JP6365725B2 - 蓄電装置及び電力経路開閉装置 - Google Patents

Description

本発明は、蓄電素子を有する蓄電装置等に関する。

リチウムイオン二次電池等の二次電池は、電池セルと当該電池セルの接続対象となる外部負荷又は充電装置との間の協働動作を安全に行うために、電池セルと保護回路とが一体化した電池パックとして提供されることが一般的となっている。

保護回路は、緊急時に電池セルと外部負荷等との間を結ぶ電力路を遮断するリレー等の遮断スイッチを備えており、過充電等の異常動作を検知した場合は直ちに遮断スイッチを動作させ電力路を遮断し、電池セル及び外部負荷等を保護する（例えば特許文献１、段落（０００２）等を参照）。

特開２０１０−１４０７８５号公報

しかしながら、従来の電池パックにおいては、以下のような課題があった。すなわち、電気自動車（ＥＶ）や家庭用、産業用の電源として高出力な電池パックを用いる場合、例えば屋外環境下における使用に起因する誤動作の可能性や、異常動作を安定して検知することの困難性があった。そのため、保護回路の信頼性の一層の向上が求められていた。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、充放電経路又は電力経路の開閉に関する判断精度を向上させ、高い信頼性で保護を行うことを可能とする蓄電装置及び電力経路開閉装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の第１の側面は、
蓄電素子と、
前記蓄電素子の充放電経路の任意の二点間の電位差を測定する電位差測定手段と、
前記充放電経路の前記二点の間に設けられた自己保持スイッチと、
前記蓄電素子の充放電経路の電流を測定する電流測定手段と、
前記蓄電素子の状態に少なくとも基づき、前記自己保持スイッチの開閉を制御する開閉制御手段と、
前記電位差測定手段の測定結果及び前記電流測定手段の測定結果の少なくともいずれか一方と前記開閉制御手段の制御状態とに基づき、前記自己保持スイッチの動作状態を判定する動作状態判定手段とを備えた、
蓄電装置である。

本発明の第２の側面は、
前記電流測定手段は、
前記蓄電素子と前記自己保持スイッチとの間、又は前記蓄電素子の負極側に接続される経路の任意の一点において電流を測定する、
本発明の第１の側面の蓄電装置である。

本発明の第３の側面は、
前記動作状態判定手段は、
前記自己保持スイッチの動作状態と、前記開閉制御手段の制御状態とが相違する場合に、
前記開閉制御手段に前記自己保持スイッチを駆動させる、
本発明の第１又は第２の側面の蓄電装置である。

本発明の第４の側面は、
前記動作状態判定手段は、
前記開閉制御手段が、前記自己保持スイッチを閉状態にする制御を行った場合において、
前記蓄電素子と前記自己保持スイッチの間の蓄電素子側電圧値と前記自己保持スイッチと前記蓄電素子の充電元又は放電先の間の充放電側電圧値との差分の大きさが、所定値以上となった場合、前記自己保持スイッチの動作状態が開状態であると判定する、
本発明の第１から第３のいずれかの側面の蓄電装置である。

本発明の第５の側面は、
前記動作状態判定手段は、
前記開閉制御手段が、前記自己保持スイッチを閉状態にする制御を行った場合において、
前記蓄電素子と前記自己保持スイッチの間の蓄電素子側電圧値と前記自己保持スイッチと前記蓄電素子の充電元又は放電先の間の充放電側電圧値との差分の変動の範囲が所定値以上となった場合、前記自己保持スイッチの動作状態が開状態であると判定する、
本発明の第１から第３のいずれかの側面の蓄電装置である。

本発明の第６の側面は、
前記動作状態判定手段は、
前記開閉制御手段が、前記自己保持スイッチを閉状態にする制御を行った場合において、
前記蓄電素子と前記自己保持スイッチの間の蓄電素子側電圧値と前記自己保持スイッチと前記蓄電素子の充電元又は放電先の間の充放電側電圧値との差分の大きさ又は前記差分の変動の範囲が所定値以上となった場合であって、且つ、
前記電流測定手段の測定した電流値が、実質的に０［Ａ］である場合、
前記自己保持スイッチの動作状態が開状態であると判定する、
本発明の第１から第３のいずれかの側面の蓄電装置である。

本発明の第７の側面は、
前記動作状態判定手段は、
前記開閉制御手段が、前記自己保持スイッチを開状態にする制御を行った場合において、
前記蓄電素子と前記自己保持スイッチの間の蓄電素子側電圧値と前記自己保持スイッチと前記蓄電素子の充電元又は放電先の間の充放電側電圧値との差分の大きさが実質的に０［Ｖ］となった場合、前記自己保持スイッチの動作状態が閉状態であると判定する、
本発明の第１から第３のいずれかの側面の蓄電装置である。

本発明の第８の側面は、
前記動作状態判定手段は、
前記開閉制御手段が、前記自己保持スイッチを開状態にする制御を行った場合において、
前記蓄電素子と前記自己保持スイッチの間の蓄電素子側電圧値と前記自己保持スイッチと前記蓄電素子の充電元又は放電先の間の充放電側電圧値との差分の大きさが実質的に０［Ｖ］となった場合であって、且つ、
前記電流測定手段の測定した電流値が、実質的に０［Ａ］より大きい場合、
前記自己保持スイッチの動作状態が閉状態であると判定する、
本発明の第１から第３のいずれかの側面の蓄電装置である。

