異常履歴保持装置
【課題】二次電池における過放電等の異常履歴を、簡便な構成で確実に記録かつ保持できる二次電池の異常履歴保持装置の提供。
【解決手段】本発明の異常履歴保持装置１は、二次電池Ｅ０の出力に基づいて前記二次電池Ｅ０の異常を検出し、その検出結果を出力する異常検出回路２と、前記検出結果に応じて導通するスイッチング素子Ｓ１と、前記スイッチング素子Ｓ１が導通した時に、前記二次電池Ｅ０から放電電流Ｉ１が流れて発熱する発熱素子３と、前記発熱素子３からの熱を受けて溶断される温度ヒューズ４と、を備える。
【解決手段】本発明の異常履歴保持装置１は、二次電池Ｅ０の出力に基づいて前記二次電池Ｅ０の異常を検出し、その検出結果を出力する異常検出回路２と、前記検出結果に応じて導通するスイッチング素子Ｓ１と、前記スイッチング素子Ｓ１が導通した時に、前記二次電池Ｅ０から放電電流Ｉ１が流れて発熱する発熱素子３と、前記発熱素子３からの熱を受けて溶断される温度ヒューズ４と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池の異常履歴保持装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン電池等の二次電池（充電式電池）は、自動車、パーソナルコンピュータ等の種々の装置に搭載され、それらの電源として利用されている。このような二次電池の中には、例えば、航空機システム等におけるバックアップ用電源として利用されるものもある。この種の電源は、主電源が利用できない場合に、確実に電力を供給できるものでなければならないから、特に高い信頼性が求められている。
【０００３】
ところで、二次電池は、許容される終止電圧（放電終止電圧）を超えて放電する（つまり、過放電する）と、液漏れ、内部物質の析出等が発生し、その性能が著しく低下することが知られている。一旦、過放電して劣化した二次電池は、一般的に、過放電前の状態に復元させることは難しい。特にリチウムイオン電池はこの問題が顕著である。そのため、過放電によって劣化した二次電池は、別の新たな二次電池に取換えられることが好ましい。特にバックアップ用電源、とりわけ航空、宇宙及び海洋システムのバックアップ用電源として利用されるものについては、高い信頼性が求められているため、過放電が発生した場合には必ず交換することが望まれる。
【０００４】
なお、交換対象である二次電池及びその周辺回路等に、過放電記録（履歴）が確実な形で保存されていれば、二次電池の交換必要性等を判断し易い。
【０００５】
特許文献１には、過放電保護回路を利用して二次電池を過放電から保護する技術が記載されている。過放電保護回路が、二次電池の出力電圧に基づいて過放電を検出し、その結果をスイッチング素子に出力すると、その検出結果に基づいてスイッチング素子のオン状態とオフ状態とが切換えられる。このスイッチング素子は、二次電池の出力端子間において二次電池と直列に接続されており、上記のように過放電が検出されるとオフ状態となる。スイッチング素子がオフ状態となると、二次電池の放電が禁止され、二次電池が過放電から保護される。更に、特許文献１に記載の二次電池は、放電禁止後、二次電池の出力電圧が回復すれば、再び放電を開始できるように構成されている。そして、二次電池の放電禁止及び放電再開が繰り返されることによって、使用者が二次電池の過放電状態を把握できるように構成されている。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、二次電池及びその周辺回路等において過放電履歴が残らない。そのため、過放電事後が起こった後では、二次電池の周辺回路等に基づいて、その二次電池において過放電が発生したか否かを把握できない。もっとも、スイッチング素子が一度でもオフ状態になったことを検出し、これをメモリーに記憶して過放電の履歴を残すことも考えられるが、電子的記憶は信頼性に乏しく、何らかの原因でシステムへの電力供給が途絶えた場合などには電子的記憶が失われることもある。
【０００７】
また、特許文献１に記載の技術は、例えば、過放電した場合であっても放電を停止できない電源（例えば、バックアップ用電源）には、適用できない。つまり、特許文献１に記載の技術では、過放電が発生したことを、負荷に対する二次電池の放電を停止させることなく使用者に報知できない。
【０００８】
なお、特許文献２には、二次電池の過放電履歴ではないものの、制御装置内の熱履歴を、電流ヒューズを利用して記録する技術が記載されている。しかしながら、電流ヒューズの溶断時間は、長くて数百ミリ秒程度である。そのため、電流ヒューズを使用したものでは、万一、例えば外部ノイズに起因してスイッチング素子が短時間でも誤作動した場合（回路が誤検出した場合）には、直ちに溶断してしまうため、履歴記録の信頼性を十分に高めることができない。
【０００９】
なお、電流ヒューズであっても、定格電流以上でありかつ溶断電流以下での使用であれば、溶断時間を長くすることは可能である。しかしながら、１秒以上の長い溶断時間を精度よく制御することは難しく、そのため、電流ヒューズを用いると、実使用上の機能を保証することは困難となる。
【００１０】
また、電流ヒューズを溶断させるためには、通常は、１Ａ以上の電流を流す必要がある。そのため、過放電している二次電池からは、ヒューズを溶断するために必要な電流を供給することが難しい場合がある（例えば、小容量の二次電池を使用する場合）。また、１Ａ以上の電流を流すためのプリント基板回路パターンが大がかりになってしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００７−１０４８７６号公報
【特許文献２】特開２００８−３０５２８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、二次電池における過放電等の異常履歴を、簡便な構成で確実に記録でき、かつ確実に保持できる二次電池の異常履歴保持装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る二次電池の異常履歴保持装置は、二次電池の出力に基づいて前記二次電池の異常を検出し、その検出結果を出力する異常検出回路と、前記検出結果に応じて導通するスイッチング素子と、前記スイッチング素子が導通した時に、前記二次電池から放電電流が流れる発熱素子と、前記発熱素子から熱を受けて溶断される温度ヒューズと、を備えることを特徴とする。
【００１４】
本発明の異常履歴保持装置において、異常検出回路が、二次電池の出力に基づいて前記二次電池の異常を検出すると、その検出結果がスイッチング素子へ出力される。その検出結果に応じてスイッチング素子は導通（ターンオン）する。導通後、発熱素子に前記二次電池から放電電流が流れて前記発熱素子が発熱する。そして、温度ヒューズは、前記発熱素子からの熱を受けて溶断される。
【００１５】
本発明の異常履歴保持装置によれば、二次電池の異常履歴を、温度ヒューズの溶断という簡便な方法によって確実に記録でき、かつ保持できる。また、温度ヒューズを使用しているから、仮にスイッチング素子がパルス的に導通するような誤作動を発生させたとしても、温度ヒューズは直ちに溶断せず、誤った履歴が記録されてしまうことはない。なお、二次電池の異常としては、例えば、過放電、過電圧、逆接続等の不正使用等が挙げられる。
【００１６】
前記異常履歴保持装置において、前記異常検出回路は、例えば、前記二次電池の出力電圧に基づいて前記二次電池の過放電を検出し、その検出結果を出力する過放電検出回路からなる。前記異常履歴保持装置がこのような構成であれば、二次電池の過放電履歴を、温度ヒューズの溶断という簡便な方法によって確実に記録できかつ保持できる。
【００１７】
