JP4606846B2

JP4606846B2 - 電池監視装置

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Publication number: JP4606846B2
Application number: JP2004328854A
Authority: JP
Inventors: 学佐々木
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-11-12
Filing date: 2004-11-12
Publication date: 2011-01-05
Anticipated expiration: 2024-11-12
Also published as: JP2006138750A

Description

本発明は、二次電池ブロックの状態を監視する電池監視装置であって、特に二次電池ブロックを構成するセルの異常を検出する技術に関する。

近年、並列接続された複数のセルから構成される並列セルブロックを、更に直列接続させ、蓄電容量の増大が図られた二次電池ブロックを備える電池パックが知られている。そして、かかる二次電池ブロックでは、並列セルブロックを構成するいずれかのセルの異常を検出することが課題となっている。ここでセルの異常としては、セルを接続する半田が外れる等して生じる断線によるセル外れ、セルの劣化に伴って生じる内部抵抗の増大、及びセルの安全機構が動作して当該セルを充放電不可状態にする安全素子動作等に起因して生じる。

特許文献１には、直列接続された複数の二次電池（セル）の充電又は放電開始時に生じる電池電圧の急降下を検出することで各二次電池の直流内部抵抗を測定し、測定した直流内部抵抗に基づいて開路電圧（開回路電圧）を算出し、算出した開路電圧に対応する充電状態を、装置が予め記憶する開路電圧と充電状態との関係を示す開路電圧特性表を参照し、二次電池の充電状態を計測する電池管理システムが開示されている。ここで、充電状態とは、二次電池の満充電容量に対する残存容量の割合を示している。

特許文献２には、複数のセルを並列に接続した並列ブロック（並列セルブロック）を複数ブロック直列接続した組電池（二次電池ブロック）の異常診断装置であって、所定容量の放電又は充電前後の各並列ブロックの電圧変化量に基づいて、各並列セルブロックの異常を検出する発明が開示されている。
特開２００４−１５０８００号公報特開２００４−３１１２０号公報

しかしながら、特許文献１記載の発明では、直流内部抵抗に基づいて直列接続されたセルの劣化を検出することに関する記載はなされているものの、セル外れ等に起因して生じる並列セルブロックを構成するセルの異常を検出することに関する記載が全くなされておらず、かかる発明によりセル外れ等により生じるセルの異常を検出することは困難である。

また、特許文献２記載の発明では、並列セルブロックを構成するセルの異常が検出されているが、ここで述べられているセルの異常は、セルの劣化の程度を示すものであり、上述したようなセル外れ等に起因するセルの異常を検出するものではない。また、特許文献２記載の発明では、通電される電流が時間と共に大きく変動した場合、セルの直流内部抵抗が加味された電圧変化量を得ることができず、セル外れ等に起因するセルの異常を正確に検出することができないという問題を備えている。

本発明の目的は、セル外れ、及びセルの劣化等の種々の要因により生じる並列セルブロックを構成するセルの異常を正確に検出することができる電池監視装置を提供することである。

本発明による電池監視装置は、並列接続された複数のセルから構成される並列セルブロックを、複数個直列接続して構成される二次電池ブロックの状態を監視する電池監視装置であって、前記並列セルブロックの各々の電圧を検出する電圧検出手段と、前記二次電池ブロックの通電電流を検出する電流検出手段と、前記電圧検出手段により検出された電圧を基に、前記二次電池ブロックの通電前後の各並列セルブロックの電圧変化量を算出すると共に、前記電流検出手段により検出された電流を基に、前記二次電池ブロックの通電前後の電流変化量を算出し、算出した電圧変化量及び電流変化量から各並列セルブロックの直流内部抵抗を算出する演算手段と、前記演算手段により算出された直流内部抵抗を基に、前記セルの異常を判定する判定手段とを備え、前記判定手段は、前記演算手段により算出された並列セルブロックの各々の直流内部抵抗の最小値に対する直流内部抵抗の最大値の比率を算出し、当該比率が予め設定された設定値を超える場合、セルが異常であると判定することを特徴とする。