本発明の第９の側面は、
前記自己保持スイッチは、パルス信号で開閉する、
本発明の第１から第８のいずれかの側面の蓄電装置である。

本発明の第１０の側面は、
前記自己保持スイッチはラッチリレーである、
本発明の第１から第９のいずれかの側面の蓄電装置である。

本発明の第１１の側面は、
前記動作状態判定手段が判定した前記自己保持スイッチの動作状態と前記開閉制御手段の制御状態とが相違する場合に、警報を報知する報知手段を更に備えた、
本発明の第１から第１０のいずれかの側面の蓄電装置である。

本発明の第１２の側面は、
電力経路の任意の二点間の電位差を測定する電位差測定手段と、
前記電力経路の前記二点の間に設けられた自己保持スイッチと、
前記電力経路の電流を測定する電流測定手段と、
前記電力経路の入力側の動作状態に少なくとも基づき、前記自己保持スイッチの開閉を制御する開閉制御手段と、
前記電位差測定手段の測定結果及び前記電流測定手段の測定結果の少なくともいずれか一方と前記開閉制御手段の制御状態とに基づき、前記自己保持スイッチの動作状態を判定する動作状態判定手段とを備えた、
電力経路開閉装置である。

本発明の第１３の側面は、
電力経路の任意の二点間の電位差を測定し、
前記電力経路の電流を測定し、
前記電力経路の入力側の動作状態に少なくとも基づき、前記電力経路の前記二点の間に設けられた自己保持スイッチの開閉を開閉制御手段により制御し、
前記電位差の測定結果及び前記電流の測定結果の少なくともいずれか一方と前記開閉制御手段の制御状態とに基づき、前記自己保持スイッチの動作状態を判定する、
電力経路開閉方法である。

本発明の上記側面によれば、蓄電装置等の保護において、充放電経路又は電力経路の開閉に関する判断精度を向上させて高い信頼性を獲得することができる。

本発明の実施の形態に係る蓄電装置の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態１に係る蓄電装置の動作のフローチャートを示す図 （ａ）本発明の実施の形態１に係る蓄電装置の動作を説明するための図（ｂ）本発明の実施の形態１に係る蓄電装置の動作を説明するための図 本発明の実施の形態１に係る蓄電装置の動作のフローチャートを示す図 本発明の実施の形態２に係る蓄電装置の動作のフローチャートを示す図 本発明の実施の形態２に係る蓄電装置の動作を説明するための図 本発明の実施の形態に係る蓄電装置の他の動作例のフローチャートを示す図 （ａ）本発明の実施の形態３に係る蓄電装置の動作のフローチャートを示す図（ｂ）本発明の実施の形態３に係る蓄電装置の動作のフローチャートを示す図 本発明の実施の形態４に係る蓄電装置の動作のフローチャートを示す図 本発明の実施の形態に係る蓄電装置の他の構成例を示すブロック図 本発明の実施の形態に係る電力経路開閉装置の構成を示すブロック図

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）

図１は、本発明の実施の形態１に係る蓄電装置１の構成を示すブロック図である。

図１に示すように、本実施の形態１の蓄電装置１は、保護回路１０と、保護回路１０に接続される電池セルであるリチウムイオン二次電池２０とから構成される。なお、リチウムイオン二次電池２０は、単体の電池セルであってもよいし、複数のセルを接続してなる構成であってもよい。

保護回路１０において、電池側電圧測定部１１及び充放電側電圧測定部１２は、蓄電装置１に接続される外部負荷又は充電装置と、リチウムイオン二次電池２０との間に形成される、充放電経路としての主回路の電圧を測定する。電流測定部１３は、その主回路の、ラッチリレー３０と外部負荷又は充電装置との間の経路に流れる電流を測定する。開閉制御部１４は、電池側電圧測定部１１及び充放電側電圧測定部１２その他保護回路１０内の各測定手段より情報を取得し、これら情報に基づき後述するラッチリレー３０の開閉を制御する。

電流測定部１３の機能を、後述する電流測定部１７が実行する場合は、電流測定部１３を省略してもよい。

駆動判定部１５は、中央処理装置（ＣＰＵ）等により実現される。駆動判定部１５は、電池側電圧測定部１１、充放電側電圧測定部１２及び駆動履歴記憶部１６の各手段より情報を取得し、これら情報に基づき開閉制御部１４を制御する。駆動履歴記憶部１６は、メモリその他記憶装置により実現され、開閉制御部１４によるラッチリレー３０への動作命令の履歴を記憶する。電流測定部１７は、主回路の、リチウムイオン二次電池２０の負極と外部負荷又は充電装置の負極との間の経路に流れる電流を測定する。なお、上述した構成は、モノリシックな構成として同一のプロセッサＣ上にて実現されることが望ましい。

電流測定部１７の機能を、電流測定部１３が実行する場合は、電流測定部１７を省略してもよい。

ラッチリレー３０は、主回路において、電池側電圧測定部１１の接続位置と充放電側電圧測定部１２の接続位置との間に設けられる。ラッチリレー３０は、開閉制御部１４からの制御信号によって開閉され、通常状態では閉状態が保持されるリレーである。サーミスタ４０は、リチウムイオン二次電池２０の温度情報を電気抵抗値として開閉制御部１４に与える素子である。

