JP6769241B2 - バッテリ装置 - Google Patents

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Description

本発明は、複数のバッテリモジュールが直列に接続されたバッテリ装置に関する。
従来、トラックやバス等の大型の車両においては、例えば、同一の12Vのバッテリモジュールを直列に2個接続して利用していることがある。このように、同一のバッテリモジュールを複数個直列にして利用する場合には、各バッテリモジュールの状態は大きく異ならないために、下側(接地されている側)のバッテリモジュールにバッテリの状態を推定するためのバッテリセンサを取り付けて、そのバッテリセンサを用いて複数のバッテリモジュールを管理するようにしている。
しかしながら、このように同一のバッテリモジュールを直列に接続している場合において、長期間の使用や、使用状況等によって、各バッテリモジュールの状態が均一でない状況が発生することがあり、バッテリセンサによって各バッテリモジュールの状態を適切に把握することができない虞がある。このように各バッテリモジュールがばらついた状態となっていると、例えば、充電時において、一部のバッテリモジュールの劣化を早めてしまう虞がある。
例えば、複数の電池モジュールの充電率を均一にするように調整し、その際に、電池モジュールの容量がほぼゼロとなるまで放電が継続されてしまうことを防止する技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。
特開2003−9411号公報
例えば、各バッテリモジュールの状態を適切に推定するためには、各バッテリモジュールに対してバッテリセンサを備えるようにすることもできるが、コストがかかる問題がある。
コストを抑制することを考慮すると、各バッテリモジュールの状態のばらつきを如何に低減するかが重要となってくる。
そこで、本発明は、各バッテリモジュールの状態のばらつきを低減することのできる技術を提供することを目的とする。
上述の目的を達成するため、本発明の一観点に係るバッテリ装置は、複数のバッテリモジュールが直列に接続され、複数のバッテリモジュールを充電するための発電部を有するバッテリ装置であって、複数のバッテリモジュールには、自バッテリモジュールの状態を検出するバッテリセンサが接続されている第1バッテリモジュールと、バッテリセンサが接続されていない第2バッテリモジュールとが含まれており、バッテリセンサは、主要な電力消費部へ電力を供給するための所定の電源スイッチがオンの場合に、所定の状態推定処理を行うことにより第1バッテリモジュールから供給される電流が大きくなり、第2バッテリモジュールの電極間に、ツェナーダイオードと、抵抗とが配置され、ツェナーダイオードの降伏電圧値と、抵抗の抵抗値とは、発電部が発電を行っている場合に、第1バッテリモジュールからバッテリセンサに流れる第1電流の電流値と、第2バッテリモジュールから抵抗に流れる第2電流の電流値との差が、第1電流の電流値よりも低減されるような値に設定されるとともに、電源スイッチがオフの場合に、第1バッテリモジュールからバッテリセンサに流れる第3電流の電流値と、第2バッテリモジュールから抵抗に流れる第4電流の電流値との差が、第3電流の電流値よりも低減されるような値に設定されている。
上記バッテリ装置において、ツェナーダイオードの降伏電圧値と、抵抗の抵抗値とは、発電部が発電を行っている場合に、第1バッテリモジュールからバッテリセンサに流れる第1電流の電流値と、第2バッテリモジュールから抵抗に流れる第2電流の電流値とが同じになり、且つ、電源スイッチがオフの場合に、第1バッテリモジュールからバッテリセンサに流れる第3電流の電流値と、第2バッテリモジュールから抵抗に流れる第4電流の電流値とが同じになるような値に設定されていてもよい。
また、上記バッテリ装置において、発電部が発電を行っている時のバッテリモジュールの電圧値Von、発電部が発電を行っていない時のバッテリモジュールの電圧値Voff、電源スイッチがオンの場合に、バッテリセンサに流れる電流の電流値Ion、電源スイッチがオフの場合に、バッテリセンサに流れる電流の電流値Ioffとしたときに、ツェナーダイオードの降伏電圧値Vzを、Vz=(Ion・Voff−Ioff・Von)/(Ion−Ioff)とし、抵抗の抵抗値Rを、R=(Von−Voff)/(Ion−Ioff)としてもよい。
本発明によれば、バッテリセンサの消費電流に起因する各バッテリモジュールの状態のばらつきを低減することができる。
本発明の一実施形態に係るバッテリ装置の模式的な回路図である。
