JP2007327772A - 電池パックの異常判定方法および装置ならびに電池パックおよびその充電器 - Google Patents

Abstract

【課題】フロート充電に対する誤判定を防止するために、セル電圧が所定の閾値電圧以上で、かつ充電電流値が所定の垂下電流値まで低下すると満充電と判定し、充電を停止する充電制御を行うにあたって、充放電経路の異常による判定処理の失効を防止する。
【解決手段】充電制御判定部２１は、電圧検出回路２０で検出された前記セル電圧、通信部２２を介して充電器２から受信した端子Ｔ１１，Ｔ１３間の電圧および電流検出抵抗１６で検出された前記充電電流値を用い、｜｛端子電圧−セル電圧（の総和）｝／充電電流値｜から充放電経路１１，１５の経路抵抗を求め、その値が所定の範囲内であるか否かから、前記充放電経路１１，１５の異常の有無を判定する。したがって、ＦＥＴ１２，１３のＯＮ抵抗が高くなるなどの経路部品の異常を速やかに検出し、前記異常によって、前記満充電の判定条件に達せず、充電が継続されてしまうことを未然に防止することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電池パックの異常判定方法および装置ならびに電池パックおよびその充電器に関し、特に安全性の要求されるリチウム二次電池の充電のために好適に実施されるものに関する。

図５は、前記リチウム二次電池の一般的な充電方法を説明するためのグラフである。参照符号α１は二次電池の電圧の変化を示し、参照符号α２は二次電池へ供給される充電電流の変化を示し、参照符号α３は充電器側で表示される二次電池の残量の値を示す。

先ず前記電圧についてみれば、充電開始からトリクル充電領域となり、微小な定電流Ｉ１、たとえば５０ｍＡの充電電流が供給され、１または複数の各セルのセル電圧が何れもトリクル充電の終了電圧Ｖｍ、たとえば２．５Ｖに達するまでこのトリクル充電が継続される。

前記セル電圧が終了電圧Ｖｍに達すると、定電流（ＣＣ）充電領域に切換わり、電池パックの充放電端子の端子電圧がセル当り４．２Ｖの予め定める終止電圧Ｖｆ（したがって、たとえば３セル直列の場合は、１２．６Ｖ）となるまで、前記充放電端子に前記終止電圧Ｖｆが印加されるとともに、予め定める定電流Ｉ２、たとえば公称容量値ＮＣを定電流放電して、１時間で放電できるレベルを１Ｃとして、その７０％に、並列セル数Ｐを乗算した充電電流が供給され、定電流（ＣＣ）充電が行われる。

これによって、前記充放電端子の端子電圧が終止電圧Ｖｆとなると、定電圧（ＣＶ）充電領域に切換わり、その終止電圧Ｖｆを超えないように充電電流値が減少されてゆき、前記充電電流値が温度によって設定される垂下電流値Ｉ３まで低下すると、満充電と判定して、充放電経路に介在される充電用のＦＥＴをＯＦＦするなどして、充電電流の供給が停止される。上述のような充電制御方法は、たとえば特許文献１から読取ることができる。

そして、そのような充電制御を行うにあたって、たとえば電池パックが負荷機器に内蔵されるなどして、該負荷機器も電池パックと並列に充電器に接続されて電池パックに充電が行われる、いわゆるフロート充電が行われる場合、負荷機器の使用によって充電電流が減少すると、前記電流垂下と同様の現象が生じ、満充電と誤判定してしまう可能性がある。このため、本件出願人が先に提案した特許文献２（０００４段落）や特許文献３（００３０段落）では、セル電圧が所定の閾値電圧以上で電流垂下が発生した場合に、満充電と判定することが記載されている。

しかしながら、上述の従来技術では、前記閾値電圧未満では電流垂下による満充電判定が行われないので、充電が停止されず、過充電となる虞がある。前記閾値電圧未満での電流垂下は、たとえば以下の場合に発生する。第１には、前記充放電経路に介在されるＦＥＴのＯＮ抵抗が高くなるなど、前記充放電経路の経路部品に異常が発生した場合、第２には、充電器が出力する充電電圧自体が低い場合、第３には、電池パックの内部回路に異常があり、前記充放電経路とは別に形成されてしまった経路で電流が流れ、セルおよび電流検出抵抗には少ない電流しか流れない場合、第４には、セル電圧検出回路に異常がある場合、第５には、セルに異常があり、電圧が上がらない場合である。

そこで、前記特許文献２では、前記図７の参照符号α３で示す二次電池の残量を使用し、規定の容量以上の所定の容量、たとえば規定の容量の１．５〜２倍分の充電電流を供給しても前記の電流垂下による満充電判定が行われていなければ、異常と判定し、充電電流の供給を停止することが提案されている。表示される二次電池の残量（ＲＳＯＣ）は、充電が開始された時点、或いはトリクル充電から定電流（ＣＣ）充電に切換わった時点で電流値の積算が開始され（図７では、充電が開始された時点から積算を開始している）、充電電流の供給に伴い電流値が積算され、前記規定の容量である最大値の１００％に達すると、その値が維持される。一方、前記異常の判定のためには、積算値が前記１００％に達しても、充電電流が供給され続ける限り電流値が積算される。
特開平６−７８４７１号公報 特許第３５４６８５６号公報 特許第３６１１１０４号公報

