JP2017158268A - 電源システム - Google Patents

Abstract

【課題】多並列の電源システムにおいて、過電流から回路を保護しつつ、コストを低減する。【解決手段】電源システム１は、１つ又は多直列のセルと内部短絡用の電流遮断素子を含む直列回路を、複数並列に接続した並列回路と、当該並列回路と負荷との間に直列に接続される外部短絡用の電流遮断素子と、複数の直列回路の正極端子間と、負極端子間を、それぞれ並列に接続する配線材を備える。内部短絡により発生する過電流にもとづき内部短絡用の電流遮断素子が電流路を遮断するまでの時間より、当該配線材が溶断するまでの時間が長くなるように、かつ、外部短絡により発生する過電流にもとづき外部短絡用の電流遮断素子が電流路を遮断するまでの時間より、当該配線材が溶断するまでの時間が長くなるように、当該配線材の溶断特性が決定されている。【選択図】図１

Description

本発明は、１つ又は多直列のセルが並列に接続された多並列の電源システムに関する。

近年、ハイブリッド車（ＨＶ）、プラグインハイブリッド車（ＰＨＶ）、電気自動車（ＥＶ）が普及してきている。これらの車両には、走行用モータに駆動電力を供給するための電源システムとして、１つ又は多直列のセルが並列に接続された多並列の電源システムが搭載される。

近年、ラミネート型電池（パウチ型電池ともいう）の普及が拡大している。ラミネート型電池を並列接続させて多並列の電源システムを構成する場合、各ラミネート型電池の電極端子となるタブ端子を、並列接続用のバスバーに溶接して組み立てることが一般的である。設計のし易さから、タブ端子の幅とバスバーの幅は、ほぼ同一に設計されることが多い（例えば、特許文献１参照）。従ってタブ端子の溶断特性と、バスバーの溶断特性もほぼ同一になる。

特表２０１１−５２４６２４号

多並列の電源システムでは、ある１つ又は多直列のセルが短絡した際、並列接続された他の１つ又は多直列のセルからの回り込み電流により、発煙・発火に至るリスクがある。また、多並列の電源システムに接続された負荷が短絡した場合、多並列の電源システム全体に過電流が流れる。

本発明はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、多並列の電源システムにおいて、過電流から回路を保護しつつ、コストを低減する技術を提供することにある。
技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の電源システムは、１つ又は多直列のセルと、当該１つ又は多直列のセルと直列に接続される、当該１つ又は多直列のセルの短絡による過電流を遮断するための内部短絡用の電流遮断素子を含む直列回路を、複数並列に接続した並列回路と、前記並列回路と負荷との間に直列に接続される、当該負荷の短絡による過電流を遮断するための外部短絡用の電流遮断素子と、前記複数の直列回路の正極端子間と、負極端子間を、それぞれ並列に接続する配線材と、を備える。前記内部短絡により発生する過電流にもとづき前記内部短絡用の電流遮断素子が電流路を遮断するまでの時間より、前記配線材が溶断するまでの時間が長くなるように、かつ、前記外部短絡により発生する過電流にもとづき前記外部短絡用の電流遮断素子が電流路を遮断するまでの時間より、前記配線材が溶断するまでの時間が長くなるように、前記配線材の溶断特性が決定されている。

本発明の別の態様もまた、電源システムである。この電源システムは、１つ又は多直列のセルを、複数並列に接続した並列回路と、前記並列回路と負荷との間に直列に接続される、当該負荷の短絡による過電流を遮断するための電流遮断素子と、前記１つ又は多直列のセルの正極端子間と、負極端子間を、それぞれ並列に接続する配線材と、を備える。前記１つ又は多直列のセルの短絡により発生する過電流にもとづき前記正極端子および／または前記負極端子が溶断するまでの時間より、前記配線材が溶断するまでの時間が長くなるように、かつ、前記負荷の短絡により発生する過電流にもとづき前記電流遮断素子が電流路を遮断するための時間より、前記配線材が溶断するまでの時間が長くなるように、前記配線材の溶断特性が決定されている。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせ、本発明の表現を方法、装置、システムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、多並列の電源システムにおいて、過電流から回路を保護しつつ、コストを低減することができる。

本発明の実施の形態１に係る、車載用の電源システムの回路構成例を示す図である。 図１の電源システムにおける、外部短絡時に発生する過電流の挙動を示す図である。 図１の電源システムにおける、第２セル群の内部短絡時に発生する過電流の挙動を示す図である。 一般的なラミネート型電池の並列回路を示す概略斜視図である。 本発明の実施の形態に係る、ラミネート型電池を用いた車載用の電源システムの回路構成例を示す図である。 メインヒューズ、バスバー、タブ端子の溶断特性の一例を示す図である。

