(57)【要約】【課題】クランキングによる過度な電圧低下から電池を保護する電池保護装置を提供する。【解決手段】エンジン３のクランキング時にスタータモータ２に電力を供給する電池１１と、電池１１に直列接続したスイッチ１２１と電池１１ｓに並列接続したコイル１２２とを備えるコイル式リレー１２と、クランキング時に低下する電池１１の予測電圧が、コイル１２２の温度から求めたコイル式リレー１２の駆動電圧を下回る場合、予測電圧が駆動電圧を下回ることを車両ＶＥに通知する制御部１１とを備えて電池保護装置１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】
エンジンのクランキング時にスタータモータに電力を供給する電池と、
前記電池に直列接続したスイッチと前記電池に並列接続したコイルとを備えるコイル式リレーと、
前記クランキング時に低下する前記電池の予測電圧が、前記コイルの温度から求めた前記コイル式リレーの駆動電圧を下回る場合、前記予測電圧が前記駆動電圧を下回ることを車両に通知する制御部と
を備えることを特徴とする電池保護装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電池保護装置であって、
前記電池は、補機に電力を供給し、
前記制御部は、前記予測電圧が前記駆動電圧を下回り、且つ前記電池の計測電圧が前記駆動電圧を下回る場合、前記計測電圧が前記駆動電圧を下回ることを前記車両に通知する
ことを特徴とする電池保護装置。
【請求項３】
請求項１に記載の電池保護装置であって、
前記予想電圧は、前記クランキングが実行される前に算出される
ことを特徴とする電池保護装置。
【請求項４】
請求項３に記載の電池保護装置であって、
前記予想電圧は、前記電池の電圧から、前回のクランキング時に計測された前記電池の出力電流に前記電池の内部抵抗を乗算した値を減算した電圧である
ことを特徴とする電池保護装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池保護装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両において、エンジンのクランキング時には二次電池からスタータモータに大電流が流れ、二次電池の電圧は低下する。以下の説明において、二次電池を電池と記載することがある。例えば、スタータモータに電力を供給する電池にリチウムイオン電池が用いられた場合、電池の電圧が過度に低下すると、負極に用いられた銅泊が溶出する等の不具合が電池に発生する。そこで、電池の電圧が過度に低下することを防止するために、ラッチングリレー等のコイル式リレーが用いられることがある。コイル式リレーは、電池に直列接続したスイッチと、電池に並列接続し、スイッチを開閉するコイルとを備える。例えば、電池の電圧が所定の下限閾値を下回る場合、電池からコイルに駆動電圧が印加され、コイルによってスイッチが開く。この結果、電池は、スタータモータや補機から切り離され、過度な電圧低下から保護される。
【０００３】
なお、関連する技術として、特許文献１〜３に記載の技術が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１８３９５０号公報
【特許文献２】特開２０１５−１２９４９４号公報
【特許文献３】特開２００３−７０１７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、クランキングにより電池の電圧がコイル式リレーの駆動電圧を下回ると、コイル式リレーによって電池をスタータモータから切り離すことができない。この結果、過度な電圧低下から電池を保護できない。
【０００６】
本発明の一側面に係る目的は、クランキングによる過度な電圧低下から電池を保護する電池保護装置を提供することである。
【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電池保護装置は、電池、コイル式リレー、及び制御部を備える。電池は、エンジンのクランキング時にスタータモータに電力を供給する。コイル式リレーは、電池に直列接続したスイッチと電池に並列接続したコイルとを備える。制御部は、クランキング時に低下する電池の予測電圧が、コイルの温度から求めたコイル式リレーの駆動電圧を下回る場合、予測電圧が駆動電圧を下回ることを車両に通知する。
【発明の効果】
【０００８】
一実施形態に従った電池保護装置によれば、クランキングによる過度な電圧低下から電池を保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態に従った電池保護装置の構成例を示す図である。
【図２】実施形態に従った電池保護処理の一例を示すフロー図である。
