JP3785499B2

JP3785499B2 - 電源装置

Info

Publication number: JP3785499B2
Application number: JP2000368012A
Authority: JP
Inventors: 昭彦江守; 拓哉木下; 孝治立野; 英樹宮崎
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-12-04
Filing date: 2000-12-04
Publication date: 2006-06-14
Anticipated expiration: 2020-12-04
Also published as: JP2002170535A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リチウム二次電池やニッケル水素電池、電気二重層キャパシタなどの電池類が複数接続される電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種電源装置は、複数の電池の出力端子をブスバーで接続し、同時に出力端子と電池コントローラをワイヤーによって接続した電源装置があった。
図９に、従来の電源装置を示す。１０１は電池、１０５は電池コントローラ、２０１はマイナス端子、２０２はプラス端子、２０３はブスバー、１００１はワイヤーである。電池１０１が８個配設され、それぞれの電池１０１の出力端子であるマイナス端子２０１及びプラス端子２０２がブスバー２０３により直列に接続されている。また、出力端子にはワイヤ１００１も複数接続され、ワイヤー１００１の他端は電池コントローラ１０５に接続されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電源装置において、ブスバー２０３やワイヤー１００１は部品点数が多い上、これらの接続作業に労を要す。また、これらの接続は活線作業であり、ブスバー２０３やワイヤー１００１の短絡や誤接続の可能性がある。
【０００４】
本発明の課題は、上記問題点に鑑み、複数の電池と電池コントローラの接続に際し、部品点数や作業工数が少なく、安全性と信頼性の高い電源装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、複数の二次電池と、複数の二次電池を直列接続する端子板と、複数の二次電池の端子間電圧を管理する電池コントローラとを備えた電源装置において、端子板が、複数の二次電池を直列接続した出力の正負各端子と、複数の二次電池の各出力端子を接続するブスバーと、ブスバーに一端を接続するリード線と、リード線の他の一端に接続する端子ピンとを備え、電池コントローラが端子ピンを介して端子板上に接続配置されており、正負各端子とブスバーとリード線と端子ピンとが、端子板に一体にモールド成型されている。
また、端子板が、複数の二次電池の各出力端子を接続するブスバーに接続するコンタクタと、コンタクタに一端を接続するリード線と、リード線の他の一端に接続するボンディングパッドとを同一平面内に備え、電池コントローラが端子板上のボンディングパッドに接続配置されており、コンタクタとリード線とボンディングパッドとが、端子板に一体に成型されている。
ここで、電池コントローラがコンタクタとリード線とボンディングパッドと共に端子板に一体にモールド成型されている。
ここで、電池コントローラは、各二次電池の端子間電圧を入力する複数個の電池管理回路と、複数個の電池管理回路の出力を電位変換回路を介して入力する処理装置と、処理装置の出力を絶縁回路を介して他のコントローラと信号の受け渡しを行う通信回路とを備える。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、図面において同一の部分が２つ以上あるものに関しては同一の符号を付し、説明を省略している。図１は、本発明の電源装置である第１の実施形態を示す。図１において、１０１は電池、１０２は端子板、１０３はパックマイナス端子、１０４はパックプラス端子、１０５は電池コントローラ、１０６はハーネスセットである。
本実施形態では、円筒軸方向に平行に配置された複数の電池１０１の上方に端子板１０２を配置する。端子板１０２は複数の電池１０１を電気的に直列接続し、また、機械的に複数の電池を固定する。端子板１０２上には複数の電池１０１を管理する電池コントローラ１０５及びこれらの電池集合体の出力端子となるパックマイナス端子１０３、パックプラス端子１０４を配設する。電池コントローラ１０５は他のコントローラ（図示せず）との信号通信を担うハーネスセット１０６を備える。
