JP2015012685A - Power storage system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アイドリングストップ、エネルギー回生システムに適した蓄電システムに関する。 The present invention relates to an electricity storage system suitable for an idling stop and energy regeneration system.
現在、アイドリングストップシステムやエネルギー回生システムに使用される蓄電池には通常、鉛電池が用いられる。鉛電池では、性能劣化を抑えるために満充電維持が望まれる。上述の用途では鉛電池が頻繁に充放電されるため、鉛電池の性能劣化が加速し、電池寿命が短くなってしまう。特にアイドリングストップシステムでは、アイドリングストップの状態からエンジンを再始動させる際に、相当量の放電が必要となる。鉛電池は放電深度(DOD:Depth of Discharge)が深いほど劣化が加速する。一般的に鉛電池の推奨DOD範囲は0〜10%である。 Currently, lead batteries are usually used for storage batteries used in idling stop systems and energy regeneration systems. In a lead battery, full charge maintenance is desired in order to suppress performance degradation. Since the lead battery is frequently charged and discharged in the above-described application, the performance deterioration of the lead battery is accelerated, and the battery life is shortened. Particularly in the idling stop system, a considerable amount of discharge is required when the engine is restarted from the idling stop state. Degradation of lead batteries accelerates as the depth of discharge (DOD) increases. In general, the recommended DOD range for lead batteries is 0-10%.
これに対して、電力供給に必要な放電容量に対して、鉛電池の容量を大きくすることで、放電深度が深くなることを抑制することが考えられる。ただし鉛電池の容量を大きくすると、サイズ、質量が大きくなり、コストも増大する。 On the other hand, it is conceivable to suppress the depth of discharge from increasing by increasing the capacity of the lead battery relative to the discharge capacity necessary for power supply. However, when the capacity of the lead battery is increased, the size and mass increase, and the cost also increases.
ニッケル水素電池、リチウムイオン電池は、電池劣化に対する放電深度の影響が相対的に小さく、広いDOD範囲で使用することが可能である。一般的にニッケル水素電池、リチウムイオン電池の推奨DOD範囲は20〜80%である。従って鉛電池の代わりに、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池を使用する場合、蓄電システムの小型化、軽量化が可能である。 Nickel metal hydride batteries and lithium ion batteries have a relatively small influence of discharge depth on battery deterioration, and can be used in a wide DOD range. Generally, the recommended DOD range for nickel metal hydride batteries and lithium ion batteries is 20 to 80%. Therefore, when a nickel metal hydride battery or a lithium ion battery is used instead of the lead battery, the power storage system can be reduced in size and weight.
ところで車両のエンジン始動を行う場合、瞬間的な大電流放電が必要となる。ニッケル水素電池、リチウムイオン電池は、一般的に低温で反応抵抗が増大する。従ってニッケル水素電池、リチウムイオン電池では放電電圧が低下すると、十分な始動性能を得られない場合がある。 By the way, when the vehicle engine is started, an instantaneous large current discharge is required. Nickel metal hydride batteries and lithium ion batteries generally increase reaction resistance at low temperatures. Therefore, in a nickel metal hydride battery and a lithium ion battery, if the discharge voltage is lowered, sufficient starting performance may not be obtained.
本発明はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、車両の始動性能を強化する技術を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a technique for enhancing the starting performance of a vehicle.
上記課題を解決するために、本発明のある態様の蓄電システムは、 車両内の補機に給電するための二次電池と、二次電池と並列接続されたキャパシタと、イグニッションオフされたときキャパシタを放電させ、イグニッションオンされたときキャパシタに二次電池から充電させる管理部と、を備える。 In order to solve the above problems, a power storage system according to an aspect of the present invention includes a secondary battery for supplying power to an auxiliary machine in a vehicle, a capacitor connected in parallel with the secondary battery, and a capacitor when the ignition is turned off. And a management unit that charges the capacitor from the secondary battery when the ignition is turned on.
本発明によれば、車両の始動性能を強化できる。 According to the present invention, the starting performance of the vehicle can be enhanced.
以下、本発明の実施の形態に係る車載用蓄電システムについて説明する。以下の説明では当該車載用蓄電システムが、アイドリングストップ機能およびエネルギー回生機能を有する車両に搭載されることを想定する。 Hereinafter, an in-vehicle power storage system according to an embodiment of the present invention will be described. In the following description, it is assumed that the in-vehicle power storage system is mounted on a vehicle having an idling stop function and an energy regeneration function.