前記異常履歴保持装置において、前記温度ヒューズの溶断を検出して外部へ報知する溶断検出回路を設けることが好ましい。これにより使用者に対して、二次電池における過放電等の異常を報知できる。
【００１８】
前記異常履歴保持装置において、温度ヒューズは二次電池からの熱的影響を抑えて設けられることが好ましい。そうすると、二次電池の温度上昇によって誤った履歴が記録されてしまうこともなく、総じて、異常履歴の記録の信頼性を高くすることができる。
【００１９】
前記異常履歴保持装置において、前記温度ヒューズと前記二次電池とが互いに接触しないように離れて配置されることが好ましい。前記異常履歴保持装置がこのような構成であれば、前記温度ヒューズは、前記二次電池から発せられた熱を受けて溶断されることが抑制される。
【００２０】
前記異常履歴保持装置において、前記温度ヒューズが基板上に実装され、前記基板が二次電池との間に隙間が形成されるように配置されることが好ましい。前記異常履歴保持装置がこのような構成であれば、前記二次電池と前記温度ヒューズが実装された基板との間に隙間が設けられるため熱が伝わり難くなり、その結果、前記温度ヒューズが前記二次電池から発せられた熱を受けて溶断されることが抑制される。
【００２１】
なお、温度ヒューズを二次電池からの熱的影響を抑えて設けるためには、上記のように、温度ヒューズが二次電池に直接に接触しないように配置してもよく、或いは二次電池との間に断熱材を介するように配置してもよく、要は、二次電池からの熱がスイッチング素子の導通時に発熱する発熱素子からの熱による温度ヒューズの溶断に影響を与えないように配置すればよい。
【００２２】
前記異常履歴保持装置は、前記二次電池の周囲温度低下に応じて、前記温度ヒューズの溶断時間が長くなることが好ましい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る二次電池の異常履歴保持装置によれば、二次電池における過放電等の異常履歴を、簡便な構成で確実に記録でき、かつ確実に保持できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】第１実施形態に係る異常履歴保持装置の構成を表すブロック図
【図２】電池パックを示す斜視図
【図３】図２に示される電池パックの側面図
【図４】基板上に温度ヒューズ等が実装された異常履歴保持装置の一部分を模式的に表した平面図
【図５】第２実施形態に係る異常履歴保持装置の構成を表すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００２５】
＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態に係る二次電池の異常履歴保持装置を、図１を参照しつつ説明する。図１に示される異常履歴保持装置１は、４個の単位二次電池（セル）Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３及びＥ４が直列接続してなる組電池（二次電池）Ｅ０の過放電履歴を記録し、保持する装置である。異常履歴保持装置１は、図１に示されるように、主として、過放電検出回路（異常検出回路）２、第１スイッチング素子Ｓ１、発熱素子３及び温度ヒューズ４を備える。本実施形態の異常履歴保持装置１は、更に、第２スイッチング素子Ｓ２、第３スイッチング素子Ｓ３及び第４スイッチング素子Ｓ４を備える。なお、本実施形態の組電池Ｅ０は、配線Ｌ２０を利用して負荷に接続されている。組電池Ｅ０の各単位二次電池Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３及びＥ４は、リチウムイオン電池からなる。
【００２６】
本実施形態の異常履歴保持装置１には、４個の過放電検出回路２ａ、２ｂ、２ｃ及び２ｄが設けられており、各過放電検出回路２ａ、２ｂ、２ｃ及び２ｄが、組電池Ｅ０の各単位二次電池Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３及びＥ４に対して、それぞれ並列接続されている。本実施形態において各過放電検出回路２ａ、２ｂ、２ｃ及び２ｄは、それぞれ対応する各単位二次電池Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３及びＥ４の出力電圧を検出する。つまり、過放電検出回路２ａは、単位二次電池Ｅ１の出力電圧Ｖ１を検出し、過放電検出回路２ｂは、単位二次電池Ｅ２の出力電圧Ｖ２を検出し、過放電検出回路２ｃは、単位二次電池Ｅ１の出力電圧Ｖ３を検出し、過放電検出回路２ｄは、単位二次電池Ｅ４の出力電圧Ｖ４を検出する。
【００２７】
各過放電検出回路２には、それぞれ１個ずつ第４スイッチング素子Ｓ４が接続されている。この第４スイッチング素子Ｓ４は、過放電検出回路２によってオン状態とオフ状態とが切換えられるように構成されている。過放電検出回路２は、検出された出力電圧Ｖが、予め設定されている許容電圧Ｖｘよりも小さい場合（即ち、過放電が発生している場合）に、常時はオフ状態にある第４スイッチング素子Ｓ４をオン状態に切換える。
【００２８】
具体的には、過放電検出回路２ａは、単位二次電池Ｅ１の出力電圧Ｖ１が許容電圧Ｖｘよりも小さい場合に、第４スイッチング素子Ｓ４ａをオン状態にする。過放電検出回路２ｂは、単位二次電池Ｅ２の出力電圧Ｖ２が許容電圧Ｖｘよりも小さい場合に、第４スイッチング素子Ｓ４ｂをオン状態にする。過放電検出回路２ｃは、単位二次電池Ｅ３の出力電圧Ｖ３が許容電圧Ｖｘよりも小さい場合に、第４スイッチング素子Ｓ４ｃをオン状態にする。過放電検出回路２ｄは、単位二次電池Ｅ４の出力電圧Ｖ４が許容電圧Ｖｘよりも小さい場合に、第４スイッチング素子Ｓ４ｄをオン状態にする。なお、検出された出力電圧Ｖが許容電圧Ｖｘ以上の場合、第４スイッチング素子Ｓ４はオフ状態のまま維持される。
【００２９】
過放電検出回路２は、汎用のディスクリート部品から構成されても良いし、ＣＰＵ、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ‐Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）等を備える構成であってもよい。
【００３０】
本実施形態の第４スイッチング素子Ｓ４は、所定のバイアス抵抗等が接続されたＰＮＰトランジスタからなる。各スイッチング素子Ｓ４のコレクタＣ側は、一本の信号線にまとめられ、第３スイッチング素子Ｓ３のベースＢに接続されている。
【００３１】
第３スイッチング素子Ｓ３は、所定のバイアス抵抗等が接続されたＮＰＮトランジスタからなる。この第３スイッチング素子のエミッタＥ側は、組電池Ｅ０の負極に接続されている。そして第３スイッチング素子Ｓ３のコレクタＣ側は、第２スイッチング素子Ｓ２のベースＢに接続されている。第３スイッチング素子Ｓ３は、そのベースＢから入力される信号に基づいて、オン状態とオフ状態とが切換えられる。本実施形態において、第３スイッチング素子は、４個の単位二次電池Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３及びＥ４のうち、少なくとも１つの単位二次電池において過放電が発生すれば、第３スイッチング素子がオフ状態からオン状態へ切換えられるように構成されている。
【００３２】
第２スイッチング素子Ｓ２は、所定のバイアス抵抗等が接続されたＰＮＰトランジスタからなる。第２スイッチング素子Ｓ２のエミッタＥ側は、配線Ｌ２を介して、組電池Ｅ０の正極（単位二次電池Ｅ１の正極）と繋がった配線Ｌ１に接続されている。また、第２スイッチング素子Ｓ２のコレクタＣ側は、第１スイッチング素子Ｓ１のベースＢに接続されている。第２スイッチング素子Ｓ２は、そのベースＢから入力される信号に基づいて、オン状態とオフ状態とが切換えられる。本実施形態において、第２スイッチング素子Ｓ２は、第３スイッチング素子Ｓ３がオン状態になると、それに連動してオン状態となる。
