WO2023073976A1 - 電池モジュール及び電池電源回路 - Google Patents

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和征 榊原
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株式会社EViP
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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/60—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by batteries
    • B60L50/64—Constructional details of batteries specially adapted for electric vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to battery modules and battery power circuits.
  • lithium ion secondary batteries with high energy density are often used as battery power sources for driving motors of electric vehicles.
  • the present invention has been made in view of such a background, and aims to provide a technology capable of performing safe discharge control.
  • the main invention of the present invention for solving the above problems is a battery module, comprising a battery cell group composed of a plurality of lithium ion secondary battery cells, a discharge-only terminal, and a charge-only terminal.
  • the discharge current of the battery cell group is output from the dedicated terminal to the load through the unidirectional conduction breaking element, while current is not input from the outside via the dedicated discharge terminal.
  • safe discharge control can be performed.
  • FIG. 2 is a circuit block diagram showing an outline of the configuration of a battery module 2;
  • FIG. 2 is a circuit block diagram showing the outline of the configuration of the battery power supply circuit 100;
  • FIG. 2 is a circuit block diagram showing a schematic configuration of a battery power supply circuit 200;
  • FIG. 2 is a circuit block diagram showing the state of external short-circuit current flowing between two battery modules 2 each including at least one lithium-ion secondary battery cell that is internally short-circuited.
  • 2 is a circuit block diagram showing an outline of the configuration of a battery module 20;
  • FIG. 3 is a circuit block diagram showing an outline of the configuration of a battery power supply circuit 300;
  • FIG. 3 is a flow chart diagram showing an outline of control of a main controller 12 of a battery power supply circuit 300;
  • FIG. 3 is a flowchart diagram showing an outline of control of a module controller 31 of a battery module 20;
  • the battery module 2 has a battery cell group 1H with a high voltage rating, in which a plurality of lithium ion secondary battery cells are connected in series, is used as an energization interrupting element for outputting or stopping the discharge voltage. is connected to terminal 7 through FET4 and FET5 connected in series.
  • the module controller 30 detects the voltage of at least one lithium-ion secondary battery cell of the battery cell group 1H or the voltage appearing across the shunt resistor 6, that is, the current of the battery cell group 1H, and uses the detection results to Accordingly, the FET4 and FET5 are turned on or off to control the output or stop of the discharge voltage of the battery cell group 1H from the terminal 7.
  • the module controller 30 turns on or off the FET4 and FET5 according to instructions from the outside using the insulated communication line 13 (not shown in detail).
  • the battery power supply circuit 100 includes, for example, three battery modules 2 connected in series via terminals 7 to form two battery module groups. is applied to the three-phase inverter circuit 10 .
  • the three-phase inverter circuit 10 converts the input DC voltage into a three-phase AC voltage and outputs it to drive a three-phase motor 11 .
  • the main controller 12 communicates with the battery module 2 using the insulated communication line 13 to transmit and receive information regarding control of the battery module 2 .
  • a lead-acid battery 15 as a backup power supply is connected to the battery module group 2 via a charging circuit 8, and the FET4 and FET5 of all the battery modules 2 of the battery module group 2 are turned on to turn on the battery module group 2.
  • the FET4 and FET5 of all the battery modules 2 in the battery module 2 group are turned off and the battery module 2
  • the constant voltage source 14 is generated via the regulator 9 to supply the main controller 12 and the three-phase inverter circuit 10 with power for restarting them.
  • the FETs 4 and 5 of all the battery modules 2 are turned off so that the three-phase inverter circuit 10 cannot receive power from the battery module 2 group.
  • the three-phase inverter circuit 10 uses the power of the lead storage battery 15 via the constant voltage source 14 to restart.
  • the battery power supply circuit 200 replaces the battery module 2 of the battery power supply circuit 100 with a driving battery module 2a having the same internal configuration as the battery module 2, It has the same configuration as that replaced by the spare battery module 2b having the same internal configuration as the drive battery module 2a.
  • the FET4 and FET5 in the battery module 2R are turned off to stop the discharge of the external short-circuit current.
  • the battery module 2L operates in conjunction with the battery module 2R to turn off the FET4 and FET5 therein. Even if the FET 4 is turned off while the FET 5 in the battery module 2L remains in the ON state, the internal short-circuited battery cell is included in the internal short-circuited battery cell through the parasitic diode of the FET 4 as indicated by the thick line arrow 8.
