(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列または並列に接続された複数の二次電池(1)と、二次電池(1)の温度を検出する複数の温度検出回路(4)とを備えるバッテリーパックにおいて、
温度検出回路(4)が、電池電圧を第１設定電圧に比較してオンオフにスイッチングされる比較スイッチング回路(6)と、この比較スイッチング回路(6)を介して電池に接続されると共に電池に接近して配設される温度検出素子(5)とを備え、
電池電圧が第１設定電圧よりも高くなると、比較スイッチング回路(6)がオンになって温度検出素子(5)を電池に接続して、電池で温度検出素子(5)を加熱することを特徴とするバッテリーパック。
【請求項２】
直列または並列に接続された複数の二次電池(1)と、二次電池(1)の温度を検出する複数の温度検出回路(4)と、温度検出回路(4)からの信号で二次電池(1)に流れる電流を遮断する電流遮断スイッチ(8)を制御する制御回路(7)とを備えるバッテリーパックにおいて、
温度検出回路(4)が、電池電圧を第１設定電圧に比較してオンオフにスイッチングされる比較スイッチング回路(6)と、この比較スイッチング回路(6)を介して電池に接続されると共に電池に接近して配設される温度検出素子(5)とを備え、
電池電圧が第１設定電圧よりも高くなると、比較スイッチング回路(6)がオンになって温度検出素子(5)を電池に接続して、電池で温度検出素子(5)を加熱することを特徴とするバッテリーパック。
【請求項３】
直列または並列に接続された複数の二次電池(1)と、二次電池(1)の温度を検出する複数の温度検出回路(4)とを備えるバッテリーパックにおいて、
温度検出回路(4)が、電池電圧を第２設定電圧に比較してオンオフにスイッチングされる比較スイッチング回路(6)と、この比較スイッチング回路(6)を介して電池に接続されると共に電池に接近して配設される温度検出素子(5)とを備え、
電池電圧が第２設定電圧よりも低くなると、比較スイッチング回路(6)がオンになって温度検出素子(5)を電池に接続して、電池で温度検出素子(5)を加熱することを特徴とするバッテリーパック。
【請求項４】
直列または並列に接続された複数の二次電池(1)と、二次電池(1)の温度を検出する複数の温度検出回路(4)と、温度検出回路(4)からの信号で二次電池(1)に流れる電流を遮断する電流遮断スイッチ(8)を制御する制御回路(7)とを備えるバッテリーパックにおいて、
温度検出回路(4)が、電池電圧を第２設定電圧に比較してオンオフにスイッチングされる比較スイッチング回路(6)と、この比較スイッチング回路(6)を介して電池に接続されると共に電池に接近して配設される温度検出素子(5)とを備え、
電池電圧が第２設定電圧よりも低くなると、比較スイッチング回路(6)がオンになって温度検出素子(5)を電池に接続して、電池で温度検出素子(5)を加熱することを特徴とするバッテリーパック。
【請求項５】
直列または並列に接続された複数の二次電池(1)と、二次電池(1)の温度を検出する複数の温度検出回路(4)とを備えるバッテリーパックにおいて、
温度検出回路(4)が、電池温度を設定温度に比較してオンオフにスイッチングされる比較スイッチング回路(6)と、この比較スイッチング回路(6)を介して電池に接続されると共に電池に接近して配設される温度検出素子(5)とを備え、
電池温度が設定温度よりも高くなると、比較スイッチング回路(6)がオンになって温度検出素子(5)を電池に接続して、電池で温度検出素子(5)を加熱することを特徴とするバッテリーパック。
【請求項６】
直列または並列に接続された複数の二次電池(1)と、二次電池(1)の温度を検出する複数の温度検出回路(4)とを備えるバッテリーパックにおいて、
温度検出回路(4)が、電池電圧を第１設定電圧に比較すると共に、電池温度を設定温度に比較してオンオフにスイッチングされる比較スイッチング回路(6)と、この比較スイッチング回路(6)を介して電池に接続されると共に電池に接近して配設される温度検出素子(5)とを備え、
