WO2020196177A1

WO2020196177A1 - 保護回路、蓄電装置及び保護回路の制御方法

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Publication number: WO2020196177A1
Application number: PCT/JP2020/012060
Authority: WO
Inventors: 成輝服部; 将克冨士松
Original assignee: 株式会社Ｇｓユアサ
Priority date: 2019-03-26
Filing date: 2020-03-18
Publication date: 2020-10-01
Also published as: DE112020001518T5; JPWO2020196177A1; US20220166234A1; CN113574758A

Abstract

蓄電素子の保護回路１２０は、前記蓄電素子の電流を遮断する遮断スイッチ５５Ａと、前記遮断スイッチを駆動する駆動回路１５０Ａと、前記駆動回路１５０Ａの電源線１４０Ａに設けられた電源スイッチ１４３Ａと、制御部１３０と含み、前記制御部１３０は、前記遮断スイッチ５５Ａの制御端子を高電位から低電位に切り換え、その後、前記電源スイッチ１４３Ａをオフする。

Description

保護回路、蓄電装置及び保護回路の制御方法

　本発明は、蓄電素子の保護回路、蓄電装置及び保護回路の制御方法に関する。

　蓄電装置は、遮断スイッチを備えており、異常が発生した時に、電流を遮断することで、蓄電装置内の蓄電素子の保護を図っている。下記特許文献１には、遮断スイッチにＦＥＴ等の半導体スイッチを用いる点が開示されている。

特開２００３－１６９４２２号公報

　本発明は、蓄電素子の電流を遮断する遮断スイッチの応答性を維持しつつ、消費電力を抑えることを目的とする。

　本発明の一局面に係る蓄電素子の保護回路は、前記蓄電素子の電流を遮断する遮断スイッチと、前記遮断スイッチを駆動する駆動回路と、前記駆動回路の電源線に設けられた電源スイッチと、制御部と含み、前記制御部は、前記遮断スイッチの制御端子を高電位から低電位に切り換え、その後、前記電源スイッチをオフする。

　本技術は、蓄電装置に適用することが出来る。本技術は、保護回路の制御方法、保護回路の制御プログラム、保護回路の制御プログラムを記憶した記録媒体にも適用できる。

　上記構成によれば、遮断スイッチの応答性を維持しつつ、消費電力を抑えることが出来る。

バッテリの分解斜視図二次電池の平面図図２のＡ－Ａ線断面図自動二輪車の側面図バッテリのブロック図第１駆動回路、第２駆動回路の回路図第１変換回路の拡大図回路の動作説明図オフ処理のフローチャート回路の動作説明図回路の動作説明図第１駆動回路の回路図バッテリのブロック図

　蓄電素子の保護回路は、前記蓄電素子の電流を遮断する遮断スイッチと、前記遮断スイッチを駆動する駆動回路と、前記駆動回路の電源線に設けられた電源スイッチと、制御部と含み、前記制御部は、前記遮断スイッチの制御端子を高電位から低電位に切り換え、その後、前記電源スイッチをオフする。この構成によれば、遮断スイッチの応答性を維持しつつ、消費電力を抑えることが出来る。遮断スイッチのオン、オフの切り換えを迅速に行うことで、遮断スイッチのオン－オフ間の過渡状態で大電流が流れることによる遮断スイッチへのダメージを抑えることが出来る。

　駆動回路は、遮断スイッチの制御端子を高電位部に接続するプルアップ抵抗と、遮断スイッチの制御端子を低電位部に接続するプルダウンスイッチとを有してもよい。プルダウンスイッチをオフすると、遮断スイッチの制御端子は、プルアップ抵抗により高電位部に接続される。プルダウンスイッチをオンすると、遮断スイッチの制御端子は、低電位部に接続される。プルダウンスイッチを切り換えることで、遮断スイッチのオン、オフを制御できる。典型的には、通常は遮断スイッチをオンさせておき、蓄電素子に異常があった場合に遮断スイッチをオフして電流を遮断する。例えば、外部短絡などの事象により蓄電素子に過電流が流れた際、オンしていた遮断スイッチを、プルダウンスイッチの切り換えにより迅速にオフすることで、蓄電素子を保護できる。また、プルダウンスイッチの切り換えにより迅速にオフすることで、遮断スイッチのオン－オフ間の過渡状態で大電流が流れることによる遮断スイッチへのダメージを抑えることが出来る。

　プルダウンスイッチを設けることで、遮断スイッチの制御端子を高電位から低電位に切り換える時に、制御端子から電荷を引き抜いて低電位部に流すことが出来るので、遮断スイッチの応答性を向上させることが出来る。遮断スイッチの応答性を向上させることで、過電流の速やかな遮断や、充電の速やかな受け入れが可能となる。

　プルダンススイッチがオンの場合、電源線を通じてプルアップ抵抗に電流が流れ、駆動回路は電力を消費する。遮断スイッチのゲートを高電位から低電位に切り換えた後、電源スイッチをオフすることで、駆動回路の電流を遮断できる。そのため、消費電力を抑えることが出来る。

　蓄電装置は、前記蓄電素子と、保護回路と、を備え、前記駆動回路は前記蓄電素子を電源としてもよい。駆動回路の電源線に設けられた電源スイッチによる電流遮断により、蓄電素子の電力消費を抑えることが出来る。

　前記蓄電素子の正極と接続される第１外部端子と、前記蓄電素子の負極と接続される第２外部端子と、を含み、前記遮断スイッチは、前記蓄電素子に対する充電を遮断する第１遮断スイッチを少なくとも含み、前記駆動回路は、第１電源スイッチを有する第１電源線に接続され、前記第１遮断スイッチを駆動する第１駆動回路を少なくとも含み、前記第１遮断スイッチは、ソースを前記第２外部端子に接続し、ドレインを前記蓄電素子の負極に接続したＮチャンネルのＦＥＴであり、前記第１駆動回路は、前記第１遮断スイッチのゲートを前記第１電源線に接続する第１プルアップ抵抗と、前記第１遮断スイッチのゲートを前記第２外部端子に接続する第１プルダウンスイッチと、前記制御部から出力される制御信号の基準電位を前記保護回路のシグナルグランドから前記第２外部端子の電位に変換して前記第１プルダウンスイッチに出力する第１変換回路と、を有し、前記第１変換回路は、前記第１電源スイッチのオフ時に、前記第１遮断スイッチのゲートが前記保護回路のシグナルグランドに対して導通することを遮断する導通遮断素子を有してもよい。

