JPWO2014087442A1 - 蓄電システム - Google Patents

Abstract

【課題】 コントローラを介さずに、蓄電ブロックの通電を遮断する構成を提供する。【解決手段】 蓄電システムは、充放電を行う蓄電素子（１１）を含む蓄電ブロックと、蓄電ブロックを負荷（２２，２３）と接続するオンと、蓄電ブロックおよび負荷の接続を遮断するオフとの間で切り替わるリレー（ＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇ）と、リレーのオンおよびオフを制御するコントローラ（３４）と、リレーをオンからオフに切り替えて、蓄電ブロックの通電を遮断する電流遮断回路（６０）と、を有する。電流遮断回路は、蓄電ブロックの電圧値および閾値を比較して、蓄電ブロックが過充電状態であることを示すアラーム信号を出力するアラーム回路（ＣＭＰ，６２，６３）と、アラーム信号を保持するラッチ回路（６４）と、ラッチ回路の出力信号を受けて、リレーをオンからオフに切り替えるトランジスタ（６８）と、を有する。【選択図】 図３

Description

本発明は、コントローラの制御に関わらず、蓄電ブロックの通電を遮断する技術に関する。

特許文献１には、二次電池の過充電を抑制するために、二次電池に充電電流が流れたときには、システムメインリレーをオフにすることが記載されている。システムメインリレーをオフにすることにより、二次電池および負荷の接続を遮断することができ、二次電池の充電を停止することができ、二次電池の過充電を抑制することができる。

特開２００８−１９９７６１号公報 特開２００９−１７８０１４号公報

特許文献１では、ＥＣＵ（Electric Control Unit）に含まれるＣＰＵ（Central Processing Unit）が、システムメインリレーのオン／オフを制御している。ＣＰＵは、システムメインリレーの駆動制御だけでなく、他の制御も行っており、ＣＰＵに含まれるプログラムを変更することがある。ここで、プログラムを変更するときには、プログラムの変更後において、システムメインリレーの駆動制御、言い換えれば、過充電を抑制する制御が正常に行われるか否かを検査しなければならない。

本願第１の発明である蓄電システムは、充放電を行う蓄電素子を含む蓄電ブロックと、リレーと、コントローラと、電流遮断回路とを有する。リレーは、蓄電ブロックを負荷と接続するオンと、蓄電ブロックおよび負荷の接続を遮断するオフとの間で切り替わる。コントローラは、リレーのオンおよびオフを制御する。電流遮断回路は、リレーをオンからオフに切り替えて、蓄電ブロックの通電を遮断する。

電流遮断回路は、アラーム回路と、ラッチ回路と、トランジスタとを有する。アラーム回路は、蓄電ブロックの電圧値および閾値を比較して、蓄電ブロックが過充電状態であることを示すアラーム信号を出力する。ラッチ回路は、アラーム信号を保持し、保持した信号を出力する。トランジスタは、ラッチ回路の出力信号を受けて、リレーをオンからオフに切り替える。

蓄電ブロックは、１つの蓄電素子で構成することもできるし、複数の蓄電素子で構成することもできる。複数の蓄電素子によって蓄電ブロックを構成するとき、複数の蓄電素子は、電気的に直列に接続したり、電気的に並列に接続したりすることができる。また、複数の蓄電ブロックを用意しておき、複数の蓄電ブロックを電気的に直列に接続することができる。複数の蓄電ブロックを用いたとき、アラーム回路は、各蓄電ブロックの電圧値を検出し、各蓄電ブロックが過充電状態であるか否かを判別する。

本願第１の発明によれば、コントローラが制御信号を出力することにより、リレーをオンおよびオフの間で切り替えることができる。また、本願第１の発明では、コントローラがリレーの駆動を制御するラインとは異なるラインにおいて、電流遮断回路を用いて、リレーをオンからオフに切り替えることができる。

すなわち、電流遮断回路は、コントローラの制御とは独立して、リレーをオンからオフに切り替えることができる。このため、コントローラに含まれるプログラム（マイコン）を変更した場合であっても、電流遮断回路を使用することにより、蓄電ブロックが過充電状態であるときに、リレーをオンからオフに切り替えることができる。このように、コントローラに関わらず、電流遮断回路を使用し続けることができ、電流遮断回路の汎用性を向上させることができる。

また、電流遮断回路の動作には、プログラム処理が含まれていないため、プログラムのバグを考慮せずに、リレーをオンからオフに切り替えることができる。電流遮断回路に含まれる電気素子は、摩耗劣化（経年劣化）が進行しにくい半導体素子で構成することができ、部品の信頼性を向上させることができる。

電流遮断回路は、ラッチ回路を有しているため、アラーム回路からアラーム信号が出力されたときには、ラッチ回路からアラーム信号を出力し続けることができ、リレーをオフのままにすることができる。電流遮断回路によってリレーをオンからオフに切り替えると、蓄電ブロックの分極が解消されることに伴い、蓄電ブロックの電圧値が低下する。蓄電ブロックの電圧値が低下すると、アラーム回路からアラーム信号が出力されないことがある。具体的には、蓄電ブロックの電圧値が閾値よりも低くなることにより、アラーム回路からアラーム信号が出力されないことがある。

アラーム信号が出力されなくなれば、蓄電ブロックの通電に伴って、蓄電ブロックの電圧値が上昇し、アラーム回路からアラーム信号が再び出力されることがある。ここで、ラッチ回路を省略すると、アラーム回路からアラーム信号が出力されたり、出力されなかったりする。これに伴い、リレーがオンおよびオフの間で繰り返して切り替わってしまうことがあり、リレーの摩耗劣化を進行させてしまう。

本願第１の発明によれば、アラーム回路からアラーム信号が出力された後では、ラッチ回路によってアラーム信号が保持される。これに伴い、アラーム信号が出力されたり、出力されなかったりすることを防止でき、リレーがオンおよびオフの間で繰り返して切り替わってしまうことを防止できる。したがって、リレーの摩耗劣化が進行することを抑制できる。

アラーム回路としては、第１コンパレータおよび第２コンパレータを用いることができる。蓄電ブロックの正極端子および負極端子を、第１コンパレータの入力端子にそれぞれ接続すれば、蓄電ブロックの正極および負極における電位差、言い換えれば、蓄電ブロックの電圧値を検出することができる。また、第１コンパレータの出力を、第２コンパレータにおける一方の入力端子に入力し、過充電状態の判別に用いられる閾値（電圧値）を、第２コンパレータにおける他方の入力端子に入力することができる。

これにより、第２コンパレータを用いて、蓄電ブロックの電圧値および閾値（電圧値）を比較して、蓄電ブロックが過充電状態であるか否かを判別することができる。蓄電ブロックの電圧値が閾値（電圧値）よりも高いとき、第２コンパレータ（アラーム回路）は、アラーム信号を出力することができる。一方、蓄電ブロックの電圧値が閾値（電圧値）よりも低いとき、第２コンパレータ（アラーム回路）は、アラーム信号を出力しない。

第２コンパレータの出力ラインには、フィルタ回路を接続することができる。フィルタ回路としては、例えば、コンデンサを用いることができる。第２コンパレータの出力ラインにフィルタ回路を接続することにより、第２コンパレータの出力に含まれるノイズを低減することができ、第２コンパレータの出力信号（アラーム信号）に対する信頼性を向上させることができる。

ラッチ回路およびトランジスタの間には、フォトカプラを設けることができる。フォトカプラを用いることにより、フォトカプラの入力側に位置する回路と、フォトカプラの出力側に位置する回路とを絶縁状態とすることができる。フォトカプラの入力側に位置する回路は、蓄電ブロックの電圧値が入力されるため、高電圧で動作する回路となる。そこで、フォトカプラを用いることにより、高電圧を低電圧に変換することができ、トランジスタを低電圧で動作させることができる。

アラーム回路および蓄電ブロックを接続するラインには、フィルタ回路を設けることができる。フィルタ回路としては、例えば、コンデンサを用いることができる。このフィルタ回路を用いれば、アラーム回路が蓄電ブロックの電圧値を検出するときに、ノイズを低減した状態で電圧値を検出することができる。これにより、蓄電ブロックの電圧値を検出する精度を向上させることができる。

