JP2001116811A

JP2001116811A - 微小短絡セル検出方法及びセルショート検出方法

Info

Publication number: JP2001116811A
Application number: JP2000237813A
Authority: JP
Inventors: Hirotaka Ishihara; 広隆石原; Masahiro Takada; 雅弘高田; Toshiaki Nakanishi; 利明中西
Original assignee: Toyota Motor Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Toyota Motor Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-08-10
Filing date: 2000-08-04
Publication date: 2001-04-27
Anticipated expiration: 2020-08-04
Also published as: JP3437823B2

Abstract

(57)【要約】【課題】セルのセルショート判定手段において、セル
ショートの初期状態である微小短絡を検出し、充放電電
流を制御することでショート状態の進行を抑え、かつセ
ルの容量推定を正しく行いセルの使用可能となる容量を
減少させないようにすることを目的とする。【解決手段】セルの微小短絡セルを検出する微小短絡
セル検出手段は、セルの充電時にセルの電圧を測定する
第１ステップ（Ｓ２０１）と、セルの放電時にセルの電
圧を測定する第２ステップ（Ｓ２０１）と、第１ステッ
プの測定結果と前記２ステップの測定結果とに基づいて
微小短絡セルを検出する第３ステップ（Ｓ２０４、Ｓ２
０５、Ｓ２０６）とを包含する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、バッテリのセルシ
ョートを検出する装置および方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】通常、セルをシステムにおいて使用する
場合、１つのセルでは十分な電力が得られないため、複
数のセルを直列接続し、システムを駆動するのに十分な
電力を生成している。このような、システムを駆動する
のに十分な電力が供給可能な、複数のセルが直列接続さ
れた組をバッテリパックと呼ぶ。また、一つ一つのセル
はバッテリとも呼ばれる。

【０００３】ハイブリッド電気自動車では２４０セルも
のバッテリを用いバッテリパックを構成している。ハイ
ブリッド電気自動車においては、バッテリのセルショー
トに対しては従来のセルショート判定方法では検出がで
きないため行われていなかった。他のシステムにおける
既存のセルショート判定方法として下記のものを挙げ
る。

【０００４】特許第２７５４５０６号では、複数の直列
接続されたバッテリに対して一定電気量を強制充電し、
その後に電圧が一定値以上に上がらないことにより１セ
ルショートを判定している。特許第１２５３０１２号で
は、バッテリを急放電させた時の電解液中の気泡発生し
た音を検出してセルショートを判定する方法が挙げられ
ている。

【０００５】図５は、特許第２７５４５０６号で示され
ている従来のバッテリのショート判定方法の説明図であ
る。バッテリのセルショートを判定するために、バッテ
リを所定時間Ｔの間充電する。次に、時間Ｔ経過後のバ
ッテリ電圧を検出し、検出したバッテリ電圧を予め設定
した基準電圧Ｖｂと比較する。バッテリ電圧が予め設定
した基準電圧Ｖｂ以上でない場合は、バッテリのセルの
どれかがショートしていると判定される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】バッテリパック内の１
セルがショートしたとき、その検出ができない場合に
は、次にあげる現象が起こり問題となっていた。

【０００７】１．バッテリパック内での温度分布に起因
する残存容量差が生じるため、バッテリパック内のセル
は数セルごとにブロックに分けている。バッテリの容量
推定はブロック毎に電圧を指標として行っているが、シ
ョートしているセルを含むブロックでは電圧が低いため
残存容量が正確に把握できない。このため、ショートし
ているセルを含むブロックが過充電状態にあっても、さ
らに充電してしまう。その結果、ショートしているセル
を含む当該ブロック以外の正常なセルも過充電により寿
命が短くなる。

【０００８】２．ショートしているセルを含む当該ブロ
ックの電圧が残存容量に比べ低く現れるため、他の正常
セルの残存容量が十分残っている場合でもバッテリパッ
クの容量が低いと判定してしまう。その結果、バッテリ
パック全体に対し放電を停止してしまう。このためバッ
テリパックの容量を有効活用することができない。

【０００９】前述した従来の技術を用いた場合は次にあ
げる点が技術的課題となる。

【００１０】１．ハイブリッド電気自動車のようにドラ
イバーのアクセル要求によってセルを充放電するシステ
ムでは、セルのショートを判定するためにセルを連続し
て充電することはできない。そのため前述の特許第２７
５４５０６号のように強制的にバッテリに連続充電をす
る方式で判定することはできない。

【００１１】２．前述の特許第１２５３０１２号のよう
にセル１つずつに音を計測するためのマイクを設置する
のはコスト上望ましくない。

【００１２】３．バッテリの電圧は残存容量、充放電電
流により大きく変化するため、セルのショートによる電
圧降下が前記残存容量、充放電電流による大きな変化に
埋もれてしまう。このため、セルのショートを検出する
ことが難しい。

【００１３】本発明は従来の技術と異なる方法でセルの
ショートを検出し、上記の問題点を解決する。

【００１４】本発明の目的は、ハイブリッド電気自動車
等に用いられるバッテリパックのセルショートを検出す
ることができるセルのショート判定方法を提供すること
にある。

