JP2017208983A

JP2017208983A - 複合電池システム

Info

Publication number: JP2017208983A
Application number: JP2016101609A
Authority: JP
Inventors: 壽塚本; Hisashi Tsukamoto
Original assignee: Connexx Systems Corp
Current assignee: Connexx Systems Corp
Priority date: 2016-05-20
Filing date: 2016-05-20
Publication date: 2017-11-24

Abstract

【課題】リチウムイオン二次電池に設けられた電圧センサ、電流センサ、温度センサ等が故障した場合でも、安全性を保つことができ、しかもユーザの利便性を高めかつシステム構築の手間と時間を省くことが可能な複合電池システムを提供する。【解決手段】複合電池システム１０は、互いに並列に接続された複数の複合電池ユニット２０と、複合電池制御ユニット２２と、を有する。複数の複合電池ユニット２０のそれぞれは、互いに直列および／または並列に接続された複数の複合電池３０と、複数の複合電池３０を電気的に切り離すことが可能なユニット断路器３２と、を備える。複数の複合電池３０のそれぞれは、各複合電池３０の電圧値を検出するための電圧検出器５４を備える。複合電池制御ユニット２２は、電圧検出器５４からの信号によってユニット断路器３２を開閉する。【選択図】図１

Description

本発明は、鉛蓄電池とリチウムイオン二次電池とから成る複合電池を用いた複合電池システムに関する。

化石燃料を駆動エネルギの主体とする従来の自動車は、その排気ガスによって地球環境に悪影響を与えている。これに対して、排気ガスを出さない電気自動車、もしくは著しくその排出量を低減したハイブリッド自動車をより多く使用することが、環境改善の点から大きく期待され、また、夜間の余剰電力の有効利用の点からも推奨されている。さらに、電力供給の安定化のために分散型の電力貯蔵システムを備えることが望まれている。

一方、従来の鉛蓄電池は、非常に重いため重量あたりの保有エネルギが小さいという課題があり、この課題を解決するために、性質の異なる２種類の二次電池を組み合わせた複合電池が開示されている。例えば、特許文献１には、鉛蓄電池とリチウムイオン二次電池とを並列接続することによって、重量あたりの保有エネルギを大きくすることができると共に、特に低温パワー性能を向上させることができる複合電池が開示されている。

従来のリチウムイオン二次電池は、過充電などにより破裂、発火、爆発の危険があるため、保護スイッチや保護回路が必要であるという課題があり、複合電池を構成することによって鉛蓄電池がリチウムイオン二次電池の過充電を吸収することができるものの、安全性に冗長性を持たせるために従来通り保護スイッチや保護回路を設けるのが一般的であった。特許文献１には、回路部に実装された保護回路が、リチウムイオン二次電池などの補助バッテリの電圧、電流、温度等を監視して、異常時には回路を遮断することが開示されている。

特開２０１４−１７５１２８

しかしながら、リチウムイオン二次電池に設けられた各センサが故障することは想定されてなく、その場合には、保護回路がリチウムイオン二次電池の回路を遮断できないという問題があった。

本発明は、従来のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、リチウムイオン二次電池に設けられた電圧センサ、電流センサ、温度センサ等が故障した場合でも、安全性を保つことができ、しかもユーザの利便性を高めかつシステム構築の手間と時間を省くことが可能な複合電池システムを提供することにある。

本発明者は、上記目的を達成するために、鋭意研究を重ねた結果、リチウムイオン二次電池に設けられた電圧センサ、電流センサ、温度センサ等とは別に、各複合電池にその電圧値を検出する電圧検出器を設置し、その電圧検出器からの信号によって複合電池ユニットのユニット断路器を開閉し、複合電池ユニット単位で電気的に切り離すことによって、リチウムイオン二次電池に設けられた電圧センサ、電流センサ、温度センサ等が故障した場合でも、安全性を保つことができることを見出した。

また、本発明者は、ユーザがアクセスする必要がある機器を複数の複合電池ユニットを収納するための筐体の外部に配置することによって、ユーザの利便性を高めることができることを見出し、本発明に至ったものである。

