JP5733786B2 - 二次電池システム - Google Patents

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Description

本発明は二次電池及び該二次電池の保護回路を備えた二次電池システムに関する。
近年、環境問題に対する関心が高まり、リチウムイオン二次電池等の二次電池を採用した機器が増えている。それに伴って二次電池の性能に対する要求が高まり、また二次電池を安全に使用するための保護回路の役割も重要になってきている。
二次電池の保護回路の最大の目的は二次電池の保護であり、二次電池がその定格を超えない範囲で使用されるように充放電動作を制御する。ここで、二次電池の保護回路の目的は大きく分けて二つある。
第1の目的は、二次電池の劣化を抑制して性能を十分に発揮させるためのものである(ファーストプロテクト)。ファーストプロテクトには、一般に、過充電保護、過放電保護、過電流保護、温度保護等の機能があり、所定の保護条件が検出されたときに二次電池に対する充電動作や放電動作を停止する。
第2の目的は、二次電池の安全性を確保するためのものである(セカンドプロテクト)。セカンドプロテクトは、ファーストプロテクトが正常に動作しない場合に備えて多くの機器で採用されている。セカンドプロテクトとしては、想定外の大電流が流れたときに電流を遮断する電流ヒューズや過大な電圧が印加されたときに動作する過電圧プロテクタ等がある。これらセカンドプロテクトで使用される素子は、そのほとんどが一度動作したら機器を使用禁止状態にする非復帰型のものである。一般に、セカンドプロテクトには、何らかの異常発生に対してファーストプロテクトが動作しないときに動作する素子、または想定外の電流や電圧等で使用されたときに動作する素子が選定される。但し、セカンドプロテクトに使用される素子は、いずれも保護回路としての機能を全て備えているわけではなく、二次電池の破裂や発火等の最悪の事態を回避するために用いられる。
ところで、背景技術の二次電池システムでは、保護回路が備える、充放電ラインに挿入された充電動作や放電動作を制御するスイッチが破損していても、予め設定された定格内で二次電池が動作していると、該二次電池に対する充電や放電が可能である。ここで、充放電ラインに挿入されたスイッチが破損時に開放状態となれば、二次電池が使用できなくなるため、安全上、問題になることは少ない。しかしながら、スイッチが破損時に短絡状態となった場合はスイッチをOFFする必要がある場合でも制御できなくなる問題が生じる。
例えばスイッチにFET(Field Effect Transistor)を用いている場合、FETは破損時に短絡状態となることが多いため、充電や放電のOFF制御ができなくなってしまう。その場合、セカンドプロテクトのみで二次電池を保護することになる。しかしながら、上述したようにセカンドプロテクトは保護回路としての機能を全て備えているわけではなく、破裂や発火等の最悪の事態を回避するものにすぎない。
例えば、セカンドプロテクトとして電流ヒューズを用いている場合、過充電時には二次電池の温度が上昇するため、それを検知して充電を停止することができる。また、出力短絡等により想定外の大電流が二次電池から流れてもヒューズが溶断することで過電流を遮断できる。
しかしながら、二次電池の出力電圧の低下、つまり過放電は保護することができない。二次電池が過放電になると、二次電池のケースが膨張することがあり、また電池容量の低下が急速に進行する。このようにファーストプロテクトが破損している状態で二次電池を使用し続けると、該二次電池の劣化を助長してしまう。二次電池が劣化した場合は二次電池システム全体を交換しなければならない。また、充電や放電を制御するスイッチ(ファーストプロテクト)が破損している状態で二次電池システムとして使用できることがそもそも問題である。
ファーストプロテクトの破損を検出する技術については従来から検討されており、例えば特許文献1−4には充電制御用あるいは放電制御用のスイッチ(FET)の破損を検出する技術が記載され、特許文献5には保護回路の破損を検出する技術が記載されている。
特許文献1では、充電ラインと放電ラインとを分離して設け、充電ラインに非復帰型のスイッチを備え、放電ラインにスイッチであるFETを備えた構成が提案されている。特許文献1では、二次電池の過放電を検出した場合はFETをOFFにして放電ラインを切断し、二次電池の過充電を検出した場合またはFETの温度異常(温度上昇)を検出した場合は非復帰型のスイッチをOFFすることで充電ラインを切断することが記載されている。
特許文献2には、充電制御用のFETをON・OFFさせ、そのときに二次電池に流れる充電電流を測定することで該FETが正常に動作しているか否かを判定し、FETが正常に動作していないとき、充電器が備えるスイッチにより二次電池に対する充電電流の供給を停止することが記載されている。
