(57)【要約】【課題】  バッテリパックの内部電流を適切に放出するとともにメンテナンス性を改善する。【解決手段】  バッテリシステムは、リチウムイオンバッテリ１６と、リチウムイオンバッテリ１６と直列に接続され、電源供給路となる主回路と、リチウムイオンバッテリ１６と並列に接続され、所定の条件において内部電力を消費する第２の保護回路６２と、リチウムイオンバッテリ１６と主回路とを遮断するとともに、リチウムイオンバッテリ１６と第２の保護回路６２とを接続する切替手段とを有する複数のバッテリパック２００と、各バッテリパック２００の主回路及び第２の保護回路とそれぞれ接続され、各バッテリパック２００からの入出力を制御する第２のＩＣ１８とを備え、第２のＩＣ１８は、バッテリパック２００のいずれかの保護回路から出力電流または電圧を検出したとき、バッテリパックの異常を報知する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池と、
前記二次電池と直列に接続され、前記二次電池の充放電経路となる主回路と、
前記二次電池と並列に接続され、所定の条件において前記二次電池の電力を消費する保護回路と、
前記所定の条件において、前記二次電池と前記主回路とを遮断するとともに、前記二次電池と前記保護回路とを接続する切替手段と、
前記保護回路への出力電流をエラー信号として外部へ出力するエラー信号出力手段とを備えるバッテリパック。
【請求項２】
更に、前記保護回路上に、外部端子を備え、
前記保護回路上の電流または電圧を前記外部端子を介して外部へエラー信号として出力する請求項１に記載のバッテリパック。
【請求項３】
更に、前記保護回路上に、発光手段を備え、
前記発光手段の発光によってエラー報知を行う請求項１または２に記載のバッテリパック。
【請求項４】
更に、前記保護回路上に、音響手段を備え、
前記音響手段による音響出力によりエラー報知を行う請求項１乃至請求項３いずれか一に記載のバッテリパック。
【請求項５】
更に、温度上昇を検出する過熱検知センサを備え、
前記切替手段は、前記過熱検知センサの検出情報に基づき、前記二次電池と前記主回路とを遮断するとともに、前記二次電池と前記保護回路とを接続する請求項１乃至請求項４いずれか一に記載のバッテリパック。
【請求項６】
更に、衝撃を検出する衝撃センサを備え、
前記切替手段は、前記衝撃センサの検出情報に基づき、前記二次電池と前記主回路とを遮断するとともに、前記二次電池と前記保護回路とを接続する請求項１乃至請求項５いずれか一に記載のバッテリパック。
【請求項７】
二次電池と、
前記二次電池と直列に接続され、電源供給路となる主回路と、
前記二次電池と並列に接続され、所定の条件において内部電力を消費する保護回路と、
前記二次電池と前記主回路とを遮断するとともに、前記二次電池と前記保護回路とを接続する切替手段とを有する複数のバッテリパックと、
前記各バッテリパックの前記主回路及び前記保護回路とそれぞれ接続され、前記各バッテリパックからの入出力を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記各バッテリパックのいずれかの前記保護回路から出力された電流または電圧を検出したとき、前記バッテリパックのエラーを判断するバッテリシステム。
【請求項８】
前記制御手段は、エラーと判断した前記バッテリパックへの電力供給を止める請求項７に記載のバッテリシステム。
【請求項９】
更に、発光手段を備え、
前記発光手段の発光によってエラー報知を行う請求項７又は請求項８に記載のバッテリシステム。
【請求項１０】
更に、音響手段を備え、
前記音響手段による音響出力によりエラー報知を行う請求項７乃至請求項９いずれか一に記載のバッテリシステム。
【請求項１１】
バッテリパックの放電方法であって、
二次電池と直列に接続され、電源供給路となる主回路と前記二次電池を遮断し、
前記二次電池と並列に接続され、所定の条件において内部電力を消費する保護回路と前記二次電池を接続し、
