(57)【要約】【課題】セルバランス処理における放電電流に起因した発熱による影響を低減し、温度の誤検出を抑制して可用性を向上する。【解決手段】実施形態の電池監視装置は、直列接続された複数の電池セルを備えた電池モジュールの管理を行う電池監視装置である。電池監視装置のセルバランス回路は、複数の電池セルのうち放電対象の電池セルを個別に放電させるセルバランス処理を行う。そして、セルバランス回路のエネルギー放散回路は、前記放電対象の電池セルの放電電力を光エネルギーに変換して放散させる。【選択図】図２
2016034221.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列接続された複数の電池セルを備えた電池モジュールの管理を行う電池監視装置であって、
前記複数の電池セルのうち放電対象の電池セルを個別に放電させるセルバランス処理を行うセルバランス回路を備え、
前記セルバランス回路は、前記放電対象の電池セルの放電電力を光エネルギーに変換して放散させるエネルギー放散回路を有する、
電池監視装置。
【請求項２】
前記エネルギー放散回路は、対応する電池セルと並列に接続されたＬＥＤと、
前記ＬＥＤに直列に接続されたスイッチング素子と、
を備えている請求項１記載の電池監視装置。
【請求項３】
前記ＬＥＤは、赤外線を放射する赤外ＬＥＤである、
請求項１記載の電池監視装置。
【請求項４】
直列接続された複数の電池セルを備えた電池モジュールの管理を行う電池監視装置であって、
前記複数の電池セルのうち放電対象の電池セルを個別に放電させるセルバランス処理を行うセルバランス回路を備え、
前記セルバランス回路は、前記放電対象の電池セルの放電電力を弾性波エネルギーに変換して放散させるエネルギー放散回路を有する、
電池監視装置。
【請求項５】
前記エネルギー放散回路は、対応する電池セルと並列に接続された圧電素子と、
前記圧電素子に直列に接続されたスイッチング素子と、
を備えている請求項４記載の電池監視装置。
【請求項６】
前記圧電素子は、弾性波としての超音波に変換する、
請求項５記載の電池監視装置。
【請求項７】
直列接続された複数の電池セルと、
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載された電池監視装置と、
前記電池セル及び前記電池監視装置を収納する筐体と、を備え、
前記筐体は、前記エネルギー放散回路が放散した光を少なくとも一部が透過させる構造とされている、
蓄電池モジュール。
【請求項８】
前記筐体は、前記光を透過させるカバーと、
前記電池セル及び前記電池監視装置を収納する筐体本体と、
を備えている請求項７記載の蓄電池モジュール。
【請求項９】
複数の請求項８記載の蓄電池モジュールと、
前記複数の電池モジュールを収納する収納盤と、を備え、
前記筐体本体は、白色とされ、
前記収納盤は、黒色とされている、
蓄電池ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電池監視装置、蓄電池モジュール及び蓄電池ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電池モジュールとして、当該電池モジュールを構成する電池（セル）の監視を行う電池監視基板が内蔵されているものが知られている。
このような電池モジュールにおいて、電池監視基板は、電池の保護のため電池の温度及び電圧を測定している。
ここで、電池監視基板においては、温度については基板上に実装された温度検出素子(サーミスタ)でセル温度を検出する構成が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−６５５３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、基板上に実装された温度検出素子を有する電池監視基板においては、セルバランスを行うために同じく基板上に実装されたセルバランス抵抗へ放電電流を流すと、放電電流による発熱が温度検出素子へと伝播し、正しく電池の温度を測定できなくなる虞があった。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、セルバランス処理における放電電流に起因した発熱による影響を低減し、温度の誤検出を抑制して可用性を向上することが可能な電池監視装置、蓄電池モジュール及び蓄電池ユニットを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態の電池監視装置は、直列接続された複数の電池セルを備えた電池モジュールの管理を行う電池監視装置である。