特許文献3には、二次電池の充電制御用に、直列に接続された2つのFETを備え、2つのFETをそれぞれ交互にONさせ、一方のFETのみがONしている状態で充電電流を検出した場合、OFFさせている充電制御用のFETが破損していると判定することが記載されている。
特許文献4には、複数の二次電池から成るパック電池において、パック電池の充電時に温度異常や過電流を検出した場合、対応する二次電池に対する充電電流を停止し、さらに該二次電池の電圧を監視して異常な電圧上昇を検出した場合、該二次電池に対応して設けられた充電制御用のFETが破損していると判定することが記載されている。
特許文献5には、二次電池の保護回路内に自身の消費電流を検出する回路を備え、検出した消費電流値に基づいて保護回路が正常に動作しているか否かを判定することが記載されている。
特開2007−299696号公報 特開平09−312172号公報 特開2009−060734号公報 特開2008−125199号公報 特開2009−177964号公報
しかしながら上記特許文献1−5に記載された技術では以下に記載するような問題がある。
特許文献1では、上述したように放電ラインに設けられたスイッチであるFETの温度異常(温度上昇)を検出することで該FETが破損しているか否かを判定している。しかしながら、FETには、過熱による温度破壊だけでなく様々な故障モード(例えば、静電気によるゲート破壊、高電圧が印加されたことによるアバランシュ破壊等)がある。したがって、温度上昇だけを監視していても放電制御用のFETの破損を検出できるものではない。
特許文献2に記載の発明は、FETが正常に動作していないときに外部の充電器が備えるスイッチにより充電電流の供給を停止する構成であり、充電器が無ければ充電動作を停止させることができない。
特許文献3及び4は、充電制御用のFETが破損して短絡したときに充電動作を停止する手段を示しているが、放電制御用のFETが破損して短絡したときに、放電動作を停止する手段は何も示していない。そのため、放電制御用FETの破損時に二次電池の過放電を防止できないという問題がある。この放電制御用FETの破損時に放電動作を停止する手段は、上記特許文献1及び2でも何ら示していない。すなわち、特許文献1及び2に記載された技術も、放電制御用FETが破損することで短絡したときに、二次電池の過放電を防止できないという問題がある。
特許文献5では、上述したように消費電流値に基づいて保護回路が正常に動作しているか否かを判定しているが、そのような方法では充電制御用のFETや放電制御用のFETが破損しているか否かを検出することはできない。
本発明は上述したような背景技術が有する問題点を解決するためになされたものであり、二次電池の保護回路が備える充電制御用及び放電制御用のスイッチの破損時に、充電動作及び放電動作の停止をそれぞれ可能にする二次電池システムを提供することを目的とする。
上記目的を達成するため本発明の二次電池システムは、二次電池と、
前記二次電池からの放電時に導通状態に設定される放電制御用スイッチと、
前記二次電池に対する充電時に導通状態に設定される、前記放電制御用スイッチと直列に接続された充電制御用スイッチと、
前記二次電池の放電ライン上に挿入される放電スイッチと、
前記放電スイッチの導通時に前記二次電池からの放電電流が流れる負荷抵抗器と、
前記放電制御用スイッチが破損しているか否かを判定するための処理時に前記放電スイッチをオンさせると共に前記放電制御用スイッチをオフさせ、前記放電制御用スイッチが正常にオフしていないときに前記放電制御用スイッチが破損していると判定し、前記充電制御用スイッチが破損しているか否かを判定するための処理時に前記充電制御用スイッチをオフさせ、前記充電制御用スイッチが正常にオフしていないときに前記充電制御用スイッチが破損していると判定する保護検出部と、
を有し、
前記保護検出部は、
前記放電制御用スイッチが破損しているか否かを判定するための処理時、前記放電制御用スイッチの両端の電圧を測定し、前記放電制御用スイッチの両端の電位差と前記二次電池の出力電圧とを比較し、前記放電制御用スイッチの両端の電位差が前記二次電池の出力電圧よりも低いとき、前記放電制御用スイッチが破損していると判定する構成である。
または、二次電池と、
前記二次電池からの放電時に導通状態に設定される放電制御用スイッチと、
前記二次電池に対する充電時に導通状態に設定される、前記放電制御用スイッチと直列に接続された充電制御用スイッチと、
前記二次電池の放電ライン上に挿入される放電スイッチと、
前記放電スイッチの導通時に前記二次電池からの放電電流が流れる負荷抵抗器と、
