(57)【要約】【課題】電池の出力電力が負荷始動電力を下回る場合に負荷を始動できる蓄電装置を提供する。【解決手段】負荷（３、４）に電力を供給する電池（２１）と、電池（２１）を加圧する電池加圧装置（２２）と、負荷始動前の電池（２１）の出力電力が負荷始動電力を下回る場合に、該出力電力が少なくとも負荷始動電力に上がる圧力になるように、電池加圧装置（２２）に電池（２１）を加圧させる制御部（２３）とを備えて蓄電装置（２）を構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷に電力を供給する電池と、
前記電池を加圧する電池加圧装置と、
負荷始動前の前記電池の出力電力が負荷始動電力を下回る場合に、前記出力電力が少なくとも前記負荷始動電力に上がる圧力になるように、前記電池加圧装置に前記電池を加圧させる制御部と
を含む、蓄電装置。
【請求項２】
請求項１に記載の蓄電装置であって、
前記制御部は、負荷始動時の前記電池の出力電圧が所定の下限電圧を下回る場合に、負荷始動電圧が少なくとも負荷始動前の前記電池の出力電圧以下に下がる圧力になるように、前記電池加圧装置に前記電池を加圧させる
蓄電装置。
【請求項３】
請求項２に記載の蓄電装置であって、
前記負荷始動電圧は、前記負荷始動時の前記電池の出力電圧が前記下限電圧以上になる値に設定される
蓄電装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか一項に記載の蓄電装置であって、
前記電池加圧装置は、ブレーキブースタから伝達される加圧力によって前記電池を加圧する
蓄電装置。
【請求項５】
請求項４に記載の蓄電装置であって、
前記制御部は、負荷始動後にリリーフバルブを開くことで、前記ブレーキブースタから伝達される前記加圧力を前記電池加圧装置以外へ逃がす
蓄電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数種類の負荷の電源として同じ電池が用いられる場合がある。例えば、車両において、補機用の電池がエンジンを始動させるスタータの電源としても用いられる場合がある。
補機には、例えば、キー入力センサや、該キー入力センサからの信号によりキー入力を判断するＥＣＵ（Electronic Control Unit）等が含まれ得る。こうした補機は、エンジンの始動よりも優先して電池の出力電力により稼動することが望まれる。すなわち、補機の稼動に必要な電力が電池から補機に供給されている状態で、エンジン始動に必要な電力が電池からスタータに供給されることが望まれる。そこで、電池の出力電圧が、補機を稼動させるために必要な下限電圧をエンジン始動時に下回らないように、エンジン始動による電圧降下分を加味した出力電力がエンジン始動前に確保される。なお、関連する技術として特許文献１に記載の技術が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−１０７７００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、例えば、車両が長時間放置された場合、補機による電力消費と電池の自然放電とにより電池の出力電圧が低下する。この結果、補機を稼動させながらエンジンを始動させるために必要な負荷始動電力を電池の出力電力が下回ると、エンジンを始動できなくなる。
【０００５】
また、例えば、電池の温度が低くなると、電池の内部抵抗は大きくなる。この結果、エンジン始動時の電圧降下がより大きくなって、電池の出力電圧が下限電圧を下回り、エンジンの始動よりも優先して稼動することが望まれる補機が停止する虞がある。
【０００６】
