JP7575681B2 - Vehicle battery unit and control method thereof - Google Patents
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Description
ここに開示する技術は、車両用電池ユニットに関する。 The technology disclosed herein relates to a vehicle battery unit.
特許文献1には、直列に接続された複数のセルスタックを有するバッテリパックが開示されている。セルスタックには、直列に接続された複数のバッテリセルが含まれる。複数のセルスタックの各々には、バイパス経路が並列に接続され、そのバイパス経路には、冷却素子(ペルチェ素子)が設けられる。冷却素子は、バイパス経路に充電電流が流れる場合にのみペルチェ効果を発生させる。
特許文献1のバッテリパックでは、バッテリセルを充電するための充電電流を利用して冷却素子を駆動させている。しかしながら、特許文献1には、バッテリセル(電池モジュール)の電力を利用して冷却素子(ペルチェモジュール)を駆動させることについては、何ら開示も示唆もない。
In the battery pack of
ここに開示する技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電池モジュールの電力を用いて複数のペルチェモジュールを駆動させることにある。 The technology disclosed here has been developed in light of these issues, and its purpose is to drive multiple Peltier modules using the power of a battery module.
ここに開示する技術は、車両用電池ユニットに関し、この車両用電池ユニットは、車両用の複数の電池モジュールと、熱交換部と、前記複数の電池モジュールと前記熱交換部との間に設けられ、通電により熱の移動を促進させる複数のペルチェモジュールと、前記車両に供給される第1電力を出力するための第1出力端子と、接地端子と、前記複数の電池モジュールの接続の状態を、前記複数の電池モジュールのうち前記第1電力を出力する第1電源となる電池モジュールが前記第1出力端子と前記接地端子との間に接続される状態に切り換え可能な電池回路と、前記複数のペルチェモジュールの接続の状態を、前記複数のペルチェモジュールが前記第1出力端子と前記接地端子との間に並列に接続される状態に切り換え可能なペルチェ回路とを備える。 The technology disclosed herein relates to a vehicle battery unit, which includes a plurality of battery modules for a vehicle, a heat exchange unit, a plurality of Peltier modules provided between the plurality of battery modules and the heat exchange unit and promoting the transfer of heat by passing current through them, a first output terminal for outputting a first power supplied to the vehicle, a ground terminal, a battery circuit capable of switching the connection state of the plurality of battery modules to a state in which a battery module among the plurality of battery modules that serves as a first power source for outputting the first power is connected between the first output terminal and the ground terminal, and a Peltier circuit capable of switching the connection state of the plurality of Peltier modules to a state in which the plurality of Peltier modules are connected in parallel between the first output terminal and the ground terminal.
前記の構成では、第1電源となる電池モジュールにより第1電力を車両に供給することができる。また、複数の電池モジュールの接続の状態が「複数の電池モジュールのうち第1電源となる電池モジュールが第1出力端子と接地端子との間に接続される状態」である場合に、複数のペルチェモジュールの接続の状態を「複数のペルチェモジュールが第1出力端子と接地端子との間に並列に接続される状態」にすることができる。これにより、第1電源となる電池モジュールの電力を利用して複数のペルチェモジュールを駆動させることができる。 In the above configuration, the first power can be supplied to the vehicle by the battery module serving as the first power source. In addition, when the connection state of the multiple battery modules is "a state in which the battery module serving as the first power source among the multiple battery modules is connected between the first output terminal and the ground terminal," the connection state of the multiple Peltier modules can be changed to "a state in which the multiple Peltier modules are connected in parallel between the first output terminal and the ground terminal." This allows the multiple Peltier modules to be driven using the power of the battery module serving as the first power source.
前記車両用電池ユニットは、前記車両に供給される電力であり前記第1電力よりも高い第2電力を出力するための第2出力端子を備えてもよい。前記電池回路は、前記複数の電池モジュールの接続の状態を、前記複数の電池モジュールのうち前記第1電源となる電池モジュールが前記第1出力端子と前記接地端子との間に接続され、且つ、前記複数の電池モジュールのうち少なくとも2つが前記第2出力端子と前記接地端子との間に直列に接続される状態に切り換え可能であってもよい。 The vehicle battery unit may include a second output terminal for outputting a second power that is supplied to the vehicle and is higher than the first power. The battery circuit may be capable of switching the connection state of the plurality of battery modules to a state in which a battery module that serves as the first power source among the plurality of battery modules is connected between the first output terminal and the ground terminal, and at least two of the plurality of battery modules are connected in series between the second output terminal and the ground terminal.
前記の構成では、第1電源となる電池モジュールにより第1電力を車両に供給するとともに、直列に接続された2つ以上の電池モジュールにより第2電力を車両に供給することができる。 In the above configuration, a first power is supplied to the vehicle by a battery module serving as a first power source, and a second power is supplied to the vehicle by two or more battery modules connected in series.
前記車両用電池ユニットにおいて、前記電池回路は、前記複数の電池モジュールの接続の状態を、前記複数の電池モジュールが並列に接続される状態に切り換え可能であってもよい。 In the vehicle battery unit, the battery circuit may be capable of switching the connection state of the multiple battery modules to a state in which the multiple battery modules are connected in parallel.
前記の構成では、複数の電池モジュールを並列に接続することにより、複数の電池モジュールのSOCを平準化することができる。これにより、複数の電池モジュールのSOCのばらつきを低減することができる。 In the above configuration, the SOC of the multiple battery modules can be equalized by connecting the multiple battery modules in parallel. This reduces the variation in the SOC of the multiple battery modules.
前記車両用電池ユニットにおいて、前記電池回路は、前記複数の電池モジュールのうち前記第1電源となる電池モジュールを切り換え可能であってもよい。 In the vehicle battery unit, the battery circuit may be capable of switching the battery module that serves as the first power source among the plurality of battery modules.
前記の構成では、複数の電池モジュールにおいて第1電源となる電池モジュールが固定されないようにすることができる。これにより、複数の電池モジュールのSOCのばらつきを低減することができる。 In the above configuration, the battery module that serves as the first power source among the multiple battery modules can be prevented from being fixed. This makes it possible to reduce the variation in SOC among the multiple battery modules.
前記車両用電池ユニットは、前記複数のペルチェモジュールを経由する前記複数の電池モジュールと前記熱交換部との間の熱の移動の状態を、前記熱の移動が許容される伝熱許容状態と、前記熱の移動が阻害される伝熱阻害状態とに切り換え可能な伝熱切換機構を備えてもよい。 The vehicle battery unit may include a heat transfer switching mechanism that can switch the state of heat transfer between the plurality of battery modules and the heat exchange unit via the plurality of Peltier modules between a heat transfer permitted state in which the heat transfer is permitted and a heat transfer inhibited state in which the heat transfer is inhibited.
前記の構成では、複数のペルチェモジュールを経由する複数の電池モジュールと熱交換部との間の熱の移動の状態を伝熱許容状態にすることにより、複数の電池モジュールと熱交換部との間において熱を適切に移動させることができる。また、複数のペルチェモジュールを経由する複数の電池モジュールと熱交換部との間の熱の移動の状態を伝熱阻害状態にすることにより、複数の電池モジュールと熱交換部との間における不要な熱の移動を抑制することができる。 In the above configuration, by setting the state of heat transfer between the multiple battery modules and the heat exchange unit via the multiple Peltier modules to a heat transfer permitted state, heat can be transferred appropriately between the multiple battery modules and the heat exchange unit. In addition, by setting the state of heat transfer between the multiple battery modules and the heat exchange unit via the multiple Peltier modules to a heat transfer inhibited state, unnecessary heat transfer between the multiple battery modules and the heat exchange unit can be suppressed.
ここに開示する技術は、前記車両用電池ユニットの制御方法に関し、この車両用電池ユニットの制御方法は、前記複数の電池モジュールのうち前記第1電源となる電池モジュールが前記第1出力端子と前記接地端子との間に接続される場合に、前記複数の電池モジュールの各々のSOCを検出するSOC検出ステップと、前記SOC検出ステップにより検出された前記複数の電池モジュールのSOCのばらつきが閾値を上回る場合に、前記複数の電池モジュールが並列に接続されるように、前記電池回路を制御する並列接続ステップとを備える。 The technology disclosed herein relates to a method for controlling the vehicle battery unit, which includes an SOC detection step for detecting the SOC of each of the battery modules when the battery module serving as the first power source among the battery modules is connected between the first output terminal and the ground terminal, and a parallel connection step for controlling the battery circuit so that the battery modules are connected in parallel when the variation in SOC of the battery modules detected by the SOC detection step exceeds a threshold value.
前記の方法では、複数の電池モジュールのSOCのばらつきが閾値を上回る場合に、複数の電池モジュールを並列に接続することにより、複数の電池モジュールのSOCのばらつきを効果的に低減することができる。 In the above method, when the variation in SOC of multiple battery modules exceeds a threshold value, the variation in SOC of multiple battery modules can be effectively reduced by connecting the multiple battery modules in parallel.