以上の説明において、蓄電装置１は本発明の蓄電装置に相当し、電池側電圧測定部１１及び充放電側電圧測定部１２は本発明の電位差測定手段に相当し、ラッチリレー３０は本発明の自己保持スイッチに相当し、開閉制御部１４は本発明の開閉制御手段に相当する。リチウムイオン二次電池２０は本発明の蓄電素子に相当し、駆動動作記憶部１６及び駆動判定部１５は本発明の動作状態判定手段に相当する。電流測定部１３又は電流測定部１７は本発明の電流測定手段に相当する。

このような構成を有する、本発明の実施の形態１の蓄電装置１の動作を、図２及び図４のフローチャートを参照して説明する。

（充電時の動作）
第１の動作例として、保護回路１０の外部接続端子５０に充電器が接続され、リチウムイオン二次電池２０に充電する場合の動作を、図２のフローチャートを参照して説明する。

充電器が接続されると、ステップ１０１として、電流測定部１３及びサーミスタ４０からそれぞれ電流値及び温度情報が開閉制御部１４に与えられる。次いで、ステップ１０２として、電池側電圧測定部１１により主回路の電圧が開閉制御部１４に与えられた後、ステップ１０３としてリチウムイオン二次電池２０への充電が行われる。なお、ステップ１０１にて、電流測定部１７から電流値が与えられてもよい。以下の説明又は各実施の形態においても、特に明示しないが、各工程における電流値の取得又はモニタリングは、電流測定部１７により行われてもよい。

充電動作の継続中、電池側電圧測定部１１、電流測定部１３及びサーミスタ４０は、リチウムイオン二次電池２０の充電状態として、電圧値、電流値及び抵抗値をモニタし続ける（ステップ１０４）。充電状態に異常、すなわち過充電、温度上昇、電圧低下又は変動等、充電動作の継続に不具合とされる数値又は数値変化が認められた場合は、ステップ１０５に移行し、ラッチリレー３０を動作させ、主回路が開状態となるよう制御を行う。

開閉制御部１４からは１ビットのパルス信号による制御信号が出力され、ラッチリレー３０は開閉制御部１４からの制御信号を受けて開状態となる。これにより主回路は開状態となり、充電動作は停止する。ここで、ラッチリレー３０と開閉制御部１４との信号の授受は逐次的になされ、一旦制御信号が出力された後、ラッチリレー３０は継続的な制御信号や動作用の電流の入力を受けることなく開状態を保持する。

更に、ラッチリレー３０の開動作の確認後においては、蓄電装置１の使用者による点検後、開閉制御部１４による電池側電圧測定部１１等のモニタリングに基づきリチウムイオン二次電池２０が正常な状態に復帰したかどうかが判断され（ステップ１１２）、正常に復帰した場合は、開閉制御部１４からはラッチリレー３０を閉状態とする制御信号が出力され（ステップ１０６）、主回路を閉状態に復帰させる。なお、充電状態が正常に戻ったと認められたタイミングで、主回路を閉状態に復帰させてもよい。

以上の動作は、周知の保護回路における充電動作と同様である。駆動動作記憶部１６は、開閉制御部１４が出力した制御信号をモニタし、開閉制御部１４によるラッチリレー３０への制御の最新の状態を記憶する。制御状態は閉状態又は開状態の２通りなので、状態は１ビットのフラグとして保持してよい。

次に、ステップ１０４又はステップ１０６を経て、ラッチリレー３０が閉状態となっている状態が記憶されると、ステップ１０７に移行し、充放電側電圧測定部１２がモニタ動作を開始する。駆動判定部１５は、従前から動作している電池側電圧測定部１１及び充放電側電圧測定部１２の電圧値を取得し、両者の差分をモニタし（ステップ１０８）、差分が所定値以上か否か判断する（ステップ１０９）。このとき、電池側電圧測定部１１及び充放電側電圧測定部１２から取得する電圧値は、ノイズと識別するために数ミリ秒程度の時間幅をとり、その間における平均値、中央値等を取ることが望ましい。なお、電池側電圧測定部１１が測定する電圧値は本発明の蓄電素子側電圧値に相当し、充放電側電圧測定部１２が測定する電圧値は本発明の充放電側電圧値に相当する。

ステップ１０９における判断の結果、両者の差分が予め定めた所定値未満であれば、ステップ１０７に戻り、駆動判定部１５は各測定値のモニタリングを継続する。一方、差分が所定値以上であれば、ステップ１１０へ移行し、駆動判定部１５はラッチリレー３０が誤動作していると判定し、判定結果を開閉制御部１４へ出力する。判定結果を受けた開閉制御部１４は、ラッチリレー３０を閉状態とする制御信号を出力し（ステップ１１１）、ラッチリレー３０を駆動させる。

ここで、ラッチリレー３０の誤動作及びその訂正動作について説明する。上記ステップ１０１〜１０６の一連の動作によってラッチリレー３０が閉状態となるよう制御されている状態においても、１ビットのパルス信号による制御信号と区別できない外部からのパルス性ノイズの混入等によって、ラッチリレー３０は独立して動作し開状態になる恐れがある。

そこで、本実施の形態においては、主回路においてラッチリレー３０の前後の電圧をそれぞれ測定することによりラッチリレー３０の動作に基づく主回路の実際の開閉状態を調べ、これを保護回路１０の制御状態と併せて参照することにより、主回路の開閉制御の実態を判断するようにしている。

