JP2010206915A - 二次電池の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型、簡略化を可能としながら、二次電池の過放電を適切に防止可能な二次電池の制御装置を提供すること。
【解決手段】電源２０７からの電力の供給に応じてオン／オフすることにより、二次電池１と外部回路２０１，２０２との間の電気的な接続を制御する第１リレー１３０と、前記二次電池１の起電力に応じてオン／オフすることにより、前記第１リレー１３０への電力の供給を制御する第２リレー１４０と、を備えることを特徴とする二次電池の制御装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、二次電池の制御装置に関するものである。

従来より、二次電池と外部回路との間に、二次電池の起電力に応じてオン／オフするリレーを挿入し、二次電池が所定の作動電圧以下の電圧となった場合に、二次電池と外部回路との間に挿入されているリレーの接点を開放することにより、二次電池と外部回路との間の電気的な接続を遮断することで、二次電池の過放電を防止する二次電池の制御装置が知られている（特許文献１参照）。

特開平５−２０５７８２号公報

しかしながら、上記従来技術においては、ハイブリッド自動車や電気自動車等の電源として用いた場合には、二次電池と外部回路との間に流れる電流が大きくなるため、リレーおよびリレーを制御するための装置が大型化してしまうという問題があった。

本発明が解決しようとする課題は、装置の小型、簡略化を可能としながら、二次電池の過放電を適切に防止可能な二次電池の制御装置を提供することである。

本発明は、所定の抵抗を介して二次電池の起電力に応じてオン／オフする第２リレーにより、二次電池と外部開路（外部機器）との間の電気的な接続を制御する第１リレーのオン／オフ制御を行うことにより、上記課題を解決する。

本発明によれば、所定の抵抗を介して二次電池の起電力に応じてオン／オフする第２リレーを用いて、二次電池と外部開路との間の電気的な接続を制御する第１リレーのオン／オフ制御するため、装置の小型、簡略化を可能としながら、二次電池の過放電を適切に防止可能な二次電池の制御装置を提供することができる。

図１は、第１実施形態に係る電気車両用の強電システムの回路構成図である。 図２は、第２実施形態に係る電気車両用の強電システムの回路構成図である。

《第１実施形態》
まず、本発明の第１実施形態について説明する。
図１は、第１実施形態に係る電気車両用の強電システムの回路構成図である。図１に示すように、第１実施形態に係る強電システムは、二次電池システム１を構成する組電池１００、プラス側強電リレー１２０、マイナス側強電リレー１３０、分岐回路リレー１４０、およびバッテリコントローラ１６０と、インバータ２０１と、車両駆動用モータ２０２と、充電制御装置２０４と、電源２０７とを備えている。

二次電池システム１を構成する組電池１００は、走行用のバッテリであり、プラス側強電リレー１２０およびマイナス側強電リレー１３０を介して、強電ハーネス２０５，２０６により、インバータ２０１および車両駆動用モータ２０２と接続されている。そして、プラス側強電リレー１２０およびマイナス側強電リレー１３０がオンすることにより、組電池１００と、インバータ２０１および車両駆動用モータ２０２とが電気的に接続されることで、車両駆動用モータ２０２を駆動する際には、組電池１００から出力される直流電力がインバータ２０１によって交流電流に変換され、車両駆動用モータ２０２に供給される。一方、回生制御の際には、車両の走行エネルギーが、車両駆動用モータ２０２およびインバータ２０１を介して、電気エネルギーに逆変換され、組電池１００が充電されるとともに、車両に回生ブレーキがかかるようになっている。

本実施形態においては、二次電池システム１を構成する組電池１００、プラス側強電リレー１２０、マイナス側強電リレー１３０、分岐回路リレー１４０、およびバッテリコントローラ１６０は、アッセンブリーとされた状態で、電池ケースに収容されている。電池ケースを構成する材質としては、特に限定されず、プラスチック、金属、ゴム等、あるいはこれらの組み合わせによる材質が可能であり、形状も板状、箱状等のものを使用できる。また、電池ケースには、ケース内側と外側とを導通する接続用のターミナルが設けられており、これにより、インバータ２０１および車両駆動用モータ２０２との間の電気的な接続や、電源２０７との間の電気的な接続が確保される。

組電池１００は、複数のセル１０１を直列に接続してなり、直列接続された複数のセル１０１のうち所定の２つのセル間には、遮断スイッチ１１１およびヒューズ１１２を内蔵するスイッチボックス１１０が、延長ケーブル１０２を介して、接続されている。なお、組電池１００を構成する各セル１０１としては、特に限定されず、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池、ニッケルカドミウム電池などの各種二次電池が挙げられる。

