JP2024007732A

JP2024007732A - 蓄電装置

Info

Publication number: JP2024007732A
Application number: JP2022109013A
Authority: JP
Inventors: 昭仁梅田; Akihito Umeda
Original assignee: GS Yuasa Corp
Current assignee: GS Yuasa Corp
Priority date: 2022-07-06
Filing date: 2022-07-06
Publication date: 2024-01-19
Also published as: WO2024009839A1

Abstract

【課題】寄生ダイオードの発熱によるＦＥＴの故障を抑制する。【解決手段】蓄電装置５０は、セル６０と、セル６０の電流を遮断するリレー５３と、前記リレー５３に並列に接続されたバイパス回路１２０と、管理装置１５０と、を含む。前記バイパス回路１２０は、バックツーバック接続された２つのＦＥＴ１２１、１２３を含む。前記管理装置１５０は、前記セル６０の異常を検出した場合、前記リレー５３をＯＰＥＮ、２つのＦＥＴ１２１、１２３のうち一方をＣＬＯＳＥ、他方をＯＰＥＮし、前記ＦＥＴの寄生ダイオードを通る経路で、前記セル６０の放電又は充電を可能とする。前記管理装置１５０は、前記寄生ダイオードを通る経路で放電又は充電している時に、前記ＦＥＴ１２１、１２３の電流Ｉ及び通電時間Ｔが所定条件に達した場合又は前記ＦＥＴ１２１、１２３の温度が所定条件に達した場合、前記リレー５３及びＯＰＥＮしている他方のＦＥＴ１２１、１２３をＣＬＯＳＥする。【選択図】図５

Description

本発明は、ＦＥＴを保護する技術に関する。

バッテリの保護装置の一つに、リレーがある。過放電や過充電等の異常を検出した場合、リレーをオープンし電流を遮断することで、バッテリを保護することが出来る。下記特許文献１は、リレーと並列にバイパス回路を設ける点を開示する。バイパス回路はバックツーバック接続された２つのＦＥＴから構成されている。

特開２０２１－３４２９７号公報

バイパス回路を用いてリレーＯＰＥＮ中の充電と放電を制御することが考えられる。
具体的には、バックツーバック接続された第１ＦＥＴと第２ＦＥＴは、寄生ダイオードが逆向きとなり、第１ＦＥＴの寄生ダイオードの向きを充電方向、第２ＦＥＴの寄生ダイオードの向きを放電方向とする。

この場合、リレーがＯＰＥＮしている状態で、第１ＦＥＴをＣＬＯＳＥし、第２ＦＥＴをＯＰＥＮした場合、第２ＦＥＴの寄生ダイオードを通る経路で、放電のみ可能となる。

したがって、例えば、過充電を検出した場合、リレーをＯＰＥＮ、第１ＦＥＴをＣＬＯＳＥ、第２ＦＥＴをＯＰＥＮすることで、充電を規制しつつ、第２ＦＥＴの寄生ダイオードを通る経路で、放電のみ可能となる。

しかし、寄生ダイオードは通電により発熱するから、寄生ダイオードに許容値を超える電流が所定時間以上ながれると、ＦＥＴが故障する可能性があった。

また、過放電の場合、リレーをＯＰＥＮ、第１ＦＥＴをＯＰＥＮ、第２ＦＥＴをＣＬＯＳＥすることで、放電を規制しつつ、第１ＦＥＴの寄生ダイオードを通る経路で、充電のみ行うことができ、この場合も、同様の問題があった。

本発明の課題は、寄生ダイオードの発熱によるＦＥＴの故障を抑制する。

蓄電装置は、セルと、セルの電流を遮断するリレーと、前記リレーに並列に接続されたバイパス回路と、管理装置と、を含む。前記バイパス回路は、バックツーバック接続された２つのＦＥＴを含む。

前記管理装置は、前記セルの異常を検出した場合、前記リレーをＯＰＥＮ、２つのＦＥＴのうち一方をＣＬＯＳＥ、他方をＯＰＥＮし、前記ＦＥＴの寄生ダイオードを通る経路で、前記セルの放電又は充電を可能とする。

前記管理装置は、前記寄生ダイオードを通る経路で放電又は充電している時に、前記ＦＥＴの電流Ｉ及び通電時間Ｔが所定条件に達した場合又は前記ＦＥＴの温度が所定条件に達した場合、前記リレー及びＯＰＥＮしている他方のＦＥＴをＣＬＯＳＥする。

前記管理装置は、前記寄生ダイオードを通る経路で放電又は充電している時に、前記ＦＥＴの電流Ｉ及び通電時間Ｔが所定条件に達した場合又は前記ＦＥＴの温度が所定条件に達した場合、前記リレーはＯＰＥＮに維持し、ＯＰＥＮしている他方のＦＥＴをＣＬＯＳＥする。

本技術は、寄生ダイオードの発熱によるＦＥＴの故障を抑制することができる。

自動車の側面図バッテリの分解斜視図セルの平面図図３のＡ－Ａ線断面図バッテリの電気的構成を示すブロック図Ｉ－Ｔ特性バッテリの電流経路を示す図バッテリの電流経路を示す図Ｉ－Ｔ特性ＦＥＴ保護処理のフローチャートＦＥＴ保護処理のフローチャートバッテリの電流経路を示す図バッテリの電流経路を示す図ＦＥＴ保護処理のフローチャートバッテリの電気的構成を示すブロック図バッテリの電気的構成を示すブロック図

