WO2023176228A1

WO2023176228A1 - 電源装置

Info

Publication number: WO2023176228A1
Application number: PCT/JP2023/004568
Authority: WO
Inventors: 敦史須山; 敦酒井; 和也前川
Original assignee: パナソニックエナジー株式会社
Priority date: 2022-03-18
Filing date: 2023-02-10
Publication date: 2023-09-21

Abstract

電源装置は、二次電池と、二次電池と直列に接続してなる放電スイッチと、放電スイッチと並列に接続されてなり、放電スイッチをオフ状態とするプリ放電期間においてオン状態に切り換えられて、負荷に制限電流を供給する電流制限スイッチと、二次電池の電流を検出する電流検出回路と、放電スイッチと電流制限スイッチをオン、オフに制御する制御回路とを備える。制御回路は、放電スイッチの故障診断回路を備え、故障診断回路が、プリ放電期間において、電流検出回路が検出する二次電池の検出電流を、制限電流よりも大きい値に設定している閾値に比較して、検出電流が閾値よりも大きい状態で、放電スイッチをオフに切り換えできないオフ不可故障と判定する。

Description

電源装置

　本発明は二次電池と直列に放電スイッチを接続している電源装置に関し、とくに放電スイッチをオフに切り換えできない故障を判定する回路を備える電源装置に関する。

　放電スイッチを二次電池と直列に接続している電源装置は、二次電池の残容量などで放電スイッチを制御して、二次電池を保護しながら放電できる。放電スイッチがオフに切り換えできないオフ不可故障となると、放電電流を遮断できなくなる。放電スイッチがオフ不可故障となると、二次電池の残容量が最低残容量となって、放電スイッチにオフ信号が入力されても放電電流を遮断できず、二次電池が過放電されて劣化する等の悪影響を防止できない。放電スイッチのオフ不可故障は、オフ信号が入力された状態で電流が遮断されないことを検出して判定できるが、この方式は、負荷への電力供給を停止する必要がある。この問題を解消するために、負荷への電力供給を停止することなく放電スイッチの故障を判定する回路構成は開発されている（特許文献１参照）。

特開２０１３－１８１８２２号公報

　特許文献１に開示される放電スイッチのオフ不可故障を診断する回路は、充電スイッチと放電スイッチに寄生ダイオードのあるＦＥＴ等のスイッチング素子を使用し、あるいは寄生ダイオードのないスイッチング素子は、寄生ダイオードに相当するダイオードを並列に接続し、電池の充電又は放電状態を停止することなく、一方のスイッチング素子をオン状態、他方のスイッチング素子をオフ状態に制御して、スイッチング素子のオフ不可故障を判定する。オフに切り換えられたスイッチング素子は寄生ダイオードを介して通電するので、一方のスイッチング素子をオフ状態として充電や放電を継続できる。充電又は放電を継続しながら、オフ状態に制御しているスイッチング素子の電圧降下を検出して、オフ不可故障を診断する。オフ状態に切り換えられたオフ不可故障でないスイッチング素子は、寄生ダイオードを通じて通電され、この状態で順方向電圧として約０．６～０．７Ｖの電圧降下が発生する。これに対して、オフ不可故障となったスイッチング素子は内部短絡の状態となるので内部抵抗が極めて低く、ダイオードの順方向電圧よりも低い電圧降下となる。したがって、オフ状態に制御されたスイッチング素子の電圧降下が順方向電圧よりも低いことを検出して、スイッチング素子のオフ不可故障を判定できる。

　以上の故障診断回路は、オフ状態に制御するスイッチング素子に寄生ダイオードを介して通電してオフ不可故障を検出するので、スイッチング素子と並列にダイオードを接続する必要がある。また、故障診断時にはダイオードに負荷電流が流れるので、ダイオードのジュール熱による発熱が大きくなる等の弊害がある。

　本発明は、さらに以上の欠点を解消することを目的に開発されたもので、本発明の大切な目的は、ダイオードの発熱などの弊害を防止して放電スイッチのオフ不可故障を検出できる電源装置を提供することにある。

