(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022177335
(43)【公開日】2022-12-01
(54)【発明の名称】電源装置とこれを備える蓄電装置及び電動車両
(51)【国際特許分類】
H01M 50/20 20210101AFI20221124BHJP
H01M 50/572 20210101ALI20221124BHJP
【ＦＩ】
H01M2/10 M
H01M2/34 A
H01M2/10 S
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2019196488
(22)【出願日】2019-10-29
(71)【出願人】
【識別番号】000001889
【氏名又は名称】三洋電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100104949
【弁理士】
【氏名又は名称】豊栖 康司
(74)【代理人】
【識別番号】100074354
【弁理士】
【氏名又は名称】豊栖 康弘
(72)【発明者】
【氏名】市座 智之
(72)【発明者】
【氏名】竹内 基二
【テーマコード（参考）】
5H040
5H043
【Ｆターム（参考）】
5H040AA37
5H040AS07
5H040AY06
5H040DD09
5H040DD26
5H040NN01
5H040NN03
5H043AA04
5H043BA11
5H043CA28
5H043FA06
5H043FA22
5H043FA33
5H043FA38
5H043GA01
5H043JA03F
5H043KA37F
5H043LA02F
5H043LA11F
5H043LA21F
(57)【要約】
【課題】電源装置の水没時の安全性を確保する技術を提供する。
【解決手段】電源装置は、充電できる複数の電池１を直列に接続してなる電池ブロック１０と、電池ブロック１０を構成してなる電池１の正負の電極端子１１に接続してなる複数の電圧ライン３とを備える。電圧ライン３は、直列に接続してなる各々の電池１の正負の電極端子１１に接続されて、接続された電極端子１１と同一電位にあり、電池１の正負の電極端子１１に接続してなる電圧ライン３は、電流遮断部５を有し、電流遮断部５は、電圧ライン３に設けた絶縁隙間２６を導通してなるハンダ２７を備え、このハンダ２７を水没状態の漏れ電流で水没液に溶解して電圧ライン３の電流を遮断するようにしている。
【選択図】図１
【解決手段】電源装置は、充電できる複数の電池１を直列に接続してなる電池ブロック１０と、電池ブロック１０を構成してなる電池１の正負の電極端子１１に接続してなる複数の電圧ライン３とを備える。電圧ライン３は、直列に接続してなる各々の電池１の正負の電極端子１１に接続されて、接続された電極端子１１と同一電位にあり、電池１の正負の電極端子１１に接続してなる電圧ライン３は、電流遮断部５を有し、電流遮断部５は、電圧ライン３に設けた絶縁隙間２６を導通してなるハンダ２７を備え、このハンダ２７を水没状態の漏れ電流で水没液に溶解して電圧ライン３の電流を遮断するようにしている。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
充電できる複数の電池を直列に接続してなる電池ブロックと、
前記電池ブロックを構成してなる前記電池の正負の電極端子に接続してなる複数の電圧ラインとを備える電源装置であって、
前記電圧ラインは、
直列に接続してなる各々の前記電池の正負の前記電極端子に接続されて、接続された前記電極端子と同一電位にあり、
前記電池の正負の電極端子に接続してなる前記電圧ラインは、電流遮断部を有し、
前記電流遮断部は、
前記電圧ラインに設けた絶縁隙間を導通してなるハンダを備え、
前記ハンダが、
水没状態の漏れ電流で水没液に溶解して前記電圧ラインの電流を遮断することを特徴とする電源装置。
前記電池ブロックを構成してなる前記電池の正負の電極端子に接続してなる複数の電圧ラインとを備える電源装置であって、
前記電圧ラインは、
直列に接続してなる各々の前記電池の正負の前記電極端子に接続されて、接続された前記電極端子と同一電位にあり、
前記電池の正負の電極端子に接続してなる前記電圧ラインは、電流遮断部を有し、
前記電流遮断部は、
前記電圧ラインに設けた絶縁隙間を導通してなるハンダを備え、
前記ハンダが、
水没状態の漏れ電流で水没液に溶解して前記電圧ラインの電流を遮断することを特徴とする電源装置。
【請求項2】
請求項１に記載される電源装置であって、
前記ハンダの厚さが、
０．１ｍｍ以上であって１ｍｍ以下であることを特徴とする電源装置。
前記ハンダの厚さが、
０．１ｍｍ以上であって１ｍｍ以下であることを特徴とする電源装置。
【請求項3】
請求項１又は２に記載される電源装置であって、
前記絶縁隙間の間隔が、
０．１ｍｍ以上であって１ｍｍ以下であることを特徴とする電源装置。
前記絶縁隙間の間隔が、
０．１ｍｍ以上であって１ｍｍ以下であることを特徴とする電源装置。
【請求項4】
請求項１ないし３のいずれかに記載する電源装置であって、
前記電流遮断部が、
絶縁基板の表面に、前記絶縁隙間を介して配置してなる対向電極を備え、
前記対向電極を前記ハンダでブリッジ状態に接続してなることを特徴とする電源装置。
前記電流遮断部が、
絶縁基板の表面に、前記絶縁隙間を介して配置してなる対向電極を備え、
前記対向電極を前記ハンダでブリッジ状態に接続してなることを特徴とする電源装置。
【請求項5】
請求項４に記載する電源装置であって、
前記対向電極の面積が、
１ｍｍ２以上であって１０ｍｍ２以下であることを特徴とする電源装置。
