JP2020162224A - 車両用電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】充電時に於けるバッテリの発熱および電圧降下による出力低下を抑制することができる車両用電源装置を提供する。【解決手段】本発明の車両用電源装置１０は、複数のバッテリモジュール１２から成るバッテリ１１と、外部電源１３または車両搭載負荷であるフロントインバータ１８等と、バッテリ１１とを接続する電源接続ラインと、電源接続ラインに介装され、バッテリ１１が車両搭載負荷に接続されて放電する放電時と、バッテリ１１が外部電源１３に接続されて充電される充電時とで、バッテリモジュール１２の接続形態を変更する制御ユニット１６と、具備する。【選択図】図１

Description

本発明は、車両用電源装置に関し、特に、充電時に於ける発熱を抑制できる車両用電源装置に関する。

乗用車等の車両として、ハイブリッド自動車や電気自動車が登場してきており、これらの車両には大型のバッテリが搭載されている。更に近年に於いては、連続走行距離を延長するために、車両に搭載されるバッテリの大型化が進行している。またバッテリの大型化に伴い、バッテリを充電する充電器も、例えば、従来は５０ｋＷ程度であったものが１５０ｋＷ程度まで高出力化している。

また、バッテリの充電を効率的に行うために、バッテリの接続形態を充電時と放電時で変更する発明が、以下の特許文献１および特許文献２に記載されている。

特開平７−１３１９０６号公報 特開平８−３４０６４１号公報

しかしながら、上記した大容量のバッテリに於いては、充放電を繰り返すとバッテリの温度が高温になる傾向にある。従って、車載バッテリとして、リチウムイオン電池を採用した場合、リチウムイオン電池の最大許容温度は約６０℃程度であることを考慮すると、リチウムイオン電池の劣化を抑制するために、充電時の電力が制限されることでバッテリの充電に長時間を要する課題があった。また、車両で長距離の移動を行う場合は、バッテリを頻繁に充電しなければならない課題があった。

更に、出力を高めて充電を行うと、電力の供給径路に介在する電線、バスバー、リレー等が、流れる電流の二乗に比例して発熱する。よって、出力値を抑えて充電せざるを得ず、充電に長時間を要する課題があった。特に夏期に於いては、バッテリ自体が高温となるため、上記した発熱に起因した課題が顕著になることがあった。

本発明は、このような問題点を鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、充電時に於けるバッテリの発熱および電圧降下による出力低下を抑制することができる車両用電源装置を提供することにある。

本発明の車両用電源装置は、複数のバッテリセルを繋げた複数のバッテリモジュールから成るバッテリと、車両の外部に存在する電源である外部電源または車両搭載負荷と、前記バッテリとを接続する電源接続ラインと、前記電源接続ラインに介装され、前記バッテリが前記車両搭載負荷に接続されて放電する放電時と、前記バッテリが前記外部電源に接続されて充電される充電時とで、前記バッテリモジュールの接続形態を変更する制御ユニットと、具備し、前記制御ユニットは、前記バッテリの充電が始まったときに、前記バッテリモジュールの接続形態を変更することを特徴とする。

また、本発明の車両用電源装置では、前記制御ユニットは、前記外部電源が前記車両と接続されたら、前記バッテリモジュールの接続形態を変更することを特徴とする。

また、本発明の車両用電源装置では、前記制御ユニットは、前記放電時に於いては、前記バッテリモジュールを直列に接続し、前記充電時に於いては、前記バッテリモジュールを並列に接続することを特徴とする。

また、本発明の車両用電源装置では、前記制御ユニットは、前記充電時に於いて、前記バッテリを冷却する冷却循環装置を運転することを特徴とする。

また、本発明の車両用電源装置では、前記制御ユニットは、前記充電時に於いて、切替装置及びスイッチを含む電子デバイスを冷却することを特徴とする。

また、本発明の車両用電源装置では、前記制御ユニットは、前記充電時に於いて、余剰の電力を前記冷却循環装置に供給することを特徴とする。

また、本発明の車両用電源装置では、前記制御ユニットは、前記バッテリの充電が始まったときに、車両の冷却装置を用いて前記バッテリを冷却することを特徴とする。

また、本発明の車両用電源装置では、前記制御ユニットは、前記バッテリの充電が始まったときに、切替装置及びスイッチを含む電子デバイスを冷却することを特徴とする。

また、本発明の車両用電源装置では、前記バッテリを充電する際の余剰電力により、前記車両の冷却装置の圧縮機を運転することを特徴とする。

また、本発明の車両用電源装置では、前記バッテリは、複数の前記バッテリセルを繋げた複数のバッテリモジュールから成る第１バッテリモジュール群と、複数の前記バッテリモジュールから成る第２バッテリモジュール群と、を有し、前記制御ユニットは、前記放電時に於いては、前記第１バッテリモジュール群と前記第２バッテリモジュール群とを直列に接続し、前記充電時に於いては、前記第１バッテリモジュール群と前記第２バッテリモジュール群とを並列に接続することを特徴とする。

