JPWO2012043592A1

JPWO2012043592A1 - 電源装置及びこれを用いた車両

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Publication number: JPWO2012043592A1
Application number: JP2012536493A
Authority: JP
Inventors: 矢野　準也; 準也矢野
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2010-09-30
Filing date: 2011-09-27
Publication date: 2014-02-24
Also published as: US20130181513A1; WO2012043592A1; US9296348B2

Abstract

【課題】ＩＤ情報の設定をより柔軟に行えるようにする。【解決手段】複数の電池セルを直列及び／又は並列に接続した電池ブロック１２と、他の機能モジュール１０又はメインコントローラ２とデータ通信するための通信インターフェース１６と、通信インターフェース１６を介して通信されるデータを記録可能なメモリ部１８と、電池ブロック１２の電流、電圧、又は温度の少なくともいずれかを検出可能な電池状態検出部１４と、を備える複数の機能モジュール１０と、複数の機能モジュール１０と接続され、これらを制御するメインコントローラ２と、を備える電源装置であって、各機能モジュール１０は、メインコントローラ２と接続された際に、該メインコントローラ２から固有のアドレス情報を付与されており、機能モジュール１０は、メインコントローラ２から付与された固有アドレス情報を、メモリ部１８に記録し、該アドレス情報に基づいて、データ通信を行う。【選択図】図３

Description

本発明は、複数の電池セルからなる電池ブロックを備える電源装置及びこれを用いた車両に関し、特にハイブリッド車や電気自動車等の電動車両に搭載されて、車両を走行させるモータに電力を供給する電源に最適な電源装置及びこれを用いた車両に関する。

車両用の電源装置は、多数の電池セルを直列に接続して出力電圧を高く、出力電力を大きくしている。また、体積に対する充電容量を大きくすることから、多数の角形電池セルを積層状態に配置する電池ブロックを備える電源装置が開発されている。このような電池ブロックを、モジュール状に構成し、複数の電池モジュールを直列及び／又は並列に連結することで、異なる仕様の電圧、電流に対応した出力の電源装置が構成される。

また各電池モジュール毎に、回路基板を設けて、該電池モジュールの電池容量や電圧、該電池モジュールに含まれる電池セルの温度等を個別に管理するようにした高機能型の、いわゆる機能モジュールやインテリジェントモジュールと呼ばれる構成も提案されている（特許文献１参照）。

機能モジュールの接続数が多くなると、これらの間でデータ通信等により情報をやりとりする必要が生じる。このようなデータ通信を行う際には、各機能モジュールを他の機能モジュールと区別するため、個別のＩＤ情報を付与する必要が生じる。これにより、例えば一部の機能モジュールで不具合が生じた場合に、問題のある機能モジュールを特定することが可能となる。このようなＩＤ情報を付与する方法として、例えば各機能モジュールでＩＤ番号（アドレス）を変更可能とするようディップスイッチや接続ピンなどのハードウェアを設けて、個別に設定する方法、各機能モジュールに予め固定のＩＤ番号を付与しておく方法、ソフトウェア的にＩＤ番号を付与可能として、各機能モジュールを接続後に、接続順に順次ＩＤ情報を付与する方法などが考えられる。この内、ハードウェア的にＩＤ番号を設定する方法では、各機能モジュールにＩＤ番号を設定する作業が煩雑で、特に接続する機能モジュール数が増えると管理も大変となる。また予めＩＤ番号を付与しておく方式では、機能モジュールを製造する際に、個別ＩＤ番号の設定が必要となり、生産性に欠ける。このため、接続後にＩＤ情報を付与する方法は、機能モジュールをハードウェア的に共通化して製造でき、またＩＤの設定が簡単なことから、有利といえる。このような方法として、特許文献１に記載の方法が知られている。

特開２０１０−１４６９９１号公報特開２００３−４７１１１号公報

しかしながら、従来型の機能モジュールでは、ＩＤの付与のための構成が複雑で、またアドレス付与のための処理に時間がかかるといった問題があった。

本発明は、従来のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、ＩＤ情報の設定をより柔軟に行えるようにした電源装置及びこれを用いた車両を提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

上記の目的を達成するために、本発明の第１の側面に係る電源装置によれば、複数の機能モジュール１０と、前記複数の機能モジュール１０と接続され、これらを制御するメインコントローラ２と、を備える電源装置であって、前記複数の機能モジュール１０は、複数の電池セルを直列及び／又は並列に接続した電池ブロック１２と、他の機能モジュール１０又は前記メインコントローラ２とデータ通信するための通信インターフェース１６と、前記通信インターフェース１６を介して通信されるデータを記録可能なメモリ部１８と、前記電池ブロック１２の電流、電圧、又は温度の少なくともいずれかを検出可能な電池状態検出部１４と、を備えており、各機能モジュール１０は、前記メインコントローラ２と接続される際に、該メインコントローラ２から固有のアドレス情報を付与されるように構成されており、前記機能モジュール１０は、前記メインコントローラ２から付与された固有アドレス情報を、前記メモリ部１８に記録し、該アドレス情報に基づいて、データ通信を行うよう構成できる。これにより、複数の機能モジュールを接続した電源装置において、機能モジュールを接続した時点でメインコントローラからアドレス情報を自動的に付与されるため、機能モジュールに付与する番号等を意識することなく、複数の機能モジュールを区別してデータ通信が可能となる。また、この構成であれば機能モジュールは共通のハードウェアとでき、アドレス情報のみを使用時に個別に設定できるため、アドレス設定の手間を省くと共に、製造コストも低減できる利点が得られる。さらに、固有アドレス情報をメインコントローラから各機能モジュールに送信して、機能モジュール側で記録することができるため、メインコントローラ側で一元的に固有アドレス情報の設定や管理を行わせ、機能モジュール側の処理を簡素化して負荷を軽減することも可能となる。

また、第２の側面に係る電源装置によれば、前記複数の機能モジュール１０間又はメインコントローラ２との間で、通信バスを介して接続できる。これにより、通信バスを用いた通信ネットワークにより複数のモジュール間を接続し、データ通信できる利点が得られる。

