JPWO2018225572A1 - 蓄電素子の保護装置 - Google Patents
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Abstract
蓄電素子を過充電や過放電などの異常から保護するために開閉器を遮断状態に切り替えた後、通電状態に切り換えるべきときに速やかに通電状態に切り換えつつ、切り替えのための消費電流を抑制する、蓄電素子の保護装置。組電池３０と電気機器３とを接続している電流経路４１に設けられている開閉器４７と、組電池３０の異常が予見される場合に開閉器４７をオフに切り換える制御部４２と、組電池３０を充電する向きのみに電流を流す寄生ダイオード４９Ｂ、及び、放電する向きのみに電流を流す寄生ダイオード５０Ｂの少なくとも一方を有し、開閉器４７と並列に接続されているバイパス経路４６と、を備え、バイパス経路４６に、所定の電流値の電流が流れることにより開閉器４７を磁束によってオンに切り換える第２の励磁コイル５１が寄生ダイオード４９Ｂ及び寄生ダイオード５０Ｂと直列に接続されている、ＢＭＳ４０を備える。
Description
蓄電素子を保護する技術に関する。
蓄電素子を過充電や過放電などの異常から保護しつつ充電あるいは放電を許容する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の蓄電装置は、電気機器と蓄電素子との間に設けられ、互いに並列に接続された複数のスイッチと、いずれか１つのスイッチに直列に接続されている整流素子とを備えている。当該蓄電装置では、蓄電素子が正常でないと判断された場合、整流素子に接続されたスイッチに制御部からクローズ指令信号を送ることによって当該スイッチをクローズ状態（通電状態）とし、その他のスイッチをオープン状態（遮断状態）としている。
当該蓄電装置によると、例えば整流素子が蓄電素子を充電する向きのみに電流を流すものである場合は、蓄電素子を過放電から保護しつつ蓄電素子を充電できる。逆に、放電する向きのみに電流を流すものである場合は、蓄電素子を過充電から保護しつつ電気機器に電力を供給できる。
上述した特許文献１に記載の蓄電装置は、制御部からスイッチにクローズ指令信号を送るというソフトウェアによる制御によってスイッチをクローズ状態にするものである。しかしながら、ソフトウェアによる制御によってスイッチをクローズ状態にする場合は消費電流が増大する場合がある。
蓄電素子を過充電や過放電などの異常から保護するためにスイッチなどの開閉器を遮断状態に切り替えた後、通電状態に切り換えるべきときに速やかに通電状態に切り換えつつ、切り替えのための消費電流を抑制できる技術を開示する。
蓄電素子の保護装置であって、前記蓄電素子と電気機器とを接続している電流経路に設けられている開閉器と、前記蓄電素子の異常が予見される場合に前記開閉器を遮断状態に切り換える制御部と、前記蓄電素子を充電する向きのみに電流を流す整流素子、及び、放電する向きのみに電流を流す整流素子の少なくとも一方を有し、前記開閉器と並列に接続されているバイパス経路と、を備え、前記バイパス経路に、所定の電流値の電流が流れることにより前記開閉器を磁束によって通電状態に切り換える励磁コイルが前記整流素子と直列に接続されている。
蓄電素子を過充電や過放電などの異常から保護するために開閉器を遮断状態に切り替えた後、通電状態に切り換えるべきときに速やかに通電状態に切り換えつつ、切り替えのための消費電流を抑制できる。
（本実施形態の概要）
蓄電素子の保護装置であって、前記蓄電素子と電気機器とを接続している電流経路に設けられている開閉器と、前記蓄電素子の異常が予見される場合に前記開閉器を遮断状態に切り換える制御部と、前記蓄電素子を充電する向きのみに電流を流す整流素子、及び、放電する向きのみに電流を流す整流素子の少なくとも一方を有し、前記開閉器と並列に接続されているバイパス経路と、を備え、前記バイパス経路に、所定の電流値の電流が流れることにより前記開閉器を磁束によって通電状態に切り換える励磁コイルが前記整流素子と直列に接続されていてもよい。
