JP2009170397A - 電池パック、電池パックを用いる携帯機器、電池パックにおける内部ショート検出方法、内部ショート検出プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】複数の二次電池から構成される電池ユニットの内部でショートが起こった場合の安全性を確保することが可能な電池パック及び電池パックを用いた携帯機器を提供することを目的とする。
【解決手段】電池パック１００は、電池ユニット１１１の充放電を停止した時点の電圧と、充放電を停止した状態で所定時間経過した後の電池ユニット１１１の電圧を検出し、両者の電圧差から電池ユニット１１１の内部ショートを検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電池パックの有する電池ユニットの内部ショートを検出する電池パック、電池パックを用いる携帯機器、電池パックにおける内部ショート検出方法、内部ショート検出プログラムに関する。

近年、二次電池としてリチウムイオン電池等が複数接続された電池ユニットがデジタルカメラなど携帯機器に搭載されている。リチウムイオン電池は過充電及び過放電に弱いため、過充電及び過放電の保護回路を備えた電池パックの形態で使用される。

図１３は、従来の電池パックの各例のブロック図を示す。図１３において、リチウムイオン電池が複数接続された電池ユニット２と並列に抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１の直列回路が接続されている。電池ユニット２の正極は電池パック１の外部端子３に接続され、負極は電流遮断用のｎチャネルＭＯＳ（金属酸化膜半導体）トランジスタＭ１、Ｍ２を介して電池パック１の外部端子４に接続されている。

ＭＯＳトランジスタＭ１、Ｍ２はドレインを共通接続され、ＭＯＳトランジスタＭ１のソースは電池ユニット２の負極に接続され、ＭＯＳトランジスタＭ２のソースは外部端子４に接続されている。また、ＭＯＳトランジスタＭ１、Ｍ２それぞれは、ドレイン・ソース間に等価的にボディダイオードＤ１、Ｄ２が接続されている。

保護ＩＣ（集積回路）５は、過充電検出回路、過放電検出回路、過電流検出回路を内蔵している。また、保護ＩＣ５は電池ユニット２の正極から抵抗Ｒ１を通して電源Ｖｄｄを供給されると共に電池ユニット２の負極から電源Ｖｓｓを供給されて動作する。

保護ＩＣ５は過放電検出回路或いは過電流検出回路で過放電或いは過電流を検出したときＤＯＵＴ出力をローレベルとしてＭＯＳトランジスタＭ１を遮断し、過充電検出回路で過充電を検出したときＣＯＵＴ出力をローレベルとしてＭＯＳトランジスタＭ２を遮断する。

このような電池パックでは、さらに電池ユニットの電池残量を検出したり、電池ユニットを構成するリチウムイオン電池が正規品であるか否かの認証を行う機能等が追加される傾向にある。例えば特許文献１には、認証機能付き保護モジュールを搭載する電池パックが記載されている。
特開２００６−９２８５０号公報

しかしながら上記従来の電池パックでは、電池ユニットの内部でショートが起こった場合の保護機能を持たないため、リチウムイオン電池を過充電と過放電からは保護できても、電池ユニットの内部でショートが起こった場合の安全性を確保できない。そのため、製造上の不具合での内部ショート、電池を過放電させたために析出した金属リチウムによる内部ショート、機械的な衝撃やストレスによる内部ショートが発生した場合に、爆発、破裂等の事故に至る危険がある。

本発明は、上記事情を鑑みて、これを解決すべくなされたものであり、複数の二次電池から構成される電池ユニットの内部でショートが起こった場合の安全性を確保することが可能な電池パック及び電池パックを用いた携帯機器を提供することを目的とするものである。

本発明は、上記目的を達成するために以下の如き構成を採用した。

本発明の電池パック（１００）は、複数の充放電可能な二次電池（１１０）により構成される電池ユニット（１１１）に流れる電流を検出する電流検出手段（１２２ｃ）と、前記電池ユニット（１１１）の電圧を検出する電圧検出手段（１２２ｂ）と、前記電池ユニット（１１１）の内部ショートを検出するショート検出手段（１２１、２４０）とを有し、前記ショート検出手段（１２１、２４０）は、前記電池ユニット（１１１）に流れる電流が所定値以下となったときに検出された前記電池ユニット（１１１）の電圧値と、前記電池ユニット（１１１）に流れる電流が所定値以下の状態で所定時間経過した後の前記電池ユニット（１１１）の電圧値との差が所定値以上であったとき、前記電池ユニット（１１１）の内部ショートと判定することにより、複数の二次電池から構成される電池ユニットの内部でショートが起こった場合の安全性を確保することができる。

また本発明の電池パック（１００）は、前記電圧検出手段（１２２ｂ）により検出された電圧に基づき、前記電池ユニットの残容量値を取得する容量値取得手段（２８５）を有し、ショート検出手段（１２１、２４０Ａ）は、前記電池ユニット（１１１）に流れる電流が所定値以下となったときに取得した前記電池ユニットの残容量値と、前記電池ユニット（１１１）に流れる電流が所定値以下の状態で所定時間経過した後の前記電池ユニットの残容量値との差が所定値以上であったとき、前記電池ユニット（１１１）の内部ショートと判定する構成とした。

また本発明の電池パック（１００）は、前記電池ユニット（１１１）の温度を検出する温度検出手段（１２２ａ）と、前記温度検出手段（１２２ａ）により検出された温度に基づき前記電圧検出手段（１２２ｂ）により検出された電圧を補正する温度補正手段（２８０）とを有し、前記容量値取得手段（２８５）は、前記温度補正手段（２８０）により補正された電圧に基づき、前記電池ユニット（１１１）の残容量値を取得する構成としても良い。

