WO2024128059A1 - 蓄電装置 - Google Patents

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WO2024128059A1
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negative terminal
storage device
power storage
power line
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Inventor
竜一 伊藤
正太 野津
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株式会社Ｇｓユアサ
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    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries

Definitions

  • the present invention relates to an electricity storage device.
  • Patent Document 1 applies a power storage device equipped with multiple lithium-ion secondary batteries (power storage elements) to a motorcycle.
  • a field effect transistor is provided between the negative electrode of the storage element and the negative terminal of the storage device (i.e., on the low side of the storage element) as a circuit breaker to protect the storage element.
  • the FET turns off (opens) when an abnormal event occurs in the storage element, such as overcharging or overcurrent.
  • One aspect of the present invention is to provide a power storage device that can suppress malfunction of components connected to the negative terminal.
  • the energy storage device comprises an energy storage element, a positive terminal and a negative terminal, a power line connecting the positive terminal, the energy storage element, and the negative terminal, a first semiconductor switch provided on the power line between the energy storage element and the negative terminal, wiring provided in parallel with the power line and connecting the power line between the positive terminal and the energy storage element and the negative terminal, and a second semiconductor switch provided on the wiring.
  • the above embodiment provides an energy storage device that can prevent the potential of the negative terminal from floating and suppresses malfunctions of components connected to the negative terminal.
  • FIG. FIG. 2 is a block diagram of a vehicle system.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view illustrating a configuration example of a power storage device.
  • FIG. 2 is an electrical block diagram showing a configuration example of a power storage device.
  • 10A and 10B are diagrams for explaining the negative terminal potential according to the states of an N-channel FET and a P-channel FET.
  • FIG. 11 is an electrical block diagram showing another configuration example of the power storage device.
  • FIG. 13 is a diagram showing a state in which the negative terminal is disconnected from the ground in an example that does not have a P-channel FET and a resistive element.
  • boost circuit charge pump circuit or switching regulator circuit
  • the negative terminal 52 of the storage device 50 and the ground GND of the battery management unit (BMU) 53 are electrically isolated.
  • BMU battery management unit
  • a switch element 56 that is connected to the negative terminal 52 and detects whether an external charger (not shown) is connected may be provided on the circuit board that constitutes the BMU 53.
  • the switch element 56 turns on, causing the BMU 53 to turn on the FET 55 again, enabling charging of the storage elements 3 by the external charger.
  • switch element 56 may malfunction and turn on even though an external charger is not connected to the storage device 50c, causing BMU 53 to turn on FET 55, which may result in over-discharging of storage element 3.
  • An energy storage device includes an energy storage element, a positive terminal (positive external terminal) and a negative terminal (negative external terminal), a power line connecting the positive terminal, the energy storage element, and the negative terminal, a first semiconductor switch provided on the power line between the energy storage element and the negative terminal, a wiring (pull-up wiring) provided in parallel to the power line and connecting the power line between the positive terminal and the energy storage element and the negative terminal, and a second semiconductor switch provided on the wiring.
  • the "semiconductor switch” may be a MOS (Metal Oxide Semiconductor) type FET, but is not limited to this form.
  • the semiconductor switch may be a bipolar transistor, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), or a Gallium Nitride (GaN) heterojunction transistor. From the viewpoint of a balance between performance and cost, an N-channel MOSFET can be used as the first semiconductor switch, and a P-channel MOSFET can be used as the second semiconductor switch.
  • the second semiconductor switch when the first semiconductor switch is off, the second semiconductor switch is turned on to pull up and stabilize the potential of the negative terminal of the energy storage device. This prevents the potential of the negative terminal from floating, suppressing malfunctions of components connected to the negative terminal.
  • the energy storage device of (1) above may further include a control unit that controls the first semiconductor switch and the second semiconductor switch, and the control unit may turn off the first semiconductor switch and turn on the second semiconductor switch at the same time.
  • control unit can operate the first semiconductor switch and the second semiconductor switch in synchronization, eliminating the need for a complex hardware configuration.
  • the first semiconductor switch may be an N-channel type or an NPN type
  • the second semiconductor switch may be a P-channel type or a PNP type
  • the gates of the first semiconductor switch and the second semiconductor switch may be connected to a common wiring.
  • the above configuration allows a simple circuit configuration to turn on the P-channel (PNP) semiconductor switch when the N-channel (NPN) semiconductor switch is off, thereby pulling up and stabilizing the potential of the negative terminal.
  • the power storage device does not need to have a function for wired communication with an external device.
  • the power storage device having the above configuration is suitable for use in motorcycles.
  • the power storage device may have a wireless communication function with an external device.
  • the external device may be a mobile terminal device carried by a vehicle occupant or a vehicle-side ECU.
  • the power storage device may transmit status information or a message to a terminal device such as a smartphone.
  • the battery 50 (an example of a power storage device) according to the first embodiment is a battery for a motorcycle mounted on a motorcycle 10.
  • the battery 50 is rated at 12 volts (V) and can be used to replace (e.g., retrofit) a conventional lead-acid battery.
