JP2011009042A

JP2011009042A - 電池パック

Info

Publication number: JP2011009042A
Application number: JP2009150785A
Authority: JP
Inventors: Takao Maeda; 隆雄前田
Original assignee: Mitsubishi Electric Engineering Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Electric Engineering Co Ltd
Priority date: 2009-06-25
Filing date: 2009-06-25
Publication date: 2011-01-13

Abstract

【課題】確実に異常圧力を検出し、破裂や発火に至る事態を未然に防止する電池パックを得る。
【解決手段】電池パックは、電池セルと上記電池セルを覆うケースとの間の内部圧力を検出する内部圧力検出手段と、上記電池ケースを覆うケースヘの外部からの外部圧力を検出する外部圧力検出手段と、上記外部圧力が加わっていないとき上記内部圧力が第１の閾値以上の場合または上記外部圧力が加わっているとき上記内部圧力が上記第１の閾値より小さい第２の閾値以上の場合ヒューズの溶断または保護回路を制御して充放電を遮断する制御手段と、上記外部圧力が加わっていないとき上記内部圧力が第３の閾値以上の場合または上記外部圧力が加わっているとき上記内部圧力が上記第３の閾値より小さい第４の閾値以上の場合破裂または発火の危険度を表示する表示手段と、を具備する。
【選択図】図１

Description

この発明は、破裂や発火に対する保護が施された電池パックに関するものである。

従来から、電池パックの破裂や発火に至る事態を未然に防ぐ方法として、電池セルが膨れることで発生する電池セルと電池セルを覆うケースと間の発生する異常圧力を圧力センサで検出し、電池セルと直列に接続されたヒューズの溶断やＦＥＴ等のスイッチング素子をオフする保護回路を制御することで、電池パックの充放電を遮断する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−１９７２６８号公報

しかし、従来の電池パックの異常圧力を検出する圧力センサは、電池セルと電池セルを覆うケースとの間のみに設置されているため、電池セルを覆うケースが外部から圧力を受けた場合には、電池セルが膨れてようとも、外部圧力により抑えられた圧力を検出して、ヒューズの溶断や充放電を遮断させるという手段を講じず、外部圧力を考慮した制御がされないので、電池パックの破裂や発火に対する危険度が高くなるという問題がある。

この発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、確実に異常圧力を検出し、破裂や発火に至る事態を未然に防止する電池パックを得ることを目的とする。

この発明に係る電池パックは、電池セルと上記電池セルを覆うケースとの間の内部圧力を検出する内部圧力検出手段と、上記電池ケースを覆うケースヘの外部からの外部圧力を検出する外部圧力検出手段と、上記外部圧力が加わっていないとき上記内部圧力が第１の閾値以上の場合または上記外部圧力が加わっているとき上記内部圧力が上記第１の閾値より小さい第２の閾値以上の場合ヒューズの溶断または保護回路を制御して充放電を遮断する制御手段と、上記外部圧力が加わっていないとき上記内部圧力が第３の閾値以上の場合または上記外部圧力が加わっているとき上記内部圧力が上記第３の閾値より小さい第４の閾値以上の場合破裂または発火の危険度を表示する表示手段と、を具備する。

また、この発明に係る他の電池パックは、電池セルと上記電池セルを覆うケース間の異常圧力を検出する内部圧力検出手段と、上記電池ケースを覆うケースヘの外部からの圧力を検出する外部圧力検出手段と、温度を検出する温度検出手段と、上記外部圧力が加わっていないとき上記内部圧力が上記温度に関連する第１の閾値以上の場合または上記外部圧力が加わっているとき上記内部圧力が上記第１の閾値より小さい第２の閾値以上の場合ヒューズの溶断または保護回路を制御して充放電を遮断する制御手段と、上記外部圧力が加わっていないとき上記内部圧力が上記温度に関連する第３の閾値以上の場合または上記外部圧力が加わっているとき上記内部圧力が上記第３の閾値より小さい第４の閾値以上の場合破裂または発火の危険度を表示する表示手段と、を具備する。

