JP6988138B2 - Device condition detectors, power systems and automobiles - Google Patents
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Description
本発明はデバイス状態検知装置、電源システムおよび自動車に係り、特に、車載用蓄電デバイスのデバイス状態を検知するデバイス状態検知装置、該デバイス状態検知装置を備えた電源システム、および該電源システムを備えた自動車に関する。 The present invention relates to a device state detection device, a power supply system, and an automobile, and in particular, includes a device state detection device for detecting the device state of an in-vehicle power storage device, a power supply system provided with the device state detection device, and the power supply system. Regarding automobiles.
従来、例えば、普通ガソリン車やディーゼル車では、オルタネータ等の発電機から供給された電力を受け入れて放電負荷に放電する鉛電池等の蓄電デバイスが広く実用に供されている。これらの車両では、制動時を除く走行中に発電機から供給された電力を蓄電デバイスに蓄電(充電)する。 Conventionally, for example, in ordinary gasoline vehicles and diesel vehicles, storage devices such as lead batteries that receive electric power supplied from a generator such as an alternator and discharge it to a discharge load have been widely put into practical use. In these vehicles, the electric power supplied from the generator is stored (charged) in the power storage device during traveling except during braking.
近年、エンジン自動車による排ガスに対処するため、普通ガソリン車等においてアイドリングストップの励行が推奨されており、アイドリングストップ・システム機能を有する自動車(ISS車)も徐々に増加している。ISS車は、車両停止時にエンジンを停止し、その間の電装機器等の補機への電力供給はすべて蓄電デバイスで賄い、さらに、アイドリングストップ後のスタート時には蓄電デバイスに蓄電された電力でスタータ(セルモータ)を駆動させてエンジンを再始動する。アイドリングストップを行うことで車両停止時にエンジンも停止するため燃費が向上する。 In recent years, in order to deal with exhaust gas from engine vehicles, it has been recommended to enforce idling stop in ordinary gasoline vehicles and the like, and the number of vehicles having an idling stop system function (ISS vehicles) is gradually increasing. In ISS vehicles, the engine is stopped when the vehicle is stopped, and all power supply to auxiliary equipment such as electrical equipment during that period is covered by the power storage device, and at the start after idling stop, the power stored in the power storage device is used as a starter (starter motor). ) Is driven to restart the engine. By stopping idling, the engine also stops when the vehicle is stopped, improving fuel efficiency.
近時、燃費改善のニーズはとりわけ高く、燃費効率の高い車両が大幅に販売台数を伸ばしている。このような実情に則して、自動車製造会社では、制動時に発電機(オルタネータ)から供給される回生電力で蓄電デバイスを充電するオルタネータ回生車両の開発も進められており、このようなオルタネータ回生車両のうち上述したISS機能を有する車両はμHEVまたはマイクロハイブリッドと呼ばれることもある。オルタネータ回生車両では、普通ガソリン車等で熱消費されていた、制動時に発電機から供給される回生電力で蓄電デバイスを充電し、制動時を除く走行中は原則的に発電機の動作を停止してガソリン消費をさらに低減させる。 Recently, the need for fuel efficiency improvement is particularly high, and the number of vehicles with high fuel efficiency is increasing significantly. In line with this situation, automobile manufacturers are also developing alternator regenerative vehicles that charge energy storage devices with regenerative power supplied from a generator (alternator) during braking. Such alternator regenerative vehicles are also being developed. Of these, the vehicle having the above-mentioned ISS function is sometimes called a μHEV or a microhybrid. In the alternator regenerative vehicle, the power storage device is charged by the regenerative power supplied from the generator during braking, which is normally consumed by gasoline vehicles, etc., and in principle, the generator stops operating during driving except during braking. Further reduce gasoline consumption.
上記いずれの車両においても、アイドリングストップの際に、蓄電デバイスの電力でスタータを駆動させエンジンを再始動できるかを高精度に判断することが必要となる。デバイス状態検知装置はそのような判断を行う際の判断基礎となる蓄電デバイスの状態情報を取得する。エンジン再始動の可否判断は、状態情報に従って車両側の制御部(ECU)が行ってもよいし、デバイス状態検知装置や該デバイス状態検知装置を備えた電源システムが行ってECUに報知するようにしてもよい。 In any of the above vehicles, it is necessary to accurately determine whether the engine can be restarted by driving the starter with the electric power of the power storage device at the time of idling stop. The device state detection device acquires the state information of the power storage device, which is the basis for making such a judgment. Whether or not to restart the engine may be determined by the control unit (ECU) on the vehicle side according to the state information, or by a device state detection device or a power supply system equipped with the device state detection device to notify the ECU. You may.
ところで、このようなデバイス状態検知装置は、蓄電デバイスの状態情報を取得するために、一般に、蓄電デバイスの電圧を検出する電圧検出回路と蓄電デバイスに流れる充放電電流を検出する電流センサとを有している。電流センサには、従来、抵抗体の電圧降下により電流を検出するシャント式のものや電流線付近の磁場変化により電流を検出するホール式のものが用いられており、現在でも殆ど両者のいずれかが用いられている。 By the way, such a device state detection device generally has a voltage detection circuit for detecting the voltage of the power storage device and a current sensor for detecting the charge / discharge current flowing through the power storage device in order to acquire the state information of the power storage device. is doing. Conventionally, a shunt type sensor that detects a current by a voltage drop of a resistor and a hall type sensor that detects a current by a change in a magnetic field near the current line have been used as current sensors, and even now, almost either of them is used. Is used.
しかしながら、シャント式電流センサは抵抗体による電圧降下(電力損失)が少なからず発生し、ホール式電流センサはサイズが大きい、という課題がある。このため、従来、これらを改善するために種々の電流センサの開発が試みられてきた。薄膜電流センサはこれらの電流センサに代わる有望な電流センサである(例えば、特許文献1、2参照)。なお、本発明に近接する技術として、特許文献3には、導電膜と磁性膜とを有する薄膜電力センサを用いた電池システムおよび充放電測定装置が開示されている。
However, the shunt type current sensor has a problem that a voltage drop (power loss) due to the resistor is not a little generated, and the hall type current sensor has a large size. Therefore, in the past, attempts have been made to develop various current sensors in order to improve these. The thin film current sensor is a promising current sensor that replaces these current sensors (see, for example,
ところで、上述した特許文献1、2の薄膜電流センサは構造の複雑さやそれに伴うコスト要因も手伝って、現在のところ普及に至っていない。従って、電流センサにおける電圧降下の解消や省スペース化に対するニーズが依然として存在している。このため、簡単な構造の電流センサを用いたデバイス状態検知装置を提供できれば、このようなコスト要因も解消すると考えられる。
By the way, the thin film current sensors of
本発明は上記事案に鑑み、電圧降下がなく省スペースかつ簡単な構造の電流センサを用いたデバイス状態検知装置、該デバイス状態検知装置を備えた電源システム、および該電源システムを備えた自動車を提供することを課題とする。 In view of the above cases, the present invention provides a device state detection device using a current sensor having a space-saving and simple structure without a voltage drop, a power supply system equipped with the device state detection device, and an automobile equipped with the power supply system. The task is to do.
上記課題を解決するために、本発明の第1の態様は、車載用蓄電デバイスのデバイス状態を検知するデバイス状態検知装置において、前記デバイスの電圧を検出する電圧検出手段と、電流センサを有し前記デバイスに流れる電流を検出する電流検出手段と、前記電圧検出手段および前記電流検出手段で検出された検出値に基づいて前記デバイスのデバイス状態を演算する制御部と、を備え、前記電流センサに、導電層と磁性層とを有し前記導電層に流れる電流値に応じて前記磁性層の抵抗値が変化する電流センサを用いたことを特徴とする。 In order to solve the above problems, the first aspect of the present invention includes a voltage detecting means for detecting the voltage of the device and a current sensor in the device state detecting device for detecting the device state of the in-vehicle power storage device. The current sensor includes a current detecting means for detecting a current flowing through the device, a voltage detecting means, and a control unit for calculating a device state of the device based on a detection value detected by the current detecting means. It is characterized by using a current sensor having a conductive layer and a magnetic layer and changing the resistance value of the magnetic layer according to the current value flowing through the conductive layer.
第1の態様において、電流センサにプレート状電流センサを用いるようにしてもよい。また、磁性層の長手方向の一側がデバイスの正極外部端子に、他側が負荷抵抗を介してデバイスの負極外部端子にそれぞれ接続されており、制御部は、電圧検出手段で検出されたデバイスの電圧と電流検出手段で検出された負荷抵抗の両端電圧とからデバイスに流れる電流を検知するようにしてもよい。このとき、導電層の長手方向の一側が正極外部端子に、他側がイグニッションスイッチを介して放電負荷および発電機にそれぞれ接続されるようにしてもよい。 In the first aspect, a plate-shaped current sensor may be used as the current sensor. Further, in the longitudinal direction one side positive electrode external terminal devices direction of the magnetic layer are connected to the negative electrode external terminal devices over the other side load resistor, the control unit of the device detected by the voltage detecting means The current flowing through the device may be detected from the voltage and the voltage across the load resistance detected by the current detecting means. At this time, one side of the longitudinal Direction conductive layer is a positive electrode external terminal, may be the other side is connected to the discharge load and the generator via the ignition switch.
また、複数の電圧値下における複数の電流値で導電層に電流を流したときの電流センサに固有の負荷抵抗の両端電圧値を予め記憶した不揮発性メモリをさらに備え、制御部は、不揮発性メモリに記憶された電圧値、電流値および両端電圧値の関係に従って電圧検出手段で検出されたデバイスの電圧および電流検出手段で検出された負荷抵抗の両端電圧に対応した導電層に流れる電流を算出するようにしてもよい。制御部は、エンジン始動時に電圧検出手段で検出されたデバイスの電圧と検知したデバイスに流れる電流とからオームの法則に従ってデバイスの内部抵抗を算出するようにしてもよい。 Further, a non-volatile memory that previously stores the voltage values across the load resistance peculiar to the current sensor when a current is passed through the conductive layer at a plurality of current values under a plurality of voltage values is further provided, and the control unit is non-volatile. Calculates the current flowing through the conductive layer corresponding to the voltage of the device detected by the voltage detecting means and the voltage across the load resistance detected by the current detecting means according to the relationship between the voltage value, current value and voltage value across the memory stored in the memory. You may try to do it. The control unit may calculate the internal resistance of the device according to Ohm's law from the voltage of the device detected by the voltage detecting means at the time of starting the engine and the current flowing through the detected device.
さらに、電流の検知精度を高めるために、電流センサは、大電流域の電流を検出するための第1の電流センサと、小電流域の電流を検出するための第2の電流センサとの少なくとも2つの電流センサを有しており、前記第1および第2の電流センサの長さおよび幅の少なくとも一方が異なるようにしてもよい。 Further, in order to improve the current detection accuracy, the current sensor includes at least a first current sensor for detecting a current in a large current range and a second current sensor for detecting a current in a small current range. It has two current sensors, and at least one of the length and width of the first and second current sensors may be different.
このような蓄電デバイスは、鉛電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池、リチウムイオン電池およびリチウムイオンキャパシタで構成される群から選択される1種、または、群を構成する2種以上を有する複合蓄電デバイスであってもよい。デバイスが複合蓄電デバイスの場合には、電圧検出手段および電流検出手段は複合蓄電デバイスを構成する蓄電デバイスごとに設けられ、制御部は複合蓄電デバイスを構成する蓄電デバイスのうち少なくとも一つの蓄電デバイスの内部抵抗を算出するようにしてもよい。 Such a power storage device is one selected from the group composed of a lead battery, a nickel hydrogen battery, a nickel zinc battery, a lithium ion battery and a lithium ion capacitor, or a composite power storage having two or more types constituting the group. It may be a device. When the device is a composite power storage device, the voltage detection means and the current detection means are provided for each power storage device constituting the composite power storage device, and the control unit is a power storage device of at least one of the power storage devices constituting the composite power storage device. The internal resistance may be calculated.
また、上記課題を解決するために、本発明の第2の態様は第1の態様のデバイス状態検知装置を備えた電源システムであり、本発明の第3の態様は第2の態様の電源システムを備えた自動車である。 Further, in order to solve the above problems, the second aspect of the present invention is a power supply system provided with the device state detection device of the first aspect, and the third aspect of the present invention is the power supply system of the second aspect. It is a car equipped with.
本発明によれば、車載用蓄電デバイスのデバイス状態検出装置を構成するにあたり、電流センサに導電層と磁性層とを有し導電層に流れる電流値に応じて磁性層の抵抗値が変化する電流センサを用いたので、電流センサによる電圧降下をなくすことができるとともに、電流センサを省スペースかつ簡単な構造とすることができる、という効果を得ることができる。 According to the present invention, in configuring a device state detection device for an in-vehicle power storage device, a current sensor has a conductive layer and a magnetic layer, and the resistance value of the magnetic layer changes according to the current value flowing through the conductive layer. Since the sensor is used, it is possible to obtain the effect that the voltage drop due to the current sensor can be eliminated and the current sensor can be made into a space-saving and simple structure.
1.第1実施形態
以下、図面を参照して、本発明を普通ガソリン車に搭載可能な14V系車両用電源システムに適用した第1の実施の形態について説明する。
1. 1. First Embodiment Hereinafter, a first embodiment in which the present invention is applied to a power supply system for a 14V system vehicle that can be mounted on an ordinary gasoline vehicle will be described with reference to the drawings.
