(57)【要約】【課題】極めて簡単な回路構成としながら、電流検出回路で検出できない検出範囲外の過大電流を検出する。【解決手段】バッテリシステムは、複数の充電できる電池セル２とヒューズ３と電流検出抵抗４とを接続点７で接続して直列に接続してなる電池部１、３１と、この電池部１、３１を構成する各々の電池セル２の電圧を検出する電圧検出回路５と、電流検出抵抗４の電圧を検出して電池部１の電流を検出する電流検出回路６とを備えている。バッテリシステムは、電池セル２の電圧を検出する電圧検出回路５が、少なくともヒューズ３と電流検出抵抗４のいずれかを含む抵抗回路８の電圧を検出して、電流検出回路６が検出できる最大電流よりも大きい検出範囲外の過大電流を検出している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の充電できる電池セル(2)とヒューズ(3)と電流検出抵抗(4)とを接続点(7)で接続して直列に接続してなる電池部(1)、(31)と、この電池部(1)、(31)を構成する各々の電池セル(2)の電圧を検出する電圧検出回路(5)と、前記電流検出抵抗(4)の電圧を検出して電池部(1)、(31)の電流を検出する電流検出回路(6)とを備えるバッテリシステムであって、
前記電池セル(2)の電圧を検出する電圧検出回路(5)が、少なくとも電流検出抵抗(4)とヒューズ(3)のいずれかを含む抵抗回路(8)の電圧を検出して、電流検出回路(6)が検出できる最大電流よりも大きい検出範囲外の過大電流を検出するようにしてなるバッテリシステム。
【請求項２】
前記抵抗回路(8)が、電流検出抵抗(4)、ヒューズ(3)、電流検出抵抗(4)とヒューズ(3)の直列回路のいずれかである請求項１に記載されるバッテリシステム。
【請求項３】
前記抵抗回路(8)が電池セル(2)を含む請求項１に記載されるバッテリシステム。
【請求項４】
前記抵抗回路(8)の電圧を増幅するアンプ(11)を備える請求項１に記載されるバッテリシステム。
【請求項５】
前記電圧検出回路(5)が、前記電池部(1)、(31)の接続点(7)を切り換えるマルチプレクサ(12)を入力側に備えており、前記アンプ(11)は出力側をマルチプレクサ(12)の入力側に接続しており、マルチプレクサ(12)がアンプ(11)の出力側と接続点(7)とを切り換えて各々の電池セル(2)の電圧と、前記抵抗回路(8)の電圧を検出して電流検出回路(6)の検出範囲外の過大電流を検出する請求項４に記載されるバッテリシステム。
【請求項６】
前記電圧検出回路(5)が、アースライン(10)に対する接続点(7)の電圧を検出して各々の電池セル(2)の電圧と抵抗回路(8)の電圧を検出する請求項５に記載されるバッテリシステム。
【請求項７】
前記電池セル(2)が、複数のニッケル水素電池を直列に接続してなる電池モジュールである請求項１に記載されるバッテリシステム。
【請求項８】
前記電池セル(2)が、リチウムイオン電池とリチウムポリマー電池のいずれかである請求項１に記載されるバッテリシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の電池セルとヒューズを直列に接続してなるバッテリシステムに関し、とくに、電流検出回路の最大検出電流を超える過大電流を検出できるバッテリシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電池と直列にヒューズを接続してなるバッテリシステムは開発されている（特許文献１及び２参照）。このバッテリシステムは、電池に過電流が流れるとヒューズを溶断して、電池を過電流から保護する。ハイブリッドカー等の車両に搭載されるバッテリシステムは、車両の走行状態によって電池からモーターに供給される電流が大幅に変動する。車両を急加速するとき、電池からモーターに大きな放電電流が流れ、急ブレーキの回生制動では電池に大きな充電電流が流れ、モーターが走行のアシストをしない状態で電池には電流が流れない。このように、ハイブリッドカー等に搭載されるバッテリシステムは、電池を充放電する電流が大幅に変動する。このため、電池を過電流から保護するためにヒューズを直列に接続している。このヒューズは、流れる電流のジュール熱で発熱して、溶断して電流を遮断する。