(57)【要約】【課題】機能モジュールの構成を簡素化して集中的に管理できるようにする。【解決手段】直列及び／又は並列に接続された複数の電池セル１１を積層した電池ブロックと、電池セル１１の状態を検出するための電池状態検出部１４と、他の機能モジュール１０又はメインコントローラ２とデータ通信するための通信インターフェース１６と、通信インターフェース１６を介して通信されるデータを記録可能なメモリ部１８と、を備える、複数の機能モジュール１０と、各機能モジュール１０の通信インターフェース１６と、通信ラインＣＢを介して接続されるメインコントローラ２とを備え、複数の機能モジュール１０が、出力ラインＯＬ上で直列及び／又は並列に接続する。【選択図】図１
2012053426.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の機能モジュール(10)と、
前記複数の機能モジュール(10)と接続され、これらを制御するメインコントローラ(2)と、
を備え、
前記複数の機能モジュール(10)はそれぞれ、
直列及び／又は並列に接続された複数の電池セル(11)を積層した電池ブロック(12)と、
前記電池セル(11)の状態を検出するための電池状態検出部(14)と、
他の機能モジュール(10)又はメインコントローラ(2)とデータ通信するための通信インターフェース(16)と、
を備えており、
前記メインコントローラ(2)は、各機能モジュール(10)の前記通信インターフェース(16)と、通信ライン(CB)を介して接続されており、
前記複数の機能モジュール(10)が、出力ライン(OL)上で直列及び／又は並列に接続されてなることを特徴とする電源装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電源装置において、前記機能モジュール(10)はさらに、
前記通信インターフェース(16)を介して通信されるデータを記録可能なメモリ部(18)を備えてなることを特徴とする電源装置。
【請求項３】
請求項２に記載の電源装置において、
前記機能モジュール(10)は、前記メインコントローラ(2)からの信号に基づき、該機能モジュール(10)のメモリ部(18)を書き換え可能に構成してなることを特徴とする電源装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一に記載の電源装置において、
前記機能モジュール(10)が、前記出力ライン(OL)上に直列に接続されており、
前記電源装置はさらに、前記出力ライン(OL)を流れる出力電流を検出するための電流検出部(4)を備えていることを特徴とする電源装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一に記載の電源装置において、
前記メインコントローラ(2)と複数の機能モジュール(10)とが、通信ライン(CB)を介してバス型、デイジーチェーン型、ループ型、又はスター型のいずれかの形態により接続されてなることを特徴とする電源装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一に記載の電源装置において、
前記機能モジュール(10)は、前記通信インターフェース(16)を複数備えており、一方の通信インターフェース(16A)を上流側の機能モジュール(10)に、他方の通信インターフェース(16B)を下流側の機能モジュール(10)に接続可能としてなることを特徴とする電源装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一に記載の電源装置において、
前記機能モジュール(10)がさらに、該機能モジュール(10)に含まれる電池ブロック(12)を構成する複数の電池セル(11)間の残容量を均衡させるための均等化回路(13)を備えており、
前記メインコントローラ(2)からの指令を受けて各機能モジュール(10)が、前記均等化回路(13)を用いて電池セル(11)間の残容量の均等化を行うことを特徴とする電源装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一に記載の電源装置において、
前記電池状態検出部(14)は、
前記電池セル(11)の電圧を検出するための電圧検出部(21)を備えることを特徴とする電源装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一に記載の電源装置において、
前記電池状態検出部(14)は、
前記電池セル(11)の温度を検出するための温度検出部(22)を備えることを特徴とする電源装置。
【請求項１０】
請求項８に記載の電源装置において、
前記機能モジュール(10)は、前記通信インターフェース(16)を介して、該機能モジュール(10)に含まれる電池セル(11)のセル電圧に関する情報を、前記メインコントローラ(2)に送信可能に構成してなることを特徴とする電源装置。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか一に記載の電源装置において、
前記メインコントローラ(2)は、各機能モジュール(10)に対して、通信ライン(CB)に接続されたことを検出して、固有のアドレス情報を付与可能であり、
前記機能モジュール(10)は、該付与された固有アドレス情報を、前記メモリ部(18)に記録可能であり、
前記メモリ部(18)に記録された固有アドレス情報に基づいて、各機能モジュール(10)は各々メインコントローラ(2)とデータ通信可能に構成してなることを特徴とする電源装置。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか一に記載の電源装置を備える車両。
【請求項１３】