蓄電装置の概要を説明する。
（１）本発明の一実施形態に係る蓄電装置は、セルと、セルの電流を遮断するリレーと、前記リレーに並列に接続されたバイパス回路と、管理装置と、を含む。前記バイパス回路は、バックツーバック接続された２つのＦＥＴを含む。

上記（１）の蓄電装置は、以下の効果を奏する。リレーＯＰＥＮ中に、片側のＦＥＴをＯＰＥＮし、ＯＰＥＮしているＦＥＴの寄生ダイオードを通る経路で、セルを放電又は充電しているとする。この時、寄生ダイオードの発熱によるＦＥＴの故障リスクがある場合、リレーとＯＰＥＮしているＦＥＴを同時にＣＬＯＳＥすると、接点のないＦＥＴの方が、接点を有するリレーよりも早くＣＬＯＳＥする。ＦＥＴのＣＬＯＳＥにより、ＣＬＯＳＥ前に比べて、バイパス回路の通電可能電流が増加するため、ＦＥＴの発熱を抑制し、ＦＥＴの故障を抑制することが出来る。ＦＥＴのＣＬＯＳＥ後、リレーの接点が遅れてＣＬＯＳＥするが、リレーの接点がＣＬＯＳＥした以降は、通電可能電流が更に増加し、電流の大部分はリレーに流れるため、ＦＥＴの故障を、更に抑制することが出来る。

（２）本発明の一実施形態に係る蓄電装置は、セルと、セルの電流を遮断するリレーと、前記リレーに並列に接続されたバイパス回路と、管理装置と、を含む。前記バイパス回路は、バックツーバック接続された２つのＦＥＴを含む。

前記管理装置は、前記寄生ダイオードを通る経路で放電又は充電している時に、前記ＦＥＴの電流Ｉと通電時間Ｔが所定条件に達した場合又は前記ＦＥＴの温度が所定条件に達した場合、前記リレーはＯＰＥＮに維持し、ＯＰＥＮしている他方のＦＥＴをＣＬＯＳＥする。

上記（２）の蓄電装置は、以下の効果を奏する。リレーＯＰＥＮ中に、片側のＦＥＴをＯＰＥＮし、ＯＰＥＮしているＦＥＴの寄生ダイオードを通る経路で、セルを放電又は充電しているとする。この時、寄生ダイオードの発熱によるＦＥＴの故障リスクがある場合、ＯＰＥＮしているＦＥＴをＣＬＯＳＥすることで、ＦＥＴをＣＬＯＳＥする前に比べて、バイパス回路の通電可能電流は増加する。通電可能電流の増加により、ＦＥＴの発熱を抑制し、ＦＥＴの故障を抑制することが出来る。また、リレーはＯＰＥＮに維持するため、接点の開閉に伴うカチカチといった動作音の発生がない。そのため、例えば、自動車に搭載される蓄電装置に本技術を適用することで、乗車中の不快音対策としての効果が期待できる。

（３）上記（１）又は（２）に記載の蓄電装置において、前記セルの異常は、過充電又は過放電でもよい。この構成では、過充電や過放電からセルを保護しつつ、ＦＥＴの故障対策を行うことが出来る。

（４）上記（１）から（３）のいずれか一つに記載の蓄電装置において、蓄電装置はエンジン始動用でもよい。エンジン始動用の蓄電装置は、大電流を放電するから、リレーがＯＰＥＮに制御された状態で、クランキングが行われると、バイパス回路の寄生ダイオードに大電流が流れ、ＦＥＴが故障する可能性が高い。特に、過充電時はセル電圧が高く、クランキング電流が大きくなり易いため、ＦＥＴが故障する可能性が高い。大電流を放電するエンジン始動用の蓄電装置に本技術を適用することで、蓄電装置が過充電の状態でも、ＦＥＴの故障を抑制しつつ、クランキング電流を供給することが可能である。

過放電の場合は、セルの電圧が低く、低電流になりやすい。２つのＦＥＴをＯＮすることで、バイパス回路の抵抗値を下げ、蓄電装置の電圧降下を抑制することが可能となる。そのため、電圧低下、電流不足によるクランキング不良を抑制することが出来る。

＜実施形態１＞
１．バッテリ５０の説明
図１に示すように、自動車１０には、エンジン２０と、エンジン２０の始動等に用いられるバッテリ５０とが搭載されている。バッテリ５０は「蓄電装置」の一例である。自動車１０には、車両駆動用の蓄電装置や、燃料電池が搭載されていてもよい。

図２に示すように、バッテリ５０は、組電池６０と、回路基板ユニット６５と、収容体７１を備える。収容体７１は、合成樹脂材料からなる本体７３と蓋体７４とを備える。本体７３は有底筒状であり、底面部７５と、４つの側面部７６と、を備える。４つの側面部７６によって、本体７３の上端に開口部７７が形成されている。

収容体７１は、組電池６０と回路基板ユニット６５を収容する。回路基板ユニット６５は、回路基板１００上に各種部品（リレー５３、図５に示すバイパス回路１２０及び管理装置１５０等）を搭載した基板ユニットであり、図２に示すように組電池６０の、例えば上方に隣接して配置されている。代替的に、回路基板ユニット６５は、組電池６０の側方に隣接して配置されていてもよい。

蓋体７４は、本体７３の開口部７７を閉鎖する。蓋体７４の周囲には外周壁７８が設けられている。蓋体７４は、平面視略Ｔ字形の突出部７９を有する。蓋体７４の前部のうち、一方の隅部に正極の外部端子５１が固定され、他方の隅部に負極の外部端子５２が固定されている。回路基板ユニット６５は、収容体７１の本体７３に代えて、蓋体７４内に（例えば突出部７９内に）収容されていてもよい。