上述の従来技術では、異常の発生に対して速やかな対応ができず、過充電状態が長く続く可能性があるという問題がある。

一方、充電開始からの時間を計測し、所定時間、たとえば１０時間を経過しても充電が終了しない場合、異常と判定して充電を停止することも考えられるが、前記所定時間の設定が難しく、パーソナルコンピュータのような電池パックに前記フロート充電が行われる負荷機器には、適用が難しい。

本発明の目的は、セル電圧が所定の閾値電圧以上で、かつ充電電流値が所定の垂下電流値まで低下したことから満充電を判定するにあたって、異常を速やかに検出することができる電池パックの異常判定方法および装置ならびに電池パックおよびその充電器を提供することである。

本発明の電池パックの異常判定方法は、二次電池を備える電池パックの充放電用の端子電圧およびセル電圧を測定し、前記電池パックの充電または放電による電流値を測定し、
測定された端子電圧とセル電圧との差を電流値で除算することで、充放電に使用される充放電経路の経路抵抗を求め、前記経路抵抗が所定の範囲内であるか否か、または所定時間内での前記経路抵抗の変化量が所定の範囲内であるか否かの少なくとも一方から、前記充放電経路の異常の有無を判定することを特徴とする。

また、本発明の電池パックの異常判定装置は、二次電池のセル電圧を検出するセル電圧検出手段と、電池パックの充放電端子の端子電圧を検出する端子電圧検出手段と、前記二次電池への充放電電流を検出する電流検出手段と、前記端子電圧検出手段によって検出された端子電圧と、前記セル電圧検出手段によって検出されたセル電圧との差を、前記電流検出手段によって検出された電流値で除算することで、充放電に使用される充放電経路の経路抵抗を求め、前記経路抵抗が所定の範囲内であるか否か、または所定時間内での前記経路抵抗の変化量が所定の範囲内であるか否かの少なくとも一方から、前記充放電経路の異常の有無を判定する異常判定手段とを含むことを特徴とする。

さらにまた、本発明の電池パックは、二次電池と、前記二次電池のセル電圧を検出する電圧検出手段と、前記二次電池の充放電電流を検出する電流検出手段と、充電器および負荷機器の少なくとも一方と通信を行う通信手段と、前記通信手段を介して前記充電器へ充電電流を要求し、前記電圧検出手段および電流検出手段の検出結果に応答して前記二次電池への充電電流を制御する充電制御手段とを備えた電池パックにおいて、前記充電制御手段は、前記通信手段を介して、充電器または負荷機器から該電池パックの充放電端子の端子電圧を受信し、その端子電圧と、前記電圧検出手段によって検出されるセル電圧との差を、前記電流検出手段によって検出される電流値で除算することで、充放電に使用される充放電経路の経路抵抗を求め、前記経路抵抗が所定の範囲内であるか否か、または所定時間内での前記経路抵抗の変化量が所定の範囲内であるか否かの少なくとも一方から、前記充放電経路の異常の有無を判定することを特徴とする。

また、本発明の充電器は、電池パックに内蔵された二次電池へ充電電流を供給する充電電流供給手段と、前記電池パックと通信を行う通信手段と、前記通信手段を介して電池パックから要求される充電電圧および充電電流を前記充電電流供給手段に供給させる充電制御手段とを備えた充電器において、前記電池パックの端子電圧を検出する電圧検出手段と、前記充電電流を検出する充電電流検出手段とを含み、前記充電制御手段は、前記電圧検出手段によって検出される端子電圧と、前記通信手段を介して電池パックから受信されるセル電圧との差を、前記電流検出手段によって検出される電流値で除算することで、前記電池パックにおいて充放電に使用される充放電経路の経路抵抗を求め、前記経路抵抗が所定の範囲内であるか否か、または所定時間内での前記経路抵抗の変化量が所定の範囲内であるか否かの少なくとも一方から、前記充放電経路の異常の有無を判定することを特徴とする。

上記の構成によれば、電池パックにおける二次電池から充放電端子までの充放電に使用される充放電経路の経路抵抗を、｜｛端子電圧−セル電圧（の総和）｝／充電電流値｜から求め、求められたその経路抵抗が、温度特性を含む経路抵抗の設計値の最大値から最小値の範囲などから求められる所定の範囲、たとえば３０±１２ｍΩの範囲内であるか否か、または予め定めるサンプリング周期、たとえば２ｓｅｃ間で、たとえば６ｍΩの範囲を超えて変化したか否かの少なくとも一方から、前記充放電経路の異常の有無を判定する。

