保护装置、蓄电装置以及继电器的触点电阻的降低方法与流程

1.本发明涉及抑制继电器中的电阻损耗的技术。


背景技术：

2.作为蓄电元件的保护装置之一有继电器。继电器配置在蓄电元件的电流路径中，通过在异常时切断电流来保护蓄电元件。
3.在先技术文献
4.专利文献
5.专利文献1：日本特开2018-136314号公报


技术实现要素：

6.发明要解决的课题
7.若继电器的闭合(close)状态长期间持续，则有可能由于形成在触点的氧化覆膜而触点电阻增加。由于触点电阻的增加，继电器中的电阻损耗会变多。
8.本发明的目的在于，抑制继电器中的电阻损耗。
9.用于解决课题的手段
10.保护装置具备：继电器，具有对蓄电元件的电流路径进行开闭的触点；和控制装置，控制所述继电器，所述控制装置执行降低所述继电器的触点电阻的降低处理。
11.本技术能够应用于蓄电装置，还能够应用于继电器的触点电阻的降低方法。
12.发明效果
13.通过本技术，能够抑制触点电阻的增加，降低继电器中的电阻损耗。
附图说明
14.图1是蓄电池的分解立体图。
15.图2是二次电池的俯视图。
16.图3是图2的a-a线剖视图。
17.图4是机动四轮车的侧视图。
18.图5是蓄电池的框图。
19.图6是监视处理的流程图。
20.图7是示出停车检测后的触点的状态的图。
21.图8是示出继电器中的电阻的变化的图。
22.图9是蓄电池的框图。
23.图10是蓄电池的框图。
24.图11是蓄电池的框图。
具体实施方式
25.保护装置具备：继电器，具有对单元的电流路径进行开闭的触点；和控制装置，控制所述继电器，所述控制装置执行降低所述继电器的触点电阻的降低处理。通过触点电阻的降低，能够抑制继电器中的电阻损耗。
26.所述降低处理可以是将所述触点的开闭连续进行多次的处理。通过触点的开闭，能够破坏触点的氧化覆膜。通过将触点的开闭连续进行多次，与仅进行1次的情况相比，由于氧化覆膜的破坏不断推进，因而触点电阻的降低效果较大。
27.所述降低处理也可以是对所述继电器进行通电的处理。通过对继电器进行通电而使电流流经触点，从而能够破坏氧化覆膜。该处理具有不使电流路径断开就能够降低触点电阻的优点。
28.所述控制装置可以在所述单元的电流为给定值以下且所述触点的闭合(close)状态持续了给定期间的情况下，执行所述降低处理。在这样的条件下容易产生氧化覆膜，因而能够有效地降低触点电阻。
29.也可以是，所述单元为车辆用，所述控制装置在停车期间执行所述降低处理。在停车期间，单元的放电电流微小，因而不能破坏触点的氧化覆膜，触点电阻容易增大。通过在停车期间进行降低处理，能够降低在停车期间增大的触点电阻。
30.所述单元也可以为发动机起动用。通过抑制继电器中的电阻损耗，从而在低温环境、低soc时等发动机起动性下降的条件下，能够抑制发生发动机不能起动的不良情况。
31.《实施方式1》
32.1.蓄电池50的构造说明
33.如图1所示，蓄电池50具备电池组60、控制基板65和收纳体71。蓄电池50是蓄电装置的一个例子。
34.收纳体71具备由合成树脂材料构成的主体73和盖体74。主体73为有底筒状。主体73具备底面部75和4个侧面部76。通过4个侧面部76而在上端部分形成了上方开口部77。
35.收纳体71收纳电池组60和控制基板65。电池组60具有12个单元62。单元62可以是锂离子二次电池(以下称为“电池单元”)。锂离子二次电池可以是对正极活性物质使用磷酸铁锂(lifepo4)且对负极活性物质使用石墨的磷酸铁系。
36.在本实施方式中，12个电池单元62被连接为3个并联且4个串联。控制基板65配置在电池组60的上部。
37.盖体74将主体73的上方开口部77封闭。在盖体74的周围设置有外周壁78。盖体74具有俯视大致t字形的突出部79。在盖体74的前部之中的一个角部固定有正极的外部端子51，在另一角部固定有负极的外部端子52。
38.如图2以及图3所示，本实施方式中的电池单元62是在长方体形状的箱体82内与非水电解质一起收纳有电极体83的棱柱单元。箱体82具有箱体主体84和将其上方的开口部封闭的盖85。代替性地，电池单元也可以是袋式单元，还可以是圆筒型单元。