　管理部から出力される制御信号を、第１変換回路により、シグナルグランドを基準電位とした信号から、第２外部端子の電位を基準電位とした信号に変換して、第１プルダウンスイッチに出力することが出来る。第１プルダウンスイッチをオンからオフに切り換えると、第１遮断スイッチのゲートが高電位から低電位に切り換わるため、第１遮断スイッチをオフすることが出来る。第１遮断スイッチのオフ時に、消費電力を抑えようとして、第１電源スイッチをオフすると、第１遮断スイッチのゲートが、第１プルアップ抵抗、第１駆動回路を介して、保護回路のシグナルグランドに導通する。第１遮断スイッチは、ソースを第２外部端子に接続しているため、ゲートとソース間に電位差が生じて、第１遮断スイッチが誤動作する場合がある。導通遮断素子を設けることで、第１遮断スイッチのゲートが、保護回路のシグナルグランドに導通することを阻止できるため、第１遮断スイッチの誤作動を抑制することが出来る。

　前記第１変換回路は、ソースを前記保護回路のシグナルグランドに接続し、抵抗を介してドレインを前記第１電源線に接続し、ゲートを前記制御部に接続したＮチャンネルの第１ＦＥＴと、ソースを前記第１電源線に接続し、抵抗を介してドレインを前記第２外部端子に接続し、ゲートを前記第１ＦＥＴのドレインに接続したＰチャンネルの第２ＦＥＴとを含み、前記導通遮断素子は、前記第１ＦＥＴの寄生ダイオードと逆方向の逆方向ダイオードであってもよい。

　第１ＦＥＴは、保護回路のシグナルグランドに接続されていることから、第１ＦＥＴをオフしても、寄生ダイオードを介して、第１遮断スイッチのゲートが保護回路のシグナルグランドと導通する。第１ＦＥＴの寄生ダイオードに対して逆方向のダイオードを設けることで、第１遮断スイッチのゲートが保護回路のシグナルグランドと導通することを抑制できる。

　前記第１駆動回路は、前記第１遮断スイッチのゲートを前記第２外部端子に導通させる導通回路を有してもよい。第１遮断スイッチのゲートとソース間に電位差が生じることを抑制できるため、第１遮断スイッチの誤動作を抑制できる。

　＜実施形態１＞
１．バッテリ５０の構造説明
　バッテリ５０は、図１に示すように、組電池６０と、回路基板ユニット６５と、収容体７１を備える。

　収容体７１は、合成樹脂材料からなる本体７３と蓋体７４とを備えている。本体７３は有底筒状である。本体７３は、底面部７５と、４つの側面部７６とを備えている。４つの側面部７６によって上端部分に上方開口部７７が形成されている。

　収容体７１は、組電池６０と回路基板ユニット６５を収容する。組電池６０は１２個の二次電池６２を有する。１２個の二次電池６２は、３並列で４直列に接続されている。回路基板ユニット６５は、回路基板１００と回路基板１００上に搭載される電子部品とを含み、組電池６０の上部に配置されている。

　蓋体７４は、本体７３の上方開口部７７を閉鎖する。蓋体７４の周囲には外周壁７８が設けられている。蓋体７４は、平面視略Ｔ字形の突出部７９を有する。蓋体７４の前部のうち、一方の隅部に正極の第１外部端子５１が固定され、他方の隅部に負極の第２外部端子５２が固定されている。

　図２及び図３に示すように、二次電池６２は、直方体形状のケース８２内に電極体８３を非水電解質と共に収容したものである。二次電池６２は一例としてリチウムイオン二次電池である。ケース８２は、ケース本体８４と、その上方の開口部を閉鎖する蓋８５とを有している。

　電極体８３は、詳細については図示しないが、銅箔からなる基材に活物質を塗布した負極要素と、アルミニウム箔からなる基材に活物質を塗布した正極要素との間に、多孔性の樹脂フィルムからなるセパレータを配置したものである。これらはいずれも帯状で、セパレータに対して負極要素と正極要素とを幅方向の反対側にそれぞれ位置をずらした状態で、ケース本体８４に収容可能となるように扁平状に巻回されている。

　正極要素には正極集電体８６を介して正極端子８７が、負極要素には負極集電体８８を介して負極端子８９がそれぞれ接続されている。正極集電体８６及び負極集電体８８は、平板状の台座部９０と、この台座部９０から延びる脚部９１とからなる。台座部９０には貫通孔が形成されている。脚部９１は正極要素又は負極要素に接続されている。正極端子８７及び負極端子８９は、端子本体部９２と、その下面中心部分から下方に突出する軸部９３とからなる。そのうち、正極端子８７の端子本体部９２と軸部９３とは、アルミニウム（単一材料）によって一体成形されている。負極端子８９においては、端子本体部９２がアルミニウム製で、軸部９３が銅製であり、これらを組み付けたものである。正極端子８７及び負極端子８９の端子本体部９２は、蓋８５の両端部に絶縁材料からなるガスケット９４を介して配置され、このガスケット９４から外方へ露出されている。

　蓋８５は、圧力開放弁９５を有している。圧力開放弁９５は、図２に示すように、正極端子８７と負極端子８９の間に位置している。圧力開放弁９５は、ケース８２の内圧が制限値を超えた時に、開放して、ケース８２の内圧を下げる。
　二次電池６２は、プリズマティックセルに限定されず、所謂パウチセルであってもよい。電極体８３は、巻回型のものに限定されず、積層型のものであってもよい。

