JP3471207B2 - 電気自動車用組み電池の異常高温検出装置 - Google Patents

電気自動車用組み電池の異常高温検出装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気自動車用組み
電池の異常高温検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の電気自動車用組み電池では、その
安全対策および性能管理のために、温度センサを用いて
電池温度の高精度の監視を行い、その異常高温検出の際
には電池の充放電禁止を指令して異常発熱に対する安全
性向上を行っている。一方、電気自動車用組み電池で
は、その配線損失の低減や充放電電流をスイッチングす
る素子の小型化の要請から300Vあるいは400V以
上といった超高電圧化が検討されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
高圧組み電池は、250個以上あるいは300個以上の
単電池を直列接続するため、電池ケース内に密集して多
数の電池が収容されることになる。このため、これら単
電池のうちのたとえ一個でもその内部抵抗が異常に増加
したり、内部短絡したりすると、残りの単電池の蓄電エ
ネルギや自己の蓄電エネルギによりこの単電池内部に大
きな発熱温度上昇が生じ、それが更なる発熱を生じさせ
るという可能性が考えられる。
【0004】しかしながら、これら各単電池の温度を個
別にモニタすることはその検出回路の負担が大きくなる
という問題があった。本発明は上記問題点に鑑みなされ
たものであり、検出回路構成の複雑化を回避しつつ電気
自動車用組み電池の各部の異常高温を高精度に検出可能
な電気自動車用組み電池の温度管理装置を提供すること
をその解決すべき課題としている。
【0005】また、上述した電気自動車用組み電池の各
部の異常高温を多数の検出素子にて検出する場合には、
検出素子数の増加につれてそれらの故障や配線などの不
良が生じる可能性が増大する。本発明は上記問題点に鑑
みなされたものであり、検出回路構成の複雑化を回避し
つつ電気自動車用組み電池の各部の異常高温を高精度に
検出可能であるとともに高信頼性を有する電気自動車用
組み電池の温度管理装置を提供することをその解決すべ
き課題としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】請求項1、2に記載した
本発明の電気自動車用組み電池の電池管理装置によれ
ば、多数の単電池を直列接続してなる電気自動車の走行
モ−タ給電用の組み電池は、所定のしきい値温度以上の
高温下で高抵抗となる多数の感温抵抗急変素子(以下、
PTCともいう)が各単電池のケースに個別に密着さ
れ、そして各感温抵抗急変素子はそれらを直列接続する
配線部とともにたとえば電気絶縁性のテ−プ部上に延設
される。たとえばこのテ−プ部の端末にて検出された配
線部の両端の電圧降下が所定値以上となれば少なくとも
どれかの単電池が高温となったと判定する。
【0007】すなわち、本構成によれば、電気自動車用
組み電池が互いに直列接続されて列状に延在する単電池
群の側面に沿ってたとえばテ−プ部を延設し、テ−プ部
上に各感温抵抗急変素子と配線部とを設けて配線部によ
り各感温抵抗急変素子を直列接続し、更に各感温抵抗急
変素子を各単電池の側面に密着させれば、テ−プ部の末
端にて各単電池の高温変化を検出できる点に着目したも
のである。
【0008】したがって、本構成によれば、各単電池の
高温変化は極めて簡単な配線構造にて検出することがで
き、かつ、異常高温判定部をなす回路は一個でよいの
で、検出回路構成も簡素となる。更に、各感温抵抗急変
素子及び配線部はたとえば電気絶縁性のテ−プ部上にた
とえば印刷などにより形成できるので、配線部と感温抵
抗急変素子との接続の信頼性にも優れる。
【0009】なお、組み電池においては、全長短縮のた
めに、一列棒状に連結された所定数の単電池棒を接続バ
−にて所定数本組み合わせて構成するのが通常である
が、本構成では、たとえばテ−プ部を上記接続バ−の部