すなわち、図３（ａ）に示すように、ラッチリレー３０が正常に閉状態を保持していれば、充電開始時電圧Ｖａから満充電電圧Ｖｂに達するまでの充電期間中（時刻ｔ０以降）、電池側電圧測定部１１が測定する電圧Ｖ１及び充放電側電圧測定部１２が測定する電圧Ｖ２は一致している。これに対し、図３（ｂ）に示すように、ラッチリレー３０が開状態になると（時刻ｔ１以降）、電池の特性により、電池側電圧測定部１１が測定する電圧Ｖ１は当該開状態までの充電状態における電圧値Ｖｃから徐々に低下することとなる一方、充放電側電圧測定部１２が測定する電圧Ｖ２は充電器側の充電電圧Ｖｄが直接反映されることとなる。

したがって、それぞれの電圧の差分の大きさ、すなわち絶対値｜Ｖ２−Ｖ１｜が十分大きな値として得られた場合、主回路は開状態にあって、且つ、駆動動作記憶部１６を参照して、その状態が保護回路１０の制御によるものでない場合は、ラッチリレー３０が誤動作しているとみなすことができる。

このように、本実施の形態１の蓄電装置１によれば、主回路においてラッチリレー３０を間に挟んだ二点間の電位を測定し、これに基づき、主回路の開閉状態が保護回路による制御を正しく反映したものかどうかを確認することができる。これにより、外部ノイズ等の侵入に起因する回路開閉の誤動作有無の判断精度を向上することが可能となっている。なお、電池側電圧測定部１１が測定する電圧Ｖ１及び充放電側電圧測定部１２が測定する電圧Ｖ２については、いずれもラッチリレー３０が閉状態における場合の電圧降下を考慮して補正することが、検出精度を高めることができ、より好適である。

又、本実施の形態においては、ラッチリレー３０を主回路の開閉スイッチとして用いたことにより以下の効果を奏する。

通常の保護回路に用いられるリレーにおいては、動作中は内蔵機構であるコイルに常時通電する必要がある。特に駆動時においては、リレーは蓄電装置内の蓄電池から電流を得て動作するため、リチウムイオン二次電池２０の電圧変動を引き起こす。又、コイルに電流が流れている間はコイルのインピーダンスも変動し、コイルへ流れる電流を変動させ、リチウムイオン二次電池２０の電圧変動の原因となる。これら電池の電圧変動が、主回路における正確な電圧測定の妨げとなっていた。

これに対し、本実施の形態におけるラッチリレー３０は、保護回路１０の各手段からの電流が継続的に流れることなく開閉状態が維持される自己保持スイッチであるため、主回路において、リチウムイオン二次電池２０を含めたラッチリレー３０の前後の区間において電圧変動が少ない（影響が少ない）。

したがって、電池側電圧測定部１１及び充放電側電圧測定部１２が測定する電圧は安定した値として得られ、これら電圧をモニタリングする開閉制御部１４及び駆動判定部１５は、精度の高い判定を行うことができる。

（放電時の動作）
次に、第２の動作例として、保護回路１０の外部接続端子５０に、蓄電装置１の電力により動作する外部負荷が接続され、リチウムイオン二次電池２０が放電を行う場合の動作を、図４のフローチャートを参照して以下に説明する。

蓄電装置１に外部負荷が接続され、外部負荷の動作が開始すると、ステップ２０１及び２０２として、リチウムイオン二次電池２０の放電状態として、電流測定部１３、サーミスタ４０、電池側電圧測定部１１からそれぞれ電流値、温度情報、電圧値が開閉制御部１４に与えられる。

外部負荷の動作中、開閉制御部１４は、上記各部から得られた電圧値、電流値及び抵抗値をモニタし続ける（ステップ２０３）。リチウムイオン二次電池２０の放電状態に異常、すなわち温度上昇、電圧低下又は変動等、リチウムイオン二次電池２０の動作継続に不具合とされる数値又は数値変化が認められた場合は、蓄電装置１の放電異常としてステップ２０４に移行し、ラッチリレー３０を動作させ、主回路が開状態となるよう制御を行う。

この場合、外部負荷に新たな蓄電装置１を接続して動作を継続させ、従前の蓄電装置１は点検、メンテナンス等の対象とすることが望ましい。

次に、点検、メンテナンス等により数値異常が解消された場合には、開閉制御部１４による電池側電圧測定部１１等のモニタリングに基づきリチウムイオン二次電池２０が正常な状態に復帰したかどうかが判断され（ステップ２１１）、正常に復帰した場合は、開閉制御部１４の制御によりラッチリレー３０は再度閉状態に移行し（ステップ２０５）、蓄電装置１は再度外部負荷を接続、協働可能な状態になる。ステップ２０３の正常な動作状態、又はステップ２０５の異常検知後の復帰状態のいずれにおいても、ラッチリレー３０が開状態とする制御を行った旨の情報が最新の状態として駆動履歴記憶部１６に記憶される。そして、ラッチリレー３０が閉状態となっている状態が確認されると、ステップ２０６にて充放電側電圧測定部１２がモニタ動作を行う。

以下は、充電時の動作と同様であり、駆動判定部１５は、充電時の動作と同様、電池側電圧測定部１１及び充放電側電圧測定部１２の電圧値を取得して両者の差分をモニタし（ステップ２０７）、両者の差分が予め定めた所定値未満であれば（ステップ２０８）、ステップ２０６に戻り、駆動判定部１５は各測定値のモニタを継続する。差分が所定値以上であれば（ステップ２０８）、ステップ２０９へ移行し、駆動判定部１５はラッチリレー３０が誤動作していると判定し、判定結果を受けた開閉制御部１４は、ラッチリレー３０が閉状態となる制御信号を出力する（ステップ２０８）。

