電源裝置、使用該電源裝置的車輛以及蓄電裝置的製作方法

2023-06-20 20:03:56 2

專利名稱：電源裝置、使用該電源裝置的車輛以及蓄電裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及具備多個電池單體的電源裝置、使用該電源裝置的車輛以及蓄電裝置，特別涉及搭載於混合動力車或電動汽車等電動車輛、且適合於向使車輛行駛的電動機供給電力的電源的電源裝置、使用該電源裝置的車輛以及蓄電裝置。
背景技術：
車輛用的電源裝置將多個電池單體串聯連接以提高輸出電壓，並增大了輸出電力。此外，為了增大相對於體積的充電容量，開發了具備將多個方形(角形)電池單體配置成疊層狀態的電池疊層體的電源裝置。將這種的電池疊層體構成為模塊狀，通過串聯和/或並聯連結多個電池模塊，從而構成與不同規格的電壓、電流對應的輸出的電源裝置。此外，還提出了在各電池模塊的每個模塊設置電路基板並對該電池模塊的電池容·量、電壓、該電池模塊中包含的電池單體的溫度等單獨進行管理的被稱為所謂功能模塊或智能模塊的結構(參照專利文獻I)。在先技術文獻專利文獻專利文獻I JP特開2003-47111號公報

發明內容
發明要解決的課題然而，通過在各電池模塊設置微型計算機等的控制電路，儘管能夠進行高度的控制管理，但另一方面要對各電池模塊的每個模塊配置複雜的電子電路，使得電路構成變得極其複雜化，處理也變得很麻煩，故存在製造及管理維護成本昂貴這一問題。特別在批量生產的車載用的電源裝置中，降低成本的要求較為強烈，要求更為簡單且廉價的結構。本發明是鑑於現有技術中的這種問題而提出的，其主要目的在於提供一種能夠簡化功能模塊的構成從而可集中進行管理的電源裝置、使用該電源裝置的車輛以及蓄電裝置。用於解決課題的技術手段以及發明的效果為了實現上述目的，根據本發明的第I方面涉及的電源裝置，可以具備多個功能模塊10 ;和主控制器2，其與所述多個功能模塊10連接，並對這些功能模塊進行控制，所述多個功能模塊10各自具備電池塊12，其層疊了被串聯和/或並聯地連接的多個電池單體
11;電池狀態檢測部14，其用於檢測所述電池單體11的狀態；和通信接口 16，其用於與其他的功能模塊10或者主控制器2進行數據通信，所述主控制器2經由通信線CB而與各功能模塊10的所述通信接口 16連接，所述多個功能模塊10在輸出線OL上串聯和/或並聯地連接。由此，能夠從功能模塊中省略運算功能，運算本身由主控制器一併進行，從而能夠簡化整體的構成。此外，通過使功能模塊的硬體構成共用化，從而能夠降低製造成本。再有，即便在一部分的功能模塊中產生不良情況，也能夠僅更換相應的功能模塊，在維護方面較為方便。此外，根據第2方面涉及的電源裝置，所述功能模塊10還可以具備存儲部18，該存儲部18能夠記錄經由所述通信接口 16進行通信的數據。由此，能夠進行利用了存儲部的數據通信。再有，根據第3方面涉及的電源裝置，所述功能模塊10可以構成為能夠基於來自所述主控制器2的信號對該功能模塊10的存儲部18進行改寫。由此，能夠將必要的信息從主控制器發送至各功能模塊，在功能模塊側進行記錄。因此，能夠在主控制器側統一地管理功能模塊，可簡化功能模塊側的處理從而減輕負擔。此外，根據第4方面涉及的電源裝置，所述功能模塊10可以在所述輸出線OL上串聯連接，所述電源裝置還具備電流檢測部4，該電流檢測部4用於對流經所述輸出線OL的輸出電流進行檢測。由此，因為能夠由共用的電流檢測部檢測流經被串聯連接的功能模塊的輸出電流，所以無需在各功能模塊設置電流傳感器，可獲得能夠進一步簡化功能模塊的優 點。再有，根據第5方面涉及的電源裝置，所述主控制器2與多個功能模塊10可以經由通信線CB以總線型、菊花鏈型、環型、或者星型的任一種方式進行連接。由此，能夠根據各種用途來適當選擇功能模塊的連接方式。此外，根據第6方面涉及的電源裝置，所述功能模塊10具備多個所述通信接口 16，並將一個通信接口 16A與上遊側的功能模塊10連接，將另一個通信接口 16B與下遊側的功能模塊10連接。由此，能夠容易進行相鄰的功能模塊彼此之間的連接，獲得了可簡化布局的優點。特別地，通過縮短相鄰的功能模塊彼此之間的連接線，從而可有效地應對噪聲。