  • a starter 10A, an alternator 10B (an example of a vehicle charger), and accessories 10C (headlights, car navigation system, etc.) mounted on the motorcycle 10 are connected to the battery 50.
  • the battery 50 supplies 12V of power to the starter 10A to start the engine (internal combustion engine).
  • the battery 50 is charged by the alternator 10B while the engine is running.
  • the battery 50 includes a management unit 53, a plurality of storage cells 3 (an example of a storage element), and a rectangular storage case 40 that houses them.
  • the storage cells 3 may be battery cells such as lithium ion secondary batteries, or may be electrochemical cells such as capacitors.
  • the management unit 53 is a BMU.
  • the battery pack 30 may have eight storage cells 3 connected in four series and two in parallel, or twelve storage cells 3 connected in four series and three in parallel.
  • the storage case 40 is made of synthetic resin.
  • the storage case 40 comprises a case body 41, a lid portion 42 that closes the opening of the case body 41, a storage portion 43 provided in the lid portion 42, a cover 44 that covers the storage portion 43, an inner lid (bus bar plate or bus bar frame) 45, and a partition plate 46.
  • the inner lid 45 and the partition plate 46 do not necessarily have to be provided.
  • the storage cell 3 is inserted between the partition plates 46 of the case body 41.
  • metal bus bars 61 are placed on the inner lid 45.
  • the inner lid 45 is placed near the terminal surface where the cell terminals 32 of the storage cells 3 are provided, and adjacent cell terminals 32 of adjacent storage cells 3 are connected by the bus bars 61, so that the storage cells 3 are connected in series.
  • the storage section 43 is box-shaped and has a protrusion 43a that protrudes outward in the center of one long side in a plan view.
  • a positive terminal 51 and a negative terminal 52 made of metal such as a lead alloy are provided on either side of the protrusion 43a on the lid section 42.
  • the storage section 43 stores the BMU 53.
  • the BMU 53 is connected to the energy storage cells 3 via wiring members and bus bars 61 (not shown). Instead of being stored in the storage section 43, the BMU 53 may be disposed adjacent to the upper or side of the battery pack 30, for example.
  • the BMU 53 may have multiple circuit boards.
  • the storage cell 3 comprises a hollow rectangular parallelepiped case 31 and a pair of cell terminals 32, 32 of opposite polarity provided on one side (terminal surface, top surface) of the case 31.
  • the case 31 contains an electrode body 33 formed by stacking a positive electrode, a separator, and a negative electrode, and an electrolyte (electrolytic solution) (not shown).
  • the electrode body 33 is constructed by stacking a sheet-shaped positive electrode and a sheet-shaped negative electrode with two sheet-shaped separators between them, and then rolling them up (vertically or horizontally).
  • the separators are made of a porous resin film.
  • a porous resin film made of a resin such as polyethylene (PE) or polypropylene (PP) can be used.
  • the positive electrode is an electrode plate in which a positive electrode active material layer is formed on the surface of a long strip-shaped positive electrode substrate made of, for example, aluminum, an aluminum alloy, or the like.
  • the positive electrode active material layer includes a positive electrode active material.
  • a positive electrode active material used in the positive electrode active material layer a material capable of absorbing and releasing lithium ions can be used.
  • the positive electrode active material for example, LiFePO4 is used, but is not limited thereto, and a so-called ternary positive electrode active material may be used.
  • the positive electrode active material layer may further include a conductive assistant, a binder, and the like.
  • the negative electrode is an electrode plate in which a negative electrode active material layer is formed on the surface of a long strip-shaped negative electrode substrate made of, for example, copper or a copper alloy.
  • the negative electrode active material layer contains a negative electrode active material.
  • the negative electrode active material can be a material capable of absorbing and releasing lithium ions. Examples of the negative electrode active material include graphite, hard carbon, and soft carbon.
  • the negative electrode active material layer may further contain a binder, a thickener, and the like.
  • the electrolyte housed in the housing case 40 together with the electrode body 33 may be the same as that used in a conventional lithium ion secondary battery.
  • an electrolyte containing a supporting salt in an organic solvent may be used.
  • the organic solvent for example, an aprotic solvent such as carbonates, esters, or ethers is used.
  • a lithium salt such as LiPF 6 , LiBF 4 , or LiClO 4 is preferably used.
  • the electrolyte may contain various additives such as a gas generating agent, a film forming agent, a dispersing agent, or a thickening agent.
  • FIG. 3 shows a rectangular lithium ion battery with a wound electrode body 33 as an example of the storage cell 3.
  • the storage cell 3 may be a cylindrical lithium ion battery or a laminated (pouch) lithium ion battery.
  • the storage cell 3 may be a lithium ion battery with a laminated electrode body.
  • the storage cell 3 may be an all-solid-state lithium ion battery using a solid electrolyte.
  • FIG. 4 is an electrical block diagram of the battery 50.
  • the positive terminal 51 and the battery pack 30 are connected by a power line 53a.