ここに開示する技術は、前記車両用電池ユニットの制御方法に関し、この車両用電池ユニットの制御方法は、前記複数の電池モジュールのうち前記第1電源となる電池モジュールが前記第1出力端子と前記接地端子との間に接続される場合に、前記複数の電池モジュールの各々のSOCを検出するSOC検出ステップと、前記SOC検出ステップにより検出された前記複数の電池モジュールのSOCのばらつきが閾値を上回る場合に、前記複数の電池モジュールのうち前記第1電源となる電池モジュールが切り換わるように、前記電池回路を制御する電源切換ステップとを備える。 The technology disclosed herein relates to a method for controlling the vehicle battery unit, which includes an SOC detection step for detecting the SOC of each of the battery modules when the battery module serving as the first power source among the battery modules is connected between the first output terminal and the ground terminal, and a power source switching step for controlling the battery circuit so that the battery module serving as the first power source among the battery modules is switched when the variation in the SOC of the battery modules detected by the SOC detection step exceeds a threshold value.
前記の方法では、複数の電池モジュールのSOCのばらつきが閾値を上回る場合に、複数の電池モジュールのうち第1電源となる電池モジュールを切り換えることにより、複数の電池モジュールのSOCのばらつきを効果的に低減することができる。 In the above method, when the variation in SOC of the multiple battery modules exceeds a threshold value, the variation in SOC of the multiple battery modules can be effectively reduced by switching the battery module that serves as the first power source among the multiple battery modules.
ここに開示する技術は、前記車両用電池ユニットの制御方法に関し、この車両用電池ユニットの制御方法は、前記複数のペルチェモジュールの各々の通電および非通電を制御するペルチェ制御ステップと、前記複数のペルチェモジュールのうち少なくとも1つが通電する場合に、前記熱の移動の状態が前記伝熱許容状態となるように前記伝熱切換機構を制御し、前記複数のペルチェモジュールが通電しない場合に、前記熱の移動の状態が前記伝熱阻害状態となるように前記伝熱切換機構を制御する伝熱制御ステップとを備える。 The technology disclosed herein relates to a method for controlling the vehicle battery unit, which includes a Peltier control step for controlling the energization and de-energization of each of the plurality of Peltier modules, and a heat transfer control step for controlling the heat transfer switching mechanism so that the heat transfer state becomes the heat transfer permissive state when at least one of the plurality of Peltier modules is energized, and for controlling the heat transfer switching mechanism so that the heat transfer state becomes the heat transfer inhibited state when the plurality of Peltier modules are not energized.
前記の方法では、複数のペルチェモジュールが通電する場合に、上記の熱の移動の状態が伝熱許容状態となるように伝熱切換機構を制御することにより、複数の電池モジュールと熱交換部との間において熱を適切に移動させることができる。また、複数のペルチェモジュールが通電しない場合に、上記の熱の移動の状態が伝熱阻害状態となるように伝熱切換機構を制御することにより、複数の電池モジュールと熱交換部との間における不要な熱の移動を抑制することができる。 In the above method, when the multiple Peltier modules are energized, the heat transfer switching mechanism is controlled so that the heat transfer state is a heat transfer permitted state, thereby allowing heat to be transferred appropriately between the multiple battery modules and the heat exchange unit. In addition, when the multiple Peltier modules are not energized, the heat transfer switching mechanism is controlled so that the heat transfer state is a heat transfer inhibited state, thereby preventing unnecessary heat transfer between the multiple battery modules and the heat exchange unit.
ここに開示する技術によれば、電池モジュールの電力を利用して複数のペルチェモジュールを駆動させることができる。 The technology disclosed here makes it possible to drive multiple Peltier modules using the power of a battery module.
以下、図面を参照して実施の形態を詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一の符号を付しその説明は繰り返さない。 The following describes the embodiments in detail with reference to the drawings. Note that the same or corresponding parts in the drawings are given the same reference numerals and their description will not be repeated.
(実施形態1)
図1は、実施形態1の車両用電源システム1の構成を例示する。車両用電源システム1は、車両に設けられ、車両に搭載された電動機などのデバイスに電力を供給する。車両用電源システム1は、車両用電池ユニット10と、複数の温度センサ21と、複数のSOCセンサ22と、制御装置30とを備える。この例では、車両用電源システム1は、これらの構成要素に加えて、ラジエータ2と、第1流路3と、第2流路4と、ポンプ5と、ファン6とを備える。
(Embodiment 1)
1 illustrates the configuration of a vehicle
なお、図1では、温度センサ21とSOCセンサ22の図示を省略している。また、以下では、車両用電池ユニット10を単に「電池ユニット10」と記載する。
Note that the
車両用電源システム1では、ラジエータ2と後述する電池ユニット10の熱交換部12とが第1流路3と第2流路4により接続されることで、冷却水が循環する冷却水回路が構成される。冷却水は、熱交換媒体の一例であり、冷却水回路は、熱交換媒体が循環する熱交換媒体回路の一例である。
In the vehicle
ポンプ5は、冷却水回路において冷却水を循環させる。ファン6は、ラジエータ2を通過する空気の流量を調節する。ラジエータ2は、ラジエータ2を通過する冷却水と空気とを熱交換させる。ラジエータ2から流出した冷却水は、第1流路3を流れ、電池ユニット10の熱交換部12において熱交換(この例では吸熱)を行う。電池ユニット10の熱交換部12から流出した冷却水は、第2流路4を流れ、ラジエータ2において熱交換(この例では放熱)を行う。ラジエータ2は、熱交換器の一例である。
The
なお、ポンプ5の回転数は、可変である。ポンプ5の回転数が増加することで、冷却水回路を循環する冷却水の流量が増加し、電池ユニット10の熱交換部12およびラジエータ2における熱交換が促進される。また、ポンプ5の回転数が減少することで、冷却水回路を循環する冷却水の流量が減少し、電池ユニット10の熱交換部12およびラジエータ2における熱交換が促進されなくなる。
The rotation speed of the
また、ファン6の回転数は、可変である。ファン6の回転数が増加することで、ラジエータ2を通過する空気の流量が増加し、ラジエータ2における熱交換が促進される。その結果、電池ユニット10の熱交換部12における熱交換も促進される。また、ファン6の回転数が減少することで、ラジエータ2を通過する空気の流量が減少し、ラジエータ2における熱交換が促進されなくなる。その結果、電池ユニット10の熱交換部12における熱交換も促進されなくなる。
The rotation speed of the
〔電池ユニット〕
図1に示すように、電池ユニット10は、複数(具体的には4つ)の車両用の電池モジュール11と、熱交換部12と、複数(具体的には4つ)のペルチェモジュール13と、第1出力端子41と、第2出力端子42と、接地端子43と、電池回路45と、ペルチェ回路70とを有する。これらの電池ユニット10の構成要素は筐体に収容される。
[Battery unit]
1, the
なお、図1では、第1出力端子41と第2出力端子42と接地端子43の図示を省略している。また、以下では、車両用の電池モジュール11を単に「電池モジュール11」と記載する。
In FIG. 1, the
〈電池モジュール〉
複数の電池モジュール11の各々は、電力を蓄積する。複数の電池モジュール11は、それぞれ同様の構成を有する。この例では、電池モジュール11は、扁平な直方体形状に形成される。そして、複数の電池モジュール11は、隣り合う2つの電池モジュール11の扁平面(面積が最大となる面)が互いに向き合うように、一列に並ぶ。例えば、電池モジュール11は、リチウムイオン電池である。
<Battery module>
Each of the
〈熱交換部〉
熱交換部12は、複数の電池モジュール11の温度を調節するために設けられる。熱交換部12は、熱交換媒体と熱交換を行う。この例では、熱交換部12には、冷却水回路を循環する冷却水が流れる。熱交換部12は、熱交換部12を流れる冷却水と熱交換(この例では放熱)を行う。例えば、熱交換部12は、熱伝導性が高い材料で構成される。熱伝導性が高い材料の例としては、銅、アルミニウムなどが挙げられる。
<Heat exchange section>
The
〈ペルチェモジュール〉
複数のペルチェモジュール13は、複数の電池モジュール11と熱交換部12との間に設けられ、通電により熱の移動を促進させる。
<Peltier module>
The
この例では、複数のペルチェモジュール13は、複数の電池モジュール11と一対一で対応する。ペルチェモジュール13は、そのペルチェモジュール13に対応する電池モジュール11と熱交換部12との間に設けられ、その電池モジュール11および熱交換部12と接触する。
In this example, the
また、ペルチェモジュール13は、板状に形成され、通電により、一方の面が吸熱面となり、他方の面が放熱面となる。なお、ペルチェモジュール13の吸熱面と放熱面は、ペルチェモジュール13を流れる電流の向きにより決定される。ペルチェモジュール13を流れる電流の向きを反転させると、ペルチェモジュール13の吸熱面と放熱面とが反転する。
The
