JP2017076579A - 電池システムおよび電池パック - Google Patents

Abstract

【課題】複数の電池パックを連結して用いる場合であっても、コストの増大を抑制し、且つ、過大な電流が印加されることを抑制することが可能な電池システムを提供する。【解決手段】それぞれが異なる筐体と当該筐体内に配置された電池Ｂとを有する主電池パック１０および副電池パック２０を備える電池システム１００であって、主電池パック１０の電池と副電池パック２０の電池とは電気的に接続されており、主電池パック１０は制御部１５を有し、副電池パック２０の電池の電圧を検出する電圧検出線Ｌ１〜Ｌｘｘが、主電池パック１０の制御部１５と接続されており、副電池パック２０は、副電池パック２０の筐体内で電圧検出線Ｌ１〜Ｌｘｘに挿入されたヒューズＦを有する。【選択図】図２

Description

本発明は、電池システムおよび電池パックに関する。

レイアウトの自由度を高めるために、電池を複数の筐体に分割して格納して電池パックを構成し、複数の電池パックを連結した電池システムが用いられることがある。例えば特許文献１には、それぞれが電圧検出手段とコントローラ（ＬＢＣ：Ｌｉ−ｉｏｎ Ｂａｔｔｅｒｙ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）とを備える複数の電池パックを有する電池システムが開示されている。特許文献１に記載の電池システムでは、各電池パック内のコントローラの他に電池システム全体を制御する上位コントローラを有し、電池パック内のコントローラが電池電圧の検出結果を上位コントローラに通知する。これにより、電池システム全体として電池の状態を把握して、電池システム内の異常を検知することができる。この上位コントローラは、異常を検知すると、対象の電池パックのコントローラに充放電経路を遮断するよう指示して、過大な電圧が印加されることを防止している。

特開２０１２−９３３９号公報

しかしながら、各電池パックにコントローラを設けるとコストが増大すると共に、電池システム全体を制御するための上位コントローラが必要になるため、制御が煩雑になる。
これらの課題に対応するため、本発明者は、副電池パック内にコントローラを設けず、主電池パック内でコントローラを１つにすることを検討した。しかしながらこの場合、コントローラを有さない副電池パックの電圧を検出するために、副電池パックの筐体の内部から外部に電圧検出線を配策して電圧検出線を主電池パックのコントローラに接続する必要がある。このため、主電池パックと副電池パックの筐体間で電圧検出線が短絡し、副電池パック内で電圧検出線同士がショートするなどの異常が発生した場合に、副電池パック内にコントローラがないため充放電経路を遮断することができず、過大な電流が印加されてしまう場合があるという課題を発見するに至った。
本発明の目的は、複数の電池パックを連結して用いる場合であっても、コストの増大を抑制し、且つ、過大な電流が印加されることを抑制することが可能な電池システムを提供することである。

本発明による電池システムは、
それぞれが異なる筐体と当該筐体内に配置された電池とを有する主電池パックおよび副電池パックを備える電池システムであって、
前記主電池パックの電池と前記副電池パックの電池とは電気的に接続されており、
前記主電池パックは制御部を有し、
前記副電池パックの電池の電圧を検出する電圧検出線が、前記主電池パックの制御部と接続されており、
前記副電池パックは、当該副電池パックの筐体内で前記電圧検出線に挿入されたヒューズを有する。

本発明による電池パックは、
主電池パックと電気的に接続可能な電池パックであって、
筐体と、
前記筐体内に配置された電池と、
前記主電池パックの制御部と接続され、前記電池の電圧を検出する電圧検出線と、
前記筐体内で電圧検出線に挿入されたヒューズとを備える。

本発明によれば、複数の電池パックを連結して用いる場合であっても、コストの増大を抑制し、且つ、過大な電流が印加されることを抑制することが可能である。

本発明の一実施形態に係る電池システム１００を搭載した車両の構成を示す図である。 電池システム１００の構成を示す図である。 電池システム１００のヒューズボックスの構成例を示す図である。 電池システム１００でショートが発生した場合の状態を説明するための図である。

以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照して説明する。なお、本明細書および図面において、同一の機能を有する構成要素については同じ符号を付することにより重複説明を省略する場合がある。

（車両１の構成）
図１は、本発明の一実施形態に係る電池システム１００を搭載した車両１の構成を概略的に示す図である。
図１を参照すると、車両１は、電池システム１００と、インバータ３０と、モータ４０と、センサ５０と、タイヤ６０と、車両コントローラ７０とを有する。

