JP2018014283A - 電気機器、電池リフレッシュ方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電極に形成される不活性膜を除去するために電池に電流を流す際に、電池容量が必要以上に低下するのを防ぐ。【解決手段】バックアップ電源装置１は、バックアップ電池１２にパルス電流を流すパルス発生回路１１と、外部からの入力信号であるイグニッション信号を検知する制御部１０とを備える。パルス発生回路１１は、制御部１０が所定期間内にイグニッション信号を初めて検知したときに、バックアップ電池１２にパルス電流を流す。【選択図】図１

Description

本発明は、電気機器および電池リフレッシュ方法に関する。

従来、車両に搭載されるメインバッテリーが事故等の発生時に使用できなくなった場合でも緊急通信等を行うことができるようにするため、メインバッテリーとは別にバックアップ用の電池を搭載した車両が広く利用されている。こうした車両では、バックアップ用の電池が長期間未使用であると、電池において電極に不活性膜が形成されてしまい、電池性能が低下してしまうという問題がある。この問題を解決するために、一定期間ごとに電池の電極間に強制的に電流を流すリフレッシュ動作を行うことで不活性膜を除去し、電池性能の低下を防いで長寿命化を図る技術が知られている（特許文献１参照）。

特開２００８−２９３７９９号公報

特許文献１に記載の技術では、電極における不活性膜の形成状態に関わらず、一定期間ごとに電極間に強制的に電流を流すため、電池が余計な電力を消費してしまい、電池容量が必要以上に低下する可能性がある。

本発明による電気機器は、電池にパルス電流を流すパルス発生回路と、外部からの入力信号を検知する検知回路と、を備え、前記パルス発生回路は、前記検知回路が所定期間内に前記入力信号を初めて検知したときに、前記電池に前記パルス電流を流すものである。
本発明による電池リフレッシュ方法は、外部からの入力信号に応じてパルス発生回路を用いて電池にパルス電流を流すことで前記電池をリフレッシュする電池リフレッシュ方法であって、所定期間内に前記入力信号を初めて検知したときに、前記パルス発生回路により前記電池に前記パルス電流を流すものである。

本発明によれば、電極に形成される不活性膜を除去するために電池に電流を流す際に、電池容量が必要以上に低下するのを防ぐことができる。

本発明の第１の実施形態に係るバックアップ電源装置の構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係る電池リフレッシュ動作の制御手順を示すフローチャートである。 従来技術による電池リフレッシュ動作と本発明による電池リフレッシュ動作との比較説明図である。 本発明の第２の実施形態に係るバックアップ電源管理装置の構成を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係るパルス発生装置の構成を示す図である。

−第１の実施形態−
本発明の第１の実施形態では、本発明による電池リフレッシュ方法を適用したバックアップ電源装置について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係るバックアップ電源装置の構成を示す図である。図１に示すバックアップ電源装置１は、車両に搭載される電気機器であり、事故等により車両のメインバッテリーが使用できなくなった場合に、他の電気機器へメインバッテリーの代わりに電源供給を行うものである。このバックアップ電源装置１からの電源供給により、たとえば事故発生時にメインバッテリーが破壊されたり、メインバッテリーからの配線が切断されたりした状態でも、車両に搭載された通信モジュールを動作させ、緊急通報を行うことができる。

図１に示すように、バックアップ電源装置１は、制御部１０、パルス発生回路１１、バックアップ電池１２、電圧センサ１３、温度センサ１４および測定回路１５を備える。

制御部１０には、車両のイグニッション信号が入力される。制御部１０は、入力されたイグニッション信号に基づいて車両が始動されたことを検知すると、前回車両が始動されてからの経過時間に応じて、バックアップ電池１２に所定のパルス電流が流れるようにパルス発生回路１１を制御する電池リフレッシュ動作を行う。これにより、バックアップ電池１２が長期間未使用である場合に電極に形成される不活性膜を除去（破壊）して、バックアップ電池１２の性能低下を防止する。なお、このときの具体的な制御手順については、後で図２のフローチャートを参照して説明する。

パルス発生回路１１は、制御部１０の制御に応じて、バックアップ電池１２にパルス電流を流す。パルス発生回路１１は、たとえばバックアップ電池１２の正極と負極の間に接続されたスイッチおよび負荷を有しており、制御部１０からの制御信号に応じてスイッチを短時間だけオンして負荷に電流を流すことで、バックアップ電池１２にパルス電流を流すようにする。なお、制御部１０の制御に応じてバックアップ電池１２に所定のパルス電流を流すことができれば、パルス発生回路１１の構成は上記のものに限らない。

