特許 6790704 蓄電装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6790704

(24)【登録日】2020年11月9日

(45)【発行日】2020年11月25日

(54)【発明の名称】蓄電装置

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/00 20060101AFI20201116BHJP

   H02H 7/18 20060101ALI20201116BHJP

   H01M 10/44 20060101ALI20201116BHJP

   H01R 13/64 20060101ALI20201116BHJP

【ＦＩ】

   H02J7/00 S

   H02H7/18

   H02J7/00 P

   H01M10/44 Q

   H01R13/64

【請求項の数】4

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2016-200915(P2016-200915)

(22)【出願日】2016年10月12日

(65)【公開番号】特開2018-64358(P2018-64358A)

(43)【公開日】2018年4月19日

【審査請求日】2019年7月4日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(74)【代理人】

【識別番号】100074099

【弁理士】

【氏名又は名称】大菅 義之

(72)【発明者】

【氏名】山本 悟士

(72)【発明者】

【氏名】加藤 洋明

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 公大

(72)【発明者】

【氏名】山本 卓矢

(72)【発明者】

【氏名】本多 潤

【審査官】 右田 勝則

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０８−３０８１２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０５０１３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１３３７７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００４／００７５４１９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１４−１８０１８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−０８７６８５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｊ ７／００

Ｈ０１Ｍ １０／４４

Ｈ０１Ｒ １３／６４

Ｈ０２Ｈ ７／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

二次電池と、
前記二次電池に電力線を通じて接続する電力線コネクタと、
前記電力線に設置されたモジュールスイッチと、
前記二次電池の一方の端子に接続検知線を通じて接続する接続検知線コネクタと、
前記電力線コネクタを介して出力された信号が前記接続検知線コネクタを介して入力したことを検知した場合に前記モジュールスイッチをオンにし、前記電力線コネクタを介して出力された信号が前記接続検知線コネクタを介して入力したことを検知しない場合に前記モジュールスイッチをオフにする制御部と
を含む、蓄電装置。

【請求項2】

請求項１に記載の蓄電装置であって、
前記接続検知線に直列に設置された第１の抵抗及び第２の抵抗を更に含み、
前記制御部は、前記第１の抵抗及び前記第２の抵抗により分圧された電圧の値が所定値以上である場合に前記モジュールスイッチをオンにし、前記第１の抵抗及び前記第２の抵抗により分圧された電圧の値が所定値未満である場合に前記モジュールスイッチをオフにする
蓄電装置。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の蓄電装置であって、
前記接続検知線に設置された検知スイッチを更に含み、
前記制御部は、前記モジュールスイッチをオンにした後に前記モジュールスイッチがオフになったことを検知した場合に、前記検知スイッチをオフにする
蓄電装置。

【請求項4】

請求項１〜３の何れか一項に記載の蓄電装置であって、
通信回路に通信線を通じて接続する通信線コネクタを更に含み、
前記接続検知線コネクタは、前記通信線コネクタと一体的に形成される
蓄電装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、蓄電装置に関する。

【背景技術】

【0002】

鉛電池やリチウムイオン電池といった様々な種類の二次電池は、夫々の特性が異なる。そのため、例えば、鉛電池に対応する充電装置でリチウムイオン電池を充電した場合、蓄電装置内のリレーやリチウムイオン電池は、過電流によって故障する可能性がある。それ故、二次電池は、当該二次電池に対応する充電装置により充電する必要がある。

【0003】

なお、関連する技術として、特許文献１〜３に記載の技術が知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平１０−２２９６４８号公報

【特許文献2】特開２０１６−０３０５３９号公報

【特許文献3】特開平０１−２６０３７０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、充電装置の接続コネクタが二次電池の種類に関係なく同じ形状であると、対応しない充電装置が蓄電装置に接続されて、対応しない充電装置により二次電池が充電されてしまう虞がある。

【0006】

具体的には、例えば、リチウムイオン電池を含む蓄電装置、及びリチウムイオン電池対応の充電装置は、電力線コネクタ及び通信線コネクタを夫々備える。一方、鉛電池を含む蓄電装置、及び鉛電池対応の充電装置は、電力線コネクタを夫々備えるが、通信線コネクタを備えない。このため、リチウムイオン電池を含む蓄電装置の電力線コネクタに鉛電池対応の充電装置の電力線コネクタが接続されたとしても、蓄電装置の通信線コネクタが未接続状態であれば、リチウムイオン電池は鉛電池対応の充電装置により充電されない。

