WO2019156171A1 - リチウムイオン二次電池の制御装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

リチウムイオン二次電池を制御する制御装置であって、リチウムイオン二次電池へ定電圧充電をおこなっている際の充電電流を検出し、充電電流が所定時間内に所定量の増加をした場合、リチウムイオン二次電池への充電を停止するとともに、リチウムイオン二次電池が備える記憶部へ充電電流増加に基づく制御情報を記録する制御部と、を備える。

Description

リチウムイオン二次電池の制御装置及びその制御方法

　本開示は、リチウムイオン二次電池を制御する制御装置、その制御方法に関する。

　リチウムイオン二次電池は、リチウムをイオンの状態にした電解液を用いている。リチウムは反応が速く、反応熱によって発煙、発火するという特性を持つ。そのため、従来リチウムイオン二次電池では温度制御等をおこなうことで、発煙、発火に至る直前に稼動を停止させる等の対応がとられてきた。

　特許文献１では、リチウムイオン二次電池に温度計測装置を設置し、温度の変化を微分値等用いて管理することで、電池内部で生じる小短絡現象を把握し、電池の稼動停止を判断していた。この小短絡現象は特にリチウムイオン二次電池を過充電にした状態で生じやすいことが指摘されている。

特開平１０－９２４７６号公報

　しかし従来の技術ではリチウムイオン二次電池が発煙、発火にいたる直前の現象を捕らえることでこれらの事象の発生を抑制するものであった。そのため、異常を検出した場合でも十分な時間が確保できず対応できない可能性がある。

　また、異常の発生を従来以上に前もって検出しようとすると、正常なリチウムイオン二次電池に対してまで誤って異常と検出してしまう誤検出の問題もあった。

　本開示では、リチウム二次電池が発煙、発火等の異常状態になる予兆を新たに見出すことで、リチウムイオン二次電池の異常発生を従来よりも正確に検出することを目的とする。

　本開示における制御装置は、リチウムイオン二次電池を制御する制御装置であって、リチウムイオン二次電池へ定電圧充電をおこなっている際の充電電流を検出し、充電電流が所定時間内に所定量の増加をした場合、リチウムイオン二次電池への充電を停止するとともに、リチウムイオン二次電池が備える記憶部へ充電電流増加に基づく制御情報を記録する制御部と、を備える。

　本開示における制御装置は、リチウムイオン二次電池を制御する制御装置であって、リチウムイオン二次電池を構成する電池セルの温度を算出し、温度が所定期間内に所定量以上増加した場合、リチウムイオン二次電池が備える記憶部へ温度算出に基づく制御情報を記録する制御部と、を備える。

　本開示における制御装置は、リチウムイオン二次電池を制御する制御装置であって、リチウムイオン二次電池への充電が所定電圧以上になった後に、リチウムイオン二次電池を構成する電池セルの電圧を検出し、電圧の電圧降下が基準モデルの電池セルの電圧降下と所定量以上異なる場合、リチウムイオン二次電池が備える記憶部へ電圧検出に基づく制御情報を記録する制御部と、を備える。

　本開示におけるリチウムイオン二次電池の制御装置は、新たな異常の予兆をみいだすことで、従来と比較してリチウムイオン二次電池の異常をより正確に検出することができる。

リチウムイオン二次電池を搭載した電子機器の外観図。 リチウムイオン二次電池を搭載した電子機器の機能構成図。 リチウムイオン二次電池の構成図。 リチウムイオン二次電池を充電する場合の充電方法を説明するグラフ。 ＣＶ充電中の充電電流の様子を示すグラフ。 ＣＶ充電中の電流増加を検出するフローチャート。 電池セルブロックの温度変化例を示すグラフ。 温度上昇検知処理の内容を示すフローチャート。 満充電直後からの電池電圧の変化を示すグラフ。 電池セルの電圧検出処理のフローチャート。

　以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。

　なお、発明者（ら）は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。

（実施の形態１）
　図１は、リチウムイオン二次電池を搭載した電子機器の外観図である。パーソナルコンピュータ１００は、動作するためにリチウムイオン二次電池（図示せず）を搭載している。リチウムイオン二次電池は例えば、キーボード１０１の裏側にあたる底面、あるいはキーボード１０１とディスプレイ１０２との接合部分の底面後側等に、格納される。

　本説明ではリチウムイオン二次電池を搭載した電子機器として、パーソナルコンピュータを例として示す。しかし、本開示はこれに限定されるものではない。リチウムイオン二次電池を搭載して動作する電子機器であれば他のものであってもよい。

　図２は、本実施の形態で説明するリチウムイオン二次電池を搭載した電子機器の機能構成図である。パーソナルコンピュータ１００は、本体部２００とリチウムイオン二次電池３００とを備える。

　本体部２００は、電源端子２０１と、制御部２０２と、負荷回路２０３と、を備える。

　電源端子２０１は、外部から電力が供給される際に電源線等が接続される端子である。ここから供給される電力を利用してリチウムイオン二次電池３００は充電をおこなう。

　制御部２０２は、パーソナルコンピュータ１００の負荷回路２０３、その他のハードウェア等を制御する。特に本実施の形態ではリチウムイオン二次電池３００を制御部２０２が制御する。

　制御部２０２は、ＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ－Ｐｒｏｃｅｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）や専用ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）等により実現（構成）することができる。また、制御部２０２は、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）やＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ）等により実現することができる。

　負荷回路２０３は、電源端子２０１から入力された電力、あるいは、リチウムイオン二次電池３００から供給される電力により動作する電気回路である。パーソナルコンピュータ１００の場合は、ＣＰＵ、メモリ、ディスプレイ等一般的なコンピュータを構成する各種デバイスがこれに該当する。

　リチウムイオン二次電池３００は、内部にリチウムイオン二次電池のセルを一つ又は複数備えている。これらのセルに充電、及び放電をさせることで本体部２００からの電力を蓄積する、あるいは本体部２００へ電力を供給することを可能とする。リチウムイオン二次電池３００は、本体部２００に、＋接続端子及び－接続端子（電源接続端子）、及びデータ通信端子で電気的に接続される。