以下、添付図面に基づいて、本発明の一実施形態に係るバッテリ装置を説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
図1は、本発明の一実施形態に係るバッテリ装置の模式的な回路図である。
本実施形態に係るバッテリ装置10は、例えば、トラックやバス等の大型の車両に設けられる装置である。
バッテリ装置10は、例えば、同一の形式の複数のバッテリモジュール11,12を備える。バッテリモジュール11、12は、例えば、12Vの鉛蓄電池である。
バッテリ装置10において、バッテリモジュール(第1バッテリモジュール)11と、バッテリモジュール(第2バッテリモジュール)12とは、直列に接続されている。本実施形態では、バッテリモジュール11の負極(−極)が接地され、バッテリモジュール11の正極(+極)がバッテリモジュール12の−極に接続されている。
バッテリモジュール11の−極と、バッテリモジュール12の+極との間には、バッテリモジュール11,12を充電するための発電部の一例としてのオルタネータ20が設けられている。オルタネータ20により発電が行われている場合においては、オルタネータ20の発電する電圧の半分の電圧が各バッテリモジュール11,12の電極間の電圧となり、本実施形態では、各バッテリモジュール11,12の電極間の電圧は、バッテリモジュール自体の電圧(例えば、12V)よりも高い電圧となる。
バッテリモジュール11の+極と、−極との間には、バッテリセンサ13が接続されている。バッテリセンサ13は、バッテリモジュール11の電極間の電圧、電流等に基づいて、バッテリモジュール11の状態を推定する状態推定処理を行う。バッテリセンサ13は、図示しないECUからの指示に従って、状態推定処理を実行する。本実施形態では、バッテリセンサ13は、イグニッションスイッチ14がオンの場合に、ECUの指示を受けて状態推定処理を実行し、イグニッションスイッチ14がオフの場合には、待機状態となる。したがって、バッテリセンサ13により消費される電流(電力にも対応)は、待機状態における電流(第3電流)よりも状態推定処理を実行している際の電流(第1電流)の方が高くなる。なお、バッテリセンサ13により状態推定処理において消費される電力は、例えば、1W未満である。
バッテリモジュール11の−極と、バッテリモジュール12の+極との間には、車両において電力を消費する主要な電力消費部15と、電力消費部15への電力の供給/非供給を切り替える電源スイッチの一例としてのイグニッションスイッチ14とが配置されている。電力消費部15には、例えば、車両における図示しないエンジンを動作させるために電力の供給が必要な各部(電子制御ユニット(ECU)等)が含まれている。イグニッションスイッチ14をオンにすると、電力消費部15にバッテリモジュール11,12からの電力が供給され、エンジンをオン状態にすることができる。したがって、基本的には、イグニッションスイッチ14がオンの場合は、エンジンがオン状態であり、イグニッションスイッチ14がオフの場合は、エンジンがオフ状態である。
バッテリモジュール12の+極と−極との間には、ツェナーダイオード17と、抵抗16とが設けられている。ツェナーダイオード17は、逆方向に電圧がかかる状態で配置されている。
ツェナーダイオード17は、降伏電圧よりも高い電圧が印可されると、降伏電圧に相当する電圧を降下させて電流を流すように作用する。したがって、バッテリモジュール12の両電極間の電圧からツェナーダイオード17の降伏電圧に相当する電圧だけ降下した電圧が抵抗16に印加されることとなる。
抵抗16は、印加された電圧に対応する電流を通過させ、電流に応じた電力を消費する。したがって、オルタネータ20による発電が行われている場合に抵抗16を流れる電流(第2電流)の方が、イグニッションスイッチ14がオフの場合に抵抗16を流れる電流(第4電流)よりも大きい。
ここで、ツェナーダイオード17の降伏電圧値と、抵抗16の抵抗値とは、オルタネータ20が発電を行っている場合に、バッテリモジュール11からバッテリセンサ13に流れる第1電流の電流値と、バッテリモジュール12から抵抗16に流れる第2電流の電流値との差が、第1電流の電流値よりも低減されるような値に設定されるとともに、イグニッションスイッチ14がオフの場合に、バッテリモジュール11からバッテリセンサ13に流れる第3電流の電流値と、バッテリモジュール12から抵抗16に流れる第4電流の電流値との差が、第3電流の電流値よりも低減されるような値に設定されている。
