JP5733786B2

JP5733786B2 - 二次電池システム

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Publication number: JP5733786B2
Application number: JP2010246267A
Authority: JP
Inventors: 敬章上野; 忠大吉田
Original assignee: NEC Energy Devices Ltd
Current assignee: Envision AESC Energy Devices Ltd
Priority date: 2010-11-02
Filing date: 2010-11-02
Publication date: 2015-06-10
Anticipated expiration: 2030-11-02
Also published as: JP2012100438A

Description

本発明は二次電池及び該二次電池の保護回路を備えた二次電池システムに関する。

近年、環境問題に対する関心が高まり、リチウムイオン二次電池等の二次電池を採用した機器が増えている。それに伴って二次電池の性能に対する要求が高まり、また二次電池を安全に使用するための保護回路の役割も重要になってきている。

二次電池の保護回路の最大の目的は二次電池の保護であり、二次電池がその定格を超えない範囲で使用されるように充放電動作を制御する。ここで、二次電池の保護回路の目的は大きく分けて二つある。

第１の目的は、二次電池の劣化を抑制して性能を十分に発揮させるためのものである（ファーストプロテクト）。ファーストプロテクトには、一般に、過充電保護、過放電保護、過電流保護、温度保護等の機能があり、所定の保護条件が検出されたときに二次電池に対する充電動作や放電動作を停止する。

第２の目的は、二次電池の安全性を確保するためのものである（セカンドプロテクト）。セカンドプロテクトは、ファーストプロテクトが正常に動作しない場合に備えて多くの機器で採用されている。セカンドプロテクトとしては、想定外の大電流が流れたときに電流を遮断する電流ヒューズや過大な電圧が印加されたときに動作する過電圧プロテクタ等がある。これらセカンドプロテクトで使用される素子は、そのほとんどが一度動作したら機器を使用禁止状態にする非復帰型のものである。一般に、セカンドプロテクトには、何らかの異常発生に対してファーストプロテクトが動作しないときに動作する素子、または想定外の電流や電圧等で使用されたときに動作する素子が選定される。但し、セカンドプロテクトに使用される素子は、いずれも保護回路としての機能を全て備えているわけではなく、二次電池の破裂や発火等の最悪の事態を回避するために用いられる。

ところで、背景技術の二次電池システムでは、保護回路が備える、充放電ラインに挿入された充電動作や放電動作を制御するスイッチが破損していても、予め設定された定格内で二次電池が動作していると、該二次電池に対する充電や放電が可能である。ここで、充放電ラインに挿入されたスイッチが破損時に開放状態となれば、二次電池が使用できなくなるため、安全上、問題になることは少ない。しかしながら、スイッチが破損時に短絡状態となった場合はスイッチをＯＦＦする必要がある場合でも制御できなくなる問題が生じる。

例えばスイッチにＦＥＴ（Field Effect Transistor）を用いている場合、ＦＥＴは破損時に短絡状態となることが多いため、充電や放電のＯＦＦ制御ができなくなってしまう。その場合、セカンドプロテクトのみで二次電池を保護することになる。しかしながら、上述したようにセカンドプロテクトは保護回路としての機能を全て備えているわけではなく、破裂や発火等の最悪の事態を回避するものにすぎない。

例えば、セカンドプロテクトとして電流ヒューズを用いている場合、過充電時には二次電池の温度が上昇するため、それを検知して充電を停止することができる。また、出力短絡等により想定外の大電流が二次電池から流れてもヒューズが溶断することで過電流を遮断できる。

しかしながら、二次電池の出力電圧の低下、つまり過放電は保護することができない。二次電池が過放電になると、二次電池のケースが膨張することがあり、また電池容量の低下が急速に進行する。このようにファーストプロテクトが破損している状態で二次電池を使用し続けると、該二次電池の劣化を助長してしまう。二次電池が劣化した場合は二次電池システム全体を交換しなければならない。また、充電や放電を制御するスイッチ（ファーストプロテクト）が破損している状態で二次電池システムとして使用できることがそもそも問題である。

ファーストプロテクトの破損を検出する技術については従来から検討されており、例えば特許文献１−４には充電制御用あるいは放電制御用のスイッチ（ＦＥＴ）の破損を検出する技術が記載され、特許文献５には保護回路の破損を検出する技術が記載されている。