蓄電素子の保護装置であって、前記蓄電素子と電気機器とを接続している電流経路に設けられている開閉器と、前記蓄電素子の異常が予見される場合に前記開閉器を遮断状態に切り換える制御部と、前記蓄電素子を充電する向きのみに電流を流す整流素子、及び、放電する向きのみに電流を流す整流素子の少なくとも一方を有し、前記開閉器と並列に接続されているバイパス経路と、を備え、前記バイパス経路に、所定の電流値の電流が流れることにより前記開閉器を磁束によって通電状態に切り換える励磁コイルが前記整流素子と直列に接続されていてもよい。
整流素子が蓄電素子を充電する向きのみに電流を流すものである場合は、過放電が予見される場合に開閉器を遮断状態に切り替えることにより、蓄電素子を過放電から保護できる。その状態で充電装置が接続されると充電装置から整流素子を介して蓄電素子に充電電流が流れることによって充電が許容される。
逆に、整流素子が蓄電素子を放電する向きのみに電流を流すものである場合は、過充電が予見される場合に開閉器を遮断状態に切り替えることにより、蓄電素子を過充電から保護できる。その状態で電気負荷が接続されると蓄電素子から整流素子を介して電気負荷に放電電流が流れることによって放電が許容される。
整流素子に大電流が流れると整流素子が破損してしまう場合がある。その場合、最大許容電流が大きい整流素子を用いることによって破損を防止することも考えられるが、一般に最大許容電流が大きい整流素子は高価である上、サイズが大きくなる。このため、整流素子に流れる電流の電流値が所定の電流値に達すると整流素子の破損を防止するために開閉器を通電状態に切り換える。
その場合、整流素子に流れる電流を周期的に計測し、所定の電流値に達すると開閉器を通電状態に切り換えることが考えられる。ソフトウェアによる制御によって開閉器を通電状態に切り換えることが考えられる。しかしながら、電流値が所定の電流値に達したときに速やかに開閉器を通電状態に切り換えるためには電流を短い周期で計測していなければならず、消費電流が増大する。
整流素子に所定の電流値の電流が流れると励磁コイルによって開閉器が通電状態に切り換えられるので、所定の電流値に達したとき（言い換えると開閉器を通電状態に切り換えるべきとき）に速やかに開閉器を通電状態に切り換えることができる。開閉器を通電状態に切り換えるための電流の計測が不要なので、電流を短い周期で計測する場合に比べて消費電流を抑制できる。
ソフトウェアによる制御ではなくハードウェアによって開閉器を通電状態に切り換えるので、蓄電素子を過充電や過放電などの異常から保護するために開閉器を遮断状態に切り替えた後、通電状態に切り換えるべきときに速やかに通電状態に切り換えつつ、切り替えのための消費電流を抑制できる。
前記バイパス経路に、前記蓄電素子を充電する向きのみに電流を流す前記整流素子と第１のスイッチとが並列に接続されている第１の並列回路と、放電する向きのみに電流を流す前記整流素子と第２のスイッチとが並列に接続されている第２の並列回路とが直列に設けられており、前記制御部は、前記蓄電素子の過充電が予見される場合は前記第１のスイッチを通電状態、前記第２のスイッチを遮断状態にしてもよい。
蓄電素子を過充電から保護しつつ電気負荷に電力を供給することができる。
前記バイパス経路に、前記蓄電素子を充電する向きのみに電流を流す前記整流素子と第１のスイッチとが並列に接続されている第１の並列回路と、放電する向きのみに電流を流す前記整流素子と第２のスイッチとが並列に接続されている第２の並列回路とが直列に設けられており、前記制御部は、前記蓄電素子の過放電が予見される場合は前記第１のスイッチを遮断状態、前記第２のスイッチを通電状態にしてもよい。
蓄電素子を過放電から保護しつつ蓄電素子を充電することができる。
前記第２のスイッチは常開式の非ラッチ型のスイッチであり、前記バイパス経路に、前記第２のスイッチと並列にラッチ型の補助開閉器が設けられており、前記制御部は、前記第２のスイッチを通電状態に切り替える際に前記補助開閉器を通電状態に切り換えてもよい。
過放電が予見される場合は電池残量が少なくなっているので、第２のスイッチを通電状態にすると、その状態が長く続いた場合に途中で蓄電素子の電力が足りなくなって第２のスイッチが遮断状態になる虞がある。第２のスイッチが遮断状態になると蓄電素子を充電できなくなってしまう。これに対し、補助開閉器はラッチ式なので通電状態を維持するための電力が不要であり、蓄電素子の電力が足りなくなっても通電状態が維持される。このため、第２のスイッチが遮断状態になっても補助開閉器を介して蓄電素子を充電できる。
