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技術 車載用蓄電装置

出願人 三菱電機株式会社
発明者 斉藤博之谷英明和知敏
出願日 2015年3月31日 (4年6ヶ月経過) 出願番号 2017-508919
公開日 2017年7月6日 (2年3ヶ月経過) 公開番号 WO2016-157405
状態 特許登録済
技術分野 車両の電気的な推進・制動 車両用電気・流体回路 推進装置の冷却,吸排気,燃料タンクの配置 ハイブリッド電気車両 車両の推進装置の配置または取付け 静止型機器の保護 電池等の充放電回路 二次電池の保守(充放電、状態検知) 二次電池の保守(温度調整,ガス除去)
主要キーワード 感電対策 整備作業者 感電防止 車載用電源 空冷ファン 電圧変換装置 絶縁部分 充電エネルギー
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年7月6日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (5)

課題・解決手段

車載用蓄電装置は、内部の制御を行う制御部6と、制御部6からの指令によりスイッチ8を介して高電圧蓄電池3に接続されて高電圧蓄電池3に充電された電力強制消費する負荷7と、制御部6からの指令により駆動されて高電圧蓄電池3を冷却する冷却装置10とを備えている。制御部6は、衝突検知部14により、車両の衝突を検知した場合に、負荷7により高電圧蓄電池3の電力を強制消費させるとともに、冷却装置10により高電圧蓄電池3を冷却する。

概要

背景

一般に、自動車等の車両には、電池が搭載されている。この電池には、一時的に、電気エネルギーが蓄えられる。蓄電方法としては、例えば内燃機関ベルト等で発電機を接続しておき、内燃機関の回転に伴って発電機で発電された電気エネルギーを当該電池に蓄える。こうして、電池に電気エネルギーを蓄えておくことで、内燃機関が回転しておらず発電機で発電できないような状態であっても、電気機器に必要な電力を電池から供給することができる。

また、近年、減速時の車両のエネルギーを効率良く電気エネルギーに変換して電池に充電するために、複数の電池を搭載する車両が開発されている。当該複数の電池には、車両の電気エネルギーを効率良く蓄えるための電池と、車両の始動等に使用される電池とが含まれる。

これらの電池、および、当該電池から電気機器への配線は、通常、乗員あるいは整備作業者が直接触れることができないように絶縁処理がなされている。しかしながら、車両が衝突した際には、絶縁部分破壊され、乗員あるいは整備作業者が感電する可能性がある。

車両の衝突事故に対する安全対策の一例は、例えば特許文献1に記載されている。特許文献1では、万一、事故が起きた場合に、電池内部に蓄えられたエネルギーを負荷強制消費することで、感電対策を行っている。

概要

車載用蓄電装置は、内部の制御を行う制御部6と、制御部6からの指令によりスイッチ8を介して高電圧蓄電池3に接続されて高電圧蓄電池3に充電された電力を強制消費する負荷7と、制御部6からの指令により駆動されて高電圧蓄電池3を冷却する冷却装置10とを備えている。制御部6は、衝突検知部14により、車両の衝突を検知した場合に、負荷7により高電圧蓄電池3の電力を強制消費させるとともに、冷却装置10により高電圧蓄電池3を冷却する。

目的

効果

実績

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請求項1

車載用電源動力源とする車両に搭載される車載用蓄電装置であって、前記車載用電源は、単数または複数の電池を含み、前記車載用蓄電装置の内部の制御を行う制御部と、前記制御部からの指令により前記車載用電源に接続され、前記車載用電源の前記電池に充電された電力強制消費する負荷と、前記制御部からの指令により駆動されて、前記車載用電源の前記電池を冷却する冷却装置とを備え、前記制御部は、前記車両の衝突を検知した場合に、前記負荷により前記電池の電力を強制消費させるとともに、前記冷却装置により前記電池を冷却する車載用蓄電装置。