上記ステップ２０８においては、ラッチリレー３０が開状態になったときの電池側電圧測定部１１の電圧Ｖ１はラッチリレー３０が閉状態の際の電圧と同一であり、同充放電側電圧測定部１２が測定する電圧Ｖ２は、主回路が開状態となるため実質上フロートとなる。

このように、本実施の形態１の蓄電装置１によれば、充放電時いずれの場合においても、主回路においてラッチリレー３０を間に挟んだ二点間の電位を高精度で測定し、かつ、主回路の開閉状態が保護回路による制御を正しく反映したものかどうかを確認することができる。これにより、非常時の電力経路遮断その他電力経路開閉に関する判断精度を向上させて高い信頼性を獲得することが可能となる。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２の蓄電装置は、充電動作時における駆動判定部１５の判断手法を、実施の形態１と異ならせたことを特徴とする。したがって構成は実施の形態１と同一であり、以下、動作について図５のフローチャートを参照して説明する。

はじめに、動作開始時から、駆動履歴判定部１６にて開閉制御部１４によるラッチリレー３０の状態が記録されるまでの動作は実施の形態１と同様であって、従って図２のステップ１０１〜１０６の動作が実行される。

次に、ステップ３０１に移行し、充放電側電圧測定部１２がモニタ動作を開始する。このとき駆動判定部１５は、充放電側電圧測定部１２のモニタ時間を有意な変化が観測可能な時間幅とるようにする。次に、駆動判定部１５は、充放電側電圧測定部１２のモニタ時間に同期するように電池側電圧測定部１１のモニタを開始し（ステップ３０２）、両者の差分をとり（ステップ３０３）、これが一定の変化幅を有する電圧変動か否かを判定する（ステップ３０４）。

一定の変化幅を有する電圧変動が認められた場合は、ステップ３０５へ移行し、駆動判定部１５はラッチリレー３０が誤動作していると判定する。判定結果を受けた開閉制御部１４は、ラッチリレー３０が閉状態となる制御信号を出力させる（ステップ３０６）。

上記ステップ３０３〜３０４の動作は以下の原理に基づく。すなわち、図６に示すように、ラッチリレー３０が開状態になると、リチウムイオン二次電池２０と切り離されることで充放電側電圧測定部１２が測定する電圧は安定しなくなる。充放電側電圧測定部１２が測定する電圧Ｖ２は充電器側の充電電圧Ｖｄを反映することとなり、充電電圧Ｖｄに含まれるリップル成分が直接測定可能となる。一方、直流電源であるリチウムイオン二次電池２０側の電圧Ｖ１は通常リップル成分を含まないため、両者の差分においてはリップル成分がそのまま抽出される。

したがって、それぞれの電圧の差分の大きさ｜Ｖ２−Ｖ１｜の変動の程度が予め定めた値より大きい場合は、実施の形態１と同様、ラッチリレー３０が誤動作しているとみなすことができる。

電圧Ｖ２の平均値が電圧Ｖ１とほぼ同じである場合は、電圧の差分の大きさ｜Ｖ２−Ｖ１｜は微小な値となってしまい、判断、比較用の所定値の設定には精密さが要求される。本実施の形態においては、単純な数値の大小比較でなく、定性的な検討に基づき、リップル成分を測定対象として比較を行うことにより、より精密な判断が可能となる。

実施の形態１にて説明したように、ラッチリレー３０は、保護回路１０の各手段からの電流を受けることなく開閉状態が維持される自己保持スイッチであって、主回路においてラッチリレー３０自身が電圧変動の原因となることがない。これはリップル成分のモニタに好適な構成となっている。

このように、本実施の形態２の蓄電装置によれば、主回路においてラッチリレー３０を間に挟んだ二点間の電位の変動を測定し、これに基づき、主回路の開閉状態が保護回路による制御を正しく反映したものかどうかを確認することができる。これにより、外部ノイズ等の侵入に起因する保護回路の誤動作の可能性を低減して、精度の高い判定を行うことができる。

なお、上記の実施の形態１及び２においては、蓄電装置１は、主回路において、開閉制御部１４によりラッチリレー３０が閉状態となるよう制御されている場合の誤動作を判定するものとして説明を行ったが、ラッチリレー３０が開状態となるよう制御されている場合の誤動作を判定するものとしてもよい。

この場合の動作の一例を図７のフローチャートに示す。

上記各実施の形態の場合と同様、保護回路１０内の各測定部が測定を始めた状態（ステップ４０１、４０２）で、充電動作であれば充電を開始し（ステップ４０３）、放電動作であれば外部負荷の動作に追従した放電が行われる。

次いで充電又は放電状態に、過充電又は過放電等の異常があるかどうか判断し（ステップ４０４）、異常が認められた場合は、ラッチリレー３０を開状態となるよう駆動させる（ステップ４０５）。

この状態において、充放電側電圧測定部１２がモニタ動作を開始する（ステップ４０６）。駆動判定部１５は、従前から動作している電池側電圧測定部１１及び充放電側電圧測定部１２の電圧値を取得し、両者の差分を求める（ステップ４０７）。

