JP2018117415A - 電源システム - Google Patents
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Abstract
【課題】充電効率と共にエネルギ効率を高めること。【解決手段】充電器と、充電器に接続され第1ダイオードを含む第1回路と、第1回路における第1ダイオードのカソード側に接続される第1電池及び第1負荷と、第1回路に対して並列な関係で充電器に接続され第2ダイオードを含む第2回路と、第2回路における第2ダイオードのカソード側に接続される第2電池及び第2負荷と、第1回路における第1ダイオードのカソード側と第1電池の正極側の間と、第2回路における第2ダイオードのカソード側と第2電池の正極側の間と、を接続する接続ラインと、接続ラインに設けられるスイッチと、充電器を介して第1電池及び第2電池を充電を行う際に、第1電池と第2電池との電圧差の絶対値又はSOCの差の絶対値が所定値以上である場合に、スイッチを閉じる処理を行ってから、充電を開始する制御部とを含む。【選択図】図1
Description
本開示は、電源システムに関する。
複数の電池が発電機に対して並列接続され、一方の電池から他方の電池への電荷移動が制限されている電源システムにおいて、一方の電池の電圧が他方の電池よりも高い状態で充電を開始すると充電効率が悪くなることを考慮して、一方の電池の電圧が他方の電池よりも高い場合は、一方の電池から負荷回路への放電処理を行う技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、上記のような従来技術では、一方の電池から負荷回路への放電処理を行うことで無駄なエネルギの損失が生じるので、エネルギ効率の観点から改善の余地がある。
そこで、一側面によれば、本発明は、充電効率と共にエネルギ効率を高めることを目的とする。
一側面によれば、充電器と、
前記充電器に接続され、アノード側が前記充電器に接続される第1ダイオードを含む第1回路と、
前記第1回路における前記第1ダイオードのカソード側に接続される第1電池及び第1負荷と、
前記第1回路に対して並列な関係で前記充電器に接続され、アノード側が前記充電器に接続される第2ダイオードを含む第2回路と、
前記第2回路における前記第2ダイオードのカソード側に接続される第2電池及び第2負荷と、
前記第1回路における前記第1ダイオードのカソード側と前記第1電池の正極側の間と、前記第2回路における前記第2ダイオードのカソード側と前記第2電池の正極側の間と、を接続する接続ラインと、
前記接続ラインに設けられるスイッチと、
前記充電器を介して前記第1電池及び前記第2電池を充電を行う際に、前記第1電池と前記第2電池との電圧差の絶対値又はSOCの差の絶対値が所定値以上である場合に、前記スイッチを閉じる処理を行ってから、充電を開始する制御部とを含む、電源システムが提供される。
前記充電器に接続され、アノード側が前記充電器に接続される第1ダイオードを含む第1回路と、
前記第1回路における前記第1ダイオードのカソード側に接続される第1電池及び第1負荷と、
前記第1回路に対して並列な関係で前記充電器に接続され、アノード側が前記充電器に接続される第2ダイオードを含む第2回路と、
前記第2回路における前記第2ダイオードのカソード側に接続される第2電池及び第2負荷と、
前記第1回路における前記第1ダイオードのカソード側と前記第1電池の正極側の間と、前記第2回路における前記第2ダイオードのカソード側と前記第2電池の正極側の間と、を接続する接続ラインと、
前記接続ラインに設けられるスイッチと、
前記充電器を介して前記第1電池及び前記第2電池を充電を行う際に、前記第1電池と前記第2電池との電圧差の絶対値又はSOCの差の絶対値が所定値以上である場合に、前記スイッチを閉じる処理を行ってから、充電を開始する制御部とを含む、電源システムが提供される。
一側面によれば、充電効率と共にエネルギ効率を高めることができる。
以下、添付図面を参照しながら各実施例について詳細に説明する。以下の説明において、「接続」とは、「電気的な接続」を意味する。
図1は、一実施例による電源システム1の概略的な全体構成を示す図である。図1において、VCHG,VCHG1,VB1,VCHG2,VB2は、回路内の対応する個所の電位を表す。また、図1において、ICHG1,IB1,IDC1,ICHG2,IB2,IDC2は、回路内の対応する個所の電流を表し、矢印は電流の向きを表す。また、図1において、一点鎖線は、制御部40からの制御ラインを模式的に表す。