【００１５】本発明の他の目的は、低コストでバッテリ
パックのセルショートを検出することができるセルのシ
ョート判定方法を提供することにある。

【００１６】本発明のさらに他の目的は、残存容量、充
放電電流によりバッテリの電圧が大きく変化するばあい
であっても、確実にセルのショートを検出することがで
きるセルのショート判定方法を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の微小短絡セル検
出方法は、バッテリパックを構成する複数のセルの内の
微小短絡を検出する微小短絡セル検出方法であって、前
記バッテリパックの充電時に前記複数のセルの内の少な
くとも一つの電圧を測定する第１ステップと、前記バッ
テリパックの放電時に前記複数のセルの内の少なくとも
一つの電圧を測定する第２ステップと、前記第１ステッ
プの測定結果と前記第２ステップの測定結果とに基づい
て、少なくとも一つの前記微小短絡を検出する第３ステ
ップと、を包含する。

【００１８】前記バッテリパックは、直列接続された複
数のブロックを含み、前記複数のブロックのそれぞれ
は、直列接続された前記複数のセルの内のいくつかのセ
ルを含み、前記第１ステップは、前記充電時に前記複数
のブロックの内の少なくとも２つのブロックの電圧を測
定し、前記第２ステップは、前記放電時に前記少なくと
も２つのブロックの電圧を測定し、前記第３ステップ
は、前記少なくとも２つのブロックの前記いくつかのセ
ルのいずれかが微小短絡していると判定する第４ステッ
プを含み、前記第４ステップは、前記少なくとも２つの
ブロック間の電圧の差分が所定のしきい値より大きいこ
とを条件とし、前記放電時において前記条件が第１の規
定時間以上成立し、かつ前記充電時において前記条件が
第２の規定時間以上成立しないときに、前記いくつかの
セルのいずれかが微小短絡していると判定してもよい。

【００１９】前記複数のブロックは、あらかじめ計測し
た温度分布の結果に基づいて複数のグループに分類さ
れ、前記第４ステップは、同一の前記グループに属する
前記少なくとも２つのブロック間の電圧の差分が前記所
定のしきい値より大きいことを条件としてもよい。

【００２０】前記第３ステップは、前記少なくとも２つ
のブロックの電圧から残存容量を推定する第５ステップ
を含み、前記第５ステップは、前記第４ステップにおい
て微小短絡セルが検出された場合、残存容量を推定する
ための所定の比較値から前記所定のしきい値相当の電圧
値を減算し、減算された電圧値と前記第２ステップにお
いて測定された電圧値とを比較してもよい。

【００２１】前記第３ステップは、前記少なくとも２つ
のブロックの電圧から残存容量を推定する第６ステップ
を含み、前記第６ステップは、前記第４ステップにおい
て微小短絡セルが検出された場合、前記微小短絡セルを
含むブロックから前記第２ステップにおいて測定された
電圧値に前記所定のしきい値相当の電圧値を加算し、加
算された電圧値と残存容量を推定するための所定の比較
値とを比較してもよい。

【００２２】前記第１の規定時間と前記第２の規定時間
とが同じ長さであってもよい。

【００２３】前記第３ステップは、前記微小短絡セルを
検出した場合には、前記バッテリパックに与える充放電
の電流値を通常の制御時より減少させるステップを含ん
でもよい。

【００２４】本発明のセルショート検出方法は、バッテ
リパックを構成する複数のセルの内のセルショートを検
出するセルショート検出方法であって、前記バッテリパ
ックの充電時に前記複数のセルの内の少なくとも一つの
電圧を測定する第１ステップと、前記バッテリパックの
放電時に前記複数のセルの内の少なくとも一つの電圧を
測定する第２ステップと、前記第１ステップの測定結果
と前記第２ステップの測定結果とに基づいて、少なくと
も一つの前記セルショートを検出する第３ステップと、
を包含する。

【００２５】前記バッテリパックは、直列接続された複
数のブロックを含み、前記複数のブロックのそれぞれ
は、直列接続された前記複数のセルの内のいくつかのセ
ルを含み、前記第１ステップは、前記充電時に前記複数
のブロックの内の少なくとも２つのブロックの電圧を測
定し、前記第２ステップは、前記放電時に前記少なくと
も２つのブロックの電圧を測定し、前記第３ステップ
は、前記少なくとも２つのブロックの前記いくつかのセ
ルのいずれかがセルショートしていると判定する第４ス
テップを含み、前記第４ステップは、前記少なくとも２
つのブロック間の電圧の差分が所定のしきい値より大き
いことを条件とし、前記放電時において前記条件が第１
の規定時間以上成立し、かつ前記充電時において前記条
件が第２の規定時間以上成立するときに、前記いくつか
のセルのいずれかがセルショートしていると判定しても
よい。

【００２６】前記複数のブロックは、あらかじめ計測し
た温度分布の結果に基づいて複数のグループに分類さ
れ、前記第４ステップは、同一の前記グループに属する
前記少なくとも２つのブロック間の電圧の差分が前記所
定のしきい値より大きいことを条件としてもよい。

