特開 2025-1230 電源システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025001230

(43)【公開日】2025-01-08

(54)【発明の名称】電源システム

(51)【国際特許分類】

   H02J 1/00 20060101AFI20241225BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20241225BHJP

【ＦＩ】

H02J1/00 308E

H02J7/00 P

H02J7/00 B

H02J1/00 304H

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023100709

(22)【出願日】2023-06-20

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000017

【氏名又は名称】弁理士法人アイテック国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 健明

(72)【発明者】

【氏名】鈴木（中村） 拓

(72)【発明者】

【氏名】藤浦 圭一

【テーマコード（参考）】

5G165

5G503

【Ｆターム（参考）】

5G165BB02

5G165EA01

5G165HA09

5G165MA07

5G503AA01

5G503BA04

5G503BB01

5G503CB10

5G503GA01

5G503GC04

5G503GD02

(57)【要約】

【課題】電動車に搭載されたバッテリモジュールを複数並列接続して構成された電源システムの起動をより適正に行なう。
【解決手段】安定化電源と電源ラインの並列接続点との間にシステム用スイッチを取り付けると共に並列接続点と各バッテリ用制御装置との間に複数のモジュール用スイッチを取り付ける。そして、システム起動時には、システム用スイッチをオンとした後に、順次複数のモジュール用スイッチのオンとして順次複数のバッテリモジュールを起動する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

バッテリと前記バッテリを管理するバッテリ用制御装置とを有する車載用の複数のバッテリモジュールを並列接続して構成された電源システムであって、
前記複数のバッテリモジュールの各バッテリ用制御装置は、電源ラインにより安定化電源に並列接続されており、
前記安定化電源と前記電源ラインの並列接続点との間に取り付けられたシステム用スイッチと、
前記電源ラインの並列接続点と各バッテリ用制御装置との間に取り付けられた複数のモジュール用スイッチと、
前記安定化電源から電力の供給を受けてシステムを制御するシステム用制御装置と、
を備え、
前記システム用制御装置は、
システム起動時には、前記システム用スイッチをオンとした後に、順次複数のモジュール用スイッチのオンとして順次複数のバッテリモジュールを起動する、
ことを特徴とする電源システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電源システムに関し、詳しくは、複数の車載用のバッテリモジュールを並列接続して構成された電源システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、この種の電源システムとしては、第１スイッチを介して負荷に接続された第１電源部と、第２スイッチを介して負荷に接続された第２電源部と、第３スイッチを介して負荷に接続された第２電源部より内部抵抗が低い第３電源部とを備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このシステムでは、第１電源部の出力電圧が第１電圧よりも低くなると第１スイッチをオフとし、第２スイッチと第３スイッチとをオンとする。そして、第３スイッチを所定接続期間を経過した時点でオフとする。これにより、複数の電源から切り替えを伴って負荷へ供給される電圧を安定させている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２２－１７５１４８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

電動車に搭載されたバッテリモジュールは、資源の有効利用の観点から複数を並列接続した電源システムに用いられることが考えられる。この場合、システム起動の際には、安定化電源から各バッテリモジュールを起動する制御装置に電源を供給する必要があるが、各バッテリモジュールが同時に起動しようとすると、安定化電源の出力電圧が低下して起動できない場合が生じる。

【0005】

本開示の電源システムは、電動車に搭載されたバッテリモジュールを複数並列接続して構成された電源システムの起動をより適正に行なうことを主目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の電源システムは、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

【0007】

本開示の電源システムは、
バッテリと前記バッテリを管理するバッテリ用制御装置とを有する車載用の複数のバッテリモジュールを並列接続して構成された電源システムであって、
前記複数のバッテリモジュールの各バッテリ用制御装置は、電源ラインにより安定化電源に並列接続されており、
前記安定化電源と前記電源ラインの並列接続点との間に取り付けられたシステム用スイッチと、
前記電源ラインの並列接続点と各バッテリ用制御装置との間に取り付けられた複数のモジュール用スイッチと、
前記安定化電源から電力の供給を受けてシステムを制御するシステム用制御装置と、
を備え、
前記システム用制御装置は、
システム起動時には、前記システム用スイッチをオンとした後に、順次複数のモジュール用スイッチのオンとして順次複数のバッテリモジュールを起動する、
ことを特徴とする。

【0008】

本開示の電源システムでは、複数のバッテリモジュールの各バッテリ用制御装置を電源ラインにより安定化電源に並列接続し、安定化電源と電源ラインの並列接続点との間にシステム用スイッチを取り付けると共に、電源ラインの並列接続点と各バッテリ用制御装置との間に複数のモジュール用スイッチを取り付ける。そして、システム起動時には、システム用スイッチをオンとした後に、順次複数のモジュール用スイッチのオンとして順次複数のバッテリモジュールを起動する。即ちモジュール用スイッチをオンとすると共にこのモジュール用スイッチに接続されたバッテリ用制御装置を起動してバッテリモジュールを起動する処理を順次繰り返すのである。このように、順次バッテリモジュールを起動するから、同時にバッテリモジュールのバッテリ用制御装置の起動を行なう際に生じ得る安定化電源からの出力電圧の低下を抑制することができ、より適正にシステムを起動することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本開示の実施形態としての電源システム２０の構成の概略を示す構成図である。