また、上記構成において、前記セルの異常は、断線によるセル外れ、内部抵抗の上昇によるセルの劣化、及びセルが備える安全機構が当該セルを充電不可状態にする安全素子動作のいずれかに起因するものであることが好ましい。

また、上記構成において、前記二次電池ブロックを通電又は非通電状態に切り替える通電制御手段を更に備え、前記電圧検出手段は、前記非通電状態において、前記並列セルブロックの各々の電圧である開回路電圧を検出すると共に、前記通電状態における前記並列セルブロックの各々の電圧である閉回路電圧を検出し、前記演算手段は、前記開回路電圧及び前記閉回路電圧の差分を前記電圧変化量として算出することが好ましい。

また、上記構成において、前記電圧検出手段は、前記二次電池ブロックの満充電時における開回路電圧を検出すると共に、前記二次電池ブロックの放電時における閉回路電圧を検出することが好ましい。

また、上記構成において、前記二次電池ブロックの温度を検出する温度検出手段を更に備え、前記判定手段は、前記並列セルブロックの各々の直流内部抵抗と前記温度検出手段により検出された温度とに基づいてセルの異常を判定することが好ましい。

また、上記構成において、前記判定手段は、直流内部抵抗及び温度と、前記並列セルブロックの劣化の程度を示す劣化値との関係を記憶する記憶手段を備え、前記演算手段により算出された直流内部抵抗及び前記温度検出手段により検出された温度に対する劣化値を前記記憶手段を参照することにより特定し、特定した劣化値を基に、セルの異常を判定することが好ましい。

請求項１記載の発明によれば、二次電池ブロックの通電前後における各並列セルブロックの電圧変化量及び二次電池ブロックの通電前後における電流変化量が算出され、算出された電圧変化量及び電流変化量から各並列セルブロックの直流内部抵抗が算出され、算出された直流内部抵抗を基に、セルの異常が判定されているため、セル外れ、セルの劣化等の種々の要因により生じる並列セルブロックを構成するセルの異常を正確に検出することができる。

また、請求項１記載の発明によれば、並列セルブロックの各々の直流内部抵抗の最小値に対する最大値の比率が算出され、当該比率が設定値を超える場合、内部抵抗が異常であると判定されているため、セルの異常をより正確に検出することができる。

請求項２記載の発明によれば、セル外れ、セルの劣化、又は安全素子動作によって生じるセルの異常を正確に検出することができる。

請求項３記載の発明によれば、開回路電圧（ＯＣＶ）と閉回路電圧（ＣＣＶ）との差分が電圧変化量として、並列セルブロックの各々の直流内部抵抗が算出されているため、より正確な直流内部抵抗を得ることができる。

請求項４記載の発明によれば、満充電時における開回路電圧と定電流放電後における閉回路電圧とを基に、各並列セルブロックの直流内部抵抗が算出されているため、より正確な直流内部抵抗を得ることができる。

請求項５記載の発明によれば、二次電池ブロックの温度が検出され、検出された温度と、並列セルブロックの各々の直流内部抵抗とに基づいてセルの異常が判定されているため、温度に大きく依存する直流内部抵抗を正確に加味してセルの異常を検出することが可能となる。

請求項６記載の発明によれば、直流内部抵抗及び温度と、並列セルブロックの劣化の程度を示す劣化値との関係を記憶する記憶手段を備え、この記憶手段を参照することにより劣化値が特定され、特定した劣化値に基づいてセルの異常が判定されているため、セルの異常をより正確に検出することができる。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１による電池監視装置１の構成を示したブロック図である。電池パック３は、電池監視装置１及び二次電池ブロック２を備えている。電池パック３は、端子３１，３２を備えている。端子３１及び端子３２の各々には、端子４１及び４２が接続され、これにより外部装置４及び電池パック３が電気的に接続される。外部装置４としては、充電電源或いは負荷装置を採用することができる。電池パック３を充電するときは、充電電源が接続され、電池パック３が電源として用いられる場合は負荷装置が接続される。負荷装置としては、ノート型のパーソナルコンピュータ、携帯電話、ＰＤＡ等の装置を採用することができる。

