JP2004134287A

JP2004134287A - 組電池の異常検出装置

Info

Publication number: JP2004134287A
Application number: JP2002298817A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Niiguni; 新国　哲也; Toyoaki Nakagawa; 中川　豊昭; Makoto Iwashima; 岩島　誠
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-10-11
Filing date: 2002-10-11
Publication date: 2004-04-30
Anticipated expiration: 2022-10-11
Also published as: JP4069721B2

Abstract

【課題】組電池の異常を早期に確実に検出する。
【解決手段】セル（単電池）を複数個直列に接続した組電池、または複数のセルを並列に接続したセル並列回路を複数組直列に接続した組電池の過充電状態または過放電状態を検出する組電池の異常検出装置であって、組電池の内部抵抗を推定し、内部抵抗推定値に応じて過充電しきい値および過放電しきい値を変更し、セルまたはセル並列回路の両端電圧が過充電しきい値を超えたときに過充電検出信号を出力し、セルまたはセル並列回路の両端電圧が過放電しきい値を下回ったときに過放電検出信号を出力する。
【選択図】　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は組電池の異常状態を検出する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数の単電池（以下、セルと呼ぶ）が直列に接続された組電池において、セル電圧が過放電しきい値以下になった場合にそのセルが過放電状態にあると判定し、セル電圧が過充電しきい値以上になった場合にそのセルが過充電状態にあると判定する組電池の異常検出装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この出願の発明に関連する先行技術文献としては次のものがある。
【特許文献１】
特開平０５−２５８７７８号公報（第２−３頁、図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の組電池の異常検出装置では、過放電しきい値と過充電しきい値をそれぞれ固定値としているので、セルの内部抵抗が増大するとセル電圧の変化が急峻になり、セル電圧がしきい値を超えて異常状態を検出してから充放電を禁止したのでは制御が間に合わなくなるおそれがある。
【０００５】
本発明は、組電池の異常を早期に確実に検出するようにした組電池の異常検出装置を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、組電池の内部抵抗を推定し、内部抵抗推定値に応じて過充電しきい値および過放電しきい値を変更する。
【０００７】
【発明の効果】
本発明によれば、組電池の異常を早期に確実に検出することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
セル（単電池）をｎ個直列に接続した組電池に対して本願発明を適用した一実施の形態を説明する。なお、本願発明は、セルを複数個直列に接続した組電池に限定されず、複数のセルを並列に接続したセル並列回路を複数組直列に接続した組電池に対しても適用することができる。
【０００９】
また、本願発明は、電池の温度が低くなるほど電池内部の化学反応が緩やかになって電池の内部抵抗が増大する種類のすべての電池に対して適用することができる。
【００１０】
《発明の第１の実施の形態》