電池システム１００は、主電池パック１０および副電池パック２０を有する。主電池パック１０および副電池パック２０は電気的に接続されており、インバータ３０を介してモータ４０など車両１の各部に電力を供給する。インバータ３０は、電池システム１００からの直流電力を交流電力に変換する。インバータ３０は、変換して得られた交流電力をモータ４０に供給する。モータ４０は、供給された電力を用いて車両１のタイヤ６０を駆動する。センサ５０は、車両の状態を検知する。タイヤ６０は、車両１を支持する。車両１は複数のタイヤ６０を有しており、２つのタイヤ６０間に接続された車軸をモータ４０が回転させることにより、タイヤ６０が回転する。車両コントローラ７０は、例えばＶＣＭ（Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｍｏｄｕｌｅ）などの車両統合コントローラである。車両コントローラ７０は、主電池パック１０、インバータ３０、モータ４０およびセンサ５０など車両１の各部と通信線で接続されている。車両コントローラ７０は、車両１の車両の状態を検知するセンサ５０からの信号や、インバータ３０／モータ４０の状態を検知する信号や、電池システム１００から通知される情報に基づいて、例えば車両の駆動および電池システム１００の充電など車両１の全体を制御する。

（電池システム１００の構成）
図２は、電池システム１００の構成について示す図である。電池システム１００は、それぞれが異なる筐体と筐体内に配置された電池とを有する主電池パック１０および副電池パック２０を有する。

主電池パック１０は、電池スタック部１１と、ジャンクションボックス１２と、ＳＤＳＷ（Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔ Ｓｗｉｔｃｈ）１３と、電流センサ１４と、ＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）１５とを有する。電池スタック部１１は、電池部１１１と、第１サーミスタ１１２と、第２サーミスタ１１３とを有する。ジャンクションボックス１２は、ポジティブリレー１２１と、プリチャージ抵抗１２２と、プリチャージリレー１２３と、ネガティブリレー１２４とを有する。ＳＤＳＷ１３は、スイッチ１３１とヒューズ１３２とを有する。

主電池パック１０の筐体には、外部と接続するための複数の接続端子が設けられている。主電池パック１０は、車両１側と接続される接続端子として、インバータ３０と接続される強電コネクタであるインバータ接続端子１０１と、車両コントローラ７０と接続される弱電コネクタである車両通信端子１０２とを有する。主電池パック１０は、副電池パック２０側と接続する接続端子として、電気接続のための電気接続端子１０３および１０４と、通信線で接続されるパック間通信端子１０５と、副電池パック２０の電圧検出線が接続される電圧検出線端子１０６とを有する。

副電池パック２０は、電池スタック部２１と、ＳＤＳＷ２３と、ヒューズボックス２４とを有する。電池スタック部２１は、電池部２１１と、第３サーミスタ２１２と第４サーミスタ２１３とを有する。ＳＤＳＷ２３は、スイッチ２３１とヒューズ２３２とを有する。

副電池パック２０の筐体には、主電池パック１０と接続するための複数の接続端子が設けられている。接続端子は、電気接続端子２０３および２０４と、主電池パック１０と通信線で接続されるパック間通信端子２０５と、電圧検出線が接続される電圧検出線端子２０６とを有する。

主電池パック１０および副電池パック２０がそれぞれ有する電池部１１１および電池部２１１は、複数の電池を含む。電池は、電池セルまたは電池モジュールの形態であってよい。本実施形態において電池部１１１および電池部２１１は、複数の電池セルを直列接続してケースに収容した複数の電池モジュールを含む。主電池パック１０の電池部１１１と副電池パック２０の電池部２１１は、電気的に接続されている。第１サーミスタ１１２および第２サーミスタ１１３は、主電池パック１０の電池部１１１の温度を検知する。第３サーミスタ２１２および第４サーミスタ２１３は、副電池パック２０の電池部２１１の温度を検知する。第１サーミスタ１１２、第２サーミスタ１１３、第３サーミスタ２１２および第４サーミスタ２１３のそれぞれは通信線を介してＢＭＳ１５と接続されており、検知した温度をＢＭＳ１５に通知する。

主電池パック１０のジャンクションボックス１２内に配置されるポジティブリレー１２１は、インバータ接続端子１０１のポジティブ側と電池部１１１のポジティブ側との間に介在しており、出力回路の導通／遮断を切り替える。ネガティブリレー１２４は、インバータ接続端子１０１のネガティブ側と副電池パック２０の電池部２１１のネガティブ側との間に介在しており、出力回路の導通／遮断を切り替える。プリチャージ抵抗１２２およびプリチャージリレー１２３は、インバータ接続端子１０１のポジティブ側と電池部１１１のポジティブ側との間にポジティブリレー１２１と並列に接続されて迂回経路を形成している。ポジティブリレー１２１、プリチャージリレー１２３およびネガティブリレー１２４は、通信線でＢＭＳ１５と接続されている。ポジティブリレー１２１、プリチャージリレー１２３およびネガティブリレー１２４の導通／遮断の切り替えは、ＢＭＳ１５により制御される。

