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公開番号2021058062
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210408
出願番号2019181857
出願日20191002
発明の名称バッテリ装置
出願人スズキ株式会社
代理人個人,個人
主分類H02J 7/02 20160101AFI20210312BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】バッテリ装置を停止させる際に均等化処理を行った場合でも装置の電源を迅速にオフさせることができ、且つ、該均等化処理を簡易な構成で実行することができる。
【解決手段】複数のバッテリセルをそれぞれが有する、複数のバッテリモジュールと、複数のバッテリモジュールの電位を均等化するモジュールバランシング及び複数のバッテリセルの電位を均等化するセルバランシングを実行する均等化部62,63と、を備える。均等化部62は、複数のバッテリモジュールを出力可能状態にして並列に接続し、モジュールバランシングを実行する。その後、均等化部63は、複数のバッテリモジュールを出力不可状態にし、複数のバッテリモジュールを並列に接続した状態で外部蓄電池に接続する。均等化部63は、外部蓄電池からの電力により複数のバッテリモジュールのセルバランシング回路を作動させて、セルバランシング回路にセルバランシングを実行させる。
【選択図】図6

特許請求の範囲【請求項1】
複数のバッテリセルをそれぞれが有する、複数のバッテリモジュールを備えるバッテリ装置であって、
前記複数のバッテリモジュールの電位を均等化するモジュールバランシングと、前記複数のバッテリセルの電位を均等化するセルバランシングと、を実行する均等化部を備え、
前記均等化部は、
前記複数のバッテリモジュールを電力の出力が可能な出力可能状態にし、前記出力可能状態の前記複数のバッテリモジュールを並列に接続して前記モジュールバランシングを実行し、
前記モジュールバランシングが終了した後、前記複数のバッテリモジュールを電力の出力が不可である出力不可状態にし、前記出力不可状態の前記複数のバッテリモジュールを並列に接続した状態で外部蓄電池に接続し、前記外部蓄電池から供給される電力により前記複数のバッテリモジュールそれぞれが有するセルバランシング回路を作動させて、該セルバランシング回路に前記セルバランシングを実行させることを特徴とするバッテリ装置。
続きを表示(約 380 文字)【請求項2】
前記均等化部は、前記複数のバッテリモジュールの前記出力可能状態と前記出力不可状態とを通信コマンドにより制御し、
前記複数のバッテリモジュールは、前記均等化部から送信される前記通信コマンドに従って、前記出力可能状態と前記出力不可状態とを切り替える出力制御部をさらに有することを特徴とする請求項1に記載のバッテリ装置。
【請求項3】
前記通信コマンドが、CANの通信プロトコルに従った通信コマンドであることを特徴とする請求項2に記載のバッテリ装置。
【請求項4】
前記均等化部は、前記複数のバッテリモジュールのそれぞれに対して順次前記通信コマンドを送信する際、一のバッテリモジュールに対して前記通信コマンドを送信した後、前記一のバッテリモジュールとの接続を遮断する請求項2または請求項3に記載のバッテリ装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、バッテリ装置に関する。
続きを表示(約 8,500 文字)【背景技術】
【0002】
複数のセルを直列に接続してなる複数の電池モジュールを備え、各電池モジュールを直列または並列に接続して所望の電力を供給する電池装置が知られている(特許文献1参照)。このような電池装置では、使用に伴って、各電池モジュールの電位にばらつきが発生する。電池モジュールの電位にばらつきがある状態で充放電が行われると、電位が低い電池モジュールが過放電状態になったり、電位が高い電池モジュールが過充電状態になったりして、電池モジュールを劣化させる可能性がある。
【0003】
したがって、上記のような電池装置は、各電池モジュールの電位を均等化する均等化処理(モジュールバランシング)を所定のタイミングで行うようにしている。また、電位のばらつきは電池モジュール内のセル間においても発生するため、上記のような電池装置では、モジュールバランシングを行う際に、電池モジュール内の各セルの電位を均等化する均等化処理(セルバランシング)も行うようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
