JP5329851B2

JP5329851B2 - Power supply

Info

Publication number: JP5329851B2
Application number: JP2008163152A
Authority: JP
Inventors: 竜一森川; 麻美水谷; 行生門田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2008-06-23
Filing date: 2008-06-23
Publication date: 2013-10-30
Anticipated expiration: 2028-06-23
Also published as: JP2010003619A

Description

本発明は、二次電池を用いた電源装置に関し、特に、故障時の安全性を向上させる技術に関する。 The present invention relates to a power supply device using a secondary battery, and more particularly to a technique for improving safety at the time of failure.

従来、複数の電池セル（２次電池）を直列にして高い電圧で充放電を行うことができる電池が知られている。この電池は、例えば、パーソナルコンピュータやＰＤＡ（Personal Digital Assistant）などといった移動体の電源や、ハイブリッド自動車などといった車両の加減速用の二次電池として利用されている。 Conventionally, a battery that can charge and discharge at a high voltage by connecting a plurality of battery cells (secondary batteries) in series is known. This battery is used as a secondary battery for acceleration / deceleration of a vehicle such as a power source of a mobile body such as a personal computer or a PDA (Personal Digital Assistant) or a hybrid vehicle, for example.

ところで、例えば、電気自動車などのような長時間にわたって電池から大きな電流を取り出す機器では、より容量の大きな電池が求められている。しかしながら容量の大きな電池を単一の電池ユニットで作るのは限界があるので、複数の電池サブユニットを並列に接続して電池ユニットを構成することが求められる。 By the way, for example, a device that takes out a large current from a battery for a long time, such as an electric vehicle, requires a battery having a larger capacity. However, since there is a limit to making a battery having a large capacity with a single battery unit, it is required to configure a battery unit by connecting a plurality of battery subunits in parallel.

複数の電池サブユニットを並列に接続して電池ユニットを構成した電池は、大きなエネルギを蓄えることができるために、十分な安全性を確保することが要求されている。並列に接続された複数の電池サブユニットの１つにおいて故障が発生した場合は、その電池サブユニットに並列に接続された他の電池サブユニットからエネルギが供給されるために、故障した電池サブユニットのエネルギだけでなく、並列に接続された他の電池サブユニットのエネルギまでもが故障した電池サブユニットに流入する。電池サブユニットに対する過剰なエネルギの流入は、電池の異常発熱を引き起こすことにつながる。 Since a battery in which a plurality of battery subunits are connected in parallel to form a battery unit can store a large amount of energy, it is required to ensure sufficient safety. When a failure occurs in one of the plurality of battery subunits connected in parallel, the energy is supplied from the other battery subunit connected in parallel to the battery subunit. Not only the energy of the battery but also the energy of other battery subunits connected in parallel flows into the failed battery subunit. Excessive energy inflow to the battery subunit leads to abnormal heat generation of the battery.

このような電源装置として、例えば、特許文献１は、全ての電池の稼動状況を簡易に監視できるバッテリパックを開示している。図７は、このバッテリパックでの電気回路を示す図である。このバッテリパックは、複数の二次電池と１つの電流保護素子（電流フューズまたはＰＴＣ素子等）とを直列に接続してなる電池サブユニット３ａ〜３ｃを複数個並列に接続してなる電池ユニット４と、電流保護素子２ａ〜２ｃの各々に印加される電圧を監視する電圧監視手段５と、電圧監視手段５が少なくとも１つの電流保護素子２ａ〜２ｃについて異常な電圧を検出した際、電池ユニット４の充放電を停止させることができる回路遮断手段６を備えている。
特開２００４−１０３４８３号公報 As such a power supply device, for example, Patent Document 1 discloses a battery pack that can easily monitor the operating status of all the batteries. FIG. 7 is a diagram showing an electric circuit in the battery pack. This battery pack includes a battery unit 4 formed by connecting a plurality of battery subunits 3a to 3c formed by connecting a plurality of secondary batteries and one current protection element (such as a current fuse or a PTC element) in series. And voltage monitoring means 5 for monitoring the voltage applied to each of the current protection elements 2a to 2c, and when the voltage monitoring means 5 detects an abnormal voltage for at least one of the current protection elements 2a to 2c, the battery unit 4 The circuit interruption means 6 which can stop charging / discharging is provided.
JP 2004-103483 A

しかしながら、上述した特許文献１に開示されたバッテリパックでは、電流保護素子に流れる電流によってのみ電池サブユニットが他の電池サブユニットから切り離される。このため、異常な電池セルの電圧変動が小さかったり、各電池セルのインピーダンスが高くて電流保護素子に流れる電流が少ない場合には、電流保護素子を正常に遮断することができず、電池ユニットの動作を停止させることができない可能性がある。 However, in the battery pack disclosed in Patent Document 1 described above, the battery subunit is separated from the other battery subunits only by the current flowing through the current protection element. For this reason, when the voltage fluctuation of the abnormal battery cell is small, or when the impedance of each battery cell is high and the current flowing through the current protection element is small, the current protection element cannot be cut off normally, and the battery unit The operation may not be stopped.

例えば、電池セル単体の電圧が３Ｖ、インピーダンスが１０ｍΩとした場合、電池ユニットの出力端で短絡が発生した場合は、１つの電池サブユニットに流れる電流は、
３Ｖ×３直列÷（１０ｍΩ×３直列）＝３００Ａ
である。 For example, when the voltage of a single battery cell is 3 V and the impedance is 10 mΩ, when a short circuit occurs at the output end of the battery unit, the current flowing through one battery subunit is
3V x 3 series ÷ (10mΩ x 3 series) = 300A
It is.

