JP2013003136A - バッテリー過充電防止装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリーの過充電によるスウェリング現象が発生してもバッテリーセルのスウェリングを最小化するとともにバッテリーパックの損傷を防止し、有害ガスの排出を防止するバッテリー過充電防止装置を提供する。
【解決手段】複数のバッテリーセルを含むバッテリーモジュール、バッテリーモジュールの一側に連結され、電圧センサーを含むバッテリー制御部、バッテリーモジュールから離隔して配置され、導電体でなるマウンティングフレーム、及びマウンティングフレームの一側に連結され、マウンティングフレームを接地させる接地部を含み、バッテリー制御部は、電圧センサーがロー（ｌｏｗ）電圧を検出した場合、過充電が発生したと判断することを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明はバッテリー過充電防止装置に係り、より詳しくはバッテリーモジュールにおいて過充電によるスウェリング（ｓｗｅｌｌｉｎｇ）が発生してもバッテリーセルのスウェリングを最小化するとともにバッテリーパックの損傷を防止し、有害ガスの排出を防止するバッテリー過充電防止装置に関する。

近年、充放電可能な二次電池はワイヤレスモバイル機器のエネルギー源として広範囲に使われている。
また、二次電池は、ガソリン車両、ディーゼル車両などによる大気汚染を解決するための方案として提示される電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド車（ＨＥＶ）などの動力源としても注目されている。
小型モバイル機器ではデバイス１台当たり一つないし三つのバッテリーセルが使われる。一方、自動車等に使用される中大型デバイスでは高出力でかつ大容量であることが要求され、単位電池として多数のバッテリーセルを電気的に連結した中大型電池パックが使用される。

中大型電池パックは、高出力でかつ大容量である反面、できるだけ小さなサイズで軽量であることが要求される、このため、高集積度で積層することができ、対容積比で重量の小さな角形電池、パウチ型電池などが中大型電池パックのバッテリーセルとして主に使用される。その中でも、電解液の液漏れ（涙液）の可能性が低く、軽量で、製造コストが安価なパウチ型電池が特に高い関心を集めている。
中大型電池パックの単位電池（バッテリーセル）としては、従来、ニッケル−水素二次電池が多く使われて来たが、最近は小型電池パックと同様に、単位容積に対する電気出力の高いリチウム二次電池が数多く研究されており、一部は商用化段階にある。
しかしながら、リチウム二次電池は根本的に安全性が低いという問題点を持っている。特に、パウチ型電池は中大型電池パックの単位電池として有力な候補であるが、電池ケースの機械的剛性が低く、容器が破損したときに電解液などの発火性物質が漏洩して火災が発生する恐れがある。高出力と大容量の目的で多数の単位電池が電気的に連結されている中大型電池パックにとって上記の発火の可能性は安全を確保する上で深刻な問題である。

さらに、パウチを用いたリチウムポリマー電池は、電解液が一体化したセルの内部に注入されており、各セルが過充電されると電圧が上昇し、過熱によってセル内部の電解液が分解し、可燃性ガスがセルの内部で発生して、パウチが脹れ上がるスウェリング（ｓｗｅｌｌｉｎｇ）現象が発生する。また、陽極と陰極の間の分離膜が溶融し陽極と陰極が短絡して発火するという問題点も持っている（例えば、特許文献１、２参照）。
この問題点を解決するために開発された、バッテリー過充電防止装置の例を図１に示した。図示した技術は、バッテリーの過充電によるバッテリーセルのスウェリング現象が発生した場合、バッテリーセルのカバーが変形してバッテリーの電源を遮断して過充電を防止するものである。しかし、この技術は、過充電を防止する役目を果たしたとき、端子部分が破断されて高価なバッテリーパックがそれ以上使用できなくなる。あるいは、２次的な部品破損を引き起こす恐れがある。さらにスウェリング現象中に発生した有害ガスは、消費者に危険を及ぼす恐れがある。

