WO2014109319A1 - 組電池装置、電池モジュール及び電池モジュールシステム - Google Patents

組電池装置、電池モジュール及び電池モジュールシステム Download PDF

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岳史 大澤
小杉　伸一郎
関野　正宏
須藤　孝
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株式会社東芝
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Definitions

  • Embodiments described herein relate generally to an assembled battery device, a battery module, and a battery module system.
  • an assembled battery device is used in which a battery group is configured by connecting a number of batteries in series, and the battery group is configured by connecting the battery groups in parallel.
  • a battery group is configured by connecting a number of batteries in series
  • the battery group is configured by connecting the battery groups in parallel.
  • the assembled battery device of the embodiment is an assembled battery device in which a plurality of batteries are connected in series, and the plurality of battery groups are connected in parallel.
  • the plurality of voltage detection lines of the assembled battery device are connected in parallel across the plurality of battery groups, terminals of the batteries having the same reference potential level among the batteries constituting the battery group.
  • the overcurrent prevention means is provided between the terminals of the battery. When an overcurrent occurs in any of the batteries, the overcurrent is transmitted to the other battery group other than the battery group to which the battery belongs through the voltage detection line. To prevent inflow.
  • the battery module of the embodiment is a battery module that configures an assembled battery device by connecting a plurality of battery modules in parallel.
  • the overcurrent interrupting means is configured such that when the basic battery units are connected in series and inserted into a plurality of voltage detection lines capable of measuring voltage for each basic battery unit, and the overcurrent flows through the voltage detection lines, the overcurrent Shut off.
  • the voltage buffer means is inserted into the voltage detection line and gradually matches the voltage of the basic battery unit constituting the other battery module with the voltage of the basic battery unit constituting the battery module.
  • FIG. 1 is a schematic configuration block diagram of an electric system of an electric forklift when the assembled battery system according to the first embodiment is mounted on the electric forklift.
  • FIG. 2 is a schematic configuration explanatory diagram of the sub battery pack module according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic configuration explanatory diagram of a basic cell unit constituting the sub battery pack module of the first embodiment.
  • FIG. 4 is an operation explanatory diagram when the basic cell unit constituting the sub battery pack module of the first embodiment is short-circuited.
  • FIG. 5 is a schematic configuration block diagram in the case where the battery module system of the second embodiment is applied to the electric system of the power backup system.
  • FIG. 6 is a configuration explanatory diagram of a sub battery pack module (battery pack module) of the second embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic configuration block diagram of an electric system of an electric forklift when the assembled battery system of the first embodiment is mounted on the electric forklift.
  • the electric system 10 of the electric forklift is broadly divided into a battery pack device 11 that supplies power for driving the electric forklift, and a forklift electric system unit 12 that performs the operation of charging the battery pack device 11 and receiving power from the battery pack device. And.
  • the battery pack device 11 includes a battery pack module 14 in which a plurality of sub battery pack modules 13 functioning as an assembled battery device are connected in parallel, and a battery management unit (BMU: Battery Management Unit) that monitors the state of each sub battery pack module 13. ) 15 and a battery control unit (BCU: Battery Control Unit) 16 that receives the signal from the BMU 15 and controls the battery pack device 11 as a whole, and operates with a drive signal of the BCU 16 when overcharge is detected (for example, when overvoltage is detected)
  • a fuse element 19 the unit 17 is blown in operation, and a.
  • the forklift electrical system unit 12 includes a vehicle control unit (ECU) 21 that controls the entire forklift electrical system unit 12, an inverter motor 22 that is driven under the control of the vehicle control unit 21, and a battery under the control of the vehicle control unit 21.
  • a contactor 23 that supplies power from the pack device 11 to the inverter motor 22, an interlock switch 24 that is turned on when the operator is in a correct driving operation position (for example, a correct seating position), and an operator key
  • a key switch 25 that is turned on by an operation, an auxiliary machine group 26 including auxiliary machines such as a headlamp, a warning horn, and a winker (direction indicator), and a power source for driving the auxiliary machine group 26 by an operator's key operation Is connected to an auxiliary machine group switch 27 and an external commercial power source (for example, a three-phase AC power source).
  • the interlock switch 24 is turned on. Subsequently, when the operator inserts a key and performs a key operation, the auxiliary device group switch 27 is first turned on, and operation of auxiliary devices such as a headlamp, a warning horn, and a winker (direction indicator) becomes possible. .
  • the key switch 25 is turned on. That is, when the interlock switch 24 and the key switch 25 are turned on, the inverter motor 22 can be started. Therefore, the vehicle control unit 21 turns on the contactor 23 to turn on the battery pack module 14 of the battery pack device 11. The stored power is supplied to the inverter motor 22.
  • the inverter motor 22 is driven, and the electric forklift is driven and operated by the operator.
  • an external commercial power source for example, a three-phase AC power source
  • the charging unit 28 to charge the battery pack module 14 constituting the battery pack device 11.
  • the overall control of the battery pack device 11 is performed by the battery control unit 16, and the charge / discharge control of the sub battery pack module 13 is performed by the battery management unit 15.
  • the battery control unit 16 that has detected the overvoltage turns on the two relay units that constitute the power cutoff control relay unit 17.
  • the fuse element 19 is blown by an overcurrent.
  • the sub battery pack module 13 is, for example, a lithium ion battery having a performance of 48V, 400Ah, considering replacing a lead storage battery having a maximum charge voltage of 60V and a minimum discharge voltage of 30V. It is desirable to function. Therefore, in the present embodiment, the sub-battery pack module 13 is configured using a 20 Ah-2.8 V lithium ion battery.
  • the structure of the lithium ion battery which comprises the battery pack apparatus 11 is demonstrated.
  • the lithium ion battery is designed so that the operating voltage range is the same as that of the conventional lead storage battery, and the battery pack device 11 is configured using the lithium ion battery. That is, a battery pack device 11 is configured by designing a lithium ion battery having a lower limit SOC (State Of Charge) corresponding to a discharge end voltage equivalent to that of a lead storage battery. As a result, according to the battery pack device 11 of the present embodiment, it is possible to replace the lead-acid battery.
  • SOC State Of Charge
  • 21 batteries are connected in series from the voltage to constitute an assembled battery.
  • a non-aqueous electrolyte secondary battery including a negative electrode including a non-aqueous electrolyte including a non-aqueous solvent is configured.
  • the lead-acid battery is replaced using the lithium ion battery of the second aspect
  • 20 batteries are connected in series from the voltage to form an assembled battery.
  • the average particle size of the primary particles of the lithium titanium oxide is 1 ⁇ m or less
  • the specific surface area of the negative electrode layer by the BET method is 3 to 50 m 2. It is desirable to be in the range of / g.
  • the lithium titanium oxide may be represented by Li 4 + x Ti 5 O 12 (x is ⁇ 1 ⁇ x ⁇ 3) or Li 2 + x Ti 3 O 7 (x is ⁇ 1 ⁇ x ⁇ 3).
  • the titanium-containing metal composite oxide is a metal composite oxide containing at least one element selected from the group consisting of P, V, Sn, Cu, Ni and Fe and Ti. desirable.
  • FIG. 2 is a schematic configuration explanatory diagram of the sub battery pack module according to the first embodiment.
  • the case of 21 in series or 20 in series has been described.
  • a sub battery pack module 13 in which basic cell units are connected in 4 parallel 6 series (4P6S) is taken as an example.
  • P6S parallel 6 series
  • the battery group 32G is connected in parallel between the voltage detection line BSL1 and the voltage detection line BSL7.
  • the negative terminals of the four basic cell units 32 on the highest potential side constituting the basic cell unit group 32-1 having the same reference potential are connected in parallel to the voltage detection line BSL2. Has been.
  • the negative terminals of the four basic cell units 32 on the third highest potential side constituting the basic cell unit group 32-2 having the same reference potential are connected in parallel to the voltage detection line BSL3, and The negative terminals of the four next basic cell units 32 having the same potential are connected to the voltage detection line BSL3 in parallel to form a basic cell unit group 32-3 having the same reference potential.
  • the negative terminals of the four basic cell units 32 on the fourth high potential side are connected in parallel to the voltage detection line BSL4.
  • the negative terminals of the four basic cell units 32 on the third lowest potential side constituting the basic cell unit group 32-4 having the same reference potential are connected in parallel to the voltage detection line BSL5.
  • the negative terminals of the four basic cell units 32 on the second lowest potential side constituting the basic cell unit group 32-5 having the same reference potential are connected in parallel to the voltage detection line BSL6.
  • the negative terminals of the four basic cell units 32 on the lowest potential side constituting the basic cell unit group 32-6 having the same reference potential are connected in parallel to the voltage detection line BSL7.
  • the basic cell unit 32 belongs via the voltage detection lines BSL2, BSL3, BSL5, BSL6.
  • an overcurrent prevention unit BR is provided between the negative terminals of the basic cell unit 32.
