(57)【要約】【課題】本発明は、電圧監視回路へ高電圧がかかることを防止できる電池ユニットを提供することを目的とする。【解決手段】本発明の電池ユニットは、電池セルを備える電池モジュールが並列に接続され、かつ互いに直列に接続される電池サブユニットであって、前記電池モジュールのうち、一つ以外の電池モジュールは前記電池セルに直列にヒューズが接続される電池サブユニットと、前記電池サブユニットの両端の電圧を監視する電圧監視回路と、を備えることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池セルを備える電池モジュールを並列に接続した電池サブユニットを、直列に接続した電池ユニットであって、
個々の前記電池サブユニットに含まれる前記電池モジュールのうち、一つ以外の電池モジュールは、前記電池セルに直列に接続されるヒューズを備えており、
各前記電池サブユニットの両端の電圧を監視する電圧監視回路を備えることを特徴とする電池ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電池ユニットとして例えば特許文献１の構成が知られる。特許文献１の電池ユニットでは、電池セルとヒューズとが直列に接続される電池モジュールが複数並列に接続されて電池サブユニットが構成される。該電池ユニットは、この電池サブユニットが複数直列に接続されて構成される。該電池ユニットには、電池ユニットから負荷装置への電力供給等を制御するＰＣＵ(Power Control Unit)が接続される。該電池ユニットでは、各電池サブユニットの電圧を電圧監視回路にて監視する。電圧監視回路は、いずれかの電池サブユニットの電圧が上昇すると、ヒューズが作動したと検知する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１５７２１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の電池ユニットでは、ある電池サブユニットのヒューズが全て作動した場合、他の電池サブユニットとＰＣＵとのギャップ電圧により、ヒューズが作動した電池ユニットに接続する電圧監視回路に高電圧がかかる。そのため、特許文献１の電池ユニットでは、電圧監視回路を高電圧対応にする必要があるという問題がある。
【０００５】
本発明は、電圧監視回路へ高電圧がかかることを防止できる電池ユニット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】
【０００６】
本発明に係る電池ユニットは、電池セルを備える電池モジュールを並列に接続した電池サブユニットを、直列に接続した電池ユニットであって、個々の前記電池サブユニットに含まれる前記電池モジュールのうち、一つ以外の電池モジュールは、前記電池セルに直列に接続されるヒューズを備えており、各前記電池サブユニットの両端の電圧を監視する電圧監視回路を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、電圧監視回路へ高電圧がかかることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】電池ユニットの回路構成を示す図である。
【図２】電池ユニットの回路構成を示す図である（比較例）。
【図３】ヒューズが接続する二次電池セルに内部短絡が生じた場合のヒューズの作用を説明するためのである。
【図４】ヒューズが接続しない二次電池セルに内部短絡が生じた場合のヒューズの作用を作用するための図である。
【図５】ヒューズが接続しない二次電池セルが２つ以上ある比較例を説明するための図である。
【図６】ヒューズが接続しない二次電池セルの電池ユニットにおける位置を示す図である。
【図７】ヒューズが作動する際の電圧監視回路の電流低下処理の一例を説明するためのフローチャートである。
【図８】電流低下処理の他の例を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明する。図１の回路構成は、電池ユニット１００の回路構成を示している。電池ユニット１００は、例えば電気自動車やハイブリッド自動車に搭載される車両走行用モータ等の負荷に供給される電力を蓄電する。電池ユニット１００は、電池サブユニット１、温度センサ２、電圧監視回路３、メインヒューズ４、ＰＣＵ５(Power Control Unit)、上位ＥＣＵ６及び電流センサ７を備える。
【００１０】
電池サブユニット１は、複数あり、互いに直列に接続される。電池サブユニット１は、電池モジュール１１を備える。電池モジュール１１は、二次電池セル１１１を備える。二次電池セル１１１には、例えばリチウムイオン電池やニッケル水素電池等を用いることができる。
【００１１】
