JP3778821B2 - Power supply for automobile - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の分割ユニットを直列接続してなる組電池を備える自動車用の電源装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
ニッケル水素電池は、エネルギー密度、出力密度、サイクル特性等の基本特性に優れており、電気自動車等の電源としての実用化の開発が進んでいる。電気自動車用として用いられる場合、所定の出力を得るためには50〜200A程度の電流を流すことができる電池容量と、100〜350V程度の出力電圧が要求される。ニッケル水素電池は、1セル当りの出力電圧が1.2V程度であるため、多数のセルを直列接続して所要の出力電圧を得ることになる。例えば、6セルを直列接続して1モジュールとし、更にこれを32モジュール直列接続することによって、192セルの組電池を備える電源装置が構成され、約230Vの出力電圧が得られる。
【0003】
このような電源装置においては、常に安定した出力を得るために電池の状態を監視しておく必要がある。かかる電池状態の監視は、組電池全体の出力電圧及びまたは電池温度を検出するのが構成的にも簡単である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
この構成にあっては、組電池を構成するモジュールやセルの1つが異常状態であっても、当該異常の存在を発見することは困難であった。そこで、特開平11−165540号公報によれば、電池モジュール毎に電池電圧を検出する電圧センサを設けた構成が記載されている。この構成においては、各モジュール毎の状態を個別に検出することができる。
【0005】
しかしながら、当該先行技術にあっては、各モジュール毎に設けられているのは単にモジュールの電圧を検出するセンサであり、各センサの出力に基づく各種演算はバッテリECUにて集中的に行うようになっているため、バッテリECUの負荷が多大となるなど問題点が多い。
【0006】
さらに、ひとつのバッテリECUが全ての電池モジュールの状態を検出するので、各々の電池モジュールを独立して正確に検出するのが難しい。また、各々の電池モジュールの電圧を考慮しながら残容量を独立して演算すると、ますますバッテリECUの負荷が増加する。さらに、各々の電池モジュールの電圧を電圧センサーで検出する電源装置は、各々の電圧センサーのリード線をバッテリECUに接続する必要がある。電圧センサーは、各々の電池モジュールに接続しているので高電位となる。このため、事故等で電源装置が破損されるときに高電圧のリード線に大電流が流れる欠点がある。
【0007】
本発明は、このような欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、バッテリECUの負荷を軽くして安価なものを使用しながら、各々の電池モジュールで構成される分割ユニットの状態を独立してより詳細に検出できる自動車用の電源装置を提供することにある。
【0008】
また、本発明の他の大切な目的は、電池モジュールの寿命を長くできると共に、衝突時の安全性と信頼性を向上でき、さらに雑音による誤差を少なくしてより正確に電池モジュールで構成される分割ユニットの状態を検出できる自動車用の電源装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明の自動車用の電源装置は、複数の分割ユニットを直列に接続している組電池と、組電池を構成している各々の分割ユニットに接続している複数の電池状態検出回路9と、各々の電池状態検出回路9に外部通信バス10を介して接続しているバッテリECU8とを備える。各々の電池状態検出回路9は、分割ユニットの電池電圧を検出する電圧検出器と、電圧検出器の出力をデジタル信号に変換するA/D変換器と、電圧検出器で検出した電圧から分割ユニットの状態を検出するユニット演算回路と、ユニット演算回路で検出された分割ユニットの状態を外部通信バス10を介してバッテリECU8に伝送する通信回路を備える。電池状態検出回路9は、ユニット演算回路で各々の分割ユニットの状態を検出し、検出された分割ユニットの状態を外部通信バス10を介してバッテリECU8に伝送する。
【0010】
さらに、本発明の電源装置は、複数の分割ユニットを直列に接続している組電池と、組電池を構成している各々の分割ユニットに接続している複数の電池状態検出回路9と、組電池に流れる電流を検出する電池電流検出回路11と、各々の電池状態検出回路9に外部通信バス10を介して接続しているバッテリECU8とを備える。各々の電池状態検出回路9は、分割ユニットの電池電圧を検出する電圧検出器と、電圧検出器の出力をデジタル信号に変換するA/D変換器と、電圧検出器で検出される電圧と電池電流検出回路11で検出される電流から分割ユニットの残容量を演算するユニット演算回路と、ユニット演算回路で演算された残容量を外部通信バス10を介してバッテリECU8に伝送する通信回路を備える。電池状態検出回路9は、ユニット演算回路で各々の分割ユニットの残容量を演算し、演算された残容量を外部通信バス10を介してバッテリECU8に伝送する。
【0012】
電池電流検出回路11は、好ましくは、検出した電池電流をデジタル信号に変換するA/D変換器を備え、A/D変換器で変換されたデジタル信号の電池電流を外部通信バス10を介して電池状態検出回路9に伝送する。電池電流検出回路11は、電池電流を検出してアナログ信号の電圧信号に変換し、アナログ信号である電流信号を各々の電池状態検出回路9に伝送することもできる。この電池状態検出回路9は、電池電圧をデジタル信号に変換するA/D変換器でもって、アナログ信号である電流信号をデジタル信号に変換することができる。さらに、電池状態検出回路9は、アナログ信号である電流信号をA/D変換器に変換する専用のA/D変換器を備えることもできる。
【0014】
さらに、本発明の電源装置は、複数の電池モジュール1を電池ケース4に収納して、この電池ケース4の一部であって、電池モジュール1を直列に接続するバスバー6を固定しているエンドプレート5に、電池モジュール (1) の収納空間を利用することなく、電池状態検出回路9を固定することができる。電池電流検出回路11は、電池モジュール1を直列に接続するバスバー6の電圧を検出して電流を測定することができる。さらに、電源装置は、電池ケース4をケース3に収納して、ケース3の内側で電池ケース4の外側にバッテリECU8に配設することができる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための電源装置を例示するものであって、本発明は電源装置を以下のものに特定しない。