【図2】システム起動処理の一例を示すフローチャートである。

【図3】実施形態の電源システム２０と比較例の電源システムのシステム起動時の安定化電源の電圧の時間変化の一例を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

次に、本開示を実施するための形態（実施形態）について説明する。図１は、本開示の実施形態としての電源システム２０の構成の概略を示す構成図である。電源システム２０は、複数のバッテリモジュール３０ａ～３０ｎを並列接続して構成されており、複数のバッテリモジュール３０ａ～３０ｎの他に、システム用電子制御ユニット（以下、システムＥＣＵという。）２２と、安定化電源５１と、システム用スイッチ５３と、複数のモジュール用スイッチ５６ａ～５６ｎとを備える。

【0011】

バッテリモジュール３０ａは、電動車の走行用モータに電力を供給する車載用のモジュールとして構成されており、電動車に搭載して利用したあとの再利用として電源システム２０に組み込まれる。バッテリモジュール３０ａは、バッテリ３２ａと、パワーコントロールユニット（Power Control Unit：以下、ＰＣＵという。）３４ａと、モジュール用電子制御ユニット（以下、モジュールＥＣＵという。）３６ａと、電池用電子制御ユニット（以下、電池ＥＣＵという。）３８ａとを有する。なお、バッテリモジュール３０ｂ～３０ｎは、バッテリモジュール３０ａと同一の構成をしている。

【0012】

バッテリ３２ａは、例えばリチウムイオン二次電池として構成されている。ＰＣＵ３４ａは、走行用モータを駆動するインバータやバッテリからの電力を昇圧してインバータに供給する昇圧コンバータなどにより構成されている。電池ＥＣＵ３８ａは、バッテリ３２ａを管理するためにバッテリ３２ａの出力端子に取り付けられた図示しない電流センサや電圧センサからの検出値を入力し、バッテリ３２ａの蓄電割合ＳＯＣなどを計算している。モジュールＥＣＵ３６ａは、バッテリモジュール３０ａが車載されているときにはＰＣＵ３４ａ内の昇圧コンバータやインバータを制御することにより走行用モータを駆動制御するモータ用電子制御ユニットとして機能し、バッテリモジュール３０ａが電源システム２０に組み込まれているときにはバッテリモジュール３０ａを起動する制御装置として機能する。

【0013】

バッテリ３２ａ～３２ｎは、ＰＣＵ３４ａ～３４ｎを介してモジュール用電力ライン４２ａ～４２ｎにより出力用電力ライン４４に接続されている。出力用電力ライン４４は、電源システム２０の出力用の電力ラインである。

【0014】

安定化電源５１は、電源ライン５０により外部電源（例えば２００Ｖの商用電源）に接続されており、トランスやコンデンサなどにより安定した所定電圧（例えば５Ｖ）を供給する電源回路として構成されている。安定化電源５１は、電源ライン５２により並列接続用電源ライン５４に接続されている。電源ライン５２には、システム用スイッチ５３が取り付けられている。並列接続用電源ライン５４は、モジュール用電源ライン５５ａ～５５ｎによりモジュールＥＣＵ３６ａ～３６ｎに接続されている。モジュール用電源ライン５５ａ～５５ｎには、それぞれモジュール用スイッチ５６ａ～５６ｎが取り付けられている。したがって、システム用スイッチ５３をオンとすると共に各モジュール用スイッチ５６ａ～５６ｎをオンとすることにより、安定化電源５１からの所定電圧を各モジュールＥＣＵ３６ａ～３６ｎに供給することができるようになっている。

【0015】

システムＥＣＵ２２は、安定化電源５１から電源ライン５２を介して電力の供給を受け、電源システム２０を制御する。システムＥＣＵ２２は、例えば、システム用スイッチ５３のオンオフや、各モジュール用スイッチ５６ａ～５６ｎをオンオフを行なう。

【0016】

次に、こうして構成された実施形態の電源システム２０の動作、特にシステム起動時の動作について説明する。図２は、電源システム２０のシステム起動時に実行されるシステム起動処理の一例を示すフローチャートである。

【0017】

システム起動処理では、まず、安定化電源５１をオンとし（ステップＳ１００）、システムＥＣＵ２２を起動する（ステップＳ１１０）。続いて、システム用スイッチ５３をオンとし（ステップＳ１２０）、バッテリモジュール３０ａ～３０ｎを順次起動し（ステップＳ１３０～Ｓ１５０）、システム起動を完了し（ステップＳ１６０）、システム起動処理を終了する。