電源システム1は、車両に搭載される。車両は、例えばプラグインハイブリッド車や、電気自動車、電動車両である。
電源システム1は、充電器10と、第1回路21と、第2回路22と、接続ライン30と、均等化リレー32(スイッチの一例)と、制御部40とを含む。
充電器10は、外部の充電施設にケーブル(図示せず)を介して接続可能である。充電器10は、外部の充電施設に接続された状態で、充電施設から電力を受けることができる。充電器10を介して得られる電力により後述の第1電池51及び第2電池52が充電される。
第1回路21は、充電器10に接続される。第1回路21には、第1ダイオード91が設けられる。第1ダイオード91は、アノード側が充電器10に接続される向きで設けられる。従って、第1ダイオード91は、充電器10及び第2回路22に向かう電流の流れを阻止する。
第1回路21には、第1ダイオード91のカソード側に第1電池51及び第1負荷81が接続される。第1電池51は、例えばリチウムイオンバッテリである。第1負荷81は、ECU(Electronic Control Unit)やセンサ、補機などを含む各種の電子機器である。
図1に示す例では、第1回路21には、DC−DCコンバータDDC1が設けられ、第1負荷81は、DC−DCコンバータDDC1の低圧側に設けられる。また、DC−DCコンバータDDC1の低圧側には、鉛バッテリPbB1も設けられる。DC−DCコンバータDDC1は、降圧型であり、充電器10からの電圧を降圧して、鉛バッテリPbB1及び第1負荷81に供給する。
このようにして、図1に示す例では、充電器10からの高電位側ライン210には、第1ダイオード91を介して、第1電池51、第1負荷81、及び鉛バッテリPbB1が並列に接続される。尚、高電位側ライン210には、ヒューズや、各種リレーCHRB1,SMRB1,SMRP1が設けられる。また、第1電池51は、高電位側ライン210の接続ポイントC1に正極側が接続される。第1電池51と高電位側ライン210との間には、電流計や第1ヒューズ41が設けられ、第1電池51とグランドの間には、リレーSMRG1が設けられる。
第2回路22は、第1回路21とは並列な関係で、充電器10に接続される。第2回路22には、第2ダイオード92が設けられる。第2ダイオード92は、アノード側が充電器10に接続される向きで設けられる。従って、第2ダイオード92は、充電器10及び第1回路21に向かう電流の流れを阻止する。
第2回路22には、第2ダイオード92のカソード側に第2電池52及び第2負荷82が接続される。第2電池52は、例えばリチウムイオンバッテリである。第2負荷82は、ECUやセンサ、補機などを含む各種の電子機器であり、第1負荷81と同じであってもよいし、異なってもよい。例えば、第2負荷82及び第1負荷81は、2系統として、それぞれ同一の所定の電気負荷を含んでもよい。所定の電気負荷は、例えば冗長系が有用な負荷であり、駆動用モータや、バイワイヤシステム等であってよい。尚、所定の電気負荷が駆動用モータを含む場合は、一方の系統にフェールが生じた場合でも、他方の系統の駆動用モータによる車両の走行が可能である。
図1に示す例では、第2回路22には、DC−DCコンバータDDC2が設けられ、第2負荷82は、DC−DCコンバータDDC2の低圧側に設けられる。また、DC−DCコンバータDDC2の低圧側には、鉛バッテリPbB2も設けられる。DC−DCコンバータDDC2は、降圧型であり、充電器10からの電圧を降圧して、鉛バッテリPbB2及び第2負荷82に供給する。
このようにして、図1に示す例では、充電器10からの高電位側ライン220には、第2ダイオード92を介して、第2電池52、第2負荷82、及び鉛バッテリPbB2が並列に接続される。尚、高電位側ライン220には、ヒューズや、各種リレーCHRB2,SMRB2,SMRP2が設けられる。また、第2電池52は、高電位側ライン220の接続ポイントC2に正極側が接続される。第2電池52と高電位側ライン220との間には、電流計や第2ヒューズ42が設けられ、第2電池52とグランドの間には、リレーSMRG2が設けられる。
