JP2011119157A - 電池電源装置、及び電池電源システム - Google Patents

Abstract

【課題】複数の素電池１からなる電池電源装置において、異常の発生した素電池１を充放電経路から遮断するのみならず、この異常を直ちに検出できるようにする。
【解決手段】少なくとも１つの素電池１からなる電池ユニットが複数、並列に接続された組電池２を備えるとともに、該各電池ユニット毎に所定の異常状態で導電線（例えば正極バスバー３４）との間の電流を遮断するように電流遮断器を設ける。該電流遮断器としては、各電池ユニットと導電線との間を遮断するのと同時に、導電線と信号線３５との間を導通させるように切り替わる、３端子のスイッチ３６（開閉器）を用いればよい。該信号線３５からの信号により電池ユニットの異常を検出する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、複数の二次電池が並列接続された組電池を備える電池電源装置、及びこれを用いる電池電源システムに関する。

従来より、複数の二次電池（セル）を直列・並列に接続して、所要の電圧及び容量を得るようにした電池電源装置は一般的に使用されている。また、近年では化石燃料の使用量及びＣＯ₂の排出量を削減するという観点から、電気自動車やハイブリッド自動車等のモータ駆動用の電源として電池電源装置への期待が高まりつつある。

そのような電池電源装置は大容量・高出力を求められることから、比較的多数の電池を並列に接続した組電池を備えることがあるが、このような組電池に含まれる一部の二次電池に過電流や過熱等の異常が生じた場合、正常時と同じようにこの組電池に対して充放電を行うと、二次電池を劣化させてしまう虞れがあった。

そこで、組電池に含まれる一部の二次電池の異常、例えば脱落や断線等を検出し、このような異常が生じた場合にスイッチング素子や保護素子をオフさせて、電池電源装置全体の充放電を禁止する技術は知られている（例えば、特許文献１、２参照。）。

特開２００８−２７６５８号公報 特開２００８−７１５６８号公報

しかしながら、前記従来例のように電池電源装置全体の充放電を禁止すると直ちにシステムダウンに繋がってしまい、特に自動車用の電源としては好ましくない。そこで、組電池内で異常の発生した電池だけを遮断し、残りの電池によって電力供給を継続することが考えられるが、こうして一部の電池に異常が発生した状態で電池電源装置の使用を継続すると、この異常な電池を含む組電池や電池電源装置全体としての劣化を招く虞れがある。

すなわち、例えば１０個の電池が並列に接続された組電池について考えると、そのうちの１個の電池に異常が発生してヒューズ等により遮断された場合でも電圧の変化は少なく、電圧監視のみの方法では遮断の検知が難しい。

その結果、異常の発生に気づくことなく通常の充放電制御が行われると、正常な９個の電池には常に余分に電流が流れることになるから、例えば急速充電時や大電力の出力時、或いは残容量の多いとき、少ないとき等に制限値以上の電流が流れてしまい、所謂過充電若しくは過放電の状態になって、二次電池の劣化を招くことになるのである。

斯かる点に鑑みて本発明の目的は、複数の二次電池が並列に接続された組電池を備える電池電源装置において、異常の発生した二次電池を遮断するのみならず、この異常を直ちに検出できるようにすることにある。

前記の目的を達成するために本発明に係る電池電源装置では、電流遮断器の構成に工夫を凝らし、これにより電流を遮断するときに異常の検出信号が出力されるようにした。

すなわち、請求項１の発明は、少なくとも１つの素電池（二次電池）からなる電池ユニットの正極側又は負極側のいずれか一方に、当該電池ユニットの充放電経路を遮断するための電流遮断器が接続されるとともに、この電池ユニット及び電流遮断器の直列回路が導電線を介して複数、並列に接続されてなる組電池と、それらの各電池ユニットの異常を検出するための異常検出手段とを備えた電池電源装置である。そして、前記電流遮断器としては、異常の発生した電池ユニットの充放電経路を遮断するのと同時に、前記正極側又は負極側のいずれか一方の導電線と信号線との間を導通させるように切り替わる３端子の開閉器を用いて、前記異常検出手段が、前記信号線からの信号により電池ユニットの異常を検出できるようにしたものである。

前記の構成により、いずれかの素電池に例えば内部短絡等の異常が発生すると、この素電池を含む電池ユニットにおいて電流遮断器により充放電経路が遮断され、過大な電流の流れることが防止される。このとき、電流遮断器として用いられる３端子の開閉器においては導電線と信号線との間が導通されて、導電線の電位に対応する信号が信号線に出力される。

よって、その信号から直ちに素電池の異常を検出することが可能になり、これに応じて例えば充放電の際の電流の制限値を補正するようにすれば、並列に接続されている他の電池ユニットの素電池が過充電や過放電状態になることを阻止して、その劣化を防止することができる。

