JP6337793B2

JP6337793B2 - 蓄電装置

Info

Publication number: JP6337793B2
Application number: JP2015025177A
Authority: JP
Inventors: 俊雄小田切; 量也山田; 西垣　研治; 研治西垣; 博之野村; 隆広都竹; 順一波多野; 征志城殿
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2015-02-12
Filing date: 2015-02-12
Publication date: 2018-06-06
Anticipated expiration: 2035-02-12
Also published as: JP2016149863A

Description

本発明は、並列接続される複数の電池モジュールを有する蓄電装置に関する。

電動フォークリフトやプラグインハイブリッド車など、電動モータの動力を利用して走行する車両の普及に伴い、車両に搭載される蓄電装置の技術の向上が図られている。
蓄電装置として、例えば、並列接続される複数の電池モジュールの給電路にそれぞれリレーが挿入され、電池モジュールに異常（例えば、電池モジュールに備えられる電池が過充電になるなどの異常）が発生すると、その異常が発生した電池モジュールの給電路が遮断されるように、各リレーの動作を制御するものがある。例えば、特許文献１、２参照。

特開２０１０−２５２５６６号公報特開２０１４−１３５８８７号公報

しかしながら、上記蓄電装置において、外部から蓄電装置へ流れる電流や蓄電装置から外部へ流れる電流が一定のまま、遮断される給電路が増加すると、遮断されていない給電路に電流が集中して流れてしまう。そのため、給電路が遮断されていない電池モジュールに備えられる電池やリレーに大電流が流れ、その電池やリレーが破損してしまうおそれがある。

本発明の一側面に係る目的は、並列接続される複数の電池モジュールを有し、異常になった電池モジュールの給電路を遮断させる蓄電装置において、電池モジュールの給電路に流れる電流による電池モジュールの電池やリレーの破損を防止することである。

本発明に係る一つの形態である蓄電装置は、並列接続される複数の電池モジュールを有する蓄電装置であって、前記各電池モジュールの給電路にそれぞれ挿入されるリレーと、前記各電池モジュールのうち、少なくとも１つの電池モジュールに異常が発生すると、その異常が発生した電池モジュールの給電路が遮断されるように、前記各リレーの動作を制御する制御部とを備える。

前記制御部は、前記各電池モジュールのうち、給電路が遮断されていない残りの電池モジュールの数が所定数になると、前記所定数の電池モジュールの給電路が同時に遮断されるように、前記各リレーの動作を制御する。

本発明によれば、並列接続される複数の電池モジュールを有し、異常になった電池モジュールの給電路を遮断させる蓄電装置において、電池モジュールの給電路に流れる電流による電池モジュールの電池やリレーの破損を防止することができる。

実施形態の蓄電装置の構成の一例を示す図である。実施形態の制御部の動作の一例を示すフローチャートである。実施形態の制御部の動作の他の例を示すフローチャートである。

以下図面に基づいて実施形態について詳細を説明する。
図１は、実施形態の蓄電装置の構成の一例を示す図である。
図１に示す蓄電装置１は、互いに並列接続される複数の電池モジュール２と、制御部３とを備える。

各電池モジュール２は、それぞれ、電池２１と、リレー２２とを備える。
電池２１は、例えば、リチウムイオン電池又はニッケル水素電池などの二次電池であり、車両に搭載される走行用の電動モータや電装部品などの負荷４に電力を供給する。なお、電池２１は、直列接続される複数の二次電池により構成されてもよい。

リレー２２は、例えば、機械式リレーやＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）などの半導体リレーであって、対応する電池モジュール２の給電路に直列に挿入されている。リレー２２がオンすると、そのリレー２２が挿入されている給電路が通電され、リレー２２がオフすると、そのリレー２２が挿入されている給電路が遮断される。給電路が通電されると、その給電路に接続される電池２１から外部への電流供給や外部からその給電路に接続される電池２１への電流供給ができるようになる。給電路が遮断されると、その給電路に接続される電池２１から外部への電流供給や外部からその給電路に接続される電池２１への電流供給ができなくなる。

