WO2007119682A1

WO2007119682A1 - 電池パックおよびその断線検知方法

Info

Publication number: WO2007119682A1
Application number: PCT/JP2007/057654
Authority: WO
Inventors: Toshiyuki Nakatsuji
Original assignee: Panasonic Corporation
Priority date: 2006-04-13
Filing date: 2007-04-05
Publication date: 2007-10-25
Also published as: JP5113741B2; KR20090010052A; US20090051324A1; CN101421883A; US8030893B2; CN101421883B; JPWO2007119682A1; KR101230223B1

Abstract

　二次電池のセルが複数個少なくとも直列に接続されて成る組電池と、各セルの端子電圧を検出する電圧検出部と、電圧検出部によって検出された各セルの端子電圧に基づいて組電池の充放電を制御する充放電制御部と、セル間の接続点をハイ側またはロー側の電源ラインに短絡させ若しくはセル間の接続点間で短絡させる短絡部と、短絡部を導通／遮断制御すると共に、導通／遮断制御の態様と、電圧検出部で検出されたセル間の接続点の電圧、ハイ側またはロー側の電源ラインの電圧および各セルの端子電圧のうちの少なくとも１つと、に基づいて電圧検出部からセル間の接続点への接続ラインの断線を検知する断線検知部とを備える電池パックであって、常時の損失を生じることなく、二次電池のセルの中間タップの浮き（外れ）を確実に検知することができる。

Description

明細書

電池パックおよびその断線検知方法

技術分野

[0001] 本発明は、電池パックおよびその断線検知方法に関し、特に、二次電池のセルが複数個少なくとも直列に接続されて成る組電池を有し、セル間の接続点への接続ラインの断線、すなわち中間タップの浮きを検知するために好適に実施されるものに関する。

背景技術

[0002] 前記中間タップの浮きを検知することができる典型的な従来技術は、たとえば特許文献 1で示されている。その従来技術によれば、中間タップから電圧検出手段への接続ラインをプルアップ抵抗またはプルダウン抵抗を介して電源ラインに接続しておき、前記中間タップが外れると、接続ラインの電圧が充電禁止電圧まで上昇することで、過電圧や過充電を防止するようにした二次電池の保護回路が提案されてヽる。

[0003] し力しながら、上述の従来技術では、定常状態で前記プルアップ抵抗またはブルダゥン抵抗によって損失が発生するという問題がある。したがって、損失を少なくするためにはプルアップ抵抗またはプルダウン抵抗の抵抗値を大きくする必要がある。

[0004] 一方、電池パック内には、電圧検出手段とは別途に、各セルの端子電圧を検出し、充放電制御手段と同等以上の閾値力異常を検出し、保護動作を行う二重保護用の ICなどが設けられることが多い。前記二重保護用の ICが設けられると、前記二重保護用の IC内の均一な内部抵抗で電池パックの充電端子間が接続されるために、測定されるセル電圧が前記充電端子間のトータル電圧を均等に分担した電圧に分圧されてしまい、実際の過充電状態を検出できないという問題もある。すなわち、実電池における前記トータル電圧が異常でなくても、セルバランスの崩れ力も一部のセルが過充電状態 (本来、前記二重保護用の ICでも異常が検出されるべき状態)となつた場合に、前記中間タップに浮きが生じていると、前記二重保護用の ICの分圧抵抗で均一化されてしまい、前記電圧検出手段および充放電制御手段による過充電検出、ならびに、前記二重保護用の ICによる過充電検出は、共に機能せず、過充電状態でも充電が継続されてしまう。

[0005] したがって、前記二重保護用の ICのような他の回路が前記電圧検出手段と並列に設けられることになると、その他の回路の入力の抵抗や容量、さらには内部の分圧抵抗などによって、各セルの端子への接続ラインの断線検知は一層困難になる。特に、上述のように損失を小さくするために前記プルアップ抵抗またはプルダウン抵抗の抵抗値を大きくしていると、前記中間タップが外れた際に電圧検出手段に入力される電圧に大きな変化が生じず、検出が困難になる。