  • the overcurrent prevention unit BR is inserted between the negative terminals of the basic cell unit 32, and is connected in parallel with the fuse F1 as a current interrupting element that is in a cutoff state at the time of overcurrent, and the fuse F1 is in a cutoff state (
  • a resistor R1 that constitutes a voltage detection circuit to transmit a voltage signal to the battery voltage detection unit BS while suppressing the current flowing through the voltage detection lines BSL2, BSL3, BSL5, BSL6 It has.
  • the resistor R1 maintains electrical connection, and the battery cell voltage detector BS can normally measure the voltage of the basic cell unit 32 without causing an assumed overcurrent. As described above, the resistance value (high resistance value) is determined.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram of a schematic configuration of the basic cell unit constituting the sub battery pack module.
  • the basic cell unit 32 uses two lithium ion batteries 31 and connects them in parallel.
  • the lithium ion battery 31 is configured as a rectangular flat nonaqueous electrolyte secondary battery that is housed in a thin aluminum can having a rectangular parallelepiped shape with the positive electrode and the negative electrode wound around a separator.
  • a positive electrode terminal, a negative electrode terminal, and a gas discharge valve for preventing an increase in internal pressure are provided on the same surface of the upper surface of the aluminum can.
  • the basic cell unit 32 functions as one lithium ion battery.
  • the battery group 32G is configured by connecting six basic cell units 32 in series.
  • the sub battery pack module 13 is configured by connecting four battery groups 32G in parallel. Therefore, the sub battery pack module 13 functions as a lithium ion battery 31 in which lithium ion batteries 31 are connected in parallel 2 to 6 in series and further connected in parallel 4 (8p6s).
  • the battery voltage detection unit BS measures the voltage of the basic cell unit group 32-1 via the voltage detection line BSL1 and the voltage detection line BSL2.
  • the battery voltage detection unit BS measures the voltage of the basic cell unit group 32-2 via the voltage detection line BSL2 and the voltage detection line BSL3. At this time, since all the basic cell units 32 are operating normally, all the fuses F1 constituting the overcurrent prevention unit BR in the voltage detection line BSL2 remain in the conductive state.
  • the resistor R1 connected in parallel to each fuse F1 is equivalent to the case where it is not connected, and the battery voltage detection unit BS is basically connected via the voltage detection line BSL2 and the voltage detection line BSL3.
  • the voltage of the cell unit group 32-2 is measured and notified to the battery management unit 15.
  • the battery voltage detection unit BS measures the voltage of the basic cell unit group 32-3 via the voltage detection line BSL3 and the voltage detection line BSL4, notifies the battery management unit 15 of the voltage, and detects the voltage detection line BSL4 and The voltage of the basic cell unit group 32-4 is measured via the voltage detection line BSL5 and notified to the battery management unit 15, and the voltage of the basic cell unit group 32-5 is sent via the voltage detection line BSL5 and the voltage detection line BSL6. Is measured and notified to the battery management unit 15, the voltage of the basic cell unit group 32-6 is measured via the voltage detection line BSL 6 and the voltage detection line BSL 7, and notified to the battery management unit 15.
  • the battery management unit 15 can grasp the charge state (or the discharge state) of the basic cell unit 32 constituting the sub battery pack module 13 and thus the lithium ion battery 31.
  • FIG. 4 is an operation explanatory diagram when the basic cell unit constituting the sub battery pack module is short-circuited.
  • FIG. 4 when the basic cell unit 32 ⁇ / b> X is short-circuited, an overcurrent OC flows, and the left and right fuses F ⁇ b> 1 in FIG. 4 that are directly connected to the basic cell unit 32 ⁇ / b> X are in a cut-off state (blown state).
  • FIG. 4 which is directly connected to the basic cell unit 32 connected to the negative terminal of the basic cell unit 32X, the left and right fuses F1 are cut off (fused) by the overcurrent OC.
  • the overcurrent OC flows into the voltage detection line BSL7 via the two basic cell units 32 connected in series to the negative electrode terminal of the basic cell unit 32X, and between the voltage detection line BSL4 and the voltage detection line BSL7.
  • the overcurrent OC flows through all the basic cell units 32 (including the basic cell unit 32X) arranged in (1).
  • the fuse F1 is cut off due to the basic cell unit 32X (battery)
  • the basic cell unit 32 constituting the battery group 32G is charged at a constant voltage. Therefore, the basic cell unit 32 constituting the battery group 32G connected in parallel to the battery group 32G to which the basic cell unit 32X (battery) belongs is not overcharged by this constant voltage charging.
  • the number of batteries constituting each battery group 32G is set in consideration of the voltage of the basic cell unit 32 (battery) being set not to exceed the predetermined voltage, and the voltage detection without the fuse F1 and the resistor R1. Lines (voltage detection lines BSL1, BSL4, BSL7 in this embodiment) are arranged.
  • the basic cell unit 32 constituting the sub battery pack module 13 is divided into a plurality of cell modules (two cell modules in the case of FIGS. 2 and 4). If these are connected by a bus bar or the like that functions as a pair of voltage detection lines that are not provided with the fuse F1 and the resistor R1 constituting the overcurrent prevention unit BR, Even if one of the basic cell units is short-circuited, replacement can be performed in units of cell modules, and maintenance is facilitated.
  • each battery can be increased in capacity and voltage. It is possible to make the failure handling easier by locally suppressing the failure and suppressing the influence on the entire assembled battery device.
  • the present invention can be similarly applied if it is configured to include at least three voltage detection lines each including at least three lines and no current interrupting element and no resistance element.
  • FIG. 5 is a schematic configuration block diagram when the battery module system of the embodiment is applied to an electric system of a power backup system.
  • the electrical system 110 of the power backup system can be broadly divided into a battery module system 111 that supplies driving power for the load L, and when the battery module system 111 is charged and cannot be supplied with power from a commercial power source. , And a load 112 to which power is supplied as a backup target by the battery module system 111.
  • the battery module system 111 includes a battery pack module 114 in which a plurality of sub-battery pack modules 113 functioning as an assembled battery device are connected in parallel, the state of the battery pack module 114 is monitored, the battery pack 114, the load L, and the main power supply
  • a battery management unit (BMU) 115 for controlling the connection of the battery, an overcurrent protection fuse element 119 of the power line, and a switch 120 for connecting the battery pack module 14 to a load L described later.
  • the BMU 115 performs state monitoring and control of the load and the main power supply. However, these functions may be executed separately for the BMU and BCU (Battery Control Unit).
  • sub-battery pack modules 113 there are two types of sub-battery pack modules 113, and battery voltage detection for detecting the voltage of a later-described basic battery unit constituting sub-battery pack modules 113 connected in parallel via a voltage detection line.
  • the battery voltage detection unit BS is disposed outside the battery pack module, and all the sub battery pack modules are provided with the connection board CB. It is also possible to configure as a pack module 113S.
  • sub battery pack module 113M provided with a battery voltage detection unit BS, and only this sub battery pack 113M is directly connected to the battery management unit 115. Further, there are a plurality (9 in FIG. 5) of sub battery pack modules 113S provided with the connection board CB, and each connection board CB is serially connected to the battery voltage detection unit BS.
  • the load 112 receives power supply from the commercial AC power supply 121 (single phase or three phase), performs AC / DC power conversion, charges the battery module system 111, and supplies power to the load L.
  • a main power supply 122 is provided.
  • the main power supply 122 receives power supply from the commercial AC power supply 121, performs AC / DC power conversion, charges the battery module system 111, and supplies power to the load L. .
  • the load 112 can continue to operate.
  • the fuse element 119 Fusing due to overcurrent caused by. Further, when an overcurrent flows to the sub battery pack module for some reason (for example, an external short circuit), fuse element 119 is blown by the overcurrent.
  • the battery module system 111 can be reduced in size and weight.
  • the sub-battery pack module 113 is configured using a lithium ion battery of 20 Ah-rated voltage 2.4V.
  • the structure of the lithium ion battery which comprises the battery module system 111 is demonstrated.
  • a load L using a lead-acid battery with an average operating voltage of 48V has been required to operate up to a maximum charge voltage of 60V and a minimum discharge voltage of about 30V, which is the lower limit performance of the load L.
  • the lithium ion battery is designed so that the operating voltage range is the same as that of the conventional lead storage battery, and the battery module system 111 is configured using the lithium ion battery. That is, a battery module system 111 is configured by designing a lithium ion battery having a lower limit SOC (State Of Charge) corresponding to a discharge end voltage equivalent to that of a lead storage battery. As a result, according to the battery module system 111 of the present embodiment, it is possible to replace the lead storage battery.
  • SOC State Of Charge
  • 21 batteries are connected in series from the voltage to constitute an assembled battery.
  • a non-aqueous electrolyte secondary battery including a negative electrode including a non-aqueous electrolyte including a non-aqueous solvent is configured.