  • the external short-circuit current flows into the battery cell group 1H.
  • the FET 4 regardless of whether the FET 4 is on or off, the abnormal heat generated at the internal short-circuit point is superimposed on the abnormal heat generated due to the inflow of the external short-circuit current, resulting in thermal runaway.
  • the FETs 4 and 5 in the two battery modules 2 turn off from the moment the external short-circuit starts in the battery module 2R. Even if the time lag until the second operation is short, the lithium ion secondary battery cell will ignite with a high probability.
  • the battery module 20 connects the battery cell group 1H to the charging-only terminal 7 via the FET 5 as a current-disconnecting element that passes or interrupts the charging current, and passes the current only in the discharging direction, A current is input from the outside, that is, it is connected to the discharge-only terminal 8 via a diode 60 that does not conduct electricity in the charging direction.
  • An FET 40 and a resistor 70 connected in series at a position that bypasses the diode 60 are connected in parallel, and an FET 50 is connected in series with the diode 60 for use in controlling current output or cutoff from the discharge-only terminal 8, Furthermore, an FET 80 is connected in parallel at a position bypassing the resistor 70 .
  • the diode 60 and the FET 40 inhibit current from flowing into the battery cell group 1 via the . That is, the diode 60 and one set of the FETs 40 to 80 function as a unidirectional current breaking element.
  • the amount of heat generated during discharge of the battery module 2 is mainly based on the state in which the discharge current flows through the two FETs connected in series. , the discharge current is divided respectively, and if the discharge current value is the same, the heat generation of the battery module 20 is suppressed more than the heat generation of the battery module 2, and the cost increase related to heat generation countermeasures can be suppressed.
  • the FETs 40 to 80 in all battery modules 20 in the battery power supply circuit 200 in accordance with a flow chart to be described later, at least two electric vehicle collision accidents as described in FIG. With regard to the flow of external short-circuit current into the internally short-circuited lithium ion secondary battery cells between the battery modules 20 of the This is effective in steadily preventing each other with a high redundancy of prohibition of input of .
  • diode 60 and the FETs 40 to 80 as the unidirectional conduction/interruption element can be replaced with one thyristor.
  • the discharge current of the battery cell group 1H for supplying power to the three-phase inverter circuit 10 is discharged by the FET 50, the diode 60, and the Output from the discharge-only terminal 8 via FET 40 and FET 80 .
  • the discharge current does not pass through the path through which the resistor 70 intervenes, but flows through the path bypassed by the FET 80 and the FET 50 .
  • the diode 60 and the FETs 40 and 80 in the drive battery module 20a prohibit the input of current from the discharge-only terminal 8.
  • the spare battery module 20b when all of the FETs 40 to 80 are turned off in accordance with a flowchart to be described later, the input of current from the discharge-only terminal 8 is prohibited in the same manner as described above.
  • a relatively small discharge current can be output from the discharge-only terminal 8 via the diode and resistor 70 . This prevents an external short-circuit current from flowing into the spare battery module 20b containing the lithium-ion secondary battery cell with the internal short circuit between at least two battery modules 20 in the event of a collision accident of an electric vehicle as described in FIG.
  • the three-phase inverter circuit 20 and the main controller 12, which will be described later, are connected via the parasitic diode and resistor 70 of the FET 40 in the off state in the spare battery module 20b, which has not been deformed due to the collision, and the discharge-only terminal 8. Supply power to restart.
  • the battery power supply circuit 300 connects the drive battery module 2a group to the battery module 20 and the three drive battery modules 20a having the same internal configuration as the battery module 20 to the discharge terminal 8.
  • the three-phase inverter circuit 10 is restarted when the power supply from the drive battery module 20a group to the three-phase inverter circuit 10 is stopped.
  • the spare battery module 2b for use as a backup power supply for the above-described battery module 20 is replaced with a spare battery module 20b having the same internal configuration as the battery module 20.
  • the acceleration sensor 120 is connected to the main controller 12 and used by the main controller 12 to detect a collision accident of the electric vehicle.
  • Step 101 the main controller 12 of the battery power supply circuit 300 communicates with the driving battery modules 20a using the insulated communication line 13, detects whether or not all the driving battery modules 20a are capable of discharging, and If it is determined that it can be discharged, the process proceeds to Step 102, all of the FETs 40 to 80 in all the drive battery modules 20a are turned on, and power is supplied from the drive battery module 20a group to the three-phase inverter circuit 10. On the other hand, if not, it loops at Step 101 .