また本発明の電池パック（１００）は、前記電池ユニット（１１１）に流れる電流が所定値以下となったときに取得した前記電池ユニット（１１１）の残容量値と、前記電池ユニット（１１１）に流れる電流が所定値以下の状態で所定時間経過した後の前記電池ユニット（１１１）の残容量値との差に基づき、前記所定時間に消費した電流値を算出する電流値算出手段（２９０）を有し、前記ショート検出手段（１２１、２４０Ｂ）は、前記電流値算出手段（２９０）により算出された電流値が所定値以上であったとき、前記電池ユニットの内部ショートを検出する構成としても良い。

また本発明の電池パックは、当該電池パック（１００）が内蔵される携帯機器（３００）と通信を行う通信手段（１１４）を有し、前記通信手段（１１４）は、前記ショート検出手段（１２１、２４０）により、前記電池ユニット（１１１）の内部ショートと判定されたとき、前記電池ユニット（１１１）の内部ショートを前記携帯機器（３００）へ通知する構成としても良い。

本発明の携帯機器は、複数の充放電可能な二次電池（１１０）により構成される電池ユニット（１１１）に流れる電流を検出する電流検出手段（１２２ｃ）と、前記電池ユニット（１１１）の電圧を検出する電圧検出手段（１２２ｂ）と、前記電池ユニット（１１１）の内部ショートを検出するショート検出手段（１２１、２４０）と、を有し、前記ショート検出手段（１２１、２４０）は、前記電池ユニット（１１１）の充放電に流れる電流が所定値以下となったときに検出された前記電池ユニット（１１１）の電圧値と、前記電池ユニット（１１１）に流れる電流が所定値以下の状態で所定時間経過した後の前記電池ユニッ（１１１）トの電圧値との差が所定値以上であったとき、前記電池ユニット（１１１）の内部ショートと判定する電池パック（１００）を内蔵することにより、複数の二次電池から構成される電池ユニットの内部でショートが起こった場合の安全性を確保することができる。

また本発明の携帯機器において、前記電池パック（１００）は、前記ショート検出手段（１２１、２４０）により、前記電池ユニット（１１１）の内部ショートと判定されたとき、前記電池ユニット（１１１）の内部ショートを通知する通信手段（１１４）を有し、当該携帯機器段（３００）は、前記通信手段段（１１４）から前記通知を受けて、当該携帯機器段（３００）の動作を制限する構成としても良い。

また本発明の携帯機器は、前記通知を受けて、前記電池パック（１００）への充電を制限する構成としても良い。

また本発明の携帯機器は、前記通知を受けて、当該携帯機器（３００）の電源を遮断する構成としても良い。

本発明は、複数の充放電可能な二次電池（１１０）により構成される電池ユニット（１１１）を有する電池パック（１００）による前記電池ユニット（１１１）の内部ショート検出方法であって、前記電池ユニット（１１１）に流れる電流を検出する電流検出手順（Ｓ６１）と、前記電池ユニット（１１１）の電圧を検出する電圧検出手順と（Ｓ６３）、前記電池ユニット（１１１）の内部ショートを検出するショート検出手順（Ｓ６７）と、を有し、前記ショート検出手順（Ｓ６７）は、前記電池ユニット（１１１）の充放電に流れる電流が所定値以下となったときに検出された前記電池ユニット（１１１）の電圧値と、前記電池ユニット（１１１）に流れる電流が所定値以下の状態で所定時間経過した後の前記電池ユニット（１１１）の電圧値との差が所定値以上であったとき、前記電池ユニット（１１１）の内部ショートと判定することにより、複数の二次電池から構成される電池ユニットの内部でショートが起こった場合の安全性を確保することができる。

本発明は、充放電可能な複数の二次電池（１１０）により構成される電池ユニット（１１１）の内部ショートを検出する電池パック（１００）において実行されるプログラムであって、前記電池パック（１００）は、演算処理装置（１２１）と記憶装置（１２３、１２４）とを有し、前記演算処理装置（１２１）に、前記電池ユニット（１１１）に流れる電流を検出する電流検出ステップ（Ｓ６１）と、前記電池ユニット（１１１）の電圧を検出する電圧検出ステップ（Ｓ６３）と、前記電池ユニット（１１１）の内部ショートを検出するショート検出ステップ（Ｓ６７）とを実行させ、前記ショート検出ステップ（Ｓ６７）は、前記電池ユニット（１１１）の充放電に流れる電流が所定値以下となったときに検出された前記電池ユニット（１１１）の電圧値と、前記電池ユニット（１１１）に流れる電流が所定値以下の状態で所定時間経過した後の前記電池ユニット（１１１）の電圧値との差が所定値以上であったとき、前記電池ユニット（１１１）の内部ショートと判定することにより、複数の二次電池から構成される電池ユニットの内部でショートが起こった場合の安全性を確保することができる。

なお、上記括弧内の参照符号は、理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、図示の態様に限定されるものではない。

本発明によれば、複数の二次電池により構成される電池ユニットの内部でショートが起こった場合の安全性を確保することができる。

本発明の電池パックは、複数の二次電池を有する電池ユニットの充放電を停止した時点の電圧と、充放電を停止した状態で所定時間経過した後の電池ユニットの電圧を検出し、両者の電圧差から電池ユニットの内部ショートを検出する。また本発明の携帯機器は、電池パックからの内部ショートを示す通知を受けて、機器本体の動作を制限する制御を行う。
（第一の実施形態）
以下に図面を参照して、本発明の第一の実施形態について説明する。図１は、第一の実施形態の電池パック１００を説明する図である。

電池パック１００は、例えばリチウムイオン電池等の二次電池１１０が複数接続された電池ユニット１１１を有する。尚本実施形態では、電池ユニット１１１は二次電池１１０が直列に接続された構成としたが、これに限定されない。