　本発明のある態様に係る電源装置は、二次電池と、二次電池と直列に接続してなる放電スイッチと、放電スイッチと並列に接続されてなり、放電スイッチをオフ状態とするプリ放電期間においてオン状態に切り換えられて、負荷に制限電流を供給する電流制限スイッチと、二次電池の電流を検出する電流検出回路と、放電スイッチと電流制限スイッチをオン、オフに制御する制御回路とを備える。制御回路は、放電スイッチの故障診断回路を備え、故障診断回路が、プリ放電期間において、電流検出回路が検出する二次電池の検出電流を、制限電流よりも大きい値に設定している閾値に比較して、検出電流が閾値よりも大きい状態で、放電スイッチをオフに切り換えできないオフ不可故障と判定する。

　以上の電源装置は、ダイオードの発熱などの弊害を防止して、放電スイッチをオフに切り換えできない故障を検出できる。

本発明の一実施形態にかかる電源装置の概略ブロック図である。放電スイッチが正常に動作する状態における電流の変化を示す図である。放電スイッチがオフ不可故障の状態における電流の変化を示す図である。

　本発明の一実施態様の電源装置は、二次電池と、二次電池と直列に接続してなる放電スイッチと、放電スイッチと並列に接続されてなり、放電スイッチをオフ状態とするプリ放電期間においてオン状態に切り換えられて、負荷に制限電流を供給する電流制限スイッチと、二次電池の電流を検出する電流検出回路と、放電スイッチと電流制限スイッチをオン、オフに制御する制御回路とを備える電源装置であって、制御回路が放電スイッチの故障診断回路を備え、故障診断回路が、プリ放電期間において、電流検出回路が検出する二次電池の検出電流を、制限電流よりも大きい値に設定している閾値に比較して、検出電流が閾値よりも大きい状態で、放電スイッチをオフに切り換えできないオフ不可故障と判定する。

　以上の電源装置は、ダイオードの発熱などの弊害を防止しながら、放電スイッチをオフに切り換えできないオフ不可故障を検出できる特長がある。それは、以上の電源装置が、放電スイッチをオフ状態として電流制限スイッチをオン状態として負荷に制限電流を供給するプリ放電期間において、検出電流を、制限電流よりも大きい値に設定している閾値に比較して、検出電流が閾値よりも大きい状態でオフ不可故障と判定するからである。

　以上の電源装置によると、放電スイッチが正常に動作する状態では、プリ放電期間において、二次電池に流れる電流は制限電流となる。これに対して、放電スイッチが内部ショートなどでオフ不可故障となると、プリ放電期間においても入力信号でオフ状態には切り換えできず、小さい内部抵抗で常時オン状態に保持される。したがって、プリ放電期間において、制限電流よりも大きい値に設定された閾値を超える放電電流を検出することで、放電スイッチがオフ不可故障であると判定できる。以上の電源装置によると、放電スイッチと電流制限スイッチのオンオフのタイミングを制御しながら、放電電流を閾値と比較することで放電スイッチのオフ不可故障を判定できるので、従来のように、ダイオードを接続することなく、また、ダイオードに流れる負荷電流によるジュール熱の弊害を皆無にしながら効果的に放電スイッチのオフ不可故障を判定できる。

　本発明の他の実施態様の電源装置は、二次電池の充電を制御する充電スイッチを備え、充電スイッチを制御回路で制御して二次電池の充電を制御することができる。

　本発明の他の実施態様の電源装置は、制御回路がタイミング回路を備え、タイミング回路が、充電スイッチをオンに切り換えて二次電池をプリ充電するプリ充電期間と、プリ充電期間の後、負荷に制限電流を供給するプリ放電期間と、プリ放電期間の後、放電スイッチをオンにして負荷に電力を供給する放電期間とを記憶して、故障診断回路が、プリ充電期間においてプリ充電された二次電池を、プリ放電期間において、電流制限スイッチを介して負荷に接続して故障診断することができる。

　以上の電源装置は、プリ充電期間において二次電池をプリ充電した後、プリ放電期間において制限電流で負荷に電力を供給するので、プリ充電により二次電池の電圧を適正な電圧とした状態で負荷に制限電流を供給できる。また、以上の電源装置は、プリ放電期間の後、放電期間を設けて故障診断することで、放電スイッチの故障をより確実に判定できる。

　本発明の他の実施態様の電源装置は、故障診断回路が、プリ充電期間とプリ放電期間と放電期間とを複数回繰り返し、複数回のプリ放電期間において、電流検出回路の検出電流が閾値よりも大きい状態を確認して、放電スイッチの故障を判定することができる。