　バッテリ５０は、図４に示すように、自動二輪車１０に搭載して使用することが出来る。バッテリ５０は、自動二輪車１０の駆動装置であるエンジン２０の始動用のものでもよい。自動二輪車１０に搭載されるバッテリ５０は、サイズが制約され、内蔵する二次電池の容量が、自動車に搭載されるバッテリのそれと比べて小さい。保護回路としての電池管理装置（Battery Management System）は、二次電池から電力供給を受けるが、自動二輪車における電池管理装置には、電力消費を極力抑えることが求められる。

　２．バッテリ５０の電気的構成
　図５はバッテリ５０のブロック図である。バッテリ５０は、組電池６０と、電流センサ５３と、遮断スイッチ５５と、電圧検出回路１１０と、管理部１３０と、組電池６０の温度を検出する温度センサと、を備える。

　組電池６０は、複数の二次電池６２から構成されている。二次電池６２は、１２個あり、３並列で４直列に接続されている。図５は、並列に接続された３つの二次電池６２を１つの電池記号で表している。二次電池６２は「蓄電素子」の一例である。バッテリ５０は、定格１２Ｖであってもよい。

　組電池６０、電流センサ５３及び遮断スイッチ５５は、パワーライン７０Ｐ、パワーライン７０Ｎを介して、直列に接続されている。パワーライン７０Ｐ、パワーライン７０Ｎは電流経路の一例である。

　パワーライン７０Ｐは、第１外部端子５１と組電池６０の正極とを接続するパワーラインである。パワーライン７０Ｎは、第２外部端子５２と組電池６０の負極とを接続するパワーラインである。第２外部端子５２は、ボディグランドＧ２に接続されている。ボディグランドＧ２は、自動二輪車１０のボディであってもよい。ボディグランドＧ２は、自動二輪車１０の基準電位であってもよい。

　電流センサ５３は、組電池６０の負極に接続されるよう、負極のパワーライン７０Ｎに設けられている。電流センサ５３は、組電池６０の電流Ｉを計測することができる。

　電圧検出回路１１０は、４つの二次電池６２、二次電池６２、二次電池６２、二次電池６２の電圧Ｖと、組電池６０の総電圧を検出することができる。組電池６０の総電圧は、４つの二次電池の合計電圧である。

　管理部１３０は、ＣＰＵ１３１と、メモリ１３３を備える。管理部１３０は、電圧検出回路１１０、電流センサ５３、温度センサの出力に基づいて、バッテリ５０の監視処理を行う。管理部１３０は制御部の一例である。

　遮断スイッチ５５は、組電池６０の負極に接続されるよう、負極のパワーライン７０Ｎに設けられている。遮断スイッチ５５は、第１遮断スイッチ５５Ａと、第２遮断スイッチ５５Ｂとを有する。第１遮断スイッチ５５Ａと第２遮断スイッチ５５Ｂは、電力用の半導体スイッチである。第１遮断スイッチ５５Ａと第２遮断スイッチ５５Ｂは、Ｎチャンネルの電界効果トランジスタである。第１遮断スイッチ５５Ａ、第２遮断スイッチ５５ＢのソースＳは基準端子である。第１遮断スイッチ５５Ａ、第２遮断スイッチ５５ＢのゲートＧは制御端子である。第１遮断スイッチ５５Ａ、第２遮断スイッチ５５ＢのドレインＤは、接続端子である。

　第１遮断スイッチ５５Ａは、ソースを第２外部端子５２に接続し、第２遮断スイッチ５５Ｂは、ソースＳを組電池６０の負極に接続している。第１遮断スイッチ５５Ａのドレインと第２遮断スイッチ５５Ｂのドレインとが接続されている。このように、第１遮断スイッチ５５Ａと第２遮断スイッチ５５Ｂは、バックツーバック接続されている。バックツーバック接続（back-to-back接続）は、２つのＦＥＴを背中合わせに接続すること、すなわち、２つのＦＥＴのドレイン同士を接続すること、又はソース同士を接続することを意味する。

　第１遮断スイッチ５５Ａは寄生ダイオード５６Ａを内蔵しており、第２遮断スイッチ５５Ｂは寄生ダイオード５６Ｂを内蔵している。寄生ダイオード５６Ａは、順方向が放電方向と同一である。寄生ダイオード５６Ｂは、順方向が充電方向と同一である。

　第１遮断スイッチ５５Ａは、ソースＳを第２外部端子５２に接続していることから、ボディグランドＢ２が基準電位である。第２遮断スイッチ５５Ｂは、ソースＳを組電池６０の負極に接続している。組電池６０の負極は、回路基板１００のシグナルグランドＧ１に接続されており、第２遮断スイッチ５５Ｂは、シグナルグランドＧ１が基準電位である。

　第１遮断スイッチ５５Ａは、ゲートＧにＨレベルの電圧を印加することでオンし、ゲートＧに、Ｌレベルの電圧を印加することでオフする。第２遮断スイッチ５５Ｂも同様である。Ｈレベルは高電位、Ｌレベルは低電位である。

　バッテリ５０は、遮断スイッチ５５を駆動する駆動回路１５０を有する。駆動回路１５０は、第１遮断スイッチ５５Ａを駆動する第１駆動回路１５０Ａと、第２遮断スイッチ５５Ｂを駆動する第２駆動回路１５０Ｂとを含む。

　第１駆動回路１５０Ａは、ゲート抵抗５８Ａを介して、第１遮断スイッチ５５ＡのゲートＧに接続されている。また、第２駆動回路１５０Ｂは、ゲート抵抗５８Ｂを介して、第２遮断スイッチ５５ＢのゲートＧに接続されている。

