JP4715875B2 - 電圧異常検出手段の故障診断方法、二次電池システム、及びハイブリッド自動車 - Google Patents

電圧異常検出手段の故障診断方法、二次電池システム、及びハイブリッド自動車 Download PDF

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Description

本発明は、電圧異常検出手段の故障診断方法、二次電池システム、及びハイブリッド自動車に関する。
二次電池の過充電（電池電圧の過度な上昇）及び過放電（電池電圧の過度な低下）を防止するために、二次電池システムに、電池電圧の異常を検出する電圧異常検出手段を設けることがある。例えば、二次電池の電圧を検出し、検出された電圧値が正常電圧範囲から外れている場合は、二次電池の電圧異常であると判断する。具体的には、電池電圧の上限値と下限値を予め設定しておき、充電時に、検出された電圧値が上限値を上回った場合は、過充電状態であると判断する。反対に、放電時に、検出された電圧値が下限値を下回った場合は、過放電状態であると判断する。電圧異常検出手段の判断に基づいて、二次電池の充放電を制御することで、二次電池の過放電及び過充電を防止することができる。
ところが、この電圧異常検出手段が故障して、二次電池の電圧が正常電圧範囲内であるか否かを正確に判断できなくなっている場合、二次電池の過放電及び過充電を防止することができなくなる。そこで、近年、この電圧異常検出手段の故障診断方法について、様々なものが提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。
特開２００４−３１２８３５号公報 特開２００７−２０３３６号公報
特許文献１には、次のような故障診断方法が開示されている。ハイブリッド自動車に搭載されたモータの回生運転により発電される電力を用いて、二次電池の電圧が上限電圧値を上回るまで、二次電池の充電を行う。二次電池の電圧が上限電圧値を上回った後、電圧異常検出手段から異常検出信号が出力された場合には、電圧異常検出手段に故障は発生しておらず、正常であると判断できると記載されている。
特許文献２には、二次電池の放電中に、異常検出回路から過充電異常信号が出力された場合には、異常検出回路が故障していると判断する故障診断方法が開示されている。さらに、二次電池の充電中に、異常検出回路から過放電異常信号が出力された場合には、異常検出回路が故障していると判断する故障診断方法が開示されている。
しかしながら、特許文献１の故障診断方法では、ハイブリッド自動車に搭載されたモータの回生運転により発電される電力を用いて、二次電池の電圧が上限電圧値を上回るまで、二次電池の充電を継続しなければならない。従って、走行中のハイブリッド自動車において、二次電池の電圧が上限電圧値を上回るまで、ブレーキをかけ続けなければならず、実現性に乏しい。しかも、二次電池の電圧が上限電圧値を上回るまで充電するということは、二次電池を過充電状態にすることになり、二次電池を劣化させてしまう。
また、特許文献２の故障診断方法では、検出できない故障がある。具体的には、例えば、実際の二次電池の電圧値と異常検出回路が取得する電圧値との間にズレがある故障の場合、二次電池の放電中（充電中）に、異常検出回路から過充電異常信号（過放電異常信号）が出力されることはない。従って、特許文献２の故障診断方法では、このような故障を検出することができない。
また、特許文献１，２の故障診断方法では、いずれも、ハイブリッド自動車または電気自動車に電源として搭載した二次電池の充電時または放電時の電池電圧を利用して、電圧異常検出手段の故障診断を行う。ところが、ハイブリッド自動車等に搭載した二次電池の充電時または放電時の電池電圧は不安定なため、電圧異常検出手段に故障が発生しているか否かを、精度良く診断することができない虞があった。
本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、二次電池の劣化を伴うことなく、電圧異常検出手段の故障診断を精度良く行うことができる電圧異常検出手段の故障診断方法、二次電池システム、及びハイブリッド自動車を提供することを目的とする。
二次電池の電圧を検出し、検出された電圧値が正常電圧範囲から外れているときに、上記二次電池の電圧異常であると判断する電圧異常検出手段が、故障しているか否かを診断する方法であって、上記電圧異常検出手段と上記二次電池との電気的接続を切断すると共に、上記二次電池とは異なる定電圧発生手段であって、上記正常電圧範囲から外れた一定電圧値を有する直流定電圧を発生可能な定電圧発生手段に、上記電圧異常検出手段を接続し、上記定電圧発生手段により、上記正常電圧範囲から外れた一定電圧値を有する直流定電圧を上記電圧異常検出手段に印加して、上記電圧異常検出手段により電圧異常であると判断されなかった場合、上記電圧異常検出手段が故障していると判断する電圧異常検出手段の故障診断方法が好ましい。
上述の電圧異常検出手段の故障診断方法では、電圧異常検出手段と二次電池との電気的接続を切断する一方、電圧異常検出手段を二次電池とは異なる定電圧発生手段に接続する。これにより、電圧異常検出手段に対し、定電圧発生手段から、電圧変動のない直流定電圧を安定して印加することができる。