特開2006−304394号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上記のような電池装置は、通常、装置を停止させる際に均等化処理を実行し、均等化処理終了後に装置の電源をオフする。したがって、上記のような電池装置では、均等化処理が終了するまで装置の電源をオフすることができず、迅速に装置を停止させることができなかった。このような問題に対して、装置の電源をオフした後に鉛蓄電池等の外部電源を用いて均等化処理を実行する方法も考えられる。しかし、外部電源と各電池モジュールとの接続の方法によっては必要となる電源電圧の外部電源を複数個用意しなければならず、コストを増大させる可能性があった。
【0006】
本発明は例えば上述したような問題に鑑みなされたものであり、本発明の課題は、装置を停止させる際に均等化処理を行った場合でも装置の電源を迅速にオフさせることができ、且つ、該均等化処理を簡易な構成で実行することができるバッテリ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記課題を解決するために、本発明のバッテリ装置は、複数のバッテリセルをそれぞれが有する、複数のバッテリモジュールを備えるバッテリ装置であって、前記複数のバッテリモジュールの電位を均等化するモジュールバランシングと、前記複数のバッテリセルの電位を均等化するセルバランシングと、を実行する均等化部を備え、前記均等化部は、前記複数のバッテリモジュールを電力の出力が可能な出力可能状態にし、前記出力可能状態の前記複数のバッテリモジュールを並列に接続して前記モジュールバランシングを実行し、前記モジュールバランシングが終了した後、前記複数のバッテリモジュールを電力の出力が不可である出力不可状態にし、前記出力不可状態の前記複数のバッテリモジュールを並列に接続した状態で外部蓄電池に接続し、前記外部蓄電池から供給される電力により前記複数のバッテリモジュールそれぞれが有するセルバランシング回路を作動させて、該セルバランシング回路に前記セルバランシングを実行させることを特徴とする。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、装置を停止させる際に均等化処理を行った場合でも装置の電源を迅速にオフさせることができ、且つ、該均等化処理を簡易な構成で実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
本発明の実施例のバッテリ装置の回路構成を示す図である。
本発明の実施例のバッテリ装置が備えるバッテリモジュールの構成の一例を示す図である。
本発明の実施例のバッテリ装置が車両に搭載されている様子を示す図である。
本発明の実施例のバッテリ装置を各動作モードで動作させるための手順を示すフローチャートである。
本発明の実施例のバッテリ装置を各動作モードで動作させるための手順を示すフローチャートである。
本発明の実施例のバッテリ装置が備える制御部の機能ブロックの一例を示す図である。
本発明の実施例のバッテリ装置の各機能を実現する際の各リレーの状態を示す図である。
本発明の実施例のバッテリ装置における遅延回路の配置を示す図である。
本発明の実施例のバッテリ装置が実行する均等化処理の流れ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】
【0010】
本発明の一実施の形態に係るバッテリ装置は、内蔵する複数のバッテリモジュールの電位を均等化するモジュールバランシングと、各バッテリモジュールが内蔵する複数のバッテリセルの電位を均等化するセルバランシングと、を実行する均等化部を備える。均等化部は、複数のバッテリモジュールを並列に接続してモジュールバランシングを実行する。また、均等化部は、モジュールバランシングを行った後、複数のバッテリモジュールを並列に接続した状態で外部蓄電池に接続する。そして、均等化部は、外部蓄電池から供給される電力により複数のバッテリモジュールそれぞれが有するセルバランシング回路を作動させて、該セルバランシング回路にセルバランシングを実行させる。
【0011】
これにより、本発明の一実施の形態に係るバッテリ装置は、モジュールバランシングが終了していれば、セルバランシングの終了を待たずに電源をオフすることができる。よって、バッテリ装置を迅速に停止させることができる。また、セルバランシングよりも処理時間が短いモジュールバランシングを先に実行するようにしているので、バッテリ装置をさらに迅速に停止させることができる。よって、本発明の一実施の形態に係るバッテリ装置によれば、装置を停止させる際に各バッテリモジュールに対する均等化処理を実行した場合でも、装置を迅速に停止させることができる。
