JP5276915B2 - Power supply device using secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の二次電池を用いた電源装置に関し、とくに装置を大型化させることなく冷却性能を改善するようにしたものである。 The present invention relates to a power supply device using a plurality of secondary batteries, and particularly to improve cooling performance without increasing the size of the device.
従来から、特許文献1に記載されるような乗用車用電池電源装置が知られている。この電池電源装置は、ニッケル水素電池、リチウム電池等の高性能二次電池(単電池)を複数個直列ないし並列に接続して成る組電池をホルダケースに多数本収容して構成されている。
Conventionally, a battery power supply device for a passenger car as described in
特許文献1の乗用車用電池電源装置は、複数の組電池の発熱を抑制するため、シロッコファンによりホルダケース内に冷却風を導入している。バスやトラックのような大型車両では、要求される出力電圧および出力容量が乗用車用電池電源装置に比べて格段に高い。そのため、特許文献1に開示されているような電源装置を複数個使用することが想定されるが、この場合の冷却方式については特許文献1では検討されていない。
In the battery power supply device for passenger cars of
本発明による電源装置は、複数の単電池をモジュール筐体内に収容して構成され、筐体内へ冷却風を導入する吸気口と導入した冷却風を排気する排気口とが前記モジュール筐体に設けられた、少なくとも2つのモジュール電池と、前記各モジュール電池の前記吸気口に接続され、開口を有する通気ダクトと、前記各モジュール電池の前記排気口に接続され、開口を有するファンダクトを有するファンユニットと、前記少なくとも2つのモジュール電池を内部に収容するとともに、容器内へ冷却風を導入する吸込み口が一面に設けられ、導入した冷却風を吐き出す吐出し口が前記一面の反対面に設けられた容器と、前記各通気ダクトの前記開口と前記容器に設けた前記吸込み口とを接続して容器外部から冷却風を前記モジュール電池に導入する吸気ダクトと、前記各ファンダクトの前記開口と前記容器に設けた前記吐出し口とを接続して、前記モジュール電池から容器外部へ冷却風を排気する排気ダクトとを備え、前記吸気口は前記モジュール筐体の一面に設けられ、前記排気口は前記モジュール筐体の前記一面の反対面に設けられ、前記吸気ダクトの開放端部は、前記吸込み口に接続され、前記排気ダクトの開放端部は、前記吐出し口に接続されていることを特徴とする。 A power supply device according to the present invention is configured by accommodating a plurality of single cells in a module housing, and an air inlet for introducing cooling air into the housing and an air outlet for exhausting the introduced cooling air are provided in the module housing. A fan unit having at least two module batteries, a ventilation duct having an opening connected to the air inlet of each module battery, and a fan duct having an opening connected to the exhaust port of each module battery The at least two module batteries are housed inside, a suction port for introducing cooling air into the container is provided on one side, and a discharge port for discharging the introduced cooling air is provided on the opposite side of the one side . introducing a container, the cooling air from the opening to the container externally by connecting the suction port provided in the container of each ventilation duct to the module battery A gas duct, and connecting the said opening and the above discharge provided in the container mouth of the fan duct, and an exhaust duct for exhausting the cooling air from the battery module to the outside of the container, the air inlet the Provided on one surface of the module housing, the exhaust port is provided on the opposite surface of the one surface of the module housing, the open end of the intake duct is connected to the suction port, and the open end of the exhaust duct Is connected to the discharge port .
本発明によれば、複数の組電池で構成される少なくとも2つのモジュール電池を容器内に収容して成る電源装置の冷却構造を小型化できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the cooling structure of the power supply device formed by accommodating the at least 2 module battery comprised with a some assembled battery in a container can be reduced in size.
−第1の実施の形態−
本発明は、二次電池を利用した大型車両用電源装置の冷却性能を改善するように構成したことが特徴である。図1〜図9および図13〜図15を参照して、本発明を大型自動車用電源装置に適用した一実施の形態について説明する。
-First embodiment-
The present invention is characterized in that it is configured to improve the cooling performance of a power supply device for a large vehicle using a secondary battery. An embodiment in which the present invention is applied to a power supply device for a large automobile will be described with reference to FIGS.
以下に説明する一実施の形態では、大型車両用電源装置を、大型のハイブリッド自動車用駆動システムの駆動電源に適用した場合を例に挙げて説明する。大型のハイブリッド自動車としては、ハイブリッドバスなどの乗合自動車、ハイブリッドトラックなどの貨物自動車などがある。また、以下に説明する構成は、ハイブリッド電車などの鉄道車両などにも適用できる。 In an embodiment described below, a case where a power supply device for a large vehicle is applied to a drive power source of a drive system for a large hybrid vehicle will be described as an example. Large hybrid vehicles include passenger cars such as hybrid buses and freight vehicles such as hybrid trucks. The configuration described below can also be applied to railway vehicles such as hybrid trains.
<大型のハイブリッド自動車用駆動システムの概略構成>
まず、図13を用いて、大型のハイブリッド自動車用駆動システムについて説明する。
図13は、大型のハイブリッド自動車用駆動システムの概略構成を示す。
<Schematic configuration of large hybrid vehicle drive system>
First, a drive system for a large hybrid vehicle will be described with reference to FIG.
FIG. 13 shows a schematic configuration of a drive system for a large hybrid vehicle.
本例のハイブリッド自動車100の駆動システムは、内燃機関であるエンジン101の回転動力を用いて発電機102を駆動し、この駆動によって発生した電力を用いて電動発電機103を駆動し、この駆動によって発生した回転動力を用いて駆動輪104(例えば後輪)を駆動する、いわゆるエンジン101から駆動輪104までのエネルギーの流れがシリーズであるシリーズハイブリッド方式により構成されている。このようなシリーズハイブリッド方式の駆動システムによれば、駆動輪104の駆動に関係なく、燃費及び排ガスの良好な領域においてエンジン101を定常運転できるので、通常のエンジン駆動車両に比べて燃費を向上できると共に、排ガス中に含まれる窒素酸化物なども半分以上低減できる。
The drive system of the
ハイブリッド車両の駆動システムとしては、駆動輪に対してエンジンと電動発電機とをエネルギーの流れ的に並列に配置(構造的にはエンジンと電動発電機とをクラッチを介して直列に接続)し、エンジンの回転動力による駆動輪の駆動、電動発電機の回転動力による駆動輪の駆動、及びエンジンと電動発電機の両方の回転動力による駆動輪の駆動ができる、いわゆるパラレルハイブリッド方式、或いはシリーズハイブリッド方式とパラレルハイブリッド方式とを組み合わせたシリーズ・パラレルハイブリッド方式(エンジンの回転動力の一部を発電用電動発電機に分配して発電させ、これにより得られた電力により駆動用電動発電機を駆動できるようにした方式)を採用してもよい。 As a drive system for a hybrid vehicle, an engine and a motor generator are arranged in parallel with respect to the drive wheels in a flow of energy (in terms of structure, the engine and the motor generator are connected in series via a clutch) The so-called parallel hybrid system or series hybrid system that can drive the drive wheel by the rotational power of the engine, drive the drive wheel by the rotational power of the motor generator, and drive the wheel by the rotational power of both the engine and the motor generator Series / Parallel Hybrid System (A part of the rotational power of the engine is distributed to the generator motor generator to generate power, and the motor motor generator for driving can be driven by the resulting power. May be adopted.
エンジン101及び発電機102は、電動発電機103の駆動に必要な電力を発生させる発電専用電力設備として搭載されている。エンジン101及び発電機102は、互いの回転軸が直結されることにより機械的に接続されている。エンジン101及び発電機102の機械的な接続としては、エンジン101及び発電機102のそれぞれの回転軸にプーリを取り付け、それらの間をベルトで連結する方式を採用してもよい。
The
エンジン101は、発電機102の駆動に必要な回転動力を発生する原動機であり、軽油と空気との混合気を燃焼させて得られる熱エネルギーを機械エネルギー(回転動力)に変換するディーゼルエンジンである。エンジン101としては、ガソリンエンジン、ガスエンジン、バイオ燃料エンジン、水素エンジンなどを用いてもよい。また、エンジン101の代わりにガスタービンなど、他の原動機を採用してもよい。エンジン101の駆動は、図示省略されたエンジン制御装置によって複数の空気弁(スロットル弁、給排気弁)の駆動及び燃料弁の駆動が制御され、筒内に対する燃料の供給量及び空気の給排気が制御されることにより制御される。
The
発電機102は、エンジン101から出力された回転動力を受けて駆動され、電動発電機103の駆動に必要な電力を発生する回転電機であり、永久磁石の磁束を用いて三相交流電力を発生する永久磁石界磁式三相交流同期回転電機である。発電機102としては、巻線の励磁による磁束を用いて三相交流電力を発生する巻線界磁式三相交流同期回転電機、三相交流誘導回転電機などを採用してもよい。発電機102の発電は、エンジン101から出力される回転動力が制御され、発電機102の回転数が制御されることにより制御される。また、巻線界磁式三相交流同期回転電機による発電の場合には、発電機の回転数と同時に界磁巻線に流れる界磁電流が制御されることにより制御される。
The
尚、発電機102は、エンジン101の始動時、エンジン101の始動用回転動力を発生させるエンジン始動用電動機として用いてもよい。
The
発電機102には第1電力変換装置105を介して電源装置1が電気的に接続されている。電源装置1には第2電力変換装置106を介して電動発電機103が電気的に接続されている。
The
第1及び第2電力変換装置105,106は、発電機102と電源装置1と電動発電機103との間の電力の授受を制御する制御装置であり、複数のスイッチング半導体素子(例えばMOSFET:金属酸化膜半導体型電界効果トランジスタ,IGBT:絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)から構成された電力変換回路を備えている。第1電力変換装置105の電力変換回路は、二つ(上アーム及び下アーム)のスイッチング半導体素子を電気的に直列に接続した直列回路(一相分のアーム)を三相分、電気的に並列に接続した三相ブリッジ回路により構成されており、六つのスイッチング半導体素子の作動(オン・オフ)が制御されることによって、発電機102と電源装置1との間の電力を変換する。また、第2電力変換装置106の電力変換回路も第1電力変換装置105と同様に構成されており、六つのスイッチング半導体素子の作動(オン・オフ)が制御されることによって、電源装置1と電動発電機103との間の電力を変換する。
The first and second
各上アームの下アーム接続側とは反対側は電源装置1の直流正極側に、各下アームの上アーム接続側とは反対側は電源装置1の直流負極側にそれぞれ電気的に接続されている。第1電力変換装置105の電力変換回路における各アームの中点、すなわち上アームと下アームとの接続側は発電機102に電気的に接続されている。第2電力変換装置106の電力変換回路における各アームの中点、すなわち上アームと下アームとの接続側は電動発電機103に電気的に接続されている。
The side opposite to the lower arm connection side of each upper arm is electrically connected to the DC positive electrode side of the
各電力変換回路の直流正極側と直流負極側との間には平滑コンデンサが電気的に並列に接続されている。平滑コンデンサは、電力変換回路を構成するスイッチング半導体素子の高速スイッチング(オン・オフ)動作及び変換回路に寄生するインダクタンスにより生じる電圧変動を抑制するために設けられている。平滑コンデンサには電解コンデンサ或いはフィルムコンデンサを用いている。 A smoothing capacitor is electrically connected in parallel between the positive DC side and the negative DC side of each power conversion circuit. The smoothing capacitor is provided in order to suppress voltage fluctuations caused by high-speed switching (on / off) operation of switching semiconductor elements constituting the power conversion circuit and inductance parasitic on the conversion circuit. An electrolytic capacitor or a film capacitor is used as the smoothing capacitor.
