WO2009110244A1

WO2009110244A1 - 電池システム

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Publication number: WO2009110244A1
Application number: PCT/JP2009/001005
Authority: WO
Inventors: 渋谷信男; 芦田和英; 森川竜一; 小杉伸一郎
Original assignee: 株式会社東芝
Priority date: 2008-03-07
Filing date: 2009-03-05
Publication date: 2009-09-11
Also published as: JP2009219215A; EP2249452A4; JP5319138B2; US8570695B2; US20110149454A1; EP2249452A1

Abstract

電池モジュール内のセル間の接続が断線した場合に、電圧検出回路に加わる電圧が当該電圧検出回路の耐電圧を超えないようにし、セル電圧検出回路やモジュール内に過電流が流れないようにすることが可能な電池システムを提供する。モジュール内に各セルの電圧を測定する電池電圧測定回路２が備えられ、この電池電圧測定回路２には、アノードを当該測定回路２の駆動電源の負極に、カソードを当該測定回路２の駆動電源の正極に接続する逆電圧保護用ダイオード３が、当該測定回路２の電源供給路中に配設されている。この電池電圧測定回路２の電源供給路には、過電流保護素子であるヒューズ４が設けられている。

Description

電池システム

　本発明は、１以上の電池モジュールを直列に接続してなる電池システムに係り、特に各々の電池モジュールが１以上の単セルからなるリチウムイオン電池を用いた場合に当該システム内で接続が断線した際の保護動作を有する電池システムに関する。

　電気自動車、燃料電池自動車やハイブリッドカーでは、動力源又は補助動力源として電動機である電動モータが用いられている。この電動モータの電力源としては、蓄電池を有する単セルが多数直列に接続された２次電池が採用され、特に、単セルの電池電圧が高いリチウムイオン電池を直列に多数接続すれば、高電圧、かつ高出力化が実現可能である。そのため、近年、リチウムイオン電池からなる単セルを直列に接続した組電池が採用された電池システムの開発が普及している。

　従来技術として、例えば、３００Ｖといった高圧の走行電力蓄電用の多数の電池モジュールからなる主バッテリと、補機駆動用の補機バッテリとを備えた電気自動車用の組み電池の電圧検出装置が提案されている。この電圧検出装置は、各電池モジュ－ルからの電圧を個々に検出する電圧検出回路と、当該電圧検出回路で検出した各モジュ－ル電圧を信号処理する信号処理回路を備え、電圧検出回路は、補機バッテリからＤＣ－ＤＣコンバ－タを介して給電された電力を駆動用の電力として使用している（特許文献１参照）。そのため、開放モジュール電圧の検出に際し高精度化を実現でき、さらに、高電圧の組電池の無用な寿命の短縮を回避することができる。

　また、他にも従来技術として、複数の２次電池の単電池を直列に接続して蓄電モジュールとし、この蓄電モジュールを電気自動車用として複数の配設した構成を有し、さらに、各蓄電モジュールに対して、当該蓄電モジュールが各々有する単電池を制御するための制御装置を備えた蓄電装置が提案されている（特許文献２参照）。

　この蓄電装置が備える制御装置は、検出した蓄電モジュール内の単電池の電圧と高電位側の制御装置からの電圧との論理和をとり、その結果を低電位側の制御装置に出力する。なお、各制御装置は、制御すべき蓄電モジュール内の単電池の電圧を検出する電圧検出回路を備え、この電圧検出回路で検出された電圧をもとに、当該制御装置を制御する上位の制御装置が設けられている。

　また、直列接続された複数の単電池からなるモジュールを監視する電池用保護ＩＣが提案されており（特許文献３参照）、電池の充電時において、モジュール内のいずれかの電池の端子電圧が所定値以上になった場合に、過充電状態と判定し過電圧信号を出力する過電圧検出回路と、放電時において、モジュール内のいずれかの電池の端子電圧が所定値以下になった場合に、過放電状態と判定し過放電信号を出力する過放電検出回路と、が配設されている。さらに、この電池保護ＩＣは、過電圧信号を検出した際にオンすることにより通報可能な第１スイッチと、過放電信号を検出した際にオンすることにより通報可能な第２スイッチとを備えている。
特開平１１－１６０３６７号公報特開２００３－７０１７９号公報特開２００５－１１７７８０号公報

　ところで、上記の従来技術によれば、多数のリチウムイオン電池が直列に接続された組電池からなる電池システムには、各単セル毎の電圧を監視する電圧検出回路が設けられ、この電圧検出回路により電池の電圧を監視することで、過充電や過放電の発生を制御する。