電池監視装置１は、電流制御部１１、温度検出部１２、電圧検出部１３、電流検出部１４、演算部１５、ＲＡＭ１６、判定部１７、及び設定値記憶部１８を備えている。電流制御部１１は、スイッチ等から構成され、二次電池ブロック２及び端子３１間を電気的に遮断して二次電池ブロック２を非通電状態にすると共に、二次電池ブロック２及び端子３１間を電気的に接続して二次電池ブロック２を通電状態にする。

温度検出部１２は、温度センサ等から構成され、二次電池ブロック２の表面の温度を検出し、検出データを演算部１５に出力する。電圧検出部１３は、並列セルブロック２１〜２３の各々の電圧を検出し、検出データを演算部１５に出力する。電流検出部１４は、二次電池ブロック２に通電される充電電流、或いは放電電流を検出し、検出データを演算部１５に出力する。

演算部１５は、電圧検出部１３により検出された並列セルブロック２１〜２３の各々の電圧と電流検出部１４により検出された電流とを用いて並列セルブロック２１〜２３の各々の直流内部抵抗（ＤＣ−ＩＲ）を算出する。この算出の詳細は後述する。

ＲＡＭ１６は、演算部１５の作業領域として用いられる。判定部１７は、演算部１５により算出された並列セルブロック２１〜２３の各々に対する直流内部抵抗の中から最大の直流内部抵抗と最小の直流内部抵抗とを特定し、最小の直流内部抵抗に対する最大の直流内部抵抗の比率を算出し、算出した比率を設定値記憶部１８に予め記憶された設定値と比較することにより、セルの異常を判定する。

二次電池ブロック２は、直列接続された３個の並列セルブロック２１〜２３を備える。なお、並列セルブロックを総称して呼ぶときは２ｉの符号を用いて表す。また、並列セルブロック２１は、並列接続された２個のセル２４，２４から構成される。セル２４，２４は、リチウムイオン電池等の二次電池から構成される。並列セルブロック２２及び２３は並列セルブロック２１と同一構成であるため説明を省く。

なお、二次電池ブロック２を構成する並列セルブロック２ｉの個数は、３個に限定されず、４個以上の並列セルブロック２ｉから構成してもよいし、２個の並列セルブロック２ｉから構成してもよい。さらに、並列セルブロック２ｉを構成するセル２４の個数も２個に限定されず、３個以上であってもよい。但し、セル２４の異常を検出するという観点からは、２個以上４個以下が好ましい。ここで、セル２４の異常は、セル２４を接続する半田が外れる等して生じる断線によるセル外れ、セル２４の劣化に伴って上昇する内部抵抗の上昇、及びセル２４が備える安全機構が作動して、セル２４が充放電不可能状態にする安全素子動作のいずれかに起因して生じるものである。

次に、実施の形態１による電池監視装置１の動作を説明する。図２は、実施の形態１による電池監視装置１の動作を示すフローチャートである。なお、本フローチャートが開始される前に、電流検出部１４が二次電池ブロック２の非通電状態を検知している、又は電流制御部１１が二次電池ブロック２を非通電状態にしているものとする。また、直流内部抵抗のより正確な値を得るために、二次電池ブロック２には、満充電容量に対し５０％以上の電気が蓄積されているものとする。さらに、外部装置４として負荷装置を採用する事が好ましい。

まず、ステップＳ１において、電圧検出部１３は、並列セルブロック２１〜２３の各々の放電前の電圧Ｖ１〜Ｖ３を検出する。この場合、二次電池ブロック２は非通電状態とされているため、電圧検出部１３により検出される電圧は、開回路電圧（ＯＣＶ）となる。なお、検出された電圧Ｖ１〜Ｖ３は、演算部１５の制御の下、ＲＡＭ１６に記憶される。

