JP2010223768A - 電池異常検出回路、及び電源装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】二次電池の異常検出の精度を向上することができる電池異常検出回路、及びこれを用いた電源装置を提供する。
【解決手段】タイミングT1における電池12の、SOC1及び第1抵抗値R1を取得する第1状態取得部73と、タイミングT1から設定時間Ts以上経過したタイミングT2における電池12の、SOC2及び第2抵抗値R2を取得する第2状態取得部74と、SOCと内部抵抗値との対応関係を示す関係情報に基づいて、SOC1と対応する内部抵抗基準値Rx1からSOC2と対応する内部抵抗基準値Rx2への変化の大きさを示す基準変化上限値Xu及び基準変化下限値Xdを設定する基準変化値設定部75と、第1抵抗値R1から第2抵抗値R2への変化の大きさを示す変化値Xが、Xu〜Xdの範囲外である場合、電池12に異常が生じていると判定する判定部76とを備えた。
【選択図】図1
【解決手段】タイミングT1における電池12の、SOC1及び第1抵抗値R1を取得する第1状態取得部73と、タイミングT1から設定時間Ts以上経過したタイミングT2における電池12の、SOC2及び第2抵抗値R2を取得する第2状態取得部74と、SOCと内部抵抗値との対応関係を示す関係情報に基づいて、SOC1と対応する内部抵抗基準値Rx1からSOC2と対応する内部抵抗基準値Rx2への変化の大きさを示す基準変化上限値Xu及び基準変化下限値Xdを設定する基準変化値設定部75と、第1抵抗値R1から第2抵抗値R2への変化の大きさを示す変化値Xが、Xu〜Xdの範囲外である場合、電池12に異常が生じていると判定する判定部76とを備えた。
【選択図】図1
Description
本発明は、携帯電話機、パーソナルコンピュータなどのモバイル分野、電動工具、掃除機などのパワーツール分野、電動自動車、電動産業用車両、電動バイク、電動アシスト自転車、電動車椅子、電動ロボットなど動力分野、ロードレベリング、ピークシフト、バックアップなどのシステム電源分野の電源等、種々の用途に用いられる二次電池の電池異常検出回路、これを用いた電源装置に関する。
繰り返し充放電や長期保存使用時における電池特性の変化から、二次電池の異常を検出する種々の装置が提案されている。このような装置の一つとして、所定時間の充電により生じる二次電池の内部抵抗の変化量を基準値と比較することにより、二次電池のリーク異常を検出する装置が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
特許文献1に記載の技術は、リーク異常が生じている電池は、充電時における内部抵抗の変化量が正常な二次電池に比較して大きくなる特性を利用して異常を検出するようになっている。
特開2003−204627号公報
しかしながら、二次電池の内部抵抗はSOCに応じて変化するため、正常な二次電池であっても、充電を開始したときのSOCによって所定時間の充電により生じる内部抵抗の変化量が異なる。そのため、所定時間の充電により生じる二次電池の内部抵抗の変化量を基準値と比較することにより異常を検出しようとすると、異常検出を高精度に行うことが困難であるという、不都合があった。
本発明の目的は、二次電池の異常検出の精度を向上することができる電池異常検出回路、及びこれを用いた電源装置を提供することである。
本発明に係る電池異常検出回路は、二次電池のSOCを検出するSOC検出部と、前記二次電池の内部抵抗値を検出する内部抵抗検出部と、所定の第1タイミングにおいて、前記SOC検出部によって検出されたSOCを第1SOC、前記内部抵抗検出部によって検出された内部抵抗値を第1抵抗値として取得する第1状態取得部と、前記第1タイミングから予め設定された設定時間以上経過した第2タイミングにおいて、前記SOC検出部によって検出されたSOCを第2SOC、前記内部抵抗検出部によって検出された内部抵抗値を第2抵抗値として取得する第2状態取得部と、前記二次電池の、SOCと内部抵抗値との対応関係を示す関係情報を予め記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶されている関係情報に基づいて、前記第1SOCと対応する内部抵抗値から前記第2SOCと対応する内部抵抗値への変化の大きさを示す基準変化値を設定する基準変化値設定部と、前記第1抵抗値から前記第2抵抗値への変化の大きさが、前記基準変化値設定部により設定された基準変化値により示される変化の大きさと異なる場合、前記二次電池に異常が生じていると判定する判定部とを備える。
