TOP特許意匠商標
特許ウォッチ DM通知 Twitter
10個以上の画像は省略されています。
公開番号2021166429
公報種別公開特許公報(A)
公開日20211014
出願番号2020068424
出願日20200406
発明の名称蓄電素子の管理装置、蓄電装置、及び、車両
出願人株式会社GSユアサ
代理人特許業務法人暁合同特許事務所
主分類H02J 7/00 20060101AFI20210917BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】ゼーベック効果の影響を抑制する。
【解決手段】蓄電素子の管理装置は、基板と、前記基板に設けられた熱源と、前記基板に設けられ、前記蓄電素子と直列に接続されている抵抗体に接続される一対の配線を有する電流計測回路と、を備え、前記熱源と前記一対の配線との間に断熱部が設けられている。
【選択図】図11
特許請求の範囲【請求項1】
蓄電素子の管理装置であって、
基板と、
前記基板に伝熱可能な配置で設けられた熱源と、
前記基板に設けられ、前記蓄電素子と直列に電気接続されている抵抗体に接続される複数の配線を有する電流計測回路と、
を備え、
前記熱源と前記一対の配線との間に断熱部が設けられている、管理装置。
続きを表示(約 670 文字)【請求項2】
請求項1に記載の蓄電素子の管理装置であって、
前記断熱部は、前記基板に設けられたスリットである、管理装置。
【請求項3】
請求項2に記載の蓄電素子の管理装置であって、
前記一対の配線に設けられた部品は、前記スリットの両端からの距離が等しくなるように配置されている、管理装置。
【請求項4】
請求項2または請求項3に記載の蓄電素子の管理装置であって、
前記スリットは、第1スリットと、第2スリットと、を備えて構成され、
前記基板における前記第1スリットと前記第2スリットの間には、前記熱源側と前記一対の配線側とをつなぐつなぎ部が設けられている、管理装置。
【請求項5】
請求項1に記載の蓄電素子の管理装置であって、
前記基板は、前記熱源が設けられた第1基板と、前記一対の配線が設けられた第2基板と、に分割されており、前記第1基板と前記第2基板は、接続部によって電気的に接続されており、前記断熱部は、前記第1基板と前記第2基板の間の空間とされている、管理装置。
【請求項6】
請求項1から請求項5に記載の蓄電素子の管理装置であって、
電流計測値を積算して前記蓄電素子の充電状態を算出する、管理装置。
【請求項7】
複数の蓄電素子と、
請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の蓄電素子の管理装置と、を備えた蓄電装置。
【請求項8】
請求項7に記載の蓄電装置を備えた車両。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
蓄電素子の管理装置、蓄電装置、及び、車両に関する。
続きを表示(約 6,400 文字)【背景技術】
【0002】
従来、蓄電素子の充電状態(SOC:State Of Charge)を推定する方法として電流積算法が知られている。電流積算法は電流センサによって蓄電素子の充放電電流を常時計測することで蓄電素子に出入りする充放電容量を計測し、これを初期容量から加減することでSOCを推定する方法である。電流計測にシャント抵抗が用いられる場合、シャント抵抗の両端電圧を計測することで電流を検出している。例えば特許文献1に記載の抵抗はシャント抵抗の一例である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開平4−83175号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、シャント抵抗の両端電圧を計測する2つの経路上に温度勾配があると、各経路でゼーベック効果による起電力が発生するため、電流値の計測誤差を生じる場合がある。
【0005】
本明細書では、ゼーベック効果の影響を抑制する技術を開示する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の一局面は、蓄電素子の管理装置は、基板と、前記基板に設けられた熱源と、前記基板に設けられ、前記蓄電素子と直列に接続されている抵抗体に接続される一対の配線を有する電流計測回路と、を備え、前記熱源と前記一対の配線との間に断熱部が設けられている。
【発明の効果】
【0007】
上記構成により、ゼーベック効果の影響を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