39.虽然详细情况未图示，但本实施方式中的电极体83在对由铜箔构成的基材涂敷了活性物质而得到的负极要素与对由铝箔构成的基材涂敷了活性物质而得到的正极要素之间，配置有多孔性的树脂膜(隔离件)。它们均为带状，在相对于隔离件而将负极要素和正极要素在宽度方向的相反侧分别错开了位置的状态下，以能够收纳于箱体主体84的方式卷绕
为扁平状。也可以取代卷绕型的电极体而使用层叠型的电极体。
40.正极端子87经由正极集电体86与正极要素连接，负极端子89经由负极集电体88与负极要素连接。正极集电体86以及负极集电体88由平板状的基座部90和从该基座部90延伸的腿部91构成。在基座部90形成有贯通孔。腿部91与正极要素或负极要素连接。正极端子87以及负极端子89由端子主体部92和从其下表面中心部分向下方突出的轴部93构成。其中，正极端子87的端子主体部92和轴部93由铝(单一材料)一体成形。在负极端子89中，端子主体部92为铝制，轴部93为铜制，对它们进行了组装。正极端子87以及负极端子89的端子主体部92隔着由绝缘材料构成的垫片94而配置在盖85的两端部，并从该垫片94向外侧露出。
41.盖85具有压力释放阀95。如图2所示，压力释放阀95位于正极端子87与负极端子89之间。压力释放阀95在箱体82的内压超过限制值时进行释放，以降低箱体82的内压。
42.如图4所示，蓄电池50能够搭载于机动四轮车10而使用。蓄电池50也可以是作为机动四轮车10的驱动装置的发动机20的起动用，还可以是向机动四轮车10的辅助设备供给电源的辅助设备用，也可以是用于冗余化的备份用。
43.2.蓄电池50的电气结构
44.图5是蓄电池50的框图。在蓄电池50也可以连接用于起动搭载于机动四轮车10的发动机20的起动电机15和ig开关17。
45.若将ig开关17接通，则电流从蓄电池50流向起动电机15，起动电机15被驱动。通过起动电机15的驱动，能够起动发动机20。
46.除起动电机15以外，在蓄电池50还可以连接电气部件等车辆负载(省略图示)、交流发电机(省略图示)。在交流发电机的发电量大于车辆负载的耗电的情况下，蓄电池50由交流发电机充电。在交流发电机的发电量小于车辆负载的耗电的情况下，蓄电池50为弥补其不足的量而放电。
47.蓄电池50具备电池组60、电流传感器110、温度传感器115和保护装置120。电池组60由串联连接的多个电池单元62构成。保护装置120由继电器130和管理装置140构成。
48.电池组60、电流传感器110以及继电器130经由电源线55p、55n串联地连接。电源线55p、55n是电池组60的电流路径。
49.电源线55p将正极的外部端子51和电池组60的正极连接。电源线55n将负极的外部端子52和电池组60的负极连接。
50.电流传感器110设置于电源线55n。电流传感器110检测并输出电池组60的电流i。
51.继电器130具备触点131和驱动线圈135。触点131设置于电源线55p。触点131具有固定触点131a和可动触点131b。
52.驱动线圈135的一端与电池组60的正极连接，另一端经由开关137与接地连接。驱动线圈135能够通过磁力的作用而使可动触点131b向从固定触点131a分离或与固定触点131a接触的方向动作。
53.在该实施方式中，触点131为常闭(normally close)，正常时可动触点131b被控制为通过弹簧的力而与固定触点131a接触。
54.若将开关137接通而对驱动线圈135进行通电，则通过磁力的作用而可动触点131b从固定触点131a分离，由此能够将触点131断开(open)。此外，若关断开关137，则触点131自动复原到闭合(close)状态。
55.管理装置140由电压检测电路141和控制装置145构成。电压检测电路141检测各电池单元62的单元电压v。
56.控制装置145具备cpu146、存储器147和通信部148。cpu146基于电压检测电路141的输出，监视各电池单元62的单元电压v、电池组60的总电压。