〈各種の端子〉
図2に示すように、第1出力端子41は、車両の低電圧系のデバイスに供給される低電圧電力を出力するための端子である。車両の低電圧系のデバイスの例としては、車両の補機が挙げられる。なお、低電圧電力は、車両に供給される第1電力の一例である。
<Various terminals>
2, the
第2出力端子42は、車両の高電圧系のデバイスに供給される高電圧電力を出力するための端子である。車両の高電圧系のデバイスの例としては、車両の駆動源となる電動機が挙げられる。なお、高電圧電力は、車両に供給される電力であり第1電力よりも高い第2電力の一例である。
The
接地端子43は、接地(アース)に接続するための端子である。
The
例えば、電池モジュール11の電力および低電圧電力は、12Vの電力であり、高電圧電力は、48Vの電力である。
For example, the power of the
〈電池回路〉
電池回路45は、複数の電池モジュール11の接続の状態を切り換え可能である。図2に示すように、この例では、電池回路45は、電源ライン50と、電源ライン50に設けられた複数(具体的には16個)のリレー60とを有する。
<Battery circuit>
The
以下では、説明の便宜上、複数の電池モジュール11を区別するために、電池モジュール11に枝番を付している。図2の電源記号の近傍に記載された数字は、電池モジュール11に付された枝番を示す。また、複数のリレー60を区別するために、リレー60に枝番を付している。図2の丸付き数字は、リレー60に付された枝番を示す。
For ease of explanation, in the following, the
《電源ライン》
複数の電源ライン50には、第1電源ライン51と、第2電源ライン52と、第3電源ライン53と、第4電源ライン54とが含まれる。第1電源ライン51は、複数の電池モジュール11の正極と第1出力端子41とを接続する。第2電源ライン52は、複数の電池モジュール11の負極と接地端子43とを接続する。第3電源ライン53は、複数の電池モジュール11を直列且つ環状に接続する。第4電源ライン54は、複数の電池モジュール11の正極と第2出力端子42とを接続する。
Power Line
The multiple
なお、図2では、第3電源ライン53のうち電池モジュール11-4の正極と電池モジュール11-1の負極とを接続する部分を破線および黒太矢印で示しているが、以降の図では、図の煩雑さを避けるために、この破線を省略している。
In FIG. 2, the portion of the third
《リレー》
複数のリレー60は、それぞれ同様の構成を有する。リレー60は、オン状態(閉状態)とオフ状態(開状態)とを切り換え可能である。リレー60がオン状態である場合、そのリレー60の両端の電源ラインが接続状態となり、リレー60がオフ状態である場合、そのリレー60の両端の電源ラインが非接続状態となる。例えば、リレー60は、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor)などのスイッチング素子により構成される。
"relay"
The multiple relays 60 each have the same configuration. The
複数のリレー60には、第1電源ライン51に設けられる複数の第1リレー61と、第2電源ライン52に設けられる複数の第2リレー62と、第3電源ライン53に設けられる複数の第3リレー63と、第4電源ライン54に設けられる複数の第4リレー64とが含まれる。
The multiple relays 60 include multiple
複数の第1リレー61は、複数の電池モジュール11と一対一で対応する。複数の第1リレー61の各々は、その第1リレー61に対応する電池モジュール11と第1出力端子41との接続の状態を切り換える。図2の例では、リレー60-1,60-3,60-5,60-7が第1リレー61である。
The multiple
複数の第2リレー62は、複数の電池モジュール11と一対一で対応する。複数の第2リレー62の各々は、その第2リレー62に対応する電池モジュール11と接地端子43との接続の状態を切り換える。図2の例では、リレー60-2,60-4,60-6,60-8が第2リレー62である。
The second relays 62 correspond one-to-one to the
複数の第3リレー63は、複数の電池モジュール11と一対一で対応する。複数の第3リレー63の各々は、その第3リレー63に対応する電池モジュール11の正極と、第3電源ライン53においてその電池モジュールと隣り合う電池モジュール11の負極との接続の状態を切り換える。図2の例では、リレー60-9,60-10,60-11,60-12が第3リレー63である。
The multiple
複数の第4リレー64は、複数の電池モジュール11と一対一で対応する。複数の第4リレー64の各々は、その第4リレー64に対応する電池モジュール11の正極と第2出力端子42との接続の状態を切り換える。図2の例では、リレー60-13,60-14,60-15,60-16が第4リレー64である。
The multiple
〈電池回路の動作:基本接続状態〉
電池回路45は、複数の電池モジュール11の接続の状態を、複数の電池モジュール11のうち低電圧電力を出力する低電圧電源となる電池モジュール11が第1出力端子41と接地端子43との間に接続される状態に切り換え可能である。低電圧電源は、第1電力を出力する第1電源の一例である。
<Battery circuit operation: Basic connection state>
The
この例では、電池回路45は、複数の電池モジュール11の接続の状態を、複数の電池モジュール11のうち低電圧電源となる電池モジュール11が第1出力端子41と接地端子43との間に接続され、且つ、複数の電池モジュール11のうち少なくとも2つ(この例では4つの電池モジュール11の全部)が第2出力端子42と接地端子43との間に直列に接続される状態状態に切り換え可能である。以下では、この接続の状態を「基本接続状態」と記載する。
In this example, the
図3(a)~図3(d)に示すように、基本接続状態には、4つの状態がある。なお、図3(a)~図3(d)では、12Vの低電圧電力を出力する電気の流れを破線PHで示し、48Vの高電圧電力を出力する電気の流れを破線PLで示している。また、複数のリレー60のうちオン状態であるリレー60に点模様を付している。
As shown in Figures 3(a) to 3(d), there are four basic connection states. In Figures 3(a) to 3(d), the flow of electricity that outputs low-voltage power of 12 V is indicated by a dashed line PH, and the flow of electricity that outputs high-voltage power of 48 V is indicated by a dashed line PL. Also, among the
図3(a)の状態では、リレー60-1,60-2,60-9,60-10,60-11,60-16がオン状態であり、他のリレー60がオフ状態である。この状態では、第2出力端子42と接地端子43との間に、電池モジュール11-4,11-3,11-2,11-1が順に直列に接続される。また、電池モジュール11-1が低電圧電源となり、電池モジュール11-1が第1出力端子41と接地端子43との間に接続される。
3(a), relays 60-1 , 60-2 , 60-9 , 60-10 , 60-11 , and 60-16 are in the ON state, and the
図3(b)の状態では、リレー60-3,60-4,60-10,60-11,60-12,60-13がオン状態であり、他のリレー60がオフ状態である。この状態では、第2出力端子42と接地端子43との間に、電池モジュール11-1,11-4,11-3,11-2が順に直列に接続される。また、電池モジュール11-2が低電圧電源となり、電池モジュール11-2が第1出力端子41と接地端子43との間に接続される。
3(b), relays 60-3 , 60-4 , 60-10 , 60-11 , 60-12 , and 60-13 are in the ON state, and the
図3(c)の状態では、リレー60-5,60-6,60-9,60-11,60-12,60-14がオン状態であり、他のリレー60がオフ状態である。この状態では、第2出力端子42と接地端子43との間に、電池モジュール11-2,11-1,11-4,11-3が順に直列に接続される。また、電池モジュール11-3が低電圧電源となり、電池モジュール11-3が第1出力端子41と接地端子43との間に接続される。
3(c), relays 60-5 , 60-6 , 60-9 , 60-11 , 60-12 , and 60-14 are in the ON state, and the
図3(d)の状態では、リレー60-7,60-8,60-9,60-10,60-12,60-15がオン状態であり、他のリレー60がオフ状態である。この状態では、第2出力端子42と接地端子43との間に、電池モジュール11-3,11-2,11-1,11-4が順に直列に接続される。また、電池モジュール11-4が低電圧電源となり、電池モジュール11-4が第1出力端子41と接地端子43との間に接続される。
3(d), relays 60-7 , 60-8 , 60-9 , 60-10 , 60-12 , and 60-15 are in the ON state, and the
〈電池回路の動作:並列接続状態〉
また、電池回路45は、複数の電池モジュール11の接続の状態を、複数の電池モジュール11が並列に接続される状態に切り換え可能である。
<Battery circuit operation: parallel connection state>
Furthermore, the
この例では、電池回路45は、複数の電池モジュール11の接続の状態を、複数の電池モジュールが第1出力端子41と接地端子43との間に並列に接続される状態に切り換え可能である。以下では、この接続の状態を「並列接続状態」と記載する。
In this example, the
図4に示すように、並列接続状態では、リレー60-1,60-2,60-3,60-4,60-5,60-6,60-7,60-8がオン状態であり、他のリレー60がオフ状態である。この状態では、4つの電池モジュール11のSOCが平準化される。また、並列に接続された4つの電池モジュール11により低電圧電力が供給される。
4, in the parallel connection state, the relays 60-1 , 60-2 , 60-3 , 60-4 , 60-5 , 60-6, 60-7 , and 60-8 are in the ON state, and the
〈電池回路の動作:低電圧電源となる電池モジュールの切り換え〉
また、電池回路45は、複数の電池モジュール11のうち低電圧電源となる電池モジュール11を切り換え可能である。
<Battery circuit operation: switching of battery module as low-voltage power source>
Furthermore, the
ここで、図5(a)~図5(e)を参照して、低電圧電源となる電池モジュール11を切り換えについて説明する。以下では、低電圧電源となる電池モジュール11を「電池モジュール11-1」から「電池モジュール11-2」に切り換える場合を例に挙げている。
5(a) to 5(e), switching of the
図5(a)に示すように、電池モジュール11-1に対応するリレー60-1,60-2がオン状態である。これにより、低電圧電源である電池モジュール11-1が第1出力端子41と接地端子43との間に接続される。また、リレー60-9,60-10,60-11,60-16がオン状態である。これにより、高電圧電力が出力される。なお、他のリレー60は、オフ状態である。
As shown in Fig. 5(a), the relays 60-1 and 60-2 corresponding to the battery module 11-1 are in the ON state. This connects the battery module 11-1 , which is a low-voltage power supply, between the
次に、図5(b)に示すように、リレー60-9,60-10,60-11がオフ状態となる。これにより、高電圧電力の供給が停止される。 5B, the relays 60-9 , 60-10 , and 60-11 are then turned off, thereby stopping the supply of high-voltage power.
