JP2019134628A - 管理装置、蓄電装置、蓄電素子の管理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電源喪失に至った原因を判別して、外部短絡時は保護動作を実行し、エンジン始動時は保護動作を実行しないことより、蓄電素子の安全性を高めつつ、使用性を維持する。【解決手段】エンジン始動用の蓄電素子３０の管理装置５０であって、前記蓄電素子３０を管理する処理部５１を少なくとも含み、前記蓄電素子３０の電圧低下により前記蓄電素子３０の管理装置５０が電源喪失に至った場合、前記処理部５１は、電源喪失に至った原因が、前記蓄電素子３０の外部端子間が短絡する外部短絡又はエンジン始動のいずれであるかを判別し、外部短絡である場合、前記外部短絡の発生に応じた応答動作を実行し、エンジン始動である場合、前記応答動作を実行しない。【選択図】図５

Description

本発明は、蓄電素子を管理する技術に関する。

車両に搭載されるバッテリは、蓄電素子の状態を管理するため、管理装置を備えている。下記特許文献１において、管理装置は蓄電素子を電源としている。

特開２０１７−２００２７２号公報

エンジン始動用のバッテリは、交換頻度が高く、車両への取付作業時や交換作業時などに、作業者の不注意で外部端子間を短絡する場合がある。外部短絡が発生すると、大電流が流れて蓄電素子の電圧が低下することから、管理装置は電源を喪失する場合がある。電源を喪失すると、管理装置は蓄電素子の状態を監視することが出来ないので、外部短絡が解消して、電源が復旧した時に、外部短絡の発生に応じた応答動作を行うことが望ましい。応答動作には、例えば、蓄電素子の保護動作や、異常を報知する報知動作などが含まれる。ところが、クランキング電流は大電流であることから、エンジン始動用のバッテリは、外部短絡時だけでなく、エンジン始動時にも、蓄電素子の電圧が低下し、管理装置が電源を喪失する状態になる場合がある。エンジン始動による電源喪失時に、応答動作を行うと、使用性が低下するという問題がある。

本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、電源喪失に至った原因を判別して、外部短絡時は、外部短絡の発生に応じた応答動作を実行し、エンジン始動時は応答動作を実行しないようにすることにより、蓄電素子の安全性を高めつつ、使用性を維持することを目的とする。

エンジン始動用の蓄電素子の管理装置であって、前記蓄電素子を管理する処理部を少なくとも含み、前記蓄電素子の電圧低下により前記蓄電素子の管理装置が電源喪失に至った場合、前記処理部は、電源喪失に至った原因が、前記蓄電素子の外部端子間が短絡する外部短絡又はエンジン始動のいずれであるかを判別し、外部短絡である場合、外部短絡の発生に応じた応答動作を実行し、エンジン始動である場合、前記応答動作を実行しない。

本構成では、電源喪失に至った原因を判別して、外部短絡時は応答動作を実行し、エンジン始動時は応答動作を実行しないことにより、蓄電素子の安全性を高めつつ、使用性を維持することが出来る。

実施形態１に適用された自動車の側面図 バッテリの斜視図 バッテリの分解斜視図 バッテリの電気的構成を示すブロック図 電源喪失から応答動作が実行されるまでの流れを示すフローチャート エンジン始動時と外部短絡時における組電池の総電圧の変化を示すグラフ 実施形態２に適用されたバッテリの電気的構成を示すブロック図 車両と管理装置との間で行われる通信内容を示す図 実施形態３に適用されたバッテリの電気的構成を示すブロック図 電源喪失後における、タイマ回路の出力電圧の変化を示すグラフ 電源喪失後の原因を判別する処理の流れを示すフローチャート 電源喪失時間を示す図 実施形態６において、エンジン始動可能領域、エンジン始動不可領域、外部短絡による電源喪失の発生範囲を示す図、エンジン始動による電源喪失の発生領域を示す図 電源喪失時間を示す図 バッテリの他の電気的構成を示すブロック図

エンジン始動用の蓄電素子の管理装置であって、前記蓄電素子を管理する処理部を少なくとも含み、前記蓄電素子の電圧低下により前記蓄電素子の管理装置が電源喪失に至った場合、前記処理部は、電源喪失に至った原因が、前記蓄電素子の外部端子間が短絡する外部短絡又はエンジン始動のいずれであるかを判別し、外部短絡である場合、前記外部短絡の発生に応じた応答動作を実行し、エンジン始動である場合、前記応答動作を実行しない。

本構成では、電源喪失に至った原因が、外部短絡の場合、外部短絡の発生に応じた応答動作を実行し、エンジン始動の場合、前記応答動作を実行しない。このようにすることで、蓄電素子の安全性を高めつつ、使用性を維持することが出来る。

前記処理部は、電源復旧後、車両に搭載された電子制御ユニットとの通信の再開の可否に基づいて、電源喪失に至った原因が外部短絡又はエンジン始動のいずれであるかを判別する、ことが好ましい。

前記処理部は、電源喪失に至った場合、補助電源から電力の供給を受けて、電源喪失時を含む前後の一定期間に車両に搭載された電子制御ユニットとの間で行われた通信記録又は前記一定期間の前記蓄電素子の計測データを不揮発性のメモリに記憶し、電源復旧後、前記メモリに記憶した前記電子制御ユニットとの通信記録又は前記蓄電素子の計測データに基づいて、電源喪失の原因が外部短絡又はエンジン始動のいずれであるかを判別する、ことが好ましい。計測データは、蓄電素子の電流又は電圧のうち、少なくともいずれか一方を含むことが好ましい。

外部短絡は、車両に対する蓄電装置の取付作業時や交換作業時に起きる。蓄電装置の取付作業や交換作業は、通信線を外した状態で行われる。そのため、外部短絡は、車両との通信が不能な状態で起きる。一方、エンジン始動時、蓄電装置は車両に搭載されており、通信線は接続されていることから、電源が維持されていれば、管理装置は、車両との通信が可能である。そのため、電源復旧時や電源喪失時における、管理装置と電子制御ユニットの通信に基づいて、電源喪失に至った原因が「外部短絡」又は「エンジン始動」のいずれであるかを判別することが出来る。また、電源喪失に至った原因の相違により、電源喪失時の蓄電素子の電圧や電流などの計測データに違いが生じるので、計測データに基づいて判別することも可能である。

