电池系统

摘要

本发明提供一种电池系统，其具备能充电的电池(1)、与该电池连接且由过电流而被熔断的保险丝(8)、与电池的输出端连接形成的继电器(2)、和检测电池的过电流并控制继电器的电流切断电路(4)。电流切断电路具备存储检测电池的过电流之后将继电器从导通切换为断开为止的延迟时间的计时器部(24)。保险丝将计时器部的延迟时间中的切断电流设置在继电器的最大切断电流以下、且比电池的容许充放电电流的最大值还大。电池系统在电池中流经比继电器的最大切断电流还大的过电流的状态下，在计时器部的延迟时间内保险丝被熔断，在经过了延迟时间的时刻电流切断电路将继电器从导通切换为断开。由此，不会熔敷继电器的接点并切实地切断电池的电流。

权利要求

1.一种电池系统，具备：能充电的电池(1)、与该电池(1)串联连接并由流过自身的过电流而被熔断的保险丝(8)、与所述电池(1)的输出端串联连接形成的继电器(2)、和检测所述电池(1)的过电流并将所述继电器(2)从导通控制为断开的电流切断电路(4)，所述电流切断电路(4)具备计时器部(24)，该计时器部(24)存储检测所述电池(1)的过电流之后将继电器(2)从导通切换为断开为止的延迟时间，所述保险丝(8)将所述计时器部(24)的延迟时间中的熔断电流设定为继电器(2)的最大切断电流以下，且比电池(1)的容许充放电电流的最大值还大，在所述电池(1)中流过比所述继电器(2)的最大切断电流还大的过电流的状态下，在所述计时器部(24)的延迟时间内保险丝(8)被熔断，在经过了延迟时间的时刻电流切断电路(4)将继电器(2)从导通切换为断开。

2.根据权利要求1所述的电池系统，其特征在于，

所述电池(1)的输出电压为10V以上、500V以下。

说明书

电池系统

技术领域

[0001] 本发明涉及一种适用于向使车辆行驶的电动机提供电力的车辆用的电源装置的电池系统，特别是涉及一种检测过电流并利用保险丝和继电器来切断电池的电流的电池系统。

背景技术

[0002] 为了防止电池的过电流，而正在开发一种串联连接保险丝和继电器的电池系统(参照专利文献1)。

[0003] 专利文献1的电池系统如图1所示，将电池91分割为两组电池组95，经由保险丝98串联连接电池组95。而且，在电池91的输出端连接继电器92。该电池系统在行驶用电池中流经过电流时熔断保险丝98来切断电池91的电流。且有，该电池系统利用控制继电器92的通断的控制电路94将继电器92切换为断开，从而切断电池91的电流。电池系统的控制电路94具备检测电池91的电流的电流检测电路99，利用检测电流来管理电池91的充放电。电流检测电路99在正常对电池91进行充放电的电流范围内例如车辆用的电池系统中检测200A以下的电流。在电池中流经比该电流更大的电流时、即电池中流经异常的过电流时，将继电器切断为断开来切断电池的电流。图1的电池系统通过利用过电流熔断保险丝98或者利用过电流将继电器92切换为断开，从而实现高安全性。

[0004] 专利文献1：日本特开2008-193776号公报

[0005] 其中，图1示出的电池系统不能利用电池91的过电流来熔断保险丝98，另外不能利用过电流将继电器92切换为断开。其原因在于，在检测过电流并将继电器控制为断开时，大电流导致继电器的接点熔敷而不能切换为断开。继电器在要切断超过最大切断电流的电流时，因切断时产生的电弧，接点会熔敷。因此，图1示出的电池系统的缺点在于，在控制电路94检测电池91的过电流并将继电器92控制为断开时，若过电流比最大切断电流还大，则继电器92的接点熔敷而不能切断电流。

发明内容

[0006] 本发明的第一目的是避免以上的缺陷，本发明的主要目的在于提供一种不会熔敷继电器的接点而可靠地切断电池的电流的电池系统。

[0007] 且有，电池具备在处于异常的充电状态时切断电流的CID(Current Interrupt Device：电流中断器件)等的内部电流切断部。该内部电流切断部在电池处于异常的充电状态时切断电流来确保电池的安全性。例如，内部电流切断部CID在电池的内压异常高时切断电流来确保电池的安全性。CID动作来切断电流由于是电池被过充电而内压异常上升的状态，故CID切断电流的状态会保持电池被过充电的状态。因此，虽然CID是确保安全性的装置，但是该动作尽量少也是必要的。可是，由于CID由于被设置为进行电流切断，故在电池结构中电流耐力比较低。因此，通过过大的电流，CID会切断电流。

