JP2002369372A - 組電池 - Google Patents

組電池

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JP2002369372A
JP2002369372A JP2001168301A JP2001168301A JP2002369372A JP 2002369372 A JP2002369372 A JP 2002369372A JP 2001168301 A JP2001168301 A JP 2001168301A JP 2001168301 A JP2001168301 A JP 2001168301A JP 2002369372 A JP2002369372 A JP 2002369372A
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cell
battery pack
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current limiting
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Yuji Tanjo
雄児 丹上
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Nissan Motor Co Ltd
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Nissan Motor Co Ltd
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    • 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

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  • Protection Of Static Devices (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】電池の性能を低下させることなく、異常セルの
検出を確実に行う組電池を提供する。 【解決手段】組電池は、温度に応じて導通させる電流を
制御するPTCサーミスタ3および導通させる電流の最
大値を制御するヒューズ2とを並列に接続して構成され
る保護素子5と、保護素子5と直列に接続したセル1か
ら構成されるセルユニット7を複数個並列に接続した構
成を有する。これにより、PTCサーミスタ3の抵抗値
を大きくしても電池の性能が低下することはなく、異常
セルに電流が流れることにより、セル1とヒューズ2を
含む両端にかかる電圧が低下することにより、異常セル
の存在を検出することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、性能を低下させる
ことなく、セル異常を確実に検出することを可能とした
組電池に関する。
【0002】
【従来の技術】電気自動車等に搭載される電池には、並
列に接続した複数のセルを直列に接続して構成される組
電池が用いられている。各セルには、それぞれヒューズ
やPTC(Positive temperature coefficient)サーミ
スタが直列に接続されている。PTCサーミスタは、温
度が上昇すると抵抗値が増加する正の温度特性をもつ。
通常、PTCサーミスタは一定の低い抵抗値の抵抗体と
して働くが、過電流が流れると抵抗値が急激に増加し、
電流を制限することができる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図2に
示すように、各セル1を並列に接続しただけの構成とし
ている従来の組電池では、1個のセルに異常が起こって
短絡した場合、他のセルから大電流が異常セルに流れて
しまうという問題があった。
【0004】図3は、各セル1にヒューズ2を直列に接
続し、それらを並列に接続したものを複数直列に接続し
て構成される従来の組電池を示す。このような構成にし
た場合、1個のセルに異常が起こって短絡すると、他の
セルから大電流が異常セルに流れる時に、異常セルと直
列に接続されているヒューズが切れるので、異常セルに
大電流が流れるという問題を解決することができる。
【0005】しかし、この構成では、セルに異常が起こ
ったことを速やかに検知することができないという問題
がある。すなわち、異常セルを検知するためには、全セ
ルのセル電圧を測定するか、全ヒューズの導通チェック
を行う必要がある。このため、組電池を構成するセルの
個数分だけ、電圧センサやヒューズの導通チェック機構
が必要となる。
【0006】図4は、セル1にPTCサーミスタ3を直
列に接続し、それらを並列に接続したものを複数直列に
接続した従来の組電池を示す。このような構成にした場
合、1個のセルに異常が起こって短絡すると、他のセル
から大電流が異常セルに流れることにより、異常セルと
直列に接続されているPTCサーミスタ3の温度が上昇
する。これにより、温度が上昇したPTCサーミスタ3
の内部抵抗が大きくなるので、異常セルに大電流が流れ
るのを防ぐことことができる。
【0007】しかし、異常が起こったセル1と直列に接
続されているPTCサーミスタ3の抵抗値が小さいと、