前記処理部は、前記管理装置が電源を喪失している電源喪失時間に基づいて、電源喪失に至った原因が外部短絡又はエンジン始動のいずれであるかを判別する、ことが好ましい。電源喪失に至った原因が「エンジン始動」の場合、電源喪失時間は、約数百ｍｓｅｃ程度の短時間である。一方、「外部短絡」の場合、電源喪失時間は数ｓｅｃ以上であり、「エンジン始動」の場合よりも十分に長い時間である。以上のことから、電源喪失時間に基づいて、電源喪失の原因が「外部短絡」又は「エンジン始動」のいずれであるかを判別することが出来る。

前記処理部は、電源復旧後の前記蓄電素子の計測データに基づいて、電源喪失に至った原因が、外部短絡又はエンジン始動のいずれであるかを判別する、ことが好ましい。計測データは、蓄電素子の電流又は電圧のうち、少なくともいずれか一方を含むことが好ましい。エンジン始動時、蓄電素子からセルモータに突入電流がまず流れ、その後、クランクシャフトが１回転するごとに乗り越し電流が流れる。乗り越し電流はクランクシャフトが回転する度に小さくなる。そのため、蓄電素子の電圧波形は、突入電流により、電圧が瞬時に大きく低下した後、電圧降下量が段階的に小さく減衰してゆく波形となる。一方、外部短絡の場合、発生から解消までの間、一定の短絡電流が流れることから、蓄電素子の電圧波形は矩形状である。このように、「エンジン始動時」と「外部短絡時」では、電圧波形が異なり、同様の理由から電流波形も異なる。そのため、電源復旧後における、蓄電素子の電圧や電流などの計測データに基づいて、電源喪失に至った原因が「外部短絡」又は「エンジン始動」のいずれであるかを判別することが出来る。

前記処理部は、エンジン始動により電源喪失の発生が予想される第１領域は、前記蓄電素子のＳＯＣ又は温度のうち、少なくともいずれか一方により規定され、前記処理部は、前記第１領域に前記蓄電素子が含まれている場合、前記蓄電素子の電流を遮断する、ことが好ましい。第１領域で電流を遮断することで、エンジン始動による電源喪失の可能性はほぼなくなる。そのため、第１領域以外で管理装置の電源喪失が起きた場合、その原因はエンジン始動以外、すなわち「外部短絡」であると判別できる。

前記応答動作は、前記蓄電素子の保護動作又は異常を報知する報知動作を含む、とよい。保護動作により蓄電素子の保護を図ることが出来、報知動作により、異常を外部に報知することが出来る。

＜実施形態１＞
１．バッテリの説明
図１は自動車の側面図、図２はバッテリの斜視図、図３はバッテリの分解斜視図、図４はバッテリの電気的構成を示すブロック図である。尚、図１では、自動車１とバッテリ２０Ａのみ図示し、自動車を構成する他の部品は省略している。バッテリ２０Ａ〜２０Ｄは、本発明の「蓄電装置」の一例である。

自動車（車両の一例）１は、図１に示すように、蓄電装置であるバッテリ２０Ａを備えている。バッテリ２０Ａは、図２に示すように、ブロック状の電池ケース２１を有しており、電池ケース２１内には、複数の二次電池３１からなる組電池３０や、回路基板２８が収容されている。以下の説明において、図２および図３を参照する場合、電池ケース２１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２１の上下方向とし、電池ケース２１の長辺方向に沿う方向を幅方向（Ｘ方向）とする。

電池ケース２１は、図３に示すように、上方に開口する箱型のケース本体２３と、複数の二次電池３１を位置決めする位置決め部材２４と、ケース本体２３の上部に装着される中蓋２５と、中蓋２５の上部に装着される上蓋２６とを備えて構成されている。ケース本体２３内には、各二次電池３１が個別に収容される複数のセル室２３ＡがＸ方向に並んで設けられている。

位置決め部材２４は、図３に示すように、複数のバスバー２７が上面に配置されており、位置決め部材２４がケース本体２３内に配置された複数の二次電池３１の上部に配置されることで、複数の二次電池３１が、位置決めされると共に複数のバスバー２７によって直列に接続されるようになっている。

中蓋２５は、図３に示すように平面視略矩形状であり、Ｘ方向両端部には、一対の外部端子２２Ｐ、２２Ｎが設けられている。一対の外部端子２２Ｐ、２２Ｎは、例えば鉛合金等の金属からなり、２２Ｐが正極側、２２Ｎが負極側ある。

図３に示すように、中蓋２５の上面には回路基板２８が配置されており、その上方を上蓋２６によって閉じている。

図４を参照して、バッテリ２０Ａの電気的構成を説明する。バッテリ２０Ａは、組電池３０と、電流遮断装置４１と、ヒューズ４３と、温度センサ４４と、シャント抵抗４５と、管理装置５０とを含む。

組電池３０は、直列接続された複数の二次電池３１から構成されている。電流遮断装置４１、ヒューズ４３、組電池３０及びシャント抵抗４５は、通電路３５Ｐ、３５Ｎを介して、直列に接続されている。電流遮断装置４１、ヒューズ４３を正極側、シャント抵抗４５を負極側に配置しており、電流遮断装置４１は通電路３５Ｐを介して正極側端子部２２Ｐに接続され、シャント抵抗４５は通電路３５Ｎを介して負極側端子部２２Ｎに接続されている。