1−1.構成
1−1−1.車両側の構成
まず、本実施形態の電源システム20が搭載される車両50(普通ガソリン車)の主要構成について説明する。
1-1. Configuration 1-1-1. Vehicle-Side Configuration First, the main configuration of the vehicle 50 (ordinary gasoline vehicle) on which the
(1)イグニッションスイッチ(IGN)22
図1に示すように、車両50は、イグニッションスイッチ(以下、IGNという。)22を備えている。IGN22は中央端子、OFF端子、ON/ACC端子、START端子を有しており、中央端子とこれらOFF、ON/ACC、START端子のいずれかとはロータリ式に切り替え接続が可能である。「ACC」はアクセサリすなわち補機を意味する。
(1) Ignition switch (IGN) 22
As shown in FIG. 1, the vehicle 50 includes an ignition switch (hereinafter referred to as IGN) 22. The IGN 22 has a central terminal, an OFF terminal, an ON / ACC terminal, and a START terminal, and the central terminal and any of these OFF, ON / ACC, and START terminals can be rotaryly switched and connected. "ACC" means an accessory or auxiliary machine.
IGN22は、ドライバにより、車両駐車時およびアイドリングストップ時には中央端子がOFF端子に接続されたOFF位置、車両走行前および走行時には中央端子がON/ACC端子に接続されたON/ACC位置、エンジン始動時には中央端子がSTART端子に接続されたSTART位置にそれぞれ位置付けられる。なお、IGN22がSTART位置に位置付けられるときには、ON/ACC端子はSTART端子に接続された状態となる。IGN22はその位置が変更される度に車両制御部30に報知する。
By the driver, the IGN 22 has an OFF position in which the central terminal is connected to the OFF terminal when the vehicle is parked and idling stop, an ON / ACC position in which the central terminal is connected to the ON / ACC terminal before and when the vehicle is running, and when the engine is started. The central terminal is positioned at the START position connected to the START terminal. When the IGN 22 is positioned at the START position, the ON / ACC terminal is connected to the START terminal. The IGN 22 notifies the
(2)オルタネータ24
車両50は、制動時を除く車両走行時にエンジン25の(回転)駆動力を電力に変換するオルタネータ24(発電機)を備えている。オルタネータ24にはクランクシャフト27を介してエンジンの駆動力が伝達される。本実施形態では、オルタネータ24の出力電圧は14.0[V]に設定されている。
(2) Alternator 24
The vehicle 50 is provided with an alternator 24 (generator) that converts the (rotational) driving force of the
オルタネータ24は、ステータおよびロータで構成された発電部24aと、発電部24aで発電された交流電力を直流電力に変換する整流部24bと、整流部24bで変換された直流電力の電圧を一定とするためのボルテージレギュレータ24cとを有して構成されている。オルタネータ24の一端はIGN22のON/ACC端子に接続されており、他端はグランド(車両50のシャーシと同電位。以下、GNDという。)に接続されている。
The alternator 24 has a constant voltage of a
(3)スタータ28
また、車両50は、エンジン25を始動するスタータ28を備えている。スタータ28は、公知のように、フィールド(励磁)コイルとアーマチュア(回転)コイルとを有する直流直巻型モータ(セルモータ)と、モータに鉛電池1の電力を供給するためのメイン接点と、プランジャの周りに配されプランジャを進退・保持するプルイン(引き込み)コイルおよびホールディング(保持)コイルと、プランジャに固着した導体部材とを有して構成されている。スタータ28の一端はIGN22のSTART端子に接続されており、他端はGNDに接続されている。
(3) Starter 28
Further, the vehicle 50 includes a starter 28 for starting the
車両50のエンジン始動時には、プルインコイルおよびホールディングコイルに鉛電池1から電力が供給され、プランジャが移動する(引き込まれ保持される)ことでモータに接続された一方のメイン接点と、IGN22を介して鉛電池1に接続された他方のメイン接点とが上述した導体部材で導通することでモータが回転し、このモータの回転力でクランクシャフト27が回転する。このため、IGN22がSTART位置に位置付けられると、鉛電池1からスタータ28へ電力が供給されスタータ28が回転し、クランクシャフト27を介してスタータ28の回転力がエンジン25に伝達されてエンジン25が始動する。
When the engine of the vehicle 50 is started, power is supplied from the
(4)補機23
さらに、車両50には種々の補機23が搭載されている。補機23には、例えば、ランプ、ライト、パワーウインド、エンジンポンプ(スパークプラグ)、エアコン、ファン、ラジオ、テレビ、CDプレーヤ、カーナビゲーション等を挙げることができる。補機23の一端はIGN22のON/ACC端子に接続されており、他端はGNDに接続されている。なお、補機23は、最低作動電圧(例えば、8[V])以上の作動電圧を鉛電池1から供給されればよい。
(4)
Further, the vehicle 50 is equipped with various
(5)車両制御部30
また、車両50は、車両50全体の動作を制御する車両制御部(ECU)30を備えている。車両制御部30は、IGN22の位置情報を把握するとともに、アクセル、ブレーキ、エンジン等の作動状態、速度、加速度その他の車両状態を把握し、把握した状態に応じた走行制御を行う。なお、図1では、エンジン25を制御するための制御線を示している。
(5)
Further, the vehicle 50 includes a vehicle control unit (ECU) 30 that controls the operation of the entire vehicle 50. The
また、車両制御部30は、電源システム20の制御部6と通信線29を介して通信し、電源システム20を構成する鉛電池1(蓄電デバイス)の状態情報の報知を受ける。通信線29は車両制御部30によるCAN(Controller Area Network)管理下にある。CANはISO11898、ISO11519等で標準化されており、2本の線で構成される。従って、一方が断線した場合でも他方で制御部6との通信が可能である。
Further, the
1−1−2.電源システムの構成
次に、本実施形態の電源システム20の構成について説明する。電源システム20は、鉛電池1(以下、PbB1という。)と、PbB1のデバイス状態を検知するデバイス状態検知装置10とで構成されている。なお、本実施形態の電源システム20は、デバイス状態検知装置10がPbB1の上部に配され鉛電池1と一体化しており、例えば、車両50のエンジンルームに搭載されるが、本発明はこれに限定されるものではない。
1-1-2. Configuration of Power Supply System Next, the configuration of the
(1)鉛電池1(PbB1)
PbB1の電槽には、内部を仕切る隔壁によって6個のセル室を画定するモノブロック電槽が用いられている。モノブロック電槽側面にはPbB1の温度を検出するサーミスタ等の温度センサ5が設置されている。
(1) Lead battery 1 (PbB1)
As the battery of PbB1, a monoblock battery in which six cell chambers are defined by a partition partitioning the inside is used. A
PbB1の各セル室には、複数の正極板と負極板とをセパレータを介して積層した極板群が1組ずつ収容されており、水系電解液である希硫酸が注液されている。PbB1の正極活物質には二酸化鉛、負極活物質には海綿状鉛を用いることができる。 In each cell chamber of PbB1, a set of electrode plates in which a plurality of positive electrode plates and negative electrode plates are laminated via a separator is housed, and dilute sulfuric acid, which is an aqueous electrolytic solution, is injected. Lead dioxide can be used as the positive electrode active material of PbB1, and spongy lead can be used as the negative electrode active material.
各セル室はモノブロック電槽の開口を一体に覆う蓋で密閉化されており、各セル室間は導電性の接続部材により直列に接続されている。PbB1の上部には、出力端子となる正極外部端子および負極外部端子が立設されている。本実施形態のPbB1の公称電圧は12[V]である(各セルの公称電圧:2[V])。また、PbB1の容量は、例えば、30〜70Ahとすることができるが(本例では48Ah)、本発明はこれに制限されるものではない。PbB1の負極外部端子はGNDに接続されている。 Each cell chamber is hermetically sealed with a lid that integrally covers the opening of the monoblock battery chamber, and each cell chamber is connected in series by a conductive connecting member. A positive electrode external terminal and a negative electrode external terminal, which are output terminals, are erected on the upper part of PbB1. The nominal voltage of PbB1 in this embodiment is 12 [V] (nominal voltage of each cell: 2 [V]). Further, the capacity of PbB1 can be, for example, 30 to 70 Ah (48 Ah in this example), but the present invention is not limited thereto. The negative electrode external terminal of PbB1 is connected to GND.
(2)デバイス状態検知装置10
デバイス状態検知装置10は、PbB1の総電圧を検出する電圧検出回路2、電流センサ3と負荷抵抗Rとで構成された電流検出回路9、上述した温度センサ5を有しPbB1の温度を検出する温度検出回路および制御部6を有して構成されている。なお、図1では、このような温度検出回路は広く知られていることから温度センサ5のみを示している。
(2) Device
The device
(2−1)電圧検出回路2
電圧検出回路2は、公知のようにオペアンプを有する差動増幅回路で構成することができ、電圧検出精度を高めるために基準電圧源(回路)を有している。電圧検出回路2の入力側はPbB1の正極外部端子および負極外部端子にそれぞれ接続されており、出力側が制御部6のA/D入力ポート(A/Dコンバータの入力側)に接続されている。
(2-1)
As is known, the
(2−2)電流検出回路9
図2(A)に示すように、電流センサ3は、センサ基板3c(基材層)の一面側に形成された導電膜3a(導電層)と、他面側に形成された磁性膜3b(磁性層)とを有する3層構造のプレート状センサとして構成されている。導電膜3a、磁性膜3b、センサ基板3cの材質には、それぞれ例えば、アルミニウムまたは銅、Ni・Fe合金のパーマロイ(例えば、パーマロイAやパーマロイC等)、樹脂(例えば、ポリイミド等)を選択することができる。なお、本実施形態の電流センサ3は図2(A)に模式的に示す形状よりも細長く形成されており、電流センサ3の長手方向の一側および他側中央部から導出された接続部材を有している。
(2-2)
As shown in FIG. 2A, the
図1に示すように、導電膜3aの一側はPbB1の正極外部端子に、他側はIGN22の中央端子に接続されている。車両走行中はIGN22がON/ACC位置に位置付けられるため、導電膜3aの他側はIGN22を介して補機23およびオルタネータ24に接続され、エンジン始動時はIGN22がSTART位置に位置付けられるため、導電膜3aの他側はIGN22を介してスタータ28に接続される。補機23およびスタータ28はPbB1の放電負荷となり、オルタネータ24はPbB1に蓄電(充電)される電力の供給源となる。従って、導電膜3aの他側はIGN22を介して放電負荷および発電機に接続される。
As shown in FIG. 1, one side of the
一方、磁性膜3bの一側はPbB1の正極外部端子に、他側は一端がGND(PbB1の負極外部端子と同電位)に接続された負荷抵抗Rの他端に接続されている。負荷抵抗Rの他端は制御部6のA/D入力ポートに接続されている。
On the other hand, one side of the
(2−3)制御部6
制御部6は、PbB1のデバイス状態を検知し、検知したデバイス状態から算出(演算)したPbB1の状態情報(後述)を所定時間ごとに車両制御部30に報知する。制御部6は、マイクロプロセシングユニット(以下、MPUという。)、A/Dコンバータ(本例では3個)、EEPROMやフラッシュメモリ等の不揮発性メモリ7、通信線29を介して車両制御部30と通信するための通信ICを有するマイクロコントローラとして構成されており、その一端はGNDに接続されている。
(2-3)
The
MPUは、PbB1の状態情報を演算するCPU、基本制御プログラムおよびプログラムデータを記憶したROM、CPUのワークエリアとして働くとともに種々のデータを一時的に記憶するRAMおよびこれらを接続する内部バスで構成されている。内部バスは外部バスに接続されている。外部バスには、A/Dコンバータの出力側、不揮発性メモリ7および通信ICが接続されている。通信ICはI/O(不図示)を介して通信線29に接続されている。
The MPU consists of a CPU that calculates the status information of PbB1, a ROM that stores the basic control program and program data, a RAM that works as a work area for the CPU and temporarily stores various data, and an internal bus that connects them. ing. The internal bus is connected to the external bus. The output side of the A / D converter, the
なお、本実施形態では、制御系部材(電圧検出回路2、制御部7および車両50側のIGN22、車両制御部30等)はPbB1から供給される電力で作動する。
In this embodiment, the control system members (
1−2.電流検知原理
次に、本実施形態の電源システム20(デバイス状態検知装置10)の電流検知原理について説明する。
1-2. Current Detection Principle Next, the current detection principle of the power supply system 20 (device state detection device 10) of the present embodiment will be described.
