JP4454187B2

JP4454187B2 - 電源装置

Info

Publication number: JP4454187B2
Application number: JP2001189045A
Authority: JP
Inventors: 和茂前田; 彰人早野; 治夫菊田
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2001-06-22
Filing date: 2001-06-22
Publication date: 2010-04-21
Anticipated expiration: 2021-06-22
Also published as: JP2003009405A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リチウムイオン電池を備えた電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
このようにリチウムイオン電池を備えた電源装置においては、リチウムイオン電池に充電動作と放電動作とを繰り返して実行することになるが、リチウムイオン電池は、充電動作と放電動作とを繰り返しながら長期間使用した場合、経年劣化の現象としてデンドライトが発生することがある。これは、電池内部の電極において金属リチウムが針状に析出して徐々に成長していく現象である。このような針状の金属リチウムが例えば正極側から徐々に成長してセパレータを通過して負極側にまで到達することがあり、そのとき、その針状の金属リチウムを通して一時的に電流が流れるが、この針状の金属リチウムは非常に細いものであり電流が流れると瞬時的に溶断する（この現象を微短絡という）。金属リチウムが溶断した後は電極間での絶縁性は復活するのであるが、電池の劣化が進むに連れて、このようなデンドライトに起因した微短絡が頻繁に発生するようになり、最終的には正負電極同士が完全短絡状態に陥ってしまうことがある。
【０００３】
上記したように、リチウムイオン電池が完全短絡状態に陥ってしまうと、使用上の安全性の面で問題があるので、従来の電源装置においては、このような完全短絡状態に至る前に電池使用を停止するようにしていた。つまり、電池が劣化して上記したような完全短絡状態に至るおそれがないと予測される範囲内で累積使用可能時間を予め設定しておいて、電池の使用時間がこの累積使用可能時間に達すると、電池の使用を停止するようにしていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来構成において、前記累積使用可能時間を予め設定する場合においては、個体間でのバラツキを考慮したり、使用上の安全性を十分確保する目的から、実際に前記完全短絡状態が発生すると考えられる時点までの経過時間に対して、多めの余裕代をもって短めの期間が設定されることになる。
そうすると、リチウムイオン電池を実際に使用することが可能な期間よりも少ない期間で電池使用を停止させなければならないといった不利な面があり、改善の余地があった。
【０００５】
本発明はかかる点に着目してなされたものであり、その目的は、正負電極同士が完全短絡状態に陥ってしまう前に、微短絡が繰り返し発生するような劣化状態であることを的確に判別することを可能にして、リチウムイオン電池を極力長い期間にわたって使用することが可能となる電源装置を提供する点にある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１によれば、リチウムイオン電池を備えた電源装置において、前記リチウムイオン電池の正負端子間電圧を検出する電圧検出手段と、その電圧検出手段の検出値が閾値電圧を瞬時的に低下する微短絡の発生を判別して、その微短絡の発生頻度が異常判別用設定頻度以上になると前記リチウムイオン電池が異常であると判別する電池異常判別手段とを備えて構成されていることを特徴とする。
【０００７】
すなわち、電圧検出手段によってリチウムイオン電池の正負端子間電圧を検出して、電池異常判別手段が、電圧検出手段の検出値が瞬時的に低下することによって微短絡の発生を判別する。例えば、電圧検出手段の検出値が、前記微短絡の発生に対応するような低下状態、つまり、針状の金属リチウムに電流が流れた後瞬時的に溶断するときの電圧変化状態に対応する電圧低下状態であれば、微短絡の発生を判別することになる。
【０００８】