57.此外，cpu146基于电流传感器110的输出，监视蓄电池50的电流i，并基于温度传感器115的输出，监视电池组60的温度t。存储器147对用于监视、控制蓄电池50的各种数据进行存储。
58.控制装置145具有继电器130的控制功能，在蓄电池50存在以下(a)～(c)中的任一者的异常的情况下，将开关137接通，将触点131从闭合(close)切换到断开(open)。通过触点131的断开(open)，能够切断电流i而保护蓄电池50。
59.(a)电池单元62的单元电压v；
60.(b)蓄电池50的电流i；
61.(c)蓄电池50的温度t。
62.蓄电池50具有通信连接器150。蓄电池50经由通信连接器150与车辆ecu30能够通信地连接。管理装置140能够通过来自车辆ecu30的通信，接收机动四轮车10的动作信息、发动机20的动作信息。
63.3.继电器中的电阻损耗和触点电阻的降低处理
64.触点131若持续闭合(close)，则在固定触点131a与可动触点131b的接触部分形成氧化覆膜，触点电阻增加。氧化覆膜能被给定值x以上的电流i破坏，但若是小于给定值的电流i，则不能将其破坏。给定值x作为一个例子为100ma。
65.继电器130在正常时被控制为闭合(close)，所以若没有异常则在停车期间触点131维持为闭合(close)。在停车期间，蓄电池50进行放电的电流i是电子设备、安全设备的待机电力的消耗量等，为给定值x以下。因此，若停车长期间持续，则触点131的氧化覆膜在不被破坏的状态下生长。由此，存在继电器130的触点电阻(以下称为继电器电阻)增加，继电器130的电阻损耗变多这样的课题。
66.图6是在停车期间执行的监视处理的流程图。监视处理由s10～s30这3个步骤构成。
67.在s10中，控制装置145判断机动四轮车10是否处于停车期间。停车是至少发动机20停止且在给定时间内车辆不存在动作的状态。
68.在停车期间，蓄电池50成为除电子设备等的待机电力以外几乎不放电的状态。因此，停车的有无能够根据蓄电池50的电流i来判断。例如，能够在蓄电池110的电流值为阈值以下的状态持续了给定时间以上的情况下，判定为机动四轮车10处于停车期间。阈值作为一个例子为100ma。阈值也可以是小于100ma的值。
69.此外，除电流i以外，例如还可以根据与车辆ecu30的通信是否停止了给定时间以上来判定停车的有无。
70.若判断为是停车期间，则在s20中，控制装置145判断停车是否持续了给定期间w以上。给定期间w可以是几个月。
71.在停车持续了给定期间w以上的情况下，在s30中，控制装置145执行降低继电器电阻的降低处理。具体地，将对触点131进行开闭的处理连续进行多次。
72.图7是示出停车检测后的触点131的状态的图。t0为停车检测时。在停车检测后的给定期间w，触点131被控制为闭合(close)。
73.期间t是降低处理的执行期间。t1表示触点131的断开(open)，t2表示触点131的闭合(close)。在该例中，在期间t内将触点131的开闭(open/close)连续进行了3次。期间t可以为几秒～几十秒程度。
74.通过对触点131进行开闭(open/close)，能够破坏在触点131形成的氧化覆膜，从而减少继电器电阻。
75.图8是示出触点的开闭次数与继电器电阻的关系的曲线图。触点131的开闭次数越多则继电器电阻越减少。开闭次数优选为至少2次以上。
76.在执行降低处理之后，将触点131控制为闭合(close)，若经过给定期间w，则再次转移到s30而执行降低处理。
77.4.效果说明
78.通过降低处理的执行，能够降低继电器电阻，抑制继电器130中的电阻损耗。在蓄电池50为发动机起动用的情况下，通过抑制电阻损耗，从而在低温环境、低soc时等发动机起动性下降的条件下，能够抑制发生发动机20不能起动的不良情况。
79.《实施方式2》
80.在实施方式1中，通过触点131的开闭(open/close)而降低了继电器电阻。实施方式2相对于实施方式1，继电器电阻的降低处理的内容不同。
81.在实施方式2中，控制装置145在从停车检测起经过了给定期间w的情况下，对车辆ecu30进行请求放电的许可的通知。
