JP2010057265A - 組電池および組電池の制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】充電時に過電圧が組電池に印加されるような状態が生じた際にも、そのことにより組電池（及び組電池を構成する単電池セル）に悪影響が生じるのを確実に防止することのできるフェイルセーフ機能を備える組電池と組電池制御システムを提供すること。
【解決手段】本発明によって提供される組電池１０は、複数の二次電池２が直列に接続され、該直列接続に対して充電時に逆方向接続となる向きで並列に接続されたツェナーダイオード６を含む第１バイパス回路１２と、該二次電池およびツェナーダイオードに対して並列に接続されたバリスタ４を含む第２バイパス回路１４とを備える。ここで前記ツェナーダイオードのツェナー電圧は所定の第１電圧値に設定されており、且つ、前記バリスタのバリスタ電圧は、前記第１電圧値と等しいか又はそれよりも大きい第２電圧値に設定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、組電池およびその制御システムに関する。詳しくは、複数個の二次電池（セル）が直列に接続されて構成されている組電池の充放電（特に充電）を制御するシステムに関する。

リチウムイオン電池、ニッケル水素電池その他の二次電池を単電池セルとし、該単電池セルを複数個直列に接続して構成される組電池（assembled battery、バッテリー或いはバッテリーパックともいう。）は高出力が得られる電源として、ハイブリッドカー等の車両の搭載用電源、或いは、パソコンおよび携帯通信機器の電源として重要性が高まっている。特に、軽量で高エネルギー密度が得られるリチウムイオン電池を単電池セルとして複数直列に接続して構成される組電池は、車両搭載用高出力電源として好ましく用いられるものとして期待されている。
ところで、モーター駆動用電源として車両に搭載されるこの種の組電池の充放電を制御するシステムでは、所定の時期（例えばブレーキ作動時）に当該組電池に対して行われる充電処理の際に当該組電池に対して過充電が起こらないように種々の方策がとられている。
例えば、特許文献１には、組電池を構成する複数の単電池セルの各々にバイパス回路としてツェナーダイオードが並列に接続された構成の組電池制御装置が開示されている。引用文献１には、かかる構成の制御装置によって組電池充電時に当該ツェナーダイオードのツェナー電圧以上の電圧が各単電池セルに印加されることを防止することができる旨記載されている。同様に、特許文献２及び特許文献３にも直列接続される複数の単電池セルの各々にツェナーダイオード（定電圧ダイオード）が並列に接続された構成の組電池（蓄電池）が開示されている。
また、上述の特許文献１には、上記バイパス回路に加えてさらに過電圧検出回路として上記バイパス回路を構成する第１のツェナーダイオードとはツェナー電圧が異なる第２のツェナーダイオード及び発光ダイオードが組電池を構成する複数の単電池セルの各々に並列に接続された構成の組電池制御装置が開示されている。かかる構成の制御装置によれば、上記バイパス回路によって単電池セル毎の充電容量をほぼ均一にすることができるとともに、上記過電圧検出回路によって過電圧状態の単電池セルを表示し得る旨記載されている。

特開平１１−３３２１１５号公報 特開昭６２−２２１８２６号公報 特開２００２−２３８１７９号公報

しかしながら、上記特許文献１〜３に記載されるような、組電池を構成する個々の電池セルに対して一つ乃至二つのツェナーダイオードをそれぞれ並列に接続する回路構成では、充電時に何らかの原因で所定の上限電圧を超える高い電圧が単電池セルに印加されるような状態が生じた場合に、そのことにより当該単電池セル（延いては組電池全体）に影響が生じることを確実に防止するにはまだ十分とはいえない。特に、単電池セルがリチウムイオン電池（特に非水電解液型リチウムイオン電池）である組電池の場合には、過充電状態に至って負極にリチウムが析出するような不具合が発生することを未然に防止することを確実に実現するフェイルセーフ機能が求められる。

本発明は、かかる組電池の充電状態の制御に関する従来の課題を解決すべく創出されたものであり、その一つの目的は、充電時に過充電状態を引き起こすような高い電圧が組電池を構成する単電池セルに印加されるような状態が生じた際にも、そのことにより組電池（及び組電池を構成する単電池セル）に悪影響が生じるのを確実に防止することのできるフェイルセーフ機能を備える組電池ならびに組電池の充放電（特に充電）を制御するシステムを提供することである。

