WO2019193636A1 - 電池装置および車両 - Google Patents
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Definitions
- Embodiments described herein relate generally to a battery device and a vehicle.
- lithium ion batteries have been used as a power source for mobile devices such as portable electronic devices and electric vehicles because of their large charge capacity with respect to weight.
- the lithium ion battery can reduce the charging time because of its low resistance compared to other storage batteries such as a lead storage battery.
- an electronic device that employs a battery device equipped with a lithium ion battery as a power source, a current of several hundred amperes may flow through the main circuit during operation of the electronic device and charging of the lithium ion battery. For this reason, the electrical connection of the main circuit in the battery device is configured to be switched by, for example, an electromagnetic contactor.
- Embodiments of the present invention have been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a highly versatile battery device and vehicle.
- the battery device branches from the main circuit, at least one assembled battery, a first main switch that switches an electrical connection state of a main circuit connected between the assembled battery and a load, A second main switch for switching an electrical connection state of a second main circuit connected between the assembled battery and the load; and an operation of the main switch is controlled based on an operation command supplied from the load.
- FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a configuration example of a battery device and a vehicle according to an embodiment.
- FIG. 2 is a timing chart for explaining an example of the operation of the battery device and the vehicle shown in FIG.
- FIG. 3 is a diagram for explaining an example of an externally supplied command and a connection state of the main circuit in the battery device shown in FIG.
- FIG. 4 is a diagram schematically illustrating another configuration example of the battery device and the vehicle according to the embodiment.
- a battery device and a vehicle will be described with reference to the drawings.
- an industrial vehicle and a battery device mounted on the industrial vehicle will be described.
- a vehicle is required to be able to operate auxiliary machinery (such as a blinker and a horn) even when not driving. For this reason, even when the vehicle is stopped, there is a possibility of discharging at a maximum of about 10 amperes, and it has been necessary to configure the battery device so that it can be discharged.
- FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a configuration example of a battery device and a vehicle according to an embodiment.
- the vehicle of this embodiment includes a battery device, a connector CN2, a vehicle control circuit CTR, a charging circuit CH, an inverter INV, an electric motor M, a main switch MC, a switch SW, an auxiliary machine AX, It is an electric vehicle provided with.
- Charging circuit CH can be electrically connected to main circuits C1P and C1M of the battery device via connectors CN1 and CN2.
- the charging circuit CH is electrically connected to a charging terminal exposed to the outside, and when a charger is connected to the charging terminal, charging current is supplied to the plurality of battery modules MDL via the main circuits C1P and C1M of the battery device. Can be supplied.
- the DC terminal of the inverter INV can be electrically connected to the main circuits C1P and C1M of the battery device via the connectors CN1 and CN2.
- the AC terminal of the inverter INV is electrically connected to the electric motor M.
- the inverter INV can convert DC power obtained from the battery device into AC power and output the AC power to the electric motor M. Further, AC power obtained from the motor M can be converted into DC power and output to the battery device.
- the electrical connection state between the DC terminal of the inverter INV and the main circuits C1P and C1M of the battery device can be switched by the main contactor MC.
- the auxiliary machine AX can be electrically connected to the second main circuits C2P and C2M of the battery device via the connectors CN1 and CN2.
- the auxiliary machine AX is an accessory device necessary for operating the main machine, for example, and includes a turn signal, a horn, and the like.
- the vehicle control circuit CTR is configured to be able to control operations of the charger CH, the inverter INV, the main contactor MC, and the auxiliary machine AX.
- the vehicle control circuit CTR may include at least one processor such as a central processing unit (CPU) or a micro processing unit (MPU) and a memory that stores a program executed by the processor.
- the vehicle control circuit CTR is electrically connected to the main circuits C1P and C1M of the battery device via the connectors CN1 and CN2, and uses DC power supplied from the battery device as a power source.
- a switch SW that switches an electrical connection state by an ignition signal is provided in the power supply line of the vehicle control circuit CTR. When the user turns on the ignition of the vehicle, power is supplied from the battery device to the vehicle control circuit CTR.
- the battery device of the present embodiment includes a plurality of battery modules MDL, a battery management circuit (BMU) 10, a power supply circuit (DC / DC) 20, a main switch (main contactor) MCP, MCM, and a relay (second Main switch) RP, RM.
- the battery device of this embodiment can be mounted on an industrial vehicle such as a forklift, for example, and has a nominal voltage of less than 100V.
- the battery device of this embodiment includes a first connector CN1 that is electrically connected to main circuits C1P and C1M of the battery device by main switches MCP and MCM or relays RP and RM, and a second connector that is electrically connected to a load. It can be connected to a load via CN2. Note that the battery device of the present embodiment may include the first connector CN1.
