JP2010148252A - 故障診断回路、及び電池パック - Google Patents

Abstract

【課題】異常検出の精度を向上させることができる故障診断回路、及びこれを用いた電池パックを提供する。
【解決手段】第１電流経路Ｌ１と、第１スイッチング素子Ｑ１３と、第２電流経路Ｌ２と、第２スイッチング素子Ｑ１４と、第１スイッチング素子Ｑ１３をオフさせ第２スイッチング素子Ｑ１４をオンさせたときに電流センサ１０４によって検出されるオフセット電流値Ｉｏｆを取得するオフセット電流取得部１１０と、第１スイッチング素子Ｑ１３をオンさせ第２スイッチング素子Ｑ１４をオフさせたときに電流センサ１０４によって制御部１０５の消費電流値Ｉｓを取得する消費電流値取得部１１６と、オフセット電流値Ｉｏｆがオフセット判定値Ｉｏｔｈに満たず、かつ消費電流値Ｉｓが消費電流判定値Ｉｓｔｈを超えるとき、制御部１０５に異常が生じていると判定する故障判定部１１９とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、二次電池の充放電を監視、又は制御するために設けられた制御部の異常を検出することができる故障診断回路、及びこれを用いた電池パックに関する。

充電可能な二次電池を有する充電式の電池パックにおいて、電池パックを安全に制御するためには、電池の電圧や温度、充放電電流などを計測し充放電を制御するための回路基板等で構成された制御部が必要となる。しかしながら、このような制御部が故障している場合は、二次電池に対して正常な充放電制御を行えず、安全性が低下する可能性が考えられる。そのため、制御部が正常か否かの故障診断を行うことが望ましい。

このような制御基板の故障を検出する方法としては、例えば、アクチュエータを制御する制御回路が消費する消費電流を計測する電流計測回路を備え、その電流計測回路で計測された消費電流値に基づいて故障診断を行う方法がある（例えば、特許文献１参照。）。
特開平９−１２３８９４号公報

しかしながら、電流計測回路は温度や経年変化によって、電流の計測精度が変動する。そのため、特許文献１に記載の技術のように、電流計測回路で計測された消費電流値に基づいて故障診断を行うと、制御部が正常であるにもかかわらず異常状態であると誤判定してしまうおそれがあった。

本発明の目的は、異常検出の精度を向上させることができる故障診断回路、及びこれを用いた電池パックを提供することである。

本発明に係る故障診断回路は、二次電池と直列に接続されて当該二次電池に流れる電流を検出する電流検出部と、前記二次電池を充電するための充電回路及び前記二次電池の放電電流の供給を受ける負荷回路のうち少なくとも一方に前記二次電池と前記電流検出部との直列回路を接続するための接続端子と、前記二次電池から供給される電流を動作用電源電流として用いることで動作する制御部と、前記二次電池から前記電流検出部を介して供給される電流を前記動作用電源電流として前記制御部へ導く第１電流経路と、前記第１電流経路を開閉する第１スイッチング素子と、前記二次電池から供給される電流を前記動作用電源電流として当該二次電池から前記電流検出部を介さずに前記制御部へ導く第２電流経路と、前記第２電流経路を開閉する第２スイッチング素子と、前記第１スイッチング素子をオフさせ前記第２スイッチング素子をオンさせたときに前記電流検出部によって検出されるオフセット電流値を取得するオフセット電流取得部と、前記第１スイッチング素子をオンさせ前記第２スイッチング素子をオフさせたときに前記電流検出部によって検出される検出電流値を前記制御部の消費電流値として取得する消費電流値取得部と、前記オフセット電流取得部によって取得されたオフセット電流値が所定のオフセット判定値に満たず、かつ前記消費電流値取得部によって取得された消費電流値が所定の消費電流判定値を超えるとき、前記制御部に異常が生じていると判定する故障判定部とを備える。

この構成によれば、オフセット電流取得部は、第１スイッチング素子をオフさせ、かつ第２スイッチング素子をオンさせることによって、第１電流経路を遮断し、第２電流経路を介して制御部の動作用電源電流を供給させた状態で、電流検出部によって検出される電流値をオフセット電流値として取得する。そうすると、動作用電源電流が、電流検出部を経由することなく制御部へ供給されるので、制御部の動作を維持しつつ、電流検出部で検出される電流値から制御部の動作用電源電流が除外されて、オフセット電流取得部でオフセット電流値を取得することができる。

そして、消費電流値取得部が第１スイッチング素子をオンさせ前記第２スイッチング素子をオフさせることによって、制御部の動作用電源電流が、二次電池から電流検出部と第１電流経路とを経由して制御部へ供給されるので、制御部の消費電流が電流検出部によって検出される。さらに、オフセット電流取得部によって取得されたオフセット電流値が所定のオフセット判定値に満たず、従って電流検出部が正常に動作していると考えられるときに、消費電流値取得部によって取得された消費電流値が所定の消費電流判定値を超えると、故障判定部によって、制御部に異常が生じていると判定される。

この場合、故障判定部によって、電流検出部が正常に動作していることが確認されたうえで、電流検出部によって制御部の消費電流値が検出され、この消費電流値に基づき制御部の故障診断が実行されるので、温度や経年変化等によって電流検出部に異常が生じているときに電流検出部で検出された電流値に基づき誤って制御部に異常が生じていると判定されるおそれが低減される。従って、異常検出の精度を向上させることができる。

また、前記故障判定部は、前記オフセット電流取得部によって取得されたオフセット電流値が前記オフセット判定値を超えるとき、前記電流検出部に異常が生じていると判定することが好ましい。

電流検出部のオフセット電流値が所定のオフセット判定値を超えて増大した場合、電流検出部に異常が生じていると考えられるから、このような場合、故障判定部は、電流検出部に異常が生じていると判定することで、電流検出部の故障診断を行うことが可能となる。

また、前記電流検出部の温度と相関関係のある温度を検出する第１温度検出部と、前記第１温度検出部によって検出された温度に応じて前記オフセット判定値を設定するオフセット判定値設定部とをさらに備えることが好ましい。

