JP2008262907A

JP2008262907A - 二次電池の異常検出装置

Info

Publication number: JP2008262907A
Application number: JP2008067532A
Authority: JP
Inventors: Atsuo Matsumoto; 淳雄松本; Hirotoshi Tatsumi; 浩俊辰巳; Yasuhiro Yamashita; 康弘山下
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2007-03-16
Filing date: 2008-03-17
Publication date: 2008-10-30
Anticipated expiration: 2028-03-17
Also published as: JP5200598B2

Abstract

【課題】電池とその金属筐体において水滴等による絶縁異常を検出する装置を提供することを目的とする。
【解決手段】多直列又は多並列に接続された二次電池と前記二次電池を絶縁して覆う金属筐体とがあり、金属筐体に発信器のＧＮＤを接続し、発信器の出力は、単一又は複数個直列接続されたコンデンサと接続され、前記単一又は複数個直列されたコンデンサの他方を前記二次電池のマイナスに接続し、前記二次電池のマイナスは金属筐体とコンデンサを通して接続され、前記単一又は複数個直列接続されたコンデンサの１個以上の電圧波形又は電圧をモニターし、初期値又は規格値と値が異なる場合、異常判定する二次電池の異常検出装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、公共関係や産業関係等のバックアップ電源に用いられる高電圧又は高容量が要求される二次電池の異常検出装置に関するものである。

従来の二次電池の異常検出に関するものとして、外部からの水滴や二次電池に漏液等が発生した場合、電池パック内に設けられた電極の導通を利用したり、二次電池に設けられた温度検出センサーに二次電池から電流が流れたことを検出していた。従来の二次電池の異常検出装置５０１の例を図５に示す。図５において５０９は漏液検出回路で電流漏液検出電極５１０と電極用半導体スイッチ５１１で構成されている。電流漏液検出電極５１０は二次電池５０２と接続され、電流漏液検出電極５１０に液体が付着すると二次電池５０２から電流漏液検出電極５１０を通して、電極用半導体スイッチ５１１をＯＮさせ、充電用半導体スイッチ制御回路５０６と放電用半導体スイッチ制御回路５０８とに信号を送ることにより異常を検出していた。また、図６では、温度センサー６１１が電池６０１に近接し、温度センサー６１１と二次電池６０１とに液体等が付着すると、二次電池６０１の電極から温度センサー６１１に電流が流れ、電流が流れたことを検出して異常検出していた（例えば特許文献１、２参照）。
特開２００３−１３２８６２号公報特開２００２−７５４６５号公報

しかしながら、前記従来の二次電池の異常検出装置では、信頼性を向上させるためには電流漏液検出電極や、温度センサーの数を増やして、検出ポイントを増やす必要があり、構成が複雑となる課題を有していた。また、高電圧や高容量で使用される電池用の筐体は強度を確保するため、金属筐体が使用され、金属筐体と高電圧又は高容量の電池の電極に水滴等が付着すると、電池から電流が金属筐体に流れたり、金属筐体に人が接触すると感電の危険があるが、従来例では電池とその周辺の異常検出のみで、安全上重要となる電池と金属筐体との液体付着の検出については不十分であった。

上記課題を解決するために本発明の二次電池の異常検出装置は、多直列又は多並列に接続された二次電池と前記二次電池を絶縁して覆う金属筐体とがあり、金属筐体に発信器のＧＮＤを接続し、発信器の出力は単一又は複数個直列接続されたコンデンサと接続され、前記単一又は複数個直列接続されたコンデンサの他端を前記二次電池のマイナスに接続し、前記二次電池のマイナスは金属筐体とコンデンサを通して接続され、前記単一又は複数個直列接続されたコンデンサの１個以上の電圧波形又は電圧を検出回路でモニターし初期値又は規格値と値が異なる場合に異常判定するものである。

また、発信器のＧＮＤを多直列又は多並列に接続された二次電池のマイナスに接続し、マイナスと前記金属筐体とをコンデンサで接続し、発信器の出力を単一又は複数個直列接続されたコンデンサと接続し、前記単一又は複数個直列接続されたコンデンサの他端を金属筐体に接続し、前記単一又は複数個直列接続されたコンデンサの１個以上の電圧波形又は電圧を検出回路でモニターし異常判定することもできる。

また、前記二次電池の状態を検出するＥＣＵがあり、このＥＣＵは二次電池の電圧や電流や温度を検出し二次電池の状態を把握するとともに、前記ＥＣＵに構成されるマイコン
の信号をもとに矩形波を出力し、その出力を単一又は前記複数個直列接続されたコンデンサと接続し、単一又は複数個直列接続されたコンデンサの１個以上の電圧波形又は電圧を前記ＥＣＵのマイコンを利用して電圧波形又は電圧をモニターし異常判定することもできる。

