(57)【要約】【課題】  電圧検出回路および電流遮断回路のそれぞれを蓄電装置に接続しようとすると、配線の数が増えてしまう。【解決手段】  電圧検出回路は、第１電圧検出ラインを用いて、蓄電装置の充放電を制御するために用いられる各蓄電素子の電圧値を検出する。電流遮断回路は、第２電圧検出ラインを用いて検出した蓄電素子の電圧値が閾値よりも高いとき、励磁コイルの通電を遮断する第２スイッチ素子を有する。電圧検出回路および電流遮断回路は同一の基板に実装されており、第１電圧検出ラインおよび第２電圧検出ラインが基板上で分岐している。基板および蓄電装置は、第１電圧検出ラインおよび第２電圧検出ラインを共通化した電圧検出ラインを用いて接続することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気的に直列に接続された複数の蓄電素子を含む蓄電装置と、
励磁コイルの通電時に前記蓄電装置を負荷と接続し、前記励磁コイルの非通電時に前記蓄電装置および前記負荷の接続を遮断するリレーと、
前記励磁コイルの通電を許容するオンと、前記励磁コイルの通電を遮断するオフとの間で切り替わる第１スイッチ素子を制御するコントローラと、
第１電圧検出ラインを用いて、前記蓄電装置の充放電を制御するために用いられる前記各蓄電素子の電圧値を検出する電圧検出回路と、
第２電圧検出ラインを用いて検出した前記蓄電素子の電圧値が閾値よりも高いとき、前記励磁コイルの通電を遮断する第２スイッチ素子を含む電流遮断回路と、を有し、
前記電圧検出回路および前記電流遮断回路が同一の基板に実装されているとともに、前記第１電圧検出ラインおよび前記第２電圧検出ラインが前記基板上で分岐していることを特徴とする蓄電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電装置および負荷の接続を遮断する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１では、組電池を構成する各セルが過充電状態であることを判断する保護ＩＣを設け、保護ＩＣの出力信号をマイコンに入力している。保護ＩＣは、各セルの電圧値を監視し、この電圧値が所定電圧値を超えたときに過充電であると判断する。このとき、保護ＩＣからは過電圧を示す信号（ハイ信号）が出力される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１７８０１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
組電池の充放電を制御するときには、各セルの電圧値を検出する必要がある。このため、特許文献１では、上述した保護ＩＣに加えて、各セルの電圧値を検出するための電圧検出回路を設ける必要がある。この場合には、保護ＩＣおよび電圧検出回路のそれぞれを各セルに接続しなければならず、配線の数が増えてしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の蓄電システムは、蓄電装置と、リレーと、コントローラと、電圧検出回路と、電流遮断回路とを有する。蓄電装置は、電気的に直列に接続された複数の蓄電素子を有する。リレーは、励磁コイルの通電時に蓄電装置を負荷と接続し、励磁コイルの非通電時に蓄電装置および負荷の接続を遮断する。コントローラは、励磁コイルの通電を許容するオンと、励磁コイルの通電を遮断するオフとの間で切り替わる第１スイッチ素子を制御する。
【０００６】
電圧検出回路は、第１電圧検出ラインを用いて、蓄電装置の充放電を制御するために用いられる各蓄電素子の電圧値を検出する。電流遮断回路は、第２電圧検出ラインを用いて検出した蓄電素子の電圧値が閾値よりも高いとき、励磁コイルの通電を遮断する第２スイッチ素子を有する。電圧検出回路および電流遮断回路は同一の基板に実装されており、第１電圧検出ラインおよび第２電圧検出ラインが基板上で分岐している。
【０００７】
本発明によれば、電圧検出回路および電流遮断回路を同一の基板に実装することにより、第１電圧検出ラインおよび第２電圧検出ラインを基板上で分岐させることができる。これにより、電圧検出回路および電流遮断回路を含む基板は、第１電圧検出ラインおよび第２電圧検出ラインが共通化された電圧検出ラインを用いて、蓄電装置（各蓄電素子）と接続することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施例１における電池システムの構成を示す図である。
【図２】実施例１において、電流遮断回路の構成を示す図である。
【図３】実施例２における電池システムの一部の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１０】
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。
【００１１】
組電池（本発明の蓄電装置に相当する）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、二次電池や電気二重層キャパシタを用いることができる。組電池１０は、正極ラインＰＬおよび負極ラインＮＬを介して、負荷２０と接続されている。負荷２０は、組電池１０の放電電力を受けて動作したり、組電池１０を充電するための電力を生成したりする。本実施例の電池システムを車両に搭載したとき、負荷２０としては、モータ・ジェネレータを用いることができる。
【００１２】
