JP2018148726A - 車載用電池の保護回路 - Google Patents

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Abstract

【課題】車載用電池自体で生じる内部短絡を検出することができ、内部短絡が発生した場合に保護動作を行うことができる車載用電池の保護回路を提供する。
【解決手段】車載用電池２の保護回路１０は、少なくとも車載用電池２の温度を検出し得る検出部４１と、第１リレー１５及び第２リレー３３を制御し得る制御部４２とを有する。制御部４２は、第１リレー１５がオン状態であり且つ第２リレー３３がオフ状態である場合において検出部４１が検出する車載用電池２の温度又は出力電流のいずれかが第１の異常範囲内であるときに第１切替制御を行い、第１切替制御の後に検出部４１が検出する車載用電池２の温度が第１の異常範囲内又は第２の異常範囲内である場合に第２切替制御を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、車載用電池の保護回路に関するものである。
従来から、充放電可能な電池を過電流、過放電、過充電等から保護する電池保護回路が知られている。例えば、特許文献１に開示される過電流保護装置は、二次電池の負荷の短絡等に起因する過電流から二次電池を保護することを目的とした装置であり、二次電池とその出力端子との間に、過電流を検出する過電流検出手段及び過電流時にオフとなるようにした放電制御用の電界効果トランジスタを設ける構成となっている。この過電流保護装置は、過電流検出手段が二次電池の過電流状態を検出すると、放電制御用の電界効果トランジスタをオフ動作させて二次電池と負荷等を切り離し、二次電池を保護する。
特開２００６−１３６０６１号公報
しかしながら、特許文献１の過電流保護装置は、二次電池とその出力端子との間の導通路の過電流を検出する構成であるため、外部回路での短絡等に起因する出力電流の過電流状態は検出可能であるが、二次電池自体の異常に起因する過電流状態を検出することは困難である。例えば、二次電池の充放電を繰り返すことで電池セルの電極に金属製の堆積物（デントライド）が形成され、この堆積物がセパレータを貫通することで電池セルに内部短絡が生じてしまったり、或いは、電池セルの内部に異物が混入して電池セル内で内部短絡が生じてしまったりすると、特許文献１のような従来の過電流保護装置では異常を検出することができず、適切に保護動作を行うことができない。
本発明は上記した事情に基づいてなされたものであり、車載用電池自体で生じる内部短絡を検出することができ、内部短絡が発生した場合に保護動作を行うことができる車載用電池の保護回路を提供することを目的とする。
本発明の車載用電池の保護回路は、
車載用電池から外部回路へ電力を供給する経路となる第１導電路に介在し、前記車載用電池から前記外部回路への電力供給をオンオフする第１リレーと、
前記第１導電路とは異なる経路において直列に接続される第２リレー及び抵抗部を備え、前記第２リレーがオン状態のときに前記車載用電池からの電流が前記抵抗部を介して流れる放電回路と、
前記車載用電池の温度又は前記車載用電池からの出力電流の少なくともいずれかを検出する検出部と、
前記第１リレーがオン状態であり且つ前記第２リレーがオフ状態である場合において前記検出部が検出する温度又は出力電流の少なくともいずれかが第１の異常範囲内であるときに、前記第２リレーをオフ状態で維持しつつ前記第１リレーをオフ状態に切り替える第１切替制御を行い、前記第１切替制御の後に前記検出部が検出する前記車載用電池の温度が前記第１の異常範囲内又は第２の異常範囲内である場合に、前記第１リレーをオフ状態で維持しつつ前記第２リレーをオン状態に切り替える第２切替制御を行う制御部と、
を有する。
本発明の車載用電池の保護回路は、第１リレーがオン状態であり且つ第２リレーがオフ状態であるときに検出部が検出する温度又は出力電流の少なくともいずれかが第１の異常範囲内である場合に第１切替制御を行い、第２リレーをオフ状態で維持しつつ第１リレーをオフ状態に切り替える。つまり、第２リレーを介しての電流供給を停止し且つ第１リレーを介して電流を供給しているときに車載用電池の温度又は出力電流が異常状態となった場合、第１リレー及び第２リレーをいずれもオフ状態とすることで電流供給を停止させることができる。このとき、車載用電池と外部回路とが電気的に切り離されるため、出力電流の異常が外部回路の異常に起因するものであれば、異常状態が解消される可能性が高くなる。更に、このように第１リレー及び第２リレーをいずれもオフ状態にしても温度の異常が解消されない場合には、第２切替制御によって第２リレーをオン状態に切り替え、車載用電池から第２リレー及び抵抗部を介して電流を流すことができる。第１リレー及び第２リレーをいずれもオフ状態にしても温度の異常が解消されない場合、電池内で内部短絡が発生している可能性が高く、このような場合には、車載用電池に蓄えられた電気的エネルギーを放出させ、車載用電池を発熱から保護することができる。
実施例１の保護回路を備えた車載用電池システムを概略的に例示する回路図である。 実施例１の保護回路の監視回路部で実行される制御の流れを示すフローチャートである。 内部短絡が発生した場合の車載用電池の温度の経時的変化と、実施例１の保護回路による各制御とを対応付けて説明するグラフである。 （Ａ）は、単位電池において内部短絡が生じた状態を概念的に説明する説明図であり、（Ｂ）は、単位電池で内部短絡が生じた場合に放電電流を抵抗部に流す動作を概念的に説明する説明図である。 実施例２の保護回路の監視回路部で実行される制御の流れを示すフローチャートである。 内部短絡が発生した場合の車載用電池の温度の経時的変化と、実施例２の保護回路による各制御とを対応付けて説明するグラフである。 他の実施例に係る保護回路を備えた車載用電池システムを概略的に例示する回路図である。