  • Step 103 the main controller 12 detects acceleration using the acceleration sensor 120, detects whether the acceleration exceeds a predetermined value, or detects whether the rate of change in acceleration exceeds a predetermined value.
  • Step 105 all drive battery modules 20, that is, all drive All of the FETs 40 to 80 in the battery module 20a and the spare battery module 20b are turned off, and at least two battery modules 20 out of all the drive battery modules 20a and spare battery modules 20b described with reference to FIG. While prohibiting the flow of the external short-circuit current into the lithium-ion secondary battery cell with the internal short-circuit between them, otherwise, the process proceeds to Step 104 .
  • Step 105 all of the FETs 40 to 80 in all the battery modules 20a of the drive battery module 20a group are turned off. , and there is no high voltage in the front drive battery module 20a group.
  • Step 106 the main controller 12 detects whether or not there is a request to restart the electric vehicle according to the operation of the crew member or the mechanic. While controlling according to the subsequent sequence, if not, the sequence ends.
  • Step 105 the main controller 12 continues to receive power supply from the spare battery module 20b and becomes operable.
  • Step 201 the module controller 31 of the battery module 20a detects whether the voltage of the battery cell group 1H is normal or detects the temperature of the battery cell group 1H using a temperature sensor (not shown). If it is determined that the voltage is normal and the temperature is normal, the process proceeds to Step 202, using the insulated communication line 13, A discharge enable signal indicating that the battery module 20 is in a dischargeable state is transmitted to the main controller 12 . The discharge enable signal is processed in Step 101 under the control of the main controller 12 described above.
  • Step 203 the output request signal indicating the discharge voltage output request in Step 102 from the main controller 12 using the insulating communication line 13