ヒューズのジュール熱による発熱量は、電流の２乗と電気抵抗と時間の積に比例する。このため、ヒューズは、大電流が流れるときに大きなジュール熱で高温に加熱されて溶断される。電流が流れない状態では、加熱されずに放熱される。電流が変動する状態で、ヒューズは加熱と放熱とが繰り返され、さらに発熱するジュール熱も大きく変動する。よって、ヒューズは、使用電流範囲で安易に溶断しない仕様とすると共に、外部短絡等の過大電流では溶断させる仕様とする必要がある。しかしながら、外部短絡等の故障状態は、特定の抵抗値を持って短絡する場合が考えられ、このため、電池に損傷を与える過大電流が流れる状態でヒューズが溶断されないことがある。
【特許文献１】特開２００３−１６９４０１号公報
【特許文献２】特開２００１−３２７００１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献に記載されるバッテリシステムは、ヒューズの切断を検出できるが、ヒューズの溶断されない過大電流から電池を保護できない。バッテリシステムは、電池と直列に電流検出抵抗を接続して、充放電される電池の電流を検出している。たとえば、ハイブリッドカーに搭載されるバッテリシステムは、電池の電流を±２００Ａの範囲で検出できるように、電流検出抵抗の電圧を検出している。このバッテリシステムは、充放電される電流を積算して残容量を演算することから高精度に電流を検出する。この電流検出回路は、高精度に電流を検出するために、電流の検出範囲を前述の範囲に制限している。したがって、ヒューズが溶断される過大電流は電流検出回路の検出範囲外となって過大電流を検出できない。このため、従来のバッテリシステムは、電池に損傷を与える過大な電流が流れてヒューズが溶断されない状態を検出できない。たとえば、前述のバッテリシステムにおいては、電池の充放電を許容する±２００Ａを超える過大電流であって、ヒューズの溶断されない過大電流を検出できない。この過大電流は電池に損傷を与えることから、この過大電流が流れたことを検出することで、電池の安全性を向上できる。
【０００４】
本発明は、このことを実現することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、極めて簡単な回路構成としながら、電流検出回路で検出できない検出範囲外の過大電流を検出できるバッテリシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００５】
本発明のバッテリシステムは、複数の充電できる電池セル２とヒューズ３と電流検出抵抗４とを接続点７で接続して直列に接続してなる電池部１、３１と、この電池部１、３１を構成する各々の電池セル２の電圧を検出する電圧検出回路５と、電流検出抵抗４の電圧を検出して電池部１の電流を検出する電流検出回路６とを備えている。バッテリシステムは、電池セル２の電圧を検出する電圧検出回路５が、少なくともヒューズ３と電流検出抵抗４のいずれかを含む抵抗回路８の電圧を検出して、電流検出回路６が検出できる最大電流よりも大きい検出範囲外の過大電流を検出している。
【０００６】
以上のバッテリシステムは、極めて簡単な回路構成としながら、電流検出回路で検出できない検出範囲外の過大電流を検出できる特徴がある。このため、以上のバッテリシステムは、電流検出回路で検出できない、電池にダメージを与える過大な電流が流れてヒューズが溶断されない状態においても、その過大電流を検出することで電池の安全性をより向上できる特徴がある。電流検出回路で検出できない検出範囲外の過大電流が検出できるので、ヒューズが溶断されない状態においても、検出された電流の大きさで電池のその後の使用を停止する等の制御が実現できる。
【０００７】
本発明のバッテリシステムは、抵抗回路８を、電流検出抵抗４、ヒューズ３、電流検出抵抗４とヒューズ３の直列回路のいずれかとすることができる。電流検出抵抗の電圧を電圧検出回路で検出するバッテリシステムは、正確に検出範囲外の過大電流を検出できる。また、ヒューズ、又は電流検出抵抗とヒューズとの直列回路の電圧を検出するバッテリシステムは、検出範囲外の過大電流を検出できることに加えて、ヒューズの溶断も検出できる。
さらに、本発明のバッテリシステムは、抵抗回路８が電池セル２を含むことができる。