【図３】クランキング時に低下する電池の予測電圧とリレーの駆動電圧の算出方法の一例を説明する図である。
【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、実施形態に従った電池保護装置の構成例を示す図である。図１に示す電池保護装置１は、例えば、電池パックである。図１に示すように、電池保護装置１は、スタータモータ２、エンジン３、補機４、及び走行制御ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５と共に車両ＶＥに搭載される。電池保護装置１は、電池１１、コイル式リレー１２、スイッチング素子１３、電圧センサ１４、電流センサ１５、第１の温度センサ１６、第２の温度センサ１７、及び制御部１８を備える。
【００１１】
電池１１は、例えば、リチウムイオン電池やニッケル水素電池である。電池１１は、コイル式リレー１２を介してスタータモータ２及び補機４に電力を供給する。スタータモータ２はクランキングによりエンジン３を始動させる装置であり、エンジン３は車両ＶＥを駆動する装置である。補機４は、車両ＶＥに搭載された各種付属機器であり、例えば、カーナビゲーションやエアコンディショナー等である。なお、図１には１つの電池１１が示されているが、任意の数の電池１１が電池保護装置１に備えられてもよい。
【００１２】
コイル式リレー１２は、コイルに電流が流れることによってスイッチが駆動する（開閉する）リレーであり、例えば、ラッチングリレー等のメカニカルリレーである。コイル式リレー１２は、スイッチ１２１と、スイッチ１２１を駆動するコイル１２２とを備える。スイッチ１２１は電池１１に直列接続し、コイル１２２は電池１１に並列接続する。所定値以上の駆動電圧が電池１１からコイル１２２に印加されると、コイル１２２の電磁力によってスイッチ１２１、すなわちコイル式リレー１２は駆動する。
【００１３】
コイル式リレー１２は、電池１１の電圧が過度に低下することを防止するために備えられる。コイル式リレー１２は、電池１１の電圧が所定の下限閾値以上である場合には閉じた状態を維持し、電池１１の電圧が所定の下限閾値を下回る場合に制御部１８によって開かれる。所定の下限閾値は、過度な電圧低下から電池１１を保護するために予め設定された電圧値である。
【００１４】
スイッチング素子１３は、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）等の半導体スイッチである。スイッチング素子１３は、コイル１２２に直列接続し、制御部１８が出力した制御信号によって駆動する（開閉する）。制御部１８が出力した制御信号に従いスイッチング素子１３が閉じると、電池１１からコイル１２２に電圧が印加され、該印加電圧が所定の駆動電圧以上であると、コイル式リレー１２は駆動する。一方、制御部１８が出力した制御信号に従いスイッチング素子１３が開くと、電池１１からコイル１２２に電圧が印加されず、コイル式リレー１２は駆動しない。このように、図１に示す一例では、制御部１８は、スイッチング素子１３を開閉することを通じてコイル式リレー１２を開閉する。
【００１５】
電圧センサ１４は、例えば、ＩＣ（Integrated Circuit）により構成される。電圧センサ１４は、電池１１の電圧を計測し、計測値を制御部１８へ出力する。
電流センサ１５は、例えば、ホール素子又はシャント抵抗により構成される。電流センサ１５は、電池１１に流れる電流を計測し、計測値を制御部１８へ出力する。
【００１６】
第１の温度センサ１６及び第２の温度センサ１７は、例えば、サーミスタにより構成される。第１の温度センサ１６は電池１１の温度を計測し、第２の温度センサ１７はコイル１２２の温度を計測する。第１の温度センサ１６及び第２の温度センサ１７は計測値を制御部１８へ出力する。
【００１７】
制御部１８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バイス（ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）等）により構成される。制御部１８は、電池保護装置１の各部を監視及び制御し、走行制御ＥＣＵ５と通信する。走行制御ＥＣＵ５は、スタータモータ２、エンジン３、及び補機４を監視及び制御し、車両ＶＥの走行を制御する装置である。例えば、走行制御ＥＣＵ５は、車両ＶＥを駆動するために、クランキングを実行する。走行制御ＥＣＵ５は、例えば、ＣＰＵ、マルチコアＣＰＵ、又はプログラマブルなデバイス（ＦＰＧＡやＰＬＤ等）により構成される。
【００１８】
実施形態に従った電池保護処理の一例を図２及び図３を更に参照しながら説明する。図２は、実施形態に従った電池保護処理の一例を示すフロー図である。図３は、クランキング時に低下する電池の予測電圧とリレーの駆動電圧の算出方法の一例を説明する図である。