請求項１から１１のいずれか一に記載の電源装置を搭載した蓄電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の電池セルを備える電源装置及びこれを用いた車両並びに蓄電装置に関し、特にハイブリッド車や電気自動車等の電動車両に搭載されて、車両を走行させるモータに電力を供給する電源に最適な電源装置及びこれを用いた車両並びに蓄電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用の電源装置は、多数の電池セルを直列に接続して出力電圧を高く、出力電力を大きくしている。また、体積に対する充電容量を大きくすることから、多数の角形電池セルを積層状態に配置する電池積層体を備える電源装置が開発されている。このような電池積層体を、モジュール状に構成し、複数の電池モジュールを直列及び／又は並列に連結することで、異なる仕様の電圧、電流に対応した出力の電源装置が構成される。【０００３】
また各電池モジュール毎に、回路基板を設けて、該電池モジュールの電池容量や電圧、該電池モジュールに含まれる電池セルの温度等を個別に管理する、いわゆる機能モジュールやインテリジェントモジュールと呼ばれる構成も提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−４７１１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら各電池モジュールに、マイコン等の制御回路を設けることは、高度な制御管理が可能となる半面、各電池モジュール毎に複雑な電子回路を配置することとなり、極めて回路構成が複雑化し、処理も大変となる上、製造及び管理維持コストも高騰するという問題があった。特に大量生産される車載用の電源装置においては、コストダウンの要求が強く、より簡易で安価な構成が求められていた。【０００６】
本発明は、従来のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、機能モジュールの構成を簡素化して集中的に管理できるようにした電源装置及びこれを用いた車両並びに蓄電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の側面に係る電源装置によれば、複数の機能モジュール１０と、前記複数の機能モジュール１０と接続され、これらを制御するメインコントローラ２と、を備え、前記複数の機能モジュール１０はそれぞれ、直列及び／又は並列に接続された複数の電池セル１１を積層した電池ブロック１２と、前記電池セル１１の状態を検出するための電池状態検出部１４と、他の機能モジュール１０又はメインコントローラ２とデータ通信するための通信インターフェース１６と、を備えており、前記メインコントローラ２は、各機能モジュール１０の前記通信インターフェース１６と、通信ラインＣＢを介して接続されており、前記複数の機能モジュール１０が、出力ラインＯＬ上で直列及び／又は並列に接続することができる。これにより、演算機能を機能モジュールから省略し、演算自体はメインコントローラで纏めて行うことによって、全体の構成を簡素化できる。また機能モジュールのハードウェア構成を共通化することで製造コストを低減できる。さらに一部の機能モジュールに不具合が生じても該当する機能モジュールのみを交換でき、メンテナンスの面でも有利となる。
【０００８】
また、第２の側面に係る電源装置によれば、前記機能モジュール１０はさらに、前記通信インターフェース１６を介して通信されるデータを記録可能なメモリ部１８を備えることができる。これにより、メモリ部を利用したデータ通信が可能となる。
【０００９】
さらに、第３の側面に係る電源装置によれば、前記機能モジュール１０は、前記メインコントローラ２からの信号に基づき、該機能モジュール１０のメモリ部１８を書き換え可能に構成できる。これにより、必要な情報をメインコントローラから各機能モジュールに送信して、機能モジュール側で記録することができる。このためメインコントローラ側で一元的に機能モジュールを管理させ、機能モジュール側の処理を簡素化して負荷を軽減することも可能となる。
【００１０】
さらにまた、第４の側面に係る電源装置によれば、前記機能モジュール１０が、前記出力ラインＯＬ上に直列に接続されており、前記電源装置はさらに、前記出力ラインＯＬを流れる出力電流を検出するための電流検出部４を備えることができる。これにより、直列接続された機能モジュールを流れる出力電流を、共通の電流検出部で検出できるため、各機能モジュールに電流センサを設ける必要を無くし、機能モジュールをより簡素化できる利点が得られる。
【００１１】
さらにまた、第５の側面に係る電源装置によれば、前記メインコントローラ２と複数の機能モジュール１０とが、通信ラインＣＢを介してバス型、デイジーチェーン型、ループ型、又はスター型のいずれかの形態により接続することができる。これにより、様々な用途に応じて機能モジュールの接続形態を適切に選択できる。
【００１２】
さらにまた、第６の側面に係る電源装置によれば、前記機能モジュール１０は、前記通信インターフェース１６を複数備えており、一方の通信インターフェース１６を上流側の機能モジュール１０Ａに、他方の通信インターフェース１６Ｂを下流側の機能モジュール１０に接続可能とできる。これにより、隣接する機能モジュール同士の接続を容易に行え、レイアウトを簡素化できる利点が得られる。特に隣接する機能モジュール同士の接続ラインを短くすることで、ノイズ対策に有効となる。
【００１３】
さらにまた、第７の側面に係る電源装置によれば、前記機能モジュール１０がさらに、該機能モジュール１０に含まれる電池ブロックを構成する複数の電池セル１１間の残容量を均衡させるための均等化回路１３を備えており、前記メインコントローラ２からの指令を受けて各機能モジュール１０が、前記均等化回路１３を用いて電池セル１１間の残容量の均等化を行うことができる。これにより、機能モジュール毎に均等化回路を設ける一方、各機能モジュールのセルバランスをメインコントローラで集中的に管理することで、機能モジュール側の処理を低減し構成を簡素化しつつ、従来と同様のセルバランスの維持を図ることができる。
【００１４】
さらにまた、第８の側面に係る電源装置によれば、前記電池状態検出部１４が、前記電池セル１１の電圧を検出するための電圧検出部２１を備えることができる。これにより、各機能モジュールで電池セルの電圧を監視することができる。
【００１５】
