(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池(2)の表面に接近して、互いに直列に接続している複数の固定抵抗(10)を配設しており、いずれかの電池(2)の電極からいずれかの固定抵抗(10)に漏れる電流を検出して、電池(2)の漏液を検出するバッテリーシステムの漏液検出方法。
【請求項２】
複数の電池(2)を直列に接続しているバッテリーシステムの＋−の出力端子(5)と並列に分圧抵抗(6)を接続しており、この分圧抵抗(6)は、複数の電池表面に固定している直列接続の温度センサー(3)に接続され、かつ、分圧抵抗(6)の電圧検出点の電圧を電圧検出回路で検出して、電池(2)が漏液して電極から温度センサー(3)の漏れ電流が流れると、電圧検出回路が検出する電圧値が変化して電池(2)の漏液を検出するバッテリーシステムの漏液検出回路。
【請求項３】
複数の電池(2)を直列に接続しているバッテリーシステムの＋−の出力端子(5)と並列に分圧抵抗(6)を接続しており、この分圧抵抗(6)は、複数の電池表面に固定している直列接続の固定抵抗(10)に接続され、かつ、分圧抵抗(6)の電圧検出点の電圧を電圧検出回路で検出して、電池(2)が漏液して電極から固定抵抗(10)の漏れ電流が流れると、電圧検出回路が検出する電圧値が変化して電池(2)の漏液を検出するバッテリーシステムの漏液検出回路。
【請求項４】
分圧抵抗(6)の中点をアースに接続しており、アースを中点としてバランスするように、アースと出力端子(5)の間の電圧を電圧検出回路で検出して電池(2)の漏液を検出する請求項２に記載されるバッテリーシステムの漏液検出回路。
【請求項５】
バッテリーシステムが自動車を走行させる電源で、分圧抵抗(6)の中点を接続しているアースを自動車のシャーシーアースから絶縁している請求項４に記載されるバッテリーシステムの漏液検出回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電池の漏液を検出する方法と回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電池の漏液は機器を腐食させる弊害がある。さらに、電気自動車等に使用される高電圧のバッテリーシステムにおいて、漏液が感電の原因となる。このため、電池の漏液はできるかぎり速やかに検出することが大切である。
【０００３】
電池の漏液を検出する回路は、たとえば、特開平５−１０９４３６号公報と、特開平１０−１２２８４号公報に記載される。これ等の公報に記載される漏液の検出回路は、漏液する場所に漏液を検出するための専用電極を配設している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
以上の公報に記載される漏液検出回路は、電池から漏液して漏れ電流が流れると、電極の電気抵抗が減少するので、抵抗を検出して漏液を判別している。この構造は、専用の電極を設ける必要があるので、構造が複雑になる。とくに、多数の電池を直列に接続しているバッテリーシステム等において、多数の電池の漏液を検出するために、専用の電極を独特の複雑な構造で設ける必要があって、製作コストが著しく高くなる欠点がある。
【０００５】
本発明は、このような欠点を解決することを目的に開発されたもので、本発明の重要な目的は、極めて簡単な構造で電池の漏液を検出できるバッテリーシステムの漏液検出方法と検出回路を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の請求項１の漏液検出方法は、複数の電池２の表面に接近して、互いに直列に接続している複数の固定抵抗１０を配設しており、いずれかの電池２の電極からいずれかの固定抵抗１０に漏れる電流を検出して電池２の漏液を検出する。
【０００９】
本発明の請求項２の漏液検出回路は、複数の電池２を直列に接続しているバッテリーシステムの＋−の出力端子５と並列に分圧抵抗６を接続している。分圧抵抗６は、複数の電池２表面に固定している直列接続の温度センサー３に接続している。さらに、漏液検出回路は、分圧抵抗６の電圧検出点の電圧を電圧検出回路で検出する。電池２が漏液して電極から温度センサー３の漏れ電流が流れると、電圧検出回路が検出する電圧値が変化して電池２の漏液が検出される。