  • the lead-acid battery is replaced using the lithium ion battery of the second aspect
  • 20 batteries are connected in series from the voltage to form an assembled battery.
  • the average particle size of the primary particles of the lithium titanium oxide is 1 ⁇ m or less
  • the specific surface area of the negative electrode layer by the BET method is 3 to 50 m 2. It is desirable to be in the range of / g.
  • the lithium titanium oxide may be represented by Li 4 + x Ti 5 O 12 (x is ⁇ 1 ⁇ x ⁇ 3) or Li 2 + x Ti 3 O 7 (x is ⁇ 1 ⁇ x ⁇ 3).
  • the titanium-containing metal composite oxide is a metal composite oxide containing at least one element selected from the group consisting of P, V, Sn, Cu, Ni and Fe and Ti. desirable.
  • FIG. 6 is a configuration explanatory diagram of a sub battery pack module (battery pack module) of the second embodiment.
  • a sub battery pack module battery pack module
  • lithium ion batteries are connected in series or 20 in series.
  • the basic battery is used by using the sub battery pack modules 113M and 113S in which three basic battery units 132 in which two lithium ion batteries 131 are connected in parallel are connected in series.
  • the battery pack module 114 in which the units 132 are connected in two parallel three series (2P3S) will be described as an example. Needless to say, the parallel number and the series number can be changed according to the required battery capacity and battery voltage.
  • the battery pack module 114 As shown in FIG. 6, two sets of three basic battery units 132 connected in series are connected in parallel between the high potential side power line PL1 and the low potential side power line NL1. Has been.
  • the basic battery unit 132 on the highest potential side is connected in parallel between the voltage detection line BS1L1 and the voltage detection line BS1L2. ing.
  • the basic battery unit 132 on the next higher potential side is connected in parallel between the voltage detection line BS1L2 and the voltage detection line BS1L3. ing.
  • the lowest-potential-side basic battery unit 132 is connected in parallel between the voltage detection line BS1L3 and the low-potential-side power supply line NL1. Has been.
  • connection substrate CB is disposed between the basic battery unit 32 constituting the sub battery pack module 113M and the basic battery unit 32 constituting the sub battery pack module 113S.
  • the voltage detection lines BSL11, BSL12, and BSL13 of the connection board CB function as overcurrent blocking means that blocks the overcurrent when an overcurrent flows through the voltage detection lines BSL11, BSL12, and BSL13, respectively.
  • the basic battery constituting the sub battery pack module 113S connected to the fuse F1 and the voltage of the basic battery unit 132 constituting the sub battery pack module 113M, which is another battery module, and the same voltage detection line A current limiting resistor R11 connected in series with a fuse F11 that functions as a voltage buffer means for gradually matching the voltages of the unit 132, a current limiting resistor R11 and a fuse F11 are connected in parallel, and from the current limiting resistor R11 And a resistor R12 having a large resistance value. .
  • the voltage detection line BSL11 can be connected to the high potential side power supply line PL1 via the switch C1 constituting the sub battery pack module 113M and the switch C2 constituting the sub battery pack module 113S. Yes.
  • the sub battery pack module 113M battery voltages that are respectively connected to the voltage detection lines BSL11, BSL12, BSL13 and detect the voltages of the basic battery units 132 connected to the same voltage detection line in all the sub battery pack modules 113.
  • the detection unit BS1 is provided on the voltage monitoring board BS1B. The voltage detection result of the battery voltage detection unit BS1 is notified to the battery management unit 15 as the voltage detection result of all the sub battery pack modules 113 as a whole.
  • the voltage monitoring board BS1B transmits voltage information to the BMU based on the detection result of the battery voltage detection unit BS1, and when the power can be supplied from the battery pack module 114, the BMU switches to the switch 120. Is closed, the battery pack module 114 is connected to the main power supply 122 side, and power is supplied from the battery pack module 114 to the load 112 side.
  • the sub battery pack modules 113M and 113S can be replaced in units of the sub battery pack modules 113M and 113S depending on the lifetime or failure.
  • the connection board CB is not provided in the sub-battery pack module 113S, the battery voltage of the sub-battery pack module 113 newly incorporated in the battery pack module 114 is different from that already incorporated in the battery pack module 114.
  • the sub-battery pack module 113 when there is a difference from the sub-battery pack module 113, when a current suddenly flows from the sub-battery pack module 113 having a high battery voltage to the sub-battery pack module 113 having a low battery voltage, and electrical connection is made. There is a risk of arc discharge.
  • the sub battery pack module 113S is first connected to the sub battery with a high battery voltage via the fuse F11 and the current limiting resistor R11 connected in series with the fuse F11.
  • a current tends to flow from the battery pack module 113 (for example, the sub battery pack module 113M) to the sub battery pack module 113 (for example, the sub battery pack module 113S) having a low battery voltage.
  • current gradually flows through the fuse F11 and the current limiting resistor R11, and eventually reaches an equilibrium state (when the battery voltage change amount per unit time becomes equal to or less than the predetermined change amount).
  • the voltage monitoring board BSB transmits voltage information to the BMU 15 and power can be supplied from the battery pack module 114, and the BMU 115 20 is closed, the battery pack module 14 is connected to the main power supply 22 side, and power is supplied from the battery pack module 114 to the load L side.
  • the voltage monitoring board BSB assumes that the power can be supplied from the battery pack module 114, the switch 20 is closed, and the battery The pack module 114 is connected to the main power supply 22 side, and power is supplied from the battery pack module 114 to the load L side.
  • the voltage gradually decreases via the resistor R12.
  • the BMU determines the abnormality and opens the switch 20. State.
  • the current value of the current to flow into the sub battery pack module 113 having a low battery voltage is regulated (via the fuse F11 and the current limiting resistor R11 or the resistor R12). Therefore, when the sub battery pack module 113 is replaced, the battery voltage of the sub battery pack module 113 newly incorporated into the battery pack module 114 and other sub battery packs already incorporated in the battery pack module 114 are effectively reduced. This is equivalent to the case where the potential difference between the module 113 and the module 113 is small, and there is no possibility of arc discharge or the like when electrical connection is made. In addition, an abnormal voltage drop can be detected.
  • the apparatus can be configured at low cost. .
  • the sub battery pack module when a battery is formed by connecting multiple batteries in series or in parallel to form an assembled battery, the sub battery pack module can be Even when replacement is performed due to deterioration, failure, etc., it can be performed easily and safely, and maintenance is improved.
  • the number of voltage detection lines is three.
  • the number of series of basic battery units 132 increases, it is possible to provide voltage detection lines according to the number of series. Needless to say.