本実施形態では、例えば、ツェナーダイオード17の降伏電圧値と、抵抗16の抵抗値とを、オルタネータ20が発電を行っている場合に、バッテリモジュール11からバッテリセンサ13に流れる第1電流の電流値と、バッテリモジュール12から抵抗16に流れる第2電流の電流値とが同じになり、且つ、イグニッションスイッチ14がオフの場合に、バッテリモジュール11からバッテリセンサ13に流れる第3電流の電流値と、バッテリモジュール12から抵抗16に流れる第4電流の電流値とが同じになるような値に設定するようにしている。
より具体的には、オルタネータ20が発電を行っている時のバッテリモジュール12の電圧値Von(オルタネータ20の発電電圧の1/2に対応)、オルタネータ20が発電を行っていない時のバッテリモジュール12の電圧値Voff、イグニッションスイッチ14がオンの場合に、バッテリセンサ13に流れる電流(第1電流)の電流値Ion、イグニッションスイッチ14がオフの場合に、バッテリセンサ13に流れる電流(第3電流)の電流値Ioffとしたときに、ツェナーダイオード17の降伏電圧値Vzを、Vz=(Ion・Voff−Ioff・Von)/(Ion−Ioff)とし、抵抗の抵抗値Rを、R=(Von−Voff)/(Ion−Ioff)としてもよい。
例えば、Vonが14Vであり、Voffが12Vであり、Ionが10mAであり、Ioffが1mAであるとすると、ツェナーダイオード17の降伏電圧値Vzを、11.78Vとし、抵抗16の抵抗値を222.22Ωとする。
次に、本発明の一実施形態に係るバッテリ装置10の状態及び動作について説明する。
まず、イグニッションスイッチ14がオフの場合(エンジンがオフの場合に相当)におけるバッテリ装置10について説明する。
バッテリセンサ13は、待機状態となっているので、バッテリモジュール11からは、ごく小さい電流(第3電流)しか流れない状態となっており、バッテリモジュール11の電力をほとんど消費しない状態となっている。
また、バッテリモジュール12の電極間の電圧が、発電時の電圧よりも低くなっており、抵抗16の両端に印加される電圧が低くなるので、抵抗16に流れる電流(第4電流)が小さく、バッテリモジュール12の電力をほとんど消費しない状態となっている。
このときに抵抗16に流れる電流(第4電流)は、バッテリセンサ13を流れる電流(第3電流)との差が小さくなっており、バッテリモジュール12とバッテリモジュール11とのそれぞれにおいて消費される電力量の差がない、又はわずかとなっている。
この結果、イグニッションスイッチ14がオフの場合には、バッテリモジュール11の充電量と、バッテリモジュール12の充電量とは、あまり変わらない状態が維持される。
次に、オルタネータ20の発電が行われている場合におけるバッテリ装置10について説明する。
バッテリセンサ13は、状態推定処理を実行することとなるので、その処理を実行するための電流(第1電流)をバッテリモジュール11から受けて、電力を消費している。
また、バッテリモジュール12の電極間の電圧が、発電時の電圧よりも高く、抵抗16の両端に印加される電圧が高くなっているので、抵抗16に流れる電流(第2電流)が大きく、バッテリセンサ13を流れる電流(第1電流)との差が小さくなっており、バッテリモジュール12とバッテリモジュール11とのそれぞれにおいて消費される電力量の差がない、又はわずかとなっている。これにより、バッテリモジュール11とバッテリモジュール12との充電量のばらつきを低減することができる。本実施形態では、オルタネータ20の発電が行われている場合に抵抗16に流れる電流(第2電流)の電流値が、バッテリセンサ13が状態推定処理を実行する際に消費する電流(第1電流)の電流値と同じ電流値となるようにしているので、バッテリモジュール11で消費される電力量と、バッテリモジュール12で消費される電力量とを同じにすることができ、バッテリモジュール11とバッテリモジュール12との充電量を均一に保つことができる。
以上説明したように、本実施形態に係るバッテリ装置10によると、バッテリモジュール12の電極間に、ツェナーダイオード17と、抵抗16とが配置され、ツェナーダイオード17の降伏電圧値と、抵抗16の抵抗値とは、発電を行っている場合に、バッテリセンサ13に流れる第1電流の電流値と、抵抗16に流れる第2電流の電流値との差が、第1電流の電流値よりも低減されるような値に設定されるとともに、イグニッションスイッチ14がオフの場合に、バッテリセンサ13に流れる第3電流の電流値と、抵抗16に流れる第4電流の電流値との差が、第3電流の電流値よりも低減されるような値に設定されるようにしたので、オルタネータ20が発電を行っている場合に、バッテリモジュール11において消費される電力と、バッテリモジュール12において消費される電力との差を低減することができ、バッテリモジュール11とバッテリモジュール12との充電量のばらつきを低減することができ、また、イグニッションスイッチ14がオフにされている場合において、バッテリモジュール11において消費される電力と、バッテリモジュール12において消費される電力との差を低減することができ、バッテリモジュール11とバッテリモジュール12との充電量のばらつきを低減することができる。
