(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷の電力供給源となり、充電が可能な二次電池と、該二次電池の温度を調整する温度調整手段とを備える電池装置であって、
前記二次電池から前記負荷への供給電力量を、前記負荷の複数の異なる動作状態のいずれかに応じて切り替えさせる切替指示を受け付ける受付手段を備え、
前記温度調整手段は、前記受付手段が受け付けた切替指示が、供給電力量を増加させる切替指示である場合、前記二次電池の温度を所定の第１温度範囲内に維持するように調整するようにしてあること
を特徴とする電池装置。
【請求項２】
負荷の電力供給源となり、充電が可能な二次電池と、該二次電池の温度を調整する温度調整手段とを備える電池装置であって、
前記二次電池から前記負荷への供給電力量を、前記負荷の複数の異なる動作状態のいずれかに応じて切り替えさせる切替指示を受け付ける受付手段を備え、
前記温度調整手段は、前記受付手段が受け付けた切替指示が、供給電力量を減少させる切替指示である場合、前記二次電池の温度を所定の第２温度範囲内に維持するように調整するようにしてあること
を特徴とする電池装置。
【請求項３】
前記二次電池における電圧、電流及び温度の内の少なくとも一つを測定する測定手段を更に備え、
前記温度調整手段は、前記測定手段が測定した電圧、電流及び温度の内の少なくとも一つ、及び、前記受付手段によって受け付けた切替指示に基づいて前記二次電池の温度を調整するようにしてあること
を特徴とする請求項１又は２に記載の電池装置。
【請求項４】
車両に搭載された負荷と、該負荷への給電を制御する車載負荷制御装置と、前記負荷へ給電する請求項１乃至３のいずれかに記載の電池装置とを含み、
前記負荷の電力消費状態に応じて前記電池装置が備える二次電池の温度を調整するようにしてあること
を特徴とする車載負荷制御システム。
【請求項５】
前記負荷は複数の電力消費状態で動作するようにしてあり、
前記車載負荷制御装置は、
前記負荷の複数の電力消費状態の内、いずれかへの切り替えを受け付ける状態切替受付手段と、
該状態切替受付手段が受け付けた切り替えに応じて前記負荷の電力消費状態を切り替えると共に、前記電池装置への供給電力の多少の切替指示を与える手段と
を備えることを特徴とする請求項４に記載の車載負荷制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、充電可能な二次電池と、該二次電池の温度を調整する手段を備えた電池装置に関する。特に、負荷の駆動状態に応じて二次電池からの電力供給を最適な状態とし、更に二次電池の高寿命化を図ることができる電池装置及び該電池装置を含む車載負荷制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
大容量、高電圧の充電可能な二次電池を長期間にわたって繰り返し使用することが求められる。二次電池は温度による特性を有しており、低温度では出力が低下し、高温では出力が維持されるものの寿命が短縮される可能性が高くなる。
【０００３】
特許文献１には、電池、充電器及び前記二次電池を電力供給源とする機器の動作状態を示すデータ信号を送受信することが可能に接続される構成により、電池、充電器及び機器夫々の動作状態に応じて相互の動作を制御することを可能とする技術が開示されている。
【０００４】
特許文献２には、二次電池からの出力を維持するために、電池の内部インピーダンス及びエントロピー吸発熱項から算出される発熱量を用い、電池の温度を高精度に制御する技術が開示されている。
【特許文献１】特開平９−１７４５３号公報
【特許文献２】特開２００２−１５１１６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示された技術では電池の温度を指標とした制御については考慮されておらず、電池の温度による出力の変動の影響を直接的に抑制することはされていない。また、特許文献２に開示された技術により、電池の温度を一定の範囲に高精度に維持することは可能である。