前記保護回路によって内部放電を行うとともに前記保護回路への出力電流の少なくとも一部をバッテリパック外へエラー信号として出力する放電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッテリパック及び複数のバッテリパックからなるバッテリシステムに関し、特にバッテリパック内部から余剰な電流の放出を適切に行うことが可能なバッテリパック、バッテリシステム、及び放電方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
充電して繰り返し利用することのできる二次電池の多くは、バッテリパックに加工されてユーザに提供される。特に重量エネルギー密度の高いリチウムイオン二次電池においては、ユーザ及び電子機器の安全を確保するために、一般的に、過充電保護、過放電保護等のいくつもの保護回路をバッテリパックに内蔵し、所定の場合にバッテリパックの出力を遮断する機能を有している。
【０００３】
この種の保護素子には、バッテリパックに内蔵されたＦＥＴ（Field Effect Transistor）スイッチを用いて出力のＯＮ／ＯＦＦを行うことにより、バッテリパックの過充電保護又は過放電保護動作を行うものがある。しかしながら、何らかの原因でＦＥＴスイッチが短絡破壊した場合、雷サージ等が印加されて瞬間的な大電流が流れた場合、あるいはバッテリセルの寿命によって出力電圧が異常に低下したり、逆に過大な異常電圧を出力した場合であっても、バッテリパックや電子機器は、発火等の事故から保護されなければならない。そこで、このような想定し得るいかなる異常状態においても、バッテリセルの出力を安全に遮断するために、外部からの信号によって電流経路を遮断する機能を有するヒューズ素子からなる保護素子が用いられている。
【０００４】
このようなリチウムイオン二次電池等向けの保護回路の保護素子としては、特許文献１に記載されているように、電流経路上の第１の電極，発熱体に繋がる導体層，第２の電極間に亘って可溶導体を接続して電流経路の一部をなし、この電流経路上の可溶導体を、過電流による自己発熱、あるいは保護素子内部に設けた発熱体によって溶断するものがある。このような保護素子では、溶融した液体状の可溶導体を発熱体に繋がる導体層上に集めることにより電流経路を遮断する。
【０００５】
また、ＬＥＤ照明装置においては、直列接続されたＬＥＤ（Light Emitting Diode）素子の個々に短絡素子を並列に接続し、ＬＥＤの異常時に所定の電圧で短絡素子が短絡して正常なＬＥＤを発光させる構成が提案されている（特許文献２）。特許文献２に記載の短絡素子は、所定膜厚の絶縁障壁層を、金属で挟んで構成された素子を、複数個直列に接続させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２０６２２０号公報
【特許文献２】特開２００７−０１２３８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年、バッテリとモータを使用したＥＶ（Electric Vehicle）やＨＥＶ（Hybrid Electric Vehicle）が急速に普及している。ＨＥＶやＥＶの動力源としては、エネルギー密度と出力特性からリチウムイオン二次電池が使用されるようになってきている。自動車用途では、高電圧、大電流が必要とされる。このため、高電圧、大電流に耐えられる専用セルが開発されているが、製造コスト上の問題から多くの場合、複数のバッテリセルを直列、並列に接続することで、汎用セルを用いて必要な電圧電流を確保している。
【０００８】
また、複数のバッテリセルを直列に接続したモジュールをバッテリパックとし、このバッテリパックを複数並列配置しバッテリシステムを形成し、バッテリパック単位で部品交換を可能とすることで、メンテナンス性の向上を図っている。
【０００９】
しかし、上述したバッテリシステムにおいて、一つのバッテリパックが故障した場合に、バッテリパックが並列配置されていることから、出力電圧の降下はないものの出力電流は低下することとなる。出力電流の低下によりバッテリの故障が検知できたとしてもいずれのバッテリパックが故障したのか判別することができず、メンテナンス性の向上を阻害する要因となっていた。