特許文献１では、充電ラインと放電ラインとを分離して設け、充電ラインに非復帰型のスイッチを備え、放電ラインにスイッチであるＦＥＴを備えた構成が提案されている。特許文献１では、二次電池の過放電を検出した場合はＦＥＴをＯＦＦにして放電ラインを切断し、二次電池の過充電を検出した場合またはＦＥＴの温度異常（温度上昇）を検出した場合は非復帰型のスイッチをＯＦＦすることで充電ラインを切断することが記載されている。

特許文献２には、充電制御用のＦＥＴをＯＮ・ＯＦＦさせ、そのときに二次電池に流れる充電電流を測定することで該ＦＥＴが正常に動作しているか否かを判定し、ＦＥＴが正常に動作していないとき、充電器が備えるスイッチにより二次電池に対する充電電流の供給を停止することが記載されている。

特許文献３には、二次電池の充電制御用に、直列に接続された２つのＦＥＴを備え、２つのＦＥＴをそれぞれ交互にＯＮさせ、一方のＦＥＴのみがＯＮしている状態で充電電流を検出した場合、ＯＦＦさせている充電制御用のＦＥＴが破損していると判定することが記載されている。

特許文献４には、複数の二次電池から成るパック電池において、パック電池の充電時に温度異常や過電流を検出した場合、対応する二次電池に対する充電電流を停止し、さらに該二次電池の電圧を監視して異常な電圧上昇を検出した場合、該二次電池に対応して設けられた充電制御用のＦＥＴが破損していると判定することが記載されている。

特許文献５には、二次電池の保護回路内に自身の消費電流を検出する回路を備え、検出した消費電流値に基づいて保護回路が正常に動作しているか否かを判定することが記載されている。

特開２００７−２９９６９６号公報特開平０９−３１２１７２号公報特開２００９−０６０７３４号公報特開２００８−１２５１９９号公報特開２００９−１７７９６４号公報

しかしながら上記特許文献１−５に記載された技術では以下に記載するような問題がある。

特許文献１では、上述したように放電ラインに設けられたスイッチであるＦＥＴの温度異常（温度上昇）を検出することで該ＦＥＴが破損しているか否かを判定している。しかしながら、ＦＥＴには、過熱による温度破壊だけでなく様々な故障モード（例えば、静電気によるゲート破壊、高電圧が印加されたことによるアバランシュ破壊等）がある。したがって、温度上昇だけを監視していても放電制御用のＦＥＴの破損を検出できるものではない。

特許文献２に記載の発明は、ＦＥＴが正常に動作していないときに外部の充電器が備えるスイッチにより充電電流の供給を停止する構成であり、充電器が無ければ充電動作を停止させることができない。

特許文献３及び４は、充電制御用のＦＥＴが破損して短絡したときに充電動作を停止する手段を示しているが、放電制御用のＦＥＴが破損して短絡したときに、放電動作を停止する手段は何も示していない。そのため、放電制御用ＦＥＴの破損時に二次電池の過放電を防止できないという問題がある。この放電制御用ＦＥＴの破損時に放電動作を停止する手段は、上記特許文献１及び２でも何ら示していない。すなわち、特許文献１及び２に記載された技術も、放電制御用ＦＥＴが破損することで短絡したときに、二次電池の過放電を防止できないという問題がある。

特許文献５では、上述したように消費電流値に基づいて保護回路が正常に動作しているか否かを判定しているが、そのような方法では充電制御用のＦＥＴや放電制御用のＦＥＴが破損しているか否かを検出することはできない。