　ここで、多数のリチウムイオン電池からなる電池システムでは、モジュール内における単セル間の接続やモジュール同士の接続に際し多くの配線が必要となる。また、これに加え、この電池システムの出力端子までの大電流の配線が必要となり、さらに、単セルから電圧検出回路までの配線が必要となってしまう。

　そのため、多くの部品を内蔵し配線により接続された電池システムを自動車等の移動体に搭載する場合には、当該電池システムは、振動が継続する走行状態で長期間に亘り使用されるので、配線の断裂や部品の擦動により、部品のズレや回路の短絡が生じる可能性がある。これにより、電池システムを構成する電圧検出装置内の回路に異常な電圧や電流が流れることで、回路部品等が発火や発煙したり、自動車の運転に際し著しく支障が生じる場合がある。

　特に、セル毎の電圧を検出する電圧検出回路を有するモジュール内の当該セル間の接続が断線した場合には、電圧検出回路の耐電圧を超える異常電圧がこの電圧検出回路に加わってしまい、検出回路内の断線や短絡が生じることにより、回路部品や回路基板内の印刷パターンが発熱、発煙する。また、場合によっては発火する可能性もある。

　例えば、図１０の（ａ）に示すように、１０個のセルを直列に接続したモジュールを複数配設し、当該各モジュール内に各セルの電圧を測定する電池電圧測定回路を備えた電池システムにおいて、モジュール内のセルが放電中に断線した場合には、電池電圧測定回路にかかる回路電圧は下記の式で表される。

［数１］
測定回路の電圧＝モジュールの電圧－パック電圧（電池システムにおける全モジュールの電圧）

　ここで、各セルの電圧が３．６Ｖであるリチウム電池を使用し、パック電圧として１０個のモジュールの場合を例にとると、各モジュールには１０個のセルが直列に接続されているので、各モジュールの電圧は３６Ｖとなり、１０個のモジュールの合計１００セルが直列接続されたパック電圧は３６０Ｖとなるので、図１０の（ｂ）に示すように、電池電圧測定回路には－３２４Ｖの電圧が加わることになる。そのため、測定回路を構成するディスクリート素子やＩＣは破壊され、短絡電流が流れることにより回路部品、ＩＣ及び回路パターン等が発熱、発煙、発火する可能性がある。

　一方、図１１の（ａ）に示すように、充電器を介して組電池への充電中にモジュール内のセルが断線した場合には、電池電圧測定回路にかかる回路電圧は下記の式で表される。

［数２］
測定回路の電圧＝充電器の最高電圧－（パック電圧－モジュールの電圧）

　ここで、図１０と同様に、各セルの電圧が３．６Ｖであるリチウム電池を使用し、パック電圧として１０個のモジュールの場合を例にとり、また、充電器の負荷開放時の最大電圧を５５０Ｖの場合を考える。すると、１０個のモジュールの合計１００セルが直列接続されたパック電圧は３６０Ｖとなり、１０個のセルからなる各モジュールの電圧が３６Ｖであるため、図１１の（ｂ）に示すように、電池電圧測定回路には２２６Ｖの電圧が加わることになる。これにより、放電時と同様に、測定回路を構成するディスクリート素子やＩＣは破壊され、短絡電流が流れることで回路部品、ＩＣ及び回路パターン等が発熱、発煙、発火する可能性を有する。

　本発明は、上記の課題を解消するために提案されたものであって、その目的は、電池モジュール内のセル間の接続が断線した場合に、電圧検出回路に加わる電圧が当該電圧検出回路の耐電圧を超えないようにし、セル電圧検出回路やモジュール内に過電流が流れないようにすることが可能な電池システムを提供することにある。

　上述した目的を達成するために、本発明は、１以上のモジュールが直列に接続された電池システムにおいて、前記各モジュールは、直列に接続された複数の電池と、前記各電池の電圧を測定する電圧測定回路と、前記電圧測定回路に接続された過電流保護部と、カソードが前記電圧測定回路の駆動電源の正極に、アノードが前記電圧測定回路の駆動電源の負極に接続された逆電圧保護用ダイオードと、を備えることを特徴とする。