制御部３は、例えば、メモリやＣＰＵ（Central processing Unit）などにより構成され、各電池モジュール２の状態（例えば、電池２１の電圧、電池２１に流れる電流、又は、電池２１の温度など）に基づいて、各電池モジュール２に異常が発生しているか否かを判断し、電池モジュール２に異常が発生したと判断すると、その電池モジュール２のリレー２２をオフさせることにより、その電池モジュール２の給電路を遮断する。例えば、制御部３は、電池モジュール２の給電路に所定電流以上の電流が流れているとき、電池モジュール２の電池２１が過充電状態又は過放電状態であるとき、又は、電池モジュール２の電池２１の温度が所定温度以上であるとき、その電池モジュール２に異常が発生したと判断し、その電池モジュール２のリレー２２をオフさせる。なお、制御部３は、異常が発生していない電池モジュール２や異常ではなくなった電池モジュール２のリレー２２をオンさせる。また、制御部３は、電池モジュール２に異常が発生したか否かの判断結果を他の制御部から受け取り、その判断結果に基づいて、電池モジュール２に異常が発生したか否かを判断してもよい。

また、制御部３は、給電路が遮断されていない残りの電池モジュール２の数が所定数Ｎになり、その所定数Ｎの電池モジュール２のうち、少なくとも１つの電池モジュールに異常が発生すると、その所定数Ｎの電池モジュール２の給電路が同時に遮断されるように、所定数Ｎの電池モジュール２のリレー２２を同時にオフさせる。すなわち、給電路が遮断されていない残りの電池モジュール２の給電路に、電池モジュール２の給電路に流すことが可能な最大電流Ｉｍａｘ（例えば、電池２１の定格電流とリレー２２の定格電流のうち、小さい方の電流）を超える電流が流れないように、最後に遮断する給電路は複数同時とする。例えば、給電路が遮断されていない電池モジュール２の数が「１」のとき、その給電路に最大電流Ｉｍａｘを超える電流が流れ、給電路が遮断されていない電池モジュール２の数が「２」のとき、それら給電路にそれぞれ最大電流Ｉｍａｘ以下の電流が流れる場合は、最後に遮断する給電路は２つ同時とする。最適な所定数Ｎは、例えば、（Ｎ−１）×電池モジュール２の給電路に流すことが可能な最大電流（Ｉｍａｘ）＜給電路が遮断されていない残りの電池モジュール２に流れている電流の合計値、となる数の最大値であるが、これに限定されず、最適な所定数より多くてもよい。

これにより、すべての給電路に最大電流Ｉｍａｘを超える電流が流れることがなく、その最大電流Ｉｍａｘを超える電流による電池モジュール２の電池２１やリレー２２の破損を防止することができる。なお、制御部３から各リレー２２までの通信遅延の誤差などはなく、制御部３から各リレー２２への制御信号により各リレー２２が同時にオン、オフするものとする。

図２は、実施形態の制御部３の動作の一例を示すフローチャートである。なお、初期状態として、すべての給電路は遮断されていないものとする。
まず、制御部３は、各電池モジュール２のうち、少なくとも１つの電池モジュール２に異常が発生したか否かを判断し（Ｓ２１）、各電池モジュール２に異常が発生していないと判断すると（Ｓ２１：ＮＯ）、再度、各電池モジュール２のうち、少なくとも１つの電池モジュール２に異常が発生したか否かを判断する（Ｓ２１）。

また、制御部３は、少なくとも１つの電池モジュール２に異常が発生したと判断すると（Ｓ２１：ＹＥＳ）、その異常が発生した電池モジュール２の給電路が遮断されるように、その異常が発生した電池モジュール２のリレー２２をオフさせるとともに、異常が発生していない電池モジュール２の給電路が通電状態のままになるように、その異常が発生していない電池モジュール２のリレー２２をオンさせる（Ｓ２２）。