82.若从蓄电池50收到放电的许可的通知，则车辆ecu30对与蓄电池50连接的车辆负载19发送消耗电力的指令。车辆负载19可以是存储器等电子设备。
83.通过车辆负载19响应于指令而消耗电力，从而蓄电池50放出给定值x以上的电流(参照图9)。放电时间可以是几秒～几十秒程度。
84.通过给定值x以上的电流流过触点131，从而能够破坏氧化覆膜，降低继电器电阻。给定值x是能破坏氧化覆膜的电流值，作为一个例子为100ma。该方法具有不使电流路径断开就能够降低继电器电阻的优点。
85.《实施方式3》
86.图10是蓄电池200的框图。蓄电池200相对于蓄电池50，不同点在于设置有旁路电路210。旁路电路210具备串联地连接的2个第1fet210a以及第2fet210b。
87.旁路电路210相对于继电器130而并联地连接。具体地，第1fet210a和第2fet210b均为p沟道，将漏极彼此连接。而且，将第1fet210a的源极与继电器130的一侧的a点连接，将第2fet210b的源极与另一侧的b点连接。第1fet210a的寄生二极管d1和第2fet210b的寄生二极管d2朝向相反方向。
88.控制装置145能够使用旁路电路210来进行继电器130的故障检测。将继电器130的触点131从闭合(close)切换到断开(open)之后，将第1fet210a截止，并将第2fet210b导通，通过控制装置145来检测a点的电压。
89.在继电器130正常地动作的情况下(在触点131断开(open)的情况下)，a点的电压成为比电池组60的正极的电压(b点的电压)低寄生二极管d1的压降量的电压。
90.在继电器130中存在异常的情况下(在触点131未断开(open)的情况下)，a点的电压成为与电池组60的正极的电压(b点的电压)相同的电位。因此，能够基于a点的电压来检测继电器130的故障。
91.实施方式1的降低处理也可以与继电器130的故障检测一并进行。例如，可以在停车检测后，在给定的定时进行继电器130的故障检测，在继电器130正常的情况下，接着连续进行继电器130的开闭，以降低继电器电阻。
92.《其他实施方式》
93.本发明不限定于通过上述描述以及附图而说明的实施方式，例如，如以下那样的实施方式也包括于本发明的技术范围内。
94.(1)在上述实施方式1～3中，单元62为二次电池。单元不限于二次电池，也可以是电容器，还可以是其他能够充放电的单元(蓄电元件)。
95.(2)在上述实施方式1～3中，将蓄电池50设为机动四轮车用。蓄电池50也可以是机动二轮车用，蓄电池50的使用用途不限定于特定的用途。蓄电池50能够使用于移动体用(车辆用、船舶用、agv等)、固定设置用(无停电电源系统、太阳能发电系统的蓄电装置)等各种用途。
96.(3)在上述实施方式1～3中，在停车检测后经过了给定期间w的时间点执行降低继电器电阻的降低处理。只要是在触点131闭合(close)的情况下，何时进行降低处理均可以。优选在电池单元62的电流为给定值x以下且触点131的闭合(close)状态持续了给定期间w以上的情况下执行。
97.(4)在上述实施方式1～3中，基于蓄电池50的电流值来检测停车。停车的检测也可以根据从车辆ecu30发送的车辆的动作信息来判断。车辆的动作信息可以是行驶的有无、发动机20的动作状态、ig开关17的动作状态等。
98.(5)上述实施方式2通过向车辆负载19放出给定值x以上的电流来降低继电器电阻。图11是蓄电池260的框图。蓄电池260相对于蓄电池50，不同点在于设置有内部放电电路270。内部放电电路270具备电阻271和开关273，连接在外部端子51与外部端子52这两者之间。能够通过将开关273从关断切换到接通，并利用内部放电电路270放出给定值x以上的电流来降低继电器电阻。
99.符号说明
100.50：蓄电池(蓄电装置)；
101.62：电池单元；
102.120：保护装置；
103.130：继电器；
104.131：触点；
105.135：驱动线圈；
106.137：开关；
107.145：控制装置。