さらに、第３の側面に係る電源装置によれば、前記メモリ部１８は、不揮発性メモリとすることができる。

さらにまた、第４の側面に係る電源装置によれば、前記複数の機能モジュール１０は、電源装置の組立時において、前記メインコントローラ２に前記通信バスを介して接続され、電源投入された順に、前記メインコントローラ２から前記通信バスを介して固有のアドレス情報を付与され、前記機能モジュール１０は該固有アドレス情報を認識すると前記不揮発性メモリに保存し、次回起動時には前記機能モジュール１０は該固有アドレス情報に基づいてデータ通信を行うよう構成できる。これにより、接続時に自動的に固有アドレス情報を割り振ることが可能となる。

さらにまた、第５の側面に係る電源装置によれば、前記メインコントローラ２は、各機能モジュール１０毎に、各機能モジュール１０を起動又は停止可能な起動信号を送出するための起動信号ラインＡＣを、各機能モジュール１０との間に接続しており、前記メインコントローラ２は、電源装置の起動時に、前記起動信号ラインＡＣを通じて各機能モジュール１０に起動信号を送信することでこれを動作させ、各機能モジュール１０毎に固有のアドレス情報を付与すると共に、前記通信バスを通じて各機能モジュール１０に該固有アドレス情報を送信し、前記機能モジュール１０は該固有アドレス情報を認識し、前記不揮発性メモリへ保存し、次回起動時には前記機能モジュール１０は該固有アドレス情報に基づいてデータ通信を行うよう構成できる。

さらにまた、第６の側面に係る電源装置によれば、電源装置の起動時に前記機能モジュール１０は、前記メインコントローラ２から送信される識別信号に基づき、自身の固有アドレス情報が設定されていない場合、上位に接続される前記機能モジュール１０に対し識別信号を送信し、上位に機能モジュール１０が接続されていない終端に位置する機能モジュール１０は、識別信号に基づき固有アドレス情報を設定し、下位の機能モジュール１０に対して固有アドレス情報を送信し、下位の機能モジュール１０は上位の機能モジュール１０から送信される固有アドレス情報に基づき、自身の固有アドレス情報を設定し、上記を繰り返すことで各機能モジュール１０に固有アドレス情報が設定され、前記メインコントローラ２との間で、付与された固有アドレス情報に基づいてデータ通信を行うことができる。

さらにまた、第７の側面に係る電源装置によれば、前記電源装置を車両用の電源装置とすることができる。

さらにまた、第８の側面に係る電源装置によれば、前記電源装置を蓄電用の電源装置とすることができる。

さらにまた第９の側面に係る電源装置を備える車両によれば、上記いずれかの電源装置を備えることができる。

実施例１に係る電源装置を示すブロック図である。機能モジュールの構成を示すブロック図である。実施例２に係る電源装置を示すブロック図である。実施例３に係る電源装置を示すブロック図である。電源装置の詳細な構成を示すブロック図である。実施例６に係る電源装置を示すブロック図である。機能モジュールの外観を示す斜視図である。機能モジュールの分解斜視図である。エンジンとモータで走行するハイブリッド車にバッテリシステムを搭載する例を示すブロック図である。モータのみで走行する電気自動車にバッテリシステムを搭載する例を示すブロック図である。蓄電用として使用される電源装置のブロック図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための電源装置及びこれを用いた車両を例示するものであって、本発明は電源装置及びこれを用いた車両を以下のものに特定しない。なお、特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部材の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。また、一部の実施例、実施形態において説明された内容は、他の実施例、実施形態等に利用可能なものもある。なお本明細書において「上位」、「下位」とは、機能モジュールが接続される通信ラインにおいて、ノードの一方端にある機能モジュールを上位とした場合、上位機能モジュールに対して他方端にある機能モジュールを下位機能モジュールとし、また複数が直列に接続されている機能モジュールにおいては、特定の機能モジュールを基準にして、上位機能モジュール側に接続されている機能モジュールを「上位」、下位機能モジュール側に接続されている機能モジュールを「下位」と呼ぶ。または、マスターコントローラに近い側を上位、遠い側を下位と定義することもできる。
（実施例１）

図１に、本発明の実施例１に係る電源装置１００を示す。この電源装置１００は、複数の電池セルを用いた組電池システムとして、ハイブリッド車や電気自動車などに搭載されて、車両を走行させるモータに電力を供給する電源に使用される。ただし、本発明の電源装置は、車両用の電源装置には特定せず、大出力が要求される他の電源装置にも適宜使用できる。この図に示す電源装置は、複数の機能モジュール１０と、メインコントローラ２と、接続部３と、電流検出部４を備えている。
（機能モジュール１０）

機能モジュール１０を図２のブロック図に示す。この機能モジュール１０は、電池セル１１を積層した電池ブロック１２と、電池セル１１の状態を検出するための電池状態検出部１４を備える。電池状態検出部１４は、電池セル１１間の残容量を均衡させるための均等化回路１３と、電池セル１１のセル電圧を検出する電圧検出部２１と、電池セル１１の温度を検出するための温度検出部２２と、これらを制御するモジュール側制御部３４と、他の機能モジュール１０やメインコントローラ２とデータ通信を行うための通信インターフェース１６と、メモリ部１８とを備える。各機能モジュール１０同士やメインコントローラ２とは、通信インターフェース１６が共通通信バスＣＣＢを介してデータ通信を行う。共通通信バスＣＣＢは、双方向通信可能なラインとしている。温度検出部２２には、ＰＴＣやサーミスタ等の温度センサが接続される。
（通信インターフェース１６）

通信インターフェース１６はデータ通信機能を備えており、共通通信バスＣＣＢを介して隣接する機能モジュール１０同士を接続している。なお、図２の例では通信インターフェース１６を１つ備えているが、複数備えることもできる。この場合は一方の通信インターフェースを上流側の機能モジュール１０に、他方の通信インターフェースを下流側の機能モジュール１０に接続することで、隣接する機能モジュール１０同士を接続する通信バスを短くすることができ、ノイズが通信バスに乗る可能性を低減できる。
（通信インターフェース１６の接続形態）