　正極のパワーライン７０Ｐには、分岐線１４０が接続されている。分岐線１４０は、第１内部電源線１４０Ａと第２内部電源線１４０Ｂに分岐している。

　第１内部電源線１４０Ａは、第１駆動回路１５０Ａの電源線であり、第２内部電源線１４０Ｂは、第２駆動回路１５０Ｂの電源線である。分岐線１４０には、レギュレータ１４１が設けられている。レギュレータ１４１は、組電池６０の総電圧を、第１駆動回路１５０Ａ、第２駆動回路１５０Ｂの動作電圧に降圧する。

　また、第１内部電源線１４０Ａには、第１電源スイッチ１４３Ａが設けられ、第２内部電源線１４０Ｂには、第２電源スイッチ１４３Ｂが設けられている。管理部１３０は、例えば正常時（バッテリに異常がない場合）、第１電源スイッチ１４３Ａ及び第２電源スイッチ１４３Ｂをオンに制御する。

　管理部１３０は、正常時、第１駆動回路１５０Ａを介して、ゲートＧにＨレベルの電圧を印加し、第１遮断スイッチ５５Ａをオンに制御する。また管理部１３０は、第２駆動回路１５０Ｂを介して、ゲートにＨレベルの電圧を印加し、第２遮断スイッチ５５Ｂをオンに制御する。

　第１遮断スイッチ５５Ａ及び第２遮断スイッチ５５Ｂの双方がオンの場合、組電池６０は充電、放電の双方が可能である。

　管理部１３０は、バッテリ５０の異常を検出した場合、第１遮断スイッチ５５Ａ、第２遮断スイッチ５５Ｂのオン、オフを切り換えることで充放電を制御する。

　過電流を検出した場合、管理部１３０は、第１駆動回路１５０Ａを介して第１遮断スイッチ５５Ａをオフ、第２駆動回路１５０Ｂを介して第２遮断スイッチ５５Ｂをオフする。第１遮断スイッチ５５Ａと第２遮断スイッチ５５Ｂをオフすることで、過電流を遮断できる。

　過充電を検出した場合、管理部１３０は、第１駆動回路１５０Ａを介して、第１遮断スイッチ５５Ａをオフ、第２駆動回路１５０Ｂを介して、第２遮断スイッチ５５Ｂをオンする。第１遮断スイッチ５５Ａをオフし、第２遮断スイッチ５５Ｂをオンすることで、充電を遮断し、放電のみ行うことが出来る。この場合、放電電流は、第１遮断スイッチ５５Ａの寄生ダイオード５６Ａ及び第２遮断スイッチ５５Ｂのドレイン－ソースの電流経路で流れる。第１遮断スイッチ５５Ａは、放電の遮断機能はなく、バッテリ５０の充電を遮断するスイッチである。

　過放電を検出した場合、管理部１３０は、第１駆動回路１５０Ａを介して、第１遮断スイッチ５５Ａをオン、第２駆動回路１５０Ｂを介して、第２遮断スイッチ５５Ｂをオフする。第１遮断スイッチ５５Ａをオンし、第２遮断スイッチ５５Ｂをオフすることで、放電を遮断し、充電のみ受け入れることが出来る。この場合、充電電流は、第１遮断スイッチ５５Ａのドレイン－ソース及び第２遮断スイッチ５５Ｂの寄生ダイオード５６Ｂの電流経路で流れる。第２遮断スイッチ５５Ｂは、充電の遮断機能はなく、バッテリ５０の放電を遮断する。

　遮断スイッチ５５、管理部１３０、第１駆動回路１５０Ａ及び第２駆動回路１５０Ｂは、組電池６０を保護する保護回路１２０である。保護回路１２０は、回路基板１００上に実装されている。保護回路１２０は、回路基板１００のシグナルグランドＧ１を基準電位（動作基準）とする。組電池６０の負極もシグナルグランドＧ１に接続されており、組電池６０はシグナルグランドＧ１を基準電位とする。

　３．第１駆動回路、第２駆動回路の説明
　図６は、第１駆動回路１５０Ａと第２駆動回路１５０Ｂの詳細図である。第１駆動回路１５０Ａは、第１プルアップ抵抗１６１Ａと、第１プルダウンスイッチ１６３Ａと、第１変換回路１７０Ａとを有する。

　第１プルダウンスイッチ１６３Ａは、信号用の半導体スイッチである。第１プルダウンスイッチ１６３Ａは、Ｎチャンネルの電界効果トランジスタである。第１プルダウンスイッチ１６３Ａは、ソースを第２外部端子５２に接続し、第１プルアップ抵抗１６１Ａを介してドレインを第１内部電源線１４０Ａに接続する。第１プルダウンスイッチ１６３Ａのドレインは、信号線を介して、第１遮断スイッチ５５ＡのゲートＧに接続されている。

　第１プルダウンスイッチ１６３Ａは、ソースを第２外部端子５２に接続しており、ボディグランドＧ２を基準電位（動作基準）とする。

　第１プルダウンスイッチ１６３Ａがオフの場合、第１遮断スイッチ５５ＡのゲートＧは、高電位部である第１内部電源線１４０Ａと導通し、高電位であるＨレベルとなる。第１プルダウンスイッチ１６３Ａがオンの場合、第１遮断スイッチ５５ＡのゲートＧは、低電位部であるボディグランドＧ２と導通し、低電位であるＬレベルとなる。

　第１遮断スイッチ５５ＡのゲートＧをボディグランドＧ２に導通させることで、ゲートＧから電荷を引き抜いてボディグランドＧ２に流すことが出来るので、第１遮断スイッチ５５Ａの応答性を向上させることが出来る。つまり、第１遮断スイッチ５５Ａをオンからオフに切り換える時の応答性を向上させることが出来る。応答性を高めることで、過電流を速やかに遮断できる。また、第１遮断スイッチ５５Ａの、オン－オフ間の過渡状態で大電流が流れることによる遮断スイッチへのダメージを、抑えることが出来る。

