WO2023073980A1 - Battery module and motor drive circuit - Google Patents
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Abstract
[Problem] To reduce consumed current of a charger. [Solution] A battery module characterized by being provided with a battery cell group comprising a plurality of lithium ion secondary battery cells, and an output voltage switching circuit for outputting at least two voltages, wherein that the rated voltage at the time of discharging is higher than the rated voltage at the time of charging.
Description
本発明は、電池モジュール及びモータ駆動回路に関する。
The present invention relates to battery modules and motor drive circuits.
近年、地球環境への配慮から、内燃機関すなわちエンジンで駆動するエンジン駆動式自動車が二次電池電源およびモータで駆動する電気自動車に置き換わりつつある。特に、前記電気自動車の性能向上、すなわち、１充電あたりの航続距離の延長のため、電気自動車１台当たりのリチウムイオン二次電池セルを有する電池モジュールの搭載数量が増え二次電池電源の定格電圧が高電圧化する傾向にある。
In recent years, in consideration of the global environment, internal combustion engines, that is, engine-driven vehicles that are driven by engines are being replaced by electric vehicles that are driven by secondary battery power sources and motors. In particular, in order to improve the performance of the electric vehicle, that is, to extend the cruising distance per charge, the number of battery modules having lithium-ion secondary battery cells installed per electric vehicle has increased, and the rated voltage of the secondary battery power source has increased. tend to have higher voltages.
航続距離を得るためのモータ駆動回路の高電圧化が、充電器のコストアップおよび消費電流の増大というようなトレードオフになる課題がある。
Increasing the voltage of the motor drive circuit to obtain the cruising range poses a trade-off issue, such as an increase in the cost of the charger and an increase in current consumption.
本発明はこのような背景を鑑みてなされたものであり、充電器の消費電流を低減することができる技術を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of this background, and aims to provide a technology that can reduce the current consumption of a charger.
上記課題を解決するための本発明の主たる発明は、電池モジュールであって、複数のリチウムイオン二次電池セルで成る電池セル群と、少なくとも２個の電圧を出力する出力電圧切り換え回路と、を備え、放電時の定格電圧が充電時の定格電圧よりも高いことを特徴とする。
The main invention of the present invention for solving the above problems is a battery module comprising a battery cell group consisting of a plurality of lithium ion secondary battery cells and an output voltage switching circuit for outputting at least two voltages. In addition, the rated voltage during discharging is higher than the rated voltage during charging.
その他本願が開示する課題やその解決方法については、発明の実施形態の欄及び図面により明らかにされる。
Other problems disclosed by the present application and their solutions will be clarified in the section of the embodiment of the invention and the drawings.
本発明によれば、充電器の消費電流を低減することができる。
According to the present invention, the current consumption of the charger can be reduced.
電池モジュール２は、図１に示すように、直列接続された複数のリチウムイオン二次電池セルで成る電池セル群１Ｈを、極性を対向して直列接続した通電遮断素子としてのＦＥＴ４およびＦＥＴ５を介して端子７に接続する。モジュールコントローラ３０は、電池セル群１Ｈ内の少なくとも１個のリチウムイオン二次電池セルの電圧、または、シャント抵抗６の両端に現れる電圧すなわち電池セル群１Ｈの電流を検知し、前記検知結果に応じてＦＥＴ４およびＦＥＴ５をオンまたはオフに操作して充電電流または放電電流の通電または遮断を実行する。
In the battery module 2, as shown in FIG. 1, a battery cell group 1H composed of a plurality of lithium ion secondary battery cells connected in series is connected in series with polarities facing each other through FET4 and FET5 as energization interrupting elements. connected to terminal 7. The module controller 30 detects the voltage of at least one lithium-ion secondary battery cell in the battery cell group 1H or the voltage appearing across the shunt resistor 6, that is, the current of the battery cell group 1H, and detects the current in the battery cell group 1H according to the detection result. FET4 and FET5 are turned on or off by pressing to turn on or off the charging current or discharging current.
モータ駆動回路１００は、図２に示すように、電池モジュール２を昇圧コンバータ回路９へ接続し電池モジュール２が出力する直流電圧を前記昇圧コンバータ回路９へ印加し、前記昇圧コンバータ回路９は所望の倍率に昇圧した高電圧の直流電圧を３相インバータ回路１０へ印加する。
As shown in FIG. 2, the motor drive circuit 100 connects the battery module 2 to the boost converter circuit 9 and applies the DC voltage output by the battery module 2 to the boost converter circuit 9. A high DC voltage stepped up by a factor is applied to the three-phase inverter circuit 10 .
