(57)【要約】【課題】  蓄電装置に用いられる電流遮断装置において、充電電圧の急激な変動に対してロバストであり、かつ電池要素を過充電から適切に保護することが可能な技術を提供する。【解決手段】  本明細書は、電流遮断装置を開示する。その電流遮断装置は、電圧検知部と、電圧検知部で上限電圧を超える電圧が検出されると、電池端子から電池要素への導電を遮断する遮断部と、電圧検知部に並列に接続されたキャパシタと、電圧検知部とキャパシタとの並列回路に直列に接続された抵抗器を備えている。その電流遮断装置では、電圧検知部とキャパシタとの並列回路と抵抗器の直列回路が電池要素に並列に接続されている。【選択図】図１
2013188107.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧検知部と、
前記電圧検知部で上限電圧を超える電圧が検出されると、電池端子から電池要素への導電を遮断する遮断部と、
前記電圧検知部に並列に接続されたキャパシタと、
前記電圧検知部と前記キャパシタとの並列回路に直列に接続された抵抗器を備えており、
前記電圧検知部と前記キャパシタとの並列回路と前記抵抗器の直列回路が前記電池要素に並列に接続されている電流遮断装置。
【請求項２】
前記電圧検知部がツェナーダイオードを備える請求項１の電流遮断装置。
【請求項３】
前記遮断部が、前記電池端子と前記電池要素とを電気的に連結する連結部材と、前記連結部材を連結状態と非連結状態との間で切り換えるアクチュエータとを備えており、
前記電圧検知部で上限電圧を超える電圧が検知されると、前記アクチュエータに電力が供給されて、前記アクチュエータが前記連結部材を連結状態から非連結状態に切り換える請求項１または２の電流遮断装置。
【請求項４】
前記アクチュエータが圧電素子を備える請求項３の電流遮断装置。
【請求項５】
前記遮断部が、前記電池端子と前記電池要素とを電気的に連結する温度ヒューズと、前記温度ヒューズを加熱する加熱部とを備えており、
前記電圧検知部で上限電圧を超える電圧が検知されると、前記加熱部に電力が供給されて、前記温度ヒューズが溶断する請求項１または２の電流遮断装置。
【請求項６】
請求項１から５の何れか一項の電流遮断装置と、前記電池要素と前記電池端子を備える蓄電装置。
【請求項７】
請求項６の蓄電装置の構造を備える二次電池。
【請求項８】
請求項６の蓄電装置を搭載した車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流遮断装置、蓄電装置、二次電池および車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン二次電池等の二次電池においては、電池要素を過充電から保護するために、電流遮断装置が設けられることがある。特許文献１には、電流遮断装置が組み込まれた蓄電装置が開示されている。特許文献１の技術では、電池要素と並列にツェナーダイオードを設けて、かつ電池要素と電池端子の間に温度ヒューズを設ける。特許文献１の技術では、電池端子に印加される電圧が上限電圧を越えると、ツェナーダイオードの発熱によって温度ヒューズを溶断して、電池要素と電池端子の間の導電を遮断し、電池要素への過充電を防止する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２８４２３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ハイブリッド自動車や電気自動車等の車両に蓄電装置を搭載して使用する場合、モータの回生発電により発生した電力を蓄電装置に充電する。回生電力を利用して蓄電装置に充電する場合、充電電圧が急激に変動することがあり、充電電圧が瞬間的に上限電圧を超えることがある。このような瞬間的な大電圧まで許容するように電流遮断装置の上限電圧を設定すると、電池要素を過充電から適切に保護することができなくなってしまう。また、このような瞬間的な大電圧が印加される度に電流遮断装置で導電を遮断する構成としてしまうと、蓄電装置を頻繁に交換する必要が生じ、メンテナンスに多大な労力を要することになる。充電電圧の急激な変動に対してロバストであり、かつ電池要素を過充電から適切に保護することが可能な技術が期待されている。
【０００５】
本明細書は上記課題を解決する技術を提供する。本明細書では、蓄電装置に用いられる電流遮断装置において、充電電圧の急激な変動に対してロバストであり、かつ電池要素を過充電から適切に保護することが可能な技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書は、電流遮断装置を開示する。その電流遮断装置は、電圧検知部と、電圧検知部で上限電圧を超える電圧が検出されると、電池端子から電池要素への導電を遮断する遮断部と、電圧検知部に並列に接続されたキャパシタと、電圧検知部とキャパシタとの並列回路に直列に接続された抵抗器を備えている。その電流遮断装置では、電圧検知部とキャパシタとの並列回路と抵抗器の直列回路が電池要素に並列に接続されている。