【００１０】
本発明は、上述した課題を解決するものであり、バッテリパックの保護回路を用いてバッテリパックの異常を報知することによりバッテリシステムの安全を確保するとともにメンテナンス性を向上させるバッテリパック、バッテリシステム、及び放電方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決するために、本発明に係るバッテリパックは、二次電池と、二次電池と直列に接続され、二次電池の充放電経路となる主回路と、二次電池と並列に接続され、所定の条件において二次電池の電力を消費する保護回路と、所定の条件において、二次電池と主回路とを遮断するとともに、二次電池と保護回路とを接続する切替手段と、保護回路への出力電流をエラー信号として外部へ出力するエラー信号出力手段とを備えたものである。
【００１２】
また、本発明に係るバッテリシステムは、二次電池と、二次電池と直列に接続され、電源供給路となる主回路と、二次電池と並列に接続され、所定の条件において内部電力を消費する保護回路と、二次電池と前記主回路とを遮断するとともに、二次電池と保護回路とを接続する切替手段とを有する複数のバッテリパックと、各バッテリパックの主回路及び保護回路とそれぞれ接続され、各バッテリパックからの入出力を制御する制御手段とを備え、制御手段は、各バッテリパックのいずれかの保護回路から出力された電流を検出したとき、バッテリパックのエラーを判断するものである。
【００１３】
また、本発明に係る放電方法は、バッテリパックの放電方法であって、二次電池と直列に接続され電源供給路となる主回路と二次電池を遮断し、二次電池と並列に接続され所定の条件において内部電力を消費する保護回路と二次電池を接続し、保護回路によって内部放電を行うとともに保護回路への出力電流の少なくとも一部をバッテリパック外へエラー信号として出力するものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、バッテリパックの異常を検出した場合に保護回路に切り替えるとともにバッテリパックの保護回路に流れる電流をエラー信号として出力することができ、このエラー信号によりバッテリパック及びバッテリシステムのエラーを報知するとともにエラー信号を出力したバッテリパックを特定することが容易となり、バッテリパックのメンテナンス性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、バッテリシステムを説明するブロック図である。
【図２】図２は、バッテリパックの構成を説明するブロック図である。
【図３】図３は、バッテリパックの構成を説明するブロック図である。
【図４】図４は、切替素子の動作を説明する回路図である。
【図５】図５は、バッテリパックの動作を説明する回路図である。
【図６】図６は、バッテリパックの動作を説明する回路図である。
【図７】図７は、バッテリパックの動作を説明する回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明が適用されたバッテリパック、バッテリシステム、及び放電方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が可能であることは勿論である。また、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることがある。具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１７】
［バッテリシステム］
以下では、ＥＶ等に用いられるリチウムイオンバッテリのモジュールを複数並列配置したバッテリシステムを例に挙げて説明する。
【００１８】
バッテリシステム１００は、図１に示すように、複数のバッテリパック２００と、これらバッテリパック２００と接続され各バッテリパック２００への充放電等を制御するコントロールユニット３００と、後述するエラー信号を出力したバッテリパック２００を示して報知する報知部４００とから構成されている。