発電機102と電源装置1との間に電気的に設けられた第1電力変換装置105は、発電機102の発電時には、発電機4から出力された三相交流電力を直流電力に変換する交流−直流変換回路(整流回路)として機能し、発電機102をエンジン始動用電動機として作動させる時には、電源装置1から出力された直流電力を三相交流電力に変換する直流−交流変換回路(インバータ)として機能する。第1電力変換装置105の直流側には、電源装置1のモジュール電池の正負極端子が電気的に接続されている。第1電力変換装置105の電力変換回路を構成する三つの直列回路の中間(2つのスイッチング半導体素子の間)には、一つの直列回路の中間に発電機102の電機子巻線の一つの相の巻線が電気的に接続されるように、発電機102の電機子巻線が電気的に接続されている。
The
電動発電機103と電源装置1との間に電気的に設けられた第2電力変換装置106は、電動発電機103を電動機として作動させる時には、電源装置1から出力された直流電力を三相交流電力に変換する直流−交流変換回路として機能し、回生制動の際に電動発電機103を発電機として作動させる時には、電動発電機103から出力された三相交流電力を直流電力に変換する交流−直流変換回路として機能する。第2電力変換装置106の直流側には、電源装置1のモジュール電池の正負極端子が電気的に接続されている。第2電力変換装置106の電力変換回路を構成する三つの直列回路の中間(2つのスイッチング半導体素子の間)には、一つの直列回路の中間に電動発電機103の電機子巻線の一つの相の巻線が電気的に接続されるように、電動発電機103の電機子巻線が電気的に接続されている。
The second
尚、ここでは、第1及び第2電力変換装置105,106を別々のユニットとして構成した場合を例に挙げて説明したが、1つのユニットとして構成してもよい。
Here, the case where the first and
電動発電機103は、駆動輪104を駆動するための原動機であり、電機子(固定子)と、電機子に対向配置され、回転可能に保持された界磁(回転子)とを備え、電機子巻線に供給された三相交流電力により形成されて同期速度で回転する回転磁界と、永久磁石の磁束との磁気的な作用に基づいて、駆動輪104の駆動に必要な回転動力を発生する永久磁石界磁式三相交流同期回転電機である。
The
電機子は、電動発電機103を電動機として駆動する時には、第2電力変換装置106によって制御された三相交流電力の供給を受けて回転磁界を発生させ、電動発電機103を発電機として駆動する時には、磁束の鎖交により三相交流電力を発生させる部位であり、磁性体である電機子鉄心(固定子鉄心)と、電機子鉄心に装着された三相の電機子巻線(固定子巻線)とを備えている。界磁は、電動発電機103を電動機或いは発電機として駆動する時、界磁磁束を発生させる部位であり、磁性体である界磁鉄心(回転子鉄心)と、界磁鉄心に装着された永久磁石とを備えている。
When the
電動発電機103としては、電機子巻線に供給された三相交流電力により形成されて同期速度で回転する回転磁界と、巻線の励磁による磁束との磁気的な作用に基づいて、回転動力を発生する巻線界磁式三相交流同期回転電機、或いは三相交流誘導回転電機などを採用してもよい。巻線界磁式三相交流同期回転電機の場合、電機子の構成は永久磁石界磁式三相交流同期回転電機と基本的に同じである。一方、界磁の構成は異なっており、磁性体である界磁鉄心に界磁巻線(回転子巻線)を巻く構成になっている。尚、巻線界磁式三相交流同期回転電機では、界磁巻線が巻かれた界磁鉄心に永久磁石を装着し、巻線による磁束の漏れを抑える場合もある。界磁巻線は外部電源から界磁電流の供給を受けて励磁されることにより磁束を発生する。
As the
電動発電機103には変速機107,デファレンシャルギア108を介して駆動輪104の車軸109が機械的に接続されている。変速機107は、電動発電機103から出力された回転動力を変速してデファレンシャルギア108に伝達する。デファレンシャルギア108は、変速機107から出力された回転動力を左右の車軸109に伝達する。電動発電機103及び変速機107は一体のユニットで構成されていてもよい。変速機107とデファレンシャルギア108との間はプロペラシャフトにより機械的に接続されている。
An
電源装置1は、電動発電機103が回生時に発生した電力及び発電機102が発生した電力を電動発電機103の駆動用電力として充電し、電動発電機103の駆動時、この駆動に必要な電力を放電する駆動用車載電源であり、高電圧、例えば600v以上の定格電圧を有するように、数百本のリチウムイオン電池により構成されたバッテリシステムである。
The
尚、電源装置1の詳細な構成については後述する。
The detailed configuration of the
電源装置1には、電動発電機103および発電機102の他に、車載補機(たとえばパワーステアリング装置,エアーブレーキ)に動力を供給する電動アクチュエータ、電源装置1よりも定格電圧が低く、車内電装品(たとえばライト,オーディオ、車載電子制御装置)に駆動電力を供給する電装用電源である低圧バッテリなどがDC/DCコンバータを介して電気的に接続されている。DC/DCコンバータは、電源装置1の出力電圧を降圧して電動アクチュエータや低圧バッテリなどに供給したり、低圧バッテリの出力電圧を昇圧して電源装置1などに供給したりする昇降圧装置であり、電源装置1と同じ筐体内に収納されている場合もある。低圧バッテリには定格電圧24vの鉛バッテリを用いている。低圧バッテリとしては、同じ定格電圧を有するリチウムイオンバッテリ或いはニッケル水素バッテリを用いてもよい。
In addition to the
電動発電機103,第1及び第2電力変換装置105,106,発電機102,エンジン101及び変速機107は、車両の床下のデファレンシャルギア108の近傍に配置されている。電源装置1は、ノンステップ式或いは低床式のハイブリッドバス、ハイブリッド電車の場合には、車両の屋根に設けられた収納部に配置される。この場合、収納部は、屋根から上方に突起するように形成される。また、電源装置1は、ステップ付きの高床式のハイブリッドバス、ハイブリッドトラックの場合には、車両の床下かつ第1及び第2電力変換装置105,106の近傍に配置される。第1及び第2電力変換装置105,106の近傍に電源装置1を設けることにより、第1及び第2電力変換装置105,106と電源装置1との間の電気配線長を短くでき、インダクタンスを低減できる。
The
ハイブリッド自動車100の力行時(発進、加速、通常走行など)、モータコントローラ110に正のトルク指令が与えられて第2電力変換装置106の作動が制御されると、電源装置1に蓄電された直流電力は第2電力変換装置106により三相交流電力に変換されて電動発電機103に供給される。これにより、電動発電機103が駆動されて回転動力が発生する。発生した回転動力は変速機107及びデファレンシャルギア108を介して車軸109に伝達され、駆動輪104を駆動する。この駆動により、電源装置1の蓄電量が減少した場合にはエンジン101の作動によって発電機102を駆動し、三相交流電力を発生させる。発生した三相交流電力は第1電力変換装置105によって直流電力に変換され、電源装置1に充電される。
When the
ハイブリッド自動車100の回生時(減速、制動など)、モータコントローラ110に負のトルク指令が与えられて第2電力変換装置106の作動が制御されると、駆動輪104の回転動力により駆動される電動発電機2から発生した三相交流電力は直流電力に変換されて電源装置1に供給される。これにより、変換された直流電力は電源装置1に充電される。
At the time of regeneration of the hybrid vehicle 100 (deceleration, braking, etc.), when a negative torque command is given to the
モータコントローラ110は、上位制御装置から出力されたトルク指令値から電流指令値を演算すると共に、電流指令値と、電動発電機102と第2電力変換装置106との間を流れる実電流との差分に基づいて電圧指令値を演算し、この演算された電圧指令値に基づいてPWM(パルス幅変調)信号を発生させ、そのPWM信号を第1及び第2電力変換装置105,106に出力する。
The
<電源装置1の全体構成>
次に、図14を用いて、電源装置1の全体構成について説明する。
図14は、電源装置1の電気的な回路構成を示す。
電源装置1は、前述したように、電動発電機103を駆動するための車載電源であり、第2電力変換装置106を介して電動発電機103に電気的に接続され、第2電力変換装置106によって充放電が制御される。電源装置1は、大別すると、統括バッテリ制御装置(上位バッテリ制御装置)200、8個のモジュール電池セット500の直並列接続体から構成された電池モジュール部600、及び電池モジュール部600とパワーモジュール111との間の電気的な接続を制御するためのリレー部300から構成されている。
<Overall configuration of
Next, the overall configuration of the
FIG. 14 shows an electrical circuit configuration of the
As described above, the
第2電力変換装置106は、前述した電力変換(直流電力を三相交流電力に変換或いは三相交流電力を直流電力に変換)をスイッチング半導体素子の作動(オン・オフ)によって制御する電子機器であり、パワーモジュール111と、ドライバー装置112とを備えている。
The
パワーモジュール111は、前述した電力変換回路を構成する部位であり、電池モジュール部600の正負極端子にリレー部300を介して直流正負極側が電気的に接続され、ドライバー装置112から出力された6アーム分(6つのスイッチング半導体素子分)の駆動信号によりスイッチング(オン・オフ)動作し、電池モジュール部600から出力された直流電力を三相交流電力に変換して電動発電機103に出力する、或いは電動発電機103から出力された三相交流電力を直流電力に変換して電源装置1に出力する。
The
ドライバー装置112は、モータコントローラ110から出力された指令信号(PWM信号)に基づいて、パワーモジュール111を作動させるための駆動信号を生成し、この生成された駆動信号を六つのスイッチング半導体素子のゲート電極に出力する。六つのスイッチング半導体素子は、ドライバー装置112から出力された駆動信号に基づいてオン・オフする。
The
リレー部300は、正極側メインコンタクタ310、負極側メインコンタクタ320、正極側プリチャージコンタクタ330、及び正極側プリチャージ抵抗340を備えている。正極側メインコンタクタ310、負極側メインコンタクタ320、正極側プリチャージコンタクタ330の開閉は、上位制御装置から出力された開閉指令信号に基づいて統括バッテリ制御装置200が制御する。
The
正極側メインコンタクタ310の固定接点の一方側には電池モジュール部600の正極側が電気的に接続され、その他方側にはパワーモジュール111の正極側が強電ケーブルを介して電気的に接続されている。負極側メインコンタクタ320の固定接点の一方側には電池モジュール部600の負極側が電気的に接続され、その他方側にはパワーモジュール111の負極側が強電ケーブルを介して電気的に接続されている。正極側メインコンタクタ310の固定接点間には、正極側プリチャージコンタクタ330と正極側プリチャージ抵抗340とを電気的に直列に接続した正極側プリチャージ回路が電気的に並列に接続されている。
The positive side of the
