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公開番号2021016234
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210212
出願番号2019129103
出願日20190711
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 20060101AFI20210115BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】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において、バッテリ切替部50は、直列接続リレー56、並列接続リレー51、並列接続リレー52、及び、並列接続リレー53を切り替えることで、第1バッテリ11及び第2バッテリ12を直列に接続する直列回路、又は、第1バッテリ11及び第2バッテリ12を並列に接続する並列回路に切り替え可能な回路である。制御部60は、第1バッテリ11及び第2バッテリ12を充電する場合、バッテリ切替部50を制御して並列回路Q1に切り替え、第1カソード端子cd1及び第1アノード端子ad1に印加される電圧に基づいて並列接続リレー51を制御し、更に、第2カソード端子cd2及び第2アノード端子ad2に印加される電圧に基づいて並列接続リレー52を制御する。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項1】
車両に搭載され電力を蓄電可能な第1バッテリと、
前記車両に搭載され電力を蓄電可能な第2バッテリと、
直列接続スイッチ、第1並列接続スイッチ、第2並列接続スイッチ、及び、第3並列接続スイッチを切り替えることで、前記第1バッテリ及び前記第2バッテリを直列に接続する直列回路、又は、前記第1バッテリ及び前記第2バッテリを並列に接続する第1並列回路に切り替え可能な切替部と、
外部充電器に接続され前記外部充電器から供給される電力を入力する入力部と、
前記切替部を制御し前記直列回路又は前記第1並列回路に切り替える制御部と、を備え、
前記直列接続スイッチは、前記第2バッテリの正極と前記第1バッテリの負極との間に設けられ前記第2バッテリの正極と前記第1バッテリの負極との間を通電又は遮断し、
前記第1並列接続スイッチは、第1寄生ダイオードを有し前記第1寄生ダイオードの第1カソード端子が前記第1バッテリの正極に接続され且つ前記第1寄生ダイオードの第1アノード端子が前記入力部の正極に接続され、前記第1バッテリの正極と前記入力部の正極との間を通電又は遮断し、
前記第2並列接続スイッチは、第2寄生ダイオードを有し前記第2寄生ダイオードの第2カソード端子が前記第2バッテリの正極に接続され且つ前記第2寄生ダイオードの第2アノード端子が前記入力部の正極に接続され、前記第2バッテリの正極と前記入力部の正極との間を通電又は遮断し、
前記第3並列接続スイッチは、前記第1バッテリの負極と前記第2バッテリの負極との間に設けられ前記第1バッテリの負極と前記第2バッテリの負極との間を通電又は遮断し、
前記制御部は、前記第1バッテリ及び前記第2バッテリを充電する場合、前記切替部を制御して前記第1並列回路に切り替え、前記第1カソード端子及び前記第1アノード端子に印加される電圧に基づいて前記第1並列接続スイッチを制御し、更に、前記第2カソード端子及び前記第2アノード端子に印加される電圧に基づいて前記第2並列接続スイッチを制御することを特徴とする電源装置。
続きを表示(約 1,000 文字)【請求項2】
前記制御部は、前記第1バッテリ及び前記第2バッテリを充電する際に、前記第1カソード端子に印加される電圧が、前記第1アノード端子に印加される電圧未満の場合、前記第1並列接続スイッチをONし、前記第1バッテリの正極と前記入力部の正極との間を通電し、
前記第1カソード端子に印加される電圧が、前記第1アノード端子に印加される電圧以上の場合、前記第1並列接続スイッチをOFFし、前記第1バッテリの正極と前記入力部の正極との間を遮断し、
前記第2カソード端子に印加される電圧が、前記第2アノード端子に印加される電圧未満の場合、前記第2並列接続スイッチをONし、前記第2バッテリの正極と前記入力部の正極との間を通電し、
前記第2カソード端子に印加される電圧が、前記第2アノード端子に印加される電圧以上の場合、前記第2並列接続スイッチをOFFし、前記第2バッテリの正極と前前記入力部の正極との間を遮断する請求項1に記載の電源装置。