【００１９】
各バッテリパック２００は、詳細を後述するが、リチウムイオンバッテリと保護回路をモジュール化したものであり、バッテリ異常時にエラー信号をコントロールユニット３００に出力するとともに内部電流を消費することができるように構成されている。
【００２０】
コントロールユニット３００は、ＩＣ回路等により構成され、各バッテリパック２００への充電や、各バッテリパック２００からの給電を制御し、ＥＶ内部の例えばモータや各種の電装部品へ電流を供給する制御を行う。また、コントロールユニット３００は、後述するバッテリパック２００からのエラー信号に基づき、エラー信号を発したバッテリパック２００の異常を検知し、報知部４００を用いてバッテリパック２００の異常を報知する。
【００２１】
報知部４００は、コントロールユニット３００と接続され、発光手段や音響手段からなり、バッテリパック２００の異常を発光や音響によって報知する。報知部４００の具体的な構成については、後述するバッテリパック２００内部に設ける報知手段と略同等であるため、説明は割愛する。
【００２２】
［バッテリパック］
バッテリパック２００は、図２に示すように、入出力端子であるマイナス端子１１及びプラス端子１２と、第１のＦＥＴ（Field Effect Transistor）１３及び第２のＦＥＴ１４と、第１のＦＥＴ１３及び第２のＦＥＴ１４を制御する第１のＩＣ（Integrated Circuit）１５と、リチウムイオンバッテリ１６と、主回路と保護回路を切り替える切替素子１７と、切替素子１７を制御する第２のＩＣ１８と、外部出力端子１９と、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）２０と、発熱抵抗体２１とを有している。
【００２３】
マイナス端子１１及びプラス端子１２は、バッテリシステム１００のコントロールユニット３００と接続され、リチウムイオンバッテリ１６への充放電を行う主回路（第１の回路）を形成する。また、マイナス端子１１及びプラス端子１２は、外部出力端子１９とともにコントロールユニット３００とコネクタ等により接続されるインターフェイスとなる。
【００２４】
第１のＦＥＴ１３及び第２のＦＥＴ１４は、主回路上にリチウムイオンバッテリ１６と直列に配置されているトランジスタ素子である。第１のＩＣ１５は、第１のＦＥＴ１３及び第２のＦＥＴ１４と接続されており、第１のＦＥＴ１３及び第２のＦＥＴ１４と第１のＩＣ１５によって第１の保護回路を形成する。
【００２５】
第１の保護回路は、第１のＩＣ１５が図示しない過熱検知センサ等と接続されバッテリパック２００の内部の温度が所定値以上であるか否かを判断し、所定値以上であると判断した場合に、過熱状態にありリチウムイオンバッテリ１６を保護するため、第１のＦＥＴ１３又は第２のＦＥＴ１４を駆動して主回路を遮断するようになっている。
【００２６】
また、第１の保護回路は、第１のＩＣ１５が図示しない電流モニタ等と接続され主回路の電流値が所定値以上であるか否かを判断し、所定値以上であると判断した場合に、過電流状態にあり、リチウムイオンバッテリ１６を保護するため、第１のＦＥＴ１３又は第２のＦＥＴ１４を駆動して主回路を遮断するようになっている。
【００２７】
リチウムイオンバッテリ１６は、複数個のセルを多段式に直列配置して所望の電圧値となるように構成されている。ここで、リチウムイオンバッテリ１６は、鉛酸バッテリやニッケル水素バッテリと比べてエネルギー密度が高く起電力も高いため、ＥＶ等に用いるうえで好適である。
【００２８】
切替素子１７は、主回路上にリチウムイオンバッテリ１６と直列に配置され、第２のＩＣ１８は、切替素子１７と接続されている。ここで、切替素子１７は、主回路と第２の保護回路とを切り替える切替手段を構成する。
【００２９】