【０００７】
上記の電流遮断装置では、電池端子に印加される充電電圧が上限電圧を越えると、電圧検知部によってそれが検出されて、遮断部において電池端子から電池要素への導電が遮断される。電池要素を過充電から保護することができる。
【０００８】
上記の電流遮断装置では、抵抗器とキャパシタによってローパスフィルタが形成されており、電池端子に印加される充電電圧に急激な変動が生じた場合でも、電圧検知部に印加される電圧の変動が抑制される。このような構成とすることによって、充電電圧が瞬間的に上限電圧を超えてしまう場合であっても、電圧検知部に印加される電圧が上限電圧を越えてしまうことがなく、遮断部が電池端子から電池要素への導電を遮断してしまうことがない。上記の電流遮断装置は、充電電圧の急激な変動に対してロバストであり、かつ電池要素を過充電から適切に保護することができる。
【０００９】
上記の電流遮断装置は、電圧検知部がツェナーダイオードを備えることが好ましい。
【００１０】
上記の電流遮断装置によれば、ツェナーダイオードの降伏現象を利用して、充電電圧が上限電圧を超えるか否かを検知することができる。簡素な構成で電圧検知部を構成することができる。
【００１１】
上記の電流遮断装置は、遮断部が、電池端子と電池要素とを電気的に連結する連結部材と、連結部材を連結状態と非連結状態との間で切り換えるアクチュエータとを備えており、電圧検知部で上限電圧を超える電圧が検知されると、アクチュエータに電力が供給されて、アクチュエータが連結部材を連結状態から非連結状態に切り換えることが好ましい。
【００１２】
上記の電流遮断装置によれば、簡単な機械的構成によって遮断部を構成することができる。
【００１３】
上記の電流遮断装置は、アクチュエータが圧電素子を備えることが好ましい。
【００１４】
上記の電流遮断装置によれば、アクチュエータを小型化し、装置全体を小型化することができる。
【００１５】
あるいは、上記の電流遮断装置は、遮断部が、電池端子と電池要素とを電気的に連結する温度ヒューズと、温度ヒューズを加熱する加熱部とを備えており、電圧検知部で上限電圧を超える電圧が検知されると、加熱部に電力が供給されて、温度ヒューズが溶断することが好ましい。
【００１６】
上記の電流遮断装置によれば、極めて簡素な構成によって遮断部を構成することができる。
【００１７】
本明細書は、上記の電流遮断装置と、電池要素と、電池端子を備える蓄電装置も開示する。
【００１８】
本明細書は、上記の蓄電装置の構造を備える二次電池も開示する。
【００１９】
本明細書は、上記の蓄電装置を搭載した車両も開示する。
【発明の効果】
【００２０】
本明細書が開示する技術によれば、蓄電装置に用いられる電流遮断装置において、充電電圧の急激な変動に対するロバスト性を確保しつつ、電池要素を過充電から適切に保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施例１の蓄電装置２の回路構成を示す。
【図２】実施例１の蓄電装置２の機械的な構成の一部を示す。
【図３】実施例１の蓄電装置２の機械的な構成の一部を示す。
【図４】実施例２の蓄電装置６２の回路構成を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
（実施例１）
図１に示すように、本実施例の蓄電装置２は、電池端子４ａ，４ｂと、電池要素１０と、電流遮断装置１２を備えている。電流遮断装置１２は、遮断回路１４と、切換回路１６を備えている。本実施例の電池要素１０は、例えばニッケル水素電池やリチウムイオン電池等の二次電池である。蓄電装置２は、ハイブリッド自動車や電気自動車等の車両に搭載されて、車輪を回転駆動するモータに電池要素１０の電力を供給する。また、蓄電装置２は、モータが回生発電した電力によって電池要素１０への充電を行う。
【００２３】
遮断回路１４は、電池要素１０が充放電する電流が流れるメイン端子１８ａ，１８ｂと、メイン端子１８ａ，１８ｂの間の導通および遮断を切り換える制御端子２０ａ，２０ｂを備えている。制御端子２０ａ，２０ｂの間に制御電圧が印加されない状態では、メイン端子１８ａ，１８ｂの間は電気的に導通している。制御端子２０ａ，２０ｂの間に制御電圧が印加されると、メイン端子１８ａ，１８ｂの間の導通を遮断し、遮断状態を維持する。
【００２４】
切換回路１６は、蓄電装置２への充電電圧の大きさに応じて、遮断回路１４の制御端子２０ａ，２０ｂへの入力を切り換える。蓄電装置２への充電電圧が所定の上限電圧に満たない場合には、切換回路１６は制御端子２０ａ，２０ｂの間に制御電圧を印加しない。蓄電装置２への充電電圧が上限電圧を超えると、切換回路１６は制御端子２０ａ，２０ｂの間に制御電圧を印加する。
