JP6110651B2 - Protection circuit and control method of protection circuit - Google Patents
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Description
本発明は、基板上に発熱抵抗体とヒューズエレメントを設けた保護素子を用いて、バッテリパックの過電流や過電圧を防止する保護回路、及び保護回路の制御方法に関する。 The present invention relates to a protection circuit for preventing overcurrent and overvoltage of a battery pack using a protection element in which a heating resistor and a fuse element are provided on a substrate, and a control method for the protection circuit.
近年、バッテリとモーターを使用したHEV(Hybrid Electric Vehicle)やEV(Electric Vehicle)が急速に普及している。HEVやEVの動力源としては、エネルギー密度と出力特性からリチウムイオン二次電池が使用されるようになってきている。自動車用途では、高電圧、大電流が必要とされる。このため、高電圧、大電流に耐えられる専用セルが開発されているが、製造コスト上の問題から多くの場合、複数のバッテリセルを直列、並列に接続することで、汎用セルを用いて必要な電圧電流を確保している。 In recent years, HEV (Hybrid Electric Vehicle) and EV (Electric Vehicle) using a battery and a motor are rapidly spreading. As a power source for HEV and EV, a lithium ion secondary battery has been used from the viewpoint of energy density and output characteristics. In automobile applications, a high voltage and a large current are required. For this reason, dedicated cells that can withstand high voltages and large currents have been developed, but in many cases due to manufacturing cost problems, it is necessary to connect multiple battery cells in series and in parallel to use general-purpose cells. Secures the correct voltage and current.
リチウムイオン二次電池は優れた特性を持っているが、充放電特性の管理が不可欠で、異常なバッテリセルに対して通常通りの処理をしていると、発火や爆発といった危険を発生しかねない。したがって、バッテリセルが複数になると、セル間の電圧バランスが重要となり、異常なセルが含まれると、そのほかの正常なセルにも影響を与え、正しい充放電が行われなくなってしまうという問題がある。 Lithium ion secondary batteries have excellent characteristics, but it is essential to manage charge / discharge characteristics. If abnormal battery cells are treated normally, there is a risk of ignition and explosion. Absent. Therefore, when there are a plurality of battery cells, the voltage balance between the cells becomes important. When abnormal cells are included, other normal cells are also affected, and correct charging / discharging is not performed. .
このような事態を避けるために、多くのリチウムイオン二次電池を使用したバッテリーシステムでは、充放電経路上に接続されたヒューズ素子と、バッテリ全体を管理する電源管理システム(BMS:Battery Management System)とが組み込まれている。BMSではバッテリセルごとの充放電状態(電圧、容量など)を管理しており、異常が検知されると、FETスイッチなどを使ってヒューズ素子に外部から信号を与えて回路の出力部分を遮断し、異常発熱による出火等のトラブルを回避する。 In order to avoid such a situation, in a battery system using many lithium ion secondary batteries, a fuse element connected on the charge / discharge path and a power management system (BMS: Battery Management System) for managing the entire battery And are incorporated. BMS manages the charge / discharge status (voltage, capacity, etc.) for each battery cell. When an abnormality is detected, a signal is externally applied to the fuse element using an FET switch or the like to shut off the output part of the circuit. Avoid troubles such as fire due to abnormal heat generation.
近年では、これまで行われてきたような充放電の状態管理(SOC:State of Charge)だけではなく、バッテリーシステムの容量劣化(SOH:State of Health)、バッテリ寿命(SOL:State of Life)の考えに基づくバッテリーシステム管理が重要視されてきている。 In recent years, not only charge / discharge state management (SOC: State of Charge) as performed so far, but also battery system capacity degradation (SOH: State of Health), battery life (SOL: State of Life) Battery system management based on ideas has been emphasized.
ところで、高速移動中の自動車等では、急激な駆動力の低下や急停止は却って危険な場合があり、非常時を想定したバッテリ管理が求められている。例えば、走行中にバッテリーシステムの異常が起きた際にも、修理工場もしくは安全な場所まで移動するための駆動力、あるいはハザードランプやエアコン用の駆動力を供給できることが、危険回避上、好ましい。 By the way, in an automobile or the like moving at a high speed, sudden reduction in driving force or sudden stop may be dangerous, and battery management that assumes an emergency is required. For example, when a battery system abnormality occurs during traveling, it is preferable to supply driving force for moving to a repair shop or a safe place, or driving force for a hazard lamp or an air conditioner.
