WO2010109784A1 - 電池異常検出回路、及び電源装置 - Google Patents

電池異常検出回路、及び電源装置 Download PDF

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secondary battery
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中嶋琢也
飯田琢磨
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パナソニック株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a mobile field such as a mobile phone and a personal computer, a power tool field such as an electric tool and a vacuum cleaner, an electric vehicle, an electric industrial vehicle, an electric motorcycle, an electric assist bicycle, an electric wheelchair and an electric robot,
  • the present invention relates to a battery abnormality detection circuit for a secondary battery used in various applications such as a power supply in the system power supply field such as leveling, peak shift, and backup, and a power supply device using the same.
  • a variety of devices have been proposed for detecting abnormalities in secondary batteries based on changes in battery characteristics during repeated charge / discharge and long-term storage use.
  • a device that detects a leakage abnormality of the secondary battery by comparing the amount of change in the internal resistance of the secondary battery caused by charging for a predetermined time with a reference value has been proposed (for example, , See Patent Document 1).
  • a battery in which a leakage abnormality has occurred detects an abnormality by utilizing a characteristic that the amount of change in internal resistance during charging is larger than that of a normal secondary battery. ing.
  • An object of the present invention is to provide a battery abnormality detection circuit capable of improving the accuracy of abnormality detection of a secondary battery, and a power supply device using the same.
  • a battery abnormality detection circuit includes: an SOC detection unit that detects an SOC of a secondary battery; an internal resistance detection unit that detects an internal resistance value of the secondary battery; and a predetermined first timing, A first state acquisition unit that acquires the SOC detected by the SOC detection unit as a first SOC and the internal resistance value detected by the internal resistance detection unit as a first resistance value, and a preset time set from the first timing At the second timing that has passed, the second state acquisition unit that acquires the SOC detected by the SOC detection unit as the second SOC and the internal resistance value detected by the internal resistance detection unit as the second resistance value; Based on the storage unit that stores in advance the relationship information indicating the correspondence between the SOC and the internal resistance value of the secondary battery, and the relationship information stored in the storage unit, A reference change value setting unit for setting a reference change value indicating a magnitude of a change from the internal resistance value corresponding to the first SOC to the internal resistance value corresponding to the second SOC; and from the first resistance value to
  • a power supply device includes the above-described battery abnormality detection circuit and the secondary battery.
  • FIG. 3 It is a block diagram which shows an example of the battery abnormality detection circuit which concerns on one Embodiment of this invention, and the power supply device using this battery abnormality detection circuit. It is a block diagram which shows an example of a structure of the control part shown in FIG. It is explanatory drawing for demonstrating an example of the detection method of the internal resistance value by the internal resistance detection part shown in FIG. 3 is a flowchart showing an example of the operation of the battery abnormality detection circuit shown in FIG. 3 is a flowchart showing an example of the operation of the battery abnormality detection circuit shown in FIG. It is a graph which shows an example of the correspondence of SOC of a lithium secondary battery, and internal resistance value. 6A is a graph during discharging, and FIG. 6B is a graph during charging.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an example of a battery abnormality detection circuit according to an embodiment of the present invention and a power supply device using the battery abnormality detection circuit.
  • a power supply apparatus 100 shown in FIG. 1 includes a battery abnormality detection circuit 1 and a lithium secondary battery 12.
  • the power supply device 100 may be, for example, a battery pack, a backup power supply device, may be configured as part of a battery-equipped device, or may be another power supply device.
  • various secondary batteries such as a nickel hydride secondary battery and a lead storage battery can be used as the lithium secondary battery 12.
  • the battery abnormality detection circuit 1 is connected with a lithium secondary battery 12, a host device 10, and a charge / discharge unit 11.
  • the host device 10 is a main body of a battery-equipped device that operates by power supplied from the lithium secondary battery 12, such as a portable personal computer or a mobile phone.
  • the charging / discharging unit 11 is a charging / discharging circuit that supplies current to the lithium secondary battery 12 to charge it or receives power from the lithium secondary battery 12 and supplies it to the host device 10.
  • the battery abnormality detection circuit 1, the lithium secondary battery 12, the host device 10, and the charging / discharging unit 11 are integrally configured to constitute a battery-equipped device.
