(57)【要約】【課題】複数の組電池間を接続する接続部材の温度上昇を抑制する。【解決手段】制御装置は、経過時間ｔを初期値にリセットするステップ（Ｓ１００）と、経過時間ｔを算出するステップ（Ｓ１０２）と、端部間電圧を取得するステップ（Ｓ１０４）と、電流を取得するステップ（Ｓ１０６）と、所定時間Δｔにおける消費電力量を算出するステップ（Ｓ１０８）と、消費電力量の今回値を算出するステップ（Ｓ１１０）と、経過時間ｔが設定時間を超える場合（Ｓ１１２にてＹＥＳ）、温度ＴＢを取得するステップ（Ｓ１１４）と、温度ＴＢに基づく許容電力量を設定するステップ（Ｓ１１６）と、消費電力量の今回値が許容電力量よりも大きい場合（Ｓ１１８にてＹＥＳ）、電流抑制制御を実行するステップ（Ｓ１２０）とを含む、制御処理を実行する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１組電池と、第２組電池と、前記第１組電池および前記第２組電池を直列に接続する接続部材とを含むバッテリと、
前記接続部材の一方端部と他方端部との間の端部間電圧を検出する第１検出装置と、
前記バッテリに流れる電流を検出する第２検出装置と、
前記バッテリにおいて入出力される電力を制御する電力制御装置とを備え、
前記電力制御装置は、前記端部間電圧と前記電流とを用いて前記接続部材における消費電力量を算出し、算出された前記消費電力量が許容電力量よりも大きい場合に、前記電流が前記消費電力量の算出前の電流よりも低下するように前記バッテリにおいて入出力される電力を制御する、電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、複数の組電池を有する電源装置の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の組電池を備えた電源装置においては、複数の組電池間がバスバー等の接続部材によって接続される場合がある。このような電源装置においては、各組電池は、電圧検出装置を用いてその電圧が監視される。たとえば、特開２０１１−２５３７２１号公報（特許文献１）には、複数の燃料電池において２以上に区分されたグループ毎の電圧を監視する電圧監視装置について開示される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２５３７２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のように複数の組電池間が接続部材を用いて接続される場合において、この接続部材は、たとえば、ボルト等を用いて各組電池の端子に締結される場合がある。このような場合に、ボルト等の締結に緩みなどがあると、接続部材における導通抵抗が高くなる場合がある。その結果、導通抵抗の上昇により接続部材の温度が上昇する場合がある。上述した特許文献１においては、このような問題について何ら考慮されていない。
【０００５】
本開示は、上述した課題を解決するためになされたものであって、その目的は、複数の組電池間を接続する接続部材の温度上昇を抑制する電源装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示のある局面に係る電源装置は、第１組電池と、第２組電池と、第１組電池および第２組電池を直列に接続する接続部材とを含むバッテリと、接続部材の一方端部と他方端部との間の端部間電圧を検出する第１検出装置と、バッテリに流れる電流を検出する第２検出装置と、バッテリにおいて入出力される電力を制御する電力制御装置とを備える。電力制御装置は、端部間電圧と電流とを用いて接続部材における消費電力量を算出し、算出された消費電力量が許容電力量よりも大きい場合に、電流が消費電力量の算出前の電流よりも低下するようにバッテリにおいて入出力される電力を制御する。
【０００７】