本発明の車両用電源装置は、複数のバッテリセルを繋げた複数のバッテリモジュールから成るバッテリと、車両の外部に存在する電源である外部電源または車両搭載負荷と、前記バッテリとを接続する電源接続ラインと、前記電源接続ラインに介装され、前記バッテリが前記車両搭載負荷に接続されて放電する放電時と、前記バッテリが前記外部電源に接続されて充電される充電時とで、前記バッテリモジュールの接続形態を変更する制御ユニットと、具備し、前記制御ユニットは、前記バッテリの充電が始まったときに、前記バッテリモジュールの接続形態を変更することを特徴とする。これにより、本発明の車両用電源装置によれば、バッテリの充電が始まったときに、バッテリモジュールの接続形態を変更することで、放電時において車両搭載負荷にバッテリから供給される電力の電圧を最適化し、更に、充電時に於いてバッテリの発熱を低減できる。

また、本発明の車両用電源装置では、前記制御ユニットは、前記外部電源が前記車両と接続されたら、前記バッテリモジュールの接続形態を変更することを特徴とする。これにより、本発明の車両用電源装置によれば、接続プラグなどの接続手段による接続を契機として、バッテリモジュールの接続形態を最適化することができる。

また、本発明の車両用電源装置では、前記制御ユニットは、前記放電時に於いては、前記バッテリモジュールを直列に接続し、前記充電時に於いては、前記バッテリモジュールを並列に接続することを特徴とする。これにより、本発明の車両用電源装置によれば、放電時に於いてバッテリモジュールを直列に接続することで、高電圧の電力を車両搭載負荷に供給できる。また、充電時に於いては、バッテリモジュールを並列に接続することで、充電時に於けるバッテリモジュールの発熱を抑制し、バッテリモジュールを効果的に充電することができる。

また、本発明の車両用電源装置では、前記制御ユニットは、前記充電時に於いて、切替装置及びスイッチを含む電子デバイスを冷却することを特徴とする。これにより、本発明の車両用電源装置によれば、バッテリと共に、切替装置及びスイッチを含む電子デバイスを、効果的に冷却することができる。

また、本発明の車両用電源装置では、前記制御ユニットは、前記充電時に於いて、前記バッテリを冷却する冷却循環装置を運転することを特徴とする。これにより、本発明の車両用電源装置によれば、切替装置及びスイッチ等電子デバイスを含むバッテリを高温時に冷却することで、充電時に於いてバッテリを高温時に冷却し、効果的に充電を行うことができる。

また、本発明の車両用電源装置では、前記制御ユニットは、前記充電時に於いて、余剰の電力を前記冷却循環装置に供給することを特徴とする。これにより、本発明の車両用電源装置によれば、充電時に於ける余剰電力をバッテリ冷却装置に供給することで、余剰電力用の専用電源を不要にでき、更にバッテリの冷却に要する電力を削減できる。

また、本発明の車両用電源装置では、前記制御ユニットは、前記バッテリの充電が始まったときに、車両の冷却装置を用いて前記バッテリを冷却することを特徴とする。これにより、本発明の車両用電源装置によれば、例えば蒸気圧縮冷凍サイクルから成る車室内空調装置によりバッテリを効果的に冷却することが出来る。

また、本発明の車両用電源装置では、また、本発明の車両用電源装置では、前記制御ユニットは、前記バッテリの充電が始まったときに、切替装置及びスイッチを含む電子デバイスを冷却することを特徴とする。これにより、本発明の車両用電源装置によれば、バッテリと共に、切替装置及びスイッチを含む電子デバイスを、効果的に冷却することができる。

また、本発明の車両用電源装置では、前記バッテリを充電する際の余剰電力により、前記車両の冷却装置の圧縮機を運転することを特徴とする。これにより、本発明の車両用電源装置によれば、余剰電力により車両の冷却装置の圧縮機を運転することで、車室内空調装置の運転に要するエネルギを低減できる。