  • the four storage cells 3 connected in series that constitute the battery pack 30 the one directly connected to the positive terminal 51 is called the fourth cell 3d.
  • the one adjacent to the fourth cell 3d is called the third cell 3c
  • the one adjacent to the third cell 3c is called the second cell 3b
  • the one adjacent to the second cell 3b is called the first cell 3a.
  • the first cell 3a and the negative terminal 52 are connected by a power line 53b.
  • At least a portion of the power lines 53 a and 53 b is formed by a bus bar 61 .
  • a current sensor 54 and an N-channel FET 55 are provided in series on the power line 53b.
  • the first cell 3a is connected to the negative terminal 52 via the current sensor 54 and the N-channel FET 55.
  • the current sensor 54 does not have to be provided.
  • the current sensor 54 may be removed, and a protective element such as a fuse for protecting the storage cell 3 from an overcurrent may be provided on the power line 53a.
  • a shunt resistor is used as the current sensor 54.
  • the current sensor 54 is not limited to this.
  • a power line 53b connecting the first cell 3a and the current sensor 54 is connected to the ground (signal ground) GND.
  • the N-channel FET 55 is a set of FETs arranged in parallel on the power line 53b, each set consisting of an N-channel FET 55a for cutting off charging and an N-channel FET 55b for cutting off discharging, which are arranged in series.
  • the current flowing through the power line 53b is distributed to the multiple FET sets connected in parallel, and is cut off by these multiple FET sets when an abnormal event occurs.
  • the BMU 53 further has a pull-up wiring 53c that is provided in parallel with the power lines 53a and 53b and connects the power line 53a to the negative terminal 52.
  • a P-channel FET 58 and a resistor 60 serving as a resistive element are provided in series with the pull-up wiring 53c.
  • the resistive element may be any element that exhibits a resistive component to prevent a short circuit between the positive terminal 51 and the negative terminal 52.
  • the resistor 60 which is an inexpensive passive component, is used.
  • one end of the pull-up wiring 53c is connected to a portion of the power line 53a between the positive terminal 51 and the fourth cell 3d, and the other end is connected to a portion of the power line 53b between the N-channel FET 55 and the negative terminal 52. Since one end is connected to a portion of the power line 53a between the positive terminal 51 and the fourth cell 3d, a gate-source voltage capable of turning on the P-channel FET 58 can be secured even when the cell voltages ( Vcell1 , Vcell2 , Vcell3 , Vcell4 ) of the storage cells 3 have dropped.
  • one end of the pull-up wiring 53c may be connected to a location on the power line 53a between the fourth cell 3d and the third cell 3c, between the third cell 3c and the second cell 3b, or between the second cell 3b and the first cell 3a.
  • the BMU 53 further includes a control unit 21 that controls the N-channel FET 55 and the P-channel FET 58.
  • the control unit 21 includes a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), The control unit 21 is an arithmetic circuit including a RAM (Random Access Memory) and the like.
  • the CPU included in the control unit 21 executes various computer programs stored in a ROM or a storage unit (not shown) to control the operation of the N-channel FET 55 and the P-channel FET 58 and other hardware.
  • the control unit 21 may include functions such as a timer that measures the elapsed time from when a measurement start instruction is given to when a measurement end instruction is given, a counter that counts numbers, and a clock that outputs date and time information.
  • the control unit 21 may be an integrated circuit (IC) that does not include a CPU or the like, or a hardware circuit that includes transistors and the like.
  • the control unit 21 turns on the N-channel FET 55 and turns off the P-channel FET 58 (the gate voltages of the N-channel FET 55 and the P-channel FET 58 are both HIGH), the potential of the negative terminal 52 is equal to ground GND.
  • the N-channel FET 55 is turned off and the P-channel FET 58 is turned on by a signal from the control unit 21 (the gate voltages of the N-channel FET 55 and the P-channel FET 58 are both LOW), and the potential of the negative terminal 52 becomes equal to the sum of the cell voltages of each storage cell 3.
  • the N-channel FET 55 arranged on the low side of the storage cell 3 is turned off, the potential of the negative terminal 52 can be pulled up and stabilized.
  • the components 57a connected to the negative terminal 52, including the switch element 56 that detects whether an external charger (not shown) is connected or not, and other integrated circuits 57, are less susceptible to noise and other influences. This prevents malfunction of the components 57a.
  • control unit 21 can operate the N-channel FET 55 and the P-channel FET 58 in synchronization. No complex hardware configuration is required.
  • This embodiment is suitable for a system in which a semiconductor switch is mounted on the low side of a storage element.
  • an external device for example, a vehicle-side ECU
  • the ground GND of the management unit 53 and the negative terminal 52 which is the ground of the external device, are separated, and there is a possibility that normal communication cannot be performed.
  • the battery 50 mounted on a motorcycle does not necessarily require a communication function with the vehicle-side ECU or the alternator 10b as a vehicle charger.
  • This embodiment is suitable for such an application.
  • This embodiment is also suitable for the case where the power storage device (battery) is required to have a wireless communication function with an external device, because wireless communication is possible even if the ground potential of the management unit 53 is not the same as the ground potential of the external device.
