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

Info

Publication number
WO2014109319A1
WO2014109319A1 PCT/JP2014/050087 JP2014050087W WO2014109319A1 WO 2014109319 A1 WO2014109319 A1 WO 2014109319A1 JP 2014050087 W JP2014050087 W JP 2014050087W WO 2014109319 A1 WO2014109319 A1 WO 2014109319A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
battery
voltage detection
voltage
current
overcurrent
Prior art date
Application number
PCT/JP2014/050087
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
岳史 大澤
小杉 伸一郎
関野 正宏
須藤 孝
Original Assignee
株式会社東芝
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from JP2013003186A external-priority patent/JP2014135856A/ja
Priority claimed from JP2013045893A external-priority patent/JP2014175127A/ja
Application filed by 株式会社東芝 filed Critical 株式会社東芝
Publication of WO2014109319A1 publication Critical patent/WO2014109319A1/ja

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/4207Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L1/00Supplying electric power to auxiliary equipment of vehicles
    • B60L1/02Supplying electric power to auxiliary equipment of vehicles to electric heating circuits
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L1/00Supplying electric power to auxiliary equipment of vehicles
    • B60L1/14Supplying electric power to auxiliary equipment of vehicles to electric lighting circuits
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/0023Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train
    • B60L3/0046Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train relating to electric energy storage systems, e.g. batteries or capacitors
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/0023Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train
    • B60L3/0084Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train relating to control modules
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/12Recording operating variables ; Monitoring of operating variables
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/51Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells characterised by AC-motors
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/60Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by batteries
    • B60L50/64Constructional details of batteries specially adapted for electric vehicles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/12Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries responding to state of charge [SoC]
    • B60L58/14Preventing excessive discharging
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/12Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries responding to state of charge [SoC]
    • B60L58/15Preventing overcharging
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/18Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/18Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules
    • B60L58/21Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules having the same nominal voltage
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/482Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/502Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing
    • H01M50/509Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing characterised by the type of connection, e.g. mixed connections
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/569Constructional details of current conducting connections for detecting conditions inside cells or batteries, e.g. details of voltage sensing terminals
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/572Means for preventing undesired use or discharge
    • H01M50/574Devices or arrangements for the interruption of current
    • H01M50/583Devices or arrangements for the interruption of current in response to current, e.g. fuses
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/00304Overcurrent protection
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2200/00Type of vehicles
    • B60L2200/40Working vehicles
    • B60L2200/42Fork lift trucks
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40Drive Train control parameters
    • B60L2240/54Drive Train control parameters related to batteries
    • B60L2240/545Temperature
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40Drive Train control parameters
    • B60L2240/54Drive Train control parameters related to batteries
    • B60L2240/547Voltage
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40Drive Train control parameters
    • B60L2240/54Drive Train control parameters related to batteries
    • B60L2240/549Current
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2250/00Driver interactions
    • B60L2250/12Driver interactions by confirmation, e.g. of the input
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00Batteries for particular applications
    • H01M2220/20Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

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.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Mounting, Suspending (AREA)

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LiaNiCoMn(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LiaNiCoMn(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3~50m/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+xTi12(xは-1≦x≦3)もしくはLi2+xTi(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LiaNiCoMn(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LiaNiCoMn(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3~50m/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+xTi12(xは-1≦x≦3)もしくはLi2+xTi(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。
PCT/JP2014/050087 2013-01-11 2014-01-07 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 WO2014109319A1 (ja)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013003186A JP2014135856A (ja) 2013-01-11 2013-01-11 組電池装置
JP2013-003186 2013-01-11
JP2013045893A JP2014175127A (ja) 2013-03-07 2013-03-07 電池モジュール及び電池モジュールシステム
JP2013-045893 2013-03-07

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014109319A1 true WO2014109319A1 (ja) 2014-07-17

Family

ID=51166967

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2014/050087 WO2014109319A1 (ja) 2013-01-11 2014-01-07 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