この構成によれば、オフセット判定値設定部によって、電流検出部の温度と相関関係のある温度に応じてオフセット判定値が設定され、このオフセット判定値を用いて故障判定部による異常の有無の判定が行われるので、電流検出部の温度特性を考慮して異常の有無を判定することができる結果、異常検出の精度を向上させることができる。

また、前記制御部の温度と相関関係のある温度を検出する第２温度検出部と、前記第２温度検出部によって検出された温度に応じて前記消費電流判定値を設定する消費電流判定値設定部とをさらに備えることが好ましい。

この構成によれば、消費電流判定値設定部によって、制御部の温度と相関関係のある温度に応じて消費電流判定値が設定され、この消費電流判定値を用いて故障判定部による異常の有無の判定が行われるので、制御部の温度特性を考慮して異常の有無を判定することができる結果、異常検出の精度を向上させることができる。

また、前記第１スイッチング素子をオンさせ前記第２スイッチング素子をオフさせて前記電流検出部によって検出される検出電流値を、前記オフセット電流取得部によって取得されたオフセット電流値に基づいて補正する電流補正部をさらに備え、前記消費電流取得部は、前記電流補正部によって補正された後の検出電流値を、前記制御部の消費電流値として取得することが好ましい。

この構成によれば、第１スイッチング素子をオンさせ第２スイッチング素子をオフさせて電流検出部によって検出される検出電流値、すなわち制御部の消費電流値が、電流補正部によって、オフセット電流値に基づいて補正され、この補正された後の検出電流値が、消費電流取得部によって制御部の消費電流値として取得されるので、消費電流値の精度が向上する。そして、精度が向上した消費電流値に基づいて、故障判定部による異常の有無の判定が行われるので、異常検出の精度を向上させることができる。

また、前記二次電池から前記接続端子へ至る主電流経路を開閉する第１開閉部をさらに備え、前記オフセット電流取得部は、前記オフセット電流値を取得する際に、さらに前記第１開閉部をオフさせることが好ましい。

この構成によれば、オフセット電流取得部は、オフセット電流値を取得する際に、第１開閉部をオフさせて主電流経路を遮断するので、接続端子を介して充放電される二次電池の電流が確実にゼロにされる。そうすると、二次電池に流れる電流がゼロになる確実性が向上するので、オフセット電流値の検出精度が向上する。そして、精度が向上したオフセット電流値を用いて、故障判定部による異常の有無の判定が行われるので、異常検出の精度を向上させることができる。

また、前記二次電池から供給される動作用電源電流を前記制御部へ導く第３電流経路と、前記第３電流経路に介設されると共に、当該第３電流経路の電圧が予め設定された設定電圧を超えたとき、当該第３電流経路を、予め設定された設定時間だけ導通させた後に遮断するワンショットスイッチ部とをさらに備え、前記制御部は、前記動作用電源電流の供給を受けて起動されると、前記設定時間内に、前記第１及び第２スイッチング素子のうち少なくとも一つをオンさせる起動処理部をさらに備えることが好ましい。

もし仮に第３電流経路がなかったとしたら、制御部が電源供給されずに停止状態になると、第１及び第２スイッチング素子をオンさせることができないので、第１及び第２電流経路が遮断され、制御部には動作用電源電流が供給されないまま制御部を起動することができなくなってしまうおそれがある。

しかしながら、この構成によれば、第１及び第２電流経路が遮断されて制御部が停止状態になっていても、例えば検出電流補正回路に二次電池を取り付けたり、二次電池を充電したり、スイッチにより二次電池の出力電圧を第３電流経路へ供給したりする等して二次電池の出力電圧をワンショットスイッチ部に印加すると、ワンショットスイッチ部が第３電流経路を設定時間だけ導通させる。そうすると、二次電池から第３電流経路を介して動作用電源電流が供給されて、制御部が起動される。制御部が起動されると、設定時間内、すなわち第３電流経路を介して動作用電源電流が供給されている期間内に、起動処理部によって、第１及び第２スイッチング素子のうち少なくとも一つがオンされる。

そうすると、第１及び第２電流経路のうち少なくとも一つを介して二次電池から制御部へ動作用電源電流が供給されるので、設定時間が経過後にワンショットスイッチ部によって第３電流経路が遮断されても、制御部、すなわち制御部が備える各部が動作可能な状態に維持される。そして、ワンショットスイッチ部によって第３電流経路が遮断された後に、オフセット電流取得部によるオフセット電流値の取得が行われることで、オフセット電流値から、第３電流経路を経由して制御部へ供給される電流が排除される結果、オフセット電流値の精度が向上する。

また、前記二次電池から前記接続端子へ至る主電流経路に流れる電流が、予め設定された電流閾値を超えた場合に当該主電流経路を遮断すると共に、導通状態に復帰可能な保護回路をさらに備え、前記第３電流経路は、前記二次電池から供給される動作用電源電流を、前記保護回路を介して前記制御部へ導くことが好ましい。

例えば主電流経路に過電流が流れて保護回路が作動した場合には、例えばメンテナンス等の必要から制御部への電源供給を止めて停止させ、第１及び第２スイッチング素子をオフさせることがある。このような場合、この構成によれば、例えば過電流が解消して保護回路が復帰したり、メンテナンスが終了して保守作業者が保護回路の復帰操作をしたり、あるいは起動スイッチとして保護回路をオンさせるなどして保護回路が導通すると、ワンショットスイッチ部によって、制御部を起動させることが可能となる。

また、前記接続端子から前記制御部へ動作用電源電流を導く第４電流経路をさらに備えることが好ましい。

この構成によれば、二次電池が、制御部の動作用電源電流を供給できず、制御部を起動できないほど、深放電に至り、ワンショットスイッチ部による起動ができなくなった際に、外部から、前記接続端子と第４電流経路とを介して制御部へ動作用電源電流を供給することで、制御部を起動することが可能となる。

