JP6304784B2 - バッテリモジュール遮断構造 - Google Patents

Description

本発明は、自動車バッテリ中の１つまたは複数のバッテリモジュールを遮断（分離）するための方法および構造に関する。

自動車両において使用する自動車バッテリは、バッテリ障害の場合、そのバッテリが位置する自動車両に大きい損傷を引き起こし得る。これは車両衝突または事故の場合に特に明らかであり、ここでは、高い値の短絡電流が車両火災を引き起こすことにより、ひどい車両損傷、および乗客の負傷さえも起こり得る。さらなる損傷を与えるバッテリ障害状況としては、車両の周囲の導電構造中の高い値の電流、例えば、短絡電流、リチウムイオンバッテリ中のガスの形成ならびに損傷した機械的および／または電子的構成要素があり、それらは、今度は車両破壊を引き起こし、最終的に車両衝突を引き起こし得る。

国際特許出願国際公開第２００９／１０６３９４号は、バッテリパック内の破壊的連鎖反応を排除することを可能にするために、バッテリモジュールの１つまたは複数における障害の場合に個々に遮断および／または架橋され得る複数のバッテリモジュールを有する自動車両において使用するためのバッテリパックを開示している。

従来技術の自動車バッテリにおいて起こり得るさらなる問題は、障害のあるバッテリモジュールが高い短絡電流を引き起こし得、自動車バッテリ中の導体間にアークが生じ、それが損傷を、および火災さえ引き起こし得ることである。

国際公開第２００９／１０６３９４号

本発明の目的は、アークの問題を解決するかまたは少なくとも緩和すること、および自動車バッテリ中の１つまたは複数のバッテリモジュールを遮断（分離）するための改善された構成を提供することである。

この目的は、本発明の第１の態様では、自動車バッテリ中の複数のバッテリモジュールのうちの少なくとも１つを遮断する方法によって達成される。本方法は、前記少なくとも１つのバッテリモジュールが遮断されるべきであることを検出するステップと、少なくとも１つの検出されたバッテリモジュールをバイパスするステップと、バイパスするステップと同時またはそれ以後に、自動車バッテリ中に備えられる残りのバッテリモジュールから少なくとも１つの検出されたバッテリモジュールを遮断するステップとを含む。

この目的は、本発明の第２の態様では、自動車バッテリ中の複数のバッテリモジュールのうちの少なくとも１つを遮断するための構造によって達成される。この構造は、前記少なくとも１つのバッテリモジュールが遮断されるべきであることを検出するように設けられたデバイスと、各バッテリモジュールに設けられたバイパススイッチとを備え、検出された少なくとも１つのバッテリモジュールに設けられたバイパススイッチは、バイパス経路を介して少なくとも１つの検出されたバッテリモジュールをバイパスするように制御可能である。この構造は、各バッテリモジュールに設けられた遮断スイッチをさらに備え、少なくとも１つのバイパスされたバッテリモジュールに設けられた遮断スイッチは、バイパスすることと同時またはそれ以後に、残りのバッテリモジュールから少なくとも１つの検出されたバッテリモジュールを遮断するように制御可能である。

したがって、自動車バッテリ中の各バッテリモジュールは、各バッテリモジュールに設けられたバイパススイッチと遮断スイッチとの制御による選択時に個々にバイパスおよび遮断され得る。電気またはハイブリッド自動車両に設けられた自動車バッテリの動作中に、各バッテリモジュールは、電気モーターの形態の負荷、すなわち誘導性負荷に電力を供給する。障害によりあるいはバッテリの低減されたパフォーマンスが望まれる場合、１つまたは複数のバッテリモジュールが遮断されるべきことが、例えば自動車両の電子制御ユニット（ＥＣＵ）によって検出された場合、遮断されるべきモジュールに設けられたバイパススイッチは、検出されたモジュールがそれを介してバイパスされるバイパス経路を閉じるように制御され、同時またはその後に、遮断されるべきモジュールに設けられた遮断スイッチは、自動車バッテリ中の残りのバッテリモジュールから、検出されたモジュールを遮断するように制御される。予防的理由のために、例えば、何らかの理由による障害が起こる危険があるという指示をＥＣＵが受信した場合、その指示された障害がその後に起きなくても、１つまたは複数のバッテリモジュールを遮断することが望ましいことがあることに留意されたい。その上、１つまたは複数のバッテリモジュールが遮断された場合、バッテリ中に電気的不平衡が発生し得、電気的平衡を達成するためにさらなる（機能）バッテリモジュールを遮断することが必要となる。

実際の例では、自動車バッテリは、６０Ｖをそれぞれ供給する５つのバッテリモジュールを直列に接続することによって電気モーターに３００Ｖを供給する。通常の動作中に、バッテリによって提供される電圧は誘導性要素中に誘起され、電流を流れさせることになる。バッテリから１つまたは複数のバッテリモジュールが遮断された場合、インダクタはそれの性質上、電流のいかなる変化にも抵抗するので、誘導性負荷（すなわち電気モーター）は同じ電流を維持しようと試みる。バッテリモジュールが遮断されたことから生じるインダクタ電流の減少は、そのインダクタ電流の減少に対向するインダクタ上の電圧を生じる。Ｕ＝Ｌ＊ｄＩ／ｄｔであるので電圧のこの立上りは極めて急激であり得、ただし、Ｕはインダクタの両端間の電圧を示し、Ｌはインダクタンスであり、Ｉはインダクタ中を流れている電流であり、いわゆる誘導性キックバックを引き起こす。バッテリモジュールが遮断されるとき、遮断を実施しているバッテリモジュールにおけるスイッチング機構中の寄生キャパシタンスは極めて高い電圧で充電され得、それは潜在的に、バッテリ中のスイッチング機構の２つの端子間で電流の流れがアークを引き起こし、結果的に、車両における様々な構成要素の損傷を、および火災さえ生じる。