ここで、第２の保護回路は、リチウムイオンバッテリ１６と並列に配置され、一端を切替素子１７に接続され他端を第２のＦＥＴ１４とリチウムイオンバッテリ１６との間に接続されるバイパスルートである。第２の保護回路には、外部出力端子１９と、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）２０と、発熱抵抗体２１とがそれぞれ順に直列配置されている。なお、これらの配置順は特に限定されないが、外部出力端子１９は、切替素子１７の直近に配置するものとする。
【００３０】
外部出力端子１９は、バッテリパック２００の外部と接続される端子であり、第２の保護回路上に出力された電流の少なくとも一部を外部へエラー信号として出力する。具体的に、外部出力端子１９は、バッテリシステム１００のコントロールユニット３００に接続され、バッテリシステム１００に対してバッテリパック２００のエラーを報知する報知手段の一つとして機能する。
【００３１】
ＬＥＤ２０は、バッテリパック２００の図示しない外装部に設けられており、第２の保護回路に電流が流れると発光する発光手段として機能する。具体的に、ＬＥＤ２０は、バッテリパック２００の異常を外部に報知する報知手段として機能する。なお、発光手段としては、他にも各種のランプを用いることができるが、低電力で動作し、かつ他の発光手段と比較して低コストであるＬＥＤが特に好ましい。
【００３２】
また、ＬＥＤ２０は、第２の保護回路において、放電手段の一部としても機能する。すなわち、発光による電力消費がなされるため、バッテリパック２００の内部電流を消費することができ、バッテリパック２００内の余剰電力を消費し、リチウムイオンバッテリ１６を保護することができる。
【００３３】
発熱抵抗体２１は、第２の保護回路に流れる電流を発熱によって消費する放電手段の一部として機能する。発熱抵抗体２１は、バッテリパック２００の内部電流を消費することができ、バッテリパック２００内の余剰電力を消費し、リチウムイオンバッテリ１６を保護することができる。
【００３４】
ここで、外部出力端子１９、ＬＥＤ２０、発熱抵抗体２１は、リチウムイオンバッテリ１６と並列な第２の保護回路上に、それぞれ直列に配置しているが、これらの順序は適宜入れかえてもよいし、第２の保護回路上に、それぞれ並列配置してもよく、バッテリパック２００のエラーを報知する報知機能と、バッテリパック２００内の余剰電力を消費する放電機能とを維持できる範囲において適宜配置変更が可能であることは言うまでもない。
【００３５】
次に、第２のＩＣ１８による回路の切替について説明する。バッテリパック２００は、図３に示すように、過熱検知センサ２２と衝撃センサ２３と接続されている。第２のＩＣ１８は、これら過熱検知センサ２２と衝撃センサ２３とにそれぞれ接続されている。
【００３６】
過熱検知センサ２２は、例えばＰＴＣ(Positive Temperature Coefficient)サーミスタ等を用いることができる。なお、過熱検知センサ２２は、バッテリパック２００内の過熱を検知するため各バッテリパック２００に内蔵することが好ましいが、バッテリパック２００の外部であってバッテリシステム１００が有する構成として説明を進める。
【００３７】
衝撃センサ２３は、例えば加速度センサ等を用いることができる。加速度センサを用いる場合にはバッテリパック２００の加速度が所定値以上となった場合にＥＶが衝突等のアクシデントにあったことを検知することができる。なお、衝撃センサ２３は、バッテリパック２００内の衝撃を検知するためバッテリパック２００に内蔵することが好ましいが、バッテリパック２００の外部であってバッテリシステム１００が有する構成としてもよい。
【００３８】
また、ＥＶ全体の一部に組み込んでもよく、例えば図示しないＥＣＵ（Engine Control Unit）等の中央制御装部からＣＡＮ（Controller Area Network）信号としてコントロールユニット３００が得るようにしてもよく、コントロールユニット３００が各バッテリパック２００に対しＣＡＮ信号として得た加速度情報を出力するようにすることでＥＶ全体としてセンサの数を低減させることができる。
【００３９】
第２のＩＣ１８は、過熱検知センサ２２によりバッテリパック２００の内部の温度が所定値以上であるか否かを判断し、所定値以上であると判断した場合に、過熱状態にありリチウムイオンバッテリ１６を保護するため、主回路を遮断し、第２の保護回路に切り替えるように切替素子１７を制御する。
