(57)【要約】【課題】互いに並列接続される複数の電池モジュールを備える電池パックにおいて、正常に戻った電池モジュールを他の電池モジュールに再接続するとき、電池モジュールを構成する各部品の劣化や故障を抑制しつつ、負荷へ流れる電流が抑えられてしまう期間の短縮を図る。【解決手段】互いに並列接続される複数の電池モジュール２と制御部４とを備えて電池パック１を構成し、制御部４は、正常に戻った電池モジュール２を他の電池モジュール２に再接続するとき、正常に戻った電池モジュール２が有するスイッチＳＷを繰り返しオン、オフさせるとともに、正常に戻った電池モジュール２が有するスイッチＳＷのオン時間を徐々に長くする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ、直列接続される電池及びスイッチを有し、互いに並列接続される複数の電池モジュールと、
前記複数の電池モジュールのうち、異常となった電池モジュールが有するスイッチを常時オフさせることにより、前記異常となった電池モジュールを他の電池モジュールから切り離す制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記異常となった電池モジュールが正常に戻り、その正常に戻った電池モジュールを前記他の電池モジュールに再接続するとき、前記正常に戻った電池モジュールが有するスイッチを繰り返しオン、オフさせるとともに、前記正常に戻った電池モジュールが有するスイッチのオン時間を徐々に長くする
ことを特徴とする電池パック。
【請求項２】
請求項１に記載の電池パックであって、
前記制御部は、前記正常に戻った電池モジュールを前記他の電池モジュールに再接続するとき、
前記正常に戻った電池モジュールと前記他の電池モジュールとの間の電圧差または前記正常に戻った電池モジュールと前記他の電池モジュールとの間に流れる還流電流が閾値よりも大きいとき、前記正常に戻った電池モジュールが有するスイッチを繰り返しオン、オフさせるとともに、前記正常に戻った電池モジュールが有するスイッチのオン時間を徐々に長くし、
前記正常に戻った電池モジュールと前記他の電池モジュールとの間の電圧差または前記正常に戻った電池モジュールと前記他の電池モジュールとの間に流れる還流電流が前記閾値以下であると、前記正常に戻った電池モジュールが有するスイッチを常時オンさせる
ことを特徴とする電池パック。
【請求項３】
請求項１に記載の電池パックであって、
前記制御部は、前記正常に戻った電池モジュールを前記他の電池モジュールに再接続するとき、前記正常に戻った電池モジュールが有するスイッチを繰り返しオン、オフさせるとともに、前記正常に戻った電池モジュールと前記他の電池モジュールとの間に流れる還流電流または前記正常に戻った電池モジュールと前記他の電池モジュールとの間の電圧差に応じて、前記正常に戻った電池モジュールが有するスイッチのオン時間を設定する
ことを特徴とする電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、互いに並列接続される複数の電池モジュールを備える電池パックに関する。
【背景技術】
【０００２】
既存の電池パックとして、複数の電池モジュールのうちのある電池モジュールが異常となった場合に、その異常となった電池モジュールを他の電池モジュールから電気的に切り離して、他の電池モジュールのみで負荷への電力供給を継続するものがある。
【０００３】
このように構成される電池パックでは、図５に示すように、電池モジュール間の電圧差が増加すると、その電圧差の増加に伴って、電池モジュール間に流れる還流電流も増加する。そのため、異常となった電池モジュールが正常に戻り、その正常に戻った電池モジュールを他の電池モジュールに再接続するとき、正常に戻った電池モジュールと他の電池モジュールとの間の電圧差に対応する還流電流が電池モジュールを構成する電池やスイッチや電線などの各部品の定格電流よりも大きいと、それら部品が還流電流によって劣化したり故障したりするおそれがある（通電部品への影響大）。
【０００４】
