JP2002369372A - Battery pack - Google Patents
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- Protection Of Static Devices (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
- Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、性能を低下させる
ことなく、セル異常を確実に検出することを可能とした
組電池に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an assembled battery capable of reliably detecting a cell abnormality without deteriorating performance.
【0002】[0002]
【従来の技術】電気自動車等に搭載される電池には、並
列に接続した複数のセルを直列に接続して構成される組
電池が用いられている。各セルには、それぞれヒューズ
やPTC(Positive temperature coefficient)サーミ
スタが直列に接続されている。PTCサーミスタは、温
度が上昇すると抵抗値が増加する正の温度特性をもつ。
通常、PTCサーミスタは一定の低い抵抗値の抵抗体と
して働くが、過電流が流れると抵抗値が急激に増加し、
電流を制限することができる。2. Description of the Related Art A battery mounted on an electric vehicle or the like uses an assembled battery formed by connecting a plurality of cells connected in parallel in series. Each cell is connected in series with a fuse and a positive temperature coefficient (PTC) thermistor. The PTC thermistor has a positive temperature characteristic in which the resistance value increases as the temperature increases.
Normally, a PTC thermistor works as a resistor with a constant low resistance, but when an overcurrent flows, the resistance rapidly increases,
The current can be limited.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図2に
示すように、各セル1を並列に接続しただけの構成とし
ている従来の組電池では、1個のセルに異常が起こって
短絡した場合、他のセルから大電流が異常セルに流れて
しまうという問題があった。However, as shown in FIG. 2, in the conventional battery pack in which each cell 1 is simply connected in parallel, when one cell is abnormal and short-circuited, There is a problem that a large current flows from another cell to the abnormal cell.
【0004】図3は、各セル1にヒューズ2を直列に接
続し、それらを並列に接続したものを複数直列に接続し
て構成される従来の組電池を示す。このような構成にし
た場合、1個のセルに異常が起こって短絡すると、他の
セルから大電流が異常セルに流れる時に、異常セルと直
列に接続されているヒューズが切れるので、異常セルに
大電流が流れるという問題を解決することができる。FIG. 3 shows a conventional battery pack formed by connecting a fuse 2 to each cell 1 in series and connecting a plurality of those connected in parallel to each other in series. In such a configuration, if an abnormality occurs in one cell and short-circuits, when a large current flows from another cell to the abnormal cell, the fuse connected in series with the abnormal cell is blown. The problem that a large current flows can be solved.
【0005】しかし、この構成では、セルに異常が起こ
ったことを速やかに検知することができないという問題
がある。すなわち、異常セルを検知するためには、全セ
ルのセル電圧を測定するか、全ヒューズの導通チェック
を行う必要がある。このため、組電池を構成するセルの
個数分だけ、電圧センサやヒューズの導通チェック機構
が必要となる。However, this configuration has a problem that it is not possible to quickly detect that an abnormality has occurred in a cell. That is, in order to detect an abnormal cell, it is necessary to measure the cell voltages of all the cells or to check the continuity of all the fuses. For this reason, a continuity check mechanism for voltage sensors and fuses is required for the number of cells constituting the battery pack.
【0006】図4は、セル1にPTCサーミスタ3を直
列に接続し、それらを並列に接続したものを複数直列に
接続した従来の組電池を示す。このような構成にした場
合、1個のセルに異常が起こって短絡すると、他のセル
から大電流が異常セルに流れることにより、異常セルと
直列に接続されているPTCサーミスタ3の温度が上昇
する。これにより、温度が上昇したPTCサーミスタ3
の内部抵抗が大きくなるので、異常セルに大電流が流れ
るのを防ぐことことができる。FIG. 4 shows a conventional battery pack in which a PTC thermistor 3 is connected in series to a cell 1 and a plurality of PTC thermistors 3 connected in parallel are connected in series. In such a configuration, when an abnormality occurs in one cell and a short circuit occurs, a large current flows from the other cell to the abnormal cell, and the temperature of the PTC thermistor 3 connected in series with the abnormal cell rises. I do. As a result, the temperature of the PTC thermistor 3 has increased.