　図３は、本実施の形態で説明するリチウムイオン二次電池の構成図である。リチウムイオン二次電池３００は、電池セルブロック３１０と、制御モジュール３２０とを有する。

　電池セルブロック３１０は、リチウムイオンを電解質とする充電が可能な電池セルを備える。電池セルブロック３１０は、リチウムイオン二次電池に求められる性能に応じて、１個あるいは複数個の電池セルを有する。

　制御モジュール３２０は、電池セルブロック３１０への充電や放電を制御する。制御モジュール３２０は、＋端子３２１、－端子３２２、ＤＡＴＡ端子３２３、電流検出抵抗３２４、充電スイッチ３２５、放電スイッチ３２６、ヒューズ３２７、スイッチ３２８、第１電池制御部３２９、第２電池制御部３３０、第１温度センサ３３１、及び第２温度センサ３３２を備える。

　＋端子３２１、－端子３２２は、本体部２００からリチウムイオン二次電池３００へ充電する際、あるいはリチウムイオン二次電池３００から本体部２００へ放電する際に電気的に接続される端子である。リチウムイオン二次電池３００は、本体部２００との間で直流電力の授受をおこなう。

　ＤＡＴＡ端子３２３は、本体部２００とリチウムイオン二次電池３００とが通信をおこなう際に用いられる端子である。より具体的には本体部２００の制御部２０２とリチウムイオン二次電池３００の第１電池制御部３２９とが、この端子を介してデータやコマンド等を送受信する。

　電流検出抵抗３２４は、リチウムイオン二次電池３００から放電される電力の電流、あるいはリチウムイオン二次電池３００へ充電する際の電力の電流を検出するために利用される電気抵抗である。この両端の電圧差を第１電池制御部３２９が計測し、電流値を算出する。

　充電スイッチ３２５及び放電スイッチ３２６はそれぞれ電池セルブロック３１０を制御するために使用されるスイッチである。これらのスイッチは第１電池制御部３２９により制御される。

　電池セルブロック３１０へ電力を充電している際に、第１電池制御部３２９は、電池セルブロック３１０を構成する電池セルが過電圧の状態や過放電の状態となるのを抑制するために、充電スイッチ３２５及び放電スイッチ３２６を制御する。これらのスイッチは例えばＭＯＳＦＥＴ等により実現される。

　ヒューズ３２７は、電池セルブロック３１０を過電流あるいは過充電（過電圧）から保護する目的で備えられている。第２電池制御部３３０は、電池セルブロック３１０への過電流や過電圧等を検出すると、スイッチ３２８を通電させてヒューズ３２７の抵抗へ電流を流す。ヒューズ３２７の抵抗は電流による発熱でヒューズ３２７を溶断させる。これにより電池セルブロック３１０を電気的に切り離し、過電流あるいは過電圧から保護している。

　第１電池制御部３２９は、リチウムイオン二次電池３００全体を制御する。第１電池制御部３２９はＤＡＴＡ端子３２３を介して本体部２００の制御部２０２と通信をおこなう。第１電池制御部３２９は、電流検出抵抗３２４の両端から取得した電圧差に基づいて電流値を算出する。

　第１電池制御部３２９は充電スイッチ３２５や放電スイッチ３２６の制御もおこなう。第１電池制御部３２９は、第１温度センサ３３１や第２温度センサ３３２から温度情報も取得する。電流や温度だけでなく、第１電池制御部３２９は、電池セルブロック３１０の電圧も計測する。なお、電池セルブロック３１０が複数の電池セルにより直列接続で構成されている場合、全体としての電圧だけでなく、全ての電池セルの電圧を個別に計測する。

　第１電池制御部３２９は、不揮発性の記憶媒体（図示せず）に接続されている。これらは例えばＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ　Ｅｒａｓａｂｌｅ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｒｅａｄ－Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）やＮＡＮＤ型フラッシュメモリ等で実現することができる。第１電池制御部３２９は、算出した電流値、取得した温度情報、及び電池セルブロック３１０の電圧値を、必要に応じてこれらの記憶媒体へ記録・保持する。また、第１電池制御部３２９は、制御部２０２から指示された情報をこの記憶媒体に記録する。

　第２電池制御部３３０は、電池セルブロック３１０を保護する目的で備えられている。第２電池制御部３３０は、第１電池制御部３２９が充電スイッチ３２５及び放電スイッチ３２６を制御しているにもかかわらず電池セルブロック３１０の異常等が検出された場合に、スイッチ３２８をＯＮにし、これによりヒューズ３２７を溶断させる。

　なお、第１電池制御部３２９及び第２電池制御部３３０は、ＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ－Ｐｒｏｃｅｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）や専用ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）等により実現（構成）することができる。また、第１電池制御部３２９及び第２電池制御部３３０は、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）やＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ）等により実現することができる。

　第１電池制御部３２９に接続される不揮発性の記憶媒体は、第１電池制御部３２９とは独立して設けられてもよいし、第１電池制御部３２９の内部に設けられてもよい。

　第１温度センサ３３１は、充電スイッチ３２５や放電スイッチ３２６の温度を計測する。第２温度センサ３３２は、電池セルブロック３１０の温度を計測する。電池セルブロック３１０が複数の電池セルから構成されている場合、第２温度センサ３３２は、それぞれの電池セルの温度を計測できるように構成されてもよい。

　図４は、リチウムイオン二次電池を充電する場合の充電方法を説明するグラフである。上段グラフ及び下段グラフの横軸は時間を示す。上段グラフの縦軸は電圧を示し、下段グラフの縦軸は電流を示す。

　本実施の形態で説明するリチウムイオン二次電池では定電流定電圧方式とよばれる方法で充電をおこなう。この充電方法では、充電の初期段階（時間ｔ１までの期間）では電池セルブロック３１０に一定電流による充電をおこなう。その際、電圧は充電量に応じて上昇する。以下本実施の形態の説明では、この充電方式を「ＣＣ充電」と称する。