さらにまた、第９の側面に係る電源装置によれば、前記電池状態検出部１４が、前記電池セル１１の温度を検出するための温度検出部２２を備えることができる。これにより、各機能モジュールで電池セルの温度を監視することができる。
【００１６】
さらにまた、第１０の側面に係る電源装置によれば、前記機能モジュール１０は、前記通信インターフェース１６を介して、該機能モジュール１０に含まれる電池セル１１のセル電圧に関する情報を、前記メインコントローラ２に送信可能に構成できる。これにより、各機能モジュールの電池セルのセル電圧を、メインコントローラ側でまとめてモニタすることができる。
【００１７】
さらにまた、第１１の側面に係る電源装置によれば、前記メインコントローラ２は、各機能モジュール１０に対して、通信ラインＣＢに接続されたことを検出して、固有のアドレス情報を付与可能であり、前記機能モジュール１０は、該付与された固有アドレス情報を、前記メモリ部１８に記録可能であり、前記メモリ部１８に記録された固有アドレス情報に基づいて、各機能モジュール１０は各々メインコントローラ２とデータ通信可能に構成できる。これにより、各機能モジュールは固有のアドレス情報を有することができ、該固有アドレス情報に基づいてメインコントローラと通信ラインを介してデータ通信することができる。特に固有アドレス情報の設定を自動的に行えるため、この作業を省力化できる利点が得られる。また、機能モジュールの製造時には予め固有アドレス情報を固定しないため、機能モジュールを共通化でき、製造コストを低減できる利点も得られる。
【００１８】
さらにまた第１２の側面に係る電源装置を備える車両によれば、上記いずれかの電源装置を備えることができる。
【００１９】
さらにまた、第１０の側面に係る蓄電装置は、上記いずれかの電源装置を搭載したものである。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施例１に係る電源装置を示すブロック図である。
【図２】実施例２に係る電源装置を示すブロック図である。
【図３】実施例３に係る電源装置を示すブロック図である。
【図４】実施例４に係る電源装置を示すブロック図である。
【図５】実施例５に係る電源装置を示すブロック図である。
【図６】電源装置の詳細な構成を示すブロック図である。
【図７】機能モジュールの外観を示す斜視図である。
【図８】機能モジュールの分解斜視図である。
【図９】エンジンとモータで走行するハイブリッド車にバッテリシステムを搭載する例を示すブロック図である。
【図１０】モータのみで走行する電気自動車にバッテリシステムを搭載する例を示すブロック図である。
【図１１】電源装置を蓄電装置に適用した例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための電源装置及びこれを用いた車両並びに蓄電装置を例示するものであって、本発明は電源装置及びこれを用いた車両並びに蓄電装置を以下のものに特定しない。なお、特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部材の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。また、一部の実施例、実施形態において説明された内容は、他の実施例、実施形態等に利用可能なものもある。なお本明細書において「上流」、「下流」とは、機能モジュールが接続される通信ラインにおいて、ノードの一方端にある機能モジュールを上流とした場合、上流機能モジュールに対して他方端にある機能モジュールを下流機能モジュールとし、また複数が直列に接続されている機能モジュールにおいては、特定の機能モジュールを基準にして、上流機能モジュール側に接続されている機能モジュールを「上流」、下流機能モジュール側に接続されている機能モジュールを「下流」と呼ぶ。または、マスターコントローラに近い側を上流、遠い側を下流と定義することもできる。
（実施例１）
【００２２】
図１に、本発明の実施例１に係る電源装置１００を示す。この電源装置１００は、複数の電池セルを用いた組電池システムとして、ハイブリッド車や電気自動車などに搭載されて、車両を走行させるモータに電力を供給する電源に使用される。ただし、本発明の電源装置は、車両用の電源装置には特定せず、大出力が要求される他の電源装置にも適宜使用できる。この図に示す電源装置は、複数の機能モジュール１０と、メインコントローラ２と、接続部３と、電流検出部４を備えている。
（機能モジュール１０）
【００２３】
各機能モジュール１０は、それぞれ電池セル１１を積層した電池ブロック１２と、電池セル１１の状態を検出するための電池状態検出部１４と、他の機能モジュール１０やメインコントローラ２とデータ通信を行うための通信インターフェース１６と、メモリ部１８とを備える。各機能モジュール１０同士やメインコントローラ２とは、通信ラインＣＢを介して通信インターフェース１６でデータ通信を行う。通信ラインＣＢは、双方向通信可能なラインとしている。
（通信インターフェース１６）
【００２４】
通信インターフェース１６はデータ通信機能を備えており、通信ラインＣＢを介して隣接する機能モジュール１０同士が接続される。また図１に示す機能モジュール１０は、通信インターフェース１６を２つ備えており、一方の通信インターフェース１６Ａを上流側の機能モジュール１０に、他方の通信インターフェース１６Ｂを下流側の機能モジュール１０に接続している。このようにすることで、隣接する機能モジュール１０同士を接続する通信ラインＣＢを短くすることができ、ノイズが通信ラインＣＢに乗る可能性を低減できる。またこの例では、複数の機能モジュール１０を連結した一方の端縁において、通信インターフェース１６Ｂをメインコントローラ２と接続する一方、他方の端縁では通信インターフェース１６Ａを接続しない、デイジーチェーン式の接続形態としている。
（通信インターフェース１６の接続形態）
【００２５】
ただし、このようなデイジーチェーン式の接続形態に限られるものでなく、例えば図２に示す実施例２に係る電源装置２００のように、他方側の端縁の通信インターフェース１６Ａも、メインコントローラ２と接続することで、ループ型に機能モジュール１０をメインコントローラ２に接続することもできる。この場合は、通信ラインＣＢを双方向通信可能なラインとする必要はなく、一方向の通信で足りるため、通信ラインＣＢや通信インターフェース１６を簡素化できる利点が得られる。