前記３相インバータ回路１０は入力した直流電圧を３相交流電圧に変換および出力し、３相モータ１１のコイル１２ｕないし１２ｗへ印加し、前記コイル間に回転磁界を生成してロータの回転を制御する。
The 3-phase inverter circuit 10 converts the input DC voltage into a 3-phase AC voltage and outputs it, applies it to the coils 12u to 12w of the 3-phase motor 11, generates a rotating magnetic field between the coils, and controls the rotation of the rotor. do.
図３に示すように、例えば、３個の電池モジュール２を直列接続し電池モジュール２群を成し前記電池モジュール２群が出力する高電圧定格の直流電圧を昇圧コンバータ回路１０を介さず３相インバータ回路１１に直接印加するモータ駆動回路１０１のような方式がある。
As shown in FIG. 3, for example, three battery modules 2 are connected in series to form two battery module groups. There is a method such as a motor drive circuit 101 in which a voltage is directly applied to the inverter circuit 11 .
前記モータ駆動回路１０１の電池モジュール２群を充電する際、図４に示すように、例えば、電池モジュール２群に充電器２０Ｈを接続し、商用電源３０の交流電圧を電源コード２１を介して入力し前記電池モジュール２群を充電するために要する所望の直流電圧に変換および出力し、前記電池モジュール２群の端子７に印加して充電を実行する充電回路１０２のような方式がある。
When charging the second battery module group of the motor drive circuit 101, as shown in FIG. However, there is a charging circuit 102 that converts and outputs a desired DC voltage required for charging the battery module 2 group and applies it to the terminal 7 of the battery module 2 group to perform charging.
電池モジュール２０は、図５に示すように、電池モジュール２と同じ定格電圧の２個の電池セル群１Ｈを、計５個のＦＥＴ、すなわち、ＦＥＴ４１ないしＦＥＴ５０を介して端子８へ接続する。モジュールコントローラ３１は、ＦＥＴ５０をオフ、および、ＦＥＴ４１ないしＦＥＴ４４をオンに操作した場合は前記２個の電池セル群１Ｈを並列接続状態にする一方、ＦＥＴ５０をオン、および、ＦＥＴ４１ないしＦＥＴ４４をオフに操作した場合は前記２個の電池セル群１Ｈを直列接続状態にする。電池モジュール２０内のＦＥＴの個数は前記電池モジュール２内のＦＥＴの個数よりも多く、および、電池モジュール２０内の電池セル群１Ｈの個数は電池モジュール２内の電池セル群１Ｈの個数よりも多いが、電池モジュール２０の放電時に後述のモータ駆動回路２００内の電池モジュール２０の放電電流低減の効果、および、後述のフローチャート図に従う制御の効果により、電池モジュール２０の放電電流を電池モジュール２の放電電流よりも相乗的に大幅に小さくできるためＦＥＴ４１ないしＦＥＴ５０の電流定格をＦＥＴ４ないしＦＥＴ５の電流定格よりも大幅に低減でき、および、電池モジュール２０内の電池セル群１Ｈを、前記放電電流低減に合わせ、電気自動車の１充電あたりの航続距離の延長を実現しながら、コストダウンしやすいリチウムイオン二次電池セルの単セルレベルの小容量化を適切に行うことにより電池モジュール２０の電池モジュール２に対する大幅なコストダウン、および、前記電池モジュール２０の放電電流すなわちインバータ回路１０ｕないし１０ｗの入力電流の大幅な低減に伴い、後述のモータ駆動回路２００のモータ駆動回路１００ないし１０１に対する全体的なコストダウンに奏功する。
As shown in FIG. 5, the battery module 20 connects two battery cell groups 1H having the same rated voltage as the battery module 2 to the terminal 8 via a total of five FETs, namely FET41 to FET50. When the module controller 31 turns off the FET 50 and turns on the FETs 41 to 44, the two battery cell groups 1H are connected in parallel, while the module controller 31 turns on the FET 50 and turns off the FETs 41 to 44. In this case, the two battery cell groups 1H are connected in series. The number of FETs in the battery module 20 is greater than the number of FETs in the battery module 2, and the number of battery cell groups 1H in the battery module 20 is greater than the number of battery cell groups 1H in the battery module 2. However, when the battery module 20 is discharged, the effect of reducing the discharge current of the battery module 20 in the motor drive circuit 200 to be described later and the effect of control according to the flow chart diagram to be described later reduce the discharge current of the battery module 20 to the discharge current of the battery module 2. Since the current rating of FET41 to FET50 can be greatly reduced synergistically than the current, the current rating of FET41 to FET50 can be significantly reduced from the current rating of FET4 to FET5, and the battery cell group 1H in the battery module 20 can be reduced in accordance with the discharge current reduction. , while extending the cruising distance per charge of an electric vehicle, by appropriately reducing the capacity of the lithium-ion secondary battery cells at the single cell level, which is easy to reduce costs, the battery module 20 is greatly compared to the battery module 2. In addition, the discharge current of the battery module 20, that is, the input current of the inverter circuits 10u to 10w is greatly reduced. do.
