JP2005056654A - Battery pack module management device, and battery pack module provided with management device - Google Patents

Battery pack module management device, and battery pack module provided with management device Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a battery pack module management device which can improve the reliability of a battery pack module. <P>SOLUTION: In this management device of the battery pack module (50) to which a plurality of secondary batteries are connected, this has voltage monitors (30a to 30n) to detect the voltage of the secondary batteries, short circuit switches (35a to 35n) to short-circuit positive electrode and negative electrode of the secondary batteries, connecting switches (38a to 38n) of connecting the positive electrode and the negative electrodes of the secondary batteries via the resistors (37a to 37n), and a controller (40) which operates the short circuit switches (35a to 35n) when the voltages detected by the voltage monitors (30a to 30n) become lower than the fault lower limit voltage and which operates the connecting switches (38a to 38n) when those voltages become higher than the fault higher limit voltage. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、組電池モジュールの信頼性を向上させることができる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信頼性の高い組電池モジュールに関する。   The present invention relates to an assembled battery module management device capable of improving the reliability of the assembled battery module and a highly reliable assembled battery module including the management device.

出力電圧が低く容量の小さな二次電池を、たとえば車両の駆動用エネルギー供給源として、また民生用エネルギー供給源として使用する場合、複数の二次電池を直列に接続しこれをさらに複数並列に接続して所要の電圧と容量とを備えた組電池モジュールを作製する必要がある。   When using a secondary battery with a low output voltage and a small capacity, for example, as an energy source for driving a vehicle or a consumer energy source, connect multiple secondary batteries in series and connect them in parallel. Thus, it is necessary to produce an assembled battery module having a required voltage and capacity.

組電池モジュールを構成するすべての二次電池が正常に機能していれば組電池モジュールも正常に機能することになるが、組電池モジュールを構成する二次電池の内の一つでも正常に機能しなくなると他の二次電池にその影響が及ぶため組電池モジュールは正常に機能できなくなる。   If all the secondary batteries that make up the assembled battery module are functioning normally, the assembled battery module will also function normally. However, even one of the secondary batteries that make up the assembled battery module will function normally. If it does not, other secondary batteries are affected, and the assembled battery module cannot function normally.

下記特許文献１に記載されている発明では、組電池モジュールを構成するすべての二次電池が正常に機能しているか否かを次のようにして判断する。まず、組電池モジュールを構成するすべての二次電池の無負荷時の電圧を計測してその最低電圧を求め、この最低電圧とそれぞれの二次電池の電圧との偏差を求める。そして、その偏差が一定値を超えているか否かを調べ、一定値を超えていればその二次電池は異常であると判断する。異常の認められた二次電池については均等化回路を機能させて容量調整を行うが、この容量調整を行う回数（均等化回路を機能させる回数）が一定の回数を超えたときには、その組電池モジュールはこれ以上使用を継続できないと判断する。つまり、この発明は、無負荷時に各二次電池の容量が均等になるように調整するが、この調整の回数が一定の回数を超えると組電池モジュールが使用できないと判断するものである。
特開２００２−２５６２８号公報（段落番号「００１９」、図２および図５） In the invention described in Patent Document 1 below, it is determined as follows whether or not all the secondary batteries constituting the assembled battery module are functioning normally. First, the voltage at the time of no load of all the secondary batteries which comprise an assembled battery module is measured, the minimum voltage is calculated | required, and the deviation of this minimum voltage and the voltage of each secondary battery is calculated | required. Then, it is checked whether or not the deviation exceeds a certain value. If the deviation exceeds the certain value, it is determined that the secondary battery is abnormal. The capacity of the secondary battery in which an abnormality is recognized is adjusted by functioning the equalization circuit. If the number of times this capacity adjustment is performed (the number of times the equalization circuit is functioned) exceeds a certain number, the assembled battery The module determines that it can no longer be used. That is, according to the present invention, the capacity of each secondary battery is adjusted to be equal when there is no load, but it is determined that the assembled battery module cannot be used when the number of adjustments exceeds a certain number.
JP 2002-25628 (paragraph number “0019”, FIG. 2 and FIG. 5)

本発明は、一部の二次電池に異常が生じただけで組電池モジュールが使用できなくなってしまうという従来の技術の不具合を解消するために成されたものであり、組電池モジュールを構成する二次電池のいくつかに異常が生じた場合であっても組電池モジュールが使用しつづけられるようにするための、組電池モジュールの信頼性を向上させることができる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信頼性の高い組電池モジュールの提供を目的とする。   The present invention was made in order to eliminate the problem of the prior art that an assembled battery module becomes unusable only when an abnormality occurs in some secondary batteries, and constitutes the assembled battery module. An assembled battery module management apparatus capable of improving the reliability of the assembled battery module and the management thereof, so that the assembled battery module can continue to be used even when an abnormality occurs in some of the secondary batteries An object of the present invention is to provide a highly reliable assembled battery module including the device.

上記目的を達成するための組電池モジュール管理装置は、複数の二次電池が接続されてなる組電池モジュールの管理装置であって、当該二次電池の電圧を検出する電圧検出手段と、前記二次電池の正極と負極とを短絡させる短絡手段と、前記二次電池の正極と負極とを抵抗器を介して接続する接続手段と、前記電圧検出手段によって検出された電圧が異常下限電圧よりも低くなったときには前記短絡手段を動作させ、その電圧が異常上限電圧よりも高くなったときには前記接続手段を動作させる制御手段と、を備えたことを特徴とする。   An assembled battery module management apparatus for achieving the above object is an assembled battery module management apparatus in which a plurality of secondary batteries are connected, the voltage detecting means for detecting the voltage of the secondary battery, and the second battery A short-circuit means for short-circuiting the positive electrode and negative electrode of the secondary battery, a connection means for connecting the positive electrode and negative electrode of the secondary battery via a resistor, and the voltage detected by the voltage detection means is lower than the abnormal lower limit voltage. Control means for operating the short-circuit means when the voltage becomes low and operating the connection means when the voltage becomes higher than the abnormal upper limit voltage.

二次電池の電圧が異常下限電圧よりも低くなったときには短絡手段によってその二次電池の正極と負極とが直接接続される。正極と負極とが短絡されることによって、組電池モジュールからその二次電池を電気的に取り除くことができる。電圧が異常下限電圧よりも低くなった二次電池にはエネルギーがほとんど蓄えられていないので、その正極と負極とを短絡させても安全上の問題は生じない。   When the voltage of the secondary battery becomes lower than the abnormal lower limit voltage, the positive electrode and the negative electrode of the secondary battery are directly connected by the short-circuit means. By the short circuit between the positive electrode and the negative electrode, the secondary battery can be electrically removed from the assembled battery module. Since the secondary battery whose voltage is lower than the abnormal lower limit voltage stores little energy, no safety problem arises even if the positive electrode and the negative electrode are short-circuited.

また、二次電池の電圧が異常上限電圧よりも高くなったときには接続手段によってその二次電池の正極と負極とが抵抗器を介して接続される。正極と負極とを抵抗器を介して接続させると、異常に蓄えられてしまったエネルギーをその抵抗器の発熱によって安全に放出させることができる。   Further, when the voltage of the secondary battery becomes higher than the abnormal upper limit voltage, the positive electrode and the negative electrode of the secondary battery are connected via the resistor by the connecting means. When the positive electrode and the negative electrode are connected via a resistor, the energy stored abnormally can be safely released by the heat generated by the resistor.

本発明にかかる組電池モジュール管理装置によれば、組電池モジュールを構成する二次電池の内、過放電状態の二次電池は電気的に短絡することによって無効にし、過充電状態の二次電池は安全に放電させるようにしたので、一部の二次電池に異常が生じただけで組電池モジュールが使用できなくなってしまうという事態を回避することができ、組電池モジュールの信頼性を向上させることができる。   According to the assembled battery module management device according to the present invention, among the secondary batteries constituting the assembled battery module, the overcharged secondary battery is invalidated by being electrically short-circuited, and the overcharged secondary battery is Since the battery is discharged safely, it is possible to avoid the situation where the assembled battery module becomes unusable only when some secondary batteries become abnormal, improving the reliability of the assembled battery module be able to.

本発明にかかる組電池モジュールによれば、組電池モジュールを構成する二次電池の内、過放電状態の二次電池が電気的に短絡することによって無効にされ、過充電状態の二次電池は安全に放電されるので、組電池モジュールを構成する二次電池のいくつかに異常が生じた場合であっても組電池モジュールを使用しつづけられるようになり、信頼性の高い組電池モジュールが提供できる。   According to the assembled battery module according to the present invention, among the secondary batteries constituting the assembled battery module, the overcharged secondary battery is invalidated by being electrically short-circuited, and the overcharged secondary battery is Since it is discharged safely, even if some of the secondary batteries that make up the assembled battery module are abnormal, the assembled battery module can continue to be used, providing a highly reliable assembled battery module it can.

本発明にかかる組電池モジュールの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を図面に基づいて詳細に説明する。   An assembled battery module management device and an assembled battery module including the management device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

本発明にかかる組電池モジュールの管理装置は、図１および図２に示すような構成を有している。図１は、本発明にかかる組電池モジュールの管理装置を、二次電池（一般的な二次電池）が複数直列に接続されてなる組電池モジュールに適用した場合を示し、図２は、本発明にかかる組電池モジュールの管理装置を、１つの直列段が並列に接続された複数の二次電池から構成され、この直列段を複数直列に接続してなる組電池モジュールに適用した場合を示している。図１と図２とでは、組電池モジュールの構成が異なっているが、両図とも管理装置の構成は全く同一である。すなわち、図１の組電池モジュール５０は、各二次電池が組電池モジュール５０を構成する複数の直列段の内の１つの直列段を構成し、図２の組電池モジュール５０は、並列に接続された複数の二次電池が１つの直列段を構成している。   The battery pack module management apparatus according to the present invention has a configuration as shown in FIGS. FIG. 1 shows a case where a battery pack module management apparatus according to the present invention is applied to a battery pack module in which a plurality of secondary batteries (general secondary batteries) are connected in series, and FIG. The case where the assembled battery module management apparatus according to the present invention is applied to an assembled battery module which is composed of a plurality of secondary batteries in which one series stage is connected in parallel and is connected in series to a plurality of series stages. ing. Although the configuration of the assembled battery module is different between FIG. 1 and FIG. 2, the configuration of the management device is exactly the same in both diagrams. That is, in the assembled battery module 50 in FIG. 1, each secondary battery constitutes one series stage among a plurality of series stages constituting the assembled battery module 50, and the assembled battery module 50 in FIG. 2 is connected in parallel. The plurality of secondary batteries formed constitute one series stage.