従って、定電圧発生手段により、正常電圧範囲から外れた一定電圧値を有する直流定電圧を電圧異常検出手段に印加した状態で、電圧異常検出手段により電圧異常であるか否かの判断をさせることで、電圧異常検出手段が故障しているか否かを精度良く診断することができる。しかも、電圧異常検出手段の故障診断を行うために、二次電池を過充電及び過放電させることもないので、故障診断に伴う二次電池の劣化もない。
なお、電圧異常検出手段が故障しているか否かの判断は、故障判断手段を備えたコントローラなどで行うようにしても良いし、電圧異常検出手段の判断結果を外部に表示（電圧異常表示ランプなど）させて、この表示を人が見て判断するようにしても良い。
また、定電圧発生手段としては、例えば、商用電源などの外部電源の電圧を、正常電圧範囲から外れた一定電圧値を有する直流定電圧に変換可能な変換装置（例えば、ＡＣ／ＤＣコンバータ）を挙げることができる。また、電圧異常検出手段による電圧検出対象である二次電池とは異なり、故障診断用に別途用意された電池（その端子間電圧が、正常電圧範囲から外れた一定電圧値になるもの）を用いても良い。
本発明の一態様は、上記の電圧異常検出手段の故障診断方法であって、前記定電圧発生手段は、前記二次電池とは異なる外部電源の電圧を、前記正常電圧範囲から外れた一定電圧値を有する直流定電圧に変換可能な変換装置を含み、上記電圧異常検出手段と上記二次電池との電気的接続を切断すると共に、上記外部電源と上記変換装置と上記電圧異常検出手段とを電気的に接続して、上記外部電源の電圧を上記定電圧発生手段により上記直流定電圧に変換させると共に、変換された上記直流定電圧を上記電圧異常検出手段に印加する電圧異常検出手段の故障診断方法である。
本発明の故障診断方法では、電圧異常検出手段と二次電池との電気的接続を切断する一方、外部電源（例えば、商用電源）と変換装置（例えば、ＡＣ／ＤＣコンバータ）と電圧異常検出手段とを電気的に接続する。これにより、外部電源の電圧が定電圧発生手段により直流定電圧に変換され、変換された直流定電圧を電圧異常検出手段に印加することができる。従って、電圧異常検出手段の故障診断を、精度良く行うことができる。
さらに、上記の電圧異常検出手段の故障診断方法であって、前記外部電源は、商用電源である電圧異常検出手段の故障診断方法とすると良い。
外部電源として商用電源を利用することで、簡易に、且つ、安価に、電圧異常検出手段の故障診断を行うことができる。
また、二次電池と、上記二次電池の電圧を検出し、検出された電圧値が正常電圧範囲から外れているときに、上記二次電池の電圧異常であると判断する電圧異常検出手段と、を備える二次電池システムであって、上記電圧異常検出手段は、上記二次電池とは異なる定電圧発生手段であって、上記正常電圧範囲から外れた一定電圧値を有する直流定電圧を発生可能な定電圧発生手段との間で、電気的に接続及び切断可能とされると共に、上記二次電池との間で電気的に接続及び切断可能とされてなり、上記電圧異常検出手段と上記二次電池との電気的接続を切断すると共に、上記電圧異常検出手段を上記定電圧発生手段に接続し、上記定電圧発生手段により上記直流定電圧を上記電圧異常検出手段に印加して、上記電圧異常検出手段により電圧異常であると判断されなかった場合、上記電圧異常検出手段が故障していると判断可能とされてなる二次電池システムが好ましい。
上述の二次電池システムでは、電圧異常検出手段が、二次電池とは異なる定電圧発生手段であって正常電圧範囲から外れた一定電圧値を有する直流定電圧を発生可能な定電圧発生手段と、電気的に接続及び切断可能とされている。さらに、電圧異常検出手段は、二次電池と電気的に接続及び切断可能とされている。これにより、電圧異常検出手段と二次電池との間の電気的接続を切断した状態で、電圧異常検出手段に対し、定電圧発生手段により、正常電圧範囲から外れた一定電圧値を有する直流定電圧を印加することができる。
従って、定電圧発生手段により、正常電圧範囲から外れた一定電圧値を有する直流定電圧を印加した状態で、電圧異常検出手段により電圧異常であるか否かの判断をさせることで、電圧異常検出手段が故障しているか否かを精度良く診断することができる。しかも、電圧異常検出手段の故障診断を行うことによって、二次電池を過充電及び過放電させることもないので、故障診断に伴う二次電池の劣化もない。
なお、電圧異常検出手段が故障しているか否かの判断は、故障判断手段を備えたコントローラなどで行うようにしても良いし、電圧異常検出手段の判断結果を外部に表示（電圧異常表示ランプなど）させて、この表示を人が見て判断するようにしても良い。
また、定電圧発生手段としては、例えば、商用電源などの外部電源の電圧を、正常電圧範囲から外れた一定電圧値を有する直流定電圧に変換可能な変換装置（例えば、ＡＣ／ＤＣコンバータ）を挙げることができる。また、電圧異常検出手段による電圧検出対象である二次電池とは異なる、故障診断用の電池（その端子間電圧が、正常電圧範囲から外れた一定電圧値になるもの）を用いても良い。なお、定電圧発生手段は、二次電池システムに備えるようにしても良いし、二次電池システムのほかに別途設けるようにしても良い。