【0012】
さらに、本発明の一実施の形態に係るバッテリ装置は、セルバランシングを実行する際に複数のバッテリモジュールを並列に接続するようにしているので、1つの外部蓄電池で各バッテリモジュールのセルバランシング回路を作動させることができる。よって、本発明の一実施の形態に係るバッテリ装置によれば、セルバランシング回路に電力を供給する各バッテリモジュールが必要とする電圧の外部蓄電池をそれぞれ用意する必要がなく、簡易な構成で、装置を迅速に停止させることができる。
【実施例】
【0013】
以下、本実施例について図面を参照して詳細に説明する。図1は、本実施例のバッテリ装置1の回路構成を示す図である。図2は、本実施例のバッテリ装置1が備えるバッテリモジュールの構成の一例を示す図である。図3は、本実施例のバッテリ装置1が車両2に搭載されている様子を示す図である。
【0014】
バッテリ装置1は、図1に示すように、制御部10と、バッテリモジュール(以下、単にモジュールと記す。)11a,11bと、を備える。制御部10とモジュール11a,11bとは通信線を介して接続されていて、CAN(Controller Area Network)等の通信プロトコルに従ってデータを送受信する。本実施例では、制御部10とモジュール11a,11bとはCANにより通信を行うものとする。なお、本実施例では、モジュール11a,11bは、放電容量が3Ahであり、定格電圧が12[V]であるリチウムイオンバッテリモジュールであるものとする。また、図1にはモジュールが2つ例示されているが、バッテリ装置1は、モジュールを直列にいくつ備えていてもよい。また、バッテリ装置1を複数並列に接続し拡張することも可能である。
【0015】
制御部10は、例えばマイクロコンピュータ(マイコン)であり、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)およびRAM(Random Access Memory)等を有している。制御部10は例えばROMに記憶されたコンピュータプログラムを読み取って実行することにより、リレーRc1,Rc2,R0,R1,R2,Rp1,Rp2,Rvと、モジュール11a,11bと、を制御して、バッテリ装置1の各種動作を実現する。それにより、制御部10は、後述する電力出力部61、モジュール均等化部62、及びセル均等化部63として機能する。
【0016】
モジュール11aは、図2に示すように、マイコン111と、半導体リレー112と、均等化回路(以下、セルバランシング回路と呼ぶ。)113と、直列に接続されたバッテリセル114〜118とを有する。なお、図2にはバッテリセルが5つ例示されているが、モジュール11aには、バッテリセルがいくつ含まれていてもよい。モジュール11bの構成については、モジュール11aと同様であるため説明を省略する。
【0017】
マイコン111は、制御部10から送信される通信コマンドに従って、半導体リレー112の開閉を制御する。なお、半導体リレー112が閉状態(ON状態)になると、モジュール11aは、バッテリセル114〜118の電力を外部に出力することができる状態(以下、出力可能状態と呼ぶ。)となる。一方、半導体リレー112が開状態(OFF状態)になると、モジュール11aは、バッテリセル114〜118の電力をモジュール11aの外部に出力することができない状態(以下、出力不可状態と呼ぶ。)となる。このように、マイコン111と半導体リレー112は、モジュール11aの出力可能状態と出力不可状態とを切り替える出力制御部として機能する。
【0018】
また、マイコン111は、セルバランシング回路113を制御する。セルバランシング回路113は、マイコン111の制御の下、バッテリセル114〜118の電位を均等化するセルバランシングを実行する。
【0019】
本実施例では、バッテリ装置1は図3に示すように、車両2に搭載され、車両2の車両制御システム3に接続されている。車両2は、電動車両である。車両制御システム3は、バッテリ装置1を電源として利用し、車両2の種々の制御を行う。なお、本実施例では、バッテリ装置1が電動車両に搭載される場合を例にするが、バッテリ装置1は、電動車両以外の車両に搭載されてもよい。また、バッテリ装置1は、車両に限らず、無停電電源装置(UPS)など、バッテリ装置が使用され得る種々のシステムや装置、回路に接続されてもよい。
