JP2021166171A - バッテリモジュールの終端装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】モジュールを収容するバッテリモジュールを負荷から外して安全に保管あるいは輸送することができるバッテリモジュールの終端装置を提供する。
【解決手段】
セルの集合体からなるモジュール１４をバッテリケース１６に収容してなるバッテリモジュール１８の終端装置１０であって、コンピュータ２０を備えると共に、コンピュータ２０がバッテリモジュール１８の状態を取得可能な状態取得部２０ａ１と、状態取得部によって取得されたバッテリモジュール１８の状態を外部に無線あるいは有線で通信可能な通信部２０ａ２と、バッテリモジュール１８の出力を負荷２２に接続あるいは負荷２２から遮断する接続・遮断部２０ａ３として機能するように構成される。
【選択図】図１

Description

この発明はバッテリモジュールの終端装置に関する。
電動車の普及が進む一方で、バッテリケースにモジュールが収容された車載用のバッテリモジュールが広く用いられているが、そのバッテリモジュールは予定された用途が終わっても、他の用途に転用できる、即ち二次利用できる場合がある。しかしながら、車載用のバッテリモジュールは多くの場合に車種ごとに最適化されており、その脱着工数に加え、バッテリ制御ユニットなどの装置がないと、直ぐに他の用途に転用できないのが現状である。
その意図から特許文献１記載の技術においてバッテリモジュールの劣化情報を管理することが提案されている。特許文献１記載の技術は、複数個のモジュールそれぞれの情報を検出するセンサユニットと、無線通信を介してその情報を受信して各モジュールの劣化情報を逐次求める電池監視ユニットを備えるように構成している。
特開２０１３―１４００５５号公報
ところで、バッテリモジュールはモジュールを収容しているために出力も高くなることから、他の用途に転用しようとするとき、安全に保管あるいは輸送する必要があるが、特許文献１記載の技術はその点については提案するものではなかった。
従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、モジュールを収容するバッテリモジュールを安全に保管あるいは輸送できるようにしたバッテリモジュールの終端装置を提供することにある。
上記の目的を達成するために、この発明は、セルの集合体からなるモジュールをバッテリケースに収容してなるバッテリモジュールの終端装置であって、前記終端装置が、前記バッテリモジュールの状態を取得可能な状態取得部と、前記状態取得部によって取得されたバッテリモジュールの状態を外部に通信可能な通信部と、前記バッテリモジュールの出力を負荷に接続あるいは負荷から遮断する終端部とを備える如く構成した。
この発明の実施形態に係るバッテリモジュールの終端装置を全体的に示す概念図である。 図１の終端装置のバッテリモジュールの構成を詳細に示す説明図である。 同様に図１のバッテリモジュールの構成を詳細に示す説明図である。 図１の終端装置の動作、より具体的にはそれを構成するコンピュータのプロセッサの動作を示すフロー・チャートである。
以下、添付図面に即してこの発明の実施形態に係るバッテリモジュールの終端装置を実施するための形態について説明する。
図１はこの発明の実施形態に係るバッテリモジュールの終端装置の概念図、図２と図３は図１に示すバッテリモジュールを説明する説明図、図４は図１に示すバッテリモジュールの終端装置の動作、より具体的には終端装置を構成するコンピュータを詳細に示す説明図である。
