JP2017073906A - 電池パックの点検安全化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電池パックから負荷への過電流の通電を迅速に遮断した後、電池パックの放電を開始することにより電池パックの点検作業をする者の安全を確保できる電池パックの点検安全化装置を提供する。【解決手段】火薬機械式の切り換え回路１３が、電流供給回路７中に位置して火薬の爆発力で閉状態から開状態になる火薬型常閉スイッチ１５と、火薬が爆発するまでは電流供給回路７を負荷５に接続する状態にあり且つ火薬の爆発力で切り替わって電池パック３を放電回路１１に接続する火薬型切り換えスイッチ１７とを含んで構成されている。異常検出部９により電池パック３の異常を検出すると、火薬機械式の切り換え回路１３が動作状態となり、火薬の爆発力で瞬時に電流を遮断し且つ放電回路１１を通して電池パック３の放電を開始する。【選択図】図１

Description

本発明は、電池パックから負荷への過電流の通電を迅速に遮断した後、電池パックの放電を開始することにより電池パックの点検作業をする者の安全を確保する電池パックの点検安全化装置に関するものである。

リチウムイオン電池等の可燃性材料を蓄電池の構成要素に含む蓄電池を複数組み合わせてなる電池パックでは、過電流等の異常の発生による蓄電池の発火・爆発や負荷の焼損を防止するために、電池パックの異常を検出すると電池パックを負荷からできるだけ速く且つ確実に切り離す必要がある。特開平１１−１９１４３３号公報には、蓄電池または電池パックからの過電流の放出を迅速に阻止するために爆薬を用いて過電流の通電を阻止する安全装置が開示されている。

特開平１１−１９１４３３号公報

例えば、過電流が放出された電池パックでは、電池パックを構成する蓄電池の内部で過充電状態が発生している可能性が高い。このような場合、電池パックに備えられたシステム制御による安全化に加え、更なる本質安全の観点から異常状態の電池に対しそれ以上充電ができないようにする必要がある。そして負荷と切り離された電池パックをそのままで再度使用することはない。電池パックの交換を行う作業者は、負荷から切り離された電池パックを電源設備から取り外す作業を行う必要がある。

しかしながら過充電状態が発生している可能性が高い蓄電池（蓄電手段）は、蓄電されている電荷が多く、十分に放電をした後でなければ、作業者が感電したり、作業中に短絡事故を起こすと蓄電池の爆発を誘発する恐れがある。

本発明の目的は、電池パックに備えられたシステム制御による安全化に加え、更なる本質安全の観点から異常状態の電池に対しそれ以上充電ができないようにするために、電池パックから負荷への電流の通電を迅速に遮断した後、電池パックの放電を開始することにより電池パックの点検作業をする者の安全を確保することができる電池パックの点検安全化装置を提供することにある。

本発明の電池パックの点検安全化装置は、電池パックから負荷に電流を供給する電流供給回路と、電池パックの異常を検出する異常検出部と、電池パックの電荷を放電用抵抗を通して放電する放電回路と、火薬機械式の切り換え回路とを備えている。火薬機械式の切り換え回路は、異常検出部が異常を検出すると、火薬の爆発力を利用して電流供給回路の通電路の一部を開路状態にして、電池パックから負荷を切り離す機能を有し、且つ放電回路を電池パックに対して接続する機能を有する。本発明によれば、電池パックの異常が検出されると、火薬機械式の切り換え回路が動作状態となり、火薬の爆発力で、瞬時に電流を遮断し且つ放電回路を通して電池パックの放電が開始される。したがって本発明によれば、電池パックに備えられたシステム制御による安全化に加え、電池パックから負荷への電流の通電を迅速に遮断した後、電池パックの放電を開始することにより電池パックの点検作業をする者の安全を確保することができる。

本願明細書において、電池パックは、複数の蓄電手段が組み合わされて構成されるものであり、蓄電手段には、蓄電池若しくはキャパシタまたは蓄電池及びキャパシタの組み合わせが含まれる。特に本発明は、電池パックが、複数の非水電解液電池が組み合わされて構成されたものにおいては、熱暴走の発生を防止する必要があるため、顕著な効果を発揮する。また本願明細書において、異常検出部は、負荷に供給される電流を直接検出することにより過電流を異常として検出するものでもよく、また電池パックの出力電圧の変化から異常を検出するものでもよく、さらに電池パックを構成する蓄電手段の内圧の変化から異常を検出するものでもよく、異常の検出方法は任意である。

火薬機械式の切り換え回路は、電流供給回路中に位置して火薬の爆発力で閉状態から開状態になる火薬型常閉スイッチと、火薬が爆発するまでは電流供給回路を負荷に接続し且つ火薬の爆発力で電池パックを放電回路に接続する火薬型切り換えスイッチとを含んで構成することができる。火薬型常閉スイッチ及び火薬型切り換えスイッチは、異常検出部の出力を起爆信号とし、電池パックを起爆用電源として火薬を爆発させるものであるのが好ましい。このようにすれば起爆用電源が不要になる。そして火薬型常閉スイッチ及び火薬型切り換えスイッチは、それぞれ火薬の爆発力を利用して接点と接離するスイッチ本体を動かして、開閉する構造を有するものであればよく、その具体的な構成は任意である。