図１は第１の実施の形態の構成を示す。組電池１はｎ個のセル１１，１２，１３，・・，１ｎが直列に接続されている。この組電池１の各セル１１〜１ｎの両端Ｃ０−Ｃ１、Ｃ１−Ｃ２、Ｃ２−Ｃ３、・・、Ｃｎ−１−Ｃｎには、電流バイパス回路２１〜２ｎ、過充電検出回路３１〜３ｎおよび過放電検出回路４１〜４ｎがそれぞれ並列に接続される。
【００１１】
電流バイパス回路２１〜２ｎは、セル両端の電圧が所定の電圧を超えたときに、それまでセルに流れていた充電電流をバイパスし、セルの充電を停止する回路である。この電流バイパス回路２１〜２ｎには、抵抗器とツェナーダイオードとを直列に接続した回路や、抵抗器とトランジスターとを直列にした回路など、種々の回路を用いることができる。
【００１２】
図２は、過充電検出回路３１〜３ｎと過放電検出回路４１〜４ｎの詳細を示す。なお、これらの回路は各セル１１〜１ｎに対してすべて共通である。過充電検出回路３１〜３ｎは、コンパレーターＣ１、インバーターＩＶ１、トランジスター（ＦＥＴ）Ｑ１および抵抗器Ｒ１〜Ｒ３から構成される。まず、しきい値切り換え信号ＳＩＧがローレベルの状態でトランジスターＱ１がオフしている場合を考えると、コンパレーターＣ１は、制御電源電圧Ｖｃｃを抵抗器Ｒ１と抵抗器（Ｒ２＋Ｒ３）とで分圧したしきい値電圧Ｖｃ１とセル電圧Ｖｃとを比較する。
【数１】
Ｖｃ１＝（Ｒ２＋Ｒ３）／（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３）・Ｖｃｃ
セル電圧Ｖｃがしきい値Ｖｃ１を超えるとコンパレーターＣ１の出力がローレベルになり、インバーターＩＮ１でハイレベルに反転されて過充電検出信号としてＯＲ素子５１〜５ｎへ出力される。
【００１３】
次に、しきい値切り換え信号ＳＩＧがハイレベルに変化してトランジスターＱ１がオンし、抵抗器Ｒ３の両端が短絡されると、コンパレーターＣ１は、制御電源電圧Ｖｃｃを抵抗器Ｒ１とＲ２とで分圧したしきい値電圧Ｖｃ２とセル電圧Ｖｃとを比較する。
【数２】
Ｖｃ２＝Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）・Ｖｃｃ
セル電圧Ｖｃがしきい値Ｖｃ２を超えるとコンパレーターＣ１の出力がローレベルになり、インバーターＩＮ１でハイレベルに反転されて過充電検出信号としてＯＲ素子５１〜５ｎへ出力される。
【００１４】
このように、しきい値切り換え信号ＳＩＧにより過充電検出用しきい値をＶｃ１とＶｃ２の間で切り換えることができる。しきい値切り換え信号ＳＩＧがローレベルのときは過充電検出用しきい値Ｖｃ１が選択され、しきい値切り換え信号ＳＩＧがハイレベルのときは過充電検出用しきい値Ｖｃ２が選択される。ここで、上述したように過充電しきい値Ｖｃ２はしきい値Ｖｃ１より低い。
【数３】
Ｖｃ２＜Ｖｃ１
したがって、ローレベルのしきい値切り換え信号ＳＩＧで高い過充電しきい値Ｖｃ１が選択され、ハイレベルのしきい値切り換え信号ＳＩＧで低い過充電しきい値Ｖｃ２が選択される。
【００１５】
過放電検出回路４１〜４ｎは、コンパレーターＣ２、インバーターＩＶ２、トランジスター（ＦＥＴ）Ｑ２および抵抗器Ｒ４〜Ｒ６から構成される。まず、しきい値切り換え信号ＳＩＧがローレベルの状態でトランジスターＱ２がオフしている場合を考えると、コンパレーターＣ２は、制御電源電圧Ｖｃｃを抵抗器（Ｒ４＋Ｒ５）と抵抗器Ｒ６とで分圧したしきい値電圧Ｖｄ１とセル電圧Ｖｃとを比較する。
【数４】
Ｖｄ１＝Ｒ６／（Ｒ４＋Ｒ５＋Ｒ６）・Ｖｃｃ
セル電圧Ｖｃがしきい値Ｖｄ１より低くなるとコンパレーターＣ２の出力がハイレベルに反転し、過放電検出信号としてＯＲ素子５１〜５ｎへ出力される。
【００１６】
次に、しきい値切り換え信号ＳＩＧがハイレベルに変化すると、インバーターＩＶ２の出力がローレベルになってトランジスターＱ２がオンし、抵抗器Ｒ４の両端が短絡される。コンパレーターＣ２は、制御電源電圧Ｖｃｃを抵抗器Ｒ５と抵抗器Ｒ６とで分圧したしきい値Ｖｄ２とセル電圧Ｖｃとを比較する。
【数５】
Ｖｄ２＝Ｒ６／（Ｒ５＋Ｒ６）・Ｖｃｃ