【０００６】
しかしながら、電池を電力供給源とする負荷が駆動しない場合等の電力供給が少なくて済む期間では電池を低温にしておくことによって高寿命化を図るなど、負荷の駆動状態に応じた温度調整については考慮されていない。
【０００７】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、二次電池を電力供給源とする負荷の電力消費状態に応じて、負荷へ多くの電力が必要な場合には二次電池の温度を比較的高温に維持し、少ない電力でよい場合には温度を低温に維持する構成とすることにより、出力の向上を実現しつつ二次電池の高寿命化を図ることができる電池装置及び該電池装置を含む車載負荷制御システムを提供することを目的とする
【０００８】
本発明の他の目的は、負荷の電力消費状態を外部からの指示に従って判断する構成とすることにより、電力消費状態に応じて最適な出力を実現しつつ二次電池の高寿命化を図ることができる電池装置及び該電池装置を含む車載負荷制御システムを提供することにある。
【０００９】
本発明の他の目的は、二次電池の動作状態と、負荷における電力消費状態との両方に応じて温度を調整することにより、二次電池からの出力をより最適としつつ高寿命化を図ることができる電池装置及び該電池装置を含む車載負荷制御システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１発明に係る電池装置は、負荷の電力供給源となり、充電が可能な二次電池と、該二次電池の温度を調整する温度調整手段とを備える電池装置であって、前記二次電池から前記負荷への供給電力量を、前記負荷の複数の異なる動作状態のいずれかに応じて切り替えさせる切替指示を受け付ける受付手段を備え、前記温度調整手段は、前記受付手段が受け付けた切替指示が、供給電力量を増加させる切替指示である場合、前記二次電池の温度を所定の第１温度範囲内に維持するように調整するようにしてあることを特徴とする。
【００１１】
第２発明に係る電池装置は、負荷の電力供給源となり、充電が可能な二次電池と、該二次電池の温度を調整する温度調整手段とを備える電池装置であって、前記二次電池から前記負荷への供給電力量を、前記負荷の複数の異なる動作状態のいずれかに応じて切り替えさせる切替指示を受け付ける受付手段を備え、前記温度調整手段は、前記受付手段が受け付けた切替指示が、供給電力量を減少させる切替指示である場合、前記二次電池の温度を所定の第２温度範囲内に維持するように調整するようにしてあることを特徴とする。
【００１２】
第３発明に係る電池装置は、前記二次電池における電圧、電流及び温度の内の少なくとも一つを測定する測定手段を更に備え、前記温度調整手段は、前記測定手段が測定した電圧、電流及び温度の内の少なくとも一つ、及び、前記受付手段によって受け付けた切替指示に基づいて前記二次電池の温度を調整するようにしてあることを特徴とする。
【００１３】
第４発明に係る車載負荷制御システムは、車両に搭載された負荷と、該負荷への給電を制御する車載負荷制御装置と、前記負荷へ給電する第１乃至第３発明のいずれかに記載の電池装置とを含み、前記負荷の電力消費状態に応じて前記電池装置が備える二次電池の温度を調整するようにしてあることを特徴とする。
【００１４】
第５発明に係る車載負荷制御システムは、前記負荷は複数の電力消費状態で動作するようにしてあり、前記車載負荷制御装置は、前記負荷の複数の電力消費状態の内、いずれかへの切り替えを受け付ける状態切替受付手段と、該状態切替受付手段が受け付けた切り替えに応じて前記負荷の電力消費状態を切り替えると共に、前記電池装置への供給電力の多少の切替指示を与える手段とを備えることを特徴とする。
【００１５】
本発明では、二次電池を電力供給源とする負荷への電力供給の多少によって二次電池の温度が調節される。多くの電力供給が必要とされる場合には電池の温度は比較的高温に維持されるので出力が向上し、少ない電力供給でよい場合には低温に維持されるので寿命の短縮が防止される。