1−2−1.電流センサ3(磁気抵抗効果)
図2(A)に示すように、電流センサ3の導電膜3aに電流I3aが流れると磁束密度B(磁界)が生じる。磁束密度Bは電流I3aの大きさに比例する。導電膜3aで生じた磁束密度Bが磁性膜3bに垂直に印加されることで、磁性膜3bでは磁気抵抗効果が起こり磁性膜3bの抵抗値が変化する。
1-2-1. Current sensor 3 (magnetoresistive effect)
As shown in FIG. 2A, when the current I 3a flows through the
すなわち、図3(A)に示すように、磁性膜3bに磁束密度Bが印加されなければ磁性膜3bに流れる電流I3bは直進する。図3(B)に示すように、磁性膜3bに磁束密度Bが印加されると、磁束密度Bからのローレンツ力により電流I3bの経路は曲げられる。電流経路が曲げられた分、距離が長くなり磁性膜3bの抵抗値は増加する。なお、図3(A)、(B)は図2(A)の底面側から見たときの斜視図である。
That is, as shown in FIG. 3A, if the magnetic flux density B is not applied to the
磁性膜3bに磁束密度Bが印加されていない状態での磁性膜3bの抵抗値をR0[Ω]、磁性膜3bに磁束密度Bが印加されていない状態での磁性膜3bの比抵抗をρ0[Ω・cm]、磁性膜3bに磁束密度Bが印加された状態での磁性膜3bの比抵抗をρB[Ω・cm]、移動度をη[cm2/V・s]、磁束密度をB[T]、磁性膜3bの形状効果係数(l/w、図3(A)参照)をαとすると、磁性膜3bに磁束密度Bが印加された状態での磁性膜3bの抵抗値R3b[Ω]は下式1で表され、導電膜3aに流れる電流値に応じて磁性膜3bの抵抗値が変化することが分かる。
The resistance value of the magnetic film 3b when the magnetic flux density B is not applied to the magnetic film 3b is R 0 [Ω], and the specific resistance of the
図4は、電流センサ3の導電膜3a(本例ではアルミニウム)の抵抗値R3aを0[Ω]としたときの電源システム20(PbB1)の放電時の等価回路図を示したものである。放電負荷の抵抗RLは、エンジン始動時にはIGN22がSTART位置に位置付けられるため、抵抗RL={(IGN22の抵抗R22)+(スタータ28の抵抗R28)+(配線抵抗の総和)}として表され、車両走行前および走行時にはIGN22がON/ACC位置に位置付けられるため、抵抗RL={(IGN22の抵抗R22)+(補機23の抵抗R23)+(配線抵抗の総和)}と表される。なお、磁性膜3bに流れる電流I3bは導電膜3a(PbB1)に流れる電流I3aに対して十分に小さい(電流I3b<<電流I3a)。
Figure 4 (in this example aluminum)
1−2−2.負荷抵抗Rの両端電圧(電流検出回路9)
上記式1を参照すると、磁性膜3bの抵抗値R3bは、磁性膜3bの固有抵抗成分と、磁束密度Bが印加されたときの抵抗変化量成分との和として表されている。ここで、図2(B)に示すように、電流センサ3に代えてプレーナ・ホール効果型電圧センサを用いれば、磁性膜3bに電流I3bが流れたときの磁性膜3bの抵抗変化量成分を電圧変化量として直接検出でき、検出した電圧変化量から導電膜3aに流れる電流I3aを検知することができる。プレーナ・ホール効果とは、x軸方向に電流が流れている金属片や半導体試料(本件では磁性膜3b)に、z軸方向に(xy平面内に)磁束密度Bを印加したときに、y軸方向に設けられた電圧検出端子(図2(B)の電圧検出線参照)に起電力が生じる現象をいう。
1-2-2. Voltage across the load resistor R (current detection circuit 9)
With reference to the
しかしながら、プレーナ・ホール効果型電圧センサでは、電流I3bと直角方向に磁性膜3bから電圧検出線を導出する必要がある。電圧検出線を薄膜状の磁性膜3bから導出するには工夫が必要でコストアップ要因となるとともに、磁性膜3bの幅w(図3(A)参照)をある程度確保しなければならず(センサを細長く形成することが難しく)センサのサイズも大きくなる。
However, in the planar Hall effect type voltage sensor, it is necessary to derive the voltage detection line from the
図4に示すように、電流検出回路9は、PbB1の正極外部端子に一側が接続された磁性膜3bと、一端がGNDに接続され他端が磁性膜3bの他方が接続された負荷抵抗Rとで構成されている。PbB1の電圧Vは上述した電圧検出回路2で検出することができ、電流検出回路9の総電圧はPbB1の電圧Vと等しい。電流検出回路9では、PbB1の電圧Vが磁性膜3bの抵抗R3bと負荷抵抗Rとに分圧される。このため、磁気抵抗効果により磁性膜3bの抵抗R3bが変化すると、負荷抵抗Rの両端電圧VRも変化する。
As shown in FIG. 4, the
従って、PbB1の電圧Vと負荷抵抗Rの両端電圧VRとにより、磁性膜3bの電圧変化量を間接的に把握することができ、導電膜3aに流れる電流I3aを検知することができる。本実施形態では、PbB1の電圧Vを検出する電圧検出回路2および負荷抵抗Rの両端電圧VRを検出する電流検出回路9を設けることにより、図2(B)に示した電圧検出線を設けることなく導電膜3aに流れる電流I3aの値を把握する。
Accordingly, the voltage V of PbB1 and end-to-end voltage V R of the load resistor R, it is possible to indirectly determine the voltage variation of the
1−2−3.制御部6(不揮発性メモリ7の役割)
負荷抵抗Rの両端電圧VRはA/D入力ポートを介してA/Dコンバータの入力側に入力される。必要に応じてA/D入力ポートとA/Dコンバータとの間に差動増幅回路を挿入するようにしてもよい。A/Dコンバータの出力は外部バスを介してMPUに取り込まれ、電圧検出回路2で検出したPbB1の電圧Vと電流検出回路9で検出した電圧(負荷抵抗Rの両端電圧VR)とからPbB1に流れる電流I3aが検知される。
1-2-3. Control unit 6 (role of non-volatile memory 7)
End-to-end voltage V R of the load resistor R is inputted to the input side of the A / D converter via the A / D input port. If necessary, a differential amplifier circuit may be inserted between the A / D input port and the A / D converter. The output of the A / D converter is taken into the MPU via an external bus, and PbB1 is derived from the voltage V of PbB1 detected by the
ところで、一般のセンサ(例えば、上述した温度センサ5)ではバラツキ範囲が厳格に管理されており、予め定められた範囲外のセンサは使用(出荷)されない。また、ある程度のバラツキ範囲が許容されるセンサの場合でも、センサ回路に例えば可変抵抗器等のバラツキ調整素子を挿入したり、ROMに補正式やテーブルを記憶させておきその値を参照してバラツキ補正をしたりすることでセンサ精度を高めている。
By the way, in a general sensor (for example, the
電流センサ3は、構造の不均一や磁気特性の不均衡のためバラツキが生じやすく、上述した他種のセンサに比べバラツキ範囲も大きい。このバラツキを許容するとセンサ精度が低下し、精度低下を防止するためにバラツキ範囲を狭めると歩留まりが低下してコストアップ要因となる。これらに対処するため、本実施形態の電源システム20(デバイス状態検出装置10)は、制御部6に不揮発性メモリ7を有している。不揮発性メモリ7には、複数の電圧値下における複数の電流値で電流センサ3の導電膜3aに電流を流したときの電流検出回路9(電流センサ3)に固有の負荷抵抗Rの両端電圧値が予め書き込まれ(記憶され)ている。
The
このような不揮発性メモリ7への書込は、本実施形態では、デバイス状態検知装置10の機能確認検査前(電源システム20を構成するPbB1と接続する前)に、例えば、パーソナルコンピュータ(PC)、プログラマブルロジックコントローラ(PLC)および検査用電源を有する検出・書込装置(不図示)を用いて行われる。デバイス状態検知装置10には検出・書込装置に接続するための図示を省略した検出・書込用端子が設けられている。
In this embodiment, such writing to the
検出・書込装置は、例えば、14.0[V]、12.0[V]、10.0[V]、8.0[V]の電圧値下において、それぞれ400[A]、100[A]、5[A]、1[A]で電流センサ3の導電膜3aに電流を流したときおよび電流を流さなかったとき(0[A])の負荷抵抗Rの両端電圧を検出し、不揮発性メモリ7にそれらの値を書き込む。従って、不揮発性メモリ7には、離散的に(テーブルとして)、複数の電圧および電流における負荷抵抗Rの両端電圧の実測値が書き込まれている。
The detection / writing device is, for example, 400 [A] and 100 [V] under voltage values of 14.0 [V], 12.0 [V], 10.0 [V], and 8.0 [V], respectively. A], 5 [A], and 1 [A] detect the voltage across the load resistance R when a current is passed through the
電源システム20が車載された状態では、不揮発性メモリ7に書き込まれたこれらの値はMPUのRAMに展開されている。MPUのCPUは、電圧検出回路2で検出されたPbB1の電圧Vおよび電流検出回路9で検出された負荷抵抗Rの両端電圧VRに対応したPbB1に流れる電流I3aの値を演算する。その際、MPUのRAMに展開さている電圧値、電流値および両端電圧値の関係を参照して、PbB1の電圧V、負荷抵抗Rの両端電圧VRおよびPbB1に流れる電流I3aに対応した電圧値および電流値をそれぞれ補完する。
When the
なお、上記では電流センサ3にPbB1から放電負荷への放電電流が流れる場合について説明したが、オルタネータ24からPbB1に充電電流が流れる場合は上述した電流I3aの方向が逆となる(MPUのCPUの演算内容は同じである。)。
In the above case has been described where the discharge current flows in the
1−3.動作
次に、本実施形態の電源システム20の動作について、制御部6のMPUのCPU(以下、CPUという。)を主体として説明する。
1-3. Operation Next, the operation of the
1−3−1.充放電休止時(車両駐車時)
車両走行後の車両駐車開始時には、ドライバによりIGN22がON/ACC位置からOFF位置に位置付けられ、イグニッションキーがIGN22から引き抜かれる。車両制御部30はIGN22を監視しており、IGN22がOFF位置に位置付けられると、通信線29を介して制御部6にスリープ指令(省エネモードとする指令)を発出する。
1-3-1. When charging / discharging is suspended (when the vehicle is parked)
At the start of vehicle parking after the vehicle has traveled, the driver positions the IGN 22 from the ON / ACC position to the OFF position, and the ignition key is pulled out from the IGN 22. The
車両制御部30からスリープ指令を受けたCPUは、PbB1のデバイス状態(温度、電圧、電流等)の検知を停止するとともに、所定時間ごとに車両制御部30に出力していたPbB1の状態情報(後述)の出力を停止して、スリープ指令を受けたときから一定時間が経過したか否かを判断する計時処理のみ行う。この一定時間は、例えば、PbB1の負極の分極状態が解消したとみなされる6時間に設定することができる。
The CPU that receives the sleep command from the
CPUは、スリープ指令を受けたときから一定時間が経過したと判断すると、作動モードに移行(アウェーク)しPbB1の開回路電圧(以下、OCVという。)およびそのときの温度を検出する。次に、検出したPbB1のOCVを基準温度(例えば、室温)におけるOCVに温度補正し、プログラムデータとして予めMPUのROM(以下、ROMという。)に格納されMPUのRAM(以下、RAMという。)に展開されたOCVと充電状態(以下、SOCという。)との関係を表すテーブルまたは数式を参照してPbB1のSOC(基準温度におけるSOC)を算出(演算)する。 When the CPU determines that a certain time has elapsed from the time when the sleep command is received, it shifts to the operation mode (away) and detects the open circuit voltage (hereinafter referred to as OCV) of PbB1 and the temperature at that time. Next, the detected OCV of PbB1 is temperature-corrected to OCV at a reference temperature (for example, room temperature), and is stored in advance in the ROM of the MPU (hereinafter referred to as ROM) as program data, and is stored in the RAM of the MPU (hereinafter referred to as RAM). The SOC (SOC at the reference temperature) of PbB1 is calculated (calculated) with reference to a table or a mathematical formula showing the relationship between the OCV expanded in 1 and the charging state (hereinafter referred to as SOC).
続いて、SOCと劣化状態(以下、SOHという。)との関係を予め定めたテーブルや数式等を参照して、PbB1のSOCを直近のSOH(下記1−3−2(1−2)参照)に応じて補正した基準SOCを算出する。なお、上述した一定時間が経過しない場合には、PbB1の分極状態が解消されず基準SOCが不正確となるため、このような状態でのOCVの検出やCPUによる基準SOCの算出は行わず、直近に取得していた基準SOCを基準SOCとして取り扱う。 Subsequently, the SOC of PbB1 is referred to the latest SOH (see 1-3-2 (1-2) below) with reference to a table or mathematical formula in which the relationship between the SOC and the deteriorated state (hereinafter referred to as SOH) is predetermined. ), The corrected reference SOC is calculated. If the above-mentioned fixed time does not elapse, the polarization state of PbB1 is not resolved and the reference SOC becomes inaccurate. Therefore, the OCV is not detected in such a state and the reference SOC is not calculated by the CPU. The most recently acquired standard SOC is treated as the standard SOC.
