JP2015228742A - 蓄電システム - Google Patents
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Abstract
【課題】 電流遮断器に印加される電圧値を低下させる。
【解決手段】 蓄電装置10は、第1充電ラインCHL1および第2充電ラインCHL2を介して充電器31,37と接続されている。第1充電ラインCHL1にはダイオードD3が設けられ、ダイオードD3のカソードは蓄電装置10の正極端子に接続されている。第1充電ラインCHL1および第2充電ラインCHL2にはコンデンサC3が接続されている。ダイオードD3を設けることにより、蓄電装置10からコンデンサC3に放電されないため、コンデンサC3の電圧値が0[V]であるとき、単電池11の電流遮断器11bに蓄電装置10の電圧値が印加されることを防止できる。
【選択図】 図1
【解決手段】 蓄電装置10は、第1充電ラインCHL1および第2充電ラインCHL2を介して充電器31,37と接続されている。第1充電ラインCHL1にはダイオードD3が設けられ、ダイオードD3のカソードは蓄電装置10の正極端子に接続されている。第1充電ラインCHL1および第2充電ラインCHL2にはコンデンサC3が接続されている。ダイオードD3を設けることにより、蓄電装置10からコンデンサC3に放電されないため、コンデンサC3の電圧値が0[V]であるとき、単電池11の電流遮断器11bに蓄電装置10の電圧値が印加されることを防止できる。
【選択図】 図1
Description
本発明は、複数の蓄電素子が直列に接続された蓄電装置を有しており、各蓄電素子が電流遮断器を備えた蓄電システムに関する。
特許文献1では、正極ラインおよび負極ラインの他に、中間ラインを設けることにより、蓄電素子に含まれる電流遮断器が作動したときに、電流遮断器の端子間に印加される電圧を低下させるようにしている。
特許文献1には、車両の外部に配置された電源(外部電源)を用いて組電池を充電することが記載されている。ここで、外部電源を用いて組電池を充電するときにおいて、電流遮断器が作動することにより、電流遮断器の端子間に高電圧が印加されてしまうことがある。
本発明の蓄電システムは、蓄電装置と、充電器からの電力を蓄電装置に供給するための第1充電ラインおよび第2充電ラインとを有する。蓄電装置は、直列に接続された複数の蓄電素子を有しており、各蓄電素子は、蓄電素子の内部の電流経路を遮断する電流遮断器を備えている。第1充電ラインは蓄電装置の正極端子に接続され、第2充電ラインは蓄電装置の負極端子に接続されている。
第1充電ラインおよび第2充電ラインのそれぞれには、充電リレーが設けられている。第1充電ラインにはダイオードが設けられ、ダイオードのカソードは蓄電装置の正極端子に接続されている。第1充電ラインおよび第2充電ラインにはコンデンサが接続され、コンデンサの一端はダイオードのアノードに接続されている。
第1充電ラインにダイオードを設けることにより、電流遮断器が作動している状態において、充電リレーをオフからオンに切り替えたときに、作動状態の電流遮断器に印加される電圧値を低下させることができる。ここで、充電リレーがオフであるとき、コンデンサの電圧値が0[V]となっている。ダイオードを設けていないと、充電リレーをオフからオンに切り替えたときに、作動状態の電流遮断器には、蓄電装置の電圧値およびコンデンサの電圧値の差に相当する電圧値(すなわち、蓄電装置の電圧値)が印加されてしまう。
本発明では、第1充電ラインにダイオードを設けることにより、充電リレーがオフからオンに切り替わっても、蓄電装置からコンデンサへの放電を防止できる。これにより、作動状態の電流遮断器に蓄電装置の電圧値が印加されることを防止できる。なお、ダイオードのカソードは蓄電装置の正極端子に接続されているため、充電器からの電力を蓄電装置に供給して、蓄電装置を充電することができる。
以下、本発明の実施例について説明する。
本発明の実施例1である電池システム(本発明の蓄電システムに相当する)について説明する。図1は、電池システムの構成を示す概略図である。
組電池(本発明の蓄電装置に相当する)10は、直列に接続された複数の単電池(本発明の蓄電素子に相当する)11を有する。単電池11としては、二次電池又は電気二重層キャパシタを用いることができる。組電池10は、2つの電池グループ10A,10Bに分けられている。各電池グループ10A,10Bは、直列に接続された複数の単電池11によって構成されている。