　電圧が満充電の近傍まで上昇すると、電圧を一定にして充電をおこなう（時間ｔ１～ｔ２の期間）。電圧を一定にした充電では、電池セルブロック３１０内部の電圧が上昇するに従って充電電流が減少していく。以下本実施の形態の説明では、この充電方式を「ＣＶ充電」と称する。充電が完了(時間ｔ２)すると充電を終了する。

　上記の充電制御を第１電池制御部３２９と制御部２０２が、電池セルブロック３１０から取得した電池電圧値や算出した電流値等に基づいて制御する。

　リチウムイオン二次電池が発煙、発火等にいたる要因としては、例えば、先行技術文献等でも示されているようにリチウムイオン二次電池の過充電が考えられる。他の要因としては、例えば、リチウムイオン二次電池内部に金属異物が混入していることが考えられる。このような異物の混入は、リチウムイオン二次電池の製造に用いる材料に異物が混在している場合や電池の製造段階で異物が内部に混じりこむこんだ場合に、生じると考えられる。

　リチウムイオン二次電池内部に金属異物が混じっていると、電池の使用中にこの異物が電池内部で小短絡を引き起こす可能性がある。

　図５は、図４で説明したＣＶ充電時における充電電流の様子を示したグラフである。図５（Ａ）及び図５（Ｂ）の横軸は時間を示し、縦軸は電流値を示す。

　図５（Ａ）は、正常なリチウムイオン二次電池における充電電流の減少を示すグラフである。リチウムイオン二次電池が正常である場合、充電電流はほぼ単調に減少していく。これは、リチウムイオン二次電池が満充電に近づくにつれて電池抵抗が大きくなり電流値が減少するためである。

　図５（Ｂ）は、リチウムイオン二次電池内部で局所的に小短絡等が発生した場合における充電電流の減少を示すグラフである。電池内部で電気的な短絡が発生する原因としては、電池内部に金属異物が含まれていることや、電極体に比較的大きなバリが存在していることなどの様々な原因が考えられる。このような原因により短絡が生じると、一時的にリチウムイオン二次電池の電気抵抗が低下して、電流値が増大するものと考えられる。

　電池内部で生じた短絡現象が局所的に収束すると、リチウムイオン二次電池全体としての電気抵抗が短絡前の状態に戻る。そのため電流値の減少も元のペースに戻る。この短絡現象が収束しないと発熱が継続し、最終的に発煙、発火にいたると考えられる。

　本出願の発明者は発煙、発火にいたったリチウムイオン二次電池の状態を継続的に観察した結果、このような問題が生じるリチウムイオン二次電池では、問題が生じる前に、上記のような事象が観察されるケースがあることを見出した。そこで本出願の発明者は、この事象を捕らえることでリチウムイオン二次電池の異常予兆検出をおこない、より安全な取り扱いを提案する。

　上記の検出方法に関して、図６のフローチャートを用いて説明する。このフローチャートの処理は、図２で説明した制御部２０２及び第１電池制御部３２９により行われる。

　（ステップＳ６０１）第１電池制御部３２９が電流検出抵抗３２４の両端の電圧値を取得する。

　（ステップＳ６０２）第１電池制御部３２９は、取得した電流検出抵抗３２４の両端の電圧値から電圧差を算出し、この電圧差と電流検出抵抗３２４の抵抗値とから理論的な電流値を算出する。

　（ステップＳ６０３）第１電池制御部３２９は、算出した電流値をＤＡＴＡ端子３２３を介して本体部２００の制御部２０２へ送信する。

　（ステップＳ６０４）制御部２０２は、取得した電流値をメモリ等の記憶部に記録する。

　（ステップＳ６０５）制御部２０２は、記憶部に記録した過去所定期間（第１の期間）内の電流値データを読み出す。制御部２０２は読み出したデータから電流値が所定期間（第１の期間）継続して予め定めた閾値(第１の閾値)以上に増加しているか否かを比較、判断する。

　電流値が所定期間継続して第１の閾値以上増加している場合、制御部２０２は処理をステップＳ６０６へ移す。電流値が増加していない、あるいは増加していても第１の閾値未満の場合、制御部２０２はステップＳ６０１の処理に戻る。

　（ステップＳ６０６）制御部２０２は、使用しているリチウムイオン二次電池がＣＶ充電中に電流が基準以上に増加したことに基づく制御情報を、リチウムイオン二次電池３００の第１電池制御部３２９へ記録することを要求する。要求を受けた第１電池制御部３２９は、不揮発性の記憶部へ当該情報を記録する。

　（ステップＳ６０７）制御部２０２は、第１電池制御部３２９へ充電を停止させることを指示する。さらに制御部２０２は第１電池制御部３２９へ電池を放電させることも指示する。これは、リチウムイオン二次電池３００に充電された電力を放電してリチウムイオンの状態を安定にするためである。リチウムイオン二次電池３００から放電(供給)される電力は、本体部２００の負荷回路２０３内部に設けられている放電用電気回路へ入力される。これにより、電池セルブロック３１０に蓄積された電力は減少する。

　以上説明したように、ＣＶ充電中の充電電流の増加という予兆を検出することで、従来にくらべて、発煙や発火の現象が生じる前のより早い段階で、上記現象が生じる疑いのあるリチウムイオン二次電池の使用を抑制することができる。よって、より安全にリチウムイオン二次電池を利用することができる。

　また、リチウムイオン二次電池への充電を停止するだけでなく、すでに蓄えられている電力を放電させることでリチウムイオン二次電池をより安定な状態とすることができる。これらにより、従来と比較してより安全にリチウムイオン電池を利用することができる。

　なお上記のステップＳ６０５において制御部２０２は、電流値が「所定の期間（第１の期間）」継続して「第１の閾値」以上に増加していること検出することで、電流増加を検出することを説明した。この「所定の期間（第１の期間）」と「第１の閾値」の設定については以下のようにしてもよい。