【００２６】
あるいは、図３に示す実施例３に係る電源装置３００のように、各機能モジュール１０をメインコントローラ２と個別に通信ラインＣＢで接続するスター型の接続形態とすることもできる。この構成では、各機能モジュール１０はメインコントローラ２と個別接続されているため、通信データの干渉が無く、また通信データパケットに個別の識別情報を付与する必要も無くすことができる。さらにいずれかの通信ラインＣＢが断線しても、他の機能モジュール１０との通信は維持できるという利点も得られる。なお図３の構成例では、通信インターフェース１６は必ずしも複数必要でなく、１つで足りる。ここでは、通信インターフェース１６Ｂのみに通信ラインＣＢを接続しており、通信インターフェース１６Ａには接続していない。よって通信インターフェース数を削減できる利点も得られる。
【００２７】
また図３の例では、メインコントローラ２を各機能モジュール１０と直接、通信ラインＣＢを介して接続している。ただ、機能モジュール数が多い場合や、機能モジュールを直列接続したモジュール集合体１を複数並列に接続する場合などは、ハブを介して接続する構成としてもよい。このような例を、実施例４として図４に示す。この図に示す電源装置４００は、メインコントローラ２とモジュール集合体１との間に、ハブコントローラ５を配置している。ハブコントローラ５は、複数本の通信ラインＣＢをスター型接続で各機能モジュール１０と接続する。このハブコントローラ５をメインコントローラ２と接続することで、複数本の通信ラインＣＢを纏めた通信を行うことができる。
【００２８】
あるいは、図５に示す実施例５に係る電源装置５００のように、共通の通信ラインＣＣＢに対して、各機能モジュール１０が個別に接続する形態としてもよい。この例では、共通通信ラインＣＣＢの途中でバスを分岐させて、機能モジュール１０と接続している。このようなぶら下がり型の接続形態によれば、共通通信ラインＣＣＢを利用して機能モジュール１０を逐次追加できる。また、機能モジュール１０に限られず、他の部材も共通通信ラインＣＣＢに接続するように構成してもよく、通信線の簡素化を図ることができる。この共通通信ラインＣＣＢは双方向通信可能なラインとする。
【００２９】
なお通信ラインを用いた通信形態としては、ＣＡＮ（Controller Area Network）やＬＩＮ、FlexRay、ＭＯＳＴ、ＵＡＲＴ、ＳＯＩ、Ｉ２Ｃ等、既存の通信プロトコルが適宜利用できる。
（モジュール集合体１）
【００３０】
また各機能モジュール１０は、電池ブロック１２のプラス側とマイナス側をそれぞれ出力ラインＯＬ上に接続している。この機能モジュール１０は、各々出力ラインＯＬ上に直列に接続され、モジュール集合体１を構成している。モジュール集合体１は、各電池ブロック１２を直列に接続した出力電力を、接続部３を介して外部に出力可能としている。このため接続部３は、外部出力端子を備えている。
【００３１】
なお、図１〜図３の例では、機能モジュール１０を直列に４台接続しているが、接続台数は３台以下、あるいは５台以上とできることはいうまでもない。また、並列接続を混在させることも可能である。機能モジュールの接続数や接続形態に応じて、出力電圧や電流値を調整できることは上述の通りである。
（電流検出部４）
【００３２】
さらに出力ラインＯＬ上には電流検出部４が設けられており、モジュール集合体１から出力ラインＯＬに流れる出力電流を電流検出部４で検出している。電流検出部４もメインコントローラ２と、通信ラインＣＢとは個別の電流信号線ＣＬを介して接続されており、電流検出部４で検出された出力電流に関する情報は、この電流信号線ＣＬを介してメインコントローラ２に送出される。この例では電流検出部４はメインコントローラ２と通信を行っておらず、単にメインコントローラ２が電流検出部４で検出された電流信号を取得するのみのＩ／Ｏ接続である。ただ、通信によって電流信号を取得することも可能であり、この場合は通信ライン等の通信線と接続してもよい。メインコントローラ２は、通信ラインＣＢを介して各機能モジュール１０における電池セル１１の状態を、また電流信号線ＣＬを介して出力電流を、それぞれモニタでき、これらの情報を外部機器に送信したり、機能モジュール１０に対して電池セル１１の切り離しなどを指示する。
【００３３】
このように電流検出部４を各機能モジュール１０に設けることなく、一の電流検出部４を出力ラインＯＬ上に設け、さらにこれをメインコントローラ２と接続することで、電流検出部４を共通化することができる。換言すると機能モジュール毎に電流センサを設ける必要を無くし、機能モジュールの簡素化に貢献できる。
（電池状態検出部１４）
【００３４】
上述した図１等に示す機能モジュール１０は、従来の電池モジュールのように、複数の電池セルを積層した単なる電池積層体でなく、電池セル１１の積層体である電池ブロック１２を保護する保護回路等を実装した回路基板２０を備えている（図８）。回路基板２０は、電池状態検出部１４を実装しており、電池ブロック１２の温度や電圧、電流等を電池状態検出部１４で検出する。また回路基板２０は、異常電圧発生時に回路を遮断する保護回路を設けることもできる。
（電圧検出部２１）
【００３５】
この電池状態検出部１４は、機能モジュール１０に含まれる電池セル１１の電圧を検出するための電圧検出部２１を備えている。電圧検出部２１は、電池セル１１毎に設けることが好ましい。特にリチウムイオン二次電池においては、電池セル毎に電圧を監視することで異常を正確に把握し、安全性を確実に担保できる。ただ、電池ブロック中の特定の位置、例えば電池ブロックの両端部や中間部等の電池セルのみの電圧を検出するようにしてもよい。この電圧検出部２１および通信インターフェース１６は電池セル１１近傍に配置している。特に、短いワイヤーハーネスやＦＰＣ（Flexible printed circuits）などを用いて、電圧検出部２１を電池ブロック１２の近傍に配置することで、検出線間のショートを防止できる。
【００３６】
