JP2014022282A - 二次電池異常検出装置、二次電池、および二次電池異常検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電池セルの外部短絡の検出に好適な、二次電池異常検出装置等を提供する。
【解決手段】複数の温度センサーにより測定された温度に基づき、二次電池２０の異常を判定するバッテリマネジメントユニット１２を備えており、複数の温度センサーは、電池セル１０の負極端子１１ｎに取り付けられた温度センサーＡと、電池セル１０の正極端子１１ｐに取り付けられた温度センサーＤとを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、二次電池の電池セルの温度を測定することにより、二次電池の異常を検出する、二次電池異常検出装置、二次電池、および二次電池異常検出方法に関する。

特許文献１には、温度による二次電池の放電容量または充電容量を正確に計算するために、ベアセルの温度を感知する、バッテリパックのモニタリング装置およびその方法が開示されている。

特許文献２には、制御ユニットがファンの運転停止の制御を選択するために、燃料電池の内部温度と外部温度との差を判断する技術が開示されている。

しかしながら、特許文献１および２に開示されている技術では、二次電池の電池セル（ベアセル、燃料電池の発電部）全体の温度を一括して測定しているに過ぎず、該電池セルにおける一部の領域に特化した温度測定を行うことは想定されていない。

二次電池の電池セルは、特定の領域ごとに異なる温度を呈する場合がある。しかしながら、小型の二次電池では、大きさの制約上、電池セルにおける一部の領域に特化した温度測定を行うことは困難であった。従って、特許文献１および２に開示されている構成により、電池セル全体の温度を一括して測定するほかなかった。

一方で、近年では、二次電池の大型化が進んでいる。大型の二次電池では、電池セルにおける一部の領域に特化した温度測定を行うことが可能である。このような温度測定を実現することにより、二次電池の異常を検出するためのより詳細な情報をより多数得ることが可能となるため、検出精度の向上を図ることが可能となると考えられる。

特許文献３には、締結部材の緩みを検出するために、締結部周りの温度を検出する温度検出手段を備えた二次電池異常検出装置が開示されている。

ここで、特許文献３に係る温度検出手段は、電池セルごとに複数設けられている。そして、特許文献３に係る二次電池異常検出装置では、電池セルごとに検出される複数の温度検出値のうちいずれか１つが所定の温度を上回ったとき、締結部材に緩みが有ると判定している。

特開２００６−２０８３７７号公報（２００６年８月１０日公開） 特開２００７−２９９７４７号公報（２００７年１１月１５日公開） 特開２０１０−２８２８１６号公報（２０１０年１２月１６日公開）

検出すべき二次電池の異常の１つとして、電池セルの外部にある導体等により、電池セルの正極と負極とが短絡されてしまう現象、すなわち電池セルの外部短絡が挙げられる。電池セルの外部短絡が発生すると、電池セルの負極が極端に高温となる。

ここで、特許文献３に開示されている技術では、上述したとおり、締結部材の緩みを検出することを目的としており、締結部周りの温度を検出している。ここで、この締結部周りの温度とは、電極端子の温度、電極端子同士を接続する接続板の温度、締結部材の温度等を一括して測定して得られたものである。つまり、この締結部周りの温度は、種々の部材の温度を要素として含んでいるため、この締結部周りの温度から電池セルの負極単独での温度を特定することは容易でない。

以上のとおり、特許文献３に開示されている技術は、電池セルの外部短絡の検出を想定するものではなく、また、この外部短絡の検出に不適である。

本発明は、上記の問題に鑑みて為されたものであり、その目的は、電池セルの外部短絡の検出に好適な、二次電池異常検出装置、二次電池、および二次電池異常検出方法を提供することにある。

本発明の二次電池異常検出装置は、上記の問題を解決するために、二次電池の電池セルに取り付けられた複数の温度センサーと、上記複数の温度センサーにより測定された温度に基づき、上記二次電池の異常を判定する異常判定部とを備えており、上記複数の温度センサーは、上記電池セルの負極に取り付けられた第１温度センサーと、上記電池セルの正極に取り付けられた第２温度センサーとを備えていることを特徴としている。

また、本発明の二次電池は、上記の問題を解決するために、本発明の二次電池異常検出装置と、上記電池セルとを備えていることを特徴としている。

さらに、本発明の二次電池異常検出方法は、上記の問題を解決するために、二次電池の電池セルに複数の温度センサーを取り付ける工程と、上記複数の温度センサーにより測定された温度に基づき、上記二次電池の異常を判定する工程とを含んでおり、上記複数の温度センサーを取り付ける工程にて、上記電池セルの負極と、上記電池セルの正極とのそれぞれに該温度センサーを取り付けることを特徴としている。

上記の構成によれば、電池セルの負極に第１温度センサー（二次電池異常検出方法においては温度センサー）が取り付けられていることにより、負極以外の部材の温度にほとんど影響されない、負極に特化した温度測定が可能である。よって、第１温度センサーにより測定された温度は、負極単独での温度とほぼ完全に一致することになり、第１温度センサーにより測定された温度から負極単独での温度を特定することは容易である。