プリチャージコンタクタは、メインコンタクタの投入前に投入され、パワーモジュール111に電気的に並列に接続された平滑コンデンサを充電するために用いられる。これは、第2電力変換装置106の動作開始時、平滑コンデンサの電荷が略ゼロであり、この状態でメインコンタクタを投入すると、電池モジュール部600から第2電力変換装置106に向かって大きな初期電流が流れ込み、メインコンタクタ(特に正極側)の固定接点と可動接点が融着して破損する恐れがある。このため、メインコンタクタに対して電気的に並列にプリチャージ回路を設け、第2電力変換装置106の動作開始時、まず、プリチャージコンタクタを投入して平滑コンデンサを充電する。平滑コンデンサが所定の電圧まで充電されたら、メインコンタクタを投入してプリチャージコンタクタを開放する。これにより、メインコンタクタに流れる電流を許容電流以下にできるので、メインコンタクタを大電流から保護できると共に、電池モジュール部600及び第2電力変換装置106を流れる最大電流を許容最大電流以下に低減できる。
The precharge contactor is charged before charging the main contactor and is used to charge a smoothing capacitor electrically connected to the
電池モジュール部600は、8個のモジュール電池セット500が電気的に直並列に接続されて構成された蓄電部であり、高電位側の電池モジュールブロックと低電位側の電池モジュールブロックとを備えている。高電位側の電池モジュールブロックは、4個のモジュール電池セット500が電気的に並列に接続されて構成されている。低電位側の電池モジュールブロックも同様に、4個のモジュール電池セット500が電気的に並列に接続されて構成されている。高電位側の電池モジュールブロックの負極側と低電位側の電池モジュールブロックの正極側は保守・点検用のSD(サービスディスコネクト)スイッチ700を介して電気的に直列に接続されている。SDスイッチ700は、スイッチ710とヒューズ720とを電気的に直列に接続した回路から構成されている。
The
各モジュール電池セット500は、単位電池モジュール510、及び単位電池モジュール510の状態を管理及び制御するためのモジュール電池セット制御装置520を備えている。
Each module battery set 500 includes a
単位電池モジュール510は二つの単位電池ブロック(或いは単位電池パック)、すなわち高電位側単位電池ブロック510a及び低電位側単位電池ブロック510bを電気的に直列に接続したものから構成されている。各単位電池ブロックには組電池が収納されている。各組電池は、複数のリチウム単電池(リチウムセル)を電気的に直列に接続したものから構成されている。
The
モジュール電池セット制御装置520は、統括バッテリコントローラ200に対して下位に相当する下位バッテリコントローラ530、及び下位バッテリコントローラ530に対して下位に相当するセルコントローラ540から構成されている。
The module battery set
下位バッテリコントローラ530は、単位電池モジュール510の状態を管理及び制御すると共に、統括バッテリコントローラ200に単位電池モジュール510の状態などを通知するためのものである。単位電池モジュール510の状態の管理及び制御には、単位電池モジュール510の総電圧、総電流、温度などの計測、単位電池モジュール510の蓄電状態(SOC)、劣化状態(SOH)などの演算、セルコントローラ540に対する指令の出力などがある。
The
単位電池モジュール510の充放電電流は、単位電池モジュール510の正極側に電気的に直列に接続された電流センサからの出力信号に基づいて下位バッテリコントローラ530が検出する。単位電池モジュール510の総電圧は、単位電池モジュール510の正負極間に電気的に並列に接続された電圧センサの出力信号に基づいて下位バッテリコントローラ530が検出する。各下位バッテリコントローラによって検出された総電圧、充放電電流は統括バッテリコントローラ200に情報伝達される。
The
セルコントローラ540は、下位バッテリコントローラ530からの指令によって複数のリチウム単電池の状態を管理及び制御するためのものであり、複数の集積回路(IC)によって構成されている。複数のリチウム単電池の状態の管理及び制御には、各リチウム単電池の電圧の計測、各リチウム単電池の蓄電量の調整などがある。各集積回路は、対応する複数のリチウム単電池が決められており、対応する複数のリチウム単電池に対して状態の管理及び制御を行う。
The
下位バッテリコントローラ530の電源には、車載補機、例えばライトやオーディオ機器などの電源として搭載された補機用バッテリ(大型の自動車の場合、公称出力電圧12vのバッテリを2個直列に接続した24vのバッテリ)を用いている。このため、下位バッテリコントローラ530には補機用バッテリからの電圧(例えば24v)が印加されている。下位バッテリコントローラ530は、印加された電圧をDC/DCコンバータ(直流−直流変換器)から構成された電源回路によって降圧(例えば5vに降圧)し、この降圧された電圧を、下位バッテリコントローラ530を構成する電子部品に駆動電圧として印加する。これにより、下位バッテリコントローラ530を構成する電子部品は作動する。
The power source of the
セルコントローラ540を構成する集積回路の電源には、対応する複数のリチウム単電池を用いている。このため、セルコントローラ540と単位電池モジュール510の両者は接続線を介して電気的に接続されている。各集積回路には、対応する複数のリチウム単電池の最高電位の電圧が接続線を介して印加されている。各集積回路は、印加された電圧を電源回路によって降圧(例えば5vに降圧)し、これを動作電源として用いる。
A plurality of corresponding lithium single cells are used as the power source of the integrated circuit constituting the
統括バッテリ制御装置200は、電池モジュール部600を構成する8個のモジュール電池セット500のそれぞれと並列に通信を実施して8個のモジュール電池セット500のそれぞれの充電状態や動作状態などを監視すると共に、8個のモジュール電池セット500のそれぞれの充電状態の調整や異常検出などを行う電子回路装置であり、マイクロコンピュータを含む複数の電子回路部品が回路基板に実装されることにより構成されている。また、統括バッテリ制御装置200は、上位制御装置からの指令信号に基づいてリレー部300の開閉を制御する。さらに、統括バッテリ制御装置200は、上位制御装置と通信を実施し、電池モジュール部600から供給できる或いは電池モジュール部600で受け入れられる許容充放電電力或いは許容充放電電流の情報や異常検知結果、電池モジュール部600の充電状態の情報などを上位制御装置に出力すると共に、イグニションキースイッチの作動に基づく起動信号やリレー部300を開閉するための指令信号などを入力する。上位制御装置は、モータコントローラ110、さらにはその上位の車両制御装置などを示す。
The overall
また、統括バッテリ制御装置200はリーク検出器400を備えている。リーク検出器400はリレー部300とパワーモジュール111との間に設けられ、電池モジュール部600と車体アースとの間におけるリークの有無を検出するための電気回路であり、直流正負極と車体アースとの間に半導体スイッチを介して電気的に接続された抵抗分圧回路を備えている。統括バッテリ制御装置200は、半導体スイッチを制御して抵抗分圧回路を直流正負極と車体アースとの間に電気的に接続すると共に、その接続によって抵抗分圧回路から得られる電圧情報を読み込み、電池モジュール部600と車体アースとの間におけるリークの有無を判断する。リークが有る場合、統括バッテリ制御装置200は、その旨を上位制御装置に通知すると共に、運転席の警告灯の点灯や音声通知によって運転者に警告を発する。これにより、必要な安全措置を講じた状態で車両を安全に駆動させることができるとともに、サービスセンタにおける早期点検・修理を運転者に促すことができる。
The overall
統括バッテリコントローラ200には、前述したように、イグニションキースイッチから出力された信号が入力されている。イグニションキースイッチから出力された信号は電源装置1の起動及び停止の合図になる。
As described above, the
イグニションキースイッチがオンになると、統括バッテリコントローラ200では、イグニションキースイッチからの出力信号に基づいて電源回路が動作し、複数の電子回路部品に対して電源回路から駆動電圧が印加される。これにより、複数の電子回路部品が動作し、統括バッテリコントローラ200が起動する。統括バッテリコントローラ200が起動すると、各下位バッテリコントローラ530に対してパラレルに統括バッテリコントローラ200から起動信号が出力される。各下位バッテリコントローラ530では、起動信号に基づいて電源回路が動作し、複数の電子回路部品に対して電源回路から駆動電圧が印加される。これにより、複数の電子回路部品が動作し、各下位バッテリコントローラ530が起動する。
When the ignition key switch is turned on, in the
各下位バッテリコントローラ530が起動すると、対応するセルコントローラ540に対して下位バッテリコントローラ530から起動信号が出力される。セルコントローラ540では、起動指令に基づいて複数の集積回路の電源回路が順次動作する。これにより、複数の集積回路が順次起動し、セルコントローラ540が起動する。セルコントローラ540の起動後、各モジュール電池セット500では、所定の初期処理が実行され、電源装置1の起動が完了する。上位制御装置への完了報告は統括バッテリコントローラ200から出力される。
When each
所定の初期処理としては、例えば各リチウム単電池の電圧の測定、異常診断、単位電池モジュール510全体の電圧、電流、温度の測定、単位電池モジュール510の蓄電状態、劣化状態の演算などがある。
Examples of the predetermined initial processing include measurement of voltage of each lithium cell, abnormality diagnosis, measurement of voltage, current, and temperature of the entire
イグニションキースイッチがオフになると、統括バッテリコントローラ200から各下位バッテリコントローラ530に対してパラレルに停止信号が出力される。各下位バッテリコントローラ530は、停止信号を受けると、対応するセルコントローラ540に対して停止信号を出力する。これにより、各モジュール電池セット500では、所定の終了処理が実行される。所定の終了処理が終了すると、まず、セルコントローラ540の各集積回路の電源回路がオフする。これにより、セルコントローラ540が停止する。対応するセルコントローラ540が停止し、セルコントローラ540との間において通信ができなくなると、各下位バッテリコントローラ530の電源回路の動作が停止し、複数の電子回路部品の動作が停止する。これにより、バッテリコントローラ530が停止する。各下位バッテリコントローラ530が停止し、各下位バッテリコントローラ530との間において通信ができなくなると、統括バッテリコントローラ200の電源回路の動作が停止し、複数の電子回路部品の動作が停止する。これにより、統括バッテリコントローラ200が停止し、電源装置1が停止する。
When the ignition key switch is turned off, a stop signal is output from the
所定の終了処理としては、例えば各リチウム単電池の電圧の測定、各リチウム単電池の蓄電量の調整などがある。 Examples of the predetermined termination process include measurement of the voltage of each lithium cell and adjustment of the amount of power stored in each lithium cell.