さらに、これらの電圧検出部２１と２つの通信インターフェース１６は、１チップで構成することもできる。これによって各機能モジュール１０の回路基板２０を小型化できる。さらに電圧検出部２１と通信インターフェース１６に加え、メモリ部１８も含めて１チップで構成してもよい。なお回路基板２０は、電池ブロック１２の端面に直付けとすることもできる。
【００３７】
機能モジュール１０は、通信インターフェース１６を介して、電池セル１１のセル電圧に関する情報を、メインコントローラ２に送信することができる。これにより、各機能モジュール１０の電池セル１１のセル電圧を、メインコントローラ２側でまとめてモニタすることができる。
（温度検出部２２）
【００３８】
また電池状態検出部１４は、機能モジュール１０に含まれる電池セル１１の温度を検出するための温度検出部２２を備えることもできる（図６）。温度検出部２２は、電池セル１１の温度が最も高い部位（例えば電池ブロック１２の中央や冷却風の風下側）や最も低い部位（例えば電池ブロック１２の端面や冷却風の風上側）など、特定の電池セル１１のみに設ける。ただ、すべての電池セルに設けてもよいことはいうまでもない。
（メモリ部１８）
【００３９】
メモリ部１８は、通信インターフェース１６を介して通信されるデータを記録する。このようなメモリ部１８には、Ｅ2ＰＲＯＭなどの不揮発性メモリが利用できる。不揮発性メモリには、各機能モジュール１０を識別するための識別情報である固有アドレス情報や、この機能モジュールに含まれる電池セルの電池容量（ＳＯＣ）、電池の寿命情報（ＳＯＨ）などを保存することができる。固有アドレス情報を各機能モジュール１０に付与することによって、複数接続された機能モジュール１０を区別することが可能となる。
【００４０】
メモリ部１８に記録されるデータは、メインコントローラ２からの信号に基づき、書き換え可能としている。これにより、必要な情報をメインコントローラ２から各機能モジュール１０に送信して、機能モジュール１０側で記録することができる。このためメインコントローラ２側で一元的に機能モジュール１０を管理させ、機能モジュール１０側の処理を簡素化して負荷を軽減することも可能となる。例えば、各機能モジュール１０をメインコントローラ２で識別するための識別情報である固有アドレス情報が、メインコントローラ２から機能モジュール１０に割り当てられる際、機能モジュール１０は自身の固有アドレス情報をメモリ部１８に書き込む。
（固有アドレス情報）
【００４１】
メインコントローラ２は、各機能モジュール１０に対して、通信ラインＣＢに接続されたことを検出して、固有のアドレス情報を付与可能としている。これにより、各機能モジュール１０は固有のアドレス情報を有することができ、該固有アドレス情報に基づいてメインコントローラ２と通信ラインＣＢを介してデータ通信することができる。特に固有アドレス情報の設定を自動的に行えるため、この作業を省力化できる利点が得られる。また、機能モジュール１０の製造時には予め固有アドレス情報を固定しないため、機能モジュール１０を共通化でき、製造コストを低減できる利点も得られる。
【００４２】
例えば、機能モジュール１０は電源装置１００に接続した時点で、メインコントローラ２がこの接続を検知して自動的に固有アドレス情報を定義し、機能モジュール１０に送信する。機能モジュール１０は、送信された固有アドレス情報を認識し、メモリ部１８に書き込んで記録すると共に、この固有アドレス情報に基づいてデータ通信を開始できる。このようにして機能モジュール１０は、固有アドレス情報を取得して、取得した固有アドレス情報に基づいて、各々メインコントローラ２とデータ通信を行うことができる。
【００４３】
このように機能モジュール１０側の機能を限定して、機能モジュール１０のハードウェア構成を共通化して、部品コストを大幅に抑制できる。加えて、機能モジュール１０を共通化することで、一部の機能モジュール１０に不具合が生じても該当する機能モジュール１０のみを交換でき、メンテナンスの面でも有利となる。
（電池セル１１）
【００４４】
電池ブロック１２は、複数の電池セル１１を直列及び／又は並列に接続して構成される。図１の例では、電池セル１１を直列に接続している。電池セル１１には、リチウムイオン電池が好適に利用できる。リチウムイオン電池は、電圧が高く、少ない個数を直列に接続して出力電圧を高くできる。ただ、電池セルはニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池等、充電できる他の電池セルを用いることもできる。電池ブロック１２は、直列に接続する電池セル１１の個数で出力電圧を調整している。さらに、電源装置１００は、直列に接続する機能モジュール１０の個数で出力電圧を調整している。電源装置１００は、複数の電池ブロック１２を直列に接続して、例えば車両の走行モータに電力を供給する装置にあっては、出力電圧を、例えば１００Ｖ〜４００Ｖ、好ましくは２００Ｖ〜３００Ｖとする。
（均等化回路１３）
【００４５】
また各機能モジュール１０は、電池ブロック１２を構成する複数の電池セル１１間の残容量を均衡させるための均等化回路１３を備えている。各機能モジュール１０は、メインコントローラ２から均等化の指令を受けて、均等化回路１３を動作させ、電池セル１１間の残容量の均等化を行うことができる。均等化回路１３は、電圧の高い、あるいは残量量の大きい電池セルを、抵抗を介して短絡させることで、電力を消費させて他の電池セルのそれと一致させる。このため、各電池セルを含む閉回路を構成しており、閉回路の開閉をスイッチで制御して均等化を実行する。これにより、メインコントローラ２で各機能モジュール１０内でのセルバランスを適切に維持するよう集中的に管理できる。換言すると機能モジュール１０側の処理を低減し、機能モジュール１０の構成の簡素化に資する。また必要に応じて、機能モジュール間の電池ブロックの電圧のバランスを維持するよう、ブロック間の均等化回路を設けてもよい。あるいは、機能モジュール間の均等化を図るため、ブロック電圧の高い機能モジュールから、他の機能モジュールに対して駆動電源を供給するよう構成することもできる。
（電気自動車）
【００４６】