上記目的を達成するべく本発明によって提供される一つの組電池は、単電池セルとしての複数の二次電池が直列に接続されて構成される組電池であって、上記複数の二次電池の直列接続に対して充電時に逆方向接続となる向きで並列に接続されたツェナーダイオードを含む第１バイパス回路と、上記二次電池および上記ツェナーダイオードに対して並列に接続されたバリスタを含む第２バイパス回路とを備えている。そして、上記ツェナーダイオードのツェナー電圧は、当該組電池の規定最大充電電圧（即ち単電池セルが過充電とならないように予め定められている充電時の最大許容入力電圧値）よりも高い所定の電圧値に設定されている第１電圧値が組電池に印可されたときに上記第１バイパス回路が通電されるように決定されており、且つ、上記バリスタのバリスタ電圧は、上記第１電圧値と等しいか又はそれよりも高い所定の電圧値に設定されている第２電圧値が組電池に印可されたときに上記第２バイパス回路が通電されるように決定されていることを特徴とする。

ここで開示される組電池では、所定の第１電圧値に基づいて設定されたツェナー電圧値を有するツェナーダイオード（定電圧ダイオード）を含む第１バイパス回路が複数の二次電池（単電池セル）の直列接続（直列回路）に対して並列に形成されていることに加えて、さらに第２バイパス回路として上記二次電池および上記ツェナーダイオードに対して並列に接続されたバリスタを含む第２バイパス回路を備える。そして、本構成の組電池では、当該第２バイパス回路に含まれるバリスタのバリスタ電圧（即ちバリスタ端子間に電流（例えば基準電流：１ｍＡ）が流れ始めたときの端子間電圧をいう。）が上記第１電圧値と同等か又はそれよりもやや大きい第２電圧値に基づいて設定されている。即ち、充電時に何らかの要因で組電池に印可される異常電圧値として把握され得る第１電圧Ｖ_１と第２電圧Ｖ_２とは、Ｖ_１≦Ｖ_２の関係である。典型的にはＶ_１＜Ｖ_２の関係にある。

かかる構成の結果、ここで開示される組電池によると、所定の第１電圧値よりも低い通常の入力充電電圧での充電処理が従来の組電池と同様に実行されるとともに、イレギュラーに何らかの原因で所定の規定最大充電電圧値よりも高い電圧、即ち第１電圧Ｖ_１以上の高電圧が組電池に印加されるような状態が生じた場合には、ツェナー電圧が第１電圧Ｖ_１に基づいて設定されたツェナーダイオードを含む第１バイパス回路に電流が流れることにより、直列接続された二次電池の過充電を防止することができる。さらに、何らかの原因でより高い電圧、即ち第２電圧Ｖ_２以上の電圧が組電池に印加されるような状態（典型的には１秒以下のような瞬間的な過電圧入力状態）が生じた際には、上記Ｖ_１≦Ｖ_２（好ましくはＶ_１＜Ｖ_２）の関係にある第２電圧Ｖ_２に基づいてバリスタ電圧が設定されている第２バイパス回路のバリスタが短絡して当該第２バイパス回路に高電圧がバイパスされ（即ち電流が第２バイパス回路に流れ）、結果、直列接続された二次電池を過充電から保護することができる。

ここで開示される組電池の好ましい一態様では、上記複数の二次電池はリチウムイオン電池である。この態様において、好ましくは、上記第１バイパス回路に含まれるツェナーダイオードのツェナー電圧及び上記第２バイパス回路に含まれるバリスタのバリスタ電圧は、該ツェナーダイオードやバリスタと回路構成上の並列関係にあるリチウムイオン電池の個々の規定最大充電電圧値の合計（例えば、規定最大充電電圧値が４．１Ｖである５０個のリチウムイオン電池が並列関係にある場合は２０５Ｖとなる。）を上回る電圧値に設定される。
リチウムイオン電池が過充電に陥ると、負極側に金属リチウムが析出する等の不具合が発生する虞があり好ましくない。本構成の組電池によると、単電池セルとしてのリチウムイオン電池の過充電を防止し、負極へのリチウム析出等の不具合を未然に防止することができる。

また、ここで開示される組電池の好ましい他の一態様では、上記第１バイパス回路は上記複数の二次電池からなる直列接続の全体に対して並列に一つ形成されており、且つ、第２バイパス回路は上記複数の二次電池からなる直列接続の全体と該第１バイパス回路に対して並列に一つ形成されている。
かかる構成の組電池では、組電池に含まれる全ての二次電池（単電池セル）を包含する直列接続に対して並列に一つの第１バイパス回路と一つの第２バイパス回路とが形成されている。従って、比較的シンプルな構成により、組電池を構成する二次電池（単電池セル）を過充電から保護することができる。

