(57)【要約】２次電池回路(100)は、セル(111)を有する２次電池パック(110)と、２次電池パック(110)に給電する給電部(121)又は２次電池パック(110)から給電される負荷(122)と、２次電池パック(110)と給電部(121)又は負荷(122)とを直列に接続するパワーライン(130)とを備える。２次電池回路(100)は、パワーライン(130)に直列に接続され、パワーライン(130)の電流を遮断する第１電流遮断デバイス(140)と、セル(111)の温度上昇に伴い、セル(111)の出力電流を遮断する第２電流遮断デバイス(112)とを有する。
2020136862.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セルを有する２次電池パックと、  前記２次電池パックに給電する給電部又は前記２次電池パックから給電される負荷と、  前記２次電池パックと前記給電部又は前記負荷とを直列に接続するパワーラインとを備えた２次電池回路であって、  前記パワーラインに直列に接続され、前記パワーラインの電流を遮断する第１電流遮断デバイスと、  前記セルの温度上昇に伴い、該セルの出力電流を遮断する第２電流遮断デバイスとを有することを特徴とする、２次電池回路。
【請求項２】
前記第２電流遮断デバイスは、    固定接点と、    弾性変形する弾性部と該弾性部の先端部に可動接点とを有し、前記可動接点を前記固定接点に押圧して接触させる可動片と、    前記セルの温度上昇に伴って変形することにより、前記可動片の状態を前記可動接点が前記固定接点に接触する導通状態から前記可動接点が前記固定接点から離隔する遮断状態に移行させる熱応動素子とを有する、請求項１記載の２次電池回路。
【請求項３】
前記給電部又は前記負荷は、モータージェネレーターを含む、請求項１又は２に記載の２次電池回路。
【請求項４】
前記第１電流遮断デバイスの動作を制御する制御部を含む、請求項１乃至３のいずれかに記載の２次電池回路。
【請求項５】
前記制御部は、前記２次電池パックの両端電圧に基づいて、前記第１電流遮断デバイスの動作を制御する、請求項４記載の２次電池回路。
【請求項６】
前記制御部は、前記第２電流遮断デバイスが前記セルの出力電流を遮断することに伴って変動する前記両端電圧を検出する、請求項５記載の２次電池回路。
【請求項７】
前記制御部は、前記パワーラインの電流に基づいて、前記第１電流遮断デバイスの動作を制御する、請求項４記載の２次電池回路。
【請求項８】
前記制御部は、前記第２電流遮断デバイスが前記セルの出力電流を遮断することに伴って変動する前記電流を検出する、請求項７記載の２次電池回路。
【請求項９】
セルを有する２次電池パックと、  前記２次電池パックに給電する給電部又は前記２次電池パックから給電される負荷と、  前記２次電池パックと前記給電部又は前記負荷とを直列に接続するパワーラインと、  前記パワーラインに直列に接続され、前記パワーラインの電流を遮断する電流遮断デバイスとを備えた２次電池回路の制御方法であって、  前記２次電池パックの両端電圧を検出する第１ステップと、  前記セルの温度上昇に伴い、該セルの出力電流を遮断する第２ステップと、  前記両端電圧の変動を検出する第３ステップと、  前記第３ステップにて検出された前記変動に基づいて、前記電流遮断デバイスを動作させる第４ステップとを含むことを特徴とする、２次電池回路の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、電気機器及び自動車の電源に用いて好適な２次電池回路等に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  従来、各種電気機器及び自動車の電源回路として、繰り返し充電可能な２次電池パックを含む２次電池回路が採用されている。例えば、特許文献1には、電気自動車の走行モーターに電力を供給するバッテリと、バッテリの電力を走行モーターへ供給又は遮断するメインリレーとを備えた回路が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２１５３６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  上記メインリレーには、例えば、コンタクタと称されるデバイスが適用される。コンタクタは、制御回路から入力される信号に応じて、２次電池回路のパワーラインの電流を遮断する。