好ましいのは電池電源装置自体に、前記信号線からの信号によって電池ユニットの異常を検出する異常検出手段を備えることであり、これは例えば、簡単な電気回路やマイコン等のソフトウェア処理によって実現できる。

また、好ましいのは、各電池ユニット毎の信号線に各々抵抗器を設けておき、それらを集合させて単一の信号線とすることであり、こうすれば多数の電池ユニットが並列接続されている場合でも、それに対応する多数の信号線を個別に設ける必要がなく、省スペース化が図られる（請求項６）。

その場合に、前記正極側、負極側の導電線のうち電流遮断器に接続されていない他方の導電線と前記単一の信号線との間に分圧抵抗器を介接させれば、多数の信号線を集合させていても、その単一の信号線に現れる分圧値（電圧値）によって異常な電池ユニットの個数を検出することができ、これに応じて充放電電流の制限値をより適切に補正することが可能になる。

そうして異常な電池ユニットの個数を検出するだけであれば、各電池ユニット毎の信号線に各々配設された抵抗器は全て同一の抵抗値を有するものでよいが（請求項７）、各電池ユニット毎の抵抗器を互いに異なる抵抗値を有するものとすれば、異常な電池ユニットがどれであるか特定することも可能になる。すなわち、異常な電池ユニットが１つであれば、それは信号の電圧値から直ちに特定することができるし、続いて別の電池ユニットに異常が発生すれば、これによる電圧値の変化によって新たに異常の発生した電池ユニットも特定することができる。

より好ましいのは、各抵抗器の抵抗値を、任意の数の抵抗器を並列に組み合わせたときの合成抵抗値が全て異なる値となるように設定することであり（請求項８）、一例として、抵抗値の小さなものから順に ２ⁿ×Ｒ （ｎ＝０，１，２，３…） とすればよい（請求項９）、こうすれば、前記のように異常の発生した履歴を考慮する必要がなくなり、また、仮に同時に２以上の電池ユニットで素電池に異常が発生したとしても、その全てを特定することが可能になる。尚、理論的には抵抗値は ２ⁿ×Ｒ に限定されず、例えば ３ⁿ×Ｒ、４ⁿ×Ｒ というように、ｍⁿ×Ｒ（ｍ＝２，３，４，…）とすればよい。

そうして検出した異常な電池ユニットの個数に応じて、前記したように充電ないし放電電流の制限値を補正する手段も、前記異常検出手段と同様にマイコン等によって実現できるから、これもまた電池電源装置自体に備えることが好ましい（請求項１０）。

尚、前記のように電流遮断器として用いる３端子の開閉器は、所定の閾値温度を超えたときに３端子の接続状態が切り替わるものであっても、また、所定の閾値電流を超えたときに３端子の接続状態が切り替わるものであってもよい（請求項２、４）。

前者の例として具体的には、例えば、非反転状態で導電線側の端子と電池ユニット側の端子とを接続するバイメタルプレートを備え、該バイメタルプレートが所定温度以上で反転状態になって、導電線側の端子と信号線側の端子と接続するものが使用できる（請求項３）。この場合、バイメタルプレートが反転状態から非反転状態に復帰する温度は常温よりもかなり低く設定し、実質的に復帰しないようにするのがよい。

また、後者の具体例として開閉器は、導電線側の端子と電池ユニット側の端子との間に介設された電流ヒューズと、この電流ヒューズが溶断したときに前記導電線側の端子を信号線側の端子と接続するように付勢されている接続片と、を備えるものであってもよい（請求項５）。

以上、説明したように本発明に係る電池電源装置によると、少なくとも１つの素電池（二次電池）からなる電池ユニットが複数、並列に接続されている場合に、そのうちの幾つかに異常が発生すると、この素電池を含む電池ユニットが電流遮断器によって導電線から遮断されることで、安全性を確保できるとともに、その電流遮断器からの信号によって異常を検出することもできるようになる。これに応じて例えば充放電電流の制限値を適切に補正することができ、電池電源装置全体として寿命が担保される。

本発明の実施形態に係る電池パックの分解斜視図である。 素電池の構造の一例を模式的に示す断面図である。 電池パックが搭載される車両の駆動系を模式的に示すブロック図である。 電池パック毎の監視システムの構成を示すブロック図である。 組電池毎の異常検出システムの構成を示すブロック図である。 一例としてバイメタルプレートを用いた３端子のスイッチの構成を示す説明図である。 信号線に抵抗器を設けない変形例に係る図５相当図である。 信号線を集合させない変形例に係る図５相当図である。 (a)は、４個の素電池を並列接続した場合の図５相当の説明図であり、(b)は、異常な素電池の組合せと信号線の合成抵抗値との対応関係を記載した図表である。