したがって、フロート充電に対する誤判定を防止するために、二次電池のセル電圧が所定の閾値電圧以上で、かつ充電電流値が所定の垂下電流値まで低下したことから満充電と判定し、充電を停止する充電制御を行うにあたって、充放電経路に介在されるＦＥＴのＯＮ抵抗が高くなるなどの経路部品の異常を速やかに検出し、前記異常によって、前記満充電の判定条件に達せず、充電が継続されてしまうことを未然に防止することができる。

さらにまた、本発明の電池パックの異常判定方法は、前記経路抵抗の算出のための端子電圧、セル電圧および電流値の測定を、定電流定電圧充電における定電流充電時に行うことを特徴とする。

上記の構成によれば、電池パックの放電時に測定するよりも新しいデータから異常判定を行うことができ、また定電圧充電時に比べて流れる電流が大きいので、精度の高いデータから異常判定を行うことができる。

また、本発明の電池パックの異常判定方法は、二次電池を備える電池パックを充放電する際に行われる電池パックの異常判定方法において、充放電に伴い、その充放電電圧および電流から前記電池パックの残量を積算し、前記二次電池のセル電圧を測定し、測定されたセル電圧から推定される電池パックの残量の前記積算による積算値に対する誤差が所定の範囲内であるか否かから、異常の有無を判定することを特徴とする。

さらにまた、本発明の電池パックは、二次電池と、前記二次電池のセル電圧を検出する電圧検出手段と、前記二次電池の充放電電流を検出する電流検出手段と、前記電圧検出手段および電流検出手段の検出結果に応答して前記二次電池の充放電電流を制御する充放電制御手段とを備えた電池パックにおいて、前記充放電制御手段は、充放電に伴い、前記電圧検出手段で検出される充放電電圧および前記電流検出手段で検出される充放電電流から前記電池パックの残量を積算し、前記電圧検出手段で検出されたセル電圧から推定される電池パックの残量の前記積算による積算値に対する誤差が所定の範囲内であるか否かから、異常の有無を判定することを特徴とする。

上記の構成によれば、残量表示などのために、充放電に伴い、その充放電電圧および電流から積算される電池パックの残量を使用し、測定されたセル電圧から一義的に推定される電池パックの残量の前記積算による積算値に対する誤差が所定の範囲、たとえば積算値に対して±４０％の誤差、すなわち６０％〜１４０％の範囲内であるか否かから、異常の有無を判定する。

したがって、フロート充電に対する誤判定を防止するために、二次電池のセル電圧が所定の閾値電圧以上で、かつ充電電流値が所定の垂下電流値まで低下したことから満充電と判定し、充電を停止する充電制御を行うにあたって、前記電圧検出手段、電流検出手段および二次電池などの異常を速やかに検出し、前記異常によって、前記満充電の判定条件に達せず、充電が継続されてしまうことを未然に防止することができる。なお、前記積算値から前記セル電圧を一義的に推定し、その推定されたセル電圧に対して、実際に測定されたセル電圧の誤差が所定の範囲内であるか否かからも同様に、異常の有無を判定することができる。

本発明の電池パックの異常判定方法および装置ならびに電池パックおよびその充電器は、以上のように、電池パックにおける二次電池から充放電端子までの充放電に使用される充放電経路の経路抵抗を、｜｛端子電圧−セル電圧（の総和）｝／充電電流値｜から求め、求められたその経路抵抗が所定の範囲内であるか否か、または予め定めるサンプリング周期間で所定の範囲を超えて変化したか否かの少なくとも一方から、前記充放電経路の異常の有無を判定する。

それゆえ、フロート充電に対する誤判定を防止するために、二次電池のセル電圧が所定の閾値電圧以上で、かつ充電電流値が所定の垂下電流値まで低下したことから満充電と判定し、充電を停止する充電制御を行うにあたって、充放電経路に介在されるＦＥＴのＯＮ抵抗が高くなるなどの経路部品の異常を速やかに検出し、前記異常によって、前記満充電の判定条件に達せず、充電が継続されてしまうことを未然に防止することができる。

本発明の電池パックの異常判定方法ならびに電池パックは、以上のように、残量表示などのために、充放電に伴い、その充放電電圧および電流から積算される電池パックの残量を使用し、測定されたセル電圧から一義的に推定される電池パックの残量の前記積算による積算値に対する誤差が所定の範囲内であるか否かから、異常の有無を判定する。

それゆえ、フロート充電に対する誤判定を防止するために、二次電池のセル電圧が所定の閾値電圧以上で、かつ充電電流値が所定の垂下電流値まで低下したことから満充電と判定し、充電を停止する充電制御を行うにあたって、電圧検出手段、電流検出手段および二次電池などの異常を速やかに検出し、前記異常によって、前記満充電の判定条件に達せず、充電が継続されてしまうことを未然に防止することができる。

