JP3913411B2 - Battery pack with abnormal temperature rise detection device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、単電池を直列もしくは並列に多数個連結した組電池において、これら多数個の単電池のうち、少なくとも一つが異常昇温したことを検出することができる異常昇温検出装置を備えた組電池に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
電池の異常昇温を検出して、電池の劣化や発熱による事故等を未然に防止するため、電池にPTC素子のような熱センサーを組み込んだ組電池が広く知られている。
【0003】
また、電気自動車用のモーター駆動電源として、多数の単電池を電気的に直列接続して高電圧、高電流の電力を供給しうるものが提案されている。そして、このような電気自動車用の電源装置に温度センサーを組み込んだものも知られており、例えば、特開平10−270094号公報に開示されたものがある。
【0004】
この公報に開示された異常昇温検出装置を図1に示す。図1に示す異常昇温検出装置は、組電池を構成する各単電池の各々全てに、PTCセンサ7を外部から取付けている。そして、単電池の接続系統とは別系統にして、PTCセンサ7だけを全て直列接続して抵抗測定装置に接続し、これら直列接続されたPTCセンサ7の全抵抗を測定するようになっている。PTCセンサ7を取付けた単電池のうち1個でも異常昇温したときには、その単電池に取付けたPTCセンサ7の抵抗値が飛躍的に増大する結果、抵抗測定装置によってその異常昇温が検出されるようにしたものである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この公報に開示されている異常昇温検出装置は、各々の単電池に取付けた全てのPTCセンサ7を直列に接続して、その直列接続されたPTCセンサ7の全抵抗値を測定して検出を行っているものである。ここで、PTCセンサ7はそれぞれ固有の温度特性上のバラツキを有している。従って、PTCセンサ7の接続個数が多くなるに従って、そのバラツキについても総和され、全抵抗の測定値には、各PTCセンサ7全てのバラツキが加わることになる。特に、特開平10−270094号公報のように、電気自動車用電池電源装置を構成する126個または252個の単電池の各々に温度センサを取り付け、その全抵抗の測定値となると、極めて大きなバラツキが加えられてしまう。
【0006】
このため、例え、1個の単電池が異常昇温して、その単電池に装着したPTCセンサの抵抗値が飛躍的に増大したとしても、前述の通り、各PTCセンサにはバラツキがあるために、この増大した抵抗値が検出できない場合がある。あるいは、これらのバラツキを考慮して、抵抗値の増大を検出するためのしきい値がバラツキ分を含めた高い値に設定されている場合は、そのしきい値を越える値になるまで抵抗値が増大しない限り異常昇温を検出することができず、しきい値を越える値まで抵抗値が増大するのに時間がかかってしまうという問題がある。
【0007】
さらに、この公報に示される異常昇温検出装置は、電池電源装置を構成する126個の単電池の各々に取付けたPTCセンサを全て直列に接続したものであるから、126個のうちどの単電池が異常昇温したのか不明であり、異常による単電池や装置全体の修理や交換等の対応は広い範囲で行わなければならず、保守点検等が迅速に行えない欠点がある。
【0008】
従って、この発明は、温度センサの温度特性上のバラツキに影響を受けずに、単電池の異常昇温を正確に検出すると共に、異常昇温による抵抗値の増大を素早く検出して検出時間を短くでき、且つ、複数の単電池で構成される電源装置に用いられる場合でも、単電池の異常昇温を比較的狭い範囲で検出でき、その対応や保守点検等を早く行えるようにした異常昇温検出装置を備えた組電池を提供するものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
この発明は、複数個の単電池と、単電池に取付けられて昇温時に電気抵抗が変化する温度センサと、温度センサの抵抗値を測定して単電池の異常昇温を検出する異常昇温検出手段とから構成される異常昇温検出装置を備えた組電池において、前記温度センサは複数の温度センサブロックに分割構成されて、各温度センサブロックは各々同数の温度センサが直列接続されており、一方、前記異常昇温検出手段は、各温度センサブロック全体の抵抗値を測定し、各測定値の差をとり、その差が所定値を越えたときに異常昇温を検出することを特徴とすることを特徴とする。
【0010】
さらに、前記温度センサがPTC素子であることを特徴とする。
【0011】
さらにまた、複数の単電池により電池モジュールを構成して、この電池モジュールを複数本備えており、温度センサは電池モジュール単位で直列接続されていることを特徴とする。
【0012】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を図面に基づき説明する。本発明の異常昇温検出装置を備えた組電池は、電気自動車の電池電源や、内燃機関と電池駆動モータとを組み合わせて走行駆動源としたハイブリッドタイプの自動車の電池電源に用いられる。図2に電池電源の外観斜視図を示す。この電池電源1は、上下のホルダーケース2と中間ケース3、両側面のエンドプレート4によって囲まれた直方体形状となっている。
【0013】
電池電源1の内部には、多数の円筒型の単電池5が収納されている。単電池5は、6本ずつ縦に長く棒状にして、各単電池1を全て直列にして連結し、電池モジュール6を構成している。そして、この電池モジュール6を8本横に並べて、且つ前記中間ケース3を介して2段にして収納している。その結果、単電池5は総数で96本収納されており、これらの単電池5がエンドプレート4に設けられたリード板によって全て直列に接続されている。さらに、この96本の単電池を収納した電池電源1を複数接続することによって、単電池の本数は96本の整数倍に増加させることができる。従って、電気自動車のサイズや出力に応じた電源電圧や出力電流等を得ることができる。
