JP2018052176A

JP2018052176A - 車両の補機電池システム

Info

Publication number: JP2018052176A
Application number: JP2016187594A
Authority: JP
Inventors: 勇二西; Yuji Nishi; 宏昌田中; Hiromasa Tanaka; 貴裕岡田; Takahiro Okada
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-09-26
Filing date: 2016-09-26
Publication date: 2018-04-05

Abstract

【課題】補機電池へのリレーをオンして、外部から補機電池への充電を可能とする。【解決手段】車両の補機電池システムは、補機電池１０と、補機電池１０の充放電を行う入出力端子２８と、補機電池１０と入出力端子２８とを結ぶ通電経路に配置されるリレー２２と、リレーのオンオフを制御する補機電池制御部２０と、を含む。そして、入出力端子２８と補機電池制御部２０とを接続する通電経路に設けられ、入出力端子２８から補機電池制御部２０に向けて流れる電流を許容し、補機電池制御部２０に対する電力供給を可能とする供給路と、を含む。【選択図】図１

Description

本発明は補機電池を含む車両の補機電池システムに関する。

従来、車両には補機電池が搭載されており、補機電池から車載される各種の補機負荷に電力を供給している。例えば、特許文献１には、低圧バッテリ（補機電池）からの電力をファン用リレー（リレー）を介し電動ファンに供給すると共に、低圧バッテリからの電力をファンＥＣＵ（電子制御ユニット）に供給し、ファンＥＣＵがファン用リレーを制御することが示されている。

また、ハイブリッド車、電気自動車などにおいては、車両駆動用の大出力のモータを駆動するために、高電圧、大容量の主電池を有し、主電池からの電力をＤＣ／ＤＣコンバータを介し、補機電池に供給する場合が多い。

特開２０１１−５５５８１号公報

ここで、車両を長期間放置した場合などは、補機電池が放電してしまい、ここから各種補機負荷への電力供給が行えなくなる。例えば、特許文献１の場合には、ファンＥＣＵにも電力が供給されず、ファン用リレーを駆動することができなくなる。このため、ファン用リレーの電動ファンが接続されている側から補機電池を充電することができない。

本発明に係る車両の補機電池システムは、補機電池と、補機電池の充放電を行う入出力端子と、補機電池と入出力端子とを結ぶ通電経路に配置されるリレーと、リレーのオンオフを制御する補機電池制御部と、入出力端子と補機電池制御部とを接続する通電経路に設けられ、入出力端子から補機電池制御部に向けて流れる電流を許容し、補機電池制御部に対する電力供給を可能とする電流供給路と、を含む。

また、電流供給路は、入出力端子から補機電池制御部への電流を流すダイオードを含むとよい。

また、補機電池から補機電池制御部に電力を供給する通電経路を含み、この通電経路に補機電池から補機電池制御部への電流を流すダイオードを設けるとよい。

本発明によれば、放電してしまった補機電池に外部から充電する際に、リレーをオンして充電が可能となる。また、その際に補機電池制御部により補機電池の状態に応じた充電制御も可能となる。

車両の補機電池システムの構成を示す図である。充電制御の動作を説明するフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。なお、本発明は、ここに記載される実施形態に限定されるものではない。

「車両の補機電池システムの構成」
図１は、一実施形態に係る車両の補機電池システムの構成を示す図である。補機電池１０は、内部に必要数の電池セルからなる電池部１２と、電池部１２の出力である電池電圧を計測する電圧計１４と、電池部１２の充放電電流を計測する電流計１６と、電池部１２の温度を計測する温度計１８を有する。補機電池１０は、その出力端の他、電圧、電流、温度の信号出力端を有する。

補機電池１０の出力端には、フューズＦを介し、リレー２２の一端（電池側）が接続されており、このリレー２２は、内蔵するコイルによってオンオフが制御可能となっている。すなわち、補機電池制御部２０によってリレー２２内のコイルの電流が制御され、リレー２２がオンオフする。このリレー２２は過充電、過放電を防止するためにオフするためのものであり、例えば常閉リレーが採用されるが、半導体リレーや、ラッチングタイプのリレーでもよい。