特開２０１０−１８３８３０号公報 特表２０１１−５０４２８５号公報

本発明は上記の問題点を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、バッテリーの過充電によるスウェリング現象が発生してもバッテリーセルのスウェリングを最小化するとともにバッテリーパックの損傷を防止し、有害ガスの排出を防止するバッテリー過充電防止装置を提供することにある。

上記の目的を達成するためになされた本発明のバッテリー過充電防止装置は、複数のバッテリーセルを含むバッテリーモジュール、バッテリーモジュールの一側に連結され、電圧センサーを含むバッテリー制御部、バッテリーモジュールから離隔して配置され、導電体でなるマウンティングフレーム、及びマウンティングフレームの一側に連結され、マウンティングフレームを接地させる接地部を含み、バッテリー制御部は、電圧センサーがロー（ｌｏｗ）電圧を検出した場合、過充電が発生したと判断することを特徴とする。

電圧センサーは、バッテリーモジュールが正常に動作している場合、ハイ（ｈｉｇｈ）電圧を検出し、バッテリーモジュールが過充電によってスウェリング（ｓｗｅｌｌｉｎｇ）し、バッテリーモジュールとマウンティングフレームが接触した場合、ロー（ｌｏｗ）電圧を検出することができる。
バッテリーモジュールはマウンティングフレームに対向する側を導電体パネルで構成することが好ましい。
バッテリー制御部は、電圧センサーが過充電が発生したと判断した場合、警告灯を点灯させることが好ましい。
バッテリー制御部は、電圧センサーが過充電が発生したと判断した場合、バッテリーモジュールの充電を中断させることが好ましい。

上記の目的を達成するための他の実施の形態によるバッテリー過充電防止装置は、複数のバッテリーセルを含む第１バッテリーモジュール、複数のバッテリーセルを含み、第１バッテリーモジュールから離隔して配置される第２バッテリーモジュール、第１バッテリーモジュールの一側に連結され、電圧センサーを含むバッテリー制御部、及び第２バッテリーモジュールの一側に連結され、第２バッテリーモジュールを接地させる接地部を含み、バッテリー制御部は、電圧センサーがロー（ｌｏｗ）電圧を検出した場合、過充電が発生したと判断することを特徴とする。

電圧センサーは、第１バッテリーモジュール及び第２バッテリーモジュールが正常に動作している場合、ハイ（ｈｉｇｈ）電圧を検出し、第１バッテリーモジュールと第２バッテリーモジュールの少なくともいずれか一方が過充電によってスウェリングすることにより第１バッテリーモジュールと第２バッテリーモジュールが接触した場合、ロー電圧を検出することができる。
第１バッテリーモジュールと第２バッテリーモジュールはそれぞれ互いに対向する側を導電体パネルで構成することが好ましい。
バッテリー制御部は、電圧センサーが過充電が発生したと判断した場合、警告灯を点灯させることが好ましい。
バッテリー制御部は、電圧センサーが過充電が発生したと判断した場合、第１バッテリーモジュールと第２バッテリーモジュールの充電を中断させることが好ましい。

本発明によれば、バッテリーの過充電によるスウェリング現象が発生してもバッテリーセルのスウェリングを最小化することができる。
また、本発明によれば、バッテリーの過充電が発生してもバッテリーパックの損傷を最小化するとともに過充電を中断させることができる。
さらに、本発明によれば、過充電によるスウェリング現象を最小化することで有害ガスの排出を防止することができる。

従来技術によるバッテリー過充電防止装置を示す図である。 本発明の実施例によるバッテリー過充電防止装置の構成図である。 図２の実施例によるバッテリー過充電防止装置の回路図である。 本発明の他の実施例によるバッテリー過充電防止装置の構成図である。 図４の実施例によるバッテリー過充電防止装置の回路図である。