また、本発明に係る電池パックは、上述の故障診断回路と、前記二次電池とを備える。

この構成によれば、電池パックにおいて、異常検出の精度を向上させることができる。

このような構成の故障診断回路、及び電池パックは、電流検出部が正常に動作していることが確認されたうえで、電流検出部によって制御部の消費電流値が検出され、この消費電流値に基づき制御部の故障診断が実行されるので、温度や経年変化等によって電流検出部に異常が生じているときに電流検出部で検出された電流値に基づき誤って制御部に異常が生じていると判定されるおそれが低減される。従って、異常検出の精度を向上させることができる。

以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。図１は、本発明の一実施形態に係る故障診断回路を備えた電池パックの構成の一例を示すブロック図である。

図１に示す電池パック１００は、接続端子１０１，１０２、ブレーカ１０３（保護回路）、電流センサ１０４（電流検出部）、制御部１０５、電源部１０６、ワンショットスイッチ回路部１０７、スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２（第１開閉部）、第１スイッチング素子Ｑ１３、第２スイッチング素子Ｑ１４、ダイオードＤ１１，Ｄ１２，Ｄ１３，Ｄ１４、温度センサ１２１（第１及び第２温度検出部）、表示部１２２、及び二次電池Ｂ１１を備えて構成されている。

また、制御部１０５は、オフセット電流取得部１１０、電流補正部１１１、電流積算部１１２、ＳＯＣ算出部１１３、充放電制御部１１４、起動処理部１１５、消費電流値取得部１１６、オフセット判定値設定部１１７、消費電流判定値設定部１１８、及び故障判定部１１９を含んでいる。

この場合、電池パック１００における二次電池Ｂ１１以外の回路部が電池パックの充放電制御を行うＥＣＵ（Electronic Control Unit）の一例に相当し、ＥＣＵにおける電流積算部１１２、ＳＯＣ算出部１１３、及び充放電制御部１１４以外の回路部が故障診断回路の一例に相当している。

なお、ＥＣＵ及び故障診断回路は、電池パックに内蔵される例に限らない。例えば、ＥＣＵ及び故障診断回路は、携帯型パーソナルコンピュータ、デジタルカメラ、携帯電話機、電気自動車、ハイブリットカー等、種々の電池駆動機器や、発電装置の負荷を二次電池によって平準化する電源システム等に用いられてもよい。

また、ＥＣＵ及び故障診断回路は、例えば二次電池を充電する発電装置等の充電装置に内蔵されていてもよい。また、充電装置は、太陽光発電装置、風力発電装置、電動車輌における電力回生装置等であってもよい。

接続端子１０１は電池パックのプラス端子、接続端子１０２は電池パックのマイナス端子である。接続端子１０１，１０２は、電池パック１００と図略の充電装置、あるいは電池パック１００と図略の負荷装置とを電気的に接続するものであればよく、例えば電極やコネクタ、端子台等で構成される。さらに、接続端子１０１，１０２は、ＥＣＵ及び故障診断回路が電池駆動機器や充電装置に内蔵されている場合等、接続端子１０１，１０２は、ランドやパッド等の配線パターンであってもよい。

接続端子１０１は、充電制御用のスイッチング素子Ｑ１１、放電用のスイッチング素子Ｑ１２、ブレーカ１０３、及び電流センサ１０４を介して二次電池Ｂ１１の正極に接続されている。スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２としては、例えばＦＥＴ（Field Effect Transistor）が用いられる。スイッチング素子Ｑ１１は、寄生ダイオードのカソードが接続端子１０１の方向にされている。スイッチング素子Ｑ１２は、寄生ダイオードのカソードがブレーカ１０３の方向にされている。

そして、接続端子１０２は、二次電池Ｂ１１の負極に接続されており、接続端子１０１からスイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２、ブレーカ１０３、電流センサ１０４、及び二次電池Ｂ１１を介して接続端子１０２に至る主電流経路Ｌｍが構成されている。

電流センサ１０４は、二次電池Ｂ１１に流れる電流の電流値Ｉｂを検出する電流検出回路である。電流センサ１０４は、例えば二次電池Ｂ１１を充電する方向の電流をプラスの電流値Ｉｂ、二次電池Ｂ１１が放電する方向の電流をマイナスの電流値Ｉｂで表して、制御部１０５へ送信するようになっている。

電流センサ１０４は、例えば、主電流経路Ｌｍに介設されたシャント抵抗や電流変成器と、これらによってアナログ電圧に変換された電流値Ｉｂを、デジタル値に変換して制御部１０５へ出力するアナログデジタルコンバータ等とで構成されている。なお、アナログデジタルコンバータは制御部１０５に内蔵されていてもよい。

ここで、例えば温度の影響でシャント抵抗の抵抗値が変化したり、電流変成器やアナログデジタルコンバータの温度特性やこれらの精度バラツキ等の影響によって検出電流値が変動したりするため、電流センサ１０４で検出される電流値Ｉｂの精度が低下するおそれがある。

表示部１２２は、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）や液晶表示器等を用いて構成された表示装置である。

ブレーカ１０３と電流センサ１０４との接続点Ｐ１は、第１スイッチング素子Ｑ１３とダイオードＤ１３とを介して電源部１０６に接続されている。この場合、接続点Ｐ１から第１スイッチング素子Ｑ１３とダイオードＤ１３とを介して電源部１０６に至る電流経路が第１電流経路Ｌ１に相当している。

ブレーカ１０３は、例えばユーザが操作可能なハンドルを備えた遮断器である。そして、ブレーカ１０３は、主電流経路Ｌｍに過電流が流れて予め設定された電流閾値を超えると主電流経路Ｌｍを遮断し、ユーザがハンドルを操作することで、主電流経路Ｌｍを導通状態に復帰させるようになっている。また、ブレーカ１０３は、起動スイッチとして用いられてもよい。

なお、ブレーカ１０３は、例えばＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）やバイメタルスイッチ等の保護素子を用いて構成されていてもよい。そして、ブレーカ１０３は、主電流経路Ｌｍに過電流が流れて予め設定された電流閾値を超えると、自己発熱によりオフして主電流経路Ｌｍを遮断し、二次電池Ｂ１１を過電流から保護するものであってもよい。このようなブレーカ１０３は、電流が流れなくなって温度が低下すると再びオンして主電流経路Ｌｍを導通状態に復帰させるようになっている。