組電池６０は、複数のセル６２から構成されている。図４に示すように、セル６２は、直方体形状（プリズマティック）のケース８２内に電極体８３を非水電解質と共に収容したものである。セル６２は、例えばリチウムイオン二次電池セルである。ケース８２は、ケース本体８４と、その上方の開口部を閉鎖する蓋８５とを有している。

電極体８３は、詳細は図示しないが、銅箔からなる基材に活物質を塗布した負極板と、アルミニウム箔からなる基材に活物質を塗布した正極板との間に、多孔性の樹脂フィルムからなるセパレータを配置したものである。これらはいずれも帯状で、セパレータに対して負極板と正極板とを幅方向の反対側にそれぞれ位置をずらした状態で、ケース本体８４に収容可能となるように扁平状に巻回されている。電極体８３は、巻回タイプのものに代えて、積層タイプのものであってもよい。

正極板には正極集電体８６を介して正極端子８７が、負極板には負極集電体８８を介して負極端子８９がそれぞれ接続されている。正極集電体８６及び負極集電体８８は、平板状の台座部９０と、この台座部９０から延びる脚部９１とを有する。台座部９０には貫通孔が形成されている。脚部９１は正極板又は負極板に接続されている。

正極端子８７及び負極端子８９は、端子本体部９２と、その下面中心部分から下方に突出する軸部９３とからなる。正極端子８７の端子本体部９２と軸部９３とは、アルミニウム（単一材料）によって一体成形されている。負極端子８９においては、端子本体部９２がアルミニウム製で、軸部９３が銅製であり、これらが組み付けられている。正極端子８７及び負極端子８９の端子本体部９２は、蓋８５の両端部に絶縁材料からなるガスケット９４を介して配置され、図３に示すように、このガスケット９４から外方へ露出されている。

蓋８５は、圧力開放弁９５を有している。圧力開放弁９５は、正極端子８７と負極端子８９の間に位置している。圧力開放弁９５は、安全弁である。圧力開放弁９５は、ケース８２の内圧が制限を超えた場合に、開放して、ケース８２の内圧を下げる。

図５は、バッテリ５０の電気的構成を示すブロック図である。バッテリ５０は、組電池６０、リレー５３、電圧検出部５４、電流センサ５５、温度センサ５８、バイパス回路１２０及び管理装置１５０を備える。

バッテリ５０には、エンジン始動装置１６０、補機等の電気負荷１７０及び車両発電機１８０が電気的に接続されている。

エンジン２０の駆動中において、車両発電機１８０の発電量が電気負荷１７０の電力消費量より大きい場合、バッテリ５０は車両発電機１８０により充電される。車両発電機１８０の発電量が電気負荷１７０の電力消費量より小さい場合、バッテリ５０は、その不足分を補うため、放電する。

エンジン２０の停止中、車両発電機１８０は発電を停止する。発電停止中、バッテリ５０は、充電されない状態となり、電気負荷１７０に対して、放電のみ行う状態となる。

組電池６０のセル６２は、例えば１２個あり（図２参照）、３並列で４直列に接続されている。図５は、並列に接続された３つのセル６２を１つの電池記号で表している。セルは、プリズマティックセルに限定はされず、円筒型セルであってもよいし、ラミネートフィルムケースを有するパウチセルであってもよい。

組電池６０、リレー５３及び電流センサ５５は、パワーライン５７Ｐ、パワーライン５７Ｎを介して、直列に接続されている。パワーライン５７Ｐ、５５Ｎは、銅などの金属材料からなる板状導体であるバスバーＢＳＢ（図２参照）を用いることが出来る。

図５に示すように、パワーライン５７Ｐは、正極の外部端子５１と組電池６０の正極とを接続する。パワーライン５７Ｎは、負極の外部端子５２と組電池６０の負極とを接続する。

外部端子５１、５２は、バッテリ５０の、自動車１０（エンジン始動装置１６０、電気負荷１７０や車両発電機１８０）との接続用端子である。バッテリ５０を、外部端子５１、５２を介してエンジン始動装置１６０、電気負荷１７０及び車両発電機１８０に電気的に接続することが出来る。

電流センサ５５は、負極のパワーライン５７Ｎに設けられている。電流センサ５５は金属板状の抵抗体（シャント抵抗）でもよい。電流センサ５５は、抵抗体の両端電圧Ｖｒに基づいて、組電池６０の電流Ｉを計測する。電流センサ５５は、両端電圧Ｖｒの極性（正負）から放電と充電を判別できる。

電圧検出部５４は、各セル６２のセル電圧Ｖｓ及び組電池６０の総電圧Ｖｔを計測する。温度センサ５８は、組電池６０に取り付けられており、組電池６０あるいはその周囲の温度を検出する。

リレー５３は、正極のパワーライン５７Ｐに設けられている。リレー５３は、ラッチリレーなどの自己保持型スイッチが好ましい。この実施形態はラッチリレーを用いる。

リレー５３は、ノーマリクローズタイプであり、正常時、クローズに制御される。バッテリ５０に何らかの異常があった場合、リレー５３をクローズからオープンに切り換えることで、組電池６０の電流Ｉを遮断できる。