主回路においてラッチリレー３０を間に挟んだ二点間の電圧Ｖ１、Ｖ２が同電位としてモニタされ、両電圧の差分の大きさ｜Ｖ２―Ｖ１｜が実質的に０［Ｖ］となった場合に（ステップ４０８）、駆動判定部１５は、ラッチリレー３０が誤動作状態であると判定し（ステップ４０９）、ラッチリレー３０が開状態となるよう開閉制御部１４を制御する（ステップ４１０）。

なお、ステップ４０８における「実質的に０［Ｖ］」とは、｜Ｖ２―Ｖ１｜が所定時間（例えば、０．３秒）以上継続して計測装置の精度の誤差範囲内にある状態、又は、所定時間間隔（例：０．１秒）で｜Ｖ２―Ｖ１｜を求め、｜Ｖ２―Ｖ１｜が所定回数（例：３回）以上連続して計測装置の精度の誤差範囲内にある状態を意味する。

一方、｜Ｖ２―Ｖ１｜が実質的に０［Ｖ］ではない有意な値として認められた場合には、ステップ４０６に戻り、駆動判定部１５は各測定値のモニタリングを継続する。

このように、保護回路１０が開状態の動作を行っている場合であっても、ラッチリレー３０を備え、かつラッチリレー３０の前後の二点間の電圧を測定することにより、保護回路の誤動作の可能性を低減して、精度の高い判定を行うことができる。

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３の蓄電装置は、駆動判定部１５において、電圧値に加えて電流値を更に考慮した判断を行うことを特徴とする。したがって構成は実施の形態１と同一である。以下、上記の各実施の形態の、電圧値に基づく判断に、電流値に基づく判断を更に付加した制御を、図８（ａ）（ｂ）の各フローチャートを参照して説明する。

充電時に、駆動判定部１５は、図２のフローチャートのステップ１０９において、電池側電圧測定部１１及び充放電側電圧測定部１２の電圧値の差分が所定値以上であれば、図８（ａ）のフローチャートのステップ５０１へ遷移する。そして、電流計測部１７がモニタする電流値を取得して、更にステップ５０２にてその値が実質的に０［Ａ］であるか否かを判断する。なお、ここで「実質的に０［Ａ］である」とは、単に測定上電流の流れが検知されないことを意味するばかりではなく、電流計測部１７の精度の誤差範囲にある有意な数値が検知されることも含まれる。

電流値が実質的に０［Ａ］であると判断した場合、駆動判定部１５は、図２のフローチャートのステップ１１０へ遷移し、ラッチリレー３０が誤動作していると判定して、開閉制御部１４にラッチリレー３０を駆動させる。一方、電流値が実質的に０［Ａ］ではないと判断した場合は、ステップ１０７又は５０１へ遷移し、電圧値及び電流値に基づくラッチリレー３０の動作状態の判定を継続する。

放電時には、図４のフローチャートのステップ２０８とステップ２０９の間に、上記のステップ５０１及び５０２のフローを実行させる。

駆動判定部１５は、図５のフローチャートのステップ３０４とステップ３０５の間に、上記のステップ５０１及び５０２のフローを実行させることもできる。

次に、ラッチリレー３０が開状態となるよう制御されている場合の誤動作判定において、電流値に基づく判断を付加した制御を、図７のフローチャート及び図８（ｂ）を参照して説明する。

駆動判定部１５は、図７のフローチャートのステップ４０８において、電池側電圧測定部１１及び充放電側電圧測定部１２の電圧値の差分が実質的に０［Ｖ］であれば、図８（ｂ）のフローチャートのステップ６０１へ遷移する。そして、電流計測部１７がモニタする電流値を取得して、更にステップ６０２にてその値が実質的に０［Ａ］より大きいか否かを判断する。なお、ここで「実質的に０［Ａ］より大きい」とは、単に測定上電流の流れが検知されることを意味するのではなく、電流計測部１７の精度の誤差範囲を越えた、有意な数値が得られることを意味する。

電流値が実質的に０［Ａ］より大きいと判断した場合、駆動判定部１５は、図７のフローチャートのステップ４０９へ遷移し、ラッチリレー３０が誤動作していると判定して、開閉制御部１４にラッチリレー３０を駆動させる。一方、電流値が実質的に０［Ａ］より大きくないと判断した場合は、ステップ４０６又は６０１へ遷移し、電圧値及び電流値に基づくラッチリレー３０の動作状態の判定を継続する。

以上のように、本実施の形態３の蓄電装置によれば、電池側電圧測定部１１及び充放電側電圧測定部１２が測定する電圧値に加えて、電流測定部１７が測定する電流値に基づく判定動作を付加したことにより、ラッチリレー３０の誤動作の判定の精度を、更に高めることが可能となる。

なお、上記の説明においては、図８（ａ）（ｂ）に示す電流値に基づく判断フローは、いずれも電圧値に基づく判断がなされた後に実行されるものとしたが、電流値に基づく判断は、電圧値に基づく判断の前、又は電圧値に基づく判断と平行して行うようにしてもよい。特に判断を平行して行う場合はラッチリレー３０の迅速な制御が可能となり、蓄電装置１の信頼性を向上させることが可能となる。

上記の説明においては、電流値に基づく判断は、電流測定部１７がモニタする電流値に基づくものとしたが、電流測定部１３がモニタする電流値に基づくものとしてもよい。又、電流測定部１３と１７を併用してもよい。