二次電池Ｂ１１と電流センサ１０４との接続点Ｐ２は、第２スイッチング素子Ｑ１４とダイオードＤ１４とを介して電源部１０６に接続されている。この場合、接続点Ｐ２から第２スイッチング素子Ｑ１４とダイオードＤ１４とを介して電源部１０６に至る電流経路が第２電流経路Ｌ２に相当している。また、第１スイッチング素子Ｑ１３及び第２スイッチング素子Ｑ１４は、例えばＦＥＴを用いて構成されている。

なお、スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２、第１スイッチング素子Ｑ１３及び第２スイッチング素子Ｑ１４は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴであってもよく、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴであってもよく、その他のスイッチング素子を用いてもよいが、ＦＥＴは、オン抵抗が小さいので、スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２、第１スイッチング素子Ｑ１３及び第２スイッチング素子Ｑ１４として好適である。

ブレーカ１０３とスイッチング素子Ｑ１２との接続点Ｐ３は、ワンショットスイッチ回路部１０７とダイオードＤ１２とを介して電源部１０６に接続されている。この場合、接続点Ｐ３からワンショットスイッチ回路部１０７とダイオードＤ１２とを介して電源部１０６に至る電流経路が第３電流経路Ｌ３に相当している。

ワンショットスイッチ回路部１０７は、第３電流経路Ｌ３の電圧が予め設定された設定電圧を超えたとき、第３電流経路Ｌ３を、予め設定された設定時間だけ導通させた後に遮断する。ワンショットスイッチ回路部１０７は、一定時間だけ導通するものであればよく、例えばタイマ回路やスイッチング素子を用いて構成してもよく、その他の回路構成であってもよい。

また、ブレーカ１０３を備えなくてもよい。そして、ワンショットスイッチ回路部１０７として機械的なワンショットスイッチ（押しボタンスイッチ）を用いて、ユーザがこのスイッチを押下している間だけ、第３電流経路Ｌ３が導通する構成としてもよい。さらに、第３電流経路Ｌ３は、接続点Ｐ３ではなく、接続点Ｐ１や接続点Ｐ２に接続されていてもよい。

また、接続端子１０１は、ダイオードＤ１１を介して電源部１０６に接続されている。この場合、接続端子１０１からダイオードＤ１１を介して電源部１０６に至る電流経路が第４電流経路Ｌ４に相当している。

二次電池Ｂ１１は、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池、鉛蓄電池等の素電池が複数、直列接続された組電池である。なお、二次電池Ｂ１１は、素電池が直列接続されたものに限られず、例えば複数の素電池が並列、あるいは直列と並列とを組み合わせて接続された組電池であってもよい。また、二次電池Ｂ１１は、素電池であってもよい。

電源部１０６は、例えばＤＣ−ＤＣコンバータやスイッチングレギュレータ等を用いて構成された電源回路である。そして、電源部１０６は、第１電流経路Ｌ１、第２電流経路Ｌ２、第３電流経路Ｌ３、及び第４電流経路Ｌ４のうち、少なくとも一つの電流経路を介して、接続端子１０１，１０２に接続された図略の充電回路や、二次電池Ｂ１１等から供給された動作用充電電流から、制御部１０５の動作に適した動作用電源電圧を生成し、制御部１０５へ供給する。この場合、電源部１０６と制御部１０５とによって、請求項に係る制御部の一例が構成されている。

なお、制御部１０５が、二次電池Ｂ１１の出力電圧や接続端子１０１，１０２に接続された充電装置等の外部電源電圧によって直接動作可能であれば、電源部１０６を備えない構成としてもよい。

スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２、第１スイッチング素子Ｑ１３、及び第２スイッチング素子Ｑ１４は、ゲートが制御部１０５に接続されており、制御部１０５からの制御信号に応じてオン、オフされるようになっている。

温度センサ１２１は、例えばサーミスタや熱電対等の感熱素子を用いて構成されている。また、温度センサ１２１は、例えば二次電池Ｂ１１の近傍に配設されており、二次電池Ｂ１１の温度Ｔｂを検出して、その温度検出値を制御部１０５へ出力する。温度センサ１２１は、例えばアナログデジタルコンバータ等を備えて温度Ｔｂをデジタル値に変換して制御部１０５に出力するようにしてもよく、制御部１０５がアナログデジタルコンバータ等を備えて感熱素子で得られた計測電圧をデジタル値に変換するようにしてもよい。

ここで、二次電池Ｂ１１、電流センサ１０４、及び制御部１０５は、いずれも電池パック１００の構成要素であって、電池パック１００の筐体内に内蔵されていたり、近接配置されていたりするから、二次電池Ｂ１１の温度Ｔｂが高いほど電流センサ１０４、及び制御部１０５の温度も高くなり、電流センサ１０４、及び制御部１０５の温度と温度Ｔｂとは相関関係がある。この場合、電流センサ１０４は、第１及び第２温度検出部の一例に相当している。

なお、電流センサ１０４の温度を検出する第１温度検出部と、制御部１０５の温度を検出する第２温度検出部とをそれぞれ備えるようにしてもむろんよい。

制御部１０５は、例えば所定の演算処理を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）と、所定の制御プログラムが記憶されたＲＯＭ（Read Only Memory）と、データを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）と、これらの周辺回路等とを備えて構成されている。そして、制御部１０５は、ＲＯＭに記憶された制御プログラムを実行することにより、オフセット電流取得部１１０、電流補正部１１１、電流積算部１１２、ＳＯＣ算出部１１３、充放電制御部１１４、起動処理部１１５、消費電流値取得部１１６、オフセット判定値設定部１１７、消費電流判定値設定部１１８、及び故障判定部１１９として機能する。

オフセット電流取得部１１０は、スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２をオフさせ、第２スイッチング素子Ｑ１４をオンさせ、第１スイッチング素子Ｑ１３をオフさせて、流れる電流がゼロにされた電流センサ１０４で検出される電流値をオフセット電流値Ｉｏｆとして取得し、例えばＲＡＭに記憶させる。