  • the module controller 31 proceeds to Step 204, and all of the FETs 40 to 80 is turned on, otherwise, loop in step 203 to wait for the output request signal.
  • Step 204 under the control of the main controller 12 described above, all drive battery modules 20a output their discharge voltages, and electric power for driving the electric vehicle is supplied to the three-phase inverter circuit 10 and the three-phase motor 11. be.
  • Step 205 the module controller 31 determines whether or not the voltage of at least one lithium-ion secondary battery cell in the battery cell group 1H is below a predetermined value indicating that the remaining capacity is 0%. It is detected whether or not the discharge current of the battery cell group 1H exceeds a predetermined value that is an overcurrent that affects reliability, and the voltage of the lithium ion secondary battery cell has fallen below the predetermined value, or the If it is determined that the discharge current value of the battery cell group exceeds the predetermined value, the process proceeds to Step 207, all of the FETs 40 to 80 are turned off, and the discharge from the dedicated discharge terminal 8 is turned off.
  • the module controller 31 transmits to the main controller 13 a discharge stop signal indicating that it has stopped outputting the discharge current by its own judgment.
  • the battery power supply circuit 300 can solve both the first to third problems with high redundancy while suppressing cost increases.

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Abstract

【課題】安全な放電制御を行うことができるようにする。 【解決手段】電池モジュールであって、複数のリチウムイオン二次電池セルで成る電池セル群と、放電専用端子と、充電専用端子と、を備え、放電専用端子から一方向性通電遮断素子を介して負荷へ電池セル群の放電電流を出力する一方、放電専用端子を介して外部から電流を入力しないことを特徴とする。

Description

電池モジュール及び電池電源回路
　本発明は、電池モジュール及び電池電源回路に関する。
　近年、地球環境への配慮から、内燃機関すなわちエンジンで駆動するエンジン駆動式自動車がモータで駆動する電気自動車に置き換わりつつある。特に、前記電気自動車のモータを駆動するための電池電源にエネルギー密度の高いリチウムイオン二次電池が多く使用されている。
特開2014-183700号公報
　内部短絡に伴う異常発熱への対応が求められている。
　本発明はこのような背景を鑑みてなされたものであり、安全な放電制御を行うことができる技術を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するための本発明の主たる発明は、電池モジュールであって、複数のリチウムイオン二次電池セルで成る電池セル群と、放電専用端子と、充電専用端子と、を備え、前記放電専用端子から一方向性通電遮断素子を介して負荷へ前記電池セル群の放電電流を出力する一方、前記放電専用端子を介して外部から電流を入力しないことを特徴とする。
　その他本願が開示する課題やその解決方法については、発明の実施形態の欄及び図面により明らかにされる。