前記放電制御用スイッチが破損しているか否かを判定するための処理時に前記放電スイッチをオンさせると共に前記放電制御用スイッチをオフさせ、前記放電制御用スイッチが正常にオフしていないときに前記放電制御用スイッチが破損していると判定し、前記充電制御用スイッチが破損しているか否かを判定するための処理時に前記充電制御用スイッチをオフさせ、前記充電制御用スイッチが正常にオフしていないときに前記充電制御用スイッチが破損していると判定する保護検出部と、
を有し、
前記保護検出部は、
前記充電制御用スイッチが破損しているか否かを判定するための処理時、外部から前記充電制御用スイッチを介して所定の充電電圧を印加させ、前記充電制御用スイッチの両端の電圧を測定し、前記充電制御用スイッチの両端の電位差と前記充電電圧とを比較し、前記充電制御用スイッチの両端の電位差が前記充電電圧よりも低いとき、前記充電制御用スイッチが破損していると判定する構成である。
本発明によれば、二次電池の保護回路が備える充電制御用のスイッチ及び放電制御用のスイッチの破損をそれぞれ検出できるため、充電動作だけでなく放電動作の停止も可能になる。
本発明の二次電池システムの一構成例を示すブロック図である。 図1に示した二次電池システムの実施例の構成を示す回路図である。
次に本発明について図面を用いて説明する。
本発明の二次電池システムは、充電制御用のスイッチ及び放電制御用のスイッチが破損しているか否かをそれぞれ判定し、充電制御用のスイッチまたは放電制御用のスイッチが破損している場合は二次電池システムの使用を禁止する構成である。
図1は、本発明の二次電池システムの一構成例を示すブロック図である。
図1に示すように、本発明の二次電池システムは、二次電池1、放電制御用スイッチ2、充電制御用スイッチ3、放電スイッチ4、保護検出部5及び負荷抵抗器8を備えている。
放電制御用スイッチ2及び充電制御用スイッチ3は、例えば二次電池1の正極と入出力端子6間に直列に挿入されている。放電制御用スイッチ2は二次電池1の放電時にON(導通状態に設定)され、充電制御用スイッチ3は二次電池1に対する充電時にON(導通状態に設定)される。
放電スイッチ4は、二次電池1の放電ライン上、すなわち入出力端子6と入出力端子7との間に二次電池1と並列に挿入され、放電制御用スイッチ2が破損しているか否かを判定するための処理時にON(導通状態に設定)される。以降、放電制御用スイッチ2や充電制御用スイッチ3が破損しているか否かを判定するための一連の処理を「故障検出処理」と称す。
負荷抵抗器8は、放電スイッチ4と直列に接続され、放電スイッチ4がONしたとき二次電池1から放電された電流が流れる負荷である。
保護検出部5は、放電制御用スイッチ2、充電制御用スイッチ3及び放電スイッチ4の動作を制御する。保護検出部5は、放電制御用スイッチ2の故障検出処理時、放電スイッチ4をON(オン)させると共に放電制御用スイッチ2をOFF(オフ)させ、放電制御用スイッチ2が正常にオフしていないとき、放電制御用スイッチ2が破損していると判定する。また、保護検出部5は、充電制御用スイッチ3の故障検出処理時、充電制御用スイッチ3をOFFさせて外部から充電制御用スイッチ3を介して(実際には入出力端子6,7を介して)所定の充電電圧を印加させ、充電制御用スイッチ3が正常にオフしていないとき、充電制御用スイッチ3が破損していると判定する。
放電制御用スイッチ2や充電制御用スイッチ3が正常にOFFしているか否かは、例えば放電制御用スイッチ2や充電制御用スイッチ3の両端の電圧を測定することで判定できる。
なお、図1は、放電制御用スイッチ2や充電制御用スイッチ3の両端の電圧を測定することで、放電制御用スイッチ2や充電制御用スイッチ3が破損しているか否かを判定するための構成例を示している。放電制御用スイッチ2や充電制御用スイッチ3が破損しているか否かは、充電時や放電時に二次電池1に流れる充電電流や放電電流を検出することでも判定できる。
例えば、放電制御用スイッチ2や充電制御用スイッチ3の故障検出処理を電圧で実施する場合、放電制御用スイッチ2をOFFにし、放電スイッチ4をONにして放電制御用スイッチ2の両端の電圧を測定し、その電位差が二次電池1の出力電圧よりも低ければ、放電用制御スイッチ2が破損していると判定できる。また、充電制御用スイッチ3をOFFにし、入出力端子6,7を介して外部から所定の充電電圧を印加させたとき、充電制御用スイッチ3の両端の電圧を測定し、その電位差が充電電圧よりも低ければ、充電制御用スイッチ3が破損していると判定できる。
一方、放電制御用スイッチ2や充電制御用スイッチ3の故障検出処理を電流で実施する場合、放電制御用スイッチ2をOFFにし、放電スイッチ4をONにしたとき、二次電池1の放電電流を検出し、該放電電流が流れていれば、放電用制御スイッチ2が破損していると判定できる。また、充電制御用スイッチ3をOFFにし、入出力端子6,7を介して外部から所定の充電電圧を印加させたとき、二次電池1の充電電流を検出し、該充電電流が流れていれば、充電用制御スイッチ3が破損していると判定できる。