図１は、本発明の実施の形態１に係る、車載用の電源システム１の回路構成例を示す図である。電源システム１は、モータ３に供給するための電力を蓄える蓄電システムである。電源システム１は車両内において、補機用の１２Ｖ系の二次電池（通常、鉛電池が使用される）と別に設けられる。

インバータ２は力行時、電源システム１から供給される直流電力を交流電力に変換してモータ３に供給する。回生時、モータ３から供給される交流電力を直流電力に変換して電源システム１に供給する。モータ３には例えば、三相交流同期モータを使用する。モータ３は力行モードでは、インバータ２から供給される電力をもとに回転し、車両を走行させる。回生モードでは、車両の減速エネルギーにもとづく回転により発電し、インバータ２を介して電源システム１を充電する。

電源システム１は、直列接続された複数の蓄電モジュール（図１では、第１蓄電モジュール１１、第２蓄電モジュール１２）、制御回路２０、正極側コンタクタＲＹ１、負極側コンタクタＲＹ２、プリチャージ抵抗Ｒｐ、プリチャージコンタクタＲＹｐ、電流センサＣＴ１及びメインヒューズＦｍを備える。

第１蓄電モジュール１１は、直列接続された複数のセルと、ヒューズが直列接続された直列回路を、複数並列に接続した並列回路を備える。図１では、複数のセルＳ１１−Ｓ１ｎと第１ヒューズＦ１が直列接続された第１直列回路、複数のセルＳ２１−Ｓ２ｎと第２ヒューズＦ２が直列接続された第２直列回路、及び複数のセルＳ３１−Ｓ３ｎと第３ヒューズＦ３が直列接続された第３直列回路の３つの直列回路が並列接続される例を示している。

セルは、リチウムイオン電池セル、ニッケル水素電池セル、電気二重層キャパシタセル、リチウムイオンキャパシタセル等を用いることができる。以下、本明細書ではリチウムイオン電池セル（公称電圧：３．６−３．７Ｖ）を使用する例を想定する。なお各直列回路に接続されるセルの数は、複数に限るものではなく１でもよい。また並列数は３に限るものではなく、２でもよいし４以上でもよい。

第２蓄電モジュール１２は、第１蓄電モジュール１１と同様の構成である。なお蓄電モジュールの直列数は２に限るものではなく、１でもよいし３以上でもよい。

正極側コンタクタＲＹ１は、外部に繋がるプラス配線と、複数の蓄電モジュール１１、１２の正極端子（図１では、第１蓄電モジュール１１の正極端子）に繋がるプラス配線との間に挿入される。負極側コンタクタＲＹ２は、外部に繋がるマイナス配線と、複数の蓄電モジュール１１、１２の負極端子（図１では、第２蓄電モジュール１２の負極端子）に繋がるマイナス配線との間に挿入される。

正極側コンタクタＲＹ１と並列にプリチャージ回路が接続される。プリチャージ回路は、直列接続されたプリチャージ抵抗ＲｐとプリチャージコンタクタＲＹｐを有する。正極側コンタクタＲＹ１、負極側コンタクタＲＹ２及びプリチャージコンタクタＲＹｐには、大型のリレーを使用することができる。

プリチャージコンタクタＲＹｐは、負極側コンタクタＲＹ２とともに、正極側コンタクタＲＹ１が閉じられる前に閉じられ、モータ３と並列に接続されたプリチャージコンデンサ（不図示）を充電する。その後、正極側コンタクタＲＹ１が閉じられ、モータ３への給電が開始する。この制御手順によりモータ３への突入電流を抑制できる。その後、プリチャージコンタクタＲＹｐは開かれる。

第１蓄電モジュール１１、第２蓄電モジュール１２を直列に接続する電流経路上に、電流センサＣＴ１とメインヒューズＦｍが挿入される。電流センサＣＴ１は当該電流経路を流れる電流の値を検出し、制御回路２０に出力する。電流センサＣＴ１には、クランプ式の電流センサ、シャント抵抗を用いた電流センサ、ホール素子を用いた電流センサ等を使用することができる。メインヒューズＦｍは、規定値以上の大電流が流れると溶断し、当該電流経路を遮断する。

