JP2012221844A - 組電池を内蔵した電池ブロックおよび蓄電装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 車載用蓄電装置は、金属製のケーシング110、金属製ケーシング110内に収納された複数本のリチウムイオン電池セル140、および電気エネルギを持たないダミーセル141を有する電池ブロック100a,100bと、電子部品が実装され複数のリチウムイオン電池セル140の物理状態を監視する制御装置900とを備えている。
【選択図】図6
Description
本発明の車載用蓄電装置は、上記電池ブロックと、蓄電セルのセル状態を監視する制御装置とを備えることを特徴とする。
車載電機システムは、モータジェネレータ10、インバータ装置20、車両全体を制御する車両コントローラ30、および車載電源装置を構成する蓄電装置1000等を備える。蓄電装置1000は、複数の蓄電池を備えており、例えば、複数のリチウムイオン電池セルを備えたリチウムイオンバッテリ装置として構成される。
モータジェネレータ10は、三相交流同期機である。モータジェネレータ10は、車両の力行時および内燃機関であるエンジンを始動する時など、回転動力が必要な運転モードでは、モータ駆動し、発生した回転動力を車輪およびエンジンなどの被駆動体に供給する。この場合、車載電機システムは、モータジェネレータ10に、リチウムイオンバッテリ装置1000から電力変換装置であるインバータ装置20を介して、直流電力を三相交流電力に変換して供給する。
インバータ装置20は、前述した電力変換、すなわち直流電力から三相交流電力への変換、および三相交流電力から直流電力への変換をスイッチング半導体素子の作動(オン・オフ)によって制御する電子回路装置である。インバータ装置20は、パワーモジュール21、ドライバ回路22、モータコントローラ23を備えている。
モータコントローラ23は、パワーモジュール21を構成する6つのスイッチング半導体素子のスイッチング動作を制御するための電子回路装置である。モータコントローラ23は、上位制御装置、例えば車両全体を制御する車両コントローラ30から出力されたトルク指令に基づいて、6つのスイッチング半導体素子に対するスイッチング動作指令信号(例えばPWM(パルス幅変調信号))を生成する。この生成された指令信号はドライバ回路22に出力される。
図5に示すように、各電池ブロック100a、100bは、ケーシング110と、ケーシング内に収納した組電池120を備える。各組電池120は、複数のリチウムイオン電池セル140を電気的に直列に接続した接続体である。各電池ブロックの構成については後述する。
制御装置900は、上位(親)に相当するバッテリコントローラ300および下位(子)に相当するセルコントローラ200から構成されている。
次に、図2〜図10を用いて、リチウムイオンバッテリ装置1000の構成について説明する。
以下、電池モジュール100の構成について説明する。
上述したように、電池モジュール100は、高電位側電池ブロック100aおよび低電位側電池ブロック100bから構成され、二つの電池ブロック100a、100bは、電気的に直列に接続されている。なお、高電位側電池ブロック100aと低電位側電池ブロック100bは、内部に収納される後述するダミーセル141及びバスバー500を除き、全く同じ構成を有している。
組電池120はリチウムイオン電池セル140の集合体(リチウムイオン電池セル群)である。複数のリチウムイオン電池セル140は、ケーシング110の内部に形成された収納室に整列して収納されていると共に、短手方向から側板130、131により挟持され、バスバーと呼ばれる複数の導電部材との接合によって電気的に直列に接続されている。この実施形態では、図5および図6に示すように、第1バスバー500aと第2バスバー500bを使用している。高電位側電池ブロック100aでは、ダミーセル141の本数や配置位置に応じて、バスバー500bの形状は適切に設計する必要があるが、複数本の正規のリチウムイオン電池セル140を直列接続できれば、バスバー500bの形状や構造は限定されない。
図6に示すように、高電位電池ブロック100aでは、上段に正規のリチウムイオン電池セル140が3個、ダミーセル141が5個、下段に正規のリチウムイオン電池セル140が5個、ダミーセル141が3個並んで配置されている。
次に、図5を参照して、組電池120を両側から挟持する側板130、131の構成について詳細に説明する。ここでは、理解を容易にするため、一方の側板130の構成のみを説明するが、他方の側板131も基本的には側板130と同様に構成されている。
次に、制御装置900の構成について図9及び図10を参照して説明する。 図2、図3に示すように、制御装置900は、電池ブロック100の上に載置されている。具体的には、高電位側電池ブロック100a及び低電位側電池ブロック100bの上に跨って載置されている。制御装置900と電池ブロック100は複数のボルトやねじを用いて固定されている。
(1)図11は、ダミーセル141が含まれる電池ブロック100のみから構成される蓄電装置1000の外観図である。電池ブロックの電圧をリチウムイオン電池セル140の本数に応じた電圧に調整することができる。制御装置900は16本分の電池状態を監視するセルコントローラ200とバッテリコントローラ300を備えている。バッテリコントローラ300には、ダミーセルに対応する各種信号ラインや信号ポートの番号を予め設定しておく。このようにすることにより、ダミーセル141の本数によらず、部品を共用できる。