以上のことから、本発明の二次電池異常検出装置、二次電池、および二次電池異常検出方法はいずれも、電池セルの外部短絡の検出を想定したものであり、また、この外部短絡の検出に好適である。

また、本発明の二次電池異常検出装置の、上記異常判定部は、上記第１温度センサーにより測定された温度と、上記第２温度センサーにより測定された温度との差の絶対値が予め定められた値を超えているときに、上記電池セルの外部短絡が発生していることを判定するのが好ましい。

特許文献３に開示されている技術では、複数の温度検出値のうちいずれか１つが所定の温度を上回ったとき、締結部材に緩みが有ると判定していた。しかしながら、外部短絡の検出にこの判定要領を適用すると、例えば電池セル全体の発熱に起因して負極および正極が一様に温度上昇している場合と、外部短絡に起因して負極の温度のみが上昇している場合との区別が困難となる。

そこで、上記の構成によれば、第１温度センサーにより測定された負極の温度と、第２温度センサーにより測定された正極の温度との差の絶対値が予め定められた値を超えているときに、外部短絡が発生していることを判定している。これにより、負極および正極が一様に温度上昇している場合と、外部短絡に起因して負極の温度のみが上昇している場合との区別を容易に行うことができる。

また、本発明の二次電池異常検出装置の、上記異常判定部は、上記電池セルの外部短絡が発生していることを判定したときに、上記二次電池の充電および放電を停止させるのが好ましい。

電池セルの外部短絡が発生しているときに、二次電池の充電および放電が行われることは、二次電池の発熱を促進させる虞があり好ましくない。従って、電池セルの外部短絡が発生していることを判定したときには、二次電池の充電および放電を停止させるのが好ましい。

また、本発明の二次電池異常検出装置の、上記複数の温度センサーは、上記負極の表面および上記正極の表面を除く、上記電池セルにおける任意の表面にそれぞれ取り付けられた、２つの第３温度センサーを備えているのが好ましい。

上記の構成によれば、負極および正極を除く電池セル部分の温度を測定することが可能となる。

また、本発明の二次電池異常検出装置の、上記異常判定部は、上記第３温度センサーの一方により測定された温度と、上記第３温度センサーの他方により測定された温度との差の絶対値が予め定められた値を超えているときに、上記電池セルにおける該第３温度センサーのいずれかの近傍が局所的に高温であることを判定するのが好ましい。

上記の構成によれば、電池セルにおける任意の表面に第３温度センサーを２つ取り付けている。そして、それぞれの第３温度センサーにより測定された温度の差の絶対値が予め定められた値を超えているときに、第３温度センサーのいずれかの近傍が局所的に高温であることを判定している。これにより、電池セル内において、他の領域と比べて極端に高温である領域が存在することを特定することが可能となる。

なお、他の領域と比べて極端に高温である領域が存在するような、二次電池の異常の一例としては、電池セルの内部短絡、圧壊が挙げられる。電池セルの内部短絡とは、電池セルの内部にて、複数の回路同士が短絡されてしまう現象である。圧壊とは、例えば電池セルに他の部品が衝突するというように、電池セルに非常に強い圧力が加わり、この圧力に起因して電池セルが壊れてしまう現象である。

また、本発明の二次電池異常検出装置の、上記異常判定部は、上記電池セルにおける該第３温度センサーのいずれかの近傍が局所的に高温であることを判定したときに、上記二次電池の動作を強制的に停止させるのが好ましい。

電池セルの内部短絡、圧壊等が発生している状態で二次電池を動作させると、二次電池が極端に高温になる虞があるため、危険である。従って、電池セルにおける第３温度センサーのいずれかの近傍が局所的に高温であることを判定したときには、例えば二次電池の構成回路を強制的に遮断することにより、二次電池の動作を強制的に停止させるのが好ましい。

また、本発明の二次電池異常検出装置の、上記二次電池が上記電池セルを複数備えており、上記複数の温度センサーは、複数の上記電池セルのそれぞれに取り付けられているのが好ましい。

上記の構成によれば、複数の電池セルのそれぞれについて、外部短絡の検出等が可能である。

また、本発明の二次電池異常検出装置の、上記異常判定部は、複数の上記電池セルのいずれかにおける上記複数の温度センサーにより測定された温度の平均値と、複数の該電池セルの全てにおける該平均値との差が予め定められた値を超えているときに、該電池セルのいずれかの過充電が発生していることを判定するのが好ましい。

上記の構成によれば、ある電池セルの温度（すなわち、複数の温度センサーにより測定された温度の平均値）が、全ての電池セルの温度の平均値に対して極端に高い場合、この電池セルの過充電が発生していることを判定している。こうして、電池セルの過充電が発生していることを判定することが可能となる。

また、本発明の二次電池異常検出装置の、上記異常判定部は、上記電池セルのいずれかの過充電が発生していることを判定したときに、上記二次電池の充電を一定時間不能にし、該充電を可能にする前に上記二次電池を放電させるのが好ましい。