蓄電ブロックには、ツェナーダイオードを電気的に並列に接続することができる。具体的には、ツェナーダイオードのカソードを蓄電ブロックの正極端子に接続するとともに、ツェナーダイオードのアノードを蓄電ブロックの負極端子に接続することができる。これにより、蓄電ブロックから電流遮断回路に過電圧が印加しようとするときには、カソードからアノードに電流を流すことができ、電流遮断回路に過電圧が印加することを抑制できる。

蓄電ブロックは、エンジンとともに、車両に搭載することができる。ここで、蓄電ブロックから出力された電力（電気エネルギ）を運動エネルギに変換すれば、この運動エネルギを用いて車両を走行させることができる。また、蓄電ブロックから出力された電力を用いることにより、エンジンの始動（クランキング）を行うことができる。

蓄電ブロックおよびエンジンを車両に搭載した構成では、ラッチ回路およびトランジスタの間に、遅延回路を設けることができる。そして、ラッチ回路の出力信号を、トランジスタだけでなく、コントローラにも入力させることができる。ラッチ回路の出力信号がトランジスタに入力されたときには、上述したように、リレーがオンからオフに切り替わり、蓄電ブロックの充放電が停止することになる。蓄電ブロックの充放電が停止した後では、蓄電ブロックの出力電力を用いて、エンジンを始動させることができなくなってしまう。

ここで、ラッチ回路およびトランジスタの間に、遅延回路を設けておけば、ラッチ回路の出力信号を受けたトランジスタが、リレーをオンからオフに切り替えるタイミングを遅らせることができる。一方、ラッチ回路の出力信号は、コントローラに入力されるため、コントローラは、ラッチ回路の出力信号に基づいて、エンジンを始動させることができる。すなわち、コントローラは、電流遮断回路によってリレーがオンからオフに切り替わる前に、エンジンを始動させることができる。

コントローラは、電流遮断回路の動作を停止させる信号を出力することができる。これにより、蓄電システムを動作させないときに、電流遮断回路の動作を停止させることができ、電流遮断回路の動作に伴う消費電力を低減することができる。

ラッチ回路およびトランジスタの間には、ＯＲ回路を設けることができる。ＯＲ回路には、ラッチ回路の出力信号と、電流遮断回路の動作を停止させる信号（コントローラの出力信号）とを入力することができる。これにより、コントローラが、電流遮断回路の動作を停止させる信号を出力したときであっても、ＯＲ回路の出力を受けたトランジスタが、リレーをオンからオフに切り替えることができる。

すなわち、電流遮断回路の動作を停止させることに伴って、蓄電ブロックの充放電を停止させることができる。これにより、電流遮断回路が動作していない状態において、蓄電ブロックの充放電が行われてしまうことを防止できる。

本願第２の発明である蓄電システムは、本願第１の発明と同様に、蓄電ブロックと、リレーと、コントローラと、電流遮断回路とを有する。ここで、電流遮断回路は、アラーム回路およびトランジスタを有する。アラーム回路は、蓄電ブロックの電圧値および閾値を比較してアラーム信号を出力し、トランジスタは、アラーム回路の出力信号を受けて、リレーをオンからオフに切り替える。

アラーム回路は、ヒステリシス特性を有するコンパレータ（いわゆるヒステリシスコンパレータ）を含んでいる。ここで、ヒステリシスは、蓄電ブロックの通電を遮断した後における蓄電ブロックの電圧降下量よりも大きくなっている。

本願第２の発明によれば、アラーム回路に含まれるコンパレータを用いることにより、蓄電ブロックの電圧値および閾値を比較して、アラーム信号を出力させることができる。また、コンパレータは、ヒステリシス特性を有しているため、コンパレータからアラーム信号が出力された後は、ヒステリシスの分だけ、閾値を低下させることができる。これにより、蓄電ブロックの通電を遮断した後に、蓄電ブロックの分極が解消されることに伴って、蓄電ブロックの電圧値が低下しても、蓄電ブロックの電圧値が閾値よりも低下しにくくなる。

蓄電ブロックの電圧値が閾値よりも低下しなければ、アラーム回路は、アラーム信号を出力し続けることができる。したがって、本願第１の発明と同様に、リレーがオンおよびオフの間で繰り返して切り替わることを抑制でき、リレーの摩耗劣化が進行することを抑制できる。

電池システムの構成を示す図である。 システムメインリレーの構造を示す図である。 単電池の電圧値に基づいて、組電池の充放電を制御する処理を示すフローチャートである。 電池システムの一部の構成を示す図である。 電流遮断回路の構成を示す図である。 アラーム確定回路の構成を示す図である。 アラーム確定回路の他の構成を示す図である。 アラームラッチ回路を備えていない構成において、アラーム確定回路の出力と、システムメインリレーの動作とを示す図である。 アラームラッチ回路を備えた構成において、アラームラッチ回路の出力と、システムメインリレーの動作とを示す図である。 実施例２におけるアラーム確定回路の構成を示す図である。 実施例２におけるアラーム確定回路の他の構成を示す図である。

以下、本発明の実施例について説明する。

図１は、本実施例の電池システム（本発明の蓄電システムに相当する）の構成を示す図である。図１に示す電池システムは、例えば、車両に搭載することができる。この車両では、組電池１０の出力を用いて車両を走行させることができる。なお、車両以外であっても、本発明を適用することができる。

組電池１０は、電気的に直列に接続された複数の単電池（本発明の蓄電素子に相当する）１１を有する。単電池１１としては、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池といった二次電池を用いることができる。また、二次電池の代わりに、電気二重層キャパシタを用いることができる。単電池１１の数は、組電池１０の要求出力などに基づいて、適宜設定することができる。本実施例では、組電電池１０を構成する、すべての単電池１１が電気的に直列に接続されているが、組電池１０には、電気的に並列に接続された複数の単電池１１が含まれていてもよい。

電流センサ２１は、組電池１０に流れる電流を検出し、検出結果を電池ＥＣＵ（Electric Control Unit）３０に出力する。本実施例では、組電池１０の正極端子と接続された正極ラインＰＬに電流センサ２１を設けているが、電流センサ２１は、組電池１０に流れる電流を検出できればよく、電流センサ２１を設ける位置は適宜設定することができる。具体的には、正極ラインＰＬ又は、組電池１０の負極端子と接続された負極ラインＮＬに、電流センサ２１を設けることができる。また、複数の電流センサ２１を用いることもできる。

正極ラインＰＬには、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂが設けられている。システムメインリレーＳＭＲ−Ｂは、上位ＥＣＵ（Electric Control Unit）３４からの制御信号を受けることにより、オンおよびオフの間で切り替わる。ここで、電池ＥＣＵ３０および上位ＥＣＵ３４は、本発明におけるコントローラに相当する。

図２に示すように、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂは、励磁コイル５１と、可動接点５２と、固定接点５３とを有する。励磁コイル５１の一端は、スイッチ４２を介して電源４１と接続されており、励磁コイル５１の他端は、接地されている。電源４１としては、例えば、車両に搭載された補機バッテリを用いることができる。

スイッチ４２は、上位ＥＣＵ３４からの制御信号を受けることにより、オンおよびオフの間で切り替わる。スイッチ４２がオフからオンに切り替わると、電源４１から励磁コイル５１に電流が流れ、励磁コイル５１には、磁力が発生する。一方、スイッチ４２がオンからオフに切り替わると、電源４１から励磁コイル５１への通電が遮断される。

可動接点５２は、例えば、バネなどによって、固定接点５３から離れる方向に付勢されている。励磁コイル５１に電流が流れると、励磁コイル５１に発生した磁力によって、可動接点５２は、付勢力に抗して移動する。これにより、可動接点５２が固定接点５３と接触して、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂは、オフからオンに切り替わる。一方、励磁コイル５１への通電が遮断されると、可動接点５２は、付勢力を受けて固定接点５３から離れる。これにより、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂは、オンからオフに切り替わる。

図１において、負極ラインＮＬには、システムメインリレーＳＭＲ−Ｇが設けられている。システムメインリレーＳＭＲ−Ｇは、上位ＥＣＵ３４からの制御信号を受けることにより、オンおよびオフの間で切り替わる。システムメインリレーＳＭＲ−Ｇの構造は、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂの構造（図２参照）と同様である。