電流補正部１１１は、電流センサ１０４によって二次電池Ｂ１１に流れる電流値Ｉｂを検出させるときは、第１スイッチング素子Ｑ１３をオンさせると共に第２スイッチング素子Ｑ１４をオフさせる。さらに、電流補正部１１１は、常時、または定期的に、電流センサ１０４で検出された電流値Ｉｂを取得すると共に、オフセット電流取得部１１０によって取得されたオフセット電流値Ｉｏｆを減算することにより、補正電流値Ｉｘの算出を繰り返す。

電流積算部１１２は、電流補正部１１１によって算出された補正電流値Ｉｘを、継続的に、例えば単位時間毎に積算することによって、二次電池Ｂ１１に充電されている積算電荷量Ｑを算出する。

ＳＯＣ算出部１１３は、例えば二次電池Ｂ１１の満充電容量に対する積算電荷量Ｑの比率を算出することで、二次電池Ｂ１１のＳＯＣを算出し、ＲＡＭに記憶させる。

充放電制御部１１４は、ＳＯＣ算出部１１３によって算出されたＳＯＣが、例えば１００％以上になると、スイッチング素子Ｑ１１をオフさせて二次電池Ｂ１１の充電を禁止し、過充電を防止する。また、充放電制御部１１４は、ＳＯＣ算出部１１３によって算出されたＳＯＣが、例えば０％以下になると、スイッチング素子Ｑ１２をオフさせて二次電池Ｂ１１の放電を禁止し、過放電を防止する。

さらに、充放電制御部１１４は、例えば温度センサ１２１によって検出された温度Ｔｂが、予め設定された温度閾値を超えた場合、スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２をオフさせて二次電池Ｂ１１の充放電を禁止し、二次電池Ｂ１１の過熱を防止する。

これにより、二次電池Ｂ１１の過充電、過放電、及び過熱の発生が防止されて、安全性が向上するようになっている。

また、過熱の防止等、二次電池Ｂ１１の充電制御を目的とする温度Ｔｂの検出と、第１及び第２温度検出部として故障診断を目的とする温度Ｔｂの検出とを、１つの温度センサ１２１で行うことができるので、各目的毎に温度センサを設ける必要がないため、コストの増大を低減することが容易である。

起動処理部１１５は、電源部１０６から動作用電源電圧の供給を受けて制御部１０５が起動されると、前記設定時間内に、第１スイッチング素子Ｑ１３及び第２スイッチング素子Ｑ１４のうち少なくとも一つをオンさせる。

消費電流値取得部１１６は、第１スイッチング素子Ｑ１３をオンさせ第２スイッチング素子Ｑ１４をオフさせたときに電流センサ１０４によって検出される電流値から電流補正部１１１によって算出された補正電流値Ｉｘを、制御部１０５の補正消費電流値Ｉｓ’として取得する。なお、電流補正部１１１を備えず、消費電流値取得部１１６は、第１スイッチング素子Ｑ１３をオンさせ第２スイッチング素子Ｑ１４をオフさせたときに電流センサ１０４によって検出される電流値を消費電流値Ｉｓとして取得するようにしてもよい。

オフセット判定値設定部１１７は、温度センサ１２１によって検出された温度Ｔｂに応じて、電流センサ１０４に異常が生じているか否かを判定するためのオフセット判定値Ｉｏｔｈを設定する。

具体的には、電流センサ１０４の温度特性に依存して、流れる電流がゼロのときに電流センサ１０４から出力されるオフセット電流値Ｉｏｆの値は、電流センサ１０４の温度によって変化する。そして、電流センサ１０４の温度は温度センサ１２１で検出される温度Ｔｂと相関関係がある。

そこで、例えば実験的にオフセット電流値Ｉｏｆと温度Ｔｂとの関係を求め、温度Ｔｂに対応して、正常な電流センサ１０４によって得られるオフセット電流値Ｉｏｆの上限値をオフセット判定値Ｉｏｔｈとして示すオフセットデータテーブルをＲＯＭに記憶させておく。そして、オフセット判定値設定部１１７は、このオフセットデータテーブルを参照し、温度センサ１２１によって検出された温度Ｔｂと対応付けられているオフセット判定値Ｉｏｔｈを取得することで、オフセット判定値Ｉｏｔｈを設定するようにしてもよい。

なお、オフセット判定値設定部１１７を備えず、オフセット判定値Ｉｏｔｈを固定値として予め設定するようにしてもよい。

消費電流判定値設定部１１８は、温度センサ１２１によって検出された温度Ｔｂに応じて、制御部１０５に異常が生じているか否かを判定するための消費電流判定値Ｉｓｔｈを設定する。

具体的には、制御部１０５の消費電流値Ｉｓは、制御部１０５の温度に応じて変化する。そして、制御部１０５の温度は温度センサ１２１で検出される温度Ｔｂと相関関係がある。

そこで、例えば実験的に消費電流値Ｉｓと温度Ｔｂとの関係を求め、温度Ｔｂに対応して、正常な制御部１０５によって消費される消費電流値Ｉｓの上限値を消費電流判定値Ｉｓｔｈとして示す消費電流データテーブルをＲＯＭに記憶させておく。そして、消費電流判定値設定部１１８は、この消費電流データテーブルを参照し、温度センサ１２１によって検出された温度Ｔｂと対応付けられている消費電流判定値Ｉｓｔｈを取得することで、消費電流判定値Ｉｓｔｈを設定するようにしてもよい。

制御部１０５（又は電源部１０６）の内部で、例えばショート故障が発生したり、絶縁が劣化したりしてリーク電流が増大するなどの故障が発生すると、消費電流が増大する。そこで、消費電流値Ｉｓが消費電流判定値Ｉｓｔｈを超えた場合、制御部１０５（又は電源部１０６）に何らかの故障が生じていると判定することができる。