【００４０】
また、第２のＩＣ１８は、衝撃センサ２３によりバッテリパック２００に所定の衝撃が加わったことを判断し、例えば加速度が所定値以上であると判断した場合に、事故等のアクシデントが発生した状態にありリチウムイオンバッテリ１６を保護するため、主回路を遮断し、第２の保護回路に切り替えるように切替素子１７を制御する。
【００４１】
なお、上述では、第２のＩＣ１８は、加熱検知センサ２２及び衝撃センサ２３と接続されて、これらのセンサから情報を得るように記載したが、他のセンサ等と接続してバッテリパック２００の保護に必要な情報を入力するようにしてもよい。第２のＩＣ１８は、少なくとも一つのセンサ情報が入力されるようになっている。なお、第２のＩＣ１８がタイマーロジックにより時限的に切替素子１７を制御するような構成を妨げるものではない。
【００４２】
また、第１のＩＣ１５と第２のＩＣ１８とを別体として記載しているが、一つのＩＣで構成するようにしてもよい。一つのＩＣで構成した場合には、部品点数を削減できる。一方、それぞれのＩＣを別体とした場合には、第１の保護回路と第２の保護回路を独立して動かすことができ、保護機能の冗長性を持たせることが可能となり、より安全に配慮したバッテリパックとなる。
【００４３】
［切替素子］
切替素子１７について、具体的に説明する。切替素子１７は、図２及び図４に示すように、第１の端子ａと、第２の端子ｂと、第３の端子ｃと、第４の端子ｄとからなる４端子素子である。切替素子１７は、図示しない絶縁基板上に平面実装された、発熱抵抗体３１と、可溶導体３２と、スイッチ３３とを有している。
【００４４】
切替素子１７は、第１の端子ａがリチウムイオンバッテリ１６の正極に接続され、第２の端子ｂがバッテリパック２００のプラス端子１２に接続され、第３の端子ｃが第２のＩＣ１８と接続され、第４の端子ｄが保護回路に接続されている。
【００４５】
切替素子１７は、内部において、第１の端子ａに発熱抵抗体３１の一端と、可溶導体３２の一端と、スイッチ３３の一端とが接続されており、第２の端子ｂに可溶導体３２の他端が接続されている。また、切替素子１７は、第３の端子ｃに発熱抵抗体３１の他端が接続され、第４の端子ｄにスイッチ３３の他端が接続されている。
【００４６】
［切替素子回路］
切替素子１７は、図４（Ａ）（Ｂ）に示すような回路構成を有する。すなわち、切替素子１７は、第１の端子ａと第２の端子ｂとが正常時に接続され、すなわち、第１の端子ａと第３の端子ｄとが正常時には絶縁されている。
【００４７】
切替素子１７は、発熱抵抗体３１の発熱により可溶導体３２が溶融すると、当該溶融導体によって短絡するスイッチ３３を構成する（図４（Ｂ））。そして、第１の端子ａと第４の端子ｄは、スイッチ３３の両端子を構成する。また、可溶導体３２は、第２の電極ｂと接続されている。
【００４８】
そして、切替素子１７は、上述したように、バッテリパック２００に組み込まれることにより、スイッチ３３の両側の第１の端子ａおよび第４の端子ｄとが、当該バッテリパック２００の主回路と並列に接続され、当該バッテリパック２００に異常が発生した場合に、スイッチ２０を短絡させ、当該バッテリパック２００をバイパスするバイパス電流経路（第２の保護回路）を形成する。
【００４９】
具体的に、切替素子１７は、並列接続されているリチウムイオンバッテリ１６または他の電子部品に異常が生じると、発熱抵抗体３１の第３の端子ｃ側から電力が供給され、発熱抵抗体３１が通電することにより発熱する。この熱により可溶導体３２が溶融すると、溶融導体は、図４（Ｂ）に示すように、スイッチ３３上に凝集する。これにより第１の電極ａと第４の電極ｄとが短絡する。すなわち、切替素子１７は、スイッチ３３の両端子間が短絡される（図４（Ｂ））。
【００５０】
なお、発熱抵抗体３１への通電は、可溶導体３２が溶断することにより主回路が遮断され第２の保護回路へ電流が流れるため、これを検知して第３の端子ｃからの電流の供給を止めるようにすることが好ましい。なお、本制御は第２のＩＣ１８によって制御することができる。