【0007】

しかしながら、リチウムイオン電池を含む蓄電装置の通信線コネクタがリチウムイオン電池対応の負荷装置又は充電装置の通信線コネクタに接続された状態で、蓄電装置の電力線コネクタが鉛電池対応の充電装置の電力線コネクタに接続されるケースが起こり得る。こうしたケースでは、リチウムイオン電池を含む蓄電装置の電力線コネクタ及び通信線コネクタは接続状態にあるため、リチウムイオン電池は鉛電池対応の充電装置により充電される虞がある。

【0008】

本発明の一側面に係る目的は、対応しない充電装置が蓄電装置に接続された場合に二次電池が充電されることを防止できる蓄電装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明に係る一つの形態である蓄電装置は、二次電池と、二次電池に電力線を通じて接続する電力線コネクタと、電力線に設置されたモジュールスイッチと、二次電池の一方の端子に接続検知線を通じて接続する接続検知線コネクタと、制御部とを含む。制御部は、電力線コネクタを介して出力された信号が接続検知線コネクタを介して入力したことを検知した場合にモジュールスイッチをオンにする。また、制御部は、電力線コネクタを介して出力された信号が接続検知線コネクタを介して入力したことを検知しない場合にモジュールスイッチをオフにする。

【発明の効果】

【0010】

一実施形態に従った蓄電装置によれば、対応しない充電装置が蓄電装置に接続された場合に二次電池が充電されることを防止できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】第１の実施形態に従った蓄電装置、及び対応する負荷装置又は充電装置の構成例を示す図である。

【図2】第１の実施形態に従った蓄電装置に、該蓄電装置に非対応の充電装置が接続される場合の説明図である。

【図3】第２の実施形態に従った蓄電装置、及び対応する負荷装置又は充電装置の構成例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下図面に基づいて実施形態について詳細を説明する。
＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態に従った蓄電装置、及び対応する負荷装置又は充電装置の構成例を示す図である。図１に示すように、蓄電装置１は、二次電池１１、制御部１２、通信回路１３、モジュールスイッチ１４、電源１５、電力線コネクタ１６、及び通信線コネクタ１７を含む。また、蓄電装置１は、接続検知線コネクタ１８、逆流防止ダイオードＤ、第１の検知抵抗Ｒ_Ｄ１（第１の抵抗）、及び第２の検知抵抗Ｒ_Ｄ２（第２の抵抗）を更に含む。そして、蓄電装置１に対応する負荷装置２（又は充電装置２）は、負荷２１（又は電力変換装置２１）、通信回路２２、電力線コネクタ２３、通信線コネクタ２４、及び接続検知線コネクタ２５を含む。負荷装置２は、例えば、電気自動車、ハイブリッド車、及び電動フォークリフトといった車両であり、負荷２１は、例えば、インバータ回路及び電動モータである。また、充電装置２は、二次電池１１に対応する充電装置であり、電力変換装置２１は、例えば、インバータ回路である。

【0013】

二次電池１１は、該二次電池１１を含む蓄電装置１が電力線コネクタ１６及び通信線コネクタ１７を含む二次電池であり、例えば、リチウムイオン電池である。
電力線コネクタ１６は、蓄電装置１内の二次電池１１が負荷装置２へ放電し、充電装置２が該二次電池１１を充電するためのコネクタである。電力線コネクタ１６は、電力線Ｌ_ＥＰを通じて二次電池１１に接続し、蓄電装置１側の電力線Ｌ_ＥＰを負荷装置２（又は充電装置２）側の電力線Ｌ_ＥＰに接続する。電力線Ｌ_ＥＰは、所定電位の高電位電力線Ｌ_ＥＰＨと、低電位電力線Ｌ_ＥＰＬとを含む。