  • the battery abnormality detection circuit 1 may be configured as a part of the host device 10, for example, may be configured as a part of a battery pack including the lithium secondary battery 12.
  • the battery abnormality detection circuit 1 includes a current detection unit 2 that detects a current value Id of a charge / discharge current input / output to / from the lithium secondary battery 12 by the charge / discharge unit 11, and a voltage value Vt of the terminal voltage of the lithium secondary battery 12.
  • a voltage detection unit 3 for detecting the temperature a temperature detection unit 4 for detecting the temperature T of the lithium secondary battery 12, a timer unit 5 for performing time counting, a memory unit 6 (storage unit), a control unit 7, and a display for displaying abnormality information Unit 8 and a communication unit 9 that transmits abnormality information to the host device 10.
  • the current detection unit 2 is configured using a current sensor such as a shunt resistor or a current transformer.
  • the current detection unit 2 is configured to indicate a current value in the direction in which the lithium secondary battery 12 is charged as plus and a current value in the direction in which the lithium secondary battery 12 is discharged as minus.
  • the voltage detection unit 3 is configured using, for example, an analog-digital converter.
  • the temperature detection unit 4 is configured using a temperature sensor such as a thermocouple or a thermistor, for example.
  • the timer unit 5 may be configured by using a timer circuit, for example, or may be realized by a software sequence.
  • the memory unit 6 is a storage unit including, for example, a nonvolatile ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory) that stores abnormality information, and the like.
  • a relationship information table indicating a correspondence relationship between the SOC (State Of Charge) of the lithium secondary battery 12 and the internal resistance value, an SOC conversion table for converting the terminal voltage of the lithium secondary battery 12 into the SOC, and the like Is stored in advance as a LUT (Look Up Table).
  • the memory unit 6 may be built in the control unit 7, for example.
  • FIG. 6 is a graph showing an example of a correspondence relationship between the SOC of the lithium secondary battery 12 and the internal resistance value.
  • 6A shows a graph during discharging
  • FIG. 6B shows a graph during charging.
  • 6A and 6B graphs G1 and G3 showing characteristics when the lithium secondary battery 12 is normal and graphs G2 and G4 showing characteristics when the lithium secondary battery 12 is abnormal are shown. Show.
  • the change in the internal resistance value with respect to the change in SOC is larger during discharging than during charging.
  • the display unit 8 for example, an LED (Light Emitting Diode), a liquid crystal display, or the like is used.
  • the current detection unit 2, the voltage detection unit 3, the temperature detection unit 4, the timer unit 5, and the memory unit 6 are each connected to the control unit 7, and information obtained from each unit is transmitted to the control unit 7. Based on the information transmitted from each unit, the control unit 7 generates abnormality information indicating an abnormal state of the lithium secondary battery 12 and stores the abnormality information in the memory unit 6. This abnormality information is transmitted and displayed on the display unit 8 or is transmitted to the host device 10 via the communication unit 9.
  • FIG. 2 is a block diagram showing an example of the configuration of the control unit 7 shown in FIG.
  • the control unit 7 includes, for example, a CPU (Central Processing Unit) that executes predetermined arithmetic processing, a storage unit such as a ROM in which a predetermined control program is stored and a RAM that temporarily stores data, peripheral circuits thereof, and the like And is configured. And the control part 7 performs the control program memorize
  • ROM Central Processing Unit
  • the SOC detection unit 71 detects the SOC (State Of Charge) of the lithium secondary battery 12. Specifically, in the lithium ion secondary battery, there is a correlation between the terminal voltage value Vt and the SOC. Therefore, a lookup table indicating the correspondence between the terminal voltage value Vt of the lithium secondary battery 12 and the SOC is stored in advance in the memory unit 6 as an SOC conversion table.
  • the SOC detection unit 71 converts the terminal voltage value Vt detected by the voltage detection unit 3 into SOC with reference to the SOC conversion table stored in the memory unit 6, so that the SOC of the lithium secondary battery 12 can be obtained. Is detected.
  • a correction value (addition value) for correcting the SOC corresponding to the terminal voltage is set such that the correction amount (addition amount) increases as the temperature increases so as to compensate for the change in the terminal voltage due to temperature. Is stored in the memory unit 6 in advance as a temperature correction table.
