特許 7283467 診断装置、蓄電装置、診断方法

(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】

(24)【登録日】2023-05-22

(45)【発行日】2023-05-30

(54)【発明の名称】診断装置、蓄電装置、診断方法

(51)【国際特許分類】

   G01R 31/52 20200101AFI20230523BHJP

   G01R 31/00 20060101ALI20230523BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20230523BHJP

【ＦＩ】

G01R31/52

G01R31/00

H02J7/00 S

H02J7/00 Q

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2020509214

(86)(22)【出願日】2019-03-27

(86)【国際出願番号】 JP2019013269

(87)【国際公開番号】W WO2019189405

(87)【国際公開日】2019-10-03

【審査請求日】2021-12-16

(31)【優先権主張番号】P 2018059803

(32)【優先日】2018-03-27

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】507151526

【氏名又は名称】株式会社ＧＳユアサ

(74)【代理人】

【識別番号】110001036

【氏名又は名称】弁理士法人暁合同特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】今中 佑樹

【審査官】田口 孝明

(56)【参考文献】

【文献】特開平０７－０１４５６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６４－０１４８３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６３－２１３２２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０３８０３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－０４５６４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０７１２３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】韓国公開特許第２００３－００６７８３５（ＫＲ，Ａ）

【文献】米国特許第０６０２０８１１（ＵＳ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１２／０２１８６７６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０３４７１９４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

ＩＰＣ Ｇ０１Ｒ ３１／００－３１／０１、

３１／２４－３１／２５、

３１／３２７－３１／３４、

３１／５０－３１／７４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

蓄電素子の電流を遮断する遮断装置のダメージを診断する診断装置であって、
外部短絡時の短絡電流に基づいて、前記遮断装置のダメージを診断し、
外部短絡時の短絡電流、外部短絡の回数、短絡電流が前記遮断装置に流れた時間のうち、短絡電流を含む、少なくとも２つの要素に基づいて、前記遮断装置のダメージを診断し、
前記遮断装置は、電流の遮断及び遮断からの復帰が可能であり、
外部短絡時の短絡電流と、短絡電流が前記遮断装置に流れた時間とから、前記遮断装置が復帰するまでに休止する休止時間を設定する、診断装置。

【請求項2】

請求項１に記載の診断装置であって、
前記蓄電素子は、リチウムイオン二次電池である、診断装置。

【請求項3】

蓄電素子の電流を遮断する遮断装置のダメージを診断する診断装置であって、
短絡を検出してから遮断するまでの第１時間の短絡電流と、短絡を遮断してから収束するまでの第２時間の短絡電流に基づいて、前記遮断装置のダメージを診断する、診断装置。

【請求項4】

請求項３に記載の診断装置であって、
前記遮断装置の前記第１時間の発熱量と前記遮断装置の前記第２時間の発熱量とに基づいて、前記遮断装置のダメージを診断する、診断装置。

【請求項5】

蓄電素子の電流を遮断する遮断装置のダメージを診断する診断装置であって、
外部短絡時の短絡電流に基づいて、前記遮断装置のダメージを診断し、
前記遮断装置は、電流の遮断及び遮断からの復帰が可能であり、
外部短絡時の短絡電流と、短絡電流が前記遮断装置に流れた時間とから、前記遮断装置が復帰するまでに休止する休止時間を設定する、診断装置。

【請求項6】

請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の診断装置であって、
前記外部短絡は、前記蓄電素子を収容する収容体に設けられた２つの外部端子の短絡である、診断装置。

【請求項7】

蓄電素子と、
外部短絡時に蓄電素子の電流を遮断する遮断装置と、
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の診断装置と、
前記蓄電素子と前記診断装置を収容する収容体と、
前記収容体に設けられた外部端子と、を含む蓄電装置。

【請求項8】

外部短絡時に蓄電素子の電流を遮断する遮断装置のダメージを診断する診断方法であって、外部短絡時の短絡電流に基づいて、前記遮断装置のダメージを診断し、
前記遮断装置は、電流の遮断及び遮断からの復帰が可能であり、
外部短絡時の短絡電流と、短絡電流が前記遮断装置に流れた時間とから、前記遮断装置が復帰するまでに休止する休止時間を設定する、診断方法。

【請求項9】

蓄電素子の電流を遮断する遮断装置のダメージを診断する診断方法であって、
短絡を検出してから遮断するまでの第１時間の短絡電流と、短絡を遮断してから収束するまでの第２時間の短絡電流に基づいて、前記遮断装置のダメージを診断する、診断方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、遮断装置のダメージを診断する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

バッテリは、外部端子の外部短絡により、短絡電流が流れる。外部短絡による短絡電流は、バッテリの許容電流よりも大きいことから、外部短絡を検出した場合、リレー等の遮断装置を用いて、電流を遮断している（例えば、引用文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１８－３１７７８公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

外部短絡による短絡電流により、遮断装置はダメージを受ける。従前は、遮断装置の故障の発生を事後的に診断（遮断装置が正常に動作するか否かを診断）していた。しかし、外部短絡による遮断装置のダメージを診断するという考えがなかった。
本発明は、外部短絡による遮断装置のダメージを診断することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

蓄電素子の電流を遮断する遮断装置のダメージを診断する診断装置であって、外部短絡時の短絡電流に基づいて、前記遮断装置のダメージを診断する。外部短絡時は、短絡を検出して遮断するまでの第１時間と、短絡を遮断してから収束するまでの第２時間を含む。

【0006】

本技術は、蓄電装置、遮断装置のダメージの診断方法に適用することが出来る。

【発明の効果】

【0007】

診断装置は、外部短絡による、遮断装置のダメージを把握することが出来る。そのため、診断装置は、例えば、遮断装置のダメージに基づいて、遮断装置が故障することなく使用し続けることが可能か否かなど、安全性に関する判断を行うことが出来る。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】車両の側面図