そして、CPUは、基準温度におけるOCVおよび基準SOCを車両制御部30に報知して省エネモードとなる。つまり、制御部6は、OCVおよび温度の検出時、基準SOCの算出時および車両制御部30への報知時のみ作動状態(作動モード)となる。なお、車両走行後にIGN22がOFF位置に位置付けられたときは車両制御部30も所定の処理(データ保存等)を行ってスリープ状態となり、制御部6からの報知を受ける際のみ作動状態となる。
Then, the CPU notifies the
1−3−2.充放電時(車両走行前および走行時)
(1)車両走行前
車両駐車後の車両走行前には、ドライバによりIGN22にイグニッションキーが挿入され、IGN22はOFF位置からON/ACC位置に位置付けられ、さらにON/ACC位置からSTART位置に位置付けられた後、再度ON/ACC位置に位置付けられる。制御部6は、IGN22が最初にON/ACC位置に位置付けられたときに、省エネモータから動作モードへ移行する。
1-3-2. During charging / discharging (before and during vehicle driving)
(1) Before vehicle travel Before vehicle travel after vehicle parking, the driver inserts an ignition key into the IGN 22, and the IGN 22 is positioned from the OFF position to the ON / ACC position, and further from the ON / ACC position to the START position. After that, it is positioned again in the ON / ACC position. The
充放電時(車両走行前および後述する車両走行時)に、CPUは、所定時間ごとに(例えば、電圧および電流については2[ms]ごとに、温度については10[ms]ごとに)、PbB1のデバイス状態を検知する。すなわち、電圧検出回路2で検出したPbB1の電圧、電流検出回路9で検出した負荷抵抗Rの両端電圧VRおよび温度センサ5で検出したPbB1の温度をRAMに格納する。
During charging / discharging (before the vehicle is running and when the vehicle is running, which will be described later), the CPU performs PbB1 at predetermined time intervals (for example, every 2 [ms] for voltage and current, and every 10 [ms] for temperature). Detects the device status of. That is, stored voltage PbB1 detected by the
次に、RAMに格納した温度に応じて、PbB1の電圧および負荷抵抗Rの両端電圧VRを上述した基準温度における電圧値に温度補正する。次いで、温度補正後の負荷抵抗Rの両端電圧値に対応したPbB1に流れる電流値を所定時間(例えば、2[ms])ごとに積算することでPbB1に流れた充放電電流量の総和を把握し、充放電休止時に予め算出しておいた基準SOCおよびPbB1の容量(既知)からPbB1の直近のSOCを算出する。 Then, depending on the temperature stored in the RAM, and the temperature correction to the voltage value of the voltage and the load resistor reference temperature described above the end-to-end voltage V R of the R of PbB1. Next, the total amount of charge / discharge current flowing through PbB1 is grasped by integrating the current values flowing through PbB1 corresponding to the voltage values across the load resistance R after temperature correction every predetermined time (for example, 2 [ms]). Then, the latest SOC of PbB1 is calculated from the reference SOC and the capacity (known) of PbB1 calculated in advance at the time of charging / discharging suspension.
そして、CPUは、充放電時(車両走行前および走行時)に、PbB1の状態情報として、上記算出した直近の温度補正後の電圧値およびSOCを所定時間(例えば、2[ms])ごとに車両制御部30に報知する。これに代えて、温度補正後の電圧値および温度補正後の負荷抵抗Rの両端電圧値に対応したPbB1に流れる電流値を所定時間ごとに車両制御部30に報知し、車両制御部30がPbB1の直近のSOCを算出するようにしてもよい。
Then, during charging / discharging (before and during vehicle running), the CPU obtains the voltage value and SOC after the latest temperature correction calculated above as the state information of PbB1 every predetermined time (for example, 2 [ms]). Notify the
(1−1)エンジン始動前
上述したように、CPUは、エンジン始動前にもPbB1の状態情報を車両制御部30に所定時間ごとに報知する。この報知を受けた車両制御部30は、トライバの参考となるように、インストールメントパネルに電源システム20(PbB1)の状態を表示するようにしてもよい。このような表示は、例えば、直近のSOCに対応するPbB1の残存容量をレベルメータ等で表示してもよいし、直近のSOCと予め設定された閾値とを参照して、PbB1のアイコンを青(PbB1にエンジン始動電力が十分蓄電されているとき)、黄(補機23に放電し続けるとエンジン始動ができなくなるおそれがあるとき)、赤(エンジン始動が難しいか劣化が促進されるとき)等で色分けして点灯させるようにしてもよい。
(1-1) Before starting the engine As described above, the CPU notifies the
(1−2)エンジン始動時
エンジン始動時には、PbB1に蓄電された電力がIGN22を介してスタータ28に供給されエンジン25が始動する。その際、PbB1には例えば200[A]以上の大電流が流れる(高率放電がなされる)が、それに伴いPbB1の外部端子間電圧は大きく降下する。図5(A)、(B)に示すように、このときの電流および電圧変化は、スタータ28に電流が流れ始めた直後に、鋭いピーク状の大電流が流れ、同時にPbB1は鋭い谷状の電圧降下を示す。
(1-2) At engine start At engine start, the electric power stored in PbB1 is supplied to the starter 28 via the IGN 22 to start the
CPUは、温度補正後の電圧値を順次参照して、例えば、15[ms]以内に1.5[V]以上の電圧降下があるか否かを判断し、肯定判断のときにはエンジン始動があったものとみなし、温度補正後の負荷抵抗Rの両端電圧値に対応したPbB1に流れる電流値および温度補正後の電圧値から最大電流値および最低電圧値を見出する。一方、否定判断のときにはエンジン25は始動していないとみなす。
The CPU sequentially refers to the voltage value after temperature correction to determine whether or not there is a voltage drop of 1.5 [V] or more within 15 [ms], and if a positive determination is made, the engine is started. The maximum current value and the minimum voltage value are found from the current value flowing through PbB1 corresponding to the voltage value across the load resistance R after the temperature correction and the voltage value after the temperature correction. On the other hand, when a negative judgment is made, it is considered that the
エンジン始動時には、最大電流値をとるときに最低電圧値をとり、オームの法則が成立する。このオームの法則が成立するのは、最低電圧値および最大電流値をとるときの一瞬であり、それ以外のときには成立しない。図5(A)、(B)に示すように、最大電流値をIst、最低電圧値をVstとすると、PbB1の内部抵抗Riは、Ri=(Vst/Ist)で求めることができる。PbB1の内部抵抗RiとSOHとの間には密接な関係がある。ROMには内部抵抗RiとSOHとの関係を表すテーブルまたは数式が格納されておりRAMに展開されている。CPUは、この関係を参照してエンジン始動時にPbB1の直近のSOHを算出する。 When the engine is started, the minimum voltage value is taken when the maximum current value is taken, and Ohm's law is established. This Ohm's law holds only for a moment when the minimum voltage value and the maximum current value are taken, and does not hold at other times. As shown in FIGS. 5A and 5B, when the maximum current value is Ist and the minimum voltage value is Vst, the internal resistance Ri of PbB1 can be obtained by Ri = (Vst / Ist). There is a close relationship between the internal resistance Ri of PbB1 and SOH. A table or mathematical formula showing the relationship between the internal resistance Ri and SOH is stored in the ROM and expanded in the RAM. The CPU refers to this relationship and calculates the latest SOH of PbB1 when the engine is started.
(2)車両走行時
CPUは、車両走行時にもPbB1の状態情報を車両制御部30に所定時間ごとに報知する。車両50がインストールメントパネルにPbB1の状態を表示可能なタイプのものであれば、ドライバは表示されたPbB1の状態を参照して、PbB1が使用下限電圧値や使用下限SOCに近い場合にはエンジン25を(再)起動できなくなるおそれがあるため、車両走行後、IGN22を直ちにOFF位置に位置付けずにON/ACC位置に位置付けることでPbB1を充電する。
(2) When the vehicle is running The CPU notifies the
ドライバは、アイドリングストップ時に、IGN22をOFF位置に位置付けてエンジン25を停止させ、次いでON/ACC位置に位置付けて補機23への電力供給を確保する。アイドルストップ後のエンジン再スタートの際には、IGN22をON/ACC位置からSTART位置に位置付けてエンジン25を再始動させた後、再度ON/ACC位置に位置付ける。CPUは、エンジン再始動時にもPbB1の内部抵抗Riの算出契機を得るため、PbB1の直近のSOHを更新することができる。
At the time of idling stop, the driver positions the IGN 22 in the OFF position to stop the
2.第2実施形態
次に、本発明をμHEVに搭載可能な14V系車両用電源システムに適用した第2の実施の形態について説明する。なお、μHEVとは、アイドリングストップ・スタート(以下、ISSという。)機能を有し、発電機(本例ではオルタネータ24)から供給される回生電力を受け入れ可能かつ放電負荷(本例ではスタータ28および補機23)に放電可能な蓄電デバイスを備えたガソリン車またはディーゼル車をいう。
2. 2. Second Embodiment Next, a second embodiment in which the present invention is applied to a 14V vehicle power supply system that can be mounted on a μHEV will be described. The μHEV has an idling stop start (hereinafter referred to as ISS) function, can accept regenerative power supplied from a generator (alternate 24 in this example), and has a discharge load (starter 28 and a discharge load in this example). An auxiliary machine 23) equipped with a power storage device capable of discharging a gasoline vehicle or a diesel vehicle.
2−1.構成
2−1−1.車両側の構成
第2実施形態の電源システム21(図6参照)が搭載される車両50(μHEV)の主要構成は、機能面では相違があるものの、第1実施形態の車両50(普通ガソリン車)とほぼ同じである。図1に破線で示すように、エンジン25とオルタネータ24(発電部24a)との間のクランクシャフト27には電磁クラッチ26が介在しており、車両制御部30と電磁クラッチ26との間には電磁クラッチ26のオン/オフを制御するための制御線が接続されている。なお、エンジン25とスタータ28との間にも電磁クラッチ26と同様の電磁クラッチが介在していてもよい。
2-1. Configuration 2-1-1. Vehicle-side configuration Although the main configuration of the vehicle 50 (μHEV) on which the power supply system 21 (see FIG. 6) of the second embodiment is mounted is functionally different, the vehicle 50 of the first embodiment (ordinary gasoline vehicle) ) Is almost the same. As shown by a broken line in FIG. 1, an
2−1−2.電源システムの構成
これに対し、本実施形態の電源システム21の構成は第1実施形態の電源システム20と大きく相違する。図6に示すように、電源システム21は、複合蓄電デバイス1’と、複合蓄電デバイス1’のデバイス状態を検知するデバイス状態検知装置11とで構成されている。
2-1-2. Configuration of power supply system On the other hand, the configuration of the power supply system 21 of the present embodiment is significantly different from that of the
(1)複合蓄電デバイス1’
複合蓄電デバイス1’は、鉛電池1’A(以下、PbB1’Aという。)と、リチウムイオンキャパシタ1’B(以下、LIC1’Bという。)とで構成されている。なお、PbB1’AとLIC1’Bとは必ずしも近接位置(例えば、同じエンジンルーム内)に配される必要はなく、例えば、PbB1’Aがエンジンルーム内に配されLIC1’Bが座席下に配されていてもよい。
(1) Composite power storage device 1'
The composite power storage device 1'is composed of a lead battery 1'A (hereinafter referred to as PbB1'A) and a lithium ion capacitor 1'B (hereinafter referred to as LIC1'B). It should be noted that PbB1'A and LIC1'B do not necessarily have to be arranged in close positions (for example, in the same engine room), for example, PbB1'A is arranged in the engine room and LIC1'B is arranged under the seat. It may have been done.
(1−1)PbB1’A
PbB1’Aは第1実施形態で説明したPbB1と原則的に同じである。本実施形態のPbB1’Aの容量は32Ahとされている。また、回生電力を受け入れやすい構造とするために、PbB1’Aの負極活物質合剤には、負極活物質の他にリグニンおよびカーボン等を含む負極添加剤が混入されている。PbB1’Aの負極外部端子はGNDに接続されている。
(1-1) PbB1'A
PbB1'A is basically the same as PbB1 described in the first embodiment. The capacity of PbB1'A of this embodiment is 32Ah. Further, in order to have a structure that easily accepts regenerated electric power, the negative electrode active material mixture of PbB1'A contains a negative electrode additive containing lignin, carbon and the like in addition to the negative electrode active material. The negative electrode external terminal of PbB1'A is connected to GND.
(1−2)LIC1’B
一方、LIC1’Bは、単体の(ユニット)リチウムイオンキャパシタ(以下、単体キャパシタという。例えば、使用下限電圧2.2[V]、使用上限電圧3.5[V])を4個直列に接続したキャパシタ群(組キャパシタ)で、最上位電位側に正極外部端子、最下位電位側に負極外部端子を有して構成されている。単体キャパシタの容量は、例えば、1000F〜4000Fとすることができるが(本例では1800F)、本発明はこれに限定されるものではない。負極外部端子はGNDに接続されている。これら4個の単体キャパシタのうち1個の単体キャパシタの表面には、接着剤によりサーミスタ等の温度センサが固着している。なお、LIC1’Bの使用上限電圧は14.0[V](3.5[V]×4個)、使用下限電圧は8.8[V](2.2[V]×4個)に設定されている(図8(A)参照)。
(1-2) LIC1'B
On the other hand, in the LIC1'B, four single (unit) lithium ion capacitors (hereinafter referred to as single capacitors; for example, a lower limit voltage of 2.2 [V] and an upper limit of use voltage of 3.5 [V]) are connected in series. This group of capacitors (combination capacitors) is configured to have a positive positive external terminal on the highest potential side and a negative negative external terminal on the lowest potential side. The capacity of the single capacitor can be, for example, 1000F to 4000F (1800F in this example), but the present invention is not limited thereto. The negative electrode external terminal is connected to the GND. A temperature sensor such as a thermistor is fixed to the surface of one of these four single capacitors by an adhesive. The upper limit voltage of LIC1'B is 14.0 [V] (3.5 [V] x 4), and the lower limit voltage of LIC is 8.8 [V] (2.2 [V] x 4). It is set (see FIG. 8A).
