WO2017110498A1

WO2017110498A1 - 蓄電池システム

Info

Publication number: WO2017110498A1
Application number: PCT/JP2016/086547
Authority: WO
Inventors: 正直島▲崎▼
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2015-12-25
Filing date: 2016-12-08
Publication date: 2017-06-29
Anticipated expiration: 2018-06-25
Also published as: JP2017118788A

Abstract

一の蓄電池からの電力供給が絶たれても、負荷へ電力を供給することが可能な蓄電池システムを提供する。　蓄電池システム（１０）は、第１蓄電池（１）と、第２蓄電池（２）と、スイッチ制御部（４ａ）とスイッチ制御部（４ａ）により開閉されるスイッチング素子（４ｂ）とを有し、電気駆動するスイッチ（４）と、を有する蓄電池システム（１０）において、第１蓄電池（１）と第２蓄電池（２）とは並列接続され、スイッチ制御部（４ａ）は、第１蓄電池（１）と第２蓄電池（２）との双方より給電可能に構成され、第１蓄電池（１）と第２蓄電池（２）との少なくとも一方から電力供給を受けてスイッチング素子（４ｂ）を通電させる。

Description

蓄電池システム

関連出願へのクロスリファレンス

　本出願は、日本国特許出願２０１５－２５４７８６号（２０１５年１２月２５日出願）の優先権を主張するものであり、当該出願の開示全体を、ここに参照のために取り込む。

　本発明は蓄電池システムに関する。

　従来から、車載の鉛蓄電池とリチウムイオン電池との通電および遮断を切り替える開閉手段への電力供給を鉛蓄電池のみで行う車載電源装置が知られている（例えば特許文献１および２）。

特開２０１１－０７８１４７号公報特開２０１１－１７６９５８号公報

　ここで、鉛蓄電池の端子が外れる等の理由で鉛蓄電池から開閉手段への電力供給が絶たれると、車両全体のシステムが停止してしまう。

　かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、一の蓄電池からの電力供給が絶たれても、負荷へ電力を供給することが可能な蓄電池システムを提供することにある。

　上記課題を解決するために本発明の第１の観点に係る蓄電池システムは、
　第１蓄電池と、
　第２蓄電池と、
　スイッチ制御部と前記スイッチ制御部により開閉されるスイッチング素子とを有し、電気駆動するスイッチと、
　を有する蓄電池システムにおいて、
　前記第１蓄電池と前記第２蓄電池とは並列接続され、
　前記スイッチ制御部は、前記第１蓄電池と前記第２蓄電池との双方より給電可能に構成され、前記第１蓄電池と前記第２蓄電池との少なくとも一方から電力供給を受けて前記スイッチング素子を通電させる。

　上記課題を解決するために本発明の第２の観点に係る蓄電池システムは、
　前記スイッチング素子は複数個のＭＯＳＦＥＴを含むことが好ましい。

　上記課題を解決するために本発明の第３の観点に係る蓄電池システムは、
　さらに、第１整流素子と第２整流素子とを有する整流素子を有し、
　前記第１整流素子は、前記第１蓄電池から前記スイッチ制御部に電力が供給される向きに設けられ、前記第２整流素子は前記第２蓄電池から前記スイッチ制御部に電力が供給される向きに設けられることが好ましい。

　上記課題を解決するために本発明の第４の観点に係る蓄電池システムは、
　前記第１整流素子および前記第２整流素子はいずれも、複数個の整流素子からなることが好ましい。

　上記課題を解決するために本発明の第５の観点に係る蓄電池システムは、
　さらに制御部と、センサと、報知部とを有し、
　前記制御部は、前記第２蓄電池に接続された前記センサが検出した電流値および電圧値に基づいて前記第２蓄電池からの電力供給が不可能であると判定したとき、前記報知部を介して前記判定の内容を報知することが好ましい。

　本発明の第１の観点に係る蓄電池システムによれば、スイッチ制御部は、第１蓄電池と第２蓄電池との少なくとも一方から電力供給を受ける。このため、第２蓄電池からの電力供給が絶たれても、第１蓄電池からスイッチ制御部に電力を供給してスイッチを電気駆動することが可能になる。もって負荷に電力を供給し、車両全体のシステムを停止させることなく動作させることが可能となる。