【００２５】
より具体的には、切換回路１６は、ツェナーダイオード２２と、抵抗器２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄと、トランジスタ２６と、キャパシタ５０と、抵抗器５２を備えている。抵抗器５２の一端は電池要素１０の正極に接続している。キャパシタ５０は、抵抗器５２の他端と電池要素１０の負極の間を接続している。ツェナーダイオード２２のカソードは抵抗器５２とキャパシタ５０の接続部に接続している。抵抗器２４ａは、ツェナーダイオード２２のアノードと電池要素１０の負極の間を接続している。遮断回路１４の制御端子２０ａは電池要素１０の正極に接続しており、抵抗器２４ｄは、遮断回路１４の制御端子２０ｂとトランジスタ２６のコレクタの間を接続している。トランジスタ２６のエミッタは、電池要素１０の負極に接続している。抵抗器２４ｂは、ツェナーダイオード２２のアノードとトランジスタ２６のベースの間を接続している。抵抗器２４ｃは、トランジスタ２６のベースとトランジスタ２６のエミッタの間を接続している。
【００２６】
上記の構成の切換回路１６では、蓄電装置２への充電電圧がツェナーダイオード２２の降伏電圧より小さい場合には、ツェナーダイオード２２に電流が流れない。そのため、トランジスタ２６のベースとエミッタが同電位に保たれ、トランジスタ２６のコレクタとエミッタの間も電流が流れない。従って、遮断回路１４の制御端子２０ａ，２０ｂの間に制御電圧が印加されず、メイン端子１８ａ，１８ｂの間の導通が維持される。
【００２７】
蓄電装置２への充電電圧がツェナーダイオード２２の降伏電圧を上回ると、ツェナーダイオード２２に電流が流れる。これにより、トランジスタ２６のベースとエミッタの間に電位差が生じ、トランジスタ２６のコレクタとエミッタの間も電流が流れる。これにより、遮断回路１４の制御端子２０ａ，２０ｂの間に制御電圧が印加され、メイン端子１８ａ，１８ｂの間の導通が遮断される。
【００２８】
以上のように、本実施例の蓄電装置２では、切換回路１６のツェナーダイオード２２および抵抗器２４ａによって電圧を検出し、上限電圧を超える電圧が検出されると、遮断回路１４においてメイン端子１８ａ，１８ｂ間の導電を遮断する。従って、ツェナーダイオード２２と抵抗器２４ａを電圧検知部ということができ、遮断回路１４を遮断部ということができる。
【００２９】
上記の切換回路１６では、電圧検知部であるツェナーダイオード２２および抵抗器２４ａに対してキャパシタ５０が並列に接続されており、この並列回路に対して抵抗器５２が直列に接続されて、この直列回路が電池要素１０に対して並列に接続されている。上記の構成の切換回路１６では、抵抗器５２とキャパシタ５０によってローパスフィルタが形成されているため、電池端子４ａ，４ｂに印加される充電電圧に急激な変動が生じた場合でも、電圧検知部であるツェナーダイオード２２および抵抗器２４ａに印加される電圧の変動を抑制することができる。このような構成とすることによって、充電電圧が瞬間的に上限電圧を越えてしまう場合であっても、電圧検知部であるツェナーダイオード２２および抵抗器２４ａに印加される電圧が上限電圧を越えてしまうことがなく、遮断回路１４における導電を維持し続けることができる。
【００３０】
図２は蓄電装置２の機械的な構成の一部を示している。本実施例では、蓄電装置２は、電極構造体３０と、集電板３２と、絶縁板３４と、導電板３６と、電池端子３８と、絶縁性のガスケット４０と、ケース４２を備えている。電極構造体３０および集電板３２は、電池要素１０の一部を構成しており、集電板３２は電池要素１０の正極に相当している。電池端子３８は、図１の電池端子４ａに相当している。電極構造体３０は、ケース４２に収容されている。集電板３２は電極構造体３０から直上に向けて伸びており、絶縁板３４の下面と当接しながら側方へ屈曲している。絶縁板３４、導電板３６、電池端子３８は、ガスケット４０を介してケース４２の上部に形成された開口に嵌合されている。導電板３６と電池端子３８は、導電板３６の端部において当接している。絶縁板３４の中央には開口が形成されている。導電板３６の中央には下方に向けて突出する凸部が形成されており、その凸部が絶縁板３４の開口を通って集電板３２と当接している。導電板３６と集電板３２は、当接部分において固着されている。電極構造体３０と電池端子３８は、集電板３２および導電板３６を介して電気的に接続している。
【００３１】
絶縁板３４と導電板３６の間に、圧電素子４４が配置されている。圧電素子４４は、制御端子２０ａ，２０ｂ（図１参照）に接続されている。圧電素子４４は、制御端子２０ａ，２０ｂに制御電圧が印加されると、導電板３６を絶縁板３４から離れる方向（図２の上方向）に付勢し、導電板３６を変形させる。集電板３２および導電板３６は電極構造体３０と電池端子３８を電気的に連結する連結部材ということができ、圧電素子４４はアクチュエータということができる。