【図2】バッテリの分解斜視図

【図3】（ａ）は図２に示す二次電池の平面図、（ｂ）はそのＡ－Ａ線断面図

【図4】図２の本体内に二次電池を収容した状態を示す斜視図

【図5】図４の二次電池にバスバーを装着した状態を示す斜視図

【図6】バッテリのブロック図

【図7】車両に接続した時のバッテリのブロック図

【図8】外部短絡時のバッテリのブロック図

【図9】外部短絡の監視処理の流れを示すフローチャート

【図10】外部短絡時の電流波形

【図11】判定曲線Ｊを示すグラフである。

【図12】短絡電流の算出原理を示す図

【図13】バッテリのブロック図

【図14】外部短絡時の電流と電圧の波形

【図15】図１４の拡大図

【図16】バッテリのブロック図

【図17】外部短絡時の電流と電圧の波形

【図18】遮断装置の他の形態を示す図

【図19】判定曲線Ｊ１、Ｊ２を示すグラフ

【図20】短絡電流とダメージの関係を示す図

【発明を実施するための形態】

【0009】

蓄電素子の電流を遮断する遮断装置のダメージを診断する診断装置は、外部短絡時の短絡電流に基づいて前記遮断装置のダメージを診断する。診断装置は、外部短絡による、遮断装置のダメージを把握することが出来る。そのため、診断装置は、例えば、遮断装置のダメージに基づいて、遮断装置が故障することなく使用し続けることが可能か否かなど、安全性に関する判断を行うことが出来る。

【0010】

診断装置は、外部短絡時の短絡電流、外部短絡の回数、短絡電流が前記遮断装置に流れた時間のうち、短絡電流を含む、少なくとも２つの要素に基づいて、前記遮断装置のダメージを診断する、ことが好ましい。診断装置は、ダメージの診断要素に、短絡電流だけでなく、外部短絡の回数や、短絡電流が遮断装置に流れた時間を含めているので、ダメージの蓄積を診断できる。

【0011】

前記遮断装置は、電流の遮断及び遮断からの復帰が可能であり、外部短絡時の短絡電流と、短絡電流が前記遮断装置に流れた時間から、前記遮断装置が復帰するまでに休止する休止時間を設定する、ことが好ましい。休止時間の経過後に、遮断装置の復帰動作を行うことで、遮断装置の故障を抑制できる。遮断装置がリレーの場合、短絡電流により発熱した接点が、復帰動作により固着することを抑制できる。

【0012】

前記蓄電素子は、リチウムイオン二次電池でもよい。リチウムイオン二次電池は、鉛蓄電池に比べて内部抵抗が小さく、外部短絡時に大電流が流れ易い。そのため、リチウムイオン二次電池に使用される遮断装置は、ダメージを受け易く、ダメージを受けた遮断装置が使用され続けることがある。本発明を適用することで、遮断装置のダメージの診断が可能となり、診断装置は、ダメージに応じた処置を行うことが可能となる。

【0013】

蓄電素子の電流を遮断する遮断装置のダメージを診断する診断装置は、短絡を検出してから遮断するまでの第１時間の短絡電流と、短絡を遮断してから収束するまでの第２時間の短絡電流に基づいて、前記遮断装置のダメージを診断する。第１時間の短絡電流と第２時間の短絡電流に基づいて、遮断装置のダメージを診断するから、いずれか一方の期間の短絡電流だけでダメージを判断する場合に比べて、遮断装置のダメージを精度よく判断することが出来る。

【0014】

前記遮断装置の前記第１時間の発熱量と前記遮断装置の前記第２時間の発熱量とに基づいて、前記遮断装置のダメージを診断してもよい。遮断装置の発熱によるダメージを診断することができる。

【0015】

＜実施形態１＞
１．バッテリＢＴ１の構造説明
図１は車両ＶＨの側面図、図２はバッテリＢＴ１の分解斜視図である。車両ＶＨは、エンジン駆動車である。車両ＶＨは、蓄電装置であるバッテリＢＴ１を備えている。バッテリＢＴ１は、図２に示すように、収容体１と、その内部に収容される組電池４０と、回路基板ユニット３１と、を備える。バッテリＢＴ１は、車両ＶＨに搭載されたエンジン１００の始動に用いられる。

【0016】

収容体１は、合成樹脂材料からなる本体３と蓋体４とを備えている。本体３は有底筒状で、平面視矩形状の底面部５と、その４辺から立ち上がって筒状となる４つの側面部６とを備えている。４つの側面部６によって上端部分に上方開口部７が形成されている。

【0017】

蓋体４は、平面視矩形状で、その４辺から下方に向かって枠体８が延びている。蓋体４は、本体３の上方開口部７を閉鎖する。蓋体４の上面には平面視略Ｔ字形の突出部９を有する。蓋体４の上面には、突出部９を有していない２箇所のうち、一方の隅部に正極の外部端子１０が固定され、他方の隅部に負極の外部端子１１が固定されている。収容体１は、二次電池２と回路基板ユニット３１を収容している。回路基板ユニット３１は二次電池２の上部に配置されている。

【0018】

図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、二次電池２は、直方体形状のケース１２内に電極体１３を非水電解質と共に収容したものである。ケース１２は、ケース本体１４と、その上方の開口部を閉鎖するカバー１５とを有している。

【0019】

電極体１３は、詳細については図示しないが、銅箔からなる基材に活物質を塗布した負極要素と、アルミニウム箔からなる基材に活物質を塗布した正極要素との間に、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要素と正極要素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１４に収容可能となるように扁平状に巻回されている。

【0020】

正極要素には正極集電体１６を介して正極端子１７が、負極要素には負極集電体１８を介して負極端子１９がそれぞれ接続されている。正極集電体１６及び負極集電体１８は、平板状の台座部２０と、この台座部２０から延びる脚部２１とからなる。台座部２０には貫通孔が形成されている。脚部２１は正極要素又は負極要素に接続されている。正極端子１７及び負極端子１９は、端子本体部２２と、その下面中心部分から下方に突出する軸部２３とからなる。そのうち、正極端子１７の端子本体部２２と軸部２３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１９においては、端子本体部２２がアルミニウム製で、軸部２３が銅製であり、これらを組み付けたものである。正極端子１７及び負極端子１９の端子本体部２２は、カバー１５の両端部に絶縁材料からなるガスケット２４を介して配置され、このガスケット２４から外方へ露出されている。

