JP2013528921A - ヒューズを用いた高電圧バッテリーのセンシングラインの短絡による二次事故防止装置 - Google Patents

ヒューズを用いた高電圧バッテリーのセンシングラインの短絡による二次事故防止装置 Download PDF

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Abstract

本発明の一実施例によるヒューズを用いた高電圧バッテリーのセンシングラインの短絡による二次事故防止装置は、多数個のバッテリーセル（Ｃｅｌｌ）がそれぞれ備えられた多数個のバッテリーモジュールと、前記多数個のバッテリーモジュールを含むバッテリーパックと、前記それぞれのバッテリーパックに備えられた前記それぞれのバッテリーセルの状態を監視するために、前記それぞれのバッテリーパックに備えられた前記それぞれのバッテリーセルの電圧をモニタリング及び制御するバッテリー制御システム（ＢＭＳ）と、前記バッテリーモジュールと前記バッテリー制御システムとの間に連結され、前記それぞれのバッテリーパックに備えられた前記それぞれのバッテリーセルの電圧をセンシング（ｓｅｎｓｉｎｇ）するセンシングラインと、前記それぞれのバッテリーパックに備えられた前記それぞれのバッテリーセルの端子に直列に連結され、前記センシングラインで閉回路が構成される短絡事故発生時に動作する受動的安全装置と、を含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、ヒューズを用いた高電圧バッテリーのセンシングラインの短絡による二次事故防止装置に関し、より詳細には、バッテリーモジュールとバッテリー制御システムとの間に連結されてバッテリーセルの電圧値をチェックするセンシングラインに、ヒューズ及びＰＴＣのような受動安全装置を直列に連結してセンシングラインで閉回路が構成される短絡事故が発生した時に、二次、三次事故に拡大することを防止する、ヒューズを用いた高電圧バッテリーのセンシングラインの短絡による二次事故防止装置に関する。
ガソリンまたは重油を主燃料として用いる内燃エンジンを使用する自動車は、大気汚染などの公害発生に深刻な影響を与えている。従って、近年、公害発生を低減するために、電気自動車またはハイブリッドカー（ｈｙｂｒｉｄ ｃａｒ）の開発に多くの努力を注いでいる。
近年、高エネルギー密度の非水電解液を用いた高出力二次電池が開発されている。
電気自動車などのモータ駆動のための大電力を要する機器に使用するために、複数個の高出力二次電池を直列に連結して大容量の二次電池を構成する。
このように、一つの大容量二次電池（以下、「バッテリー」とする）は、通常、直列に連結される複数個の二次電池からなる。
特に、ＨＥＶ用バッテリーの場合、数個から多くは数十個の二次電池が交互に充電及び放電を行うため、このような充放電などを制御してバッテリーが適正な状態に維持されるように管理する必要がある。
このために、バッテリーの全般的な状態を管理するバッテリー制御システム（ＢＭＳ；Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）が備えられる。ＢＭＳは、バッテリーの電圧、電流及び温度などを検出して、演算によりＳＯＣを推定し、車両の燃料効率が最も良好になるようにＳＯＣを制御する。
高電圧バッテリーを用いるハイブリッドカーは、非常事態発生時にメインの高電圧バッテリーの電源を自動的に遮断するシステムを備えている。
非常事態とは、関連部品の劣化による過度な漏電及び絶縁破壊などと、外部衝撃による部品破壊から生じる短絡による過度な漏電、絶縁破壊などを意味する。
車両に非常事態が発生すると、ＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）またはＨＣＵ（Ｈｙｂｒｉｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）など高電圧部品を制御する上位の部品からメイン電源を遮断するように命令を下して電源を調節する。
