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JP2018026923A - 蓄電装置および蓄電装置の充電制御方法 - Google Patents

蓄電装置および蓄電装置の充電制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】想定していた充電電圧よりも高い充電電圧で充電された場合でも、不具合を生じさせずに充電を継続できるようにする。
【解決手段】本明細書によって開示される蓄電装置１０は、複数の蓄電素子２１からなる組電池２０と、寄生ダイオード４３Ｄを内蔵し、組電池２０への充電を寄生ダイオード４３Ｄ４４経由に切り替える放電遮断装置４３と、蓄電素子２１のセル電圧および組電池２０の電池電圧を検出する電圧検出回路３１と、電池管理装置３０とを備え、電池管理装置３０のＣＰＵ３３は、複数の蓄電素子２１のうちの少なくとも１つの蓄電素子におけるセル電圧が、満充電電圧よりも高く、過充電電圧よりも低い均等化開始閾値以上となった場合に、放電遮断装置４３によって組電池２０への充電を寄生ダイオード４３Ｄ４４経由に切り替える構成とした。
【選択図】図８

Description

本明細書によって開示される技術は、蓄電装置および蓄電装置の充電制御方法に関する。
例えば、車両のエンジン始動用の蓄電システムとして、特開２０１４−２２５９４２号公報が知られている。この蓄電システムは、鉛蓄電池に替えて、リチウムイオン電池など鉛電池に比べて小型化、軽量化が可能な二次電池を採用している。
特開２０１４−２２５９４２号公報
ところで、この種の蓄電システムは、電池特性の違いから鉛蓄電池の充電電圧は、例えば１４．８［Ｖ］とされているものの、リチウムイオン電池の充電電圧は、例えば１４［Ｖ］とされており、リチウムイオン電池の充電電圧は、鉛蓄電池に比べて充電電圧が低く設定されている。
ところが、蓄電システムの本体の形状および通信コネクタの形状は、鉛蓄電池と同様の形状とされているため、リチウムイオン電池に対して鉛蓄電池用の充電器によって充電する虞があり、定電流定電圧充電式の鉛蓄電池用の充電器によって充電を行うと、電池電圧が許容充電範囲を超えても充電され、過充電状態となってしまう。
本明細書では、想定していた充電電圧よりも高い充電電圧で充電された場合でも、不具合を生じさせずに充電を継続できるようにする技術を開示する。
本明細書によって開示される技術は、蓄電素子と、前記蓄電素子への充電電圧を降下させる電圧降下手段と、前記電圧降下手段と並列に接続され、前記蓄電素子への充電電流を前記電圧降下手段経由に切り替える電流切替手段と、前記蓄電素子の電圧を検出する電圧検出部と、制御部とを備え、前記制御部は、前記蓄電素子の電圧が所定値を超えた場合に、前記電流切替手段によって前記充電電流を前記電圧降下手段経由に切り替える構成とした。
本明細書によって開示される技術によれば、蓄電装置が所定値よりも高い充電電圧で充電され、蓄電素子の電圧が所定値を超えた場合に、電流切替手段によって充電電流の経路が電圧降下手段経由に切り替えられる。そして、電圧降下手段を経由して充電させることで、蓄電素子に対する充電電圧を低下させ、蓄電素子の電圧が高くなることを防ぐことができる。これにより、例えば、蓄電装置が所定値よりも充電電圧が高い充電器によって充電された場合においても、蓄電素子が過充電状態になることを抑制することができ、不具合を生じさせずに充電を継続させることができる。
実施形態１における蓄電装置の斜視図 蓄電装置の分解斜視図 実施形態１における蓄電装置の電気的構成を示すブロック図 放電回路のブロック図 蓄電素子のＳＯＣとセル電圧との関係を示すグラフ 過充電保護処理のフローチャート図 過放電保護処理のフローチャート図 充電制御処理のフローチャート図 定電流定電圧充電における組電池の電池電圧および充電電流の変化を示すグラフ
（本実施形態の概要）
初めに、本明細書によって開示する蓄電装置および蓄電装置の充電制御方法の概要について説明する。
本明細書によって開示される蓄電装置は、蓄電素子と、前記蓄電素子への充電電圧を降下させる電圧降下手段と、前記電圧降下手段と並列に接続され、前記蓄電素子への充電電流を前記電圧降下手段経由に切り替える電流切替手段と、前記蓄電素子の電圧を検出する電圧検出部と、制御部とを備え、前記制御部は、前記蓄電素子の電圧が所定値を超えた場合に、前記電流切替手段によって前記充電電流を前記電圧降下手段経由に切り替える。
また、本明細書によって開示される蓄電装置は、第１の充電器と、前記第１の充電器よりも充電電圧が高い第２の充電器とのいずれの充電器においても充電可能な蓄電装置であって、蓄電素子と、前記蓄電素子への充電電圧を降下させる電圧降下手段と、前記電圧降下手段と並列に接続され、前記蓄電素子への充電電流を前記電圧降下手段経由に切り替える電流切替手段と、前記蓄電素子の電圧を検出する電圧検出部と、制御部とを備え、前記制御部は、前記蓄電素子が前記第2の充電器によって充電され、前記蓄電素子の電圧が所定値を超えた場合に、前記電流切替手段において前記充電電流を前記電圧降下手段経由に切り替える。