【0021】

前記構成からなる二次電池２は、図４に示すように、複数個（例えば１２個）が幅方向に並設された状態で本体３内に収容されている。本体３の一端側から他端側（矢印Ｙ１からＹ２方向）に向かって３つの二次電池２を１組として、同一組では隣り合う二次電池２，２の端子極性が同じになり、隣り合う組同士では隣り合う二次電池２の端子極性が逆に配置されている。最も矢印Ｙ１側に位置する３つの二次電池２（第１組）では、矢印Ｘ１側が負極、矢印Ｘ２側が正極となっている。第１組に隣接する３つの二次電池２（第２組）では、矢印Ｘ１側が正極、矢印Ｘ２側が負極となっている。第２組に隣接する第３組では、第１組と同じ配置となっており、第３組に隣接する第４組では第２組と同じ配置となっている。

【0022】

図５に示すように、正極端子１７及び負極端子１９には、導電部材としての端子用バスバー２６～３０が溶接により接続されている。第１組の矢印Ｘ２側では、正極端子１７群が第１バスバー２６によって接続されている。第１組と第２組の間では、矢印Ｘ１側で第１組の負極端子１９群と第２組の正極端子１７群とが第２バスバー２７によって接続されている。第２組と第３組の間では、矢印Ｘ２側で第２組の負極端子１９群と第３組の正極端子１７群とが第３バスバー２８によって接続されている。第３組と第４組の間では、矢印Ｘ１側で第３組の負極端子１９群と第４組の正極端子１７群とが第４バスバー２９によって接続されている。第４組の矢印Ｘ２側では、負極端子１９群が第５バスバー３０によって接続されている。

【0023】

二次電池２は同組では並列、異なる組では直列である。従って、１２個の二次電池２は３並列、４直列である。二次電池２は、例えば、リチウムイオン二次電池である。

【0024】

第１組の正極端子群を接続する第１バスバー２６は、正極の外部端子１０に接続されており、第４組の負極端子群を接続する第５バスバー３０は、負極の外部端子１１に接続されている。

【0025】

２．バッテリＢＴ１の電気的構成の説明
図６は、バッテリＢＴ１の電気的構成を示すブロック図である。バッテリＢＴ１は、組電池４０と、遮断装置４５と、電流センサ４７と、管理装置５０と、警告ランプ６１と、外部スイッチ６３と、を含む。

【0026】

組電池４０は、直列接続された４組の二次電池２を備えている。遮断装置４５、組電池４０及び電流センサ４７は、通電路４３Ｐ、４３Ｎを介して、直列に接続されている。遮断装置４５を組電池４０の正極側、電流センサ４７を組電池４０の負極側に配置しており、遮断装置４５は通電路４３Ｐを介して正極の外部端子１０に接続され、電流センサ４７は通電路４３Ｎを介して負極の外部端子１１に接続されている。

【0027】

遮断装置４５は回路基板ユニット３１上に配置されている。遮断装置４５は、機械的接点を有するリレーであり、組電池４０の通電路４３Ｐを開放することで、電流を遮断する。

【0028】

電流センサ４７は、回路基板ユニット３１上に配置されている。電流センサ４７は、信号線を介して、管理装置５０に接続されており、電流センサ４７の計測値Ｉは、管理装置５０に対して入力される。

【0029】

管理装置５０は、回路基板ユニット３１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、通信部５９と、を含む。管理装置５０が「診断装置」の一例である。

【0030】

電圧計測部５５は、各二次電池２の電圧Ｖ１～Ｖ４、及び組電池４０の総電圧Ｖｔを計測する。電圧計測部５５は、計測した電圧Ｖ１～Ｖ４、Ｖｔのデータを処理部５１に出力する。

【0031】

Ｖｔ＝Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３＋Ｖ４・・・・・・（０）式

【0032】

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４０の状態を監視する。組電池４０の総電圧Ｖｔ、各二次電池２の電池電圧Ｖ１～Ｖ４が使用範囲内であるか否かを監視する。電流センサ４７により計測される計測値Ｉに基づいて、組電池４０の電流Ｉが制限値内であるか否かを監視する。

【0033】

メモリ５３には、処理部５１が組電池４０の状態監視や、後述する外部短絡の監視処理（図９）などを実行するための各データが記憶されている。

【0034】

図７は、車載時におけるバッテリＢＴ１のブロック図である。バッテリＢＴ１の外部端子１０、１１には、ＩＧスイッチ（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ＶＨに搭載されたエンジン１００の始動装置である。ＩＧスイッチ１１５がオンすると、バッテリＢＴ１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。

【0035】

車両ＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）１２０は、車両ＶＨに搭載されており、エンジン１００の動作状態、ＩＧスイッチ１１５の状態などを監視する。

【0036】

管理装置５０は、通信線Ｌ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Ｌによる通信により、車両ＥＣＵ１２０からエンジン１００の動作状態やＩＧスイッチ１１５の動作状態の情報を受け取ることが出来る。

【0037】

３．外部短絡時の電流遮断と遮断装置のダメージ診断
車両ＶＨに対するバッテリＢＴ１の取付作業時や交換作業時に、バッテリＢＴ１の２つの外部端子１０、１１に、金属製の工具などが接触してバッテリＢＴ１が外部短絡する場合がある。外部短絡が発生すると、図８に示す一点鎖線の経路で、短絡電流Ｉｓが流れる。短絡電流Ｉｓは、一例として５０００Ａ程度の大電流である。外部短絡の発生から、遮断装置４５が電流を遮断するまでの間、遮断装置４５には短絡電流Ｉｓが流れ、遮断装置４５はダメージを受ける。