位にて湾曲させればよく、配線、接続の一層の簡素化が
期待できる。請求項記載の構成によれば更に、抵抗素
各感温抵抗急変素子と個別に並列接続される。これ
ら抵抗素子の抵抗値は、感温抵抗急変素子のそれと比べ
て、しきい値温度より低い所定温度未満で高く、しきい
値温度より高い所定温度以上で低く設定される。
【0010】このようにすれば、万が一、感温抵抗急変
素子の一つが断線したとしても、他の感温抵抗急変素子
を正常、確実に作動させることができる。請求項記載
の構成によれば更に、少なくとも一つの抵抗素子は各感
温抵抗急変素子と直列接続される。抵抗素子の抵抗値
は、全ての感温抵抗急変素子の合計抵抗値と比較して、
しきい値温度より低い所定温度未満で高く、しきい値温
度より高い所定温度以上で低く設定される。
【0011】このようにすれば、万が一、異常高温検出
部が短絡したとしても、それを検出して警告することが
でき、その結果として感温抵抗急変素子が高温で高抵抗
化してもそれが上記短絡により検出できないという不具
合を防止ないし警告することができる。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な態様を以下
の実施例により詳細に説明する。ただし、本発明は下記
の実施例の構成に限定されるものではなく、置換可能な
公知回路を用いて構成できることは当然である。
【0013】
【実施例1】本発明の電気自動車用組み電池の異常高温
検出装置の一実施例を図1を参照して説明する。1は、
電気自動車の走行モ−タ給電用の主バッテリをなす組電
池であり、互いに直列接続された240個の単電池1a
を直列接続して構成されて電池ケース10に収容されて
いる。
【0014】2は、この電池の充放電を制御する充放電
制御装置であり、DC/DCコンバ−タやインバータか
らなり、図示しない充電装置からの充電や図示しない走
行モ−タとの電力授受を制御する。4は、電池ケース1
0内の各単電池1aに個別に密着された合計240個の
樹脂製のPTC(感温抵抗急変素子)であり、それらは
配線部5により互いに直列接続されて信号処理回路6か
ら給電されている。
【0015】この電気自動車用組み電池の異常高温検出
装置の回路構成を図2に示す回路図を参照して説明す
る。この装置は、異常高温検出部7と、異常高温検出部
7で検出された信号電圧を処理して単電池1aの異常高
温を検出する信号処理回路(異常高温判定部)6とから
なる。
【0016】異常高温検出部7は、それぞれ同じ構造を
もつ異常高温検出単位ブロック7aを240個直列接続
してなる。各異常高温検出単位ブロック7aは、PTC
4と、並列接続された並列抵抗素子rpと、PTC4と
直列接続された直列抵抗素子rsとからなり、配線部5
により接続されている。なお、直列抵抗素子rsは単一
の抵抗素子にまとめることもできる。
【0017】異常高温検出部7の一部平面図を図3に示
す。8はポリエステルなどからなる樹脂テ−プであり、
その上に導体層41、42、43が印刷又は蒸着又は貼
付などにより延設され、更に、接着、印刷などによりP
TC4、並列抵抗素子rp及び直列抵抗素子rsが設け
られている。51、52は往き導体層であり、53は帰
り導体層であり、これらの上にシ−ル用の被覆樹脂層が
設けられている。
【0018】樹脂テ−プ8は単電池1aの配列に沿って
直線的にあるいは屈曲して延設されており、各PTC4
は各単電池1aの筒状ケ−スの外表面に接着されてい
る。信号処理回路(異常高温判定部)6は、図2に示す
ように、一定電源電圧を印加される負荷抵抗素子61、
A/Dコンバ−タ62、マイコン装置63からなる。
【0019】負荷抵抗素子61は異常高温検出部7に給
電しており、それらの接続点の電圧VsがA/Dコンバ
−タ62でマイコン装置63に取り込まれ、マイコン装
置63内でしきい値温度に相当するしきい値電圧Vth
と比較される。以下、この装置の動作を説明する。な
お、PTC4は常温で一個が約0.2オ−ム、合計で4
8オ−ム程度であり、PTC4は100℃で1kオ−
ム、それ以上で指数級数的に抵抗値が増大するように設