バッテリコントローラ１６０は、組電池１００の各種情報を取得することにより、組電池１００の状態を監視し、制御するための制御装置である。具体的には、バッテリコントローラ１６０は、図示省略の電圧計からの信号に基づき、組電池１００の端子電圧を取得し、組電池１００が予め設定された上限電圧Ｖ_ＭＡＸを上回らないように、また、下限電圧Ｖ_ＭＩＮを下回らないように、組電池１００の充放電電流を制御する。この他にも、バッテリコントローラ１６０は、図示省略の温度センサ、電流計などを用いて、組電池１００の温度、および充放電電流値の計測を行い、これらに基づいて組電池１００の制御を行う。

さらに、バッテリコントローラ１６０は、通信線１６１を介して、充電制御装置２０４と互いに通信可能となっており、充電制御装置２０４に二次電池システム１を起動するための信号を送信する。そして、これにより、充電制御装置２０４から電源２０７に電力供給指令がなされ、後述するプラス側強電リレー１２０のコイル１２１、およびマイナス側強電リレー１３０のコイル１３１に、電源２０７から電力が供給され、これらプラス側強電リレー１２０、およびマイナス側強電リレー１３０がオンとなり、組電池１００からの電力が、強電ハーネス２０５，２０６を介して、インバータ２０１および車両駆動用モータ２０２に供給されることとなる。また、回生制御の際には、組電池１００に対して回生充電が行われることとなる。

プラス側強電リレー１２０は、コイル１２１と、ａ接点１２２とを備え、図１に示すように、コイル１２１は、電源線１２３，１２４を介して、電源２０７と電気的に接続されており、コイル１２１に電源２０７から電力が供給されることにより、コイル１２１は励磁するようになっている。そして、コイル１２１の励磁に応じて、ａ接点１２２が開閉可能となっている。具体的には、電源２０７からの電力が、電源線１２３，１２４を介して、コイル１２１に供給されることにより、ａ接点１２２は閉じられ、プラス側強電リレー１２０はオンとなり、組電池１０１のプラス端子と、インバータ２０１とが電気的に接続されることとなる。一方、電源２０７からの電力の供給がストップすると、ａ接点１２２が開放され、プラス側強電リレー１２０はオフとなり、組電池１０１のプラス端子と、インバータ２０１との接続が遮断されることとなる。

また、マイナス側強電リレー１３０は、コイル１３１と、ａ接点１３２とを備え、図１に示すように、コイル１３１は、電源線１３３，１３４を介して、電源２０７と電気的に接続されており、コイル１３１に電源２０７からの電力が供給されることにより、コイル１３１は励磁するようになっている。そして、コイル１３１の励磁に応じて、ａ接点１３２が開閉可能となっている。

なお、コイル１３１と電源２０７とを接続するための電源線１３３，１３４のうち、電源線１３４には、分岐回路リレー１４０が挿入されている。そのため、マイナス側強電リレー１３０は、電源２０７からの電力の供給の有無に加えて、分岐回路リレー１４０のオン／オフ状態により、そのオン／オフが制御されるようになっている。具体的には、分岐回路リレー１４０がオンしている状態において、電源２０７からの電力が、電源線１３３，１３４を介して、コイル１２１に供給されることにより、ａ接点１２２は閉じられ、プラス側強電リレー１２０はオンとなり、組電池１０１のマイナス端子と、インバータ２０１とが電気的に接続されることとなる。一方、分岐回路リレー１４０がオフした場合、または、電源２０７からの電力の供給がストップした場合には、ａ接点１２２が開放され、プラス側強電リレー１２０はオフとなり、組電池１０１のプラス端子と、インバータ２０１との接続が遮断されることとなる。

そして、プラス側強電リレー１２０およびマイナス側強電リレー１３０が、ともにオンすることにより、組電池１００からの電力が、強電ハーネス２０５，２０６を介して、インバータ２０１および車両駆動用モータ２０２に供給されることとなる。また、回生制御の際には、組電池１００に対して回生充電が行われることとなる。一方、プラス側強電リレー１２０またはマイナス側強電リレー１３０のいずれかがオフとなることにより、組電池１００と、インバータ２０１および車両駆動用モータ２０２との間の電力の供給が遮断されることとなる。