【0018】

バッテリモジュール３０ａ～３０ｎの起動は、順に並べられたバッテリモジュール３０ａ～３０ｎのうち、まず、最初のバッテリモジュール３０ａに接続されたモジュール用スイッチ５６ａをオンとし（ステップＳ１３０）、モジュールＥＣＵ３６ａを起動する（ステップＳ１４０）。そして、まだ未起動のバッテリモジュールがあるか否かを判定し（ステップＳ１５０）、未起動のバッテリモジュールがあると判定したときには、ステップＳ１３０の次のバッテリモジュールに接続されたモジュール用スイッチをオンとする処理に戻る。こうしたステップＳ１３０～Ｓ１５０を繰り返すことにより、順次、バッテリモジュール３０ａ～３０ｎを起動する。

【0019】

図３は、実施形態の電源システム２０と比較例の電源システムのシステム起動時の安定化電源の電圧の時間変化の一例を示す説明図である。比較例としては、実施形態の電源システム２０のハード構成でシステム起動時にシステム用スイッチ５３とモジュール用スイッチ５６ａ～５６ｎとを同時にオンとするものとした。図中、電圧Ｖｒｅｆは、モジュールＥＣＵ３６ａ～３６ｎを起動するのに最低限必要な電圧である。比較例では、時間Ｔ１にシステム起動が開始されると、システム用スイッチ５３とモジュール用スイッチ５６ａ～５６ｎとが同時にオンとされる。このため、安定化電源５１からの電圧は、大きく電圧降下し、モジュールＥＣＵ３６ａ～３６ｎを起動するのに最低限必要な電圧Ｖｒｅｆを下回り、システム起動に失敗してしまう。一方、実施形態では、時間Ｔ１にシステム起動が開始されると、システム用スイッチ５３がオンとされ、その後、モジュール用スイッチ５６ａ～５６ｎが順次オンとされる。このため、安定化電源５１からの電圧は、スイッチがオンされたときに若干の電圧降下が認められるもののモジュールＥＣＵ３６ａ～３６ｎを起動するのに最低限必要な電圧Ｖｒｅｆを下回ることはなく、正常にシステム起動する。

【0020】

以上説明した実施形態の電源システム２０では、再利用の複数のバッテリモジュール３０ａ～３０ｎの各バッテリ３２ａ～３２ｎをモジュール用電力ライン４２ａ～４２ｎにより出力用電力ライン４４に並列接続すると共に、バッテリモジュール３０ａ～３０ｎのモジュールＥＣＵ３６ａ～３６ｎをモジュール用電源ライン５５ａ～５５ｎと並列接続用電源ライン５４とを用いて安定化電源５１に接続された電源ライン５２に並列接続する。そして、電源ライン５２にはシステム用スイッチ５３を取り付け、各モジュール用電源ライン５５ａ～５５ｎにはモジュール用スイッチ５６ａ～５６ｎを取り付ける。システム起動時には、システム用スイッチ５３をオンとした後で、モジュール用スイッチ５６ａ～５６ｎを順次オンとして各モジュールＥＣＵ３６ａ～３６ｎを順次起動する。このように順次バッテリモジュール３０ａ～３０ｎを起動するから、同時にバッテリモジュール３０ａ～３０ｎを起動する際に生じ得る安定化電源５１からの出力電圧の大幅な低下を抑制することができ、より適正に電源システム２０を起動することができる。

【0021】

実施形態の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施形態では、バッテリ３２ａ～３２ｎが「バッテリ」に相当し、バッテリモジュール３０ａ～３０ｎが「バッテリモジュール」に相当し、安定化電源５１が「安定化電源」に相当し、システム用スイッチ５３が「システム用スイッチ」に相当し、並列接続用電源ライン５４が「並列接続点」に相当し、モジュールＥＣＵ３６ａ～３６ｎが「バッテリ用制御装置」に相当し、モジュール用スイッチ５６ａ～５６ｎが「モジュール用スイッチ」に相当し、システムＥＣＵ２２が「システム用制御装置」に相当する。

【0022】

なお、実施形態の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施形態が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施形態は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

【0023】

以上、本開示を実施形態を用いて説明したが、本開示はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

【産業上の利用可能性】

【0024】

本開示は、電源システムの製造産業などに利用可能である。

【符号の説明】

【0025】

２０ 電源システム、２２ システム用電子制御ユニット（システムＥＣＵ）、３０ａ～３０ｎ バッテリモジュール、３２ａ～３２ｎ バッテリ、３４ａ～３４ｎ パワーコントロールユニット（ＰＣＵ）、３６ａ～３６ｎ モジュール用電子制御ユニット（モジュールＥＣＵ）、４２ａ～４２ｎ モジュール用電力ライン、４４ 出力用電力ライン、５０ 電源ライン、５１ 安定化電源、５２ 電源ライン、５３ システム用スイッチ、５４ 並列接続用電源ライン、５５ａ～５５ｎ モジュール用電源ライン、５６ａ～５６ｎ モジュール用スイッチ。

【図1】

【図2】

【図3】