JP2021106496A - Power source device for electric vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電動車両の電源装置に関する。 The present invention relates to a power supply device for an electric vehicle.
従来、電池パック内の複数のバッテリの接続状態を、直列接続あるいは並列接続へと切り替えることができ、所定電圧で充電する普通充電よりも大きい電圧での充電となる急速充電時には、バッテリの接続状態を直列接続とする技術が特許文献1に提案されている。
Conventionally, the connection state of multiple batteries in the battery pack can be switched to series connection or parallel connection, and the battery connection state is used during quick charging, which is charging at a voltage higher than normal charging, which charges at a predetermined voltage. A technique for connecting in series is proposed in
上述したような従来の技術は、普通充電よりも大電流を流す急速充電の際は、電池パック内の複数のバッテリの接続状態を直列接続とするため、バッテリから発生する熱が大きく、バッテリを冷却するための冷却装置が大型化してしまい、コストアップやレイアウトが制限されてしまうといった課題があった。 In the conventional technology as described above, in the case of quick charging in which a larger current is passed than in normal charging, the connection states of a plurality of batteries in the battery pack are connected in series, so that the heat generated from the batteries is large and the batteries are used. There are problems that the cooling device for cooling becomes large, the cost increases, and the layout is restricted.
そこで、本発明は、コストアップやレイアウトが制限されてしまうことを防止することができる電動車両の電源装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a power supply device for an electric vehicle that can prevent cost increase and layout limitation.
上記課題を解決する本発明に係る電動車両の電源装置は、駆動モータに電力を供給する複数の二次電池モジュールを有する電動車両の電源装置において、前記複数の二次電池モジュールを直列又は並列に切り替え可能に接続する接続回路と、前記接続回路の切り替え状態を制御する切替制御部と、前記電動車両の外部に設置された急速充電用充電器が接続されることで前記複数の二次電池モジュールを充電する急速充電用コネクタと、を有し、前記切替制御部は、前記急速充電用充電器が前記急速充電用コネクタに接続された場合には、前記複数の二次電池モジュールを並列に接続するように前記接続回路の切り替え状態を制御し、前記急速充電用充電器が前記急速充電用コネクタに接続されていない場合には、前記複数の二次電池モジュールを直列に接続するように前記接続回路の切り替え状態を制御する。 The power supply device for an electric vehicle according to the present invention that solves the above problems is a power supply device for an electric vehicle having a plurality of secondary battery modules that supply power to a drive motor, in which the plurality of secondary battery modules are connected in series or in parallel. The plurality of secondary battery modules are connected by connecting a connection circuit that is switchably connected, a switching control unit that controls the switching state of the connection circuit, and a quick charging charger installed outside the electric vehicle. The switching control unit connects the plurality of secondary battery modules in parallel when the quick charging charger is connected to the quick charging connector. The switching state of the connection circuit is controlled so as to be performed, and when the quick charging charger is not connected to the quick charging connector, the connection is made so as to connect the plurality of secondary battery modules in series. Controls the switching state of the circuit.
本発明は、コストアップやレイアウトが制限されてしまうことを防止することができる電動車両の電源装置を提供することができる。 The present invention can provide a power supply device for an electric vehicle that can prevent cost increase and layout limitation.
本発明の一実施の形態に係る電動車両の電源装置は、駆動モータに電力を供給する複数の二次電池モジュールを有する電動車両の電源装置において、複数の二次電池モジュールを直列又は並列に切り替え可能に接続する接続回路と、接続回路の切り替え状態を制御する切替制御部と、複数の二次電池モジュールを充電する急速充電用充電器が接続される急速充電用コネクタとを有し、切替制御部は、急速充電用充電器が急速充電用コネクタに接続された場合には、複数の二次電池モジュールを並列に接続するように接続回路の切り替え状態を制御する。これにより、本発明の一実施の形態に係る電動車両の電源装置は、コストアップやレイアウトが制限されてしまうことを防止することができる。 The power supply device for an electric vehicle according to an embodiment of the present invention switches a plurality of secondary battery modules in series or in parallel in a power supply device for an electric vehicle having a plurality of secondary battery modules for supplying power to a drive motor. It has a connection circuit that can be connected so that it can be connected, a switching control unit that controls the switching state of the connection circuit, and a quick charging connector to which a quick charging charger that charges a plurality of secondary battery modules is connected. When the quick charging charger is connected to the quick charging connector, the unit controls the switching state of the connection circuit so as to connect a plurality of secondary battery modules in parallel. As a result, the power supply device for the electric vehicle according to the embodiment of the present invention can prevent cost increase and layout limitation.