そして、その微短絡の発生頻度が異常判別用設定頻度以上になるとリチウムイオン電池が異常であると判別するのである。その微短絡の発生頻度が異常判別用設定頻度以上になるか否かを判別する具体構成としては、例えば、次のようなものが挙げられる。
【０００９】
例えば、発生頻度に対応する情報として、リチウムイオン電池を使用開始してから微短絡が発生した回数を発生積算値として積算しておいて、その発生積算値が予め設定した値を上回ると、微短絡の発生頻度が異常判別用設定頻度以上であると判別して、電池が異常であると判別するように構成することで対応できる。
【００１０】
前記発生頻度に対応する情報としては、発生積算値以外に、例えば、単位時間あたりの微短絡の発生回数を求めて、その発生回数が予め設定した回数を上回ると、微短絡の発生頻度が異常判別用設定頻度以上であると判別して、電池が異常であると判別するように構成することもできる。
【００１１】
更に、前記発生頻度に対応する情報として、微短絡が繰り返し発生しているときにおける微短絡が発生する時間間隔を検出して、その時間間隔が予め設定した設定間隔より短くなると、微短絡の発生頻度が異常判別用設定頻度以上であると判別して、電池が異常であると判別するように構成する等、各種の判別構成を用いることができる。
【００１２】
従って、正負電極同士が完全短絡状態に陥ってしまう前に、微短絡が繰り返し発生するような劣化状態であることを的確に判別することが可能となり、実際には微短絡が繰り返し発生するような劣化状態には至っていない電池であっても使用期間のみに基づいて使用停止させる従来構成に比べて、リチウムイオン電池を極力長い期間にわたって使用することが可能となる電源装置を提供できるに至った。
【００１３】
請求項２によれば、請求項１において、前記リチウムイオン電池の出力電流値を検出する電流検出手段が備えられ、前記電池異常判別手段が、前記電圧検出手段の検出値が瞬時的に低下したことを判別するための閾値電圧を、前記電流検出手段にて検出された電流値が大であるほど低くなるように変更設定するように構成されていることを特徴とする。
【００１４】
リチウムイオン電池には内部抵抗があるので、リチウムイオン電池から外部負荷に電流が流れると、電圧検出手段にて検出される正負端子間電圧は、電池の充電電圧よりも内部抵抗による電圧降下分に相当する電圧差だけ低い値になり、その電圧降下分に相当する電圧差は、外部負荷に流れる電流値が大であるほど大きくなる。そこで、電流検出手段にてリチウムイオン電池の出力電流値を検出するようにして、電池異常判別手段は、電圧検出手段の検出値が瞬時的に低下したことを判別するための閾値電圧を、電流検出手段にて検出された電流値が大であるほど低くなるように変更設定するようにしている。
【００１５】
このように閾値電圧を変更設定することで、内部抵抗による電圧降下分に相当する電圧差が電流値により変化することによる検出誤差を少なくして、極力精度よく微短絡の発生を判別することが可能となり、請求項１を実施するのに好適な手段が得られる。
【００１６】
請求項３によれば、請求項１又は２において、前記リチウムイオン電池の使用を表す値の累積値が設定値を越えると、前記電圧検出手段による前記正負端子間電圧の検出、及び、前記電池異常判別手段の判別が開始されるように構成されていることを特徴とする。
【００１７】
電圧検出手段による電圧検出や電池異常判別手段による上記したような判別動作は、リチウムイオン電池の使用を開始してからすぐに行うようにすることも考えられるが、電池が未だ劣化していない状態においては、上記したような微短絡が繰り返し発生することはないので、電圧検出手段による電圧検出や電池異常判別手段による上記したような判別動作は実施する必要はない。そこで、リチウムイオン電池の使用を表す値の累積値が設定値を越えると、電圧検出手段による正負端子間電圧の検出、及び、電池異常判別手段の判別が開始されるようにしているのである。リチウムイオン電池の使用を表す値の累積値が設定値を越えるか否かについて判別する具体構成としては、例えば、次のようなものが挙げられる。
【００１８】
例えば、リチウムイオン電池に対する充電動作や放電動作を繰り返し実行するときにおける、その充放電を実施する回数の積算値が設定回数を越えると、リチウムイオン電池の使用を表す値の累積値が設定値を越えたと判別するように構成することで対応できる。
【００１９】