以下、本発明の実施の形態について説明するが、これはあくまで例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限するものではない。実施形態の構成は本発明の効果を奏する範囲内で適宜、変更可能であり、他の実施形態と組み合わせることもできる。

（電池パックの全体構成）
図１は、本発明の実施形態に係る電池パック（電池電源装置）の分解斜視図である。この電池パックは、一例として電気自動車やハイブリッド自動車等の電動車両に搭載されるものであり、ここでは汎用の電池（以下、素電池という）１つを最小単位（電池ユニット）とし、これを直列・並列に接続することで、電動車両のモータ駆動に必要な電圧及び容量を確保している。図の例では素電池１を図の左右方向に２０個並べ並列に接続して組電池２とし、これを７組、図の前後（紙面の手前・奥）方向に並べ直列に接続して、合計１４０個の素電池１からなる矩形状の集合体（電池ブロック３）を構成している。

そうして多数の素電池１を集合した電池ブロック３は、図示のように、上面及び長手方向の一端（図の左端）面が開口する矩形状のケース４内に水冷ダクト５と共に収容されて、その上から中間パネル６及び上面パネル７が被せられる。上面パネル７は、ケース４の上部開口を閉塞する外装板であり、これと同様にケース４前端の開口は前面パネル８によって閉塞される。尚、同図には示さないが、ケース４にはマイコン等を実装した制御基板からなる監視ユニット９（図３，４を参照）も収容される。

図示の電池ブロック３においては、各組電池２毎の２０個の素電池１がそれぞれ正極側を上に向けて配置されており、その上部に長手方向に亘って長尺状の回路基板３１が取り付けられている。この回路基板３１にはプリント配線によって正極バスバー（正極側の導電線：図４、５にのみ符号３４を付して示す）が形成されて、２０個の素電池１の正極端子を並列に接続している。また、図の例では一番奥の組電池２の回路基板３１の左端に電池ブロック３の正極端子３２が設けられており、この正極端子３２が、前面パネル８を貫通する外部接続用の正極端子８１と接続される。

一方で２０個の素電池１の負極端子を接続する負極バスバー（負極側の導電線：図４、５にのみ符号３７を付して示す）は、この例では回路基板３１とは別体の長尺状の部材とされ、絶縁体を介して正極バスバーと絶縁された状態で各素電池１の肩部に跨るように載置されている。負極バスバーは、図の前後方向に隣り合う組電池２の正極バスバーと接続されており、このことで隣り合う組電池２同士が直列に接続されている。また、図では一番手前の組電池２の左端において負極バスバーに電池ブロック３の負極端子３３が接続されており、この負極端子３３が前記の正極端子３２と同様に、前面パネル８を貫通する外部接続用の負極端子８２と接続される。

そうして多数の素電池１が集合された電池ブロック３は、全体としては矩形のブロック状をなす水冷ダクト５と組み合わされてケース４内に収容される。すなわち、図の例では水冷ダクト５は樹脂の成形品であり、矩形ブロックの厚み方向（図の上下方向）に貫通する多数の保持孔５ａが、電池ブロック３を構成する１４０個の素電池１に対応して蜂の巣状に形成されていて、その各々に圧入される素電池１を保持するようになっている。

それら多数の保持孔５ａのうち、水冷ダクト５の長手方向（図の左右方向）に並ぶものは互いに連通している。一方、幅方向（図の前後方向）については隣り合う保持孔５ａの間に隔壁が形成されていて、その内部に冷却水の流路が形成されている。つまり、この例では冷却水が水冷ダクト５の内部をその長手方向に流れるようになっており、その冷却水を供給及び排出するための入出路菅５１、５２が、水冷ダクト５の前面パネル８側の側面に形成されている。入出路菅５１、５２はそれぞれ前面パネル８の貫通孔８３、８４に挿通される。

尚、この例では、前記したようにケース４の上部に配置される中間パネル６によって、その上方の上面パネル７との間に、素電池１の異常の際に排出されるガスをケース４外に排気するための排気ダクトが区画されるようになっている。この排気ダクトは前面パネル８に形成された排気口８５に連通する。

−素電池の構造−
次に、前記のような電池パックに使用する素電池１の構造例を、図２を参照して説明する。尚、本発明の電池パックに使用する電池は、ノート型パソコン等の携帯用電子機器の電源としても使用可能な汎用の円筒形電池であり、こうして汎用の電池を電池パックの素電池１として使用することによって電池パックの高性能化が図られるとともに、量産効果による大幅なコストの低減が可能になる。