- Each of the plurality of battery modules MDL includes, for example, an assembled battery BT including a plurality of secondary battery cells connected in series and / or in parallel.
- Each of the plurality of battery modules MDL may include a temperature sensor, a protection element (protection device) such as a fuse, and a battery monitoring circuit (CMU: Cell Monitoring Unit) 1.
- the battery monitoring circuit 1 may be included in a battery management circuit 30 described later.
- the assembled batteries BT of the plurality of battery modules MDL are connected in series via a disconnector (service disconnect) (not shown), for example.
- the assembled battery BT includes a plurality of lithium ion battery secondary battery cells (not shown).
- the secondary battery cell of the assembled battery BT is not limited to a lithium ion battery, and a secondary battery such as a nickel metal hydride battery or a nickel cadmium battery can be used.
- the battery monitoring circuit 1 detects the voltage between the positive terminal and the negative terminal of each of the plurality of secondary battery cells of the assembled battery BT.
- the battery monitoring circuit 1 detects the temperature in the vicinity of the assembled battery BT at at least one location.
- the battery monitoring circuit 1 is configured to be able to communicate with a battery management circuit 10 and other battery monitoring circuit 1 described later based on, for example, a CAN (Control Area Network) protocol.
- the battery monitoring circuit 1 periodically transmits information on the detected voltage and temperature to the battery management circuit 10.
- the detection value is sequentially transmitted from the battery monitoring circuit 1 of the low potential side battery module MDL to the battery monitoring circuit of the high potential side battery module MDL, and from the battery monitoring circuit 1 of the battery module MDL on the highest potential side.
- the detection values of all the assembled batteries BT may be transmitted to the battery management circuit 10.
- each of the battery monitoring circuits 1 of the plurality of battery modules MDL is connected so as to be communicable with the battery management circuit 10, and the detection value is transmitted from each of the plurality of battery monitoring circuits 1 to the battery management circuit 10. Good.
- the battery monitoring circuit 1 includes, for example, at least one processor and a memory, and may be configured to realize the above operation by software, or configured to realize the above operation by a circuit configured by hardware. Alternatively, the above-described operation may be realized by a combination of software and hardware.
- the main switches MCM and MCP are provided in the main circuit so that the electrical connection state of the main circuit connected between the plurality of battery modules MDL and the load can be switched.
- the main switch MCP switches the electrical connection state of the main circuit extending between the positive terminal of the battery module MDL on the highest potential side and the load.
- the main switch MCM switches an electrical connection state between the negative terminal of the battery module MDL on the lowest potential side and the main circuit extending between the load.
- the main switches MCP and MCM may employ contactors with A contacts, which are normally open (normally open type) electromagnetic contactors (including FETs, relays, etc.).
- the main switch MCP is provided in the main circuit C1P on the high potential side and the main switch MCM is provided in the main circuit C1M on the low potential side to ensure safety.
- MCM may be at least one of them.
- Battery management circuit 10 is communicably connected to a load via connectors CN1 and CN2. For example, when the operation command received from the load is on, the battery management circuit 10 closes the main switches MCP and MCM and electrically connects the main circuits C1P and C1M to the load.
- the driving command is, for example, a signal indicating ON when an ignition (or seat switch) of an industrial vehicle is turned on, and indicating OFF when the ignition (or seat switch) is turned off.
- the battery management circuit 10 is configured to be able to communicate with the battery monitoring circuit 1.
- the battery management circuit 10 acquires information on the voltage of the secondary battery cell and the temperature of the assembled battery BT from the battery monitoring circuit 1 of the plurality of battery modules MDL. Further, the battery management circuit 10 acquires information on the current flowing through the plurality of assembled batteries BT from a current sensor (not shown).
- the current sensor is disposed, for example, between the positive terminal of the battery module MDL on the highest potential side and the main switch MCP. The current sensor periodically detects the current flowing through the plurality of assembled batteries BT and transmits it to the battery management circuit 10.
- the battery management circuit 10 can calculate the SOC (state of charge) of a plurality of assembled batteries BT (or secondary battery cells) using, for example, voltage, temperature, and current information.
- the battery management circuit 10 disconnects the electrical connection of the main circuits C1P and C1M by the main switches MCP and MCM according to, for example, the voltage of the secondary battery cell, the temperature of the assembled battery BT, and the calculated SOC.
- the charging (or discharging) of the assembled battery BT can be stopped, an alarm for notifying the replacement time of the assembled battery BT, a warning for notifying abnormality, or the like can be output.
- the battery management circuit 10 is activated by the power supplied from the power circuit 20.
- the battery management circuit 10 can stop the power supply to the battery management circuit 10 itself by transmitting a shutdown control signal to the power supply circuit 20 when, for example, detecting an abnormality in a plurality of battery modules MDL. .