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Abstract

　実施形態の組電池装置は、複数の電池が直列接続された電池群を構成し、複数の電池群を並列接続した組電池装置である。組電池装置の複数の電圧検出線は、電池群を構成している電池のうち、基準電位レベルが互いに同等な電池の端子を、複数の電池群に跨って並列接続している。そして、過電流防止手段は、電池の端子間に設けられ、いずれかの電池において過電流が発生した場合に、電圧検出線を介して当該電池が属する電池群以外の他の電池群へ過電流が流れ込むのを防止する。

Description

組電池装置、電池モジュール及び電池モジュールシステム
　本発明の実施形態は、組電池装置、電池モジュール及び電池モジュールシステムに関する。
　従来、リチウムイオン電池（ＬＩＢ）を産業機器や車載用機器に適用するには、１セルでは電圧が低いため、必ず多直列にセルをつなぎ合わせて、組電池を形成する必要があった（例えば、特許文献１参照）。
　一方、産業向けには平均作動電圧４８Ｖ程度の鉛蓄電池を用いた中大型電動機器が多数存在する。
　近年、鉛蓄電池からより高性能なリチウムイオン電池に電池を切り替える動きが活発になってきているが、例えば平均作動電圧が４８Ｖの中大型電動機器では、最大充電電圧が６０Ｖ、放電終止電圧（最小放電電圧）がそのモーターの下限性能の３０Ｖ程度まで稼動することが要求される。
特開２００９－２７７６４７号公報
　ところで、大電力供給の要求に応えるため、組電池を駆動電源あるいは補助電源に利用するシステムにおいては、高性能化及び使用可能時間の長時間化を目的として、高容量化の要望が高くなってきている。
　このための手法として、電池を多数、直列に接続して電池群を構成し、この電池群を並列接続することにより組電池を構成した組電池装置が用いられている。
　一方、大容量化、高電圧化に伴い、故障時の影響を極力低減するため、故障対応のより一層の容易化が望まれている。
　実施形態の組電池装置は、複数の電池が直列接続された電池群を構成し、複数の電池群を並列接続した組電池装置である。
　組電池装置の複数の電圧検出線は、電池群を構成している電池のうち、基準電位レベルが互いに同等な電池の端子を、複数の電池群に跨って並列接続している。
　そして、過電流防止手段は、電池の端子間に設けられ、いずれかの電池において過電流が発生した場合に、電圧検出線を介して当該電池が属する電池群以外の他の電池群へ過電流が流れ込むのを防止する。
　また、実施形態の電池モジュールは、複数の電池モジュールを並列接続して組電池装置を構成する電池モジュールである。
　過電流遮断手段は、基本電池ユニットが直列接続され、各基本電池ユニット毎に電圧測定が可能な複数の電圧検出線に挿入され、当該電圧検出線を過電流が流れた場合に、当該過電流を遮断する。
　電圧緩衝手段は、電圧検出線に挿入され、他の電池モジュールを構成している基本電池ユニットの電圧と、当該電池モジュールを構成している基本電池ユニットの電圧を徐々に一致させる。
図１は、第１実施形態の組電池システムを電動フォークリフトに搭載する場合における電動フォークリフトの電気系統の概要構成ブロック図である。 図２は、第１実施形態のサブバッテリパックモジュールの概要構成説明図である。 図３は、第１実施形態のサブバッテリパックモジュールを構成している基本セルユニットの概要構成説明図である。 図４は、第１実施形態のサブバッテリパックモジュールを構成している基本セルユニットが短絡した場合の動作説明図である。 図５は、第２実施形態の電池モジュールシステムを電源バックアップシステムの電気系統に適用した場合の概要構成ブロック図である。 図６は、第２実施形態のサブバッテリパックモジュール（バッテリパックモジュール）の構成説明図である。
　次に実施形態について図面を参照して説明する。
［１］第１実施形態
　図１は、第１実施形態の組電池システムを電動フォークリフトに搭載する場合における電動フォークリフトの電気系統の概要構成ブロック図である。
　電動フォークリフトの電気系統１０は、大別すると電動フォークリフトの駆動用電源を供給するバッテリパック装置１１と、バッテリパック装置１１の充電及びバッテリパック装置からの給電を受けた動作を行うフォークリフト電気系統部１２と、を備えている。
　バッテリパック装置１１は、組電池装置として機能する複数のサブバッテリパックモジュール１３が並列接続されたバッテリパックモジュール１４と、各サブバッテリパックモジュール１３の状態を監視するバッテリマネジメントユニット（ＢＭＵ：Ｂａｔｔｅｒｙ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　Ｕｎｉｔ）１５と、ＢＭＵ１５からの信号を受けバッテリパック装置１１全体の制御を行うバッテリコントロールユニット（ＢＣＵ：Ｂａｔｔｅｒｙ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ）１６と、過充電時（例えば、過電圧検出時）にＢＣＵ１６の駆動信号により動作する電源遮断制御用リレーユニット１７と、電源遮断制御用リレーユニットが動作した場合に発生する過電流を制限する電流制限抵抗１８と、過電流が流れた場合に、電源遮断制御用リレーユニット１７が動作して溶断されるヒューズ素子１９と、を備えている。
　フォークリフト電気系統部１２は、フォークリフト電気系統部１２全体を制御する車両制御部（ＥＣＵ）２１と、車両制御部２１の制御下で駆動されるインバータモータ２２と、車両制御部２１の制御下でバッテリパック装置１１からの電力をインバータモータ２２に供給するコンタクタ２３と、オペレータが正しい運転操作位置（例えば、正しい着座位置）にいることを検出してオン状態となるインターロックスイッチ２４と、オペレータのキー操作によりオン状態となるキースイッチ２５と、ヘッドランプ、警告ホーン、ウインカー（方向指示器）等の補機を備えた補機群２６と、オペレータのキー操作により補機群２６に駆動用の電源を供給する補機群用スイッチ２７と、外部の商用電源（例えば、三相交流電源）が接続されて、バッテリパック装置１１を構成しているバッテリパックモジュール１４の充電を行う充電部２８と、過電流が流れた場合に、バッテリパック装置１１の電源遮断制御用リレーユニット１７が動作して溶断されるヒューズ素子２９と、を備えている。
　ここで、電動フォークリフトの電気系統１０の概要動作について説明する。
　通常動作状態においては、オペレータが正しい運転操作位置に至ると、インターロックスイッチ２４がオン状態となる。
　続いて、オペレータがキーを挿入し、キー操作を行うと、まず補機群用スイッチ２７がオン状態となり、ヘッドランプ、警告ホーン、ウインカー（方向指示器）等の補機の操作が可能となる。
　続いてオペレータがキー操作を継続すると、キースイッチ２５がオン状態となる。すなわち、インターロックスイッチ２４及びキースイッチ２５がオン状態となると、インバータモータ２２が始動可能な状態となるので、車両制御部２１は、コンタクタ２３をオン状態として、バッテリパック装置１１のバッテリパックモジュール１４からインバータモータ２２に蓄電電力を供給する。
　この結果、インバータモータ２２は駆動状態となり、電動フォークリフトは駆動され、オペレータにより操作されることとなる。
　また、充電動作状態においては、充電部２８に外部の商用電源（例えば、三相交流電源）が接続されて、バッテリパック装置１１を構成しているバッテリパックモジュール１４の充電を行う。この場合において、バッテリパック装置１１全体の制御は、バッテリコントロールユニット１６によって行われ、サブバッテリパックモジュール１３の充放電制御は、バッテリマネジメントユニット１５により行われる。
　さらに、何らかの理由により電源供給ラインが過電圧状態になった場合には、過電圧を検出したバッテリコントロールユニット１６は、電源遮断制御用リレーユニット１７を構成する二つのリレーユニットをオン状態とする。
　電源遮断制御用リレーユニット１７を構成する二つのリレーユニットがオン状態となると、ヒューズ素子１９は、過電流により溶断される。
　この結果、バッテリコントロールユニット１６に対する電源供給も遮断され、電源遮断制御用リレーユニット１７を構成する二つのリレーユニットは再びオフ状態となる。
　したがって、この構成では、過電圧を遮断するコンタクタ等をフォークリフト運転時に大電流が流れるインバターモータ主電源に設ける必要が無いので、バッテリパック装置１１の小型化及び軽量化を図ることができる。
　ところで、上記バッテリパック装置１１の構成において、サブバッテリパックモジュール１３は、最大充電電圧６０Ｖ、最小放電電圧３０Ｖの鉛蓄電池を置き換えることを考えると、例えば、４８Ｖ、４００Ａｈの性能を有するリチウムイオン電池として機能することが望まれる。