図示の素電池１は例えばリチウムイオン二次電池であり、図では上端が開口する有底円筒状の電池ケース１０の内部に、正極１１及び負極１２がセパレータ１３を介して捲回された電極群を非水電解液と共に収容してなる。この電極群は上下に絶縁板１４、１５を装着して電池ケース１０に収容され、その正極１１が正極リード１６を介して円盤状のフィルタ１７に接続される一方、負極１２は負極リード１８を介して、負極端子を兼ねる電池ケース１０の底部に接続されている。

そうして正極１１の接続されているフィルタ１７が外周部においてインナーキャップ１９に接続され、このインナーキャップ１９の中央の突起部が上方の弁板２０に接合され、さらに弁板２０の外周部は、正極端子を兼ねる端子板２１に接続されている。端子板２１は断面ハット状に形成されていて、前記の弁板２０、インナーキャップ１９、及びフィルタ１７と共に封口体を構成し、それらの外周側がガスケット２２を介して電池ケース１０の上部にかしめられて固定されている。

このような構造の素電池１においては内部短絡等の異常が発生し、電池ケース１０内の圧力が上昇すると、弁体２０が上方の端子板２１に向かって膨れ上がり、インナーキャップ１９との結合が外れて、電流の経路が遮断される。さらに圧力が上昇すると弁体２０は破断し、電池ケース１０内に発生したガスは、フィルタ１７の貫通孔１７ａ、インナーキャップ１９の貫通孔１９ａ、及び弁体２０の裂け目を流通して、端子板２１の開放部２１ａから連通する排気ダクトへ排出される。

（電池パックの充放電制御）
図３には、前記の如き電池パックを搭載する電動車両の駆動系の構成例を模式的に示す。同図において駆動用モータＭは、モータ作動及び発電作動の可能なモータ・ジェネレータであり、複数の電池パックからなる車載バッテリＢから電力の供給を向けて車輪Ｗを駆動する（モータ作動）一方、車両の回生制動時には発電機として作動し、車両の運動エネルギーを電気エネルギーに変換してバッテリＢを充電する。

その際にバッテリＢから供給される直流電流はインバータＶによって交流に変換され、モータＭに供給される。また、モータＭの発電作動による交流電流はインバータＶにより直流に変換されて、バッテリＢに供給される。このようなバッテリＢの充放電に係る制御自体は本発明とは関係がなく、従来公知の種々の手法が用いられる。すなわち基本的には運転者の要求に従って電動車両が走行するように、アクセルないしブレーキの操作に応じて車両ＥＣＵ(図には符号Ｅを付す)によりインバータＶやモータＭの制御が行われる。

その際、バッテリＢの、即ち電池パックの充放電は、電池ＥＣＵを介して送られてくる電池パックの種々の情報に基づいて、充放電それぞれの際の電流値が所定の範囲内に収まるように制限される。このためにバッテリＢには、図示のように直列に接続されている電池パックの電流を検出するための電流センサＡが設けられ、さらに、各電池パック毎に電圧検出器やサーミスタ等の温度センサ（図示せず）が設けられている。

一例として、電流や電圧の検出値に基づいて算出される電池パックの残容量に応じて、基本的にはそれが大きいほど放電電流の制限値は大きくされる。一方、充電電流の制限値は残容量が少ないか或いは中程度であればあまり変化せず、それ以上では残容量の増大に応じて小さくされる（制限が厳しくなる）。また、一般に電気化学反応の活性が温度によって変化することを考慮して、電池パックの温度が所定以上に高いか或いは低いときに、それぞれ制限が厳しくなるように補正される。

つまり、この実施形態では、前記の駆動用モータＭ、インバータＶ、車両ＥＣＵによって、電池パックを充放電する外部装置が構成されている。駆動用モータＭは、電池パックからの放電電流が供給される負荷回路であり、インバータＶは、電池パックへ充電電流を供給する電流供給部である。また、車両ＥＣＵは、電池パックのそれぞれの組電池２に流れる電流が制限値を超えないように充放電電流を制御する充放電制御部である。

そのような充放電電流の制限値の設定は、この例では各電池パック毎の監視ユニット９によって行われる。また、この実施形態では以下に説明するように、各電池パックの組電池２毎に異常の発生した素電池１の個数を検出し、この個数に応じて前記の制限値を補正するようにしている。

−素電池の異常検出−
まず、図４に模式的に示すように監視ユニット９は、電池パック毎に直列に接続されている７組の組電池２のそれぞれの電圧を検出する電圧検出器９ａと、これによる電圧の検出値や電流センサＡによる電流の検出値等に基づいて、電池パックの残容量を演算する残容量演算部９ｂと、充放電の際の電流の制限値を設定する制限値設定部９ｃと、を備えている。