これに対して、１個の電池セルで内部短絡が発生した場合に、その電池セルに流れ込む電流（異常な電池セルの内部抵抗を０とした場合）は、
（３Ｖ×３直列−３Ｖ×２直列）÷（１０ｍΩ×２直列＋１０ｍΩ×３直列÷２並列）＝８５．７Ａ
となり、電流保護素子に流れる電流が小さくなる。電池サブユニット内の直列に接続された電池セルの数が増えた場合には、この差がより顕著になる。後者の事故電流が、電池セルの定格電流に近づくと、正常電流と異常電流の顕著な差がなくなり、適切な電流保護素子を選定できなくなる。 On the other hand, when an internal short circuit occurs in one battery cell, the current flowing into the battery cell (when the internal resistance of the abnormal battery cell is 0) is
(3V × 3 series-3V × 2 series) ÷ (10 mΩ × 2 series + 10 mΩ × 3 series ÷ 2 parallel) = 85.7A
Thus, the current flowing through the current protection element is reduced. This difference becomes more pronounced when the number of battery cells connected in series in the battery subunit increases. When the latter accident current approaches the rated current of the battery cell, there is no significant difference between the normal current and the abnormal current, and an appropriate current protection element cannot be selected.

また、電流保護素子の異常を検出して回路遮断手段によりバッテリパックの充放電を停止させる構成であるために、これが電気自動車などに適用された場合は、電気自動車が突然に停止してしまい、立ち往生することになる。また、電気自動車の高速走行時などには、パワーステアリングなどの動力がなくなり安全な運転が妨げられる可能性がある。また、電動フォークリフトなどに適用された場合は、荷揚げ作業中に充放電が停止され、荷物を降ろすことができずに、運搬に遅滞を引き起こすことになる。 Moreover, since it is a structure which detects the abnormality of a current protection element and stops charging / discharging of a battery pack by a circuit interruption means, when this is applied to an electric vehicle or the like, the electric vehicle stops suddenly, You will be stuck. In addition, when an electric vehicle is traveling at high speed, there is a possibility that power such as power steering is lost and safe driving is hindered. Moreover, when applied to an electric forklift or the like, charging / discharging is stopped during the unloading operation, and the load cannot be unloaded, causing a delay in transportation.

本発明の課題は、運転継続性の高い安全性に優れた大容量の電池を搭載した電源装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a power supply device equipped with a large-capacity battery having high driving continuity and excellent safety.

上記課題を解決するために、第１の発明は、能動的回路遮断素子と、直列接続された複数の電池セルとが直列に接続された電池サブユニットを複数個並列に接続して構成された電池ユニットと、電池ユニットを構成する電池サブユニット内の１個以上の電池セルの異常を検出した場合に、該異常な電池セルを含む電池サブユニットの能動的回路遮断素子を遮断状態にする制御回路とを備え、前記制御回路は、１つ以上の電池サブユニットの能動的回路遮断素子を遮断状態にした場合は、その後、充電が所定時間以上続いた場合に、残りの全ての電池サブユニットの能動的回路遮断素子を遮断状態にすることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the first invention is configured by connecting in parallel a plurality of battery subunits in which an active circuit breaker element and a plurality of battery cells connected in series are connected in series. Control that activates an active circuit interruption element of a battery subunit including the abnormal battery cell when an abnormality of the battery unit and one or more battery cells in the battery subunit constituting the battery unit is detected And when the active circuit breaker of one or more battery subunits is turned off, if the charging continues for a predetermined time or more, all the remaining battery subunits The active circuit breaker element of the present invention is turned off.

また、第２の発明は、第１の発明において、能動的回路遮断素子は、制御回路によって遮断状態にされた場合は、再度導通状態に戻らない不可逆性を有することを特徴とする。 The second invention is characterized in that, in the first invention, the active circuit breaker element has an irreversibility that does not return to the conductive state again when the active circuit breaker is turned off by the control circuit.

また、第３の発明は、第１または第２の発明において、複数の電池セルの温度を検出する温度センサと、複数の電池セルのセル電圧を出力する電圧出力部と、複数の電池セルに流れる電流を検出する電流センサとの少なくとも１つを備え、制御回路は、温度センサで検出された温度、電圧出力部から出力されるセル電圧、または、電流センサで検出された電流の大きさが所定範囲外である場合に、複数の電池セルが異常である旨を検出することを特徴とする。 According to a third invention, in the first or second invention, a temperature sensor that detects temperatures of a plurality of battery cells, a voltage output unit that outputs a cell voltage of the plurality of battery cells, and a plurality of battery cells. At least one current sensor that detects a flowing current, and the control circuit has a temperature detected by the temperature sensor, a cell voltage output from the voltage output unit, or a magnitude of the current detected by the current sensor. When it is outside the predetermined range, it is detected that a plurality of battery cells are abnormal.

また、第４の発明は、第１〜第３のいずれか１項記載の発明において、能動的回路遮断素子は、電池サブユニットに所定値以上の過大な電流が流れた場合に自己を遮断状態にすることを特徴とする。 The fourth invention is the invention according to any one of the first to third inventions, wherein the active circuit interrupting element is in a state of interrupting itself when an excessive current exceeding a predetermined value flows through the battery subunit. It is characterized by.

また、第５の発明は、第１〜第４のいずれか１項記載の発明において、制御回路は、能動的回路遮断素子を遮断状態にするためのエネルギを、異常な電池セルが含まれる電池サブユニットの複数の電池セルから該能動的回路遮断素子に供給させることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the invention, in the invention according to any one of the first to fourth aspects, the control circuit uses a battery including an abnormal battery cell as an energy for making the active circuit breaker element shut off. The active circuit breaker is supplied from a plurality of battery cells of the subunit.

また、第６の発明は、第１〜第４のいずれか１項記載の発明において、制御回路は、能動的回路遮断素子を遮断状態にするためのエネルギを、異常な電池セルが含まれる電池サブユニット以外の電池サブユニットから該能動的回路遮断素子に供給させることを特徴とする。 According to a sixth invention, in the invention according to any one of the first to fourth inventions, the control circuit uses a battery including an abnormal battery cell as an energy for making the active circuit breaker element shut off. The active circuit breaker is supplied from a battery subunit other than the subunit.