これにより、２次電池回路及び走行モーター等の負荷が過電流から保護される。【０００５】  近年では、２次電池パックの急速充電及び負荷の高出力化が進展し、パワーラインの電流は増加する傾向にある。このため、より安全性の高い２次電池回路が要望されている。【０００６】  本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、簡素な構成で、より一層安全性を高めた２次電池回路を提供することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】  本発明は、セルを有する２次電池パックと、前記２次電池パックに給電する給電部又は前記２次電池パックから給電される負荷と、前記２次電池パックと前記給電部又は前記負荷とを直列に接続するパワーラインとを備えた２次電池回路であって、前記パワーラインに直列に接続され、前記パワーラインの電流を遮断する第１電流遮断デバイスと、前記セルの温度上昇に伴い、該セルの出力電流を遮断する第２電流遮断デバイスとを有することを特徴とする。【０００８】  本発明に係る前記２次電池回路において、前記第２電流遮断デバイスは、固定接点と、弾性変形する弾性部と該弾性部の先端部に可動接点とを有し、前記可動接点を前記固定接点に押圧して接触させる可動片と、 前記セルの温度上昇に伴って変形することにより、前記可動片の状態を前記可動接点が前記固定接点に接触する導通状態から前記可動接点が前記固定接点から離隔する遮断状態に移行させる熱応動素子とを有する、ことが望ましい。【０００９】  本発明に係る前記２次電池回路において、前記給電部又は前記負荷は、モータージェネレーターを含む、ことが望ましい。【００１０】  本発明に係る前記２次電池回路において、前記第１電流遮断デバイスの動作を制御する制御部を含む、ことが望ましい。【００１１】  本発明に係る前記２次電池回路において、前記制御部は、前記２次電池パックの両端電圧に基づいて、前記第１電流遮断デバイスの動作を制御する、ことが望ましい。【００１２】  本発明に係る前記２次電池回路において、前記制御部は、前記第２電流遮断デバイスが前記セルの出力電流を遮断することに伴って変動する前記両端電圧を検出する、ことが望ましい。【００１３】  本発明に係る前記２次電池回路において、前記パワーラインの電流に基づいて、前記第１電流遮断デバイスの動作を制御する、ことが望ましい。【００１４】  本発明に係る前記２次電池回路において、前記制御部は、前記第２電流遮断デバイスが前記セルの出力電流を遮断することに伴って変動する前記電流を検出する、ことが望ましい。【００１５】  また、本発明は、セルを有する２次電池パックと、前記２次電池パックに給電する給電部又は前記２次電池パックから給電される負荷と、前記２次電池パックと前記給電部又は前記負荷とを直列に接続するパワーラインと、前記パワーラインに直列に接続され、前記パワーラインの電流を遮断する電流遮断デバイスとを備えた２次電池回路の制御方法であって、前記２次電池パックの両端電圧を検出する第１ステップと、前記セルの温度上昇に伴い、該セルの出力電流を遮断する第２ステップと、前記両端電圧の変動を検出する第３ステップと、前記第３ステップにて検出された前記変動に基づいて、前記電流遮断デバイスを動作させる第４ステップとを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】  本発明の２次電池回路は、前記パワーラインに直列に接続され、前記パワーラインの電流を遮断する前記第１電流遮断デバイスと、前記セルの温度上昇に伴い、該セルの出力電流を遮断する前記第２電流遮断デバイスとを有する。前記第２電流遮断デバイスは、前記セルの温度上昇を検出するための温度センサーとしての機能と、単独で前記セルの出力電流を遮断する機能とを併せ持つことになる。【００１７】  従って、本発明の２次電池回路によれば、簡素な構成で、前記２次電池回路の安全性が高められる。例えば、前記２次電池パックの前記両端電圧等に異常が認められず、前記第１電流遮断デバイスが動作しない状況で、何らかの事情により前記セルが過熱した場合であっても、前記第２電流遮断デバイスが動作することにより、当該セルの過熱が停止される。さらに、前記第２電流遮断デバイスの動作に伴い、前記パワーラインの抵抗が増大すると、前記第１電流遮断デバイスを動作させることによって前記２次電池パック及び負荷を保護することも可能となる。