以下、図1に示した二次電池システムを実現する具体的な構成例(実施例)について図2を用いて説明する。
図2は、図1に示した二次電池システムの実施例の構成を示す回路図である。
図2に示すように、本実施例の二次電池システムは、二次電池1、放電制御用スイッチ2、充電制御用スイッチ3、放電スイッチ4、保護検出部5、負荷抵抗器8、充放電禁止スイッチ20、充放電禁止制御用スイッチ22及び電流検出抵抗器17を備えている。なお、図2に示す各構成要素のうち、図1に示した二次電池システムと同じものについては、同一の符合を付与している。
二次電池1には、例えばリチウムイオン二次電池が用いられる。
放電制御用スイッチ2及び充電制御用スイッチ3は、例えば二次電池1の正極と入出力端子6間(充放電ライン)に直列に挿入されている。放電制御用スイッチ2は二次電池1の放電時にONされ、充電制御用スイッチ3は二次電池1に対する充電時にONされる。放電制御用スイッチ2及び充電制御用スイッチ3には、例えばMOSFET(Metal Oxide Semiconductor FET)が用いられる。通常、MOSFETのソースとドレイン間には寄生ダイオード(ボディダイオードとも言う)が存在する。そのため、図2に示すように、放電制御用スイッチ2及び充電制御用スイッチ3を、各々の寄生ダイオードの向きが逆方向となるように接続すれば、放電制御用スイッチ2のみONさせることで二次電池1を放電させることが可能であり、充電制御用スイッチ3のみONさせることで二次電池1に対する充電が可能である。その場合、放電時には二次電池1の出力電圧よりも寄生ダイオードの順方向電圧だけ低い電圧が入出力端子6から出力され、充電時には入出力端子6から供給される充電電圧よりも寄生ダイオードの順方向電圧だけ低い電圧が二次電池1に印加される。なお、以下では、放電制御用スイッチ2と二次電池1の接続ノードをノードN1と称し、放電制御用スイッチ2と充電制御用スイッチ3の接続ノードをN2と称し、充電制御用スイッチ3と充放電禁止スイッチ20の接続ノードをノードN3と称す。
放電スイッチ4は、入出力端子6と入出力端子7との間に二次電池1と並列に挿入され、放電制御用スイッチ2の故障検出処理時にONされる。放電スイッチ4には、放電制御用スイッチ2や充電制御用スイッチ3と同様に、例えばMOSFETが用いられる。
負荷抵抗器8は、放電スイッチ4と直列に接続され、放電スイッチ4がONしたとき二次電池1から放電された電流が流れる負荷である。
充放電禁止スイッチ20は、放電制御用スイッチ2及び充電制御用スイッチ3と直列に接続され、放電制御用スイッチ2または充電制御用スイッチ3の少なくともいずれか一方が破損しているときにOFFされ、二次電池1の正極と入出力端子6間の充放電ラインを切断する。充放電禁止スイッチ20には、上記セカンドプロテクトの機能を持たせてもよい。その場合、充放電禁止スイッチ20には、例えば電流ヒューズ等の非復帰型のスイッチを用いればよい。
充放電禁止制御用スイッチ22は、充放電禁止スイッチ20をOFF状態に設定するためのスイッチである。充放電禁止制御用スイッチ22には、例えばMOSFETが用いられる。
電流検出抵抗器17は、例えば二次電池1の負極と入出力端子7間に直列に挿入され、二次電池1に対する充放電電流の検出に用いられる。
保護検出部5は、放電制御用スイッチ2、充電制御用スイッチ3、放電スイッチ4及び充放電禁止制御用スイッチ22の動作を制御すると共に、放電制御用スイッチ2や充電制御用スイッチ3の両端の電圧、または二次電池1の充放電電流を測定し、その測定結果に基づいて放電制御用スイッチ2や充電制御用スイッチ3が破損しているか否かを判定する。保護検出部5は、放電制御用スイッチ2や充電制御用スイッチ3が破損していると判定した場合、充放電禁止制御用スイッチ22を用いて充放電禁止スイッチ20をOFFさせる。また、保護検出部5は、放電制御用スイッチ2や充電制御用スイッチ3が破損していると判定した場合、その判定結果を外部(充電器、二次電池システムを備えた機器等)へ通知する。判定結果は、警告用ライン23を介して、例えば周知の通信手段を用いて外部へ通知してもよく、周知のインタフェース回路等を用いて外部へ信号として送信してもよい。また、判定結果は、周知の表示手段や音声手段等を用いてユーザ等に警告(アラーム)してもよい。
なお、図2に示す二次電池システムの入出力端子6,7間に接続される、二次電池1の充電に用いる充電器に充電電流を調整する機能を備えている場合、保護検出部5は、充電制御用スイッチ3の故障検出処理時に、該充電器等に対して、二次電池1に対する通常の充電時よりも少ない充電電流の供給(以下、プリチャージ充電と称す)を要求してもよい。プリチャージ充電は、例えばプリチャージ要求用ライン24を介して充電器等に要求する。保護検出部5は、例えばA/Dコンバータ、メモリ、各種の論理ゲート等を備える、二次電池1の保護機能を実現するマイクロコンピュータや集積回路等で実現される。