したがって、本発明によれば、検出されたバッテリモジュールは最初にバイパスされ、その後、バイパスされたモジュールは自動車バッテリ中の残りのバッテリモジュールから遮断されるか、または検出されたバッテリモジュールのバイパスと遮断とが同時に行われる。検出されたバッテリモジュールをバイパスすると、電気モーターのキックバック電流はバイパス経路を介して流れさせられ、アークを引き起こす危険なしに遮断が実施され得、それにより、バッテリのロバストネスが大幅に改善される。さらに有利なことには、自動車両の運転者は道路の混んでいるコースから自分の車両を移動させるかまたは作業場まで車両を運転しさえする機会を与えられるように、バッテリの限定された動作が実現される。

１つまたは複数のバッテリモジュールの遮断は、本発明の一実施形態では、車両のコントロールパネル上に提示される情報を介して車両の運転者に示され得る。

例えばひどい自動車事故のような状況の場合、バッテリまたは周囲の機器が出火するのを防ぐために、必要な場合、すべてのバッテリモジュールは直ちにバイパスされ遮断され得るか、またはモジュールは順に１つずつバイパスされ遮断され得る。

本発明の一実施形態では、構成は、放電スイッチと、例えば各バッテリモジュールに設けられた抵抗器の形態のエネルギードレインデバイスとをさらに備える。遮断されるべきバッテリモジュールに設けられた放電スイッチは、そのモジュールが同モジュールの遮断と同時にあるいはその後に放電されるように、遮断されたバッテリモジュールをエネルギードレインデバイスに結合するように制御可能である。有利には、障害のあるバッテリモジュールは、さらなる損傷を回避するために厳しくない様式で放電され得る。

本発明のさらなる実施形態では、構成は、後で遮断されるべき１つまたは複数のバイパスされたバッテリモジュールのバイパス経路中の電流を検知するために各バッテリモジュールに設けられた手段をさらに備える。電流を検知するための手段は、バイパス経路中の電流が所定のしきい値レベルに達したとき、少なくとも１つのバイパスされたバッテリモジュールを遮断するように遮断スイッチを制御するように構成される。したがって、検知デバイスを、所定のしきい値電流レベルに達したときにそれが反応するように大きさ決定することによって、自動化された遮断機構が有利に提供される。

代替実施形態では、電流検知手段は、それぞれのバッテリモジュールの端子において構成され、バイパススイッチを制御するためにそれぞれのバッテリモジュールのバイパススイッチに接続される。この手段は、バッテリモジュールの端子（例えば正端子）における電流が所定のレベルに達したことを検知するとすぐに、それに応じて応答し、バイパス経路を介してバッテリモジュールをバイパスするようにバイパススイッチを制御する。このようにして、この特定の実施形態では、それぞれの電流検知手段は、有利には、バッテリモジュールが遮断されるべきであることを検出するためのデバイスとして働くことになる。

さらなる実施形態では、電流検知手段の各々は、遮断スイッチをアクティブ化するためにそれぞれの遮断スイッチに結合される。電流検知手段が、バッテリモジュールの正端子における電流が所定のレベルに達したことを検知したとき、電流検知手段は、応答して、バイパス経路を介してバッテリモジュールをバイパスするように電流検知手段によってバイパススイッチが制御されたのと同時にあるいはその後に、自動車バッテリの主電源供給線からバッテリモジュールを遮断するように遮断スイッチを制御する。

またさらなる実施形態では、電流検知手段の各々は、遮断スイッチのアクティブ化と同時にまたはその後に、放電スイッチをアクティブ化するためにそれぞれの放電スイッチに結合される。このようにして、電流検知手段がバッテリモジュールの端子における過電流を検知したとき、電流検知手段は、エネルギードレインデバイスへの放電スイッチを介してバッテリモジュールの放電をさらに制御する。

それぞれのバッテリモジュールのそれぞれの電流検知手段制御検出、バイパス、遮断およびさらには放電を有することの利点は、ＥＣＵが本発明の構成では厳密に必要とされないことである。受動構成要素を使用すること（およびマイクロプロセッサなどの構成要素を含む必要がないこと）によって、１つまたは複数のバッテリモジュールを遮断するための構成は安価になり、あまり複雑でなくなる。その上、この構成は、受動構成要素をもつ自動車バッテリ内に実装することがより容易になる。

電流検知デバイスは、一実施形態では、バイパス経路において構成され、遮断スイッチを制御するために遮断スイッチに接続されたコイルによって実現される。このようにして、コイルは、バイパス経路を通る短絡電流が所定のレベルに達したことを検知するとすぐに、コイルは、それに応じて応答し、バイパスされたバッテリモジュールを遮断するように遮断スイッチを制御する。有利には、電流のこの検出と、遮断スイッチのトリガリングとは自律的である。