請求項2

前記車載用電源の前記電池と前記冷却装置との間に設けられた分圧部をさらに備え、前記制御部は、前記車両の衝突を検知した場合に、前記分圧部を介して前記電池と前記冷却装置とを接続し、前記分圧部により前記電池の電圧を分圧し、分圧した電圧を前記冷却装置に印加する請求項1に記載の車載用蓄電装置。

請求項3

前記冷却装置は、空冷ファンから構成され、前記空冷ファンからの冷風を前記電池に直接当てることで、前記電池を冷却する請求項1または2に記載の車載用蓄電装置。

技術分野

0001

本発明は車載用蓄電装置に関し、特に、電池に蓄えられた電気エネルギー動力源とする自動車に搭載される車載用蓄電装置に関する。

背景技術

0002

一般に、自動車等の車両には、電池が搭載されている。この電池には、一時的に、電気エネルギーが蓄えられる。蓄電方法としては、例えば内燃機関ベルト等で発電機を接続しておき、内燃機関の回転に伴って発電機で発電された電気エネルギーを当該電池に蓄える。こうして、電池に電気エネルギーを蓄えておくことで、内燃機関が回転しておらず発電機で発電できないような状態であっても、電気機器に必要な電力を電池から供給することができる。

0003

また、近年、減速時の車両のエネルギーを効率良く電気エネルギーに変換して電池に充電するために、複数の電池を搭載する車両が開発されている。当該複数の電池には、車両の電気エネルギーを効率良く蓄えるための電池と、車両の始動等に使用される電池とが含まれる。

0004

これらの電池、および、当該電池から電気機器への配線は、通常、乗員あるいは整備作業者が直接触れることができないように絶縁処理がなされている。しかしながら、車両が衝突した際には、絶縁部分破壊され、乗員あるいは整備作業者が感電する可能性がある。

0005

車両の衝突事故に対する安全対策の一例は、例えば特許文献1に記載されている。特許文献1では、万一、事故が起きた場合に、電池内部に蓄えられたエネルギーを負荷強制消費することで、感電対策を行っている。

先行技術

0006

特許第3893965号公報

発明が解決しようとする課題

0007

上記の特許文献1においては、車両の衝突後、電力消費のために、電池内部に蓄えられたエネルギーを負荷によって放電している。しかしながら、負荷の抵抗によっては大電流で放電することになる。その結果、電池が発熱し、発火する恐れがある。

0008

本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、万一事故が起きた場合に、大電流での放電行うと共に、冷却装置で電池の冷却を行うことで、電池の発火を抑え、安全性の向上を図ることが可能な、車載用蓄電装置を得ることを目的としている。

課題を解決するための手段

0009

本発明は、車載用電源を動力源とする車両に搭載される車載用蓄電装置であって、前記車載用電源は、単数または複数の電池を含み、前記車載用蓄電装置の内部の制御を行う制御部と、前記制御部からの指令により前記車載用電源に接続され、前記車載用電源の前記電池に充電された電力を強制消費する負荷と、前記制御部からの指令により駆動されて、前記車載用電源の前記電池を冷却する冷却装置とを備え、前記制御部は、前記車両の衝突を検知した場合に、前記負荷により前記電池の電力を強制消費させるとともに、前記冷却装置により前記電池を冷却する。

発明の効果

0010

本発明の車載用蓄電装置によれば、車両の衝突時に、負荷により電池の電力を強制消費させるとともに、冷却装置により電池を冷却するようにしたので、万一事故が起きた場合にも、大電流での放電行うと共に、冷却装置で電池の冷却を行うことで、電池の発火を抑え、安全性の向上を図ることができる。

図面の簡単な説明

0011

本発明の実施の形態1に係る車載用蓄電装置を設けた内燃機関の電源系の構成を示した構成図である。
本発明の実施の形態1に係る車載用蓄電装置の制御装置の処理を示すフローチャートである。
本発明の実施の形態1における発電電動機と内燃機関との接続の一例を示した構成図である。
本発明の実施の形態1におけるケース高電圧蓄電池との構成の一例を示した断面図である。

実施例

0012

以下、本発明に係る車載用蓄電装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明を具体化する際の一形態であって、本発明をその範囲に限定するためのものではない。

