(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の負荷の電力供給源となり、充電が可能な二次電池と、該二次電池の充放電を制御する制御手段とを備える電池装置において、
前記二次電池の温度を測定する測定手段を更に備え、
前記制御手段は、前記測定手段が測定した温度が所定値以下である場合に、前記複数の負荷の内、前記二次電池の周囲温度に直接的に関係しない特定の負荷へ給電すべく放電させるようにしてあること
を特徴とする電池装置。
【請求項２】
前記測定手段は、前記二次電池における電圧及び／又は電流を測定する手段を更に備え、
前記制御手段は、前記測定手段が測定した温度と、電圧及び／又は電流の値とに基づいて充放電を制御するようにしてあること
を特徴とする請求項１に記載の電池装置。
【請求項３】
車両に搭載された複数の負荷と、該負荷への給電を制御する車載負荷制御装置と、前記負荷への電力供給源となる請求項１又は２に記載の電池装置とを含み、
該電池装置が備える測定手段が測定した温度が所定値以下である場合、前記電池装置の制御手段は、前記二次電池の周囲温度に直接的に関係しない特定の負荷への給電を制御する車載負荷制御装置へ給電させる制御信号を出力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。
【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を備えた電池装置に関する。特に小型化、軽量化が求められる場合、低温でも二次電池からの出力を向上させ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、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２００２−１５１１６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１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。しかしながら、電池装置の小型化、軽量化がより一層求められる場合、ヒーターを用いる構成ではヒーター自体及びヒーターへの電力供給手段の重量が問題となる場合がある。
【０００５】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、低温時には自身の発熱量によって自身の温度を調整する構成とすることにより、特に小型化、軽量化が求められる場合でもヒーター等の加熱冷却手段を備えることなしに、低温時の二次電池からの出力を向上させ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。
【０００６】
また、本発明の他の目的は、二次電池の動作状態を更に測定して制御に用いる構成とすることにより、加熱冷却手段を備えることなしに、低温時の二次電池からの出力をより向上させ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】
【０００７】
第１発明に係る電池装置は、複数の負荷の電力供給源となり、充電が可能な二次電池と、該二次電池の充放電を制御する制御手段とを備える電池装置において、前記二次電池の温度を測定する測定手段を更に備え、前記制御手段は、前記測定手段が測定した温度が所定値以下である場合に、前記複数の負荷の内、前記二次電池の周囲温度に直接的に関係しない特定の負荷へ給電すべく放電させるようにしてあることを特徴とする。
【０００８】
第２発明に係る電池装置は、前記測定手段は、前記二次電池における電圧及び／又は電流を測定する手段を更に備え、前記制御手段は、前記測定手段が測定した温度と、電圧及び／又は電流の値とに基づいて充放電を制御するようにしてあることを特徴とする。
【０００９】
第３発明に係る車載負荷制御システムは、車両に搭載された複数の負荷と、該負荷への給電を制御する車載負荷制御装置と、前記負荷への電力供給源となる第１又は第２発明に記載の電池装置とを含み、該電池装置が備える測定手段が測定した温度が所定値以下である場合、前記電池装置の制御手段は、前記二次電池の周囲温度に直接的に関係しない特定の負荷への給電を制御する車載負荷制御装置へ給電させる制御信号を出力するようにしてあることを特徴とする。
【００１０】
本発明では、複数の負荷への電力供給源となる二次電池の温度が測定手段により測定され、測定された温度が所定値以下である場合には、複数の負荷の内の特定の負荷へ電力が供給されるべく二次電池は放電され、特定の負荷へ給電される。二次電池では自身の発熱によって温度が上昇する。なお、放電により給電される特定の負荷として、給電が開始されて動作しても問題のない負荷又は動作するべき負荷を選択することが望ましい。
【００１１】
本発明では、測定された二次電池の電流及び電圧の内のいずれか又は両方による二次電池での動作状態と、二次電池の温度とに基づき総合的に判断されて二次電池の充放電が制御される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明による場合、ヒーター等の加熱冷却手段を備えることなしに自身の発熱により温度を上昇させることができるので、車両に搭載される場合等の小型化、軽量化が特に求められる場合、低温時での二次電池からの出力を向上させることができる。
【００１３】
本発明による場合、二次電池で測定される温度のみならず、電圧値、電流値等の動作状態を考慮して充放電を制御するので、二次電池からの出力を更に最適に維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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における電圧、電流及び温度を計測する電池状態センサ２２と、二次電池２０の充放電を制御する電池制御部２３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２４とで構成される。