電池監視装置のセルバランス回路は、複数の電池セルのうち放電対象の電池セルを個別に放電させるセルバランス処理を行う。
そして、セルバランス回路のエネルギー放散回路は、前記放電対象の電池セルの放電電力を光エネルギーに変換して放散させる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、実施形態の電池モジュールを備えた電源システムの概要構成ブロック図である。
【図２】図２は、電池モジュールの概要構成図である。
【図３】図３は、電池モジュールの外観斜視図である。
【図４】図４は、電池モジュールの断面模式図である。
【図５】図５は、図４の破線円部分の部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１は、実施形態の電池モジュールを備えた電源システムの概要構成ブロック図である。
電源システム１０は、直列接続された複数の電池モジュール１１−１〜１１−Ｎ（Ｎは、２以上の整数）と、複数の電池モジュール１１−１〜１１−Ｎにそれぞれ通信バス１２を介して接続され、各電池モジュール１１−１〜１１−Ｎの制御を行う電池管理装置（ＢＭＵ）１３と、を備えている。
【０００９】
図２は、電池モジュールの概要構成図である。
電池モジュール１１−１〜１１−Ｎは、同一構成であるので、図２においては、電池モジュール１１−１を例として説明する。
電池モジュール１１−１は、正極端子Ｔｐと負極端子Ｔｎとの間に直列接続されたＭ個の電池セル（単電池）２１−１〜２１−Ｍ（Ｍは、２以上の整数）を備えたセルモジュール２２と、Ｍ個の電池セル２１−１〜２１−Ｍの監視機能を実現する回路が搭載された電池監視基板２３と、を備えている。
【００１０】
電池監視基板２３には、各電池セル２１−１〜２１−Ｍに設けられ、当該セルモジュール２２内で各電池セル２１−１〜２１−Ｍの電圧バランス（ＳＯＣの均一化）を図るためのＭ個のセルバランス回路２４−１〜２４−Ｍと、他の電池モジュール（本例の場合、電池モジュール１１−２〜１１−Ｎ）との間で電圧バランス（電池モジュールの蓄電電圧の均一化）を図るためのモジュールバランス回路２５と、電池管理装置１３と通信バス１２を介して通信可能に接続され、各電池セル２１−１〜２１−Ｍの電圧及び温度を監視し、電池管理装置１３の制御下でセルバランス及びモジュールバランスを制御する電圧温度監視回路２６と、を備えている。
【００１１】
ここで、セルバランス回路２４-１〜２４−Ｍについて説明する。
セルバランス回路２４−ｘ（ｘ＝１〜Ｍ）は、電池セル２１−ｘの高電位側に接続された電圧検出線ＬＶ（ｘ）に一端が接続され、セルバランス動作時に電池セル２１−ｘの放電電力の電気エネルギーを光エネルギーとして放散（具体的には、赤外線として放散）するためのエネルギー放散素子としての赤外ＬＥＤ３１−ｘと、赤外ＬＥＤ３１−ｘの他端にコレクタ端子が接続され、エミッタ端子が電池セル２１−１の低電位側に接続された電圧検出線ＬＶ（ｘ＋１）に接続され、ベース端子が電流制限抵抗３２−ｘを介してセルバランス制御線３３−ｘが接続されたたスイッチ素子としてのＮＰＮトランジスタ３４−ｘと、を備えている。
【００１２】
モジュールバランス回路２５は、電池セル２１−１の高電位側に接続された電圧検出線ＬＶ（１）に一端が接続され、モジュールバランス動作時に電池モジュール１１−１の放電電力の電気エネルギーを光エネルギーとして放散（具体的には、赤外線として放散）するためのエネルギー放散素子としての赤外ＬＥＤ３５と、赤外ＬＥＤ３５の他端にコレクタ端子が接続され、エミッタ端子が電池セル２１−Ｍの低電位側に接続された電圧検出線ＬＶ（Ｍ＋１）に接続され、ベース端子が電流制限抵抗３６を介してモジュールバランス制御線３７が接続されたスイッチ素子としてのＮＰＮトランジスタ３８と、を備えている。
【００１３】
次に電池モジュールの充電時の動作説明に先立ち、電池モジュールの構造について説明する。
図３は、電池モジュールの外観斜視図である。