　なお、「所定の期間（第１の期間）」と「第１の閾値」の設定を行うにあたっては、以下の点を考慮する必要がある。すなわち、図５を参照した説明では、ＣＶ充電中に電流が減少することを説明した。しかし、実際の製品では、リチウムイオン二次電池３００が正常であってもノイズやその他要因により電流が純粋には減少しない場合がある。そのため、「所定の期間（第１の期間）」や「第１の閾値」の設定を行うにあたっては、このようなノイズ等の影響を考慮する必要がある。

　上記の「所定の期間（第１の期間）」と「第１の閾値」との組み合わせとしては種々の組み合わせが考えられる。例えば、対象機器がパーソナルコンピュータ等の機器である場合、１秒間（所定の期間（第１の期間））継続して５００ｍＡ（第１の閾値）以上の電流増加が認められることや、２秒間継続して８０ｍＡ以上の電流増加が認められることや、３秒間継続して３０ｍＡ以上の電流増加が認められることや、５秒間継続して１０ｍＡ以上の電流増加が認められることなどの幾つかの組み合わせが考えられる。

　制御部２０２は、上記のような複数の組み合わせのうちいずれか一つの組み合わせに係る条件についてのみ成立の有無を判断することで電流増加の有無を検出（判断）してもよいし、複数の組み合わせのそれぞれについて並行して条件成立の有無を判断しつつ、いずれかの一つの組み合わせに係る条件が成立した場合に、電流増加が発生していると判断（検出）してもよい。あるいは、制御部２０２は、上記の複数の組み合わせのうち２つの組み合わせについて条件が成立した場合に、電流増加が発生していると判断（検出）しもよい。このように複数の判断基準を組み合わせて判断を行い、あるいは一つの判断基準に基づいて判断を行うことで、ノイズ等の外乱の影響を抑制したより精度の高い検出が可能となる。

　上記の電流増加の検出については、ＣＶ充電中にリチウムイオン二次電池３００への充電電力が所定の条件を満たした状態で実施することで、より精度を高めることができる。具体的には、負荷回路２０３の消費電力が大きくなった場合、負荷回路２０３へ供給する電力とリチウムイオン二次電池３００への充電電力との合計が電源端子２０１から供給される外部電源の供給能力を上回ると、充電電力が絞られる。その後、負荷回路２０３の消費電力が小さくなった場合は充電電力の絞りが解除される。このように、負荷回路の動作状態により充電電流が変動する。この点を考慮して、負荷回路がどのように動作をしてもリチウムイオン二次電池へ供給される電力を維持できる条件を算出し、その電力に応じた電流値以下の条件下で上記の検出を行う。これにより、充電時における負荷回路が検出処理に及ぼす影響を抑制することができる。

　より好ましくは、電流値の検出とともに、第１温度センサ３３１、第２温度センサ３３２等を利用した温度変化の検出を行い、温度変化についても併せて考慮してもよい。電流値の検出を一定温度下で実施することでより精度の高い検出が可能となる。

　また、ステップＳ６０６において説明した第１電池制御部３２９に記録する情報が「使用しているリチウムイオン二次電池がＣＶ充電中に電流が基準以上に増加したことに基づく制御情報」として説明したが、この情報は、例えば当該事象が発生したことを示す情報などである。しかし、本開示ではこれに限定されるものではない。例えば、上記以外の情報でも、この事実にもとづいて当該リチウムイオン二次電池３００の以後の使用を禁止する旨の情報、その他この事実に起因して記録することが求められる情報であれば、記録される情報の論理的な意味を特に限定するものではない。

　また、ステップＳ６０７において、さらに以下の処理を追加してもよい。具体的には、制御部２０２がステップＳ６０５において電流値が所定条件で増加していると判断した場合、制御部２０２は負荷回路２０３を構成するＣＰＵ（図示せず）等に、リチウムイオン二次電池３００の使用中止を求めるための通知をする。パーソナルコンピュータ１００は利用者に当該リチウムイオン二次電池３００の使用停止を強く推奨する警告をディスプレイ１０２に表示する、あるいは一定時間後に自動的に処理を終了する、あるいは使用中のリチウムイオン二次電池３００を使用できる期限をディスプレイ１０２に表示する等の処理を行う。これにより、利用者は必要なデータの保存やバックアップ等を行うことができる。

　また、リチウムイオン二次電池３００のステップＳ６０１からＳ６０３までの処理と、本体部２００のステップＳ６０４～Ｓ６０５までの処理とが同期して行われる場合について図６では説明した。しかし、本開示ではこれに限定されない。例えば、これら両者の処理はそれぞれ独立に処理することも可能である。例えば、ステップＳ６０１～Ｓ６０３では、ステップＳ６０３の処理を終了後にステップＳ６０１へ戻ればよい。また、ステップＳ６０４～Ｓ６０５では、ステップＳ６０５の判断で電流値が所定値以上増加していない場合、ステップＳ６０４へ戻ればよい。独立した両処理は、リチウムイオン二次電池３００から本体部２００へ送られるデータで関係性を維持できる。

（実施の形態２）
　本実施の形態では、温度を観察することによる、リチウムイオン二次電池の異常予兆の検出について説明する。なお、本実施の形態のハードウェアの構成は、実施の形態１において図１から図３を参照して説明した構成と同じであるため、説明を省略する。

　図７は、リチウムイオン二次電池３００を本体部２００に接続して放電または充電しているときの電池セルブロック３１０の温度変化例を示すグラフである。

　図７のグラフの横軸は時間を示し、縦軸は温度を示す。時間ｔ７以降で示されるような大幅な温度上昇が発生すると、電池セルブロック３１０の内部で短絡現象が発生し、それが収束せずに発煙、発火に至る場合がある。