　以上のような態様では、放電中において、モジュール内のセル間の接続が断線した場合であっても、電圧測定回路に接続された逆電圧保護用ダイオードにより、当該ダイオードの順方向の電圧が加わるのみで、電圧測定回路の耐電圧を超える電圧をかからなくすることが可能となる。また、溶断の瞬間における電流値のぶれはあるが、過電流保護部として例えばヒューズが瞬時に溶断するため、電圧測定回路内や回路を実装する印刷基板のパターン内に流れる過電流を防止することができる。これにより、回路部品や印刷パターン等の発熱、発煙、発火を抑制することが可能となる。なお、過電流保護部には、ヒューズの他、自己復帰型の過電流保護素子として例えばポリススイッチ等が使用され、さらに、過電流阻止用のダイオードが採用される。

　また、本発明は、１以上のモジュールが直列に接続された電池システムにおいて、前記各モジュールは、直列に接続された複数の電池と、前記各電池の電圧を測定する電圧測定回路と、前記電圧測定回路に接続された過電流保護部と、カソードが前記電圧測定回路の駆動電源の正極に、アノードが前記電圧測定回路の駆動電源の負極に接続された過電圧保護用ツェナーダイオードと、を備えることを特徴とする。

　以上のような態様では、充電中において、モジュール内のセル間の接続が断線した場合であっても、電圧測定回路に接続された過電圧保護用ツェナーダイオードにより、この電圧測定回路にはツェナー電圧が加わるのみで、当該測定回路の耐電圧を超える負荷を抑制することが可能となる。また、過電流保護部として例えばヒューズが瞬時に溶断するため、電圧測定回路に加わる電圧はなくなり、かつ、電圧測定回路内や回路を実装する印刷基板のパターン内に過電流を流れなくすることが可能となる。これにより、回路部品や印刷パターン等の発熱、発煙、発火を抑制することができる。

　さらに、１以上のモジュールが直列に接続された電池システムにおいて、前記各モジュールは、直列に接続された複数の電池と、前記各電池の電圧を測定する電圧測定回路と、前記電圧測定回路に接続された過電流保護素子と、前記過電流保護素子と直列に接続され、順方向が過電流を阻止する方向のダイオードと、前記ダイオードに対して並列に接続された抵抗と、カソードが前記電圧測定回路の駆動電源の正極に、アノードが前記電圧測定回路の駆動電源の負極に接続された過電圧保護用ツェナーダイオードと、を備えることも本発明の特徴である。

　以上のような態様によれば、モジュール内のセル間の接続が断線した場合が放電中であると、電圧測定回路に接続された過電圧保護用ツェナーダイオードによりツェナーダイオードの順方向の電圧が加わるのみで、充電中であると、この過電圧保護用ツェナーダイオードによりツェナー電圧が加わるのみであるため、電圧測定回路に加わる電圧を当該測定回路の耐電圧よりも低いものに抑えることが可能となる。さらに、過電流保護素子として例えばヒューズが瞬時に溶断するため、電圧測定回路に加わる電圧はなくなり、かつ、電圧測定回路内や回路を実装する印刷基板のパターン内を過電流が流れなくなる。これにより、回路部品や印刷パターン等の発熱、発煙、発火を防止することができる。

　また、逆方向の電流を流させないダイオード、及び当該ダイオードに対して並列に抵抗を設けることにより、電圧測定回路へ過電流を流さないだけでなく放電中においてもこの抵抗を介して微量の放電電流を他のモジュールへ流すことが可能となる。そのため、電圧測定回路が単一のＩＣから構成される場合であっても、電池システム全体の駆動を中断させることはない。

　以上のような本発明によれば、各々の電池モジュールにおいて放電中にセル間の接続が断線した場合であっても、電池電圧測定回路には、逆電圧保護用のダイオードにより耐電圧を超える電圧が加わらず、さらに、ダイオードや過電流保護用のヒューズにより、測定回路内や回路を実装する印刷基板のパターン内に過電流が流れることを抑制可能な電池システムを提供することができる。また、回生中や充電中にセル間の接続が断線した場合であっても、電池電圧測定回路には、過電圧保護用ダイオードにより耐電圧以上の電圧が加わることはなく、さらに、過電流保護用のヒューズにより、測定回路内や回路を実装する印刷基板のパターン内に過電流を流れなくすることが可能である。これにより、測定回路を構成するディスクリート素子やＩＣは破壊されることはなく、短絡電流が流れることにより生じる回路部品、ＩＣ及び回路パターン等の発熱、発煙、発火を抑制することができる。