次に、制御部３は、各電池モジュール２のうち、給電路が遮断されていない残りの電池モジュール２の数が所定数Ｎになったか否かを判断し（Ｓ２３）、給電路が遮断されていない残りの電池モジュール２の数が所定数Ｎになっていないと判断すると（Ｓ２３：ＮＯ）、再度、各電池モジュール２のうち、少なくとも１つの電池モジュール２に異常が発生したか否かを判断する（Ｓ２１）。

また、制御部３は、給電路が遮断されていない残りの電池モジュール２の数が所定数Ｎになったと判断すると（Ｓ２３：ＹＥＳ）、所定数Ｎの電池モジュール２のうち、少なくとも１つの電池モジュール２に異常が発生したか否かを判断する（Ｓ２４）。

次に、制御部３は、所定数Ｎの電池モジュール２のうち、少なくとも１つの電池モジュール２に異常が発生していないと判断すると（Ｓ２４：ＮＯ）、再度、所定数Ｎの電池モジュール２のうち、少なくとも１つの電池モジュール２に異常が発生したか否かを判断する（Ｓ２４）。

また、制御部３は、所定数Ｎの電池モジュール２のうち、少なくとも１つの電池モジュール２に異常が発生したと判断すると（Ｓ２４：ＹＥＳ）、所定数Ｎの電池モジュール２の給電路が同時に遮断されるように、所定数Ｎの電池モジュール２のリレー２２を同時にオフさせる（Ｓ２５）。

例えば、並列接続される５つの電池モジュール２を有する蓄電装置１へ外部から「１００［Ａ］」の一定の電流が流れ、各電池モジュール２の給電路に、それぞれ、「２０［Ａ］＝１００［Ａ］／５」の電流が流れている場合を想定する。なお、最大電流Ｉｍａｘを「７０［Ａ］」とする。また、所定数Ｎを「２」とする。

まず、制御部３は、５つの電池モジュール２のうち、少なくとも１つの電池モジュール２に異常が発生したか否かを判断する。
次に、制御部３は、５つの電池モジュール２のうち、２つの電池モジュール２に異常が発生したと判断すると、その２つの電池モジュール２の給電路が遮断されるように、その２つの電池モジュール２のリレー２２をオフさせる。すると、給電路が遮断されていない残りの３つの電池モジュール２にそれぞれ「３３［Ａ］≒１００［Ａ］／３」の電流が流れる。残りの３つの電池モジュール２にそれぞれ流れる電流は、「２０［Ａ］」から「３３［Ａ］」に増加するが、最大電流Ｉｍａｘ（７０［Ａ］）を超えない。そのため、残りの３つの電池モジュール２の給電路にそれぞれ流れる電流によって、残りの３つの電池モジュール２の電池２１やリレー２２が破損することはない。

次に、制御部３は、給電路が遮断されていない残りの電池モジュール２の数（「３」）が所定数Ｎ（「２」）になっていないと判断すると、再度、５つの電池モジュール２のうち、少なくとも１つの電池モジュール２に異常が発生したか否かを判断する。

次に、制御部３は、５つの電池モジュール２のうち、３つの電池モジュール２に異常が発生したと判断すると、その３つの電池モジュール２の給電路が遮断されるように、その３つの電池モジュール２のリレー２２をオフさせる。すると、給電路が遮断されていない残りの２つの電池モジュール２にそれぞれ「５０［Ａ］＝１００［Ａ］／２」の電流が流れる。残りの２つの電池モジュール２にそれぞれ流れる電流は、「３３［Ａ］」から「５０［Ａ］」に増加するが、最大電流Ｉｍａｘ（７０［Ａ］）を超えない。そのため、残りの２つの電池モジュール２の給電路にそれぞれ流れる電流によって、残りの２つの電池モジュール２の電池２１やリレー２２が破損することはない。