　本出願では、時間ｔ５から時間ｔ６の期間（第２の期間）に示されるような温度上昇を検出することを目的とする。一定条件下で生じる時間ｔ５から時間ｔ６の期間（第２の期間）での温度上昇は、時間ｔ７以降で発生する大幅な温度上昇の予兆となりえることを本出願の発明者は見出した。そこで本出願ではこのような予兆となりえるような事象を検出する。

　図８は本出願で説明する温度上昇検知処理の内容を示すフローチャートである。以下図８のフローチャートに沿って温度を利用した予兆検出について説明する。

　（ステップＳ８０１）第１電池制御部３２９は、第２温度センサ３３２から電池セルブロック３１０の温度情報を取得する。

　（ステップＳ８０２）第１電池制御部３２９は、ＤＡＴＡ端子３２３を介して電池セルブロック３１０の温度情報を制御部２０２へ送信する。

　（ステップＳ８０３）制御部２０２は、第１電池制御部３２９から取得した電池セルブロック３１０の温度情報を記憶部に記録する。

　（ステップＳ８０４）制御部２０２は、記憶部に記録した過去の所定時間内（第２の期間）の温度状況を確認する。具体的には制御部２０２は、所定時間（第２の期間）内の電池セルブロック３１０の温度が予め定めた閾値（第２の閾値）以上に上昇しているか否かを判断する。電池セルブロック３１０の温度が予め定めた閾値（第２の閾値）以上に上昇している場合、制御部２０２はステップＳ８０５の処理に移る。電池セルブロック３１０の温度が低下、あるいは一定のまま、あるいは上昇したとしても、当該温度が予め定めた閾値（第２の閾値）未満の場合は、制御部２０２は、ステップＳ８０１の処理に戻る。

　（ステップＳ８０５）制御部２０２は、ＤＡＴＡ端子３２３を介して第１電池制御部３２９へ、使用しているリチウムイオン二次電池３００に所定範囲以上の温度上昇が検出されたことに基づく制御情報を記録することを要求する。第１電池制御部３２９は上記の要求を受けると、内部の記憶部へ当該情報を記録する。

　上記の「使用しているリチウムイオン二次電池３００に所定範囲以上の温度上昇が検出されたことに基づく制御情報」は、当該事象が発生したことを示す情報に限定されるものではない。これ以外でも、この事象にもとづいて当該リチウムイオン二次電池３００の以後の使用を禁止する旨の情報、その他この事実に起因して記録することが求められる情報であれば、記録される情報の論理的な意味を特に限定するものではない。

　（ステップＳ８０６）制御部２０２は、リチウムイオン二次電池３００が充電中である場合、第１電池制御部３２９へ充電を停止させることを指示する。さらに制御部２０２は第１電池制御部３２９へ電池セルブロック３１０に蓄えられている電力を放電させることを指示する。リチウムイオン二次電池から放電(供給)される電力は、本体部２００の負荷回路２０３内部に設けられている放電用電気回路へ入力する。これにより、電池セルブロック３１０に蓄積された電力は減少する。

　なお、上記の説明では電池セルブロック３１０の温度のみを取得し、それに基づいて判断する処理について説明した。しかし、本出願の内容はこれに限定するものではない。例えば、リチウムイオン二次電池３００が利用されている周囲環境の温度を併せて取得し、その温度情報を考慮して電池セルブロック３１０の温度を第１電池制御部３２９は算出してもよい。これにより、ノイズの影響を抑制したより精度を高めた電池セルブロック３１０の温度を制御部２０２が取得することができる。

　また、ステップＳ８０４で利用される「所定の条件」等は、上述した数値内容に限定されるものではない。これら所定の条件は、使用されるセルの数や、それぞれのセルの能力により異なるからである。例えば、ラップトップＰＣ等のリチウムイオン二次電池については、１０秒の期間で３度以上の温度上昇がいずれかの電池セルで検出された場合にステップＳ８０４の条件が成立したものとしてもよい。また、自動車の動力源として使用されるリチウムイオン二次電池については、１０秒間で１．４度以上の温度上昇がいずれかの電池セルが検出された場合に、ステップＳ８０４の条件が成立したものとしてもよい。

　また、ステップＳ８０１からＳ８０６までの処理がリチウムイオン二次電池の放電中に行われる場合、つまりリチウムイオン二次電池が供給する電力により本体部２００の負荷回路２０３が動作している場合、ステップＳ８０６において本体部２００の制御部２０２は、（１）リチウムイオン二次電池からの電力供給による動作を一定時間後に中止し、（２）外部電源等の別電源があれば負荷回路２０３をこれら別電源による動作へ切り換え、（３）一定時間が経過後、リチウムイオン二次電池に残っている電力を放電用の専用回路で消費させる。これにより、本体部２００の利用者はその利用を継続することができる。また、リチウムイオン二次電池に残っている電力が放電用専用回路で消費され、本体部２００を安定な状態へ遷移させることが可能となる。

　ステップＳ８０１からＳ８０６までの処理の実行がリチウムイオン二次電池の充電中あるいは放電中のいずれでもない場合は、リチウムイオン二次電池に残っている電力は放電用専用回路で消費させる。これにより、リチウムイオン二次電池をより安定した状態へ遷移させることが可能となる。

　リチウムイオン二次電池３００のステップＳ８０１からＳ８０２までの処理と、本体部２００のステップＳ８０３～Ｓ８０６までの処理と、が同期する場合について図８では説明した。しかし、本出願で記載する内容はこれに限定されない。例えば、これら両者の処理はそれぞれ独立に処理することも可能である。その場合、ステップＳ８０１～Ｓ８０２の処理は、ステップ８０２３の処理を終了後にステップＳ８０１へ戻す。ステップＳ８０３～Ｓ８０６の処理は、ステップＳ８０４の処理で温度が所定値以上増加していない場合、処理をステップＳ８０３へ戻すことで対応できる。独立した両処理は、リチウムイオン二次電池３００から本体部２００へ送られるデータで関係性を維持できる。