また、本発明の車両用電源装置では、前記バッテリは、複数の前記バッテリモジュールから成る第１バッテリモジュール群と、複数の前記バッテリモジュールから成る第２バッテリモジュール群と、を有し、前記制御ユニットは、前記放電時に於いては、前記第１バッテリモジュール群と前記第２バッテリモジュール群とを直列に接続し、前記充電時に於いては、前記第１バッテリモジュール群と前記第２バッテリモジュール群とを並列に接続することを特徴とする。これにより、本発明の車両用電源装置によれば、放電時に於いて高電圧の電力を車両搭載負荷に供給できる。また、充電時に於いてバッテリの発熱を抑制し、且つ、バッテリを効果的に充電することができる。

本発明の実施の形態に係る車両用電源装置を示す図であり、（Ａ）は車両用電源装置を備えた車両を示す斜視図であり、（Ｂ）は車両用電源装置を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係る車両用電源装置を示す回路図である。 本発明の実施の形態に係る車両用電源装置を備えた車両を示す平面図である。 本発明の実施の形態に係る車両用電源装置の、放電時（走行時）に於ける動作を示す回路図である。 本発明の実施の形態に係る車両用電源装置の、充電時に於ける動作を示す回路図である。

以下、本発明の実施形態に係る車両用電源装置１０を図面に基づき詳細に説明する。以下の説明では、同一の部材には原則として同一の符番を用い、繰り返しの説明は省略する。

図１（Ａ）は、車両用電源装置１０を搭載した車両２０を説明する斜視図である。図１（Ｂ）は、車両２０の接続構成を示すブロック図である。

図１（Ａ）に示す如く、自動車や電車等の車両２０には、モータや様々な電装部品に電力を供給するための車両用電源装置１０が搭載されている。車両２０としては、ＥＶ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）、ＨＥＶ（Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）やＰＨＥＶ（Ｐｌｕｇ−ｉｎ Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）等を採用できる。そして、これらの車両２０にも、高い蓄電機能を有した車両用電源装置１０が搭載されている。

車両２０は、車体２２と、車両２０の底面２３の近傍に規定されたバッテリ配置領域２１に配設された車両用電源装置１０と、車両用電源装置１０から供給される電力により駆動されるモータ１４と、モータの駆動力で回転するタイヤ（図示せず）と、を有している。ここで、バッテリ配置領域２１は、底面２３以外の領域に配置することも可能であり、例えば、後部座席の後方にバッテリ配置領域２１を設定することもできる。

図１（Ｂ）に示す如く、本実施形態の車両用電源装置１０は、バッテリ１１と制御ユニット１６とを有する。バッテリ１１は、例えば、リチウムイオンバッテリやニッケル水素バッテリであり、板状の複数のバッテリモジュール１２（図２等参照）から構成される。ここで、バッテリモジュールとは、１または２以上のバッテリセルから成る発明特定要件である。

制御ユニット１６は、車両用電源装置１０に含まれる各スイッチ、インバータ等の各部位の挙動を制御するＣＰＵ等を含んでいる。制御ユニット１６の指示により後述するインバータで生成された交流電力によりモータ１４は回転し、これにより車両２０のタイヤが回転する。また、制御ユニット１６は、後述するように、バッテリ１１の放電時と充電時とで、バッテリ１１を構成するバッテリモジュール１２の接続形態を、直列または並列とする。

バッテリ１１は、制御ユニット１６および外部接続部２４を介して、外部電源１３に接続されている。外部電源１３は、交流電源または直流電源である。

外部電源１３と制御ユニット１６とは、外部接続部２４を介して接続されている。利用者が、車両２０の外部接続部２４に、接続プラグ等を差し込むことで、外部電源１３から制御ユニット１６を介して、バッテリ１１に電力が供給される。ここで、外部電源１３と車両２０とを接続する形態としては、差し込み式の接続プラグ以外の方式を採用することも可能であり、例えば、物理的接点を不要にして外部電源１３からバッテリ１１に電力を供給する非接触電力伝送機構を採用することもできる。

図２の回路図を参照して、車両用電源装置１０の回路構成を説明する。車両用電源装置１０は、バッテリ１１と、切替装置３０と、ジャンクションボックス４２（切替装置）と、各ラインに於いてオンオフ制御を行う各スイッチと、を主要に有している。