- the battery management circuit 10 includes, for example, at least one processor and a memory, and may be configured to realize the above operation by software, or configured to realize the above operation by a circuit configured by hardware. Alternatively, the above-described operation may be realized by a combination of software and hardware.
- the power supply circuit 20 is started by a start command notified when a start switch (not shown) is turned on, for example.
- the power supply circuit 20 includes a DC / DC circuit that converts a DC voltage (for example, 24V) supplied from the main circuits C1P and C1M into a predetermined DC voltage (for example, 12V), and a predetermined DC voltage (for example, 12V) after conversion. Is configured to be able to be supplied to the battery management circuit 10 and the relays RP and RM.
- a wiring for supplying power from the power supply circuit 20 to the battery management circuit 10 and a wiring for supplying power from the power supply circuit 20 to the relays RP and RM are configured from a common power supply wiring and a common power supply wiring. And branch wiring branching out. Therefore, at the timing when power is supplied from the power supply circuit 20 to the battery management circuit 10, power is simultaneously supplied to the relays RP and RM, and at the same time when power supply from the power supply circuit 20 to the battery management circuit is stopped. The power supply to RP and RM is also stopped.
- the power supply circuit 20 is supplied with power from the main circuits C1P and C1M extending between the main switches MCP and MCM and the plurality of battery modules MDL. Therefore, it is possible to supply power from the plurality of battery modules MDL to the power supply circuit 20 even when the main switches MCP and MCM are open.
- the relays RP and RM are provided to branch from the main circuits C1P and C1M and switch the electrical connection state of the second main circuits C2P and C2M connected between the plurality of battery modules MDL and the load auxiliary machine. ing.
- the second main circuits C2P and C2M branch from the main circuits C1P and C1M extending between the main switches MCP and MCM and the plurality of battery modules MDL.
- the relays RP and RM are normally open types and consume less current than the main switches MCP and MCN.
- the relays RP and RM are solid state relays (SSRs) that are supplied with power from the power supply circuit 20.
- SSRs solid state relays
- FIG. 2 is a timing chart for explaining an example of the operation of the battery device shown in FIG.
- FIG. 3 is a diagram for explaining an example of an externally supplied command and a connection state of the main circuit in the battery device shown in FIG.
- the power supply circuit 20 is stopped when the start command is off, and the main switch (main contactor) MCP, MCM and the relays RP, RM are in an open state.
- the user When the battery device is activated, for example, the user operates the activation switch to turn it on, and transmits an activation command to the power supply circuit 20.
- the power supply circuit 20 is activated upon receiving the activation command, and starts supplying power to the battery management circuit 10 and the relays RP and RM.
- the relays RP and RM electrically connect the second main circuits C2P and C2M when power is supplied, and a plurality of battery modules MDL are loaded via the main circuits C1P and C1M and the second main circuits C2P and C2M. It is electrically connected to the auxiliary machine. That is, when the start command is on and the operation command is off, the main switches (main contactors) MCP and MCM are open, and the relays RP and RM are closed.
- the battery management circuit 10 receives an operation command from the load, the battery management circuit 10 closes the main switch (main contactor) MCP, MCM. Therefore, when the start command is on and the operation command is on, the main switches (main contactors) MCP and MCM and the relays RP and RM are closed.
- the battery management circuit 10 detects an abnormality such as overcharge or overdischarge of the battery module MDL, the main switches MCP and MCM are opened to electrically connect the main circuits C1P and C1M to the load. Shut off and stop charging and discharging. Subsequently, the battery management circuit 10 issues a shutdown request to the power supply circuit 20 to stop the power supply to the battery management circuit 10 and the relays RP and RM. When the power supply from the power supply circuit 20 is stopped, the battery management circuit 10 is stopped, the relays RP and RM are opened, and the power supply from the battery device to the auxiliary machine is also stopped.
- the main circuit that supplies power from the battery device to the load and the second main circuits C2P and C2M branched from the main circuits C1P and C1M are provided, and the main circuits C1P and C1M are provided. And the second main circuits C2P and C2M are controlled independently.
- the electrical connection state of the main circuit is switched by a control signal from the battery management circuit 10, and the electrical connection state of the second main circuit is connected to the power supply from the power supply circuit 20 so as to be linked with the power supply to the battery management circuit 10. Controlled by supply. Therefore, only one control system of the battery management circuit 10 is required, and it is not necessary to provide a plurality of control systems in the battery management circuit 10.
- the battery management circuit 10 except when the battery management circuit 10 is stopped (for example, when the connector CN1 and the connector CN2 are not connected or when an abnormality of the battery module MDL is detected). At the timing, power can be supplied to the auxiliary equipment regardless of the connection state of the main switches MCP and MCM.