本発明の他の態様は、上記いずれかの二次電池システムであって、上記二次電池システムの外部に設けられた外部電源の電圧を前記直流定電圧に変換可能な変換装置であって、前記電圧異常検出手段に電気的に接続可能とされた変換装置、を含む前記定電圧発生手段と、上記変換装置及び上記外部電源に電気的に接続可能な接続部であって、当該接続部を通じて上記変換装置と上記外部電源とを電気的に接続する接続部と、を備え、上記外部電源と上記接続部とが電気的に接続されると、上記二次電池システムは、上記電圧異常検出手段と前記二次電池との電気的接続を切断すると共に、上記接続部と上記変換装置と上記電圧異常検出手段とを電気的に接続する二次電池システムである。
本発明の二次電池システムは、定電圧発生手段として、外部電源（例えば、商用電源）から供給される電流を定電圧電流に変換可能な変換装置（例えば、ＡＣ／ＤＣコンバータ）を有している。そして、外部電源と接続部（例えば、電源プラグなどのコネクタ）とが電気的に接続されると、本発明の二次電池システムは、電圧異常検出手段と二次電池との電気的接続を切断する一方、接続部と変換装置（例えば、ＡＣ／ＤＣコンバータ）と電圧異常検出手段とを電気的に接続する。これにより、電圧異常検出手段に対し、電圧変動のない直流定電圧を印加することができるので、電圧異常検出手段の故障診断を、精度良く行うことができる。
しかも、外部電源を利用することで、二次電池システムに故障診断用の電源を別途設ける必要がない。
さらに、上記いずれかの二次電池システムであって、前記電圧異常検出手段が故障しているか否かを判断する故障判断手段であって、前記直流定電圧を上記電圧異常検出手段に印加して、上記電圧異常検出手段により電圧異常であると判断されなかった場合、上記電圧異常検出手段が故障していると判断する故障判断手段を備える二次電池システムとすると良い。
本発明の二次電池システムは、電圧異常検出手段が故障しているか否かを判断する故障判断手段を備えている。このため、故障判断手段によって、電圧異常検出手段が故障しているか否かを精度良く診断することができる。
さらに、上記いずれかの二次電池システムであって、前記外部電源と前記接続部とが電気的に接続された状態で、上記外部電源から供給される電力を用いて前記二次電池を充電可能とされてなる二次電池システムとすると良い。
本発明の二次電池システムでは、外部電源から供給される電力を用いて、二次電池を充電することもできる。このように、外部電源を用いて、電圧異常検出手段の故障診断のみならず、二次電池の充電も行うことができるので、効率が良い。
さらに、上記の二次電池システムであって、前記外部電源と前記接続部とが電気的に接続されて、前記電圧異常検出手段の故障診断を行った後、または故障診断時に、上記二次電池の充電を開始する二次電池システムとすると良い。
本発明の二次電池システムでは、外部電源と接続部とを電気的に接続するだけで、電圧異常検出手段の故障診断と、二次電池の充電を行うことができるので、効率が良い。
さらに、上記いずれかの二次電池システムであって、前記外部電源は、商用電源である二次電池システムとすると良い。
外部電源として商用電源を利用することで、簡易に、且つ、安価に、電圧異常検出手段の故障診断を行うことができる。
さらに、上記いずれかの二次電池システムであって、前記二次電池は、正極と負極とセパレータとを有する電極体を備え、上記正極は、２相共存型の充放電を行う正極活物質を含み、上記負極は、充放電により相変化を伴う負極活物質を含む二次電池システムとすると良い。
本発明の二次電池システムの二次電池は、２相共存型の充放電を行う正極活物質を含む正極と、充放電により相変化を伴う負極活物質を含む負極を備えている。この二次電池は、広い容量範囲にわたって、電圧変動が極めて小さい特性を有している。このため、電圧変動が極めて小さい容量範囲（以下、フラット容量範囲ともいう）内で使用することで、安定した電力を供給することができる。しかしながら、フラット容量範囲を上回って充電すると、電池電圧が急激に上昇してゆき、反対に、フラット容量範囲を下回って放電すると、電池電圧が急激に低下してゆく特性も有している。このため、電圧異常検出手段で精度良く電池電圧を検知して、二次電池の充放電を制御しないと、過放電、過充電状態になりやすい。
これに対し、本発明の二次電池システムでは、電圧異常検出手段の故障診断を、精度良く行うことができるので、電圧異常検出手段の検出精度を良好に保つことができる。従って、検出精度の良い電圧異常検出手段によって、二次電池の電池電圧を監視することができるので、上述のような二次電池についても、過放電及び過充電を防止することができる。
なお、「２相共存型の充放電を行う正極活物質」とは、結晶構造が異なる２つの結晶が共存した状態で充放電の反応が行われる活物質をいい、例えば、ＬｉＦｅ(1-X)ＭXＰＯ4（Ｍは、Ｍｎ，Ｃｒ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｖ，Ｍｏ，Ｔｉ，Ｚｎ，Ａｌ，Ｇａ，Ｍｇ，Ｂ，Ｎｂのうち少なくともいずれかであり、０≦Ｘ≦０．５）や、ＬｉＭｎ(1-X)ＭXＰＯ4（Ｍは、Ｃｒ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｖ，Ｍｏ，Ｔｉ，Ｚｎ，Ａｌ，Ｇａ，Ｍｇ，Ｂ，Ｎｂのうち少なくともいずれかであり、０≦Ｘ≦０．５）で表されるオリビン系化合物を挙げることができる。
