JP2011108536A

JP2011108536A - カセット式のバッテリ装置

Info

Publication number: JP2011108536A
Application number: JP2009263537A
Authority: JP
Inventors: Takashi Yamazaki; 孝史山崎
Original assignee: Nippon Yusoki Co Ltd
Current assignee: Nippon Yusoki Co Ltd
Priority date: 2009-11-19
Filing date: 2009-11-19
Publication date: 2011-06-02

Abstract

【課題】長期間に亘って保管しても過放電状態となるのを防ぐことができるカセット式のバッテリ装置を提供する。
【解決手段】本発明に係るカセット式のバッテリ装置１Ａは、二次電池部２と、二次電池部２の正極および負極と接続ユニット３０とを接続するための出力端子４、５と、一対の電源ラインによって電力供給されるようになっており、正側の電源ライン１２Ａが正極に接続され、かつ負側の電源ライン１３Ａが負極に接続されると二次電池部２を監視するべく動作する監視部３と、電源ラインの一方１２Ａと接続ユニット３０とを接続するための監視部電源入力端子６Ａとを備え、接続ユニット３０の内部には監視部電源入力端子６Ａと出力端子４とを接続するためのバイパスライン３１が設けられており、接続ユニット３０に装着されると、バイパスライン３１を経由して電源ラインの一方１２Ａが正極に接続される。
【選択図】図３

Description

本発明は、車両に着脱可能に装着されて、当該車両に電力を供給するカセット式のバッテリ装置に関する。

工場の敷地内で作業を行う運搬車等の航続距離が短くてもよい車両としては、従来から、バッテリの電力で走行用モータを駆動する電気自動車が多用されている。また、電気自動車には、着脱可能なカセット式のバッテリ装置を備えたものがある。バッテリ装置を着脱可能にすれば、バッテリ装置の残電力が低下した場合に充電が完了している別のバッテリ装置に交換することができるので、電気自動車を連続的に稼動させることができ、効率的である。

図７に、従来から使用されているカセット式のバッテリ装置を示す。同図に示すように、バッテリ装置１Ｄは、二次電池部２と監視部３（Battery Management System（ＢＭＳ）、バッテリ管理装置ともいう）とを備える。また、バッテリ装置１Ｄは、二次電池部２の正極に接続された正極出力端子４と、ヒューズ１４を介して二次電池部２の負極に接続された負極出力端子５と、監視部３に接続された異常検出端子７とを備える。バッテリ装置１Ｄを電気自動車に設けられた接続ユニットに装着すると、各端子４、５、７は接続ユニットの対応する端子に電気的に接続される。

二次電池部２は、Ｌｉイオン単位電池を複数個直列に接続したものである。通常、各Ｌｉイオン単位電池からは約３〜４Ｖが出力されるので、負極出力端子５の電圧を基準として正極出力端子４から２４Ｖを出力したい場合は、６〜８個のＬｉイオン単位電池が直列接続される。

監視部３は、各Ｌｉイオン単位電池の電圧や温度を監視し、過放電、過充電、発熱等の異常が発生した場合は、異常検出端子７を介してその旨を電気自動車側に通知する。そして、当該通知を受けた電気自動車は、リレーを動作させる等してバッテリ装置１Ｄからの電力供給を停止し、発火や、過放電により二次電池部２が再使用不能となるのを防止する。

また、監視部３は、一対の電源ラインを介して二次電池部２から電力供給されることにより動作する（例えば、非特許文献１参照）。具体的には、監視部３には、電池−監視部接続ライン１３Ａを介して負極の電圧（基準電圧：例えば０Ｖ）が印加されるとともに、監視部電源ライン１２Ｄを介して正極の電圧（出力電圧：例えば２４Ｖ）が印加される。

『産業用大型リチウムポリマー電池ＳＬＰＢシリーズ総合カタログ』（特に、５頁下段），インターネット，＜URL：http://edisonpower.co.jp/product/pdf/ep_slpb.pdf＞、２００９年１１月１９日現在

しかしながら、図７に示す従来のバッテリ装置１Ｄでは、監視部３に二次電池部２の電力が常に供給されているので、充電が完了して保管されている際にも二次電池部２の残電力は緩やかに減少し続ける。このため、保管期間が１〜２ヶ月程度になると、二次電池部２のＬｉイオン単位電池が過放電状態となり、再使用不能となるおそれがあった。