再有，根據第7方面涉及的電源裝置，所述功能模塊10可以還具備均衡化電路13，該均衡化電路13用於使該功能模塊10所包含的構成電池塊12的多個電池單體11間的剩餘容量均衡，各功能模塊10接受來自所述主控制器2的指令，並利用所述均衡化電路13進行電池單體11間的剩餘容量的均衡化。由此，通過在每個功能模塊設置均衡化電路，另一方面能夠由主控制器集中地管理各功能模塊的單體平衡，從而可減少功能模塊側的處理並簡化了構成，同時還維持了與以往同樣的單體平衡。此外，根據第8方面涉及的電源裝置，所述電池狀態檢測部14可以具備電壓檢測部21，該電壓檢測部21用於檢測所述電池單體11的電壓。由此，能夠由各功能模塊監視電池單體的電壓。再有，根據第9方面涉及的電源裝置，所述電池狀態檢測部14可以具備溫度檢測部22，該溫度檢測部22用於檢測所述電池單體11的溫度。由此，能夠由各功能模塊監視電池單體的溫度。此外，根據第10方面涉及的電源裝置，所述功能模塊10可以構成為能夠經由所述通信接口 16將與該功能模塊10所包含的電池單體11的單體電壓相關的信息發送至所述主控制器2。由此，能夠在主控制器側一併監視各功能模塊的電池單體的單體電壓。再有，根據第11方面涉及的電源裝置，所述主控制器2能夠針對各功能模塊10檢測已連接於通信線CB這一情況，並賦予固有地址信息，所述功能模塊10能夠將被賦予的該固有地址信息記錄在所述存儲部18中，各功能模塊10可以構成為能夠基於所述存儲部18所記錄的固有地址信息分別與各主控制器2進行數據通信。由此，各功能模塊可具有固有的地址信息，並能夠基於該固有地址信息經由通信線而與主控制器進行數據通信。特別地，由於能夠自動地進行固有地址信息的設定，因此獲得了能夠節省該作業的優點。此外，由於在功能模塊的製造時沒有預先使固有地址信息固定，因此能夠使功能模塊共用化，還獲得了可降低製造成本的優點。此外，根據第12方面涉及的具備電源裝置的車輛，能夠具備上述任一個電源裝置。再有，第13方面涉及的蓄電裝置搭載了上述任一個電源裝置。


圖I是表示實施例I涉及的電源裝置的框圖。圖2是表示實施例2涉及的電源裝置的框圖。 圖3是表示實施例3涉及的電源裝置的框圖。圖4是表示實施例4涉及的電源裝置的框圖。圖5是表示實施例5涉及的電源裝置的框圖。圖6是表示電源裝置的詳細構成的框圖。圖7是表示功能模塊的外觀的立體圖。 圖8是功能模塊的分解立體圖。圖9是表示在利用引擎和電動機進行行駛的混合動力車中搭載蓄電池系統的例子的框圖。圖10是表示在僅利用電動機進行行駛的電動汽車中搭載蓄電池系統的例子的框圖。圖11是表示將電源裝置應用於蓄電裝置的例子的框圖。
具體實施例方式以下，基於附圖來說明本發明的實施方式。其中，以下所示的實施方式只是例示了用於對本發明的技術思想進行具體化的電源裝置、使用該電源裝置的車輛以及蓄電裝置，本發明並不是將電源裝置、使用該電源裝置的車輛以及蓄電裝置特定為以下內容。再者，也決不是將技術方案所示的部件特定為實施方式的部件。特別是實施方式中記載的構成部件的尺寸、材質、形狀、其相對配置等只要沒有特定的記載，就不是將本發明的範圍僅限定於此的意思，只不過是說明例而已。再者，各圖所示的部件的大小、位置關係等有時為了明確說明會有所誇大。而且，在以下的說明中，對於同一名稱、符號而言，表示同一部件或相同材質的部件，並適當省略其詳細說明。再有，構成本發明的各要素也可由同一部件構成多個要素從而以一個部件兼用多個要素，相反還可以由多個部件分擔一個部件的功能來實現。此外，在一部分的實施例、實施方式中所說明的內容有時可能會用於其他的實施例、實施方式等。再者，在本說明書中，「上遊」、「下遊」是指，在連接功能模塊的通信線中，在將處於節點的一端的功能模塊設為上遊時，相對於上遊功能模塊而將處於另一端的功能模塊設為下遊功能模塊，此外，在被串聯連接多個的功能模塊中，以特定的功能模塊為基準，將上遊功能模塊側所連接的功能模塊稱為「上遊」，將下遊功能模塊側所連接的功能模塊稱為「下遊」。或者，也可將靠近於主控制器一側定義為上遊，將遠離於主控制器一側定義為下遊。