　本発明によれば、安全な放電制御を行うことができる。
電池モジュール２の構成の概略を示す回路ブロック図である。 電池電源回路１００の構成の概略を示す回路ブロック図である。 電池電源回路２００の構成の概略を示す回路ブロック図である。 内部短絡した少なくとも１個のリチウムイオン二次電池セルを含む２個の電池モジュール２間の外部短絡電流の流れ込みの状態を示す回路ブロック図である。 電池モジュール２０の構成の概略を示す回路ブロック図である。 電池電源回路３００の構成の概略を示す回路ブロック図である。 電池電源回路３００のメインコントローラ１２の制御の概略を示すフローチャート図である。 電池モジュール２０のモジュールコントローラ３１の制御の概略を示すフローチャート図である。
　図１に示すように、電池モジュール２は、複数のリチウムイオン二次電池セルが直列接続された高電圧定格の電池セル群１Ｈを、その放電電圧を出力または停止する通電遮断素子として極性を対向して直列接続したＦＥＴ４およびＦＥＴ５を介して端子７に接続する。モジュールコントローラ３０は、電池セル群１Ｈの少なくとも１個のリチウムイオン二次電池セルの電圧、または、シャント抵抗６の両端に現れる電圧すなわち電池セル群１Ｈの電流を検知して、それらの検知結果に応じてＦＥＴ４およびＦＥＴ５をオンまたはオフに操作し端子７からの前記電池セル群１Ｈの放電電圧の出力または停止を制御する。また、モジュールコントローラ３０は、詳細図示しない絶縁性通信ライン１３を用いて外部からの指示によりＦＥＴ４およびＦＥＴ５をオンまたはオフに操作する。
　電池電源回路１００は、図２に示すように、例えば、３個の電池モジュール２を、端子７を介して直列接続して電池モジュール２群を成し、前記電池モジュール２群が出力する高電圧の直流電圧を３相インバータ回路１０に印加する。前記３相インバータ回路１０は、入力した前記直流電圧を３相交流電圧に変換および出力し３相モータ１１を駆動する。メインコントローラ１２は絶縁性通信ライン１３を用いて電池モジュール２と通信を行うことにより前記電池モジュール２の制御に関する情報を送受信する。バックアップ用電源としての鉛蓄電池１５は、充電回路８を介して電池モジュール群２と接続し、前記電池モジュール２群の全ての電池モジュール２のＦＥＴ４およびＦＥＴ５がオンに操作されて前記電池モジュール２群から３相インバータ回路１０へ電力供給されている場合は前記充電回路８によって充電される一方、前記電池モジュール２群内のすべての電池モジュール２のＦＥＴ４およびＦＥＴ５がオフに操作されて前記電池モジュール２群から３相インバータ回路１０への電力供給が停止している場合はレギュレータ９を介して定電圧源１４を生成しメインコントローラ１２および３相インバータ回路１０へそれらの再起動用電力を供給する。これによって、例えば、電気自動車の衝突の場合、全ての前記電池モジュール２のＦＥＴ４およびＦＥＴ５をオフに操作して３相インバータ回路１０がその電池モジュール２群からの電力供給を受けられない状態にある場合、前記３相インバータ回路１０は鉛蓄電池１５の電力を前記定電圧源１４を介して利用し再起動する。
　電池電源回路２００は、図３に示すように、前記電池電源回路１００の、前記電池モジュール２を、前記電池モジュール２と同じ内部構成の駆動電池モジュール２ａに置き換え、および、前記鉛蓄電池１５を、前記駆動電池モジュール２ａと同じ内部構成の予備電池モジュール２ｂに置き換えたものと同じ構成である。
　発火リスクの詳細ついて、次に、図４を用いて説明する。
　図４に示すように、例えば、電気自動車の衝突事故の際、前記衝突に伴い、車体の金属部品の多数が無秩序に変形および接触し、例えば、太矢印Ａの方向に機械的衝撃が印加されて電池モジュール２Ｌ内の少なくとも１個のリチウムイオン二次電池セルが変形して内部短絡し、かつ、太実線Ｓに示すように、電気自動車内に搭載される複数の電池モジュールの内、少なくとも２個の前記電池モジュール２が並列接続されるケースを想定できる。このようなケースにおいて、前記変形を免れた電池モジュール２Ｒから前記内部短絡電池セルを含む電池モジュール２Ｌへ外部短絡電流が流れる。従来技術では、前記電池モジュール２Ｒ内のモジュールコントローラ３０が前記外部短絡電流の放電を検知した直後に前記電池モジュール２Ｒ内のＦＥＴ４およびＦＥＴ５をオフに操作して前記外部短絡電流の放電を停止するよう機能し、電池モジュール２Lが前記電池モジュール２Ｒに連動してその内のＦＥＴ４およびＦＥＴ５をオフに操作するが、前記電池モジュール２Ｌ内の前記ＦＥＴ４およびＦＥＴ５がオン状態にある場合は前記外部短絡電流が流れ込み、また、前記電池モジュール２Ｌ内のＦＥＴ５のオン状態が残ったままにＦＥＴ４をオフに操作しても、太線矢印８に示すように前記ＦＥＴ４が有する寄生ダイオードを通じて、前記内部短絡電池セルを含む電池セル群１Ｈへ前記外部短絡電流が流れ込む。すなわち、前記ＦＥＴ４がオンまたはオフのいずれの状態であっても、前記内部短絡点の異常発熱に前記外部短絡電流の流れ込みに伴う異常発熱が重なり熱暴走する。前記内部短絡電池セル内の内部短絡点への前記外部短絡電流の流れ込みが前記電池モジュール２Ｒ内の前記外部短絡開始の瞬間から前記２個の電池モジュール２内のＦＥＴ４およびＦＥＴ５のそれぞれがオンからオフに操作されるまでのタイムラグが短時間であっても高確率で前記リチウムイオン二次電池セルの発火に至る。前述の２個の電池モジュール２間の前記内部短絡点へ外部短絡電流が流れ込む現象の発生確率が低いとしても、少なくとも１個のリチウムイオン二次電池セルが一旦発火すると電気自動車に搭載される他の多数のリチウムイオン二次電池セルも延焼しその火災事故の損害は甚大である。