また、ここで開示される組電池の好ましい他の一態様では、上記第１バイパス回路は上記複数の二次電池からなる直列接続の全体に対して並列に一つ形成されており、且つ、第２バイパス回路は上記複数の二次電池の各々に対して並列に複数形成されている。
かかる構成の組電池では、組電池に含まれる全ての二次電池（単電池セル）を包含する直列接続に対して並列に一つの第１バイパス回路が形成されているとともに、それら二次電池（単電池セル）の個々についてバリスタを含む第２バイパス回路が形成されている。このような構成によると、何らかの原因で第２電圧Ｖ_２以上の高電圧が組電池に印加されるような状態（典型的には１秒以下のような瞬間的な過電圧入力状態）が生じた際に、個々の二次電池（単電池セル）について個別にバリスタを含む第２バイパス回路が並列に形成されている結果、上記直列接続の正極側からセル毎にバリスタを短絡させていくこと（即ちセル毎に第２バイパス回路に充電電流を迂回させること）ができる。このため、１秒以下のような瞬間的な過電圧入力状態が生じて上記直列接続の正極側の幾つかのバリスタが短絡したとしても、負極側の残りの二次電池の直列接続を維持し、組電池としての機能を残存させることができる。

また、同様の技術思想により、ここで開示される組電池とともに組電池の制御システムを提供する。即ち、ここで開示される制御システムは、複数の二次電池が直列に接続されて構成された組電池の制御システムである。このシステムは、上記組電池における上記二次電池の直列接続に対して充電時に逆方向接続となる向きで並列に接続されたツェナーダイオードを含む第１バイパス回路と、上記二次電池および上記ツェナーダイオードに対して並列に接続されたバリスタを含む第２バイパス回路とが形成されている。そして上記第１バイパス回路に含まれるツェナーダイオードのツェナー電圧は、組電池の規定最大充電電圧値よりも高い所定の電圧値に設定されている第１電圧値が該組電池に印可されたときに上記第１バイパス回路が通電されるように決定されており、且つ、上記バリスタのバリスタ電圧は、上記第１電圧値と等しいか又はそれよりも高い所定の電圧値に設定されている第２電圧値が組電池に印可されたときに上記第２バイパス回路が通電されるように決定されていることを特徴とする。

ここで開示される組電池では上記構成の第１バイパス回路と第２バイパス回路とを備えることによって当該組電池を構成する二次電池（単電池セル）の過充電を効果的に防止し得ることは上述のとおりであるが、同様の効果を上記構成の制御システムでも奏することができる。
即ち、本構成の制御システムは、典型的には、ハイブリッド車、電気自動車等の車両、或いは他の電源装置において、所定の箇所に複数の二次電池が直列に接続されて構成された組電池をセットすることによって上記第１バイパス回路及び第２バイパス回路が形成されるように構築されるシステム（制御装置）である。即ち、本発明に係る第１バイパス回路及び第２バイパス回路が予め組電池に組み込まれているか、或いは、組電池の外部において構築されるかの違いである。このような構成の制御システムにより、上述した本発明に係る組電池と同様の効果を奏することができる。

好ましくは、上記組電池に含まれる複数の二次電池はリチウムイオン電池である。この態様において、上記第１バイパス回路に含まれるツェナーダイオードのツェナー電圧及び上記第２バイパス回路に含まれるバリスタのバリスタ電圧は、該ツェナーダイオードやバリスタと回路構成上の並列関係にあるリチウムイオン電池の個々の規定最大充電電圧値の合計を上回る電圧値に設定されていることが特に好ましい。かかる構成の組電池制御システムによると、組電池に単電池セルとして搭載されるリチウムイオン電池の過充電を防止し、負極へのリチウム析出等の不具合を未然に防止することができる。

また、ここで開示される組電池制御システムの好ましい他の一態様では、上記第１バイパス回路は上記複数の二次電池からなる直列接続の全体に対して並列に一つ形成されており、且つ、上記第２バイパス回路は上記複数の二次電池からなる直列接続の全体と該第１バイパス回路に対して並列に一つ形成されている。
かかる構成の組電池制御システムでは、組電池に含まれる全ての二次電池（単電池セル）を包含する直列接続に対して並列に一つの第１バイパス回路と一つの第２バイパス回路とが形成される。従って、比較的シンプルな構成により、組電池を構成する二次電池（単電池セル）を過充電から保護することができる。

