JPH08172727A

JPH08172727A - 組電池の保護装置

Info

Publication number: JPH08172727A
Application number: JP6314826A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Horie; 英明堀江
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1994-12-19
Filing date: 1994-12-19
Publication date: 1996-07-02
Anticipated expiration: 2018-06-23
Also published as: JP3419122B2

Abstract

(57)【要約】【目的】転極したセルが生じた場合でも、電池が急速に
劣化されない範囲では他の正常なセルによって安全に放
電を継続でき、かつ電池の急速劣化に近づいた場合には
確実にそれを検知できる組電池の保護装置を提供する。【構成】一つの二次電池からなるセルまたは複数のセル
からなるモジュールを、複数個直列または直並列に接続
した組電池１と、各セルまたは各モジュールごとに電池
の極性と逆極性に並列に接続されたダイオード５と、上
記ダイオードごとにそれぞれ並列に接続された回路であ
って、電池の正常極性を＋方向としたときに、セルの急
速劣化が開始される下限の電圧をＶｂ、組電池の最大放
電電流を流した場合における上記ダイオードの接合電圧
をＶｄ、発光ダイオードを点灯させる電圧をＶ₁とした
場合に、Ｖｂ＜Ｖ₁＜Ｖｄ＜０なる条件で上記発光ダイ
オードを点灯させる発光ダイオード点灯回路（６、７、
８の回路）と、を備えた組電池の保護回路。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複数個の二次電池を直
列接続または直並列接続して用いる組電池の保護装置に
関し、特にリチウムイオン電池のような非水系電解質二
次電池の組電池に好適な保護装置に関する。

【０００２】

【従来技術】電気自動車等の動力源としては、二次電池
（単一の電池からなるセルまたは複数のセルからなるモ
ジュール）を必要な容量に相当する分だけ複数個直列ま
たは直並列に接続した組電池が用いられる。このような
組電池は、多数の電池（例えば電気自動車では１００〜
２５０セル程度）を用いているので、電池系の信頼性を
確保することが重要である。すなわち、組電池を構成し
ている電池のうちの何れかが過放電や過充電等によって
機能が低下すると組電池全体の機能が低下するおそれが
ある。

【０００３】従来の電池を保護する装置としては、例え
ば、特開昭５９−９６６５５号公報（以下従来例１と記
す）、特開昭６１−２０６１７９号公報（以下、従来例
２と記す）、特開平３−２０８２６５号公報（以下、従
来例３と記す）、特開平３−２７９８８３号公報（以
下、従来例４と記す）および特開平５−２５８７７８号
公報（以下、従来例５と記す）等に記載されたものがあ
る。上記従来例１に記載の技術は、複数のセルを直列接
続したニッケル・カドミウム電池において、各セルごと
に並列にダイオードを接続することにより、放電電圧が
所定値以下になった場合に定電圧放電させ、それより電
圧が低下しないようにしたものである。また、従来例２
に記載の技術は、複数のセルを直列接続したリチウム電
池において、各セルごとに並列にダイオード（ツェナダ
イオードまたは発光ダイオード）を接続することによ
り、各セルごとに印加される充電電圧の不均衡を解消
し、各セルを均等に充電するようにしたものである。ま
た、従来例３に記載の技術は、ナトリウム・硫黄バッテ
リのような高温度で動作する電池において、温度が所定
値以下に低下したセルを検出し、そのセルを短絡するこ
とにより、温度の低下による転極を防止するものであ
る。また、従来例４に記載の技術は、複数のセルの最小
単位ごとに電圧検出器を設け、過放電によって端子電圧
が所定値以下に低下したセルが発生した場合には、警報
を発するか、もしくは電源回路を遮断するようにしたも
のである。また、従来例５に記載の技術は、複数のセル
を直列に接続した電池において、逆極性に並列接続した
２個の発光ダイオードと抵抗との直列回路を各セルごと
に並列に接続し、各セルごとの電圧に差が生じると、そ
の電位差によって上記発光ダイオードが発光するのを、
光ファイバケーブルを介して集中監視装置で検出するこ
とにより、過充電および過放電を監視するようにしたも
のである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、各従来
技術においては、それぞれ過充電や過放電を防止するよ
うになっているが、次のごとき点において不十分であっ
た。例えば、電気自動車等においては、複数個の二次電
池を必要とする容量分だけ直列または直並列に接続した
組電池が用いられる。このような組電池の場合には、放
電容量（放電可能な電気量）の減少程度が各電池によっ
て異なっている。例えば各電池間には製造バラツキがあ
り、また組電池で使用した場合の温度分布が均一でない
等の理由により、自己放電量や充電受入率（充放電効
率）に差があるので、放電容量の減少程度が各電池によ
って異なっている。そのためＤＯＤ（放電深度：全放電
で１００％、満充電で０％）０％からの放電容量には各
電池にバラツキが生じ、それによって組電池としての放
電容量が減少する。すなわち、放電時には、放電容量の
小さくなった電池は早く放電終了して過放電状態とな
り、この過放電になっている電池が他の電池の負荷とな
って、全ての電池がＤＯＤ１００％にならないうちに電
圧が低下し、組電池としては放電終了になってしまう。
また、電池の放電末期には、内部抵抗が増大して内
部発熱が大きくなることによる劣化、電池系物質が不
安定になるための劣化、局所的に大きな電流が流れる
ことによる劣化、等の原因で電池の劣化が進むので、上
記の過放電状態となった電池は、寿命の劣化が大きくな
る。一方、充電時には、放電時にＤＯＤ１００％になら
なかった電池が先にＤＯＤ０％に達して電圧が上昇し、
充電が終了してしまうが、放電時に過放電になった電池
はＤＯＤ０％にならないままで充電が終了するので、Ｄ
ＯＤの差は広がり、各電池の放電容量の差も広がる。上
記のように、組電池においては、充放電を繰り返すうち
に、各セルの放電容量や寿命にバラツキが生じてしま
う。