図1に示す例では、電源システム1は、第1回路21及び第2回路22の2系統を有するので、一方の系統の異常などが発生した場合でも、他方の系統を利用して負荷等を動作させることができる。
接続ライン30は、第1回路21における第1ダイオード91のカソード側と第1電池51の正極側の間と、第2回路22における第2ダイオード92のカソード側と第2電池52の正極側の間と、を接続する。図1に示す例では、接続ライン30は、一端が第1ヒューズ41と第1電池51の間に接続され、他端が第2ヒューズ42と第2電池52の間に接続される。従って、図1に示す例では、接続ライン30は、第1電池51と第2電池52の正極間を直接接続する。
均等化リレー32は、接続ライン30に設けられる。接続ライン30には、均等化リレー32に加えて抵抗R1が設けられる。均等化リレー32は、例えば常態が開状態(即ちオフ状態)である。
制御部40は、コンピュータ(例えばマイコン)により形成される。第1電池51と第2電池52とが別々のコンピュータにより制御(監視)される場合、以下で説明する制御部40の機能は、2つのコンピュータにより協動して実現されてもよいし、一方のコンピュータにより実現されてもよい。
制御部40は、充電器10を介して第1電池51及び第2電池52を充電を行う際に、充電を開始するのに先立って、第1電池51と第2電池52との電圧差の絶対値又はSOC(State Of Charge)の差の絶対値が所定値TH1以上であるか否かを判定する。第1電池51と第2電池52との電圧差の絶対値(=|VB1−VB2|)は、第1電池51及び第2電池52の各電圧値VB1、VB2から算出できる。SOCは、第1電池51及び第2電池52の開放電圧から算出できる。尚、第1電池51及び第2電池52のSOCは、それぞれ、第1電池51の電圧及び第2電池52の電圧に相関するため(例えば開放電圧とSOCとの関係を表す特性データが導出可能であるため)、電圧と同様に扱うことができる。本実施例では、一例として、制御部40は、第1電池51と第2電池52との電圧差の絶対値が所定値TH1以上であるか否かを判定する。
第1電池51と第2電池52との電圧差の絶対値が有意に大きい状態で、充電器10を介して第1電池51及び第2電池52を充電すると、電圧が高い方の電池からの放電が発生し、充電効率が悪くなる。この点を考慮し、所定値TH1は、許容できないレベルの放電が発生するような有意な電位差に設定されてよい。
制御部40は、判定の結果、第1電池51と第2電池52との電圧差の絶対値が所定値TH1未満である場合は、第1電池51及び第2電池52を開始する。第1電池51と第2電池52との電圧差の絶対値が所定値TH1未満である場合は、充電効率の悪化が発生しないためである。
他方、制御部40は、判定の結果、第1電池51と第2電池52との電圧差の絶対値が所定値TH1以上である場合は、均等化リレー32を閉じることで電圧均等化処理を行う。これにより、第1電池51及び第2電池52のうちの、電圧が高い方の電池から他方の電池への充電が実現される。これにより、第1電池51及び第2電池52のうちの、電圧が高い方の電池の電力を無駄に消費することなく、充電効率の悪化を防止できる。
制御部40は、均等化リレー32を閉じると、その後、第1電池51と第2電池52との電圧差を監視し、第1電池51と第2電池52との電圧差の絶対値が所定値TH1未満となった場合に、充電器10を介した第1電池51及び第2電池52の充電を開始する。或いは、制御部40は、均等化リレー32を閉じると、その後、所定時間ΔT1経過後に、充電器10を介した第1電池51及び第2電池52の充電を開始してもよい。所定時間ΔT1は、第1電池51と第2電池52との電圧差の絶対値が所定値TH1未満になるのに要する時間に対応し、試験等に基づく適合値であってよい。また、所定時間ΔT1は、電圧均等化処理開始時での第1電池51と第2電池52との電圧差に応じて可変されてもよい。
次に、制御部40により実行される充電開始前処理を説明するための概略フローである図2を参照しつつ、制御部40の動作例を説明する。
図2に示する充電開始前処理は、充電器10を介して第1電池51及び第2電池52を充電を開始する際に実行される処理の一例であり、例えば車両のイグニッションスイッチのオフ状態で、外部の充電施設に接続された場合に起動される。尚、イグニッションスイッチのオフ状態では、リレーSMRG1,SMRG2はオフであり、均等化リレー32はオフであり、リレーCHRB1,CHRB2はオフである。