蓄電素子の保護装置、蓄電素子の保護方法、これらの装置または方法の機能を実現するためのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体等の種々の態様で実現できる。
＜実施形態１＞
実施形態１を図１ないし図８によって説明する。以下の説明において、図２及び図３を参照する場合、電池ケース２１が設置面に対して傾きなく水平に置かれた時の電池ケース２１の上下方向をＹ方向とし、電池ケース２１の長辺方向に沿う方向をＸ方向とし、電池ケース２１の奥行き方向をＺ方向として説明する。
実施形態１を図１ないし図８によって説明する。以下の説明において、図２及び図３を参照する場合、電池ケース２１が設置面に対して傾きなく水平に置かれた時の電池ケース２１の上下方向をＹ方向とし、電池ケース２１の長辺方向に沿う方向をＸ方向とし、電池ケース２１の奥行き方向をＺ方向として説明する。
（１）バッテリの構造
図１に示すように、バッテリ２０は電気自動車やハイブリッド自動車などの自動車１に搭載され、電気エネルギーで作動する動力源などの電気負荷３（図４参照）に電力を供給する。
図１に示すように、バッテリ２０は電気自動車やハイブリッド自動車などの自動車１に搭載され、電気エネルギーで作動する動力源などの電気負荷３（図４参照）に電力を供給する。
図２に示すように、バッテリ２０はブロック状の電池ケース２１を有している。図３に示すように、電池ケース２１内には複数の電池セル３１が直列接続された組電池３０や制御基板２８などが収容されている。組電池３０は蓄電素子の一例である。電池ケース２１は上方に開口する箱型のケース本体２３と、複数の電池セル３１を位置決めする位置決め部材２４と、ケース本体２３の上部に装着される中蓋２５と、中蓋２５の上部に装着される上蓋２６とを備える。
ケース本体２３内には各電池セル３１が個別に収容される複数のセル室２３ＡがＸ方向に並んで設けられている。位置決め部材２４は複数のバスバー２７が上面に配置されており、ケース本体２３内に配置された複数の電池セル３１の上部に位置決め部材２４が配置されることで複数の電池セル３１が位置決めされると共に、複数のバスバー２７によって直列に接続される。
中蓋２５は平面視略矩形状であり、Ｙ方向に高低差が付けられている。中蓋２５のＸ方向両端部には図示しないハーネス端子が接続される正極端子２２Ｐ、負極端子２２Ｎが設けられている。中蓋２５は制御基板２８が内部に収容されており、中蓋２５がケース本体２３に装着されることで組電池３０と制御基板２８とが接続される。
（２）バッテリの電気的構成
図４を参照して、バッテリ２０の電気的構成について説明する。バッテリ２０は組電池３０及び電池管理装置４０（ＢＭＳ：Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）を備えている。ＢＭＳ４０は蓄電素子の保護装置の一例である。
図４を参照して、バッテリ２０の電気的構成について説明する。バッテリ２０は組電池３０及び電池管理装置４０（ＢＭＳ：Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）を備えている。ＢＭＳ４０は蓄電素子の保護装置の一例である。
前述したように組電池３０は複数の電池セル３１が直列接続されたものである。各電池セル３１は繰り返し充電可能な二次電池であり、具体的には例えば正極にリン酸鉄系材料、負極にグラファイトを用いたリン酸鉄系リチウムイオン電池である。組電池３０は正極端子２２Ｐと負極端子２２Ｎとを接続している電流経路４１に設けられており、自動車１の内部または外部に設けられている充電装置３、及び、自動車１の内部に設けられている電気負荷３に正極端子２２Ｐ及び負極端子２２Ｎを介して選択的に接続される。充電装置３及び電気負荷３は電気機器の一例である。
ＢＭＳ４０は制御部４２、電流センサ４３、電圧センサ４４、アナログ−デジタル変換機４５（以下、ＡＤＣ４５という）、リレーＬ１、及び、バイパス経路４６を備えている。