システムメインリレーＳＭＲ−Ｇには、システムメインリレーＳＭＲ−Ｐおよび電流制限抵抗Ｒ１が電気的に並列に接続されている。システムメインリレーＳＭＲ−Ｐおよび電流制限抵抗Ｒ１は、電気的に直列に接続されている。システムメインリレーＳＭＲ−Ｐは、上位ＥＣＵ３４からの制御信号を受けることにより、オンおよびオフの間で切り替わる。システムメインリレーＳＭＲ−Ｐの構造は、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ（図２参照）と同様である。電流制限抵抗Ｒ１は、組電池１０を負荷（具体的には、後述するインバータ２２）と接続するときに、突入電流が流れることを抑制するために用いられる。

組電池１０は、正極ラインＰＬおよび負極ラインＮＬを介して、インバータ２２と接続されている。組電池１０をインバータ２２と接続するとき、上位ＥＣＵ３４は、まず、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂをオフからオンに切り替えるとともに、システムメインリレーＳＭＲ−Ｐをオフからオンに切り替える。これにより、電流制限抵抗Ｒ１に電流を流すことができる。

次に、上位ＥＣＵ３４は、システムメインリレーＳＭＲ−Ｇをオフからオンに切り替えた後に、システムメインリレーＳＭＲ−Ｐをオンからオフに切り替える。これにより、組電池１０およびインバータ２２の接続が完了し、図１に示す電池システムは、起動状態（Ready-On）となる。上位ＥＣＵ３４には、車両のイグニッションスイッチのオン／オフに関する情報が入力される。イグニッションスイッチがオフからオンに切り替わると、上位ＥＣＵ３４は、図１に示す電池システムを起動する。

一方、イグニッションスイッチがオンからオフに切り替わったとき、上位ＥＣＵ３４は、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇをオンからオフに切り替える。これにより、組電池１０およびインバータ２２の電気的な接続が遮断され、図１に示す電池システムは、停止状態（Ready-Off）となる。電池システムが停止状態にあるとき、組電池１０の充放電が行われない。

インバータ２２は、組電池１０から出力された直流電力を交流電力に変換し、交流電力をモータ・ジェネレータ（ＭＧ）２３に出力する。モータ・ジェネレータ２３は、インバータ２２から出力された交流電力を受けて、車両を走行させるための運動エネルギを生成する。モータ・ジェネレータ２３によって生成された運動エネルギは、車輪に伝達され、車両を走行させることができる。

車両を減速させたり、停止させたりするとき、モータ・ジェネレータ２３は、車両の制動時に発生する運動エネルギを電気エネルギ（交流電力）に変換する。インバータ２２は、モータ・ジェネレータ２３が生成した交流電力を直流電力に変換し、直流電力を組電池１０に出力する。これにより、組電池１０は、回生電力を蓄えることができる。

電池ＥＣＵ３０は、監視ＩＣ（Integrated Circuit）３１を有する。監視ＩＣ３１は、電圧検出ラインＬ１を介して、各単電池１１と接続されており、各単電池１１の電圧値を検出する。ここで、電圧検出ラインＬ１は、各単電池１１における正極端子および負極端子のそれぞれと接続されている。

本実施例では、監視ＩＣ３１が単電池（本発明の蓄電ブロックに相当する）１１の電圧値を検出しているが、これに限るものではない。例えば、監視ＩＣ３１は、複数の単電池１１を含む電池ブロック（本発明の蓄電ブロックに相当する）の電圧値を検出することができる。ここで、電圧検出ラインＬ１は、各電池ブロックにおける正極端子および負極端子のそれぞれと接続されている。

電池ブロックは、例えば、電気的に直列に接続された複数の単電池１１によって構成することができる。また、電池ブロックは、例えば、電気的に並列に接続された複数の単電池１１によって構成することができる。そして、複数の電池ブロックを電気的に直列に接続することにより、組電池１０を構成することができる。

電池ＥＣＵ３０は、フォトカプラ３２およびＣＰＵ（Central Processing Unit）３３を有する。監視ＩＣ３１の出力は、フォトカプラ３２を介して、ＣＰＵ３３に入力される。ここで、フォトカプラ３２を用いることにより、フォトカプラ３２の入力側に位置する回路と、フォトカプラ３２の出力側に位置する回路とを、絶縁状態とすることができる。ＣＰＵ３３は、監視ＩＣ３１の出力に基づいて、単電池１１の電圧値を取得することができる。

電池ＥＣＵ３０（ＣＰＵ３３）は、取得した単電池１１の電圧値を上位ＥＣＵ３４に出力する。上位ＥＣＵ３４は、単電池１１の電圧値を電池ＥＣＵ３０から取得することにより、この電圧値に基づいて、組電池１０の充放電を制御することができる。組電池１０の充放電を制御する処理については、後述する。

本実施例では、組電池１０をインバータ２２に接続しているが、これに限るものではない。具体的には、組電池１０およびインバータ２２を接続する電流経路において、昇圧回路を設けることができる。昇圧回路は、組電池１０の出力電圧を昇圧して、昇圧後の電力をインバータ２２に出力することができる。また、昇圧回路は、インバータ２２の出力電圧を降圧して、降圧後の電力を組電池１０に出力することができる。

次に、単電池１１の電圧値に基づいて、組電池１０の充放電を制御する処理について、図３に示すフローチャートを用いて説明する。ここで、図３に示す処理は、上位ＥＣＵ３４によって実行される。具体的には、上位ＥＣＵ３４に組み込まれたコンピュータプログラムに基づいて、上位ＥＣＵ３４は、図３に示す処理を実行する。また、図３に示す処理は、所定の周期で繰り返して行われる。

ステップＳ１０１において、上位ＥＣＵ３４は、各単電池１１の電圧値Ｖｂを取得する。ここで、電池ＥＣＵ３０は、監視ＩＣ３１を用いて、各単電池１１の電圧値Ｖｂを検出しており、検出結果を上位ＥＣＵ３４に出力する。

ステップＳ１０２において、上位ＥＣＵ３４は、電圧値Ｖｂが上限電圧値Ｖｃ＿ｔｈよりも高いか否かを判別する。上限電圧値Ｖｃ＿ｔｈは、単電池１１の過充電を抑制するために、予め定められた電圧値である。すなわち、電圧値Ｖｂが上限電圧値Ｖｃ＿ｔｈよりも高いとき、上位ＥＣＵ３４は、単電池１１が過充電状態であると判別することができる。また、電圧値Ｖｂが上限電圧値Ｖｃ＿ｔｈよりも低いとき、上位ＥＣＵ３４は、単電池１１が過充電状態ではないと判別することができる。

単電池１１が過充電状態であるか否かの判別は、単電池１１が実際に過充電状態に到達する前に行うことが好ましい。このため、上限電圧値Ｖｃ＿ｔｈは、実際に過充電状態となる単電池１１の電圧値よりも低い値に設定することができる。上限電圧値Ｖｃ＿ｔｈに関する情報は、メモリに記憶しておくことができる。

本実施例では、複数の単電池１１の電圧値を検出しており、いずれかの単電池１１が過充電状態となることを抑制するようにしている。複数の単電池１１では、自己放電特性のバラツキや内部抵抗のバラツキが発生することがあり、このバラツキによって、複数の単電池１１における電圧値にバラツキが発生することがある。そこで、単電池１１の過充電状態を判別するときには、最も高い電圧値Ｖｂおよび上限電圧値Ｖｃ＿ｔｈを比較することが好ましい。

電圧値Ｖｂが上限電圧値Ｖｃ＿ｔｈよりも高いとき、上位ＥＣＵ３４は、ステップＳ１０４の処理を行う。一方、電圧値Ｖｂが上限電圧値Ｖｃ＿ｔｈよりも低いとき、上位ＥＣＵ３４は、ステップＳ１０３の処理を行う。

