JP2009261168A - 車両用電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】各単電池の充電状態の偏差を小さくして、充分に充放電できる車両用電源装置を提供する。
【解決手段】駆動モータに電力を供給する、またはモータから電力を供給されるときには複数の単電池を直列に接続するように切換手段を制御し、駆動モータからの入出力要求がないときに複数の単電池を並列に接続するように切換手段を制御するようにした。バッテリコントローラ７は、各電圧計３、電流計６、イグニッションスイッチ８から各種情報を入力し、入力した各種情報に基づいて切換スイッチ４を制御する。
【選択図】図１

Description

本願発明は、電気自動車やハイブリッド車両の駆動モータに電力を供給する車両用電源装置に関する。

この種の技術としては、特許文献１に記載の技術が開示されている。この公報では、各単電池、単電池が直列に接続された組電池の充電状態の偏差が、単電池、組電池の充電時に負極板が正極板のリチウムイオン量を超えて収容可能なリチウムイオンの許容割合未満となるように設定したものが開示されている。
特開２００５−２６８１４０号公報

電気自動車やハイブリッド車両の駆動モータは大容量の電力を必要とするため、多数の単電池が直列に接続されている。

上記従来技術では、多数の単電池の充電状態の偏差を許容割合未満となるようにしなければならず、充電状態の制御が困難であった。そのため、各単電池の充電状態の偏差が大きくなり十分に充放電を行うことができない問題があった。

本発明は上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、各単電池の充電状態の偏差を小さくして、充分に充放電できる車両用電源装置を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明の車両用電源装置においては、駆動モータに電力を供給する、またはモータから電力を供給されるときには複数の単電池を直列に接続するように切換手段を制御し、駆動モータからの入出力要求がないときに複数の単電池を並列に接続するように切換手段を制御するようにした。

複数の単電池を並列に接続することにより、電圧が高い単電池から電圧が低い単電池に電流が流れて充電され、各単電池の電圧が均一化される。よって、各端電池の充放電を有効に行うことが可能となり、駆動モータの駆動力や駆動時間を確保することができる。

以下、本発明の車両用二次電池を実現する最良の形態を、実施例１に基づいて説明する。

［構成］
実施例１の車両用電源装置１の構成について説明する。図１は実施例１の車両用電源装置１の構成を示す構成図である。

車両用電源装置１は、n個の単電池２から構成されている。車両用電源装置１はモータ５と接続し、モータ５を駆動する。各単電池２には、電圧計３が並列に接続されている。また、車両用電源装置１とモータ５の間には電流計６とイグニッションスイッチ８が設けられている。

各単電池２の間には切換スイッチ４が設けられている。この切換スイッチ４は、端子Ａと接続すると各単電池２が並列に接続され、端子Ｂと接続すると各単電池２が直列に接続される。

各切換スイッチ４は、バッテリコントローラ７によって制御されている。バッテリコントローラ７は、各電圧計３、電流計６、イグニッションスイッチ８から各種情報を入力し、入力した各種情報に基づいて切換スイッチ４を制御する。

図２は、バッテリコントローラ７において行われる処理の流れを示すフローチャートである。また、図３は切換スイッチ４を端子Ａに接続した状態の車両用電源装置１、図４は切換スイッチ４を端子Ｂに接続した状態の車両用電源装置１を示す図である。

ステップＳ１では、イグニッションスイッチ８のオン・オフ情報から、イグニッションスイッチ８がオフであるか否かを判断し、オフであるときにはステップＳ２へ移行し、オンであるときにはステップＳ１の処理を繰り返す。

ステップＳ２では、電流計６の電流情報から、回路内の電流が「0（ゼロ）」であるか否かを判断し、回路内の電流が「0（ゼロ）」であるときにはステップＳ３へ移行し、回路内の電流が「0（ゼロ）」でないときにはステップＳ２の処理を繰り返す。
ステップＳ３では、図３に示すように切換スイッチ４を端子Ａに接続して、各単電池２を並列に接続して、ステップＳ４へ移行する。

ステップＳ４では、電圧計３の電圧情報から、各単電池２の電圧が揃っているか否かを判断し、電圧が揃っているときにはステップＳ５へ移行し、電圧が揃っていないときにはステップＳ５の処理を繰り返す。ここで各単電池２の電圧が揃っているとは、各単電池２の電圧が一致しなくとも良く、各単電池２の電圧の偏差が十分小さくなれば良い。
ステップＳ５では、図４に示すように切換スイッチ４を端子Ｂに接続して、各単電池２を直列に接続して、ステップＳ６へ移行する。
ステップＳ６では、システムをスリープ状態にして、処理を終了する。

［作用］
電気自動車やハイブリッド車両の用いられる駆動モータ５には高出力が求められ、この駆動モータ５に電力を供給する電池は高電圧を供給できることが求められる。しかし、単電池２の単体で高電圧を出力することは難しく、多数の単電池２を直列に接続して高電圧を出力可能にしている。

図５は単電池２を直列に接続した状態での充電時の電圧上昇と時間との関係を示すグラフ、図６は単電池２を直列に接続した状態での放電時の電圧減少と時間との関係を示すグラフである。図５、図６は複数の単電池２のうち、電圧が最も高い単電池２と、最も低い単電池２の電圧状態を示している。

図５（ａ）に示すように、充電中に電圧が最も高い単電池２が充電終了電圧に達すると他の単電池２は充分に充電されないまま充電が終了してしまう。また図６（ａ）に示すように、放電中に電圧が最も低い単電池２が放電終了電圧に達すると他の単電池２は充分に放電されないまま放電が終了してしまう。すなわち、単電池２毎の充電状態に偏差があると充放電の効率が悪くなるため、駆動モータ５の駆動力や駆動時間を充分に確保することができない問題があった。