バッテリ１１は、バッテリモジュール群４０と、バッテリモジュール群４１とを有する。バッテリモジュール群４０は、直列接続された１２個複数のバッテリモジュール１２から構成されている。バッテリモジュール群４１は、直列接続された複数のバッテリモジュール１２から構成されている。バッテリモジュール群４０とバッテリモジュール群４１とは、切替装置３０を介して接続されることで、並列または直列に接続される。後述するように、バッテリモジュール群４０とバッテリモジュール群４１とは、放電時には直列接続され、充電時には並列接続される。ここで、バッテリモジュール群４０およびバッテリモジュール群４１が、第１バッテリモジュール群および第２バッテリモジュール群に対応している。

切替装置３０は、制御ユニット１６、スイッチ３５、スイッチ３６およびスイッチ３７を有する。制御ユニット１６は、ＣＰＵ等から成り、各スイッチのオンオフ動作を制御している。スイッチ３５、スイッチ３６およびスイッチ３７は、バッテリ１１から各インバータに給電されるラインに介装されている。ここで、スイッチ３５としては、バイポーラトランジスタや電界効果型トランジスタ等の半導体スイッチ、リレーなどの機械式スイッチ等を採用でき、係る事項は他のスイッチに関しても同様である。

ジャンクションボックス４２は、バッテリ１１と外部との接続点に配置され、スイッチ３１、スイッチ３２、スイッチ３３およびスイッチ３４が収納されている。

バッテリ１１から供給される電力が通過する各ラインを説明する。バッテリ１１の正極側電極とリアインバータ１９とは、接続ライン５１を介して接続している。接続ライン５１にはスイッチ３１が介装されている。バッテリ１１の負極側電極は、接続ライン５２を介して、リアインバータ１９と接続されている。接続ライン５２には、スイッチ３４が介装されている。

接続ライン５１の接続点８０と、外部接続部２４の一端とは、接続ライン６１により接続されている。接続ライン６１にはスイッチ３２が介装されている。接続ライン５２の接続点８３と外部接続部２４とは、接続ライン６２で接続されている。接続ライン６２にはスイッチ３３が介装されている。

バッテリ１１の正極側電極と、フロントインバータ１８とは、接続ライン５１、スイッチ３１、接続点８０、接続点８４および接続ライン５４を介して接続されている。バッテリ１１の負極側電極と、フロントインバータ１８とは、接続ライン５２、スイッチ３４、接続点８３、接続点８５、接続ライン５５を介して接続されている。

バッテリモジュール群４０の負極側電極と、接続点８５とは、接続ライン６９により接続されている。接続ライン６９にはスイッチ３５が介装されている。接続ライン６９の接続点９１と、バッテリモジュール群４１の正極側電極とは、接続ライン５３で接続されている。接続ライン５３にはスイッチ３６が介装されている。接続ライン５３の接続点９０と、接続ライン５４の接続点８４とは、接続ライン６０で接続されている。接続ライン６０にはスイッチ３７が介装されている。

リアインバータ１９は接続ライン６５を介してリアモータ１４２と接続され、フロントインバータ１８は、接続ライン６７を介してフロントモータ１４１と接続されている。

Ｖ２Ｘ２５の一端側電極は、接続ライン６３を介して接続ライン６１の接続点８１と接続され、Ｖ２Ｘ２５の他端側電極は、接続ライン６４を介して接続ライン６２の接続点８２と接続されている。ここで、Ｖ２Ｘとは、車両２０に搭載されたバッテリ１１の電力を、車両走行以外の用途で車外において利用するものである。

外部接続部２４は、接続ライン６６を介して、外部電源１３と接続されている。

空調装置２７の一端側電極は、接続ライン５６を介して、接続ライン５４の接続点８６と接続しており、空調装置２７の他端側電極は、接続ライン５７を介して、接続ライン５５の接続点８８と接続している。

コンバータ２６の一端側電極は、接続ライン５８を介して、接続ライン５４の接続点８７と接続しており、コンバータ２６の他端側電極は、接続ライン５９を介して、接続ライン５５の接続点８９と接続している。ここでコンバータは、例えば１２Ｖや４８Ｖの電圧で駆動する車両電装品に、３００Ｖ以上の高電圧のバッテリの電圧を変換して供給する装置を指す。