　以上により、電池セルブロック３１０の温度変化を検出することで、リチウムイオン二次電池３００の発煙や発火に至る現象を検出し、異常の可能性があるリチウムイオン二次電池の使用を抑制することができる。その結果、より安全にリチウムイオン二次電池の利用が可能となる。

（実施の形態３）
　本実施の形態では電圧を観察することによる、リチウムイオン二次電池の異常予兆検出について説明する。なお、本実施の形態についても図１から図３の構成については実施の形態１と共通しているためその部分については説明を省略する。

　図９は、電池セルブロック３１０を満充電直後からの無負荷時の電池電圧の変化を示すグラフである。満充電直後からリチウムイオン二次電池３００の電池セルブロック３１０は自然放電により、時間とともにその電池電圧が降下する。図９（Ａ）、図９（Ｂ）、図９（Ｃ）の横軸はいずれも時間を示し、縦軸は電池セルブロック３１０を構成するセルの電池電圧を示す。

　図９（Ａ）は、電池セルブロック３１０を構成する各セルがほぼそろって電圧が降下している状況を示すグラフである。正常なリチウムイオン二次電池３００を構成するそれぞれの電池セルはこのようにほぼそろって電圧が降下する。

　図９（Ｂ）は、電池セルブロック３１０を構成する各電池セルのうち、一つの電池セルの電圧降下が他の電池セルの電圧降下と比べて速く降下しているケースを示したグラフである。

　図９（Ｃ）は、電池セルブロック３１０を構成する各電池セルのうち、一つの電池セルの電圧が常に他の電池セルの電圧と比べて低い状態で変化するケースを示したグラフである。

　本出願の発明者は、発煙、発火にいたるようなリチウムイオン二次電池では上記の図９（Ｂ）や図９（Ｃ）のような事象が事前に見出されやすいことを発見した。そこで本出願の発明者はリチウムイオン二次電池の満充電後の電池セルの電圧降下を観察することで、発煙、発火に至る可能性あるリチウムイオン二次電池を事前に検出する方法を検討した。

　図１０は、本出願で説明する電池セルの電圧検出処理のフローチャートである。

　（ステップＳ１００１）第１電池制御部３２９は、電池セルブロック３１０を構成する各電池セルの電圧値を取得する。

　（ステップＳ１００２）第１電池制御部３２９は、取得した各電池セルの電圧値を電圧情報として、本体部２００の制御部２０２へＤＡＴＡ端子３２３を介して送信する。

　（ステップＳ１００３）制御部２０２は、第１電池制御部３２９から取得した電圧情報を記憶部に記憶する。

　（ステップＳ１００４）制御部２０２は、ステップＳ１００３により記憶部に保存したこれまでの各セルの電圧情報を所定期間（第３の期間）分よみだし、それぞれの電池セルの電圧降下速度を算出する。制御部２０２は、算出した各電池セルの電圧降下速度を比較する。

　具体的には電池セルブロック３１０を構成する各電池セルのいずれかが、図９（Ｂ）で説明したように、他の電池セルと比較して電圧降下の速度が所定以上に速い場合、あるいは所定期間における電池セルの電圧降下の降下量が所定以上である場合、に該当するか否かを制御部２０２は判断する。制御部２０２は所定期間（第３の期間）中においてある電池セルの電圧値が他の電池セルや判断の基準となる規準モデルとなる電池セルの電圧値とどれだけ差異があるかで数値的に判断することができる。

　電池セルブロック３１０を構成する各電池セルのいずれかが上記に該当する場合、制御部２０２は処理をステップＳ１００５へ移す。反対に該当しない場合、制御部２０２は処理をステップＳ１００１へ戻す。

　（ステップＳ１００５）
　制御部２０２は、電池セルブロック３１０を構成する電池セルについて電圧降下の速度
が所定以上、あるいは所定期間における電池セルの電圧降下量が所定以上であると判断した場合、その情報を記憶部に記録する。

　（ステップＳ１００６）制御部２０２は、電池セルブロック３１０を構成する電池セルの電圧が図９（Ｃ）で示すように、電池セル間で所定量以上定常的に差異が生じているか、あるいは上記電圧が所定量以上低下しているか、を判断する。この判断は、ステップＳ１００４で電圧降下速度の異常が検出された電池セルを対象に、ステップＳ１００４を検出した充電サイクルとは異なる充電サイクルで検出する。

　つまり、制御部２０２は、図９（Ｂ）で示すような電圧降下の速度が速い電池セルが、当該電圧降下について検出された充電サイクルよりも後の充電サイクルにおいて図９（Ｃ）のような現象が発生しているか否かを確認している。これにより、異常な状態になりうるリチウムイオン二次電池の検出においてその精度をより高めることができる。

　ステップＳ１００５で記録対象となった電池セルについて本ステップで定常的に電圧が低下していることが確認された場合、制御部２０２は処理をステップＳ１００７へ移す。反対に定常的な電圧低下が見られない場合、制御部２０２は処理をステップＳ１００１へ戻す。

　（ステップＳ１００７）制御部２０２は、ＤＡＴＡ端子３２３を介して第１電池制御部３２９へ、使用しているリチウムイオン二次電池３００の電池セルブロック３１０に電圧降下量の異常があったことに基づく制御情報を記録することを要求する。第１電池制御部３２９は上記の要求を受けると、内部の記憶部へ当該情報を記録する。

　ここで「リチウムイオン二次電池３００の電池セルブロック３１０に電圧降下量の異常があったことに基づく制御情報」とは当該事象が発生したことを示す情報以外にも、当該事象が発生したことでリチウムイオン二次電池３００の以後の使用を禁止する旨の情報、その他この事象に起因して記録することが求められる情報などでもよい。「リチウムイオン二次電池３００の電池セルブロック３１０に電圧降下量の異常があったことに基づく制御情報」とは記録される論理的な意味を特に限定するものではない。