(實施例I)圖I表示本發明的實施例I涉及的電源裝置100。該電源裝置100作為使用了多個電池單體的組電池系統而搭載於混合動力車、電動汽車等，被用於向使車輛行駛的電動機供給電力的電源。其中，本發明的電源裝置並不限於車輛用的電源裝置，也適用於需要大輸出的其他電源裝置。該圖所示的電源裝置具備多個功能模塊10、主控制器2、連接部3、和電流檢測部4。(功能模塊10)各功能模塊10分別具備層疊了電池單體11的電池塊12、用於檢測電池單體11的狀態的電池狀態檢測部14、用於與其他的功能模塊10或主控制器2進行數據通信的通信 接口 16、以及存儲部18。各功能模塊10彼此或主控制器2是利用通信接口 16經由通信線CB來進行數據通信的。通信線CB設定為能夠進行雙向通信的線。(通信接口16)通信接口 16具備數據通信功能，相鄰的功能模塊10彼此之間經由通信線CB進行連接。此外，圖I所示的功能模塊10具備2個通信接口 16，將一個通信接口 16A與上遊側的功能模塊10連接，將另一個通信接口 16B與下遊側的功能模塊10連接。這樣一來，能夠縮短對相鄰的功能模塊10彼此之間進行連接的通信線CB，能夠減低噪聲進入通信線CB的可能性。此外，在該例中形成菊花鏈式(daisy chain)的連接方式，即在連結了多個功能模塊10的一個端緣處將通信接口 16B與主控制器2連接，而在另一個端緣處不連接通信接Π 16A。(通信接口16的連接方式)其中，並不限於這種菊花鏈式的連接方式，例如也能夠如圖2所示的實施例2涉及的電源裝置200那樣，另一側的端緣的通信接口 16A也與主控制器2連接，從而將功能模塊10以環形方式與主控制器2連接。此時，不需要將通信線CB設定為能夠進行雙向通信的線，通過單向通信即可滿足，因此獲得了能夠簡化通信線CB、通信接口 16的優點。或者，也能夠如圖3所示的實施例3涉及的電源裝置300那樣，採樣將各功能模塊10用通信線CB單獨與主控制器2連接的星型連接方式。在該構成中，由於各功能模塊10單獨與主控制器2連接，因此沒有通信數據的幹擾，此外也無需對通信數據分組賦予單獨的識別信息。還獲得了即便是某個通信線CB斷開而與其他的功能模塊10的通信也能夠維持的這種優點。再者，在圖3的構成例中，通信接口 16不一定為多個，一個足以。在此，僅在通信接口 16B連接了通信線CB，而在通信接口 16A沒有連接通信線CB。由此，還獲得了能夠減少通信接口數的優點。此外，在圖3的例子中，將主控制器2與各功能模塊10直接地經由通信線CB進行連接。但是，在功能模塊數較多時、將串聯連接了功能模塊而成的模塊集合體I並聯連接多個時等等，也可以構成為經由集線器(hub)進行連接。將該例作為實施例4在圖4中示出。該圖所示的電源裝置400在主控制器2與模塊集合體I之間配置了集線器控制器5。集線器控制器5將多根通信線CB以星型連接方式與各功能模塊10連接。通過將該集線器控制器5與主控制器2連接，從而能夠進行匯總了多根通信線CB的通信。或者，也可以如圖5所示的實施例5涉及的電源裝置500那樣，採用將各功能模塊10單獨與共用的通信線CCB連接的方式。在該例中，在共用通信線CCB的中間使總線分支，來與功能模塊10連接。通過這種懸掛型的連接方式，能夠利用共用通信線CCB依次追加功能模塊10。此外，並不限於功能模塊10，也可以構成為其他部件也與共用通信線CCB連接，從而能夠簡化通信線。該共用通信線CCB設定為能夠進行雙向通信的線。再者，作為使用通信線的通信方式，可適當利用CAN(Controller AreaNetwork)、LIN、FlexRay、MOST、UART、SOI、I2C 等現有的通信協議。(模塊集合體I)此外，各功能模塊10中將電池塊12的正極側和負極側分別連接在輸出線OL上。該功能模塊10分別串聯連接在輸出線OL上，構成模塊集合體I。模塊集合體I能夠將串聯連接了各電池塊12之後的輸出電力經由連接部3輸出至外部。因此，連接部3具備外部輸出端子。再者，在圖I 圖3的例子中，串聯連接了 4個功能模塊10，但連接的個數當然也 可以選擇3個以下或者5個以上。此外，也可以混合存在並聯連接。如上所述，能夠根據功能模塊的連接數、連接方式來調整輸出電壓、電流值。(電流檢測部4)再有，還在輸出線OL上設置了電流檢測部4，由電流檢測部4檢測從模塊集合體I流向輸出線OL的輸出電流。