本発明は上述したような背景技術が有する問題点を解決するためになされたものであり、二次電池の保護回路が備える充電制御用及び放電制御用のスイッチの破損時に、充電動作及び放電動作の停止をそれぞれ可能にする二次電池システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明の二次電池システムは、二次電池と、
前記二次電池からの放電時に導通状態に設定される放電制御用スイッチと、
前記二次電池に対する充電時に導通状態に設定される、前記放電制御用スイッチと直列に接続された充電制御用スイッチと、
前記二次電池の放電ライン上に挿入される放電スイッチと、
前記放電スイッチの導通時に前記二次電池からの放電電流が流れる負荷抵抗器と、
前記放電制御用スイッチが破損しているか否かを判定するための処理時に前記放電スイッチをオンさせると共に前記放電制御用スイッチをオフさせ、前記放電制御用スイッチが正常にオフしていないときに前記放電制御用スイッチが破損していると判定し、前記充電制御用スイッチが破損しているか否かを判定するための処理時に前記充電制御用スイッチをオフさせ、前記充電制御用スイッチが正常にオフしていないときに前記充電制御用スイッチが破損していると判定する保護検出部と、
を有し、
前記保護検出部は、
前記放電制御用スイッチが破損しているか否かを判定するための処理時、前記放電制御用スイッチの両端の電圧を測定し、前記放電制御用スイッチの両端の電位差と前記二次電池の出力電圧とを比較し、前記放電制御用スイッチの両端の電位差が前記二次電池の出力電圧よりも低いとき、前記放電制御用スイッチが破損していると判定する構成である。
または、二次電池と、
前記二次電池からの放電時に導通状態に設定される放電制御用スイッチと、
前記二次電池に対する充電時に導通状態に設定される、前記放電制御用スイッチと直列に接続された充電制御用スイッチと、
前記二次電池の放電ライン上に挿入される放電スイッチと、
前記放電スイッチの導通時に前記二次電池からの放電電流が流れる負荷抵抗器と、
前記放電制御用スイッチが破損しているか否かを判定するための処理時に前記放電スイッチをオンさせると共に前記放電制御用スイッチをオフさせ、前記放電制御用スイッチが正常にオフしていないときに前記放電制御用スイッチが破損していると判定し、前記充電制御用スイッチが破損しているか否かを判定するための処理時に前記充電制御用スイッチをオフさせ、前記充電制御用スイッチが正常にオフしていないときに前記充電制御用スイッチが破損していると判定する保護検出部と、
を有し、
前記保護検出部は、
前記充電制御用スイッチが破損しているか否かを判定するための処理時、外部から前記充電制御用スイッチを介して所定の充電電圧を印加させ、前記充電制御用スイッチの両端の電圧を測定し、前記充電制御用スイッチの両端の電位差と前記充電電圧とを比較し、前記充電制御用スイッチの両端の電位差が前記充電電圧よりも低いとき、前記充電制御用スイッチが破損していると判定する構成である。

本発明によれば、二次電池の保護回路が備える充電制御用のスイッチ及び放電制御用のスイッチの破損をそれぞれ検出できるため、充電動作だけでなく放電動作の停止も可能になる。

本発明の二次電池システムの一構成例を示すブロック図である。図１に示した二次電池システムの実施例の構成を示す回路図である。

次に本発明について図面を用いて説明する。

本発明の二次電池システムは、充電制御用のスイッチ及び放電制御用のスイッチが破損しているか否かをそれぞれ判定し、充電制御用のスイッチまたは放電制御用のスイッチが破損している場合は二次電池システムの使用を禁止する構成である。

図１は、本発明の二次電池システムの一構成例を示すブロック図である。

図１に示すように、本発明の二次電池システムは、二次電池１、放電制御用スイッチ２、充電制御用スイッチ３、放電スイッチ４、保護検出部５及び負荷抵抗器８を備えている。

放電制御用スイッチ２及び充電制御用スイッチ３は、例えば二次電池１の正極と入出力端子６間に直列に挿入されている。放電制御用スイッチ２は二次電池１の放電時にＯＮ（導通状態に設定）され、充電制御用スイッチ３は二次電池１に対する充電時にＯＮ（導通状態に設定）される。

放電スイッチ４は、二次電池１の放電ライン上、すなわち入出力端子６と入出力端子７との間に二次電池１と並列に挿入され、放電制御用スイッチ２が破損しているか否かを判定するための処理時にＯＮ（導通状態に設定）される。以降、放電制御用スイッチ２や充電制御用スイッチ３が破損しているか否かを判定するための一連の処理を「故障検出処理」と称す。

負荷抵抗器８は、放電スイッチ４と直列に接続され、放電スイッチ４がＯＮしたとき二次電池１から放電された電流が流れる負荷である。

保護検出部５は、放電制御用スイッチ２、充電制御用スイッチ３及び放電スイッチ４の動作を制御する。保護検出部５は、放電制御用スイッチ２の故障検出処理時、放電スイッチ４をＯＮ（オン）させると共に放電制御用スイッチ２をＯＦＦ（オフ）させ、放電制御用スイッチ２が正常にオフしていないとき、放電制御用スイッチ２が破損していると判定する。また、保護検出部５は、充電制御用スイッチ３の故障検出処理時、充電制御用スイッチ３をＯＦＦさせて外部から充電制御用スイッチ３を介して（実際には入出力端子６，７を介して）所定の充電電圧を印加させ、充電制御用スイッチ３が正常にオフしていないとき、充電制御用スイッチ３が破損していると判定する。

放電制御用スイッチ２や充電制御用スイッチ３が正常にＯＦＦしているか否かは、例えば放電制御用スイッチ２や充電制御用スイッチ３の両端の電圧を測定することで判定できる。