そこで、正常に戻った電池モジュールを他の電池モジュールに再接続するとき、還流電流が電池モジュールの各部品への影響の無い電流になるように、正常に戻った電池モジュールに直列接続されるスイッチをオン、オフさせて、還流電流を抑えることが考えられる。例えば、特許文献１参照。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２５２５６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述のように、正常に戻った電池モジュールを他の電池モジュールに再接続するとき、正常に戻った電池モジュールに直列接続されるスイッチをオン、オフさせる場合では、還流電流が抑えられている期間、電池パックから負荷へ流れる電流も抑えられてしまうという懸念がある。
【０００７】
そこで、本発明の一側面に係る目的は、正常に戻った電池モジュールを他の電池モジュールに再接続するとき、電池モジュールを構成する各部品の劣化や故障を抑制しつつ、負荷へ流れる電流が抑えられてしまう期間の短縮を図ることが可能な電池パックを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る一つの形態である電池パックは、複数の電池モジュールと、制御部とを備える。
複数の電池モジュールは、それぞれ、直列接続される電池及びスイッチを有し、互いに並列接続される。
【０００９】
制御部は、複数の電池モジュールのうち、異常となった電池モジュールが有するスイッチを常時オフさせることにより、異常となった電池モジュールを他の電池モジュールから切り離す。
【００１０】
また、制御部は、異常となった電池モジュールが正常に戻り、その正常に戻った電池モジュールを他の電池モジュールに再接続するとき、正常に戻った電池モジュールが有するスイッチを繰り返しオン、オフさせるとともに、正常に戻った電池モジュールが有するスイッチのオン時間を徐々に長くする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、互いに並列接続される複数の電池モジュールを備える電池パックにおいて、正常に戻った電池モジュールを他の電池モジュールに再接続するとき、電池モジュールを構成する各部品の劣化や故障を抑制しつつ、負荷へ流れる電流が抑えられてしまう期間の短縮を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態の電池パックの一例を示す図である。
【図２】制御部の動作の一例を示すフローチャートである。
【図３】電池モジュールの正常／異常判断、電池モジュール間の電圧差、スイッチの状態、正常に戻った電池モジュールに流れる電流の一例を示すフローチャートである。
【図４】記憶部に記憶されている情報の一例を示す図である。
【図５】電池モジュール間の電圧差と還流電流との対応関係の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下図面に基づいて実施形態について詳細を説明する。
図１は、実施形態の電池パックの一例を示す図である。
図１に示す電池パック１は、例えば、電動フォークリフトやハイブリッドカーなどの車両に搭載され、走行モータを駆動するインバータなどの負荷Ｌｏへ電力を供給する。
【００１４】
また、電池パック１は、互いに並列接続される複数の電池モジュール２と、記憶部３と、制御部４とを備えている。なお、記憶部３は、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）により構成される。また、制御部４は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やプログラマブルディバイスにより構成される。
【００１５】
各電池モジュール２は、それぞれ、電池Ｂと、スイッチＳＷと、ヒューズＦと、電流検出部２１と、温度検出部２２と、監視部２３とを備えている。
電池Ｂは、直列接続される複数の電池（例えば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、または電気二重層コンデンサ）により構成される。なお、電池Ｂは、１つの電池により構成されてもよい。