［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の一形態に係る異常判定方法が適用される電子機器システムの電気的構成を示すブロック図である。この電子機器システムは、電池パック１に、それを充電する充電器２および前記充電器２または電池パック１によって電源供給される負荷機器３を備えて構成される。電池パック１は、負荷機器３に内蔵され、または外付けされ、充電器２から直接充電が行われ、または負荷機器３を通して充電が行わる。その充電中に、パーソナルコンピュータなどから成る負荷機器３の使用が可能となっており、すなわちフロート充電が可能となっている。電池パック１、充電器２および負荷機器３は、給電を行う直流ハイ側の端子Ｔ１１，Ｔ２１，Ｔ３１と、通信信号の端子Ｔ１２，Ｔ２２，Ｔ３２と、給電および通信信号のためのＧＮＤ端子Ｔ１３，Ｔ２３，Ｔ３３とによって相互に接続される。

前記電池パック１内で、前記の端子Ｔ１１から延びる直流ハイ側の充放電経路１１には、充電用と放電用とで、相互に導電形式が異なるＦＥＴ１２，１３が介在されており、その充放電経路１１が組電池１４のハイ側端子に接続される。前記組電池１４のロー側端子は、直流ロー側の充放電経路１５を介して前記ＧＮＤ端子Ｔ１３に接続され、この充放電経路１５には、充電電流および放電電流を電圧値に変換する電流検出抵抗１６が介在されている。

前記組電池１４は、複数の二次電池のセルが直並列に接続されて成り、そのセルの温度は温度センサ１７によって検出され、ＢＭＵ（バッテリマネージングユニット）を構成する制御ＩＣ１８内のアナログ／デジタル変換器１９に入力される。また、前記各セルの端子間電圧は電圧検出回路２０によって読取られ、前記制御ＩＣ１８内のアナログ／デジタル変換器１９に入力される。さらにまた、前記電流検出抵抗１６によって検出された電流値も、前記制御ＩＣ１８内のアナログ／デジタル変換器１９に入力される。前記アナログ／デジタル変換器１９は、各入力値をデジタル値に変換して、充電制御判定部２１へ出力する。

充電制御判定部２１は、マイクロコンピュータおよびその周辺回路などを備えて成り、前記アナログ／デジタル変換器１９からの各入力値に応答して、充電器２に対して、出力を要求する充電電流の電圧値、電流値、およびパルス幅（デューティ）を演算し、通信部２２から端子Ｔ１２，Ｔ２２；Ｔ１３，Ｔ２３を介して充電器２へ送信する。また、前記充電制御判定部２１は、前記アナログ／デジタル変換器１９からの各入力値から、端子Ｔ１１，Ｔ１３間の短絡や充電器２からの異常電流などの電池パック１の外部における異常や、組電池１４の異常な温度上昇などに対して、前記ＦＥＴ１２，１３を遮断するなどの保護動作を行う。充電制御判定部２１は、正常に充放電が行われているときには、前記ＦＥＴ１２，１３をＯＮして充放電を可能にし、異常が検出されるとＯＦＦして充放電を不可とする。

充電器２では、前記の要求を制御ＩＣ３０の通信部３２で受信し、充電制御部３１が充電電流供給回路３３を制御して、前記の電圧値、電流値、およびパルス幅で、充電電流を供給させる。充電電流供給回路３３は、ＡＣ−ＤＣコンバータやＤＣ−ＤＣコンバータなどから成り、入力電圧を、前記充電制御部３１で指示された電圧値、電流値、およびパルス幅に変換して、端子Ｔ２１，Ｔ１１；Ｔ２３，Ｔ１３を介して、充放電経路１１，１５へ供給する。前記端子Ｔ２１，Ｔ２３間の電圧、したがって電池パック１の端子Ｔ１１，Ｔ１３間の電圧は、電圧検出回路２８によって検出され、また電池パック１または負荷機器３に供給される電流は電流検出抵抗２９によって検出され、それぞれアナログ／デジタル変換器２３によってデジタル値に変換され、前記充電制御部３１に入力される。

そして、電池パック１において、前記直流ハイ側の充放電経路１１には、通常（急速）充電用のＦＥＴ１２と並列に、トリクル充電回路２５が設けられている。このトリクル充電回路２５は、限流抵抗２６とＦＥＴ２７との直列回路から成り、前記充電制御判定部２１は、充電の初期に、および満充電近くで補充電を行う場合は、放電用のＦＥＴ１３をＯＮしたまま、急速充電用のＦＥＴ１２をＯＦＦし、このトリクル充電用のＦＥＴ２７をＯＮしてトリクル充電を行い、通常充電時および放電時には、前記ＦＥＴ１３をＯＮしたまま、前記ＦＥＴ１２をＯＮし、このＦＥＴ２７をＯＦＦして、通常電流による充放電を行う。

前記充電の初期にトリクル充電を行うか否かは、たとえばリチウムイオン電池の場合で、前記電圧検出回路２０によって検出される各セルの端子間電圧が、前記トリクル充電の終了電圧Ｖｍである２．５Ｖ以下であるか否かから判定され、前記２．５Ｖを超えている場合には、トリクル充電は行われず、始めから急速充電が行われる。