電池電圧が第１設定電圧よりも高くなり、あるいは電池温度が設定温度よりも高くなると、比較スイッチング回路(6)がオンになって温度検出素子(5)を電池に接続して、電池で温度検出素子(5)を加熱することを特徴とするバッテリーパック。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として、自動車を走行させるモーターを駆動する電池の保護回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車を走行させるモーターを駆動するバッテリーパックは、極めて過酷な温度環境で使用される。バッテリーパックを配設している車内温度が大幅に変動し、さらに、自動車を走行させるために極めて大きな電流が流れ、さらに電流が自動車の走行状態によって大幅に変動するからである。バッテリーパックは、異常な高温で使用すると性能が低下する。また、温度が高くなると自己放電が激しくなって発熱する。温度が非常に高い環境にあって、さらに発熱量が多くなると、バッテリーパックは熱暴走して発煙するなど、周囲環境に多大な弊害を及ぼす。とくに、自動車を走行させるモーターを駆動するバッテリーパックは、大容量の電池を多数に使用しているので、発熱量が極めて大きく、熱暴走する確率が高くなる。
【０００３】
バッテリーパックの温度に対する保護回路として、図１に示すように温度センサー１２が使用される。温度センサー１２は、各々の二次電池１の表面に固定される。温度センサー１２には、例えば、温度が設定温度よりも高くなると、電気抵抗が急激に上昇するＰＴＣ素子が使用される。各々の電池に固定されるＰＴＣ素子は、図に示すように互いに直列に接続される。いずれかの電池の温度が設定温度よりも高くなると、その電池に固定しているＰＴＣ素子の電気抵抗が著しく大きくなる。したがって、全てのＰＴＣ素子を直列に接続している回路の電気抵抗も著しく高くなり、電池温度が異常に高くなったことが検出される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
以上の構造のバッテリーパックは、全ての電池に温度センサーを固定して、いずれかひとつの電池の温度が異常に高くなったことを検出できる。したがって、温度センサーで電流遮断スイッチを制御して、いずれかの電池温度が設定温度よりも高くなったときに、バッテリーパックの電流を遮断して安全に使用できる。
【０００５】
しかしながら、温度センサーで電池温度を検出して電流を遮断する保護回路は、いずれかの電池が異常な状態で使用されるときに、このことを速やかに検出するのが極めて難しい。それは、図２に示すように、ＰＴＣ素子の電気抵抗が電池の温度上昇に対してゆっくりと上昇するからである。さらに、従来の保護回路では、電池の表面に付着した温度センサーが電池の表面から少しでも離れると、電池の異常を正確に検出できなくなった。
【０００６】
本発明は、さらにこの欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、電池の異常を速やかに検出してより安全な状態で使用できるバッテリーパックを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のバッテリーパックは、直列または並列に接続された複数の二次電池１と、二次電池１の温度を検出する複数の温度検出回路４とを備える。温度検出回路４は、電池電圧を第１設定電圧に比較してオンオフにスイッチングされる比較スイッチング回路６と、この比較スイッチング回路６を介して電池に接続されると共に電池に接近して配設される温度検出素子５とを備える。電池電圧が第１設定電圧よりも高くなると、比較スイッチング回路６がオンになって温度検出素子５を電池に接続して、電池で温度検出素子５を加熱するようにしている。
【０００８】
本発明の請求項２のバッテリーパックは、直列または並列に接続された複数の二次電池１と、二次電池１の温度を検出する複数の温度検出回路４と、温度検出回路４からの信号で二次電池１に流れる電流を遮断する電流遮断スイッチ８を制御する制御回路７とを備える。温度検出回路４は、電池電圧を第１設定電圧に比較してオンオフにスイッチングされる比較スイッチング回路６と、この比較スイッチング回路６を介して電池に接続されると共に電池に接近して配設される温度検出素子５とを備える。電池電圧が第１設定電圧よりも高くなると、比較スイッチング回路６がオンになって温度検出素子５を電池に接続して、電池で温度検出素子５を加熱するようにしている。