代替実施形態では、電流検知デバイスは、バイパス経路における電流を測定するためにバイパス経路に設けられた電流シャントによって実現される。この実施形態では、電流を判定し遮断スイッチを制御するために、典型的にはＥＣＵが使用されよう。バイパス経路における電流を検知するためのさらなる代替形態は、ホール素子または圧電センサである。

その上、電流の雑音レベルを検出し、したがって、電流の特性、すなわち電流の大きさおよび／または周波数を判定することが可能である。

さらなる代替形態では、例えば構成のスイッチを制御するためにＥＣＵが使用される場合、ＥＣＵは、モジュールをバイパスする瞬間からある時間が、例えば、１ｍｓまたはそれ以上などが経過した後に、バイパスされたバッテリモジュールを遮断するように遮断スイッチを制御し得る。車両は、ブレーキ制御モジュール（ＢＣＭ）または速度制御モジュール（ＳＣＭ）など、車両のすべてのプロパティを制御するために、多数の相互接続されたＥＣＵを含んでいることがある。車両は、バッテリの管理のために、電圧、電流、温度、充電の状態（ＳＯＣ）など、バッテリの様々な物理的プロパティを検出するバッテリ監視ユニット（ＢＭＵ）から情報を受信する特定の衝突ＥＣＵさえ備え得る。

本発明のさらなる実施形態では、遮断スイッチは、点火時にバッテリモジュールを遮断するように設けられた火工スイッチによって実現される。火工チャージが点火されたとき、自動車バッテリのバッテリモジュールと主電源供給線との間の導電経路が除去され、したがって、バッテリモジュールが自動車バッテリ中の残りのバッテリモジュールから遮断される。例えばヒューズと比較して火工スイッチを使用することの利点は、スイッチング時間が、瞬時スイッチングを暗示する通過電流に依存しないことである。

本発明のまたさらなる実施形態では、バイパススイッチおよび／または放電スイッチは、それぞれのタイプのスイッチの火工要素に設けられた可動架橋要素を、導電性経路を閉じるための位置に移動させるように設けられた火工スイッチによって実現される。火工チャージの点火時に、架橋要素は閉位置に移動することになり、この閉位置は、（ａ）バイパススイッチについては、架橋要素が自動車バッテリの主電源供給線へのバイパス経路を閉じることを意味し、（ｂ）放電スイッチについては、架橋要素がバッテリモジュールとエネルギードレインデバイスとの間の回路を閉じることを意味する。

本発明の目的は、本発明の第３の態様では、自動車バッテリ中のすべてのバッテリモジュールを遮断するための構成によってさらに達成される。この構成は、バッテリモジュールが遮断されるべきであることを検出するように設けられたデバイスと、バイパス経路を介してバッテリモジュールをバイパスするように制御可能な自動車バッテリに設けられたバイパススイッチと、各バッテリモジュールに設けられた遮断スイッチとを備える。遮断スイッチは、それぞれのバッテリモジュールにおいて構成され、バイパスが実施される／されたのと同時にあるいはその後に、自動車バッテリの主電源供給線からそれぞれのバッテリモジュールを遮断するように制御可能である。したがって、遮断は、バイパスすることと同時またはそれ以後に実施される。

バッテリモジュールはよりひどい事故の場合にのみ遮断されるべきであり、このようにして、すべてのバッテリモジュールの瞬時遮断を保証する場合、第３の態様の構成は、バイパス経路を介してすべてのバッテリモジュールを瞬時にバイパスするために単一のバイパススイッチのみが必要とされるという点で有利である。バッテリモジュールのバイパスが行われた後にまたはそれと同時に、遮断スイッチは、すべてのバッテリモジュールを遮断するように制御される。この特定の構成では、例えば車両を牽引するとき、何らかの望ましくない電流が生成される危険が排除され得る。

本発明の目的は、本発明の第４の態様では、自動車バッテリ中のすべてのバッテリモジュールを遮断するための構成によってさらに達成される。この構成は、バッテリモジュールが遮断されるべきであることを検出するように設けられたデバイスと、バイパス経路を介してバッテリモジュールをバイパスするように制御可能な自動車バッテリに設けられたバイパススイッチとを備える。この構成は、自動車バッテリの主電源供給線に設けられた遮断スイッチをさらに備え、遮断スイッチは、バッテリモジュールをバイパスすることと同時またはそれ以後に、バイパス経路からバッテリモジュールを遮断するように制御可能である。

バッテリモジュールはよりひどい事故の場合にのみ遮断されるべきであり、このようにして、すべてのバッテリモジュールの瞬時遮断を保証する場合、第４の態様の構成は、バイパス経路を介してすべてのバッテリモジュールを瞬時にバイパスするために単一のバイパススイッチのみが必要とされるという点で有利である。バッテリモジュールのバイパスが行われた後にまたはそれと同時に、単一の遮断スイッチは、すべてのバッテリモジュールを遮断するように制御される。この特定の構成では、例えば車両を牽引するとき、何らかの望ましくない電流が生成される危険が排除され得る。さらに、最小数のスイッチが有利に利用される。