なお、消費電流判定値設定部１１８を備えず、消費電流判定値Ｉｓｔｈを固定値として予め設定するようにしてもよい。

故障判定部１１９は、オフセット電流取得部１１０によって取得されたオフセット電流値Ｉｏｆが、オフセット判定値設定部１１７によって設定されたオフセット判定値Ｉｏｔｈを超えるとき、電流センサ１０４に異常が生じていると判定する。

また、故障判定部１１９は、オフセット電流取得部１１０によって取得されたオフセット電流値Ｉｏｆが、オフセット判定値設定部１１７によって設定されたオフセット判定値Ｉｏｔｈに満たず、かつ消費電流値取得部１１６によって取得された補正消費電流値Ｉｓ’が、消費電流判定値設定部１１８によって設定された消費電流判定値Ｉｓｔｈを超えるとき、制御部１０５（又は電源部１０６）に異常が生じていると判定する。

なお、故障判定部１１９は、補正消費電流値Ｉｓ’の代わりに消費電流値Ｉｓを用いるようにしてもよい。

そして、故障判定部１１９は、異常の発生を検知すると、異常が発生した旨、あるいはその異常が発生した箇所を、表示部１２２によって報知させる。

次に、図１に示す電池パック１００の動作について説明する。図２は、図１に示す電池パック１００を起動させる際の起動方法の一例である起動方法１を説明するためのフローチャートである。例えば、電池パック１００に何も接続されていないか、あるいは電池パック１００の充電機能を有さない負荷装置が接続されている場合、制御部１０５は、二次電池Ｂ１１から供給される電力によって動作することになる。

ここで、例えば制御部１０５が停止状態になって、第１スイッチング素子Ｑ１３、及び第２スイッチング素子Ｑ１４がオフしている状態で、ブレーカ１０３が遮断していると、二次電池Ｂ１１から電源部１０６へ電力が供給されないので、制御部１０５の動作用電源電圧が供給されず、従って制御部１０５が停止状態のままとなる。

この状態から制御部１０５が起動される動作について、図２を参照しつつ、説明する。まず、例えばユーザがブレーカ１０３のハンドルを操作して、ブレーカ１０３をオンすると（ステップＳ１）、二次電池Ｂ１１の出力電圧が、電流センサ１０４及びブレーカ１０３を介してワンショットスイッチ回路部１０７に印加される。

そして、ワンショットスイッチ回路部１０７に印加される電圧が、予め設定された設定電圧を超えると、ワンショットスイッチ回路部１０７が予め設定された設定時間だけ導通し、二次電池Ｂ１１からワンショットスイッチ回路部１０７及びダイオードＤ１２を介して電源部１０６へ、電流が供給される（ステップＳ２）。

そうすると、電源部１０６によって、制御部１０５へ、当該設定時間の間、動作用電源電圧が供給されて、制御部１０５が起動する（ステップＳ３）。この場合、もし仮に、ワンショットスイッチ回路部１０７を含む第３電流経路Ｌ３を備えていなければ、第１スイッチング素子Ｑ１３及び第２スイッチング素子Ｑ１４をオンさせることができず、従って電源部１０６に電力を供給して制御部１０５を起動することができなくなってしまう。

しかしながら、図１に示す電池パック１００は、ワンショットスイッチ回路部１０７を含む第３電流経路Ｌ３を備えることで、起動方法１によって、制御部１０５を起動することが可能にされている。

制御部１０５が起動されると、ワンショットスイッチ回路部１０７がオンしている設定時間の間に、起動処理部１１５によって、第１スイッチング素子Ｑ１３がオンされる（ステップＳ４）。そうすると、二次電池Ｂ１１の出力電流が、電流センサ１０４、第１スイッチング素子Ｑ１３、及びダイオードＤ１３を介して電源部１０６へ供給されるので、その後、上記設定時間が経過してワンショットスイッチ回路部１０７がオフしても、二次電池Ｂ１１の出力電流が第１スイッチング素子Ｑ１３及びダイオードＤ１３を介して電源部１０６へ供給される結果、制御部１０５が動作状態のまま維持される。

なお、起動処理部１１５は、ステップＳ４において、第１スイッチング素子Ｑ１３の代わりに第２スイッチング素子Ｑ１４をオンしてもよく、第１スイッチング素子Ｑ１３と第２スイッチング素子Ｑ１４とをオンするようにしてもよい。

そして、制御部１０５が起動されると、充放電制御部１１４は、ＳＯＣ算出部１１３によって算出されたＳＯＣが例えば１００％に満たない場合や、二次電池Ｂ１１の端子電圧等から二次電池Ｂ１１および電池パック１００がまだ充電可能と判断すると、スイッチング素子Ｑ１１をオンさせて、接続端子１０１，１０２に接続された図略の充電装置によって、二次電池Ｂ１１を充電することが可能にされる。

また、充放電制御部１１４は、ＳＯＣ算出部１１３によって算出されたＳＯＣが例えば０％を超えている場合や、二次電池Ｂ１１の端子電圧等から二次電池Ｂ１１および電池パック１００がまだ放電可能と判断すると、スイッチング素子Ｑ１２をオンさせて、接続端子１０１，１０２に接続された図略の負荷装置へ、二次電池Ｂ１１からの放電電流を供給することが可能にされる。

図３は、図１に示す電池パック１００の起動方法の他の一例である起動方法２について、説明するためのフローチャートである。二次電池Ｂ１１が、制御部１０５の動作用電力を供給できないほどの深放電に至った場合、図２に示す起動方法１では、二次電池Ｂ１１が、ワンショットスイッチ回路部１０７をオンさせるための設定電圧を出力できないか、あるいはワンショットスイッチ回路部１０７がオンしたとしても、制御部１０５を動作させるのに必要な電力を二次電池Ｂ１１が電源部１０６へ供給できないために、制御部１０５を起動することができない。

そこで、図３に示す起動方法２では、例えばユーザがブレーカ１０３のハンドルを操作してブレーカ１０３をオンし（ステップＳ１１）、接続端子１０１，１０２に発電機や充電装置等の外部電源を接続する（ステップＳ１２）。そうすると、外部電源から、ダイオードＤ１１を介して電源部１０６へ電力が供給される（ステップＳ１３）。さらに、電源部１０６によって、制御部１０５の動作用電源電圧が供給されて、制御部１０５が起動する（ステップＳ１４）。