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2014109319A1 (ja)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107546794A (zh) * 2016-06-24 2018-01-05 大众汽车股份公司 用于运行电存储电池单元的模块的控制器、配置装置、方法、组件和前行器件
CN110676524A (zh) * 2019-09-30 2020-01-10 广州鹏辉能源科技股份有限公司 锂电池的配组方法和装置
CN111167751A (zh) * 2020-02-01 2020-05-19 广东省好运科技有限公司 一种电池可靠配对方法
CN112510324A (zh) * 2020-11-24 2021-03-16 安徽和鼎机电设备有限公司 一种叉车锂电池组并联拓扑结构及充放电控制方法
CN112599930A (zh) * 2020-12-14 2021-04-02 西安中车永电电气有限公司 船用电池模块及其单个电芯电压、温度的检测方法
DE102022121213A1 (de) 2022-08-23 2024-02-29 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Hochvoltenergiespeicher mit Erfassungseinrichtung zum Erfassen eines Kurzschlusses einer Speicherzelle

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01248931A (ja) * 1988-03-28 1989-10-04 Mitsubishi Electric Corp 限流装置
JP2004031268A (ja) * 2002-06-28 2004-01-29 Nissan Motor Co Ltd 組電池
JP2012533145A (ja) * 2009-07-08 2012-12-20 コミサリア ア レネルジ アトミク エ オウ エネルジ アルタナティヴ 低損失蓄電池

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01248931A (ja) * 1988-03-28 1989-10-04 Mitsubishi Electric Corp 限流装置
JP2004031268A (ja) * 2002-06-28 2004-01-29 Nissan Motor Co Ltd 組電池
JP2012533145A (ja) * 2009-07-08 2012-12-20 コミサリア ア レネルジ アトミク エ オウ エネルジ アルタナティヴ 低損失蓄電池

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107546794A (zh) * 2016-06-24 2018-01-05 大众汽车股份公司 用于运行电存储电池单元的模块的控制器、配置装置、方法、组件和前行器件
CN110676524A (zh) * 2019-09-30 2020-01-10 广州鹏辉能源科技股份有限公司 锂电池的配组方法和装置
CN111167751A (zh) * 2020-02-01 2020-05-19 广东省好运科技有限公司 一种电池可靠配对方法
CN112510324A (zh) * 2020-11-24 2021-03-16 安徽和鼎机电设备有限公司 一种叉车锂电池组并联拓扑结构及充放电控制方法
CN112510324B (zh) * 2020-11-24 2022-11-08 安徽和鼎机电设备有限公司 一种叉车锂电池组并联拓扑结构及充放电控制方法
CN112599930A (zh) * 2020-12-14 2021-04-02 西安中车永电电气有限公司 船用电池模块及其单个电芯电压、温度的检测方法
DE102022121213A1 (de) 2022-08-23 2024-02-29 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Hochvoltenergiespeicher mit Erfassungseinrichtung zum Erfassen eines Kurzschlusses einer Speicherzelle

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10454283B2 (en) Battery system monitoring apparatus and electric storage device including the same
JP5611727B2 (ja) 電源装置
WO2014109319A1 (ja) 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
EP2793308B1 (en) Battery module and control method thereof
US8593111B2 (en) Assembled battery system
CN102742066B (zh) 强电流电池系统以及用于控制强电流电池系统的方法
JP5753764B2 (ja) 電池システム監視装置およびこれを備えた蓄電装置
EP2602904B1 (en) Secondary battery pack connection control method, power storage system, and secondary battery pack
WO2012164630A1 (ja) 蓄電システム
CN103782468A (zh) 改善的安全性的电池组
JP2013099167A (ja) 蓄電システムを搭載した車両の制御装置及び制御方法
CN102473888A (zh) 低损耗蓄电池
JP2005056654A (ja) 組電池モジュール管理装置およびその管理装置を備えた組電池モジュール
US20160118819A1 (en) Security system for an accumulator battery module and corresponding method for balancing a battery module
US20130063154A1 (en) Power supply apparatus
JP6087675B2 (ja) 電池モジュール
JP2014225950A (ja) 蓄電システム
JP5864320B2 (ja) バランス補正装置および蓄電システム
US20140203786A1 (en) Power supply apparatus and power supply control apparatus
US10391880B2 (en) Battery pack and electric vehicle including the same
KR102222119B1 (ko) 배터리 팩
JP2014175127A (ja) 電池モジュール及び電池モジュールシステム
CN111095719A (zh) 蓄电池装置
JP2014135856A (ja) 組電池装置
JP6157861B2 (ja) 電源制御装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14738018

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 14738018

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1