　以上の電源装置は、プリ充電期間とプリ放電期間と放電期間とからなる３ステップを複数回繰り返して、複数回のプリ放電期間において故障診断することで、放電スイッチの故障をより確実に判定できる。

　本発明の他の実施態様の電源装置は、二次電池と直列に接続されて、制御回路に制御される充放電スイッチを備え、制御回路が、放電スイッチの故障を検出して、充放電スイッチをオフに切り換えることができる。

　以下、図面に基づいて本発明を詳細に説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、及びそれらの用語を含む別の用語）を用いるが、それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が制限されるものではない。また、複数の図面に表れる同一符号の部分は同一もしくは同等の部分又は部材を示す。

　さらに以下に示す実施形態は、本発明の技術思想の具体例を示すものであって、本発明を以下に限定するものではない。また、以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、例示することを意図したものである。また、一の実施の形態、実施例において説明する内容は、他の実施の形態、実施例にも適用可能である。また、図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため、誇張していることがある。

　（実施の形態１）
　図１の電源装置１００は、二次電池１と、二次電池１と直列に接続している放電スイッチ２と、放電スイッチ２と並列に接続している電流制限スイッチ４と、二次電池１に流れる電流を検出する電流検出回路７と、放電スイッチ２と電流制限スイッチ４をオン、オフに制御する制御回路６とを備える。さらに図の電源装置１００は、二次電池１と直列に接続されて充電を制御する充電スイッチ３と、二次電池１の充放電電流を遮断する充放電スイッチ５も備えている。図１の電源装置１００は、放電端子１２と充電端子１３を設けて、放電端子１２と二次電池１との間に、充放電スイッチ５と充電スイッチ３と放電スイッチ２の直列回路を接続している。充電端子１３と二次電池１との間に充放電スイッチ５と充電スイッチ３との直列回路を接続している。

　（二次電池１）
　二次電池１は、複数の電池セル１０を直列に接続して、出力電圧を用途に最適な電圧としている。さらに、二次電池１は、複数の電池セル１０を並列に接続して、充放電できる容量や出力できる最大電流を用途に適した値としている。

　（放電スイッチ２、電流制限スイッチ４）
　放電スイッチ２は、制御回路６でオンオフに切り換えられるＦＥＴやトランジスタなどの半導体スイッチング素子である。ただ、放電スイッチ２は、機械的に接点をオンオフに切り換えるリレーなどのスイッチも使用できる。電流制限スイッチ４は、スイッチング素子８と直列に電流制限抵抗９を接続している。電流制限抵抗９は、スイッチング素子８のオン状態において負荷２１に供給する電流を制限する。

　放電スイッチ２は、制御回路６でオンオフに制御されて、二次電池１が負荷２１に出力する放電電流を制御している。放電スイッチ２がオン状態に切り換えられて、入力側に大容量のコンデンサー２２（例えば電解コンデンサー）を接続している負荷２１に電力が供給されると、放電スイッチ２をオンに切り換えた瞬間に、ピーク電流が流れてコンデンサー２２が瞬間的に充電される。過大なピーク電流は、放電スイッチ２を損傷する等の弊害の原因となる。過大なピーク電流を制限するために、放電スイッチ２と並列に電流制限スイッチ４を接続している。電流制限スイッチ４は、放電スイッチ２をオフ状態とするプリ放電期間でオン状態に切り換えられて、負荷２１に制限電流を供給する。放電スイッチ２と並列に電流制限スイッチ４を接続している電源装置１００は、放電スイッチ２をオフ状態に保持しながら、電流制限スイッチ４をオン状態に切り換えて、負荷２１に供給する電流を制限する。制限電流でコンデンサー２２を充電した後、放電スイッチ２をオン状態に切り換えて負荷２１に電力を供給することで、コンデンサー２２を充電するピーク電流を制限して、スムーズに放電スイッチ２をオン状態に切り換えできる。

　電流制限スイッチ４は、電流制限抵抗９の電気抵抗を大きくしてピーク電流を小さくできる。たとえば、電流制限抵抗９を１０Ω、二次電池１の出力電圧を４００Ｖとする電源装置１００は、ピーク電流の最大値が４０Ａとなる。電流制限抵抗９は、電気抵抗を大きくしてピーク電流の最大値を小さくできる。ただ、電流制限抵抗９の電気抵抗が大きくなると、コンデンサー２２を充電する時間が長くなる。制限電流が小さくなるからである。