図１の例では、共通の通信バスＣＣＢに対して、各機能モジュール１０が個別に接続する形態としている。共通通信バスＣＣＢの途中で分岐された分岐点で、機能モジュール１０の通信インターフェース１６と接続される。このようなぶら下がり型の接続形態によれば、共通通信バスＣＣＢを利用して機能モジュール１０を逐次追加できる。また、機能モジュール１０に限られず、他の部材も共通通信バスＣＣＢに接続するように構成してもよく、通信線の簡素化を図ることができる。この共通通信バスＣＣＢは双方向通信可能なラインとする。

また図１の例では、メインコントローラ２を各機能モジュール１０と直接、共通通信バスＣＣＢを介して接続している。ただ、機能モジュール数が多い場合や、機能モジュールを直列接続したモジュール集合体１を複数並列に接続する場合などは、ハブを介して接続する構成としてもよい。このような例を、実施例２として図３に示す。この図に示す電源装置２００は、メインコントローラ２とモジュール集合体１との間に、ハブコントローラ５を配置している。ハブコントローラ５は、複数本の通信バスＣＢをスター型接続で各機能モジュール１０と接続する。このハブコントローラ５をメインコントローラ２と接続することで、複数本の通信バスＣＢを纏めた通信を行うことができる。

さらに、他の接続形態として、メインコントローラと機能モジュールとを通信バスで、図示しないがデイジーチェーン型やループ型、スター型に接続する形態も適宜利用できることはいうまでもない。例えばループ型の接続であれば、通信バスを双方向通信可能なラインとする必要はなく、一方向の通信で足りる。またスター型であれば、各機能モジュールがメインコントローラと個別接続されるため、通信データの干渉が無く、また通信データパケットに個別の識別情報を付与する必要も無くすことができる。さらにいずれかの通信バスが断線しても、他の機能モジュールとの通信は維持できるという利点も得られる。このように、メインコントローラと機能モジュールとの接続は、用途や目的に応じた適切な形態が採用される。

なお通信バスを用いた通信形態としては、ＣＡＮ（Controller Area Network）やFlexRay、AUTOSAR、JasPar等、既存の通信プロトコルが適宜利用できる。
（モジュール集合体１）

また各機能モジュール１０は、電池ブロック１２のプラス側とマイナス側をそれぞれ出力ラインＯＬ上に接続している。この機能モジュール１０は、各々出力ラインＯＬ上に直列に接続され、モジュール集合体１を構成している。モジュール集合体１は、各電池ブロック１２を直列に接続した出力電力を、接続部３を介して外部に出力可能としている。このため接続部３は、外部出力端子を備えている。

なお、図１の例では、機能モジュール１０を直列に３台接続しているが、接続台数は３台以下、あるいは５台以上とすることができる。また、並列接続を混在させることも可能である。機能モジュールの接続数や接続形態に応じて、出力電圧や電流値を調整できることは上述の通りである。
（電流検出部４）

さらに出力ラインＯＬ上には電流検出部４が設けられており、モジュール集合体１から出力ラインＯＬに流れる出力電流を電流検出部４で検出している。図１の例では、電流検出部４はメインコントローラ２と、通信バスＣＢを介して接続されている。この例では、メインコントローラ２は、通信バスＣＢを介して各機能モジュール１０における電池セル１１の状態を、また電流信号線ＣＬを介して出力電流を、それぞれモニタでき、これらの情報を外部機器に送信したり、機能モジュール１０に対して電池セル１１の切り離しなどを指示する。また、電流検出部４は必ずしも通信可能にメインコントローラと接続する必要はなく、例えば図３の例では、電流検出部４はメインコントローラ２と、通信バスＣＢとは個別の電流信号線ＣＬを介して接続されており、電流検出部４で検出された出力電流に関する情報は、この電流信号線ＣＬを介してメインコントローラ２に送出される。この例では、電流検出部４はメインコントローラ２と通信を行っておらず、単にメインコントローラ２が電流検出部４で検出された電流信号を取得するのみのＩ／Ｏ接続である。

このように電流検出部４を各機能モジュール１０に設けることなく、一の電流検出部４を出力ラインＯＬ上に設け、さらにこれをメインコントローラ２と接続することで、電流検出部４を共通化することができる。換言すると機能モジュール毎に電流センサを設ける必要を無くし、機能モジュールの簡素化に貢献できる。

ただ、電流検出部を機能モジュール側に設けることもできる。このような例を実施例３として、図４に示す。この図に示す機能モジュール１０Ｂは、電流検出部４Ｂと、電池状態検出部１４Ｂとで構成される。電池状態検出部１４Ｂは、電流信号検出部３３と、モジュール側制御部３４と、メモリ部１８Ｂと、通信インターフェース１６Ｂで構成される。この構成では、機能モジュール側でセル電圧検出に加え、電流検出も行えるため、電池セルの状態をより正確に監視、保護することができる利点が得られる。
（電池状態検出部１４）

上述した図１等に示す機能モジュール１０は、従来の電池モジュールのように、複数の電池セルを積層した単なる電池積層体でなく、電池セル１１の積層体である電池ブロック１２を保護する保護回路等を実装した回路基板２０を備えている。回路基板２０は、電池状態検出部１４を実装しており、電池ブロック１２の温度や電圧、電流等を電池状態検出部１４で検出する。また回路基板２０は、異常電圧発生時に回路を遮断する保護回路を設けることもできる。
（電圧検出部２１）