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、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−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇは、ＥＣＵ（Electric Control Unit）７０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。具体的には、ＥＣＵ７０は、第１スイッチ素子（トランジスタ）８０をオンおよびオフの間で切り替えることにより、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇをオンおよびオフの間で切り替えることができる。
【００１３】
基板３０には、監視ＩＣ（Integrated Circuit）４０、フォトカプラ５０および電流遮断回路６０が実装されている。監視ＩＣ（本発明の電圧検出回路に相当する）４０は、第１電圧検出ラインＬ１を介して、組電池１０の各単電池１１に接続されており、各単電池１１の電圧値を検出する。監視ＩＣ４０は、公知のように、コンパレータなどを用いて構成することができる。コンパレータを用いることにより、単電池１１における正極端子および負極端子の間の電位差、言い換えれば、単電池１１の電圧値を検出できる。第１電圧検出ラインＬ１の一部は、基板３０に実装されている。
【００１４】
本実施例では、監視ＩＣ４０が単電池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ＩＣ４０は、複数の単電池１１を含む電池ブロック（本発明の蓄電素子に相当する）の電圧値を検出することができる。電池ブロックは、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。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。
【００１５】
監視ＩＣ４０の出力信号（各単電池１１の電圧値を示す信号）は、フォトカプラ５０を介してＥＣＵ７０に入力される。フォトカプラ５０を用いることにより、フォトカプラ５０の入力側に位置する回路と、フォトカプラ５０の出力側に位置する回路とを絶縁状態にすることができる。ＥＣＵ７０は、監視ＩＣ４０の出力信号に基づいて、各単電池１１の電圧値を取得することができる。そして、ＥＣＵ７０内のマイコン７１は、各単電池１１の電圧値に基づいて、組電池１０の充放電を制御することができる。
【００１６】
電流遮断回路６０は、電圧検出ラインＬ２を介して各単電池１１に接続されており、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、監視ＩＣ４０が各電池ブロックの電圧値を検出するとき、電流遮断回路６０は各電池ブロックの電圧値を検出する。ここで、第１電圧検出ラインＬ１および第２電圧検出ラインＬ２は、一部において共通化している。基板３０上において、第１電圧検出ラインＬ１および第２電圧検出ラインＬ２が分岐しており、基板３０の外部では、第１電圧検出ラインＬ１および第２電圧検出ラインＬ２を共通化した電圧検出ラインが配置されている。
【００１７】
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および負荷２０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および負荷２０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。
【００１８】
次に、電流遮断回路６０の構成について、図２を用いて説明する。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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できる。
【００２２】
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。
【００２３】
電流遮断回路６０は、コンデンサ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。
【００２４】
電流遮断回路６０は、ＩＣ６１を有する。ＩＣ６１は、ＥＣＵ７０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。
【００２５】
ＩＣ６１は、コンパレータ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。
【００２６】
ここで、図２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。
【００２７】
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間の電位差、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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
アラーム確定回路６３は、コンパレータ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、アラーム確定回路（コンパレータ）６３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、アラーム確定回路（コンパレータ）６３における正側入力端子に入力される。
【００３１】
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。
【００３２】
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、アラーム確定回路（コンパレータ）６３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、アラーム確定回路（コンパレータ）６３の出力信号（アラーム信号）が生成されない。