このようにすると、接続部材における消費電力量を許容電力量よりも低下させることができる。これにより、接続部材の温度上昇を抑制することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本開示によると、複数の組電池間を接続するバスバーの温度上昇を抑制する電源装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施の形態に係る電源装置の全体構成を示す図である。
【図２】複数の組電池間を接続する構成の一例を説明するための図である。
【図３】制御装置で実行される制御処理を説明するためのフローチャートである。
【図４】変形例において制御装置で実行される制御処理を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００１１】
図１は、本実施の形態に係る電源装置１の構成を示す。本実施の形態に係る電源装置１は、制御装置１０と、バッテリ２０と、電圧測定部３０と、温度センサ４０と、電流センサ５０とを備える。
【００１２】
本実施の形態において、バッテリ２０は、たとえば、車両等に搭載されたバッテリであある。バッテリ２０は、図示しない負荷に電力を供給する。負荷は、たとえば、インバータやコンバータ等の電力変換装置と、車両の動力源となり得るモータジェネレータとを含む。
【００１３】
バッテリ２０は、複数の組電池を含む。本実施の形態において、バッテリ２０は、第１組電池２２と、バスバー２４と、第２組電池２６とを含む。なお、バッテリ２０に含まれる組電池の個数は、特に２個に限定されるものではない。組電池は、同じ個数の電池セルによって構成されるものであってもよいし、あるいは、異なる個数の電池セルによって構成されるものであってもよい。
【００１４】
第１組電池２２は、複数個の電池セルを含む。本実施の形態において、第１組電池２２は、所定数（本実施の形態においては、たとえば、３個）の電池セルを並列に接続した電池ブロック２２ｂを所定数だけ直列に接続した構成を有する。
【００１５】
第２組電池２６は、複数個の電池セルを含む。本実施の形態において、第２組電池２６は、所定数（本実施の形態においては、たとえば、３個）の電池セルを並列に接続した電池ブロック２６ｂを所定数だけ直列に接続した構成を有する。
【００１６】
第１組電池２２と、第２組電池２６とは、バスバー２４によって直列に接続される。バスバー２４は、たとえば、第１組電池２２の電極端子（たとえば、負極端子）と第２組電池２６の反対の極性の電極端子（たとえば、正極端子）とを接続可能な形状に形成された通電可能な接続部材である。なお、バスバー２４は、第１組電池２２の正極端子と第２組電池２６の負極端子とを接続する構成であってもよい。
【００１７】
図２は、複数の組電池間を接続する構成の一例を説明するための図である。図２に示すように、第１組電池２２は、所定数の電池ブロック２２ｂと、複数のブロック間バスバー２２ｃと、端子バスバー２２ｄとを含む。
【００１８】
電池ブロック２２ｂは、複数の電池セル２２ａを含む。本実施の形態においては、電池ブロック２２ｂは、３個の角型の電池セル２２ａが一列に配列されることによって構成される。電池ブロック２２ｂにおいて、電池セル２２ａは、正極端子および負極端子が設けられる面を上面とし、上面の長方形状における長手方向の辺が、隣接する電池セル２２ａの上面の長方形状における長手方向の辺と対向する位置関係になるように配列される。
【００１９】