【0038】

図９は、管理装置５０による外部短絡の監視処理の流れを示すフローチャートである。遮断装置４５は、バッテリＢＴ１に異常がない場合（外部短絡などが発生していない場合）、クローズ状態に制御されている。

【0039】

外部短絡の監視処理は、Ｓ１０～Ｓ１００の１０ステップから構成されている。ＣＰＵ５２は、まず、外部短絡の有無を検出する処理を行う（Ｓ１０）。外部短絡の有無は、電流センサ４７の計測値Ｉを、閾値Ｘと比較することにより、検出することが出来る。

【0040】

閾値Ｘは、通常使用時に計測される電流の最大値（例えばクランキング電流）よりも大きな値であり、一例として２０００Ａである。

【0041】

図１０は、外部短絡発生時の電流の波形を示している。図１０に示すｔ１は、外部短絡の検出時を示す。ＣＰＵ５２は、外部短絡を検出すると、電流遮断処理を行う（Ｓ２０）。ＣＰＵ５２は、遮断装置４５に遮断指令を送り、遮断装置４５をクローズからオープンに切り換える。

【0042】

図１０に示すｔ２は、遮断装置４５がクローズからオープンに切り換わるタイミングを示している。ＣＰＵ５２は、遮断装置４５をクローズからオープンに切り換えることで、外部短絡による短絡電流Ｉｓを遮断装置４５により遮断することが出来る。図１０に示す、時刻ｔ１～ｔ２は、外部短絡の検出から遮断までの第１時間Ｔｓである。

【0043】

ＣＰＵ５２は、電流遮断処理後、外部短絡のデータを取得する（Ｓ３０）。外部短絡のデータは、第１時間Ｔｓと、短絡電流Ｉｓの大きさである。

【0044】

短絡電流Ｉｓは電流センサ４７により計測することが出来る。第１時間Ｔｓは、「短絡電流Ｉｓが遮断装置４５に流れた時間」である。第１時間Ｔｓは、外部短絡の検出後、ＣＰＵ５２が遮断装置４５に遮断指令を送るまでの反応時間に、遮断装置４５の動作時間（遮断指令を受けてから接点が実際に開くまでの時間）を加えた時間である。第１時間Ｔｓは経験値を用いることが出来る。第１時間Ｔｓは、電流センサ４７により計測される電流波形から求めてもよい。

【0045】

その後、ＣＰＵ５２は、外部短絡の履歴を更新する処理を行う（Ｓ４０）。外部短絡の履歴は、以下の３つの情報により構成されており、メモリ５３に記録される。

【0046】

ａ）外部短絡の回数（累積回数）Ｎ
ｂ）各回の短絡電流Ｉｓの大きさ
ｃ）各回の短絡電流の第１時間Ｔｓ

【0047】

外部短絡の履歴更新後、ＣＰＵ５２は、遮断装置４５が再使用可能か否かの判定を行う（Ｓ５０）。遮断装置４５が再使用可能か否かの判断は、外部短絡の回数Ｎと短絡電流Ｉｓの大きさにより行われる。図１１は、遮断装置４５の再使用の可否を定める判定曲線Ｊである。判定曲線Ｊは、横軸を短絡電流Ｉｓ、縦軸を外部短絡の回数Ｎとしたグラフである。判定曲線Ｊのデータはメモリ５３に記憶されている。

【0048】

ＣＰＵ５２は、メモリ５３から外部短絡の履歴のデータとして、外部短絡の回数Ｎと各回の短絡電流Ｉｓの大きさのデータを読み出して、判定曲線Ｊに参照することで、遮断装置４５の再使用の可否を判断することが出来る。

【0049】

例えば、読み出した履歴のデータＰが判定曲線の内側の領域Ａ１に有る場合、ＣＰＵ５２は、遮断装置４５のダメージは小で、遮断装置４５は故障の可能性はなく、再使用可能であると判断する。一方、読み出したデータＰが、判定曲線の外側の領域Ａ２にある場合、ＣＰＵ５２は、遮断装置４５のダメージは大で、遮断装置４５は故障の可能性があり、再使用不可であると判断する。

【0050】

図１１に示すＰ１は、短絡電流がＩｓ１、回数はＮ１であり、判定曲線Ｊの内側の領域Ａ１に含まれているので、再使用可能とＣＰＵ５２は判断する。一方、図１１に示すＰ２は、短絡電流がＩｓ１、回数はＮ２であり、判定曲線Ｊの外側の領域Ａ２に含まれているので、ＣＰＵ５２は再使用不可と判断する。

【0051】

このように、短絡電流Ｉｓの大きさが同じであっても、外部短絡の回数Ｎが増加すると、遮断装置４５は、ＣＰＵ５２により再使用不可と判断される。短絡電流Ｉｓが大きい場合、遮断装置４５は、ＣＰＵ５２により、少ない回数Ｎで再使用不可と判断される。

【0052】

再使用可能と判断した場合（Ｓ５０：ＹＥＳ）、ＣＰＵ５２は、休止時間Ｔｗを設定する処理を行う（Ｓ６０）。休止時間Ｔｗは、電流遮断後（図１０に示す時刻ｔ２）、遮断装置４５の切り換え操作（オープン、クローズの切換）を休止する時間である。

【0053】

休止時間Ｔｗは、直近の短絡電流Ｉｓと、第１時間Ｔｓに基づいて、設定される。ＣＰＵ５２は、短絡電流Ｉｓと第１時間Ｔｓから、（１）式に基づいて、遮断装置４５の発熱量Ｑを算出する。休止時間Ｔｗは、発熱量Ｑが大きい程、長い時間に設定される。

【0054】

Ｑ＝Ｒ×Ｉｓ２×Ｔｓ・・・・・・（１）式
Ｒは遮断装置４５の電気抵抗である。

【0055】

ＣＰＵ５２は、休止時間Ｔｗを設定すると、電流遮断時（図１０に示す時刻ｔ２）から、休止時間Ｔｗが経過したか否かを判定する処理を行う（Ｓ７０）。電流遮断時である時刻ｔ２から休止時間Ｔｗが経過するまでの期間は、Ｓ７０にてＮＯ判定される。