また、監視ユニット９は各組電池２毎の素電池１の異常を検出する異常検出部９ｄを備えており、これにより検出された異常な素電池１の個数に応じて、前記制限値設定部９ｃにおける電流の制限値が補正されるようになっている。この意味で前記制限値設定部９ｃは特許請求の範囲に記載の制限値補正手段に対応している。

尚、前記電圧検出器９ａは、コンパレータやＡＤコンバータ等の回路が集積された汎用のＩＣによって構成され、前記した残容量の演算等のために組電池２毎の電圧（正極及び負極バスバーの電位差）を検出して対応するデジタル信号を出力するとともに、以下に詳しく述べるように素電池１の異常検出信号として信号線３５の電位（負極バスバーとの電位差）を検出して対応するデジタル信号を出力する。一方、前記残容量演算部９ｂ、制限値設定部９ｃ及び異常検出部９ｄは、それぞれがマイコンによるソフトウェア処理によって実現される。

以下、前記図４の他に図５、６も参照しながら、より具体的に説明すると、上述したようにこの実施形態の電池パックにおいては各組電池２毎に２０個の素電池１が並列に接続されており、図５に示すようにその各素電池１毎の正極端子と正極バスバー３４との間には、温度ヒューズとして機能する３端子のスイッチ３６（開閉器）が介設されている。尚、図では便宜上、２０個の素電池１のうち４個のみを示し、また、負極バスバー３７については隣り合う組電池２の正極バスバー３４と接続されているため、図４においては７組の組電池２のうち最下位のものにのみ符号を付して示す。

前記のスイッチ３６は、正極バスバー３４に接続された端子と、素電池１の正極に接続された端子との他に、異常の検出信号が出力される信号線３５の分岐部３５ａが接続された端子を備えており、図示のように初期状態では正極バスバー３４側の端子と素電池１側の端子とを接続する一方、素電池１に異常が発生すれば正極バスバー３４側の端子を素電池１側の端子から遮断して、信号線３５側の端子に接続するようになっている。

ここで、スイッチ３６の構造につき一例を図６に示す。まず、図(a)に示す初期状態（非反転状態）ではバイメタルプレート３６ａがその中央部を上方に膨出させるように湾曲していて、その基端部（図の右端部）の接点が正極バスバー３４側の端子３６ｂに溶接されている。一方、バイメタルプレート３６ａの先端部（図の左端部）では図の下側の接点が素電池１側の端子３６ｃに接触していて、図の上側の接点は信号線３５側の端子３６ｄから離間している。

周知の如くバイメタルプレート３６ａは、熱膨張係数の異なる２種類の金属板を貼り合わせたもので、予め設定された動作温度（この例では９０〜１００℃くらい）以上になると同図(b)に示すように反転して、その中央部が下方に膨出する、前記とは逆の湾曲状態になる。この反転状態ではバイメタルプレート３６ａの先端部下側の接点が素電池１側の端子３６ｃから離れて、その上側の接点が信号線３５側の端子３６ｄに接触し、正極バスバー３４側の端子３６ｂと信号線３５側の端子３６ｄとを導通させる。

尚、前記のようにバイメタルプレート３６ａが反転する温度は、貼り合わせる金属板の種類の他に、前記のように形成するプレートの湾曲度合いによって調整することができる。また、バイメタルプレート３６ａが非反転状態に復帰する温度も同様にして調整できるが、この実施形態では復帰温度を常温よりもかなり低く、例えば−３０〜５０℃くらいに設定することで、実質的には復帰しないようにしている。

そして、前記のようにバイメタルプレート３６ａが反転して、正極バスバー３４側の端子３６ｂと信号線３５側の端子３６ｄとが導通されると、この端子３６ｄが正極バスバー３４と同じ電位になって、信号線３５には異常の検出信号が出力されるようになる。

より詳しくは図５の例では、信号線３５が各素電池１毎に分岐してスイッチ３６に接続されており、そのスイッチ３６の近傍の分岐部３５ａに抵抗器３８が介設されている（逆に言えば素電池１毎の信号線の分岐部３５ａが集合して単一の信号線３５になっている）。その単一の信号線３５は、前記のように監視ユニット９の電圧検出部９ａに接続されるとともに、分圧抵抗器３９を介在させて負極バスバー３７にも接続されており、このことで、正極バスバー３４と負極バスバー３７との間が、信号線３５やスイッチ３６により構成される経路によって、接続されるようになっている。

このように構成される経路の合成抵抗値は、前記のように正極バスバー３４と信号線３５とを接続するスイッチ３６の個数、即ち、異常の発生した素電池１の個数によって変化し、これに応じて信号線３５の電位も変化する。例えば１つの素電池１において内部短絡等の異常が発生し、これに対応するスイッチ３６によって正極バスバー３４と信号線３５（分岐部３５ａ）とが接続されると、これを介して正極及び負極バスバー３４，３７同士を繋ぐ経路の合成抵抗値は、抵抗器３８の抵抗値をＲとすると ２×Ｒ になるから、組電池２の電圧値をＥとすれば信号線３５の分圧値は、Ｅ／２となる。