【0020】
バッテリ装置1はさらに、充放電端子T1と蓄電池接続端子T2とを備える。充放電端子T1には車両制御システム3のVCC端子が接続されている。また、バッテリ装置1のグランド(GND)に車両制御システム3のGND端子が接続されている。そして、モジュール11a,11bから充放電端子T1を介して車両制御システム3に電力が供給される。モジュール11a,11bを充電する際には、充放電端子T1及びグランド端子GNDが不図示の充電ステーションに接続される。充電ステーションは不図示の商用電源に接続されており、充電ステーションを介して商用電源からモジュール11a,11bに対して電力が供給される。蓄電池接続端子T2には、外部蓄電池4の正極側端子が接続されている。また、バッテリ装置1のグランド(GND)に外部蓄電池4の負極側端子が接続されている。本実施例では、外部蓄電池4として12[V]の鉛蓄電池が接続されているものとする。また、本実施例では、制御部10は、図示しない電力ラインを介して外部蓄電池4と接続されていて、外部蓄電池4から供給される電力により動作するものとする。
【0021】
バッテリ装置1はさらに、複数のバッテリモジュールを直列又は並列に切り替え可能に接続するリレーRc1,Rc2,R0,R1,R2,Rp1,Rp2,Rvと、フューズFS1〜FS4と、を備える。リレーR2,Rp1,Rp2は、モジュール11a,11bを直列又は並列に切り替え可能に接続する接続回路である。なお、バッテリ装置1がn個のモジュールを備える場合には、モジュールの台数に応じてリレーRc1,Rc2,Rp1,Rp2,R2等を追加すればよい。
【0022】
リレーRc1,Rc2は、制御部10とモジュール11a,11bとの間に配置され、制御部10とモジュール11a,11bとの間の通信線を接続又は切断する。制御部10は、モジュール11a,11bと通信する際には、リレーRc1,Rc2の開閉を制御していずれかのモジュールと接続し1対1で通信を行う。なお、本実施例では、制御部10とモジュール11a,11bとは、図1に示すハイレベルの信号Hとローレベルの信号Lとを組み合わせてCANプロトコルに従った通信を行うものとする。
【0023】
リレーR2は、モジュール11aとモジュール11bとの間に配置されている。リレーR0,R1は、充放電端子T1とモジュール11aとの間に配置されている。なお、リレーR0は、大きな突入電流の発生などによりメインリレーR1が溶けて固着することを防止するためのプリチャージ用リレーである。制御部10は、リレーR0,R1,R2の開閉を制御して、直列に接続したモジュール11a,11bを充放電端子T1に接続して、充放電端子T1から高電圧の電力を出力させる。図1に示す例では、充放電端子T1から高電圧の電力として24[V]の電力が出力される。また、制御部10は、モジュール11a,11bを並列接続するときには、リレーR2をOFF状態にしてモジュール11a,11bの直列接続を解除する。以下、リレーR2を直列接続用リレーと称する。
【0024】
リレーRvは、モジュール11a,11bと蓄電池接続端子T2との間に配置されている。制御部10は、リレーRvの開閉を制御して、外部蓄電池4からモジュール11a,11bへの電力供給を開始したり停止したりする。
【0025】
リレーRp1,Rp2は、モジュール11a,11bとリレーRvとの間に配置されていて、制御部10は、リレーRp1とリレーRvとをON状態にすることで、外部蓄電池4からモジュール11aに電力を供給する。また、制御部10は、リレーRp2とリレーRvとをON状態にすることで、外部蓄電池4からモジュール11bに電力を供給する。また、制御部10は、リレーRp1,Rp2をON状態にして、モジュール11a,11bを並列接続させる。さらに、制御部10は、モジュール11a,11bを直列接続するときには、リレーRp1,Rp2をOFF状態にしてモジュール11a,11bの並列接続を解除する。以下、リレーRp1,Rp2をまとめて並列接続用リレーと称する。
【0026】
本実施例の制御部10は、上記の各リレーを制御して、バッテリ装置1を以下に示す動作モード#1〜#4で動作させることが可能である。また、制御部10は、後述するように、各動作モードを組み合わせてバッテリ装置1の各種機能を実現する。なお、動作モード#1は、モジュール11a,11bを直列に接続してバッテリ装置1を動作させる動作モードである。動作モード#2は、モジュール11a,11bを並列に接続してバッテリ装置1を動作させる動作モードである。動作モード#3は、モジュール11a,11bを出力可能状態にしてバッテリ装置1を動作させる動作モードである。動作モード#4は、モジュール11a,11bを出力不可状態にしてバッテリ装置1を動作させる動作モードである。