このような構成において、次に放電制御用スイッチ2及び充電制御用スイッチ3の故障検出方法について説明する。
放電制御用スイッチ2の故障検出処理を電圧で実施する場合、保護検出部5は、まず放電制御用スイッチ2をOFFにし、放電スイッチ4をONにして二次電池1を放電状態とする。保護検出部5は、放電制御用スイッチ2の両端(ノードN1,N2)の電圧をそれぞれ測定し、その電位差と二次電池1の出力電圧とを比較する。このとき、保護検出部5は、ノードN1とN3の電位差と、二次電池1の出力電圧とを比較してもよい。
例えば、二次電池12の出力電圧が30Vの場合、放電制御用スイッチ2が正常にOF
Fしていれば、放電制御用スイッチ2の両端の電位差はおよそ30Vになる(厳密には、
寄生ダイオードによる電圧降下分だけ低くなる)。放電制御用スイッチ2が正常にOFFしていない場合、放電制御用スイッチ2の両端の電位差は30Vよりも低くなる(上記寄生ダイオードによる電圧降下分よりもさらに低くなる)。二次電池1の出力電圧は、ノードN1の電圧を測定することで検出可能であり、二次電池1の出力電圧よりも放電制御用スイッチ2の両端の電位差が低い場合は、放電制御用スイッチ2が破損していると判定できる。二次電池1の出力電圧は、上述したように保護検出部5で測定してもよく、予めROM等の不揮発性メモリに二次電池1の出力電圧の値を保存しておき、放電制御用スイッチ2の故障検出処理時にその保存した値を用いてもよい。また、不揮発性メモリには上記寄生ダイオードで降下する電圧値(電圧降下値)を保存しておいてもよい。その場合、放電制御用スイッチ2の両端の電位差が、二次電池1の出力電圧から寄生ダイオードの電圧降下値を引いた値よりも低いか否かで放電制御用スイッチ2が正常にOFFしているか否かを判定できる。このように不揮発性メモリに寄生ダイオードの電圧降下値を保存しておけば、二次電池1の出力電圧が変動しても対処できる。
なお、放電制御用スイッチ2の故障検出処理は、例えば放電制御用スイッチ2をOFFにし、充電制御用スイッチ3をONにし、放電スイッチ4をOFFにして充電器等から充電電流を供給し、そのときの放電制御用スイッチ2の両端(ノードN1,N2)の電位差と、上記寄生ダイオードの順方向電圧とを比較することで実施してもよい。その場合、放電制御用スイッチ2の両端の電位差が寄生ダイオードの順方向電圧よりも低ければ、放電制御用スイッチ2が破損していると判定できる。
放電制御用スイッチ2の故障検出処理を終了したら、保護検出部5は放電スイッチ4をOFFにする。
保護検出部5は、放電制御用スイッチ2が破損していると判定した場合、充放電禁止制御用スイッチ22をONにし、充放電禁止スイッチ20をOFFさせることで二次電池1に対する充放電を禁止する。充放電禁止スイッチ20に非復帰型のスイッチを用いている場合、保護検出部5は、充放電禁止スイッチ20をOFFさせた後、充放電禁止制御用スイッチ22をOFFに戻してもよい。さらに、保護検出部5は、放電制御用スイッチ2の破損を検出した場合、警告用ライン23を介して外部(充電器、二次電池システムを備えた機器等)に放電制御用スイッチ2の破損を通知する。
一方、充電制御用スイッチ3の故障検出処理を電圧で実施する場合、保護検出部5は、まず充電制御用スイッチ3をOFFにし、放電制御用スイッチ2をONにする。そして、プリチャージ要求用ライン24を介して外部の充電器等にプリチャージ充電を要求し、二次電池1に対するプリチャージ充電を開始させる。充電制御用スイッチ3の故障検出をプリチャージ充電で実行すれば、放電制御用スイッチ2、充電制御用スイッチ3及び二次電池1には少ない電流しか流れないため、二次電池システムの安全性を確保できる。
続いて、保護検出部5は、充電制御用スイッチ3の両端(ノードN2,N3)の電圧をそれぞれ測定し、その電位差と充電電圧とを比較する。このとき、保護検出部5は、ノードN1とノードN3の電位差と、充電電圧とを比較してもよい。
例えば、充電電圧が30Vの場合、充電制御用スイッチ3が正常にOFFしていれば、
充電制御用スイッチ3の両端の電位差はおよそ30Vになる(厳密には、寄生ダイオード
による電圧降下分だけ低くなる)。充電制御用スイッチ3が正常にOFFしていない場合、充電制御用スイッチ3の両端の電位差は30Vよりも低くなる(上記寄生ダイオードによる電圧降下分よりもさらに低くなる)。
充電電圧は、ノードN3の電圧を測定することで測定可能であり、保護検出部5は、充電電圧よりも充電制御用スイッチ3の両端の電位差が低い場合、充電制御用スイッチ3が破損していると判定できる。充電電圧は、上述したように保護検出部5で測定してもよく、予めROM等の不揮発性メモリに充電電圧(プリチャージ充電)の値を保存しておき、充電制御用スイッチ3の故障検出処理時にその保存した値を用いてもよい。また、不揮発性メモリには上記寄生ダイオードで降下する電圧値(電圧降下値)を保存しておいてもよい。その場合、充電制御用スイッチ3の両端の電位差が、充電電圧から寄生ダイオードの電降下圧値を引いた値よりも低いか否かで充電制御用スイッチ3が正常にOFFしているか否かを判定できる。このように不揮発性メモリに寄生ダイオード電圧降下値を保存しておけば、充電電圧が変動しても対処できる。