【0056】

休止時間Ｔｗが経過すると（図１０に示す時刻ｔ３）、ＣＰＵ５２は外部スイッチ６３の操作の有無を判断する（Ｓ８０）。外部スイッチ６３は、外部短絡が解除した時（端子間を短絡する工具などが取り除かれた時）に、バッテリＢＴ１を再使用するため、ユーザにより操作されるスイッチである。

【0057】

外部短絡の発生後、外部スイッチ６３が操作されていなければ、ＣＰＵ５２は、待機状態となる（Ｓ８０：ＮＯ）。

【0058】

ＣＰＵ５２は、外部スイッチ６３の操作を検出すると（Ｓ８０：ＹＥＳ）、遮断装置４５の復帰処理を行う（Ｓ９０）。

【0059】

復帰処理は、遮断装置４５に復帰指令を送り、遮断装置４５をクローズからオープンに切り換える処理である。これにより、バッテリＢＴ１は、外部短絡が発生する前の状態に戻り、使用可能な状態に復帰する。

【0060】

遮断装置４５は再使用不可と判断した場合（Ｓ５０：ＮＯ）、ＣＰＵ５２は、遮断装置４５をオープンに維持して復帰を禁止すると共に、警告ランプ６１を点灯させることにより、外部に異常を報知する（Ｓ１００）。

【0061】

４．効果
ＣＰＵ５２は、遮断装置４５のダメージを診断して、遮断装置４５が再使用できるか否か判断する。そのため、ダメージが大きく使用に適さない遮断装置４５が再使用されることを抑制できる。

【0062】

ダメージの診断要素に、短絡電流Ｉｓだけでなく、外部短絡の回数Ｎを含めているので、ＣＰＵ５２は、遮断装置４５のダメージの蓄積を診断できる。

【0063】

ＣＰＵ５２は、休止時間Ｔｗの経過後に、遮断装置４５の復帰動作を行うことで、一時的な発熱による遮断装置４５の故障を抑制できる。短絡電流Ｉｓにより発熱した接点が、復帰動作により固着することを抑制できる。

【0064】

リチウムイオン二次電池２は、鉛蓄電池に比べて内部抵抗が小さく、外部短絡時に大電流が流れ易い。そのため、リチウムイオン二次電池２に使用される遮断装置４５は、ダメージを受け易く、使用に適さない遮断装置４５が使用され続けることがある。本技術を適用することで、遮断装置４５のダメージの診断が可能となり、ＣＰＵ５２は、遮断装置４５は再使用できないと判断した場合、異常を報知するなど、ダメージに応じた処置を行うことができる。

【0065】

遮断装置４５は、外部端子１０と組電池４０の正極を接続する通電路４３Ｐに設けられているので、遮断装置４５がダメージを受けた場合に、使用を禁止することで、組電池４０を含む、バッテリＢＴ１の全体を保護することが出来る。

【0066】

＜実施形態２＞
実施形態２のバッテリＢＴ２は、外部端子１０、１１の端子間電圧Ｖｓを計測する電圧計測部１５５を有している。図１２は、短絡電流Ｉｓの算出原理を示す図であり、ｒ１は組電池４０の内部抵抗、ｒ２は短絡抵抗を示している。

【0067】

無電流時の端子間電圧Ｖｓ１と外部短絡時の端子間電圧Ｖｓ２の電圧差ΔＶｓは、短絡電流Ｉｓの大きさと組電池４０の内部抵抗ｒ１の大きさに比例する。無電流時は、電流が所定値以下であればよく、無電流とみなせる場合を含む。

【0068】

ΔＶｓ＝Ｖｓ１－Ｖｓ２・・・・・・（２）式
ΔＶｓ＝Ｉｓ×ｒ１・・・・・・・・（３）式

【0069】

従って、ＣＰＵ５２にて、電圧差ΔＶｓと内部抵抗ｒ１から短絡電流Ｉｓを求めることが出来る。短絡電流Ｉｓは大電流であり、電流センサ４７の計測範囲を超えている場合、電流センサ４７では計測できない。実施形態２では、電流センサ４７を用いることなく、短絡電流Ｉｓを計測できるので、電流センサ４７で短絡電流を計測できない場合に、有効である。

【0070】

内部抵抗ｒ１は、通常使用時のバッテリＢＴ２の電流Ｉ、端子間電圧Ｖｓのデータから求めることが可能である（Ｉ－Ｖｓ曲線の傾き）。また、それ以外にも、実験値や理論値を使用することが出来る。

【0071】

＜実施形態３＞
図１３は、バッテリＢＴ３のブロック図である。バッテリＢＴ３は、リレー７０を有している。リレー７０は通電路４３Ｐに位置している。リレー７０は、機械式の接点７１を有している。リレー７０は、組電池４０の通電路４３Ｐを開放することで、電流Ｉを遮断する遮断装置である。処理部５１は信号線６５と信号線６６により、リレー両端のＣ点とＤ点にそれぞれ接続されており、Ｃ点の電圧ＶｃとＤ点の電圧Ｖｄを検出することができる。Ｃ点は組電池４０の正極の電圧、Ｄ点は外部端子１０の電圧である。Ｖｃ－Ｖｄは、リレー７０の両端電圧である。

【0072】

図１４はバッテリＢＴ３をブースタケーブル７５で短絡した時の電流波形と電圧波形である。Ｉｓは短絡電流である。ＶｃはＣ点の電圧（組電池４０の電圧）である。ＶｄはＤ点の電圧（外部端子１０の電圧）である。ブースタケーブル７５は、充電時に、外部充電器とバッテリを電気的に接続する電気ケーブルである。