前記対向電極の面積が、
１ｍｍ２以上であって１０ｍｍ２以下であることを特徴とする電源装置。
【請求項6】
請求項１ないし５のいずれかに記載する電源装置であって、
前記絶縁隙間が、
スリットであることを特徴とする電源装置。
前記絶縁隙間が、
スリットであることを特徴とする電源装置。
【請求項7】
請求項１ないし６のいずれかに記載する電源装置であって、
前記電流遮断部が、
ハンダの電位よりもマイナス電位の電圧ラインを、プラス電位の電圧ラインよりも接近して配置されてなることを特徴とする電源装置。
前記電流遮断部が、
ハンダの電位よりもマイナス電位の電圧ラインを、プラス電位の電圧ラインよりも接近して配置されてなることを特徴とする電源装置。
【請求項8】
請求項１ないし７のいずれかに記載の電源装置を備える蓄電装置であって、
前記電源装置と、
前記電源装置への充放電を制御する電源コントローラと
を備えており、
前記電源コントローラでもって、外部からの電力により前記電池セルへの充電を可能とすると共に、該電池セルに対し充電を行うよう制御することを特徴とする蓄電装置。
前記電源装置と、
前記電源装置への充放電を制御する電源コントローラと
を備えており、
前記電源コントローラでもって、外部からの電力により前記電池セルへの充電を可能とすると共に、該電池セルに対し充電を行うよう制御することを特徴とする蓄電装置。
【請求項9】
請求項１ないし７のいずれかに記載の電源装置を備える電動車両であって、
前記電源装置と、
前記電源装置から電力供給される走行用のモータと、
前記電源装置及び前記モータを搭載してなる車両本体と、
前記モータで駆動されて前記車両本体を走行させる車輪と
を備えることを特徴とする電動車両。
前記電源装置と、
前記電源装置から電力供給される走行用のモータと、
前記電源装置及び前記モータを搭載してなる車両本体と、
前記モータで駆動されて前記車両本体を走行させる車輪と
を備えることを特徴とする電動車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電源装置と、この電源装置を備える蓄電装置及び電動車両に関する。
【背景技術】
【0002】
充放電できる電池を直列に接続した充放電容量の大きい電源装置は、太陽光発電や風力発電等の自然エネルギーの発電装置や深夜電力の蓄電装置に使用され、また、車両を走行させるモータに電力を供給する電動車両の電源装置として使用されている。この電源装置は、多数の電池を直列に接続して出力電圧を高くしているが、あらゆる使用環境において高い安全性が要求され、特に水没する状態においても、高い安全性が要求される。複数の電池を直列に接続している電源装置は、直列接続する電池の個数が増加するに従って出力電圧が高くなるので、水没して流れる漏れ電流による安全性を確保する対策を必要とする。
【0003】
さらに、複数の電池を直列に接続している電源装置は、各々の電池の状態を管理するために、各電池の電圧を検出している。（特許文献１）
特許文献１の電源装置は、各電池を長期にわたって安全に使用し、また、劣化を少なくするために、各電池の電圧を検出し、検出電圧で電池の状態を判定しながら充放電をコントロールしている。この電源装置は、例えば電池の電圧を、電圧検出回路等の電子回路で検出して監視し、電圧が一定の範囲を超えると充放電の電流値を制限したり、充放電を停止して電池を保護している。この電源装置は、直列に接続している電池の正負の電極端子に電圧ラインを接続して、この電圧ラインを介して電池を電圧検出回路に接続している。
特許文献１の電源装置は、各電池を長期にわたって安全に使用し、また、劣化を少なくするために、各電池の電圧を検出し、検出電圧で電池の状態を判定しながら充放電をコントロールしている。この電源装置は、例えば電池の電圧を、電圧検出回路等の電子回路で検出して監視し、電圧が一定の範囲を超えると充放電の電流値を制限したり、充放電を停止して電池を保護している。この電源装置は、直列に接続している電池の正負の電極端子に電圧ラインを接続して、この電圧ラインを介して電池を電圧検出回路に接続している。
【0004】
電圧ラインは、電池の電極端子に接続されて電池電圧と同一電圧となっているので、電源装置が水没すると漏れ電流が流れ、この漏れ電流のジュール熱で発熱して安全性を低下させる原因となる。
【0005】
この弊害を防止するために、水没状態での安全性を確保するための電源装置は開発されている。（特許文献２参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開２０１５－１８７９１５号公報
【特許文献2】特開２０１２－１７６６６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
特許文献２の公報に記載される水没対策の電源装置は、密閉ケースの上部に空気溜まりができる構造として、ここに電池を収納している。この密閉ケースは、下部を開口して引出線を配線して上部を密閉するので、水没状態で内部の空気が上部に溜まり、この部分に電池を配置して、電池を水没から防止できる。この構造の電源装置は、空気溜まりを設けて、ここに電池や電圧ラインを配置することで、防水絶縁構造を実現できるが、この構造では電源装置全体が大きく、重くなる欠点がある。また、電源装置が転倒する状態で防水絶縁構造を実現できない欠点もある。電源装置が水没する状態は、種々の状態で発生し、たとえば、蓄電装置や電動車両の電源装置にあっては、地震による津波や台風による高潮等で導電性の高い海水が浸入して水没することがあり、さらに電動車両は海中に落下して水没することがある。