【0014】

通信線コネクタ１７は、二次電池１１の放電（又は充電）に関する情報を蓄電装置１が負荷装置２（又は充電装置２）と通信するためのコネクタである。通信線コネクタ１７は、通信線Ｌ_Ｃを通じて通信回路１３に接続し、蓄電装置１側の通信線Ｌ_Ｃを負荷装置２（又は充電装置２）側の通信線Ｌ_Ｃに接続する。

【0015】

制御部１２は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）といったプロセッサ、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、又はＰＬＤ（Programmable Logic Device）である。制御部１２は、蓄電装置１全体の動作を制御する。例えば、制御部１２は、二次電池１１から電力線コネクタ１６を介して出力された電流（信号）が接続検知線コネクタ１８を介して入力したことを検知した場合にモジュールスイッチ１４をオンにする。また、制御部１２は、二次電池１１から電力線コネクタ１６を介して出力された電流（信号）が接続検知線コネクタ１８を介して入力したことを検知しない場合にモジュールスイッチ１４をオフにする。

【0016】

接続検知線コネクタ１８は、二次電池１１の一方の端子（図１に示す一例では、負極端子）に接続検知線Ｌ_Ｄを通じて接続するコネクタである。接続検知線コネクタ１８は、蓄電装置１側の接続検知線Ｌ_Ｄを負荷装置２（又は充電装置２）側の接続検知線Ｌ_Ｄに接続する。

【0017】

接続検知線コネクタ１８は、電力線コネクタ１６又は通信線コネクタ１７と物理的に一体的に形成されることが望ましい。その場合、電力線コネクタ１６、２３は汎用化され得るため、接続検知線コネクタ１８は通信線コネクタ１７と物理的に一体的に形成されることが望ましい。接続検知線コネクタ１８を電力線コネクタ１６又は通信線コネクタ１７と一体的に形成すれば、コネクタ同士を接続するための作業時間を短縮できる。

【0018】

モジュールスイッチ１４は、二次電池１１と電力線コネクタ１６との間の電力線Ｌ_ＥＰに設けられたスイッチである。モジュールスイッチ１４は、例えば、機械式リレーであってもよく、半導体リレーであってもよい。

【0019】

通信回路１３は、蓄電装置１が通信線コネクタ１７を介して負荷装置２（又は充電装置２）に接続されると、制御部１２と連携して、二次電池１１の状態情報等を通信線Ｌ_Ｃを通じて負荷装置２（又は充電装置２）の通信回路２２と通信する。

【0020】

電源１５は、制御部１２及び通信回路１３の電源であり、二次電池１１からの出力電力を基に所望の電力を生成する。なお、図１に示す構成とは異なり、通信回路１３の電源は、制御部１２の電源とは別個に設けられた電源であってもよく、別個に設けられた該電源は絶縁電源であってもよい。別個に絶縁電源が設けられると、モジュールスイッチ１４がオフした時に、二次電池１１からの出力電流が通信回路１３を介して二次電池１１に戻ることを防止できる。

【0021】

第１の検知抵抗Ｒ_Ｄ１及び第２の検知抵抗Ｒ_Ｄ２は、接続検知線Ｌ_Ｄに直列に設置される。具体的には、接続検知線Ｌ_Ｄ上において、第１の検知抵抗Ｒ_Ｄ１の一方の端子は、接続検知線コネクタ１８に接続し、第１の検知抵抗Ｒ_Ｄ１の他方の端子は、第２の検知抵抗Ｒ_Ｄ２の一方の端子に接続する。第２の検知抵抗Ｒ_Ｄ２の他方の端子は、逆流防止ダイオードＤを介して二次電池１１の一方の端子（負極端子）に接続する。第１の検知抵抗Ｒ_Ｄ１及び第２の検知抵抗Ｒ_Ｄ２は、電力線コネクタ１６を介して出力された信号が接続検知線コネクタ１８を介して入力したか否かを検知する検知回路の一部を構成する。なお、実施形態によっては、逆流防止ダイオードＤはなくてもよい。

【0022】

制御部１２には、第１の検知抵抗Ｒ_Ｄ１及び前記第２の検知抵抗Ｒ_Ｄ２により分圧された電圧が入力する。制御部１２は、入力された電圧をＡＤ（Analog to Digital）変換してもよい。