  • FIG. 6 Another configuration example of the power storage device is shown in Fig. 6.
  • the battery pack, the current sensor, and the BMU circuit board are omitted. 6
  • the gates of the N-channel FET 55 and the P-channel FET 58 are connected to a common wiring 21a extending from the control unit 21.
  • the N-channel FET 55 a plurality of FET sets each consisting of an N-channel FET 55a for cutting off charging and an N-channel FET 55b for cutting off discharging, which are provided in series, are provided in parallel on the power line 53b.
  • the gates of the N-channel FET 55a for cutting off charging and the gates of the N-channel FET 55b for cutting off discharging of all of these FET sets are connected to the wiring 21a via gate resistors.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments.
  • the battery 50, 50b may be mounted on an electric motorcycle without an engine to supply 12V power to accessories.
  • the battery 50, 50b may be mounted on an automobile with an engine, an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle (HEV), or a plug-in hybrid electric vehicle (PHEV).
  • the battery may be mounted on other moving objects such as aircraft, railroad trains, ships, etc.
  • the rated voltage of the battery is not limited to 12V, and may be 48V or other voltages in the so-called "low voltage" range.

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Abstract

蓄電素子３と、プラスターミナル５１およびマイナスターミナル５２と、プラスターミナル５１と蓄電素子３とマイナスターミナル５２とを接続するパワーライン５３ａ，５３ｂと、蓄電素子３およびマイナスターミナル５２間のパワーライン５３ｂに設けられた第一半導体スイッチ５５と、パワーライン５３ａ，５３ｂに並列に設けられてプラスターミナル５１および蓄電素子３間のパワーライン５３ａとマイナスターミナル５２とを接続する配線５３ｃと、配線５３ｃに設けられた第二半導体スイッチ５８とを備える。

Description

蓄電装置
　本発明は、蓄電装置に関する。
　一般に、自動二輪車では、エンジン始動用の蓄電装置として鉛蓄電池が用いられているが、特許文献１は、複数のリチウムイオン二次電池（蓄電素子）を備えた蓄電装置を自動二輪車に適用している。
　特許文献１では、蓄電素子を保護する遮断器として、蓄電素子の負極と蓄電装置のマイナスターミナルとの間に（すなわち、蓄電素子のロウサイドに）、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）が設けられている。ＦＥＴは、過充電や過電流といった蓄電素子の異常事象が発生した場合にオフ（オープン）する。
特開２０２０－１６７７６６号公報
　本発明の一態様は、マイナスターミナルと接続されている部品の誤作動を抑制できる蓄電装置を提供する。
　本発明の一態様に係る蓄電装置は、蓄電素子と、プラスターミナルおよびマイナスターミナルと、前記プラスターミナルと前記蓄電素子と前記マイナスターミナルとを接続するパワーラインと、前記蓄電素子および前記マイナスターミナル間の前記パワーラインに設けられた第一半導体スイッチと、前記パワーラインに並列に設けられて前記プラスターミナルおよび前記蓄電素子間の前記パワーラインと前記マイナスターミナルとを接続する配線と、前記配線に設けられた第二半導体スイッチと、を備える。