ただし、上記の説明のように電流測定部１７を単体で用いることは、以下の理由により好適である。すなわち、電流計測部１３は外部接続端子５０とラッチリレー３０との間に接続されていることで、外部接続端子５０に接続された充電器又は外部負荷からのリーク電流が流れ込み、リチウムイオン二次電池２０に起因する正確な電流を検知できなくなる恐れがある。これに対し、リチウムイオン二次電池２０の負極の電流を直接測定する電流測定部１７を単体で用いることで、精度が高く信頼性の高い判定を行うことができる。

電流測定部１７は、リチウムイオン二次電池２０の負極から流れる電流を直接測定するものとしたが、ラッチリレー３０とリチウムイオン二次電池２０との間を流れる電流を測定するものとしてもよい。

（実施の形態４）
本発明の実施の形態４の蓄電装置は、駆動判定部１５において、電圧値を用いた判断ができない場合に電流値のみで判断を行わせることを特徴とする。したがって構成は実施の形態１と同一である。

はじめに、蓄電装置１の点検動作を図９のフローチャートを参照して説明する。外部接続端子５０に充電器若しくは外部負荷が接続されていない状態又は充電器若しくは外部負荷に対して蓄電装置１が電流の授受を行っていない状態において、駆動判定部１５は、外部からの制御入力により又は自動で、電池側電圧測定部１１及び充放電側電圧測定部１２の電圧値を取得する（ステップ７０１）。取得された電圧値は、駆動判定部１５自身に記憶、又は駆動履歴記憶部１６にあらかじめ設定されたプリセット値と比較される（ステップ７０２）。ここでプリセット値は、蓄電装置１の工場出荷時に設定された固定値であって、点検動作の条件下で電池側電圧測定部１１及び充放電側電圧測定部１２が正常に動作した場合の測定値と同一の値である。

次に、取得した電池側電圧測定部１１及び充放電側電圧測定部１２の各測定値がプリセット値とそれぞれ一致した場合は、ステップ７０３へ移行し、各電圧測定部が正常であることを確認し、点検動作を終了する。一方、各測定値のいずれか一方でもプリセット値と相違があった場合は、ステップ７０４へ移行し、駆動判定部１５は、これ以降、電池側電圧測定部１１及び充放電側電圧測定部１２の各測定値に基づく判断を停止し、電流測定部１７からの電流値に基づく判断に切り換える。

具体的には、実施の形態１の図２のフローチャートにおいて、ステップ１０７〜ステップ１０９に換えて図８（ａ）のステップ５０１及び５０２が実行される。同様に、実施の形態１の図４のフローチャートにおけるステップ２０６〜ステップ２０８、図５のフローチャートにおけるステップ３０１〜３０４に換えてステップ５０１及び５０２が実行される。又、図７のフローチャートにおけるステップ４０６〜４０８に換えてステップ６０１及び６０２が実行される。

このように、本発明の実施の形態４によれば、電池側電圧測定部１１及び充放電側電圧測定部１２を点検し、不具合がある場合には電流測定部１７が測定する電流値に基づく判定動作を行わせることとしたことにより、ラッチリレー３０の誤動作の判定の信頼性を高めることが可能となる。

なお、上記の各実施の形態においては、駆動判定部１５によるラッチリレー３０の誤動作判定は、いずれも蓄電装置１に対して充電動作又は放電動作を行う際に実行されるものとしたが、本発明の自己保持スイッチの開閉動作及び動作状態判定手段の判定は、充電動作又は放電動作と独立して行われるものであってもよい。

そのような動作の一例としては、過度の高温又は低温環境下等、リチウムイオン二次電池２０に対して不適な外部環境に蓄電装置１が置かれた場合に、サーミスタ４０又は図示しない外部の温度センサがモニタする温度情報に基づきラッチリレー３０を開状態にする保護動作が挙げられる。

具体的には、ラッチリレー３０を開状態とする制御の誤操作を判定する図７のフローチャートにおいて、充放電動作を実行するステップ４０１〜４０４に換えて、サーミスタ４０の温度測定に基づきラッチリレー３０を動作させる。なお、このような保護動作は、蓄電装置１が放電又は充電動作を行っていない状態であれば、充電器又は外部負荷との接続の有無を問わずに行うようにしてもよい。

上記の各実施の形態においては、蓄電装置１は、電池側電圧測定部１１と充放電側電圧測定部１２とが二点間の電位を個別に測定し、駆動判定部１５において差分をとって判定を行うものとしたが、本発明は、ラッチリレー３０前後の電位差を直接測定して、駆動判定部１５は当該電位差の大きさに基づき判断を行うようにしてもよい。

上記の各実施の形態においては、蓄電装置１は、保護回路１０における開閉制御部１４が、駆動判定部１５の制御に基づき強制的にラッチリレー３０を駆動させるものとして説明を行ったが、本発明は、ラッチリレー３０を強制的に駆動させることなく、駆動判定部１５による判定を行うのみの構成として実現してもよい。この場合は、駆動判定部１５による駆動判定の結果を外部へ通知させる構成を備えることが、より好適である。

図１０は、駆動判定部１５の判定結果を受けて、ラッチリレー３０が誤動作していることを知らせる報知部６０を備えた構成例である。報知部６０は、本発明の報知手段に相当し、蓄電装置１に異常が生じている旨を利用者に認知させるための信号を警報として出力する手段であって、ＬＣＤによる文字表示、ＬＥＤ等の光その他映像を出力する手段、又はブザーその他音声出力を行う手段として実現される。