同様に２個の素電池１に異常が発生すれば、並列な２個のスイッチ３６によって正極バスバー３４と信号線３５とが導通されることになるから、経路の合成抵抗は３×Ｒ／２となり、信号線３５の分圧値は、２×Ｅ／３となるのである。よって、このような信号線３５の分圧値（電圧値）を電圧検出器９ａにより検出し、これに基づいて異常検出部９ｄにより、異常の発生した素電池１の個数を検出することができる。

尚、いずれの素電池１にも異常が発生していなければ、全てのスイッチ３６が動作しておらず、これにより前記の経路が遮断されていることから、信号線３５の電位は負極バスバー３７と同じになり、電圧検出器９ａによる検出電圧が零になって、異常検出部９ｄは異常な素電池１の個数が零（つまり異常なし）と判定する。

−変形例−
ところで、前記のように異常の発生した素電池１の個数を検出する必要がなければ、図７に示す変形例のように抵抗器３８を設けなくてもよい。こうすると、いずれかの素電池１に異常が発生したときには、その個数に依らず信号線３５の電位が正極バスバー３４と同じになるので、異常な素電池１の個数を判定することはできないが、異常の発生したことは検出できる。

また、図８に示す変形例のように素電池１毎のスイッチ３６と監視ユニット９の電圧検出器９ａとを個別の信号線３５によって接続することも可能であり、こうすれば異常の発生した素電池の個数を検出できるのみならず、どの素電池１に異常が発生したのかも特定することができる。但し、２０個の素電池１のそれぞれのスイッチ３６と監視ユニット９との間に２０本の信号線３５を設けなくてはならず、また、電圧検出器９ａのＩＣも１つでは足りなくなる虞れがある。

換言すればこの実施形態では、前記図５に示すように多数の素電池１毎の分岐部３５ａを集合させて単一の信号線３５とすることによって、この信号線３５のためのスペースが極小化されていると言える。こうして省スペース化の図られた信号線３５や抵抗器３８等は、正極バスバー３４と同様に回路基板３１に形成することが可能であり、それ以外にもスイッチ３６を回路基板３１に配設することが好ましいが、これらのいずれかを例えば中間パネル６に配設することもできる。

（作用・効果）
したがって、この実施形態に係る電池パックによると、互いに直列に接続された組電池２の各々において、互いに並列に接続されている２０個の素電池１のうちの幾つかに内部短絡等の異常が発生し、過大電流によって温度が所定以上に上昇すると、正極バスバー３４との間のスイッチ３６が動作して、その異常な素電池１を遮断することにより、この素電池１のみならず周囲の素電池１についても安全性を確保することができる。

これと同時に、異常の発生した素電池１のスイッチ３６からは信号線３５に異常の検出信号が出力される。この信号は、異常の発生した素電池１の個数に対応する電圧値として監視ユニット９の電圧検出器９ａにより検出され、これにより異常検出部９ｄにおいて異常な素電池１の個数が検出される。そして、これに応じて制限値設定部９ｃにより充放電電流の制限値が適切に補正されることで、過充電や過放電の起きることはなくなる。

例えば、２０個の素電池１のうちの１個に異常が発生し、これを遮断したときは、残りの１９個の各々に流れる電流が本来の制限値を越えないように、電流の制限値を１９／２０に、即ち約５％小さくすればよい。同様に２個の素電池１を遮断したときは約１０％、また、３個の素電池１を遮断したときは約１５％、というように制限値を補正すればよい。こうして、遮断した素電池１の個数、即ち組電池２の容量の変化に対応して充放電電流の制限値を適切に補正すれば、その組電池２、ひいては電池パックやバッテリＢの性能をできるだけ維持しつつ、その寿命を担保することができる。

（他の実施形態）
以上、本発明に係る電池電源装置についてその好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は本発明を限定するものではなく、その構成については種々の改変が可能である。

例えば前記の実施形態では図５に示すように信号線３５の分岐部３５ａに介設する抵抗器３８を、全て同じ抵抗値Ｒを有するものとしているが、これらの抵抗器３８の抵抗値を互いに異なるものとしてもよい。こうすると、仮に１つの素電池１だけに異常が発生したときには、信号線３５からの異常検出信号（検出電圧値）によってどの素電池１に異常が発生したか特定できる。また、続いて別の素電池１に異常が発生すれば、これによる電圧値の変化によって、新たに異常の発生した素電池１も特定することができる。