負荷機器３の負荷回路３４には、前記充電器２側の端子Ｔ２１，Ｔ２３から、または電池パック１側の端子Ｔ１１，Ｔ１３から、該負荷機器３側の端子Ｔ３１，Ｔ３３を介して電源供給が行われる。前記負荷回路３４の動作は、制御ＩＣ３５によって制御される。制御ＩＣ３４は、前記負荷回路３４を駆動する駆動回路３６と、図示しない操作手段などからの操作に応じて、前記駆動回路３６を介して前記負荷回路３４を駆動する制御回路３７と、前記端子Ｔ３２，Ｔ３３を介して充電器２および電池パック１と通信を行う通信部３８と、表示パネル３９とを備えて構成される。制御回路３７は、前記端子Ｔ３２，Ｔ３３から端子Ｔ２１，Ｔ２３を介して充電制御部３１へ、負荷回路３４の動作状況に応じた供給すべき電流値の要求を行い、または端子Ｔ１２，Ｔ１３から端子Ｔ２１，Ｔ２３を介して、充電制御判定部２１から送信された電池パック１の残量を表示パネル３９に表示を行う等、充電制御部３１や充電制御判定部２１と連携した動作を行う。

上述のように構成される電子機器システムにおいて、異常判定手段であり、充電制御手段である充電制御判定部２１は、充電時に、セル電圧検出手段である電圧検出回路２０、電流検出手段である電流検出抵抗１６および温度センサ１７の検出結果に応じて、上述のようにＦＥＴ１２，１３，２７を制御するとともに、充電器２に対して充電電流の電圧値、電流値、およびパルス幅（デューティ）を要求し、前記図５で示すような充電制御を行う。その際、注目すべきは、本実施の形態では、充電制御判定部２１は、通信部２２，３２を介して、前記充電制御部３１から、端子電圧検出手段である電圧検出回路２８によって検出された該電池パック１の端子Ｔ１１，Ｔ１３間の電圧を受信し、前記電圧検出回路２０によって検出されたセル電圧の総和および電流検出抵抗１６によって検出された充電電流値を用いて、
｜｛端子電圧−セル電圧（の総和）｝／充電電流値｜ ・・・（１）
から、前記充放電経路１１，１５の経路抵抗を求める。そして、求められたその経路抵抗が、温度および充電電流値による変化を含む設計値の最大値から最小値の範囲を考慮して決定される所定の範囲、たとえば３０±１２ｍΩの範囲内では充放電経路１１，１５に異常無しと判定して、以下に示す満充電判定を有効とし、前記の範囲外では充放電経路１１，１５に異常有りと判定して、前記満充電判定を行わずに、ＦＥＴ１２，１３をＯＦＦするとともに、通信部２２から充電器２に対して、充電電流として０Ａ、充電電圧として０Ｖを要求し、充電を停止することである。

前記満充電判定は、定電流（ＣＣ）充電から定電圧（ＣＶ）充電に切換わり、電圧検出回路２０によって検出されるセル電圧が所定の閾値電圧、たとえば４．１Ｖ以上で、かつ電流検出抵抗１６によって検出される充電電流値が、温度センサ１７によって検出されたセル温度に応じて設定される所定の垂下電流値Ｉ３まで低下した時点で行われ、判定されると、充電制御判定部２１は、上述と同様にＦＥＴ１２，１３をＯＦＦするとともに、通信部２２から充電器２に対して、充電電流として０Ａ、充電電圧として０Ｖを要求し、充電を停止する。一方、定電流（ＣＣ）充電から定電圧（ＣＶ）充電に切換わって満充電と判定されない限り、充電は継続される。

前記経路抵抗の所定の範囲は、上述のように温度および充電電流値による該経路抵抗の変化を含む設計値の最大値から最小値の範囲を考慮して決定される。表１〜表４は、本件発明者の経路抵抗の実測結果を示すものであり、表１は、定電流（ＣＣ）充電時の充電電流値が３２００ｍＡ、組電池１４としてリチウム二次電池を３セル直列に接続して成る電池パックを、６つのサンプルについて測定した結果である。

また、表２は、前記３セル直列の電池パックの定電圧（ＣＶ）充電中において、充電電流値の変化による経路抵抗の変化の例を示すものである。さらにまた、表３および表４は、放電時の経路抵抗の実測結果を示すものであり、４つのサンプルについて、公称容量値を定電流放電して、１時間で放電終了となる電流値１Ｃで放電したときの経路抵抗の値を表３で示し、０．５Ｃで放電したときの経路抵抗の値を表４で示す。

これらの表１〜表４の測定結果に基づいて、上述のような充電電流の垂下から満充電判定を行うか否かの前記３０±１２ｍΩの経路抵抗の範囲が設定される。表１〜表４からは、定電圧（ＣＶ）充電中は、電流値が小さくなってゆくので、満充電近くでは求められる経路抵抗の誤差が大きく、その点、定電流（ＣＣ）充電中では、一定の大電流が供給されるので、サンプルばらつきが少なく、経路抵抗を求めるのに好適であることが理解される。一方、放電中も比較的大きな電流が流れるので、経路抵抗のサンプルばらつきは少なくなる。しかしながら、定電流（ＣＣ）充電中および放電中に経路抵抗の異常の有無を判定しても、定電圧（ＣＶ）充電に切換わり、実際に過充電状態が生じるまでには時間がかかるので、それらの点を考慮して、どのタイミングで経路抵抗の異常の有無を判定するかを決定すればよい。