ステップＳ１０３において、上位ＥＣＵ３４は、電圧値Ｖｂが下限電圧値Ｖｄ＿ｔｈよりも低いか否かを判別する。下限電圧値Ｖｄ＿ｔｈは、単電池１１の過放電を抑制するために、予め定められた電圧値である。すなわち、電圧値Ｖｂが下限電圧値Ｖｄ＿ｔｈよりも低いとき、上位ＥＣＵ３４は、単電池１１が過放電状態であると判別することができる。また、電圧値Ｖｂが下限電圧値Ｖｄ＿ｔｈよりも高いとき、上位ＥＣＵ３４は、単電池１１が過放電状態ではないと判別することができる。

単電池１１が過放電状態であるか否かの判別は、単電池１１が実際に過放電状態に到達する前に行うことが好ましい。このため、下限電圧値Ｖｄ＿ｔｈは、実際に過放電状態となる単電池１１の電圧値よりも低い値に設定することができる。下限電圧値Ｖｄ＿ｔｈに関する情報は、メモリに記憶しておくことができる。

本実施例では、複数の単電池１１の電圧値を検出しており、いずれかの単電池１１が過放電状態となることを抑制するようにしている。上述したように、自己放電特性のバラツキや内部抵抗のバラツキによって、複数の単電池１１における電圧値にバラツキが発生することがある。そこで、単電池１１の過放電状態を判別するときには、最も低い電圧値Ｖｂおよび下限電圧値Ｖｄ＿ｔｈを比較することが好ましい。

電圧値Ｖｂが下限電圧値Ｖｄ＿ｔｈよりも低いとき、上位ＥＣＵ３４は、ステップＳ１０５の処理を行う。一方、電圧値Ｖｂが下限電圧値Ｖｄ＿ｔｈよりも高いとき、上位ＥＣＵ３４は、図３に示す処理を終了する。

ステップＳ１０４において、上位ＥＣＵ３４は、組電池１０の充電を制限する。具体的には、上位ＥＣＵ３４は、組電池１０の充電を許容する上限電力Ｗｉｎを低下させることにより、組電池１０の充電を制限することができる。ここで、上位ＥＣＵ３４は、組電池１０の入力電力（充電電力）が上限電力Ｗｉｎを超えないように、組電池１０の充電を制御する。

上限電力Ｗｉｎは、組電池１０の温度やＳＯＣ（State of Charge）に基づいて予め設定することができる。ここで、ＳＯＣとは、満充電容量に対する、現在の充電容量の割合を示す。具体的には、組電池１０の温度が上昇するほど、上限電力Ｗｉｎを低下させたり、組電池１０の温度が低下するほど、上限電力Ｗｉｎを低下させたりすることができる。また、組電池１０のＳＯＣが上昇するほど、上限電力Ｗｉｎを低下させたりすることができる。ステップＳ１０４の処理では、上限電力Ｗｉｎを、組電池１０の温度やＳＯＣに基づいて予め設定された値よりも低下させる。

ステップＳ１０５において、上位ＥＣＵ３４は、組電池１０の放電を制限する。具体的には、上位ＥＣＵ３４は、組電池１０の放電を許容する上限電力Ｗｏｕｔを低下させることにより、組電池１０の放電を制限することができる。ここで、上位ＥＣＵ３４は、組電池１０の出力電力（放電電力）が上限電力Ｗｏｕｔを超えないように、組電池１０の放電を制御する。

上限電力Ｗｏｕｔは、組電池１０の温度やＳＯＣ（State of Charge）に基づいて予め設定することができる。具体的には、組電池１０の温度が上昇するほど、上限電力Ｗｏｕｔを低下させたり、組電池１０の温度が低下するほど、上限電力Ｗｏｕｔを低下させたりすることができる。また、組電池１０のＳＯＣが低下するほど、上限電力Ｗｏｕｔを低下させたりすることができる。

ステップＳ１０５の処理では、上限電力Ｗｏｕｔを、組電池１０の温度やＳＯＣに基づいて予め設定された値よりも低下させる。なお、組電池１０の放電を制限することには、組電池１０の放電を停止させることも含まれる。ここで、上限電力Ｗｏｕｔを０［ｋＷ］に設定すれば、組電池１０の放電を停止させることができる。

図３に示す処理では、単電池１１の電圧値Ｖｂに基づいて、組電池１０の充放電を制御しているが、これに限るものではない。例えば、組電池１０のＳＯＣを算出し、このＳＯＣに基づいて、組電池１０の充放電を制御することができる。例えば、組電池１０と、組電池１０以外の動力源（エンジン又は燃料電池など）とを用いて、車両を走行させるときには、組電池１０のＳＯＣが基準ＳＯＣに沿って変化するように、組電池１０の充放電を制御することができる。

ここで、組電池１０のＳＯＣは、単電池１１の電圧値Ｖｂや、単電池１１に流れる電流値を用いて算出することができる。ＳＯＣを算出する方法は、従来において様々提案されており、これらの提案を適宜採用することができる。このため、ＳＯＣを算出する詳細な方法については、省略する。

図４に示すように、組電池１０には、電圧検出ラインＬ２を介して、電流遮断回路６０が接続されている。ここで、電圧検出ラインＬ２は、電圧検出ラインＬ１から分岐しており、電圧検出ラインＬ１の数だけ設けられている。

複数の電圧検出ラインＬ２は、各単電池１１における正極端子および負極端子と接続されており、電流遮断回路６０は、各単電池１１の電圧値を検出することができる。なお、上述したように、複数の電圧検出ラインＬ１が電池ブロックの正極端子および負極端子に接続されているとき、電流遮断回路６０は、複数の電圧検出ラインＬ２を用いて、電池ブロックの電圧値を検出することができる。

電流遮断回路６０は、単電池１１が過充電状態であるときに、組電池１０およびインバータ２２の接続を遮断する。具体的には、単電池１１が過充電状態であるとき、電流遮断回路６０は、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇをオンからオフに切り替える。ここで、組電池１０およびインバータ２２の接続を遮断することができればよいため、電流遮断回路６０は、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇの少なくとも一方をオンからオフに切り替えればよい。

具体的には、単電池１１の電圧値が、過充電状態に対応した電圧値よりも高いとき、電流遮断回路６０は、励磁コイル５１への通電を遮断することにより、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇをオンからオフに切り替えることができる。

本実施例において、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇのオン／オフは、上位ＥＣＵ３４からの指令を受けて切り替わったり、電流遮断回路６０からの指令を受けて切り替わったりする。すなわち、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇのオン／オフを切り替えるための制御ラインとしては、上位ＥＣＵ３４を介した制御ラインと、電流遮断回路６０を介した制御ラインとが設けられている。

これらの制御ラインは、図４に示すように、互いに独立している。すなわち、電流遮断回路６０は、上位ＥＣＵ３４の制御に関わらず、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇをオンからオフに切り替えることができる。ここで、電流遮断回路６０がシステムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇをオフにしているとき、上位ＥＣＵ３４は、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇをオフからオンに切り替えることはできない。

次に、電流遮断回路６０の構成について、図５を用いて説明する。

電流遮断回路６０は、抵抗Ｒ２を有しており、抵抗Ｒ２は、各電圧検出ラインＬ２に設けられている。抵抗Ｒ２は、組電池１０（単電池１１）からの過電圧が電流遮断回路６０に印加することを防止するために用いられる。すなわち、電流遮断回路６０に過電圧が印加しようとするときには、抵抗Ｒ２が溶断することにより、電流遮断回路６０に対する過電圧の印加を防止している。

電流遮断回路６０は、複数のツェナーダイオードＤを有する。各ツェナーダイオードＤは、電圧検出ラインＬ２を介して、各単電池１１と電気的に並列に接続されている。ここで、ツェナーダイオードＤのカソードは、単電池１１の正極端子と接続されており、ツェナーダイオードＤのアノードは、単電池１１の負極端子と接続されている。複数のツェナーダイオードＤは、電気的に直列に接続されている。

ツェナーダイオードＤは、組電池１０（単電池１１）からの過電圧が電流遮断回路６０に印加することを抑制するために用いられる。すなわち、電流遮断回路６０に過電圧が印加しようとするときには、ツェナーダイオードＤが導通状態となることにより、カソードからアノードの側に電流を流すことができる。これにより、後述するＩＣ（Integrated Circuit）６１の側に過電圧が印加されることを抑制することができる。