次に、図5(c)に示すように、電池モジュール11-2に対応するリレー60-3,60-4がオン状態となる。これにより、次に低電圧電源となる電池モジュール11-2が第1出力端子41と接地端子43との間に接続される。
5(c), the relays 60-3 and 60-4 corresponding to the battery module 11-2 are turned on, so that the battery module 11-2, which becomes the next low-voltage power supply, is connected between the
次に、図5(d)に示すように、電池モジュール11-1に対応するリレー60-1,60-2がオフ状態となる。これにより、前に低電圧電源であった電池モジュール11-1が第1出力端子41および接地端子43から切り離される。
5(d), the relays 60-1 and 60-2 corresponding to the battery module 11-1 are turned off, thereby disconnecting the battery module 11-1 , which was previously a low-voltage power supply, from the
次に、図5(e)に示すように、リレー60-10,60-11,60-12がオン状態となる。これにより、高電圧電力の供給が再開される。 5(e), the relays 60-10 , 60-11 , and 60-12 are then turned on, thereby restarting the supply of high-voltage power.
なお、低電圧電源となる電池モジュール11の切り換えにおいて、図5(c)の状態の代わりに、図4に示した状態(並列接続状態)となってもよい。すなわち、複数の電池モジュール11が並列に接続された後に、複数の電池モジュール11のうち低電圧電源となる電池モジュール11が切り換えられてもよい。
When switching the
〈ペルチェ回路〉
ペルチェ回路70は、複数のペルチェモジュール13の接続の状態を切り換え可能である。図2に示すように、この例では、ペルチェ回路70は、第1接続ライン71と、第2接続ライン72と、複数のペルチェモジュール13と一対一で対応する複数のスイッチ73とを有する。
<Peltier circuit>
The
第1接続ライン71は、第1出力端子41に接続される。第2接続ライン72は、接地端子43に接続される。複数のスイッチ73の各々は、そのスイッチ73に対応するペルチェモジュール13の接続の状態を切り換え可能である。
The
〈ペルチェ回路の動作〉
ペルチェ回路70は、複数のペルチェモジュール13の接続の状態を、複数のペルチェモジュール13が第1出力端子41と接地端子43との間に並列に接続される状態に切り換え可能である。
<Operation of Peltier Circuit>
The
この例では、ペルチェ回路70は、複数のペルチェモジュール13の各々の接続の状態を、第1通電状態と第2通電状態と非通電状態とに切り換え可能である。具体的には、図6に示すように、スイッチ73は、そのスイッチ73に対応するペルチェモジュール13の接続の状態を、第1通電状態(図6の実線で示す状態)と、第2通電状態(図6の破線で示す状態)と、非通電状態とに切り換え可能である。
In this example, the
《第1通電状態》
第1通電状態では、ペルチェモジュール13の正側は、第1出力端子41に繋がる第1接続ライン71に接続され、ペルチェモジュール13の負側は、接地端子43に繋がる第2接続ライン72に接続される。これにより、ペルチェモジュール13が通電し、ペルチェモジュール13の電池モジュール11側の面が「吸熱面」となり、ペルチェモジュール13の熱交換部12側の面が「放熱面」となる。その結果、図6の白抜きの実線矢印で示す方向の熱の移動が促進される。
<<First energized state>>
In the first current-carrying state, the positive side of the
《第2通電状態》
第2通電状態では、ペルチェモジュール13の正側は、第1出力端子41に繋がる第1接続ライン71とペルチェモジュール13の正側に接続され、ペルチェモジュール13の負側は、接地端子43に繋がる第2接続ライン72に接続される。これにより、ペルチェモジュール13が通電し、ペルチェモジュール13の熱交換部12側の面が「吸熱面」となり、ペルチェモジュール13の電池モジュール11側の面が「放熱面」となる。その結果、図6の白抜きの破線矢印で示す方向の熱の移動が促進される。
<<Second energized state>>
In the second current-carrying state, the positive side of the
《非通電状態》
非通電状態では、ペルチェモジュール13の正側および負側は、第1接続ライン71および第2接続ライン72のどちらにも接続されない。これにより、ペルチェモジュール13が通電しなくなり、ペルチェモジュール13において熱の移動が促進されなくなる。
<<De-energized state>>
In the non-energized state, the positive side and the negative side of the
〔温度センサ〕
複数の温度センサ21は、複数の電池モジュール11と一対一で対応する。複数の温度センサ21の各々は、その温度センサ21に対応する電池モジュール11の温度を検出する。なお、温度センサ21は、電池モジュール11の温度を直接的に検出してもよいし、電池モジュール11の温度を間接的に検出してもよい。
[Temperature sensor]
The
〔SOCセンサ〕
複数のSOCセンサ22は、複数の電池モジュール11と一対一で対応する。複数のSOCセンサ22の各々は、そのSOCセンサ22に対応する電池モジュール11のSOC(State of Charge)を検出する。なお、SOCセンサ22は、電池モジュール11のSOCを直接的に検出してもよいし、電池モジュール11のSOCを間接的に検出してもよい。
[SOC sensor]
The
〔制御装置〕
制御装置30は、車両用電源システム1の各部を制御する。図7に示すように、この例では、制御装置30は、複数の温度センサ21、複数のSOCセンサ22、ポンプ5、ファン6、電池回路45、ペルチェ回路70などと信号線により接続される。制御装置30は、記憶部31と、制御部32とを有する。
[Control device]
The
記憶部31は、各種の情報を記憶する。例えば、記憶部31には、車両用電源システム1の各部の制御のために利用される情報が記憶される。車両用電源システム1の各部の制御のために利用される情報の例としては、各種のセンサにより検出された値、各種の制御に利用される閾値などが挙げられる。
The
制御部32は、車両用電源システム1の各部を制御する。例えば、制御部32は、プロセッサと、プロセッサを動作させるためのプログラムおよびデータを記憶するメモリとにより構成される。
The
〔電池ユニットの制御(ペルチェ制御)〕
次に、図8を参照して、ペルチェ制御について説明する。ペルチェ制御は、電池モジュール11の温度が適温となるようにペルチェモジュール13を制御する処理である。制御部32は、複数のペルチェモジュール13の各々について以下の処理を繰り返し行う。
[Battery unit control (Peltier control)]
Next, the Peltier control will be described with reference to Fig. 8. The Peltier control is a process for controlling the
なお、このペルチェ制御が行われる場合、複数の電池モジュール11の接続の状態は、図3(a)~図3(d)に示した基本接続状態、または、図4に示した並列接続状態となっている。また、以下では、1つのペルチェモジュール13と、そのペルチェモジュール13に対応する1つの電池モジュール11と、その電池モジュール11の温度を検出する1つの温度センサ21とを例に挙げて説明する。
When this Peltier control is performed, the connection state of the
〈ステップS11〉
まず、制御部32は、温度センサ21により検出された電池モジュール11の温度を取得する。
<Step S11>
First, the
〈ステップS12〉
制御部32は、電池モジュール11の温度が適温であるか否かを判定する。例えば、制御部32は、電池モジュール11の温度が予め定められた目標温度になっている場合に、電池モジュール11の温度が適温であると判定する。なお。目標温度は、幅のある値(すなわち目標範囲)であってもよい。
<Step S12>
The
電池モジュール11の温度が適温である場合には、ステップS13の処理が行われ、そうでない場合には、ステップS14の処理が行われる。
If the temperature of the
〈ステップS13〉
電池モジュール11の温度が適温である場合、制御部32は、ペルチェモジュール13の通電が停止されるように、ペルチェ回路70を制御する。これにより、ペルチェモジュール13が停止する。なお、ペルチェモジュール13の通電が既に停止されている場合、制御部32は、ペルチェモジュール13の通電の停止が継続されるように、ペルチェ回路70を制御する。
<Step S13>
When the temperature of the
〈ステップS14〉
一方、電池モジュール11の温度が適温ではない場合、制御部32は、ペルチェモジュール13の冷却が必要であるか否かを判定する。例えば、制御部32は、ペルチェモジュール13の温度が目標温度(または目標範囲の上限値)を上回る場合に、ペルチェモジュール13の冷却が必要であると判定する。また、制御部32は、ペルチェモジュール13の温度が目標温度(または目標範囲の下限値)を下回る場合に、ペルチェモジュール13の加熱が必要であると判定する。
<Step S14>
On the other hand, when the temperature of the
電池モジュール11の冷却が必要である場合には、ステップS15の処理が行われ、そうでない場合(電池モジュール11の加熱が必要である場合)には、ステップS16の処理が行われる。
If cooling of the
〈ステップS15〉
電池モジュール11の冷却が必要である場合、制御部32は、ペルチェモジュール13において、電池モジュール11側の面が吸熱面となり且つ熱交換部12側の面が放熱面となる方向に電流が流れるように、ペルチェ回路70を制御する。これにより、ペルチェモジュール13が駆動し、電池モジュール11からペルチェモジュール13を経由して熱交換部12へ向かう熱の移動が促進される。その結果、電池モジュール11の温度が低下する。なお、ペルチェモジュール13において上記の通電が既に行われている場合、制御部32は、その通電が継続されるように、ペルチェ回路70を制御する。
<Step S15>
When cooling of the
〈ステップS16〉