電池セルが過充電である状態から、放電前に二次電池をさらに充電させると、二次電池の寿命が短くなる虞があるため、好ましくない。従って、電池セルの過充電が発生していることを判定したときには、二次電池の充電を一定時間不能にし、充電を可能にする前に二次電池を放電させるのが好ましい。

また、本発明の二次電池異常検出装置の、上記複数の温度センサーのうち少なくとも１つは、上記二次電池の外部の気温を測定するのが好ましい。

上記の構成によれば、電池セルの温度に加え、二次電池の外部の気温に基づき、二次電池の異常を検出、判定することが可能となる。

また、本発明の二次電池異常検出装置の、上記異常判定部は、上記電池セルにおける上記複数の温度センサーにより測定された温度の平均値と、上記二次電池の外部の気温との差が予め定められた値を超えているときに、該電池セルが高温であることを判定するのが好ましい。

上記の構成によれば、電池セルの温度が、外部の気温に対して極端に高い場合、この電池セルが高温であることを判定することが可能となる。

また、本発明の二次電池異常検出装置の、上記異常判定部は、上記電池セルが高温であることを判定したときに、上記二次電池の充電および放電を一定時間不能にするのが好ましい。

電池セルが高温であるときに、二次電池の充電および放電が行われることは、二次電池の発熱を促進させる虞があり好ましくない。従って、電池セルが高温であることを判定したときには、二次電池の充電および放電を一定時間不能にする（禁止する）のが好ましい。

また、本発明の二次電池異常検出装置の、上記異常判定部は、上記二次電池の外部の気温が予め定められた値を超えているときに、該二次電池が使用に適切でない環境下に存在していることを判定するのが好ましい。

上記の構成によれば、外部の気温が極端に高い場合、二次電池が使用に適切でない環境下に存在していることを判定することが可能となる。

また、本発明の二次電池異常検出装置の、上記異常判定部は、上記二次電池が使用に適切でない環境下に存在していることを判定したときに、上記二次電池の充電および放電が可能な状態のまま、該充電および放電を一定時間停止させるのが好ましい。

二次電池が使用に適切でない環境下に存在しているときに、二次電池の充電および放電が行われることは好ましくないが、二次電池自体に異常があるわけでなく、二次電池が使用に適切である環境下に移行すれば、二次電池の充電および放電が行われても問題ない。従って、二次電池が使用に適切でない環境下に存在していることを判定したときには、二次電池の充電および放電が可能な状態のまま、該充電および放電を停止させる（待機させる）のが好ましい。

以上のとおり、本発明の二次電池異常検出装置は、二次電池の電池セルに取り付けられた複数の温度センサーと、上記複数の温度センサーにより測定された温度に基づき、上記二次電池の異常を判定する異常判定部とを備えており、上記複数の温度センサーは、上記電池セルの負極に取り付けられた第１温度センサーと、上記電池セルの正極に取り付けられた第２温度センサーとを備えている。

また、本発明の二次電池は、本発明の二次電池異常検出装置と、上記電池セルとを備えている。

さらに、本発明の二次電池異常検出方法は、二次電池の電池セルに複数の温度センサーを取り付ける工程と、上記複数の温度センサーにより測定された温度に基づき、上記二次電池の異常を判定する工程とを含んでおり、上記複数の温度センサーを取り付ける工程にて、上記電池セルの負極と、上記電池セルの正極とのそれぞれに該温度センサーを取り付ける。

従って、電池セルの外部短絡の検出に好適であるという効果を奏する。

本発明の実施の形態に係る二次電池異常検出装置の主要部の構成を示す図である。 本発明の実施の形態に係る二次電池の主要部の構成を示す図である。 本発明に係る異常判定部の動作を示すフローチャートである。

図１は、本実施の形態に係る二次電池異常検出装置の主要部の構成を示す図である。

図１に示すとおり、上記二次電池異常検出装置は、後述する二次電池２０（図２参照）の電池セル１０に取り付けられた温度センサー（複数の温度センサー）Ａ〜Ｄを備えている。図１において、上記二次電池異常検出装置は、温度センサーＡ〜Ｄを備えたセルモニタユニット（複数の温度センサー）２１を備えている。また、上記二次電池異常検出装置は、少なくとも温度センサーＡ〜Ｄにより測定された温度に基づき、二次電池２０の異常を判定するバッテリマネジメントユニット（異常判定部）１２を備えている。

そして、上記二次電池異常検出装置は、温度センサーＡ〜Ｄを備えたセルモニタユニット２１と、バッテリマネジメントユニット１２とが、二次電池２０の異常を検出するものである。

電池セル１０は、充電および放電を行うものであり、負極端子（負極）１１ｎおよび正極端子（正極）１１ｐを備えている。

そして、温度センサー（第１温度センサー）Ａは、負極端子１１ｎに取り付けられており、温度センサー（第２温度センサー）Ｄは、正極端子１１ｐに取り付けられている。

また、温度センサー（第３温度センサー）ＢおよびＣは、負極端子１１ｎおよび正極端子１１ｐを除く電池セル１０の任意の表面に取り付けられている。図１において、電池セル１０は概略、直方体から負極端子１１ｎおよび正極端子１１ｐが立設されている形状となっている。温度センサーＢおよびＣはいずれも、該直方体における同一の面、より具体的には、該直方体における最も大きな面（対向する２面）の一方に取り付けられている。