また、「充放電により相変化を伴う負極活物質」とは、充放電の途中で結晶構造が変化する活物質をいい、炭素系材料を例示できる。炭素系材料としては、炭素系材料天然黒鉛系材料、人造黒鉛系材料（メソカーボンマイクロビーズなど）、難黒鉛化炭素系材料などを例示できる。
他の解決手段は、上記いずれかの二次電池システムを搭載してなるハイブリッド自動車である。
本発明のハイブリッド自動車は、前述の二次電池システムを搭載している。従って、電圧異常検出手段の故障診断を精度良く行うことができる。しかも、電圧異常検出手段の故障診断を行うことによって、二次電池を過充電及び過放電させることもないので、二次電池の劣化を抑制することもできる。
次に、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
ハイブリッド自動車１は、図１に示すように、車体２、エンジン３、フロントモータ４、リヤモータ５、二次電池システム６を有し、エンジン３、フロントモータ４及びリヤモータ５との併用で駆動するハイブリッド自動車である。具体的には、このハイブリッド自動車１は、二次電池システム６に含まれる組電池１０（図２参照）をフロントモータ４及びリヤモータ５の駆動用電源として、公知の手段によりエンジン３、フロントモータ４及びリヤモータ５を用いて走行できるように構成されている。
このうち、二次電池システム６は、ハイブリッド自動車１の車体２に取り付けられており、ケーブル７によりフロントモータ４及びリヤモータ５に接続されている。この二次電池システム６は、図２に示すように、複数の二次電池１００（単電池）を互いに電気的に直列に接続した組電池１０と、変換装置２０と、電池コントローラ３０と、電圧センサ４０と、接続部８とを備えている。
変換装置２０は、ＡＣ／ＤＣコンバータにより構成されており、商用電源８０の電圧を、一定電圧値を有する直流定電圧に変換することができる。この変換装置２０は、ケーブル７に含まれるケーブル７１を通じて、接続部８に電気的に接続されている。さらに、変換装置２０は、スイッチ５２を介して、組電池１０に電気的に接続されている。なお、本実施形態では、変換装置２０が、定電圧発生装置に相当する。
また、接続部８は、電源プラグにより構成されており、商用電源８０に電気的に接続することができる。この接続部８は、変換装置２０と電気的に接続されている。従って、接続部８を通じて、変換装置２０と商用電源８０とを電気的に接続することができる。なお、本実施形態では、接続部８と共にケーブル７１をハイブリッド自動車１の外部に引き出すことができ、ハイブリッド自動車１から離れた商用電源８０に接続部８を接続できるようになっている。
電圧センサ４０は、組電池１０を構成する各々の二次電池１００について、電池電圧Ｖ（端子間電圧）を検知する。電池コントローラ３０は、図示しないＲＯＭ、ＣＰＵ、ＲＡＭ等により構成される電圧異常判断部３１及び故障判断部３２を有している。電池コントローラ３０の電圧異常判断部３１は、電圧センサ４０で検知された各二次電池１００の電池電圧を取得し、各電池電圧値が正常電圧範囲から外れているか否かを判断する。いずれかの電池電圧値が正常電圧範囲から外れているときには、二次電池１００の電圧異常であると判断する。なお、本実施形態では、電圧センサ４０と電池コントローラ３０の電圧異常判断部３１とが、電圧異常検出手段に相当する。
また、電圧センサ４０は、スイッチ５１を介して、変換装置２０に電気的に接続されている。すなわち、電圧異常検出手段を構成する電圧センサ４０は、変換装置２０との間で、電気的に接続及び切断可能とされている。さらに、電圧センサ４０は、スイッチ５３を介して、組電池１０に電気的に接続されている。すなわち、電圧異常検出手段を構成する電圧センサ４０は、組電池１０を構成する二次電池１００との間で、電気的に接続及び切断可能とされている。
この二次電池システム６では、ハイブリッド自動車１の運転時に組電池１０の充放電が行われるとき、スイッチ５１をＯＦＦ（開路）、スイッチ５２，５３をＯＮ（閉路）の状態として、電圧センサ４０によって、組電池１０を構成する各々の二次電池１００の電池電圧を検知する。さらに、電池コントローラ３０の電圧異常判断部３１によって、検出された各電池電圧値が正常電圧範囲から外れているか否かを判断する。いずれかの電池電圧値が正常電圧範囲から外れているときには、二次電池１００の電圧異常であると判断する。なお、本実施形態では、正常電圧範囲を、例えば、３．０Ｖ〜３．７Ｖとする。この正常電圧範囲は、予め、電圧異常判断部３１の図示しないＲＯＭに記憶させておく。
なお、本実施形態では、電池コントローラ３０の電圧異常判断部３１によって、二次電池１００の電圧異常であると判断された場合、速やかに組電池１０の充放電を停止する。これにより、組電池１０を構成する二次電池１００の過放電（電池電圧の過度な低下）及び過充電（電池電圧の過度な上昇）を防止することができる。
また、この二次電池システム６では、ハイブリッド自動車１の停止時に、電圧異常検出手段（電圧センサ４０及び電圧異常判断部３１）の故障診断を行うことができる。具体的には、接続部８と商用電源８０とが電気的に接続されると、電池コントローラ３０の指令により、スイッチ５２，５３をＯＦＦの状態にして、電圧異常検出手段（電圧センサ４０及び電圧異常判断部３１）と二次電池１００との電気的接続を切断すると共に、スイッチ５１をＯＮの状態にして、電圧異常検出手段を変換装置２０に電気的に接続する。この状態で、電池コントローラ３０の指令により、変換装置２０において、商用電源８０の電圧を、二次電池１００の正常電圧範囲から外れた一定電圧値（例えば、４．０Ｖ）を有する直流定電圧に変換させる。