電池パック１００は、電池パック１００を組み込む後述する携帯機器と接続するための正極端子１１２及び負極端子１１３と、電池ユニット１１１との間に、ショート検出ＩＣ１２０及び保護ＩＣ１３０を有する。

ショート検出ＩＣ１２０は、電源端子ＶＤＤ及び基準電位端子ＶＳＳと、電圧検知端子ＶＢＡＴ１と、ひと組の電流検知端子ＶＲＳＰ及びＶＲＳＭと、通信端子ＳＩＯとを有する。ショート検出ＩＣ１２０は、電源端子ＶＤＤを介して、保護ＩＣ１３０において電池電圧からレギュレートされた電圧を受け取ることができる。基準電位端子ＶＳＳは、電池ユニット１１１の負極へ接続されている。

ショート検出ＩＣ１２０は、電池ユニット１１１の内部ショートを検出する。ショート検出ＩＣ１２０は、電池ユニット１１１の正極へ接続された電圧検知端子ＶＢＡＴ１を介して電池ユニット電池ユニット１１１の出力電圧を検出することができる。電流検知端子の一方ＶＲＳＭは二次電池１１０の負極へ接続され、更に、ショート検出ＩＣ１２０の外部で抵抗Ｒ１１を介してもう一方の電流検知端子ＶＲＳＰへ接続されている。

ショート検出ＩＣ１２０は、電流検知端子ＶＲＳＰ及びＶＲＳＭを介して、外部抵抗Ｒ１１に流れる電流、即ち、電池ユニット１１１の充放電電流を検出することができる。通信端子ＳＩＯは、保護ＩＣ１３０を介して、携帯機器との通信に使用される外部端子１１４へ接続されている。ショート検出ＩＣ１２０は、通信端子ＳＩＯ及び保護ＩＣ１３０を介して携帯機器と通信することができる。ショート検出ＩＣ１２０の詳細は後述する。

保護ＩＣ１３０は、電池パック１００の充放電を遮断するＭＯＳトランジスタＭ１１、Ｍ１２のゲートにそれぞれ接続される端子ＤＯＵＴと端子ＣＯＵＴとを有する。保護ＩＣ１３０は過放電或いは過電流を検出したときＤＯＵＴ出力をローレベルとしてＭＯＳトランジスタＭ１１を遮断し、過充電検出回路で過充電を検出したときＣＯＵＴ出力をローレベルとしてＭＯＳトランジスタＭ１２を遮断する。

図２は、第一の実施形態のショート検出ＩＣ１２０のハードウェア構成を示す図である。図２において、ショート検出ＩＣ１２０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１２１と、センサ部１２２と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）１２３と、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ ａｎｄ Ｐｒｏｇｒａｍａｂｌｅ ＲＯＭ）１２４と、シリアルインターフェース（Ｉ／Ｆ）１２５とを有する。

ＣＰＵ１２１は、ショート検出ＩＣ１２０の各部を制御することができる。センサ部１２２は、電池ユニット１１１（図１参照）の電圧、電流及び温度を検出することができる。ＲＯＭ１２３は、ＣＰＵ１２１がショート検出ＩＣ１２０の各部を制御するために実行するプログラムを記憶することができる。ＥＥＰＲＯＭ１２４は、センサ部１２２によって検出された電池ユニット１１１の電圧、電流及び温度の各パラメータや、携帯機器との間で認証を行うための認証ＩＤ等の情報を記憶することができる。シリアルＩ／Ｆ１２５は、通信端子ＳＩＯを介して携帯機器と通信することができる。ＣＰＵ１２１、センサ部１２２、ＲＯＭ１２３、ＥＥＰＲＯＭ１２４及びシリアルＩ／Ｆ１２５は、バス１２６によって接続されており、夫々の間でデータ及びプログラムをやり取りすることができる。

また、センサ部１２２は、温度センサ回路１２２ａと、電圧センサ回路１２２ｂと、電流センサ回路１２２ｃと、マルチプレクサ１２２ｄと、アナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換回路１２２ｅとを有する。

温度センサ回路１２２ａは、電池ユニット１１１の温度を検出する。電圧センサ回路１２２ｂは、電池ユニット１１１へ接続された電圧検知端子ＶＢＡＴ１を介して、電池ユニット１１１の出力電圧を検出する。電流センサ回路１２２ｃは、電流検知端子ＶＲＳＰ及びＶＲＳＭを介して、外部抵抗Ｒ１１に流れる電流、即ち、電池ユニット１１１の充放電電流を検出する。温度センサ回路１２２ａ、電圧センサ回路１２２ｂ及び電流センサ回路１２２ｃの各出力はマルチプレクサ１２２ｄへ接続されており、マルチプレクサ１２２ｄによって１つの信号として出力される。Ａ／Ｄ変換回路１２２ｅは、マルチプレクサ１２２ｄによって出力された信号をアナログからデジタルに変換する。

図３は、第一の実施形態のショート検出ＩＣ１２０の機能構成を示すブロック図である。尚本実施形態において、図３に表されるショート検出ＩＣ１２０の機能構成は、図２に示されたＲＯＭ１２３に記憶された特定のプログラムによって具現される。当然、他の実施形態では、かかる機能構成を具現するハードウェアモジュールが、図２のハードウェア構成において他の構成要素とは別個に設けられても良い。

ショート検出ＩＣ１２０は、電流値取得部２１０、電圧値取得部２２０、計時部２３０、ショート検出部２４０、記憶制御部２５０、通信部２６０、表示制御部２７０を有する。

電流値取得部２１０は、電流センサ回路１２２ｃが検出した電流値を取得する。電圧値取得部２２０は、電圧センサ回路１２２ｂが検出した電圧値を取得する。計時部２３０はショート検出ＩＣ１２０に内蔵された時計機能により計時する。ショート検出部２４０は、電流値取得部２１０により取得された電流値、電圧値取得部２２０により取得された電圧値、計時部２３０による計時機能により、電池ユニット１１１内の内部ショートを検出する。