セル電圧Ｖｃがしきい値Ｖｄ２より低くなるとコンパレーターＣ２の出力がハイレベルに反転し、過放電検出信号としてＯＲ素子５１〜５ｎへ出力される。
【００１７】
このように、しきい値切り換え信号ＳＩＧにより過放電検出用しきい値をＶｄ１とＶｄ２の間で切り換えることができる。しきい値切り換え信号ＳＩＧがローレベルのときは過放電検出用しきい値Ｖｄ１が選択され、しきい値切り換え信号ＳＩＧがハイレベルのときは過放電検出用しきい値Ｖｄ２が選択される。ここで、上述したように過放電しきい値Ｖｄ２はしきい値Ｖｄ１より高い。
【数６】
Ｖｄ２＞Ｖｄ１
したがって、ローレベルのしきい値切り換え信号ＳＩＧで低い過放電しきい値Ｖｃ１が選択され、ハイレベルのしきい値切り換え信号ＳＩＧで高い過放電しきい値Ｖｃ２が選択される。
【００１８】
図１に戻って説明を続けると、ＯＲ素子５１〜５ｎは、いずれかのセル１１〜１ｎの過充電検出信号または過放電検出信号を入力し、ＯＲ素子６へ出力する。充放電制御回路７は、ＯＲ素子６からいずれかのセル１１〜１ｎの過充電検出信号が入力されると組電池１の充電を停止し、ＯＲ素子６からいずれかのセル１１〜１ｎの過放電検出信号が入力される組電池１の放電を停止する。
【００１９】
充放電制御回路７は、しきい値切り換え信号ＳＩＧにより過充電検出回路３１〜３ｎのしきい値Ｖｃ１とＶｃ２を切り換えるとともに、過放電検出回路４１〜４ｎのしきい値Ｖｄ１とＶｄ２を切り換える。ローレベルのしきい値切り換え信号ＳＩＧで過充電検出しきい値Ｖｃ１と過放電検出しきい値Ｖｄ１を選択し、ハイレベルのしきい値切り換え信号ＳＩＧで過充電検出しきい値Ｖｃ２と過放電検出しきい値Ｖｄ２を選択する。
【００２０】
図３は、組電池の内部抵抗が小さい場合の充電時の電圧変化と、内部抵抗が大きい場合の充電時の電圧変化を示す。一般に、電池は温度が低くなるにしたがって電池内部の化学反応が緩やかになるため、電池の内部抵抗が大きくなる。電池の温度が高い状態で充電を行う場合には、図３に示す内部抵抗小の特性曲線にしたがって電池電圧（セル電圧）Ｖｃが上昇する。電池電圧Ｖｃが過充電しきい値Ｖｃ１に達すると、過充電検出回路３１〜３ｎから過充電検出信号が充放電制御回路７へ出力される。充放電制御回路７は、過充電検出信号を受信すると直ちに充電停止処理を実行する。
【００２１】
ここで、電池電圧Ｖｃが過充電しきい値Ｖｃ１に達してから実際に充電が停止されるまでには、「制御遅れ時間」が存在する。そのため、図３に示すように、電池電圧Ｖｃが過充電しきい値Ｖｃ１に達した後も、制御遅れ時間の間、そのまま電池電圧Ｖｃが上昇を続けることになる。しかし、電池温度が高い状態で充電を行った場合は電池電圧Ｖｃが緩やかに上昇するから、制御遅れ時間の間、電池電圧Ｖｃが上昇し続けても充電停止制御が実行される前に電池電圧Ｖｃが電池劣化開始電圧に達することはない。
【００２２】
一方、電池温度が低い状態で充電を行った場合は、電池の内部抵抗が大きいから電池電圧Ｖｃの変化が急峻になり、図３に示す内部抵抗大の特性曲線にしたがって電池電圧Ｖｃが上昇する。電池電圧Ｖｃが過充電しきい値Ｖｃ１に達すると、過充電検出回路３１〜３ｎから過充電検出信号が充放電制御回路７へ出力され、充放電制御回路７が直ちに充電停止処理を実行する。ところが、電池温度が低い状態で充電を行った場合は電池電圧Ｖｃが急激に上昇するから、制御遅れ時間の間、電池電圧Ｖｃが上昇し続けて、充電停止制御が実行される前に電池劣化開始電圧に達してしまう。つまり、充電停止制御が間に合わず、電池の劣化が生じることになる。
【００２３】
そこで、この第１の実施の形態では、組電池１の内部抵抗の増大を推定し、内部抵抗の増大が推定された場合には過充電しきい値Ｖｃ１を低いしきい値Ｖｃ２に切り換える。これにより、内部抵抗の増大により充電時に電池電圧Ｖｃが急激に上昇しても、過充電しきい値Ｖｃ１よりも低いしきい値Ｖｃ２を超えた時点で過充電検出回路３１〜３ｎから過充電検出信号が出力され、充放電制御回路７により充電停止制御が実行される。その結果、制御遅れ時間の間、電池電圧Ｖｃが上昇し続けても、充電停止制御が実行される前に電池電圧Ｖｃが電池劣化開始電圧に達することはなく、過充電による電池の劣化を避けることができる。