電流遮断装置４１及びヒューズ４３は回路基板２８上に配置されている。電流遮断装置４１は、リレーやＦＥＴなどの半導体スイッチであり、二次電池３１の通電路３５を開放することで、電流を遮断できる。ヒューズ４３は、制限値を超える電流が規定時間流れると溶断し、電流を遮断する。温度センサ４４は組電池３０の温度を検出する。温度センサ４４は信号線を介して処理部５１に接続されており、組電池３０の温度データは処理部に入力されるようになっている。

管理装置５０は、回路基板２８上に配置されている。管理装置５０は、処理部５１と、電圧計測部５５と、電流計測部５７と、通信部５９と、リセット回路６１、表示部６３を含む。管理装置５０の＋側の電源ラインＬ１は組電池３０の正極側の接続点Ｊ１に接続され、−側の電源ラインＬ２は負極側の接続点Ｊ２に接続されている。管理装置５０は、組電池３０を電源としている。

処理部５１は、ＣＰＵ（中央処理装置）５２と不揮発性のメモリ５３と、を含む。処理部５１は、組電池３０を管理する。組電池３０の管理には、組電池３０の状態の監視と、外部短絡の発生に応じた応答動作の実行が含まれる。

組電池３０の状態の監視には、組電池３０の計測データ、すなわち、電圧計測部５５により計測される組電池３０の総電圧Ｖｓのデータ、各二次電池３１の電圧Ｖ１〜Ｖ４のデータ、電流計測部５７により計測される電流Ｉのデータ、温度センサ４４により検出される温度のデータに基づいて、組電池３０の総電圧Ｖｓ、各二次電池３１の電池電圧Ｖ１〜Ｖ４が使用範囲内であるか否かを監視する処理、電流が制限値内であるか否かを監視する処理、温度が正常か監視する処理などが含まれる。

また、組電池３０の状態の監視には、ＳＯＣ（state of charge：充電状態）の推定が含まれる。ＣＰＵ５２は、下記の（１）、（２）式で示すように、電流計測部５７により計測される電流Ｉの時間に対する積分値に基づいて、バッテリ２０のＳＯＣを推定する処理を行う。尚、電流の符号を、充電時はプラス、放電はマイナスとする。組電池３０の状態の監視として、組電池３０の総電圧Ｖｓ、各二次電池の電圧Ｖ１〜Ｖ４、電流Ｉ、温度、ＳＯＣのうち、少なくともいずれか１つのみ監視するようにしてもよい。

ＳＯＣ＝Ｃｒ／Ｃｏ×１００・・・・・・・・・・（１）
Ｃｏは二次電池の満充電容量、Ｃｒは二次電池の残存容量である。

ＳＯＣ＝ＳＯＣｏ＋１００×∫Ｉｄｔ／Ｃｏ・・・（２）
ＳＯＣｏは、ＳＯＣの初期値、Ｉは電流である。

電圧計測部５５は、計測ＩＣであり、各二次電池３１の電圧Ｖ１〜Ｖ４、及び組電池３０の総電圧Ｖｓを検出する。電圧計測部５５は、検出した電圧のデータをアナログ値からディジタル値に変換して処理部５１に出力する。

Ｖｓ＝Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３＋Ｖ４・・・・・・（３）式

電流計測部５７は、計測ＩＣであり、ＰＧＡ（プログラマブルゲインアンプ）、ＡＤＣ（ＡＤコンバータ）等から構成されている。電流計測部５７は、シャント抵抗４５の両端電圧を検出する。電流計測部５７は検出した電圧のデータをアナログ値からディジタル値に変換して処理部５１に出力する。シャント抵抗４５の両端電圧は、電流Ｉの大きさに比例するため、電流Ｉを計測することが出来る。

図４に示すように、バッテリ２０Ａの外部端子２２Ｐ、２２Ｎには、イグニッションスイッチ１１５を介して、セルモータ１１０が接続されている。セルモータ１１０は、車両１に搭載されたエンジン１００の始動装置である。イグニッションスイッチ１１５がオンすると、バッテリ２０Ａからセルモータ１１０に電流が流れて、セルモータ１１０が回転する。これにより、クランクシャフトが回転し、エンジン１００が始動する。車両ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１２０は、車両１に搭載されており、エンジン１００の動作状態、イグニッションスイッチ１１５の状態などを監視する。

また、図４に示すように、電池ケース２１には、通信コネクタ接続部４７Ａが設けられている。通信コネクタ接続部４７Ａに対して、通信用コネクタ４７Ｂを接続することで、管理装置５０は、通信線（Ｌｉｎバス）Ｌ３を介して、車両ＥＣＵ１２０との間で通信可能に接続される。管理装置５０は、通信線Ｌ３による通信により、車両ＥＣＵ１２０からエンジン１００の動作状態やイグニッションスイッチ１１５の動作状態の情報を受け取ることが出来る。

２．管理装置５０の電源喪失と、外部短絡の発生に応じた応答動作
エンジン始動用のバッテリ２０Ａは、交換頻度が高い。そのため、車両１への取付作業時や交換作業時に、外部端子２２Ｐ、２２Ｎ間を、工具などで、外部短絡する場合がある。

一方、組電池３０は、放電電流が流れると、内部抵抗による電圧降下により、総電圧Ｖｓが低下する。外部短絡が発生すると、大電流が放電されるから、組電池３０の総電圧Ｖｓは大きく低下し、管理装置５０は電源を喪失する場合がある。具体的には、組電池３０の総電圧Ｖｓが、管理装置５０の動作可能電圧Ｖｍｉｎ１を下回ると（Ｖｓ＜Ｖｍｉｎ１）、電源喪失となる。

動作可能電圧Ｖｍｉｎ１は、管理装置５０を動作させるのに必要となる最低動作電圧であり、一例として、５Ｖである。

電源喪失に至ると、管理装置５０は、組電池３０の状態を監視することが出来ないので、外部短絡が解消して、電源が復旧した時に、外部短絡の発生に応じた応答動作を行うことが望ましい。応答動作には、例えば、組電池３０の保護動作や、異常を外部に報知する報知動作などが含まれる。応答動作として、保護動作又は報知動作のいずれか一方を実行してもよく、また、双方を実行してもよい。