　図５に示すように、電池モジュール２０は、電池セル群１Ｈを、充電電流を通電または遮断する通電遮断素子としてのＦＥＴ５を介して充電専用端子７へ接続し、および、放電方向のみ通電し、外部からの電流の入力、すなわち、充電方向に通電しないダイオード６０を介して放電専用端子８へ接続する。前記ダイオード６０をバイパスする位置に直列接続したＦＥＴ４０および抵抗７０を並列接続し、また、ＦＥＴ５０は、放電専用端子８からの電流の出力または遮断の操作に用いるために前記ダイオード６０に直列接続し、さらに、前記抵抗７０をバイパスする位置にＦＥＴ８０を並列接続する。前記ＦＥＴ４０ないしＦＥＴ８０全てをオンに操作すると、放電専用端子８を介し後述の３相インバータ回路１０へ放電電流を出力する一方、前記ＦＥＴ４０ないしＦＥＴ８０全てをオフに操作すると、外部から放電専用端子８を介した電池セル群１への電流の流れ込みを前記ダイオード６０およびＦＥＴ４０によって禁止する。すなわち、前記ダイオード６０、および、前記ＦＥＴ４０ないしＦＥＴ８０の一組が一方向性通電遮断素子としての機能を果たす。なお、前記ダイオード６０、および、前記ＦＥＴ４０ないしＦＥＴ８０を１個の放熱器に固定して熱結合することにより予め一体化し省スペース化された１個のスイッチモジュールとして製造コストを下げることもできる。
　前記電池モジュール２の放電時の発熱量が、その放電電流が直列接続された２個のＦＥＴを通電する状態に主に基づくことに対し、電池モジュール２０の３個のＦＥＴすなわち前記ＦＥＴ４０ないしＦＥＴ８０では、放電電流がそれぞれ分流され、同じ放電電流値であれば電池モジュール２０の発熱が前記電池モジュール２の発熱より大きく抑えられ発熱対策に係るコストアップを抑制できる。および、後述のフローチャート図に従い電池電源回路２００において全ての電池モジュール２０内の前記ＦＥＴ４０ないしＦＥＴ８０全てをオフに操作することにより、図４で説明したような電気自動車の衝突事故の際の少なくとも２個の電池モジュール２０間の前記内部短絡したリチウムイオン二次電池セルへの外部短絡電流の流れ込みについて、いずれか１個の電池モジュール２０の外部短絡電流の出力禁止および他方の電池モジュール２０の外部短絡電流の入力禁止という高い冗長性で互いに着実に防止することに奏功する。
　なお、前記一方向性通電遮断素子としての前記ダイオード６０、および、ＦＥＴ４０ないしＦＥＴ８０を１個のサイリスタに置き換えて用いることもできる。
　後述のフローチャート図に従いＦＥＴ４０ないしＦＥＴ８０全てをオンに操作した場合、駆動電池モジュール２０ａ内では、３相インバータ回路１０へ電力供給するための電池セル群１Ｈの放電電流が、ＦＥＴ５０、ダイオード６０，および、ＦＥＴ４０およびＦＥＴ８０を介して放電専用端子８から出力される。この際、前記放電電流は抵抗７０が介在する経路を通らずＦＥＴ８０によってバイパスされた経路をＦＥＴ５０と分流して通電する。
　また、前記ＦＥＴ４０ないしＦＥＴ８０の全てをオフに操作した場合、前記駆動電池モジュール２０ａ内では、ダイオード６０，および、ＦＥＴ４０およびＦＥＴ８０によって放電専用端子８からの電流の入力を禁止する。またさらに、予備電池モジュール２０ｂ内では、後述のフローチャート図に従いＦＥＴ４０ないしＦＥＴ８０の全てオフに操作した場合、前述同様、放電専用端子８からの電流の入力を禁止し、同時に、オフ中のＦＥＴ４０の寄生ダイオードおよび抵抗７０を介して比較的小さい放電電流を放電専用端子８から出力できる。これにより、図４で説明した電気自動車の衝突事故の際の少なくとも２個の電池モジュール２０間における前記内部短絡したリチウムイオン二次電池セルを含む予備電池モジュール２０ｂへの外部短絡電流の流れ込みを禁止し、かつ、前記衝突に伴う変形を免れた予備電池モジュール２０ｂ内のオフ中の前記ＦＥＴ４０の寄生ダイオードおよび抵抗７０、および、放電専用端子８を介し後述の３相インバータ回路２０およびメインコントローラ１２を再起動するための電力供給を行う。