【０００８】
本発明のバッテリシステムは、抵抗回路８の電圧を増幅するアンプ１１を備えることができる。このバッテリシステムは、抵抗回路の両端に発生する低電圧を増幅することで、検出範囲外の過大電流を正確に検出できる。
【０００９】
さらに、本発明のバッテリシステムは、電圧検出回路５が、電池部１、３１の接続点７を切り換えるマルチプレクサ１２を入力側に備えると共に、アンプ１１の出力側をマルチプレクサ１２の入力側に接続して、マルチプレクサ１２がアンプ１１の出力側と接続点７とを切り換えて各々の電池セル２の電圧と、抵抗回路８の電圧を検出して電流検出回路６の検出範囲外の過大電流を検出することができる。
以上のバッテリシステムは、マルチプレクサを切り換えて抵抗回路８の電圧を検出でき、またアンプで増幅したアンプをマルチプレクサ１２で切り換えて検出するので、回路構成を極めて簡単にしながら、検出範囲外の過大電流を正確に検出できる。
【００１０】
本発明のバッテリシステムは、電圧検出回路５が、アースライン１０に対する接続点７の電圧を検出して、各々の電池セル２の電圧と抵抗回路８の電圧を検出することができる。
以上のバッテリシステムは、マルチプレクサが片側の入力端子を順番に切り換えて電池セルの電圧と抵抗回路の電圧を検出できるので、マルチプレクサを簡単な回路構成にできる。
【００１１】
本発明のバッテリシステムは、電池セル２を、複数のニッケル水素電池を直列に接続してなる電池モジュールとすることができる。
このバッテリシステムは、電池モジュールの電圧を検出しながら、検出範囲外の過大電流も検出できる。
【００１２】
本発明のバッテリシステムは、電池セル２を、リチウムイオン電池とリチウムポリマー電池のいずれかとすることができる。
このバッテリシステムは、各々のリチウムイオン電池やリチウムポリマー電池の電圧を検出しながら、検出範囲外の過大電流も検出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するためのバッテリシステムを例示するものであって、本発明はバッテリシステムを以下のものに特定しない。
【００１４】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００１５】
図１と図２に示すバッテリシステムは、ハイブリッドカー、燃料電池車、電気自動車等の車両に搭載されて、負荷２０として接続されるモーター２２を駆動して車両を走行させる。電池部１の負荷２０となるモーター２２は、ＤＣ／ＡＣインバータ２３を介して電池部１に接続される。ＤＣ／ＡＣインバータ２３は、電池部１の直流を３相の交流に変換して、モーター２２への供給電力をコントロールする。ＤＣ／ＡＣインバータ２３は、発電機２４を接続しており、発電機２４の発電電力で電池部１が充電される。
【００１６】
この図のバッテリシステムは、充電できる複数の電池セル２とヒューズ３と電流検出抵抗４とを直列に接続している電池部１と、この電池部１を構成する電池セル２の電圧を検出する電圧検出回路５と、電流検出抵抗４の電圧を増幅して電池の電流を検出する電流検出回路６とを備えている。
【００１７】
電池部１は、コンタクタ９を介して車両側のＤＣ／ＡＣインバータ２３に電力を供給し、ＤＣ／ＡＣインバータ２３からモーター２２に電力を供給する。モーター２２に大電力を供給できるように、電池部１は多数の充電できる電池セル２を直列に接続して出力電圧を高くしている。電池セル２は、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池、又はリチウムポリマー電池である。電池セル２をニッケル水素電池とする電池部１は、複数のニッケル水素電池を直列に接続して電池モジュールとし、電池モジュールを電池セル２として各々の電池モジュールの電圧を電圧検出回路５で検出する。電池セルをリチウムイオン電池又はリチウムポリマー電池とする電池部は、各々のリチウムイオン電池やリチウムポリマー電池の電圧を電圧検出回路で検出する。
【００１８】
電池部１は、各々の電池セル２と電流検出抵抗４とヒューズ３とを接続点７で接続して、互いに直列に接続している。この電池部１は、モーター２２に大電力を供給できるように、たとえば、電池セル２の接続個数で出力電圧を１００〜４００Ｖとしている。ただし、バッテリシステムは、電池部の電圧を昇圧して負荷に電力を供給することもできるので、直列に接続する電池セルの個数を少なくして、電池部の出力電圧を低くすることもできる。