Since the internal resistance of the abnormal cell increases, it is possible to prevent a large current from flowing through the abnormal cell.
【0007】しかし、異常が起こったセル1と直列に接
続されているPTCサーミスタ3の抵抗値が小さいと、
異常セルに電流が流れ込むことにより、短時間で他のセ
ルが過放電してしまう。従って、PTCサーミスタ3の
抵抗値はできるだけ大きい方が良い。しかし、PTCサ
ーミスタ3の抵抗値を大きくするとPTCサーミスタ3
で消費される電力が大きくなり、電池の性能(出力)が
低下するという問題が生じるので、PTCサーミスタ3
の抵抗値は大きくすることができない。However, if the resistance value of the PTC thermistor 3 connected in series with the cell 1 in which the abnormality has occurred is small,
When the current flows into the abnormal cell, another cell is overdischarged in a short time. Therefore, it is better that the resistance value of the PTC thermistor 3 is as large as possible. However, if the resistance value of the PTC thermistor 3 is increased,
The power consumed by the PTC thermistor 3 increases, and the performance (output) of the battery deteriorates.
Cannot be increased.
【0008】本発明の目的は、電池の性能を低下させる
ことなく、異常セルの検出を確実に行うことを可能とし
た組電池を提供することにある。An object of the present invention is to provide an assembled battery which can reliably detect abnormal cells without lowering the performance of the battery.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】一実施の形態を示す図1
を参照して本発明を説明する。 (1)本発明による組電池は、温度に応じて導通させる
電流を制御する温度依存性電流制限素子3および導通さ
せる電流の最大値を制限する電流制限素子2を並列に接
続して構成される保護素子5と、保護素子5と直列に接
続したセル1から構成されるセルユニット7を複数個並
列に接続して構成することにより、上記目的を達成す
る。 (2)請求項2の発明は、請求項1の組電池において、
温度依存性電流制限素子3の抵抗値は、電流制限素子2
の抵抗値よりも大きいことを特徴とする。 (3)請求項3の発明は、請求項1または2の組電池に
おいて、電流制限素子2の抵抗値は、セル1に異常が起
こった際に流れる電流によって、異常が起こったセル1
に直列に接続されている電流制限素子2のみが切れる値
である。 (4)請求項4の発明は、請求項1〜3のいずれかの組
電池において、温度依存性電流制限素子3は、温度依存
性電流制限素子3と直列に接続されているセル1と接触
している。 (5)請求項5の発明は、請求項1〜4のいずれかの組
電池において、電流制限素子2は、ヒューズ2である。 (6)請求項6の発明は、請求項1〜5のいずれかの組
電池において、温度依存性電流制限素子3は、PTCサ
ーミスタ3である。FIG. 1 shows an embodiment of the present invention.
The present invention will be described with reference to FIG. (1) A battery pack according to the present invention is configured by connecting a temperature-dependent current limiting element 3 for controlling a current to be conducted according to temperature and a current limiting element 2 for limiting a maximum value of a current to be conducted in parallel. The object is achieved by connecting and connecting a plurality of protection elements 5 and a plurality of cell units 7 each formed of cells 1 connected in series with the protection elements 5. (2) The invention according to claim 2 is the battery pack according to claim 1,
The resistance value of the temperature-dependent current limiting element 3 is
Is larger than the resistance value. (3) The battery according to claim 1 or 2, wherein the resistance value of the current limiting element 2 is determined by a current flowing when the cell 1 has an abnormality.
Is the value at which only the current limiting element 2 connected in series to (4) The battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the temperature-dependent current limiting element 3 is in contact with the cell 1 connected in series with the temperature-dependent current limiting element 3. are doing. (5) The invention according to claim 5 is the battery pack according to any one of claims 1 to 4, wherein the current limiting element 2 is a fuse 2. (6) The invention according to claim 6 is the battery pack according to any one of claims 1 to 5, wherein the temperature-dependent current limiting element 3 is a PTC thermistor 3.