ステップＳ２において、電流検出部１４は、二次電池ブロック２に流れる放電前の電流を検出する。この場合、電流制御部１１により非通電状態が検知されている、又は電流制御部１１により二次電池ブロック２が非通電状態とされているため、電流検出部１４によって検出される電流の値は０となる。なお、検出された電流の値は、演算部１５の制御の下、ＲＡＭ１６に記憶される。ステップＳ３において、電流制御部１１は、二次電池ブロック２を通電させ、二次電池ブロック２から外部装置４に対して放電電流を流す。なお、外部装置４として充電電源が採用されている場合は、外部装置４から二次電池ブロック２に対して充電電流が流れる。

ステップＳ４において、電流検出部１４は、放電後の電流を検出する。この場合、電流検出部１４は、電流制御部１１が放電を開始した直後の放電電流を放電後の電流として検出する。ステップＳ５において、演算部１５は、放電後の電流から放電前の電流を減じて電流変化量ΔＩを算出する。

ステップＳ６において、電圧検出部１５は、並列セルブロック２１〜２３の各々の放電後の電圧Ｖ１'〜Ｖ３'を検出する。この場合、電流制御部１１により二次電池ブロック２は通電状態とされているため、電圧検出部１３によって検出される電圧は、閉回路電圧（ＣＣＶ）となる。

ステップＳ７において、演算部１５は、式（１）の演算、すなわち、並列セルブロック２１〜２３の放電前の電圧Ｖ１〜Ｖ３と放電後の電圧Ｖ１'〜Ｖ３'との差分の絶対値を、電流変化量ΔＩで除す演算を実行し、並列セルブロック２１〜２３の各々の直流内部抵抗Ｒ１〜Ｒ３を算出する。

Ｒｉ＝｜Ｖｉ−Ｖｉ'｜／ΔＩ
但し、ｉ＝１，２，３
図３は、放電開始前後におけるセルの特性を示したグラフであり、（ａ）はセルの電圧を示し、（ｂ）はセルの放電電流を示し、Ｔは放電開始時刻を示している。（ａ）に示すようにセルの放電を開始すると、セルの電圧は急激に低下し、その後、緩やかに低下していることが分かる。この放電開始直後の電圧の急激な低下はセルの直流内部抵抗に起因するものであり、ＩＲドロップと呼ばれる。このＩＲドロップは、直流内部抵抗の値が大きなセルほど大きな値を示す。そのため、直流内部抵抗が異常な値を示すセルを含む並列セルブロックのＩＲドロップは、正常な並列セルブロックのＩＲドロップに比べて大きな値を示すこととなる。

従って、ステップＳ６及びＳ７に示すように、二次電池ブロック２の放電が開始された直後における並列セルブロック２１〜２３の各々の電圧を測定すれば、並列セルブロック２１〜２３の各々のＩＲドロップの値を得ることができる。そして、このＩＲドロップの値をこの間の電流変化量で割れば、並列セルブロック２１〜２３の各々の直流内部抵抗を得ることができる。

ところで、ＩＲドロップの大きさはセル固体間においてに大きなバラツキがあることが知られており、中には放電開始直後にＩＲドロップが終了しないセルも存在する。そのため、放電開始直後において測定する電圧のサンプリング点を１つにした場合、ＩＲドロップの正確な値を得ることができない虞もある。そこで、放電開始から一定の期間内にて複数の電圧をサンプリングし、これら複数の電圧を基にＩＲドロップを算出する特許文献１に示す手法を用いて直流内部抵抗を算出してもよい。

図２に示すステップＳ８において、判定部１７は、演算部１５により算出された直流内部抵抗Ｒ１〜Ｒ３の中から、最大の直流内部抵抗Ｒｍａｘと最小の直流内部抵抗Ｒｍｉｎとを特定し、最小の直流内部抵抗Ｒｍｉｎに対する最大の直流内部抵抗Ｒｍａｘの比率（＝Ｒｍａｘ／Ｒｍｉｎ）を算出する。

ステップＳ９において、判定部１７は、Ｒｍａｘ／Ｒｍｉｎを所定の設定値Ａと比較し、Ｒｍａｘ／Ｒｍｉｎが設定値Ａより大きい場合（Ｓ９でＹＥＳ）、異常なセル２４は存在すると判定する（Ｓ１０）。一方、Ｒｍａｘ／Ｒｍｉｎが設定値Ａ以下の場合（Ｓ９でＮＯ）、判定部１７は、異常なセル２４が存在しないと判定する（Ｓ１１）。ここで、設定値Ａとしては、１．２≦Ａ≦１．５が好ましく、より好ましくはＡ＝１．５である。