定されている。並列抵抗素子rpは1kオ−ム、直列抵
抗素子rsは一個が1オ−ム、全部で240オ−ム程度
に設定されている。なお、直列抵抗素子rsは配線部5
の抵抗値で代用してもよい。 (すべての単電池1aが安全温度範囲(80℃)である
場合)この場合には、全PTC4の合計抵抗は約40〜
60オ−ム程度となり、並列抵抗素子rpを無視すれ
ば、異常高温検出部7の合計抵抗は300〜400オ−
ム程度となり、それに比例する信号電圧VsがA/Dコ
ンバ−タ62に入力され、この場合には信号電圧Vsは
しきい値電圧Vthより小さいので、マイコン装置63
はすべての単電池1aが許容温度範囲であると判定す
る。 (どれか一個の単電池1aが異常高温(たとえば100
℃)となる場合)この場合には、異常高温検出部7の合
計抵抗は異常高温状態のPTC4の抵抗値が支配的な
値、たとえば約Ikオ−ムまたはそれ以上となり、それ
に応じた大きな信号電圧VsがA/Dコンバ−タ62に
入力され、マイコン装置63は信号電圧Vsがしきい値
電圧Vthより大きいので、どれか一つの単電池1aが
異常高温状態であると判定する。 (少なくともどれか一個のPTC4がオ−プン故障した
場合)どれか一個のPTC4がオ−プン故障した場合に
は、異常高温検出部7の合計抵抗がPTC4が高温とな
った場合の合計抵抗と同様に大きくなるので、もし両者
が判別できなけければ、オ−プン故障の発生後、マイコ
ン装置63は電池の異常発熱を回避するために組み電池
1の充放電をただちに禁止し、電気自動車は走行不能と
なってしまう。
【0020】ところが、実際には、これはPTC4の一
つの単なるオ−プン故障であり、組み電池1の充放電及
び電気自動車の走行には実際にはなんら支障は生じな
い。そこで、この実施例では両者を次のように判別し
て、オ−プン故障時に走行を許可可能としている。すな
わち、PTC4のオ−プン故障発生後は異常高温検出部
7の合計抵抗はほとんど変化せず高抵抗のままである。
これに対し、PTC4が高温となった場合の異常高温検
出部7の合計抵抗は、この後の温度変化に応じて変化す
る。したがって、異常高温検出部7の合計抵抗が所定値
以上に増加した場合には、その後の所定期間内における
この合計抵抗の変化の大きさによりオ−プン故障か高温
かを判定すればよい。 (PTC4のオ−プン故障後における電池温度検出)こ
の実施例では、抵抗値が、PTC4よりしきい値温度よ
り低い所定温度未満で高く、しきい値温度より高い所定
温度以上で低い抵抗値をもつ並列抵rpが各PTC4に
それぞれ並列接続されている。
【0021】したがって、もしPTC4が断線(オ−プ
ン故障)したとしても、その後、この断線したPTC4
と並列の並列抵抗rpを通じて、他のPTC4に給電す
ることができるので、上記断線(オ−プン故障)発生後
も通常通り、残りのPTC4の高温異常を検出すること
ができる。 (異常高温検出部7と信号処理回路(異常高温判定部)
6との接続部で短絡が生じた場合)信号処理回路(異常
高温判定部)6の入力端子61、62がなんらかの原因
で短絡した場合、もしPTC4の一つが異常高温を検出
して高抵抗となったとしても、それを検出することはで
きない。
【0022】そこで、この実施例では、この短絡故障を
判別するために第二のしきい値電圧Vth2を用いて、
入力電圧をそれと比較することにより、この短絡故障を
判別する。更に説明すると、異常高温検出部7の合計抵
抗は、たとえすべてのPTC4が常温状態で低くてもあ
る程度の大きさをもち、信号電圧Vsはそれに応じた値
をもつ。ところが、上記短絡故障が生じれば、信号電圧
Vsはほぼ0になってしまうので、この信号電圧差を判
別すればよい。
【0023】ただ直列抵抗rsを接続しない場合、異常
高温検出部6の合計抵抗は上述したように極めて小さい
ので、信号電圧Vsの差が小さくなり、検出が不正確と
なる。そこで、この実施例では、上述したしきい値電圧
Vthによる上記各判定に大きな影響を与えない範囲の
抵抗値をもつ直列抵抗素子rsを各PTC4に直列接続