本発明にかかる組電池モジュールの管理装置は、図１および図２に示すように、組電池モジュール（すべての二次電池で構成される）５０の電圧を検出する電圧モニタ１０、組電池モジュール５０を充電する場合に充電電源１５からの充電電流を制御し、また、負荷２０に電力を供給する場合に組電池モジュール５０からの供給電流を制御する電流制御装置２５、組電池モジュール５０の各直列段Ｎｏ．１〜Ｎｏ．Ｎのそれぞれの電圧を検出する電圧検出手段としての電圧モニタ３０ａ〜３０ｎ、直列段を構成する二次電池の正極と負極とを短絡させる短絡手段としての短絡スイッチ３５ａ〜３５ｎ、直列段を構成する二次電池の正極と負極とを抵抗器３７ａ〜３７ｎを介して接続する接続手段としての接続スイッチ３８ａ〜３８ｎ、電圧モニタ１０、３０ａ〜３０ｎが検出した電圧に基づいて、短絡スイッチ３５ａ〜３５ｎまたは接続スイッチ３８ａ〜３８ｎの動作を制御するコントローラ４０を備えている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the battery pack module management apparatus according to the present invention includes a voltage monitor 10 that detects the voltage of a battery pack module 50 (consisting of all secondary batteries), and a battery pack module 50. Each of the series of current controller 25 and battery module 50 that controls the charging current from the charging power source 15 when charging the battery, and also controls the current supplied from the battery module 50 when supplying power to the load 20. Stage No. 1-No. Voltage monitors 30a to 30n as voltage detection means for detecting each voltage of N, short-circuit switches 35a to 35n as short-circuit means for short-circuiting the positive electrode and the negative electrode of the secondary battery constituting the series stage, and the series stage Based on the voltages detected by the connection switches 38a to 38n and the voltage monitors 10, 30a to 30n as connection means for connecting the positive and negative electrodes of the secondary battery via the resistors 37a to 37n, A controller 40 that controls the operation of the connection switches 38a to 38n is provided.

組電池ユニット５０を充電する場合、充電電源１５と組電池ユニット５０とを接続するスイッチ１６を閉じる。コントローラ４０は、Ｎｏ．１直列段からＮｏ．Ｎ直列段までの各直列段に設けられている電圧モニタ３０ａ〜３０ｎのそれぞれが検出した電圧を入力し、その入力した電圧があらかじめ設定してある異常上限電圧よりも高くなっているか否かを判断する。検出した電圧が異常上限電圧よりも高くなっている直列段については、接続スイッチ３８を閉じて直列段を構成する二次電池と並列に抵抗器を接続する。たとえば、充電中にＮｏ．２直列段の電圧が異常上限電圧を超えたとすると、コントローラ４０は接続スイッチ３８ｂをＯＮしてＮｏ．２直列段を構成する二次電池に抵抗器３７ｂを並列に接続する。抵抗器３７ｂが並列に接続されると、多くの充電電流は抵抗器３７ｂを流れるようになり、Ｎｏ．２直列段を構成する二次電池の電圧上昇が抑制され、その二次電池の過充電が自動的に阻止される。なお、抵抗器３７ａ〜３７ｎの抵抗値は、このような効果が期待できるよう各二次電池のインピーダンスを勘案して決定する。一般的には二次電池の内部抵抗値よりも大きな抵抗値とするのが望ましく、１００ｍΩ〜１００Ω程度の範囲で選択される。数Ａから数十Ａといった大電流が流れると予測される場合、抵抗器を放熱させるため、金属板上に設置する等の放熱対策をしてもよい。   When charging the assembled battery unit 50, the switch 16 that connects the charging power source 15 and the assembled battery unit 50 is closed. The controller 40 is No. No. 1 from the serial stage. The voltage detected by each of the voltage monitors 30a to 30n provided in each of the series stages up to the N series stage is input, and whether or not the input voltage is higher than a preset abnormal upper limit voltage. to decide. For the series stage in which the detected voltage is higher than the abnormal upper limit voltage, the connection switch 38 is closed and a resistor is connected in parallel with the secondary battery constituting the series stage. For example, during charging, no. If the voltage of the two series stages exceeds the abnormal upper limit voltage, the controller 40 turns on the connection switch 38b to turn the A resistor 37b is connected in parallel to the secondary battery constituting the two series stages. When the resistor 37b is connected in parallel, a large amount of charging current flows through the resistor 37b. The voltage increase of the secondary battery constituting the two series stages is suppressed, and the overcharge of the secondary battery is automatically prevented. The resistance values of the resistors 37a to 37n are determined in consideration of the impedance of each secondary battery so that such an effect can be expected. In general, the resistance value is desirably larger than the internal resistance value of the secondary battery, and is selected in the range of about 100 mΩ to 100Ω. If a large current of several A to several tens of A is expected to flow, heat dissipation measures such as installing on a metal plate may be taken to dissipate the resistor.

組電池モジュール５０は、非常に多くの二次電池が直列または直並列に接続されて構成されている。また、各二次電池のインピーダンスは完全に同一ではなく微妙に異なっている。そのため、組電池ユニット５０が満充電に近づくと、それぞれの二次電池に、満充電を迎えるもの、過充電となっているもの、まだ充電不足のものなど、さまざまな状態のものが混在する。本発明の管理装置を使用しない場合には、組電池モジュール５０としては満充電になっていなくとも、二次電池のいずれかが満充電になった時点で充電を終了しなければならない。過充電は二次電池の寿命を大きく縮めてしまうからである。ところが、本発明の管理装置を用いると、満充電となった二次電池は自動的に充電が終了するので、二次電池の寿命を縮めることなくしかも安全に組電池モジュール５０を満充電させることができる。   The assembled battery module 50 is configured by connecting a large number of secondary batteries in series or series-parallel. Moreover, the impedance of each secondary battery is not completely the same, but is slightly different. For this reason, when the assembled battery unit 50 approaches full charge, each secondary battery has various states such as full charge, overcharge, and insufficient charge. When the management device of the present invention is not used, even if the assembled battery module 50 is not fully charged, charging must be terminated when any of the secondary batteries is fully charged. This is because overcharging greatly shortens the life of the secondary battery. However, when the management device of the present invention is used, since the fully charged secondary battery is automatically charged, the assembled battery module 50 can be fully charged safely without shortening the life of the secondary battery. Can do.

一方、負荷２０に電力を供給する場合、負荷２０と組電池ユニット５０とを接続するスイッチ２１を閉じる。コントローラ４０は、Ｎｏ．１直列段からＮｏ．Ｎ直列段までの各直列段に設けられている電圧モニタ３０ａ〜３０ｎのそれぞれが検出した電圧を入力し、その入力した電圧があらかじめ設定してある異常下限電圧よりも低くなっているか否かを判断する。検出した電圧が異常下限電圧よりも低くなっている直列段については、短絡スイッチ３５を閉じることによって直列段を構成する二次電池を組電池ユニット５０から切り離す。たとえば、放電中にＮｏ．１直列段の電圧が異常下限電圧を下回ったとすると、コントローラ４０は短絡スイッチ３５ａをＯＮしてＮｏ．１直列段を構成する二次電池を短絡する。二次電池を短絡すると、組電池モジュール５０から負荷２０に供給される放電電流は短絡スイッチ３５ａを流れるようになることから、その二次電池は電気的に組電池モジュール５０から存在しないことになる。なお、図１および図２では二次電池を単に短絡させているが、あまり大きな短絡電流が流れないようにするためには、二次電池の内部抵抗値と同じかそれよりも小さい抵抗値の抵抗器を短絡スイッチ３５に直列に接続しても良い。   On the other hand, when supplying power to the load 20, the switch 21 that connects the load 20 and the assembled battery unit 50 is closed. The controller 40 is No. No. 1 from the serial stage. The voltage detected by each of the voltage monitors 30a to 30n provided in each of the series stages up to the N series stage is input, and whether or not the input voltage is lower than a preset abnormal lower limit voltage. to decide. For the series stage in which the detected voltage is lower than the abnormal lower limit voltage, the secondary battery constituting the series stage is disconnected from the assembled battery unit 50 by closing the short-circuit switch 35. For example, no. Assuming that the voltage of one series stage has fallen below the abnormal lower limit voltage, the controller 40 turns on the short-circuit switch 35a and No. 1 is set. A secondary battery constituting one series stage is short-circuited. When the secondary battery is short-circuited, the discharge current supplied from the assembled battery module 50 to the load 20 flows through the short-circuit switch 35a. Therefore, the secondary battery does not exist electrically from the assembled battery module 50. . In FIGS. 1 and 2, the secondary battery is simply short-circuited, but in order to prevent a very large short-circuit current from flowing, the resistance value is equal to or smaller than the internal resistance value of the secondary battery. A resistor may be connected to the short-circuit switch 35 in series.

二次電池がリチウムイオン電池であるときには、２．５〜４．２Ｖの範囲が通常使用される範囲であり、この範囲を逸脱するとリチウムイオン電池としての性能が急激に悪化することから、異常上限電圧を４．２〜５Ｖの範囲に、異常下限電圧を０〜２．５Ｖの範囲に設定するのが望ましい。   When the secondary battery is a lithium ion battery, the range of 2.5 to 4.2 V is a range that is normally used, and if it deviates from this range, the performance as a lithium ion battery deteriorates rapidly. It is desirable to set the voltage in the range of 4.2 to 5V and the abnormal lower limit voltage in the range of 0 to 2.5V.

短絡スイッチ３５および接続スイッチ３８は、機械的スイッチ、リレーのような電気−機械的スイッチ、電界効果トランジスタやバイポーラトランジスタなどの半導体スイッチを用いることができる。本発明の場合、小型化かつ高信頼性が要求されるので、これらのスイッチには半導体スイッチを用いることが好ましい。   As the short-circuit switch 35 and the connection switch 38, a mechanical switch, an electro-mechanical switch such as a relay, or a semiconductor switch such as a field effect transistor or a bipolar transistor can be used. In the case of the present invention, since miniaturization and high reliability are required, it is preferable to use semiconductor switches for these switches.

抵抗器３７はスイッチ３８（半導体スイッチ）自体に形成しても良いし、専用の外部抵抗器としても良い。ただ、この抵抗器には満充電となった二次電池の余剰エネルギーを流す必要があることから、この抵抗器はそのエネルギーによる発熱に耐えられる容量としておく必要がある。   The resistor 37 may be formed in the switch 38 (semiconductor switch) itself, or may be a dedicated external resistor. However, since it is necessary to flow the surplus energy of the fully charged secondary battery to this resistor, this resistor needs to have a capacity that can withstand the heat generated by the energy.