組電池10(電池グループ10A)の正極端子には正極ラインPLが接続され、組電池10(電池グループ10B)の負極端子には負極ラインNLが接続されている。電池グループ10Aおよび電池グループ10Bの間の接続点、言い換えれば、2つの単電池11の間の接続点には、中間ラインCLが接続されている。正極ラインPLにはシステムメインリレーSMR−Bが設けられ、システムメインリレーSMR−Bはオンおよびオフの間で切り替わる。負極ラインNLにはシステムメインリレーSMR−Gが設けられ、システムメインリレーSMR−Gはオンおよびオフの間で切り替わる。
中間ラインCLにはシステムメインリレーSMR−Cが設けられ、システムメインリレーSMR−Cはオンおよびオフの間で切り替わる。システムメインリレーSMR−Cには、抵抗素子RおよびシステムメインリレーSMR−Pが並列に接続されている。抵抗素子RおよびシステムメインリレーSMR−Pは直列に接続されている。システムメインリレーSMR−Pはオンおよびオフの間で切り替わる。
ダイオードD1,D2は、正極ラインPLおよび負極ラインNLの間において直列に接続されている。具体的には、ダイオードD1のカソードが正極ラインPLに接続され、ダイオードD1のアノードがダイオードD2のカソードと接続されている。ダイオードD2のアノードは負極ラインNLに接続されている。また、ダイオードD1,D2の間の接続点には、中間ラインCLが接続されている。
これにより、ダイオードD1は、正極ラインPLおよび中間ラインCLを介して、電池グループ10Aと並列に接続される。また、ダイオードD2は、負極ラインNLおよび中間ラインCLを介して、電池グループ10Bと並列に接続される。
コンデンサC1,C2は、正極ラインPLおよび負極ラインの間において直列に接続されている。具体的には、コンデンサC1の一端が正極ラインPLに接続され、コンデンサC1の他端がコンデンサC2の一端に接続されている。コンデンサC2の他端は負極ラインNLに接続されている。コンデンサC1,C2の間の接続点には、中間ラインCLが接続されている。
これにより、コンデンサC1は、正極ラインPLおよび中間ラインCLを介して、電池グループ10AやダイオードD1と並列に接続される。また、コンデンサC2は、負極ラインNLおよび中間ラインCLを介して、電池グループ10BやダイオードD2と並列に接続される。
組電池10は、正極ラインPLおよび負極ラインNLを介して、昇圧回路21に接続されている。昇圧回路21は、組電池10の出力電圧を昇圧し、昇圧後の電力をインバータ22に出力する。インバータ22は、昇圧回路21から出力された直流電力を交流電力に変換し、交流電力をモータ・ジェネレータ(MG)23に出力する。モータ・ジェネレータ23は、インバータ22からの交流電力を受けて、車両を走行させるための運動エネルギを生成する。
モータ・ジェネレータ23は、車両の制動時に発生する運動エネルギを電気エネルギ(交流電力)に変換し、交流電力をインバータ22に出力する。インバータ22は、モータ・ジェネレータ23からの交流電力を直流電力に変換し、直流電力を昇圧回路21に出力する。昇圧回路21は、インバータ22の出力電圧を降圧し、降圧後の電力を組電池10に出力する。これにより、組電池10は、回生電力を蓄えることができる。
PCU(Power Control Unit)200は、昇圧回路21およびインバータ22を含むユニットであり、PCU200には、ダイオードD1,D2およびコンデンサC1,C2が含まれる。ダイオードD1,D2およびコンデンサC1,C2は、例えば、昇圧回路21の基板上に設けることができる。
エアコン(A/C)24は、正極ラインPLおよび負極ラインNLに接続されており、組電池10からの電力を受けて動作する。DC/DCコンバータ25は、正極ラインPLおよび負極ラインNLに接続されており、組電池10の出力電力がDC/DCコンバータ25に供給される。DC/DCコンバータ25には補機電池26および補機27が接続されており、DC/DCコンバータ25の出力電力が補機電池26や補機27に供給される。
