JP2014127386A - 電池装置、組電池システム及び電気推進車両 - Google Patents

Abstract

【課題】電池の直列体に付随して設けられる配線数を低減する。
【解決手段】電池容器２と、電池容器２内に収容された電池１と、電池容器２内に設けられ、電池１について少なくとも電圧及び温度を検知する検知部３１と、電池容器２内に設けられ、検知部３１によって検知された情報をデータとして電池容器２の外部へ送信する無線通信部３２と、電池１を電源として、検知部３１及び無線通信部３２に電力を供給する電源回路部３３とを備えた電池装置１０とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、組電池として使用される電池装置並びに、これを含む組電池システム及び電気推進車両に関する。

例えば自動車の分野においては、近年、ハイブリッド車（ＨＥＶ）や電気自動車（ＥＶ）の普及が進んでいる。これらの自動車では、電源として、多数の電池（セル）を直列接続したストリングをさらに多数、並列に接続して成るバッテリが使用されている。
多数の電池が直列に接続されたストリングに本来の放電性能を発揮させるには、個々の電池の電圧や温度を監視し、各電池の能力に偏りが無いような状態で使用することが必要である（例えば、特許文献１参照。）。

例えば図７は、複数の電池１の直列体であるストリングＳに対して、各電池１の両端電圧を電圧測定部１０１にて測定する組電池システムの構成図である。また、各電池１の温度を温度センサ１０２によって検知し、検知信号に基づいて温度測定部１０３によりそれぞれの温度を測定する。信号を受け取った電圧測定部１０１及び温度測定部１０３は、管理部１０４に対して、測定結果を出力する。

特開２００５−３１８７５０号公報

しかしながら、図７に示す組電池システムの構成では、各電池１と電圧測定部１０１とを繋ぐ接続線１０５の本数が多くなる。同様に、各温度センサ１０２と、温度測定部１０３とを繋ぐ接続線１０６の本数が多くなる。電池１の数が数百にもなると、これらの接続線１０５，１０６の本数は、極めて多くなる。このような多くの接続線１０５，１０６を全て繋ぎ込むことにより全体の配線を構成するには、配線作業に多くの時間と労力を要する。また、配線の束を引き回すスペースも必要となる。

かかる従来の問題点に鑑み、本発明は、電池の直列体に付随して設けられる配線数を低減することを目的とする。

（１）本発明の電池装置は、電池容器と、前記電池容器内に収容された電池と、前記電池容器内に設けられ、前記電池について、少なくとも電圧及び温度を検知する検知部と、前記電池容器内に設けられ、前記検知部によって検知された情報をデータとして前記電池容器の外部へ送信する通信部と、前記電池を電源として、前記検知部及び前記通信部に電力を供給する電源回路部とを備えたものである。

上記のように構成された電池装置では、電池容器に入っている電池についての電圧や温度の情報が配線によって信号として引き出されるのではなく、データとして通信部から外部へ送信される。従って、この電池装置の集合体としての組電池を構成した場合、各電池装置の情報を外部へ伝送するための多数の配線が不要となる。

（２）また、上記（１）の電池装置において、通信部は無線通信部であり、電池容器を通して外部へデータを無線送信するようにしてもよい。
この場合、無線送信により、内部の配線も最小限で済む。

（３）また、上記（１）の電池装置において、通信部は有線通信部であり、電池の電極及び複数の当該電池装置間を繋ぐ配線導体を利用して外部へデータを有線送信するようにしてもよい。
この場合、有線送信のための配線を別途用意せずに、電極及びこれに接続される導体を利用して有線送信を行うことができる。

（４）また、上記（２）の電池装置において、電池容器は少なくとも一部に、電波を通すための部位を有することが好ましい。
この場合、無線送信の電波が容易に当該部位を通り抜けるので、良好な無線通信が可能となる。

（５）また、上記（１）〜（４）のいずれかの電池装置において、電池は、溶融塩電池であってもよい。
溶融塩電池は、温度管理が重要であるが、電池容器の中に温度を検知する検知部を内蔵することにより、正確な温度検知が可能となる。