特許文献 1 :特開平 10— 150721号公報

発明の開示

[0006] 本発明の目的は、低損失で、断線を確実に検知することで、異常状態での充電継続を過充電前に停止することができる電池パックおよびその断線検知方法を提供することである。

[0007] 本発明の一局面に従う電池パックは、二次電池のセルが複数個少なくとも直列に接続されて成る組電池と、前記各セルの端子電圧を検出する電圧検出部と、前記電圧検出部によって検出された前記各セルの端子電圧に基づいて前記組電池の充放電を制御する充放電制御部と、前記セル間の接続点をハイ側またはロー側の電源ラインに短絡させ若しくは前記セル間の接続点間で短絡させる短絡部と、前記短絡部を導通 Z遮断制御すると共に、前記導通 Z遮断制御の態様と、前記電圧検出部で検出された前記セル間の接続点の電圧、前記ハイ側またはロー側の電源ラインの電圧および前記各セルの端子電圧のうちの少なくとも 1つと、に基づいて前記電圧検出部から前記セル間の接続点への接続ラインの断線を検知する断線検知部とを備える

[0008] 上記の電池パックでは、二次電池のセルが複数個少なくとも直列に接続 (必要に応じて適宜並列にも複数のセルが接続されて、てもよ、）されて成る組電池、電圧検出部および充放電制御部を備え、電圧検出部によって検出された各セルの端子電圧に基づいて、充放電制御部が、たとえば充電時にセルバランスのずれによって特定のセルが過電圧になったり過充電になったりすることがないように充放電を制御するようにした電池パックにおいて、セル間の接続点、すなわち中間タップをハイ側またはロー側の電源ラインに短絡させ若しくは接続点間で短絡させる短絡部に、その短絡部を導通 Z遮断制御すると共に、その制御態様と、電圧検出部で検出された接続点の電圧、電源ラインの電圧および各セルの端子電圧のうちの少なくとも 1つとから、電圧検出部から接続点への接続ラインの断線、すなわち中間タップの浮き (外れ)を検知する断線検知部を設ける。

[0009] したがって、各セルの端子に接続される回路の入力抵抗や容量などによって、単に各セルの端子電圧力だけでは、電圧検出部力も接続点への接続ラインの断線を検知するのが困難であるのに対して、断線検知部が短絡部を選択駆動することで、セル間の接続点の電圧、電源ラインの電圧および各セルの端子電圧のうちの少なくとも 1つから、それらに期待される電圧と、実際に電圧検出部によって検出された電圧とのずれから、接続ラインの断線を確実に検知することができる。これによつて、異常状態での充電継続を、過充電前に停止することができる。また、短絡部は断線検知の際に駆動されるので、常時に損失は生じず、損失を低減することができる。

図面の簡単な説明

[0010] [図 1]本発明の実施の形態 1に係る断線検知方法を用いる充電システムの電気的構成を示すブロック図である。

[図 2]図 1の電池パック 1の内部構成を示すブロック図である。

[図 3]図 2の ASIC40および制御 IC18の一構成例を示すブロック図である。

[図 4]本発明の実施の形態 1に係る中間タップの浮き (外れ)検知動作を説明するための波形図である。

[図 5]本発明の実施の形態 1に係る中間タップの浮き (外れ)検知動作を説明するための波形図である。

[図 6]本発明の実施の形態 1に係る中間タップの浮き (外れ)検知動作を説明するための波形図である。

[図 7]本発明の実施の形態 1に係る中間タップの浮き (外れ)検知動作を説明するための波形図である。

[図 8]本発明の実施の形態 1に係る中間タップの浮き (外れ)検知動作の処理手順を示すフローチャートである。 [図 9]本発明の実施の形態 2に係る断線検知方法を用いる電池パックの電気的構成を示すブロック図である。

[図 10]本発明の他の実施の形態に係る断線検知方法を用ヽる充電システムの電気的構成を示すブロック図である。

[図 11]図 10の ASIC40および制御 IC18の一構成例を示すブロック図である。

発明を実施するための最良の形態

[0011] 以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の図面の記載において、同じ要素または類似する要素には、同じまたは類似の符号を付しており、説明を省略する場合がある。