記憶制御部２５０は、電流値取得部２１０により取得された電流値、電圧値取得部２２０により取得された電圧値等のパラメータを例えばＥＥＰＲＯＭ１２４等に記憶させる。通信部２６０は、電池パック１００が内蔵される携帯機器との通信を行う。表示制御部２７０は、ショート検出部２４０により電池ユニット１１１の内部ショートが検出されたとき、その旨を示す表示を行う。

本実施形態のショート検出ＩＣ１２０では、電流値取得部２１０により取得された電流値が所定値以下の場合に、電圧値取得部２２０により取得した電圧値を記憶制御部２５０により記憶する。そして電流値が所定値以下の状態で所定時間が経過した後、再度電圧値取得部２２０により電圧値を取得し、取得した電圧値と記憶された電圧値との差が所定値以上である場合に内部ショートを検出する。

以下に本発明の電池パック１００の動作の説明に先立ち、本実施形態における内部ショート検出の仕組みについて説明する。図４は、電池パック１００において電池ユニット１１１の充電を行った場合の電流波形と電圧波形を示す図であり、図５は、電池パック１００において電池ユニット１１１の放電を行った場合の電流波形と電圧波形を示す図である。

図４（Ａ）は充電時の電流波形を示し、図４（Ｂ）は電池ユニット１１１が内部ショートしていない場合の充電時の電圧波形を示し、図４（Ｃ）は電池ユニット１１１が内部ショートしている場合の充電時の電圧波形を示す。

通常電池ユニット１１１の電圧は、電流Ｉｎにより充電されて電圧値が電圧値Ｖ１から電圧値Ｖ２まで上昇した状態で充電が停止されると、電圧値は一度下降し、時間ｔ１が経過した後に電圧値Ｖ３で安定する（図４（Ｂ）参照）。しかし、電池ユニット１１１が内部ショートしていると、充電停止後に時間ｔ１が経過した後も電圧値が安定せずに下降し続ける。よって、充電停止後に時間ｔ１が経過しても電圧値が下降し続ける場合、電池ユニット１１１は内部ショートしていることがわかる。

次に電池パック１００において放電を行った場合について説明する。図５（Ａ）は放電時の電流波形を示し、図５（Ｂ）は電池ユニット１１１が内部ショートしていない場合の放電時の電圧波形を示し、図５（Ｃ）は電池ユニット１１１が内部ショートしている場合の放電時の電圧波形を示す。

電池ユニット１１１から電流Ｉｎが放電される場合、電池ユニット１１１の電圧値は、電圧値Ｖ４から電圧値Ｖ５へ下降し、放電が停止されてから時間ｔ２が経過した後に一度上昇して電圧値Ｖ６で安定する（図５（Ｂ）参照）。しかし、電池ユニット１１１が内部ショートしている場合、時間ｔ２が経過しても電圧値は安定せずに下降し続ける。よって、放電停止後に時間ｔ２が経過しても電圧値が下降し続ける場合、電池ユニット１１１は内部ショートしていることがわかる。

本実施形態では、図４、図５で説明した電池ユニット１１１の特性を利用して、電池ユニット１１１の内部ショートを検出する。

以下に図６を参照して本実施形態のショート検出ＩＣ１２０の動作を説明する。図６は、第一の実施形態のショート検出ＩＣ１２０の動作を説明するフローチャートである。

ショート検出ＩＣ１２０において、電流値取得部２１０により電流値を取得する（Ｓ６１）。ショート検出部２４０は、Ｓ６１で取得された電流値に基づき、電池ユニット１１１への充電または電池ユニット１１１からの放電が行われているか否かを判定する。

具体的にはショート検出部２４０は、ＲＯＭ１２３に予め記憶されている所定値と、Ｓ６１で取得された電流値を比較する。そしてＳ６１で取得された電流値が所定の電流値以下であった場合に、電池ユニット１１１への充電又は電池ユニット１１１からの放電が行われていないものと判定する。尚所定の電流値とは、充放電が停止されていることを判定するための値である。よって所定の電流値は、充放電が行われている場合の電流値よりも十分小さい値が好ましい。さらに電池パック１００では、充放電が行われていない場合にも待機電流が流れるため、所定の電流値はこの待機電流と区別されることが好ましい。

本実施形態では、例えば電池パック１００が携帯機器に内蔵された場合に流れる待機電流は約１ｍＡ程度である。よって所定の電流値は、例えば１０ｍＡ程度に設定されていても良い。尚待機電流とは、例えば携帯機器が携帯電話であった場合などに、待ち受け状態で流れる電流等を示す。

Ｓ６１で取得した電流値が所定の電流値より小さい場合、ショート検出部２４０は充放電が行われていないと判定し（Ｓ６２）、電圧値取得部２２０によりこのときの電圧値Ｖａを取得する（Ｓ６３）。そして記憶制御部２５０により、取得した電圧値Ｖａと、電圧値Ｖａを取得した時間情報とを例えばＥＥＰＲＯＭ１２４に記憶させる。尚時間情報は、ショート検出ＩＣ１２０の有する時計機能により取得する。

次にショート検出部２４０は、Ｓ６３において電圧値Ｖａを取得してから所定時間が経過したか否かを判定する（Ｓ６４）。具体的にはショート検出部２４０は、電圧値ＶａがＥＥＰＲＯＭ１２４に記憶された時から、次に計時部２３０により計時された時までの時間と、所定時間とを比較する。尚所定時間とは、図４及び図５に示す時間ｔ１又は時間ｔ２であり、電池ユニット１１１が内部ショートしていない場合に、充放電が停止されてから電圧値が安定するまでの時間である。尚所定時間は、時間ｔ１と時間ｔ２のうち、長時間の方を所定時間としても良い。また所定時間は、例えばＲＯＭ１２３に予め記憶されていても良い。本実施形態では、所定時間は例えば５時間とした。