また、本明細書によって開示される蓄電装置の充電制御方法は、第１の充電器と、前記第１の充電器よりも充電電圧が高い第２の充電器とのいずれの充電器においても充電可能な蓄電装置の充電制御方法であって、蓄電素子が前記第２の充電器において充電され、蓄電素子の電圧が満充電電圧を超えた場合に、充電電圧を降下させて充電電流を低下させる。
なお、上記において、蓄電素子の電圧とは、蓄電素子が複数の場合には、各蓄電素子の電圧もしくは複数の蓄電素子の総電圧のいずれかを意味するものである。
このような構成によると、蓄電装置が所定値よりも高い充電電圧で充電され、蓄電素子の電圧が所定値を超えた場合に、電流切替手段によって充電電流の経路が電圧降下手段経由に切り替えられる。そして、電圧降下手段を経由して充電させることで、蓄電素子に対する充電電圧を低下させ、蓄電素子の電圧が高くなることを防ぐことができる。これにより、例えば、蓄電装置が所定値よりも充電電圧が高い充電器によって充電された場合においても、蓄電素子が過充電状態になることを抑制することができ、不具合を生じさせずに充電を継続できる。
本明細書により開示される蓄電装置の一実施態様として、前記所定値は、前記蓄電素子の満充電電圧よりも高く、かつ前記蓄電素子の過充電電圧よりも低く設定されており、前記蓄電素子が前記蓄電素子の満充電電圧よりも高い電圧で充電され、前記蓄電素子の電圧が所定値を超えた場合に前記電流切替手段によって前記充電電流を前記電圧降下手段経由に切り替える構成にしてもよい。
このような構成によると、蓄電素子が満充電電圧よりも高い充電電圧で充電され、蓄電素子の電圧が所定値を超えた場合に、電流切替手段によって充電電流の経路が電圧降下手段経由に切り替えられ、電圧降下手段によって充電電圧が降下される。これにより、蓄電素子の満充電電圧値よりも高い電圧で充電された場合に、複数の蓄電素子が過充電状態になることを抑制することができる。
また、本明細書により開示される蓄電装置の一実施態様として、前記所定値は、前記第２の充電器の充電電圧から前記電圧降下手段が電圧降下させる電圧降下分を減算して決定する構成としてもよい。
また、本明細書により開示される蓄電装置の一実施態様として、前記蓄電素子は、直列に複数接続されており、前記電圧検出部は、複数の前記蓄電素子の各電圧をそれぞれ検出可能とされており、前記制御部は、前記電流切替手段によって前記充電電流を前記電圧降下手段経由に切り替えた際に、前記蓄電素子間の充電量のばらつきを均等化する均等化処理を行う構成にしてもよい。
ところで、リチウムイオン電池の種類によっては、満充電付近において電池電圧が急激に上昇する場合があるため、電池間の充電量のばらつきを均等化する均等化処理を行っても均等化処理が間に合わず、電池電圧が閾値を超えることで蓄電システム内の電流遮断装置によって電流が遮断されてしまう虞がある。
ところが、このような構成によると、電圧降下素子を経由して充電させ、蓄電素子の充電電圧を低下させることで充電電流を減少させる。これにより、蓄電素子間の充電量のばらつきを均等化する均等化処理の時間を確保し、蓄電素子の電圧が閾値を超えることを抑制することができる。
また、本明細書により開示される蓄電装置の一実施態様として、前記電流切替手段は、前記電圧降下手段を寄生ダイオードとして内蔵する半導体スイッチである構成としてもよい。
このような構成によると、半導体スイッチの寄生ダイオードを電圧降下手段として用いることができるので、例えば、電流切替手段として有接点リレー（機械式スイッチ）を設け、有接点リレーに並列して電圧降下手段であるダイオードなどを設ける場合に比べて、部品点数を低減すると共に、回路を簡素化することができる。
また、本明細書により開示される蓄電装置の一実施態様として、前記蓄電素子の電流を検出する電流検出部を備え、前記蓄電素子への充電電流を遮断する補助電流遮断手段が接続されており、前記制御部は、前記蓄電素子への充電電流が充電器に設定された電流停止値よりも低下した場合に、前記補助電流遮断手段により前記蓄電素子への充電電流を完全に遮断する構成としてもよい。
このような構成によると、充電器に設定された電流停止値よりも充電電流が低下しているにもかかわらず、充電が継続される場合、充電が完了し、かつ充電器に障害が発生していると見なして蓄電素子への充電電流を完全に遮断し、蓄電装置への充電を完了させることができる。
＜実施形態＞
本明細書で開示される技術を自動車など車両のエンジン始動用の蓄電装置１０に適用した実施形態を図１から図９を参照しつつ説明する。
蓄電装置１０は、図１に示すように、ブロック状の電池ケース１１を有している。電池ケース１１内には、図２に示すように、複数（本実施形態では４つ）の蓄電素子２１を直列に接続してなる組電池２０や制御基板１８などが収容されている。