　本発明の第２の観点に係る蓄電池システムによれば、スイッチング素子は複数個のＭＯＳＦＥＴを含む。このため電力負荷を分散することが可能である。

　本発明の第３の観点に係る蓄電池システムによれば、第１整流素子は、第１蓄電池からスイッチ制御部に電力が供給される向きに設けられ、第２整流素子は第２蓄電池からスイッチ制御部に電力が供給される向きに設けられる。このため、例えば第１蓄電池１から第２蓄電池２または第２蓄電池２から第１蓄電池１に電流が流れこむことがなく、スイッチ制御部への電力供給が確保される。

　本発明の第４の観点に係る蓄電池システムによれば、第１整流素子および第２整流素子はいずれも、複数個の整流素子からなる。このため、耐圧を上げることができる。

　本発明の第５の観点に係る蓄電池システムによれば、制御部は、第２蓄電池に接続されたセンサが検出した電流値および電圧値に基づいて第２蓄電池から他の要素への電力供給が不可能であると判定したとき、報知部を介して当該判定の内容を報知する。このため、第２蓄電池からスイッチ制御部への電力供給という緊急的な処置が行われていることをドライバに報知することができ、ドライバに早期に対策をとらせることができる。

本発明の実施形態に係る蓄電池システムの概略構成を示す機能ブロック図である。図１の領域Ａの拡大図である。図１の制御部が実行する動作フローを示す図である。本発明の変形例に係る蓄電池システムの概略構成を示す機能ブロック図である。

　以下、本発明の実施形態を説明する。

　はじめに図１を参照して、本発明の実施形態に係る蓄電池システム１０の概略構成を説明する。図１の実線は電力ラインを示し、破線は情報伝達ラインを示す。蓄電池システム１０は、例えばハイブリッド車（ＨＥＶ車）等の車両に搭載される。蓄電池システム１０の概略構成を説明するが、蓄電池システム１０の他の機能を排除したものではないことに留意されたい。

　蓄電池システム１０は、少なくとも第１蓄電池１と第２蓄電池２とスイッチ４とを有し、さらに、センサ３と負荷５と制御部６と報知部７とを有してもよい。第１蓄電池１と第２蓄電池２とスイッチ４と負荷５とは並列に接続される。

　第１蓄電池１は、例えばリチウムイオン電池である。第１蓄電池１はまた、例えばリチウムイオン電池やニッケル水素電池等、鉛蓄電池以外の１以上の二次電池（セル）が直列に接続されて構成されてもよい。第１蓄電池１のプラス端子はスイッチ制御部４ａおよびスイッチング素子４ｂと接続され、マイナス端子はグランドに接続される。第１蓄電池１は後述するスイッチ制御部４ａへ電力を供給可能であり、また、後述するスイッチング素子４ｂが通電しているとき、負荷５等に対して電力を供給可能である。第１蓄電池１はまた、エンジン駆動（アイドリング）の停止中に、補機およびＥＣＵ（Ｅｎｇｉｎｅ　Ｃｏｎｔｏｒｌ　Ｕｎｉｔ）等に対して電力を供給可能である。第１蓄電池１は第２蓄電池２と並列接続される。

　第２蓄電池２は、例えば鉛蓄電池である。第２蓄電池２は第１蓄電池１と同じ電圧であっても異なる電圧であってもよいが、異なる電圧である場合はＤＣ／ＤＣコンバータを用いる。第２蓄電池２のプラス端子はスイッチ制御部４ａおよびスイッチング素子４ｂと接続され、マイナス端子はグランドに接続される。第２蓄電池２は後述するスイッチ制御部４ａに電力を供給可能である。第２蓄電池２はまた、負荷５に対して電力を供給可能である。第２蓄電池２は第１蓄電池１と並列接続される。

　センサ３は、第２蓄電池２を流れる電流および電圧の値を検出する、電流センサおよび電圧センサである。センサ３は、検出した情報を制御部６に出力する。

　スイッチ４は、スイッチ制御部４ａと、スイッチ制御部４ａにより開閉されるスイッチング素子４ｂとを有し、電気駆動する。

　前述したスイッチ制御部４ａは、第１蓄電池１と第２蓄電池２との双方より給電可能に構成される。スイッチ制御部４ａは、第１蓄電池１と第２蓄電池２との少なくとも一方から電力供給を受け、制御部６による制御によりスイッチング素子４ｂの開閉を行うことが可能である。すなわち、第２蓄電池２からの電力供給が何らかの理由で途絶えたとしても、スイッチ制御部４ａは第１蓄電池１から電力供給を受けることでスイッチング素子４ｂの開閉制御を継続することができる。