また、ここで開示される組電池制御システムの好ましい他の一態様では、上記第１バイパス回路は上記複数の二次電池からなる直列接続の全体に対して並列に一つ形成されており、且つ、上記第２バイパス回路は上記複数の二次電池の各々に対して並列に複数形成されている。
かかる構成の組電池制御システムでは、組電池に含まれる全ての二次電池（単電池セル）を包含する直列接続に対して並列に一つの第１バイパス回路が形成されるとともに、それら二次電池（単電池セル）の個々についてバリスタを含む第２バイパス回路が形成される。このような構成のシステムによると、何らかの原因で第２電圧Ｖ_２以上の高電圧が組電池に印加されるような状態（典型的には１秒以下のような瞬間的な過電圧入力状態）が生じた際に、直列する個々の二次電池（単電池セル）について個別にバリスタを含む第２バイパス回路が並列に形成される結果、上記直列接続の正極側からセル毎にバリスタを短絡させていくこと（即ちセル毎に第２バイパス回路に充電電流を迂回させること）ができる。このため、１秒以下のような瞬間的な過電圧入力状態が生じて上記直列接続の正極側の幾つかのバリスタが短絡したとしても、組電池の負極側の残りの二次電池の直列接続を維持し、組電池としての機能を残存させることができる。

以下、本発明の好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項（例えば、ダイオードの種類や二次電池の組成）以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄（例えば、組電池や制御回路の構築手順、単電池セルを構成する電極体ユニットや電解質の構成、電池構築のための種々のプロセス）は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。
本明細書において「単電池セル」とは、組電池を構成するために相互に直列接続され得る個々の電池即ちセル（蓄電素子）を指す用語である。特に限定しない限り種々の組成の非水系二次電池、水溶液系二次電池を包含する。なお、本明細書において電池（セル）とは、リチウム二次電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、鉛蓄電池等のいわゆる化学電池の他、電気二重層キャパシタのように種々の化学電池（例えばリチウムイオン電池）と同様の産業分野で同様に使用され得る蓄電素子（物理電池）を包含する。

ここで開示される組電池は、複数の二次電池の直列接続（直列回路）に対して並列に形成された第１バイパス回路及び第２バイパス回路を備えることによって特徴付けられる組電池であり、組電池を構成する二次電池（単電池セル）の種類、組電池に含まれる単電池セルの数量等によって限定されない。
ここで開示される組電池を構成する単電池セルとしての二次電池の典型例として非水系二次電池、即ち非水電解質を備えるリチウムイオン電池が挙げられる。リチウムイオン電池は、高エネルギー密度で高出力が実現できる二次電池であるため、高性能な組電池、特に車両搭載用組電池（電池モジュール）を構築するうえで好ましい。
本発明の組電池を構成する単電池セルとして用いられるリチウムイオン電池の構成材料には特に制限はなく、例えば、正極材料（正極活物質）としては従来からよく用いられているＬｉＭｎ_２Ｏ_４、ＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＮｉＯ_２等が使用できる。また、リチウムイオン電池の負極材料（負極活物質）としてはグラファイトカーボン、アモルファスカーボン等の炭素系材料、リチウム含有遷移金属酸化物や遷移金属窒化物等が使用できる。組電池全体の高電圧化を実現するべく、黒鉛（グラファイト）等の炭素系材料が好ましい。
電解液としては、適当な電解質（例えばＬｉＰＦ_６等のリチウム塩）を適当量含む非水系電解質が好ましい。非水系溶媒としては、例えばジエチルカーボネートやエチレンカーボネート、或いはこれらの混合溶媒を好ましく使用することができる。