また、本発明に係る電源装置は、上述の電池異常検出回路と、前記二次電池とを備える。
この構成によれば、第1状態取得部によって、所定の第1タイミングにおける二次電池の、SOCが第1SOC、内部抵抗値が第1抵抗値として取得され、第1タイミングから予め設定された設定時間以上経過した第2タイミングにおける二次電池の、SOCが第2SOC、内部抵抗値が第2抵抗値として取得される。また、二次電池の、SOCと内部抵抗値との対応関係を示す関係情報が、記憶部によって予め記憶されている。そして、基準変化値設定部によって、この関係情報に基づいて、第1SOCと対応する内部抵抗値から第2SOCと対応する内部抵抗値への変化の大きさを示す基準変化値が設定される。さらに、第1抵抗値から前記第2抵抗値への変化の大きさが、基準変化値により示される変化の大きさと異なる場合、判定部によって、二次電池に異常が生じていると判定される。
この場合、基準変化値には、第1及び第2タイミングにおけるSOCが反映されているから、SOCと無関係に所定時間の充電により生じる二次電池の内部抵抗の変化量に基づいて異常を検出する背景技術よりも二次電池の異常検出の精度を向上することができる。
また、前記第1タイミングは、前記二次電池が放電しているタイミングであり、前記第2タイミングは、前記第1タイミングから前記設定時間以上経過し、かつ前記二次電池が放電しているタイミングであることが好ましい。
二次電池は、充電中よりも放電中の方が、内部抵抗値の変化が大きくなる性質がある。そこで、この構成によれば、放電中において得られた第1抵抗値から第2抵抗値への変化の大きさに基づいて異常の判定を行うことで、判定に用いられる変化の大きさが充電中よりも大きくなる結果、二次電池の異常検出の精度を向上することができる。
また、前記二次電池の端子電圧を検出する電圧検出部をさらに備え、前記SOC検出部は、前記電圧検出部によって検出された端子電圧をSOCに換算することによって、前記SOCを取得することが好ましい。
二次電池のSOCは、端子電圧と相関関係があるので、SOC検出部は、電圧検出部によって検出された端子電圧をSOCに換算することによって、SOCを取得することができる。
また、前記二次電池の温度を検出する温度検出部をさらに備え、前記SOC検出部は、前記端子電圧を換算することによって得られたSOCに補正値を加算することで当該SOCを補正すると共に、前記温度検出部によって検出される温度が高いほど、前記補正値を増大させることが好ましい。
二次電池の端子電圧は、同じSOCであっても、温度が高いほど低下する特性がある。そのため、ある温度におけるSOCと端子電圧との対応関係に基づいて、実際の温度と無関係に二次電池の端子電圧をそのままSOCに換算すると、換算して得られたSOCは、温度が高いほど実際のSOCより小さな値になってしまう。そこで、SOC検出部が、端子電圧を換算することによって得られたSOCに補正値を加算することで当該SOCを補正すると共に、温度検出部によって検出される温度が高いほど、補正値を増大させることで、SOCの検出精度を向上させることができる。
また、前記二次電池に流れる電流を検出する電流検出部をさらに備え、前記SOC検出部は、前記電流検出部によって検出された電流を積算することにより、前記SOCを算出することが好ましい。
二次電池に流れる電流の積算値は、実際の二次電池の充放電量を表しているから、この積算値に基づきSOCを算出すれば、端子電圧をSOCに換算する場合のように温度によって誤差が生じることがない。
このような構成の電池異常検出回路、及び電源装置では、異常判定の基準として用いられる基準変化値には、第1及び第2タイミングにおけるSOCが反映されているから、SOCと無関係に所定時間の充電により生じる二次電池の内部抵抗の変化量に基づいて異常を検出する背景技術よりも二次電池の異常検出の精度を向上することができる。