[0008] 本发明的第二目的在于提供一种解决上述缺陷、即不会使电池的CID动作而利用保险丝或继电器能切实地切断电池的过电流的电池系统。

[0009] (用于解决课题的方法及发明效果)

[0010] 本发明的技术方案1的电池系统具备：能充电的电池1、与该电池1串联连接并由流经自身的过电流而被熔断的保险丝8、与电池1的输出端串联连接形成的继电器2、和检测电池1的过电流并将继电器2从导通控制为断开的电流切断电路4。电流切断电路4具备存储检测电池1的过电流之后将继电器2从导通切换为断开为止的延迟时间的计时器部24。保险丝8将计时器部24的延迟时间中的切断电流设定为继电器2的最大切断电流以下、且比电池1的容许充放电电流的最大值还大。该电池系统在电池1中流过比继电器2的最大切断电流还大的过电流的状态下，在计时器部24的延迟时间内熔断保险丝8，在经过了延迟时间的时刻电流切断电路4将继电器2从导通切换为断开。

[0011] 以上的电池系统其特征在于，不会熔敷继电器的接点，利用继电器能切实地切断电池的过电流且通过保险丝也能切实地切断电池的过电流。其原因在于，以上的电池系统在检测出电池的过电流后将继电器从导通切换为断开为止设置延迟时间，将该延迟时间中的保险丝的熔断电流设定为继电器的最大切断电流以下、且比电池的容许充放电电流的最大值还大。该电池系统在电池中流经比继电器的最大切断电流还大的过电流的状态下，在延迟时间内保险丝被熔断从而切断，并且在经过了延迟时间的时刻将继电器切换为断开从而切断。因此，不会熔敷继电器的接点，且利用继电器和保险丝两方能确实、安全地切断电池的过电流。相反，在过电池持续延迟时间以上的情况下，虽然是比保险丝的熔断特性还低的电流，但是由于比继电器的最大切断电流低，故不会熔敷继电器来切断电流。

[0012] 本发明的技术方案2的电池系统包括：具备能充电的多个电池单元5的电池1、与该电池1串联连接并由流经自身的过电流而被熔断的保险丝8、和设置在电池单元5上并利用过电流或过充电来切断电池单元5的内部连接电路的内部电流切断部。保险丝8的熔断特性设置为利用比内部电流切断部的切断特性还小的电流熔断的特性。该电池系统在电池1中流经过电流的状态下，保险丝8在内置于电池单元5中的内部电流切断部之前被熔断。

[0013] 本发明的技术方案3的电池系统包括：具备能充电的多个电池单元5的电池1、与该电池1的输出端串联连接形成的继电器2、检测电池1的过电流并将继电器2从导通控制为断开的电流切断电路4、和内置在电池单元5中并利用过电流或过充电来切断电池单元5的内部连接电路的内部电流切断部。电流切断电路4具备存储检测电池1的过电流之后将继电器2从导通切换为断开为止的延迟时间的计时器部24。内部电流切断部将计时器部24的延迟时间中的切断电流设置得比继电器2的最大切断电流还大。该电池系统在电池
1中流过过电流的状态下，以内部电流切断部未切断电流的状态，将继电器2从导通切换为断开，从而切断电池1的电流。

[0014] 以上的电池系统的特征在于，不会使内置在电池单元中的内部电流切断部动作而利用保险丝或继电器即能切实地切断电池的过电流。其原因在于，以上的电池系统在电池的内部电流切断部切断电流之前利用保险丝或继电器切断电池的电流。