【0008】
本発明は、さらに以上の欠点を解決するためになされたものである。本発明の目的の一は水没時の安全性を確保する電源装置と、この電源装置を備える蓄電装置及び電動車両を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明のある態様に係る電源装置は、充電できる複数の電池を直列に接続してなる電池ブロックと、電池ブロックを構成してなる電池の正負の電極端子に接続してなる複数の電圧ラインとを備える。電圧ラインは、直列に接続してなる各々の電池の正負の電極端子に接続されて、接続された電極端子と同一電位にあり、電池の正負の電極端子に接続してなる電圧ラインは、電流遮断部を有し、電流遮断部は、電圧ラインに設けた絶縁隙間を導通してなるハンダを備え、このハンダを水没状態の漏れ電流で水没液に溶解して電圧ラインの電流を遮断するようにしている。
【0010】
本発明のある態様に係る蓄電装置は、上記電源装置と、電源装置への充放電を制御する電源コントローラとを備えて、電源コントローラでもって、外部からの電力により電池セルへの充電を可能とすると共に、電池セルに対し充電を行うよう制御している。
【0011】
本発明のある態様に係る電動車両は、上記電源装置と、電源装置から電力供給される走行用のモータと、電源装置及びモータを搭載してなる車両本体と、モータで駆動されて車両本体を走行させる車輪とを備えている。
【発明の効果】
【0012】
以上の電源装置は、水没時の安全性の低下を防止できる特徴がある。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】本発明の一実施形態に係る電源装置の概略ブロック図である。
【図4】エンジンとモータで走行するハイブリッド車に電源装置を搭載する例を示すブロック図である。
【図5】モータのみで走行する電気自動車に電源装置を搭載する例を示すブロック図である。
【図6】蓄電用の電源装置に適用する例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
本発明の実施形態は、以下の構成によって特定されてもよい。
本発明の第１の実施形態の電源装置は、充電できる複数の電池を直列に接続してなる電池ブロックと、電池ブロックを構成してなる電池の正負の電極端子に接続してなる複数の電圧ラインとを備える。電圧ラインは、直列に接続してなる各々の電池の正負の電極端子に接続されて、接続された電極端子と同一電位にあり、電池の正負の電極端子に接続してなる電圧ラインは、電流遮断部を有し、電流遮断部は、電圧ラインに設けた絶縁隙間を導通してなるハンダを備え、このハンダを水没状態の漏れ電流で水没液に溶解して電圧ラインの電流を遮断するようにしている。
本発明の第１の実施形態の電源装置は、充電できる複数の電池を直列に接続してなる電池ブロックと、電池ブロックを構成してなる電池の正負の電極端子に接続してなる複数の電圧ラインとを備える。電圧ラインは、直列に接続してなる各々の電池の正負の電極端子に接続されて、接続された電極端子と同一電位にあり、電池の正負の電極端子に接続してなる電圧ラインは、電流遮断部を有し、電流遮断部は、電圧ラインに設けた絶縁隙間を導通してなるハンダを備え、このハンダを水没状態の漏れ電流で水没液に溶解して電圧ラインの電流を遮断するようにしている。
【0015】
以上の電源装置は、電圧ラインに電流遮断部を設けると共に、この電流遮断部を、水没して流れる漏れ電流で水没液に溶解するハンダとするので、水没するとハンダが水没液に溶解されて電流を遮断する。この電源装置は、水没するとハンダが溶断して電圧ラインの電流を遮断して安全性を向上できる。とくに、以上の電源装置は、電流遮断部のハンダを、電圧ラインを接続している電池の電圧による漏れ電流で溶断できるので、水没時にはハンダを溶解して電源を瞬断できる特長がある。
【0016】
電源装置は、電圧ラインに電流ヒューズを設け、この電流ヒューズを電圧ラインの漏れ電流で溶断して電流を遮断できるが、電源ラインに設けた電流ヒューズは、確実に安定して水没状態で電流を遮断するのが難しい。それは、水没状態で電流ヒューズの表面にバイパス電流が流れて、このバイパス電流が電流ヒューズの溶断電流を分流して減少させるからである。とくに、電源装置が導電率の高い水に水没されると、電流ヒューズのバイパス電流が導電率の高い水で増加して電流ヒューズの溶断を阻害する。電源装置は、導電率の高い水に水没すると漏れ電流が大きくなって安全性が低下するので、この状態で確実に電圧ラインの電流を遮断することは特に大切である。したがって、導電率の高い水に水没した状態で電流ヒューズを確実に溶断することは、極めて大切である。
【0017】
以上の電源装置は、水没状態の漏れ電流で水没液に溶解するハンダを電流遮断部とするので、高い導電率の水に水没すると、漏れ電流が大きくなってハンダは速やかに水没液に溶解されて電流を遮断する。このため、電源装置が導電率の高い水に水没されても高い安全性を確保する。
【0018】
本発明の第２の実施態様の電源装置は、ハンダの厚さを、０．１ｍｍ以上であって１ｍｍ以下としている。この電源装置は、ハンダの膜厚を１ｍｍ以下と薄くするので水没状態でハンダを速やかに溶解して電流を遮断できる特徴がある。
【0019】
本発明の第３の実施態様の電源装置は、絶縁隙間の間隔を、０．１ｍｍ以上であって１ｍｍ以下としている。
【0020】
本発明の第４の実施態様の電源装置は、電流遮断部が、絶縁基板の表面に、絶縁隙間を介して配置してなる対向電極を備え、対向電極をハンダでブリッジ状態に接続している。
【0021】
