(57)【要約】【課題】  組電池の各二次電池の電圧を均一にするために検出および放電を行う回路が故障した場合であっても、放電を停止させることができなくなることを防止する。【解決手段】  複数の二次電池１ａ〜１ｎを直列に接続した組電池１において、二次電池のそれぞれの電圧を検出および放電する組電池電圧管理装置１００であって、抵抗１１ａ〜１１ｎとツェナーダイオード１２ａ〜１２ｎとスイッチング素子１３ａ〜１３ｎとの直列回路から構成され、組電池の各二次電池にそれぞれ並列に接続された放電回路１０ａ〜１０ｎと、各二次電池の電圧を検出する電圧検出器２０ａ〜２０ｎと、電圧検出器で検出した各二次電池の電圧に基づいて、放電回路のスイッチング素子をオンすることにより、二次電池の放電を制御する制御部３０と、を備える組電池電圧管理装置１００を提供する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の二次電池を直列に接続した組電池において、前記二次電池のそれぞれの電圧を検出および放電する組電池電圧管理装置であって、
抵抗とツェナーダイオードとスイッチング素子との直列回路から構成され、前記組電池の各二次電池にそれぞれ並列に接続された放電回路と、
前記各二次電池の電圧を検出する電圧検出器と、
前記電圧検出器で検出した前記各二次電池の電圧に基づいて、前記放電回路の前記スイッチング素子をオンすることにより、前記二次電池の放電を制御する制御部と、
を備える組電池電圧管理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の二次電池を直列接続した組電池の過放電防止のための組電池電圧管理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、複数の二次電池を直列接続した組電池において、組電池内の各二次電池の電圧を放電し、各二次電池の電圧のバラツキを減少させる組電池電圧管理装置は知られている。例えば、特許文献１は、満充電を行わない場合でも各電池間のバラツキを減少させ、かつ大容量のＦＥＴやヒートシンクを用いることなく、各電池間のバラツキを減少させることを目的とした組電池の充電装置を開示する。この充電装置は、抵抗とトランジスタとの直列回路からなり、組電池の各電池にそれぞれ並列に接続されたバイパス回路と、充電回路と、上記各電池の電圧を検出する電圧センサと、該電圧センサで検出した充電時における各電池の電圧のうち、最も低い電圧と他の各電池の電圧とを比較し、その電圧差が第１の所定値を越えた電池については、上記バイパス回路を導通させ、上記の電圧差が上記第１の所定値より低い第２の所定値以下になった場合には上記バイパス回路を遮断させるように制御する制御装置とを備える。
【０００３】
また、複数の二次電池を直列接続した組電池において、組電池内の各二次電池の電圧を放電する際、その過放電を防止する回路を含む組電池電圧管理装置は知られている。例えば、特許文献２は、蓄電池の過放電を防止しかつ安価な過放電防止回路を開示する。この過放電防止回路は、蓄電池間に逆方向に接続され、蓄電池の電圧降下を検出するためのツェナーダイオードの状態変化をトリガ入力とする遮断回路により、電源から負荷に至る電力供給ラインを導通状態にしたりあるいは遮断状態にしたりする。
【０００４】
また、特許文献３は、部品点数が少なく、回路構成が単純で、過放電防止のために蓄電池を負荷側から切り離した後の消費電流がゼロである蓄電池の過放電防止回路を開示するする。この過放電防止回路は、蓄電池から負荷に至る電力供給線路に直列に挿入されたＭＯＳリレーと、常開接点のスイッチと、常閉接点のスイッチと、ＭＯＳリレーのフォトダイオードに直列に接続されるツェナーダイオード及び抵抗とを備える。そして、蓄電池の端子電圧が所定値以上では、スイッチの操作によりツェナーダイオードがブレークダウンしてフォトダイオードに電流が流れてＭＯＳリレーがオン状態を維持し、蓄電池の端子電圧が所定値未満になると、ツェナーダイオードがオフ状態に変わってＭＯＳリレーがオフ状態となる。
【０００５】