ここで、発明の望ましい例を示す。
車載用電池の保護回路において、検出部は、車載用電池からの出力電流を検出する電流検出部と、車載用電池の温度を検出する温度検出部とを備えていてもよい。制御部は、第１リレーがオン状態であり且つ第２リレーがオフ状態である場合において電流検出部が検出する車載用電池の出力電流が第１の異常範囲内であるときに第１切替制御を行い、第１切替制御の後に温度検出部が検出する車載用電池の温度が第２の異常範囲内である場合に第２切替制御を行うように動作してもよい。
このように電流検出部によって出力電流を監視し、出力電流の異常時に第１切替制御によって第１リレーをオフ状態に切り替えるようにすれば、外部回路での短絡や電池内での内部短絡などに起因して出力電流が上昇する場合に異常状態を迅速に検出することができ、より早期の保護動作を行いやすくなる。一方、出力電流の異常時に第１リレーをオフ状態に切り替えても温度異常が生じる場合には、第２切替制御によって第２リレーをオン状態に切り替え、電池の外部でエネルギーを強制的に消費させて電池での発熱を抑えることができる。
車載用電池の保護回路において、検出部は、車載用電池の温度を検出する温度検出部を備えていてもよい。制御部は、第１リレーがオン状態であり且つ第２リレーがオフ状態である場合において温度検出部が検出する車載用電池の温度が第１の異常範囲内であるときに第１切替制御を行い、第１切替制御の後に温度検出部が検出する車載用電池の温度が第１の異常範囲内又は第２の異常範囲内である場合に第２切替制御を行うように動作してもよい。
このように車載用電池の温度を監視し、温度異常時に第１切替制御によって第１リレーをオフ状態に切り替えるようにすれば、電池の加熱状態をより迅速に検出することができ、より早期の保護動作を行いやすくなる。特に、出力電流が変動しない又は変動量が小さいような内部短絡であっても検出される可能性が高まる。
車載用電池の保護回路は、第１の異常範囲が、所定の第１温度以上の範囲であり、第２の異常範囲が、第１温度よりも大きい第２温度以上の範囲である構成であってもよい。
このようにすれば、第１リレーのオフ動作時に温度異常が解消されてないことをより確実に検出することができ、内部短絡が発生している可能性が高い状況下で放電電流を流し、車載用電池を保護することができる。
＜実施例１＞
以下、本発明を具体化した実施例１について説明する。
図１に示す車載用電池システム１は、複数の単位電池３が直列に接続されてなる車載用電池２と、車載用電池の保護回路１０（以下、保護回路１０ともいう）と、を備えている。
車載用電池２は、複数の単位電池３（電池セル）が直列に接続された電池モジュールとして構成され、車載用の電源として機能し得る蓄電手段であり、例えば電動車両（ＥＶやＨＥＶ）の走行用モータの電源等として車両に搭載される。この車載用電池２は、例えば、リチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池などからなる単位電池３を複数個直列に接続した直列接続体として構成されている。また、車載用電池２は、第１導電路１１を介して充放電回路や電気負荷などの外部回路９０に接続されており、第１導電路１１を介してこの外部回路９０に電力を供給する。なお、図１では、一部の単位電池３を省略して示しており、省略された単位電池３に対応する信号線も省略して示している。
外部回路９０は、車載用電池２からの電力が第１導電路１１を介して供給される回路であり、車載用電池２から第１導電路１１を介して供給された電力を様々な電気部品（ＥＣＵ、アクチュエータ、センサなどの様々な車載用電気部品）に供給し得る回路であればよく、回路の種類や具体的構成などは特に限定されない。
図１で示す車載用電池２において、高電圧電極部２Ａ（以降、電極部２Ａともいう）は、単位電池３が直列に接続された接続体の高電圧側（高電位側）の端部電極部である。低電圧電極部２Ｂ（以降、電極部２Ｂともいう）は、単位電池３が直列に接続された接続体の低電圧側（低電位側）の端部電極部である。電池間電極部２Ｃ（以降、電極部２Ｃともいう）は、単位電池３が直列に接続された接続体の単位電池間の電極部である。
保護回路１０は、信号線群１２、シャント抵抗１３、温度センサ１４、第１リレー１５、監視回路部２０、放電回路３０などを有している。
信号線群１２は、複数の電圧信号線１２Ａ、電圧信号線１２Ｂ、電圧信号線１２Ｃを備えている。複数の電圧信号線１２Ａは、車載用電池２の電極部２Ａ，２Ｃにそれぞれ電気的に接続されている。電圧信号線１２Ｂは、車載用電池２の電極部２Ｂ、及びシャント抵抗１３の一端に電気的に接続されている。電圧信号線１２Ｃは、シャント抵抗１３の他端に電気的に接続されている。
シャント抵抗１３は、車載用電池２に対して直列に接続されている。具体的には、シャント抵抗１３は、一端が車載用電池２の低電圧電極部２Ｂ、及び電圧信号線１２Ｂに接続され、他端が電圧信号線１２Ｃ及びグラウンドに接続されている。そして、車載用電池２における電圧信号線１２Ｂ，１２Ｃの接続位置の電圧を示すアナログ電圧信号がそれぞれ入力端子２２，２３に入力される。
温度センサ１４は、サーミスタなどの公知の温度センサによって構成されており、この温度センサ１４が配置された位置の温度を示す電圧値を検出し、後述する監視回路部２０に出力する構成をなす。温度センサ１４は、例えば、車載用電池２の表面部に接触する形で固定されており、車載用電池２の表面部の温度（外面温度）を示す値を検出値として出力する。なお、温度センサ１４は、車載用電池２に接触せずに、車載用電池２の近傍に配置されていてもよい。