一方、電池モジュール11の冷却が必要ではなく、電池モジュール11の加熱が必要である場合、制御部32は、ペルチェモジュール13において、熱交換部12側の面が吸熱面となり且つ電池モジュール11側の面が放熱面となる方向に電流が流れるように、ペルチェ回路70を制御する。これにより、ペルチェモジュール13が駆動し、熱交換部12からペルチェモジュール13を経由して電池モジュール11へ向かう熱の移動が促進される。その結果、電池モジュール11の温度が上昇する。なお、ペルチェモジュール13において上記の通電が既に行われている場合、制御部32は、その通電が継続されるように、ペルチェ回路70を制御する。
<Step S16>
On the other hand, when the
〔電池ユニットの制御(SOC制御)〕
次に、図9を参照して、SOC制御について説明する。SOC制御は、複数の電池モジュール11のSOCを管理するための処理である。制御部32は、以下の処理を繰り返し行う。なお、SOC制御の開始時において、複数の電池モジュール11の接続の状態は、図3(a)~図3(d)に示した基本接続状態となっている。
[Battery unit control (SOC control)]
Next, the SOC control will be described with reference to Fig. 9. The SOC control is a process for managing the SOC of the
〈ステップS21(SOC検出ステップ)〉
まず、制御部32は、複数のSOCセンサ22によりそれぞれ検出された複数の電池モジュール11のSOCを取得する。
<Step S21 (SOC detection step)>
First, the
〈ステップS22〉
制御部32は、複数の電池モジュール11のSOCがアンバランスであるか否かを判定する。具体的には、制御部32は、複数の電池モジュール11のSOCのばらつきが閾値を上回るか否かを判定する。例えば、制御部32は、「複数の電池モジュール11のうち低電圧電源である電池モジュール11を除く他の電池モジュール11のSOCの平均値」から「低電圧電源である電池モジュール11のSOC」を減算して得られる値が予め定められた許容値を上回る場合に、複数の電池モジュール11のSOCのばらつきが閾値を上回ると判定する。
<Step S22>
The
複数の電池モジュール11のSOCがアンバランスである場合には、ステップS24の処理が行われ、そうでない場合には、ステップS23の処理が行われる。
If the SOCs of the
〈ステップS23〉
複数の電池モジュール11のSOCがアンバランスではない場合、制御部32は、複数のペルチェモジュール13が駆動中であるか否かを判定する。複数のペルチェモジュール13のうち少なくとも1つが駆動中である場合には、ステップS24の処理が行われ、そうでない場合には、処理が終了する。
<Step S23>
When the SOCs of the
〈ステップS24〉
複数の電池モジュール11のSOCがアンバランスである場合、または、、複数のペルチェモジュール13が駆動中である場合、制御部32は、高電圧電力の供給を遮断することが可能であるか否かを判定する。例えば、制御部32は、車両に搭載された高電圧系のデバイスを駆動させる必要がない場合に、高電圧電力の供給を遮断することが可能であると判定する。
<Step S24>
When the SOCs of the
高電圧系の電力の供給を遮断することが可能である場合には、ステップS25の処理が行われ、そうでない場合には、処理が終了する。 If it is possible to cut off the power supply to the high-voltage system, processing in step S25 is performed; if not, processing ends.
〈ステップS25(並列接続ステップ)〉
高電圧系の電力の供給を遮断することが可能である場合、制御部32は、複数の電池モジュール11の接続の状態が「基本接続状態」から「並列接続状態(図4参照)」になるように、電池回路45を制御する。これにより、複数の電池モジュール11が並列に接続され、複数の電池モジュール11のSOCが次第に平準化していく。
<Step S25 (parallel connection step)>
When it is possible to cut off the supply of power to the high voltage system, the
〈ステップS26〉
次に、制御部32は、並列接続状態の継続が可能であるか否かを判定する。例えば、制御部32は、車両の高電圧系のデバイスに高電圧電力を供給しなくてもよい場合に、並列接続状態の継続が可能であると判定する。
<Step S26>
Next, the
並列接続状態の継続が可能である場合には、ステップS25の処理が行われ、そうでない場合には、ステップS27の処理が行われる。 If the parallel connection state can be continued, step S25 is performed; if not, step S27 is performed.
〈ステップS27(電源切換ステップ)〉
並列接続状態の継続が可能ではない場合、制御部32は、複数の電池モジュール11の接続の状態が「並列接続状態」から「基本接続状態(図3(a)~図3(d)参照)」になるように、電池回路45を制御する。このとき、制御部32は、複数の電池モジュール11のうち低電圧電源となる電池モジュール11が切り換わるように、電池回路45を制御する。
<Step S27 (power supply switching step)>
If the parallel connection state cannot be continued, the
例えば、ステップS25において「並列接続状態」に切り換えられる前の「基本接続状態」における低電圧電源が「電池モジュール11-1」である場合、ステップ27において「並列接続状態」から切り換えられた後の「基本接続状態」における低電圧電源は、「電池モジュール11-1」ではない他の電池モジュール11(例えば電池モジュール11-2)となる。 For example, if the low-voltage power source in the "basic connection state" before switching to the "parallel connection state" in step S25 is "battery module 11-1 ," the low-voltage power source in the "basic connection state" after switching from the "parallel connection state" in step S27 will be another battery module 11 (e.g., battery module 11-2 ) other than "battery module 11-1 ."
〔実施形態1の効果〕
以上のように、電池回路45は、複数の電池モジュール11の接続の状態を「複数の電池モジュール11のうち低電圧電源となる電池モジュール11が第1出力端子41と接地端子43との間に接続される状態」に切り換え可能である。ペルチェ回路70は、複数のペルチェモジュール13の接続の状態を「複数のペルチェモジュール13が第1出力端子41と接地端子43との間に並列に接続される状態」に切り換え可能である。
[Effects of the First Embodiment]
As described above, the
このような構成により、低電圧電源となる電池モジュール11により低電圧電力を車両に供給することができる。また、複数の電池モジュール11の接続の状態が「複数の電池モジュール11のうち低電圧電源となる電池モジュール11が第1出力端子41と接地端子43との間に接続される状態」である場合に、複数のペルチェモジュール13の接続の状態を「複数のペルチェモジュール13が第1出力端子41と接地端子43との間に並列に接続される状態」にすることができる。これにより、低電圧電源となる電池モジュール11の電力を利用して複数のペルチェモジュール13を駆動させることができる。
With this configuration, low-voltage power can be supplied to the vehicle by the
実施形態1では、電池回路45は、複数の電池モジュール11の接続の状態を「複数の電池モジュール11のうち低電圧電源となる電池モジュール11が第1出力端子41と接地端子43との間に接続され、且つ、複数の電池モジュール11のうち少なくとも2つ(この例では全部)が第2出力端子42と接地端子43との間に直列に接続される状態」に切り換え可能である。このような構成により、低電圧電源となる電池モジュール11により低電圧電力を車両に供給するとともに、直列に接続された2つ以上(この例では全部)の電池モジュールにより高電圧電力を車両に供給することができる。
In the first embodiment, the
また、実施形態1では、電池回路45は、複数の電池モジュール11の接続の状態を「複数の電池モジュール11が並列に接続される状態」に切り換え可能である。このような構成により、複数の電池モジュール11を並列に接続して複数の電池モジュール11のSOCを平準化することができる。これにより、複数の電池モジュール11のSOCのばらつきを低減することができる。
In addition, in the first embodiment, the
具体的には、実施形態1では、複数の電池モジュール11のうち低電圧電源となる電池モジュール11が第1出力端子41と接地端子43との間に接続される場合に、複数の電池モジュール11の各々のSOCを検出する。そして、その検出された複数の電池モジュール11のSOCのばらつきが閾値を上回る場合に、複数の電池モジュール11が並列に接続されるように、電池回路45を制御する。このような制御により、複数の電池モジュール11のSOCのばらつきを効果的に低減することができる。
Specifically, in the first embodiment, when the
また、実施形態1では、電池回路45は、複数の電池モジュール11のうち低電圧電源となる電池モジュール11を切り換え可能である。このような構成により、複数の電池モジュール11において低電圧電源となる電池モジュール11が固定されないようにすることができる。これにより、複数の電池モジュール11のSOCのばらつきを低減することができる。
In addition, in the first embodiment, the
具体的には、実施形態1では、複数の電池モジュール11のうち低電圧電源となる電池モジュール11が第1出力端子41と接地端子43との間に接続される場合に、複数の電池モジュール11の各々のSOCを検出する。そして、その検出された複数の電池モジュール11のSOCのばらつきが閾値を上回る場合に、複数の電池モジュール11のうち低電圧電源となる電池モジュール11が切り換わるように、電池回路45を制御する。このような制御により、複数の電池モジュール11のSOCのばらつきを効果的に低減することができる。