【００１６】
スイッチＳＷは、例えば、ＭＯＳＦＥＴなどの半導体リレーや電磁式リレーにより構成され、電池Ｂに直列接続されている。
ヒューズＦは、スイッチＳＷを介して電池Ｂに直列接続されている。ヒューズＦが溶断されていないとき、スイッチＳＷがオンすると、そのヒューズＦ及びスイッチＳＷを有する電池モジュール２は他の電池モジュール２と電気的に接続される。また、ヒューズＦが溶断されていないとき、スイッチＳＷがオフすると、そのヒューズＦ及びスイッチＳＷを有する電池モジュール２は他の電池モジュール２から電気的に切り離される。また、スイッチＳＷがオンしているとき、ヒューズＦが溶断すると、そのスイッチＳＷ及びヒューズＦを有する電池モジュール２は他の電池モジュール２から電気的に切り離される。なお、図１に示す例では、スイッチＳＷやヒューズＦが電池Ｂのマイナス端子側に接続されているが、スイッチＳＷやヒューズＦが電池Ｂのプラス端子側に接続されてもよい。
【００１７】
電流検出部２１は、例えば、カレントトランスにより構成され、電池モジュール２（電池Ｂ）に流れる電流を検出する。
温度検出部２２は、例えば、サーミスタにより構成され、電池Ｂの周辺温度を検出する。
【００１８】
監視部２３は、例えば、ＣＰＵやプログラマブルディバイスにより構成され、電池Ｂの電圧を検出する。また、監視部２３は、制御部４から送られてくる指示により、スイッチＳＷのオン、オフを制御する。また、監視部２３は、電池Ｂの電圧、電流検出部２１により検出される電流、及び温度検出部２２により検出される温度を示す電池状態情報を制御部４に送る。
【００１９】
制御部４は、電池状態情報に示される電圧、電流、及び温度のうちの少なくとも１つが異常値以上であると、その電池状態情報の送り元の電池モジュール２が異常であると判断する。また、制御部４は、電池状態情報に示される電圧、電流、及び温度がいずれも異常値よりも小さいと、その電池状態情報の送り元の電池モジュール２が正常であると判断する。また、制御部４は、異常となった電池モジュール２が有するスイッチＳＷをオフさせることで、その電池モジュール２を他の電池モジュール２から電気的に切り離す。また、制御部４は、異常となった電池モジュール２が正常に戻ってから、その正常に戻った電池モジュール２と他の電池モジュール２との間の電圧差が閾値ΔＶｔｈ以下になるまで（電池モジュール２に流れる還流電流が電池モジュール２の各部品に影響が無い電流になるまで）、正常に戻った電池モジュール２が有するスイッチＳＷを繰り返しオン、オフ（スイッチング）させるとともに、正常に戻った電池モジュール２が有するスイッチＳＷのオン時間を徐々に長くする。
【００２０】
図２は、制御部４の動作の一例を示すフローチャートである。
まず、制御部４は、すべての電池モジュール２が正常であると判断しているとき（Ｓ１：Ｎｏ）、現在の状態を維持し、各電池モジュール２のうちの少なくとも１つの電池モジュール２が異常となったと判断すると（Ｓ１：Ｙｅｓ）、その異常となった電池モジュール２に有するスイッチＳＷを常時オフさせる（Ｓ２）。
【００２１】
次に、制御部４は、その異常となった電池モジュール２がまだ正常に戻っていないと判断しているとき（Ｓ３：Ｎｏ）、現在の状態を維持し、異常となった電池モジュール２が正常に戻ったと判断すると（Ｓ３：Ｙｅｓ）、その正常に戻った電池モジュール２と他の電池モジュール２との間の電圧差が閾値ΔＶｔｈ以下であるか否かを判断する（Ｓ４）。例えば、制御部４は、正常に戻った電池モジュール２から送られてくる電池状態情報に示される電圧と、他の電池モジュール２から送られてくる電池状態情報に示される電圧の平均値との差分を、上記「正常に戻った電池モジュール２と他の電池モジュール２との間の電圧差」とする。
【００２２】
次に、制御部４は、正常に戻った電池モジュール２と他の電池モジュール２との間の電圧差が閾値ΔＶｔｈよりも大きいと判断すると（Ｓ４：Ｎｏ）、正常に戻った電池モジュール２に有するスイッチＳＷのオン時間を設定し（Ｓ５）、そのスイッチＳＷをオン、オフさせる（Ｓ６）。
【００２３】