即ち、本発明は、互いに直列および／または並列に接続された複数の複合電池と複数の複合電池を電気的に切り離すことが可能なユニット断路器とをそれぞれ備え、互いに並列に接続された複数の複合電池ユニットと、複数のユニット断路器のそれぞれに接続された複合電池制御ユニットと、を有し、複数の複合電池のそれぞれは、サブモジュールと、サブモジュールに並列に接続された鉛蓄電池と、各複合電池の電圧値を検出するための電圧検出器と、を備え、サブモジュールは、互いに直列および／または並列に接続された複数のリチウムイオン二次電池と、複数のリチウムイオン二次電池を電気的に切り離すことが可能なサブモジュール断路器と、サブモジュール断路器に接続されたサブモジュール制御装置と、を備え、複合電池制御ユニットは、電圧検出器からの信号によってユニット断路器を開閉し、サブモジュール制御装置は、サブモジュールを構成する各リチウムイオン二次電池で過温度、過電流、過充電および過放電の少なくとも１つが検知された場合に、サブモジュール断路器を開閉する複合電池システムを提供するものである。

ここで、上記においては、さらに、複数の複合電池ユニットを収納するための筐体と、外部機器を接続するための接続端子と、ユニット断路器と接続端子との間に接続されたブレーカと、を有し、複合電池制御ユニット、接続端子およびブレーカは、筐体の外部に配置されるのが好ましい。
サブモジュール制御装置は、サブモジュールを構成する各リチウムイオン二次電池で過温度、過電流、過充電および過放電の少なくとも１つが検知された場合に、そのサブモジュールを構成する複数のリチウムイオン二次電池を電気的に切り離すように、そのサブモジュールに対応するサブモジュール断路器を動作させ、複合電池制御ユニットは、電圧検出器によって過充電および過放電の少なくとも１つが検出された場合に、その電圧検出器を備えた複合電池と同じ複合電池ユニットに含まれる複数の複合電池を電気的に切り離すように、その複合電池ユニットに対応するユニット断路器を動作させるのが好ましい。
サブモジュール断路器、サブモジュール制御装置および電圧検出器の耐電圧は、複合電池の最大電圧よりも高くかつ複合電池システムの最大電圧よりも低いのが好ましい。

本発明によれば、リチウムイオン二次電池に設けられた電圧センサ、電流センサ、温度センサ等が故障した場合でも、安全性を保つことができ、しかもユーザの利便性を高めかつシステム構築の手間と時間を省くことができる。

図１は、本発明の複合電池システムを示すブロック図である。図２は、図１の複合電池システムを構成する複合電池を示すブロック図である。

以下に、本発明の複合電池システムを添付の図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の複合電池システムを示すブロック図であり、図２は、図１の複合電池システムを構成する複合電池を示すブロック図である。

本発明の複合電池システム１０は、互いに並列に接続された複数の複合電池ユニット２０と、複合電池制御ユニット２２と、を有する。複数の複合電池ユニット２０のそれぞれは、互いに直列および／または並列に接続された複数の複合電池３０と、複数の複合電池３０を電気的に切り離すことが可能なユニット断路器３２と、を備えるものである。複合電池制御ユニット２２は、複数のユニット断路器３２のそれぞれに接続されるものである。一例として、図１には、互いに並列に接続された３つの複合電池ユニット２０、および４つ直列に６つ並列に接続された２４個の複合電池３０が示されている。

複数の複合電池３０のそれぞれは、サブモジュール４０と、サブモジュール４０に並列に接続された鉛蓄電池５２と、各複合電池３０の電圧値を検出するための電圧検出器５４と、を備えるものである。サブモジュール４０は、互いに直列および／または並列に接続された複数のリチウムイオン二次電池４２と、複数のリチウムイオン二次電池４２を電気的に切り離すことが可能なサブモジュール断路器４４と、サブモジュール断路器４４に接続されたサブモジュール制御装置４６と、を備えるものである。本発明のサブモジュール４０を構成する複数のリチウムイオン二次電池４２は、リチウムイオン二次電池セルを含んでも良い。本発明の複合電池３０を構成する鉛蓄電池５２は、互いに直列および／または並列に接続された複数の鉛蓄電池でも良い。

複合電池制御ユニット２２は、電圧検出器５４からの信号によってユニット断路器３２を開閉するものである。サブモジュール制御装置４６は、サブモジュール４０を構成する各リチウムイオン二次電池４２で過温度、過電流、過充電および過放電の少なくとも１つが検知された場合に、サブモジュール断路器４４を開閉するものである。