前記並列接続状態または前記直列接続状態の切り換えは絶縁性通信ライン８ａないし８ｇを用いて後述の充電器２０Ｌからの指示信号を受信し、後述のフローチャート図に従い実行する。
The switching between the parallel connection state and the series connection state is performed by receiving an instruction signal from the charger 20L, which will be described later, using the insulating communication lines 8a to 8g, and according to the flowchart shown later.
モータ駆動回路２００は、図６に示すように、図５で説明した電池モジュール２０と同じ構成の電池モジュール２０ｕないし２０ｗの端子８を、それぞれインバータ回路１０ｕないし１０ｗへ接続し、前記電池モジュール２０ｕないし２０ｗが出力する直流電圧をインバータ回路２０ｕないし１０ｗへそれぞれ印加し、前記インバータ回路１０ｕないし１０ｗは入力した直流電圧を単相交流電圧へ変換および出力し前記単相交流電圧を３相モータ１１のコイル１２ｕないし１２ｗへそれぞれ印加する。
As shown in FIG. 6, the motor drive circuit 200 connects terminals 8 of battery modules 20u to 20w having the same configuration as the battery module 20 described in FIG. 5 to inverter circuits 10u to 10w, respectively. 20w is applied to the inverter circuits 20u to 10w, respectively, and the inverter circuits 10u to 10w convert the input DC voltage into a single-phase AC voltage and output the single-phase AC voltage to the coils of the three-phase motor 11. 12u to 12w, respectively.
当該モータ駆動回路２００では、３個の電池モジュール２０から３個のインバータ回路１０を介して３個のコイル１２へ電力供給する閉回路がそれぞれ独立している。前記独立により、前記モータ駆動回路１００ないし１０１のように、３個のコイル１２への電力供給を１個の電池モジュール２がまとめて負担しその放電電流が増大しやすくならず、独立した３個の閉回路のそれぞれにおいて１個の電池モジュール２０がその閉回路内の１個のコイル１２へ電力供給することでその放電電流を大幅に低減でき、かつ、後述のフローチャート図に従う制御により電池モジュール２０ｕないし２０ｗからインバータ回路１０ｕないし１０ｗへ高い電圧定格の直流電圧をそれぞれ印加することで同じモータ１１の出力であればその放電電流を大幅に低減でき、前記放電電流低減に伴う送電効率の大幅な向上と合わせて相乗的に、電気自動車の１充電あたりの航続距離の大幅な延長に奏功する。
In the motor drive circuit 200, closed circuits for supplying power from the three battery modules 20 to the three coils 12 via the three inverter circuits 10 are independent. Due to the independence, unlike the motor drive circuits 100 and 101, one battery module 2 collectively bears the power supply to the three coils 12, and the discharge current tends to increase. In each of the closed circuits, one battery module 20 supplies power to one coil 12 in the closed circuit, so that the discharge current can be greatly reduced, and the battery module 20u is controlled according to the flowchart shown later. , 20w to the inverter circuits 10u to 10w, respectively, the discharge current can be greatly reduced if the output of the motor 11 is the same. Combined with this synergistic effect, it will be effective in greatly extending the cruising range per charge of an electric vehicle.
前記インバータ回路１０ｕないし１０ｗ間は絶縁性通信ライン８ａないし８ｇで接続され３個の前記インバータ回路１０が出力する３個の単相交流電圧の位相を同期するための絶縁性の同期信号をそれぞれのインバータ回路１０間で送受信し３相交流電圧を生成し、その３相交流電圧を前記コイル１２ｕないし１２ｗへそれぞれ印加し前記３個のコイル１２間に回転磁界を生成し３相モータ１１内のロータの回転駆動を制御する。３個の前記インバータ回路１０間の通信に絶縁性通信ライン８ａないし８ｇを用いる理由は、３個の電池モジュール２０から３個のコイル１２へそれぞれ電力供給するための３個の閉回路の電気的な独立を保ち、電池モジュール２０の放電電流を低減し電気自動車の１充電あたりの航続距離を延長するためである。
The inverter circuits 10u to 10w are connected by insulating communication lines 8a to 8g, and an insulating synchronizing signal for synchronizing the phases of the three single-phase AC voltages output by the three inverter circuits 10 is respectively transmitted. A three-phase AC voltage is generated by transmitting and receiving between the inverter circuits 10, and the three-phase AC voltage is applied to the coils 12u to 12w to generate a rotating magnetic field between the three coils 12, thereby control the rotational drive of The reason for using the insulated communication lines 8a to 8g for communication between the three inverter circuits 10 is that three closed electrical circuits for supplying power from the three battery modules 20 to the three coils 12, respectively. This is to maintain the independence of the battery module 20, reduce the discharge current of the battery module 20, and extend the cruising distance per charge of the electric vehicle.