高電圧関連部品は、電源を連結する線路の電圧及び電流を一連のプログラムまたはセンサを介してモニタリングし、正常範囲から離脱した電圧及び電流が検出されたり許容値以上のリーク電流がある場合と、許容値以上の絶縁抵抗破壊などがある場合に、ＣＡＮ通信またはシグナル送信を介してメイン電源を遮断する。
このような電気自動車用の高容量バッテリーに係わる安全性確保のための従来技術は、主にバッテリーを主動力として用いる場合を仮定して措置を取っており、バッテリーセルの状態をモニタリングするためのセンシングラインの短絡事故などに対する安全性を確保するための装置は用意されていない。
上述したように、バッテリーは、数個のバッテリーセルを直／並列に連結してユーザが希望する出力及び貯蔵能力を有するように構成され、ここで用いられる全てのセルに対するモニタリングはＢＭＳで行われ、事故発生当時または事故発生の恐れがある状況で、これを防止するための措置を取るように構成されている。これを能動的安全装置と言う。
しかし、全ての事故が車両運行中に生じるのではなく、車両が始動状態でない場合、即ち、ＢＭＳが動作していない状況で発生する不意の事故を防止する装置の必要性が台頭している。
このために、受動的安全装置としてバッテリーセルの物理的状態の変化により電気的連結部を遮断する補助装置を取り付けたり、バッテリーとインバータを電気的に連結する主動力ラインに大容量ヒューズを装着するなどの方法が挙げられる。
しかし、センシングラインの場合、別の受動的安全装置が備えられていないため短絡事故発生時にセンシングラインの発火可能性が大きく、これによる二次火事（バッテリーの発火）及び三次火事（車両の発火）の恐れがある。
本発明は、前記のような従来技術を改善するために導き出されたものであって、バッテリーとインバータを電気的に連結する主動力ラインに大容量ヒューズを装着する従来技術と異なり、バッテリーモジュールとバッテリー制御システムとの間に連結されたセンシングラインに対する受動的安全装置をバッテリーセルと近い位置に取り付けて、センシングラインの短絡による火災事故を防止するヒューズを用いた高電圧バッテリーのセンシングラインの短絡による二次事故防止装置を提供することを目的とする。
前記の目的を果して従来技術の問題点を解決するために、本発明の一実施例によるヒューズを用いた高電圧バッテリーのセンシングラインの短絡による二次事故防止装置は、多数個のバッテリーセル（Ｃｅｌｌ）がそれぞれ備えられた多数個のバッテリーモジュールと、前記多数個のバッテリーモジュールを含むバッテリーパックと、前記それぞれのバッテリーパックに備えられた前記それぞれのバッテリーセルの状態を監視するために、前記それぞれのバッテリーパックに備えられた前記それぞれのバッテリーセルの電圧をモニタリング及び制御するバッテリー制御システム（ＢＭＳ）と、前記バッテリーモジュールと前記バッテリー制御システムとの間に連結され、前記それぞれのバッテリーパックに備えられた前記それぞれのバッテリーセルの電圧をセンシング（ｓｅｎｓｉｎｇ）するセンシングラインと、前記それぞれのバッテリーパックに備えられた前記それぞれのバッテリーセルの端子に直列に連結され、前記センシングラインで閉回路が構成される短絡事故発生時に動作する受動的安全装置と、を含む。
また、本発明の一実施例によるヒューズを用いた高電圧バッテリーのセンシングラインの短絡による二次事故防止装置において前記受動的安全装置はヒューズまたはＰＴＣに具現されることを特徴とする。
また、本発明の一実施例によるヒューズを用いた高電圧バッテリーのセンシングラインの短絡による二次事故防止装置で前記受動的安全装置は前記バッテリーモジュールに隣接するところに付着することを特徴とする。
また、本発明の一実施例によるヒューズを用いた高電圧バッテリーのセンシングラインの短絡による二次事故防止装置はリチウムイオン高電圧バッテリーを用いる車両に適用されることを特徴とする。
また、本発明の一実施例によるヒューズを用いた高電圧バッテリーのセンシングラインの短絡による二次事故防止装置において前記センシングラインは前記それぞれのバッテリーパックに備えられた前記それぞれのバッテリーセルに連結されて実電流の大きさが非常に微小であり、０．５ｓｑｍｍ以下の細い電線で構成されることを特徴とする。