【００１８】  本発明の２次電池回路の制御方法は、前記第１ステップにおいて前記２次電池パックの両端電圧を検出し、前記第２ステップにおいて前記セルの温度上昇に伴い、該セルの出力電流を遮断する。前記第２ステップで前記セルの前記出力電流を遮断することにより変動する前記２次電池パックの前記両端電圧は、前記第３ステップにて検出され、前記第４ステップでは、その検出された前記変動に基づいて、前記電流遮断デバイスを動作させる。これにより、前記第２ステップで前記セルの前記出力電流が遮断され、その後、さらに前記第４ステップで前記電流遮断デバイスが動作する。従って、簡素な構成で、前記２次電池回路の安全性が高められる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態による２次電池回路の回路図。
【図２】本発明の一実施形態によるブレーカーの概略構成を示す組み立て前の斜視図。
【図３】通常の充電又は放電状態における上記ブレーカーを示す断面図。
【図４】過充電状態又は異常時などにおける上記ブレーカーを示す断面図。
【図５】本発明の２次電池回路の制御方法の手順を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２０】  図１は、本発明の一実施形態による２次電池回路１００を示している。本実施形態での２次電池回路１００は、モーターにて走行可能な自動車に適用される回路である。２次電池回路１００は、２次電池パック１１０と、モータージェネレーター１２０と、パワーライン１３０とを備えている。
【００２１】  ２次電池パック１１０は、電荷を蓄えるセル１１１を有している。本実施形態の２次電池パック１１０は、複数のセル１１１を有している。各セル１１１は、直列に接続されている。なお、各セル１１１は、並列（並列かつ直列）に接続されていてもよい。また、セル１１１は単数であってもよい。
【００２２】  モータージェネレーター１２０は、２次電池回路１００において、２次電池パック１１０に給電を行う給電部１２１及び２次電池パック１１０から給電を受ける負荷１２２として機能する。モータージェネレーター１２０は、車両の運動エネルギーを電気エネルギーに変換することにより発電し、２次電池パック１１０を充電する。モータージェネレーター１２０は、２次電池パック１１０の放電に伴い供給された電気エネルギーを運動エネルギーに変換し、車両を走行させる。
【００２３】  給電部１２１及び負荷１２２は、２次電池回路１００において別々に設けられた構成であってもよく、一方のみが設けられた構成であってもよい。また、負荷１２２は、走行用のモーター以外のデバイス、例えば、液状ディスプレイのような画像表示装置等であってもよい。
【００２４】  パワーライン１３０は、２次電池パック１１０と、モータージェネレーター１２０とを直列に接続する。２次電池パック１１０の充放電は、パワーライン１３０を介してなされる。パワーライン１３０は、給電部１２１及び負荷１２２の数に応じて複数設けられていてもよい。
【００２５】  パワーライン１３０には、第１電流遮断デバイス１４０が設けられている。第１電流遮断デバイス１４０は、パワーライン１３０に直列に接続され、２次電池回路１００の異常時に、パワーライン１３０の電流を遮断する。第１電流遮断デバイス１４０は、２次電池回路１００の異常から、モータージェネレーター１２０及びパワーライン１３０等を保護する。
【００２６】  第１電流遮断デバイス１４０には、コンタクタ１４１等のデバイスが適用される。コンタクタ１４１は、例えば、コイル等が発生する電磁力を用いてスイッチ（接点）を開閉する。コンタクタ１４１内のスイッチが開くと、パワーライン１３０の電流が遮断される。これにより、２次電池回路１００の異常から、２次電池パック１１０、モータージェネレーター１２０及びパワーライン１３０等が保護される。
【００２７】  本２次電池回路１００は、２次電池パック１１０に第２電流遮断デバイス１１２を有している。本実施形態では、各セル１１１に１個の第２電流遮断デバイス１１２が配されている。第２電流遮断デバイス１１２は、各セル１１１に隣接して設けられ、かつ、その隣接する各セル１１１とは直列に接続されている。複数のセル１１１につき１個の第２電流遮断デバイス１１２が配されていてもよい。