なお、以下の説明において、図１および図２を参照する場合、上下方向とは、電池ケース１１が設置面に対して傾きなく水平に置かれた時の電池ケース１１の上下方向を基準とし、前後方向とは、電池ケース１１の短辺部分に沿う方向（奥行き方向）を基準として図示左手前側を前側とする。また、左右方向とは、電池ケース１１の長辺部分に沿う方向を基準とし、図示右手前側を右方向として説明する。
電池ケース１１は、合成樹脂製であって、図２に示すように、上方に開口する箱型のケース本体１３と、複数の蓄電素子２１を位置決めする位置決め部材１４と、ケース本体１３の上部に装着される中蓋１５と、中蓋１５の上部に装着される上蓋１６とを備えて構成されている。
ケース本体１３内には、複数の蓄電素子２１が個別に収容される複数のセル室１３Ａが左右方向に並んで設けられている。
蓄電素子２１は、例えばグラファイト系材料の負極活物質と、リン酸鉄リチウムなどのリン酸鉄系の正極活物質を使用したリチウムイオン電池とされており、満充電状態の蓄電素子２１は、例えば、３．５［Ｖ］から３．６［Ｖ］程度となるように構成されており、本実施形態は、３．５［Ｖ］とされている。
位置決め部材１４は、図２に示すように、複数のバスバー１７が上面に配置されている。位置決め部材１４がケース本体１３内に配置された４つの蓄電素子２１の上部に配置されることで、４つの蓄電素子２１が位置決めされると共に複数のバスバー１７によって直列に接続されることで組電池２０が構成されている。
つまり、組電池２０は、複数のバスバー１７によって接続されることで、満充電状態の時には、１４［Ｖ］程度となるように構成されている。
中蓋１５は、図１および図２に示すように、平面視略矩形状をなし、左右方向に高低差を付けた形状とされている。中蓋１５の左右方向両端部には、車両の充電器もしくは商用１００Ｖ電源を用いる外部充電器ＣＨに設けられた図示しないバッテリ端子が接続される一対の外部端子部１２が中蓋１５に埋設された状態で設けられている。一対の外部端子部１２は、例えば、鉛合金等の金属からなり、一対の外部端子部１２のうち、例えば、右側が正極側端子部１２Ｐとされ、左側が負極側端子部１２Ｎとされている。なお、外部充電器ＣＨが、充電器の一例である（図３を参照）。
また、中蓋１５は、図２に示すように、制御基板１８が内部に収容可能とされており、中蓋１５がケース本体１３に装着されることで、組電池２０と制御基板１８とが接続されるようになっている。
つまり、蓄電装置１０の形状は、従来の鉛蓄電池と同様の形状とされている。
次に、蓄電装置１０の電気的構成を説明する。
蓄電装置１０は、図３に示すように、組電池２０と、電池管理装置（以下、「ＢＭＵ」という）（「制御部」の一例）３０と、電流検出抵抗４１と、充電遮断装置４２と、放電遮断装置４３と、放電回路４４とを備えて構成されている。なお、放電遮断装置４３が、「半導体スイッチ」および「電流切替手段」の一例である。
組電池２０と、電流検出抵抗４１と、充電遮断装置４２と、放電遮断装置４３とは、通電路Ｌを介して直列に接続されており、組電池２０の正極側が充電遮断装置４２および放電遮断装置４３を介して正極側端子部１２Ｐに接続され、負極側が電流検出抵抗４１を介して負極側端子部１２Ｎに接続されている。
電流検出抵抗４１は、組電池２０の電流を検出する抵抗器であって、電流検出抵抗４１の両端電圧がＢＭＵ３０に取り込まれることで組電池２０の電流が検出される。
充電遮断装置４２および放電遮断装置４３は、例えばＮチャネルのＦＥＴなどの半導体スイッチであって、それぞれが寄生ダイオード（「電圧降下手段」の一例）４２Ｄ，４３Ｄを有している。充電遮断装置４２および放電遮断装置４３は、図３に示すように、寄生ダイオード４２Ｄ，４３Ｄを経由した通電経路Ｉ２にて通電されると、例えば、０．６［Ｖ］程度の電圧降下が生じるようになっている。また、充電遮断装置４２および放電遮断装置４３は、ドレイン同士が互いに共通接続され、充電遮断装置４２のソースが正極側端子部１２Ｐに接続され、放電遮断装置４３のソースが組電池２０に接続されている。
放電回路４４は、図４に示すように、放電抵抗Ｒと放電スイッチＳＷとを有しており、各蓄電素子２１に対して並列に接続されている。そして、放電スイッチＳＷに対してＣＰＵ３３から指令を与え、放電スイッチＳＷをオンすることで蓄電素子２１を個別に放電することができるようになっている。これにより、蓄電素子２１間の充電量の差を少なくする均等化処理を行うことができるようになっている。
ＢＭＵ３０は、電圧検出回路（「電圧検出部」の一例）３１と、中央処理装置であるＣＰＵ（「制御部」の一例）３３と、メモリ３４とを備えて構成されており、これらは、制御基板１８上に搭載されている。また、ＢＭＵ３０は、通電路Ｌに接続されることで組電池２０から電力の供給を受けている。