特に、ツェナーダイオード17の降伏電圧値と、抵抗16の抵抗値とを、オルタネータ20の発電を行っている場合に、バッテリモジュール11からバッテリセンサ13に流れる第1電流の電流値と、バッテリモジュール12から抵抗16に流れる第2電流の電流値とが同じになり、且つ、イグニッションスイッチ14がオフの場合に、バッテリモジュール11からバッテリセンサ13に流れる第3電流の電流値と、バッテリモジュール12から抵抗16に流れる第4電流の電流値とが同じになるような値に設定するようにすると、オルタネータ20が発電を行っている場合とイグニッションスイッチ14がオフの場合とにおいてバッテリモジュール11において消費される電力と、バッテリモジュール12において消費される電力とを同じにすることができ、バッテリモジュール11とバッテリモジュール12との状態(充電状態等)を高精度に均一化することができる。
なお、本発明は、上述の実施形態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、適宜変形して実施することが可能である。
例えば、上記実施形態では、バッテリモジュールを2個直列に接続したバッテリ装置10としていたが、本発明はこれに限られず、バッテリモジュールを3個以上直列に接続したバッテリ装置に対しても適用することができる。
10 バッテリ装置
11,12 バッテリモジュール
13 バッテリセンサ
14 イグニッションスイッチ
15 電力消費部
16 抵抗
17 ツェナーダイオード
20 オルタネータ

Claims (3)

  1. 複数のバッテリモジュールが直列に接続され、前記複数のバッテリモジュールを充電するための発電部を有するバッテリ装置であって、
    複数の前記バッテリモジュールには、自バッテリモジュールの状態を検出するバッテリセンサが接続されている第1バッテリモジュールと、前記バッテリセンサが接続されていない第2バッテリモジュールとが含まれており、前記バッテリセンサは、主要な電力消費部へ電力を供給するための所定の電源スイッチがオンの場合に、所定の状態推定処理を行うことにより前記第1バッテリモジュールから供給される電流が大きくなり、
    前記第2バッテリモジュールの電極間に、ツェナーダイオードと、抵抗とが配置され、
    前記ツェナーダイオードの降伏電圧値と、前記抵抗の抵抗値とは、前記発電部が発電を行っている場合に、前記第1バッテリモジュールから前記バッテリセンサに流れる第1電流の電流値と、前記第2バッテリモジュールから前記抵抗に流れる第2電流の電流値との差が、前記第1電流の電流値よりも低減されるような値に設定されるとともに、前記電源スイッチがオフの場合に、前記第1バッテリモジュールから前記バッテリセンサに流れる第3電流の電流値と、前記第2バッテリモジュールから前記抵抗に流れる第4電流の電流値との差が、前記第3電流の電流値よりも低減されるような値に設定されている
    バッテリ装置。
  2. 前記ツェナーダイオードの降伏電圧値と、前記抵抗の抵抗値とは、前記発電部が発電を行っている場合に、前記第1バッテリモジュールから前記バッテリセンサに流れる第1電流の電流値と、前記第2バッテリモジュールから前記抵抗に流れる第2電流の電流値とが同じになり、且つ、前記電源スイッチがオフの場合に、前記第1バッテリモジュールから前記バッテリセンサに流れる第3電流の電流値と、前記第2バッテリモジュールから前記抵抗に流れる第4電流の電流値とが同じになるような値に設定されている
    請求項1に記載のバッテリ装置。
  3. 前記発電部が発電を行っている時のバッテリモジュールの電圧値Von、前記発電部が発電を行っていない時のバッテリモジュールの電圧値Voff、前記電源スイッチがオンの場合に、前記バッテリセンサに流れる電流の電流値Ion、前記電源スイッチがオフの場合に、前記バッテリセンサに流れる電流の電流値Ioffとしたときに、
    前記ツェナーダイオードの降伏電圧値Vzを、
    Vz=(Ion・Voff−Ioff・Von)/(Ion−Ioff)とし、
    前記抵抗の抵抗値Rを、
    R=(Von−Voff)/(Ion−Ioff)とする
    請求項2に記載のバッテリ装置。
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