【００２８】  第２電流遮断デバイス１１２は、各セル１１１の温度上昇に伴い、該セル１１１の出力電流を遮断する。これにより、第２電流遮断デバイス１１２は、各セル１１１の温度上昇を検出するための温度センサーとしての機能と、単独でセル１１１の出力電流を遮断する機能とを併せ持つことになる。
【００２９】  本発明の２次電池回路１００によれば、簡素な構成で、２次電池回路１００の安全性が高められる。例えば、２次電池パック１１０の両端電圧に異常が認められず、第１電流遮断デバイス１４０が動作しない状況で、何らかの事情によりいずれかのセル１１１が過熱した場合であっても、第２電流遮断デバイス１１２が動作することにより、当該セル１１１の過熱が停止される。さらに、第２電流遮断デバイス１１２の動作に伴い、パワーライン１３０の抵抗が増大すると、第１電流遮断デバイス１４０が動作することによって２次電池パック１１０、モータージェネレーター１２０及びパワーライン１３０を保護することも可能となる。
【００３０】  本実施形態の第２電流遮断デバイス１１２には、温度上昇に反応し、瞬時に電流を遮断できる素子として、ブレーカー１が適用されている。
【００３１】  図２乃至図４は、ブレーカー１の構成を示している。ブレーカー１は、電気機器等に実装され、過度な温度上昇又は過電流から電気機器を保護する。
【００３２】  ブレーカー１は、固定接点２１を有する固定片２と、先端部に可動接点４１を有する可動片４と、温度変化に伴って変形する熱応動素子５と、固定片２、可動片４及び熱応動素子５を収容するケース１０等によって構成されている。ケース１０は、ケース本体（第１ケース）７とケース本体７の上面に装着される蓋部材（第２ケース）８等によって構成されている。
【００３３】  固定片２には、ケース１０から露出する端子２２が形成されている。ケース１０から露出する可動片４には、端子４２が形成されている。
【００３４】  固定片２は、例えば、銅等を主成分とする板状の金属材料（この他、銅−チタニウム合金、洋白、黄銅などの金属板）をプレス加工することにより形成されている。固定片２は、端子２２をケース本体７の外側に露出させた状態で、ケース本体７にインサート成形により埋め込まれ、ケース本体７に収容されている。
【００３５】  固定接点２１は、銀、ニッケル、ニッケル−銀合金の他、銅−銀合金、金−銀合金などの導電性の良い材料のクラッド、メッキ又は塗布等により可動接点４１に対向する位置に形成され、ケース本体７の内部に形成されている開口７３ａの一部から露出されている。
【００３６】  端子２２は、固定片２の一端に形成されている。端子２２はケース本体７の端縁の側壁から外側に突出している。端子２２は、２次電池回路１００のパワーライン１３０と電気的に接続される。
【００３７】  本出願においては、特に断りのない限り、固定片２において、固定接点２１が形成されている側の面（すなわち図２において上側の面）をＡ面、その反対側の面をＢ面として説明している。固定接点２１から可動接点４１に向く方向を第１方向と、第１方向とは反対の方向を第２方向とそれぞれ定義した場合、Ａ面は第１方向を向き、Ｂ面は第２方向を向く。他の部品、例えば、可動片４及び熱応動素子５等についても同様である。
【００３８】  可動片４は、銅等を主成分とする板状の金属材料をプレス加工することにより、長手方向の中心線に対して対称なアーム状に形成されている。
【００３９】  可動片４の長手方向の先端部には、可動接点４１が形成されている。可動接点４１は、例えば、固定接点２１と同等の材料によって形成され、溶接の他、クラッド、かしめ（crimping）等の手法によって可動片４の先端部に接合されている。
【００４０】  可動片４の長手方向の他端部には、２次電池回路１００のパワーライン１３０と電気的に接続される端子４２が形成されている。端子４２はケース本体７の端縁の側壁から外側に突出している。端子２２及び端子４２のうち、いずれか一方がセル１１１の正極と接続され、他方が第１電流遮断デバイス１４０側のパワーライン１３０又はセル１１１の負極と接続される。
【００４１】  可動片４は、可動接点４１と端子４２の間に、当接部４３及び弾性部４４を有している。当接部４３は、端子４２と弾性部４４との間でケース本体７及び蓋部材８と当接する。当接部４３は、可動片４の短手方向に翼状に突出する突出部４３ａを有する。突出部４３ａが設けられていることにより、当接部４３が幅広く大きな領域でケース本体７及び蓋部材８によって挟み込まれ、可動片４がケース１０に対して強固に固定される。
