JP2000123821A

JP2000123821A - 非水電解液二次電池における異常検出・遮断装置

Info

Publication number: JP2000123821A
Application number: JP10288418A
Authority: JP
Inventors: Koji Murai; 剛次村井; Takashi Osaki; 孝大崎
Original assignee: Nikkiso Co Ltd
Current assignee: Nikkiso Co Ltd
Priority date: 1998-10-09
Filing date: 1998-10-09
Publication date: 2000-04-28

Abstract

(57)【要約】【課題】ある二次電池に異常が発生しても、他の正常な
二次電池が連鎖して異常になることを防止し、電気機器
への安定電源確保が可能になる非水電解液二次電池にお
ける異常検出・遮断装置を提供すること。【解決手段】複数の非水電極液二次電池４，５を遮断ス
イッチ８，９，１１，１２を介して並列に電気機器２に
接続するとともに、上記各非水電解液二次電池４，５に
異常を検出する検出器６，７を設け、検出器６が異常を
検出すると対応する非水電解液二次電池４に接続した遮
断スイッチ８，９が作動し、その非水電解液二次電池４
が他の非水電解液二次電池５と切り離されるようにし
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、人工衛星で使用
される機器や人工臓器等、間断なく電力を供給する必要
のある電気機器に設けられ、電池に異常が生じるとこれ
を検出するとともに遮断制御し、他の電池で電気機器へ
の電力供給を行わせる非水電解液二次電池における異常
検出・遮断装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】無人の人工衛星内においては、通信機
器，映像機器，制御機器等、種々の電気機器が用いられ
ており、これらの電気機器の電源としては、従来から、
ニッケルカドミウム電池が採用されている。この電池
は、ニッケルとカドミウムからなる二次電池で、太陽電
池により充電されながら使用されている。

【０００３】そして、近年では、人工衛星内部で使用さ
れる機器の増加等により、より高エネルギー化，小型
化，高密度化された二次電池の出現が望まれている。一
方で、高エネルギー化，小型化，高密度化に対応した非
水電解液二次電池（リチウムイオン二次電池）が移動体
通信用電源として開発され、広く採用されつつある。

【０００４】ところで、人工衛星内に積載した二次電池
が、何らかの原因で性能低下や使用不可の状態になった
場合、人工衛星内の機器への電力供給が低下、または停
止し、人工衛星内の機器の使用制限が必要になったり、
使用不能な状態になったりする。しかしながら、このよ
うな二次電池の修理・回収・交換は、人工衛星において
は事実上不可能であるため、上記のような事態は人工衛
星にとっては重大な問題となる。

【０００５】このような事情は、人間の体内に埋設した
人工臓器へ電力供給する二次電池の場合も同様である。
このため、本出願人は、間断のない電力の確保、すなわ
ち、安定電源確保の観点から、二次電池に関する種々の
研究を重ねてきた。その一環として、二次電池を二以上
並列接続して使用機器に電力を供給することを見いだし
た。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、二以上
の二次電池を並列に接続した場合、一個の二次電池に異
常が生じると、その異常二次電池から他の正常な二次電
池へ電流が流れ込んで正常な二次電池が加熱され、他の
正常な二次電池までも使用不可の状態になるおそれがあ
る。そして、並列に接続されたすべての二次電池が次々
に破損され、人工衛星内の機器が使用不可の状態になる
という問題がある。

【０００７】この発明は、このような事情に鑑みなされ
たもので、ある二次電池に異常が発生しても、他の正常
な二次電池が連鎖して異常になることを防止し、厳しい
条件下で使用される電気機器への安定電源確保が可能に
なる非水電解液二次電池における異常検出・遮断装置の
提供をその目的とする。さらに、二次電池に異常が発生
すると、これを外部に警報し対処方（電源確保作業）を
促し、かつ、最低限必要な機器にのみ電源供給をして、
より長時間の電源供給の態勢を確保することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、この発明にかかる非水電解液二次電池における異常
検出・遮断装置は、複数の非水電解液二次電池を遮断ス
イッチを介して並列に電気機器に接続するとともに、上
記各非水電解液二次電池に、異常を検出する検出器を設
け、この検出器が異常を検出すると対応する非水電解液
二次電池に接続した遮断スイッチが作動し、この非水電
解液二次電池が他の非水電解液二次電池と電気的な接続
が切り離されるようにした。