【００１０】
本発明の請求項３の漏液検出回路は、複数の電池２を直列に接続しているバッテリーシステムの＋−の出力端子５と並列に分圧抵抗６を接続している。この分圧抵抗６は、複数の電池２表面に固定している直列接続の固定抵抗１０に接続している。さらに、漏液検出回路は、分圧抵抗６の電圧検出点の電圧を電圧検出回路で検出している。電池２が漏液して電極から固定抵抗１０の漏れ電流が流れると、電圧検出回路が検出する電圧値が変化して電池２の漏液が検出される。
【００１１】
漏液検出回路は、分圧抵抗６の中点をアースに接続し、アースを中点としてバランスするように、アースと出力端子５の間の電圧を電圧検出回路で検出して電池２の漏液を検出することができる。
【００１２】
バッテリーシステムは、たとえば自動車を走行させる電源で、分圧抵抗６の中点を接続しているアースを自動車のシャーシから絶縁して、電源を自動車のシャーシから分離できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
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ーシステムの漏液検出方法と検出回路を例示するものであって、本発明は漏液検出方法と検出回路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、「特許請求の範囲の欄」、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の回路図に示すバッテリーシステムの漏液検出回路４は、温度センサー３を利用して電池の漏液を検出する。この回路図は、バッテリーシステムでモーターを駆動して自動車を走行させる電気自動車に搭載されるものである。電池の漏液が検出されるバッテリーシステムは、複数の電池２を直列に接続しており、各々の電池２の表面には、抵抗の変化で温度を検出する温度センサー３を固定している。
【００１６】
バッテリーシステムは、図３に示すように、複数本のモジュール電池１を直列に接続している。各々のモジュール電池１は、複数の電池２を直列に接続して直線状に連結したものである。モジュール電池１は、全ての電池２の表面に各々温度センサー３を固定して、全ての温度センサー３を直列に接続している。モジュール電池１は、電池２の表面に温度センサー３を配設し、温度センサー３の外側を熱収縮チューブで被覆して、温度センサー３を電池２の表面に密着して固定している。１本のモジュール電池１の表面に固定される複数の温度センサー３は、直列に直線状に連結してチューブに入れ、チューブを熱収縮して電池２の表面に固定している。チューブは両端を開口しているので、開口部から電池２の漏液が浸入する。チューブに浸入した漏液は、電池２の電極を温度センサー３に電気接続する。電極と温度センサー３が絶縁される状態を正常な状態としているので、いずれかの電池２の電極が温度センサー３に接触されると漏液を判別できる。チューブに浸入する漏液は、チューブ内の温度センサー３と低抵抗な状態で接続され、しかも漏液が移動しないので漏液を確実に検出できる。
【００１７】
ただ、バッテリーシステムは、必ずしも温度センサーをチューブに入れて電池の表面に固定する必要はなく、表面を絶縁している電池の表面に温度センサーを直接に固定することもできる。バッテリーシステムは、電池の漏液が最も近い温度センサーのリードに接続して漏電する。
【００１８】
図のバッテリーシステムは、全てのモジュール電池１を直列に接続しており、また、全てのモジュール電池１に固定している温度センサー３も直列に接続している。モジュール電池１の電池２は、ニッケル−水素電池、リチウムイオン二次電池、ニッケル−カドミウム電池等の充電できる電池である。温度センサー３はＰＴＣである。ただ、温度センサーには、サーミスター等のように温度によって電気抵抗が変化する全ての素子が使用できる。
【００１９】
漏液検出回路４は、バッテリーシステムの＋−の出力端子５と並列に接続している分圧抵抗６と、ふたつの分圧抵抗６の電圧検出点の電圧を検出するオペアンプ７と、オペアンプ７の出力を比較する差動アンプ８と備えている。分圧抵抗６はふたつの直列抵抗からなり、直列に接続しているふたつの分圧抵抗６の中点をアースに接続している。分圧抵抗６の中点とは、ふたつの抵抗を連結している間の接続点のことである。直列に接続している温度センサー３も一端をアースに接続しており、アースを介して温度センサー３は分圧抵抗６の中点に接続される。
