WO2017104393A1 - 電池パック - Google Patents

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Abstract

それぞれ、直列接続される電池Ｂ及びリレーＲを有し、互いに並列接続される複数の電池モジュール２と、各リレーＲをオンまたはオフさせる制御部３とを備えて電池パック１を構成し、制御部３は、各リレーＲをすべてオフすべきと判断すると、所定時間経過後に各リレーＲをすべてオフさせる。

Description

電池パック
　本発明は、互いに並列接続される複数の電池モジュールを備える電池パックに関する。
　既存の電池パックとして、ある電池モジュールが異常となっても、例えば回生電流の流入により、電池パックへの電力供給がすぐに止まらない場合において、異常となった電池モジュールだけでなく他の電池モジュールにもそれ以上の電流が流れないように、すべての電池モジュールに有するリレーをオフするものがある。
　関連する技術として、並列接続される複数の組電池ユニットにそれぞれ接続される負極側リレーが溶着しているかを判定するものがある。例えば、特許文献１参照。
　また、他の関連する技術として、組電池の状態を監視する主制御部の動作に異常が生じた場合、車両の退避走行可能時間が経過するまで組電池による電力供給を継続させるものがある。例えば、特許文献２参照。
　また、さらに他の関連する技術として、モジュールリレーが遮断された電池モジュールに電流が流れていると判定された場合に、メインリレーまたはすべてのモジュールリレーを遮断するものがある。例えば、特許文献３参照。
特開２０１４－０９３８０６号公報 特開２０１４－０１７９０１号公報 特開２０１５－１２２８６４号公報
　しかしながら、上述のように、ある電池モジュールが異常となっても電池パックへの電力供給がすぐに止まらない場合において、すべてのリレーをオフするときに、少なくとも１つのリレーが閉固着していると、その閉固着しているリレーを有する電池モジュールに集中して電流が流れるため、その電池モジュールの電池に過電流が流れたり、その電池モジュールの電池が過充電状態になったりするおそれがある。
　そこで、本発明の一側面に係る目的は、互いに並列接続される複数の電池モジュールに有するリレーをすべてオフするときに、少なくとも１つのリレーが閉固着していても、その閉固着しているリレーを有する電池モジュールに集中して電流が流れないようにすることが可能な電池パックを提供することである。
　本発明に係る一つの形態である電池パックは、それぞれ、直列接続される電池及びリレーを有し、互いに並列接続される複数の電池モジュールと、各リレーをオンまたはオフさせる制御部とを備え、制御部から各リレーをすべてオフすべきと判断された旨を受信すると回生ブレーキを使用して走行停止処理を行い、その走行停止処理により電池へ回生電流が流れる車両に搭載される。
　制御部は、各リレーをすべてオフすべきと判断すると、所定時間経過後に各リレーをすべてオフさせる。
　本発明によれば、互いに並列接続される複数の電池モジュールに有するリレーをすべてオフするときに、少なくとも１つのリレーが閉固着していても、その閉固着しているリレーを有する電池モジュールに集中して電流が流れないようにすることができる。
実施形態の電池パックの一例を示す図である。 制御部の動作の一例を示すフローチャートである。 制御部の動作の他の例を示すフローチャートである。 制御部の動作のさらに他の例を示すフローチャートである。 制御部の動作のさらに他の例を示すフローチャートである。
　以下図面に基づいて実施形態について詳細を説明する。
　図１は、実施形態の電池パックの一例を示す図である。
　図１に示す電池パック１は、例えば、電動フォークリフトや電気自動車などの車両に搭載され、走行モータを駆動するインバータなどの負荷Ｌｏへ電力を供給する。また、車両の停止時、負荷Ｌｏから電池パック１へ回生電流が流れるものとする。