本発明の一側面に係る目的は、電池の出力電力が負荷始動電力を下回る場合に負荷を始動できる蓄電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る一つの形態である蓄電装置は、負荷に電力を供給する電池と、電池を加圧する電池加圧装置と、制御部とを含む。制御部は、負荷始動前の電池の出力電力が負荷始動電力を下回る場合に、該出力電力が少なくとも負荷始動電力に上がる圧力になるように、電池加圧装置に電池を加圧させる。
【発明の効果】
【０００８】
一実施形態に従った蓄電装置によれば、電池の出力電力が負荷始動電力を下回る場合に負荷を始動できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態に従った蓄電装置と、該蓄電装置を利用する負荷装置の構成例を示す図である。
【図２】実施形態に従った負荷装置の各構成要素の状態と電池の出力電圧の時間推移との関係を説明する図である。
【図３】電池及び該電池に拘束荷重を印加する拘束部材の一例を説明する図である。
【図４】電池の出力電圧と、内部抵抗及び出力電力との関係を示す図である。
【図５】実施形態に従った電池加圧装置の構成及び動作を説明する図である。
【図６】実施形態に従った蓄電装置が実行する出力電力向上処理の例示的なフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下図面に基づいて実施形態について詳細を説明する。
図１は、実施形態に従った蓄電装置と、該蓄電装置を利用する負荷装置の構成例を示す図である。図１に示す一例では、負荷装置１は車両である。負荷装置１は、蓄電装置２、ＩＳＧ（インテグレーテッド・スタータ・ジェネレータ、モータ機能付き発電機）３、エンジン４、補機５、及びブレーキブースタ６を含む。
【００１１】
蓄電装置２は、実施形態に従った蓄電装置の一例である。蓄電装置２は、電池２１、電池加圧装置２２、及び電池監視装置２３を含む。
電池２１は、例えば、リチウムイオン電池、リチウムイオンキャパシタ、又はニッケル水素電池といった二次電池（蓄電池）である。電池２１は、ＩＳＧ３と補機５とに接続され、ＩＳＧ３及び補機５に電力を供給する。また、電池２１は、ＩＳＧ３により発電された電力を充電する。ＩＳＧ３及びエンジン４と、補機５とは、同じ電池２１を電源として用いる複数の負荷の一例である。また、ＩＳＧ３及びエンジン４は第１の負荷の一例であり、補機５は第２の負荷の一例である。第２の負荷は、第１の負荷の始動よりも優先して稼動することが望まれる負荷である。言い換えれば、第１の負荷は、第２の負荷の稼動に必要な電力が電池２１から第２の負荷に供給されている状態で、第１の負荷の始動に必要な電力が電池２１から供給される負荷である。補機５は、例えば、キー入力センサといったセンサや、キー入力センサからの信号によりキー入力を判断するＥＣＵといった制御基板等である。
【００１２】
例えば、電池２１は、図２に示すような時間推移で充電され、又は放電する。図２は、実施形態に従った負荷装置の各構成要素の状態と電池の出力電圧の時間推移との関係を説明する図である。
【００１３】
図２に示すように、例えば、車両である負荷装置１がエンジン（ＥＮＧ）４により走行している間、余分な発電電力や回生による発電電力は電池２１に充電される。また、負荷装置１がモータアシストにより走行している間、電池２１は、補機５と共にＩＳＧ３に放電する。そして、負荷装置１が停止している間、電池２１は、補機５に放電すると共に自然放電する。
【００１４】
その後、ＩＳＧ３によりエンジン４は再び始動され、電池２１の出力電圧は、クランキングにより比較的大きく降下する。この時、電池２１の出力電圧は、補機５が停止しないように、補機５を稼動するために必要な所定の下限電圧Ｖｔｈを下回らないことが望まれる。そこで、エンジン４始動前の電池２１の出力電圧は、補機５を稼動させながらエンジン４を始動させるために必要な負荷始動電圧Ｖ０以上であることが望まれる。すなわち、エンジン４始動前の電池２１の出力電圧は、エンジン４始動時のクランキングによる電圧降下Ｖｄ分を下限電圧Ｖｔｈに加算した負荷始動電圧Ｖ０以上であることが望まれる。