- the battery management circuit 10 detects an abnormality such as overcharge or overdischarge of the battery module MDL, it makes a shutdown request to the power supply circuit 20 and The power supply to the management circuit 10 and the relays RP and RM is stopped.
- the battery management circuit 10 When the power supply from the power supply circuit 20 is stopped, the battery management circuit 10 is stopped, the relays RP and RM are opened, and the power supply from the battery device to the auxiliary machine is also stopped. As described above, according to this embodiment, it is possible to provide a battery device that ensures safety.
- the power supply circuit 20 is supplied with power from the main circuits C1P and C1M.
- the power supply circuit 20 may be supplied with power from the outside. Even in that case, the same effect as the above-described embodiment can be obtained.
- an industrial vehicle has been described as an example of the vehicle.
- the battery device of the present embodiment can be mounted on a vehicle other than the industrial vehicle.
- the battery device of the above-described embodiment is mounted on various electric vehicles such as a vehicle used for track transportation such as a monorail and a railroad, an automatic guided vehicle (AGV), a passenger car, and a large passenger vehicle. Is possible.
- the battery device described above can also be employed as a power source for electronic devices other than electric vehicles.
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Abstract
実施形態による電池装置は、少なくとも1つの組電池BTと、組電池BTと負荷との間に接続される主回路C1P、C2Mの電気的接続状態を切替える第1主開閉器MCP、MCMと、主回路C1P、C2Mから分岐し、組電池BTと負荷との間に接続される第2主回路C2P、C2Mの電気的接続状態を切替える第2主開閉器RP、RMと、負荷から供給される運転指令に基づいて第1主開閉器MCP、MCMの動作を制御する電池管理回路10と、外部から供給される起動指令がオンであるときに、電池管理回路10と第2主開閉器RP、RMとに電源を供給する電源回路20と、を備える。
Description
本発明の実施形態は、電池装置および車両に関する。
リチウムイオン電池は、重量に対する充電容量が大きい等の特性から、近年、携帯可能な電子機器や電動車両などの移動体の電源として利用されている。また、リチウムイオン電池は、鉛蓄電池等の他の蓄電池と比べて抵抗が小さい特性から、充電時間を短縮することが可能である。一方で、大電流を流すことが可能であることから、負荷に接続していないときには主回路を通電させないようにし、利用者の安全性を担保することが望ましい。したがって、電池装置と負荷とが正常に接続されたときのみ主回路が通電するように、電池装置側で制御を行うことが望まれる。
また、リチウムイオン電池を搭載した電池装置を電源として採用した電子機器では、電子機器の運転中およびリチウムイオン電池の充電中は、主回路に数百アンペアの電流が流れる可能性がある。このため、電池装置内において主回路の電気的接続は、例えば電磁接触器により切替えるように構成される。
電子機器が起動しているときには、大電流を必要とする動作を行っていないときにも電池装置から電源を得ることが必要な状況が想定される。このような負荷が電源装置に接続されているときに、例えば電池装置から負荷へ電源を供給する経路が大電流を供給する経路のみである場合、負荷が大電流を必要としないときには主回路の電気的接続が遮断され、負荷へ必要な電源を供給することができない可能性があった。すなわち、従来の電源装置を搭載することができる負荷装置が限定される可能性があった。