本発明は、特許請求の範囲に記載されている特徴のすべての可能な組合せに関係することに留意されたい。本発明のさらなる特徴、および本発明の利点は、添付の特許請求の範囲および以下の説明を検討すると明らかになろう。当業者は、以下で説明するもの以外の実施形態を生成するために本発明の様々な特徴が組み合わされ得ることを了解する。

次に、本発明について、例として、添付の図面を参照しながら説明する。

自動車バッテリの１つまたは複数のバッテリモジュールを遮断するための構成の一実施形態を示す。 自動車バッテリの１つまたは複数のバッテリモジュールを遮断するための構成のさらなる実施形態を示す。 自動車バッテリの１つまたは複数のバッテリモジュールを遮断するための構成のまたさらなる実施形態を示す。 図３に示された実施形態の代替実施形態を示す。 本発明の実施形態による火工スイッチを示す。 本発明の実施形態による火工スイッチを示す。 本発明の一実施形態による、自動車バッテリ中の１つまたは複数のバッテリモジュールを遮断する方法のフローチャートを示す。 本発明のさらなる態様を与える、自動車バッテリ中のすべてのバッテリモジュールをバイパスするための構成を示す。 本発明のさらなる態様を与える、自動車バッテリ中のすべてのバッテリモジュールをバイパスするための代替構成を示す。 本発明の第４の態様による、自動車バッテリ中のすべてのバッテリモジュールをバイパスするためのさらなる代替構成を示す。

次に、本発明について、本発明のいくつかの実施形態が示された添付の図面を参照しながら以下でより十分に説明する。ただし、本発明は、多くの異なる形態で実施され得、本明細書に記載された実施形態に限定されると解釈されるべきではない。そうではなく、これらの実施形態は、本開示が周到で完全になり、本発明の範囲を当業者に十分に伝達するように、例として提供されるものである。同様の番号は、説明全体にわたって同様の要素を指す。

図１は、自動車バッテリの１つまたは複数のバッテリモジュールを遮断するための構成の一実施形態を示す。３つの直列に接続されたバッテリモジュール１１、１２、１３を備える自動車バッテリ１０は、電気モーター（図示せず）の形態の負荷に電力を供給するための電気またはハイブリッド車両中にある。この構成は、１つまたは複数のバッテリモジュールが遮断されるべきであることを検出するように設けられたデバイス１４を備える。このデバイス１４は、前に説明した電子制御ユニット（ＥＣＵ）の形態で実施され得、ＥＣＵは、典型的には、電気車両中の様々なシステムおよび構成要素を制御するために適切なソフトウェアを実行する１つまたは複数のマイクロプロセッサによって実装される。ＥＣＵ１４は、（例えば車両衝突または例えば充電イベント中の内部故障、樹状突起形成、他のタイプの内部欠陥などの結果として）バッテリモジュールの１つまたは複数の選択が遮断されるべきであることを検出し得る。以下の例示する実施形態では、ＥＣＵ１４は、第１のバッテリモジュール１１が何らかの理由で障害があり、遮断されるべきであることを検出すると仮定される。車両の運転者は、バッテリ１０の低減した電力供給容量にもかかわらず、車を移動することが依然として可能になる。

バイパススイッチ１５、１６、１７が、各バッテリモジュールにおいて構成され、バイパス経路１８、１９、２０を介してそれぞれのバッテリモジュール１１、１２、１３をバイパスするように制御可能である。したがって、ＥＣＵ１４は、第１のバッテリモジュール１１が障害があり、遮断されるべきであることを検出する。ＥＣＵ１４は、バイパス経路１８を閉じるために、第１のバッテリモジュール１１に設けられたバイパススイッチ１５に制御信号を送る。前述のように、これは、自動車バッテリ１０の主電源供給線２４へのバイパス経路１８を閉じるために、点火時に、火工チャージに架橋要素を移動させることによって実施され得る。

さらに、遮断スイッチ２１、２２、２３が、各バッテリモジュールにおいて構成され、残りのバッテリモジュールからそれぞれのバッテリモジュール１１、１２、１３を遮断するように制御可能である。したがって、ＥＣＵ１４が第１のバッテリモジュール１１をバイパスした後に、またはバイパスするのと同時に、ＥＣＵ１４は、第１のバッテリモジュール１１を遮断するために遮断スイッチ２１に制御信号を送る。これは、火工スイッチに、第１のバッテリモジュール１１の正端子と自動車バッテリ１０の主電源供給線２４との間の導電性経路を分断させることによって実施され得る。潜在的に損傷を与える電流がバイパス経路１８中を流れるので、遮断のために低定格火工スイッチが使用され得る。

有利には、前に説明したように、検出されたバッテリモジュールはバイパスされ、その後、バイパスされたモジュールは自動車バッテリ中の残りのバッテリモジュールから遮断されるか、またはバッテリモジュールのバイパスと遮断とが同時に行われる。検出されたバッテリモジュールをバイパスすると、電気モーターのキックバック電流はバイパス経路を介して流れさせられ、アークを引き起こす危険なしに遮断が実施され得、それにより、バッテリのロバストネスが大幅に改善される。さらに有利なことには、自動車両の運転者は道路の混んでいるコースから自分の車両を移動させるかまたは作業場まで車両を運転しさえする機会を与えられるように、バッテリの限定された動作が実現される。