また、前記二次電池を充電する充電器があり、この充電器は二次電池の電圧や電流や温度を検出し二次電池を充電するとともに、前記充電器に構成されるマイコンの信号をもとに矩形波を出力し、その出力を前記単一又は複数個直列接続されたコンデンサと接続し、単一又は複数個直列接続されたコンデンサの１個以上の電圧波形又は電圧を前記充電器のマイコンを利用して電圧波形又は電圧をモニターし異常判定することもできる。

本発明によると、金属筐体で覆われた二次電池において、二次電池と金属筐体とに液体等が付着した場合の異常検出が容易にでき、特に二次電池と金属筐体との間に感電防止等で絶縁が要求される場合、簡単に低価格で異常を検出する安全な二次電池の異常検出装置を得ることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態における二次電池の異常検出装置のブロック図である。図１において１０１は金属筐体である。１０２ａ〜１０２ｉは二次電池であり、直列に接続されている。１０３ａと１０３ｂとはそれぞれプラス端子とマイナス端子であり、プラス端子１０３ａは二次電池１０２ａのプラスに接続されて、マイナス端子１０３ｂは電池１０２ｉのマイナスに接続される。

１０４は発信器であり、正弦波や矩形波等が出力される。発信器１０４のＧＮＤは金属筐体１０１に接続されている。１０５と１０６とはコンデンサで、直列に接続され、コンデンサ１０５の他端は発信器１０４と接続され、コンデンサ１０６の他端は二次電池１０２ｉのマイナス側に接続される。１０７はコンデンサで二次電池１０２ｉのマイナスと金属筐体１０１とに接続される。

１０８は検出回路で、コンデンサ１０５の両端に接続され、電圧又は波形を検出している。これにより、発信器１０４の発信波形の振幅をＥｖとし、コンデンサ１０５、１０６、１０７の容量値が等しい場合、正常な状態ではコンデンサ１０５の振幅は発信器１０４の振幅Ｅｖの１／３となる。

異常状態として例えば二次電池１０２ｉのマイナスと金属筐体１０１とに水滴等が付着した場合、コンデンサ１０７間のインピーダンスは小さくなり、コンデンサ１０５の両端の電圧は、発信器１０４の振幅Ｅｖの１／３より大きくなる。また、各二次電池と金属筐体１０１とに水滴が付着したとすると同様に振幅は発信器１０４の振幅Ｅｖの１／３より大きくなる。検出回路１０８は本電圧を検出することにより、異常があることが検出できる特徴を有する。

（実施の形態２）
図２は本発明の実施の形態２における二次電池の異常検出装置のブロック図である。実施の形態１との相違点のみを説明する。

実施の形態１に対し、発信器１０４は二次電池１０２ｉのマイナスに接続され、他端は
コンデンサ１０６に接続される。コンデンサ１０５はコンデンサ１０６に直列接続され、他端は、金属筐体１０１に接続される。また、検出回路１０８はコンデンサ１０６の両端に接続され、波形又は電圧を測定する。

実施の形態１との違いは発信器１０４と検出回路１０８とを二次電池のマイナス側に構成したことである。本構成により実施の形態１と同様、二次電池と金属筐体１０１とに液体が付着した場合、マイナス端子１０３ｂと金属筐体１０１とのインピーダンスがさがり、コンデンサ１０６間の電圧振幅が正常時よりも大きくなり、異常検出が可能となる。例えば発信器１０４の振幅がＥｖ、コンデンサ１０５、１０６、１０７の容量が等しい場合、正常時は各コンデンサの電圧は等しくＥｖの１／３倍になる。なおコンデンサ１０５、１０６、１０７の容量は必ずしも同一である必要はなく、正常時であれば容量の大きさに応じた電圧となる。異常時にはコンデンサ１０７の電圧が下がるので、コンデンサ１０６の電圧が正常時よりも大きくなる。