【０００７】
図２に、本実施形態の端子接続状態を示す。図２において、２０１はマイナス端子、２０２はプラス端子、２０３はブスバーである。端子板１０２内のブスバー２０３により、複数の電池１０１の出力端子であるマイナス端子２０１、プラス端子２０２を直列に接続する。
【０００８】
図３に、本実施形態の端子板１０２の構成を示す。図３において、３０１はリード線、３０２は端子ピン、３０３はランドである。ブスバー２０３にリード線３０１の一端を、他の一端に端子ピン３０２を接続する。そして、これらは一体にモールド成型する。端子ピン３０２は、端子板１０２と垂直に、また、電池コントローラ１０５の入力端子と一致するように配設し、その上端はモールド成型体外に突出させる。この端子ピン３０２は、電池コントローラ１０５のスルーホールを通して挿入し、ランド３０３と半田付する。あるいは、予めランド３０３に接続されたコネクタ（図示ぜず）に接続する。
【０００９】
以上のように、本実施形態によれば、ブスバー２０３、リード線３０１、端子ピン３０２を一体にモールド成型することにより、部品点数や作業工数の削減、作業の安全性確保と接続の信頼性の向上が図られる。また、モールド成型体上に電池コントローラを配設することにより、高電位ワイヤーの引き回しが無くなり、安全性が向上する。
【００１０】
図４は、本発明の第２の実施形態を示す。図４において、４０１は配線シート、４０２はボンディングパッド、４０３はコンタクタである。
配線シート４０１には、リード線３０１、ボンディングパッド４０２（端子ピン３０２に相当）、コンタクタ４０３とを同一平面内に配設し、シート状に一体成型する。この配線シート４０１は、いわゆるプリント基板で構成すると、好適である。そして、端子ピン３０２には平板状のピン形状をしたボンディングパッド４０２を用いる。このボンディングパッド４０２には電池コントローラ１０５を接続する。また、コンタクタ４０３はネジ等により電池１０１の出力端子と接続する。
このように、本実施形態によれば、リード線３０１、ボンディングパッド４０２、コンタクタ４０３をシート状に一体成型することにより、部品点数や作業工数の削減、作業の安全性確保と接続の信頼性向上が図られる。また、一体成型体上に電池コントローラを配設することにより、高電位ワイヤーの引き回しが無くなる。
【００１１】
図５は、本発明の第３の実施形態を示す。ここでは、端子板１０２に、ブスバー２０３、リード線３０１、ボンディングパッド４０２、電池コントローラ１０５を一体にモールド成型する。
これにより、更なる部品点数や作業工数の削減、作業の安全性確保と接続の信頼性向上が図られる。また、高電位ワイヤーの引き回しが無くなることによる安全性の確保も同じく達成できる。
ここで、図５ではボンディングパッド４０２と電池コントローラ１０５を接続したが、第１の実施形態のように端子ピン３０２と電池コントローラ１０５を接続した後、これらを一体成型することも可能である。
【００１２】
図６は、本発明の第４の実施形態を示す。図６において、１０５は電池コントローラであり、６０１は電池管理回路、６０２は電圧検出回路、６０３は電位変換回路、６０４は処理回路、６０５は絶縁回路、６０６は通信回路である。
電池１０１が複数直列接続され、電池１０１に電池管理回路６０１を端子ピン３０２を介してそれぞれ並列に接続する。また、電池管理回路６０１は電位変換回路６０３を介して処理回路６０４と接続する。処理回路６０４は例えばフォトカプラーなどの絶縁回路６０５を介して通信回路６０６にも接続する。そして、これらにより電池コントローラ１０５を構成する。
電池管理回路６０１は電圧検出回路６０２やバイパス回路（図示せず）を有し、各電池１０１の端子間電圧を検出する。また、バイパス回路によって各電池１０１間の電圧アンバランスを解消するように各電池１０１の電圧を制御する。各電池１０１は直列に接続されているため、各電池管理回路６０１と処理回路６０４は電位レベルが異なる。電位変換回路６０３は、電位レベルがそれぞれ異なる各回路間において電位を変換して電気信号を伝送する。また、処理回路６０４では各電池１０１の端子間電圧をもとに各電池１０１の充電状態や電圧アンバランスを判定し、電池１０１の残量の出力やバイパス回路の駆動等の制御を行う。
残量等の情報信号は、絶縁回路６０５で電気的に絶縁された後、通信回路６０６を介してその他のコントローラに伝えられる。
このように、本実施形態によれば、電池コントローラ１０５と他のコントローラとの通信は絶縁回路６０５を介して行われるため、通信線を引き回しても安全性が保たれる。