【0014】
尚、本実施例の単電池5にはニッケル水素電池を用いているが、ニッケル−カドミウム電池やリチウムイオン電池等を用いても構わない。
【0015】
6本の単電池5を縦に長く棒状に接続した前記電池モジュール6には、温度センサとしてのPTCセンサ7が電池モジュール6の外部から取付けられている。PTCセンサ7は、全ての単電池5に対して1個ずつ接着により装着されている。このPTCセンサ7は、6本の単電池5に沿うように、6個のPTCセンサ7が互いにリード板によって一列に細長く連結されている。そして、6個のPTCセンサ7の両端に延びたリード板が、前記エンドプレート4を介して、隣接する電池モジュール6に装着されている6個のPTCセンサ7のリード板に電気接続されている。
【0016】
これによって、電池電源1に収納されている96本の全ての単電池に装着されている各PTCセンサ7は全て接続することができる。ただ、PTCセンサ7は、全てを直列にすることもできるが、例えば、電池モジュール6を2本単位、即ち単電池5を12本単位で直列に接続することもできる。このように、電池モジュール単位でPTCセンサ7を直列接続し、各々リード板を延長してその電気信号を取り出すことができる。さらに、単電池5の全てにPTCセンサ7を装着しなくても、例えば、単電池5の1個おきにPTCセンサ7を装着して、電池モジュール1本で3個のPTCセンサを装着するようにしても構わない。
【0017】
このようにして装着されたPTCセンサ7は、大電流が流れる単電池5の直列回路とは別系統でPTCセンサ7のみの回路を構成することができる。従って、PTCセンサ7には小電流とすることができるので、多数直列に接続しても発熱の心配がないと共に、PTCセンサ7による電圧降下分だけ電池電源の出力が低下してしまうということもない。
【0018】
本実施例におけるPTCセンサ7は、図4に示すように、12個の単電池5の各々に装着されたPTCセンサ7ごとに各々直列接続されて、一つのPTCセンサブロック8を構成している。従って、電池電源1の96本の単電池5の各々に装着された各PTCセンサ7は、8つのPTCセンサブロックに分割されて、各々のブロックごとで各PTCセンサ7が直列接続されている。
【0019】
そして、これらのPTCセンサブロック8は、各々異常昇温検出手段9に接続されている。ここで、この異常昇温検出手段9の動作について説明する。
【0020】
▲1▼異常昇温検出手段9は、接続されている各PTCセンサブロック8全体の抵抗値を測定する。
【0021】
▲2▼このブロック毎に測定した抵抗値を比較し、2つのブロックの各測定値の差をとる。
【0022】
▲3▼その差と、異常昇温検出手段9にあらかじめ設定された所定値とを比較し、その差が所定値を越えたときに、異常昇温であることを検出する。
【0023】
▲4▼異常昇温が検出されると、その異常信号を電池電源1のコントロールユニットECUに出力して、ECUが電池異常であることを報知する。
【0024】
このように、異常昇温検出手段9は、PTCセンサ7をブロック毎に分割して直列接続し、各ブロック毎の抵抗値を測定すると共に、その差が所定値を越えたときに、異常昇温であることを検出するものである。
【0025】
従って、ブロック毎の抵抗値の差をとるために、各PTCセンサ7がもつ温度特性上のバラツキはここで相殺されることになる。このため、単電池のいずれかに異常昇温が発生し、その単電池に装着されたPTCセンサ7の抵抗値が飛躍的に増大すると、各センサのバラツキが相殺されているために、その増加分だけを正確に検出することができる。
【0026】
その結果、各PTCセンサのバラツキの影響を受けずに誤検出がなく正確に検出ができると共に、バラツキが相殺されるために、設定する所定値を必要以上に大きく設定しなくてもよく、抵抗値の増大に敏感に反応させることができ、検出時間を早くすることができる。
【0027】
さらに、 各PTCセンサ7は、PTCセンサブロックに分割しているために、96個の単電池5のうち、どれか1個の単電池5に異常昇温が発生しても、ブロック単位で検出することができるので、修理や交換等の対応を比較的狭い範囲で行えるため、保守点検等が迅速に行える。
【0028】
尚、前記異常昇温検出手段9は、各PTCセンサブロック8の抵抗値を測定し、その差を取るようにしているが、これに限らず、例えば、各PTCセンサブロックの測定値の比率や倍率を取ることによって比較を行い、異常昇温を検出するようにしても構わない。
【0029】
【発明の効果】
本発明によれば、異常昇温検出手段は、PTCセンサをブロック毎に分割して直列接続し、各ブロック毎の抵抗値を測定すると共に、その差が所定値を越えたときに、異常昇温であることを検出する。
【0030】
従って、ブロック毎の抵抗値の差をとるために、各PTCセンサがもつ温度特性上のバラツキはここで相殺されることになる。このため、単電池のいずれかに異常昇温が発生し、その単電池に装着されたPTCセンサの抵抗値が飛躍的に増大すると、各センサのバラツキが相殺されているために、その増加分だけを正確に検出することができる。
【0031】
その結果、各PTCセンサのバラツキの影響を受けずに誤検出がなく正確に検出ができると共に、バラツキが相殺されるために、設定する所定値を必要以上に大きく設定しなくてもよく、抵抗値の増大に敏感に反応させることができ、検出時間を早くすることができる。
【0032】
さらに、 各PTCセンサは、PTCセンサブロックに分割しているために、多数の単電池のうち、どれか1個の単電池に異常昇温が発生しても、ブロック単位で検出することができるので、修理や交換等の対応を比較的狭い範囲で行えるため、保守点検等が迅速に行える。
【0033】
その結果、この電池の異常昇温検出装置は、極めて多数の単電池を直列接続する電気自動車やハイブリッドタイプの自動車の電池電源に用いることによって、正確に且つ素早く検出することができるので、安全で保守点検等も容易に行え、電気自動車における電池電源の取り扱いに優れた異常昇温検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の異常昇温検出装置の接続回路図
【図2】電池電源の分解斜視図
【図3】電池モジュールの平面図