[0015] 本发明的电池系统能将电池单元5的内部电流切断部设为CID(Current Interrupt Device：电流中断器件)。

[0016] 另外，本发明的电池系统能将电池1的输出电压设为10V以上500V以下。

附图说明

[0017] 图1是本发明在先申请的电源装置的构成示意图。

[0018] 图2是本发明的一个实施例相关的电池系统的构成示意图。

[0019] 图3是表示本发明的一个实施例相关的电池系统的保险丝和继电器及内部电流切断部切断电流的特性的图。

[0020] 图中：1-电池，2-继电器，2A-正端继电器，2B-负端继电器，3-预充电电路(pre-charge)，4-电流切断电路，5-电池单元，6-预充电电阻，7-预充电开关，10-负载，11-电动机，12-逆变器，13-电容器，14-点火开关，21-电流检测电路，22-电压检测电路，
24-计时器部，91-电池，92-继电器，94-控制电路，95-电池组，98-保险丝，99-电流检测电路。

具体实施方式

[0021] 以下，基于附图对本发明的实施例进行说明。其中，以下示出的实施例示例用于具体化本发明的技术思想的电池系统，但是本发明并非将电池系统特定为以下所述。

[0022] 且有，本说明书为了易于理解权利要求书，在“权利要求书”及“用于解决课题的方法一栏”中示出的构件中附记与实施例示出的构件对应的号码。但是，并非将权利要求书中示出的构件特定于实施例的构件。

[0023] 图2示出的电池系统被搭载在混合动力车(hybrid car)、燃料电池车、电动汽车等车辆上，驱动作为负载而被连接的电动机11，从而使车辆行驶。成为电池1的负载10的电动机11经由逆变器12而与电池1连接。逆变器12将电池1的直流变换为3相交流，控制向电动机11的电力提供。

[0024] 该图的电池系统具备：电池1、与该电池1串联连接的保险丝8、与该电池1的输出端连接并将向负载10的电力提供切换为通断的继电器2、在将该继电器2切换为导通之前对负载10的电容器13进行预充电的预充电电路3、和将该预充电电路3和继电器2控制为通断的电流切断电路4。

[0025] 电池1经由逆变器12驱动使车辆行驶的电动机11。电池1串联连接能充电的多个电池单元5并提高输出电压，以便向电动机11提供大电力。电池单元5使用锂离子电池或镍氢电池。将电池单元设为锂离子电池的电池系统将多个锂离子电池串联连接。将电池单元设为镍氢电池的电池系统串联连接多个镍氢电池来作为电池模块，进而将多个电池模块串联连接来提高输出电压。电池系统并非将电池特定于锂离子电池或镍氢电池。在电池中能使用镍镉电池等能充电的所有电池。

[0026] 电池1为了向电动机11提供大电力，例如提高输出电压为200～400V。其中，电池系统也能在电池的输出端连接DC/DC变压器来升压电池的电压并向负载提供电力。该电池系统能减少串联连接的电池的个数并能降低电池的输出电压。因此，电池1例如能将输出电压设为150～400V。

[0027] 电流切断电路4为了控制电池1的充放电而具备：检测构成电池1的电池单元5的电压的电压检测电路22、和检测电池的电流的电流检测电路21。

[0028] 电压检测电路22检测多个电池单元5的电压，或者检测串联连接有多个电池单元的电池模块的电压。将电池设为锂离子电池的电池系统利用电压检测电路检测各锂离子电池的电压，将电池设为镍氢电池的电池系统利用电压检测电路检测串联连接有多个镍氢电池的电池模块的电压。

[0029] 电流检测电路21为了检测电池单元5的残余容量，利用电流传感器9检测流经电池1的电流。因为电池系统检测电池1的残余容量并控制充放电电池1的电流，故具备电流检测电路21。电流切断电路4对由电流检测电路21检测出的电池1的电流求和并运算残余容量。电池系统以使电池1的残余容量为50％左右的方式向车辆侧传送信号并控制充放电的电流。这是因为只要在各种行驶状态下能尽量使电池1劣化减少即可。电池1的残余容量由于因充电电流的累积值而增加或因放电电流的累积值而减少，故能利用充电电流和放电电流的累积值进行运算。

[0030] 电流切断电路4检测过电流并将继电器2从导通切换为断开来切断电池1的电流。电流遮断电路4的电流检测电路21虽然检测电池1的电流，但也检测在充放电电池1的范围内的电流。因此，不能在电池1中流经过电流的状态下检测过电流的大小。即，电流检测电路21虽然能检测是否有过电流流过，但是不能检测过电流的大小。因此，电流切断电路4在检测过电流时，与该电流的大小无关地将继电器2从导通切换为断开来切断电池1的电流。其中，电流切断电路4并未检测过电流后马上将继电器2切换为断开。