本発明の第１の実施形態に係る電池システムを示す構成ブロック図（実施例（１））本発明の第１の実施形態に係り、放電中にセル間断線した場合の測定回路の電圧及び電流値の経過を示す図（実施例（１））本発明の第１の実施形態に係る電池システムを示す構成ブロック図（実施例（２））本発明の第１の実施形態に係り、放電中にセル間断線した場合の測定回路の電圧値の経過を示す図（実施例（２））本発明の第１の実施形態に係る電池システムを示す構成ブロック図（実施例（３））本発明の第１の実施形態に係り、放電中にセル間断線した場合の測定回路の電圧値の経過を示す図（実施例（３））本発明の第２の実施形態に係る電池システムを示す構成ブロック図本発明の第２の実施形態に係り、充電中にセル間断線した場合の測定回路の電圧及び電流値の経過を示す図本発明の第３の実施形態に係る電池システムを示す構成ブロック図従来技術の電池システム例を示す構成ブロック図（ａ）、及び放電中にセル間断線した場合の従来技術に係る測定回路の電圧及び電流値の経過を示す図（ｂ）従来技術の電池システム例を示す構成ブロック図（ａ）、及び充電中にセル間断線した場合の従来技術に係る測定回路の電圧及び電流値の経過を示す図（ｂ）

[本実施形態]
[１．第１の実施形態（放電）]
　次に、本実施形態に係る第１の実施形態の電池システムを、図１～６を参照して以下に説明する。なお、下記で示す電池の数、モジュールの数、セル電圧は任意であるもとし、図１～６のような形態に限定するものではない。

[１．１．実施例（１）]
　まず、第１の実施形態に係る電池システムの実施例（１）を、図１及び２を参照して以下に説明する。図１は、第１の実施形態に係る実施例（１）の構成ブロック図であり、図２は、図１の構成を有する電池システムにおいて、モジュール内のセル間の接続が断線した場合の電池電圧測定回路に加わる電圧及び電流値の経過を示すグラフである。

　従来技術で示したように、図１の構成ブロック図では、各々電池１を有する１０個のセルが直列に接続されるモジュールが配設されており、このモジュールは１０個直列に接続されている。なお、ここでは、図１０に基づき上述した従来技術と同様に、各セルの電圧が３．６Ｖであるリチウム電池を使用したケースを例にとる。

　モジュール内には、当該モジュールが有する各セルの電圧を測定する電池電圧測定回路２が備えられ、各セルの電池１がこの電池電圧測定回路２にセル電圧検出線を通じて接続されている。電池電圧測定回路２は、ディスクリート素子で構成した回路とＩＣ化した回路を有している。

　この電池電圧測定回路２には、また、アノードがモジュール内の低電位側のセルに接続され、カソードがモジュール内の高電位側のセルに接続される逆電圧保護用ダイオード３が、当該測定回路２の電源供給路中に配設されている。なお、この逆電圧保護用ダイオード３は、同時に、アノードを電池電圧測定回路２の駆動電源の負極に接続し、カソードを当該測定回路２の駆動電源の正極に接続する。

　さらに、電池電圧測定回路２の電源供給路には、過電流保護素子であるヒューズ４が設けられている。なお、ヒューズ４の溶断特性として定格電流値は、逆電圧保護用ダイオード３の許容電流値や回路を実装している印刷パターンの許容電流値よりも小さく設定し、かつ、電池電圧測定回路２の消費電流では溶断しないような値に設定する。すなわち、このような定格電流値の条件を満たすヒューズ４を選択する。

　また、モジュール内の各セルの電池１と電池電圧測定回路２とを繋ぐ電圧検出線には、それぞれ当該電圧検出線の短絡防止用の抵抗５が配設されており、電池電圧測定回路２のＩＣ内部には、図示しないが入力保護用ダイオードが設けられている。

　以上のような構成を有する電池システムでは、放電中において、モジュール内のセル間の接続が断線した場合には、図２に示すように、電池電圧測定回路２に接続された逆電圧保護用ダイオード３により、この測定回路２に逆電圧保護用ダイオード３の順方向の電圧（約－０．７Ｖ）が加わるのみで、当該測定回路２の耐電圧を超える電圧はかからない。

　また、溶断の瞬間における電流値のぶれはあるが、図１のように流れる放電電流により瞬時に過電流保護素子であるヒューズ４が溶断するため、電池電圧測定回路２内や回路を実装する印刷基板のパターン内を過電流が流れることはない（０Ａ）。そのため、回路部品や印刷パターン等の発熱、発煙、発火を防止することができる。