制御回路（電池ＥＣＵともいう）２０は、第１蓄電モジュール１１、第２蓄電モジュール１２を管理・制御する。制御回路２０は電流センサＣＴ１から、直列接続された第１蓄電モジュール１１、第２蓄電モジュール１２を流れる電流の値を取得する。また制御回路２０は第１蓄電モジュール１１、第２蓄電モジュール１２内の電圧センサ（不図示）、温度センサ（不図示）により検出された電圧値および温度値を取得する。

制御回路２０は、取得した電流値、電圧値、及び温度値にもとづき、第１蓄電モジュール１１、第２蓄電モジュール１２の少なくとも１つに異常（例えば、過電圧、不足電圧、過電流）が発生している場合、正極側コンタクタＲＹ１及び負極側コンタクタＲＹ２を開く（ターンオフ）。

第１蓄電モジュール１１に含まれる第１ヒューズＦ１は、第１−１セルＳ１１〜第１−ｎセルＳ１ｎ（以下、第１セル群という）間が短絡した際、並列接続された第２−１セルＳ２１〜第２−ｎセルＳ２ｎ（以下、第２セル群という）及び第３−１セルＳ３１〜第３−ｎセルＳ３ｎ（以下、第３セル群という）から第１直列回路に回り込む電流により溶断し、第１セル群を保護する。当該回り込み電流を放置した場合、最悪のケースでは、第１セル群が延焼し、発煙・発火に至る。このように第１ヒューズＦ１〜第６ヒューズＦ６は、セル群の内部短絡時に当該セル群を保護するために挿入される。

一方、メインヒューズＦｍはインバータ２が短絡した際に、電源システム１全体に流れる過電流により溶断し、第１蓄電モジュール１１及び第２蓄電モジュール１２を保護する。即ち、メインヒューズＦｍは負荷の外部短絡時に発生する過電流を遮断するために挿入される。外部短絡時に発生する過電流は、セルの内部短絡時に発生する過電流より大きいため、メインヒューズＦｍのサイズは、第１ヒューズＦ１〜第６ヒューズＦ６のサイズより大きくなる。

図２は、図１の電源システム１における、外部短絡時に発生する過電流の挙動を示す図である。以下の説明において、電源システム１全体の抵抗をＲ、第１セル群の内部抵抗をＲ１、第１セル群間の電圧をＶｍａ１、第１セル群に流れる電流をＩ１、第２セル群の内部抵抗をＲ２、第２セル群間の電圧をＶｍａ２、第２セル群に流れる電流をＩ２、第３セル群の内部抵抗をＲ３、第３セル群間の電圧をＶｍａ３、第３セル群に流れる電流をＩ３、第１蓄電モジュール１１間の電圧をＶａ、第２蓄電モジュール１２間の電圧をＶｂとする。

外部短絡時に第１セル群、第２セル群、及び第３セル群に流れる短絡電流が均等に分配される場合、第１蓄電モジュール１１間の電圧Ｖａは下記式（１）により規定される。
Ｖａ＝Ｖｍａ１＋Ｒ１×Ｉ１ …（１）

外部短絡時に電源システム１に流れる短絡電流は下記式（２）により規定される。
Ｉ＝（Ｖａ＋Ｖｂ）／Ｒ＝Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ３ …（２）

第１直列回路の正極端子と第２直列回路の正極端子間を繋ぐ第１正極側バスバーＢ１ｐに流れる電流はＩ２＋Ｉ３である。第１直列回路の負極端子と第２直列回路の負極端子間を繋ぐ第１負極側バスバーＢ１ｍに流れる電流もＩ２＋Ｉ３である。第２直列回路の正側端子と第３直列回路の正側端子間を繋ぐ第２正極側バスバーＢ２ｐに流れる電流はＩ３である。第２直列回路の負極端子と第３直列回路の負極端子間を繋ぐ第２負極側バスバーＢ２ｍに流れる電流もＩ３である。

図３は、図１の電源システム１における、第２セル群の内部短絡時に発生する過電流の挙動を示す図である。第２セル群の内部短絡時、第２直列回路に流れる電流は、Ｉ２＝−（Ｉ１＋Ｉ３）である。第２セル群の内部短絡時、第１正極側バスバーＢ１ｐ及び第１負極側バスバーＢ１ｍに流れる電流は−（Ｉ１）であり、第２正極側バスバーＢ２ｐ及び第２負極側バスバーＢ２ｍに流れる電流はＩ３である。