図２は、自動車バッテリの１つまたは複数のバッテリモジュールを遮断するための構成のさらなる実施形態を示す。図１に示された実施形態に加えて、この構成は、放電スイッチ２５、２６、２７と、例えば各バッテリモジュール１１、１２、１３に設けられた抵抗器の形態のエネルギードレインデバイス２８、２９、３９とをさらに備える。遮断されたバッテリモジュール１１に設けられた、放電スイッチ２５、例えば火工スイッチは、モジュールが放電されるように、遮断されたバッテリモジュール１１をエネルギードレインデバイス２８に結合するように制御可能である。有利には、障害のあるバッテリモジュールは、さらなる直接的なおよび／または遅延した損傷を回避するために厳しくない様式で放電され得る。さらに、３０〜１２０Ｖの範囲内の（好ましくは６０Ｖ未満の）バッテリモジュール電圧のみが残るので、低定格火工スイッチが使用され得る。

図３は、自動車バッテリの１つまたは複数のバッテリモジュールを遮断するための構成のさらなる実施形態を示す。図２に示された実施形態に加えて、この構成は、それぞれのバッテリモジュール１１、１２、１３のバイパス経路１８、１９、２０において構成され、遮断スイッチを制御するためにそれぞれのバッテリモジュールの遮断スイッチ２１、２２、２３に接続されたコイルによって実現される電流検知手段３１ａ、３２ａ、３３ａをさらに備える。コイル３１ａは、バイパス経路１８を通る短絡電流が所定のレベル（車両および／またはバッテリ依存、例えばトラックでは１０００Ａに達し得る）に達したことを検知するとすぐに、コイル３１ａは、それに応じて応答し、バイパスされたバッテリモジュール１１を遮断するように遮断スイッチ２１を制御する。さらに、一実施形態では、電流検知手段３１ａ、３２ａ、３３ａの各々は、遮断スイッチのアクティブ化と同時にまたはその後に、放電スイッチをアクティブ化するためにそれぞれの放電スイッチ２５、２６、２７に結合される。

電流検知手段３１ａによる遮断スイッチ２１の制御は、ＥＣＵ１４からの制御信号で補完され得る。バイパス経路１８中を流れている電流が、電流検知手段３１ａが反応するのにはあまりに低い場合、ＥＣＵは、自動車バッテリ１０の主電源供給線２４からバッテリモジュール１１を遮断するように遮断スイッチ２１を制御し得る。

図４は、図３に示された実施形態の代替実施形態を示す。この代替実施形態では、コイルによって実現される電流検知手段３１ｂ、３２ｂ、３３ｂは、それぞれのバッテリモジュール１１、１２、１３の端子において構成され、バイパススイッチを制御するためにそれぞれのバッテリモジュールのバイパススイッチ１５、１６、１７に接続される。コイル３１ｂは、バッテリモジュール１１の端子（例えば正端子）における電流が所定のレベル（車両および／またはバッテリ依存）に達したことを検知するとすぐに、それに応じて応答し、バイパス経路１８を介してバッテリモジュール１１をバイパスするようにバイパススイッチ２１を制御する。このようにして、この特定の実施形態では、それぞれのコイル３１ｂ、３２ｂ、３３ｂは、有利には、バッテリモジュールが遮断されるべきであることを検出するためのデバイスとして働くことになる。

さらなる実施形態では、電流検知手段３１ｂ、３２ｂ、３３ｂの各々は、バイパススイッチのアクティブ化と同時にまたはその後に、遮断スイッチをアクティブ化するためにそれぞれの遮断スイッチ２１、２２、２３に結合される。コイル３１ｂが、バッテリモジュール１１の正端子における電流が所定のレベルに達したことを検知したとき、コイル３１ｂは、応答して、バイパス経路１８を介してバッテリモジュール１１をバイパスするようにコイル３１ｂによってバイパススイッチ１５が制御されたのと同時にあるいはその後に、自動車バッテリ１０の主電源供給線２４からバッテリモジュール１１を遮断するように遮断スイッチ２１を制御する。

またさらなる実施形態では、電流検知手段３１ｂ、３２ｂ、３３ｂの各々は、遮断スイッチのアクティブ化と同時にまたはその後に、放電スイッチをアクティブ化するためにそれぞれの放電スイッチ２５、２６、２７に結合される。このようにして、コイル３１ｂがバッテリモジュール３１ｂの正端子における過電流を検知したとき、コイル３１ｂは、エネルギードレインデバイス２８への放電スイッチ２５を介してバッテリモジュール１１の放電をさらに制御する。

それぞれのバッテリモジュール１１、１２、１３のそれぞれのコイル３１ｂ、３２ｂ、３３ｂ制御検出、バイパス、遮断およびさらには放電を有することの利点は、ＥＣＵが本発明の構成では厳密に必要とされないことである。受動構成要素を使用すること（およびマイクロプロセッサなどの構成要素を含む必要がないこと）によって、１つまたは複数のバッテリモジュールを遮断するための構成は安価になり、あまり複雑でなくなる。その上、この構成は、受動構成要素をもつ自動車バッテリ内に実装することがより容易になる。このようにして、コイルは、ＥＣＵおよび／またはＢＭＵから独立して動作するか、あるいはＥＣＵ／ＢＭＵから制御信号を受信する、ＥＣＵおよび／またはＢＭＵへのバックアップとして働き得る。それぞれのバッテリモジュール１１、１２、１３の検出、バイパス、遮断およびさらには放電を制御するためのコイル３１ｂ、３２ｂ、３３ｂが、ＥＣＵ機能を提供することさえ想定され得る。