Specifically, in the first embodiment, when the
なお、仮に、特許文献1のバッテリパックにおいて、複数のセルスタックに含まれるバッテリセルの電力を利用して、複数のセルスタックの各々に並列に接続された冷却素子(ペルチェ素子)を駆動させようとした場合、複数のセルスタックの各々に並列に接続された冷却素子を個別に接地(アース接続)することになる。
If, in the battery pack of
実施形態1の電池ユニット10では、複数のペルチェモジュール13を第1出力端子41と接地端子43との間に並列に接続することができるので、複数のペルチェモジュール13を個別に接地(アース接続)しなくてもよい。
In the
(実施形態2)
図10は、実施形態2の電池ユニット10の構成を例示する。実施形態2の電池ユニット10は、図1に示した実施形態1の電池ユニット10の構成に加えて、複数(具体的には4つ)の伝熱部材14と、伝熱切換機構15とを備える。
(Embodiment 2)
Fig. 10 illustrates the configuration of the
〈伝熱部材〉
複数の伝熱部材14は、複数の電池モジュール11と複数のペルチェモジュール13との間に設けられる。
<Heat transfer material>
The plurality of
この例では、複数の伝熱部材14は、複数の電池モジュール11と一対一で対応する。また、複数の伝熱部材14は、複数のペルチェモジュール13と一対一で対応する。複数の伝熱部材14の各々は、L字型に折れ曲がる板状に形成され、その伝熱部材14に対応する電池モジュール11の扁平面(面積が最大となる面)と対向する第1面部と、その伝熱部材14に対応するペルチェモジュール13と接触する第2面部とを有する。複数の電池モジュール11と複数の伝熱部材14は、電池モジュール11と伝熱部材14の第1面部とが交互に配置されるように一列に並ぶ。複数の伝熱部材14の第2面部には、複数のペルチェモジュール13がそれぞれ固定される。
In this example, the
〈伝熱切換機構〉
伝熱切換機構15は、複数のペルチェモジュール13を経由する複数の電池モジュール11と熱交換部12との間の熱の移動の状態を、熱の移動が許容される伝熱許容状態と、熱の移動が阻害される伝熱阻害状態とに切り換え可能である。
<Heat transfer switching mechanism>
The heat
実施形態2では、伝熱切換機構15は、電池モジュール11と伝熱部材14との間の熱の移動の状態を、伝熱許容状態(図11に示す状態)と伝熱阻害状態(図10に示す状態)とに切り換え可能である。なお、実施形態2では、熱交換部12と複数のペルチェモジュール13とが接触している。
In the second embodiment, the heat
この例では、伝熱切換機構15は、熱の移動の状態を変化させようとする2つの部材の間の熱抵抗を変化させることで、2つの部材の間における熱の移動の状態を、伝熱許容状態と伝熱阻害状態とに切り換える。なお、実施形態1では、熱の移動の状態を変化させようとする2つの部材は、複数のペルチェモジュール13と複数の伝熱部材14である。
In this example, the heat
例えば、2つの部材の間の熱抵抗を減少させることにより、2つの部材の間における熱の移動の状態を「伝熱阻害状態」から「伝熱許容状態」にすることができる。また、2つの部材の間の熱抵抗を増加させることにより、2つの部材の間における熱の移動の状態を「伝熱許容状態」から「伝熱阻害状態」にすることができる。 For example, by decreasing the thermal resistance between two components, the state of heat transfer between the two components can be changed from a "heat transfer inhibited state" to a "heat transfer permitted state." Also, by increasing the thermal resistance between two components, the state of heat transfer between the two components can be changed from a "heat transfer permitted state" to a "heat transfer inhibited state."
具体的には、この例では、伝熱切換機構15は、複数の伝熱板101と、複数の断熱部材102と、駆動部110とを有する。
Specifically, in this example, the heat
伝熱板101は、波板形状に形成され、熱の移動の状態を変化させようとする2つの部材の間に配置される。伝熱板101は、2つの部材に対して互いに近づく方向に移動させるための外力が印加されると、2つの部材に押されて波板形状(図10に示す形状)から平板形状(図11に示す形状)に変形する。また、伝熱板101は、上記の外力の印加が解除されると、復元力により平板形状から波板形状に戻る。例えば、伝熱板101は、熱伝導性が高い材料で構成される。
The
複数の断熱部材102は、細長い板状に形成され、伝熱板101の波板形状の頂点部分のうち電池モジュール11と対向する頂点部分に沿うように取り付けられる。断熱部材102は、断熱性を有する材料で構成される。断熱性を有する材料の例としては、発泡ポリスチレン、木材などが挙げられる。なお、図11では、断熱部材102の図示を省略している。
The multiple
駆動部110は、熱の移動の状態を変化させようとする2つの部材に対して上記の外力(2つの部材を互いに近づく方向に移動させるための外力)を印加する。駆動部110により外力が印加されることで、伝熱板101が2つの部材に押されて波板形状から平板形状に変形する。そして、駆動部110による外力の印加が解除されることで、伝熱板101が復元力により平板形状から波板形状に戻る。
The driving
この例では、駆動部110は、筐体10aに固定される。駆動部110は、2つの部材の一方(例えば伝熱部材14)を2つの部材の他方(例えば電池モジュール11)へ向かう方向に押し付けることで、2つの部材の間に配置された伝熱板101を波板形状から平板形状に変形させる。また、駆動部110は、2つの部材の一方に対する押し付けを解除することで、伝熱板101の復元力により伝熱板101を平板形状から波板形状に戻す。例えば、駆動部110は、電磁ソレノイドである。
In this example, the driving
熱の移動の状態を変化させようとする2つの部材の間に配置された伝熱板101が波板形状である場合、2つの部材と波板形状の伝熱板101との間に隙間(空気層)が形成されるので、伝熱板101が平板形状である場合よりも、2つの部材の間の熱抵抗が大きくなる。
When the
また、この例では、伝熱板101の波板形状の頂点部分に沿うように断熱部材102が取り付けられている。そのため、伝熱板101が波板形状である場合に、伝熱板101の波板形状の頂点部分と部材(熱の移動の状態を変化させようとする部材)との間に断熱部材102が介在することになるので、熱の移動の状態を変化させようとする2つの部材の間の断熱性を向上させることができる。これにより、2つの部材の間の熱の移動を阻害することができる。
In addition, in this example, the insulating
また、熱の移動の状態を変化させようとする2つの部材の間に配置された伝熱板101が2つの部材に押されて平板形状となる場合、伝熱板101と部材(熱の移動の状態を変化させようとする部材)とが接触するので、伝熱板101が波板形状である場合よりも、2つの部材の間の熱抵抗が小さくなる。
In addition, when the
なお、この例では、伝熱板101に取り付けられる断熱部材102の形状(特に厚み)は、伝熱板101が2つの部材に押されて平板形状となる場合に、伝熱板101が部材(熱の移動の状態を変化させようとする部材)と接触することが可能となるように設計されている。
In this example, the shape (particularly the thickness) of the insulating
したがって、熱の移動の状態を変化させようとする2つの部材に対して互いに近づく方向に移動させるための外力を印加して伝熱板101を波板形状から平板形状にすることにより、2つの部材の間の熱抵抗を減少させて、2つの部材の間における熱の移動の状態を「伝熱阻害状態」から「伝熱許容状態」にすることができる。また、2つの部材に対して印加される外力を解除して伝熱板101を平板形状から波板形状にすることにより、2つの部材の間の熱抵抗を増加させて、2つの部材の間における熱の移動の状態を「伝熱許容状態」から「伝熱阻害状態」にすることができる。
Therefore, by applying an external force to the two components whose heat transfer state is to be changed in a direction toward each other and changing the
〔電池ユニットの制御(ペルチェ制御)〕
次に、図12を参照して、実施形態2におけるペルチェ制御について説明する。制御部32は、以下の処理を繰り返し行う。
[Battery unit control (Peltier control)]
Next, the Peltier control in the second embodiment will be described with reference to Fig. 12. The
〈ステップS31〉
まず、制御部32は、複数の温度センサ21により検出された複数の電池モジュール11の温度を取得する。この例では、制御部32は、4つの電池モジュール11の温度を取得する。
<Step S31>
First, the
〈ステップS32〉
制御部32は、複数の電池モジュール11の温度が適温であるか否かを判定する。例えば、制御部32は、複数の電池モジュール11の温度の各々が予め定められた目標温度になっている場合に、複数の電池モジュール11の温度が適温であると判定する。なお。目標温度は、幅のある値(すなわち目標範囲)であってもよい。複数の電池モジュール11の温度が適温である場合には、ステップS35の処理が行われ、そうでない場合(少なくとも1つの電池モジュール11の温度が適温ではない場合)には、ステップS33の処理が行われる。
<Step S32>
The
〈ステップS33(伝熱制御ステップ)〉
少なくとも1つの電池モジュール11の温度が適温ではない場合、制御部32は、複数のペルチェモジュール13を経由する複数の電池モジュール11と熱交換部12との間の熱の移動の状態が「伝熱許容状態」となるように、伝熱切換機構15を制御する。
<Step S33 (Heat Transfer Control Step)>
If the temperature of at least one