【請求項3】
前記第3並列接続スイッチは、第3寄生ダイオードを有し前記第3寄生ダイオードの第3カソード端子が前記直列接続スイッチを介して前記第2バッテリの正極に接続され且つ前記第3寄生ダイオードの第3アノード端子が前記第2バッテリの負極に接続され、
前記制御部は、前記第3カソード端子に印加される電圧が、前記第3アノード端子に印加される電圧未満の場合、前記第3並列接続スイッチをONし、前記第2バッテリの正極と負極との間を通電し、
前記第3カソード端子に印加される電圧が、前記第3アノード端子に印加される電圧以上の場合、前記第3並列接続スイッチをOFFし、前記第2バッテリの正極と負極との間を遮断する請求項1又は2に記載の電源装置。
【請求項4】
前記切替部は、第4並列接続スイッチ、第5並列接続スイッチ、及び、前記第3並列接続スイッチを切り替えることで、前記第1バッテリ及び前記第2バッテリを並列に接続する第2並列回路に切り替え可能であり、
前記制御部は、前記第1バッテリ及び前記第2バッテリを充電する場合、前記切替部を制御し、前記第1並列回路又は前記第2並列回路の一方の回路により充電し且つ前記第1並列回路又は前記第2並列回路の他方の回路により充電しない請求項1〜3のいずれか1項に記載の電源装置。

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 7,500 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、第一電池モジュールと、第二電池モジュールとを備え、第一及び第二電池モジュールを充放電する場合に、第一及び第二電池モジュールの接続を直列又は並列に接続する急速充電装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2018−33263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に記載の急速充電装置は、例えば、第一及び第二電池モジュールの充電率が異なる状態で、第一及び第二電池モジュールの接続を並列に接続した場合に、適正に充電でき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、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、本発明に係るは、車両に搭載され電力を蓄電可能な第1バッテリと、前記車両に搭載され電力を蓄電可能な第2バッテリと、直列接続スイッチ、第1並列接続スイッチ、第2並列接続スイッチ、及び、第3並列接続スイッチを切り替えることで、前記第1バッテリ及び前記第2バッテリを直列に接続する直列回路、又は、前記第1バッテリ及び前記第2バッテリを並列に接続する第1並列回路に切り替え可能な切替部と、外部充電器に接続され前記外部充電器から供給される電力を入力する入力部と、前記切替部を制御し前記直列回路又は前記第1並列回路に切り替える制御部と、を備え、前記直列接続スイッチは、前記第2バッテリの正極と前記第1バッテリの負極との間に設けられ前記第2バッテリの正極と前記第1バッテリの負極との間を通電又は遮断し、前記第1並列接続スイッチは、第1寄生ダイオードを有し前記第1寄生ダイオードの第1カソード端子が前記第1バッテリの正極に接続され且つ前記第1寄生ダイオードの第1アノード端子が前記入力部の正極に接続され、前記第1バッテリの正極と前記入力部の正極との間を通電又は遮断し、前記第2並列接続スイッチは、第2寄生ダイオードを有し前記第2寄生ダイオードの第2カソード端子が前記第2バッテリの正極に接続され且つ前記第2寄生ダイオードの第2アノード端子が前記入力部の正極に接続され、前記第2バッテリの正極と前記入力部の正極との間を通電又は遮断し、前記第3並列接続スイッチは、前記第1バッテリの負極と前記第2バッテリの負極との間に設けられ前記第1バッテリの負極と前記第2バッテリの負極との間を通電又は遮断し、前記制御部は、前記第1バッテリ及び前記第2バッテリを充電する場合、前記切替部を制御して前記第1並列回路に切り替え、前記第1カソード端子及び前記第1アノード端子に印加される電圧に基づいて前記第1並列接続スイッチを制御し、更に、前記第2カソード端子及び前記第2アノード端子に印加される電圧に基づいて前記第2並列接続スイッチを制御することを特徴とする。
【0007】