【0010】なお、上記課題を解決するための手段の項
では、本発明をわかりやすく説明するために実施の形態
の図1と対応づけたが、これにより本発明が実施の形態
に限定されるものではない。In the section of the means for solving the above problems, the present invention is associated with FIG. 1 of the embodiment in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, but the present invention is limited to the embodiment. Not something.
【0011】[0011]
【発明の効果】本発明によれば、次のような効果を奏す
る。 (1)請求項1〜6の発明によれば、電流制限素子をセ
ルと直列に接続するとともに温度依存性電流制限素子と
並列に接続したので、電池の性能を低下させずに、温度
依存性電流制限素子の抵抗値を大きくすることができ、
セルに異常が発生した時に、他のセルから大電流が異常
セルに流れることを防止することができる。また、異常
セルの検出を確実に行うことができる。 (2)請求項2の発明によれば、セル異常時に即座に電
流制限素子が切れて温度依存性電流制限素子に電流が流
れるようにすることにより、他のセルでの過放電を防ぐ
ことができる。 (3)請求項3の発明によれば、セルに異常が起こった
時は、異常が起こったセルに直列に接続されている電流
制限素子のみが切れるので、異常セルを確実に検出する
ことができる。 (4)請求項4の発明によれば、温度依存性電流制限素
子はセルと接触しているので、セルに異常が発生したと
きに温度依存性電流制限素子の抵抗値の増大度も大きく
なり、他のセルの放電を少なくすることができる。According to the present invention, the following effects can be obtained. (1) According to the first to sixth aspects of the present invention, the current limiting element is connected in series with the cell and connected in parallel with the temperature-dependent current limiting element. The resistance value of the current limiting element can be increased,
When an abnormality occurs in a cell, it is possible to prevent a large current from flowing from another cell to the abnormal cell. In addition, abnormal cells can be reliably detected. (2) According to the second aspect of the present invention, when the cell is abnormal, the current limiting element is immediately cut off and current flows through the temperature-dependent current limiting element, thereby preventing overdischarge in other cells. it can. (3) According to the invention of claim 3, when an abnormality occurs in the cell, only the current limiting element connected in series to the cell in which the abnormality has occurred is cut off, so that the abnormal cell can be reliably detected. it can. (4) According to the invention of claim 4, since the temperature-dependent current limiting element is in contact with the cell, the degree of increase in the resistance value of the temperature-dependent current limiting element increases when an abnormality occurs in the cell. , The discharge of other cells can be reduced.
【0012】[0012]
【発明の実施の形態】図1は、本発明による組電池の一
実施の形態の構成を示す図である。本発明による組電池
では、各セル1ごとにヒューズ2が直列に接続されてお
り、各ヒューズ2はPTCサーミスタ3と並列に接続さ
れている。すなわち、各セル1とPTCサーミスタ3も
直列に接続されている。ヒューズ2とPTCサーミスタ
3を並列に接続して保護素子5を構成することにより、
セルに異常が発生したときに異常セルに大電流が流れる
のを防ぐ役割を果たしている。ここで、セル1と、セル
1と直列に接続された保護素子5とを一組としてセルユ
ニット7と呼ぶ。すなわち、図1の組電池は、複数個の
セルユニット7を並列に接続して構成したモジュール6
をそれぞれ直列に接続して構成されている。各モジュー
ル6の両端には、電圧計4が接続されている。この電圧
計4により、セル1とヒューズ2の両端にかかる電圧、
もしくはセル1とPTCサーミスタ3の両端にかかる電
圧を計測することができる。なお、組電池は一つのモジ
ュール6のみで構成してもよい。FIG. 1 is a diagram showing the configuration of an embodiment of an assembled battery according to the present invention. In the battery pack according to the present invention, the fuse 2 is connected in series for each cell 1, and each fuse 2 is connected in parallel with the PTC thermistor 3. That is, each cell 1 and the PTC thermistor 3 are also connected in series. By configuring the protection element 5 by connecting the fuse 2 and the PTC thermistor 3 in parallel,
When an abnormality occurs in the cell, it plays a role in preventing a large current from flowing through the abnormal cell. Here, the cell 1 and the protection element 5 connected in series with the cell 1 are referred to as a cell unit 7 as a set. That is, the assembled battery of FIG. 1 has a module 6 configured by connecting a plurality of cell units 7 in parallel.