制御部４２は組電池３０から供給される電力によって動作する。制御部４２は、中央処理装置４２Ａ（以下、ＣＰＵ４２Ａという）、ＲＯＭ４２Ｂ、ＲＡＭ４２Ｃなどを備えている。ＲＯＭ４２Ｂには各種の制御プログラムが記憶されている。ＣＰＵ４２ＡはＲＯＭ４２Ｂに記憶されている制御プログラムを実行することにより、組電池３０のＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）を推定する処理、組電池３０を過充電や過放電などの異常から保護する処理などを実行する。ＳＯＣは充電状態や充電率とも呼ばれるものであり、電気容量に対して充電している電気量を比率で表したものである。
制御部４２は組電池３０から供給される電力によって動作する。制御部４２は、中央処理装置４２Ａ（以下、ＣＰＵ４２Ａという）、ＲＯＭ４２Ｂ、ＲＡＭ４２Ｃなどを備えている。ＲＯＭ４２Ｂには各種の制御プログラムが記憶されている。ＣＰＵ４２ＡはＲＯＭ４２Ｂに記憶されている制御プログラムを実行することにより、組電池３０のＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）を推定する処理、組電池３０を過充電や過放電などの異常から保護する処理などを実行する。ＳＯＣは充電状態や充電率とも呼ばれるものであり、電気容量に対して充電している電気量を比率で表したものである。
電流センサ４３は組電池３０と直列に電流経路４１に設けられている。電流センサ４３は充電時に充電装置３から組電池３０に流れる充電電流、及び、放電時に組電池３０から電気負荷３に流れる放電電流の電流値Ｉ［Ａ］を計測し、計測した電流値Ｉに応じたアナログの計測信号ＳＧ１をＡＤＣ４５に出力する。以降の説明では充電電流と放電電流とを区別しない場合は充放電電流という。
電圧センサ４４は組電池３０の各電池セル３１の両端に接続されている。電圧センサ４４は電池セル３１の端子電圧である電圧値Ｖ［Ｖ］を検出し、検出した電圧値Ｖに応じたアナログの計測信号ＳＧ２をＡＤＣ４５に出力する。ＡＤＣ４５は電流センサ４３、電圧センサ４４から出力された計測信号ＳＧ１、ＳＧ２をアナログ信号からデジタル信号に変換し、電流値Ｉ、電圧値Ｖを示すデジタルデータを制御部４２に出力する。
リレーＬ１は組電池３０と直列に電流経路４１に設けられている。リレーＬ１はラッチ型の開閉器４７、及び、開閉器４７を磁束によってオフ（遮断状態、開状態）に切り替える第１の励磁コイル４８を有している。リレーＬ１は磁束によって開閉器４７をオフに切り替えるものに限定されない。
バイパス経路４６はリレーＬ１と並列に電流経路４１に設けられている。バイパス経路４６は充電用ＦＥＴ４９、放電用ＦＥＴ５０、第２の励磁コイル５１、及び、補助リレーＬ２を有している。充電用ＦＥＴ４９は第１の並列回路の一例である。放電用ＦＥＴ５０は第２の並列回路の一例である。第２の励磁コイル５１は励磁コイルの一例である。補助リレーＬ２は補助開閉器の一例である。
充電用ＦＥＴ４９及び放電用ＦＥＴ５０はバイパス経路４６に直列に設けられている。充電用ＦＥＴ４９は、半導体スイッチ４９Ａと、半導体スイッチ４９Ａと並列に設けられており、組電池３０を充電する向きのみに電流を流す寄生ダイオード４９Ｂとを有している。半導体スイッチ４９Ａは常開式の非ラッチ型のスイッチであり、電力が供給されている間のみオン（通電状態、閉状態）となる。寄生ダイオード４９Ｂは蓄電素子を充電する向きのみに電流を流す整流素子の一例である。半導体スイッチ４９Ａは第１のスイッチの一例である。
放電用ＦＥＴ５０は、半導体スイッチ５０Ａと、半導体スイッチ５０Ａと並列に設けられており、放電する向きのみに電流を流す寄生ダイオード５０Ｂとを有している。半導体スイッチ５０Ａも常開式の非ラッチ型のスイッチであり、電力が供給されている間のみオンとなる。寄生ダイオード５０Ｂは蓄電素子を放電する向きのみに電流を流す整流素子の一例である。半導体スイッチ５０Ａは第２のスイッチの一例である。
第２の励磁コイル５１は充電用ＦＥＴ４９及び放電用ＦＥＴ５０と直列にバイパス経路４６に設けられている。第２の励磁コイル５１は開閉器４７の近傍に配されており、所定の電流値の電流が流れると開閉器４７を磁束によってオンに切り替える。所定の電流値は寄生ダイオード４９Ｂ及び５０Ｂが破損しない大きさの電流値である。