上記電源装置において、前記制御部は、前記第1バッテリ及び前記第2バッテリを充電する際に、前記第1カソード端子に印加される電圧が、前記第1アノード端子に印加される電圧未満の場合、前記第1並列接続スイッチをONし、前記第1バッテリの正極と前記入力部の正極との間を通電し、前記第1カソード端子に印加される電圧が、前記第1アノード端子に印加される電圧以上の場合、前記第1並列接続スイッチをOFFし、前記第1バッテリの正極と前記入力部の正極との間を遮断し、前記第2カソード端子に印加される電圧が、前記第2アノード端子に印加される電圧未満の場合、前記第2並列接続スイッチをONし、前記第2バッテリの正極と前記入力部の正極との間を通電し、前記第2カソード端子に印加される電圧が、前記第2アノード端子に印加される電圧以上の場合、前記第2並列接続スイッチをOFFし、前記第2バッテリの正極と前前記入力部の正極との間を遮断することが好ましい。
【0008】
上記電源装置において、前記第3並列接続スイッチは、第3寄生ダイオードを有し前記第3寄生ダイオードの第3カソード端子が前記直列接続スイッチを介して前記第2バッテリの正極に接続され且つ前記第3寄生ダイオードの第3アノード端子が前記第2バッテリの負極に接続され、前記制御部は、前記第3カソード端子に印加される電圧が、前記第3アノード端子に印加される電圧未満の場合、前記第3並列接続スイッチをONし、前記第2バッテリの正極と負極との間を通電し、前記第3カソード端子に印加される電圧が、前記第3アノード端子に印加される電圧以上の場合、前記第3並列接続スイッチをOFFし、前記第2バッテリの正極と負極との間を遮断することが好ましい。
【0009】
上記電源装置において、前記切替部は、第4並列接続スイッチ、第5並列接続スイッチ、及び、前記第3並列接続スイッチを切り替えることで、前記第1バッテリ及び前記第2バッテリを並列に接続する第2並列回路に切り替え可能であり、前記制御部は、前記第1バッテリ及び前記第2バッテリを充電する場合、前記切替部を制御し、前記第1並列回路又は前記第2並列回路の一方の回路により充電し且つ前記第1並列回路又は前記第2並列回路の他方の回路により充電しないことが好ましい。
【発明の効果】
【0010】
本発明に係る電源装置は、第1バッテリの充電率と第2バッテリの充電率が異なる状態で並列回路を形成してバッテリ充電する際に、第1バッテリ又は第2バッテリの一方から他方に逆流する電流を抑制することができ、この結果、適正に充放電することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
図1は、実施形態に係る電源装置の構成例を示す概略図である。
図2は、実施形態に係る電源装置の一部の構成例を示す概略図である。
図3は、実施形態に係る直列回路の構成例を示す概略図である。
図4は、実施形態に係る並列回路の構成例を示す概略図である。
図5は、実施形態に係る電源装置の一部の構成例を示す回路図である。
図6は、実施形態に係る電圧モニター回路の構成例を示す回路図である。
図7は、実施形態に係る電圧モニター回路の構成例を示す回路図である。
図8は、実施形態に係る400V充電の動作例を示すフローチャートである。
図9は、実施形態の変形例に係る電源装置の構成例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
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。
【0013】
〔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の構成例を示す概略図である。図2は、実施形態に係る電源装置1の一部の構成例を示す概略図である。図3は、実施形態に係る直列回路Pの構成例を示す概略図である。図4は、実施形態に係る並列回路Q1の構成例を示す概略図である。図5は、実施形態に係る電源装置1の一部の構成例を示す回路図である。図6は、実施形態に係る電圧モニター回路61の構成例を示す回路図である。図7は、実施形態に係る電圧モニター回路63の構成例を示す回路図である。
【0014】
電源装置1は、車両に搭載され、当該車両に設けられたフロントPCU(Power Control Unit)3、リアPCU4等の負荷部に電力を供給するものである。ここで、車両は、例えば、EV(Electric Vehicle)、HEV(Hybrid Electric Vehicle)、PHEV(Plug−in Hybrid Electric Vehicle)等の電動車両である。電源装置1は、例えば、外部充電器のコネクタが車両の400Vインレット21に接続され、400Vインレット21を介して外部充電器から供給される電力をバッテリユニット10に充電する。そして、電源装置1は、充電した電力をフロントPCU3及びリアPCU4等の負荷部に供給する。以下、電源装置1について詳細に説明する。