【００１９】
図１のバッテリシステムは、電池部１を第１ブロック１Ａと第２ブロック１Ｂに分割して、第１ブロック１Ａと第２ブロック１Ｂとを、電流検出抵抗４とヒューズ３との直列回路を介して直列に接続している。このバッテリシステムは、第１ブロック１Ａと第２ブロック１Ｂの中間であって、電流検出抵抗４と電池セル２との接続点７をアースライン１０としている。このバッテリシステムは、電流検出抵抗４とヒューズ３とを第１ブロック１Ａと第２ブロック１Ｂとの中間に接続しているが、電流検出抵抗とヒューズは、正負の出力側に接続することもできる。また、第１ブロックと第２ブロックを構成している電池セルの間に接続することもできる。
【００２０】
図２のバッテリシステムは、電池部３１を１組の電池ブロックで構成して、マイナス側をアースライン１０としている。また、電池部３１のマイナス側に電流検出抵抗４とヒューズ３とを接続している。図示しないが、バッテリシステムは、電流検出抵抗とヒューズをプラス側に接続することもでき、また、電流検出抵抗とヒューズをプラス側とマイナス側とに接続することもできる。
【００２１】
電流検出回路６は、電池の充放電を許容する電流範囲において、電流検出抵抗４に誘導される電圧を増幅するアンプ１１を備えている。アンプ１１は、一対の入力端子を電流検出抵抗４の両端に接続している差動アンプ１１Ａである。差動アンプ１１Ａは、電流が流れて電流検出抵抗４の両端に発生する電圧を増幅して、マルチプレクサ１２に出力する。差動アンプ１１Ａの増幅率は、電流検出抵抗４の電気抵抗と検出する最大電流と、Ａ／Ｄコンバータ１３の最大入力電圧から特定する。たとえば、電流検出抵抗４の電気抵抗を０．５ｍΩ、電流検出回路６が検出する最大電流を±２００Ａ、Ａ／Ｄコンバータ１３の最大入力電圧を±５Ｖとする場合、差動アンプ１１Ａの増幅率は５０とする。この差動アンプ１１Ａは、電流検出抵抗４に２００Ａの電流が流れて誘導される１００ｍＶの電圧を５Ｖに増幅してＡ／Ｄコンバータ１３に出力する。電流検出回路６は、電流検出抵抗４の電圧を差動アンプ１１Ａで増幅してマルチプレクサ１２からＡ／Ｄコンバータ１３に入力し、Ａ／Ｄコンバータ１３でデジタル信号に変換して、演算回路１４に演算して電流を検出する。演算回路１４は、電流検出抵抗４の電圧／電気抵抗を演算して電流を検出する。
【００２２】
電圧検出回路５は、接続点７の電圧を検出して各々の電池セル２の電圧を検出すると共に、少なくとも電流検出抵抗４とヒューズ３のいずれかを含む抵抗回路８の電圧を検出して、電流検出回路６が検出できる最大電流よりも大きい検出範囲外の過大電流を検出する。図１と図２のバッテリシステムは、抵抗回路８を電流検出抵抗４とヒューズ３の直列回路として、抵抗回路８の電圧を検出して検出範囲外の過大電流を検出する。ただし、電流検出回路は、抵抗回路を電流検出抵抗又はヒューズとして、電流検出抵抗又はヒューズの電圧を検出して電流検出回路の検出範囲外の過大電流を検出することもできる。図１と図２に示すように、抵抗回路８を電流検出抵抗４とヒューズ３との直列回路とするバッテリシステムは、電池セル２の電圧を検出するために必要な、ヒューズ３と電流検出抵抗４との直列回路の電圧から、検出範囲外の過大電流を検出することができる。このため、電池セル２の電圧を検出する回路構成をそのままとして、電流検出回路６で検出できない検出範囲外の過大電流を検出できる。
【００２３】
図１と図２の電圧検出回路５は、接続点７を切り換えて、電池セル２の電圧と抵抗回路８の電圧を検出するマルチプレクサ１２と、このマルチプレクサ１２の出力側に接続しているＡ／Ｄコンバータ１３と、Ａ／Ｄコンバータ１３から出力されるデジタル信号を演算する演算回路１４と、演算回路１４で演算された情報を車両側に伝送するデータ送信部１５とを備える。さらに、抵抗回路８である電流検出抵抗４の電圧を増幅するアンプ１１を備えている。アンプ１１の出力がマルチプレクサ１２に入力されて、電流検出抵抗４の電圧が検出される。
【００２４】