また、特許文献４は、二次電池の過放電を防止する過放電防止回路を開示する。充電回路を接続していない場合には、トランジスタはオフ状態を維持する。二次電池からの電源は三端子レギュレータに供給せず、マイクロコンピュータには二次電池から電源は供給しない。過放電防止回路に充電回路を接続すると、ダイオードを介して充電回路から三端子レギュレータに電源を供給し、三端子レギュレータは定電圧を出力してマイクロコンピュータを動作させる。三端子レギュレータの出力により、トランジスタがオンする。二次電池の電圧値が所定値以上であればツェナーダイオードはオンするので、トランジスタがオンして二次電池からトランジスタを介して三端子レギュレータに電源の供給を可能にする。その結果、充電回路を接続するまで、二次電池の放電を抑制して過放電を防止する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−０１９１８８号公報
【特許文献２】特開平６−１９７４６２号公報
【特許文献３】特開２０１３−２３００６４号公報
【特許文献４】特開２００２−１８６１８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記の過放電防止の技術では、各二次電池の電圧を検出または放電を行う回路が故障した場合、過放電を防止できない。
そこで、本発明では、組電池の各二次電池の電圧を均一にするために検出および放電を行う回路が故障した場合であっても、放電を停止させることができなくなることを防止する組電池電圧管理装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、複数の二次電池を直列に接続した組電池において、二次電池のそれぞれの電圧を検出および放電する組電池電圧管理装置であって、抵抗とツェナーダイオードとスイッチング素子との直列回路から構成され、組電池の各二次電池にそれぞれ並列に接続された放電回路と、各二次電池の電圧を検出する電圧検出器と、電圧検出器で検出した各二次電池の電圧に基づいて、放電回路のスイッチング素子をオンすることにより、二次電池の放電を制御する制御部と、を備える組電池電圧管理装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、組電池の各二次電池の電圧を均一にするために検出および放電を行う回路が故障した場合であっても、放電を停止させることができなくなることを防止する組電池電圧管理装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る第一実施例の組電池電圧管理装置を示すブロック図。
【図２】本発明に係る第一実施例の組電池電圧管理装置における放電制御を示すフローチャート。
【図３】本発明に係る第一実施例の組電池電圧管理装置における放電動作を示す説明ブロック図。
【図４】本発明に係る第一実施例の組電池電圧管理装置において、スイッチング素子でオン固着故障が起こった場合であって、（Ａ）二次電池の電圧がツェナーダイオードの降伏電圧以上の電圧を有している間の放電動作を示す説明ブロック図、（Ｂ）二次電池の電圧がツェナーダイオードの降伏電圧未満の電圧を有する場合の動作を示す説明ブロック図。
【図５】本発明に係る第一実施例の組電池電圧管理装置において、電圧検出器で故障が起こった場合であって、（Ａ）二次電池の電圧がツェナーダイオードの降伏電圧以上の電圧を有している間の放電動作を示す説明ブロック図、（Ｂ）二次電池の電圧がツェナーダイオードの降伏電圧未満の電圧を有する場合の動作を示す説明ブロック図。
【図６】本発明に係る第一実施例の組電池電圧管理装置における、（Ａ）正常時の電圧電流特性を示す特性図、（Ｂ）故障時の電圧電流特性を示す特性図、（Ｃ）従来技術の電圧電流特性を示す特性図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下では、図面を参照しながら、本発明に係る実施例について説明する。
＜第一実施例＞
図１を参照し、本実施例における組電池電圧管理装置１００を説明する。組電池電圧管理装置１００は、複数の二次電池１ａ〜１ｎを直列に接続した組電池１における二次電池１ａ〜１ｎのそれぞれの電圧を検出および放電し、組電池１を管理する装置である。組電池電圧管理装置１００は、組電池１内の各二次電池１ａ〜１ｎの正負両端子と接続されると共に、たとえば交流の商用電源を所定の充電電圧に変圧し、直流に変換して出力する充電回路４０と、充電電流の開閉を行なうコンタクタ４１経由して接続される。組電池１は、組電池電圧管理装置１００の制御部３０（後述）がコンタクタ４１をオンすると、充電回路４０から電流が流れて充電される。
【００１２】