この電池状態検出部１４は、機能モジュール１０に含まれる電池セル１１の電圧を検出するための電圧検出部２１を備えている。電圧検出部２１は、電池セル１１毎に設けることが好ましい。特にリチウムイオン二次電池においては、電池セル毎に電圧を監視することで異常を正確に把握し、安全性を確実に担保できる。ただ、電池ブロック中の特定の位置、例えば電池ブロックの両端部や中間部等の電池セルのみの電圧を検出するようにしてもよい。この電圧検出部２１および通信インターフェース１６は電池セル１１近傍に配置している。特に、短いワイヤーハーネスやＦＰＣ（Flexible printed circuits）などを用いて、電圧検出部２１を電池ブロック１２の近傍に配置することで、検出線間のショートを防止できる。

さらに、これらの電圧検出部２１と通信インターフェース１６は、１チップで構成することもできる。これによって各機能モジュール１０の回路基板２０を小型化できる。なお回路基板２０は、電池ブロック１２の端面に直付けとすることもできる。

機能モジュール１０は、通信インターフェース１６を介して、電池セル１１のセル電圧に関する情報を、メインコントローラ２に送信することができる。これにより、各機能モジュール１０の電池セル１１のセル電圧を、メインコントローラ２側でまとめてモニタすることができる。
（温度検出部２２）

また電池状態検出部１４は、機能モジュール１０に含まれる電池セル１１の温度を検出するための温度検出部２２を備えることもできる。温度検出部２２は、電池セル１１の温度が最も高い部位（例えば電池ブロック１２の中央や冷却風の風下側）や最も低い部位（例えば電池ブロック１２の端面や冷却風の風上側）など、特定の電池セル１１のみに設ける。ただ、すべての電池セルに設けてもよいことはいうまでもない。
（メモリ部１８）

メモリ部１８は、通信インターフェース１６を介して通信されるデータを記録する。このようなメモリ部１８には、Ｅ2ＰＲＯＭなどの不揮発性メモリが利用できる。不揮発性メモリには、各機能モジュール１０を識別するための識別情報である固有アドレス情報や、この機能モジュールに含まれる電池セルの電池容量（ＳＯＣ）、電池の寿命情報（ＳＯＨ）などを保存することができる。固有アドレス情報を各機能モジュール１０に付与することによって、複数接続された機能モジュール１０を区別することが可能となる。

メモリ部１８に記録されるデータは、メインコントローラ２からの信号に基づき、書き換え可能としている。これにより、必要な情報をメインコントローラ２から各機能モジュール１０に送信して、機能モジュール１０側で記録することができる。このためメインコントローラ２側で一元的に機能モジュール１０を管理させ、機能モジュール１０側の処理を簡素化して負荷を軽減することも可能となる。例えば、各機能モジュール１０をメインコントローラ２で識別するための識別情報である固有アドレス情報が、メインコントローラ２から機能モジュール１０に割り当てられる際、機能モジュール１０は自身の固有アドレス情報をメモリ部１８に書き込む。
（固有アドレス情報）

メインコントローラ２は、各機能モジュール１０に対して、通信バスＣＢに接続されたことを検出して、固有のアドレス情報を付与可能としている。これにより、各機能モジュール１０は固有のアドレス情報を有することができ、該固有アドレス情報に基づいてメインコントローラ２と通信バスＣＢを介してデータ通信することができる。特に固有アドレス情報の設定を自動的に行えるため、この作業を省力化できる利点が得られる。また、機能モジュール１０の製造時には予め固有アドレス情報を固定しないため、機能モジュール１０を共通化でき、製造コストを低減できる利点も得られる。

固有アドレス情報の付与手順として、例えば電源装置は、組立時にメインコントローラ２Ｃに先に電源を投入した状態で、機能モジュール１０Ｃ及び電流検出部４Ｃを順次接続していく。そして、メインコントローラ２Ｃと接続された機能モジュール１０Ｃ、電流検出部４Ｃは、接続順に、メインコントローラ２Ｃから固有アドレスを付与される。

あるいは、既に構築された電源装置において、機能モジュール１０をメインコントローラ又は通信バスに接続した時点で、メインコントローラ２がこの接続を検知して自動的に固有アドレス情報を定義し、機能モジュール１０に送信する構成としてもよい。

機能モジュール１０は、送信された固有アドレス情報を認識し、メモリ部１８に書き込んで記録すると共に、この固有アドレス情報に基づいてデータ通信を開始できる。このようにして機能モジュール１０は、固有アドレス情報を取得して、取得した固有アドレス情報に基づいて、各々メインコントローラ２とデータ通信を行うことができる。

ここでは一例として、メインコントローラ２Ｃが、複数の機能モジュールを接続した状態で、この内一台の機能モジュールが固有アドレス情報を有しない場合に、該機能モジュールに対して固有アドレス情報を付与することが可能な場合に、複数の機能モジュールに対して順次、固有アドレス情報を付与する例について説明する。具体的には、固有アドレス情報を設定するために、機能モジュール１０Ｃはメインコントローラ２Ｃに一台ずつ接続する。メインコントローラ２Ｃは、起動中に新たに機能モジュール１０Ｃが接続されると、この機能モジュール１０Ｃの固有アドレス情報を確認する。そして固有アドレス情報が設定されていないことを検出すると、この機能モジュール１０Ｃに対して、他の機能モジュールに対して未だ与えられていない、新たな固有アドレス情報を発行し、送信する。機能モジュール１０Ｃは、付与された固有アドレス情報を、自身を他の機能モジュールから区別するためのＩＤ情報として、メモリ部１８に保存する。このようにして、一台の機能モジュール１０Ｃに固有アドレス情報を付与し終えた後、次の機能モジュール１０Ｃを接続し、同様の手順で固有アドレス情報を付与していく。この作業を繰り返すことで、すべての機能モジュール１０Ｃに、固有アドレス情報をそれぞれ付与することができる。この方法では、メインコントローラ２Ｃは一台ずつ固有アドレス情報を付与すれば足りる。換言すると、固有アドレス情報を有しない機能モジュールが複数存在する場合に、異なるＩＤ情報を各機能モジュールに対して同時に付与する必要がないので、ＩＤ情報付与のための構成や仕組みを簡素化できる利点が得られる。また構成の簡素化は配線の簡素化に繋がり、これによる耐ノイズ性の向上やコスト低減などにも寄与する。そして、このような安価なメインコントローラ１Ｃを使用しながら、複数の機能モジュールに対して順次、固有アドレス情報を個別に付与することが、上記手順によって実現できる。