第２の励磁コイル５１には図示しない経路で電流を供給することができ、第２の励磁コイル５１に電流を供給することによって開閉器４７をオンに切り替えてもよい。
補助リレーＬ２はラッチ型のリレーであり、放電用ＦＥＴ５０と並列にバイパス経路４６に設けられている。
第２の励磁コイル５１には図示しない経路で電流を供給することができ、第２の励磁コイル５１に電流を供給することによって開閉器４７をオンに切り替えてもよい。
補助リレーＬ２はラッチ型のリレーであり、放電用ＦＥＴ５０と並列にバイパス経路４６に設けられている。
（３）ＳＯＣの推定
前述したように制御部４２は組電池３０のＳＯＣを推定する。ＳＯＣを推定する手法として電流積算法を例に説明する。電流積算法は電池の充放電電流を常時計測することで電池に出入りする電力量を計測し、これを初期容量から加減することでＳＯＣを推定する手法である。電流積算法は電池の使用中でもＳＯＣを推定できるという利点がある反面、常に電流を計測して充放電電力量を積算するので電流センサ４３の計測誤差が累積して次第に不正確になる場合がある。
前述したように制御部４２は組電池３０のＳＯＣを推定する。ＳＯＣを推定する手法として電流積算法を例に説明する。電流積算法は電池の充放電電流を常時計測することで電池に出入りする電力量を計測し、これを初期容量から加減することでＳＯＣを推定する手法である。電流積算法は電池の使用中でもＳＯＣを推定できるという利点がある反面、常に電流を計測して充放電電力量を積算するので電流センサ４３の計測誤差が累積して次第に不正確になる場合がある。
電流積算法によって推定したＳＯＣを電池の開放電圧（ＯＣＶ：Open circuitVoltage）に基づいてリセット（以下、ＯＣＶリセットという）することも行われている。これは、電池に電流が流れていないときのＯＣＶとＳＯＣとの間に比較的精度の良い相関関係があることを利用し、電池に電流が流れていないときの電池電圧（ＯＣＶ）を計測し、予め記憶しておいたＯＣＶとＳＯＣとの相関関係を参照して、計測したＯＣＶに対応するＳＯＣを求め、電流積算法によって推定されているＳＯＣを修正する手法である。ＯＣＶリセットを行うと電流積算法における誤差の累積が断ち切られるのでＳＯＣの推定精度を高めることができる。
（４）組電池の保護
制御部４２は推定したＳＯＣから組電池３０の状態を判断し、過充電や過放電などの異常が予見される場合は組電池３０を異常から保護する。
制御部４２は推定したＳＯＣから組電池３０の状態を判断し、過充電や過放電などの異常が予見される場合は組電池３０を異常から保護する。
（４−１）組電池の異常の予見
例えばＳＯＣが９０％以上である場合は過充電であり、１０％以下である場合は過放電であるとする。この場合、制御部４２はＳＯＣが８５％まで上昇すると過充電が近いと判断する。すなわち制御部４２によって過充電が予見される。また、制御部４２はＳＯＣが１５％まで下降すると過放電が近いと判断する。すなわち制御部４２によって過放電が予見される。
上述した各値は一例であり、過充電や過放電の基準となる値、あるいは過充電や過放電が近いと判断する基準となる値は上述した値に限定されない。
例えばＳＯＣが９０％以上である場合は過充電であり、１０％以下である場合は過放電であるとする。この場合、制御部４２はＳＯＣが８５％まで上昇すると過充電が近いと判断する。すなわち制御部４２によって過充電が予見される。また、制御部４２はＳＯＣが１５％まで下降すると過放電が近いと判断する。すなわち制御部４２によって過放電が予見される。
上述した各値は一例であり、過充電や過放電の基準となる値、あるいは過充電や過放電が近いと判断する基準となる値は上述した値に限定されない。
（４−２）異常が予見されない場合の作動
図４に示すように、過充電や過放電などの異常が予見されない場合、すなわち組電池３０が正常な場合は、制御部４２は開閉器４７をオンにし、半導体スイッチ４９Ａ、半導体スイッチ５０Ａ及び補助リレーＬ２をオフにする。
図４に示すように、過充電や過放電などの異常が予見されない場合、すなわち組電池３０が正常な場合は、制御部４２は開閉器４７をオンにし、半導体スイッチ４９Ａ、半導体スイッチ５０Ａ及び補助リレーＬ２をオフにする。
（４−３）過充電が予見される場合の作動