以上を踏まえ本実施の形態では、第１正極側バスバーＢ１ｐ、第１負極側バスバーＢ１ｍ、第２正極側バスバーＢ２ｐ、及び第２負極側バスバーＢ２ｍの溶断特性を以下のように決定する。まず、いずれかのセル群の内部短絡により第１ヒューズＦ１〜第６ヒューズＦ６が溶断するまでの時間より、第１正極側バスバーＢ１ｐ、第１負極側バスバーＢ１ｍ、第２正極側バスバーＢ２ｐ、及び第２負極側バスバーＢ２ｍが当該内部短絡により溶断するまでの時間が長くなるように、第１正極側バスバーＢ１ｐ、第１負極側バスバーＢ１ｍ、第２正極側バスバーＢ２ｐ、及び第２負極側バスバーＢ２ｍの溶断特性を決定する。かつ、外部短絡によりメインヒューズＦｍが溶断するまでの時間より、第１正極側バスバーＢ１ｐ、第１負極側バスバーＢ１ｍ、第２正極側バスバーＢ２ｐ、及び第２負極側バスバーＢ２ｍが当該外部短絡により溶断するまでの時間が長くなるように、第１正極側バスバーＢ１ｐ、第１負極側バスバーＢ１ｍ、第２正極側バスバーＢ２ｐ、及び第２負極側バスバーＢ２ｍの溶断特性を決定する。

例えば第１正極側バスバーＢ１ｐ、第１負極側バスバーＢ１ｍ、第２正極側バスバーＢ２ｐ、及び第２負極側バスバーＢ２ｍの溶断特性として、いずれかのセル群の内部短絡により第１ヒューズＦ１〜第６ヒューズＦ６が溶断するまでの時間と、外部短絡によりメインヒューズＦｍが溶断するまでの時間の長い方の時間に対して、所定のマージンを加えた時間を、当該内部短絡時または当該外部短絡時の溶断時間とする溶断特性に決定する。

バスバーの溶断特性は主に、材質、太さ、幅、長さにより決定される。バスバーは一般的に、銅（銅合金を含む）又はアルミ（アルミ合金を含む）で生成される。一般的に銅の方が溶断特性が高い。

また、第１正極側バスバーＢ１ｐ、第１負極側バスバーＢ１ｍ、第２正極側バスバーＢ２ｐ、及び第２負極側バスバーＢ２ｍの溶断特性を、隣接する正極端子同士または負極端子同士を接続する区間ごとに個別に決定してもよい。

図２、図３に示した例では外部短絡時において第１負極側バスバーＢ１ｍにＩ２＋Ｉ３の電流が流れ、第２負極側バスバーＢ２ｍにＩ３の電流が流れる。内部短絡時は、第１負極側バスバーＢ１ｍに−（Ｉ１）の電流が流れ、第２負極側バスバーＢ２ｍにＩ３の電流が流れる。この場合、第２負極側バスバーＢ２ｍに流れる最大電流は、第１負極側バスバーＢ１ｍに流れる最大電流の略半分になり、第２負極側バスバーＢ２ｍの溶断特性を第１負極側バスバーＢ１ｍの溶断特性の略半分に決定することができる。例えば、第２負極側バスバーＢ２ｍの幅を、第１負極側バスバーＢ１ｍの幅の略半分にすることができる。第２正極側バスバーＢ２ｐと第１正極側バスバーＢ１ｐとの関係も同様である。

このように各区間のバスバーごとに、外部短絡時および内部短絡時のいずれかに流れる最大電流を特定し、当該最大電流をもとに各区間のバスバーの溶断特性を個別に決定することができる。各区間のバスバーの最大電流は、第１蓄電モジュール１１の全体電流が流入／流出する合流点の設置位置により変わる。

図４は、一般的なラミネート型電池の並列回路を示す概略斜視図である。図４に示す例は、第１ラミネート型電池セルＳ１１、第２ラミネート型電池セルＳ２１、及び第３ラミネート型電池セルＳ３１が並列接続された構成を示している。第１ラミネート型電池セルＳ１１は第１正極タブ端子Ｔ１ｐと第１負極タブ端子Ｔ１ｍを備え、第２ラミネート型電池セルＳ２１は第２正極タブ端子Ｔ２ｐと第２負極タブ端子Ｔ２ｍを備え、第３ラミネート型電池セルＳ３１は第３正極タブ端子Ｔ３ｐと第３負極タブ端子Ｔ３ｍを備える。

第１正極タブ端子Ｔ１ｐ、第２正極タブ端子Ｔ２ｐ及び第３正極タブ端子Ｔ３ｐは正極側バスバーＢｐで結合され、第１負極タブ端子Ｔ１ｍ、第２負極タブ端子Ｔ２ｍ及び第３負極タブ端子Ｔ３ｍは負極側バスバーＢｍで結合される。図４に示すように、溶接のし易さ等の要請により、タブ端子の幅とバスバーの幅は、略同一に設計されることが多い。従ってタブ端子の溶断特性と、バスバーの溶断特性も略同一になることが多い。