そうして異常の発生した素電池１を特定することができれば、補修の際にその素電池１の異常を確認する作業が容易になる。また、何時いかなる状況下でどの素電池１に異常が発生したか、という異常の発生履歴のデータが得られ、異常の発生原因を究明するための解析に非常に有用である。さらに、必要に応じて異常な素電池１のみを交換する、という補修の仕方も可能になる。

但し、単に抵抗器３８の抵抗値をそれぞれ異なるものとするだけでは、仮に２以上の素電池１に殆ど同時に異常が発生したときに、この素電池１を特定できなくなる場合がある。そこで、好ましくは各素電池１毎の抵抗器３８を、その抵抗値の小さなものから順に、 ２ⁿ×Ｒ （ｎ＝０，１，２，３・・・） という抵抗値に設定すればよく、こうすれば、２以上の素電池１に同時に異常が発生したとしても、その全てを特定することができる。

この点について図９を参照して説明する。同図(a)は便宜上、４個の素電池１を並列に接続した場合についての図５相当図であり、図の左側から順に素電池１、スイッチ３６及び抵抗器３８の組を第１（＃１）、第２（＃２）、第３（＃３）、…として、それらの抵抗器３８の抵抗値が順にＲ、２×Ｒ、４×Ｒ、…と大きくなっていくものとする。こうすると、同図(b)の表に上から順に示すように、第１（＃１）〜第４（＃４）のいずれか１個の素電池１に異常が発生すれば、これに対応するスイッチ３６の合成抵抗値は順にＲ、２×Ｒ、４×Ｒ、８×Ｒとなる。

また、続いて同図(b)の表に示すように、＃１、＃２の２個の素電池１に異常が発生すれば合成抵抗値は２×Ｒ／３になり、＃１、＃３の２個の素電池１に異常が発生すれば合成抵抗値は４×Ｒ／５になる、…というように合成抵抗値が変化する。そして、その合成抵抗値の分子を揃えて表の最右欄に示すと、異常な素電池１が１個の場合の４通り、同２個の場合の６通り、同３個の場合の４通り、及び同４個の場合の１通りの合計１５通りの組合せの全てについて、合成抵抗値が全て異なる値になることが判る。

このことから４個の素電池１のうちのいずれかに異常が発生すれば、その個数に関係なく起こり得る全ての場合において、信号線３５の分圧値（電圧値）が互いに異なるものとなり、この分圧値に基づいて異常の発生した素電池１を特定することができるのである。

尚、理論的には抵抗値は ２ⁿ×Ｒ とすることに限定されず、例えば ３ⁿ×Ｒ、４ⁿ×Ｒ というように、ｍⁿ×Ｒ（ｍ＝２，３，４，…）とすればよいが、検出の精度を考慮して ２ⁿ×Ｒ とするのが好ましい。また、並列に接続する素電池１の個数は４個以上でもよいが、２０個では精度の確保が難しいので、組電池２内の素電池１を例えば１０個ずつ、或いは５個ずつに分けることが望ましい。

さらに、前記の実施形態では素電池１の正極側にスイッチ３６を設けているが、これは負極側に設けてもよい。また、１つの素電池１を最小単位（電池ユニット）として、これに対し個別にスイッチ３６を設けているが、２以上の素電池１を電池ユニットとしてもよい。この場合に電池ユニットを構成する２以上の素電池１は、互いに並列に接続されていても、また互いに直列に接続されていてもよく、さらには互いに直列、並列に接続された３以上の素電池１を電池ユニットとすることも可能である。

また、３端子のスイッチとしては前記の如くバイメタルプレート３６ａを用いるものに限らず、例えば電流ヒューズや温度ヒューズを用いることも考えられる。すなわち、素電池１と正極バスバー３４（負極バスバー３７でもよい）との間にヒューズを設けるとともに、このヒューズによって開放状態に拘束される接続片を設け、かつこの接続片を、正極バスバー３４を信号線３５と接続するように付勢しておく。こうすれば、ヒューズが溶断したときに接続片によって、正極バスバー３４と信号線３５とが接続される。

また、前記実施形態の電池パックでは、２０個の素電池１を並列接続して組電池２を構成し、これを７組、直列接続して電池ブロック３を構成しているが、このような素電池１の個数、組合せは全くの例示に過ぎず、例えば２０個の素電池１を並列に接続しただけのものでもよい。電池ブロック３を水冷ダクト５と組み合わせる必要もなく、空冷式の電池パックであってもよい。

さらにまた、素電池１はリチウムイオン二次電池に限らず、これ以外の二次電池（例えばニッケル水素電池）であってもよいことは勿論であり、電池パックの用途も電動車両向けに限定されない。但し、電動車両の電源としてリチウムイオン電池を用いる場合には、特に充放電電流の制限が厳しいことから、本発明の適用対象として特に好適なものと言える。