本発明は上記事情を鑑みてなされたものであって、その課題とするところは、長期間に亘って保管しても過放電状態となるのを防ぐことができるカセット式のバッテリ装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係るカセット式のバッテリ装置は、車両に設けられた接続ユニットに着脱可能なカセット式のものであって、（１）二次電池部と、（２）二次電池部の正極および負極と接続ユニットとをそれぞれ電気的に接続するための２つの出力端子と、（３）一対の電源ラインによって電力供給されるようになっており、一対の電源ラインの正側が正極に電気的に接続され、かつ一対の電源ラインの負側が負極に電気的に接続されると二次電池部を監視するべく動作する監視部と、（４）監視部に一端が接続された一対の電源ラインの少なくとも一方の他端を接続ユニットに電気的に接続するための１つまたは２つの監視部電源入力端子とを備え、接続ユニットの内部には、上記監視部電源入力端子と上記出力端子とを接続するための１つまたは２つのバイパスラインが設けられており、接続ユニットに装着されると、バイパスラインを経由して一対の電源ラインの少なくとも一方が正極および／または負極に電気的に接続されることを特徴とする。

この構成によれば、接続ユニットに装着されていない未使用時（保管時）には、バイパスラインが存在しないために、監視部の電源ラインの正側が二次電池部の正極に接続され、かつ監視部の電源ラインの負側が二次電池部の負極に接続されることはない。すなわち、未使用時には、監視部と二次電池部との電気的な接続が遮断されるようになっている。したがって、未使用時に二次電池部から監視部へ電力は供給されないので、長期間に亘る保管により過放電状態となるのを防ぐことができる。

上記バッテリ装置において、例えば、監視部電源入力端子は一対の電源ラインの正側の他端に接続されており、バイパスラインは正極に接続された出力端子と監視部電源入力端子とを接続するものであり、一対の電源ラインの負側と負極とは接続ユニットを経由することなく電気的に接続されている。

また、上記バッテリ装置において、例えば、監視部電源入力端子は一対の電源ラインの負側の他端に接続されており、バイパスラインは負極に接続された出力端子と監視部電源入力端子とを接続するものであり、一対の電源ラインの正側と正極とは接続ユニットを経由することなく電気的に接続されている。

また、上記バッテリ装置は、監視部に接続された異常検出端子をさらに備え、異常検出端子からは、接続ユニットに接続されており、かつ二次電池部に異常がない場合は、正常であることを示すＨｉｇｈレベルの信号が出力され、接続ユニットに装着されておらず監視部が動作していない場合、および接続ユニットに装着されてはいるが二次電池部に異常がある場合は、異常であることを示すＬｏｗレベルの信号が出力されるのが好ましい。

本発明によれば、未使用時には監視部と二次電池部との電気的な接続が遮断されるようにしたので、保管中に二次電池部の電力が消費されることがなく、長期間に亘って保管しても過放電状態にはならないカセット式のバッテリ装置を提供することができる。

電動運搬車の斜視図である。本発明に係るバッテリ装置の斜視図であって、（Ａ）は装着方向奥側から見た図、（Ｂ）は装着方向手前側から見た図である。実施例１に係るバッテリ装置のブロック図であって、（Ａ）は接続ユニットに装着される前の状態、（Ｂ）は接続ユニットに装着された後の状態の図である。Ｌｉイオン単位電池の放電容量と電圧の関係を示すグラフである。実施例２に係るバッテリ装置のブロック図であって、（Ａ）は接続ユニットに装着される前の状態、（Ｂ）は接続ユニットに装着された後の状態の図である。実施例３に係るバッテリ装置のブロック図であって、（Ａ）は接続ユニットに装着される前の状態、（Ｂ）は接続ユニットに装着された後の状態の図である。従来のバッテリ装置のブロック図である。

以下、添付図面を参照して、本発明に係るカセット式のバッテリ装置の好ましい実施形態について説明する。

本発明に係るバッテリ装置は、例えば、図１に示すような電動運搬車で使用される。同図に示すように、電動運搬車２０の運転席にはハンドル２３が備えられ、その下方には走行輪２４が備えられている。運転者がハンドル２３を操作すると、それに応じて走行輪２４が旋回し、電動運搬車２０の進行方向が変化する。また、運転席の足元には不図示のアクセルペダルが備えられており、運転者がこれを踏み込むと不図示の走行用モータが動作して走行輪２４が駆動される。