電流檢測部4也經由不同於通信線CB的電流信號線CL而與主控制器2連接，由電流檢測部4檢測出的關於輸出電流的信息經由該電流信號線CL被送往主控制器2。在該例中，電流檢測部4與主控制器2不進行通信，僅僅是主控制器2獲取由電流檢測部4檢測出的電流信號的I/O連接。其中，也可以通過通信來獲取電流信號，在該情況下也可以與通信線纜等的通信線連接。主控制器2能夠經由通信線CB來監視各功能模塊10中的電池單體11的狀態，並經由電流信號線CL來監視輸出電流，將這些信息發送至外部設備，或者向功能模塊10指示電池單體11的斷開等。這樣，並不是在各功能模塊10設置電流檢測部4，而是將一個電流檢測部4設置在輸出線OL上，進而將其與主控制器2連接，從而能夠使電流檢測部4共用化。換言之，無需在每個功能模塊都設置電流傳感器，能夠有助於簡化功能模塊。(電池狀態檢測部14)上述的圖I等所示的功能模塊10並不是如現有的電池模塊那樣將多個電池單體疊層之後的簡單的電池疊層體，其具備安裝了對作為電池單體11的疊層體的電池塊12進行保護的保護電路等的電路基板20(圖8)。電路基板20安裝有電池狀態檢測部14，由電池狀態檢測部14檢測電池塊12的溫度、電壓、電流等。此外，電路基板20還可設置在異常電壓發生時切斷電路的保護電路。(電壓檢測部21)該電池狀態檢測部14具備用於對功能模塊10所包含的電池單體11的電壓進行檢測的電壓檢測部21。電壓檢測部21優選設置在每個電池單體11。特別在鋰離子二次電池中，通過對每個電池單體進行電壓監視從而可正確地把握異常，能夠可靠地確保安全性。其中，也可以檢測電池塊中的特定位置、例如電池塊的兩端部或中間部等的只有電池單體的電壓。該電壓檢測部21及通信接口 16配置在電池單體11附近。特別地，使用短的布線、FPC(Flexible printed circuits)等將電壓檢測部21配置在電池塊12附近,從而能夠防止檢測線間的短路。
再有，這些的電壓檢測部21和2個通信接口 16可以由一個晶片構成。由此，能夠使各功能模塊10的電路基板20小型化。再有，除了電壓檢測部21和通信接口 16以外，也可以包含存儲部18在內由一個晶片構成。此外，電路基板20也可以直接連接在電池塊12的端面。功能模塊10能夠經由通信接口 16而將與電池單體11的單體電壓相關的信息發送至主控制器2。由此，能夠在主控制器2側一併監視各功能模塊10的電池單體11的單體電壓。(溫度檢測部22)
此外，電池狀態檢測部14也能夠具備用於對功能模塊10所包含的電池單體11的溫度進行檢測的溫度檢測部22(圖6)。溫度檢測部22僅設置在電池單體11的溫度最高的部位(例如電池塊12的中央或冷卻風的下風側)、或者溫度最低的部位(例如電池塊12的端面或冷卻風的上風側)等的特定的電池單體11。其中，當然可以在所有的電池單體都設置。(存儲部18)存儲部18記錄經由通信接口 16進行通信的數據。在該存儲部18中，能夠利用E2PR0M等非易失性存儲器。在非易失性存儲器中，能夠保存用於識別各功能模塊10的識別信息即固有地址信息、該功能模塊中包含的電池單體的電池容量S0C)、電池的壽命信息(SOH)等。通過對各功能模塊10賦予固有地址信息，從而能夠對所連接的多個功能模塊10進行區別。存儲部18中記錄的數據可基於來自主控制器2的信號進行改寫。由此，能夠將必要的信息從主控制器2發送至各功能模塊10，並在功能模塊10側進行記錄。因此，可以在主控制器2側統一地管理功能模塊10，簡化功能模塊10側的處理以減輕負擔。例如，在從主控制器2向功能模塊10分配用於由主控制器2識別各功能模塊10的識別信息即固有地址信息時，功能模塊10將自身的固有地址信息寫入存儲部18。(固有地址信息)主控制器2能夠針對各功能模塊10檢測已連接於通信線CB這一情況，並賦予固有的地址信息。由此，各功能模塊10能夠具有固有的地址信息，並能夠基於該固有地址信息經由通信線CB而與主控制器2進行數據通信。特別地，由於能夠自動地進行固有地址信息的設定，因此獲得了能夠節省其操作的優點。此外，由於在功能模塊10製造時沒有預先固定固有地址信息，因此能夠使功能模塊10共用化，還獲得了能降低製造成本的優點。例如，在功能模塊10已連接於電源裝置100的時間點，主控制器2檢測該連接從而自動地定義固有地址信息，並發送至功能模塊10。功能模塊10識別所發送的固有地址信息，寫入記錄在存儲部18中，並且基於該固有地址信息能夠開始數據通信。這樣一來，功能模塊10能夠獲取固有地址信息，並基於所獲取的固有地址信息分別與主控制器2進行數據通信。這樣限定功能模塊10側的功能，從而能夠使功能模塊10的硬體構成共用化，大幅度抑制部件成本。除此以外，通過使功能模塊10共用化，從而在一部分的功能模塊10產生不良情況時也能夠僅更換相應的功能模塊10，在維護方面也很方便。(電池單體11)