【００２７】前記第１の規定時間と前記第２の規定時間
とが同じ長さであってもよい。

【００２８】前記第３ステップは、前記セルショートが
検出された場合、バッテリパックの異常を使用者に知ら
せる信号の出力を行うステップを含んでもよい。

【００２９】本発明の微小短絡セル検出方法は、セルの
微小短絡を検出する微小短絡セル検出方法であって、前
記セルの充電時に前記セルの電圧を測定する第１ステッ
プと、前記セルの放電時に前記セルの電圧を測定する第
２ステップと、前記第１ステップの測定結果と前記第２
ステップの測定結果とに基づいて前記微小短絡を検出す
る第３ステップと、を包含する。

【００３０】前記第３ステップは、前記セルの電圧が所
定のしきい値より小さいことを条件とし、前記放電時に
おいて前記条件が第１の規定時間以上成立し、かつ前記
充電時において前記条件が第２の規定時間以上成立しな
いときに、前記セルが微小短絡していると判定してもよ
い。

【００３１】前記第１の規定時間と前記第２の規定時間
とが同じ長さであってもよい。

【００３２】前記第３ステップは、前記微小短絡を検出
した場合には、前記セルに与える充放電の電流値を通常
の制御時より減少させるステップを含んでもよい。

【００３３】本発明のセルショート検出方法は、セルの
セルショートを検出するセルショート検出方法であっ
て、前記セルの充電時に前記セルの電圧を測定する第１
ステップと、前記セルの放電時に前記セルの電圧を測定
する第２ステップと、前記第１ステップの測定結果と前
記第２ステップの測定結果とに基づいて前記セルショー
トを検出する第３ステップと、を包含する。

【００３４】前記第３ステップは、前記セルの電圧が所
定のしきい値より小さいことを条件とし、前記放電時に
おいて前記条件が第１の規定時間以上成立し、かつ前記
充電時において前記条件が第２の規定時間以上成立する
ときに、前記セルがセルショートしていると判定しても
よい。

【００３５】前記第１の規定時間と前記第２の規定時間
とが同じ長さであってもよい。

【００３６】前記第３ステップは、前記セルショートが
検出された場合、前記セルの異常を使用者に知らせる信
号の出力を行うステップを含んでもよい。

【００３７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態を説明する。

【００３８】図１は、実施の形態に係るセルのショート
判定装置１００の構成を示す。バッテリパック１は動力
負荷６を駆動するために十分な電力を供給するために、
複数のセル２Ａが直列接続されて構成される。バッテリ
パック１内では数個のセル２Ａを１ブロックとする複数
のブロック２に分けられる。温度分布により複数のブロ
ック２を１まとまりとして複数のグループ３が構成され
る。

【００３９】バッテリパック１はセル充放電コントロー
ラ７により充放電の電流を制御される。複数のブロック
２からは各ブロック２毎にＡ／Ｄ変換器４を介して電圧
値が測定される。Ａ／Ｄ変換器４は、セル状態推定部５
に接続される。セル状態推定部５にはＡ／Ｄ変換器４か
ら各ブロック２毎の電圧値および各ブロック２の電流値
が入力される。

【００４０】セル状態推定部５は、バッテリパック１内
でのブロック２がショートしているか判定し、ブロック
２の残存容量を正しく推定する。セル状態推定部５は典
型的には、ＣＰＵやメモリを含むコンピュータである。
セル状態推定部５からセル充放電コントローラ７へ、ブ
ロック２の残存容量と、ブロック２を構成するセルの正
常もしくは異常に関する情報とが渡される。

【００４１】セル充放電コントローラ７はバッテリパッ
ク１へ供給する充放電電流を決定し、決定した充放電電
流をバッテリパック１へ供給する。セル充放電コントロ
ーラ７も典型的にはＣＰＵやメモリを含むコンピュータ
であり、機能的にセル状態推定部５と分けず、同一のＣ
ＰＵで処理を行うことも可能である。

【００４２】図２は、実施の形態に係るセルのショート
判定方法のフローチャートである。図２を参照して、図
１に示す構成を有するセルのショート判定装置１００の
動作を詳細に説明する。

【００４３】本発明の説明において、「微小短絡」と
は、セルの異常状態であるショートの初期状態のことを
指し、充電時は正常なセルと同じ電圧を保持するが、放
電時は電圧が０Ｖとなる状態のことである。なお、「微
小短絡セル」とは、微小短絡状態にあるセルのことを指
す。

【００４４】また、「セルショート」とは、セルの異常
状態であるショートの末期状態のことを指し、充電時お
よび放電時ともに電圧が０Ｖとなる状態のことである。

【００４５】セル状態推定部５は、Ａ／Ｄ変換器４によ
り測定されたバッテリパック１内のブロック毎の同期し
た電圧値を取得する（Ｓ２０１）。セル状態推定部５
は、バッテリパック１内の温度分布に基づいてグループ
分けされた、各ブロック２のグループ分けを参照する
（Ｓ２０２）。

【００４６】各ブロック２のグループ分けの意味を説明
する。高温になると充電効率の落ちるセル（例えばニッ
ケル水素畜電池）では、バッテリパック１内の温度分布
により設置位置に応じて残存容量の差が生じる。残存容
量の差が生じると各ブロック２間で電圧差が生じる。バ
ッテリパック１内で温度の近接した複数のブロックにグ
ループ分けすると、同一グループ内に入るブロック２間
では残存容量の差を抑えることができる。