運転席の後部にはバッテリ装置を収容（装着）するための接続ユニット３０が備えられている。本実施例における接続ユニット３０はふた付きのラックであり、上段と下段にそれぞれ２つのバッテリ装置を並べて装着することができるようになっている。後で詳細に説明するが、バッテリ装置は複数の端子を有し、接続ユニット３０に収容（装着）されると、バッテリ装置の各端子と接続ユニット３０側に設けられた対応する各端子とがそれぞれ電気的に接続される。当然ながら、装着されたバッテリ装置を接続ユニット３０から取り外すこともできる。

図２は、実施例１に係るバッテリ装置である。バッテリ装置１Ａは箱状の金属ケースを備え、装着方向奥側の端面（図２（Ａ）参照）には接続ユニット３０と接続するための種々の端子４、５、６Ａ、７が設けられている。また、装着方向手前側の端面（図２（Ｂ）参照）には持ち運びの際に使用する取手が設けられている。

図３は、本実施例に係るバッテリ装置１Ａのブロック図である。まず、図３（Ａ）を参照して、バッテリ装置１Ａは、二次電池部２と、監視部３（ＢＭＳ）と、二次電池部２の正極に接続された正極出力端子４と、ヒューズ１４を介して二次電池部２の負極に接続された負極出力端子５と、監視部３に接続された監視部電源入力端子６Ａおよび異常検出端子７とを備える。

同図に示すように、正極出力端子４と二次電池部２の正極とは正極ライン１０で接続され、負極出力端子５と二次電池部２の負極とは負極ライン１１で接続されている。また、監視部３と監視部電源入力端子６Ａとは監視部電源ライン１２Ａで接続されている。さらに、二次電池部２と監視部３とは、複数の配線からなる電池−監視部接続ライン１３Ａで接続されている。

二次電池部２に蓄積されている電力は、正極出力端子４および負極出力端子５から接続ユニット３０に供給され、次いで電動運搬車２０に供給される。なお、二次電池部２の充電は、充電装置に設けられた接続ユニット３０を介して正極出力端子４と負極出力端子５との間に所定の直流電圧を印加することにより行われる。

二次電池部２は、Ｌｉイオン単位電池を複数個直列に接続したものである。図４に示すように、通常、各Ｌｉイオン単位電池からは約３〜４Ｖが出力される。本実施例では、８個のＬｉイオン単位電池が直列に接続され、負極出力端子５の電圧を基準として正極出力端子４から接続ユニット３０に向けて約２４Ｖが出力されるようになっている。

監視部３は、各Ｌｉイオン単位電池の電圧や温度に基づいて、二次電池部２に過放電、過充電、発熱等の異常が発生していないかどうかを監視する。具体的には、監視部３は、各Ｌｉイオン単位電池の電圧が３．０Ｖ以下または４．２Ｖ以上となっていないかどうか（図４参照）、および各Ｌｉイオン単位電池の温度が通常の温度範囲を超えて上昇していないかどうかを監視する。そして、異常が発生していると判断した場合は、異常検出端子７を介してその旨を電動運搬車２０側に通知する。当該通知を受けた電動運搬車２０は、リレーを動作させる等してバッテリ装置１Ａからの電力供給を停止し、発火や、過放電により二次電池部２が再使用不能となるのを防止する。

また、監視部３は、正側の電源ラインと負側の電源ラインとからなる一対の電源ラインを介して二次電池部２から電力供給されることにより、上記の動作をする。本実施例では負側の電源ラインは電池−監視部接続ライン１３Ａに含まれており、二次電池部２内で負極に接続されている。このため、監視部３には、負側の電源ラインを介して負極の電圧（基準電圧：例えば０Ｖ）が印加される。一方、本実施例では監視部電源ライン１２Ａが正側の電源ラインとなるが、このラインは監視部電源入力端子６Ａにのみ接続され、二次電池部２の正極には接続されていない。したがって、バッテリ装置１Ａ単体では監視部３に二次電池部２の正極の電圧（出力電圧：約２４Ｖ）は印加されない。すなわち、バッテリ装置１Ａ単体では監視部３に二次電池部２からの電力は供給されず、監視部３は上記の動作を行うことができない。