バックアップ電池１２は、たとえば緊急通報用の通信モジュールなど、車両に搭載された他の機器と接続されており、制御部１０の制御に応じて当該機器への電源供給を行う。なお、バックアップ電源装置１内で制御部１０やパルス発生回路１１や測定回路１５の動作に必要な電源は、バックアップ電池１２から供給してもよいし、不図示の他の電源装置から供給してもよい。

電圧センサ１３は、バックアップ電池１２の正極と負極の間に接続されている。温度センサ１４は、バックアップ電池１２の付近に設置されている。測定回路１５は、電圧センサ１３と温度センサ１４をそれぞれ用いて、バックアップ電池１２の電圧および温度を測定し、測定結果を制御部１０に出力する。

次に、バックアップ電源装置１における電池リフレッシュ動作の制御手順について説明する。図２は、本発明の一実施形態に係る電池リフレッシュ動作の制御手順を示すフローチャートである。制御部１０は、車両の始動を示すイグニッション信号が入力されたことを検知すると、このイグニッション信号の入力に応じて図２のフローチャートに示す制御手順を開始する。

ステップＳ１０において、制御部１０は、前回のパルス発生からの経過時間を取得する。制御部１０は、たとえばタイマを内蔵しており、このタイマを用いて、パルス発生回路１１が前回にバックアップ電池１２にパルス電流を流してからの経過時間を計測する。あるいは、パルス発生回路１１が前回にバックアップ電池１２にパルス電流を流したときの日時を制御部１０に記憶しておき、この日時と現在の日時との差を算出することで、前回のパルス発生からの経過時間を取得してもよい。

ステップＳ２０において、制御部１０は、ステップＳ１０で取得した経過時間に基づいて動作カウンタ値ｎを設定する。動作カウンタ値ｎは、パルス発生回路１１がバックアップ電池１２にパルス電流を繰り返し流す場合に、その回数の上限を規定する値である。このとき制御部１０は、経過時間が長くなるほど大きな値を動作カウンタ値ｎに設定する。たとえば、経過時間が２４時間未満であればｎ＝０を設定し、経過時間が２４時間以上６０時間未満であればｎ＝１を設定する。さらに、経過時間が６０時間以上であれば、経過時間が長くなるにつれて動作カウンタ値ｎを次第に大きくしていき、所定の値（たとえばｎ＝５０）に達したら、それ以上は大きな値を設定しないようにする。このようにして、前回のパルス発生からの経過時間に応じた動作カウンタ値ｎを設定することができる。

ステップＳ３０において、制御部１０は、ステップＳ２０で設定した動作カウンタ値ｎが１以上であるか否かを判定する。その結果、動作カウンタ値ｎが１以上である場合は処理をステップＳ４０に進める。一方、動作カウンタ値ｎが１未満の場合、すなわちｎ＝０である場合は、図２のフローチャートに示す制御手順を終了する。これにより、車両が始動されて制御部１０にイグニッション信号が入力されても、前回のパルス発生からの経過時間が所定値未満の場合、たとえば上記の例では２４時間未満の場合には、パルス発生回路１１によってバックアップ電池１２にパルス電流が流されることがない。

ステップＳ４０において、制御部１０は、パルス発生回路１１を制御してパルスを発生させる。このときパルス発生回路１１は、たとえば前述のように、制御部１０からの制御信号に応じてスイッチを短時間だけオンして負荷に電流を流すことにより、所定のパルス幅でバックアップ電池１２にパルス電流を流す。バックアップ電池１２にパルス電流を流し終えたら、次のステップＳ５０において、制御部１０は、測定回路１５にバックアップ電池１２の電圧および温度を測定させ、これらの測定結果を測定回路１５から取得する。

ステップＳ６０において、制御部１０は、ステップＳ５０で測定した電圧と温度がそれぞれ所定の閾値以上であるか否かを判定する。その結果、電圧および温度がいずれも閾値以上である場合は、バックアップ電池１２の電極に形成された不活性膜が十分に除去されてバックアップ電池１２がリフレッシュされたと判断し、図２のフローチャートに示す制御手順を終了する。一方、電圧または温度のいずれか一方または両方が閾値未満である場合は、バルス電流を繰り返し流すべく、処理をステップＳ７０に進める。