以下、添付図面に基づいて本発明を詳細に説明する。
図２は本発明の実施例によるバッテリー過充電防止装置の構成図、図３は図２の実施例によるバッテリー過充電防止装置の回路図である。
図２に示した実施例は、一つのバッテリーモジュール１０で構成されたバッテリー過充電防止装置であり、バッテリーモジュール１０は複数のバッテリーセルを含む。
マウンティングフレーム２０は、図示したとおり、バッテリーモジュール１０から離隔して配置される。マウンティングフレーム２０は導電体でなり、バッテリーモジュール１０と電気的に接触しないままでバッテリーモジュール１０を固定させる要素として機能する。

バッテリー制御部３０はバッテリーモジュール１０の一側に連結され、バッテリーの充電及び放電などを含むバッテリーの制御機能を担う。一方、本発明において、バッテリー制御部３０は内部に電圧センサー（図示せず）を含むことで電圧を検出する役目をする。
接地部４０はマウンティングフレーム２０の一側に連結され、マウンティングフレーム２０を０Ｖで接地させる役目をする。
好ましくは、バッテリーモジュール１０はマウンティングフレーム２０と対向する側に電気的導体である導電体パネルを配することにより、スウェリングによるマウンティングフレーム２０と電気的に接触する。ここで、電気的接触（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｃｏｎｔａｃｔ）とは、二つの物体が合って相互間に電流が流れる接触を意味する。

図３に示したとおり、バッテリーモジュール１０が正常に動作する場合、バッテリー制御部３０の電圧センサーは“ハイ（ｈｉｇｈ）”電圧を検出する。
一方、バッテリー１０において過充電によってスウェリングが発生する場合、バッテリーモジュール１０は外部に脹れ上がる。この場合、バッテリーモジュール１０がマウンティングフレーム２０に接触し、電気は接地部４０より流出するため、バッテリー制御部３０の電圧センサーは“ロー（ｌｏｗ）”電圧を検出する。
バッテリー制御部３０は“ロー”電圧を検出した場合に過充電が発生したと判断し、これにより警告灯を点灯させるか、あるいは、バッテリーモジュール１０の充電を中断させる。

図４は本発明の他の実施例によるバッテリー過充電防止装置の構成図、図５は図４の実施例によるバッテリー過充電防止装置の回路図である。
図４に示した実施例は二つのバッテリーモジュール（第１バッテリーモジュール１０ａ、第２バッテリーモジュール１０ｂ）からなるバッテリー過充電防止装置であり、バッテリーモジュール１０ａ、１０ｂはそれぞれ複数のバッテリーセルを含む。
第２バッテリーモジュール１０ｂは第１バッテリーモジュール１０ａから離隔して配置される。

バッテリー制御部３０は、第１バッテリーモジュール１０ａの一側に連結され、バッテリーの充電及び放電などを含むバッテリーの制御機能を担う。一方、本発明において、バッテリー制御部３０は内部に電圧センサー（図示せず）を含み、電圧を検出する役目をする。
接地部４０は第２バッテリーモジュール１０ｂの一側に連結され、第２バッテリーモジュール１０ｂを０Ｖに接地させる役目をする。
好ましくは、第１バッテリーモジュール１０ａ及び第２バッテリーモジュール１０ｂは、それぞれ向かい合う側を電気的導体である導電体パネルで構成することにより、スウェリングが発生した場合、互いに電気的に接触させる役目をする。

一方、図５に示したとおり、バッテリーモジュール１０ａ、１０ｂが正常に動作する場合、バッテリー制御部３０の電圧センサーは“ハイ（ｈｉｇｈ）”電圧を検出する。一方、第１バッテリーモジュール１０ａ及び第２バッテリーモジュール１０ｂの少なくともいずれか一方で過充電によってスウェリングが発生した場合、バッテリーモジュール１０ａ、１０ｂはそれぞれ外部に脹れ上がる。この場合、二つのバッテリーモジュール１０ａ、１０ｂは互いに接触し、接地部４０によってバッテリー制御部３０の電圧センサーは“ロー（ｌｏｗ）”電圧を検出する。
バッテリー制御部３０は“ロー”電圧を検出した場合、過充電が発生したと判断し、これにより警告灯を点灯させるか、あるいは、バッテリーモジュール１０ａ、１０ｂの充電を中断させる。