　さらに、電池電圧測定回路２内の各セル電圧入力回路（図示しない）と電池１との間に配設された短絡防止用の抵抗５と測定回路２内の入力保護ダイオード（図示しない）により、測定回路２への入力が当該測定回路２の電源電圧を超えることはないので、ラッチアップを防止することができる。そのため、回路部品や印刷パターン等の発熱、発煙、発火を抑制できるので、セル間の断線を修復することで、破壊されていない電池電圧測定回路２を再使用することが可能となる。

[１．２．実施例（２）]
　次に、第１の実施形態に係る電池システムの実施例（２）を、図３及び４を参照して以下に説明する。図３は、第１の実施形態に係る実施例（２）の構成ブロック図であり、図４は、図３の構成を有する電池システムにおいて、モジュール内のセル間の接続が断線した場合の電池電圧測定回路に加わる電圧及び電流値の経過を示すグラフである。

　図３の構成ブロック図では、図１の電池電圧測定回路２の電源供給路に備えた過電流保護素子であるヒューズ４の代わりに、順方向が電池電圧測定回路２に電源を供給する方向のダイオード６を配設している。なお、図３の通り、このダイオード６は、セル間の接続が断線した場合に生じる過電流（放電電流）を阻止する方向を当該ダイオード６の順方向として配置されている。

　このような、構成を有する電池システムによれば、放電中において、モジュール内のセル間の接続が断線した場合には、図４に示すように、実施例（１）と同様、電池電圧測定回路２に接続された逆電圧保護用ダイオード３によりダイオード３の順方向の電圧（約－０．７Ｖ）が加わるのみで、この測定回路２に当該測定回路２の耐電圧を超える電圧はかからない。

　また、ヒューズの代わりに配設した、順方向が断線により生じる放電電流等の過電流を阻止する方向のダイオード６により、逆方向、すなわち過電流が流れる方向に電流が流れることはないため、回路部品や印刷パターン等の発熱、発煙、発火を防止することができる。また、図１及び２のような、過電流保護素子であるヒューズ４を使用した場合と異なり、セル間の接続が断線した瞬時においても電池電圧測定回路２内には過電流が流れない。そのため、一般的に電池電圧測定回路２は低消費電流であることから、この測定回路２を実装する印刷パターンを細線で引くことが可能となり、小型高密度に実装できる。

　なお、モジュール内のセル間の接続が断線しても電池電圧測定回路２のＩＣが破壊されるわけではないので、セル間の断線を修復することにより電池電圧測定回路２を再使用することが可能である。

［１．３．実施例（３）］
　次に、第１の実施形態に係る電池システムの実施例（３）を、図５及び６を参照して以下に説明する。図５は、第１の実施形態に係る実施例（３）の構成ブロック図であり、図６は、図５の構成を有する電池システムにおいて、モジュール内のセル間の接続が断線した場合の電池電圧測定回路に加わる電圧及び電流値の経過を示すグラフである。

　図５の構成ブロック図では、図３の電池電圧測定回路２の電源供給路に備えたダイオード６に対して抵抗７を並列に配設している。それ以外は、図３の構成ブロック図と同じである。なお、ダイオード６と並列に接続する抵抗７として、電池電圧測定回路２の動作に必要な電流が流れる場合に、ダイオード６の順方向の電圧より少ない電圧降下を実現可能なものを選択する。

　このような構成を有する電池システムによれば、放電中において、モジュール内のセル間の接続が断線した場合には、図６に示すように、実施例（１）及び（２）と同様、電池電圧測定回路２に接続された逆電圧保護用ダイオード３によりダイオード３の順方向の電圧（約－０．７Ｖ）が加わるのみで、この測定回路２の耐電圧を超える電圧はかからない。

　また、図７のように、逆方向の電流を流させないダイオード６に対して並列に抵抗７を設けることにより、放電中においてもこの抵抗７を介して微量の放電電流を他のモジュールへ流すことが可能となる。そのため、電池電圧測定回路２が単一のＩＣから構成される場合であっても、電池システム全体の駆動を中断させることはない。

[２．第２の実施形態（充電）]
　次に、本実施形態に係る第２の実施形態の電池システムを、図７及び８を参照して以下に説明する。図７は、第２の実施形態に係る構成ブロック図であり、図８は、図７の構成を有する電池システムにおいて、モジュール内のセル間の接続が断線した場合の電池電圧測定回路に加わる電圧及び電流値の経過を示すグラフである。なお、下記で示す電池の数、モジュールの数、セル電圧は任意であるもとし、図７及び８のような形態に限定するものではない。また、上記第１の実施形態において使用した構成には、同一の符号を付す。