ツェナーダイオードＤが導通状態となったとき、抵抗Ｒ２に電流を流すことにより、抵抗Ｒ２を溶断させることができる。すなわち、組電池１０からＩＣ６１に過電圧が印加しようとしたときには、抵抗Ｒ２が溶断することにより、組電池１０およびＩＣ６１の接続を遮断することができる。これにより、ＩＣ６１を保護することができる。なお、電流遮断回路６０への過電圧の印加を除外できれば、ツェナーダイオードＤを省略することができる。

電流遮断回路６０は、コンデンサ（本発明のフィルタ回路に相当する）Ｃを有する。コンデンサＣの一端は、電圧検出ラインＬ２に接続されており、コンデンサＣの他端は、接地されている。コンデンサＣは、各電圧検出ラインＬ２に対して設けられており、電圧検出ラインＬ２におけるノイズを低減するために用いられる。電圧検出ラインＬ２に対するコンデンサＣの接続点は、後述するＩＣ６１と、電圧検出ラインＬ２に対するツェナーダイオードＤの接続点との間に位置している。なお、ノイズの影響を無視できれば、コンデンサＣを省略することもできる。

電流遮断回路６０は、ＩＣ６１を有する。ＩＣ６１は、電池ＥＣＵ３０から起動信号を受けたり、停止信号を受けたりする。起動信号とは、電源からの電力をＩＣ６１に供給することを許容する信号であり、起動信号によって、ＩＣ６１を動作させることができる。停止信号とは、電源からＩＣ６１への電力供給を停止させる信号であり、停止信号によって、ＩＣ６１の動作を停止させることができる。

電池ＥＣＵ３０によってＩＣ６１の動作を停止させることができれば、図１に示す電池システムを停止させているときに、ＩＣ６１の動作も停止させることができる。これにより、ＩＣ６１の消費電力を低減することができる。

ＩＣ６１は、コンパレータ（本発明の第１コンパレータに相当する）ＣＭＰを有する。各単電池１１の正極端子と接続された電圧検出ラインＬ２は、コンパレータＣＭＰの負側入力端子と接続されている。また、各単電池１１の負極端子と接続された電圧検出ラインＬ２は、コンパレータＣＭＰの正側入力端子と接続されている。

ここで、図５に示すように、一方の単電池１１の正極端子と、他方の単電池１１の負極端子とに接続された電圧検出ラインＬ２は、分岐している。分岐された電圧検出ラインＬ２は、一方のコンパレータＣＭＰにおける正側入力端子と、他方のコンパレータＣＭＰにおける負側入力端子とにそれぞれ接続されている。

コンパレータＣＭＰは、単電池１１における正極端子および負極端子の電位差、言い換えれば、単電池１１の電圧値を出力する。ＩＣ６１は、コンパレータＣＭＰと接続されたＯＲ回路６２を有しており、コンパレータＣＭＰの出力信号は、ＯＲ回路６２に入力される。ＯＲ回路６２は、複数のコンパレータＣＭＰと接続されており、いずれかのコンパレータＣＭＰの出力信号がＯＲ回路６２に入力されると、ＯＲ回路６２は出力信号を生成する。

本実施例において、複数のコンパレータＣＭＰは、互いに異なるタイミングで動作する。すなわち、複数のコンパレータＣＭＰにおける出力信号は、互いに異なるタイミングにおいて、ＯＲ回路６２に入力される。このため、各単電池１１の電圧値が検出されるたびに、この電圧値に相当する信号をＯＲ回路６２が出力する。

ＩＣ６１は、ＯＲ回路６２と接続されたアラーム確定回路６３を有しており、ＯＲ回路６２の出力信号は、アラーム確定回路６３に入力される。アラーム確定回路６３は、単電池１１の過充電状態を判別し、単電池１１が過充電状態であるときには、アラーム信号を出力する。アラーム信号とは、単電池１１が過充電状態であることを示す信号である。

具体的には、図６に示すように、アラーム確定回路６３は、コンパレータ（本発明の第２コンパレータに相当する）６３ａによって構成することができる。ＯＲ回路６２の出力信号（単電池１１の電圧値Ｖｂ）は、コンパレータ６３ａにおける負側入力端子に入力される。また、閾値（電圧値）Ｖ＿ｔｈは、コンパレータ６３ａにおける正側入力端子に入力される。閾値Ｖ＿ｔｈは、電源６３ｂによって生成される電圧値を、抵抗Ｒ３，Ｒ４を用いて分圧することによって生成される。

電源６３ｂは、例えば、組電池１０（単電池１１）の電圧値を降圧し、降圧後の電圧（定電圧）を出力することができる。ここで、電源６３ｂは、電圧検出ラインＬ２を介して組電池１０（単電池１１）と接続することができる。電源６３ｂには、組電池１０の電力を供給してもよいし、組電池１０を構成する、すべての単電池１１のうち、一部の単電池１１（直列に接続された複数の単電池１１）の電力を供給してもよい。

電源６３ｂには、抵抗Ｒ３，Ｒ４が電気的に直列に接続されており、抵抗Ｒ３，Ｒ４の接続点が、コンパレータ６３ａの正側入力端子に接続されている。閾値Ｖ＿ｔｈは、後述するように予め設定されるため、閾値Ｖ＿ｔｈが設定値となるように、電源６３ｂの出力電圧と、抵抗Ｒ３，Ｒ４の抵抗値とをそれぞれ設定することができる。

ここで、閾値（電圧値）Ｖ＿ｔｈは、単電池１１の過充電状態を判別するための電圧値であり、単電池１１の充放電特性などを考慮して適宜設定することができる。例えば、閾値（電圧値）Ｖ＿ｔｈとしては、単電池１１が実際に過充電状態となるときの電圧値に設定したり、単電池１１が実際に過充電状態となるときの電圧値よりも低い値に設定したりすることができる。ここで、閾値（電圧値）Ｖ＿ｔｈは、図３に示すステップＳ１０２の処理で説明した上限電圧値Ｖｃ＿ｔｈよりも高い値に設定することができる。

ＯＲ回路６２の出力信号（単電池１１の電圧値Ｖｂ）が閾値（電圧値）Ｖ＿ｔｈよりも高いときには、コンパレータ６３ａの出力信号（アラーム信号）が生成される。一方、ＯＲ回路６２の出力信号（単電池１１の電圧値Ｖｂ）が閾値（電圧値）Ｖ＿ｔｈよりも低いときには、コンパレータ６３ａの出力信号（アラーム信号）が生成されない。

一方、アラーム確定回路６３としては、図７に示す構成を用いることもできる。図７において、コンパレータ６３ａの出力ラインには、コンデンサ（本発明のフィルタ回路に相当する）６３ｃの一端が接続されている。また、コンデンサ６３ｃの他端は、接地されている。コンデンサ６３ｃを設けることにより、アラーム確定回路６３の出力信号にノイズが含まれてしまうことを抑制できる。すなわち、コンデンサ６３ｃを用いてノイズを除去することにより、アラーム確定回路６３の出力信号（アラーム信号）に対する信頼性を向上させることができる。

図５において、ＩＣ６１は、アラーム確定回路６３と接続されたアラームラッチ回路６４を有しており、アラーム確定回路６３の出力信号（アラーム信号）が、アラームラッチ回路６４に入力される。アラームラッチ回路６４は、アラーム確定回路６３からの入力信号を保持して、ラッチ信号（アラーム信号に相当する）を出力する。

ＩＣ６１（アラームラッチ回路６４）は、フォトカプラ６５と接続されている。フォトカプラ６５は、スイッチ素子として用いられ、アラームラッチ回路６４からのラッチ信号を受けることにより、オフからオンに切り替わる。フォトカプラ６５は、絶縁素子であるため、フォトカプラ６５の入力側に位置する回路（高電圧回路）と、フォトカプラ６５の出力側に位置する回路（低電圧回路）とを絶縁状態とすることができる。言い換えれば、フォトカプラ６５は、入力信号としての高電圧信号を、出力信号としての低電圧信号に変更することができる。