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電池異常検出回路、及びこの電池異常検出回路を用いた電源装置の一例を示すブロック図である。
図1に示す電源装置100は、電池異常検出回路1と、リチウム二次電池12とを備えて構成されている。電源装置100は、例えば電池パックであってもよく、バックアップ電源装置であってもよく、電池搭載機器の一部として構成されていてもよく、その他の電源装置であってもよい。なお、リチウム二次電池12としては、リチウムイオン二次電池の他、ニッケル水素二次電池や鉛蓄電池等、種々の二次電池を用いることができる。
電池異常検出回路1には、リチウム二次電池12と、上位装置10と、充放電部11とが接続されている。上位装置10は、例えば携帯型パ−ソナルコンピュータや携帯電話機等、リチウム二次電池12から供給される電力により動作する電池搭載機器の本体部である。充放電部11は、リチウム二次電池12に電流を供給して充電したり、リチウム二次電池12から電力の供給を受けて上位装置10へ供給したりする充放電回路である。
そして、例えば、電池異常検出回路1と、リチウム二次電池12と、上位装置10と、充放電部11とが一体に構成されて、電池搭載機器が構成されている。電池異常検出回路1は、上位装置10の一部として構成されていてもよく、例えばリチウム二次電池12を含む電池パックの一部として構成されていてもよい。
電池異常検出回路1は、充放電部11によって、リチウム二次電池12に入出力される充放電電流の電流値Idを検出する電流検出部2、リチウム二次電池12の端子電圧の電圧値Vtを検出する電圧検出部3、リチウム二次電池12の温度Tを検出する温度検出部4、タイムカウントを行うタイマ部5、メモリ部6(記憶部)、制御部7、異常情報を表示する表示部8、及び異常情報を上位装置10に送信する通信部9を備える。
電流検出部2は、例えばシャント抵抗や電流変成器等の電流センサを用いて構成されている。電流検出部2は、リチウム二次電池12を充電する方向の電流値をプラス、リチウム二次電池12が放電する方向の電流値をマイナスで示すようになっている。
電圧検出部3は、例えばアナログデジタルコンバータを用いて構成されている。温度検出部4は、例えば熱電対やサーミスタ等の温度センサを用いて構成されている。タイマ部5は、例えばタイマ回路を用いて構成されていてもよく、ソフトウェアシーケンスによって実現されていてもよい。
メモリ部6は、例えば不揮発性のROM(Read Only Memory)や、異常情報を記憶するRAM(Random Access Memory)等を含む記憶部である。そして、例えばROMには、リチウム二次電池12のSOC(State Of Charge)と内部抵抗値との対応関係を示す関係情報テーブルやリチウム二次電池12の端子電圧をSOCに換算するSOC換算テーブル等が、LUT(Look Up Table)として予め記憶されている。メモリ部6は、例えば制御部7に内蔵されていてもよい。
図6は、リチウム二次電池12のSOCと内部抵抗値との対応関係の一例を示すグラフである。図6(a)は放電時、図6(b)は充電時におけるグラフを示している。また、図6(a)(b)においては、リチウム二次電池12が正常である場合の特性を示すグラフG1,G3と、リチウム二次電池12が異常である場合の特性を示すグラフG2,G4とを示している。
図6(a)のグラフG1と、図6(b)のグラフG3とで示すように、放電時の方が、充電時よりもSOCの変化に対する内部抵抗値の変化が大きい。
表示部8としては、例えばLED(Light Emitting Diode)や液晶表示器等が用いられる。
電流検出部2、電圧検出部3、温度検出部4、タイマ部5、メモリ部6は、それぞれ、制御部7へ接続されており、各部で得られる情報が制御部7へ送信される。そして、各部から送信された情報をもとに、制御部7によって、リチウム二次電池12の異常状態を示す異常情報が生成され、メモリ部6に記憶される。この異常情報が、表示部8に送信され表示され、あるいは通信部9を介して上位装置10へ送信される。