図４は、図１に示す電池パック１００における故障診断動作の一例を示すフローチャートである。まず、例えば、図２又は図３に示す起動方法等により、制御部１０５が起動されている状態で、オフセット電流取得部１１０は、スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２をオフすると共に、第２スイッチング素子Ｑ１４をオンさせる（ステップＳ２１）。

これにより、スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２がオフされて二次電池Ｂ１１の接続端子１０１，１０２を介した充放電が禁止される。そうすると、電流センサ１０４を流れる電流は、二次電池Ｂ１１から電流センサ１０４、第１スイッチング素子Ｑ１３、及びダイオードＤ１３を介して電源部１０６に流れる制御部１０５の動作用電源電流のみとなる。

次に、オフセット電流取得部１１０は、第１スイッチング素子Ｑ１３をオフして第１電流経路Ｌ１を介して電源部１０６へ供給される電流を遮断する（ステップＳ２２）。このとき、既に第２スイッチング素子Ｑ１４がオンされているので、二次電池Ｂ１１から第２電流経路Ｌ２を介して電源部１０６へ、制御部１０５の動作用電源電流が供給される結果、第１スイッチング素子Ｑ１３をオフしても、制御部１０５の動作が維持される。

そして、第２電流経路Ｌ２を介して電源部１０６へ流れる電流は、電流センサ１０４を経由しないので、電流センサ１０４に流れる電流はゼロとなる。このとき、もし仮に、電流センサ１０４の検出電流値に誤差が生じていなければ、電流センサ１０４の検出電流値もまたゼロとなるはずである。一方、電流センサ１０４の検出電流値がゼロでなければ、その検出電流値が、電流センサ１０４の誤差、すなわちオフセット電流値を示していることになる。

そこで、オフセット電流取得部１１０は、このときの電流センサ１０４の検出電流値を、オフセット電流値Ｉｏｆとして取得する（ステップＳ２３）。これにより、オフセット電流取得部１１０は、電流センサ１０４の温度特性や、経年劣化などの影響による検出電流値の誤差、いわゆるオフセットずれをオフセット電流値として精度よく検出することができる。

次に、温度センサ１２１によって、二次電池Ｂ１１の温度Ｔｂが検出される（ステップＳ２４）。そして、オフセット判定値設定部１１７によって、温度Ｔｂに応じてオフセット判定値Ｉｏｔｈが設定され、消費電流判定値設定部１１８によって、温度Ｔｂに応じて消費電流判定値Ｉｓｔｈが設定される（ステップＳ２５）。

次に、故障判定部１１９は、オフセット電流取得部１１０によって取得されたオフセット電流値Ｉｏｆと、オフセット判定値設定部１１７によって設定されたオフセット判定値Ｉｏｔｈとを比較し（ステップＳ２６）、オフセット電流値Ｉｏｆがオフセット判定値Ｉｏｔｈを超える場合（ステップＳ２６でＹＥＳ）、電流センサ１０４に異常が生じていると判定し、電流センサ１０４に異常が発生した旨、表示部１２２によって表示させる（ステップＳ２７）。

一方、オフセット電流値Ｉｏｆがオフセット判定値Ｉｏｔｈ以下の場合（ステップＳ２６でＮＯ）、故障判定部１１９は、電流センサ１０４は正常であり、制御部１０５の消費電流を正しく検出できると判断し、制御部１０５の故障診断を実行するべくステップＳ２８へ移行する。

この場合、オフセット判定値Ｉｏｔｈは、オフセット判定値設定部１１７によって、電流センサ１０４の温度と相関関係がある温度Ｔｂに応じて設定されているので、オフセット判定値Ｉｏｔｈは、電流センサ１０４の温度特性が補正された値が設定される結果、故障判定部１１９による電流センサ１０４の故障診断の精度が向上する。

ステップＳ２８において、消費電流値取得部１１６は、第１スイッチング素子Ｑ１３をオンさせ第２スイッチング素子Ｑ１４をオフさせる（ステップＳ２８）。そうすると、二次電池Ｂ１１から電流センサ１０４、及び第１電流経路Ｌ１を介して電源部１０６へ制御部１０５の動作用電源電流が供給されるので、電流センサ１０４によって、電流値Ｉｂが消費電流値Ｉｓとして検出される（ステップＳ２９）。

次に、電流補正部１１１は、消費電流値Ｉｓからオフセット電流値Ｉｏｆを減算することにより、補正消費電流値Ｉｓ’を算出する（ステップＳ３０）。

次に、故障判定部１１９は、補正消費電流値Ｉｓ’と消費電流判定値Ｉｓｔｈとを比較し（ステップＳ３１）、補正消費電流値Ｉｓ’が消費電流判定値Ｉｓｔｈを超える場合（ステップＳ３１でＹＥＳ）、制御部１０５（又は電源部１０６）に異常が生じていると判定し、制御部１０５（又は電源部１０６）に異常が発生した旨、表示部１２２によって表示させる（ステップＳ３２）。

一方、補正消費電流値Ｉｓ’が消費電流判定値Ｉｓｔｈ以下の場合（ステップＳ３１でＮＯ）、故障判定部１１９は、制御部１０５（及び電源部１０６）は正常であると判定する（ステップＳ３３）。

この場合、補正消費電流値Ｉｓ’は、電流補正部１１１によって電流センサ１０４のオフセットが補正されており、さらに消費電流判定値Ｉｓｔｈは、消費電流判定値設定部１１８によって、制御部１０５の温度と相関関係がある温度Ｔｂに応じて設定されて制御部１０５の温度特性が補正されている結果、故障判定部１１９による制御部１０５の故障診断の精度が向上する。

本発明に係る故障診断回路、及び電池パックは、携帯型パーソナルコンピュータやデジタルカメラ、携帯電話機等の電子機器、電気自動車やハイブリッドカー等の車両、太陽電池や発電装置と二次電池とを組み合わされた電源システム等の電池搭載装置、システムにおいて、好適に利用することができる。