電圧検出回路３１は、電圧検出線Ｌ２を介して、各蓄電素子２１の両端にそれぞれ接続されており、ＣＰＵ３３からの指示に応答して、各蓄電素子２１のセル電圧Ｖ１及び組電池２０の電池電圧（複数の蓄電素子２１の総電圧）Ｖ２を測定する。
メモリ３４は、例えばフラッシュメモリやＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性メモリとされている。メモリ３４には、各蓄電素子２１または組電池２０を管理する各種プログラム、各種プログラムの実行に必要なデータ、例えば、蓄電素子２１および組電池２０の過放電検出閾値や過充電検出閾値、放電回路４４の放電抵抗Ｒによって放電可能な時間あたりの放電量などが記憶されている。
ＣＰＵ３３は、電流検出抵抗４１、電圧検出回路３１などの出力から蓄電素子２１の電流、電圧などを監視しており、異常を検出した場合には、充電遮断装置４２および放電遮断装置４３を作動させる過充電保護処理および過放電保護処理を実行することで組電池２０に不具合が生じることを防いでいる。
また、組電池２０における各蓄電素子２１の充電量は、当初はほぼ等しくなっているものの、各蓄電素子２１は、それぞれ自己放電によって減少するため、各蓄電素子２１間において充電量にばらつきが生じる。また、リン酸鉄系のリチウムイオンからなる蓄電素子２１は、図５に示すように、ＳＯＣが９０％以上である充電末期においてＳＯＣの増加に対してセル電圧（ＯＣＶ：開放電圧）Ｖ１が急激に上昇する傾向にある。
したがって、組電池２０の蓄電素子２１間において充電量にばらつきがある状態のまま、組電池２０の充電が継続されると、図５に示すように、充電末期に相対的に充電量の大きい蓄電素子２１が過充電状態となり、蓄電素子２１が劣化してしまう。このため、組電池２０の蓄電素子２１間において充電量にばらつきがある場合には、蓄電素子２１間の充電量を均等化する均等化処理を過充電保護処理内において実行する。
以下に、過充電保護処理について、図６を参照しつつ説明し、続けて均等化処理について説明する。
電池保護処理では、ＣＰＵ３３は、まず、電圧検出回路３１において、各蓄電素子２１のセル電圧Ｖ１および組電池２０の電池電圧Ｖ２を検出する（Ｓ１１）。
次に、ＣＰＵ３３は、セル電圧Ｖ１とメモリ３４に記憶された均等化開始閾値とを比較し（Ｓ１２）、全てのセル電圧Ｖ１が均等化開始閾値未満の場合（Ｓ１２：ＮＯ）、ＣＰＵ３３は、後述する過放電保護処理を実行する。
一方、セル電圧Ｖ１の少なくとも１つが均等化開始閾値以上の場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３３は、均等化開始閾値以上のセル電圧Ｖ１とメモリ３４に記憶されたセル過充電検出閾値とを比較する（Ｓ１３）。セル電圧Ｖ１がセル過充電検出閾値以上の場合（Ｓ１３：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３３は、蓄電素子２１が過充電状態に至る虞があるとして、充電遮断装置４２の電流を遮断する遮断切替指令を送信する。これにより、充電遮断装置４２において組電池２０と正極側端子部１２Ｐとの間の通電が遮断され、蓄電素子２１が過充電状態に至ることが抑制される（Ｓ１４）。
一方、セル電圧Ｖ１がセル過充電検出閾値未満の場合（Ｓ１３：ＮＯ）、ＣＰＵ３３は、電池電圧Ｖ２とメモリ３４に記憶された電池過充電検出閾値とを比較する（Ｓ１５）。電池電圧Ｖ２が電池過充電検出閾値未満の場合（Ｓ１５：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３３は、セル電圧Ｖ１が均等化開始閾値以上である蓄電素子２１の充電量が、他の蓄電素子２１の充電量に比べて相対的に大きいと判断し、後述する均等化処理（Ｓ１６）を実行する。そして、各蓄電素子２１間の充電量がほぼ等しくなったところで、Ｓ１２に戻る。
一方、セル電圧Ｖ１の少なくとも１つが均等化開始閾値以上であって、電池電圧Ｖ２が電池過充電検出閾値以上である場合（Ｓ１５：ＮＯ）、ＣＰＵ３３は、組電池２０が過充電状態に至る虞があるとして、充電遮断装置４２の電流を遮断する遮断切替指令を送信する。これにより、充電遮断装置４２において外部端子部１２と組電池２０との間の通電が遮断され、組電池２０が過充電状態に至ることが抑制される（Ｓ１４）。
なお、セル過充電検出閾値とは、蓄電素子２１が過充電に至ることを検出する為の基準電圧値であって、例えば、４．０［Ｖ］に設定されており、均等化開始閾値とは、均等化処理を開始するための基準電圧値であって、蓄電素子２１の満充電電圧よりも低く、例えば、３．４５［Ｖ］）に設定されている。また、電池過充電検出閾値とは、蓄電素子２１が過充電に至ることを検出する為の基準電圧値であって、例えば、１４．５［Ｖ］に設定されている。
次に、均等化処理について説明する。
均等化処理では、ＣＰＵ３３は、放電回路４４を動作させて均等化開始閾値以上と判断された蓄電素子２１を放電させ、各蓄電素子２１間における充電量の差を小さくすることで、蓄電素子２１間の充電量を均等化する（Ｓ１６）。