Are connected in series. A voltmeter 4 is connected to both ends of each module 6. The voltage applied to both ends of the cell 1 and the fuse 2 by this voltmeter 4
Alternatively, the voltage applied to both ends of the cell 1 and the PTC thermistor 3 can be measured. Note that the battery pack may be composed of only one module 6.
【0013】上述したように、電池の性能を考慮しなけ
れば、PTCサーミスタ3の抵抗値はできるだけ大きい
方が良い。PTCサーミスタ3の抵抗値をヒューズ2の
抵抗値よりも大きくした場合、セル正常時に流れる電流
はヒューズ2の方に流れる。従って、各セル1のうち、
1個のセル1に異常が起こって短絡すると、他のセル1
からの大電流は異常セルと直列に接続されているヒュー
ズ2に流れて、ヒューズ2が切れる。このときにPTC
サーミスタ3の抵抗値が大きければ、異常セルに大電流
が流れるのを防ぐことができる。As described above, it is preferable that the resistance value of the PTC thermistor 3 be as large as possible unless the performance of the battery is considered. When the resistance value of the PTC thermistor 3 is larger than the resistance value of the fuse 2, the current flowing when the cell is normal flows toward the fuse 2. Therefore, of each cell 1,
If one cell 1 becomes abnormal and short-circuits, the other cell 1
Flows through the fuse 2 connected in series with the abnormal cell, and the fuse 2 is blown. At this time PTC
If the resistance value of the thermistor 3 is large, a large current can be prevented from flowing through the abnormal cell.
【0014】また、上述したように、ヒューズ2の抵抗
値がPTCサーミスタ3の抵抗値より小さいときには、
セル正常時に流れる電流はヒューズ2の方に流れるの
で、PTCサーミスタ3の抵抗値を大きくしても電池の
性能が低下することはない。従って、PTCサーミスタ
3の抵抗値を大きくすることにより、セル1に異常が起
こったときに、他のセル1の過放電を防ぐことができ
る。また、電池の性能の低下を防ぐためには、セル正常
時の電流はできるだけヒューズ2の方に流れる方が良い
ので、ヒューズ2の抵抗値をできるだけ小さくすること
が好ましい。このため、ヒューズ2の抵抗値は、セル1
に異常が起こったときに、異常セルと直列に接続されて
いるヒューズ2のみが切れるような値に設定する。As described above, when the resistance value of the fuse 2 is smaller than the resistance value of the PTC thermistor 3,
Since the current flowing when the cell is normal flows toward the fuse 2, even if the resistance value of the PTC thermistor 3 is increased, the performance of the battery does not decrease. Therefore, by increasing the resistance value of the PTC thermistor 3, when an abnormality occurs in the cell 1, overdischarge of another cell 1 can be prevented. In order to prevent a decrease in the performance of the battery, it is preferable that the current when the cell is normal flows to the fuse 2 as much as possible. Therefore, it is preferable to reduce the resistance value of the fuse 2 as much as possible. For this reason, the resistance value of the fuse 2 is
Is set to such a value that only the fuse 2 connected in series with the abnormal cell is blown when an abnormality occurs.