  • the SOC detection unit 71 refers to the temperature correction table and acquires a correction value associated with the temperature T detected by the temperature detection unit 4. Further, the SOC detection unit 71 corrects the SOC by adding the correction value obtained using the temperature correction table to the SOC obtained using the SOC conversion table as described above, and calculates the corrected SOC.
  • the data is output to the first state acquisition unit 73 and the second state acquisition unit 74.
  • the SOC detection unit 71 does not necessarily need to correct the SOC according to the temperature, and outputs the SOC obtained using the SOC conversion table to the first state acquisition unit 73 and the second state acquisition unit 74. May be.
  • the SOC detection unit 71 calculates the stored charge amount of the lithium secondary battery 12 by integrating the charge / discharge current value Id detected by the current detection unit 2, and stores the charge with respect to the full charge capacity of the lithium secondary battery 12.
  • the percentage of charge may be calculated as SOC, and various other methods can be used to detect SOC.
  • the internal resistance detector 72 detects the internal resistance value R of the lithium secondary battery 12.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining an example of a method of detecting the internal resistance value R by the internal resistance detector 72 shown in FIG.
  • the internal resistance detection unit 72 acquires a plurality of sets of the terminal voltage value Vt and the charge / discharge current value Id and generates a regression line.
  • the data P1 with the charge / discharge current value Id of I1 and the terminal voltage value Vt of V1 the data P2 of charge / discharge current value Id with the terminal voltage value Vt of V2, and the charge / discharge current value Id of I3,
  • data P3 having a terminal voltage value Vt of V3 is acquired and a regression line L is generated from the data P1, P2, P3.
  • the regression line L thus obtained is expressed by the following formula (1), and a coefficient R indicating the slope is obtained as the internal resistance value R of the lithium secondary battery 12.
  • Vt R ⁇ Id + V 0 (1)
  • the regression line L it is necessary to obtain a set of a plurality of terminal voltage values Vt and charge / discharge current values Id having different values.
  • the charge / discharge current changes frequently according to the acceleration / deceleration of the vehicle, the road surface condition, and the like.
  • the charge / discharge current changes frequently according to the change in wind speed. Therefore, for example, in a period of about 1 minute, it is possible to obtain a set of a plurality of terminal voltage values Vt and charge / discharge current values Id necessary for obtaining the regression line L and having different values.
  • the internal resistance detection unit 72 stores, for example, an internal resistance table indicating the relationship between the temperature of the lithium secondary battery 12 and the internal resistance value in a ROM or the like in advance, and the temperature T detected by the temperature detection unit 4. May be converted to the internal resistance value R of the lithium secondary battery 12 by using the internal resistance table to estimate the internal resistance value R.
  • the first state acquisition unit 73 sets the SOC of the lithium secondary battery 12 obtained by the SOC detection unit 71 to SOC 1 (first SOC) at a predetermined first timing T1 during the period when the lithium secondary battery 12 is discharged. ), and acquires the internal resistance value R detected by the internal resistance detector 72 as a first resistance value R 1. Then, the first state acquisition unit 73 causes the timer unit 5 to start measuring elapsed time.
  • the second state acquisition unit 74 has a time measured by the timer unit 5 equal to or longer than a preset set time Ts, for example, 1 hour, that is, a preset set time Ts has elapsed from the first timing T1, and the lithium secondary At the second timing T2 when the battery 12 is discharged, the SOC of the lithium secondary battery 12 obtained by the SOC detection unit 71 is represented by SOC 2 (second SOC), and the internal resistance value R detected by the internal resistance detection unit 72 is represented by obtaining a second resistance value R 2.
  • a preset set time Ts for example, 1 hour
  • the first state acquisition unit 73 and the second state acquisition unit 74 are charging the lithium secondary battery 12 when the charge / discharge current value Id detected by the current detection unit 2 is a positive value, for example. If it is negative, the lithium secondary battery 12 is determined to be discharging.
  • the set time Ts may be set appropriately as long as the SOC of the lithium secondary battery 12 is expected to change in the actual use state, and strict time accuracy is not required.