監視回路部２０は、車載用電池２の保護を行う集積回路（監視ＩＣ）として構成されている。監視回路部２０は、例えば、ＣＰＵを有するマイクロコンピュータを含んでなり、ＣＰＵは、プログラム等の情報を記憶するＲＯＭ、一時的に発生した情報を記憶するＲＡＭなどを備えている。
監視回路部２０（具体的には、監視回路部２０の制御部４２）は、車載用電池２の温度、出力電圧、及び出力電流などの監視を行う。例えば、監視回路部２０は、温度センサ１４によって生成された検出値（車載用電池２の表面部の温度（外面温度）を示す値）を取得する。また、監視回路部２０は、各々の電圧信号線１２Ａを介して入力される入力電圧、又は複数の電圧信号線１２Ａにおける各信号線間の電圧の少なくともいずれかを検出する。具体的には、監視回路部２０は、複数の電圧信号線１２Ａがそれぞれ接続される複数の入力端子２１を備えており、車載用電池２における各電圧信号線１２Ａの接続位置の電圧（電位）を示す各アナログ電圧信号が各入力端子２１に入力されるようになっている。これらアナログ電圧信号に基づいて各電圧信号線１２Ａ間の電位差を検出することにより、各単位電池３の端子電圧を検出することができる。
また、監視回路部２０は、シャント抵抗１３の両端の電位差（両端電圧）を検出する。具体的には、電圧信号線１２Ｂがシャント抵抗１３の一端に接続され、電圧信号線１２Ｃがシャント抵抗１３の他端に接続されており、監視回路部２０は、電圧信号線１２Ｂ、１２Ｃを介して入力される両アナログ電圧信号に基づいてシャント抵抗１３の両端の電位差（両端電圧）を検出し、検出したシャント抵抗１３の両端電圧と、予め定められたシャント抵抗１３の抵抗値とに基づいてシャント抵抗１３を流れる電流の値（出力電流の値）を算出する。
第１導電路１１は、車載用電池２から外部回路９０へ電力を供給する経路であり、車載用電池２から出力される電力を伝送する電力路となっている。第１リレー１５は、車載用電池２から外部回路９０への電力供給をオンオフするリレーである。第１リレー（保護リレー）１５は、例えば、公知のメカニカルリレーとして構成され、第１導電路１１に介在し、監視回路部２０からの制御信号に基づいて、第１導電路１１の通電をオンオフする。第１リレー１５は、監視回路部２０（具体的には、制御部４２）からオン信号が与えられているときにオン状態となり、このオン状態のときには第１導電路１１が通電可能となる。従って、第１リレー１５がオン状態のときには、車載用電池２から第１導電路１１を介して外部回路９０に電力を供給することができる。第１リレー１５は、監視回路部２０（具体的には、制御部４２）からオフ信号が与えられているときにオフ状態となり、このオフ状態のときには、第１導電路１１が非通電状態となる。従って、第１リレー１５がオフ状態のときには、車載用電池２から外部回路９０への電力供給は遮断される。
放電回路３０は、第１導電路１１とは異なる経路において直列に接続される第２リレー３３及び抵抗部３２を備えており、第２リレー３３がオン状態のときに車載用電池２からの電流が抵抗部３２を介して流れるように構成され、車載用電池２から出力される電力を消費するように機能する。放電回路３０は、一端が車載用電池２の電極部２Ａ及び第１導電路１１に電気的に接続され、他端がシャント抵抗１３の他端及びグラウンドに電気的に接続された導電路である第２導電路３１を備えており、この第２導電路３１の途中に第２リレー３３と抵抗部３２とが介在している。抵抗部３２は、公知の抵抗器として構成され、放電回路３０による放電動作時に車載用電池２から第２導電路３１を介して流れる電流を制限するように機能する。
第２リレー（放電リレー）３３は、車載用電池２から抵抗部３２への電力供給をオンオフするリレーである。第２リレー（放電リレー）３３は、例えば、公知のメカニカルリレーとして構成され、第２導電路３１に介在し、監視回路部２０からの制御信号に基づいて、第２導電路３１の通電をオンオフする。第２リレー３３は、監視回路部２０からオン信号が与えられているときにオン状態となり、このオン状態のときには第２導電路３１が通電可能となる。従って、第２リレー３３がオン状態のときには、車載用電池２から第２導電路３１を介して抵抗部３２に電力を供給することができ、抵抗部３２にてエネルギーを消費することができる。第２リレー３３は、監視回路部２０からオフ信号が与えられているときにオフ状態となり、このオフ状態のときには、第２導電路３１が非通電状態となる。従って、第２リレー３３がオフ状態のときには、車載用電池２から抵抗部３２への電力供給は遮断される。
図１に示す検出部４１は、車載用電池２からの出力電流、及び車載用電池２の温度を検出するように機能する部分である。検出部４１は、電流検出部４１Ａと、温度検出部４１Ｂとを備える。
電流検出部４１Ａは、シャント抵抗１３と、電圧信号線１２Ｂ，１２Ｃとを備えており、車載用電池２から出力される出力電流を特定する値を検出値として生成するように機能する。具体的には、シャント抵抗１３の両端の各電圧（電圧信号線１２Ｂ，１２Ｃに印加される各電圧）が「車載用電池２から出力される出力電流を特定する値」であり、シャント抵抗１３の両端の電位差が「出力電流を特定するための検出値」として生成される。監視回路部２０は、シャント抵抗１３の両端の電位差と予め定められたシャント抵抗１３の抵抗値とによって、シャント抵抗１３を流れる電流の電流値Ｉ１（出力電流値）を把握する。