【0016】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【0017】
図1は、電気自動車等に用いられる本発明の一実施例の電源装置を示し、この電源装置の回路図を図2に示す。図1の電源装置は、自動車を走行させるモーターを駆動する電池をケース3に内蔵している。ケース3は、電池を収納する電池収納部3Aと、この電池収納部3Aに隣接して配設している衝撃吸収部3Bとを有する。衝撃吸収部3Bは、それ自体を破壊して衝撃を吸収する。それ自体を破壊して衝撃を吸入する衝撃吸収部3Bは、電池収納部3Aよりも破壊強度を弱くなるように製作される。
【0018】
電池収納部3Aは、複数の電池を収納する電池ケース4とバッテリECU8を収納している。図1の電源装置は、電池収納部3Aに2つの電池ケース4を収納している。この図に示すように、電池収納部3Aは、複数の電池ケース4を収納することができる。電池収納部3Aに複数の電池ケース4を収納する構造は、電池ケース4を軽く小さくできるので、電池収納部3Aに収納する作業を能率よくできる。さらに、両側に取っ手を設けている電池ケース4は、さらに能率よく電池収納部3Aに出し入れできる。
【0019】
本発明の電源装置は、直列に接続している複数の分割ユニットで組電池を構成する。分割ユニットは、ひとつまたは複数の電池モジュール1で構成される。電池ケース4は、図3に示すように、分割ユニットを構成する複数本の電池モジュール1を隙間ができるように平行に並べて収納している。電池モジュール1は、複数の素電池2を直線状に直列に連結している。電池ケース4に収納される複数の電池モジュール1は、金属板のバスバー6で互いに直列に接続されて出力電圧を高くしている。バスバー6は、電池ケース4のエンドプレート5に装着される。さらに、電池収納部3Aに収納される複数の電池ケース4の出力も互いに直列に接続される。したがって、電池収納部3Aに収納される全ての素電池2は、互いに直列に接続されて出力電圧を高くしている。電源装置の出力電圧は、素電池2の数、いいかえると電池モジュール1の本数で出力電圧を調整する。電源装置の出力電圧は、自動車に要求される出力により最適電圧に設定され、たとえば100〜300Vの範囲に設定される。素電池2は、5〜7Ahのニッケル−水素電池である。ただ、素電池2の容量をこの値に特定せず、これよりも大きくあるいは小さくすることができる。また、素電池2には、リチウムイオン電池やニッケル−カドミウム電池等の全ての二次電池を使用できる。
【0020】
電池モジュール1は、たとえば、5〜10本の素電池2を直線状に直列に連結している。電池モジュール1は、円筒型の素電池2を、金属板で製作している皿状接続体7を介して直線状に連結される。ただし、電池モジュールは、角型の素電池を直列に接続して製作することもできる。電池モジュール1の両端には、正極端子と負極端子からなる電極端子(図示せず)を連結している。この電極端子がバスバー6で接続されて、全ての電池モジュール1は直列に接続される。
【0021】
直列に連結される素電池は、皿状接続体を使用することなく、U曲したリード板の対向面を互いに溶接して連結することもできる。この電池モジュールは、素電池を放電させる方向に、大電流をパルス通電して、U曲したリード板の対向面を溶着する。さらに、電池モジュールは、素電池の正負の電極の間に金属板を挟着する状態で、素電池を放電させる方向に大電流パルス通電処理をして、金属板を素電池の電極に溶着することもできる。
【0022】
さらにまた、素電池の間に金属板を挟着することなく、素電池の正負の電極を直接に溶着することもできる。この素電池は、正極端子である封口板の上部表面に円錐状の突起を設け、この突起を隣接する素電池の負極端子に大電流パルス通電して溶接する。
【0023】
電池ケース4は、図3に示すように、電池状態検出回路9をエンドプレート5に装着している。エンドプレート5は、電池モジュール1の両端部に位置する。このエンドプレート5は、電池モジュール1を直列に接続するバスバー6を装着している。バスバー6は、隣接する電池モジュール1の正極端子と負極端子に端部をネジ止して固定されて、隣接する電池モジュール1を直列に接続する。エンドプレート5は、バスバー6と共に、電池状態検出回路9も装着している。
【0024】
電源装置は、直列に接続している複数の分割ユニットで組電池を構成しており、ひとつの分割ユニットは、ひとつの電池モジュール1、または複数の電池モジュール1で構成される。ひとつの電池モジュール1をひとつの分割ユニットとする電源装置は、最も正確に各々の電池モジュール1の状態を検出できる。電池状態検出回路9がひとつの電池モジュール1をひとつの分割ユニットとして、その状態を検出するからである。ひとつの分割ユニットは、2個の電池モジュール1で構成することができる。この電源装置は、電池ケース4の片側のエンドプレート5に電池状態検出回路9を装着して、全ての分割ユニットの電圧を検出できる。隣接するバスバー6間の電圧が、2つの電池モジュール1の電圧となるからである。ただ、ひとつの分割ユニットをひとつの電池モジュールで構成して、片側のエンドプレートに装着される電池状態検出回路で、全ての分割ユニットの電圧を検出することもできる。この電源装置は、電圧を検出するためのリード線を、電池状態検出回路を設けているのと反対側のエンドプレートまで延長してバスバーに接続する。さらに、分割ユニットは、3個以上の電池モジュールを直列したもので構成することもできる。しかしながら、ひとつの分割ユニットを多くの電池モジュールで構成するほど、各々の電池モジュールの状態を正確に検出するのが難しくなる。したがって、複数の電池モジュールで構成される分割ユニットは、好ましくは2〜4個の電池モジュールでひとつの分割ユニットを構成する。
【0025】
電池状態検出回路9は、分割ユニットの電池電圧を検出する電圧検出器と、分割ユニットを構成する電池モジュール1の温度を検出する温度検出器と、電圧検出器と温度検出器の出力をデジタル信号に変換するA/D変換器と、電圧検出器と温度検出器の出力をデジタル信号に変換した信号から分割ユニットの状態を検出するユニット演算回路と、ユニット演算回路で検出された分割ユニットの状態を外部通信バス10を介してバッテリECU8に伝送する通信回路を備える。