ところが、エンジン始動用のバッテリ２０Ａは、エンジン始動時に、瞬間的に大きなクランキング電流が流れる。そのため、組電池３０のＳＯＣが低い場合など、特定の条件が揃うと、外部短絡だけでなく、エンジン始動時にも、組電池３０の総電圧Ｖｓが低下し、管理装置５０が電源喪失に至る場合がある。エンジン始動時は、バッテリ２０Ａに、どの程度の電流が、どの程度の時間、流れたかを、大凡予想することが出来るので、エンジン始動による電源喪失時に、上記した応答動作を行うと、使用性が低下するという問題がある。

そこで、管理装置５０は、電源喪失に至った場合、電源喪失に至った原因が、「外部短絡」又は「エンジン始動」のいずれであるかを判別し、「外部短絡」の場合、外部短絡の発生に応じた応答動作を実行し、「エンジン始動」の場合、応答動作を実行しない。

図５は、電源喪失から応答動作を実行するまでの動作手順を示したフローチャートである。外部短絡やエンジン始動により、大電流が流れて、組電池３０の総電圧Ｖｓが、管理装置５０の動作可能電圧Ｖｍｉｎ１を下回ると、管理装置５０は電源喪失する（Ｓ１０）。

外部短絡が解消する又はエンジン１００の始動が完了すると、バッテリ２０は、大電流が流れる前の状態に戻り、組電池３０の総電圧Ｖｓが上昇する。組電池３０の総電圧Ｖｓが、管理装置５０の動作可能電圧Ｖｍｉｎ１より高くなる（Ｖｓ＞Ｖｍｉｎ１）と、管理装置５０は電源復旧する（Ｓ２０）。

図６は、組電池３０の総電圧Ｖｓを示すグラフである。実線Ａ１はエンジン始動時の総電圧Ｖｓの変化を示し、破線Ａ２は外部短絡時の総電圧Ｖｓの変化を示している。

時刻ｔ１は、イグニッションスイッチ１１５のオンタイミングである。イグニッションスイッチ１１５がオンすると、時刻ｔ２以降、バッテリ２０からセルモータ１１０に対してクランキング電流が流れる。電流の流れ初めは、セルモータ１１０に対して突入電流が流れることから、瞬間的に大電流が流れる。そのため、時刻ｔ３で、総電圧Ｖｓが動作可能電圧Ｖｍｉｎ１を下回り、電源喪失となる。その後、時刻ｔ４で総電圧Ｖｓが動作可能電圧Ｖｍｉｎ１を上回り、電源復旧する。

外部短絡の場合、短絡発生と同時に一定の大電流が続ける。そのため、外部短絡の発生とほぼ同時刻ｔ１で、総電圧Ｖｓが動作可能電圧Ｖｍｉｎ１を下回り、電源喪失となる。その後、外部短絡中は、電圧が下がった状態が続き、外部短絡が解消すると、解消とほぼ同時刻ｔ５で、総電圧Ｖｓが動作可能電圧Ｖｍｉｎ１を上回り、電源復旧する。

時刻ｔ４又は時刻ｔ５で、電源復旧すると、リセット回路６１からリセット信号Ｓｒが出力され、処理部５１は起動する。その後、ＣＰＵ５２は、電源喪失に至った原因を判別する処理を実行する（Ｓ３０）。

外部短絡は、車両１に対するバッテリ２０Ａの取付作業時や交換作業時に起きる。バッテリ２０Ａの取付作業や交換作業は、通信線Ｌ３を外した状態で行われる。そのため、外部短絡は、車両ＥＣＵ１００との通信が不能な状態で起きる。一方、エンジン始動時、バッテリ２０Ａは車両１に搭載されており、通信線Ｌ３は接続されていることから、電源が維持されていれば、管理装置５０は、車両ＥＣＵ１００との通信が可能である。

そのため、電源喪失後、所定期間内に、車両ＥＣＵ１２０との間で通信が再開できない場合、電源喪失に至った原因は、「外部短絡」であると判別できる。また、車両ＥＣＵ１２０との間で通信が再開できた場合、電源喪失に至った原因は、「エンジン始動」と判別できる。

電源喪失に至った原因が「外部短絡」の場合、ＣＰＵ５２は、外部短絡の発生に応じた応答動作を実行する（Ｓ４０）。具体的には、ＣＰＵ５２は、応答動作として、組電池３０の保護動作（電流遮断装置４１による電流遮断）や、異常を報知する報知動作（表示部６３に対する警告表示）などを行う。

一方、電源喪失に至った原因が「エンジン始動」の場合、ＣＰＵ５２は、応答動作を実行しない。以上により、電源復旧後の処理は終了する。

３．効果説明
本構成では、電源喪失に至った原因が、外部短絡の場合、外部短絡の発生に応じた応答動作を実行し、エンジン始動の場合、応答動作を実行しない。このようにすることで、バッテリ２０Ａの安全性を高めつつ、使用性を維持することが出来る。

＜実施形態２＞
図７はバッテリ２０Ｂの電気的構成を示すブロック図である。図７に示すバッテリ２０Ｂは、図４に示すバッテリ２０Ａに対して、管理装置５０の電源ラインＬ１に、コンデンサＣ１とダイオードＤ１が追加されている。コンデンサＣ１は、電源喪失時の補助電源であり、電源喪失後の所定期間、管理装置５０に電力を供給する。ダイオードＤ１は、組電池３０からコンデンサＣ１への放電が順方向となっており、コンデンサＣ１から組電池３０へ逆流を防止する。

実施形態２のバッテリ２０Ｂにおいて、処理部５１は、電圧計測部５５の出力に基づいて、組電池３０の総電圧Ｖｓを監視する処理を行う。ユーザがイグニッションスイッチ１１５をオンすると（図８の時刻ｔ１）、バッテリ２０Ｂからセルモータ１１０にクランキング電流が流れる。これにより、セルモータ１１０が駆動して、エンジン１００が始動する。