【００４７】バッテリパック１内の温度が実質的に同一
で扱える場合は、もちろんグループ分けの必要はない。
どのブロックをどのグループに対応させるかはあらかじ
め温度を計測し、計測結果に基づいて定義しておく。定
義された情報はプログラム内などに格納しておく。ま
た、Ｓ２０１での電圧を取得する同期は同じグループ内
のブロックで確保できれば良い。

【００４８】セル状態推定部５は、同一のグループ内で
比較する電圧を求める。セル状態推定部５は、同一のグ
ループに属するブロック２毎の電圧を比較し、最大電圧
ＶＢｍａｘ、最小電圧ＶＢｍｉｎを抽出する（Ｓ２０
３）。

【００４９】セル状態推定部５は、放電時に同一のグル
ープに属するブロック２間で電圧差があるか否かを判定
する。セル状態推定部５は、バッテリパック１の各グル
ープ３毎に最大電圧ＶＢｍａｘと最小電圧ＶＢｍｉｎの
比較を行う。セル状態推定部５は、しきい値αに対し、
放電時に規定された時間ｔ１以上下記式（１）の条件が
満たされるか否かを判断する（Ｓ２０４）。しきい値α
としては、実施の形態に応じた任意の値が適用される。

【００５０】ＶＢｍａｘ−ＶＢｍｉｎ＞α 式（１）上記式（１）の条件を規定された時間ｔ１以上放電時に
満たしたときはＳ２０５へ進む。満たさないときはセル
状態推定部５はセルのショート無しと判定する（Ｓ２１
０）。

【００５１】なお、上記式（１）について、ブロック２
を構成するセル２Ａの数が最大電圧ＶＢｍａｘのブロッ
ク２でｍ個、最小電圧ＶＢｍｉｎのブロック２でｎ個と
個数が異なった場合には、判定レベルとして下記式を適
用する。

【００５２】ＶＢｍａｘ−（ＶＢｍｉｎ×ｍ／ｎ）＞α 式（２）セル状態推定部５は、充電時において同一のグループに
属するブロック２間で電圧差があるか否かを判定する
（Ｓ２０５）。充電時においても常時最大電圧ＶＢｍａ
ｘと最小電圧ＶＢｍｉｎとの間の電圧差を判定する。セ
ル状態推定部５は、式（１）または式（２）の条件に基
づいて比較を行う。セル状態推定部５は、規定された時
間ｔ２以上条件が成立した場合にはセルがショートとし
ていると判断し、規定された時間ｔ２以上条件が成立し
ない場合にはセルが微小短絡していると判断する。

【００５３】規定された時間ｔ２以上条件が成立しない
場合には、セル状態推定部５はセルが微小短絡している
場合の処理を実行する（Ｓ２０７）。セル状態推定部５
は、微小短絡が検出されたブロック２に対しては、ブロ
ック２の残存容量が高い状態を判定するしきい値は変化
させず、ブロック２の残存容量が低い状態を判定するし
きい値を微小短絡が判定された当該ブロック２に対して
１セル分減少させる。

【００５４】なお、時間ｔ１およびｔ２は、同一の時間
であっても良い。また、放電時のしきい値と充電時のし
きい値とが異なる値であってもよい。

【００５５】ブロック２の残存容量は、ブロック２から
取得された電圧値と容量判定のための比較値βを比較し
て行われる。比較値βはあらかじめ残存容量ごとのブロ
ック２の電流値と電圧値の関係からマップとして与えら
れている。つまり、容量毎の比較すべき電圧値、すなわ
ち容量２０％時の電圧β２０、容量３０％時の電圧β３
０、容量４０％時の電圧β４０…が電流値によって求ま
り、ブロック２から取得された電圧とβ２０、β３０、
β４０…を比較し、最も近いものにより残存容量として
定められる。微小短絡セルがある場合、微小短絡セルの
電圧がゼロ値であるため、ブロック２に含まれる他の正
常セルの残存容量を正しく推定するためには補正が必要
である。

【００５６】微小短絡が判定された当該ブロックがｍ個
のセルで構成されているときの、１セル分減少させる前
のしきい値βと減少させた後のしきい値β’の関係は下
記に示す式（３）となる。

【００５７】 β’＝β×（ｍ−１）／ｍ式（３）微小短絡を起こしている場合は充電時の電圧降下が見ら
れないので、残存容量が高い状態を判定するしきい値に
ついては変更を行わずブロック２に充電を行っても過充
電にはならず、残存容量が低い状態を判定するしきい値
のみを１セル分下げることで、低容量判定の早がかりを
防止する効果が期待できる。

【００５８】また、放電時に微小短絡セルを含むブロッ
クから取得された電圧に正常セル１セル分相当の電圧を
加算することで、微小短絡セルが含まれないブロック２
から取得する電圧と同等になるように補正が行え、補正
された電圧を比較値βと比較することで前記と同様の早
がかりの防止効果が期待できる。