電池塊12構成為將多個電池單體11串聯和/或並聯連接。在圖I的例子中，對電池單體11進行串聯連接。電池單體11中可適當利用鋰離子電池。鋰離子電池的電壓高，串聯連接較少個數的電池就能夠提高輸出電壓。其中，電池單體也可以使用鎳氫電池、鎳鎘電池等能充電的其他電池單體。電池塊12按照串聯連接的電池單體11的個數來調整輸出電壓。再有，電源裝置100按照串聯連接的功能模塊10的個數來調整輸出電壓。電源裝置100串聯連接多個電池塊12，作為例如向車輛的行駛電動機供給電力的裝置時，將輸出電壓設定為例如100V 400V，優選設定為200V 300V。(均衡化電路13)此外，各功能模塊10具備均衡化電路13，該均衡化電路13用於使構成電池塊12的多個電池單體11間的剩餘容量均衡。各功能模塊10從主控制器2接受均衡化的指令，使均衡化電路13動作，從而能夠進行電池單體11間的剩餘容量的均衡化。均衡化電路13使電壓高、或者剩餘容量大的電池單體經由電阻而短路，消耗其電力從而使其與其他的電池單體相一致。因此，構成包含各電池單體的閉合電路，利用開關對閉合電路的開閉進行控制來執行均衡化。由此，由主控制器2集中地進行管理，以便適當地維持各功能模塊10內的單體平衡。換言之，減低功能模塊10側的處理，有助於簡化功能模塊10的構成。此外，也可·以根據需要設置電池塊間的均衡化電路，以維持功能模塊間的電池塊的電壓的平衡。或者，為了實現功能模塊間的均衡化，也可以構成為從電池塊電壓高的功能模塊向其他的功能模塊供給驅動電源。(電動汽車)圖6的框圖示出將這種電源裝置搭載於電動汽車的例子。在圖6的例子中，連接2個功能模塊10來構成電源裝置300。此外，電流檢測部4通過不同於通信線CB的專用總線而與主控制器2連接。主控制器2作為電源裝置側的EQJ(Electronic Control Unit 電子控制單元)，進行輸出電流的檢測、各功能模塊10的控制、通信線CB的控制，還在與外部連接的車輛側控制器97之間進行數據通信。因此，主控制器2通過低電壓的連接器而與車輛側控制器97連接。另一方面，連接部3將模塊集合體I的輸出線OL經由高電壓的連接器而與車輛側的接觸器單元98連接。再有，在輸出線OL的路徑上還設置有為了在檢查等時確保安全性而使輸出線OL斷開的服務插頭(service plug)99。圖6所不的功能|旲塊10在電路基板20不具有MPU等聞性能的運算兀件。因此，在電路基板20上僅具備極其簡單的IC或ASIC等以及存儲部18、均衡化電路13，從而獲得了不僅能夠使電路構成簡化、小型化而且還能夠使成本降低的優點。另一方面，在需要SOC或SOH的運算等的運算處理時，可在經由通信線CB連接的主控制器2側進行。通過這樣構成，由於能夠簡化對各功能模塊10所要求的硬體規格，因此能夠廉價地進行製造。另一方面，由於必要的處理由主控制器2 —並進行處理，因此在功能方面與現有技術相比沒有變差，必要的功能得以維持。這樣，將來自各功能模塊10的數據匯總在主控制器2中，集中地進行數據處理。此夕卜，每當連接功能模塊10時，主控制器2都對所連接的新的功能模塊10進行識別，並針對該功能模塊10自動地定義並分發固有地址信息。由此，所追加的功能模塊10能夠基於被賦予的固有地址信息來進行電源裝置內的數據通信。(功能模塊10的詳細構成)