【0023】

前述したように、負荷装置２（又は充電装置２）は、電力線コネクタ２３、通信線コネクタ２４、及び接続検知線コネクタ２５を含む。充電装置２は、二次電池１１に対応の充電装置であり、例えば、リチウムイオン電池に対応の充電装置である。電力線コネクタ２３は、蓄電装置１側の電力線コネクタ１６に接続されるコネクタであり、通信線コネクタ２４は、蓄電装置１側の通信線コネクタ１７に接続されるコネクタである。そして、通信回路１３と２２は、通信線コネクタ１７と２４、および通信線Ｌ_Ｃを通じて接続される。また、接続検知線コネクタ２５は、蓄電装置１側の接続検知線コネクタ１８に接続されるコネクタである。そして、負荷装置２（又は充電装置２）側の接続検知線Ｌ_Ｄの一方は接続検知線コネクタ２５に接続され、接続検知線Ｌ_Ｄの他方は負荷装置２（又は充電装置２）側の高電位電力線Ｌ_ＥＰＨに接続される。

【0024】

一方、蓄電装置１に対応しない充電装置は、少なくとも接続検知線コネクタ２５を含まない。例えば、図２に示すように、非対応充電装置３は、電力線コネクタ２３を含むが、通信線コネクタ２４及び接続検知線コネクタ２５を含まない。図２は、第１の実施形態に従った蓄電装置に、該蓄電装置に非対応の充電装置が接続される場合の説明図である。非対応充電装置３は、二次電池１１に非対応の充電装置であり、例えば、鉛電池対応の充電装置である。

【0025】

そこで、蓄電装置１に充電装置２（又は負荷装置２）が接続された場合、二次電池１１から出力された電流（信号）は次のような経路を通って流れる。すなわち、通信線コネクタ１７、２４同士に加えて、電力線コネクタ１６、２３同士及び接続検知線コネクタ１８、２５同士が夫々接続された場合、電流（信号）は次のような経路を通って流れる。蓄電装置１において、電流（信号）は、二次電池１１の他方の端子（正極端子）→高電位電力線Ｌ_ＥＰＨ→電力線コネクタ１６という経路で流れる。そして、負荷装置２（又は充電装置２）において、電流（信号）は、電力線コネクタ２３→高電位電力線Ｌ_ＥＰＨ→接続検知線Ｌ_Ｄ→接続検知線コネクタ２５という経路で流れる。さらに、蓄電装置１において、電流（信号）は、接続検知線コネクタ１８→第１の検知抵抗Ｒ_Ｄ１→第２の検知抵抗Ｒ_Ｄ２→逆流防止ダイオードＤ→二次電池１１の一方の端子（負極端子）という経路で流れる。

【0026】

二次電池１１から出力された電流（信号）が上述したような経路を通って流れると、第１の検知抵抗Ｒ_Ｄ１及び前記第２の検知抵抗Ｒ_Ｄ２により分圧された電圧の値は、予め設定された所定値以上になる。その結果、制御部１２は、電力線コネクタ１６を介して出力された信号が接続検知線コネクタ１８を介して入力したことを検知する。そこで、制御部１２は、モジュールスイッチ１４をオンにする。モジュールスイッチ１４がオンになると、蓄電装置１に負荷装置２が接続された場合には二次電池１１から負荷２１へ放電される。また、蓄電装置１に充電装置２が接続された場合には電力変換装置２１により二次電池１１は充電される。

【0027】

一方、蓄電装置１に非対応の充電装置が蓄電装置１に接続された場合、二次電池１１から出力された電流（信号）は上述のような経路で流れない。例えば、図２に示すように、非対応充電装置３は接続検知線コネクタ２５を備えない。このため、非対応充電装置３の電力線コネクタ２３が電力線コネクタ１６に接続されても、接続検知線コネクタ１８は未接続状態になる。したがって、二次電池１１から出力された電流（信号）は上述のような経路で流れない。