また、タブ端子を使用するラミネート型電池では、セルとバスバーの間にヒューズを挿入することが構造的に難しいため、内部短絡用のヒューズが設けられない構成が一般的である。そこでセルの内部短絡時には、最終的にタブ端子が溶断することにより、過電流が遮断されることになる。

図５は、本発明の実施の形態に係る、ラミネート型電池を用いた車載用の電源システム１の回路構成例を示す図である。当該電源システム１は、図１に示した電源システム１と比較して、第１ヒューズＦ１〜第６ヒューズＦ６が省略された構成である。

当該回路構成において、第１正極側バスバーＢ１ｐ、第１負極側バスバーＢ１ｍ、第２正極側バスバーＢ２ｐ、及び第２負極側バスバーＢ２ｍの溶断特性を以下のように決定する。まず、いずれかのセル群の内部短絡により第１正極タブ端子Ｔ１ｐ、第１負極タブ端子Ｔ１ｍ、第２正極タブ端子Ｔ２ｐ、第２負極タブ端子Ｔ２ｍ、第３正極タブ端子Ｔ３ｐ、又は第３負極タブ端子Ｔ３ｍが溶断するまでの時間より、第１正極側バスバーＢ１ｐ、第１負極側バスバーＢ１ｍ、第２正極側バスバーＢ２ｐ、及び第２負極側バスバーＢ２ｍが当該内部短絡により溶断するまでの時間が長くなるように、第１正極側バスバーＢ１ｐ、第１負極側バスバーＢ１ｍ、第２正極側バスバーＢ２ｐ、及び第２負極側バスバーＢ２ｍの溶断特性を決定する。かつ、外部短絡によりメインヒューズＦｍが溶断するまでの時間より、第１正極側バスバーＢ１ｐ、第１負極側バスバーＢ１ｍ、第２正極側バスバーＢ２ｐ、及び第２負極側バスバーＢ２ｍが当該外部短絡により溶断するまでの時間が長くなるように、第１正極側バスバーＢ１ｐ、第１負極側バスバーＢ１ｍ、第２正極側バスバーＢ２ｐ、及び第２負極側バスバーＢ２ｍの溶断特性を決定する。

例えば第１正極側バスバーＢ１ｐ、第１負極側バスバーＢ１ｍ、第２正極側バスバーＢ２ｐ、及び第２負極側バスバーＢ２ｍの溶断特性として、いずれかのセル群の内部短絡により第１正極タブ端子Ｔ１ｐ、第１負極タブ端子Ｔ１ｍ、第２正極タブ端子Ｔ２ｐ、第２負極タブ端子Ｔ２ｍ、第３正極タブ端子Ｔ３ｐ、又は第３負極タブ端子Ｔ３ｍが溶断するまでの時間と、外部短絡によりメインヒューズＦｍが溶断するまでの時間の長い方の時間に対して、所定のマージンを加えた時間を、当該内部短絡時または当該外部短絡時の溶断時間とする溶断特性に決定する。

また、第１正極側バスバーＢ１ｐ、第１負極側バスバーＢ１ｍ、第２正極側バスバーＢ２ｐ、及び第２負極側バスバーＢ２ｍの溶断特性を、隣接する正極タブ端子同士または負極タブ端子同士を接続する区間ごとに個別に決定してもよい。

図１〜図３に示した例と同様に、第２負極側バスバーＢ２ｍに流れる最大電流は、第１負極側バスバーＢ１ｍに流れる最大電流の略半分になり、第２負極側バスバーＢ２ｍの溶断特性を第１負極側バスバーＢ１ｍの溶断特性の略半分に決定することができる。第２正極側バスバーＢ２ｐと第１正極側バスバーＢ１ｐとの関係も同様である。

図６は、メインヒューズ、バスバー、タブ端子の溶断特性の一例を示す図である。図６に示す例は並列数が多い例を想定しており、外部短絡時に１つのタブ端子に流れる過電流が、内部短絡時に１つのタブ端子に流れる過電流より小さい場合を示している。並列数が多いほど、外部短絡時において１つ当たりのタブ端子に流れる電流が小さくなる。