以上、説明したように本発明に係る電池電源装置は、異常の発生した素電池を遮断するとともにその異常を直ちに検出可能としたもので、これに応じて例えば充放電の制御を適切に補正することによって寿命を担保でき、自動車用等に好適なものである。

１ 素電池（電池ユニット）
２ 組電池（並列に接続された素電池）
３ 電池ブロック（直列・並列に接続された素電池）
３４ 正極バスバー（一方の導電線）
３５ 信号線（単一の信号線）
３５ａ 信号線の分岐部（信号線）
３６ スイッチ（３端子の開閉器）
３６ａ バイメタルプレート
３６ｂ 導電線側の端子
３６ｃ 電池側の端子
３６ｄ 信号線側の端子
３７ 負極バスバー（他方の導電線）
３８ 抵抗器
３９ 分圧抵抗器
９ 監視ユニット
９ａ 電圧検出器
９ｃ 制限値設定部（制限値補正手段）
９ｄ 異常検出部（異常検出手段）
Ｍ 駆動用モータ（外部装置の負荷回路）
Ｖ インバータ（外部装置の電流供給部）
Ｅ 車両ＥＣＵ（外部装置の充放電制御部）

Claims (11)

1. 少なくとも１つの素電池からなる電池ユニットの正極側又は負極側のいずれか一方に、当該電池ユニットの充放電経路を遮断するための電流遮断器が接続されるとともに、この電池ユニット及び電流遮断器の直列回路が導電線を介して複数、並列に接続されてなる組電池と、
   前記各電池ユニットの異常を検出するための異常検出手段とを備え、
   前記電流遮断器は、異常の発生した電池ユニットの充放電経路を遮断するのと同時に、前記正極側又は負極側のいずれか一方の導電線と信号線との間を導通させるように切り替わる、３端子の開閉器からなり、
   前記異常検出手段は、前記信号線からの信号によって電池ユニットの異常を検出するように構成されている、電池電源装置。
2. 前記開閉器は、所定の閾値温度を超えたときに３端子の接続状態が切り替わるものである、請求項１に記載の電池電源装置。
3. 前記開閉器は、非反転状態で導電線側の端子と電池ユニット側の端子とを接続するバイメタルプレートを備え、該バイメタルプレートが所定温度以上で反転状態になって、導電線側の端子と信号線側の端子とを接続するものである、請求項２に記載の電池電源装置。
4. 前記開閉器は、所定の閾値電流を超えたときに３端子の接続状態が切り替わるものである、請求項１に記載の電池電源装置。
5. 前記開閉器は、導電線側の端子と電池ユニット側の端子との間に介設されたヒューズと、該ヒューズが溶断したときに前記導電線側の端子を信号線側の端子と接続するように付勢されている接続片と、を備える、請求項１に記載の電池電源装置。
6. 前記各電池ユニット毎の信号線には各々抵抗器が設けられるとともに、それらが集合して単一の信号線となって、前記異常検出手段に接続され、
   前記正極側及び負極側の導電線のうち、電流遮断器の接続されていない他方の導電線と前記単一の信号線との間に分圧抵抗器が介接されており、
   前記異常検出手段は、前記単一の信号線からの信号である電圧値に基づいて、異常な電池ユニットの個数を検出する、請求項４に記載の電池電源装置。
7. 前記各電池ユニット毎の信号線に各々配設された抵抗器が同一の抵抗値を有する、請求項６に記載の電池電源装置。
8. 前記各電池ユニット毎の信号線に各々配設された抵抗器は、それぞれが異なる抵抗値を有するとともに、任意の数を並列に組み合わせたときの合成抵抗値も全て異なる値となる、請求項６に記載の電池電源装置。
9. 前記各抵抗器の抵抗値が小さなものから順に ２ⁿ×Ｒ （ｎ＝０，１，２，３…） として表される、請求項８に記載の電池電源装置。
10. 前記異常検出手段によって検出された異常な電池ユニットの個数に応じて、充電ないし放電電流の制限値を補正する、制限値補正手段をさらに備える、請求項６〜９のいずれか１つに記載の電池電源装置。
11. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の電池電源装置と、
    前記電池電源装置を充放電する外部装置とを備え、
    前記外部装置は、
    前記電池電源装置の組電池からの放電電流が供給される負荷回路と、
    前記組電池へ充電電流を供給する電流供給部と、
    前記組電池に流れる電流が所定の制限値を超えないように、前記組電池から前記負荷回路へ供給される放電電流、及び前記電流供給部から前記組電池へ供給される充電電流を制御する充放電制御部と、
    を備えることを特徴とする電池電源システム。