実施形態1の蓄電装置、及び、その蓄電装置が搭載されている自動車
蓄電装置の分解斜視図
蓄電素子の平面図
図3のA−A断面図
本体内に蓄電素子を収容した状態を示す斜視図
蓄電素子にバスバーを装着した状態を示す斜視図
蓄電装置の基本構成を示す図
BMU基板の回路構成を示す図
電流計測回路においてゼーベック効果が発生する箇所を示す図
スリットがない場合におけるバランサからの熱の影響を示す図
実施形態1における断熱部としてのスリットを示す図
実施形態2における断熱部としてのスリットを示す図
実施形態3における断熱部としての断熱空間を示す図
実施形態4のBMU基板の取付状態を示した斜視図
BMU基板の斜視図
【発明を実施するための形態】
【0009】
(本実施形態の概要)
(1)蓄電素子の管理装置は、基板と、前記基板に設けられた熱源と、前記基板に設けられ、前記蓄電素子と直列に接続されている抵抗体に接続される一対の配線を有する電流計測回路と、を備え、前記熱源と前記一対の配線との間に断熱部が設けられている。
【0010】
電流計測値に対して温度勾配に起因する計測誤差が生じると、電流積算法に基づいて算出される充電状態の推定精度に誤差が生じる。電流積算法は、電流計測値を積算するため、誤差が蓄積されてしまう。基板の熱伝導率は高く、基板上の配線は熱の影響を受けやすい。このため、熱源が基板に伝熱可能な配置で設けられていると、熱源から基板に熱が伝わりやすくなる。熱源で発生した熱が基板を通じて一対の配線に伝わった結果、一対の配線の間で温度勾配が異なる場合、温度勾配に起因する計測誤差(ゼーベック効果に起因する計測誤差)が生じる。この結果、抵抗体に流れる電流の計測値に誤差が発生し、充電状態の推定精度が低下する。
【0011】
上記の管理装置によると、熱源と一対の配線の間に断熱部が設けられているため、熱源で発生した熱が基板を通じて一対に配線に向かう途中に断熱部で遮断され、結果として充電状態を精度よく推定できる。したがって、上記の管理装置は、電流積算法を用いる場合に有効である。
【0012】
(2)前記断熱部は、前記基板に設けられたスリットでもよい。
基板にスリットを設けるという簡素な構成でゼーベック効果に起因する計測誤差を抑制できる。
【0013】
(3)前記一対の配線に設けられた部品は、前記スリットの両端からの距離が等しくなるように配置されていてもよい。
コネクタと計測ICを接続する配線の場合、コネクタ側と計測IC側とで配線の温度の勾配がある。複数の配線で、この勾配が異なると、計測の誤差が生じる。熱源で発生した熱がスリットを回り込むようにして部品に向かった場合、スリットの両端から部品までの距離が等しいから、熱が部品に伝わったとしても一対の配線間での部品の温度勾配の差が生じにくい。
【0014】
(4)前記スリットは、第1スリットと、第2スリットと、を備えて構成され、前記基板における前記第1スリットと前記第2スリットの間には、前記熱源側と前記一対の配線側とをつなぐつなぎ部が設けられていてもよい。
第1スリットと第2スリットの間につなぎ部が設けられているから、つなぎ部が設けられていない場合と比較して、スリットを設けたことに伴う基板の強度低下を抑制できる。
【0015】
(5)前記基板は、前記熱源が設けられた第1基板と、前記一対の配線が設けられた第2基板と、に分割されており、前記第1基板と前記第2基板は、接続ケーブルによって電気的に接続されており、前記断熱部は、前記第1基板と前記第2基板の間の空間でもよい。
基板が第1基板と第2基板に分割されて第1基板と第2基板の間の空間が断熱部であるから、断熱部としてスリットを設けた場合と同様の効果を得ることができる。
(6)電流計測値を積算して前記蓄電素子の充電状態を算出してもよい。
【0016】
(7)複数の蓄電素子と、上記の蓄電素子の管理装置と、を備えた蓄電装置でもよい。
(8)前記蓄電装置を備えた車両でもよい。
管理装置を備えた車両において充電状態を精度よく推定できる。
【0017】
<実施形態1>
実施形態1を図1ないし図11によって説明する。
図1を参照して、実施形態1に係る蓄電装置1、及び、蓄電装置1を備える自動車2(車両の一例)について説明する。図1に示す自動車2はエンジン自動車であり、エンジンを始動させるスタータを備えている。蓄電装置1は自動車2に搭載されてスタータに電力を供給する始動用の蓄電装置である。図1では蓄電装置1(実線で図示)がエンジンルーム2Aに収容されている場合を示しているが、蓄電装置1(二点鎖線で図示)は車内の床下やトランクに収容されてもよい。
【0018】
(1)蓄電装置の構成