温度センサーＡ〜Ｄはそれぞれ、サーミスタ、熱電対デバイス、巻線抵抗型センサー、広域抵抗センサー、半導体ダイオードセンサー、メタルコア型センサーにより構成されている。

温度センサーＡは、負極端子１１ｎの温度を測定するものであるが、上述したとおり、負極端子１１ｎに取り付けられている。このため、温度センサーＡにより、負極端子１１ｎ以外の部材の温度にほとんど影響されない、負極端子１１ｎに特化した温度測定が可能である。よって、温度センサーＡにより測定された温度は、負極端子１１ｎ単独での温度とほぼ完全に一致することになり、温度センサーＡにより測定された温度から負極端子１１ｎ単独での温度を特定することは容易である。

以上のことから、上記二次電池異常検出装置は、電池セル１０の外部短絡の検出を想定したものであり、また、この外部短絡の検出に好適である。

また、温度センサーＡと同様に、温度センサーＤは、正極端子１１ｐの温度を測定するものであるが、上述したとおり、正極端子１１ｐに取り付けられている。このため、温度センサーＤにより、正極端子１１ｐ以外の部材の温度にほとんど影響されない、正極端子１１ｐに特化した温度測定が可能である。よって、温度センサーＤにより測定された温度は、正極端子１１ｐ単独での温度とほぼ完全に一致することになり、温度センサーＤにより測定された温度から正極端子１１ｐ単独での温度を特定することは容易である。

また、温度センサーＢおよびＣはそれぞれ、取り付けられた電池セル１０の部分、およびその近傍の温度を測定することになる。

また、温度センサーＡ〜Ｄのうち、少なくとも１つは、二次電池２０の外部の気温（以下、外気温と称する）を測定することができるように構成されているのが好ましい。また、温度センサーＡ〜Ｄの他に、外気温を測定するための温度センサーを電池セル１０にさらに取り付けてもよい。

すなわち、電池セル１０に取り付ける複数の温度センサーのうち少なくとも１つは、外気温を測定するのが好ましい。これにより、電池セル１０の温度に加え、外気温をも、二次電池２０の異常を検出、判定するための判断材料とすることができる。

セルモニタユニット２１は、電池セル１０の充電状態を監視するものである。また、セルモニタユニット２１は、温度センサーＡ〜Ｄにより、電池セル１０の温度を監視して測定する。

バッテリマネジメントユニット１２は、セルモニタユニット２１による監視結果、特に、温度センサーＡ〜Ｄにより測定された温度に基づき、二次電池２０の異常を判定するものである。温度センサーＡ〜Ｄの他に、電池セル１０に温度センサー（例えば、外気温を測定するための温度センサー）をさらに取り付けている場合、バッテリマネジメントユニット１２は、さらに該温度センサーにより測定された温度に基づき、二次電池２０の異常を判定する。

セルモニタユニット２１およびバッテリマネジメントユニット１２の動作の詳細については後述する。

図２は、本実施の形態に係る二次電池の主要部の構成を示す図である。

図２に示すとおり、二次電池２０は、電池モジュール４０、セルモニタユニット２１、バッテリマネジメントユニット１２、ブレーカー２２、充電リレー２３、放電リレー２４、および逆流防止用ダイオード２５を備えている。

なお、以下では、二次電池２０の充電を行うための電力が入力される側（紙面左側）を上流側と称し、二次電池２０から放電電力が出力される側（紙面右側）を下流側と称する。

電池モジュール４０は、直列に複数接続されており、この複数の電池モジュール４０は、一端が高レベルの電源ライン（＋）に接続されており、他端が低レベルの電源ライン（ＧＮＤ）に接続されている。

電池モジュール４０は、複数の電池セル１０を、モジュール箱（図示しない）に収容して構成されたものである。図２では、二次電池２０が３つの電池モジュール４０を備えている例を示しているが、二次電池２０が備えている電池モジュール４０の個数は、３つに限定されず、４つ以上であっても２つ以下であってもよい。また、図２では、各電池モジュール４０が４つの電池セル１０を備えている例を示しているが、電池モジュール４０が備えている電池セル１０の個数は、４つに限定されず、５つ以上であっても３つ以下であってもよい。

セルモニタユニット２１は、各電池モジュール４０の各電池セル１０の充電状態を監視するものである。また、図１から明らかであるとおり、セルモニタユニット２１は、各電池モジュール４０の各電池セル１０に取り付けられた温度センサーＡ〜Ｄを備えている。そして、セルモニタユニット２１は、各電池セル１０の温度センサーＡ〜Ｄにより、各電池セル１０の温度を監視して測定する。