アイドリングストップ機能は、車両停止時に自動的にエンジンを停止させ、発進時に自動的にエンジンを再始動させる機能である。エネルギー回生機能は、主に減速する際の車両の運動エネルギーにより燃料を使用せずにオルタネータを作動させ、オルタネータが発電したエネルギーにより車載用蓄電システム等に電力を供給する機能である。いずれの機能も燃費を向上させる効果がある。 The idling stop function is a function that automatically stops the engine when the vehicle stops and restarts the engine automatically when the vehicle starts. The energy regeneration function is a function of operating an alternator without using fuel by kinetic energy of the vehicle when decelerating and supplying electric power to an in-vehicle power storage system or the like by the energy generated by the alternator. Both functions have the effect of improving fuel consumption.
アイドリングストップ機能が搭載された車両ではエンジンの始動回数が多くなる。エンジンは通常、車載用蓄電システムにより駆動されるスタータにより始動される。従ってエンジンの始動回数が多くなるとバッテリの消費電力が大きくなり、放電回数が多くなる。またエネルギー回生機能が搭載された車両では、車両の減速時に集中的にオルタネータにより発電されるため、大容量で効率的な充電が可能な車載用蓄電システムが求められる。 In vehicles equipped with an idling stop function, the number of engine starts increases. The engine is usually started by a starter driven by an in-vehicle power storage system. Therefore, as the number of engine starts increases, the power consumption of the battery increases and the number of discharges increases. Further, in a vehicle equipped with an energy regeneration function, power is generated by an alternator intensively when the vehicle is decelerated, and therefore an in-vehicle power storage system capable of efficient charging with a large capacity is required.
従来、車載用蓄電システムには鉛電池が多く使用されている。放電により鉛電池が放電下限電圧に到達した場合、オルタネータを稼動させ、鉛電池を充電する。これにより鉛電池の放電深度が深くなることを抑制し、鉛電池の劣化を抑制している。しかしながら、このような制御によりアイドリングストップ時間が短くなり、燃費改善効果が小さくなっている。 Conventionally, lead batteries are often used in in-vehicle power storage systems. When the lead battery reaches the discharge lower limit voltage due to discharge, the alternator is operated to charge the lead battery. Thereby, it is suppressed that the discharge depth of a lead battery becomes deep, and the deterioration of a lead battery is suppressed. However, such control shortens the idling stop time and reduces the fuel efficiency improvement effect.
また地球環境保護の観点から、鉛フリーの蓄電システムが検討されており、車両用途の蓄電システムにおいても鉛電池の代替としてニッケル水素電池、リチウムイオン電池などが検討されている。上述のようにニッケル水素電池、リチウムイオン電池は、鉛電池と比較し、深い放電深度まで利用することができるが、0℃以下の低温になると放電特性が急激に低下するという問題がある。車載用途では、低温時のエンジン始動性能を十分に確保できなくなる。 From the viewpoint of protecting the global environment, lead-free power storage systems are being studied, and nickel-metal hydride batteries, lithium ion batteries, and the like are also being considered as alternatives to lead batteries in power storage systems for vehicles. As described above, nickel metal hydride batteries and lithium ion batteries can be used up to a deeper discharge depth than lead batteries, but there is a problem in that the discharge characteristics are drastically lowered at a low temperature of 0 ° C. or lower. In in-vehicle applications, sufficient engine starting performance at low temperatures cannot be secured.
そこでニッケル水素電池、リチウムイオン電池と並列に、温度依存症が小さく瞬時放電に優れたキャパシタを接続することが考えられる。これにより低温下での大電流放電時の瞬間的な電圧低下を抑制できる。 Therefore, it is conceivable to connect a capacitor with small temperature dependence and excellent instantaneous discharge in parallel with the nickel metal hydride battery and the lithium ion battery. Thereby, the instantaneous voltage drop at the time of large current discharge at low temperature can be suppressed.
キャパシタは、充電した状態で放置すると劣化が大きくなる性質がある。従ってキャパシタを長時間使用しない駐車時などでは、放電された状態で放置されることが求められる。一方で始動時には、瞬間放電可能な充電状態であることが求められる。 Capacitors have the property of becoming more deteriorated when left in a charged state. Therefore, it is required that the capacitor is left in a discharged state when parked without using the capacitor for a long time. On the other hand, at the time of start-up, it is required to be in a charged state capable of instantaneous discharge.