　従来技術の図１１で示したように、図７の構成ブロック図では、各々電池１を有する１０個のセルが直列に接続されたモジュールが配設されており、さらに、このモジュールが１０個直列に接続され、充電器８に繋がっている。なお、ここでは、第１の実施形態と同様に、各セルの電圧が３．６Ｖであるリチウム電池を使用した場合を例にとる。

　モジュール内には、前記第１の実施形態と同様に、当該モジュールが有する各セルの電圧を測定する電池電圧測定回路２が備えられ、各セルが有する電池１が当該電池電圧測定回路２にセル電圧検出線を通じて接続されている。この電池電圧測定回路２には、アノードがモジュール内の低電位側のセルに接続され、カソードがモジュール内の高電位側のセルに接続される過電圧保護用ツェナーダイオード９が、当該測定回路２の電源供給路中に配設されている。この過電圧保護用ツェナーダイオード９は、同時に、アノードを電池電圧測定回路２の駆動電源の負極に接続し、カソードを当該測定回路２の正極に接続する。

　なお、図８の通り、断線時には、電池電圧測定回路２の電源供給路であるツェナーダイオード９までの配線とツェナーダイオード９の誘導成分によりピーク電圧が生じるため、このピーク電圧が、電池電圧測定回路２を構成するディスクリート部品の耐電圧を超えないようなツェナーダイオード９を使用する。また、このツェナーダイオード９として、モジュール内の通常の最高電位以上のツェナー電圧になるものを採用する。

　さらに、第１の実施形態と同様に、この電池電圧測定回路２の電源供給路には、過電流保護素子であるヒューズ４が設けられている。なお、ヒューズ４の溶断特性として定格電流値は、ツェナーダイオード９の許容電流値や回路を実装している印刷パターンの許容電流値よりも小さく設定し、かつ、電池電圧測定回路２の消費電流では溶断しないような値に設定する。すなわち、このような定格電流値の条件を具備するヒューズ４を採用する。

　また、モジュール内の各セルの電池１と電池電圧測定回路２とを繋ぐ電圧検出線には、各々短絡防止用の抵抗５が配設されており、電池電圧測定回路２のＩＣ内部に、図示しないが入力保護用ダイオードが設けられている。

　以上のような構成を有する電池システムでは、充電中において、モジュール内のセル間の接続が断線した場合には、図８に示すように、電池電圧測定回路２に接続された過電圧保護用ツェナーダイオード９によりツェナー電圧が加わるのみで、この測定回路２には当該測定回路２の耐電圧を超える電圧はかからない。

　さらに、図７のように、電池電圧測定回路２の電源供給路を流れる過電流（充電電流）により瞬時に過電流保護端子であるヒューズ４が溶断するため、電池電圧測定回路２に加わる電圧はなくなり（０Ｖ）、かつ、電池電圧測定回路２内や回路を実装する印刷基板のパターン内を過電流が流れなくなる（０Ａ）。そのため、回路部品や印刷パターン等が発熱、発煙、発火することはない。

[３．第３の実施形態（充放電）]
　次に、本実施形態に係る第３の実施形態の電池システムを、図９を参照して以下に説明する。図９は、第３の実施形態に係る構成ブロック図であり、上記第１及び２の実施形態において使用した構成には、同一の符号を付す。また、下記で示す電池の数、モジュールの数、セル電圧は任意であるもとし、図９のような形態に限定するものではない。

　図９の構成ブロック図では、第１及び２の実施形態と同様に、各々電池１を有する１０個のセルが直列に接続されたモジュールが配設されており、このモジュールが１０個直列に接続され、充電器８に繋がっている。なお、ここでは、第１及び２の実施形態と同様に、各セルの電圧が３．６Ｖであるリチウム電池を使用した場合を例にとる。

　モジュール内には、当該モジュールが有する各セルの電圧を測定する電池電圧測定回路２が備えられ、各セルの電池１が当該電池電圧測定回路２にセル電圧検出線を通じて接続されている。この電池電圧測定回路２には、アノードがモジュール内の低電位側のセルに接続され、カソードがモジュール内の高電位側のセルに接続される過電圧保護用ツェナーダイオード９が、当該測定回路２の電源供給路中に配設されている。この過電圧保護用ツェナーダイオード９は、同時に、アノードを電池電圧測定回路２の駆動電源の負極に接続し、カソードを当該測定回路２の正極に接続する。