図1に示す電池システムを起動状態にするときには、システムメインリレーSMR−Pがオフからオンに切り替わるとともに、システムメインリレーSMR−B,SMR−Gがオフからオンに切り替わる。コンデンサC1は、電池グループ10Aからの放電電流によって充電されるが、コンデンサC1の充電電流が抵抗素子Rを流れることにより、コンデンサC1に突入電流が流れることを抑制できる。また、コンデンサC2は、電池グループ10Bからの放電電流によって充電されるが、コンデンサC2の充電電流が抵抗素子Rを流れることにより、コンデンサC2に突入電流が流れることを抑制できる。
コンデンサC1,C2を充電した後、システムメインリレーSMR−Cがオフからオンに切り替わるとともに、システムメインリレーSMR−Pがオンからオフに切り替わる。これにより、組電池10および昇圧回路21の接続が完了し、図1に示す電池システムが起動状態となる。なお、システムメインリレーSMR−B,SMR−G、SMR−Cがオンからオフに切り替わることにより、図1に示す電池ステムが停止状態になる。
組電池10の正極端子およびシステムメインリレーSMR−Bの間の正極ラインPLには、第1充電ラインCHL1の一端が接続されている。第1充電ラインCHL1の他端は充電器31に接続されている。第1充電ラインCHL1には充電リレーCHR−Bが設けられており、充電リレーCHR−Bはオンおよびオフの間で切り替わる。充電リレーCHR−Bおよび充電器31の間の第1充電ラインCHL1には、ダイオードD3が設けられている。ここで、ダイオードD3のカソードは、充電リレーCHR−B(言い換えれば、組電池10の正極端子)に接続されている。
組電池10の負極端子およびシステムメインリレーSMR−Gの間の負極ラインNLには、第2充電ラインCHL2の一端が接続されている。第2充電ラインCHL2の他端は充電器31に接続されている。第2充電ラインCHL2には充電リレーCHR−Gが設けられており、充電リレーCHR−Gはオンおよびオフの間で切り替わる。
第1充電ラインCHL1および第2充電ラインCHL2には、ツェナーダイオードD4が接続されている。具体的には、ツェナーダイオードD4のカソードは、ダイオードD3のアノードと接続されている。ツェナーダイオードD4のアノードは、充電リレーCHR−Gおよび充電器31の間の第2充電ラインCHL2に接続されている。一方、第1充電ラインCHL1および第2充電ラインCHL2には、コンデンサC3が接続されている。
充電器31は、インレット32に接続されており、インレット32には、充電プラグ33を接続することができる。充電プラグ33は交流電源(例えば、商用電源)34と接続されている。充電プラグ33をインレット32に接続したとき、充電器31は、交流電源34から出力された交流電力を直流電力に変換し、直流電力を組電池10に出力することができる。充電プラグ33および交流電源34は、車両の外部に設置されている。
一方、インレット35は、ダイオードD3および充電器31の間の第1充電ラインCHL1と、充電リレーCHR−Gおよび充電器31の間の第2充電ラインCHL2とに接続されている。インレット35には、充電プラグ36を接続することができる。充電プラグ36は充電器37と接続されており、充電器37は直流電源38と接続されている。充電プラグ36をインレット35に接続したとき、充電器37は、直流電源38からの電力を組電池10に供給することができる。充電プラグ36、充電器37および直流電源38は、車両の外部に設置されている。
電池パック100は、組電池10、システムメインリレーSMR−B,SMR−G,SMR−P,SMR−C、充電リレーCHR−B,CHR−G、抵抗素子R、ダイオードD3、ツェナーダイオードD4を含んでおり、1つのユニットとして取り扱われる。なお、ダイオードD3およびツェナーダイオードD4は、各充電器31,37に設けることもできる。ただし、本実施例のようにダイオードD3およびツェナーダイオードD4を設けることにより、ダイオードD3およびツェナーダイオードD4の数を減らすことができる。
交流電源34又は直流電源38からの電力を組電池10に供給するときには、充電リレーCHR−B,CHR−Gがオフからオンに切り替わる。交流電源34又は直流電源38からの電力を用いた組電池10の充電を外部充電という。外部充電を行うとき、コンデンサC3は、交流電源34又は直流電源38からの電力によって充電される。