[0012] (実施の形態 1)

図 1は、本発明の実施の形態 1に係る断線検知方法を用いる充電システムの電気的構成を示すブロック図である。この充電システムは、電池パック 1と、電池パック 1を充電する充電器 2と、を備えて構成される。電池パック 1から給電が行われる図示しない負荷機器をさらに含めて電子機器システムが構成されてもよい。その場合、電池パック 1は、図 1では充電器 2から充電が行われるけれども、該電池パック 1が前記負荷機器に装着されて、負荷機器を通して充電が行われてもよい。電池パック 1および充電器 2は、給電を行う直流ハイ側の端子 Ti l, T21と、通信信号の端子 T12, T22と、給電および通信信号のための GND端子 T13, T23とによって相互に接続される。前記負荷機器が設けられる場合も、同様の端子が設けられる。

[0013] 前記電池パック 1内で、前記の端子 Tl 1から延びる直流ハイ側の電源ラインである充電経路 11には、ヒューズ 24, 25力介在されるととも〖こ、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、直流ロー側の電源ラインである充電経路 15を介して前記 GND端子 T13に接続され、この充電経路 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。

[0014] 前記組電池 14は、複数の二次電池のセルが少なくとも直列に接続されて成り、必要に応じて適宜並列にも複数のセルが接続されていてもよい。前記セルの温度は温度センサ 17によって検出され、制御 IC 18内のアナログ Zデジタル変換器 19に入力される。

[0015] また、前記各セルの端子電圧は、後述するようにして、 ASIC (Application Specific I ntegrated Circuit) 40によって選択的に取出され、前記制御 IC18内のアナログ Zデジタル変換器 19に入力される。そのセルの選択は、充放電制御手段である充放電制御部 21が、通信部 20を介して行う。さらに、前記電流検出抵抗 16によって検出された電流値も、前記 ASIC40によって取出され、前記制御 IC18内のアナログ Zデジタル変換器 19に入力される。なお、図 1では、各セルの端子電圧を取出す ASIC40 と各セルの端子電圧を測定するアナログ Zデジタル変は互いに分離した構成となっているが、本実施の形態はこれに限られない。例えば、 ASIC40内でアナ口グ Ζデジタル変 19を構成しても構わな、。

[0016] 充放電制御部 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 Ζデジタル変換器 19を介する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および電流値を演算し、通信部 22から端子 T1 2, Τ22 ;Τ13, Τ23を介して充電器 2へ送信する。また、前記充放電制御部 21は、前記アナログ Ζデジタル変換器 19を介する各入力値から、端子 Ti l, 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が検出されると、また、前記温度センサ 17によって組電池 14の異常な温度上昇が検出されると、前記 FET12, 13を遮断するなどの保護動作を行う。

[0017] 一方、前記組電池 14の各セルの端子電圧は、 ASIC40による取込みと共に、 ASI C40と並列的に組電池 14に接続された二重保護 IC23にも取込まれる。二重保護 IC 23による検出結果が、前記充放電制御部 21における異常判定の閾値以上に設定されるこの二重保護 IC23での閾値以上となると、二重保護 IC23は FET27を ONする。前記 FET27は、充電経路 11に直列に介在された前記ヒューズ 24, 25に関して設けられており、前記ヒューズ 24, 25の接続点は、発熱抵抗 26およびこの FET27を介して接地されている。したがって、前記充放電制御部 21が FET27を ONすることで、発熱抵抗 26が発生した熱で前記ヒューズ 24, 25が溶断する。これによつて、前記充放電制御部 21の異常などでセルの過電圧などに対応できない深刻な異常時には、前記ヒューズ 24, 25が溶断されることで、二重の保護動作が実現されるようになっている。