　また、電池パック１は、互いに並列接続される複数の電池モジュール２と、制御部３とを備えている。なお、制御部３は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やプログラマブルディバイスにより構成される。
　各電池モジュール２は、それぞれ、電池Ｂと、リレーＲと、電流検出部２１と、温度検出部２２と、監視部２３とを備えている。
　電池Ｂは、直列接続される複数の電池（例えば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、または電気二重層コンデンサ）により構成される。なお、電池Ｂは、１つの電池により構成されてもよい。
　リレーＲは、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）などの半導体リレーや電磁式リレーにより構成され、電池Ｂに直列接続されている。すべてのリレーＲがオンすると、すべての電池Ｂが互いに電気的に接続されるとともに負荷Ｌｏに電気的に接続される。また、すべてのリレーＲがオフすると、すべての電池Ｂが互いに電気的に切り離されるとともに負荷Ｌｏと電気的に切り離される。なお、図１に示す例では、リレーＲが電池Ｂのマイナス端子側に接続されているが、リレーＲが電池Ｂのプラス端子側に接続されてもよい。
　電流検出部２１は、例えば、ホール素子により構成され、電池モジュール２（電池Ｂ）に流れる電流を検出する。
　温度検出部２２は、例えば、サーミスタにより構成され、電池Ｂの周辺温度を検出する。
　監視部２３は、例えば、ＣＰＵやプログラマブルディバイスにより構成され、電池Ｂの電圧を検出する。また、監視部２３は、制御部３から送られてくる指示により、リレーＲのオン、オフを制御する。また、監視部２３は、電池Ｂの電圧、電流検出部２１により検出される電流、及び温度検出部２２により検出される温度を示す電池状態情報を制御部３に送る。
　制御部３は、電池状態情報に示される電圧、電流、及び温度に基づいて、その電池状態情報の送り元の電池モジュール２が異常であるか否かを判断する。また、制御部３は、異常となった電池モジュール２に有するリレーＲをオフさせることで、その電池モジュール２を他の電池モジュール２から電気的に切り離し、その異常となった電池モジュール２へ流れる電流（負荷Ｌｏから異常となった電池モジュール２の電池Ｂへ流れる回生電流や他の電池モジュール２の電池Ｂから異常となった電池モジュール２の電池Ｂへ流れる還流電流など）を遮断する。また、制御部３は、すべての電池モジュール２に有するリレーＲをオフさせることで、すべての電池モジュール２を互いに電気的に切り離し、すべての電池モジュール２へ流れる電流（負荷Ｌｏからすべての電池モジュール２の電池Ｂへ流れる回生電流など）を遮断する。
＜実施例１＞
　図２は、電池パック１の使用時（車両走行時）の制御部３の動作の一例を示すフローチャートである。なお、すべてのリレーＲはオンしているものとする。
　まず、制御部３は、すべての電池モジュール２に異常が発生していないと判断すると（Ｓ２１：Ｎｏ）、現在の状態を維持し、すべての電池モジュール２のうちの少なくとも１つの電池モジュール２に異常が発生したと判断すると（Ｓ２１：Ｙｅｓ）、その異常の種類に基づいて、各リレーＲをすべてオフすべきか否かを判断する（Ｓ２２）。例えば、制御部３は、電池状態情報に示される電圧により、その電池状態情報の送り元の電池モジュール２の電池Ｂが過充電状態であると判断すると、各リレーＲをすべてオフすべきであると判断する。または、制御部３は、電池状態情報に示される電流により、その電池状態情報の送り元の電池モジュール２の電池Ｂに過電流が流れていると判断すると、各リレーＲをすべてオフすべきであると判断する。また、制御部３は、電池状態情報に示される温度により、その電池状態情報の送り元の電池モジュール２の電池Ｂが過温度であると判断すると、各リレーＲをすべてオフする必要がないと、すなわち、異常となった電池モジュール２に有するリレーＲのみをオフすればよいと判断する。