また別の実施形態では、本発明の構成は、それぞれのバイパススイッチ１５、１６、１７および／または遮断スイッチ２１、２２ ２３（および放電スイッチ２５、２６、２７）に送信される制御信号を遅延させるために各バッテリモジュール１１、１２、１３において遅延回路（図示せず）をさらに備える。この遅延回路は、制御信号の遅延を引き起こすために、好ましくは、場合によっては１つまたは複数の抵抗器で補足される、キャパシタの形態の受動構成要素によって実施される。これは、遮断がバイパスの後に実施されるべきである場合に有利である。さらに、受動構成要素を使用することによって、遅延は完全に自律的である。ただし、制御信号は、自動車バッテリ１０においてローカルに設けられた１つまたは複数のマイクロプロセッサ（図示せず）によって、さらにはＥＣＵ１４によって遅延されることがさらに可能である。

したがって、例えば第１のバッテリモジュール１１の遮断は、同バッテリモジュールのバイパスが実施された１ｍｓ後に行われるべきである場合、遅延回路は、十分な大きさの制御信号が、それがバイパススイッチ１５に達した１ｍｓ後に遮断スイッチ２１に達するように、大きさ決定され得る。マイクロプロセッサが使用される場合、より高度な制御が可能にされる。

図５ａ〜ｂは、前に説明した本発明の実施形態による火工スイッチを示す。図５ａは、接続機能と遮断機能とを組み合わせる火工スイッチを示している。単一機能（接続または遮断）を提供する火工スイッチが使用され得ることを理解されたい。ただし、そのような単一機能スイッチは、アクティブ化のためにそれら自体の充電をそれぞれ必要とし得る。図５ａの火工スイッチは火工チャージ４０を備え、火工チャージ４０は、点火されたとき、第１の導電性経路４２を閉じるピストン様の可動架橋要素４１をアクティブ化にする。したがって、架橋要素４１は導電性である。同時に、制御信号による火工チャージ４０の点火時に、ピストン様の可動分断要素４３は第２の導電性経路４４を開く。分断要素４３はしたがって絶縁である。このようにして、各バッテリモジュール１１、１２、１３におけるバイパススイッチ１５、１６、１７は、架橋要素４１と第１の導電性経路４２とによって具現され得るが、各バッテリモジュールにおける遮断スイッチ２１、２２、２３は、分断要素４３と第２の導電性経路４４とによって具現され、単一チャージ４０とともに各バッテリモジュールについて同じハウジング中で組み合わされ得る。

有利には、導電性経路を分断するとき、切断または剪断が利用される。当技術分野では、遮断スイッチが提供され、ここで、導体は、それらの導体を互いに電気接続するようにセットするために、ある位置から別の位置に移動される導電性要素によって架橋される。これらの従来技術の遮断スイッチは、導体に対する導電性要素の物理的トレランスおよび整合に関してより敏感であり、本発明の実施形態によって提案される遮断スイッチ２１、２２、２３よりも典型的には大きい。このように、分断要素４３は、チャージ４０によって動くようにセットされたとき、第２の導電性経路４４を有利に切断または剪断する。

図５ｂは火工スイッチを示し、ここで、それぞれのバッテリモジュール１１、１２、１３のためのバイパススイッチ１５、１６、１７と、遮断スイッチ２１、２２、２３と、放電スイッチ２５、２６、２７とは、同じハウジング中で組み合わされる。このようにして、火工チャージ４０は、バッテリモジュールをバイパスするために制御信号によって点火時に、第１の導電性経路４２を閉じる第１の架橋要素４１をアクティブ化する。同時に、可動分断要素４３は、バッテリモジュールを遮断するために第２の導電性経路４４を開く。さらに、第２の可動架橋要素４５は、バッテリモジュールを放電するために第３の導電性経路４６を閉じる。

このように、火工スイッチについて多数の組合せが可能である。例えばヒューズと比較して火工要素を使用することの利点は、スイッチング時間が、瞬時スイッチングを暗示する通過電流に依存しないことである。

さらなる実施形態では、バイパススイッチと遮断スイッチと放電スイッチとのいずれか１つのために、リレーの形態のスイッチが使用され得、利点は、例えば、スイッチが、開きおよび閉じるように（および、その後、再び閉じられおよび開かれるように）選択可能に制御され得ることである。１つまたは複数の遮断されたモジュールは、その場合、これらのモジュールが機能している場合にバックアップとして使用され得る。

図６は、本発明の一実施形態による、自動車バッテリ中の１つまたは複数のバッテリモジュールを遮断する方法のフローチャートを示す。第１のステップＳ１０１において、１つまたは複数のバッテリモジュールが遮断されるべきであることを検出する。次いで、ステップＳ１０２において、少なくとも１つの検出されたバッテリモジュールをバイパスする。その後、ステップＳ１０３において、バイパスすることと同時に、あるいはその後に、自動車バッテリ中に備えられる残りのバッテリモジュールから、少なくとも１つの検出されたバッテリモジュールを遮断する。したがって、遮断は、バイパスすることと同時またはそれ以後に実施される。