ＳＤＳＷ１３は、パックケースを開けて内部の保守・整備をする際、強電ラインを遮断するためのスイッチであり、主電池パック１０の筐体の外部から手動で操作可能で、回路の導通／遮断を切り替えることができる。ＳＤＳＷ２３は、パックケースを開けて内部の保守・整備をする際、強電ラインを遮断するためのスイッチであり、副電池パック２０の筐体の外部から手動で操作可能で、回路の導通／遮断を切り替えることができる。スイッチ１３１およびスイッチ２３１は、操作に応じて回路の導通／遮断を切り替える。ヒューズ１３２および２３２は、所定の閾値以上の電流が印加された場合に切断される安全装置である。ＳＤＳＷ１３は、電池スタック部１１の電池部１１１と、副電池パック２０のポジティブ側と接続される電気接続端子１０３との間に挿入される。ＳＤＳＷ２３は、電池スタック部２１の電池部２１１と、主電池パック１０のネガティブ側と接続される電気接続端子２０４との間に挿入される。

主電池パック１０のポジティブ側の電気接続端子１０３は、副電池パック２０のポジティブ側の電気接続端子２０３と接続される。電気接続端子２０３は、電池部２１１のポジティブ側と接続される。主電池パックの電気接続端子１０４は、副電池パック２０のネガティブ側の電気接続端子２０４と接続される。電気接続端子２０４は、ＳＤＳＷ２３を介して電池部２１１のネガティブ側と接続される。

電流センサ１４は、電流を検知する。電流センサ１４は、通信線でＢＭＳ１５と接続されており、検知した電流値をＢＭＳ１５に通知する。電流センサ１４は、副電池パック２０のポジティブ側と接続される電気接続端子１０３とＳＤＳＷ１３との間に挿入される。

ＢＭＳ１５は、電池システム１００を制御する制御部である。ＢＭＳ１５は、主電池パック１０の筐体内に配置されている。ＢＭＳ１５は、車両通信端子１０２と接続されている。ＢＭＳ１５は、電池スタック部１１、ジャンクションボックス１２、ＳＤＳＷ１３および電流センサ１４と接続されている。ＢＭＳ１５はさらに、パック間通信端子１０５およびパック間通信端子２０５を介して、副電池パック２０の各部、具体的には第３サーミスタ２１３、第４サーミスタ２１３およびＳＤＳＷ２３と通信線で接続されている。

ＢＭＳ１５は、ジャンクションボックス１２内の各リレーを制御することができる。具体的にはＢＭＳ１５は、電池システム１００の起動時にはポジティブリレー１２１を遮断し、プリチャージリレー１２３およびネガティブリレー１２４を導通させる。これにより電力供給の開始時に、回路の途中にプリチャージ抵抗１２２が介在することになるため、過大な電流が流れないよう供給電流が抑制される。そして、電池電圧が所定の閾値を超えると、ＢＭＳ１５は、ネガティブリレー１２４を導通させたまま、ポジティブリレー１２１を導通させて、プリチャージリレー１２３を遮断する。

ＢＭＳ１５は、第１サーミスタ１１２、第２サーミスタ１１３、第３サーミスタ２１２および第４サーミスタ２１３から通知される温度が所定の閾値以上となった場合、電流制限指令を車両コントローラ７０に通知する。

ＢＭＳ１５は、電池部１１１および電池部２１１と電圧検出線で接続されている。電池部２１１は副電池パック２０の筐体内に収容されており、ＢＭＳ１５は主電池パック１０の筐体内に収容されている。このため、副電池パック２０の電池部２１１の電圧を検出する電圧検出線は、副電池パック２０の筐体の内部から外部を通って、主電池パック１０の筐体の内部に収容されたＢＭＳ１５まで配策されることになる。ＢＭＳ１５は、電圧検出線により電池部１１１および電池部２１１の電池電圧を検出することができる。