図５に示すように、組電池３０の過充電が予見される場合は、制御部４２は組電池３０を過充電から保護するために以下の動作を行う。
図５に示すように、組電池３０の過充電が予見される場合は、制御部４２は組電池３０を過充電から保護するために以下の動作を行う。
（ａ１）第１の励磁コイル４８に通電して開閉器４７をオフに切り替える。
（ａ２）充電用ＦＥＴ４９の半導体スイッチ４９Ａをオンに切り替える。
（ａ２）充電用ＦＥＴ４９の半導体スイッチ４９Ａをオンに切り替える。
上述した動作（ａ１）を行うことにより、充電装置３から電流経路４１を介して組電池３０に充電電流が流れることが防止される。放電用ＦＥＴ５０の半導体スイッチ５０Ａはオフに維持されるので、充電装置３からバイパス経路４６を介して組電池３０に充電電流が流れることも防止される。これにより組電池３０が過充電から保護される。
上述した動作（ａ２）を行うことにより、組電池３０が過充電から保護されている状態でバッテリ２０に電気負荷３が接続された場合は、組電池３０から充電用ＦＥＴ４９の半導体スイッチ４９Ａ及び放電用ＦＥＴ５０の寄生ダイオード５０Ｂを介して電気負荷３に放電電流が流れる。このため、組電池３０が過充電から保護されている状態であっても、電気負荷３に電力が供給されないパワーフェイル（電力供給の遮断）が防止される。
図６に示すように、組電池３０から半導体スイッチ４９Ａ及び寄生ダイオード５０Ｂを介して電気負荷３に放電電流Ｉ１が流れるとき、放電電流Ｉ１が徐々に大きくなって前述した所定の電流値に達すると、第２の励磁コイル５１によって開閉器４７がオンに切り替えられる。これにより、寄生ダイオード５０Ｂに大電流が流れて寄生ダイオード５０Ｂが破損することが防止される。
（４−４）過放電が予見される場合の作動
図７に示すように、組電池３０の過放電が予見される場合は、制御部４２は組電池３０を過放電から保護するために以下の動作を行う。
図７に示すように、組電池３０の過放電が予見される場合は、制御部４２は組電池３０を過放電から保護するために以下の動作を行う。
（ｂ１）第１の励磁コイル４８に通電して開閉器４７をオフに切り替える。
（ｂ２）放電用ＦＥＴ５０の半導体スイッチ５０Ａをオンに切り替える。
（ｂ３）補助リレーＬ２をオンに切り替える。
（ｂ２）放電用ＦＥＴ５０の半導体スイッチ５０Ａをオンに切り替える。
（ｂ３）補助リレーＬ２をオンに切り替える。
上述した動作（ｂ１）を行うことにより、組電池３０から電流経路４１を介して電気負荷３に放電電流が流れることが防止される。充電用ＦＥＴ４９の半導体スイッチ４９Ａはオフに維持されるので、組電池３０からバイパス経路４６を介して電気負荷３に放電電流が流れることも防止される。これにより組電池３０が過放電から保護される。
上述した動作（ｂ２）を行うことにより、組電池３０が過放電から保護されている状態でバッテリ２０に充電装置３が接続された場合は、充電装置３から放電用ＦＥＴ５０の半導体スイッチ５０Ａ及び充電用ＦＥＴ４９の寄生ダイオード４９Ｂを介して組電池３０に充電電流が流れる。このため、組電池３０が過放電から保護されている状態であっても組電池３０を充電できる。
図８に示すように、充電装置３から半導体スイッチ５０Ａ及び寄生ダイオード４９Ｂを介して組電池３０に充電電流Ｉ２が流れるとき、充電電流Ｉ２が徐々に大きくなって前述した所定の電流値に達すると、第２の励磁コイル５１によって開閉器４７がオンに切り替えられる。これにより、充電用ＦＥＴ４９の寄生ダイオード４９Ｂに大電流が流れて寄生ダイオード４９Ｂが破損することが防止される。
図７に示すように、制御部４２は動作（ｂ３）も行うので、補助リレーＬ２がオンに切り替えられる。過放電が予見される場合は電池残量が少なくなっているので、（ｂ２）の動作によって放電用ＦＥＴ５０の半導体スイッチ５０Ａをオンに切り替えると、その状態が長く続いた場合に途中で組電池３０の電力が足りなくなって半導体スイッチ５０Ａがオフになる場合がある。半導体スイッチ５０Ａがオフになると組電池３０を充電できなくなってしまう。
これに対し、補助リレーＬ２はラッチ式なのでオン状態を維持するための電力が不要であり、組電池３０の電力が足りなくなってもオン状態が維持される。このため、半導体スイッチ５０Ａがオフになっても補助リレーＬ２を介して組電池３０を充電できる。