　なお、各リレーＲをすべてオフするか否かの判断を変えてもよい。例えば、制御部３は、電池状態情報に示される電流により、その電池状態情報の送り元の電池モジュール２の電池Ｂに過電流が流れていると判断すると、各リレーＲをすべてオフする必要がないと、すなわち、異常となった電池モジュール２に有するリレーＲのみをオフすればよいと判断する。または、制御部３は、電池状態情報に示される電圧により、その電池状態情報の送り元の電池モジュール２の電池Ｂが過充電状態であると判断すると、各リレーＲをすべてオフする必要がないと、すなわち、異常となった電池モジュール２に有するリレーＲのみをオフすればよいと判断する。また、制御部３は、電池状態情報に示される温度により、その電池状態情報の送り元の電池モジュール２の電池Ｂが過温度であると判断すると、各リレーＲをすべてオフすべきであると判断する。
　次に、制御部３は、異常となった電池モジュール２に有するリレーＲのみをオフすればよいと判断すると（Ｓ２２：Ｎｏ）、異常となった電池モジュール２に有するリレーＲをオフさせる（Ｓ２３）。
　また、制御部３は、各リレーＲをすべてオフすべきであると判断すると（Ｓ２２：Ｙｅｓ）、所定時間経過後に（Ｓ２４：Ｙｅｓ）、各リレーＲをすべてオフさせる（Ｓ２５）。例えば、制御部３は、各リレーＲをすべてオフすべきであると判断すると、その旨を車両側の走行制御部４へ送る。走行制御部４は、各リレーＲをすべてオフすべきであると判断した旨を受け取ると、走行停止処理を開始する。本実施形態の電池パック１は、走行制御部４が走行停止処理を開始してから車両が停止するまで負荷Ｌｏから電池パック１へ回生電流が流れ続けるような車両に対して有効である。より具体的には、リーチフォークリフトのように、制御部３から各リレーＲをすべてオフすべきと判断された旨を走行制御部４が受信すると回生ブレーキを使用して走行停止処理を行い、走行停止処理により負荷Ｌｏから電池パック１の電池Ｂへ回生電流が流れる車両に搭載されると有効である。
　なお、所定時間とは、例えば、制御部３が各リレーＲをすべてオフすべきと判断しその旨を車両側の走行制御部４へ送ってから走行制御部４が走行停止処理を開始し負荷Ｌｏから電池パック１へ流れる回生電流が止まるまでの時間とする。
　このように、実施例１の電池パック１では、各リレーＲをすべてオフすべきであると判断すると、所定時間経過後に、各リレーＲをすべてオフさせる構成であるため、例えば、負荷Ｌｏから電池パック１へ流れる回生電流が止まった後、各リレーＲをすべてオフさせることができる。これにより、リレーＲをすべてオフするときに、少なくとも１つのリレーＲが閉固着していても、その閉固着しているリレーＲを有する電池モジュール２に集中して電流が流れないようにすることができる。
＜実施例２＞
　図３は、電池パック１の使用時（車両走行時）の制御部３の動作の他の例を示すフローチャートである。なお、すべてのリレーＲはオンしているものとする。また、図３に示すＳ３１、Ｓ３２、Ｓ３３は、図２に示すＳ２１、Ｓ２２、Ｓ２３と同じ処理であり、説明を省略する。
　制御部３は、各リレーＲをすべてオフすべきであると判断し（Ｓ３２：Ｙｅｓ）、かつ、各リレーＲがすべて閉固着していないと判断すると（Ｓ３４：Ｎｏ）、すぐに、各リレーＲをすべてオフさせる（Ｓ３６）。例えば、制御部３は、電池パック１の充電開始時または電池パック１の充電終了時において、各リレーＲがそれぞれ閉固着しているか否かを判断しておき、その判断結果を、Ｓ３４の処理の際に使用する。また、制御部３は、リレーＲをオフさせる指示を監視部２３へ送っているにもかかわらず、その監視部２３から送られてくる電池状態情報に示される電流がゼロでないとき、そのリレーＲが閉固着していると判断する。