　電流制限抵抗９の電気抵抗は、制限電流と充電時間とを考慮して、たとえば、５～２０Ω、好ましくは６～１８Ω、さらに好ましくは６～１５Ωに設定される。

　電流制限スイッチ４は、放電スイッチ２をオンに切り換えた瞬間に流れる過大なピーク電流を制限するために、放電スイッチ２と並列に接続されるので、車、オートバイ、カート、自転車などの電動車両を駆動する電源に最適であるが、本発明は電源装置の用途を電動車両の電源に特定するものでなく、放電スイッチのオンタイミングで瞬間的にピーク電流を制限する全ての電源装置に使用できる。

　（電流検出回路７）
　電流検出回路７は、二次電池１に流れる電流を検出する。図に示す電流検出回路７は、二次電池１の出力ラインに直列に接続された電流検出抵抗７Ａと、この電流検出抵抗７Ａの両端の電圧から電流値を演算する演算部７Ｂとを備えている。電流検出回路７は、検出された電流値の正負から充電電流と放電電流を判定しながら検出する。

　（充電スイッチ３）
　充電スイッチ３は、充電期間においてオン状態に切り換えられて、充電器２３で二次電池１を充電する。二次電池１が満充電されると、制御回路６からの信号でオンからオフに切り換えられて、二次電池１の充電を停止する。充電スイッチ３は、放電スイッチ２と同様に、ＦＥＴやトランジスタなどの半導体スイッチング素子が適しているが、リレーのように接点を機械的にオンオフに切り換えするスイッチも使用できる。

　図１において充電スイッチ３は二次電池１を充電器２３に接続する充電経路と二次電池１を負荷２１に接続する放電経路との分岐点に配置される構成となっており、充電スイッチ３本体のスイッチング素子の寄生ダイオード（あるいは並列に接続されるダイオード）により放電経路の開閉には関与しないようになっている。そのため、充電スイッチ３がオフ状態であっても放電スイッチ２がオン状態に切り換えられ、電流制限スイッチ４がオン状態に切り換えられると、二次電池１を負荷２１に接続することができる。

　（充放電スイッチ５）
　充放電スイッチ５は、ノーマル状態ではオン状態に保持されて、非常時にはオフ状態に切り換えできる全てのスイッチが使用できるが、オフ状態に切り換えられた後は、オン状態に復帰しないスイッチが適している。充放電スイッチ５は制御回路６でオン状態に切り換えできる全てのスイッチが使用できるので、制御回路６からの制御で溶断できるヒューズなども使用できる。

　（制御回路６）
　制御回路６は、充電スイッチ３と放電スイッチ２と電流制限スイッチ４と充放電スイッチ５とをオンオフに切り換えする切換回路１５と、放電スイッチ２の故障診断回路１６と、充電スイッチ３と放電スイッチ２と電流制限スイッチ４を制御するタイミング回路１７とを備えている。切換回路１５は、充電スイッチ３と放電スイッチ２を制御して二次電池１の過充電と過放電を防止する。切換回路１５は、放電スイッチ２をオン状態として二次電池１を放電している状態で、残容量が予め設定している最低容量まで低下すると放電スイッチ２をオフに切り換えて放電を停止する。また、切換回路１５は、二次電池１が放電されて残容量が低下すると充電スイッチ３をオン状態として二次電池１を充電するが、この状態で、二次電池１の残容量が最大容量まで増加すると充電スイッチ３をオフに切り換えて充電を停止する。切換回路１５は二次電池１の電圧で残容量を検出し、あるいは充放電している電流の積算値で残容量を演算して、充電スイッチ３と放電スイッチ２を制御する。さらに切換回路１５は、異常状態を検出すると充放電スイッチ５をオフ状態に切り換えて、二次電池１の充電電流と放電電流の両方を遮断する。