　第１変換回路１７０Ａは、図７に示すように、第１ＦＥＴ１７１Ａと第２ＦＥＴ１７３Ａを有する。第１ＦＥＴ１７１Ａは信号用であり、Ｎチャンネルの電界効果トランジスタである。第１ＦＥＴ１７１Ａは、ソースをシグナルグランドＧ１に接続し、抵抗１８１Ａを介して、ドレインを第１内部電源線１４０Ａに接続している。

　第１ＦＥＴ１７１ＡのゲートＧとソースの間には、抵抗１８２Ａが接続されている。第１ＦＥＴ１７１Ａのドレインは、抵抗１８３Ａを介して、第２ＦＥＴ１７３ＡのゲートＧに接続されている。

　第２ＦＥＴ１７３Ａは信号用であり、Ｐチャンネルの電界効果トランジスタである。第２ＦＥＴ１７３Ａは、ソースを第１内部電源線１４０Ａに接続している。また、第２ＦＥＴ１７３Ａは、２つの抵抗１８４Ａ、抵抗１８５Ａを介して、ドレインをボディグランドＧ２、つまり第２外部端子５２に接続している。

　２つの抵抗１８４Ａ、抵抗１８５Ａは直列に接続されている。２つの抵抗１８４Ａ、抵抗１８５Ａの接続点Ｊは、第１プルダウンスイッチ１６３ＡのゲートＧに接続されている。

　管理部１３０から第１ＦＥＴ１７１Ａに制御信号Ｓｒ１を出力すると、第１ＦＥＴ１７１Ａにて信号が反転し、第２ＦＥＴ１７３Ａにて信号が再度反転することで、接続点Ｊから制御信号Ｓｒ１と同波形の制御信号Ｓｒ２を出力することが出来る。そして、抵抗１８５ＡはボディグランドＧ２に接続されていることから、制御信号Ｓｒ２はボディグランドＧ２を基準電位とした信号である。

　第１変換回路１７０Ａは、管理部１３０から出力される制御信号Ｓｒ１を、シグナルグランドＧ１を基準電位とした制御信号から、ボディグランドＧ２を基準電位とした制御信号Ｓｒ２に変換して、第１プルダウンスイッチ１６３Ａに出力する。制御信号Ｓｒ２の基準電位を、ボディグランドＧ２（＝第２外部端子５２の電位）に変換することで、第１プルダウンスイッチ１６３Ａの基準電位（動作基準）と合わせることが出来る。

　つまり、管理部１３０の基準電位はシグナルグランドＧ１、第１プルダウンスイッチ１６３Ａの基準電位はボディグランドＧ２であり、両者間で基準電位が相違している。第１変換回路１７０Ａで、制御信号の基準電位を変換することで、基準電位の一致を計っている。

　また第１変換回路１７０Ａは電圧変換も行っている。制御信号Ｓｒ１は、第１変換回路１７０Ａにて、第１プルダウンスイッチ１６３Ａの駆動電圧に変換されて、制御信号Ｓｒ２として出力される。

　図６に示すように、第２駆動回路１５０Ｂは、第２プルアップ抵抗１６１Ｂと、第２プルダウンスイッチ１６３Ｂと、第２変換回路１７０Ｂと、を有する。

　第２プルダウンスイッチ１６３Ｂは、信号用の半導体スイッチである。第２プルダウンスイッチ１６３Ｂは、Ｎチャンネルの電界効果トランジスタである。第２プルダウンスイッチ１６３Ｂは、ソースをシグナルグランドＧ１に接続し、第２プルアップ抵抗１６１Ｂを介してドレインを第２内部電源線１４０Ｂに接続する。第２プルダウンスイッチ１６３Ｂのドレインは、信号線を介して、第２遮断スイッチ５５ＢのゲートＧに接続されている。

　第２プルダウンスイッチ１６３Ｂは、ソースをシグナルグランドＧ１に接続しており、シグナルグランドＳ１を基準電位（動作基準）とする。

　第２プルダウンスイッチ１６３Ｂがオフの場合、第２遮断スイッチ５５ＢのゲートＧは、第２内部電源線１４０Ｂに導通し、Ｈレベルになる。第２プルダウンスイッチ１６３Ｂがオンの場合、第２遮断スイッチ５５ＢのゲートＧは、シグナルグランドＧ１に導通し、Ｌレベルになる。

　第２変換回路１７０Ｂは第１ＦＥＴ１７１Ｂと第２ＦＥＴ１７３Ｂを有する。第１ＦＥＴ１７１Ｂは信号用であり、Ｎチャンネルの電界効果トランジスタである。第１ＦＥＴ１７１Ｂは、ソースをシグナルグランドＧ１に接続し、抵抗１８１Ｂを介して、ドレインを第２内部電源線１４０Ｂに接続している。第１ＦＥＴ１７１Ｂのゲートとソースの間には、抵抗１８２Ｂが接続されている。

　第１ＦＥＴ１７１Ｂのドレインは、抵抗１８３Ｂを介して、第２ＦＥＴ１７３Ｂのゲートに接続されている。

　第２ＦＥＴ１７３Ｂは信号用であり、Ｐチャンネルの電界効果トランジスタである。第２ＦＥＴ１７３Ｂは、ソースを第２内部電源線１４０Ｂに接続し、ドレインを抵抗１８４Ｂに接続している。抵抗１８４Ｂと第４ＦＥＴ１７５Ｂは直列に接続されている。抵抗１８４Ｂと第４ＦＥＴ１７５Ｂの接続点Ｊは、第２プルダウンスイッチ１６３ＢのゲートＧに接続されている。

　第４ＦＥＴ１７５Ｂは、Ｎチャンネルの電界効果トランジスタである。第４ＦＥＴ１７５Ｂは、ソースをシグナルグランドＧ１に接続し、ドレインを抵抗１８４Ｂに接続している。第４ＦＥＴ１７５Ｂのゲートは、抵抗１８５Ｂを介して、第１ＦＥＴ１７１Ｂのドレインに接続されている。