バイパス回路１２０は、第１ＦＥＴ１２１と第２ＦＥＴ１２３を備える。この実施形態では、第１ＦＥＴ１２１、第２ＦＥＴ１２３に、Ｐチャンネルを用いる。ＦＥＴは電界効果トランジスタである。

図５に示すように、第１ＦＥＴ１２１はソースＳをリレー５３の一方の端部（Ａ点）に接続し、第２ＦＥＴ１２３はソースＳをリレー５３の他方の端部（Ｂ点）に接続している。

第１ＦＥＴ１２１と第２ＦＥＴ１２３は、ドレン同士を接続しており、バックツーバック接続である。バックツーバック接続は、ＦＥＴのドレン同士又はソース同士を接続することである。

第１ＦＥＴ１２１は寄生ダイオードＤ１を有し、第２ＦＥＴ１２３は寄生ダイオードＤ２を有する。寄生ダイオードＤ１は充電方向を順方向、寄生ダイオードＤ２は放電方向を順方向としており、逆向きである。

第１ＦＥＴ１２１のゲートＧ、第２ＦＥＴ１２３のゲートＧは、信号線Ｌ１、Ｌ２を介して管理装置１５０に接続されている。管理装置１５０は、信号線Ｌ１、Ｌ２を介して各ＦＥＴ１２１、１２３に制御信号を送ることで、ＦＥＴ１２１、１２３を個別に制御することができる。

バイパス回路１２０は、リレー５３と並列接続されている。リレーオープン中、第１ＦＥＴ１２１をＣＬＯＳＥ、第２ＦＥＴ１２３をＯＰＥＮすることで、組電池６０は、バイパス回路１２０を通る経路（第１ＦＥＴ１２１のソース－ドレン、第２ＦＥＴ１２３の寄生ダイオードＤ２を通る経路：図８参照）で、自動車１０に放電することが出来る。この場合、充電は、寄生ダイオードＤ２により阻止される。

リレーオープン中、第１ＦＥＴ１２１をＯＰＥＮ、第２ＦＥＴ１２３をＣＬＯＳＥすることで、バイパス回路１２０を通る経路（第２ＦＥＴ１２３のソース－ドレン、第１ＦＥＴの寄生ダイオードＤ１を通る経路：図１３参照）で、組電池６０を充電することが出来る。この場合、放電は、寄生ダイオードＤ１により阻止される。

管理装置１５０は、回路基板１００（図２参照）上に実装されており、図５に示すように、ＣＰＵ１５１とメモリ１５３と計時部１５５を備える。

管理装置１５０は、電圧検出部５４、電流センサ５５、温度センサ５８の出力に基づいて、バッテリ５０の状態を監視する。つまり、組電池６０の温度、電流Ｉ、総電圧Ｖｔを監視する。

メモリ１５３には、バッテリ５０の監視プログラムやＦＥＴ保護処理の実行プログラム及び、これらプログラムの実行に必要なデータが記憶されている。プログラムは、ＣＤ－ＲＯＭ等の記録媒体に記憶して使用、譲渡、貸与等されてもよい。プログラムは、電気通信回線を用いて配信されてもよい。

計時部１５５は、第１ＦＥＴ１２１や第２ＦＥＴ１２３の通電時間の計測に用いられる。

２．ＦＥＴのＩ－Ｔ特性
図６に示す、Ｆ１は横軸を通電時間T、縦軸を電流Ｉとした、ＦＥＴのＩ－Ｔ特性である。具体的には、第２ＦＥＴ１２３をＯＰＥＮし、寄生ダイオードＤ２に電流を流した場合のＦＥＴのＩ－Ｔ特性である。

Ｆ１を境界線とした下側の領域は、第２ＦＥＴ１２３が安全に動作する安全動作領域である。Ｆ１を境界線とした上側の領域は、寄生ダイオードＤ２の発熱により、第２ＦＥＴ１２３が故障する可能性がある。

例えば、電流値が１００Ａ場合、３０ｍ秒未満であれば、第２ＦＥＴ１２３は、安全動作領域にあり安全に動作するが、３０ｍ秒以上になると、安全動作領域外になり故障する可能性がある。第１ＦＥＴ１２１のＩ－Ｔ特性は、第２ＦＥＴ１２３のＩ－Ｔ特性と同じである。

３．過充電保護と寄生ダイオードの発熱
図７に示すように、正常時、リレー５３、第１ＦＥＴ１２１、第２ＦＥＴ１２３はいずれもＣＬＯＳＥに制御される。リレー５３の接点抵抗は、第１ＦＥＴ１２１、第２ＦＥＴ１２３のオン抵抗よりも小さく、電流Ｉの大部分はリレー５３を通る。組電池６０の総電圧Ｖｔは、充電により上昇し、放電により低下する。

管理装置１５０は、充電中に組電池６０の総電圧Ｖｔが上限値を超えると、過充電と判断して、リレー５３をＣＬＯＳＥからＯＰＥＮに切り換える。また、第１ＦＥＴ１２１はＣＬＯＳＥを維持し、第２ＦＥＴ１２３をＣＬＯＳＥからＯＰＥＮに切り換える。

第１ＦＥＴ１２１をＣＬＯＳＥ、第２ＦＥＴ１２３をＯＰＥＮすることで、図８に示すように、過充電検出後も、第１ＦＥＴ１２１のソース－ドレン、第２ＦＥＴ１２３の寄生ダイオードＤ２を通る経路で、放電することが出来る。