【0026】
各々のユニット演算回路は、A/D変換器から入力される信号で、各々の分割ユニットの状態、たとえば分割ユニットの残容量や異常状態を検出する。検出した各々の分割ユニットの状態は、外部通信バス10を介してバッテリECU8に伝送される。ユニット演算回路は、たとえば各々の分割ユニットの電圧偏差が所定値(例えば、1V)以上ある場合、または各々の電池温度偏差が所定値(例えば、10℃)以上ある場合に異常状態と判別する。さらに、ユニット演算回路は、分割ユニットの電圧値が最高電圧よりも高いとき、または最低電圧よりも低いとき、さらに、分割ユニットの温度が設定値よりも高いときも異常状態と判別することもできる。
【0027】
図2の電源装置は、組電池の電流を検出する電池電流検出回路11を設けている。この電池電流検出回路11は、組電池に流れる電流を図2に示すようにシャント抵抗の両端電圧を測定することにより検出してデジタル信号に変換するA/D変換器を備える。なお、シャント抵抗に代えて、ホール素子等、電流値を測定することができる素子を用いても良い。A/D変換器で変換されたデジタル信号の電池電流は、外部通信バス10を介して電池状態検出回路9に伝送される。この電源装置は、電池状態検出回路9のユニット演算回路でもって、電池電流検出回路11から入力されるデジタル信号と、電圧検出器及び温度検出器の信号をA/D変換器でデジタル信号に変換した信号から、分割ユニットの残容量を演算する。残容量は、電池に流れる充放電の電流を積算して演算される。電源装置は、全ての電池モジュール1を直列に接続しているので、全ての電池モジュール1に同じ電流が流れる。したがって、電流は各々の電池モジュール1で検出する必要がなく、ひとつの検出値を全ての電池モジュール1の残容量の演算に利用できる。
【0028】
残容量は、充電容量から放電容量を減算して演算される。充電容量は、充電電流の積算値と充電効率の積で演算され、放電容量は放電電流の積算値と放電効率の積で演算される。全ての電池モジュール1は直列に接続されて同じ電流が流れるが、各々の電池モジュール1の残容量は必ずしも一致しない。とくに、残容量を%で表示する相対残容量は、劣化するにしたがって変動する。最大充電容量が変化して相対残容量を変化させるからである。相対残容量は、残容量/最大充電容量の比率で演算される。したがって、仮にいずれかひとつの分割ユニットの最大充電容量が他のものに比較して半分に減少すると、演算される相対残容量は2倍になる。
【0029】
さらに、相対残容量が100%を越える分割ユニットが充電されると、この分割ユニットは過充電されて素電池2を著しく劣化させる。また、相対残容量が0%になった分割ユニットを放電しても素電池2を過放電させて著しく劣化させる。素電池2の劣化をできるかぎり少なくするために、全ての分割ユニットは過充電と過放電が阻止されなければならない。バッテリECU8は、分割ユニットの相対残容量が0〜100%の範囲を越えないように、好ましくは20〜80%、さらに好ましくは30〜70%の範囲で充放電させる。ただ、バッテリECU8は、分割ユニットの残容量を補正するために必要なとき、あるいは電池のメモリ効果を解消するために必要なときに限って、残容量が0になるまで放電し、あるいは満充電されるまで充電する。
【0030】
分割ユニットは、完全に放電されると電池電圧が設定電圧まで低下する。したがって、ユニット演算回路は、分割ユニットの電圧が設定電圧まで低下すると、充放電電流の積算値から演算した残容量を完全に放電された状態に補正する。また、分割ユニットが満充電されると電池電圧が設定電圧まで電圧が上昇し、あるいはピーク電圧が−ΔV低下する。素電池をリチウムイオン電池とする電池モジュールは、電池電圧が設定電圧まで上昇したことを検出して満充電と判定する。素電池をニッケル−水素電池やニッケル−カドミウム電池とする電池モジュールは、電池電圧がピーク電圧から−ΔV低下することを検出して満充電と判定する。電池が満充電されると相対残容量を100%と補正し、あるいはそのときに演算された残容量(Ah)を最大充電容量と補正する。このように、電池の残容量が0または100%になったことを検出して、残容量を補正すると極めて正確に残容量を補正できる。
【0031】
ただ、分割ユニットの残容量が20%となり、あるいは80%になるときに残容量を補正することもできる。残容量が20%以下となり、あるいは80%以上になると、分割ユニットの電圧が急激に変化(低下または上昇)する特性を有するからである。このことを実現するユニット演算回路は、残容量と電池電圧との相関関係を記憶しており、残容量が所定の値になるときに、電池電圧から残容量を正確に補正する。
【0032】
さらに各々の電池状態検出回路9のユニット演算回路は、充放電サイクルの回数、充放電電流のトータル値、あるいは電源装置の使用状態等から最大充電容量を補正して残容量を補正することもできる。この電源装置は、残容量を所定の容量となるまで充電したり放電させることなく、演算した残容量を補正できる特長がある。電源装置のユニット演算回路で演算された残容量は、相対残容量として、あるいはAhで表される容量で、外部通信バス10からバッテリECU8に伝送する。相対残容量でなくてAhで表される容量を演算するユニット演算回路は、残容量と共に最大充電容量も外部通信バス10からバッテリECU8に伝送する。バッテリECU8が最大充電容量以上に分割ユニットを充電しないようにするためである。
【0033】
電池電流検出回路11のA/D変換器と、電池状態検出回路9のA/D変換器は、一定のサンプリング周期で、あるいはバッテリECU8から入力される信号に制御されて、電流や電圧をデジタル信号に変換する。電池電流検出回路11のA/D変換器でA/D変換されたデジタル信号である電流信号は、外部通信バス10を介して各々の電池状態検出回路9のユニット演算回路に伝送される。
【0034】
電池電流検出回路11は、電池モジュール1を直列に接続しているバスバー6の電圧降下を検出して電流を検出する。バスバー6の電圧降下は、電池に流れる電流と、バスバー6の抵抗値の積となり、充電電流と放電電流では電圧降下の正負が逆になる。バスバー6の抵抗値は極めて小さいので、電流に対するバスバー6の電圧降下は小さい。したがって、バスバー6の電圧は、アンプで増幅してA/D変換器でデジタル信号に変換される。