電池ブロック２２ｂは、隣接する電池ブロック２２ｂと、ブロック間バスバー２２ｃによって直列に接続される。具体的には、ブロック間バスバー２２ｃは、電池ブロック２２ｂに含まれる３個の電池セル２２ａにおいて同じ極性の電極端子（たとえば、正極端子）の各々に接続される。さらに、ブロック間バスバー２２ｃは、隣接する電池ブロック２２ｂに含まれる３個の電池セル２２ａにおいて同じ極性の電極端子であって、かつ、接続先の電池ブロック２２ｂの電極端子と異なる極性の電極端子（たとえば、負極端子）の各々に接続される。このように、ブロック間バスバー２２ｃによって、電池ブロック２２ｂ内において３個の電池セル２２ａが並列に接続され、かつ、隣接する電池ブロック２２ｂとは直列に接続される。なお、ブロック間バスバー２２ｃと電池セル２２ａとは、たとえば、ボルトやナット等を用いた締結によって接続される。
【００２０】
複数の電池ブロック２２ｂのうちの端部に配置される電池ブロック２２ｂに含まれる３個の電池セル２２ａにおいては、いずれかの一方の電極端子の各々にブロック間バスバー２２ｃが接続されるのに対して、他方端の電極端子の各々には端子バスバー２２ｄが接続される。端子バスバー２２ｄの一方端側には、３個の電池セル２２ａの電極端子の各々が接続され、端子バスバー２２ｄの他方端には、バスバー２４の一方端が接続される。なお、端子バスバー２２ｄと電池セル２２ａとは、たとえば、ボルトやナット等を用いた締結によって接続される。端子バスバー２２ｄとバスバー２４とは、たとえば、ボルトやナット等を用いた締結によって接続される。
【００２１】
第２組電池２６は、所定数の電池ブロック２６ｂと、複数のブロック間バスバー２６ｃと、端子バスバー２６ｄとを含む。また、電池ブロック２６ｂは、複数の電池セル２６ａを含む。第２組電池２６の構成は、第１組電池２２の構成と同様である。そのため、その詳細な説明は繰り返さない。
【００２２】
端子バスバー２６ｄの一方端側には、３個の電池セル２６ａの電極端子の各々が接続され、端子バスバー２６ｄの他方端には、バスバー２４の他方端が接続される。なお、端子バスバー２２ｄとバスバー２４とは、たとえば、ボルトやナット等を用いて締結によって接続される。
【００２３】
図１に戻って、電圧測定部３０は、バッテリ２０の複数の電池ブロック２２ｂ，２６ｂの各々の電圧等を検出する。第１組電池２２の正極端子、隣接する電池ブロック２２ｂの間、第１組電池２２の負極端子、第２組電池２６の正極端子、隣接する電池ブロック２６ｂの間、および、第２組電池２６の負極端子には、複数の配線の各々の一方端が接続される。複数の配線の各々の他方端は、電圧測定部３０の入力部（図示せず）に接続される。
【００２４】
電圧測定部３０は、これらの複数の配線を用いて複数の電池ブロック２２ｂ，２６ｂの各々の電圧と、バスバー２４の端部間の電圧（以下、端部間電圧と記載する）Ｖｂｂとを検出する。電圧測定部３０は、検出された複数の電池ブロック２２ｂ，２６ｂの各々の電圧と、端部間電圧Ｖｂｂとを制御装置１０に送信する。
【００２５】
温度センサ４０は、バッテリ２０の温度ＴＢを検出する。温度センサ４０は、検出したバッテリ２０の温度ＴＢを示す信号を制御装置１０に送信する。なお、温度センサ４０は、たとえば、バッテリ２０の周囲の温度を温度ＴＢとして検出するようにしてもよい。
【００２６】
電流センサ５０は、バッテリ２０に流れる電流Ｉｂを検出する。電流センサ５０は、検出した電流Ｉｂを示す信号を制御装置１０に送信する。
【００２７】
制御装置１０は、演算部１２と、記憶部１４とを含む。演算部１２は、たとえば、記憶部１４に記憶されたプログラム等の情報に基づいて所定の演算処理を実行可能に構成されるＣＰＵ（Central  Processing  Unit）を含む。
【００２８】
記憶部１４は、たとえば、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）あるいはＲＡＭ（Random  Access  Memory）等の各種メモリを含む。
【００２９】