なお、電池コントローラ１０５は図示以外の構成をとることも可能であることは云うまでもない。
【００１３】
図７は、本発明の第５の実施形態を示す。図７において、７０１はコネクタ、７０２は中継ワイヤである。
本実施形態は、電池１０１の両底面にマイナス端子２０１とプラス端子２０２がそれぞれ配設されているため、ブスバー２０３、リード線３０１、端子ピン３０２、コネクタ７０１を一体にモールド成型した端子板１０２ａとブスバー２０３、リード線３０１、コネクタ７０１を一体にモールド成型した端子板１０２ｂとによって複数の電池１０１を直列に接続する。また、端子板１０２ａと端子板１０２ｂは、それぞれのコネクタ７０１を介して中継ワイヤ７０２によって接続する。
ここで、中継ワイヤ７０２は、端子板１０２ａ、１０２ｂが支持される側壁またはケースに埋設することも可能である。
このように、本実施形態のように、電池１０１の両底面にマイナス端子２０１とプラス端子２０２がそれぞれ配設されている場合は、端子板１０２ｂ、中継ワイヤ７０２を追加することで前述の実施形態と同様な効果を実現できる。すなわち、部品点数や作業工数の削減、作業の安全性確保と接続の信頼性向上が図られる。また、高電位ワイヤーの引き回しが無くなることによる安全性の確保も同じく達成できる。
【００１４】
図８は、本発明の電源装置を適用した太陽光の電力変換装置の実施形態を示す。図８において、８０１は商用電源、８０２は太陽光発電装置、８０３は負荷装置、８０４は制御変換器、８０５は切替器である。
電源装置は、既に説明の複数の電池１０１が直列接続され、これらと電池コントローラ１０５を端子板１０２（図示せず）を介してそれぞれ接続して構成する。また、電池１０１列の両端、すなわちパックマイナス端子１０３とパックプラス端子１０４は、それぞれ制御変換器８０４内の電力変換器８０６に接続し、電池コントローラ１０５内の通信回路６０６と制御変換器８０４内のＭＣＵ（マイコン）８０７をハーネスセット１０６を介して接続する。さらに、太陽光発電装置８０２、負荷装置８０３、制御変換器８０４は、それぞれ切替器８０５を介して共通の商用電源８０１に接続されている。同時に、太陽光発電装置８０２、負荷装置８０３、制御変換器８０４、切替器８０５、電池コントローラ１０５は、双方向通信で結ばれている。
ここで、太陽光発電装置８０２は、太陽電池により太陽光を直流電力に変換し、インバータ装置により交流電力を出力する装置である。また、負荷装置８０３は、エアコン、冷蔵庫、電子レンジ、照明などの家電品や、モータ、エレベータ、コンピュータ、医療機器などの電気機器である。そして、制御変換器８０４は、交流電力を直流電力に変換、または、直流電力を交流電力に変換する充放電器であり、また、これら充放電の制御や太陽光発電装置８０２、負荷装置８０３などの機器を制御する制御器を兼ねる。
なお、本発明の電源装置は、図示した構成以外の制御変換器８０４や、その他の機器の接続形態をとることも可能である。
本実施形態は、負荷装置８０３が必要とする電力を商用電源８０１や太陽光発電装置８０２で賄い切れない時、制御変換器８０４内の電力変換器８０６を介して電池１０１から電力を供給する。そして、商用電源８０１や太陽光発電装置８０２からの電力供給が過剰となっている時に、制御変換器８０４の電力変換器８０６を介して電池１０１に蓄電する。これらの動作の中で、電池１０１の端子間電圧が放電停止や充電停止レベルに達すると、電池コントローラ１０５はその信号を制御変換器８０４内のＭＣＰ８０７に送り、制御変換器８０４は充放電等を制御する。
本実施形態では、商用電源８０１の契約電力や消費電力、太陽光発電装置８０２の発電定格を下げることが可能となり、設備費やランニングコストの削減を図ることができる。また、消費電力がある時間帯に集中している時に、電池１０１から商用電源８０１に電力を供給し、消費電力が少ない時に、電池１０１に蓄電することによって、消費電力の集中を緩和し、消費電力の平準化を図ることが可能となる。さらに、制御変換器８０４は負荷装置８０３の電力消費を監視し、負荷装置８０３を制御するため、省エネや電力の有効利用が達成できる。
【００１５】
なお、本発明は、リチウム電池、ニッケル水素電池などの二次電池や電気二重層キャパシタなどの電力貯蔵機能を有する各種の電池類及びそれらの直列接続体に適用される。また、複数の電池が直列または並列に接続された電池群が複数個直列に接続された各種の電池接続体に適用される。