（６）一方、本発明の組電池システムは、上記（１）〜（５）のいずれかの電池装置を複数個集合させて構成した組電池と、全ての電池装置についてデータを取得する管理部とを備えている。
このような組電池システムでは、煩雑な配線が無くとも、管理部が一括して全ての電池装置のデータを取得することができる。

（７）また、本発明の電気推進車両は、上記（６）の組電池システムを電源装置として搭載したものである。
電気自動車等の電気推進車両は、非常に多くの電池の集合体を搭載するのが、個々の電池が電池装置として電圧や温度のデータを送信してくることにより、管理が容易になる。

本発明によれば、電池の直列体に付随して設けられる配線数を低減することができる。

本発明の第１実施形態に係る電池装置の断面図である。 図１の電池装置を含んで構成される組電池システムの一例を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る電池装置の断面図である。 図３の電池装置を含んで構成される組電池システムの一例を示す図である。 本発明の第３実施形態に係る電池装置の断面図である。 図２又は図４に示した組電池システムを電源装置として搭載した電気自動車を示す図である。 複数の電池の直列体であるストリングに対して、各電池の両端電圧を電圧測定部にて測定する、従来の組電池システムの構成図である。

図１は、本発明の第１実施形態に係る電池装置の断面図である。図において、電池装置１０は、電池容器２内に、電池１を収容している。電池１の種類は特に限定されないが、代表的には、溶融塩電池、リチウムイオン電池等の二次電池である。ここでは仮に、溶融塩電池とする。電池容器２は、例えばアルミニウム合金製であり、上部の一部に樹脂製のカバー２ａが設けられている。なお、カバー２ａは電波の透過性を確保するためのものであって、材質及び、これを設ける部位や大きさは、この例に限定されない。例えば電池容器２全体が樹脂製であってもよい。この例では、電池容器２のアルミニウム合金の内壁面には、絶縁コーティングが施されている。また、電池容器２を貫通する電極１ｐ、１ｎとそのまわりの電池容器２とは、絶縁が確保されている。

溶融塩電池は、電解質として例えばＮａＦＳＡ（ナトリウム・ビスフルオロスルフォニルアミド）５６ｍｏｌ％と、ＫＦＳＡ（カリウム・ビスフルオロスルフォニルアミド）４４ｍｏｌ％との混合物を用いる。この混合物である溶融塩の融点は５７℃である。融点以上の温度では、溶融塩は溶融し、高濃度のイオンが溶解した電解液１ｓとなる。また、この溶融塩は不燃性である。この溶融塩電池の動作温度領域は５７℃〜１９０℃であるが、安定的動作のためには、９０℃程度が望ましい。

なお、溶融塩としては、上記の他、ＮａＦＳＡと、ＬｉＦＳＡ、ＫＦＳＡ、ＲｂＦＳＡ又はＣｓＦＳＡとの混合物も好適である。また、有機カチオン等よりなる他の塩を混合する場合もあり、一般には、溶融塩は、（ａ）ＮａＦＳＡを含む混合物、（ｂ）ＮａＴＦＳＡを含む混合物、（ｃ）ＮａＦＴＡを含む混合物、が適する。また、（ａ）〜（ｃ）のうち２以上を混合することも可能である。これらの場合、各混合物の溶融塩は、比較的低融点となるので、少ない加熱で高濃度のイオンが溶解した状態を実現し、溶融塩電池を作動させることができる。

電池１は、図示しないが、例えば、正極、電解液を含むセパレータ、負極、セパレータ、正極の順に複数層に繰り返し重ね合わせられる。また、各正極をまとめる電極１ｐ、及び、各負極をまとめる電極１ｎがそれぞれ設けられ、上端部が電池容器２の外部へ突出している。