【００５１】
切替素子１７によって第２の保護回路へ出力された電流は、後述するエラー信号としてバッテリパック２００の外部へ出力され、バッテリパック２００の異常を報知するトリガーとして用いられる。
【００５２】
なお、切替素子１７は、上述したような構造に限定されるものではなく、適宜、主回路と第２の保護回路を選択的に切り替えるような構成とすることができる。例えば、第１の保護回路で説明した２つのＦＥＴを用いる方法をとるようにしてもよい。
【００５３】
［バッテリパックの回路構成］
次いで、切替素子１７を組み込んだバッテリパック２００の回路構成について説明する。リチウムイオンバッテリ１６が内蔵されたバッテリパック２００の回路構成は、図５示すように、リチウムイオンバッテリ１６と、第１のＦＥＴ１３および第２のＦＥＴ１４の動作を制御する第１のＩＣ１５、短絡素子１７と、短絡素子１７の動作を制御する電流制御素子４１および第２のＩＣ１８と、保護回路上にＬＥＤ２０および発熱抵抗体２１とを備え、バッテリパック２００のプラス端子１１、マイナス端子１２、アース端子５１、制御端子５２，５３、および外部端子１９を介してコントロールユニット３００に接続されている。
【００５４】
ここで、バッテリパック２００は、リチウムイオンバッテリ１６の充放電を制御する第１の保護回路６１と、リチウムイオンバッテリ１６の電圧を検出するとともに、切替素子１７の動作を制御する電流制御素子４１に異常信号を出力する検出回路と、切替素子１７によってリチウムイオンバッテリ１６と接続される第２の保護回路６２とを備える。
【００５５】
第１の保護回路６１は、コントロールユニット３００からリチウムイオンバッテリ１６に流れる電流経路に直列接続された第１のＦＥＴ１３および第２のＦＥＴ１４と、これらの第１のＦＥＴ１３および第２のＦＥＴ１４の動作を制御する第１のＩＣ１５とから構成される。
【００５６】
バッテリパック２００は、切替素子１７がリチウムイオンバッテリ１６と直列に接続されており、切替素子１７の第２の端子ｂがリチウムイオンバッテリ１６の充放電経路と接続され、第１の端子ａがリチウムイオンバッテリ１６の正極に接続されることにより、主回路を形成する。また、バッテリパック２００は、切替素子１７の発熱抵抗体３１が第３の端子ｃを介して電流制御素子４１に接続されている。
【００５７】
第１の保護回路６１は、第２のＩＣ１８を介して第１のＩＣ１５がリチウムイオンバッテリ１６と接続され、各バッテリセルの電圧値を検出して、リチウムイオンバッテリ１６が過充電電圧又は過放電電圧になったときに、第１のＩＣ１５が第１のＦＥＴ１３および第２のＦＥＴ１４へ異常信号を出力する。なお、第１のＩＣ１５は、リチウムイオンバッテリ１６の電圧値を直接検出するような回路構成とすることもできる。
【００５８】
電流制御素子４１は、たとえばＦＥＴであり、第２のＩＣ１８から出力される検出信号によって、リチウムイオンバッテリ１６の電圧値が所定の過放電又は過充電状態を超える電圧になったとき、発熱抵抗体３１へ電流が流れるように動作するスイッチ素子である。電流制御素子４１は、発熱抵抗体３１へ電流を流すことによって可溶導体３２を溶断し、スイッチ３３がＯＮとなるように切替素子１７を動作させて、リチウムイオンバッテリ１６と主回路を遮断し第２の保護回路を接続する。
【００５９】
電流制御素子４１は、第２のＩＣ１８からの制御によって、リチウムイオンバッテリ１６の充放電電流経路を第１のＦＥＴ１３および第２のＦＥＴ１４のスイッチ動作によらず遮断するとともに、切替素子１７のスイッチ３３を短絡させ、主回路をバイパスして第２の保護回路６２を形成するように制御することができる。
【００６０】
このようなバッテリパック２００は、正常時には、図５に示すように、切替素子１７のスイッチ３３が短絡されていないため、電流は可溶導体３２を介してリチウムイオンバッテリ１６側に流れる。
【００６１】
リチウムイオンバッテリ１６の電圧異常等が検知されると、第２のＩＣ１８より電流制御素子４１に異常信号が出力され、切替素子１７の第３の端子ｃとアースが接続される。これにより、図６に示すように、切替素子１７の発熱抵抗体３１に電流が流れるようになり、発熱抵抗体３１が発熱する。