【０００９】
本発明の請求項３のバッテリーパックは、直列または並列に接続された複数の二次電池１と、二次電池１の温度を検出する複数の温度検出回路４とを備える。温度検出回路４は、電池電圧を第２設定電圧に比較してオンオフにスイッチングされる比較スイッチング回路６と、この比較スイッチング回路６を介して電池に接続されると共に電池に接近して配設される温度検出素子５とを備える。電池電圧が第２設定電圧よりも低くなると、比較スイッチング回路６がオンになって温度検出素子５を電池に接続して、電池で温度検出素子５を加熱するようにしている。
【００１０】
本発明の請求項４のバッテリーパックは、直列または並列に接続された複数の二次電池１と、二次電池１の温度を検出する複数の温度検出回路４と、温度検出回路４からの信号で二次電池１に流れる電流を遮断する電流遮断スイッチ８を制御する制御回路７とを備える。温度検出回路４は、電池電圧を第２設定電圧に比較してオンオフにスイッチングされる比較スイッチング回路６と、この比較スイッチング回路６を介して電池に接続されると共に電池に接近して配設される温度検出素子５とを備える。電池電圧が第２設定電圧よりも低くなると、比較スイッチング回路６がオンになって温度検出素子５を電池に接続して、電池で温度検出素子５を加熱するようにしている。
【００１１】
さらに、本発明の請求項５のバッテリーパックは、直列または並列に接続された複数の二次電池１と、二次電池１の温度を検出する複数の温度検出回路４とを備える。温度検出回路４は、電池温度を設定温度に比較してオンオフにスイッチングされる比較スイッチング回路６と、この比較スイッチング回路６を介して電池に接続されると共に電池に接近して配設される温度検出素子５とを備える。このバッテリーパックは、電池温度が設定温度よりも高くなると、比較スイッチング回路６がオンになって温度検出素子５を電池に接続して、電池で温度検出素子５を加熱する。
【００１２】
本発明の請求項６のバッテリーパックは、直列または並列に接続された複数の二次電池１と、二次電池１の温度を検出する複数の温度検出回路４とを備える。温度検出回路４は、電池電圧を第１設定電圧に比較すると共に、電池温度を設定温度に比較してオンオフにスイッチングされる比較スイッチング回路６と、この比較スイッチング回路６を介して電池に接続されると共に電池に接近して配設される温度検出素子５とを備える。このバッテリーパックは、電池電圧が第１設定電圧よりも高くなり、あるいは電池温度が設定温度よりも高くなると、比較スイッチング回路６がオンになって温度検出素子５を電池に接続して、電池で温度検出素子５を加熱する。
【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パックを例示するものであって、本発明はバッテリーパック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３は、自動車を走行させるモーター１０を駆動し、さらに、自動車のエンジンで駆動される発電機１１で充電されるハイブリッドカーに使用されるバッテリーパックを例示する。ただ、本発明のバッテリーパックは、ハイブリッドカー等の自動車以外に使用されるものであって、用途を自動車用には特定しない。
【００１６】
図３のバッテリーパックは、複数の二次電池１と、電池の保護回路２を備える。二次電池１は、ニッケル−水素電池、ニッケル−カドミウム電池、リチウムイオン二次電池等の充電できる全ての電池が使用できるが、ハイブリッドカー用としては、重量と充電容量とコストからニッケル−水素電池やリチウムイオン二次電池が使用される。複数の二次電池１は、出力電圧を高くするために直列に接続される。ハイブリッドカー用のバッテリーパックは、１００〜３００個の二次電池１を直列に接続している。ただ、バッテリーパックは、複数の二次電池を並列に接続して、最大放電電流および充電電流を大きくすることもできる。