また、車両２０には、車両用電源装置１０の各スイッチやバッテリ１１を冷却する冷却流体の冷却および循環を行う冷却循環装置２８を有している。冷却循環装置２８で冷却された冷却水などの冷却流体は、バッテリ１１の近傍に配設された冷却配管４３を流通する。バッテリ１１等と冷却流体が熱交換することで、バッテリ１１等は冷却される。制御ユニット１６は、冷却配管４３に介装されたバルブ２９の開閉動作を制御している。冷却循環装置２８としては、車室の冷却および暖房を行う車両用空調装置、または、バッテリ１１の冷却のみを行う冷却装置を採用できる。また、車両２０の走行時に於いては、冷却配管４３を流通する冷却流体により、フロントモータ１４１、リアモータ１４２、フロントインバータ１８、リアインバータ１９等を冷却することもできる。更に、冷却配管４３の一部は、ジャンクションボックス４２に内蔵されるスイッチ３１等の各電子デバイスを冷却できるように、配設されている。

また、接続ライン６０には負荷４４が介装され、接続ライン６９には負荷４５が介装されている。負荷４４および負荷４５は、例えば、可変抵抗や冷却ポンプ等である。負荷４４および負荷４５は、充電時に発生する余剰の電力を消費する。

図２に示した回路図に於いて、電源接続ラインとは、車両搭載負荷または外部電源１３とバッテリ１１とを接続するラインである。例えば、電源接続ラインは、バッテリ１１と、フロントインバータ１８またはリアインバータ１９とを接続するラインであり、具体的には、接続ライン５１、接続ライン５２、接続ライン５４および接続ライン５５等が該当する。

図３は、車両用電源装置１０が車両２０に配置される構造を示す平面図である。図３を参照して、バッテリ１１を構成するバッテリモジュール群４０およびバッテリモジュール群４１に、切替装置３０は隣接している。また、切替装置３０と、バッテリモジュール群４０およびバッテリモジュール群４１とは、バスバー３９を介して接続されている。バスバー３９は、図２に示した各スイッチと接続されており、バッテリ１１が放電する走行時に於いてはバッテリモジュール群４０とバッテリモジュール群４１とは直列に接続されることで、高圧電流が流れる。一方、バッテリ１１の充電時に於いては、バッテリモジュール群４０とバッテリモジュール群４１とが並列に接続されることで、バスバー３９に於ける配線抵抗に起因した電圧降下による出力低下および電力損失が抑制される。

更に、バッテリ１１の上面またはその近傍には冷却配管４３が配設されている。ここでは、冷却配管４３はバッテリモジュール群４０の上面に引き回されているが、バッテリモジュール群４１の上面に冷却配管４３を引き回すこともできる。また、冷却配管４３の一部は、切替装置３０の主面およびその近傍にも配設されている。更に、冷却配管４３は、ここでは図示しない、他の構成部品、例えばフロントインバータ１８やリアインバータ１９の近傍に配設されても良い。

図４および図５を参照して、上記した構成を有する車両用電源装置１０の動作を説明する。図４は、バッテリ１１を放電させることで車両２０が走行する放電時に於ける車両用電源装置１０の構成を示している。図５は、バッテリ１１を充電する充電時に於ける車両用電源装置１０の動作を示している。図４および図５では、電流が流れる方向を一点鎖線で示している。

図４は、放電状態に於ける車両用電源装置１０の状態を示す回路図である。ここでは、制御ユニット１６は、スイッチ３１を接続状態とし、スイッチ３２を遮断状態とし、スイッチ３３を遮断状態とし、スイッチ３４を接続状態とし、スイッチ３５を遮断状態とし、スイッチ３６を接続状態とし、スイッチ３７を遮断状態としている。

車両用電源装置１０の各スイッチを上記のような状態にすることで、直列接続されたバッテリ１１から高電圧の電力がフロントインバータ１８およびリアインバータ１９に供給される。

具体的には、バッテリ１１の内部で、バッテリモジュール群４０とバッテリモジュール群４１とが、直列接続される。即ち、接続ライン５３、スイッチ３６、接続ライン５３、接続点９１、接続ライン６９の径路で、バッテリモジュール群４１とバッテリモジュール群４０とが接続され、この径路で電流が流れる。

バッテリ１１からの電力がフロントインバータ１８に供給される径路は、バッテリ１１、接続ライン５１、スイッチ３１、接続点８０、接続点８４、接続ライン５４、フロントインバータ１８、接続ライン５５、接続点８５、接続点８３、スイッチ３４、接続ライン５２、バッテリ１１である。フロントインバータ１８で所定の周波数に変換された交流電力はフロントモータ１４１に供給され、車両用電源装置１０の前輪を回転させる。