この発明によれば、電池パックヘの内部圧力と外部圧力の検出、並びに両者の相関に応じた制御を行うことで誤動作を防ぐことが可能となり、且つ電池パックヘの圧力状態による危険度の表示を可能とすることで、電池パックの破裂や発火に至る事態の未然防止に対する完全性の向上、信頼性の向上を成すことが可能となる。

この発明の実施の形態１に係る電池パックの構成示すブロック図である。この発明の実施の形態１に係る電池パックでの破裂や発火に対する保護の手順を示すフローチャートである。この発明の実施の形態２に係る電池パックの構成示すブロック図である。この発明の実施の形態２に係る電池パックでの破裂や発火に対する保護の手順を示すフローチャートである。この発明の実施の形態３に係る電池パックの構成示すブロック図である。この発明の実施の形態３に係る電池パックでの破裂や発火に対する保護の手順を示すフローチャートである。

以下、本発明の電池パックの好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る電池パックの構成示すブロック図である。図２は、この発明の実施の形態１に係る電池パックでの破裂や発火に対する保護の手順を示すフローチャートである。
この発明の実施の形態１に係る電池パックは、ヒューズ３を溶断する溶断回路２、電池パックの外部端子と電池セル１１とを接続する配線の途中に介挿されるヒューズ３、電池パック内部の圧力を計測する内部圧力センサ４、電池パックの外側に加わる圧力を計測する外部圧力センサ５、制御回路６、表示回路７、スイッチング素子９、１０を遮断する保護回路８、スイッチング素子９、１０、電池セル１１、ポリスイッチ１２を備える。
制御回路６は、電池パックの内外に加わる圧力を検出する圧力検出制御回路６ａを有する。

電池パックは過度の充放電がなされた場合、電池セル１１の発熱や膨れを生じ、最悪の場合は電池パックの破裂や発火に至る。図１において、電池パックに対し外部からの外部圧力Ｐ２がない場合は、内部圧力センサ４で検出する内部圧力Ｐ１そのものが電池セル１１の膨れによるものである。そして、圧力検出制御回路６ａが内部圧力Ｐ１を規定値以上か否かを判断する。内部圧力Ｐ１が規定値以上と判断されたとき、制御回路６は溶断回路２をオンとしてヒューズ３を溶断し、または保護回路８を制御しスイッチング素子９、１０をオフして充放電を停止し、電池パックの破裂や発火に至る事態を未然に防ぐ。

電池パックに対し外側から外部圧力Ｐ２が加わっている場合、内部圧力センサ４は外部圧力Ｐ２により抑えられたものを内部圧力Ｐ１として検出する。即ち、電池セル１１自体は危険な状態まで膨れていても圧力検出制御回路６ａは電池セル１１が危険な状態まで膨れていると検出できず、電池パックの破裂や発火に至る事態になる場合がある。

そこで、この発明の実施の形態１に係る電池パックでは、破裂や発火に対する保護として、電池パックに対し外部から加わる外部圧力Ｐ２は外部圧力センサ５で計測し、電池セル１１の膨れによる圧力は内部圧力センサ４で計測する。
次に、制御回路６は、図２に示すように、外部圧力センサ５で計測した外部圧力Ｐ２に応じて、判定値を変えるとともに内部圧力センサ４で計測した内部圧力Ｐ１の異常を判定し、表示回路７に圧力状態に応じた電池パックの破裂や発火の危険度を表示し、且つ溶断回路２や保護回路８を制御して破裂や発火を未然に防ぐ各種手段を講じる。

内部圧力Ｐ１の大きさが比較的小さいとき、表示回路７に危険度を表示する段階と、内部圧力Ｐ１の大きさが比較的大きいとき、溶断回路２や保護回路８を制御して電池セル１１に流れる電流を遮断する段階とに分けて破裂や発火に対する保護を行なう。そして、２つの段階を判断するための閾値は、危険度を表示するための第３の閾値として危険圧力判定値ＰＤと、破裂や発火に対する保護を行なうための第１の閾値として異常圧力判定値ＰＦとからなる。