本発明の実施形態は上記事情を鑑みて成されたものであって、汎用性の高い電池装置および車両を提供することを目的とする。
実施形態による電池装置は、少なくとも1つの組電池と、前記組電池と負荷との間に接続される主回路の電気的接続状態を切替える第1主開閉器と、前記主回路から分岐し、前記組電池と前記負荷との間に接続される第2主回路の電気的接続状態を切替える第2主開閉器と、前記負荷から供給される運転指令に基づいて前記主開閉器の動作を制御する電池管理回路と、外部から供給される起動指令がオンであるときに、前記電池管理回路と前記第2主開閉器とに電源を供給する電源回路と、を備える。
以下、一実施形態の電池装置および車両について、図面を参照して説明する。
以下の実施形態では、一例として、産業用車両および産業車両に搭載される電池装置について説明する。例えば、車両は、運転していないときであっても補機類(ウインカーやホーンなど)の動作を可能とすることが要求される。このために、車両が運転を停止しているときにも最大で10アンペア程度の放電を行う可能性があり、電池装置から放電可能となるように構成する必要があった。
以下の実施形態では、一例として、産業用車両および産業車両に搭載される電池装置について説明する。例えば、車両は、運転していないときであっても補機類(ウインカーやホーンなど)の動作を可能とすることが要求される。このために、車両が運転を停止しているときにも最大で10アンペア程度の放電を行う可能性があり、電池装置から放電可能となるように構成する必要があった。
しかしながら、主回路と負荷とを接続した状態が長期間継続すると、電磁接触器を閉じるために電池装置から電力が消費され、電池装置が過放電状態となる可能性があった。例えば産業用車両は、運転されず電池装置の充電もされない状態が長期間継続する可能性がある。主回路を電気的に接続した状態で、車両が運転されず電池装置の充電もされない状態が継続すると、電磁接触器を閉じるために電池装置から電力が消費され、過放電状態となり安全性を担保することが困難となる場合があった。
以下の実施形態では、車両を運転していないときでも電池装置から補機類へ電源を供給することが可能である、汎用性の高い電池装置およびこの電池装置を搭載した車両の一例について説明する。
以下の実施形態では、車両を運転していないときでも電池装置から補機類へ電源を供給することが可能である、汎用性の高い電池装置およびこの電池装置を搭載した車両の一例について説明する。
図1は、一実施形態の電池装置および車両の一構成例を概略的に示す図である。
本実施形態の車両は、電池装置と、コネクタCN2と、車両制御回路CTRと、充電回路CHと、インバータINVと、電動機Mと、主開閉器MCと、切替器SWと、補機AXと、を備えた電動車両である。
充電回路CHは、コネクタCN1、CN2を介して、電池装置の主回路C1P、C1Mと電気的に接続可能である。充電回路CHは、外部に露出した充電端子と電気的に接続し、充電端子に充電器が接続されたときに、電池装置の主回路C1P、C1Mを介して複数の電池モジュールMDLへ充電電流を供給することができる。
本実施形態の車両は、電池装置と、コネクタCN2と、車両制御回路CTRと、充電回路CHと、インバータINVと、電動機Mと、主開閉器MCと、切替器SWと、補機AXと、を備えた電動車両である。
充電回路CHは、コネクタCN1、CN2を介して、電池装置の主回路C1P、C1Mと電気的に接続可能である。充電回路CHは、外部に露出した充電端子と電気的に接続し、充電端子に充電器が接続されたときに、電池装置の主回路C1P、C1Mを介して複数の電池モジュールMDLへ充電電流を供給することができる。
インバータINVの直流端子は、コネクタCN1、CN2を介して、電池装置の主回路C1P、C1Mと電気的に接続可能である。インバータINVの交流端子は、電動機Mと電気的に接続している。インバータINVは、電池装置から得られた直流電力を交流電力に変換して電動機Mへ出力することができる。また、電動機Mから得られた交流電力を直流電力に変換して電池装置へ出力することができる。インバータINVの直流端子と電池装置の主回路C1P、C1Mとの電気的接続状態は、メインコンタクタMCにより切替えることができる。
補機AXは、コネクタCN1、CN2を介して、電池装置の第2主回路C2P、C2Mと電気的に接続可能である。補機AXは、例えば、主機を稼働するために必要な付属機器であり、例えばウインカーやホーンなどを含む。
車両制御回路CTRは、充電器CH、インバータINV、メインコンタクタMC、および、補機AXの動作を制御可能に構成されている。車両制御回路CTRは、例えば、CPU(central processing unit)やMPU(micro processing unit)などのプロセッサを少なくとも1つと、プロセッサにより実行されるプログラムを格納するメモリとを備えていてもよい。
車両制御回路CTRは、コネクタCN1、CN2を介して、電池装置の主回路C1P、C1Mと電気的に接続し、電池装置から供給される直流電力を電源とする。車両制御回路CTRの電源供給ラインには、例えば、イグニッション信号により電気的接続状態が切り替わる切替器SWが設けられている。利用者が車両のイグニッションをオンしたときに、電池装置から車両制御回路CTRへ電源が供給される。