各単体キャパシタは、多数の貫通孔が形成されたアルミニウム箔に活性炭を含む正極活物質を塗着した正極と、多数の貫通孔が形成された銅箔にリチウムイオンを吸蔵・放出可能な負極活物質(例えば、非晶質炭素)を塗着した負極とを微多孔性のセパレータを介して捲回または積層した電極群を有している。電極群は、6フッ化リン酸リチウム(LiPF6)等のリチウム塩がエチレンカーボネート(EC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)等の混合溶媒に溶解された非水電解液に浸潤されて円筒型、扁平円筒型または角型の容器内に収容されている。 Each single capacitor has a positive electrode in which a positive electrode active material containing activated carbon is coated on an aluminum foil having many through holes, and a negative electrode in which lithium ions can be occluded and released in a copper foil having many through holes. It has an electrode group in which a negative electrode coated with a substance (for example, amorphous carbon) is wound or laminated via a microporous separator. The electrode group is infiltrated with a non-aqueous electrolytic solution in which a lithium salt such as lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) is dissolved in a mixed solvent such as ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC) and diethyl carbonate (DEC). It is housed in a cylindrical, flat cylindrical or square container.
例えば、各単体キャパシタが円筒型の場合には、LIC1’Bは上下位置で4本の単体キャパシタを一括して保持するための樹脂製ホルダを有しており、各ホルダにはこれらの単体キャパシタを直列接続するための導体並びに正極外部端子または負極外部端子がインサート成形で内蔵されており、各単体キャパシタはそれぞれ隣接する2本の単体キャパシタと上下方向で正負極が逆方向かつ対角位置に配された単体キャパシタと同方向で各ホルダにより保持されるようにしてもよい。 For example, when each single capacitor is cylindrical, the LIC1'B has a resin holder for collectively holding four single capacitors in the vertical position, and each holder has these single capacitors. A conductor for connecting in series and a positive electrode external terminal or a negative electrode external terminal are built in by insert molding, and each single capacitor has two adjacent single capacitors and the positive and negative electrodes in opposite directions and diagonal positions in the vertical direction. It may be held by each holder in the same direction as the arranged single capacitor.
(2)デバイス状態検知装置11
(2−1)電流検出回路9A、9B
図6に示すように、デバイス状態検知装置11は、電流センサ3Aおよび負荷抵抗R1を有しPbB1’Aに流れる電流を検出する電流検出回路9Aと、電流センサ3Bおよび負荷抵抗R2を有しLIC1’Bに流れる電流を検出する電流検出回路9Bとを備えている。電流検出回路9A、9Bの出力(負荷抵抗R1、R2の両端電圧)はそれぞれPbBコントローラ8A、LICコントローラ8Bに入力される。なお、電流センサ3A、3Bは第1実施形態で説明した電流センサ3と同じである。
(2) Device
(2-1)
As shown in FIG. 6, the device
電流センサ3Aの導電膜3Aaの一側はPbB1’Aの正極外部端子に、他側はスイッチ12に接続されており、磁性膜3Abの一側はPbB1’Aの正極外部端子に、他側は一端がGNDに接続された負荷抵抗R1の他端に接続されている。一方、電流センサ3Bの導電膜3Baの一側はLIC1’Bの正極外部端子に、他側はスイッチ12に接続されており、磁性膜3Bbの一側はLIC1’Bの正極外部端子に、他側は一端がGNDに接続された負荷抵抗R2の他端に接続されている。
One side of the conductive film 3Aa of the
(2−2)スイッチ12
また、電源システム21(デバイス状態検知装置11)は、PbB1’AおよびLIC1’Bの充放電電流を切り替えるスイッチ12を備えている。スイッチ12は、直列に接続された2つのスイッチ、スイッチSW1とスイッチSW2とで構成されている。スイッチSW1とスイッチSW2との接続点はIGN22の中央端子に接続されている。スイッチSW1、SW2の他端はそれぞれ電流センサ3Aの導電膜3Aa、電流センサ3Bの導電膜3Baの他側に接続されている。スイッチSW1、SW2は大電流が通電可能なスイッチング素子(例えば、パワーMOSFET)で構成されている。
(2-2)
Further, the power supply system 21 (device state detection device 11) includes a
ここで、スイッチ12の主機能について説明すると、オルタネータ24から供給される回生電力を複合蓄電デバイス1’で受け入れる際に、オルタネータ24からPbB1’AおよびLIC1’Bのいずれか一方に接続するスイッチの役割を果たすとともに、複合蓄電デバイス1’から放電負荷(補機23、スタータ28)に放電する際に、PbB1’AおよびLIC1’Bのいずれか一方から放電負荷に接続するスイッチの役割を果たす。
Here, the main function of the
スイッチ12は、IGN22を介して、下表1に示すように、オルタネータ24および放電負荷がPbB1’AおよびLIC1’Bのいずれにも接続されない状態0、オルタネータ24および放電負荷がLIC1’Bに接続される状態1、オルタネータ24および放電負荷がPbB1’Aに接続される状態2、PbB1’AとLIC1’Bとが並列接続される状態3のいずれかの状態を採る。
The
(2−3)電解キャパシタC
複合蓄電デバイス1’から補機23に放電する際、例えば状態1から状態2に切り替えるときには、PbB1’AおよびLIC1’Bのいずれからも補機23に電力が供給されない一瞬が生じるおそれがある。このため、スイッチSW1、SW2の接続点とGNDとの間には、この一瞬の電力を補機23に補償・供給する電解キャパシタCが挿入されている。
(2-3) Electrolytic capacitor C
When discharging from the composite power storage device 1'to the
(2−4)コントローラ8A、8B
また、デバイス状態検知装置11は、PbB1’A、LIC1’Bのデバイス状態データをそれぞれ取得(検出)するPbBコントローラ8A、LICコントローラ8B(以下、両者を総称する場合はコントローラ8A、8Bという。)を備えている。本実施形態では、PbBコントローラ8AはPbB1’Aの上部に配されPbB1’Aと一体化されており、LICコントローラ8BもLIC1’Bの上部に配されLIC1’Bと一体化されている。コントローラ8A、8Bは、充放電時(車両走行前および走行時)に、デバイス状態データとして、それぞれPbB1’A、LIC1’Bの温度、電圧、電流を検出する。
(2-4)
Further, the device
すなわち、本実施形態では、PbB1’A内の温度センサ(不図示)はPbBコントローラ8Aに接続されており、PbBコントローラ8Aは温度センサの電圧を所定時間ごとにサンプリングして制御部6’に出力する。また、PbBコントローラ8Aは電圧検出回路(不図示)を内蔵しており、PbB1’Aの正極外部端子および負極外部端子はそれぞれ内蔵された電圧検出回路に接続されている。
That is, in the present embodiment, the temperature sensor (not shown) in PbB1'A is connected to the
PbBコントローラ8Aは、PbB1’Aの電圧およびPbB1’Aに流れる電流(負荷抵抗R1の両端電圧)を所定時間ごとにサンプリングして制御部6’に出力する。また、PbBコントローラ8Aは、充放電休止時(車両駐車時)に、第1実施形態と同様に、PbB1’AのOCVおよびそのときの温度を検出して制御部6’に出力する。
The
一方、LICコントローラ8Bも上述したPbBコントローラ8Aと同様の構成を有しているが、LIC1’Bの総電圧の検出に加え、過放電・過充電を監視するために各単体キャパシタの電圧も検出する点で、PbBコントローラ8Aが検出する以外の電圧検出も行う。なお、LICコントローラ8Bは、LIC1’Bを構成する各単体キャパシタの電圧を調整する(揃える)電圧調整回路を有していてもよい。
On the other hand, the
コントローラ8A、8Bは、制御部6’(状態把握部6’A)に接続されており、充放電時に、PbB1’AおよびLIC1’Bの温度、電圧、電流およびLIC1’Bを構成する各単体キャパシタの電圧を制御部6’に出力し、充放電休止時に、検出したOCVおよびそのときの温度を制御部6’に出力する。
The
(2−5)制御部6’
また、デバイス状態検知装置11は、入力されたデバイス状態データに基づいて、PbB1’AおよびLIC1’Bの状態情報を演算するとともに、スイッチ12による充放電電流の切り替え動作を制御する制御部6’を備えている。制御部6’は、第1実施形態の制御部6と同様に、MPU、A/Dコンバータ、不揮発性メモリ7’、通信IC、I/O、入力ポートを有するマイクロコントローラとして構成されており、さらにスイッチ12にデジタル信号を出力するための出力ポートを有している。なお、図6では、制御部6’の役割を明確にするために機能別に細部を表している。
(2-5) Control unit 6'
Further, the device
不揮発性メモリ7’には、複数の電圧値下における複数の電流値で電流センサ3Aの導電膜3Aaに電流を流したときの電流検出回路9A(電流センサ3A)に固有の負荷抵抗R1の両端電圧値、および、複数の電圧値下における複数の電流値で電流センサ3Bの導電膜3Baに電流を流したときの電流検出回路9B(電流センサ3B)に固有の負荷抵抗R2の両端電圧値が予め書き込まれている。
In the non-volatile memory 7', both ends of the load resistance R1 peculiar to the
MPUの内部バスは外部バスに接続されている。外部バスはA/Dコンバータの出力側に接続されており、A/Dコンバータの入力側は(必要に応じて差動増幅回路を介して)A/D入力ポートに接続されている。また、外部バスには、上述した出力ポートおよび通信ICが接続されている。従って、制御部6’のMPU、A/D入力ポート、A/Dコンバータおよび不揮発性メモリ7’は図6の状態把握部6’Aに、MPU、通信ICおよびI/Oは通信部6’Bに、MPUおよび出力ポートはスイッチ制御部6’Cにそれぞれ対応する。制御部6’はその他の機能(例えば、省エネモード移行機能等)も有しているが、図6では捨象している。スイッチ12と出力ポートとは制御線で接続されており、MPUの破損を防止するため制御線には抵抗が挿入されている。なお、制御線には出力ポートを介してハイレベル信号(H)またはローレベル信号(L)が出力される。
The MPU's internal bus is connected to the external bus. The external bus is connected to the output side of the A / D converter, and the input side of the A / D converter is connected to the A / D input port (via a differential amplifier circuit if necessary). Further, the above-mentioned output port and communication IC are connected to the external bus. Therefore, the MPU, A / D input port, A / D converter, and non-volatile memory 7'of the control unit 6'are in the state grasping unit 6'A of FIG. 6, and the MPU, communication IC, and I / O are in the communication unit 6'. B, the MPU and the output port correspond to the switch control unit 6'C, respectively. The control unit 6'has other functions (for example, an energy saving mode transition function, etc.), but is omitted in FIG. The
図6に沿って制御部6’の各部の機能を説明すると、状態把握部6’Aは、コントローラ8A、8Bから出力されたデバイス状態データをRAMに一旦格納し、PbB1’AおよびLIC1’Bの直近の状態情報(温度補正後の電圧値およびSOC)を演算(推定)する。通信部6’Bは、状態把握部6’Aが演算したPbB1’AおよびLIC1’Bの直近の状態情報を所定時間(例えば、2[ms])ごとに車両制御部30に報知するとともに、車両制御部30から車両の状態情報(後述)の報知を受ける。スイッチ制御部6’Cは、車両制御部30から報知された車両の状態情報および状態把握部6’Aで演算したPbB1’AおよびLIC1’Bの状態情報に従ってスイッチ12を構成するスイッチSW1、SW2のオン、オフを制御する。
Explaining the functions of each part of the control unit 6'with reference to FIG. 6, the state grasping unit 6'A temporarily stores the device state data output from the
2−2.車両50(μHEV)との関係
2−2−1.回生充放電
車両50では、制動時にオルタネータ24から供給される回生電力で複合蓄電デバイス1’を充電し、制動時を除く走行中は原則的にオルタネータ24の動作を停止させる。PbB1’A単独では受け入れ可能な電流が120A程度に制約されるため充電受け入れ性が低く、制動時のオルタネータ24による回生電力のすべてを回収することは難しい。このため、本実施形態では、PbB1’Aと充電受け入れ性に優れたLIC1’Bとを組み合わせた複合蓄電デバイス1’が用いられている。複合蓄電デバイス1’は回生電力を受け入れ(蓄電し)、受け入れた電力を放電負荷に放電する。
2-2. Relationship with vehicle 50 (μHEV) 2-2-1. In the regenerative charge / discharge vehicle 50, the composite power storage device 1'is charged by the regenerative power supplied from the alternator 24 during braking, and the operation of the alternator 24 is basically stopped during traveling except during braking. Since the current that can be accepted by PbB1'A alone is limited to about 120 A, the charge acceptability is low, and it is difficult to recover all the regenerated power by the alternator 24 during braking. Therefore, in the present embodiment, a composite power storage device 1'combining PbB1'A and LIC1'B having excellent charge acceptability is used. The composite power storage device 1'receives (stores) regenerative power, and discharges the received power to the discharge load.