【００６２】
そして、図７に示すように、切替素子１７は、発熱抵抗体３１によって、可溶導体３２を加熱、溶融させることにより、第１の端子ａと第２の端子ｂの間を遮断する。これにより、図７に示すように、異常なバッテリセルを有する当該リチウムイオンバッテリ１６を主回路である充放電電流経路上から遮断することができる。なお、可溶導体３２が溶断した後は、第２のＩＣ１８の制御によって電流制御素子４１を動かし、電流を流さないようにすることで発熱抵抗体３１への給電は停止される。
【００６３】
次いで、バッテリパック２００は、切替素子１７のスイッチ３３が接続されリチウムイオンバッテリ１６の電流は第２の保護回路６２へ流れるようになる。これにより第２の保護回路６２のＬＥＤ２０を点灯することで、バッテリパック２００の異常を報知することができ、また、発熱抵抗体２１によって内部電流の放電を行うことができる。
【００６４】
ここで、バッテリパック２００は、第２の保護回路６２に外部端子１９が接続されており、第２の保護回路６２に流れる電流の少なくとも一部をエラー信号としてコントロールユニット３００へ出力するようになっている。コントロールユニット３００は、エラー信号を受信したバッテリパック２００への充電を停止するように制御するとともに、報知部４００によってバッテリパック２００の異常を報知するようになっている。
【００６５】
なお、コントロールユニット３００は、エラー信号を電流値でモニタリングしてもよいし、電圧値としてモニタリングしてもよい。すなわち、外部端子１９から出力される電流の電流値をモニタリングしてもよいし、マイナス端子１１と外部端子１９の間での電圧値をモニタリングしてもよい。コントロールユニット３００は、モニタリングした電流値または電圧値が所定値以上であればエラー信号を受信したと判断する。なお、所定値はノイズ等を除外する程度の値に適宜設定することが好ましい。
【００６６】
このようなバッテリパック２００を複数個備えるバッテリシステム１００は、一つのバッテリパック２００に異常が起きた場合にも、当該バッテリパック２００への充放電を止めることで、残りの正常なバッテリパック２００によって機能を維持することができる。
【００６７】
以上のように、本発明の例によるバッテリシステム１００では、バッテリパック２００が所定の条件を満たしたときに内部電流を放出するとともに外部にエラー信号を発し、エラーを報知することができるため、各バッテリパック２００の異常を個別に検知し、バッテリパック２００の故障交換等のメンテナンス性を向上することができる。
【００６８】
また、本発明の例によるバッテリシステム１００では、故障したバッテリパック２００がＬＥＤ２０の発光によって視認することができるうえ、個々のバッテリパック２００からエラー信号も出力されるため故障個所の特定が容易となる。これによりＥＶ等のように多数のバッテリパック２００を搭載し、バッテリパック２００の交換が要求される装置においては特に顕著な効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００６９】
１１  マイナス端子、１２  プラス端子、１３  第１のＦＥＴ、１４  第２のＦＥＴ、１５  第１のＩＣ、１６  リチウムイオンバッテリ、１７  切替素子、１８  第２のＩＣ、１９  外部端子、２０  ＬＥＤ、２１  発熱抵抗体、２２  過熱検知センサ、２３  衝撃センサ、３１  発熱抵抗体、３２  可溶導体、３３  スイッチ、４１  電流制御素子、５１  アース端子、５２  制御端子、５３  制御端子、６１  第１の保護回路、６２  第２の保護回路、１００  バッテリシステム、２００  バッテリパック、３００  コントロールユニット、４００  報知部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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