【００５９】ここで、「早がかり」とは、バッテリパッ
クの容量の誤認識を示している。より詳細には、「早が
かり」とは、安全のために放電停止するようになってい
るシステムが、微小短絡セルが存在する場合に、バッテ
リパックの容量が十分あるにもかかわらず、バッテリパ
ックの容量が低くなったと勘違いして早めにセルの放電
停止をしてしまうことである。

【００６０】バッテリパックを構成するセルは低容量時
に放電すると熱を発生し、セルが破壊およびバッテリパ
ックを組み込んでいるシステム全体も熱のために破壊す
る可能性がある。そのため、バッテリパックを組み込ん
だシステムでは容量が低いと判定したときには放電を停
止する。バッテリパックの容量に対して出力電圧が低い
と「早がかり」がおきる。

【００６１】ここの場合では、微小短絡セルが含まれた
ブロックでは微小短絡セルの出力電圧がゼロ値であるた
め、他の正常セルの残存容量に対しブロックとしての出
力電圧が小さくなり「早がかり」を招く。「早がかり」が
おきると放電が停止してしまうためバッテリパックの容
量を有効活用できなくなる。それによりバッテリパック
を使用したシステムでは稼働時間が短くなるという弊害
が起こる。

【００６２】セル状態推定部５は、セルがセルショート
しているときの処理を実行する（Ｓ２０９）。セルショ
ートを検出したときには、セル状態推定部５はセルを交
換するための非常信号をセル充放電コントローラ７へ出
力する。これはセルが過充電して温度上昇を引き起こす
前にセルを交換するためである。セルショートを検出し
たときには、セル充放電コントローラ７はセルに与える
充放電の電流値を通常の制御時より減少させる。

【００６３】図３は、セルを充電あるいは放電したとき
のブロック２の電圧の変動を表わす電圧特性図である。
横軸は時間ｔを表わし、縦軸はブロック２の電圧を表わ
す。時間毎に充放電を切り替えたときの電圧変動を示し
ており、フェーズ１では一定電流の充電、フェーズ２で
は一定電流の放電、フェーズ３では充電を示している。

【００６４】細線Ｌ１は、ブロック２が全て正常なセル
からなるときの電圧変動を示す。点線Ｌ２は、ブロック
２に１セルの微小短絡したセルが含まれている場合の電
圧変動を示す。一点鎖線Ｌ３は、ブロック２に１セルの
ショートしたセルが含まれている場合の電圧変動を示
す。

【００６５】フェーズ１の充電開始時には、微小短絡セ
ルは放電前であるので正常セルと同一の電圧を出力して
いるものとする。フェーズ１では、微小短絡したセルを
含むブロック２の電圧変動を示す点線Ｌ２は、全て正常
なセルからなるブロック２の電圧変動を示す細線Ｌ１と
同様な電圧変動を示す。ショートしたセルを含むブロッ
ク２の電圧変動を示す一点鎖線Ｌ３は、ショートしたセ
ルは電圧がゼロ値であるため、全て正常なセルからなる
ブロック２の電圧変動を示す細線Ｌ１に比べ電圧値が１
セル分小さくなる。

【００６６】フェーズ２の放電時には、微小短絡を含む
ブロック２の電圧変動を示す点線Ｌ２は、放電開始時に
は正常セルからなるブロック２の電圧変動を示す細線Ｌ
１と同電圧であるが、放電を数秒継続すると微小短絡し
たセルの電圧がゼロ値となり、正常セルからなるブロッ
ク２の電圧変動を示す細線Ｌ１より１セル分電圧が低下
する。ショートしたセルを含むブロック２の電圧変動を
示す一点鎖線Ｌ３は、フェーズ１と同様に正常セルから
なるブロック２の電圧変動を示す細線Ｌ１に比べ電圧値
が１セル分小さくなる。

【００６７】フェーズ３の充電時には、微小短絡を含む
ブロック２の電圧変動を示す点線Ｌ２は、充電開始時に
おいては放電時の影響で微小短絡したセルの電圧値がゼ
ロ値となっているため、ブロックとして電圧を比較する
と正常セルからなるブロック２の電圧変動を示す細線Ｌ
１に比べ１セル分電圧が低下している。しかしながら充
電を数秒継続すると微小短絡したセルの電圧値は正常な
セルと同様の電圧値に復帰し、ブロックの電圧としてみ
ても正常セルからなるブロック２の電圧変動を示す細線
Ｌ１と同様の電圧値に戻る。ショートしたセルを含むブ
ロック２の電圧変動を示す一点鎖線Ｌ３は、フェーズ１
と同様に正常セルからなるブロック２の電圧変動を示す
細線Ｌ１に比べ電圧値が１セル分小さくなる。

【００６８】フェーズ１、フェーズ２およびフェーズ３
に見られる電圧の特性を利用して、正常なブロックと微
小短絡したセルを含むブロックとセルショートしたセル
を含むブロックとを区別することができる。