図1は、本発明の実施の形態に係る車載用蓄電システム(車載用電源装置)100を説明するための図である。当該車載用蓄電システム100が搭載される車両には、車載用蓄電システム100に関連する部材として、オルタネータ200、スタータ300、電装品400、電子制御ユニット(ECU:Electronic Control Unit)500が搭載される。
FIG. 1 is a diagram for explaining an in-vehicle power storage system (in-vehicle power supply device) 100 according to an embodiment of the present invention. A vehicle on which the in-vehicle
オルタネータ200は、図示しないエンジンにより交流電力を発電し、さらにエネルギー回生機能の車両においては減速時の運動エネルギーによっても発電する。本実施の形態では主に減速中の発電について述べる。オルタネータ200が発電した交流は、図示しないレギュレータ、整流器等の回路により直流に変換され、オルタネータ200の電力が電装品400、車載用蓄電システム100に供給される。本実施の形態ではオルタネータ200からの出力電圧は14〜15Vに設計する。
スタータ300はエンジン始動用モータである。スタータ300はスタータスイッチS1を介して、車載用蓄電システム100の出力系統に接続される。スタータスイッチS1にはリレー又は半導体スイッチを用いることができる。運転者の操作により図示しないイグニッションスイッチがオンされると、スタータスイッチS1がオンし、車載用蓄電システム100からスタータ300に電力が供給され、スタータ300が始動する。スタータ300によりエンジンが始動すると、スタータスイッチS1がオフされる。スタータスイッチS1をオンしてからオフするまでの時間は通常約1秒以内である。
The
電装品400は、ヘッドライト、エアコン、デフォッガ、オーディオ、メータ、ストップランプ、フォグランプ、ウィンカ、パワーステアリング、パワーウインドウ、エンジン電装品などの車両内に搭載される各種電気負荷を示す総称である。なお本明細書では自走可能な高出力な走行用モータは電装品400に含まれないとする。エンジン走行をアシストする比較的低出力な走行アシストモータは電装品400に含むとする。即ち、マイルドハイブリッド車に搭載される走行アシストモータは電装品400に含むとする。
The
なお本実施の形態では説明の便宜上、オルタネータ200、スタータ300、電子制御ユニット500は電装品400とは別に扱っている。電装品400は、オルタネータ200または車載用蓄電システム100から供給される電力により駆動される。
In this embodiment, for convenience of explanation, the
電子制御ユニット500は車両内に搭載される各種の補機、センサ、スイッチに接続され、エンジン及び各種補機を電子制御する。アイドリングストップ機能を実行する場合、電子制御ユニット500はブレーキ、車速センサ等から入力される信号をもとに車両の停止または設定速度以下への減速を検出する。電子制御ユニット500は、それらを検出するとエンジンを停止させる。また電子制御ユニット500はブレーキ解除を検出すると車両走行開始と判定する。アイドリングストップ機能を実行してエンジンが停止した後に車両走行開始を検出すると、電子制御ユニット500はエンジンを再始動させる。その際、スタータスイッチS1をオンして、車載用蓄電システム100からスタータ300に電力が供給されるよう制御し、スタータ300を作動させる。以上の説明では、ブレーキ解除の検出をもって車両走行開始と判定したが、その判定方法は一例である。例えば、車速センサやアクセルの状態をもとに車両走行開始を判定してもよい。
The
電子制御ユニット500は通常走行時、原則的にオルタネータ200を停止させる。またエネルギー回生機能を実行する際には電子制御ユニット500は、ブレーキ、車速センサ等から入力される信号をもとに車両の減速を検出するとオルタネータ200を作動させる。なお車載用蓄電システム100の蓄電エネルギーが設定下限値より低い場合は、電子制御ユニット500は通常走行時でもオルタネータ200を作動させる。エンジン走行中のオルタネータ200の作動時間を少なくするほど燃費が向上する。
The
車載用蓄電システム100は、二次電池10、キャパシタ20、管理部30、接続切替回路40を含む。車載用蓄電システム100からスタータ300に電力を供給する際には二次電池10およびキャパシタ20は並列接続される。二次電池10には、低劣化で放電深度の深い領域まで利用できる電池を用いる。このような、鉛電池より推奨DODが広い二次電池10として例えば、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池、ニッケル・カドミウム電池が挙げられる。本実施の形態では、リチウムイオン電池より電圧・温度管理が簡単なニッケル水素電池を用いる例を考える。ニッケル水素電池は充放電上限温度が比較的高いため、エンジンルームへの設置も可能である。キャパシタ20には、体積当たりの蓄電効率が高い電気二重層コンデンサを用いる例を考える。なお、電解二重層コンデンサは、リップル電流の吸収等のために使われる一般的なコンデンサ(平滑用コンデンサ)と比較して、内部抵抗が大きいため、平滑用のコンデンサとしては使用できないが、体積当たりの蓄電効率が高く、二次電池に近い用途で使用することができる特徴がある。
The in-vehicle
