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公開番号2021010251
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210128
出願番号2019123498
出願日20190702
発明の名称電源装置
出願人矢崎総業株式会社
代理人特許業務法人虎ノ門知的財産事務所
主分類H02J 7/00 20060101AFI20201225BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】第1及び第2電池モジュールの電力を適正に充放電することができる電源装置を提供する。
【解決手段】電源装置1は、電力を充放電可能な第1バッテリ10及び第2バッテリ20と、バッテリ接続用のスイッチ31と、制御部60と、総電圧検出部40と、単電圧検出部50とを備える。バッテリ接続用のスイッチ31は、第1バッテリ10と第2バッテリ20との接続を切り替える。制御部60は、バッテリ接続用のスイッチ31を制御し、第1バッテリ10及び第2バッテリ20を直列に接続した直列回路、又は、第1バッテリ10及び第2バッテリ20を並列に接続した並列回路を形成する。総電圧検出部40は、第1バッテリ10及び第2バッテリ20を含む直列回路の電圧を検出する。単電圧検出部50は、総電圧検出部40とは異なる電圧検出部であり、第1バッテリ10及び第2バッテリ20を含む並列回路の電圧を検出する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
電力を充放電可能な第1電池モジュール及び第2電池モジュールと、
前記第1電池モジュールと前記第2電池モジュールとの接続を切り替える切替スイッチと、
前記切替スイッチを制御し、前記第1電池モジュール及び前記第2電池モジュールを直列に接続した直列回路、又は、前記第1電池モジュール及び前記第2電池モジュールを並列に接続した並列回路を形成する制御部と、
前記第1電池モジュール及び前記第2電池モジュールを含む前記直列回路の電圧を検出する直列用の電圧検出器と、
前記直列用の電圧検出器とは異なる電圧検出器であり前記第1電池モジュール及び前記第2電池モジュールを含む前記並列回路の電圧を検出する並列用の電圧検出器と、
を備えることを特徴とする電源装置。
続きを表示(約 230 文字)【請求項2】
前記並列用の電圧検出器は、前記直列用の電圧検出器よりも分解能が高い請求項1に記載の電源装置。
【請求項3】
前記制御部は、前記直列回路及び前記並列回路において、前記第1電池モジュール及び前記第2電池モジュールの充電率が許容上限閾値に到達するまで充電するように制御し、
前記並列回路を形成した場合における前記許容上限閾値は、前記直列回路を形成した場合における前記許容上限閾値よりも高い請求項1又は2に記載の電源装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、電源装置に関する。
続きを表示(約 8,000 文字)【背景技術】
【0002】
従来、電源装置として、例えば、特許文献1には、複数のバッテリを電気自動車に搭載し、走行時には複数のバッテリを並列に接続し、充電時には複数のバッテリを直列に接続する電気自動車のバッテリ制御装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2018−85790号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、上述の特許文献1に記載の電気自動車のバッテリ制御装置は、例えば、複数のバッテリの電圧を精度よく検出し、複数のバッテリが許容する最大の充電量まで充電することが望まれている。
【0005】
そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、第1及び第2電池モジュールの電力を適正に充放電することができる電源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る電源装置は、電力を充放電可能な第1電池モジュール及び第2電池モジュールと、前記第1電池モジュールと前記第2電池モジュールとの接続を切り替える切替スイッチと、前記切替スイッチを制御し、前記第1電池モジュール及び前記第2電池モジュールを直列に接続した直列回路、又は、前記第1電池モジュール及び前記第2電池モジュールを並列に接続した並列回路を形成する制御部と、前記第1電池モジュール及び前記第2電池モジュールを含む前記直列回路の電圧を検出する直列用の電圧検出器と、前記直列用の電圧検出器とは異なる電圧検出器であり前記第1電池モジュール及び前記第2電池モジュールを含む前記並列回路の電圧を検出する並列用の電圧検出器と、を備えることを特徴とする。
【0007】
上記電源装置において、前記並列用の電圧検出器は、前記直列用の電圧検出器よりも分解能が高いことが好ましい。
【0008】
上記電源装置において、前記制御部は、前記直列回路及び前記並列回路において、前記第1電池モジュール及び前記第2電池モジュールの充電率が許容上限閾値に到達するまで充電するように制御し、前記並列回路を形成した場合における前記許容上限閾値は、前記直列回路を形成した場合における前記許容上限閾値よりも高いことが好ましい。
【発明の効果】
【0009】
本発明に係る電源装置は、直列回路及び並列回路のそれぞれの電圧を検出する場合に適した電圧検出器を適用することができ、直列回路及び並列回路のそれぞれの電圧を精度よく検出することができる。この結果、電源装置は、第1及び第2電池モジュールの電力を適正に充放電することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
図1は、実施形態に係る電源装置の構成例を示すブロック図である。
図2は、実施形態に係る総電圧検出部及び単電圧検出部による誤差範囲を示す図である。
図3は、実施形態に係る直列回路の電圧の検出例を示すブロック図である。
図4は、実施形態に係る並列回路の電圧の検出例を示すブロック図である。
図5は、実施形態に係る電源装置の動作例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0011】
本発明を実施するための形態(実施形態)につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。更に、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。
【0012】
〔実施形態〕
図面を参照しながら実施形態に係る電源装置1について説明する。図1は、実施形態に係る電源装置1の構成例を示すブロック図である。図2は、実施形態に係る総電圧検出部40及び単電圧検出部50による誤差範囲W1、W2を示す図である。図3は、実施形態に係る直列回路Pの電圧の検出例を示すブロック図である。図4は、実施形態に係る並列回路Qの電圧の検出例を示すブロック図である。
【0013】
電源装置1は、例えば、電気車両(EV)、ハイブリッド車両(HEV)、プラグインハイブリッド車両(PHEV)等の車両に搭載される。電源装置1は、外部充電器から供給される電力を充電し、充電した電力をモータMに供給するものである。電源装置1は、例えば、350kW(800V)の超急速充電器2、150kW(400V)の急速充電器、11kW(22kW)の家庭用充電器等に接続され電力が供給される。電源装置1は、図1に示すように、第1電池モジュールとしての第1バッテリ10と、第2電池モジュールとしての第2バッテリ20と、スイッチ部30と、直列用の電圧検出器としての総電圧検出部40と、並列用の電圧検出器としての単電圧検出部50と、制御部60とを備える。
【0014】
第1バッテリ10は、電力を充放電可能な蓄電池である。第1バッテリ10は、例えば電圧が最大500Vのリチウムイオン電池であり、複数の電池セルが直列に接続されることで構成されている。第1バッテリ10は、後述するバッテリ接続用のスイッチ31を介して第2バッテリ20に直列又は並列に接続される。
【0015】
第2バッテリ20は、電力を充放電可能な蓄電池である。第2バッテリ20は、例えば電圧が最大500Vのリチウムイオン電池であり、複数の電池セルが直列に接続されることで構成されている。第2バッテリ20は、第1バッテリ10と同等の容量であり、バッテリ接続用のスイッチ31を介して第1バッテリ10に直列又は並列に接続される。