電池モジュール１１のうち、一つ以外の電池モジュール１１は二次電池セル１１１に直列にヒューズ１１２が接続される。以下、電池モジュール１１のうち、ヒューズ１１２が無い電池モジュール１１を特に電池モジュール１１Ａと記載することがある。また、電池モジュール１１Ａに含まれる二次電池セル１１１を特に二次電池セル１１１Ａと記載することがある。
【００１２】
ヒューズ１１２は、二次電池セル１１１に流れる電流が所定値を超えたときに、作動して、溶断する。これにより、過電流が流れる二次電池セル１１１の電流を遮断することができる。
【００１３】
温度センサ２は、各電池サブユニット１の温度を検知して、この検知結果を上位ＥＣＵ６に出力する。温度センサ２として、例えばサーミスタや熱電対等を用いることができる。電圧監視回路３は、ヒューズ１１２の作動の有無を、温度センサ２の出力結果に基づき、判別することができる。
【００１４】
電圧監視回路３は、各電池サブユニット１の両端の電圧を検知する電圧センサ３１を備える。電圧監視回路３は、ヒューズ１１２の作動の有無を、電圧センサ３１の出力結果に基づき判別することができる。
【００１５】
電圧監視回路３は、ヒューズ１１２の作動を検出すると、電池サブユニット１に流れる電流を低下させる指示をＰＣＵ５に出力する。電圧監視回路３の具体的な処理については後述する。
【００１６】
メインヒューズ４は、電池サブユニット１とＰＣＵ５の間に設けられる。メインヒューズ４は、ＰＣＵ５側での短絡が発生した場合に作動する。電池モジュール１１側のヒューズ１１２は、ＰＣＵ５側での短絡が発生した場合、メインヒューズ４よりも遅れて作動するように設定される。
【００１７】
ＰＣＵ５は、エンジン等の発電装置からの余剰電力や、電気モータ等の負荷装置で発生する回生電力を電池サブユニット１に充電する。また、ＰＣＵ５は、電気モータ等の負荷装置の要求電力がエンジン等の発電装置の出力を超える場合に、不足分の電力を電池サブユニット１から負荷装置へ供給する。
【００１８】
ここで、電池サブユニット１に過電流が流れて、ある電池モジュール１１のヒューズ１１２が作動する場合について、図１及び図２を参照しながら説明する。図２は、図１に対応しており、全ての電池モジュール１１にヒューズ１１２が接続されている点で、図１の構成と相違する。なお、図２は、本発明の比較例に相当する。図２の構成では、一つのヒューズ１１２が過電流によって作動すると、該電池モジュール１１に並列に接続される他の電池モジュール１１に電流が集中して、当該他の電池モジュール１１のヒューズ１１２が連続的に作動する。そのため、全てのヒューズ１１２が断線して、その電池サブユニット１には、他の電池サブユニット１とＰＣＵ５とのギャップ電圧により高電圧がかかる。
【００１９】
これに対して、本実施形態では、ヒューズ１１２が無い電池モジュール１１Ａがあるため、電池電圧が保たれ、電池モジュール１１、１１Ａ全てにヒューズ１１２がある従来の構成と比べて電圧監視回路３にかかる電圧を低下させることができる。これにより、電圧監視回路３に高電圧がかかることを防止できる。
【００２０】
また、全ての電池モジュール１１，１１Ａにヒューズ１１２が設けられる従来の構成では、ある電池モジュール１１のヒューズ１１２が作動すると、次々にヒューズ１１２が作動してしまい、非常に短時間のうちに全てのヒューズ１１２が作動してしまう。そのため、電圧監視回路３がヒューズ１１２の作動を検出しても、ＰＣＵ５による電流制御が間に合わないおそれがある。
【００２１】
上記従来構成に対して、本実施形態では、ヒューズ１１２が無い電池モジュール１１Ａに過電流が流れることがあっても、電圧監視回路３が動作可能な状態に保持されているため、電圧監視回路３からＰＣＵ５に対して電流低下指令を出力することができる。これにより、電池を保護することができる。
【００２２】
図３は、ヒューズ１１２の作用を説明するための図である。ヒューズ１１２が接続する二次電池セル１１１において内部短絡が生じた場合、当該二次電池セル１１１に向かって循環電流が流れ込み、当該二次電池セル１１１のヒューズ１１２が作動する。したがって、本実施形態では、短絡した二次電池セル１１１に、他の二次電池セル１１１から循環電流が流れ込むことを防止できる。
【００２３】
図４は、ヒューズ１１２の作用を説明するための別の図である。ヒューズ１１２のない二次電池セル１１１Ａが短絡した場合、他の二次電池セル１１１からヒューズ１１２のない二次電池セル１１１Ａに向かって循環電流が流れ込み、その過程で該他の二次電池セル１１１に接続するヒューズ１１２が作動する。その結果、本実施形態では、短絡した二次電池セル１１１Ａに向かって他の二次電池セル１１１から電流が回り込むことを防止できる。
【００２４】