【００３３】
第１スイッチング素子Ｓ１は、所定のバイアス抵抗等が接続されたＮＰＮトランジスタからなる。第１スイッチング素子Ｓ１のコレクタＣ側は、配線Ｌ３を介して前記配線Ｌ１に接続されている。そして、第１スイッチング素子Ｓ１のエミッタＥ側は、接地されている。第１スイッチング素子Ｓ１は、そのベースＢから入力される信号に基づいて、オン状態とオフ状態とが切換えられる。本実施形態において、第１スイッチング素子Ｓ１は、第２スイッチング素子Ｓ２がオン状態になると、それに連動してオン状態となる。
【００３４】
第１スイッチング素子Ｓ１は、要するに、４個の単位二次電池Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３及びＥ４のうち、少なくとも１つの単位二次電池において過放電が発生すれば、導通（ターンオン）するように構成されている。なお、この第１スイッチング素子が、本発明の「スイッチング素子」に相当する。
【００３５】
発熱素子３は、前記配線Ｌ３上に設けられた所定の抵抗値を有する電気抵抗器である。そして、この発熱素子３の近傍であり、配線Ｌ１及び配線Ｌ３の接点Ｐから延長された配線Ｌ４上に、温度ヒューズ４が設けられている。この温度ヒューズ４は、各単位二次電池Ｅ１ないしＥ４の電池ケースから離して設けてあり、これにより各単位二次電池Ｅ１ないしＥ４からの熱の影響を抑える、すなわち組電池Ｅ０の通常運転時（充放電を含む）の発熱によって溶断することがないようにしてある。温度ヒューズ４は、発熱素子３から発せられた熱を受けると、所定時間Ｔ後に溶断される。この時間（溶断時間）Ｔは、温度ヒューズ４に使用される材料（合金）、発熱素子４の電気抵抗値、発熱素子４と温度ヒューズとの距離等の諸条件を適宜、設定すれば調整できる。溶断時間Ｔは、通常、数秒ないし数十秒に調整可能である。なお、本実施形態の温度ヒューズ４は、それ自身に流れる電流によって発熱して溶断されるものではない。
【００３６】
配線Ｌ４の一端には、溶断検出回路５が接続されている。この溶断検出回路５は、温度ヒューズ４が溶断していない状態ではその入力端子５ａに組電池Ｅ０の出力電圧が印加され、温度ヒューズ４が溶断した場合には、その電圧が印加されなくなることに基づいて、温度ヒューズ４の溶断を検出する。また、溶断検出回路５は、ＬＥＤ等の発光素子（不図示）を備え、発光素子の点灯によって使用者に異常（過放電）を報知する。
【００３７】
以下、図１を参照しつつ、組電池Ｅ０において過放電が発生した場合の異常履歴保持装置１の動作を説明する。組電池Ｅ０が過放電状態に陥ると、各単位二次電池Ｅ１ないしＥ４の出力電圧は低下してゆく。そして、各単位二次電池Ｅ１ないしＥ４のいずれかにおいて、出力電圧が許容電圧Ｖｘよりも小さくなる。例えば、過放電検出回路２ｂによって検出される単位二次電池Ｅ２の出力電圧Ｖ２が、許容電圧Ｖｘよりも小さくなったとすると、過放電検出回路２ｂは、その検出結果に応じて第４スイッチング素子Ｓ４ｂのベース電圧を低下させる信号を出力し、第４スイッチング素子Ｓ４ｂをオフ状態からオン状態に切換える。
【００３８】
第４スイッチング素子Ｓ４ｂがオン状態になると、それに連動して、第３スイッチング素子Ｓ３がオフ状態からオン状態に切換る。そして、第３スイッチング素子Ｓ３がオン状態になると、それに連動して、第２スイッチング素子Ｓ２がオフ状態からオン状態に切換る。更に、第２スイッチング素子Ｓ２がオン状態になると、それに連動して、第１スイッチング素子Ｓ１がオフ状態からオン状態に切換る。
【００３９】
このようにして第１スイッチング素子Ｓ１がオン状態になると、配線Ｌ３上の発熱素子３に、組電池Ｅ０からの放電電流Ｉ１が流れるようになる。すると発熱素子３においてジュール熱が発生し、その近傍に配置する温度ヒューズ４に熱が伝わる。温度ヒューズ４は、発熱素子３から熱を受けると、徐々に温度が高くなり、その温度が融点（ヒューズ合金の融点）に達すると、溶断される。温度ヒューズ４は、一旦、溶断されると元の繋がった状態には戻らない。そのため、組電池Ｅ０において発生した過放電の記録は、溶断された温度ヒューズ４によって確実に異常履歴保持装置１に残される、温度ヒューズ４の状態を外部から観察することにより異常（過放電）があったことを確認することができる。
【００４０】
なお、本実施形態の異常履歴保持装置１では、配線Ｌ４の一端に溶断検出回路５が接続されているため、入力端子５ａに組電池Ｅ０の出力電圧が印加されなくなることに基づいて、温度ヒューズ４の溶断が検出される。使用者は、この検出結果（溶断報知信号）に基づいて、組電池Ｅ０の過放電を把握できる。
【００４１】
ところで、二次電池は、一般的に低温環境下では、その内部抵抗が高くなり、過放電状態ではなくても、大電流放電時に一時的に許容電圧を下回る程に大きく電圧降下する場合がある。このような電圧降下は、二次電池の起動時等に発生する一時的な現象であり、通常は、二次電池が発熱して暖まると解消される。
【００４２】
一方、異常履歴保持装置１の温度ヒューズ４は、低温環境下では、その溶断時間が、常温時（例えば、２５℃）のものと比べて長くなる。そのため、上記のような過放電によらない大きな電圧降下が発生し、温度ヒューズ４が発熱素子３によって加熱され始めても、通常は、温度ヒューズ４が溶断される前に、前記電圧降下が解消される。そのため、異常履歴保持装置１は、上記のような電圧降下を誤検出することが抑制される。
【００４３】
なお、本明細書において、異常履歴保持装置と共に組電池（二次電池）を含んだ構成を、電池パックと称する。本実施形態の場合、異常履歴保持装置１及び組電池Ｅ０を含んだ構成が、電池パックとなる。
【００４４】
ここで、図２ないし図４を参照しつつ、異常履歴保持装置１を備える電池パックについて説明する。
【００４５】
図２に示されるように、電池パック１００は、発熱素子、温度ヒューズ等が基板１０上に実装されたものからなる異常履歴保持装置１と、４個の単位二次電池Ｅ１ないしＥ４が直列接続されてなる組電池Ｅ０とを備える。本実施形態における組電池Ｅ０の外観形状は略直方体であり、同じ大きさの各単位二次電池Ｅ１ないしＥ４が積層されたものからなる。各単位二次電池Ｅ１ないしＥ４の外観形状も略直方体であり、各単位二次電池の各端面が、互いに同一平面上に配置されるように各単位二次電池Ｅ１ないしＥ４が並べられている。なお、電池パック１００は、外観形状が略直方体のケーシング３０内に収納されている。
【００４６】
図３に示されるように、異常履歴保持装置１の基板１０と、組電池Ｅ０とは、互いに接触しないように離れて配置されている。異常履歴保持装置１の基板１０は、少なくともその下面１２が、組電池Ｅ０の上面４１と直に接触しないように配置されている。このようにして、基板１０と、組電池Ｅ０との間には、隙間Ｄが積極的に設けられている。なお、基板１０は、その側端面と、組電池Ｅ０の側端面との間を結ぶ支持部材（不図示）によって、上記のように下面１２が組電池Ｅ０の上面４１と接触しないように（隙間Ｄを保つように）固定されている。
【００４７】
図４に示されるように、異常履歴保持装置１の発熱素子３及び温度ヒューズ４は、互いに近接するように基板１０上（上面１１）に実装されている。このように発熱素子３を、温度ヒューズ４に近接配置することによって、発熱素子３の熱を温度ヒューズ４に伝え易くしている。なお、図４に示されるように、基板１０の縁側に、単位二次電池の出力電圧を検出するためのコネクタ１５が配置されている。
【００４８】