これにより、正常電圧範囲から外れた一定電圧値を有する直流定電圧を、電圧センサ４０に印加することができる。このとき、電圧異常検出手段（電圧センサ４０及び電圧異常判断部３１）が正常であれば、正常電圧範囲から外れた一定電圧値を有する直流定電圧（例えば、直流４．０Ｖ）を電圧センサ４０で正確に検出し、検出された電圧値に基づいて電圧異常判断部３１において電圧異常であると判断される。この場合、電圧異常判断部３１から故障判断部３２に電圧異常信号が送信され、故障判断部３２において、電圧異常検出手段が正常であると判断される。なお、本実施形態では、電池コントローラ３０の故障判断部３２が、故障判断手段に相当する。
一方、電圧異常判断部３１において電圧異常であると判断されなかった場合、電圧異常判断部３１から電圧異常信号は出力されない。この場合、故障判断部３２では、電圧異常検出手段（電圧センサ４０及び電圧異常判断部３１）が故障していると判断する。その後、故障判断部３２は、故障検出信号を出力して、故障表示ランプ５５を点灯させる。
従って、診断者が、故障表示ランプ５５が点灯するか否かを確認することで、電圧異常検出手段（電圧センサ４０及び電圧異常判断部３１）が故障しているか否かを判断することができる。すなわち、故障表示ランプ５５が点灯しない場合は、電圧異常検出手段が正常であると判断することができ、故障表示ランプ５５が点灯した場合には、電圧異常検出手段が故障していると判断することができる。
ところで、電圧変動のある不安定な直流電圧（例えば、充放電時の二次電池の電圧）を電圧センサに印加して、電圧異常検出手段により電圧異常であるか否かの判断をさせた場合は、印加した直流電圧の変動の影響を受けて、精度良く、電圧異常検出手段の故障診断を行うことができない虞がある。
これに対し、本実施形態の二次電池システム６では、電圧変動のない安定した直流定電圧を電圧センサ４０に印加した状態で、電池コントローラ３０の電圧異常判断部３１により電圧異常であるか否かの判断をさせるので、電圧異常検出手段（電圧センサ４０及び電圧異常判断部３１）が故障しているか否かを精度良く診断することができる。
しかも、電圧異常検出手段の故障診断を行うために、二次電池１００を過充電及び過放電させることもないので、故障診断に伴う二次電池１００の劣化もない。
さらに、この二次電池システム６では、ハイブリッド自動車１の停止時に、接続部８と商用電源８０とが電気的に接続された状態で、スイッチ５１をＯＦＦにすると共に、スイッチ５２，５３をＯＮにすることで、商用電源８０から供給される電力を用いて、組電池１０を構成する二次電池１００を充電することができる。具体的には、商用電源８０の電圧を、変換装置２０により、所定の一定電圧値を有する直流定電圧に変換しつつ、商用電源８０から供給される電力を、変換装置２０を通じて、組電池１０を構成する二次電池１００に供給することで、二次電池１００を充電することができる。
二次電池１００は、図３に示すように、直方体形状の電池ケース１１０と正極端子１２０と負極端子１３０を備える、角形密閉式のリチウムイオン二次電池である。このうち、電池ケース１１０は、金属からなり、直方体形状の収容空間をなす角形収容部１１１と、金属製の蓋部１１２とを有している。電池ケース１１０（角形収容部１１１）の内部には、電極体１５０、正極集電部材１２２、負極集電部材１３２などが収容されている。
電極体１５０は、図４に示すように、断面長円状をなし、図５に示すように、シート状の正極１５５、負極１５６、及びセパレータ１５７を捲回してなる扁平型の捲回体である。この電極体１５０は、その軸線方向（図３において左右方向）の一方端部（図３において右端部）に位置し、正極１５５の一部のみが渦巻状に重なる正極捲回部１５５ｂと、他方端部（図３において左端部）に位置し、負極１５６の一部のみが渦巻状に重なる負極捲回部１５６ｂとを有している。正極１５５には、正極捲回部１５５ｂを除く部位に、正極活物質１５３を含む正極合材１５２が塗工されている（図５参照）。同様に、負極１５６には、負極捲回部１５６ｂを除く部位に、負極活物質１５４を含む負極合材１５９が塗工されている（図５参照）。正極捲回部１５５ｂは、正極集電部材１２２を通じて、正極端子１２０に電気的に接続されている。負極捲回部１５６ｂは、負極集電部材１３２を通じて、負極端子１３０に電気的に接続されている。
本実施形態では、正極活物質１５３としてＬｉＦｅＰＯ4を用いている。この正極活物質１５３は、２相共存型の充放電を行う活物質であり、結晶構造が異なる２つの結晶が共存した状態で充放電の反応が行われるものである。
また、本実施形態では、負極活物質１５４として、天然黒鉛系の炭素材料を用いている。詳細には、平均粒子径が２０μｍ、格子定数Ｃ０が０．６７ｎｍ、結晶子サイズＬｃが２７ｎｍ、黒鉛化度０．９以上の天然黒鉛系材料を用いている。この負極活物質１５４は、充放電により相変化を伴う活物質であり、充放電の途中で結晶構造が変化するものである。