前記モータ駆動回路１０１では、３直列に相当する計３個の電池セル群１Ｈから計３個のコイル１２へ電力供給する形態である一方、モータ駆動回路２００では、後述のフローチャート図に従い、２直列に相当する計２個の電池セル群１Ｈから同じ閉回路に属する１個のコイル１２へそれぞれ電力供給する形態である。
In the motor drive circuit 101, electric power is supplied from a total of three battery cell groups 1H corresponding to three series connections to a total of three coils 12. , respectively, to one coil 12 belonging to the same closed circuit.
すなわち、当該モータ駆動回路２００の３相モータ１１は前記モータ駆動回路１００ないし１０１の３相モータ１１と実質的に概ね２倍の出力が可能となる。つまり、同じ出力であれば、モータ駆動回路２００の電池モジュール２０の放電電流をモータ駆動回路１０１の電池モジュール２の放電電流に対して概ね半減できる。前記放電電流の半減に伴う電池モジュール２０の放電時間の延長に、電池モジュール２０からインバータ回路１０への送電効率の向上も併せて相乗的に、モータ駆動回路２００を搭載する電気自動車の１充電あたりの航続距離をモータ駆動回路１００ないし１０１を搭載する電気自動車の１充電あたりの航続距離に対して大幅に延長することに奏功する。
That is, the 3-phase motor 11 of the motor drive circuit 200 is capable of substantially twice the output of the 3-phase motors 11 of the motor drive circuits 100 and 101 . That is, with the same output, the discharge current of the battery module 20 of the motor drive circuit 200 can be reduced to about half of the discharge current of the battery module 2 of the motor drive circuit 101 . The extension of the discharge time of the battery module 20 due to the halving of the discharge current and the improvement of the efficiency of power transmission from the battery module 20 to the inverter circuit 10 are synergistic, per charge of the electric vehicle equipped with the motor drive circuit 200. , compared to the cruising distance per charge of the electric vehicle on which the motor drive circuits 100 and 101 are mounted.
また、前記インバータ回路１０ｕないし１０ｗは、前記電池モジュール２０ｕないし２０ｗと絶縁性通信ライン８ａないし８ｇでそれぞれ接続され、後述のフローチャートで説明する制御のための絶縁性信号の送受信を行う。前記独立した３個の閉回路に属する３個のインバータ回路１０間の絶縁性通信ライン８ａないし８ｇは３個のインバータ回路１０がそれぞれ出力する単相交流電圧の位相を同期し３相モータ１１を駆動するための絶縁性の同期信号の送受信に用いる。前記送受信については、図８を用いて詳しく後述する。
In addition, the inverter circuits 10u to 10w are connected to the battery modules 20u to 20w by insulating communication lines 8a to 8g, respectively, and transmit and receive insulating signals for control described later in flowcharts. The insulated communication lines 8a to 8g between the three inverter circuits 10 belonging to the three independent closed circuits synchronize the phases of the single-phase AC voltages output by the three inverter circuits 10 respectively, thereby controlling the three-phase motor 11. Used for transmission and reception of insulated synchronization signals for driving. The transmission and reception will be described later in detail with reference to FIG.
なお、充電端子２２２ｕないし２２２ｗは、３相モータ１１の駆動中すなわち電気自動車の走行中に、後述の充電器２０Ｌの充電電圧出力端子２２ｕないし２２ｗに接続せず、その充電器２０Lの接続時すなわち充電時を除き前記３個の閉回路の独立状態が成立する。
The charging terminals 222u through 222w are not connected to the charging voltage output terminals 22u through 22w of the charger 20L, which will be described later, while the three-phase motor 11 is being driven, that is, while the electric vehicle is running. The independent state of the three closed circuits is established except during charging.