バッテリ１１からの電力がリアインバータ１９に供給される径路は、バッテリ１１、接続ライン５１、リアインバータ１９、接続ライン５２、バッテリ１１である。リアインバータ１９で所定の周波数に変換された交流電力はリアモータ１４２に供給され、車両用電源装置１０の後輪を回転させる。

車両走行時に於いては、空調装置２７およびコンバータ２６にも電力が供給されてもよい。空調装置２７およびコンバータ２６に電力が供給される径路は、接続ライン５４および接続ライン５５から分岐する。空調装置２７に電力が供給される径路は、接続点８６、接続ライン５６、空調装置２７、接続ライン５７、接続点８８である。コンバータ２６に電力が供給される径路は、接続点８７、接続ライン５８、コンバータ２６、接続ライン５９、接続点８９である。

車両走行時においては、制御ユニット１６がバルブ２９を閉じることで、冷却配管４３の内部に冷却流体が流れないようにしても良い。車両２０が走行している際は、バッテリ１１は放電しており、充電時と比較すると、バッテリ１１からの発熱量は小さい。

図５を参照して、バッテリ１１を充電する際の車両用電源装置１０の動作を説明する。

図５は、充電状態に於ける車両用電源装置１０の状態を示す回路図である。ここでは、制御ユニット１６は、スイッチ３１を接続状態とし、スイッチ３２を接続状態とし、スイッチ３３を接続状態とし、スイッチ３４を接続状態とし、スイッチ３５を接続状態とし、スイッチ３６を遮断状態とし、スイッチ３７を接続状態としている。

また、外部接続部２４は、接続ライン６６を介して、交流電源または直流電源である外部電源１３と接続される。外部接続部２４と外部電源１３とを接続する形態としては、外部電源１３と接続された接続プラグを、車両２０のインレットに接続する物理的接続でも良いし、電磁誘導の原理等を利用した非接触充電でも良い。

制御ユニット１６は、外部接続部２４と外部電源１３との接続を検知し、上記したように各スイッチの接続遮断状態を制御し、外部電源１３から車両２０に供給される電力を用いて、バッテリモジュール群４０とバッテリモジュール群４１とを並列に接続した状態で充電する。また、以下に説明するように、バッテリ１１を構成する各バッテリモジュール１２が充分に充電されたら、制御ユニット１６は充電を終了する。

本実施形態では、バッテリ１１を充電する際は、バッテリ１１を構成するバッテリモジュール群４０とバッテリモジュール群４１とを、並列に接続している。

バッテリモジュール群４０が外部接続部２４と接続される径路は、バッテリモジュール群４０、接続ライン６９（スイッチ３５）、接続点８３、接続ライン６２（スイッチ３３）、外部接続部２４、接続ライン６１（スイッチ３２）、スイッチ３１、接続ライン５１、バッテリモジュール群４０である。

バッテリモジュール群４１が外部接続部２４に接続される径路は、バッテリモジュール群４１、接続ライン５２、スイッチ３４、接続ライン６２（スイッチ３３）、外部接続部２４、接続ライン６１（スイッチ３２）、接続点８０、接続ライン６０（スイッチ３７）、接続点９０、接続ライン５３、バッテリモジュール群４１である。

また、充電時において、制御ユニット１６は、バルブ２９を開状態にして冷却循環装置２８を運転することで、冷却循環装置２８を用いて冷却配管４３に冷却流体を循環させる。これにより、バッテリ１１を構成する各バッテリモジュール１２と冷却流体が熱交換し、充電時に於けるバッテリモジュール１２の過熱が防止される。更に、冷却配管４３を流通する冷却流体により、図３に示したバスバー３９等の電子デバイスを冷却することもできる。ここで、制御ユニット１６は、バッテリ１１を充電する際には、車室を冷却する車両用空調装置で用いられる冷却水を、冷却配管４３に流すようにしても良い。

バッテリ１１の充電時に於いても、空調装置２７、コンバータ２６およびＶ２Ｘ２５に電力を供給しても良い。空調装置２７、コンバータ２６およびＶ２Ｘ２５に電力が供給される径路は、図４を参照して説明した通りである。