車両制御回路CTRは、コネクタCN1、CN2を介して、電池装置の主回路C1P、C1Mと電気的に接続し、電池装置から供給される直流電力を電源とする。車両制御回路CTRの電源供給ラインには、例えば、イグニッション信号により電気的接続状態が切り替わる切替器SWが設けられている。利用者が車両のイグニッションをオンしたときに、電池装置から車両制御回路CTRへ電源が供給される。
本実施形態の電池装置は、複数の電池モジュールMDLと、電池管理回路(BMU)10と、電源回路(DC/DC)20と、主開閉器(メインコンタクタ)MCP、MCMと、リレー(第2主開閉器)RP、RMと、を備えている。本実施形態の電池装置は、例えばフォークリフトなどの産業用車両に搭載することができる例えば、公称電圧100V未満である。
本実施形態の電池装置は、主開閉器MCP、MCM又はリレーRP、RMにより電池装置の主回路C1P、C1Mと電気的に接続する第1コネクタCN1と、負荷と電気的に接続する第2コネクタCN2とを介して、負荷と接続可能である。なお、本実施形態の電池装置は、第1コネクタCN1を含んでいてもよい。
複数の電池モジュールMDLのそれぞれは、例えば、直列及び/又は並列接続した複数の二次電池セルを含む組電池BTを備える。また、複数の電池モジュールMDLのそれぞれは、温度センサと、ヒューズなどの保護素子(保護装置)と、電池監視回路(CMU:Cell Monitoring Unit)1と、を備えていてもよい。なお、電池監視回路1は、後述する電池管理回路30に含まれていてもよい。
複数の電池モジュールMDLの組電池BTは、例えば、図示しない断路器(サービスディスコネクト)を介して直列に接続している。
複数の電池モジュールMDLの組電池BTは、例えば、図示しない断路器(サービスディスコネクト)を介して直列に接続している。
本実施形態では、組電池BTは、リチウムイオン電池の二次電池セル(図示せず)を複数備えている。なお、組電池BTの二次電池セルは、リチウムイオン電池に限定されるものではなく、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池などの二次電池を用いることができる。
電池監視回路1は、組電池BTの複数の二次電池セル個々の正極端子と負極端子との電圧を検出する。また電池監視回路1は、組電池BTの近傍の温度を少なくとも1ヶ所で検出する。
電池監視回路1は、後述する電池管理回路10および他の電池監視回路1との間で、例えばCAN(Control Area Network)プロトコルに基づいて通信可能に構成されている。電池監視回路1は、検出した電圧と温度との情報を周期的に電池管理回路10へ送信する。例えば、低電位側の電池モジュールMDLの電池監視回路1から高電位側の電池モジュールMDLの電池監視回路へ、順次、検出値を送信し、最も高電位側の電池モジュールMDLの電池監視回路1から電池管理回路10へ全ての組電池BTの検出値を送信してもよい。また、複数の電池モジュールMDLの電池監視回路1各々が電池管理回路10と通信可能に接続され、複数の電池監視回路1の夫々から電池管理回路10との間で、検出値を送信してもよい。
電池監視回路1は、例えば、少なくとも1つのプロセッサとメモリとを備え、ソフトウエアにより上記動作を実現するように構成されてもよく、ハードウエアにより構成された回路により上記動作を実現するように構成されてもよく、ソフトウエアとハードウエアとの組み合わせにより上記動作を実現するように構成されていてもよい。
主開閉器MCM、MCPは、複数の電池モジュールMDLと負荷との間に接続される主回路の電気的接続状態を切り替え可能となるように、主回路に設けられている。主開閉器MCPは、最も高電位側の電池モジュールMDLの正極端子と負荷との間に延びた主回路の電気的接続状態を切替える。主開閉器MCMは、最も低電位側の電池モジュールMDLの負極端子と負荷との間に延びた主回路との間の電気的接続状態を切替える。
なお、主開閉器MCP、MCMはノーマリオープン(常開型)の電磁接触器(、FET、リレーなどを含む)である、A接点のコンタクタを採用することができる。
なお、主開閉器MCP、MCMはノーマリオープン(常開型)の電磁接触器(、FET、リレーなどを含む)である、A接点のコンタクタを採用することができる。
また、本実施形態では、高電位側の主回路C1Pに主開閉器MCPを設け、低電位側の主回路C1Mに主開閉器MCMを設けて安全性を担保しているが、主開閉器MCP、MCMは少なくともいずれか一方のみであっても構わない。
電池管理回路10は、コネクタCN1、CN2を介して負荷と通信可能に接続される。電池管理回路10は、例えば負荷から受信した運転指令がオンのときに、主開閉器MCP、MCMを閉じて、主回路C1P、C1Mと負荷とを電気的に接続する。運転指令は、例えば、産業用車両のイグニッション(若しくはシートスイッチ)がオンとなったときにオンを示し、イグニッション(若しくはシートスイッチ)がオフとなったときにオフを示す信号である。
電池管理回路10は、電池監視回路1と通信可能に構成されている。電池管理回路10は、複数の電池モジュールMDLの電池監視回路1から、二次電池セルの電圧および組電池BTの温度の情報を取得する。また、電池管理回路10は、電流センサ(図示せず)から、複数の組電池BTに流れる電流の情報を取得する。電流センサは、例えば、最も高電位側の電池モジュールMDLの正極端子と主開閉器MCPとの間に配置されている。電流センサは、複数の組電池BTに流れる電流を周期的に検出して電池管理回路10へ送信する。電池管理回路10は、例えば、電圧、温度、および電流の情報を用いて、複数の組電池BT(或いは二次電池セル)のSOC(state of charge)を演算することができる。