ただ、この構成に限られるものでなく、固有アドレス情報を有しない機能モジュールが複数、同時に接続された場合に、各機能モジュールに対して固有アドレス情報を個別に付与するような構成とすることも可能である。この場合に、コントローラ側で機能モジュールの接続の有無と固有アドレス情報の有無、及び固有アドレス情報がない場合にこれを付与する作業をすべて行う構成とする他、コントローラ側の負荷を低減するために、固有アドレス情報の設定機能を機能モジュール側に持たせることもできる。ここでは一例として、接続されたすべての機能モジュール１０Ｃに対して、固有アドレス情報を付与する例について説明する。まず、電源装置システムの起動時に、メインコントローラ２Ｃが機能モジュール１０Ｃの接続を確認し、固有アドレス情報の設定の有無を判別する点は、上記と同じである。そしてメインコントローラ２Ｃが、固有アドレス情報を有しない機能モジュール１０Ｃが存在することを検出すると、機能モジュール１０Ｃに対して、識別情報の付与を命令する識別信号を送信する。自身の固有アドレス情報が設定されていない機能モジュール１０が存在する場合は、メインコントローラ２から送信される識別信号を受信すると、この機能モジュール１０は、自身の上位に接続される機能モジュール１０に対し、識別信号を送信する。そして、この識別信号を受信した機能モジュール１０Ｃは、さらに上位の識別モジュール１０Ｃに対して、識別信号を送信する。このようにして、順次上位側に向かって識別信号が機能モジュール１０Ｃを伝って送信される。そして、上位に機能モジュール１０が接続されていない、終端に位置する機能モジュール１０は、識別信号を受信すると固有アドレス情報を自身に設定し、メモリ部１８に記録する。さらにこの終端機能モジュール１０Ｃは、今度は下位の機能モジュール１０に対して固有アドレス情報を送信する。下位の機能モジュール１０は、上位の機能モジュール１０から送信される固有アドレス情報に基づいて、自身の固有アドレス情報を設定し、メモリ部に記録する。さらにこの機能モジュール１０Ｃが、下位の機能モジュール１０Ｃに対して、同様の処理を繰り返す。この処理の繰り返しによって、各機能モジュール１０に固有アドレス情報をそれぞれ設定することができるので、最終的にメインコントローラ２との間で、付与された固有アドレス情報に基づいてデータ通信を行うことができる。この構成によれば、コントローラ側ですべての処理を行わせることなく、固有アドレス情報の設定処理を機能モジュール側に負担させることで、コントローラ側の処理の負荷を低減でき、コントローラに求められるハードウェア構成や仕様を簡素化できる利点が得られる。またこの方法は一例であって、種々の変更が可能である。例えば、既に固有アドレス情報が存在する場合であっても、識別情報を受信した時点で新たな固有アドレス情報にメモリ部を書き換えたり、あるいは既に保存されている自身の固有アドレス情報を保持して、次段に接続された下位の機能モジュール１０Ｃに対して、識別情報を送信する構成としてもよい。

複数の機能モジュール１０は、電源装置の組立時において、メインコントローラ２に通信バスを介して接続され、電源投入された順に、メインコントローラ２から通信バスを介して固有のアドレス情報を付与され、機能モジュール１０は該固有アドレス情報を認識すると不揮発性メモリに保存し、次回起動時には機能モジュール１０は該固有アドレス情報に基づいてデータ通信を行うよう構成できる。これにより、接続時に自動的に固有アドレス情報を割り振ることが可能となる。
（電池セル１１）

電池ブロック１２は、複数の電池セル１１を直列及び／又は並列に接続して構成される。図１の例では、電池セル１１を直列に接続している。電池セル１１には、リチウムイオン電池が好適に利用できる。リチウムイオン電池は、電圧が高く、少ない個数を直列に接続して出力電圧を高くできる。ただ、電池セルはニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池等、充電できる他の電池セルを用いることもできる。電池ブロック１２は、直列に接続する電池セル１１の個数で出力電圧を調整している。さらに、電源装置１００は、直列に接続する機能モジュール１０の個数で出力電圧を調整している。電源装置１００は、複数の電池ブロック１２を直列に接続して、例えば車両の走行モータに電力を供給する装置にあっては、出力電圧を、例えば１００Ｖ〜４００Ｖ、好ましくは２００Ｖ〜３００Ｖとする。
（均等化回路１３）

また電池状態検出部１４は、電池ブロック１２を構成する複数の電池セル１１間の残容量を均衡させるための均等化回路１３を備えている。各機能モジュール１０は、メインコントローラ２から均等化の指令を受けて、均等化回路１３を動作させ、電池セル１１間の残容量の均等化を行うことができる。均等化回路１３は、電圧の高い、あるいは残量量の大きい電池セルを、抵抗を介して短絡させることで、電力を消費させて他の電池セルのそれと一致させる。このため、各電池セルを含む閉回路を構成しており、閉回路の開閉をスイッチで制御して均等化を実行する。これにより、メインコントローラ２で各機能モジュール１０内でのセルバランスを適切に維持するよう集中的に管理できる。換言すると機能モジュール１０側の処理を低減し、機能モジュール１０の構成の簡素化に資する。また必要に応じて、機能モジュール間の電池ブロックの電圧のバランスを維持するよう、ブロック間の均等化回路を設けてもよい。あるいは、機能モジュール間の均等化を図るため、ブロック電圧の高い機能モジュールから、他の機能モジュールに対して駆動電源を供給するよう構成することもできる。
（電気自動車）