大きな放電電流が寄生ダイオードＤ２に流れ、Ｉ－Ｔ特性の安全動作領域外になると、寄生ダイオードＤ２の発熱により第２ＦＥＴ１２３が故障する可能性がある。

第２ＦＥＴ１２３の故障を抑制するには、リレー５３をクローズして、第２ＦＥＴ１２３の電流を下げることが考えられる。

しかし、リレー５３は、機械式の接点５３Ａであることから動作時間が長く、管理装置１５０から指令を送った後、接点５３Ａの切り換えに時間がかかる。そのため、寄生ダイオードＤ２に比較的大きな電流を放電する場合、接点５３ＡがＣＬＯＳＥするまでに、第２ＦＥＴ１２３が故障する可能性がある。

この実施形態では、過電流の検出後、寄生ダイオードＤ２を通る経路で放電中に、第２ＦＥＴ１２３の故障の可能性がある場合、管理装置１５０からリレー５３に対してＯＰＥＮからＣＬＯＳＥに切り換える指令を送り、それと同時に、第２ＦＥＴ１２３に対してＯＰＥＮからＣＬＯＳＥに切り換える指令を送る。

第２ＦＥＴ１２３は半導体スイッチであるから、機械スイッチであるリレー５３よりも動作時間が短い。動作時間は、スイッチに指令を送ってから、そのスイッチの状態が実際に切り換わるまでの時間である。

リレー５３と第２ＦＥＴ１２３に同時に指令を送ると、第２ＦＥＴ１２３は数十ｎ秒でＣＬＯＳＥし、その後、遅れて、リレーの接点がＣＬＯＳＥする。

第２ＦＥＴ１２３のドレンーソース間の許容電流は、寄生ダイオードＤ２の許容電流よりも大きいから、第２ＦＥＴ１２３のＣＬＯＳＥ後、リレー５３の接点５３ＡがＣＬＯＳＥするまでの十数ｍ秒間、バイパス回路１２０の通電可能電流を増加させることが出来る。そのため、発熱による第２ＦＥＴ１２３の故障を抑制することが出来る。

図９に示すF０～F３は横軸を通電時間T、縦軸を電流Ｉとした、Ｉ－Ｔ特性である。
具体的には、Ｆ１は、リレー５３をＯＰＥＮ、第１ＦＥＴ１２１をＣＬＯＳＥ、第２ＦＥＴ１２３１２３をＯＰＥＮし、寄生ダイオードＤ２に電流を流した場合のＩ－Ｔ特性である。Ｆ２は、リレー５３をＯＰＥＮ、第１ＦＥＴ１２１、第２ＦＥＴ１２３をＣＬＯＳＥし、第１ＦＥＴ１２１、第２ＦＥＴ１２３のソース－ドレン間に電流を流した場合のＩ－Ｔ特性である。Ｆ３は、リレー５３をＣＬＯＳＥ、第１ＦＥＴ１２１、第２ＦＥＴ１２３をＣＬＯＳＥし、リレー５３の接点間に電流を流した場合のＩ－Ｔ特性である。

Ｆ３、Ｆ２、Ｆ１の順で安全動作領域が広くなっており、許容電流は、リレー５３、第２ＦＥＴ１２３のソース－ドレン、第２ＦＥＴ１２３の寄生ダイオードＤ２の順に、大きい。具体的には、Ｔ＝１００ｍ秒の場合、リレー５３の許容電流は約２０００Ａ、第２ＦＥＴ１２３のドレン－ソースの許容電流は１５０Ａ、第２ＦＥＴ１２３の寄生ダイオードの許容電流は、約３０Ａである。

Ｆ０はＦＥＴ保護のため、リレー５３及び第２ＦＥＴ１２３をＯＰＥＮからＣＬＯＳＥに切り換えるＩ－Ｔ判定線である。

図１０は、ＦＥＴ保護処理のフローチャートである。ＦＥＴ保護処理は、過充電検出に伴いリレー５３を遮断後、図８に示すように、第２ＦＥＴ１２３の寄生ダイオードＤ２を通る経路で放電のみ可能（充電は規制）にしている場合に、実行される。

ＦＥＴ保護処理の開始時点において、リレー５３はＯＰＥＮ、第１ＦＥＴ１２１はＣＬＯＳＥ、第２ＦＥＴ１２３はＯＰＥＮである（図８参照）。

ＦＥＴ保護処理は、Ｓ１０～Ｓ４０の４つのステップから構成されている。管理装置１５０は、Ｓ１０にて、第２ＦＥＴ１２３のＩ－Ｔ条件を判断する。具体的には、第２ＦＥＴ１２３の電流Ｉ及び通電時間Ｔにより定まる動作点Ｐを、図９に示すＩ－Ｔ判定線Ｆ０と比較して、第２ＦＥＴ１２３の動作点ＰがＩ－Ｔ判定線Ｆ０の下方にあるか判断する。Ｉ－Ｔ条件は本発明の所定条件の一例である。

第２ＦＥＴ１２３の動作点ＰがＩ－Ｔ判定線Ｆ０の下側にある場合、管理装置１５０は、第１ＦＥＴ１２１はＣＬＯＳＥ、第２ＦＥＴ１２３はＯＰＥＮに維持する。

第２ＦＥＴ１２３の動作点ＰがＩ－Ｔ判定線Ｆ０を超えて上側に移った場合、Ｓ２０に移行し、管理装置１５０は、リレー５３及び第２ＦＥＴ１２３に対して、ＯＰＥＮからＣＬＯＳＥへの切換信号を同時に送る。