  • first timing T1 and the second timing T2 include the detection time of the internal resistance value R by the internal resistance detection unit 72 and the processing time of the first state acquisition unit 73 and the second state acquisition unit 74.
  • the timing at which the set time Ts is started may be at the beginning of the first timing T1 or after the end of the first timing T1. It is only necessary that the time interval from T1 to the second timing T2 can be roughly defined.
  • the 1st state acquisition part 73 and the 2nd state acquisition part 74 do not necessarily have the lithium secondary battery 12 in a discharge state or a charge state based on the charging / discharging current value Id detected by the current detection part 2. It is not restricted to the example which detects.
  • the first state acquisition unit 73 and the second state acquisition unit 74 send information indicating whether the lithium secondary battery 12 is being discharged or being charged from the charge / discharge unit 11 to the host device 10 and the communication unit 9. It can be detected by various means, such as receiving via a network.
  • the reference change value setting unit 75 refers to the relation information table stored in the memory unit 6, and the internal resistance reference value Rx 1 associated with the SOC 1 obtained by the first state acquisition unit 73; The internal resistance reference value Rx 2 associated with the SOC 2 obtained by the second state obtaining unit 74 is obtained.
  • the reference change value setting unit 75 uses, for example, the following formulas (2) and (3) when SOC 1 ⁇ SOC 2 , and the following formulas (4) and (5) when SOC 1 ⁇ SOC 2. used to calculate the reference change the upper limit value Xu and reference variation lower limit value Xd is a reference change value as an index indicating the magnitude of the change from the internal resistance standard value Rx 1 to the internal resistance standard value Rx 2, set .
  • Cx is a value representing an error in the reference change value caused by characteristic variation of the lithium secondary battery 12, measurement error, or the like.
  • the determination unit 76 is a change that is an index indicating the magnitude of the change from the first resistance value R 1 acquired by the first state acquisition unit 73 to the second resistance value R 2 acquired by the second state acquisition unit 74.
  • the value X is calculated using, for example, the following formula (6) when SOC 1 ⁇ SOC 2 and the following formula (7) when SOC 1 ⁇ SOC 2 .
  • the determination unit 76 When it is determined that an abnormality has occurred in the secondary battery 12, and the change value X is within the range of the reference change upper limit value Xu to the reference change lower limit value Xd, it is determined that no abnormality has occurred, and the determination result is abnormal. Information is stored in the memory unit 6, displayed on the display unit 8, or transmitted to the host device 10 by the communication unit 9.
  • the relationship between the SOC and the internal resistance value at normal time (graphs G1 and G3), and the relationship between the SOC and the internal resistance value at the time of abnormality (graphs G2 and G4). May be in a parallel-shifted relationship, or there may be a region.
  • the change value X is evaluated as a difference (R 2 ⁇ R 1 or R 1 ⁇ R 2 ) before and after the change, a difference in the change value X between normal time and abnormal time is unlikely to occur. It may be difficult to detect the occurrence of an abnormality.
  • FIG. 4 and 5 are flowcharts showing an example of the operation of the battery abnormality detection circuit 1 shown in FIG.
  • the current detection unit 2 detects the charge / discharge current value Id of the current flowing through the lithium secondary battery 12 (step S1).
  • step S2 the charge / discharge current value Id is compared with zero by the first state acquisition unit 73 (step S2). If the charge / discharge current value Id is equal to or greater than zero (NO in step S2), the lithium secondary battery 12 is While it is determined that the battery is not in the discharged state and the process proceeds to step S1 again, if the charge / discharge current value Id is less than zero (negative value) (YES in step S2), the lithium secondary battery 12 is determined to be in the discharged state. Then, the process proceeds to step S3.
  • the execution timing of steps S3 and S4 corresponds to the timing T1.
  • the SOC detection unit 71 calculates the SOC of the lithium secondary battery 12 at the timing T1. Then, the SOC obtained in this way is obtained as SOC 1 by the first state obtaining unit 73 (step S3).
  • the internal resistance detection unit 72 detects the internal resistance value R of the lithium secondary battery 12 at the timing T1. Then, the internal resistance value R thus obtained is acquired as the first resistance value R 1 by the first state acquisition unit 73 (step S4).