【００２４】
ここで、内部抵抗増大時の過充電しきい値Ｖｃ２には、組電池１の通常の使用条件下で予想される最大の内部抵抗発生時に、制御遅れ時間後の電池電圧Ｖｃが電池劣化開始電圧を超えない値を設定する。
【００２５】
図４は、組電池の内部抵抗が小さい場合の放電時の電圧変化と、内部抵抗が大きい場合の放電時の電圧変化を示す。上述したように、一般に、電池は温度が低くなるにしたがって電池内部の化学反応が緩やかになるため、電池の内部抵抗が大きくなる。電池の温度が高い状態で放電を行う場合には、図４に示す内部抵抗小の特性曲線にしたがって電池電圧（セル電圧）Ｖｃが低下する。電池電圧Ｖｃが過放電しきい値Ｖｄ１に達すると、過放電検出回路４１〜４ｎから過放電検出信号が充放電制御回路７へ出力される。充放電制御回路７は、過放電検出信号を受信すると直ちに放電停止処理を実行する。
【００２６】
ここで、電池電圧Ｖｃが過放電しきい値Ｖｄ１に達してから実際に放電が停止されるまでには、「制御遅れ時間」が存在する。そのため、図４に示すように、電池電圧Ｖｃが過放電しきい値Ｖｄ１に達した後も、制御遅れ時間の間、そのまま電池電圧Ｖｃが低下を続けることになる。しかし、電池温度が高い状態で充電を行った場合は電池電圧Ｖｃが緩やかに低下するから、制御遅れ時間の間、電池電圧Ｖｃが低下し続けても放電停止制御が実行される前に電池電圧Ｖｃが電池劣化開始電圧に達することはない。
【００２７】
一方、電池温度が低い状態で放電を行った場合は、電池の内部抵抗が大きいから電池電圧Ｖｃの変化が急峻になり、図４に示す内部抵抗大の特性曲線にしたがって電池電圧Ｖｃが低下する。電池電圧Ｖｃが過放電しきい値Ｖｄ１に達すると、過放電検出回路４１〜４ｎから過放電検出信号が充放電制御回路７へ出力され、充放電制御回路７が直ちに放電停止処理を実行する。ところが、電池温度が低い状態で放電を行った場合は電池電圧Ｖｃが急激に低下するから、制御遅れ時間の間、電池電圧Ｖｃが低下し続けて、放電停止制御が実行される前に電池劣化開始電圧に達してしまう。つまり、放電停止制御が間に合わず、電池の劣化が生じることになる。
【００２８】
そこで、この第１の実施の形態では、組電池１の内部抵抗の増大を推定し、内部抵抗の増大が推定された場合には過放電しきい値Ｖｄ１を高いしきい値Ｖｄ２へ切り換える。これにより、内部抵抗の増大により放電時に電池電圧Ｖｃが急激に低下しても、過放電しきい値Ｖｄ１よりも高いしきい値Ｖｄ２を下回った時点で過放電検出回路４１〜４ｎから過放電検出信号が出力され、充放電制御回路７により直ちに放電停止制御が実行される。その結果、制御遅れ時間の間、電池電圧Ｖｃが低下し続けても、放電停止制御が実行される前に電池電圧Ｖｃが電池劣化開始電圧を下回ることがなく、過放電による電池の劣化を避けることができる。
【００２９】
ここで、内部抵抗増大時の過放電しきい値Ｖｄ２には、組電池１の通常の使用条件下で予想される最大の内部抵抗発生時に、制御遅れ時間後の電池電圧Ｖｃが電池劣化開始電圧を下回らない値を設定する。
【００３０】
次に、この第１の実施の形態の組電池１の内部抵抗の推定方法について説明する。組電池１の充電中に、組電池１の充電容量が目標充電容量に達する前にいずれかのセル１１〜１ｎで過充電状態が検出された場合には、過充電状態が検出されたセルの電圧Ｖｃの変化が他のセルの電圧変化よりも急峻であり、そのセルの内部抵抗は他のセルよりも大きいと推定される。したがって、このような場合には、しきい値切り換え信号ＳＩＧをハイレベルにして高い過充電しきい値Ｖｃ１を低いしきい値Ｖｃ２に切り換える。
【００３１】