[0018] たとえば、前記充放電制御部 21が FET12, 13を OFFする通常の充放電時における過電圧の閾値電圧は、セル当り 4. 35Vであり、二重保護 IC23がヒューズ 24, 2 5を溶断する閾値電圧は、たとえばセル当り 4. 4Vである。したがって、通常使用時の過電圧程度では復旧可能であり、異常時の過電圧では、電池パック 1は再使用不能となって安全性の向上が図られるようになつている。

[0019] そして、二重保護 IC23によって FET27が ONされると、発熱抵抗 26で発生された熱で、 2つのヒューズ 24, 25は溶断する。この時、充電状態では、先に組電池 14側のヒューズ 25が溶断しても、充電器 2から充電電流が供給されることで、充電器 2側のヒューズ 24も後に溶断する。先に充電器 2側のヒューズ 24が溶断しても、組電池 1 4が前記二重保護 IC23に FET27を駆動する電流を供給できれば組電池 14側のヒユーズ 25も溶断することができる。組電池 14が電流を供給できなければ、該組電池 1 4側のヒューズ 25は溶断しな、ままとなるが、前記接続点よりも組電池 14側を電池パック 1の外部力も確実に切り離すことができる。

[0020] これに対して、電池パック 1が充電器 2にセットされていない放電状態で、組電池 14 が前記二重保護 IC23に FET27を駆動する電流を供給できれば、先に充電器 2側のヒューズ 24が溶断しても、後に組電池 14側のヒューズ 25も溶断する。先に組電池 14側のヒューズ 25が溶断した場合には充電器 2側のヒューズ 24は溶断しないままとなる力前記接続点よりも組電池 14側を電池パック 1の外部から確実に切り離すことができる。

[0021] こうして、直列接続されたヒューズ 24, 25の接続点を発熱抵抗 26および FET27によって接地することで、電池パック 1が充電器 2にセットされているか否かに拘わらず、前記接続点よりも組電池 14側を電池パック 1の外部力も確実に切り離すことができるようになっている。

[0022] 一方、充電器 2では、電池パック 1からの出力要求を制御 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、前記の電圧値および電流値で、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コンバータなど力成り、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、充電経路 11, 15へ供給する。

[0023] 図 2は、前記電池パック 1内の構成をさらに詳しく説明するブロック図である。図 2の例では、前記組電池 14は、 4つのセル Ε1〜Ε4から構成されており、前記端子 T11 からハイ側の充電経路 11には端子 Τ4が接続され、前記端子 T13からロー側の充電経路 15には GND端子 TOが接続される。前記端子 TO— T4間には、前記 4つのセル E 1〜E4が直列に接続されており、各セル E 1〜E4は相互に並列に接続される複数のセル力も構成されていてもよい。そして、各セル E1〜E4の接続点力中間タップとなる端子 T1〜T3に接続されている。

[0024] 図 3は、前記 ASIC40の一構成例および制御 IC18の電圧測定に係わる部分の構成を示すブロック図である。図 2及び 3において各端子 Τ0〜Τ4には、接続ライン LO 〜L4が接続されており、前記 ASIC40と二重保護 IC23とにおいては、前記 GND端子 TOを除き、端子 T1〜T4における電圧 Vinl〜Vin4力互いの電圧検出に影響を与えな、ように、入力抵抗 Rl 1〜R14と入力抵抗 R21〜R24とをそれぞれ介して、端子丁30〜丁34 ;丁40〜丁44から取込まれる。そして、各端子丁30〜丁34 ;丁40〜丁 44間には、必要に応じて、ノイズ除去用のコンデンサ C11〜C14 ;C21〜C24が設けられることもある。これらのコンデンサ C11〜C14 ;C21〜C24は、各端子 T30〜T 34 ;Τ40〜Τ44間ではなく、各端子T30〜T34 ;T40〜T44とGNDとの間に設けられてもよい。二重保護 IC23の各入力端子 Τ40〜Τ44間には、前記電圧 Vin4を等分圧する抵抗 R31〜R34が設けられて、る。