【００１９】
ステップＳ１０１において、制御部１８は、エンジン３のクランキング時に低下する電池１１の予測電圧（State Of Function）を算出する。
例えば、電池１１の電圧は、エンジン３のクランキング時に概して図３（Ａ）に示すように変化する。すなわち、図３（Ａ）に示すように、スタータモータ２の始動直後に電池１１からスタータモータ２に突入電流が流れ、電池１１の電圧は、クランキング前の電圧Ｖ０から瞬間的に低下する。その後、スタータモータ２の回転に伴い電池１１の電圧は上昇し、スタータモータ２によりエンジン３のクランクが回転する状態、すなわちクランキング状態になると、電池１１の電圧は、クランキング時に到達する電圧ＳＯＦで安定する。その後エンジン３が始動すると、スタータモータ２の負荷が減少するため、電池１１の電圧は徐々に上昇する。そして、エンジン３の始動後スタータモータ２が停止すると、電池１１の電圧は、スタータモータ２の始動前の電圧Ｖ０付近に戻る。制御部１８は、クランキング時に低下する電池１１の予測電圧、すなわち、クランキング時に到達する電圧ＳＯＦを次の式(1)により算出する。
【００２０】
ＳＯＦ＝Ｖ０−Ｉ×Ｒ  ・・・（１）      
式(1)において、Ｉはクランキング時の電池１１の出力電流であり、Ｒは電池１１の内部抵抗である。
【００２１】
クランキング前の電圧Ｖ０は、電圧センサ１４により計測される。クランキング時の出力電流Ｉは、前回のクランキング時に電流センサ１５が計測した電池１１の出力電流あってもよい。また、クランキング時の出力電流Ｉは、スタータモータ２の駆動（回転）に要する消費電力をクランキング前の電圧Ｖ０で除算することにより算出した値であってもよい。
【００２２】
電池１１の内部抵抗は、電池１１の温度及びＳＯＣ（State Of Charge）と内部抵抗との対応関係から求めてもよい。図３（Ｂ）は、電池１１の温度及びＳＯＣと内部抵抗との対応関係の一例を示す。例えば、電池１１がリチウムイオン電池である場合、図３（Ｂ）に示すように、電池１１の内部抵抗は、ＳＯＣが減少するに従って大きくなり、また、温度が低くなるに従って大きくなる。そこで、制御部１８は、図３（Ｂ）に示すような対応関係をテーブル又は関数の形式で予め保持し、電池１１の温度及びＳＯＣに対応する内部抵抗を求める。電池１１の温度は、第１の温度センサ１６により計測される。また、電池１１のＳＯＣは、電圧センサ１４が計測した電池１１の開放電圧や電流センサ１５が計測した電池１１の充放電電流の積算値を用いて制御部１８が算出する。
【００２３】
ステップＳ１０２において、制御部１８は、コイル１２２の温度からコイル式リレー１２の駆動電圧Ｖｒを求める。
図３（Ｃ）は、コイル１２２の温度とコイル式リレー１２の駆動電圧Ｖｒとの対応関係の一例を示す図である。コイル１２２の抵抗は、コイル１２２の温度が高くなるに従って大きくなり、コイル１２２に電流が流れにくくなる。このため、図３（Ｃ）に示すように、コイル式リレー１２の駆動電圧Ｖｒは、コイル１２２の温度が高くなるに従って大きくなる。そこで、制御部１８は、図３（Ｃ）に示すような対応関係をテーブル又は関数の形式で予め保持し、コイル１２２の温度に対応するコイル式リレー１２の駆動電圧Ｖｒを求める。コイル１２２の温度は、第２の温度センサ１７により計測される。
【００２４】
ステップＳ１０３において、制御部１８は、ステップＳ１０１で算出した電池１１の予測電圧ＳＯＦとステップＳ１０２で求めたコイル式リレー１２の駆動電圧Ｖｒとを比較する。
【００２５】
電池１１の予測電圧ＳＯＦがコイル式リレー１２の駆動電圧Ｖｒ以上である場合（ステップＳ１０３で“ＹＥＳ”）、制御部１８は、クランキング時にコイル式リレー１２を必要に応じて駆動できる。具体的には、制御部１８は、クランキングによって電池１１の電圧が所定の下限閾値を下回る場合には、スイッチング素子１３を閉じる。スイッチング素子１３が閉じると、駆動電圧Ｖｒ以上の電圧が電池１１からコイル１２１に印加され、コイル式リレー１２は開く。所定の下限閾値は、過度な電圧低下から電池１１を保護するために予め設定された電圧値であり、コイル式リレー１２の駆動電圧Ｖｒよりも高く設定され得る。
【００２６】
このように、電池１１の予測電圧ＳＯＦがコイル式リレー１２の駆動電圧Ｖｒ以上である場合には、制御部１８は、クランキング時にコイル式リレー１２を必要に応じて駆動できるため、一連の電池保護処理を終了する。
【００２７】