（５）実施形態の効果
以上説明した実施形態１に係るＢＭＳ４０によると、バイパス経路４６に流れる電流の電流値が所定の電流値に達すると第２の励磁コイル５１によって開閉器４７がオンに切り替えられる。これにより、電流値が所定の電流値に達したとき（言い換えると開閉器４７をオンに切り替えるべきとき）に開閉器４７を速やかにオンに切り替えることができる。ＢＭＳ４０では開閉器４７をオンに切り替えるための電流の計測が不要であるので、電流を短い周期で計測する場合に比べて消費電流を抑制できる。ＢＭＳ４０によると、ソフトウェアによる制御ではなくハードウェアによって開閉器４７をオンに切り替えるので、開閉器４７をオンに切り替えるべきときに速やかにオンに切り替えつつ消費電流を抑制できる。
ソフトウェアによる制御によって開閉器４７をオンに切り替える場合はソフトウェアの不具合によって動作が不安定になることが懸念される。ＢＭＳ４０ではハードウェアによってオンに切り替えるので開閉器４７を安定してオンに切り替えることができる。
以上説明した実施形態１に係るＢＭＳ４０によると、バイパス経路４６に流れる電流の電流値が所定の電流値に達すると第２の励磁コイル５１によって開閉器４７がオンに切り替えられる。これにより、電流値が所定の電流値に達したとき（言い換えると開閉器４７をオンに切り替えるべきとき）に開閉器４７を速やかにオンに切り替えることができる。ＢＭＳ４０では開閉器４７をオンに切り替えるための電流の計測が不要であるので、電流を短い周期で計測する場合に比べて消費電流を抑制できる。ＢＭＳ４０によると、ソフトウェアによる制御ではなくハードウェアによって開閉器４７をオンに切り替えるので、開閉器４７をオンに切り替えるべきときに速やかにオンに切り替えつつ消費電流を抑制できる。
ソフトウェアによる制御によって開閉器４７をオンに切り替える場合はソフトウェアの不具合によって動作が不安定になることが懸念される。ＢＭＳ４０ではハードウェアによってオンに切り替えるので開閉器４７を安定してオンに切り替えることができる。
ＢＭＳ４０によると、組電池３０を過充電から保護しつつ電気負荷３に電力を供給することができる。
ＢＭＳ４０によると、組電池３０を過放電から保護しつつ組電池３０を充電することができる。
ＢＭＳ４０によると、放電用ＦＥＴ５０の半導体スイッチ５０Ａをオンに切り替える際に補助リレーＬ２をオンに切り替えるので、組電池３０の電力が足りなくなって半導体スイッチ５０Ａがオフになっても補助リレーＬ２を介して組電池３０を充電できる。
＜他の実施形態＞
本明細書で開示される技術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、例えば次のような種々の態様も含まれる。
本明細書で開示される技術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、例えば次のような種々の態様も含まれる。
（１）上記実施形態では蓄電素子として組電池３０を例に説明したが、蓄電素子は１つの電池セル３１で構成されてもよいし、複数の電池セル３１が直列接続されたものでもよいし、並列接続されたものでもよい。
（２）上記実施形態では蓄電素子としてリン酸鉄系リチウムイオン電池を例に説明したが、蓄電素子はリン酸鉄系リチウムイオン電池に限らず、マンガン系リチウムイオン電池、負極にチタンを含むチタン系リチウムイオン電池、鉛電池など他の二次電池でもよい。更に、蓄電素子は、二次電池に限らず、キャパシタでもよい。
（３）上記実施形態ではバイパス経路４６に充電用ＦＥＴ４９（第１の並列回路）及び放電用ＦＥＴ５０（第２の並列回路）が設けられている場合を例に説明したが、蓄電素子を充電する向きのみに電流が流れる整流素子、及び、放電する向きのみに電流が流れる整流素子のうちいずれか一方のみが設けられていてもよい。
（４）上記実施形態では第１の並列回路として充電用ＦＥＴ４９を例に説明したが、第１の並列回路は整流素子と第１のスイッチとが並列に設けられていればＦＥＴでなくてもよい。その場合、第１のスイッチは必ずしも半導体スイッチでなくてもよく、例えば機械式のリレーであってもよい。第２の並列回路についても同様である。
（５）上記実施形態ではバイパス経路４６に補助リレーＬ２が設けられている場合を例に説明したが、補助リレーＬ２は設けられていなくてもよい。