次に、二次電池１００の充放電特性図を図６に示す。図６は、二次電池１００を充放電したときの、電池電圧Ｖ（本実施形態では、正極端子１２０と負極端子１３０との間の端子間電圧）の挙動を示している。なお、二次電池１００に含まれる正極活物質１５３（ＬｉＦｅＰＯ4）が理論的に最大限蓄積できる理論電気容量を１時間で充電することができる電流値を１Ｃとする。
図６からわかるように、二次電池１００は、３．４Ｖ付近（３．３〜３．５Ｖ）の電池電圧で、理論電気容量（図６において充電状態０〜１００％の範囲）の約８０％に相当する電気量を充放電することができる。従って、本実施形態の二次電池システム６では、各二次電池１００を、理論電気容量の８０％程度の容量範囲（フラット容量範囲）にわたって、３．４Ｖ程度の比較的高い電池電圧で充放電させることができるので、高い出力を安定して得ることができる。
しかしながら、図６に示すように、理論電気容量の９０％（図６において充電状態９０％）を上回って充電すると、電池電圧が急激に上昇してゆく。反対に、理論電気容量の１０％（図６において充電状態１０％）を下回って放電すると、電池電圧が急激に低下してゆく。このため、電圧センサ４０で各二次電池１００の電池電圧を精度良く検知しつつ、電池コントローラ３０で二次電池１００の充放電を制御しないと、二次電池１００の過放電、過充電状態を招きやすい。
これに対し、本実施形態では、電圧異常検出手段（電圧異常判断部３１及び電圧センサ４０）の故障診断を、精度良く行うことができるので、電圧異常検出手段の検出精度を良好に保つことができる。従って、検出精度の良い電圧異常検出手段によって、二次電池１００の電池電圧を監視することができるので、二次電池１００の過放電及び過充電を防止することができる。
ここで、二次電池１００の製造方法について説明する。
まず、ＬｉＦｅＰＯ4（正極活物質１５３）とアセチレンブラック（導電助剤）とポリフッ化ビニリデン（バインダ樹脂）とを、８５：５：１０（重量比）の割合で混合し、これにＮ−メチルピロリドン（分散溶媒）を混合して、正極スラリを作製した。次いで、この正極スラリを、アルミニウム箔１５１の表面に塗布し、乾燥させた後、プレス加工を施した。これにより、アルミニウム箔１５１の表面に正極合材１５２が塗工された正極１５５を得た（図５参照）。
また、天然黒鉛系の炭素材料（負極活物質１５４）と、スチレン−ブタジエン共重合体（バインダ樹脂）と、カルボキシメチルセルロース（増粘剤）とを、９５：２．５：２．５（重量比）の割合で水中で混合して、負極スラリを作製した。次いで、この負極スラリを、銅箔１５８の表面に塗布し、乾燥させた後、プレス加工を施した。これにより、銅箔１５８の表面に負極合材１５９が塗工された負極１５６を得た（図５参照）。本実施形態では、天然黒鉛系の炭素材料として、平均粒子径が２０μｍ、格子定数Ｃ０が０．６７ｎｍ、結晶子サイズＬｃが２７ｎｍ、黒鉛化度０．９以上の天然黒鉛系材料を用いている。なお、本実施形態では、正極の理論容量と負極の理論容量との比が１：１．５となるように、正極スラリ及び負極スラリの塗布量を調整している。
次に、正極１５５、負極１５６、及びセパレータ１５７を積層し、これを捲回して断面長円状の電極体１５０を形成した（図４，図５参照）。但し、正極１５５、負極１５６、及びセパレータ１５７を積層する際には、電極体１５０の一端部から、正極１５５のうち正極合材１５２を塗工していない未塗工部が突出するように、正極１５５を配置しておく。さらには、負極１５６のうち負極合材１５９を塗工していない未塗工部が、正極１５５の未塗工部とは反対側から突出するように、負極１５６を配置しておく。これにより、正極捲回部１５５ｂ及び負極捲回部１５６ｂを有する電極体１５０（図３参照）が形成される。なお、本実施形態では、セパレータ１５７として、ポリプロピレン／ポリエチレン／ポリプロピレン３層構造複合体多孔質膜を用いている。
次に、電極体１５０の正極捲回部１５５ｂと正極端子１２０とを、正極集電部材１２２を通じて接続する。さらに、電極体１５０の負極捲回部１５６ｂと負極端子１３０とを、負極集電部材１３２を通じて接続する。その後、これを角形収容部１１１内に収容し、角形収容部１１１と蓋体１１２とを溶接して、電池ケース１１０を封止した。次いで、蓋体１１２に設けられている注液口（図示しない）を通じて電解液を注液した後、注液口を封止することで、本実施形態の二次電池１００が完成する。なお、本実施形態では、電解液として、ＥＣ（エチレンカーボネート）とＤＥＣ（ジエチルカーボネート）とを、４：６（体積比）で混合した溶液中に、六フッ化燐酸リチウム（ＬｉＰＦ6）を１モル／リットル溶解したものを用いている。
次に、本実施形態の電圧異常検出手段（電圧異常判断部３１及び電圧センサ４０）の故障診断方法について説明する。図７は、本実施形態にかかる故障診断方法の流れを示すフローチャートである。
まず、ステップＳ１において、所定時間ごとに、ハイブリッド自動車１の制御を司るコントロールユニット６０から送信される信号に基づいて、ハイブリッド自動車１が停止状態であるか否かを判定する。コントロールユニット６０では、シフトポジションが「Ｎポジション」または「Ｐポジション」であるときは、ハイブリッド自動車１が停止状態であると判断し、停止状態である旨の停止状態信号を電池コントローラ３０に送信する。従って、電池コントローラ３０において、コントロールユニット６０からの停止状態信号を検知した場合に、ハイブリッド自動車１が停止状態であると判定する。