【００６９】バッテリパック１内の各グループ３は残存
容量の比較的近い各ブロック２を一まとめにしているの
で、１セル分電圧が低くなるブロック２があれば必ずそ
のブロック２がグループ３内で最小電圧のブロック２と
なる。つまり、同一グループ内で、同期して取得された
各ブロック２の電圧の最大値と最小値とを比較すれば、
正常なセルからなるブロックと微小短絡・ショート状態
のセルを含んでいる疑いが最も高いブロックの電圧比較
を行っていることになる。

【００７０】微小短絡あるいはショートしたセルを含む
ブロックと正常なセルからなるブロックとは放電時の電
圧で区別することが出来る。放電時には微小短絡あるい
はショートを起こしているセルは電圧がゼロ値となるた
め、１セル分の電圧差がグループ内で生じているか判定
すれば、微小短絡あるいはショートしたセルを含むか区
別することができる。

【００７１】微小短絡のセルを含んでいるブロックか、
ショートしたセルを含むブロックであるかの区別は充電
時に行う。微小短絡のセルは充電開始時にゼロ値であっ
ても数秒間連続充電を行えば電圧が回復する。一方、シ
ョートの状態のセルは常にゼロ値である。従って、充電
時に１セル分の電圧差が規定時間ｔ２以上グループ内で
生じているか否かを判定すると、セルショート状態のセ
ルを含むブロックであるか、微小短絡状態のセルを含む
ブロックであるか区別することができる。

【００７２】図４は、実施の形態に係るバッテリパック
１内のブロックのグループ分けの１例を示す。グループ
分けは、バッテリパック１を充放電させたときのパック
内の温度分布により決められる。バッテリパック１に充
放電を頻繁に繰り返すとセルは短時間で温度が上昇す
る。セルは高温になると定格容量が低下し使用可能なセ
ルの容量域が減ってしまうため、バッテリパック１の冷
却用にはファンを用いている。図４においては、ファン
の風を下方からバッテリパック１に送っている。

【００７３】また、図４では、バッテリパック１を便宜
上、上方からＡ、ＢおよびＣの３つのグループに分けて
いる。グループ分けは、同じグループ内でのセルの温度
ばらつきを抑えるために必要である。これは、同じグル
ープ内で温度ばらつきが生じると、各ブロック間の容量
に差が生じるからである。容量の差は、各ブロック間の
電圧の差となるので、同じグループ内の温度ばらつきが
大きいと、正常なブロックを「セルショート」のブロッ
クとして誤検出してしまうという問題が生じる。

【００７４】上述のように、セルは充放電を繰り返すと
熱を発生し、セルの蓄積可能な電力量が低下してしまう
ため、ファンによりセルの冷却を行う。ファンからの風
を下方から当てた場合、下方のセルほど風が良く当たる
ため、セルの温度は下方のセルほど低くなる。

【００７５】ファンにより下方からバッテリパック１を
冷却すると、上方になるにつれて冷却性能が落ちてパッ
ク内で温度分布が生じる。上方になるほど温度が上がっ
ていくため、ファンからの送風の方向と垂直にグループ
分けを行うこととなる。

【００７６】上述のように、図４では、２段ずつ３つの
グループにグループ分けを行った例が示されている。図
４では、１段が３個のブロック２から構成されているた
め、３つのグループ（グループＡ、グループＢおよびグ
ループＣ）はそれぞれ６個のブロックからなる。このよ
うに、バッテリパック１内の温度分布に基づいてグルー
プ分けを行うと、グループ内でのセルの容量ばらつきを
防ぐことができる。

【００７７】セルは、バッテリパック使用において常に
同一のグループに分けられていることが好ましい。それ
は、バッテリパック使用毎にグループ構成が変化する
と、グループ内でセルの容量の差が生じて電圧差が生じ
る可能性が増加するからである。そのため、予めセルの
十分な充放電テストを行った上で、グループ分けがされ
ることが望ましい。

【００７８】なお、上述の本発明の微小短絡セル検出方
法およびセルショート検出方法は、一つのセルに対して
も実施可能である。つまり、図１に示されるセル２Ａの
個数が一つのみである場合、即ちバッテリパック１の替
わりに一つのセルが設けられているような実施形態にお
いても本発明は実施可能である。

【００７９】この場合は、セルの放電時の電圧変化と充
電時の電圧変化とを測定し、それぞれの電圧変化と実施
の形態に応じたしきい値とを比較することにより、セル
の状態（正常、微小短絡、セルショート）が判定され
る。このとき、放電時において、規定時間ｔ１’以上セ
ルの電圧が所定のしきい値より小さい値を示し、かつ充
電時において、規定時間ｔ２’以上セルの電圧が所定の
しきい値より小さい値を示さないときに、セルが微小短
絡していると判定される。また、放電時において、規定
時間ｔ１’以上セルの電圧が所定のしきい値より小さい
値を示し、かつ充電時において、規定時間ｔ２’以上セ
ルの電圧が所定のしきい値より小さい値を示すときに、
セルがセルショートしていると判定される。なお、規定
時間ｔ１’およびｔ２’は同じ長さであってもよい。ま
た、放電時のしきい値と充電時のしきい値とが異なる値
であってもよい。

【００８０】また、本発明の微小短絡セル検出方法およ
びセルショート検出方法においては、放電時のブロック
（またはセル）の電圧の測定と、充電時のブロック（ま
たはセル）の電圧の測定とは、どちらが先に測定されて
もよい。