しかし、図6に示すように、複数のバッテリスタック51が並列に接続されたバッテリパック50において、充放電経路上にのみ保護素子52を設けたような場合、バッテリスタック51を構成するバッテリセル53の一部に異常が発生し保護素子52を作動させると、バッテリパック50全体の充放電経路が遮断されてしまい、これ以上、電力を供給することができない。
However, as shown in FIG. 6, in the
そこで、図7に示すように、バッテリパック50全体の充放電経路上に回路全体の電流経路を遮断する回路保護素子54を設けるとともに、一方のバッテリスタック51aに当該バッテリスタック51aの電流経路を遮断するスタック保護素子55を設ける保護回路が提案されている。これによると、一方のバッテリスタック51aのバッテリセル53に異常が発生した場合、スタック保護素子55を作動させることで、当該バッテリスタック51のみがバッテリパック50の充放電経路上から除去され、出力は落ちるものの、残ったバッテリスタック51bによって電力を供給し続けることができる。
Therefore, as shown in FIG. 7, a
回路保護素子54は、バッテリパック50の充放電経路の一部を構成するとともに、過電流が流れた際に、自己発熱により溶融して電流経路を遮断するヒューズエレメントが用いられている。このヒューズエレメントは、全バッテリスタック51a,51bによる通常の充放電に十分耐えられる容量を備え、全バッテリスタック51a,51bの通常の出力に対して例えば1.5倍の過電流が流れると溶断する容量を有する。
The
ここで、一方のバッテリスタック51aのバッテリセル53に異常が生じ、スタック保護素子55を作動させて当該一方のバッテリセル51をバッテリパック50の充放電経路から除去した場合、回路保護素子54のヒューズエレメントは、残存する他方のバッテリスタック51bによる出力に対して、過剰容量となってしまう。このため、他方のバッテリスタック51bのバッテリセル53に異常が発生し、回路保護素子54のヒューズエレメントに過電流が流れた場合にも、適切に溶断されず、熱暴走を防止することができなくなる。
Here, when an abnormality occurs in the
そこで、本発明は、複数のバッテリの一部が電流経路上から除かれた場合にも、残存するバッテリの出力に応じて保護素子を適切に作動させることができる保護回路、及び保護回路の制御方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides a protection circuit capable of appropriately operating a protection element according to the output of the remaining battery even when some of the plurality of batteries are removed from the current path, and control of the protection circuit It aims to provide a method.
上述した課題を解決するために、本発明に係る保護回路は、複数のバッテリが並列に接続されてなるバッテリモジュールと、各上記バッテリに設けられ、該バッテリの充電又は放電の電流経路の一部を構成する第1の保護素子と、上記バッテリモジュールの充電又は放電の電流経路の一部を構成する第2の保護素子と、上記第1の保護素子と上記第2の保護素子を駆動するBMS制御素子とを備え、上記第2の保護素子は、発熱抵抗体と、充電又は放電の電流経路の一部を構成するとともに上記発熱抵抗体の熱又は自己発熱によって溶断する可溶導体とを有する複数のヒューズ部を備え、複数の上記ヒューズ部は、各上記発熱抵抗体によって各上記可溶導体を個別に溶断可能とされ、上記BMS制御素子は、上記第1の保護素子を作動させるとともに、上記第2の保護素子を作動させ、上記第2の保護素子の一部のヒューズ部を溶断させるものである。 In order to solve the above-described problem, a protection circuit according to the present invention includes a battery module in which a plurality of batteries are connected in parallel, and a part of a current path for charging or discharging the battery provided in each of the batteries. , A second protection element that forms part of a current path for charging or discharging the battery module, and a BMS that drives the first protection element and the second protection element And the second protection element includes a heating resistor and a soluble conductor that forms part of a current path for charging or discharging and is melted by heat or self-heating of the heating resistor. comprising a plurality of fuse portion, the plurality of the fuse unit, configured to be blown to the above-friendly溶導member individually by each said heating resistor, the BMS control element actuates the first protection element Both actuates the second protection element, is intended to blow a portion of the fuse portion of the second protection element.