温度検出部４１Ｂは、公知の温度センサとして構成されており、車載用電池２の温度を検出するように機能する。温度検出部４１Ｂは、この温度検出部４１Ｂの設置位置の温度（例えば、車載用電池２の表面部の温度）を示すアナログ電圧信号を生成し、監視回路部２０に与える。監視回路部２０は、温度検出部４１Ｂの検出値（温度検出部４１Ｂで生成されたアナログ電圧信号）によって車載用電池２の温度Ｔを把握する。
なお、ここで示す構成はあくまで一例であり、車載用電池２の出力電流を検出し得る構成、及び車載用電池２の温度（例えば、表面部の温度、又は内部の温度、もしくは近傍温度など）を検出し得る構成であれば他の構成に置き換えてもよい。
次に、監視回路部２０で実行される機能を詳述する。
図１のように、監視回路部２０は制御部４２を備える。制御部４２が実行する各機能は、情報処理装置を用いたソフトウェア処理によって実現されてもよく、ハードウェア回路によって実現されてもよい。また、各機能は別々の装置によって実現されてもよく、共通の装置によって複数の機能が実現されてもよい。以下では、制御部４２が例えばマイクロコンピュータなどの情報処理装置によって実現される例を代表例として説明する。
図１に示す制御部４２は、第１リレー１５がオン状態であり且つ第２リレー３３がオフ状態である場合において検出部４１が検出する車載用電池２の出力電流が第１の異常範囲内である場合に、第２リレー３３をオフ状態で維持しつつ第１リレー１５をオフ状態に切り替える制御（第１切替制御）を行う。なお、以下では、電流検出部４１Ａが検出する車載用電池２の出力電流値が所定の第１電流値Ｉｔｈ１以上である場合を、「車載用電池２の出力電流が第１の異常範囲内である場合」として説明する。つまり、以下の代表例では、電流検出部４１Ａで生成された検出値によって特定される電流値Ｉ１（シャント抵抗１３を流れる電流値）が第１電流値Ｉｔｈ１以上となる出力電流の範囲が「第１の異常範囲」である。また、制御部４２は、このように第１切替制御を行った後に検出部４１が検出する車載用電池２の温度が第２の異常範囲内である場合に、第１リレー１５をオフ状態で維持しつつ第２リレー３３をオン状態に切り替える制御（第２切替制御）を行う。なお、以下では、検出部４１が検出する車載用電池２の温度が所定の第２温度Ｔ２以上となる範囲を「第２の異常範囲」とする。具体的には、温度検出部４１Ｂで生成された検出値によって特定される温度Ｔが第２温度Ｔ２以上となる範囲が「第２の異常範囲」である。
次に、上述した監視回路部２０の各機能がどのように実現されるかについて、図２で示すフローチャートを参照しつつ説明する。監視回路部２０の制御部４２は、所定の開始条件の成立時に図２で示す制御を実行するようになっており、具体的には、車両が所定の動作状態となった場合（例えば、車両のイグニッションスイッチがオフ状態からオン状態に切り替わった場合）に、図２で示す制御を実行する。
制御部４２は、図２の制御の開始後、まず、ステップＳ１０の処理を行い、第１リレー１５をオン状態とし、第２リレー３３をオフ状態とする。このように第１リレー１５がオン状態となることで車載用電池２から第１導電路１１を介して外部回路に電力が供給され得る状態となり、第２リレー３３はオフ状態であるため車載用電池２から抵抗部３２側へは電流は流れない状態となる。
制御部４２は、ステップＳ１０の後、車載用電池２から出力される出力電流の電流値を取得する（ステップＳ１１）。具体的には、電流検出部４１Ａで生成された検出値（シャント抵抗１３の両端電圧）に基づいて、シャント抵抗１３を流れる電流の電流値Ｉ１を特定し、この電流値Ｉ１を出力電流値として用いる。
続いて、制御部４２は、ステップＳ１１で取得した電流値Ｉ１（車載用電池２からの出力電流値）が、第１の異常範囲内であるか否か判断する（Ｓ１２）。具体的には、制御部４２は、ステップＳ１２において、シャント抵抗１３を流れる電流の電流値Ｉ１が第１電流値Ｉｔｈ１以上であるか否かを判断し、電流値Ｉ１が第１電流値Ｉｔｈ１以上でないと判断した場合（ステップＳ１２でＮｏ）、再びステップＳ１１の処理を行い、電流値Ｉ１が第１電流値Ｉｔｈ１以上であると判断されるまで、Ｓ１１，Ｓ１２の処理を繰り返し行う。
一方、制御部４２は、ステップＳ１２において、電流値Ｉ１が第１電流値Ｉｔｈ１以上であると判断した場合（Ｓ１２でＹｅｓ）、ステップＳ１３の処理を行い、第２リレーをオフ状態で維持しつつ第１リレー１５をオン状態からオフ状態に切り替える。制御部４２によって実行されるステップＳ１３の処理（制御）が「第１切替制御」の一例に相当する。制御部４２がステップＳ１３の処理を行うことで第１リレー１５をオフ状態に切り替えると、第１導電路１１が通電停止状態となり、第１導電路１１を介しての電力供給（車載用電池２から外部回路９０への電力供給）が停止する。このように車載用電池２から外部回路９０への電力供給が遮断され、車載用電池２と外部回路９０とが電気的に切り離されるため、仮に上述の過電流状態（電流値Ｉ１が第１電流値Ｉｔｈ１以上となるような過電流状態）が外部回路９０に起因するものであれば、この過電流状態を解消することができる。
制御部４２は、ステップＳ１３の後、ステップＳ１４において温度検出部４１Ｂの検出値を確認し、車載用電池２の温度を取得する。つまり、第１リレー１５及び第２リレー３３がいずれもオフ状態であるときの車載用電池２の温度を取得する。なお、ステップＳ１４の処理は、ステップＳ１３の直後に実行してもよく、ステップＳ１３から所定時間経過した後に実行してもよい。