統括バッテリコントローラ200とモータコントローラ110などの上位制御装置との間の情報伝達、及び統括バッテリコントローラ200と各下位バッテリコントローラ530との間の情報伝達には、車載ローカルエリアネットワークによる通信を用いている。下位バッテリコントローラ530とセルコントローラ540との間の情報伝達にはLIN通信を用いている。
Communication via the in-vehicle local area network is used for information transmission between the
リレー部300による電気的な導通及び遮断は、モータコントローラ110から出力された指令信号を受けて統括バッテリコントローラ200が制御する。モータコントローラ110は、車載電機システムの起動時には、電源装置1の起動完了の通知を統括バッテリコントローラ200から受けることにより、統括バッテリコントローラ200に対してリレー部300の導通の指令信号を出力する。統括バッテリコントローラ200は指令信号に基づいてリレー部300の動作電源に対して駆動信号を出力し、リレー部300が導通するように制御する。また、モータコントローラ110は、車載電機システムの停止時及び車載電機システムの異常時には、イグニションキースイッチからオフの出力信号或いは異常信号を受けることにより、統括バッテリコントローラ200に対してリレー部300の遮断の指令信号を出力する。統括バッテリコントローラ200は指令信号に基づいてリレー部300の動作電源に対して駆動信号出力し、リレー部300が導通するように制御する。リレー部140に対して遮断の指令信号を出力し、リレー部300が遮断するように制御する。
The
車載電機システムの起動時にあたっては、まず、負極側メインコンタクタ320が投入され、この後、プリチャージコンタクタ330が投入される。これにより、電池モジュール部600から供給された電流が抵抗340によって制限された後、第2電力変換装置106の平滑コンデンサに供給され、平滑コンデンサが充電される。平滑コンデンサが所定の電圧まで充電された後、正極側メインコンタクタ310が投入され、プリチャージコンタクタ330が開放される。これにより、電池モジュール部600から正極側メインコンタクタ310を介してパワーモジュール111に主電流が供給されるが、この時の主電流は、正極側メインコンタクタ310及び平滑コンデンサの許容電流以下になる。従って、車載電機システムの起動時、平滑コンデンサの電荷が略ゼロにあることに起因して、電池モジュール部600から瞬間的に大きな初期電流が第2電力変換装置106に流れ込み、平滑コンデンサが高発熱して損傷する、正極側メインコンタクタ310の固定接点と可動接点とが融着するなどの異常を招くことがなく、平滑コンデンサ及び正極側メインコンタクタ310を大きな電流から保護できる。
When starting the in-vehicle electric system, first, the negative-side
尚、統括バッテリコントローラ200、下位バッテリコントローラ530、セルコントローラ540の各コントローラで扱う情報をまとめておくことにする。
Information handled by each controller of the
セルコントローラ540は、各リチウム単電池の電圧を検出し、この検出された電圧を対応する下位バッテリコントローラ530に情報伝達する。また、セルコントローラ540は、リチウム単電池或いは自己の内部回路に異常がある時には、異常フラグ及び異常内容を対応する下位バッテリコントローラ540に情報伝達する。
The
下位バッテリコントローラ530は、対応するセルコントローラ540から情報伝達された各リチウム単電池の電圧、電圧センサから伝達された電圧検出値、電流センサから伝達された電流検出値、単位電池モジュール510内部に設けられた複数の温度センサ(例えばサーミスタ)から伝達された温度検出値を入力情報とすると共に、予め記憶されているリチウム単電池の初期情報及び入力情報に基づいて、対応する単位電池モジュール510の蓄電量(SOC)、劣化状態(SOH)、充放電許容電流、総電圧、充放電電流、温度の最大最小値、セル電圧の最大最小値を演算或いは検出し、それらを統括バッテリコントローラ200に情報伝達する。
The
統括バッテリコントローラ200は、各下位バッテリコントローラ530から情報伝達された蓄電量(SOC)、劣化状態(SOH)、充放電許容電流、総電圧、充放電電流、温度の最大最小値、セル電圧の最大最小値を入力情報とすると共に、入力情報に基づいて、電池モジュール部600の蓄電量(SOC)、充放電電流抑制率或いは許容充放電電力若しくは許容充放電電流、総電圧、充放電電流、温度、リチウム単電池電圧、劣化状態(SOH)を演算し、それらを上位制御装置に情報伝達する。
The
ここで、電池モジュール部600の蓄電量(SOC)は、各下位バッテリコントローラ530から情報伝達された各単位電池モジュール510の蓄電量(SOC)の平均値である。電池モジュール部600の充放電電流抑制率或いは許容充放電電力若しくは許容充放電電流は、各下位バッテリコントローラ530から情報伝達された充放電許容電流、セル電圧の最大最小値、演算された電池モジュール部600の蓄電量(SOC)などの情報に基づいて演算される。電池モジュール部600の総電圧は、高電位側の電池モジュールブロックに属する単位電池モジュール510の総電圧の平均値と、低電位側の電池モジュールブロックに属する単位電池モジュール510の総電圧の平均値とを足し合わせた値である。電池モジュール部600の充電電流は、高電位側の電池モジュールブロックに属する単位電池モジュール510の充電電流の総和と、低電位側の電池モジュールブロックに属する単位電池モジュール510の充電電流の総和とのうちの最小値である。電池モジュール部600の放電電流は、高電位側の電池モジュールブロックに属する単位電池モジュール510の放電電流の総和と、低電位側の電池モジュールブロックに属する単位電池モジュール510の放電電流の総和とのうちの最小値である。電池モジュール部600の温度は、各下位バッテリコントローラ530から情報伝達された各単位電池モジュール510の最高値及び最低値である。電池モジュール部600のセル電圧は、各下位バッテリコントローラ530から情報伝達された各単位電池モジュール510のセル電圧のうちの最高値及び最低値である。電池モジュール部600の劣化状態(SOH)は、各下位バッテリコントローラ530から情報伝達された各単位電池モジュール510の劣化状態(SOH)のうちの最高値及び最低値である。
Here, the storage amount (SOC) of the
<モジュール電池セット制御装置の構成>
次に、図15を用いて、モジュール電池セット制御装置520について説明する。
図15は、モジュール電池セット制御装置520の電気的な接続構成を示す。
モジュール電池セット制御装置520のうち、下位バッテリコントローラ530は、マイクロコンピュータ531(以下、「マイコン531」と略称する)を含む複数の電子回路部品により構成されている。それらの電子回路部品は回路基板532に実装され、対応する単位電池モジュール510とは別体の筐体に収納されている。下位バッテリコントローラ530を収納した筐体は、制御用電子回路として、対応する単位電池モジュール510の近傍に配置されている。
<Configuration of module battery set control device>
Next, the module battery set
FIG. 15 shows an electrical connection configuration of the module battery set
Of the module battery set
セルコントローラ540は、リチウム単電池511に電気的に接続された24個の集積回路(IC)541A〜541Xを含む複数の電子回路部品により構成されている。それらの電子回路部品は、単位電池ブロック510a,510bに応じて、対応する回路基板542a、542bに分けられて実装されている。回路基板542a、542bは、対応する単位電池ブロック510a、510bの筐体に収納されていると共に、筐体の長手方向一方側端部に配置されている。
The
また、セルコントローラ540は複数の抵抗543及び複数のフォトカプラ544などの複数の回路素子を備えている。抵抗543は、リチウム単電池511の充電量を調整する際に用いられ、リチウム単電池511から放出された電流を熱に変換して消費する消費用回路素子であり、各集積回路541A〜541Xに対して四つ(R1〜R4)ずつ設けられている。フォトカプラ544は、集積回路541A〜541Xのうちの最始端にあたる集積回路541Aとマイコン531との間、及び集積回路541A〜541Xのうちの最終端にあたる集積回路541Xとマイコン531との間の信号伝送路に設けられたインターフェース回路素子であり、集積回路541A,541Xとマイコン531との間において、電位レベルの異なる信号を送受信するための光学的絶縁素子である。
The
複数のリチウム単電池511は各集積回路541A〜541Xに対応させて複数のグループに割り振られている。本実施例では、高電位側の単位電池ブロック510aの組電池を構成する48本のリチウム単電池511と、及び低電位側の単位電池ブロック510bの組電池を構成する48本のリチウム単電池511とを合わせた96本のリチウム単電池511を24グループに割り振っている。具体的には、電気的に直列に接続された96本のリチウム単電池511をその接続順にしたがって電位的に上位から順番に4つずつに区切り、24グループを構成している。すなわち電位的に1番目のリチウム単電池511から電位的に4番目のリチウム単電池511までの電気的に直列に接続されたリチウム単電池群を第1グループ、電位的に5番目のリチウム単電池511から電位的に8番目のリチウム単電池511までの電気的に直列に接続されたリチウム単電池群を第2グループ、・・・、電位的に89番目のリチウム単電池511から電位的に92番目のリチウム単電池511までの電気的に直列に接続されたリチウム単電池群を第23グループ、電位的に93番目のリチウム単電池511から電位的に96番目のリチウム単電池511までの電気的に直列に接続されたリチウム単電池群を第24グループというように、96本のリチウム単電池511をグループ分けしている。
The plurality of
尚、本実施例では、各電池ブロック毎に複数のリチウム単電池511を12グループに分けた場合を例に挙げて説明するが、グループの分け方としては、96本のリチウム単電池511を6本ずつ、16グループに分けてもよい。
In this embodiment, a case where a plurality of
集積回路541Aには、接続線548及び基板配線547を介して、第1グループを構成する4つのリチウム単電池511(BC1〜BC4)のそれぞれの正極側及び負極側が電気的に接続されている。これにより、集積回路541Aには、接続線548及び基板配線54を介して、第1グループを構成する4つのリチウム単電池511のそれぞれの端子電圧に基づくアナログ信号が取り込まれる。集積回路541Aは、アナログデジタル変換器を備えており、取り込まれたアナログ信号を順次、デジタル信号に変換し、第1グループを構成する4つのリチウム単電池511の端子電圧を検出する。集積回路541B〜541Xも集積回路541Aの場合と同様に、接続線547及び基板配線548を介して、対応するグループを構成する4つのリチウム単電池511のそれぞれの正極側及び負極側に電気的に接続され、対応するグループを構成する4つのリチウム単電池511のそれぞれの端子電圧を取り込んで検出する。
The positive electrode side and the negative electrode side of each of the four lithium single cells 511 (BC1 to BC4) constituting the first group are electrically connected to the
第1グループを構成する4つのリチウム単電池511のそれぞれの正極側と負極側との間(端子間)には、抵抗543(R1〜R4)と、集積回路541Aに内蔵されたスイッチング半導体素子とを電気的に直列に接続したバイパス直列回路が、接続線548及び基板配線547を介して、電気的に並列に接続されている。他のグループも、第1グループの場合と同様に、リチウム単電池511の正極側と負極側との間にバイパス直列回路が電気的に並列に接続されている。
Between each positive electrode side and the negative electrode side (between terminals) of the four lithium
集積回路541Aは、下位バッテリコントローラ530から出力された充電状態調整指令に基づいて、スイッチング半導体素子を所定時間、個別に導通させ、第1グループを構成する4つのリチウム単電池511の正極側と負極側との間にバイパス直列回路を個別に電気的に並列に接続させる。これにより、バイパス直列回路が電気的に並列に接続されたリチウム単電池511は放電し、充電状態SOC(State Of Charge)が調整される。集積回路541B〜541Xも集積回路541Aの場合と同様に、対応するグループを構成する4つのリチウム単電池511に電気的に並列に接続されたバイパス直列回路のスイッチング半導体素子の導通を個別に制御して、対応するグループを構成する4つのリチウム単電池511の充電状態SOCを個別に調整する。