圖7示出功能模塊10的一例的外觀立體圖，圖8示出圖7的分解立體圖。這些圖所示的功能模塊10具備電池塊12、電路基板20。在該例中，利用緊固條(bind bar) 30對層疊了多個方形電池單體11而得到的電池塊12進行緊固。此外，在電路基板20安裝了保護電池單體11以避免受到異常事態影響的保護電路等的各種電路。(電池塊12)如圖7所示，電池塊12的外觀呈大致箱形，層疊多個方形的電池單體11，從兩端面利用端板24隔著緊固條30進行夾持。如圖8的分解立體圖所示，電池塊12構成為隔著隔板(classifier)40而層疊多個方形的電池單體11。在圖8的電池塊12的例子中，層疊了18個電池單體11。緊固條30作為對電池單體11進行緊固的緊固單元發揮功能。在該例中，將框狀的金屬板的兩端彎曲成在俯視下為「〕」字狀，從而形成彎曲片31，在彎曲片31開鑿用於與端板24所設置的突起26嵌合的切口(slit) 32。該電池塊12通過在緊固條30的彎曲片31所開鑿的切口 32中嵌入端板24的突起26，從而使電池單體11在隔著隔板40層疊的狀態下進行夾持固定。 (電池單體11)電池單體11由外形為厚度比寬度薄的方形的封裝罐構成，在封裝罐的頂面即塞住封裝罐的封口板設置正負的電極端子。電極端子彼此之間經由匯流條進行電連接。再者，電池單體的封裝罐也可以由塑料等絕緣材料製作。此時，在對電池單體彼此之間進行層疊時，由於不需要使封裝罐絕緣，因此也可以用金屬來製作隔板。此外，電池單體11的除了頂面以外的面被進行絕緣處理。具體而言，針對電池單體11的除了頂面及底面以外的面，利用覆蓋膜覆蓋其表面。這種的電池單體11是鋰離子二次電池的方形電池。其中，電池單體也能夠使用鎳氫電池或鎳鎘電池等二次電池。電池單體11是具有規定厚度的四邊形，在頂面的兩端部突出設置正負的電極端子，在頂面的中央部設置安全閥的開口部。被層疊的電池單體11通過匯流條連結相鄰的正負的電極端子，從而彼此串聯連接。使相鄰的電池單體11彼此串聯連接的蓄電池系統能夠提高輸出電壓從而增大輸出。其中，蓄電池系統也能夠使相鄰的電池單體並聯連接。(隔板40)電池塊12在層疊的電池單體11之間夾著隔板40。該電池塊12中的電池單體11的封裝罐12由金屬製造，以塑料制的隔板40來進行絕緣之後能夠層疊。隔板40形成能夠將兩面嵌接於電池單體11的形狀，從而能夠阻止相鄰的電池單體11的位置偏離來進行層疊。此外，如圖8所示，為了冷卻電池單體11，在隔板40與電池單體11之間設置用於使空氣等冷卻氣體通過的冷卻間隙。由此，電池塊12在可形成冷卻間隙的狀態下對多個電池單體11進行層疊。此外，作為向電池塊12的電池單體11強制送入冷卻氣體來進行冷卻的冷卻機構，具備強制送風機構(未圖示)。(使用電源裝置的車輛)接下來，基於圖9和圖10來說明搭載了使用以上的電池單體的電源裝置的車輛。圖9示出搭載了車輛用的蓄電池系統的車輛、即利用引擎和電動機雙方來進行行駛的混合動力車HV的一例。該圖的混合動力車具備使車輛行駛的引擎96及行駛用的電動機93、向電動機93供給電力的蓄電池系統91、92、和對蓄電池系統91、92的電池進行充電的發電機94。蓄電池系統91、92經由DC/AC逆變器95而與電動機93及發電機94連接。混合動力車一邊對蓄電池系統91、92的電池進行充放電、一邊利用電動機93和引擎96雙方進行行駛。電動機93在引擎效率較差的區域例如加速時或低速行駛時被驅動，使車輛行駛。電動機93被蓄電池系統91、92供給電力來進行驅動。發電機94由引擎96進行驅動、或者通過車輛制動時的再生制動來進行驅動，由此對蓄電池系統91、92的電池進行充電。再有，圖10示出搭載車輛用的蓄電池系統的車輛、即僅利用電動機進行行駛的電動汽車EV的一例。該圖所示的電動汽車具備使車輛行駛的行駛用的電動機93、向該電動機93供給電力的蓄電池系統91、92、和對該蓄電池系統91、92的電池進行充電的發電機94。蓄電池系統91、92經由DC/AC逆變器95而與電動機93及發電機94連接。電動機93被蓄電池系統91、92供給電力來進行驅動。發電機94利用使車輛進行再生制動時的能量來進行驅動，由此對蓄電池系統91、92的電池進行充電。