例えば、複合電池３０の中のサブモジュール４０として、定格電圧が２４Ｖになるように接続した複数のリチウムイオン二次電池４２をそれぞれ備えた２つのサブモジュール４０を並列に接続して使用することができる。また、複合電池３０の中の鉛蓄電池５２として、互いに直列に接続した定格電圧１２Ｖの２つの鉛蓄電池を２組並列に接続して使用することができる。

過温度としては、例えば、６１℃以上または０℃以下を検知するように設定され、過電流としては、例えば、８１〜１１７Ａ以上を検知するように設定され、過充電としては、例えば、単セル当たり４．２Ｖ以上を検知するように設定され、過放電としては、例えば、単セル当たり２．４Ｖ以下を検知するように設定される。

このような構成とすることで、本発明の複合電池システムは、リチウムイオン二次電池に設けられた電圧センサ、電流センサ、温度センサ等が故障した場合でも、安全性を保つことができる。

本発明の複合電池システム１０は、さらに、筐体６２と、接続端子６４と、ブレーカ６６と、を有しても良い。筐体６２は、複数の複合電池ユニット２０を収納するためのものである。接続端子６４は、外部機器７０を接続するためのものである。ブレーカ６６は、ユニット断路器３２と接続端子６４との間に接続されるものである。複合電池制御ユニット２２、接続端子６４およびブレーカ６６は、筐体６２の外部に配置される。外部機器７０は、例えばＰＣＳ（Power Conditioning System）である。

即ち、複合電池制御ユニット２２が筐体６２の外部に配置されている方が、ソフト変更やプログラム入力の時にアクセスし易い。接続端子６４が筐体６２の外部に配置されている方が、接続端子６４に外部機器７０を接続し易い。ブレーカ６６が筐体６２の外部に配置されている方が、手動で複合電池システム１０を切り離す時にアクセスし易い。このような構成とすることで、ユーザの利便性を高めることができる。

本発明の複合電池システム１０のサブモジュール制御装置４６は、サブモジュール４０を構成する各リチウムイオン二次電池４２で過温度、過電流、過充電および過放電の少なくとも１つが検知された場合に、そのサブモジュール４０を構成する複数のリチウムイオン二次電池４２を電気的に切り離すように、そのサブモジュール４０に対応するサブモジュール断路器４４を動作させても良い。

また、複合電池制御ユニット２２は、電圧検出器５４によって過充電および過放電の少なくとも１つが検出された場合に、その電圧検出器５４を備えた複合電池３０と同じ複合電池ユニット２０に含まれる複数の複合電池３０を電気的に切り離すように、その複合電池ユニット２０に対応するユニット断路器３２を動作させても良い。その場合、残りの複合電池ユニット２０は、継続して使用することができる。

本発明の複合電池システム１０は、互いに直列および／または並列に接続された複数の複合電池３０を有する。複数の複合電池３０のそれぞれは、サブモジュール４０と、サブモジュール４０に並列に接続された鉛蓄電池５２と、各複合電池３０の電圧値を検出するための電圧検出器５４と、を備えるものである。サブモジュール４０は、互いに直列および／または並列に接続された複数のリチウムイオン二次電池４２と、複数のリチウムイオン二次電池４２を電気的に切り離すことが可能なサブモジュール断路器４４と、サブモジュール断路器４４に接続されたサブモジュール制御装置４６と、を備えるものである。

サブモジュール制御装置４６は、サブモジュール４０を構成する各リチウムイオン二次電池４２で過温度、過電流、過充電および過放電の少なくとも１つが検知された場合に、サブモジュール断路器４４を開閉するものである。サブモジュール断路器４４、サブモジュール制御装置４６および電圧検出器５４の耐電圧は、複合電池３０の最大電圧よりも高くかつ複合電池システム１０の最大電圧よりも低い。

通常、リチウムイオン二次電池を備えたシステムの電気回路の耐電圧は、そのシステムの最大電圧よりも高い必要がある。しかしながら、複合電池３０では、常に鉛蓄電池５２が電源として複合電池３０の最大電圧を規制しているので、複合電池システム１０の電気回路の耐電圧は、複合電池３０の最大電圧よりも高くかつ複合電池システム１０の最大電圧よりも低くすることができる。例えば、サブモジュール断路器４４、サブモジュール制御装置４６および電圧検出器５４の耐電圧は、５０Ｖ未満であり、複合電池３０の最大電圧２８．８Ｖよりも高くかつシステム電圧７２〜１０００Ｖよりも低い。