【００１５】
しかしながら、例えば、車両である負荷装置１が長時間放置され、エンジン４始動前の電池２１の出力電圧が負荷始動電圧Ｖ０を下回ると、エンジン４を始動できなくなる。また、例えば、電池２１の温度が低くなると、電池２１の内部抵抗は大きくなる。この結果、エンジン４始動前の電池２１の出力電圧が負荷始動電圧Ｖ０以上であったとしても、クランキングによる電圧降下Ｖｄがより大きくなって、エンジン４始動時の電池２１の出力電圧は下限電圧Ｖｔｈを下回る虞がある。
【００１６】
そこで、実施形態に従った蓄電装置は、負荷始動前の電池の出力電力が負荷始動電力を下回る場合に、電池を加圧することで、電池の出力電力が少なくとも負荷始動電力に上がるように構成される。例えば、蓄電装置２は以下の説明のように更に構成される。
【００１７】
電池２１は、複数の電池セルから構成される電池モジュールであってもよく、例えば、図３（Ａ）に示すように、拘束部材７によって拘束される。図３（Ａ）は、電池及び拘束部材の構成例を示す図である。図３（Ａ）に示す構成例では、電池２１は、複数の電池セル２１１〜２１Ｎ（Ｎは２以上の整数）を含む。電池セル２１１〜１１Ｎは、１対の弾性体７２を介して１対の拘束プレート７１により挟まれる。そして、拘束プレート７１の４隅を夫々貫通する通しボルト７３とナット７４とにより拘束プレート７１間が締め付けられることで、電池セル２１１〜２１Ｎは拘束プレート７１間に拘束される。拘束プレート７１、弾性体７２、通しボルト７３、及びナット７４は、複数の電池セル２１１〜２１Ｎを拘束する拘束部材７の一例である。電池２１には、電池セル２１１〜２１Ｎの並設方向、すなわち、１対の拘束プレート７１が対峙する方向に拘束荷重が印加される。
【００１８】
図３（Ｂ）は、電池の内部抵抗と拘束荷重との関係を示す図である。図３（Ｂ）に示すように、電池２１の内部抵抗は、印加される拘束荷重が上がる（大きくなる）に従って小さくなり、印加される拘束荷重が更に上がるに従って大きくなる。電池２１の内部抵抗は小さいことが望ましいことから、電池２１の内部抵抗が小さくなる所定の拘束荷重が決定され、電池２１は、所定の拘束荷重が印加されるように拘束部材７により予め拘束されている。
【００１９】
しかしながら、電池２１は、充電により電池容量が増えると膨張し、放電により電池容量が減ると収縮する性質を有する。電池２１が収縮すると、電池２１に印加される拘束荷重は所定の拘束荷重よりも下がり、その結果、電池２１の内部抵抗は大きくなる。
【００２０】
エンジン４始動時に、電池２１の出力電圧が電圧降下Ｖｄにより下限電圧Ｖｔｈを下回る状況が発生する場合、エンジン４始動前の現時点において電池２１の電池容量は減っている。このため、エンジン４始動前の現時点において、電池２１は収縮している。それ故、電池２１に印加されている拘束荷重は所定の拘束荷重よりも下がり、その結果、電池２１の内部抵抗は大きくなっている。そこで、電池２１に印加される拘束荷重をエンジン４始動前に所定の拘束荷重に上げれば、電池２１の内部抵抗を減らすことができる。
【００２１】
電池２１の内部抵抗が減れば、図４に示すように、電池２１の出力電力を上げることができる。図４は、電池の出力電圧と、内部抵抗及び出力電力との関係を示す図である。
図４において、曲線ＲＶ１は、エンジン４始動前における、電池２１の内部抵抗と出力電圧との関係を示す線である。また、曲線ＰＶ１は、エンジン４始動前における、電池２１の出力電力と出力電圧との関係を示す線である。すなわち、エンジン４始動前において、電池２１は、曲線ＲＶ１で示されるような内部抵抗−電圧特性と、該内部抵抗−電圧特性に対応して、曲線ＰＶ１で示されるような電力−電圧特性とを有する。なお、曲線ＲＶ１といった特定の内部抵抗−電圧特性において、電池２１の内部抵抗には、電池２１の温度と、使用ＳＯＣ（State Of Charge）の範囲やＳＯＨ（State Of Health）といった電池２１の劣化度とが加味されていてもよい。