放電回路は、火薬型切り換えスイッチが、電池パックを放電回路に接続するまでは、開状態にあり、火薬型切り換えスイッチが電池パックを放電回路に接続すると同時または接続した後に、閉状態になる常開スイッチを備えている。この常開スイッチが閉状態になることにより、放電回路の放電ループが完成し、放電抵抗を通しての放電が開始される。

また異常検出部は、負荷に供給する電流が過電流になったことを、電池パックの電圧または電池パックを構成する複数の蓄電池の電圧が予め定めた閾値以上になったか否かにより異常を検出するように構成することができる。電圧に基づいて異常を検知すると、特別なセンサ等が必要ないので、簡単且つ安価に異常検出部を構成することができる。

本発明の電池パックの点検安全化装置の実施の形態の一例の構成を概略的に示す図である。 電池パックの電圧により異常を検出する際の状況を説明するために用いる図である。

本発明の電池パックの点検安全化装置の実施の形態の一例を図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の電池パックの点検安全化装置の実施の形態の一例の構成を概略的に示す図である。本実施の形態の電池パックの点検安全化装置１は、電池パック３から負荷５に電流を供給する電流供給回路７と、電池パック３の異常を検出する異常検出部９と、電池パック３の電荷を放電用抵抗を通して放電する放電回路１１と、火薬機械式の切り換え回路１３とを備えている。本実施の形態では、電池パック３はリチウムイオン電池などの非水電解液二次電池を複数本組み合わせて構成されている。電流供給回路７は、負荷５との間に火薬機械式の切り換え回路１３を含んで構成されて、電池パック３に電流を供給する。なお本実施の形態では負荷５側に電池パック３を電源とする場合の電源制御回路が含まれている。

異常検出部９は、図２に示すように、負荷５に供給する電流が過電流になったことを、電池パック３の電圧ＶＴ（または電池パックを構成する複数の蓄電池の電圧）が予め定めた閾値ＶＴ以上になったか否かにより異常を検出するように構成されている。異常検出部９は、異常を検出すると、火薬機械式の切り換え回路１３中の後述する火薬型常閉スイッチ１５及び火薬型切り換えスイッチ１７に起爆信号を与え、また放電回路１１中の常開スイッチの接点を閉じるための閉信号を与える。例えば、本実施の形態のように、電池パック３が、リチウムイオン電池などの非水電解液二次電池を複数本組み合わせて構成されている場合、電池パック３の出力電圧は、図２に示すように、内部短絡の発生により過充電に達する前に一度ピークを経た後電圧が下がり、再度電圧が上昇する傾向を示す。そこで本実施の形態では、電池パック３の電圧ＶＢを異常検出部９により監視し、電圧ＶＢが最初のピーク電圧に達する前に、異常発生の可能性があると判断するために、ピーク電圧より僅かに低い閾値電圧ＶＴを設定した。この閾値電圧ＶＴは、例えば、電池パック３の電圧ＶＢが閾値電圧ＶＴを超えてから予め定めた時間ｔ秒（例えば１秒）後に、最初のピーク電圧に達するように定められている。このような閾値ＶＴを設定すると、内部短絡の発生による過電流が発生するような異常状態になる前に電池パック３を負荷５から切り離すことが可能になる。この短い時間ｔ秒という間に、負荷５の切り離しと放電回路１１の接続を実現するために、本実施の形態では、火薬機械式の切り換え回路１３を採用している。

火薬機械式の切り換え回路１３は、異常検出部９が異常を検出すると、火薬の爆発力を利用して開状態になって電流供給回路７の通電路の一部を開路状態にして、電池パック３から負荷５を切り離す機能を有し、且つ放電回路１１を電池パック３に対して接続する機能を有する。本実施の形態では、火薬機械式の切り換え回路１３が、電流供給回路７中に位置して火薬の爆発力で閉状態から開状態になる火薬型常閉スイッチ１５と、火薬が爆発するまでは電流供給回路７を負荷５に接続する状態にあり且つ火薬の爆発力で切り替わって電池パック３を放電回路１１に接続する火薬型切り換えスイッチ１７とを含んで構成されている。図１に示す状態では、電流供給回路７へ電池パック３から電流を供給できるように、火薬型常閉スイッチ１５は閉状態にあり、火薬型切り換えスイッチ１７は電池パック３を負荷５に接続できる切り換え状態にある。火薬型常閉スイッチ１５及び火薬型切り換えスイッチ１７は、異常検出部９の出力を起爆信号とし、電池パック３を起爆用電源として火薬を爆発させる。このようにすれば起爆用電源が不要になる。そして火薬型常閉スイッチ１５及び火薬型切り換えスイッチ１７は、それぞれ火薬の爆発力を利用して接点と接離するスイッチ本体を動かして、開閉する構造を有するものであればよく、その具体的な構成は任意である。火薬型常閉スイッチ及び火薬型切り換えスイッチの構造に関する技術としては、特許第４８７４５２８号公報、特開平０６−２１５７７７号公報、特開平１０−２４１５２４号公報、特開平１１−１９１４３３号公報、特開平１１−３５３９９７号公報、特開２０１３−１７１８３４号公報、特表２０１４−５０２４０６号公報、特公昭５８−４７８０９号公報、特開平１０−５５７４２号公報、特許第３４２６５０８号公報等に種々開示されている。したがって本願明細書において、火薬型常閉スイッチ１５及び火薬型切り換えスイッチ１７の具体的な構成を説明することは省略する。