【図4】異常昇温検出装置の回路図
【符号の説明】
1 電池電源
2 ホルダーケース
3 中間ケース
4 エンドプレート
5 単電池
6 電池モジュール
7 PTCセンサ
8 PTCセンサブロック
9 異常昇温検出手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is provided with an abnormal temperature rise detection device capable of detecting that at least one of these multiple unit cells is abnormally heated in an assembled battery in which a number of unit cells are connected in series or in parallel. The present invention relates to an assembled battery.
[0002]
[Prior art]
An assembled battery in which a thermal sensor such as a PTC element is incorporated in a battery is widely known in order to detect an abnormal temperature rise of the battery and prevent an accident due to deterioration or heat generation of the battery.
[0003]
In addition, as a motor drive power source for an electric vehicle, one that can supply a high voltage and a high current by electrically connecting a large number of single cells in series has been proposed. Also known is a power supply device for an electric vehicle in which a temperature sensor is incorporated, for example, one disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-270094.
[0004]
The abnormal temperature rise detection device disclosed in this publication is shown in FIG. The abnormal temperature rise detection device shown in FIG. 1 has a
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the abnormal temperature rise detection device disclosed in this publication connects all the
[0006]
For this reason, even if one unit cell is abnormally heated and the resistance value of the PTC sensor attached to the unit cell increases dramatically, as described above, each PTC sensor has variations. In addition, the increased resistance value may not be detected. Alternatively, in consideration of these variations, if the threshold value for detecting an increase in the resistance value is set to a high value including the variation, the resistance value until the threshold value is exceeded. Unless the temperature increases, an abnormal temperature rise cannot be detected, and it takes time for the resistance value to increase to a value exceeding the threshold value.
[0007]
Furthermore, since the abnormal temperature rise detection device shown in this publication is formed by connecting all the PTC sensors attached to each of the 126 single cells constituting the battery power supply device in series, which single cell out of 126 It is unclear whether or not the temperature has risen abnormally, and repairs and replacements of single cells or the entire device due to the abnormality must be performed over a wide range, and there is a disadvantage that maintenance inspection and the like cannot be performed quickly.