【0035】
電池状態検出回路9は、A/D変換器を内蔵しているので、このA/D変換器で電池電流検出回路11のアナログ信号をデジタル信号に変換することができる。この電源装置は、電池電流検出回路11からアナログ信号である電流信号を各々の電池状態検出回路9に伝送する。各々の電池状態検出回路9は、電流信号をデジタル信号に変換して、分割ユニットの残容量を演算する。この電源装置は、電池電流検出回路11にA/D変換器を設ける必要がなく、電池電流検出回路11を簡単で安価にできる。さらに、電池状態検出回路9に内蔵されるA/D変換器は、電圧検出器と温度検出器の両方から入力されるアナログ信号をデジタル信号に変換することができる。この電池状態検出回路9は、ひとつのA/D変換器を内蔵する。ただ、電池状態検出回路9は、電圧検出器と温度検出器のアナログ信号を別々に専用のA/D変換器でデジタル信号に変換することもできる。
【0036】
各々の電池状態検出回路9に内蔵されるユニット演算回路は、各々が独立して分割ユニットの残容量を演算しており、バッテリECU8から残容量の出力を要求する信号が外部通信バス10から入力されると、残容量を示すデジタル信号をバッテリECU8に出力する。あるいは、ユニット演算回路は、演算した残容量を一定の周期でバッテリECU8に出力することもできる。電池状態検出回路9は、一定のサンプリング周期で検出した電池電圧をデジタル信号に変換すると共に、電池電流検出回路11から入力される電流信号を演算して残容量を正確に演算する。この電源装置は、バッテリECU8で残容量を演算する必要がないので、バッテリECU8の負荷をもっとも軽くしながら、各々の分割ユニットの残容量を正確に検出できる。バッテリECU8は、残容量や電池状態の判定結果を車側コントローラ12に送信する。
【0037】
以上の電源装置は、以下のフローチャートで分割ユニットの残容量をバッテリECU8に伝送できる。
[S1のステップ]
バッテリECU8は、電池状態検出回路9に対して当該検出回路を示すID信号を外部通信バス10から送信する。
[S2のステップ]
当該ID信号に対応する電池状態検出回路9は、分割ユニットの残容量と異常かどうかを外部通信バス10でデジタル信号としてバッテリECU8に送信する。
その後、バッテリECU8は、電池状態検出回路9A、・・・、9Xに対して順次、同様にID信号を送信し、これら電池状態検出回路9から残容量等のデジタル信号を受信する。
【0038】
各々の分割ユニットから残容量が伝送されるバッテリECU8は、各々の分割ユニットの残容量が最大充電容量の20%〜80%の範囲内で行われるように、充放電を制御する。
【0039】
なお、外部通信バス10を介して行われるデジタル信号の通信は、3〜4回繰り返し行うことで、雑音等の影響で間違った信号が伝送されるのを防止できる。電池状態検出回路9は、分割ユニットが異常であるかどうかのデジタル信号と、残容量のデジタル信号を順番にバッテリECU8に伝送し、バッテリECU8はその結果を車側コントローラ12に送信する。以後、この動作が繰り返し行われる。
【0040】
【発明の効果】
本発明の自動車用の電源装置は、バッテリECUの負荷を軽くして安価なものを使用しながら、各々の電池モジュールで構成される分割ユニットの状態を独立してより詳細に検出できる特長がある。それは、本発明の電源装置が、複数の分割ユニットにそれぞれ電池状態検出回路を接続しており、この電池状態検出回路が各々の分割ユニットの状態を検出し、検出された分割ユニットの状態を外部通信バスを介してバッテリECUに伝送しているからである。このように、複数の電池状態検出回路が各々の分割ユニットの状態を独立して検出する電源装置は、各分割ユニットの状態をより詳細に検出できると共に、バッテリECUの負荷を軽くして安価なものを使用できる特長がある。
【0041】
とくに、この電源装置は、各々の分割ユニットに接続される電池状態検出回路が各分割ユニットの電圧を検出して各分割ユニットの状態を検出するので、従来のように、各々の分割ユニットに配設された電圧センサーのリード線をバッテリECUに接続する必要がない。このように、複雑な配線を必要としない本発明の電源装置は、衝突時の安全性と信頼性を向上できると共に、雑音による誤差を少なくしてより正確に電池モジュールで構成される分割ユニットの状態を検出できる特長もある。
【0042】
さらに、本発明の電源装置は、分割ユニット単位毎に同じ構成の電池状態検出回路を設置しているため、分割ユニット数の増減に関係なく、汎用性のあるシステムを構成することができる。また、電池状態検出回路は、分割ユニットに近接して配置することができるため、各種配線を短くして検出精度を向上させることができると共に、組み立て性を上げることができる。さらにまた、電池状態検出回路からの信号をデジタル信号で送信することにより、信号線の安全性及び信頼性を向上させることができる。
【0043】
さらに、本発明の電源装置は、組電池に流れる電流を検出する電池電流検出回路を備えているので、各々の電池状態検出回路で検出される電圧と、電池電流検出回路で検出される電流から各々の分割ユニットの残容量を正確に演算できる。このため、この電源装置は、分割ユニット単位で残容量を理想の状態に制御して、各分割ユニットを構成する電池モジュールの劣化を有効に防止し、電池モジュールの寿命を長くできる特長がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例にかかる自動車用の電源装置の内部構造を示す斜視図
【図2】本発明の一実施例にかかる自動車用の電源装置の回路図
【図3】複数の電池モジュールを電池ケースに収納した状態を示す概略斜視図
【符号の説明】
1…電池モジュール
2…素電池
3…ケース 3A…電池収納部 3B…衝撃吸収部
4…電池ケース
5…エンドプレート
6…バスバー
7…皿状接続体
8…バッテリECU
9…電池状態検出回路
10…外部通信バス
11…電池電流検出回路
12…車側コントローラ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a power supply device for an automobile including an assembled battery formed by connecting a plurality of divided units in series.