車載用電源として一般的な12V系のシステムを構築する場合、例えば公称電圧1.2Vのニッケル水素電池を10個直列に接続した二次電池10と、定格電圧2.5Vの電気二重層コンデンサを5個または6個直列に接続したキャパシタ20を並列接続して構築できる。また二次電池10、キャパシタ20は、さらにニッケル水素電池、電気二重層コンデンサをそれぞれ並列接続することにより蓄電容量を増大できる。本実施の形態では二次電池10の蓄電容量を20Ah以上に設計する。例えば、公称電圧1.2V、公称容量5.0Ahのニッケル水素電池を10個直列に接続した直列回路を4並列以上接続することにより実現できる。これにより車両放置時における車両補機への暗電流を確保できる。
When constructing a general 12V system as an in-vehicle power source, for example, a
管理部30は二次電池10、キャパシタ20、接続切替回路40を管理制御する。具体的には二次電池10及びキャパシタ20の監視データを取得し、二次電池10の残容量および異常発生の有無、キャパシタ20の異常発生の有無を監視する。なお、残容量としては、充電容量に対する充電残量の比率として定義されるSOC(State of Charge)が用いられる。SOCは、相対的な充電レベルを表す指標であり、過充電や過放電を防止するための制御に利用されることが多い。また管理部30は、運転者によりイグニッションスイッチがオフされるとキャパシタ20を放電させ、イグニッションスイッチがオンされるとキャパシタ20を二次電池10から充電させる。上述のようにキャパシタは、充電された状態で長時間放置されると劣化する特性がある。車両が長時間放置される場合は、キャパシタ20を放電させることにより劣化を抑制する。
The
管理部30及び電子制御ユニット500間は例えば、CAN(Controller Area Network)により接続され、両者の間で通信される。管理部30は、二次電池10及びキャパシタ20の状態を電子制御ユニット500に通知する。例えば、正常/異常、SOCを通知する。また管理部30は、二次電池10のSOCやキャパシタ20の電圧が設定下限値を下回ると、車載用蓄電システム100を充電するためにオルタネータ200の稼働指示を電子制御ユニット500に通知する。管理部30は電子制御ユニット500から車両情報を受領する。例えば、オルタネータ200の稼働状況を受領する。
The
接続切替回路40は電源ラインの、二次電池10の充放電端子とキャパシタ20の充放電端子との間に設けられる。接続切替回路40は、電流制限抵抗R1、第1経路スイッチS2、第2経路スイッチS3を含む。第1経路スイッチS2、第2経路スイッチS3にはリレー又は半導体スイッチを用いることができる。第1経路スイッチS2は、二次電池10の充放電端子とキャパシタ20の充放電端子を結ぶ電源ラインの間に挿入される。電流制限抵抗R1及び第2経路スイッチS3は直列接続され、その直列回路は第1経路スイッチS2に並列に接続される。第1経路スイッチS2、第2経路スイッチS3は管理部30によりオン/オフ制御される。
The
接続切替回路40は、管理部30からの制御信号に応じて並列接続モード、接続解除モード、チャージ接続モードの間で状態遷移する。並列接続モードは第1経路スイッチS2がオン、第2経路スイッチS3がオフに制御されたモードであり、二次電池10及びキャパシタ20が電流制限抵抗R1を介さずに並列接続される。接続解除モードは、第1経路スイッチS2及び第2経路スイッチS3がオフに制御されたモードであり、二次電池10とキャパシタ20が電気的に切り離される。チャージ接続モードは第1経路スイッチS2がオフ、第2経路スイッチS3がオンに制御されたモードであり、二次電池10とキャパシタ20が電流制限抵抗R1を介して接続される。チャージ接続モードは、電流を制限して二次電池10からキャパシタ20に充電される際に選択される。
The
イグニッションオフにより二次電池10及びキャパシタ20が放置されるとき管理部30は、接続切替回路40を接続解除モードに維持する。イグニッションオンにより二次電池10及びキャパシタ20が使用開始されると管理部30は、接続切替回路40をチャージ接続モードに遷移させる。管理部30は使用開始から設定期間経過後(例えば、1秒後)、接続切替回路40を並列接続モードに遷移させる。その後、基本的にイグニッションオフされるまで並列接続モードを維持する。
When the
管理部30は、イグニッションオフにより接続切替回路40を、並列接続モードから接続解除モードに遷移させる際、キャパシタ20を完全放電せず、劣化を許容できる予め設定された電圧まで放電させる。上述のようにキャパシタは、充電された状態で長時間放置されると劣化する特性がある。その観点からは車両放置時にはキャパシタ20を完全放電させた状態に維持することが望ましい。一方、車両始動時にはキャパシタ20を二次電池10から充電するが、その際、二次電池10とキャパシタ20の電位差が小さいほうが望ましい。電位差が小さいほど突入電流が小さくなり、充電時間も短縮される。このようにキャパシタ20の放置電圧は、キャパシタ20の劣化抑制と始動時の充電容易性のトレードオフの関係にある。本発明者は実験により、二次電池10とキャパシタ20の12Vシステムにおいて、キャパシタ20の放置電圧を4〜6Vに維持することが好適であることを見出した。以下、実験データをもとに詳しく説明する。
When switching the