【0073】

ｔ０は短絡発生時、ｔａは短絡の検出時を示す。検出時は、短絡電流Ｉｓが閾値Ｘを超えたことをＣＰＵ５２が検出した時刻である。ｔｂは短絡電流Ｉｓの遮断時である。遮断時はリレー７０がオープンして短絡電流Ｉｓが遮断される時刻である。第１時間Ｔ１は短絡を検出してから遮断までの時間（ｔａ～ｔｂ）である。第１時間Ｔ１は反応時間と動作時間の合計である。反応時間は、ＣＰＵ５２が短絡を検出してからリレー７０に遮断指令を送るまで時間である。動作時間は、遮断指令を送ってから実際にリレー７０が開放するまでの時間である。

【0074】

第１時間Ｔ１は、閾値Ｘを超える短絡電流Ｉｓがリレー７０に流れる。リレー７０は、第１時間Ｔ１の短絡電流Ｉｓにより、発熱してダメージを受ける。

【0075】

ブースタケーブル７５は、抵抗成分７５Ｒとインダクタンス成分７５Ｌを有している。リレー７０が開放すると、インダクタンス成分７５Ｌが逆起電力Ｖｒを発生する。

【0076】

逆起電力Ｖｒにより、外部端子１０がマイナスの電圧に引かれる。そのため、リレー７０の両端に大電圧が加わり、リレー７０の接点７１間でアーク放電が起きる場合がある。

【0077】

図１５は、図１４の拡大図である。ｔｂ以降、Ｖｄがマイナスに急激に変化しているのは、インダクタンス成分７５Ｌによる逆起電力Ｖｒの影響である。ｔｃは、アーク放電の発生時である。

【0078】

短絡電流Ｉｓは、アーク放電後、ほぼ直線的に減少してゆき、時刻ｔｄで収束する。ｔｂ～ｔｄまでの第２時間Ｔ２は、短絡を遮断してから収束するまでの時間である。つまり、第２時間Ｔ２は、リレー７０がオープンしてから短絡電流Ｉｓが収束するまでの時間である。収束は、短絡電流Ｉｓが、収束値であるゼロ[Ａ]に下がることを意味する。第２時間Ｔ２は、インダクタンス成分に蓄えた電気エネルギーが、アーク放電により熱に代わり、リレー７０で消費される。リレー７０は、第２時間Ｔ２の電流Ｉｓにより、発熱してダメージを受ける。

【0079】

ＣＰＵ５２は、リレー７０の第１時間Ｔ１の発熱量Ｑ１と、リレー７０の第２時間Ｔ２の発熱量Ｑ２とから、リレー７０のダメージを診断する。

【0080】

リレー７０の第１時間Ｔ１の発熱量Ｑ１は、第１時間Ｔ１の平均電流Ｉｓ１と、第１時間Ｔ１のＣ－Ｄ間の平均電圧差ΔＶ１と、第１時間Ｔ１とに基づいて推定することが出来る。（４）式は、計算式の一例である。第１時間Ｔ１は、計測値でもいいし、実験値や経験値でもよい。

【0081】

Ｑ１＝Ｉｓ１×ΔＶ１×Ｔ１ （４）式
ΔＶ１＝Ｖｃ－Ｖｄ （５）式

【0082】

リレー７０の第２時間Ｔ２の発熱量Ｑ２は、第２時間Ｔ２の平均電流Ｉｓ２と、第２時間Ｔ２のＣ－Ｄ間の平均電圧ΔＶ２と、第２時間Ｔ２と、に基づいて推定することが出来る。（６）式は、計算式の一例である。第２時間Ｔ２の平均電流Ｉｓ２は、（８）式で示すように、第１時間Ｔ１の平均電流Ｉｓ１の１／２でもよい。第２時間Ｔ２は、計測値でもいいし、実験値や経験値でもいい。計測する場合、電流センサ４７により計測される電流波形から求めてもよい。

【0083】

Ｑ２＝Ｉｓ２×ΔＶ２×Ｔ２ （６）式
ΔＶ２＝Ｖｃ－Ｖｄ （７）式
Ｉｓ２＝Ｉｓ１／２ （８）式

【0084】

ＣＰＵ５２は、発熱量Ｑ１と発熱量Ｑ２の合計発熱量Ｑ１＋Ｑ２が閾値よりも高い場合、リレー７０のダメージは大きい（故障の可能性あり）と判断し、閾値よりも小さい場合、リレー７０のダメージは小さい（故障の可能性なし）と判断してもよい。

【0085】

＜実施形態４＞
図１６は、バッテリＢＴ４のブロック図である。バッテリＢＴ４は、半導体スイッチ８０を有している。半導体スイッチ８０は通電路４３Ｎに位置している。半導体スイッチ８０は、第１ＦＥＴ８１と第２ＦＥＴ８５とを有している。第１ＦＥＴ８１と第２ＦＥＴ８５は、Ｎチャンネルの電界効果トランジスタである。半導体スイッチ８０は、組電池４０の通電路４３Ｎを開放することで、電流Ｉを遮断する遮断装置である。半導体スイッチ８０は第２ＦＥＴ８５だけでもよい。

【0086】

第１ＦＥＴ８１は、ソースＳを外部端子１１に接続し、第２ＦＥＴ８５は、ソースＳを組電池４０の負極に接続している。第１ＦＥＴ８１のドレインＤと第２ＦＥＴ８５のドレインＤとが接続されている。第１ＦＥＴ８１と第２ＦＥＴ８５は、バックツーバック接続されている。バックツーバック接続（back-to-back接続）は、２つのＦＥＴを背中合わせに接続すること、すなわち、２つのＦＥＴのドレインＤ同士を接続すること、又はソースＳ同士を接続することを意味する。

【0087】

第１ＦＥＴ８１は寄生ダイオード８２を内蔵しており、第２ＦＥＴ８５は寄生ダイオード８６を内蔵している。寄生ダイオード８２は、順方向が放電方向と同一である。寄生ダイオード８６は、順方向が充電方向と同一である。