　そこで、本実施形態は、２０Ａｈ－２．８Ｖのリチウムイオン電池を用いて、サブバッテリパックモジュール１３を構成している。
　ここで、バッテリパック装置１１を構成しているリチウムイオン電池の構成について説明する。
　従来、鉛蓄電池を用いた平均作動電圧が４８Ｖの中大型機器では、最大充電電圧が６０Ｖ、最小放電電圧がそのモーターの下限性能の３０Ｖ程度まで稼動することが要求されていた。
　これを従来の代表的なリチウムイオンバッテリで置き換えて最大充電電圧を合わせたとすると、最小放電電圧は、４２Ｖ程度となり、稼働電圧範囲が異なってしまい、単純には置き換えることはできなかった。
　そこで、本実施形態においては、稼働電圧範囲が従来の鉛蓄電池と同様になるようにリチウムイオン電池を設計し、これを用いてバッテリパック装置１１を構成している。
　すなわち、放電終止電圧に相当する下限ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ　Ｏｆ　Ｃｈａｒｇｅ）が鉛蓄電池と同等のリチウムイオン電池を設計し、バッテリパック装置１１を構成している。
　この結果、本実施形態のバッテリパック装置１１によれば、鉛蓄電池とそっくり置き換えることが可能となっている。
　次に第１実施形態のバッテリパック装置１１に用いるリチウムイオン電池の組成について具体的に説明する。
　リチウムイオン電池の第１の態様としては、コバルト、ニッケル及びマンガンよりなる群から選択される少なくとも一種類の金属元素を含有するリチウム金属化合物を含みリチウム金属化合物はＬｉaＮｉｂＣｏｃＭｎｄＯ２（但し、モル比ａ，ｂ，ｃ及びｄは０≦ａ≦１．１、ｂ＋ｃ＋ｄ＝１）で表される正極活物質含有層を備えた正極と、チタン含有金属複合酸化物を含む負極と、非水溶媒を含む非水電解質とを備えた非水電解質二次電池として構成される。
　この場合、本第１の態様のリチウムイオン電池を用いて、鉛蓄電池を置き換えることを想定すると、その電圧から、２１個直列に接続して組電池が構成される。
　また、リチウムイオン電池の第２の態様としては、コバルト、ニッケル及びマンガンよりなる群から選択される少なくとも一種類の金属元素を含有するリチウム金属化合物を含みリチウム金属化合物はＬｉaＮｉｂＣｏｃＭｎｄＯ４（但し、モル比ａ，ｂ，ｃ及びｄは０≦ａ≦１．１、ｂ＋ｃ＋ｄ＝２）で表される正極活物質含有層を備えた正極と、チタン含有金属複合酸化物を含む負極と、非水溶媒を含む非水電解質と、を備えた非水電解質二次電池として構成される。
　本第２の態様のリチウムイオン電池を用いて、鉛蓄電池を置き換えることを想定すると、その電圧から、２０個直列に接続して組電池が構成される。
　また、上記第１の態様及び第２の態様のリチウムイオン電池を構成する場合にリチウムチタン酸化物の一次粒子の平均粒径が１μｍ以下で、負極層のＢＥＴ法による比表面積が３～５０ｍ２／ｇの範囲であるようにすることが望ましい。
　さらに、リチウムチタン酸化物は、Ｌｉ４＋ｘＴｉ５Ｏ１２（ｘは－１≦ｘ≦３）もしくはＬｉ２＋ｘＴｉ３Ｏ７（ｘは－１≦ｘ≦３）で表されるようにするのが望ましい。
　さらにまた、チタン含有金属複合酸化物はＰ、Ｖ、Ｓｎ、Ｃｕ、Ｎｉ及びＦｅよりなる群から選択される少なくとも１種類の元素とＴｉとを含有する金属複合酸化物であるようにするのが望ましい。
　図２は、第１実施形態のサブバッテリパックモジュールの概要構成説明図である。
　以上の説明では、２１個直列あるいは２０個直列の場合について説明したが、図２においては、理解の容易のため、基本セルユニットを４並列６直列（４Ｐ６Ｓ）接続したサブバッテリパックモジュール１３を例として説明するが、要求される電池容量及び電池電圧に応じて並列数及び直列数を変更可能であることは言うまでもない。
　サブバッテリパックモジュール１３においては、図２に示すように、基本セルユニット３２が６個直列接続された電池群３２Ｇが４組、高電位側電源線ＰＬと、低電位側電源線ＮＬと、の間に並列に接続されている。
　ここで、電池群３２Ｇは、電圧検出線ＢＳＬ１と、電圧検出線ＢＳＬ７と、の間に並列に接続されている。
　そして基準電位（例えば、負極側電位）が互いに同等な、基本セルユニット群３２－１を構成する最も高電位側の４個の基本セルユニット３２の負極端子は、電圧検出線ＢＳＬ２に並列に接続されている。
　同様に基準電位が互いに同等な、基本セルユニット群３２－２を構成する第３番目に高電位側の４個の基本セルユニット３２の負極端子は、電圧検出線ＢＳＬ３に並列に接続され、基準電位が互いに同等な次に高電位側の４個の基本セルユニット３２の負極端子は、電圧検出線ＢＳＬ３に並列に接続され、基準電位が互いに同等な、基本セルユニット群３２－３を構成する第４番目に高電位側の４個の基本セルユニット３２の負極端子は、電圧検出線ＢＳＬ４に並列に接続されている。
　同様に基準電位が互いに同等な、基本セルユニット群３２－４を構成する下から第３番目に低電位側の４個の基本セルユニット３２の負極端子は、電圧検出線ＢＳＬ５に並列に接続され、基準電位が互いに同等な、基本セルユニット群３２－５を構成する下から第２番目に低電位側の４個の基本セルユニット３２の負極端子は、電圧検出線ＢＳＬ６に並列に接続され、基準電位が互いに同等な、基本セルユニット群３２－６を構成する最も低電位側の４個の基本セルユニット３２の負極端子は、電圧検出線ＢＳＬ７に並列に接続されている。
　さらに電圧検出線ＢＳＬ２、ＢＳＬ３、ＢＳＬ５、ＢＳＬ６においては、いずれかの基本セルユニット３２において過電流が発生した場合に、電圧検出線ＢＳＬ２、ＢＳＬ３、ＢＳＬ５、ＢＳＬ６を介して当該基本セルユニット３２が属する電池群３２Ｇ以外の他の電池群３２Ｇへ過電流が流れ込むのを防止するために基本セルユニット３２の負極端子間に過電流防止部ＢＲが設けられている。
　過電流防止部ＢＲは、基本セルユニット３２の負極端子間にそれぞれ挿入され、過電流時に遮断状態となる電流遮断素子としてのヒューズＦ１と、ヒューズＦ１と並列に接続され、ヒューズＦ１が遮断状態（溶断状態）となった場合に、電圧検出線ＢＳＬ２、ＢＳＬ３、ＢＳＬ５、ＢＳＬ６を流れる電流を抑制しつつ、電池電圧検出部ＢＳに電圧信号を伝達するために電圧検出回路を構成する抵抗Ｒ１と、を備えている。
　すなわち、抵抗Ｒ１は、ヒューズＦ１が溶断した場合でも、電気的な接続を維持し、想定される過電流が流れることなく、電池電圧検出部ＢＳにおいて、基本セルユニット３２の電圧が正常に測定できるように、その抵抗値（高抵抗値）が定められている。
　図３は、サブバッテリパックモジュールを構成している基本セルユニットの概要構成説明図である。
　基本セルユニット３２は、図３に示すように、リチウムイオン電池３１を２個用い、これらを並列接続して、構成されている。ここで、リチウムイオン電池３１は、薄型の直方体形状を有するアルミニウム缶に、正極及び負極がセパレータを介して巻回された状態で収納された角型扁平非水電解質二次電池として構成されている。さらにアルミニウム缶の上面の同一面には正極端子、負極端子及び内圧上昇を防止するためのガス排出弁が設けられている。
　この結果、基本セルユニット３２は、一個のリチウムイオン電池として機能する。
　そして、電池群３２Ｇにおいては、この基本セルユニット３２を６個直列接続することにより構成されている。
　続いて電池群３２Ｇを４組並列接続することにより、サブバッテリパックモジュール１３を構成する。したがって、このサブバッテリパックモジュール１３は、リチウムイオン電池３１が並列２接続－直列６接続され、さらに４並列接続された（８ｐ６ｓ）リチウムイオン電池として機能する。
　次にサブバッテリパックモジュールの動作について説明する。
　まず、いずれの基本セルユニット３２も正常に動作している場合の動作を説明する。
　この場合において、電池電圧検出部ＢＳは、電圧検出線ＢＳＬ１及び電圧検出線ＢＳＬ２を介して基本セルユニット群３２－１の電圧を測定する。
　このとき、いずれの基本セルユニット３２も正常に動作しているので、電圧検出線ＢＳＬ２において過電流防止部ＢＲを構成しているヒューズＦ１は全て導通状態のままである。
　従って、電圧検出線ＢＳＬ２において、各ヒューズＦ１に並列接続されている抵抗Ｒ１は、接続されていない場合と等価となり、電池電圧検出部ＢＳは、電圧検出線ＢＳＬ１及び電圧検出線ＢＳＬ２を介して基本セルユニット群３２－１の電圧を測定して、バッテリマネジメントユニット１５に通知することとなる。
　同様に、電池電圧検出部ＢＳは、電圧検出線ＢＳＬ２及び電圧検出線ＢＳＬ３を介して基本セルユニット群３２－２の電圧を測定する。
　このとき、いずれの基本セルユニット３２も正常に動作しているので、電圧検出線ＢＳＬ２において過電流防止部ＢＲを構成しているヒューズＦ１は全て導通状態のままである。
　従って、電圧検出線ＢＳＬ２において、各ヒューズＦ１に並列接続されている抵抗Ｒ１は、接続されていない場合と等価となり、電池電圧検出部ＢＳは、電圧検出線ＢＳＬ２及び電圧検出線ＢＳＬ３を介して基本セルユニット群３２－２の電圧を測定して、バッテリマネジメントユニット１５に通知することとなる。