再び図６を参照すると、さらなる実施形態がステップＳ１０４によって示されており、ここでは、検出されたバッテリモジュールの遮断と同時に、あるいはその後に、同バッテリモジュールを放電する。車両は、この時間中に、必要な場合、作業場まで運転され得る。

図７は、本発明のさらなる態様を与える、自動車バッテリ中のすべてのバッテリモジュールをバイパスするための構成を示し、ここでは、単一のバイパススイッチを使用して、単一のバイパス経路１８を介して自動車バッテリ１０の主電源供給線２４からすべてのバッテリモジュール１１、１２、１３をバイパスする。バッテリモジュールはよりひどい事故の場合にのみ遮断されるべきであり、このようにして、すべてのバッテリモジュール１１、１２、１３の瞬時遮断を保証する場合、図５の構成は、バイパス経路１８を介してすべてのバッテリモジュール１１、１２、１３を瞬時にバイパスするために単一の遮断スイッチ１５のみが必要とされるという点で有利である。単一のコイル３１ａは、バイパス経路１８における電流を検知し、バイパスと同時にあるいはその後に、すべてのバッテリモジュールを遮断するようにそれぞれの遮断スイッチ２１、２２、２３を制御する。この特定の構成では、例えば車両を牽引するとき、何らかの望ましくない電流が生成される危険が排除され得る。この特定の態様では、概してより安価な解決策であることから、単一のバイパススイッチ１５とバイパス経路１８とを自動車バッテリ１０の外側に配置させることが有利であり得ることに留意されたい。

本発明の、前に説明した実施形態は、本発明の第３の態様の構成にも適用可能である。例えば、図８を参照すると、過電流を検知するため、ならびに単一のバイパススイッチ１５に（および場合によってはそれぞれの遮断スイッチ２１、２２、２３に）、バッテリモジュールが遮断されるべきであることをシグナリングするために、電流検知手段３１ｂ、３２ｂ、３３ｂは、それぞれのバッテリモジュール１１、１２、１３の端子において構成され得る。

図９は、本発明の第４の態様を与える、自動車バッテリ中のすべてのバッテリモジュールをバイパスするための構成を示し、ここでは、単一のバイパススイッチ１５を使用して、単一のバイパス経路１８を介して自動車バッテリ１０の主電源供給線２４から（したがって負荷から）すべてのバッテリモジュール１１、１２、１３をバイパスする。バッテリモジュールはよりひどい事故の場合にのみ遮断されるべきであり、このようにして、すべてのバッテリモジュール１１、１２、１３の瞬時遮断を保証する場合、図９の構成は、バイパス経路１８を介してすべてのバッテリモジュール１１、１２、１３を瞬時にバイパスするために単一のバイパススイッチ１５のみが必要とされるという点で有利である。さらに有利には、単一の遮断スイッチ２１は主電源供給線２４において構成され、その単一の遮断スイッチ２１は、バッテリモジュールをバイパスすることと同時に、あるいはその後に、バイパス経路１８からすべてのバッテリモジュールを遮断する。

前の実施形態の場合と同様に、単一のコイルまたは任意の他の適切な検知デバイス（図示せず）が、バイパス経路１８における電流を検知し、すべてのバッテリモジュールを遮断するように単一の遮断スイッチ２１を制御し得る。この構成では、例えば車両を牽引するとき、何らかの望ましくない電流が生成される危険が排除され得る。この第４の態様では、概してより安価な解決策であることから、単一のバイパススイッチ１５およびバイパス経路１８ならびに単一の遮断スイッチ２１を自動車バッテリ１０の外側に配置させることが有利であり得ることに留意されたい。その上、前の実施形態で説明したように、単一の遮断スイッチ２１は、バッテリモジュール１１、１２、１３を遮断するためにＥＣＵ１４から制御信号を受信するように構成されるか、または３１ｂ、３２ｂ、３３ｂなどの電流検知手段（図９に示せず）から受信するように構成され得る。

本発明について、その特定の例示する実施形態に関して説明したが、多くの異なる改変、修正などが当業者に明らかになろう。したがって、説明した実施形態は、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲を限定するものではない。

Claims (10)