【０００５】ところで、電気自動車等の交通機関におい
ては、駆動用電池が放電終了しそうな状態であっても、
充電ステーションや自宅まで走行を継続する場合があ
る。このような場合に、駆動用電池を構成する多数のセ
ルのうちで、上記のように、放電容量が低下しているセ
ルは、他のセルよりも先に放電終了し、転極して端子電
圧が逆極性（マイナス）になってしまう場合がある。そ
して過放電が更に進むと、電池の電解質が分解し、電池
が急速に劣化してガスが発生するおそれがある。したが
って、複数のセルのうちの或るセルが過放電となって転
極しても、電池内圧力が電池ケースの弾性変形限界値以
下の範囲では、他の正常なセルによって放電を継続する
ことが出来、かつ、電池内圧力が電池ケースの弾性変形
限界値に近づいた場合には確実にそれを検知することが
必要である。前記の各従来例は、上記のごとき機能は有
していなかった。

【０００６】本発明は、上記のごとき従来技術の問題を
解決するためになされたものであり、転極したセルが生
じた場合でも、電池が急速な劣化を開始しない範囲で
は、他の正常なセルによって安全に放電を継続すること
が出来、かつ、電池が急速に劣化を開始する範囲に近づ
いた場合には確実にそれを検知することの出来る組電池
の保護装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明においては、特許請求の範囲に記載するよう
に構成している。すなわち、請求項１に記載の発明にお
いては、一つの二次電池からなるセルまたは複数のセル
からなるモジュールを、複数個直列または直並列に接続
した組電池と、各セルまたは各モジュールごとに、電池
の極性と逆極性に並列に接続されたダイオードと、上記
ダイオードごとにそれぞれ並列に接続された回路であっ
て、電池の正常極性を＋方向としたときに、セルが急速
に劣化を開始する下限の電圧をＶｂ、組電池の最大放電
電流を流した場合における上記ダイオードの接合電圧を
Ｖｄ、発光ダイオードを点灯させる電圧をＶ₁とした場
合に、Ｖｂ＜Ｖ₁ ＜Ｖｄ＜０なる条件で、上記発光ダイオードを点灯させる発光ダイ
オード点灯回路と、を備えたものである。なお、上記の
構成は、例えば後記図１の実施例に相当する。