電池モジュール１１−１は、正極端子Ｔｐ及び負極端子Ｔｎが外周面に配置され、セルモジュール２２及び電池監視基板２３を収納した筐体本体としてのケーシング本体４１と、電池監視基板２３の上面に複数配置されている赤外ＬＥＤ３１−１〜３１−Ｍ、３５に対向するように設けられ、筐体の一部を構成している透明樹脂製のカバー４２と、を備えている。
そして、Ｍ個の電池セル２１−１〜２１−Ｍは、電池監視基板２３の下方に収納されている。
【００１４】
図４は、電池モジュールの断面模式図である。
図４においては、図示の簡略化のため、電池セルとして、電池セル２１−１〜２１−３の３個だけ示している。
【００１５】
電池セル２１−１〜２１−３のそれぞれの電極端子は、バスバー５１、５２、５３を介して隣接は位置された電池セルあるいは電池監視基板２３に接続されている。
そしてバスバー５１、５２は、ボルトネジ５５により電池監視基板２３に固定され、電池セル２１−１〜２１−３は、バスバー５１、５２及びボルトネジ５５を介して電池監視基板に電気的、かつ、熱的に結合（接続）されている。
【００１６】
図５は、図４の破線円部分の部分拡大図である。
電池監視基板２３に設けられた貫通孔６１内及び貫通孔６１の周辺には配線パターンとしての銅箔６２が配置されており、貫通孔６１及びバスバー５２に形成された貫通孔５２Ａ内にボルト６３を通し、さらにバスバー５２の背面からナット６４で締め付けることにより電池監視基板２３上の銅箔と電池セル２１−１〜２１−３との導通を図っている。
【００１７】
さらに電池監視基板２３の上面側の銅箔６２の近傍には、電池監視基板２３及び周囲の温度を測り、電圧温度監視回路２６に温度検出信号を出力するサーミスタ６５が配置されている。
上述したように電子監視基板２３は、電池セル２１−１〜２１−３と熱的に結合されているので、サーミスタ６５において、電池セル２１−１〜２１−３の温度をより正確に測定することができるようになっている。
【００１８】
次に電池モジュールの充電時の動作説明を行う。
電源システム１０の電池管理装置１３は、充電装置が接続されると、一定電流値で充電を行う定電流充電（ＣＣ充電）を開始する。
この結果、各電池モジュール１１−１〜１１−Ｎを構成している電池セル２１−１〜２１−Ｍの電圧（蓄電容量）は、徐々に増加することとなる。
以下においては、説明の簡略のため、電池モジュール１１−１を例として説明を行う。
【００１９】
次に電池管理装置１３は、電池モジュール１１−１の電圧温度監視回路２６により検出された電池セル２１−１〜２１−Ｍのそれぞれの電圧に基づいて、満充電時電圧に至った電池セルが存在するか否かを判別し、満充電時電圧に至った電池セルが存在しない場合には、定電流充電（ＣＣ充電）を継続する。
【００２０】
一方、満充電時電圧に至った電池セル（例えば、電池セル２１−２）が存在する場合には、電池管理装置１３は、全電池セル２１−１〜２１−Ｍが満充電状態となっているか否かを判別する。
【００２１】
そして、電池管理装置１３は、未だ全電池セル２１−１〜２１-Ｍが満充電とはなっていない場合には、定電圧充電（ＣＶ充電）を行う。
【００２２】
この定電圧充電と並行して、電池管理装置１３は、電圧温度監視回路２６の制御下で満充電時電圧に至った電池セル、例えば、上述の例の場合、電池セル２１−２に対応するセルバランス制御線３３−２を介して、ＮＰＮトランジスタ３４−２をオンにし、電池セル２１−２に実効的に流れる充電電流を抑制することにより、実効的に放電を行ったような状態とする。
【００２３】
このとき、電池セル２１−２の放電電力は、赤外ＬＥＤ３１−２を介して流れるため、赤外ＬＥＤ３１−２は、発光状態となり、放電電力に対応する電気エネルギーは、光エネルギーに変換され、カバー４２を介して、電池モジュール１１−１外に放散される。
したがって、セルバランス処理を行うことによる発熱を抑制し、電池監視基板２３上に配置されているサーミスタの温度測定への影響を低減できる。
【００２４】
このようにセルバランス処理における放電電流による電気エネルギーを一旦光等の熱以外のエネルギー束で放散させることにより、セルバランス処理に起因する電池監視基板２３の温度の上昇を低減し、サーミスタ６５における温度の誤検出を抑制して電源システムの可用性を向上させることが可能となる。
【００２５】