【００３２】
図２に示すように、制御端子２０ａ，２０ｂに制御電圧が印加されない状態では、圧電素子４４が駆動せず、導電板３６が変形しないため、集電板３２と導電板３６の当接が維持される。この場合、電極構造体３０と電池端子３８の間の導電が確保されており、言い換えると、図１の電池要素１０と電池端子４ａの間の導電が確保されている。
【００３３】
図３に示すように、制御端子２０ａ，２０ｂに制御電圧が印加されると、圧電素子４４が駆動して、導電板３６を絶縁板３４から引き離す方向へ変形させる。導電板３６の凸部が絶縁板３４の開口から引き抜かれ、集電板３２の導電板３６と固着した部分が破断する。これにより、電極構造体３０と電池端子３８の間の導電が遮断され、言い換えると、図１の電池要素１０と電池端子４ａの間の導電が遮断される。なお、本実施例では、集電板３２が破断することによって、その後に圧電素子４４へ制御電圧が印加されなくなっても、電極構造体３０と電池端子３８の間の導電が遮断された状態が維持される。
【００３４】
以上のように、本実施例によれば、蓄電装置２への充電電圧が上限電圧を超えると、電池要素１０と電池端子４ａの間の導電が遮断される。このような構成とすることによって、電池要素１０への過充電を防止することができる。また、本実施例によれば、蓄電装置２への充電電圧が瞬間的にのみ上限電圧を超えてしまう場合には、電池要素１０と電池端子４ａの間の導電が遮断されずに維持される。本実施例の電流遮断装置１２は、充電電圧の急激な変動に対してロバストであり、かつ電池要素１０を過充電から適切に保護することができる。
【００３５】
上記の実施例では、電圧検知部がツェナーダイオード２２と抵抗器２４ａで構成される場合について説明したが、上限電圧を超える電圧を検出したときに遮断回路１４において導電を遮断させることが可能な構成であれば、これ以外の構成の電圧検知部を用いてもよい。
【００３６】
上記の実施例では、遮断回路１４において、圧電素子４４を利用したアクチュエータによって、メイン端子１８ａ，１８ｂの間の導電を遮断する構成について説明したが、例えばソレノイド等の他のアクチュエータによってメイン端子１８ａ，１８ｂの間の導電を遮断する構成としてもよい。また、遮断回路１４において、アクチュエータを用いる代わりに、メイン端子１８ａ，１８ｂの間を温度ヒューズで接続し、制御端子２０ａ，２０ｂの間に制御電圧が印加されると温度ヒューズを加熱する加熱部（例えば抵抗器）を設けておいて、温度ヒューズが溶断することでメイン端子１８ａ，１８ｂの間の導電を遮断する構成を採用してもよい。
【００３７】
（実施例２）
以下では実施例１と同様の構成については、同一の参照符号を付して詳細な説明を省略する。図４に示すように、本実施例の蓄電装置６２では、電流遮断装置１２を挟んで、電池端子４ａ，４ｂと電池要素１０の位置が互いに入れ替わっている。言い換えると、本実施例の蓄電装置６２は、電池端子４ａがメイン端子１８ａに接続し、電池要素１０の正極がメイン端子１８ｂに接続している点で、実施例１の蓄電装置２とは異なる。
【００３８】
本実施例の蓄電装置６２では、遮断回路１４においてメイン端子１８ａ，１８ｂの間の導通が遮断されると、電池要素１０には電流が流れなくなるが、切換回路１６の抵抗器５２，ツェナーダイオード２２，抵抗器２４ａ，２４ｂ，２４ｃを介して、電池端子４ａ，４ｂ間で電流経路が形成される。従って、蓄電装置６２を組電池として使用する場合、電流遮断装置１２が動作して遮断回路１４における導電が遮断された後も、電池端子４ａ，４ｂ間の導電を確保することができ、組電池を出力を落とした状態で使用し続けることができる。
【００３９】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数の目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００４０】
２  蓄電装置
４ａ，４ｂ  電池端子
１０  電池要素
１２  電流遮断装置
１４  遮断回路
１６  切換回路
１８ａ，１８ｂ  メイン端子
２０ａ，２０ｂ  制御端子
２２  ツェナーダイオード
２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ  抵抗器
２６  トランジスタ
３０  電極構造体
３２  集電板
３４  絶縁板
３６  導電板
３８  電池端子
４０  ガスケット
４２  ケース
４４  圧電素子
５０  キャパシタ
５２  抵抗器
６２  蓄電装置
【図１】
2013188107.tif 000003
【図２】
2013188107.tif 000004
【図３】
2013188107.tif 000005
【図４】
2013188107.tif 000006