なお、ここで開示される技術は、上述のリチウムイオン電池の他、種々の二次電池を単電池セルとする組電池やその充放電制御システムに適用することができる。典型例として、ニッケル−水素電池、ニッケル−カドミウム電池、鉛蓄電池、ニッケル−亜鉛電池、電気二重層キャパシタ、等が挙げられる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の好適な実施形態を説明する。図１に示す組電池１０は、直列に接続された複数（例えば３０〜５０個、但し図中では省略して両端の２個ずつしか記載していない。他の図も同じ。）の二次電池（例えばリチウムイオン電池）２と、ツェナーダイオード６を含む第１バイパス回路１２と、バリスタ４を含む第２バイパス回路１４とから構成されている。典型的には、これら構成要素は組電池１０のパッケージ１１内に配置される。図示されるように、本実施形態では複数の二次電池２からなる直列接続の全体に対して並列に一つの第１バイパス回路１２および一つの第２バイパス回路１４を備える。このような形態であると、組電池１０それ自体の構成によって該組電池１０に含まれる二次電池（単電池セル）２を過充電から好適に保護することができる。

或いは、図２に示すように、組電池３０を構成要素の一つとして所定の位置に脱着自在にセットし、それによって該組電池３０と電気的に接続される（即ちセットされた組電池３０内の直列接続された複数の二次電池２と並列に接続される）第１バイパス回路３２および第２バイパス回路３４を組電池３０の外部に備える形態の制御システム（制御装置）１００であってもよい。
なお、図２は、本発明を特徴付ける制御システム（制御装置）１００の必須構成要素のみを示しており、制御システム（制御装置）１００には、図示したものの他、目的や用途に応じて組電池３０と直接的に接続される又は接続されない種々の電子部品（キャパシタ、トランジスタ、抵抗器、等）や付加回路を含み得る。例えば、ツェナーダイオードの最大定格電流を超過しないように第１バイパス回路に何らかの抵抗器をツェナーダイオードと直列に設けてもよい。
或いは、車両の電源装置に設けられる制御システムの場合、第１バイパス回路及び／又は第２バイパス回路に電流計を備える構成であってもよい。かかる構成によると、何らかの原因でツェナー電圧又はバリスタ電圧以上の高い異常電圧が組電池に入力され、それにより上記ツェナーダイオードに逆方向電流が流れたこと（即ち第１バイパス回路が通電したこと）或いはバリスタが短絡したこと（即ち第２バイパス回路が通電したこと）を電流検出信号として車両に装備される所定の中央コントロールユニットに出力することができる。これにより、中央コントロールユニットは、組電池の充電処理（電圧入力）自体を中断させたり、或いは、何らかの異常が生じたことを作業者（運転者）に報知することも可能である。このような第１バイパス回路及び／又は第２バイパス回路の通電後の付加的な制御処理は目的に応じて適宜構築することができる当業者の設計事項であり、本発明を特徴付けるものでもないためこれ以上の詳細な説明は省略する。

ここで開示される組電池１０又は制御システム１００の第１バイパス回路１２，３２を構築するために用いられるツェナーダイオード６のツェナー電圧は、組電池１０，３０を構成する二次電池２の満充電時の電圧や数量によって適宜異なり得る。
例えば、満充電時の最大電圧（即ち規定最大充電電圧）が４．１Ｖに規定されているリチウムイオン電池を５０個ほど直列に接続して構成される組電池１０，３０であって、図１や図２に示す実施形態のような当該５０個のリチウムイオン電池２からなる直列接続の全体に対して並列に一つの第１バイパス回路１２，３２を構成する場合には、ツェナー電圧値（即ち本実施形態では上記第１電圧値Ｖ_１に同じ）は４．１×５０＝２０５Ｖよりも大きい電圧値に設定することができる。例えば、二次電池がリチウムイオン電池の場合、ツェナー電圧値（第１電圧値Ｖ_１）として個々のリチウムイオン電池において負極にリチウムが析出（典型的にはデンドライトとして析出）し得る過充電状態となる電圧値を設定することができる。
なお、図中では模式的に一つのダイオードの記号しか記載していないが、この場合にはツェナーダイオード６の数量は特に限定されず、第１バイパス回路１２，３２において複数のツェナーダイオード６を直列に接続することができる。例えば、市販されるツェナー電圧が５．６Ｖであるツェナーダイオードを使用する場合、該ツェナーダイオードを４０個〜４２個ほど直列に接続することによって、第１バイパス回路に通電される電圧値を概ね２２４Ｖ〜２３５．２Ｖに設定することができる。