充電時においては、充電時の余剰電力を用いて車両搭載負荷を運転することができる。具体的には、バッテリ１１には多数のバッテリモジュール１２が含まれるが、充電に要する時間は各バッテリモジュール１２で異なる。よって、制御ユニット１６は、各バッテリモジュール１２の電圧を監視し、充分に充電されたバッテリモジュール１２にはそれ以上の電力供給は行わず、その分の余剰電力を車両搭載負荷に供給する。ここで、余剰電力で運転される車両搭載負荷としては、例えば、冷却循環装置２８を構成する冷却装置やポンプ等を採用できる。

本実施形態では、車両が走行する放電時に於いてはバッテリモジュール群４０とバッテリモジュール群４１とを直列接続し、バッテリ１１を充電する充電時に於いてはバッテリモジュール群４０とバッテリモジュール群４１とを並列接続している。このようにすることで、走行時に於いては、フロントモータ１４１およびリアモータ１４２を高速で回転させるための高電圧の電力を、フロントインバータ１８およびリアインバータ１９に供給することができる。一方、バッテリ１１を充電する際に、バッテリモジュール群４０とバッテリモジュール群４１とを並列に接続することで、充電回路の内部抵抗を低減し、バッテリモジュール１２同士を繋ぐ配線抵抗による電圧降下による出力低下を抑制できる。また、バッテリモジュール１２や接続配線の発熱を抑制し、電力損失を低減することができる。更に、バッテリモジュール１２や接続配線の発熱が抑制されることで、温度制限による出力の抑制が緩和される。

バッテリモジュール１２として採用されるリチウムイオン電池の最大許容温度は約６０℃程度であることを考慮すると、特に夏期に於いてバッテリ１１を直列接続状態で充電すると、バッテリ１１の温度が上昇し、バッテリ１１を効率的に充電できない恐れがある。本実施形態では、バッテリ１１を構成するバッテリモジュール群４０とバッテリモジュール群４１とを、外部接続部２４に対して並列に接続することで、バッテリモジュール群４０およびバッテリモジュール群４１並びに接続配線の発熱量を低減している。よって、バッテリモジュール群４０およびバッテリモジュール群４１を、最大許容温度未満の温度環境下で充電することで、効率的に充電することができる。

また、仮に、充電時に於いて、バッテリモジュール群４０およびバッテリモジュール群４１を直列接続した場合、制御ユニット１６は、容量の低い方に合わせて充電電力を制御するので、充電の必要が無い電池の余剰電力は抵抗等で熱に変換しており、エネルギのロスが生じてしまう。

一方、本実施形態では、上記したように、バッテリモジュール群４０とバッテリモジュール群４１とを並列に接続して充電していることから、充電が完了した方には電力を供給せず、余剰電力で負荷４４または負荷４５を運転する。例えば、バッテリモジュール群４０の充電が完了する一方、バッテリモジュール群４１の充電が未完了の場合は、バッテリモジュール群４０に供給される予定の余剰電力で、負荷４５を運転する。負荷４５としては、例えば、バッテリ１１等を冷却するコンプレッサ等を採用できる。

また、制御ユニット１６は、車両用電源装置１０の動作を、図４に示した放電状態から、図５に示した充電状態に遷移する際に、車両用電源装置１０の室内を空調する車室用空調装置の運転状況を切り替えても良い。車室内空調装置は、蒸気圧縮冷凍サイクルから成る。車両用電源装置１０が充電状態になれば、車室用空調装置の冷媒と、バッテリ１１等とを熱交換することで、バッテリ１１等を冷却する。これにより、バッテリ１１等を更に効果的に冷却することができる。この時、車室用空調装置の圧縮機を、上記した余剰電力で運転することで、より効率的に車室用空調装置を運転することができる。

以上が、本実施形態の車両用電源装置１０の動作に関する説明である。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更が可能である。また、上記した各形態は相互に組み合わせることが可能である。

例えば、図５を参照して説明したように、バッテリ１１を充電する際には、バッテリモジュール群４０とバッテリモジュール群４１の二列に並列にした状態で充電を行ったが、バッテリ１１を三列以上に並列接続した状態で充電を行うこともできる。

更に、上記した本実施形態では、バッテリ１１を放電時には直列接続として充電時には二列並列状態にしたが、この接続形態は変更することもできる。例えは、バッテリ１１を、放電時には二列並列状態とし、充電時には三列並列状態とする。即ち、バッテリ１１の、充電時に於ける並列接続の列数を、放電時に於ける接続の列数よりも多くする。これにより、放電時には出力電力の電圧を高め、充電時には発熱および抵抗値を抑える効果を奏することができる。