【０００８】また、請求項２に記載の発明は、上記請求
項１の構成に、少なくともツェナダイオードと第２の発
光ダイオードとの直列回路からなり、上記ダイオードご
とにそれぞれ並列に接続された回路であって、セルが急
速に劣化を開始する上限の電圧をＶｃ、最大充電電流に
対する上記ツェナダイオードのツェナ電圧をＶｚ、上記
第２の発光ダイオードを点灯させる電圧をＶ₂とした場
合に、０＜Ｖｚ＜Ｖ₂ ＜Ｖｃなる条件で、上記第２の発光ダイオードを点灯させる第
２発光ダイオード点灯回路を付加したものである。な
お、上記の構成は、例えば後記図５の実施例に相当す
る。

【０００９】また、請求項３に記載の発明は、請求項１
または請求項２に記載の構成に、上記発光ダイオードの
点灯を検出し、点灯時に組電池の充電または放電を停止
させる手段を付加したものである。なお、上記の構成
は、例えば後記図６の実施例に相当する。また、請求項
４に記載の発明は、上記ダイオードが導通した場合に第
３の発光ダイオードを点灯させる回路を付加したもので
ある。なお、上記の構成は、例えば後記図４の実施例に
相当する。また、請求項５に記載の発明は、請求項４に
おいて、上記第３の発光ダイオードの点灯を検出し、点
灯状態の積算時間、すなわち点灯した各発光ダイオード
の継続時間の和が所定値以上に達した場合に、放電電流
の低減または遮断（負荷低減または負荷駆動停止）の制
御を行なう手段を備えたものである。なお、上記の構成
は、例えば後記図７の実施例に相当する。また、請求項
６に記載の発明は、電池の各ユニットの圧力および温度
を検出する手段と、上記圧力および温度と、電池の電圧
とに応じて電池の非適正状態を検出する手段を備えたも
のである。なお、上記の構成は、例えば後記図８の実施
例に相当する。また、上記二次電池は、例えば、請求項
７に記載のごとく、非水系電解質二次電池、例えばリチ
ウムイオン電池である。ただし、鉛−酸二次電池等の他
の二次電池の組電池においても本発明を適用することが
出来る。

【００１０】

【作用】二次電池においては、放電終止電圧に達した場
合でも、直ぐに電池急速な劣化が開始されるわけではな
く、多少の余裕範囲がある。例えば、詳細を後述するよ
うに、リチウムイオン電池の場合には、正常動作範囲は
＋４.０Ｖ〜＋２.４Ｖ程度の範囲であるが、過放電によ
って実際に電解質が分解して電池の劣化が始まるのは、
転極した後の−４.４Ｖ程度からである。したがって電
圧が低下して０Ｖ以下に転極した後も−４.４Ｖより高
い範囲では、その電池から電力を取り出すことは出来な
くても、他の正常な電池を動作させることが出来れば、
組電池としての機能は保つことが出来る。本発明は、上
記のごとき考察に基づいてなされたものであり、請求項
１の構成においては、各セルまたは各モジュールごと
に、電池の極性と逆極性に並列に接続されたダイオード
を備え、電池が転極した後は上記のダイオードを介して
電流が流れるようにし、他の正常な電池の動作に支障を
生じることなく、かつ、当該電池もそれ以上放電しない
ように構成したものであり、また、当該電池の電圧がさ
らに低下して、電池の急速な劣化を生じるおそれのある
場合には、発光ダイオードを点灯させて急速な劣化の直
前状態であることを報知するように構成している。

【００１１】また、請求項２においては、請求項１の構
成に、過充電時の保護回路と過充電による急速な劣化の
直前状態を報知する発光ダイオードとを付加したもので
ある。また、請求項３においては、上記発光ダイオード
の点灯を検出し、点灯時に組電池の充電または放電を停
止させる手段（例えば図６のフォトカプラ２１、２２と
保護制御装置２３）を備え、急速な劣化の直前状態時に
は自動的に充放電を停止させるようにしたものである。
また、請求項４においては、上記ダイオードが導通した
場合、すなわち電池が転極した場合に、それを表示する
第３の発光ダイオードを設けたものである。

【００１２】このようにすれば、放電が終了している電
池が存在し、組電池としての残存容量が乏しいことを報
知し、運転者等に最寄りの充電ステーションへ向かうよ
うに促すことが出来る。