Based on the charge state adjustment command output from the
以上のように、集積回路541A〜541Xによって、対応するグループを構成する4つのリチウム単電池511に電気的に並列に接続されたバイパス直列回路のスイッチング半導体素子の導通を個別に制御し、各グループを構成する4つのリチウム単電池511の充電状態SOCを個別に調整すれば、全グループのリチウム単電池511の充電状態SOCを均一にでき、リチウム単電池511の過充電などを抑制できる。
As described above, the
集積回路541A〜541Xは、対応するグループを構成する4つのリチウム単電池511の異常状態を検出する。異常状態には過充電及び過放電がある。過充電及び過放電は、各集積回路541A〜541Xにおいて、対応するグループを構成する4つのリチウム単電池511の端子電圧の検出値と、過充電閾値及び過放電閾値のそれぞれとを比較することにより検出する。過充電は端子電圧の検出値が過充電閾値を越えた場合に、過放電は端子電圧の検出値が過放電閾値を下回った場合にそれぞれ判断される。また、集積回路541A〜541Xは、自己の内部回路の異常、例えば充電状態の調整に用いられるスイッチング半導体素子の異常、温度異常などを自己診断する。
The
このように、集積回路541A〜541Xはいずれも同じ機能、すなわち対応するグループの4つのリチウム単電池511(BC1〜BC4)の端子電圧検出、充電状態の調整、異常状態の検出、及び自己の内部回路の異常診断を実行するように、同じ内部回路により構成されている。
As described above, the
集積回路541A〜541Xのそれぞれの一辺側には、電池モジュール510側と電気的に接続される複数の端子が設けられている。複数の端子としては、電源端子(Vcc)、電圧端子(V1〜V4,GND)、及びバイパス端子(B1〜B4)を備えている。電圧端子(V1〜V4,GND)には、接続線548に電気的に接続される基板配線547が電気的に接続されている。バイパス端子(B1〜B4)には抵抗543のスイッチング半導体素子側が基板配線547を介して電気的に接続されている。抵抗543のスイッチング半導体素子側とは反対側は、基板配線547を介して電圧端子に電気的に接続された基板配線547に電気的に接続されている。電源端子(Vcc)には、電圧端子V1(最も高電位側のリチウム単電池511の正極側に電気的に接続される電圧端子)に電気的に接続された基板配線547に電気的に接続されている。
A plurality of terminals that are electrically connected to the
電圧端子(V1〜V4,GND)及びバイパス端子(B1〜B4)の両者は、電気的に接続されるリチウム単電池511の電位的の順にしたがって交互に配置されている。これにより、集積回路541A〜541Xのそれぞれと接続線348との電気的な接続回路を簡単に構成できる。
Both the voltage terminals (V1 to V4, GND) and the bypass terminals (B1 to B4) are alternately arranged in the order of potential of the
電圧端子GNDには、対応するグループを構成する4つのリチウム単電池511のうちの最低電位のリチウム単電池BC4の負極側に電気的に接続されている。これにより、各集積回路541A〜541Xは、対応するグループの最低電位を基準電位として動作する。このように、各集積回路541A〜541Xの基準電位が異なっていれば、電池モジュール510から各集積回路541A〜541Xに印加される電圧の差を小さくすることができるので、集積回路541A〜541Xの耐圧をより小さくできると共に、安全性や信頼性をより向上させることができる。
The voltage terminal GND is electrically connected to the negative electrode side of the lithium cell BC4 having the lowest potential among the four
電源端子Vccには、応するグループを構成する4つのリチウム単電池511のうちの最高電位のリチウム単電池BC1の正極側に電気的に接続されている。これにより、各集積回路541A〜541Xは、対応するグループの最高電位の電圧から、内部回路を動作させるための電圧(例えば5v)を発生させている。このように、各集積回路541A〜541Xの内部回路の動作電圧を、対応するグループの最高電位の電圧から発生させるようになっていれば、対応するグループを構成する4つのリチウム単電池511から消費される電力を均等にでき、対応するグループを構成する4つのリチウム単電池511の充電状態SOCが不均衡になることを抑制できる。
The power supply terminal Vcc is electrically connected to the positive electrode side of the lithium single battery BC1 having the highest potential among the four lithium
集積回路541A〜541Xのそれぞれの他辺側(電圧系端子が設けられた一辺側に対向する辺側)には通信系の複数の端子が設けられている。複数の端子としては、通信コマンド信号を送受信するための通信コマンド信号用送受信端子(TX,RX)、及び異常信号や異常テスト信号を送受信するための異常信号用送受信端子(FFO,FFI)を備えている。
A plurality of communication terminals are provided on the other side of each of the
集積回路541A〜541Xの通信コマンド信号用送受信端子(TX,RX)は、対応するグループの電位の順にしたがって非絶縁状態で電気的に直列に接続されている。すなわち集積回路541A(上位電位の集積回路)の通信コマンド信号用送信端子(TX)と、集積回路541B(下位電位の集積回路であって、上位電位の集積回路に対して電位的に次の電位の集積回路)の通信コマンド信号用受信端子(RX)とを非絶縁状態で電気的に直列に接続し、集積回路541Bの通信コマンド信号用送信端子(TX)と、集積回路541Cの通信コマンド信号用受信端子(RX)とを非絶縁状態で電気的に直列に接続し、・・・、集積回路54dの通信コマンド信号用送信端子(TX)と、集積回路541Xの通信コマンド信号用受信端子(RX)とを非絶縁状態で電気的に直列に接続する、というように、通信コマンド信号用送信端子(TX)と通信コマンド信号用受信端子(RX)とを非絶縁状態で電気的に直列に接続している。このような接続方式を本実施例ではディジーチェーン接続方式と呼ぶ。
The communication command signal transmission / reception terminals (TX, RX) of the
集積回路541A〜541Xの異常信号用送受信端子(FFO,FFI)も通信コマンド信号用送受信端子(TX,RX)と同様の接続関係にあり、対応するグループの電位の順にしたがって非絶縁状態で電気的に直列に接続されている。すなわち上位電位の集積回路の異常信号用送信端子(FFO)と、上位電位の集積回路に対して電位的に次の電位となる下位電位の集積回路の異常信号用受信端子(FFI)とを非絶縁状態で電気的に直列に接続している。
The abnormal signal transmission / reception terminals (FFO, FFI) of the
複数のリチウム単電池511の最高電位のグループに対応する集積回路541Aの通信コマンド信号用受信端子(RX)にはフォトカプラ544a(PH1)の受光側が電気的に接続されている。フォトカプラ544aの発光側にはマイコン531の通信コマンド信号用送信端子(TX)が電気的に接続されている。また、複数のリチウム単電池511の最低電位のグループに対応する集積回路541Xの通信コマンド信号用送信端子(TX)にはフォトカプラ544c(PH3)の発光側が電気的に接続されている。フォトカプラ544cの受光側にはマイコン531の通信コマンド信号用受信端子(RX)が電気的に接続されている。それらの接続により、セルコントローラ540と下位バッテリコントローラ530との間には、それらの間において電気的に絶縁されると共に、マイコン531からフォトカプラ544a→集積回路541A→・・・→集積回路541X→フォトカプラ544cを順番に経由してマイコン531に至る通信コマンド信号用ループ伝送路545が形成される。そのループ伝送路545はシリアル伝送路である。
The light receiving side of the photocoupler 544a (PH1) is electrically connected to the communication command signal receiving terminal (RX) of the
通信コマンド信号用ループ伝送路545には、マイコン531から出力された通信コマンド信号が伝送される。通信コマンド信号は、通信(制御)内容を示すデータ領域など、複数の領域が設けられた複数バイトの信号であり、上述の伝送順にしたがってループ状に伝送される。
The communication command signal output from the
マイコン531から集積回路541A〜541Xに通信コマンド信号用ループ伝送路545を介して出力される通信コマンド信号には、リチウム単電池511の検出された端子電圧を要求するための要求信号、リチウム単電池511の充電状態を調整させるための指令信号、各集積回路541A〜541Xをスリープ状態からウエイクアップ状態、すなわち起動させるための起動信号、各集積回路541A〜541Hをウエイクアップ状態からスリープ状態、すなわち動作を停止させるための停止信号、各集積回路541A〜541Hの通信用のアドレスを設定するためのアドレス設定信号、集積回路541A〜545Hの異常状態を確認するための異常確認信号などが含まれている。
The communication command signal output from the
尚、本実施例では、通信コマンド信号を集積回路541Aから集積回路541Xに向かって伝送する場合を例に挙げて説明するが、集積回路541Xから集積回路541Aに向って伝送するようにしても構わない。
In this embodiment, the case where the communication command signal is transmitted from the
さらに、複数のリチウム単電池511の最高電位のグループに対応する集積回路541Aの異常信号用受信端子(FFI)にはフォトカプラ544b(PH2)の受光側が電気的に接続されている。フォトカプラ544bの発行側にはマイコン531の異常テスト信号用送信端子(FFTEST)が電気的に接続されている。また、複数のリチウム単電池511の最低電位のグループに対応する集積回路544の異常信号用送信端子(FFO)にはフォトカプラ544d(PH4)の発行側が電気的に接続されている。フォトカプラ544dの受光側にはマイコン531の異常信号用受信端子(FF)が電気的に接続されている。それらの接続により、セルコントローラ540と下位バッテリコントローラ530との間には、それらの間において電気的に絶縁されると共に、マイコン531からフォトカプラ544a→集積回路541A→・・・→集積回路541X→フォトカプラ544cを順番に経由してマイコン531に至る異常信号用ループ伝送路546が形成される。そのループ伝送路546はシリアル伝送路である。
Further, the light receiving side of the
異常信号用ループ伝送路546には、マイコン351から出力された異常テスト信号が伝送される。異常テスト信号は、集積回路541A〜541Xの異常や通信回路の断線などの異常を検出するために伝送される1ビットのHiレベル信号であり、上述の伝送順にしたがって伝送される。もし、異常がある場合には、異常テスト信号はLowレベルの信号としてマイコン531に戻ってくる。これにより、マイコン531は集積回路541A〜541Xの異常や通信回路の断線などの異常を検出できる。また、集積回路541A〜541Xのうちのいずれかにおいて異常を検出した場合、異常信号用ループ伝送路546には、異常を検出した集積回路、例えば集積回路541Cから異常を示す信号が出力される。異常を示す信号は1ビットの信号であり、集積回路541D→・・・→集積回路541X→フォトカプラ544dを順番に経由してマイコン531に伝送される。これにより、異常を検出した集積回路からマイコン531に対して異常を速やかに通知できる。
The abnormal test signal output from the microcomputer 351 is transmitted to the abnormal signal