本発明の第５の実施態様の電源装置は、対向電極の面積を、１ｍｍ２以上であって１０ｍｍ２以下としている。
【0022】
本発明の第６の実施態様の電源装置は、絶縁隙間をスリットとしている。
【0023】
本発明の第７の実施態様の電源装置は、電流遮断部が、ハンダの電位よりもマイナス電位の電圧ラインを、プラス電位の電圧ラインよりも接近して配置して配置している。
【0024】
この電源装置は、ハンダを速やかに水没液に溶解して電流を遮断できる特徴がある。それは、接近して配置しているマイナス電位の電圧ラインとハンダとの間に漏れ電流が流れて、この漏れ電流がハンダを水没液に溶解し、溶解されたハンダをマイナス電位の電圧ラインに強制的に移動させるからである。
【0025】
以下、図面に基づいて本発明を詳細に説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、及びそれらの用語を含む別の用語）を用いるが、それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が制限されるものではない。また、複数の図面に表れる同一符号の部分は同一もしくは同等の部分又は部材を示す。
さらに、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想の具体例を示すものであって、本発明を以下に限定するものではない。また、以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、例示することを意図したものである。また、一の実施の形態、実施例において説明する内容は、他の実施の形態、実施例にも適用可能である。また、図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため、誇張していることがある。
さらに、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想の具体例を示すものであって、本発明を以下に限定するものではない。また、以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、例示することを意図したものである。また、一の実施の形態、実施例において説明する内容は、他の実施の形態、実施例にも適用可能である。また、図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため、誇張していることがある。
【0026】
（実施の形態１）
電源装置は、自然エネルギーや深夜電力の蓄電装置や車載用の電源装置の例を示している。具体的には、この電源装置は、主として蓄電装置、ハイブリッド車や電気自動車等の電動車両の走行モータに電力を供給する電源、無停電電源装置などに使用される。ただ、本発明の電源装置は、蓄電装置、電動車両、無停電電源装置以外の電源、例えば大出力が要求される他の用途にも使用できる。電動車両に搭載される電源装置は、車両に浸水して水没することがあり、また、蓄電装置や無停電装置の電源装置は、集中豪雨などで建物内に浸水して水没することがある。電源装置が水没する最大の原因は集中豪雨による。集中豪雨による水没は、水面レベルが地面から次第に上昇して電源装置が浸水する状態で発生する。
電源装置は、自然エネルギーや深夜電力の蓄電装置や車載用の電源装置の例を示している。具体的には、この電源装置は、主として蓄電装置、ハイブリッド車や電気自動車等の電動車両の走行モータに電力を供給する電源、無停電電源装置などに使用される。ただ、本発明の電源装置は、蓄電装置、電動車両、無停電電源装置以外の電源、例えば大出力が要求される他の用途にも使用できる。電動車両に搭載される電源装置は、車両に浸水して水没することがあり、また、蓄電装置や無停電装置の電源装置は、集中豪雨などで建物内に浸水して水没することがある。電源装置が水没する最大の原因は集中豪雨による。集中豪雨による水没は、水面レベルが地面から次第に上昇して電源装置が浸水する状態で発生する。
【0027】
（電源装置１００）
図１の概略ブロック図に示す電源装置１００は、充電できる複数の電池１を直列に接続して電池ブロック１０とし、この電池ブロック１０を構成している各々の電池１の電極端子１１に電圧ライン３を接続している。直列接続している電池１は、全ての電池１の電圧を検出するように電圧ライン３を接続している。図１の電池ブロック１０は、複数の電池１を積層して、隣接して積層している電池１をバスバー１２で直列に接続している。バスバー１２は、隣接して積層している電池１の正負の電極端子１１に接続されて、電池１を直列に接続している。電源装置１００は、隣接電池１を直列に接続している全てのバスバー１２と、電池ブロック１０の両端面に配置されて出力端子１３に接続される電極端子１１とに電圧ライン３を接続している。この電源装置１００は、電圧ライン３を介して全ての電池１の電圧を検出できる。電源装置１００は、電圧ライン３を介して各々の電池１を電圧検出回路２０に接続している。この電源装置１００は、電圧検出回路２０で各々の電池１の電圧を検出して、電池１の電圧をコントロールしながら充放電できる。