具体的には、ＣＰＵ３３は、各蓄電素子２１間の充電量の差と、予めメモリ３４に記憶された放電抵抗Ｒの時間あたりの放電量に基づいて、蓄電素子２１の放電時間を算出する。そして、セル電圧Ｖ１が均等化開始閾値以上の蓄電素子２１に対応する放電スイッチＳＷを放電時間だけオンし、蓄電素子２１を放電させることで、蓄電素子２１間の充電量を均等化する。
次に、過放電保護処理について図７を参照しつつ説明する。
過放電保護処理では、ＣＰＵ３３は、まず、各セル電圧Ｖ１および電池電圧Ｖ２と、メモリ３４に記憶されたセル過放電検出閾値および電池過放電検出閾値とを比較する（Ｓ２１）。
なお、セル過放電検出閾値は、蓄電素子２１の１つが過放電状態になった時の電圧値よりもやや大きい値であり、電池過放電検出閾値は、組電池２０が過放電状態になったときの電圧値よりもやや大きい値である。
そして、ＣＰＵ３３は、セル電圧Ｖ１の少なくとも１つがセル過放電検出閾値以下、もしくは、電池電圧Ｖ２が電池過放電検出閾値以下の場合（Ｓ２１：ＹＥＳ）、組電池２０もしくは蓄電素子２１のいずれかが過放電状態に至る虞があるとして、放電遮断装置４３に遮断切替指令を送信する。これにより、放電遮断装置４３において組電池２０と正極側端子部１２Ｐとの間の通電が遮断され、組電池２０が過放電状態に至ることが抑制される（Ｓ２２）。
一方、ＣＰＵ３３は、全てのセル電圧Ｖ１がセル過放電検出閾値よりも大きく、かつ、電池電圧Ｖ２が電池過放電検出閾値よりも大きい場合（Ｓ２１：ＮＯ）、過放電保護処理を終了する。
そして、この過充電保護処理および過放電保護処理を、常時或いは定期的に、繰り返すことで、組電池２０が過充電状態または過放電状態になることを防いでいる。
ところで、本実施形態の蓄電装置１０は、従来の鉛蓄電池と同様の形状とされているため、リチウムイオン電池用の定電流定電圧式の外部充電器（「第１の充電器」の一例）によって充電可能であることは勿論のこと、誤って鉛蓄電池用の１２Ｖもしくは２４Ｖ用の定電流定電圧式の外部充電器（「第２の充電器」の一例）によって充電される虞がある。また、一般に、リチウムイオン電池用の外部充電器の充電電圧は、１４［Ｖ］であるのに対し、鉛蓄電池用の外部充電器の充電電圧は、１４．８［Ｖ］となっている。したがって、誤って鉛蓄電池用の外部充電器によって定電流定電圧充電が行われた場合には、蓄電素子２１のＳＯＣが９０％以上である充電末期においてセル電圧Ｖ１が急激に上昇する。このため、均等化処理を行っても均等化処理が間に合わず、蓄電素子２１のセル電圧Ｖ１がセル過充電検出閾値を超えることで通電路Ｌが充電遮断装置４２によって遮断されてしまうことが懸念される。
具体的には、例えば、均等化開始閾値が３．４５［Ｖ］、セル過充電検出閾値が４［Ｖ］、鉛蓄電池用の充電器が定電流充電から定電圧充電に切り替わる電圧が１４．８［Ｖ］の場合、１４．８［Ｖ］の充電電圧を、１つの蓄電素子２１あたりの充電電圧に換算すると、各蓄電素子２１に対する充電電圧は３．７［Ｖ］となる。
したがって、蓄電素子２１間にばらつきがあると、蓄電素子２１におけるＳＯＣの充電末期において充電量が大きい蓄電素子２１のセル電圧Ｖ１が急激に上昇する。すると、均等化処理を行っても均等化処理が間に合わず、蓄電素子２１のセル電圧Ｖ１がセル過充電検出閾値である４［Ｖ］を超えてしまい、通電路Ｌが充電遮断装置４２によって遮断されてしまうことが懸念される。また、蓄電素子２１間にばらつきがなかったとしても、組電池２０の電池電圧Ｖ２が電池過充電検出閾値である１４．５［Ｖ］を超えてしまう虞がある。
そこで、本実施形態では、図８に示すように、ＣＰＵ３３による充電制御処理を行う。
充電制御処理では、外部充電器ＣＨが一対の外部端子部１２に接続され、充電が開始されると、図８に示すように、ＣＰＵ３３は、まず、電圧検出回路３１において、各蓄電素子２１のセル電圧Ｖ１および組電池２０の電池電圧Ｖ２を検出する（Ｓ３１）。
次に、ＣＰＵ３３は、セル電圧Ｖ１とメモリ３４に記憶されたセル用経路切替閾値とを比較する（Ｓ３２）。ここで、セル用経路切替閾値とは、電流経路を切り替え、蓄電素子２１に対する充電電圧を低下させるための閾値であって、蓄電素子１２の満充電電圧よりも高く、かつ蓄電素子１２が過充電状態となるセル過充電検出閾値よりも低い値に設定されている。
そして、いずれかの蓄電素子２１におけるセル電圧Ｖ１がセル用経路切替閾値以上の場合（Ｓ３２：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３３は、放電遮断装置４３に遮断切替指令を送信する。これにより、放電遮断装置４３におけるドレインとソースの間の電流が遮断され、図３に示すように、通電経路が、寄生ダイオード４３Ｄを経由した通電経路Ｉ２に切り替えられることで、蓄電素子２１に対する充電電圧を低下させる（Ｓ３４）。