なお、複合蓄電デバイス1’を用いたことに伴って、本実施形態の電源システム21は、上述した第1実施形態の電源システム20に対して、a)電流検出回路(並びに電圧検出回路および温度センサ)が複合蓄電デバイス1’を構成する蓄電デバイスごとに設けられている点、b)不揮発性メモリ7’に電流検出回路9A、9Bの特性が記憶されている点、c)蓄電デバイスごとにコントローラが設けられている点、d)スイッチ12が設けられ、制御部6’がスイッチ12を制御する点で相違している。
With the use of the composite power storage device 1', the power supply system 21 of the present embodiment has the same as that of the
2−2−2.協調制御
車両制御部30と制御部6’(CPU)とは協調制御を行う。すなわち、車両制御部30は車両状態および複合蓄電デバイス1’のデバイス状態に応じて車両50を制御し、制御部6’(CPU)は車両状態および複合蓄電デバイス1’のデバイス状態に応じてスイッチ12のオン、オフを制御する。このため、CPUは車両50の状態情報が必要となり、車両制御部30は複合蓄電デバイス1’の状態情報の把握が必要となる。車両50および複合蓄電デバイス1’の状態情報は上述した通信線29を介して両者間で共有される。
2-2-2. Coordinated control The
(1)車両50の状態情報
(1−1)IGN位置情報
車両制御部30は、IGN22がいずれの位置に位置付けられたかをIGN位置情報として制御部6’に報知する。下表2に示すように、IGN位置情報には、OFF情報、ON/ACC情報およびSTART情報が含まれる。
(1) State information of vehicle 50 (1-1) IGN position information The
(1−2)オルタネータ作動情報
車両50はオルタネータ24による回生発電機能を有しているため、車両制御部30は、ブレーキが踏まれたとき(制動時)、または、アクセルが開放されたとき(アクセルオフ時)に、電磁クラッチ26をオン状態に移行させエンジン25の駆動力を回生電力に変換して複合蓄電デバイス1’に供給するようにオルタネータ24を制御するとともに、CPUにその旨を報知する。また、ブレーキが開放されたとき、または、アクセルオフの結果車両の加速度が0となったときに、電磁クラッチ26をオフ状態に移行させオルタネータ24の作動を停止させるように制御するとともに、その旨をCPUに報知する。
(1-2) Alternator operation information Since the vehicle 50 has a regenerative power generation function by the alternator 24, the
すなわち、表2に示すように、電磁クラッチ26をオン状態に移行させるときは回生開始情報をCPUに報知し、電磁クラッチ26を(オン状態から)オフ状態に移行させるときは回生終了情報をCPUに報知する。なお、オルタネータ作動情報にはオルタネータ始動情報も含まれるが、この点については後述する。
That is, as shown in Table 2, when the
(1−3)アイドリング情報
また、車両50はISS機能を有しているため、車両制御部30は、ブレーキ、速度、加速度等の車両状態並びに複合蓄電デバイス1’の状態情報を参照してアイドリングストップするか否かを判断する。このため、車両50は、車両走行時にIGN22がON/ACC位置に位置付けられていても(ドライバがIGN22をOFF位置等への位置付けなくても)、車両制御部30の制御により、車両50が停止するとエンジン25が停止し(アイドリングストップ)、その後アクセルが踏まれるとエンジン25が(再)始動する(ISS)。
(1-3) Idling information Since the vehicle 50 has an ISS function, the
表2に示すように、アイドリング情報には、ISS情報およびエンジン始動情報が含まれる。なお、車両制御部30は、エンジン25(クランクシャフト27)の回転数をみてエンジン25の(再)始動を確認する。
As shown in Table 2, the idling information includes ISS information and engine start information. The
(2)複合蓄電デバイス1’の状態情報
CPUは、上述したように、充放電時(車両走行前および走行時)は、コントローラ8A、8Bから出力されたPbB1’AおよびLIC1’Bのデバイス状態データ(LIC1’Bを構成する各単体キャパシタの電圧値を含む。)に基づいてPbB1’AおよびLIC1’Bの直近の状態情報(温度補正後の電圧値およびSOC)を演算し、車両制御部30に所定時間ごとに報知する。この報知を受けた車両制御部30は、PbB1’A、LIC1’Bの直近の電圧値、SOCを参照して、電磁クラッチ26およびオルタネータ24を制御する。
(2) Status information of the composite power storage device 1'As described above, the CPU has the device status of PbB1'A and LIC1'B output from the
2−3.動作
次に、本実施形態の電源システム21の動作について、(制御部6’のMPUの)CPUを主体として説明する。なお、車両制御部30への複合蓄電デバイス1’の状態情報の報知については既に説明したので、以下では、充放電制御(スイッチ12の制御)を中心に説明する。
2-3. Operation Next, the operation of the power supply system 21 of the present embodiment will be described mainly by the CPU (of the MPU of the control unit 6'). Since the notification of the state information of the composite power storage device 1'to the
2−3−1.充放電休止時(車両駐車時)
充放電休止時の制御は原則的に第1実施形態で説明した内容と同じである。車両制御部30は、車両走行後にIGN22がOFF位置に位置付けられると、第1実施形態で説明したスリープ指令に代えて、OFF情報(表2参照)をCPUに報知する。OFF情報を受信したCPUは、スイッチ12を状態0とし、コントローラ8A、8Bおよび制御部6’を省エネモードとする。
2-3-1. When charging / discharging is suspended (when the vehicle is parked)
The control during charge / discharge suspension is basically the same as that described in the first embodiment. When the IGN 22 is positioned at the OFF position after the vehicle has traveled, the
すなわち、コントローラ8A、8BにPbB1’A、LIC1’Bのデバイス状態データ(温度、電圧、電流)の出力を停止させ、CPU自体もPbB1’A、LIC1’Bの状態情報(電圧値、SOC)の演算および演算結果の車両制御部30への報知を停止する。なお、複合蓄電デバイス1’は車両駐車直前のオルタネータ24による回生電力で充電されており、LIC1’Bは車両駐車開始時に使用上限電圧V1(図8(A)参照、本例では14.0[V])近傍の電圧となっている。
That is, the output of the device state data (temperature, voltage, current) of PbB1'A and LIC1'B is stopped by the
また、PbB1’AおよびLIC1’Bの基準温度におけるOCVおよび基準SOC算出後には、PbB1’Aと比べ蓄電量が小さいLIC1’Bの自然放電による過放電を防止するため、LIC1’Bの基準温度におけるOCVを参照して、例えば、設定電圧V3(図8(A)参照、本例では9.3[V])を下回らないようスイッチ12を状態3としてPbB1’AとLIC1’Bとを並列接続し(PbB1’Aの電力でLIC1’Bを充電し)、LIC1’Bが設定電圧V3となるとスイッチ12を状態0として省エネモードとなる。
Further, after the OCV and the reference SOC are calculated at the reference temperatures of PbB1'A and LIC1'B, the reference temperature of LIC1'B is prevented from over-discharging due to the natural discharge of LIC1'B whose storage amount is smaller than that of PbB1'A. With reference to the OCV in, for example, PbB1'A and LIC1'B are arranged in parallel with the
2−3−2.充放電時(車両走行前および走行時)
(1)車両走行前
(1−1)エンジン始動前
CPUは、車両制御部30からON/ACC情報(表2参照)を受信すると、LIC1’Bの電圧がエンジン25を始動可能な設定電圧V2(図8(A)参照、本例では11.8[V])以上か否かを判断し、肯定判断のときは、スイッチ12を状態1とする。これにより、エンジン始動前の補機23への電力供給(放電)はLIC1’Bからなされる。一方、LIC1’Bの電圧が設定電圧V2未満のとき(否定判断のとき)は、スイッチ12を状態2としPbB1’Aから補機23へ電力供給を行う。
2-3-2. During charging / discharging (before and during vehicle driving)
(1) Before running the vehicle (1-1) Before starting the engine When the CPU receives ON / ACC information (see Table 2) from the
(1−2)エンジン始動時
CPUは、車両制御部30からSTART情報(表2参照)を受信すると、LIC1’Bの電圧が設定電圧V2以上か否かを再度判断し、肯定判断のときは、スイッチ12を状態1として、LIC1’Bの電力でスタータ28(エンジン25)を始動する。一方、LIC1’Bの電圧が設定電圧V2未満のとき(否定判断のとき)は、スイッチ12を状態2としPbB1’Aの電力でスタータ28(エンジン25)を始動する。従って、CPUは、PbB1’A、LIC1’Bそれぞれの内部抵抗(SOH)を把握する契機を得る。
(1-2) When the engine is started When the CPU receives the START information (see Table 2) from the
(2)車両走行時およびISS時
車両走行時およびISS時の回生充放電制御の内容は若干複雑なため、以下では、これらの要点を整理した後、フローチャートを参照してより具体的に説明する。
(2) During vehicle running and ISS Since the contents of regenerative charge / discharge control during vehicle running and ISS are slightly complicated, these points will be summarized below and then explained more concretely with reference to the flowchart. ..
(2−1)回生充放電制御の要点
(2−1−1)充電制御
CPUは、車両制御部30から回生開始情報(表2参照)を受信すると、原則として、LIC1’Bを使用上限電圧V1まで充電するようにスイッチ12を制御する(スイッチ12を状態1とする。)。これにより、LIC1’Bは使用上限電圧V1まで定電圧充電される。ただし、LIC1’Bが使用上限電圧V1となる前に、車両制御部30から回生終了情報(表2参照)を受信した場合には、回生電力が供給されないため、その時点でLIC1’Bへの充電は打ち切られ直ちにLIC1’Bから補機23に放電するようにスイッチ12を制御する(スイッチ12を状態1のままとする。)。
(2-1) Key points of regenerative charge / discharge control (2-1-1) Charge control When the CPU receives regeneration start information (see Table 2) from the
CPUは、LIC1’Bが使用上限電圧V1まで充電されると、原則として、PbB1’Aを使用上限SOC(図8(B)参照、本例では97[%])まで充電するように、スイッチ12を制御する(スイッチ12を状態2とする。)。これにより、PbB1’Aは使用上限SOCまで充電される。ただし、PbB1’Aが使用上限SOCとなる前に、車両制御部30から回生終了情報を受信した場合には、回生電力が供給されないため、その時点でPbB1’Aへの充電は打ち切られ直ちにLIC1’Bから補機23に放電するようにスイッチ12を制御する(スイッチ12を状態1とする。)。
When the LIC1'B is charged to the upper limit voltage V1, the CPU switches to charge the PbB1'A to the upper limit SOC (see FIG. 8B, 97 [%] in this example) in principle. 12 is controlled (switch 12 is set to state 2). As a result, PbB1'A is charged up to the usage upper limit SOC. However, if the regeneration end information is received from the
CPUは、PbB1’Aが使用上限SOCまで充電されると、PbB1’Aの過充電を避けるために、PbB1’Aへの充電を打ち切るようにスイッチ12を制御する(スイッチ12を状態0とする。)。
When the PbB1'A is charged to the upper limit SOC of use, the CPU controls the
(2−1−2)放電制御
CPUは、車両制御部30から回生終了情報を受信すると、LIC1’Bから補機23に、原則として、LIC1’Bが設定電圧V2となるまで放電するようにスイッチ12を制御する(スイッチ12を状態1とする。)。ただし、LIC1’Bが設定電圧V2となる前に、車両制御部30から回生開始情報を受信した場合には、回生電力が供給されるため、その時点でLIC1’Bから補機23への放電は打ち切られ直ちに回生電力でLIC1’Bを充電するようにスイッチ12を制御する(スイッチ12を状態1のままとする。)。なお、LIC1’Bを設定電圧V2までしか放電しない(使用下限電圧V4(図8(A)参照、本例では8.8[V])まで放電しない)理由は、ISS時に備えLIC1’Bをエンジン始動可能な電圧に保持しておくためである。
(2-1-2) Discharge control When the CPU receives the regeneration end information from the
CPUは、LIC1’Bが設定電圧V2まで放電されると、原則として、PbB1’Aを第1のSOC(図8(B)参照、本例では70[%])まで放電するように、スイッチ12を制御する(スイッチ12を状態2とする。)。ただし、PbB1’Aが第1のSOCとなる前に、車両制御部30から回生開始情報を受信した場合には、回生電力が供給されるため、その時点でPbB1’Aから補機23への放電は打ち切られ直ちに回生電力でLIC1’Bを充電するようにスイッチ12を制御する(スイッチ12を状態1とする。)。
When the LIC1'B is discharged to the set voltage V2, the CPU switches the PbB1'A to the first SOC (see FIG. 8B, 70 [%] in this example) in principle. 12 is controlled (switch 12 is set to state 2). However, if the regeneration start information is received from the
(2−1−3)ISS制御
CPUは、ISS情報(表2参照)を受信すると、LIC1’Bの放電時でも設定電圧V2以上の電圧に保たれているため(直前のアイドリングストップの際の回生電力により、補機23への特に大きな放電がない限りLIC1’Bは使用上限電圧V1近傍の電圧となっている。)、LIC1’Bからスタータ28に放電してエンジン25を始動する。ISS情報を受信してから次にエンジン始動情報を受信するまでの間は、LIC1’Bの電力によるエンジン始動を優先し、スイッチ12を構成するスイッチSW1、SW2の切り替え制御は行われない。
(2-1-3) ISS control When the CPU receives the ISS information (see Table 2), it is maintained at a voltage equal to or higher than the set voltage V2 even when the LIC1'B is discharged (at the time of the immediately preceding idling stop). Due to the regenerative power, the LIC1'B has a voltage near the upper limit voltage V1 unless there is a particularly large discharge to the auxiliary machine 23), and the LIC1'B is discharged to the starter 28 to start the
車両制御部30は、エンジン始動に成功すると、CPUにエンジン始動情報(表2参照)を報知する。CPUは、エンジン始動情報を受信すると、PbB1’Aから補機23へ放電するようにスイッチ12を制御する(スイッチ12を状態2とする。)。この理由は、LIC1’Bがエンジン始動の際のスタータ28への大電流放電で電圧が低下していることからLIC1’Bの劣化を防止するためと、補機23への放電をLIC1’BからPbB1’Aに切り替えることでLIC1’Bの容量を抑えコストアップを防止するためである。なお、LIC1’Bはその後のオルタネータ24の回生電力で充電される。
When the
(2−2)車両走行時およびISS時の具体的制御
次に、図7に示す回生充放電処理ルーチンを参照して、CPUによる回生充放電制御について説明する。なお、上記(2−1)回生充放電制御の要点で述べた内容と重複する内容についてはできるだけ簡潔に説明する。
(2-2) Specific Control During Vehicle Travel and ISS Next, the regenerative charge / discharge control by the CPU will be described with reference to the regenerative charge / discharge processing routine shown in FIG. 7. The contents that overlap with the contents described in the above (2-1) Regenerative charge / discharge control points will be described as briefly as possible.