また、第７の発明は、第６の発明において、制御回路は、異常な電池セルを含む電池サブユニット内の電池セルのセル電圧と、異常な電池セルを含まない電池サブユニット内の電池セルのセル電圧との差が所定値を超えた場合に、能動的回路遮断素子を遮断状態にするためのエネルギの供給を停止させることを特徴とする。 According to a seventh aspect based on the sixth aspect, the control circuit includes a cell voltage of the battery cell in the battery subunit including the abnormal battery cell, and a battery cell in the battery subunit not including the abnormal battery cell. When the difference from the cell voltage exceeds a predetermined value, the supply of energy for turning off the active circuit breaker element is stopped.

また、第８の発明は、第１項記載の発明において、能動的回路遮断素子が遮断状態になったことを知らせる警報器を備え、制御回路は、１つ以上の電池サブユニットの能動的回路遮断素子を遮断状態にした場合は、警報器を駆動することを特徴とする。 According to an eighth aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, an alarm device is provided to notify that the active circuit breaker element is in a cut-off state, and the control circuit is an active circuit of one or more battery subunits. When the interruption element is in the interruption state, the alarm device is driven.

また、第９の発明は、第１〜第７のいずれか１項記載の発明において、制御回路は、１つ以上の電池サブユニットの能動的回路遮断素子を遮断状態にした場合は、負荷の制限を指示するための負荷制限信号を外部に出力する
ことを特徴とする。 According to a ninth invention, in the invention according to any one of the first to seventh inventions, when the active circuit cutoff element of one or more battery subunits is cut off, the control circuit A load limit signal for instructing the limit is output to the outside.

本発明によれば、運転継続性の高い安全性に優れた大容量の電池を搭載した電源装置を提供できる。第１の発明によれば、電池ユニット中のどこかの電池セルで異常が生じても、能動的回路遮断素子によって異常が生じた電池セルが含まれる電池サブユニットを電気的に切り離すことができるので、故障した電池セルへのエネルギの流入を止めることができ、電池の異常発熱を回避することができる。また、故障した電池セルを含む電源装置に必要以上のエネルギが充電されるのを防止できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the power supply device carrying the high capacity | capacitance battery excellent in the driving | operation continuity and excellent in safety can be provided. According to the first invention, even if an abnormality occurs in any battery cell in the battery unit, the battery subunit including the battery cell in which the abnormality has occurred can be electrically disconnected by the active circuit breaker element. Therefore, the inflow of energy to the failed battery cell can be stopped, and abnormal heat generation of the battery can be avoided. In addition, it is possible to prevent the power supply device including the failed battery cell from being charged with more energy than necessary.

また、第２の発明によれば、能動的回路遮断素子は不可逆性を有するので、異常が生じた電池サブユニットを永久的に切り離すことができる。その結果、再接続による異常発熱の危険性を回避できる。 Further, according to the second invention, since the active circuit breaker element has irreversibility, the battery subunit in which the abnormality has occurred can be permanently separated. As a result, the danger of abnormal heat generation due to reconnection can be avoided.

また、第３の発明によれば、複数の電池セルの温度、複数のセルのセル電圧および複数の電池セルに流れる電流を用いて異常な電池セルが含まれる電池サブユニットを特定できるので、異常な電池セルが含まれる電池サブユニットのみを電気的に切り離すことができる。 In addition, according to the third aspect of the invention, the battery subunit including the abnormal battery cell can be identified using the temperature of the plurality of battery cells, the cell voltage of the plurality of cells, and the current flowing through the plurality of battery cells. Only the battery sub-unit including the battery cell can be electrically disconnected.

また、請求項４記載の発明によれば、複数の電池セルの温度、複数のセルのセル電圧および複数の電池セルに流れる電流を用いても電池セルの異常を検出できないような場合であっても、異常が生じた電池サブユニットに流れる電流により、異常な電池セルが含まれる電池サブユニットを電気的に切り離すことができる。 According to a fourth aspect of the present invention, the abnormality of the battery cell cannot be detected even using the temperature of the plurality of battery cells, the cell voltage of the plurality of cells, and the current flowing through the plurality of battery cells. However, the battery subunit including the abnormal battery cell can be electrically disconnected by the current flowing through the abnormal battery subunit.

また、請求項５記載の発明によれば、能動的回路遮断素子を遮断するためのエネルギが異常な電池セルが含まれる電池サブユニットから供給されるので、異常が生じた電池サブユニットが保持するエネルギを素早く減少させることができる。 According to the fifth aspect of the present invention, since the energy for interrupting the active circuit breaker is supplied from the battery subunit including the abnormal battery cell, the abnormal battery sub-unit holds it. Energy can be reduced quickly.

また、請求項６記載の発明によれば、能動的回路遮断素子を遮断状態にするためのエネルギが、異常な電池セルが含まれる電池サブユニット以外の電池サブユニットから供給されるので、能動的回路遮断素子を遮断状態にするための十分なエネルギを確保することができる。 According to the sixth aspect of the present invention, the energy for bringing the active circuit breaker into the cut-off state is supplied from the battery subunit other than the battery subunit including the abnormal battery cell. Sufficient energy can be ensured for putting the circuit breaker element into a breaker state.

また、請求項７記載の発明によれば、能動的回路遮断素子が遮断状態にされたことを検出できるので、正常な電池サブユニットのエネルギが必要以上に放電されるのを防止できる。 According to the seventh aspect of the invention, since it is possible to detect that the active circuit breaker element has been turned off, it is possible to prevent the normal battery subunit energy from being discharged more than necessary.

また、請求項８記載の発明によれば、電池サブユニットの故障を利用者に知らせることができるとともに、やがて電源装置が利用できなくなることを知らせることができる。 According to the eighth aspect of the invention, it is possible to notify the user of the failure of the battery subunit and to notify that the power supply device cannot be used.

また、請求項９記載の発明によれば、外部負荷に電池サブユニットの切り離しが行われたことを通知することができるので、負荷では出力を制限することにより正常な電池サブユニットが過負荷になることを防止できる。

According to the ninth aspect of the present invention, since it is possible to notify the external load that the battery subunit has been disconnected, the normal battery subunit is overloaded by limiting the output at the load. Can be prevented.