【００２０】
分圧抵抗６は途中を電圧検出点としている。電圧検出点の電圧を調整するために、図の回路は分圧抵抗６を可変抵抗としている。可変抵抗は、摺動子を電圧検出点として、電圧検出点の電圧を調整できる。図の回路は、ふたつの分圧抵抗６を可変抵抗としているが、一方の分圧抵抗を可変抵抗として、他の分圧抵抗を固定抵抗とすることもできる。
【００２１】
ふたつの分圧抵抗６は、漏液しない状態で電圧検出点の電圧が等しくなるように調整する。このことを実現するために、ふたつの分圧抵抗６は、全体の抵抗値が等しく、また各々の分圧抵抗６の抵抗比も同じとする。図の分圧抵抗６は、１０ｋΩと１ＭΩの抵抗を直列に接続している。この分圧抵抗６は、両端の電圧を１／１０１として電圧検出点に出力する。たとえば、バッテリーシステムの出力電圧を２４０Ｖとして、分圧抵抗６を図の抵抗値とすると、分圧抵抗６の中点と電圧検出点との電位差、すなわち＋側出力電圧Ｖ1と−側出力電圧Ｖ2は、２４０×１／２×１／１０１となって１．１９Ｖとなる。
【００２２】
オペアンプ７は、＋側出力電圧Ｖ1と−側出力電圧Ｖ2を同じ増幅率で増幅し、あるいは増幅率１のバッファーアンプで出力を差動アンプ８に出力する。＋側出力電圧Ｖ1と−側出力電圧Ｖ2は、中点に対して同じ電圧であるが＋−は逆である。＋−が逆である＋側出力電圧Ｖ1と−側出力電圧Ｖ2を、同相で差動アンプ８に入力するために、オペアンプ７はいずれかが出力を反転して出力する。差動アンプ８はふたつのオペアンプ７の出力を比較して出力する。＋側出力電圧Ｖ1と−側出力電圧Ｖ2の電圧値が同じであると、差動アンプ８には同相で同じ電圧が入力されるので、差動アンプ８の出力は０Ｖとなる。したがって、電池２が漏液していないとき、差動アンプ８の出力電圧は０Ｖとなる。
【００２３】
いずれかの電池２が漏液してその電極が温度センサー３に接続されると、漏液した電池２の電極が温度センサー３を介してアースに接続される。この状態になると、バランスが崩れて＋側出力電圧Ｖ1と−側出力電圧Ｖ2の電圧が同一でなくなり、差動アンプ８から差電圧が出力される。したがって、差動アンプ８から出力される電圧で、電池２の漏液を検出できる。たとえば、図２の矢印Ｚで示すように、出力端子５の−側に接続している電池２が漏液すると、＋側出力電圧Ｖ1が−４．５２Ｖ、−側出力電圧Ｖ2が−６．９０Ｖとなって、差動アンプ８から差電圧が出力される。このため、差動アンプ８の出力で電池２の漏液を検出できる。
【００２４】
図２において、温度センサー３は直列に接続してマイコン９に接続される。マイコン９は全ての温度センサー３の電気抵抗を検出して、電池温度を監視している。温度センサー３に使用されるＰＴＣは、温度が設定値よりも高くなると電気抵抗が急激に増加するので、マイコン９が全ての温度センサー３の直列抵抗を検出して電池温度を検出できる。直列に接続している温度センサー３は、通電して電流を流すために、一方をアースに接続し、他方を電源に接続している。
【００２５】
さらに、図４に示す漏液検出回路４は、分圧抵抗６の中点と温度センサー３に接続しているアースを自動車のシャーシーアースから絶縁している。すなわち、漏液検出回路４のアースをシャーシーアースに接続しない。この漏液検出回路４は、光やトランス等の絶縁回路１１でアースを共通にすることなく、絶縁してマイコン９に結合される。この漏液検出回路４は、バッテリーシステムの漏液による漏電を防止できる。このため、バッテリーシステムが漏液しても、自動車のシャーシーに触って感電することがない。
【００２６】
以上の漏液検出回路は、バッテリーシステムの中央の漏電を検出できない。バッテリーシステムの中央が漏電してアースに接続されても、＋側出力電圧Ｖ1と−側出力電圧Ｖ2に差が発生せず、漏電しないときと同じ状態となるからである。図５は、バッテリーシステムの中央の漏電をも検出できる漏液検出回路を示す。この漏液検出回路４は、オペアンプ７に、＋−の入力端子を有するアンプを使用する。＋側出力電圧Ｖ1を検出するオペアンプ７は＋側入力端子を分圧抵抗６に接続している。−側出力電圧Ｖ2を検出するオペアンプ７は−側入力端子を分圧抵抗６に接続している。＋側出力電圧Ｖ1を検出するオペアンプ７の−側入力端子と、−側出力電圧Ｖ2の＋側入力端子はバランス抵抗１３の中点に接続している。バランス抵抗１３は二つの抵抗を直列に接続して、分圧抵抗６と並列に接続している。バランス抵抗１３の中点とは、ふたつの抵抗を連結している間の接続点のことである。ふたつのバランス抵抗１３は、中点の電圧を分圧抵抗６の中点電圧にほぼ等しくする抵抗値である。