　なお、断線時には、電池電圧測定回路２の電源供給路であるツェナーダイオード９までの配線とツェナーダイオード９の誘導成分によりピーク電圧が生じるため、このピーク電圧が、電池電圧測定回路２を構成するディスクリート部品の耐電圧を超えないようなツェナーダイオード９を使用する。また、このツェナーダイオード９として、モジュール内の通常の最高電位以上のツェナー電圧になるものを採用する。

　さらに、この電池電圧測定回路２の電源供給路には、過電流保護素子であるヒューズ４と、過電流阻止用のダイオード６と当該ダイオード６に対して並列に接続された抵抗７とが配設されている。図９では、ヒューズ４を、ダイオード６と並列に接続された抵抗７から構成される回路に対して、電池１側に配設しているが、この配置に特に限定するものではなく、電池電圧測定回路２側に設ける態様も本実施形態では包含する。

　なお、このヒューズ４の溶断特性として定格電流値は、ツェナーダイオード９の許容電流値や回路を実装している印刷パターンの許容電流値よりも小さく設定し、かつ、電池電圧測定回路２の消費電流では溶断しないような値に設定する。すなわち、このような定格電流値の条件を具備するヒューズ４を採用する。

　また、ダイオード６は、電池電圧測定回路２に電源を供給する方向に当該ダイオード６の順方向があるよう配置される。すなわち、このダイオード６は、放電時における過電流を阻止する方向を順方向として配設されている。なお、ダイオード６と並列に接続する抵抗７は、電池電圧測定回路２の動作に必要な電流が流れる場合に、ダイオード６の順方向の電圧より少ない電圧降下を実現可能なものを選択する。

　以上のような構成を有する電池システムでは、放電中において、モジュール内のセル間の接続が断線した場合には、電池電圧測定回路２に接続された過電圧保護用ツェナーダイオード９によりサージ電圧を吸収し、このツェナーダイオード９の順方向の電圧が加わるのみで、電池電圧測定回路２に当該測定回路２の耐電圧を超える電圧はかからない。

　また、逆方向の電流を流させないダイオード６により過電流を阻止すると共に、このダイオード６に対して並列に抵抗７を設けることにより、放電中においてもこの抵抗７を介して微量の放電電流を他のモジュールへ流すことが可能となる。そのため、電池電圧測定回路２が単一のＩＣから構成される場合であっても、電池システム全体の駆動を中断させることはない。

　なお、電池電圧測定回路２内のＩＣの各セル電圧入力回路（図示しない）と電池１を繋ぐ電圧検出線に配設された抵抗５と、電池電圧測定回路２のＩＣ内の入力保護ダイオード（図示しない）によりＩＣへの入力がＩＣの電源電圧を超えることはないため、ラッチアップが生じることはない。そのため、回路部品や印刷パターン等の発熱、発煙、発火を防止することができるので、セル間の断線を修復することで、破壊されていない電池電圧測定回路２を再使用することが可能となる。

　一方、充電中において、モジュール内のセル間の接続が断線した場合には、電池電圧測定回路２に接続された過電圧保護用ツェナーダイオード９によりツェナー電圧が加わるのみで、この測定回路２に当該測定回路２の耐電圧を超える電圧はかからない。さらに、断線により生じた過電流（充電電流）により瞬時に過電流保護端子であるヒューズ４が溶断するため、電池電圧測定回路２に加わる電圧はなくなり、かつ、電池電圧測定回路２内や回路を実装する印刷基板のパターン内を過電流が流れなくなる。そのため、回路部品や印刷パターン等が発熱、発煙、発火することはない。

［他の実施形態］
　なお、本発明は、上記のような過電流保護素子としてヒューズを使用した実施形態に限定するものではなく、このヒューズの代わりに、導電性高分子を用いたポリスイッチのような自己復帰型過電流保護素子を使用する実施形態も包含する。これにより、ヒューズを使用した場合では、一旦溶断してしまうと交換するまで当該ヒューズを使用できなくなっていたのに対し、自己復帰型過電流保護素子としてポリスイッチを使用することにより、交換せずとも繰り返しに使用することが可能となる。

　また、本発明は、上記のような過電圧保護用のツェナーダイオードを使用した実施形態に限定するものではなく、このツェナーダイオードの代わりに、金属酸化物バリスタを使用した実施形態も包含する。この金属酸化物バリスタを使用することにより、モジュール内のセル間の断線により生じる突発的な高電圧から電池電圧測定回路２を保護することが可能となる。なお、この金属酸化物バリスタは、その端子電極が電池電圧測定回路の駆動電源の正極と負極にそれぞれ接続されることで、ツェナーダイオードと同様に作用する。