（６）上記実施形態では制御部４２として１つのＣＰＵ４２Ａを有する制御部４２を例に説明したが、制御部４２の構成はこれに限られない。例えば、制御部４２は複数のＣＰＵを備える構成や、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）などのハード回路を備える構成や、ハード回路及びＣＰＵの両方を備える構成でもよい。
（７）上記実施形態は、車両のセカンドバッテリ（バックアップバッテリ）に用いてもよい。セカンドバッテリ（バックアップバッテリ）とは、メインバッテリを補佐するバッテリであり、メインバッテリが何らかの理由でＯＦＦ（電源喪失）した場合に、車両への電源供給を途絶えさせないために用いられる。セカンドバッテリは、満充電（ＳＯＣが所定値以上）で維持されている。このセカンドバッテリに本発明を用いると、セカンドバッテリの過充電を防ぐための監視をせず、開閉器をＯＦＦにすることができる。メインバッテリがＯＦＦ（電源喪失）すると、自動的に開閉器がＯＮになるため、車両への電源供給を途絶えさせないことが可能となる。
（８）上記実施形態は、また、車両の補機バッテリに用いてもよい。補機バッテリとは、ハイブリッド車両（ＨＥＶ）のライトやＥＣＵを駆動させる１２Ｖ電源として用いられている。車両の電源（オルタネータ）が故障した場合、自動的に開閉器がＯＮになるため、車両への電源供給を途絶えさせないことが可能となる。
３：電気機器、３０：組電池、４０：電池管理装置（蓄電素子の保護装置の一例）、４１：電流経路、４２：制御部、４６：バイパス経路、４７：開閉器、４９：充電用ＦＥＴ（第１の並列回路の一例）、４９Ａ：半導体スイッチ（第１のスイッチの一例）、４９Ｂ：寄生ダイオード（蓄電素子を充電する向きのみに電流を流す整流素子の一例）、５０：放電用ＦＥＴ（第２の並列回路の一例）、５０Ａ：半導体スイッチ（第２のスイッチの一例）、５０Ｂ：寄生ダイオード（蓄電素子を放電する向きのみに電流を流す整流素子の一例）、５１：第２の励磁コイル（励磁コイルの一例）、Ｌ２：補助リレー（補助開閉器の一例）
Claims (4)
- 蓄電素子の保護装置であって、
前記蓄電素子と電気機器とを接続している電流経路に設けられている開閉器と、
前記蓄電素子の異常が予見される場合に前記開閉器を遮断状態に切り換える制御部と、
前記蓄電素子を充電する向きのみに電流を流す整流素子、及び、放電する向きのみに電流を流す整流素子の少なくとも一方を有し、前記開閉器と並列に接続されているバイパス経路と、
を備え、
前記バイパス経路に、所定の電流値の電流が流れることにより前記開閉器を磁束によって通電状態に切り換える励磁コイルが前記整流素子と直列に接続されている、蓄電素子の保護装置。 - 請求項１に記載の保護装置であって、
前記バイパス経路に、前記蓄電素子を充電する向きのみに電流を流す前記整流素子と第１のスイッチとが並列に接続されている第１の並列回路と、放電する向きのみに電流を流す前記整流素子と第２のスイッチとが並列に接続されている第２の並列回路とが直列に設けられており、
前記制御部は、前記蓄電素子の過充電が予見される場合は前記第１のスイッチを通電状態、前記第２のスイッチを遮断状態にする、蓄電素子の保護装置。 - 請求項１に記載の保護装置であって、
前記バイパス経路に、前記蓄電素子を充電する向きのみに電流を流す前記整流素子と第１のスイッチとが並列に接続されている第１の並列回路と、放電する向きのみに電流を流す前記整流素子と第２のスイッチとが並列に接続されている第２の並列回路とが直列に設けられており、
前記制御部は、前記蓄電素子の過放電が予見される場合は前記第１のスイッチを遮断状態、前記第２のスイッチを通電状態にする、蓄電素子の保護装置。 - 請求項３に記載の保護装置であって、
前記第２のスイッチは常開式の非ラッチ型のスイッチであり、
前記バイパス経路に、前記第２のスイッチと並列にラッチ型の補助開閉器が設けられており、
前記制御部は、前記第２のスイッチを通電状態に切り替える際に前記補助開閉器を通電状態に切り換える、蓄電素子の保護装置。
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