【０００９】このため、一つの非水電解液二次電池に異
常が発生した場合には、この非水電解液二次電池と、他
の正常な非水電解液二次電池とが遮断され、異常な非水
電解液二次電池から他の正常な非水電解液二次電池に電
流が流れ込むことが防止される。また、正常な非水電解
液二次電池から異常な非水電解液二次電池への不必要な
放電が防止されるようになる。また、上記並列に配設さ
れた非水電解液二次電池は、それぞれが直列に配設され
た複数の非水電解液二次電池で構成してもよい。この場
合、検出器はすべての非水電解液二次電池に設けること
が好ましい。

【００１０】さらに、遮断スイッチは、充電方向のみを
遮断する充電制御スイッチと、放電方向のみを遮断する
放電制御スイッチの一対のスイッチを用い、これらを直
列に配設することが好ましい。

【００１１】また、検出器は、対応する非水電解液二次
電池の端子電圧が過放電の状態になると放電停止信号を
出力し、上記端子電圧が所定値に復帰すると放電可信号
を再度出力するようにできる。さらに、対応する非水電
解液二次電池の端子電圧が過充電の状態になると充電停
止信号を出力し、上記端子電圧が所定値に復帰すると充
電可信号を再度出力するようにもできる。

【００１２】上記のように種々の対応ができるようにす
ることにより、状況に応じたきめ細かい制御が可能にな
る。また、非水電解液二次電池の異常を検出器が検出す
ると警報を発するアラームを設けることもできる。これ
によって、例えば、宇宙飛行士や地上管制官が異常を知
りこれに対処することができるようになる。つぎに、図
を用いて、この発明による非水電解液二次電池における
異常検出・遮断装置を詳細に説明する。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１は、この発明の一実施形態に
よる異常検出・遮断装置１を示している。この異常検出
・遮断装置１は人工衛星内で使用されるもので、人工衛
星内の二系統の電気機器、基幹電気機器２Ａと非基幹電
気機器２Ｂに電力を供給する電源が、コード３，３ａ，
３ｂを用いて並列に配設された二個の非水電解液二次電
池（以下、二次電池と記す）４，５で構成されている。
この二次電池４，５は、リチウムイオン電池からなって
おり、適宜太陽電池（図示せず）で充電されながら、電
気機器２の電源として作動するようになっている。

【００１４】上記二次電池４，５の胴部にはそれぞれ異
常検出用のセンサ６，７が取付られている。このセンサ
６，７はサーミスタ等の測温体で構成され、二次電池
４，５の表面温度が異常に上昇した場合には、これを二
次電池４，５の異常発生として検出する。

【００１５】また、上記二次電池４には、充電制御スイ
ッチ８、放電制御スイッチ９、電流計１０が、また二次
電池５には、充電制御スイッチ１１、放電制御スイッチ
１２、電流計１３が、それぞれ直列に接続されている。
上記電流計１０，１３は、電流センサまたは抵抗測定器
からなり、電流計１０は、コード３ａを流れる電流を検
出し、電流計１３はコード３ｂを流れる電流を検出す
る。

【００１６】そして、充電制御スイッチ８，１１は、Ｆ
ＥＴ等のスイッチング素子からなっており、対応する二
次電池４，５の端子電圧が設定値以上の過充電の状態に
なった場合に、それぞれ対応する二次電池４，５への充
電を遮断するようになっている。また、放電制御スイッ
チ９，１２も、ＦＥＴ等のスイッチング素子からなって
おり、対応する二次電池４，５の端子電圧が設定値以下
の過放電の状態になった場合に、それぞれ対応する二次
電池４，５の放電を遮断するようになっている。