なお、図１は、放電制御用スイッチ２や充電制御用スイッチ３の両端の電圧を測定することで、放電制御用スイッチ２や充電制御用スイッチ３が破損しているか否かを判定するための構成例を示している。放電制御用スイッチ２や充電制御用スイッチ３が破損しているか否かは、充電時や放電時に二次電池１に流れる充電電流や放電電流を検出することでも判定できる。

例えば、放電制御用スイッチ２や充電制御用スイッチ３の故障検出処理を電圧で実施する場合、放電制御用スイッチ２をＯＦＦにし、放電スイッチ４をＯＮにして放電制御用スイッチ２の両端の電圧を測定し、その電位差が二次電池１の出力電圧よりも低ければ、放電用制御スイッチ２が破損していると判定できる。また、充電制御用スイッチ３をＯＦＦにし、入出力端子６，７を介して外部から所定の充電電圧を印加させたとき、充電制御用スイッチ３の両端の電圧を測定し、その電位差が充電電圧よりも低ければ、充電制御用スイッチ３が破損していると判定できる。

一方、放電制御用スイッチ２や充電制御用スイッチ３の故障検出処理を電流で実施する場合、放電制御用スイッチ２をＯＦＦにし、放電スイッチ４をＯＮにしたとき、二次電池１の放電電流を検出し、該放電電流が流れていれば、放電用制御スイッチ２が破損していると判定できる。また、充電制御用スイッチ３をＯＦＦにし、入出力端子６，７を介して外部から所定の充電電圧を印加させたとき、二次電池１の充電電流を検出し、該充電電流が流れていれば、充電用制御スイッチ３が破損していると判定できる。

以下、図１に示した二次電池システムを実現する具体的な構成例（実施例）について図２を用いて説明する。

図２は、図１に示した二次電池システムの実施例の構成を示す回路図である。

図２に示すように、本実施例の二次電池システムは、二次電池１、放電制御用スイッチ２、充電制御用スイッチ３、放電スイッチ４、保護検出部５、負荷抵抗器８、充放電禁止スイッチ２０、充放電禁止制御用スイッチ２２及び電流検出抵抗器１７を備えている。なお、図２に示す各構成要素のうち、図１に示した二次電池システムと同じものについては、同一の符合を付与している。

二次電池１には、例えばリチウムイオン二次電池が用いられる。

放電制御用スイッチ２及び充電制御用スイッチ３は、例えば二次電池１の正極と入出力端子６間（充放電ライン）に直列に挿入されている。放電制御用スイッチ２は二次電池１の放電時にＯＮされ、充電制御用スイッチ３は二次電池１に対する充電時にＯＮされる。放電制御用スイッチ２及び充電制御用スイッチ３には、例えばＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor FET）が用いられる。通常、ＭＯＳＦＥＴのソースとドレイン間には寄生ダイオード（ボディダイオードとも言う）が存在する。そのため、図２に示すように、放電制御用スイッチ２及び充電制御用スイッチ３を、各々の寄生ダイオードの向きが逆方向となるように接続すれば、放電制御用スイッチ２のみＯＮさせることで二次電池１を放電させることが可能であり、充電制御用スイッチ３のみＯＮさせることで二次電池１に対する充電が可能である。その場合、放電時には二次電池１の出力電圧よりも寄生ダイオードの順方向電圧だけ低い電圧が入出力端子６から出力され、充電時には入出力端子６から供給される充電電圧よりも寄生ダイオードの順方向電圧だけ低い電圧が二次電池１に印加される。なお、以下では、放電制御用スイッチ２と二次電池１の接続ノードをノードＮ１と称し、放電制御用スイッチ２と充電制御用スイッチ３の接続ノードをＮ２と称し、充電制御用スイッチ３と充放電禁止スイッチ２０の接続ノードをノードＮ３と称す。

放電スイッチ４は、入出力端子６と入出力端子７との間に二次電池１と並列に挿入され、放電制御用スイッチ２の故障検出処理時にＯＮされる。放電スイッチ４には、放電制御用スイッチ２や充電制御用スイッチ３と同様に、例えばＭＯＳＦＥＴが用いられる。

充放電禁止スイッチ２０は、放電制御用スイッチ２及び充電制御用スイッチ３と直列に接続され、放電制御用スイッチ２または充電制御用スイッチ３の少なくともいずれか一方が破損しているときにＯＦＦされ、二次電池１の正極と入出力端子６間の充放電ラインを切断する。充放電禁止スイッチ２０には、上記セカンドプロテクトの機能を持たせてもよい。その場合、充放電禁止スイッチ２０には、例えば電流ヒューズ等の非復帰型のスイッチを用いればよい。