組電池（二次電池）Ｅ０は、充放電時に発熱する。そのため、組電池Ｅ０から発せられた熱が、基板１０等を伝って基板１０上に実装されている温度ヒューズ４に加えられることも考えられる。このような場合、溶断に充分な熱が温度ヒューズ４に加わってしまうと、組電池Ｅ０の過放電時以外に、温度ヒューズ４が溶断されてしまうことも考えら、異常履歴保持装置１としては好ましくない。そのため、図３等に示されるように、温度ヒューズ４が実装された基板１０と、組電池Ｅ０との間に積極的に隙間Ｄを設けて、組電池Ｅ０から基板１０上の温度ヒューズ４へ熱が伝わり難く（熱伝導率を低く）することが好ましい。なお、隙間Ｄの距離等は、目的に応じて適宜調整すればよい。また、隙間Ｄ内に断熱材を介在させてもよい。
【００４９】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る二次電池の異常履歴保持装置を、図５を参照しつつ説明する。図５に示される異常履歴保持装置１Ａの基本的な構成は、図１に示される第１実施形態の異常履歴保持装置１のものと同様である。そのため、同一構成については同一符号を付し、それらの説明を省略する。本実施形態の異常履歴保持装置１Ａは、上記異常履歴保持装置１と比べて、配線Ｌ１上に温度ヒューズ４（４ｂ）を更に備えている点が異なっている。以下、この点を中心に本実施形態の異常履歴保持装置１Ａを説明する。
【００５０】
本実施形態の異常履歴保持装置１Ａは、２個の温度ヒューズ４（４ａ及び４ｂ）を備えている。温度ヒューズ４ｂは、配線Ｌ４上に配置されている温度ヒューズ４ａと同種のものからなる。溶断される前の温度ヒューズ４ｂは、配線Ｌ１の一部をなしている。そして、この温度ヒューズ４ｂは、温度ヒューズ４ａと同様、発熱素子３の近傍に配置されている。２個の温度ヒューズ４ａ及び４ｂは、配線Ｌ１、配線Ｌ３及び配線Ｌ４の接点Ｐを挟むように配置されている。
【００５１】
組電池Ｅ０において過放電が発生すれば、第１実施形態と同様、第１スイッチング素子Ｓ１が導通して発熱素子３に組電池Ｅからの放電電流Ｉ１が流れる。発熱素子３に放電電流Ｉ１が流れると、発熱素子３からジュール熱が発生し、それらの近傍に配置する２個の温度ヒューズ４ａ及び４ｂに熱が伝わる。所定時間経過後、各温度ヒューズ４の温度が融点（ヒューズ合金の融点）に達すると、２個の温度ヒューズ４ａ及び４ｂは、それぞれ溶断される。このようにして、本実施形態の異常履歴保持装置１Ａについても、組電池Ｅ０において発生した過放電の記録を、溶断された温度ヒューズ４によって確実に記録される。
【００５２】
また、２個の温度ヒューズ４ａ及び４ｂのうち、配線Ｌ１上の温度ヒューズ４ｂが溶断すると、配線Ｌ３上の発熱素子３に組電池Ｅからの放電電流Ｉ１が流れなくなる。つまり、温度ヒューズ４ｂの溶断によって、発熱素子３の発熱が停止される。
【００５３】
＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
【００５４】
（１）第１実施形態等では、組電池Ｅ０の各単位二次電池Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３及びＥ４に対して、それぞれ過放電検出回路（異常検出回路）２ａ、２ｂ、２ｃ及び２ｄを並列接続して、各単位二次電池の出力電圧（過放電）を検出していたが、他の実施形態においては、複数個の単位二次電池をまとめたもの（単位二次電池群）を、１個の過放電検出回路２を用いて出力電圧（過放電）を検出してもよい。そしてその検出結果を利用して、第１スイッチング素子Ｓ１を導通させ、発熱素子３の発熱、及び温度ヒューズ４の溶断を行ってもよい。なお、組電池Ｅ０全体を、１個の過放電検出回路２を用いて出力電圧（過放電）を検出し、この検出結果を利用して組電池Ｅ０の過放電を検出してもよい。
【００５５】
（２）第１実施形態等では、二次電池の過放電を検出し、その事実（履歴）を温度ヒューズ４の溶断によって記録し、保持するものであったが、他の実施形態においては、過放電以外の二次電池の異常（例えば、過放電、過電圧、逆接続等の不正使用等）を検出し、その履歴を温度ヒューズ４に溶断によって記録し、保持するものであってもよい。
【００５６】
（３）第１実施形態等では、第１スイッチング素子Ｓ１等として、ＰＮＰトランジスタ或いはＮＰＮトランジスタを使用しているが、他の実施形態においては、第１スイッチング素子Ｓ１等として、例えばＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ‐Ｏｘｉｄｅ‐Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ‐Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を利用してもよい。
【００５７】
（４）第１実施形態等では、温度ヒューズ４を配線Ｌ４（又は配線Ｌ１）上に配置したが、他の実施形態においては、少なくとも過放電の記録（履歴）保持を目的とするものであれば、温度ヒューズ４を配線上に配置しなくてもよい。つまり、第１スイッチング素子Ｓ１が導通した際に、組電池（二次電池）Ｅ０からの放電電流が、温度ヒューズ４に流れない構成（配線に接続されていたい独立した構成）であってもよい。ただし、このような場合であっても、温度ヒューズ４は、発熱素子３から熱を受けて溶断できるように、発熱素子３の近傍に配置する必要がある。
【００５８】
（５）第１実施形態等では、組電池Ｅ０の過放電を、溶断検出回路５を用いて検出していたが、他の実施形態においては、例えば、溶断検出回路５に替えて、ＬＥＤ等の発光素子を用いてもよい。つまり、温度ヒューズ４が溶断していない状態では、発光素子を発光させ、温度ヒューズ４が溶断した場合には、発光素子を消灯させることによって、組電池Ｅ０の過放電を検出してもよい。
【符号の説明】
【００５９】
１ 異常履歴保持装置
２ 過放電検出回路
３ 発熱素子
４ 温度ヒューズ
５ 溶断検出回路
Ｓ１ 第１スイッチング素子（本発明のスイッチング素子に相当）
Ｅ０ 組電池（二次電池）
Ｅ１ 単位二次電池（セル１）
Ｅ２ 単位二次電池（セル２）
Ｅ３ 単位二次電池（セル３）
Ｅ４ 単位二次電池（セル４）
Ｉ１ 組電池からの放電電流
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池の異常履歴保持装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン電池等の二次電池（充電式電池）は、自動車、パーソナルコンピュータ等の種々の装置に搭載され、それらの電源として利用されている。このような二次電池の中には、例えば、航空機システム等におけるバックアップ用電源として利用されるものもある。この種の電源は、主電源が利用できない場合に、確実に電力を供給できるものでなければならないから、特に高い信頼性が求められている。
【０００３】
ところで、二次電池は、許容される終止電圧（放電終止電圧）を超えて放電する（つまり、過放電する）と、液漏れ、内部物質の析出等が発生し、その性能が著しく低下することが知られている。一旦、過放電して劣化した二次電池は、一般的に、過放電前の状態に復元させることは難しい。特にリチウムイオン電池はこの問題が顕著である。そのため、過放電によって劣化した二次電池は、別の新たな二次電池に取換えられることが好ましい。特にバックアップ用電源、とりわけ航空、宇宙及び海洋システムのバックアップ用電源として利用されるものについては、高い信頼性が求められているため、過放電が発生した場合には必ず交換することが望まれる。
【０００４】
なお、交換対象である二次電池及びその周辺回路等に、過放電記録（履歴）が確実な形で保存されていれば、二次電池の交換必要性等を判断し易い。
【０００５】