また、外部圧力Ｐ２が加わっているときは、内部圧力センサ４が計測する値が実際に発生している内部圧力より低くなるので、外部圧力Ｐ２の有無により２つの段階を判断するための閾値を変更する。すなわち、外部圧力Ｐ２に従って危険圧力判定値ＰＤと異常圧力判定値ＰＦより小さい第４の閾値としての危険圧力算出判定値ＰＤＣと第２の閾値としての異常圧力算出判定値ＰＦＣを算出する。

ステップＳ１０１で、外部圧力有無判定値Ｐ、危険圧力判定値ＰＤ、異常圧力判定値ＰＦを初期設定として設定する。
ステップＳ１０２で、内部圧力センサ４で計測した内部圧力Ｐ１と外部圧力センサ５で計測した外部圧力Ｐ２を取込む。
ステップＳ１０３で、外部圧力Ｐ２が外部圧力有無判定値Ｐ以上か否かを判断し、外部圧力Ｐ２が外部圧力有無判定値Ｐ以上の場合ステップＳ１０９に進み、外部圧力Ｐ２が外部圧力有無判定値Ｐ未満の場合ステップＳ１０４に進む。
ステップＳ１０４で、内部圧力Ｐ１が危険圧力判定値ＰＤ以上か否かを判断し、内部圧力Ｐ１が危険圧力判定値ＰＤ以上の場合ステップＳ１０６に進み、内部圧力Ｐ１が危険圧力判定値ＰＤ未満の場合ステップＳ１０５に進む。
ステップＳ１０５で、表示回路７に危険度を表示しない。

ステップＳ１０６で、表示回路７に危険度を表示する。
ステップＳ１０７で、内部圧力Ｐ１が異常圧力判定値ＰＦ以上か否かを判断し、内部圧力Ｐ１が異常圧力判定値ＰＦ以上の場合ステップＳ１０８に進み、内部圧力Ｐ１が異常圧力判定値ＰＦ未満の場合ステップＳ１０２に戻る。
ステップＳ１０８で、破裂や発火を防ぐ手段としてヒューズ溶断またはスイッチング素子をオフして、保護の手順を終了する。

ステップＳ１０９で、外部圧力Ｐ２に応じて危険圧力算出判定値ＰＤＣおよび異常圧力算出判定値ＰＦＣを算出する。
ステップＳ１１０で、内部圧力Ｐ１が危険圧力算出判定値ＰＤＣ以上か否かを判断し、内部圧力Ｐ１が危険圧力算出判定値ＰＤＣ以上の場合ステップＳ１１２に進み、内部圧力Ｐ１が危険圧力算出判定値ＰＤＣ未満の場合ステップＳ１１１に進む。
ステップＳ１１１で、表示回路７に危険度を表示しない。
ステップＳ１１２で、表示回路７に危険度を表示する。
ステップＳ１１３で、内部圧力Ｐ１が異常圧力算出判定値ＰＦＣ以上か否かを判断し、内部圧力Ｐ１が異常圧力算出判定値ＰＦＣ以上の場合ステップＳ１０８に進み、内部圧力Ｐ１が異常圧力算出判定値ＰＦＣ未満の場合ステップＳ１０２に戻る。

このように、この発明の実施の形態１に係る電池パックでは、破裂や発火に対する保護として、電池パックに対して外部から加わる圧力に左右されることなく、確実に電池パックの破裂や発火を未然に防ぐことができ、電池パックの安全性の向上、信頼性の向上を図ることが可能となる。

実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２に係る電池パックの構成を示すブロック図である。図４は、この発明の実施の形態２に係る電池パックでの破裂や発火に対する保護の手順を示すフローチャートである。
この発明の実施の形態２に係る電池パックは、この発明の実施の形態１に係る電池パックとサーミスタ１が追加されたことと制御回路が異なり、それ以外は同様なので、同様な部分に同じ符号を付記し説明は省略する。
この発明の実施の形態２の制御回路６Ｂは、この発明の実施の形態１の制御回路６に温度検出回路６ｂを追加したことが異なる。