図2に示すように、蓄電装置1は、外装体10と、外装体10の内部に収容される複数の蓄電素子12と、を備える。外装体10は、合成樹脂材料からなる本体13と、合成樹脂材料からなる蓋体14と、で構成されている。本体13は有底筒状であり、平面視矩形状の底面部15と、その4辺から立ち上がった筒状となる4つの側面部16と、で構成される。4つの側面部16によって上端部分に上方開口部17が形成されている。
【0019】
蓋体14は平面視矩形状であり、その4辺から下方に向かって枠体18が延びている。蓋体14は本体13の上方開口部17を閉鎖する。蓋体14の上面には平面視略T字形の突出部19が形成されている。蓋体14の上面には突出部19が形成されていない2箇所のうち一方の隅部に正極外部端子20が固定され、他方の隅部に負極外部端子21が固定されている。
【0020】
蓄電素子12は繰り返し充電可能な二次電池であり、具体的には例えばリチウムイオン電池である。より具体的には、蓄電素子12は後述する電極体23の正極活物質にリン酸鉄リチウム(LFP)を含有した、いわゆる鉄系のリチウムイオン電池である。
【0021】
図3及び図4に示すように、蓄電素子12は直方体形状のケース22内に電極体23を非水電解質と共に収容したものである。ケース22は、ケース本体24と、その上方の開口部を閉塞するカバー25と、で構成されている。
【0022】
電極体23は、詳細については図示しないが、銅箔からなる基材に活物質を塗布した負極要素とアルミニウム箔からなる基材に活物質を塗布した正極要素との間に多孔性の樹脂フィルムからなるセパレータを配置したものである。これらはいずれも帯状であり、セパレータに対して負極要素と正極要素とを幅方向の反対側にそれぞれ位置をずらした状態で、ケース本体24に収容可能となるように扁平状に巻回されている。
【0023】
正極要素には正極集電体26を介して正極端子27が接続されている。負極要素には負極集電体28を介して負極端子29が接続されている。正極集電体26及び負極集電体28は、平板状の台座部30と、台座部30から延びる脚部31と、を有している。台座部30には貫通孔が形成されている。脚部31は正極要素又は負極要素に接続されている。正極端子27及び負極端子29は、端子本体部32と、その下面中心部分から下方に突出する軸部33と、を有している。そのうち正極端子27の端子本体部32と軸部33とはアルミニウム(単一材料)によって一体成形されている。負極端子29においては、端子本体部32がアルミニウム製であり、軸部33が銅製であり、これらを組み付けたものである。正極端子27及び負極端子29の端子本体部32はカバー25の両端に絶縁材料からなるガスケット34を介して配置され、このガスケット34から外方へ露出されている。
【0024】
図5に示すように、蓄電素子12は複数個(例えば12個)が幅方向に並設された状態で本体13内に収容されている。ここでは、3つの蓄電素子12によって1つのセル64が構成されている。図5では本体13の一端側から他端側(矢印Y1からY2方向)に向かって4組のセル64が配置されている。同一組のセル64では隣り合う蓄電素子12の端子極性が同じになり、隣り合う組のセル64同士では隣り合う蓄電素子12の端子極性が逆になるように配置されている。最も矢印Y1側に位置する第1組のセル64では矢印X1側が負極、矢印X2側が正極となっている。第1組に隣接する第2組のセル64では矢印X1側が正極、矢印X2側が負極となっている。さらに第2組に隣接する第3組のセル64では第1組と同じ配置となっており、第3組に隣接する第4組のセル64では第2組と同じ配置となっている。
【0025】
図6に示すように、正極端子27及び負極端子29には導電部材としての端子用バスバー(接続部材)36から40が溶接により接続されている。第1組の矢印X2側では正極端子27群が第1バスバー36によって接続されている。第1組と第2組の間では矢印X1側で第1組の負極端子29群と第2組の正極端子27群とが第2バスバー37によって接続されている。第2組と第3組の間では矢印X2側で第2組の負極端子29群と第3組の正極端子27群とが第3バスバー38によって接続されている。第3組と第4組の間では、矢印X1側で第3組の負極端子29群と第4組の正極端子27群とが第4バスバー39によって接続されている。第4組の矢印X2側では、負極端子29群が第5バスバー40によって接続されている。
【0026】