【0088】

第１ＦＥＴ８１は、ゲートＧにＨレベルの電圧を印加することでオンし、ゲートＧに、Ｌレベルの電圧を印加することでオフする。第２ＦＥＴ８５も同様である。

【0089】

ＣＰＵ５２は信号線６５と信号線６６により、半導体スイッチ両端のＦ点とＨ点にそれぞれ接続されており、Ｆ点の電圧ＶｆとＨ点の電圧Ｖｈを検出することができる。Ｆ点は組電池４０の負極の電圧、Ｈ点は外部端子１１の電圧である。Ｖｆ－Ｖｈは、半導体スイッチ８０の両端電圧である。第１ＦＥＴ８１がオン、第２ＦＥＴ８５がオフの場合、Ｖｆ－Ｖｈは、第２ＦＥＴ８５のドレイン－ソースの電圧Ｖｄｓとほぼ等しい。

【0090】

ＣＰＵ５２は、正常時、ゲートＧにＨレベルの電圧を印加し、第１ＦＥＴ８１をオンに制御する。また、ゲートＧにＨレベルの電圧を印加し、第２ＦＥＴ８５をオンに制御する。第１ＦＥＴ８１及び第２ＦＥＴ８５の双方がオンの場合、組電池４０は充電、放電の双方が可能である。

【0091】

ＣＰＵ５２は、バッテリＢＴ４の異常を検出した場合、第１ＦＥＴ８１、第２ＦＥＴ８５のオン、オフを切り換えることで充放電を制御する。

【0092】

過充電を検出した場合、ＣＰＵ５２は、第１ＦＥＴ８１をオフ、第２ＦＥＴ８５をオンする。第１ＦＥＴ８１をオフし、第２ＦＥＴ８５をオンすることで、充電を遮断し、放電のみ行うことが出来る。この場合、放電電流は、第１ＦＥＴ８１の寄生ダイオード８２及び第２ＦＥＴ８５のドレイン－ソースの電流経路で流れる。第１ＦＥＴ８１は、放電の遮断機能はなく、バッテリＢＴ４の充電を遮断するスイッチである。

【0093】

過放電を検出した場合、ＣＰＵ５２は、第１ＦＥＴ８１をオン、第２ＦＥＴ８５をオフする。第１ＦＥＴ８１をオンし、第２ＦＥＴ８５をオフすることで、放電を遮断し、充電のみ受け入れることが出来る。この場合、充電電流は、第１ＦＥＴ８１のドレイン－ソース及び第２ＦＥＴ８５の寄生ダイオード８６の電流経路で流れる。第２ＦＥＴ８５は、充電の遮断機能はなく、バッテリＢＴ４の放電を遮断する。

【0094】

短絡電流Ｉｓを検出した場合、ＣＰＵ５２は、第１ＦＥＴ８１はオンを維持し、第２ＦＥＴ８５をオンからオフに切り換える。第２ＦＥＴ８５をオフに切り換えることで、短絡電流Ｉｓを遮断できる。

【0095】

図１７はバッテリＢＴ４をブースタケーブル７５で短絡した時の電流波形と電圧波形である。Ｉｓは短絡電流である。Ｖｄｓは、第２ＦＥＴ８５のドレイン－ソース間電圧である。

【0096】

ｔ０は短絡発生時、ｔａは短絡の検出時を示す。検出時は、短絡電流Ｉｓが閾値Ｘを超えたことをＣＰＵ５２が検出した時刻である。ｔｂは短絡電流Ｉｓの遮断時である。遮断時は第２ＦＥＴ８５がオフして短絡電流Ｉｓが遮断される時刻である。第１時間Ｔ１は短絡を検出してから遮断するまでの期間（ｔａ～ｔｂ）である。第１時間Ｔ１は反応時間と動作時間の合計である。

【0097】

第１時間Ｔ１は、閾値Ｘを超える短絡電流Ｉｓが半導体スイッチ８０に流れる。半導体スイッチ８０は、第１時間Ｔ１の短絡電流Ｉｓにより、発熱してダメージを受ける。

【0098】

ブースタケーブル７５は、抵抗成分７５Ｒとインダクタンス成分７５Ｌを有している。第２ＦＥＴ８５をオンからオフに切り換えると、インダクタンス成分７５Ｌが逆起電力Ｖｒを発生する。

【0099】

逆起電力Ｖｒにより、第２ＦＥＴ８５のドレイン－ソース間に大電圧が加わり、耐圧を超えると、第２ＦＥＴ８５はアバランシェ降伏する。降伏期間中、第２ＦＥＴ８５のＶｄｓは降伏電圧ＢＶを維持する。Ｖｄｓは、ドレイン－ソース間電圧である。

【0100】

短絡電流Ｉｓは、アバランシェ降伏後、ほぼ直線的に減少してゆき、時刻ｔｄで収束する。ｔｂ～ｔｄまでの第２時間Ｔ２は、短絡を遮断してから収束するまでの時間である。つまり、第２時間Ｔ２は、第２ＦＥＴ８５がオフに切り換わってから短絡電流Ｉｓが収束するまでの時間である。収束は、短絡電流Ｉｓが収束値であるゼロ[Ａ]に下がることを意味する。第２時間Ｔ２は、インダクタンス成分７５Ｌに蓄えた電気エネルギーが、アバランシェ降伏により第２ＦＥＴ８５に流れる電流で熱に代わり、第２ＦＥＴ８５で消費される。第２ＦＥＴ８５は、第２時間Ｔ２の短絡電流Ｉｓにより、発熱してダメージを受ける。

【0101】

ＣＰＵ５２は、半導体スイッチ８０の第１時間Ｔ１の発熱量Ｑ１と、半導体スイッチ８０の第２時間Ｔ２の発熱量Ｑ２とから、半導体スイッチ８０の第２ＦＥＴ８５のダメージを診断する。

【0102】

第２ＦＥＴ８５の第１時間Ｔ１の発熱量Ｑ１は、第１時間Ｔ１の平均電流Ｉｓ１と、第２ＦＥＴ８５の第１時間Ｔ１のＶｄｓと、第１時間Ｔ１とに基づいて推定することが出来る。（９）式は、計算式の一例である。第１時間Ｔ１は、第１ＦＥＴ８１と第２ＦＥＴ８５ともオンであるため、第２ＦＥＴ８５のＶｄｓは、半導体スイッチ８０の両端電圧Ｖｈ－Ｖｆの計測値の約１/２である。第１時間Ｔ１は、計測値でもいいし、実験値や経験値でもよい。