　タイミング回路１７は、放電スイッチ２と電流制限スイッチ４の両方をオフ状態として、充電スイッチ３をオンに切り換えて二次電池１をプリ充電するプリ充電期間と、プリ充電期間の後、負荷２１に制限電流を供給するプリ放電期間と、プリ充電期間の後、放電スイッチ２をオンにして負荷２１に電力を供給する放電期間とを記憶している。プリ充電期間は、放電スイッチ２と電流制限スイッチ４の両方をオフ状態に保持して、充電スイッチ３をオンに切り換えて二次電池１を一時的に充電する。プリ充電期間は、二次電池１の電圧を適正な電圧まで上昇し、さらに負荷２１の入力側のコンデンサー２２を充電できる電力を充電する。プリ充電期間は長くして二次電池１を充分に充電できるが、長すぎると負荷２１に電力供給を開始するタイミングが遅くなるので、たとえば、０．５１～３ｓｅｃとする。プリ放電期間は、放電スイッチ２をオフ状態に保持して、電流制限スイッチ４をオンに制御して、負荷２１の入力側に接続しているコンデンサー２２を制限電流で充電する。プリ放電期間は、長くして、放電スイッチ２をオフからオンに切り換えた瞬間に流れるピーク電流を制限できるが、この期間も長すぎると負荷２１に電力供給を開始するタイミングが遅くなるので、例えば、０．１～１ｓｅｃに設定する。

　以上のタイミング回路１７を備える制御回路６は、負荷２１に電力を供給するに先だって、二次電池１をプリ充電した後、制限電流で負荷２１に電力を供給して、負荷２１のコンデンサー２２を充電するので、プリ充電された二次電池１でコンデンサー２２を速やかに充電でき、さらにプリ充電して二次電池１の電圧を適正な電圧として、負荷２１に制限電流を供給できる。ただ、タイミング回路１７は、必ずしも二次電池１をプリ充電することなく、放電スイッチ２をオフ状態として電流制限スイッチ４をオフからオンに切り換えて負荷２１のピーク電流を制限できる。

　故障診断回路１６は、電流制限スイッチ４を放電スイッチ２の故障診断に併用する。故障診断回路１６は、放電スイッチ２をオフ状態に制御して、電流制限スイッチ４をオンに切り換えて、二次電池１から負荷２１に供給される電流値を検出して放電スイッチ２の故障を診断する。オフ不可故障でない放電スイッチ２は、オフ状態において二次電池１を負荷２１に接続しない。この状態で、電流制限スイッチ４がオンに切り換えられると、二次電池１は電流制限スイッチ４を介して負荷２１に制限電流を供給する。内部ショートしてオフに切り換えできないオフ不可故障の放電スイッチ２は、制御回路６からのオフ信号でオフ状態には切り換えされず、内部ショートしてできるショート回路が二次電池１を負荷２１に接続する。ショート回路が二次電池１から負荷２１に供給する電流は、オン状態の電流制限スイッチ４を介して負荷２１に供給する制限電流よりも大きくなる。したがって、故障診断回路１６は、放電スイッチ２をオフ状態に制御する状態で、電流制限スイッチ４をオンに切り換えて、二次電池１が負荷２１に供給する電流値を、予め設定している閾値に比較して放電スイッチ２のオフ不可故障を判定できる。オフ不可故障を判定する電流の閾値は、制限電流よりも大きく設定される。制限電流は二次電池１の電圧によって多少変動するので、故障診断の閾値は、制限電流の最大値よりも大きくして放電スイッチ２の故障を確実に判定できる。

　図２及び図３は、故障診断回路１６が、充電スイッチ３と、電流制限スイッチ４と、放電スイッチ２とをオンオフに制御して、二次電池１から負荷２１に供給される電流の変化を示している。これらの図は、二次電池１から負荷２１に電流を供給して、放電スイッチ２を故障診断する診断タイミングを、プリ充電期間と、プリ放電期間と、放電期間とからなる３ステップで構成する。

　［プリ充電期間］
　プリ充電期間において、故障診断回路１６は、放電スイッチ２と電流制限スイッチ４の両方をオフに制御して、充電スイッチ３をオンに制御する。オン状態の充電スイッチ３は、二次電池１を充電器２３に接続して充電する。プリ充電期間は、二次電池１を充電して所定の電圧値にできるので、放電スイッチ２の故障診断を高い精度で判定できる。また、診断タイミングにおいて、二次電池１の放電による残容量の低下を抑制できる。放電スイッチ２の故障診断の精度を高くできるのは、二次電池１の電圧を設定範囲に保持することで、電圧変動による放電電流の変動を少なくできるからである。二次電池１の放電電流を閾値に比較して、放電スイッチ２の故障を診断する方式は、二次電池１の電圧で放電電流が変動すると、故障診断の精度が低下する。