次に、制御部３は、給電路が遮断されていない残りの電池モジュール２の数（「２」）が所定数Ｎ（「２」）になったと判断すると、その残りの２つの電池モジュール２のうち、少なくとも１つの電池モジュール２に異常が発生したか否かを判断する。

そして、制御部３は、その残りの２つの電池モジュール２のうち、１つの電池モジュール２に異常が発生したと判断すると、その残りの２つの電池モジュール２の給電路が同時に遮断されるように、その残りの２つの電池モジュール２のリレー２２を同時にオフさせる。

ここで、仮に、残りの２つの電池モジュール２のうち、１つの電池モジュール２に異常が発生したとき、その１つの電池モジュール２の給電路のみを遮断させる場合では、給電路が遮断されていない残りの１つの電池モジュール２に最大電流Ｉｍａｘを超える「１００［Ａ］」の電流が流れてしまい、残りの１つの電池モジュール２の給電路に流れる電流によって、その残りの１つの電池モジュール２の電池２１やリレー２２が破損するおそれがある。

一方、実施形態の蓄電装置１では、給電路が遮断されていない残りの２つの電池モジュール２のうち、さらに１つの電池モジュール２に異常が発生すると、その残りの２つの電池モジュール２の給電路を同時に遮断させる。これにより、すべての電池モジュール２の給電路にそれぞれ最大電流Ｉｍａｘを超える電流が流れることがないため、すべての電池モジュール２の給電路にそれぞれ流れる電流によって、すべての電池モジュール２の電池２１やリレー２２が破損することを防止することができる。

また、本発明は、以上の実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。
例えば、図３に示すように、制御部３は、少なくとも１つの電池モジュール２に異常が発生したと判断すると（Ｓ２１：ＹＥＳ）、異常が発生した電池モジュール２のリレー２２をオフさせ（Ｓ２２）、その後、給電路が遮断されていない残りの電池モジュール２の数が所定数Ｎになったと判断すると（Ｓ２３：ＹＥＳ）、所定数Ｎの電池モジュール２の給電路が同時に遮断されるように、所定数Ｎの電池モジュール２のリレー２２を同時にオフさせる（Ｓ２５）。すなわち、制御部３は、給電路が遮断されていない残りの電池モジュール２の数が所定数Ｎになると、その所定数Ｎの電池モジュール２において異常が発生したか否かの判断を行わず、すぐに、その所定数Ｎの電池モジュール２の給電路が同時に遮断されるように、その所定数Ｎの電池モジュール２のリレー２２を同時にオフさせる。

このように構成しても、すべての電池モジュール２の給電路にそれぞれ最大電流Ｉｍａｘを超える電流が流れることがないため、すべての電池モジュール２の給電路にそれぞれ流れる電流によって、すべての電池モジュール２の電池２１やリレー２２が破損することを防止することができる。

１蓄電装置
２電池モジュール
３制御部
４負荷
２１電池
２２リレー

Claims

並列接続される複数の電池モジュールを有する蓄電装置であって、
前記各電池モジュールの給電路にそれぞれ挿入されるリレーと、
前記各電池モジュールのうち、少なくとも１つの電池モジュールに異常が発生すると、その異常が発生した電池モジュールの給電路が遮断されるように、前記各リレーの動作を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記各電池モジュールのうち、給電路が遮断されていない残りの電池モジュールの数が所定数になると、前記所定数の電池モジュールの給電路が同時に遮断されるように、前記各リレーの動作を制御し、
前記所定数は、（所定数−１）×電池モジュールに流すことが可能な最大電流＜給電路が遮断されていない残りの電池モジュールに流れている電流の合計値、となる数の最大値である
ことを特徴とする蓄電装置。
請求項１に記載の蓄電装置であって、
前記制御部は、前記所定数の電池モジュールのうち、少なくとも１つの電池モジュールに異常が発生すると、前記所定数の電池モジュールの給電路が同時に遮断されるように前記各リレーの動作を制御する
ことを特徴とする蓄電装置。