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図１は、本発明の実施例１に係る電源装置の構成を示すブロック図である。この電源装置は、電池ユニット１、制御回路２および警報器３を備えている。 1 is a block diagram illustrating a configuration of a power supply device according to a first embodiment of the present invention. The power supply device includes a battery unit 1, a control circuit 2, and an alarm device 3.

電池ユニット１は、複数の電池サブユニット１１〜１３を備えている。なお、図１では、３個の電池サブユニット１１〜１３を備えている電源装置の例を示しているが、電池サブユニットの数は、当該電源装置に要求される電流容量に応じて任意に決定することができる。複数の電池サブユニット１１〜１３は、正極入出力端子（＋）と負極入出力端子（−）との間に並列に接続されている。複数の電池サブユニット１１〜１３の各々の内部の構成は同じであるので、以下では、電池サブユニット１１についてのみ説明する。 The battery unit 1 includes a plurality of battery subunits 11 to 13. In FIG. 1, an example of a power supply device including three battery subunits 11 to 13 is shown. However, the number of battery subunits is arbitrarily determined according to the current capacity required for the power supply device. Can be determined. The plurality of battery subunits 11 to 13 are connected in parallel between the positive electrode input / output terminal (+) and the negative electrode input / output terminal (−). Since the internal configuration of each of the plurality of battery subunits 11 to 13 is the same, only the battery subunit 11 will be described below.

電池サブユニット１１は、直列に接続された複数の電池セル１１１〜１１３、これら複数の電池セル１１１〜１１３に直列に接続された能動的回路遮断素子１１４、温度センサ１１５および電流センサ１１６を備えている。なお、図１では、３個の電池セル１１１〜１１３を備えている電池サブユニットの例を示しているが、電池セルの数は、当該電源装置に要求される出力電圧に応じて任意に決定することができる。 The battery subunit 11 includes a plurality of battery cells 111 to 113 connected in series, an active circuit breaker element 114, a temperature sensor 115, and a current sensor 116 connected in series to the plurality of battery cells 111 to 113. Yes. In FIG. 1, an example of a battery subunit including three battery cells 111 to 113 is shown, but the number of battery cells is arbitrarily determined according to the output voltage required for the power supply device. can do.

複数の電池セル１１１〜１１３の各々は、充放電可能な二次電池から構成されており、一方の端部に配置された電池セル１１１の正極は、能動的回路遮断素子１１４に接続され、他方の端部に配置された電池セル１１３の負極は、負極入出力端子（−）に接続されている。また、電池セル１１１の正極は、制御回路２に接続されており、複数の電池セル１１１〜１１３の各々で発生された電圧を合計したセル電圧を、電圧信号として制御回路２に送る。この電池セル１１１の正極は、本発明の電圧出力部に対応する。 Each of the plurality of battery cells 111 to 113 is composed of a chargeable / dischargeable secondary battery, and the positive electrode of the battery cell 111 arranged at one end is connected to the active circuit breaker element 114, and the other The negative electrode of the battery cell 113 arranged at the end of the battery cell is connected to the negative electrode input / output terminal (−). Further, the positive electrode of the battery cell 111 is connected to the control circuit 2, and a cell voltage obtained by summing the voltages generated in each of the plurality of battery cells 111 to 113 is sent to the control circuit 2 as a voltage signal. The positive electrode of the battery cell 111 corresponds to the voltage output unit of the present invention.

能動的回路遮断素子１１４は、制御回路２によって遮断状態にされた場合は、再度導通状態に戻らない不可逆性を有する。この能動的回路遮断素子１１４は、例えば熱溶断するフューズＦと発熱源としての抵抗Ｒとから構成されている。フューズＦは、電池セル１１１の正極と正極入出力端子（＋）との間に配置され、所定値以上の過大な電流が流れた場合の自己の発熱で溶断して遮断状態になるとともに、抵抗Ｒで発生される熱によって加熱されることによっても溶断して遮断状態になる。 The active circuit interrupting element 114 has an irreversibility that does not return to the conductive state again when the active circuit interrupting element 114 is interrupted by the control circuit 2. The active circuit breaker element 114 includes, for example, a fuse F that is thermally melted and a resistor R that is a heat source. The fuse F is arranged between the positive electrode of the battery cell 111 and the positive electrode input / output terminal (+), and is blown by its own heat when an excessive current of a predetermined value or more flows, and is in a cut-off state. Even when heated by the heat generated by R, it is melted and cut off.

抵抗Ｒは、フューズＦの近傍に配置され、フューズＦの正極入出力端子（＋）側の端子と制御回路２との間に接続されている。この抵抗Ｒは、制御回路２から駆動されることにより、正極入出力端子（＋）からグランドに向けて電流を流し、この電流によって発熱することによりフューズＦを溶断させる。したがって、制御回路２は、抵抗Ｒを駆動することにより任意のタイミングでフューズＦを溶断させることができる。 The resistor R is disposed in the vicinity of the fuse F and is connected between the terminal on the positive input / output terminal (+) side of the fuse F and the control circuit 2. The resistor R is driven from the control circuit 2 to cause a current to flow from the positive input / output terminal (+) to the ground, and to generate heat by this current, thereby blowing the fuse F. Therefore, the control circuit 2 can blow the fuse F at an arbitrary timing by driving the resistor R.

温度センサ１１５は、複数の電池セル１１１〜１１３の発熱による温度を検知する。この温度センサ１１５で検知された温度は、温度信号として制御回路２に送られる。 The temperature sensor 115 detects the temperature due to heat generation of the plurality of battery cells 111 to 113. The temperature detected by the temperature sensor 115 is sent to the control circuit 2 as a temperature signal.

電流センサ１１６は、電池セル１１３と負極入出力端子（−）との間に設けられており、電池サブユニット１１を流れる電流を検知する。この電流センサ１１６で検知された電流は、電流信号として制御回路２に送られる。 The current sensor 116 is provided between the battery cell 113 and the negative electrode input / output terminal (−), and detects a current flowing through the battery subunit 11. The current detected by the current sensor 116 is sent to the control circuit 2 as a current signal.