図2(a)−(b)は、電気二重層コンデンサ(EDLC)の放置電圧に対する劣化特性を調べた実験データを示す。この実験データは、定格電圧2.5VのEDLCを所定の放置電圧で、環境温度50℃で15000時間放置した場合のデータを示している。図2(a)は放置電圧と、放置後の容量初期比の関係を示す表である。放置電圧が0.0V、0.5V、1.0Vでは、放置後の容量初期比が98%以内に収まっており、初期容量から殆ど容量が減少しておらず劣化が小さいことが分かる。放置電圧が1.5Vでは放置後の容量初期比が85%になり劣化が大きくなることが分かる。放置電圧が2.0Vでは放置後の容量初期比が65%になり、さらに劣化が大きくなることが分かる。図2(b)は、図2(a)のデータを折れ線グラフで示した図である。 FIGS. 2A to 2B show experimental data in which the deterioration characteristics of the electric double layer capacitor (EDLC) with respect to the neglected voltage are examined. This experimental data shows data obtained when an EDLC having a rated voltage of 2.5 V is left at a predetermined leaving voltage at an environmental temperature of 50 ° C. for 15000 hours. FIG. 2A is a table showing the relationship between the leaving voltage and the capacity initial ratio after being left. When the neglected voltage is 0.0 V, 0.5 V, and 1.0 V, the capacity initial ratio after leaving is within 98%, and it can be seen that the capacity is hardly decreased from the initial capacity and the deterioration is small. It can be seen that when the neglected voltage is 1.5 V, the initial capacity ratio after leaving is 85% and the deterioration is increased. It can be seen that when the neglected voltage is 2.0 V, the initial capacity ratio after leaving is 65%, and the deterioration is further increased. FIG. 2B is a line graph showing the data of FIG.
以上の実験データからEDLCの放置電圧が約1.0Vまでであれば許容できるといえる。二次電池10とキャパシタ20を並列接続して12V系の蓄電システムを構築する場合にて、キャパシタ20を、定格電圧2.5VのEDLCの5直列で実装する場合、許容できるキャパシタ20の放置電圧は5.0Vとなる。6直列で実装する場合、6.0Vとなる。
From the above experimental data, it can be said that it is acceptable if the standing voltage of EDLC is up to about 1.0V. When the
図3は、図1の二次電池10、キャパシタ20、管理部30の構成例を示す図である。二次電池10は、公称電圧1.2Vのニッケル水素電池(NiMH)セルB1〜B10を10個直列に接続して形成される。NiMHセルB1〜B10に対して直列にシャント抵抗Rsが接続される。またNiMHセルB1〜B10の近傍に温度センサ25が設けられる。
3 is a diagram illustrating a configuration example of the
キャパシタ20は、定格電圧2.5Vの電気二重層コンデンサ(EDLC)セルC1〜C6を6個直列に接続して形成される。各EDLCセルC1〜C6には、それぞれ並列に自己放電回路が接続される。自己放電回路は、放電スイッチと放電抵抗が直列接続して形成される。具体的にはEDLCセルC1と並列に、放電スイッチS21と放電抵抗R21の直列回路が接続される。他のEDLCセルC2〜C6も同様に構成される。
The
管理部30は、電圧電流検出部31、電圧検出部32、主制御部33、スイッチ制御部34、通信部35を備える。電圧電流検出部31は、NiMHセルB1〜B10の電圧および電流を検出する。図2ではNiMHセルB1〜B10の上側電圧、下側電圧、中間電圧を検出する構成例を描いている。ニッケル水素電池の場合はリチウムイオン電池のようにセル電圧を厳密に均等化制御する必要がないため、各NiMHセルB1〜B10のセル電圧を個別に検出する必要は必ずしもない。電圧電流検出部31はシャント抵抗Rsの両端電圧を検出して、NiMHセルB1〜B10に流れる電流値を検出する。電圧電流検出部31は、検出したNiMHセルB1〜B10の電圧値および電流値を主制御部33に出力する。
The
電圧検出部32は、EDLCセルC1〜C6の各ノードに接続され、EDLCセルC1〜C6の各電圧を検出する。電圧検出部32は、検出したEDLCセルC1〜C6の電圧値を主制御部33に出力する。
The
主制御部33は、電圧電流検出部31からNiMHセルB1〜B10の電圧値および電流値を受け、電圧検出部32からEDLCセルC1〜C6の各電圧値を受け、温度センサ25から温度値を受け、通信部35から外部信号を受ける。主制御部33は、これらのデータ及び外部信号をもとに、NiMHセルB1〜B10、EDLCセルC1〜C6及び接続切替回路40を制御する。具体的にはスイッチ制御部34にスイッチ切替信号を送出して、放電スイッチS21〜S26、接続切替回路40の第1経路スイッチS2、第2経路スイッチS3のオン/オフを制御する。また通信部35を介して電子制御ユニット500に指示信号を送出する。
The