異常セルに電流が流れ込むことにより、短時間で他のセ
ルが過放電してしまう。従って、PTCサーミスタ3の
抵抗値はできるだけ大きい方が良い。しかし、PTCサ
ーミスタ3の抵抗値を大きくするとPTCサーミスタ3
で消費される電力が大きくなり、電池の性能(出力)が
低下するという問題が生じるので、PTCサーミスタ3
の抵抗値は大きくすることができない。
【0008】本発明の目的は、電池の性能を低下させる
ことなく、異常セルの検出を確実に行うことを可能とし
た組電池を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】一実施の形態を示す図1
を参照して本発明を説明する。 (1)本発明による組電池は、温度に応じて導通させる
電流を制御する温度依存性電流制限素子3および導通さ
せる電流の最大値を制限する電流制限素子2を並列に接
続して構成される保護素子5と、保護素子5と直列に接
続したセル1から構成されるセルユニット7を複数個並
列に接続して構成することにより、上記目的を達成す
る。 (2)請求項2の発明は、請求項1の組電池において、
温度依存性電流制限素子3の抵抗値は、電流制限素子2
の抵抗値よりも大きいことを特徴とする。 (3)請求項3の発明は、請求項1または2の組電池に
おいて、電流制限素子2の抵抗値は、セル1に異常が起
こった際に流れる電流によって、異常が起こったセル1
に直列に接続されている電流制限素子2のみが切れる値
である。 (4)請求項4の発明は、請求項1〜3のいずれかの組
電池において、温度依存性電流制限素子3は、温度依存
性電流制限素子3と直列に接続されているセル1と接触
している。 (5)請求項5の発明は、請求項1〜4のいずれかの組
電池において、電流制限素子2は、ヒューズ2である。 (6)請求項6の発明は、請求項1〜5のいずれかの組
電池において、温度依存性電流制限素子3は、PTCサ
ーミスタ3である。
【0010】なお、上記課題を解決するための手段の項
では、本発明をわかりやすく説明するために実施の形態
の図1と対応づけたが、これにより本発明が実施の形態
に限定されるものではない。
【0011】
【発明の効果】本発明によれば、次のような効果を奏す
る。 (1)請求項1〜6の発明によれば、電流制限素子をセ
ルと直列に接続するとともに温度依存性電流制限素子と
並列に接続したので、電池の性能を低下させずに、温度
依存性電流制限素子の抵抗値を大きくすることができ、
セルに異常が発生した時に、他のセルから大電流が異常
セルに流れることを防止することができる。また、異常
セルの検出を確実に行うことができる。 (2)請求項2の発明によれば、セル異常時に即座に電
流制限素子が切れて温度依存性電流制限素子に電流が流
れるようにすることにより、他のセルでの過放電を防ぐ
ことができる。 (3)請求項3の発明によれば、セルに異常が起こった
時は、異常が起こったセルに直列に接続されている電流
制限素子のみが切れるので、異常セルを確実に検出する
ことができる。 (4)請求項4の発明によれば、温度依存性電流制限素
子はセルと接触しているので、セルに異常が発生したと
きに温度依存性電流制限素子の抵抗値の増大度も大きく
なり、他のセルの放電を少なくすることができる。
【0012】
【発明の実施の形態】図1は、本発明による組電池の一
実施の形態の構成を示す図である。本発明による組電池
では、各セル1ごとにヒューズ2が直列に接続されてお
り、各ヒューズ2はPTCサーミスタ3と並列に接続さ
れている。すなわち、各セル1とPTCサーミスタ3も
直列に接続されている。ヒューズ2とPTCサーミスタ
3を並列に接続して保護素子5を構成することにより、
セルに異常が発生したときに異常セルに大電流が流れる
のを防ぐ役割を果たしている。ここで、セル1と、セル
1と直列に接続された保護素子5とを一組としてセルユ
ニット7と呼ぶ。すなわち、図1の組電池は、複数個の
セルユニット7を並列に接続して構成したモジュール6
をそれぞれ直列に接続して構成されている。各モジュー
ル6の両端には、電圧計4が接続されている。この電圧
計4により、セル1とヒューズ2の両端にかかる電圧、
もしくはセル1とPTCサーミスタ3の両端にかかる電
圧を計測することができる。なお、組電池は一つのモジ
ュール6のみで構成してもよい。
【0013】上述したように、電池の性能を考慮しなけ
れば、PTCサーミスタ3の抵抗値はできるだけ大きい
方が良い。PTCサーミスタ3の抵抗値をヒューズ2の
抵抗値よりも大きくした場合、セル正常時に流れる電流
はヒューズ2の方に流れる。従って、各セル1のうち、
1個のセル1に異常が起こって短絡すると、他のセル1
からの大電流は異常セルと直列に接続されているヒュー
ズ2に流れて、ヒューズ2が切れる。このときにPTC
サーミスタ3の抵抗値が大きければ、異常セルに大電流
が流れるのを防ぐことができる。
【0014】また、上述したように、ヒューズ2の抵抗
値がPTCサーミスタ3の抵抗値より小さいときには、
セル正常時に流れる電流はヒューズ2の方に流れるの
で、PTCサーミスタ3の抵抗値を大きくしても電池の
性能が低下することはない。従って、PTCサーミスタ
3の抵抗値を大きくすることにより、セル1に異常が起
こったときに、他のセル1の過放電を防ぐことができ
る。また、電池の性能の低下を防ぐためには、セル正常
時の電流はできるだけヒューズ2の方に流れる方が良い