このように第１の実施の形態では、組電池１の充電中に、組電池１の充電容量が目標充電容量に達する前にいずれかのセル１１〜１ｎで過充電状態が検出された場合は、組電池１のいずれかのセルの内部抵抗が大きくなっていると推定し、この推定により過充電しきい値を高い値Ｖｃ１から低い値Ｖｃ２へ変更するようにした。これにより、次回の過充放電検出サイクルでは低い過充電しきい値Ｖｃ２が用いられることになり、特に前回の検出サイクルで過充電状態が検出されたセルの電圧Ｖｃが電池劣化開始電圧に達してセルの劣化が生じるのを避けることができ、組電池の異常を早期に確実に検出することができる。
【００３２】
また、組電池１の放電中に、組電池１の放電容量が目標放電容量に達する前にいずれかのセル１１〜１ｎで過放電状態が検出された場合には、過放電状態が検出されたセルの電圧Ｖｃの変化が他のセルの電圧変化よりも急峻であり、そのセルの内部抵抗は他のセルよりも大きいと推定される。したがって、このような場合には、しきい値切り換え信号ＳＩＧをハイレベルにして低い過放電しきい値Ｖｄ１を高いしきい値Ｖｄ２に切り換える。
【００３３】
このように第１の実施の形態では、組電池１の放電中に、組電池１の放電容量が目標放電容量に達する前にいずれかのセル１１〜１ｎで過放電状態が検出された場合は、組電池１のいずれかのセルの内部抵抗が大きくなっていると推定し、この推定により過放電しきい値を低い値Ｖｄ１から高い値Ｖｄ２へ変更するようにした。これにより、次回の過充放電検出サイクルでは高い過放電しきい値Ｖｄ２が用いられることになり、特に前回の検出サイクルで過放電状態が検出されたセルの電圧Ｖｃが電池劣化開始電圧に達してセルの劣化が生じるのを避けることができ、組電池の異常を早期に確実に検出することができる。
【００３４】
上述した第１の実施の形態では、組電池１の充放電中に、組電池１の充放電容量が目標充放電容量に達する前にいずれかのセル１１〜１ｎで過充電状態または過放電状態が検出された場合には、過充電状態または過放電状態が検出されたセルの内部抵抗は他のセルよりも大きいと推定する例を示したが、内部抵抗の推定方法はこの第１の実施の形態に限定されない。例えば、充放電時の組電池に流れる電流とセルの電圧をサンプリングし、サンプリング結果の電流と電圧を二次元平面上で直線回帰し、この回帰直線の傾きから電池の内部抵抗を推定する方法などを利用することができる。
【００３５】
《発明の第２の実施の形態》
上述した第１の実施の形態では、充放電制御回路７により組電池１の内部抵抗を推定する例を示したが、内部抵抗推定手段にハードウエアデバイスを用いる第２の実施の形態を説明する。
【００３６】
図５は第２の実施の形態の構成を示す。なお、図１に示す第１の実施の形態の構成と同様な機器に対しては同一の符号を付して相違点を中心に説明する。温度センサー８は組電池１の温度を検出し、組電池１の温度が予め設定したしきい値以下に低下したらハイレベルのしきい値切り換え信号ＳＩＧを過充電検出回路３１〜３ｎと過放電検出回路４１〜４ｎへ出力する。
【００３７】
上述したように、一般に電池は温度が低くなるにしたがって電池内部の化学反応が緩やかになるため、電池の内部抵抗が大きくなる。そこで、この第２の実施の形態では、組電池１の温度がしきい値以下に低下したら組電池１の内部抵抗が増大したと判断し、しきい値切り換え信号ＳＩＧをハイレベルに切り換える。これにより、過充電しきい値が高い値Ｖｃ１から低い値Ｖｃ２へ切り換わるとともに、過放電しきい値が低い値Ｖｄ１から高い値Ｖｄ２へ切り換わる。
【００３８】
このように、組電池１の温度がしきい値以下に低下したら過充電しきい値を高い値Ｖｃ１から低い値Ｖｃ２へ切り換えるとともに、過放電しきい値を低い値Ｖｄ１から高い値Ｖｄ２へ切り換えるようにした。つまり、第２の実施の形態では組電池１の温度を検出し、温度検出値に基づいて組電池１の内部抵抗を推定し、内部抵抗推定値に応じて過充電しきい値と過放電しきい値を変更するようにした。これにより、組電池１の異常を早期に確実に検出することができ、組電池１の温度低下時に内部抵抗が増大して充放電時の電圧変化が急峻になっても、セル電圧Ｖｃが電池劣化開始電圧に達してセルの劣化が生じるのを避けることができる。