以上説明したように実施の形態１による電池監視装置１によれば、並列セルブロック２１〜２３の直流内部抵抗Ｒ１〜Ｒ３に基づいてセル２４の異常を判定しているため、セル外れ、及びセルの劣化等により生じる並列セルブロック２ｉを構成するセル２４の異常を正確に検出することができる。

（実施の形態２）
次に実施の形態２による電池監視装置１ａを説明する。実施の形態２による電池監視装置１ａは、実施の形態１による電池監視装置１に対して更に二次電池ブロック２の温度を加味して、セル２４の異常を検出することを特徴としている。図４は、実施の形態２による電池監視装置１ａの構成を示すブロック図である。なお、図４において、実施の形態１と同一のものは同一の符号を付して説明を省略する。実施の形態２による電池監視装置１ａは、実施の形態１による電池監視装置１に対して設定値記憶部１８に代えてテーブル記憶部１９を備えている。

判定部１７ａは、温度検出部１２により検出された温度と、演算部１５により算出された直流内部抵抗Ｒ１〜Ｒ３に対する並列セルブロック２１〜２３の劣化の程度を示す劣化率（劣化値）Ｅ１〜Ｅ３を、テーブル記憶部１９に記憶された劣化テーブルを参照することにより特定する。また、判定部１７ａは、特定した劣化率Ｅ１〜Ｅ３を予め定められた設定値Ｂと比較することによりセル２４の異常を判定する。

テーブル記憶部１９は、判定部１７ａが並列セルブロック２１〜２３の劣化率Ｅ１〜Ｅ３を特定する際に用いられる劣化テーブルを記憶する。図５は、劣化テーブルの一例を示した図面である。図５に示すように劣化テーブルは、温度の欄と直流内部抵抗の欄とから構成されている。温度の欄には、温度が５度刻みで記載されている。直流内部抵抗の欄には、直流内部抵抗の値が５刻みで記載されている。なお、劣化テーブルに示す温度及び直流内部抵抗の分解能は、図５に示す例に限定されず、より荒くしてもよいし、より細かくしても良い。また、分解能を値域に応じて適宜変更しても良い。

劣化テーブルを構成する各セルには、温度と直流内部抵抗とに対する並列セルブロック２ｉの劣化率（％）が記載されている。ここで、劣化率は、値が低いほど劣化の程度が大きいことを示しており、劣化の程度が大きいほど電池容量は初期の電池容量に対して低くなる。なお、劣化率において１００％を超える数値は、計算上の数値であり、実際には存在しえない値である。また、劣化テーブルの各セルに示す劣化率の値は実験等により得られた値である。

次に、図６に示すフローチャートに従って実施の形態２による電池監視装置１ａの動作について説明する。ステップＳ１において、電圧検出部１３は、二次電池ブロック２が満充電状態であるか否かを検出し、二次電池ブロック２が満充電状態である場合（Ｓ２１でＹＥＳ）、電流制御部１１は通電を停止して二次電池ブロックを非通電状態にする（Ｓ２２）。一方、ステップＳ１において、電圧検出部１３が二次電池ブロック２が満充電状態でないことを検出した場合（Ｓ２１でＮＯ）、処理がステップＳ２１に戻される。

ステップＳ２３において、電圧検出部１３は、実施の形態１と同様にして並列セルブロック２１〜２３の各々の電圧Ｖ１〜Ｖ３を検出する。ステップＳ２４において、温度検出部１２は、二次電池ブロック２の表面の温度を検出する。ステップＳ２５において、電流制御部１１は、二次電池ブロック２を通電し、一定の値（例えば、１Ａ）の特定放電電流を外部装置４に対して流す。