ＦＥＴの動作時間はリレー５３の動作時間よりも短いため、第２ＦＥＴ１２３が先にＣＬＯＳＥする（Ｓ３０）。第２ＦＥＴ１２３のドレンーソース間の許容電流は、寄生ダイオードＤ２の許容電流よりも大きい。例えば、Ｔ＝１００ｍ秒の場合、ドレン－ソースの許容電流は約１５０Ａ、第２ＦＥＴ１２３の寄生ダイオードＤ２の許容電流は、約３０Ａである。

そのため、第２ＦＥＴ１２３のＣＬＯＳＥ後、バイパス回路１２０の通電可能電流を増加させることが出来る。従って、発熱による第２ＦＥＴ１２３の故障を抑制することが出来る。

第２ＦＥＴ１２３のＣＬＯＳＥ後、リレー５３が遅れて、ＣＬＯＳＥする（Ｓ４０）。リレー５３がＣＬＯＳＥすると、その後、放電電流の大部分はリレー５３に流れるため、バイパス回路１２０の電流は減少し、第２ＦＥＴ１２３の発熱は更に抑制される。

＜実施形態２＞
図１１は、実施形態２のＦＥＴ保護処理のフローチャートである。ＦＥＴ保護処理は、実施形態１と同様に、過充電検出に伴いリレー５３を遮断後、図８に示すように、第１ＦＥＴ１２１をＣＬＯＳＥ、第２ＦＥＴ１２３をＯＰＥＮに制御し、第２ＦＥＴ１２３の寄生ダイオードＤ２を通る経路で、放電のみ可能（充電は規制）としている場合に、実行される。

管理装置１５０は、実施形態１と同様に、過充電の検出によりリレー５３をＯＰＥＮした後、バイパス回路１２０の動作点ＰがＩ－Ｔ判定線Ｆ０の下側にあるか、判定する（Ｓ１０）。

第２ＦＥＴ１２３の動作点ＰがＩ－Ｔ判定線Ｆ０を超えた場合（Ｓ１０：ＹＥＳ）、管理装置１５０は、リレー５３には切換信号を送信せず、第２ＦＥＴ１２３に対してのみＯＰＥＮからＣＬＯＳＥへの切換信号を送る（Ｓ２３）。

図１２に示すように第２ＦＥＴ１２３は、切換信号に応答して、ＯＰＥＮからＣＬＯＳＥに切り換わり（Ｓ３３）、リレー５３は、ＯＰＥＮを維持する（Ｓ４３）。

第２ＦＥＴ１２３のドレン－ソースの許容電流は、寄生ダイオードＤ２の許容電流よりも大きい。例えば、Ｔ＝１００ｍ秒の場合、ドレン－ソースの許容電流は約１５０Ａ、第２ＦＥＴ１２３の寄生ダイオードＤ２の許容電流は、約３０Ａである。

第２ＦＥＴ１２３をＣＬＯＳＥして許容電流を大きくすることで、寄生ダイオードＤ２に電流を流し続ける場合に比べて、第２ＦＥＴ１２３の故障を抑制することが出来る。

管理装置１５０は、第２ＦＥＴ１２３のＣＬＯＳＥ後（Ｓ３３以降）、充電を検出した場合、第２ＦＥＴ１２３をＣＬＯＳＥからＯＰＥＮに切り換えることにより、充電を遮断することができる。

実施形態２は、ＦＥＴ保護処理を第２ＦＥＴ１２３のみで行うため、ＦＥＴ保護処理を第２ＦＥＴ１２３及びリレー５３を用いて行う実施形態１に比べて、リレー５３の動作回数を減らすことが出来る。リレー５３の動作回数を減らすことで、乗車中の不快音対策としての効果が期待できる。

＜実施形態３＞
実施形態１は、過充電を検出した場合、リレー５３をＯＰＥＮ、第１ＦＥＴ１２１をＣＬＯＳＥ、第２ＦＥＴ１２３をＯＰＥＮし、図８に示すように、バイパス回路１２０を通る経路（寄生ダイオードＤ２）で放電のみできるようにした。

過放電を検出した場合（組電池６０の総電圧Ｖｔが下限電圧を下回った場合）、リレー５３をＯＰＥＮ、第１ＦＥＴ１２１をＯＰＥＮ、第２ＦＥＴ１２３をＣＬＯＳＥし、図１３に示すように、バイパス回路１２０（寄生ダイオードＤ１）を通る経路で充電のみできるようにしてもよい。

大きな充電電流が寄生ダイオードＤ１に流れ、Ｉ－Ｔ特性の安全動作領域外になると、寄生ダイオードＤ１の発熱により第１ＦＥＴ１２１が故障する可能性がある。

図１４は、ＦＥＴ保護処理のフローチャートである。ＦＥＴ保護処理は、過放電検出に伴いリレー５３を遮断後、図１３に示すように、リレー５３をＯＰＥＮ、第１ＦＥＴ１２１をＯＰＥＮ、第２ＦＥＴ１２３をＣＬＯＳＥし、第１ＦＥＴ１２１の寄生ダイオードＤ１を通る経路で、充電のみ可能（放電は規制）としている場合に、実行される。