充電回路２０１は、図７に示すように、前記モータ駆動回路２００の充電端子２２２ｕないし２２２ｗに充電器２０Ｌの充電電圧出力端子２２ｕないし２２ｗをそれぞれ接続した構成である。充電器２０Ｌは、商用電源３０からの商用交流電圧を、電源コード２１を介して入力し所望の直流電圧へ変換および出力し充電電圧出力端子２２ｕないし２２ｗを介して３個の電池モジュール２０の端子８に充電電圧を印加し一般的なＣＣＣＶ充電制御を行う。充電時の電池モジュール２０のモジュールコントローラ３１は、充電回路２０Ｌ、および、他の前記電池モジュール２０モジュールコントローラ３１との間で絶縁性通信ライン８ａないし８ｇにより接続され、後述のフローチャート図に従い充電制御に要する情報を含む絶縁性信号を送受信する。
As shown in FIG. 7, the charging circuit 201 has a configuration in which the charging terminals 222u to 222w of the motor drive circuit 200 are connected to the charging voltage output terminals 22u to 22w of the charger 20L. Charger 20L receives a commercial AC voltage from commercial power source 30 via power cord 21, converts it to a desired DC voltage, and outputs the voltage to three battery module 20 terminals via charging voltage output terminals 22u to 22w. 8 is applied with a charging voltage to perform general CCCV charging control. The module controller 31 of the battery module 20 during charging is connected to the charging circuit 20L and the module controller 31 of the other battery module 20 by insulating communication lines 8a to 8g, and performs charging control according to the flowchart shown later. Send and receive isolated signals containing the desired information.
前記充電電圧出力端子２２ｕないし２２ｗは並列接続され、３個の電池モジュール２０を並列にまとめて充電でき、かつ、電池モジュール２０内の２個の電池セル群１Ｈを並列接続状態に切り換え、充電時の定格電圧を放電時の定格電圧よりも半減し、充電器２０Ｌの出力電圧定格を前記充電器２０Ｈの出力電圧定格よりも大幅に低減できるメリットがある。また、３個の電池モジュール２０が並列接続され、かつ、電池モジュール２０内の２個の電池セル群１Ｈが並列接続された状態で充電されるため、計６個の電池セル群１Ｈの残容量バランスを取り電池モジュール２０の放電時間の延長すなわち電気自動車の航続距離の延長に奏功するメリットもある。
The charging voltage output terminals 22u to 22w are connected in parallel so that the three battery modules 20 can be charged together in parallel, and the two battery cell groups 1H in the battery module 20 can be switched to the parallel connection state and charged. The rated voltage of the charger 20L can be reduced by half from the rated voltage during discharge, and the output voltage rating of the charger 20L can be significantly reduced from the output voltage rating of the charger 20H. In addition, since charging is performed in a state in which three battery modules 20 are connected in parallel and two battery cell groups 1H in the battery modules 20 are connected in parallel, the remaining capacity of a total of six battery cell groups 1H is There is also the advantage of extending the discharge time of the battery module 20 by balancing, ie, extending the cruising range of the electric vehicle.
前記充電電圧出力端子２２ｕないし２２ｗにおける並列接続は、前記充電電圧出力端子２２ｕないし２２ｗを予め１個の金属部品にまとめて構成して並列接続に係る配線を省略しても良い。
For the parallel connection of the charging voltage output terminals 22u to 22w, the charging voltage output terminals 22u to 22w may be integrated in advance into one metal component to omit the wiring for the parallel connection.
これによって、当該充電回路２０１では、電気自動車の航続距離の延長を目的として定格電圧が高電圧化された電池モジュール２群の充電に係る前記充電器２０Ｈの顕著なコストアップおよび入力電流の顕著な増大の課題を解決し、充電器２０Ｌのコスト及び入力電流を前記充電器２０Ｈに対し相対的に大幅に低減し、前述のモータ駆動回路２００のコストダウンも含め、電気自動車の１充電あたりの航続距離の延長、電気自動車のモータ駆動回路２００および充電回路２０１を含む全体的な大幅なコストダウン、充電器の消費電流の大幅な低減、の両立に奏功する。
As a result, in the charging circuit 201, the cost of the charger 20H for charging the two groups of battery modules whose rated voltage is increased for the purpose of extending the cruising range of the electric vehicle is significantly increased, and the input current is significantly increased. The cost of the charger 20L and the input current are greatly reduced relative to the charger 20H, and the cruising range per charge of the electric vehicle is improved, including the cost reduction of the motor drive circuit 200 described above. This is effective in extending the distance, greatly reducing the overall cost of the motor drive circuit 200 and the charging circuit 201 of the electric vehicle, and significantly reducing the current consumption of the charger.
前記絶縁性通信ライン８ａないし８ｇの詳細について次に、図８を用いて説明する。
Next, the details of the insulating communication lines 8a to 8g will be described with reference to FIG.