　前述したスイッチング素子４ｂは第１蓄電池１および第２蓄電池２と直列に接続され、スイッチ制御部４ａの制御によりスイッチング素子４ｂが開かれたとき（ＯＦＦになったとき）第１蓄電池１と第２蓄電池２との間の電力は遮断される。スイッチ制御部４ａの制御によりスイッチング素子４ｂが閉じられたとき（ＯＮになったとき）スイッチング素子４ｂは通電し第１蓄電池１と第２蓄電池２との間には電流が流れる。

　スイッチング素子４ｂは、例えば以下のように開閉してもよい。すなわち、スイッチング素子４ｂは、第２蓄電池２の電圧が所定値を下回ったときに閉じることによって、オルタネータ（図示しないが、スイッチ４から見て第１蓄電池１が接続される側に設けられる）または第１蓄電池１から第２蓄電池２への充電を行い、第２蓄電池２の過放電保護を行う。同様にスイッチング素子４ｂは、第２蓄電池２の電圧が別の所定値を上回ったときに開くことによって、オルタネータまたは第１蓄電池１から第２蓄電池２へ充電が行われることを防ぎ、第２蓄電池２の過充電保護を行う。

　スイッチング素子４ｂは１つ以上のＭＯＳＦＥＴ(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)で構成される。図２は図１の領域Ａの拡大図である。図２に示すように本実施形態においてスイッチング素子４ｂは複数個の（６つの）ＭＯＳＦＥＴを含む。図２に示すようにスイッチング素子４ｂは、互いに左右に向かい合う１組のＭＯＳＦＥＴを３組接続して構成される。当該組の数が多いほど、電力負荷を分散することが可能である。スイッチ制御部４ａとスイッチング素子４ｂとは複数個のトランジスタによって接続される。スイッチング素子４ｂは、スイッチ制御部４ａによる制御によって通電し、このときオルタネータまたは第１蓄電池１等から負荷５への電力供給を確保することができる。

　オルタネータとは発電機であって、スタータによって始動されたエンジンに機械的に接続される。オルタネータはエンジンの駆動によって発電可能である。代替例としてオルタネータは車両の減速時等に回生によって発電してもよい。オルタネータで発電された電力はレギュレータで出力電圧を調整されて第１蓄電池１および第２蓄電池２の充電に使用されてもよい。

　図１を再度参照するに、負荷５は、例えば車両に備えられたオーディオ、エアコンおよびナビゲーションシステム等である。負荷５の一端はセンサ３、スイッチ制御部４ａおよびスイッチング素子４ｂに接続され、もう一端はグランドに接続される。負荷５は、エンジン駆動の停止中に第１蓄電池１及び第２蓄電池２から電力供給を受けて動作し、エンジン駆動中にオルタネータ、第１蓄電池１および第２蓄電池２から電力供給を受けて動作する。

　制御部６は、例えば車両に備えられたＥＣＵを含んで構成され、蓄電池システム１０の動作全体を制御するプロセッサである。例えば制御部６は、センサ３から電流値および電圧値の情報を取得して、電流値が０で且つ電圧値が０（取得不可）となったとき、第２蓄電池２から他の要素への電力供給が不可能であると判定する。電力供給が不可能であることは例えば、第２蓄電池２の端子が蓄電池システム１０から外れたこと等である。このとき制御部６は、第２蓄電池２から他の要素への電力供給が不可能であることを報知部７に報知する。

　また、制御部６はスイッチ制御部４ａを介して、スイッチング素子４ｂの開閉を制御する。

　報知部７は、第２蓄電池２から他の要素への電力供給が不可能であるとの報知を取得すると、その旨を車両のドライバに報知する。具体的には報知部７は、ランプを点灯させることで報知する。代替例として報知部７は、端子が外れる等の理由により電力供給が不可能であることを、音声として報知しまたは画像として車載のモニタに出力して報知する。