20:インバータ装置
21:パワーモジュール
22:ドライバ回路
23:モータコントローラ
30:車両コントローラ
100:電池モジュール
100a:高電位側電池ブロック
100b:低電位側電池ブロック
101:モジュールベース
110:ケーシング
111:入口流路形成板
112:入口側案内板
113:出口側案内板
114:冷却媒体入口
115:冷却媒体出口
116:冷却媒体入口ダクト
117:冷却媒体出口ダクト
118:出口流路形成板
120:組電池
121:第1電池セル列
122:第2電池セル列
130、131:側板
132:貫通孔
135:正極側接続端子
136:負極側接続端子
140:リチウムイオン電池セル
141:ダミーセル
160:覆い部材(サイドカバー)
200:セルコントローラ
300:バッテリコントローラ
400:ジャンクションボックス
411:正極側メインリレー
412:負極側メインリレー
420:プリチャージ回路
421:プリチャージリレー
422:抵抗
430:電流センサ
500a:第1バスバー
500b:第2バスバー
510:シールリング
550:ターミナルブロック
550a:正極バスバー
550b:負極バスバー
560:カバー
570:正負極の直流電力入出力端子
610:正極側電源ケーブル
620:負極側電源ケーブル
700:SDスイッチ
800:接続線(配線)
810:接続端子
900:制御装置
910:筐体
911:外部接続用コネクタ
912:電圧検出用コネクタ
913:温度検出用コネクタ
915:温度センサ
920:筐体カバー
930:筐体ケース
950:回路基板
1000:リチウムイオンバッテリ装置(蓄電装置)
Claims (11)
- N個の蓄電セルを収容するN個の収容部を有する筐体と、
m(≦N)個の収容部にそれぞれ収容されたm個の蓄電セルと、
前記蓄電セルが収容されていないN−m個の収容部にそれぞれ収容され、電気エネルギを持たないN−m個のダミーセルと、
前記収容部に収容された蓄電セルの電圧を検出するために設けられたN個の蓄電セルの電圧検出線とを備えることを特徴とする電池ブロック。 - 請求項1に記載の電池ブロックにおいて、
前記ダミーセルの寸法、重量が前記蓄電セルと同一であることを特徴とする電池ブロック。 - 請求項1または2に記載の電池ブロックにおいて、
前記蓄電セルは、円筒形状の電池缶と、セパレータを介して正極板と負極板とを軸の周囲に捲回して構成した捲回電極群と、前記電池缶を密閉する封口体と、前記電池缶内に充填された電解液とを有するリチウムイオン二次電池であることを特徴とする電池ブロック。 - 請求項1に記載の電池ブロックにおいて、
前記蓄電セルは、円筒形状の電池缶と、セパレータを介して正極板と負極板とを軸の周囲に捲回して構成した捲回電極群と、前記電池缶を密閉する封口体と、前記電池缶内に充填された電解液とを有し、
前記ダミーセルは、前記蓄電セルと同一の電池缶と、前記蓄電セルと同一の電池缶を封止する封口体と、前記電池缶内に充填された充填材とを有することを特徴とする電池ブロック。 - 請求項1に記載の電池ブロックにおいて、
前記蓄電セルとダミーセルは円筒型であり、前記ダミーセルの円筒径及び円筒高さは円筒形蓄電セルと同一であることを特徴とする電池ブロック。 - 請求項3乃至5のいずれか1項記載の電池ブロックにおいて、
前記筐体は、細長い四角筒状の本体部と、本体部の両側面を覆う一対の側板と、前記一対の側板の外面との間にガス排出流路を形成する覆い部材とを含み、
前記一対の側板には、前記収容部として、前記円筒型蓄電セルおよびダミーセルの両端側の周面をそれぞれ保持する貫通孔がそれぞれ設けられ、前記円筒型蓄電セルおよびダミーセルの両端が前記貫通孔に接着され、前記一対の側板の内側に形成された蓄電セル収容室と前記ガス排出流路とを密閉していることを特徴とする電池ブロック。 - 請求項6記載の電池ブロックにおいて、
前記一対の側板の前記貫通孔の周辺には、前記筐体内で隣接する前記蓄電セルの正負極同士を接続する導体部材が設けられ、前記導体部材は前記蓄電セルの正負極端子と溶接されていることを特徴とする電池ブロック。 - 請求項1〜7のいずれか1項記載の電池ブロックと、
前記蓄電セルのセル状態を監視する制御装置とを備えることを特徴とする車載用蓄電装置。 - 請求項8に記載の車載用蓄電装置において、
前記N個の電圧検出線が前記制御装置に接続されていることを特徴とする車載用蓄電装置。 - 請求項9に記載の車載用蓄電装置において、
前記制御装置は、前記N個の蓄電セルのセル状態を監視するため、前記N個の電圧検出線が接続されたセルコントローラを有し、前記N個の電圧検出線のうち、前記ダミーセルに対応する前記収容部からセルコントローラに入力される電圧検出線のセル状態信号を無効とすることを特徴とする車載用蓄電装置。 - 請求項8乃至10のいずれか1項に記載の車載用蓄電装置において、
前記電池ブロックをJ個設けるとともに、
前記セルコントローラは、J×N個の蓄電セルのセル状態を監視することを特徴とする車載用蓄電装置。
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