【００３９】
なお、組電池温度のしきい値と過充放電しきい値Ｖｃ２、Ｖｄ２には、組電池１の通常の使用条件下で予想される最低温度のときに、上述した制御遅れ時間後の電池電圧Ｖｃが電池劣化開始電圧に達しない値を設定する。
【００４０】
《発明の第３の実施の形態》
内部抵抗推定手段に他のハードウエアデバイスを用いる第３の実施の形態を説明する。図６は第３の実施の形態の構成を示す。なお、図１に示す第１の実施の形態の構成と同様な機器に対しては同一の符号を付して相違点を中心に説明する。充放電時間積算回路９は組電池１の充放電時間を積算し、組電池１の充放電時間の積算値が予め設定したしきい値に達したらハイレベルのしきい値切り換え信号ＳＩＧを過充電検出回路３１〜３ｎと過放電検出回路４１〜４ｎへ出力する。
【００４１】
一般に、電池は劣化が進むにつれて内部抵抗が増大し、電圧変化が急峻になる。そこで、この第３の実施の形態では、組電池１の充放電時間の積算値がしきい値に達したら組電池１の内部抵抗が増大したと判断し、しきい値切り換え信号ＳＩＧをハイレベルに切り換える。これにより、過充電しきい値が高い値Ｖｃ１から低い値Ｖｃ２へ切り換わるとともに、過放電しきい値が低い値Ｖｄ１から高い値Ｖｄ２へ切り換わる。
【００４２】
このように、組電池１の充放電時間の積算値がしきい値に達したら過充電しきい値を高い値Ｖｃ１から低い値Ｖｃ２へ切り換えるとともに、過放電しきい値を低い値Ｖｄ１から高い値Ｖｄ２へ切り換えるようにした。つまり、第３の実施の形態では組電池１の充放電時間を積算し、この充放電時間積算値に基づいて組電池１の内部抵抗を推定し、内部抵抗推定値に応じて過充電しきい値と過放電しきい値を変更するようにした。これにより、組電池１の異常を早期に確実に検出することができ、組電池１の長い間の使用により組電池１が徐々に劣化して内部抵抗が増大し、充放電時の電圧変化が急峻になっても、セル電圧Ｖｃが電池劣化開始電圧に達してセルの劣化が生じるのを避けることができる。
【００４３】
なお、組電池充放電時間積算値のしきい値と過充放電しきい値Ｖｃ２、Ｖｄ２には、通常の使用条件下で使用したときに、上述した制御遅れ時間後の電池電圧Ｖｃが電池劣化開始電圧に達しない値を設定する。
【００４４】
《発明の第４の実施の形態》
内部抵抗推定手段に他のハードウエアデバイスを用いる第４の実施の形態を説明する。図７は第４の実施の形態の構成を示す。なお、図１に示す第１の実施の形態の構成と同様な機器に対しては同一の符号を付して相違点を中心に説明する。タイマー回路１０は、組電池１の電源投入時点からの稼動時間を計時し、稼動時間が予め設定した所定時間に達したらハイレベルのしきい値切り換え信号ＳＩＧを過充電検出回路３１〜３ｎと過放電検出回路４１〜４ｎへ出力する。
【００４５】
一般に、電池は、電源投入時点、つまり稼動開始時点では温度が低く、稼動時間が長くなるにしたがって温度が上昇する。つまり、電源投入直後は温度が低いので内部抵抗が高く、電圧変化が急峻になる。そこで、この第４の実施の形態では、電源投入時点から所定の稼動時間の間は組電池１の内部抵抗が高いと判断し、その間はしきい値切り換え信号ＳＩＧをハイレベルにする。これにより、電源投入時点から所定の稼動時間の間は、過充電しきい値が高い値Ｖｃ１から低い値Ｖｃ２へ切り換わるとともに、過放電しきい値が低い値Ｖｄ１から高い値Ｖｄ２へ切り換わる。
【００４６】
このように、組電池１の電源投入時点から所定の稼動時間の間は、過充電しきい値を高い値Ｖｃ１から低い値Ｖｃ２へ切り換えるとともに、過放電しきい値を低い値Ｖｄ１から高い値Ｖｄ２へ切り換えるようにした。つまり、この第４の実施の形態では組電池１の電源投入時点からの稼動時間を計時し、組電池１の電源投入からの稼動時間に基づいて組電池１の内部抵抗を推定し、内部抵抗推定値に応じて過充電しきい値と過放電しきい値を変更するようにした。これにより、組電池１の異常を早期に確実に検出することができ、電源投入直後の組電池１の内部抵抗が高くて電圧変化が急峻になっても、セル電圧Ｖｃが電池劣化開始電圧に達してセルの劣化が生じるのを避けることができる。