このような電源装置を、電動自動車に搭載した例を、図５のブロック図に示す。図５の例では、２つの機能モジュール１０を接続して電源装置３００を構成している。また、電流検出部４は、通信バスＣＢと異なる専用バスでメインコントローラ２と接続している。メインコントローラ２は、電源装置側のＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）として、出力電流の検出、各機能モジュール１０の制御、通信バスＣＢの制御を行い、さらに外部接続された車両側コントローラ９７との間でデータ通信を行う。このためメインコントローラ２は、低電圧のコネクタでもって車両側コントローラ９７と接続されている。一方、接続部３はモジュール集合体１の出力ラインＯＬを、高電圧のコネクタを介して車両側のコンタクタユニット９８と接続する。さらに出力ラインＯＬの経路上には、点検時等に安全性を確保するために出力ラインＯＬを開放するためのサービスプラグ９９が設けられる。

なお機能モジュール１０に高機能な演算素子を回路基板２０に設けず、複雑な演算をメインコントローラ側で処理するように構成することもできる。例えば機能モジュールの回路基板上にはごく簡単なＩＣやＡＳＩＣなどと、メモリ部、均等化回路等を備えるのみとすることで、回路構成を簡素化、小型化できる上、コストも安価にできる利点が得られる。一方、ＳＯＣやＳＯＨの演算など、演算処理が必要な場合は、通信バスを介して接続されたメインコントローラ側で行うように構成することで、各機能モジュールに求められるハードウェア的な仕様が簡素化できるため、安価に製造できる。その一方で、必要な処理はメインコントローラで纏めて処理できるため、機能的に従来よりも劣ることは無く、必要な機能は維持される。このように機能モジュール側の機能を限定して、機能モジュールのハードウェア構成を共通化すれば、部品コストを大幅に抑制できる。加えて、機能モジュールを共通化することで、一部の機能モジュールに不具合が生じても該当する機能モジュールのみを交換でき、メンテナンスの面でも有利となる。

またメインコントローラ２は、機能モジュール１０が接続される毎に、接続された新たな機能モジュール１０を認識し、この機能モジュール１０に対して固有アドレス情報を自動的に定義、配布する。これにより、追加された機能モジュール１０は、付与された固有アドレス情報に基づいて、電源装置内でのデータ通信を行うことができるようになる。
（起動信号ラインＡＣ）

さらに、機能モジュールを起動又は停止可能な起動信号ラインＡＣを設けることもできる。この例を実施例６として図６に示す。この図に示す電源装置６００も、複数の機能モジュール１０Ｃが出力ラインＯＬを介して直列に接続されており、出力ラインＯＬの端縁には接続部３Ｃが接続される。また各機能モジュール１０Ｃは電池セル１１を電池状態検出部１４Ｃで監視している。また電流検出部として、上述した図４に示す電流検出部４Ｂを備える機能モジュール１０Ｂを接続している。これら各機能モジュール１０Ｃと機能モジュール１０Ｂは、メインコントローラ２Ｃと、共通通信バスＣＣＢを介して接続される。さらに各機能モジュール１０Ｃと機能モジュール１０Ｂは、メインコントローラ２Ｃと、共通通信バスＣＣＢとは別個の起動信号ラインＡＣでも接続される。起動信号ラインＡＣは、メインコントローラ２Ｃから各機能モジュールに対して、起動又は停止可能な起動信号を送出するための信号ラインである。なおこの構成では、電流検出部に相当する機能モジュール１０Ｂも機能モジュール１０Ｃと同様に扱われる。すなわち、固有アドレスの付与対象となる。

メインコントローラ２Ｃは、任意のタイミングで起動信号ラインＡＣを通じて各機能モジュールに対して起動信号を送信する。例えば、電源装置の起動時に、各機能モジュールに起動信号を送信することでこれを動作させ、各機能モジュールの固有アドレス情報を確認する。固有アドレス情報を有しない機能モジュールを検出すると、この機能モジュールに対して固有アドレスを付与する。すなわち、通信バスを通じて固有アドレスを有しない機能モジュールに対してこの固有アドレス情報を送信し、機能モジュールは固有アドレス情報を受信すると、不揮発性メモリへ保存する。次回起動時には、この機能モジュールは付与、保存された固有アドレス情報に基づいてデータ通信を行う。このようにして、各機能モジュールは固有のアドレス情報を有することができ、該固有アドレス情報に基づいてメインコントローラと通信バスを介してデータ通信することができる。特に固有アドレス情報の設定を自動的に行えるため、この作業を省力化できる利点が得られる。また、機能モジュールの製造時には予め固有アドレス情報を固定しないため、機能モジュールを共通化でき、製造コストを低減できる利点も得られる。さらに接続時にメインコントローラから定義される固有アドレス情報を認識し、その固有アドレス情報に基づいてデータ通信を開始できる。
（機能モジュール１０の詳細構成）

次に機能モジュール１０の一例の外観斜視図を図７に、図７の分解斜視図を図８に、それぞれ示す。これらの図に示す機能モジュール１０は、電池ブロック１２と、回路基板２０とを備えている。この例では、複数枚の角形電池セル１１を積層した電池ブロック１２をバインドバー３０で締結している。また回路基板２０には、異常事態から電池セル１１の保護を図る保護回路など、種々の回路を実装している。
（電池ブロック１２）

電池ブロック１２は図７に示すように、外観を略箱形とし、角形の電池セル１１を多数積層し、両端面からエンドプレート２４で、バインドバー３０を介して狭持している。電池ブロック１２は、図８の分解斜視図に示すように、角形の電池セル１１を複数、セパレータ４０を介して積層して構成される。図８の電池ブロック１２の例では、１８個の電池セル１１を積層している。バインドバー３０は電池セル１１を締結する締結手段として機能する。この例では枠状の金属板の両端を上面視コ字状に折曲して折曲片３１として、エンドプレート２４に設けた突起２６と嵌合するためのスリット３２を折曲片３１に開口している。この電池ブロック１２は、バインドバー３０の折曲片３１に開口したスリット３２に、エンドプレート２４の突起２６を嵌入させることで、電池セル１１をセパレータ４０を介在させて積層した状態に狭持して固定する。
（電池セル１１）