[0031] 电流切断电路4具备存储检测过电流之后将继电器2切换为断开的延迟时间的计时部24。电流切断电路4在检测出过电流后，在经过了存储在该计时部24中的延迟时间的时刻，将继电器2从导通切换为断开。图3是电流切断电路4将继电器2切换为断开的延迟时间设置为0.3秒的图。该电流切断电路4检测过电流，在经过了延迟时间0.3秒的时刻将继电器2切换为断开来切断电池1的电流。即，检测过电流，在经过0.3秒之前不切断电池1的电流。

[0032] 继电器2利用电流切断电路4将接点切换为通断。虽然未图示，但是继电器2具备将接点切换为通断的励磁线圈。电流切断电路4控制该励磁线圈的电流，而将接点切换为通断。通常的继电器对励磁线圈通电而将接点切断为导通，切断励磁线圈的电流而将接点切换为断开。

[0033] 一般，继电器特定了能切断电流的最大切断电流。最大切断电流能增大接点容量并将可动接点坚固地按压在固定接点上。但是，最大切断电流大的继电器，其可动接点和固定接点要大，另外为使大的可动接点从固定接点迅速分离需要加强弹簧，另外为使可动接点从固定接点迅速分离也需要增大使可动接点往复运动的行程。强弹簧的继电器需要增大励磁线圈，另外需要增大该电流，即需要增大励磁线圈来增大消耗电力。励磁线圈的消耗电力在将接点保持为导通的状态下被消耗。消耗电力大的继电器缺陷在于，励磁线圈的发热也大，另外在将接点保持为导通的状态下消耗大的电力。因此，电力的最大切断电流根据大小或消耗电力以及发热量，依据其用途来设置为合适的电流值。

[0034] 例如在车辆用的电池系统中，由于需要继电器的小型化和轻量化，故不能过分地增大最大切断电流。但是，为了增大提供给负载的电力，在提高电池系统的输出电压时将负载短路后流经的短路电流极大。而且，短路电流的能量与电流的平方成正比增加。因此，电池系统若在将负载短路后流经大的短路电流的状态下将继电器控制为断开，则可动接点熔敷在固定接点上而无法切换为断开。

[0035] 为了实现防止继电器2的接点熔敷、切实地切断电池1的过电流、及在比过电流还小的电流范围内不切断电池1的电流的特性，将保险丝8设为独特的特性。保险丝8熔断来遮断电流的时间如图3的曲线A所示，在电流增大时变短。保险丝8由于以其自身的发热而熔断，故难以正确地控制熔断的电流值。易于熔断的保险丝在容许电池充放电的电池的容许充放电电流的范围内会熔断。相反，难以熔断的保险丝不能可靠地防止继电器的接点熔敷。本发明的电池系统通过将保险丝8和继电器2的特性设置为优选状态，故可靠地阻止继电器2的接点熔敷，还利用继电器2和保险丝8确实地切断电池1的过电流或过充电。为了实现这些，保险丝8熔断的熔断电流，使得电流切断电路4的计时器部24的延迟时间中的熔断电流比继电器2的最大切断电流还小。

[0036] 图3由于将继电器2的最大切断电流设为500A、延迟时间设为0.3秒，故使得保险丝8的0.3秒后的熔断电流比500A还小。该保险丝8在计时器部24计时的0～0.3秒的期间内，利用比继电器2的接点熔敷还大的电流、即比继电器2的最大切断电流还大的电流来熔断，从而切断电池1的电流。因此，在到延迟时间为0.3秒为止的期间内保险丝8未熔断的过电流由于是继电器2的接点未熔敷的电流，故在延迟时间为0.3秒后将继电器2切换为断开也不会熔敷接点。另外，在经过了延迟时间0.3秒后，与保险丝8是否被熔断无关，由于继电器2切断电池1的电流，故对保险丝8不要求延迟时间为0.3秒后的熔断特性。要求保险丝8的熔断特性是从流动过电流的瞬间到延迟时间为止、即0～0.3秒的期间内的熔断特性。特别是仅要求流动过电流到延迟时间0.3秒后的熔断电流的特性。其中，保险丝8不优选在容许电池1的充放电的容许充放电电流的范围内熔断。因此，保险丝8将作为延迟时间0.3秒后的熔断电流增大得比作为电池1的容许充放电电流的最大值的200A还大。由此，保险丝8被设置为利用图3的曲线A和“电池的容许充放电电流的最大值”期间内的电流进行熔断。曲线B的熔断特性的保险丝8在经过了延迟时间0.3秒后，利用比作为充放电电池1的最大电流的200A还小的电流被熔断，从而在电池1的容许充放电电流的范围内不会充放电。因此，由于在正常电流值中不能使用电池系统，故不能采用。