　管理部１３０から第１ＦＥＴ１７１Ｂに制御信号Ｓｒ１を出力すると、第１ＦＥＴ１７１Ｂにて信号が反転し、第２ＦＥＴ１７３Ｂにて信号が再度反転することで、接続点Ｊから制御信号Ｓｒ１と同波形の制御信号Ｓｒ２を出力することが出来る。

　第２プルダウンスイッチ１６３Ｂは、管理部１３０と同様に、シグナルグランドＳ１の電位を基準電位（動作基準）としている。そのため、第２変換回路１７０Ｂは、基準電位の変換機能は有していない。

　図８は、第１駆動回路１５０Ａの回路動作の説明図である。管理部１３０からＬレベルの制御信号Ｓｒ１を出力すると、第１ＦＥＴ１７１Ａ及び第２ＦＥＴ１７３Ａはオフして、接続点Ｊから第１プルダウンスイッチ１６３Ａに対してＬレベルの制御信号Ｓｒ２が出力される。

　Ｌレベルの制御信号Ｓｒ２の出力により、第１プルダウンスイッチ１６３ＡのゲートＧはＬレベルになることから、第１プルダウンスイッチ１６３Ａはオフする。

　第１プルダウンスイッチ１６３Ａがオフの場合、第１遮断スイッチ５５ＡのゲートＧは、第１プルアップ抵抗１６１Ａを介して第１内部電源線１４０Ａと導通する。

　第１内部電源線１４０Ａと導通した場合、第１遮断スイッチ５５ＡのゲートＧはＨレベルとなり、第１遮断スイッチ５５Ａはオンする。管理部１３０から第２駆動回路１５０Ｂに対してＬレベルの制御信号Ｓｒ１を出力した場合も同様に、第２遮断スイッチ５５Ｂはオンする。

　図９は、第１遮断スイッチ５５Ａをオンからオフに切り換えるオフ処理のフローチャートである。管理部１３０が、第１駆動回路１５０Ａに出力する制御信号Ｓｒ１をＬレベルからＨレベルに切り換えると、図１０に示すように、第１ＦＥＴ１７１Ａ及び第２ＦＥＴ１７３Ａがオフからオンに切り換わり、接続点Ｊから第１プルアップスイッチ１６３Ａに対してＨレベルの制御信号Ｓｒ２が出力される（Ｓ１０）。

　Ｈレベルの制御信号Ｓｒ２の出力により、第１プルダウンスイッチ１６３ＡのゲートがＨレベルになることから、第１プルダウンスイッチ１６３Ａがオンする（Ｓ２０）。

　第１プルダウンスイッチ１６３Ａがオンの場合、図１０に示すように、第１遮断スイッチ５５ＡのゲートＧは、第１プルダウンスイッチ１６３Ａを介して、ボディグランドＧ２と導通する。ボディグランドＧ２との導通により、第１遮断スイッチ５５ＡのゲートＧはＨレベルからＬレベルに切り換わる（Ｓ３０）。

　ゲートＧがＨレベルからＬレベルに切り換わることで、第１遮断スイッチ５５Ａはオンからオフに切り換わる（Ｓ４０）。

　第１プルダウンスイッチ１６３Ａがオンの場合、第１内部電源線１４０Ａから第１プルアップ抵抗１６１Ａに電流が流れる。第１プルアップ抵抗１６１Ａの抵抗値が高ければ、この時の第１プルアップ抵抗１６１Ａによる消費電力を十分に小さくできる。しかし、第１プルアップ抵抗１６１Ａの抵抗値が高いと、第１遮断スイッチ５５Ａをオフからオンに切り換える応答性が低下するため、第１プルアップ抵抗１６１Ａの抵抗値はある程度低い値に設定される。そのため、第１プルアップ抵抗１６１Ａによる消費電力を十分に小さくできない。

　管理部１３０は、第１遮断スイッチ５５Ａをオンからオフに切り換えた場合、図１１に示すように、第１電源スイッチ１４３Ａをオンからオフに切り換える（Ｓ５０）。第１電源スイッチ１４３Ａをオフすることで、第１内部電源線１４０Ａは遮断する（Ｓ６０）。第１内部電源線１４０Ａの遮断により、第１プルアップ抵抗１６１Ａによる消費電力を抑えることが出来る。

　また、管理部１３０は、第２駆動回路１５０Ｂに対して出力する制御信号Ｓｒ１をＬレベルからＨレベルに切り換えることにより、第２遮断スイッチ５５Ｂをオンからオフに切り換えることが出来る。

　第２遮断スイッチ５５Ｂをオンからオフに切り換えた場合も同様であり、管理部１３０は、第２電源スイッチ１４３Ｂをオンからオフに切り換えて、第２内部電源線１４０Ｂを遮断する。第２内部電源線１４０Ｂの遮断により、第２プルアップ抵抗１６１Ｂによる消費電力を抑えることが出来る。

　４．第１遮断スイッチの誤動作防止
　第１遮断スイッチ５５Ａのオフ時の消費電力を抑えるため、第１電源スイッチ１４３Ａをオフした場合、管理部１３０は、第１電源スイッチ１４３Ａと共に、第１ＦＥＴ１７１Ａをオフに制御する。

　第１ＦＥＴ１７１Ａをオフに制御しても、第１遮断スイッチ５５ＡのゲートＧは、図１１に示すように、ゲート抵抗５８Ａ、第１プルアップ抵抗１６１Ａ、抵抗１８１Ａ、第１ＦＥＴ１７１Ａの寄生ダイオード１７２Ａを介して、シグナルグランドＧ１と導通する。一方、第１遮断スイッチ５５ＡのソースＳは、ボディグランドＧ２に接続されている。

　第１遮断スイッチ５５Ａのオフ中に、シグナルグランドＧ１とボディグランドＧ２の間に電圧差が生じた場合、ゲートＧとソースＳ間に電圧差が出来て、第１遮断スイッチ５５Ａがオフからオンに誤作動する場合がある。