ステップＳ２６において、電圧検出部１３は、放電開始時刻から所定時間経過時における並列セルブロック２１〜２３の電圧Ｖ１'〜Ｖ３'、すなわち放電後の電圧Ｖ１'〜Ｖ３'を検出する。ステップＳ２７において、演算部１５は、式（１）を用いて直流内部抵抗Ｒ１〜Ｒ３を算出する。ここで、式（１）におけるΔＩは、前記特定放電電流の値が代入される。

ステップＳ２８において、判定部１７ａは、演算部１５により算出された直流内部抵抗Ｒ１〜Ｒ３と、温度検出部１２により検出された温度とに対する並列セルブロック２１〜２３の各々に対する劣化率Ｅ１〜Ｅ３を劣化テーブルを参照して特定する。

ステップＳ２９において、判定部１７ａは、特定した劣化率Ｅ１〜Ｅ３の各々を設定値Ｂと比較し、全ての劣化率Ｅ１〜Ｅ３が設定値Ｂより小さい場合（Ｓ２９でＹＥＳ）、異常なセル２４は存在すると判定する（Ｓ３０）。一方、劣化率Ｅ１〜Ｅ３のうち、いずれかの劣化率が設定値Ｂ以上の場合（Ｓ２９でＮＯ）、判定部１７ａは、異常なセル２４が存在しないと判定する（Ｓ３１）。ここで、判定部１７ａは、劣化率Ｅ１〜Ｅ３が設定値Ｂ以下の並列セルブロック２ｉを異常なセル２４を含む並列セルブロック２ｉとして特定してもよい。

以上説明したように実施の形態２による電池監視装置１ａによれば、温度を加味して直流内部抵抗の値を算出しているため、温度依存性が高い直流内部抵抗の値を正確に算出することが可能となり、セル２４の異常をより正確に検出することができる。なお、セル２４の直流内部抵抗は、温度の低下に伴って減少することが知られており、例えば、２５度における直流内部抵抗の値を１とすると０度における直流内部抵抗の値はその約３倍となる。

また、満充電検出後、特定放電電流による放電を開始させ、並列セルブロック２１〜２３の電圧を検出しているため、直流内部抵抗をより正確に算出することができ、並列セルブロックを構成するセル２４の異常をより正確に検出することができる。

（実施の形態３）
次に本発明の実施の形態３による電池監視装置１ｂを説明する。実施の形態３による電池監視装置１ｂは、セル２４の異常の検出を、実施の形態１及び２のように直流内部抵抗により行うものではなく、電圧変化量に基づいて行うことを特徴としている。図７は、実施の形態３による電池監視装置１ｂの構成を示したブロック図である。図７において実施の形態１及び２と同一のものは同一の符号を付して説明を省く。

演算部１５ｂは、放電前後における並列セルブロック２１〜２３の各々の電圧変化量ΔＶ１〜ΔＶ３を算出する。

判定部１７ｂは、温度検出部１２により検出された温度と、演算部１５ｂにより算出された電圧変化量ΔＶ１〜ΔＶ３とに対する並列セルブロック２１〜２３の劣化率Ｅ１〜Ｅ３を、テーブル記憶部１９に記憶された劣化テーブルを参照することにより特定する。また、判定部１７ｂは、特定した劣化率Ｅ１〜Ｅ３を予め定められた設定値と比較することによりセル２４の異常を判定する。

テーブル記憶部１９ｂは、判定部１７ｂが並列セルブロック２１〜２３の劣化率を特定する際に用いられる劣化テーブルを記憶する。図８はテーブル記憶部１９ｂが記憶する劣化テーブルの一例を示した図面である。この劣化テーブルは、図５に示す劣化テーブルに対して直流内部抵抗の欄が電圧変化量の欄になっている点が相違する。なお、図５及び図８を比較すると、劣化率の値は同じ値となっているがこれは一例にすぎず、異なる値となることも当然にあり得る。また、劣化テーブルの各セルに示す劣化率は、実験等により算出された値である。

次に、実施の形態３による電池監視装置１ｂの動作について説明する。図９は実施の形態３の動作を示すフローチャートである。ステップＳ４１〜ステップＳ４６の処理は図６に示すステップＳ２１〜Ｓ２６と同一の処理であるため、説明を省略する。