充放電禁止制御用スイッチ２２は、充放電禁止スイッチ２０をＯＦＦ状態に設定するためのスイッチである。充放電禁止制御用スイッチ２２には、例えばＭＯＳＦＥＴが用いられる。

電流検出抵抗器１７は、例えば二次電池１の負極と入出力端子７間に直列に挿入され、二次電池１に対する充放電電流の検出に用いられる。

保護検出部５は、放電制御用スイッチ２、充電制御用スイッチ３、放電スイッチ４及び充放電禁止制御用スイッチ２２の動作を制御すると共に、放電制御用スイッチ２や充電制御用スイッチ３の両端の電圧、または二次電池１の充放電電流を測定し、その測定結果に基づいて放電制御用スイッチ２や充電制御用スイッチ３が破損しているか否かを判定する。保護検出部５は、放電制御用スイッチ２や充電制御用スイッチ３が破損していると判定した場合、充放電禁止制御用スイッチ２２を用いて充放電禁止スイッチ２０をＯＦＦさせる。また、保護検出部５は、放電制御用スイッチ２や充電制御用スイッチ３が破損していると判定した場合、その判定結果を外部（充電器、二次電池システムを備えた機器等）へ通知する。判定結果は、警告用ライン２３を介して、例えば周知の通信手段を用いて外部へ通知してもよく、周知のインタフェース回路等を用いて外部へ信号として送信してもよい。また、判定結果は、周知の表示手段や音声手段等を用いてユーザ等に警告（アラーム）してもよい。

なお、図２に示す二次電池システムの入出力端子６，７間に接続される、二次電池１の充電に用いる充電器に充電電流を調整する機能を備えている場合、保護検出部５は、充電制御用スイッチ３の故障検出処理時に、該充電器等に対して、二次電池１に対する通常の充電時よりも少ない充電電流の供給（以下、プリチャージ充電と称す）を要求してもよい。プリチャージ充電は、例えばプリチャージ要求用ライン２４を介して充電器等に要求する。保護検出部５は、例えばＡ／Ｄコンバータ、メモリ、各種の論理ゲート等を備える、二次電池１の保護機能を実現するマイクロコンピュータや集積回路等で実現される。

このような構成において、次に放電制御用スイッチ２及び充電制御用スイッチ３の故障検出方法について説明する。

放電制御用スイッチ２の故障検出処理を電圧で実施する場合、保護検出部５は、まず放電制御用スイッチ２をＯＦＦにし、放電スイッチ４をＯＮにして二次電池１を放電状態とする。保護検出部５は、放電制御用スイッチ２の両端（ノードＮ１，Ｎ２）の電圧をそれぞれ測定し、その電位差と二次電池１の出力電圧とを比較する。このとき、保護検出部５は、ノードＮ１とＮ３の電位差と、二次電池１の出力電圧とを比較してもよい。

例えば、二次電池１２の出力電圧が３０Ｖの場合、放電制御用スイッチ２が正常にＯＦ
Ｆしていれば、放電制御用スイッチ２の両端の電位差はおよそ３０Ｖになる（厳密には、
寄生ダイオードによる電圧降下分だけ低くなる）。放電制御用スイッチ２が正常にＯＦＦしていない場合、放電制御用スイッチ２の両端の電位差は３０Ｖよりも低くなる（上記寄生ダイオードによる電圧降下分よりもさらに低くなる）。二次電池１の出力電圧は、ノードＮ１の電圧を測定することで検出可能であり、二次電池１の出力電圧よりも放電制御用スイッチ２の両端の電位差が低い場合は、放電制御用スイッチ２が破損していると判定できる。二次電池１の出力電圧は、上述したように保護検出部５で測定してもよく、予めＲＯＭ等の不揮発性メモリに二次電池１の出力電圧の値を保存しておき、放電制御用スイッチ２の故障検出処理時にその保存した値を用いてもよい。また、不揮発性メモリには上記寄生ダイオードで降下する電圧値（電圧降下値）を保存しておいてもよい。その場合、放電制御用スイッチ２の両端の電位差が、二次電池１の出力電圧から寄生ダイオードの電圧降下値を引いた値よりも低いか否かで放電制御用スイッチ２が正常にＯＦＦしているか否かを判定できる。このように不揮発性メモリに寄生ダイオードの電圧降下値を保存しておけば、二次電池１の出力電圧が変動しても対処できる。