（実施の形態３）
図３は本発明の実施の形態２において、二次電池の状態を検出するＥＣＵと組み合わせた場合のブロック図である。実施の形態２との相違点のみを説明する。

３０１はＥＣＵで電源供給端子３０７と接続され電源が供給される。ＥＣＵ３０１と信号出力端子３０８とは接続され、二次電池１０２ａ〜１０２ｉの情報はＥＣＵ３０１から信号出力端子３０８へ送られる。ＥＣＵ３０１の内部は、二次電池の電圧を検出しマイコン３０２に信号を送る電池電圧検出回路３０３と二次電池１０２ａ〜１０２ｉへの充電／放電電流を検出しマイコン３０２に信号を送る電流検出回路３０４とマイコン３０２からの信号を受けて矩形波を出力する矩形波発生回路３０６とコンデンサ１０６の電圧を検出しマイコン３０２に信号を送るコンデンサ電圧検出回路３０５で構成され、電池電圧検出回路３０３及び充電電流検出回路３０４及び矩形波発生回路３０６及びコンデンサ電圧検出回路３０５とマイコン３０２とは別々に接続されている。ＥＣＵ３０１は、二次電池電圧や充電／放電電流を検出し、二次電池１０２ａ〜１０２ｉの状態を検出し、二次電池の状態を把握し、信号出力端子３０８に信号を送っている。信号出力端子３０８の信号は、例えば図示しない上位機器や、充電器に送られる。上位機器に送られる場合は、異常状態であることが通知されるので、異常を解消すべくサービスやメンテナンスを短時間で開始できる。また充電器に送られた場合は、異常状態であることから充電をただちに停止し、安全性を高めることができる。

本構成により、マイコン３０２からの信号により矩形波発生回路３０６をドライブすることにより、コンデンサ１０６と１０５と１０７とに矩形波電圧が加わり、コンデンサ１０６の電圧はコンデンサ電圧検出回路３０５で検出され、マイコン３０２に信号が送られる。正常時はコンデンサ１０６と１０５と１０７とで矩形波電圧は分割され、コンデンサ１０６に正常時にかかる電圧が検出される。例えば、コンデンサ１０５、１０６、１０７の容量が等しければ、矩形波発生回路３０６が出力する振幅Ｅｖの１／３倍がコンデンサ検出回路３０５で検出され、マイコン３０２が正常状態を把握する。一方異常時、例えば二次電池１０２ａ〜１０２ｉに水滴等が付着し、二次電池１０２ａ〜１０２ｉと金属筐体１０１とのインピーダンスがさがる時は、コンデンサ１０７の電圧が小さくなり、同時にコンデンサ１０６の電圧が大きくなる。コンデンサ１０６の電圧がコンデンサ電圧検出回路３０５で検出され、マイコン３０２へ信号が送られるので、マイコン３０２がコンデンサ１０６の電圧変化を把握することにより異常検出が可能となる。

このように異常状態を検出したマイコン３０２は、信号出力端子３０８に信号を送る。信号出力端子３０８の信号は、例えば図示しない上位機器や、充電器に送られる。上位機器に送られる場合は、異常状態であることが通知されるので、異常を解消すべくサービス
やメンテナンスを短時間で開始できる。また充電器に送られた場合は、異常状態であることから充電をただちに停止し、安全性を高めることができる。

（実施の形態４）
図４は本発明の実施の形態２において、二次電池を充電する充電器と組み合わせた場合のブロック図である。実施の形態２との相違点のみを説明する。

４０１は充電器で、電源供給端子３０７と接続され電源が供給される。信号出力端子３０８と充電器４０１とは接続され、充電異常の情報は充電器４０１から信号出力端子３０８に送られる。充電器４０１の内部には、電源供給端子３０７に接続されたコンバータ４０２及び定電圧レギュレータ４０３があり、それぞれ二次電池１０２ａ〜１０２ｅとマイコン３０２等に接続され電源を供給する。さらに充電器４０１は、二次電池電圧を検出しマイコン３０２に信号を送る電池電圧検出回路３０３と二次電池１０２ａ〜１０２ｅへの充電／放電電流を検出しマイコン３０２に信号を送る電流検出回路３０４と二次電池１０２ａ〜１０２ｅの温度検出を直接行うサーミスタ４０４を使用しマイコン３０２に信号を送る温度検出回路４０５とマイコン３０２からの信号を受けて矩形波を出力する矩形波発生回路３０６とコンデンサ１０６の電圧を検出しマイコン３０２に信号を送るコンデンサ電圧検出回路３０５を備え、電池電圧検出回路３０３及び電流検出回路及び３０４温度検出回路４０５及び矩形波発生回路３０６及びコンデンサ電圧検出回路３０５とマイコン３０２とは別々に接続されている。

充電器４０１は、二次電池電圧や充電／放電電流や温度を検出し、二次電池１０２ａ〜１０２ｅの状態を検出し、マイコン３０２は二次電池１０２ａ〜１０２ｅに接続されたコンバータ４０２の電流や電圧を制御し、二次電池１０２ａ〜１０２ｅの充電制御を行い、充電異常等が発生した場合、信号出力端子３０８に信号を送っている。信号出力端子３０８の信号は、例えば図示しない上位機器に送られる。上位機器へ異常状態であることが通知されるので、異常を解消すべくサービスやメンテナンスを短時間で開始できる。

本構成により、マイコン３０２からの信号により矩形波発生回路３０６をドライブすることにより、コンデンサ１０６と１０５と１０７とに矩形波電圧が加わり、コンデンサ１０６の電圧はコンデンサ電圧検出回路３０５で検出され、マイコン３０２に信号が送られる。