ので、ヒューズ2の抵抗値をできるだけ小さくすること
が好ましい。このため、ヒューズ2の抵抗値は、セル1
に異常が起こったときに、異常セルと直列に接続されて
いるヒューズ2のみが切れるような値に設定する。
【0015】セル1に異常が起こったときは、セル1と
PTCサーミスタ3だけを直列に接続した構成の従来の
組電池と同様に、異常セル以外のセル1から異常セルに
電流が流れることにより電圧計4の電圧値が低下してい
くので、電池の異常を確実に検知することができる。す
なわち、電圧計4を各セルごとに設ける必要がなく、モ
ジュール6の両端に電圧計4を1個設けることにより、
電池の異常を検知することができる。セル1とPTCサ
ーミスタ3だけを直列に接続した構成の組電池では、P
TCサーミスタ3の抵抗値を大きくすると電池の性能が
低下するという問題があるが、本発明による組電池で
は、上述したように、電池の性能が低下することはな
い。また、電圧計4の電圧値を計測することにより電池
の異常を検知したときは、切れているヒューズ2を調べ
ることにより、異常セルの検出を行うことができる。
【0016】セル異常時に異常セル以外のセルの放電を
少なくするためには、異常セルに流れる電流をできるだ
け少なくする必要がある。このためには、セルに異常が
起こったときに、異常セルと直列に接続されているPT
Cサーミスタ3の抵抗値をできるだけ早く増大させる方
が良い。上述したように、PTCサーミスタ3は温度が
上昇すると抵抗値も増大する。従って、PTCサーミス
タ3と直列に接続されているセル1にPTCサーミスタ
3を接触させておけば、セル異常時にPTCサーミスタ
3の抵抗値の増大度が大きくなる。すなわち、セル異常
時にはセル1の温度も上昇するので、PTCサーミスタ
3をセル1に接触させていない場合よりも、PTCサー
ミスタ3の温度上昇度が大きくなり、抵抗値の増大度も
大きくなる。
【0017】本発明は上述した実施の形態に何ら限定さ
れることはない。例えば、ヒューズ2の代わりに別の過
電流保護装置を用いてもよい。また、温度に応じて導通
させる電流量を制御できるものならば、PTCサーミス
タ3以外のものを用いることもできる。また、上述した
一実施の形態では、異常セルが1個だけ発生したときに
ついて説明したが、2個以上のセルに異常が発生したと
きでも、同じ効果を得ることができる。
【0018】以上詳細に説明してきたように、本発明に
よる組電池によれば、ヒューズ2をセル1と直列に接続
するとともに、セル1と直列に接続されているPTCサ
ーミスタ3とヒューズ2を並列に接続したので、電池の
性能を低下させずに、PTCサーミスタ3の抵抗値を大
きくすることができ、セル1に異常が発生した時に、他
のセル1から大電流が異常セルに流れることを防止する
ことができる。また、セル1と保護素子5の両端にかか
る電圧を計測することにより、異常セルの検出を確実に
行うことができる。さらに、PTCサーミスタ3を電池
に接触させておけば、セル1に異常が発生したときにP
TCサーミスタ3の抵抗値の増大度も大きくなり、他の
セル1の放電を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による組電池の一実施の形態の構成を示
す図
【図2】セルを並列に接続しただけの従来の組電池の構
成を示す図
【図3】セルとヒューズを直列に接続したものを並列に
接続した従来の組電池の構成を示す図
【図4】セルとPTCサーミスタを直列に接続したもの
を並列に接続した従来の組電池の構成を示す図
【符号の説明】
1…セル、2…ヒューズ、3…PTCサーミスタ、4…
電圧計、5…保護素子、6…モジュール、7…セルユニ
ット

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】温度に応じて導通させる電流を制御する温
    度依存性電流制限素子および導通させる電流の最大値を
    制限する電流制限素子を並列に接続して構成される保護
    素子と、前記保護素子と直列に接続したセルとから構成
    されるセルユニットを複数個並列に接続して構成したこ
    とを特徴とする組電池。
  2. 【請求項2】請求項1に記載の組電池において、 前記温度依存性電流制限素子の抵抗値は、前記電流制限
    素子の抵抗値よりも大きいことを特徴とする組電池。
  3. 【請求項3】請求項1または2に記載の組電池におい
    て、 前記電流制限素子の抵抗値は、セルに異常が起こった際
    に流れる電流によって、異常が起こったセルに直列に接
    続されている前記電流制限素子のみが切れる値であるこ
    とを特徴とする組電池。
  4. 【請求項4】請求項1〜3のいずれかに記載の組電池に
    おいて、 前記温度依存性電流制限素子は、前記温度依存性電流制
    限素子と直列に接続されているセルと接触していること
    を特徴とする組電池。
  5. 【請求項5】請求項1〜4のいずれかに記載の組電池に
    おいて、 前記電流制限素子は、ヒューズであることを特徴とする
    組電池。
  6. 【請求項6】請求項1〜5のいずれかに記載の組電池に
    おいて、 前記温度依存性電流制限素子は、PTCサーミスタであ
    ることを特徴とする組電池。
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