【0015】
電源装置1は、例えば、図1〜図5に示すように、バッテリユニット10と、入力部としての400Vインレット21と、メイン切替部30と、充電切替部40と、切替部としてのバッテリ切替部50と、制御部60とを備える。
【0016】
バッテリユニット10は、直流電力を充放電可能な蓄電池の集合体である。バッテリユニット10は、例えば、第1バッテリ11と、第2バッテリ12とを含んで構成される。第1バッテリ11は、直流電力を充放電可能な蓄電池であり、複数の電池セルを有する。各電池セルは、それぞれが充放電可能な二次電池で構成され、例えば、リチウムイオン電池で構成されている。各電池セルは、隣接する電池セルと互いに直列に接続されている。
【0017】
第2バッテリ12は、上述の第1バッテリ11と同等に構成されている。つまり、第2バッテリ12は、直流電力を充放電可能な蓄電池であり、複数の電池セルを有する。第2バッテリ12の各電池セルは、それぞれが充放電可能な二次電池で構成され、例えば、リチウムイオン電池で構成されている。第2バッテリ12の各電池セルは、隣接する電池セルと互いに直列に接続されている。第2バッテリ12は、第1バッテリ11と同等の放電容量を有している。
【0018】
バッテリユニット10は、第1バッテリ11及び第2バッテリ12が直列に接続された直列回路P(図3参照)、又は、並列に接続された並列回路Q1(図4参照)に切り替えられる。バッテリユニット10は、直列回路P又は並列回路Q1に切り替えられた状態で外部充電器に接続され、当該外部充電器から供給される電力を充電する。また、バッテリユニット10は、直列回路Pに切り替えられた状態でフロントPCU3及びリアPCU4に接続され、充電した電力をフロントPCU3及びリアPCU4に供給する。
【0019】
充電インレット20は、外部充電器から供給される電力を入力する充電ポートである。充電インレット20は、入力部としての400Vインレット21と、800Vインレット22とを含んで構成される(図1参照)。400Vインレット21は、400Vの電圧の外部充電器に対応している。400Vインレット21は、充電切替部40(充電リレー41、並列接続リレー51)を介してバッテリユニット10に接続されている。400Vインレット21は、外部充電器のコネクタが挿し込まれることで当該外部充電器に電気的に接続され、当該外部充電器から供給される電力を入力する。400Vインレット21は、入力した電力を充電切替部40を介してバッテリユニット10に出力する。
【0020】
800Vインレット22は、800Vの電圧の外部充電器に対応している。800Vインレット22は、充電切替部40(充電リレー43、44)を介してバッテリユニット10に接続されている。800Vインレット22は、外部充電器のコネクタが挿し込まれることで当該外部充電器に電気的に接続され、当該外部充電器から供給される電力を入力する。800Vインレット22は、入力した電力を充電切替部40を介してバッテリユニット10に出力する。
【0021】
メイン切替部30は、バッテリユニット10と、フロントPCU3及びリアPCU4との間で流れる電流を通電又は遮断するものである。メイン切替部30は、メインリレー31と、メインリレー32と、メインリレー33と、メインリレー34とを含んで構成される。メインリレー31〜34は、例えば、Nチャネル型のMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-effect transistor)であり、電流を通電又は遮断する。メインリレー31は、第1バッテリ11の正極とフロントPCU3の正極との間に設けられている。メインリレー31は、制御部60によりONされ、第1バッテリ11の正極からフロントPCU3に流れる電流を通電する。また、メインリレー31は、制御部60によりOFFされ、第1バッテリ11の正極からフロントPCU3に流れる電流を遮断する。メインリレー32は、第2バッテリ12の負極とフロントPCU3の負極との間に設けられている。メインリレー32は、制御部60によりONされ、第2バッテリ12の負極からフロントPCU3に流れる電流を通電する。また、メインリレー32は、制御部60によりOFFされ、第2バッテリ12の負極からフロントPCU3に流れる電流を遮断する。