　上記態様によれば、マイナスターミナルの電位が浮くことを防いで、マイナスターミナルと接続されている部品の誤作動を抑制可能な蓄電装置を提供できる。
自動二輪車の側面図である。 車両システムのブロック図である。 蓄電装置の構成例を示す分解斜視図である。 蓄電装置の構成例を示す電気ブロック図である。 Ｎチャネル型ＦＥＴおよびＰチャネル型ＦＥＴの状態に応じたマイナスターミナル電位を説明する図である。 蓄電装置の他の構成例を示す電気ブロック図である。 Ｐチャネル型ＦＥＴと抵抗素子を有しない例においてマイナスターミナルがグランドと切り離された状態を示す図である。
　以下、実施形態の概要を説明する。
　本発明者らは、Ｎチャネル型ＦＥＴのゲート電圧生成用の昇圧回路（チャージポンプ回路やスイッチングレギュレータ回路）の削減のために、図７のように、Ｎチャネル型ＦＥＴ５５を蓄電素子３のロウサイドに配置することを検討した。図７の構成では、ＦＥＴ５５のオフ時に、蓄電装置５０のマイナスターミナル５２と電池管理ユニット（ＢＭＵ）５３のグランドＧＮＤとが電気的に分離される。その状況で蓄電装置５０が、負荷や車両との接続をなくすと（スタンドアローンの状態になると）、マイナスターミナル５２の電位が浮いてしまい、マイナスターミナル５２と接続されている部品が、点線で示すノイズ等の影響を受けて誤作動を起こす可能性がある。
　ＢＭＵ５３を構成する回路基板に、マイナスターミナル５２に接続されて、外部充電器（図示せず）の接続有無を検知するスイッチ素子５６が設けられる場合がある。ＢＭＵ５３が、蓄電素子３を過放電から保護するためにＦＥＴ５５をオフした後に外部充電器が蓄電装置５０に接続されると、スイッチ素子５６がオンし、それによりＢＭＵ５３がＦＥＴ５５を再びオンして外部充電器による蓄電素子３の充電を可能にする。
　しかし、図７の構成では、ＦＥＴ５５がオフの状況で、マイナスターミナル５２の電位が浮くと、外部充電器が蓄電装置５０ｃに接続されていないにもかかわらずスイッチ素子５６が誤作動でオンし、ＢＭＵ５３がＦＥＴ５５をオンして結果として蓄電素子３を過放電させてしまう可能性がある。
　そこで、本発明者らは、以下の構成を考案した。
（１）蓄電装置は、蓄電素子と、プラスターミナル（正外部端子）およびマイナスターミナル（負外部端子）と、前記プラスターミナルと前記蓄電素子と前記マイナスターミナルとを接続するパワーラインと、前記蓄電素子および前記マイナスターミナル間の前記パワーラインに設けられた第一半導体スイッチと、前記パワーラインに並列に設けられて前記プラスターミナルおよび前記蓄電素子間の前記パワーラインと前記マイナスターミナルとを接続する配線（プルアップ配線）と、前記配線に設けられた第二半導体スイッチと、を備える。
　ここで、「半導体スイッチ」は、ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）型のＦＥＴであってもよいが、その形態に限定はされない。半導体スイッチは、バイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、または窒化ガリウムヘテロ結合（ＧａＮ）トランジスタであってもよい。
　性能とコストのバランスの観点から、第一半導体スイッチとしてＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴを用い、第二半導体スイッチとしてＰチャネル型ＭＯＳＦＥＴを用いることができる。
　上記の蓄電装置によれば、第一半導体スイッチのオフ時に、第二半導体スイッチをオンして蓄電装置のマイナスターミナルの電位をプルアップし、安定化させることができる。こうして、マイナスターミナルの電位が浮くことを防いで、マイナスターミナルと接続されている部品の誤作動を抑制できる。
（２）上記（１）の蓄電装置において、前記第一半導体スイッチおよび前記第二半導体スイッチを制御する制御部をさらに備え、前記制御部は、前記第一半導体スイッチをオフすると同時に、前記第二半導体スイッチをオンしてもよい。
　上記構成によれば、制御部によって第一半導体スイッチおよび第二半導体スイッチを同期して動作させることができ、複雑なハードウェア構成は不要となる。
（３）上記（１）又は（２）の蓄電装置において、前記第一半導体スイッチがＮチャネル型またはＮＰＮ型であり、前記第二半導体スイッチがＰチャネル型またはＰＮＰ型であり、前記第一半導体スイッチおよび前記第二半導体スイッチのゲートが、共通の配線に接続されてもよい。
　上記構成によれば、シンプルな回路構成で、Ｎチャネル型（ＮＰＮ型）半導体スイッチのオフ時に、Ｐチャネル型（ＰＮＰ型）半導体スイッチをオンしてマイナスターミナルの電位をプルアップし、安定化させることができる。
（４）上記の蓄電装置は、外部機器との有線通信機能を有しなくてもよい。
　上記構成の蓄電装置は、自動二輪車用途に好適である。
（５）上記の蓄電装置は、外部機器との無線通信機能を有してもよい。