【００１７】
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。
【００１８】
複数の車載負荷３の内の一部の車載負荷３は、リレー２４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は、車載負荷ＥＣＵ（電子制御装置；Electronic Control Unit）４と信号線で接続され、動作のオン・オフが制御される。
【００１９】
車載負荷ＥＣＵ４は、図示しないスイッチ、又は他の車載負荷ＥＣＵ４からの信号に基づいて車載負荷３の動作を制御する。そして、電池制御部２３からも車載負荷３の動作のオン・オフを指示する制御信号を受け付け、制御信号に従って車載負荷３の動作を制御する。なお、車載負荷３の動作状態を示す信号を補助電源系２の電池制御部２３へ出力する機能を有していてもよい。
【００２０】
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２３に信号線で接続され、電池制御部２３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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
電池状態センサ２２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。電池状態センサ２２は電池制御部２３に信号線で接続されており、温度の測定値を電池制御部２３へ出力する。
【００２４】
電池制御部２３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２３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２３は信号線でリレー２４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。
【００２５】
また、電池制御部２３は、車載負荷ＥＣＵ４へも信号線で接続されており、車載負荷ＥＣＵ４へ制御信号を出力して車載負荷の動作を開始させることが可能である。なお、電池制御部２３に接続されて電池制御部２３からの制御信号を受け付ける車載負荷ＥＣＵ４は、後述する特定の負荷の動作を制御する車載負荷ＥＣＵ４である。なお、電池制御部２３への電力供給は二次電池２０から受けるので、電池制御部２３も電源線で二次電池２０に接続されている。また、電池制御部２３は電池状態センサ２２と信号線で接続されており、電池状態センサ２２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。
【００２６】
電池制御部２３は、電池状態センサ２２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２２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。
【００２７】
電池制御部２３は、取得又は算出した二次電池２０の温度が所定値（例えばゼロ℃）以下であるか否かにより、二次電池２０の充放電を制御し、車載負荷３への給電のオン・オフを切り替える。そして電池制御部２３は、放電する場合には放電により給電される特定の車載負荷３を動作させるため、当該特定の車載負荷３への給電を制御する車載負荷ＥＣＵ４へ制御信号を出力する。二次電池２０は、放電により自己のジュール熱で温度が上昇し、出力が向上する。電池制御部２３は、二次電池２０の温度が所定の温度範囲（例えば１６℃から２０℃まで）を維持するように充放電を制御する。ユーザの操作又は他の車載負荷ＥＣＵ４による制御により車載負荷３が動作を開始し、当該車載負荷３への給電のための放電によって二次電池２０の温度が上昇して所定の温度範囲を保つことができる場合には、特定の車載負荷３へ給電して動作させる必要がないので車載負荷ＥＣＵ４へ給電を停止させる制御信号を出力する。
【００２８】
なお、特定の車載負荷３としてはユーザが操作することなしに給電が開始されて動作しても問題とならないもの、又はこれを利用して動作させるべきものであることが好ましい。本実施の形態における車載電源システムでは、低温時とは即ち、エンジン始動直後、又はアクセサリー電源オン状態期間であることが推測される。したがって特定の車載負荷３の具体例としては、デフォッガ、デアイサ、シートヒーター、ステアリングヒーター等のヒーター類が好ましい。車両内外温度がゼロ℃以下である場合、補助電源系２からの供給電力を必要とする車載負荷３への二次電池２０の出力を向上させるために二次電池２０を放電させ、自己の放電による発熱で温度を上昇させることができると共に、室内の冷却されたシート及びステアリングが自動的に短時間で温められることによって車室内が快適となり、ウィンドシールドの曇り、結氷が短時間で取り除かれる。なお、ウィンドシールドの曇り、結氷がない場合にデフォッガ、デアイサが作動しても運転に支障がないので、デフォッガ、デアイサは特定の車載負荷３として好適である。
【００２９】
電池制御部２３が、二次電池２０の温度によって充放電及び特定の車載負荷３への給電の開始・停止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。
【００３０】
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２３による充放電制御の処理手順の一例を示すフローチャートである。なお、電池制御部２３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に以下の制御を開始する。
【００３１】
電池制御部２３は、二次電池２０の温度が所定値以下であるか判断する（ステップＳ１１）。なお、所定値は出力が向上する好適な温度範囲（例えば１６℃から２０℃まで）の下限未満の数値であるが、二次電池２０にリチウムイオン電池を利用する場合、ゼロ℃以下で出力が顕著に低下するので所定値をゼロ℃とすることが好ましい。