一方、ここで開示される組電池１０又は制御システム１００の第２バイパス回路１４，３４を構築するために用いられるバリスタ４のバリスタ電圧値は、当該第２バイパス回路１４，３４と並列の関係にある二次電池２の数量や該二次電池２の満充電時の電圧等に基づいて適宜異なり得る。例えば、満充電時の最大電圧が４．１Ｖに規定されているリチウムイオン電池を５０個直列に接続して構成される組電池であって当該５０個のリチウムイオン電池の直列接続の全体に対して並列に一つの第２バイパス回路（図１，２参照）を構成する場合で且つ第１電圧値Ｖ_１が２２４Ｖ〜２３５．２Ｖに設定される場合には、当該第１電圧値と等しいか又はそれよりも大きい電圧値にバリスタ電圧（即ち本実施形態では第２電圧値Ｖ_２に同じ）を設定することができる。

なお、回路構成をシンプルにして組電池或いは制御システムの構築を容易にするという観点からは、上述した図１及び図２に示すように、二次電池２の直列接続全体の正極末端の上流側から負極末端の下流側までの間に並列に一つの第１バイパス回路１２，３２及び一つの第２バイパス回路１４，３４を設けることが好ましい。
或いは、図３に示す形態の組電池２０や図４に示す形態の制御システム（制御装置）２００のように、二次電池２の直列接続全体の正極末端の上流側から負極末端の下流側までの間に並列に一つの第１バイパス回路２２，４２を設ける一方、直列する二次電池２の個々についてバリスタ４を含む第２バイパス回路２４，４４が形成されている。このような構成によると、何らかの原因で第２電圧Ｖ_２以上の高電圧が組電池２０，４０に印加されるような状態（典型的には１秒以下のような瞬間的な過電圧入力状態）が生じた際に、上記直列接続している二次電池群の正極側からセル２毎にバリスタ４を短絡させていくこと（即ちセル２毎に第２バイパス回路２４，４４に充電電流を迂回させること）ができる。このため、例えば１秒以下のような瞬間的な過電圧入力状態が生じて上記直列接続の正極側の幾つかのバリスタ４が短絡したとしても、組電池２０，４０の負極側の残りの二次電池２の直列接続を維持し、組電池としての機能を残存させることができる。
この場合、個々の第２バイパス回路に含まれるバリスタのバリスタ電圧は、第２電圧値を第２バイパス回路の数で割って得られる電圧値に設定することができる（換言すれば、全バリスタのバリスタ電圧値の総和が第２電圧値となり得る。）。例えば、直列接続される５０個の規定最大充電電圧値４．１Ｖのリチウムイオン電池のそれぞれに対して一つのバリスタを含む一つの第２バイパス回路が形成される場合であって、第２電圧値を２１０Ｖに設定した場合、個々のバリスタのバリスタ電圧を例えば４．２Ｖに設定することができる。
また、図３や図４に示すような構成によると、組電池２０，４０中に特異的に劣化してしまったセル２が存在する場合に不安定モードに至る可能性を低減させることができる。具体的には次のとおりである。即ち、通常使用において何らかの原因によって例えば組電池中のセルが一つだけ極端に劣化してしまった場合、特性の変化として一般に抵抗上昇する現象がみられる。かかる抵抗上昇したセルは、通電時の電圧変化が大きくなり、結果、組電池を構成する他のセルと比較して過充電の環境に曝される。しかし、図３や図４に示すような構成によると、所定の電圧（例えば単電池セル当りで４．３Ｖ）に達したときにバリスタが印加電圧により崩落し、短絡する。そしてバリスタが短絡すると、上記劣化セルは外部短絡状態に陥るところ、かかる外部短絡状態においては当該セルは不安定モードに移行せずに使用不可能な状態に陥る。このため、上記不安定モードのセル（単電池セル）の使用を回避し、組電池の安全性を向上させることができる。

以下の実施例によって、本発明を更に詳しく説明するが、本発明の構成をかかる実施例として挙げたものに限定することを意図したものではない。

＜組電池の作製＞
組電池に組み込む非水系二次電池としてリチウムイオン電池を作製した。即ち、正極活物質であるＬｉＣｏＯ_２と、導電助材であるアセチレンブラック（ＡＢ）と、結着材であるポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を、質量比でＬｉＣｏＯ_２／ＡＢ／ＰＶＤＦ＝８５／５／１０となるように分散溶媒であるＮＭＰ（Ｎ−メチル−２−ピロリドン）に添加し、よく混合することによって正極活物質層形成用ペーストを調製した。得られた正極活物質層形成用ペーストを、長さ５００ｍｍ、幅５２ｍｍ、厚さ１５μｍのアルミニウム箔上に塗布し、ロールプレスによる処理を行って、該アルミニウム箔上に正極活物質層を形成して成る正極集電体シートを作製した。