図2に示すように、単電池11は、発電要素11aおよび電流遮断器11bを有する。発電要素11aは充放電を行う要素であり、公知のように、正極板、負極板およびセパレータによって構成することができる。電流遮断器11bは、発電要素11aに流れる電流を遮断するために用いられる。例えば、単電池11の内部でガスが発生し、単電池11の内圧が上昇したときに、電流遮断器11bを作動させることができる。また、発電要素11aに過大な電流が流れるときに、電流遮断器11bを作動させることができる。電流遮断器11bとしては、上述した機能を達成させる公知の構成を用いることができる。
電流遮断器11bが作動したときには、電流遮断器11bに電圧が印加されることがある。本実施例では、以下に説明するように、作動状態の電流遮断器11bに印加される電圧を低減することができる。
以下では、電池グループ10Aに含まれる単電池11(任意の1つ)の電流遮断器11bが作動したときについて説明する。なお、電池グループ10Bに含まれる単電池11(任意の1つ)の電流遮断器11bが作動したときの挙動は、電池グループ10Aに含まれる単電池11の電流遮断器11bが作動したときの挙動と同様であるため、詳細な説明は省略する。
まず、図1に示す電池システムを起動状態にするときに、電流遮断器11bが作動している場合について説明する。
電池システムを起動状態にする前では、コンデンサC1,C2が放電されており、コンデンサC1,C2の電圧値V_c1,V_c2が0[V]である。本実施例では、中間ラインCLを設けているため、作動状態の電流遮断器11bには、コンデンサC1の電圧値V_c1と電池グループ10Aの電圧値V_Aとの差に相当する電圧値が印加される。ここで、コンデンサC1の電圧値V_c1が0[V]であるため、電流遮断器11bには、電池グループ10Aの電圧値V_Aが印加される。中間ラインCLを省略すると、電流遮断器11bには、組電池10の電圧値Vbが印加されてしまう。電池グループ10Aの電圧値V_Aは、組電池10の電圧値Vbよりも低いため、本実施例によれば、電流遮断器11bに印加される電圧値を低下させることができる。
次に、組電池10を放電しているときに電流遮断器11bが作動した場合について説明する。
電流遮断器11bが作動することにより、電池グループ10Aは放電されず、電池グループ10Bだけが放電される。ここで、ダイオードD1,D2を省略したとき、コンデンサC2の電圧値V_c2は、電池グループ10Bの電圧値V_Bと等しくなる。また、電池グループ10Bの放電電流がコンデンサC1に流れることにより、コンデンサC1には、コンデンサC2とは逆方向の電荷が蓄積される。これにより、コンデンサC1の電圧値V_c1は、コンデンサC2の電圧値V_c2、言い換えれば、電池グループ10Bの電圧値V_Bと等しくなる。
作動状態の電流遮断器11bに印加される電圧値は、上述したように、電池グループ10Aの電圧値V_AとコンデンサC1の電圧値V_c1との差になる。上述したように、コンデンサC1には逆方向の電荷が蓄積されているため、作動状態の電流遮断器11bに印加される電圧値は、電圧値V_Aおよび電圧値V_c1(電圧値V_B)の総和(すなわち、組電池10の電圧値Vb)になる。
本実施例のように、ダイオードD1,D2を設けると、電池グループ10Bの放電電流をダイオードD1に流すことができる。これにより、コンデンサC1を放電させることができ、コンデンサC1の電圧値V_c1を0[V]にすることができる。このとき、作動状態の電流遮断器11bに印加される電圧値は、電池グループ10Aの電圧値V_Aとなる。したがって、ダイオードD1,D2を省略した場合に比べて、作動状態の電流遮断器11bに印加される電圧値を低下させることができる。
次に、組電池10の充電(外部充電を除く)を行っているときに電流遮断器11bが作動した場合について説明する。
電流遮断器11bが作動すると、電池グループ10Aを充電することができなくなる。また、組電池10を充電するときの電流がコンデンサC1,C2に流れることにより、コンデンサC1,C2が充電される。ここで、コンデンサC2は電池グループ10Bと並列に接続されているため、コンデンサC2の電圧値V_c2は電池グループ10Bの電圧値V_Bと等しくなる。したがって、コンデンサC1の電圧値V_c1は、電圧値V_c2,V_Bに比べて上昇しやすくなる。