再者，在車輛側負載中存在下述負載，即在DC/AC逆變器的輸入側連接升降壓轉換器而使電源裝置的輸出電壓升壓後供給至電動機。該車輛側負載利用升降壓轉換器使電源裝置的輸出電壓升壓後，經由DC/AC逆變器供給至電動機，進而利用DC/AC逆變器將發電機的輸出變換為直流，進而利用升降壓轉換器進行降壓之後對行駛用蓄電池進行充電。(蓄電用電源裝置)再有，該電源裝置不僅能夠用作車輛等移動體用的動力源，還能夠用作載置型的蓄電用設備。該電源裝置例如作為家庭用、工場用的電源，可用於利用太陽能發電的電力或深夜電力等進行充電而在需要時進行放電的電源系統、或者利用白天的太陽能發電的電力進行充電而在夜間進行放電的路燈用的電源、停電時進行驅動的信號機用的備用電源等。圖11示出這種例子。該圖所示的電源裝置100將多個電池組81連接成單元狀而構成電池單元82。各電池組81串聯和/或並聯地連接了多個電池單體。各電池組81由電源控制器84進行控制。該電源裝置100利用充電用電源CP對電池單元82進行充電之後，驅動負載LD。因此，電源裝置100具備充電模式和放電模式。負載LD和充電用電源CP分別經由放電開關DS及充電開關CS而與電源裝置100連接。放電開關DS及充電開關CS的接通(ON)/斷開(OFF)由電源裝置100的電源控制器84進行切換。在充電模式下，電源控制器84將充電開關CS切換至接通，將放電開關DS切換至斷開，從而許可從充電用電源CP向電源裝置100的充電。此外，若充電結束並處於充滿電時、或者進行了規定值以上容量的充電的狀態下，根據來自負載LD的請求，電源控制器84使充電開關CS處於斷開狀態，而使放電開關DS處於接通狀態，從而切換至放電模式，許可從電源裝置100向負載LD的放電。此夕卜，也可以根據需要，而使充電開關CS處於接通狀態，使放電開關DS處於接通狀態，從而同時進行負載LD的電力供給和向電源裝置100的充電。被電源裝置100驅動的負載LD經由放電開關DS而與電源裝置100連接。在電源裝置100的放電模式下，電源控制器84將放電開關DS切換至接通狀態，從而與負載LD連接，利用來自電源裝置100的電力對負載LD進行驅動。放電開關DS可利用FET等開關元件。放電開關DS的接通/斷開由電源裝置100的電源控制器84進行控制。此外，電源控制器84具備用於與外部設備進行通信的通信接口。在圖11的例子中，按照UART或RS-232C等的現有的通信協議，與主機設備HT連接。此外，根據需要，還可以設置用於由用戶對電源系統進行操作的用戶接口。各電池組81具備信號端子和電源端子。信號端子包括電池組輸入輸出端子DI、電池組異常輸出端子DAJP電池組連接端子DO。電池組輸入輸出端子DI是用於輸入輸出來自其他電池組或電源控制器84的信號的端子，電池組連接端子DO是用於對作為子電池組的其他電池組輸入輸出信號的端子。此外，電池組異常輸出端子DA是用於將電池組的異常輸出至外部的端子。再有，電源端子是用於使電池組81彼此之間進行串聯、並聯連接的端子。此外，電池單元82經由並聯連接開關85而與輸出線OL連接，從而彼此並聯連接。工業上的可用性本發明涉及的電源裝置、使用該電源裝置的車輛以及蓄電裝置可適合用作能夠切換EV行駛模式和HEV行駛模式的插入式混合動力電動汽車、混合動力式電動汽車、電動汽車等的電源裝置。符號說明
100、200、300、400、500· · ·電源裝置I...模塊集合體2···主控制器3...連接部4...電流檢測部5...集線器控制器10...功能模塊11...電池單體12···電池塊13···均衡化電路14···電池狀態檢測部16、16Α、16Β· · ·通信接口18...存儲部20···電路基板21...電壓檢測部22···溫度檢測部23···溫度傳感器24…端板25...載置板26. · ·突起30...緊固條31...彎曲片32…切口40···隔板81...電池組82...電池單元84...電源控制器
85...並聯連接開關91,92...蓄電池系統93...電動機94···發電機95···逆變器96. · ·引擎97...車輛側控制器 98...接觸器單元99...服務插頭CB. .·通信線CCB. .·共用通信線0L...輸出線CL...電流信號線HV、EV···車輛LD...負載；CP...充電用電源；DS...放電開關；CS...充電開關HT...主機設備DI...電池組輸入輸出端子；DA...電池組異常輸出端子；D0...子側電池組連接
端子
權利要求