図１の概略ブロック図に示す電源装置１００は、充電できる複数の電池１を直列に接続して電池ブロック１０とし、この電池ブロック１０を構成している各々の電池１の電極端子１１に電圧ライン３を接続している。直列接続している電池１は、全ての電池１の電圧を検出するように電圧ライン３を接続している。図１の電池ブロック１０は、複数の電池１を積層して、隣接して積層している電池１をバスバー１２で直列に接続している。バスバー１２は、隣接して積層している電池１の正負の電極端子１１に接続されて、電池１を直列に接続している。電源装置１００は、隣接電池１を直列に接続している全てのバスバー１２と、電池ブロック１０の両端面に配置されて出力端子１３に接続される電極端子１１とに電圧ライン３を接続している。この電源装置１００は、電圧ライン３を介して全ての電池１の電圧を検出できる。電源装置１００は、電圧ライン３を介して各々の電池１を電圧検出回路２０に接続している。この電源装置１００は、電圧検出回路２０で各々の電池１の電圧を検出して、電池１の電圧をコントロールしながら充放電できる。
【0028】
（電圧検出回路２０）
電源装置１００は、電圧検出回路２０で電池電圧を検出して、電池１の電圧が設定範囲となるように充放電をコントロールする。電圧検出回路２０は、電池１の充放電をコントロールする制御回路（図示せず）に各々の電池電圧を出力する。制御回路は、電池１の電圧が設定範囲となるように電池１の充放電電流をコントロールする。制御回路は、電池電圧を設定範囲に保持して、電池１の過充電や過放電を防止する。この状態で充放電される電池１は、電気特性の低下が抑制されて安全性も高くなる。制御回路は、充電している電池電圧があらかじめ設定している最大電圧まで上昇すると充電電流を遮断あるいは減少し、反対に放電している電池電圧が設定している最低電圧まで低下すると、放電電流を遮断あるいは減少して、電池電圧を設定範囲に維持する。
電源装置１００は、電圧検出回路２０で電池電圧を検出して、電池１の電圧が設定範囲となるように充放電をコントロールする。電圧検出回路２０は、電池１の充放電をコントロールする制御回路（図示せず）に各々の電池電圧を出力する。制御回路は、電池１の電圧が設定範囲となるように電池１の充放電電流をコントロールする。制御回路は、電池電圧を設定範囲に保持して、電池１の過充電や過放電を防止する。この状態で充放電される電池１は、電気特性の低下が抑制されて安全性も高くなる。制御回路は、充電している電池電圧があらかじめ設定している最大電圧まで上昇すると充電電流を遮断あるいは減少し、反対に放電している電池電圧が設定している最低電圧まで低下すると、放電電流を遮断あるいは減少して、電池電圧を設定範囲に維持する。
【0029】
（電圧ライン３）
電源装置１００は、電圧ライン３を配線パターン２１とする回路基板２を電池ケース９内に配置している。回路基板２は、図１の概略図に示すように、直列に接続している電池１の積層方向に延びる細長い形状で、電圧ライン３の配線パターン２１を直列接続している電池１の電極端子１１に接続している。この図の電圧ライン３は、配線パターン２１の一端を、リード線１４を介して電池１の電極端子１１に接続している。リード線１４は、直接に電極端子１１に接続され、あるいはバスバー１２を介して電極端子１１に接続される。
電源装置１００は、電圧ライン３を配線パターン２１とする回路基板２を電池ケース９内に配置している。回路基板２は、図１の概略図に示すように、直列に接続している電池１の積層方向に延びる細長い形状で、電圧ライン３の配線パターン２１を直列接続している電池１の電極端子１１に接続している。この図の電圧ライン３は、配線パターン２１の一端を、リード線１４を介して電池１の電極端子１１に接続している。リード線１４は、直接に電極端子１１に接続され、あるいはバスバー１２を介して電極端子１１に接続される。
【0030】
配線パターン２１で構成される複数の電圧ライン３は、限られたスペースに配置して各々の電池電圧を検出するために、電池１の正負の電極端子１１の間隔よりも互いに接近して配置される近接露出部４ができる。電極端子１１よりも互いに接近する近接露出部４は、電源装置１００が水没する状態で、漏れ電流が大きくなる。電源装置１００が水没する状態で、近接露出部４の漏電抵抗が、電池１の電極端子１１間の漏電抵抗よりも小さくなるからである。近接露出部４の間隔を広くして漏れ電流を減少できるが、複数の電圧ライン３を限られたスペースに配置できなくなる。
【0031】
図１に示す回路基板２は、複数の接続ピン６ａのあるコネクタ６を固定して、接続ピン６ａに配線パターン２１を接続している。コネクタ６の接続ピン６ａは、電池１の正負の電極端子１１よりも接近して配置されるので、電圧ライン３の近接露出部４となる。接続ピン６ａの間隔を広くすると、コネクタ６が大きくなって回路基板２の限られたスペースに配置できないからである。コネクタ６の接近する接続ピン６ａは、近接露出部４となって、水没状態では導電性の水に流れる漏れ電流が大きくなる。大きな漏れ電流は、ジュール熱を大きくして過熱による種々の弊害の要因となる。発生するジュール熱の熱エネルギーが漏れ電流の二乗に比例して大きくなるからである。
【0032】
たとえば、回路基板２に近接露出部４がある電源装置１００は、水没すると近接露出部４に漏れ電流が流れる。漏れ電流は、電源装置１００が完全に水没された状態のみでなく、水没状態が解消されて回路基板２の表面に水が付着した半乾きの状態で回路基板２を発火させる等の原因となる。半乾きの状態で、回路基板２の近接露出部４に流れる漏れ電流がジュール熱で発熱して、回路基板２を炭化し、さらに炭化した回路基板２が、漏れ電流のジュール熱で発熱して発火することがあるからである。以上の弊害を防止するために、電圧ライン３は電流遮断部を設けている。電流遮断部は、水没して流れる漏れ電流で溶断される。
【0033】
（電流遮断部５）
図１及び図２に示す回路基板２は、水没して流れる漏れ電流を遮断する電流遮断部５を電圧ライン３の途中に設けている。この回路基板２は、全ての電圧ライン３に電流遮断部５を設けている。電流遮断部５は、電圧ライン３の配線パターン２１の途中に設けている。電圧ライン３の電流遮断部５は、電圧ライン３に設けた絶縁隙間２６をハンダ２７で導通している。ハンダ２７は、電源装置１００の水没状態での漏れ電流で溶解して電圧ライン３の電流を遮断する。