フォトカプラ６５は、ＯＲ回路６６の入力端子と接続されている。フォトカプラ６５がオフからオンに切り替わったときには、フォトカプラ６５の出力信号が、ＯＲ回路６６の入力端子に入力される。フォトカプラ６５の出力信号がＯＲ回路６６に入力されれば、ＯＲ回路６６の出力信号（アラーム信号に相当する）が生成される。

ＯＲ回路６６の出力端子は、遅延回路６７と接続されており、ＯＲ回路６６の出力信号は、遅延回路６７に入力される。遅延回路６７は、ＯＲ回路６６の出力信号が入力されてから所定時間が経過した後に、信号（アラーム信号に相当する）を出力する。遅延回路６７は、トランジスタ（スイッチ）６８と接続されている。トランジスタ６８は、遅延回路６７の出力信号を受けて、オンからオフに切り替わる。ここで、遅延回路６７の出力信号がトランジスタ６８に入力されていないとき、トランジスタ６８は、オンになる。

トランジスタ６８の一端は、電源６９と接続されており、トランジスタ６８の他端は、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇの励磁コイル５１と接続されている。図５に示す電源６９は、図２に示す電源４１と同じである。また、トランジスタ６８は、図２に示すスイッチ４２と同じである。このため、トランジスタ６８は、上位ＥＣＵ３４からの制御信号を受けて動作したり、遅延回路６７の出力信号を受けて動作したりする。

図２を用いて説明したように、トランジスタ６８がオンであるとき、電源６９から励磁コイル５１に電流が流れることにより、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇがオンになる。一方、トランジスタ６８がオフであるとき、電源６９から励磁コイル５１への電力供給が遮断され、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇがオフになる。

本実施例によれば、ＩＣ６１が単電池１１の過充電状態を検出すると、ＩＣ６１の出力信号（アラーム信号）がトランジスタ６８に入力されることにより、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇをオンからオフに切り替えることができる。これにより、過充電状態の単電池１１に対して、充放電が行われることを防止できる。

本実施例では、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇ，ＳＭＲ−Ｐが、上位ＥＣＵ３４からの制御信号を受けて、オンおよびオフの間で切り替わる。一方、単電池１１が過充電状態となったときには、上位ＥＣＵ３４による制御ではなく、電流遮断回路６０が、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇをオンからオフに切り替える。このように、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇの駆動制御は、上位ＥＣＵ３４を含む経路と、電流遮断回路６０を含む経路とで別々に行われる。

このため、上位ＥＣＵ３４や電池ＥＣＵ３０の設計を変更しても、この設計変更による影響を、電流遮断回路６０は受けない。言い換えれば、上位ＥＣＵ３４や電池ＥＣＵ３０の設計を変更した後であっても、電流遮断回路６０を使用し続けることができる。電流遮断回路６０は、単電池１１の過充電時にシステムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇをオフにするための専用部品となり、汎用性を高めることができる。

上述したように、電流遮断回路６０は、電子部品（主に、半導体素子）を用いて構成されており、コンピュータプログラムを用いた処理を行っていない。このため、電流遮断回路６０を用いれば、プログラムのバグを考慮せずに、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇを駆動することができる。また、通常、半導体素子では、摩耗劣化（経年劣化）が発生しにくいため、半導体素子を用いて電流遮断回路６０を構成することにより、部品（電流遮断回路６０）の信頼性を向上させることができる。

なお、図５に示す構成では、組電池１０に対して、１つの電流遮断回路６０を設けているが、これに限るものではない。具体的には、組電池１０を構成する、すべての単電池１１を、複数のグループに分けたときには、各グループに対して電流遮断回路６０を設けることができる。

ここで、グループ毎に電流遮断回路６０を設ける場合には、フォトカプラ６５の出力側に位置する回路を共用することができる。すなわち、図５に示す電流遮断回路６０のうち、フォトカプラ６５の入力側に位置する回路（フォトカプラ６５を含む）を、グループの数だけ設けることができる。そして、各フォトカプラ６５の出力信号を、ＯＲ回路６６に入力させることができる。

本実施例において、ＯＲ回路６６の入力端子は、電池ＥＣＵ３０と接続されており、電池ＥＣＵ３０の出力信号がＯＲ回路６６の入力端子に入力される。上述したように、電池ＥＣＵ３０は、ＩＣ６１に対して、起動信号を出力したり、停止信号を出力したりする。このため、ＩＣ６１を停止させる信号は、ＯＲ回路６６にも入力される。

フォトカプラ６５の出力信号を受けたとき、又は、ＩＣ６１の停止信号を電池ＥＣＵ３０から受けたとき、ＯＲ回路６６は、出力信号を生成する。これにより、トランジスタ６８をオンからオフに切り替えることができ、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇをオンからオフに切り替えることができる。ここで、フォトカプラ６５からＯＲ回路６６に信号が出力されていなく、かつ、ＩＣ６１の停止信号が電池ＥＣＵ３０から出力されていないとき、ＯＲ回路６６は、出力信号を生成しない。

上述したように、ＩＣ６１がアラーム信号を出力していなくても、電池ＥＣＵ３０がＩＣ６１の停止信号を出力したときには、トランジスタ６８をオフにして、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇをオフにすることができる。

これにより、ＩＣ６１の動作を停止させるときには、組電池１０およびインバータ２２の接続を遮断して、組電池１０の充放電を停止させることができる。言い換えれば、ＩＣ６１の動作を停止させるときには、組電池１０およびインバータ２２が接続されたままとなることを防止できる。したがって、ＩＣ６１が動作していない間に、組電池１０の充放電が行われ、単電池１１が過充電状態となってしまうことを防止できる。

一方、ＯＲ回路６６の出力信号は、遅延回路６７に入力されるだけでなく、電池ＥＣＵ３０にも入力される。すなわち、ＩＣ６１からアラーム信号が出力されるときには、この情報が電池ＥＣＵ３０にも伝達される。これにより、電池ＥＣＵ３０は、単電池１１の過充電状態によって、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇがオンからオフに切り替わることを確認することができる。

図１に示す電池システムを搭載した車両がエンジンを備えているとき、電池ＥＣＵ３０は、ＯＲ回路６６の出力信号（アラーム信号）を受けることにより、エンジンを始動させることができる。具体的には、ＯＲ回路６６の出力信号（アラーム信号）が電池ＥＣＵ３０に入力されたとき、電池ＥＣＵ３０は、ＯＲ回路６６から取得した情報を上位ＥＣＵ３４に出力する。上位ＥＣＵ３４は、電池ＥＣＵ３０からの情報を受けて、エンジンを始動させる。ここで、組電池１０の出力を用いて、エンジンを始動させることができる。

エンジンを既に始動しているときには、ＯＲ回路６６の出力信号（アラーム信号）が電池ＥＣＵ３０に入力されている間、エンジンの始動を停止させないことができる。ＯＲ回路６６の出力信号（アラーム信号）が発生しているときには、上述したように、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇがオンからオフに切り替わり、組電池１０の充放電が行われなくなる。この場合には、エンジンの始動を停止させないことにより、車両の走行を確保することができる。

本実施例では、ＯＲ回路６６およびトランジスタ６８の間に、遅延回路６７を設けている。このため、遅延回路６７の出力に基づいて、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇをオンからオフに切り替える前に、ＯＲ回路６６の出力信号を電池ＥＣＵ３０に入力させて、エンジンを始動させることができる。すなわち、組電池１０の充放電を停止させる前に、エンジンを始動させておくことができる。

組電池１０の出力電力を用いて、エンジンを始動させる構成では、エンジンを始動させる前に、組電池１０の充放電を停止させてしまうと、組電池１０の出力電力を用いてエンジンを始動させることができなくなってしまう。そこで、車両の走行を確保するためには、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇをオンからオフに切り替える前に、エンジンを始動させておく必要がある。

本実施例では、遅延回路６７を用いることにより、組電池１０の出力電力によってエンジンを始動させる時間を確保した上で、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇをオンからオフに切り替えることができる。これにより、組電池１０の充放電を停止させる場合であっても、エンジンを用いて車両を走行させ続けることができる。