図２には、充電時に前記経路抵抗の異常の有無を判定する場合の動作を示す。この例では、充電中は、常時経路抵抗の異常の有無を判定している。充電が開始されると、ステップＳ１で、前記端子電圧、セル電圧および充電電流値が測定され、ステップＳ２では、それらの測定結果から、前記式１に基づいて経路抵抗が求められる。ステップＳ３では、その経路抵抗が前記所定の範囲であるか否かから異常の有無が判定される。

前記ステップＳ３で異常が生じているときには、ステップＳ４で前記ＦＥＴ１２，１３，２７がＯＦＦされて充電が停止される。さらにステップＳ５では、充電電流として０Ａ、充電電圧として０Ｖが要求されて異常が充電器２に報知されて充電電流の供給も停止されるとともに、負荷機器３へも異常の発生が報知され、前記表示パネル３９に表示されて使用者に報知される。

一方、前記ステップＳ３で経路抵抗が正常の範囲であるときには、ステップＳ６でＦＥＴ１３およびＦＥＴ１２またはＦＥＴ２７のＯＮ状態が継続されて充電が継続され、ステップＳ７で前記のセル電圧が閾値電圧以上、かつ垂下電流値Ｉ３への電流垂下で満充電状態に達したか否かが判断される。前記ステップＳ７で満充電状態に達したときには、ステップＳ８で前記ＦＥＴ１２，１３，２７がＯＦＦされて充電が停止され、さらにステップＳ９では、充電電流として０Ａ、充電電圧として０Ｖが要求されて満充電であることが充電器２に報知されて充電電流の供給も停止されるとともに、負荷機器３へも満充電であることが報知され、前記表示パネル３９に表示されて処理を終了する。前記ステップＳ７で満充電状態に達していないときには、前記ステップＳ１に戻って充電を継続する。

なお、放電中に経路抵抗の異常の有無を判定し、その判定結果から充電を行うか否かを決定する場合には、その判定結果をフラグとして保持しておくようにすればよい。

このように構成することで、充電制御判定部２１が、充電電流値が所定の垂下電流値Ｉ３まで低下することで満充電と判定し、組電池１４の充電を停止するような制御を行うにあたって、セル電圧が所定の閾値電圧以上の場合に前記電流垂下から満充電を判定することで、負荷機器３を使用したフロート充電時に、該負荷機器３での電流消費による充電電流の垂下から前記満充電であると誤判定しないようにすることができる。さらに、充電制御判定部２１は、充放電経路１１，１５の経路抵抗を測定し、測定した経路抵抗が予め定められる正常レベルの範囲内である場合に充電を継続して前記の条件によって満充電であるか否かの判定を行い、前記経路抵抗が前記正常レベルの範囲外である場合には、異常と判定して充電を停止するので、異常の発生時に組電池１４への充電を速やかに停止することができる。

上述の例では、前記式１で求められた経路抵抗が、３０±１２ｍΩの所定の範囲内であるか否かから異常の有無を判定しているけれども、たとえば前記温度や充電電流値によって前記所定の範囲を切換えることで、より狭い範囲の値で異常の有無を判定することができ、判定精度を向上することができる。また、前記所定の範囲は、ＦＥＴ１２，１３のＯＮ抵抗や、電流検出抵抗１６の抵抗値などに応じて適宜設定されればよいことは言うまでもない。

さらにまた、前記式１で求められた経路抵抗を、直接異常の有無の判定閾値と比較するのではなく、所定のサンプリング周期、たとえば２ｓｅｃ毎に求められたその経路抵抗の差、すなわち、
｜前回測定時の経路抵抗−今回測定時の経路抵抗｜ ・・・（２）
が、たとえば６ｍΩの範囲内であるか否かから、異常の有無を判定するようにしてもよい。また、前述の経路抵抗が所定の範囲内であるか否かと、この経路抵抗の差が所定の範囲内であるか否かとの判定が併用されてもよい。

また、上述の例では、電池パック１側の充電制御判定部２１が経路抵抗を求め、保護動作を行ったけれども、本発明の実施の他の形態として、充電制御部３１が異常判定手段となり、通信部３２，２２を介して、セル電圧検出手段である電圧検出回路２０によって検出された電池パック１のセル電圧を受信し、端子電圧検出手段である電圧検出回路２８によって検出された端子Ｔ１１，Ｔ１３間の電圧および電流検出手段である電流検出抵抗２９によって検出された充電電流値を用いて、前記式１から経路抵抗を求め、前記充電電流供給回路３３からの充電電流を停止させたり、通信部３２，２２を介して充電制御判定部２１にＦＥＴ１２，１３，２７をＯＦＦさせたりする保護動作を行うように構成してもよい。