1. 自動車バッテリ（１０）中の複数のバッテリモジュール（１１、１２、１３）のうちの少なくとも１つを遮断するための構造において、
   前記少なくとも１つのバッテリモジュールが遮断されるべきであることを検出するように設けられたデバイス（１４、３１ｂ、３２ｂ、３３ｂ）と、
   各バッテリモジュールに設けられたバイパススイッチ（１５、１６、１７）と、
   各バッテリモジュールに設けられた遮断スイッチ（２１、２２、２３）とを備え、
   前記少なくとも１つの検出されたバッテリモジュールに設けられた前記バイパススイッチが、バイパス経路（１８、１９、２０）を介して前記少なくとも１つの検出されたバッテリモジュールをバイパスするように動作し、
   前記少なくとも１つの検出されたバッテリモジュールに設けられた前記遮断スイッチが、前記少なくとも１つの検出されたバッテリモジュールを前記バイパスした後に、残りのバッテリモジュールから前記少なくとも１つの検出されたバッテリモジュールを遮断するように制御可能であり、
   前記遮断スイッチ（２１、２２、２３）は、火工チャージ（４０）に設けられた可動分断要素（４３）を、前記分断要素が前記自動車バッテリ（１０）の前記それぞれのバッテリモジュールと主電源供給線（２４）との間の結合（４４）を分断する位置に移動させることによって、前記火工チャージ（４０）の制御信号によって点火時に、前記バッテリモジュール（１１、１２、１３）を遮断するように設けられた火工スイッチであり、
   前記バイパススイッチ（１５、１６、１７）は、火工チャージ（４０）に設けられた第１の可動架橋要素（４１）を、前記第１の架橋要素が前記自動車バッテリ（１０）の前記主電源供給線（２４）への導電性経路（４２）を閉じる位置に移動させることによって、前記火工チャージ（４０）の前記制御信号によって点火時に、バイパス経路（１８、１９、２０）を閉じるように設けられた火工スイッチであり、
   前記遮断スイッチ（２１、２２、２３）は、前記少なくとも１つの検出されたバッテリモジュールを遮断するために、自動車の電子制御ユニット（１４）から供給される制御信号によって動作することを特徴とする構造。
2. 各バッテリモジュール（１１、１２、１３）に設けられた放電スイッチ（２５、２６、２７）とエネルギードレインデバイス（２８、２９、３０）とをさらに備え、
   前記少なくとも１つの検出されたバッテリモジュールに設けられた前記放電スイッチは、前記少なくとも１つの検出されたバッテリモジュールを前記遮断することと同時またはそれ以後に、前記少なくとも１つの検出されたバッテリモジュールの放電のために、前記エネルギードレインデバイスに前記少なくとも１つの検出されたバッテリモジュールを結合するように制御可能である、請求項１に記載の構造。
3. 前記放電スイッチ（２５、２６、２７）は、火工チャージ（４０）に設けられた第２の可動架橋要素（４５）を、前記第２の架橋要素が前記バッテリモジュール（１１、１２、１３）と前記エネルギードレインデバイスとの間の回路（４６）を閉じる位置に移動させることによって、前記火工チャージ（４０）の前記制御信号によって点火時に、前記遮断されたバッテリモジュールを前記エネルギードレインデバイス（２８、２９、３０）に結合するように設けられた火工スイッチである、請求項２に記載の構造。
4. 前記それぞれのバッテリモジュール（１１、１２、１３）における前記バイパススイッチ（１５、１６、１７）と前記遮断スイッチ（２１、２２、２３）と前記放電スイッチ（２５、２６、２７）のうちの少なくとも２つが、同じハウジング中で組み合わせられ、点火のために同じ火工チャージ（４０）を使用する、請求項２又は３に記載の構造。
5. 前記それぞれのバイパススイッチ（１５、１６、１７）、遮断スイッチ（２１、２２、２３）および放電スイッチ（２５、２６、２７）のうちの１つまたは複数への制御信号を遅延させるように各バッテリモジュール（１１、１２、１３）に設けられた遅延回路をさらに備える、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の構造（１０）。
6. 前記少なくとも１つのバイパスされたバッテリモジュールの前記バイパス経路（１８、１９、２０）中の電流を検知するために各バッテリモジュール（１１、１２、１３）に設けられた手段（３１ａ、３２ａ、３３ａ）をさらに備え、
   電流を検知するための前記手段は、前記バイパス経路中の前記電流が所定のしきい値レベルに達したとき、前記少なくとも１つのバイパスされたバッテリモジュールを遮断するように前記遮断スイッチ（２１、２２、２３）を制御するように設けられた、請求項２乃至５の何れか１項に記載の構造。
7. 遮断されるべき前記少なくとも１つのバッテリモジュールの端子における電流を検知するために各バッテリモジュール（１１、１２、１３）に設けられた手段（３１ｂ、３２ｂ、３３ｂ）をさらに備え、
   電流を検知するための前記手段は、前記端子における前記電流が所定のしきい値レベルに達したとき、遮断されるべき前記少なくとも１つのバッテリモジュールをバイパスするように前記バイパススイッチ（１５、１６、１７）を制御するように設けられた、請求項２乃至６の何れか１項に記載の構造。
8. 遮断されるべき前記少なくとも１つのバッテリモジュールの端子における電流を検知するために各バッテリモジュール（１１、１２、１３）に設けられた前記手段（３１ｂ、３２ｂ、３３ｂ）は、前記端子における前記電流が前記所定のしきい値レベルに達したとき、遮断されるべき前記少なくとも１つのバッテリモジュールを遮断するように前記遮断スイッチ（２１、２２、２３）を制御するようにさらに設けられた、請求項７に記載の構造。
9. 遮断されるべき前記少なくとも１つのバッテリモジュールの端子における電流を検知するために各バッテリモジュール（１１、１２、１３）に設けられた前記手段（３１ｂ、３２ｂ、３３ｂ）は、前記端子における前記電流が前記所定のしきい値レベルに達したとき、遮断されるべき前記少なくとも１つのバッテリモジュールを放電するように前記放電スイッチ（２５、２６、２７）を制御するようにさらに設けられた、請求項７に記載の構造。
10. 電流を検知するために各バッテリモジュール（１１、１２、１３）に設けられた前記手段（３１ａ、３２ａ、３３ａ、３１ｂ、３２ｂ、３３ｂ）はコイルである、請求項６に記載の構造。

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