管理装置１５０は、過充電の検出によりリレー５３をＯＰＥＮした後、第１ＦＥＴ１２１の動作点Ｐが、図９に示すＩ－Ｔ判定線Ｆ０の下側にあるか、判定する（Ｓ１０）。

第１ＦＥＴ１２１の動作点ＰがＩ－Ｔ判定線Ｆ０を超えた場合、管理装置１５０は、リレー５３及び第１ＦＥＴ１２１に切換信号を送る（Ｓ２５）。

ＦＥＴの動作時間はリレー５３の動作時間よりも短いため、第１ＦＥＴ１２１が先にＣＬＯＳＥする（Ｓ３５）。第１ＦＥＴ１２１のドレンーソース間の許容電流は、寄生ダイオードＤ２の許容電流よりも大きい。そのため、第１ＦＥＴ１２１のＣＬＯＳＥ後、バイパス回路１２０の通電可能電流を増加させることが出来る。従って、発熱による第１ＦＥＴ１２１の故障を抑制することが出来る。

第１ＦＥＴ１２１のＣＬＯＳＥ後、リレー５３が遅れて、ＣＬＯＳＥする（Ｓ４５）。リレー５３がＣＬＯＳＥすると、その後、放電電流の大部分はリレー５３に流れるため、バイパス回路１２０の電流は減少し、第１ＦＥＴ１２１の発熱はさらに抑制される。

＜実施形態４＞
管理装置１５０はバイパス回路１２０を用いてリレー５３の故障検出を行ってもよい。故障検出は、車両駐車中などバッテリ５０の未使用期間に行ってもよい。

以下、故障検出処理について、説明する。
リレー５３の接点５３ＡをＣＬＯＳＥからＯＰＥＮに切り換えた後、第１ＦＥＴ１２１をＣＬＯＳＥ、第２ＦＥＴ１２３をＯＰＥＮし、管理装置１５０にて、図５に示すＢ点の電圧を検出する。

リレー５３が正常に動作している場合（接点５３AがＯＰＥＮしている場合）、Ｂ点の電圧は、組電池６０の正極の電圧（Ａ点の電圧）よりも、寄生ダイオードＤ２の電圧降下分だけ、低い電圧となる。

リレー５３に異常がある場合（接点５３ＡがＯＰＥＮしていない場合）、Ｂ点の電圧は、組電池６０の正極の電圧（Ａ点の電圧）と同電位となる。したがって、Ｂ点の電圧に基づいて、リレー５３のクローズ故障（クローズに固着しオープンしない故障）を検出することが出来る。

リレー５３が正常にオープンすることが確認できた場合、リレー５３をＣＬＯＳＥし、管理装置１５０にて、Ｂ点の電圧を検出する。

リレー５３が正常に動作している場合（接点５３ＡがＣＬＯＳＥしている場合）、Ｂ点の電圧は、組電池６０の正極の電圧（Ａ点の電圧）と同電位となる。

リレー５３に異常がある場合（接点５３ＡがＣＬＯＳＥしていない場合）、Ｂ点の電圧は、組電池６０の正極の電圧（Ａ点の電圧）よりも、寄生ダイオードＤ２の電圧降下分だけ、低い電圧となる。したがって、Ｂ点の電圧に基づいて、リレー５３のオープン故障（オープンに固着しクローズしない故障）を検出することが出来る。

このように、バイパス回路１２０を用いて、リレー５３の故障を診断することができる。リレー５３の故障診断は、バイパス回路１２０を用いて行うから、バイパス回路１２０が故障している場合や故障の可能性がある場合、故障診断は避けるようにしてもよい。

バイパス回路１２０に故障の可能性がある場合は、例えば、寄生ダイオードD１、D２の発熱に伴ってＦＥＴ保護動作を実行した場合である。

＜実施形態５＞
図１５はバッテリ２００のブロック図である。バッテリ２００は、実施形態１のバッテリ５０に対して、リレー５３を電流遮断装置２１０で代用している点が相違する。

電流遮断装置２１０はバックツーバック接続された第１ＦＥＴ２１１、第２ＦＥＴ２１３から構成されている。

バッテリ２００が過充電になった場合、第１ＦＥＴ２１１をＣＬＯＳＥし、第２ＦＥＴ１２３をＯＰＥＮすることで、寄生ダイオードＤ２により充電を制限しつつ、バッテリ２００から自動車１０へ放電を行うことができる。

管理装置１５０は、寄生ダイオードＤ２を通る経路で放電している時に、第２ＦＥＴ２１３の動作点ＰがＩ－Ｔ判定線Ｆ０を超えた場合、第２ＦＥＴ２１３をＣＬＯＳＥすることで、寄生ダイオードＤ２の発熱による第２ＦＥＴ２１３の故障を抑制することが出来る。

また、第１ＦＥＴ２１１を保護対象としてもよい。つまり、第１ＦＥＴ２１１をＯＰＥＮし、第２ＦＥＴ１２３をＣＬＯＳＥすることで、寄生ダイオードＤ１を通る経路でバッテリ２００を充電している場合、第１ＦＥＴ２１１の動作点ＰがＩ－Ｔ判定線Ｆ０を超えた場合、第１ＦＥＴ２１１をＣＬＯＳＥすることで、寄生ダイオードＤ１の発熱による第１ＦＥＴ２１１の故障を抑制することが出来る。

＜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）セル（繰り返し充放電可能な蓄電セル）６２は、リチウムイオン二次電池セルに限らず、他の非水電解質二次電池セルでもよい。セル６２は、複数を直並列に接続する場合に限らず、直列の接続や、単セルでもよい。二次電池セルに代えて、キャパシタを用いることも出来る。二次電池セル、キャパシタは、セルの一例である。

（２）上記実施形態では、バッテリ５０を自動車１０に搭載したが、船舶や航空機など車両以外の移動体に搭載してもよい。また、移動体に限らず、分散型発電システムにおける変動吸収用の蓄電装置やＵＰＳ（無停電電源装置）など、定置用途に用いてもよい。