ここで、たとえば特開２００２−１４２３７９号公報には、充放電を一時停止して、前記充放電経路の経路抵抗を測定することが提案されている。しかしながら、この従来技術は、セルの劣化を判定するものであり、本実施の形態のように、前記式１から充放電経路１１，１５の異常を判定するものではなく、この従来技術では、前記充放電経路１１，１５に異常が生じた場合、定電圧（ＣＶ）充電での微小な充電電流が流れ続けることになる。

［実施の形態２］
図３は、本発明の実施の他の形態に係る異常判定方法が適用される電子機器システムの電気的構成を示すブロック図である。この電子機器システムは、前述の図１で示す電子機器システムに類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、本実施の形態では、電池パック１ａの制御ＩＣ１８ａには、セル電圧に対応した残量（ＲＳＯＣ）のテーブル２４が格納されており、充電制御判定部２１ａは、前記電圧検出回路２０で検出されたセル電圧から推定される残量をこのテーブル２４から読出す一方、充電に伴い、前記電圧検出回路２０で検出されたセル電圧および電流検出抵抗１６で検出された充電電流から、前記図５において参照符号α３で示すように積算される二次電池の残量の積算値を使用し、セル電圧から推定される残量の前記積算値に対する誤差が所定の範囲、たとえば積算値に対して±４０％の誤差、すなわち６０％〜１４０％の範囲内であるか否かから、異常の有無を判定することである。前記積算値は、通信部２２，３８を介して制御回路３７に入力され、表示パネル３９に表示される。

前記テーブル２４に格納されるデータは、たとえば表５で示すようなものである。測定されたセル電圧がテーブルに存在しない場合には、隣接するデータを補間して、対応する残量（ＲＳＯＣ）を求めればよい。

なお、表５は、０ｍＡ、すなわち充電電流が流れていない場合のデータであり、このように充電を一旦停止してセル電圧を直接測定しなくても、充電中に、電流検出抵抗１６で検出された充電電流値に、セルの本来の内部抵抗を乗算した値を測定値から減算することで、実際のセル電圧を推定することができる。

或いは、積算値を前記表５のテーブル２４と対照し、対応する０ｍＡでのセル電圧を読出し、検出された充電電流値に、セルの本来の内部抵抗を乗算した値をその値に加算した値に対して、実測されたセル電圧の誤差から異常の有無を判定するようにしてもよい。

図４は、上述のような二次電池の残量（ＲＳＯＣ）からの異常検出動作を説明するためのフローチャートである。図２の処理と同一のステップには、同一のステップ番号を付して示す。充電が開始されると、ステップＳ１１で、セル電圧および充電電流値が測定される。ステップＳ１２では、セル電圧および電流から、残量（ＲＳＯＣ）が積算される。ステップＳ１３では、測定されたセル電圧に対応した残量（ＲＳＯＣ）がテーブル２４から読出される。ステップＳ１４では、読出された残量の積算された残量に対する誤差が計算される。ステップＳ１５では、その誤差が所定の範囲であるか否かから異常の有無が判定され、異常が生じているときには前記ステップＳ４〜Ｓ５の処理を行い、異常が生じていないときには前記ステップＳ６〜Ｓ９の処理を行う。

このように構成することで、フロート充電に対する誤判定を防止するために、二次電池のセル電圧が所定の閾値電圧以上で、かつ充電電流値が所定の垂下電流値Ｉ３まで低下したことから満充電と判定し、充電を停止する充電制御を行うにあたって、前記電圧検出回路２０、電流検出抵抗１６および二次電池などの異常を速やかに検出し、前記異常によって、前記満充電の判定条件に達せず、充電が継続されてしまうことを未然に防止することができる。

本発明は、電池パックにおける二次電池から端子までの充放電に使用される充放電経路の経路抵抗を、｜｛端子電圧−セル電圧（の総和）｝／充電電流値｜から求め、求められたその経路抵抗が所定の範囲内であるか否かから、前記充放電経路の異常の有無を判定するので、フロート充電に対する誤判定を防止するために、二次電池のセル電圧が所定の閾値電圧以上で、かつ充電電流値が所定の垂下電流値まで低下したことから満充電と判定し、充電を停止する充電制御を行うにあたって、充放電経路に介在されるＦＥＴのＯＮ抵抗が高くなるなどの経路部品の異常を速やかに検出し、前記異常によって、前記満充電の判定条件に達せず、充電が継続されてしまうことを未然に防止することができ、好適である。

本発明の実施の一形態に係る異常判定方法が適用される電子機器システムの電気的構成を示すブロック図である。 図１で示す実施の形態における異常検出動作を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施の他の形態に係る異常判定方法が適用される電子機器システムの電気的構成を示すブロック図である。 図３で示す実施の形態における異常検出動作を説明するためのフローチャートである。 充電制御の一般的な例を説明するためのグラフである。