本発明は、バッテリーモジュールにおいて過充電によるスウェリング（ｓｗｅｌｌｉｎｇ）が発生してもバッテリーが破損されるかあるいはもっと大きな被害が発生する前に過充電を防止する装置であり、車両用の中大型二次電池に適用が可能である。

１０ バッテリーモジュール
１０ａ 第１バッテリーモジュール
１０ｂ 第２バッテリーモジュール
２０ マウンティングフレーム
３０ バッテリー制御部
４０ 接地部

Claims (10)

1. 複数のバッテリーセルを含むバッテリーモジュール、
   前記バッテリーモジュールの一側に連結され、電圧センサーを含むバッテリー制御部、
   前記バッテリーモジュールから離隔して配置され、導電体でなるマウンティングフレーム、及び
   前記マウンティングフレームの一側に連結され、前記マウンティングフレームを接地させる接地部を含み、
   前記バッテリー制御部は、
   前記電圧センサーがロー（ｌｏｗ）電圧を検出した場合、過充電が発生したと判断することを特徴とするバッテリー過充電防止装置。
2. 前記電圧センサーは、
   前記バッテリーモジュールが正常に動作している場合、ハイ（ｈｉｇｈ）電圧を検出し、
   前記バッテリーモジュールが過充電によってスウェリング（ｓｗｅｌｌｉｎｇ）し、前記バッテリーモジュールと前記マウンティングフレームが接触した場合、ロー（ｌｏｗ）電圧を検出することを特徴とする請求項１に記載のバッテリー過充電防止装置。
3. 前記バッテリーモジュールは前記マウンティングフレームに対向する側を導電体パネルで構成したことを特徴とする請求項１に記載のバッテリー過充電防止装置。
4. 前記バッテリー制御部は、前記電圧センサーが過充電が発生したと判断した場合、警告灯を点灯させることを特徴とする請求項１に記載のバッテリー過充電防止装置。
5. 前記バッテリー制御部は、前記電圧センサーが過充電が発生したと判断した場合、前記バッテリーモジュールの充電を中断させることを特徴とする請求項１に記載のバッテリー過充電防止装置。
6. 複数のバッテリーセルを含む第１バッテリーモジュール、
   複数のバッテリーセルを含み、前記第１バッテリーモジュールから離隔して配置される第２バッテリーモジュール、
   前記第１バッテリーモジュールの一側に連結され、電圧センサーを含むバッテリー制御部、及び
   前記第２バッテリーモジュールの一側に連結され、前記第２バッテリーモジュールを接地させる接地部を含み、
   前記バッテリー制御部は、
   前記電圧センサーがロー（ｌｏｗ）電圧を検出した場合、過充電が発生したと判断することを特徴とするバッテリー過充電防止装置。
7. 前記電圧センサーは、前記第１バッテリーモジュール及び前記第２バッテリーモジュールが正常に動作している場合、ハイ（ｈｉｇｈ）電圧を検出し、
   前記第１バッテリーモジュールと第２バッテリーモジュールの少なくともいずれか一方が過充電によってスウェリングすることにより前記第１バッテリーモジュールと前記第２バッテリーモジュールが接触した場合、ロー電圧を検出することを特徴とする請求項６に記載のバッテリー過充電防止装置。
8. 前記第１バッテリーモジュールと前記第２バッテリーモジュールはそれぞれ互いに対向する側を導電体パネルで構成したことを特徴とする請求項６に記載のバッテリー過充電防止装置。
9. 前記バッテリー制御部は、前記電圧センサーが過充電が発生したと判断した場合、警告灯を点灯させることを特徴とする請求項６に記載のバッテリー過充電防止装置。
10. 前記バッテリー制御部は、前記電圧センサーが過充電が発生したと判断した場合、前記第１バッテリーモジュールと前記第２バッテリーモジュールの充電を中断させることを特徴とする請求項６に記載のバッテリー過充電防止装置。
    

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