電解液１ｓの無い電池容器２内の上部空間には、電池状態観測装置３が、電池容器２に支持された状態で取り付けられている。電池状態観測装置３は、例えばプリント基板及びこれに実装された電子回路を、丸ごと樹脂モールドしたものである。電池状態観測装置３は、検知部３１と、無線通信部３２と、電源回路部３３とを備えている。電源回路部３３は、電極１ｐ−１ｎ間の電圧及び、これに基づいて所望の電圧（ＤＣ及びＡＣ）を作り出し、検知部３１及び無線通信部３２に提供する。また、検知部３１と、無線通信部３２と、電源回路部３３とは、それぞれ、専用のＩＣで構成されていてもよい。

検知部３１は、電池１について、電圧及び温度を検知する。なお、温度は、例えば電池容器２内の温度が電池１の温度であるとして検知することができる。無線通信部３２は、検知部３１によって検知された情報（電圧、温度）をデータとして電池容器２の外部へ無線送信する。このような無線通信は、例えばBluetooth（登録商標）規格に準拠したものを使用することができる。無線通信部３２が送信する電波は、樹脂製のカバー２ａを通り抜け、外部へ送信される。なお、検知部３１は、電流センサ機能を備えて充放電電流を検知し、ＳＯＣ（State of Charge）を計算するようにしてもよい。さらに、検知部３１は、メモリ、演算部（ＣＰＵ）で構成し、充放電回数、容量変化の履歴を記録し、電池寿命、電池の健康状態ＳＯＨ（State of Health）等、種々の情報を演算するようにしてもよい。

図２は、上記の電池装置１０を含んで構成される組電池システム３０の一例を示す図である。例えば、図１に示した電池装置１０の電池１を複数個（この例では８個）互いに直列に接続して１ストリングＳを構成する。なお、これはあくまで説明上の簡易な例であり、実際には必要な電圧に応じた数の電池１が接続され、また、必要な出力電流に応じた数のストリングＳが用意され、互いに並列に接続される。

組電池システム３０の一部として設けられる管理部（ＢＭＳ：Battery Management System）２０は、無線通信部２１を搭載している。従って、各電池装置１０は、管理部２０との間で通信することができる。電池状態観測装置３内の無線通信部３２（図１）は、電圧及び温度の情報を、電池装置１０ごとの識別符号と共に送信する。また、送信は、管理部２０からの無線通信による指示で、電池装置１０ごとに異なるタイミングで行われる。従って、管理部２０に対して同時に２以上の電池状態観測装置３からデータが送信されることはなく、管理部２０は、電池状態観測装置３ごとにデータを受信し、識別符号により、どの電池状態観測装置３からのデータかを認識することができる。

なお、上記のように電池装置１０ごとに異なるタイミングで送信する時分割方式の他、電池装置１０ごとに異なる周波数を用いる周波数多重方式を採用してもよい。

上記のように構成された電池装置１０では、電池容器２に入っている電池１についての電圧や温度の情報が配線によって信号として引き出されるのではなく、データとして無線通信部３２から外部へ（管理部２０へ）送信される。従って、この電池装置１０の集合体としての組電池（複数のストリングＳ）を構成した場合、各電池装置１０の情報を外部へ伝送するための多数の配線が不要となる。また、無線送信により、電池状態観測装置３の内部の配線も最小限で済む。

溶融塩電池は、電解質の溶融塩を溶融させ、また、動作に適した温度に保持するために温度管理が必要であるが、上記の電池装置１０によれば、温度及び電圧の情報が個々の電池装置１０から送られてくるため、温度管理が容易になる。特に、電池容器２の内部で温度検知が行われることにより、正確な温度検知が可能となるので、溶融塩電池の温度管理には特に好適である。

図３は、本発明の第２実施形態に係る電池装置１０の断面図である。図１との違いは、図１の無線通信部３２に代えて、有線通信部３４を用いている点であり、信号注入のためのカプラ３５を備える。有線通信部３４は、例えば電力線通信用モデム（ＰＬＣモデム）の機能を有し、上記データを、電力線通信の信号に変えて、電極１ｎ及びこれに接続され、複数の電池装置１０間を繋ぐバスバー等配線導体（図示せず。）に重畳させる。なお、この第２実施形態の場合は、無線通信を行わないので、電波を通す目的で、電池容器２に樹脂等の部位を設ける必要は無い。