リレー２２の他端（負荷側）には、放電回路２４と、充電回路２６の一端が接続され、これら放電回路２４と、充電回路２６の他端が入出力端子２８に接続されている。放電回路２４は、ＩＣ（集積回路）で構成される放電制御部２４ａ、トランジスタで構成される制御素子２４ｂを有し、放電制御部２４ａによって制御素子２４ｂを制御して充電電流が放電回路２４を介し補機電池１０に流れないようにする。補機側の電圧Ｖ_{ＤＣ／ＤＣ}が所定以上になった時に制御素子２４ｂをオフしてもよい。また、充電回路２６は、充電制御部２６ａ、制御素子２６ｂ、コイル２６ｃ、容量２６ｄ、容量素子２６ｅを有しており、充電電流を制御して充電を行うと共に、電流リプルを除去したり電圧を安定化する。なお、リレー２２と放電回路２４および充電回路２６の接続点には、ツェナーダイオード３０が接続され、そこの電圧が所定値以上とならないようにしている。

そして、上述した補機電池１０から入出力端子２８まで（ツェナーダイオード３０を含む）の車両の補機電池システムがパッケージ３２に内に収容されている。なお、パッケージ３２には、ＧＮＤ（グランド）端子３４が設けられ、これに補機電池１０、リレー２２内のコイル、ツェナーダイオード３０などが接続されている。

このように、パッケージ３２には、入出力端子２８、ＧＮＤ端子３４が設けられるが、補機電池１０（電池部１２）に直接充電などはできないようにして、不正な充電がなされたりするのを防止している。なお、電圧、電流、温度などの計測信号は外部に出力できるようにするとよい。

そして、補機電池１０には、電流制限素子であるダイオード３６を介し、補機電池制御部２０が接続されており、補機電池１０からの電力によって、補機電池制御部２０が駆動される。さらに、入出力端子２８が電流制限素子であるダイオード３８を含む電流供給路を介し、補機電池制御部２０に接続されており、入出力端子２８から供給される電力によっても補機電池制御部２０が動作可能になっている。なお、ダイオード３６が存在するため、入出力端子２８、ダイオード３８からの電力が補機電池１０に供給されることはない。

入出力端子２８には、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０が接続される。このＤＣ／ＤＣコンバータ４０には、車両の主電池からの電力が供給されており、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０からの所定の電圧の電力によって、補機電池１０が充電される。また、入出力端子２８には、補機負荷４２も接続されている。この補機負荷４２には、車載の各種電機機器が対応し、各種の電子制御ユニット、ランプ、オーディオ機器、空調機器などが含まれる。

このような構成において、通常時、補機電池制御部２０は、リレー２２をオンさせて、補機電池１０からの電力を放電回路２４を介し、補機負荷４２に供給する。また、補機電池１０の充電が必要になった場合には、充電回路２６を動作させてＤＣ／ＤＣコンバータ４０からの電力によって補機電池１０を充電する。また、補機電池制御部２０には、補機電池１０の電圧、電流、温度が供給されており、補機電池制御部２０はその時の補機電池１０の状態に応じて、充電回路２６における充電を制御する。さらに、補機電池制御部２０は、必要に応じてリレー２２をオフすることで、補機電池１０が過放電、過充電することを防止する。

「補機電池の過剰放電時の処理」
ここで、車両が長期間使用せずに放置された場合、補機電池１０の出力が非常に小さくなったり、完全放電してしまったりする。また、リレー２２は、過放電を防止するために、オフされている。このような場合には、補機電池制御部２０には、補機電池１０から電力が供給されなくなってしまい、リレー２２をオンするができない。また、不正充電を防止するために、パッケージ化されているため、単独で設置される従来の補機電池１０のように直接外部充電装置を補機電池１０に接続することができない。

本実施形態の車両の補機電池システムでは、入出力端子２８とＧＮＤ端子３４の間に外部電源５０からの電力を供給するブースターケーブル５２を接続すると、ブースターケーブル５２からの電力がダイオード３８を介し、補機電池制御部２０に供給される。従って、補機電池制御部２０が外部電源５０からの電力によって動作可能になる。補機電池制御部２０が動作するため、ここにおいて補機電池１０の電圧なども測定できる。このため、補機電池制御部２０において、補機電池１０の状況を診断し、診断結果に応じてリレー２２のオンオフを制御することができる。例えば、補機電池１０が充電することができないと判断すれば、リレー２２をオンせず、充電を行わないようにすることができ、補機電池１０の安全性を高めることができる。

図２に基づいて、より詳細な動作について説明する。まず、補機電池１０が通常動作していない車両において、入出力端子２８と、ＧＮＤ端子３４にブースターケーブル５２を接続する（Ｓ１１）。これによって、補機電池制御部２０にダイオード３８を含む電流供給路経由で電力が供給され、補機電池制御部２０が起動（ＷａｋｅＵｐ）する（Ｓ１２）。補機電池制御部２０が起動したので、ここにおいて電圧計１４からの信号によって補機電池１０（電池部１２）の電圧Ｖｂを測定する（Ｓ１３）。そして、補機電池の電圧Ｖｂが再充電禁止電圧Ａを上回っているかを判定する（Ｓ１４）。