保護検出部5は、充電制御用スイッチ3の故障検出処理を終了したら、ライン24を介してプリチャージ充電要求を無効にする。
保護検出部5は、充電制御用スイッチ3の破損を検出した場合、充放電禁止制御用スイッチ22をONにし、充放電禁止スイッチ20をOFFさせることで二次電池1に対する充放電を禁止する。充放電禁止スイッチ20に非復帰型のスイッチを用いている場合、保護検出部5は、充放電禁止スイッチ20をOFFさせた後、充放電禁止制御用スイッチ22をOFFに戻してもよい。さらに、保護検出部5は、充電制御用スイッチ3の破損を検出した場合、警告用ライン23を介して外部(充電器、二次電池システムを備えた機器等)に充電制御用スイッチ3の破損を通知する。
本実施例では、充電制御用スイッチ3の故障検出処理時、蓄電器等にプリチャージ充電を要求し、プリチャージ充電を行いつつ充電制御用スイッチ3の故障検出処理を実施する方法を示したが、プリチャージ充電に限らず、二次電池1に通常の充電電流を供給しつつ、充電制御用スイッチ3の故障検出処理を実施してもよい。
次に、放電制御用スイッチ2及び充電制御用スイッチ3の故障検出処理を電流で実施する場合の処理手順について説明する。
放電制御用スイッチ2の故障検出処理を電流で実施する場合、保護検出部5は、まず放電制御用スイッチ2をOFFにし、放電スイッチ4をONにして二次電池1を放電状態とする。
続いて、保護検出部5は、電流検出抵抗器17の両端の電圧を測定し、二次電池1から放電電流が流れているか否かを検出する。放電電流を検出した場合、放電制御用スイッチ2が正常にOFFしていないため破損していると判定できる。
保護検出部5は、放電制御用スイッチ2の破損を検出した場合、充放電禁止制御用スイッチ22をONにし、充放電禁止スイッチ20をOFFさせることで二次電池1に対する充放電を禁止する。充放電禁止スイッチ20に非復帰型のスイッチを用いている場合、保護検出部5は、充放電禁止スイッチ20をOFFさせた後、充放電禁止制御用スイッチ22をOFFに戻してもよい。さらに、保護検出部5は、放電制御用スイッチ2の破損を検出した場合、警告用ライン23を介して外部(充電器、二次電池システムを備えた機器等)に放電制御用スイッチ2の破損を通知する。
一方、充電制御用スイッチ3の故障検出処理を電流で実施する場合、保護検出部5は、まず充電制御用スイッチ3をOFFにし、放電制御用スイッチ2をONにする。そして、プリチャージ要求用ライン24を介して外部の充電器等にプリチャージ充電を要求し、二次電池1に対するプリチャージ充電を開始させる。
続いて、保護検出部5は、電流検出抵抗器17の両端の電圧を測定し、二次電池1に対する充電電流が流れているか否かを検出する。充電電流を検出した場合、充電制御用スイッチ3が正常にOFFしていないため破損していると判定できる。
保護検出部5は、充電制御用スイッチ3の破損を検出した場合、充放電禁止制御用スイッチ22をONにし、充放電禁止スイッチ20をOFFさせることで二次電池1に対する充放電を禁止する。充放電禁止スイッチ20に非復帰型のスイッチを用いている場合、保護検出部5は、充放電禁止スイッチ20をOFFさせた後、充放電禁止制御用スイッチ22をOFFに戻してもよい。さらに、保護検出部5は、充電制御用スイッチ3の破損を検出した場合、警告用ライン23を介して外部(充電器、二次電池システムを備えた機器等)に充電制御用スイッチ3の破損を通知する。
本発明によれば、放電制御用スイッチ2をOFFさせたときの放電制御用スイッチ2の両端の電圧または放電電流を測定することで、放電制御用スイッチ2の破損を検出することが可能であり、充電制御用スイッチ3をOFFさせたときの充電制御用スイッチ3の両端の電圧または充電電流を測定することで、充電制御用スイッチ3の破損を検出することが可能である。そのため、充電制御用スイッチ3の破損時に充電動作を停止させるだけでなく、放電制御用スイッチ2の破損時に放電動作を停止させることが可能である。
そして、放電制御用スイッチ2または充電制御用スイッチ3のいずれか一方でも破損を検出した場合に充放電禁止スイッチ20をOFFにして二次電池システムの使用を禁止するため、二次電池1に対する過充電、過電流、温度異常だけでなく、過放電も防止できる。そのため、過充電や過放電による二次電池1の劣化が抑制され、二次電池システムの安全性も向上する。