　図６に示すように、電池電源回路３００は、前記電池電源回路２００について、前記駆動電池モジュール２ａ群を、前記電池モジュール２０と同じ内部構成である３個の駆動電池モジュール２０ａを放電専用端子８を介して直列接続して成す駆動電池モジュール２０ａ群に置き換え、および、前記駆動電池モジュール２０ａ群から３相インバータ回路１０への電力供給が停止状態にある場合の前記３相インバータ回路１０が再起動するためのバックアップ電源用途としての前記予備電池モジュール２ｂを前記電池モジュール２０と同じ内部構成である予備電池モジュール２０ｂに置き換えた構成である。また、加速度センサ１２０はメインコントローラ１２に接続され、メインコントローラ１２による電気自動車の衝突事故の検知に用いられる。
　これにより、電池電源回路全体のコストアップを抑制しながら、後述のフローチャート図に従う制御により、図４を用いて説明した電気自動車の衝突事故の際の全ての駆動電池モジュール２０ａおよび予備電池モジュール２０ｂの内、少なくとも２個の電池モジュール２０間の内部短絡したリチウムイオン二次電池セルへの外部短絡電流の流れ込による発火の防止に奏功する。また、後述のフローチャートに従う制御、および、複数の駆動電池モジュール２０ａが直列接続された駆動電池モジュール２０ａ群により、前記駆動電池モジュール２０ａ群からの信頼性低下に影響する過電流放電を冗長性の高いソフトウェアおよびハードウェアにより保護することに奏功する。
　電池電源回路３００のメインコントローラ１２の制御の概略について、次に、図７を用いて説明する。
　電池電源回路３００のメインコントローラ１２は、Ｓｔｅｐ１０１にて、絶縁性通信ライン１３を用いて駆動電池モジュール２０ａと通信を行い、全ての駆動電池モジュール２０ａが放電可能であるか否かを検知し、前記放電可能であると判定した場合は、Ｓｔｅｐ１０２へ移行し、全ての駆動電池モジュール２０ａ内のＦＥＴ４０ないしＦＥＴ８０の全てをオンに操作し駆動電池モジュール２０ａ群から３相インバータ回路１０への電力供給を行う一方、そうでない場合は、Ｓｔｅｐ１０１でループする。メインコントローラ１２は、Ｓｔｅｐ１０３にて、加速度センサ１２０を用いて、加速度を検知し、加速度が所定値を上回るか否か、または、加速度変化率が所定値を上回るか否か、を検知し、前記加速度が所定値を上回った、または、前記加速度変化率が所定値を上回った、のいずれか1個を判定した場合は、Ｓｔｅｐ１０５へ移行し、全ての駆動電池モジュール２０内、すなわち、全ての駆動電池モジュール２０ａ内および予備電池モジュール２０ｂ内のＦＥＴ４０ないしＦＥＴ８０の全てをオフに操作し、図４を用いて説明した全ての駆動電池モジュール２０ａおよび予備電池モジュール２０ｂの内、少なくとも２個の電池モジュール２０間の内部短絡したリチウムイオン二次電池セルへの外部短絡電流の流れ込みを禁止する一方、そうでない場合は、Ｓｔｅｐ１０４へ移行する。前記Ｓｔｅｐ１０５では、前記駆動電池モジュール２０ａ群の全ての前記電池モジュール２０ａ内のＦＥＴ４０ないしＦＥＴ８０の全てをオフに操作するため、電気自動車衝突後の電源回路３００に存在する最高電位が、電池モジュール２０内の１個の電池セル群１Ｈの定格電圧と同等となり、前駆動電池モジュール２０ａ群の高電圧が存在しないため、乗員または救助者の感電リスクを防ぐことにも奏功する。
　メインコントローラ１２は、Ｓｔｅｐ１０６にて、乗員または整備者の操作に従う電気自動車の再起動の要求があるか否かを検知し、前記再起動の要求があったと判定した場合は、Ｓｔｅｐ１０１へ帰還し、それ以降のシーケンスに従い制御する一方、そうでない場合は、シーケンスを終了する。
　なお、全ての電池モジュール２０がオフに操作されたＳｔｅｐ１０５以降のシーケンスでは、メインコントローラ１２が予備電池モジュール２０ｂからの電力供給を受け続けることにより動作可能となる。
　電池モジュール２０のモジュールコントローラ３１の制御の概略について、次に、図８を用いて説明する。以下制御は駆動電池モジュール２０ａおよび予備電池モジュール２０ｂについて共通のソフトウェアで実行可能である。
　電池モジュール２０ａのモジュールコントローラ３１は、Ｓｔｅｐ２０１にて、電池セル群１Ｈの電圧が正常であるか否か、または、図示しない温度センサを用いて電池セル群１Ｈの温度を検知し、電池セル群１Ｈの温度が正常であるか否か、を検知し、前記電圧が正常である、および、前記温度が正常である、と判定した場合は、Ｓｔｅｐ２０２へ移行し、絶縁性通信ライン１３を用いて、メインコントローラ１２へ当該電池モジュール２０が放電可能の状態にあることを示す放電可能信号を送信する。前記放電可能信号は、前述のメインコントローラ１２の制御のＳｔｅｐ１０１において処理される。
　モジュールコントローラ３１は、Ｓｔｅｐ２０３にて、前述のメインコントローラ１２によるＳｔｅｐ１０２における放電電圧出力の要求を示す出力要求信号を絶縁性通信ライン１３を用いて受信した場合、Ｓｔｅｐ２０４へ移行し、ＦＥＴ４０ないしＦＥＴ８０の全てをオンに操作する一方、そうでない場合は、Ｓｔｅｐ２０３でループし、前記出力要求信号の受信を待機する。
　Ｓｔｅｐ２０４以降は、前述のメインコントローラ１２の制御により、全ての駆動電池モジュール２０ａがその放電電圧出力を実行し、３相インバータ回路１０および３相モータ１１へ電気自動車を駆動するための電力が供給される。