【００１７】また、この異常検出・遮断装置１の中央部
には、コード３から延設されたコード３ｃに接続された
コントロールユニット１４が配設されている。１５は、
コントロールユニット１４に連結されたアラームであ
る。上記コントロールユニット１４は、異常検出・遮断
装置１の制御部となる部分で、接続されたセンサ６，７
や電流計１０，１３から異常信号を受信すると、その異
常内容に応じて、充電制御スイッチ８，１１および放電
制御スイッチ９，１２の内の必要なものを作動させると
ともに、アラーム１５を作動させるようになっている。
この場合、コントロールユニット１４は電流計１０，１
３の少なくとも一方の電流値が０になったとき異常と判
断する。また、二つの電流計１０，１３の電流値の差が
大きくなったとき（例えば、電流値の差が一方の電流値
または他方の電流値の１０％以上になったとき）、これ
を異常と判断する。

【００１８】また、コントロールユニット１４は、それ
ぞれコード３ａ，３ｂにおける二次電池４，５の両側に
対応する部分に接続され、各二次電池４，５の端子電圧
を測定できるようになっている。なお、基幹電気機器２
Ａは、人工衛星の航行に最低限必要な機器であり、非基
幹電気機器２Ｂは航行そのものに影響するものではな
い。このため、非基幹電気機器２Ｂには、スイッチ３０
が設けられ、二次電池４または５に異常が発生するとこ
のスイッチ３０がオフになり、非基幹電気機器２Ｂへの
電源供給は断たれるようになっている。

【００１９】この構成において、通常は、並列に配設さ
れた双方の二次電池４，５から電力の供給を受けて、基
幹電気機器２Ａおよび非基幹電気機器２Ｂは正常に作動
する。そして、二次電池４，５のいずれかに異常が生じ
た場合、例えば、二次電池４に内部短絡が生じ、その端
子電圧が設定値以下に低下した場合、まず、コントロー
ルユニット１４がこれを検出し、アラーム１５を作動さ
せる。このアラーム１５の警報によって、異常の発生を
宇宙飛行士や地上官制官などに知らせ対処法を促す。

【００２０】ついで、コントロールユニット１４の制御
により、充電制御スイッチ８および放電制御スイッチ９
が遮断され、二次電池４を含む回路は完全に遮断されて
しまう。さらに、スイッチ３０も遮断されてしまう。こ
の場合、非基幹電気機器２Ｂへの電力供給は断たれてし
まうが、基幹電気機器２Ａへの電力供給は、二次電池５
によって行われるため、基幹電気機器２Ａは正常な作動
状態が維持される。

【００２１】また、異常がコード３ａの断線によるもの
で、コード３ａに電流が流れない場合や、二次電池４の
温度が異常に高くなり設定値以上に高くなった場合に
も、上記と同様の制御が行われる。さらに、二次電池４
が正常で、二次電池５に異常が生じた場合には、二次電
池５について上記と同様の制御が行われる。

【００２２】また、二次電池４または５の異常が、過充
電や過放電によるもので、端子電圧が設定値以上に高く
なった場合や、設定値以下に低くなった場合には、次の
制御が行われる。

【００２３】すなわち、まず、二次電池４が過充電にな
った場合には、充電制御スイッチ８を遮断して、放電の
み可能な状態にしておく。そして、その後、二次電池４
の端子電圧が正常な範囲に戻ると、充電制御スイッチ８
が復帰されてもとの状態に戻るようになる。

【００２４】次に、二次電池４が過放電になった場合に
は、放電制御スイッチ９を遮断して、太陽電池からの充
電のみ可能な状態にしておく。そして、充電され、二次
電池４の端子電圧が正常な範囲に戻ると、放電制御スイ
ッチ９が復帰されてもとの正常な状態に戻る。