又、電源装置を使用している時間を積算してその積算時間が設定時間を越えると、リチウムイオン電池の使用を表す値の累積値が設定値を越えたと判別するように構成することもできる。
【００２０】
更には、リチウムイオン電池に対する充電される充電容量の積算値が設定積算値を越えると、リチウムイオン電池の使用を表す値の累積値が設定値を越えたと判別するように構成する等、各種の判別構成を用いることができる。
【００２１】
従って、リチウムイオン電池の使用を表す値の累積値が設定値を越えるまで、言い換えると、リチウムイオン電池がある程度劣化したと予測されるような状態になるまでは、電圧検出手段による電圧検出や電池異常判別手段による上記したような判別動作は行わないようにして、無駄な電力消費を抑制することができ、請求項１又は２を実施するのに好適な手段が得られる。
【００２２】
請求項４によれば、請求項１〜３のいずれかにおいて、前記電池異常判別手段が前記リチウムイオン電池の異常を判別すると、前記リチウムイオン電池から外部負荷への電力供給路を自動的に遮断する回路遮断手段が備えられていることを特徴とする。
【００２３】
すなわち、リチウムイオン電池の異常を判別すると、回路遮断手段が、リチウムイオン電池から外部負荷への電力供給路を自動的に遮断するので、微短絡が繰り返し発生するような劣化状態で外部負荷への電力供給が継続して行われて、正負電極同士が完全短絡状態に陥ってしまうことを未然に防止して使用上の安全性を確保することができ、請求項１〜３のいずれかを実施するのに好適な手段が得られる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて、本発明に係る電源装置の実施形態を説明する。
図１に本発明に係る電源装置が示されている。この電源装置は、燃料電池１から出力される低電圧の直流電力を、２００ボルトの商用交流電源に対応する直流電力に昇圧する昇圧コンバータ２と、昇圧した直流電力を交流電力に変換するインバータ３等を備えて構成され、燃料電池１から出力される直流電力をインバータ３により交流電力に変換して外部に出力すると共に、外部の電力負荷４に対して燃料電池１の出力電力が余るときには、その余った直流電力を蓄電装置ＥＳに蓄え、外部の電力負荷に対して燃料電池１の出力電力が不足するときには、その不足分を補うように、蓄電装置ＥＳに蓄えられている直流電力をインバータ３により交流電力に変換して外部に出力するように構成されている。この電源装置は、商用交流電源に連係されない独立した電源装置として構成され、電力負荷４としては、一般家庭や事業所等における商用交流電源にて駆動される一般の電気機器が対象となっている。
【００２５】
そして、この電源装置には、燃料電池１に燃料ガスを供給するための設備も備えられている。つまり、図１に示すように、原燃料から水素ガスを含有する燃料ガスを生成して、生成した燃料ガスを燃料電池１に供給する燃料ガス生成部ＧＳ、燃料電池１に酸素含有ガスとして空気を供給するブロア２１、燃料電池１に供給する冷却水を燃料電池１から排ガス路３１を通して排出された酸素極側排ガスにて予熱する熱交換器２２、前記冷却水を燃料電池１から排ガス路３２を通して排出された燃料極側排ガスにて予熱する熱交換器２３等が設けられている。燃料電池１から排水路３３を通して排出される温水は図示しない給湯箇所にて給湯用に利用される。尚、前記燃料電池としては、電解質に固体高分子膜を用いた固体高分子型を用いているが、それ以外に、電解質としてリン酸を用いたリン酸型、電解質として固体電解質を用いた固体電解質型等、種々の型式のものを用いることができる。
【００２６】
前記燃料ガス生成部ＧＳは、天然ガス等の炭化水素系の原燃料ガスを脱硫処理する脱硫器２４と、供給される水を加熱して水蒸気を生成する水蒸気生成器２５と、脱硫器２４で脱硫処理された原燃料ガスを水蒸気生成器２５で生成された水蒸気を用いて水素ガスと一酸化炭素ガスに改質処理する改質器２６と、その改質器２６から排出される改質処理ガス中の一酸化炭素ガスを水蒸気を用いて二酸化炭素ガスに変成処理する変成器２７と、その変成器２７から排出される変成処理ガス中に残っている一酸化炭素ガスを選択的に酸化処理する選択酸化器２８等からなり、一酸化炭素ガス含有量の少ない燃料ガスを生成するように構成されている。改質器２６における改質反応は吸熱反応であることから、改質器２６には、反応熱を与えるためのバーナ２６ｂを設けてあり、水蒸気生成器２５は、そのバーナ２６の排熱を用いて、水を加熱して水蒸気を生成するようになっている。