制御装置１０は、電圧測定部３０、温度センサ４０および電流センサ５０から各種信号を受信し、受信した各種信号に基づいてバッテリ２０に入出力される電力を制御する。制御装置１０は、たとえば、上述の電力変換装置を制御することによってバッテリ２０に入出力される電力を制御する。
【００３０】
以上のような構成を有する電源装置１において、バスバー２４と端子バスバー２２ｄとの締結状態や、バスバー２４と端子バスバー２６ｄとの締結状態に緩みなどが生じると、バスバー２４における導通抵抗が高くなる場合がある。その結果、バスバー２４の温度が上昇する場合がある。特に、高電圧のバッテリにおいて通電電流が大きいため、温度の上昇幅も大きくなる場合がある。
【００３１】
そこで、本実施の形態においては、制御装置１０が、端部間電圧Ｖｂｂと電流Ｉｂとを用いてバスバー２４における消費電力量を算出し、算出された消費電力量が許容電力量よりも大きい場合に、電流が消費電力量の算出前の電流よりも低下するようにバッテリ２０において入出力される電力を制御するものとする。
【００３２】
このようにすると、バスバーにおける消費電力量を許容電力量よりも低下させることができる。これにより、バスバーの温度上昇を抑制することができる。
【００３３】
以下、図３を参照して、本実施の形態に係る電源装置１の制御装置１０によって実行される制御処理について説明する。図３は、制御装置１０で実行される制御処理を説明するためのフローチャートである。制御装置１０は、たとえば、設定時間が経過する毎に図３で示される処理を実行する。
【００３４】
ステップ（以下、ステップをＳと記載する）１００にて、制御装置１０は、経過時間ｔを初期値（ゼロ）にリセットする。
【００３５】
Ｓ１０２にて、制御装置１０は、経過時間を算出する。具体的には、制御装置１０は、経過時間ｔの前回値に所定時間Δｔを加算した値を経過時間ｔの今回値として算出する。
【００３６】
Ｓ１０４にて、制御装置１０は、端部間電圧Ｖｂｂ（ｎ）を取得する。制御装置１０は、電圧測定部３０から端部間電圧Ｖｂｂ（ｎ）を取得する。
【００３７】
Ｓ１０６にて、制御装置１０は、電流Ｉｂ（ｎ）を取得する。制御装置１０は、電流センサ５０から電流Ｉｂ（ｎ）を取得する。
【００３８】
Ｓ１０８にて、制御装置１０は、端部間電圧Ｖｂｂ（ｎ）と電流Ｉｂ（ｎ）と所定時間Δｔを乗算することによって、所定時間Δｔにおける消費電力量ΔＥｂｂ（ｎ）を算出する。
【００３９】
Ｓ１１０にて、制御装置１０は、消費電力量の前回値Ｅｂｂ（ｎ−１）に所定時間Δｔにおける消費電力量ΔＥｂｂ（ｎ）を加算することによって消費電力量の今回値ΔＥｂｂ（ｎ）を算出する。
【００４０】
Ｓ１１２にて、制御装置１０は、経過時間ｔが設定時間を超えるか否かを判定する。経過時間ｔが設定時間を超える場合（Ｓ１１２にてＹＥＳ）、処理はＳ１１４に移される。なお、経過時間ｔが設定時間を超えない場合（Ｓ１１２にてＮＯ）、処理はＳ１０２に戻される。
【００４１】
Ｓ１１４にて、制御装置１０は、温度ＴＢを取得する。制御装置１０は、温度センサ４０から温度ＴＢを取得する。
【００４２】
Ｓ１１６にて、制御装置１０は、記憶部１４から温度ＴＢに基づく許容電力量Ａを設定する。記憶部１４には、たとえば、温度ＴＢと許容電力量Ａとの関係を示すマップあるいは数式が記憶される。マップあるいは数式は、たとえば、温度ＴＢが高いほど許容電力量Ａが低くなるように設定され、温度ＴＢが低いほど許容電力量Ａが高くなるように設定される。温度ＴＢと許容電力量Ａとの関係は、たとえば、実験等によって適合されて設定される。温度ＴＢと許容電力量Ａとの関係は、線形の関係であってもよいし、あるいは、非線形の関係であってもよい。
【００４３】
Ｓ１１８にて、制御装置１０は、消費電力量の今回値Ｅｂｂ（ｎ）が許容電力量Ａよりも大きいか否かを判定する。消費電力量の今回値Ｅｂｂ（ｎ）が許容電力量Ａよりも大きいと判定される場合（Ｓ１１８にてＹＥＳ）、処理はＳ１２０に移される。なお、消費電力量の今回値Ｅｂｂ（ｎ）が許容電力量Ａ以下であると判定される場合（Ｓ１１８にてＮＯ）、この処理は終了される。