0013

実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係る車載用蓄電装置とその周辺の車両の電源系を示した構成図である。

0014

図1において、車載用蓄電装置15は、自動車等の車両に搭載されている。この場合の「自動車」としては、ハイブリッド自動車に限らず、電気自動車も含む。ハイブリッド自動車とは、電気エネルギーで駆動されるモータガソリンで駆動される内燃機関とを動力源として併せ持つ自動車である。また、電気自動車とは、電池から出力される電気エネルギーのみを動力源とする。但し、以下では、「自動車」として、ハイブリッド自動車を例に挙げて説明する。

0015

図1に示すように、車載用蓄電装置15は、ケース13を備えている。ケース13は、高電圧蓄電池3、制御部6、負荷7、スイッチ8、スイッチ9、冷却装置10、分圧用負荷11、および、演算部12を、内部に収容している。

0016

また、図1に示すように、車載用蓄電装置15には、低電圧蓄電池1、電気機器2、発電電動機4、および、電圧変換装置5が接続されている。低電圧蓄電池1は、電気機器2に電力を供給する。低電圧蓄電池1は、例えば、鉛蓄電池から構成される。低電圧蓄電池1の定格電圧は例えば12Vである。電気機器2には、例えば、エアコンステレオカーナビパワーウインドウパワーステ、ライトなどの、車両に搭載された電気機器全般が含まれる。また、車載用蓄電装置15には、衝突検知部14が接続されている。

0017

高電圧蓄電池3は、車両を駆動するための動力源の1つである。本実施の形態では、車両としてハイブリッド自動車を想定しているので、もう1つの動力源は内燃機関(図3の符号16参照)である。高電圧蓄電池3は、発電電動機4との間で電力の授受を行う。すなわち、高電圧蓄電池3は、発電電動機4からの電力で充電を行うとともに、発電電動機4に電力を供給して発電電動機4の駆動を行う。高電圧蓄電池3は、例えばリチウムイオン電池から構成される。高電圧蓄電池3の定格電圧は例えば400Vである。但し、高電圧蓄電池3はリチウムイオン電池に限定されず、他の電池から構成してもよい。

0018

発電電動機4は、内燃機関16に接続されている。例えば、図3に示すように、発電電動機4の回転子軸17にプーリ18が設けられ、ベルト19を介して、内燃機関16と接続される。内燃機関16が回転すると、ベルト19により、発電電動機4も回転する。発電電動機4が回転すると、発電電動機4により発電が行われる。発電された電気エネルギーは、高電圧蓄電池3に充電されるか、あるいは、電圧変換装置5に入力される。電圧変換装置5では、当該電気エネルギーに対して、電圧変換を行い、電気機器2または低電圧蓄電池1に入力する。電気機器2は当該電気エネルギーを消費し、低電圧蓄電池1は当該電気エネルギーで充電を行う。

0019

電圧変換装置5は、高圧側と低圧側との間の電力授受を行うために、電圧の変換を行う。このとき、高圧側と低圧側の電圧がほぼ同電位であれば、電圧変換装置5は不要となる。従って、電圧変換装置5の代わりに、スイッチを設けるようにしてもよい。

0020

制御部6は、スイッチ8、スイッチ9、および、冷却装置10を制御する。

0021

スイッチ8は、制御部6からの指令信号により、通常運転時と非常時とで切り替わる。通常運転時は、スイッチ8は、低電圧蓄電池1と負荷7とを接続し、低電圧蓄電池1の充電エネルギーを負荷7で消費させる。一方、非常時には、スイッチ8は、高電圧蓄電池3と負荷7とを接続し、高電圧蓄電池3の充電エネルギーを負荷7で強制的に消費させる。