なお、放電制御用スイッチ２の故障検出処理は、例えば放電制御用スイッチ２をＯＦＦにし、充電制御用スイッチ３をＯＮにし、放電スイッチ４をＯＦＦにして充電器等から充電電流を供給し、そのときの放電制御用スイッチ２の両端（ノードＮ１，Ｎ２）の電位差と、上記寄生ダイオードの順方向電圧とを比較することで実施してもよい。その場合、放電制御用スイッチ２の両端の電位差が寄生ダイオードの順方向電圧よりも低ければ、放電制御用スイッチ２が破損していると判定できる。

放電制御用スイッチ２の故障検出処理を終了したら、保護検出部５は放電スイッチ４をＯＦＦにする。

保護検出部５は、放電制御用スイッチ２が破損していると判定した場合、充放電禁止制御用スイッチ２２をＯＮにし、充放電禁止スイッチ２０をＯＦＦさせることで二次電池１に対する充放電を禁止する。充放電禁止スイッチ２０に非復帰型のスイッチを用いている場合、保護検出部５は、充放電禁止スイッチ２０をＯＦＦさせた後、充放電禁止制御用スイッチ２２をＯＦＦに戻してもよい。さらに、保護検出部５は、放電制御用スイッチ２の破損を検出した場合、警告用ライン２３を介して外部（充電器、二次電池システムを備えた機器等）に放電制御用スイッチ２の破損を通知する。

一方、充電制御用スイッチ３の故障検出処理を電圧で実施する場合、保護検出部５は、まず充電制御用スイッチ３をＯＦＦにし、放電制御用スイッチ２をＯＮにする。そして、プリチャージ要求用ライン２４を介して外部の充電器等にプリチャージ充電を要求し、二次電池１に対するプリチャージ充電を開始させる。充電制御用スイッチ３の故障検出をプリチャージ充電で実行すれば、放電制御用スイッチ２、充電制御用スイッチ３及び二次電池１には少ない電流しか流れないため、二次電池システムの安全性を確保できる。

続いて、保護検出部５は、充電制御用スイッチ３の両端（ノードＮ２，Ｎ３）の電圧をそれぞれ測定し、その電位差と充電電圧とを比較する。このとき、保護検出部５は、ノードＮ１とノードＮ３の電位差と、充電電圧とを比較してもよい。

例えば、充電電圧が３０Ｖの場合、充電制御用スイッチ３が正常にＯＦＦしていれば、
充電制御用スイッチ３の両端の電位差はおよそ３０Ｖになる（厳密には、寄生ダイオード
による電圧降下分だけ低くなる）。充電制御用スイッチ３が正常にＯＦＦしていない場合、充電制御用スイッチ３の両端の電位差は３０Ｖよりも低くなる（上記寄生ダイオードによる電圧降下分よりもさらに低くなる）。

充電電圧は、ノードＮ３の電圧を測定することで測定可能であり、保護検出部５は、充電電圧よりも充電制御用スイッチ３の両端の電位差が低い場合、充電制御用スイッチ３が破損していると判定できる。充電電圧は、上述したように保護検出部５で測定してもよく、予めＲＯＭ等の不揮発性メモリに充電電圧（プリチャージ充電）の値を保存しておき、充電制御用スイッチ３の故障検出処理時にその保存した値を用いてもよい。また、不揮発性メモリには上記寄生ダイオードで降下する電圧値（電圧降下値）を保存しておいてもよい。その場合、充電制御用スイッチ３の両端の電位差が、充電電圧から寄生ダイオードの電降下圧値を引いた値よりも低いか否かで充電制御用スイッチ３が正常にＯＦＦしているか否かを判定できる。このように不揮発性メモリに寄生ダイオード電圧降下値を保存しておけば、充電電圧が変動しても対処できる。

保護検出部５は、充電制御用スイッチ３の故障検出処理を終了したら、ライン２４を介してプリチャージ充電要求を無効にする。

保護検出部５は、充電制御用スイッチ３の破損を検出した場合、充放電禁止制御用スイッチ２２をＯＮにし、充放電禁止スイッチ２０をＯＦＦさせることで二次電池１に対する充放電を禁止する。充放電禁止スイッチ２０に非復帰型のスイッチを用いている場合、保護検出部５は、充放電禁止スイッチ２０をＯＦＦさせた後、充放電禁止制御用スイッチ２２をＯＦＦに戻してもよい。さらに、保護検出部５は、充電制御用スイッチ３の破損を検出した場合、警告用ライン２３を介して外部（充電器、二次電池システムを備えた機器等）に充電制御用スイッチ３の破損を通知する。