  • step S5 the timer unit 5 starts measuring the elapsed time Tm (step S5).
  • step S6 the second state acquisition unit 74 compares the elapsed time Tm measured by the timer unit 5 with the set time Ts (step S6), and the elapsed time Tm elapses after the set time Ts from the timing T1. If it is equal to or greater than Ts (YES in step S6), the process proceeds to step S7.
  • step S7 the charge / discharge current value Id is compared with zero by the second state acquisition unit 74. If the charge / discharge current value Id is equal to or greater than zero (NO in step S7), the lithium secondary battery 12 is in the discharge state. If the charge / discharge current value Id is less than zero (negative value) (YES in step S7), the lithium secondary battery 12 is determined to be in a discharged state, and the process proceeds to step S8. Transition.
  • the execution timing of steps S8 and S9 corresponds to the timing T2.
  • step S8 the SOC detection unit 71 calculates the SOC of the lithium secondary battery 12 at the timing T2. Then, the SOC obtained in this way is obtained as SOC 2 by the second state obtaining unit 74 (step S8).
  • the SOC detector 71 may constantly calculate and update the SOC of the lithium secondary battery 12 by executing integration of the charge / discharge current value Id in parallel with steps S1 to S16.
  • steps S3 and S8 the first state acquisition unit 73 and the second state acquisition unit 74 acquire the latest SOC calculated by the SOC detection unit 71 as SOC 1 and SOC 2 at timings T1 and T2, respectively. It may be.
  • the internal resistance detection unit 72 detects the internal resistance value R of the lithium secondary battery 12 at the timing T2. Then, the second state acquisition section 74, thus to the internal resistance value R obtained is acquired as a second resistance value R 2 (step S9).
  • the equations (2) to (5) are expressed as follows. Using this, the reference change upper limit value Xu and the reference change lower limit value Xd are set (step S11).
  • step S12 the determination unit 76, based on the first resistance value R 1 and the second resistance value R 2, the formula (6), the change value X is calculated by using (7) (step S12).
  • step S13 whether or not the change value X is within the range of the reference change upper limit value Xu or more and the reference change lower limit value Xd or less is confirmed by the determination unit 76 (step S13).
  • the reference change upper limit value Xu and the reference change lower limit value Xd are determined based on the timing T1 from the SOC 1 that is the SOC of the lithium secondary battery 12 at the timing T1 and the SOC 2 that is the SOC of the lithium secondary battery 12 at the timing T2. Is a value (index) in which a change in the internal resistance value R of the lithium secondary battery 12 between T and T2 is predicted.
  • the change value X is an internal resistance of the lithium secondary battery 12 in the first resistance value R 1 and the timing T2 is the internal resistance of the lithium secondary battery 12 at the timing T1 It is a value (index) that represents the change between.
  • the change value X is considered to be within the range of the reference change upper limit value Xu and the reference change lower limit value Xd.
  • the change value X is out of the range between the reference change upper limit value Xu and the reference change lower limit value Xd, it is considered that an abnormality has occurred in the lithium secondary battery 12.
  • the determination unit 76 determines that the lithium secondary battery 12 is normal if the change value X is in the range of the reference change upper limit value Xu or more and the reference change lower limit value Xd or less (YES in step S13). (Step S14) If the change value X is outside the range between the reference change upper limit value Xu and the reference change lower limit value Xd (NO in step S13), it is determined that an abnormality has occurred in the lithium secondary battery 12. (Step S15).
  • the determination part 76 memorize
  • the timing T1 and the timing T2 are calculated from the SOC 1 that is the SOC of the lithium secondary battery 12 at the timing T1 and the SOC 2 that is the SOC of the lithium secondary battery 12 at the timing T2.
  • the range serving as the criterion for abnormality determination is set as the reference change upper limit value Xu reflecting the SOC and the reference change lower limit value Xd. Therefore, as in the background art, the accuracy of secondary battery abnormality detection is improved compared to the case where abnormality is detected by comparing the amount of change in the internal resistance of the secondary battery caused by charging for a predetermined time with a reference value. can do.