Ｓ６４において所定時間経過した場合、電圧値取得部２２０は再度電圧値Ｖｂを取得する（Ｓ６５）。ショート検出部２４０は、Ｓ６５で取得した電圧値Ｖｂと、Ｓ６３で取得した電圧値Ｖａとを比較し、電圧値Ｖａと電圧値Ｖｂとの差が所定値以上であるか否かを判定する（Ｓ６６）。

尚所定値とは、電圧値が安定していないと判定する基準となる値であり、予めＲＯＭ１２３に記憶されていてみも良い。所定値は、図４に示す例であれば（Ｖ２−Ｖ３）であり図５に示す例であれば（Ｖ６−Ｖ５）となる。

Ｓ６６において電圧値Ｖａと電圧値Ｖｂとの差が、所定値以上であった場合、ショート検出部２４０は電池ユニット１１１で内部ショートしているものと判定し（Ｓ６７）、内部ショート検出通知を通信部２６０に通知する。通信部２６０は、この内部ショート検出通知を携帯機器へ通知する（Ｓ６８）。具体的には内部ショート検出通知は、通信部２６０を構成する通信端末ＳＩＯから保護ＩＣ１３０を介して携帯機器へ通知される。

尚本実施形態では、内部ショートが検出されたとき、表示制御部２７０に内部ショートが検出されたことを示しても良い。例えば表示制御部２７０は、電池パック１００に設けられたＬＥＤを点灯させることによって、電池ユニット１１１の内部ショートが検出されたことを示しても良い。

本実施形態では、以上のようにして電池ユニット１１１の内部ショートを検出することができる。

次に本実施形態の携帯機器について説明する。図７は、本発明の携帯機器を説明する図である。本発明の携帯機器は、図１に示す電池パック１００を内蔵することより、電池パック１００の有する電池ユニット１１１に内部ショートが発生した場合に、この通知を受けて携帯機器本体の動作を制御することができる。尚本発明の携帯機器とは、例えば携帯電話、デジタルカメラ等であり、電池パック１００により給電されて駆動する電子機器である。

本発明の携帯機器３００は、電池パック１００において電池ユニット１１１の内部ショートが検出されると、携帯機器３００の動作を制限する。また本発明の携帯機器３００は、電池ユニット１１１の内部ショートが検出されると、電池パック１００への充電動作を制限することができる。

携帯機器３００は、演算処理装置と記憶装置（図示せず）を有し、記憶装置に記憶された特定のプログラムが演算処理装置に読み出されて実行されることにより、以下に説明する各部の機能を実現する。

携帯機器３００は、本体制御部３１０、通信部３２０、表示制御部３３０を有する。本体制御部３１０は、携帯機器３００の動作を制御するものであり、動作制限部３１１、充電制限部３１２を有する。動作制御部３１１は、電池パック１００からの内部ショート検出通知を受けて、携帯機器３００の動作を制限する。充電制限部３１２は、電池パック１００から内部ショート検出通知を受けて、電池パック１００への充電動作を制限する。

通信部３２０は、電池パック１００との通信を行う。具体的には通信部３２０は、電池パック１００と接続されており、電池パック１００の有する保護ＩＣ１３０を介してショート検出ＩＣ１２０との通信を行う。表示制御部３３０は、携帯機器３００の有する表示装置３４０への表示を制御する。尚表示装置３４０は、例えば携帯機器３００に設けられた液晶ディスプレイ等である。

本実施形態の携帯機器３００において、通信部３２０を介して電池ユニット１１１の内部ショート検出通知を受けると、本体制御部３１０は携帯機器３００の動作制限を行う。本実施形態では、携帯機器３００の動作制限及び充電制限に関する設定が予め図示しない記憶装置に記憶されており、本体制御部３１０は、内部ショート検出通知を受けてこの設定を読みとり、動作制限や充電制限を行う。

例えば本体制御部３１０は、内部ショート検出通知を受けて、動作制限部３１１により携帯機器３００の電源を遮断する動作を行っても良い。また本体制御部３１０は、動作制御部３１１により、携帯機器３００の有する操作ボタン（図示せず）による操作を禁止する制限を行っても良い。また本体制御部３１０は、充電制限部３１２により電池パック１００への充電を停止させても良い。

また携帯機器３００において、表示制御部３３０は、内部ショート検出通知を受けて、表示装置３４０に電池ユニット１１１の内部ショートを検出した旨のメッセージを表示させる。このとき表示制御部３３０は、さらに携帯機器３００において動作及び充電が制限されることを示すメッセージを表示させても良い。これらのメッセージは、予め図示しない記憶装置に記憶されていても良い。

このように本実施形態では、電池ユニット１１１の内部ショートが検出されたことを携帯機器３００のユーザに通知し、且つ携帯機器３００の動作を制限することにより、電池ユニット１１１に内部ショートが発生した電池パック１００が継続して使用されることを防止できる。よって本実施形態によれば、電池ユニット１１１に内部ショートが発生した場合の安全性を確保することができる。
（第二の実施形態）
以下の本発明の第二の実施形態について説明する。本発明の第二の実施形態は、電池ユニット１１１の電池残容量値を用いて内部ショートを検出している点が第一の実施形態と相違する。よって以下の本実施形態の説明では、第一の実施形態との相違点についてのみ説明し、第一の実施形態と同様の機能構成を有するものには第一の実施形態の説明で用いた符号と同様の符号を付与し、説明を省略する。