図１において符号１０はバッテリモジュールの終端装置を示す。終端装置１０は、図２（ａ）（ｂ）に示すような電力を貯蔵可能なセル（バッテリセル）１２を複数個集合（積層）させた集合体（積層体）を（ｃ）に示すように複数個（図示例で４個）パック化（モジュール化）したモジュール１４をバッテリケース１６に収容してなるバッテリモジュール１８に容易に着脱可能に取り付けられる装置である。尚、セル１２とバッテリケース１６の間は適宜な絶縁処理が施される。
終端装置１０は、図３（ａ）に示すように、バッテリモジュール１８に着脱自在に取り付けられる。尚、モジュール１４は図示例では４個としたが、１個でも良く、あるいは４個以外の複数個でもあっても良い。
バッテリケース１６はアルミ材などの素材を押出成形して製作された有底開口端１６ａを有する矩形状体からなる。図３（ａ）に良く示す如く、終端装置１０は同様な素材からなると共に、矩形状のケース１０ａを備え、バッテリケース１６の開口端１６ａからセル１２の集合体からなるモジュール１４が収容された後、開口端１６ａを閉鎖するようにバッテリケース１６に容易に着脱可能に取り付けられる。尚、図３（ｂ）に示すように、終端装置１０（とバッテリモジュール１８）は複数個接続させても良い。
終端装置１０はコンピュータ２０を備える。コンピュータ２０はケース１０ａの内部に収容されると共に、図１に示すようにプロセッサ２０ａとメモリ２０ｂと入出力回路２０ｃを備える。コンピュータ２０はケース１０ａに設けられるコネクタ（図示せず）を介して汎用的な信号を送受信可能に構成される。
図１の下部に示す如く、バッテリモジュール１８の出力は出力端子１０ｂを介して負荷２２に接続されるが、出力端子１０ｂの付近には出力端子１０ｂを負荷２２との接続あるいは遮断の間で切り替えるスイッチ１０ｃが接続・遮断部２０ａ３に設けられる。
負荷２２は例えば車両の電動モータなどの電気負荷２２ａ、工場の電動工作機などの電気負荷２２ｂ、家屋の照明器具などの電気負荷２２ｃ、建設機械の電動モータなどの電気負荷２２ｄなどからなり、バッテリモジュール１８はそれらの動作電源用として接続されるとき、その需要に応じて電力を出力（放電する）。また、負荷２２が車両などの電動モータであるとき、ＰＤＵ（Power Drive Unit。図示せず）を介してその回生時の回生電力を入力（充電される）する。負荷２２はそれぞれ終端装置１０に類似する制御コンピュータを備える。
終端装置１０のコンピュータ２０はアンテナ３２からネットワーク２４を介してあるいはコネクタ（図示せず）などを介して外部（負荷２２の制御コンピュータあるいはサーバコンピュータ２６）とアクセス可能に接続され、Ｗｉｆｉなどの汎用通信回線あるいはＴＣＵ（Telematics Control Unit）などの専用通信回線を介してアクセス可能に構成される。ネットワーク２４は終端装置１０と負荷２２の制御装置の間で有線あるいは無線を介してデータの送受信を可能にするものであり、インターネット、ＬＡＮ，公衆電話通信網、企業内ネットワーク、サービスプロバイダのネットワークなどからなる。
サーバコンピュータ２６は、例えばメインフレームなど比較的大容量のコンピュータからなり、例えばモジュール１４のサプライヤの事務所などの適宜な箇所に配置される。サーバコンピュータ２６はクラウド上のコンピュータであっても良い。
また、負荷２２はそれぞれ上記した終端装置１０に類似する制御コンピュータを備えるが、それに加え、負荷２２の多くはその稼働を制御する制御装置（電子制御ユニット）を備える。制御装置はプロセッサとメモリと入出力回路を備えるコンピュータからなると共に、終端装置１０（バッテリモジュール１８）が接続されたとき、アンテナあるいはケーブルを介して終端装置１０と通信して負荷２２の稼働状態などの情報を終端装置１０が取得できるように構成される。