ステップS200では、制御部40は、電圧検出回路(図示せず)を介して、第1電池51及び第2電池52の各電圧VB1、VB2を計測する。
ステップS201では、制御部40は、電圧均等化処理中であるか否かを判定する。判定結果が"YES"の場合、ステップS208に進み、それ以外の場合は、ステップS202に進む。
ステップS202では、ステップS200の計測結果に基づいて、第1電池51と第2電池52との電圧差の絶対値(=|VB1−VB2|)を算出し、電圧差の絶対値が所定値TH1以上であるか否かを判定する。判定結果が"YES"の場合は、ステップS204に進み、それ以外の場合は、ステップS211に進む。
ステップS204では、制御部40は、リレーSMRG1,SMRG2をオンさせる。
ステップS206では、制御部40は、均等化リレー32をオンさせて電圧均等化処理を開始する。
ステップS208では、制御部40は、ステップS200の計測結果に基づいて、第1電池51と第2電池52との電圧差の絶対値を算出し、電圧差の絶対値が所定値TH1未満であるか否かを判定する。判定結果が"YES"の場合は、ステップS210に進み、それ以外の場合は、ステップS212に進む。
ステップS210では、制御部40は、均等化リレー32をオフさせて電圧均等化処理を終了する。
ステップS211では、制御部40は、リレーSMRG1,SMRG2をオンさせる。
ステップS212では、制御部40は、充電器10と外部の充電施設(例えば専用の充電ケーブル)との接続状態(CPLT信号の確認など)や他の充電開始条件をチェックしたうえで、リレーCHRB1,CHRB2をオンさせる。
ステップS214では、制御部40は、充電器10を制御して充電を開始する。
次に、比較例と対比して、本実施例の効果について説明する。
図3は、比較例を示す概略図である。比較例は、本実施例に対して、接続ライン30及び均等化リレー32を備えない点が異なる。従って、比較例では、図2に示す処理において、ステップS201乃至ステップS210の処理は行われない。即ち、比較例では、充電器10に外部の充電施設に接続されると、接続状態等をチェックしたうえで、リレーCHRB1,CHRB2がオンされ、充電が開始される。
図4及び図5は、比較例における充電開始時の第1電池51と第2電池52との電圧差の影響の説明図である。図4では、VCHG1(又はVCHG2)が第1電池51及び第2電池52の各電圧VB1、VB2よりも大きい場合が、上段に示され、VCHG1(又はVCHG2)が電圧VB1よりも有意に小さく電圧VB2よりも大きい場合が、下段に示される。図5には、横軸の時間を取り、縦軸に開放電圧(又はSOC)を取り、VCHG(充電器10の出力電圧)と電圧VB1、VB2の波形が示される。また、横軸には、充電開始時点が矢印で示される。図5に示す例では、充電開始時点で、第1電池51のSOCが30%であり、第2電池52のSOCが15%である。
VCHG1(又はVCHG2)が電圧VB1、VB2よりも大きい場合は、第1電池51及び第2電池52に係る電流IB1、IB2が共に充電電流となり、充電器10を介した第1電池51及び第2電池52の充電が、無駄なく実現される。
しかしながら、比較例の場合、VCHG1(又はVCHG2)が電圧VB1よりも有意に小さく電圧VB2よりも大きい場合は、図4に示すように、第1電池51に係る電流IB1が放電電流となり、無駄なエネルギの損失が生じる。これは、VCHG1(又はVCHG2)が電圧VB2よりも有意に小さく電圧VB1よりも大きい場合も同様である。
より具体的には、図5にてハッチング領域で示すように、第1電池51が放電する領域が発生する。尚、VCHG1(又はVCHG2)の大きさは、充電電流の上限値により制限されるので、VCHG1(又はVCHG2)は、第1電池51及び第2電池52の電圧のうちの低い方の電圧(図5の例では、第2電池52の電圧VB2)で決まる。電圧差の絶対値(=|VB1−VB2|)が大きいほど、VCHG1と電圧VB1との差ΔVが大きくなり、放電領域が増加することが分かる。