コントローラ４０は、その内部に、短絡スイッチ３５ａ〜３５ｎまたは接続スイッチ３８ａ〜３８ｎの動作数を計数する計数手段としての機能と、短絡スイッチ３５ａ〜３５ｎの動作数を記録する記録手段としての機能と、記録された動作数に基づいて組電池モジュール５０の劣化状態を報知する報知手段としての機能を備えている。   The controller 40 includes therein a function as a counting means for counting the number of operations of the short-circuit switches 35a to 35n or the connection switches 38a to 38n, a function as a recording means for recording the number of operations of the short-circuit switches 35a to 35n, A function as notification means for notifying the deterioration state of the assembled battery module 50 based on the recorded number of operations is provided.

コントローラ４０は、計数されたこれらのスイッチの動作数が一定数を超えたときには、電流制御装置２５に指令を出して、組電池モジュール５０を負荷２０または充電電源１５から切り離す。つまり、電流制御装置２５によって組電池モジュール５０と負荷２０または充電電源１５との接続が断たれる。この場合、電流制御装置２５は遮断手段として機能することになる。そして、コントローラ４０は、計数されたこれらのスイッチの動作数が一定数を超えたときには、電流制御装置２５に指令を出す。すなわち、充電時には、充電電源１５から組電池モジュール５０に供給される充電電流を抑制し、結果的に組電池モジュール５０の各直列段に印加される電圧を制限する。一方、放電時には、組電池モジュール５０から負荷２０に供給される放電電流を制限する。したがって、電流制御装置２５は充電時には電圧制限手段として、また、放電時には電流制限手段として機能することになる。   When the counted number of operations of these switches exceeds a certain number, the controller 40 issues a command to the current control device 25 to disconnect the assembled battery module 50 from the load 20 or the charging power supply 15. That is, the connection between the assembled battery module 50 and the load 20 or the charging power source 15 is disconnected by the current control device 25. In this case, the current control device 25 functions as a cutoff means. The controller 40 issues a command to the current control device 25 when the counted number of operations of these switches exceeds a certain number. That is, during charging, the charging current supplied from the charging power supply 15 to the assembled battery module 50 is suppressed, and as a result, the voltage applied to each series stage of the assembled battery module 50 is limited. On the other hand, during discharging, the discharge current supplied from the assembled battery module 50 to the load 20 is limited. Accordingly, the current control device 25 functions as a voltage limiting unit during charging and as a current limiting unit during discharging.

コントローラ４０は、どの短絡スイッチ３５がＯＮしているのか、また、どの接続スイッチ３８がＯＮしているのかを、計数手段の計数結果からリアルタイムで把握することができる。組電池モジュール５０の充電が行われる場合、接続スイッチ３８の動作数がある一定数を超えたら、組電池モジュール５０がほぼ満充電の状態になったと判断し、電流制御装置２５により充電電流を制限することによって、各直列段に印加される電圧を制限し、安全な充電状態が維持できるようにする。一方、組電池モジュール５０の放電が行われる場合、短絡スイッチ３８の動作数がある一定数を超えたら、組電池モジュール５０としての出力電圧が負荷２０の要求電圧に応じられなくなる（短絡スイッチ３８がＯＮするとその直列段の電圧だけ組電池モジュールの出力電圧が低下する）ことから、電流制御装置２５により負荷２０の供給電流を制限する。このように、充電電圧と放電電流を制御することによって、組電池モジュール５０の寿命を延ばすことができる。   The controller 40 can grasp in real time which short-circuit switch 35 is ON and which connection switch 38 is ON from the counting result of the counting means. When the assembled battery module 50 is charged, if the number of operations of the connection switch 38 exceeds a certain number, it is determined that the assembled battery module 50 is almost fully charged, and the current control device 25 limits the charging current. By doing so, the voltage applied to each series stage is limited so that a safe charge state can be maintained. On the other hand, when the assembled battery module 50 is discharged, if the number of operations of the short-circuit switch 38 exceeds a certain number, the output voltage as the assembled battery module 50 cannot meet the required voltage of the load 20 (the short-circuit switch 38 is Since the output voltage of the assembled battery module decreases by the voltage of the series stage when turned ON), the current control device 25 limits the supply current of the load 20. Thus, the lifetime of the assembled battery module 50 can be extended by controlling the charging voltage and the discharging current.

コントローラ４０は、短絡スイッチ３５ａ〜３５ｎの動作数に基づいて組電池モジュール５０の劣化状態を報知することができる。組電池モジュール５０がたとえば車両に搭載されている場合、車室内に設けられている表示装置によって、あとどの程度の距離を走行することができるのかをリアルタイムで乗員に報知することができる。   The controller 40 can notify the deterioration state of the assembled battery module 50 based on the number of operations of the short-circuit switches 35a to 35n. For example, when the assembled battery module 50 is mounted in a vehicle, the display device provided in the vehicle compartment can notify the occupant in real time how far the vehicle can travel.

以上に説明した組電池モジュールの管理装置は、一般的な二次電池で構成した組電池モジュールに適用したが、バイポーラ二次電池と称する、薄型でエネルギー密度の高い二次電池によって構成された組電池モジュールにも適用することができる。   The assembled battery module management apparatus described above is applied to an assembled battery module composed of a general secondary battery. However, the assembled battery module is composed of a thin secondary battery having a high energy density, called a bipolar secondary battery. It can also be applied to battery modules.

バイポーラ二次電池は、図３Ａ、Ｂに示したような構成を有している。すなわち、バイポーラ二次電池４５は、集電体３１の一方の面に正極層３２が形成されその他方の面に負極層３３が形成されてなるバイポーラ電極３４を、電解質４１を介して複数積層し電池要素４４を構成してなるものである。電池要素４４の積層方向両端に位置する集電体３１ａ、３１ｂには、負極リード４２、正極リード４３が接続される。また、バイポーラ二次電池４５の場合、隣り合う集電体との間で１つの電池、すなわち単電池を構成するため、各集電体に電圧検知タブ５６を接続して単電池の電圧を検出できるようにしている。電池要素４４と負極リード４２、正極リード４３の一部、電圧検知タブ５６の一部は、外装材（ラミネートフィルム）５７によって覆う。電池要素４４の周囲の外装材５７は熱融着され、電池内部が密封される。   The bipolar secondary battery has a configuration as shown in FIGS. 3A and 3B. That is, the bipolar secondary battery 45 is formed by laminating a plurality of bipolar electrodes 34 each having the positive electrode layer 32 formed on one surface of the current collector 31 and the negative electrode layer 33 formed on the other surface with the electrolyte 41 interposed therebetween. The battery element 44 is configured. A negative electrode lead 42 and a positive electrode lead 43 are connected to the current collectors 31 a and 31 b located at both ends of the battery element 44 in the stacking direction. In the case of the bipolar secondary battery 45, in order to form one battery, that is, a single battery, between adjacent current collectors, a voltage detection tab 56 is connected to each current collector to detect the voltage of the single battery. I can do it. The battery element 44, the negative electrode lead 42, a part of the positive electrode lead 43, and a part of the voltage detection tab 56 are covered with an exterior material (laminate film) 57. The exterior material 57 around the battery element 44 is heat-sealed to seal the inside of the battery.

以上のような構成のバイポーラ二次電池４５に本発明にかかる組電池モジュールの管理装置を適用する場合には、管理装置は図４に示すように接続する。すなわち、負極リード４２と正極リード４３に電圧モニタ１０、充電電源１５、負荷２０、電流制御装置２５を接続し、それぞれの電圧検知用タブ５６の間に電圧モニタ３０ａ〜３０ｊ、短絡スイッチ３５ａ〜３５ｊ、接続スイッチ（抵抗器付き）３８ａ〜３８ｊを接続する。   When the assembled battery module management apparatus according to the present invention is applied to the bipolar secondary battery 45 having the above configuration, the management apparatus is connected as shown in FIG. That is, the voltage monitor 10, the charging power supply 15, the load 20, and the current control device 25 are connected to the negative electrode lead 42 and the positive electrode lead 43, and the voltage monitors 30 a to 30 j and the short-circuit switches 35 a to 35 j are connected between the respective voltage detection tabs 56. The connection switches (with resistors) 38a to 38j are connected.

このように管理装置を接続した場合、バイポーラ二次電池４５の電圧は電圧モニタ１０によって検出され、このバイポーラ二次電池４５を構成する単電池の電圧は電圧モニタ３０ａ〜３０ｊによって検出される。   When the management device is connected in this way, the voltage of the bipolar secondary battery 45 is detected by the voltage monitor 10, and the voltages of the single cells constituting the bipolar secondary battery 45 are detected by the voltage monitors 30a to 30j.

図５は、１０個のバイポーラ二次電池４５を図示されているように直並列に接続した組電池モジュール５０に本発明にかかる組電池モジュールの管理装置を適用した場合を示している。この場合には、組電池モジュール５０の正極電極端子３６と負極電極端子３９に電圧モニタ１０、充電電源１５、負荷２０、電流制御装置２５を接続し、それぞれの電圧検知用タブ５６の間に電圧モニタ３０ａ〜３０ｔ、短絡スイッチ３５ａ〜３５ｔ、接続スイッチ（抵抗器付き）３８ａ〜３８ｔを接続する。   FIG. 5 shows a case where the assembled battery module management apparatus according to the present invention is applied to an assembled battery module 50 in which ten bipolar secondary batteries 45 are connected in series and parallel as shown. In this case, the voltage monitor 10, the charging power source 15, the load 20, and the current control device 25 are connected to the positive electrode terminal 36 and the negative electrode terminal 39 of the assembled battery module 50, and the voltage is detected between the voltage detection tabs 56. Monitors 30a to 30t, short-circuit switches 35a to 35t, and connection switches (with resistors) 38a to 38t are connected.

このように管理装置を接続した場合、組電池モジュール５０の電圧は電圧モニタ１０によって検出され、この組電池モジュール５０を構成するバイポーラ二次電池４５の単電池の電圧は電圧モニタ３０ａ〜３０ｔによって検出される。   When the management device is connected in this way, the voltage of the assembled battery module 50 is detected by the voltage monitor 10, and the voltage of the single cell of the bipolar secondary battery 45 constituting the assembled battery module 50 is detected by the voltage monitors 30a to 30t. Is done.

図４および図５のいずれの場合も、電流制御装置２５、短絡スイッチ３５、接続スイッチ（抵抗器付き）３８、コントローラ４０の動作は図１および図２の場合と同一である。したがって、これらの構成要素の機能説明は省略する。   4 and 5, the operations of the current control device 25, the short-circuit switch 35, the connection switch (with a resistor) 38, and the controller 40 are the same as those in FIGS. 1 and 2. Therefore, the functional description of these components is omitted.