更に、電池管理回路10は、例えば、二次電池セルの電圧や、組電池BTの温度、演算したSOCに応じて、主開閉器MCP、MCMにより主回路C1P、C1Mの電気的接続を切断し、組電池BTの充電(或いは放電)を停止したり、組電池BTの交換時期を知らせるアラームや異常を通知する警告等を出力したりすることができる。
電池管理回路10は、電源回路20から供給される電源により起動する。また、電池管理回路10は、例えば複数の電池モジュールMDLの異常を検出したときに、電源回路20へシャットダウン制御信号を送信し、電池管理回路10自身への電源供給を停止させることが可能である。
電池管理回路10は、例えば、少なくとも1つのプロセッサとメモリとを備え、ソフトウエアにより上記動作を実現するように構成されてもよく、ハードウエアにより構成された回路により上記動作を実現するように構成されてもよく、ソフトウエアとハードウエアとの組み合わせにより上記動作を実現するように構成されていてもよい。
電源回路20は、例えば起動スイッチ(図示せず)がオンとなったときに通知される起動指令により起動する。電源回路20は、主回路C1P、C1Mから供給される直流電圧(例えば24V)を所定の直流電圧(例えば12V)に変換するDC/DC回路を備え、変換後の所定の直流電圧(例えば12V)の電源を電池管理回路10およびリレーRP、RMへ供給可能に構成されている。
例えば、電源回路20から電池管理回路10へ電源を供給する配線と、電源回路20からリレーRP、RMへ電源を供給する配線とは、共通の電源供給配線と、共通の電源供給配線から各構成へ分岐した枝配線とを備えている。したがって、電源回路20から電池管理回路10へ電源を供給するタイミングで、同時にリレーRP、RMへも電源が供給され、電源回路20から電池管理回路への電源供給が停止されるタイミングで、同時にリレーRP、RMへの電源供給も停止される。
電源回路20は、主開閉器MCP、MCMと複数の電池モジュールMDLとの間に延びた主回路C1P、C1Mから給電される。従って、主開閉器MCP、MCMにより開いた状態であっても、複数の電池モジュールMDLから電源回路20へ給電することが可能である。
リレーRP、RMは、主回路C1P、C1Mから分岐し、複数の電池モジュールMDLと負荷の補機との間に接続される第2主回路C2P、C2Mの電気的接続状態を切替えるように設けられている。第2主回路C2P、C2Mは、主開閉器MCP、MCMと複数の電池モジュールMDLとの間に延びた主回路C1P、C1Mから分岐している。リレーRP、RMは、常開型で、主開閉器MCP、MCNよりも消費電流の少ないことを特徴とする、例えばソリッドステートリレー(SSR:Solid State Relay)であり、電源回路20から電源供給されているときに第2主回路C2P、C2Mを閉じて、電源回路20からの電源供給が停止しているときに第2主回路C2P、C2Mを開く。
図2は、図1に示す電池装置の動作の一例を説明するためのタイミングチャートである。
図3は、図1に示す電池装置において、外部から供給される指令と主回路の接続状態との一例を説明するための図である。
図3は、図1に示す電池装置において、外部から供給される指令と主回路の接続状態との一例を説明するための図である。
本実施形態の電池装置では、起動指令がオフのときには電源回路20が停止している状態であって、主開閉器(メインコンタクタ)MCP、MCMおよびリレーRP、RMは開いた状態である。
電池装置が起動するときには、例えば利用者が起動スイッチを操作してオンし、電源回路20へ起動指令を送信する。電源回路20は起動指令を受信して起動し、電池管理回路10およびリレーRP、RMへの電源供給を開始する。リレーRP、RMは電源が供給されることにより第2主回路C2P、C2Mを電気的に接続し、複数の電池モジュールMDLが、主回路C1P、C1Mおよび第2主回路C2P、C2Mを介して負荷の補機と電気的に接続される。すなわち、起動指令がオンであり、運転指令がオフのときには、主開閉器(メインコンタクタ)MCP、MCMは開いた状態であり、リレーRP、RMは閉じた状態である。
続いて、電池管理回路10が負荷より運転指令を受信すると、電池管理回路10が主開閉器(メインコンタクタ)MCP、MCMを閉じる。したがって、起動指令がオンであり、運転指令がオンであるときには、主開閉器(メインコンタクタ)MCP、MCMおよびリレーRP、RMが閉じた状態である。
この状態で、例えば電池管理回路10が電池モジュールMDLの過充電や過放電などの異常を検出した場合、主開閉器(メインコンタクタ)MCP、MCMを開いて主回路C1P、C1Mと負荷とを電気的に遮断し、充電および放電を停止させる。続いて、電池管理回路10は、電源回路20へシャットダウン要求をし、電池管理回路10およびリレーRP、RMへの電源供給を停止させる。電源回路20から電源供給が停止されると、電池管理回路10は停止しリレーRP、RMが開いて、電池装置から補機への電源供給も停止される。
上記のように、本実施形態の電池装置では、電池装置から負荷へ電力を供給する主回路と、主回路C1P、C1Mから分岐した第2主回路C2P、C2Mとを設け、主回路C1P、C1Mと第2主回路C2P、C2Mとをそれぞれ独立して制御している。