　同様にして、電池電圧検出部ＢＳは、電圧検出線ＢＳＬ３及び電圧検出線ＢＳＬ４を介して基本セルユニット群３２－３の電圧を測定して、バッテリマネジメントユニット１５に通知し、電圧検出線ＢＳＬ４及び電圧検出線ＢＳＬ５を介して基本セルユニット群３２－４の電圧を測定して、バッテリマネジメントユニット１５に通知し、電圧検出線ＢＳＬ５及び電圧検出線ＢＳＬ６を介して基本セルユニット群３２－５の電圧を測定して、バッテリマネジメントユニット１５に通知し、電圧検出線ＢＳＬ６及び電圧検出線ＢＳＬ７を介して基本セルユニット群３２－６の電圧を測定して、バッテリマネジメントユニット１５に通知する。
　従って、バッテリマネジメントユニット１５は、サブバッテリパックモジュール１３を構成している基本セルユニット３２、ひいては、リチウムイオン電池３１の充電状態（あるいは放電状態）を把握することが可能となる。
　次に、基本セルユニット３２Ｘが何らかの理由により短絡した場合の動作を説明する。
　図４は、サブバッテリパックモジュールを構成している基本セルユニットが短絡した場合の動作説明図である。
　図４において、基本セルユニット３２Ｘが短絡した場合、過電流ＯＣが流れ、基本セルユニット３２Ｘに直接接続されている図４中、左右のヒューズＦ１が遮断状態（溶断状態）となる。
　さらに基本セルユニット３２Ｘの負極端子に接続されている基本セルユニット３２に直接接続されている図４中、左右のヒューズＦ１が過電流ＯＣにより遮断状態（溶断状態）となる。
　この結果、基本セルユニット３２Ｘの負極端子に直列に接続されている二つの基本セルユニット３２を介して、電圧検出線ＢＳＬ７に過電流ＯＣが流れ込み、電圧検出線ＢＳＬ４と電圧検出線ＢＳＬ７との間に配置されている全ての基本セルユニット３２（基本セルユニット３２Ｘを含む）を過電流ＯＣが流れることとなる。
　この場合において、基本セルユニット３２Ｘ（電池）に起因してヒューズＦ１が遮断状態となった場合に、当該遮断状態を生じさせた基本セルユニット３２Ｘ（電池）が属する電池群３２Ｇと並列に接続されている電池群３２Ｇを構成している基本セルユニット３２が定電圧充電がなされることととなる。そこで、この定電圧充電により基本セルユニット３２Ｘ（電池）が属する電池群３２Ｇと並列に接続されている電池群３２Ｇを構成している基本セルユニット３２が過充電状態にならない、すなわち、これらの充電される基本セルユニット３２（電池）の電圧が所定電圧以上とならないように考慮して各電池群３２Ｇを構成している電池の直列数等が設定され、ヒューズＦ１及び抵抗Ｒ１を有しない電圧検出線（本実施形態では、電圧検出線ＢＳＬ１、ＢＳＬ４、ＢＳＬ７）が配置されている。
　一方、電圧検出線ＢＳＬ４と電圧検出線ＢＳＬ１との間に配置されている全ての基本セルユニット３２には、いずれも過電流ＯＣが流れ込むことはない。
　すなわち、過電流防止部ＢＲを構成しているヒューズＦ１及び抵抗Ｒ１が設けられていない一対の電圧検出線ＢＳＬ４と電圧検出線ＢＳＬ７とにより、過電流ＯＣが流れる範囲が規制され、その他の範囲に配置されている基本セルユニット３２に影響が及ぶことはない。
　したがって、サブバッテリパックモジュール１３を製造する際に、サブバッテリパックモジュール１３を構成している基本セルユニット３２を複数のセルモジュール（図２及び図４の例の場合には、２個のセルモジュール）に物理的に分離して構成し、これらを過電流防止部ＢＲを構成しているヒューズＦ１及び抵抗Ｒ１が設けられていない一対の電圧検出線として機能するバスバー等により接続すれば、万が一、いずれかの基本セルユニットが短絡してしまった場合でも、セルモジュール単位で交換が可能となり、メンテナンスが容易となる。
　この場合において、ヒューズＦ１が溶断した場合でも、抵抗Ｒ１が電気的に電池電圧検出部ＢＳに接続されているため、電圧測定を継続することができ、短絡に起因する過電流を検出でき、容易に電池電圧検出部ＢＳの故障などと故障原因を分離する事ができ、原因特定が可能となる。
　以上の説明のように、本第１実施形態によれば、電池を多直列接続、多並列接続して組電池を構成し、大容量化、高電圧化を図る場合であっても、各電池の故障を局所的にとどめ、組電池装置全体への影響を抑制して故障対応を容易とすることができる。
　以上の説明においては、電圧検出線は７本であり、ヒューズＦ１（電流遮断素子）及び抵抗Ｒ１（抵抗素子）が設けられていない電圧検出線は、３本の場合であったが、電圧検出線は、少なくとも３本以上であり、電流遮断素子及び抵抗素子が設けられていない電圧検出線を少なくとも２本含むように構成すれば、同様に適用が可能である。
［２］第２実施形態
　図５は、実施形態の電池モジュールシステムを電源バックアップシステムの電気系統に適用した場合の概要構成ブロック図である。
　電源バックアップシステムの電気系統１１０は、大別すると負荷Ｌの駆動用電源を供給する電池モジュールシステム１１１と、電池モジュールシステム１１１の充電がなされるとともに、商用電源からの電源供給ができなくなった場合に、電池モジュールシステム１１１によりバックアップ対象として電源供給がされる負荷１１２と、を備えている。
　電池モジュールシステム１１１は、組電池装置として機能する複数のサブバッテリパックモジュール１１３が並列接続されたバッテリパックモジュール１１４と、バッテリパックモジュール１１４の状態を監視してバッテリーパック１１４と負荷Ｌおよび主電源との接続を制御するバッテリマネジメントユニット（ＢＭＵ：Ｂａｔｔｅｒｙ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　Ｕｎｉｔ）１１５と、電源線の過電流保護ヒューズ素子１１９と、バッテリパックモジュール１４を後述の負荷Ｌに接続するための開閉器１２０と、を備えている。
　なお、本実施形態ではＢＭＵ１１５が状態監視及び負荷及び主電源との制御を行っているが、これらの機能をＢＭＵ及びＢＣＵ（Ｂａｔｔｅｒｙ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ）に分けて実行する形態であってもよい。
　ここで、サブバッテリパックモジュール１１３には、２種類有り、他の並列接続されたサブバッテリパックモジュール１１３を構成している後述の基本電池ユニットの電圧を電圧検出線を介して検出する電池電圧検出部ＢＳを備えたサブバッテリパックモジュール１１３Ｍと、電圧検出線を電池電圧検出部ＢＳに接続するための接続基板ＣＢを備えたサブバッテリパックモジュール１１３Ｓと、が存在する。なお、電池電圧検出部ＢＳを備えたサブバッテリパックモジュール１１３Ｍに代えて、電池電圧検出部ＢＳを、バッテリパックモジュールの外部に配置し、全てのサブバッテリパックモジュールを接続基板ＣＢを備えたサブバッテリパックモジュール１１３Ｓとして構成することも可能である。
　本第２実施形態においては、電池電圧検出部ＢＳを備えたサブバッテリパックモジュール１１３Ｍは１個であり、このサブバッテリパック１１３Ｍのみが直接バッテリマネジメントユニット１１５に接続されている。
　また、接続基板ＣＢを備えたサブバッテリパックモジュール１１３Ｓは複数（図５においては、９個）有り、各接続基板ＣＢは、電池電圧検出部ＢＳに対してシリアル接続されている。
　負荷１１２は、商用交流電源１２１（単相あるいは三相）からの電力供給を受けて、交流／直流電力変換を行って、電池モジュールシステム１１１の充電を行うとともに、負荷Ｌへの電力供給を行う主電源１２２を備えている。
　ここで、電源バックアップシステムの電気系統１１０の概要動作について説明する。
　通常動作状態においては、主電源１２２は、商用交流電源１２１からの電力供給を受けて、交流／直流電力変換を行って、電池モジュールシステム１１１の充電を行うとともに、負荷Ｌへの電力供給を行う。
　一方、停電等により主電源１２２からの電力供給がなされなくなった場合には、開閉器１２０を介して電池モジュールシステム１１１から負荷１１２に対して複数のサブバッテリパックモジュール１３の蓄電電力の電力供給がなされることとなる。
　この結果、負荷１１２は動作を継続することが可能となる。
　さらに、サブバッテリパックモジュール１１３を構成している基本電池ユニットあるいは基本電池ユニットを構成するリチウムイオン電池の故障等何らかの理由により電源供給ラインが過電圧状態になった場合には、ヒューズ素子１１９は、過電圧に起因する過電流により溶断される。
　また、何らかの原因（たとえば外部短絡）で過電流がサブバッテリパックモジュールに流れた場合、ヒューズ素子１１９は、過電流により溶断される。
　したがって、過電圧を遮断するコンタクタ等を設ける必要が無いので、電池モジュールシステム１１１の小型化及び軽量化を図ることができる。