【００２２】
例えば、車両である負荷装置１が長時間放置され、エンジン４始動前の電池２１の出力電圧Ｖ１が負荷始動電圧Ｖ０を下回ると、エンジン４始動時に電池２１の出力電圧は電圧降下Ｖｄによって下限電圧Ｖｔｈを下回る（図２参照）。すなわち、図４（Ａ）に示す曲線ＰＶ１に示すように、電池２１は、エンジン４始動前の電池２１の出力電圧Ｖ１から負荷始動電力Ｐ０を出力することはできない。負荷始動電力Ｐ０は、補機５を稼動させながらエンジン４を始動させるために必要な電力である。
【００２３】
また、図４（Ｂ）の曲線ＲＶ１を図４（Ａ）の曲線ＲＶ１と比較することにより理解できるように、例えば、電池２１の温度が低くなると、電池２１の内部抵抗は大きくなる。このため、クランキングによる電圧降下Ｖｄはより大きくなり、エンジン４始動前の電池２１の出力電圧Ｖ１が仮に負荷始動電圧Ｖ０以上であったとしても、エンジン４始動時に電池２１の出力電圧は下限電圧Ｖｔｈを下回る場合がある。すなわち、図４（Ｂ）に示す曲線ＰＶ１に示すように、電池２１は、エンジン４始動前の電池２１の出力電圧Ｖ１から負荷始動電力Ｐ０を出力することはできない。
【００２４】
そこで、蓄電装置２は、エンジン４始動前に電池２１の出力電力Ｐ１が所定の負荷始動電力Ｐ０を下回る場合に、エンジン４始動前に電池２１を加圧することで、電池２１に印加される拘束荷重を上げ、電池２１の内部抵抗を減らすように構成される。こうした構成によって、電池２１の内部抵抗−電圧特性を曲線ＲＶ１から曲線ＲＶ２へ変更し、電池２１の電力−電圧特性を曲線ＰＶ１から曲線ＰＶ２へ変更することができる。図４に示すように、曲線ＲＶ２では、曲線ＲＶ１と比較して出力電圧に対する内部抵抗が減っている。対応して、曲線ＰＶ２では、曲線ＰＶ１と比較して出力電圧に対する出力電力が増えている。曲線ＰＶ２では、エンジン４始動前の電池２１の出力電圧Ｖ１が該電圧Ｖ１よりも低い電圧Ｖ２以上であれば、電池２１は負荷始動電力Ｐ０を出力可能である。これは、負荷始動電圧が電圧Ｖ０から電圧Ｖ２に下がり、エンジン４始動前の電池の出力電圧Ｖ１以下に変更されることを意味する。このように、負荷始動電圧は、エンジン４始動時の電池２１の出力電圧Ｖ１が下限電圧Ｖｔｈ以上になる値に設定及び変更される。
【００２５】
電池加圧装置２２は、電池２１を加圧する装置である。図５（Ａ）に示すように、電池加圧装置２２は、シリンダＣ及びリリーフバルブＢを含んでもよい。また、電池加圧装置２２は、図５（Ｂ）及び図５（Ｃ）に示すようなブレーキブースタ６から伝達された加圧力によって電池２１を加圧するように構成されてもよい。
【００２６】
図５（Ｂ）に示すように、一例として車両である負荷装置１の運転者によりブレーキペダル６１が踏まれていない状態では、負圧室６２内において、大気圧よりも低い負圧がピストン６３の両面に印加される。この結果、ピストン６３は、動作せず、負圧室６２内のスプリング６４によって所定位置に留まる。一方、図５（Ｃ）に示すように、運転者によりブレーキペダル６１が踏まれると、ブレーキペダル６１に連動してバルブフランジャ６５が移動し、負圧室６２内に大気が流入する。この結果、矢印で示されるように大気圧でピストン６３の一面が押されることによってピストン６３が動作する。そして、ピストン６３と連動するピストンロッド６６は、シリンダチューブ６７内の媒体物６８（例えば、空気や油）を押し出すことで加圧力（例えば、空気圧や油圧）を電池加圧装置２２に伝達する。
【００２７】
図５（Ａ）に示すように、電池加圧装置２２において、ブレーキブースタ６から伝達された加圧力によってシリンダチューブＣ１内のピストンＣ２が移動する。この結果、ピストンＣ２が取り付けられたピストンロッドＣ３は、該ピストンロッドＣ３と接する拘束プレート７１を介して電池２１を加圧する。