【0016】
スイッチ部30は、切替スイッチとしてのバッテリ接続用のスイッチ31と、充電器接続用のスイッチ32と、モータ接続用のスイッチ33とを有する。バッテリ接続用のスイッチ31は、第1バッテリ10と第2バッテリ20との接続を切り替え、第1バッテリ10及び第2バッテリ20が直列に接続された直列回路P(図3参照)、又は、第1バッテリ10及び第2バッテリ20が並列に接続された並列回路Q(図4参照)を形成するものである。バッテリ接続用のスイッチ31は、スイッチ31a、31b、31c、31dを有する。スイッチ31aは、第1バッテリ10の正極側に配置され、固定接点n1と、選択接点n2と、選択接点n3とを有する。固定接点n1は、第1バッテリ10の正極に接続され、選択接点n2は、第2バッテリ20の負極に接続され、選択接点n3は、急速/家庭用充電器3及び第2バッテリ20の正極に接続される。
【0017】
スイッチ31bは、第1バッテリ10の負極側に配置され、固定接点n4と、選択接点n5と、選択接点n6とを有する。固定接点n4は、第1バッテリ10の負極に接続され、選択接点n5は、超急速充電器2及びモータMに接続され、選択接点n6は、急速/家庭用充電器3及び第2バッテリ20の負極に接続される。
【0018】
スイッチ31cは、第2バッテリ20の正極側に配置され、固定接点n7と、選択接点n8と、選択接点n9とを有する。固定接点n7は、第2バッテリ20の正極に接続され、選択接点n8は、超急速充電器2及びモータMに接続され、選択接点n9は、急速/家庭用充電器3及び第1バッテリ10の正極に接続される。
【0019】
スイッチ31dは、第2バッテリ20の負極側に配置され、固定接点n10と、選択接点n11と、選択接点n12を有する。固定接点n10は、第2バッテリ20の負極に接続され、選択接点n11は、第1バッテリ10の正極に接続され、選択接点n12は、急速/家庭用充電器3及び第1バッテリ10の負極に接続される。
【0020】
充電器接続用のスイッチ32は、超急速充電器2及び急速/家庭用充電器3と、第1バッテリ10及び第2バッテリ20との電気的な接続を切り替えるものである。充電器接続用のスイッチ32は、スイッチ32a、32b、32c、32dを有する。スイッチ32a、32bは、第1及び第2バッテリ10、20を含む直列回路Pと、超急速充電器2との電気的な接続を切り替えるスイッチである。スイッチ32aは、直列回路Pにおいて第2バッテリ20の正極に接続され、スイッチ32bは、直列回路Pにおいて第1バッテリ10の負極に接続される。電源装置1は、超急速充電器2のコネクタが車両の超急速用のインレットに装着され、スイッチ32a、32bをONすることで、直列回路Pを構成する第1及び第2バッテリ10、20を超急速充電する。一方、電源装置1は、スイッチ32a、32bをOFFすることで、直列回路Pを構成する第1及び第2バッテリ10、20への超急速充電を停止する。
【0021】
スイッチ32c、32dは、第1及び第2バッテリ10、20を含む並列回路Qと、急速/家庭用充電器3との電気的な接続を切り替えるスイッチである。スイッチ32cは、並列回路Qにおいて第1及び第2バッテリ10、20の正極に接続され、スイッチ32dは、並列回路Qにおいて第1及び第2バッテリ10、20の負極に接続される。電源装置1は、例えば、急速/家庭用充電器3のコネクタが車両の急速用のインレットに装着され、スイッチ32c、32dをONすることで、並列回路Qを構成する第1及び第2バッテリ10、20を急速充電する。一方、電源装置1は、スイッチ32c、32dをOFFすることで、並列回路Qを構成する第1及び第2バッテリ10、20への急速充電を停止する。
【0022】