尚、本実施例では、異常テスト信号を集積回路541Aから集積回路541Xに向かって伝送する場合を例に挙げて説明するが、集積回路541Xから集積回路541Aに向って伝送するようにしても構わない。また、本実施例では、異常を示す信号を、異常を検出した集積回路から、電位的に下位の集積回路に向かって伝送する場合を例に挙げて説明するが、異常を検出した集積回路から、電位的に上位の集積回路に向って伝送するようにしても構わない。
In this embodiment, the case where the abnormality test signal is transmitted from the
フォトカプラ544a〜544d(PH1〜PH4)は、セルコントローラ540と下位バッテリコントローラ530との間において通信コマンド信号用ループ伝送路545及び異常信号用ループ伝送路546を電気的に絶縁すると共に、セルコントローラ540と下位バッテリコントローラ530との間において送受信される信号を光に変換して伝送する。前述したように、セルコントローラ540及び下位バッテリコントローラ530はその電源電位及び電源電圧が大きく異なる。このため、セルコントローラ540と下位バッテリコントローラ530との間を電気的に接続して信号伝送を実施しようとすると、伝送される信号の電位変換及び電圧変換が必要となり、セルコントローラ540と下位バッテリコントローラ530との間のインタフェース回路が大きくかつ高価になり、小型かつ安価な制御装置の提供ができなくなる。そこで、本実施例では、セルコントローラ540と下位バッテリコントローラ530との間の通信をフォトカプラ544a〜544d(PH1〜PH4)を用いて実施し、制御装置の小型化及び低コスト化を図っている。
The
また、前述したように、各集積回路541A〜541H間においてもその電源電位が異なっている。しかし、本実施例では、組電池10の対応するグループの電位順にしたがって集積回路541A〜541Hを電気的に直列に接続、すなわちディジーチェーン方式により接続しているので、各集積回路541A〜541H間の信号伝送を電位変換(レベルシフト)によって簡単に実施できる。各集積回路541A〜541Hは信号受信側に電位変換(レベルシフト)回路を備えている。従って、本実施例では、他回路素子よりも高価なフォトカプラを設けることなく、各集積回路541A〜541H間の信号伝送を実施できるので、小型かつ安価な制御装置を提供できる。
As described above, the power supply potentials are different between the
マイコン531は、各種信号を入力し、その入力信号から得られた入力情報に基づいて或いはその入力情報から演算された演算情報に基づいて、前述した通信コマンド信号をセルコントローラ540に送信すると共に、上位制御装置(モータコントローラ110や車両コントローラ)に対して信号を出力する。
The
マイコン351に入力される各種信号としては、各集積回路541A〜541Xから出力された各リチウム単電池511の端子電圧信号、集積回路541A〜541Xのうち、異常を検出した集積回路から出力された異常信号、単位電池モジュール510の充放電流を検出するための電流センサ550から出力された電流センサ信号、単位電池モジュール510の総電圧を検出するための電圧センサ551から出力された電圧センサ信号、単位電池モジュール510の内部に設けられ、組電池の温度を検出するための温度センサ(例えばサーミスタ素子)552から出力された温度センサ信号、イグニションキースイッチの動作に基づくオンオフ信号、及び上位制御装置(モータコントローラ110や車両コントローラ)から出力された信号などがある。
The various signals input to the microcomputer 351 include the terminal voltage signal of each
マイコン351から出力される各種信号としては、前述した通信コマンド信号、単位電池モジュール510の状態情報(例えば電圧、電流、温度など)に基づいて演算された充放電可能電力、充電状態SOC、及び劣化状態SOH(State Of Health)などの情報に対応する信号、及び単位電池モジュール510の状態を情報(例えば電圧、電流、温度など)に基づいて演算された結果や異常情報から判定された異常状態情報(例えば過充電、過放電、過温度など)に対応する信号などがある。
Various signals output from the microcomputer 351 include the above-described communication command signal, chargeable / dischargeable power calculated based on the state information (for example, voltage, current, temperature, etc.) of the
それらの出力信号のうち、充放電可能電力、充電状態SOC、及び劣化状態SOHなどの情報に対応する信号、及び異常状態情報(例えば過充電、過放電、過温度など)に対応する信号は、上位制御装置(モータコントローラ110や車両コントローラ)に対して出力される。
Among those output signals, signals corresponding to information such as chargeable / dischargeable power, charge state SOC, and deterioration state SOH, and signals corresponding to abnormal state information (for example, overcharge, overdischarge, overtemperature, etc.) It is output to the host controller (
次に、図1から図5を用いて、実際の電源装置1の構造について説明する。
Next, the actual structure of the
詳細な説明に先立って、一実施の形態の電源装置の概要を説明する。図1は電源装置1の外形形状を示している。電源装置1は、8個のモジュール電池セット500(図7参照)をケーシング(図1の下容器2と上蓋3から構成される)に収容して構成される。モジュール電池セット500は2個のモジュール電池5(図3参照)を上下に一体化して構成される(図7参照)。電池モジュールセット500にはファンユニット12と通気ダクト17が付設されている(図7参照)。図示は省略するが、モジュール電池5は、12個の組電池19(図4参照)をモジュールケース6(図3参照)に収容して構成される。モジュール電池5のそれぞれには吸気口7と排気口8とが設けられている(図3参照)。組電池19は、4つの単電池20をホルダで一体化して構成される(図5参照)。
Prior to detailed description, an outline of a power supply device according to an embodiment will be described. FIG. 1 shows the outer shape of the
一実施の形態の電源装置では、電池モジュールセット500に付設されたファンユニット12と通気ダクト17により、電源装置のケーシング内に冷却風を吸込み、個々の電池モジュールを効率よく冷却する。
In the power supply device according to the embodiment, the cooling air is sucked into the casing of the power supply device by the
図1〜図9に示すように一実施の形態の電源装置1は、下容器2と、下容器2の上部開口をネジ締結で封止する上蓋3とを有している。下容器2内には、モジュール電池セット500、制御用電子回路23(図2参照)、排気ダクト16(図2参照)、吸気ダクト18(図2参照)およびケーブル類が収容される。下容器2の長手方向に沿う一方の側面には、吸込み口10と通信コネクタ4が配設されている。通信コネクタ4には、大型車両全体を制御する車両制御システムと電源装置1との間で通信するためのケーブルが接続される。
As shown in FIGS. 1-9, the
図7はモジュール電池セット500を示す図である。モジュール電池セット500は、図3に示すモジュール電池5を上下に2段重ねて一体化して構成されている。モジュール電池5は、モジュールケース6内に、図4に示す組電池19を12個収容して構成されている。12個の組電池19は、6個ずつ2列としてモジュールケース6内に収容されている。
FIG. 7 is a diagram showing a
図4に示すように、モジュールケース6に収容される組電池19は、4個の単電池20を縦2列横2列に配列して成り、長手方向両側の端部が電気絶縁樹脂製のホルダ21に保持固定されている。この組電池19では、電池極性が交互となるように各単電池20が配列され、各単電池20が銅製のブスバー22で電気的に直列に接続されている。
As shown in FIG. 4, the assembled
組電池19を構成する単電池20には、図5に示すように、マンガン酸リチウム等を主要構成材料とした円筒型リチウム二次電池が使用されている。単電池20は、正極および負極がセパレータを介して捲回された電極群が円筒形の金属容器内に収容されている。負極が容器内壁に接続され、正極が金属容器を封止する蓋に接続されている。金属容器内に電解液を注液後、蓋が金属容器にかしめ固定されている。このため、単電池20の長手方向一端の蓋側は正極の極性を有しており、他端の容器底部側は負極の極性を有しており、これら両極部は露出している。
As shown in FIG. 5, a cylindrical lithium secondary battery using lithium manganate or the like as a main constituent material is used for the
図6に示すように、下容器2内には、図7に示すモジュール電池セット500が4個ずつ2列に計8個収容されている。すなわち、4個のモジュール電池セット500をそれぞれ並列して配置した電池セット列が2列設けられている。下容器2の側面には、吸込み口10が形成されており、吸込み口10と反対の側面には、吐出し口11(図示省略)が形成されている。
As shown in FIG. 6, in the
図3に示すように、モジュール電池セット500を構成するモジュール電池5は、略直方体状のモジュールケース6を有している。モジュールケース6の長手方向に沿う両側側面の下部には、下容器2内にモジュール電池5をネジ締結で固定可能なフランジが形成されている。このフランジを利用してモジュール電池5が2段に重ねて一体化され、モジュール電池セット500が構成されている。
As shown in FIG. 3, the
モジュールケース6の長手方向の一側端面の下部には、冷却風をモジュール電池5内に取り込むための吸気口7が形成されており、他側端面の下部には、モジュール電池5から冷却風を排気するための排気口8が形成されている。吸気口7および排気口8は長手方向と交差する幅方向にスリット状に形成されている。吸気口7が形成された端面には、モジュール電池5の2個の出力端子9a、9bが幅方向に並んで突設されている。
An
図7に示すように、モジュール電池セット500のそれぞれには、ファンユニット12と通気ダクト17とが付設されている。ファンユニット12は、モジュールケース6の排気口8が形成された端面にネジで締結され、モジュール電池5からの冷却風を導出する。ファンユニット12は、ブロアファン13とファンダクト14とで構成され、ブロアファン13はファンダクト14にネジ締結で固定されている。ファンダクト14の上面には開口14aが形成されている。開口14aは、後述するように、排気ダクト16の底面に設けた開口と接続される。
As shown in FIG. 7, a
図7に示すように、モジュールケース6の吸気口7が形成された端面には、モジュール電池5に冷却風を導入するための流路を形成する通気ダクト17が接続されている。通気ダクト17は、モジュールケース6の吸気口7が形成された端面にネジで締結されている。通気ダクト17の上面には開口17aが形成されている。開口17aは、後述するように、吸気ダクト18の底面に設けた開口と接続される。
As shown in FIG. 7, an
各モジュール電池5の出力端子9a,9b(図3参照)には出力ケーブル9c、9dが結線されている。出力ケーブル9c、9dの端部には正極用コネクタ9eおよび負極用コネクタ9fが設けられている。これらのコネクタ9e,9fは、後述する端子台25に付設した強電ケーブルコネクタ26の正極用コネクタおよび負極用コネクタにそれぞれ接続され、電力が取り出される。
図6に示すように、各モジュールケース6の長手方向側面の両脇には門形の10個のダクト架台15が、下容器2にネジ締結で固定されている。図2,図9に示すように、ダクト架台15の上面には、通気ダクト17の上方に位置して、吸気ダクト18がモジュールケース6の長手方向と直交するように配置されている。吸気ダクト18は、ダクト架台15の上面にネジで固定されている。吸気ダクト18の長手方向の開放端部は、下容器2の側面に設けられている吸込み口10に接続されている。吸気ダクト18の底面には、各モジュール電池セット500に付設した通気ダクト17の開口17aが接続される開口(不図示)が所定ピッチで設けられ、開口には封止材を介して開口17aが接続される。