【0022】
メインリレー33は、第1バッテリ11の正極とリアPCU4の正極との間に設けられている。メインリレー31は、制御部60によりONされ、第1バッテリ11の正極からリアPCU4に流れる電流を通電する。また、メインリレー31は、制御部60によりOFFされ、第1バッテリ11の正極からリアPCU4に流れる電流を遮断する。メインリレー34は、第2バッテリ12の負極とリアPCU4の負極との間に設けられている。メインリレー34は、制御部60によりONされ、第2バッテリ12の負極からリアPCU4に流れる電流を通電する。また、メインリレー34は、制御部60によりOFFされ、第2バッテリ12の負極からリアPCU4に流れる電流を遮断する。
【0023】
充電切替部40は、充電インレット20とバッテリユニット10との間で流れる電流を通電又は遮断するものである。充電切替部40は、充電リレー41と、並列接続リレー51と、充電リレー43と、充電リレー44とを含んで構成される。充電リレー41、43、44及び並列接続リレー51は、例えば、Nチャネル型のMOSFETであり、電流を通電又は遮断する。
【0024】
並列接続リレー51は、第1バッテリ11の正極と400Vインレット21の正極との間に設けられている。並列接続リレー51は、制御部60によりONされ、第1バッテリ11の正極から400Vインレット21の正極に流れる電流を通電する。また、並列接続リレー51は、制御部60によりOFFされ、第1バッテリ11の正極から400Vインレット21の正極に流れる電流を遮断する。
【0025】
充電リレー41は、第1及び第2バッテリ11、12の負極と400Vインレット21の負極との間に設けられている。充電リレー41は、制御部60によりONされ、第1及び第2バッテリ11、12の負極から400Vインレット21の負極に流れる電流を通電する。また、充電リレー41は、制御部60によりOFFされ、第1及び第2バッテリ11、12の負極から400Vインレット21の負極に流れる電流を遮断する。
【0026】
充電リレー43は、第1バッテリ11の正極と800Vインレット22の正極との間に設けられている。充電リレー43は、制御部60によりONされ、第1バッテリ11の正極から800Vインレット22の正極に流れる電流を通電する。また、充電リレー43は、制御部60によりOFFされ、第1バッテリ11の正極から800Vインレット22の正極に流れる電流を遮断する。
【0027】
充電リレー44は、第2バッテリ12の負極と800Vインレット22の負極との間に設けられている。充電リレー44は、制御部60によりONされ、第2バッテリ12の負極から800Vインレット22の負極に流れる電流を通電する。また、充電リレー44は、制御部60によりOFFされ、第2バッテリ12の負極から800Vインレット22の負極に流れる電流を遮断する。
【0028】
バッテリ切替部50は、第1バッテリ11と第2バッテリ12との接続を切り替えるものである。バッテリ切替部50は、並列接続リレー51と、並列接続リレー52と、並列接続リレー53と、直列接続リレー56とを含んで構成される。
【0029】
直列接続リレー56は、第2バッテリ12の正極と第1バッテリ11の負極との間に設けられている。直列接続リレー56は、制御部60によりONされ、第2バッテリ12の正極と第1バッテリ11の負極との間を通電する。また、直列接続リレー56は、制御部60によりOFFされ、第2バッテリ12の正極と第1バッテリ11の負極との間を遮断する。
【0030】
並列接続リレー51は、第1バッテリ11の正極と400Vインレット21の正極との間に設けられている。並列接続リレー51は、第1寄生ダイオードD1を有し、当該第1寄生ダイオードD1の第1カソード端子cd1が第1バッテリ11の正極に接続され、且つ、第1寄生ダイオードD1の第1アノード端子ad1が400Vインレット21の正極及び第2バッテリ12の正極に接続されている。並列接続リレー51は、制御部60によりONされ、第1バッテリ11の正極と、400Vインレット21の正極及び第2バッテリ12の正極との間を通電する。また、並列接続リレー51は、制御部60によりOFFされ、第1バッテリ11の正極と、400Vインレット21の正極及び第2バッテリ12の正極との間を遮断する。
(【0031】以降は省略されています)

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