１０ 車両用電源装置
１１ バッテリ
１２ バッテリモジュール
１３ 外部電源
１４ モータ
１４１ フロントモータ
１４２ リアモータ
１６ 制御ユニット
１８ フロントインバータ
１９ リアインバータ
２０ 車両
２１ バッテリ配置領域
２２ 車体
２３ 底面
２４ 外部接続部
２５ Ｖ２Ｘ
２６ コンバータ
２７ 空調装置
２８ 冷却循環装置
２９ バルブ
３０ 切替装置
３１ スイッチ
３２ スイッチ
３３ スイッチ
３４ スイッチ
３５ スイッチ
３６ スイッチ
３７ スイッチ
３９ バスバー
４０ バッテリモジュール群
４１ バッテリモジュール群
４２ ジャンクションボックス
４３ 冷却配管
４４ 負荷
４５ 負荷
５１ 接続ライン
５２ 接続ライン
５３ 接続ライン
５４ 接続ライン
５５ 接続ライン
５６ 接続ライン
５７ 接続ライン
５８ 接続ライン
５９ 接続ライン
６０ 接続ライン
６１ 接続ライン
６２ 接続ライン
６３ 接続ライン
６４ 接続ライン
６５ 接続ライン
６６ 接続ライン
６７ 接続ライン
６９ 接続ライン
８０ 接続点
８１ 接続点
８２ 接続点
８３ 接続点
８４ 接続点
８５ 接続点
８６ 接続点
８７ 接続点
８８ 接続点
８９ 接続点
９０ 接続点
９１ 接続点

Claims (10)

1. 複数のバッテリセルを繋げた複数のバッテリモジュールから成るバッテリと、
   車両の外部に存在する電源である外部電源または車両搭載負荷と、前記バッテリとを接続する電源接続ラインと、
   前記電源接続ラインに介装され、前記バッテリが前記車両搭載負荷に接続されて放電する放電時と、前記バッテリが前記外部電源に接続されて充電される充電時とで、前記バッテリモジュールの接続形態を変更する制御ユニットと、具備し、
   前記制御ユニットは、前記バッテリの充電が始まったときに、前記バッテリモジュールの接続形態を変更することを特徴とする車両用電源装置。
2. 前記制御ユニットは、前記外部電源が前記車両と接続されたら、前記バッテリモジュールの接続形態を変更することを特徴とする請求項１に記載の車両用電源装置。
3. 前記制御ユニットは、
   前記放電時に於いては、前記バッテリモジュールを直列に接続し、
   前記充電時に於いては、前記バッテリモジュールを並列に接続することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両用電源装置。
4. 前記制御ユニットは、前記充電時に於いて、前記バッテリを冷却する冷却循環装置を運転することを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の車両用電源装置。
5. 前記制御ユニットは、前記充電時に於いて、切替装置及びスイッチを含む電子デバイスを冷却することを特徴とする請求項４に記載の車両用電源装置。
6. 前記制御ユニットは、前記充電時に於いて、余剰の電力を前記冷却循環装置に供給することを特徴とする請求項４または請求項５に記載の車両用電源装置。
7. 前記制御ユニットは、前記バッテリの充電が始まったときに、前記車両の冷却装置を用いて前記バッテリを冷却することを特徴とする請求項１から請求項６の何れかに記載の車両用電源装置。
8. 前記制御ユニットは、前記バッテリの充電が始まったときに、切替装置及びスイッチを含む電子デバイスを冷却することを特徴とする請求項７に記載の車両用電源装置。
9. 前記バッテリを充電する際の余剰電力により、前記車両の冷却装置の圧縮機を運転することを特徴とする請求項７または請求項８に記載の車両用電源装置。
10. 前記バッテリは、複数の前記バッテリモジュールから成る第１バッテリモジュール群と、複数の前記バッテリモジュールから成る第２バッテリモジュール群と、を有し、
    前記制御ユニットは、
    前記放電時に於いては、前記第１バッテリモジュール群と前記第２バッテリモジュール群とを直列に接続し、
    前記充電時に於いては、前記第１バッテリモジュール群と前記第２バッテリモジュール群とを並列に接続することを特徴とする請求項１から請求項９の何れかに記載の車両用電源装置。
    
    

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