制御回路２は、複数の電池サブユニット１１〜１３から送られてくる温度信号、電圧信号および電流信号に基づき、各電池サブユニットの能動的回路遮断素子１１４を遮断状態にする処理、警報器３を鳴動させる処理、外部の負荷装置に負荷の制限を指示する負荷制限信号を出力する処理などを実行する。この制御回路２で実行される処理の詳細は後述する。 The control circuit 2 performs a process of setting the active circuit cutoff element 114 of each battery subunit to the cutoff state based on the temperature signal, the voltage signal, and the current signal sent from the plurality of battery subunits 11 to 13, the alarm device 3 For example, a process for outputting a load limit signal for instructing an external load device to limit the load. Details of processing executed by the control circuit 2 will be described later.

警報器３は、１つ以上の電池サブユニットの能動的回路遮断素子１１４が遮断状態になったことを知らせるために使用される。この警報器３は、制御回路２から送られてくる制御信号によって駆動される。 The alarm 3 is used to notify that one or more battery subunits' active circuit breaker elements 114 have been turned off. The alarm device 3 is driven by a control signal sent from the control circuit 2.

次に、本発明の電源装置の動作を、制御回路２で実行される処理を中心に、図２に示すフローチャートを参照しながら説明する。 Next, the operation of the power supply device of the present invention will be described with reference to the flowchart shown in FIG.

まず、係数ｉ（ｉ＝１〜３）が１に初期化される（ステップＳ１１）。次いで、電池サブユニットｉが選択される（ステップＳ１２）。具体的には、制御回路２は、電池サブユニットｉの温度センサ１１５から送られてくる温度信号、電池セル１１３の正極から送られてくる電圧信号および電流センサ１１６から送られてくる電流信号を取り込む。 First, the coefficient i (i = 1 to 3) is initialized to 1 (step S11). Next, the battery subunit i is selected (step S12). Specifically, the control circuit 2 receives the temperature signal sent from the temperature sensor 115 of the battery subunit i, the voltage signal sent from the positive electrode of the battery cell 113, and the current signal sent from the current sensor 116. take in.

次いで、温度は所定範囲内であるかどうかが調べられる（ステップＳ１３）。すなわち、制御回路２は、取り込んだ温度信号によって示される温度が所定範囲内であるかどうかを調べる。ステップＳ１３において、温度は所定範囲内でないことが判断されると、電池サブユニットｉは異常であることが認識され、ステップＳ１８に進む。 Next, it is checked whether or not the temperature is within a predetermined range (step S13). That is, the control circuit 2 checks whether or not the temperature indicated by the captured temperature signal is within a predetermined range. If it is determined in step S13 that the temperature is not within the predetermined range, it is recognized that the battery subunit i is abnormal, and the process proceeds to step S18.

一方、ステップＳ１３において、温度は所定範囲内であることが判断されると、次いで、セル電圧は所定範囲内であるかどうかが調べられる（ステップＳ１４）。すなわち、制御回路２は、取り込んだ電圧信号によって示されるセル電圧値が所定範囲内であるかどうかを調べる。ステップＳ１４において、セル電圧は所定範囲内でないことが判断されると、電池サブユニットｉは異常であることが認識され、ステップＳ１８に進む。 On the other hand, if it is determined in step S13 that the temperature is within the predetermined range, it is then checked whether the cell voltage is within the predetermined range (step S14). That is, the control circuit 2 checks whether or not the cell voltage value indicated by the acquired voltage signal is within a predetermined range. If it is determined in step S14 that the cell voltage is not within the predetermined range, it is recognized that the battery subunit i is abnormal, and the process proceeds to step S18.

一方、ステップＳ１４において、セル電圧は所定範囲内であることが判断されると、次いで、電流は所定範囲内であるかどうかが調べられる（ステップＳ１５）。すなわち、制御回路２は、取り込んだ電流信号によって示される電流値が所定範囲内であるかどうかを調べる。ステップＳ１５において、電流は所定範囲内でないことが判断されると、電池サブユニットｉは異常であることが認識され、ステップＳ１８に進む。 On the other hand, if it is determined in step S14 that the cell voltage is within the predetermined range, then it is checked whether the current is within the predetermined range (step S15). That is, the control circuit 2 checks whether or not the current value indicated by the captured current signal is within a predetermined range. If it is determined in step S15 that the current is not within the predetermined range, it is recognized that the battery subunit i is abnormal, and the process proceeds to step S18.

一方、ステップＳ１５において、電流は所定範囲内であることが判断されると、電池サブユニットｉは正常であることが認識され、係数ｉがインクリメント（＋１）される（ステップＳ１６）。次いで、係数ｉが３より大きくなったかどうかが調べられる（ステップＳ１７）。ステップＳ１７において、係数ｉが３より大きくなっていないことが判断されると、ステップＳ１２に戻り、次の電池サブユニットに対する処理が実行される。一方、係数ｉが３より大きくなったことが判断されると、ステップＳ１１に戻り、最初の電池サブユニットから再度処理が繰り返される。 On the other hand, when it is determined in step S15 that the current is within the predetermined range, it is recognized that the battery subunit i is normal, and the coefficient i is incremented (+1) (step S16). Next, it is checked whether or not the coefficient i has become larger than 3 (step S17). If it is determined in step S17 that the coefficient i is not greater than 3, the process returns to step S12, and processing for the next battery subunit is executed. On the other hand, if it is determined that the coefficient i is greater than 3, the process returns to step S11, and the process is repeated again from the first battery subunit.

ステップＳ１８においては、電池サブユニットｉの能動的回路遮断素子１１４が駆動される。すなわち、制御回路２は、電池サブユニットｉの能動的回路遮断素子１１４に含まれる抵抗Ｒを駆動する。これにより、電池サブユニットｉ以外の電池サブユニットからの電流が抵抗Ｒに流れて抵抗Ｒは発熱し、フューズＦは溶断される。これにより、能動的回路遮断素子１１４は、遮断状態にされる。 In step S18, the active circuit breaker 114 of the battery subunit i is driven. That is, the control circuit 2 drives the resistor R included in the active circuit breaker 114 of the battery subunit i. As a result, current from battery subunits other than battery subunit i flows through resistor R, resistor R generates heat, and fuse F is blown. Thereby, the active circuit interruption | blocking element 114 is made into the interruption | blocking state.