本発明の一実施例によるヒューズを用いた高電圧バッテリーのセンシングラインの短絡による二次事故防止装置によると、バッテリーモジュールとバッテリー管理システムとの間に連結されてバッテリーセルの電圧値をチェックするセンシングラインに、ヒューズ及びＰＴＣのような受動安全装置を直列に連結して、車両が始動状態でない場合、即ち、ＢＭＳが動作してない状況でセンシングラインの短絡による二次事故を防止する効果が得られる。
従来技術により受動的安全装置が取り付けられた場合を図示した図面である。 本発明の一実施例により受動的安全装置が取り付けられた場合を図示した図面である。
以下、添付の図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
図１は従来技術により受動的安全装置が取り付けられた場合を図示した図面であり、図２は本発明の一実施例により受動的安全装置が取り付けられた場合を図示した図面である。
本発明の一実施例によるヒューズを用いた高電圧バッテリーのセンシングラインの短絡による二次事故防止装置は、図２に図示されたように、バッテリーモジュール１００と、バッテリー制御システム２００と、センシングライン３００と、受動的安全装置４００と、を含む。
本発明の一実施例によるバッテリーモジュール１００には、多数個のバッテリーセル（Ｃｅｌｌ）がそれぞれ備えられる。本発明の一実施例によるバッテリーパックは多数個のバッテリーモジュール１００を含む。
本発明の一実施例によるバッテリー制御システム２００は、前記それぞれのバッテリーパックに備えられた前記それぞれのバッテリーセルの状態を監視するために、前記それぞれのバッテリーパックに備えられた前記それぞれのバッテリーセルの電圧をモニタリング及び制御することができる。
本発明の一実施例によるセンシングライン３００は、バッテリーモジュール１００と、バッテリー制御システム２００との間に連結される。また、本発明の一実施例によるセンシングライン３００は、前記それぞれのバッテリーパックに備えられた前記それぞれのバッテリーセルの電圧をセンシング（ｓｅｎｓｉｎｇ）する。
本発明の一実施例によるセンシングライン３００は、前記それぞれのバッテリーパックに備えられた前記それぞれのバッテリーセルに連結される。上述したように、本発明は、バッテリーセルが積層されたバッテリーパックを備え、バッテリーパックから離隔して配置されたバッテリー制御システム２００を備え、バッテリーパックのそれぞれのバッテリーセルとバッテリー制御システム２００がそれぞれ連結される形態を有する。
従って、バッテリー制御システム２００は、ｎ個のバッテリーセルとそれぞれのセンシングライン３００を介して連結され、ｎ個のバッテリーセルの情報をセンシングし、動作を制御する。バッテリー制御システム２００が各バッテリーセルの電圧及び温度をセンシングするために、全てのバッテリーセルが一つのバッテリー制御システム２００にそれぞれ連結されなければならない。
センシングライン３００は、基本的に、バッテリーを構成するバッテリーセルの数量以上の数で構成される。例えば、バッテリーを構成するバッテリーセルが２０個である場合、センシングライン３００の個数は少なくとも２１個以上に構成されることができる。また、本発明の一実施例によるセンシングライン３００は、実電流の大きさが非常に微小であり、細い電線で構成されることができる。
センシングライン３００は、バッテリーセルの電圧を測定するために数ｋΩの抵抗が連結されているため、実電流の大きさが非常に微小であり、ほとんどの場合、０．５ｓｑｍｍ以下の細い電線で構成される。
ここで、内外部的な要因によって短絡事故が発生した場合、瞬間的に多量の電流が流れるが、バッテリーとインバータを電気的に連結する主動力ラインでなく、センシングライン３００で閉回路が構成されて電流が流れるため、主動力ラインのヒューズは無意味になる。
従って、センシングライン３００にヒューズ及びＰＴＣのような受動的安全装置４００を直列に連結して、一次短絡事故による二次、三次の火災事故が発生することを防止することができる。