例えば、赤外ＬＥＤの入力電力に対する光出力効率は高いものであれば、約４０％に達しており、エネルギー放散素子としてこのような素子を使用すると基板上での発熱を最大４０％程度抑制でき、結果としてサーミスタ６５における誤検出を低減することとなる。
【００２６】
これらの結果、セルモジュール２２を構成している電池セル２１−１〜２１−Ｍのうち、電池セル２１−２は実効的に放電され、電池セル２１−２の電圧（蓄電容量）は低下することとなるが、他の電池セル２１−１、２１−３〜２１−Ｍは充電が継続され、電圧（蓄電容量）は増加することとなる。
【００２７】
次に電池管理装置１３は、電圧温度監視回路２６により検出された放電中の電池セル２１−２の電圧に基づいて、当該電池セル２１−２の電圧が、セルバランス放電停止電圧、例えば、満充電時電圧−０．１Ｖに至ったか否かを判別する。
【００２８】
そして電池管理装置１３は、電池セル２１−２の電圧がセルバランス放電停止電圧に至ると、電圧温度監視回路２６を制御して、放電中である電池セル２１−２に対応するセルバランス制御線３３−２を介して、ＮＰＮトランジスタ３４−２をオフにし、放電を停止させる。そして、電池管理装置１３は、再び定電流充電（ＣＣ充電）を行う。
【００２９】
以下同様の処理を繰り返し、全ての電池セル２１−１〜２１−Ｍが満充電状態となるまで処理を行うこととなる。
以上の説明のように、本実施形態によれば、セルバランス回路は、放電対象の電池セルの放電電力を光エネルギーに変換して放散させるので、セルバランス処理（セルバランス動作）による電池監視基板２３の温度上昇を抑制でき、ひいては、電池監視基板２３上に設けられたサーミスタ６５による温度誤検出を抑制して、より正確に管理を行うことができる。
【００３０】
以上の説明は、主として電池モジュール単体の話であったが、図１に示したように、複数の電池モジュールを内蔵する電池セルが直列接続されるように接続して電源システムを構成する場合には、電池モジュール間での電圧差を縮小するために、上述したセルバランスと同様に、モジュールバランス回路２５を電池管理装置１３の制御下で駆動し、電池モジュールを放電させるモジュールバランス回路として動作させる場合に、スイッチ素子としてのＮＰＮトランジスタ３８をオンさせ、赤外ＬＥＤ３５を介して、電池モジュール１１−１の放電電力の電気エネルギーを光エネルギーとして放散することも可能である。
【００３１】
この場合において、電池モジュール１１−ｘのカバー（蓋）４２を光学的に透明とし、筐体を白色にして放射された赤外線の吸収を電池モジュール１１−ｘでは抑制し、複数の電池モジュールを収納する収納盤内の一部を黒色にして複数電池モジュールから光により放射されたエネルギーを収納盤側で熱に変化させて放熱させるように構成することも可能である。
【００３２】
以上の説明においては、エネルギー放散素子として、赤外ＬＥＤを用いる場合について説明したが、エネルギー放散素子として、他の波長の光を放散するように構成することも可能である。
【００３３】
以上の説明においては、セルバランス回路は、放電対象の電池セルの放電電力を光エネルギーに変換して放散させていたが、放電対象の電池セルの放電電力を弾性波エネルギーに変換して放散させるように構成することも可能である。
例えば、上記実施形態における赤外ＬＥＤに代えて、圧電素子（ＰＺＴ等）を用いることにより電気エネルギーを超音波等の弾性波エネルギー（振動エネルギー）として放散するように構成することも可能である。
【００３４】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３５】
１０    電源システム
１１    電池モジュール
１２    通信バス
１３    電池管理装置
２１    電池セル
２２    セルモジュール
２３    電池監視基板
２４    セルバランス回路
２５    モジュールバランス回路
３１    赤外ＬＥＤ
４１    ケーシング本体（筐体本体）
４２    カバー
６５    サーミスタ
【図１】
2016034221.tif 000003
【図２】
2016034221.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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