図2は、図1に示す制御部7の構成の一例を示すブロック図である。制御部7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やデータを一時的に記憶するRAM等の記憶部と、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7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、SOC検出部71、内部抵抗検出部72、第1状態取得部73、第2状態取得部74、基準変化値設定部75、及び判定部76として機能する。
SOC検出部71は、リチウム二次電池12のSOC(State Of Charge)を検出する。具体的には、リチウムイオン二次電池は、端子電圧値VtとSOCとの間に相関関係がある。そこで、予めリチウム二次電池12の端子電圧値VtとSOCとの対応関係を示すルックアップテーブルを、SOC換算テーブルとしてメモリ部6に記憶しておく。
そして、SOC検出部71は、電圧検出部3によって検出された端子電圧値Vtを、メモリ部6に記憶されたSOC換算テーブルを参照してSOCに変換することで、リチウム二次電池12のSOCを検出する。
また、リチウムイオン二次電池等の二次電池は、温度が高いほど端子電圧が低下する特性を有している。そこで、例えば、温度による端子電圧の変化を補うように、温度が高いほど補正量(加算量)が増大するようにされた、端子電圧に対応するSOCを補正するための補正値(加算値)を示すルックアップテーブルを、温度補正テーブルとして予めメモリ部6に記憶しておく。
そして、SOC検出部71は、温度補正テーブルを参照し、温度検出部4によって検出された温度Tと対応付けられている補正値を取得する。さらにSOC検出部71は、上述のようにSOC換算テーブルを用いて得られたSOCに、温度補正テーブルを用いて得られた補正値を加算することによりSOCを補正し、この補正後のSOCを第1状態取得部73、及び第2状態取得部74に出力する。
なお、SOC検出部71は、必ずしも温度によるSOCの補正を行う必要はなく、SOC換算テーブルを用いて得られたSOCを第1状態取得部73、及び第2状態取得部74に出力するようにしてもよい。
また、SOC検出部71は、電流検出部2によって検出された充放電電流値Idを積算することによりリチウム二次電池12の蓄電電荷量を算出し、リチウム二次電池12の満充電容量に対する蓄電電荷量のパーセンテージをSOCとして算出してもよく、その他、SOCを検出するために種々の方法を用いることができる。
内部抵抗検出部72は、リチウム二次電池12の内部抵抗値Rを検出する。図3は、図2に示す内部抵抗検出部72による内部抵抗値Rの検出方法の一例を説明するための説明図である。
内部抵抗検出部72は、端子電圧値Vtと充放電電流値Idとの組を複数取得して回帰直線を生成する。図3では、充放電電流値IdがI1、端子電圧値VtがV1のデータP1と、充放電電流値IdがI2、端子電圧値VtがV2のデータP2と、充放電電流値IdがI3、端子電圧値VtがV3のデータP3とを取得して、データP1,P2,P3から回帰直線Lを生成する例を示している。
このようにして得られる回帰直線Lは、下記の式(1)で表され、その傾きを示す係数Rが、リチウム二次電池12の内部抵抗値Rとして得られる。
Vt=R×Id+V0 ・・・(1)
回帰直線Lを得るためには、値が異なる複数の端子電圧値Vtと充放電電流値Idとの組を取得する必要がある。しかしながら、例えば電気自動車では、車両の加減速や路面の状態等に応じて充放電電流が頻繁に変化し、例えば風力発電では、風速の変化に応じて充放電電流が頻繁に変化する。従って、例えば1分程度の期間において、回帰直線Lを得るのに必要な、値が異なる複数の端子電圧値Vtと充放電電流値Idとの組を取得することが可能である。
回帰直線Lを得るためには、値が異なる複数の端子電圧値Vtと充放電電流値Idとの組を取得する必要がある。しかしながら、例えば電気自動車では、車両の加減速や路面の状態等に応じて充放電電流が頻繁に変化し、例えば風力発電では、風速の変化に応じて充放電電流が頻繁に変化する。従って、例えば1分程度の期間において、回帰直線Lを得るのに必要な、値が異なる複数の端子電圧値Vtと充放電電流値Idとの組を取得することが可能である。