して、異常高温検出部7の合計抵抗を増加させている。
【0024】これにより、異常高温検出部7の合計抵抗
はすべてのPTC4が常温状態で低くい場合でもこの直
列抵抗素子分だけ高くなるので、上述した短絡状態と常
温状態との判別精度が向上する。なお、A/Dコンバ−
タ62の代わりに、信号電圧Vsと上記しきい値電圧V
thやVth2とを比較するコンパレ−タを用いてハ−
ドウエア的に上記判断動作を行っても良いことはもちろ
んである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の電気自動車用組み電池の異常高温検出
装置の模式ブロック図である。
【図2】図1の装置の要部回路図である。
【図3】図1の異常高温検出部の一部拡大平面図であ
る。
【符号の説明】
1は組電池、1aは単電池、4はPTC(感温抵抗急変
素子)、5は配線部、6は信号処理回路(異常高温判定
部)、7は異常高温検出部、rpは並列抵抗素子(抵抗
素子)、rsは直列抵抗素子(抵抗素子)。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小川 正樹 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自 動車株式会社内 (56)参考文献 特開 平10−270006(JP,A) 特開 平10−214613(JP,A) 特開 平9−285030(JP,A) 特開 平5−74481(JP,A) 特開 平10−270094(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02H 7/18 H02H 5/04 H02J 7/00 H01M 10/42 - 10/48

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電気自動車の走行モ−タ給電用の組み電池
    を構成する多数の単電池のケースに個別に密着され、所
    定のしきい値温度以上の高温下で高抵抗となる多数の感
    温抵抗急変素子を有する異常高温検出部と、 前記各感温抵抗急変素子を直列接続して給電する配線部
    と、 前記配線部に接続されるとともに、前記異常高温検出部
    の電圧降下が所定レベルを超える場合に異常高温状態を
    意味する信号を出力する異常高温判定部と、 前記感温抵抗急変素子の抵抗値と比較して、前記しきい
    値温度より低い所定温度未満で高く、前記しきい値温度
    より高い所定温度以上で低い抵抗値をもち、前記各感温
    抵抗急変素子とそれぞれ並列に接続される抵抗素子と、 を備える ことを特徴とする電気自動車用組み電池の異常
    高温検出装置。
  2. 【請求項2】電気自動車の走行モ−タ給電用の組み電池
    を構成する多数の単電池のケースに個別に密着され、所
    定のしきい値温度以上の高温下で高抵抗となる多数の感
    温抵抗急変素子を有する異常高温検出部と、 前記各感温抵抗急変素子を直列接続して給電する配線部
    と、 前記配線部に接続されるとともに、前記異常高温検出部
    の電圧降下が所定レベルを超える場合に異常高温状態を
    意味する信号を出力する異常高温判定部と、 全ての前記感温抵抗急変素子の合計抵抗値と比較して、
    前記しきい値温度より低い所定温度未満で高く、前記し
    きい値温度より高い所定温度以上で低い抵抗値をもち、
    前記感温抵抗急変素子と直列に接続される抵抗素子と、 を備える ことを特徴とする電気自動車用組み電池の異常
    高温検出装置。
  3. 【請求項3】請求項1又は2記載の電気自動車用組み電
    池の異常高温検出装置において、 前記感温抵抗急変素子及び前記配線部が延設され、前記
    各感温抵抗急変素子が前記単電池の配列ピッチに応じて
    配列される電気絶縁性のテ−プ部を有することを特徴と
    する電気自動車用組み電池の異常高温検出装置。
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