主制御部33は、NiMHセルB1〜B10の電圧値、電流値、温度値をもとに過放電、過充電、過電流または温度異常を検出すると、通信部35を介して電子制御ユニット500にその旨を通知する。電子制御ユニット500はその通知をもとに、オルタネータ200を再稼働または停止させる。また12V電源ラインとNiMHセルB1〜B10との間にスイッチ(不図示)が設けられている場合、主制御部33は必要に応じてスイッチ制御部34に指示して、そのスイッチをオフする。また主制御部33は、NiMHセルB1〜B10の両端電圧が設定下限電圧に到達するとオルタネータ200の稼働を電子制御ユニット500に指示し、設定上限電圧に到達するとオルタネータ200の停止を指示する。
When the
主制御部33は、EDLCセルC1〜C6の両端電圧をもとに耐圧オーバーを検出すると、通信部35を介して電子制御ユニット500にその旨を通知する。電子制御ユニット500はその通知をもとに、オルタネータ200を停止させる。また12V電源ラインとEDLCセルC1〜C6との間にスイッチ(不図示)が設けられている場合、主制御部33はスイッチ制御部34に指示して、そのスイッチをオフする。主制御部33は、EDLCセルC1〜C6の各セル電圧の不均衡を検出すると、スイッチ制御部34に指示して、電圧が高いEDLCセルの放電スイッチをオンする。
When the
主制御部33は、イグニッションオフされたときスイッチ制御部34に指示して、放電スイッチS21〜S26をオンする。その後、主制御部33は、セル電圧が設定放置電圧に到達したEDLCセルの放電スイッチを順次オフする。本実施の形態ではEDLCセルの設定放置電圧は0.8〜1.2Vの範囲に設定される。以下の説明は1.0Vとする。
When the ignition is turned off, the
イグニッションオンの状態では接続切替回路40は通常、並列接続モードに制御される。従って通常、イグニッションスイッチがオフされる時点では第1経路スイッチS2がオンの状態であり、キャパシタ20と二次電池10は同電位になる。
In the ignition-on state, the
例外的に第1経路スイッチS2及び第2経路スイッチS3がオフされた状態、即ちキャパシタ20が使用されない状態で蓄電システム100が運用される場合もある。この場合、イグニッションスイッチがオフされる時点でキャパシタ20の設定放置電圧(本実施の形態では6V)未満になっている場合がある。この場合、主制御部33は、セル電圧が設定放置電圧(本実施の形態では1.0V)に到達するまで、第2経路スイッチS3をオンしてEDLCセルC1〜C6を充電する。その後、セル電圧が設定放置電圧に到達したEDLCセルの放電スイッチを順次オフし、全てのEDLCセルが設定放置電圧に到達すると、第2経路スイッチS3をオフする。
In exceptional cases, the
図4は、本発明の実施の形態に係る車載用蓄電システム100の車両始動時の動作を説明するためのフローチャートである。運転者によりイグニッションスイッチがオンされると(S10のY)、管理部30は、第1経路スイッチS2をオフ、第2経路スイッチS3をオンに制御する(S11)。これにより二次電池10からキャパシタ20にプリチャージされる。プリチャージ開始から設定時間(例えば、1秒)経過すると(S12のY)、管理部30は第1経路スイッチS2をオン、第2経路スイッチS3をオフに制御する(S13)。スタータスイッチS1はその状態でオンする(S14)。
FIG. 4 is a flowchart for explaining the operation of vehicle-mounted
図5は、本発明の実施の形態に係る車載用蓄電システム100の駐車時の動作を説明するためのフローチャートである。運転者によりイグニッションスイッチがオフされると(S20のY)、管理部30は、第1経路スイッチS2及び第2経路スイッチS3をオフに制御する(S21)。これにより二次電池10とキャパシタ20が電気的に切り離される。管理部30は放電スイッチS21〜S26をオンして(S22)、キャパシタ20を放電する。キャパシタ20の電圧が設定放置電圧(本実施の形態では6V)に到達すると(S23のY)、管理部30は放電スイッチS21〜S26をオフする(S24)。
FIG. 5 is a flowchart for explaining the operation during parking of the in-vehicle
以上説明したように本実施の形態によれば、ニッケル水素電池を用いた二次電池10にキャパシタ20を並列接続することにより、鉛電池を使用せずに車両の始動性能を確保できる。また車両放置時にキャパシタ20を放電し、車両始動時にキャパシタ20を二次電池10からプリチャージすることにより、キャパシタ20の劣化を抑制しつつ、車両の始動性能を確保できる。
As described above, according to the present embodiment, the starting performance of the vehicle can be ensured without using a lead battery by connecting the
またキャパシタ20を放置する際、完全放電させずに、劣化を許容できる範囲で電荷を残存させる。これにより始動時における二次電池10とキャパシタ20の電位差を小さくできる。従ってプリチャージ時間を短縮できる。また完全放電した場合と比較してプリチャージ電流を大幅に低減できるため、ハーネスや計器等の仕様を低く抑えることができ、簡素で低コストな回路構成にできる。またプリチャージ電流の低減はリレーの溶着防止にも効果がある。
In addition, when the
また接続切替回路40を設けたことにより、電流制限しながら二次電池10からキャパシタ20にプリチャージすることができる。プリチャージ時に二次電池10に大電流が流れて二次電池10の両端電位差がなくなり充電電流が供給できなくなってしまうことを防止できる。
Further, by providing the