また、内部抵抗検出部72は、例えばリチウム二次電池12の温度と内部抵抗値との関係を示した内部抵抗テーブルを予めROM等に記憶しておき、温度検出部4によって検出された温度Tを、内部抵抗テーブルを用いてリチウム二次電池12の内部抵抗値Rに換算することで、内部抵抗値Rを推定するようにしてもよい。
第1状態取得部73は、リチウム二次電池12が放電している期間中における所定の第1タイミングT1において、SOC検出部71によって得られたリチウム二次電池12のSOCをSOC1(第1SOC)、内部抵抗検出部72によって検出された内部抵抗値Rを第1抵抗値R1として取得する。そして、第1状態取得部73は、タイマ部5による経過時間の計時を開始させる。
第2状態取得部74は、タイマ部5による計時時間が予め設定された設定時間Ts以上、例えば1時間となり、すなわち第1タイミングT1から予め設定された設定時間Ts以上経過し、かつリチウム二次電池12が放電している第2タイミングT2において、SOC検出部71によって得られたリチウム二次電池12のSOCをSOC2(第2SOC)、内部抵抗検出部72によって検出された内部抵抗値Rを第2抵抗値R2として取得する。
ここで、第1状態取得部73及び第2状態取得部74は、例えば、電流検出部2によって検出された充放電電流値Idが、プラスの値であったときリチウム二次電池12は充電中と判断し、マイナスの値であったときリチウム二次電池12は放電中と判断する。
設定時間Tsは、リチウム二次電池12のSOCが実使用状態において変化することが期待される時間が適宜設定されればよく、厳密な時間精度は要求されない。
また、第1タイミングT1や第2タイミングT2は、内部抵抗検出部72による内部抵抗値Rの検出時間や、第1状態取得部73、第2状態取得部74の処理時間を含んでおり、ある程度の時間幅を有しているが、設定時間Tsの計時が開始されるタイミングは、第1タイミングT1の最初であってもよく、第1タイミングT1の終了後であってもよく、第1タイミングT1から第2タイミングT2までの時間間隔をおおよそ規定できるようになっていればよい。
なお、第1状態取得部73及び第2状態取得部74は、必ずしも電流検出部2によって検出された充放電電流値Idに基づいてリチウム二次電池12が放電状態であるか充電状態であるかを検知する例に限らない。第1状態取得部73及び第2状態取得部74は、例えばリチウム二次電池12が放電中であるか充電中であるかを示す情報を、充放電部11から、上位装置10及び通信部9を介する等して受信する等、種々の手段により検知することができる。
基準変化値設定部75は、メモリ部6に記憶されている関係情報テーブルを参照して、第1状態取得部73で得られたSOC1と対応づけられている内部抵抗基準値Rx1と、第2状態取得部74で得られたSOC2と対応づけられている内部抵抗基準値Rx2とを取得する。
そして、基準変化値設定部75は、例えば、SOC1≧SOC2のときは下記の式(2)(3)を用い、SOC1<SOC2のときは下記の式(4)(5)を用いて、内部抵抗基準値Rx1から内部抵抗基準値Rx2への変化の大きさを示す指標としての基準変化値である基準変化上限値Xuと基準変化下限値Xdとを算出し、設定する。
SOC1≧SOC2のとき
Xu=(Rx2/Rx1)+Cx ・・・(2)
Xd=(Rx2/Rx1)−Cx ・・・(3)
SOC1<SOC2のとき
Xu=(Rx1/Rx2)+Cx ・・・(4)
Xd=(Rx1/Rx2)−Cx ・・・(5)
但し、Cxは、リチウム二次電池12の特性バラツキや測定誤差等によって生じる基準変化値の誤差を表す値である。
Xu=(Rx2/Rx1)+Cx ・・・(2)
Xd=(Rx2/Rx1)−Cx ・・・(3)
SOC1<SOC2のとき
Xu=(Rx1/Rx2)+Cx ・・・(4)
Xd=(Rx1/Rx2)−Cx ・・・(5)
但し、Cxは、リチウム二次電池12の特性バラツキや測定誤差等によって生じる基準変化値の誤差を表す値である。