図7に示すように、CPUは、車両制御部30から回生開始情報(ステップ(以下、「S」と略称する。)102)または回生終了情報(S124)を受信するまで待機する。
As shown in FIG. 7, the CPU waits until the regeneration start information (step (hereinafter, abbreviated as “S”) 102) or the regeneration end information (S124) is received from the
S102で肯定判断のときは(回生開始情報を受信すると)、スイッチ12を状態1とする(S104)。これにより、LIC1’Bは回生電力で定電圧充電される。次にS106では、IGN位置情報を受信したか否かを判断し、その判断が肯定のときは、回生充放電処理ルーチンを終了し、その判断が否定のときは、次のS108において回生終了情報を受信したか否かを判断し、肯定判断のときは、S126に進み(LIC1’Bへの充電は打ち切られ)、否定判断のときは、次のS110においてLIC1’Bの電圧が使用上限電圧V1となったか否かを判断する。S110での判断が否定のときは、LIC1’Bによる回生電力の受け入れを続行するためにS106に戻り、肯定のときは、スイッチ12を状態2とする(S112)。これにより、PbB1’Aは回生電力で定電圧充電される。
When the affirmative judgment is made in S102 (when the regeneration start information is received), the
次にS114では、IGN位置情報を受信したか否かを判断し、肯定判断のときは、回生充放電処理ルーチンを終了し、否定判断のときは、次のS116において、回生終了情報を受信したか否かを判断し、肯定判断のときは、S126に進み(PbB1’Aへの充電は打ち切られ)、否定判断のときは、次のS118においてPbB1’Aが使用上限SOCとなったか否かを判断する。 Next, in S114, it is determined whether or not the IGN position information has been received. If a positive judgment is made, the regenerative charge / discharge processing routine is terminated, and if a negative judgment is made, the regeneration end information is received in the next S116. If it is affirmative, it proceeds to S126 (charging to PbB1'A is discontinued), and if it is negative, it is whether PbB1'A has reached the upper limit SOC in the next S118. To judge.
S118での判断が否定のときは、PbB1’Aによる回生電力の受け入れを続行するためにS114に戻り、肯定のときは、PbB1’Aの過充電を防止するために、スイッチ12を状態0とする(S120)。これにより、PbB1’Aは回生電力による充電が打ち切られる。次いで、S122ではIGN位置情報を受信したか否かを判断し、否定判断のときは、S102に戻り、肯定判断のときは、回生充放電処理ルーチンを終了する。
If the judgment in S118 is negative, it returns to S114 to continue accepting the regenerative power by PbB1'A, and if it is affirmative, the
一方、S124で肯定判断のときは(回生終了情報を受信すると)、スイッチ12を状態1とする(S126)。これにより、LIC1’Bの電力が補機23に供給される。次にS128では、IGN位置情報を受信したか否かを判断し、その判断が肯定のときは、回生充放電処理ルーチンを終了し、否定のときは、次のS130において、回生開始情報を受信したか否かを判断する。
On the other hand, when the affirmative judgment is made in S124 (when the regeneration end information is received), the
S130で肯定判断のときは、S104に戻り(LIC1’Bから補機23への放電は打ち切られ)、否定判断のときは、次のS132においてISS情報を受信したか否かを判断する。S132での判断が肯定のときは、S136においてエンジン始動情報を受信するまで待機し(この間にLIC1’Bからスタータ28に放電されエンジンが(再)始動する。)、エンジン始動情報を受信するとS138に進む。一方、S132での判断が否定のときは、次のS134においてLIC1’Bの電圧が設定電圧V2となったか否かを判断する。否定判断のときは、LIC1’Bから補機23に放電してもLIC1’Bをエンジン始動可能な設定電圧V2に保つことができるため、S128に戻り、肯定判断のときは、LIC1’Bの電圧を設定電圧V2に保つためにS138に進む(LIC1’Bから補機23への放電を停止する。)。
When the affirmative judgment is made in S130, the process returns to S104 (the discharge from the LIC1'B to the
S138では、スイッチ12を状態2とする。これにより、PbB1’Aの電力が補機23に供給される(補機23への電力供給がLIC1’BからPbB1’Aに切り替わる。)。次にS140では、IGN位置情報を受信したか否かを判断し、その判断が肯定のときは、回生充放電処理ルーチンを終了し、その判断が否定のときは、次のS142において、回生終了情報を受信したか否かを判断し、肯定判断のときはS104に戻り(PbB1’Aから補機23への放電は打ち切られ)、否定判断のときは、次のS144においてPbB1’Aが第1のSOCとなったか否かを判断する。この判断が否定のときは、PbB1’Aから補機23への放電を続行するためS140に戻り、肯定のときはS146において、複合蓄電デバイス1’を充電するための充電処理を実行する。
In S138, the
本実施形態では、複合蓄電デバイス1’を充電するためにオルタネータ24を作動させるか否かの判断は、複合蓄電デバイス1’の状態情報に応じて車両制御部30が行う。車両制御部30は、電磁クラッチ26をオン状態とするタイミングでオルタネータ始動情報(表2参照)をCPUに報知する。以下では、このようにオルタネータ24で発電される電力を、上述した回生電力と区別するために、発電電力という。
In the present embodiment, the
S146の充電処理では、CPUは、車両制御部30からオルタネータ始動情報を受信すると、スイッチ12を状態1とする。これにより、LIC1’Bはオルタネータ24の発電電力で定電圧充電される。CPUは、LIC1’Bが使用上限電圧V1まで充電されたか否かを判断し、否定判断のときは、LIC1’Bが使用上限電圧V1まで充電されるまで待機する。なお、この間にIGN位置情報を受信すると、回生充放電処理ルーチンを終了する。
In the charging process of S146, when the CPU receives the alternator start information from the
一方、肯定判断のとき(LIC1’Bが使用上限電圧V1まで充電されたとき)は、スイッチ12を状態2とする。これにより、PbB1’Aはオルタネータ24の発電電力で定電圧充電される。次に、PbB1’Aが第2のSOC(図8(B)参照、使用上限SOC>第2のSOC>第1のSOC、本例では85%)まで充電されたか否かを判断し、否定判断のときはPbB1’Aが第2のSOCまで充電されるまで待機する。PbB1’Aが第2のSOCまで充電されると(肯定判断のときは)、S146の充電処理を終了しS102に戻る。なお、この間にIGN位置情報を受信すると、回生充放電処理ルーチンを終了する。
On the other hand, when a positive judgment is made (when the LIC1'B is charged to the upper limit voltage V1), the
回生電力でPbB1’Aを充電する際には、PbB1’Aに回生電力をできるだけ多く蓄電するため、PbB1’Aを使用上限SOCまで充電することが好ましい。一方、PbB1’Aの劣化を防止するために発電電力でPbB1’Aを充電するときは、電磁クラッチ26を介してエンジン25の駆動力をオルタネータ24に接続するためガソリン消費を伴う。このため、第1のSOC(70%)から使用上限SOC(97%)まで充電してもよいが、例えば、第2のSOC(85%)まで充電しておけば、その後回生電力によりPbB1’Aがさらに充電されることもあるため、ガソリン消費を節約できる(燃費向上を図ることができる。)。
When charging PbB1'A with regenerative power, it is preferable to charge PbB1'A up to the upper limit SOC in order to store as much regenerative power as possible in PbB1'A. On the other hand, when charging PbB1'A with generated power in order to prevent deterioration of PbB1'A, gasoline is consumed because the driving force of the
以上では、CPUによる充放電制御を簡潔に説明するために、LIC1’Bの電圧を中心に説明したが、本実施形態では、LIC1’Bの使用上限/下限SOC、LIC1’Bを構成する各単体キャパシタの使用上限/下限電圧および使用上限/下限SOCも予め設定されており、LIC1’Bが使用上限SOCに達した場合には、LIC1’Bへの充電を打ち切りPbB1’Aを充電し、LIC1’Bが使用下限SOC、各単体キャパシタの使用下限SOCに達した場合には、LIC1’Bから補機23への放電を打ち切りPbB1’Aから補機23に放電する制御も行っている。また、PbB1’AもLIC1’Bと同様に、使用上限電圧、使用下限電圧が設定されており、LIC1’Bと同様に、使用上限電圧、使用下限電圧に応じてPbB1’Aの充放電制御も行っている。
In the above, in order to briefly explain the charge / discharge control by the CPU, the voltage of the LIC1'B has been mainly described, but in the present embodiment, the upper limit / lower limit SOC of the LIC1'B and each of the constituents of the LIC1'B are configured. The usage upper limit / lower limit voltage and the usage upper limit / lower limit SOC of the single capacitor are also set in advance, and when the LIC1'B reaches the usage upper limit SOC, the charging to the LIC1'B is stopped and the PbB1'A is charged. When the LIC1'B reaches the lower limit SOC of use and the lower limit SOC of each single capacitor, the discharge from the LIC1'B to the
3.作用効果等
3−1.作用効果
次に、上記実施形態の電源システムの作用効果等について説明する。
3. 3. Actions and effects 3-1. Action and effect Next, the action and effect of the power supply system of the above embodiment will be described.
上記実施形態の電源システム20(21)では、車載用蓄電デバイスのデバイス状態検出装置10(11)を構成するにあたり、電流センサに、導電膜3a(3Aa、3Ba)と磁性膜3b(3Bb、3Bb)とを有し導電膜3a(3Aa、3Ba)に流れる電流値に応じて磁性膜3b(3Bb、3Bb)の抵抗値が変化する薄膜電流センサ3(3A、3B)が用いられている。
In the power supply system 20 (21) of the above embodiment, in configuring the device state detection device 10 (11) of the in-vehicle power storage device, the current sensor includes a
電流センサ3(3A、3B)は、プレート構造のため簡単な構成とすることができ、ホール式電流センサと比べ省スペース化を図ることができる。また、導電膜3a(3Aa、3Ba)はアルミニウム製で抵抗がほぼ0のため、蓄電デバイスと、発電機または放電負荷との間の充放電回路においてシャント式電流センサのような電圧降下を伴わない。従って、電流センサ3(3A、3B)による電圧降下をなくすことができる。
Since the current sensor 3 (3A, 3B) has a plate structure, it can be configured simply, and space can be saved as compared with the hall type current sensor. Further, since the
また、上記実施形態の電源システム20(21)では、電流検出回路9(9A、9B)を構成する負荷抵抗R(R1、R2)の両端電圧を検出することにより、蓄電デバイス(充放電回路)に流れる充放電電流を検知する。従って、図2(B)に示したプレーナ・ホール効果型電圧センサのような電流I3bの直角方向から導出される電圧検出線を必要としない。このため、より簡単な構造かつ省スペース化を図ることができ、コスト面でも優位である。 Further, in the power supply system 20 (21) of the above embodiment, the power storage device (charge / discharge circuit) is detected by detecting the voltage across the load resistors R (R1, R2) constituting the current detection circuit 9 (9A, 9B). Detects the charge / discharge current flowing through. Therefore, unlike the planar Hall effect type voltage sensor shown in FIG. 2B, a voltage detection line derived from the direction perpendicular to the current I 3b is not required. Therefore, a simpler structure and space saving can be achieved, which is advantageous in terms of cost.