図５は、ヒューズ１１２を有しない二次電池セル１１１Ａが２つ以上ある比較例を説明するための図である。ヒューズ１１２を有しない二次電池セル１１１Ａが２つ以上ある比較例を考える。この比較例では、ヒューズ１１２を有しない二次電池セル１１１Ａに内部短絡が生じた場合、この二次電池セル１１１Ａに向かって他の二次電池セル１１１から循環電流が流れ込む。この場合、ヒューズ１１２を有する二次電池セル１１１から流れ込む循環電流は、ヒューズ１１２が作動することにより遮断される。しかしながら、ヒューズ１１２を有しない他の二次電池セル１１１Ａから内部短絡した二次電池セル１１１Ａに向かう循環電流は、遮断できない。
【００２５】
従って、ヒューズ１１２を有しない二次電池セル１１１Ａは、本実施形態のように、並列接続される二次電池セル１１１のうち１つのみである必要がある。
【００２６】
図６は、ヒューズ１１２が接続しない二次電池セル１１１Ａの電池ユニット１００における位置を模式的に示している。電池ユニット１００には所定方向から冷却風が送られる。電池ユニット１００において、直列に接続される各電池サブユニット１は、前記所定方向に沿って互いに隙間を開けて配置される。冷却風は、該隙間を流れながら各電池サブユニット１中の二次電池セル１１１，１１１Ａを冷却する。
【００２７】
電池ユニット１００において、電池サブユニット１中の各二次電池セル１１１，１１１Ａは、前記所定方向との垂直方向（図６中左右方向）から見て複数列に配列されるとともに、その位置で固定されている。
【００２８】
ヒューズ１１２が接続しない二次電池セル１１１Ａの電池サブユニット１中の位置は特に限定されるものではない。しかしながら、図６に示すように、ヒューズ１１２の取り付けの作業性から同じ列に揃えて配置されることが好ましい。さらに、ヒューズ１１２が接続しない二次電池セル１１１Ａは、冷却風の流れ方向（前記所定方向）おいて最も上流側に配置されることが好ましい。二次電池セル１１１Ａは、ヒューズ１１２が作動すると電流が増加して発熱するが、このようにすれば、該二次電池セル１１１Ａを下流側に配置する場合に比べて、より低い温度の冷却風によって効率的に冷却することができる。
【００２９】
以下、ヒューズ１１２が作動する際の電圧監視回路３による電流低下処理の一例を、図７のフローチャートを参照しながら説明する。電圧監視回路３は、各電池サブユニット１の抵抗値を算出する（Ｓ１１）。具体的には、電流センサ７の検出結果と、各電池サブユニット１に対応して設けられた電圧センサ３１の検出結果とに基づき、各電池サブユニット１の抵抗値を算出する。
【００３０】
電圧監視回路３は、第１の抵抗閾値以上の電池サブユニット１が検出されたか否かを判別する（Ｓ１２）。第１の抵抗閾値以上の電池サブユニット１が検出された場合には、処理はＳ１６に進み、第１の抵抗閾値以上の電池サブユニット１が検出されなかった場合には、処理はＳ１３に進む。
【００３１】
電圧監視回路３は、各電池サブユニット１間の抵抗値を比較する（Ｓ１３）。電圧監視回路３は、抵抗値の差が第２の抵抗閾値以上であるか否かを判別する（Ｓ１４）。抵抗値の差が第２の抵抗閾値未満である場合、処理はＳ１５に進み、抵抗値の差が第２の抵抗閾値以上である場合、処理はＳ１６に進む。このように、第１の抵抗閾値と第２の抵抗閾値とに基づき、二回判定処理を行うことにより、異常検知の精度を向上させることができる。
【００３２】
電圧監視回路３は、Ｓ１５において、「異常無し」と判別する。電圧監視回路３は、Ｓ１６において、ヒューズ１１２が作動したと判定する。この場合、電圧監視回路３は、電池サブユニット１に流れる電流を低下させる指示をＰＣＵ５に出力し、ＰＣＵ５による電力絞り込み処理が実施される（Ｓ１７）。
【００３３】
次に、図８のフローチャートを参照して、温度センサ２の出力値に基づく電流低下処理を説明する。上位ＥＣＵ６は、温度センサ２から各電池サブユニット１の温度を取得する（Ｓ２１）。
【００３４】
電圧監視回路３は、温度閾値以上の電池サブユニット１が含まれているか否かを判別する（Ｓ２２）。電圧監視回路３は、全ての電池サブユニット１の温度が温度閾値未満である場合、「異常無し」と判定する（Ｓ２３）。
【００３５】
電圧監視回路３は、温度閾値以上の電池サブユニット１が含まれている場合、ヒューズ１１２が作動したと判定する（Ｓ２４）。この場合、電圧監視回路３は、電池サブユニット１に流れる電流を低下させる指示をＰＣＵ５に出力し、ＰＣＵ５による電力絞り込み処理が実施される（Ｓ２５）。
【符号の説明】
【００３６】
１…電池サブユニット、３…電圧監視回路、１１…ヒューズが設けられる電池モジュール、１１Ａ…ヒューズが設けられない電池モジュール、１００…電池ユニット、１１１，１１１Ａ…二次電池セル（電池セル）、１１２…ヒューズ。
【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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【図８】
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