[0002]
[Prior art]
Nickel metal hydride batteries are excellent in basic characteristics such as energy density, power density, and cycle characteristics, and are being developed for practical use as power sources for electric vehicles and the like. When used for an electric vehicle, a battery capacity capable of flowing a current of about 50 to 200 A and an output voltage of about 100 to 350 V are required to obtain a predetermined output. Since the nickel hydride battery has an output voltage of about 1.2 V per cell, a large number of cells are connected in series to obtain a required output voltage. For example, by connecting 6 cells in series to form one module, and further connecting 32 modules in series, a power supply device including a battery pack of 192 cells is configured, and an output voltage of about 230 V is obtained.
[0003]
In such a power supply device, it is necessary to monitor the state of the battery in order to always obtain a stable output. In monitoring the battery state, it is easy in terms of construction to detect the output voltage and / or battery temperature of the entire assembled battery.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In this configuration, even if one of the modules and cells constituting the assembled battery is in an abnormal state, it is difficult to find the presence of the abnormality. Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-165540 describes a configuration in which a voltage sensor for detecting a battery voltage is provided for each battery module. In this configuration, the state of each module can be detected individually.
[0005]
However, in the prior art, what is provided for each module is a sensor that simply detects the voltage of the module, and various calculations based on the output of each sensor are performed intensively by the battery ECU. Therefore, there are many problems such as a heavy load on the battery ECU.
[0006]
Furthermore, since one battery ECU detects the state of all the battery modules, it is difficult to accurately detect each battery module independently. Also, if the remaining capacity is calculated independently while taking into account the voltage of each battery module, the load on the battery ECU will increase more and more. Furthermore, the power supply device that detects the voltage of each battery module with the voltage sensor needs to connect the lead wire of each voltage sensor to the battery ECU. Since the voltage sensor is connected to each battery module, it has a high potential. For this reason, when a power supply device is damaged by an accident etc., there exists a fault to which a heavy current flows into a high voltage lead wire.
[0007]
The present invention has been developed for the purpose of solving such drawbacks. An important object of the present invention is to provide a power supply device for an automobile capable of detecting in more detail the state of a divided unit composed of each battery module while reducing the load on the battery ECU and using an inexpensive one. Is to provide.
[0008]
Another important object of the present invention is that it can extend the life of the battery module, improve safety and reliability at the time of collision, further reduce the error due to noise, and more accurately configure the battery module. An object of the present invention is to provide a power supply device for an automobile that can detect the state of a divided unit.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The power supply device for an automobile of the present invention includes an assembled battery in which a plurality of divided units are connected in series, a plurality of battery
[0010]
Furthermore, the present inventionPower ofThe source device includes an assembled battery in which a plurality of divided units are connected in series, a plurality of battery
[0012]
The battery current detection circuit 11 preferably includes an A / D converter that converts the detected battery current into a digital signal, and the battery current of the digital signal converted by the A / D converter is transmitted via the
[0014]
Furthermore, the power supply device of the present invention houses a plurality of
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the embodiments described below exemplify a power supply device for embodying the technical idea of the present invention, and the present invention does not specify the power supply device as follows.
[0016]
Further, in this specification, in order to facilitate understanding of the scope of claims, the numbers corresponding to the members shown in the examples are referred to as “the scope of claims” and “the means for solving the problems”. It is added to the member shown by. However, the members shown in the claims are not limited to the members in the embodiments.
[0017]
FIG. 1 shows a power supply apparatus according to an embodiment of the present invention used in an electric vehicle or the like, and a circuit diagram of the power supply apparatus is shown in FIG. The power supply device of FIG. 1 has a battery for driving a motor that drives an automobile built in a case 3. The case 3 has a
[0018]
The
[0019]
The power supply apparatus of this invention comprises an assembled battery by the some division | segmentation unit connected in series. The dividing unit is composed of one or a plurality of
[0020]
In the
[0021]
The unit cells connected in series can be connected by welding the opposing surfaces of the U-curved lead plates without using a dish-like connection body. In this battery module, a large current is pulsed in the direction in which the unit cell is discharged, and the opposing surfaces of the U-curved lead plate are welded. Further, the battery module performs a large current pulse energization process in the direction of discharging the unit cell in a state where the metal plate is sandwiched between the positive and negative electrodes of the unit cell, and welds the metal plate to the unit cell electrode. You can also
[0022]
Furthermore, the positive and negative electrodes of the unit cell can be directly welded without sandwiching the metal plate between the unit cells. In this unit cell, a conical protrusion is provided on the upper surface of the sealing plate which is a positive electrode terminal, and this protrusion is welded by applying a large current pulse to the negative electrode terminal of the adjacent unit cell.