【００４７】
なお、上記所定の稼動時間と過充放電しきい値Ｖｃ２、Ｖｄ２には、通常の使用条件下で使用したときに、上述した制御遅れ時間後の電池電圧Ｖｃが電池劣化開始電圧に達しない値を設定する。
【００４８】
特許請求の範囲の構成要素と一実施の形態の構成要素との対応関係は次の通りである。すなわち、過充電検出回路３１〜３ｎが過充電検出手段を、過放電検出回路４１〜４ｎが過放電検出手段を、過充電検出回路３１〜３ｎおよび過放電検出回路４１〜４ｎが過充放電検出手段を、充放電制御回路７、温度センサー８、充放電時間積算回路９、タイマー回路１０がそれぞれ内部抵抗推定手段およびしきい値変更手段をそれぞれ構成する。なお、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、各構成要素は上記構成に限定されるものではない。
【００４９】
なお、上述した一実施の形態では、組電池の充放電中に目標充放電容量に達する前に過充電検出信号または過放電検出信号が出力されたときは、組電池のいずれかのセルの内部抵抗が大きくなっていると推定する例、または組電池の温度、充放電時間積算値および電源投入時点からの稼動時間に基づいて組電池の内部抵抗を推定する例を示したが、組電池の内部抵抗を推定する方法は上述した一実施の形態の方法に限定されるものではない。
【００５０】
また、上述した一実施の形態では、内部抵抗推定値に応じて過充電しきい値および過放電しきい値をそれぞれ２段階に変更する例を示したが、過充電しきい値および過放電しきい値の変更段数は２段階に限定されず、３段階以上としてもよい。あるいは、内部抵抗推定値に応じて過充電しきい値および過放電しきい値を連続的に変更してもよい。
【００５１】
上述した一実施の形態では組電池１の内部抵抗推定値に応じて過充電しきい値と過放電しきい値とを同時に変更する例を示した。これにより、しきい値切り換え信号ＳＩＧを送る信号線を１本化することができ、装置を簡素化することができる。もちろん、過充電しきい値と過放電しきい値とを同時に変更せず、それぞれ別個にしきい値切り換え信号線を設けて別々のタイミングで切り換えるようにしてもよい。
【００５２】
さらに、上述した第２から第４の実施の形態では、組電池１の内部抵抗推定手段にそれぞれ温度センサー８、充放電時間積算回路９およびタイマー回路１０のハードウエアデバイスを用いる例を示した。このようなハードウエアデバイスにより内部抵抗推定手段を構成することによって、過充電検出回路３１〜３ｎおよび過放電検出回路４１〜４ｎもハードウエアデバイスであるから、ハードウエアデバイスのみで組電池の異常検出装置を構成することができ、マイクロコンピューターやＡ／Ｄコンバーターを用いずに装置を簡素化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態の構成を示す図である。
【図２】過充電検出回路と過放電検出回路の詳細を示す図である。
【図３】組電池の内部抵抗が小さい場合の充電時の電圧変化と、内部抵抗が大きい場合の充電時の電圧変化を示す図である。
【図４】組電池の内部抵抗が小さい場合の放電時の電圧変化と、内部抵抗が大きい場合の放電時の電圧変化を示す図である。
【図５】第２の実施の形態の構成を示す図である。
【図６】第３の実施の形態の構成を示す図である。
【図７】第４の実施の形態の構成を示す図である。
【符号の説明】
１　組電池
６、５１〜５ｎ　ＯＲ素子
７　充放電制御回路
８　温度センサー
９　充放電時間積算回路
１０　タイマー回路
１１、１２、１３、・・、１ｎ　セル（単電池）
３１〜３ｎ　過充電検出回路
４１〜４ｎ　過放電検出回路

Claims