　また、第１遮断スイッチ５５Ａのオフ時に、バッテリ５０に充電器２００が接続された場合も、ゲートＧとソースＳ間に電圧差が出来て、第１遮断スイッチ５５Ａがオフからオンに誤作動する場合がある。例えば、充電器２００の出力電圧が１４Ｖ、組電池６０の総電圧が１２Ｖの場合、ゲートＧとソースＳ間に約２Ｖの電圧差が出来て、第１遮断スイッチ５５Ａがオフからオンに誤作動する場合がある。

　第１駆動回路１５０Ａは、第１ＦＥＴ１７１Ａのドレインと抵抗１８１Ａの間にダイオード１９０を設けている。ダイオード１９０は、寄生ダイオード１７２Ａに対して逆向きである。

　ダイオード１９０を設けることで、第１内部電源線１４０Ａの遮断中、第１遮断スイッチ５５Ａのゲートは、ハイインピーダンスであり、シグナルグランドＧ１と導通することを阻止できる。そのため、第１遮断スイッチ５５Ａの誤作動を抑制することが出来る。ダイオード１９０は、第１遮断スイッチ５５ＡのゲートＧがシグナルグランドＧ１と導通することを阻止する通電遮断素子である。

　第２遮断スイッチ５５Ｂは、ソースＳをシグナルグランドＧ１に接続している。そのため、第２内部電源線１４０Ｂの遮断中、第２遮断スイッチ５５ＢのゲートＧとソースＳは、共にシグナルグランドＧ１の電位であり、電位差が生じることはない。そのため、第２駆動回路１５０Ｂは、ダイオード１９０は設置していない。

　５．効果説明
　バッテリ５０は、第１遮断スイッチ５５Ａのオフ時に、第１内部電源線１４０Ａを遮断して、第１駆動回路１５０Ａの電流をカットすることで、低消費電力を維持することが出来る。同様に、第２遮断スイッチ５５Ｂのオフ時に、第２内部電源線１４０Ｂを遮断して、第２駆動回路１５０Ｂの電流をカットすることで、低消費電力を維持することが出来る。

　また、第１遮断スイッチ５５ＡのゲートＧが、シグナルグランドＧ１と導通することを、ダイオード１９０が阻止するため、第１内部電源線１４０Ａの遮断時に、第１遮断スイッチ５５Ａが誤作動することを抑制出来る。

　＜実施形態２＞
　実施形態２は、実施形態１に対して、第１駆動回路１５０Ｃの構成が相違している。第１駆動回路１５０Ｃは、図１２に示すように、第１プルアップ抵抗１６１Ａと、第１プルダウンスイッチ１６３Ａと、第１変換回路１７０Ａと、導通回路１９３Ａを有している。

　導通回路１９３Ａは、導通スイッチ１９５Ａと、抵抗１９７Ａとからなる。導通スイッチ１９５Ａは、Ｎチャンネルの電界効果トランジスタである。導通スイッチ１９５Ａは、ソースをボディグランドＧ２に接続し、抵抗１９７Ａを介して、ドレインを第１内部電源線１４０Ａに接続している。導通スイッチ１９５ＡのゲートＧは、第１ＦＥＴ１７１ＡのゲートＧに接続されている。

　管理部１３０は、第１内部電源線１４０Ａの遮断中、導通スイッチ１９５ＡのゲートＧにＨレベルの制御信号を出力して、導通スイッチ１９５Ａをオンする。

　図１２に示すように、導通スイッチ１９５Ａがオンすると、第１遮断スイッチ５５Ａのゲートは、ゲート抵抗５８Ａ、第１プルアップ抵抗１６１Ａ、抵抗１９７Ａを介して、ボディグランドＧ２と導通する。ゲートＧがボディグランドＧ２と導通していれば、ゲートＧとソースＳは同電位であり、電圧差は生じないため、第１遮断スイッチ５５Ａが誤作動することを抑制することが出来る。

　管理部１３０は、第１遮断スイッチ５５Ａのオン中は、導通スイッチ１９５Ａをオフする。導通スイッチ１９５Ａをオフすることで、第１遮断スイッチ５５Ａのオン中、導通回路１９３Ａが電力消費することを抑えることが出来る。

　＜他の実施形態＞
　本発明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、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

　（１）上記実施形態１、２では、蓄電素子の一例として、二次電池６２を例示した。蓄電素子は、二次電池６２に限らず、キャパシタでもよい。二次電池６２は、リチウムイオン二次電池に限らず他の非水電解質二次電池でもよい。また、鉛蓄電池などを使用することも出来る。蓄電素子は、複数を直並列に接続する場合に限らず、直列の接続や、単セルの構成でもよい。

　（２）上記実施形態１、２では、バッテリ５０をエンジン始動用とした。バッテリ５０の使用用途は、特定の用途に限定されない。バッテリ５０は、移動体用（車両や飛行体、船舶、AGVなど）や、産業用（無停電電源システムや太陽光発電システムの蓄電装置）など、種々の用途に使用してもよい。

　（３）上記実施形態１、２では、遮断スイッチ５５を、組電池６０の負極側（ロウサイド）に配置したが、組電池６０の正極側（ハイサイド）に配置してもよい。遮断スイッチ５５は、電界効果トランジスタに限らない。遮断スイッチは、電界効果トランジスタ以外の半導体スイッチでもよい。

　（４）上記実施形態１、２では、遮断スイッチ５５を、第１遮断スイッチ５５Ａと第２遮断スイッチ５５Ｂとから構成した。図１３に示すように、遮断スイッチ５５として、充電を規制する第１遮断スイッチ５５Ａのみが蓄電装置に備えられてもよい。代替的に、放電を規制する第２遮断スイッチ５５Ｂのみが蓄電装置に備えられてもよい。

　（５）上記実施形態２では、第１遮断スイッチ５５ＡのゲートＧがシグナルグランドＧ１と導通することを、ダイオード１９０を用いて遮断した。導通の遮断は、ダイオード１９０に代えて、スイッチで行ってもよい。