本発明の一実施形態に係る故障診断回路を備えた電池パックの構成の一例を示すブロック図である。 図１に示す電池パックを起動させる際の起動方法の一例を説明するためのフローチャートである。 図１に示す電池パックの起動方法の他の一例について説明するためのフローチャートである。 図１に示す電池パック１００における故障診断動作の一例を示すフローチャートである。

符号の説明

１００ 電池パック
１０１，１０２ 接続端子
１０３ ブレーカ
１０４ 電流センサ
１０５ 制御部
１０６ 電源部
１０７ ワンショットスイッチ回路部
１１０ オフセット電流取得部
１１１ 電流補正部
１１２ 電流積算部
１１３ ＳＯＣ算出部
１１４ 充放電制御部
１１５ 起動処理部
１１６ 消費電流値取得部
１１７ オフセット判定値設定部
１１８ 消費電流判定値設定部
１１９ 故障判定部
１２１ 温度センサ
１２２ 表示部
Ｂ１１ 二次電池
Ｄ１１，Ｄ１２，Ｄ１３，Ｄ１４ ダイオード
Ｉｂ 電流値
Ｉｏｆ オフセット電流値
Ｉｏｔｈ オフセット判定値
Ｉｓ 消費電流値
Ｉｓ’ 補正消費電流値
Ｉｓｔｈ 消費電流判定値
Ｉｘ 補正電流値
Ｌ１ 第１電流経路
Ｌ２ 第２電流経路
Ｌ３ 第３電流経路
Ｌ４ 第４電流経路
Ｌｍ 主電流経路
Ｑ１１，Ｑ１２ スイッチング素子
Ｑ１３ 第１スイッチング素子
Ｑ１４ 第２スイッチング素子
Ｔｂ 温度

Claims (10)

1. 二次電池と直列に接続されて当該二次電池に流れる電流を検出する電流検出部と、
   前記二次電池を充電するための充電回路及び前記二次電池の放電電流の供給を受ける負荷回路のうち少なくとも一方に前記二次電池と前記電流検出部との直列回路を接続するための接続端子と、
   前記二次電池から供給される電流を動作用電源電流として用いることで動作する制御部と、
   前記二次電池から前記電流検出部を介して供給される電流を前記動作用電源電流として前記制御部へ導く第１電流経路と、
   前記第１電流経路を開閉する第１スイッチング素子と、
   前記二次電池から供給される電流を前記動作用電源電流として当該二次電池から前記電流検出部を介さずに前記制御部へ導く第２電流経路と、
   前記第２電流経路を開閉する第２スイッチング素子と、
   前記第１スイッチング素子をオフさせ前記第２スイッチング素子をオンさせたときに前記電流検出部によって検出されるオフセット電流値を取得するオフセット電流取得部と、
   前記第１スイッチング素子をオンさせ前記第２スイッチング素子をオフさせたときに前記電流検出部によって検出される検出電流値を前記制御部の消費電流値として取得する消費電流値取得部と、
   前記オフセット電流取得部によって取得されたオフセット電流値が所定のオフセット判定値に満たず、かつ前記消費電流値取得部によって取得された消費電流値が所定の消費電流判定値を超えるとき、前記制御部に異常が生じていると判定する故障判定部と
   を備えることを特徴とする故障診断回路。
2. 前記故障判定部は、
   前記オフセット電流取得部によって取得されたオフセット電流値が前記オフセット判定値を超えるとき、前記電流検出部に異常が生じていると判定すること
   を特徴とする請求項１記載の故障診断回路。
3. 前記電流検出部の温度と相関関係のある温度を検出する第１温度検出部と、
   前記第１温度検出部によって検出された温度に応じて前記オフセット判定値を設定するオフセット判定値設定部とをさらに備えること
   を特徴とする請求項１又は２記載の故障診断回路。
4. 前記制御部の温度と相関関係のある温度を検出する第２温度検出部と、
   前記第２温度検出部によって検出された温度に応じて前記消費電流判定値を設定する消費電流判定値設定部とをさらに備えること
   を特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の故障診断回路。
5. 前記第１スイッチング素子をオンさせ前記第２スイッチング素子をオフさせて前記電流検出部によって検出される検出電流値を、前記オフセット電流取得部によって取得されたオフセット電流値に基づいて補正する電流補正部をさらに備え、
   前記消費電流取得部は、
   前記電流補正部によって補正された後の検出電流値を、前記制御部の消費電流値として取得すること
   を特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の故障診断回路。
6. 前記二次電池から前記接続端子へ至る主電流経路を開閉する第１開閉部をさらに備え、
   前記オフセット電流取得部は、
   前記オフセット電流値を取得する際に、さらに前記第１開閉部をオフさせること
   を特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の故障診断回路。
7. 前記二次電池から供給される動作用電源電流を前記制御部へ導く第３電流経路と、
   前記第３電流経路に介設されると共に、当該第３電流経路の電圧が予め設定された設定電圧を超えたとき、当該第３電流経路を、予め設定された設定時間だけ導通させた後に遮断するワンショットスイッチ部とをさらに備え、
   前記制御部は、
   前記動作用電源電流の供給を受けて起動されると、前記設定時間内に、前記第１及び第２スイッチング素子のうち少なくとも一つをオンさせる起動処理部をさらに備えること
   を特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の故障診断回路。
8. 前記二次電池から前記接続端子へ至る主電流経路に流れる電流が、予め設定された電流閾値を超えた場合に当該主電流経路を遮断すると共に、導通状態に復帰可能な保護回路をさらに備え、
   前記第３電流経路は、
   前記二次電池から供給される動作用電源電流を、前記保護回路を介して前記制御部へ導くこと
   を特徴とする請求項７記載の故障診断回路。
9. 前記接続端子から前記制御部へ動作用電源電流を導く第４電流経路をさらに備えること
   を特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の故障診断回路。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の故障診断回路と、
    前記二次電池と
    を備えることを特徴とする電池パック。

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