つまり、いずれかの蓄電素子２１におけるセル電圧Ｖ１がセル用経路切替閾値以上の場合、蓄電素子２１を寄生ダイオード４２Ｄ経由で充電させ、蓄電素子２１に対する充電電圧を低下させることができるから、充電電流が大幅に減少し、蓄電素子２１のセル電圧Ｖ１がセル過充電検出閾値に到達するまでの時間を遅延させることができる。なお、蓄電素子２１のセル電圧Ｖ１がセル用経路切替閾値に至る過程おいて、セル電圧Ｖ１が均等化開始閾値以上となり、過充電保護処理のＳ１６において均等化処理（Ｓ１６）が実行される。
一方、いずれの蓄電素子２１におけるセル電圧Ｖ１もセル用経路切替閾値未満の場合（Ｓ３２：ＮＯ）、ＣＰＵ３３は、組電池２０の電池電圧Ｖ２とメモリ３４に記憶された電池用経路切替閾値とを比較する。ここで、電池経路切替閾値とは、セル用経路切替閾値と同様、電流経路を切り替えて蓄電素子２１に対する充電電圧を低下させるための閾値であって、蓄電素子１２の満充電電圧の合計である組電池２０の満充電電圧値以上で、かつ複数の蓄電素子１２の総電圧（組電池２０の電池電圧Ｖ２）が過充電状態となる電池過充電検出閾値よりも低い値に設定されている。
そして、ＣＰＵ３３は、電池電圧Ｖ２が電池用経路切替閾値未満の場合（Ｓ３５：ＮＯ）にはＳ３１に戻り、電池電圧Ｖ２が電池用経路切替閾値以上の場合（Ｓ３５：ＹＥＳ）、放電遮断装置４３に遮断切替指令を送信する。これにより、放電遮断装置４３におけるドレインとソースの間の電流が遮断され、通電経路が寄生ダイオード４３Ｄを経由した通電経路Ｉ２に切り替えられることで、蓄電素子２１に対する充電電圧を低下させる（Ｓ３４）。
つまり、いずれの蓄電素子２１におけるセル電圧Ｖ１もセル用経路切替閾値未満であっても、組電池２０の電池電圧Ｖ２が電池経路切替閾値以上である場合、蓄電素子２１および組電池２０を寄生ダイオード４２Ｄ経由で充電させ組電池２０に対する充電電圧を低下させることで充電電圧を低下させることができるから、組電池２０が過充電状態になることを防ぎつつ、充電を継続させることができる。
具体的には、例えば、図９は、定電流定電圧充電における組電池２０の電池電圧Ｖ２および充電電流の変化を示している。ここで、定電流充電から定電圧充電に切り替わる電圧が１４．８［Ｖ］の定電流定電圧式の鉛蓄電池用の外部充電器の場合（充電器出力電圧は、１４．８［Ｖ］）、蓄電素子１０の電池電圧充電閾値は、充電電圧から寄生ダイオード４３Ｄによって電圧降下させる電圧降下分（０．６［Ｖ］）を減算して１４．２［Ｖ］と設定する。
つまり、電池経路切替閾値は、蓄電素子１２の満充電電圧３．５［Ｖ］の合計である組電池２０の満充電電圧値１４［Ｖ］よりも高く、かつ複数の蓄電素子１２の総電圧（組電池２０の電池電圧Ｖ２）が過充電状態となる電池過充電検出閾値１４．５［Ｖ］よりも低い値、例えば、１４．２［Ｖ］に設定されている。また、セル経路切替閾値は、蓄電素子１２の満充電電圧３．５［Ｖ］よりも高く、かつ蓄電素子１２が過充電状態となる電池過充電検出閾値４．０［Ｖ］よりも低い値、例えば、３．６［Ｖ］に設定されている。
このような条件において、鉛蓄電池用の外部充電器ＣＨが一対の外部端子部１２に接続され、図３に示す通電経路Ｉ１にて定電流充電が開始されると、図９に示すように、電池電圧Ｖ２が上昇し始める。また、ＣＰＵ３３は、定電流充電が開始されると、電圧検出回路３１により各蓄電素子２１のセル電圧Ｖ１および組電池２０の電池電圧Ｖ２を検出する。
なお、外部充電器ＣＨによる充電開始の判断は、例えば、ＣＰＵ３３が電圧検出回路３１による外部端子部１２の電圧検出や電流検出抵抗４１の出力による充電電流の検出により行われる。
そして、いずれかの蓄電素子２１におけるセル電圧Ｖ１がセル用経路切替閾値（３．６［Ｖ］）以上である場合、もしくは、いずれの蓄電素子２１におけるセル電圧Ｖ１もセル用経路切替閾値（３．６［Ｖ］）未満であって、組電池２０の電池電圧Ｖ２が電池経路切替閾値（１４．２［Ｖ］））以上である場合、ＣＰＵ３３は放電遮断装置４３のドレインとソースの間の電流を遮断して、図３に示すように、寄生ダイオード４３Ｄを経由した通電経路Ｉ２の充電に切り替える。すると、図９に示すように、組電池２０に対する充電電圧が寄生ダイオード４２Ｄによって０．６［Ｖ］程度低下し、組電池２０は、組電池２０に適合した１４．２［Ｖ］（蓄電素子２１あたり３．５５［Ｖ］）程度の充電電圧によって充電される。なお、外部充電器ＣＨは、図９に示すように、組電池２０の電池電圧が１４．８［Ｖ］に達したと見なして、定電流充電を定電圧充電に切り替える。
つまり、いずれかの蓄電素子２１におけるセル電圧Ｖ１がセル用経路切替閾値以上である場合、蓄電素子２１および組電池２０を寄生ダイオード４２Ｄ経由で充電させ、蓄電素子２１および組電池２０に対する充電電圧を低下させることで充電電流を大幅に減少させることができるから、蓄電素子２１のセル電圧Ｖ１が、セル過充電検出閾値に到達するまでの時間を遅延させることができる。