次に、この管理装置を備えた組電池モジュールについて説明する。上記の説明では、組電池モジュールを管理する管理装置について説明したが、以下では、この管理装置を組み込んだ組電池モジュールの発明について説明する。   Next, the assembled battery module provided with this management apparatus is demonstrated. In the above description, the management device for managing the assembled battery module has been described. Hereinafter, the invention of the assembled battery module incorporating this management device will be described.

組電池モジュールとしての構成部材を減らし、より一層の軽量化、低価格化を行うためには、図４および図５に示したようなバイポーラ電池で組電池モジュールを構成することが望ましい。バイポーラ電池を用いた場合、直列段の増加が容易であり、冗長性（並列接続）の確保もしやすい。また、バイポーラ電池は高電圧を得やすいので、一般的な二次電池を用いた場合よりも、必要とされる直列段数が少なくて済み、その分小型軽量化される。   In order to reduce the number of constituent members as an assembled battery module and to further reduce the weight and the cost, it is desirable to configure the assembled battery module with a bipolar battery as shown in FIGS. When a bipolar battery is used, it is easy to increase the number of series stages, and it is easy to ensure redundancy (parallel connection). In addition, since the bipolar battery can easily obtain a high voltage, the number of series stages required is smaller than that in the case of using a general secondary battery, and the size and weight are reduced accordingly.

バイポーラ二次電池により構成される組電池モジュールは、このような多くのメリットを持っている。このため、本発明を、複数のバイポーラ二次電池が直列および並列に接続されてなる図５の組電池モジュールに基づいて説明する。   The assembled battery module composed of the bipolar secondary battery has such many merits. For this reason, this invention is demonstrated based on the assembled battery module of FIG. 5 in which several bipolar secondary batteries are connected in series and in parallel.

この組電池モジュールは、複数の直列段が形成されるように接続されたバイポーラ二次電池４５の単電池４５ａ〜４５ｔ、１つの直列段を形成する単電池４５ａ〜４５ｔそれぞれの電圧を検出する電圧検出手段としての電圧モニタ３０ａ〜３０ｔ、単電池４５ａ〜４５ｔの正極と負極とを短絡させる短絡手段としての短絡スイッチ３５ａ〜３５ｔ、単電池４５ａ〜４５ｔの正極と負極とを抵抗器（図示せず）を介して接続する接続手段としての接続スイッチ３８ａ〜３８ｔ、電圧モニタ３０ａ〜３０ｔによって検出された電圧が異常下限電圧よりも低くなったときには該当する短絡スイッチ３５ａ〜３５ｔを動作させ、その電圧が異常上限電圧よりも高くなったときには接続スイッチ３８ａ〜３８ｔを動作させる制御手段としてのコントローラ４０とを備えている。   This assembled battery module is configured to detect voltages of the cells 45a to 45t of the bipolar secondary battery 45 connected so as to form a plurality of series stages and the cells 45a to 45t forming one series stage. Resistors (not shown) include voltage monitors 30a to 30t as detection means, short-circuit switches 35a to 35t as short-circuit means for short-circuiting the positive and negative electrodes of the single cells 45a to 45t, and the positive and negative electrodes of the single cells 45a to 45t. When the voltage detected by the connection switches 38a to 38t and the voltage monitors 30a to 30t as the connection means to be connected via a) is lower than the abnormal lower limit voltage, the corresponding short-circuit switches 35a to 35t are operated, and the voltage is A controller as a control means for operating the connection switches 38a to 38t when the voltage exceeds the abnormal upper limit voltage. And a 40.

組電池モジュールを構成する単電池の数、すなわち直列段の段数は、組電池モジュールの必要出力電圧を満たすための段数よりも多く、前記必要出力電圧の１．３倍の出力電圧を超える段数よりも少ない範囲に設定されている。たとえば、負荷２０の必要出力電圧（定格電圧）が７０Ｖ±１０Ｖであり、バイポーラ二次電池４５の単電池の出力電圧が４．０Ｖであったとすると、直列段としては１８段（４×１８＝７２Ｖ）で足りるが、本発明の組電池モジュールでは直列段を２０段（２つのバイポーラ電池４５を直列に接続）としている。このように、設ける直列段の段数を多めに設定しておけば、いくつかの短絡スイッチが動作して直列段の数が減少しても、組電池モジュールを使用し続けることができる。上記の場合、負荷２０の最低電圧が６０Ｖであるから、５個の短絡スイッチがＯＮするまで、すなわち、２０段ある直列段が１５段になるまでは組電池モジュールとして使用することができる。   The number of cells constituting the assembled battery module, that is, the number of stages in the series stage is larger than the number of stages to satisfy the required output voltage of the assembled battery module, and more than the number of stages exceeding the output voltage 1.3 times the required output voltage. Also set to a small range. For example, if the required output voltage (rated voltage) of the load 20 is 70V ± 10V and the output voltage of the single battery of the bipolar secondary battery 45 is 4.0V, there are 18 stages (4 × 18 = 72V) is sufficient, but in the assembled battery module of the present invention, the number of series stages is 20 (two bipolar batteries 45 are connected in series). Thus, if the number of series stages to be provided is set to be large, the assembled battery module can continue to be used even if several short-circuit switches operate to reduce the number of series stages. In the above case, since the minimum voltage of the load 20 is 60 V, it can be used as an assembled battery module until the five short-circuit switches are turned on, that is, until the 20 series stages become 15 stages.

また、本発明にかかる組電池モジュールは、５個のバイポーラ２次電池４５を並列に接続している。このように１つの直列段を並列に接続された複数の単電池で構成すれば、組電池モジュールは複数の単電池がマトリックス状に接続されたものとなる。したがって、各単電池の容量に多少のばらつきがあったとしても、並列に接続されている単電池間でその容量が平準化され、単電池の電圧が異常上限電圧に達し難くなり、組電池モジュールとしての信頼性が向上する。   In the assembled battery module according to the present invention, five bipolar secondary batteries 45 are connected in parallel. In this way, if one series stage is constituted by a plurality of single cells connected in parallel, the assembled battery module has a plurality of single cells connected in a matrix. Therefore, even if there is some variation in the capacity of each unit cell, the capacity is leveled between the unit cells connected in parallel, and it becomes difficult for the unit cell voltage to reach the abnormal upper limit voltage. As reliability improves.

ここで、冗長数が組電池モジュールの不良率にどのような影響を与えるのかを説明しておく。組電池モジュールを構成する二次電池の数をＮ、冗長数をｍ、個々の二次電池の不良率をｐとすると、
組電池モジュールの不良率Ｐは、
ｍ
Ｐ＝１−Σ（Ｎ！／Ｎ−ａ）！／ａ！）×（１−ｐ）（Ｎ−ａ）×ｐａ
ａ＝０
という式で表される。 Here, it will be described how the redundancy number affects the defective rate of the assembled battery module. When the number of secondary batteries constituting the assembled battery module is N, the redundancy number is m, and the failure rate of each secondary battery is p,
The defective rate P of the assembled battery module is
m
P = 1−Σ (N! / N−a)! / A! ) × (1-p) ( N-a) × p a
a = 0
It is expressed by the formula.

たとえば、直列段が１００段で冗長性を持たない組電池モジュールの場合、１つの直列段を構成する二次電池の不良率が１０００ｐｐｍであったとすると、組電池モジュールとしての不良率は９．５％となる。一方、この組電池モジュールに１つの冗長性を設ける（直列段が１００段のものを２つ並列にする）と、その組電池モジュールの不良率は０．４７％まで減少する。同様に３つの冗長性を設けるとその不良率は０．０８４ｐｐｍとなり、信頼性の非常に高い組電池モジュールとなる。このように冗長性を増加させると、組電池モジュールの信頼性は向上する。どの程度の冗長度にするのかは、要求される組電池モジュールの信頼性と、容量、大きさ価格などを総合的に考慮して決める。   For example, in the case of an assembled battery module with 100 series stages and no redundancy, if the failure rate of a secondary battery constituting one series stage is 1000 ppm, the failure rate as an assembled battery module is 9.5. %. On the other hand, when one redundancy is provided in this assembled battery module (two serial stages having 100 stages are arranged in parallel), the defective rate of the assembled battery module is reduced to 0.47%. Similarly, when three redundancys are provided, the defect rate is 0.084 ppm, and the assembled battery module has a very high reliability. When the redundancy is increased in this way, the reliability of the assembled battery module is improved. The degree of redundancy is determined by comprehensively considering the required reliability, capacity, size price, etc. of the assembled battery module.

次に、本発明にかかる組電池モジュールの動作を図７および図８に示すフローチャートに基づいて説明する。このフローチャートは、組電池モジュールが充電中、放電中またはこれ以外でもコントローラ４０によって処理される。   Next, the operation of the assembled battery module according to the present invention will be described based on the flowcharts shown in FIGS. This flowchart is processed by the controller 40 while the assembled battery module is being charged, discharged, or otherwise.

コントローラ４０は、直列段数をカウントするカウンタＮの値を１に設定する（Ｓ１）。そして、Ｎｏ．１直列段の電圧を測定する。図５の組電池モジュールの場合は、電圧モニタ３０ａで検出されている電圧を入力することを意味する（Ｓ２）。コントローラ４０は、測定した電圧が異常上限電圧を超えているか否かを判断する（Ｓ３）。測定した電圧が異常上限電圧を超えていれば（Ｓ３：ＹＥＳ）、Ｎｏ．１直列段の接続スイッチ３８ａをＯＮする（Ｓ４）。一方、測定した電圧が異常上限電圧を超えていなければ（Ｓ３：ＮＯ）、今度は、測定した電圧が異常下限電圧を超えているか（下回っている）否かを判断する（Ｓ５）。測定した電圧が異常下限電圧を超えていれば（Ｓ５：ＹＥＳ）、Ｎｏ．１直列段の接続スイッチ３５ａをＯＮする（Ｓ６）。   The controller 40 sets the value of the counter N that counts the number of serial stages to 1 (S1). And No. Measure the voltage of one series stage. In the case of the assembled battery module of FIG. 5, it means that the voltage detected by the voltage monitor 30a is input (S2). The controller 40 determines whether or not the measured voltage exceeds the abnormal upper limit voltage (S3). If the measured voltage exceeds the abnormal upper limit voltage (S3: YES), no. One series stage connection switch 38a is turned on (S4). On the other hand, if the measured voltage does not exceed the abnormal upper limit voltage (S3: NO), it is next determined whether or not the measured voltage exceeds (below) the abnormal lower limit voltage (S5). If the measured voltage exceeds the abnormal lower limit voltage (S5: YES), no. One series stage connection switch 35a is turned on (S6).