次いで、後処理が実行される（ステップＳ１９）。この後処理では、図３のフローチャートに示すように、まず、警報が出力される（ステップＳ２５）。すなわち、制御回路２は、警報器３に制御信号を送ることにより、警報器３を鳴動させる。これにより、例えば当該電源装置が車両に搭載されている場合に、電源装置に異常が発生したことを知ることができる。 Next, post-processing is executed (step S19). In this post-processing, as shown in the flowchart of FIG. 3, first, an alarm is output (step S25). That is, the control circuit 2 causes the alarm device 3 to ring by sending a control signal to the alarm device 3. Thereby, for example, when the power supply apparatus is mounted on a vehicle, it can be known that an abnormality has occurred in the power supply apparatus.

次いで、負荷制限が出力される（ステップＳ２６）。すなわち、制御回路２は、外部の負荷装置に、１つ以上の電池サブユニットの能動的回路遮断素子１１４が遮断状態になったことを知らせるための負荷制限信号を送る。負荷装置は、この負荷制限信号を受けて、自己が消費する電力を低減させるように制御することができる。 Next, the load limit is output (step S26). That is, the control circuit 2 sends a load limit signal for notifying that the active circuit breaker 114 of one or more battery subunits has been cut off to the external load device. The load device can be controlled to reduce the power consumed by the load device in response to the load limit signal.

次いで、電池サブユニットｉのセル電圧と他の電池サブユニットのセル電圧との差が所定値を超えたかどうかが調べられる（ステップＳ２１）。すなわち、制御回路２は、電池サブユニットｉ以外の電池サブユニットから電圧信号を取り込み、この電圧信号によって示されるセル電圧と、電池サブユニットｉのセル電圧とを比較し、これらの差が所定値を超えたかどうかを調べる。 Next, it is checked whether or not the difference between the cell voltage of the battery subunit i and the cell voltage of another battery subunit exceeds a predetermined value (step S21). That is, the control circuit 2 takes in a voltage signal from a battery subunit other than the battery subunit i, compares the cell voltage indicated by the voltage signal with the cell voltage of the battery subunit i, and the difference between them is a predetermined value. Find out if the limit is exceeded.

ステップＳ２１において、電池サブユニットｉのセル電圧と他の電池サブユニットのセル電圧との差が所定値を超えていないことが判断されると、ステップＳ２１を繰り返し実行しながら待機状態に入る。この待機状態で、複数の電池セル１１１〜１１３が自然放電し、電池サブユニットｉのセル電圧と他の電池サブユニットのセル電圧との差が所定値を超えると、次いで、電池サブユニットｉの能動的回路遮断素子１１４の駆動が停止される（ステップＳ２２）。すなわち、制御回路２は、電池サブユニットｉの能動的回路遮断素子１１４に含まれる抵抗Ｒの駆動を停止する。これにより、抵抗Ｒに流れる電流は停止される。 If it is determined in step S21 that the difference between the cell voltage of the battery subunit i and the cell voltage of another battery subunit does not exceed the predetermined value, the standby state is entered while repeatedly executing step S21. In this standby state, when the plurality of battery cells 111 to 113 spontaneously discharge and the difference between the cell voltage of the battery subunit i and the cell voltage of the other battery subunit exceeds a predetermined value, then the battery subunit i The driving of the active circuit interruption element 114 is stopped (step S22). That is, the control circuit 2 stops driving the resistor R included in the active circuit breaker 114 of the battery subunit i. Thereby, the current flowing through the resistor R is stopped.

次いで、所定時間が経過したかどうかが調べられる（ステップＳ２３）。すなわち、制御回路２は、図示しない時計機構を用いて、電池サブユニットｉの能動的回路遮断素子１１４の駆動が停止されてから所定時間が経過したかどうかを調べる。ステップＳ２３において、所定時間が経過していないことが判断されると、ステップＳ２３を繰り返し実行しながら待機状態に入る。 Next, it is checked whether or not a predetermined time has passed (step S23). That is, the control circuit 2 uses a clock mechanism (not shown) to check whether or not a predetermined time has elapsed since the driving of the active circuit cutoff element 114 of the battery subunit i is stopped. If it is determined in step S23 that the predetermined time has not elapsed, step S23 is repeatedly executed to enter a standby state.

ステップＳ２３の繰り返し実行による待機状態において、所定時間が経過したことが判断されると、電池サブユニットｉ以外の電池サブユニットの能動的回路遮断素子１１４が駆動される（ステップＳ２４）。すなわち、制御回路２は、電池サブユニットｉ以外の電池サブユニットの能動的回路遮断素子１１４に含まれる抵抗Ｒを駆動する。これにより、電池サブユニットｉ以外の電池サブユニットの能動的回路遮断素子１１４が遮断状態にされる。その結果、電池ユニット１の出力が停止される。 When it is determined that the predetermined time has elapsed in the standby state by repeatedly executing Step S23, the active circuit breaker 114 of the battery subunit other than the battery subunit i is driven (Step S24). That is, the control circuit 2 drives the resistor R included in the active circuit cutoff element 114 of the battery subunit other than the battery subunit i. As a result, the active circuit breaker elements 114 of the battery subunits other than the battery subunit i are turned off. As a result, the output of the battery unit 1 is stopped.

このように、１つの電池サブユニットに異常が発生した場合に、直ちに電池ユニット１の出力を停止するのではなく、所定時間が経過した後に、電池ユニット１の出力を停止するので、例えば当該電源装置が車両に搭載されている場合に、１つの電池サブユニットに異常が発生しても車両の機能が直ちに停止されないので、安全性を担保することができる。 As described above, when an abnormality occurs in one battery subunit, the output of the battery unit 1 is not stopped immediately but the output of the battery unit 1 is stopped after a predetermined time has elapsed. When the apparatus is mounted on a vehicle, even if an abnormality occurs in one battery subunit, the function of the vehicle is not immediately stopped, so that safety can be ensured.