以下、図面を参照して、駆動モータを駆動源とする車両に本発明の電動車両の電源装置を適用した例について説明する。 Hereinafter, an example in which the power supply device for the electric vehicle of the present invention is applied to a vehicle whose drive source is a drive motor will be described with reference to the drawings.
図1に示すように、車両1は、車両1の駆動源としての駆動モータ2と、複数の二次電池モジュール3と、急速充電用コネクタ4と、普通充電用コネクタ5と、コンバータ6と、インバータ7と、接続回路8と、ECU(Electronic Control Unit)9とを含んで構成される。
As shown in FIG. 1, the
駆動モータ2は、複数の二次電池モジュール3から供給された電力で駆動する電動機として機能する。駆動モータ2は、複数の二次電池モジュール3を充電する電力を車両1の駆動力から生成する発電機としても機能する。
The drive motor 2 functions as an electric motor driven by electric power supplied from a plurality of
各二次電池モジュール3は、直列に接続された複数の電池セルによって構成される。なお、図1においては、2つの二次電池モジュール3が図示されているが、車両1に設けられる二次電池モジュール3の数を限定するものではなく、車両1には、3つ以上の二次電池モジュール3が設けられていてもよい。以下の説明において、複数の二次電池モジュール3を総称して、単に「電池モジュール」ともいう。
Each
急速充電用コネクタ4は、電池モジュールを充電する急速充電用充電器が接続される。急速充電用コネクタ4には、急速充電用充電器とECU9との間で制御信号を送受信させるための接続端子が設けられている。
The
例えば、急速充電用コネクタ4に急速充電用充電器が接続された場合には、接続端子を介して急速充電用充電器からECU9に接続信号が送信される。急速充電用コネクタ4に急速充電用充電器が接続された状態では、接続端子を介してECU9から急速充電用充電器に充電の開始又は終了などを指示する制御信号が送信される。
For example, when the quick charging charger is connected to the
普通充電用コネクタ5は、急速充電用充電器と比較して長い時間をかけて充電する普通充電用充電器が接続される。普通充電用充電器は、急速充電用充電器よりも低い商用電力を供給する。普通充電用コネクタ5は、家庭用コンセントと同様に構成される。
The
コンバータ6は、ECU9の制御により、普通充電用コネクタ5に接続された普通充電用充電器から供給された交流の電力を電池モジュールに供給する直流の電力に変換する。
The
インバータ7は、ECU9の制御により、電池モジュールから供給された直流の電力を駆動モータ2に供給する三相の交流の電力に変換する。インバータ7は、ECU9の制御により、駆動モータ2から供給された三相の交流の電力を電池モジュールに供給する直流の電力に変換する。
The
接続回路8は、リレー10から15と、第1スイッチ16と、第2スイッチ17とを含んで構成される。リレー10及び11は、ECU9の制御により、急速充電用コネクタ4と電池モジュールとを電気的に接続又は切断する。
The
リレー12及び13は、ECU9の制御により、コンバータ6と電池モジュールとを電気的に接続又は切断する。リレー14及び15は、ECU9の制御により、インバータ7と電池モジュールとを電気的に接続又は切断する。
The
第1スイッチ16及び第2スイッチ17は、ECU9の制御により、複数の二次電池モジュール3を直列又は並列に切り替え可能に接続する。なお、図1は、複数の二次電池モジュール3が並列に接続されている状態を示している。
The
すなわち、複数の二次電池モジュール3が並列に接続されている状態では、第1スイッチ16が接続状態になり、第2スイッチ17が端子17aと端子17bとを接続する状態となる。
That is, in a state where a plurality of
一方、複数の二次電池モジュール3が直列に接続されている状態では、第1スイッチ16が切断状態になり、第2スイッチ17が端子17aと端子17cとを接続する状態となる。
On the other hand, when a plurality of
ECU9は、CPU(Central Processing Unit)と、RAM(Random Access Memory)と、ROM(Read Only Memory)と、フラッシュメモリと、入力ポートと、出力ポートとを備えたコンピュータユニットによって構成されている。
The
コンピュータユニットのROMには、各種定数や各種マップ等とともに、当該コンピュータユニットをECU9として機能させるためのプログラムが格納されている。すなわち、当該コンピュータユニットにおいて、CPUがROMに格納されたプログラムを実行することにより、当該コンピュータユニットは、本実施例におけるECU9として機能する。
The ROM of the computer unit stores various constants, various maps, and the like, as well as a program for making the computer unit function as an
ECU9の入力ポートには、急速充電用コネクタ4の接続端子と、普通充電用充電器が普通充電用コネクタ5に接続されたことを検出するために普通充電用コネクタ5に設けられた図示しない電圧センサと、電池モジュールのSOC(State of Charge)を検出する図示しないSOCセンサを含む各種センサ類が接続されている。
The input port of the
ECU9の出力ポートには、コンバータ6と、インバータ7と、接続回路8の各スイッチとを含む各種制御対象類が接続されている。ECU9は、各種センサ類から得られる情報に基づいて、各種制御対象類を制御する。具体的には、以下に説明するように、ECU9は、接続回路8の切り替え状態を制御する切替制御部20としての機能を有する。
Various control objects including the
(急速充電)