また、本発明に係る保護回路の制御方法は、複数のバッテリが並列に接続されてなるバッテリモジュールと、各上記バッテリに設けられ、該バッテリの充電又は放電の電流経路の一部を構成する第1の保護素子と、上記バッテリモジュールの充電又は放電の電流経路の一部を構成する第2の保護素子と、上記第1の保護素子と上記第2の保護素子を駆動するBMS制御素子とを備え、上記第2の保護素子は、上記バッテリの数に応じて、発熱抵抗体と、充電又は放電の電流経路の一部を構成するとともに上記発熱抵抗体の熱又は自己発熱によって溶断する可溶導体とを有する複数のヒューズ部を備え、上記BMS制御素子は、上記第1の保護素子を作動させるとともに、上記第2の保護素子を作動させ、上記第2の保護素子の一部のヒューズ部を溶断させることで、異常が起きた上記バッテリに設けられた上記第1の保護素子を作動させ、異常が起きた上記バッテリを電流経路から遮断し、異常が起きた上記バッテリの遮断に応じて、各上記発熱抵抗体によって各上記可溶導体を個別に溶断する。 The protection circuit control method according to the present invention includes: a battery module in which a plurality of batteries are connected in parallel; and a battery module that is provided in each of the batteries and that forms part of a current path for charging or discharging the battery. 1 protection element, a second protection element constituting a part of a current path for charging or discharging the battery module , the first protection element, and a BMS control element for driving the second protection element. And the second protection element constitutes a part of the current path of the heating resistor and charging or discharging according to the number of the batteries and is meltable by heat or self-heating of the heating resistor. comprising a plurality of fuse portion having a conductor, the BMS control element, said actuates the first protection element activates the second protective element, a portion of the fuse of the second protection element The be to blown activates the first protection element provided in the abnormality occurs the battery, abnormality cut off the battery which occurred from the current path in response to interruption of the battery abnormality occurs Each of the soluble conductors is individually blown by the heating resistors.
本発明によれば、バッテリに過電圧等の異常が検知された場合、バッテリのスタック保護素子を作動させて、バッテリを回路上から隔離するとともに、残存するバッテリのみによって充放電が可能となる。ここで、本発明では、バッテリのスタック保護素子を作動させるとともに、回路保護素子を作動させ、一部のヒューズ部を溶断させる。これにより、本発明によれば、バッテリの減少によって最大出力が減少した場合であっても、バッテリモジュールの充放電経路の一部を構成する回路保護素子の定格を下げることができ、バッテリの最大出力に応じた回路保護素子とすることができる。 According to the present invention, when an abnormality such as an overvoltage is detected in the battery, the battery stack protection element is activated to isolate the battery from the circuit, and charge / discharge can be performed only by the remaining battery. Here, in the present invention, the stack protection element of the battery is activated, the circuit protection element is activated, and a part of the fuse portion is blown. Thus, according to the present invention, even when the maximum output is reduced due to a decrease in the battery, the rating of the circuit protection element that constitutes a part of the charge / discharge path of the battery module can be lowered, and the maximum battery It can be set as the circuit protection element according to an output.
以下、本発明が適用された保護回路、及び保護回路の制御方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が可能であることは勿論である。また、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることがある。具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。 Hereinafter, a protection circuit to which the present invention is applied and a control method of the protection circuit will be described in detail with reference to the drawings. It should be noted that the present invention is not limited to the following embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. Further, the drawings are schematic, and the ratio of each dimension may be different from the actual one. Specific dimensions should be determined in consideration of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.