【００１７】
図に示すバッテリーパックは、複数の二次電池１を直列に連結して電池ユニット３とし、複数の電池ユニット３を直列または並列に接続してケース（図示せず）に収納して組み立てられる。この図のバッテリーパックは、各々の電池ユニット３にひとつの温度検出素子５を設けて、電池ユニット３の温度を検出している。この構造のバッテリーパックは、温度検出素子５の数を少なくできる。ただ、全ての電池の表面に温度検出素子を固定することもできる。
【００１８】
保護回路２は、複数の二次電池１の温度を検出する、複数の温度検出回路４を備える。各々の温度検出回路４は、比較スイッチング回路６と、この比較スイッチング回路６で通電されると共に、電池温度を検出する温度検出素子５とを備える。
【００１９】
比較スイッチング回路６は、電池電圧と電池温度の一方または両方を検出してオンオフに切り換えられるスイッチング素子を内蔵している。電池電圧を検出してオンオフに切り換えられる比較スイッチング回路６は、電池電圧を第１設定電圧と第２設定電圧に比較し、第１設定電圧よりも高く、あるいは第２設定電圧よりも低いときにオフからオンにスイッチングされ、その他のときにはオフに保持される。
【００２０】
電池電圧が第１設定電圧よりも高いときにスイッチング素子がオンになるのは、電池の過充電を防止するためである。また、電池電圧が第２設定電圧よりも低いときにオンにするのは、電池の過放電を防止するためである。したがって、第１設定電圧は電池を過充電しない電圧に設定し、第２設定電圧は電池を過放電しない電圧に設定する。
【００２１】
図の比較スイッチング回路６は、各々の電池ユニット３の電圧を検出してスイッチング素子をオンオフに制御する。バッテリーパックが、電池ユニット３をひとつのユニットとして、電池温度と電池電圧を検出しているからである。全ての電池に温度検出素子を固定して、各々の電池温度を別々に検出するバッテリーパックは、比較スイッチング回路でもって全ての電池の電圧を検出して、スイッチング素子を制御する。
【００２２】
電池温度を検出してオンオフに切り換えられる比較スイッチング回路６は、電池温度を設定温度に比較して、電池温度が設定温度よりも高いときに、オフからオンにスイッチングされ、その他のときにはオフに保持される。電池温度を検出してオンオフに切り換えられる比較スイッチング回路６は、温度検出素子５から温度信号が入力される。ただ、電池温度を検出する比較スイッチング回路は、温度検出素子とは別に、電池温度を検出する専用の温度センサーを電池の表面に設けて電池温度を検出することもできる。
【００２３】
電池電圧と電池温度の両方を検出してオンオフに切り換えられる比較スイッチング回路６は、電池電圧を第１設定電圧に比較すると共に、電池温度を設定温度に比較し、いずれか一方が高いときにオフからオンにスイッチングされて、その他のときにはオフに保持される。
【００２４】
電池温度が設定温度よりも高いときにスイッチング素子をオンにするのは、電池が異常な高温になって危険な状態となり、また、電池性能が低下するのを防止するためである。
【００２５】
図の比較スイッチング回路６は、各々の電池ユニット３の温度を検出してスイッチング素子をオンオフに制御する。バッテリーパックが、電池ユニット３をひとつのユニットとして、電池温度を検出しているからである。全ての電池に温度検出素子を固定して、各々の電池温度を別々に検出するバッテリーパックは、比較スイッチング回路でもって全ての電池の温度を検出して、スイッチング素子を制御する。
【００２６】
温度検出素子５は、比較スイッチング回路６を介して電池に接続され、かつ、電池に接近して配設される。温度検出素子５は、電池に接続して通電されると、ジュール熱で発熱するヒータを内蔵している。このヒータは、比較スイッチング回路６のスイッチング素子を介して電池に接続され、スイッチング素子がオンになると、通電されてジュール熱を発生する。さらに、温度検出素子５は、電池温度とジュール熱とで加温されて、温度によって電気抵抗が変化する感熱部も内蔵している。感熱部はＰＴＣ素子、温度ヒューズ、サーミスタ等が使用できる。ただし、感熱部には、温度によって電気抵抗が変化する全てのものが使用できる。