　また、制御部３は、各リレーＲをすべてオフすべきであると判断し（Ｓ３２：Ｙｅｓ）、かつ、少なくとも１つのリレーＲが閉固着していると判断すると（Ｓ３４：Ｙｅｓ）、所定時間経過後に（Ｓ３５：Ｙｅｓ）、各リレーＲをすべてオフさせる（Ｓ３６）。
　このように、実施例２の電池パック１では、各リレーＲをすべてオフすべきであると判断し、かつ、少なくとも１つのリレーＲが閉固着していると判断すると、所定時間経過後に、各リレーＲをすべてオフさせる構成であるため、実施例１の電池パック１と同様に、例えば、負荷Ｌｏから電池パック１へ流れる回生電流が止まった後、各リレーＲをすべてオフさせることができる。これにより、リレーＲをすべてオフするときに、少なくとも１つのリレーＲが閉固着していても、その閉固着しているリレーＲを有する電池モジュール２に集中して電流が流れないようにすることができる。
　また、実施例２の電池パック１では、各リレーＲをすべてオフすべきであると判断し、かつ、すべてのリレーＲが閉固着していないと判断すると、すぐに、各リレーＲをすべてオフさせる構成であるため、負荷Ｌｏから各電池モジュール２へ流れる回生電流を遮断することができる。これにより、異常となっていない他の電池モジュール２が回生電流により異常となることを防止することができる。
＜実施例３＞
　図４は、電池パック１の使用時（車両走行時）の制御部３の動作のさらに他の例を示すフローチャートである。なお、すべてのリレーＲはオンしているものとする。また、図４に示すＳ４１、Ｓ４２、Ｓ４３は、図２に示すＳ２１、Ｓ２２、Ｓ２３と同じ処理であり、説明を省略する。
　制御部３は、各リレーＲをすべてオフすべきであると判断すると（Ｓ４２：Ｙｅｓ）、その旨を走行制御部４に送信し（Ｓ４４）、走行停止処理を開始した旨を走行制御部４から受信した後（Ｓ４５：Ｙｅｓ）、車両が停止した旨を走行制御部４から受信すると（Ｓ４６：Ｎｏ）、各リレーＲをすべてオフさせる（Ｓ４７）。なお、走行制御部４は、各リレーＲをすべてオフすべきであると判断した旨を制御部３から受信すると、走行停止処理を開始するとともに、走行停止処理を開始した旨を制御部３に送信し、その後、走行停止処理により車両が停止すると、その旨を制御部３に送信するものとする。また、車両が停止すると、負荷Ｌｏから電池パック１へ回生電流が流れなくなるものとする。
　このように、実施例３の電池パック１では、各リレーＲをすべてオフすべきであると判断すると、走行停止処理を開始したのちに車両が停止した後、各リレーＲをすべてオフさせる構成であるため、実施例１の電池パック１と同様に、例えば、負荷Ｌｏから電池パック１へ流れる回生電流が止まった後、各リレーＲをすべてオフさせることができる。これにより、リレーＲをすべてオフするときに、少なくとも１つのリレーＲが閉固着していても、その閉固着しているリレーＲを有する電池モジュール２に集中して電流が流れないようにすることができる。
＜実施例４＞
　図５は、電池パック１の使用時（車両走行時）の制御部３の動作のさらに他の例を示すフローチャートである。なお、すべてのリレーＲはオンしているものとする。また、図５に示すＳ５１、Ｓ５２、Ｓ５３は、図２に示すＳ２１、Ｓ２２、Ｓ２３と同じ処理であり、説明を省略する。
　制御部３は、各リレーＲをすべてオフすべきであると判断すると（Ｓ５２：Ｙｅｓ）、その旨を走行制御部４に送信し（Ｓ５４）、走行停止処理を開始した旨を走行制御部４から受信した後（Ｓ５５：Ｙｅｓ）、電池パック１全体に流れる電流が所定値以下になったと判断すると（Ｓ５６：Ｙｅｓ）、各リレーＲをすべてオフさせる（Ｓ５７）。例えば、制御部３は、各電池Ｂにそれぞれ流れる電流の総和を、電池パック１全体に流れる電流とする。または、制御部３は、１つの電池モジュール２に流れる電流と、電池パック１に備えられる電池モジュール２の個数との乗算結果を、電池パック１全体に流れる電流とする。また、上記所定値は、例えば、電池ＢやリレーＲの定格電流などに基づいて設定されるものとする。