図８に示すように、インバータ回路１０ｕないし１０ｗＶの一方（ホスト側）がフォトカプラ８Ｈの発光部に電圧を印加し、他方（スレーブ側）がフォトカプラ８Ｈの受光部に生じた電圧を検知して前記ホスト側から前記スレーブ側への絶縁性デジタル信号の送信が成立する。フォトカプラ８Ｈはその内部の発光部の発光または停止に応じて受光部が電圧の出力または停止を行い、その電圧の高低波形を所定の絶縁性デジタル信号としてスレーブ側へ送信する。3個のインバータ回路１０の内のスレーブ側となるインバータ回路１０では、例えば、ホスト側のインバータ回路１０からフォトカプラ８を介して受信した絶縁性通信信号の指示に従い、インバータ回路１０ｕないし１０ｗがＰＷＭスイッチング制御により、所望の電気角度にずらした３個の単相交流電圧すなわち３相交流電圧を出力しその３相交流電圧をコイル１２ｕないし１２ｗに印加することができる。電気自動車を走行するための３相モータ１１の定回転制御および定トルク制御はホスト側のインバータ回路１０が主導的に行い、特に、前記絶縁性通信信号のスイッチング周波数を前記ＰＷＭ制御のスイッチング周波数よりも十分に高くすることが好ましい。
As shown in FIG. 8, one of the inverter circuits 10u to 10wV (host side) applies a voltage to the light emitting portion of the photocoupler 8H, and the other (slave side) detects the voltage generated at the light receiving portion of the photocoupler 8H. Then, transmission of the insulated digital signal from the host side to the slave side is established. In the photocoupler 8H, the light-receiving part outputs or stops the voltage according to the light emission or stop of the light-emitting part inside the photocoupler 8H, and the high-low waveform of the voltage is transmitted to the slave side as a predetermined insulating digital signal. In the inverter circuit 10 on the slave side of the three inverter circuits 10, for example, according to the instruction of the insulating communication signal received from the inverter circuit 10 on the host side via the photocoupler 8, the inverter circuits 10u to 10w are PWM By switching control, it is possible to output three single-phase AC voltages shifted by desired electrical angles, ie, three-phase AC voltages, and apply the three-phase AC voltages to the coils 12u to 12w. Constant rotation control and constant torque control of the three-phase motor 11 for running the electric vehicle are led by the inverter circuit 10 on the host side. should be sufficiently high.
モータ駆動回路２００の電池モジュール２０のモジュールコントローラ３１の制御の概略について、次に、図９を用いて説明する。
Next, the outline of the control of the module controller 31 of the battery module 20 of the motor drive circuit 200 will be described using FIG.
電池モジュール２０のモジュールコントローラ３１は、Ｓｔｅｐ１にて、絶縁性通信ライン８ａないし８ｇを用いて充電器２０Ｌと通信を行い、充電を行うか否かを検知し、前記充電を行うと判定した場合は、Ｓｔｅｐ２へ移行し、ＦＥＴ５０をオフに操作、および、ＦＥＴ４１ないし４４をオンに操作して２個の電池セル群１Ｈを並列接続状態に切り換え充電器２０Ｌによる充電に備える一方、そうでない場合は、Ｓｔｅｐ３へ移行し、ＦＥＴ５０をオンに操作、および、ＦＥＴ４１ないし４４をオフに操作して２個の電池セル群１Ｈを直列接続状態に切り換えモータ駆動回路２００による電気自動車の走行に備える。
In Step 1, the module controller 31 of the battery module 20 communicates with the charger 20L using the insulated communication lines 8a to 8g to detect whether or not charging is to be performed. , Step 2, turn off the FET 50 and turn on the FETs 41 to 44 to switch the two battery cell groups 1H to a parallel connection state and prepare for charging by the charger 20L. In Step 3, the FET 50 is turned on and the FETs 41 to 44 are turned off to switch the two battery cell groups 1H to a series connection state and prepare for running of the electric vehicle by the motor drive circuit 200. FIG.
モジュールコントローラ３１は、Ｓｔｅｐ４にて、充電中の２個の電池セル群１Ｈの内の少なくとも1個のリチウムイオン二次電池セルの電圧の検知結果より、少なくとも1個のリチウムイオン二次電池セルが満充電または過充電に相当する電圧である、シャント抵抗６１および６２の両端に現れる電圧の検知結果すなわち２個の電池セル群１Ｈにそれぞれ流れる電流の検知結果より、電池モジュール２０内の２個の電池セル群１Ｈにそれぞれ流れる電流がアンバランス状態にある、または、他の閉回路に属する他の電池モジュール２０内の２個の電池セル群１Ｈにそれぞれ流れる電流ともアンバランス状態にあり、３個の電池モジュール２０が残容量アンバランスに至る可能性があり充電不可の状態、の少なくとも１個を判定した場合は、Ｓｔｅｐ８へ移行し充電を停止する一方、そうでない場合はＳｔｅｐ６へ移行する。Ｓｔｅｐ８では、モジュールコントローラ３１から絶縁性通信ライン８ａないし８ｇを用いて充電器２０Ｌの電圧出力を停止して充電の停止を要求する充電停止要求信号を送信して前記充電を停止する方法、または、ＦＥＴ４１ないし４４をオフに操作して並列接続される２個の電池セル群１Ｈへそれぞれ流れ込む充電電流を直接遮断する方法、のいずれを用いても良い。
In Step 4, the module controller 31 determines that at least one lithium ion secondary battery cell in the two battery cell groups 1H being charged is at least one lithium ion secondary battery cell. Two battery cell groups 1H in the battery module 20 are detected based on the detection result of the voltage appearing across the shunt resistors 61 and 62, that is, the detection result of the current flowing through each of the two battery cell groups 1H. The currents flowing through the battery cell group 1H are in an unbalanced state, or the currents flowing through the two battery cell groups 1H in the other battery module 20 belonging to another closed circuit are also in an unbalanced state. If it is determined that at least one of the battery modules 20 may reach the remaining capacity imbalance and charging is not possible, the process proceeds to Step 8 and charging is stopped. Otherwise, the process proceeds to Step 6. In Step 8, a method of stopping the voltage output of the charger 20L using the insulating communication lines 8a to 8g from the module controller 31 and transmitting a charge stop request signal requesting the stop of charging to stop the charging, or Either of the methods of turning off the FETs 41 to 44 to directly cut off the charging current flowing into each of the two battery cell groups 1H connected in parallel may be used.