図１及び図２に示す回路基板２は、水没して流れる漏れ電流を遮断する電流遮断部５を電圧ライン３の途中に設けている。この回路基板２は、全ての電圧ライン３に電流遮断部５を設けている。電流遮断部５は、電圧ライン３の配線パターン２１の途中に設けている。電圧ライン３の電流遮断部５は、電圧ライン３に設けた絶縁隙間２６をハンダ２７で導通している。ハンダ２７は、電源装置１００の水没状態での漏れ電流で溶解して電圧ライン３の電流を遮断する。
【0034】
図３は、回路基板２の表面であって電圧ライン３の途中に設けている電流遮断部５の拡大平面図を示している。この図の電流遮断部５は、絶縁基板である回路基板２の表面に、絶縁隙間２６を介して一対の対向電極２５を配置している。一対の対向電極２５は、ハンダ２７でブリッジ状態に接続されて、電流遮断部５を通電状態としている。一対の対向電極２５は、スリットの絶縁隙間２６を設けて対向して配置され、回路基板２の配線パターン２１に接続されて、ハンダ２７が溶解されない状態では電流遮断部５を導通手段とする。対向電極２５と電圧ライン３の配線パターン２１は、回路基板２の表面に設けている導電膜で形成される。スリット状の絶縁隙間２６は、好ましくは０．１ｍｍ以上であって１ｍｍ以下、最適には約０．２５ｍｍとする。絶縁隙間２６が狭すぎると、ハンダ２７が溶解する状態において、絶縁隙間２６の漏電抵抗が小さくなって電流を確実に瞬断することが難しく、反対に広すぎると対向電極２５をブリッジ状態に接続するハンダ量が多くなる欠点がある。
【0035】
対向電極２５をブリッジ状態に導通するハンダ２７の膜厚は、最適には約０．３ｍｍとする。ハンダ２７の膜厚は、薄くして水没状態で速やかに電流を遮断でき、厚くして水没しない状態で小さい電気抵抗で安定して電流遮断部５を導通状態に保持できるが、薄すぎると対向電極２５を確実に安定して導通状態に保持することが難しいので、好ましくは０．１ｍｍ以上とし、さらに厚すぎると水没状態で速やかに溶解して電流を遮断できないので、１ｍｍよりも薄くする。
【0036】
一対の対向電極２５は、ハンダ２７を確実に安定して接続できるように、最適には外径を約１．５ｍｍの円形とし、直径方向にスリットの絶縁隙間２６を設けた形状とする。ただし、一対の対向電極２５は、大きくして確実にハンダ２７を接続できるので、好ましくしは、直径を１ｍｍ以上であって３ｍｍ以下の円形とする。ただし、対向電極は必ずしも円形とする必要はなく、四角形、楕円形、多角形として、例えば面積を１ｍｍ２以上であって、１０ｍｍ２以下とすることもできる。
【0037】
電流遮断部５は、電源装置１００が水没する状態で水没液にハンダ２７を溶解して電流を遮断する。水没してハンダ２７が水没液に溶解するのは、電源装置１００が水没すると、水没液を介してハンダ２７に漏れ電流が流れ、この漏れ電流がハンダ２７を水没液に溶解するからである。ハンダ２７の溶解量は、ハンダ２７の表面から水没液に流れる漏れ電流に比例して増加する。ハンダ２７の溶解量はクーロンの法則で特定される。たとえば、ハンダ２７の主成分である鉛と錫の電気化学当量（ｍｇ／クーロン）は以下の数値となる。
【0038】
２価の鉛は約１ｍｇ／クーロン
４価の鉛は約０．５ｍｇ／クーロン
２価の錫は約０．６ｍｇ／クーロン
４価の錫は約０．３ｍｇ／クーロン
４価の鉛は約０．５ｍｇ／クーロン
２価の錫は約０．６ｍｇ／クーロン
４価の錫は約０．３ｍｇ／クーロン
【0039】
鉛と錫の合金であるハンダは、電気化学当量が約０．３ｍｇ／クーロン～１ｍｇ／クーロンとなる。この電気化学当量のハンダは、１クーロンの電気量で約０．３ｍｇ～１ｍｇを溶解できる。対向電極を導通するハンダの重量を５ｍｇとすれば、このハンダは約５～１０クーロンの電気量で溶解できることになる。
【0040】
１クーロンの電気量は、１Ａの電流を１秒流した電気量に相当するので、約５～１０クーロンの電気量は、１Ａの電流が５秒～１０秒流れた電気量に相当する。したがって、水没してハンダからの漏れ電流が１Ａであると５～１０秒で全てのハンダが水没液に溶解され、漏れ電流が０．１ｍＡであると５０秒～１００秒で溶解される。電流遮断部は、全てのハンダを溶解して電流が遮断されるのではなく、対向電極の接続を瞬断するハンダが溶解されて電流を遮断するので、実質的にはさらに小さい漏れ電流で、さらに短時間にハンダが水没液に溶解して電流は遮断される。
【0041】
電流遮断部５は、ハンダ２７の漏れ電流で水没液に溶解するので、ハンダ２７の漏れ電流を大きくしてより速やかにハンダ２７を溶解できる。図２の平面図は、ハンダ２７をより速やかに水没液に溶解する電流遮断部５を示している。この図の電流遮断部５は、ハンダの近傍に、ハンダ２７よりもマイナス電位にある電圧ライン３を、プラス電位の電圧ライン３よりも近くに配置している。この図の電流遮断部５は、ハンダ２７よりもプラス電位の電圧ライン３から離して、マイナス電位の電圧ライン３に接近して配置している。ハンダ２７よりもマイナス電位の電圧ライン３は、ハンダ２７との接近部に通電部２８を設けて漏れ電流を大きくできる。通電部２８は、電圧ライン３の表面のレジスト層２２を薄くして絶縁抵抗を小さくし、あるいはレジスト層２２に開口部２３を設けて実現できる。この構造の電流遮断部５は、水没するとハンダ２７とマイナス電位の電圧ライン３の通電部２８との間に流れる漏れ電流を大きくして、ハンダ２７を速やかに水没液に溶解できる。ハンダ２７と電圧ライン３の通電部２８との間に流れる漏れ電流は、ハンダ２７を金属イオンの状態で水没液に溶解し、水没液に溶解されたハンダ２７の金属イオンをマイナス電位の電圧ライン３に移行して、ハンダ２７を速やかに溶解できる。