一方、負極活物質である天然黒鉛系炭素材料（グラファイト）と、結着材であるスチレン−ブタジエン共重合体（ＳＢＲ）と、増粘材であるカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）を、質量比でグラファイト／ＳＢＲ／ＣＭＣ＝９５／２．５／２．５となるように分散溶媒である水に添加し、よく混合することによって負極活物質層形成用ペーストを調製した。得られた負極活物質層形成用ペーストを、長さ５５０ｍｍ、幅５４ｍｍ、厚さ１０μｍの銅箔上に塗布し、ロールプレスによる処理を行って、該銅箔上に負極活物質層を形成して成る負極集電体シートを作製した。なお、正極の理論容量と負極の理論容量との比率が１（正極）：１．５（負極）となるように上記ペーストの塗布量を調節した。
こうして得られた正極集電体シート及び負極集電体シートを、長さ６００ｍｍ、幅６０ｍｍ、厚さ２５μｍのポリプロピレン／ポリエチレン複合体多孔質膜であるセパレータシート（２枚）とともに捲回し（２０周巻き）、リチウムイオン電池用の円筒形状捲回電極体を作製した。

作製した捲回電極体に正負極それぞれのリード端子を溶接し、捲回電極体に対応する形状のアルミニウム製の箱形容器（内容積：約１６ｍＬ）に収容した。容器には適当量の電解液（質量比１：１：１であるエチレンカーボネート、エチルメチルカーボネートおよびジメチルカーボネートの混合溶媒にリチウム塩として濃度１ＭとなるＬｉＰＦ_６を溶解した非水電解液）を注入し、封止した。これにより、組電池の単電池セルとして使用する捲回型電極体を備える密閉型リチウムイオン電池（二次電池）を作製した。

而して、第１実施例の組電池を次のように構築した。即ち、予め満充電しておいた上記リチウムイオン電池５０個を直列に接続し、さらに上述した図１に示すように、当該５０個のリチウムイオン電池の直列接続における正極側上流と負極側下流との間にツェナー電圧５．６Ｖのツェナーダイオードが計４２個直列して成る第１バイパス回路を並列に形成した。さらに、バリスタ電圧が２３５．２Ｖであるバリスタを含む第２バイパス回路を、当該５０個のリチウムイオン電池の直列接続と第１バイパス回路との両方に並列となるように形成した。
また、第２実施例の組電池を次のように構築した。即ち、上記第１実施例の組電池と同様に、リチウムイオン電池５０個を直列に接続し、さらに当該直列接続の全体に対して並列にツェナー電圧５．６Ｖのツェナーダイオードが計４２個直列して成る第１バイパス回路を形成した。そして、第２実施例では、上述した図３に示すように、５０個のリチウムイオン電池の一つ一つに対してバリスタ電圧が約４．３Ｖであるバリスタを含む第２バイパス回路を並列にそれぞれ形成した。
また、比較例の組電池として上記第１バイパス回路及び第２バイパス回路のいずれも形成せずに上記リチウムイオン電池５０個を直列に接続したのみの組電池を構築した。

上記構築した第１実施例、第２実施例および比較例の組電池を用いて所定の評価用入力回路を構成した。そして、一定期間充放電を繰り返してＳＯＣをほぼ８０％状態としたときにバリスタ電圧を上回る高い電圧（具体的には一つの組電池に対して２４５〜２５０Ｖ）での充電処理を所定時間（約１分間〜１０分間）行った。その後、通電を終了し、リチウムイオン電池の状態を調べたところ、比較例の組電池に含まれるリチウムイオン電池では、負極側にリチウムの析出が認められた。一方、第１バイパス回路に加えて第２バイパス回路を含む第１実施例及び第２実施例の組電池に含まれるリチウムイオン電池では、負極側にリチウム析出は認められなかった。

上記実施例からも明らかなように、上記第１バイパス回路に加えてさらに適切なバリスタ電圧のバリスタを含む第２バイパス回路をフェイルセーフ機能として備えた組電池（又は制御システム）によると、充電時に過電圧が組電池に印加されるような状態が生じた際にも当該組電池に含まれる二次電池を過充電から保護し、過充電によって当該二次電池に不具合（例えばリチウムイオン電池における負極側のリチウム析出）が発生することを未然に防止することができる。
従って、本発明の組電池（或いは組電池を含む制御システム）は、特に自動車等の車両に搭載されるモーター用電源（或いは電源装置）として好適である。従って、図５に示すように、本発明によって上記のように説明した構成の組電池１０（或いは制御システム）を備える車両１（典型的には自動車、特にハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池自動車のような電動機を備える自動車）を提供することができる。
以上、本発明を好適な実施形態及び実施例により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、勿論、種々の改変が可能である。