判定部76は、第1状態取得部73により取得された第1抵抗値R1から第2状態取得部74により取得された第2抵抗値R2への変化の大きさを示す指標である変化値Xを、例えばSOC1≧SOC2のときは下記の式(6)を用いて、SOC1<SOC2のときは下記の式(7)を用いて算出する。
SOC1≧SOC2のとき
X=R2/R1 ・・・(6)
SOC1<SOC2のとき
X=R1/R2 ・・・(7)
X=R2/R1 ・・・(6)
SOC1<SOC2のとき
X=R1/R2 ・・・(7)
そして、判定部76は、変化値Xが、基準変化値設定部75により設定された基準変化値と異なる場合、すなわち基準変化上限値Xu〜基準変化下限値Xdの範囲外である場合、リチウム二次電池12に異常が生じていると判定し、変化値Xが、基準変化上限値Xu〜基準変化下限値Xdの範囲内である場合、異常は生じていないと判定し、その判定結果を異常情報としてメモリ部6に記憶させたり、表示部8で表示させたり、通信部9によって上位装置10へ送信させたりする。
ここで、図6(a)(b)に示されるように、正常時におけるSOCと内部抵抗値との関係(グラフG1,G3)と、異常時におけるSOCと内部抵抗値との関係(グラフG2,G4)とが、平行にシフトしたような関係になる場合、あるいは領域が存在することがある。このような場合、変化値Xを、もし仮に変化の前後の差分(R2−R1又はR1−R2)として評価すると、正常時と異常時とで変化値Xに差が生じにくく、異常の発生を検出することが困難になるおそれがある。
しかしながら、式(6),(7)に示すように、変化値Xを、変化の前後の比率として評価することで、異常時においてグラフG2、G4のような内部抵抗値の特性を示す場合であっても、正常時と異常時とで変化値Xに差が生じ易くなる結果、異常の発生を検出することが容易となる。
次に、図1に示す電源装置100の動作について説明する。図4、図5は、図1に示す電池異常検出回路1の動作の一例を示すフローチャートである。まず、電池異常検出回路1が、リチウム二次電池12の異常検出を開始すると、電流検出部2によって、リチウム二次電池12に流れる電流の充放電電流値Idが検出される(ステップS1)。
次に、第1状態取得部73によって、充放電電流値Idがゼロと比較され(ステップS2)、充放電電流値Idがゼロ以上であれば(ステップS2でNO)、リチウム二次電池12は放電状態ではないと判定されて再びステップS1へ移行する一方、充放電電流値Idがゼロ未満(マイナスの値)であれば(ステップS2でYES)、リチウム二次電池12は放電状態と判定されて、ステップS3へ移行する。以下、ステップS3,S4の実行タイミングがタイミングT1に相当する。
次に、SOC検出部71によって、タイミングT1におけるリチウム二次電池12のSOCが算出される。そして、第1状態取得部73によって、このようにして得られたSOCが、SOC1として取得される(ステップS3)。
次に、内部抵抗検出部72によって、タイミングT1におけるリチウム二次電池12の内部抵抗値Rが検出される。そして、第1状態取得部73によって、このようにして得られた内部抵抗値Rが、第1抵抗値R1として取得される(ステップS4)。
次に、タイマ部5によって、経過時間Tmの計時が開始される(ステップS5)。そして、第2状態取得部74によって、タイマ部5で計時された経過時間Tmと、設定時間Tsとが比較され(ステップS6)、タイミングT1から設定時間Ts以上経過して経過時間Tmが設定時間Ts以上になると(ステップS6でYES)、ステップS7へ移行する。
ステップS7では、第2状態取得部74によって、充放電電流値Idがゼロと比較され、充放電電流値Idがゼロ以上であれば(ステップS7でNO)、リチウム二次電池12は放電状態ではないと判定されてステップS7を繰り返す一方、充放電電流値Idがゼロ未満(マイナスの値)であれば(ステップS7でYES)、リチウム二次電池12は放電状態と判定されて、ステップS8へ移行する。以下、ステップS8,S9の実行タイミングがタイミングT2に相当する。
次に、ステップS8において、SOC検出部71によって、タイミングT2におけるリチウム二次電池12のSOCが算出される。そして、第2状態取得部74によって、このようにして得られたSOCが、SOC2として取得される(ステップS8)。