セルモニタユニット２１は、各電池セル１０の温度センサーＡ〜Ｄにより測定した各電池セル１０の温度を示す信号（情報）を、バッテリマネジメントユニット１２に送信する。

なお、セルモニタユニット２１が、外気温を測定するための温度センサーを備えている場合、セルモニタユニット２１はさらに、外気温を監視して測定し、外気温を示す信号を、バッテリマネジメントユニット１２に送信する。

バッテリマネジメントユニット１２は、セルモニタユニット２１から送信された信号に応じて、ブレーカー２２をオンからオフにする信号をブレーカー２２に対して出力したり、充電リレー２３および放電リレー２４のオンオフを制御する信号をそれぞれ、充電リレー２３および放電リレー２４に送信したりする。

ブレーカー２２は、一端が高レベルの電源ラインおよび低レベルの電源ラインに接続されており、他端がバッテリマネジメントユニット１２に接続されている。ブレーカー２２がオフになると、二次電池２０の動作（全ての機能）が強制的に停止されるように構成されている。

具体的に、セルモニタユニット２１にて検出した温度を、バッテリマネジメントユニット１２にて異常と判断した場合に、ブレーカー２２にトリップ信号を送る。なお、一部、ブレーカー２２には外部信号によりコイルに電圧を印加することによる、ブレーカー２２のひきはがしの機能を有しているものがある。該ひきはがしの機能を有するブレーカー２２を用いるのが好ましい。

充電リレー２３は、高レベルの電源ラインにおける各電池モジュール４０の上流側に設けられている。充電リレー２３がオンである場合、二次電池２０の外部から各電池モジュール４０に電力を供給することが可能となり、各電池モジュール４０に対する充電が可能になる。一方、充電リレー２３がオフである場合、二次電池２０の外部から各電池モジュール４０に電力を供給することが不能となり、各電池モジュール４０に対する充電が不能になる。すなわち、充電リレー２３は、二次電池２０における充電の可否を制御するスイッチである。

放電リレー２４は、高レベルの電源ラインにおける各電池モジュール４０およびブレーカー２２の下流側に設けられている。放電リレー２４がオンである場合、各電池モジュール４０から二次電池２０の外部に電力を出力することが可能となり、各電池モジュール４０からの放電が可能になる。一方、放電リレー２４がオフである場合、各電池モジュール４０から二次電池２０の外部に電力を出力することが不能となり、各電池モジュール４０からの放電が不能になる。すなわち、放電リレー２４は、二次電池２０における放電の可否を制御するスイッチである。

逆流防止用ダイオード２５は、各電池モジュール４０から放電された電力による電流が、逆流防止用ダイオード２５より上流側に供給されることを防止するために設けられたダイオードである。

以下、バッテリマネジメントユニット１２により、二次電池２０の異常を判定する動作について説明する。

図３は、本実施の形態に係るバッテリマネジメントユニット１２の動作を示すフローチャートである。

なお、図３のフローチャートでは、各電池セル１０に取り付ける複数の温度センサーのうち少なくとも１つが、外気温を測定する例について説明する。

まず、各電池セル１０に取り付けられた温度センサーＡ〜Ｄによる温度測定を行う。外気温を測定するための温度センサーを電池セル１０にさらに取り付けている場合、該温度センサーによる温度測定も行う。これらの温度センサーにより測定された温度を示す信号（情報）は、これらの温度センサーを備えたセルモニタユニット２１からバッテリマネジメントユニット１２に送信される（ステップＳ１）。

電池セル１０の外部短絡を検出する場合、バッテリマネジメントユニット１２は、対応する温度センサーＡにより測定された温度と、対応する温度センサーＤにより測定された温度との差の絶対値が１０℃を超えているか否かを判定する（ステップＳ１１）。ステップＳ１１の判定結果がＮＯである、すなわち、該絶対値が１０℃以下である場合、再びステップＳ１に移行する。一方、ステップＳ１１の判定結果がＹＥＳである、すなわち、該絶対値が１０℃を超えている場合、バッテリマネジメントユニット１２は、電池セル１０の外部短絡が発生していることを判定する（ステップＳ１２）。

なお、ステップＳ１１およびＳ１２の動作は、１つの電池セル１０から実施可能であり、複数の電池セル１０について外部短絡を検出したい場合、各電池セル１０について、ステップＳ１１およびＳ１２の動作を繰り返し実施すればよい。

ステップＳ１２にて電池セル１０の外部短絡を検出した場合、バッテリマネジメントユニット１２は、外部短絡異常信号を、二次電池２０の充電リレー２３および放電リレー２４に送信する。充電リレー２３および放電リレー２４は、該外部短絡異常信号を受信するとオフに維持される。こうして、バッテリマネジメントユニット１２は、外部短絡が発生していることを判定したときに、二次電池２０の充電および放電を停止させる（ステップＳ１３）。

外部短絡異常は、危険な状態であると判断され、サービスマンや専門従事者による操作での復帰が前提となる。換言すれば、外部短絡異常により充電リレー２３および放電リレー２４をオフする際、特定の操作を行うまで復帰しないような制御となる。

これにより、電池セル１０の負極端子１１ｎおよび正極端子１１ｐが一様に温度上昇している場合と、外部短絡に起因して負極端子１１ｎの温度のみが上昇している場合との区別を容易に行うことができる。