【００１６】
本発明では、負荷における複数段階の電力消費状態の切り替えに応じた供給電力の多少の切替指示が外部から出力されるに際し、切替指示が受け付けられ、切替指示に従って二次電池の温度が調整される。
【００１７】
本発明では、測定された二次電池の温度、電流、及び電圧の内の少なくとも一つを基準とした二次電池の動作状態と、負荷への電力供給要求の多少とに基づき総合的に判断されて二次電池の温度が調整されるので、二次電池の温度の過度の高温化、低温化が防止される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明による場合、負荷への供給電力の多少によって温度を調整することができる。負荷へ多くの電力供給が必要な場合に出力を向上させ、少ない電力供給でよい場合に高温となって寿命が短縮することを防ぐことができ、出力の向上を実現しつつ二次電池の高寿命化を図ることができる。
【００１９】
本発明による場合、負荷の駆動レベル等によって異なる電力消費状態についての外部からの切替指示に応じて、温度を予め調整することができ、二次電池からの最適な出力を実現しつつ二次電池の高寿命化を図ることができる。
【００２０】
本発明による場合、二次電池の状態と、負荷への電力供給の必要性の多少との両者を考慮して最適に温度調整がされるので、二次電池からの出力の最適化及び二次電池の高寿命化を図ることができる。例えば、負荷へ多くの電力供給が求められているために二次電池の温度を比較的高温に維持して出力を向上させる場合、二次電池自身が発熱して過度に温度が上がるときには温度を下げるように調整することが可能である。このように、過度の温度上昇、温度下降を抑止して、二次電池からの出力をより最適としつつも高寿命化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
【００２２】
本実施の形態では、本発明に係る電池装置を車載電源システムの補助電源系として用い、補助電源系を電力供給源とする車載負荷の駆動状態に応じて二次電池からの出力を最適化し、二次電池の高寿命化を図ることができる車載電源システムを実現する例を挙げて説明する。
【００２３】
図１は、本実施の形態における車載電源システムの構成を示す構成図である。車載電源システムは、主電源系１と補助電源系２とで構成されている。主電源系１は、鉛電池を利用した二次電池１０と、エンジンから動力を得て発電し、主電源系１の二次電池１０へ蓄電するオルタネータ１１とで構成される。補助電源系２は、リチウムイオン電池を利用した二次電池２０と、主電源系１からの電力を受けて二次電池２０へ充電するＤＣＤＣコンバータ２１と、二次電池２０の温度を調整する温度調整部２２と、二次電池２０における電圧、電流及び温度を計測する電池状態センサ２３と、二次電池２０の充放電及び温度調整部２２による温度調整を制御する電池制御部２４と、補助電源系２を電力供給源とする車載負荷３への電力供給のオン・オフを切り替えるリレー２５とで構成される。
【００２４】
車載電源システムは車両に搭載されている複数の車載負荷３夫々に接続されて電力を供給する。車載電源システムと各車載負荷３とは、複数の電源線、信号線及びシールドからなるハーネスによって接続されている。図１中における各構成部を接続する実線は、電源線を示し、破線は信号線を示している。
【００２５】
複数の車載負荷３の内の一部の車載負荷３は、リレー２５及びハーネスを介して電源線により補助電源系２に接続されており、補助電源系２からの電力の供給を受けて作動する。補助電源系２からの電力の供給を受ける車載負荷３の内の一部又は全部は、ユーザが操作可能な切替スイッチ４１が接続されている車載負荷ＥＣＵ（電子制御装置；Electronic Control Unit）４と信号線で接続され、切替スイッチ４１により動作モードを切り替えることが可能に構成されている。
【００２６】