　なお、本発明は、上記のような、モジュール内のセル間の接続が断線された場合の当該測定回路の耐電圧を超える電圧の負荷を防止する実施形態に限定するものではなく、モジュール間の電流線が断線した場合における実施形態も包含する。すなわち、モジュール内のセル間ではなく、モジュール間の電流線が断線した場合であっても、上記第１～３の実施形態の通り、逆電圧保護用ダイオード又は過電圧保護用ツェナーダイオードにより、電池電圧測定回路に加わる電圧を当該測定回路の耐電圧より低くすることができる。

符号の説明

１…電池
２…電池電圧測定回路
３…逆電圧保護用ダイオード
４…ヒューズ
５…抵抗
６…ダイオード
７…抵抗
８…充電器
９…過電圧保護用ツェナーダイオード

Claims

　１以上のモジュールが直列に接続された電池システムにおいて、
　前記各モジュールは、
　直列に接続された複数の電池と、
　前記各電池の電圧を測定する電圧測定回路と、
　前記電圧測定回路に接続された過電流保護部と、
　カソードが前記電圧測定回路の駆動電源の正極に、アノードが前記電圧測定回路の駆動電源の負極に接続された逆電圧保護用ダイオードと、
　を備えることを特徴とする電池システム。
　１以上のモジュールが直列に接続された電池システムにおいて、
　前記各モジュールは、
　直列に接続された複数の電池と、
　前記各電池の電圧を測定する電圧測定回路と、
　前記電圧測定回路に接続された過電流保護部と、
　カソードが前記電圧測定回路の駆動電源の正極に、アノードが前記電圧測定回路の駆動電源の負極に接続された過電圧保護用ツェナーダイオードと、
　を備えることを特徴とする電池システム。
　１以上のモジュールが直列に接続された電池システムにおいて、
　前記各モジュールは、
　直列に接続された複数の電池と、
　前記各電池の電圧を測定する電圧測定回路と、
　前記電圧測定回路に接続された過電流保護部と、
　前記電圧測定回路の駆動電源の正極と負極に端子電極がそれぞれ接続された金属酸化物バリスタと、
　を備えることを特徴とする電池システム。
　前記過電流保護部は、ヒューズからなることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の電池システム。
　前記過電流保護部は、自己復帰型の過電流保護素子からなることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の電池システム。
　前記過電流保護部は、ダイオードであり、
　当該ダイオードの順方向が、過電流を阻止する方向であることを特徴とする請求項１に記載の電池システム。
　前記ダイオードに対して並列に抵抗が接続されたことを特徴とする請求項６に記載の電池システム。
　１以上のモジュールが直列に接続された電池システムにおいて、
　前記各モジュールは、
　直列に接続された複数の電池と、
　前記各電池の電圧を測定する電圧測定回路と、
　前記電圧測定回路に接続された過電流保護素子と、
　前記過電流保護素子と直列に接続され、順方向が過電流を阻止する方向のダイオードと、
　前記ダイオードに対して並列に接続された抵抗と、
　カソードが前記電圧測定回路の駆動電源の正極に、アノードが前記電圧測定回路の駆動電源の負極に接続された過電圧保護用ツェナーダイオードと、
　を備えることを特徴とする電池システム。
　１以上のモジュールが直列に接続された電池システムにおいて、
　前記各モジュールは、
　直列に接続された複数の電池と、
　前記各電池の電圧を測定する電圧測定回路と、
　前記電圧測定回路に接続された過電流保護素子と、
　前記過電流保護素子と直列に接続され、順方向が過電流を阻止する方向のダイオードと、
　前記ダイオードに対して並列に接続された抵抗と、
　前記電圧測定回路の駆動電源の正極と負極に端子電極がそれぞれ接続された金属酸化物バリスタと、
　を備えることを特徴とする電池システム。
　前記過電流保護素子は、ヒューズからなることを特徴とする請求項８又は９に記載の電池システム。
　前記過電流保護素子は、自己復帰型であることを特徴とする請求項８又は９に記載の電池システム。
　前記各電池と前記電圧測定回路との間の電圧検出線に、短絡防止用の抵抗が配設されたことを特徴とする請求項１～３、８、９のいずれか１項に記載の電池システム。