電池ユニット１１１の放電量は、特性上、電池電圧に応じて変化する。また放電量の変化は、電池電圧の変化の変化と比例しない。本実施形態は、この点を考慮し、電池ユニット１１１の残容量値を用いて内部ショートを検出することにより、より正確に電池ユニットの内部ショートを検出することができる。

図８は、第二の実施形態のショート検出ＩＣ１２０Ａの機能構成を示すブロック図である。本実施形態のショート検出ＩＣ１２０Ａは、第一の実施形態のショート検出ＩＣ１２０の有する各部に加え、温度補正部２８０、容量値取得部２８５を有する。

本実施形態のショート検出部２４０Ａは、容量値取得部２８５により取得された容量値、計時部２３０による計時機能により、電池ユニット１１１内の内部ショートを検出する。

温度補正部２８０は、電圧値取得部２２０により取得された電圧値を、温度センサ１２２ａで検出された温度に基づき補正する。尚本実施形態では、電圧値取得部２２０が電圧値を取得する際に、温度センサ回路１２２ａにより電池ユニット１１１の温度を検出し、検出した温度を取得する。容量値取得部１８５は、電池ユニット１１１の残容量値を取得する。

次に図９を参照して本実施形態のショート検出ＩＣ１２０Ａの動作を説明する。図９は、第二の実施形態のショート検出ＩＣ１２０Ａの動作を説明するフローチャートである。

図９のＳ９０１からＳ９０３までの処理は、図６のＳ６１からＳ６３までの処理と同様であるから説明を省略する。

電圧値取得部２２０により電圧値が取得されると、温度補正部２８０は電圧値の温度補正を行う（Ｓ９０４）。以下に本実施形態の温度補正について説明する。

本実施形態ショート検出ＩＣ１２０Ａでは、電圧値の補正を行うための補正テーブルが格納されている。補正テーブルとは、電圧値と温度との関係により求められる温度変化毎の補正電圧値が格納されたテーブルである。

以下に補正電圧値について説明する。図１０は、補正電圧値を説明する図である。電池電圧と温度との関係は、図１０に示すようにほぼ比例する関係である。

本実施形態では、基準温度Ｔｒｅｆの電圧値を基準電圧Ｖｒｅｆとする。そして、基準温度Ｔｒｅｆと、電圧値が取得された際に検出された温度との温度差に対応した電圧値の変化を補正電圧値とする。例えば温度Ｔ１において取得された電圧値がＶｔ１であった場合、基準温度Ｔｒｅｆと温度Ｔ１との温度差（Ｔｒｅｆ−Ｔ１）に対応した補正電圧値は（Ｖｒｅｆ−Ｖｔ１）となる。また温度Ｔ２において取得された電圧値がＶｔ２であった場合、基準温度Ｔｒｅｆと温度Ｔ２との温度差（Ｔｒｅｆ−Ｔ２）に対応した補正電圧値は（Ｖｒｅｆ−Ｖｔ２）となる。

本実施形態の補正テーブルとは、基準温度と電圧値が検出された際の温度差と、補正電圧値とが対応付けられテーブルである。尚基準温度Ｔｒｅｆと補正テーブルとは、ショート検出ＩＣ１２０Ａの有するＥＥＰＲＯＭ１２４等に格納されている。

本実施形態の温度補正部２８０は、Ｓ９０３において電圧値を取得する際に検出された温度と基準温度との温度差を算出した後に、補正テーブルを参照し、補正電圧値を取得する。そして温度補正部２８０は、補正電圧値を用いて、取得した電圧値を基準温度Ｔｒｅｆにおける電圧値に換算する。

図９に戻って、Ｓ９０４において電圧値の温度補正を行った後、容量値取得部２８５により電池ユニット１１１の残容量値Ｑ１を取得する（Ｓ９０５）。

以下に、容量値取得部２８５の処理の詳細を説明する。本実施形態のショート検出ＩＣ１２０ＡのＥＥＰＲＯＭ１２４には、電圧値と残容量値とが対応付けられた残容量値テーブルが格納されている。Ｓ９０５において容量値取得部２８５は、Ｓ９０４で温度補正された電圧値に基づき残容量値テーブルを参照し、該当する残容量値Ｑ１を取得する。尚取得された残容量値Ｑ１は、ＥＥＰＲＯＭ１２４に保持される。

次にショート検出部２４０Ａは、Ｓ９０４において残容量値Ｑ１を取得してから所定時間が経過したか否かを判定する（Ｓ９０６）。具体的にはショート検出部２４０Ａは、残容量値Ｑ１がＥＥＰＲＯＭ１２４に記憶された時から、次に計時部２３０により計時された時までの時間と、所定時間とを比較する。尚本実施形態の所定時間とは、例えば１時間等であり、第一の実施形態で説明した所定時間よりも短いことが好ましい。また所定時間は、例えばＲＯＭ１２３に予め記憶されていても良い。

Ｓ９０６において所定時間経過した場合、電圧値取得部２２０は再度電圧値を取得する（Ｓ９０７）。温度補正部２８０は、Ｓ９０７で取得した電圧値の温度補正を行う（Ｓ９０８）。尚温度補正の方法は上で説明した通りである。

容量値取得部２８５は、電圧値の温度補正を行った後、所定時間経過後の電池ユニット１１１の残容量値Ｑ２を算出する（Ｓ９０９）。以下に残容量値Ｑ２の算出について説明する。

容量値取得部２８５は、補正後の電圧値に基づき残容量値テーブルを参照し、該当する残容量値Ｑ２を取得する。次に容量値取得部２８５は、Ｓ９０５で取得した残容量値Ｑ１と残容量値Ｑ２との差分を求める。

また容量取得部２８５は、残容量値Ｑ１を取得してから経過した時間（所定時間）に流れた電流値による放電容量値Ｑｄｉｓを算出する。尚所定時間内に流れた電流値とは、Ｓ９０１で検出された電流値である。また容量値取得部２８５は、電池ユニット１１１及びショート検出ＩＣ１２０Ａの自己放電容量値Ｑｓｄを取得する。尚自己放電容量値Ｑｓｄは、例えばＲＯＭ１２３等に予め格納されている。