【００４２】  弾性部４４は、当接部４３から可動接点４１の側に延出されている。可動片４は、弾性部４４の基端側の当接部４３で、ケース１０によって片持ち支持され、その状態で弾性部４４が弾性変形することにより、弾性部４４の先端部に形成されている可動接点４１が固定接点２１の側に押圧されて接触し、固定片２と可動片４とが通電可能となる。
【００４３】  可動片４は、弾性部４４において、プレス加工により湾曲又は屈曲されている。湾曲又は屈曲の度合いは、熱応動素子５を収納できる限り特に限定はなく、動作温度及び復帰温度における弾性力、可動接点４１の押圧力などを考慮して適宜設定すればよい。また、弾性部４４のＢ面には、熱応動素子５に対向して一対の突起４４ａ，４４ｂが形成されている。突起４４ａは、基端側で熱応動素子５に向って突出し、遮断状態で熱応動素子５と当接する。突起４４ｂは、突起４４ａよりも先端側（すなわち可動接点４１側）で熱応動素子５に向って突出し、遮断状態で熱応動素子５と当接する。過熱により熱応動素子５が変形すると、熱応動素子５が突起４４ａ及び突起４４ｂと当接し、熱応動素子５の変形が突起４４ａ及び突起４４ｂを介して弾性部４４に伝達され、可動片４の先端部が押し上げられる（図４参照）。
【００４４】  熱応動素子５は、可動片４の状態を可動接点４１が固定接点２１に接触する導通状態から可動接点４１が固定接点２１から離隔する遮断状態に移行させる。熱応動素子５は、断面が円弧状に湾曲した初期形状をなし、熱膨張率の異なる薄板材を積層することにより、板状に形成されている。過熱により動作温度に達すると、熱応動素子５の湾曲形状は、スナップモーションを伴って逆反りし、冷却により復帰温度を下回ると復元する。熱応動素子５の初期形状は、プレス加工により形成することができる。所期の温度で熱応動素子５の逆反り動作により可動片４の弾性部４４が押し上げられ、かつ弾性部４４の弾性力により元に戻る限り、熱応動素子５の材質及び形状は特に限定されるものでないが、生産性及び逆反り動作の効率性の観点から矩形状が望ましい。
【００４５】  熱応動素子５の材料としては、洋白、黄銅、ステンレス鋼等の各種の合金からなる熱膨張率が異なる２種類の板状の金属材料を積層したものが、所要条件に応じて組み合わせて使用される。例えば、安定した動作温度及び復帰温度が得られる熱応動素子５の材料としては、高膨脹側に銅−ニッケル−マンガン合金、低膨脹側に鉄−ニッケル合金を組み合わせたものが望ましい。また、化学的安定性の観点からさらに望ましい材料として、高膨脹側に鉄−ニッケル−クロム合金、低膨脹側に鉄−ニッケル合金を組み合わせたものが挙げられる。さらにまた、化学的安定性及び加工性の観点からさらに望ましい材料として、高膨脹側に鉄−ニッケル−クロム合金、低膨脹側に鉄−ニッケル−コバルト合金を組み合わせたものが挙げられる。
【００４６】  ケース１０を構成するケース本体７及び蓋部材８は、難燃性のポリアミド、耐熱性に優れたポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）などの熱可塑性樹脂により成形されている。上述した樹脂と同等以上の特性が得られるのであれば、樹脂以外の材料を適用してもよい。
【００４７】  ケース本体７には、可動片４、熱応動素子５などを収容するための内部空間である凹部７３が形成されている。凹部７３は、可動片４を収容するための開口７３ａ，７３ｂ、可動片４及び熱応動素子５を収容するための開口７３ｃ等を有している。なお、ケース本体７に組み込まれた可動片４、熱応動素子５の端縁は、凹部７３の内部に形成されている枠によってそれぞれ当接され、熱応動素子５の逆反り時に案内される。
【００４８】  蓋部材８には、銅等を主成分とする金属板又はステンレス鋼等の金属板がインサート成形によって埋め込まれていてもよい。金属板は、可動片４のＡ面と適宜当接し、可動片４の動きを規制すると共に、蓋部材８のひいては筐体としてのケース１０の剛性・強度を高めつつブレーカー１の小型化に貢献する。
【００４９】  図２が示すように、固定片２（固定接点２１）、可動片４（可動接点４１、弾性部４４）及び熱応動素子５等を収容したケース本体７の開口７３ａ、７３ｂ、７３ｃ等を塞ぐように、蓋部材８が、ケース本体７に装着される。ケース本体７と蓋部材８とは、例えば超音波溶着によって接合される。これにより、端子２２及び４２を露出させた状態で、ブレーカー１が組み立てられる。