続いて、制御部４２は、ステップＳ１４で取得した車載用電池２の温度が、第２の異常範囲内か否か判断する（ステップＳ１５）。「第２の異常範囲」は、制御部４２において予め設定される温度範囲であり、具体的には、所定の第２温度Ｔ２以上の温度範囲を「第２の異常範囲」としている。制御部４２は、ステップＳ１５において、温度検出部４１Ｂによって検出される車載用電池２の温度Ｔが第２温度Ｔ２以上であるか否かを判断し、車載用電池２の温度Ｔが第２温度Ｔ２以上でない（つまり、車載用電池２の温度が第２の異常範囲内でない）と判断した場合（ステップＳ１５でＮｏ）、図２の処理を終了させる。例えば、ステップＳ１３の処理（第１リレー１５をオフ状態に切り替える処理）によって車載用電池２からの過電流の出力が抑制され、車載用電池２の発熱が抑えられて温度が上昇しなくなった場合には、車載用電池２の温度が第２温度Ｔ２未満に抑えられる可能性が高く、この場合、ステップＳ１５でＮｏに進むことになる。なお、ステップＳ１５においてＮｏとなる場合、所定の第１報知処理(外部回路が異常である旨の報知)を行うようにしてもよい。
一方、制御部４２は、ステップＳ１５において、車載用電池２の温度Ｔが第２温度Ｔ２以上である（つまり、車載用電池２の温度が第２の異常範囲内である）と判断した場合（ステップＳ１５でＹｅｓ）、ステップＳ１６の処理を行い、第１リレー１５をオフ状態で維持したまま、第２リレー３３をオン状態に切り替える。制御部４２によって実行されるステップＳ１６の処理（制御）が「第２切替制御」の一例に相当する。このような第２リレー３３のオン動作により、車載用電池２の内部に蓄積したエネルギーが外部に開放される。なお、ステップＳ１６の処理を実行する場合、所定の第２報知処理(車載用電池２が異常である旨の報知)を行うようにしてもよい。
例えば、図４（Ａ）のように車載用電池２の一部の単位電池３で内部短絡が生じた場合、内部短絡に起因する内部電流の発生によって車載用電池２の温度が上昇する可能性が高い。このような異常が発生する場合、図３のように時間ｔ１で過電流状態を検出し、時間ｔ２で第１リレー１５をオフ状態に切り替えた後でも車載用電池２の温度Ｔが上昇することなる。本構成では、このように第１リレー１５をオフ状態に切り替えた後に車載用電池２の温度Ｔが低下せず、第２温度Ｔ２を超えるような場合には、ステップＳ１６にて第２リレー３３がオン状態に切り替えられ、図４（Ｂ）のように、車載用電池２から第２導電路３１を介して放電電流が流れることになる。このような動作により、車載用電池２のエネルギーが抵抗部３２で消費されるため、車載用電池２で生じる発熱を抑制することができる。
なお、図２の制御の実行中に所定の終了条件が成立した場合（例えば、車両のイグニッションスイッチがオン状態からオフ状態に切り替わった場合）に、図２の制御を終了するようにしてもよい。
次に、上記構成の効果を例示する。
保護回路１０において、制御部４２は、第１リレー１５がオン状態であり且つ第２リレー３３がオフ状態であるときに検出部４１が検出する出力電流が第１の異常範囲内である場合に第１切替制御を行い、第２リレー３３をオフ状態で維持しつつ第１リレー１５をオフ状態に切り替える。つまり、第２リレー３３を介しての電流供給を停止し且つ第１リレー１５を介して電流を供給しているときに車載用電池２の出力電流が異常状態となった場合、第１リレー１５及び第２リレー３３をいずれもオフ状態とすることで電流供給を停止させることができる。このとき、車載用電池２と外部回路９０とが電気的に切り離されるため、出力電流の異常が外部回路９０の異常に起因するものであれば、異常状態が解消される可能性が高くなる。更に、このように第１リレー１５及び第２リレー３３をいずれもオフ状態にしても温度の異常が解消されない場合には制御部４２が第２切替制御を行い、第２リレー３３をオン状態に切り替え、車載用電池２から第２リレー３３及び抵抗部３２を介して電流を流すことができる。第１リレー１５及び第２リレー３３をいずれもオフ状態にしても温度の異常が解消されない場合、電池内で内部短絡が発生している可能性が高く、このような場合には、車載用電池２に蓄えられた電気的エネルギーを放出させ、車載用電池２を発熱から保護することができる。
保護回路１０において、検出部４１は、車載用電池２からの出力電流を検出する電流検出部４１Ａと、車載用電池２の温度を検出する温度検出部４２Ｂとを備える。制御部４２は、第１リレー１５がオン状態であり且つ第２リレー３３がオフ状態であるときに電流検出部４１Ａが検出する車載用電池２の出力電流の値Ｉ１が第１の異常範囲内である場合に第１切替制御を行い、第１切替制御の後に温度検出部４１Ｂが検出する車載用電池２の温度Ｔが第２の異常範囲内である場合に第２切替制御を行う。
このように電流検出部４１Ａによって出力電流を監視し、出力電流の異常時に第１リレー１５をオフ状態に切り替えるようにすれば、外部回路９０での短絡や電池内での内部短絡などに起因して出力電流が上昇する場合に異常状態を迅速に検出することができ、より早期の保護動作を行いやすくなる。一方、出力電流の異常時に第１リレー１５をオフ状態に切り替えても温度異常が生じる場合には、第２リレー３３をオン状態に切り替えることで強制的に放電させ、電池の外部でエネルギーを強制的に消費して電池での発熱を抑えることができる。
＜実施例２＞
次に、実施例２について説明する。
実施例２の車載用電池システム１は、ハードウェア構成は図１で示す実施例１の車載用電池システム１と同一である。よって、以下では、図１を参照しつつ説明する。実施例２の車載用電池システム１は、図２の制御を図５のように変更した点のみが異なり、図５の制御は、ステップＳ１１、Ｓ１２に代えて、ステップＳ２１、Ｓ２２の処理を用いている点のみが図２の制御と異なる。以下では、実施例１と同一の構成及び制御についての詳細な説明は省略し、実施例１と相違する点を重点的に説明する。