【0103】

Ｑ１＝Ｉｓ１×Ｖｄｓ×Ｔ１ （９）式

【0104】

第２ＦＥＴ８５の第２時間Ｔ２の発熱量Ｑ２は、第２時間Ｔ２の平均電流Ｉｓ２と、第２ＦＥＴ８５の降伏電圧ＢＶと、第２時間Ｔ２と、に基づいて推定することが出来る。（１０）式は、計算式の一例である。第２時間Ｔ２の平均電流Ｉｓ２は、（１１）式で示すように、第１時間Ｔ１の平均電流Ｉｓ１の１／２でもよい。降伏電圧ＢＶは、半導体スイッチ８０の両端電圧Ｖｈ－Ｖｆの計測値を使用してもいいし、第２ＦＥＴ８５のデータシートの値を利用してもよい。第２時間Ｔ２は、計測値でもいいし、実験値や経験値でもいい。計測する場合、電流センサ４７により計測される電流波形から求めてもよい。

【0105】

Ｑ２＝Ｉｓ２×ＢＶ×Ｔ２ （１０）式
Ｉｓ２＝Ｉｓ１／２ （１１）式

【0106】

ＣＰＵ５２は、発熱量Ｑ１と発熱量Ｑ２の合計発熱量Ｑ１＋Ｑ２が閾値よりも高い場合、第２ＦＥＴ８５のダメージは大きい（故障の可能性あり）と判断し、閾値よりも小さい場合、第２ＦＥＴ８５のダメージは小さい（故障の可能性なし）と判断してもよい。

【0107】

第１時間Ｔ１、第２ＦＥＴ８５は導通しており、ドレイン－ソース間の電圧Ｖｄｓは小さい。第１時間Ｔ１の発熱量Ｑ１は、第２時間Ｔ２の発熱量Ｑ２に比べて、小さい。処理部５１は、第２ＦＥＴ８５のダメージを、第２時間Ｔ２の発熱量Ｑ２だけで判断してもよい。半導体スイッチ８０は、熱膨張率の異なる金属の接合部分で発熱によりダメージを受けやすい。発熱によりダメージを受けやすい半導体スイッチ８０のダメージを精度よく診断することが出来、故障した半導体スイッチ８０が使用され続けることを抑制することが出来る。実施形態４では、短絡電流Ｉｓを検出した場合、第１ＦＥＴ８１はオンを維持し、第２ＦＥＴ８５をオンからオフに切り換えた。第１ＦＥＴ８１と第２ＦＥＴ８５の双方をオンからオフに切り換えてもよい。

【0108】

＜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。

【0109】

（１）上記実施形態１では、蓄電素子の一例として二次電池２を例示した。蓄電素子は、二次電池２に限定されるものではなく、キャパシタ等でもよい。バッテリＢＴ１の使用用途は、車両用に限定されるものではなく、無停電電源システムや、太陽光発電システムの蓄電装置など、他の用途に使用するものであってもよい。

【0110】

（２）上記実施形態１では、遮断装置４５の一例として機械的接点を有するリレーを例示した。遮断装置４５は、リレーに限定されるものではなく、ＦＥＴ等の半導体スイッチやヒューズ、マグネットスイッチなどでもよい。遮断装置４５がヒューズの場合、遮断時にアーク放電やアバランシェ降伏は発生しないので、第１時間Ｔ１の発熱量Ｑ１だけでダメージを評価するとよい。遮断装置は、二次電池２００の内部に設けられた電流遮断機構でもよい。電流遮断機構は、例えば、金属製の反転膜２１０であり、図１８の（ａ）、（ｂ）に示すように、二次電池２００の内圧の上昇に応じて反転する。反転膜２１０の反転により、反転膜２１０に接合された集電体２２０の一部２２０Ａが破断することで、電流が遮断される。図１８に示す２３０は電極体、２４０は端子である。

【0111】

（３）上記実施形態１において、ＣＰＵ５２は、１本の判定曲線Ｊを用いて、遮断装置４５のダメージを２段階（ダメージ小、ダメージ大）で診断した。図１９に示すように、ＣＰＵ５２は、複数本の判定曲線Ｊ１、Ｊ２を用いて、遮断装置４５のダメージを多段階（３段階以上）で診断してもよい。図１９に示す領域Ａ１はダメージ小、領域Ａ２はダメージ中、領域Ａ３はダメージ大である。

【0112】

（４）上記実施形態１において、ＣＰＵ５２は、外部短絡の回数Ｎと、各回の短絡電流Ｉｓの大きさとに基づいて、遮断装置４５のダメージを診断した。これ以外にも、ＣＰＵ５２は、過去の履歴を考慮せず、直近の短絡電流Ｉｓとその第１時間Ｔｓとから遮断装置４５の発熱量Ｑを算出し、ＣＰＵ５２は、算出した発熱量Ｑの大きさに基づいて、遮断装置４５のダメージを診断してもよい。図２０に示すように、ＣＰＵ５２は、短絡電流Ｉｓの大きさにのみに基づいて、遮断装置４５のダメージを診断してもよい。

【0113】

（５）上記実施形態１では、バッテリＢＴ１の内部に、遮断装置４５、電流センサ４７、管理装置５０を設けた例を示した。遮断装置４５、電流センサ４７、管理装置５０はバッテリＢＴ１の外部に設けられていてもよい。

【符号の説明】

【0114】

２ 二次電池（蓄電素子）
４０ 組電池
４５ 遮断装置
４７ 電流センサ
５０ 管理装置
５１ 処理部
６１ 警告ランプ
６３ 外部スイッチ
ＢＴ１ バッテリ（蓄電装置）
ＶＨ 車両
Ｔｓ 第１時間
Ｔｗ 休止時間
Ｔ１ 第１時間
Ｔ２ 第２時間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】