一方、測定した電圧が異常下限電圧を超えていなければ（Ｓ５：ＮＯ）、短絡済の直列段数が許容数を超えたか否かを判断する。すなわち、ＯＮしている短絡スイッチ３５またはＯＮしている接続スイッチ３８の数が許容範囲内であるか否かを判断する。この判断を行うのは、組電池モジュールとしての電圧が負荷の定格電圧以下になっていないかどうか、充電電圧を下げる必要があるかどうかを見極めるためである（Ｓ７）。短絡済の直列段数が許容数を超えていなければ（Ｓ７：ＯＮ）、カウンタＮの値を１だけインクリメントし（Ｓ８）、カウンタＮの値がＮｍａｘ（Ｎｏ．Ｎ直列段、図５ではＮｏ．２０直列段）を超えていないかどうかを判断する（Ｓ９）。カウンタＮの値がＮｍａｘを超えていなければ（Ｓ９：ＮＯ）、Ｓ２のステップの処理に戻って、Ｎｏ．２直列段に対してＳ２〜Ｓ８の処理を行う。一方、カウンタＮの値がＮｍａｘを超えていれば（Ｓ９：ＹＥＳ）、Ｓ１のステップの処理に戻って、再度Ｎｏ．１直列段からＳ２〜Ｓ８の処理を行う。   On the other hand, if the measured voltage does not exceed the abnormal lower limit voltage (S5: NO), it is determined whether or not the number of short-circuited series stages exceeds the allowable number. That is, it is determined whether or not the number of short-circuit switches 35 that are turned on or connection switches that are turned on is within an allowable range. This determination is performed in order to determine whether the voltage of the assembled battery module is not lower than the rated voltage of the load and whether the charging voltage needs to be lowered (S7). If the number of short-circuited series stages does not exceed the allowable number (S7: ON), the value of the counter N is incremented by 1 (S8), and the value of the counter N is Nmax (No. N series stage, No. in FIG. It is determined whether or not (20 serial stages) has been exceeded (S9). If the value of the counter N does not exceed Nmax (S9: NO), the process returns to step S2, and No. The process of S2-S8 is performed with respect to two serial stages. On the other hand, if the value of the counter N exceeds Nmax (S9: YES), the process returns to the step S1 and No. is again performed. Processes S2 to S8 are performed from one serial stage.

Ｓ７のステップにおいて、短絡済の直列段数が許容数を超えていると判断されたときには（Ｓ７：ＹＥＳ）、組電池モジュール全体の電圧を下げる必要があるか否かを判断する（Ｓ１０）。組電池モジュール全体の電圧を下げる必要があれば（Ｓ１０：ＹＥＳ）、電流制御装置２５によって充電電流を制御して（低下させて）組電池モジュール全体の電圧を下げる（Ｓ１１）。組電池モジュール全体の電圧を下げる必要がなければ（Ｓ１０：ＮＯ）、電流制御装置２５によって組電池モジュールの電流を遮断する（Ｓ１２）。   If it is determined in step S7 that the number of short-circuited series stages exceeds the allowable number (S7: YES), it is determined whether or not the voltage of the entire assembled battery module needs to be reduced (S10). If it is necessary to lower the voltage of the entire assembled battery module (S10: YES), the charging current is controlled (reduced) by the current control device 25 to lower the voltage of the entire assembled battery module (S11). If it is not necessary to lower the voltage of the entire assembled battery module (S10: NO), the current control device 25 cuts off the current of the assembled battery module (S12).

以上のように、本発明にかかる組電池モジュールは、充電時、異常上限電圧を超えた直列段は接続スイッチにより抵抗器に置き換えられ、その数が一定の数を超えたら組電池モジュール全体に印加される電圧が下げられる。また、放電時、異常下限電圧を下回った直列段は短絡スイッチにより組電池モジュールから切り離され、その数が一定の数を超えたら組電池モジュール自体を負荷から切り離す。   As described above, in the assembled battery module according to the present invention, when charging, the series stage exceeding the abnormal upper limit voltage is replaced with a resistor by a connection switch, and when the number exceeds a certain number, the entire assembled battery module is applied. Is reduced. Further, at the time of discharging, the series stage that has fallen below the abnormal lower limit voltage is disconnected from the assembled battery module by a short-circuit switch, and when the number exceeds a certain number, the assembled battery module itself is disconnected from the load.

なお、図７および図８のフローチャートには記載していないが、短絡状態に移行させた直列段の個数を記録する処理を設けることによって、二次電池の劣化により短絡状態に移行した二次電池が増えて組電池モジュールが動作できる限界に近づいた場合、あらかじめ警告を出し、利用者に交換を促がす事ができる。この処理を設けることによって組電池モジュールを利用するシステム全体の停止を防ぐことができる。直列の冗長段を持つ組電池モジュールを使用した場合、短絡状態になった二次電池が発生するごとに冗長性が減ったことを使用者に通知しても良いし、冗長性がある基準以下になったところで初めて使用者に組電池モジュールの劣化として警告を発しても良い。冗長性が全くなくなる前に利用者に警告しておけば、組電池モジュールを使用するシステムの非稼動時間を最小限に留めることができる。たとえば、１０段の冗長段を持った組電池モジュールで、冗長性が２まで低下、すなわち８つの直列段が短絡状態になった時点で警告を出し、冗長性が全くなくなった時点で最後の警告を出すといった例が考えられる。   Although not described in the flowcharts of FIGS. 7 and 8, a secondary battery that has shifted to a short circuit due to deterioration of the secondary battery is provided by providing a process for recording the number of series stages that have been shifted to a short circuit. When the battery capacity increases and approaches the limit where the assembled battery module can operate, a warning can be issued in advance and the user can be prompted to replace the battery module. By providing this processing, it is possible to prevent the entire system using the assembled battery module from being stopped. When using an assembled battery module with a series redundant stage, it is possible to notify the user that the redundancy has decreased each time a secondary battery that has become short-circuited occurs, or below the standard with redundancy For the first time, a warning may be issued to the user as a deterioration of the assembled battery module. If the user is warned before any redundancy is lost, the non-operating time of the system using the assembled battery module can be minimized. For example, in an assembled battery module having 10 redundant stages, a warning is issued when the redundancy is reduced to 2, that is, when the eight series stages are short-circuited, and the final warning is given when there is no redundancy at all. An example can be considered.

図３に示したようなバイポーラ二次電池を複数直並列に接続して組電池モジュール５０を作製する場合には、図６に示すように構成することができる。具体的には、図６に示すように、バイポーラ二次電池１０を４枚並列に接続し（図６Ｂ参照）、４枚並列にしたバイポーラ二次電池１０をさらに６枚直列にして金属製の組電池ケース５５に収納し（図６Ａ、Ｃ参照）組電池モジュール５０を構成することができる。組電池ケース５５内には、管理装置を構成する、電流制御装置２５、短絡スイッチ３５、接続スイッチ（抵抗器付き）３８、コントローラ４０が内蔵される。このように、バイポーラ二次電池１０を任意の個数直並列に接続することによって、所望の電流、電圧、容量に対応できる組電池モジュール５０を提供することができる。   When the assembled battery module 50 is manufactured by connecting a plurality of bipolar secondary batteries as shown in FIG. 3 in series and parallel, it can be configured as shown in FIG. Specifically, as shown in FIG. 6, four bipolar secondary batteries 10 are connected in parallel (see FIG. 6B), and four bipolar secondary batteries 10 arranged in parallel are further connected in series. The assembled battery module 50 can be configured by being housed in the assembled battery case 55 (see FIGS. 6A and 6C). In the assembled battery case 55, a current control device 25, a short-circuit switch 35, a connection switch (with a resistor) 38, and a controller 40 constituting a management device are incorporated. Thus, the assembled battery module 50 which can respond | correspond to a desired electric current, voltage, and capacity | capacitance can be provided by connecting the arbitrary number of bipolar secondary batteries 10 in series parallel.

なお、組電池ケース５５上部の蓋体に設けられた組電池モジュール５０の正極端子５２および負極端子５４と、各バイポーラ二次電池１０の正極電極端子３６、および負極電極端子３７とは、組電池モジュール５０の正極および負極端子用リード線４６、４８を用いて電気的に接続されている。また、バイポーラ二次電池１０を４枚並列に接続する際には、スペーサ４９のような適当な接続部材を用いて各バイポーラ二次電池１０の各電極端子３６、３７を電気的に接続すればよい（図６Ｂ参照）。同様に、４枚並列にした各バイポーラ二次電池１０をさらに６枚直列に接続する際には、バスバー５１のような適当な接続部材を用いて各バイポーラ二次電池１０の正極タブ１４、負極タブ１５を順次電気的に接続すればよい（図６Ｃ参照）。バイポーラ二次電池１０同士を連結するためには、超音波溶接、熱溶接、レーザ溶接または電子ビーム溶接により、または、リベットを用いて、またはカシメの手法を用いて、連結するようにしてもよい。   The positive terminal 52 and the negative terminal 54 of the assembled battery module 50 provided on the lid on the upper part of the assembled battery case 55, and the positive electrode terminal 36 and the negative electrode terminal 37 of each bipolar secondary battery 10 are an assembled battery. The module 50 is electrically connected using the positive and negative terminal lead wires 46 and 48. Further, when four bipolar secondary batteries 10 are connected in parallel, the electrode terminals 36 and 37 of each bipolar secondary battery 10 are electrically connected using an appropriate connecting member such as a spacer 49. Good (see FIG. 6B). Similarly, when six bipolar secondary batteries 10 arranged in parallel are connected in series, an appropriate connecting member such as a bus bar 51 is used to connect the positive electrode tab 14 and the negative electrode of each bipolar secondary battery 10. The tabs 15 may be electrically connected sequentially (see FIG. 6C). In order to connect the bipolar secondary batteries 10 to each other, they may be connected by ultrasonic welding, heat welding, laser welding or electron beam welding, using a rivet, or using a caulking method. .