【００２８】
このように、エンジン始動前に電池２１の出力電力が負荷始動電力を下回る場合に、エンジン４始動前に電池加圧装置２２が電池２１を加圧することで、電池２１に印加される拘束荷重は上げられ、その結果、電池２１の内部抵抗は減る。したがって、実施形態に従った蓄電装置によれば、電池の出力電力を負荷始動電力以上に上げることができ、補機（第２の負荷）を稼動させながら負荷（第１の負荷）を始動させることができる。
【００２９】
なお、エンジン４始動前の現時点における電池２１の出力電力が負荷始動電力以上である場合は、電池２１に印加される拘束荷重を上げなくてもよい。そこで、この場合には、電池加圧装置２２が電池２１を加圧しないように、図５（Ａ）に示すように閉じられたリリーフバルブＢを開くことで、ブレーキブースタ６から伝達された加圧力を電池加圧装置２２以外へ逃がしてもよい。
【００３０】
電池監視装置２３は、実施形態に従った制御部の一例である。電池監視装置２３は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、マルチコアＣＰＵ、又はプログラマブルなディバイス（ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）等）である。電池監視装置２３は、蓄電装置２全体の動作を監視及び制御する。例えば、電池監視装置２３は、エンジン４始動前の電池２１の出力電力が負荷始動電力を下回る場合に、電池２１の出力電力が少なくとも負荷始動電力に上がる圧力に、電池加圧装置２２に電池２１を加圧させる。
【００３１】
図６は、実施形態に従った蓄電装置が実行する出力電力向上処理の例示的なフロー図である。
ステップＳ１において、電池監視装置２３は、エンジン４始動の指示を監視し、エンジン４始動の指示を検知すると（ステップＳ１で“Ｙｅｓ”）、ステップＳ２の処理に進む。例えば、一例として車両である負荷装置１の運転者が、ブレーキペダル６１を踏みながらキースイッチ（図示せず）をＯＮにしたことを検知することで、電池監視装置２３はエンジン４始動の指示を検知する。
【００３２】
ステップＳ２において、電池監視装置２３は、エンジン４始動前の現時点における電池２１の出力電力を算出する。図４を参照しながら前述した説明からも理解できるように、電池２１の出力電力は、電池２１の内部抵抗により決定される。そこで、電池監視装置２３は、エンジン４始動前の現時点における電池２１の内部抵抗を算出する。例えば、電池２１の内部抵抗は、車両である負荷装置１の走行時に充放電された電池２１の電流−電圧特性から算出されてもよい。また、電池２１の内部抵抗は、充電装置（図示せず）による電池２１の充電開始時の電池２１の電流−電圧特性から算出されてもよい。電池監視装置２３は、エンジン４始動前の現時点における電池２１の出力電圧を取得する。例えば、電池の出力電圧は、電圧センサ（図示せず）により測定されてもよく、電池監視装置２３は、測定された電圧値を電圧センサから取得してもよい。電池監視装置２３は、電池２１の内部抵抗及び出力電圧と電池２１の出力電力との対応関係を表すマップを予め保持し、該マップを参照して、エンジン４始動前の現時点における電池２１の内部抵抗及び出力電圧に対応する電池２１の出力電力を求めてもよい。
【００３３】