符号の説明

１，１ａ 電池パック
２ 充電器
１１，１５ 充放電経路
１２，１３，２７ ＦＥＴ
１４ 組電池
１６，２９ 電流検出抵抗
１７ 温度センサ
１８，１８ａ，３０，３５ 制御ＩＣ
１９，２３ アナログ／デジタル変換器
２０，２８ 電圧検出回路
２１，２１ａ 充電制御判定部
２２，３２，３８ 通信部
２４ テーブル
２５ トリクル充電回路
２６ 限流抵抗
３１ 充電制御部
３３ 充電電流供給回路
３７ 制御回路
３９ 表示パネル
Ｔ１１，Ｔ１２，Ｔ１３；Ｔ２１，Ｔ２２，Ｔ２３；Ｔ３１，Ｔ３２，Ｔ３３ 端子

Claims (7)

1. 二次電池を備える電池パックの充放電用の端子電圧およびセル電圧を測定し、
   前記電池パックの充電または放電による電流値を測定し、
   測定された端子電圧とセル電圧との差を電流値で除算することで、充放電に使用される充放電経路の経路抵抗を求め、
   前記経路抵抗が所定の範囲内であるか否か、または所定時間内での前記経路抵抗の変化量が所定の範囲内であるか否かの少なくとも一方から、前記充放電経路の異常の有無を判定することを特徴とする電池パックの異常判定方法。
2. 前記経路抵抗の算出のための端子電圧、セル電圧および電流値の測定を、定電流定電圧充電における定電流充電時に行うことを特徴とする請求項１記載の電池パックの異常判定方法。
3. 二次電池を備える電池パックを充放電する際に行われる電池パックの異常判定方法において、
   充放電に伴い、その充放電電圧および電流から前記電池パックの残量を積算し、
   前記二次電池のセル電圧を測定し、
   測定されたセル電圧から推定される電池パックの残量の前記積算による積算値に対する誤差が所定の範囲内であるか否かから、異常の有無を判定することを特徴とする電池パックの異常判定方法。
4. 二次電池と、前記二次電池のセル電圧を検出する電圧検出手段と、前記二次電池の充放電電流を検出する電流検出手段と、充電器および負荷機器の少なくとも一方と通信を行う通信手段と、前記通信手段を介して前記充電器へ充電電流を要求し、前記電圧検出手段および電流検出手段の検出結果に応答して前記二次電池への充電電流を制御する充電制御手段とを備えた電池パックにおいて、
   前記充電制御手段は、前記通信手段を介して、充電器または負荷機器から該電池パックの充放電端子の端子電圧を受信し、その端子電圧と、前記電圧検出手段によって検出されるセル電圧との差を、前記電流検出手段によって検出される電流値で除算することで、充放電に使用される充放電経路の経路抵抗を求め、前記経路抵抗が所定の範囲内であるか否か、または所定時間内での前記経路抵抗の変化量が所定の範囲内であるか否かの少なくとも一方から、前記充放電経路の異常の有無を判定することを特徴とする電池パック。
5. 二次電池と、前記二次電池のセル電圧を検出する電圧検出手段と、前記二次電池の充放電電流を検出する電流検出手段と、前記電圧検出手段および電流検出手段の検出結果に応答して前記二次電池の充放電電流を制御する充放電制御手段とを備えた電池パックにおいて、
   前記充放電制御手段は、充放電に伴い、前記電圧検出手段で検出される充放電電圧および前記電流検出手段で検出される充放電電流から前記電池パックの残量を積算し、前記電圧検出手段で検出されたセル電圧から推定される電池パックの残量の前記積算による積算値に対する誤差が所定の範囲内であるか否かから、異常の有無を判定することを特徴とする電池パック。
6. 電池パックに内蔵された二次電池へ充電電流を供給する充電電流供給手段と、前記電池パックと通信を行う通信手段と、前記通信手段を介して電池パックから要求される充電電圧および充電電流を前記充電電流供給手段に供給させる充電制御手段とを備えた充電器において、
   前記電池パックの端子電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記充電電流を検出する充電電流検出手段とを含み、
   前記充電制御手段は、前記電圧検出手段によって検出される端子電圧と、前記通信手段を介して電池パックから受信されるセル電圧との差を、前記電流検出手段によって検出される電流値で除算することで、前記電池パックにおいて充放電に使用される充放電経路の経路抵抗を求め、前記経路抵抗が所定の範囲内であるか否か、または所定時間内での前記経路抵抗の変化量が所定の範囲内であるか否かの少なくとも一方から、前記充放電経路の異常の有無を判定することを特徴とする充電器。
7. 二次電池のセル電圧を検出するセル電圧検出手段と、
   電池パックの充放電端子の端子電圧を検出する端子電圧検出手段と、
   前記二次電池への充放電電流を検出する電流検出手段と、
   前記端子電圧検出手段によって検出された端子電圧と、前記セル電圧検出手段によって検出されたセル電圧との差を、前記電流検出手段によって検出された電流値で除算することで、充放電に使用される充放電経路の経路抵抗を求め、前記経路抵抗が所定の範囲内であるか否か、または所定時間内での前記経路抵抗の変化量が所定の範囲内であるか否かの少なくとも一方から、前記充放電経路の異常の有無を判定する異常判定手段とを含むことを特徴とする電池パックの異常判定装置。

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