次に、図６に示した組電池モジュール５０を、少なくとも２以上直列、並列または直並列に接続し、組電池６０とすることで、使用目的ごとの電池容量や出力に対する要求に、新たに専用の組電池モジュールを作製することなく、比較的安価に対応することが可能になる。たとえば、図９に示したように、組電池モジュール５０を６組並列に接続して組電池６０とするには、各組電池ケース５５上部の蓋体に設けられた組電池モジュール５０の正極端子５２および負極端子５４を、外部正極端子部、外部負極端子部を有する組電池正極端子連結板６２、組電池負極端子連結板６４を用いてそれぞれ電気的に接続する。また、各組電池ケース５５の両側面に設けられた各ネジ孔部（図示せず）に、該固定ネジ孔部に対応する開口部を有する連結板６６を固定ネジ６７で固定し、各組電池モジュール５０同士を連結する。また、各組電池モジュール５０の正極端子５２および負極端子５４は、それぞれ正極および負極絶縁カバー６８、６９により保護され、適当な色、たとえば、赤色と青色に色分けすることで識別されている。   Next, at least two or more of the assembled battery modules 50 shown in FIG. 6 are connected in series, in parallel, or in series and parallel to form an assembled battery 60, which is newly dedicated to the requirements for battery capacity and output for each purpose of use. Therefore, it is possible to deal with the battery pack module relatively inexpensively. For example, as shown in FIG. 9, in order to connect six assembled battery modules 50 in parallel to form an assembled battery 60, the positive terminal of the assembled battery module 50 provided on the lid body on each assembled battery case 55. 52 and the negative electrode terminal 54 are electrically connected using an external positive electrode terminal portion, an assembled battery positive terminal connection plate 62 having an external negative electrode terminal portion, and an assembled battery negative terminal connection plate 64, respectively. Further, a connecting plate 66 having an opening corresponding to the fixing screw hole is fixed to each screw hole (not shown) provided on both side surfaces of each assembled battery case 55 with a fixing screw 67, and each set is assembled. The battery modules 50 are connected to each other. Further, the positive electrode terminal 52 and the negative electrode terminal 54 of each assembled battery module 50 are protected by positive and negative electrode insulating covers 68 and 69, respectively, and are identified by color-coding into appropriate colors, for example, red and blue.

このように、組電池モジュールを複数直並列接続されてなる組電池は、高容量、高出力を得ることができ、一つ一つの組電池モジュールの信頼性が高いことから、組電池としての長期的な信頼性の維持が可能である。また一部の電池、組電池モジュールが故障しても、その故障部分を交換するだけで修理が可能になる。   Thus, an assembled battery in which a plurality of assembled battery modules are connected in series and parallel can obtain a high capacity and high output, and the reliability of each assembled battery module is high. Reliability can be maintained. In addition, even if some of the batteries or the assembled battery module break down, it is possible to repair them by simply replacing the failed portion.

組電池６０を、電気自動車に搭載するには、図１０に示したように、電気自動車７０の車体中央部の座席下に搭載する。座席下に搭載すれば、車内空間およびトランクルームを広く取ることができるからである。なお、電池を搭載する場所は、座席下に限らず、後部トランクルームの下部でもよいし、車両前方のエンジンルームでも良い。以上のような組電池を用いた電気自動車は高い耐久性を有し、長期間の使用しても十分な出力を提供しうる。さらに、燃費、走行性能に優れた電気自動車、ハイブリッド自動車を提供できる。   In order to mount the assembled battery 60 on the electric vehicle, the battery pack 60 is mounted under the seat at the center of the vehicle body of the electric vehicle 70 as shown in FIG. This is because if it is installed under the seat, the interior space and the trunk room can be widened. The place where the battery is mounted is not limited to under the seat, but may be a lower part of the rear trunk room or an engine room in front of the vehicle. An electric vehicle using the assembled battery as described above has high durability and can provide a sufficient output even when used for a long time. Furthermore, it is possible to provide electric vehicles and hybrid vehicles that are excellent in fuel efficiency and running performance.

なお、本発明では、組電池６０だけではなく、使用用途によっては、組電池モジュールを搭載するようにしてもよいし、これら組電池と組電池モジュールを組み合わせて搭載するようにしてもよい。また、本発明の組電池または組電池モジュールを搭載することのできる車両としては、上記の電気自動車やハイブリッドカーが好ましいが、これらに制限されるものではない。   In the present invention, not only the assembled battery 60 but also an assembled battery module may be mounted depending on the intended use, or the assembled battery and the assembled battery module may be mounted in combination. Further, as the vehicle on which the assembled battery or the assembled battery module of the present invention can be mounted, the above-described electric vehicle and hybrid car are preferable, but are not limited thereto.

本発明にかかる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は、請求項ごとに次のような効果を生じる。   The assembled battery module management device and the assembled battery module including the management device according to the present invention produce the following effects for each claim.

請求項１に記載の発明によれば、組電池モジュールを構成する二次電池の内、電圧が異常下限電圧よりも低くなっている過放電状態の二次電池は短絡により電気的に無効にし、電圧が異常上限電圧よりも高くなっている過充電状態の二次電池は安全に放電させるようにしたため、一部の二次電池に異常が生じただけで組電池モジュールが使用できなくなってしまうという事態をできるだけ回避することができ、組電池モジュールの信頼性と寿命を向上させることができる。   According to the first aspect of the present invention, among the secondary batteries constituting the assembled battery module, the secondary battery in the overdischarge state in which the voltage is lower than the abnormal lower limit voltage is electrically invalidated by a short circuit, Overcharged secondary batteries whose voltage is higher than the abnormal upper limit voltage are discharged safely, so that the assembled battery module can no longer be used if only some secondary batteries are abnormal The situation can be avoided as much as possible, and the reliability and life of the assembled battery module can be improved.

請求項２に記載の発明によれば、組電池モジュールを構成する二次電池の内、短絡により電気的に無効にされた二次電池および強制的に放電が行われている二次電池の数が一定数以上に達したときに組電池モジュールを負荷または充電電源から切り離すようにしたので、組電池モジュールを使用限界まで使うことができる。   According to the invention described in claim 2, among the secondary batteries constituting the assembled battery module, the number of secondary batteries that are electrically disabled due to a short circuit and the secondary batteries that are forcibly discharged. Since the assembled battery module is disconnected from the load or the charging power source when the battery reaches a certain number or more, the assembled battery module can be used up to the use limit.

請求項３に記載の発明によれば、組電池モジュールを構成する二次電池の内、短絡により電気的に無効にされた二次電池および強制的に放電が行われている二次電池の数が一定数以上に達したときに、電流制限手段によって負荷への電流を制限し、また、電圧制限手段によって組電池モジュールの充電電圧を制限するので、組電池モジュールの使用寿命を延ばすことができる。   According to the invention described in claim 3, among the secondary batteries constituting the assembled battery module, the number of secondary batteries that are electrically invalidated due to a short circuit and the secondary batteries that are forcibly discharged. When the current reaches a certain number or more, the current limiting means limits the current to the load, and the voltage limiting means limits the charging voltage of the assembled battery module, so the service life of the assembled battery module can be extended. .

請求項４に記載の発明によれば、組電池モジュールを構成する二次電池の内、短絡により電気的に無効にされた二次電池の数がわかるようにしたので、組電池モジュールの劣化状況をリアルタイムで把握することができる。   According to the invention described in claim 4, since the number of secondary batteries that are electrically invalidated due to a short circuit among the secondary batteries constituting the assembled battery module can be understood, the deterioration status of the assembled battery module Can be grasped in real time.

請求項５に記載の発明によれば、１つ１つの二次電池が組電池モジュールの１つの直列段を構成するようにしたので、それぞれの二次電池を短絡により電気的に無効にしたり、放電させたりすることができる。   According to the invention described in claim 5, since each secondary battery constitutes one series stage of the assembled battery module, each secondary battery is electrically disabled by a short circuit, It can be discharged.

請求項６に記載の発明によれば、並列に接続された複数の二次電池によって１つの直列段を構成するようにしたので、各直列段の信頼性を向上させることができる。   According to the sixth aspect of the present invention, since one series stage is constituted by a plurality of secondary batteries connected in parallel, the reliability of each series stage can be improved.

請求項７に記載の発明によれば、二次電池をバイポーラ二次電池またはバイポーラ二次電池の単電池としたので、組電池モジュールが小型化でき、また組電池モジュールの製造コストも低く抑えることができる。   According to the invention described in claim 7, since the secondary battery is a bipolar secondary battery or a single cell of a bipolar secondary battery, the assembled battery module can be reduced in size and the manufacturing cost of the assembled battery module can be kept low. Can do.

請求項８に記載の発明によれば、組電池モジュールを構成する二次電池の内、過放電状態の二次電池は短絡により電気的に無効にされ、過充電状態の二次電池は安全に放電されるようにしたので、組電池モジュールを構成する二次電池のいくつかに異常が生じた場合であっても組電池モジュールを使用しつづけることができるようになり、信頼性の高い組電池モジュールとすることができる。   According to the invention described in claim 8, among the secondary batteries constituting the assembled battery module, the secondary battery in the overdischarged state is electrically invalidated by a short circuit, and the secondary battery in the overcharged state is safe. Since the battery is discharged, it is possible to continue to use the assembled battery module even when an abnormality occurs in some of the secondary batteries constituting the assembled battery module. It can be a module.

請求項９に記載の発明によれば、組電池モジュールの直列段の段数を、組電池モジュールの必要出力電圧を満たすための段数よりも多く、その必要出力電圧の１．３倍の出力電圧を超える段数よりも少ない範囲で設けたので、いくつかの直列段が短絡により電気的に無効にされても、組電池モジュールの出力電圧が必要出力電圧以下になるまでは組電池モジュールの使用が可能になる。   According to the ninth aspect of the present invention, the number of series stages of the assembled battery module is larger than the number of stages to satisfy the required output voltage of the assembled battery module, and an output voltage 1.3 times the required output voltage is obtained. Because it is provided in a range smaller than the number of stages, the assembled battery module can be used until the output voltage of the assembled battery module falls below the required output voltage even if several series stages are electrically disabled due to a short circuit. become.

請求項１０に記載の発明によれば、並列に接続された複数の二次電池によって１つの直列段を構成するようにしたので、各直列段の信頼性を向上させることができる。   According to the invention described in claim 10, since one series stage is constituted by a plurality of secondary batteries connected in parallel, the reliability of each series stage can be improved.

請求項１１に記載の発明によれば、二次電池をバイポーラ二次電池またはバイポーラ二次電池の単電池としたので、組電池モジュールが小型化でき、また組電池モジュールの製造コストも低く抑えることができる。   According to the invention described in claim 11, since the secondary battery is a bipolar secondary battery or a single cell of the bipolar secondary battery, the assembled battery module can be reduced in size and the manufacturing cost of the assembled battery module can be kept low. Can do.

請求項１２に記載の発明によれば、本発明にかかる組電池モジュールを直列にまたは並列に、直列または並列を組み合わせて接続したので、信頼性の高い組電池とすることができる。   According to the twelfth aspect of the present invention, since the assembled battery modules according to the present invention are connected in series or in parallel, in combination of series or parallel, a highly reliable assembled battery can be obtained.