電池セル１１は、外形を、幅よりも厚さを薄くした角形とする外装缶で構成され、外装缶の天面、すなわち外装缶を閉塞する封口板に正負の電極端子を設けている。電極端子同士は、バスバーを介して電気的に接続している。なお電池セルの外装缶は、プラスチック等の絶縁材で製作することもできる。この場合は電池セル同士を積層する際に、外装缶を絶縁する必要がないので、セパレータを金属製とすることもできる。また電池セル１１の天面を除く面は、絶縁処理される。具体的には、電池セル１１の天面及び底面を除く面を、被覆フィルムで表面を被覆する。

このような電池セル１１は、リチウムイオン二次電池の角形電池である。ただ、電池セルは、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池等の二次電池とすることもできる。電池セル１１は、所定の厚さを有する四角形で、天面の両端部には正負の電極端子を突出して設けており、天面の中央部には安全弁の開口部を設けている。積層される電池セル１１は、隣接する正負の電極端子をバスバーで連結して互いに直列に接続している。隣接する電池セル１１を互いに直列に接続するバッテリシステムは、出力電圧を高くして出力を大きくできる。ただ、バッテリシステムは、隣接する電池セルを並列に接続することもできる。
（セパレータ４０）

電池ブロック１２は、積層している電池セル１１の間にセパレータ４０を挟着している。この電池ブロック１２は、電池セル１１の外装缶１２を金属製として、プラスチック製のセパレータ４０で絶縁して積層できる。セパレータ４０は、両面を電池セル１１に嵌着できる形状として、隣接する電池セル１１の位置ずれを阻止して積層できる。

またセパレータ４０は、図８に示すように、電池セル１１を冷却するために、電池セル１１との間に、空気等の冷却気体を通過させる冷却隙間を設けている。これにより電池ブロック１２は、複数の電池セル１１を冷却隙間ができる状態で積層している。また、電池ブロック１２の電池セル１１に冷却気体を強制送風して冷却する冷却機構として、強制送風機構を備えている（図示せず）。
（電源装置を用いた車両）

次に、以上の電池セルを用いた電源装置を搭載した車両を、図９及び図１０に基づいて説明する。図９は、車両用のバッテリシステムを搭載する車両であって、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッド車ＨＶの一例を示している。この図のハイブリッド車は、車両を走行させるエンジン９６及び走行用のモータ９３と、モータ９３に電力を供給するバッテリシステム９１と、バッテリシステム９１の電池を充電する発電機９４とを備えている。バッテリシステム９１は、ＤＣ／ＡＣインバータ９５を介してモータ９３と発電機９４に接続している。ハイブリッド車は、バッテリシステム９１の電池を充放電しながらモータ９３とエンジン９６の両方で走行する。モータ９３は、エンジン効率の悪い領域、たとえば加速時や低速走行時に駆動されて車両を走行させる。モータ９３は、バッテリシステム９１から電力が供給されて駆動する。発電機９４は、エンジン９６で駆動され、あるいは車両にブレーキをかけるときの回生制動で駆動されて、バッテリシステム９１の電池を充電する。

さらに図１０は、車両用のバッテリシステムを搭載する車両であって、モータのみで走行する電気自動車ＥＶの一例を示している。この図に示す電気自動車は、車両を走行させる走行用のモータ９３と、このモータ９３に電力を供給するバッテリシステム９２と、このバッテリシステム９２の電池を充電する発電機９４とを備えている。バッテリシステム９２は、ＤＣ／ＡＣインバータ９５を介してモータ９３と発電機９４に接続している。モータ９３は、バッテリシステム９２から電力が供給されて駆動する。発電機９４は、車両を回生制動する時のエネルギーで駆動されて、バッテリシステム９２の電池を充電する。
（蓄電用電源装置）

図１１は、蓄電用設備として利用する電源装置１００を示している。この電源装置１００は、例えば、家庭用、工場用の電源として、太陽光発電の電力や深夜電力等で充電し、必要時に放電する電源システム、あるいは日中の太陽光発電の電力を充電して夜間に放電する街路灯用の電源や、停電時に駆動する信号機用のバックアップ電源等のバッテリシステムに利用できる。この図の電源装置１００は、複数の電池ブロック１２を直列に接続している。各電池ブロック１２は、複数の電池セル１１を直列に接続している。このバッテリシステム８１は、充電用電源ＣＰと負荷ＬＤとを、充電スイッチＣＳと放電スイッチＤＳを介して電源装置１００に接続している。電源装置１００は、充電用電源ＣＰで充電されて、ＤＣ／ＡＣインバータ８２を介して負荷ＬＤに電力を供給する。このためバッテリシステム８１は、メインコントローラ２で充電スイッチＣＳと放電スイッチＤＳをコントロールして、充電モードと放電モードに切り換えられる。放電スイッチＤＳ及び充電スイッチＣＳのＯＮ／ＯＦＦは、メインコントローラ２によって切り替えられる。充電モードにおいては、メインコントローラ２は充電スイッチＣＳをＯＮに、放電スイッチＤＳをＯＦＦに切り替えて、充電用電源ＣＰから電源装置１００への充電を許可する。また、充電された電源装置１００は、満充電になり、あるいは所定値以上の容量が充電された状態で負荷ＬＤからの要求に応じて、メインコントローラ２が放電スイッチＤＳをＯＮにして負荷ＬＤに電力を供給する。このとき、充電スイッチＣＳはＯＮ又はＯＦＦに制御される。充電スイッチＣＳと放電スイッチＤＳの両方をＯＮに制御して、バッテリシステム８１は、充電されながら負荷ＬＤに電力を供給する。

電源装置１００で駆動される負荷ＬＤは、放電スイッチＤＳを介して電源装置１００と接続されている。バッテリシステム８１の放電モードにおいては、メインコントローラ２が放電スイッチＤＳをＯＮに切り替えて、負荷ＬＤに接続し、電源装置１００からの電力で負荷ＬＤを駆動する。放電スイッチＤＳはＦＥＴ等のスイッチング素子やリレーが利用できる。放電スイッチＤＳのＯＮ／ＯＦＦは、電源装置１００のメインコントローラ２によって制御される。また、メインコントローラ２は、外部機器と通信するための通信インターフェースを備えている（図示せず）。通信インターフェースは、ＵＡＲＴやＲＳ−２３２Ｃ等の既存の通信プロトコルに従い、バッテリシステム８１を負荷や充電用電源に接続している。