バッテリモジュール１８のモジュール１４はそれぞれＢＭＳ（Battery Management System）１４ａを備え、ＢＭＳ１４ａは対応するモジュール１４の残電力（ＳＯＣ）を検出してコンピュータ２０に送る。また、コンピュータ２０は内蔵電源３０と、無線系を介して外部と送受信可能なアンテナ３２と、終端装置１０（換言すればバッテリモジュール１８）の所在する位置を検出するＧＰＳ受信機からなる位置検出器３４と、出力端子１０ｂの付近に配置されて負荷２２に供給される電力の電圧と電流を検出する電圧・電流センサ３６と、表示部２０ａ５が表示するためのディスプレイ４０を備える。
図１に示すように、終端装置１０に配置されるコンピュータ２０のプロセッサ２０ａは、モジュール１４の状態を取得可能な状態取得部２０ａ１と、ケース１０ａに設けられたコネクタなどを介して外部と汎用的な信号を送受信すると共に、状態取得部２０ａ１によって取得されたモジュール１４の状態を外部に通信可能な通信部２０ａ２と、バッテリモジュール１８を負荷２２に接続あるいは負荷２２から遮断する接続・遮断部２０ａ３と、バッテリモジュール１８と独立な内蔵電源３０の残電力を検出する内蔵電源残電力検出部２０ａ４と、状態取得部２０ａ1によって取得されたバッテリモジュール１８の残電力を少なくとも表示する表示部２０ａ５と、負荷２２が変更されたことを検知する負荷変更検知部２０ａ６と、負荷変更検知部２０ａ６によって負荷２２が変更されたことが検知されたとき、バッテリモジュール１８の出力を変更された負荷に応じて切り替える出力切替部２０ａ７とを備える。即ち、コンピュータ２０のプロセッサ２０ａはメモリ２０ｂに格納されているプログラムに従って上記のように機能するように構成される。
図４はこのバッテリモジュール１８の終端装置１０の動作、より具体的にはコンピュータ２０のプロセッサ２０ａの上記した機能を示すフロー・チャートである。
以下説明すると、Ｓ１０において内蔵電源３０の出力がコンピュータ２０の動作電源として十分か否か判断する。内蔵電源３０は例えばボタン電池からなり、コンピュータ２０が収容される終端装置１０のケース１０ａの適宜位置に着脱可能に取り付けられる。
Ｓ１０で否定されるときはＳ１２に進み、コンピュータ２０の動作電源をバッテリモジュール１８に切り替える。次いでＳ１４に進み、ＢＭＳ１４ａの出力から個々のモジュール１４の残電力を検出してバッテリモジュール１８の状態を取得し、位置検出器３４から取得した自己の所在位置と予め付与されている自己の識別子と共に、メモリ２０ｂの適宜なアドレスに記憶（格納）する。尚、Ｓ１０で肯定されるときはＳ１２の処理をスキップする。
次いでＳ１６に進み、Ｓ１４で取得されたバッテリモジュール１８の状態をディスプレイ４０に表示する。このとき、自己の所在位置と識別子の少なくともいずれかも表示しても良い。ディスプレイ４０はバッテリモジュール１８の状態を表示できればどのようなものでも良く、モジュール１４の状態を正確に文字で表示する液晶パネルに限らず、色や模様で概括的に示すものであっても良い。
次いでＳ１８に進み、外部（例えば負荷２２の制御コンピュータあるいはサーバコンピュータ２６など）から送信要求があったか否か判断し、肯定されるときはＳ２０に進み、アンテナ３２とネットワーク２４を介して要求先にＳ１４で格納されたメモリ記憶データを送信（通信）する。尚、Ｓ１８で否定されるときはＳ２０の処理をスキップする。
次いでＳ２２に進み、負荷２２が接続されているか否か判断する。これはＳ１４で取得されたデータと電圧・電流センサ３６の出力の変化から判断する。
Ｓ２２で否定されるときはＳ２４に進み、新しい負荷（以下「第２負荷」という）２２が接続されたか（換言すれば負荷２２が変更されたか）否か判断し、否定されたときはＳ２６に進み、スイッチ１０ｃを介して出力端子１０ｂと負荷２２との接続を遮断する。ここで、負荷２２の変更とは例えば負荷２２ａから２２ｂに変更されたことを意味する。