【００３２】
電池制御部２３は、二次電池２０の温度が所定値以下であると判断した場合（Ｓ１１：ＹＥＳ）、二次電池２０の放電を開始し（ステップＳ１２）、リレーを閉塞し（ステップＳ１３）、特定の車載負荷３の車載負荷ＥＣＵ４へ給電を開始させる制御信号を出力する（ステップＳ１４）。電池制御部２３は、二次電池２０の温度が所定値よりも高いと判断した場合（Ｓ１１：ＮＯ）、処理を次に進める。
【００３３】
次に電池制御部２３は、二次電池２０の温度が所定の温度範囲（Ｔ１℃〜Ｔ２℃、例えばＴ１＝１６、Ｔ２＝２０）にあるか否かを判断する（ステップＳ１５）。電池制御部２３は、二次電池２０の温度が所定の温度範囲にないと判断した場合（Ｓ１５：ＮＯ）、処理をステップＳ１１へ戻す。
【００３４】
電池制御部２３は、二次電池２０の温度が所定の温度範囲にあると判断した場合（Ｓ１５：ＹＥＳ）、二次電池２０からの出力が良好に維持されることが期待されるので特定の車載負荷３の車載負荷ＥＣＵ４へ給電を停止させる制御信号を出力する（ステップＳ１６）。そして電池制御部２３は、リレーを開放し（ステップＳ１７）、他の車載負荷３への給電の必要がない場合には二次電池２０の放電を停止し（ステップＳ１８）、処理をステップＳ１１へ戻す。これにより、再度温度が所定値以下となった場合、二次電池２０からの出力を向上させるべく放電が行なわれる。アクセサリー電源がオンになった時点、又はエンジンがスタートした時点で既に二次電池２０の温度が所定の範囲内にある場合には勿論、ステップＳ１２からステップＳ１４までの処理は行われず、特定の車載負荷３への給電がされていないので、ステップＳ１６からステップＳ１８までの処理は不要である。
【００３５】
電池制御部２３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には処理を終了する。なお、電池制御部２３は、特定の車載負荷３へ給電しているときには、ステップＳ１６からステップＳ１８までの処理を実行した後に処理を終了する。
【００３６】
電池制御部２３が上述のような制御を行なうことにより、二次電池２０の温度を調整するためのヒーターを備えることなしに、低温時でも二次電池２０自身を放電により発熱させて温度を上昇させ、出力を向上させることができる。したがって、車載電源システム等の軽量化、小型化が求められる場合に電池装置の重量を抑えることができ、車両全体の軽量化に寄与することができる。
【００３７】
また、放電によって給電される特定の車載負荷３として、低温時に自動的に給電されても問題が起こらない車載負荷３を選択することが望ましい。なお、低温時に自動的に給電されるべき車載負荷３を選択した場合には副次的な効果を期待することができる。
【００３８】
電池状態センサ２２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ように構成されてもよい。この場合、電池制御部２３は、二次電池２０における電圧値及び電流値のいずれか一方又は両方を利用して二次電池２０の温度を算出するようにしてもよい。更に、電池制御部２３は、電池状態センサ２２から出力される二次電池２０における電圧値及び電流値のいずれか一方又は両方を使用して二次電池２０からの出力状態を取得し、二次電池２０からの出力が所定の閾値を満たしているか否かを判断してもよい。
【００３９】
図３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２３による充放電制御の処理手順の他の一例を示すフローチャートである。なお、図３のフローチャートに示す処理手順の内、図２のフローチャートに示した処理手順と共通する処理手順については同一のステップ番号を付して詳細な説明を省略する。
【００４０】
電池制御部２３は、ステップＳ１５において二次電池２０の温度が所定の温度範囲内であると判断した場合（Ｓ１５：ＹＥＳ）、電池状態センサ２２により取得した電圧値及び電流値の両方又はいずれか一方に基づいて出力が閾値以上を満たすか否かを判断する（ステップＳ２１）。電池制御部２３は、出力が閾値を満たすと判断した場合（Ｓ２１：ＹＥＳ）、処理をステップＳ１６へ進める。電池制御部２３は、出力が閾値を満たさないと判断した場合（Ｓ２１：ＮＯ）、処理をステップＳ１２へ戻し、放電を開始していないときには放電を開始し（Ｓ１２）、ステップＳ１３及びステップＳ１４の処理を実行し、放電を開始しているときには放電を継続する。
【００４１】
これにより、二次電池２０における動作状態に応じて出力をより最適に維持することが可能となる。
【００４２】
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、特に小型化、軽量化が求められる一方で高出力が求められる電気機器の電源に適用可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【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充放電制御の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図３】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充放電制御の処理手順の他の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４４】
１  主電源系
１０  二次電池
２  補助電源系
２０  二次電池
２２  電池状態センサ（測定手段）
２３  電池制御部（制御手段）
３  車載負荷
４  車載負荷ＥＣＵ（車載負荷制御装置）
【図１】
0005102595.tif 000002
【図２】
0005102595.tif 000003
【図３】
0005102595.tif 000004