図2を併せて参照すると、電気の流れの一端に位置する第1バスバー36は第1の電子機器42A(例えばヒューズ)、第2の電子機器42B(例えばリレー)、接続用バスバー43及びバスバーターミナル(図示せず)を介して正極外部端子20に接続されている。電気の流れの他端に位置する第5バスバー40は接続用バスバー44A,44B及び負極バスバーターミナル(図示せず)を介して負極外部端子21に接続されている。これによりそれぞれの蓄電素子12は正極外部端子20及び負極外部端子21を介して充電と放電とが可能になっている。電子機器42A,42Bと接続用バスバー43,44A及び44Bとは、積層配置した複数の蓄電素子12の上部に配置された回路基板ユニット41に取り付けられている。バスバーターミナルは、蓋体14に配置されている。
【0027】
図7に示すように、蓄電装置1は、4つのセル64が直列に接続されて構成された組電池45、シャント抵抗(抵抗体の一例)60、電池管理装置(BMU:Battery Manegement Unit)50等を備えている。組電池45は、パワーライン46,47を介して各外部端子20,21に接続されている。パワーライン46は、正極外部端子20と組電池45の正極48とを接続するパワーラインである。パワーライン47は、負極外部端子21と組電池45の負極49とを接続するパワーラインである。図6に示す第1バスバー36に正極48が接続され、第5バスバー40に負極49が接続されている。
【0028】
(2)電池管理装置の構成
図7に示すように、シャント抵抗60はパワーライン47にあり、組電池45と直列に接続されている。電池管理装置50は、一対の計測線51,52を介してシャント抵抗60に接続されている。シャント抵抗60は、電流の流れ方向に互いに離間した二つの計測端子60A,60Bを有している。各計測線51,52は各計測端子60A,60Bに接続されている。各計測端子60A,60Bはシャント抵抗60の内部に設けられた抵抗本体の両端に位置している。抵抗本体は、図示はしないが、例えばマンガニンで構成され、所定の抵抗値を有している。一対の計測線51,52は、抵抗本体を挟んだ一対の配線である。シャント抵抗から計測線が3本以上あってもよい。例えば、シャント抵抗と、グランドとを接続するグランド線があってもよい。3本以上の場合でも、一対の計測線とは、マンガニンを挟んだ一対の配線である。
【0029】
図8に示すように、電源管理装置50はBMU基板53を有し、BMU基板53には電流計測回路54が形成されている。電流計測回路54は、コネクタ55、第1ノイズフィルタ56A、第2ノイズフィルタ56B、第1配線57A、第2配線57B、計測IC58等を備えている。各ノイズフィルタ56A、56Bは、各配線57A、57Bに流れる信号からノイズを除去する役割を有し、ノイズに起因した電流計測誤差の発生を抑制できる。
【0030】
第1配線57Aは、コネクタ55と第1ノイズフィルタ56Aと計測IC58とを直列に接続する内部配線である。第2配線57Bは、コネクタ55と第2ノイズフィルタ56Bと計測IC58とを直列に接続する内部配線である。第1配線57Aはコネクタ55を介して計測線51に接続され、第2配線57Bはコネクタ55を介して計測線52に接続されている。計測IC58にて、シャント抵抗60の抵抗本体の両端に生じる電圧を検出することで、組電池45の電流を計測することができる。
(【0031】以降は省略されています)

この特許をJ-PlatPatで参照する

関連特許

株式会社GSユアサ
構造体
株式会社GSユアサ
蓄電装置
株式会社GSユアサ
蓄電装置
株式会社GSユアサ
蓄電装置
株式会社GSユアサ
蓄電装置
株式会社GSユアサ
蓄電装置
株式会社GSユアサ
蓄電装置
株式会社GSユアサ
蓄電装置
株式会社GSユアサ
蓄電素子
株式会社GSユアサ
蓄電装置
株式会社GSユアサ
蓄電素子
株式会社GSユアサ
蓄電装置
株式会社GSユアサ
蓄電装置
株式会社GSユアサ
蓄電素子
株式会社GSユアサ
蓄電装置
株式会社GSユアサ
蓄電装置
株式会社GSユアサ
蓄電素子
株式会社GSユアサ
蓄電装置
株式会社GSユアサ
蓄電装置
株式会社GSユアサ
蓄電素子
株式会社GSユアサ
蓄電装置
株式会社GSユアサ
蓄電装置
株式会社GSユアサ
蓄電素子
株式会社GSユアサ
蓄電素子
株式会社GSユアサ
蓄電素子
株式会社GSユアサ
蓄電素子
株式会社GSユアサ
蓄電装置
株式会社GSユアサ
蓄電装置
株式会社GSユアサ
蓄電装置
株式会社GSユアサ
鉛蓄電池
株式会社GSユアサ
鉛蓄電池
株式会社GSユアサ
蓄電素子
株式会社GSユアサ
蓄電素子
株式会社GSユアサ
蓄電装置
株式会社GSユアサ
蓄電素子
株式会社GSユアサ
蓄電素子
続きを見る