　（ステップＳ１００８）制御部２０２は、第１電池制御部３２９へ電池セルブロック３１０に蓄えられている電力を放電させることを指示する。リチウムイオン二次電池３００から放電(供給)される電力は、本体部２００の負荷回路２０３内部に設けられている放電用電気回路へ入力する。これにより、電池セルブロック３１０に蓄積された電力は減少する。

　以上により、電池セルブロックを構成する電池セルの電圧変化を検出することで、リチウムイオン二次電池３００の発煙や発火の現象を従来にくらべてより早い段階で検出し、異常の可能性があるリチウムイオン二次電池の使用を抑制することができる。その結果、より安全にリチウムイオン二次電池の利用が可能となる。

　上記ステップＳ１００４の電圧降下量の異常があったか否かの判断では、図９（Ｂ）、図９（Ｃ）で示したようなケースを例として説明したが、本出願で説明する内容はこれに限定されない。これ以外にも電池セルブロック３１０を構成するセル間の比較において、いずれかのセルのみが異なる電気的状態になっていることを検出できる場合にはそれらに基づくものであっても良い。

　なお、図１０で説明した電圧検出処理は、リチウムイオン二次電池３００への充電が満たされた状態(満充電状態)から一定時間、例えば３分、５分、１０分等の所定時間経過後の状態から判断することでより検出の精度を高めることができる。これは、充電を止めた直後は、通常動作として電圧降下が大きいためここで検出をしても検出の精度を高めにくいと考えられるからである。

　また、図１０の検出処理は、満充電後においてリチウムイオン二次電池から本体部２００とリチウムイオン二次電池との間で電力の授受を行っていない状態、つまりリチウムイオン二次電池への充電も放電もおこなっていない無負荷状態で実施することが必要である。本体部２００、特に負荷回路２０３へ電力の供給(放電)を行うと、リチウムイオン二次電池３００は負荷回路２０３の影響を受け電池電圧が上下動することで、上記に説明した検出処理での検出が困難となる。電池セルブロック３１０の各セルの電池電圧が、負荷回路２０３等の本体部２００の影響をうけて検出処理の精度が低下する。また、リチウムイオン二次電池への充電をおこなう場合でも、本体側の負荷の大きさの影響を受けて充電電力が変化し同様に検出処理の精度が低下する。そのため、精度を維持、向上させるため、検出期間中は、リチウムイオン二次電池３００の充電、放電のいずれも実施しない電気的に無接続と等価な状態とすることが求められる。

　なお、上記で「満充電後（充電がみたされた状態後）」として説明しているが、完全に満たされている必要はない。例えば規定の電池電圧に対して８０％以上等、電池セルブロック３１０が所定以上の電池電圧を有した状態で図１０の検出処理を実行するものであっても良い。これ以外にも、リチウムイオン二次電池の電圧が、規定の電池電圧の２０％、４０％、６０％、８０％等となる度に一度充電を停止して、図１０で示した処理を制御部２０２や第１電池制御部３２９が実施するものであってもよい。

　また、図９、図１０の例では電池セルブロック３１０が複数のセルで構成されていることを前提として説明したが本出願で説明する内容はこれに限定するものではない。電池セルブロック３１０が一つの電池セルのみで構成されている場合には、比較の対象として基準モデル等を事前に制御部２０２が備え、その規準モデルと計測された電圧値とを比較するものであっても良い。これにより、単一セルの場合でも同様の検出を行うことができる。

　さらに電池セルブロック３１０が一つの電池セルのみで構成されている場合、図１０で説明した処理のステップＳ１００５及びＳ１００６を省略するものであってもよい。単一電池セルの場合には、こちらのほうが精度よく検出できるからである。

　また、図１０では、リチウムイオン二次電池３００のステップＳ１００１からＳ１００２までの処理と、本体部２００のステップＳ１００３～Ｓ１００９までの処理とが同期して行われる場合を説明した。しかし、本開示ではこれに限定されない。たとえば、これら両者の処理はそれぞれ独立に行われてもよい。例えば、ステップＳ１００１～Ｓ１００２では、ステップＳ１００２の処理を終了後にステップＳ１００１へ戻ればよい。また、ステップＳ１００３～Ｓ１００９では、ステップＳ１００５、Ｓ１００６、Ｓ１００７の処理を終了後にステップＳ１００３へ戻ればよい。独立した両処理は、リチウムイオン二次電池３００から本体部２００へ送られるデータで関係性を維持できる。

　また、ステップＳ１００９において、さらに以下の処理を追加してもよい。具体的には、制御部２０２は、負荷回路２０３を構成するＣＰＵ（図示せず）等に、リチウムイオン二次電池３００の使用中止を求めるための通知をする。パーソナルコンピュータ１００は、利用者に当該リチウムイオン二次電池３００の使用停止を強く推奨する警告をディスプレイ１０２に表示する、あるいは一定時間後に自動的に処理を終了する、あるいは使用中のリチウムイオン二次電池３００を使用できる期限をディスプレイ１０２に表示する等の処理を行う。これにより、利用者は必要なデータの保存やバックアップ等を行うことができる。

　以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態１～３を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されるものではない。特に数値を用いての説明については記載の内容に限定するものではない。

　また、実施の形態１～３で説明した技術内容については、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、上記実施の形態１～３で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。

　例えば、実施の形態１～３で説明した充電電流、温度、電圧のすべての状況を確認して予兆を検出しても良い。この場合、いずれか一つ、あるいは３つの内の２つ、又は３つのすべての予兆条件を満たした際に、充電の停止、及び電池セルブロック３１０に逐電された電力の放電等を行ってもよい。３つの予兆条件のうちいずれを採用するかは、リチウムイオン二次電池３００を使用する電子機器に求められる安全レベル等に応じて、電子機器毎に設定すればよい。