本実施例では、充電制御用スイッチ３の故障検出処理時、蓄電器等にプリチャージ充電を要求し、プリチャージ充電を行いつつ充電制御用スイッチ３の故障検出処理を実施する方法を示したが、プリチャージ充電に限らず、二次電池１に通常の充電電流を供給しつつ、充電制御用スイッチ３の故障検出処理を実施してもよい。

次に、放電制御用スイッチ２及び充電制御用スイッチ３の故障検出処理を電流で実施する場合の処理手順について説明する。

放電制御用スイッチ２の故障検出処理を電流で実施する場合、保護検出部５は、まず放電制御用スイッチ２をＯＦＦにし、放電スイッチ４をＯＮにして二次電池１を放電状態とする。

続いて、保護検出部５は、電流検出抵抗器１７の両端の電圧を測定し、二次電池１から放電電流が流れているか否かを検出する。放電電流を検出した場合、放電制御用スイッチ２が正常にＯＦＦしていないため破損していると判定できる。

保護検出部５は、放電制御用スイッチ２の破損を検出した場合、充放電禁止制御用スイッチ２２をＯＮにし、充放電禁止スイッチ２０をＯＦＦさせることで二次電池１に対する充放電を禁止する。充放電禁止スイッチ２０に非復帰型のスイッチを用いている場合、保護検出部５は、充放電禁止スイッチ２０をＯＦＦさせた後、充放電禁止制御用スイッチ２２をＯＦＦに戻してもよい。さらに、保護検出部５は、放電制御用スイッチ２の破損を検出した場合、警告用ライン２３を介して外部（充電器、二次電池システムを備えた機器等）に放電制御用スイッチ２の破損を通知する。

一方、充電制御用スイッチ３の故障検出処理を電流で実施する場合、保護検出部５は、まず充電制御用スイッチ３をＯＦＦにし、放電制御用スイッチ２をＯＮにする。そして、プリチャージ要求用ライン２４を介して外部の充電器等にプリチャージ充電を要求し、二次電池１に対するプリチャージ充電を開始させる。

続いて、保護検出部５は、電流検出抵抗器１７の両端の電圧を測定し、二次電池１に対する充電電流が流れているか否かを検出する。充電電流を検出した場合、充電制御用スイッチ３が正常にＯＦＦしていないため破損していると判定できる。

本発明によれば、放電制御用スイッチ２をＯＦＦさせたときの放電制御用スイッチ２の両端の電圧または放電電流を測定することで、放電制御用スイッチ２の破損を検出することが可能であり、充電制御用スイッチ３をＯＦＦさせたときの充電制御用スイッチ３の両端の電圧または充電電流を測定することで、充電制御用スイッチ３の破損を検出することが可能である。そのため、充電制御用スイッチ３の破損時に充電動作を停止させるだけでなく、放電制御用スイッチ２の破損時に放電動作を停止させることが可能である。

そして、放電制御用スイッチ２または充電制御用スイッチ３のいずれか一方でも破損を検出した場合に充放電禁止スイッチ２０をＯＦＦにして二次電池システムの使用を禁止するため、二次電池１に対する過充電、過電流、温度異常だけでなく、過放電も防止できる。そのため、過充電や過放電による二次電池１の劣化が抑制され、二次電池システムの安全性も向上する。

また、放電制御用スイッチ２や充電制御用スイッチ３の破損を検出した場合に充放電禁止スイッチ２０をＯＦＦにして二次電池システムの使用を禁止することで、過充電や過放電による二次電池１の劣化が抑制されるため、高価な二次電池１を交換することなく、保護回路のみ交換すれば、二次電池システムを継続して使用できる。

さらに、放電制御用スイッチ２や充電制御用スイッチ３の破損を外部に通知することで、ユーザやメンテナンス業者等は二次電池システムの故障に対して迅速に対処できる。

また、本発明の二次電池システムでは、放電制御用スイッチ２の故障検出時に放電スイッチ４をＯＮさせて二次電池１の放電に必要な負荷（負荷抵抗器８）を接続するため、二次電池システムだけで放電制御用スイッチ２の故障検出処理を実施できる。また、充電制御用スイッチ３の破損検出時に充放電禁止スイッチ２０をＯＦＦさせるため、特許文献２のように二次電池システムからの通知で充電電流を停止する機能を充電器等に備える必要がない。

１二次電池
２放電制御用スイッチ
３充電制御用スイッチ
４放電スイッチ
５保護検出部
６，７入出力端子
８負荷抵抗器
１７電流検出抵抗器
２０充放電禁止スイッチ
２２充放電禁止制御用スイッチ
２３警告用ライン
２４プリチャージ要求用ライン