また、放電制御用スイッチ2や充電制御用スイッチ3の破損を検出した場合に充放電禁止スイッチ20をOFFにして二次電池システムの使用を禁止することで、過充電や過放電による二次電池1の劣化が抑制されるため、高価な二次電池1を交換することなく、保護回路のみ交換すれば、二次電池システムを継続して使用できる。
さらに、放電制御用スイッチ2や充電制御用スイッチ3の破損を外部に通知することで、ユーザやメンテナンス業者等は二次電池システムの故障に対して迅速に対処できる。
また、本発明の二次電池システムでは、放電制御用スイッチ2の故障検出時に放電スイッチ4をONさせて二次電池1の放電に必要な負荷(負荷抵抗器8)を接続するため、二次電池システムだけで放電制御用スイッチ2の故障検出処理を実施できる。また、充電制御用スイッチ3の破損検出時に充放電禁止スイッチ20をOFFさせるため、特許文献2のように二次電池システムからの通知で充電電流を停止する機能を充電器等に備える必要がない。
1 二次電池
2 放電制御用スイッチ
3 充電制御用スイッチ
4 放電スイッチ
5 保護検出部
6,7 入出力端子
8 負荷抵抗器
17 電流検出抵抗器
20 充放電禁止スイッチ
22 充放電禁止制御用スイッチ
23 警告用ライン
24 プリチャージ要求用ライン

Claims (8)

  1. 二次電池と、
    前記二次電池からの放電時に導通状態に設定される放電制御用スイッチと、
    前記二次電池に対する充電時に導通状態に設定される、前記放電制御用スイッチと直列に接続された充電制御用スイッチと、
    前記二次電池の放電ライン上に挿入される放電スイッチと、
    前記放電スイッチの導通時に前記二次電池からの放電電流が流れる負荷抵抗器と、
    前記放電制御用スイッチが破損しているか否かを判定するための処理時に前記放電スイッチをオンさせると共に前記放電制御用スイッチをオフさせ、前記放電制御用スイッチが正常にオフしていないときに前記放電制御用スイッチが破損していると判定し、前記充電制御用スイッチが破損しているか否かを判定するための処理時に前記充電制御用スイッチをオフさせ、前記充電制御用スイッチが正常にオフしていないときに前記充電制御用スイッチが破損していると判定する保護検出部と、
    を有し、
    前記保護検出部は、
    前記放電制御用スイッチが破損しているか否かを判定するための処理時、前記放電制御用スイッチの両端の電圧を測定し、前記放電制御用スイッチの両端の電位差と前記二次電池の出力電圧とを比較し、前記放電制御用スイッチの両端の電位差が前記二次電池の出力電圧よりも低いとき、前記放電制御用スイッチが破損していると判定する二次電池システム。
  2. 二次電池と、
    前記二次電池からの放電時に導通状態に設定される放電制御用スイッチと、
    前記二次電池に対する充電時に導通状態に設定される、前記放電制御用スイッチと直列に接続された充電制御用スイッチと、
    前記二次電池の放電ライン上に挿入される放電スイッチと、
    前記放電スイッチの導通時に前記二次電池からの放電電流が流れる負荷抵抗器と、
    前記放電制御用スイッチが破損しているか否かを判定するための処理時に前記放電スイッチをオンさせると共に前記放電制御用スイッチをオフさせ、前記放電制御用スイッチが正常にオフしていないときに前記放電制御用スイッチが破損していると判定し、前記充電制御用スイッチが破損しているか否かを判定するための処理時に前記充電制御用スイッチをオフさせ、前記充電制御用スイッチが正常にオフしていないときに前記充電制御用スイッチが破損していると判定する保護検出部と、
    を有し、
    前記保護検出部は、
    前記充電制御用スイッチが破損しているか否かを判定するための処理時、外部から前記充電制御用スイッチを介して所定の充電電圧を印加させ、前記充電制御用スイッチの両端の電圧を測定し、前記充電制御用スイッチの両端の電位差と前記充電電圧とを比較し、前記充電制御用スイッチの両端の電位差が前記充電電圧よりも低いとき、前記充電制御用スイッチが破損していると判定する二次電池システム。
  3. 前記放電制御用スイッチまたは前記充電制御用スイッチの少なくともいずれか一方が破損しているとき前記保護検出部の制御により非導通状態に設定される、前記放電制御用スイッチ及び前記充電制御用スイッチと直列に接続される充放電禁止スイッチをさらに有する請求項1または2記載の二次電池システム。
  4. 前記充放電禁止スイッチは、
    非復帰型のスイッチである請求項記載の二次電池システム。
  5. 前記保護検出部は、
    前記放電制御用スイッチが破損しているか否かを判定するための処理時、前記二次電池からの放電電流が流れているか否かを検出し、前記放電電流が流れているとき前記放電制御用スイッチが破損していると判定する請求項1からのいずれか1項記載の二次電池システム。
  6. 前記保護検出部は、