容量値算出部２８５は、残容量値Ｑ１と残容量値Ｑ２との差分から、放電容量値Ｑｄｉｓと放電容量値Ｑｓｄとを減算した容量値Ｑｕｓを算出する。

容量値Ｑｕｓは、所定時間における電池ユニット１１１の残容量値の変化分、すなわち所定時間における放電容量値を示す。容量値Ｑｕｓは以下の式で示される。

Ｑｕｓ＝Ｑ１−Ｑ２−Ｑｄｉｓ−Ｑｓｄ
ショート検出部２４０Ａは、容量値Ｑｕｓが所定値以上であるか否かを判定する（Ｓ９１０）。Ｓ９１０において容量値Ｑｕｓが、所定値以上であった場合、ショート検出部２４０Ａは電池ユニット１１１で内部ショートしているものと判定し、内部ショート検出通知を通信部２６０に通知する（Ｓ９１１）。通信部２６０は、この内部ショート検出通知を携帯機器へ通知する。具体的には内部ショート検出通知は、通信部２６０を構成する通信端末ＳＩＯから保護ＩＣ１３０を介して携帯機器へ通知される。尚Ｓ９１０において内部ショート検出の基準となる容量値の所定値は、予め設定されてＲＯＭ１２３等に格納されているものとした。

本実施形態では、電池ユニット１１１で内部ショートが発生した場合、時間が経過するほど放電容量値が増加する。このため本実施形態では、正確に内部ショートを検出することができ、電池パック１００の利用において安全性をより向上させることができる。
（第三の実施形態）
以下の本発明の第三の実施形態について説明する。本発明の第三の実施形態は、電池ユニットの放電容量から算出される電流値を用いて内部ショートを検出している点が第二の実施形態と相違する。よって以下の本実施形態の説明では、第二の実施形態との相違点についてのみ説明し、第二の実施形態と同様の機能構成を有するものには第二の実施形態の説明で用いた符号と同様の符号を付与し、説明を省略する。

図１１は、第三の実施形態のショート検出ＩＣ１２０Ｂの機能構成を示すブロック図である。本実施形態のショート検出ＩＣ１２０Ｂは、第二の実施形態のショート検出ＩＣ１２０Ａの有する各部に加え、電流値算出部２９０を有する。

本実施形態のショート検出部２４０Ｂは、放電容量値から算出される電流値に基づき、電池ユニット１１１の内部ショートを検出する。

電流値算出部２９０は、容量値取得部２８５により取得された容量値に基づき消費電流を算出する。

次に図１２を参照して本実施形態のショート検出ＩＣ１２０Ｂの動作を説明する。図１２は、第三の実施形態のショート検出ＩＣ１２０Ｂの動作を説明するフローチャートである。

図１２のＳ１２０１からＳ１２０９までの処理は、図９のＳ９０１からＳ９０９までの処理と同様であるから説明を省略する。

Ｓ１２０９において、所定時間における放電容量値を示す容量値Ｑｕｓを取得すると、電流値算出部２９０は、容量値Ｑｕｓを用いて所定時間内の消費電流値Ｉｕｓを算出する（Ｓ１２１０）。具体的には電流値算出部２９０は、以下に式により消費電流値Ｉｕｓを算出する。

Ｉｕｓ＝（Ｑ２−Ｑ１）／ｔｄ−（Ｉｄｉｓ＋Ｉｓｄ）
尚、ｔｄは所定時間であり、Ｉｄｉｓは所定時間ｔｄにおいて検出された電流の積算値であり、Ｉｓｄは電池ユニット１１１とショート検出ＩＣ１２０Ｂの自己放電電流値である。

ショート検出部２４０Ｂは、消費電流値Ｉｕｓが所定値以上であるか否かを判定する（Ｓ１２１１）。Ｓ１２１１において消費電流値Ｉｕｓが所定値以上であった場合、ショート検出部２４０Ａは電池ユニット１１１で内部ショートしているものと判定し、内部ショート検出通知を通信部２６０に通知する（Ｓ１２１２）。尚Ｓ１２１１において内部ショート検出の基準となる消費電流値の所定値は、予め設定されてＲＯＭ１２３等に格納されているものとした。

このように、本実施形態では、所定時間における放電容量値に基づき消費電流値を算出し、内部ショートを検出することができる。本実施形態では、放電容量値に基づき内部ショートを検出しているため、より正確に内部ショートを検出することができる。

以上、実施形態に基づき本発明の説明を行ってきたが、上記実施形態に示した要件に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の主旨をそこなわない範囲で変更することができ、その応用形態に応じて適切に定めることができる。

第一の実施形態の電池パック１００を説明する図である。 第一の実施形態のショート検出ＩＣ１２０のハードウェア構成を示す図である。 第一の実施形態のショート検出ＩＣ１２０の機能構成を示すブロック図である。 電池パック１００において電池ユニット１１１の充電を行った場合の電流波形と電圧波形を示す図である。 電池パック１００において電池ユニット１１１の放電を行った場合の電流波形と電圧波形を示す図である。 第一の実施形態のショート検出ＩＣ１２０の動作を説明するフローチャートである。 本発明の携帯機器を説明する図である。 第二の実施形態のショート検出ＩＣ１２０Ａの機能構成を示すブロック図である。 第二の実施形態のショート検出ＩＣ１２０Ａの動作を説明するフローチャートである。 補正電圧値を説明する図である。 第三の実施形態のショート検出ＩＣ１２０Ｂの機能構成を示すブロック図である。 第三の実施形態のショート検出ＩＣ１２０Ｂの動作を説明するフローチャートである。 従来の電池パックの各例のブロック図を示す。