【００２５】このように、この発明による異常検出・遮
断装置１では、コントロールユニット１４で各二次電池
４，５の端子電圧が測定でき、センサ６，７で各二次電
池４，５の温度が測定できる。さらに、電流計１０，１
３で二次電池４，５が含まれる各系統を流れる電流が測
定できるようになっている。

【００２６】したがって、内部短絡，断線，温度異常
等、その系統が正常に復帰することが困難な場合には、
充電制御スイッチ８または１１、および放電制御スイッ
チ９または１２の双方のスイッチを遮断し、異常な系統
を切り離すことができる。

【００２７】その結果、異常な二次電池４または５から
正常な二次電池５または４に電流が流れ込んで、正常な
二次電池５または４が加熱され使用不可の状態になるこ
とを防止することができる。また、正常な二次電池５ま
たは４から異常な二次電池４または５に電流が流れ込む
という、正常な二次電池５または４の不必要な放電を防
止することができる。

【００２８】すなわち、一つの二次電池４または５に異
常が生じても、正常な二次電池５または４に連鎖して異
常が発生することを防止し、最悪の場合でも、基幹電気
機器２Ａに安定して電力を供給できるようになる。

【００２９】また、異常が一時的な過充電や過放電の場
合には、充電制御スイッチ８または１１、または放電制
御スイッチ９または１２の一方を遮断し、端子電圧が正
常な状態に戻るまで待つ。そして、端子電圧が正常値に
戻ると、充電制御スイッチ８，１１、または放電制御ス
イッチ９，１２を復帰させるというように、異常のケー
スに応じて、適宜、適正な処理を施すことができる。

【００３０】図２は、この発明の他の実施形態による異
常検出・遮断装置１６を示している。この異常検出・遮
断装置１６は、図１に示した異常検出・遮断装置１にお
ける二次電池４に、他の二個の二次電池１７，１８を直
列に接続し、さらに、二次電池５にも、他の二個の二次
電池１９，２０を直列に接続している。

【００３１】そして、各二次電池１７，１８，１９，２
０にそれぞれセンサ２１，２２，２３，２４を取り付け
て、二次電池１７，１８，１９，２０の表面温度の測定
を可能にしている。また、各二次電池１７，１８，１
９，２０の両端側におけるコード３ａ，３ｂをコントロ
ールユニット１４に接続して、各二次電池１７，１８，
１９，２０の端子電圧を測定できるようにしている。

【００３２】それ以外の部分の構成については、図１の
異常検出・遮断装置１と同様である。したがって、同一
部分に同一符号を記している。このように構成すること
により、電力のパワーアップが図れるようになる。それ
以外の作用効果については、図１の異常検出・遮断装置
１と同様である。

【００３３】なお、この発明にかかる異常検出・遮断装
置は、上記の二つの実施形態に限るものでなく、さら
に、他の系統による二次電池を並列に加えたり、一系統
の中に含まれる二次電池の数を適宜変更することもでき
る。

【００３４】また、充電制御スイッチ８，１１、放電制
御スイッチ９，１２、電流計１０，１３等も、同様の作
用を奏する他のものに置き換えることができる。これに
よって、多様な使用が可能になる。

【００３５】

【発明の効果】以上のように、この発明による非水電解
液二次電池における異常検出・遮断装置は、検出器が異
常を検出すると遮断スイッチが作動し、異常が生じた二
次電池が他の二次電池と切り離されるようになってい
る。

【００３６】そして、その際、異常な系統が正常に復帰
することが困難な場合には、異常な系統を他の系統から
切り離し、異常な二次電池から正常な二次電池に電流が
流れ込み、正常な二次電池が使用不可の状態になること
を防止することができる。また、正常な二次電池から異
常な二次電池に電流が流れ込むという、正常な二次電池
の不必要な放電を防止することもできる。