  • the first state acquisition unit 73 and the second state acquisition unit 74 necessarily in time during the discharge, SOC 1, limited to the example first resistance value R 1, SOC 2, and the second resistance value R 2 to obtain Alternatively, steps S2 and S7 may not be executed.
  • the first state acquisition unit 73 and the second state acquisition unit 74 execute steps S2 and S7, and at the timing during discharging, the SOC 1 , the first resistance value R 1 , the SOC 2 , and the second resistance value R by acquiring the 2, SOC 1, first resistance value R 1, SOC 2, and results a large value is obtained as a change value X compared with a case where the second to obtain the resistance value R 2 during the charging, secondary
  • the accuracy of battery abnormality detection can be improved.
  • the battery abnormality detection circuit includes an SOC detection unit that detects the SOC of the secondary battery, an internal resistance detection unit that detects the internal resistance value of the secondary battery, and a predetermined first timing.
  • a first state acquisition unit that acquires the SOC detected by the SOC detection unit as a first SOC and an internal resistance value detected by the internal resistance detection unit as a first resistance value, and is preset from the first timing
  • a second state acquisition unit that acquires the SOC detected by the SOC detection unit as a second SOC and the internal resistance value detected by the internal resistance detection unit as a second resistance value at a second timing after a set time has elapsed;
  • a reference change value setting unit for setting a reference change value indicating a magnitude of a change from the internal resistance value corresponding to the first SOC to the internal resistance value corresponding to the second SOC;
  • a power supply device includes the above-described battery abnormality detection circuit and the secondary battery.
  • the SOC of the secondary battery at a predetermined first timing is acquired as the first SOC and the internal resistance value is acquired as the first resistance value by the first state acquisition unit, and is set in advance from the first timing.
  • the SOC of the secondary battery at the second timing after the elapse of time is acquired as the second SOC and the internal resistance value as the second resistance value.
  • relationship information indicating a correspondence relationship between the SOC and the internal resistance value of the secondary battery is stored in advance by the storage unit.
  • the reference change value setting unit sets a reference change value indicating the magnitude of the change from the internal resistance value corresponding to the first SOC to the internal resistance value corresponding to the second SOC based on the relationship information. Furthermore, when the magnitude of the change from the first resistance value to the second resistance value is different from the magnitude of the change indicated by the reference change value, the determination unit determines that an abnormality has occurred in the secondary battery. .
  • the first timing is a timing at which the secondary battery is discharged
  • the second timing is a timing at which the set time has elapsed from the first timing and the secondary battery is discharged. It is preferable that
  • Secondary batteries have the property that the change in internal resistance value is larger during discharging than during charging. Therefore, according to this configuration, the magnitude of the change used for the determination is determined by performing the abnormality determination based on the magnitude of the change from the first resistance value to the second resistance value obtained during the discharge. As a result of being larger than the inside, it is possible to improve the accuracy of secondary battery abnormality detection.
  • a voltage detection unit that detects a terminal voltage of the secondary battery may be further included, and the SOC detection unit may obtain the SOC by converting the terminal voltage detected by the voltage detection unit into an SOC. preferable.
  • the SOC detection unit can obtain the SOC by converting the terminal voltage detected by the voltage detection unit into the SOC.
  • a temperature detection unit that detects the temperature of the secondary battery is further provided, and the SOC detection unit corrects the SOC by adding a correction value to the SOC obtained by converting the terminal voltage.
  • the correction value is preferably increased as the temperature detected by the temperature detection unit is higher.
  • the terminal voltage of the secondary battery has a characteristic that it decreases as the temperature increases even with the same SOC. Therefore, based on the correspondence between the SOC and the terminal voltage at a certain temperature, when the terminal voltage of the secondary battery is converted into the SOC as it is regardless of the actual temperature, the calculated SOC is actually higher as the temperature is higher. It becomes a value smaller than the SOC. Therefore, the SOC detection unit corrects the SOC by adding a correction value to the SOC obtained by converting the terminal voltage, and increases the correction value as the temperature detected by the temperature detection unit is higher. Thereby, the detection accuracy of SOC can be improved.
  • a current detection unit that detects a current flowing through the secondary battery is further provided, and the SOC detection unit calculates the SOC by integrating the current detected by the current detection unit.