このような電源装置を、電動自動車に搭載した例を、図６のブロック図に示す。図６の例では、２つの機能モジュール１０を接続して電源装置３００を構成している。また、電流検出部４は、通信ラインＣＢと異なる専用バスでメインコントローラ２と接続している。メインコントローラ２は、電源装置側のＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）として、出力電流の検出、各機能モジュール１０の制御、通信ラインＣＢの制御を行い、さらに外部接続された車両側コントローラ９７との間でデータ通信を行う。このためメインコントローラ２は、低電圧のコネクタでもって車両側コントローラ９７と接続されている。一方、接続部３はモジュール集合体１の出力ラインＯＬを、高電圧のコネクタを介して車両側のコンタクタユニット９８と接続する。さらに出力ラインＯＬの経路上には、点検時等に安全性を確保するために出力ラインＯＬを開放するためのサービスプラグ９９が設けられる。
【００４７】
図６に示す機能モジュール１０はＭＰＵなどの高機能な演算素子を回路基板２０に有しない。このため、回路基板２０上にはごく簡単なＩＣやＡＳＩＣなどと、メモリ部１８と、均等化回路１３を備えるのみとして回路構成を簡素化、小型化できる上、コストも安価にできる利点が得られる。一方、ＳＯＣやＳＯＨの演算など、演算処理が必要な場合は、通信ラインＣＢを介して接続されたメインコントローラ２側で行う。このように構成することで、各機能モジュール１０に求められるハードウェア的な仕様が簡素化できるため、安価に製造できる。その一方で、必要な処理はメインコントローラ２で纏めて処理できるため、機能的に従来よりも劣ることは無く、必要な機能は維持される。
【００４８】
このように、各機能モジュール１０からのデータをメインコントローラ２に集約し、集中的にデータ処理を行う。またメインコントローラ２は、機能モジュール１０が接続される毎に、接続された新たな機能モジュール１０を認識し、この機能モジュール１０に対して固有アドレス情報を自動的に定義、配布する。これにより、追加された機能モジュール１０は、付与された固有アドレス情報に基づいて、電源装置内でのデータ通信を行うことができるようになる。
（機能モジュール１０の詳細構成）
【００４９】
機能モジュール１０の一例の外観斜視図を図７に、図７の分解斜視図を図８に、それぞれ示す。これらの図に示す機能モジュール１０は、電池ブロック１２と、回路基板２０とを備えている。この例では、複数枚の角形電池セル１１を積層した電池ブロック１２をバインドバー３０で締結している。また回路基板２０には、異常事態から電池セル１１の保護を図る保護回路など、種々の回路を実装している。
（電池ブロック１２）
【００５０】
電池ブロック１２は図７に示すように、外観を略箱形とし、角形の電池セル１１を多数積層し、両端面からエンドプレート２４で、バインドバー３０を介して狭持している。電池ブロック１２は、図８の分解斜視図に示すように、角形の電池セル１１を複数、セパレータ４０を介して積層して構成される。図８の電池ブロック１２の例では、１８個の電池セル１１を積層している。バインドバー３０は電池セル１１を締結する締結手段として機能する。この例では枠状の金属板の両端を上面視コ字状に折曲して折曲片３１として、エンドプレート２４に設けた突起２６と嵌合するためのスリット３２を折曲片３１に開口している。この電池ブロック１２は、バインドバー３０の折曲片３１に開口したスリット３２に、エンドプレート２４の突起２６を嵌入させることで、電池セル１１をセパレータ４０を介在させて積層した状態に狭持して固定する。
（電池セル１１）
【００５１】
電池セル１１は、外形を、幅よりも厚さを薄くした角形とする外装缶で構成され、外装缶の天面、すなわち外装缶を閉塞する封口板に正負の電極端子を設けている。電極端子同士は、バスバーを介して電気的に接続している。なお電池セルの外装缶は、プラスチック等の絶縁材で製作することもできる。この場合は電池セル同士を積層する際に、外装缶を絶縁する必要がないので、セパレータを金属製とすることもできる。また電池セル１１の天面を除く面は、絶縁処理される。具体的には、電池セル１１の天面及び底面を除く面を、被覆フィルムで表面を被覆する。
【００５２】
このような電池セル１１は、リチウムイオン二次電池の角形電池である。ただ、電池セルは、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池等の二次電池とすることもできる。電池セル１１は、所定の厚さを有する四角形で、天面の両端部には正負の電極端子を突出して設けており、天面の中央部には安全弁の開口部を設けている。積層される電池セル１１は、隣接する正負の電極端子をバスバーで連結して互いに直列に接続している。隣接する電池セル１１を互いに直列に接続するバッテリシステムは、出力電圧を高くして出力を大きくできる。ただ、バッテリシステムは、隣接する電池セルを並列に接続することもできる。
（セパレータ４０）
【００５３】
電池ブロック１２は、積層している電池セル１１の間にセパレータ４０を挟着している。この電池ブロック１２は、電池セル１１の外装缶１２を金属製として、プラスチック製のセパレータ４０で絶縁して積層できる。セパレータ４０は、両面を電池セル１１に嵌着できる形状として、隣接する電池セル１１の位置ずれを阻止して積層できる。
【００５４】
またセパレータ４０は、図８に示すように、電池セル１１を冷却するために、電池セル１１との間に、空気等の冷却気体を通過させる冷却隙間を設けている。これにより電池ブロック１２は、複数の電池セル１１を冷却隙間ができる状態で積層している。また、電池ブロック１２の電池セル１１に冷却気体を強制送風して冷却する冷却機構として、強制送風機構を備えている（図示せず）。
（電源装置を用いた車両）
【００５５】