実施例２の保護回路１０（図１）も実施例１と同様の監視回路部２０（図１）を備え、この監視回路部２０は、実施例１と同様の制御部４２を備える。制御部４２が実行する各機能は、情報処理装置を用いたソフトウェア処理によって実現されてもよく、ハードウェア回路によって実現されてもよい。また、各機能は別々の装置によって実現されてもよく、共通の装置によって複数の機能が実現されてもよい。以下では、制御部４２が例えばマイクロコンピュータなどの情報処理装置によって実現される例を代表例として説明する。
実施例２の保護回路１０でも、制御部４２は、第１リレー１５がオン状態であり且つ第２リレー３３がオフ状態である場合において検出部４１が検出する車載用電池２の温度が第１の異常範囲内である場合に、第１リレー１５をオフ状態に切り替えるように機能する。なお、以下では、温度検出部４１Ｂが検出する車載用電池２の温度Ｔが所定の第１温度Ｔ１以上である場合を、「車載用電池２の温度Ｔが第１の異常範囲内である場合」として説明する。つまり、以下の代表例では、温度検出部４１Ｂで生成された検出値によって特定される温度Ｔが第１温度Ｔ１以上となる温度範囲が「第１の異常範囲」である。
また、制御部４２は、このように第１リレー１５をオフ状態に切り替えた後に検出部４１が検出する車載用電池２の温度Ｔが第２の異常範囲内である場合に、第１リレー１５をオフ状態で維持しつつ、第２リレー３３をオン状態に切り替えるように機能する。なお、以下では、検出部４１が検出する車載用電池２の温度Ｔが所定の第２温度Ｔ２以上となる範囲を「第２の異常範囲」とする。具体的には、温度検出部４１Ｂで生成された検出値によって特定される温度Ｔが第２温度Ｔ２（但しＴ２＞Ｔ１）以上となる範囲が「第２の異常範囲」である。このように、第１の異常範囲は、所定の第１温度Ｔ１以上の範囲であり、第２の異常範囲は、第１温度Ｔ１よりも大きい第２温度Ｔ２以上の範囲となっている。
次に、上述した監視回路部２０の各機能がどのように実現されるかについて、図５で示すフローチャートを参照しつつ説明する。監視回路部２０の制御部４２は、所定の開始条件の成立時に図５で示す制御を実行するようになっており、具体的には、車両が所定の動作状態となった場合（例えば、車両のイグニッションスイッチがオフ状態からオン状態に切り替わった場合）に、図５で示す制御を実行する。
制御部４２は、図５の制御の開始後、まず、ステップＳ２０の処理を行い、第１リレー１５をオン状態とし、第２リレー３３をオフ状態とする。このように第１リレー１５がオン状態となることで車載用電池２から第１導電路１１を介して外部回路に電力が供給され得る状態となり、第２リレー３３はオフ状態であるため車載用電池２から抵抗部３２側へは電流は流れない状態となる。
制御部４２は、ステップＳ２０の後、ステップＳ２１において温度検出部４１Ｂの検出値を確認し、車載用電池２の温度Ｔを取得する。つまり、第１リレー１５がオン状態であり、且つ第２リレー３３がオフ状態であるときの車載用電池２の温度を取得する。そして、制御部４２は、ステップＳ２１の後、ステップＳ２１で取得した温度Ｔ（車載用電池２の温度）が、第１の異常範囲内であるか否か判断する（Ｓ２２）。「第１の異常範囲」は、制御部４２において予め設定される温度範囲であり、具体的には、所定の第１温度Ｔ１以上の温度範囲を「第１の異常範囲」としている。制御部４２は、ステップＳ２２において、温度検出部４１Ｂによって検出される車載用電池２の温度Ｔが第１温度Ｔ１以上であるか否かを判断し、車載用電池２の温度Ｔが第１温度Ｔ１以上でない（つまり、車載用電池２の温度Ｔが第１の異常範囲内でない）と判断した場合（ステップＳ２２でＮｏ）、再びステップＳ２１の処理を行い、温度Ｔが第１温度Ｔ１以上であると判断されるまで、Ｓ２１，Ｓ２２の処理を繰り返し行う。
一方、制御部４２は、車載用電池２の温度Ｔが第１温度Ｔ１以上である（つまり、車載用電池２の温度Ｔが第１の異常範囲内である）と判断した場合（ステップＳ２２でＹｅｓ）、ステップＳ２３の処理を行い、第２リレーをオフ状態で維持しつつ、第１リレー１５をオン状態からオフ状態に切り替える。制御部４２によって実行されるステップＳ２３の処理（制御）が「第１切替制御」の一例に相当する。制御部４２が第１リレー１５をオフ状態に切り替えると、第１導電路１１が通電停止状態となり、第１導電路１１を介しての電力供給（車載用電池２から外部回路９０への電力供給）が停止する。このように車載用電池２から外部回路９０への電力供給が遮断され、車載用電池２と外部回路９０とが電気的に切り離されるため、仮に上述の過昇温状態（車載用電池２の温度Ｔが第１温度Ｔ１以上となるような過昇温状態）が外部回路９０に起因するものであれば、この過昇温状態を解消することができる。
制御部４２は、ステップＳ２３の後、ステップＳ２４において温度検出部４１Ｂの検出値を確認し、車載用電池２の温度を取得する。つまり、第１リレー１５及び第２リレー３３がいずれもオフ状態であるときの車載用電池２の温度を取得する。なお、ステップＳ２４の処理は、ステップＳ２３の直後に実行してもよく、ステップＳ２３から所定時間経過した後に実行してもよい。
続いて、制御部４２は、ステップＳ２４で取得した車載用電池２の温度が、第２の異常範囲内か否か判断する（ステップＳ２５）。「第２の異常範囲」は、制御部４２において予め設定される温度範囲であり、具体的には、所定の第２温度Ｔ２（Ｔ２＞Ｔ１）以上の温度範囲を「第２の異常範囲」としている。制御部４２は、ステップＳ２５において、温度検出部４１Ｂによって検出される車載用電池２の温度Ｔが第２温度Ｔ２以上であるか否かを判断し、車載用電池２の温度Ｔが第２温度Ｔ２以上でない（つまり、車載用電池２の温度が第２の異常範囲内でない）と判断した場合（ステップＳ２５でＮｏ）、図５の処理を終了させる。例えば、ステップＳ２３の処理（第１リレー１５をオフ状態に切り替える処理）によって車載用電池２からの過電流の出力が抑制され、車載用電池２の発熱が抑えられて温度が上昇しなくなった場合には、車載用電池２の温度が第２温度Ｔ２未満に抑えられる可能性が高く、この場合、ステップＳ２５でＮｏに進むことになる。なお、ステップＳ２５においてＮｏとなる場合、所定の第１報知処理(外部回路が異常である旨の報知)を行うようにしてもよい。