組電池電圧管理装置１００は、組電池１の各二次電池１ａ〜１ｎにそれぞれ並列に接続される放電回路１０ａ〜１０ｎと、各二次電池１ａ〜１ｎの電圧を検出する電圧検出器２０ａ〜２０ｎと、電圧検出器２０ａ〜２０ｎで検出した各二次電池１ａ〜１ｎの電圧に基づいて、放電回路１０ａ〜１０ｎをオンすることにより二次電池１ａ〜１ｎの放電を制御する制御部３０と、を備える。なお、１ｎ等のｎは、任意の整数を示し、特に限定されない。たとえばｎが１００であれば、組電池は、１００個の二次電池から構成される。
【００１３】
放電回路１０ａ〜１０ｎは、抵抗１１ａ〜１１ｎと、ツェナーダイオード１２ａ〜１２ｎと、例えばＦＥＴ等のトランジスタであるスイッチング素子１３ａ〜１３ｎとの直列回路から構成される。電圧検出器２０ａ〜２０ｎは、各二次電池１ａ〜１ｎの端子電圧を検出する電圧センサである。制御部３０は、マイクロコンピュータ等で構成され、電圧検出器２０ａ〜２０ｎで検出した各二次電池１ａ〜１ｎの電圧に基づいて、放電回路１０ａ〜１０ｎのスイッチング素子１３ａ〜１３ｎをオンオフすることにより、二次電池１ａ〜１ｎの放電を制御する。
【００１４】
組電池１においては、充電時および使用時の両方において、二次電池１ａ〜１ｎのそれぞれにおける電圧のバラツキを減少させて均一な状態にしておくことが重要とされる。したがって、組電池１の充電時には二次電池１ａ〜１ｎ間で均一な電圧となるように充電し、また、組電池１の使用時には二次電池１ａ〜１ｎの電圧にバラツキが生じた時には均一な電圧となるように、電圧の高い二次電池から放電することが必要となる。
【００１５】
図２は、本実施例の組電池電圧管理装置１００における放電制御の方法を示すフローチャートであり、図３は、そのフローチャートに基づく放電制御方法を説明するブロック図である。両図を参照して、組電池電圧管理装置１００における放電制御の方法を説明する。なお、フローチャートにおけるＳは、ステップを意味する。
【００１６】
組電池電圧管理装置１００の制御部３０は、Ｓ１００において、二次電池１ａ〜１ｎに対して所定の閾値電圧以上の電圧を検出するか否かを検査する。所定の閾値電圧とは、予め定められた二次電池の放電を開始または停止する電圧である。
【００１７】
組電池電圧管理装置１００の電圧検出器２０ａ〜２０ｎは、定常的に対応する二次電池１ａ〜１ｎの端子電圧を検出している。図３（Ａ）に示す矢印のように、制御部３０は、二次電池１ａの電圧を検出している電圧検出器２０ａから得られる二次電池１ａの電圧を検査する。制御部３０は、所定の閾値電圧以上の電圧を検出した場合、Ｓ１０２において、放電回路１０ａのスイッチング素子１３ａに対して放電信号を出力し（図３（Ｂ）に示す実線の矢印）、スイッチング素子１３ａはＳ１０４においてオンとなる、そうすると、放電回路１０ａが導通し（図３（Ｂ）に示す点線の矢印）、二次電池１ａはＳ１０６において放電を開始する。なお、ツェナーダイオード１２ａはあるが、二次電池１ａが降伏電圧以上の電圧を有していれば、二次電池１ａの放電は行われることになる。
【００１８】
二次電池１ａが放電を続けている間、制御部３０は、Ｓ１０８において、二次電池１ａに対して所定の閾値電圧未満の電圧を検出するか否かを検査する。閾値電圧以上の電圧を検出している間は、二次電池１ａは放電を続ける。制御部３０は、二次電池１ａの電圧が所定の閾値電圧未満であると検出した場合（図３（Ｃ）に示す矢印）、Ｓ１１０において、スイッチング素子１３ａに対して放電信号を出力することを停止する（図３（Ｄ）に示す矢印）。そうすると、スイッチング素子１３ａはＳ１１２においてオフとなり、放電回路１０ａが遮断し（図３（Ｄ））、二次電池１ａはＳ１１４において放電を停止する。
【００１９】
このように放電制御することにより、組電池１内の一部に他より高い電圧の二次電池が生じ、二次電池１ａ〜１ｎ間の電圧にバラツキが生じた場合であっても、二次電池１ａ〜１ｎの電圧を均一化することができる。
【００２０】
しかし、仮に、スイッチング素子１３ａがオンの状態で固着しまう故障が起った場合、放電回路１０ａ〜１０ｎにツェナーダイオード１２ａ〜１２ｎが無いと、二次電池１ａ〜１ｎは、放電をし続け、電圧がほぼゼロになるまでの過放電を起こしてしまう。
【００２１】
本発明に係る組電池電圧管理装置１００の放電回路１０ａ〜１０ｎは、抵抗１１ａ〜１１ｎとスイッチング素子１３ａ〜１３ｎと共に、上述した所定の閾値電圧より低い降伏電圧を有するツェナーダイオード１２ａ〜１２ｎを含む直列回路から構成されている。そうすると、スイッチング素子１３ａがオンの状態なので、二次電池１ａの電圧がツェナーダイオード１２ａの降伏電圧以上の電圧を有している間は、図４（Ａ）に示す点線の矢印で示すように電流が流れて放電をし続ける。