他方、Ｓ２４で肯定されるときはＳ２８に進み、第２負荷２２の要求する負荷（出力）に応じてバッテリモジュール１８の出力を高低複数の特性の間で変更する。即ち、出力切替部２０ａ７は高低複数の特性を記憶すると共に、負荷変更検知部２０ａ６によって負荷２２が変更されたことが検知されたとき、変更された負荷２２に応じてバッテリモジュール１８の出力を記憶された複数の特性の間で切り替える。また、このとき出力切替部は通信部２０ａ２からの指示に基づいてバッテリモジュール１８の出力を制御する。
一方、Ｓ２２で肯定されるときはＳ３０に進む。これはＳ２２で否定されてＳ２８を経由しときも同様である。Ｓ３０では負荷２２の稼働状態などの情報を取得し、取得された負荷２２の稼働状態などの情報を要求先の外部（例えば接続中の終端装置１０、他の負荷２２の制御装置あるいはサーバコンピュータ２６）に通信する。即ち、前記したように負荷（第２負荷も含む）２２の稼働を制御する制御装置にアクセスして負荷２２の稼働状態などの情報を取得する。これは通信部２０ａ２の動作である。
通信部２０ａ２は具体的には無線（アンテナ３２）を介して負荷２２の制御装置にアクセスする。尚、そのとき負荷２２に対して終端装置１０が図３（ｂ）に示すように複数個接続されるとき、複数個のうちの少なくともいずれかの通信部２０ａ２のみ動作するように構成される。
また、通信部２０ａ２はこのとき、負荷２２の情報から負荷２２の稼働状態を監視あるいは予測し、稼働状態が異常と判断されるときは、外部に報知することとする。外部への報知はWifiのような汎用通信回線よりも専用通信回線を用いるのが望ましい。
図４フロー・チャートにおいて、コンピュータ２０のプロセッサ２０ａは上記した処理を所定時間ごとに繰り返す。
上記した如く、この実施形態にあっては、バッテリモジュール１８の終端装置１０であって、前記終端装置１０が、前記バッテリモジュール１８の状態を取得可能な状態取得部（コンピュータ２０のプロセッサ２０ａの２０ａ１，Ｓ１４）と、前記状態取得部によって取得されたバッテリモジュール１８の状態を外部に通信可能な通信部(コンピュータ２０のプロセッサ２０ａの２０ａ２，Ｓ１８，Ｓ２０）と、前記バッテリモジュール１８の出力を（スイッチ１０ｃを介して）負荷２２に接続あるいは負荷２２から遮断する接続・遮断部（コンピュータ２０のプロセッサ２０ａの２０ａ３、Ｓ２２からＳ２８）とを備える如く構成したので、接続・遮断部２０ａ３を介してバッテリモジュール１８の出力を負荷２２から遮断することでバッテリモジュール１８を負荷２２から外して安全に保管あるいは輸送することができる。
また、前記バッテリモジュール１８はバッテリケース１６の開口端１６ａからセル１２の集合体からなるモジュール１４が収容されてなると共に、前記開口端１６ａを閉鎖するように構成される、より具体的には前記開口端１６ａを閉鎖するように着脱可能に取り付けられることから、上記した効果に加え、構成が簡易となると共に、終端装置１０の個数を減らすことができる。
また、前記バッテリモジュール１８の所在する所在位置を検出する位置検出器３４を備え、前記状態取得部は、前記バッテリモジュール１８の残電力状態と前記位置検出器３４によって検出された位置とを取得する如く構成したので、上記した効果に加え、バッテリモジュール１８が負荷２２に接続されない状態であっても、その所在位置を容易に把握することができる。
また、前記バッテリモジュール１８と独立な内蔵電源３０と、前記内蔵電源の残電力を検出する内蔵電源残電力検出部（コンピュータ２０のプロセッサ２０ａの２０ａ４，Ｓ１０）と、前記内蔵電源残電力検出部によって前記内蔵電源３０の残電力が消耗したと判断されるとき、前記バッテリモジュール１８から電力の供給を受ける（Ｓ１２）如く構成したので、上記した効果に加え、バッテリモジュール１８の状態を確実に取得することができる。
また、前記内蔵電源３０は着脱可能に構成される如く構成したので、上記した効果に加え、不要なときに内蔵電源３０を容易に取り外すことができる。