分岐回路リレー１４０は、コイル１４１と、ａ接点１４２とを備え、図１に示すように、コイル１４１は、接続線１４３，１４４を介して、組電池１００と電気的に接続されており、コイル１４１に組電池１００から電力が供給されることにより、コイル１４１は励磁するようになっている。そして、コイル１４１の励磁に応じて、ａ接点１４２が開閉可能となっている。なお、コイル１４１と組電池１００とを接続する接続線１４３，１４４のうち、接続線１４４には、抵抗１５０が挿入されている。すなわち、組電池１００からコイル１４１に供給される電力は、抵抗１５０により制限されている。

ここで、本実施形態では、抵抗１５０の抵抗値を、組電池１００の起電力が予め設定された下限電圧Ｖ_ＭＩＮを下回った場合に、分岐回路リレー１４０のコイル１４１に供給される電力が不十分となり、その結果として、分岐回路リレー１４０のａ接点１４２が開放されることとなるような抵抗値に設定する。抵抗１５０の抵抗値をこのような値に設定することにより、組電池１００の起電力が予め設定された下限電圧Ｖ_ＭＩＮ以上である場合、すなわち、通常動作時には、コイル１４１に供給される電力が十分であるため、ａ接点１４２は閉じられ、分岐回路リレー１４０はオンとなる。その一方で、組電池１００の起電力が予め設定された下限電圧Ｖ_ＭＩＮを下回った場合には、コイル１４１に供給される電力が不十分となり、ａ接点１４２が開放され、分岐回路リレー１４０はオフとなる。

そして、これにより、組電池１００の起電力が予め設定された下限電圧Ｖ_ＭＩＮ以上である場合には、分岐回路リレー１４０がオンとなり、電源２０７からの電力がマイナス側強電リレー１３０のコイル１３１に供給され、マイナス側強電リレー１３０はオンとなることとなる。また、電源２０７からの電力は、プラス側強電リレー１２０のコイル１２１にも供給されるため、プラス側強電リレー１２０もオンとなる。そのため、組電池１００の起電力が予め設定された下限電圧Ｖ_ＭＩＮ以上である場合には、組電池１００からの電力が、強電ハーネス２０５，２０６を介して、インバータ２０１および車両駆動用モータ２０２に供給されることとなる。また、回生制御の際には、組電池１００に対して回生充電が行われることとなる。

その一方で、組電池１００の起電力が予め設定された下限電圧Ｖ_ＭＩＮを下回った場合には、分岐回路リレー１４０はオフとなり、電源２０７からのマイナス側強電リレー１３０のコイル１３１への電力の供給が遮断されることとなる。そのため、組電池１００の起電力が予め設定された下限電圧Ｖ_ＭＩＮを下回った場合には、組電池１００と、インバータ２０１および車両駆動用モータ２０２との間の電力の供給が遮断されることとなる。

なお、組電池１００の起電力が予め設定された下限電圧Ｖ_ＭＩＮを下回る場合としては、たとえば、組電池１００が長期間使用されておらず、そのため、組電池１００が自己放電したり、バッテリコントローラなどの組電池１００からの電源の供給を受けているユニットの暗電流などで電力が消費された場合などが挙げられる。

本実施形態によれば、分岐回路リレー１４０を、マイナス側強電リレー１３０と、マイナス側強電リレー１３０に電力を供給するための電源２０７とを接続する電源線１３４の間に挿入するとともに、分岐回路リレー１４０を、組電池１００の起電力が予め設定された下限電圧Ｖ_ＭＩＮを下回った場合にオフとなるように制御するものである。そして、これにより、電源２０７からのマイナス側強電リレー１３０への電力の供給を遮断し、マイナス側強電リレー１３０をオフとすることで、組電池１００と、インバータ２０１および車両駆動用モータ２０２との間の電力の供給を遮断するものである。そのため、組電池１００の起電力が予め設定された下限電圧Ｖ_ＭＩＮを下回った場合に、組電池１００と、インバータ２０１および車両駆動用モータ２０２との間の電力の供給を確実に遮断することが可能となる。そして、これにより、組電池１００の過放電を適切に防止することができ、過放電状態に起因する性能劣化を有効に防止することができる。また、組電池１００が、長期間使用されていないことにより、過放電状態となってしまった場合でも、過放電状態において充放電が行われることに起因する組電池１００の性能劣化を、有効に防止することも可能となる。