さらに、上記実施形態の電源システム20(21)では、制御部6(6’)が不揮発性メモリ7(7’)を有しており、不揮発性メモリ7(7’)には複数の電圧値下における複数の電流値で電流センサ3(3A、3B)の導電膜3a(3Aa、3Ba)に電流を流したときの負荷抵抗R(R1、R2)の両端電圧の実測値が記憶されている。このため、電流検出回路9(9A、9B)に固有のバラツキ、すなわち、電流センサ3(3A、3B)に固有のバラツキや負荷抵抗R(R1、R2)に抵抗値のバラツキがあっても、その影響を受けずに精度よく充放電電流を検知することができる。
Further, in the power supply system 20 (21) of the above embodiment, the control unit 6 (6') has the non-volatile memory 7 (7'), and the non-volatile memory 7 (7') has a plurality of voltage values. The measured values of the voltages across the load resistors R (R1, R2) when a current is passed through the
ここで、上記実施形態の電流センサ(以下、前者)とこれに近接する特許文献3の電力センサ(特許文献3段落「0026」〜「0034」、「0053」、「0054」、図1〜図3、図10等参照、以下、後者)とを対比する。両者はプレート構造のセンサである点で共通し、次の点で相違する。a)前者は電圧検出線がないのに対し、後者は電圧検出線を有する(センサ自体の構成が異なる。)。b)前者は負荷抵抗Rの両端電圧を検出することで充放電回路に流れる電流を検出する電流センサであるのに対し、後者は負荷にかかる消費電力を演算するため(特許文献3段落「0030」参照)導電膜(導体膜)の電圧変化量を検出する電圧センサ(電力センサ)として使用される(センサの使い方が異なる。)。c)前者は車載用デバイス状態検知装置に用いられ車載用デバイス状態検知装置では例えばエンジン始動可否判断のため蓄電デバイスの劣化程度(PbB1の内部抵抗やSOH)を正確に把握する必要があるのに対し、後者(特許文献3段落「0074」参照)は主として産業用蓄電デバイス用のデバイス状態検知装置に用いられ対極的に蓄電デバイスの劣化程度を把握する必要はない(デバイス状態検知装置によるデバイス状態の検知内容も異なる。)。
Here, the current sensor of the above embodiment (hereinafter referred to as the former) and the power sensor of
3−2.変形例
なお、上記実施形態では、蓄電デバイスに鉛電池(鉛電池とリチウムイオンキャパシタとを組み合わせた複合蓄電デバイス)を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、鉛電池に代えて、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池、リチウムイオン電池、リチウムイオンキャパシタを用いるようにしてもよい。また、複合蓄電デバイスを構成する際には、鉛電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池、リチウムイオン電池、リチウムイオンキャパシタのうち2種以上の蓄電デバイスを組み合わせて構成するようにしてもよい。
3-2. Modifications In the above embodiment, a lead battery (a composite power storage device in which a lead battery and a lithium ion capacitor are combined) is exemplified as the power storage device, but the present invention is not limited thereto. For example, instead of the lead battery, a nickel hydrogen battery, a nickel zinc battery, a lithium ion battery, or a lithium ion capacitor may be used. Further, when configuring the composite power storage device, two or more types of power storage devices among a lead battery, a nickel hydrogen battery, a nickel zinc battery, a lithium ion battery, and a lithium ion capacitor may be combined and configured.
複合蓄電デバイスを構成する際には、デバイス状態を精度よく把握するために、第2実施形態で説明したように、電圧検出回路、電流検出回路および温度センサを複合蓄電デバイスを構成する蓄電デバイスごとに設けることが好ましい。また、制御部は複合蓄電デバイスを構成する蓄電デバイスのうち少なくとも一つの蓄電デバイスの内部抵抗を算出するようにしてもよい。 When configuring the composite power storage device, in order to accurately grasp the device state, as described in the second embodiment, the voltage detection circuit, the current detection circuit, and the temperature sensor are used for each power storage device constituting the composite power storage device. It is preferable to provide it in. Further, the control unit may calculate the internal resistance of at least one power storage device among the power storage devices constituting the composite power storage device.
さらに、上記実施形態では、蓄電デバイスごとに一つの電流検出回路を設ける例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。上述したように、車載用蓄電デバイスにはエンジン始動時に蓄電デバイスと放電負荷との間の放電回路に例えば200[A]以上の大電流が流れる。一方、補機23に電力を供給していないエンジン始動前の状態では例えば1[A]未満の小電流となる。従って、検出すべき電流のオーダが3〜4桁程異なる。このため(電流検出精度を高めるために)、電源システム(デバイス状態検知装置)は、大電流域の電流を検出するための第1の電流センサと、小電流域の電流を検出するための第2の電流センサとの少なくとも2つの電流センサを有していてもよい。
Further, in the above embodiment, an example in which one current detection circuit is provided for each power storage device is shown, but the present invention is not limited to this. As described above, in the vehicle-mounted power storage device, a large current of, for example, 200 [A] or more flows in the discharge circuit between the power storage device and the discharge load when the engine is started. On the other hand, in the state before starting the engine in which power is not supplied to the
図9は、このような態様の電源システム20’(デバイス状態検知装置10’)を示したものである。第1実施形態の電源システム20(図1)との相違は、電流検出回路9’が新たに設けられ、電流センサ3に電流センサ4が直列に接続されている点である。
FIG. 9 shows a power supply system 20'(device state detection device 10') in such an embodiment. The difference from the power supply system 20 (FIG. 1) of the first embodiment is that a current detection circuit 9'is newly provided and a
すなわち、電流センサ4の導電膜4aの一側は電流センサ3の導電膜3aの他側に、導電膜4aの他側はIGN22の中央端子に接続されており、電流センサ4の磁性膜4bの一側は電流センサ3の導電膜3aの他側に、磁性膜4bの他側は一端がGNDに接続された負荷抵抗R4の他端に接続されている。また、負荷抵抗R4の両端電圧は制御部6のA/D入力ポートに入力される。
That is, one side of the
このような態様において、小電流域の電流を検出する電流センサの感度を高めるために、磁気抵抗効果に従って(式1の形状効果係数α(=l/w)も参照)、例えば、大電流域の電流を検出する電流センサの長さl(図3(A)参照)より小電流域の電流を検出する電流センサの長さを大きくしたり、および/または、大電流域の電流を検出する電流センサの幅w(図3(A)参照)より小電流域の電流を検出する電流センサの幅を小さくしたりするようにしてもよい。 In such an embodiment, in order to increase the sensitivity of the current sensor that detects the current in the small current region, according to the magnetic resistance effect (see also the shape effect coefficient α (= l / w) in Equation 1), for example, in the large current region. Increase the length of the current sensor that detects the current in the smaller current range than the length l of the current sensor that detects the current in (see FIG. 3A), and / or detect the current in the large current range. The width of the current sensor that detects the current in the small current region may be made smaller than the width w of the current sensor (see FIG. 3A).
さらに、蓄電デバイスの正極外部端子と電流センサの磁性膜の一側との間に、省エネモード時にオフ状態となり、作動モード時にオン状態となるように制御部(またはコントローラ)で制御されるスイッチを設けるようにしてもよい。このような態様は、第2実施形態で示した、蓄電量が小さく過放電にも注意を要するLIC1’Bの電力保存(放電防止)の観点で特に有効である。 Furthermore, between the positive electrode external terminal of the power storage device and one side of the magnetic film of the current sensor, a switch controlled by the control unit (or controller) so that it is turned off in the energy saving mode and turned on in the operation mode. It may be provided. Such an embodiment is particularly effective from the viewpoint of power storage (discharge prevention) of the LIC1'B, which has a small amount of electricity stored and requires attention to over-discharge, as shown in the second embodiment.
また、上記実施形態では、OCVから基準SOCを算出しこの基準SOCに対し充放電電流を積算することで直近のSOCを推定する例を示したが、本発明はこれに制限されるものではない。例えば、特許第5162971号や同第5163739号等に開示された他の公知技術を用いるようにしてもよい。 Further, in the above embodiment, an example is shown in which the reference SOC is calculated from the OCV and the latest SOC is estimated by integrating the charge / discharge current with respect to the reference SOC, but the present invention is not limited thereto. .. For example, other known techniques disclosed in Japanese Patent No. 5162971, No. 5163739, etc. may be used.
さらに、第2実施形態では、電源システム21の構成を把握しやすいように、制御系部材をPbBコントローラ8A、LICコントローラ8B、制御部6’に分けて説明したが、これらを一体に構成するようにしてもよい。さらにまた、第2実施形態では、コントローラ8A、8Bから出力されたデバイス状態データに応じて制御部6’で状態情報を演算する例を示したが、このような演算は車両制御部30で行うようにしてもよい(この点は第1実施形態においても同じである。)。このような態様では、制御部6’の主機能は通信部6’Bとスイッチ制御部6’Cとになる。
Further, in the second embodiment, the control system members are described separately for the
また、第2実施形態では、制御部6’は、車両制御部30を介してオルタネータ作動情報やIGN情報を取得する例を示したが、本発明はこれに限らず、例えば、ブレーキを制御するブレーキ制御部、オルタネータを制御するオルタネータ制御部、IGN22から直接ブレーキの作動情報、オルタネータ作動情報、IGN位置情報等を取得するようにしてもよい。
Further, in the second embodiment, the control unit 6'shows an example of acquiring alternator operation information and IGN information via the
また、上記実施形態では、電源システム20(21)を構成する各部材の作動電圧等や、図8にLIC1’Bの設定電圧、PbB1’Aの第1、第2のSOC等の具体的数値を例示したが、本発明はこれに制限されるものではない。 Further, in the above embodiment, the operating voltage of each member constituting the power supply system 20 (21), the set voltage of LIC1'B in FIG. 8, and the specific numerical values of the first and second SOCs of PbB1'A and the like are shown in FIG. However, the present invention is not limited thereto.
そして、上記実施形態では14V系電源システム20(21)を例示したが、本発明はこれに制約されることなく、例えば、42V系電源システム等の14V系電源システム以外の電源システムやデバイス状態検知装置にも適用可能である。 The 14V power supply system 20 (21) is illustrated in the above embodiment, but the present invention is not limited to this, and the present invention is not limited to this, for example, a power supply system other than the 14V power supply system such as a 42V power supply system or device state detection. It can also be applied to devices.
本発明は電圧降下がなく省スペースかつ簡単な構造の電流センサを用いたデバイス状態検知装置、該デバイス状態検知装置を備えた電源システム、および該電源システムを備えた自動車を提供するものであるため、デバイス状態検知装置、電源システムや自動車の製造、販売に寄与するので、産業上の利用可能性を有する。 The present invention provides a device state detection device using a current sensor having a simple structure and no voltage drop, a power supply system provided with the device state detection device, and an automobile equipped with the power supply system. It has industrial potential because it contributes to the manufacture and sale of device condition detectors, power supply systems and automobiles.
1、1’A 鉛電池(蓄電デバイス)
1’ 複合蓄電デバイス(蓄電デバイス、複合蓄電デバイス)
1’B リチウムイオンキャパシタ(蓄電デバイス)
2 電圧検出回路(電圧検出手段)
3 電流センサ(電流センサ、第1の薄膜電流センサ)
3A、3B 電流センサ
4 電流センサ(電流センサ、第2の薄膜電流センサ)
3a、3Aa、3Ba、4a 導電膜
3b、3Ab、3Bb、4b 磁性膜
6、6’ 制御部
7、7’ 不揮発性メモリ
9、9’、9A、9B 電流検出回路(電流検出手段)
10、10’、11 デバイス状態検知装置
20、20’、21 電源システム
22 イグニションスイッチ
23 補機(放電負荷)
24 オルタネータ(発電機)
28 スタータ(放電負荷)
50 車両(自動車)
R、R1、R2、R4 負荷抵抗
1,1'A lead-acid battery (power storage device)
1'Composite power storage device (power storage device, composite power storage device)
1'B Lithium Ion Capacitor (Power Storage Device)
2 Voltage detection circuit (voltage detection means)
3 Current sensor (current sensor, first thin film current sensor)
3A, 3B
3a, 3Aa, 3Ba,
10, 10', 11
24 Alternator (generator)
28 Starter (discharge load)
50 Vehicle (automobile)
R, R1, R2, R4 Load resistance
Claims (10)
前記デバイスの電圧を検出する電圧検出手段と、
電流センサを有し前記デバイスに流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記電圧検出手段および前記電流検出手段で検出された検出値に基づいて前記デバイスのデバイス状態を演算する制御部と、
を備え、
前記電流センサに、導電層と磁性層とを有し前記導電層に流れる電流値に応じて前記磁性層の抵抗値が変化する電流センサを用い、
前記磁性層の長手方向の一側が前記デバイスの正極外部端子に、他側が負荷抵抗を介して前記デバイスの負極外部端子にそれぞれ接続されており、
前記制御部は、前記電圧検出手段で検出された前記デバイスの電圧と前記電流検出手段で検出された前記負荷抵抗の両端電圧とから前記デバイスに流れる電流を検知することを特徴とするデバイス状態検知装置。 In a device state detection device that detects the device state of an in-vehicle power storage device,
A voltage detection means for detecting the voltage of the device and
A current detecting means having a current sensor and detecting the current flowing through the device,
A control unit that calculates the device state of the device based on the detection values detected by the voltage detection means and the current detection means, and
Equipped with
As the current sensor, a current sensor having a conductive layer and a magnetic layer and in which the resistance value of the magnetic layer changes according to the current value flowing through the conductive layer is used .
One side of the magnetic layer in the longitudinal direction is connected to the positive electrode external terminal of the device, and the other side is connected to the negative electrode external terminal of the device via a load resistor.
The control unit detects the current flowing through the device from the voltage of the device detected by the voltage detecting means and the voltage across the load resistor detected by the current detecting means. Device.
前記制御部は、前記不揮発性メモリに記憶された前記電圧値、電流値および両端電圧値の関係に従って前記電圧検出手段で検出された前記デバイスの電圧および前記電流検出手段で検出された前記負荷抵抗の両端電圧に対応した前記導電層に流れる電流を算出することを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載のデバイス状態検知装置。 Further provided with a non-volatile memory in which the voltage values across the load resistance peculiar to the current sensor when a current is passed through the conductive layer at a plurality of current values under a plurality of voltage values are stored in advance.
The control unit has the voltage of the device detected by the voltage detecting means and the load resistance detected by the current detecting means according to the relationship between the voltage value, the current value and the voltage value across the ends stored in the non-volatile memory. device state detection apparatus according to any one of claims 1 to claim 3, characterized in that to calculate the current flowing in the conductive layer corresponding to the voltage across.
請求項1ないし請求項8のいずれか一項に記載のデバイス状態検知装置と、
を備えた電源システム。 In-vehicle power storage device and
The device state detection device according to any one of claims 1 to 8.
Power system with.
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