[0008]
Accordingly, the present invention accurately detects an abnormal temperature rise of a single cell without being affected by variations in temperature characteristics of the temperature sensor, and quickly detects an increase in resistance value due to the abnormal temperature rise, thereby reducing the detection time. Even when used in a power supply unit consisting of a plurality of single cells, the abnormal temperature rise of the single cells can be detected in a relatively narrow range, and the response and maintenance inspection can be performed quickly. An assembled battery including a temperature detecting device is provided.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present invention relates to a plurality of single cells, a temperature sensor attached to the single cells and whose electrical resistance changes as the temperature rises, and an abnormal temperature rise that detects the abnormal temperature rise of the single cell by measuring the resistance value of the temperature sensor. In an assembled battery comprising an abnormal temperature rise detection device comprising detection means, the temperature sensor is divided into a plurality of temperature sensor blocks, and each temperature sensor block is connected in series with the same number of temperature sensors. whereas, the abnormal Atsushi Nobori detection means, characterized in that the resistance value of the entire respective temperature sensor block measures, taking the difference between each measurement, detecting the abnormal Atsushi Nobori when the difference exceeds a predetermined value It is characterized by.
[0010]
Further, the temperature sensor is a PTC element.
[0011]
Furthermore, a battery module is constituted by a plurality of single cells , a plurality of the battery modules are provided, and the temperature sensors are connected in series for each battery module .
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described based on the drawings. The assembled battery provided with the abnormal temperature rise detection device of the present invention is used for a battery power source of an electric vehicle or a hybrid type vehicle battery power source using a combination of an internal combustion engine and a battery drive motor as a travel drive source. FIG. 2 shows an external perspective view of the battery power source. The battery power source 1 has a rectangular parallelepiped shape surrounded by upper and
[0013]
A large number of
[0014]
In addition, although the nickel hydride battery is used for the
[0015]
A
[0016]
As a result, all the
[0017]
The
[0018]
As shown in FIG. 4, the
[0019]
These PTC sensor blocks 8 are each connected to an abnormal temperature rise detection means 9. Here, the operation of the abnormal temperature rise detection means 9 will be described.
[0020]
(1) The abnormal temperature rise detection means 9 measures the resistance value of each connected PTC sensor block 8 as a whole.
[0021]
(2) The resistance values measured for each block are compared, and the difference between the measured values of the two blocks is taken.
[0022]
(3) The difference is compared with a predetermined value preset in the abnormal temperature rise detection means 9, and when the difference exceeds the predetermined value, it is detected that the temperature is abnormally high.
[0023]
(4) When an abnormal temperature rise is detected, an abnormal signal is output to the control unit ECU of the battery power source 1 to notify the ECU that the battery is abnormal.
[0024]
In this way, the abnormal temperature rise detection means 9 divides the
[0025]
Therefore, in order to take the difference in resistance value for each block, the variation in temperature characteristics of each
[0026]
As a result, there is no erroneous detection without being affected by variations in each PTC sensor, and accurate detection is possible, and variations are offset, so that the predetermined value to be set does not have to be set larger than necessary. It is possible to react sensitively to an increase in value, and the detection time can be shortened.
[0027]
Furthermore, since each
[0028]
The abnormal temperature rise detection means 9 measures the resistance value of each PTC sensor block 8 and takes the difference between them. However, the present invention is not limited to this. For example, the ratio of measured values of each PTC sensor block, A comparison may be made by taking a magnification to detect an abnormal temperature rise.
[0029]
【The invention's effect】
According to the present invention, the abnormal temperature rise detection means divides the PTC sensor into blocks and connects them in series, measures the resistance value for each block, and when the difference exceeds a predetermined value, Detect that it is warm.
[0030]
Therefore, in order to take a difference in resistance value for each block, variations in temperature characteristics of each PTC sensor are canceled out here. For this reason, if an abnormal temperature rise occurs in any of the unit cells and the resistance value of the PTC sensor attached to the unit cell increases dramatically, the variation of each sensor is offset, and the increase Only can be detected accurately.
[0031]
As a result, there is no erroneous detection without being affected by variations in each PTC sensor, and accurate detection is possible, and variations are offset, so that the predetermined value to be set does not have to be set larger than necessary. It is possible to react sensitively to an increase in value, and the detection time can be shortened.
[0032]
Furthermore, since each PTC sensor is divided into PTC sensor blocks, even if an abnormal temperature rise occurs in any one of a number of single cells, it can be detected in units of blocks. Therefore, since repair and replacement can be performed within a relatively narrow range, maintenance and inspection can be performed quickly.
[0033]
As a result, this battery abnormal temperature rise detection device can be detected accurately and quickly by using it as a battery power source for electric vehicles and hybrid type vehicles in which a large number of single cells are connected in series. Maintenance / inspection etc. can be performed easily and the abnormal temperature rising detection apparatus excellent in the handling of the battery power supply in an electric vehicle can be provided.
[Brief description of the drawings]
1 is a connection circuit diagram of a conventional abnormal temperature rise detection device. FIG. 2 is an exploded perspective view of a battery power source. FIG. 3 is a plan view of a battery module. FIG. 4 is a circuit diagram of an abnormal temperature rise detection device. ]
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