【００４４】
Ｓ１２０にて、制御装置１０は、電流抑制制御を実行する。具体的には、制御装置１０は、たとえば、バッテリ２０の放電時においては、電力変換装置から電力の供給先への出力電圧を消費電力量の算出前よりも低下させることによりバッテリ２０に流れる電流を低下させる。あるいは、制御装置１０は、たとえば、バッテリ２０の充電時においては、電力変換装置からバッテリ２０に供給される電圧を消費電力量の算出前よりも低下させることによりバッテリ２０に流れる電流を低下させるようにしてもよい。
【００４５】
以上のような構造およびフローチャートに基づく電源装置１の動作について説明する。たとえば、バッテリ２０から負荷に電力が供給されている場合を想定する。
【００４６】
経過時間ｔが初期値にリセットされると（Ｓ１００）、経過時間の算出が開始される（Ｓ１０２）。このとき、端部間電圧Ｖｂｂが取得され（Ｓ１０４）、電流Ｉｂが取得されると（Ｓ１０６）、取得された端部間電圧Ｖｂｂと、電流Ｉｂと、所定時間Δｔとが乗算されることによって、所定時間Δｔにおける消費電力量ΔＥｂｂ（ｎ）が算出される（Ｓ１０８）。
【００４７】
消費電力量の前回値Ｅｂｂ（ｎ−１）に所定時間Δｔにおける消費電力量ΔＥｂｂ（ｎ）が加算されることによって消費電力量の今回値Ｅｂｂ（ｎ）が算出される（Ｓ１１０）。
【００４８】
経過時間ｔが設定時間以下の場合は（Ｓ１１２にてＮＯ）、上述の計算（Ｓ１０２〜Ｓ１１０）が繰り返されるため、時間が経過するほど算出される消費電力量は増加していく。
【００４９】
経過時間ｔが設定時間を超える場合（Ｓ１１２にてＹＥＳ）、温度ＴＢが取得され（Ｓ１１４）、取得された温度ＴＢに基づいて許容電力量Ａが設定される（Ｓ１１６）。
【００５０】
設定時間における消費電力量Ｅｂｂ（ｎ）が許容電力量Ａよりも大きい場合には（Ｓ１１８にてＹＥＳ）、電流抑制制御が実行される（Ｓ１２０）。電流抑制制御が実行されることにより、バッテリ２０に流れる電流Ｉｂが消費電力量の算出前よりも低下する。その結果、バスバー２４の温度上昇が抑制される。
【００５１】
以上のようにして、本実施の形態に係る電源装置１によると、バスバー２４における消費電力量Ｅｂｂ（ｎ）を許容電力量Ａよりも低下させることができる。これにより、バスバー２４の温度上昇を抑制することができる。したがって、複数の組電池間を接続するバスバーの温度上昇を抑制する電源装置を提供することができる。
【００５２】
また、たとえば、温度センサ等を用いてバスバー２４の温度上昇を検出する構成と比較した場合には、バスバー２４に複数の締結箇所があると、締結箇所毎に温度センサを設ける必要があるのに対して、本実施の形態に係る電源装置１においては、端部間電圧Ｖｂｂが検出できる構成を有していればよく、バスバー２４の温度上昇を検出するに当たり、コストの上昇を抑制することができる。
【００５３】
以下、変形例について記載する。
上述の実施の形態では、組電池間を直列に接続する接続部材としてバスバーを一例として説明したが、たとえば、ケーブルであってもよい。
【００５４】
さらに上述の実施の形態では、第１組電池２２および第２組電池２６は、いずれも３個の電池セルを並列接続した電池ブロック２２ｂ，２６ｂを所定数だけ直列に接続して構成されるものとして説明したが、たとえば、第１組電池２２および第２組電池２６のうちの少なくともいずれかは、電池セルを所定数だけ直列に接続して構成されるものであってもよい。
【００５５】
さらに上述の実施の形態では、第１組電池２２および第２組電池２６は、いずれも複数の電池セルが１列に配列される構成を有する場合を一例として説明したが、複数列に配列される構成を有していてもよい。
【００５６】