　ところで、上記電池モジュールシステム１１１の構成において、サブバッテリパックモジュール１１３を、最大充電電圧６０Ｖ、最小放電電圧３０Ｖの鉛蓄電池に置き換えることを考えると、例えば、４８Ｖ、４００Ａｈの性能を有するリチウムイオン電池として機能することが望まれる。
　そこで、本実施形態は、２０Ａｈ－定格電圧２．４Ｖのリチウムイオン電池を用いて、サブバッテリパックモジュール１１３を構成している。
　ここで、電池モジュールシステム１１１を構成しているリチウムイオン電池の構成について説明する。
　従来、鉛蓄電池を用いた平均作動電圧が４８Ｖの負荷Ｌでは、最大充電電圧が６０Ｖ、最小放電電圧が負荷Ｌの下限性能の３０Ｖ程度まで稼動することが要求されていた。
　これを従来の代表的なリチウムイオンバッテリで置き換えて最大充電電圧を合わせたとすると、最小放電電圧は、４２Ｖ程度となり、稼働電圧範囲が異なってしまい、単純には置き換えることはできなかった。
　そこで、本第２実施形態においては、稼働電圧範囲が従来の鉛蓄電池と同様になるようにリチウムイオン電池を設計し、これを用いて電池モジュールシステム１１１を構成している。
　すなわち、放電終止電圧に相当する下限ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ　Ｏｆ　Ｃｈａｒｇｅ）が鉛蓄電池と同等のリチウムイオン電池を設計し、電池モジュールシステム１１１を構成している。
　この結果、本実施形態の電池モジュールシステム１１１によれば、鉛蓄電池とそっくり置き換えることが可能となっている。
　次に第２実施形態の電池モジュールシステム１１１に用いるリチウムイオン電池の組成について具体的に説明する。
　リチウムイオン電池の第１の態様としては、コバルト、ニッケルおよびマンガンよりなる群から選択される少なくとも一種類の金属元素を含有するリチウム金属化合物を含みリチウム金属化合物はＬｉaＮｉｂＣｏｃＭｎｄＯ２（但し、モル比ａ，ｂ，ｃ及びｄは０≦ａ≦１．１、ｂ＋ｃ＋ｄ＝１）で表される正極活物質含有層を備えた正極と、チタン含有金属複合酸化物を含む負極と、非水溶媒を含む非水電解質とを備えた非水電解質二次電池として構成される。
　この場合、本第１の態様のリチウムイオン電池を用いて、鉛蓄電池を置き換えることを想定すると、その電圧から、２１個直列に接続して組電池が構成される。
　また、リチウムイオン電池の第２の態様としては、コバルト、ニッケルおよびマンガンよりなる群から選択される少なくとも一種類の金属元素を含有するリチウム金属化合物を含みリチウム金属化合物はＬｉaＮｉｂＣｏｃＭｎｄＯ４（但し、モル比ａ，ｂ，ｃ及びｄは０≦ａ≦１．１、ｂ＋ｃ＋ｄ＝２）で表される正極活物質含有層を備えた正極と、チタン含有金属複合酸化物を含む負極と、非水溶媒を含む非水電解質と、を備えた非水電解質二次電池として構成される。
　本第２の態様のリチウムイオン電池を用いて、鉛蓄電池を置き換えることを想定すると、その電圧から、２０個直列に接続して組電池が構成される。
　また、上記第１の態様及び第２の態様のリチウムイオン電池を構成する場合にリチウムチタン酸化物の一次粒子の平均粒径が１μｍ以下で、負極層のＢＥＴ法による比表面積が３～５０ｍ２／ｇの範囲であるようにすることが望ましい。
　さらに、リチウムチタン酸化物は、Ｌｉ４＋ｘＴｉ５Ｏ１２（ｘは－１≦ｘ≦３）もしくはＬｉ２＋ｘＴｉ３Ｏ７（ｘは－１≦ｘ≦３）で表されるようにするのが望ましい。
　さらにまた、チタン含有金属複合酸化物はＰ、Ｖ、Ｓｎ、Ｃｕ、Ｎｉ及びＦｅよりなる群から選択される少なくとも１種類の元素とＴｉとを含有する金属複合酸化物であるようにするのが望ましい。
　図６は、第２実施形態のサブバッテリパックモジュール（バッテリパックモジュール）の構成説明図である。
　以上の説明では、サブバッテリパックモジュー１１３Ｍが１個、サブバッテリパックモジュール１１３Ｓが９個の場合であって、各サブバッテリパックモジュール１１３Ｍ、１１３Ｓにおいて、リチウムイオン電池が２１個直列あるいは２０個直列の場合について説明したが、図６においては、理解の容易のため、リチウムイオン電池１３１を２個並列接続した基本電池ユニット１３２を３個直列接続したサブバッテリパックモジュール１１３Ｍ、１１３Ｓを用いて、基本電池ユニット１３２を２並列３直列（２Ｐ３Ｓ）接続したバッテリパックモジュール１１４を例として説明する。
　なお、要求される電池容量及び電池電圧に応じて並列数及び直列数を変更可能であることは言うまでもない。
　バッテリパックモジュール１１４においては、図６に示すように、３個直列接続された基本電池ユニット１３２が２組、高電位側電源線ＰＬ１と、低電位側電源線ＮＬ１と、の間に並列に接続されている。
　ここで、サブバッテリパックモジュール１１３Ｍ、１１３Ｓを構成する基本電池ユニット１３２のうち、最も高電位側の基本電池ユニット１３２は、電圧検出線ＢＳ１Ｌ１と、電圧検出線ＢＳ１Ｌ２と、の間に並列に接続されている。
　また、サブバッテリパックモジュール１１３Ｍ、１１３Ｓを構成する基本電池ユニット１３２のうち、次に高電位側の基本電池ユニット１３２は、電圧検出線ＢＳ１Ｌ２と、電圧検出線ＢＳ１Ｌ３と、の間に並列に接続されている。
　さらに、サブバッテリパックモジュール１１３Ｍ、１１３Ｓを構成する基本電池ユニット３２のうち、最も低電位側の基本電池ユニット１３２は、電圧検出線ＢＳ１Ｌ３と、低電位側電源線ＮＬ１と、の間に並列に接続されている。
　上記構成において、サブバッテリパックモジュール１１３Ｍを構成している基本電池ユニット３２と、サブバッテリパックモジュール１１３Ｓを構成している基本電池ユニット３２と、の間には、接続基板ＣＢが配置されている。
　そして、接続基板ＣＢの電圧検出線ＢＳＬ１１、ＢＳＬ１２、ＢＳＬ１３には、それぞれ、当該電圧検出線ＢＳＬ１１、ＢＳＬ１２、ＢＳＬ１３を過電流が流れた場合に、当該過電流を遮断する過電流遮断手段として機能するヒューズＦ１と、他の電池モジュールであるサブバッテリパックモジュール１１３Ｍを構成している基本電池ユニット１３２の電圧と、同一の電圧検出線に接続されているサブバッテリパックモジュール１１３Ｓを構成している基本電池ユニット１３２の電圧を徐々に一致させる電圧緩衝手段として機能するヒューズＦ１１と直列に接続されている電流制限抵抗Ｒ１１と、電流制限抵抗Ｒ１１及びヒューズＦ１１と並列に接続されるとともに、電流制限抵抗Ｒ１１よりも大きな抵抗値を有する抵抗Ｒ１２と、を備える。
　また、電圧検出線ＢＳＬ１１は、サブバッテリパックモジュール１１３Ｍを構成している開閉器Ｃ１及びサブバッテリパックモジュール１１３Ｓを構成している開閉器Ｃ２を介して高電位側電源線ＰＬ１に接続可能とされている。
　さらにサブバッテリパックモジュール１１３Ｍにおいては、電圧検出線ＢＳＬ１１、ＢＳＬ１２、ＢＳＬ１３に接続され、全サブバッテリパックモジュール１１３において同一の電圧検出線に接続されている基本電池ユニット１３２の電圧をそれぞれ検出する電池電圧検出部ＢＳ１が電圧監視基板ＢＳ１Ｂ上に設けられている。この電池電圧検出部ＢＳ１の電圧検出結果は、全サブバッテリパックモジュール１１３全体の電圧検出結果として、バッテリマネジメントユニット１５に通知される。
　また、電圧監視基板ＢＳ１Ｂは、電池電圧検出部ＢＳ１の検出結果に基づいて、ＢＭＵに電圧情報を送信し、バッテリパックモジュール１１４から電力が供給可能な状態である場合には、ＢＭＵは開閉器１２０を閉状態として、バッテリパックモジュール１１４を主電源１２２側と接続し、バッテリパックモジュール１１４から電力を負荷１１２側に供給する。
　次にサブバッテリパックモジュール１３の交換時の動作について説明する。
　サブバッテリパックモジュール１１３Ｍ、１１３Ｓは、寿命や故障等によりサブバッテリパックモジュール１１３Ｍ、１１３Ｓ単位で交換することが可能となっている。
　ところで、サブバッテリパックモジュール１１３Ｓに接続基板ＣＢが設けられていないとすると、新たにバッテリパックモジュール１１４に組み込まれるサブバッテリパックモジュール１１３の電池電圧が、既にバッテリパックモジュール１１４に組み込まれている他のサブバッテリパックモジュール１１３と差異がある場合には、電池電圧の高いサブバッテリパックモジュール１１３から電池電圧の低いサブバッテリパックモジュール１１３に急激に電流が流れ込もうとし、電気的接続がなされる際にアーク放電などが発生する虞がある。
　これに対し、サブバッテリパックモジュール１１３Ｓに接続基板ＣＢが設けられている場合には、まず、ヒューズＦ１１及びこのヒューズＦ１１と直列に接続されている電流制限抵抗Ｒ１１を介して、電池電圧の高いサブバッテリパックモジュール１１３（例えば、サブバッテリパックモジュール１１３Ｍ）から電池電圧の低いサブバッテリパックモジュール１１３（例えば、サブバッテリパックモジュール１１３Ｓ）に電流が流れ込もうとする。
　この結果、ヒューズＦ１１及び電流制限抵抗Ｒ１１を介して徐々に電流が流れ込んで、いずれ平衡状態（単位時間当たりの電池電圧変化量が所定変化量以下となった場合）に至ることとなる。