　外部機器は、車両の乗員が所持する携帯端末装置や、車両側ＥＣＵであってもよい。蓄電装置は、スマートフォン等の端末装置に、状態情報や、メッセージを送信してもよい。
　以下、実施形態を示す図面を参照して具体的に説明する。
　図１に示すように、実施形態１に係るバッテリ５０（蓄電装置の一例）は自動二輪車１０に搭載される二輪車用のバッテリである。バッテリ５０は、従来の鉛蓄電池からの置き換え（例えば、レトロフィット）が可能な、定格１２ボルト（Ｖ）である。
　図２に示すように、バッテリ５０には自動二輪車１０に搭載されているスタータ１０Ａ、オルタネータ１０Ｂ（車両充電器の一例）および補機類１０Ｃ（ヘッドライト、カーナビゲーションシステム等）が接続されている。バッテリ５０は、スタータ１０Ａに１２Ｖの電力を供給してエンジン（内燃機関）を始動させる。バッテリ５０は、エンジン動作中にオルタネータ１０Ｂによって充電される。
　図３に示すように、バッテリ５０は、管理ユニット５３、複数の蓄電セル３（蓄電素子の一例）、およびそれらを収容する直方体状の収容ケース４０を備える。蓄電セル３は、リチウムイオン二次電池等の電池セルであってもよいし、キャパシタ等の電気化学セルであってもよい。管理ユニット５３は、本実施形態ではＢＭＵである。
　蓄電セル３は、４個が直列接続されて組電池３０を構成している。代替的に、蓄電セル３のうちのいくつかは並列に接続されてもよい。例えば、組電池３０は、２並列で４直列に接続された、８個の蓄電セル３を有してもよいし、３並列で４直列に接続された、１２個の蓄電セル３を有してもよい。
　収容ケース４０は合成樹脂製である。収容ケース４０は、ケース本体４１と、ケース本体４１の開口部を閉塞する蓋部４２と、蓋部４２に設けられた収容部４３と、収容部４３を覆うカバー４４と、中蓋（バスバープレートまたはバスバーフレーム）４５と、仕切り板４６とを備える。中蓋４５や仕切り板４６は、設けられなくてもよい。ケース本体４１の仕切り板４６の間に、蓄電セル３が挿入される。
　中蓋４５には、複数の金属製のバスバー６１（導電部材）が載置されている。蓄電セル３のセル端子３２が設けられている端子面付近に中蓋４５が配置されて、隣り合う蓄電セル３の隣り合うセル端子３２がバスバー６１により接続され、蓄電セル３が直列に接続されている。
　収容部４３は、箱状をなし、平面視における一長辺の中央部に、外側に突出した突出部４３ａを有する。蓋部４２における突出部４３ａの両側には、鉛合金等の金属製の、プラスターミナル５１およびマイナスターミナル５２が設けられている。収容部４３に、ＢＭＵ５３が収容される。ＢＭＵ５３は、図示しない配線部材およびバスバー６１を介して蓄電セル３と接続されている。ＢＭＵ５３は、収容部４３に収容される代わりに、例えば組電池３０の上方又は側方に隣接して配置されてもよい。ＢＭＵ５３は、複数の回路基板を有してもよい。
　蓄電セル３は、中空直方体状のケース３１と、ケース３１の一側面（端子面、上面）に設けられた、極性が異なる一対のセル端子３２，３２とを備える。ケース３１には、正極、セパレータ、および負極を積層してなる電極体３３と、図示しない電解質（電解液）とが収容されている。
　電極体３３は、詳細は図示しないが、シート状の正極と、負極とを、２枚のシート状のセパレータを介して重ね合わせ、これらを巻回（縦巻き又は横巻き）することにより構成されている。セパレータは、多孔性の樹脂フィルムにより形成される。多孔性の樹脂フィルムとして、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等の樹脂からなる多孔性樹脂フィルムを使用できる。
　正極は、例えばアルミニウム、アルミニウム合金等からなる長尺帯状の正極基材の表面に、正極活物質層が形成された電極板である。正極活物質層は、正極活物質を含む。正極活物質層に用いられる正極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵放出可能な材料を使用できる。正極活物質としては、例えばＬｉＦｅＰＯ4が用いられるが、それに限定はされず、いわゆる３元系の正極活物質が用いられてもよい。正極活物質層は、導電助剤、バインダ等を更に含んでもよい。
　負極は、例えば銅又は銅合金等からなる長尺帯状の負極基材の表面に、負極活物質層が形成された電極板である。負極活物質層は、負極活物質を含む。負極活物質は、リチウムイオンを吸蔵放出可能な材料を使用できる。負極活物質としては、例えば黒鉛（グラファイト）、ハードカーボン、ソフトカーボン等が挙げられる。負極活物質層は、バインダ、増粘剤等を更に含んでもよい。
　電極体３３と共に収容ケース４０に収容される電解質には、従来のリチウムイオン二次電池と同様のものを使用できる。例えば、電解質として、有機溶媒中に支持塩を含有させた電解質を使用できる。有機溶媒として、例えば、カーボネート類、エステル類、エーテル類等の非プロトン性溶媒が用いられる。支持塩として、例えば、ＬｉＰＦ6 、ＬｉＢＦ4 、ＬｉＣｌＯ4 等のリチウム塩が好適に用いられる。電解質は、例えば、ガス発生剤、被膜形成剤、分散剤、増粘剤等の各種添加剤を含んでもよい。