一方、制御部４２は、ステップＳ２５において、車載用電池２の温度Ｔが第２温度Ｔ２以上である（つまり、車載用電池２の温度が第２の異常範囲内である）と判断した場合（ステップＳ２５でＹｅｓ）、ステップＳ２６の処理を行い、第１リレー１５をオフ状態で維持したまま、第２リレー３３をオン状態に切り替える。制御部４２によって実行されるステップＳ２６の処理（制御）が「第２切替制御」の一例に相当する。このような第２リレー３３のオン動作により、車載用電池２の内部に蓄積したエネルギーが外部に開放される。
例えば、図４（Ａ）のように車載用電池２の一部の単位電池３で内部短絡が生じた場合、内部短絡に起因する内部電流の発生によって車載用電池２の温度が上昇する可能性が高い。このような異常が発生する場合、図６のように時間ｔ１で過昇温状態（第１の過昇温）を検出し、時間ｔ２で第１リレー１５をオフ状態に切り替えた後でも車載用電池２の温度Ｔが上昇し続け、図６のように時間ｔ３で更なる過昇温状態（第２の過昇温）となる可能性が高い。本構成では、このように第１リレー１５をオフ状態に切り替えた後に車載用電池２の温度Ｔが低下せず、第２温度Ｔ２を超えるような場合には、ステップＳ２６にて第２リレー３３がオン状態に切り替えられ、図４（Ｂ）のように、車載用電池２から第２導電路３１を介して放電電流が流れることになる。このような動作により、車載用電池２のエネルギーが抵抗部３２で消費されるため、車載用電池２で生じる発熱を抑制することができる。
以上のように、本構成の保護回路１０でも実施例１と同様の基本的効果が生じる。
本構成の保護回路１０において、検出部４１は、車載用電池２の温度を検出する温度検出部４１Ｂを備える。制御部４２は、第１リレー１５がオン状態であり且つ第２リレー３３がオフ状態であるときに温度検出部４１Ｂが検出する車載用電池２の温度が第１の異常範囲内である場合に第１切替制御を行い、第１切替制御の後に温度検出部４１Ｂが検出する車載用電池２の温度が第２の異常範囲内である場合に第２切替制御を行う。
このように車載用電池２の温度を監視し、温度異常時に第１切替制御を行うことで第１リレー１５をオフ状態に切り替えるようにすれば、電池の加熱状態をより迅速に検出することができ、より早期の保護動作を行いやすくなる。特に、出力電流が変動しない又は変動量が小さいような内部短絡であっても検出される可能性が高まる。
本構成の保護回路１０は、第１の異常範囲が、所定の第１温度Ｔ１以上の範囲であり、第２の異常範囲が、第１温度Ｔ１よりも大きい第２温度Ｔ２以上の範囲となっている。
このようにすれば、第１リレー１５のオフ動作時に温度異常が解消されてないことをより確実に検出することができ、内部短絡が発生している可能性が高い状況下で放電電流を流し、車載用電池２を保護することができる。
＜他の実施例＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施例に限定されるものではなく、例えば次のような実施例も本発明の技術的範囲に含まれる。また、上述した実施例や後述する実施例は矛盾しない範囲で組み合わせることが可能である。
実施例１，２では、保護回路１０の第１リレー１５及び第２リレー３３が、公知のメカニカルリレーとして構成される例を示したが、その他の構成であってもよい。例えば、図７に示すように、スイッチング素子によって構成される第１リレー１１５及び第２リレー１３３を備える構成であってもよい。なお、図７の例は、第１リレー１５を第１リレー１１５に変更し、第２リレー３３を第２リレー１３３に変更した点以外は実施例１又は実施例２と同様とすることができる。具体的には、第１リレー１１５は、ｎ型チャネルＭＯＳＦＥＴとして構成されるスイッチング素子１１５Ａと、ｎ型チャネルＭＯＳＦＥＴとして構成されるスイッチング素子１１５Ｂとを備えており、これらのドレイン同士が互いに接続された状態で直列に接続されている。第１リレー１１５のオンオフ動作は、監視回路部２０からの信号が各ゲートに出力されることによって行われ、監視回路部２０から第１リレー１１５にオン信号が与えられているときには、スイッチング素子１１５Ａ，１１５Ｂが同時にオン動作し、監視回路部２０から第１リレー１１５にオフ信号が与えられているときには、スイッチング素子１１５Ａ，１１５Ｂが同時にオフ動作する。同様に、第２リレー１３３は、ｎ型チャネルＭＯＳＦＥＴとして構成されるスイッチング素子１３３Ａと、ｎ型チャネルＭＯＳＦＥＴとして構成されるスイッチング素子１３３Ｂとを備え、スイッチング素子１３３Ａ及びスイッチング素子１３３Ｂのドレイン同士が互いに接続された状態で直列に接続されている。第２リレー１３３のオンオフ動作は、監視回路部２０からの信号が各ゲートに出力されることによって行われ、監視回路部２０から第２リレー１３３にオン信号が与えられているときには、スイッチング素子１３３Ａ，１３３Ｂが同時にオン動作し、監視回路部２０から第２リレー１３３にオフ信号が与えられているときには、スイッチング素子１３３Ａ，１３３Ｂが同時にオフ動作する。