　［プリ放電期間］
　プリ放電期間は、充電スイッチ３と放電スイッチ２をオフ状態に制御して、電流制限スイッチ４をオン状態に制御する。オン状態の電流制限スイッチ４は、二次電池１を負荷２１に接続する。正常にオフ状態に切り換えられた放電スイッチ２は、二次電池１を負荷２１に接続しないので、二次電池１は電流制限スイッチ４を介して負荷２１に接続されて、二次電池１に制限電流が流れる。オフ不可故障の放電スイッチ２は、入力されるオフ信号でオフ状態に切り換えられず、二次電池１と負荷２１がオフ不可故障の放電スイッチ２で接続される。オフ不可故障の放電スイッチ２は、内部ショートして内部抵抗が小さくなっている。この状態は、放電スイッチ２と電流制限スイッチ４の両方で二次電池１が負荷２１に接続するが、内部ショートした放電スイッチ２の内部抵抗が小さく、故障した電スイッチを介して、二次電池１から負荷２１に供給される。オフ不可故障の放電スイッチ２の内部抵抗は、電流制限スイッチ４の内部抵抗、正確にはスイッチング素子と直列に接続している電流制限抵抗９の電気抵抗よりも小さいので、オフ不可故障の放電スイッチ２は、二次電池１から負荷２１に制限電流を超える放電電流を供給する。故障診断回路１６は、このタイミングにおいて、二次電池１の放電電流を検出し、検出電流を制限電流よりも大きな値に設定している閾値に比較して、放電電流が閾値を超える状態では、放電スイッチ２をオフ不可故障と診断する。

　図２と図３は、制御回路６で充電スイッチ３と電流制限スイッチ４と放電スイッチ２とをオンオフに制御して、二次電池１に流れる電流値を示すグラフである。図２は、放電スイッチ２が正常に動作する状態における電流の変化を示し、図３は放電スイッチ２がオフ不可故障となる状態での電流の変化を示している。

　図２に示すように、放電スイッチ２が入力されるオンオフ信号の制御信号で正常に動作する状態では、プリ放電期間において、二次電池１に流れる電流は制限電流となる。プリ放電期間において、放電スイッチ２が二次電池１を負荷２１に接続することなく、二次電池１は電流制限スイッチ４のみを介して負荷２１に接続されるからである。

　図３に示すように、内部ショートなどでオフ不可故障となった放電スイッチ２は、入力信号でオフ状態には切り換えできず、小さい内部抵抗で常時オン状態に保持される。したがって、プリ放電期間において、内部抵抗の小さい放電スイッチ２が二次電池１を負荷２１に接続して、閾値を超える電流が二次電池１から負荷２１に供給される。故障診断回路１６は、プリ充電期間とプリ放電期間と放電期間とからなる故障診断期間を複数回繰り返し、プリ放電期間において二次電池１の放電電流が閾値を超えると、放電スイッチ２をオフ不可故障と判定する。

　以上のように、故障診断期間において、プリ放電期間の前工程でプリ充電期間を設けて二次電池１をプリ充電し、さらに、プリ充電期間とプリ放電期間と放電期間とからなる３ステップを複数回繰り返して故障診断し、さらにまた、故障診断期間においてプリ放電期間の後、放電期間を設けて故障診断することで、放電スイッチ２の故障をより確実に判定できる。ただし、本発明は、故障診断期間において、必ずしもプリ充電期間と放電期間を設けることなく、プリ放電期間のみで放電スイッチ２の故障診断することができ、また、故障診断期間を複数回繰り返すことなく、放電スイッチ２の故障を診断することもできる。

　故障診断回路１６が放電スイッチ２をオフ不可故障と判定すると、制御回路６は充放電スイッチ５をオンからオフに切り換え、あるいは電源装置１００から電力を供給している機器本体２０側にエラー信号を出力するなどのエラー処理が実施される。エラー処理においては、電源装置１００と機器本体２０との安全性を確保するために種々の対策が実施される。