また鉛フリーの蓄電システムであるため、環境負荷も小さい。また鉛電池と比較し、交換回数を減らすことができる。 Moreover, since it is a lead-free power storage system, the environmental impact is small. In addition, the number of replacements can be reduced compared to lead batteries.
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。こられ実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。 The present invention has been described based on the embodiments. Those skilled in the art will understand that these embodiments are exemplifications, and that various modifications can be made to the combinations of the respective constituent elements and processing processes, and such modifications are also within the scope of the present invention. By the way.
図6は、変形例に係る車載用蓄電システム100を説明するための図である。図6の蓄電システム100は、図1の蓄電システム100から接続切替回路40を取り除いた構成である。代わりに、キャパシタ20を二次電池10から電気的に切り離すためのキャパシタスイッチS4を設けている。上述のようにキャパシタ20を放置する際、劣化を許容できる範囲で電荷を残存させる。従ってキャパシタ20の放置電圧が0Vではなく上述の例では6Vになる。さらにキャパシタ20の劣化を許容すればさらに高い電圧にできる。よって始動時における二次電池10とキャパシタ20の電位差が、放置電圧が0Vの場合と比較して小さくできる。これによりプリチャージ時の電位差を小さくするために必要であった接続切替回路40を省略する回路構成も採用可能となる。
FIG. 6 is a diagram for explaining an in-vehicle
また上述の実施の形態ではオルタネータ200及びスタータ300を搭載する車両を説明したが、オルタネータ200及びスタータ300の代わりにモータジェネレータが搭載されてもよい。この場合、モータジェネレータはアイドリングストップ状態からの再始動に限らず、初回始動にも使用される。スタータと、モータジェネレータが両方搭載される場合、アイドリングストップ状態からの再始動にはモータジェネレータが使用され、初回始動にはスタータが使用される。
In the above-described embodiment, the vehicle on which the
また上述の実施の形態では蓄電システムを、アイドリングストップ、エネルギー回生システムを有する車両に搭載する例を説明したが、これらの機能を有する車両への搭載に限定されるものではない。 Moreover, although the above-mentioned embodiment demonstrated the example which mounts an electrical storage system in the vehicle which has an idling stop and an energy regeneration system, it is not limited to mounting to the vehicle which has these functions.
100 車載用蓄電システム、 200 オルタネータ、 300 スタータ、 400 電装品、 500 電子制御ユニット、 10 二次電池、 B1〜B10 ニッケル水素電池セル、 Rs シャント抵抗、 20 キャパシタ、 25 温度センサ、 C1〜C6 EDLCセル、 S21〜S26 放電スイッチ、 R21〜R26 放電抵抗、 30 管理部、 31 電圧電流検出部、 32 電圧検出部、 33 主制御部、 34 スイッチ制御部、 35 通信部、 40 接続切替回路、 S1 スタータスイッチ、 S2 第1経路スイッチ、 S3 第2経路スイッチ、 R1 電流制限抵抗、 S4 キャパシタスイッチ。 100 onboard power storage system, 200 alternator, 300 starter, 400 electrical component, 500 electronic control unit, 10 secondary battery, B1-B10 nickel-hydrogen battery cell, Rs shunt resistor, 20 capacitor, 25 temperature sensor, C1-C6 EDLC cell , S21 to S26 discharge switch, R21 to R26 discharge resistance, 30 management unit, 31 voltage current detection unit, 32 voltage detection unit, 33 main control unit, 34 switch control unit, 35 communication unit, 40 connection switching circuit, S1 starter switch , S2 first path switch, S3 second path switch, R1 current limiting resistor, S4 capacitor switch.