ECU9は、急速充電用コネクタ4に急速充電用充電器が接続された場合には、リレー10から15のうち少なくともリレー10及び11を接続状態にし、第1スイッチ16を接続状態にし、第2スイッチ17の端子17aと端子17bとを接続させる。すなわち、ECU9は、急速充電用コネクタ4に急速充電用充電器が接続された場合には、電池モジュールを並列に接続させる。
(Fast charge)
When the quick charging charger is connected to the
(普通充電)
ECU9は、普通充電用コネクタ5に普通充電用充電器が接続された場合には、リレー10から15のうち少なくともリレー12及び13を接続状態にし、第1スイッチ16を切断状態にし、第2スイッチ17の端子17aと端子17cとを接続させる。
(Normal charge)
When the normal charging charger is connected to the
すなわち、ECU9は、普通充電用コネクタ5に普通充電用充電器が接続された場合には、電池モジュールを直列に接続させる。ECU9は、電池モジュールを直列に接続させた状態で、コンバータ6を制御し、普通充電用コネクタ5に接続された普通充電用充電器から供給された電力を電池モジュールに充電させる。
That is, when the normal charging charger is connected to the
(駆動モータの駆動)
ECU9は、電池モジュールにより駆動モータ2を駆動させる場合には、リレー10から15のうち少なくともリレー14及び15を接続状態にし、第1スイッチ16を切断状態にし、第2スイッチ17の端子17aと端子17cとを接続させる。
(Drive of drive motor)
When the drive motor 2 is driven by the battery module, the ECU 9 connects at least the
すなわち、電池モジュールにより駆動モータ2を駆動させる場合には、電池モジュールを直列に接続させる。ECU9は、電池モジュールを直列に接続させた状態で、インバータ7を制御し、電池モジュールから駆動モータ2に電力を供給させる。
That is, when the drive motor 2 is driven by the battery module, the battery modules are connected in series. The
(駆動モータによる充電)
ECU9は、駆動モータ2により電池モジュールを充電させる場合には、リレー10から15のうち少なくともリレー14及び15を接続状態にし、第1スイッチ16を切断状態にし、第2スイッチ17の端子17aと端子17cとを接続させる。
(Charging by drive motor)
When the battery module is charged by the drive motor 2, the
すなわち、駆動モータ2により電池モジュールを充電させる場合には、電池モジュールを直列に接続させる。ECU9は、電池モジュールを直列に接続させた状態で、インバータ7を制御し、駆動モータ2から電池モジュールに電力を供給させる。
That is, when the battery module is charged by the drive motor 2, the battery modules are connected in series. The
以上のように構成された本発明の実施例に係る電動車両の電源装置による電力制御動作について図2を参照して説明する。以下に説明する電力制御動作は、ECU9が作動している間、繰り返し実行される。
The power control operation by the power supply device of the electric vehicle according to the embodiment of the present invention configured as described above will be described with reference to FIG. The power control operation described below is repeatedly executed while the
なお、本発明を理解しやすくするために、以下、電力制御動作については、電池モジュールの接続状態の制御を主として説明し、コンバータ6及びインバータ7の制御及びリレー10から15の接続状態の制御などの説明を省略する。
In order to make the present invention easier to understand, the power control operation will mainly describe the control of the connection state of the battery module, the control of the
まず、ステップS1において、ECU9は、急速充電用コネクタ4に急速充電用充電器が接続されたか否かを判断する。具体的には、ECU9は、急速充電用充電器から接続信号を受信した場合には、急速充電用コネクタ4に急速充電用充電器が接続されたと判断し、急速充電用充電器から接続信号を受信していない場合には、急速充電用コネクタ4に急速充電用充電器が接続されていないと判断する。
First, in step S1, the
急速充電用コネクタ4に急速充電用充電器が接続されたと判断した場合には、ECU9は、ステップS2の処理を実行し、急速充電用コネクタ4に急速充電用充電器が接続されてないと判断した場合には、ECU9は、ステップS6の処理を実行する。
When it is determined that the quick charging charger is connected to the
ステップS2において、ECU9は、電池モジュールを並列に接続させる。具体的には、ECU9は、第1スイッチ16を接続状態にし、第2スイッチ17の端子17aと端子17bとを接続させる。ステップS2の処理を実行した後、ECU9は、ステップS3の処理を実行する。
In step S2, the
ステップS3において、ECU9は、急速充電を開始させる。具体的には、ECU9は、充電の開始を指示する制御信号を急速充電用充電器に送信する。ステップS3の処理を実行した後、ECU9は、ステップS4の処理を実行する。
In step S3, the
ステップS4において、ECU9は、急速充電の終了条件が成立したか否かを判断する。具体的には、ECU9は、SOCセンサによって検出された電池モジュールのSOCが閾値以上となった場合、急速充電用充電器が取り外された場合、又は、急速充電用充電器等の不具合が検出された場合には、急速充電の終了条件が成立したと判断する。