[0025] 前記温度センサ 17は、サーミスタなどから成り、一端が予め定める電圧 VOでバイァスされ、他端が制御 IC18によって ONZOFF駆動されるスィッチ 28から前記電流検出抵抗 16を介して前記ロー側の充電経路 15に接続され、そのスィッチ 28との接続点の電圧が、前記制御 IC18のアナログ Zデジタル変翻 19に取込まれる。

[0026] 前記各端子 T30〜T34は、入力切換え部 41を介して、電圧測定を行うための前記制御 IC 18のアナログ Ζデジタル変換器 19に選択的に接続される。前記入力切換え部 41は、スィッチ SOL ; S X, S1H ; S2L, S2H ; S3L, S3H ; S4H ; STL, STHを備えて構成される。 [0027] 前記スィッチ SOL; S1L, S1H;S2L, S2H;S3L, S3H;S4Hは、一端側が前記各端子 T30〜T34に接続され、他端側が前記アナログ Ζデジタル変換器 19のハイ側入力端 19Hまたはロー側入力端 19Lに接続される。前記スィッチ STL, STHは、一端側が前記電流検出抵抗 16の各端子に接続され、他端側が前記アナログ Ζデジタル変のハイ側入力端 19Hとロー側入力端 19Lとにそれぞれ接続される。前記スィッチ S0L;S1L, S1H;S2L, S2H;S3L, S3H;S4H;STL, STHは、セル選択部 42によって選択的に ONZOFF駆動される。

[0028] したがって、たとえばスィッチ STL, STHを ONし、スィッチ S0L;S1L, S1H;S2L , S2H;S3L, S3H;S4Hを OFFすることで、アナログ Zデジタル変換器 19は、電流検出抵抗 16の端子間電圧、したがって各セル E1〜E4の充放電の電流を検出することができる。また、たとえばスィッチ SOL, S4Hを ONし、スィッチ S1L, S1H;S2L, S2H;S3L, S3H;S5L, S5Hを OFFすることで、アナログ Zデジタル変^^ 19は、組電池 14の全体に掛かる充電電圧または放電電圧を検出することができる。

[0029] 前記スィッチ SOL; S1L, S1H;S2L, S2H;S3L, S3H;S4H;STL, STHの切換え信号は、制御 IC18側の充放電制御部 21内の切換え制御部 211によって発生され、前記通信部 20から ASIC40側の通信部 43を介して、前記セル選択部 42に与えられる。そして、アナログ Zデジタル変 19で得られた検出結果から、前記充放電制御部 21内の断線検知部 212は、後述するようにして断線検知を行う。

[0030] 注目すべきは、本実施の形態では、前記各端子 T31〜T34には、 GND端子 Τ30 との間に、短絡抵抗 R41〜R44およびそれに対を成すスィッチ Q1〜Q4力成る直列回路を備えて構成される短絡回路 44が設けられることである。前記スィッチ Ql〜 Q4は、前記通信部 43を介して受信された切換え制御部 211からの切換え信号に応じて、前記セル選択部 42によって ONZOFF制御される。スィッチ Q1〜Q4が ONした時に、各スィッチ Q1〜Q4に接続された各端子 T31〜T34は、短絡抵抗 R41〜R 44を介して、 GND端子 T30に短絡されることになる。

[0031] 図 4〜図 7は、前記断線検知部 212による接続ライン L1〜L3の断線、すなわち中間タップである端子 T1〜T3の浮き (外れ)検知動作を説明するための波形図である。この断線検知時には、切換え制御部 211は、スィッチ STL, STHを OFFしたままとする。図 4および図 5は正常時の波形図であり、図 6および図 7は端子 T3に浮き（外れ)が生じた時の波形図である。

[0032] 先ず、図 4は、前記電圧 Vinl〜Vin4の変化を示すものであり、切換え制御部 211 1S GNDの接続ライン LOに対応したスィッチ SOLを ONし、かつロー側のスィッチ S1 L, S2L, S3Lを OFFしたまま、ハイ側の接続ライン L1〜L4に対応したスィッチ S1H , S2H, S3H, S4Hを択一的に ONすることで、アナログ/デジタル変翻 19は、前記電圧 Vinl〜Vin4の変化を読込むことができる。そして期間 W1においては、対応する接続ライン L 1〜L4に対応した短絡スィッチ Q 1〜Q4がセル選択部 42によって択一的に ONされることで、各電圧 Vinl〜Vin4は入力抵抗 R11〜R14と短絡抵抗 R41〜R44とによる分圧比（略 1： 2)の電圧までそれぞれ低下する。