【００２７】
温度検出素子５の感熱部は、電池の温度を検出して電気抵抗を変化させる。したがって、温度検出素子５は、できるかぎり電池の表面に接触して固定される。温度検出素子５は接着して電池表面に固定され、あるいは、電池表面に被覆される熱収縮チューブを介して電池表面に密着して固定される。ただ、温度検出素子５は、電池の表面に直接には接触しないで接近して配設することもできる。電池ユニット３の温度を検出する温度検出素子５は、電池ユニット３のいずれか、好ましくはほぼ中央部の電池に固定される。
【００２８】
図のバッテリーパックは、温度検出素子５を制御回路７に接続している。温度検出素子５は、電池が異常であることを示す異常信号を制御回路７に入力する。図の制御回路７は、バッテリーパックの電流遮断スイッチ８と、バッテリーパックを強制冷却するファンモーター９を制御する。制御回路７は、温度検出素子５から異常信号が入力されるときに、電流遮断スイッチ８をオフに切り換え、バッテリーパックの電流を遮断して、電池の過充電と過放電を防止する。さらに、図の制御回路７は、ファンモーター９をも制御して、温度検出素子５から異常信号が入力されるときに、ファンモーター９を運転して、電池を強制的に冷却する。ただし、電池電圧が第２設定電圧よりも低いときには、ファンモーター９は回転させない。電池の過放電を防止するためである。
【００２９】
以上のバッテリーパックは、電池電圧が第１設定電圧よりも高いときと、第２設定電圧よりも低いとき、さらに電池温度が設定温度よりも高いときに、温度検出素子５のヒータに通電してジュール熱で加熱する。したがって、電池の過充電と過放電の両方を防止できる。ただ、本発明のバッテリーパックは、比較スイッチング回路でもって、電池電圧が第１設定電圧よりも高いかどうかのみを検出し、あるいは第２設定電圧よりも低いかどうかのみを検出し、さらに電池温度が設定温度よりも高いかどうかのみを検出することもできる。電池電圧を第１設定電圧のみに比較するバッテリーパックは、電池の過充電を有効に防止できる。また、電池電圧を第２設定電圧のみに比較するバッテリーパックは、電池の過放電のみを防止できる。電池温度を設定温度に比較するバッテリーパックは、電池が異常な高温に加熱されるのを防止できる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明のバッテリーパックは、電池の異常を速やかに検出して、より安全な状態で使用できる特長がある。それは、本発明のバッテリーパックが、温度検出素子で電池温度を検出することに加えて、電池電圧が異常な電圧になり、あるいは電池温度が設定温度よりも高くなると温度検出素子に通電して強制的に加熱するからである。通電して加熱される温度検出素子は、図４に示すように、電池電圧や温度が、設定電圧や設定温度を越えると速やかに抵抗が上昇する。このため、電池電圧が異常な状態になることが、温度検出素子でもって速やかに検出される。
【００３１】
さらに、本発明のバッテリーパックは、温度検出素子でもって、電池温度の異常に加えて、電池電圧の異常も検出するので、簡単な検出回路でもって、温度と電圧異常の両方を検出して、安全な領域で使用できる特長も実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のバッテリーパックの二次電池に温度センサーを固定した状態を示す斜視図
【図２】従来のバッテリーパックの温度センサーの電池温度と電気抵抗の関係を示すグラフ
【図３】本発明の実施例のバッテリーパックの回路構成を示すブロック線図
【図４】本発明の実施例のバッテリーパックの温度検出素子の電池電圧または電池温度と電気抵抗の関係を示すグラフ
【符号の説明】
１…二次電池
２…保護回路
３…電池ユニット
４…温度検出回路
５…温度検出素子
６…比較スイッチング回路
７…制御回路
８…電流遮断スイッチ
９…ファンモーター
１０…モーター
１１…発電機
１２…温度センサー
【図１】
0003813394.tif 000002
【図２】
0003813394.tif 000003
【図３】
0003813394.tif 000004
【図４】
0003813394.tif 000005