本発明の一実施例による受動的安全装置４００は、前記それぞれのバッテリーパックに備えられた前記それぞれのバッテリーセルの端子に直列に連結され、センシングライン３００で閉回路が構成される短絡事故発生時に動作する。本発明の一実施例による受動的安全装置４００は、ヒューズまたはＰＴＣに具現されることができる。
本発明の一実施例による受動的安全装置４００は、図２に図示されたように、バッテリーモジュール１００に隣接する位置に取り付けることが好ましい。センシングライン３００の何れの位置でも短絡事故が生じ得るため、受動的安全装置４００をバッテリーセルと最も近い位置に取り付けることが効果的である。
前記のように本発明によると、バッテリーモジュールと、バッテリー管理システムとの間に連結されてバッテリーセルの電圧値をチェックするセンシングラインに、ヒューズ及びＰＴＣのような受動安全装置を直列に連結して、車両が始動状態でない場合、即ち、ＢＭＳが動作していない状況でセンシングラインの短絡による二次、三次事故を防止する効果が得られる。
以上、本発明による具体的な実施例について説明したが、本発明の範囲から外れない範囲内では様々な変形が可能であることは言うまでもない。
従って、本発明の範囲は上述した実施例に限定されず、後述する特許請求の範囲だけでなく、本特許請求の範囲と均等なものなどにより定められるべきである。
本発明は限定された実施例と図面によって説明されたが、本発明は前記実施例に限定されず、本発明が属する分野において通常の知識を有した者であればこのような記載から様々な修正及び変形が可能である。従って、本発明の思想は下記の特許請求の範囲のみによって把握されなければならず、その均等または等価的な変形は全て本発明の思想の範疇に属すると言える。
１００ バッテリーモジュール
２００ バッテリー制御システム
３００ センシングライン
４００ 受動的安全装置

Claims (5)

  1. 多数個のバッテリーセル（Ｃｅｌｌ）がそれぞれ備えられた多数個のバッテリーモジュールと、
    前記多数個のバッテリーモジュールを含むバッテリーパックと、
    前記それぞれのバッテリーパックに備えられた前記それぞれのバッテリーセルの状態を監視するために、前記それぞれのバッテリーパックに備えられた前記それぞれのバッテリーセルの電圧をモニタリング及び制御するバッテリー制御システム（ＢＭＳ）と、
    前記バッテリーモジュールと前記バッテリー制御システムとの間に連結され、前記それぞれのバッテリーパックに備えられた前記それぞれのバッテリーセルの電圧をセンシング（ｓｅｎｓｉｎｇ）するセンシングラインと、
    前記それぞれのバッテリーパックに備えられた前記それぞれのバッテリーセルの端子に直列に連結され、前記センシングラインで閉回路が構成される短絡事故発生時に動作する受動的安全装置と、を含む、ヒューズを用いた高電圧バッテリーのセンシングラインの短絡による二次事故防止装置。
  2. 前記受動的安全装置は、ヒューズまたはＰＴＣに具現されることを特徴とする、請求項１に記載のヒューズを用いた高電圧バッテリーのセンシングラインの短絡による二次事故防止装置。
  3. 前記受動的安全装置は、前記バッテリーモジュールに隣接する位置に取り付けられることを特徴とする、請求項１に記載のヒューズを用いた高電圧バッテリーのセンシングラインの短絡による二次事故防止装置。
  4. 前記ヒューズを用いた高電圧バッテリーのセンシングラインの短絡による二次事故防止装置は、リチウムイオン高電圧バッテリーを用いる車両に適用されることを特徴とする、請求項１に記載のヒューズを用いた高電圧バッテリーのセンシングラインの短絡による二次事故防止装置。
  5. 前記センシングラインは、前記それぞれのバッテリーパックに備えられた前記それぞれのバッテリーセルに連結され、実電流の大きさが非常に微小であり、０．５ｓｑｍｍ以下の細い電線で構成されることを特徴とする、請求項１に記載のヒューズを用いた高電圧バッテリーのセンシングラインの短絡による二次事故防止装置。
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