このような構成によれば、利用者は、本発明の精度の高い判定によって、確実に蓄電装置の動作に異常があることを知ることができる。なお、報知部６０は専用の構成として別途設けてもよいし、保護回路にて慣用されているＬＥＤ等のインジケータを利用して実現してもよい。報知部６０の構成は、実施の形態１〜４の構成と併用してもよい。

上記の各実施の形態においては、本発明は、リチウムイオン二次電池２０を内蔵し、充放電回路としての主回路を有する蓄電装置１として実施されるものとしたが、本発明は、発電機その他の定電圧電源に接続され、又は任意の二点間において電力供給を行う電力経路の間に配置され、当該電源装置その他電力経路の保護装置として機能する電力経路開閉装置として実現してもよい。

図１１は、電力経路の入力側に接続される入力端子７０と、出力側に測定される出力端子８０とを有する電力経路開閉装置２の構成図である。ただし、図１と同一又は相当する構成については、同一符号を付し詳細な説明は省略する。

電力経路開閉装置２の基本動作は実施の形態１と同様であって、電流測定部１３及び入力側電圧測定部１１ａが測定する電流値及び電圧値をモニタし、異常があればラッチリレー３０を動作させて電力経路を遮断する。ラッチリレー３０の両端に設けられた、電池側電圧測定部１１に相当する入力側電圧測定部１１ａ、及び充放電側電圧測定部１２に相当する出力側電圧測定部１２ａの電圧は、ラッチリレー３０の動作が閉状態であることが確認されると常時モニタされ、両電圧の差分が所定値を越えた場合には、駆動判定部１５が異常を判断し、開閉制御部１４を制御してラッチリレー３０を再度閉状態となるよう動作させる。

以上の構成においても、各実施の形態の蓄電装置と同様、非常時の電力経路遮断その他電力経路開閉に関する判断精度が向上することで、高い信頼性が獲得される。なお、電力経路開閉装置２においても、実施の形態１〜４の蓄電装置１の、上述したすべての構成が任意に適用された構成であってもよい。

上記の説明においては、本発明の自己保持スイッチはラッチリレーであるとしたが、外部からの信号の授受や電力消費を行わずに開閉動作を継続することが可能なスイッチであればよく、周知のリレーの構成に限定されるものではない。

上記の説明においては、本発明の自己保存スイッチは、１ビットのパルス信号を制御信号として動作するものとしたが、パルス信号により制御されるものであれば、情報量はビット数に限定されるものではない。さらに、１ビットの情報量を有する信号により制御されるものであれば、信号の形式に限定されるものではない。

上記の説明においては、本発明の蓄電素子はリチウムイオン二次電池であるとしたが、電気化学反応により充放電可能な電池であれば、ニッケル水素電池その他各種の二次電池を用いてもよい。さらに電気二重層キャパシタのように、電気を直接電荷として蓄積する方式の素子であってもよい。要するに、本発明の蓄電素子は、充放電可能に電気を蓄積可能な素子であれば、その具体的な方式によって限定されるものではない。

要するに、本発明の要旨を逸脱しない範囲内であれば、以上説明したものを含め、上記各実施の形態に種々の変更を加えてもよい。

以上のような本発明は、充放電経路又は電力経路開閉に関する判断精度を向上させて高い信頼性を獲得することが可能となり、二次電池等の使用において有用である。

１ 蓄電装置
１０ 保護回路
１１ 電池側電圧測定部
１２ 充放電側電圧測定部
１３ 電流測定部
１４ 開閉制御部
１５ 駆動判定部
１６ 駆動履歴記憶部
１７ 電流測定部
２０ リチウムイオン二次電池
３０ ラッチリレー
４０ サーミスタ
５０ 外部接続端子

Claims (3)

1. 蓄電素子と、
   充電器又は発電機と、外部負荷とが接続される外部接続端子に接続される保護回路と、
   を備える蓄電装置であって、
   前記保護回路は、
   前記蓄電素子の正極と前記外部接続端子との間の充放電経路の任意の二点間の電位差を測定する電位差測定手段と、
   前記充放電経路の前記二点の間に設けられた自己保持スイッチと、
   前記蓄電素子の負極と前記外部接続端子との間の充放電経路の電流を測定する電流測定手段と、
   前記蓄電素子の状態に少なくとも基づき、前記自己保持スイッチの開閉を制御する開閉制御手段と、
   前記電位差測定手段の測定結果及び前記電流測定手段の測定結果の少なくともいずれか一方と前記開閉制御手段の制御状態とに基づき、前記自己保持スイッチの開閉状態が前記開閉制御手段による制御を正しく反映しているかを判定する動作状態判定手段とを備えた、
   蓄電装置。
2. 前記自己保持スイッチは、充電異常や放電異常ではない通常状態では閉状態が保持されるラッチリレーであり、
   前記動作状態判定手段は、前記開閉制御手段が前記自己保持スイッチを閉状態とする制御信号を出力した後に、前記蓄電素子の充電時又は放電時に前記電流測定手段の測定した電流値が、実質的に０［Ａ］である場合、前記自己保持スイッチが誤作動していると判定する、
   請求項１に記載の蓄電装置。
3. 前記動作状態判定手段による判定は、前記蓄電素子の充電又は放電と独立して行われる、
   請求項１に記載の蓄電装置。

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