充電器２０Ｌ、および、電池モジュール２０ｕないし２０ｗの間の通信に絶縁性通信ライン８ａないし８ｇを用いる理由は、個々の電池モジュール２０内のモジュールコントローラ３１が充電時に並列接続された電池セル群１Ｈの、少なくとも１個のリチウムイオン二次電池セルの電圧を検出する際、仮に通信ラインが非絶縁性である場合、並列接続された３個の電池モジュール２０内の計６個の電池セル群のリチウムイオン二次電池セルの電圧を検知する電圧検知ラインを介してモジュールコントローラ３１間に不意の閉回路が形成され漏電し前記リチウムイオン二次電池セルの充電電圧検知精度が低下しリチウムイオン二次電池セルの充電時の信頼性の低下を予防するためである。モジュールコントローラ３１は、Ｓｔｅｐ６にて、絶縁性通信ライン８ａないし８ｇを用いて他の閉回路に属する他の電池モジュール２０がその充電を停止したか否かを検知し、前記他の電池モジュール２０が充電を停止したと判定した場合は、Ｓｔｅｐ８へ移行し、絶縁性通信ライン８ａないし８ｇを用いて充電停止要求信号を充電器２０Ｌへ送信し充電電を連動停止する一方、そうでない場合は、Ｓｔｅｐ４へ帰還する。前記Ｓｔｅｐ８における電池モジュール２０のモジュールコントローラ３１による充電停止は、３個の電池モジュール２０のモジュールコントローラ３１は、前記Ｓｔｅｐ６のようにそれぞれ互いに監視し合い、全ての電池モジュール２０の充電停止を連動して実行止することにより前記全ての電池モジュール２０の残容量バランスを確実に取ること、かつ、充電時の高い信頼性の確保に奏功する。
The reason why the insulated communication lines 8a to 8g are used for communication between the charger 20L and the battery modules 20u to 20w is that the module controller 31 in each battery module 20 controls the battery cell group 1H connected in parallel during charging. , when detecting the voltage of at least one lithium-ion secondary battery cell, if the communication line is non-insulating, lithium in a total of six battery cell groups in the three battery modules 20 connected in parallel An unexpected closed circuit is formed between the module controllers 31 through the voltage detection line for detecting the voltage of the ion secondary battery cell, causing an electric leakage, and the charging voltage detection accuracy of the lithium ion secondary battery cell is lowered, and the lithium ion secondary battery is damaged. This is to prevent deterioration of reliability during charging of the cell. In Step 6, the module controller 31 uses the insulating communication lines 8a to 8g to detect whether or not another battery module 20 belonging to another closed circuit has stopped charging. If it is determined that the charging has been stopped, the process proceeds to Step 8, and the charging stop request signal is transmitted to the charger 20L using the insulating communication lines 8a to 8g to stop the interlocking of the charging. return to When the module controllers 31 of the battery modules 20 stop charging in Step 8, the module controllers 31 of the three battery modules 20 monitor each other as in Step 6 and stop charging of all the battery modules 20 interlockingly. By stopping the execution, it is possible to surely balance the remaining capacities of all the battery modules 20 and ensure high reliability during charging.