【００１３】また、請求項５においては、請求項４の第
３の発光ダイオードの点灯を検出し、点灯状態の積算時
間が所定値以上に達した場合に、放電電流の低減または
遮断の制御を行なうものである。第３の発光ダイオード
が点灯したこと自体は、急速な劣化の直前状態ではない
が、転極した電池の数や継続時間が多い場合には、組電
池としての残存容量が小さくなっているので、放電電流
を低減または遮断するものである。また、請求項６にお
いては、電池の電圧による非適正状態検出に加えて、電
池の圧力と温度をも検出し、それに非適正状態が生じた
場合にも負荷停止等の保護動作を行なわせるものであ
る。すなわち、電解質が分解してガスが発生すると圧力
が大幅に上昇し、また温度も大幅に上昇する。したがっ
て何らかの原因で電圧が適正値を示した場合であっても
圧力や温度が大幅に上昇した場合には、電池が非適正状
態であると判断することが出来る。また、請求項７に記
載のように、本発明は、リチウムイオン電池のような非
水系電解質二次電池に特に好適である。一般に、非水系
電解質二次電池はユニットが完全に密閉されているた
め、電解質が分解してガスが発生すると圧力が大幅に上
昇するおそれがあり、また温度上昇も大幅である。した
がって本発明のような保護装置を設けると特に有益であ
る。

【００１４】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明
する。図１は本発明の第１の実施例図である。まず、図
１（ａ）において、１は組電池であり、１ａ〜１ｎから
なる各電池（単一の電池からなるセルまたは複数のセル
からなるモジュール）を直列に接続したものである。な
お、直並列に接続したものでもよい。また、２は制御装
置であり、組電池１の電力で負荷３を駆動する際の電力
供給を制御するものである。例えば、制御装置２は電気
自動車における直流−交流変換用コンバータと制御用コ
ンピュータからなる回路であり、負荷３は電気自動車駆
動用モータである。なお、上記の制御装置２と負荷３の
部分は組電池の出力（放電）回路であり、以下に記載す
る４の部分が本実施例の保護回路の部分である。４は保
護回路であり、電池１ａに逆極性で並列に接続されたダ
イオード５と、発光ダイオード６、ツェナダイオード７
および抵抗８の直列回路（ダイオード５に並列に接続）
と、から構成されている。なお、図１では、電池１ａに
接続した保護回路のみを図示しているが、保護回路４は
電池１ａ〜１ｎのそれぞれに設けられている。また、上
記の発光ダイオード６、ツェナダイオード７および抵抗
８の直列回路の代わりに、図１（ｂ）に示すように、発
光ダイオード６’と抵抗８’の直列回路を用いてもほぼ
同様に動作する。

【００１５】以下、図２に基づいて作用を説明する。図
２は、電池１ａにおける動作領域および保護回路４にお
ける電流経路を示す図である。図２において、線分、
、、は電池１ａの動作領域を示し、は正常動作
領域、は過放電による転極領域、は過充電時のバイ
パス領域（詳細は図５の実施例で説明）、は急速な劣
化を生じていない領域と急速劣化領域を示す。また、急
速な劣化を生じる上限の電圧Ｖｃは、過充電によって電
池が急速に劣化を開始する電圧であり、急速な劣化を生
じる下限の電圧Ｖｂは過放電によって電池が急速に劣化
を開始する電圧である。また、Ｖｄは組電池の最大放電
電流を流した場合におけるダイオード５の接合電圧、Ｖ
₁は発光ダイオード６を点灯させる電圧である。なお、
電池１ａの正常極性をプラス方向とすれば、上記Ｖｄ、
Ｖ₁、Ｖｂは図示のようにマイナスの値となる。また、
Ｖ₂とＶｚに関しては図５の実施例で説明する。

【００１６】図２に示すように、単位の電池１ａにおけ
る動作は、充電末期（充電終止電圧）から放電末期（放
電終止電圧）までの範囲が正常動作範囲であるが、この
正常動作範囲を逸脱しても直ちに電池が急速な劣化を開
始するものではなく、電池が急速な劣化を開始する上限
の電圧Ｖｃおよび急速な劣化を生じる下限の電圧Ｖｂま
でには多少の余裕がある。

