JP2012095411A

JP2012095411A - 二次電池の内部短絡検出装置

Info

Publication number: JP2012095411A
Application number: JP2010239250A
Authority: JP
Inventors: Kensaku Tsuchida; 健作土田
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2010-10-26
Filing date: 2010-10-26
Publication date: 2012-05-17

Abstract

【課題】充放電中における電池の内部短絡発生の検出を行い、より早期に、内部短絡を検出することにより、電池発熱を抑制する二次電池の内部短絡検出装置を提供すること。
【解決手段】二次電池に充電電流または放電電流の通電、非通電を繰返し行う充放電部２と、非通電の際における二次電池の電池電圧の降下電圧を監視する電圧監視部３と、電圧監視部３で監視した電池電圧の降下電圧が予め設定した閾値電圧を上回るとき、二次電池に内部短絡が発生していることを判断する判断部４とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、二次電池の内部短絡検出装置に関するものである。

近年、携帯電子機器の小型化、薄型化、軽量化並びに高機能化の進展が著しく、それに
伴ってその電源となる電池にも小型・薄型・軽量・高容量化が要求されている。このよう
な、小型・薄型・軽量・高容量な電池として非水電解質二次電池が好適であり、その中で
もリチウムイオン二次電池が最も好適である。リチウムイオン二次電池は今日では繰り返
し使用できる電池として、携帯電話やノートパソコンなどの携帯電子機器への適用が増加
している。

リチウムイオン二次電池の充放電方式としては、定電流定電圧充放電方式が用いられている。（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、従来の定電流定電圧充放電方式では、電池内部のいずれかで、内部短絡が発生しても、内部抵抗値（30〜50mΩ）に変化が現われず、通電を継続していた。また、内部短絡による過電流が電池内で流れても、電源側では検出されずに、充放電を継続していた。

ところで、電池に内部短絡があると、規定時間内に充電が完了せずに、時間が延長する傾向がある。そこで、この性質を利用し、従来の二次電池の内部短絡検出装置は、全充放電工程における終了時間を規定し、終了時間が規定の時間を超過の場合は、電池に内部短絡が発生していると判断していた。

特開平３−２５１０５４号公報

しかしながら、前記従来の構成では、全充放電工程を終了しなければ、内部短絡が発生しているかどうかを判断できないため、内部短絡の発生に対して速やかな対応ができず、過充電状態が長く続く可能性があり、電池発熱の防止が万全ではないという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、充電中または/および放電中における電池の内部短絡発生の検出を行い、より早期に、内部短絡を検出することにより、電池発熱を防止する二次電池の内部短絡検出装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の二次電池の内部短絡検出装置は、二次電池に充電電流または放電電流の通電、非通電を繰返し行う充放電部と、非通電の際における二次電池の電池電圧の降下電圧を監視する電圧監視部と、電圧監視部で監視した電池電圧の降下電圧が予め設定した閾値電圧を上回るとき、二次電池に内部短絡が発生していることを判断する判断部とを備えたものである。

これによって、充電中または放電中における電池の内部短絡の発生を、より早期に、検出することができる。

また、本発明の二次電池の内部短絡検出装置は、前記判断部が前記二次電池の内部短絡が発生していることを判断した場合には、前記内部短絡検出装置は、前記充放電部の充電または放電を停止することとしたものである。

これによって、充放電部による充電または/および放電を停止し、発熱を防止できる。

さらに、本発明の二次電池の内部短絡検出装置は、前記判断部が前記二次電池の内部短絡を検出した場合には、前記内部短絡検出装置は、警報を報知する報知部を備えたこととしたものである。

これによって、二次電池の内部短絡の発生を周囲に知らせることができる。

また、本発明の二次電池の内部短絡検出装置は、充電電流の通電、非通電を繰返すにつれて、前記内部短絡検出装置は、前記通電時間を短くすることとしたものである。

これによって、充電初期よりも、充電末期の方が電池発熱の危険性が高いので、短い間隔で、二次電池の内部短絡の発生を検出し、電池発熱の危険性をさらに低減できる。

本発明の二次電池の内部短絡検出装置によると、充電中または/および放電中における電池の内部短絡の発生を、より早期に、検出することができる。

本発明の実施の形態１における内部短絡検出装置を示すブロック図本発明の実施の形態１における二次電池を充電する際の電流値と電圧値を示す図本発明の実施の形態２における二次電池を放電する際の電流値と電圧値を示す図