また、前記状態取得部によって取得された前記バッテリモジュール１８の残電力をディスプレイ４０に少なくとも表示する表示部（コンピュータ２０のプロセッサ２０ａの２０ａ５，Ｓ１６）を備える如く構成したので、バッテリモジュール１８に終端装置１０を取り付けるだけでバッテリモジュール１８の状態を容易に把握することができる。
また、バッテリモジュール１８の終端装置１０であって、前記終端装置１０が、前記バッテリモジュール１８の状態を取得可能な状態取得部（コンピュータ２０のプロセッサ２０ａの２０ａ１，Ｓ１４）と、前記状態取得部によって取得されたバッテリモジュール１８の状態を外部に通信可能な通信部(コンピュータ２０のプロセッサ２０ａの２０ａ２，Ｓ１８，Ｓ２０）と、前記バッテリモジュール１８の出力を（スイッチ１０ｃを介して）負荷２２に接続あるいは負荷から遮断する接続・遮断部（コンピュータ２０のプロセッサ２０ａの２０ａ３，Ｓ２２からＳ２８）とを備えると共に、前記負荷２２が変更されたことを検知する負荷変更検知部（コンピュータ２０のプロセッサ２０ａの２０ａ６，Ｓ２２，Ｓ２４）と、前記負荷変更検知部によって前記負荷２２が変更されたことが検知されたとき、前記バッテリモジュール１８の出力を前記変更された負荷に応じて切り替える出力切替部（コンピュータ２０のプロセッサ２０ａの２０ａ７，Ｓ２８）とを備える如く構成したので、接続・遮断部２０ａ３を介してバッテリモジュール１８の出力を負荷２２から遮断することでバッテリモジュール１８を負荷２２から外して安全に保管あるいは輸送できると共に、負荷２２が変更されたときも負荷に応じて最適に電力を供給することができる。
また、前記バッテリモジュール１８は前記バッテリケース１６の開口端１６ａからセル１２の集合体からなるモジュール１４が収容されてなると共に、前記開口端１６ａを閉鎖する如く構成したので、上記した効果に加え、構成が簡易となると共に、終端装置１０の個数を減らすことができる。
また、前記出力切替部２０ａ７は前記通信部２０ａ２からの指示に基づいて前記バッテリモジュール１８の出力を制御する如く構成したので、上記した効果に加え、例えば車載機器２２ａなどの負荷２２に好適に使用することができる。
また、前記出力切替部２０ａ７は複数の特性を記憶すると共に、前記負荷変更検知部２０ａ６によって前記負荷２２が変更されたことが検知されたとき、前記変更された負荷２２に応じて前記モジュールの出力を前記記憶された複数の特性の間で切り替える（Ｓ２８）如く構成したので、上記した効果に加え、負荷２２に最適に電力を供給することができる。
また、前記通信部２０ａ２は、前記状態取得部によって取得されたバッテリモジュール１８の状態に基づいて前記第２負荷２２の稼働状態を取得して外部に通信する（Ｓ３０）如く構成したので、上記した効果に加え、負荷２２に一層最適に電力を供給することができる。
また、バッテリモジュール１８の終端装置１０であって、前記終端装置１０が、前記バッテリモジュール１８の状態を取得可能な状態取得部（コンピュータ２０のプロセッサ２０ａの２０ａ１，Ｓ１４）と、前記状態取得部によって取得されたバッテリモジュール１８の状態を外部に通信可能な通信部(コンピュータ２０のプロセッサ２０ａの２０ａ２，Ｓ１８，Ｓ２０）と、前記バッテリモジュール１８の出力を（スイッチ１０ｃを介して）負荷２２に接続あるいは負荷から遮断する接続・遮断部（コンピュータ２０のプロセッサ２０ａの２０ａ３，Ｓ２２からＳ２８）とを備え、前記通信部は、前記接続される負荷の稼働を制御する制御装置と通信して前記負荷の情報を取得する共に、取得された前記負荷の情報を外部に通信可能である（Ｓ３０）如く構成したので、接続・遮断部２０ａ３を介してバッテリモジュール１８の出力を負荷２２から遮断することでバッテリモジュール１８を負荷２２から外して安全に保管あるいは輸送できると共に、負荷２２の稼働状態などの情報を取得して外部に通信することができて負荷２２が外部との通信機能を持たない場合でも終端装置１０を備えたバッテリモジュール１８を接続することで負荷２２に通信機能を付与することができる。