イグニッションスイッチ１１５の操作後、車両ＥＣＵ１２０から通信線（Ｌｉｎバス）Ｌ３を介した通信によりバッテリ２０Ｂの管理装置５０に対して、イグニッションスイッチ１１５の操作情報と、エンジン１００の始動情報が送信される。

一方、エンジン始動に伴うクランキング電流により、組電池３０の総電圧Ｖｓが管理装置５０の動作可能電圧Ｖｍｉｎ１を下回ると、管理装置５０は、電圧計測部５５の計測データ（動作可能電圧Ｖｍｉｎより低い電圧が計測される）から電源喪失を検出する（図８の時刻ｔ３）。管理装置５０は電源喪失後、コンデンサＣ１を補助電源として、所定期間は、動作することが出来る。

管理装置５０は、電源喪失を検出した場合、電源喪失時を含む前後の一定期間Ｔに、車両ＥＣＵ１２０から受信した通信記録を不揮発性のメモリ５３に記録する。従って、この場合、イグニッションスイッチ１１５の操作情報とエンジン１００の始動情報に関する通信記録がメモリ５３に記録される。前後一定期間Ｔは少なくとも、イグニッションオンから電源喪失までの時間（図６、８のｔ１〜ｔ３）が含まれるように決めておくことが好ましい。

コンデンサＣ１が動作可能電圧Ｖｍｉｎ１を維持できなくなると、管理装置５０は、完全に電源を喪失した状態になり、停止する。

エンジンの始動が完了すると、クランキング電流が流れる前の状態に戻るから、組電池３０の総電圧Ｖｓは上昇する。組電池３０の総電圧Ｖｓが動作可能電圧Ｖｍｉｎ１を上回ると、管理装置５０は、電源が復旧する(図８の時刻ｔ４)。

電源が復旧すると、リセット回路６１からリセット信号Ｓｒが出力され、処理部５１は起動する。その後、処理部５１は、メモリ５３にアクセスして、電源喪失時の一定期間Ｔに受信した通信記録を読み出す。

処理部５１は、電源喪失時の一定期間Ｔに受信した通信記録があった場合、電源喪失に至った原因は、「エンジン始動」と判別する。一方、電源喪失時の一定期間Ｔに受信した通信記録が無かった場合、車両１からバッテリ２０が取り外された状態で電源喪失に至ったと考えられることから、電源喪失に至った原因は、「外部短絡」と判別する。

このように、バッテリ２０Ｂは、実施形態１のバッテリ２０Ａに対して、電源喪失に至った原因の判別方法が相違しており、電源喪失に至った原因が、「外部短絡」か「エンジン始動」であるかを、電源喪失時の通信記録の有無により、判別する。

処理部５１は、電源喪失した原因が「エンジン始動」である場合、外部短絡の発生に応じた応答動作は実行せず、電源喪失した原因が「外部短絡」である場合にのみ、応答動作を実行する。このようにすることで、バッテリ２０Ｂの安全性を高めつつ、使用性を維持することが出来る。

＜実施形態３＞
図９は、バッテリ２０Ｃの電気的構成を示すブロック図である。バッテリ２０Ｃは、実施形態２のバッテリ２０Ｂに対して、タイマ回路７０、ダイオードＤ２が追加されている。タイマ回路７０は、ダイオードＤ２を介して、組電池３０の正極に接続されている。ダイオードＤ２は、組電池３０からタイマ回路７０への放電が順方向となっており、タイマ回路７０から組電池３０へ逆流を防止する。図９では温度センサ４４、表示部６３を省略している。

タイマ回路７０は、信号線を介して処理部５１に接続されており、タイマ回路７０の出力電圧Ｖｏが処理部５１に入力される構成となっている。

タイマ回路７０は、抵抗７１とコンデンサ７３からなるＣＲ放電回路であり、組電池３０からコンデンサ７３に充電した電荷を、電源喪失後、抵抗７１により放電する。

図１０に示すように、電源喪失時ｔａのタイマ回路７０の出力電圧Ｖｏａと電源復旧時ｔｂのタイマ回路７０の出力電圧Ｖｏｂの電圧差ΔＶは、電源喪失時ｔａから電源復旧時ｔｂまでの時間（以下、電源喪失時間Ｔａｂ）に依存する。すなわち、電圧差ΔＶは、電源喪失時間Ｔａｂが長いほど大きく、電源喪失時間ＴａｂとＣＲタイマの時定数により一意に定まる。

電圧差ΔＶ＝Ｖｏａ−Ｖｏｂ・・・・（１）式
Ｖｏａは電源喪失時ｔａにおけるタイマ回路７０の出力電圧、Ｖｏｂは電源喪失時ｔｂにおけるタイマ回路７０の出力電圧である。

図１１は、電源喪失に至った要因を判別する処理のフローチャート図である。
処理部５１は、電源喪失時ｔａと電源復旧時ｔｂの両時点において、タイマ回路７０の出力電圧Ｖｏを計測する処理を行う（Ｓ１００、Ｓ１１０）。

電源喪失時ｔａは、組電池３０の総電圧Ｖｓが動作可能電圧Ｖｍｉｎ１を下回る時点であり、図６にて実線Ａ１で示すエンジン始動の場合、時刻ｔ３であり、破線Ａ２で示す外部短絡の場合、時刻ｔ２である。電源復旧時ｔｂは、組電池３０の総電圧Ｖｓが動作可能電圧Ｖｍｉｎ１を上回る時点であり、図６に示す実線Ａ１で示すエンジン始動の場合、時刻ｔ４であり、破線Ａ２で示す外部短絡の場合、時刻ｔ５である。

次に処理部５１は、電源喪失時ｔａと電源復旧時ｔｂにおける、タイマ回路７０の電圧差ΔＶを算出し、更に、電圧差ΔＶから電源喪失時間Ｔａｂを算出する（Ｓ１２０）。図６にて、実線Ａ１で示すエンジン始動の場合、時刻ｔ３〜ｔ４であり、図６にて破線Ａ２で示す外部短絡の場合、時刻ｔ２〜ｔ５である。