これらによって、電気自動車の１充電あたりの航続距離の大幅な延長を実現するモータ駆動回路２００の電池電源である電池モジュール２０の充電を、出力電圧定格の低い充電器２０Ｌを用いて、電気自動車に搭載されるモータ駆動回路２００および充電回路２０１の全体的なコストダウン、および、充電器２０Ｌの消費電流の低減により家庭における充電器の利便性の向上、の両立を実現する。
As a result, the battery module 20, which is the battery power source for the motor drive circuit 200, can be charged using the charger 20L with a low output voltage rating, which significantly extends the cruising distance of the electric vehicle per charge. The overall cost reduction of the motor drive circuit 200 and the charging circuit 201 to be mounted and the improvement of convenience of the charger at home are realized by reducing the current consumption of the charger 20L.
以上、本実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物も含まれる。
Although the present embodiment has been described above, the above embodiment is intended to facilitate understanding of the present invention, and is not intended to limit and interpret the present invention. The present invention can be modified and improved without departing from its spirit, and the present invention also includes equivalents thereof.
２ 電池モジュール
８ 絶縁性通信ライン
２０ 電池モジュール
１００ モータ駆動回路
１０１ モータ駆動回路
１０２ 充電回路
２００ モータ駆動回路
２０１ 充電回路 2battery module 8 insulated communication line 20 battery module 100 motor drive circuit 101 motor drive circuit 102 charging circuit 200 motor drive circuit 201 charging circuit
８ 絶縁性通信ライン
２０ 電池モジュール
１００ モータ駆動回路
１０１ モータ駆動回路
１０２ 充電回路
２００ モータ駆動回路
２０１ 充電回路 2
Claims (4)
- 複数のリチウムイオン二次電池セルで成る電池セル群と、
少なくとも２個の電圧を出力する出力電圧切り換え回路と、
を備え、
放電時の定格電圧が充電時の定格電圧よりも高いことを特徴とする電池モジュール。 a battery cell group consisting of a plurality of lithium ion secondary battery cells;
an output voltage switching circuit that outputs at least two voltages;
with
A battery module, wherein a rated voltage during discharging is higher than a rated voltage during charging. - 前記電池セル群の個数は２個であり、前記２個の電池セル群は、充電時に並列接続され、放電時に直列接続される請求項１に記載の電池モジュール。 The battery module according to claim 1, wherein the number of battery cell groups is two, and the two battery cell groups are connected in parallel during charging and connected in series during discharging.
- 請求項１または２に記載の
少なくとも３個の電池モジュールから３個のインバータ回路を介してモータ駆動のために少なくとも３個のコイルに交流電力を与える、前記コイルのそれぞれについて、前記電池モジュールの充電時を除き独立した少なくとも３個の閉回路と、
前記インバータ回路間で前記コイルへの交流電圧位相を同期し、または、前記電池モジュール間で充電制御を同期する同期機構と、
を備え、
前記電池モジュールは、
複数のリチウムイオン二次電池セルで成る電池セル群と、
少なくとも２個の電圧を出力する出力電圧切り換え回路と、
を備え、
前記電池モジュールは、放電時の定格電圧が充電時の定格電圧よりも高い、
モータ駆動回路。 3. AC power is applied to at least three coils for driving a motor from at least three battery modules according to claim 1 or 2 via three inverter circuits, and charging the battery modules for each of the coils. at least three closed circuits independent except for time;
a synchronization mechanism for synchronizing AC voltage phases to the coils between the inverter circuits or synchronizing charging control between the battery modules;
with
The battery module is
a battery cell group consisting of a plurality of lithium ion secondary battery cells;
an output voltage switching circuit that outputs at least two voltages;
with
The battery module has a rated voltage during discharging that is higher than a rated voltage during charging,
motor drive circuit. - 前記電池モジュールを充電する充電器をさらに備え、
前記同期機構は、前記インバータ回路間、または、前記充電器および前記電池モジュール間で絶縁性信号が送受信される請求項３に記載のモータ駆動回路。 further comprising a charger for charging the battery module;
4. The motor drive circuit according to claim 3, wherein the synchronization mechanism transmits and receives an insulating signal between the inverter circuit or between the charger and the battery module.
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|---|---|---|---|
| PCT/JP2021/040211 WO2023073980A1 (en) | 2021-11-01 | 2021-11-01 | Battery module and motor drive circuit |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2023073980A1 true WO2023073980A1 (en) | 2023-05-04 |
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ID=86157704
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|---|---|---|---|
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|---|---|
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2019004621A (en) * | 2017-06-15 | 2019-01-10 | 株式会社東芝 | Synchronous motor system and synchronous motor system controller |
| JP2019024300A (en) * | 2017-07-21 | 2019-02-14 | 富士電機株式会社 | Power conversion system |
| JP2019080473A (en) * | 2017-10-27 | 2019-05-23 | 株式会社デンソー | Power storage system |
-
2021
- 2021-11-01 WO PCT/JP2021/040211 patent/WO2023073980A1/en unknown
Patent Citations (3)
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