【００１７】以下、放電時について説明する。正常動作
領域においては、’に示すように、電流経路は電池１
ａを正常方向に流れる。その状態で放電を継続し、放電
終止電圧（放電末期）に達してもなお放電を継続する
と、電池の電圧は更に低下して０Ｖよりも低くなる。こ
の状態で他の電池１ｂ〜１ｎに放電容量が残っている場
合には、他の電池の放電は継続するが、電池１ａでは、
転極が生じて電圧が逆極性となる。電池１ａが転極する
と、ダイオード５は順方向バイアスされるために導通
し、’に示すように、電流経路は保護回路４を経由す
る経路となる。したがって、図３のダイオード特性に示
すように、組電池の最大放電電流（最大負荷電流）Ｉma
xを流した場合におけるダイオード５の接合電圧Ｖｄが
急速な劣化を生じる下限の電圧Ｖｂに達しないように設
定しておけば、他の電池よりも先に放電終了した電池１
ａの急速な劣化を防止しながら、しかも他の電池の電力
を有効に活用して負荷の運転を継続することが出来る。
なお、通常のダイオードの接合電圧Ｖｄは０.６Ｖ〜１.
０Ｖ程度（図１の方向では−０.６Ｖ〜−１.０Ｖ）であ
るのに対し、例えばリチウムイオン電池の急速な劣化を
生じる下限の電圧Ｖｂは−４.４Ｖ程度であるから、上
記の条件を十分に満足することが出来る。また、何らか
の原因で、電池１ａの電圧が更に低下して所定値Ｖ₁に
達すると、ツェナダイオード７が導通して発光ダイオー
ド６が点灯し、電圧が適正範囲外に低下したことを報知
する。この所定値Ｖ₁を上記ダイオード５の接合電圧Ｖ
ｄと急速な劣化を生じる下限の電圧Ｖｂとの間の値に設
定しておけば、ダイオード５による保護作用の限界を越
えた場合に、電池が急速な劣化に至る前に非適正状態を
報知することが出来る。このような非適正状態が検知さ
れた場合には、後記図６の実施例で説明するように、手
動または自動的に負荷を遮断する等の措置を行なうこと
により、電池の急速な劣化を防止することが出来る。な
お、図１（ｂ）のように、ツェナダイオード７を省略し
た場合には、発光ダイオード６’を点灯させる所定値Ｖ
₁が多少不正確になるが、基本的には上記と同様に動作
する。上記のように、図１の実施例においては、組電池
中のいずれかの電池が先に放電を終了した場合でも、そ
の電池に急速な劣化を生じさせることなしに、他の電池
の電力で負荷駆動を継続することが出来るので、例え
ば、電気自動車の場合においては最寄りの充電ステーシ
ョンや自宅まで走行を継続することが出来る。また、当
該電池がさらに電圧低下して急速な劣化のおそれがある
場合には、急速な劣化に至る前にそれを報知するので、
負荷停止等の適切な措置を行なって電池急速な劣化を確
実に避けることが出来る。なお、上記の説明において
は、電池１ａを例として説明したが、電池１ａ〜１ｎの
いずれの場合でも同様である。

【００１８】次に、図４は、本発明の第２の実施例図で
ある。この実施例は、前記図１の実施例に、ダイオード
５が導通したこと、すなわち電池が転極したことを報知
する回路を付加したものである。図４において、９はト
ランジスタ、１０〜１２は抵抗、１３は発光ダイオー
ド、１４はバックアップ用に電池であり、その他、図１
と同符号は同一物を示す。

【００１９】前記図１と同様に、電池１ａが転極してダ
イオード５が導通すると、トランジスタ９が導通し、電
池１４の電力で発光ダイオード１３が点灯する。上記の
ように、図４の回路においては、電池１ａが転極した場
合に発光ダイオード１３を点灯させるので、過放電状態
の電池があることを早い時期に報知し、負荷の運転終了
や充電を促す等の適切な措置を行なわせることが出来
る。その他の作用効果は、前記図１の場合と同様であ
る。

【００２０】次に、図５は、本発明の第３の実施例図で
ある。この実施例は、図１の実施例に過充電保護機能を
付加したものである。図５において、１５は過充電保護
用のツェナダイオード、１６は抵抗、１７、１８は発光
ダイオード、１９、２０は抵抗である。発光ダイオード
１７と抵抗１９の直列回路は、前記図１（ｂ）の発光ダ
イオード６’と抵抗８’の直列回路と同じ機能を有し、
前記のように、電池１ａの電圧が低下して所定値Ｖ₁に
達した場合に発光ダイオード１７が点灯し、電圧が適正
範囲外に低下したことを報知するものである。なお、上
記の所定値Ｖ₁で点灯させるためには、発光ダイオード
１７の特性に合わせて抵抗１９の値を設定すればよい。