車載負荷ＥＣＵ４は、切替スイッチ４１により動作モードが切り替えられた場合、これを検知して車載負荷３の動作モードを切り替えると共に、電池制御部２４へ動作モードの切り替えを示す切替信号を出力する。切替信号は例えば、車載負荷３に複数の動作モードが設定されている場合、いずれの動作モードであるかを示す。複数の動作モードには例えば、多くの供給電力が必要な高出力モード、供給電力が少なくてよい低出力モード、動作オフモードがある。
【００２７】
補助電源系２のＤＣＤＣコンバータ２１は、主電源系１と、補助電源系２の二次電池２０とに電源線で接続されている。またＤＣＤＣコンバータ２１は電池制御部２４に信号線で接続され、電池制御部２４からの制御信号に従って主電源系１からの電力の供給を受け、電圧を変換して補助電源系２の二次電池２０を充電するように動作する。
【００２８】
補助電源系２の二次電池２０の出力電圧は、主電源系１の鉛電池を利用した二次電池１０の出力電圧の１２ボルトよりも高く、例えば４２ボルトとする。これにより、多くの電力供給を短時間に必要とする車載負荷３を動作させることが可能となる。高出力が実現され、電流量を少なくすることができるので補助電源系２からの電力の供給を受ける各車載負荷３へ接続されるハーネスに含まれる電源線の径を小さくすることが可能となり、ハーネスの軽量化及び車両全体の軽量化を図ることができる。
【００２９】
多くの電力供給を必要として補助電源系２からの電力供給を受ける車載負荷３の例として、短時間で温まるシートヒーター、ステアリングヒーター、寒冷地用に特に使用されるエンジン始動直後の暖房性能を向上させるためのＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）ヒーター、ウィンドシールドのデフォッガ、デアイサ、ディーゼルエンジン用グロープラグ、電気的に制御する電動スタビライザー、電動サスペンション等が挙げられる。特に電動スタビライザー、電動サスペンション等には複数の動作モードが設定されており、ユーザが運転中に動作モードを切替スイッチ４１により切り替えることが可能である。シートヒーター、ＰＴＣヒーター、デフォッガ、デアイサ等では、ユーザが切替スイッチ４１により動作のオン・オフを切り替えることが可能である。
【００３０】
車載負荷３が電動スタビライザー、電動サスペンション等、運転中にユーザによって動作モードが複数段階で切り替え可能なものである場合、エンジンがスタートしており、且つ既に車載負荷３が作動中に、ユーザが切替スイッチ４１によって動作モードを切り替えたときに、低出力モードと高出力モードとの間の切替を示す切替信号が出力される。車載負荷３がシートヒーター、ＰＴＣヒーター、デフォッガ、デアイサ、グロープラグである場合、短時間で温まることが必要であるので高出力モードで動作を開始することが求められる。したがって、この場合は、ユーザが切替スイッチ４１をオンにした場合には、車載負荷３の動作モードは動作オフモードから高出力モードへ切り替えられ、電池制御部２４へは高出力モードへの切り替えを示す切替信号が出力される。
【００３１】
温度調整部２２は、ファンを利用した空冷式であり二次電池２０の近傍に設置され、二次電池２０への空気の流れを作るように作動する。なお、ヒーターを備えて二次電池２０の温度を上昇させることが可能な構成としてもよい。また、温度調整部２２は電池制御部２４に信号線で接続されており、電池制御部２４からの制御信号に従ってファンの回転数が変化するように構成されている。ヒーターを備える構成とする場合には、電池制御部２４からの制御信号に従ってヒーターをオン・オフするように構成される。なお、温度調整部２２への電力供給は二次電池２０から受けるので、温度調整部２２は電源線で二次電池２０にも接続されている。
【００３２】
電池状態センサ２３は、電圧センサ、電流センサを含み補助電源系２の二次電池２０における電圧値を測定して出力し、電流値を測定して出力する。また電池状態センサ２３は、サーミスタ等の温度センサを含み温度に対応する測定値を出力する。なお、電池状態センサ２３は電池制御部２４に信号線で接続されており、電圧値、電流値及び温度の測定値を電池制御部２４へ出力する。