特に、本実施形態のように、マイナス側強電リレー１３０が組電池１００以外の電源である電源２０７により動作するものである場合であっても、マイナス側強電リレー１３０のオン／オフを制御するための分岐回路リレー１４０が組電池１００により駆動されるものであるため、組電池１００の起電力が予め設定された下限電圧Ｖ_ＭＩＮを下回った場合には、マイナス側強電リレー１３０をオンすることができず、そのため、組電池１００と、インバータ２０１および車両駆動用モータ２０２との間の電力の供給を確実に遮断することができるものである。

また、本実施形態によれば、分岐回路リレー１４０を、組電池１００の起電力により駆動されるものとし、かつ、分岐回路リレー１４０を組電池１００とともに、電池ケースに収容している。そのため、組電池１００の起電力が予め設定された下限電圧Ｖ_ＭＩＮを下回った場合には、電池ケースを分解しない限り、分岐回路リレー１４０をオンとすることができず、これにより、分岐回路リレー１４０が組電池１００以外の電源によりオンされることを有効に防止することができ、組電池１００の過放電を適切に防止することが可能となる。

加えて、本実施形態によれば、比較的に小さい電流で駆動する分岐回路リレー１４０を用いて上記制御を行うものであるため、二次電池システム１全体の小型化および簡略化を可能としながら、組電池１００の過放電を適切に防止することができる。

《第２実施形態》
次いで、本発明の第２実施形態について説明する。
図２は、第２実施形態に係る強電システムの回路構成図である。図２に示すように、第２実施形態に係る強電システムにおいては、二次電池システム１ａに備えられた分岐回路リレー１４０が、バッテリコントローラ１６０と充電制御装置２０４とが互いに通信するための通信線１６１に挿入された構成となっている。そして、第２実施形態に係る強電システムは、分岐回路リレー１４０が、マイナス側強電リレー１３０と電源２０７とを接続する電源線１３４ではなく、バッテリコントローラ１６０と充電制御装置２０４とが互いに通信するための通信線１６１に挿入されている以外は、第１実施形態に係る強電システムと同様の構成を有し、同様に動作するものである。

第２実施形態においては、分岐回路リレー１４０は、第１実施形態と同様に、コイル１４１と、ａ接点１４２とを備え、図２に示すように、コイル１４１は、接続線１４３，１４４を介して、組電池１００と電気的に接続されており、コイル１４１に組電池１００からの電力が供給されることにより、コイル１４１は励磁するようになっている。そして、コイル１４１の励磁に応じて、ａ接点１４２が開閉可能となっている。また、接続線１４３，１４４のうち、接続線１４４には、抵抗１５０が配置されており、この抵抗１５０は、第１実施形態と同様に、組電池１００の起電力が予め設定された下限電圧Ｖ_ＭＩＮを下回った場合に、コイル１４１に供給される電力が不十分となり、その結果として、ａ接点１４２が開放されることとなるような抵抗値に設定されている。

そして、本実施形態では、組電池１００の起電力が予め設定された下限電圧Ｖ_ＭＩＮ以上である場合には、分岐回路リレー１４０がオンとなり、バッテリコントローラ１６０と充電制御装置２０４とが、通信線１６１により接続された状態となって、バッテリコントローラ１６０と充電制御装置２０４へ二次電池システム１を起動するための信号が送信される。そして、これに基づいて、充電制御装置２０４から電源２０７に電力供給指令がなされ、プラス側強電リレー１２０のコイル１２１、およびマイナス側強電リレー１３０のコイル１３１に、電源２０７から電力が供給され、これらプラス側強電リレー１２０、およびマイナス側強電リレー１３０がオンとなり、組電池１００からの電力が、強電ハーネス２０５，２０６を介して、インバータ２０１および車両駆動用モータ２０２に供給されることとなる。また、回生制御の際には、組電池１００に対して回生充電が行われることとなる。

その一方で、組電池１００の起電力が予め設定された下限電圧Ｖ_ＭＩＮを下回った場合には、分岐回路リレー１４０はオフとなり、バッテリコントローラ１６０と充電制御装置２０４との間の通信が遮断されることとなり、これにより、バッテリコントローラ１６０からの二次電池システム１を起動するための信号が、電制御装置２０４へ送信されない状態となる。そして、その結果として、充電制御装置２０４から電源２０７への電力供給指令も行われなくなり、プラス側強電リレー１２０のコイル１２１、およびマイナス側強電リレー１３０のコイル１３１のいずれにも、電源２０７からの電力が供給されない状態となり、これらプラス側強電リレー１２０、およびマイナス側強電リレー１３０がオフとなる。そのため、組電池１００の起電力が予め設定された下限電圧Ｖ_ＭＩＮを下回った場合には、組電池１００と、インバータ２０１および車両駆動用モータ２０２との間の電力の供給が遮断されることとなる。