0022

スイッチ9は、冷却装置10に接続されている。冷却装置10は、高電圧蓄電池3の冷却を行う。冷却装置10は、車載用蓄電装置15に搭載される空冷ファンから構成される。スイッチ9は、制御部6からの指令信号により、低電圧蓄電池1と高電圧蓄電池3とのいずれか一方を、冷却装置10に接続する。通常運転時は、スイッチ9は、低電圧蓄電池1と冷却装置10とを接続し、低電圧蓄電池1の電力を用いて冷却装置10を駆動させる。非常時には、スイッチ9は、分圧用負荷11を介して高電圧蓄電池3と冷却装置10とを接続し、高電圧蓄電池3の電力を用いて冷却装置10を駆動する。このように、通常運転時には、冷却装置10は低電圧蓄電池1の電力を使用しているため、冷却装置10は高電圧蓄電池3の電圧に対応していない。そのため、分圧用負荷11が必要となる。

0023

分圧用負荷11は、高電圧蓄電池3から冷却装置10に印加する電圧を、分圧により、冷却装置10の駆動可能電圧範囲内に低くする。

0024

制御部6には、演算部12が接続されている。高電圧蓄電池3には、電流センサ(図示せず)および電圧センサ(図示せず)が設けられている。演算部12は、高電圧蓄電池3の電流センサおよび電圧センサからの情報を基に、高電圧蓄電池3の充電状態を演算して、制御部6に入力する。

0025

衝突検知部14は、エアバッグ用制御装置(図示せず)等に搭載されている衝突センサ流用する。ただし、衝突検知部14は、その場合に限らず、エアバッグ用制御装置の衝突センサとは別個に設けるようにしてもよい。衝突検知部14は、車両の衝突を検知した場合に、それを通知するための検知信号を制御部6に入力する。

0026

負荷7は、車両の衝突などの非常時に、高電圧蓄電池3に充電された電気エネルギーを消費する。具体的には、非常時に、負荷7に高電圧蓄電池3の電極電気的に接続することで、放電が行われる。図4に、高電圧蓄電池3と負荷7の構成を示す。

0027

図4は、高電圧蓄電池3、負荷7、および、冷却装置10の構成を示した断面図である。図4に示すように、本実施の形態では、負荷7はケース13から構成されている。ケース13は抵抗体から構成されている。ケース13は、バッテリーマウント20に搭載されている。ケース13とバッテリーマウント20とは固定されている。バッテリーマウント20は、ケース13を支えるのに十分な強度を有している。また、ケース13も、高電圧蓄電池3を保護するのに十分な強度を有している。図4に示すように、高電圧蓄電池3に対して冷却装置10が密接して設けられている。冷却装置10は空冷ファンから構成され、空冷ファンからの冷風が、直接、高電圧蓄電池3に当てられ、高電圧蓄電池3が冷却される。こうして、冷却装置10が駆動されることにより、高電圧蓄電池3からの発熱は放熱される。また、高電圧蓄電池3とケース13とは、互いに隙間を隔てて配置されている。また、高電圧蓄電池3とケース13とは、感電防止のための絶縁処理がなされていて、電気的に遮断されている。但し、高電圧蓄電池3とケース13との間には、スイッチ8が設けられており、制御部6からの指令信号により、スイッチ8が切り替えられることで、高電圧蓄電池3の電極21とケース13とがスイッチ8を介して電気的に接続される。このように、本実施の形態では、負荷7は抵抗体であるケース13自体であり、衝突等の非常時に、制御部6によりスイッチ8が切り替えられ、負荷7と高電圧蓄電池3の電極とがスイッチ8を介して電気的に接続することで、高電圧蓄電池3に充電された電気エネルギーが放電される。

0028

図2は、本発明の実施の形態1に係る車載用蓄電装置15の制御部6の処理の流れを示したフローチャートである。図2の処理は、一定の周期で、定期的に実施される。当該周期は、例えば10msとするが、これに限定することなく、適宜、任意の周期に設定すればよい。

0029

図2に示すように、制御部6は、まず、ステップS1では、衝突検知部14により車両の衝突を検知する。車両の衝突を検知していない場合は、そのまま処理を終了する。

0030

ステップS1で車両の衝突を検知した場合は、ステップS2に進む。ステップS2では、制御部6は、スイッチ8を切替え、負荷7により、高電圧蓄電池3の内部に蓄えられた電気エネルギーの放電を開始する。