第１の発明は、二次電池に充電電流または放電電流の通電、非通電を繰返し行う充放電部と、非通電の際における二次電池の電池電圧の降下電圧を監視する電圧監視部と、電圧監視部で監視した電池電圧の降下電圧が予め設定した閾値電圧を上回るとき、二次電池に内部短絡が発生していることを判断する判断部とを備え、これによって、充電中または放電中における電池の内部短絡の発生を、より早期に、検出することができる。

第２の発明は、前記判断部が前記二次電池の内部短絡が発生していることを判断した場合には、前記内部短絡検出装置は、前記充放電部の充電または/および放電を停止することにより、充放電部による充電または放電を停止し、発熱を防止できる。

第３の発明は、特に、第１または第２の発明の前記判断部が前記二次電池の内部短絡を検出した場合には、前記内部短絡検出装置は、警報を報知する報知部を備えたことにより、二次電池の内部短絡の発生を周囲に知らせることができる。

第４の発明は、特に、第１〜３のいずれか１つの発明の二次電池の内部短絡検出装置は、充電電流の通電、非通電を繰返すにつれて、前記通電時間を短くすることによって、充電初期よりも、充電末期の方が電池発熱の危険性が高いので、短い間隔で、二次電池の内部短絡の発生を検出し、電池発熱の危険性をさらに低減できる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態よって本発明が限定されるものではない。
（実施の形態１）
図１は、本発明における二次電池の内部短絡を判断する内部短絡検出装置１を示すブロック図である。

内部短絡検出装置１は、二次電池に充放電電流の通電、非通電を繰返し行う充放電部２を有する。

そして、非通電の際における二次電池の電池電圧の降下電圧を監視する電圧監視部３を備える。

さらに、電圧監視部３で監視した電池電圧の降下電圧が予め設定した閾値電圧を上回るとき、二次電池の内部短絡を判断する判断部４を有する。

これは、電池は、内部短絡が発生すると、放電により、電池エネルギーを消費し、発熱と共に、二次電池の電池電圧が急激に降下することに基づき、二次電池の電池電圧の降下電圧が予め設定した閾値電圧を上回るときは、内部短絡が発生していると判断するものである。

そして、判断部４は、二次電池に内部短絡が発生していると判断した場合には、充電を停止するように充放電部２を制御し、かつ、二次電池に内部短絡が発生していることを知らせる警報を報知するように報知部５を制御する。

また、判断部４は、二次電池に内部短絡が発生していないと判断した場合には、充電を停止せず継続するように充放電部２を制御し、かつ、報知部５に警報を報知しないように制御する。

以上のように構成された内部短絡検出装置１について、以下その動作、作用を、図２を用いて説明する。

図２は本発明の実施の形態１における二次電池を充電する際の電流値と電圧値を示す図である。

まず、充放電部２は、断続的に充電を行い、二次電池に充電電流の通電、非通電を繰返し行う。例えば、5〜15分程度の通電を行った後に、充放電部２による印加電圧の影響を除外するために、1〜２分程度の非通電を行う。通電時間は一定に制御してある。

そして、電圧監視部３は、二次電池に充電電流の通電、非通電時における電池電圧の変化を監視する。

図２に示すように、二次電池に充電電流の通電、非通電を繰返し行うと、通電時に二次電池の電圧は上昇する。そして、非通電時には、二次電池に内部短絡が発生していない場合には、電圧値は平衡に維持されている。しかしながら、二次電池に内部短絡が発生している場合には、非通電時には、鎖線で示すように、電圧が急激に降下する。これは、内部短絡が発生すると、放電により、電池エネルギーを消費し、発熱と共に、二次電池の電池電圧が急激に降下するからである。

そこで、判断部４は、電圧監視部３で監視した電池電圧の降下電圧が予め設定した閾値電圧を上回るとき、二次電池の内部短絡が発生したと判断し、充電を停止するように充放電部２を制御する。さらに、判断部４は、二次電池に内部短絡が発生していることを知らせる警報を報知するように報知部５を制御する。

また、判断部４は、電圧監視部３で監視した電池電圧の降下電圧が予め設定した閾値電圧を上回らないときは、二次電池の内部短絡が発生していないと判断し、充電を継続するように充放電部２を制御する。さらに、判断部４は、二次電池に内部短絡が発生していることを知らせる警報を報知しないように報知部５を制御する。

以上のように、本実施の形態においては、電圧監視部３で監視した電池電圧の降下電圧が予め設定した閾値電圧を上回るとき、二次電池に内部短絡が発生していることを判断することにより、充電中における電池の内部短絡の発生を、より早期に、検出することができる。