【００５０】  図３及び４は、ブレーカー１の動作の概略を示している。図３は、通常の充電又は放電状態におけるブレーカー１の動作を示している。通常の充電又は放電状態においては、熱応動素子５は逆反り前の初期形状を維持している。弾性部４４によって可動接点４１が固定接点２１の側に押圧されることにより、可動接点４１と固定接点２１とが接触し、ブレーカー１の固定片２と可動片４とが導通可能な状態とされる。
【００５１】  図３に示されるように、熱応動素子５は、導通状態の可動片４の突起４４ａ及び突起４４ｂと離隔していてもよい。これにより、可動接点４１と固定接点２１との接触圧力が高められ、両者間の接触抵抗が低減される。
【００５２】  図４は、過充電状態又は異常時などにおけるブレーカー１の動作を示している。過充電又は異常により高温状態となると、動作温度に達した熱応動素子５は逆反りして可動片４の弾性部４４と接触し、弾性部４４が押し上げられて固定接点２１と可動接点４１とが離隔する。このとき、固定接点２１と可動接点４１の間を流れていた電流は遮断される。
【００５３】  過充電状態を解除し、又は異常状態を解消すると、熱応動素子５は復帰温度に戻り、元の初期形状に復元する。そして、可動片４の弾性部４４の弾性力によって可動接点４１と固定接点２１とは再び接触し、回路は遮断状態を解かれ、図３に示す導通状態に復帰する。
【００５４】  本実施形態の２次電池回路１００は、第１電流遮断デバイス１４０の動作を制御する制御部１５０を含んでいる。より具体的には、制御部１５０は、コンタクタ１４１のコイル等に供給する電流（すなわち、コンタクタ１４１内のスイッチを開閉するための電流）を制御する。本実施形態では、制御部１５０として、いわゆるＢＭＵ（Battery Management Unit）が適用されている。
【００５５】  制御部１５０は、２次電池パック１１０の両端電圧に基づいて、コンタクタ１４１の動作を制御する。２次電池パック１１０の両端電圧は、電圧検出部１６０によって検出される。電圧検出部１６０は、充電時及び放電時の２次電池パック１１０の両端電圧を検出する。制御部１５０は、電圧検出部１６０によって検出された２次電池パック１１０の両端電圧に基づいて、コンタクタ１４１のコイル等に供給する電流を制御する。
【００５６】  本２次電池回路１００において、２次電池パック１１０の両端電圧は、ブレーカー１がいずれかのセル１１１の出力電流を遮断することに伴って変動する。制御部１５０は、この変動する２次電池パック１１０の両端電圧を検出し、コンタクタ１４１の動作を制御する。例えば、制御部１５０は、２次電池パック１１０の両端電圧を監視して、２次電池パック１１０の両端電圧が予め定められた閾値未満であることを検出した場合、いずれかのセル１１１が過熱により異常であると認定して、コンタクタ１４１をオフ状態とする。これにより、ブレーカー１及びコンタクタ１４１の複数箇所でパワーライン１３０の回路が遮断されるため、２次電池回路１００の安全性がより一層高められる。
【００５７】  また、本２次電池回路１００では、コンタクタ１４１においてパワーライン１３０の回路が遮断されることにより、ブレーカー１の固定接点２１と可動接点４１との間の電位差がゼロになる。これにより、固定接点２１と可動接点４１との間でのアーク等の発生が抑制され、２次電池回路１００の安全性がより一層高められる。
【００５８】  ところで、上記特許文献１に開示されている装置では、バッテリの電圧と温度とを検出し、対応するパルスを出力するデバイスとしてバッテリセンサが設けられている。しかしながら、このバッテリセンサは、異常が生じたセルの出力電流を、バッテリセンサ自身で直接的に遮断できないため、装置の安全性を十分に確保できない虞がある。また、上記バッテリセンサとして、処理能力の高いＩＣが必要とされ、装置のコストアップを招来する。
【００５９】  これに対して、本２次電池回路１００では、第２電流遮断デバイス１１２として適用されるブレーカー１が、各セル１１１の温度上昇を検出するための温度センサーとしての機能と、単独でセル１１１の出力電流を遮断する機能とを併せ持つため、簡素かつ安価な構成で、極めて安全性の高い２次電池回路１００を、容易に実現することが可能となる。
【００６０】  なお、制御部１５０は、パワーライン１３０の電流に基づいて、コンタクタ１４１の動作を制御するように構成されていてもよい。パワーライン１３０の電流は、電流検出部１７０によって検出される。この場合、制御部１５０は、第２電流遮断デバイス１１２がセル１１１の出力電流を遮断することに伴って変動する上記電流を検出する。