Claims

二次電池と、
前記二次電池からの放電時に導通状態に設定される放電制御用スイッチと、
前記二次電池に対する充電時に導通状態に設定される、前記放電制御用スイッチと直列に接続された充電制御用スイッチと、
前記二次電池の放電ライン上に挿入される放電スイッチと、
前記放電スイッチの導通時に前記二次電池からの放電電流が流れる負荷抵抗器と、
前記放電制御用スイッチが破損しているか否かを判定するための処理時に前記放電スイッチをオンさせると共に前記放電制御用スイッチをオフさせ、前記放電制御用スイッチが正常にオフしていないときに前記放電制御用スイッチが破損していると判定し、前記充電制御用スイッチが破損しているか否かを判定するための処理時に前記充電制御用スイッチをオフさせ、前記充電制御用スイッチが正常にオフしていないときに前記充電制御用スイッチが破損していると判定する保護検出部と、
を有し、
前記保護検出部は、
前記放電制御用スイッチが破損しているか否かを判定するための処理時、前記放電制御用スイッチの両端の電圧を測定し、前記放電制御用スイッチの両端の電位差と前記二次電池の出力電圧とを比較し、前記放電制御用スイッチの両端の電位差が前記二次電池の出力電圧よりも低いとき、前記放電制御用スイッチが破損していると判定する二次電池システム。
二次電池と、
前記二次電池からの放電時に導通状態に設定される放電制御用スイッチと、
前記二次電池に対する充電時に導通状態に設定される、前記放電制御用スイッチと直列に接続された充電制御用スイッチと、
前記二次電池の放電ライン上に挿入される放電スイッチと、
前記放電スイッチの導通時に前記二次電池からの放電電流が流れる負荷抵抗器と、
前記放電制御用スイッチが破損しているか否かを判定するための処理時に前記放電スイッチをオンさせると共に前記放電制御用スイッチをオフさせ、前記放電制御用スイッチが正常にオフしていないときに前記放電制御用スイッチが破損していると判定し、前記充電制御用スイッチが破損しているか否かを判定するための処理時に前記充電制御用スイッチをオフさせ、前記充電制御用スイッチが正常にオフしていないときに前記充電制御用スイッチが破損していると判定する保護検出部と、
を有し、
前記保護検出部は、
前記充電制御用スイッチが破損しているか否かを判定するための処理時、外部から前記充電制御用スイッチを介して所定の充電電圧を印加させ、前記充電制御用スイッチの両端の電圧を測定し、前記充電制御用スイッチの両端の電位差と前記充電電圧とを比較し、前記充電制御用スイッチの両端の電位差が前記充電電圧よりも低いとき、前記充電制御用スイッチが破損していると判定する二次電池システム。
前記放電制御用スイッチまたは前記充電制御用スイッチの少なくともいずれか一方が破損しているとき前記保護検出部の制御により非導通状態に設定される、前記放電制御用スイッチ及び前記充電制御用スイッチと直列に接続される充放電禁止スイッチをさらに有する請求項１または２記載の二次電池システム。
前記充放電禁止スイッチは、
非復帰型のスイッチである請求項３記載の二次電池システム。
前記保護検出部は、
前記放電制御用スイッチが破損しているか否かを判定するための処理時、前記二次電池からの放電電流が流れているか否かを検出し、前記放電電流が流れているとき前記放電制御用スイッチが破損していると判定する請求項１から４のいずれか１項記載の二次電池システム。
前記保護検出部は、
前記充電制御用スイッチが破損しているか否かを判定するための処理時、外部から前記充電制御用スイッチを介して所定の充電電圧を印加させ、前記二次電池に充電電流が流れているか否かを検出し、前記充電電流が流れているとき前記充電制御用スイッチが破損していると判定する請求項１から５のいずれか１項記載の二次電池システム。
前記保護検出部は、
前記放電制御用スイッチまたは前記充電制御用スイッチが破損していると判定したとき、該判定結果を外部へ通知する請求項１から６のいずれか１項記載の二次電池システム。
前記二次電池へ充電電流を供給する充電器が、該充電電流を調整する機能を備えているとき、
前記保護検出部は、
前記充電制御用スイッチが破損しているか否かを判定するための処理時に、前記充電器等に対して前記二次電池に対する通常の充電時よりも少ない充電電流の供給を要求する請求項１から７のいずれか１項記載の二次電池システム。