ステップＳ１において、ハイブリッド自動車１が停止状態でない（Ｎｏ）と判定された場合は、所定時間経過後に、再び、ステップＳ１に戻り、上述の処理を行う。
一方、ハイブリッド自動車１が停止状態である（Ｙｅｓ）と判定された場合は、ステップＳ２に進み、接続部８と商用電源８０とが、電気的に接続されたかどうかを判定する。具体的には、電池コントローラ３０によって、変換装置２０（ＡＣ／ＤＣコンバータ）を監視して、商用電源８０から接続部８を通じて変換装置２０に電力が供給されたことが確認されたとき、接続部８と商用電源８０とが電気的に接続されたと判断する。
ステップＳ２において、接続部８と商用電源８０とが電気的に接続されていない（Ｎｏ）と判定された場合は、接続部８と商用電源８０とが電気的に接続された（Ｙｅｓ）と判定されるまで、所定時間ごとにステップＳ２の処理を繰り返す。
一方、ステップＳ２において、接続部８と商用電源８０とが電気的に接続された（Ｙｅｓ）と判定された場合は、ステップＳ３に進み、電池コントローラ３０の指令により、スイッチ５２，５３をＯＦＦ（開路）にする。これにより、電圧異常検出手段（電圧センサ４０及び電池コントローラ３０）と二次電池１００との電気的接続を切断する。次いで、ステップＳ４に進み、電池コントローラ３０の指令により、スイッチ５１をＯＮ（閉路）にする。これにより、電圧異常検出手段（電圧センサ４０及び電池コントローラ３０の電圧異常判断部３１）を変換装置２０に電気的に接続する。
次に、ステップＳ５に進み、電池コントローラ３０の指令により、変換装置２０において、商用電源８０の電圧（例えば、交流１００Ｖ）を、二次電池１００の正常電圧範囲から外れた一定電圧値（例えば、２．５Ｖまたは４．０Ｖ）を有する直流定電圧（例えば、直流２．５Ｖまたは直流４．０Ｖ）に変換させる。これにより、正常電圧範囲から外れた一定電圧値を有する直流定電圧を、電圧センサ４０に印加することができる。
次いで、ステップＳ６に進み、電池コントローラ３０の電圧異常判断部３１において、電圧異常であるか否かを判断する。電圧異常であると判断した場合、電圧異常判断部３１から故障判断部３２に電圧異常信号が送信される。反対に、電圧異常でない判断された場合、電圧異常判断部３１から電圧異常信号は出力されない。
次に、ステップＳ７に進み、故障判断部３２により、電圧異常判断部３１において電圧異常と判断されたかどうかを判定する。具体的には、故障判断部３２において、電圧異常判断部３１からの電圧異常信号を受信したか否かを判定する。電圧異常信号を受信した場合には、電圧異常と判断された（Ｙｅｓ）と判定し、ステップＳ８に進み、電圧異常検出手段が正常であると判定する。
反対に、電圧異常信号を受信しなかった場合には、電圧異常と判断されなかった（Ｎｏ）と判定し、ステップＳ９に進み、電圧異常検出手段がが故障していると判定する。その後、ステップＳＡに進み、故障判断部３２は、故障検出信号を出力して、故障表示ランプ５５を点灯させる。
従って、診断者は、故障表示ランプ５５が点灯したか否かを確認することで、電圧異常検出手段（電圧センサ４０及び電圧異常判断部３１）が故障しているか否かを判断することができる。具体的には、故障表示ランプ５５が点灯した場合、診断者は、電圧異常検出手段が故障していると判断できる。反対に、故障表示ランプ５５が点灯しない場合、診断者は、電圧異常検出手段が正常であると判断できる。
しかも、本実施形態の二次電池システム６では、電圧異常検出手段の故障診断を行った後、商用電源８０から供給される電力を用いて、組電池１０を構成する二次電池１００の充電を開始する。具体的には、故障判断部３２（故障判断手段）において、電圧異常検出手段が正常であるか否かを判断した後（ステップＳ８またはステップＳ９の処理の後）、スイッチ５１をＯＦＦにすると共に、スイッチ５２，５３をＯＮにする。これにより、商用電源８０の電圧を、変換装置２０により、所定の一定電圧値を有する直流定電圧に変換しつつ、商用電源８０から供給される電力を、変換装置２０を通じて、組電池１０を構成する二次電池１００に供給することができる。従って、組電池１０を構成する二次電池１００の充電することができる。
以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。
例えば、実施形態の二次電池システム６では、電圧異常検出手段の故障診断を行った後、商用電源８０から供給される電力を用いて、組電池１０を構成する二次電池１００の充電を開始した。しかしながら、電圧異常検出手段の故障診断時に、商用電源８０から供給される電力を用いて、二次電池１００の充電を開始しても良い。例えば、ステップＳ５において、直流定電圧を電圧センサ４０に印加した後、スイッチ５１をＯＦＦにすると共に、スイッチ５２，５３をＯＮにするようにしても良い。これにより、商用電源８０から供給される電力を用いて、組電池１０を構成する二次電池１００の充電を開始することができる。
実施形態にかかるハイブリッド自動車１の概略図である。 実施形態にかかる二次電池システム６の概略図である。 実施形態にかかる二次電池１００の断面図である。 実施形態にかかる電極体１５０の断面図である。 実施形態にかかる電極体１５０の部分拡大断面図であり、図４のＢ部拡大図に相当する。 二次電池１００の充放電特性図である。 実施形態にかかる故障診断方法の流れを示すフローチャートである。