図３（ａ）は、ヒューズボックス２４および電圧検出線端子２０６の外観例を示す図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）の矢印方向から見た外観図を示す図である。図３では示していないが、電圧検出線端子２０６は、副電池パック２０の筐体の外部に設けられている。ヒューズボックス２４は、副電池パック２０の筐体の内部に格納されている。ヒューズボックス２４は、ヒューズ部２４１と接続端子２４２とを有する。ヒューズ部２４１には、所定以上の電圧が印加された場合に切断される複数のヒューズＦが格納されている。それぞれのヒューズＦは、電圧検出線に挿入される。接続端子２４２は、ヒューズボックス２４を電池部２１１と接続するための端子である。電圧検出線を接続端子２４２に接続することにより、ヒューズ部２４１に格納されたヒューズＦが電圧検出線に挿入されることになる。

図４は、例えば、主電池パック１０と副電池パック２０の間の電圧検出線が断線した場合に、副電池パック２０の電圧検出線間でショートが発生した場合の状態を説明するための図である。図４は、副電池パック２０の電池部２１１の各電池の電圧を検出する電圧検出線Ｌ１〜Ｌｘｘの接続状態を模式的に示している。電圧検出線Ｌ１〜Ｌｘｘは、副電池パック２０の電池部２１１からヒューズボックス２４を介して主電池パック１０のＢＭＳ１５に接続されている。ヒューズボックス２４内において、電圧検出線Ｌ１〜Ｌｘｘのそれぞれには、ヒューズＦが挿入される。例えば電圧検出線Ｌ１の両パックの筐体の間のポイントＰ１と電圧検出線Ｌｘｘの両パックの筐体の間のポイントＰ２とがショートした場合、その電圧差からポイントＰ１とポイントＰ２との間を通って副電池パック２０内をループする（図４の矢印で示す経路）大電流が流れてしまう。この電池システム１００によれば、このループ経路上にヒューズＦが挿入されており、所定以上の電流が流れるとこのヒューズＦが溶断される。したがって、複数の電池パックを連結して用いる場合であっても、コストの増大を抑制し、且つ、過大な電流が印加されることを抑制することが可能である。

ヒューズＦは、複数の電圧検出線の全てに挿入されてもよいし、一部に挿入されてもよい。電圧検出線の全てにヒューズＦが挿入される場合、ヒューズＦは電圧検出線と同数設けられ、一部の電圧検出線にヒューズＦが挿入される場合、ヒューズＦの数は電圧検出線の数以下である。一部の電圧検出線にヒューズＦが挿入される場合、ショートしたときに電圧差が大きくなる可能性の高い経路上にヒューズＦが挿入されるように、ヒューズＦを挿入する電圧検出線を選択することが好ましい。

以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明の技術的思想の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
例えば、上記実施形態では、電池システム１００は、１つの主電池パック１０と１つの副電池パック２０とを有することとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、電池システム１００は、複数の副電池パック２０を有してもよい。この場合、各副電池パック２０の電圧検出線は、主電池パック１０のＢＭＳ１５と接続される。
上記実施形態では、電池パック間の電池の接続方法および各電池パック内の電池の接続方法は直列接続であることとしたが、本発明は係る例に限定されない。例えば、電池パック間の接続は並列接続であってもよいし、電池パックそれぞれの内部の電池も並列に接続されてもよい。

１００ 電池システム
１０ 主電池パック
１５ ＢＭＳ（制御部）
２０ 副電池パック
Ｆ ヒューズ

Claims (4)

1. それぞれが異なる筐体と当該筐体内に配置された電池とを有する主電池パックおよび副電池パックを備える電池システムであって、
   前記主電池パックの電池と前記副電池パックの電池とは電気的に接続されており、
   前記主電池パックは制御部を有し、
   前記副電池パックの電池の電圧を検出する電圧検出線が、前記主電池パックの制御部と接続されており、
   前記副電池パックは、当該副電池パックの筐体内で前記電圧検出線に挿入されたヒューズを有する、電池システム。
2. 前記副電池パックは、
   複数の前記電池と、
   各電池の電圧を検出する複数の前記電圧検出線と、
   複数の前記ヒューズとを有し、
   前記複数のヒューズは、前記複数の電圧検出線のそれぞれに挿入されている、請求項１に記載の電池システム。
3. 前記電池システムは、複数の前記副電池パックを備え、
   各副電池パックの前記電圧検出線は、前記主電池パックの制御部と接続されている、請求項１または２に記載の電池システム。
4. 主電池パックと電気的に接続可能な電池パックであって、
   筐体と、
   前記筐体内に配置された電池と、
   前記主電池パックの制御部と接続され、前記電池の電圧を検出する電圧検出線と、
   前記筐体内で電圧検出線に挿入されたヒューズとを備える電池パック。