[0023]
As shown in FIG. 3, the
[0024]
In the power supply apparatus, a plurality of divided units connected in series form an assembled battery, and one divided unit includes one
[0025]
The battery
[0026]
Each unit arithmetic circuit detects a state of each divided unit, for example, a remaining capacity or an abnormal state of the divided unit, based on a signal input from the A / D converter. The detected state of each divided unit is transmitted to the
[0027]
The power supply device of FIG. 2 includes a battery current detection circuit 11 that detects the current of the assembled battery. The battery current detection circuit 11 includes an A / D converter that detects the current flowing through the assembled battery by measuring the voltage across the shunt resistor and converts it into a digital signal as shown in FIG. Instead of the shunt resistor, an element capable of measuring a current value such as a Hall element may be used. The battery current of the digital signal converted by the A / D converter is transmitted to the battery
[0028]
The remaining capacity is calculated by subtracting the discharge capacity from the charge capacity. The charge capacity is calculated by the product of the integrated value of the charge current and the charge efficiency, and the discharge capacity is calculated by the product of the integrated value of the discharge current and the discharge efficiency. All
[0029]
Further, when a divided unit having a relative remaining capacity exceeding 100% is charged, the divided unit is overcharged and the unit cell 2 is significantly deteriorated. Further, even if the divided unit having a relative remaining capacity of 0% is discharged, the unit cell 2 is over-discharged to be significantly deteriorated. In order to minimize the degradation of the unit cell 2, all the divided units must be prevented from being overcharged and overdischarged. The
[0030]
When the divided unit is completely discharged, the battery voltage drops to the set voltage. Therefore, when the voltage of the divided unit is reduced to the set voltage, the unit arithmetic circuit corrects the remaining capacity calculated from the integrated value of the charge / discharge current to a completely discharged state. When the divided unit is fully charged, the battery voltage increases to the set voltage, or the peak voltage decreases by -ΔV. A battery module in which a unit cell is a lithium ion battery detects that the battery voltage has increased to a set voltage and determines that the battery is fully charged. A battery module in which the unit cell is a nickel-hydrogen battery or a nickel-cadmium battery detects that the battery voltage is reduced by -ΔV from the peak voltage and determines that the battery is fully charged. When the battery is fully charged, the relative remaining capacity is corrected to 100%, or the remaining capacity (Ah) calculated at that time is corrected to the maximum charging capacity. As described above, when the remaining capacity of the battery is detected to be 0 or 100% and the remaining capacity is corrected, the remaining capacity can be corrected extremely accurately.
[0031]
However, the remaining capacity can be corrected when the remaining capacity of the divided unit is 20% or 80%. This is because, when the remaining capacity is 20% or less, or 80% or more, the voltage of the divided unit has a characteristic of rapidly changing (decreasing or increasing). The unit arithmetic circuit for realizing this stores the correlation between the remaining capacity and the battery voltage, and corrects the remaining capacity accurately from the battery voltage when the remaining capacity becomes a predetermined value.
[0032]
Furthermore, the unit arithmetic circuit of each battery
[0033]
The A / D converter of the battery current detection circuit 11 and the A / D converter of the battery
[0034]
The battery current detection circuit 11 detects a voltage drop of the
[0035]
Since the battery
[0036]
Each unit state calculation circuit built in each battery
[0037]
The above power supply device can transmit the remaining capacity of the divided unit to the
[Step S1]
The
[Step S2]
The battery
Thereafter, the
[0038]
The
[0039]
The digital signal communication performed via the
[0040]
【The invention's effect】
The power supply device for automobiles of the present invention has the feature that the state of the divided unit composed of each battery module can be detected independently and in more detail while reducing the load on the battery ECU and using an inexpensive one. . In the power supply device of the present invention, a battery state detection circuit is connected to each of a plurality of divided units, and this battery state detection circuit detects the state of each divided unit, and the detected state of the divided unit is externally indicated. This is because the data is transmitted to the battery ECU via the communication bus. As described above, the power supply apparatus in which the plurality of battery state detection circuits independently detect the state of each divided unit can detect the state of each divided unit in more detail and can reduce the load on the battery ECU and can be inexpensive. There is a feature that can use things.
[0041]
In particular, since the battery state detection circuit connected to each divided unit detects the voltage of each divided unit and detects the state of each divided unit, this power supply apparatus is distributed to each divided unit as in the prior art. There is no need to connect the lead wire of the installed voltage sensor to the battery ECU. Thus, the power supply device of the present invention that does not require complicated wiring can improve safety and reliability in the event of a collision, and can reduce the error due to noise, and more accurately the divided unit composed of battery modules. There is also a feature that can detect the state.
[0042]
Furthermore, since the power supply apparatus of the present invention is provided with a battery state detection circuit having the same configuration for each divided unit, a versatile system can be configured regardless of the increase or decrease in the number of divided units. In addition, since the battery state detection circuit can be disposed close to the divided unit, various wirings can be shortened to improve detection accuracy, and assemblability can be improved. Furthermore, the safety and reliability of the signal line can be improved by transmitting the signal from the battery state detection circuit as a digital signal.
[0043]
Furthermore, the present inventionPower ofSince the source device includes a battery current detection circuit that detects a current flowing through the assembled battery, the voltage detected by each battery state detection circuit and the current detected by the battery current detection circuit The remaining capacity can be calculated accurately. For this reason, this power supply device has the feature that the remaining capacity is controlled to an ideal state for each divided unit, the deterioration of the battery module constituting each divided unit is effectively prevented, and the life of the battery module can be extended.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing the internal structure of a power supply device for an automobile according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram of an automobile power supply device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic perspective view showing a state in which a plurality of battery modules are housed in a battery case.
[Explanation of symbols]
1 ... Battery module
2 ... Unit cell
3 ...