符号の説明
１ ハイブリッド自動車
６ 二次電池システム
８ 接続部
１０ 組電池
２０ 変換装置（定電圧発生手段）
３０ 電池コントローラ（電圧異常検出手段、故障判断手段）
４０ 電圧センサ（電圧異常検出手段）
８０ 商用電源（外部電源）
１００ 二次電池
１５０ 電極体
１５３ 正極活物質
１５４ 負極活物質
１５５ 正極
１５６ 負極
１５７ セパレータ

Claims (9)

  1. 二次電池の電圧を検出し、検出された電圧値が正常電圧範囲から外れているときに、上記二次電池の電圧異常であると判断する
    電圧異常検出手段が、故障しているか否かを診断する方法であって、
    上記電圧異常検出手段と上記二次電池との電気的接続を切断すると共に、上記二次電池とは異なる定電圧発生手段であって、上記正常電圧範囲から外れた一定電圧値を有する直流定電圧を発生可能な定電圧発生手段に、上記電圧異常検出手段を接続し、
    上記定電圧発生手段により、上記正常電圧範囲から外れた一定電圧値を有する直流定電圧を上記電圧異常検出手段に印加して、上記電圧異常検出手段により電圧異常であると判断されなかった場合、上記電圧異常検出手段が故障していると判断する
    電圧異常検出手段の故障診断方法であって、
    前記定電圧発生手段は、
    前記二次電池とは異なる外部電源の電圧を、前記正常電圧範囲から外れた一定電圧値を有する直流定電圧に変換可能な変換装置を含み、
    上記電圧異常検出手段と上記二次電池との電気的接続を切断すると共に、上記外部電源と上記変換装置と上記電圧異常検出手段とを電気的に接続して、上記外部電源の電圧を上記定電圧発生手段により上記直流定電圧に変換させると共に、変換された上記直流定電圧を上記電圧異常検出手段に印加する
    電圧異常検出手段の故障診断方法。
  2. 請求項１に記載の電圧異常検出手段の故障診断方法であって、
    前記外部電源は、商用電源である
    電圧異常検出手段の故障診断方法。
  3. 二次電池と、
    上記二次電池の電圧を検出し、検出された電圧値が正常電圧範囲から外れているときに、上記二次電池の電圧異常であると判断する電圧異常検出手段と、
    を備える
    二次電池システムであって、
    上記電圧異常検出手段は、
    上記二次電池とは異なる定電圧発生手段であって、上記正常電圧範囲から外れた一定電圧値を有する直流定電圧を発生可能な定電圧発生手段との間で、電気的に接続及び切断可能とされると共に、
    上記二次電池との間で電気的に接続及び切断可能とされてなり、
    上記電圧異常検出手段と上記二次電池との電気的接続を切断すると共に、上記電圧異常検出手段を上記定電圧発生手段に接続し、上記定電圧発生手段により上記直流定電圧を上記電圧異常検出手段に印加して、上記電圧異常検出手段により電圧異常であると判断されなかった場合、上記電圧異常検出手段が故障していると判断可能とされてなる
    二次電池システムであって、
    外部電源の電圧を前記直流定電圧に変換可能な変換装置であって、前記電圧異常検出手段に電気的に接続可能とされた変換装置、を含む前記定電圧発生手段と、
    上記変換装置及び上記外部電源に電気的に接続可能な接続部であって、当該接続部を通じて上記変換装置と上記外部電源とを電気的に接続する接続部と、を備え、
    上記外部電源と上記接続部とが電気的に接続されると、上記二次電池システムは、上記電圧異常検出手段と前記二次電池との電気的接続を切断すると共に、上記接続部と上記変換装置と上記電圧異常検出手段とを電気的に接続する
    二次電池システム。
  4. 請求項３に記載の二次電池システムであって、
    前記電圧異常検出手段が故障しているか否かを判断する故障判断手段であって、前記直流定電圧を上記電圧異常検出手段に印加して、上記電圧異常検出手段により電圧異常であると判断されなかった場合、上記電圧異常検出手段が故障していると判断する故障判断手段を備える
    二次電池システム。
  5. 請求項３または請求項４に記載の二次電池システムであって、
    前記外部電源と前記接続部とが電気的に接続された状態で、上記外部電源から供給される電力を用いて前記二次電池を充電可能とされてなる
    二次電池システム。
  6. 請求項５に記載の二次電池システムであって、
    前記外部電源と前記接続部とが電気的に接続されて、前記電圧異常検出手段の故障診断を行った後、または故障診断時に、上記二次電池の充電を開始する
    二次電池システム。
  7. 請求項３〜請求項６のいずれか一項に記載の二次電池システムであって、
    前記外部電源は、商用電源である
    二次電池システム。
  8. 請求項３〜請求項７のいずれか一項に記載の二次電池システムであって、
    前記二次電池は、正極と負極とセパレータとを有する電極体を備え、
    上記正極は、２相共存型の充放電を行う正極活物質を含み、
    上記負極は、充放電により相変化を伴う負極活物質を含む
    二次電池システム。
  9. 請求項３〜請求項８のいずれか一項に記載の二次電池システムを搭載してなる
    ハイブリッド自動車。
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