次に、制御部４は、正常に戻った電池モジュール２と他の電池モジュール２との間の電圧差が閾値ΔＶｔｈよりもまだ大きいと判断しているとき（Ｓ７：Ｎｏ）、正常に戻った電池モジュール２に有するスイッチＳＷのオン時間を所定時間（可変時間または固定時間）長くした後、そのスイッチＳＷをオン、オフさせること（Ｓ８、Ｓ６）を繰り返す。
【００２４】
そして、制御部４は、正常に戻った電池モジュール２と他の電池モジュール２との間の電圧差が閾値ΔＶｔｈ以下であると判断すると（Ｓ４：ＹｅｓまたはＳ７：Ｙｅｓ）、正常に戻った電池モジュール２に有するスイッチＳＷを常時オンさせる（Ｓ９）。
【００２５】
例えば、制御部４は、図３に示すように、時刻ｔ１において、ある電池モジュール２が異常となったと判断すると、その電池モジュール２に有するスイッチＳＷを常時オフさせる。また、制御部４は、時刻ｔ２において、異常となった電池モジュール２が正常に戻ったと判断し、その正常に戻った電池モジュール２と他の電池モジュール２との間の電圧差が閾値ΔＶｔｈよりも大きいと判断すると、その電圧差が閾値ΔＶｔｈ以下になるまで、正常に戻った電池モジュール２に有するスイッチＳＷを繰り返しオン、オフさせるとともに、そのスイッチＳＷのオン時間を徐々に長くし、時刻ｔ３において、そのスイッチＳＷを常時オンさせる。
【００２６】
次に、正常に戻った電池モジュール２に有するスイッチＳＷのオン時間を設定するときの制御部４の動作の一例について説明する。
まず、制御部４は、図４（ａ）に示すように、電池Ｂの開回路電圧（ＯＣＶ（Ｏｐｅｎ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｖｏｌｔａｇｅ））と電池Ｂの残容量（ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ））との対応関係を示す情報ａを参照して、正常に戻った電池モジュール２から送られてくる電池状態情報に示される電圧（電池Ｂの開回路電圧）に対応する電池Ｂの残容量を取得する。なお、情報ａは、記憶部３に予め記憶されているものとする。
【００２７】
次に、制御部４は、図４（ｂ）に示すように、電池Ｂの残容量（ＳＯＣ１〜ＳＯＣ４）と、電池Ｂの周辺温度（Ｔ１〜Ｔ４）と、電池Ｂの内部抵抗（ｒ１１〜ｒ４４）との対応関係を示す情報ｂを参照して、情報ａを用いて取得した電池Ｂの残容量及び正常に戻った電池モジュール２から送られてくる電池状態情報に示される温度（電池Ｂの周辺温度）に対応する電池Ｂの内部抵抗を取得する。なお、情報ｂは、記憶部３に予め記憶されているものとする。また、さらに電池Ｂの劣化度を考慮して電池Ｂの内部抵抗を求めるように構成してもよい。
【００２８】
次に、制御部４は、記憶部３に予め記憶されている電池Ｂの配線抵抗と、情報ｂを用いて取得した電池Ｂの内部抵抗との加算値を、正常に戻った電池モジュール２全体の抵抗値とする。
【００２９】
次に、制御部４は、正常に戻った電池モジュール２と他の電池モジュール２との間の電圧差を、正常に戻った電池モジュール２全体の抵抗値で除算することにより、正常に戻った電池モジュール２に流れる還流電流（正常に戻った電池モジュール２に流れると予想される還流電流）を求める。
【００３０】
そして、制御部４は、図４（ｃ）に示すように、電池モジュール２に流れる還流電流と、電池モジュール２の許容通電時間（電池モジュール２を構成する電池Ｂ、スイッチＳＷ、及びヒューズＦが劣化や故障せずに、電池モジュール２に電流を流し続けることが可能な最大時間）との対応関係を示す情報ｃを参照して、求めた還流電流に対応する許容通電時間を取得し、その取得した許容通電時間をスイッチＳＷのオン時間として設定する。なお、情報ｃは、記憶部３に予め記憶されているものとする。また、情報ｃは、例えば、図４（ｃ）に示すように、ヒューズＦの電流−許容通電時間特性の一部、電池Ｂの電流−許容通電時間特性の一部、及びスイッチＳＷの電流−許容通電時間特性の一部により設定されているものとする。
【００３１】