また、電池セル１０の外部短絡が発生しているときに、二次電池２０の充電および放電が行われることは、二次電池２０の発熱を促進させる虞があり好ましくない。従って、電池セル１０の外部短絡が発生していることを判定したときには、二次電池２０の充電および放電を停止させるのが好ましい。

また、外部短絡を検出するステップＳ１１〜Ｓ１３とは独立して、電池セル１０ごとに、該電池セル１０に取り付けられた温度センサーＡ〜Ｄにより測定された温度の平均値を求めておくのが好ましい（ステップＳ２）。

ステップＳ２の後、バッテリマネジメントユニット１２は、外気温が８０℃を超えているか否かを判定する（ステップＳ３）。ステップＳ３の判定結果がＮＯである、すなわち、外気温が８０℃以下である場合、ステップＳ４に移行する。一方、ステップＳ３の判定結果がＹＥＳである、すなわち、外気温が８０℃を超えている場合、バッテリマネジメントユニット１２は、二次電池２０が使用に適切でない環境下に存在していることを判定する（ステップＳ３１）。

ステップＳ３１にて、二次電池２０が使用に適切でない環境下に存在していることを検出した場合、バッテリマネジメントユニット１２は、環境警告信号を充電リレー２３および放電リレー２４に送信する。充電リレー２３および放電リレー２４は、該環境警告信号を受信すると、一定時間（例えば、外気温が８０℃以下等の正常な温度となるまで）オフに維持される。こうして、バッテリマネジメントユニット１２は、二次電池２０が使用に適切でない環境下に存在していることを判定したときに、二次電池２０の充電および放電が可能な状態のまま、該充電および放電を一定時間停止させる。換言すれば、二次電池２０を待機させる（ステップＳ３２）。

こうして、外気温が極端に高い場合、二次電池２０が使用に適切でない環境下に存在していることを判定することが可能となる。

二次電池２０が使用に適切でない環境下に存在しているときに、二次電池２０の充電および放電が行われることは好ましくないが、二次電池２０自体に異常があるわけでなく、二次電池２０が使用に適切である環境下に移行すれば、二次電池２０の充電および放電が行われても問題ない。従って、二次電池２０が使用に適切でない環境下に存在していることを判定したときには、二次電池２０の充電および放電が可能な状態のまま、該充電および放電を停止させる（待機させる）のが好ましい。

続いて、バッテリマネジメントユニット１２は、電池セル１０における温度センサーＡ〜Ｄにより測定された温度の平均値と、外気温との差が３０℃を超えているか否かを判定する（ステップＳ４）。ステップＳ４の判定結果がＮＯである、すなわち、この差が３０℃以下である場合、ステップＳ５に移行する。一方、ステップＳ４の判定結果がＹＥＳである、すなわち、この差が３０℃を超えている場合、該電池セル１０が高温であることを判定する（ステップＳ４１）。

なお、ステップＳ４およびＳ４１の動作は、１つの電池セル１０から実施可能であり、複数の電池セル１０について高温であることを検出したい場合、各電池セル１０について、ステップＳ４およびＳ４１の動作を繰り返し実施すればよい。

ステップＳ４１にて、電池セル１０が高温であることを検出した場合、バッテリマネジメントユニット１２は、電池温度警告信号を二次電池２０の充電リレー２３および放電リレー２４に送信する。充電リレー２３および放電リレー２４は、該電池温度警告信号を受信すると、一定時間（電池セル１０が正常な温度となるまで、または、例えば１時間程度）オフとされる。こうして、バッテリマネジメントユニット１２は、電池セル１０が高温であることを判定したときに、二次電池２０の充電および放電を一定時間不能にする（ステップＳ４２）。

こうして、電池セル１０の温度が、外気温に対して極端に高い場合、この電池セル１０が高温であることを判定することが可能となる。

電池セル１０が高温であるときに、二次電池２０の充電および放電が行われることは、二次電池２０の発熱を促進させる虞があり好ましくない。従って、電池セル１０が高温であることを判定したときには、二次電池２０の充電および放電を一定時間不能にする（禁止する）のが好ましい。

続いて、バッテリマネジメントユニット１２は、電池モジュール４０を構成する電池セル１０のいずれかにおける、温度センサーＡ〜Ｄにより測定された温度の平均値と、電池モジュール４０を構成する電池セル１０の全てにおける該平均値との差が１０℃を超えているか否かを判定する（ステップＳ５）。ステップＳ５の判定結果がＮＯである、すなわち、この差が１０℃以下である場合、ステップＳ６に移行する。一方、ステップＳ５の判定結果がＹＥＳである、すなわち、この差が１０℃を超えている場合、該電池セル１０のいずれかの過充電が発生していることを判定する（ステップＳ５１）。

なお、ステップＳ５およびＳ５１の動作は、１つの電池モジュール４０から実施可能であり、複数の電池モジュール４０について電池セル１０の過充電を検出したい場合、各電池モジュール４０について、ステップＳ５およびＳ５１の動作を繰り返し実施すればよい。