【００３３】
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。
【００３４】
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換することができる。
【００３５】
フォトカプラ６５は、第２スイッチ素子（トランジスタ）６６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、フォトカプラ６５の出力信号が、第２スイッチ素子６６に入力される。第２スイッチ素子６６は、フォトカプラ６５の出力信号を受けて、オンからオフに切り替わる。ここで、フォトカプラ６５の出力信号が第２スイッチ素子６６に入力されていないとき、第２スイッチ素子６６はオンになる。
【００３６】
第２スイッチ素子６６の一端は、電源１００と接続されており、第２スイッチ素子６６の他端は、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇの励磁コイル９１と接続されている。第２スイッチ素子６６がオンであるとき、電源１００から励磁コイル９１に電流を流すことができる。システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇは、可動接点９２および固定接点９３を有しており、励磁コイル９１が通電状態であるとき、可動接点９２が固定接点９３に接触する。これにより、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇがオンになる。
【００３７】
ここで、励磁コイル９１には第１スイッチ素子８０も接続されている。このため、第１スイッチ素子８０および第２スイッチ素子６６がオンであるとき、電源１００から励磁コイル９１に電流を流すことができる。第１スイッチ素子８０および第２スイッチ素子６６の少なくとも一方がオフであるとき、電源１００から励磁コイル９１には電流が流れない。このため、ＥＣＵ７０が第１スイッチ素子８０をオンにするための制御信号を出力して、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇをオンにしていても、第２スイッチ素子６６がオンからオフに切り替われば、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇはオフになる。
【００３８】
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）が第２スイッチ素子６６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を含む組電池１０に対して、充放電が行われることを防止できる。
【００３９】
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。
【００４０】
本実施例では、高電圧の組電池１０と接続される部品（監視ＩＣ４０や電流遮断回路６０）を１つの基板３０にまとめて実装している。これに伴い、１つの基板３０に対して、第１電圧検出ラインＬ１および第２電圧検出ラインＬ２をまとめて形成できる。そして、第１電圧検出ラインＬ１および第２電圧検出ラインＬ２が共通化された電圧検出ラインを用いて、基板３０および組電池１０を接続できる。これにより、監視ＩＣ４０および電流遮断回路６０を別々の基板３０に実装する場合に比べて、基板３０の外部に配置される電圧検出ラインの数を減らすことができる。
【実施例２】
【００４１】
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。
【００４２】
実施例１では、組電池１０に対して、１つの監視ＩＣ４０および１つの電流遮断回路６０を設けている。本実施例では、組電池１０に対して、複数の監視ＩＣ４０および複数の電流遮断回路６０を設けている。図３は、本実施例の電池システムにおける一部の構成を示す。図３では、第１電圧検出ラインＬ１および第２電圧検出ラインＬ２の一部を省略している。
【００４３】
各基板３０は、第１電圧検出ラインＬ１および第２電圧検出ラインＬ２が共通化した電圧検出ラインを介して、組電池１０に含まれる一部の単電池１１と接続されている。ここで、各基板３０と接続される単電池１１の数は、適宜設定することができる。複数の基板３０にそれぞれ含まれるフォトカプラ５０は、ＥＣＵ７０に接続されており、各フォトカプラ５０の出力信号がＥＣＵ７０に入力される。これにより、ＥＣＵ７０は、各単電池１１の電圧値を把握でき、組電池１０の充放電を制御することができる。
【００４４】
複数の基板３０にそれぞれ含まれる電流遮断回路６０の第２スイッチ素子６６は、電源１００に対して直列に接続されている。このため、いずれかの電流遮断回路６０の第２スイッチ素子６６がオフになると、電源１００から励磁コイル９１への通電が遮断される。
【００４５】
本実施例によれば、複数の基板３０を用いることにより、いずれか１つの基板３０に故障が発生したとき、この基板３０だけを交換すればよい。また、複数の基板３０に関して、各基板３０の構成は同じであるため、同一の構成の基板３０だけを製造するだけでよい。
【符号の説明】
【００４６】
１０：組電池。１１：単電池、２０：負荷、３０：基板、４０：監視ＩＣ、
５０：フォトカプラ、６０：電流遮断回路、６１：ＩＣ、６２：ＯＲ回路、
６３：アラーム確定回路、６４：アラームラッチ回路、６５：フォトカプラ、
６６：第２スイッチ素子、７０：ＥＣＵ、７１：マイコン、８０：第１スイッチ素子、
１００：電源、９１：励磁コイル、９２：可動接点、９３：固定接点
【図１】
2015162941.tif 000003
【図２】
2015162941.tif 000004
【図３】
2015162941.tif 000005