Claims (7)
前記二次電池と並列接続されたキャパシタと、
イグニッションオフされたとき前記キャパシタを放電させ、イグニッションオンされたとき前記キャパシタに前記二次電池から充電させる管理部と、
を備えることを特徴とする蓄電システム。 A secondary battery for supplying power to an auxiliary machine in the vehicle;
A capacitor connected in parallel with the secondary battery;
A management unit for discharging the capacitor when the ignition is turned off, and charging the capacitor from the secondary battery when the ignition is turned on;
A power storage system comprising:
前記管理部は、イグニッションオフされたとき、前記接続切替回路を前記接続解除モードに遷移させ、イグニッションオンされたとき、前記接続切替回路を前記チャージ接続モードに遷移させ、イグニッションオンから設定期間経過後、前記接続切替回路を前記並列接続モードに遷移させることを特徴とする請求項1に記載の蓄電システム。 A parallel connection mode for connecting the secondary battery and the capacitor in parallel; a charge connection mode for limiting a charging current from the secondary battery to the capacitor; and a connection for electrically disconnecting the secondary battery and the capacitor. A connection switching circuit having a release mode,
The management unit transitions the connection switching circuit to the connection release mode when the ignition is turned off, and transitions the connection switching circuit to the charge connection mode when the ignition is turned on. The power storage system according to claim 1, wherein the connection switching circuit is shifted to the parallel connection mode.
前記二次電池は、公称電圧1.2Vのニッケル水素電池セルが10個直列接続されて構成されることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の蓄電システム。 The capacitor is composed of five or six electric double layer capacitors having a rated voltage of 2.5 V connected in series,
5. The power storage system according to claim 1, wherein the secondary battery is configured by connecting ten nickel hydride battery cells having a nominal voltage of 1.2 V in series.
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016184476A (en) * | 2015-03-25 | 2016-10-20 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Power storage system and management device |
| WO2018043538A1 (en) * | 2016-08-31 | 2018-03-08 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Vehicle electricity storage device |
| JP2024508311A (en) * | 2021-03-03 | 2024-02-26 | ザ・ノコ・カンパニー | Jump starter with battery detection to provide safety |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007026495A1 (en) * | 2005-08-31 | 2007-03-08 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Auxiliary electric power supply for vehicle and charger/discharger for vehicle |
| JP2009214839A (en) * | 2008-03-12 | 2009-09-24 | Fuji Heavy Ind Ltd | Vehicular power supply device |
| JP2011199934A (en) * | 2010-03-17 | 2011-10-06 | Toyota Motor Corp | Power supply |
| JP2013099002A (en) * | 2011-10-27 | 2013-05-20 | Sanyo Electric Co Ltd | Vehicle power supply device, and vehicle having the same |
| JP2014225942A (en) * | 2013-05-15 | 2014-12-04 | 三洋電機株式会社 | Power storage system |
-
2013
- 2013-06-28 JP JP2013135953A patent/JP2015012685A/en active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007026495A1 (en) * | 2005-08-31 | 2007-03-08 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Auxiliary electric power supply for vehicle and charger/discharger for vehicle |
| JP2009214839A (en) * | 2008-03-12 | 2009-09-24 | Fuji Heavy Ind Ltd | Vehicular power supply device |
| JP2011199934A (en) * | 2010-03-17 | 2011-10-06 | Toyota Motor Corp | Power supply |
| JP2013099002A (en) * | 2011-10-27 | 2013-05-20 | Sanyo Electric Co Ltd | Vehicle power supply device, and vehicle having the same |
| JP2014225942A (en) * | 2013-05-15 | 2014-12-04 | 三洋電機株式会社 | Power storage system |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016184476A (en) * | 2015-03-25 | 2016-10-20 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Power storage system and management device |
| WO2018043538A1 (en) * | 2016-08-31 | 2018-03-08 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Vehicle electricity storage device |
| CN109661330A (en) * | 2016-08-31 | 2019-04-19 | 松下知识产权经营株式会社 | Vehicle electrical storage device |
| JPWO2018043538A1 (en) * | 2016-08-31 | 2019-06-24 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Power storage device for vehicle |
| US11251647B2 (en) | 2016-08-31 | 2022-02-15 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Vehicle electricity storage device |
| CN109661330B (en) * | 2016-08-31 | 2022-06-14 | 松下知识产权经营株式会社 | Electric storage device for vehicle |
| JP7113228B2 (en) | 2016-08-31 | 2022-08-05 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Vehicle power storage device |
| JP2024508311A (en) * | 2021-03-03 | 2024-02-26 | ザ・ノコ・カンパニー | Jump starter with battery detection to provide safety |
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