　（６）遮断スイッチの制御端子を高電位から低電位に切り換える手段は、プルアップ抵抗とプルダウンスイッチとを用いる例に限定はされない。例えば、このような手段として代替的に、プッシュプル回路を用いてもよい。ただし、プッシュプル回路と比較して、プルアップ抵抗とプルダウンスイッチとを用いた回路は、より低コストで作製できる。

　（７）本技術は、蓄電素子の保護回路の制御プログラムに適用することが出来る。保護回路は、蓄電素子の電流を遮断する遮断スイッチと、前記遮断スイッチを駆動する駆動回路と、前記駆動回路の電源線に設けられた電源スイッチと、を含む。保護回路の制御プログラムは、コンピュータに、前記駆動回路のプルダウンスイッチをオフからオンに切り換えることで、前記遮断スイッチの制御端子を高電位から低電位に切り換える処理（Ｓ３０）と、前記制御端子を低電位に切り換えた後、前記電源スイッチをオフする処理（Ｓ５０）とを実行させるプログラムである。本技術は、蓄電素子の保護回路の制御プログラムを記録した記録媒体に適用することが出来る。コンピュータは、一例として、管理部１３０である。蓄電素子は、一例として、二次電池６２である。制御プログラムは、ＲＯＭなどの記録媒体に記録することが出来る。

　１０　自動二輪車
　５０　バッテリ（蓄電装置）
　５１、５２　外部端子
　５５　遮断スイッチ
　５５Ａ　第１遮断スイッチ
　５５Ｂ　第２遮断スイッチ
　６０　組電池
　６２　二次電池（蓄電素子）
　１２０　保護回路
　１３０　管理部（制御部）
　１４０Ａ、１４０Ｂ　第１内部電源線、第２内部電源線
　１４３Ａ、１４３Ｂ　第１電源スイッチ、第２電源スイッチ
　１５０　駆動回路
　１５０Ａ、１５０Ｂ　第１駆動回路、第２駆動回路
　１６１Ａ、１６１Ｂ　第１プルアップ抵抗、第２プルアップ抵抗
　１６３Ａ、１６３Ｂ　第１プルダウンスイッチ、第２プルダウンスイッチ
　１７０Ａ、１７０Ｂ　第１変換回路、第２変換回路
　１９０　ダイオード（通電遮断素子）
　１９３Ａ　導通回路

Claims

　蓄電素子の保護回路であって、
　前記蓄電素子の電流を遮断する遮断スイッチと、
　前記遮断スイッチを駆動する駆動回路と、
　前記駆動回路の電源線に設けられた電源スイッチと、
　制御部と含み、　前記制御部は、前記遮断スイッチの制御端子を高電位から低電位に切り換え、その後、前記電源スイッチをオフする、保護回路。
　請求項１に記載の保護回路であって、
　前記駆動回路は、前記制御端子を高電位部に接続するプルアップ抵抗と、前記制御端子を低電位部に接続するプルダウンスイッチと、を含み、
　前記制御部は、前記プルダウンスイッチをオフからオンに切り替えることで、前記制御端子を高電位から低電位に切り換える、保護回路。
　蓄電装置であって、
　前記蓄電素子と、
　請求項１又は請求項２に記載の保護回路と、を備え、
　前記駆動回路は前記蓄電素子を電源とする、蓄電装置。
　請求項３に記載の蓄電装置であって、
　前記蓄電素子の正極と接続される第１外部端子と、
　前記蓄電素子の負極と接続される第２外部端子と、を含み、
　前記遮断スイッチは、
　前記蓄電素子に対する充電を遮断する第１遮断スイッチを少なくとも含み、
　前記駆動回路は、第１電源スイッチを有する第１電源線に接続され、前記第１遮断スイッチを駆動する第１駆動回路を少なくとも含み、
　前記第１遮断スイッチは、ソースを前記第２外部端子に接続し、ドレインを前記蓄電素子の負極に接続したＮチャンネルのＦＥＴであり、
　前記第１駆動回路は、
　前記第１遮断スイッチのゲートを前記第１電源線に接続する第１プルアップ抵抗と、
　前記第１遮断スイッチのゲートを前記第２外部端子に接続する第１プルダウンスイッチと、
　前記制御部から出力される制御信号の基準電位を前記保護回路のシグナルグランドから前記第２外部端子の電位に変換して前記第１プルダウンスイッチに出力する第１変換回路と、を有し、
　前記第１変換回路は、前記第１電源スイッチのオフ時に、前記第１遮断スイッチのゲートが前記保護回路のシグナルグランドに対して導通することを遮断する導通遮断素子を有する、蓄電装置。
　請求項４に記載の蓄電装置であって、
　前記第１変換回路は、
　ソースを前記保護回路のシグナルグランドに接続し、抵抗を介してドレインを前記第１電源線に接続し、ゲートを前記制御部に接続したＮチャンネルの第１ＦＥＴと、
　ソースを前記第１電源線に接続し、抵抗を介してドレインを前記第２外部端子に接続し、ゲートを前記第１ＦＥＴのドレインに接続したＰチャンネルの第２ＦＥＴとを含み、
　前記導通遮断素子は、前記第１ＦＥＴの寄生ダイオードと逆方向の逆方向ダイオードである、蓄電装置。
　請求項４又は請求項５に記載の蓄電装置であって、
　前記第１駆動回路は、
　前記第１遮断スイッチのゲートを前記第２外部端子に導通させる導通回路を有する、蓄電装置。
　蓄電素子の保護回路の制御方法であって、
　前記保護回路は、蓄電素子の電流を遮断する遮断スイッチと、前記遮断スイッチを駆動する駆動回路と、前記駆動回路の電源線に設けられた電源スイッチと、を含み、
　前記遮断スイッチの制御端子を高電位から低電位に切り換えるステップと、
　前記制御端子を低電位に切り換えた後、前記電源スイッチをオフするステップと、を有する、保護回路の制御方法。