バスバーの溶断特性曲線は、タブ端子の溶断特性曲線より右方向にシフトされている。即ち、同じ電流が流れた場合、常にタブ端子が先に溶断する関係にある。メインヒューズの溶断特性曲線はさらに右方向にシフトされており、外部短絡による過電流（Ｉｅｘ ｔｏｔａｌ）がメインヒューズに流れると当該メインヒューズが溶断し、電源システム全体を保護する。この場合、タブ端子およびバスバーは溶断しない。セルの内部短絡により過電流（Ｉｉｎ）がタブ端子に流れると当該タブ端子が溶断し、当該セルを保護する。この場合、メインヒューズ及びバスバーは溶断しない。

バスバーに外部短絡による過電流（Ｉｅｘ×ｍ）が流れたときに当該バスバーが溶断するまでの時間は、メインヒューズに外部短絡による過電流（Ｉｅｘ ｔｏｔａｌ）が流れたときに当該メインヒューズが溶断するまでの時間より長く、かつ、１つのタブ端子に外部短絡による過電流（Ｉｅｘ）が流れたときに当該タブ端子が溶断するまでの時間より短く、かつ、１つのタブ端子に内部短絡による過電流（Ｉｉｎ）が流れたときに当該タブ端子が溶断するまでの時間より長く設計される。ｍは、各バスバーが電流を分担する、並列回路内における直列回路の数を示している。

なお、図６の説明では図５の回路構成を想定してタブ端子としたが、図１の回路構成を想定する場合、タブ端子を内部短絡用のヒューズと読み替えればよい。

以上説明したように本実施の形態によれば、並列接続用のバスバーの溶断特性を、メインヒューズの溶断特性と、内部短絡用のヒューズ又はタブ端子の溶断特性をもとに決定することにより、過電流に対する保護を担保しつつ、コストを低減することができる。また、各区間のバスバーごとに個別に溶断特性を選定することにより、バスバーのトータルコストを低減することができる。即ち、バスバーごとに最適な溶断特性を選定することにより、オーバースペックを抑制でき、コストを低減することができる。またバスバーの軽量化も図ることができるため、車載用途では燃費を向上させる効果もある。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。これら実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

上述の実施の形態では、並列回路において、隣接する同極の電極端子を接続する配線材としてバスバーを使用する例を説明したが、当該配線材はバスバーに限るものではなく、ワイヤーハーネス等を使用してもよい。

また上述の実施の形態では、過電流遮断素子としてヒューズを使用する例を説明した。この点、ヒューズの代わりに半導体スイッチを使用することもできる。例えば、半導体スイッチとして、パワーＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)を使用することができる。本変形例では、蓄電モジュールの並列回路を構成する直列回路ごとに、パワーＭＯＳＦＥＴと過電流検出回路を設ける。過電流検出回路は当該直列回路に過電流が流れたことを検出すると、パワーＭＯＳＦＥＴをオフ状態にラッチする。

ＦＥＴの応答速度は、ヒューズの応答速度に近い速度にまで進化してきており、ヒューズと同等の電流遮断効果を持つ。またＦＥＴは、ヒューズと異なり過電流遮断後に交換の必要がなく、過電流状態が解消すれば再利用が可能である。

並列回路に使用される内部短絡用のヒューズをＦＥＴに置き換える場合、低耐圧のＦＥＴを使用することができるため、導入が容易である。またＦＥＴは低電圧領域の損失が少ないため、電源システム１全体の効率低下を抑えつつ導入することができる。なお、メインヒューズＦｍをＦＥＴに置き換えることも可能であり、この場合も、再利用が可能となるメリットを享受できる。

また上述の実施の形態では電源システム１を車両用電源装置に利用する例を想定したが、車載用途に限らず、航空用電源装置、船舶用電源装置、定置型蓄電システム等、他の用途にも利用可能である。