1.一種電源裝置，其特徵在於，具備 多個功能模塊(10);和 主控制器(2)，其與所述多個功能模塊(10)連接，並對這些功能模塊進行控制， 所述多個功能模塊(10)各自具備 電池塊(12)，其層疊了被串聯和/或並聯地連接的多個電池單體(11)； 電池狀態檢測部(14)，其用於檢測所述電池單體(11)的狀態；和 通信接口(16)，其用於與其他的功能模塊(10)或者主控制器(2)進行數據通信， 所述主控制器⑵經由通信線(CB)而與各功能模塊(10)的所述通信接口(16)連接， 所述多個功能模塊(10)在輸出線(OL)上串聯和/或並聯地連接。
2.根據權利要求I所述的電源裝置，其特徵在於， 所述功能模塊(10)還具備存儲部(18)，該存儲部(18)能夠記錄經由所述通信接口(16)進行通信的數據。
3.根據權利要求2所述的電源裝置，其特徵在於， 所述功能模塊(10)構成為能夠基於來自所述主控制器(2)的信號對該功能模塊(10)的存儲部(18)進行改寫。
4.根據權利要求I至3任一項所述的電源裝置，其特徵在於， 所述功能模塊(10)在所述輸出線(OL)上串聯連接， 所述電源裝置還具備電流檢測部(4)，該電流檢測部(4)用於對流經所述輸出線(OL)的輸出電流進行檢測。
5.根據權利要求I至4任一項所述的電源裝置，其特徵在於， 所述主控制器(2)與多個功能模塊(10)經由通信線(CB)以總線型、菊花鏈型、環型、或者星型的任一種方式進行連接。
6.根據權利要求I至5任一項所述的電源裝置，其特徵在於， 所述功能模塊(10)具備多個所述通信接口(16)，並將一個通信接口(16A)與上遊側的功能模塊(10)連接，將另一個通信接口(16B)與下遊側的功能模塊(10)連接。
7.根據權利要求I至6任一項所述的電源裝置，其特徵在於， 所述功能模塊(10)還具備均衡化電路(13)，該均衡化電路(13)用於使該功能模塊(10)所包含的構成電池塊(12)的多個電池單體(11)間的剩餘容量均衡， 各功能模塊(10)接受來自所述主控制器(2)的指令，並利用所述均衡化電路(13)進行電池單體(11)間的剩餘容量的均衡化。
8.根據權利要求I至7任一項所述的電源裝置，其特徵在於， 所述電池狀態檢測部(14)具備電壓檢測部(21)，該電壓檢測部(21)用於檢測所述電池單體(11)的電壓。
9.根據權利要求I至8任一項所述的電源裝置，其特徵在於， 所述電池狀態檢測部(14)具備溫度檢測部(22)，該溫度檢測部(22)用於檢測所述電池單體(11)的溫度。
10.根據權利要求8所述的電源裝置，其特徵在於， 所述功能模塊(10)構成為能夠經由所述通信接口(16)將與該功能模塊(10)所包含的電池單體(11)的單體電壓相關的信息發送至所述主控制器(2)。
11.根據權利要求I至10任一項所述的電源裝置，其特徵在於， 所述主控制器(2)能夠針對各功能模塊(10)檢測已連接於通信線(CB)這一情況，並賦予固有地址信息， 所述功能模塊(10)能夠將被賦予的該固有地址信息記錄在所述存儲部(18)中， 各功能模塊(10)構成為能夠基於所述存儲部(18)所記錄的固有地址信息分別與各主控制器(2)進行數據通信。
12.—種車輛，其具備權利要求I至11任一項所述的電源裝置。
13.一種蓄電裝置，其搭載了權利要求I至11任一項所述的電源裝置。
全文摘要
本發明提供一種電源裝置、使用該電源裝置的車輛以及蓄電裝置，能夠簡化功能模塊的構成從而進行集中管理。該電源裝置具備多個功能模塊(10)，其具有層疊了被串聯和/或並聯地連接的多個電池單體(11)的電池塊、用於檢測電池單體(11)的狀態的電池狀態檢測部(14)、用於與其他的功能模塊(10)或者主控制器(2)進行數據通信的通信接口(16)、以及能夠記錄經由通信接口(16)進行通信的數據的存儲部(18)；和主控制器(2)，其經由通信線(CB)而與各功能模塊(10)的通信接口(16)連接，多個功能模塊(10)在輸出線(OL)上串聯和/或並聯連接。
文檔編號H02J7/02GK102859834SQ20118001987
公開日2013年1月2日 申請日期2011年10月13日 優先權日2010年10月19日
發明者古川公彥, 矢野準也, 田中邦穗 申請人:三洋電機株式會社