なお、組電池１０とは異なる電源（例えば、補機バッテリ）を用いてエンジンを始動させるときには、遅延回路６７を省略することができる。エンジンを始動させるための電源として、組電池１０以外の電源を用いれば、組電池１０の充放電を停止させた後であっても、エンジンを始動させることができる。この場合には、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇをオンからオフに切り替えるタイミングを遅延させる必要はなく、遅延回路６７を省略することができる。

本実施例では、アラーム確定回路６３からアラーム信号が出力されたときには、アラームラッチ回路６４において、アラーム信号が保持される。すなわち、アラーム確定回路６３からアラーム信号が出力された後では、アラームラッチ回路６４から信号が出力され続け、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇがオフのままとなる。アラームラッチ回路６４を省略すると、単電池１１の電圧値に応じて、アラーム確定回路６３からアラーム信号が出力されたり、アラーム信号が出力されなかったりする。

図８は、アラームラッチ回路６４を省略した構成において、アラーム確定回路６３の出力と、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇのオン／オフとの関係を示す図である。

図８に示すように、単電池１１の電圧値Ｖｂが閾値Ｖ＿ｔｈに到達することに応じて、アラーム確定回路６３からアラーム信号が出力される。アラーム信号が出力されれば、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇがオンからオフに切り替わる。これにより、組電池１０（単電池１１）の充放電が行われなくなり、組電池１０（単電池１１）の分極が解消される。

組電池１０（単電池１１）の充放電を行っているときには、組電池１０に分極が発生し、単電池１１の電圧値は、開放電圧に対して、分極に伴う電圧変化量の分だけ変化する。組電池１０（単電池１１）の充放電を停止させると、単電池１１の分極が解消され、分極に相当する電圧変化量（電圧降下量）ΔＶｂだけ、単電池１１の電圧値Ｖｂが低下することになる。分極が解消すれば、電圧値Ｖｂは、単電池１１の開放電圧となる。

分極の解消に伴って、単電池１１の電圧値Ｖｂが低下すると、電圧値Ｖｂが閾値Ｖ＿ｔｈよりも低下することがある。特に、電圧変化量ΔＶｂが大きくなるほど、分極が解消した後の電圧値Ｖｂは、閾値Ｖ＿ｔｈよりも低下しやすくなる。

電圧変化量ΔＶｂは、単電池１１に流れる電流値と、単電池１１の内部抵抗との積で表される。このため、単電池１１に流れる電流値（充電電流）が大きくなるほど、電圧変化量ΔＶｂが大きくなる。また、単電池１１の内部抵抗が高くなるほど、電圧変化量ΔＶｂが大きくなる。ここで、単電池１１の温度が低下するほど、単電池１１の内部抵抗が上昇しやすくなる。

分極の解消に伴って、単電池１１の電圧値Ｖｂが閾値Ｖ＿ｔｈよりも低くなると、アラーム確定回路６３からは、アラーム信号が出力されず、トランジスタ６８は、オフからオンに切り替わる。これにより、励磁コイル５１への通電が許容され、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇは、オフからオンに切り替わる。

システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇがオフからオンに切り替われば、組電池１０（単電池１１）の充放電が再開され、単電池１１の電圧値Ｖｂが再び閾値Ｖ＿ｔｈよりも高くなってしまうことがある。電圧値Ｖｂが閾値Ｖ＿ｔｈよりも高くなれば、上述したように、電流遮断回路６０によって、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇがオンからオフに切り替わる。

上述した電圧値Ｖｂの挙動によれば、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇがオンおよびオフの間で繰り返して切り替わることになってしまう。このように、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇがオンおよびオフの間で繰り返して切り替わると、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇの摩耗劣化が進行してしまう。

本実施例では、アラームラッチ回路６４を設けているため、アラーム確定回路６３からアラーム信号が出力されたときには、図９に示すように、アラームラッチ回路６４によってアラーム信号が保持される。アラーム信号が保持されれば、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇは、オフのままとなる。

これにより、図８に示す電圧値Ｖｂの挙動によって、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇがオンおよびオフの間で繰り返して切り替わることを防止できる。ここで、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇは、オフのままであるため、単電池１１の電圧値Ｖｂは、電圧変化量ΔＶｂだけ低下した状態に維持される。言い換えれば、単電池１１の電圧値Ｖｂは、開放電圧に維持される。

次に、本発明の実施例２である電池システムについて説明する。本実施例において、実施例１で説明した構成要素と同じ構成要素については、同一の符号を用い、詳細な説明は省略する。以下、実施例１と異なる点について、主に説明する。

実施例１では、アラームラッチ回路６４を用いることにより、アラーム信号を保持し続けているが、本実施例では、アラームラッチ回路６４を省略している。ただし、本実施例でも、実施例１と同様に、アラーム信号が出力されるときには、アラーム信号の出力を継続させるようにしている。

本実施例では、アラーム確定回路６３から出力されたアラーム信号は、フォトカプラ６５に入力される。図１０には、本実施例におけるアラーム確定回路６３の構成を示している。

コンパレータ６３ａの正側入力端子と、コンパレータ６３ａの出力端子とは、抵抗６３ｄを介して接続されている。すなわち、アラーム確定回路６３は、ヒステリシス回路となっている。図１０に示す構成では、コンパレータ６３ａの出力電圧を、抵抗６３ｄ，Ｒ４によって分圧された値がヒステリシスとなる。このため、抵抗６３ｄ，Ｒ４の抵抗値を適宜設定することにより、ヒステリシスを調整することができる。

また、コンパレータ６３ａに入力される閾値Ｖ＿ｔｈは、抵抗Ｒ３，Ｒ４を用いて、電源６３ｂの電圧値を分圧することによって設定することができる。ここで、電源６３ｂは、例えば、組電池１０（単電池１１）の電力を用いることができる。

単電池１１の電圧値Ｖｂが閾値（電圧値）Ｖ＿ｔｈよりも低いとき、コンパレータ６３ａからはアラーム信号が出力されない。一方、電圧値Ｖｂが閾値Ｖ＿ｔｈよりも高いとき、コンパレータ６３ａからアラーム信号が出力される。アラーム信号が出力されると、ヒステリシスが発生し、コンパレータ６３ａの正側入力端子に入力される電圧値は、ヒステリシスの分だけ閾値Ｖ＿ｔｈよりも低下する。

ここで、ヒステリシスが発生した後に、コンパレータ６３ａの正側入力端子に入力される電圧値をＶ＿ｈｙｓとする。閾値Ｖ＿ｔｈおよび電圧値Ｖ＿ｈｙｓの差分がヒステリシスに相当する。

図８を用いて説明したように、アラーム確定回路６３からアラーム信号が出力されると、組電池１０の充放電が停止され、組電池１０の分極が解消される。そして、分極の解消に伴って、電圧値Ｖｂが電圧変化量ΔＶｂの分だけ低下する。本実施例では、コンパレータ６３ａからアラーム信号が出力されると、コンパレータ６３ａの正側入力端子に入力される電圧値が閾値Ｖ＿ｔｈよりも低下する。

このため、分極の解消に伴って、電圧値Ｖｂが閾値Ｖ＿ｔｈよりも低下する場合であっても、ヒステリシスの分だけ閾値Ｖ＿ｔｈを低下させることにより、コンパレータ６３ａからアラーム信号を出力させ続けることができる。具体的には、ヒステリシスが電圧変化量ΔＶｂよりも大きければ、電圧値Ｖｂが電圧値Ｖ＿ｈｙｓよりも低くならず、コンパレータ６３ａからアラーム信号を出力させ続けることができる。

ここで、電圧変化量ΔＶｂを実験などによって予め測定しておけば、測定した電圧変化量ΔＶｂを考慮して、ヒステリシスを決定することができる。具体的には、ヒステリシスが電圧変化量ΔＶｂよりも大きくなるように、抵抗６３ｄの抵抗値を設定することができる。上述したように、電圧変化量ΔＶｂは、単電池１１に流れる電流値や、単電池１１の抵抗値などに応じて変化する。

このため、電圧変化量ΔＶｂが取り得る最大値を実験などによって予め特定しておき、電圧変化量（最大値）ΔＶｂよりも大きなヒステリシスを設定することができる。これにより、電圧変化量ΔＶｂが変化した場合であっても、コンパレータ６３ａからアラーム信号を出力させ続けることができる。