0031

ステップS3では、制御部6は、高電圧蓄電池3の電気エネルギーで、冷却装置10を駆動して、高電圧蓄電池3を冷却する。

0032

ステップS4では、高電圧蓄電池3の電流センサおよび電圧センサの情報を基に、演算部12で高電圧蓄電池3の充電状態を演算する。制御部6は、演算部12で演算された高電圧蓄電池3の充電状態の演算結果を取得する。

0033

ステップS5では、制御部6は、高電圧蓄電池3の充電状態が略0(電池がなくなった状態)か否かを判定する。略0の場合はステップS6に進む。略0からさらに放電し、過放電となった場合、充電すると電池内部で短絡が発生し、電池が発火や発煙に至る可能性あるため、危険である。一方、略0でない場合は、ステップS2の処理に戻る。

0034

ステップS6では、制御部6は、スイッチ8を切り替え、負荷7による高電圧蓄電池3の放電を停止する。

0035

ステップS7では、制御部6は、冷却装置10を停止し、処理を終了する。

0036

これにより、万一事故が起きた場合に、負荷7による大電流での放電行うと共に、冷却装置10で高電圧蓄電池3の冷却を行うことで、安全性を向上できる。

0037

以上のように、本実施の形態に係る車載用蓄電装置15は、車載用電源を動力源とする車両に搭載され、車載用電源は単数または複数の電池を含む高電圧蓄電池3から構成されている。車載用蓄電装置15は、内部の制御を行う制御部6と、制御部6からの指令により高電圧蓄電池3に接続されて高電圧蓄電池3に充電された電力を強制消費する負荷7と、制御部6からの指令により駆動されて高電圧蓄電池3を冷却する冷却装置10とを備えている。制御部6は、衝突検知部14により車両の衝突を検知した場合に、負荷7により高電圧蓄電池3の電力を強制消費させるとともに、冷却装置10により高電圧蓄電池3を冷却する。当該構成により、本実施の形態に係る車載用蓄電装置15は、万一事故が起きた場合に、高電圧蓄電池3の大電流での放電行うと共に、冷却装置10で高電圧蓄電池3の冷却を行うことで、高電圧蓄電池3が高温になることを抑え、高電圧蓄電池3の発火を未然に防止できるため、安全性を向上することができる。

0038

また、本実施の形態に係る車載用蓄電装置15は、高電圧蓄電池3と冷却装置10との間に設けられた分圧用負荷11をさらに備えている。制御部6は、車両の衝突を検知した場合に、分圧用負荷11を介して高電圧蓄電池3と冷却装置10とを接続し、分圧用負荷11により高電圧蓄電池3の電圧を分圧し、分圧した電圧を冷却装置10に印加するようにした。これにより、高電圧対応の冷却装置を設ける必要がないため、低コストで、車載用蓄電装置15を作製することができる。

0039

また、本実施の形態に係る車載用蓄電装置15においては、冷却装置10を空冷ファンから構成し、空冷ファンからの冷風を高電圧蓄電池3に直接当てる構成にした。このように、冷却装置10の冷却風を高電圧蓄電池3に直接当てることが出来るため、大電流放電に伴って発熱した高電圧蓄電池3を効率よく冷却出来るため、安全性を向上することができる。

0040

なお、冷却装置10は空冷ファンのような空冷式の場合に限られず、水冷式であっても良い。

0041

なお、本実施の形態においては、分圧用負荷11により降圧しているが、分圧に限らず、トランスによる電圧変換手段で降圧してもよい。

0042

なお、衝突時の冷却装置10駆動有無を、車載用蓄電装置15内部の制御部6からの信号を基に実施するのではなく、外部の例えばエンジン制御部等の信号を基に実施しても良い。

0043

なお、負荷7を抵抗体からなるケース13から構成するとしたが、その場合に限らず、車載用蓄電装置15内に負荷7を構成するための抵抗体を別途設けるようにしても良い。

0044

なお、高電圧蓄電池3は、単数の電池から構成しても、複数の電池から構成してもよいことは言うまでもない。

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