これにより、例えば、蓄電装置１０が想定した充電電圧よりも高い電圧の外部充電器ＣＨによって充電された場合においても、蓄電素子２１間の充電量のばらつきを均等化する均等化処理の時間を確保することができ、均等化処理が間に合わず、蓄電素子２１のセル電圧Ｖ１がセル過充電検出閾値を超えることで、充電遮断装置４２において外部充電器ＣＨから組電池２０への通電が遮断されてしまうことを抑制することができる。ひいては、蓄電装置１０の充電を継続させることができる。
また、いずれの蓄電素子２１におけるセル電圧Ｖ１もセル用経路切替閾値未満であっても、組電池２０の電池電圧Ｖ２が電池経路切替閾値以上である場合、蓄電素子２１および組電池２０を寄生ダイオード４２Ｄ経由で充電させ組電池２０に対する充電電圧を低下させることで充電電圧を低下させることができるから、組電池２０が過充電状態になることを防ぎつつ、充電を継続させることができる。
次に、外部充電器ＣＨの充電が定電流充電から定電圧充電に切り替わった後に、ＣＰＵ３３は、充電電流Ｉと、メモリ３４に記憶された過充電電流閾値とを比較する(Ｓ３５)。そして、充電電流Ｉが過充電電流閾値を超えている場合（Ｓ３５：ＮＯ）、充電制御処理を終了する。なお、過充電電流閾値とは、外部充電器ＣＨが、蓄電装置１０が満充電に至ったと判断する停止電流値よりも小さい値とされている。
一方、充電電流Ｉが過充電電流閾値以下に至った場合（Ｓ３５：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３３は、充電遮断装置４２の電流を遮断する遮断切替指令を送信し、充電遮断装置４２において外部充電器ＣＨから組電池２０への通電を遮断することで、組電池２０が過充電状態に至ることを防止する（Ｓ３６）。
つまり、充電電流Ｉが外部充電器ＣＨに設定された停止電流値よりも低下しているにもかかわらず、充電が継続される場合、外部充電器ＣＨに障害が発生していると見なして蓄電素子２１への充電電流を完全に遮断し、蓄電装置１０への充電を完了させる。
そして、この充電制御処理を、常時或いは定期的に、繰り返すことで、蓄電素子２１および組電池２０が過充電状態になることを防いでいる。
なお、本実施形態では、蓄電装置１０が鉛蓄電池用の外部充電器ＣＨに接続されて充電された場合について説明した。しかしながら、これに限らず、蓄電装置１０が車両に搭載された鉛蓄電池用のオルターネータなどの車両充電器によって充電された場合においても、充電制御処理によって蓄電素子２１や組電池２０が過充電状態になることを防ぐことができる。
以上のように、本実施形態によると、蓄電装置１０を外部充電器ＣＨによって充電する場合に、誤って鉛蓄電池用の１２Ｖもしくは２４Ｖ用の定電流定電圧式の外部充電器ＣＨによって充電した場合においても、蓄電素子２１のいずれかのセル電圧Ｖ１がセル用経路切替閾値以上、もしくは組電池２０の電池電圧Ｖ２が電池用経路切替閾値以上になった場合に、放電遮断装置４３のソースとドレイン間の通電を遮断する。そして、充電経路を寄生ダイオード４３Ｄ経由に切り替えることで、蓄電素子２１および組電池２０に対する充電電圧を低下させ、充電電流を大幅に減少させる。これにより、蓄電素子２１間の充電量にばらつきがあったとしても、蓄電素子２１間の充電量を均等化する均等化処理の時間を確保し、蓄電素子２１のセル電圧Ｖ１がセル過充電検出閾値を超えることを抑制することができる。
つまり、鉛蓄電池用の定電流定電圧式の外部充電器ＣＨであったとしても、組電池２０が過充電状態になることを防ぎつつ、蓄電装置１０の充電を継続させることができる。ひいては、外部充電器ＣＨの出力が遮断されることなく蓄電装置１０の充電を正常に終了させることができるから、蓄電装置１０が突然電流を遮断するなど想定外の動作をすることに起因して外部充電器ＣＨに不具合が生じることを抑制することができる。
ところで、例えば、放電遮断装置４３の代替手段として、通電路Ｌに有接点リレー（機械式スイッチ）を設けると共に、有接点リレーに並列して電圧を降下させるダイオードを設け、充電経路をダイオード経由にする方法も考えられる。
しかしながら、有接点リレーとダイオードとを設け、充電経路をダイオード経由にする場合、有接点リレーとダイオードとを個別に設ける必要があるため、制御基板の部品点数が増加してしまう。
ところが、本実施形態によると、放電遮断装置（ＦＥＴ）４３に内蔵された寄生ダイオード４３Ｄを用いて充電電圧を降下させることができるから、例えば、有接点リレーとダイオードとを制御基板に個別に設ける場合に比べて、制御基板１８の部品点数を低減すると共に、制御回路を簡素化することができる。
また、本実施形態によると、外部充電器ＣＨによる充電電流Ｉが、蓄電装置１０が満充電に至ったと判断する停止電流値よりも低い過充電電流閾値以下に至った場合に、充電遮断装置４２において通電を遮断できるから、充電が完了しているにもかかわらず、外部充電器ＣＨに障害が発生し、充電が継続される場合には、蓄電素子２１への充電電流を完全に遮断し、蓄電装置１０への充電を完了させることができる。