単電池（以下、セルという）を複数個直列に接続した組電池、または複数のセルを並列に接続したセル並列回路を複数組直列に接続した組電池の過充電状態を検出する組電池の異常検出装置であって、
前記セルまたは前記セル並列回路の両端電圧が過充電しきい値を超えたときに過充電検出信号を出力する過充電検出手段と、
前記組電池の内部抵抗を推定する内部抵抗推定手段と、
前記組電池の内部抵抗推定値に応じて前記過充電しきい値を変更する過充電しきい値変更手段とを備えることを特徴とする組電池の異常検出装置。
請求項１に記載の組電池の異常検出装置において、
前記過充電しきい値変更手段は、前記組電池の内部抵抗推定値が大きいほど前記過充電しきい値を低くすることを特徴とする組電池の異常検出装置。
単電池（以下、セルという）を複数個直列に接続した組電池、または複数のセルを並列に接続したセル並列回路を複数組直列に接続した組電池の過放電状態を検出する組電池の異常検出装置であって、
前記セルまたは前記セル並列回路の両端電圧が過放電しきい値を下回ったときに過放電検出信号を出力する過放電検出手段と、
前記組電池の内部抵抗を推定する内部抵抗推定手段と、
前記組電池の内部抵抗推定値に応じて前記過放電しきい値を変更する過放電しきい値変更手段とを備えることを特徴とする組電池の異常検出装置。
請求項１に記載の組電池の異常検出装置において、
前記過放電しきい値変更手段は、前記組電池の内部抵抗推定値が大きいほど前記過放電しきい値を高くすることを特徴とする組電池の異常検出装置。
単電池（以下、セルという）を複数個直列に接続した組電池、または複数のセルを並列に接続したセル並列回路を複数組直列に接続した組電池の過充電状態または過放電状態を検出する組電池の異常検出装置であって、
前記セルまたは前記セル並列回路の両端電圧が過充電しきい値を超えたときに過充電検出信号を出力し、前記セルまたは前記セル並列回路の両端電圧が過放電しきい値を下回ったときに過放電検出信号を出力する過充放電検出手段と、
前記組電池の内部抵抗を推定する内部抵抗推定手段と、
前記組電池の内部抵抗推定値に応じて前記過充電しきい値および前記過放電しきい値を変更する過充放電しきい値変更手段とを備えることを特徴とする組電池の異常検出装置。
請求項５に記載の組電池の異常検出装置において、
前記過充放電しきい値変更手段は、前記組電池の内部抵抗推定値が大きいほど前記過充電しきい値を低くし、前記過放電しきい値を高くすることを特徴とする組電池の異常検出装置。
請求項５または請求項６に記載の組電池の異常検出装置において、
前記過充放電しきい値変更手段は、前記組電池の内部抵抗推定値に応じて前記過充電しきい値と前記過放電しきい値とを同時に変更することを特徴とする組電池の異常検出装置。
請求項１〜７のいずれかの項に記載の組電池の異常検出装置において、
前記内部抵抗推定手段は、前記組電池の充放電中に目標充放電容量に達する前に前記過充電検出信号または前記過放電検出信号が出力されたときは、前記組電池のいずれかのセルまたはセル並列回路の内部抵抗が大きくなっていると推定することを特徴とする組電池の異常検出装置。
請求項１〜７のいずれかの項に記載の組電池の異常検出装置において、
前記組電池の温度を検出する電池温度検出手段を備え、
前記内部抵抗推定手段は、前記組電池の温度検出値に基づいて前記組電池の内部抵抗を推定することを特徴とする組電池の異常検出装置。
請求項１〜７のいずれかの項に記載の組電池の異常検出装置において、
前記組電池の充放電時間を積算する充放電時間積算手段を備え、
前記内部抵抗推定手段は、前記組電池の充放電時間積算値に基づいて前記組電池の内部抵抗を推定することを特徴とする組電池の異常検出装置。
請求項１〜７のいずれかの項に記載の組電池の異常検出装置において、
前記組電池の電源投入時点からの稼動時間を計時する稼動時間計時手段を備え、
前記内部抵抗推定手段は、前記組電池の電源投入時点からの稼動時間に基づいて前記組電池の内部抵抗を推定することを特徴とする組電池の異常検出装置。