一実施形態に係る組電池の構成を模式的に示す説明図である。 一実施形態に係る制御システム（制御装置）の構成を模式的に示す説明図である。 一実施形態に係る組電池の構成を模式的に示す説明図である。 一実施形態に係る制御システム（制御装置）の構成を模式的に示す説明図である。 本発明の組電池を備えた車両（自動車）を模式的に示す側面図である。

符号の説明

１ 車両
２ 二次電池
４ バリスタ
６ ツェナーダイオード
１０，２０，３０，４０ 組電池
１２，２２，３２，４２ 第１バイパス回路
１４，２４，３４，４４ 第２バイパス回路
１００，２００ 制御システム（制御装置）

Claims (9)

1. 複数の二次電池が直列に接続されて構成される組電池であって、
   前記複数の二次電池の直列接続に対して充電時に逆方向接続となる向きで並列に接続されたツェナーダイオードを含む第１バイパス回路と、
   前記二次電池および前記ツェナーダイオードに対して並列に接続されたバリスタを含む第２バイパス回路と、
   を備えており、
   ここで前記ツェナーダイオードのツェナー電圧は、当該組電池の規定最大充電電圧値よりも高い所定の電圧値に設定されている第１電圧値が組電池に印可されたときに前記第１バイパス回路が通電されるように決定されており、且つ、
   前記バリスタのバリスタ電圧は、前記第１電圧値と等しいか又はそれよりも高い所定の電圧値に設定されている第２電圧値が組電池に印可されたときに前記第２バイパス回路が通電されるように決定されていることを特徴とする、組電池。
2. 前記複数の二次電池はリチウムイオン電池である、請求項１に記載の組電池。
3. 前記第１バイパス回路は、前記複数の二次電池からなる直列接続の全体に対して並列に一つ形成されており、
   前記第２バイパス回路は、前記複数の二次電池からなる直列接続の全体と該第１バイパス回路に対して並列に一つ形成されている、請求項１又は２に記載の組電池。
4. 前記第１バイパス回路は、前記複数の二次電池からなる直列接続の全体に対して並列に一つ形成されており、
   前記第２バイパス回路は、前記複数の二次電池の各々に対して並列に複数形成されている、請求項１又は２に記載の組電池。
5. 複数の二次電池が直列に接続されて構成された組電池の制御システムであって、
   前記組電池における前記複数の二次電池の直列接続に対して充電時に逆方向接続となる向きで並列に接続されたツェナーダイオードを含む第１バイパス回路と、
   前記二次電池および前記ツェナーダイオードに対して並列に接続されたバリスタを含む第２バイパス回路と、
   が形成されており、
   ここで前記第１バイパス回路に含まれるツェナーダイオードのツェナー電圧は、前記組電池の規定最大充電電圧値よりも高い所定の電圧値に設定されている第１電圧値が該組電池に印可されたときに前記第１バイパス回路が通電されるように決定されており、且つ、前記バリスタのバリスタ電圧は、前記第１電圧値と等しいか又はそれよりも高い所定の電圧値に設定されている第２電圧値が前記組電池に印可されたときに前記第２バイパス回路が通電されるように決定されていることを特徴とする、組電池の制御システム。
6. 前記組電池に含まれる複数の二次電池はリチウムイオン電池である、請求項５に記載の組電池制御システム。
7. 前記第１バイパス回路は、前記複数の二次電池からなる直列接続の全体に対して並列に一つ形成されており、
   前記第２バイパス回路は、前記複数の二次電池からなる直列接続の全体と前記第１バイパス回路に対して並列に一つ形成されている、請求項５又は６に記載の組電池制御システム。
8. 前記第１バイパス回路は、前記複数の二次電池からなる直列接続の全体に対して並列に一つ形成されており、
   前記第２バイパス回路は、前記複数の二次電池の各々に対して並列に複数形成されている、請求項５又は６に記載の組電池制御システム。
9. 請求項１〜４の何れかに記載の組電池または請求項５〜８の何れかに記載の制御システムを備える車両。

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