[0033] 一方、図 5は、各端子 T0〜T4間のセル電圧 A1〜A4の変化を示す波形図であり、切換え制御部 211が、ロー側のスィッチ SOL, S1L, S2L, S3Lと、ハイ側のスィッチ S1H, S2H, S3H, S4Hとを一対で ONすることで、アナログ Zデジタル変^^ 19 は、前記セル電圧 A1〜A4の変化を読込むことができる。そして、異常が生じていなければ、各セル電圧 A1〜A4は、入力抵抗 R11〜R14と短絡抵抗 R41〜R44とによって決定される同様の分圧比（略 1： 2)の電圧で変化する。

[0034] これに対して、たとえば端子 T3に浮き（外れ)が生じると、図 6で示すように、前記電圧 Vinl〜Vin4のうち、該当ライン以外の電圧 Vinl, Vin2, Vin4は前述の図 4と同様の変化を示すのに対して、外れているライン L3に該当する電圧 Vin3は、短絡スィツチ Q3が ONすると、短絡抵抗 R43によって略 GND電位まで低下する。以下に、この短絡抵抗 R43による略 GND電位までの電圧低下について説明する。

[0035] 前記入カ抵抗1^11〜1^14 ;1^21〜1^24の抵抗値は、たとえばオーダーであるのに対して、前記二重保護 IC23内の分圧抵抗 R31〜R34の抵抗値は、相互に等しぐたとえば Μ Ωオーダーである。したがって、端子 T3に浮き（外れ)が生じても、短絡スィッチ Q3が OFFしていると、電圧 Vin3としては、前記二重保護 IC23内で電圧 Vin4力ゝら分圧抵抗 R31〜R34で分圧された電圧がそのまま現れ、正常状態と等しくなる（ここでは、セル E1〜E4のバランス (発生電圧）が均等であるとしている）。これに対して、短絡スィッチ Q3が ONすると、前記電圧 Vin4は抵抗値の大きい前記分圧抵抗 R34で消費され、上述したように、端子 T3の電圧 Vin3は略 GND電位まで低下することになる。

[0036] また、図 7では、端子 T3に浮き (外れ)が生じると、浮き (外れ)の生じたライン L3を電圧検出に使用しないセル電圧 Al, A2は、前述の図 6と同様の変化を示す。これに対して、外れているライン L3をハイ側として電圧検出に使用するセル電圧 A3は、短絡スィッチ Q3が ONすると、上述の説明と同様に短絡抵抗 R43によって略 GND 電位まで低下する。したがって、外れているライン L3をロー側として電圧検出に使用するセル電圧 A4は、短絡スィッチ Q4が ONすると、略 Vin4まで上昇する。

[0037] 図 8は、上述のような断線検知部 212による断線検知動作を説明するためのフローチャートである。図 8の例では、前記図 5および図 7で示すセル電圧 A1〜A4の変化力も断線検知を行う場合を示している。なお、アナログ/デジタル変翻 19は、たとえば 3. 3Vを電源とし、入力電圧のダイナミックレンジを 2. 5Vとする。したがって、前記入力端 19H, 19L間の電圧は、 1,3分圧して入力されるものとする。

[0038] ステップ S1では、前記制御 IC18の切換え制御部 211からの切換え信号によって検出対象ラインが選定される。そして、セル選択部 42は、対象となるセルの端子 TO 〜T4からの接続ライン L0〜L4を、スィッチ S0L; S1L, S1H ; S2L, S2H ; S3L, S3 H ; S4Hによってアナログ Zデジタル変換器 19の入力端 19L, 19Hに接続させ、ァナログ Zデジタル変 9による電圧測定が行われる。さらに、セル選択部 42は短絡スィッチ Q1〜Q4を択一的に ONする。その後、再び、アナログ Zデジタル変換器 19による電圧測定が行われる。