特許文献１には、過放電保護回路を利用して二次電池を過放電から保護する技術が記載されている。過放電保護回路が、二次電池の出力電圧に基づいて過放電を検出し、その結果をスイッチング素子に出力すると、その検出結果に基づいてスイッチング素子のオン状態とオフ状態とが切換えられる。このスイッチング素子は、二次電池の出力端子間において二次電池と直列に接続されており、上記のように過放電が検出されるとオフ状態となる。スイッチング素子がオフ状態となると、二次電池の放電が禁止され、二次電池が過放電から保護される。更に、特許文献１に記載の二次電池は、放電禁止後、二次電池の出力電圧が回復すれば、再び放電を開始できるように構成されている。そして、二次電池の放電禁止及び放電再開が繰り返されることによって、使用者が二次電池の過放電状態を把握できるように構成されている。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、二次電池及びその周辺回路等において過放電履歴が残らない。そのため、過放電事後が起こった後では、二次電池の周辺回路等に基づいて、その二次電池において過放電が発生したか否かを把握できない。もっとも、スイッチング素子が一度でもオフ状態になったことを検出し、これをメモリーに記憶して過放電の履歴を残すことも考えられるが、電子的記憶は信頼性に乏しく、何らかの原因でシステムへの電力供給が途絶えた場合などには電子的記憶が失われることもある。
【０００７】
また、特許文献１に記載の技術は、例えば、過放電した場合であっても放電を停止できない電源（例えば、バックアップ用電源）には、適用できない。つまり、特許文献１に記載の技術では、過放電が発生したことを、負荷に対する二次電池の放電を停止させることなく使用者に報知できない。
【０００８】
なお、特許文献２には、二次電池の過放電履歴ではないものの、制御装置内の熱履歴を、電流ヒューズを利用して記録する技術が記載されている。しかしながら、電流ヒューズの溶断時間は、長くて数百ミリ秒程度である。そのため、電流ヒューズを使用したものでは、万一、例えば外部ノイズに起因してスイッチング素子が短時間でも誤作動した場合（回路が誤検出した場合）には、直ちに溶断してしまうため、履歴記録の信頼性を十分に高めることができない。
【０００９】
なお、電流ヒューズであっても、定格電流以上でありかつ溶断電流以下での使用であれば、溶断時間を長くすることは可能である。しかしながら、１秒以上の長い溶断時間を精度よく制御することは難しく、そのため、電流ヒューズを用いると、実使用上の機能を保証することは困難となる。
【００１０】
また、電流ヒューズを溶断させるためには、通常は、１Ａ以上の電流を流す必要がある。そのため、過放電している二次電池からは、ヒューズを溶断するために必要な電流を供給することが難しい場合がある（例えば、小容量の二次電池を使用する場合）。また、１Ａ以上の電流を流すためのプリント基板回路パターンが大がかりになってしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００７−１０４８７６号公報
【特許文献２】特開２００８−３０５２８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、二次電池における過放電等の異常履歴を、簡便な構成で確実に記録でき、かつ確実に保持できる二次電池の異常履歴保持装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る二次電池の異常履歴保持装置は、二次電池の出力に基づいて前記二次電池の異常を検出し、その検出結果を出力する異常検出回路と、前記検出結果に応じて導通するスイッチング素子と、前記スイッチング素子が導通した時に、前記二次電池から放電電流が流れる発熱素子と、前記発熱素子から熱を受けて溶断される温度ヒューズと、を備えることを特徴とする。
【００１４】
本発明の異常履歴保持装置において、異常検出回路が、二次電池の出力に基づいて前記二次電池の異常を検出すると、その検出結果がスイッチング素子へ出力される。その検出結果に応じてスイッチング素子は導通（ターンオン）する。導通後、発熱素子に前記二次電池から放電電流が流れて前記発熱素子が発熱する。そして、温度ヒューズは、前記発熱素子からの熱を受けて溶断される。
【００１５】
本発明の異常履歴保持装置によれば、二次電池の異常履歴を、温度ヒューズの溶断という簡便な方法によって確実に記録でき、かつ保持できる。また、温度ヒューズを使用しているから、仮にスイッチング素子がパルス的に導通するような誤作動を発生させたとしても、温度ヒューズは直ちに溶断せず、誤った履歴が記録されてしまうことはない。なお、二次電池の異常としては、例えば、過放電、過電圧、逆接続等の不正使用等が挙げられる。
【００１６】
前記異常履歴保持装置において、前記異常検出回路は、例えば、前記二次電池の出力電圧に基づいて前記二次電池の過放電を検出し、その検出結果を出力する過放電検出回路からなる。前記異常履歴保持装置がこのような構成であれば、二次電池の過放電履歴を、温度ヒューズの溶断という簡便な方法によって確実に記録できかつ保持できる。
【００１７】
前記異常履歴保持装置において、前記温度ヒューズの溶断を検出して外部へ報知する溶断検出回路を設けることが好ましい。これにより使用者に対して、二次電池における過放電等の異常を報知できる。
【００１８】
前記異常履歴保持装置において、温度ヒューズは二次電池からの熱的影響を抑えて設けられることが好ましい。そうすると、二次電池の温度上昇によって誤った履歴が記録されてしまうこともなく、総じて、異常履歴の記録の信頼性を高くすることができる。
【００１９】
前記異常履歴保持装置において、前記温度ヒューズと前記二次電池とが互いに接触しないように離れて配置されることが好ましい。前記異常履歴保持装置がこのような構成であれば、前記温度ヒューズは、前記二次電池から発せられた熱を受けて溶断されることが抑制される。
【００２０】
前記異常履歴保持装置において、前記温度ヒューズが基板上に実装され、前記基板が二次電池との間に隙間が形成されるように配置されることが好ましい。前記異常履歴保持装置がこのような構成であれば、前記二次電池と前記温度ヒューズが実装された基板との間に隙間が設けられるため熱が伝わり難くなり、その結果、前記温度ヒューズが前記二次電池から発せられた熱を受けて溶断されることが抑制される。
【００２１】
なお、温度ヒューズを二次電池からの熱的影響を抑えて設けるためには、上記のように、温度ヒューズが二次電池に直接に接触しないように配置してもよく、或いは二次電池との間に断熱材を介するように配置してもよく、要は、二次電池からの熱がスイッチング素子の導通時に発熱する発熱素子からの熱による温度ヒューズの溶断に影響を与えないように配置すればよい。
【００２２】
前記異常履歴保持装置は、前記二次電池の周囲温度低下に応じて、前記温度ヒューズの溶断時間が長くなることが好ましい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る二次電池の異常履歴保持装置によれば、二次電池における過放電等の異常履歴を、簡便な構成で確実に記録でき、かつ確実に保持できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】第１実施形態に係る異常履歴保持装置の構成を表すブロック図
【図２】電池パックを示す斜視図
【図３】図２に示される電池パックの側面図
【図４】基板上に温度ヒューズ等が実装された異常履歴保持装置の一部分を模式的に表した平面図
【図５】第２実施形態に係る異常履歴保持装置の構成を表すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００２５】
＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態に係る二次電池の異常履歴保持装置を、図１を参照しつつ説明する。図１に示される異常履歴保持装置１は、４個の単位二次電池（セル）Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３及びＥ４が直列接続してなる組電池（二次電池）Ｅ０の過放電履歴を記録し、保持する装置である。異常履歴保持装置１は、図１に示されるように、主として、過放電検出回路（異常検出回路）２、第１スイッチング素子Ｓ１、発熱素子３及び温度ヒューズ４を備える。本実施形態の異常履歴保持装置１は、更に、第２スイッチング素子Ｓ２、第３スイッチング素子Ｓ３及び第４スイッチング素子Ｓ４を備える。なお、本実施形態の組電池Ｅ０は、配線Ｌ２０を利用して負荷に接続されている。組電池Ｅ０の各単位二次電池Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３及びＥ４は、リチウムイオン電池からなる。
【００２６】
本実施形態の異常履歴保持装置１には、４個の過放電検出回路２ａ、２ｂ、２ｃ及び２ｄが設けられており、各過放電検出回路２ａ、２ｂ、２ｃ及び２ｄが、組電池Ｅ０の各単位二次電池Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３及びＥ４に対して、それぞれ並列接続されている。本実施形態において各過放電検出回路２ａ、２ｂ、２ｃ及び２ｄは、それぞれ対応する各単位二次電池Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３及びＥ４の出力電圧を検出する。つまり、過放電検出回路２ａは、単位二次電池Ｅ１の出力電圧Ｖ１を検出し、過放電検出回路２ｂは、単位二次電池Ｅ２の出力電圧Ｖ２を検出し、過放電検出回路２ｃは、単位二次電池Ｅ１の出力電圧Ｖ３を検出し、過放電検出回路２ｄは、単位二次電池Ｅ４の出力電圧Ｖ４を検出する。
【００２７】
各過放電検出回路２には、それぞれ１個ずつ第４スイッチング素子Ｓ４が接続されている。この第４スイッチング素子Ｓ４は、過放電検出回路２によってオン状態とオフ状態とが切換えられるように構成されている。過放電検出回路２は、検出された出力電圧Ｖが、予め設定されている許容電圧Ｖｘよりも小さい場合（即ち、過放電が発生している場合）に、常時はオフ状態にある第４スイッチング素子Ｓ４をオン状態に切換える。
【００２８】
具体的には、過放電検出回路２ａは、単位二次電池Ｅ１の出力電圧Ｖ１が許容電圧Ｖｘよりも小さい場合に、第４スイッチング素子Ｓ４ａをオン状態にする。過放電検出回路２ｂは、単位二次電池Ｅ２の出力電圧Ｖ２が許容電圧Ｖｘよりも小さい場合に、第４スイッチング素子Ｓ４ｂをオン状態にする。過放電検出回路２ｃは、単位二次電池Ｅ３の出力電圧Ｖ３が許容電圧Ｖｘよりも小さい場合に、第４スイッチング素子Ｓ４ｃをオン状態にする。過放電検出回路２ｄは、単位二次電池Ｅ４の出力電圧Ｖ４が許容電圧Ｖｘよりも小さい場合に、第４スイッチング素子Ｓ４ｄをオン状態にする。なお、検出された出力電圧Ｖが許容電圧Ｖｘ以上の場合、第４スイッチング素子Ｓ４はオフ状態のまま維持される。
【００２９】
過放電検出回路２は、汎用のディスクリート部品から構成されても良いし、ＣＰＵ、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ‐Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）等を備える構成であってもよい。
【００３０】
本実施形態の第４スイッチング素子Ｓ４は、所定のバイアス抵抗等が接続されたＰＮＰトランジスタからなる。各スイッチング素子Ｓ４のコレクタＣ側は、一本の信号線にまとめられ、第３スイッチング素子Ｓ３のベースＢに接続されている。
【００３１】
第３スイッチング素子Ｓ３は、所定のバイアス抵抗等が接続されたＮＰＮトランジスタからなる。この第３スイッチング素子のエミッタＥ側は、組電池Ｅ０の負極に接続されている。そして第３スイッチング素子Ｓ３のコレクタＣ側は、第２スイッチング素子Ｓ２のベースＢに接続されている。第３スイッチング素子Ｓ３は、そのベースＢから入力される信号に基づいて、オン状態とオフ状態とが切換えられる。本実施形態において、第３スイッチング素子は、４個の単位二次電池Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３及びＥ４のうち、少なくとも１つの単位二次電池において過放電が発生すれば、第３スイッチング素子がオフ状態からオン状態へ切換えられるように構成されている。
【００３２】
第２スイッチング素子Ｓ２は、所定のバイアス抵抗等が接続されたＰＮＰトランジスタからなる。第２スイッチング素子Ｓ２のエミッタＥ側は、配線Ｌ２を介して、組電池Ｅ０の正極（単位二次電池Ｅ１の正極）と繋がった配線Ｌ１に接続されている。また、第２スイッチング素子Ｓ２のコレクタＣ側は、第１スイッチング素子Ｓ１のベースＢに接続されている。第２スイッチング素子Ｓ２は、そのベースＢから入力される信号に基づいて、オン状態とオフ状態とが切換えられる。本実施形態において、第２スイッチング素子Ｓ２は、第３スイッチング素子Ｓ３がオン状態になると、それに連動してオン状態となる。
【００３３】
第１スイッチング素子Ｓ１は、所定のバイアス抵抗等が接続されたＮＰＮトランジスタからなる。第１スイッチング素子Ｓ１のコレクタＣ側は、配線Ｌ３を介して前記配線Ｌ１に接続されている。そして、第１スイッチング素子Ｓ１のエミッタＥ側は、接地されている。第１スイッチング素子Ｓ１は、そのベースＢから入力される信号に基づいて、オン状態とオフ状態とが切換えられる。本実施形態において、第１スイッチング素子Ｓ１は、第２スイッチング素子Ｓ２がオン状態になると、それに連動してオン状態となる。
【００３４】
第１スイッチング素子Ｓ１は、要するに、４個の単位二次電池Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３及びＥ４のうち、少なくとも１つの単位二次電池において過放電が発生すれば、導通（ターンオン）するように構成されている。なお、この第１スイッチング素子が、本発明の「スイッチング素子」に相当する。
【００３５】
発熱素子３は、前記配線Ｌ３上に設けられた所定の抵抗値を有する電気抵抗器である。そして、この発熱素子３の近傍であり、配線Ｌ１及び配線Ｌ３の接点Ｐから延長された配線Ｌ４上に、温度ヒューズ４が設けられている。この温度ヒューズ４は、各単位二次電池Ｅ１ないしＥ４の電池ケースから離して設けてあり、これにより各単位二次電池Ｅ１ないしＥ４からの熱の影響を抑える、すなわち組電池Ｅ０の通常運転時（充放電を含む）の発熱によって溶断することがないようにしてある。温度ヒューズ４は、発熱素子３から発せられた熱を受けると、所定時間Ｔ後に溶断される。この時間（溶断時間）Ｔは、温度ヒューズ４に使用される材料（合金）、発熱素子４の電気抵抗値、発熱素子４と温度ヒューズとの距離等の諸条件を適宜、設定すれば調整できる。溶断時間Ｔは、通常、数秒ないし数十秒に調整可能である。なお、本実施形態の温度ヒューズ４は、それ自身に流れる電流によって発熱して溶断されるものではない。
【００３６】
配線Ｌ４の一端には、溶断検出回路５が接続されている。この溶断検出回路５は、温度ヒューズ４が溶断していない状態ではその入力端子５ａに組電池Ｅ０の出力電圧が印加され、温度ヒューズ４が溶断した場合には、その電圧が印加されなくなることに基づいて、温度ヒューズ４の溶断を検出する。また、溶断検出回路５は、ＬＥＤ等の発光素子（不図示）を備え、発光素子の点灯によって使用者に異常（過放電）を報知する。
【００３７】