電源喪失に至った原因が「エンジン始動」の場合、電源喪失時間Ｔａｂは約数百ｍｓｅｃ程度の短時間である。一方、「外部短絡」の場合、電源喪失時間Ｔａｂは数ｓｅｃ以上であり、「エンジン始動」の場合に比べて、十分に長い時間である。

従って、処理部５１にて、電源喪失時間Ｔａｂを、閾値と比較することにより、電源喪失に至った原因が「エンジン始動」か「外部短絡」のどちらであるか判別することが出来る。電源喪失時間Ｔａｂが閾値よりも短い場合、電源喪失に至った原因は「エンジン始動」であると判別できる。一方、電源喪失時間Ｔａｂが閾値よりも長い場合、電源喪失に至った原因は「外部短絡」であると判別できる（Ｓ１３０〜Ｓ１５０）。

処理部５１は、電源喪失に至った原因が「エンジン始動」である場合、外部短絡に応じた応答動作は実行せず、電源喪失に至った原因が「外部短絡」である場合にのみ、応答動作を実行する。このようにすることで、バッテリ２０Ｃの安全性を高めつつ、使用性を維持することが出来る。

＜実施形態４＞
図４に示すように、管理装置５１は、処理部５１、電圧計測部５５、電流計測部５７、表示部６３、通信部５９など構成されている。

電圧計測部５５、電流計測部５７など、アナログ値を扱う計測ＩＣは、計測精度を維持する観点から、動作可能電圧を下げることが難しく、５Ｖが一般的である。一方、処理部５１はディジタル値だけを扱うことから、計測ＩＣ５５、５７より、動作可能電圧が低く、例えば、３．３Ｖ、３．０Ｖ、１．５Ｖなどがある。また、通信部５９も、計測ＩＣ５５、５７より、動作可能電圧が低く、例えば、３．３Ｖである。

管理装置５０の管理機能を維持するには、少なくとも、処理部５１、電流計測部５５、電圧計測部５７、通信部５９は、正常動作を維持しなければならないため、管理装置５０の動作可能電圧Ｖｍｉｎ１は、処理部５１、電流計測部５５、電圧計測部５７、通信部５９のうち、最大の動作電圧に拘束されることになり、この例では、計測ＩＣ５５、５７の動作電圧である５Ｖが、管理装置５０の動作可能電圧Ｖｍｉｎ１である。

図６に示すように、処理部５１の動作可能電圧Ｖｍｉｎ２が、管理装置５１の動作可能電圧Ｖｍｉｎ１より低い場合、組電池３０の総電圧Ｖｓが管理装置５０の動作可能電圧Ｖｍｉｎ１を下回って、電圧や電流の計測機能が失われたとしても、動作可能電圧Ｖｍｉｎ２を維持している期間、処理部５１は、機能を停止せず、時間の計測が可能である。

つまり、エンジン始動又は外部短絡により大電流が流れた時点での組電池３０の総電圧Ｖｓより、動作可能電圧Ｖｍｉｎ２の低い処理部５１を使用することで、電源喪失期間中、処理部５１は動作を続けることが出来る。

そのため、処理部５１にて、電源喪失時ｔａから電源復旧時ｔｂまでの電源喪失時間Ｔａｂを計測して、閾値と比較することにより、電源喪失に至った原因が「エンジン始動」か「外部短絡」のどちらであるか判別することが出来る。

尚、電圧計測部５５は、図１２に示すように、電源喪失中は、処理部５１に対する電圧値の計測データの送信を停止し、電源復旧後は、処理部５１に対して一定周期で電圧値の計測データを送信する。そのため、処理部５１は、電圧値の計測データの受信状態から、電源喪失と電源復旧を判別できる。すなわち、電圧計測部５５からの計測データの受信停止により、電源喪失を検出することが出来、計測データの受信再開により、電源復旧を検出することが出来る。

＜実施形態５＞
実施形態１では、電源喪失に至った原因が「エンジン始動」、「外部短絡」のいずれであるかを、電源復旧後に、車両ＥＣＵ１２０との間で通信が再開できるか、否かに基づいて、判別した。

図６に示すように、エンジン始動の場合、組電池３０からセルモータ１１０への突入電流が流れた後、クランクシャフト（図略）が１回転するごとに、乗り越しトルクを発生させるため、セルモータ１１０に乗り越し電流が流れる。乗り越し電流は、クランクシャフトが回転する度に、小さくなる。そのため、エンジン始動時の電圧波形は、図６に示すように、電圧が瞬時に大きく低下した後、電圧降下量が階段状に減衰してゆく波形となる。

一方、外部短絡の場合、発生から解消までの間、一定の短絡電流が流れることから、図６に示すように、電圧波形は矩形状である。このように、「エンジン始動時」と「外部短絡」では、電圧波形が大きくことなる。

以上のことから、処理部５１は、電源復旧後、電圧計測部５５により計測される組電池３０の総電圧Ｖｓの電圧波形に基づいて、電源喪失に至った原因を判別することが出来る。総電圧Ｖｓの電圧波形が、図６にて実線Ａ１で示すように、階段状に減衰してゆく波形の場合、電源喪失に至った原因は「エンジン始動」と判別できる。一方、総電圧Ｖｓの電圧波形が、図６にて破線Ａ２で示すように、急峻に立ち上がる波形の場合、電源喪失に至った原因は「外部短絡」と判別できる。

処理部５１は、電源喪失に至った原因が「エンジン始動」である場合、外部短絡の発生に応じた応答動作は実行せず、電源喪失した原因が「外部短絡」である場合にのみ、応答動作を実行する。このようにすることで、バッテリ２０Ａの安全性を高めつつ、使用性を維持することが出来る。

＜実施形態６＞
実施形態１では、電源が喪失した原因が「エンジン始動」、「外部短絡」のいずれであるのかを、電源復旧後に、車両ＥＣＵ１２０との間で通信が再開できるか、否かに基づいて、判別した。