尚、メタンガスを主成分とする天然ガスが原燃料ガスである場合は、改質器２６においては、メタンガスと水蒸気とを改質反応させて、水素ガスと一酸化炭素ガスを含む改質処理ガスを生成する。
【００２７】
蓄電装置ＥＳと電力供給経路７との間には、電力供給経路７から蓄電装置ＥＳに向けて充電電流が流れる充電用回路にその回路を断続するスイッチＳＷ１と逆流防止ダイオードＤ１とが設けられ、蓄電装置ＥＳから電力供給経路７に向けて出力電流が流れる出力用回路にその回路を断続するスイッチＳＷ２と逆流防止ダイオードＤ２とが設けられている。前記各スイッチＳＷ１，ＳＷ２は、動作異常等が発生したときに蓄電装置ＥＳと電力供給経路７との間を遮断する遮断スイッチ８として機能するようになっている。又、電力供給経路７には、その電力供給経路を断続するスイッチＳＷ３と逆流防止ダイオードＤ３とが設けられている。
【００２８】
次に、蓄電装置ＥＳの構成について説明を加える。
詳述すると、図２に示すように、出力電圧が数ボルト（例えば、３〜４ボルト程度）である単位電池セルＣを９６個直列接続して蓄電手段５が構成されており、この蓄電手段５に余剰分の直流電力を充電して蓄電するとともに、この蓄電手段５に蓄電された直流電力をインバータ３により交流電力に変換して外部に出力することができるように構成されている。前記単位電池セルＣとしてはリチウムイオン電池が用いられている。そして、この蓄電装置ＥＳには、８個づつの単位電池セルＣを１ユニットとして蓄電部Ｕが構成され、全体が１２の蓄電部Ｕにて構成され、それらの各蓄電部Ｕ毎に、その蓄電部Ｕに属する８個の単位電池セルＣの夫々の端子間電圧や内部温度等を監視しながら、後述するような各種の処理を実行する監視装置ＫＳが夫々備えられている。
【００２９】
前記監視装置ＫＳは、図３に示すように、８個の単位電池セルＣの夫々の端子間電圧を検出するための電圧検出手段としての電圧検出回路９、８個の単位電池セルＣのうち、端子電圧が他のものに比べて大きく放電処理すべきものとして判定した単位電池セルＣの正負両端子間を短絡させて放電させる放電手段としての放電回路１０、他の監視装置ＫＳとの間でデジタル信号をシリアル伝送方式にて情報の通信を行う装置間通信部１１、電源装置全体の動作を管理するシステムコントローラ１２との間でデジタル信号をシリアル伝送方式にて情報の通信を行う上位間通信部１３、蓄電手段５のユニット毎に備えた温度検出用のサーミスタ１４の検出情報を入力する温度検知部１５、遮断スイッチ８を作動させる保護回路作動部１６、電圧検出回路９の検出情報に基づいて、複数の単位電池夫々の正負間電圧が均一あるいはそれに近い状態になるように、複数の単位電池のうちで放電すべきものを判別して、その判別された単位電池を前記放電回路１０により放電させる放電作動処理や、各部から入力される情報に基づいて必要な情報を他の監視装置ＫＳやシステムコントローラ１２に通信する処理、動作異常が発生したときに保護回路作動部１６を作動させる処理、電圧検出回路の検出情報に基づいて電池が劣化しているか否かを判別する劣化判別処理等を実行するマイクロコンピュータを備えた制御回路１７、蓄電部Ｕが外部に出力している出力電流値を検出する電流検出手段としての電流検出回路３９等を備えて構成されている。
【００３０】
そして、４つの蓄電部Ｕで１つのグループが構成され、各グループのうちの１つの監視装置ＫＳ（以下、マスター監視装置という）が他の３つの監視装置ＫＳ（以下、スレーブ監視装置という）を管理する状態で、それらが互いに装置間通信部１１及び通信線１８を介して通信可能に接続されている。又、前記各グループにおけるマスター監視装置ＫＳと、前記システムコントローラ１２とが互いに通信可能に上位間通信部１３及び通信線１９を介して通信可能に接続されている。
【００３１】
１２個全ての監視装置ＫＳは同じ仕様のものを共用する構成となっており、各監視装置ＫＳはプリント配線基板上に前記各回路を構成する部品が夫々装着されて、前記制御回路１７も夫々同一の制御プログラムを備える構成となっている。そして、各監視装置ＫＳには、複数の切換スイッチからなる識別情報付与部２０が備えられており、複数の切換スイッチを切り換えることにより、自己がマスター監視装置として機能するか、あるいは、３つのスレーブ監視装置のうちどの番号のスレーブ監視装置として機能するかを設定するための識別情報が付与される構成となっている。従って、スレーブ監視装置として機能する監視装置ＫＳは、前記上位間通信部１３は部品としては装着されているが、実際には使用しないものとなる。