　したがって、平衡状態に至ったことを電池電圧検出部ＢＳ１が検出すると、電圧監視基板ＢＳＢは、ＢＭＵ１５に電圧情報を送信しバッテリパックモジュール１１４から電力が供給可能な状態であるとして、ＢＭＵ１１５は開閉器２０を閉状態として、バッテリパックモジュール１４を主電源２２側と接続し、バッテリパックモジュール１１４から電力を負荷Ｌ側に供給する。
　一方、セルやＣＢ間の配線短絡故障等が発生した場合、並列接続されたセルからヒューズＦ１１及び電流制限抵抗Ｒ１１を介して、故障発生箇所に過電流が流れ、ヒューズＦ１１を溶断して遮断状態に至らせる、許容電流範囲外であれば、ヒューズＦ１１は溶断される。
　この結果、電流制限抵抗Ｒ１１よりも大きな抵抗値を有する抵抗Ｒ１２を介して徐々に電流が流れ込んで、いずれ平衡状態（単位時間当たりの電池電圧変化量が所定変化量以下となった場合）に至ることとなる。
　したがって、正常な平衡状態に至ったことを電池電圧検出部ＢＳ１が検出すると、電圧監視基板ＢＳＢは、バッテリパックモジュール１１４から電力が供給可能な状態であるとして、開閉器２０を閉状態として、バッテリパックモジュール１１４を主電源２２側と接続し、バッテリパックモジュール１１４から電力を負荷Ｌ側に供給する。セルの短絡や接続線の短絡等の異常時には、抵抗Ｒ１２を介して徐々に電圧が低下し、ＢＳＢから送信される電圧が所定電圧以下になると、ＢＭＵは異常を判定し、開閉器２０を開状態とする。
　したがって、本実施形態によれば、ヒューズＦ１１及び電流制限抵抗Ｒ１１を介して、あるいは、抵抗Ｒ１２を介して、電池電圧の低いサブバッテリパックモジュール１１３に流れ込もうとする電流の電流値を規制（抑制）するので、サブバッテリパックモジュール１１３の交換時に実効的に新たにバッテリパックモジュール１１４に組み込まれるサブバッテリパックモジュール１１３の電池電圧と、既にバッテリパックモジュール１１４に組み込まれている他のサブバッテリパックモジュール１１３と、の電位差が少ない場合と等価となり、電気的接続がなされる際にアーク放電などが発生する虞がない。また、異常な電圧低下も検出することが可能となる。
　したがって、本実施形態によれば、サブバッテリパックモジュール１１３を一部交換する場合でも、安全に交換を行うことができ、メンテナンス性を向上させることが可能となるとともに、異常時の安全性も確保できる。
　また、全てのサブバッテリパックモジュール１１３の電圧を、一つのサブバッテリパックモジュール１１３Ｍに設けられた電池電圧検出部ＢＳ１により検出する構成を採っているので、安価に装置を構成することが可能となる。
　以上の説明のように、本第２実施形態によれば、電池を多直列接続、多並列接続して組電池を構成し、大容量化、高電圧化を図る際に、サブバッテリパックモジュールを劣化、故障等により交換する場合でも、容易、かつ、安全に行うことができ、メンテナンス性が向上する。
　以上の第２実施形態の説明においては、電圧検出線は３本の場合であったが、基本電池ユニット１３２の直列数が増加した場合には、直列数に応じて電圧検出線を設けることは言うまでもない。
［３］実施形態の変形例
　本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

Claims (13)

  1. 　複数の電池が直列接続された電池群を構成し、複数の前記電池群を並列接続した組電池装置であって、
    　前記電池群を構成している電池のうち、基準電位レベルが互いに同等な電池の端子を、複数の前記電池群に跨って並列接続した複数の電圧検出線と、
    　いずれかの電池において過電流が発生した場合に、前記電圧検出線を介して当該電池が属する電池群以外の他の電池群へ前記過電流が流れ込むのを防止するために前記電池の端子間に設けられた過電流防止手段と、
    　を備えた組電池装置。
  2. 　前記過電流防止手段は、少なくとも一本の電圧検出線に設けられている、
    　請求項１記載の組電池装置。
  3. 　前記過電流防止手段は、前記電池の端子間にそれぞれ挿入され、過電流時に遮断状態となる電流遮断素子と、
    　前記電流遮断素子と並列に接続され、前記電流遮断素子が遮断状態となった場合に、前記電圧検出線を流れる電流を抑制しつつ、電圧検出回路を構成する抵抗素子と、
    　を備えた請求項１又は請求項２記載の組電池装置。
  4. 　前記電圧検出線は、少なくとも３本以上であり、
    　前記電流遮断素子及び前記抵抗素子が設けられていない前記電圧検出線を少なくとも２本含む、
    　請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の組電池装置。
  5. 　前記電流遮断素子及び前記抵抗素子が設けられていない一対の前記電圧検出線は、当該一対の電圧検出線間に配置された前記電流遮断素子及び前記抵抗素子が設けられた電圧検出線においていずれかの電池に起因して前記電流遮断素子が遮断状態となった場合に、当該遮断状態を生じさせた電池に直列に接続された電池の電圧が所定電圧以上とならないように配置されている、
    　請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の組電池装置。
  6. 　複数の前記電池群は、同一数の前記電池を備えている、
    　請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の組電池装置。
  7. 　複数の前記電圧検出線が接続され、前記基準電位レベルが互いに同等な電池毎に端子間電圧を検出する電圧検出部を備えた請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の組電池装置。
  8. 　複数の電池モジュールを並列接続して組電池装置を構成する電池モジュールであって、
    　基本電池ユニットが直列接続され、各前記基本電池ユニット毎に電圧測定が可能な複数の電圧検出線と、
    　前記電圧検出線に挿入され、当該電圧検出線を過電流が流れた場合に、当該過電流を遮断する過電流遮断手段と、
    　前記電圧検出線に挿入され、他の電池モジュールを構成している基本電池ユニットの電圧と、当該電池モジュールを構成している前記基本電池ユニットの電圧を徐々に一致させる電圧緩衝手段と、
    　を備えた電池モジュール。
  9. 　前記過電流遮断手段は、所定電流以上の電流が流れると、電流を遮断する電流遮断素子を備え、
    　前記電圧緩衝手段は、前記電流遮断素子と直列に接続されている電流制限抵抗と、前記電流制限抵抗及び前記電流遮断素子と並列に接続されるとともに、前記電流制限抵抗よりも大きな抵抗値を有する抵抗素子を備える、
    　請求項８記載の電池モジュール。
  10. 　第１の電池モジュールと、
    　基本電池ユニットが直列接続されるとともに、前記電圧検出線に前記第１の電池モジュールが接続され、同一の電圧検出線対毎に、当該電圧検出線対に接続された前記第１のモジュール及び自己の前記基本電池ユニット全体の電圧測定を行う電圧検出手段を備えた第２の電池モジュールと、
    　を備え、
    　前記第１の電池モジュールは、前記基本電池ユニットが直列接続され、各前記基本電池ユニット毎に電圧測定が可能な複数の電圧検出線と、前記電圧検出線に挿入され、当該電圧検出線を過電流が流れた場合に、当該過電流を遮断する過電流遮断手段と、前記電圧検出線に挿入され、他の電池モジュールを構成している基本電池ユニットの電圧と、当該電池モジュールを構成している前記基本電池ユニットの電圧を徐々に一致させる電圧緩衝手段と、を備えている、
    　電池モジュールシステム。
  11. 　前記過電流遮断手段は、所定電流以上の電流が流れると、電流を遮断する電流遮断素子を備え、
    　前記電圧緩衝手段は、前記電流遮断素子と直列に接続されている電流制限抵抗と、前記電流制限抵抗及び前記電流遮断素子と並列に接続されるとともに、前記電流制限抵抗よりも大きな抵抗値を有する抵抗素子を備える、
    　請求項１０記載の電池モジュールシステム。
  12. 　前記第１の電池モジュール及び前記第２の電池モジュールは、外部電源にそれぞれ接続される開閉器を有し、
    　前記開閉器は、前記電圧検出手段における単位時間当たりの検出電圧変化量が所定電圧変化量以下となった場合に前記開閉器を閉状態として、前記外部電源に接続する、
    　請求項１１記載の電池モジュールシステム。
  13. 　前記電池モジュールシステムは、前記外部電源のバックアップ電源として、あるいは、前記外部電源と共働する電源として機能する、
    　請求項１２記載の電池モジュールシステム。
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