図１３は、組電池３０について、横軸を温度、縦軸をＳＯＣとして、エンジン始動による電源喪失の発生領域Ｂ１、外部短絡による電源喪失の発生領域Ｂ２、エンジン始動不可領域Ｂ３、エンジン始動可能領域Ｂ４を示している。

低ＳＯＣで、電源喪失に至る理由は、満充電時に比べて、組電池３０の総電圧Ｖｓが低いためである。低温で電源喪失に至る理由は、温度低下により、二次電池３１の内部抵抗が高くなるためである。特に、リチウムイオン二次電池３１は、低温時における、内部抵抗の増加が、他の二次電池に比べて大きいことが知られている。また、外部短絡による電源喪失の発生領域Ｂ２に比べて、エンジン始動による電源喪失の発生領域Ｂ１が狭く、発生領域Ｂ２に含まれている理由は、クランキング電流は、短絡電流に比べて小さく、電圧降下量が小さいためである。

実施形態６において、処理部５１は、組電池３０のＳＯＣと温度を監視し、組電池３０が発生領域Ｂ１に含まれる場合、すなわち、組電池３０のＳＯＣがＳＯＣ１以下であり、かつ組電池３０の温度がＴ１以下の場合、電流遮断装置４１を用いて、組電池３０の電流を遮断する。ＳＯＣ１（ＳＯＣの閾値）とＴ１（温度の閾値）は、ＳＯＣや温度の条件を変えて、バッテリ２０Ａでセルモータ１１０を回してエンジン始動する実験を行い、管理装置５０が電源喪失するかを検証することにより、得ることが出来る。また、ＳＯＣ、温度の条件、エンジン始動時のクランキング電流値から、エンジン始動に伴う組電池３０の電圧変化を推定して、管理装置５０が電源喪失するかを検証することにより、得ることが出来る。

組電池３０が発生領域Ｂ１に含まれる場合、電流を遮断することで、クランキングできなくなることから、エンジン始動に起因する電源喪失は起きない。そのため、図１３にて×印で示すように発生領域Ｂ１の外部領域、（具体的には発生領域Ｂ２のうち発生領域Ｂ１を除く領域）で、管理装置５０の電源喪失が起きた場合、その原因はエンジン始動以外、すなわち「外部短絡」であると判別できる。

発生領域Ｂ１は、エンジン始動不可領域Ｂ３に含まれているので、組電池３０が発生領域Ｂ１内に含まれている場合に電流を遮断しても、車両の実使用上の問題は生じない。

＜他の実施形態＞
本発明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、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）実施形態１では、蓄電素子の一例として、二次電池３１を例示した。蓄電素子は、二次電池３１に限らず、キャパシタでもよい。二次電池３１は、リチウムイオン二次電池などの非水電解質二次電池や、鉛蓄電池などを使用することが出来る。また、蓄電素子は複数を直列に接続する場合に限らず、単セルの構成でもよい。また、車両は自動車に限らず、セルモータを備えていれば、自動二輪でもよい。

（２）実施形態１では、管理装置５０の正極側の電源ラインＬ１を組電池３０の正極側の接続点Ｊ１から引き出し、負極側の電源ラインＬ２を組電池３０の負極側の接続点Ｊ２から引き出した例を示した。負極側の電源ラインＬ３はシャント抵抗４５の負極側の接続点Ｊ３から引き出すようにしてもよい。また、実施形態１では、バッテリ２０Ａに電流遮断装置４１とヒューズ５３を設けた例を示したが、電流遮断装置４１、ヒューズ４３は無くてもよい。

（３）実施形態１では、管理装置５０を、処理部５１、電圧計測部５５、電流計測部５７、通信部５９、リセット回路６１、表示部６３から構成した。管理装置５０は、二次電池３１の管理と応答動作を行う処理部５１を少なくとも備えた構成であればよい。電圧計測部５５、電流計測部５７、通信部５９、リセット回路６１、表示部６３は、処理部５１と通信可能であれば、管理装置外に設けられていてもよい。

（４）実施形態２では、電源喪失時を含む前後の一定期間Ｔの受信記録の有無に基づいて、電源喪失の原因が「エンジン始動」か「外部短絡」のいずれであるかを判別した。
バッテリ２０Ｂがセルモータ１５だけでなく、オーディオやカーナビゲーションなどの車両負荷に対する電源となっている場合、イグニッションスイッチ１１５がオンになると、組電池３０から車両負荷へ電流が流れる。そのため、図６に示すように、イグニッションスイッチ１１５がオンになると、その後、組電池３０の総電圧Ｖｓは電圧が下がる（時刻ｔ１〜ｔ２）。一方、外部短絡は、車両１から取り外された状態で発生するため、電源喪失時に、そのような電圧変化が生じない。従って、電源喪失を検出した場合、電源喪失時を含む前後の一定期間Ｔの組電池３０の総電圧Ｖｓの波形を不揮発性のメモリ５３に記憶しておき、そのデータを、電源復旧時に読み出すことで、電源喪失の原因が「エンジン始動」か「外部短絡」のいずれであるかを判別することが出来る。また、組電池３０の総電圧Ｖｓに限らず、電流Ｉのデータから電源喪失に至った原因を判別してもよい。更に、組電池３０の総電圧Ｖｓと電流Ｉの双方のデータに基づいて電源喪失に至った原因を判別してもよい。

（５）実施形態４では、電源喪失時ｔａから電源復旧時ｔｂまでの電源喪失時間Ｔａｂを処理部５１にて計測し、その結果を閾値と比較することで、電源喪失に至った原因が「エンジン始動」か「外部短絡」のいずれであるかを判別した。この他にも、図１４に示すように、電源喪失時間Ｔａ（電源喪失時ｔａからの経過時間）を処理部５１に計測し、電源喪失時間Ｔａが閾値を超えても、電源復旧しなければ、電源喪失に至った原因は「外部短絡」であると判断することも出来る。この場合、電源喪失時間Ｔａが閾値を超えた時点で、電流遮断装置４５により電流を遮断することで、組電池３０の安全性を確保することが出来る。