【００３７】また、異常が一時的な過充電や過放電の場
合には、充電制御スイッチまたは放電制御スイッチの一
方を遮断して、端子電圧が正常な状態に戻るまで待ち、
端子電圧が正常値に戻ると、充電制御スイッチまたは放
電制御スイッチを復帰させるというように、異常のケー
スに応じて、適宜、適正な処理を施すことができる。

【００３８】さらに、並列に配設された各非水電解液二
次電池を、直列に配設された複数の二次電池で構成する
ことにより、供給電力のパワーアップが図れるようにな
る。また、アラームの警報により、外部の者が二次電池
の異常を知ることができるようになる。また、非基幹電
気機器への電源供給は遮断され、基幹電気機器への電源
供給は維持されるので、異常を検出した後も、より長時
間の電源供給の態勢が確保出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による異常検出・遮断装置の一実施形
態を示す説明図である。

【図２】この発明による異常検出・遮断装置の他の実施
形態を示す説明図である。

【符号の説明】

１，１６…………………………………異常検出・遮断装
置２Ａ………………………………………基幹電気機器２Ｂ………………………………………非基幹電気機器４，５，１７，１８，１９，２０……非水電解液二次電
池６，７，２１，２２，２３，２４……センサ８，１１…………………………………充電制御スイッチ９，１２…………………………………放電制御スイッチ１０，１３………………………………電流計１４………………………………………コントロールユニ
ット１５………………………………………アラーム３０………………………………………スイッチ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の非水電極液二次電池を遮断スイッチ
を介して並列に電気機器に接続するとともに、上記各非
水電解液二次電池に異常を検出する検出器を設け、この
検出器が異常を検出すると対応する非水電解液二次電池
に接続した遮断スイッチが作動し、その非水電解液二次
電池が他の非水電解液二次電池と電気的な接続が切り離
されるようにしたことを特徴とする非水電解液二次電池
における異常検出・遮断装置。
【請求項２】並列に配設された各非水電極液二次電池
は、それぞれが直列に配設された複数の非水電解液二次
電池で構成されている請求項１に記載の非水電解液二次
電池における異常検出・遮断装置。
【請求項３】直列に配設された各非水電解液二次電池に
それぞれ検出器が設けられている請求項２に記載の非水
電解液二次電池における異常検出・遮断装置。
【請求項４】遮断スイッチは、充電方向のみを遮断する
充電制御スイッチと、放電方向のみを遮断する放電制御
スイッチの一対のスイッチからなり、これらが直列に配
設されている請求項１，２または３に記載の非水電解液
二次電池における異常検出・遮断装置。
【請求項５】検出器は、対応する非水電解液二次電池の
端子電圧が過放電の状態になると放電停止信号を出力
し、上記端子電圧が所定値に復帰すると放電可信号を出
力する請求項１，２，３または４に記載の非水電解液二
次電池における異常検出・遮断装置。
【請求項６】検出器は、対応する非水電解液二次電池の
端子電圧が過充電の状態になると充電停止信号を出力
し、上記端子電圧が所定値に復帰すると充電可信号を出
力する請求項１，２，３，４または５に記載の非水電解
液二次電池における異常検出・遮断装置。
【請求項７】検出器が異常を検出すると、異常警報を外
部に発するアラームが設けられている請求項１，２，
３，４，５または６に記載の非水電解液二次電池におけ
る異常検出・遮断装置。
【請求項８】前記電気機器は、基幹電気機器と非基幹電
気機器とからなり、検出器が異常を検出すると、非基幹
電気機器に接続されたスイッチが作動して該非基幹電気
機器への電源供給を遮断する様に設けられている請求項
１，２，３，４，５，６または７に記載の非水電解液二
次電池における異常検出・遮断装置。
【請求項９】検出器が温度センサである請求項１，２，
３，４，５，６，７または８に記載の非水電解液二次電
池における異常検出・遮断装置。