請求項１３に記載の発明によれば、本発明にかかる組電池モジュールまたは組電池を駆動用電源としたので、信頼性に優れた車両を提供することができる。   According to the thirteenth aspect of the present invention, since the assembled battery module or the assembled battery according to the present invention is used as a driving power source, a vehicle having excellent reliability can be provided.

次に、本発明の効果を確認するために、実施例において組電池モジュールに対して過酷な試験を行った。その結果は次に示すようなものとなった。
［実施例１］
容量が１６００ｍＡｈの缶型リチウムイオン電池を２０個直列に接続して直列電池群を作製し、さらにこの直列電池群を５個並列に接続して組み電池モジュールを作製した。この組電池モジュールを１０用意した。この缶型リチウムイオン電池は充電時の電圧が４．２Ｖ、放電時の電圧が３．０Ｖである。各直列段に短絡回路と接続回路とを並列に接続するとともに、電圧検出器を接続した。短絡回路と接続回路の動作はコントローラで制御できるようにした。 Next, in order to confirm the effect of the present invention, a severe test was performed on the assembled battery module in the examples. The result was as follows.
[Example 1]
Twenty lithium ion batteries with a capacity of 1600 mAh were connected in series to produce a series battery group, and further, five series battery groups were connected in parallel to produce an assembled battery module. Ten assembled battery modules were prepared. This can-type lithium ion battery has a charging voltage of 4.2V and a discharging voltage of 3.0V. A short circuit and a connection circuit were connected in parallel to each series stage, and a voltage detector was connected. The operation of the short circuit and connection circuit can be controlled by the controller.

この組電池モジュールを６０Ｖの電圧で放電させ、７５Ｖの電圧で充電させ、この充電と放電を１００サイクル繰り返した。そして、短絡回路と接続回路との動作状態を確認して組電池モジュール異常の有無を確認した。また、充放電を繰り返し行う前の組電池モジュールの内部抵抗を測定した。   This assembled battery module was discharged at a voltage of 60V, charged at a voltage of 75V, and this charging and discharging were repeated 100 cycles. And the operating state of a short circuit and a connection circuit was confirmed, and the presence or absence of the assembled battery module abnormality was confirmed. Moreover, the internal resistance of the assembled battery module before repeating charging / discharging was measured.

上記の条件で充放電を繰り返した結果は下記の通りである。
１．すべての組電池モジュールに異常が認められなかった。
２．短絡回路または接続回路が動作した組電池モジュールは３つあった。
３．すべての組電池モジュールに漏液は認められなかった。
４．すべての組電池モジュールに発煙が認められなかった。
５．内部抵抗は７５ｍΩであった。
［実施例２］
容量が８００ｍＡｈ、２０層積層タイプのバイポーラリチウムイオン電池を用意した。このバイポーラリチウムイオン電池は満充電時の電圧が８４Ｖ、放電時の電圧が６０Ｖである。このバイポーラリチウムイオン電池の各直列段（単電池）に設けられている電圧検知用タブに短絡回路と接続回路とを並列に接続するとともに、電圧検出器を接続した。短絡回路と接続回路の動作はコントローラで制御できるようにした。このバイポーラリチウムイオン電池を２０個用意した。 The results of repeated charge and discharge under the above conditions are as follows.
1. No abnormality was found in all the battery modules.
2. There were three assembled battery modules in which the short circuit or the connection circuit operated.
3. No leakage was observed in any of the assembled battery modules.
4). Smoke was not observed in all battery modules.
5). The internal resistance was 75 mΩ.
[Example 2]
A bipolar lithium ion battery having a capacity of 800 mAh and a 20-layer laminate type was prepared. This bipolar lithium ion battery has a fully charged voltage of 84V and a discharged voltage of 60V. A short circuit and a connection circuit were connected in parallel to a voltage detection tab provided in each series stage (unit cell) of the bipolar lithium ion battery, and a voltage detector was connected. The operation of the short circuit and connection circuit can be controlled by the controller. Twenty bipolar bipolar ion batteries were prepared.

このバイポーラリチウムイオン電池（組電池モジュール）を６０Ｖの電圧で放電させ、７５Ｖの電圧で充電させ、この充電と放電を１００サイクル繰り返した。そして、短絡回路と接続回路との動作状態を確認してバイポーラリチウムイオン電池の異常の有無を確認した。   This bipolar lithium ion battery (assembled battery module) was discharged at a voltage of 60 V, charged at a voltage of 75 V, and this charging and discharging were repeated 100 cycles. And the operating state of a short circuit and a connection circuit was confirmed, and the presence or absence of abnormality of a bipolar lithium ion battery was confirmed.

上記の条件で充放電を繰り返した結果は下記の通りである。
１．すべてのバイポーラリチウムイオン電池に異常が認められなかった。
２．短絡回路または接続回路が動作したバイポーラリチウムイオン電池は４個あった。
３．すべての組電池モジュールに漏液は認められなかった。
４．すべての組電池モジュールに発煙が認められなかった。
［比較例１］
実施例１と全く同一の組電池モジュールを作製し、短絡回路と接続回路は設けずに、実施例１と全く同一の条件で充放電を繰り返した。その結果は下記の通りである。
１．２つの組電池モジュールに異常が認められた。
２．２つの組電池モジュールに漏液が認められた。
３．１つの組電池モジュールに発煙が認められた。
４．内部抵抗は７７ｍΩであった。
［比較例２］
実施例１と全く同一の組電池モジュールを作製し、缶型リチウムイオン電池を組み電池モジュールから完全に切り離せるようにするために、図１１に示すような回路を設けた。この回路は、組電池モジュールの直列段を構成するリチウムイオン電池の電圧を電圧モニタによって検出し、その電圧が一定値（異常下限電圧）よりも低ければスイッチをリチウムイオン電池から切り離す回路である。この回路を接続し実施例１と全く同一の条件で充放電を繰り返した。その結果は下記の通りである。
１．すべての組電池モジュールに異常が認められなかった。
２．図の回路が動作した組電池モジュールは３つあった。
３．すべての組電池モジュールに漏液は認められなかった。
４．すべての組電池モジュールに発煙が認められなかった。
５．内部抵抗は１３２ｍΩであった。
［比較例３］
実施例２と全く同一のバイポーラリチウムイオン電池を用意し、短絡回路と接続回路は設けずに、実施例２と全く同一の条件で充放電を繰り返した。その結果は下記の通りである。
１．５つのバイポーラリチウムイオン電池に異常が認められた。
２．５つのバイポーラリチウムイオン電池に漏液が認められた。
３．３つのバイポーラリチウムイオン電池に発煙が認められた。 The results of repeated charge and discharge under the above conditions are as follows.
1. No abnormality was observed in all bipolar lithium ion batteries.
2. There were four bipolar lithium ion batteries in which the short circuit or the connection circuit operated.
3. No leakage was observed in any of the assembled battery modules.
4). Smoke was not observed in all battery modules.
[Comparative Example 1]
An assembled battery module identical to that of Example 1 was produced, and charging and discharging were repeated under exactly the same conditions as in Example 1 without providing a short circuit and a connection circuit. The results are as follows.
1. An abnormality was found in two battery modules.
2. Leakage was observed in the two assembled battery modules.
3. Smoke was observed in one assembled battery module.
4). The internal resistance was 77 mΩ.
[Comparative Example 2]
An assembled battery module identical to that of Example 1 was produced, and a circuit as shown in FIG. 11 was provided in order to completely separate the can-type lithium ion battery from the assembled battery module. This circuit is a circuit that detects the voltage of a lithium ion battery constituting the series stage of the assembled battery module by a voltage monitor, and disconnects the switch from the lithium ion battery if the voltage is lower than a certain value (abnormal lower limit voltage). This circuit was connected and charge / discharge was repeated under exactly the same conditions as in Example 1. The results are as follows.
1. No abnormality was found in all the battery modules.
2. There were three assembled battery modules in which the circuit shown in FIG.
3. No leakage was observed in any of the assembled battery modules.
4). Smoke was not observed in all battery modules.
5). The internal resistance was 132 mΩ.
[Comparative Example 3]
The same bipolar lithium ion battery as in Example 2 was prepared, and charging and discharging were repeated under exactly the same conditions as in Example 2 without providing a short circuit and a connection circuit. The results are as follows.
Abnormalities were observed in 1.5 bipolar lithium ion batteries.
Liquid leakage was observed in 2.5 bipolar lithium ion batteries.
3. Smoke was observed in three bipolar lithium ion batteries.

以上の実施例と比較例との結果を表にすると下記の通りである。   The results of the above examples and comparative examples are as follows.

Figure 2005056654
Figure 2005056654

なお、以上の実施例および比較例において設定した充放電の条件は、冒頭にも記したように非常に過酷な条件としてある。従って、比較例においては漏液や発煙が認められるものもあったが、通常の使用条件では、漏液や発煙にまで至ることはほとんどないことはもちろんである。   The charging / discharging conditions set in the above examples and comparative examples are very severe conditions as described at the beginning. Accordingly, in some comparative examples, liquid leakage and smoke generation were observed, but it is a matter of course that leakage and smoke generation are rarely caused under normal use conditions.

本発明は、組電池モジュールを構成する二次電池の端子間電圧に基づいて、二次電池を切り離したり、強制的に放電させたりしているので、二次電池を過放電や過充電から守り、組電池モジュールの寿命を向上させることができる。   In the present invention, since the secondary battery is disconnected or forcibly discharged based on the voltage between the terminals of the secondary battery constituting the assembled battery module, the secondary battery is protected from overdischarge and overcharge. The life of the assembled battery module can be improved.