　実施の形態１～３では本体部２００とリチウムイオン二次電池３００とが独立している場合を例として説明した。しかし、本開示ではこれに限定されるものではない。例えば、本体部２００とリチウムイオン二次電池３００が一つの装置内に固定的に組みつけられてもよい。また、本開示をリチウムイオン二次電池への充電や放電を制御する装置に適用する場合には、他装置から独立した装置として、あるいは単体の装置として構成されてもよい。

　実施の形態１～３では、本開示に係る制御装置及び制御方法について図６、８、１０のフローチャートなどを用いて説明した。しかし、実施の形態１～３における制御装置及び制御方法は、本開示に係る制御装置及び制御方法についての実施態様の一例であり、これに限定されるものではない。

　実施の形態１～３の説明では予兆を検出した場合、充電の停止及び蓄積された電力の放電を行うことを説明した。しかし、本開示では、これに限定されるものではない。例えば、パーソナルコンピュータ１００では、ユーザに警告画面を一定時間表示し、その後強制的にハイバネーションモードへの移行し、あるいはシャットダウン動作等を行っても良い。予兆を検出した場合の動作は、リチウムイオン二次電池へ接続される電子機器の用途や当該電子機器に求められる信頼性等に応じて、適宜に行われればよい。

　本出願で説明した技術は、リチウムイオン二次電池を利用する電子機器等で産業上利用
することが可能である。

　１００　パーソナルコンピュータ
　１０１　キーボード
　１０２　ディスプレイ
　２００　本体部
　２０１　電源端子
　２０２　制御部
　２０３　負荷回路
　３００　リチウムイオン二次電池
　３１０　電池セルブロック
　３２０　制御モジュール
　３２１　＋端子
　３２２　－端子
　３２３　ＤＡＴＡ端子
　３２４　電流検出抵抗
　３２５　充電スイッチ
　３２６　放電スイッチ
　３２７　ヒューズ
　３２８　スイッチ
　３２９　第１電池制御部
　３３０　第２電池制御部
　３３１　第１温度センサ
　３３２　第２温度センサ

Claims (11)

1. 　リチウムイオン二次電池を制御する制御装置であって、
   　前記リチウムイオン二次電池へ定電圧充電をおこなっている際の充電電流を検出し、
   　前記充電電流が所定時間内に所定量の増加をした場合、
   　前記リチウムイオン二次電池への充電を停止するとともに、前記リチウムイオン二次電池が備える記憶部へ前記充電電流増加に基づく制御情報を記録する制御部と、
   を備えたリチウムイオン二次電池の制御装置。
2. 　前記所定時間内と前記所定量との組み合わせは複数の組み合わせがあり、前記所定時間の時間期間が長いほど、前記所定量の大きさが小さい、請求項１に記載のリチウムイオン二次電池の制御装置。
3. 　前記制御部は、前記充電電流が所定時間内に所定量の増加をした場合、更に前記リチウムイオン二次電池に蓄えられた電力を放電させる、
   請求項１に記載のリチウムイオン二次電池の制御装置。
4. 　リチウムイオン二次電池を制御する制御装置であって、
   　前記リチウムイオン二次電池を構成する電池セルの温度を算出し、
   　前記温度が所定期間内に所定量以上増加した場合、
   リチウムイオン二次電池が備える記憶部へ前記温度算出に基づく制御情報を記録する制御部と、
   を備えたリチウムイオン二次電池の制御装置。
5. 　前記制御部は、前記リチウムイオン二次電池の周囲温度の影響を抑制して前記電池セルの温度を算出する、請求項４に記載のリチウムイオン二次電池の制御装置。
6. 　リチウムイオン二次電池を制御する制御装置であって、
   　前記リチウムイオン二次電池への充電が所定電圧以上になった後に、前記リチウムイオン二次電池を構成する電池セルの電圧を検出し、
   　前記電圧の電圧降下が基準モデルの電池セルの電圧降下と所定量以上異なる場合、
   　前記リチウムイオン二次電池が備える記憶部へ前記電圧検出に基づく制御情報を記録する制御部と、
   を備えるリチウムイオン二次電池の制御装置。
7. 　前記リチウムイオン二次電池を構成する電池セルは複数の電池セルにより構成されており、
   　前記制御部は、前記複数の電池セルのそれぞれについて電圧を検出し、いずれかの電池セルの電圧降下が規準モデルの電池セルの電圧降下と所定量以上異なる場合、前記リチウムイオン二次電池が備える記憶部へ電気電圧降下検出に基づく制御情報を記録する、請求項６に記載のリチウムイオン二次電池の制御装置。
8. 　前記規準モデルの電池セルとは、複数の電池セルの内他の電池セルである、請求項７に記載のリチウムイオン二次電池の制御装置。
9. 　リチウムイオン二次電池の制御方法であって、
   　前記リチウムイオン二次電池へ定電圧充電をおこなっている際の充電電流を検出するステップと、
   　前記充電電流が所定時間内に所定量の増加をした場合、
   　前記リチウムイオン二次電池への充電を停止するとともに、前記リチウムイオン二次電池が備える記憶部へ前記充電電流増加に基づく制御情報を記録する制御ステップと、
   を備えたリチウムイオン二次電池の制御方法。
10. 　リチウムイオン二次電池を制御する制御方法であって、
    　前記リチウムイオン二次電池を構成する電池セルの温度を算出するステップと、
    　前記温度が所定期間内に所定量以上増加した場合、
    　前記リチウムイオン二次電池が備える記憶部へ前記温度算出に基づく制御情報を記録する制御ステップと、
    を備えたリチウムイオン二次電池の制御方法。
11. 　リチウムイオン二次電池を制御する制御方法であって、
    　前記リチウムイオン二次電池への充電が所定電圧以上になった後に、前記リチウムイオン二次電池を構成する電池セルの電圧を検出するステップと、
    　前記電圧の電圧降下が基準モデルの電池セルの電圧降下と所定量以上異なる場合、
    　前記リチウムイオン二次電池が備える記憶部へ前記電圧検出に基づく制御情報を記録する制御ステップと、
    を備えるリチウムイオン二次電池の制御方法。

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