ステップＳ４７において、演算部１５ｂは、式（２）の演算、すなわち、並列セルブロック２１〜２３の放電前の電圧Ｖ１〜Ｖ３と放電後の電圧Ｖ１'〜Ｖ３'との差分の絶対値を算出する演算を実行し、並列セルブロック２１〜２３の各々の放電前後における電圧変化量ΔＶ１〜ΔＶ３を算出する。

ΔＶｉ＝｜Ｖｉ−Ｖｉ'｜・・・式（２）
但し、ｉ＝１，２，３
図３でも示したように、セル２４の放電を開始するとその直後にＩＲドロップが発生し、このＩＲドロップはセル２４の直流内部抵抗の大きさに依存している。すなわち、直流内部抵抗が大きいほどＩＲドロップは大きくなる。そのため、並列セルブロックの直流内部抵抗の値が大きい場合、並列セルブロックに生じるＩＲドロップは増大することとなる。従って、放電前後における電圧変化量を算出することにより、セル２４の異常を検出することが可能となる。

ステップＳ４８において、判定部１７ｂは、演算部１５により算出された電圧変化量ΔＶ１〜Ｖ３と温度検出部１２により検出された温度とに対する劣化率を劣化テーブルを参照して特定し、並列セルブロック２１〜２３の各々の劣化率Ｅ１〜Ｅ３を特定する。ステップＳ４９において、判定部１７ｂは、特定した劣化率Ｅ１〜Ｅ３の全てが設定値Ｃ以上の場合（Ｓ４９でＮＯ）、異常なセル２４は存在しないと判定する（Ｓ５０）。

一方、特定した劣化率Ｅ１〜Ｅ３のうちいずれかが設定値Ｃ以下の場合（Ｓ４９でＮＯ）、異常なセル２４が存在すると判定する（Ｓ５１）。ここで、判定部１７ｂは、劣化率Ｅ１〜Ｅ３が設定値Ｃ以下の並列セルブロック２ｉを異常なセル２４を含む並列セルブロック２ｉとして特定してもよい。

以上説明したように、実施の形態３による電池監視装置１ｂによれば、満充電を検出し、二次電池ブロックを非通電状態として並列セルブロック２１〜２３の電圧Ｖ１〜Ｖ３を検出した後、放電を開始して、放電直後の並列セルブロック２１〜２３の電圧を検出する。そして、放電前後における電圧変化量ΔＶ１〜ΔＶ３を算出し、この電圧変化量ΔＶ１〜ΔＶ３を用いて、セル２４の異常を判定している。そのため、直流内部抵抗が加味された電圧変化量ΔＶ１〜ΔＶ３が得られ、セル２４の異常を正確に検出することができる。

また、満充電を検出した後、特定放電電流を所定時間流した時刻における電圧を検出しているため、直流内部抵抗を算出しなくとも、電圧変化量の値に直流内部抵抗の値が大きく反映される結果、並列セルブロック２ｉを構成するセル２４の異常を正確に検出することができる。

本発明は、以下の態様を採用してもよい。

（１）実施の形態１〜３では、二次電池ブロック２の放電時における直流内部抵抗、或いは電圧変化量を算出して、セル２４の異常を検出していたが、これに限定されず、二次電池ブロック２の充電時における直流内部抵抗、或いは電圧変化量を算出して、セル２４の異常を検出してもよい。この場合、充電直後にはおいてＩＲドロップではなくＩＲ上昇が発生することとなるが、このＩＲ上昇の大きさも放電時と同様にセル２４の直流内部抵抗に依存しているため、充電時においても充電直後における電圧変化量を算出すれば、セル２４の異常の有無を正確に検出することができる。

（２）実施の形態１〜３において電圧変化量を算出するにあたり、先にＯＣＶを検出し、次にＣＣＶを検出したが、これに限定されず、先にＣＣＶを検出し、次にＯＣＶを検出してもよい。具体的には、まず、二次電池ブロック２を放電状態にし、放電中のある時刻におけるＣＣＶを検出する。そして、ＣＣＶを検出した直後に電流制御部１１が放電を停止し、そのときの並列セルブロック２１〜２３の各々の電圧を検出すればよい。