【００８１】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ハイブリ
ッド電気自動車におけるセルのセルショートを検出する
ことができるセルのショート判定方法を提供することが
できる。

【００８２】また本発明によれば、低コストでセルのシ
ョートを検出することができるセルのショート判定方法
を提供することができる。

【００８３】さらに本発明によれば、残存容量、充放電
電流によりセルの電圧が大きく変化するばあいであって
も、確実にセルのショートを検出することができるセル
のショート判定方法を提供することができる。

【００８４】さらに本発明によれば、複数のセルをブロ
ックとし、数ブロックの電圧値を同期して取得し、最大
値と最小値の電圧差がしきい値αより大きいという条件
を規定時間満たした場合が、充電時放電時ともに存在し
た場合をセルショート、放電時のみ存在した場合を微小
短絡と判定する方式としているため、異常のあるブロッ
クを早期に特定してショート状態の進行を防ぐことがで
きる。

【００８５】これにより、（１）微小短絡セルを発見した場合には当該セルが含ま
れるブロックの残存容量を推定する下限推定しきい値を
１セル分下げ正確なブロックの残存容量を推定できるよ
うにする。これによりバッテリパックの使用可能域が低
下するのを防ぎ、バッテリパックが搭載されるシステム
の使用時間が短くなる現象を防ぐことができる。また、
セルへの入出力電力に制限をかけることでショートへの
進行を防ぎセルの延命を図ることができる。（２）ショートセルを発見した場合には速やかにセルを
交換するよう非常信号を出力することで、セルが過充電
により温度上昇を引き起こし他の搭載システムに熱によ
る悪影響を与える前に交換することができる。

【００８６】本発明によれば、セルのショート判定手段
において、セルショートの初期状態である微小短絡を検
出し、充放電電流を制御することでショート状態の進行
を抑え、かつバッテリパックの容量推定を正しく行いバ
ッテリパックの使用可能となる容量を減少させないよう
にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態に係るセルのショート判定装置の構
成図。