ここで、電圧値V_c1が閾値V_ovl1よりも高いときには、組電池10への電力供給を停止させることができる。例えば、回生電力を用いて組電池10を充電しているとき、モータ・ジェネレータ23による発電を停止させたり、昇圧回路21の動作を停止させたりすることができる。これにより、電圧値V_c1を閾値V_ovl1以下の電圧値に維持することができる。
閾値V_ovl1は予め設定しておくことができる。ここで、電流遮断器11bが作動していなく、組電池10(又は単電池11)の電圧値に基づいて組電池10の充放電を制御するときには、組電池10への電力供給を停止させる必要が無い。この点を考慮して、閾値V_ovl1を設定することができる。
電圧値V_c1を閾値V_ovl1以下の電圧値に維持すれば、作動状態の電流遮断器11bには、電圧値V_Aおよび閾値V_ovl1の差に相当する電圧値が印加される。これにより、電圧値V_c1が閾値V_ovl1よりも高くなる場合に比べて、作動状態の電流遮断器11bに印加される電圧値を低下させることができる。
本実施例では、ダイオードD1,D2を用いているが、ダイオードD1,D2の代わりにツェナーダイオードを用いることもできる。ここで、ダイオードD1,D2と同様に、ツェナーダイオードを接続することができる。ツェナーダイオードに印加される電圧値がツェナーダイオードの降伏電圧値よりも高くなると、ツェナーダイオードのカソードからアノードに電流が流れる。これにより、ツェナーダイオードと並列に接続されたコンデンサC1,C2の電圧値V_c1,V_c2は、ツェナーダイオードの降伏電圧値よりも高くなることはない。
このように、ツェナーダイオードを用いることにより、コンデンサC1,C2の電圧値V_c1,V_c2の上限値をツェナーダイオードの降伏電圧値に設定することができる。したがって、コンデンサC1,C2の電圧値V_c1,V_c2が上昇しすぎることを防止でき、上述したように、作動状態の電流遮断器11bに印加される電圧値を低下させることができる。また、ツェナーダイオードを用いることにより、組電池10への電力供給を停止させなくても、コンデンサC1,C2の充電を停止させることができる。
次に、外部充電を行っているときに電流遮断器11bが作動した場合について説明する。
電流遮断器11bが作動すると、電池グループ10A(すなわち、組電池10)を充電することができなくなる。また、組電池10を充電するときの電流がコンデンサC3に流れることにより、コンデンサC3が充電され、コンデンサC3の電圧値V_c3が上昇する。電圧値V_c3がツェナーダイオードD4の降伏電圧値よりも高くなると、ツェナーダイオードD4のカソードからアノードに充電電流が流れる。これにより、電圧値V_c3は、ツェナーダイオードD4の降伏電圧値と等しくなる。このように、ツェナーダイオードD4を設けることにより、電圧値V_c3をツェナーダイオードD4の降伏電圧値以下の電圧値に維持することができる。
電流遮断器11bに印加される電圧値は、組電池10の電圧値Vbと電圧値V_c3との差になる。上述したように電圧値V_c3をツェナーダイオードD4の降伏電圧値以下の電圧値に維持することにより、電圧値V_c3が降伏電圧値よりも高くなる場合に比べて、電流遮断器11bに印加される電圧値を低下させることができる。
次に、外部充電を開始するときに電流遮断器11bが作動した場合について説明する。
充電リレーCHR−B,CHR−Gがオフであるとき、コンデンサC3の電圧値V_c3は0[V]となっている。この状態において、充電リレーCHR−B,CHR−Gがオフからオンに切り替わることにより、外部充電を開始することができる。ここで、ダイオードD3が設けられていないと、作動状態の電流遮断器11bには、組電池10の電圧値Vbおよび電圧値V_c3の差に相当する電圧値が印加されてしまう。電圧値V_c3は0[V]であるため、作動状態の電流遮断器11bには、組電池10の電圧値Vbが印加される。
本実施例では、ダイオードD3を設けているため、充電リレーCHR−B,CHR−Gをオフからオンに切り替えても、組電池10からコンデンサC3への放電が防止される。これにより、作動状態の電流遮断器11bに組電池10の電圧値Vbが印加されることを防止できる。