第２実施形態においては、分岐回路リレー１４０を、バッテリコントローラ１６０と充電制御装置２０４とが互いに通信するための通信線１６１の間に挿入するとともに、分岐回路リレー１４０を、組電池１００の起電力が予め設定された下限電圧Ｖ_ＭＩＮを下回った場合にオフとなるように制御する。そして、これにより、バッテリコントローラ１６０からの二次電池システム１を起動するための信号が、電制御装置２０４へ送信されず、電源２０７からのプラス側強電リレー１２０およびマイナス側強電リレー１３０への電力の供給を遮断し、プラス側強電リレー１２０およびマイナス側強電リレー１３０をオフとし、組電池１００と、インバータ２０１および車両駆動用モータ２０２との間の電気的な接続を遮断するものである。そのため、組電池１００の起電力が予め設定された下限電圧Ｖ_ＭＩＮを下回った場合に、組電池１００と、インバータ２０１および車両駆動用モータ２０２との間の電気的な接続を確実に遮断することが可能となる。そして、これにより、第２実施形態によれば、上述の第１実施形態と同様に、組電池１００の過放電を適切に防止することができ、過放電状態に起因する性能劣化を有効に防止することができる。また、組電池１００が過放電状態となってしまった場合でも、過放電状態において充放電が行われることに起因する、組電池１００の性能劣化を有効に防止することも可能となる。

さらに、第２実施形態によれば、上述の第１実施形態と同様に、比較的に小さい電流で駆動する分岐回路リレー１４０を用いて上記制御を行うものであるため、二次電池システム１全体の小型化および簡略化を可能としながら、組電池１００の過放電を適切に防止することができる。

なお、上述した実施形態において、マイナス側強電リレー１３０は本発明の第１リレーに、分岐回路リレー１４０は本発明の第２リレーに、それぞれ相当する。

以上、本発明の実施形態について説明したが、これらの実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

１…二次電池システム
１００…組電池
１２０…プラス側強電リレー
１３０…マイナス側強電リレー
１４０…分岐回路リレー
１５０…抵抗
１６０…バッテリコントローラ
２０１…インバータ
２０２…車両駆動用モータ
２０４…充電制御装置
２０７…電源

Claims (7)

1. 電源からの電力の供給に応じてオン／オフすることにより、二次電池と外部回路との間の電気的な接続を制御する第１リレーと、
   前記二次電池の起電力に応じてオン／オフすることにより、前記電源からの前記第１リレーへの電力の供給を制御する第２リレーと、
   前記二次電池と前記第２リレーとの間に接続され、前記二次電池の起電力が予め定められた前記二次電池の作動電圧範囲を下回った場合に、前記第２リレーがオフするよう設定された抵抗と、
   を備えることを特徴とする二次電池の制御装置。
2. 前記第２リレーは、前記二次電池と電気的に接続されたリレーコイルと、前記二次電池の起電力に応じて前記リレーコイルが励磁されることにより閉じるリレー接点と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の二次電池の制御装置。
3. 前記第２リレーがオフした場合に、前記第１リレーはオフし、
   前記第１リレーがオフすることで、前記二次電池と前記外部回路との間における電力の供給が遮断されることを特徴とする請求項１または２に記載の二次電池の制御装置。
4. 前記第１リレーは、前記第２リレーを介して、前記第１リレーをオン／オフするための電力を供給する前記電源と電気的に接続されており、
   前記第２リレーがオフした場合に、前記電源からの電力の供給が遮断されることにより、前記第１リレーはオフすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の二次電池の制御装置。
5. 前記第１リレーは、前記第２リレーを介して前記電源と電気的に接続されるリレーコイルと、前記電源からの電力に応じて前記リレーコイルが励磁されることにより閉じるリレー接点と、を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の二次電池の制御装置。
6. 前記第２リレーは、前記二次電池の起動を制御するための信号を送信するための信号線に設けられており、
   前記第２リレーがオフした場合に、前記二次電池の起動を制御するための信号の送信が遮断されることにより、前記第１リレーはオフすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の二次電池の制御装置。
7. 前記第２リレーは、前記二次電池を覆う外装部材により、前記二次電池とともに覆われた状態で設置される請求項１〜６のいずれかに記載の二次電池の制御装置。

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