外部圧力Ｐ２が加わっていないときは、２つの段階を判断するための閾値を電池パックの温度Ｔ１に従って危険圧力判定値ＰＤから第３の閾値として危険圧力算出判定値ＰＤＴを、異常圧力判定値ＰＦから第１の閾値として異常圧力算出判定値ＰＦＴを算出する。

また、外部圧力Ｐ２が加わっているときは、内部圧力センサ４が計測する値が実際に発生している内部圧力より低くなるので、外部圧力Ｐ２の有無により２つの段階を判断するための閾値を変更する。すなわち、外部圧力Ｐ２に従って危険圧力算出判定値ＰＤＴと異常圧力算出判定値ＰＦＴより小さい第４の閾値としての危険圧力算出判定値ＰＤＣＴと第２の閾値としての異常圧力算出判定値ＰＦＣＴを算出する。

ステップＳ２０１で、外部圧力有無判定値Ｐ、危険圧力判定値ＰＤ、異常圧力判定値ＰＦを初期設定として設定する。
ステップＳ２０２で、内部圧力センサ４で計測した内部圧力Ｐ１、外部圧力センサ５で計測した外部圧力Ｐ２およびサーミスタで計測した電池パック温度Ｔ１を取込む。
ステップＳ２０３で、外部圧力Ｐ２が外部圧力有無判定値Ｐ以上か否かを判断し、外部圧力Ｐ２が外部圧力有無判定値Ｐ以上の場合ステップＳ２０９に進み、外部圧力Ｐ２が外部圧力有無判定値Ｐ未満の場合ステップＳ２０４に進む。
ステップＳ２０４で、電池パック温度Ｔ１に応じた危険圧力算出判定値ＰＤＴおよび異常圧力算出判定値ＰＦＴを算出する。
ステップＳ２０５で、内部圧力Ｐ１が危険圧力算出判定値ＰＤＴ以上か否かを判断し、内部圧力Ｐ１が危険圧力算出判定値ＰＤＴ以上の場合ステップＳ２０７に進み、内部圧力Ｐ１が危険圧力算出判定値ＰＤＴ未満の場合ステップＳ２０６に進む。
ステップＳ２０６で、表示回路７に危険度を表示しない。

ステップＳ２０７で、表示回路７に危険度を表示する。
ステップＳ２０８で、内部圧力Ｐ１が異常圧力算出判定値ＰＦＴ以上か否かを判断し、内部圧力Ｐ１が異常圧力算出判定値ＰＦ以上の場合ステップＳ２０９に進み、内部圧力Ｐ１が異常圧力判定値ＰＦ未満の場合ステップＳ２０２に戻る。
ステップＳ２０９で、破裂や発火を防ぐ手段としてヒューズ溶断またはスイッチング素子をオフして、保護の手順を終了する。

ステップＳ２１０で、外部圧力Ｐ２に応じて危険圧力算出判定値ＰＤＣＴおよび異常圧力算出判定値ＰＦＣＴを算出する。
ステップＳ２１１で、内部圧力Ｐ１が危険圧力算出判定値ＰＤＣＴ以上か否かを判断し、内部圧力Ｐ１が危険圧力算出判定値ＰＤＣＴ以上の場合ステップＳ２１３に進み、内部圧力Ｐ１が危険圧力算出判定値ＰＤＣＴ未満の場合ステップＳ２１２に進む。
ステップＳ２１２で、表示回路７に危険度を表示しない。
ステップＳ２１３で、表示回路７に危険度を表示する。
ステップＳ２１４で、内部圧力Ｐ１が異常圧力算出判定値ＰＦＣＴ以上か否かを判断し、内部圧力Ｐ１が異常圧力算出判定値ＰＦＣＴ以上の場合ステップＳ２０９に進み、内部圧力Ｐ１が異常圧力算出判定値ＰＦＣ未満の場合ステップＳ２０２に戻る。