正常時はコンデンサ１０６と１０５と１０７とで矩形波電圧は分割され、コンデンサ１０６の電圧が検出される。

一方異常時、例えば二次電池１０２ａ〜１０２ｅに水滴等が付着し、二次電池１０２ａ〜１０２ｅと金属筐体１０１とのインピーダンスがさがる時は、コンデンサ１０７の電圧が変化し、同時にコンデンサ１０６の電圧も変化する。コンデンサ１０６の電圧がコンデンサ電圧検出回路３０５で検出され、マイコン３０２へ信号が送られるので、マイコン３０２がコンデンサ１０６の電圧変化を把握することにより異常検出が可能となる。

このように異常検出したマイコン３０２は、信号出力端子３０８に信号を送る。信号出力端子３０８の信号は、例えば図示しない上位機器に送られる。上位機器へ異常状態であることが通知されるので、異常を解消すべくサービスやメンテナンスを短時間で開始できる。

さらに異常検出したマイコン３０２は、コンバータ４０２を制御し、異常状態であることから充電をただちに停止し、安全性を高めることができる。

本発明にかかる二次電池の異常検出装置は、絶縁が必要となる電池と金属筐体とに水滴等が付着し、絶縁が確保できなくなった場合に、簡単に異常を検出することを実現し、産業用に使用されるバックアップ電源等に有効である。

本発明の実施の形態１における異常検出装置の構成図本発明の実施の形態２における異常検出装置の構成図本発明の実施の形態３における異常検出装置の構成図本発明の実施の形態４における異常検出装置の構成図従来の構成図従来の構成図

符号の説明

１０１金属筐体
１０２ａ〜１０２ｉ二次電池
１０３ａプラス端子
１０３ｂマイナス端子
１０４発信器
１０５コンデンサ
１０６コンデンサ
１０７コンデンサ
１０８検出回路
３０１ＥＣＵ
３０２マイコン
３０３電池電圧検出回路
３０４電流検出回路
３０５コンデンサ電圧検出回路
３０６矩形波発生回路
３０７電源供給端子
３０８信号出力端子
４０１充電器
４０２コンバータ
４０３定電圧レギュレータ
４０４サーミスタ
４０５温度検出回路
５０１電池パック
５０２電池
５０３ａプラス端子
５０３ｂマイナス端子
５０４電池保護回路
５０５充電用半導体スイッチ
５０６充電用半導体スイッチ制御回路
５０７放電用半導体スイッチ
５０８放電用半導体スイッチ制御回路
５０９漏電検出回路
５１０電流漏液検出電極
５１１電極用半導体スイッチ
６０１電池
６１１温度センサー

Claims

多直列又は多並列に接続された二次電池と前記二次電池を絶縁して覆う金属筐体とがあり、金属筐体に発信器のＧＮＤを接続し、発信器の出力は単一又は複数個直列接続されたコンデンサと接続され、前記単一又は複数個直列接続されたコンデンサの他端を前記二次電池のマイナスに接続し、前記二次電池のマイナスは金属筐体とコンデンサを通して接続され、前記単一又は複数個直列接続されたコンデンサの１個以上の電圧波形又は電圧を検出回路でモニターし初期値又は規格値と値が異なる場合に異常判定するように構成した二次電池の異常検出装置。
発信器のＧＮＤを多直列又は多並列に接続された二次電池のマイナスに接続し、マイナスと金属筐体とをコンデンサで接続し、発信器の出力を単一又は複数個直列接続されたコンデンサと接続し、前記単一又は複数個直列接続されたコンデンサの他端を金属筐体に接続し、前記単一又は複数個直列接続されたコンデンサの１個以上の電圧波形又は電圧を検出回路でモニターし異常判定するように構成した二次電池の異常検出装置。
前記二次電池の状態を検出するＥＣＵがあり、このＥＣＵは二次電池の電圧や電流を検出し二次電池の状態を把握するとともに、前記ＥＣＵに構成されるマイコンの信号をもとに矩形波を出力し、その出力を単一又は複数個直列接続されたコンデンサと接続し、複数個直列接続されたコンデンサの１個以上の電圧波形又は電圧を前記ＥＣＵのマイコンを利用して電圧波形又は電圧をモニターし異常判定するように構成した請求項２記載の二次電池の異常検出装置。
前記二次電池を充電する充電器があり、この充電器は二次電池の電圧や電流や温度を検出し二次電池を充電するとともに、前記充電器に構成されるマイコンの信号をもとに矩形波を出力しその出力を単一又は複数個直列接続されたコンデンサと接続し、単一又は複数個直列接続されたコンデンサの１個以上の電圧波形又は電圧を前記充電器のマイコンを利用して電圧波形又は電圧をモニターし、異常判定するように構成した請求項２記載の二次電池の異常検出装置。