  • the terminal voltage depends on the temperature as in the case of converting the terminal voltage to the SOC. There is no error.
  • the reference variation value setting unit obtains the internal resistance value that is associated with the SOC 1 is the first 1SOC by the relationship information stored in the storage unit as the internal resistance standard value Rx 1, the relationship The internal resistance value associated with the SOC 2 that is the second SOC is acquired as the internal resistance reference value Rx 2 according to the information.
  • the change value X is in the range from the reference change upper limit value Xu to the reference change lower limit value Xd. It is preferable to determine that no abnormality has occurred in the secondary battery.
  • the reference change upper limit value Xu and the reference change lower limit value Xd which are reference change values, are set by the reference change value setting unit, and the determination unit based on the reference change upper limit value Xu and the reference change lower limit value Xd. It is easy to determine the abnormality of the secondary battery.
  • the reference change value used as the abnormality determination reference reflects the SOC at the first and second timings.
  • the accuracy of abnormality detection of the secondary battery can be improved over the background art that detects abnormality based on the amount of change in the internal resistance of the secondary battery caused by charging.
  • the battery abnormality detection circuit and the power supply device are used in mobile fields such as mobile phones and personal computers, power tools such as electric tools and vacuum cleaners, electric vehicles, electric industrial vehicles, electric motorcycles, electric assist bicycles, etc. It can be suitably used as a battery abnormality detection circuit and a power supply device for secondary batteries in a wide range of fields such as fields, system power supply fields such as peak shift and backup.

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Abstract

　二次電池のＳＯＣを検出するＳＯＣ検出部と、二次電池の内部抵抗値を検出する内部抵抗検出部と、第１タイミングにおける第１ＳＯＣと第１抵抗値を取得する第１状態取得部と、第２タイミングにおける第２ＳＯＣと第２抵抗値を取得する第２状態取得部と、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、記憶部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を設定する基準変化値設定部と、第１抵抗値から第２抵抗値への変化の大きさが、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、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電池異常検出回路。

Description

電池異常検出回路、及び電源装置
　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。
　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。
特開２００３－２０４６２７号公報
　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。
　本発明の一局面に従う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、本発明の一局面に従う電源装置は、上述の電池異常検出回路と、前記二次電池とを備える。
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に示す制御部の構成の一例を示すブロック図である。 図２に示す内部抵抗検出部による内部抵抗値の検出方法の一例を説明するための説明図である。 図１に示す電池異常検出回路の動作の一例を示すフローチャートである。 図１に示す電池異常検出回路の動作の一例を示すフローチャートである。 リチウム二次電池の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６Ａは放電時、図６Ｂは充電時におけるグラフである。