本発明によれば、並列セルブロックを構成するセルのセル外れ、セルの劣化等の種々の要因により発生するセルの異常を正確に検出する電池監視装置を提供することができる。

本発明の実施の形態１による電池監視装置の構成を示したブロック図である。実施の形態１による電池監視装置の動作を示すフローチャートである。放電開始前後におけるセルの特性を示したグラフであり、（ａ）はセルの電圧を示し、（ｂ）はセルの放電電流を示し、Ｔは放電開始時刻を示している。実施の形態２による電池監視装置の構成を示すブロック図である。実施の形態２による電池監視装置の劣化テーブルの一例を示した図面である。実施の形態２による電池監視装置の動作を示すフローチャートである。実施の形態３による電池監視装置の構成を示したブロック図である。実施の形態３による電池監視装置の劣化テーブルの一例を示した図面である。実施の形態３による電池監視装置の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１電池監視装置
２二次電池ブロック
２１２２２３２ｉ並列セルブロック
３電池パック
４外部装置
１１電流制御部
１２温度検出部
１３電圧検出部
１４電流検出部
１５１５ｂ演算部
１６ＲＡＭ
１７１７ａ１７ｂ判定部
１８設定値記憶部
１９１９ｂテーブル記憶部
２４セル

Claims

並列接続された複数のセルから構成される並列セルブロックを、複数個直列接続して構成される二次電池ブロックの状態を監視する電池監視装置であって、
前記並列セルブロックの各々の電圧を検出する電圧検出手段と、
前記二次電池ブロックの通電電流を検出する電流検出手段と、
前記電圧検出手段により検出された電圧を基に、前記二次電池ブロックの通電前後の各並列セルブロックの電圧変化量を算出すると共に、前記電流検出手段により検出された電流を基に、前記二次電池ブロックの通電前後の電流変化量を算出し、算出した電圧変化量及び電流変化量から各並列セルブロックの直流内部抵抗を算出する演算手段と、
前記演算手段により算出された直流内部抵抗を基に、前記セルの異常を判定する判定手段とを備え、
前記判定手段は、前記演算手段により算出された並列セルブロックの各々の直流内部抵抗の最小値に対する直流内部抵抗の最大値の比率を算出し、当該比率が予め設定された設定値を超える場合、セルが異常であると判定することを特徴とする電池監視装置。
前記セルの異常は、断線によるセル外れ、内部抵抗の上昇によるセルの劣化、及びセルが備える安全機構が当該セルを充放電不可状態にする安全素子動作のいずれかに起因するものであることを特徴とする請求項１記載の電池監視装置。
前記二次電池ブロックを通電又は非通電状態に切り替える通電制御手段を更に備え、
前記電圧検出手段は、前記非通電状態において、前記並列セルブロックの各々の電圧である開回路電圧を検出すると共に、前記通電状態における前記並列セルブロックの各々の電圧である閉回路電圧を検出し、
前記演算手段は、前記開回路電圧及び前記閉回路電圧の差分を前記電圧変化量として算出することを特徴とする請求項１又は２記載の電池監視装置。
前記電圧検出手段は、前記二次電池ブロックの満充電時における開回路電圧を検出すると共に、前記二次電池ブロックの放電時における閉回路電圧を検出することを特徴とする請求項３記載の電池監視装置。
前記二次電池ブロックの温度を検出する温度検出手段を更に備え、
前記判定手段は、前記並列セルブロックの各々の直流内部抵抗と前記温度検出手段により検出された温度とに基づいてセルの異常を判定することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電池監視装置。
前記判定手段は、直流内部抵抗及び温度と、前記並列セルブロックの劣化の程度を示す劣化値との関係を記憶する記憶手段を備え、前記演算手段により算出された直流内部抵抗及び前記温度検出手段により検出された温度に対する劣化値を前記記憶手段を参照することにより特定し、特定した劣化値を基に、セルの異常を判定することを特徴とする請求項５記載の電池監視装置。