図１と図２のバッテリシステムは、マルチプレクサ１２のひとつの入力端子に差動アンプ１１Ａの出力を入力して、電圧検出回路５を構成するＡ／Ｄコンバータ１３と演算回路１４を電流検出回路６に併用している。マルチプレクサ１２は、差動アンプ１１Ａの出力と、電池部１の接続点７を所定の周期で順番に切り換えてＡ／Ｄコンバータ１３に出力する。電圧検出回路５は、アースライン１０に対する差動アンプ１１Ａの出力を検出して電池の電流を検出し、また、アースライン１０に対する各々の接続点７の電圧を検出して、電池セル２の電圧と、電流検出回路６で検出できない検出範囲外の過大電流を検出する。
【００２５】
Ａ／Ｄコンバータ１３は、マルチプレクサ１２から出力される電圧信号であるアナログ信号をデジタル信号に変換して演算回路１４に出力する。演算回路１４は、Ａ／Ｄコンバータ１３から出力されるデジタル信号の電圧信号から、電池セル２の電圧を演算する。電池セル２の電圧は、各々の電池セル２の正負の接続点７の電圧差から演算される。また、演算回路１４は、抵抗回路８の電圧から電流検出回路６で検出できない検出範囲外の過大電流を検出する。演算回路１４は、電流検出抵抗４とヒューズ３との直列回路である抵抗回路８の電気抵抗と抵抗回路８の電圧から、検出範囲外の過大電流を検出する。演算回路１４は、［抵抗回路８の電圧］／［抵抗回路８の電気抵抗］を演算して、電流検出回路６で検出できない検出範囲外の過大電流を検出する。電流検出抵抗４とヒューズ３の電気抵抗は小さいので、抵抗回路８である直列回路の電気抵抗も小さい。したがって、電流検出回路６で検出できない、検出範囲外の過大電流、たとえば５００Ａと極めて大きい電流が電池に流れても、電流検出抵抗４とヒューズ３との直列回路である抵抗回路８に誘導される電圧は小さく、この電圧から検出範囲外の過大電流は検出される。たとえば、電流検出抵抗４とヒューズ３との直列回路の電気抵抗を１ｍΩとするバッテリシステムにおいて、電池に２０００Ａの過大電流が流れると、抵抗回路８に誘導される電圧は２Ｖとなる。したがって、±５Ｖの電圧範囲をデジタル信号に変換できるＡ／Ｄコンバータ１３を使用するバッテリシステムにあっては、５０００Ａまでの検出範囲外の過大電流を検出できる。
【００２６】
さらに、図に示すように、抵抗回路８の電圧を分圧抵抗１６で分圧してマルチプレクサ１２からＡ／Ｄコンバータ１３に入力することで、より大きな過大電流を検出することもできる。また、電流検出抵抗とヒューズの直列回路からなる抵抗回路の電気抵抗が大きくなって、過大電流に対する抵抗回路の電圧が高くなるバッテリシステムにおいても、抵抗回路の電圧を分圧してＡ／Ｄコンバータに入力することで、電流検出回路では検出できない相当に大きな検出範囲外の過大電流を検出することができる。
【００２７】
したがって、図１と図２のバッテリシステムは、電池に電流検出回路６では検出できない過大電流が電池に流れ、しかもヒューズ３が溶断されない状態においては、電流検出抵抗４の電圧から検出される電流から、電池のダメージを特定して、その後の電池の電流をコントロールすることができる。たとえば、あらかじめ設定している以上の過大電流が流れたことを検出すると、ヒューズ３が溶断されない状態においてはコンタクタ９をオフに切り換えて、電池の充放電を停止し、あるいはデータ送信部１５を介して、電池の充放電を停止する信号を車両側に伝送して、電池の充放電を停止する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施例にかかるバッテリシステムの回路図である。
【図２】本発明の他の実施例にかかるバッテリシステムの回路図である。
【符号の説明】
【００２９】
１…電池部                    １Ａ…第１ブロック
１Ｂ…第２ブロック
２…電池セル
３…ヒューズ
４…電流検出抵抗
５…電圧検出回路
６…電流検出回路
７…接続点
８…抵抗回路
９…コンタクタ
１０…アースライン
１１…アンプ                  １１Ａ…差動アンプ
１２…マルチプレクサ
１３…Ａ／Ｄコンバータ
１４…演算回路
１５…データ送信部
１６…分圧抵抗
２０…負荷
２２…モーター
２３…ＤＣ／ＡＣインバータ
２４…発電機
３１…電池部
【図１】
2010122194.tif 000003
【図２】
2010122194.tif 000004