ステップＳ７０で動作カウンタ値ｎを１つカウントダウンした後、続くステップＳ８０において制御部１０は、動作カウンタ値ｎが０になったか否かを判定する。その結果、動作カウンタ値ｎが０になった場合は、処理をステップＳ９０に進める。一方、動作カウンタ値ｎが０になっていない場合、すなわち動作カウンタ値ｎが１以上である場合は、ステップＳ４０に戻ってパルス発生回路１１によるパルス電流の発生を繰り返し、リフレッシュ動作を継続する。

ステップＳ９０において、制御部１０は、バックアップ電池１２の劣化をユーザに通知する。このとき制御部１０は、たとえば車両に設けられた不図示のディスプレイ装置に所定の通知信号を出力して、バックアップ電池１２が劣化した旨のメッセージをディスプレイ装置に表示させることで、ユーザへの通知を行う。これにより、バックアップ電池１２は劣化しており十分な電池容量が残っていないため、バックアップ電池１２の交換をユーザに促す。ステップＳ９０の処理を終えたら、制御部１０は図２のフローチャートに示す制御手順を終了する。

次に、以上説明した本発明による電池リフレッシュ動作と、従来の手法による電池リフレッシュ動作との違いについて説明する。図３は、従来技術による電池リフレッシュ動作と本発明による電池リフレッシュ動作との比較説明図である。

図３（ａ）は、従来技術による電池リフレッシュ動作の一例を示している。図３（ａ）に示す電池リフレッシュ動作では、車両の使用状態とは関係なく、所定の期間Ｔ（たとえば一日）おきに一定のパルス電流をバックアップ電池に流すことで、バックアップ電池に形成される不活性膜を除去するようにしている。この場合、想定される期間Ｔでの様々な不活性膜の形成状態に対して不活性膜を確実に除去できるように、パルス電流の電力量を大きめに設定する必要がある。したがって、不活性膜の形成状態に関わらず必要以上に電流が流れてしまい、バックアップ電池の容量が余計に消費されてしまうという問題が生じる。

図３（ｂ）は、従来技術による電池リフレッシュ動作の他の一例を示している。図３（ｂ）に示す電池リフレッシュ動作では、車両が始動される度に一定のパルス電流をバックアップ電池に流すことで、バックアップ電池に形成される不活性膜を除去するようにしている。この場合、パルス電流を流す間隔が車両の使用状態に応じて変化しても不活性膜を確実に除去できるように、パルス電流の電力量を大きめに設定しておく必要がある。したがって図３（ａ）の場合と同様に、不活性膜の形成状態に関わらず必要以上に電流が流れてしまい、バックアップ電池の容量が余計に消費されてしまうという問題が生じる。

図３（ｃ）は、本発明による電池リフレッシュ動作を示している。図３（ｃ）に示すように、本発明による電池リフレッシュ動作では、車両が始動されてイグニッション信号がバックアップ電源装置１に入力されると、所定の期間Ｔ以内に制御部１０がイグニッション信号を初めて検知したときに、パルス発生回路１１がバックアップ電池１２にパルス電流を流す。このとき、前回パルス電流を流してからの経過時間に応じてパルス電流を流す回数の上限値を変化させることで、一回当たりのパルス電流の電力量を従来よりも小さくすることができる。たとえば、図３（ａ）、（ｂ）に示した従来技術による電池リフレッシュ動作において、１パルス当たり１００ｍ秒間のパルス電流が必要である場合に、本発明による電池リフレッシュ動作では、同じ電流量で１パルス当たり２ｍ秒間のパルス電流を、最大５０回まで流せばよい。一方、車両が始動されてイグニッション信号がバックアップ電源装置１に入力されても、前回パルス電流を流してからの経過時間が期間Ｔ未満であれば、バックアップ電池１２にパルス電流を流さないようにする。このようにして、本実施形態のバックアップ電源装置１では、不活性膜の形成状態に応じてバックアップ電池１に流すパルス電流の電力総量を調節し、バックアップ電池１の容量が必要以上に低下するのを防ぐようにしている。

以上説明した本発明の第１の実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。

（１）電気機器であるバックアップ電源装置１は、バックアップ電池１２にパルス電流を流すパルス発生回路１１と、外部からの入力信号であるイグニッション信号を検知する制御部１０とを備える。パルス発生回路１１は、制御部１０が所定期間内にイグニッション信号を初めて検知したときに、バックアップ電池１２にパルス電流を流す。このようにしたので、電極に形成される不活性膜を除去するためにバックアップ電池１２に電流を流す際に、バックアップ電池１２の電池容量が必要以上に低下するのを防ぐことができる。