    前記充電制御用スイッチが破損しているか否かを判定するための処理時、外部から前記充電制御用スイッチを介して所定の充電電圧を印加させ、前記二次電池に充電電流が流れているか否かを検出し、前記充電電流が流れているとき前記充電制御用スイッチが破損していると判定する請求項1からのいずれか1項記載の二次電池システム。
  7. 前記保護検出部は、
    前記放電制御用スイッチまたは前記充電制御用スイッチが破損していると判定したとき、該判定結果を外部へ通知する請求項1からのいずれか1項記載の二次電池システム。
  8. 前記二次電池へ充電電流を供給する充電器が、該充電電流を調整する機能を備えているとき、
    前記保護検出部は、
    前記充電制御用スイッチが破損しているか否かを判定するための処理時に、前記充電器等に対して前記二次電池に対する通常の充電時よりも少ない充電電流の供給を要求する請求項1からのいずれか1項記載の二次電池システム。
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Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6365725B2 (ja) * 2012-08-09 2018-08-01 株式会社Gsユアサ 蓄電装置及び電力経路開閉装置
JP6136679B2 (ja) * 2012-08-09 2017-05-31 株式会社Gsユアサ 蓄電装置及び電力経路開閉装置
JP6215221B2 (ja) * 2012-10-29 2017-10-18 三洋電機株式会社 車両用電源装置
JP2014143796A (ja) * 2013-01-22 2014-08-07 Toshiba Corp 電源装置
JP6156689B2 (ja) * 2013-06-25 2017-07-05 株式会社Gsユアサ スイッチ故障診断装置、スイッチ故障診断方法
JP5652562B1 (ja) * 2013-09-19 2015-01-14 株式会社豊田自動織機 Mosfetスイッチ素子の異常診断装置及び方法
KR102059076B1 (ko) 2016-02-19 2020-02-11 주식회사 엘지화학 스위치 부품의 고장 진단 장치 및 방법
JP6561959B2 (ja) * 2016-10-12 2019-08-21 オンキヨー株式会社 電子機器
JP6791796B2 (ja) * 2017-03-29 2020-11-25 Fdk株式会社 充電装置
KR102256598B1 (ko) * 2017-11-29 2021-05-26 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 팩
KR102256100B1 (ko) * 2017-11-29 2021-05-25 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 팩
KR20190071320A (ko) * 2017-12-14 2019-06-24 주식회사 엘지화학 릴레이 이상 진단 시스템 및 방법
KR20200008881A (ko) * 2018-07-17 2020-01-29 주식회사 엘지화학 스위치 진단 장치 및 방법

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3285974B2 (ja) * 1992-12-14 2002-05-27 キヤノン株式会社 充電回路の故障診断方法及び保護方法及び充電装置
JP3981893B2 (ja) * 1996-05-22 2007-09-26 ソニー株式会社 バッテリパック、充電器、および充電システム、並びに充電方法
JPH10164709A (ja) * 1996-11-27 1998-06-19 Isuzu Motors Ltd 電源装置および電気自動車用電源装置
JP3514103B2 (ja) * 1998-02-19 2004-03-31 松下電器産業株式会社 電池パック故障診断装置
JP2003102101A (ja) * 2001-09-25 2003-04-04 Suzuki Motor Corp 電気自動車用電源制御装置
JP5025160B2 (ja) * 2006-05-02 2012-09-12 三洋電機株式会社 二次電池装置
JP2008005593A (ja) * 2006-06-21 2008-01-10 Sony Corp 電池パックおよび電子機器、ならびに制御方法
JP4760723B2 (ja) * 2006-11-20 2011-08-31 トヨタ自動車株式会社 電源回路の制御装置
JP5234282B2 (ja) * 2009-02-09 2013-07-10 三菱自動車工業株式会社 バッテリパックの検査装置

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