[保護回路]
図1に示すように、本発明が適用された保護回路1は、複数のバッテリセル2が直列に接続された複数のバッテリスタック3を有し、各バッテリスタック3同士が、並列に接続されたバッテリモジュール4を有する。ここでは、説明の便宜上、2つのバッテリスタック3a,3bが並列接続されたバッテリモジュール4を例に説明するが、本発明は、バッテリスタック3が3つ以上並列接続されていてもよい。各バッテリスタック3a,3bには、それぞれ、スタック保護素子5が組み込まれている。また、保護回路1は、回路全体の電流経路を遮断する回路保護素子7と、バッテリスタック3a,3b内の充放電を制御するとともに、各バッテリセル2の異常電圧を検出し、検出結果に応じてスタック保護素子5及び回路保護素子7を駆動するBMS制御素子8とを有し、これらバッテリスタック3a,3b、回路保護素子7及びBMS制御素子8が組み込まれたバッテリパック9を構成する。
[Protection circuit]
As shown in FIG. 1, the
[スタック保護素子]
スタック保護素子5は、バッテリスタック3a又は3bの出力を安全に遮断するために、BMS制御素子8からの信号によって電流経路を遮断する機能を有するヒューズ素子からなり、電流経路の一部を構成するヒューズエレメントが溶断することにより、不可逆的に当該バッテリスタック3a又は3bの電流経路を遮断する。
[Stack protection element]
The
具体的に、スタック保護素子5は、図2(A)(B)に示すように、絶縁基板11と、絶縁基板11に積層され、絶縁部材15に覆われた発熱抵抗体14と、絶縁基板11の両端に形成された電極12(A1),12(A2)と、絶縁部材15上に発熱抵抗体14と重畳するように積層された発熱体引出電極16と、両端が電極12(A1),12(A2)にそれぞれ接続され、中央部が発熱体引出電極16に接続された可溶導体13とを備える。
Specifically, as shown in FIGS. 2A and 2B, the
方形状の絶縁基板11は、例えば、アルミナ、ガラスセラミックス、ムライト、ジルコニアなどの絶縁性を有する部材によって形成される。その他、ガラスエポキシ基板、フェノール基板等のプリント配線基板に用いられる材料を用いてもよいが、ヒューズ溶断時の温度に留意する必要がある。
The rectangular insulating
発熱抵抗体14は、比較的抵抗値が高く通電すると発熱する導電性を有する部材であって、たとえばW、Mo、Ru等からなる。これらの合金あるいは組成物、化合物の粉状体を樹脂バインダ等と混合して、ペースト状にしたものを絶縁基板11上にスクリーン印刷技術を用いてパターン形成して、焼成する等によって形成する。
The
発熱抵抗体14を覆うように絶縁部材15が配置され、この絶縁部材15を介して発熱抵抗体14に対向するように発熱体引出電極16が配置される。発熱抵抗体14の熱を効率良く可溶導体に伝えるために、発熱抵抗体14と絶縁基板11の間に絶縁部材15を積層しても良い。
An insulating
発熱体引出電極16の一端は、発熱体電極18(P1)に接続される。また、発熱抵抗体14の他端は、他方の発熱体電極18(P2)に接続される。
One end of the heating
可溶導体13は、発熱抵抗体14の発熱、又は可溶導体13の自己発熱により速やかに溶断される低融点金属からなり、例えばSnを主成分とするPbフリーハンダを好適に用いることができる。また、可溶導体13は、低融点金属と、Ag、Cu又はこれらを主成分とする合金等の高融点金属との積層体であってもよい。
The
高融点金属と低融点金属とを積層することによって、スタック保護素子5をリフロー実装する場合に、リフロー温度が低融点金属層の溶融温度を超えて、低融点金属が溶融しても、可溶導体13として溶断するに至らない。かかる可溶導体13は、高融点金属に低融点金属をメッキ技術を用いて成膜することによって形成してもよく、他の周知の積層技術、膜形成技術を用いることによって形成してもよい。なお、可溶導体13は、低融点金属を用いて外層を構成する場合には、当該低融点金属を利用して発熱体引出電極16及び電極12(A1),12(A2)へ、ハンダ接続することができる。
By stacking a high melting point metal and a low melting point metal, when the
なお、スタック保護素子5は、外層の低融点金属層13bの酸化防止のために、可溶導体13上のほぼ全面にフラックスを塗布してもよい。また、スタック保護素子5は、内部を保護するためにカバー部材を絶縁基板11上に載置してもよい。
Note that the
以上のような本発明が適用されたスタック保護素子5は、図3に示すような回路構成を有する。すなわち、スタック保護素子5は、発熱体引出電極16を介して直列接続された可溶導体13と、可溶導体13の接続点を介して通電して発熱させることによって可溶導体13を溶融する発熱抵抗体14とからなる回路構成である。また、スタック保護素子5では、可溶導体13が充放電電流経路上に直列接続され、発熱抵抗体14がBMS制御素子7と接続される。スタック保護素子5の2個の電極12のうち、一方は、A1に接続され、他方は、A2に接続される。また、発熱体引出電極16とこれに接続された発熱体電極18は、P1に接続され、他方の発熱体電極18は、P2に接続される。