さらに上述の実施の形態では、バスバー２４における消費電力量Ｅｂｂ（ｎ）が温度ＴＢに基づいて設定される許容電力量Ａよりも大きい場合に、電流抑制制御を実行するものとして説明したが、たとえば、バスバー２４における消費電力が温度ＴＢに基づいて設定される許容電力Ｂよりも大きい場合に電流抑制制御を実行してもよい。
【００５７】
以下、図４を用いてこの変形例において制御装置１０で実行される制御処理について説明する。図４は、変形例において制御装置１０で実行される制御処理を示すフローチャートである。制御装置１０は、たとえば、所定時間が経過する毎に図４で示される制御処理を実行する。
【００５８】
Ｓ２００にて、制御装置１０は、端部間電圧Ｖｂｂを取得する。Ｓ２０２にて、制御装置１０は、電流Ｉｂを取得する。Ｓ２０４にて、制御装置１０は、温度ＴＢを取得する。
【００５９】
Ｓ２０６にて、制御装置１０は、消費電力Ｐｂｂを算出する。具体的には、制御装置１０は、端部間電圧Ｖｂｂと電流Ｉｂとを乗算することによってバスバー２４における消費電力Ｐｂｂを算出する。
【００６０】
Ｓ２０８にて、制御装置１０は、記憶部１４から温度ＴＢに基づく許容電力Ｂを設定する。記憶部１４には、たとえば、温度ＴＢと許容電力Ｂとの関係を示すマップあるいは数式が記憶される。マップあるいは数式は、たとえば、温度ＴＢが高いほど許容電力が低くなるように設定され、温度ＴＢが低いほど許容電力Ｂが高くなるように設定される。温度ＴＢと許容電力Ｂとの関係は、たとえば、実験等によって適合されて設定される。温度ＴＢと許容電力Ｂとの関係は、線形の関係であってもよいし、あるいは、非線形の関係であってもよい。
【００６１】
Ｓ２１０にて、制御装置１０は、消費電力Ｐｂｂが許容電力Ｂよりも大きいか否かを判定する。消費電力Ｐｂｂが許容電力Ｂよりも大きいと判定される場合（Ｓ２１０にてＹＥＳ）、処理はＳ２１２に移される。なお、消費電力Ｐｂｂが許容電力Ｂ以下であると判定される場合（Ｓ２１０にてＮＯ）、この処理は終了される。Ｓ２１２にて、制御装置１０は、電流抑制制御を実行する。
【００６２】
以下に、変形例における制御装置１０の動作について説明する。たとえば、バッテリ２０から負荷に電力が供給されている場合を想定する。
【００６３】
このとき、端部間電圧Ｖｂｂが取得され（Ｓ２００）、電流Ｉｂが取得されるとともに（Ｓ２０２）、温度ＴＢが取得される（Ｓ２０４）。取得された端部間電圧Ｖｂｂと電流Ｉｂとが乗算されることによって、消費電力Ｐｂｂが算出されるとともに（Ｓ２０６）、取得された温度ＴＢに基づいて許容電力Ｂが設定される（Ｓ２０８）。
【００６４】
バスバー２４における消費電力が許容電力Ｂよりも大きい場合には（Ｓ２１０にてＹＥＳ）、電流抑制制御が実行されることにより、バッテリ２０に流れる電流Ｉｂが消費電力の算出前よりも低下する。その結果、バスバー２４の温度上昇が抑制される。
【００６５】
このようにしても、バスバー２４における消費電力Ｐｂｂを許容電力Ｂよりも低下させることができるため、バスバー２４の温度上昇を抑制することができる。
【００６６】
なお、上記した変形例は、その全部または一部を適宜組み合わせて実施してもよい。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００６７】
１  電源装置、１０  制御装置、１２  演算部、１４  記憶部、２０  バッテリ、２２  第１組電池、２２ａ，２６ａ  電池セル、２２ｂ，２６ｂ  電池ブロック、２２ｃ，２６ｃ  ブロック間バスバー、２２ｄ，２６ｄ  端子バスバー、２４  バスバー、２６  第２組電池、３０  電圧測定部、４０  温度センサ、５０  電流センサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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