【００３３】
電池制御部２４は、ＤＣＤＣコンバータ２１に信号線で接続されており、ＤＣＤＣコンバータ２１へ主電源系１からの電力の供給による充電を制御する制御信号を出力する。制御信号はオン・オフを表わす信号で構成してもよいし、出力電圧で充電のオン・オフを制御する信号で構成してもよい。なお電池制御部２４は、図示しないイグニッションスイッチに信号線で接続されており、車両の状態、即ちアクセサリー電源オン状態、エンジンスタート状態を区別することが可能である。他に、車輪速センサから出力される車輪速の測定値を取得することが可能な構成とし、車両の状態として走行状態を区別することが可能としてもよい。そして電池制御部２４は信号線でリレー２５に接続されており、車載負荷３への電力供給のオン・オフを制御する。電池制御部２４は、温度調整部２２へも信号線で接続されており、温度調整部２２へ制御信号を出力して温度調整部２２による温度調整を制御する。なお、電池制御部２４への電力供給は二次電池２０から受けるので、電池制御部２４も電源線で二次電池２０に接続されている。
【００３４】
また、電池制御部２４は電池状態センサ２３と信号線で接続されており、電池状態センサ２３から出力される二次電池２０における電圧値、電流値及び温度の測定値を取得することが可能である。そして電池制御部２４は、車載負荷ＥＣＵ４と信号線で接続されており、車載負荷ＥＣＵ４から出力される切替信号を受け付ける。車載負荷ＥＣＵ４からの切替信号は、ユーザがモード切替スイッチ４１を操作した場合に、車載負荷ＥＣＵ４から電池制御部２４へ出力される。
【００３５】
電池制御部２４は、電池状態センサ２３から取得した温度の測定値から、二次電池２０の温度を取得する。なお、電池状態センサ２３から取得した電圧値及び電流値を利用することによって二次電池２０の温度を算出してもよい。そして電池制御部２４は、車載負荷ＥＣＵ４からの切替信号の示す動作モードと算出した温度とに基づいて温度調整部２２による温度調整を制御する。具体的には、切替信号の示す動作モードが高出力モードである場合、電池制御部２４は二次電池２０の温度が所定の温度範囲Ｔ１〜Ｔ１´（例えば４０℃〜６０℃）を維持するように、温度調整部２２のファンの回転数の増減又はヒーターをオン・オフを制御する。高出力モードで動作させるためには高出力が求められるので、ファンの回転数を減少させるなどにより二次電池２０を比較的高温に維持する。勿論、温度が過度に上昇した場合にはファンの回転数を増加させる。一方、切替信号の示す動作モードが高出力モードでない場合、電池制御部２４は二次電池２０の温度が所定の温度範囲Ｔ２〜Ｔ２´（ただし、Ｔ１＞Ｔ２かつＴ１´＞Ｔ２´であり、例えば２０℃〜４０℃）を維持するように、温度調整部２２のファンの回転数の増減又はヒーターのオン・オフを制御する。
【００３６】
電池制御部２４は、複数の車載負荷ＥＣＵ４に接続されて夫々から切替信号を受け付ける構成とした場合、いずれか一つからでも高出力モードへの切替信号を受け付けたときには、温度調整部２２のファンの回転数の増減又はヒーターをオン・オフにより、二次電池２０の温度が比較的高温（Ｔ１〜Ｔ１´）に維持されるように制御する。
【００３７】
電池制御部２４が温度調整部２２による温度調整を制御する処理についてフローチャートを参照して説明する。
【００３８】
図２は、本実施の形態における車載電源システムを構成する補助電源系２の電池制御部２４による温度調整制御の処理手順の一例を示すフローチャートである。電池制御部２４は、イグニッションスイッチによりアクセサリー電源がオンとなった場合、又はエンジンがスタートした場合等、補助電源系２から対象の車載負荷３への電力供給が必要な状態となった場合、リレー２５をオンにして以下の制御を開始する。
【００３９】
電池制御部２４は、対象となる車載負荷３に関する切替信号を車載負荷ＥＣＵ４から受け付けたか否かを判断する（ステップＳ１１）。電池制御部２４は、切替信号を受け付けていないと判断した場合（Ｓ１１：ＮＯ）、処理をステップＳ１１へ戻す。