In step S4, the
急速充電の終了条件が成立していないと判断した場合、ECU9は、電力制御動作を終了し、急速充電用充電器による充電を継続する。急速充電の終了条件が成立したと判断した場合、ECU9は、ステップS5の処理を実行する。
When it is determined that the quick charging end condition is not satisfied, the
ステップS5において、ECU9は、急速充電を終了させる。具体的には、ECU9は、充電の終了を指示する制御信号を急速充電用充電器に送信する。ステップS5の処理を実行した後、ECU9は、電力制御動作を終了する。
In step S5, the
ステップS6において、ECU9は、普通充電用コネクタ5に普通充電用充電器が接続されたか否かを判断する。具体的には、ECU9は、電圧センサによって所定値以上の電圧が検出された場合には、普通充電用コネクタ5に普通充電用充電器が接続されたと判断し、所定値以上の電圧が検出されなかった場合には、普通充電用コネクタ5に普通充電用充電器が接続されていないと判断する。
In step S6, the
普通充電用コネクタ5に普通充電用充電器が接続されたと判断した場合には、ECU9は、ステップS7の処理を実行し、普通充電用コネクタ5に普通充電用充電器が接続されてないと判断した場合には、ECU9は、ステップS10の処理を実行する。
When it is determined that the normal charging charger is connected to the
ステップS7において、ECU9は、電池モジュールを直列に接続させる。具体的には、ECU9は、第1スイッチ16を切断状態にし、第2スイッチ17の端子17aと端子17cとを接続させる。ステップS7の処理を実行した後、ECU9は、ステップS8の処理を実行する。
In step S7, the
ステップS8において、ECU9は、普通充電の終了条件が成立したか否かを判断する。具体的には、ECU9は、SOCセンサによって検出された電池モジュールのSOCが閾値以上となった場合、普通充電用充電器が取り外された場合、又は、普通充電用充電器等の不具合が検出された場合には、普通充電の終了条件が成立したと判断する。
In step S8, the
普通充電の終了条件が成立していないと判断した場合、ECU9は、電力制御動作を終了し、普通充電用充電器による充電を継続する。普通充電の終了条件が成立したと判断した場合、ECU9は、ステップS9の処理を実行する。
When it is determined that the end condition of the normal charging is not satisfied, the
ステップS9において、ECU9は、普通充電を終了させる。具体的には、ECU9は、コンバータ6の全てのスイッチをオフにする。なお、ステップS5において、ECU9は、リレー12及び13の少なくとも一方をオフにしてもよい。ステップS5の処理を実行した後、ECU9は、電力制御動作を終了する。
In step S9, the
ステップS10において、ECU9は、電池モジュールを直列に接続させる。具体的には、ECU9は、第1スイッチ16を切断状態にし、第2スイッチ17の端子17aと端子17cとを接続させる。本実施例において、ステップS10は、電池モジュールにより駆動モータ2を駆動させる場合、又は、駆動モータ2により電池モジュールを充電させる場合などに実行される。ステップS10の処理を実行した後、ECU9は、電力制御動作を終了する。
In step S10, the
以上のように、本実施例に係る電動車両の電源装置は、急速充電用充電器が急速充電用コネクタ4に接続された場合には、複数の二次電池モジュール3を並列に接続するように接続回路8の切り替え状態を制御する。
As described above, in the power supply device of the electric vehicle according to the present embodiment, when the quick charging charger is connected to the
このため、本実施例に係る電動車両の電源装置は、急速充電用充電器から供給された電力により流れる電流を複数の二次電池モジュール3に分散させることで、二次電池モジュール3から発生する熱を抑制することができる。
Therefore, the power supply device for the electric vehicle according to the present embodiment is generated from the
したがって、本実施例に係る電動車両の電源装置は、複数の二次電池モジュール3を冷却するための冷却装置を大型化する必要がなくなるため、コストアップやレイアウトが制限されてしまうことを防止することができる。
Therefore, the power supply device for the electric vehicle according to the present embodiment does not need to increase the size of the cooling device for cooling the plurality of
また、本実施例に係る電動車両の電源装置は、急速充電時に流れる電流を低減するため、二次電池モジュール3として大電流に対する耐性を有するものを使用する必要がなくなるため、コストダウンを図ることができ、二次電池モジュール3の選択範囲が広がる。
Further, in the power supply device of the electric vehicle according to the present embodiment, since the current flowing during quick charging is reduced, it is not necessary to use a
また、本実施例に係る電動車両の電源装置は、普通充電用充電器が普通充電用コネクタ5に接続された場合、又は、複数の二次電池モジュール3により駆動モータ2を駆動させる場合には、複数の二次電池モジュール3を直列に接続するように接続回路8の切り替え状態を制御する。
Further, in the power supply device of the electric vehicle according to the present embodiment, when the normal charging charger is connected to the