【００３２】
そして、前記各グループにおけるマスター監視装置ＫＳと３つのスレーブ監視装置ＫＳとの間の通信は次のようにして行われる。すなわち、マスター監視装置ＫＳから各スレーブ監視装置ＫＳに対して、設定周期毎に繰り返して通信用のクロック信号を送信するようになっており、マスター監視装置ＫＳから通信されるクロック信号に同期させる状態で、３つのスレーブ監視装置ＫＳは、夫々タイミングをずらせて上記したような各種の情報をシリアル伝送方式にてマスター監視装置ＫＳに送信するように構成されている。
前記各グループにおけるマスター監視装置ＫＳとシステムコントローラ１２との間の通信も同様にして、３個のマスター監視装置ＫＳは、夫々タイミングをずらせて、システムコントローラ１２から設定周期毎に繰り返して送信されるクロック信号に同期させる状態で、３つのスレーブ監視装置から受信した情報と自己の情報とをシリアル伝送方式にてシステムコントローラ１２に送信するように構成されている。
【００３３】
前記電圧検出回路９は、当該監視装置が担当する８個の単位電池セルＣの各正負端子間電圧を検出するものであって、図４に示すように、直列接続される複数の単位電池セルＣのうち最負側に位置する単位電池セルＣの負極端子の電圧をアース電位として、各単位電池セルＣの正極側端子の電圧を、検出抵抗４０とバッファー回路４１とを通して検出するようになっている。そして、一つの単位電池セルＣの正極側端子の電圧と、それに正極側に隣り合うように接続されている単位電池セルＣの正極側端子の電圧との差分値の電圧を演算増幅器４２にて出力させるようにして、前記各単位電池セルＣの正負端子間電圧（アナログ値）が夫々の演算増幅器４２の出力端子から前記制御装置１７に入力される構成となっている。尚、図４では省略しているが、この電圧検出回路９は１ユニット内の８個の単位電池セルＣの正負端子間電圧をすべて検出する構成となっており、制御回路１７は入力されるアナログ値をＡ／Ｄ変換器によりディジタル値に変更する構成となっている。
【００３４】
前記電流検出回路３９は、詳述はしないが、蓄電部Ｕからの外部電力負荷４に電力を供給するための電力供給路に備えられた電流検出用の抵抗３９ａの両端部の電圧を上記電圧検出回路９と同様な回路にて検出することで、蓄電部Ｕが外部に出力している出力電流値を検出する構成となっている。
【００３５】
前記放電回路１０は、図４に示すように、前記各単位電池セルＣの正負端子間に並列接続される状態で、スイッチングトランジスタ４３と放電抵抗４４とからなる放電路４５が形成されている。そして、前記各スイッチングトランジスタ４３は、制御回路１７側から制御信号路４６を通して与えられる制御信号によって、フォトカプラ４７を介してオンオフ制御される構成となっている。このような放電路４５が各単位電池セルＣ毎に夫々各別に設けられており、制御回路１７は、いずれかの放電路４５にして制御信号路４６から制御信号を与えることで選択的にオンオフ操作させることができる構成となっている。
【００３６】
前記制御回路１７は、この電源装置の使用時間の累積値が設定時間を超えると、電圧検出回路９にて検出される単位電池セルＣの正負端子間電圧が瞬時的に低下する微短絡の発生を判別して、その微短絡の発生頻度が異常判別用設定頻度以上になると単位電池セルが劣化異常であると判別する劣化異常判別処理を実行するように構成され、異常状態を判別すると、単位電池セルＣから外部負荷への電力供給路を自動的に遮断させるように構成されている。
【００３７】
次に、前記制御回路１７の制御動作について説明する。
図５に示すように、制御動作を開始すると先ず制御動作の初期設定を行う（ステップ１）。そして、検出用設定時間Ｔ１（数十ｍｓｅｃ）が経過する毎に、電圧検出回路９による８個の単位電池セルＣの夫々の正負端子間電圧、及び、温度検知部１５による温度検出用のサーミスタ１４による電池温度等の検出処理等のデータ検出処理を実行する（ステップ２、３）。
上記したようにして検出される電池電圧や検出温度が許容範囲を越えているか否かの判断処理等により蓄電手段５の動作異常であるか否かを判別して、異常が判別されると故障モードに移行する（ステップ４、９）。自己がマスター監視装置であれば、スレーブ監視装置から設定時間（３０秒間）以上経過しても通信応答がない場合、及び、システムコントローラ１２から設定時間以上通信がない場合にも故障モードに移行する（ステップ５、６、７、９）。自己がスレーブ監視装置であれば、マスター監視装置から設定時間（３０秒間）以上経過しても通信がない場合に故障モードに移行する（ステップ８、９）。