上述した後処理は、以下のように変形することもできる。図４は、第１の変形例に係る後処理を示すフローチャートである。この後処理は、図３に示した後処理のステップＳ２３の処理が、ステップＳ３１に変更されて構成されている。以下、変更された部分についてのみ説明する。 The post-processing described above can be modified as follows. FIG. 4 is a flowchart showing post-processing according to the first modification. This post-process is configured by changing the process of step S23 of the post-process shown in FIG. 3 to step S31. Hereinafter, only the changed part will be described.

ステップＳ３１においては、放電が所定時間以上休止されたかどうかが調べられる。すなわち、制御回路２は、電流センサ１１６から送られてくる電流信号を参照して、放電電流が所定時間以上流れなかったかどうかを調べる。ステップＳ３１において、放電が所定時間以上休止されていないことが判断されると、ステップＳ３１を繰り返し実行しながら待機状態に入る。ステップＳ３１の繰り返し実行による待機状態において、放電が所定時間以上休止されたことが判断されると、ステップＳ２４の処理に進む。 In step S31, it is checked whether or not the discharge is stopped for a predetermined time or more. That is, the control circuit 2 refers to the current signal sent from the current sensor 116 to check whether the discharge current has not flowed for a predetermined time or more. If it is determined in step S31 that the discharge has not been stopped for a predetermined time or longer, the standby state is entered while step S31 is repeatedly executed. If it is determined in the standby state due to repeated execution of step S31 that the discharge has been suspended for a predetermined time or more, the process proceeds to step S24.

このように、１つの電池サブユニットに異常が発生した場合に、直ちに電池ユニット１の出力を停止するのではなく、放電電流が所定時間以上流れなかった場合に、電池ユニット１の出力を停止するので、例えば当該電源装置が車両に搭載されている場合に、１つの電池サブユニットに異常が発生しても、負荷装置で電源装置の残電力を使用して所定の機能を実行するまでは電源装置の出力は停止されないので、安全性を担保することができる。 As described above, when an abnormality occurs in one battery subunit, the output of the battery unit 1 is not stopped immediately, but the output of the battery unit 1 is stopped when the discharge current does not flow for a predetermined time or more. Therefore, for example, when the power supply device is mounted on a vehicle, even if an abnormality occurs in one battery subunit, the load device uses the remaining power of the power supply device to execute a predetermined function. Since the output of the apparatus is not stopped, safety can be ensured.

図５は、第２の変形例に係る後処理を示すフローチャートである。この後処理は、図３に示した後処理のステップＳ２３の処理が、ステップＳ４１に変更されて構成されている。以下、変更された部分についてのみ説明する。 FIG. 5 is a flowchart showing post-processing according to the second modification. This post-processing is configured by changing the processing of step S23 of the post-processing shown in FIG. 3 to step S41. Hereinafter, only the changed part will be described.

ステップＳ４１においては、充電が所定時間以上続いたかどうかが調べられる。すなわち、制御回路２は、電流センサ１１６から送られてくる電流信号を参照して、充電が所定時間以上続いたかどうかを調べる。ステップＳ４１において、放電が所定時間以上休止されていないことが判断されると、ステップＳ４１を繰り返し実行しながら待機状態に入る。ステップＳ４１の繰り返し実行による待機状態において、充電が所定時間以上続いたことが判断されると、ステップＳ２４の処理に進む。 In step S41, it is checked whether or not charging has continued for a predetermined time or more. That is, the control circuit 2 refers to the current signal sent from the current sensor 116 and checks whether charging has continued for a predetermined time or more. If it is determined in step S41 that the discharge has not been stopped for a predetermined time or longer, the standby state is entered while repeatedly executing step S41. If it is determined that charging has continued for a predetermined time or longer in the standby state by repeated execution of step S41, the process proceeds to step S24.

このように、１つの電池サブユニットに異常が発生した場合に、直ちに電池ユニット１の出力を停止するのではなく、充電が所定時間以上続いた場合に、電池ユニット１の出力を停止するので、故障した電池セルを含む電源装置に必要以上のエネルギが充電されるのを防止できる。 Thus, when an abnormality occurs in one battery subunit, the output of the battery unit 1 is not stopped immediately, but the output of the battery unit 1 is stopped when charging continues for a predetermined time or longer. It is possible to prevent the power supply device including the failed battery cell from being charged with more energy than necessary.

以上説明したように、本発明の実施例１に係る電源装置によれば、電池ユニット１中のどこかの電池セルで異常が生じても、能動的回路遮断素子により該当電池セルが含まれる電池サブユニットを電気的に切り離すことができるために、故障した電池セルへのエネルギの流入を止めることができ、電池セルの異常発熱を回避することができる。 As described above, according to the power supply device according to the first embodiment of the present invention, even if an abnormality occurs in any battery cell in the battery unit 1, the battery including the corresponding battery cell by the active circuit breaker element. Since the subunit can be electrically disconnected, the inflow of energy to the failed battery cell can be stopped, and abnormal heat generation of the battery cell can be avoided.

図６は、本発明の実施例２に係る電源装置の構成を示すブロック図である。この電源装置は、実施例１に係る電源装置の電池ユニット１に含まれる複数の電池サブユニット１１〜１３が、複数の電池サブユニット１１ａ〜１３ａにそれぞれ変更されて構成されている。複数の電池サブユニット１１ａ〜１３ａの各々の内部の構成は同じであるので、以下では、電池サブユニット１１ａについてのみ説明する。 FIG. 6 is a block diagram illustrating a configuration of the power supply device according to the second embodiment of the present invention. This power supply apparatus is configured by changing the plurality of battery subunits 11 to 13 included in the battery unit 1 of the power supply apparatus according to the first embodiment to a plurality of battery subunits 11a to 13a, respectively. Since the internal configuration of each of the plurality of battery subunits 11a to 13a is the same, only the battery subunit 11a will be described below.