【００６１】  例えば、制御部１５０は、パワーライン１３０の電流を監視して、パワーライン１３０の電流が予め定められた下限閾値未満となることを検出した場合、いずれかのセル１１１が過熱により異常であると認定して、コンタクタ１４１をオフ状態とする。これにより、２次電池回路１００の安全性がより一層高められる。また、制御部１５０は、パワーライン１３０の電流を監視して、パワーライン１３０の電流が予め定められた上限閾値を超えることを検出した場合、パワーライン１３０に短絡等の異常が生じていると認定して、コンタクタ１４１をオフ状態とする。これにより、２次電池回路１００の安全性がより一層高められる。
【００６２】  図５は、図１に示される２次電池回路１００の制御方法を示している。本制御方法は、第１ステップＳ１乃至第４ステップＳ４を含んでいる。
【００６３】  第１ステップＳ１では、電圧検出部１６０によって２次電池パック１１０の両端電圧が検出される。検出された電圧は、制御部１５０に入力され、制御部１５０によって監視される。
【００６４】  第２ステップＳ２では、ブレーカー１によってセル１１１の温度上昇が監視される。セル１１１の温度が上昇し、ブレーカー１の熱応動素子５が動作温度に達したとき、ブレーカー１は当該セル１１１の出力電流を遮断する。これに伴い、２次電池パック１１０の両端電圧が降下する。
【００６５】  第３ステップＳ３では、第２ステップＳ２においてブレーカー１がセル１１１の出力電流を遮断することに伴う２次電池パック１１０の両端電圧の変動（電圧降下）が、電圧検出部１６０及び制御部１５０によって検出される。
【００６６】  第４ステップＳ４では、２次電池パック１１０の両端電圧の変動に基づいて、制御部１５０がコンタクタ１４１のコイルに電流を供給し、コンタクタ１４１をオフ状態とする。これにより、ブレーカー１でセル１１１の出力電流が遮断され、かつ、コンタクタ１４１でパワーライン１３０の回路が遮断される。従って、本制御方法では、簡素な構成で、２次電池回路１００の安全性が高められる。
【００６７】  なお、本制御方法は、コンタクタ１４１以外の第１電流遮断デバイス１４０及びブレーカー１以外の第２電流遮断デバイス１１２が適用された２次電池回路にも適用可能である。
【００６８】  以上、本発明の２次電池回路１００等が詳細に説明されたが、本発明は上記の具体的な実施形態に限定されることなく種々の態様に変更して実施される。すなわち、２次電池回路１００は、少なくとも、セル１１１を有する２次電池パック１１０と、２次電池パック１１０に給電する給電部１２１又は２次電池パック１１０から給電される負荷１２２と、２次電池パック１１０と給電部１２１又は負荷１２２とを直列に接続するパワーライン１３０とを備え、パワーライン１３０に直列に接続され、パワーライン１３０の電流を遮断する第１電流遮断デバイス１４０と、セル１１１の温度上昇に伴い、セル１１１の出力電流を遮断する第２電流遮断デバイス１１２とを有していればよい。
【００６９】  例えば、第１電流遮断デバイス１４０には、上記コンタクタ１４１の他、例えば、ヒーター付ヒューズが適用されうる。この場合、制御部１５０は、２次電池パック１１０の両端電圧又はパワーライン１３０の電流に基づいて、ヒーターに電流を供給し、ヒューズを切断するように構成される。
【００７０】  また、第２電流遮断デバイス１１２には、上記ブレーカー１の他、ＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）サーミスターが適用されうる。この場合、セル１１１の温度上昇に伴い、ＰＴＣサーミスターの抵抗値が激増し、セル１１１の出力電流が実質的に遮断される。
【００７１】  また、２次電池回路１００では、電圧検出部１６０又は電流検出部１７０のうち、いずれか一方が設けられる構成であってもよい。
【００７２】  また、本発明は、上述した自動車の電源回路の他、業務用又は家庭用の据置型蓄電システムにも適用可能である。
【００７３】  本実施形態の第２電流遮断デバイス１１２には、一回のみ動作するいわゆるワンショットタイプのブレーカーが適用されてもよい。また、例えば、ＷＯ２０１１／１０５１７５号公報に開示されているような、ＰＴＣサーミスターによる自己保持回路を有する形態のブレーカーであっても適用可能である。