【００２２】
一方、二次電池１ａの電圧がツェナーダイオード１２ａの降伏電圧未満の電圧になると、図４（Ｂ）に示すように、スイッチング素子１３ａがオンの状態であっても電流は流れなくなる。このように、放電回路１０ａが、抵抗１１ａとスイッチング素子１３ａと共にツェナーダイオード１２ａを含む直列回路から構成されていることで、仮に放電回路１０ａ内のスイッチング素子１３ａがオンに固着する故障が起こったとしても、二次電池１ａの放電を停止させることができなくなることを防止することができる。
【００２３】
また、仮に、電圧検出器２０ａが正常な電圧値より高い電圧を示してしまう故障が起った場合、放電回路１０ａ〜１０ｎにツェナーダイオード１２ａ〜１２ｎが無いと、二次電池１ａ〜１ｎは、放電をし続け、電圧がほぼゼロになるまでの過放電を起こしてしまう。
【００２４】
本発明に係る組電池電圧管理装置１００の放電回路１０ａ〜１０ｎは、上述したように、所定の閾値電圧より低い降伏電圧を有するツェナーダイオード１２ａ〜１２ｎを含む直列回路から構成されている。電圧検出器２０ａが正常な電圧値より高い電圧を示している（図５（Ａ）の右向き矢印）のでスイッチング素子１３ａをオンの状態とする（図５（Ａ）の左向き矢印）ため、二次電池１ａの電圧がツェナーダイオード１２ａの降伏電圧以上の電圧を有している間は、図５（Ａ）に示す点線の矢印で示すように電流が流れて放電をし続ける。
【００２５】
一方、二次電池１ａの電圧がツェナーダイオード１２ａの降伏電圧未満の電圧になると、図５（Ｂ）に示すように、電流は流れなくなる。このように、放電回路１０ａが、抵抗１１ａとスイッチング素子１３ａと共にツェナーダイオード１２ａを含む直列回路から構成されていることで、仮に放電回路１０ａ内の電圧検出器２０ａが正常な電圧値より高い電圧を示してしまう故障が起ったとしても、二次電池１ａの放電を停止させることができなくなることを防止することができる。
【００２６】
図６（Ａ）は、組電池電圧管理装置１００の正常時の電圧電流特性を示す特性図、図６（Ｂ）は、組電池電圧管理装置１００の故障時の電圧電流特性を示す特性図、図６（Ｃ）は、放電回路にツェナーダイオードが無い従来技術の電圧電流特性を示す特性図である。図６（Ｃ）が示すように、放電回路にツェナーダイオードが無いと、組電池電圧管理装置内で上述したような故障が起こった場合には、過放電が起こってしまう。
【００２７】
図６（Ａ）が示すように、組電池電圧管理装置１００が上述したような故障が起こらない正常時であれば、二次電池１ａ〜１ｎの放電を開始し停止する所定の閾値電圧になった時に放電は停止される。さらに、本発明に係る組電池電圧管理装置１００は、上述したような故障が起こった場合であっても、二次電池１ａ〜１ｎの放電を開始し停止する所定の閾値電圧より低い降伏電圧を有するツェナーダイオード１２ａ〜１２ｎを含む直列回路から構成されているので、二次電池１ａ〜１ｎの放電を停止させることができなくなることを防止することができる。このように、二次電池１ａ〜１ｎの放電を開始し停止する所定の閾値電圧になった時に放電を停止する組電池電圧管理装置１００は、組電池１の各二次電池１ａ〜１ｎの電圧を均一にするために検出および放電を行う回路が故障した場合であっても、放電を停止させることができなくなることを防止することができる。
【００２８】
なお、本発明は、例示した実施例に限定するものではなく、特許請求の範囲の各項に記載された内容から逸脱しない範囲の構成による実施が可能である。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
【符号の説明】
【００２９】
１００            組電池電圧管理装置
１                組電池
１ａ〜１ｎ        二次電池
１０ａ〜１０ｎ    放電回路
１１ａ〜１１ｎ    抵抗
１２ａ〜１２ｎ    ツェナーダイオード
１３ａ〜１３ｎ    スイッチング素子
２０ａ〜２０ｎ    電圧検出器
３０              制御部
４０              充電回路
４１              コンタクタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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