【0042】
以上の電流遮断部５は、電池１の電圧を利用して、水没状態でハンダ２７を速やかに水没液に溶解して電流を遮断できる特徴がある。さらに、以上の電流遮断部５は、全てのハンダ２７をマイナス電位の電圧ライン３に接近して配置することで、水没状態では全ての電圧ライン３の電流遮断部５で電流を遮断できる。ただし、本発明は、必ずしも全ての電圧ライン３に電流遮断部５を設けて電流を遮断する構造に特定するものでなく、発熱して熱傷害を受けやすい電圧ライン３にのみ電流遮断部５を設け、あるいは全ての電圧ライン３に電流遮断部５を設けるが、いかなる水没状態においても、全ての電流遮断部５のハンダ２７を溶解して電流を遮断する必要はない。それは、一部の電圧ライン３に設けた電流遮断部５で水没状態での電流を遮断し、あるいは電圧ライン３に設けた一部の電流遮断部５で水没状態の電流を遮断することで、電流遮断部のない電源装置よりも安全性を高くできるからである。
【0043】
以上の電源装置１００は、電動車両を走行させるモータに電力を供給する車両用の電源として利用できる。電源装置１００を搭載する電動車両としては、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッド自動車やプラグインハイブリッド自動車、あるいはモータのみで走行する電気自動車等の電動車両が利用でき、これらの車両の電源として使用される。なお、電動車両を駆動する電力を得るために、上述した電源装置１００を直列や並列に多数接続して、さらに必要な制御回路を付加した大容量、高出力の電源装置を構築した例として説明する。
【0044】
（ハイブリッド車用電源装置）
図４は、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッド自動車に電源装置１００を搭載する例を示す。この図に示す電源装置１００を搭載した車両ＨＶは、車両本体９１と、この車両本体９１を走行させるエンジン９６及び走行用のモータ９３と、これらのエンジン９６及び走行用のモータ９３で駆動される車輪９７と、モータ９３に電力を供給する電源装置１００と、電源装置１００の電池１を充電する発電機９４とを備えている。電源装置１００は、ＤＣ／ＡＣインバータ９５を介してモータ９３と発電機９４に接続している。車両ＨＶは、電源装置１００の電池１を充放電しながらモータ９３とエンジン９６の両方で走行する。モータ９３は、エンジン効率の悪い領域、例えば加速時や低速走行時に駆動されて車両を走行させる。モータ９３は、電源装置１００から電力が供給されて駆動する。発電機９４は、エンジン９６で駆動され、あるいは車両にブレーキをかけるときの回生制動で駆動されて、電源装置１００の電池１を充電する。なお、車両ＨＶは、図４に示すように、電源装置１００を充電するための充電プラグ９８を備えてもよい。この充電プラグ９８を外部電源と接続することで、電源装置１００を充電できる。
図４は、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッド自動車に電源装置１００を搭載する例を示す。この図に示す電源装置１００を搭載した車両ＨＶは、車両本体９１と、この車両本体９１を走行させるエンジン９６及び走行用のモータ９３と、これらのエンジン９６及び走行用のモータ９３で駆動される車輪９７と、モータ９３に電力を供給する電源装置１００と、電源装置１００の電池１を充電する発電機９４とを備えている。電源装置１００は、ＤＣ／ＡＣインバータ９５を介してモータ９３と発電機９４に接続している。車両ＨＶは、電源装置１００の電池１を充放電しながらモータ９３とエンジン９６の両方で走行する。モータ９３は、エンジン効率の悪い領域、例えば加速時や低速走行時に駆動されて車両を走行させる。モータ９３は、電源装置１００から電力が供給されて駆動する。発電機９４は、エンジン９６で駆動され、あるいは車両にブレーキをかけるときの回生制動で駆動されて、電源装置１００の電池１を充電する。なお、車両ＨＶは、図４に示すように、電源装置１００を充電するための充電プラグ９８を備えてもよい。この充電プラグ９８を外部電源と接続することで、電源装置１００を充電できる。
【0045】
（電気自動車用電源装置）
また、図５は、モータのみで走行する電気自動車に電源装置１００を搭載する例を示す。この図に示す電源装置１００を搭載した車両ＥＶは、車両本体９１と、この車両本体９１を走行させる走行用のモータ９３と、このモータ９３で駆動される車輪９７と、このモータ９３に電力を供給する電源装置１００と、この電源装置１００の電池１を充電する発電機９４とを備えている。電源装置１００は、ＤＣ／ＡＣインバータ９５を介してモータ９３と発電機９４に接続している。モータ９３は、電源装置１００から電力が供給されて駆動する。発電機９４は、車両ＥＶを回生制動する時のエネルギーで駆動されて、電源装置１００の電池１を充電する。また車両ＥＶは充電プラグ９８を備えており、この充電プラグ９８を外部電源と接続して電源装置１００を充電できる。
また、図５は、モータのみで走行する電気自動車に電源装置１００を搭載する例を示す。この図に示す電源装置１００を搭載した車両ＥＶは、車両本体９１と、この車両本体９１を走行させる走行用のモータ９３と、このモータ９３で駆動される車輪９７と、このモータ９３に電力を供給する電源装置１００と、この電源装置１００の電池１を充電する発電機９４とを備えている。電源装置１００は、ＤＣ／ＡＣインバータ９５を介してモータ９３と発電機９４に接続している。モータ９３は、電源装置１００から電力が供給されて駆動する。発電機９４は、車両ＥＶを回生制動する時のエネルギーで駆動されて、電源装置１００の電池１を充電する。また車両ＥＶは充電プラグ９８を備えており、この充電プラグ９８を外部電源と接続して電源装置１００を充電できる。
