold, the generator charges the first power storage device so that the charging state or voltage of the first power storage device is the threshold value. Until the above, close the first switch and open the second switch,
A power storage system that closes the first switch and the second switch after a charge state or voltage of the first power storage device becomes equal to or higher than the threshold value.
前記第二のスイッチには、前記第一の蓄電装置から前記第二の蓄電装置を充電するときに閉成される第一充電スイッチと、前記発電機から前記第二の蓄電装置を充電するときに閉成される第二充電スイッチと、を含む複数のスイッチが並列に配置されており、
前記第一充電スイッチのオン抵抗値と、前記第二充電スイッチのオン抵抗値とは、互いに異なる蓄電システム。 In the electrical storage system as described in any one of Claims 1-3 ,
The second switch includes a first charging switch that is closed when charging the second power storage device from the first power storage device, and a time when charging the second power storage device from the generator. A plurality of switches including a second charging switch closed in parallel,
The on-resistance value of the first charging switch and the on-resistance value of the second charging switch are different from each other.
前記第一充電スイッチのオン抵抗値は、前記第一の蓄電装置の上限電圧、前記第二の蓄電装置の下限電圧および前記第二の蓄電装置の安全電流に基づいて設定されており、
前記第二充電スイッチのオン抵抗値は、前記第一充電スイッチのオン抵抗値よりも低い蓄電システム。 The power storage system according to claim 4 ,
The on-resistance value of the first charging switch is set based on an upper limit voltage of the first power storage device, a lower limit voltage of the second power storage device, and a safety current of the second power storage device,
The on-resistance value of the second charging switch is a power storage system that is lower than the on-resistance value of the first charging switch.
前記第一のスイッチおよび前記第二のスイッチを閉成したときの電流値と、前記第一のスイッチを閉成して前記第二のスイッチを開放した時の電流値とを測定し、これらの電流値に基づいて前記推定電流を求める蓄電システム。 In the electrical storage system as described in any one of Claims 1-5 ,
Measure the current value when the first switch and the second switch are closed, and the current value when the first switch is closed and the second switch is opened. A power storage system for obtaining the estimated current based on a current value.
前記第一の蓄電装置と前記第二の蓄電装置との間に設けられ、前記蓄電システムの停止時に閉成され、前記蓄電システムの起動時に開放されるトリクル充電スイッチをさらに備える蓄電システム。 In the electrical storage system as described in any one of Claims 1-6 ,
A power storage system further comprising a trickle charge switch provided between the first power storage device and the second power storage device, closed when the power storage system is stopped, and opened when the power storage system is started.
前記第二の蓄電装置は、電池またはキャパシタである蓄電システム。 In the electrical storage system as described in any one of Claims 1-7,
The power storage system, wherein the second power storage device is a battery or a capacitor.
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