【００１６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、複数の電池と電池コントローラの接続に際し、ブスバー、リード線、端子ピンを一体にモールド成型し、端子ピンを電池コントローラの入力端子と一致するように配設すると共に、その上端をモールド成型体外に突出させ、このモールド成型体上に電池コントローラを配設することにより、部品点数や作業工数の削減、作業の安全性確保と接続の信頼性の向上を図ることができる。また、モールド成型体上に電池コントローラを配設することにより、高電位ワイヤーの引き回しが無くなり、安全性の向上を図ることができる。
また、本発明によれば、複数の電池と電池コントローラの接続に際し、コンタクタと、リード線と、ポンディングパッドとを同一平面内に配設し、シート状に一体成型することにより、部品点数や作業工数の削減、作業の安全性確保と接続の信頼性の向上を図ることができ、また、一体成型体上に電池コントローラを配設することにより、高電位ワイヤーの引き回しが無くなり、安全性の向上を図ることができる。
また、本発明によれば、複数の電池と電池コントローラの接続に際し、ブスバー、リード線、ボンディングパッドを同一平面内に配設すると共に、電池コントローラとを一体にモールド成型することにより、部品点数や作業工数の削減、作業の安全性確保と接続の信頼性の向上を図ることができる。また、電池コントローラも一体成型するので、高電位ワイヤーの引き回しが無くなり、安全性の向上を図ることができる。
また、本発明による電池コントローラにおいては絶縁回路を介して他のコントローラと信号の受け渡しを行うので、信号通信線を引き回しても安全性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電源装置である第１の実施形態
【図２】本発明の端子接続状態を示す図
【図３】本発明の端子板構成を示す図
【図４】本発明の第２の実施形態
【図５】本発明の第３の実施形態
【図６】本発明の第４の実施形態
【図７】本発明の第５の実施形態
【図８】本発明の電源装置を適用した太陽光の電力変換装置の実施形態
【図９】従来の電源装置を示す図
【符号の説明】
１０１…電池、１０２…端子板、１０３…パックマイナス端子、１０４…パックプラス端子、１０５…電池コントローラ、１０６…ハーネスセット、２０１…マイナス端子、２０２…プラス端子、２０３…ブスバー、３０１…リード線、３０２…端子ピン、３０３…ランド、４０１…配線シート、４０２…ボンディングパッド、４０３…コンタクタ、６０１…電池管理回路、６０２…電圧検出回路、６０３…電位変換回路、６０４…処理回路、６０５…絶縁回路、６０６…通信回路、７０１…コネクタ、７０２…中継ワイヤ、８０１…商用電源、８０２…太陽光発電装置、８０３…負荷装置、８０４…制御変換器、８０５…切替器、８０６…電力変換器、８０７…ＭＣＰ（マイコン）

Claims

複数の二次電池と、前記複数の二次電池を直列接続する端子板と、前記複数の二次電池の端子間電圧を管理する電池コントローラとを備えた電源装置において、
前記端子板が、前記複数の二次電池を直列接続した出力の正負各端子と、前記複数の二次電池の各出力端子を接続するブスバーと、前記ブスバーに一端を接続するリード線と、前記リード線の他の一端に接続する端子ピンとを備え、
前記電池コントローラが前記端子ピンを介して前記端子板上に接続配置されており、
前記正負各端子と前記ブスバーと前記リード線と前記端子ピンとが、前記端子板に一体にモールド成型されていることを特徴とする電源装置。
複数の二次電池と、前記複数の二次電池を直列接続する端子板と、前記複数の二次電池の端子間電圧を管理する電池コントローラとを備えた電源装置において、
前記端子板が、前記複数の二次電池の各出力端子を接続するブスバーに接続するコンタクタと、前記コンタクタに一端を接続するリード線と、前記リード線の他の一端に接続するボンディングパッドとを同一平面内に備え、
前記電池コントローラが前記端子板上のボンディングパッドに接続配置されており、
前記コンタクタと前記リード線と前記ボンディングパッドとが、前記端子板に一体に成型されていることを特徴とする電源装置。
請求項２において、前記電池コントローラが前記コンタクタと前記リード線と前記ボンディングパッドと共に前記端子板に一体にモールド成型されていることを特徴とする電源装置。
請求項１から請求項３のいずれかにおいて、前記電池コントローラは、前記各二次電池の端子間電圧を入力する複数個の電池管理回路と、前記複数個の電池管理回路の出力を電位変換回路を介して入力する処理装置と、前記処理装置の出力を絶縁回路を介して他のコントローラと信号の受け渡しを行う通信回路とを備えることを特徴とする電源装置。