前記通信部２０ａ２は、無線（アンテナ３２）を介して外部に通信可能に構成される如く構成したので、上記した効果に加え、接続された負荷２２の稼働状態などの情報を容易かつ迅速に取得して外部に通信することができる。
また、前記終端装置１０が同一の負荷２２に対して複数個接続されるとき、前記複数個のうちの少なくともいずれかの通信部２０ａ２のみ動作する如く構成したので、上記した効果に加え、構成が簡易となる。
また、前記通信部は、前記取得された負荷の情報に基づいて前記負荷の稼働状態を監視する（Ｓ３０）如く構成したので、上記した効果に加え、接続された負荷２２の稼働状態を適正に把握することができる。
また、前記通信部は、前記取得された負荷の情報から前記負荷の稼働状態が異常と判断されるときは、外部に報知する（Ｓ３０）如く構成したので、当該負荷２２の制御装置などは必要な措置を講じることができる。
また、前記バッテリモジュール１８は、セル１２の集合体からなるモジュール１４をバッテリケース１６に収容されてなる如く構成したので、上記した効果に加え、構成を簡易にすることができる。
１０ バッテリモジュールの終端装置、１２ セル、１４ モジュール、１６ バッテリケース、１８ バッテリモジュール、２０ コンピュータ、２０ａ プロセッサ、２０ａ１ 状態取得部、２０ａ２ 通信部、２０ａ３ 接続・遮断部、２０ａ４ 内蔵電源残電力検出部、２０ａ５ 表示部、２０ａ６ 負荷変更検知部、２０ａ７ 出力切替部、２０ｂ メモリ、２０ｃ 入出力回路、２２ 負荷、２４ ネットワーク、２６ サーバコンピュータ、３０ 内蔵電源、３２ アンテナ、３４ 位置検出器、３６ 電圧・電流センサ、４０ ディスプレイ

Claims (6)

  1. バッテリモジュールの終端装置であって、前記終端装置が、
    前記バッテリモジュールの状態を取得可能な状態取得部と、
    前記状態取得部によって取得されたバッテリモジュールの状態を外部に通信可能な通信部と、
    前記バッテリモジュールの出力を負荷に接続あるいは負荷から遮断する接続・遮断部と、
    を備えることを特徴とするバッテリモジュールの終端装置。
  2. 前記バッテリモジュールはバッテリケースの開口端からセルの集合体からなるモジュールが収容されてなると共に、前記開口端を閉鎖するように構成されることを特徴とする請求項１に記載のバッテリモジュールの終端装置。
  3. 前記バッテリモジュールの所在する所在位置を検出する位置検出器を備え、
    前記状態取得部は、前記バッテリモジュールの残電力状態と前記位置検出によって検出された位置とを取得することを特徴とする請求項１または２に記載のバッテリモジュールの終端装置。
  4. 前記モジュールと独立な内蔵電源と、前記内蔵電源の残電力を検出する内蔵電源残電力検出部と、前記内蔵電源残電力検出部によって前記内蔵電源の残電力が消耗したと判断されるとき、前記バッテリモジュールから電力の供給を受けることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のバッテリモジュールの終端装置。
  5. 前記内蔵電源は着脱可能に構成されることを特徴とする請求項４に記載のバッテリモジュールの終端装置。
  6. 前記状態取得部によって取得された前記バッテリモジュールの残電力を少なくとも表示する表示部を備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のバッテリモジュールの終端装置。
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