モータ接続用のスイッチ33は、第1バッテリ10及び第2バッテリ20と、モータMとの電気的な接続を切り替えるものである。モータ接続用のスイッチ33は、スイッチ33a、33bを有する。スイッチ33a、33bは、第1バッテリ10及び第2バッテリ20を含む直列回路Pと、モータMとの電気的な接続を切り替えるスイッチである。スイッチ33aは、直列回路Pにおいて第2バッテリ20の正極に接続され、スイッチ32bは、直列回路Pにおいて第1バッテリ10の負極に接続される。電源装置1は、スイッチ33a、33bをONすることで、直列回路Pを構成する第1及び第2バッテリ10、20からモータMに電力を供給する。一方、電源装置1は、スイッチ32a、32bをOFFすることで、直列回路Pを構成する第1及び第2バッテリ10、20からモータMへの電力供給を停止する。
【0023】
総電圧検出部40は、第1バッテリ10及び第2バッテリ20を含む直列回路Pの電圧を検出するものである。総電圧検出部40は、単電圧検出部50よりも分解能が低く、且つ、電圧の検出範囲が単電圧検出部50による電圧の検出範囲よりも広い。ここで、分解能とは、電圧等の物理量を識別できる能力である。一般的に、分解能が高ければより細かく物理量を検出することができるが、検出する物理量の検出範囲が狭くなる。一方で、分解能が低ければ細かく物理量を検出することができないが、検出する物理量の検出範囲が広くなる。総電圧検出部40は、当該総電圧検出部40の検出範囲が、例えば0V〜1280Vであり、当該総電圧検出部40の検出誤差が、例えば±10Vであり、3%程度の充電率のマージンが必要となる。
【0024】
総電圧検出部40は、第2バッテリ20の負極に第1バッテリ10の正極が接続された直列回路Pにおいて、一端が第2バッテリ20の正極に接続され、他端が第1バッテリ10の負極に接続されている。総電圧検出部40は、この直列回路Pにおいて、分解能が低く広い電圧検出範囲で、第2バッテリ20の正極と第1バッテリ10の負極との電位差を検出する。総電圧検出部40は、制御部60に接続され、検出した電位差を表す電圧値を当該制御部60に出力する。
【0025】
単電圧検出部50は、総電圧検出部40とは異なる電圧検出器であり、第1バッテリ10及び第2バッテリ20を含む並列回路Qの電圧を検出するものである。単電圧検出部50は、総電圧検出部40よりも分解能が高く、且つ、電圧の検出範囲が総電圧検出部40による電圧の検出範囲よりも狭い。単電圧検出部50は、当該単電圧検出部50の検出範囲が、例えば0V〜640Vであり、当該単電圧検出部50の検出誤差が、例えば±5Vであり、1.5%程度の充電率のマージンが必要となる。単電圧検出部50は、総電圧検出部40よりも充電率のマージンを1.5%少なくすることができる。このように、電源装置1は、充電率のマージンを1.5%少なくすることができれば、例えば、100%満充電状態から500km走行可能なEVにおいて、33km程度の走行距離を稼ぐことができる。
【0026】
単電圧検出部50は、第1バッテリ10及び第2バッテリ20の正極同士が接続され、且つ、第1バッテリ10及び第2バッテリ20の負極同士が接続された並列回路Qにおいて、一端が第1及び第2バッテリ10、20の正極に接続され、他端が第1及び第2バッテリ10、20の負極に接続されている。単電圧検出部50は、この並列回路Qにおいて、分解能が高く狭い電圧検出範囲で、第1及び第2バッテリ10、20の正極と第1及び第2バッテリ10、20の負極との電位差を検出する。単電圧検出部50は、総電圧検出部40よりも分解能が高いので、図2に示すように、当該単電圧検出部50による電圧検出の誤差範囲W1を、総電圧検出部40による電圧検出の誤差範囲W2よりも小さくすることができる。単電圧検出部50は、制御部60に接続され、検出した電位差を表す電圧値を当該制御部60に出力する。
【0027】
制御部60は、スイッチ部30を制御するものである。制御部60は、CPU、記憶部を構成するROM、RAM及びインターフェースを含む周知のマイクロコンピュータを主体とする電子回路を含んで構成される。制御部60は、モータ接続用のスイッチ33を制御し、第1バッテリ10及び第2バッテリ20を含む直列回路Pと、モータMとの電気的な接続を切り替える。制御部60は、充電器接続用のスイッチ32a、32bを制御し、第1及び第2バッテリ10、20を含む直列回路Pと、超急速充電器2との電気的な接続を切り替える。制御部60は、充電器接続用のスイッチ32c、32dを制御し、第1及び第2バッテリ10、20を含む並列回路Qと、急速/家庭用充電器3との電気的な接続を切り替える。制御部60は、バッテリ接続用のスイッチ31を制御し、第1バッテリ10及び第2バッテリ20が直列に接続された直列回路P、又は、第1バッテリ10及び第2バッテリ20が並列に接続された並列回路Qを形成する。