一方、電池１１の予測電圧ＳＯＦがコイル式リレー１２の駆動電圧Ｖｒを下回る場合（ステップＳ１０３で“ＮＯ”）、制御部１８は、クランキング時にコイル式リレー１２を駆動できない。具体的には、クランキングによって電池１１の電圧が所定の下限閾値を下回る場合、制御部１８は、スイッチング素子１３を閉じる。しかしながら、スイッチング素子１３を閉じても、駆動電圧Ｖｒを下回る電圧が電池１１からコイル１２１に印加されるため、コイル式リレー１２は開かず、閉じたままである。この結果、クランキングが実行された場合に、過度の電圧低下から電池１１を保護できない。
【００２８】
そこで、電池１１の予測電圧ＳＯＦがコイル式リレー１２の駆動電圧Ｖｒを下回る場合には、制御部１８は、クランキングが実行されないように、電池１１の予測電圧ＳＯＦがコイル式リレー１２の駆動電圧Ｖｒを下回ることを車両ＶＥに通知する。具体的には、制御部１８は、電池１１の予測電圧ＳＯＦがコイル式リレー１２の駆動電圧Ｖｒを下回ることを走行制御ＥＣＵ５に通知する。走行制御ＥＣＵ５は、制御部１８から受けた通知に応じてクランキングの不実行を決定する。そして、走行制御ＥＣＵ５は、クランキングの実行不可を、車両ＶＥが備える警報装置（例えば、ランプやスピーカ、図示せず）を通じて車両ＶＥのユーザに通知する。
【００２９】
上述したように、スタータモータ２の駆動に要する電池１１の出力電流Ｉ、電池１１の温度、或いは電池１１の内部抵抗Ｒ如何によっては、クランキング時に到達する電池１１の電圧ＳＯＦは、コイル式リレー１２の駆動電圧Ｖｒを下回る。また、コイル１２２の温度如何によっては、クランキング時に到達する電池１１の電圧ＳＯＦは、コイル式リレー１２の駆動電圧Ｖｒを下回る。そこで、制御部１８は、クランキング時に到達する電池１１の電圧ＳＯＦをクランキングが実行される前に予測電圧ＳＯＦとして算出する。また、制御部１８は、コイル１２２の温度に従ったコイル式リレー１２の駆動電圧Ｖｒを求める。そして、制御部１８は、算出した電池１１の予測電圧ＳＯＦがコイル式リレー１２の駆動電圧Ｖｒを下回る場合にはその旨を車両に通知し、コイル式リレー１２が駆動できない状態でクランキングが実行されることを防止する。したがって、実施形態に従った電池保護装置によれば、クランキングによる過度な電圧低下から電池を保護することができる。
【００３０】
次に、電池１１の予測電圧ＳＯＦがコイル式リレー１２の駆動電圧Ｖｒを下回る場合（ステップＳ１０３で“ＮＯ”）、制御部１８はステップＳ１０５の処理を更に実行する。ステップＳ１０５において、制御部１８は、電池１１の計測電圧とコイル式リレー１２の駆動電圧とを比較する。電池１１の計測電圧は、電圧センサ１４が計測した電池１１の電圧である。
【００３１】
電池１１の計測電圧がコイル式リレー１２の駆動電圧以上である場合（ステップＳ１０５で“ＹＥＳ”）、制御部１８は一連の電池保護処理を終了する。一方、電池１１の計測電圧がコイル式リレー１２の駆動電圧を下回る場合（ステップＳ１０５で“ＮＯ”）、制御部１８は、電池１１の計測電圧がコイル式リレー１２の駆動電圧を下回ることを車両ＶＥに通知する（ステップＳ１０６）。具体的には、制御部１８は、電池１１の計測電圧がコイル式リレー１２の駆動電圧を下回ることを走行制御ＥＣＵ５に通知する。走行制御ＥＣＵ５は、制御部１８から受けた通知に応じて、車両ＶＥが備える警報装置（例えば、ランプやスピーカ、図示せず）を通じて補機４の使用制限を車両ＶＥのユーザに促す。
【００３２】
クランキングが実行され、エンジン３によってオルタネータ（図示せず）が駆動する場合には、オルタネータから供給された電力によって補機４は駆動する。一方、クランキングが実行されず、オルタネータが駆動しない場合には、電池１１から供給された電力によって補機４は駆動する。しかしながら、電池１１の電圧がコイル式リレー１２の駆動電圧を下回る場合には、電池１１の電圧が過度に低下しないように、電池１１から補機４への電力供給を抑制することが望ましい。そこで、制御部１８は、電池１１の計測電圧がコイル式リレー１２の駆動電圧を下回ることを走行制御ＥＣＵ５に通知することを通じて、補機４の使用制限を車両ＶＥのユーザに促す。したがって、実施形態に従った電池保護装置によれば、クランキングが実行されない場合においても過度な電圧低下から電池を保護することができる。
【００３３】
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】
【００３４】
１    電池保護装置
２    スタータモータ
３    エンジン
４    補機
５    走行制御ＥＣＵ
１１    電池
１２    コイル式リレー
１３    スイッチング素子
１４    電圧センサ
１５    電流センサ
１６    第１の温度センサ
１７    第２の温度センサ
１８    制御部
１２１    スイッチ
１２２    コイル
ＶＥ    車両
【図１】
2019062604.tif 000003
【図２】
2019062604.tif 000004
【図３】
2019062604.tif 000005