【図２】実施の形態に係るセルのショート判定方法のフ
ローチャート。

【図３】実施の形態に係るセルブロックの充電時および
放電時の電圧特性曲線図。

【図４】実施の形態に係るバッテリパック内のグループ
分けの１例を示す図。

【図５】従来のバッテリのショート判定方法の説明図。

【符号の説明】

１バッテリパック２ブロック３グループ４Ａ／Ｄ変換器５セル状態推定部６動力負荷７セル充放電コントローラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高田雅弘静岡県湖西市境宿555番地パナソニックイーブイエナジー株式会社内 (72)発明者中西利明静岡県湖西市境宿555番地パナソニックイーブイエナジー株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】バッテリパックを構成する複数のセルの
内の微小短絡を検出する微小短絡セル検出方法であっ
て、前記バッテリパックの充電時に前記複数のセルの内の少
なくとも一つの電圧を測定する第１ステップと、前記バッテリパックの放電時に前記複数のセルの内の少
なくとも一つの電圧を測定する第２ステップと、前記第１ステップの測定結果と前記第２ステップの測定
結果とに基づいて、少なくとも一つの前記微小短絡を検
出する第３ステップと、を包含する微小短絡セル検出方
法。
【請求項２】前記バッテリパックは、直列接続された
複数のブロックを含み、前記複数のブロックのそれぞれは、直列接続された前記
複数のセルの内のいくつかのセルを含み、前記第１ステップは、前記充電時に前記複数のブロック
の内の少なくとも２つのブロックの電圧を測定し、前記第２ステップは、前記放電時に前記少なくとも２つ
のブロックの電圧を測定し、前記第３ステップは、前記少なくとも２つのブロックの
前記いくつかのセルのいずれかが微小短絡していると判
定する第４ステップを含み、前記第４ステップは、前記少なくとも２つのブロック間
の電圧の差分が所定のしきい値より大きいことを条件と
し、前記放電時において前記条件が第１の規定時間以上
成立し、かつ前記充電時において前記条件が第２の規定
時間以上成立しないときに、前記いくつかのセルのいず
れかが微小短絡していると判定する、請求項１記載の微
小短絡セル検出方法。
【請求項３】前記複数のブロックは、あらかじめ計測
した温度分布の結果に基づいて複数のグループに分類さ
れ、前記第４ステップは、同一の前記グループに属する前記
少なくとも２つのブロック間の電圧の差分が前記所定の
しきい値より大きいことを条件とする、請求項２記載の
微小短絡セル検出方法。
【請求項４】前記第３ステップは、前記少なくとも２
つのブロックの電圧から残存容量を推定する第５ステッ
プを含み、前記第５ステップは、前記第４ステップにおいて微小短
絡セルが検出された場合、残存容量を推定するための所
定の比較値から前記所定のしきい値相当の電圧値を減算
し、減算された電圧値と前記第２ステップにおいて測定
された電圧値とを比較する、請求項２記載の微小短絡セ
ル検出方法。
【請求項５】前記第３ステップは、前記少なくとも２
つのブロックの電圧から残存容量を推定する第６ステッ
プを含み、前記第６ステップは、前記第４ステップにおいて微小短
絡セルが検出された場合、前記微小短絡セルを含むブロ
ックから前記第２ステップにおいて測定された電圧値に
前記所定のしきい値相当の電圧値を加算し、加算された
電圧値と残存容量を推定するための所定の比較値とを比
較する、請求項２記載の微小短絡セル検出方法。
【請求項６】前記第１の規定時間と前記第２の規定時
間とが同じ長さである、請求項２記載の微小短絡セル検
出方法。
【請求項７】前記第３ステップは、前記微小短絡セル
を検出した場合には、前記バッテリパックに与える充放
電の電流値を通常の制御時より減少させるステップを含
む、請求項１記載の微小短絡セル検出方法。
【請求項８】バッテリパックを構成する複数のセルの
内のセルショートを検出するセルショート検出方法であ
って、前記バッテリパックの充電時に前記複数のセルの内の少
なくとも一つの電圧を測定する第１ステップと、前記バッテリパックの放電時に前記複数のセルの内の少
なくとも一つの電圧を測定する第２ステップと、前記第１ステップの測定結果と前記第２ステップの測定
結果とに基づいて、少なくとも一つの前記セルショート
を検出する第３ステップと、を包含するセルショート検出方法。
【請求項９】前記バッテリパックは、直列接続された
複数のブロックを含み、前記複数のブロックのそれぞれは、直列接続された前記
複数のセルの内のいくつかのセルを含み、前記第１ステップは、前記充電時に前記複数のブロック
の内の少なくとも２つのブロックの電圧を測定し、前記第２ステップは、前記放電時に前記少なくとも２つ
のブロックの電圧を測定し、前記第３ステップは、前記少なくとも２つのブロックの
前記いくつかのセルのいずれかがセルショートしている
と判定する第４ステップを含み、前記第４ステップは、前記少なくとも２つのブロック間
の電圧の差分が所定のしきい値より大きいことを条件と
し、前記放電時において前記条件が第１の規定時間以上
成立し、かつ前記充電時において前記条件が第２の規定
時間以上成立するときに、前記いくつかのセルのいずれ
かがセルショートしていると判定する、請求項８記載の
セルショート検出方法。
【請求項１０】前記複数のブロックは、あらかじめ計
測した温度分布の結果に基づいて複数のグループに分類
され、前記第４ステップは、同一の前記グループに属する前記
少なくとも２つのブロック間の電圧の差分が前記所定の
しきい値より大きいことを条件とする、請求項９記載の
セルショート検出方法。
【請求項１１】前記第１の規定時間と前記第２の規定
時間とが同じ長さである、請求項９記載のセルショート
検出方法。
【請求項１２】前記第３ステップは、前記セルショー
トが検出された場合、バッテリパックの異常を使用者に
知らせる信号の出力を行うステップを含む、請求項８記
載のセルショート検出方法。
【請求項１３】セルの微小短絡を検出する微小短絡セ
ル検出方法であって、前記セルの充電時に前記セルの電圧を測定する第１ステ
ップと、前記セルの放電時に前記セルの電圧を測定する第２ステ
ップと、前記第１ステップの測定結果と前記第２ステップの測定
結果とに基づいて前記微小短絡を検出する第３ステップ
と、を包含する微小短絡セル検出方法。
【請求項１４】前記第３ステップは、前記セルの電圧
が所定のしきい値より小さいことを条件とし、前記放電
時において前記条件が第１の規定時間以上成立し、かつ
前記充電時において前記条件が第２の規定時間以上成立
しないときに、前記セルが微小短絡していると判定す
る、請求項１３記載の微小短絡セル検出方法。
【請求項１５】前記第１の規定時間と前記第２の規定
時間とが同じ長さである、請求項１４記載の微小短絡セ
ル検出方法。
【請求項１６】前記第３ステップは、前記微小短絡を
検出した場合には、前記セルに与える充放電の電流値を
通常の制御時より減少させるステップを含む、請求項１
３記載の微小短絡セル検出方法。
【請求項１７】セルのセルショートを検出するセルシ
ョート検出方法であって、前記セルの充電時に前記セルの電圧を測定する第１ステ
ップと、前記セルの放電時に前記セルの電圧を測定する第２ステ
ップと、前記第１ステップの測定結果と前記第２ステップの測定
結果とに基づいて前記セルショートを検出する第３ステ
ップと、を包含するセルショート検出方法。
【請求項１８】前記第３ステップは、前記セルの電圧
が所定のしきい値より小さいことを条件とし、前記放電
時において前記条件が第１の規定時間以上成立し、かつ
前記充電時において前記条件が第２の規定時間以上成立
するときに、前記セルがセルショートしていると判定す
る、請求項１７記載のセルショート検出方法。
【請求項１９】前記第１の規定時間と前記第２の規定
時間とが同じ長さである、請求項１８記載のセルショー
ト検出方法。
【請求項２０】前記第３ステップは、前記セルショー
トが検出された場合、前記セルの異常を使用者に知らせ
る信号の出力を行うステップを含む、請求項１７記載の
セルショート検出方法。