【0015】セル1に異常が起こったときは、セル1と
PTCサーミスタ3だけを直列に接続した構成の従来の
組電池と同様に、異常セル以外のセル1から異常セルに
電流が流れることにより電圧計4の電圧値が低下してい
くので、電池の異常を確実に検知することができる。す
なわち、電圧計4を各セルごとに設ける必要がなく、モ
ジュール6の両端に電圧計4を1個設けることにより、
電池の異常を検知することができる。セル1とPTCサ
ーミスタ3だけを直列に接続した構成の組電池では、P
TCサーミスタ3の抵抗値を大きくすると電池の性能が
低下するという問題があるが、本発明による組電池で
は、上述したように、電池の性能が低下することはな
い。また、電圧計4の電圧値を計測することにより電池
の異常を検知したときは、切れているヒューズ2を調べ
ることにより、異常セルの検出を行うことができる。When an abnormality occurs in the cell 1, as in the conventional battery pack having only the cell 1 and the PTC thermistor 3 connected in series, a current flows from the cell 1 other than the abnormal cell to the abnormal cell. Since the voltage value of the voltmeter 4 decreases, abnormality of the battery can be reliably detected. That is, it is not necessary to provide the voltmeter 4 for each cell, and by providing one voltmeter 4 at both ends of the module 6,
Battery abnormality can be detected. In an assembled battery in which only the cell 1 and the PTC thermistor 3 are connected in series, P
When the resistance value of the TC thermistor 3 is increased, there is a problem that the performance of the battery is reduced. However, in the assembled battery according to the present invention, the performance of the battery is not reduced as described above. Further, when an abnormality of the battery is detected by measuring the voltage value of the voltmeter 4, an abnormal cell can be detected by checking the blown fuse 2.
【0016】セル異常時に異常セル以外のセルの放電を
少なくするためには、異常セルに流れる電流をできるだ
け少なくする必要がある。このためには、セルに異常が
起こったときに、異常セルと直列に接続されているPT
Cサーミスタ3の抵抗値をできるだけ早く増大させる方
が良い。上述したように、PTCサーミスタ3は温度が
上昇すると抵抗値も増大する。従って、PTCサーミス
タ3と直列に接続されているセル1にPTCサーミスタ
3を接触させておけば、セル異常時にPTCサーミスタ
3の抵抗値の増大度が大きくなる。すなわち、セル異常
時にはセル1の温度も上昇するので、PTCサーミスタ
3をセル1に接触させていない場合よりも、PTCサー
ミスタ3の温度上昇度が大きくなり、抵抗値の増大度も
大きくなる。In order to reduce the discharge of cells other than the abnormal cell when the cell is abnormal, it is necessary to minimize the current flowing through the abnormal cell. For this purpose, when an abnormality occurs in a cell, a PT connected in series with the abnormal cell is used.
It is better to increase the resistance value of the C thermistor 3 as soon as possible. As described above, the resistance of the PTC thermistor 3 increases as the temperature rises. Therefore, if the PTC thermistor 3 is brought into contact with the cell 1 connected in series with the PTC thermistor 3, the degree of increase in the resistance value of the PTC thermistor 3 becomes large when the cell is abnormal. That is, when the cell is abnormal, the temperature of the cell 1 also rises. Therefore, the degree of temperature rise of the PTC thermistor 3 becomes larger and the degree of increase of the resistance value becomes larger than when the PTC thermistor 3 is not in contact with the cell 1.
【0017】本発明は上述した実施の形態に何ら限定さ
れることはない。例えば、ヒューズ2の代わりに別の過
電流保護装置を用いてもよい。また、温度に応じて導通
させる電流量を制御できるものならば、PTCサーミス
タ3以外のものを用いることもできる。また、上述した
一実施の形態では、異常セルが1個だけ発生したときに
ついて説明したが、2個以上のセルに異常が発生したと
きでも、同じ効果を得ることができる。The present invention is not limited to the above embodiment. For example, another overcurrent protection device may be used instead of the fuse 2. In addition, a device other than the PTC thermistor 3 can be used as long as the amount of current to be conducted according to the temperature can be controlled. Further, in the above-described embodiment, the case where only one abnormal cell occurs has been described, but the same effect can be obtained even when abnormality occurs in two or more cells.