この発明の実施の形態１では、制御回路６に圧力検出制御回路６ａのみ設けたが、図３に示すように制御回路６Ｂに温度検出回路６ｂも設けており、圧力検出制御回路６ａの判定値を温度検出回路６ｂの計測値により可変させることができるので、実施の形態１において説明した効果に加え、電池パックの温度に応じた破裂や発火に対する保護が可能となる。

実施の形態３．
図５は、この発明の実施の形態３に係る電池パックの構成を示すブロック図である。図６は、この発明の実施の形態３に係る電池パックでの破裂や発火に対する保護の手順を示すフローチャートである。
この発明の実施の形態３に係る電池パックは、この発明の実施の形態１に係る電池パックに音声回路１３を追加されたことが異なり、それ以外は同様なので、同様な部分に同じ符号を付記し説明は省略する。

図６に示す手順は、図２に示す手順にステップＳ３０１とステップＳ３０２を追加したことが異なり、それ以外は同様であるので、説明は省略する。
ステップＳ３０１で、音声回路１３から危険度をアラーム音により知らせる。
ステップＳ３０２で、音声回路１３から危険度をアラーム音により知らせる。

この発明の実施の形態１では、電池パックの破裂や発火の危険度は表示回路７で表示したが、この発明の実施の形態３では、音声回路１３を設け、音声回路１３からアラーム音を発することにより、電池パックを鞄などに入れて見えない状態においても破裂や発火の危険度を知らせることが可能となる。

本発明における電池パックの破裂や発火に対する保護は、電池パックに内蔵して使用することから、既存の電池パックの保護回路に本発明の破裂や発火に対する保護を搭載してもよい。

１サーミスタ、２溶断回路、３ヒューズ、４内部圧力センサ、５外部圧力センサ、６、６Ｂ制御回路、６ａ圧力検出制御回路、６ｂ温度検出回路、７表示回路、８保護回路、９、１０スイッチング素子、１１電池セル、１２ポリスイッチ、１３音声回路。

Claims

電池セルと上記電池セルを覆うケースとの間の内部圧力を検出する内部圧力検出手段と、
上記電池ケースを覆うケースヘの外部からの外部圧力を検出する外部圧力検出手段と、
上記外部圧力が加わっていないとき上記内部圧力が第１の閾値以上の場合または上記外部圧力が加わっているとき上記内部圧力が上記第１の閾値より小さい第２の閾値以上の場合ヒューズの溶断または保護回路を制御して充放電を遮断する制御手段と、
上記外部圧力が加わっていないとき上記内部圧力が第３の閾値以上の場合または上記外部圧力が加わっているとき上記内部圧力が上記第３の閾値より小さい第４の閾値以上の場合破裂または発火の危険度を表示する表示手段と、
を具備することを特徴とする電池パック。
電池セルと上記電池セルを覆うケース間の異常圧力を検出する内部圧力検出手段と、
上記電池ケースを覆うケースヘの外部からの圧力を検出する外部圧力検出手段と、
温度を検出する温度検出手段と、
上記外部圧力が加わっていないとき上記内部圧力が上記温度に関連する第１の閾値以上の場合または上記外部圧力が加わっているとき上記内部圧力が上記第１の閾値より小さい第２の閾値以上の場合ヒューズの溶断または保護回路を制御して充放電を遮断する制御手段と、
上記外部圧力が加わっていないとき上記内部圧力が上記温度に関連する第３の閾値以上の場合または上記外部圧力が加わっているとき上記内部圧力が上記第３の閾値より小さい第４の閾値以上の場合破裂または発火の危険度を表示する表示手段と、
を具備することを特徴とする電池パック。
上記外部圧力が加わっていないとき上記内部圧力が第３の閾値以上の場合または上記外部圧力が加わっているとき上記内部圧力が上記第３の閾値より小さい第４の閾値以上の場合危険度を示す音声による警報を発する音声手段を具備することを特徴とする請求項１または２に記載の電池パック。