次に、以上の電池セルを用いた電源装置を搭載した車両を、図９及び図１０に基づいて説明する。図９は、車両用のバッテリシステムを搭載する車両であって、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッド車ＨＶの一例を示している。この図のハイブリッド車は、車両を走行させるエンジン９６及び走行用のモータ９３と、モータ９３に電力を供給するバッテリシステム９１、９２と、バッテリシステム９１、９２の電池を充電する発電機９４とを備えている。バッテリシステム９１、９２は、ＤＣ／ＡＣインバータ９５を介してモータ９３と発電機９４に接続している。ハイブリッド車は、バッテリシステム９１、９２の電池を充放電しながらモータ９３とエンジン９６の両方で走行する。モータ９３は、エンジン効率の悪い領域、たとえば加速時や低速走行時に駆動されて車両を走行させる。モータ９３は、バッテリシステム９１、９２から電力が供給されて駆動する。発電機９４は、エンジン９６で駆動され、あるいは車両にブレーキをかけるときの回生制動で駆動されて、バッテリシステム９１、９２の電池を充電する。
【００５６】
さらに図１０は、車両用のバッテリシステムを搭載する車両であって、モータのみで走行する電気自動車ＥＶの一例を示している。この図に示す電気自動車は、車両を走行させる走行用のモータ９３と、このモータ９３に電力を供給するバッテリシステム９１、９２と、このバッテリシステム９１、９２の電池を充電する発電機９４とを備えている。バッテリシステム９１、９２は、ＤＣ／ＡＣインバータ９５を介してモータ９３と発電機９４に接続している。モータ９３は、バッテリシステム９１、９２から電力が供給されて駆動する。発電機９４は、車両を回生制動する時のエネルギーで駆動されて、バッテリシステム９１、９２の電池を充電する。
【００５７】
なお、車両側負荷には、ＤＣ／ＡＣインバータの入力側に昇降圧コンバータを接続して、電源装置の出力電圧を昇圧してモータに供給するものもある。この車両側負荷は、昇降圧コンバータで電源装置の出力電圧を昇圧して、ＤＣ／ＡＣインバータを介してモータに供給し、さらに発電機の出力をＤＣ／ＡＣインバータで直流に変換し、さらに昇降圧コンバータで降圧して走行用バッテリを充電する。
（蓄電用電源装置）
【００５８】
さらに、この電源装置は、車両などの移動体用の動力源としてのみならず、載置型の蓄電用設備としても利用できる。この電源装置は、例えば家庭用、工場用の電源として、太陽光発電の電力や深夜電力等で充電し、必要時に放電する電源システム、あるいは日中の太陽光発電の電力を充電して夜間に放電する街路灯用の電源や、停電時に駆動する信号機用のバックアップ電源等にも利用できる。このような例を図１１に示す。この図に示す電源装置１００は、複数の電池パック８１をユニット状に接続して電池ユニット８２を構成している。各電池パック８１は、複数の電池セルが直列及び／又は並列に接続されている。各電池パック８１は、電源コントローラ８４により制御される。この電源装置１００は、電池ユニット８２を充電用電源ＣＰで充電した後、負荷ＬＤを駆動する。このため電源装置１００は、充電モードと放電モードを備える。負荷ＬＤと充電用電源ＣＰはそれぞれ、放電スイッチＤＳ及び充電スイッチＣＳを介して電源装置１００と接続されている。放電スイッチＤＳ及び充電スイッチＣＳのＯＮ／ＯＦＦは、電源装置１００の電源コントローラ８４によって切り替えられる。充電モードにおいては、電源コントローラ８４は充電スイッチＣＳをＯＮに、放電スイッチＤＳをＯＦＦに切り替えて、充電用電源ＣＰから電源装置１００への充電を許可する。また充電が完了し満充電になると、あるいは所定値以上の容量が充電された状態で負荷ＬＤからの要求に応じて、電源コントローラ８４は充電スイッチＣＳをＯＦＦに、放電スイッチＤＳをＯＮにして放電モードに切り替え、電源装置１００から負荷ＬＤへの放電を許可する。また、必要に応じて、充電スイッチＣＳをＯＮに、放電スイッチＤＳをＯＮにして、負荷ＬＤの電力供給と、電源装置１００への充電を同時に行うこともできる。
【００５９】
電源装置１００で駆動される負荷ＬＤは、放電スイッチＤＳを介して電源装置１００と接続されている。電源装置１００の放電モードにおいては、電源コントローラ８４が放電スイッチＤＳをＯＮに切り替えて、負荷ＬＤに接続し、電源装置１００からの電力で負荷ＬＤを駆動する。放電スイッチＤＳはＦＥＴ等のスイッチング素子が利用できる。放電スイッチＤＳのＯＮ／ＯＦＦは、電源装置１００の電源コントローラ８４によって制御される。また電源コントローラ８４は、外部機器と通信するための通信インターフェースを備えている。図１１の例では、ＵＡＲＴやＲＳ−２３２Ｃ等の既存の通信プロトコルに従い、ホスト機器ＨＴと接続されている。また必要に応じて、電源システムに対してユーザが操作を行うためのユーザインターフェースを設けることもできる。各電池パック８１は、信号端子と電源端子を備える。信号端子は、パック入出力端子ＤＩと、パック異常出力端子ＤＡと、パック接続端子ＤＯとを含む。パック入出力端子ＤＩは、他の電池パックや電源コントローラ８４からの信号を入出力するための端子であり、パック接続端子ＤＯは子パックである他の電池パックに対して信号を入出力するための端子である。またパック異常出力端子ＤＡは、電池パックの異常を外部に出力するための端子である。さらに電源端子は、電池パック８１同士を直列、並列に接続するための端子である。また電池ユニット８２は並列接続スイッチ８５を介して出力ラインＯＬに接続されて互いに並列に接続されている。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明に係る電源装置及びこれを用いた車両並びに蓄電装置は、ＥＶ走行モードとＨＥＶ走行モードとを切り替え可能なプラグイン式ハイブリッド電気自動車やハイブリッド式電気自動車、電気自動車等の電源装置として好適に利用できる。
【符号の説明】
【００６１】
１００、２００、３００、４００、５００…電源装置
１…モジュール集合体
２…メインコントローラ
３…接続部
４…電流検出部
５…ハブコントローラ
１０…機能モジュール
１１…電池セル
１２…電池ブロック
１３…均等化回路
１４…電池状態検出部
１６、１６Ａ、１６Ｂ…通信インターフェース
１８…メモリ部
２０…回路基板
２１…電圧検出部
２２…温度検出部
２３…温度センサ
２４…エンドプレート
２５…載置プレート
２６…突起
３０…バインドバー
３１…折曲片
３２…スリット
４０…セパレータ
８１…電池パック