（２）バックアップ電源装置１は、バックアップ電池１２の電圧および温度を測定する測定回路１５をさらに備える。パルス発生回路１１は、バックアップ電池１２にパルス電流を流した後、測定回路１５により測定されたバックアップ電池１２の電圧および温度の少なくともいずれか一方が所定の閾値未満である場合に、バックアップ電池１２にパルス電流を繰り返し流す。このようにしたので、一回当たりのパルス電流の電力量を小さくしつつ、不活性膜を確実に除去することができる。

（３）制御部１０は、パルス発生回路１１が前回にバックアップ電池１２にパルス電流を流してからの経過時間を取得し（ステップＳ１０）、この経過時間に基づいて動作カウンタ値ｎを設定することで（ステップＳ２０）、パルス発生回路１１がバックアップ電池１２にパルス電流を繰り返し流す回数の上限を規定する。このようにしたので、不活性膜の形成状態に応じて、バックアップ電池１２に流すパルス電流の電力総量を調節することができる。

（４）パルス発生回路１１は、前回にバックアップ電池１２にパルス電流を流してからの経過時間が長くなるほど、バックアップ電池１２にパルス電流を繰り返し流す回数の上限を大きくする。このようにしたので、バックアップ電池１２が長期間放置された場合にも、不活性膜を確実に除去することができる。

（５）バックアップ電源装置１は、パルス発生回路１１がバックアップ電池１２にパルス電流を繰り返し流した回数が動作カウンタ値ｎで規定された上限に達しても、バックアップ電池１２の電圧および温度の少なくともいずれか一方が閾値未満である場合に（ステップＳ８０：Ｙｅｓ）、バックアップ電池１２の劣化を通知する（ステップＳ９０）。このようにしたので、バックアップ電池１２に十分な電池容量が残っていないときには、バックアップ電池１２の交換をユーザに促すことができる。

−第２の実施形態−
次に本発明の第２の実施形態について説明する。図４は、本発明の第２の実施形態に係るバックアップ電源管理装置の構成を示す図である。図４に示すバックアップ電源管理装置２は、図１で説明した第１の実施形態に係るバックアップ電源装置１と比べて、バックアップ電池１２、電圧センサ１３および温度センサ１４が装置内に存在せず、外部に接続されている点が異なっている。なお、電圧センサ１３および温度センサ１４については、測定回路１５においてバックアップ電池１２の電圧と温度をそれぞれ測定することができれば、バックアップ電源管理装置２の内部に設けられていてもよい。

本発明の第２の実施形態によれば、第１の実施形態で説明したのと同様の作用効果を奏する。なお、バックアップ電源管理装置２の動作については、第１の実施形態で説明したバックアップ電源装置１と同じであるため、説明を省略する。

−第３の実施形態−
次に本発明の第３の実施形態について説明する。図５は、本発明の第３の実施形態に係るパルス発生装置の構成を示す図である。図５に示すパルス発生装置３は、電子装置３０と接続されており、制御部１０およびパルス発生回路１１を備えている。電子装置３０は、電池３１、電圧センサ３２、温度センサ３３および電子回路３４を備えている。

本実施形態において、制御部１０には、車両のイグニッション信号の代わりに、電子装置３０への通電を開始するためのスイッチ信号が入力される。制御部１０は、スイッチ信号の入力を検知すると、前回電子装置３０が起動されてからの経過時間に応じて、第１の実施形態で説明したのと同様の手順により、電池３１に所定のパルス電流が流れるようにパルス発生回路１１を制御する電池リフレッシュ動作を行う。パルス発生回路１１は、電子装置３０の電池３１と接続されており、制御部１０の制御に応じて、電池３１にパルス電流を流す。

電池３１は、上記スイッチ信号の入力に応じて、電子回路３４への電源供給を開始する。電子回路３４は、たとえばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を用いて構成されたマイクロコンピュータであり、所定の演算処理を実行する。

電圧センサ３２は、電池３１の正極と負極の間に接続されている。温度センサ３３は、電池３１の付近に設置されている。電子回路３４は、電圧センサ３２と温度センサ３３をそれぞれ用いて、電池３１の電圧および温度を測定し、測定結果をパルス発生装置３に出力する。パルス発生装置３において、制御部１０は、電子回路３４から出力された電圧および温度の測定結果に基づき、電池３１の電極に形成された不活性膜が十分に除去された否かを判断して、パルス発生回路１１が電池３１に繰り返しパルス電流を流す回数を変化させる。