　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６Ａは放電時、図６Ｂは充電時におけるグラフを示している。また、図６Ａ、図６Ｂ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６ＡのグラフＧ１と、図６Ｂ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。
　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。
　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）
　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６Ａ、図６Ｂ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。
　即ち、本発明の一局面に従う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、本発明の一局面に従う電源装置は、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。
　また、前記基準変化値設定部は、前記記憶部に記憶されている関係情報によって前記第１ＳＯＣであるＳＯＣ１と対応づけられている内部抵抗値を内部抵抗基準値Ｒｘ１として取得し、当該関係情報によって前記第２ＳＯＣであるＳＯＣ２と対応づけられている内部抵抗値を内部抵抗基準値Ｒｘ２として取得し、ＳＯＣ１＞ＳＯＣ２のときは下記の式（Ａ）（Ｂ）を用い、ＳＯＣ１＜ＳＯＣ２のときは下記の式（Ｃ）（Ｄ）を用いて、前記内部抵抗基準値Ｒｘ１から前記内部抵抗基準値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、前記判定部は、前記第１抵抗値Ｒ１から前記第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、ＳＯＣ１＞ＳＯＣ２のときは下記の式（Ｅ）を用いて、ＳＯＣ１＜ＳＯＣ２のときは下記の式（Ｆ）を用いて算出し、当該算出された変化値Ｘが、前記基準変化上限値Ｘｕから前記基準変化下限値Ｘｄまでの範囲外である場合、前記二次電池に異常が生じていると判定し、当該変化値Ｘが、前記基準変化上限値Ｘｕから前記基準変化下限値Ｘｄまでの範囲内である場合、前記二次電池に異常は生じていないと判定することが好ましい。
　Ｘｕ＝（Ｒｘ２／Ｒｘ１）＋Ｃｘ　・・・（Ａ）
　Ｘｄ＝（Ｒｘ２／Ｒｘ１）－Ｃｘ　・・・（Ｂ）
　Ｘｕ＝（Ｒｘ１／Ｒｘ２）＋Ｃｘ　・・・（Ｃ）
　Ｘｄ＝（Ｒｘ１／Ｒｘ２）－Ｃｘ　・・・（Ｄ）
　但し、Ｃｘは、前記基準変化値の誤差を表す値である。
　Ｘ＝Ｒ２／Ｒ１　・・・（Ｅ）
　Ｘ＝Ｒ１／Ｒ２　・・・（Ｆ）
　この構成によれば、基準変化値設定部によって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とを設定し、判定部によって基準変化上限値Ｘｕと基準変化下限値Ｘｄとに基づき二次電池の異常を判定することが容易である。
　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。
　この出願は、２００９年３月２４日に出願された日本国特許出願特願２００９－０７１５４０を基礎とするものであり、その内容は、本願に含まれるものである。
　なお、発明の詳細な説明の項においてなされた具体的な実施態様又は実施例は、あくまでも、本発明の技術内容を明らかにするものであって、そのような具体例にのみ限定して狭義に解釈されるべきものではなく、本発明の精神と次に記載する特許請求事項との範囲内で、種々変更して実施することができるものである。
　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。

Claims (7)

  1. 　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
    　を備える電池異常検出回路。
  2. 　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
    　請求項１記載の電池異常検出回路。
  3. 　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
    　請求項２記載の電池異常検出回路。
  4. 　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
    　請求項３記載の電池異常検出回路。
  5. 　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
    　請求項１又は２記載の電池異常検出回路。
  6. 　前記基準変化値設定部は、
    　前記記憶部に記憶されている関係情報によって前記第１ＳＯＣであるＳＯＣ１と対応づけられている内部抵抗値を内部抵抗基準値Ｒｘ１として取得し、当該関係情報によって前記第２ＳＯＣであるＳＯＣ２と対応づけられている内部抵抗値を内部抵抗基準値Ｒｘ２として取得し、
    　ＳＯＣ１＞ＳＯＣ２のときは下記の式（Ａ）（Ｂ）を用い、ＳＯＣ１＜ＳＯＣ２のときは下記の式（Ｃ）（Ｄ）を用いて、前記内部抵抗基準値Ｒｘ１から前記内部抵抗基準値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、
    　前記判定部は、
    　前記第１抵抗値Ｒ１から前記第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、ＳＯＣ１＞ＳＯＣ２のときは下記の式（Ｅ）を用いて、ＳＯＣ１＜ＳＯＣ２のときは下記の式（Ｆ）を用いて算出し、
    　当該算出された変化値Ｘが、前記基準変化上限値Ｘｕから前記基準変化下限値Ｘｄまでの範囲外である場合、前記二次電池に異常が生じていると判定し、当該変化値Ｘが、前記基準変化上限値Ｘｕから前記基準変化下限値Ｘｄまでの範囲内である場合、前記二次電池に異常は生じていないと判定する
    　請求項１～５のいずれか１項に記載の電池異常検出回路。
    　Ｘｕ＝（Ｒｘ２／Ｒｘ１）＋Ｃｘ　・・・（Ａ）
    　Ｘｄ＝（Ｒｘ２／Ｒｘ１）－Ｃｘ　・・・（Ｂ）
    　Ｘｕ＝（Ｒｘ１／Ｒｘ２）＋Ｃｘ　・・・（Ｃ）
    　Ｘｄ＝（Ｒｘ１／Ｒｘ２）－Ｃｘ　・・・（Ｄ）
    　但し、Ｃｘは、前記基準変化値の誤差を表す値である。
    　Ｘ＝Ｒ２／Ｒ１　・・・（Ｅ）
    　Ｘ＝Ｒ１／Ｒ２　・・・（Ｆ）
  7. 　請求項１～６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
    　を備える電源装置。
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