　図２と図３において、プリ放電期間と放電期間とにおける二次電池１の電流値は、オフ不可故障となった放電スイッチ２の内部抵抗によって変動し、さらに負荷２１の状態によっても変化する。オフ不可故障の放電スイッチ２は、主として内部ショートが原因で発生するので、オフ不可故障の放電スイッチ２は、内部抵抗が正常に動作する半導体スイッチング素子のオン抵抗よりも小さくなる。したがって、オフ不可故障の放電スイッチ２の内部抵抗は、電流制限スイッチ４に設けている電流制限抵抗９の電気抵抗よりも小さくなる。したがって、放電スイッチ２がオフ不可故障になると、プリ放電期間において二次電池１から負荷２１への供給電流は、電流制限抵抗９で制限して負荷２１に供給する制限電流よりも大きくなる。しかしながら、放電スイッチ２は、内部ショート以外が原因でオフ不可故障となることも考慮されるが、仮にオフ不可故障における放電スイッチ２の内部抵抗が、内部ショートの状態よりも大きくなると仮定しても、電流制限抵抗９の電気抵抗よりも大きくなる確率は限りなく低い。したがって、以上の故障診断回路１６は、放電スイッチ２のオフ不可故障を確実に診断できる。

　本発明の電源装置は、二次電池と直列に放電スイッチを接続している電源装置であって、とくに、放電スイッチのオンタイミングで瞬間的にピーク電流を制限する電源装置、例えば、車、オートバイ、カート、自転車などの電動車両を駆動する電源に好適に使用される。

１００…電源装置
１…二次電池
２…放電スイッチ
３…充電スイッチ
４…電流制限スイッチ
５…充放電スイッチ
６…制御回路
７…電流検出回路
７Ａ…電流検出抵抗
７Ｂ…演算部
８…スイッチング素子
９…電流制限抵抗
１０…電池セル
１２…放電端子
１３…充電端子
１５…切換回路
１６…故障診断回路
１７…タイミング回路
２０…機器本体
２１…負荷
２２…コンデンサー
２３…充電器

Claims

　二次電池と、
　前記二次電池と直列に接続してなる放電スイッチと、
　前記放電スイッチと並列に接続されてなり、前記放電スイッチをオフ状態とするプリ放電期間においてオン状態に切り換えられて、負荷に制限電流を供給する電流制限スイッチと、
　前記二次電池の電流を検出する電流検出回路と、
　前記放電スイッチと前記電流制限スイッチをオン、オフに制御する制御回路とを備える電源装置であって、
　前記制御回路が、前記放電スイッチの故障診断回路を備え、
　前記故障診断回路が、前記プリ放電期間において、前記電流検出回路が検出する前記二次電池の検出電流を、前記制限電流よりも大きい値に設定している閾値に比較して、前記検出電流が前記閾値よりも大きい状態で、前記放電スイッチをオフに切り換えできないオフ不可故障を判定する電源装置。
　請求項１に記載の電源装置であって、
　前記二次電池の充電を制御する充電スイッチを備え、
　前記充電スイッチが、前記制御回路に制御されて前記二次電池の充電を制御する電源装置。
　請求項２に記載する電源装置であって、
　前記制御回路がタイミング回路を備え、
　前記タイミング回路が、
　　前記充電スイッチをオンに切り換えて前記二次電池をプリ充電するプリ充電期間と、
　　前記プリ充電期間の後、負荷に前記制限電流を供給する前記プリ放電期間と、
　　前記プリ放電期間の後、前記放電スイッチをオンにして負荷に電力を供給する放電期間とを記憶しており、
　前記故障診断回路が、前記プリ充電期間においてプリ充電された前記二次電池を、前記プリ放電期間において、前記電流制限スイッチを介して負荷に接続して故障診断する電源装置。
　請求項３に記載の電源装置であって、
　前記故障診断回路が、前記プリ充電期間と前記プリ放電期間と前記放電期間とを複数回繰り返し、
　複数回の前記プリ放電期間において、前記電流検出回路の前記検出電流が前記閾値よりも大きい状態を確認して、前記放電スイッチの故障を判定する電源装置。
　請求項１ないし４のいずれか一項に記載の電源装置であって、
　前記二次電池と直列に接続されて、前記制御回路に制御される充放電スイッチを備え、
　前記制御回路が、前記放電スイッチの故障を検出して、前記充放電スイッチをオフに切り換える電源装置。