この例では、制御部32は、熱の移動の状態を変化させようとする複数の電池モジュール11と複数の伝熱部材14に対して外力(これらを互いに近づく方向に移動させるための外力)が印加されるように、駆動部110を制御する。
In this example, the
なお、複数のペルチェモジュール13を経由する複数の電池モジュール11と熱交換部12との間の熱の移動の状態が既に「伝熱許容状態」となっている場合、制御部32は、伝熱許容状態が維持されるように、伝熱切換機構15を制御する。
If the state of heat transfer between the
〈ステップS34(ペルチェ制御ステップ)〉
次に、制御部32は、複数のペルチェモジュール13の各々についてペルチェ制御(電池モジュール11の温度が適温となるようにペルチェモジュール13を制御する処理)を行う。
<Step S34 (Peltier Control Step)>
Next, the
複数のペルチェモジュール13の各々について行われるペルチェ制御は、実施形態1のペルチェ制御(ステップS11~S16)と同様である。なお、ここでは、ステップS11が省略されてもよい。この場合、ステップS12において、制御部32は、ステップS31において取得された電池モジュール11の温度に基づいてステップS12の処理を行う。
The Peltier control performed for each of the
〈ステップS35(伝熱制御ステップおよびペルチェ制御ステップ)〉
一方、複数の電池モジュール11の温度が全て適温である場合、制御部32は、複数のペルチェモジュール13を経由する複数の電池モジュール11と熱交換部12との間の熱の移動の状態が「伝熱阻害状態」となるように、伝熱切換機構15を制御する。
<Step S35 (Heat Transfer Control Step and Peltier Control Step)>
On the other hand, when the temperatures of all of the
この例では、制御部32は、熱の移動の状態を変化させようとする複数の電池モジュール11と複数の伝熱部材14に対する外力(これらを互いに近づく方向に移動させるための外力)の印加が解除されるように、駆動部110を制御する。
In this example, the
なお、複数のペルチェモジュール13を経由する複数の電池モジュール11と熱交換部12との間の熱の移動の状態が既に「伝熱阻害状態」となっている場合、制御部32は、伝熱阻害状態が維持されるように、伝熱切換機構15を制御する。
If the state of heat transfer between the
〔実施形態2の効果〕
以上のように、実施形態2では、伝熱切換機構15は、複数のペルチェモジュール13を経由する複数の電池モジュール11と熱交換部12との間の熱の移動の状態を、「熱の移動が許容される伝熱許容状態」と「熱の移動が阻害される伝熱阻害状態」とに切り換え可能である。上記の熱の移動の状態を「伝熱許容状態」にすることにより、複数の電池モジュール11と熱交換部12との間において熱を適切に移動させることができる。また、上記の熱の移動の状態を「伝熱阻害状態」にすることにより、複数の電池モジュール11と熱交換部12との間における不要な熱の移動を抑制することができる。
[Effects of the Second Embodiment]
As described above, in the second embodiment, the heat
具体的には、実施形態2では、複数のペルチェモジュール13の各々の通電および非通電を制御する。複数のペルチェモジュール13のうち少なくとも1つが通電する場合に、上記の熱の移動の状態が「伝熱許容状態」となるように伝熱切換機構15を制御する。このような制御により、複数の電池モジュール11と熱交換部との間において熱を適切に移動させることができる。また、複数のペルチェモジュール13が通電しない場合に、上記の熱の移動の状態が「伝熱阻害状態」となるように伝熱切換機構15を制御する。このような制御により、複数の電池モジュール11と熱交換部12との間における不要な熱の移動を抑制することができる。
Specifically, in the second embodiment, the current flow and non-current flow of each of the
(実施形態2の変形例)
図13は、実施形態2の変形例の電池ユニット10の構成を例示する。実施形態2の変形例の電池ユニット10では、図10に示した伝熱部材14が省略されている。実施形態2の変形例の電池ユニット10は、伝熱切換機構15の構成が実施形態2の電池ユニット10と異なる。なお、実施形態2の変形例の電池ユニット10のその他の構成は、実施形態2の電池ユニット10の構成と同様である。
(Modification of the second embodiment)
Fig. 13 illustrates the configuration of a
〈伝熱切換機構〉
実施形態2の変形例では、伝熱切換機構15は、熱交換部12と複数のペルチェモジュール13との間の熱の移動の状態を、伝熱許容状態(図14に示す状態)と、伝熱阻害状態(図13に示す状態)とに切り換え可能である。この例では、伝熱切換機構15は、上記の熱の移動の状態をペルチェモジュール13毎に個別に切り換え可能である。なお、実施形態2の変形例1では、複数の電池モジュール11と複数のペルチェモジュール13とが接触している。
<Heat transfer switching mechanism>
In a modification of the second embodiment, the heat
この例では、伝熱切換機構15は、熱の移動の状態を変化させようとする熱交換部12とペルチェモジュール13との間の熱抵抗を変化させることで、熱交換部12とペルチェモジュール13との間における熱の移動の状態を、伝熱許容状態と伝熱阻害状態とに切り換える。なお、実施形態2の変形例1では、熱の移動の状態を変化させようとする2つの部材は、熱交換部12およびペルチェモジュール13である。
In this example, the heat
具体的には、伝熱切換機構15は、複数のペルチェモジュール13と一対一で対応する複数の伝熱板201と、複数の断熱部材202と、複数のペルチェモジュール13と一対一で対応する複数の駆動部210とを有する。
Specifically, the heat
複数の伝熱板201の各々は、その伝熱板201に対応するペルチェモジュール13と熱交換部12との間に配置される。伝熱板201の構成は、図10に示した伝熱板101の構成と同様である。複数の断熱部材202は、細長い板状に形成され、伝熱板201の波板形状の頂点部分に沿うように取り付けられる。
Each of the multiple
複数の駆動部210の各々は、その駆動部210に対応する熱交換部12とペルチェモジュール13に対して外力(2つの部材を互いに近づく方向に移動させるための外力)を印加する。駆動部210により外力が印加されることで、伝熱板201が熱交換部12とペルチェモジュール13とに押されて波板形状から平板形状に変形する。そして、駆動部210による外力の印加が解除されることで、伝熱板201が復元力により平板形状から波板形状に戻る。
Each of the
(実施形態2の変形例の補足)
なお、実施形態2の変形例の電池ユニット10において、複数の伝熱板201は、複数の電池モジュール11と複数のペルチェモジュール13との間に配置されてもよい。すなわち、伝熱切換機構15は、複数の電池モジュール11と複数のペルチェモジュール13との間の熱の移動の状態を、伝熱許容状態と伝熱阻害状態とに切り換え可能であってもよい。具体的には、伝熱切換機構15は、熱の移動の状態を変化させようとする電池モジュール11とペルチェモジュール13との間の熱抵抗を変化させることで、電池モジュール11とペルチェモジュール13との間における熱の移動の状態を、伝熱許容状態と伝熱阻害状態とに切り換えてもよい。この場合、熱の移動の状態を変化させようとする2つの部材は、電池モジュール11およびペルチェモジュール13である。
(Supplementary Note on Modification of the Second Embodiment)
In the
(その他の実施形態)
以上の説明では、伝熱切換機構15の伝熱板(例えば伝熱板101)に断熱部材(例えば断熱部材102)が取り付けられる場合を例に挙げたが、これに限定されない。伝熱板には、断熱部材が取り付けられなくてもよい。
Other Embodiments
In the above description, a case where a heat insulating member (e.g., heat insulating member 102) is attached to a heat transfer plate (e.g., heat transfer plate 101) of the heat
また、以上の説明では、伝熱切換機構15が伝熱板と断熱部材と駆動部(例えば伝熱板101と断熱部材102と駆動部110)とを有する場合を例に挙げたが、これに限定されない。例えば、伝熱切換機構15は、熱の移動の状態を変化させようとする2つの部材の状態を「2つの部材が接触する第1状態」と「2つの部材が接触せずに離間する第2状態」とに切り換え可能であってもよい。具体的には、伝熱切換機構15は、伝熱板および断熱部材を有さずに、2つの部材の少なくとも一方を移動させることで第1状態と第2状態とに切り換える駆動部を有してもよい。このような駆動部は、電磁ソレノイドであってもよいし、その他のアクチュエータであってもよい。
In the above description, the heat
また、以上の説明において、ラジエータ2と電池ユニット10の熱交換部12とにより構成される冷却水回路(熱交換媒体回路の一例)に、車両に搭載された他のデバイス(例えば電気駆動系のデバイス)が接続されて冷却されるようになっていてもよい。
In addition, in the above description, other devices (e.g., devices of the electric drive system) mounted on the vehicle may be connected to the coolant circuit (one example of a heat exchange medium circuit) formed by the
また、図9に示したSOC制御において、ステップS25,S26の処理(並列接続ステップ)が省略されてもよい。また、図9に示したSOC制御において、ステップS27の処理(電源切換ステップ)が省略されてもよい。 In addition, in the SOC control shown in FIG. 9, the processing of steps S25 and S26 (parallel connection step) may be omitted. In addition, in the SOC control shown in FIG. 9, the processing of step S27 (power source switching step) may be omitted.