【００２７】
図５の漏液検出回路４は、バランス抵抗１３と分圧抵抗６を図に示す抵抗値としている。このバランス抵抗１３は、バッテリーシステムの電圧を３００Ｖとして、中点の電圧を１４６．７Ｖとする。バッテリーシステムが漏液しない状態、すなわちバッテリーシステムが漏電しない状態で、＋側出力電圧Ｖ1は０．４６５Ｖ、−側出力電圧Ｖ2は−０．４２１Ｖとなる。この漏液検出回路４は、バッテリーシステムの中央、あるいは、中央よりもプラスの出力端子側で漏電してアースに接続されると、＋側出力電圧Ｖ1と−側出力電圧Ｖ2の両方がプラスの電圧値となる。逆に、バッテリーシステムの中央よりもマイナスの出力端子側で漏電した場合、＋側出力電圧Ｖ1と−側出力電圧Ｖ2の両方がマイナスの電圧値となる。したがって、この漏液検出回路４は、ふたつのオペアンプ７からの出力信号の＋−で、極めて簡単に電池２の漏液を検出できる。
【００２８】
さらに、この漏液検出回路４は、＋側出力電圧Ｖ1と−側出力電圧Ｖ2との差電圧で漏電を検出することもできる。バッテリーシステムが漏電しない状態では、＋側出力電圧Ｖ1は０．４６５Ｖ、−側出力電圧Ｖ2は−０．４２１Ｖとなってほぼ等しくなるからである。したがって、＋側出力電圧Ｖ1と−側出力電圧Ｖ2の電圧がほぼ等しい状態では、バッテリーシステムが漏電しないと判定できる。ただ、バッテリーシステムが漏液しない状態で、＋側出力電圧Ｖ1と−側出力電圧Ｖ2が同じ電圧になるように、可変抵抗である分圧抵抗を調整することもできる。
【００２９】
図５の漏液検出回路４は、バランス抵抗１３と分圧抵抗６を図に示す抵抗値とし、温度センサー３をＰＴＣとして、バッテリーシステムのＺ点が漏電するときに、＋側出力電圧Ｖ1と−側出力電圧Ｖ2が以下の電圧値に変化して差電圧が４０Ｖと極めて大きくなる。したがって、＋側出力電圧Ｖ1と−側出力電圧Ｖ2の差電圧でバッテリーシステムの漏液を検出できる。
＋側出力電圧Ｖ1…………−２０．９５Ｖ
−側出力電圧Ｖ2…………−２１．６６Ｖ
【００３０】
ただ、この漏液検出回路は、電池が漏液すると＋側出力電圧Ｖ1と−側出力電圧Ｖ2の両方の電圧が変化するので、＋側出力電圧Ｖ1と−側出力電圧Ｖ2の両方の電圧を検出することなく、一方の出力電圧を検出して電池の漏液を検出することもできる。
【００３１】
以上の漏液検出回路４は、電池２に固定している温度センサー３を漏液のセンサーに併用しているので、漏液を検出する専用のセンサーを設けることなく漏液を検出できる。ただ、本発明の漏液検出方法と回路は、図６に示すように、電池２の表面に、温度センサー３に代わって固定抵抗１０を固定して、温度センサー３と同じ回路で電池２の漏液を検出することができる。この漏液検出回路４も、漏液しないときの＋側出力電圧Ｖ1と−側出力電圧Ｖ2は、図５に示す回路と同じ電圧となる。この漏液検出回路４は、たとえば、図６において、Ａ点、Ｂ点、Ｃ点で漏液すると＋側出力電圧Ｖ1と−側出力電圧Ｖ2は以下の電圧値となる。
【００３２】
(1)  Ａ点で漏液
＋側出力電圧Ｖ1…………−１８．９８Ｖ
−側出力電圧Ｖ2…………−１９．６９Ｖ
(2)  Ｂ点で漏液
＋側出力電圧Ｖ1…………−１５．２２Ｖ
−側出力電圧Ｖ2…………−１６．０２Ｖ
(3)  Ｃ点で漏液
＋側出力電圧Ｖ1……………１４．０４Ｖ
−側出力電圧Ｖ2……………１３．３３Ｖ
【００３３】
以上のように、固定抵抗１０でバッテリーシステムの漏液を検出する漏液検出回路４においても、電池２が漏液して漏電すると、＋側出力電圧Ｖ1と−側出力電圧Ｖ2の両方が共にプラス、あるいは、共にマイナスの電圧値となる。したがって、ふたつのオペアンプ７からの出力信号の＋−で、極めて簡単に電池２の漏液を検出できる。ただ、この漏液検出回路４は、図５に示す漏液検出回路と同様に、＋側出力電圧Ｖ1と−側出力電圧Ｖ2の差電圧から漏液を検出することもできる。