ステップＳ３において、電池監視装置２３は、エンジン４始動前の現時点における電池２１の出力電力が所定の負荷始動電力以上であるか否かを判定する。前述したように、エンジン４始動前の電池２１の出力電力が所定の負荷始動電力以上であれば、エンジン４始動時の電池２１の出力電圧は所定の下限電圧以上になる。そこで、エンジン４始動前の現時点における電池２１の出力電力が所定の負荷始動電力以上である場合（ステップＳ３で“Ｙｅｓ”）、電池監視装置２３は、電池加圧装置２２による電池２１の加圧を実施しない（ステップＳ４）。例えば、電池監視装置２３は、リリーフバルブＢを開くことで、ブレーキペダル６１が踏まれることにより動作したブレーキブースタ６から伝達される加圧力を電池加圧装置２２以外へ逃がす。ブレーキブースタ６からの加圧力が電池加圧装置２２に伝達されない場合、電池加圧装置２２は動作せず、電池２１は電池加圧装置２２により加圧されない。
【００３４】
また、前述したように、エンジン４始動前の電池２１の出力電力が所定の負荷始動電力を下回ると、エンジン４始動時の電池２１の出力電圧は所定の下限電圧を下回る。そこで、エンジン４始動前の現時点における電池２１の出力電力が所定の負荷始動電力を下回る場合（ステップＳ３で“Ｎｏ”）、電池監視装置２３は、電池加圧装置２２による電池２１の加圧を実施する（ステップＳ５）。例えば、電池監視装置２３は、リリーフバルブＢを閉じることで、ブレーキペダル６１が踏まれることにより動作したブレーキブースタ６からの加圧力を電池加圧装置２２に伝達する。ブレーキブースタ６からの加圧力が電池加圧装置２２に伝達されると、電池加圧装置２２が動作して、電池２１は電池加圧装置２２により加圧される。電池監視装置２３は、エンジン４が始動するまで、電池２１の加圧を実施する（ステップＳ６）。この結果、電池２１は、電池２１の出力電力が少なくとも負荷始動電力に上がる圧力に加圧される。言い換えれば、電池２１は、負荷始動電圧が少なくともエンジン４始動前の電池２１の出力電圧以下に下がる圧力に加圧される。
【００３５】
エンジン４が始動すると（ステップＳ６で“Ｙｅｓ”）、電池監視装置２３は、電池加圧装置２２による電池２１の加圧を停止する（ステップＳ７）。例えば、電池監視装置２３は、リリーフバルブＢを開くことで、ブレーキブースタ６から伝達される加圧力を電池加圧装置２２以外へ逃がす。ブレーキブースタ６からの加圧力が電池加圧装置２２に伝達されない場合、電池加圧装置２２は動作せず、電池２１は電池加圧装置２２により加圧されない。例えば、電池２１の出力電力は、エンジン４始動時のクランキングにより一時的に大きく消費されるにすぎないため、エンジン４始動時に必要とされる出力電力はエンジン４始動後になくてもよい。そこで、エンジン始動後には、電池２１の拘束荷重は、エンジン４始動前の拘束荷重に戻されてもよい。
【００３６】
このように、実施形態に従った蓄電装置によれば、電池の出力電力が負荷始動電力を下回る場合に負荷を始動できる。
本発明は、以上の実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。
【符号の説明】
【００３７】
１    負荷装置
２    蓄電装置
３    ＩＳＧ
４    エンジン
５    補機
６    ブレーキブースタ
７    拘束部材
２１    電池
２２    電池加圧装置
２３    電池監視装置
２１１〜２１１Ｎ    電池セル
６１    ブレーキペダル
６２    負圧室
６３    ピストン
６４    スプリング
６５    バルブフランジャ
６６    ピストンロッド
６７    シリンダチューブ
６８    媒体物
７１    拘束プレート
７２    弾性体
７３    通しボルト
７４    ナット
Ｂ    リリーフバルブ
Ｃ    シリンダ
Ｃ１    シリンダチューブ
Ｃ２    ピストン
Ｃ３    ピストンロッド
【図１】
2018050414.tif 000003
【図２】
2018050414.tif 000004
【図３】
2018050414.tif 000005
【図４】
2018050414.tif 000006
【図５】
2018050414.tif 000007
【図６】
2018050414.tif 000008