本発明にかかる組電池モジュールの管理装置を、二次電池が複数直列に接続されてなる組電池モジュールに適用した場合を示す図である。It is a figure which shows the case where the management apparatus of the assembled battery module concerning this invention is applied to the assembled battery module by which multiple secondary batteries are connected in series. 本発明にかかる組電池モジュールの管理装置を、１つの直列段が並列に接続された複数の二次電池から構成され、この直列段を複数直列に接続してなる組電池モジュールに適用した場合を示す図である。The battery pack module management apparatus according to the present invention is applied to a battery pack module composed of a plurality of secondary batteries in which one series stage is connected in parallel, and a plurality of series stages connected in series. FIG. バイポーラ二次電池の概略構成図である。It is a schematic block diagram of a bipolar secondary battery. 本発明にかかる組電池モジュールの管理装置を、バイポーラ二次電池に適用した場合を示す図である。It is a figure which shows the case where the management apparatus of the assembled battery module concerning this invention is applied to a bipolar secondary battery. 本発明にかかる組電池モジュールの管理装置を、バイポーラ二次電池が複数直並列に接続されてなる組電池モジュールに適用した場合を示す図である。It is a figure which shows the case where the management apparatus of the assembled battery module concerning this invention is applied to the assembled battery module by which two or more bipolar secondary batteries are connected in series and parallel. バイポーラ二次電池を複数用いて構成した組電池モジュールの一例を示す図であり、（Ａ）は平面図を、（Ｂ）は側面図を、（Ｃ）は正面図をそれぞれ示す。It is a figure which shows an example of the assembled battery module comprised using two or more bipolar secondary batteries, (A) shows a top view, (B) shows a side view, (C) shows a front view, respectively. 本発明の具体的な動作を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the specific operation | movement of this invention. 本発明の具体的な動作を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the specific operation | movement of this invention. 本発明にかかる組電池の代表的な一実施形態を模式的に表した図である。It is the figure which represented typically one typical embodiment of the assembled battery concerning this invention. 本発明にかかる組電池が搭載された車両を模式的に表した図である。It is the figure which represented typically the vehicle by which the assembled battery concerning this invention was mounted. 比較例２において組電池モジュールからリチウムイオン電池を切り離すために用いた回路である。6 is a circuit used for separating a lithium ion battery from an assembled battery module in Comparative Example 2.

符号の説明Explanation of symbols

１０、３０ａ〜３０ｎ 電圧モニタ、
１５ 充電電源、
１６、２１ スイッチ、
２０ 負荷、
２５ 電流制御装置、
３１ 集電体、
３２ 正極層、
３３ 負極層、
３４ バイポーラ電極、
３５ａ〜３５ｎ 短絡スイッチ、
３６ 正極電極端子、
３７ａ〜３７ｎ 抵抗器、
３８ａ〜３８ｎ 接続スイッチ、
３９ 負極電極端子、
４０ コントローラ、
４１ 電解質、
４２ 負極リード、
４３ 正極リード、
４４ 電池要素、
４５ バイポーラ二次電池、
４６ 正極端子用リード線、
４８ 負極端子用リード線、
４９ スペーサ、
５０ 組電池モジュール、
５１ バスバー、
５２ 正極端子、
５４ 負極端子、
５５ 組電池ケース、
５６ 電圧検知用タブ
５７ 外装材（ラミネートフィルム）
６０ 組電池、
６２ 組電池正極端子連結板、
６４ 組電池負極端子連結板、
６６ 連結板、
６７ 固定ねじ、
６８ 正極絶縁カバー、
６９ 負極絶縁カバー、
７０ 電気自動車。 10, 30a-30n voltage monitor,
15 Charging power supply,
16, 21 switches,
20 load,
25 current control device,
31 current collector,
32 positive electrode layer,
33 negative electrode layer,
34 bipolar electrodes,
35a-35n short-circuit switch,
36 positive electrode terminal,
37a-37n resistors,
38a-38n connection switch,
39 Negative electrode terminal,
40 controller,
41 electrolyte,
42 negative lead,
43 Positive lead,
44 battery elements,
45 Bipolar secondary battery,
46 Lead wire for positive terminal,
48 Lead wire for negative terminal,
49 Spacer,
50 battery module,
51 Busbar,
52 positive terminal,
54 negative terminal,
55 battery pack case,
56 Voltage detection tab 57 Exterior material (laminate film)
60 battery packs,
62 assembled battery positive terminal connection plate,
64 assembled battery negative terminal connecting plate,
66 connecting plate,
67 fixing screws,
68 positive electrode insulation cover,
69 Negative electrode insulation cover,
70 Electric car.

Claims (13)

複数の二次電池が接続されてなる組電池モジュールの管理装置であって、
当該二次電池の電圧を検出する電圧検出手段と、
前記二次電池の正極と負極とを短絡させる短絡手段と、
前記二次電池の正極と負極とを抵抗器を介して接続する接続手段と、
前記電圧検出手段によって検出された電圧が異常下限電圧よりも低くなったときには前記短絡手段を動作させ、その電圧が異常上限電圧よりも高くなったときには前記接続手段を動作させる制御手段と、
を備えたことを特徴とする組電池モジュール管理装置。 A battery pack module management apparatus in which a plurality of secondary batteries are connected,
Voltage detection means for detecting the voltage of the secondary battery;
Short-circuit means for short-circuiting the positive electrode and the negative electrode of the secondary battery;
Connection means for connecting the positive electrode and the negative electrode of the secondary battery via a resistor;
Control means for operating the short-circuit means when the voltage detected by the voltage detection means is lower than the abnormal lower limit voltage, and operating the connection means when the voltage is higher than the abnormal upper limit voltage;
An assembled battery module management device comprising: 前記短絡手段または前記接続手段の動作数を計数する計数手段と、
当該計数手段によって計数された動作数が一定数を超えたときには前記組電池モジュールを負荷または充電電源から遮断する遮断手段と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の組電池モジュール管理装置。 Counting means for counting the number of operations of the short-circuit means or the connection means;
A shut-off means for shutting off the assembled battery module from a load or a charging power source when the number of operations counted by the counting means exceeds a certain number;
The assembled battery module management device according to claim 1, further comprising: 前記計数手段によって計数された動作数が一定数を超えたときには、前記組電池モジュールから負荷に供給される電流を制限する電流制限手段または前記充電電源が前記組電池モジュールに印加する電圧を制限する電圧制限手段のいずれか一方、または双方をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の組電池モジュール管理装置。   When the number of operations counted by the counting means exceeds a certain number, the current limiting means for limiting the current supplied from the assembled battery module to the load or the voltage applied by the charging power source to the assembled battery module is limited. The assembled battery module management device according to claim 1, further comprising one or both of voltage limiting means. 前記計数手段によって計数された前記短絡手段の動作数を記録する記録手段と、
当該記録手段の記録に基づいて前記組電池モジュールの劣化状態を報知する報知手段と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の組電池モジュール管理装置。 Recording means for recording the number of operations of the short-circuit means counted by the counting means;
Informing means for informing the deterioration state of the assembled battery module based on the recording of the recording means;
The assembled battery module management device according to claim 1, further comprising: 前記二次電池は、前記組電池モジュールを構成する複数の直列段の内の１つの直列段を構成することを特徴とする請求項１記載の組電池モジュール管理装置。   The assembled battery module management apparatus according to claim 1, wherein the secondary battery constitutes one series stage among a plurality of series stages constituting the assembled battery module. 並列に接続された複数の二次電池によって前記１つの直列段が形成されることを特徴とする請求項５記載の組電池モジュール管理装置。   6. The assembled battery module management device according to claim 5, wherein the one series stage is formed by a plurality of secondary batteries connected in parallel. 前記二次電池は、集電体の一方の面に正極層が形成されその他方の面に負極層が形成されてなるバイポーラ電極を電解質を介して複数積層してなるバイポーラ二次電池であるか、または当該バイポーラ二次電池において隣接する集電体との間で形成される単電池であることを特徴とする請求項１記載の組電池モジュール管理装置。   Whether the secondary battery is a bipolar secondary battery in which a plurality of bipolar electrodes each having a positive electrode layer formed on one surface of a current collector and a negative electrode layer formed on the other surface are stacked via an electrolyte. 2. The assembled battery module management device according to claim 1, wherein the battery module management device is a unit cell formed between adjacent current collectors in the bipolar secondary battery. 複数の直列段が形成されるように接続された複数の二次電池と、
１つの直列段を形成する二次電池の電圧を検出する電圧検出手段と、
前記１つの直列段を形成する二次電池の正極と負極とを短絡させる短絡手段と、
前記１つの直列段を形成する二次電池の正極と負極とを抵抗器を介して接続する接続手段と、
前記電圧検出手段によって検出された電圧が異常下限電圧よりも低くなったときには前記短絡手段を動作させ、その電圧が異常上限電圧よりも高くなったときには前記接続手段を動作させる制御手段と、
を備えることを特徴とする組電池モジュール。 A plurality of secondary batteries connected to form a plurality of series stages;
Voltage detecting means for detecting the voltage of the secondary battery forming one series stage;
Short-circuit means for short-circuiting the positive electrode and the negative electrode of the secondary battery forming the one series stage;
Connection means for connecting via a resistor a positive electrode and a negative electrode of the secondary battery forming the one series stage;
Control means for operating the short-circuit means when the voltage detected by the voltage detection means is lower than the abnormal lower limit voltage, and operating the connection means when the voltage is higher than the abnormal upper limit voltage;
An assembled battery module comprising: 前記直列段の段数は、前記組電池モジュールの必要出力電圧を満たすための段数よりも多く、前記必要出力電圧の１．３倍の出力電圧を超える段数よりも少ない範囲に設定されることを特徴とする請求項８記載の組電池モジュール。   The number of stages of the series stages is set in a range that is greater than the number of stages to satisfy the required output voltage of the assembled battery module and less than the number of stages that exceeds 1.3 times the required output voltage. The assembled battery module according to claim 8. 前記直列段は、並列に接続された複数の二次電池によって形成されることを特徴とする請求項８記載の組電池モジュール。   The assembled battery module according to claim 8, wherein the series stage is formed by a plurality of secondary batteries connected in parallel. 前記二次電池は、集電体の一方の面に正極層が形成されその他方の面に負極層が形成されてなるバイポーラ電極を電解質を介して複数積層してなるバイポーラ二次電池であるか、または当該バイポーラ二次電池において隣接する集電体との間で形成される単電池であることを特徴とする請求項８記載の組電池モジュール。   Whether the secondary battery is a bipolar secondary battery in which a plurality of bipolar electrodes each having a positive electrode layer formed on one surface of a current collector and a negative electrode layer formed on the other surface are stacked via an electrolyte. 9. The assembled battery module according to claim 8, wherein the assembled battery module is a single battery formed between adjacent current collectors in the bipolar secondary battery. 請求項８から請求項１１のいずれかに記載の複数の組電池モジュールを、直列にまたは並列に、直列または並列を組み合わせて接続したことを特徴とする組電池。   An assembled battery comprising a plurality of assembled battery modules according to any one of claims 8 to 11 connected in series or in parallel, in combination of series or parallel. 請求項８から請求項１１のいずれかに記載の複数の組電池モジュールまたは請求項１２に記載の組電池を駆動用電源として搭載したことを特徴とする車両。   A vehicle comprising the plurality of assembled battery modules according to any one of claims 8 to 11 or the assembled battery according to claim 12 mounted as a driving power source.
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