＜他の実施形態＞
本明細書で開示される技術は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような種々の態様も含まれる。
（１）上記実施形態では、通電路Ｌに充電遮断装置４２を接続した構成にした。しかしながら、これに限らず、例えば、充電器側に過充電防止機構を設けることで、通電路Ｌに充電遮断装置を接続しない構成にしてもよい。
（２）上記実施形態では、通電制御手段を、寄生ダイオード４３Ｄを内蔵するＦＥＴからなる放電遮断装置４３によって構成した。しかしながら、これに限らず、有接点リレーと、有接点リレーに並列して電圧を降下させるダイオードとによって通電制御手段を構成してもよい。
２１：蓄電素子
３０：電池管理装置（「制御部」の一例）
３１：電圧検出回路（「電圧検出部」の一例）
３３：ＣＰＵ（「制御部」の一例）
４３：放電遮断装置（「半導体スイッチ」および「電流切替手段」の一例）
４３Ｄ：寄生ダイオード（「電圧降下手段」の一例）
ＣＨ：外部充電器（「充電器」の一例）

Claims (9)

  1. 蓄電素子と、
    前記蓄電素子への充電電圧を降下させる電圧降下手段と、
    前記電圧降下手段と並列に接続され、前記蓄電素子への充電電流を前記電圧降下手段経由に切り替える電流切替手段と、
    前記蓄電素子の電圧を検出する電圧検出部と、
    制御部とを備え、
    前記制御部は、前記蓄電素子の電圧が所定値を超えた場合に、前記電流切替手段によって前記充電電流を前記電圧降下手段経由に切り替える蓄電装置。
  2. 前記所定値は、前記蓄電素子の満充電電圧よりも高く、かつ前記蓄電素子の過充電電圧よりも低く設定されており、
    前記蓄電素子が前記蓄電素子の満充電電圧よりも高い電圧で充電され、前記蓄電素子の電圧が所定値を超えた場合に前記電流切替手段によって前記充電電流を前記電圧降下手段経由に切り替える請求項１に記載の蓄電装置。
  3. 第１の充電器と、前記第１の充電器よりも充電電圧が高い第２の充電器とのいずれの充電器においても充電可能な蓄電装置であって、
    蓄電素子と、
    前記蓄電素子への充電電圧を降下させる電圧降下手段と、
    前記電圧降下手段と並列に接続され、前記蓄電素子への充電電流を前記電圧降下手段経由に切り替える電流切替手段と、
    前記蓄電素子の電圧を検出する電圧検出部と、
    制御部とを備え、
    前記制御部は、前記蓄電素子が前記第２の充電器によって充電され、前記蓄電素子の電圧が所定値を超えた場合に、前記電流切替手段において前記充電電流を前記電圧降下手段経由に切り替える蓄電装置。
  4. 前記所定値は、前記第２の充電器の充電電圧から前記電圧降下手段が電圧降下させる電圧降下分を減算して決定する請求項３に記載の蓄電装置。
  5. 前記蓄電素子は、直列に複数接続されており、
    前記電圧検出部は、複数の前記蓄電素子の各電圧をそれぞれ検出可能とされており、
    前記制御部は、前記電流切替手段によって前記充電電流を前記電圧降下手段経由に切り替えた際に、前記蓄電素子間の充電量のばらつきを均等化する均等化処理を行う請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の蓄電装置。
  6. 前記電流切替手段は、前記電圧降下手段を寄生ダイオードとして内蔵する半導体スイッチである請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の蓄電装置。
  7. 前記蓄電素子の電流を検出する電流検出部を備え、
    前記蓄電素子への充電電流を遮断する補助電流遮断手段が接続されており、
    前記制御部は、前記蓄電素子への充電電流が充電器に設定された電流停止値よりも低下した場合に、前記補助電流遮断手段により前記蓄電素子への充電電流を完全に遮断する請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の蓄電装置。
  8. 前記蓄電素子は、リン酸鉄系のリチウムイオン電池であって、
    前記蓄電素子が鉛蓄電池用の充電器によって充電され、前記蓄電素子の電圧が所定値を超えた場合に前記電圧降下手段によって充電電圧を降下させる請求項１に記載の蓄電装置。
  9. 第１の充電器と、前記第１の充電器よりも充電電圧が高い第２の充電器とのいずれの充電器においても充電可能な蓄電装置の充電制御方法であって、
    蓄電素子が前記第２の充電器において充電され、蓄電素子の電圧が満充電電圧を超えた場合に、充電電圧を降下させて充電電流を低下させる蓄電装置の充電制御方法。
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