　モジュールコントローラ３１は、Ｓｔｅｐ２０５にて、電池セル群１Ｈの内少なくとも１個のリチウムイオン二次電池セルの電圧がその残容量が０％であることを示す所定値を下回るか否か、または、前記電池セル群１Ｈの放電電流が信頼性に影響を及ぼす過電流である所定値を上回るか否か、を検知し、前記リチウムイオン二次電池セルの電圧が前記所定値を下回った、または、前記電池セル群の放電電流値が前記所定値を上回った、のいずれか１個を判定した場合は、Ｓｔｅｐ２０７へ移行し、ＦＥＴ４０ないしＦＥＴ８０の全てをオフに操作して放電専用端子８からのへの放電電流の出力を停止し前記放電を継続することに伴う前記リチウムイオン二次電池セルの過放電故障または過電流故障を防止する。および、モジュールコントローラ３１は、それ自身の判断によって放電電流の出力を停止したことを示す放電停止信号をメインコントローラ１３に送信する。これにより、前述のメインコントローラ１２の制御により、Ｓｔｅｐ１０４ないしＳｔｅｐ１０５にて、少なくとも１個の駆動電池モジュール２０ａが前記Ｓｔｅｐ２０７により、その放電電圧出力を停止した場合、直列接続された他の全ての駆動電池モジュール２０ａも連動して、それらの放電電圧出力を停止するため、駆動電池モジュール２０ａ群の前記放電電圧出力停止の失敗を予防し、電池電源回路３００の冗長性をハードウェアおよびソフトウェアの両面で向上し高い信頼性を実現する。なお、駆動電池モジュール２０ａのＦＥＴ４０ないしＦＥＴ８０の全てをオフに操作した場合、駆動電池モジュール２０ａ内にＦＥＴ４０の寄生ダイオードおよび抵抗７０を介して放電可能な通電経路は存在するが、その通電経路では、前記抵抗７０の介在により、３相インバータ回路１０へ十分な電力が供給されず３相インバータ回路１０による３相モータ１１の駆動は不可能である一方、予備電池モジュール２０ｂからメインコントローラ１２の再起動に必要な定電圧源１４を介した比較的低い電力の供給は可能である。
　これらによって、本発明の実施例の電池電源回路３００は、コストアップを抑制しながら、前記第1課題ないし第３課題の解決の両立を高い冗長性で実現できる。
　以上、本実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物も含まれる。
　　２，２０　電池モジュール
　　１００，２００，３００　電池電源回路

Claims (7)

  1. 　複数のリチウムイオン二次電池セルで成る電池セル群と、
    　放電専用端子と、
    　充電専用端子と、
    　を備え、
    　前記放電専用端子から一方向性通電遮断素子を介して負荷へ前記電池セル群の放電電流を出力する一方、前記放電専用端子を介して外部から電流を入力しない
    　ことを特徴とする電池モジュール。
  2. 　前記一方向性通電遮断素子は、ダイオードおよび抵抗、ならびに、前記ダイオードおよび抵抗に接続された少なくとも３個のＦＥＴで構成される回路を含む請求項１に記載の電池モジュール。
  3. 　電気自動車を駆動する駆動部と、
    　前記駆動部を制御する制御部と、
    　一方向性通電遮断素子を含む電池モジュールと、
    　を備え、
    　前記電気自動車の衝突を検知した場合に、全ての前記電池モジュールの前記一方向性通電遮断素子により前記駆動部への放電電流を遮断し、内部に存在する最高電位を少なくとも１個の前記電池モジュールの定格電圧以下に切り換え、前記電池モジュールの内の少なくとも１個の内部短絡した電池セルへの外部短絡電流の流れ込み、および、前記外部短絡電流の出力を禁止する電池電源回路。
  4. 　前記制御部が、少なくとも１個の駆動電池モジュールの前記一方向性通電遮断素子の遮断状態を検知した場合に、全ての前記駆動電池モジュールの前記一方向性通電遮断素子を連動遮断する請求項３に記載の電池電源回路。
  5. 　前記電池モジュールは、前記駆動部を駆動するための複数の駆動電池モジュールと、前記駆動電池モジュールが放電電圧出力停止の場合に前記制御部および前記駆動部が再起動するための電力を供給する予備電池モジュールとを備え、
    　前記駆動電池モジュールが一方向性通電遮断素子を用いて前記駆動部へ前記電気自動車を駆動するための放電電流の通電遮断状態にある場合、前記予備電池モジュールが前記一方向性通電遮断素子を介して前記制御部および前記駆動部が再起動する電力供給のための放電電流を通電する請求項３に記載の電池電源回路。
  6. 　前記予備電池モジュールおよび前記駆動電池モジュールは、共通のハードウェアおよびソフトウェアを有する請求項５に記載の電池電源回路。
  7. 　加速度センサをさらに備え、
    　前記制御部が、前記加速度センサによる加速度の検知結果に基づき前記電気自動車の衝突を検知する請求項３ないし６のいずれか１項に記載の電池電源回路。
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