本発明に係る電源装置及びこれを用いた車両は、ＥＶ走行モードとＨＥＶ走行モードとを切り替え可能なプラグイン式ハイブリッド電気自動車やハイブリッド式電気自動車、電気自動車等の電源装置として好適に利用できる。

１００、２００、３００、６００…電源装置
１…モジュール集合体
２、２Ｃ…メインコントローラ
３、３Ｃ…接続部
４、４Ｂ…電流検出部
５…ハブコントローラ
１０、１０Ｂ、１０Ｃ…機能モジュール
１１…電池セル
１２…電池ブロック
１３…均等化回路
１４、１４Ｂ、１４Ｃ…電池状態検出部
１６、１６Ｂ…通信インターフェース
１８、１８Ｂ…メモリ部
２０…回路基板
２１…電圧検出部
２２…温度検出部
２３…温度センサ
２４…エンドプレート
２５…載置プレート
２６…突起
３０…バインドバー
３１…折曲片
３２…スリット
３３…電流信号検出部
３４…モジュール側制御部
４０…セパレータ
８１…バッテリシステム
８２…ＤＣ／ＡＣインバータ
９１、９２…バッテリシステム
９３…モータ
９４…発電機
９５…インバータ
９６…エンジン
９７…車両側コントローラ
９８…コンタクタユニット
９９…サービスプラグ
ＣＢ…通信バス
ＣＣＢ…共通通信バス
ＡＣ…起動信号ライン
ＯＬ…出力ライン
ＣＬ…電流信号線
ＨＶ、ＥＶ…車両
ＣＰ…充電用電源
ＬＤ…負荷
ＣＳ…充電スイッチ
ＤＳ…放電スイッチ

Claims

複数の機能モジュール(10)と、
前記複数の機能モジュール(10)と接続され、これらを制御するメインコントローラ(2)と、
を備える電源装置であって、
前記複数の機能モジュール(10)はそれぞれ、
複数の電池セルを直列及び／又は並列に接続した電池ブロック(12)と、
他の機能モジュール(10)又は前記メインコントローラ(2)とデータ通信するための通信インターフェース(16)と、
前記通信インターフェース(16)を介して通信されるデータを記録可能なメモリ部(18)と、
前記電池ブロック(12)の電流、電圧、又は温度の少なくともいずれかを検出可能な電池状態検出部(14)と、
を備えており、
各機能モジュール(10)は、前記メインコントローラ(2)と接続される際に、該メインコントローラ(2)から固有のアドレス情報を付与されるよう構成されており、
前記機能モジュール(10)は、前記メインコントローラ(2)から付与された固有アドレス情報を、前記メモリ部(18)に記録し、
該アドレス情報に基づいて、データ通信を行うよう構成されてなることを特徴とする電源装置。
請求項１に記載の電源装置であって、
前記複数の機能モジュール(10)間又はメインコントローラ(2)との間で、通信バスを介して接続されてなることを特徴とする電源装置。
請求項１又は２に記載の電源装置であって、
前記メモリ部(18)は、不揮発性メモリであることを特徴とした電源装置。
請求項３に記載の電源装置であって、
前記複数の機能モジュール(10)は、電源装置の組立時において、前記メインコントローラ(2)に前記通信バスを介して接続され、電源投入された順に、前記メインコントローラ(2)から前記通信バスを介して固有のアドレス情報を付与され、前記機能モジュール(10)は該固有アドレス情報を認識すると前記不揮発性メモリに保存し、次回起動時には前記機能モジュール(10)は該固有アドレス情報に基づいてデータ通信を行うよう構成してなることを特徴とする電源装置。
請求項３又は４に記載の電源装置であって、
前記メインコントローラ(2)は、各機能モジュール(10)毎に、各機能モジュール(10)を起動又は停止可能な起動信号を送出するための起動信号ライン(AC)を、各機能モジュール(10)との間に接続しており、
前記メインコントローラ(2)は、電源装置の起動時に、前記起動信号ライン(AC)を通じて各機能モジュール(10)に起動信号を送信することでこれを動作させ、各機能モジュール(10)毎に固有のアドレス情報を付与すると共に、前記通信バスを通じて各機能モジュール(10)に該固有アドレス情報を送信し、
前記機能モジュール(10)は該固有アドレス情報を認識し、前記不揮発性メモリへ保存し、次回起動時には前記機能モジュール(10)は該固有アドレス情報に基づいてデータ通信を行うよう構成してなることを特徴とする電源装置。
請求項３又は４に記載の電源装置であって、
電源装置の起動時に前記機能モジュール(10)は、前記メインコントローラ(2)から送信される識別信号に基づき、自身の固有アドレス情報が設定されていない場合、上位に接続される前記機能モジュール(10)に対し識別信号を送信し、上位に機能モジュール(10)が接続されていない終端に位置する機能モジュール(10)は、識別信号に基づき固有アドレス情報を設定し、下位の機能モジュール(10)に対して固有アドレス情報を送信し、下位の機能モジュール(10)は上位の機能モジュール(10)から送信される固有アドレス情報に基づき、自身の固有アドレス情報を設定し、
上記を繰り返すことで各機能モジュール(10)に固有アドレス情報が設定され、前記メインコントローラ(2)との間で、付与された固有アドレス情報に基づいてデータ通信を行うことを特徴とする電源装置。
請求項１ないし６のいずれかに記載の電源装置であって、
前記電源装置が車両用の電源装置であることを特徴とする電源装置。
請求項１ないし６のいずれかに記載の電源装置であって、
前記電源装置が蓄電用の電源装置であることを特徴とする電源装置。
請求項１から６のいずれかに記載の電源装置を備える車両。