なお、図１０に示す構成の代わりに、図１１に示す構成を用いることもできる。図１０に示す構成は、実施例１で説明した図６に示す構成に対応しており、図１１に示す構成は、実施例１で説明した図７に示す構成に対応している。図１１に示す構成では、コンパレータ６３ａの出力ラインに、コンデンサ６３ｃが接続されている。

ここで、コンパレータ６３ａの出力ラインに対する抵抗６３ｄの接続点は、コンパレータ６３ａの出力端子と、出力ラインに対するコンデンサ６３ｃの接続点との間に位置している。図１１に示す構成によれば、図７に示す構成と同様に、コンパレータ６３ａの出力信号に含まれるノイズを低減させることができる。

本実施例によれば、アラーム確定回路６３をヒステリシス回路とすることにより、アラーム信号を出力させ続けることができる。すなわち、実施例１で説明したアラームラッチ回路６４と同等の機能を、アラーム確定回路６３に持たせることができる。これにより、図８に示す電圧値Ｖｂの挙動を抑制して、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇがオンおよびオフの間で繰り返して切り替わることを防止できる。そして、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇの摩耗劣化が進行することを抑制できる。

また、本実施例では、実施例１に示す電流遮断回路６０と比べて、アラームラッチ回路６４を省略した分だけ、電流遮断回路６０の構成を簡素化して、電流遮断回路６０を小型化することができる。

電流遮断回路は、アラーム回路と、ラッチ回路と、トランジスタと、ＯＲ回路とを有する。アラーム回路は、蓄電ブロックの電圧値および閾値を比較して、蓄電ブロックが過充電状態であることを示すアラーム信号を出力する。ラッチ回路は、アラーム信号を保持し、保持した信号を出力する。トランジスタは、リレーをオンからオフに切り替える。ＯＲ回路は、ラッチ回路およびトランジスタの間に設けられており、ラッチ回路の出力信号又は、コントローラから出力され、電流遮断回路の動作を停止させる信号を受けて、トランジスタをオフに切り替える信号を出力する。

ＯＲ回路およびトランジスタの間には、フォトカプラを設けることができる。フォトカプラを用いることにより、フォトカプラの入力側に位置する回路と、フォトカプラの出力側に位置する回路とを絶縁状態とすることができる。フォトカプラの入力側に位置する回路は、蓄電ブロックの電圧値が入力されるため、高電圧で動作する回路となる。そこで、フォトカプラを用いることにより、高電圧を低電圧に変換することができ、トランジスタを低電圧で動作させることができる。

蓄電ブロックおよびエンジンを車両に搭載した構成では、ＯＲ回路およびトランジスタの間に、遅延回路を設けることができる。そして、ＯＲ回路の出力信号を、トランジスタだけでなく、コントローラにも入力させることができる。ラッチ回路の出力信号がトランジスタに入力されたときには、上述したように、リレーがオンからオフに切り替わり、蓄電ブロックの充放電が停止することになる。蓄電ブロックの充放電が停止した後では、蓄電ブロックの出力電力を用いて、エンジンを始動させることができなくなってしまう。

ここで、ＯＲ回路およびトランジスタの間に、遅延回路を設けておけば、ＯＲ回路の出力信号を受けたトランジスタが、リレーをオンからオフに切り替えるタイミングを遅らせることができる。一方、ＯＲ回路の出力信号は、コントローラに入力されるため、コントローラは、ＯＲ回路の出力信号に基づいて、エンジンを始動させることができる。すなわち、コントローラは、電流遮断回路によってリレーがオンからオフに切り替わる前に、エンジンを始動させることができる。

本願第１の発明において、ラッチ回路およびトランジスタの間には、ＯＲ回路が設けられている。ＯＲ回路には、ラッチ回路の出力信号と、電流遮断回路の動作を停止させる信号（コントローラの出力信号）とが入力される。これにより、コントローラが、電流遮断回路の動作を停止させる信号を出力したときであっても、ＯＲ回路の出力を受けたトランジスタが、リレーをオンからオフに切り替えることができる。

アラーム回路は、ヒステリシス特性を有するコンパレータ（いわゆるヒステリシスコンパレータ）を含んでいる。ここで、ヒステリシスは、蓄電ブロックの通電を遮断した後における、分極の解消に伴う蓄電ブロックの電圧降下量よりも大きくなっている。

Claims (10)

1. 充放電を行う蓄電素子を含む蓄電ブロックと、
   前記蓄電ブロックを負荷と接続するオンと、前記蓄電ブロックおよび前記負荷の接続を遮断するオフとの間で切り替わるリレーと、
   前記リレーの前記オンおよび前記オフを制御するコントローラと、
   前記リレーを前記オンから前記オフに切り替えて、前記蓄電ブロックの通電を遮断する電流遮断回路と、を有し、
   前記電流遮断回路は、
   前記蓄電ブロックの電圧値および閾値を比較して、前記蓄電ブロックが過充電状態であることを示すアラーム信号を出力するアラーム回路と、
   前記アラーム信号を保持するラッチ回路と、
   前記ラッチ回路の出力信号を受けて、前記リレーを前記オンから前記オフに切り替えるトランジスタと、
   を有することを特徴とする蓄電システム。
2. 前記アラーム回路は、
   前記蓄電ブロックの正極および負極における電位差を検出する第１コンパレータと、
   前記第１コンパレータの出力と、前記過充電状態の判別に用いられる前記閾値とを比較する第２コンパレータと、
   を有することを特徴とする請求項１に記載の蓄電システム。
3. 前記アラーム回路は、前記第２コンパレータの出力ラインと接続されたフィルタ回路を有することを特徴とする請求項２に記載の蓄電システム。
4. 前記電流遮断回路は、前記ラッチ回路および前記トランジスタの間に設けられたフォトカプラを有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の蓄電システム。
5. 前記電流遮断回路は、前記アラーム回路および前記蓄電ブロックを接続するラインと接続されたフィルタ回路を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の蓄電システム。
6. 前記電流遮断回路は、カソードが前記蓄電ブロックの正極端子と接続され、アノードが前記蓄電ブロックの負極端子と接続されたツェナーダイオードを有することを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の蓄電システム。
7. 前記蓄電ブロックは、車両を走行させる運動エネルギに変換される電力を出力するとともに、前記車両に搭載されたエンジンを始動させる電力を出力し、
   前記電流遮断回路は、前記ラッチ回路および前記トランジスタの間に設けられた遅延回路を有しており、
   前記コントローラは、前記ラッチ回路の出力信号を受けて、前記エンジンを始動させることを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の蓄電システム。
8. 前記電流遮断回路は、前記ラッチ回路および前記トランジスタの間に設けられたＯＲ回路を有しており、
   前記ＯＲ回路は、前記ラッチ回路の出力信号又は、前記コントローラから出力され、前記電流遮断回路の動作を停止させる信号を受けて、前記トランジスタを前記オフに切り替える信号を出力することを特徴とする請求項１から７のいずれか１つに記載の蓄電システム。
9. 充放電を行う蓄電素子を含む蓄電ブロックと、
   前記蓄電ブロックを負荷と接続するオンと、前記蓄電ブロックおよび前記負荷の接続を遮断するオフとの間で切り替わるリレーと、
   前記リレーの前記オンおよび前記オフを制御するコントローラと、
   前記リレーを前記オンから前記オフに切り替えて、前記蓄電ブロックの通電を遮断する電流遮断回路と、を有し、
   前記電流遮断回路は、
   前記蓄電ブロックの電圧値および閾値を比較して、前記蓄電ブロックが過充電状態であることを示すアラーム信号を出力するアラーム回路と、
   前記アラーム回路の出力信号を受けて、前記リレーを前記オンから前記オフに切り替えるトランジスタと、を有しており、
   前記アラーム回路は、前記蓄電ブロックの通電を遮断した後における前記蓄電ブロックの電圧降下量よりも大きなヒステリシス特性を有するコンパレータを含むことを特徴とする蓄電システム。
10. 複数の前記蓄電ブロックが電気的に直列に接続されていることを特徴とする請求項１から９のいずれか１つに記載の蓄電システム。

Images