更に、主回路の電気的接続状態は電池管理回路10からの制御信号により切り替わり、第2主回路の電気的接続状態は電池管理回路10への電源供給と連動するように電源回路20からの電源供給により制御される。したがって、電池管理回路10の制御系統は1つあればよく、電池管理回路10に複数の制御系統を設ける必要はない。
本実施形態の電池装置によれば、電池管理回路10の停止しているとき(例えば、コネクタCN1とコネクタCN2とが接続していないときや、電池モジュールMDLの異常が検出されたとき)以外のタイミングでは、主開閉器MCP、MCMの接続状態にかかわらず補機への電源供給が可能となる。
すなわち、負荷が運転を停止し、負荷へ大電流を供給する必要がないときには、主開閉器MCP、MCMを介さない経路にて負荷へ電力を供給することができ、主開閉器MCP、MCMにより複数の電池モジュールMDLに蓄えられた電力が消費されることがなくなる。したがって、負荷が運転を停止している期間において、この状態においても、電池管理回路10が電池モジュールMDLの過充電や過放電などの異常を検出した場合、電源回路20へシャットダウン要求をし、電池管理回路10およびリレーRP、RMへの電源供給を停止させる。電源回路20から電源供給が停止されると、電池管理回路10は停止しリレーRP、RMが開いて、電池装置から補機への電源供給も停止される。 上記のように、本実施形態によれば、安全性を担保した電池装置を提供することができる。
なお、図1に示す例では、電源回路20は主回路C1P、C1Mから給電されていたが、例えば図4に示すように電源回路20は、外部から電源を供給されていてもよい。その場合であっても上述の実施形態と同様の効果を得ることができる。
また、上述の実施形態では、車両の一例として産業用車両について説明したが、本実施形態の電池装置は産業用車両以外の車両に搭載可能であることは言うまでもない。例えば、モノレールや鉄道などの軌道系交通機関に用いられる車両、無人搬送車(AGV:automatic guided vehicle)、乗用車、大型乗用車両、など、様々な電動車両に、上述の実施形態の電池装置を搭載することが可能である。更に、上述の電池装置は、電動車両以外の電子機器の電源として採用することも可能である。
また、上述の実施形態では、車両の一例として産業用車両について説明したが、本実施形態の電池装置は産業用車両以外の車両に搭載可能であることは言うまでもない。例えば、モノレールや鉄道などの軌道系交通機関に用いられる車両、無人搬送車(AGV:automatic guided vehicle)、乗用車、大型乗用車両、など、様々な電動車両に、上述の実施形態の電池装置を搭載することが可能である。更に、上述の電池装置は、電動車両以外の電子機器の電源として採用することも可能である。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
Claims (4)
- 少なくとも1つの組電池と、
前記組電池と負荷との間に接続される主回路の電気的接続状態を切替える第1主開閉器と、
前記主回路から分岐し、前記組電池と前記負荷との間に接続される第2主回路の電気的接続状態を切替える第2主開閉器と、
前記負荷から供給される運転指令に基づいて前記第1主開閉器の動作を制御する電池管理回路と、
外部から供給される起動指令がオンであるときに、前記電池管理回路と前記第2主開閉器とに電源を供給する電源回路と、を備えた電池装置。 - 前記組電池の電圧および温度を検出して前記電池管理回路へ送信する電池監視回路を更に備え、
前記電池管理回路は、前記電池管理回路から取得した電圧および温度の情報に基づいて前記組電池が正常であるか否か判断し、前記組電池が異常であると判断したときに、前記電源回路へシャットダウン制御信号を送信するように構成され、
前記電源回路は、前記シャットダウン制御信号を受信したときに、前記電池管理回路および前記第2主開閉器への電源供給を停止するように構成される、請求項1記載の電池装置。 - 前記第1主開閉器は電磁接触器であって、前記第2主開閉器はソリッドステートリレーである、請求項1又は請求項2記載の電池装置。
- 請求項1乃至請求項3のいずれか1項記載の電池装置と、
前記電池装置の前記主回路と電気的に接続されるインバータと、
前記電池装置の前記第2主回路と電気的に接続される補機と、前記インバータから供給される電力により駆動される電動機と、を含む前記負荷と、を備えた車両。
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Legal Events
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121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
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NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
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ENP | Entry into the national phase |
Ref document number: 2018913938 Country of ref document: EP Effective date: 20201102 |