図４は、図３の電池装置１０を含んで構成される組電池システム３０の一例を示す図である。図２との違いは、電池装置１０ごとにカプラ３５が設けられている点、及び、管理部２０は有線通信部２２を有し、これが、カプラ２３と接続されている点である。

管理部２０は、電力線通信により、各電池装置１０との間で通信することができる。電池状態観測装置３内の有線通信部３４（図３）は、電圧及び温度の情報を、電池装置１０ごとの識別符号と共に送信する。また、送信は、管理部２０からの有線通信による指示で、電池装置１０ごとに異なるタイミングで行われる。従って、管理部２０に対して同時に２以上の電池状態観測装置３からデータが送信されることはなく、管理部２０は、電池状態観測装置３ごとにデータを受信し、識別符号により、どの電池状態観測装置３からのデータかを認識することができる。

図５は、本発明の第３実施形態に係る電池装置の断面図である。図１との違いは、電池状態観測装置３内に、保護装置３６を備えている点である。保護装置３６は例えば直列の電池間の容量調整、過熱防止、過電圧防止のための回路を備えている。保護装置３６は、電源回路部３３から必要な電圧の供給を受ける。また、保護装置３６は、検知部３１から電圧及び温度の情報を得ることができ、無線通信部３２とも繋がっている。

このような保護装置３６は、無線通信部３２を介して、管理装置２０の指示により動作する。すなわち、管理装置２０は、煩雑な配線が無くても、各電池装置１０を、保護の面からも、管理下に置くことができる。
なお、無線通信部３２に代えて有線通信部を用いてもよいことは言うまでもない。

図６は、図２又は図４に示した組電池システム３０を電源装置として搭載した電気自動車を示す図である。すなわち、電気自動車２００は、組電池システム３０から電力の供給を受けて、駆動装置２０２を介して、走行用のモータ２０１を駆動する。
電気自動車は、非常に多くの電池の集合体を搭載するが、上記のような組電池システム３０を搭載することにより、個々の電池が電池装置１０として電圧や温度のデータを送信してくるので、管理が容易である。

なお、図６は電気自動車２００を示したが、その他、フォークリフトや作業車等の産業用車両、電動カート等、種々の電気推進車両に上記のような組電池システム３０を電源装置として搭載することができる。

なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１ 電池
１ｐ，１ｎ 電極
２ 電池容器
２ａ カバー（電波を通すための部位）
１０ 電池装置
２０ 管理部
３０ 組電池システム
３１ 検知部
３２ 無線通信部
３３ 電源回路部
３４ 有線通信部
２００ 電気自動車（電気推進車両）

Claims (7)

1. 電池容器と、
   前記電池容器内に収容された電池と、
   前記電池容器内に設けられ、前記電池について、少なくとも電圧及び温度を検知する検知部と、
   前記電池容器内に設けられ、前記検知部によって検知された情報をデータとして前記電池容器の外部へ送信する通信部と、
   前記電池を電源として、前記検知部及び前記通信部に電力を供給する電源回路部と
   を備えている電池装置。
2. 前記通信部は無線通信部であり、前記電池容器を通して外部へ前記データを無線送信する請求項１に記載の電池装置。
3. 前記通信部は有線通信部であり、前記電池の電極及び複数の当該電池装置間を繋ぐ配線導体を利用して外部へ前記データを有線送信する請求項１に記載の電池装置。
4. 前記電池容器は少なくとも一部に、電波を通すための部位を有する請求項２に記載の電池装置。
5. 前記電池は、溶融塩電池である請求項１〜４のいずれか１項に記載の電池装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の電池装置を複数個集合させて構成した組電池と、全ての前記電池装置について前記データを取得する管理部と、を備えている組電池システム。
7. 請求項６の組電池システムを電源装置として搭載する電気推進車両。

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