このように、実施形態の電池パック１では、正常に戻った電池モジュール２を他の電池モジュール２に再接続するとき、正常に戻った電池モジュール２と他の電池モジュール２との間の電圧差が閾値ΔＶｔｈよりも大きいと判断すると、正常に戻った電池モジュール２が有するスイッチＳＷを繰り返しオン、オフさせている。これにより、正常に戻った電池モジュール２と他の電池モジュール２との間に流れる還流電流を抑えることができるため、その還流電流によって電池モジュール２を構成する電池Ｂ、スイッチＳＷ、及びヒューズＦなどの各部品が劣化したり故障したりすることを抑制することができる。
【００３２】
また、実施形態の電池パック１では、正常に戻った電池モジュール２が有するスイッチＳＷを繰り返しオン、オフさせるとき、そのスイッチＳＷのオン時間を徐々に長くしている。これにより、還流電流を徐々に増加させることができるため、スイッチＳＷのオン時間を変化させずにスイッチＳＷを繰り返しオン、オフさせる場合に比べて、正常に戻った電池モジュール２と他の電池モジュール２との間の電圧差を早く閾値ΔＶｔｈ以下にすることができるため、負荷Ｌｏへ流れる電流が抑えられてしまう期間の短縮を図ることができる。
【００３３】
また、本発明は、上記実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。
例えば、上記実施形態では、制御部４において、正常に戻った電池モジュール２と他の電池モジュール２との間の電圧差が閾値ΔＶｔｈよりも大きいと判断すると、正常に戻った電池モジュール２に有するスイッチＳＷを繰り返しオン、オフさせるとともに、そのスイッチＳＷのオン時間を徐々に長くする構成であるが、正常に戻った電池モジュール２と他の電池モジュール２との間に流れる還流電流が閾値Ｉｔｈよりも大きいと判断すると、正常に戻った電池モジュール２に有するスイッチＳＷを繰り返しオン、オフさせるとともに、そのスイッチＳＷのオン時間を徐々に長くするように構成してもよい。このように構成する場合、制御部４は、正常に戻った電池モジュール２と他の電池モジュール２との間に流れる還流電流が閾値Ｉｔｈ以下であると判断すると、正常に戻った電池モジュール２に有するスイッチＳＷを常時オンさせる。
【００３４】
また、上記実施形態では、制御部４において、正常に戻った電池モジュール２と他の電池モジュール２との間に流れる還流電流に応じて、スイッチＳＷのオン時間を設定する構成であるが、正常に戻った電池モジュール２と他の電池モジュール２との間の電圧差に応じて、スイッチＳＷのオン時間を設定するように構成してもよい。例えば、制御部４は、正常に戻った電池モジュール２と他の電池モジュール２との間の電圧差と、スイッチＳＷのオン時間との対応関係を示す情報を参照して、正常に戻った電池モジュール２と他の電池モジュール２との間の現在の電圧差に対応するスイッチＳＷのオン時間を取得し、その取得したオン時間を、スイッチＳＷのオン時間として設定するように構成してもよい。
【００３５】
また、上記実施形態では、制御部４において、正常に戻った電池モジュール２と他の電池モジュール２との間の電圧差が閾値ΔＶｔｈよりも大きいと判断すると、または、正常に戻った電池モジュール２と他の電池モジュール２との間に流れる還流電流が閾値Ｉｔｈよりも大きいと判断すると、正常に戻った電池モジュール２と他の電池モジュール２との間に流れる還流電流や正常に戻った電池モジュール２と他の電池モジュール２との間の電圧差に応じて、スイッチＳＷの最初のオン時間を設定する構成であるが、正常に戻った電池モジュール２と他の電池モジュール２との間に流れる還流電流や正常に戻った電池モジュール２と他の電池モジュール２との間の電圧差に応じて、スイッチＳＷのすべてのオン時間をそれぞれ設定するように構成してもよい。
【００３６】
また、劣化する部品として電池モジュール２を構成する電線を含めてもよい。その場合、図４（ｃ）に電線の電流−許容通電時間特性を含めてもよい。
【符号の説明】
【００３７】
１  電池パック
２  電池モジュール
３  記憶部
４  制御部
２１  電流検出部
２２  温度検出部
２３  監視部
Ｌｏ  負荷
Ｂ  電池
ＳＷ  スイッチ
Ｆ  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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