【００２１】一方、ツェナダイオード１５と抵抗１６の
直列回路は、過充電保護の回路である。充電時に電池１
ａの電圧が上昇してツェナダイオード１５のツェナ電圧
に達すると、ツェナダイオード１５が導通し、電流経路
は前記図２の’に示すように保護回路４を経由する経
路となる。そのため、電池１ａの電圧はそれ以上に上昇
することなく、電池は安全に保たれる。また、何らかの
原因で、電池１ａの電圧が更に上昇して所定値Ｖ₂に達
すると、発光ダイオード１８が点灯し、電圧が適正範囲
外に上昇したことを報知する。この所定値Ｖ₂を上記ツ
ェナダイオード１５のツェナ電圧Ｖｚと電池が急速に劣
化を開始する上限の電圧Ｖｃとの間の値に設定しておけ
ば、ツェナダイオード１５による保護作用の限界を越え
た場合に、電池が急速に劣化する前に非適正状態を報知
することが出来る。このような非適正状態が検知された
場合には、後記図６の実施例で説明するように、手動ま
たは自動的に充電装置を遮断する等の措置を行なうこと
により、電池の急速な劣化を防止することが出来る。な
お、上記の所定値Ｖ₂で点灯させるためには、発光ダイ
オード１８の特性に合わせて抵抗２０の値を設定すれば
よい。前記図２の充電時バイパス領域は、上記のＶｚ
からＶ₂までの領域である。その他の作用効果は、前記
図１の実施例と同様である。上記のように、図５の実施
例においては、過放電時の保護と報知機能に加えて過充
電時の保護と報知機能を備えている。

【００２２】次に、図６は、本発明の第４の実施例図で
ある。この実施例は、前記図５の実施例に充放電を停止
させる保護制御装置を付加したものである。図６におい
て、２１、２２はフォトカプラ、２３はコンピュータや
アナログ回路で構成された保護制御装置である。フォト
カプラ２１は、発光ダイオード１８の発光を検出し、フ
ォトカプラ２２は、発光ダイオード１７の発光を検出す
る。したがって前記のように過放電時に発光ダイオード
１７が点灯した場合や過充電時に発光ダイオード１８が
点灯した場合には、フォトカプラ２１、２２が信号を保
護制御装置２３に送る。保護制御装置２３では、フォト
カプラの信号を検出すると、負荷駆動用の制御装置２や
図示しない充電装置を制御して、それ以上の過充電や過
放電が生じないように制御する。なお、図６において
は、電池１ａの部分のみを示しているが、電池１ａ〜１
ｎのそれぞれの発光ダイオードがフォトカプラ２１、２
２と結合されており、どの電池での非適正状態も検出で
きるようになっている。

【００２３】次に、図７は、本発明の第５の実施例図で
ある。図７において、１３ａ〜１３ｎは、それぞれ前記
図４で説明した発光ダイオード１３、すなわち電池が転
極した場合に点灯する発光ダイオードである。そしてフ
ォトカプラ２４ａ〜２４ｎは、各発光ダイオード１３ａ
〜１３ｎと結合しており、それらの発光ダイオードが発
光すると、検出信号を保護制御装置２５へ送る。保護制
御装置２５は、上記の検出信号の積算時間すなわち点灯
した各発光ダイオードごとの継続時間の和を求め、その
値に応じて警報を発する。例えば、積算時間が第１の所
定値に達すると表示装置２６で表示したり、更に大きな
第２の所定値に達すると警報信号を発生する。また、負
荷の制御装置２を制御して負荷を減少（放電電流低減）
させたり、負荷駆動を停止させるように構成してもよ
い。電池が転極して発光ダイオード１３ａ〜１３ｎが点
灯したこと自体は、非適正状態発生ではないが、転極し
た電池の数や継続時間が多い場合には、組電池としての
残存容量が小さくなっているので、転極した電池の数や
継続時間大きい場合すなわち上記の積算時間が大きくな
った場合には、放電電流を低減または遮断するものであ
る。その他の作用効果は、前記図４の実施例と同様であ
る。