　図３は、蓄電セル３の一例として、巻回型の電極体３３を備える角型のリチウムイオン電池を示す。代替的に、蓄電セル３は、円筒型リチウムイオン電池であってもよく、ラミネート型（パウチ型）リチウムイオン電池であってもよい。蓄電セル３は、積層型電極体を備えるリチウムイオン電池であってもよい。蓄電セル３は、固体電解質を用いた全固体リチウムイオン電池であってもよい。
　図４は、バッテリ５０の電気ブロック図である。プラスターミナル５１と、組電池３０とは、パワーライン５３ａで接続されている。組電池３０を構成する直列接続された４個の蓄電セル３のうち、プラスターミナル５１に直接接続されるものを第４セル３ｄと呼ぶ。第４セル３ｄに隣接するものを第３セル３ｃ、第３セル３ｃに隣接するものを第２セル３ｂ、第２セル３ｂに隣接するものを第１セル３ａと呼ぶ。第１セル３ａとマイナスターミナル５２とは、パワーライン５３ｂで接続されている。
　パワーライン５３ａ，５３ｂの少なくとも一部は、バスバー６１により構成される。
　パワーライン５３ｂに、直列に、電流センサ５４と、Ｎチャネル型ＦＥＴ５５とが設けられている。第１セル３ａは、電流センサ５４およびＮチャネル型ＦＥＴ５５を介してマイナスターミナル５２に接続されている。電流センサ５４は、設けられなくてもよい。電流センサ５４を除去し、過電流から蓄電セル３を保護するためのヒューズ等の保護素子が、パワーライン５３ａに設けられてもよい。
　本実施形態では、電流センサ５４としてシャント抵抗が用いられている。電流センサ５４は、それに限定はされない。
　第１セル３ａと電流センサ５４とを繋ぐパワーライン５３ｂが、グランド（シグナルグランド）ＧＮＤに接続されている。
　本実施形態では、Ｎチャネル型ＦＥＴ５５として、直列に設けられた、充電遮断用のＮチャネル型ＦＥＴ５５ａと放電遮断用のＮチャネル型ＦＥＴ５５ｂとからなるＦＥＴセットが、パワーライン５３ｂに複数並列に設けられている。パワーライン５３ｂを流れる電流は、並列に接続された複数のＦＥＴセットに分散されて、異常事象発生時にこれら複数のＦＥＴセットにより遮断される。
　ＢＭＵ５３はさらに、パワーライン５３ａ，５３ｂに並列に設けられて、パワーライン５３ａとマイナスターミナル５２とを接続するプルアップ配線５３ｃを有する。プルアップ配線５３ｃに、Ｐチャネル型のＦＥＴ５８と、抵抗素子としての抵抗６０とが直列に設けられている。抵抗素子は、プラスターミナル５１とマイナスターミナル５２の短絡を防ぐべく抵抗成分を発現するものであればよい。本実施形態では、安価な受動部品である抵抗６０が用いられている。
　本実施形態では、プルアップ配線５３ｃの、一端は、パワーライン５３ａの、プラスターミナル５１と第４セル３ｄとの間の箇所に接続され、他端は、パワーライン５３ｂの、Ｎチャネル型ＦＥＴ５５とマイナスターミナル５２との間の箇所に接続されている。一端がパワーライン５３ａのプラスターミナル５１と第４セル３ｄとの間の箇所に接続されているため、各蓄電セル３のセル電圧（Ｖｃｅｌｌ１，Ｖｃｅｌｌ２，Ｖｃｅｌｌ３，Ｖｃｅｌｌ４）が低下した状態でもＰチャネル型ＦＥＴ５８をオン可能なゲート－ソース間電圧を確保できる。
　ゲート－ソース間電圧を確保できるのであれば、プルアップ配線５３ｃの一端は、パワーライン５３ａの、第４セル３ｄと第３セル３ｃとの間の箇所、第３セル３ｃと第２セル３ｂとの間の箇所、または第２セル３ｂと第１セル３ａとの間の箇所に接続されてもよい。
　ＢＭＵ５３はさらに、Ｎチャネル型ＦＥＴ５５およびＰチャネル型ＦＥＴ５８を制御する制御部２１を有する。
　制御部２１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、
ＲＡＭ（Random Access Memory）等を備える演算回路である。制御部２１が備えるＣＰＵは、ＲＯＭや記憶部（図示せず）に格納された各種コンピュータプログラムを実行し、Ｎチャネル型ＦＥＴ５５およびＰチャネル型ＦＥＴ５８や、その他のハードウェアの動作を制御する。制御部２１は、計測開始指示を与えてから計測終了指示を与えるまでの経過時間を計測するタイマ、数をカウントするカウンタ、日時情報を出力するクロック等の機能を備えていてもよい。制御部２１は、代替的に、ＣＰＵ等を備えない集積回路（ＩＣ）であってもよいし、トランジスタ等を含むハードウェア回路であってもよい。
　図５に示すように、制御部２１によってＮチャネル型ＦＥＴ５５がオンし、Ｐチャネル型ＦＥＴ５８がオフしている（Ｎチャネル型ＦＥＴ５５のゲート電圧とＰチャネル型ＦＥＴ５８のゲート電圧が共にＨＩＧＨである）場合、マイナスターミナル５２の電位はグランドＧＮＤに等しい。
　本実施形態によれば、蓄電セル３の過放電などの異常事象発生時に、制御部２１からの信号によってＮチャネル型ＦＥＴ５５がオフし、Ｐチャネル型ＦＥＴ５８がオンする（Ｎチャネル型ＦＥＴ５５のゲート電圧とＰチャネル型ＦＥＴ５８のゲート電圧が共にＬＯＷになる）と、マイナスターミナル５２の電位は各蓄電セル３のセル電圧の総和に等しくなる。つまり、蓄電セル３のロウサイドに配置されたＮチャネル型ＦＥＴ５５のオフ時に、マイナスターミナル５２の電位をプルアップして安定化させることができる。