そこで実施例１の車両用電源装置１では、バッテリコントローラ７によって、駆動モータ５に電力を供給するときには複数の単電池２を直列に接続するように切換スイッチ４を制御し、駆動モータ５に電力を供給しないときに複数の単電池２を並列に接続するように切換スイッチ４を制御するようにした。

複数の単電池２を並列に接続すると、電圧が高い単電池２により電圧が低い単電池２が充電され、各単電池２間の電圧が均一化される。よって図５（ｂ）に示すように、充電電圧が最も低い単電池２も充分に充電することができ、電圧が他の単電池２と等しくなる。また図６（ｂ）に示すように、充電電圧が最も高い単電池２も充分に放電することができ、電圧が他の単電池２と等しくなる。したがって、充放電を有効に行うことが可能となり、駆動モータ５の駆動力や駆動時間を確保することができる。

また駆動モータ５が駆動を開始するときには、高電圧の電力を必要となる。
そこで実施例１の車両用電源装置１では、駆動モータ５が停止しているときに各単電池２を直列から並列に切り換え、各単電池２の電圧が揃ったときには、各単電池２の接続を並列から直列に切り換えるようにした。

よって車両用電源装置１は、駆動モータ５の駆動を開始するときに高電圧の電力を供給することが可能となり、駆動モータ５は大きな駆動力を発生させることができる。

［効果］
実施例１の車両用電源装置１の効果について以下に列記する。

（１）車両の駆動モータ５に電力を供給する複数の単電池２からなる二次電池を有する車両用電源装置１において、複数の単電池２を直列と並列に接続可能な切換スイッチ４と、駆動モータ５に電力を供給するときには複数の単電池２を直列に接続するように切換スイッチ４を制御し、駆動モータ５に電力を供給しないときに複数の単電池２を並列に接続するように切換スイッチ４を制御するバッテリコントローラ７とを設けた。

複数の単電池２を並列に接続することにより、電圧が高い単電池２により電圧が低い単電池２が充電され、各単電池２間の電圧の差が小さくなる。よって、各端電池２の充放電を長期に行うことが可能となり、駆動モータ５の駆動力や駆動時間を確保することができる。

（２）駆動モータ５の駆動状態と停止状態とを切り換えるイグニッションスイッチ８と、駆動モータ５に電力を供給する回路内の電流を検出する電流計６と、各単電池２の電圧を検出する電圧計３とを設け、バッテリコントローラ７は、駆動モータ５が停止状態であって、回路内の電流がゼロであるときに複数の単電池２を並列に接続するように切換スイッチ４を制御し、複数の単電池２を並列に接続後、各単電池２の電圧が揃ったときに前記複数の単電池２を直列に接続するように切換スイッチ４を制御するようにした。

よって車両用電源装置１は、駆動モータ５の駆動を開始するときに高電圧の電力を供給することが可能となり、駆動モータ５は大きな駆動力を発生させることができる。

［他の実施例］
以上、本発明を実施するための最良の形態を、実施例１に基づいて説明したが、本発明の具体的な構成は、実施例１に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。

例えば、各単電池２を並列に繋いだときに流れる電流の急激な変化を抑制するために、各単電池２を接続している回路内に抵抗を設けるようにしても良い。

また、各単電池２を並列に接続した後に、所定時間経過したのちに各単電池２を直列に接続するようにしても良い。

実施例１の車両用電源装置の構成を示す構成図である。 実施例１のバッテリコントローラにおいて行われる処理の流れを示すフローチャートである。 実施例１の切換スイッチを端子Ａに接続した状態を示す図である。 実施例１の切換スイッチを端子Ｂに接続した状態を示す図である。 実施例１の充電時の電圧と時間との関係を示すグラフである。 実施例１の放電時の電圧と時間との関係を示すグラフである。

符号の説明

１ 車両用電源装置
２ 単電池
３ 電圧計（電圧検出手段）
４ 切換スイッチ（切換手段）
５ 駆動モータ
６ 電流計（電流検出手段）
７ バッテリコントローラ（バッテリ制御手段）
８ イグニッションスイッチ（駆動状態検出手段）

Claims (2)

1. 車両の駆動モータに電力を供給する複数の単電池からなる二次電池を有する車両用電源装置において、
   前記複数の単電池を直列と並列に接続可能な切換手段と、
   前記駆動モータに電力を供給するときには前記複数の単電池を直列に接続するように前記切換手段を制御し、前記駆動モータに電力を供給しないときに前記複数の単電池を並列に接続するように前記切換手段を制御するバッテリ制御手段と、
   を設けたことを特徴とする車両用電源装置。
2. 請求項１に記載の車両用電源装置において、
   前記駆動モータの駆動状態と停止状態とを検出する駆動モータ状態検出手段と、
   前記駆動モータに電力を供給する回路内の電流を検出する電流検出手段と、
   前記各単電池の電圧を検出する電圧検出手段と、
   を設け、
   前記バッテリ制御手段は、前記駆動モータが停止状態であって、前記回路内の電流がゼロであるときに前記複数の単電池を並列に接続するように前記切替手段を制御し、前記複数の単電池を並列に接続後、前記各単電池の電圧が揃ったときに前記複数の単電池を直列に接続するように前記切換手段を制御することを特徴とする車両用電源装置。

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