なお、実施の形態は、以下の項目によって特定されてもよい。

［項目１］
１つ又は多直列のセル（Ｓ１〜Ｓｎ）と、当該１つ又は多直列のセル（Ｓ１〜Ｓｎ）と直列に接続される、当該１つ又は多直列のセル（Ｓ１〜Ｓｎ）の短絡による過電流を遮断するための内部短絡用の電流遮断素子（Ｆ１〜Ｆ３）を含む直列回路を、複数並列に接続した並列回路と、
前記並列回路と負荷（２、３）との間に直列に接続される、当該負荷（２、３）の短絡による過電流を遮断するための外部短絡用の電流遮断素子（Ｆｍ）と、
前記複数の直列回路の正極端子間と、負極端子間を、それぞれ並列に接続する配線材（Ｂ１ｐ、Ｂ１ｍ、Ｂ２ｐ、Ｂ２ｍ）と、を備え、
前記内部短絡により発生する過電流にもとづき前記内部短絡用の電流遮断素子（Ｆ１〜Ｆ３）が電流路を遮断するまでの時間より、前記配線材（Ｂ１ｐ、Ｂ１ｍ、Ｂ２ｐ、Ｂ２ｍ）が溶断するまでの時間が長くなるように、かつ、前記外部短絡により発生する過電流にもとづき前記外部短絡用の電流遮断素子（Ｆｍ）が電流路を遮断するまでの時間より、前記配線材（Ｂ１ｐ、Ｂ１ｍ、Ｂ２ｐ、Ｂ２ｍ）が溶断するまでの時間が長くなるように、前記配線材（Ｂ１ｐ、Ｂ１ｍ、Ｂ２ｐ、Ｂ２ｍ）の溶断特性が決定されていることを特徴とする電源システム（１）。
これによれば、安全性を確保しつつ、配線材（Ｂ１ｐ、Ｂ１ｍ、Ｂ２ｐ、Ｂ２ｍ）のコストダウン及び軽量化を図ることができる。
［項目２］
前記配線材（Ｂ１ｐ、Ｂ１ｍ、Ｂ２ｐ、Ｂ２ｍ）の溶断特性は、隣接する同極の電極端子を接続する区間ごとに個別に決定されていることを特徴とする項目１に記載の電源システム（１）。
これによれば、安全性を確保しつつ、さらに配線材（Ｂ１ｐ、Ｂ１ｍ、Ｂ２ｐ、Ｂ２ｍ）のコストダウン及び軽量化を図ることができる。
［項目３］
１つ又は多直列のセル（Ｓ１１）を、複数並列に接続した並列回路と、
前記並列回路と負荷（２、３）との間に直列に接続される、当該負荷（２、３）の短絡による過電流を遮断するための電流遮断素子（Ｆｍ）と、
前記１つ又は多直列のセル（Ｓ１１、Ｓ２１、Ｓ３１）の正極端子（Ｔ１ｐ、Ｔ２ｐ、Ｔ３ｐ）間と、負極端子（Ｔ１ｍ、Ｔ２ｍ、Ｔ３ｍ）間を、それぞれ並列に接続する配線材（Ｂ１ｐ、Ｂ１ｍ、Ｂ２ｐ、Ｂ２ｍ）と、を備え、
前記１つ又は多直列のセル（Ｓ１１、Ｓ２１、Ｓ３１）の短絡により発生する過電流にもとづき前記正極端子（Ｔ１ｐ、Ｔ２ｐ、Ｔ３ｐ）および／または前記負極端子（Ｔ１ｍ、Ｔ２ｍ、Ｔ３ｍ）が溶断するまでの時間より、前記配線材（Ｂ１ｐ、Ｂ１ｍ、Ｂ２ｐ、Ｂ２ｍ）が溶断するまでの時間が長くなるように、かつ、前記負荷（２、３）の短絡により発生する過電流にもとづき前記電流遮断素子（Ｆｍ）が電流路を遮断するための時間より、前記配線材（Ｂ１ｐ、Ｂ１ｍ、Ｂ２ｐ、Ｂ２ｍ）が溶断するまでの時間が長くなるように、前記配線材（Ｂ１ｐ、Ｂ１ｍ、Ｂ２ｐ、Ｂ２ｍ）の溶断特性が決定されていることを特徴とする電源システム。
これによれば、安全性を確保しつつ、配線材（Ｂ１ｐ、Ｂ１ｍ、Ｂ２ｐ、Ｂ２ｍ）のコストダウン及び軽量化を図ることができる。
［項目４］
前記配線材（Ｂ１ｐ、Ｂ１ｍ、Ｂ２ｐ、Ｂ２ｍ）の溶断特性は、隣接する直列回路の同極の端子を接続する区間ごとに個別に決定されていることを特徴とする項目３に記載の電源システム（１）。
これによれば、安全性を確保しつつ、さらに配線材（Ｂ１ｐ、Ｂ１ｍ、Ｂ２ｐ、Ｂ２ｍ）のコストダウン及び軽量化を図ることができる。
［項目５］
前記電流遮断素子（Ｆ１〜Ｆ３、Ｆｍ）はヒューズ（Ｆ１〜Ｆ３、Ｆｍ）であり、
前記電流遮断素子（Ｆ１〜Ｆ３、Ｆｍ）が電流路を遮断するまでの時間は、ヒューズ（Ｆ１〜Ｆ３、Ｆｍ）の溶断特性により決定されることを特徴とする項目１から４のいずれかに記載の電源システム（１）。
ヒューズ（Ｆ１〜Ｆ３、Ｆｍ）の溶断特性と、配線材（Ｂ１ｐ、Ｂ１ｍ、Ｂ２ｐ、Ｂ２ｍ）の溶断特性の関係をもとに、ヒューズ（Ｆ１〜Ｆ３、Ｆｍ）及び／又は配線材（Ｂ１ｐ、Ｂ１ｍ、Ｂ２ｐ、Ｂ２ｍ）のコストダウン及び軽量化を図ることができる。