As shown in FIG. 6, ten gate-shaped duct mounts 15 are fixed to the
ダクト架台15の上面にはまた、ファンユニット12の上方に位置して、排気ダクト16がモジュールケース6の長手方向と直交するように配置されている。排気ダクト16は、ダクト架台15の上面にネジで固定されている。排気ダクト16の長手方向の開放端部は、下容器2の側面に設けられている吐出し口11に接続されている。排気ダクト16は、断面が略L字状に形成され、突部底面には各モジュール電池セット500の開口14aが接続される開口(不図示)が所定ピッチで設けられ、開口には封止材を介して開口14aが接続される。
An
以上の構成により、ブロアファン13を回転すると、ケーシング(下容器2)の吸込み口10から吸い込まれた外部の空気が、吸気ダクト18,通気ダクト17,モジュールケース吸気口7,モジュールケース排気口8,ファンダクト14,排気ダクト16,吐出し口11を経由して流れる。その結果、冷却風が各モジュール電池に流通して、単電池20を冷却することができる。
With the above configuration, when the
図2に示すように、モジュール電池セット500の上方には、モジュール電池セット500を構成する各単電池20の充放電状態を監視するための弱電系の制御回路(セルコントローラ)23が設置されている。図9を参照すると分かるように、セルコントローラ23は、排気ダクト16と吸気ダクト18の間において、制御回路支持架台24にネジ締結で固定されている。制御回路支持架台24は、ダクト架台15にネジ締結で固定されている。
As shown in FIG. 2, a weak electric system control circuit (cell controller) 23 for monitoring the charge / discharge state of each
制御回路23は、単電池20の単電池電圧を検出する電圧検出回路と、マイコンとを有している。マイコンは、中央演算処理装置として機能するCPU、基本制御プログラムが格納されたROM、CPUのワークエリアとして機能するRAM等を含んで構成されている。マイコンは、ADコンバータを内蔵しており、電圧検出回路で検出した単電池電圧をデジタル値として取り込むことができる。なお、マイコンが検出した単電池電圧は、インターフェースを介して車両制御システムに報知される。
The
図8に示すように、モジュール電池セット500の一方の長手方向端部、すなわち、モジュール電池5の出力端子9a,9bが突設されている端部側には、それぞれ端子台25が設けられている。すなわち、4個のモジュール電池セットで構成される電池セット列にそれぞれ対応して、一列に4個の端子台が二列設けられている。4個の端子台25は、下容器2の底板に所定ピッチでボルトにより締結されている。端子台25のそれぞれには、端子台ケーブル26が配設されている。端子台ケーブル26の先端には、モジュール電池5の出力ケーブル9c.9dのコネクタ9e,9fとコネクタ接続するためのコネクタが設けられている。各端子台25同士は図示しない強電ケーブルで接続され、8個の電池モジュール電池500による電力が電源装置1の強電ケーブル27から取り出される。強電ケーブル27は、3相交流モータを駆動するためのパワーモジュールに接続され、直流電力が交流電力に変換されて駆動モータが回転駆動される。
As shown in FIG. 8, terminal blocks 25 are respectively provided at one end in the longitudinal direction of the module battery set 500, that is, at the end where the output terminals 9 a and 9 b of the
(排気経路の構成)
次に、本実施形態の電源装置1の排気経路について説明する。
冷却風は次のように通過する。すなわち、ブロアファン13を駆動することで、外部の冷却風は、下容器2の側面に設けた2つの吸込み口10から、それぞれ2つの吸気ダクト18内に導入される。各吸気ダクト18に導入された冷却風は、4個のモジュール電池セット500にそれぞれ付設した各通気ダクト17に分岐され、吸気口7を介してモジュール電池5内に吸い込まれる。
(Exhaust path configuration)
Next, the exhaust path of the
The cooling air passes as follows. That is, by driving the
モジュール電池5内では、冷却風が各単電池20間、各組電池19間の隙間を通りながら排気口8側に向かって流れる。冷却風は、モジュール電池5内で熱交換し、単電池20を冷却する。熱交換により温度が上昇した冷却風は、排気口8から排出される。この排気冷却風は、ファンユニット12を介してモジュール電池5の長手方向一側端面に沿って上方に立ち上がり、ファンダクト14の開口14aを介して排気ダクト16に排出される。4つのファンユニット12から排気ダクト16に排出された冷却風は、排気ダクト16で集約され、下容器2の側面に設けた2つの吐出し口11から下容器2の外方に放出される。
In the
(組立て手順)
電源装置1の組立て手順を、図6〜9を参照して説明する。
下容器2内において、モジュール電池5を上下2段に重ねながらボルトにより容器底面に締結し、2段に積層したモジュール電池5に通気ダクト17とファンユニット12をボルトで取り付ける(図7参照)。これにより、モジュール電池セット500が構成される。図6は、ここまで組み立てられた状態を示す。モジュール電池5の両脇にダクト架台15を配置し、下容器2にボルトにより固定する。
(Assembly procedure)
The assembly procedure of the
In the
図8は、ダクト架台15を下容器2に固定した組立途中の状態を示す。図8まで組み立てた後、4個ずつ並ぶモジュール電池セット500の列と列との間において、各モジュール電池セット500ごとに端子台25を配置し、下容器2にボルトで固定する。固定された端子台25同士を強電ケーブルで接続する。各端子台25には、モジュール電池5の出力電力を強電ケーブル27に流す接続ケーブル26が設けられており、モジュール電池5の出力ケーブル9c、9dのコネクタ9e,9fと、接続ケーブル26のコネクタを、全ての部品の取り付けが完了した後に接続可能とされている。この結果、組立作業中の感電を防止することができる。
FIG. 8 shows a state during the assembly in which the
下容器2の長手方向に沿う一側の側面に通信コネクタ4をボルトにより配置固定する。制御回路支持架台24上に、排気ダクト16、吸気ダクト18、制御回路23を予め組み付けておき、この制御回路支持架台24をダクト架台15にボルトにより取り付ける。
The
その後、通信ケーブルを配設し、一端を制御回路23に他端を通信コネクタ4に取り付ける。このとき、制御回路23と通信コネクタ4の間に、制御回路23を統括する制御回路を配設しても良い。モジュール電池5の出力ケーブル9c、9dのコネクタ9e,9fを端子台26から分岐している強電ケーブルのコネクタ26に挿入して結線する。最後に下容器2の上部開口に上蓋3をボルトにより締結して容器内部を封止する。
Thereafter, a communication cable is provided, and one end is attached to the
一実施形態の電源装置1によれば、次のような作用効果が得られる。
(1)モジュール電池5を上下2段に積層し、ファンユニット12と通気ダクト17を付設して成る4つのモジュール電池セット500の列を2列に下容器2内に配置した。各列を構成する複数個のモジュール電池セット500には、共通の吸気ダクト16により下容器2の外部から冷却風を導入し、冷却後の冷却風を共通の排気ダクト18から下容器2の外部へ排気するようにした。吸気ダクト18と排気ダクト16を複数個のモジュール電池セット500に共通に用いたので、無駄な空間が少なく、システム全体の小型化を図ることができる。
According to the
(1) The
(2)本実施形態の電源装置1では、単電池20のSOCなどを検出して電池状態を監視するセルコントローラなどの電子制御回路23を下容器内に設置している。通常、埃や異物等が電子制御回路に付着すると電子制御回路の信頼性を損なう可能性がある。しかし、一実施の形態の電池装置では、下容器外部からの冷却風は吸気ダクト18を通ってモジュール電池セット500に導入され、排気ダクト16を通って下容器外部へ排気される。この結果、下容器内に導入した外部の空気がダクト内とモジュール電池内以外の場所を流れないので、埃や異物等が電子制御回路23に付着することを抑制することができる。換言すると、容器2の内部に設けられた電子制御回路23は、吸込み口10から吐出し口11へ流れる冷却風路に曝されない箇所に設置するのが好ましい。
(2) In the
(3)電源装置1の冷却風の吸込み口10と吐出し口11とが近接して形成されていると、モジュール電池5内で熱交換され放出された熱風を再び取り込む可能性があるため、電池モジュール内の温度が低下しない可能性がある。本実施形態の電源装置1では、吸込み口10と吐出し口11が下容器2の相対する側面にそれぞれ形成されている。このため、吐出し口11から放出された熱風を再び取り込むことが抑制されるので、冷却性を向上させることができる。
(3) If the cooling
−第2の実施の形態−
図10〜図12を参照して、本発明による電源装置の第2の実施の形態について説明する。第2の実施形態の電源装置1Aにおいて、第1の実施の形態で説明した電源装置1と同様の箇所には同様の符号を付し、相違点を主に説明する。
-Second Embodiment-
A second embodiment of the power supply device according to the present invention will be described with reference to FIGS. In the power supply device 1A of the second embodiment, the same reference numerals are given to the same parts as those of the
第1の実施の形態との相違点は、8つのモジュール電池セット500に対して、1つの吸気ダクト18Aを用いた点である。図12に示すように、モジュール電池5を上下2段に積層し、ファンユニット12Aと通気ダクト17Aを付設して成るモジュール電池セット500が、4個ずつ2列に配列されて下容器2内に設置されている。
The difference from the first embodiment is that one
4つのモジュール電池セット500で構成されるモジュール電池セット列間において、モジュール電池5の吸気口7が互いに対向するようにされている。したがって、通気ダクト17Aも互いに対向している。対向する通気ダクト17Aには、下容器2の底面側に向かう開口が設けられている。4つのモジュール電池セット500で構成されるモジュール列間に吸気ダクト18Aが設けられている。吸気ダクト18Aの上面には、モジュール電池セット500の配列ピッチで開口が設けられ、これらの開口に通気ダクト17Aの開口が接続される。すなわち、2列のモジュール電池セット500で1つの通気ダクト18Aを共通に利用する。
Between the module battery set rows configured by the four module battery sets 500, the
図10、図12に示すように、吸気ダクト18Aの上面には、モジュール電池セット500を構成する各単電池20の充放電状態を監視するための弱電系の制御回路(セルコントローラ)23が設置されている。図12を参照すると分かるように、セルコントローラ23は、吸気ダクト18Aの上面において、制御回路支持架台24にネジ締結で固定されている。制御回路支持架台24は、吸気ダクト18Aの上面にネジ締結で固定されている。
As shown in FIGS. 10 and 12, a weak electric control circuit (cell controller) 23 for monitoring the charge / discharge state of each
(排気経路の構成)
次に、第2の実施形態の電源装置1Aの排気経路について説明する。
冷却風は次のように通過する。すなわち、ブロアファン13を駆動することで、外部の冷却風は、下容器2の側面に設けた1つの吸込み口10(不図示)から1本の共通吸気ダクト18A内に導入される。共通吸気ダクト18Aに導入された冷却風は、4個のモジュール電池セット500にそれぞれ付設した各通気ダクト17Aに分岐され、吸気口7を介してモジュール電池5内に吸い込まれる。
(Exhaust path configuration)
Next, the exhaust path of the power supply device 1A of the second embodiment will be described.