【0028】
制御部60は、例えば、超急速充電器2のコネクタが車両の超急速用のインレットに装着されたことを検出した場合、バッテリ接続用のスイッチ31を制御し、第1バッテリ10及び第2バッテリ20を直列に接続して直列回路Pを形成する。具体的には、制御部60は、図3に示すように、固定接点n7及び選択接点n8を接続し、固定接点n10及び選択接点n11を接続し、選択接点n2及び固定接点n1を接続し、固定接点n4及び選択接点n5を接続して直列回路Pを形成する。そして、制御部60は、充電器接続用のスイッチ32a、32bをONし、超急速充電器2と直列回路Pとを電気的に接続する。そして、制御部60は、超急速充電器2から供給される電力を、直列回路Pを構成する第1及び第2バッテリ10、20に充電する。このとき、制御部60は、第1バッテリ10及び第2バッテリ20の充電率が許容上限閾値に到達するまで充電するように制御する。一般的に、バッテリは、劣化や破損などを考慮して100%の充電率よりも小さい充電率(例えば80%程度)を充電時の上限閾値としている。そして、直列回路Pを形成した場合における充電率の許容上限閾値は、総電圧検出部40の分解能による誤差を考慮して、充電時の上限閾値(80%)よりも小さい閾値(例えば70%程度)に設定されている。制御部60は、総電圧検出部40により検出された電圧等に基づいて充電率を推定し、推定した充電率が直列用の許容上限閾値(例えば70%程度)に到達した場合、充電器接続用のスイッチ32a、32bをOFFし、超急速充電器2と直列回路Pとを電気的に遮断して、充電を完了する。なお、制御部60は、超急速充電器2により第1及び第2バッテリ10、20を充電する場合、モータ接続用のスイッチ33をOFFする。
【0029】
また、制御部60は、急速/家庭用充電器3のコネクタが車両の急速用のインレットに装着されたことを検出した場合、バッテリ接続用のスイッチ31を制御し、第1バッテリ10及び第2バッテリ20を並列に接続して並列回路Qを形成する。具体的には、制御部60は、図4に示すように、固定接点n1及び選択接点n3を接続し、固定接点n7及び選択接点n9を接続し、固定接点n4及び選択接点n6を接続し、固定接点n10及び選択接点n12を接続して並列回路Qを形成する。そして、制御部60は、充電器接続用のスイッチ32c、32dをONし、急速/家庭用充電器3と並列回路Qとを電気的に接続する。そして、制御部60は、急速/家庭用充電器3から供給される電力を、並列回路Qを構成する第1及び第2バッテリ10、20に充電する。このとき、制御部60は、第1バッテリ10及び第2バッテリ20の充電率が許容上限閾値に到達するまで充電するように制御する。並列回路Qを形成した場合における許容上限閾値は、直列回路Pを形成した場合における許容上限閾値よりも高く設定されており、例えば、80%程度に設定されている。
【0030】
これは、単電圧検出部50は、総電圧検出部40よりも分解能が高いので、総電圧検出部40よりも分解能による誤差を小さくすることができる。これにより、単電圧検出部50は、総電圧検出部40よりも電圧を精度よく検出することができるので、直列用の許容上限閾値(例えば70%程度)よりも並列用の許容上限閾値(例えば80%程度)を大きくすることができ、充電の上限閾値まで充電することができる。制御部60は、総電圧検出部40により検出された電圧等に基づいて充電率を推定し、推定した充電率が並列用の許容上限閾値(例えば80%程度)に到達した場合、充電器接続用のスイッチ32c、32dをOFFし、急速/家庭用充電器3と並列回路Qとを電気的に遮断して、充電を完了する。なお、制御部60は、急速/家庭用充電器3により第1及び第2バッテリ10、20を充電する場合、モータ接続用のスイッチ33をOFFする。
(【0031】以降は省略されています)

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