【００７４】  また、本実施形態に適用されるブレーカー１において、可動片４をバイメタル又はトリメタル等の積層金属によって形成することにより、可動片４と熱応動素子５を一体的に形成する構成であってもよい。この場合、ブレーカー１の構成が簡素化されて、２次電池パック１１０の小型化を図ることができる。
【００７５】  また、本実施形態に適用されるブレーカー１において、可動片４は、弾性部４４から端子４２に亘って一体的に形成されているが、このような形態に限られることなく、例えば、特開２０１７−３７７５７号公報に示されるような、可動接点４１の側の可動アームと端子４２の側の端子片とに分離している形態の可動片４が本発明に適用されてもよい。また、可動アームと端子片が溶接等によって固定されていてもよい。この場合において、端子４２の側の端子片は、固定片２等と共にケース本体７にインサート成形されていてもよい。
【符号の説明】
【００７６】４      ：可動片５      ：熱応動素子２１    ：固定接点４１    ：可動接点４４    ：弾性部１００  ：２次電池回路１１０  ：２次電池パック１１１  ：セル１１２  ：第２電流遮断デバイス１２０  ：モータージェネレーター１２１  ：給電部１２２  ：負荷１３０  ：パワーライン１４０  ：第１電流遮断デバイス１５０  ：制御部１６０  ：電圧検出部１７０  ：電流検出部
【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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【手続補正書】
【提出日】令和3年3月30日(2021.3.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のセルを有する２次電池パックと、
前記２次電池パックに給電する給電部又は前記２次電池パックから給電される負荷と、
前記２次電池パックと前記給電部又は前記負荷とを直列に接続するパワーラインとを備えた２次電池回路であって、
前記パワーラインに直列に接続され、前記パワーラインの電流を遮断する第１電流遮断デバイスと、
各セルの温度上昇に伴い、該セルの出力電流を遮断する複数の第２電流遮断デバイスとを有することを特徴とする、２次電池回路。
【請求項２】
前記第２電流遮断デバイスは、
固定接点と、
弾性変形する弾性部と該弾性部の先端部に可動接点とを有し、前記可動接点を前記固定接点に押圧して接触させる可動片と、
前記セルの温度上昇に伴って変形することにより、前記可動片の状態を前記可動接点が前記固定接点に接触する導通状態から前記可動接点が前記固定接点から離隔する遮断状態に移行させる熱応動素子とを有する、請求項１記載の２次電池回路。
【請求項３】
前記給電部又は前記負荷は、モータージェネレーターを含む、請求項１又は２に記載の２次電池回路。
【請求項４】
前記第１電流遮断デバイスの動作を制御する制御部を含む、請求項１乃至３のいずれかに記載の２次電池回路。
【請求項５】
前記制御部は、前記２次電池パックの両端電圧に基づいて、前記第１電流遮断デバイスの動作を制御する、請求項４記載の２次電池回路。
【請求項６】
前記制御部は、前記第２電流遮断デバイスが前記セルの出力電流を遮断することに伴って変動する前記両端電圧を検出する、請求項５記載の２次電池回路。
【請求項７】
前記制御部は、前記パワーラインの電流に基づいて、前記第１電流遮断デバイスの動作を制御する、請求項４記載の２次電池回路。
【請求項８】
前記制御部は、前記第２電流遮断デバイスが前記セルの出力電流を遮断することに伴って変動する前記電流を検出する、請求項７記載の２次電池回路。
【請求項９】
複数のセルを有する２次電池パックと、
前記２次電池パックに給電する給電部又は前記２次電池パックから給電される負荷と、
前記２次電池パックと前記給電部又は前記負荷とを直列に接続するパワーラインと、
前記パワーラインに直列に接続され、前記パワーラインの電流を遮断する電流遮断デバイスとを備えた２次電池回路の制御方法であって、
前記２次電池パックの両端電圧を検出する第１ステップと、
各セルの温度上昇を検出し、温度が上昇したセルの出力電流を遮断する第２ステップと、
前記両端電圧の変動を検出する第３ステップと、
前記第３ステップにて検出された前記変動に基づいて、前記電流遮断デバイスを動作させる第４ステップとを含むことを特徴とする、２次電池回路の制御方法。
【国際調査報告】
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