この点、本実施例によれば、VCHG1(又はVCHG2)が電圧VB1よりも有意に小さく電圧VB2よりも大きい場合や、VCHG1(又はVCHG2)が電圧VB2よりも有意に小さく電圧VB1よりも大きい場合、電圧均等化処理が実行されるので、比較例において生じる無駄なエネルギの損失を防止できる。即ち、VCHG1(又はVCHG2)が電圧VB1よりも有意に小さく電圧VB2よりも大きい場合や、VCHG1(又はVCHG2)が電圧VB2よりも有意に小さく電圧VB1よりも大きい場合、第1電池51と第2電池52との電圧差の絶対値が所定値TH1以上となり、電圧均等化処理が実行される。電圧均等化処理が実行されると、第1電池51と第2電池52との電圧差の絶対値が所定値TH1未満となるまで、第1電池51及び第2電池52のうちの、電圧が高い方の電池から他方の電池への充電が実現される。これにより、第1電池51及び第2電池52のうちの、電圧が高い方の電池の電力を無駄に消費することなく、充電効率の悪化を防止できる。
以上、各実施例について詳述したが、特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。また、前述した実施例の構成要素を全部又は複数を組み合わせることも可能である。
例えば、上述した実施例では、電源システム1は、第1回路21及び第2回路22の2系統を有するが、3系統以上有してもよい。例えば第3回路を有する場合、第1回路21と第3回路との間と、第2回路22と第3回路との間とに、それぞれ、均等化リレー32と同様のリレーを備える接続ラインが設けられてよい。
1 電源システム
10 充電器
21 第1回路
22 第2回路
30 接続ライン
32 均等化リレー
40 制御部
41 第1ヒューズ
42 第2ヒューズ
51 第1電池
52 第2電池
81 第1負荷
82 第2負荷
91 第1ダイオード
92 第2ダイオード
210 高電位側ライン
220 高電位側ライン
10 充電器
21 第1回路
22 第2回路
30 接続ライン
32 均等化リレー
40 制御部
41 第1ヒューズ
42 第2ヒューズ
51 第1電池
52 第2電池
81 第1負荷
82 第2負荷
91 第1ダイオード
92 第2ダイオード
210 高電位側ライン
220 高電位側ライン
Claims (1)
- 充電器と、
前記充電器に接続され、アノード側が前記充電器に接続される第1ダイオードを含む第1回路と、
前記第1回路における前記第1ダイオードのカソード側に接続される第1電池及び第1負荷と、
前記第1回路に対して並列な関係で前記充電器に接続され、アノード側が前記充電器に接続される第2ダイオードを含む第2回路と、
前記第2回路における前記第2ダイオードのカソード側に接続される第2電池及び第2負荷と、
前記第1回路における前記第1ダイオードのカソード側と前記第1電池の正極側の間と、前記第2回路における前記第2ダイオードのカソード側と前記第2電池の正極側の間と、を接続する接続ラインと、
前記接続ラインに設けられるスイッチと、
前記充電器を介して前記第1電池及び前記第2電池を充電を行う際に、前記第1電池と前記第2電池との電圧差の絶対値又はSOCの差の絶対値が所定値以上である場合に、前記スイッチを閉じる処理を行ってから、充電を開始する制御部とを含む、電源システム。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017005362A JP2018117415A (ja) | 2017-01-16 | 2017-01-16 | 電源システム |
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JP2017005362A JP2018117415A (ja) | 2017-01-16 | 2017-01-16 | 電源システム |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2020167879A (ja) * | 2019-03-29 | 2020-10-08 | 株式会社デンソーテン | バッテリ制御装置およびバッテリ制御方法 |
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- 2017-01-16 JP JP2017005362A patent/JP2018117415A/ja active Pending
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