【００２４】次に、図８は、本発明の第６の実施例図で
ある。図８において、２７はフォトカプラ、２８は各電
池ユニット内の圧力を検出する圧力センサ、２９は各電
池ユニットの温度を検出する温度センサ、３０は保護制
御装置である。この実施例は、電池の電圧による非適正
状態の検出に加えて、電池の圧力と温度をも検出し、そ
れに非適正状態が生じた場合にも保護制御装置３０によ
って負荷停止等の保護動作を行なわせるものであり、電
圧、圧力、温度の各要素に基づいて総合的な電池保護を
行なうものである。すなわち、電解質が分解してガスが
発生すると圧力が大幅に上昇し、また温度も大幅に上昇
する。したがって何らかの原因で電圧が非適正状態の値
を示さない場合であっても圧力や温度が大幅に上昇した
場合には、電池に非適正状態が生じたものと判断するこ
とが出来る。このような場合には保護制御装置３０が負
荷駆動を停止させるように制御する。なお、図８におい
ては、保護回路４は図１のものを示しているが、図５の
ように充電保護機能を有するものを用いてもよい。その
場合には、図５の発光ダイオード１７と１８（図５）の
それぞれに結合する２系統のフォトカプラ２７が必要で
ある。また、図８においては、電池１ａの部分のみを示
しているが、電池１ａ〜１ｎのそれぞれの発光ダイオー
ドがフォトカプラ２７と結合されており、どの電池での
非適正状態も検出できるようになっている。なお、これ
まで説明した各実施例を、相互に適宜組み合わせた構成
としてもよい。

【００２５】次に、実際の電池の例について説明する。
例えば、リチウムイオン電池のような非水系電解質二次
電池では、図９に示すように、電池の電圧が±４.４Ｖ
を越えると電解液の分解が始まり、電池の急速劣化が生
じる。また、正常動作範囲は充電終止電圧が４.０Ｖ程
度、放電終止電圧が２.４Ｖ程度である。したがって図
１０に示すように、前記図２の電池が急速に劣化を開始
する上限の電圧Ｖｃ≒４.４Ｖ、急速に劣化を開始する
下限の電圧Ｖｂ≒−４.４Ｖ、組電池の最大放電電流を
流した場合におけるダイオード５の接合電圧Ｖｄ≒−
１.０Ｖ、ツェナダイオード１５のツェナ電圧Ｖｚ≒４.
１Ｖ程度に設定し、発光ダイオード６を点灯させる電圧
Ｖ₁は−１.０Ｖと−４.４Ｖの間の値（例えば−１.５
Ｖ）、発光ダイオード１８を点灯させる電圧Ｖ₂は４.１
Ｖと４.４Ｖの間の値（例えば４.３Ｖ）に設定すればよ
い。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したごとく、本発明において
は、組電池中のいずれかの電池が先に放電を終了した場
合でも、その電池を急速に劣化させることなしに、他の
電池の電力で負荷駆動を継続することが出来るので、緊
急時には組電池としての能力を極限まで利用することが
出来る。また、当該電池がさらに電圧低下して急速劣化
のおそれがある場合には、急速劣化に至る前にそれを報
知するので、負荷停止等の適切な措置を行なって電池の
急速劣化を確実に避けることが出来る、という効果が得
られる。また、充電保護機能を設けた構成においては、
充電時についても上記と同様の保護を行なうことが出来
る。また、発光ダイオードの点灯を検出して充放電を停
止させる構成においては、電池の急速劣化の直前に自動
的に充電や放電を停止させ、電池を安全に保護すること
が出来る。また、電池が転極した場合に発光ダイオード
を点灯させる構成においては、過放電状態の電池がある
ことを早い時期に報知し、負荷の運転終了や充電を促す
等の適切な措置を行なわせることが出来る。また、点灯
状態の積算時間が所定値以上に達した場合に、放電電流
の低減または遮断の制御を行なう手段を備えた構成にお
いては、転極した電池の数や継続時間が多く、組電池と
しての残存容量が小さくなった場合に、放電電流を低減
または遮断することによって電池を保護することが出来
る。また、電池ユニットの圧力と温度を制御要素に付加
したものおいては、電圧、圧力、温度の各要素に基づい
て総合的な電池保護を行なうことが出来る、等の効果が
得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例図。