図３（Ｂ）は、本実施例に係るバッテリ装置１Ａを電動運搬車２０の接続ユニット３０に装着した状態のブロック図である。同図に示すように、バッテリ装置１Ａの正極出力端子４および負極出力端子５は、接続ユニット３０を介して、主に走行用モータを駆動させるためのインバータ回路２１に接続される。また、バッテリ装置１Ａの異常検出端子７は、接続ユニット３０を介して電動運搬車２０の車体制御部２２に接続される。

接続ユニット３０の内部には、監視部電源入力端子６Ａと正極出力端子４とを接続するための正極バイパスライン３１が備えられている。バッテリ装置１Ａが接続ユニット３０に装着されると、この正極バイパスライン３１を介して監視部３の正側の電源ライン（監視部電源ライン１２Ａ）が二次電池部２の正極に接続される。また、前記の通り、監視部３の負側の電源ライン（電池−監視部接続ライン１３Ａ）は二次電池部２の負極に接続されている。つまり、バッテリ装置１Ａが接続ユニット３０に装着されると、監視部３の一対の電源ライン１２Ａ、１３Ａがそれぞれ二次電池部２の正極および負極に電気的に接続される。そして、監視部３に二次電池部２の電力が供給され、監視部３は二次電池部２を監視するべく動作可能になる。

二次電池部２の電力が監視部３に供給され、かつ二次電池部２に異常がない場合、車体制御部２２には、異常検出端子７を介して正常であることを示すＨｉｇｈレベルの信号が出力される。一方、二次電池部２に異常がある場合は、異常であることを示すＬｏｗレベルの信号が出力される。ここで、“Ｌｏｗレベル”とは、例えば負極の電圧（０Ｖ）を意味する。また、“Ｈｉｇｈレベル”とは、例えば正極の電圧（２４Ｖ）や当該電圧を降圧して得た電圧（５Ｖ等）を意味する。

また、バッテリ装置１Ａが接続ユニット３０に装着されていない等、二次電池部２から監視部３に電力供給がなされていない場合は、当然ながら異常検出端子７からはＬｏｗレベルの信号が出力されることになる。電力供給がなされていない状態では、Ｈｉｇｈレベルの信号を出力し得ないからである。

異常検出端子７から出力される信号の極性を上記のようにすれば、監視部電源入力端子６Ａにおける接触不良等のために動作に必要な十分な電力が監視部３に供給されていない場合に、異常が発生した際と同じＬｏｗレベルの信号が出力されることになる。このため、電動運搬車２０の運転手は異常が発生している旨を知ることができ、バッテリ装置１Ａを装着し直す等の適切な措置をとることができる。

以上のように、本実施例に係るバッテリ装置１Ａによれば、接続ユニット３０に装着されていない未使用時（保管時）には、監視部３と二次電池部２との間の電気的な接続が遮断されているので、二次電池部２から監視部３への電力供給がなされない。このため、バッテリ装置１Ａは、長期間に亘って保管されても、二次電池部２が過放電状態になって再使用不能となることはない。

図５に、実施例２に係るバッテリ装置１Ｂのブロック図を示す。図５（Ａ）に示すように、バッテリ装置１Ｂは、監視部電源入力端子６Ａの替わりに監視部電源入力端子６Ｂを備える。そして、この監視部電源入力端子６Ｂは、負側の電源ラインである監視部電源ライン１２Ｂで監視部３に接続されている。また、正側の電源ラインは電池−監視部接続ライン１３Ｂに含まれており、二次電池部２内で正極に接続されている。

すなわち、本実施例において、監視部３には、正側の電源ラインを介して正極の電圧（出力電圧：約２４Ｖ）が印加される。一方、負側の電源ラインは監視部電源入力端子６Ｂにのみ接続され、二次電池部２の負極には接続されていない。したがって、バッテリ装置１Ｂ単体では監視部３に二次電池部２の負極の電圧（基準電圧：０Ｖ）は印加されず、監視部３は動作することができない。

図５（Ｂ）は、本実施例に係るバッテリ装置１Ｂを電動運搬車２０の接続ユニット３０に装着した状態のブロック図である。同図に示すように、接続ユニット３０の内部には、監視部電源入力端子６Ｂと負極出力端子５とを接続するための負極バイパスライン３２が備えられている。バッテリ装置１Ｂが接続ユニット３０に装着されると、この負極バイパスライン３２を介して監視部３の負側の電源ライン（監視部電源ライン１２Ｂ）が二次電池部２の負極に接続される。これにより、監視部３の一対の電源ライン１２Ｂ、１３Ｂがそれぞれ二次電池部２の正極および負極に電気的に接続され、監視部３は二次電池部２を監視するべく動作可能になる。