実施例１では、図２の監視回路部２０の制御において、Ｓ１２の処理で、車載用電池２からの出力電流の電流値が第１の異常範囲内か否か判断する構成を例示した。しかしながら、Ｓ１２で、車載用電池２からの出力電流の電流値、及び車載用電池２の温度の少なくとも一方が、第１の異常範囲内であるか否か判断する構成としてもよい。すなわち、Ｓ１１で、車載用電池２からの出力電流の電流値、及び車載用電池２の温度を取得し、Ｓ１２で、Ｓ１１で取得した車載用電池２からの出力電流の電流値、及び車載用電池２の温度の少なくとも一方が、第１の異常範囲内か否か（車載用電池２からの出力電流の電流値、及び車載用電池２の温度の両方が第１の異常範囲内でないか否か）判断する構成としてもよい。そして、車載用電池２からの出力電流の電流値、及び車載用電池２の温度の少なくとも一方が、第１の異常範囲内である場合に、Ｓ１３に進む構成である。なお、車載用電池２の温度に対する第１の異常範囲は、車載用電池２から電力が供給される外部回路の異常に起因して過電流が生じるような車載用電池２の異常状態において、車載用電池２の温度として想定される範囲である。また、車載用電池２からの出力電流の電流値に対する第１の異常範囲と、車載用電池２の温度に対する第１の異常範囲と、は相関しないように設定される構成であってもよい。すなわち、車載用電池２からの出力電流が第１電流値Ｉｔｈ１になるときに、車載用電池２の温度がＴ１とはならない構成であってもよい。
実施例２では、図５の監視回路部２０の制御において、Ｓ２５の処理で、車載用電池２の内部短絡の有無の判断に第２の異常範囲を用いる構成を例示した。しかしながら、車載用電池２の内部短絡の有無の判断に、その他の範囲を用いる構成であってもよい。例えば、車載用電池２の内部短絡の有無の判断に第１の異常範囲を用いる構成であってもよい。例えば、車載用電池２の温度が、所定の第１温度Ｔ１以上である場合に、第２の異常範囲内とする構成であってもよい。
実施例２では、図５の監視回路部２０の制御において、Ｓ２５の処理で、車載用電池２の内部短絡の有無の判断に用いる第２の異常範囲は、第２温度が第１温度よりも大きくなるように設定される範囲でなくてもよい。例えば、第２の異常範囲として、第２温度Ｔ２が第１温度Ｔ１よりも小さくなるように設定される構成であってもよい。この構成では、車載用電池２に内部短絡が生じても車載用電池２の温度が第１温度Ｔ１を下回るような異常状態も検出することができる。或いは、ステップＳ２５において、車載用電池２の温度が第１の異常範囲内であるか否かを判定するようにしてもよい。
実施例１では、図５の監視回路部２０の制御において、Ｓ１５の処理で、車載用電池２における高電圧電極部２Ａを有する高電位側の単位電池３に内部短絡が生じるような場合を説明したが、その他の単位電池３に内部短絡が生じるような場合も想定される。例えば、車載用電池２における低電圧電極部２Ｂを有する低電位側の単位電池３や、車載用電池２を構成する内側の単位電池３において内部短絡が生じる場合も、Ｓ１５の処理で検出することが可能である。また、Ｓ１５の処理では、複数の単位電池３に内部短絡が生じるような場合も想定される。
２…車載用電池
１０…車載用電池の保護回路
１１…第１導電路
１５…第１リレー
３０…放電回路
３１…第２導電路
３２…抵抗部
３３…第２リレー
４１…検出部
４１Ａ…電流検出部
４１Ｂ…電圧検出部
４２…制御部
９０…外部回路

Claims (4)

  1. 車載用電池から外部回路へ電力を供給する経路となる第１導電路に介在し、前記車載用電池から前記外部回路への電力供給をオンオフする第１リレーと、
    前記第１導電路とは異なる経路において直列に接続される第２リレー及び抵抗部を備え、前記第２リレーがオン状態のときに前記車載用電池からの電流が前記抵抗部を介して流れる放電回路と、
    前記車載用電池の温度又は前記車載用電池からの出力電流の少なくともいずれかを検出する検出部と、
    前記第１リレーがオン状態であり且つ前記第２リレーがオフ状態である場合において前記検出部が検出する温度又は出力電流の少なくともいずれかが第１の異常範囲内であるときに、前記第２リレーをオフ状態で維持しつつ前記第１リレーをオフ状態に切り替える第１切替制御を行い、前記第１切替制御の後に前記検出部が検出する前記車載用電池の温度が前記第１の異常範囲内又は第２の異常範囲内である場合に、前記第１リレーをオフ状態で維持しつつ前記第２リレーをオン状態に切り替える第２切替制御を行う制御部と、
    を有する車載用電池の保護回路。
  2. 前記検出部は、前記車載用電池からの出力電流を検出する電流検出部と、前記車載用電池の温度を検出する温度検出部とを備え、
    前記制御部は、前記第１リレーがオン状態であり且つ前記第２リレーがオフ状態である場合において前記電流検出部が検出する前記車載用電池の出力電流が第１の異常範囲内であるときに前記第１切替制御を行い、前記第１切替制御の後に前記温度検出部が検出する前記車載用電池の温度が前記第２の異常範囲内である場合に前記第２切替制御を行う請求項１に記載の車載用電池の保護回路。
  3. 前記検出部は、前記車載用電池の温度を検出する温度検出部を備え、
    前記制御部は、前記第１リレーがオン状態であり且つ前記第２リレーがオフ状態である場合において前記温度検出部が検出する前記車載用電池の温度が第１の異常範囲内であるときに前記第１切替制御を行い、前記第１切替制御の後に前記温度検出部が検出する前記車載用電池の温度が前記第１の異常範囲内又は前記第２の異常範囲内である場合に前記第２切替制御を行う請求項１に記載の車載用電池の保護回路。
  4. 前記第１の異常範囲は、所定の第１温度以上の範囲であり、前記第２の異常範囲は、前記第１温度よりも大きい第２温度以上の範囲である請求項３に記載の車載用電池の保護回路。
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