１ 電源システム、 ２ インバータ、 ３ モータ、 １１ 第１蓄電モジュール、 １２ 第２蓄電モジュール、 Ｓ１１ 第１−１セル、 Ｓ１ｎ 第１−ｎセル、 Ｓ２１ 第２−１セル、 Ｓ２ｎ 第２−ｎセル、 Ｓ３１ 第３−１セル、 Ｓ３ｎ 第３−ｎセル、 Ｓ４１ 第４−１セル、 Ｓ４ｎ 第４−ｎセル、 Ｓ５１ 第５−１セル、 Ｓ５ｎ 第５−ｎセル、 Ｓ６１ 第６−１セル、 Ｓ６ｎ 第６−ｎセル、 Ｆ１ 第１ヒューズ、 Ｆ２ 第２ヒューズ、 Ｆ３ 第３ヒューズ、 Ｆ４ 第４ヒューズ、 Ｆ５ 第５ヒューズ、 Ｆ６ 第６ヒューズ、 ＲＹ１ 正極側コンタクタ、 ＲＹ２ 負極側コンタクタ、 ＲＹｐ プリチャージコンタクタ、 Ｒｐ プリチャージ抵抗、 ＣＴ１ 電流センサ、 Ｆｍ メインヒューズ、 ２０ 制御回路、 Ｂ１ｐ 第１正極側バスバー、 Ｂ２ｐ 第２正極側バスバー、 Ｂ１ｍ 第１負極側バスバー、 Ｂ２ｍ 第２負極側バスバー、 Ｔ１ｐ 第１正極タブ端子、 Ｔ２ｐ 第２正極タブ端子、 Ｔ３ｐ 第３正極タブ端子、 Ｔ１ｍ 第１負極タブ端子、 Ｔ２ｍ 第２負極タブ端子、 Ｔ３ｍ 第３負極タブ端子。

Claims (5)

1. １つ又は多直列のセルと、当該１つ又は多直列のセルと直列に接続される、当該１つ又は多直列のセルの短絡による過電流を遮断するための内部短絡用の電流遮断素子を含む直列回路を、複数並列に接続した並列回路と、
   前記並列回路と負荷との間に直列に接続される、当該負荷の短絡による過電流を遮断するための外部短絡用の電流遮断素子と、
   前記複数の直列回路の正極端子間と、負極端子間を、それぞれ並列に接続する配線材と、を備え、
   前記内部短絡により発生する過電流にもとづき前記内部短絡用の電流遮断素子が電流路を遮断するまでの時間より、前記配線材が溶断するまでの時間が長くなるように、かつ、前記外部短絡により発生する過電流にもとづき前記外部短絡用の電流遮断素子が電流路を遮断するまでの時間より、前記配線材が溶断するまでの時間が長くなるように、前記配線材の溶断特性が決定されていることを特徴とする電源システム。
2. 前記配線材の溶断特性は、隣接する同極の電極端子を接続する区間ごとに個別に決定されていることを特徴とする請求項１に記載の電源システム。
3. １つ又は多直列のセルを、複数並列に接続した並列回路と、
   前記並列回路と負荷との間に直列に接続される、当該負荷の短絡による過電流を遮断するための電流遮断素子と、
   前記１つ又は多直列のセルの正極端子間と、負極端子間を、それぞれ並列に接続する配線材と、を備え、
   前記１つ又は多直列のセルの短絡により発生する過電流にもとづき前記正極端子および／または前記負極端子が溶断するまでの時間より、前記配線材が溶断するまでの時間が長くなるように、かつ、前記負荷の短絡により発生する過電流にもとづき前記電流遮断素子が電流路を遮断するための時間より、前記配線材が溶断するまでの時間が長くなるように、前記配線材の溶断特性が決定されていることを特徴とする電源システム。
4. 前記配線材の溶断特性は、隣接する直列回路の同極の端子を接続する区間ごとに個別に決定されていることを特徴とする請求項３に記載の電源システム。
5. 前記電流遮断素子はヒューズであり、
   前記電流遮断素子が電流路を遮断するまでの時間は、ヒューズの溶断特性により決定されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の電源システム。

Images