【0046】
（蓄電装置用の電源装置）
さらに、本発明は、電源装置の用途を、車両を走行させるモータの電源には特定しない。実施形態に係る電源装置は、太陽光発電や風力発電等で発電された電力で電池１を充電して蓄電する蓄電装置の電源として使用することもできる。図６は、電源装置１００の電池１を太陽電池８２で充電して蓄電する蓄電装置を示す。
さらに、本発明は、電源装置の用途を、車両を走行させるモータの電源には特定しない。実施形態に係る電源装置は、太陽光発電や風力発電等で発電された電力で電池１を充電して蓄電する蓄電装置の電源として使用することもできる。図６は、電源装置１００の電池１を太陽電池８２で充電して蓄電する蓄電装置を示す。
【0047】
図６に示す蓄電装置は、家屋や工場等の建物８１の屋根や屋上等に配置された太陽電池８２で発電される電力で電源装置１００の電池１を充電する。この蓄電装置は、太陽電池８２を充電用電源として充電回路８３で電源装置１００の電池１を充電した後、ＤＣ／ＡＣインバータ８５を介して負荷８６に電力を供給する。このため、この蓄電装置は、充電モードと放電モードを備えている。図に示す蓄電装置は、ＤＣ／ＡＣインバータ８５と充電回路８３を、それぞれ放電スイッチ８７と充電スイッチ８４を介して電源装置１００と接続している。放電スイッチ８７と充電スイッチ８４のＯＮ／ＯＦＦは、蓄電装置の電源コントローラ８８によって切り替えられる。充電モードにおいては、電源コントローラ８８は充電スイッチ８４をＯＮに、放電スイッチ８７をＯＦＦに切り替えて、充電回路８３から電源装置１００への充電を許可する。また、充電が完了し満充電になると、あるいは所定値以上の容量が充電された状態で、電源コントローラ８８は充電スイッチ８４をＯＦＦに、放電スイッチ８７をＯＮにして放電モードに切り替え、電源装置１００から負荷８６への放電を許可する。また、必要に応じて、充電スイッチ８４をＯＮに、放電スイッチ８７をＯＮにして、負荷８６への電力供給と、電源装置１００への充電を同時に行うこともできる。
【0048】
さらに、電源装置は、図示しないが、夜間の深夜電力を利用して電池１を充電して蓄電する蓄電装置の電源として使用することもできる。深夜電力で充電される電源装置は、発電所の余剰電力である深夜電力で充電して、電力負荷の大きくなる昼間に電力を出力して、昼間のピーク電力を小さく制限することができる。さらに、電源装置は、太陽電池の出力と深夜電力の両方で充電する電源としても使用できる。この電源装置は、太陽電池で発電される電力と深夜電力の両方を有効に利用して、天候や消費電力を考慮しながら効率よく蓄電できる。
【0049】
以上のような蓄電装置は、コンピュータサーバのラックに搭載可能なバックアップ電源装置、携帯電話等の無線基地局用のバックアップ電源装置、家庭内用または工場用の蓄電用電源、街路灯の電源等、太陽電池と組み合わせた蓄電装置、信号機や道路用の交通表示器などのバックアップ電源用などの用途に好適に利用できる。
【産業上の利用可能性】
【0050】
本発明に係る電源装置は、ハイブリッド車、燃料電池自動車、電気自動車、電動オートバイ等の電動車両を駆動するモータの電源用等に使用される大電流用の電源として好適に利用できる。例えばＥＶ走行モードとＨＥＶ走行モードとを切り替え可能なプラグイン式ハイブリッド電気自動車やハイブリッド式電気自動車、電気自動車等の電源装置が挙げられる。また、本発明に係る電源装置は、コンピュータサーバのラックに搭載可能なバックアップ電源装置、携帯電話等の無線基地局用のバックアップ電源装置、家庭内用、工場用の蓄電用電源、街路灯の電源等、太陽電池と組み合わせた蓄電装置、信号機等のバックアップ電源用等の用途にも適宜利用できる。
【符号の説明】
【0051】
１００…電源装置
１…電池
２…回路基板
３…電圧ライン
４…近接露出部
５…電流遮断部
６…コネクタ
６ａ…接続ピン
９…電池ケース
１０…電池ブロック
１１…電極端子
１２…バスバー
１３…出力端子
１４…リード線
２０…電圧検出回路
２１…配線パターン
２２…レジスト層
２３…開口部
２５…対向電極
２６…絶縁隙間
２７…ハンダ
２８…通電部
８１…建物
８２…太陽電池
８３…充電回路
８４…充電スイッチ
８５…ＤＣ／ＡＣインバータ
８６…負荷
８７…放電スイッチ
８８…電源コントローラ
９１…車両本体
９３…モータ
９４…発電機
９５…ＤＣ／ＡＣインバータ
９６…エンジン
９７…車輪
９８…充電プラグ
ＨＶ、ＥＶ…車両
１…電池
２…回路基板
３…電圧ライン
４…近接露出部
５…電流遮断部
６…コネクタ
６ａ…接続ピン
９…電池ケース
１０…電池ブロック
１１…電極端子
１２…バスバー
１３…出力端子
１４…リード線
２０…電圧検出回路
２１…配線パターン
２２…レジスト層
２３…開口部
２５…対向電極
２６…絶縁隙間
２７…ハンダ
２８…通電部
８１…建物
８２…太陽電池
８３…充電回路
８４…充電スイッチ
８５…ＤＣ／ＡＣインバータ
８６…負荷
８７…放電スイッチ
８８…電源コントローラ
９１…車両本体
９３…モータ
９４…発電機
９５…ＤＣ／ＡＣインバータ
９６…エンジン
９７…車輪
９８…充電プラグ
ＨＶ、ＥＶ…車両
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】