4 ... Battery case
5 ... End plate
6 ... Bus bar
7 ... Dish-shaped connector
8 ... Battery ECU
9 ... Battery state detection circuit
10 ... External communication bus
11 ... Battery current detection circuit
12 ... Car controller
Claims (8)
前記電池状態検出回路(9)の各々が、前記分割ユニットの電池電圧を検出する電圧検出器と、当該電圧検出器の出力をデジタル信号に変換するA/D変換器と、電圧検出器で検出される電圧と電池電流検出回路(11)で検出される電流から分割ユニットの残容量を演算するユニット演算回路と、ユニット演算回路で演算された残容量を外部通信バス(10)を介してバッテリECU(8)に伝送する通信回路を備え、電池状態検出回路(9)のユニット演算回路で各々の分割ユニットの残容量を演算し、演算された残容量を外部通信バス(10)を介してバッテリECU(8)に伝送するようにしてなり、
電池電流検出回路(11)が、検出した電池電流をデジタル信号に変換するA/D変換器を備え、A/D変換器で変換されたデジタル信号の電池電流を外部通信バス(10)を介して電池状態検出回路(9)に伝送する自動車用の電源装置。An assembled battery in which a plurality of divided units are connected in series, a plurality of battery state detection circuits (9) connected to each divided unit constituting the assembled battery, and a current flowing through the assembled battery are detected. A battery current detection circuit (11) and a battery ECU (8) connected to each battery state detection circuit (9) via an external communication bus (10),
Each of the battery state detection circuits (9) is detected by a voltage detector that detects the battery voltage of the divided unit, an A / D converter that converts the output of the voltage detector into a digital signal, and a voltage detector. Unit calculation circuit that calculates the remaining capacity of the split unit from the detected voltage and the current detected by the battery current detection circuit (11), and the remaining capacity calculated by the unit calculation circuit via the external communication bus (10) A communication circuit is provided for transmission to the ECU (8), the remaining capacity of each divided unit is calculated by the unit calculation circuit of the battery state detection circuit (9), and the calculated remaining capacity is calculated via the external communication bus (10). To the battery ECU (8),
The battery current detection circuit (11) includes an A / D converter that converts the detected battery current into a digital signal, and the battery current of the digital signal converted by the A / D converter is transmitted via the external communication bus (10). A power supply for automobiles that transmits to the battery state detection circuit (9).
前記電池状態検出回路(9)の各々が、前記分割ユニットの電池電圧を検出する電圧検出器と、当該電圧検出器の出力をデジタル信号に変換するA/D変換器と、電圧検出器で検出される電圧と電池電流検出回路(11)で検出される電流から分割ユニットの残容量を演算するユニット演算回路と、ユニット演算回路で演算された残容量を外部通信バス(10)を介してバッテリECU(8)に伝送する通信回路を備え、電池状態検出回路(9)のユニット演算回路で各々の分割ユニットの残容量を演算し、演算された残容量を外部通信バス(10)を介してバッテリECU(8)に伝送するようにしてなり、
電池電流検出回路(11)が、電池電流を検出してアナログ信号の電圧信号に変換し、アナログ信号である電流信号を各々の電池状態検出回路(9)に伝送する自動車用の電源装置。An assembled battery in which a plurality of divided units are connected in series, a plurality of battery state detection circuits (9) connected to each divided unit constituting the assembled battery, and a current flowing through the assembled battery are detected. A battery current detection circuit (11) and a battery ECU (8) connected to each battery state detection circuit (9) via an external communication bus (10),
Each of the battery state detection circuits (9) is detected by a voltage detector that detects the battery voltage of the divided unit, an A / D converter that converts the output of the voltage detector into a digital signal, and a voltage detector. Unit calculation circuit that calculates the remaining capacity of the split unit from the detected voltage and the current detected by the battery current detection circuit (11), and the remaining capacity calculated by the unit calculation circuit via the external communication bus (10) A communication circuit is provided for transmission to the ECU (8), the remaining capacity of each divided unit is calculated by the unit calculation circuit of the battery state detection circuit (9), and the calculated remaining capacity is calculated via the external communication bus (10). To the battery ECU (8),
A power supply device for an automobile in which a battery current detection circuit (11) detects a battery current, converts it into a voltage signal of an analog signal, and transmits the current signal as an analog signal to each battery state detection circuit (9).
前記電池状態検出回路(9)の各々が、前記分割ユニットの電池電圧を検出する電圧検出器と、当該電圧検出器の出力をデジタル信号に変換するA/D変換器と、電圧検出器で検出した電圧から分割ユニットの状態を検出するユニット演算回路と、ユニット演算回路で検出された分割ユニットの状態を外部通信バス(10)を介してバッテリECU(8)に伝送する通信回路を備え、電池状態検出回路(9)のユニット演算回路で各々の分割ユニットの状態を検出し、検出された分割ユニットの状態を外部通信バス(10)を介してバッテリECU(8)に伝送するようにし、
電池ケース(4)をケース(3)に収納しており、ケース(3)の内側で電池ケース(4)の外側にバッテリECU(8)を配設している自動車用の電源装置。An assembled battery in which a plurality of divided units are connected in series, a plurality of battery state detection circuits (9) connected to each of the divided units constituting the assembled battery, and each battery state detection circuit (9 Battery ECU (8) connected via an external communication bus (10) to
Each of the battery state detection circuits (9) is detected by a voltage detector that detects the battery voltage of the divided unit, an A / D converter that converts the output of the voltage detector into a digital signal, and a voltage detector. A unit arithmetic circuit for detecting the state of the divided unit from the measured voltage, and a communication circuit for transmitting the state of the divided unit detected by the unit arithmetic circuit to the battery ECU (8) via the external communication bus (10). The unit operation circuit of the state detection circuit (9) detects the state of each divided unit, and transmits the detected state of the divided unit to the battery ECU (8) via the external communication bus (10).
A power supply device for an automobile in which a battery case (4) is housed in a case (3), and a battery ECU (8) is disposed outside the battery case (4) inside the case (3).