また、以上の実施形態および変形例を適宜組み合わせて実施してもよい。以上の実施形態および変形例は、本質的に好ましい例示であって、ここに開示する技術、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。 The above embodiments and modifications may be combined as appropriate. The above embodiments and modifications are essentially preferred examples and are not intended to limit the scope of the technology disclosed herein, its applications, or its uses.
以上説明したように、ここに開示する技術は、車両用電池ユニットとして有用である。 As explained above, the technology disclosed herein is useful as a vehicle battery unit.
1 車両用電源システム
2 ラジエータ
3 第1流路
4 第2流路
5 ポンプ
6 ファン
10 車両用電池ユニット
11 電池モジュール
12 熱交換部
13 ペルチェモジュール
14 伝熱部材
15 伝熱切換機構
21 温度センサ
22 SOCセンサ
30 制御装置
31 記憶部
32 制御部
41 第1出力端子
42 第2出力端子
43 接地端子
45 電池回路
50 電源ライン
60 リレー
70 ペルチェ回路
Claims (5)
熱交換部と、
前記複数の電池モジュールと前記熱交換部との間に設けられ、通電により熱の移動を促進させる複数のペルチェモジュールと、
前記車両に供給される第1電力を出力するための第1出力端子と、
接地端子と、
前記複数の電池モジュールの接続の状態を、前記複数の電池モジュールのうち前記第1電力を出力する第1電源となる電池モジュールが前記第1出力端子と前記接地端子との間に接続される状態と、前記複数の電池モジュールが並列に接続される状態とに切り換え可能な電池回路と、
前記複数のペルチェモジュールの接続の状態を、前記複数のペルチェモジュールが前記第1出力端子と前記接地端子との間に並列に接続される状態に切り換え可能なペルチェ回路とを備える車両用電池ユニットの制御装置であって、
制御部を備え、
前記制御部は、
前記複数の電池モジュールのうち前記第1電源となる電池モジュールが前記第1出力端子と前記接地端子との間に接続される場合に、前記複数の電池モジュールの各々のSOCを検出するSOC検出処理と、
前記SOC検出処理により検出された前記複数の電池モジュールのSOCのばらつきが閾値を上回る場合に、前記複数の電池モジュールが並列に接続されるように、前記電池回路を制御する並列接続処理とを行う
ことを特徴とする車両用電池ユニットの制御装置。 A plurality of battery modules for a vehicle;
A heat exchange section;
a plurality of Peltier modules provided between the plurality of battery modules and the heat exchange unit, the Peltier modules promoting heat transfer by energization;
a first output terminal for outputting a first electric power to be supplied to the vehicle;
A ground terminal;
a battery circuit capable of switching a connection state of the plurality of battery modules between a state in which a battery module serving as a first power source that outputs the first power among the plurality of battery modules is connected between the first output terminal and the ground terminal, and a state in which the plurality of battery modules are connected in parallel;
a Peltier circuit capable of switching a connection state of the plurality of Peltier modules to a state in which the plurality of Peltier modules are connected in parallel between the first output terminal and the ground terminal ,
A control unit is provided,
The control unit is
an SOC detection process for detecting an SOC of each of the plurality of battery modules when a battery module serving as the first power source among the plurality of battery modules is connected between the first output terminal and the ground terminal;
When the variation in SOC of the plurality of battery modules detected by the SOC detection process exceeds a threshold value, a parallel connection process is performed to control the battery circuit so that the plurality of battery modules are connected in parallel.
A control device for a vehicle battery unit.
熱交換部と、
前記複数の電池モジュールと前記熱交換部との間に設けられ、通電により熱の移動を促進させる複数のペルチェモジュールと、
前記車両に供給される第1電力を出力するための第1出力端子と、
接地端子と、
前記複数の電池モジュールの接続の状態を、前記複数の電池モジュールのうち前記第1電力を出力する第1電源となる電池モジュールが前記第1出力端子と前記接地端子との間に接続される状態に切り換え可能であり、前記複数の電池モジュールのうち前記第1電源となる電池モジュールを切り換え可能である電池回路と、
前記複数のペルチェモジュールの接続の状態を、前記複数のペルチェモジュールが前記第1出力端子と前記接地端子との間に並列に接続される状態に切り換え可能なペルチェ回路とを備える車両用電池ユニットの制御装置であって、
制御部を備え、
前記制御部は、
前記複数の電池モジュールのうち前記第1電源となる電池モジュールが前記第1出力端子と前記接地端子との間に接続される場合に、前記複数の電池モジュールの各々のSOCを検出するSOC検出処理と、
前記SOC検出処理により検出された前記複数の電池モジュールのSOCのばらつきが閾値を上回る場合に、前記複数の電池モジュールのうち前記第1電源となる電池モジュールが切り換わるように、前記電池回路を制御する電源切換処理とを行う
ことを特徴とする車両用電池ユニットの制御装置。 A plurality of battery modules for a vehicle;
A heat exchange section;
a plurality of Peltier modules provided between the plurality of battery modules and the heat exchange unit, the Peltier modules promoting heat transfer by energization;
a first output terminal for outputting a first electric power to be supplied to the vehicle;
A ground terminal;
a battery circuit capable of switching a connection state of the plurality of battery modules to a state in which a battery module serving as a first power source that outputs the first power among the plurality of battery modules is connected between the first output terminal and the ground terminal, and capable of switching the battery module serving as the first power source among the plurality of battery modules;
a Peltier circuit capable of switching a connection state of the plurality of Peltier modules to a state in which the plurality of Peltier modules are connected in parallel between the first output terminal and the ground terminal ,
A control unit is provided,
The control unit is
an SOC detection process for detecting an SOC of each of the plurality of battery modules when a battery module serving as the first power source among the plurality of battery modules is connected between the first output terminal and the ground terminal;
When the variation in SOC of the plurality of battery modules detected by the SOC detection process exceeds a threshold value, a power supply switching process is performed to control the battery circuit so that a battery module serving as the first power supply is switched among the plurality of battery modules.
A control device for a vehicle battery unit.
前記車両用電池ユニットは、前記車両に供給される電力であり前記第1電力よりも高い第2電力を出力するための第2出力端子を備え、
前記電池回路は、前記複数の電池モジュールの接続の状態を、前記複数の電池モジュールのうち前記第1電源となる電池モジュールが前記第1出力端子と前記接地端子との間に接続され、且つ、前記複数の電池モジュールのうち少なくとも2つが前記第2出力端子と前記接地端子との間に直列に接続される状態に切り換え可能である
ことを特徴とする車両用電池ユニットの制御装置。 The vehicle battery unit control device according to claim 1 or 2 ,
the vehicle battery unit includes a second output terminal for outputting a second power that is supplied to the vehicle and is higher than the first power;
a control device for a vehicle battery unit, characterized in that the battery circuit is capable of switching a connection state of the plurality of battery modules to a state in which a battery module serving as the first power source among the plurality of battery modules is connected between the first output terminal and the ground terminal, and at least two of the plurality of battery modules are connected in series between the second output terminal and the ground terminal .
前記車両用電池ユニットは、前記複数のペルチェモジュールを経由する前記複数の電池モジュールと前記熱交換部との間の熱の移動の状態を、前記熱の移動が許容される伝熱許容状態と、前記熱の移動が阻害される伝熱阻害状態とに切り換え可能な伝熱切換機構を備える
ことを特徴とする車両用電池ユニットの制御装置。 The control device for a vehicle battery unit according to any one of claims 1 to 3 ,
the vehicle battery unit is characterized in that it comprises a heat transfer switching mechanism that can switch a state of heat transfer between the plurality of battery modules and the heat exchange unit via the plurality of Peltier modules between a heat transfer permissive state, in which the heat transfer is permitted, and a heat transfer inhibited state , in which the heat transfer is inhibited.
前記制御部は、
前記複数のペルチェモジュールの各々の通電および非通電を制御するペルチェ制御処理と、
前記複数のペルチェモジュールのうち少なくとも1つが通電する場合に、前記熱の移動の状態が前記伝熱許容状態となるように前記伝熱切換機構を制御し、前記複数のペルチェモジュールが通電しない場合に、前記熱の移動の状態が前記伝熱阻害状態となるように前記伝熱切換機構を制御する伝熱制御処理とを行う
ことを特徴とする車両用電池ユニットの制御装置。 The vehicle battery unit control device according to claim 4 ,
The control unit is
A Peltier control process for controlling energization and de-energization of each of the plurality of Peltier modules;
a heat transfer control process for controlling the heat transfer switching mechanism so that the state of the heat transfer is the heat transfer permitted state when at least one of the plurality of Peltier modules is energized, and for controlling the heat transfer switching mechanism so that the state of the heat transfer is the heat transfer inhibited state when the plurality of Peltier modules is not energized.
A control device for a vehicle battery unit.
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