The cooling air passes as follows. That is, by driving the
モジュール電池5内では、冷却風が各単電池20間、各組電池19間の隙間を通りながら排気口8側に向かって流れる。冷却風は、モジュール電池5内で熱交換し、単電池20を冷却する。熱交換により温度が上昇した冷却風は、排気口8から排出される。この排気冷却風は、ファンユニット12Aを介してモジュール電池5の長手方向一側端面に沿って上方に立ち上がり、ファンダクト14の開口14aを介して排気ダクト16に排出される。8つのファンユニット12から排気ダクト16に排出された冷却風は、排気ダクト16で集約され、下容器2の側面に設けた2つの吐出し口11から下容器2の外方に放出される。
In the
第2の本実施形態の電源装置1Aによれば、第1の実施形態の電源装置1と同様の作用効果を奏するとともに、次の作用効果を奏する。
ファンユニット12Aの駆動により、下容器2の外部からの冷却風は、1本の共通吸気ダクト18Aから8つのモジュール電池セット500に流れ込み、2本の排気ダクト16から下容器2の外部へ吐き出される。それぞれが4個のモジュール電池セット500で構成されるモジュール列の間において、モジュール電池5の吸気口7を互いに対向させ、2列のモジュール電池セット500で1つの吸気ダクト17Aを共通に利用するようにした。したがって、第1の実施の形態に比べて、さらに無駄な空間が少なく、システム全体の小型化を図ることができる。
According to 1 A of power supply devices of 2nd this embodiment, while there exists an effect similar to the
By driving the
本発明は次のように変形して実施することもできる。
(1)上記実施形態では、大型自動車用電源装置1または1Aを例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、大電流充放電を要する大型電池モジュールに広く適用することができる。
(2)上記実施形態では、4本の単電池20を直列に接続した組電池19を6個並置したモジュール電池5を例示したが、本発明はモジュール電池5の構成や接続(直列、並列)に制限されるものではない。例えば、単電池20の本数を変えてもよく、組電池19の個数や配列を変えてもよい。
The present invention can also be carried out with the following modifications.
(1) In the said embodiment, although the large vehicle
(2) In the above embodiment, the
(3)上記実施形態では、モジュール電池5を2個上下に重ねて成るモジュール電池セット500を一列に並べて直列1群とし、下容器2の長手方向に2群並列配置した。しかし、スペースや電気容量により直列1群の数を3セットにしたり、モジュール群の並列配置を1や3にしてもよい。
(4)上記実施形態では、モジュール電池5を2個上下に重ねたモジュール電池セット500を下容器2に収容する例を示したが、2個上下に重ねずに1段構成のモジュール電池5を使用した大型自動車用の電源装置に本発明を適用してもよい。
(5)たとえば、モジュール電池5を2個上下に重ねて使用せずに、容器2内に少なくとも2つのモジュール電池5を吸気口同士が一側に並び、排気口同士が他側に並ぶように並列に配置させてもよい。この場合、少なくとも2つのモジュール電池セット500の吸気口7同士を1本の吸気ダクト18で連通し、排気口8同士を1本の排気ダクト19で連通する。
(3) In the above-described embodiment, the module battery set 500 in which the two
(4) In the above-described embodiment, an example in which the module battery set 500 in which the two
(5) For example, without using two
(6)あるいは、モジュール電池5を2個上下に重ねて使用せずに、容器2内に少なくとも2つのモジュール電池を吸気口同士が互いに対向するように直列に配置し、各吸気口同士を共通の吸気ダクトで連通し、各排気口をそれぞれ別々の排気ダクトで連通するようにしてもよい。
(6) Alternatively, at least two module batteries are arranged in series in the
(7)上記実施形態では、単電池20として、円筒型リチウム二次電池を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、単電池20の形状を角型、多角形としてもよく、ラミネートフィルムで外装した二次電池を使用するようにしてもよい。また、リチウム二次電池以外に、ニッケル水素電池等を使用することもできる。
(7) Although the cylindrical lithium secondary battery is illustrated as the
(8)上記実施形態では、単電池20にリチウム二次電池を使用していることから、制御回路23が単電池20ごとに単電池電圧を検出する例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、単電池にニッケル水素電池を使用した場合には、ニッケル水素電池がリチウム二次電池と比べて過充電による問題発生が少ないため、組電池ごとに、または、複数の組電池ごとに組電池総電圧を検出するようにしてもよい。
(8) In the above embodiment, since the lithium secondary battery is used for the
(9)上記実施形態では、モジュール電池5の吸気口7および排気口8をそれぞれ長手方向両側の端面の下部に形成する例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、吸気口7をモジュール電池5の端面の上部に形成すれば、冷却風の流れがモジュール電池5の長手方向に沿う側面から見て対角線方向となるので、冷却効果を高めることができる。また、長手方向に沿う側面に吸気口7を形成するようにしてもよい。
(9) In the above embodiment, the example in which the
本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、複数のモジュール電池または複数のモジュール電池セットの吸気ダクト、排気ダクトをそれぞれ共通化する方式であれば、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。 As long as the characteristics of the present invention are not impaired, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and a plurality of module batteries or a plurality of module battery sets each having a common intake duct and exhaust duct, Other forms conceivable within the scope of the technical idea of the present invention are also included in the scope of the present invention.
1,1A 電源装置 2 下容器
5 モジュール電池 6 モジュールケース
7 吸気口 8 排気口
9a,9b 出力端子 10 吸込み口
11 吐出し口 12,12A ファンユニット
13 ブロアファン 14 ファンダクト
16 排出ダクト 17,17A 通気ダクト
18,18A 吸気ダクト 19 組電池
20 単電池 27 強電ケーブル
1,
5 Module battery 6 Module case
7
Claims (5)
前記各モジュール電池の前記吸気口に接続され、開口を有する通気ダクトと、
前記各モジュール電池の前記排気口に接続され、開口を有するファンダクトを有するファンユニットと、
前記少なくとも2つのモジュール電池を内部に収容するとともに、容器内へ冷却風を導入する吸込み口が一面に設けられ、導入した冷却風を吐き出す吐出し口が前記一面の反対面に設けられた容器と、
前記各通気ダクトの前記開口と前記容器に設けた前記吸込み口とを接続して容器外部から冷却風を前記モジュール電池に導入する吸気ダクトと、
前記各ファンダクトの前記開口と前記容器に設けた前記吐出し口とを接続して、前記モジュール電池から容器外部へ冷却風を排気する排気ダクトとを備え、
前記吸気口は前記モジュール筐体の一面に設けられ、前記排気口は前記モジュール筐体の前記一面の反対面に設けられ、前記吸気ダクトの開放端部は、前記吸込み口に接続され、前記排気ダクトの開放端部は、前記吐出し口に接続されていることを特徴とする二次電池を用いた電源装置。 At least two modules configured by accommodating a plurality of single cells in a module housing, and provided with an air inlet for introducing cooling air into the housing and an air outlet for exhausting the introduced cooling air in the module housing Battery,
A ventilation duct connected to the inlet of each module battery and having an opening;
A fan unit having a fan duct connected to the exhaust port of each module battery and having an opening;
A container in which the at least two module batteries are housed inside, a suction port for introducing cooling air into the container is provided on one surface, and a discharge port for discharging the introduced cooling air is provided on the opposite surface of the one surface ; ,
An intake duct for connecting the opening of each ventilation duct and the suction port provided in the container to introduce cooling air into the module battery from outside the container;
An exhaust duct that connects the opening of each fan duct and the discharge port provided in the container, and exhausts cooling air from the module battery to the outside of the container ;
The intake port is provided on one surface of the module housing, the exhaust port is provided on the opposite surface of the one surface of the module housing, and an open end portion of the intake duct is connected to the intake port, A power supply device using a secondary battery , wherein an open end portion of the duct is connected to the discharge port .
前記少なくとも2つのモジュール電池を吸気口同士が一側に並び、排気口同士が他側に並ぶように並列に配置したことを特徴とする電源装置。 The power supply device according to claim 1,
A power supply apparatus, wherein the at least two module batteries are arranged in parallel so that the intake ports are arranged on one side and the exhaust ports are arranged on the other side.
前記並列に配置した少なくとも2つのモジュール電池対を複数列備え、
前記吸気ダクトと排気ダクトは各列毎にそれぞれ設けられることを特徴とする電源装置。 The power supply device according to claim 2,
A plurality of rows of at least two module battery pairs arranged in parallel,
The power supply apparatus according to claim 1, wherein the intake duct and the exhaust duct are provided for each row.
前記少なくとも2つのモジュール電池を前記吸気口同士が互いに対向するように直列に配置し、各吸気口同士を共通の吸気ダクトで連通し、各排気口をそれぞれ別々の排気ダクトで連通することを特徴とする電源装置。 The power supply device according to claim 1,
The at least two module batteries are arranged in series so that the air intakes face each other, the air intakes communicate with each other through a common air intake duct, and the air exhaust ports communicate with each other through separate exhaust ducts. Power supply.
前記容器の内部には、前記単電池の状態を監視する制御回路が設けられ、前記制御回路は、前記吸込み口から吐出し口へ流れる冷却風の流路に曝されない箇所に設置したことを特徴とする電源装置。 The power supply device according to any one of claims 1 to 4 ,
A control circuit for monitoring the state of the unit cell is provided inside the container, and the control circuit is installed at a location that is not exposed to a cooling air flow path that flows from the suction port to the discharge port. Power supply.
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