放電回路１１は、火薬型切り換えスイッチ１７が電池パック３を放電回路１１に接続するまでは開状態にあり、火薬型切り換えスイッチ１７が電池パック３を放電回路１１に接続すると同時または接続した後に、閉状態になる常開スイッチ１９と放電抵抗２１とを備えている。常開スイッチ１９として、電磁スイッチ等を用いることができる。火薬型切り換えスイッチ１７が電池パック３を放電回路１１に接続し且つ常開スイッチ１９が閉状態になることにより、放電回路１１の放電ループが完成し、放電抵抗２１を通しての放電が開始される。放電抵抗２１としては、放電電流が過電流にならないようにある程度大きな抵抗値（例えば０．４Ω）を有するものを用意すればよい。

本実施の形態によれば、電池パック３の異常が検出されると、火薬機械式の切り換え回路１３が動作状態となり、火薬の爆発力で、瞬時に電流を遮断し且つ放電回路１１を通して電池パック３の放電が開始される。したがって電池パック３から負荷５への電流の通電を迅速に遮断した後、電池パック３の放電を開始することにより電池パック３の点検作業をする者の安全を確保することができる。

上記実施の形態では、異常検出部９は電池パックの電圧を監視することにより異常を検出したが、異常検出部９は、負荷電流へ供給される電流を直接検出することにより過電流を異常として検出するものでもよく、また電池パックを構成する蓄電手段の内圧の変化から異常を検出するものでもよく、異常の検出方法は任意である。

本発明によれば、電池パックに備えられたシステム制御による安全化に加え、電池パックから負荷への電流の通電を迅速に遮断した後、蓄電モジュールの放電を開始することにより電池パックの点検作業をする者の安全を確保することができる。

１ 点検安全化装置
３ 電池パック
５ 負荷
７ 電流供給回路
９ 異常検出部
１１ 放電回路
１３ 火薬機械式の切り換え回路
１５ 火薬型常閉スイッチ
１７ 火薬型切り換えスイッチ
１９ 常開スイッチ
２１ 放電抵抗

Claims (6)

1. 電池パックから負荷に電流を供給する電流供給回路と、
   前記電池パックの電荷を放電用抵抗を通して放電する放電回路と、
   前記電池パックの異常を検出する異常検出部と、
   前記異常検出部が前記異常を検出すると、火薬の爆発力を利用して開状態になって前記電流供給回路の通電路の一部を開路状態にして、前記電池パックから前記負荷を切り離す機能を有し、且つ前記放電回路を前記電池パックに対して接続する機能を有する火薬機械式の切り換え回路とを備えていることを特徴とする電池パックの点検安全化装置。
2. 前記火薬機械式の切り換え回路は、前記電流供給回路中に位置して前記火薬の爆発力で閉状態から開状態になる火薬型常閉スイッチと、前記火薬が爆発するまでは前記電流供給回路を前記負荷に接続し且つ前記火薬の爆発力で前記電池パックを前記放電回路に接続する火薬型切り換えスイッチとを含んで構成されている請求項１に記載の電池パックの点検安全化装置。
3. 前記放電回路は、前記火薬型切り換えスイッチが前記電池パックを前記放電回路に接続するまでは、開状態にあり、前記火薬型切り換えスイッチが前記電池パックを前記放電回路に接続すると同時または接続した後に、閉状態になる常開スイッチを備えている請求項２に記載の電池パックの点検安全化装置。
4. 前記異常検出部は、前記電流が過電流になったことを、前記電池パックの電圧または前記電池パックを構成する複数の蓄電池の電圧が予め定めた閾値以上になったか否かにより検出するように構成されている請求項１に記載の電池パックの点検安全化装置。
5. 前記火薬型常閉スイッチ及び前記火薬型切り換えスイッチは、前記異常検出部の出力を起爆信号とし、前記電池パックを起爆用電源として前記火薬を爆発させる請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電池パックの点検安全化装置。
6. 前記電池パックは、複数の非水電解液電池が組み合わされて構成されている請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電池パックの点検安全化装置。

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