　外部充電器（図示せず）の接続有無を検知するスイッチ素子５６や、その他の集積回路５７を含む、マイナスターミナル５２と接続されている部品５７ａが、ノイズ等の影響を受けにくい。そのため、部品５７ａの誤作動が抑制される。
　また、制御部２１によって、Ｎチャネル型ＦＥＴ５５およびＰチャネル型ＦＥＴ５８を同期して動作させることができる。複雑なハードウェア構成は不要となる。
　本実施形態は、蓄電素子のロウサイドに半導体スイッチが搭載されるシステムに好適である。蓄電装置（バッテリ）に、外部機器（例えば、車両側ＥＣＵ）との有線通信機能が求められる場合、管理ユニット５３のグランド電位と外部機器のグランド電位（＝マイナスターミナル５２の電位）は、同じである必要がある。ロウサイドに半導体スイッチが配置されて半導体スイッチがオフすると、管理ユニット５３のグランドＧＮＤと外部機器のグランドであるマイナスターミナル５２とが分離され、正常な通信を行えない可能性が生じる。自動二輪車に搭載されるバッテリ５０には、車両側ＥＣＵや、車両充電器としてのオルタネータ１０ｂとの通信機能が必ずしも求められない。本実施形態は、そのような用途に好適である。
　本実施形態は、蓄電装置（バッテリ）に、外部機器との無線通信機能が求められる場合にも好適である。無線通信では、管理ユニット５３のグランド電位と外部機器のグランド電位とが同じでなくても、通信が可能なためである。
　図６に、蓄電装置の他の構成例を示す。図６では、組電池、電流センサ、ＢＭＵ回路基板の図示を省略している。
　図６の例では、Ｎチャネル型ＦＥＴ５５およびＰチャネル型ＦＥＴ５８のゲートが、制御部２１から延びた共通の配線２１ａに接続されている。Ｎチャネル型ＦＥＴ５５として、直列に設けられた、充電遮断用のＮチャネル型ＦＥＴ５５ａと放電遮断用のＮチャネル型ＦＥＴ５５ｂとからなるＦＥＴセットが、パワーライン５３ｂに複数並列に設けられている。それら全てのＦＥＴセットの、充電遮断用のＮチャネル型ＦＥＴ５５ａのゲートと、放電遮断用のＮチャネル型ＦＥＴ５５ｂのゲートが、ゲート抵抗を介して配線２１ａに接続されている。
　そのため、シンプルな回路構成で、Ｎチャネル型ＦＥＴ５５のオフ時に、Ｐチャネル型ＦＥＴ５８をオンしてマイナスターミナル５２の電位をプルアップし、安定化させることができる。
　本発明は、上述した実施形態に限定はされない。
　バッテリ５０，５０ｂは、エンジンを有しない電気自動二輪車に搭載されて、補機類に１２Ｖの電力を供給してもよい。代替的に、バッテリ５０，５０ｂは、エンジンを有する自動車、電気自動車、（ＥＶ）、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド電気自動車（ＰＨＥＶ）に搭載されてもよい。バッテリは、飛行体、鉄道列車、船舶等の他の移動体に搭載されてもよい。バッテリの定格電圧は、１２Ｖに限定はされず、４８Ｖや、いわゆる「低電圧」の範囲のその他の電圧であってもよい。
　１０　自動二輪車（車両、移動体）
　５０，５０ｂ，５０ｃ　バッテリ（蓄電装置）
　５１　プラスターミナル
　５２　マイナスターミナル
　５３ａ，５３ｂ　パワーライン
　５３ｃ　プルアップ配線（配線）
　５５　Ｎチャネル型ＦＥＴ（第一半導体スイッチ）
　５８　Ｐチャネル型ＦＥＴ（第二半導体スイッチ）
　６０　抵抗（抵抗素子）

Claims (7)

  1. 　蓄電素子と、
    　プラスターミナルおよびマイナスターミナルと、
    　前記プラスターミナルと前記蓄電素子と前記マイナスターミナルとを接続するパワーラインと、
    　前記蓄電素子および前記マイナスターミナル間の前記パワーラインに設けられた第一半導体スイッチと、
    　前記パワーラインに並列に設けられて前記プラスターミナルおよび前記蓄電素子間の前記パワーラインと前記マイナスターミナルとを接続する配線と、
    　前記配線に設けられた第二半導体スイッチと、を備える蓄電装置。
  2. 　前記第一半導体スイッチおよび前記第二半導体スイッチを制御する制御部をさらに備え、
    　前記制御部は、前記第一半導体スイッチをオフすると同時に、前記第二半導体スイッチをオンする、請求項１に記載の蓄電装置。
  3. 　前記第一半導体スイッチがＮチャネル型またはＮＰＮ型であり、前記第二半導体スイッチがＰチャネル型またはＰＮＰ型であり、
    　前記第一半導体スイッチおよび前記第二半導体スイッチのゲートが、共通の配線に接続される、請求項１又は２に記載の蓄電装置。
  4. 　外部機器と有線通信する機能を有しない、請求項１又は２に記載の蓄電装置。
  5. 　外部機器と無線通信する機能を有する、請求項１又は２に記載の蓄電装置。
  6. 　前記マイナスターミナルに接続されて、外部充電器の接続有無を検知するスイッチ素子をさらに備える、請求項１又は２に記載の蓄電装置。
  7. 　請求項１又は２に記載の蓄電装置を搭載した自動二輪車。
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