なお、SOC検出部71は、ステップS1〜S16と並行して充放電電流値Idの積算を実行することで、常時リチウム二次電池12のSOCを算出、更新するようにしてもよい。そして、ステップS3,S8において、第1状態取得部73及び第2状態取得部74は、SOC検出部71により算出された最新のSOCをそれぞれタイミングT1,T2におけるSOC1,SOC2として取得するようにしてもよい。
次に、内部抵抗検出部72によって、タイミングT2におけるリチウム二次電池12の内部抵抗値Rが検出される。そして、第2状態取得部74によって、このようにして得られた内部抵抗値Rが、第2抵抗値R2として取得される(ステップS9)。
次に、基準変化値設定部75によって、第1状態取得部73により得られたSOC1と、第2状態取得部74により得られたSOC2とに基づき、式(2)〜(5)を用いて基準変化上限値Xu及び基準変化下限値Xdが設定される(ステップS11)。
次に、判定部76によって、第1抵抗値R1と第2抵抗値R2とに基づき、式(6),(7)を用いて変化値Xが算出される(ステップS12)。
次に、判定部76によって、変化値Xが、基準変化上限値Xu以上、基準変化下限値Xd以下の範囲内であるか否かが確認される(ステップS13)。
ここで、基準変化上限値Xu及び基準変化下限値Xdは、タイミングT1におけるリチウム二次電池12のSOCであるSOC1とタイミングT2におけるリチウム二次電池12のSOCであるSOC2とから、タイミングT1とT2との間におけるリチウム二次電池12の内部抵抗値Rの変化を予測した値(指標)である。
一方、変化値Xは、タイミングT1におけるリチウム二次電池12の内部抵抗値である第1抵抗値R1とタイミングT2におけるリチウム二次電池12の内部抵抗値である第2抵抗値R2との間の変化を表す値(指標)である。
従って、リチウム二次電池12に異常がなければ、変化値Xは、基準変化上限値Xu以上、基準変化下限値Xd以下の範囲内になると考えられる。その一方、変化値Xが、基準変化上限値Xu以上、基準変化下限値Xd以下の範囲外であれば、リチウム二次電池12に異常が生じていると考えられる。
そこで、判定部76は、変化値Xが、基準変化上限値Xu以上、基準変化下限値Xd以下の範囲内であれば(ステップS13でYES)、リチウム二次電池12は正常であると判定し(ステップS14)、変化値Xが、基準変化上限値Xu以上、基準変化下限値Xd以下の範囲外であれば(ステップS13でNO)、リチウム二次電池12に異常が生じていると判定する(ステップS15)。
そして、判定部76は、ステップS14,S15で得られた判定結果を、例えばメモリ部6に記憶させて後から確認できるようにしたり、表示部8で表示させてユーザに異常の発生を報知したり、通信部9によって上位装置10へ通知したりする(ステップS16)。
以上、ステップS1〜S16の処理によれば、タイミングT1におけるリチウム二次電池12のSOCであるSOC1とタイミングT2におけるリチウム二次電池12のSOCであるSOC2とから、タイミングT1とT2との間におけるリチウム二次電池12の内部抵抗値Rの変化を予測することで、異常判定の基準となる範囲が、SOCが反映された基準変化上限値Xu、及び基準変化下限値Xdとして設定されるので、背景技術のように、所定時間の充電により生じる二次電池の内部抵抗の変化量を基準値と比較することにより異常を検出する場合と比べて、二次電池の異常検出の精度を向上することができる。
なお、第1状態取得部73及び第2状態取得部74は、必ずしも放電中のタイミングにおいて、SOC1、第1抵抗値R1、SOC2、及び第2抵抗値R2を取得する例に限らず、ステップS2,S7を実行しない構成としてもよい。
しかしながら、リチウムイオン二次電池の場合には、充電中よりも放電中の方が、内部抵抗値Rの変化が大きくなる性質がある。そこで、第1状態取得部73及び第2状態取得部74は、ステップS2,S7を実行し、放電中のタイミングにおいて、SOC1、第1抵抗値R1、SOC2、及び第2抵抗値R2を取得することで、充電中にSOC1、第1抵抗値R1、SOC2、及び第2抵抗値R2を取得する場合と比べて変化値Xとして大きな値が得られる結果、二次電池の異常検出の精度を向上することができる。