The
[回路保護素子]
次いで、回路全体の電流経路を遮断する回路保護素子7について説明する。回路保護素子7は、バッテリパック9の出力を安全に遮断するために、BMS制御素子8からの信号によって電流経路を遮断する機能を有するヒューズ素子からなり、電流経路の一部を構成するヒューズエレメントが溶断することにより、不可逆的に当該バッテリパック9の電流経路を遮断する。
[Circuit protection element]
Next, the
以下では、図1に示すように2つのバッテリスタック3a,3bが並列に接続されているバッテリパック9に用いられる回路保護素子7について説明するが、本発明は複数のバッテリスタックが接続されたあらゆるバッテリパックに用いることができる。
Hereinafter, the
具体的に、回路保護素子7は、図4に示すように、2つのバッテリスタック3a,3bに対応して、個別に溶断可能な第1、第2のヒューズ部20,21を有する。第1、第2のヒューズ部20,21は、絶縁基板22上に形成されている。
Specifically, as shown in FIG. 4, the
第1のヒューズ部20は、絶縁基板22に積層され、第1の絶縁部材23に覆われた第1の発熱抵抗体24と、絶縁基板22の両端に形成された第1の電極25(A1),26(A2)と,第1の絶縁部材23上に第1の発熱抵抗体24と重畳するように積層された第1の発熱体引出電極28と、両端が第1の電極25(A1),25(A2)にそれぞれ接続され、中央部が第1の発熱体引出電極28に接続された第1の可溶導体29とを備える。
The
第2のヒューズ部21は、絶縁基板22に積層され、第2の絶縁部材30に覆われた第2の発熱抵抗体31と、絶縁基板22の両端に形成された第2の電極32(A1),33(A2)と,第2の絶縁部材30上に第2の発熱抵抗体31と重畳するように積層された第2の発熱体引出電極34と、両端が第2の電極32(A1),32(A2)にそれぞれ接続され、中央部が第2の発熱体引出電極34に接続された第2の可溶導体35とを備える。
The
絶縁基板22、第1、第2の絶縁部材23,30、第1、第2の発熱抵抗体24,31、第1、第2の発熱体引出電極28,34、及び第1、第2の可溶導体29,35は、それぞれ、上述したスタック保護素子5の絶縁基板11、絶縁部材15、発熱抵抗体14、発熱体引出電極16、及び可溶導体13と同様の構成を有する。
Insulating
また、第1の電極25(A1),25(A2)、及び第2の電極32(A1),32(A2)も、上述した電極12(A1),12(A2)と同様の構成を有する。また、第1の電極25(A1)及び第2の電極32(A1)は電気的に接続されてバッテリパック9の電流経路に連続され、第1の電極25(A2)及び第2の電極32(A2)も電気的に接続されてバッテリパック9の電流経路に連続される。
The first electrodes 25 (A1) and 25 (A2) and the second electrodes 32 (A1) and 32 (A2) also have the same configuration as the electrodes 12 (A1) and 12 (A2) described above. . In addition, the first electrode 25 (A1) and the second electrode 32 (A1) are electrically connected to continue to the current path of the battery pack 9, and the first electrode 25 (A2) and the
第1の発熱体引出電極28の一端は、第1の発熱体電極27(P1)に接続される。また、第1の発熱抵抗体24の他端は、第1の発熱体電極27(P2)に接続される。同様に、第2の発熱体引出電極34の一端は、第2の発熱体電極33(P1)に接続される。また、第2の発熱抵抗体31の他端は、第2の発熱体電極33(P2)に接続される。
One end of the first heating
なお、回路保護素子7においても、第1、第2の可溶導体29,35上のほぼ全面にフラックスを塗布してもよい。また、回路保護素子7は、内部を保護するためにカバー部材を絶縁基板22上に載置してもよい。
In the
以上のような本発明が適用された回路保護素子7は、図5に示すような回路構成を有する。すなわち、回路保護素子7の第1のヒューズ部20は、第1の発熱体引出電極28を介して直列接続された第1の可溶導体29と、第1の可溶導体29の接続点を介して通電して発熱させることによって第1の可溶導体29を溶融する第1の発熱抵抗体24とからなる回路構成である。また、回路保護素子7の第2のヒューズ部21は、第2の発熱体引出電極34を介して直列接続された第2の可溶導体35と、第2の可溶導体35の接続点を介して通電して発熱させることによって第2の可溶導体35を溶融する第2の発熱抵抗体31とからなる回路構成である。
The