故障モードであれば、そのような状態が停止判定時間Ｔ２（４分間）以上継続すると通信停止モードに移行する（ステップ１０、１１、１２）。この通信停止モードにおいては、それ以降の処理を実行することなく、ステップ２に戻り、ステップ２からステップ１１までの処理を繰り返すだけで他の装置との通信は行われない（ステップ１３）。
【００３８】
そして、故障モードでなければ、判定用設定時間Ｔ３（約１秒間）が経過する毎に、電圧検出回路９の検出情報に基づいて、各単位電池セルＣの端子間電圧のバラツキが大きく且つ高い電圧となっている単位電池セルＣに対応する放電回路１０を作動させて各単位電池セルＣの端子間電圧を均一化させる均一化制御を実行する（ステップ１４、１５）。この均一化制御は、制御内容については詳述はしないが、各単位電池セルＣの端子間電圧のバラツキが大きく且つ高い電圧となっている単位電池セルＣに対応する放電回路１０を作動させて放電し、端子間電圧のバラツキを少なくさせるのである。
【００３９】
次に、保護回路作動処理を実行する（ステップ１６）。この保護回路作動処理は、詳述はしないが、上記したような故障モードに移行してから設定待機時間（約５秒間）が経過した後に、保護回路作動部１６を作動させて遮断スイッチ８を切操作して蓄電手段５を電力供給経路７から切り離す処理を行い、このような処理を行った後、更に、約３分間経過したのち安全性確保のために再度、保護回路作動部１６を作動させて遮断スイッチ８を切操作する処理を実行するようにしている。
【００４０】
自己がマスター監視装置である場合には、前記判定用設定時間Ｔ３が経過する毎に、各スレーブ監視装置ＫＳへの通信用クロック信号の送信を開始して、最初のスレーブ監視装置ＫＳからのデータの受信処理を開始する（ステップ１７、１８）。そして、この受信を開始した後、電圧検出処理や温度検出処理が確実に終了すると予測される読込用設定時間Ｔ１が経過した後に、次のスレーブ監視装置ＫＳからのデータの受信処理を開始するようにしている（ステップ１９、２０、２１）。そして、３つのスレーブ監視装置ＫＳから順次、タイミングを異ならせてデータを受信することになる。尚、通信用クロック信号の送信は、予め設定されているデータ数が受信されるまで継続し、その設定数のデータが受信された後は送信を停止して待機し、前記判定用設定時間Ｔ３が経過する毎に送信を開始することになる。
【００４１】
自己がスレーブ監視装置ＫＳである場合には、上記したようなマスター監視装置ＫＳからの通信用クロックの送信が停止している間に、上記したような電圧や温度の検出情報のデータを検出して保持しておく。そして、マスター監視装置ＫＳから通信用クロック信号が送信されると、そのクロック信号に同期して、自己が検出した電圧や温度の検出情報のデータをマスター監視装置ＫＳに送信する（ステップ２２、２３）。
【００４２】
自己がマスター監視装置である場合には、上記したようにマスター監視装置ＫＳからスレーブ監視装置ＫＳに向けて送信される通信用クロック信号と同様にして、システムコントローラ１２から設定周期毎に通信用クロック信号が送信される構成となっており、その通信用クロック信号に同期して、自己が検出した電圧や温度の検出情報のデータ、及び、前記各スレーブ監視装置から受信した電圧や温度の検出情報のデータをシステムコントローラ１２に送信する（ステップ２４、２５）。
【００４３】
前記各監視装置ＫＳが、このような処理を繰り返し実行することにより、各単位電池セルＣの電圧検出情報や温度検出情報等の蓄電手段５の監視情報がシステムコントローラ１２に送信され、システムコントローラ１２は、上記したような各種の情報に基づいて、蓄電手段５の充放電動作等の電源装置の運転動作を管理するように構成されている。
【００４４】