（３）上記実施形態では、リレー５３を正極のパワーライン５７Ｐに配置し、電流センサ５５を負極のパワーライン５７Ｎに配置した。電流センサ５５を正極のパワーライン５７Ｐに配置し、リレー５３を負極のパワーライン５７Ｎに配置してもよい。また、上記実施形態では、バイパス回路１２０に、ＰチャンネルのＦＥＴを用いたが、ＮチャンネルのＦＥＴを用いてもよい。

（４）上記実施形態１では、第２ＦＥＴ１２３の動作点ＰがＩ－Ｔ判定線Ｆ０を超えた場合、Ｓ２０に移行し、管理装置１５０は、リレー５３及び第２ＦＥＴ１２３に対して、ＯＰＥＮからＣＬＯＳＥへの切換信号を同時に送った。リレー５３の接点５３ＡがＣＬＯＳＥする前に、第２ＦＥＴ１２３がＣＬＯＳＥできれば、必ずしも切換信号を同時に送る必要はない。リレー５３に切換信号を送り、その後、第２ＦＥＴ１２３に切換信号を送ってもよい。

（５）上記実施形態１では、第２ＦＥＴ１２３のＩ－Ｔ条件を判断し（Ｓ１０）、ＦＥＴ保護処理（Ｓ２０～Ｓ４０）を実行した。ＦＥＴ保護処理（Ｓ２０～Ｓ４０）の実行は、第２ＦＥＴ１２３の電流Ｉ及び通電時間Ｔに基づくものであれば、別の条件で判断してもよい。

（６）上記実施形態１では、第２ＦＥＴ１２３のＩ－Ｔ条件を判断し（Ｓ１０）、ＦＥＴ保護処理（Ｓ２０～Ｓ４０）を実行した。第２ＦＥＴ１２３の温度条件を判断し（Ｓ１０）、ＦＥＴ保護処理（Ｓ２０～Ｓ４０）を実行してもよい。つまり、第２ＦＥＴ１２３の温度が閾値を超えた場合に、ＦＥＴ保護処理（Ｓ２０～Ｓ４０）を実行してもよい。この場合、バイパス回路１２０に温度センサ１２５を追加して、第１ＦＥＴ１２１、第２ＦＥＴ１２３の温度を計測するとよい（図１６）。

５０バッテリ（蓄電装置）
５３リレー
５５電流センサ
６０組電池
６２セル
１２０バイパス回路
１２１第１ＦＥＴ
１２３第２ＦＥＴ
１５０管理装置

Claims

蓄電装置であって、
セルと、
セルの電流を遮断するリレーと、
前記リレーに並列に接続されたバイパス回路と、
管理装置と、を含み、
前記バイパス回路は、
バックツーバック接続された２つのＦＥＴを含み、
前記管理装置は、前記セルの異常を検出した場合、
前記リレーをＯＰＥＮ、２つのＦＥＴのうち一方をＣＬＯＳＥ、他方をＯＰＥＮし、前記ＦＥＴの寄生ダイオードを通る経路で、前記セルの放電又は充電を可能とし、
前記管理装置は、前記寄生ダイオードを通る経路で放電又は充電している時に、前記ＦＥＴの電流Ｉ及び通電時間Ｔが所定条件に達した場合又は前記ＦＥＴの温度が所定条件に達した場合、前記リレー及びＯＰＥＮしている他方のＦＥＴをＣＬＯＳＥする、蓄電装置。
蓄電装置であって、
セルと、
セルの電流を遮断するリレーと、
前記リレーに並列に接続されたバイパス回路と、
管理装置と、を含み、
前記バイパス回路は、
バックツーバック接続された２つのＦＥＴを含み、
前記管理装置は、前記セルの異常を検出した場合、
前記リレーをＯＰＥＮ、２つのＦＥＴのうち一方をＣＬＯＳＥ、他方をＯＰＥＮし、前記ＦＥＴの寄生ダイオードを通る経路で、前記セルの放電又は充電を可能とし、
前記管理装置は、前記寄生ダイオードを通る経路で放電又は充電している時に、前記ＦＥＴの電流Ｉ及び通電時間Ｔが所定条件に達した場合又は前記ＦＥＴの温度が所定条件に達した場合、前記リレーはＯＰＥＮに維持し、ＯＰＥＮしている他方のＦＥＴをＣＬＯＳＥする、蓄電装置。
請求項１又は請求項２に記載の蓄電装置であって、
前記セルの異常は、過充電又は過放電である、蓄電装置。
請求項１又は請求項２に記載のエンジン始動用の蓄電装置。
蓄電装置であって、
セルと、
セルの電流を遮断する電流遮断装置と、
管理装置と、を含み、
前記電流遮断装置は、
バックツーバック接続された２つのＦＥＴを含み、
前記管理装置は、前記セルの異常を検出した場合、
前記２つのＦＥＴのうち一方をＣＬＯＳＥ、他方をＯＰＥＮし、前記ＦＥＴの寄生ダイオードを通る経路で、前記セルの放電又は充電を可能とし、
前記管理装置は、前記寄生ダイオードを通る経路で放電又は充電している時に、前記ＦＥＴの電流Ｉ及び通電時間Ｔが所定条件に達した場合又は前記ＦＥＴの温度が所定条件に達した場合、ＯＰＥＮしている他方のＦＥＴをＣＬＯＳＥする、蓄電装置。