このような構成とすることで、本発明の複合電池システムは、システム構築の度にシステム電圧を考慮して電気回路を設計する必要がないので、システム構築の手間と時間を省くことができる。
本発明の複合電池システムは、基本的に以上のように構成される。

以上、本発明の複合電池システムについて詳細に説明したが、本発明は上記記載に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしても良いのはもちろんである。

本発明の複合電池システムは、リチウムイオン二次電池に設けられた電圧センサ、電流センサ、温度センサ等が故障した場合でも、安全性を保つことができ、しかもユーザの利便性を高めかつシステム構築の手間と時間を省くことができるという効果があるので、産業上有用である。

１０複合電池システム
２０複合電池ユニット
２２複合電池制御ユニット
３０複合電池
３２ユニット断路器
４０サブモジュール
４２リチウムイオン二次電池
４４サブモジュール断路器
４６サブモジュール制御装置
５２鉛蓄電池
５４電圧検出器
６２筐体
６４接続端子
６６ブレーカ
７０外部機器

Claims

互いに直列および／または並列に接続された複数の複合電池と前記複数の複合電池を電気的に切り離すことが可能なユニット断路器とをそれぞれ備え、互いに並列に接続された複数の複合電池ユニットと、
複数の前記ユニット断路器のそれぞれに接続された複合電池制御ユニットと、を有し、
前記複数の複合電池のそれぞれは、サブモジュールと、前記サブモジュールに並列に接続された鉛蓄電池と、各複合電池の電圧値を検出するための電圧検出器と、を備え、
前記サブモジュールは、互いに直列および／または並列に接続された複数のリチウムイオン二次電池と、前記複数のリチウムイオン二次電池を電気的に切り離すことが可能なサブモジュール断路器と、前記サブモジュール断路器に接続されたサブモジュール制御装置と、を備え、
前記複合電池制御ユニットは、前記電圧検出器からの信号によって前記ユニット断路器を開閉し、
前記サブモジュール制御装置は、前記サブモジュールを構成する各リチウムイオン二次電池で過温度、過電流、過充電および過放電の少なくとも１つが検知された場合に、前記サブモジュール断路器を開閉する複合電池システム。
さらに、前記複数の複合電池ユニットを収納するための筐体と、外部機器を接続するための接続端子と、前記ユニット断路器と前記接続端子との間に接続されたブレーカと、を有し、
前記複合電池制御ユニット、前記接続端子および前記ブレーカは、前記筐体の外部に配置される請求項１に記載の複合電池システム。
前記サブモジュール制御装置は、前記サブモジュールを構成する各リチウムイオン二次電池で過温度、過電流、過充電および過放電の少なくとも１つが検知された場合に、そのサブモジュールを構成する複数のリチウムイオン二次電池を電気的に切り離すように、そのサブモジュールに対応するサブモジュール断路器を動作させ、
前記複合電池制御ユニットは、前記電圧検出器によって過充電および過放電の少なくとも１つが検出された場合に、その電圧検出器を備えた複合電池と同じ複合電池ユニットに含まれる複数の複合電池を電気的に切り離すように、その複合電池ユニットに対応するユニット断路器を動作させる請求項１または２に記載の複合電池システム。
互いに直列および／または並列に接続された複数の複合電池を有する複合電池システムであって、
前記複数の複合電池のそれぞれは、サブモジュールと、前記サブモジュールに並列に接続された鉛蓄電池と、各複合電池の電圧値を検出するための電圧検出器と、を備え、
前記サブモジュールは、互いに直列および／または並列に接続された複数のリチウムイオン二次電池と、前記複数のリチウムイオン二次電池を電気的に切り離すことが可能なサブモジュール断路器と、前記サブモジュール断路器に接続されたサブモジュール制御装置と、を備え、
前記サブモジュール制御装置は、前記サブモジュールを構成する各リチウムイオン二次電池で過温度、過電流、過充電および過放電の少なくとも１つが検知された場合に、前記サブモジュール断路器を開閉し、
前記サブモジュール断路器、前記サブモジュール制御装置および前記電圧検出器の耐電圧は、前記複合電池の最大電圧よりも高くかつ前記複合電池システムの最大電圧よりも低い複合電池システム。