本発明の実施例2について説明する。ここで、実施例1で説明した構成要素と同じ構成要素については同一の符号を用い、詳細な説明は省略する。以下、実施例1と異なる点について、主に説明する。
実施例1では、ダイオードD1,D2およびコンデンサC1,C2がPCU200に含まれていたが、本実施例では、ダイオードD1,D2およびコンデンサC1,C2が電池パック100に含まれている。実施例1では、ダイオードD1,D2およびコンデンサC1,C2を追加する分だけ、PCU200の構成を変更しなければならない。
本実施例によれば、ダイオードD1,D2およびコンデンサC1,C2を電池パック100に設けているため、PCU200としては、従来の構成を採用することができる。また、本実施例においても、実施例1と同様の効果を得ることができる。
実施例1,2では、ツェナーダイオードD4を用いているが、ツェナーダイオードD4を省略することもできる。ツェナーダイオードD4を省略すると、上述したように、外部充電時に電流遮断器11bが作動することにより、コンデンサC3の電圧値V_c3が上昇してしまう。この場合には、電圧センサを用いて電圧値V_c3を監視しておき、電圧値V_c3が予め設定された閾値V_ovl3よりも高くなったときに、外部充電を停止させることができる。具体的には、充電器31又は充電器37の動作を停止させることができる。
これにより、電圧値V_c3を閾値V_ovl3以下の電圧値に維持することができ、電圧値V_c3が閾値V_ovl3よりも高くなってしまう場合に比べて、作動状態の電流遮断器11bに印加される電圧値を低下させることができる。
10:組電池、11:単電池、11a:発電要素、11b:電流遮断器、
10A,10B:電池グループ、21:昇圧回路、22:インバータ、
23:モータ・ジェネレータ、100:電池パック、200:PCU、
PL:正極ライン、NL:負極ライン、CL:中間ライン、
D1,D2,D3:ダイオード、D4:ツェナーダイオード、R:抵抗素子、
C1,C2,C3:コンデンサ、CHR−B,CHR−G,CHR−P:充電リレー、
SMR−B,SMR−G,SMR−C,SMR−P:システムメインリレー
10A,10B:電池グループ、21:昇圧回路、22:インバータ、
23:モータ・ジェネレータ、100:電池パック、200:PCU、
PL:正極ライン、NL:負極ライン、CL:中間ライン、
D1,D2,D3:ダイオード、D4:ツェナーダイオード、R:抵抗素子、
C1,C2,C3:コンデンサ、CHR−B,CHR−G,CHR−P:充電リレー、
SMR−B,SMR−G,SMR−C,SMR−P:システムメインリレー
Claims (1)
- 直列に接続された複数の蓄電素子を有し、前記各蓄電素子が内部の電流経路を遮断する電流遮断器を備えた蓄電装置と、
前記蓄電装置の正極端子に接続され、充電器からの電力を前記蓄電装置に供給するための第1充電ラインと、
前記蓄電装置の負極端子に接続され、前記充電器からの電力を前記蓄電装置に供給するための第2充電ラインと、
前記第1充電ラインおよび前記第2充電ラインのそれぞれに設けられた充電リレーと、
前記第1充電ラインに設けられ、カソードが前記正極端子に接続されたダイオードと、
前記第1充電ラインおよび前記第2充電ラインに接続され、一端が前記ダイオードのアノードに接続されたコンデンサと、
を有することを特徴とする蓄電システム。
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN110323795A (zh) * | 2018-03-30 | 2019-10-11 | 铃木株式会社 | 车辆用电源装置 |
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2014
- 2014-05-30 JP JP2014113599A patent/JP2015228742A/ja active Pending
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CN110323795A (zh) * | 2018-03-30 | 2019-10-11 | 铃木株式会社 | 车辆用电源装置 |
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