電池サブユニット１１ａは、能動的回路遮断素子１１４に含まれる抵抗ＲがフューズＦの近傍に配置され、フューズＦの電池セル１１１の正極側と制御回路２との間に接続されている点のみが、実施例１に係る電池サブユニット１１と異なる。抵抗Ｒは、制御回路２から駆動されることにより、電池セル１１１の正極からグランドに向けて電流を流し、この電流によって発熱することによりフューズＦを溶断させる。したがって、制御回路２は、抵抗Ｒを駆動することにより任意のタイミングでフューズＦを溶断させることができる。 In the battery subunit 11a, the resistor R included in the active circuit breaker element 114 is disposed in the vicinity of the fuse F, and is only connected between the positive electrode side of the battery cell 111 of the fuse F and the control circuit 2. , Different from the battery subunit 11 according to the first embodiment. The resistor R is driven from the control circuit 2 so that a current flows from the positive electrode of the battery cell 111 toward the ground, and the fuse F is blown by generating heat by the current. Therefore, the control circuit 2 can blow the fuse F at an arbitrary timing by driving the resistor R.

この構成によれば、能動的回路遮断素子１１４のフューズＦが溶断された場合に、複数の電池セル１１１〜１１３に蓄えられてくるエネルギは、抵抗Ｒを介して放出されるので、異常が発生した電池サブユニットに保持されているエネルギを素早く低減させることができる。 According to this configuration, when the fuse F of the active circuit breaker element 114 is blown, the energy stored in the plurality of battery cells 111 to 113 is released through the resistor R, and thus an abnormality occurs. The energy held in the battery subunit can be quickly reduced.

本発明は、高い安全性が要求される負荷装置の電源装置として利用可能である。 The present invention can be used as a power supply device for a load device that requires high safety.

本発明の実施例１に係る電源装置の要部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the principal part of the power supply device which concerns on Example 1 of this invention. 本発明の実施例１に係る電源装置の制御回路で行われる動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation | movement performed with the control circuit of the power supply device which concerns on Example 1 of this invention. 本発明の実施例１に係る電源装置の制御回路で行われる動作のうちの後処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the post-process among the operations performed with the control circuit of the power supply device which concerns on Example 1 of this invention. 本発明の実施例１に係る電源装置の制御回路で行われる動作のうちの後処理の第１の変形例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the 1st modification of the post-process among the operations performed by the control circuit of the power supply device according to the first embodiment of the present invention. 本発明の実施例１に係る電源装置の制御回路で行われる動作のうちの後処理の第２の変形例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the 2nd modification of the post-process among the operations performed by the control circuit of the power supply device according to the first embodiment of the present invention. 本発明の実施例２に係る電源装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the power supply device which concerns on Example 2 of this invention. 従来の電源装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the conventional power supply device.

Explanation of symbols

１電池ユニット
２制御回路
３警報器
１１〜１３、１１ａ〜１３ａ電池サブユニット
１１１〜１１３複数の電池セル
１１４能動的回路遮断素子
１１５温度センサ
１１６電流センサ
Ｆフューズ
Ｒ抵抗 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Battery unit 2 Control circuit 3 Alarm device 11-13, 11a-13a Battery subunit 111-113 Several battery cell 114 Active circuit interruption | blocking element 115 Temperature sensor 116 Current sensor F Fuse R Resistance

Claims

A battery unit configured by connecting in parallel a plurality of battery subunits in which an active circuit breaker element and a plurality of battery cells connected in series are connected in series;
A control circuit that, when detecting an abnormality of one or more battery cells in the battery subunit constituting the battery unit, shuts off an active circuit interruption element of the battery subunit including the abnormal battery cell;
Equipped with a,
When the active circuit breaker of one or more battery subunits is turned off, the control circuit shuts down all the remaining battery subunits when the charging continues for a predetermined time or longer. A power supply device characterized by putting an element in a cut-off state .

2. The power supply device according to claim 1, wherein the active circuit interrupting element has an irreversibility that does not return to a conductive state again when the active circuit interrupting element is interrupted by the control circuit.

A temperature sensor for detecting the temperature of the plurality of battery cells;
A voltage output unit for outputting a cell voltage of the plurality of battery cells;
Comprising at least one current sensor for detecting a current flowing through the plurality of battery cells;
When the temperature detected by the temperature sensor, the cell voltage output from the voltage output unit, or the magnitude of the current detected by the current sensor is outside a predetermined range, the control circuit The power supply apparatus according to claim 1, wherein the battery cell is detected to be abnormal.

The power source according to any one of claims 1 to 3, wherein the active circuit breaker element shuts itself off when an excessive current of a predetermined value or more flows through the battery subunit. apparatus.

The control circuit causes the active circuit breaker element to supply energy for switching the active circuit breaker element to the active circuit breaker element from a plurality of battery cells of the battery subunit including the abnormal battery cell. The power supply device according to any one of claims 1 to 4.

The control circuit causes the active circuit breaker element to supply energy for switching the active circuit breaker element to the active circuit breaker element from a battery subunit other than the battery subunit including the abnormal battery cell. The power supply device according to any one of claims 1 to 4.

When the difference between the cell voltage of the battery cell in the battery subunit including the abnormal battery cell and the cell voltage of the battery cell in the battery subunit not including the abnormal battery cell exceeds a predetermined value, the control circuit The power supply apparatus according to claim 6, wherein the supply of energy for turning off the active circuit breaker element is stopped.

An alarm is provided to notify that the active circuit breaker has been turned off.
2. The power supply apparatus according to claim 1, wherein the control circuit drives the alarm device when an active circuit breaker of one or more battery subunits is cut off.

2. The control circuit according to claim 1, wherein when the active circuit cutoff element of one or more battery subunits is in a cutoff state, the control circuit outputs a load limit signal for instructing a load limit to the outside. The power supply device according to claim 7.