【0018】以上詳細に説明してきたように、本発明に
よる組電池によれば、ヒューズ2をセル1と直列に接続
するとともに、セル1と直列に接続されているPTCサ
ーミスタ3とヒューズ2を並列に接続したので、電池の
性能を低下させずに、PTCサーミスタ3の抵抗値を大
きくすることができ、セル1に異常が発生した時に、他
のセル1から大電流が異常セルに流れることを防止する
ことができる。また、セル1と保護素子5の両端にかか
る電圧を計測することにより、異常セルの検出を確実に
行うことができる。さらに、PTCサーミスタ3を電池
に接触させておけば、セル1に異常が発生したときにP
TCサーミスタ3の抵抗値の増大度も大きくなり、他の
セル1の放電を少なくすることができる。As described above in detail, according to the battery pack of the present invention, the fuse 2 is connected in series with the cell 1, and the PTC thermistor 3 connected in series with the cell 1 and the fuse 2 are connected in parallel. , The resistance value of the PTC thermistor 3 can be increased without deteriorating the performance of the battery, and when an abnormality occurs in the cell 1, a large current flows from the other cell 1 to the abnormal cell. Can be prevented. Further, by measuring the voltage applied to both ends of the cell 1 and the protection element 5, it is possible to reliably detect the abnormal cell. Further, if the PTC thermistor 3 is kept in contact with the battery, when the cell 1 becomes abnormal,
The degree of increase in the resistance value of the TC thermistor 3 also increases, and the discharge of other cells 1 can be reduced.
【図1】本発明による組電池の一実施の形態の構成を示
す図FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an embodiment of an assembled battery according to the present invention.
【図2】セルを並列に接続しただけの従来の組電池の構
成を示す図FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a conventional assembled battery in which cells are simply connected in parallel.
【図3】セルとヒューズを直列に接続したものを並列に
接続した従来の組電池の構成を示す図FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a conventional battery pack in which cells and fuses are connected in series and connected in parallel;
【図4】セルとPTCサーミスタを直列に接続したもの
を並列に接続した従来の組電池の構成を示す図FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a conventional battery pack in which cells and a PTC thermistor connected in series are connected in parallel;
1…セル、2…ヒューズ、3…PTCサーミスタ、4…
電圧計、5…保護素子、6…モジュール、7…セルユニ
ット1 ... cell, 2 ... fuse, 3 ... PTC thermistor, 4 ...
Voltmeter, 5: protection element, 6: module, 7: cell unit
Claims (6)
度依存性電流制限素子および導通させる電流の最大値を
制限する電流制限素子を並列に接続して構成される保護
素子と、前記保護素子と直列に接続したセルとから構成
されるセルユニットを複数個並列に接続して構成したこ
とを特徴とする組電池。1. A protection element comprising a temperature-dependent current limiting element for controlling a current to be conducted in accordance with a temperature and a current limiting element for limiting a maximum value of a current to be conducted, connected in parallel, and said protection element. An assembled battery comprising a plurality of cell units connected in parallel with each other, the cells being composed of cells connected in series.
素子の抵抗値よりも大きいことを特徴とする組電池。2. The battery pack according to claim 1, wherein a resistance value of the temperature-dependent current limiting element is larger than a resistance value of the current limiting element.
て、 前記電流制限素子の抵抗値は、セルに異常が起こった際
に流れる電流によって、異常が起こったセルに直列に接
続されている前記電流制限素子のみが切れる値であるこ
とを特徴とする組電池。3. The battery pack according to claim 1, wherein the resistance value of the current limiting element is connected in series to the abnormal cell by a current flowing when the abnormal cell occurs. The battery pack according to claim 1, wherein only the current limiting element is turned off.
おいて、 前記温度依存性電流制限素子は、前記温度依存性電流制
限素子と直列に接続されているセルと接触していること
を特徴とする組電池。4. The battery pack according to claim 1, wherein the temperature-dependent current limiting element is in contact with a cell connected in series with the temperature-dependent current limiting element. Battery.
おいて、 前記電流制限素子は、ヒューズであることを特徴とする
組電池。5. The battery pack according to claim 1, wherein said current limiting element is a fuse.
おいて、 前記温度依存性電流制限素子は、PTCサーミスタであ
ることを特徴とする組電池。6. The battery pack according to claim 1, wherein said temperature-dependent current limiting element is a PTC thermistor.
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