また、回路保護素子7では、第1、第2の可溶導体29,35がバッテリパック9の充放電電流経路上に直列接続され、第1、第2の発熱抵抗体24,31がBMS制御素子7と接続される。第1のヒューズ部20は、2つの第1の電極25のうち、一方はA1に接続され、他方はA2に接続され、また、第1の発熱体引出電極28とこれに接続された第1の発熱体電極27はP1に接続され、他方の第1の発熱体電極27はP2に接続される。同様に第2のヒューズ部21の2つの第2の電極32のうち、一方はA1に接続され、他方はA2に接続され、また、第2の発熱体引出電極34とこれに接続された第2の発熱体電極33はP1に接続され、他方の第2の発熱体電極33はP2に接続される。
In the
[BMS制御素子]
BMS制御素子8は、各バッテリセル2の電圧を検出するとともに、検出結果に応じて、スタック保護素子5及び回路保護素子7の各可溶導体13,29,35を溶断するものである。BMS制御素子8は、スタック保護素子5の発熱抵抗体14及び回路保護素子7の第1、第2の発熱抵抗体24,31と接続され、各発熱抵抗体14,24,31に個別に電流を供給することにより、個別に発熱させることができる。これにより、BMS制御素子8は、保護素子5,7の各可溶導体13,29,35を個別に溶断することができる。
[BMS control element]
The BMS control element 8 detects the voltage of each
スタック保護素子5及び回路保護素子7は、バッテリセル2の異常による過電流によっても、可溶導体13,29,35が自己発熱によって溶断し、電流経路を遮断することができる。なお、スタック保護素子5及び回路保護素子7は、BMS制御素子8によって過電流を検知し、発熱抵抗体14,24,31を発熱させ、可溶導体13,29,35を溶断させてもよい。
The
このように、スタック保護素子5及び回路保護素子7は、可溶導体13,29,35が発熱抵抗体14,24,31の熱によって、あるいは自己発熱によって溶断するため、電流経路を不可逆的に遮断することができ、回路の異常動作による影響がない。したがって、保護素子としての機能を確実に実現することができる。また、スタック保護素子5及び回路保護素子7は、いわゆるヒューズ方式の保護素子のように、過電流でのみ動作するものではなく、異常電圧や、後述するその他の要因によっても作動させることができ、あらゆる事態に対応することができる。また、スタック保護素子5及び回路保護素子7は、電気スイッチ方式の保護素子のように、電流経路の遮断状態の維持に電力を必要とせず、遮断状態を確実に維持することができる。
Thus, the
[保護回路の駆動工程]
次いで、保護回路1の駆動工程について説明する。保護回路1は、バッテリパック9に定格よりも大きな過電流が生じ、スタック保護素子5の可溶導体13や、回路保護素子7の第1、第2の可溶導体29,35に通電すると、可溶導体13,29,35が自己発熱(ジュール熱)によって溶断し、バッテリパック9の充放電経路が遮断される。
[Protection circuit drive process]
Next, the driving process of the
また、保護回路1は、BMS制御素子8によってバッテリスタック3a,3bを構成するバッテリセル2の電圧をモニタし、一部のバッテリセル2に過電圧が生じると、BMS制御素子8によって、当該バッテリセル2を有するバッテリスタック3を電流経路から遮断するために、当該バッテリスタック3に設けられているスタック保護素子5の発熱抵抗体14に対して個別に電流を供給し、個別に発熱させる。これにより、BMS制御素子8は、当該スタック保護素子5の可溶導体13を個別に溶断することができ、異常が生じたバッテリセル2を有するバッテリスタック3のみを回路から遮断し、残存するバッテリスタック3によって電力を供給することができる。
Further, the
例えば、図1に示すように、BMS制御素子8は、バッテリスタック3aのバッテリセル2に過電圧等の異常が検知された場合、バッテリスタック3aのスタック保護素子5の発熱抵抗体14に通電することにより可溶導体13を溶断し、バッテリスタック3aを回路上から隔離する。これにより、保護回路1は、残存するバッテリスタック3bのみによって充放電が可能となる。
For example, as shown in FIG. 1, the BMS control element 8 energizes the
ここで、保護回路1は、BMS制御素子8によってバッテリスタック3aのスタック保護素子5を作動させるとともに、回路保護素子7を作動させ、第1のヒューズ部20を溶断させる。これにより、保護回路1は、バッテリスタック3の減少に応じて、バッテリパック9の充放電経路の一部を構成する回路保護素子7の定格を下げることができる。
Here, the
すなわち、回路保護素子7は、バッテリスタック3の数に応じて複数のヒューズ部を備え、これにより、バッテリスタック3の容量に応じた大容量の定格を有する。そして、保護回路1は、一部のバッテリスタック3をバッテリパック9の充放電経路から遮断するとともに、回路保護素子7の一部のヒューズ部を作動させ充放電経路から遮断する。
That is, the
これにより、保護回路1は、バッテリスタック3の減少に応じて回路保護素子7の定格を下げることができ、残存するバッテリスタック3の容量に適した定格とすることができる。したがって、保護回路1は、残存するバッテリスタック3bのバッテリセル2に異常が発生し、回路保護素子7に過電流が流れた場合にも、バッテリスタック3aの減少前と同じ出力で、残存する第2のヒューズ部21の第2の可溶導体35を適切に溶断させることができる。すなわち、保護回路1は、回路保護素子7の作動条件を、電源出力に応じて可変とすることができ、安全性を向上させることができる。