　このように、実施例４の電池パック１では、各リレーＲをすべてオフすべきであると判断すると、走行停止処理を開始したのちに電池パック１全体に流れる電流が所定値以下になった後、各リレーＲをすべてオフさせる構成であるため、負荷Ｌｏから電池パック１へ流れる回生電流が所定値以下になった後、各リレーＲをすべてオフさせることができる。これにより、リレーＲをすべてオフするときに、少なくとも１つのリレーＲが閉固着していても、その閉固着しているリレーＲを有する電池モジュール２に集中して流れる電流を抑えることができ、その電池モジュール２の電池Ｂに過電流が流れることを抑えることができる。
　また、本発明は、上記実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。
　例えば、所定時間とは、制御部３が各リレーＲをすべてオフすべきと判断しその旨を車両側の走行制御部４へ送ってからの時間に限らず、制御部３が各リレーＲをすべてオフすべきと判断してからの時間でもよく、または、制御部３が判断した旨を車両側の走行制御部４へ送ったのちに走行停止処理を開始した旨を走行制御部４から受け取ってからの時間でもよい。
１　電池パック
２　電池モジュール
３　制御部
４　走行制御部
２１　電流検出部
２２　温度検出部
２３　監視部
Ｌｏ　負荷
Ｂ　電池
Ｒ　リレー
 

Claims (5)

  1. 　それぞれ、直列接続される電池及びリレーを有し、互いに並列接続される複数の電池モジュールと、前記各リレーをオンまたはオフさせる制御部と、を備え、前記制御部から前記各リレーをすべてオフすべきと判断された旨を受信すると回生ブレーキを使用して走行停止処理を行い、その走行停止処理により前記電池へ回生電流が流れる車両に搭載される電池パックであって、
    　前記制御部は、前記各リレーをすべてオフすべきと判断すると、所定時間経過後に前記各リレーをすべてオフさせる
    　ことを特徴とする電池パック。
  2. 　請求項１に記載の電池パックであって、
    　前記制御部は、前記各リレーをすべてオフすべきと判断し、かつ、前記各リレーのうちの少なくとも１つのリレーが閉固着していると判断すると、前記所定時間経過後に前記各リレーをすべてオフさせる
    　ことを特徴とする電池パック。
  3. 　請求項１に記載の電池パックであって、
    　前記制御部は、前記各リレーをすべてオフすべきと判断すると、所定時間経過後に前記各リレーをすべてオフさせ、前記各リレーをすべてオフする必要がないと判断すると、異常となった電池モジュールに有するリレーのみをオフさせる
    　ことを特徴とする電池パック。
  4. 　それぞれ、直列接続される電池及びリレーを有し、互いに並列接続される複数の電池モジュールと、前記各リレーをオンまたはオフさせる制御部と、を備え、前記制御部から前記各リレーをすべてオフすべきと判断された旨を受信すると回生ブレーキを使用して走行停止処理を行い、その走行停止処理により前記電池へ回生電流が流れる車両に搭載される電池パックであって、
    　前記制御部は、前記各リレーをすべてオフすべきと判断すると、前記走行停止処理を開始したのちに前記車両が停止した後、前記各リレーをすべてオフさせる
    　ことを特徴とする電池パック。
  5. 　それぞれ、直列接続される電池及びリレーを有し、互いに並列接続される複数の電池モジュールと、前記各リレーをオンまたはオフさせる制御部と、を備え、前記制御部から前記各リレーをすべてオフすべきと判断された旨を受信すると回生ブレーキを使用して走行停止処理を行い、その走行停止処理により前記電池へ回生電流が流れる車両に搭載される電池パックであって、
    　前記制御部は、前記各リレーをすべてオフすべきと判断すると、前記走行停止処理を開始したのちに当該電池パック全体に流れる電流が所定値以下になった後、前記各リレーをすべてオフさせる
    　ことを特徴とする電池パック。
     
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