したがって、本実施例に係る電動車両の電源装置は、普通充電における充電時間を短縮することができる。また、本実施例に係る電動車両の電源装置は、複数の二次電池モジュール3を直列に接続するため、電池モジュールの端子間電圧が高くなり、二次電池モジュール3及び駆動モータ2の使用電圧及び電流範囲を広げることができる。
Therefore, the power supply device for the electric vehicle according to the present embodiment can shorten the charging time in normal charging. Further, in the power supply device of the electric vehicle according to the present embodiment, since a plurality of
なお、本実施例においては、駆動モータ2を駆動源とする車両に本発明に係る電動車両の電源装置を適用した例について説明したが、エンジンと駆動モータとを駆動源とする車両、いわゆる、プラグインハイブリッド車両にも適用することができる。 In this embodiment, an example in which the power supply device of the electric vehicle according to the present invention is applied to a vehicle using the drive motor 2 as a drive source has been described, but a vehicle having an engine and a drive motor as a drive source, so-called It can also be applied to plug-in hybrid vehicles.
以上、本発明の実施例について開示したが、本発明の範囲を逸脱することなく本実施例に変更を加えられ得ることは明白である。本発明の実施例は、このような変更が加えられた等価物が特許請求の範囲に記載された発明に含まれることを前提として開示されている。 Although the examples of the present invention have been disclosed above, it is clear that the examples can be modified without departing from the scope of the present invention. The embodiments of the present invention are disclosed on the premise that the equivalents to which such modifications have been made are included in the invention described in the claims.
1 車両(電動車両)
2 駆動モータ
3 二次電池モジュール
4 急速充電用コネクタ
5 普通充電用コネクタ
8 接続回路
20 切替制御部
1 Vehicle (electric vehicle)
2 Drive
Claims (2)
前記複数の二次電池モジュールを直列又は並列に切り替え可能に接続する接続回路と、
前記接続回路の切り替え状態を制御する切替制御部と、
前記電動車両の外部に設置された急速充電用充電器が接続されることで前記複数の二次電池モジュールを充電する急速充電用コネクタと、を有し、
前記切替制御部は、
前記急速充電用充電器が前記急速充電用コネクタに接続された場合には、前記複数の二次電池モジュールを並列に接続するように前記接続回路の切り替え状態を制御し、
前記急速充電用充電器が前記急速充電用コネクタに接続されていない場合には、前記複数の二次電池モジュールを直列に接続するように前記接続回路の切り替え状態を制御することを特徴とする電動車両の電源装置。 In a power supply unit of an electric vehicle having a plurality of secondary battery modules that supply electric power to a drive motor.
A connection circuit that connects the plurality of secondary battery modules in series or in parallel so as to be switchable.
A switching control unit that controls the switching state of the connection circuit,
It has a quick charging connector for charging the plurality of secondary battery modules by connecting a quick charging charger installed outside the electric vehicle.
The switching control unit
When the quick charging charger is connected to the quick charging connector, the switching state of the connection circuit is controlled so as to connect the plurality of secondary battery modules in parallel.
When the quick charging charger is not connected to the quick charging connector, the electric power is characterized in that the switching state of the connection circuit is controlled so as to connect the plurality of secondary battery modules in series. Vehicle power supply.
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