以下、図１を参照しつつ、組電池Ｅ０において過放電が発生した場合の異常履歴保持装置１の動作を説明する。組電池Ｅ０が過放電状態に陥ると、各単位二次電池Ｅ１ないしＥ４の出力電圧は低下してゆく。そして、各単位二次電池Ｅ１ないしＥ４のいずれかにおいて、出力電圧が許容電圧Ｖｘよりも小さくなる。例えば、過放電検出回路２ｂによって検出される単位二次電池Ｅ２の出力電圧Ｖ２が、許容電圧Ｖｘよりも小さくなったとすると、過放電検出回路２ｂは、その検出結果に応じて第４スイッチング素子Ｓ４ｂのベース電圧を低下させる信号を出力し、第４スイッチング素子Ｓ４ｂをオフ状態からオン状態に切換える。
【００３８】
第４スイッチング素子Ｓ４ｂがオン状態になると、それに連動して、第３スイッチング素子Ｓ３がオフ状態からオン状態に切換る。そして、第３スイッチング素子Ｓ３がオン状態になると、それに連動して、第２スイッチング素子Ｓ２がオフ状態からオン状態に切換る。更に、第２スイッチング素子Ｓ２がオン状態になると、それに連動して、第１スイッチング素子Ｓ１がオフ状態からオン状態に切換る。
【００３９】
このようにして第１スイッチング素子Ｓ１がオン状態になると、配線Ｌ３上の発熱素子３に、組電池Ｅ０からの放電電流Ｉ１が流れるようになる。すると発熱素子３においてジュール熱が発生し、その近傍に配置する温度ヒューズ４に熱が伝わる。温度ヒューズ４は、発熱素子３から熱を受けると、徐々に温度が高くなり、その温度が融点（ヒューズ合金の融点）に達すると、溶断される。温度ヒューズ４は、一旦、溶断されると元の繋がった状態には戻らない。そのため、組電池Ｅ０において発生した過放電の記録は、溶断された温度ヒューズ４によって確実に異常履歴保持装置１に残される、温度ヒューズ４の状態を外部から観察することにより異常（過放電）があったことを確認することができる。
【００４０】
なお、本実施形態の異常履歴保持装置１では、配線Ｌ４の一端に溶断検出回路５が接続されているため、入力端子５ａに組電池Ｅ０の出力電圧が印加されなくなることに基づいて、温度ヒューズ４の溶断が検出される。使用者は、この検出結果（溶断報知信号）に基づいて、組電池Ｅ０の過放電を把握できる。
【００４１】
ところで、二次電池は、一般的に低温環境下では、その内部抵抗が高くなり、過放電状態ではなくても、大電流放電時に一時的に許容電圧を下回る程に大きく電圧降下する場合がある。このような電圧降下は、二次電池の起動時等に発生する一時的な現象であり、通常は、二次電池が発熱して暖まると解消される。
【００４２】
一方、異常履歴保持装置１の温度ヒューズ４は、低温環境下では、その溶断時間が、常温時（例えば、２５℃）のものと比べて長くなる。そのため、上記のような過放電によらない大きな電圧降下が発生し、温度ヒューズ４が発熱素子３によって加熱され始めても、通常は、温度ヒューズ４が溶断される前に、前記電圧降下が解消される。そのため、異常履歴保持装置１は、上記のような電圧降下を誤検出することが抑制される。
【００４３】
なお、本明細書において、異常履歴保持装置と共に組電池（二次電池）を含んだ構成を、電池パックと称する。本実施形態の場合、異常履歴保持装置１及び組電池Ｅ０を含んだ構成が、電池パックとなる。
【００４４】
ここで、図２ないし図４を参照しつつ、異常履歴保持装置１を備える電池パックについて説明する。
【００４５】
図２に示されるように、電池パック１００は、発熱素子、温度ヒューズ等が基板１０上に実装されたものからなる異常履歴保持装置１と、４個の単位二次電池Ｅ１ないしＥ４が直列接続されてなる組電池Ｅ０とを備える。本実施形態における組電池Ｅ０の外観形状は略直方体であり、同じ大きさの各単位二次電池Ｅ１ないしＥ４が積層されたものからなる。各単位二次電池Ｅ１ないしＥ４の外観形状も略直方体であり、各単位二次電池の各端面が、互いに同一平面上に配置されるように各単位二次電池Ｅ１ないしＥ４が並べられている。なお、電池パック１００は、外観形状が略直方体のケーシング３０内に収納されている。
【００４６】
図３に示されるように、異常履歴保持装置１の基板１０と、組電池Ｅ０とは、互いに接触しないように離れて配置されている。異常履歴保持装置１の基板１０は、少なくともその下面１２が、組電池Ｅ０の上面４１と直に接触しないように配置されている。このようにして、基板１０と、組電池Ｅ０との間には、隙間Ｄが積極的に設けられている。なお、基板１０は、その側端面と、組電池Ｅ０の側端面との間を結ぶ支持部材（不図示）によって、上記のように下面１２が組電池Ｅ０の上面４１と接触しないように（隙間Ｄを保つように）固定されている。
【００４７】
図４に示されるように、異常履歴保持装置１の発熱素子３及び温度ヒューズ４は、互いに近接するように基板１０上（上面１１）に実装されている。このように発熱素子３を、温度ヒューズ４に近接配置することによって、発熱素子３の熱を温度ヒューズ４に伝え易くしている。なお、図４に示されるように、基板１０の縁側に、単位二次電池の出力電圧を検出するためのコネクタ１５が配置されている。
【００４８】
組電池（二次電池）Ｅ０は、充放電時に発熱する。そのため、組電池Ｅ０から発せられた熱が、基板１０等を伝って基板１０上に実装されている温度ヒューズ４に加えられることも考えられる。このような場合、溶断に充分な熱が温度ヒューズ４に加わってしまうと、組電池Ｅ０の過放電時以外に、温度ヒューズ４が溶断されてしまうことも考えら、異常履歴保持装置１としては好ましくない。そのため、図３等に示されるように、温度ヒューズ４が実装された基板１０と、組電池Ｅ０との間に積極的に隙間Ｄを設けて、組電池Ｅ０から基板１０上の温度ヒューズ４へ熱が伝わり難く（熱伝導率を低く）することが好ましい。なお、隙間Ｄの距離等は、目的に応じて適宜調整すればよい。また、隙間Ｄ内に断熱材を介在させてもよい。
【００４９】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る二次電池の異常履歴保持装置を、図５を参照しつつ説明する。図５に示される異常履歴保持装置１Ａの基本的な構成は、図１に示される第１実施形態の異常履歴保持装置１のものと同様である。そのため、同一構成については同一符号を付し、それらの説明を省略する。本実施形態の異常履歴保持装置１Ａは、上記異常履歴保持装置１と比べて、配線Ｌ１上に温度ヒューズ４（４ｂ）を更に備えている点が異なっている。以下、この点を中心に本実施形態の異常履歴保持装置１Ａを説明する。
【００５０】
本実施形態の異常履歴保持装置１Ａは、２個の温度ヒューズ４（４ａ及び４ｂ）を備えている。温度ヒューズ４ｂは、配線Ｌ４上に配置されている温度ヒューズ４ａと同種のものからなる。溶断される前の温度ヒューズ４ｂは、配線Ｌ１の一部をなしている。そして、この温度ヒューズ４ｂは、温度ヒューズ４ａと同様、発熱素子３の近傍に配置されている。２個の温度ヒューズ４ａ及び４ｂは、配線Ｌ１、配線Ｌ３及び配線Ｌ４の接点Ｐを挟むように配置されている。
【００５１】
組電池Ｅ０において過放電が発生すれば、第１実施形態と同様、第１スイッチング素子Ｓ１が導通して発熱素子３に組電池Ｅからの放電電流Ｉ１が流れる。発熱素子３に放電電流Ｉ１が流れると、発熱素子３からジュール熱が発生し、それらの近傍に配置する２個の温度ヒューズ４ａ及び４ｂに熱が伝わる。所定時間経過後、各温度ヒューズ４の温度が融点（ヒューズ合金の融点）に達すると、２個の温度ヒューズ４ａ及び４ｂは、それぞれ溶断される。このようにして、本実施形態の異常履歴保持装置１Ａについても、組電池Ｅ０において発生した過放電の記録を、溶断された温度ヒューズ４によって確実に記録される。
【００５２】
また、２個の温度ヒューズ４ａ及び４ｂのうち、配線Ｌ１上の温度ヒューズ４ｂが溶断すると、配線Ｌ３上の発熱素子３に組電池Ｅからの放電電流Ｉ１が流れなくなる。つまり、温度ヒューズ４ｂの溶断によって、発熱素子３の発熱が停止される。
【００５３】
＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