Thereby, the
なお、回路保護素子7のヒューズ部は、一つのバッテリスタック3に対して一つ設けてもよく、複数のバッテリスタック3に対して一つ設け、複数のバッテリスタック3の減少に応じてヒューズ部を溶断し、定格を下げるようにしてもよい。また、回路保護素子7のヒューズ部は、一つのバッテリスタック3に対して複数設け、一つのバッテリスタック3の減少に応じて複数のヒューズ部を溶断するようにしてもよい。
Note that one fuse portion of the
また、より一層の安全のため、保護回路1は、電流経路に電流センサーを設置して、過電流を正確に検出してBMS制御素子8により回路保護素子7を作動させ、回路を遮断するようにしてもよい。また、第1、第2のヒューズ部20,21は、図4に示すように、絶縁基板22の一面上に並列して形成されてもよく、絶縁基板22の表裏にそれぞれ形成されてもよい。
In addition, for further safety, the
[BMS制御素子の駆動トリガー]
なお、上記では、バッテリスタック3内におけるバッテリセル2の異常電圧を検知することによりスタック保護素子5及び回路保護素子7のヒューズ部を溶断させて、当該バッテリスタック3を電流経路上から切り離すとともに回路保護素子7の定格を下げるようにしたが、スタック保護素子5及び回路保護素子7のヒューズ部を溶断させるトリガーとしては、バッテリモジュール4が搭載される機器側に応じて種々設定することができる。
[BMS control element drive trigger]
In the above description, the abnormal voltage of the
例えばバッテリモジュール4をEVやHEVに搭載する場合や電動工具に搭載する場合、バッテリセル2の異常の他にも、事故による衝撃や、水没、火災等による温度上昇といった事態が起きた場合にBMS制御素子8に指令が発信され、各バッテリスタック3のスタック保護素子5及び回路保護素子7のヒューズ部を溶断し、電流経路を遮断するようにしてもよい。また、他のバッテリセル2に比して、特に劣化が進んだバッテリセル2が生じた場合にも、当該バッテリセル2の影響を抑えるために、スタック保護素子5及び回路保護素子7のヒューズ部を溶断し、電流経路から切り離すようにしてもよい。また、バッテリモジュール4を家庭用電源として用いる場合、火災や、大規模地震による倒壊、津波による水没等の事態が起きた場合にも、各バッテリスタック3のスタック保護素子5及び回路保護素子7のヒューズ部を溶断し、電流経路を遮断するようにしてもよい。
For example, when the battery module 4 is mounted on an EV or HEV, or mounted on a power tool, in addition to the abnormality of the
1 保護回路、2 バッテリセル、3 バッテリスタック、5 スタック保護素子、7 回路保護素子、8 BMS制御素子、9 バッテリパック、11 絶縁基板、12 電極、13 可溶導体、14 発熱抵抗体、15 絶縁部材、16 発熱体引出電極、17 フラックス、18 発熱体電極、19 カバー部材、20 第1のヒューズ部、21 第2のヒューズ部、22 絶縁基板、23 第1の絶縁部材、24 第1の発熱抵抗体、25 第1の電極、27 第1の発熱体電極、28 第1の発熱体引出電極、29 第1の可溶導体、30 第2の絶縁部材、31 第2の発熱抵抗体、32 第2の電極、33 第2の発熱体電極、34 第2の発熱体引出電極、35 第2の可溶導体
DESCRIPTION OF
Claims (5)
各上記バッテリに設けられ、該バッテリの充電又は放電の電流経路の一部を構成する第1の保護素子と、
上記バッテリモジュールの充電又は放電の電流経路の一部を構成する第2の保護素子と、
上記第1の保護素子と上記第2の保護素子を駆動するBMS制御素子とを備え、
上記第2の保護素子は、発熱抵抗体と、充電又は放電の電流経路の一部を構成するとともに上記発熱抵抗体の熱又は自己発熱によって溶断する可溶導体とを有する複数のヒューズ部を備え、
複数の上記ヒューズ部は、各上記発熱抵抗体によって各上記可溶導体を個別に溶断可能とされ、
上記BMS制御素子は、上記第1の保護素子を作動させるとともに、上記第2の保護素子を作動させ、上記第2の保護素子の一部のヒューズ部を溶断させることを特徴とする保護回路。 A battery module in which a plurality of batteries are connected in parallel;
A first protection element provided in each of the batteries and constituting a part of a current path for charging or discharging the battery;
A second protection element constituting a part of a current path for charging or discharging the battery module ;