ステップＳ５１にて、電池セル１０の過充電を検出した場合、バッテリマネジメントユニット１２は、過充電警告信号を、二次電池２０の充電リレー２３に送信する。充電リレー２３は、該過充電警告信号を受信すると、一定時間オフとされる。こうして、バッテリマネジメントユニット１２は、電池セル１０のいずれかの過充電が発生していることを判定したときに、二次電池２０の充電を一定時間不能にする。このとき、放電リレー２４はオフとする必要がなく、該過充電警告信号により二次電池２０の充電が不能にされている間においても、二次電池２０の放電に関しては通常動作と同様に実施することができる。そこで、例えば、二次電池２０の充電が不能にされている間に、放電リレー２４をオンさせるといった手法により、二次電池２０を放電させるのが好ましい（ステップＳ５２）。

このとき、充電リレー２３は、例えば、電池セル１０が電池容量の１０％程度放電されるまでオフとされる。

電池モジュール４０を構成する、ある電池セル１０の温度（すなわち、温度センサーＡ〜Ｄにより測定された温度の平均値）が、電池モジュール４０を構成する全ての電池セル１０の温度の平均値に対して極端に高い場合、この電池セル１０の過充電が発生していることを判定している。こうして、電池セル１０の過充電が発生していることを判定することが可能となる。

また、電池セル１０が過充電である状態から、放電前に二次電池２０をさらに充電させると、二次電池２０の寿命が短くなる虞があるため、好ましくない。従って、電池セル１０の過充電が発生していることを判定したときには、二次電池２０の充電を一定時間不能にし、充電を可能にする前に二次電池２０を放電させるのが好ましい。

続いて、バッテリマネジメントユニット１２は、温度センサーＢ（一方）により測定された温度と、温度センサーＣ（他方）により測定された温度との差の絶対値が１０℃を超えているか否かを判定する（ステップＳ６）。ステップＳ６の判定結果がＮＯである、すなわち、該絶対値が１０℃以下である場合、再びステップＳ１に移行する。一方、ステップＳ６の判定結果がＹＥＳである、すなわち、該絶対値が１０℃を超えている場合、該電池セル１０における温度センサーＢまたはＣの近傍が局所的に高温であることを判定する（ステップＳ６１）。

なお、ステップＳ６およびＳ６１の動作は、１つの電池セル１０から実施可能であり、複数の電池セル１０について上記局所的に高温であることを検出したい場合、各電池セル１０について、ステップＳ６およびＳ６１の動作を繰り返し実施すればよい。

ステップＳ６１にて、上記局所的に高温であることを検出した場合、バッテリマネジメントユニット１２は、ホットスポット異常信号をブレーカー２２に対して出力する。ブレーカー２２は、該ホットスポット異常信号が入力されることによりオフとなり、これにより、二次電池２０の動作（全ての機能）が強制的に停止される（ステップＳ６２）。

電池セル１０における任意の表面に温度センサーＢおよびＣを取り付けている。そして、それぞれの温度センサーＢおよびＣにより測定された温度の差の絶対値が予め定められた値を超えているときに、温度センサーＢまたはＣの近傍が局所的に高温であることを判定している。これにより、電池セル１０内において、他の領域と比べて極端に高温である領域が存在することを特定することが可能となる。

なお、他の領域と比べて極端に高温である領域が存在するような、二次電池２０の異常の一例としては、電池セル１０の内部短絡、圧壊が挙げられる。電池セル１０の内部短絡とは、電池セル１０の内部にて、複数の回路同士が短絡されてしまう現象である。圧壊とは、例えば電池セル１０に他の部品が衝突するというように、電池セル１０に非常に強い圧力が加わり、この圧力に起因して電池セル１０が壊れてしまう現象である。

電池セル１０の内部短絡、圧壊等が発生している状態で二次電池２０を動作させると、二次電池２０が極端に高温になる虞があるため、危険である。従って、電池セル１０における温度センサーＢまたはＣの近傍が局所的に高温であることを判定したときには、例えば二次電池２０の構成回路を強制的に遮断することにより、二次電池２０の動作を強制的に停止させるのが好ましい。

なお、ステップＳ５およびＳ５１では、電池モジュール４０を単位として判定を行っているが、これに限定されず、電池モジュール４０であるか否かに関わらず、任意の複数の電池セル１０について、ステップＳ５およびＳ５１と同様の判定を実施してもよい。

また、図３に示すフローチャートにおいて、ステップＳ１１、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６における判定の基準となる閾値（予め定められた値）は、それぞれ、１０℃、８０℃、３０℃、１０℃、１０℃とした。しかしながら、これらの閾値はいずれも一例に過ぎず、二次電池２０の設計に応じて、当業者であれば任意の閾値を適宜設定することが容易である。これらの各ステップと各閾値との対応関係を示すルックアップテーブルを予め作成しておき、該ルックアップテーブルを参照して各ステップの閾値を予め定めておけばよい。