次に、劣化異常判別処理（ステップ２６）について説明する。この劣化異常判別処理は、図６に示すように、この電源装置の使用時間の累積値が設定時間を超えると実行される構成となっている（ステップ３０）。この設定時間としては、電池が使用開始されてからデンドライトに起因した微短絡を起こすような劣化状態に至るまでの時間として予め設定された時間である。そして、この処理は、電源装置の使用時間の累積値が設定時間を超えた後は、図８に示すように、予め設定されている判別タイミングにて処理を開始し、所定の判別時間が経過する間だけ実行する状態で繰り返し行われるようになっている。つまり、判別処理中でなければ判別タイミングになると処理を開始し、処理を開始してから判別時間が経過すると処理を終了するようになっている（ステップ３１、３２、３３）。
【００４５】
処理が開始されると、前記電圧検出回路９による各単位電池セルＣの正負端子間電圧の検出処理を実行する（ステップ３４）。但し、ここで実行される電圧検出処理は、ステップ３での検出処理と異なり、制御ルーチンが実行される単位時間毎の短い周期、例えば数ｍｓｅｃ毎に行われる。そして、検出電圧値Ｖが予め設定されている閾値電圧Ｖｓｈよりも低い状態が検出されると、その時点から検出電圧値が閾値電圧Ｖｓｈ以上の値に戻るまでの経過時間ｔｍをタイマーにて計測し（ステップ３５〜３８）、その経過時間ｔｍが第１設定時間ｔ１よりも長く且つ第２設定時間ｔ２よりも短い時間であれば、例えば、図７に示すように、デンドライトに起因した微短絡が発生したものと判断して、その微短絡が発生した回数をカウントするためのカウンタをカウントアップする（ステップ３９、４０）。すなわち、微短絡が発生した回数を発生積算値として積算する。第１設定時間ｔ１よりも短い場合を除外するのは、電気的なノイズによる誤判別を防止するためである。尚、このような電圧監視動作は前記各単位電池セル毎に各別に行われる。
【００４６】
前記閾値電圧Ｖｓｈは、前記ステップ３にて検出された電池の電圧値に対応するように、微短絡発生を判別するために予め定めた基準に基づいて設定され、更には、電池の内部抵抗による電圧降下を考慮して電流値の変化による検出誤差を少なくするために、電池の出力電流値に対応させて適宜変更させるようになっている。つまり、図９に示すように、制御回路１７は、電流検出回路３９にて検出される電流値に対応させて電流値が大であるほど低くなるように、閾値電圧Ｖｓｈを変更設定するように構成されている。
【００４７】
そして、このような判別処理を実行するに伴って、前記カウンタのカウント値ｎ、つまり、微短絡が発生した回数の発生積算値が設定値ｎｓを越えることにより、微短絡の発生頻度が異常判別用設定頻度以上になっていると判別すると、電池が劣化異常状態であると判別して、単位電池セルから外部負荷への電力供給を遮断する遮断処理を実行する（ステップ４１、４２）。
【００４８】
つまり、図１０に示すように、前記各単位電池セルＣには、外部負荷への電力供給路に設けられた温度ヒューズ４８、この温度ヒューズ４８に熱的に作用する電気ヒータ４９、この電気ヒータ４９をオンオフするためのフォトカプラ５０の夫々が、単位電池セルＣのパッケージ５１内に収納される状態で備えられている。前記電気ヒータ４９は、フォトカプラ５０の出力側のフォトトランジスタを介して単位電池セルＣの正負電極間に接続され、フォトカプラ５０がオンすると通電して温度ヒューズ４８を溶断することができるように構成されている。フォトカプラ５０への制御信号は制御回路１７側から出力される構成となっており、制御装置１７は電池が劣化異常状態であると判別すると、その異常であると判別した単位電池セルＣにおけるフォトカプラ５０への制御信号を出力して、温度ヒューズ４８を溶断させることで、劣化異常状態の単位電池セルＣから外部への電力供給を遮断させることになる。従って、温度ヒューズ４８、電気ヒータ４９、フォトカプラ５０等により回路遮断手段ＳＨが構成され、制御回路１７により電池異常判別手段が構成されることになる。
【００４９】
このようにして、リチウムイオン電池が充放電動作を繰り返し行うことにより劣化して、正負電極同士が完全短絡状態に陥ってしまう前に、微短絡が繰り返し発生するような劣化状態であることを的確に判別することが可能となり、予め定めた使用期間が経過すると、使用を停止させる構成に比べて、極力長く電池を使用することが可能となる。
【００５０】
〔別実施形態〕
以下、別実施形態を列記する。
【００５１】
（１）上記実施形態では、前記電気ヒータ４９に対する加熱用の電力として単位電池セル自身の電力を利用する構成としたが、このような構成に代えて、図１１に示すように、単位電池セルの外部から電力供給する構成としてもよい。
又、回路を遮断させる構成としては、上記したような温度ヒューズに限らず、接続状態に復帰可能なブレーカ装置等その他の構成を用いてもよい。