前記電池状態検出回路(9)の各々が、前記分割ユニットの電池電圧を検出する電圧検出器と、当該電圧検出器の出力をデジタル信号に変換するA/D変換器と、電圧検出器で検出される電圧と電池電流検出回路(11)で検出される電流から分割ユニットの残容量を演算するユニット演算回路と、ユニット演算回路で演算された残容量を外部通信バス(10)を介してバッテリECU(8)に伝送する通信回路を備え、電池状態検出回路(9)のユニット演算回路で各々の分割ユニットの残容量を演算し、演算された残容量を外部通信バス(10)を介してバッテリECU(8)に伝送するようにしてなり、
電池ケース(4)をケース(3)に収納しており、ケース(3)の内側で電池ケース(4)の外側にバッテリECU(8)を配設している自動車用の電源装置。An assembled battery in which a plurality of divided units are connected in series, a plurality of battery state detection circuits (9) connected to each divided unit constituting the assembled battery, and a current flowing through the assembled battery are detected. A battery current detection circuit (11) and a battery ECU (8) connected to each battery state detection circuit (9) via an external communication bus (10),
Each of the battery state detection circuits (9) is detected by a voltage detector that detects the battery voltage of the divided unit, an A / D converter that converts the output of the voltage detector into a digital signal, and a voltage detector. Unit calculation circuit that calculates the remaining capacity of the split unit from the detected voltage and the current detected by the battery current detection circuit (11), and the remaining capacity calculated by the unit calculation circuit via the external communication bus (10) A communication circuit is provided for transmission to the ECU (8), the remaining capacity of each divided unit is calculated by the unit calculation circuit of the battery state detection circuit (9), and the calculated remaining capacity is calculated via the external communication bus (10). To the battery ECU (8),
A power supply device for an automobile in which a battery case (4) is housed in a case (3), and a battery ECU (8) is disposed outside the battery case (4) inside the case (3).
前記電池状態検出回路(9)の各々が、前記分割ユニットの電池電圧を検出する電圧検出器と、当該電圧検出器の出力をデジタル信号に変換するA/D変換器と、電圧検出器で検出した電圧から分割ユニットの状態を検出するユニット演算回路と、ユニット演算回路で検出された分割ユニットの状態を外部通信バス(10)を介してバッテリECU(8)に伝送する通信回路を備え、電池状態検出回路(9)のユニット演算回路で各々の分割ユニットの状態を検出し、検出された分割ユニットの状態を外部通信バス(10)を介してバッテリECU(8)に伝送するようにし、
複数の電池モジュール(1)を電池ケース(4)に収納しており、この電池ケース(4)の一部であって、電池モジュール(1)を直列に接続するバスバー(6)を固定しているエンドプレート(5)に、電池モジュール (1) の収納空間を利用することなく、電池状態検出回路(9)を固定している自動車用の電源装置。An assembled battery in which a plurality of divided units are connected in series, a plurality of battery state detection circuits (9) connected to each of the divided units constituting the assembled battery, and each battery state detection circuit (9 Battery ECU (8) connected via an external communication bus (10) to
Each of the battery state detection circuits (9) is detected by a voltage detector that detects the battery voltage of the divided unit, an A / D converter that converts the output of the voltage detector into a digital signal, and a voltage detector. A unit arithmetic circuit for detecting the state of the divided unit from the measured voltage, and a communication circuit for transmitting the state of the divided unit detected by the unit arithmetic circuit to the battery ECU (8) via the external communication bus (10). The unit operation circuit of the state detection circuit (9) detects the state of each divided unit, and transmits the detected state of the divided unit to the battery ECU (8) via the external communication bus (10).
A plurality of battery modules (1) are stored in a battery case (4), and a bus bar (6) that is a part of the battery case (4) and connects the battery modules (1) in series is fixed. A vehicle power supply device in which the battery state detection circuit (9) is fixed to the end plate (5) without using the storage space for the battery module (1) .
前記電池状態検出回路(9)の各々が、前記分割ユニットの電池電圧を検出する電圧検出器と、当該電圧検出器の出力をデジタル信号に変換するA/D変換器と、電圧検出器で検出される電圧と電池電流検出回路(11)で検出される電流から分割ユニットの残容量を演算するユニット演算回路と、ユニット演算回路で演算された残容量を外部通信バス(10)を介してバッテリECU(8)に伝送する通信回路を備え、電池状態検出回路(9)のユニット演算回路で各々の分割ユニットの残容量を演算し、演算された残容量を外部通信バス(10)を介してバッテリECU(8)に伝送するようにしてなり、
複数の電池モジュール(1)を電池ケース(4)に収納しており、この電池ケース(4)の一部であって、電池モジュール(1)を直列に接続するバスバー(6)を固定しているエンドプレート(5)に、電池モジュール (1) の収納空間を利用することなく、電池状態検出回路(9)を固定している自動車用の電源装置。An assembled battery in which a plurality of divided units are connected in series, a plurality of battery state detection circuits (9) connected to each divided unit constituting the assembled battery, and a current flowing through the assembled battery are detected. A battery current detection circuit (11) and a battery ECU (8) connected to each battery state detection circuit (9) via an external communication bus (10),
Each of the battery state detection circuits (9) is detected by a voltage detector that detects the battery voltage of the divided unit, an A / D converter that converts the output of the voltage detector into a digital signal, and a voltage detector. Unit calculation circuit that calculates the remaining capacity of the split unit from the detected voltage and the current detected by the battery current detection circuit (11), and the remaining capacity calculated by the unit calculation circuit via the external communication bus (10) A communication circuit is provided for transmission to the ECU (8), the remaining capacity of each divided unit is calculated by the unit calculation circuit of the battery state detection circuit (9), and the calculated remaining capacity is calculated via the external communication bus (10). To the battery ECU (8),
A plurality of battery modules (1) are stored in a battery case (4), and a bus bar (6) that is a part of the battery case (4) and connects the battery modules (1) in series is fixed. A vehicle power supply device in which the battery state detection circuit (9) is fixed to the end plate (5) without using the storage space for the battery module (1) .
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