Ｓ１４の判定でＮｏ、すなわち電圧Ｖｂが再充電禁止電圧Ａ以下である場合には、電池に充電をすることは危険な場合も懸念されるため、再充電を禁止し（Ｓ１５）、リレー２２がオンすることを禁止する。

ユーザーの始動操作が行われた、または行われていた場合（Ｓ１６）には、救援車両の電力を用いて車両を起動する（Ｓ１７）。そして、ユーザーへ補機電池１０が充電禁止であること、およびディーラーまでの退避走行モード（自力で起動できない状態）であることを通知する（Ｓ１８）。なお、Ｓ１６のユーザーの始動操作のタイミングは、Ｓ１５の後ではなくてよく、そのタイミングは問わない。

そして、ブースターケーブル５２を接続してのジャンピングスタートを完了する（Ｓ２９）。また、ジャンピングスタートの完了により、ブースターケーブル５２の接続を外す。なお、ユーザーの始動操作が行われなかった場合に、Ｓ１８の通知のみを行って終了してもよい。

Ｓ１４の判定でＹｅｓ、すなわち電圧Ｖｂが再充電禁止電圧Ａを上回っている場合には、再充電を許可する（Ｓ１９）。そして、車両の電圧、すなわち、入出力端子２８の電圧Ｖ_{ＤＣ／ＤＣ}を測定し（Ｓ２０）、測定された電圧Ｖ_{ＤＣ／ＤＣ}が適当か（Ｂ＜Ｖ_{ＤＣ／ＤＣ}＜Ｃ）を判定する（Ｓ２１）。すなわち、リレー２２への突入電流が生じるかどうかを判定する。そして、Ｓ２１の判定でＮｏの場合には、リレー２２をオンさせずに突入電流を防止し（Ｓ２２）、一定時間待った（Ｓ２３）後、Ｓ２０に戻る。従って、電圧Ｖ_{ＤＣ／ＤＣ}が適当でなければ、先には進まない。

Ｓ２１の判定で、Ｙｅｓとなれば、リレー２２を接続し（Ｓ２４）、充電回路２６を動作させて補機電池１０を定電流で充電する（Ｓ２５）。補機電池１０は再充電可能な状態ではあるが、通常に比べて充電状態は非常に悪い。従って、定電流充電によって急激な充電を避けて補機電池１０を保護する。なお、Ｓ２１の判定で、一旦Ｎｏとなった場合でも、外部電源５０の電圧が変更されるなどして、Ｙｅｓとなる場合がある。

ここで、ユーザーの始動操作が行われた、または行われていた場合（Ｓ２６）には、救援車両の電力を用いて車両を起動し（Ｓ２７）、ユーザーへ補機電池１０が充電中であることを通知する（Ｓ２８）。なお、この場合も、Ｓ２６のユーザーの始動操作のタイミングは、Ｓ２５の後ではなくてよく、そのタイミングは問わない。

そして、ジャンピングスタートを完了し、処理を終了する（Ｓ２９）。また、ジャンピングスタートの完了に従って、ブースターケーブル５２を取り外すが、補機電池１０の電圧が所定値に至るまで充電回路２６を用いた補機電池１０の充電を行うとよい。ここで、ユーザーの始動操作が行われなかった場合に、ブースターケーブルが取り外されるまでの間、Ｓ２８の通知のみを行って終了してもよい。

１０補機電池、１２電池部、１４電圧計、１６電流計、１８温度計、２０補機電池制御部、２２リレー、２４放電回路、２６充電回路、２８入出力端子、３０ツェナーダイオード、３２パッケージ、３４ＧＮＤ端子、３６，３８ダイオード、４０ＤＣ／ＤＣコンバータ、４２補機負荷、５０外部電源、５２ブースターケーブル。

Claims

補機電池と、
補機電池の充放電を行う入出力端子と、
補機電池と入出力端子とを結ぶ通電経路に配置されるリレーと、
リレーのオンオフを制御する補機電池制御部と、
入出力端子と補機電池制御部とを接続する通電経路に設けられ、入出力端子から補機電池制御部に向けて流れる電流を許容し、補機電池制御部に対する電力供給を可能とする電流供給路と、
を含む、
車両の補機電池システム。