本発明に係る電池異常検出回路、及び電源装置は、携帯電話、パソコンなどのモバイル分野、電動工具、掃除機などのパワーツール分野、電動自動車、電動産業用車両、電動バイク、電動アシスト自転車など動力分野、ピークシフト、バックアップなどのシステム電源分野といった幅広い分野での二次電池の電池異常検出回路、及び電源装置として、好適に利用することができる。
1 電池異常検出回路
2 電流検出部
3 電圧検出部
4 温度検出部
5 タイマ部
6 メモリ部
7 制御部
8 表示部
9 通信部
10 上位装置
11 充放電部
12 リチウム二次電池
71 SOC検出部
72 内部抵抗検出部
73 第1状態取得部
74 第2状態取得部
75 基準変化値設定部
76 判定部
100 電源装置
T1,T2 タイミング
Tm 経過時間
Ts 設定時間
Vt 端子電圧値
X 変化値
Xd 基準変化下限値
Xu 基準変化上限値
2 電流検出部
3 電圧検出部
4 温度検出部
5 タイマ部
6 メモリ部
7 制御部
8 表示部
9 通信部
10 上位装置
11 充放電部
12 リチウム二次電池
71 SOC検出部
72 内部抵抗検出部
73 第1状態取得部
74 第2状態取得部
75 基準変化値設定部
76 判定部
100 電源装置
T1,T2 タイミング
Tm 経過時間
Ts 設定時間
Vt 端子電圧値
X 変化値
Xd 基準変化下限値
Xu 基準変化上限値
Claims (6)
- 二次電池のSOCを検出するSOC検出部と、
前記二次電池の内部抵抗値を検出する内部抵抗検出部と、
所定の第1タイミングにおいて、前記SOC検出部によって検出されたSOCを第1SOC、前記内部抵抗検出部によって検出された内部抵抗値を第1抵抗値として取得する第1状態取得部と、
前記第1タイミングから予め設定された設定時間以上経過した第2タイミングにおいて、前記SOC検出部によって検出されたSOCを第2SOC、前記内部抵抗検出部によって検出された内部抵抗値を第2抵抗値として取得する第2状態取得部と、
前記二次電池の、SOCと内部抵抗値との対応関係を示す関係情報を予め記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶されている関係情報に基づいて、前記第1SOCと対応する内部抵抗値から前記第2SOCと対応する内部抵抗値への変化の大きさを示す基準変化値を設定する基準変化値設定部と、
前記第1抵抗値から前記第2抵抗値への変化の大きさが、前記基準変化値設定部により設定された基準変化値により示される変化の大きさと異なる場合、前記二次電池に異常が生じていると判定する判定部と
を備えることを特徴とする電池異常検出回路。 - 前記第1タイミングは、
前記二次電池が放電しているタイミングであり、
前記第2タイミングは、
前記第1タイミングから前記設定時間以上経過し、かつ前記二次電池が放電しているタイミングであること
を特徴とする請求項1記載の電池異常検出回路。 - 前記二次電池の端子電圧を検出する電圧検出部をさらに備え、
前記SOC検出部は、
前記電圧検出部によって検出された端子電圧をSOCに換算することによって、前記SOCを取得すること
を特徴とする請求項2記載の電池異常検出回路。 - 前記二次電池の温度を検出する温度検出部をさらに備え、
前記SOC検出部は、
前記端子電圧を換算することによって得られたSOCに補正値を加算することで当該SOCを補正すると共に、前記温度検出部によって検出される温度が高いほど、前記補正値を増大させること
を特徴とする請求項3記載の電池異常検出回路。 - 前記二次電池に流れる電流を検出する電流検出部をさらに備え、
前記SOC検出部は、
前記電流検出部によって検出された電流を積算することにより、前記SOCを算出すること
を特徴とする請求項1又は2記載の電池異常検出回路。 - 請求項1〜5のいずれか1項に記載の電池異常検出回路と、
前記二次電池と
を備えることを特徴とする電源装置。
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