（６）実施形態５では、電源喪失に至った原因が「エンジン始動」か「外部短絡」のいずれであるかを、電源復旧後、電圧計測部５５により計測される組電池３０の総電圧Ｖｓのデータに基づいて判別した。「エンジン始動」と「外部短絡」で波形が異なる点は、電流も同じである。従って、電源復旧後、電流計測部５７により計測される組電池３０の電流Ｉのデータに基づいて、電源喪失に至った原因が「エンジン始動」か「外部短絡」のいずれであるかを判別するようにしてもよい。更に、組電池３０の総電圧Ｖｓと電流Ｉの双方のデータに基づいて電源喪失に至った原因を判別してもよい。

（７）実施形態１では、処理部５１を、ＣＰＵ５２とメモリ５３とから構成し、ＣＰＵ５２にて、組電池３０の「状態の監視」と「外部短絡の発生に応じた応答動作」を行った。処理部５１は、組電池３０の「状態の監視」と「外部短絡の発生に応じた応答動作」を行う構成であればよく、図１５に示すように、処理部５１に対して、組電池３０の状態の監視を行うＣＰＵ５２とは別に、監視部５４を別に設けてもよい。そして、監視部５４にて、ＣＰＵ５２の電源喪失を監視する。監視部５４は、ＣＰＵ５２が電源喪失に至った場合（管理装置５０が電源喪失に至った場合）、その原因が「エンジン始動」か「外部短絡」のいずれであるかを、通信再開の可否などに基づいて判別する。監視部５４は、「外部短絡」の場合、外部短絡の発生に応じた応答動作を行い、「エンジン始動」の場合には、応答動作を行わない。

（８）実施形態６では、エンジン始動による電源喪失の発生領域Ｂ１を、ＳＯＣと温度により規定した。エンジン始動による電源喪失の発生領域Ｂ１は、ＳＯＣ又は温度のいずれか一方により、規定するようにしてもよい。この場合、ＳＯＣ又は温度のうち、二次電池３１の電圧低下への影響が大きい因子を用いて規定するとよい。

２０Ａ〜２０Ｄ...バッテリ（本発明の「蓄電装置」の一例）
２２Ｐ、２２Ｎ...外部端子
３０...組電池
３１...二次電池（本発明の「蓄電素子」の一例）
４１...電流遮断装置
４５...シャント抵抗
５０...管理装置
５１...処理部
５５...電圧計測部
５７...電流計測部
１００...エンジン
１１０...セルモータ（本発明の「エンジン始動装置」の一例）
１２０...車両ＥＣＵ
Ｌ１、Ｌ２...電源ライン
Ｌ３...通信線

Claims (9)

1. エンジン始動用の蓄電素子の管理装置であって、
   前記蓄電素子を管理する処理部を少なくとも含み、
   前記蓄電素子の電圧低下により前記蓄電素子の管理装置が電源喪失に至った場合、
   前記処理部は、電源喪失に至った原因が、前記蓄電素子の外部端子間が短絡する外部短絡又はエンジン始動のいずれであるかを判別し、外部短絡である場合、前記外部短絡の発生に応じた応答動作を実行し、エンジン始動である場合、前記応答動作を実行しない、管理装置。
2. 請求項１に記載の管理装置であって、
   前記処理部は、電源復旧後、車両に搭載された電子制御ユニットとの通信の再開の可否に基づいて、電源喪失に至った原因が外部短絡又はエンジン始動のいずれであるかを判別する、管理装置。
3. 請求項１に記載の管理装置であって、
   前記処理部は、電源喪失に至った場合、補助電源から電力の供給を受けて、電源喪失時を含む前後の一定期間に車両に搭載された電子制御ユニットとの間で行われた通信記録又は前記一定期間の前記蓄電素子の計測データを不揮発性のメモリに記憶し、
   電源復旧後、前記メモリに記憶した前記電子制御ユニットとの通信記録又は前記蓄電素子の計測データに基づいて、電源喪失の原因が外部短絡又はエンジン始動のいずれであるかを判別する、管理装置。
4. 請求項１に記載の管理装置であって、
   前記処理部は、前記管理装置が電源を喪失している電源喪失時間に基づいて、電源喪失に至った原因が外部短絡又はエンジン始動のいずれであるかを判別する、管理装置。
5. 請求項１に記載の管理装置であって、
   前記処理部は、電源復旧後の前記蓄電素子の計測データに基づいて、電源喪失に至った原因が外部短絡又はエンジン始動のいずれであるかを判別する、管理装置。
6. 請求項１に記載の管理装置であって、
   エンジン始動により電源喪失の発生が予想される第１領域は、前記蓄電素子のＳＯＣ又は温度のうち、少なくともいずれか一方により規定され、
   前記処理部は、前記第１領域に前記蓄電素子が含まれている場合、前記蓄電素子の電流を遮断する、管理装置。
7. 請求項１〜請求項６のうちいずれか一項に記載の管理装置であって、
   前記応答動作は、前記蓄電素子の保護動作又は異常を報知する報知動作を含む、管理装装置。
8. エンジン始動用の蓄電装置であって、
   蓄電素子と、
   請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の管理装置と、
   前記蓄電素子をエンジン始動装置に接続するための外部端子を有し、前記蓄電素子と前記管理装置を収容するケースを有する、蓄電装置。
9. エンジン始動用の蓄電素子の管理方法であって、
   前記蓄電素子の電圧低下により前記蓄電素子を管理する管理装置が電源喪失に至った場合、
   電源喪失に至った原因が、外部端子間が短絡する外部短絡又はエンジン始動のいずれであるかを判別し、外部短絡である場合、外部短絡の発生に応じた応答動作を実行し、エンジン始動である場合、前記応答動作を実行しない、蓄電素子の管理方法。

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