【0027】
ここで、図4及び図5を参照して、各動作モードについて説明する。バッテリ装置1を動作モード#1で動作させる場合には、図4(A)に示すように、制御部10は、リレーRvをOFF状態にする(ステップS401)。そして、制御部10は、リレーRp1,Rp2をOFF状態にし(ステップS402)、リレーR2をON状態にする(ステップS403)。そして、制御部10は、プリチャージ用リレーR0をON状態にし、メインリレーR1をON状態にする(ステップS404)。これにより、バッテリ装置1が動作モード#1で動作開始される。最後に、制御部10は、プリチャージ用リレーR0をOFF状態にする(ステップS405)。なお、動作モード#1で動作させる前提として、後述する動作モード#3を実施し、モジュール11a,11b内の半導体リレー112をON状態にする必要がある。
【0028】
バッテリ装置1を動作モード#2で動作させる場合には、図4(B)に示すように、制御部10は、リレーR0,R1,R2をOFF状態にする(ステップS411)。そして、制御部10は、リレーRp1,Rp2をON状態にし(ステップS412)、リレーRvをON状態にする(ステップS413)。これにより、バッテリ装置1が動作モード#2で動作開始される。
【0029】
バッテリ装置1を動作モード#3で動作させる場合には、図5(A)に示すように、制御部10は、リレーR0,R1,R2をOFF状態にする(ステップS501)。これにより、バッテリ装置1が車両制御システム3から切り離される。また、モジュール11a,11bの直列接続が解除される。次いで、制御部10は、リレーRvをON状態にして外部蓄電池4からの電力供給を開始させる(ステップS502)。次いで、制御部10は、CAN通信によりモジュール11a,11b内の半導体リレー112をON状態にして、モジュール11a,11bを出力可能状態にする(ステップS503〜S505,S506〜S508)。その際、以下のように、制御部10は、モジュール11a,11bとの通信が1対1で行われるように各リレーを制御する。なお、バッテリ装置1がn個のモジュールを備える場合には、S503〜S505(又はS506〜S508)に相当する処理がn回繰り返し行われることになる。
【0030】
具体的には、制御部10は、リレーRp1をON状態にして外部蓄電池4とモジュール11aとを接続し、外部蓄電池4からの電力をモジュール11aに供給する。また、制御部10は、リレーRc1をON状態にしてモジュール11aと接続して、モジュール11aとCAN通信可能な状態にする(ステップS503)。そして、制御部10は、モジュール11a内の半導体リレー112をON状態にするための通信コマンドをモジュール11aに送信する(ステップS504)。モジュール11aは、制御部10から受信した通信コマンドに従って、半導体リレー112をON状態にする。これにより、モジュール11aは出力可能状態となる。その後、制御部10は、リレーRp1をOFF状態にして外部蓄電池4とモジュール11aとを切り離し、リレーRc1をOFF状態にしてモジュール11aとのCAN通信を遮断する(ステップS505)。さらに、制御部10は、リレーRp2をON状態にして外部蓄電池4とモジュール11bとを接続し、外部蓄電池4からの電力をモジュール11bに供給する。また、制御部10は、リレーRc2をON状態にしてモジュール11bと接続して、モジュール11bとCAN通信可能な状態にする(ステップS506)。そして、制御部10は、モジュール11b内の半導体リレー112をON状態にするための通信コマンドをモジュール11bに送信する(ステップS507)。モジュール11bは、制御部10から受信した通信コマンドに従って、半導体リレー112をON状態にする。これにより、モジュール11bは出力可能状態となる。その後、制御部10は、リレーRp2をOFF状態にして外部蓄電池4とモジュール11bとを切り離し、リレーRc2をOFF状態にしてモジュール11bとのCAN通信を遮断する(ステップS508)。ステップS508の後、制御部10は、リレーRvをOFF状態にして外部蓄電池からの電力供給を停止させる(ステップS509)。
(【0031】以降は省略されています)

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