８２…電池ユニット
８４…電源コントローラ
８５…並列接続スイッチ
９１、９２…バッテリシステム
９３…モータ
９４…発電機
９５…インバータ
９６…エンジン
９７…車両側コントローラ
９８…コンタクタユニット
９９…サービスプラグ
ＣＢ…通信ライン
ＣＣＢ…共通通信ライン
ＯＬ…出力ライン
ＣＬ…電流信号線
ＨＶ、ＥＶ…車両
ＬＤ…負荷；ＣＰ…充電用電源；ＤＳ…放電スイッチ；ＣＳ…充電スイッチ
ＨＴ…ホスト機器
ＤＩ…パック入出力端子；ＤＡ…パック異常出力端子；ＤＯ…子側パック接続端子
【図１】
2012053426.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2012053426.tif 000009
【図８】
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【図９】
2012053426.tif 000011
【図１０】
2012053426.tif 000012
【図１１】
2012053426.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成24年4月5日(2012.4.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の機能モジュールと、
前記複数の機能モジュールと接続され、これらを制御するメインコントローラと、
出力ラインに流れる電流を検出する電流検出部と、
を備え、
前記複数の機能モジュールはそれぞれ、
直列及び／又は並列に接続された複数の電池セルを積層した電池ブロックと、
前記電池セルの状態を検出するための電池状態検出部と、
他の機能モジュール又はメインコントローラとデータ通信するための通信インターフェースと、
を備えており、
前記メインコントローラは、各機能モジュールの前記通信インターフェースと、通信ラインを介して接続されており、
前記複数の機能モジュールが、前記出力ライン上で直列及び／又は並列に接続されており、
前記電流検出部は、信号線を介して前記メインコントローラと接続されており、
前記メインコントローラが、前記通信ラインを介して送出される前記機能モジュールからのデータ及び／又は前記信号線を介して送出される前記電流検出部からの出力電流に関する情報をもとに演算処理できることを特徴とする電源装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電源装置において、前記機能モジュールはさらに、
前記通信インターフェースを介して通信されるデータを記録可能なメモリ部を備えてなることを特徴とする電源装置。
【請求項３】
請求項２に記載の電源装置において、
前記機能モジュールは、前記メインコントローラからの信号に基づき、該機能モジュールのメモリ部を書き換え可能に構成してなることを特徴とする電源装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一に記載の電源装置において、
前記機能モジュールが、前記出力ライン上に直列に接続されていることを特徴とする電源装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一に記載の電源装置において、
前記メインコントローラと複数の機能モジュールとが、通信ラインを介してバス型、デイジーチェーン型、ループ型、又はスター型のいずれかの形態により接続されてなることを特徴とする電源装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一に記載の電源装置において、
前記機能モジュールは、前記通信インターフェースを複数備えており、一方の通信インターフェースを上流側の機能モジュールに、他方の通信インターフェースを下流側の機能モジュールに接続可能としてなることを特徴とする電源装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一に記載の電源装置において、
前記機能モジュールがさらに、該機能モジュールに含まれる電池ブロックを構成する複数の電池セル間の残容量を均衡させるための均等化回路を備えており、
前記メインコントローラからの指令を受けて各機能モジュールが、前記均等化回路を用いて電池セル間の残容量の均等化を行うことを特徴とする電源装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一に記載の電源装置において、
前記電池状態検出部は、
前記電池セルの電圧を検出するための電圧検出部を備えることを特徴とする電源装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一に記載の電源装置において、
前記電池状態検出部は、
前記電池セルの温度を検出するための温度検出部を備えることを特徴とする電源装置。
【請求項１０】
請求項８に記載の電源装置において、
前記機能モジュールは、前記通信インターフェースを介して、該機能モジュールに含まれる電池セルのセル電圧に関する情報を、前記メインコントローラに送信可能に構成してなることを特徴とする電源装置。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか一に記載の電源装置において、
前記メインコントローラは、各機能モジュールに対して、通信ラインに接続されたことを検出して、固有のアドレス情報を付与可能であり、
前記機能モジュールは、該付与された固有アドレス情報を、前記メモリ部に記録可能であり、
前記メモリ部に記録された固有アドレス情報に基づいて、各機能モジュールは各々メインコントローラとデータ通信可能に構成してなることを特徴とする電源装置。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか一に記載の電源装置を備える車両。
【請求項１３】
請求項１から１１のいずれか一に記載の電源装置を搭載した蓄電装置。
【国際調査報告】
2012053426.tif 000014
2012053426.tif 000015
2012053426.tif 000016