また、判断部４が二次電池の内部短絡が発生していることを判断した場合には、内部短絡検出装置１は、充放電部２の充電を停止することにより、発熱を防止できる。

さらに、判断部４が前記二次電池の内部短絡を検出した場合には、警報を報知する報知部５が警報を報知することにより、二次電池の内部短絡の発生を周囲に知らせることができる。

（実施の形態２）
実施の形態２に用いる内部短絡検出装置１の構成は、実施の形態１に用いる内部短絡検出装置１の構成と同じである。なお、本実施の形態は、工場での生産時において内部短絡検出装置１を用いてもよい。

以上のように構成された内部短絡検出装置１について、以下その動作、作用を、図３を用いて説明する。

図３は本発明の実施の形態１における二次電池を放電する際の電流値と電圧値を示す図である。

まず、充放電部２は、断続的に放電を行い、放電電流の通電、非通電を繰返し行う。例えば、5〜15分程度の放電を行った後に、1〜２分程度の非通電を行う。通電時間は一定に制御してある。

そして、電圧監視部３は、二次電池に放電電流の通電、非通電時における電池電圧の変化を監視する。

図３に示すように、二次電池に放電電流の通電、非通電を繰返し行うと、放電時に二次電池の電圧は降下する。そして、非放電時には、二次電池に内部短絡が発生していない場合には、電圧値は平衡に維持されている。

しかしながら、二次電池に内部短絡が発生している場合には、非通電時には、鎖線で示すように、電圧が、電池エネルギーが無くなるまで、急激に降下される。これは、内部短絡が発生すると、放電により、電池エネルギーを消費し、発熱と共に、二次電池の電池電圧が急激に降下するためである。

そこで、判断部４は、電圧監視部３で監視した電池電圧の降下電圧が予め設定した閾値電圧を上回るとき、二次電池の内部短絡が発生したと判断し、放電を停止するように充放電部２を制御する。さらに、判断部４は、二次電池に内部短絡が発生していることを知らせる警報を報知するように報知部５を制御する。

また、判断部４は、電圧監視部３で監視した電池電圧の降下電圧が予め設定した閾値電圧を上回らないときは、二次電池の内部短絡が発生していないと判断し、放電を継続するように充放電部２を制御する。さらに、判断部４は、二次電池に内部短絡が発生していることを知らせる警報を報知しないように報知部５を制御する。

以上のように、本実施の形態においては、電圧監視部３で監視した電池電圧の降下電圧が予め設定した閾値電圧を上回るとき、二次電池に内部短絡が発生していることを判断することにより、放電中における電池の内部短絡の発生を、より早期に、検出することができる。

また、判断部４が二次電池の内部短絡が発生していることを判断した場合には、内部短絡検出装置１は、充放電部２の放電を停止することにより、発熱を防止できる。

なお、本実施の形態１、２では、非通電時に、二次電池に内部短絡が発生していない場合には、電圧値は平衡に維持されているとしたが、予め設定した閾値電圧を上回らない程度で低下することとしてもよい。

また、本実施の形態１では、充電電流の通電、非通電を繰返しても通電時間を同じに制御したが、充電電流の通電、非通電を繰返すにつれて、前記内部短絡検出装置１は、前記通電時間を短くするようにしてもよい。

これは、充電初期よりも、充電末期の方が電池発熱の危険性が高いので、短い間隔で、二次電池の内部短絡の発生を検出し、電池発熱の危険性をさらに低減できる。

以上のように、本発明にかかる二次電池の内部短絡検出装置は、電池の内部短絡を検出するので、一般用二次電池のチャージャーなどの用途にも適用できる。

１内部短絡検出装置
２充放電部
３電圧監視部
４判断部
５報知部

Claims

二次電池に充電電流または放電電流の通電、非通電を繰返し行う充放電部と、非通電の際における二次電池の電池電圧の降下電圧を監視する電圧監視部と、電圧監視部で監視した電池電圧の降下電圧が予め設定した閾値電圧を上回るとき、二次電池に内部短絡が発生していることを判断する判断部とを備えた内部短絡検出装置。
前記判断部が前記二次電池の内部短絡が発生していることを判断した場合には、前記内部短絡検出装置は、前記充放電部の充電または放電を停止することを特徴とする請求項１に記載の二次電池の内部短絡検出装置。
前記判断部が前記二次電池の内部短絡を検出した場合には、前記内部短絡検出装置は、警報を報知する報知部を備えたことを特徴とする請求項１または2に記載の二次電池の内部短絡検出装置。
充電電流の通電、非通電を繰返すにつれて、前記内部短絡検出装置は、前記通電時間を短くすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の二次電池の内部短絡検出装置。