　上記実施形態の通り、スイッチ制御部４ａは第１蓄電池１と第２蓄電池２の少なくとも一方から電力供給を受け、スイッチング素子４ｂの開閉を行うことが可能である。したがって、第２蓄電池２からの電力供給が絶たれても、第１蓄電池１からスイッチ制御部４ａに電力を供給してスイッチング素子４ｂを開閉することが可能になる。もって負荷５に電力を供給し、車両全体のシステムを停止させることなく動作させることが可能となる。第２蓄電池２からの電力供給が絶たれたとき、センサ３からの電流値および電圧値は共に０となる。このとき制御部６は、第２蓄電池２から他の要素への電力供給が不可能であることを、報知部７を介してドライバに報知する。

　図３は、当該制御部６が定期的または不定期的に実行する動作フローを示す図である。制御部６はこの動作フローを、スイッチング素子４ｂが開いているときと閉じているときとのいずれにおいても実行可能である。

　制御部６は、センサ３で検出された電流値が０であり且つ電圧値が０となったか否かを判定する（ステップＳ１）。ステップＳ１でＹｅｓのとき、制御部６は、第２蓄電池２から他の要素への電力供給が不可能であると判定する（ステップＳ２）。ステップＳ１でＮｏのとき、制御部６はステップＳ１を実行する。

　ステップＳ２を実行した後、制御部６は、報知部７を介して、当該判定の内容を（すなわち、第２蓄電池２から他の要素への電力供給が不可能であることを）報知する（ステップＳ３）。次いで制御部６は、第１蓄電池１または第２蓄電池２の少なくとも一方から供給された電力を用いて、スイッチ制御部４ａを介してスイッチング素子４ｂの開閉制御を行う（ステップＳ４）。ステップＳ４の後、報知部７はステップＳ１を実行する。

　本実施形態において、第２蓄電池２から他の要素への電力供給が不可能であってもスイッチ制御部４ａは第１蓄電池１から電力供給を受けることができる。しかしながら、このような電力供給処理は緊急的処置であるため、制御部６はドライバへ、第２蓄電池２からの電力供給が不可能であることを報知するとともに早期に対策をとらせることができる。例えば制御部６は安全な場所へ車両を一時的に退避して第２蓄電池２の端子を再接続するように促すことが望ましい。

　図４は、本発明の変形例に係る蓄電池システム１０の概略構成を示す機能ブロック図である。上記実施形態と異なる点は、蓄電池システム１０がスイッチ制御部４ａと第１蓄電池１との間およびスイッチ制御部４ａと第２蓄電池２との間に整流素子８を有することである。別の異なる点は、第１整流素子８ａと第２整流素子８ｂとが、それらのカソードが向かい合うように設けられることである。以下、上記実施形態と共通する内容の説明は省略する。

　整流素子８はダイオードであり、第１整流素子８ａおよび第２整流素子８ｂを有する。

　第１整流素子８ａは、第１蓄電池１からスイッチ制御部４ａに電力が供給されるような向きでスイッチ制御部４ａと第１蓄電池１との間に設けられる。図３において第１整流素子８ａは２つの整流素子からなっているが、第１整流素子８ａは１つのまたは３つ以上の複数個の整流素子からなってもよい。複数個の整流素子を設けることにより、耐圧を上げることが可能となる。

　第２整流素子８ｂは、第２蓄電池２からスイッチ制御部４ａに電力が供給されるような向きでスイッチ制御部４ａと第２蓄電池２との間に設けられる。図３において第２整流素子８ｂは２つの整流素子からなっているが、第２整流素子８ｂは１つのまたは３つ以上の複数個の整流素子からなってもよい。複数個の整流素子を設けることにより、耐圧を上げることが可能となる。

　第１整流素子８ａおよび第２整流素子８ｂにより、例えば第１蓄電池１から第２蓄電池２に、または第２蓄電池２から第１蓄電池１に電流が流れこむことがなく、スイッチ制御部４ａへの電力供給が確保される。

　本発明を諸図面、実施形態、変形例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。したがって、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各手段、各ステップ等に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段やステップ等を１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

　また、上述した実施形態において、ハイブリッド車に搭載される蓄電池システム１０について説明したが、これに限られない。例えば、蓄電池システム１０は電気自動車（ＥＶ車）に搭載されてもよい。