[0037] 且有，构成电池1的电池单元5具备：若处于过电流或过充电等的异常状态，则切断电池单元5的内部连接电路即自身切断电流的内部电流切断部。该内部电流切断部存在因电池内压异常上升而进行动作来切断电流的CID。CID动作来切断电流的结构是虽然处于电池单元5被过充电内压异常上升的状态、但切断电流的结构，故与其他电池单元结构构件相比，过电流耐力变低。因此，过电流发生时，在电池单元中最容易发生熔断。

[0038] 图3的曲线C示出了内部电流切断部动作来切断电流的切断特性。保险丝8的熔断特性(曲线A及曲线B)设置为利用比内部电流切断部的切断特性还小的电流进行熔断。因此，在延迟时间的0.3秒前，通过使保险丝8熔断，从而可防止内部电流切断部进行的电流切断。

[0039] 且有，如图3的曲线C所示，内部电流切断部的切断特性为：将作为计时器部24的延迟时间的0.3秒后的切断电流设置得比继电器2的最大切断电流500A还大。该电池系统在电池1中流经过电流的状态下，由于以比内部电流切断部切断电流还小的过电流，将继电器2从导通切换为断开来切断电池1的电流，故在内部电流切断部切断电流之前先切断电池1的电流。由此，既能防止内部电流切断部的动作，又能切断过电流。

[0040] 与电池1连接的负载10在逆变器12的输出端连接电动机11。作为负载10的逆变器12并联连接大容量的电容器13。该电容器13在将继电器2切换为导通的状态下，从电池1的两侧向负载10的逆变器12提供电力。特别是，从电容器13向负载10的逆变器12瞬间提供大电力。通过在电池1上并联连接电容器13，从而增大能提供给负载10的瞬间电力。从电容器13能提供给负载10的逆变器12的瞬间最大电力由于与静电电容成正比，故该电容器13为例如4000～6000μF的极大静电电容。处于放电状态的大容量的电容器13若与输出电压高的电池1连接，则瞬间流过极大的充电电流。其原因在于，电容器
13的阻抗极小。

[0041] 预充电电路3利用从点火开关14输入的导通信号，在将继电器2切换为导通之前，对负载10的电容器13预充电。预充电电路3一边限制电容器13的充电电流一边对电容器13预充电。预充电电路3在预充电电阻6上串联连接预充电开关7。预充电电阻6限制负载10的电容器13的预充电电流。预充电电路3能增大预充电电阻6的电阻且能减小预充电电流。例如，预充电电阻6为10Ω、30W的胶结电阻(cement resistance)。该预充电电阻6将输出电压400V的电池1对电容器13进行充电的峰值的充电电流限制在40A。

[0042] 预充电电路3与继电器2的接点并联连接。图中的电池系统在正端和负端的两方设置继电器2，与正端的继电器2A的接点并联连接预充电电路3。该电池系统在负端的继电器2B导通、正端的继电器2A断开的状态下，利用预充电电路3对电容器13进行预充电。若利用预充电电路3对电容器13进行预充电，则将正端的继电器2A从断开切换为导通，将预充电电路3的预充电开关7切换为断开。

[0043] 预充电电路3使预充电开关7导通，以对电容器13预充电。预充电开关7是继电器等具有机械性接点的开关。其中，预充电开关也能使用晶体管或FET等的半导体开关元件。半导体开关元件的预充电开关由于无接点等的劣化，故能延长寿命。另外，由于能在短时间内高速地切换为通断，故能将电容器切换为通断且能进行预充电。

[0044] 在由预充电电路3对电容器13预充电后，将与预充电电路3并联控制的正端的继电器2A切换为导通，成为能从电池1向负载10提供电力的状态、即利用电池1驱动电动机11使车辆行驶的状态。