【図２】二次電池における動作領域と電流経路を示す
図。

【図３】ダイオードの特性曲線を示す特性図。

【図４】本発明の第２の実施例図。

【図５】本発明の第３の実施例図。

【図６】本発明の第４の実施例図。

【図７】本発明の第５の実施例図。

【図８】本発明の第６の実施例図。

【図９】リチウムイオン電池の分解特性を示す特性図。

【図１０】リチウムイオン電池における動作領域を示す
図。

【符号の説明】

１…組電池５…ダイオード１ａ〜１ｎ…電池６、６’…発光ダイオ
ード２…制御装置７…ツェナダイオード３…負荷８、８’…抵抗４…保護回路９…トランジスタ１０〜１２…抵抗１５…ツェナダイオー
ド１３…発光ダイオード１６…抵抗１４…電池１７、１８…発光ダイ
オード１９、２０…抵抗２６…表示装置２１、２２…フォトカプラ２７…フォトカプラ２３…保護制御装置２８…圧力センサ２４…フォトカプラ２９…温度センサ２５…保護制御装置３０…保護制御装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一つの二次電池からなるセルまたは複数の
セルからなるモジュールを、複数個直列または直並列に
接続した組電池と、各セルまたは各モジュールごとに、電池の極性と逆極性
に並列に接続されたダイオードと、上記ダイオードごとにそれぞれ並列に接続された回路で
あって、電池の正常極性を＋方向としたときに、セルが
急速に劣化を開始する下限の電圧をＶｂ、組電池の最大
放電電流を流した場合における上記ダイオードの接合電
圧をＶｄ、発光ダイオードを点灯させる電圧をＶ₁とし
た場合に、Ｖｂ＜Ｖ₁ ＜Ｖｄ＜０なる条件で、上記発光ダイオードを点灯させる発光ダイ
オード点灯回路と、を備えたことを特徴とする組電池の保護装置。
【請求項２】一つの二次電池からなるセルまたは複数の
セルからなるモジュールを、複数個直列または直並列に
接続した組電池と、各セルまたは各モジュールごとに、電池の極性と逆極性
に並列に接続されたダイオードと、上記ダイオードごとにそれぞれ並列に接続された回路で
あって、電池の正常極性を＋方向としたときに、セルが
急速に劣化を開始する下限の電圧をＶｂ、組電池の最大
放電電流を流した場合における上記ダイオードの接合電
圧をＶｄ、第１の発光ダイオードを点灯させる電圧をＶ
₁とした場合に、Ｖｂ＜Ｖ₁ ＜Ｖｄ＜０なる条件で、上記第１の発光ダイオードを点灯させる第
１発光ダイオード点灯回路と、少なくともツェナダイオードと第２の発光ダイオードと
の直列回路からなり、上記ダイオードごとにそれぞれ並
列に接続された回路であって、セルが急速に劣化を開始
する上限の電圧をＶｃ、最大充電電流に対する上記ツェ
ナダイオードのツェナ電圧をＶｚ、上記第２の発光ダイ
オードを点灯させる電圧をＶ₂とした場合に、０＜Ｖｚ＜Ｖ₂ ＜Ｖｃなる条件で、上記第２の発光ダイオードを点灯させる第
２発光ダイオード点灯回路と、を備えたことを特徴とする組電池の保護装置。
【請求項３】上記発光ダイオードの点灯を検出し、点灯
時に組電池の充電または放電を停止させる手段を備えた
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の組電
池の保護装置。
【請求項４】上記ダイオードが導通した場合に第３の発
光ダイオードを点灯させる回路を、上記各セルまたは各
モジュールごとに設けたことを特徴とする請求項１乃至
請求項３のいずれかに記載の組電池の保護装置。
【請求項５】上記第３の発光ダイオードの点灯を検出
し、点灯状態の積算時間、すなわち点灯した各発光ダイ
オードの継続時間の和が所定値以上に達した場合に、放
電電流の低減または遮断の制御を行なう手段を備えたこ
とを特徴とする請求項４に記載の組電池の保護装置。
【請求項６】電池の各ユニットの圧力および温度を検出
する手段と、上記圧力および温度と、電池の電圧とに応じて電池の非
適正状態を検出する手段を備えたことを特徴とする請求
項１乃至請求項５のいずれかに記載の組電池の保護装
置。
【請求項７】上記二次電池は、非水系電解質二次電池で
あることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れかに
記載の組電池の保護装置。