１　　第１蓄電池
２　　第２蓄電池
３　　センサ
４　　スイッチ
４ａ　スイッチ制御部
４ｂ　スイッチング素子
５　　負荷
６　　制御部
７　　報知部
８　　整流素子
８ａ　第１整流素子
８ｂ　第２整流素子
１０　蓄電池システム

Claims

　第１蓄電池と、
　第２蓄電池と、
　スイッチ制御部と前記スイッチ制御部により開閉されるスイッチング素子とを有し、電気駆動するスイッチと、
　を有する蓄電池システムにおいて、
　前記第１蓄電池と前記第２蓄電池とは並列接続され、
　前記スイッチ制御部は、前記第１蓄電池と前記第２蓄電池との双方より給電可能に構成され、前記第１蓄電池と前記第２蓄電池との少なくとも一方から電力供給を受けて前記スイッチング素子を通電させる蓄電池システム。
　請求項１に記載の蓄電池システムにおいて、
　前記スイッチング素子は複数個のＭＯＳＦＥＴを含む、蓄電池システム。
　請求項１に記載の蓄電池システムにおいて、
　さらに、第１整流素子と第２整流素子とを有する整流素子を有し、
　前記第１整流素子は、前記第１蓄電池から前記スイッチ制御部に電力が供給される向きに設けられ、前記第２整流素子は前記第２蓄電池から前記スイッチ制御部に電力が供給される向きに設けられる、蓄電池システム。
　請求項２に記載の蓄電池システムにおいて、
　さらに、第１整流素子と第２整流素子とを有する整流素子を有し、
　前記第１整流素子は、前記第１蓄電池から前記スイッチ制御部に電力が供給される向きに設けられ、前記第２整流素子は前記第２蓄電池から前記スイッチ制御部に電力が供給される向きに設けられる、蓄電池システム。
　請求項３に記載の蓄電池システムにおいて、
　前記第１整流素子および前記第２整流素子はいずれも、複数個の整流素子からなる、蓄電池システム。
　請求項４に記載の蓄電池システムにおいて、
　前記第１整流素子および前記第２整流素子はいずれも、複数個の整流素子からなる、蓄電池システム。
　請求項１に記載の蓄電池システムにおいて、
　さらに制御部と、センサと、報知部とを有し、
　前記制御部は、前記第２蓄電池に接続された前記センサが検出した電流値および電圧値に基づいて前記第２蓄電池からの電力供給が不可能であると判定したとき、前記報知部を介して前記判定の内容を報知する、蓄電池システム。
　請求項２に記載の蓄電池システムにおいて、
　さらに制御部と、センサと、報知部とを有し、
　前記制御部は、前記第２蓄電池に接続された前記センサが検出した電流値および電圧値に基づいて前記第２蓄電池からの電力供給が不可能であると判定したとき、前記報知部を介して前記判定の内容を報知する、蓄電池システム。
　請求項３に記載の蓄電池システムにおいて、
　さらに制御部と、センサと、報知部とを有し、
　前記制御部は、前記第２蓄電池に接続された前記センサが検出した電流値および電圧値に基づいて前記第２蓄電池からの電力供給が不可能であると判定したとき、前記報知部を介して前記判定の内容を報知する、蓄電池システム。
　請求項４に記載の蓄電池システムにおいて、
　さらに制御部と、センサと、報知部とを有し、
　前記制御部は、前記第２蓄電池に接続された前記センサが検出した電流値および電圧値に基づいて前記第２蓄電池からの電力供給が不可能であると判定したとき、前記報知部を介して前記判定の内容を報知する、蓄電池システム。
　請求項５に記載の蓄電池システムにおいて、
　さらに制御部と、センサと、報知部とを有し、
　前記制御部は、前記第２蓄電池に接続された前記センサが検出した電流値および電圧値に基づいて前記第２蓄電池からの電力供給が不可能であると判定したとき、前記報知部を介して前記判定の内容を報知する、蓄電池システム。
　請求項６に記載の蓄電池システムにおいて、
　さらに制御部と、センサと、報知部とを有し、
　前記制御部は、前記第２蓄電池に接続された前記センサが検出した電流値および電圧値に基づいて前記第２蓄電池からの電力供給が不可能であると判定したとき、前記報知部を介して前記判定の内容を報知する、蓄電池システム。