【００３４】
さらに、図６に示す漏液検出回路４は、固定抵抗１０の抵抗が温度センサーのように変化しないので、出力電圧で漏液箇所を特定することもできる。この漏液検出回路４は、いずれかの電池２が漏液すると、＋側出力電圧Ｖ1と−側出力電圧Ｖ2の電圧が変化するので、これらの出力電圧を検出して電池２の漏液を検出できると共に、漏液箇所も特定できる。
【００３５】
以上の漏液検出回路と漏液検出方法は、複数の電池２を接続すると共に各々の電池２に温度センサー３や固定抵抗１０を固定している。ただ、本発明の漏液検出方法と漏液検出回路は、ひとつの電池に温度センサーや固定抵抗を固定して漏液を検出することもできる。この漏液検出回路は、図７に示すように電池２の＋側と−側に流れる電流の差で漏電を検出できる回路で検出できる。この図の漏液検出回路４は、＋側と−側に接続している電流検出抵抗１２の両端の電圧をオペアンプ７で増幅して比較する。電池２の＋側と−側に接続している電流検出抵抗１２の抵抗値とオペアンプ７の増幅率は等しく、漏電しない状態では差動アンプ８の出力は０となる。電池２が漏液して＋から漏電すると＋側に接続している電流検出抵抗１２には漏電電流が流れず、−側に接続している電流検出抵抗１２にのみ漏電電流が流れるので、−側のオペアンプ７の出力電圧が＋側のオペアンプ７よりも高くなり、差動アンプ８が電圧を出力する。したがって、差動アンプ８の出力で電池２の漏液による漏電を検出できる。
【００３６】
複数の電池を内蔵するバッテリーシステムは、全てに温度センサーや固定抵抗を固定することなく、いずれかの電池に温度センサーや固定抵抗を固定して漏液を検出することもできる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明のバッテリーシステムの漏液検出方法と検出回路は、極めて簡単な構造で電池の漏液を検出できる特長がある。それは、本発明の漏液検出方法と検出回路が、電池の表面に接近して、固定抵抗を配設しており、電池の電極から固定抵抗に漏れる電流を検出して電池の漏液を検出しているからである。この漏液検出方法と検出回路は、従来のように、電池の漏液を検出するための専用の電極を設けることなく、電池に配設される固定抵抗を有効に利用して漏液を検出するので、回路構成を複雑にすることなく、極めて簡単な構造として、製作コストを低減できる特長がある。
【００３８】
さらに、本発明の請求項２と３の漏液検出回路は、簡単な回路構成として、しかも確実に漏液を検出できる特長がある。それは、これらの漏液検出回路が、バッテリーシステムの出力端子と並列に接続される分圧抵抗を温度センサーあるいは固定抵抗に接続しており、分圧抵抗の電圧を検出して電池の漏液を検出しているからである。これらの漏液検出回路は、電池が漏液して電極から温度センサーあるいは固定抵抗の漏れ電流が流れると、電圧検出回路で検出される電圧値が変化するので、確実に電池の漏液を検出できる。
【００３９】
本発明の請求項５の漏液検出回路は、バッテリーシステムを自動車を走行させる電源とすると共に、アースを自動車のシャーシから絶縁しているので、バッテリーシステムが漏液しても自動車のシャーシーに触って感電するのを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例のバッテリーシステムの漏液検出回路の概略図
【図２】図１に示すバッテリーシステムの漏液検出回路の回路図
【図３】図１に示すバッテリーシステムの斜視図
【図４】本発明の他の実施例のバッテリーシステムの漏液検出回路の回路図
【図５】本発明の他の実施例のバッテリーシステムの漏液検出回路の回路図
【図６】本発明の他の実施例のバッテリーシステムの漏液検出回路の回路図
【図７】本発明の他の実施例のバッテリーシステムの漏液検出回路の回路図
【符号の説明】
１…モジュール電池
２…電池
３…温度センサー
４…漏液検出回路
５…出力端子
６…分圧抵抗
７…オペアンプ
８…差動アンプ
９…マイコン
１０…固定抵抗
１１…絶縁回路
１２…電流検出抵抗
１３…バランス抵抗
【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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