本発明の第３の実施形態によれば、第１の実施形態で説明したのと同様の作用効果を奏する。

なお、以上説明した各実施形態では、車両に搭載されたバックアップ電池１２や電子装置３０に搭載された電池３１のリフレッシュ動作を行う例を説明したが、本発明はこれに限らない。様々な用途の電池に対してリフレッシュ動作を行う場合に、本発明を適用可能である。

また、以上説明した各実施形態では、測定回路１５または電子回路３４において、バックアップ電池１２や電池３１の電圧と温度を測定し、これらの測定値がそれぞれ所定の閾値未満であるか否かを判定することで、各電池の電極に形成された不活性膜が十分に除去されたか否かを判断するようにした。しかし、電圧または温度の一方のみを測定し、その測定結果に基づいて不活性膜が十分に除去されたか否かを判断してもよい。

以上説明した実施形態や変化例はあくまで一例であり、発明の特徴が損なわれない限り、本発明はこれらの内容に限定されない。本発明は、上述した実施形態や変形例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

１：バックアップ電源装置
２：バックアップ電源管理装置
３：パルス発生装置
１０：制御部
１１：パルス発生回路
１２：バックアップ電池
１３：電圧センサ
１４：温度センサ
１５：測定回路
３０：電子装置
３１：電池
３２：電圧センサ
３３：温度センサ
３４：電子回路

Claims (10)

1. 電池にパルス電流を流すパルス発生回路と、
   外部からの入力信号を検知する検知回路と、を備え、
   前記パルス発生回路は、前記検知回路が所定期間内に前記入力信号を初めて検知したときに、前記電池に前記パルス電流を流す電気機器。
2. 請求項１に記載の電気機器において、
   前記電池の電圧および温度の少なくともいずれか一方を測定する測定回路をさらに備え、
   前記パルス発生回路は、前記電池に前記パルス電流を流した後、前記測定回路により測定された前記電池の電圧および温度の少なくともいずれか一方が所定の閾値未満である場合に、前記電池に前記パルス電流を繰り返し流す電気機器。
3. 請求項２に記載の電気機器において、
   前記パルス発生回路が前回に前記電池に前記パルス電流を流してからの経過時間を取得する経過時間取得部をさらに備え、
   前記パルス発生回路は、前記経過時間に基づいて前記電池に前記パルス電流を繰り返し流す回数の上限を規定する電気機器。
4. 請求項３に記載の電気機器において、
   前記パルス発生回路は、前記経過時間が長くなるほど前記電池に前記パルス電流を繰り返し流す回数の上限を大きくする電気機器。
5. 請求項３または４に記載の電気機器において、
   前記パルス発生回路が前記電池に前記パルス電流を繰り返し流した回数が前記上限に達しても、前記電池の電圧および温度の少なくともいずれか一方が前記閾値未満である場合に、前記電池の劣化を通知する電気機器。
6. 外部からの入力信号に応じてパルス発生回路を用いて電池にパルス電流を流すことで前記電池をリフレッシュする電池リフレッシュ方法であって、
   所定期間内に前記入力信号を初めて検知したときに、前記パルス発生回路により前記電池に前記パルス電流を流す電池リフレッシュ方法。
7. 請求項６に記載の電池リフレッシュ方法において、
   前記電池に前記パルス電流を流した後、前記電池の電圧および温度の少なくともいずれか一方を測定し、
   測定した前記電池の電圧および温度の少なくともいずれか一方が所定の閾値未満である場合に、前記パルス発生回路により前記電池に前記パルス電流を繰り返し流す電池リフレッシュ方法。
8. 請求項７に記載の電池リフレッシュ方法において、
   前記パルス発生回路が前回に前記電池に前記パルス電流を流してからの経過時間を取得し、
   取得した前記経過時間に基づいて前記電池に前記パルス電流を繰り返し流す回数の上限を規定する電池リフレッシュ方法。
9. 請求項８に記載の電池リフレッシュ方法において、
   前記経過時間が長くなるほど前記電池に前記パルス電流を繰り返し流す回数の上限を大きくする電池リフレッシュ方法。
10. 請求項８または９に記載の電池リフレッシュ方法において、
    前記パルス発生回路が前記電池に前記パルス電流を繰り返し流した回数が前記上限に達しても、前記電池の電圧および温度の少なくともいずれか一方が前記閾値未満である場合に、前記電池の劣化を通知する電池リフレッシュ方法。

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