なお、本実施の形態では、負極および正極がいずれも端子（すなわち、負極端子１１ｎおよび正極端子１１ｐ）である例を示したが、本発明に係る負極および正極はいずれも、端子に限定されるものではない。すなわち、電池セルに内部短絡が発生した場合に、温度が顕著に上昇する該電池セルの負極の部分であればよい。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、二次電池の電池セルの温度を測定することにより、二次電池の異常を検出する、二次電池異常検出装置、二次電池、および二次電池異常検出方法に利用することができる。

１０ 電池セル
１１ｎ 負極端子（負極）
１１ｐ 正極端子（正極）
１２ バッテリマネジメントユニット（異常判定部）
２０ 二次電池
２１ セルモニタユニット（複数の温度センサー）
Ａ 温度センサー（第１温度センサー）
Ｂ 温度センサー（第３温度センサー）
Ｃ 温度センサー（第３温度センサー）
Ｄ 温度センサー（第２温度センサー）

Claims (16)

1. 二次電池の電池セルに取り付けられた複数の温度センサーと、
   上記複数の温度センサーにより測定された温度に基づき、上記二次電池の異常を判定する異常判定部とを備えており、
   上記複数の温度センサーは、上記電池セルの負極に取り付けられた第１温度センサーと、上記電池セルの正極に取り付けられた第２温度センサーとを備えていることを特徴とする二次電池異常検出装置。
2. 上記異常判定部は、
   上記第１温度センサーにより測定された温度と、上記第２温度センサーにより測定された温度との差の絶対値が予め定められた値を超えているときに、上記電池セルの外部短絡が発生していることを判定することを特徴とする請求項１に記載の二次電池異常検出装置。
3. 上記異常判定部は、上記電池セルの外部短絡が発生していることを判定したときに、上記二次電池の充電および放電を停止させることを特徴とする請求項２に記載の二次電池異常検出装置。
4. 上記複数の温度センサーは、上記負極の表面および上記正極の表面を除く、上記電池セルにおける任意の表面にそれぞれ取り付けられた、２つの第３温度センサーを備えてい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異常検出装置。
5. 上記異常判定部は、
   上記第３温度センサーの一方により測定された温度と、上記第３温度センサーの他方により測定された温度との差の絶対値が予め定められた値を超えているときに、上記電池セルにおける該第３温度センサーのいずれかの近傍が局所的に高温であることを判定することを特徴とする請求項４に記載の二次電池異常検出装置。
6. 上記異常判定部は、上記電池セルにおける該第３温度センサーのいずれかの近傍が局所的に高温であることを判定したときに、上記二次電池の動作を強制的に停止させることを特徴とする請求項５に記載の二次電池異常検出装置。
7. 上記二次電池が上記電池セルを複数備えており、
   上記複数の温度センサーは、複数の上記電池セルのそれぞれに取り付けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の二次電池異常検出装置。
8. 上記異常判定部は、
   複数の上記電池セルのいずれかにおける上記複数の温度センサーにより測定された温度の平均値と、複数の該電池セルの全てにおける該平均値との差が予め定められた値を超えているときに、該電池セルのいずれかの過充電が発生していることを判定することを特徴とする請求項７に記載の二次電池異常検出装置。
9. 上記異常判定部は、上記電池セルのいずれかの過充電が発生していることを判定したときに、上記二次電池の充電を一定時間不能にし、該充電を可能にする前に上記二次電池を放電させることを特徴とする請求項８に記載の二次電池異常検出装置。
10. 上記複数の温度センサーのうち少なくとも１つは、上記二次電池の外部の気温を測定することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の二次電池異常検出装置。
11. 上記異常判定部は、
    上記電池セルにおける上記複数の温度センサーにより測定された温度の平均値と、上記二次電池の外部の気温との差が予め定められた値を超えているときに、該電池セルが高温であることを判定することを特徴とする請求項１０に記載の二次電池異常検出装置。
12. 上記異常判定部は、上記電池セルが高温であることを判定したときに、上記二次電池の充電および放電を一定時間不能にすることを特徴とする請求項１１に記載の二次電池異常検出装置。
13. 上記異常判定部は、
    上記二次電池の外部の気温が予め定められた値を超えているときに、該二次電池が使用に適切でない環境下に存在していることを判定することを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の二次電池異常検出装置。
14. 上記異常判定部は、上記二次電池が使用に適切でない環境下に存在していることを判定したときに、上記二次電池の充電および放電が可能な状態のまま、該充電および放電を一定時間停止させることを特徴とする請求項１３に記載の二次電池異常検出装置。
15. 請求項１〜１４のいずれか１項に記載の二次電池異常検出装置と、
    上記電池セルとを備えていることを特徴とする二次電池。
16. 二次電池の電池セルに複数の温度センサーを取り付ける工程と、
    上記複数の温度センサーにより測定された温度に基づき、上記二次電池の異常を判定する工程とを含んでおり、
    上記複数の温度センサーを取り付ける工程にて、上記電池セルの負極と、上記電池セルの正極とのそれぞれに該温度センサーを取り付けることを特徴とする二次電池異常検出方法。

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