符号の説明

１００ 電池パック
１１０ 二次電池
１１１ 電池ユニット
１１２ 正極端子
１１３ 負極端子
１１４ 外部端子
１２０、１２０Ａ、１２０Ｂ ショート検出ＩＣ
１２２ センサ部
１３０ 保護ＩＣ
２１０ 電流値取得部
２２０ 電圧値取得部
２３０ 計時部
２４０、２４０Ａ、２４０Ｂ ショート検出部
２５０ 記憶制御部
２６０ 通信部
２７０ 表示制御部
２８０ 温度補正部
２８５ 容量値算出部
２９０ 電流値算出部

Claims (11)

1. 複数の充放電可能な二次電池により構成される電池ユニットに流れる電流を検出する電流検出手段と、
   前記電池ユニットの電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記電池ユニットの内部ショートを検出するショート検出手段と、を有し、
   前記ショート検出手段は、
   前記電池ユニットに流れる電流が所定値以下となったときに検出された前記電池ユニットの電圧値と、前記電池ユニットに流れる電流が所定値以下の状態で所定時間経過した後の前記電池ユニットの電圧値との差が所定値以上であったとき、前記電池ユニットの内部ショートと判定することを特徴とする電池パック。
2. 前記電圧検出手段により検出された電圧に基づき、前記電池ユニットの残容量値を取得する容量値取得手段を有し、
   ショート検出手段は、前記電池ユニットに流れる電流が所定値以下となったときに取得した前記電池ユニットの残容量値と、前記電池ユニットに流れる電流が所定値以下の状態で所定時間経過した後の前記電池ユニットの残容量値との差が所定値以上であったとき、前記電池ユニットの内部ショートと判定する請求項１記載の電池パック。
3. 前記電池ユニットの温度を検出する温度検出手段と、
   前記温度検出手段により検出された温度に基づき前記電圧検出手段により検出された電圧を補正する温度補正手段とを有し、
   前記容量値取得手段は、前記温度補正手段により補正された電圧に基づき、前記電池ユニットの残容量値を取得する請求項２記載の電池パック。
4. 前記電池ユニットに流れる電流が所定値以下となったときに取得した前記電池ユニットの残容量値と、前記電池ユニットに流れる電流が所定値以下の状態で所定時間経過した後の前記電池ユニットの残容量値との差に基づき、前記所定時間に消費した電流値を算出する電流値算出手段を有し、
   前記ショート検出手段は、
   前記電流値算出手段により算出された電流値が所定値以上であったとき、前記電池ユニットの内部ショートを検出する請求項３記載の電池パック。
5. 当該電池パックが内蔵される携帯機器と通信を行う通信手段を有し、
   前記通信手段は、
   前記ショート検出手段により、前記電池ユニットの内部ショートと判定されたとき、前記電池ユニットの内部ショートを前記携帯機器へ通知することを特徴とする請求項１ないし４の何れか一項に記載の電池パック。
6. 複数の充放電可能な二次電池により構成される電池ユニットに流れる電流を検出する電流検出手段と、
   前記電池ユニットの電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記電池ユニットの内部ショートを検出するショート検出手段と、を有し、
   前記ショート検出手段は、
   前記電池ユニットの充放電に流れる電流が所定値以下となったときに検出された前記電池ユニットの電圧値と、前記電池ユニットに流れる電流が所定値以下の状態で所定時間経過した後の前記電池ユニットの電圧値との差が所定値以上であったとき、前記電池ユニットの内部ショートと判定する電池パックを内蔵することを特徴とする携帯機器。
7. 前記電池パックは、
   前記ショート検出手段により、前記電池ユニットの内部ショートと判定されたとき、前記電池ユニットの内部ショートを通知する通信手段を有し、
   当該携帯機器は、
   前記通信手段から前記通知を受けて、当該携帯機器の動作を制限することを特徴とする請求項６記載の携帯機器。
8. 前記通知を受けて、
   前記電池パックへの充電を制限することを特徴とする請求項７記載の携帯機器。
9. 前記通知を受けて、
   当該携帯機器の電源を遮断することを特徴とする請求項７又は８記載の携帯機器。
10. 複数の充放電可能な二次電池により構成される電池ユニットを有する電池パックによる前記電池ユニットの内部ショート検出方法であって、
    前記電池ユニットに流れる電流を検出する電流検出手順と、
    前記電池ユニットの電圧を検出する電圧検出手順と、
    前記電池ユニットの内部ショートを検出するショート検出手順と、を有し、
    前記ショート検出手順は、
    前記電池ユニットの充放電に流れる電流が所定値以下となったときに検出された前記電池ユニットの電圧値と、前記電池ユニットに流れる電流が所定値以下の状態で所定時間経過した後の前記電池ユニットの電圧値との差が所定値以上であったとき、前記電池ユニットの内部ショートと判定することを特徴とするショート検出方法。
11. 充放電可能な複数の二次電池により構成される電池ユニットの内部ショートを検出する電池パックにおいて実行されるプログラムであって、
    前記電池パックは、演算処理装置と記憶装置とを有し、
    前記演算処理装置に、
    前記電池ユニットに流れる電流を検出する電流検出ステップと、
    前記電池ユニットの電圧を検出する電圧検出ステップと、
    前記電池ユニットの内部ショートを検出するショート検出ステップとを実行させ、
    前記ショート検出ステップは、
    前記電池ユニットの充放電に流れる電流が所定値以下となったときに検出された前記電池ユニットの電圧値と、前記電池ユニットに流れる電流が所定値以下の状態で所定時間経過した後の前記電池ユニットの電圧値との差が所定値以上であったとき、前記電池ユニットの内部ショートと判定するショート検出プログラム。

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