【0028】

また、接続検知線コネクタ１８が接続状態にされても、非対応充電装置３の電力線コネクタ２３が電力線コネクタ１６に接続された場合には、二次電池１１から出力された電流（信号）は上述のような経路で流れない。例えば、負荷装置２（又は充電装置２）の通信線コネクタ２４及び接続検知線コネクタ２５が通信線コネクタ１７及び接続検知線コネクタ１８に夫々接続され、非対応充電装置３の電力線コネクタ２３が電力線コネクタ１６に接続されても、電流（信号）は流れない。なぜなら、電力線コネクタ２３と接続検知線コネクタ２５とが異なる装置に備えられ、電力線コネクタ２３→高電位電力線Ｌ_ＥＰＨ→接続検知線Ｌ_Ｄ→接続検知線コネクタ２５という経路で電流（信号）が流れないからである。

【0029】

上述した経路で電流が流れない場合、第１の検知抵抗Ｒ_Ｄ１及び前記第２の検知抵抗Ｒ_Ｄ２により分圧された電圧の値は、予め設定された所定値未満（例えば、０[Ｖ]）になる。その結果、制御部１２は、電力線コネクタ１６を介して出力された信号が接続検知線コネクタ１８を介して入力したことを検知しない。そこで、制御部１２は、モジュールスイッチ１４をオフにする（オフ状態を維持する）。モジュールスイッチ１４がオフ状態であると、二次電池１１は、電力線コネクタ１６に接続された充電装置（例えば、非対応充電装置３）により充電されない。

【0030】

このように、第１の実施形態に従った蓄電装置によれば、対応しない充電装置が蓄電装置に接続された場合に二次電池が充電されることを防止できる。

【0031】

＜第２の実施形態＞
図３は、第２の実施形態に従った蓄電装置、及び対応する負荷装置又は充電装置の構成例を示す図である。なお、図３において、図１に示す構成要素と同じ構成要素には図１で付した参照符号と同じ参照符号が付されている。

【0032】

図３において、蓄電装置４は、蓄電装置１（図１）が含む各構成要素に加えて、接続検知線Ｌ_Ｄに設置された検知スイッチＳ_Ｄを更に含む。制御部１２は、電力線コネクタ１６を介して出力された信号が接続検知線コネクタ１８を介して入力したことを検知することによりモジュールスイッチ１４をオンにする。また、制御部１２は、モジュールスイッチ１４をオンにした後にモジュールスイッチ１４がオフになったことを検知すると、検知スイッチＳ_Ｄをオフにする。

【0033】

モジュールスイッチ１４がオンにされた後にオフになる原因は、モジュールスイッチ１４の故障を含む何らかの原因であってよい。何らかの原因でモジュールスイッチ１４がオフになった場合、二次電池１１に非対応の充電装置（例えば、非対応充電装置３）の電力線コネクタ２３が電力線コネクタ１６に接続されたとしても、該充電装置により二次電池１１が充電される虞はない。そこで、制御部１２は、検知スイッチＳ_Ｄをオフにすることで、二次電池１１から、第１の検知抵抗Ｒ_Ｄ１及び第２の検知抵抗Ｒ_Ｄ２を含む検知回路への通電を停止させる。

【0034】

したがって、第２の実施形態に従った蓄電装置によれば、第１の実施形態に従った蓄電装置と同様の効果が得られると共に、接続検知のための消費電力を低減することができる。

【0035】

なお、本発明は、以上の実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。

【符号の説明】

【0036】

１、４ 蓄電装置
１１ 二次電池
１２ 制御部
１３ 通信回路
１４ モジュールスイッチ
１５ 電源
１６ 電力線コネクタ
１７ 通信線コネクタ
１８ 接続検知線コネクタ
Ｄ 逆流防止ダイオード
Ｒ_Ｄ１ 第１の検知抵抗
Ｒ_Ｄ２ 第２の検知抵抗
Ｓ_Ｄ 検知スイッチ
２ 負荷装置（又は充電装置）
２１ 負荷（又は電力変換装置）
２２ 通信回路
２３ 電力線コネクタ
２４ 通信線コネクタ
２５ 接続検知線コネクタ
Ｌ_ＥＰ 電力線
Ｌ_ＥＰＨ 高電位電力線
Ｌ_ＥＰＬ 低電位電力線
Ｌ_Ｃ 通信線
Ｌ_Ｄ 接続検知線
３ 非対応充電装置

【図1】

【図2】

【図3】