【００５２】
（２）上記実施形態では、微短絡の発生頻度が異常判別用設定頻度以上になっているか否かを判別する構成として、微短絡が発生した回数を発生積算値として積算しておいて、その発生積算値が予め設定した値を上回ると、微短絡の発生頻度が異常判別用設定頻度以上であると判別する構成を例示したが、このような構成に限らず、その他各種の構成で実施することができる。
例えば、単位時間あたりの微短絡の発生回数を求めて、その発生回数が予め設定した回数を上回ると、微短絡の発生頻度が異常判別用設定頻度以上であると判別する構成としてもよい。又、微短絡が繰り返し発生しているときにおける微短絡が発生する時間間隔を検出して、その時間間隔が予め設定した設定間隔より短くなると、微短絡の発生頻度が異常判別用設定頻度以上であると判別する構成としてもよい。
【００５３】
（３）上記実施形態では、電源装置の使用時間の累積値が設定時間を超えると、前記劣化異常判別処理を実行する構成としたが、このような構成に限らず、要するに、リチウムイオン電池の使用を表す値の累積値が設定値を越える否かを判別する構成であればよく、その他の各種の形態で実施してもよい。
例えば、リチウムイオン電池に対する充電動作や放電動作を繰り返し実行するときにおける、その充放電を実施する回数の積算値が設定回数を越えると、リチウムイオン電池の使用を表す値の累積値が設定値を越えたと判別するように構成してもよく、又、リチウムイオン電池に対する充電される充電容量の積算値が設定積算値を越えると、リチウムイオン電池の使用を表す値の累積値が設定値を越えたと判別するように構成してもよい。
【００５４】
（４）上記実施形態では、リチウムイオン電池の出力電流値を検出する電流検出手段としての電流検出回路が備えられ、電池電圧が瞬時的に低下したことを判別するための閾値電圧を、電流値が大であるほど低くなるように変更設定するようにしたが、この構成に代えて、例えば、蓄電装置から電力が出力されていない状態、すなわち、出力電流がゼロのときにだけ前記劣化異常判別処理を行う構成としたり、出力電流値が予め定めた一定値になる状態で前記劣化異常判別処理を行う構成として、前記閾値電圧を一定にして実施することもできる。
【００５５】
（５）上記実施形態では、この電源装置は、商用電源に連係されない独立した電源装置として構成されるものを例示したが、商用電源に連係させて、電力が不足するときは、商用電源にて電力を補うことができるように構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】電源装置の全体構成図
【図２】蓄電部の構成を示す図
【図３】監視装置の構成を示すブロック図
【図４】電圧検出回路と放電回路とを示す電気回路図
【図５】監視装置における制御フローチャート
【図６】監視装置における制御フローチャート
【図７】検出電圧値の変化状態を示す図
【図８】劣化異常判別処理のタイムチャート
【図９】電流値と閾値電圧との対応を示す図
【図１０】回路遮断手段を示す図
【図１１】別実施形態の回路遮断手段を示す図
【符号の説明】
９電圧検出手段
１７電池異常判別手段
３９電流検出手段
Ｃリチウムイオン電池
ＳＨ回路遮断手段

Claims

リチウムイオン電池を備えた電源装置であって、
前記リチウムイオン電池の正負端子間電圧を検出する電圧検出手段と、その電圧検出手段の検出値が閾値電圧を瞬時的に低下する微短絡の発生を判別して、その微短絡の発生頻度が異常判別用設定頻度以上になると前記リチウムイオン電池が異常であると判別する電池異常判別手段とを備えて構成されている電源装置。
前記リチウムイオン電池の出力電流値を検出する電流検出手段が備えられ、
前記電池異常判別手段が、前記電圧検出手段の検出値が瞬時的に低下したことを判別するための閾値電圧を、前記電流検出手段にて検出された電流値が大であるほど低くなるように変更設定するように構成されている請求項１記載の電源装置。
前記リチウムイオン電池の使用を表す値の累積値が設定値を越えると、前記電圧検出手段による前記正負端子間電圧の検出、及び、前記電池異常判別手段の判別が開始されるように構成されている請求項１又は２記載の電源装置。
前記電池異常判別手段が前記リチウムイオン電池の異常を判別すると、前記リチウムイオン電池から外部負荷への電力供給路を自動的に遮断する回路遮断手段が備えられている請求項１〜３のいずれか１項に記載の電源装置。