【００５４】
（１）第１実施形態等では、組電池Ｅ０の各単位二次電池Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３及びＥ４に対して、それぞれ過放電検出回路（異常検出回路）２ａ、２ｂ、２ｃ及び２ｄを並列接続して、各単位二次電池の出力電圧（過放電）を検出していたが、他の実施形態においては、複数個の単位二次電池をまとめたもの（単位二次電池群）を、１個の過放電検出回路２を用いて出力電圧（過放電）を検出してもよい。そしてその検出結果を利用して、第１スイッチング素子Ｓ１を導通させ、発熱素子３の発熱、及び温度ヒューズ４の溶断を行ってもよい。なお、組電池Ｅ０全体を、１個の過放電検出回路２を用いて出力電圧（過放電）を検出し、この検出結果を利用して組電池Ｅ０の過放電を検出してもよい。
【００５５】
（２）第１実施形態等では、二次電池の過放電を検出し、その事実（履歴）を温度ヒューズ４の溶断によって記録し、保持するものであったが、他の実施形態においては、過放電以外の二次電池の異常（例えば、過放電、過電圧、逆接続等の不正使用等）を検出し、その履歴を温度ヒューズ４に溶断によって記録し、保持するものであってもよい。
【００５６】
（３）第１実施形態等では、第１スイッチング素子Ｓ１等として、ＰＮＰトランジスタ或いはＮＰＮトランジスタを使用しているが、他の実施形態においては、第１スイッチング素子Ｓ１等として、例えばＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ‐Ｏｘｉｄｅ‐Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ‐Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を利用してもよい。
【００５７】
（４）第１実施形態等では、温度ヒューズ４を配線Ｌ４（又は配線Ｌ１）上に配置したが、他の実施形態においては、少なくとも過放電の記録（履歴）保持を目的とするものであれば、温度ヒューズ４を配線上に配置しなくてもよい。つまり、第１スイッチング素子Ｓ１が導通した際に、組電池（二次電池）Ｅ０からの放電電流が、温度ヒューズ４に流れない構成（配線に接続されていたい独立した構成）であってもよい。ただし、このような場合であっても、温度ヒューズ４は、発熱素子３から熱を受けて溶断できるように、発熱素子３の近傍に配置する必要がある。
【００５８】
（５）第１実施形態等では、組電池Ｅ０の過放電を、溶断検出回路５を用いて検出していたが、他の実施形態においては、例えば、溶断検出回路５に替えて、ＬＥＤ等の発光素子を用いてもよい。つまり、温度ヒューズ４が溶断していない状態では、発光素子を発光させ、温度ヒューズ４が溶断した場合には、発光素子を消灯させることによって、組電池Ｅ０の過放電を検出してもよい。
【符号の説明】
【００５９】
１ 異常履歴保持装置
２ 過放電検出回路
３ 発熱素子
４ 温度ヒューズ
５ 溶断検出回路
Ｓ１ 第１スイッチング素子（本発明のスイッチング素子に相当）
Ｅ０ 組電池（二次電池）
Ｅ１ 単位二次電池（セル１）
Ｅ２ 単位二次電池（セル２）
Ｅ３ 単位二次電池（セル３）
Ｅ４ 単位二次電池（セル４）
Ｉ１ 組電池からの放電電流
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池の出力に基づいて前記二次電池の異常を検出し、その検出結果を出力する異常検出回路と、
前記検出結果に応じて導通するスイッチング素子と、
前記スイッチング素子が導通した時に、前記二次電池から放電電流が流れて発熱する発熱素子と、
前記発熱素子からの熱を受けて溶断される温度ヒューズと、を備える二次電池の異常履歴保持装置。
【請求項２】
前記異常検出回路は、前記二次電池の出力電圧に基づいて前記二次電池の過放電を検出し、その検出結果を出力する過放電検出回路からなる請求項１に記載の二次電池の異常履歴保持装置。
【請求項３】
温度ヒューズの溶断を検出して溶断報知信号を外部へ出力する溶断検出回路を備える請求項１又は請求項２に記載の二次電池の異常履歴保持装置。
【請求項４】
前記温度ヒューズと前記二次電池とが互いに接触しないように離れて配置される請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の二次電池の異常履歴保持装置。
【請求項５】
前記温度ヒューズが基板上に実装され、前記基板が二次電池との間に隙間が形成されるように配置される請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の二次電池の異常履歴保持装置。
【請求項６】
前記二次電池の周囲温度低下に応じて、前記温度ヒューズの溶断時間が長くなる請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の二次電池の異常履歴保持装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の異常履歴保持装置と、二次電池とを備える電池パック。
【請求項１】
二次電池の出力に基づいて前記二次電池の異常を検出し、その検出結果を出力する異常検出回路と、
前記検出結果に応じて導通するスイッチング素子と、
前記スイッチング素子が導通した時に、前記二次電池から放電電流が流れて発熱する発熱素子と、
前記発熱素子からの熱を受けて溶断される温度ヒューズと、を備える二次電池の異常履歴保持装置。
【請求項２】
前記異常検出回路は、前記二次電池の出力電圧に基づいて前記二次電池の過放電を検出し、その検出結果を出力する過放電検出回路からなる請求項１に記載の二次電池の異常履歴保持装置。
【請求項３】
温度ヒューズの溶断を検出して溶断報知信号を外部へ出力する溶断検出回路を備える請求項１又は請求項２に記載の二次電池の異常履歴保持装置。
【請求項４】
前記温度ヒューズと前記二次電池とが互いに接触しないように離れて配置される請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の二次電池の異常履歴保持装置。
【請求項５】
前記温度ヒューズが基板上に実装され、前記基板が二次電池との間に隙間が形成されるように配置される請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の二次電池の異常履歴保持装置。
【請求項６】
前記二次電池の周囲温度低下に応じて、前記温度ヒューズの溶断時間が長くなる請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の二次電池の異常履歴保持装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の異常履歴保持装置と、二次電池とを備える電池パック。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−７９５１３（Ｐ２０１２−７９５１３Ａ）
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２２７０６（Ｐ２０１０−２２２７０６）
【出願日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【出願人】（５０７１５１５２６）株式会社ＧＳユアサ (375)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【出願人】（５０７１５１５２６）株式会社ＧＳユアサ (375)
【Ｆターム（参考）】
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