【００４０】
電池制御部２４は、切替信号を受け付けたと判断した場合（Ｓ１１：ＹＥＳ）、切替信号が示す動作モードが、高出力モードへの切り替えを示すか否かを判断する（ステップＳ１２）。電池制御部２４は、高出力モードへの切り替えを示すと判断した場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）、二次電池２０の温度が所定の温度範囲Ｔ１〜Ｔ１´に維持されるように温度調整部２２を制御し（ステップＳ１３）、処理をステップＳ１１へ戻して次に切替信号を受け付けたと判断するまで待機する。
【００４１】
一方、電池制御部２４は高出力モードへの切り替えを示さないと判断した場合（Ｓ１２：ＮＯ）、二次電池２０の温度が所定の温度範囲Ｔ２〜Ｔ２´（Ｔ１＞Ｔ２かつＴ１´＞Ｔ２´）に維持されるように温度調整部２２を制御し（ステップＳ１４）、処理をステップＳ１１へ戻す。
【００４２】
電池制御部２４は、イグニッションスイッチによりエンジンがオフとなった場合、アクセサリー電源がオフとなった場合等、補助電源系２から対象の車載負荷３への電力供給が不要な状態となった場合、リレー２５を開放して処理を終了する。
【００４３】
なお、電池制御部２４は、車載負荷ＥＣＵ４からの切替信号のみならず、各車載負荷３の状態を示す信号を受け付けて各車載負荷３の状態を取得することが可能な構成とし、その状態に応じて温度調整部２２による温度調整を制御するようにしてもよい。また、電池状態センサ２３又は他の図示しない電流量測定部により二次電池２０からの電流量を測定し、電流量の多少によって車載負荷３への供給電力の多少を判断する構成としてもよい。この場合、電池制御部２４は電流量が所定値以上である場合には、二次電池２０の温度が高温に維持されるように温度調整部２２を制御し、電流量が所定値未満である場合には低温に維持されるように温度調整部２２を制御する。
【００４４】
また、上述の処理手順では電池制御部２４は電池状態センサ２３からの電圧値、電流値及び温度の測定値を受け付け、温度が所定の温度範囲に維持されるように温度調整部２２による温度調整を制御する構成とした。しかしながら本発明はこれに限らず、車載電源システムに電池状態センサ２３を備えない構成としてもよい。この場合、電池制御部２４は、車載負荷３が高出力モードで動作する場合、単に温度調整部２２のファンの回転数を減少させるか又はヒーターをオンにし、高出力モードで動作しない場合、単にファンの回転数を増加させるか、又はヒーターをオフにする。これにより、二次電池２０の温度が所定の温度範囲Ｔ１〜Ｔ１´、又はＴ２〜Ｔ２´へ維持されることが期待できる。
【００４５】
電池制御部２４が上述のような制御を行なうことにより、車載負荷３で多くの電力が必要な場合には二次電池２０の温度を比較的高温に維持して出力の向上を実現しつつ、少ない電力供給の場合には温度を低温に維持して二次電池２０の高寿命化を図ることができる。
【００４６】
なお、本実施の形態では本発明に係る電池装置を車載電源システムの補助電源系として用いた例を示した。しかしながら、本発明は車載電源システムに限らず、リチウムイオン電池等の二次電池を用いた多様な電気機器に適用可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本実施の形態における車載電源システムの構成を示す構成図である。
【図２】本実施の形態における車載電源システムを構成する補助電源系の電池制御部による温度調整制御の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４８】
１  主電源系
１０  二次電池
２  補助電源系
２０  二次電池
２２  温度調整部
２３  電池状態センサ（測定手段）
２４  電池制御部（温度調整手段）
３  車載負荷
４  車載負荷ＥＣＵ（車載負荷制御装置）
４１  切替スイッチ
【図１】
0005118458.tif 000002
【図２】
0005118458.tif 000003