図６に、実施例３に係るバッテリ装置１Ｃのブロック図を示す。図６（Ａ）に示すように、バッテリ装置１Ｃは、正側の電源ラインである監視部電源ライン１２Ａで監視部３に接続された監視部電源入力端子６Ａと、負側の電源ラインである監視部電源ライン１２Ｂで監視部３に接続された監視部電源入力端子６Ｂとを備える。また、本実施例では、電池−監視部接続ライン１３Ｃの中に監視部３の電源ラインは含まれていない。

すなわち、図６（Ａ）に示す状態では、監視部３には、二次電池部２の正極の電圧（出力電圧：約２４Ｖ）および負極の電圧（基準電圧：０Ｖ）はいずれも印加されず、監視部３は動作することができない。

図６（Ｂ）は、本実施例に係るバッテリ装置１Ｃを電動運搬車２０の接続ユニット３０に装着した状態のブロック図である。同図に示すように、接続ユニット３０の内部には、監視部電源入力端子６Ａと正極出力端子４とを接続するための正極バイパスライン３１と、監視部電源入力端子６Ｂと負極出力端子５とを接続するための負極バイパスライン３２とが備えられている。バッテリ装置１Ｃが接続ユニット３０に装着されると、この２つのバイパスライン３１、３２を介して監視部３の一対の電源ライン１２Ａ、１２Ｂが二次電池部２の正極および負極に接続される。これにより、監視部３に二次電池部２の電力が供給され、監視部３は二次電池部２を監視するべく動作可能になる。

以上、本発明に係るバッテリ装置の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記の構成に限定されるものではない。例えば、二次電池部２はＬｉイオン電池に限らず、ニッケル水素充電池等の他の二次電池とすることができる。

１Ａ、１Ｂ、１Ｃバッテリ装置
２二次電池部
３監視部
４正極出力端子
５負極出力端子
６Ａ、６Ｂ監視部電源入力端子
７異常検出端子
１０正極ライン
１１負極ライン
１２Ａ、１２Ｂ監視部電源ライン
１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ電池−監視部接続ライン
１４ヒューズ
３０接続ユニット
３１正極バイパスライン
３２負極バイパスライン

Claims

車両に設けられた接続ユニットに着脱可能なカセット式のバッテリ装置であって、
二次電池部と、
前記二次電池部の正極および負極と前記接続ユニットとをそれぞれ電気的に接続するための２つの出力端子と、
一対の電源ラインによって電力供給されるようになっており、前記一対の電源ラインの正側が前記正極に電気的に接続され、かつ前記一対の電源ラインの負側が前記負極に電気的に接続されると前記二次電池部を監視するべく動作する監視部と、
前記監視部に一端が接続された前記一対の電源ラインの少なくとも一方の他端を前記接続ユニットに電気的に接続するための１つまたは２つの監視部電源入力端子と、
を備え、
前記接続ユニットの内部には、前記監視部電源入力端子と前記出力端子とを接続するための１つまたは２つのバイパスラインが設けられており、前記接続ユニットに装着されると、前記バイパスラインを経由して前記一対の電源ラインの少なくとも一方が前記正極および／または負極に電気的に接続されることを特徴とするバッテリ装置。
前記監視部電源入力端子は、前記一対の電源ラインの正側の他端に接続されており、
前記バイパスラインは、前記正極に接続された前記出力端子と前記監視部電源入力端子とを接続するものであり、
前記一対の電源ラインの負側と前記負極とは、前記接続ユニットを経由することなく電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のバッテリ装置。
前記監視部電源入力端子は、前記一対の電源ラインの負側の他端に接続されており、
前記バイパスラインは、前記負極に接続された前記出力端子と前記監視部電源入力端子とを接続するものであり、
前記一対の電源ラインの正側と前記正極とは、前記接続ユニットを経由することなく電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のバッテリ装置。
前記監視部に接続された異常検出端子をさらに備え、
前記異常検出端子からは、
前記接続ユニットに接続されており、かつ前記二次電池部に異常がない場合は、正常であることを示すＨｉｇｈレベルの信号が出力され、
前記接続ユニットに装着されておらず前記監視部が動作していない場合、および前記接続ユニットに装着されてはいるが前記二次電池部に異常がある場合は、異常であることを示すＬｏｗレベルの信号が出力される、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のバッテリ装置。