A BMS control element for driving the first protection element and the second protection element;
The second protection element includes a plurality of fuse portions having a heating resistor and a soluble conductor that forms part of a current path for charging or discharging and is melted by heat or self-heating of the heating resistor. ,
The plurality of fuse portions can be individually blown by each of the fusible conductors by the heating resistors ,
The BMS control element activates the first protection element, activates the second protection element, and blows a part of the fuse portion of the second protection element .
各上記バッテリに設けられ、該バッテリの充電又は放電の電流経路の一部を構成する第1の保護素子と、
上記バッテリモジュールの充電又は放電の電流経路の一部を構成する第2の保護素子と、
上記第1の保護素子と上記第2の保護素子を駆動するBMS制御素子とを備え、
上記第2の保護素子は、上記バッテリの数に応じて、発熱抵抗体と、充電又は放電の電流経路の一部を構成するとともに上記発熱抵抗体の熱又は自己発熱によって溶断する可溶導体とを有する複数のヒューズ部を備え、
上記BMS制御素子は、上記第1の保護素子を作動させるとともに、上記第2の保護素子を作動させ、上記第2の保護素子の一部のヒューズ部を溶断させることで、
異常が起きた上記バッテリに設けられた上記第1の保護素子を作動させ、異常が起きた上記バッテリを電流経路から遮断し、
異常が起きた上記バッテリの遮断に応じて、各上記発熱抵抗体によって各上記可溶導体を個別に溶断する保護回路の制御方法。 A battery module in which a plurality of batteries are connected in parallel;
A first protection element provided in each of the batteries and constituting a part of a current path for charging or discharging the battery;
A second protection element constituting a part of a current path for charging or discharging the battery module ;
A BMS control element for driving the first protection element and the second protection element;
According to the number of the batteries, the second protection element includes a heating resistor, a soluble conductor that forms part of a current path for charging or discharging and is melted by heat or self-heating of the heating resistor. A plurality of fuse portions having
The BMS control element operates the first protection element, operates the second protection element, and blows a part of the fuse portion of the second protection element.
Activating the first protection element provided in the battery in which an abnormality has occurred, cutting off the battery in which the abnormality has occurred from the current path,
A control method for a protection circuit, wherein each of the soluble conductors is blown individually by each of the heating resistors in response to the interruption of the battery in which an abnormality has occurred.
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