[0039] ステップ S2では、短絡スィッチ Q1〜Q4の OFF状態と ON状態との電圧の差力前記入力抵抗 R11〜R14および短絡抵抗 R41〜R44ならびにセル電圧などによって予め決定される閾値電圧、たとえば 0. 5Vより大きいか否かが判断される。小さいときには (ステップ S2NO)、ステップ S3で総ての検出対象ラインについてセル電圧 A1 〜A4の測定が終了した力否かが判断され、終了していないときには (ステップ S3N 0)、前記ステップ S1に戻る。終了しているときには (ステップ S3YES)、ステップ S4 で総ての検出対象ラインが正常であると判定して、処理を終了する。

[0040] これに対して、前記ステップ S2において、検出されたセル電圧 A1〜A4の差が閾値電圧、たとえば 0. 5Vより大きいときには (ステップ S2YES)、ステップ S5で異常、すなわち浮き（外れ)が生じていると判定し、ステップ S6で前記制御 IC18の充放電制御部 21に FET12, 13を OFFさせるとともに、要求する充電電流の電流値を 0とし、さらにエラー状態を報告して処理を終了する。

[0041] このようにして、断線検知部 212は、短絡スィッチ Q1〜Q4およびスィッチ SOL ; S1 L, S1H ; S2L, S2H ; S3L, S3H; S4Hの制御態様によって接続点の電圧 Vinl〜 Vin4またはセル電圧 A1〜A4として期待される電圧と、前記アナログ Zデジタル変 19で実際に検出された電圧とのずれから、接続ライン L1〜L3の断線、すなわち中間タップである端子 T1〜T3の浮き（外れ)を確実に検知することができる。これによって、異常状態での充電継続を、過充電前に停止することができる。また、前記短絡抵抗 R41〜R44は断線検知の際に駆動されるので、常時に損失は生じず、損失を低減することもできる。

[0042] 前記断線検知部 212での検出結果は、充放電制御部 21での充放電の制御に使用される。ここで、端子 TO, T4が外れると充放電は不能となり、安全上の問題はない。これに対して、中間タップとなる前記端子 T1〜T3が前記 ASIC40や二重保護 IC2 3への接続ライン L1〜L3から外れると、セル毎の印加電圧が分らなくなり、充電器 2 によって端子 TO— T4間の充電電圧が規定の電圧に保たれていても、セルバランスのずれによって、特定のセルに過電圧や過充電のおそれが生じる。そこで前記充放電制御部 21は、前記端子 T1〜T3の浮き (外れ）が検知されると、 FET12, 13を OF Fして、充放電を禁止する。これによつて、前記端子 T1〜T3の浮き (外れ）に対する安全性を確保することができる。なお、充放電制御部 21は、端子 Τ1〜Τ3の浮き (外れ）が検知されると、 FET27を ONすることにより、ヒューズ 24、 25を溶断し、充放電を完全に停止させても良い。

[0043] 特に、電圧検出を行う ASIC40とは別途に、各セル E1〜E4の端子電圧を検出し、前記充放電制御部 21と同等以上の閾値力異常を検出し、保護動作を行う二重保護 IC23が設けられている場合、その二重保護 IC23と、 ASIC40と力各セル El〜 E4の端子 T0〜T4に並列に接続されることになり、入力抵抗 R11〜R14, R21〜R2 4や容量 C11〜C14, C21〜C24、さらには上述のように内部の分圧抵抗 R31〜R3 4などによって、各接続ライン L0〜L4の断線、すなわち端子 T0〜T4の浮き (外れ）の検知は一層困難であり、本発明が特に効果的である。

[0044] なお、上述の例では、各接続ライン L1〜L4を GNDのライン L0に短絡することで端子 T1〜T3の浮き (外れ)を検出したが、各接続ライン L0〜L3をハイ側の接続ライン L4に短絡したり、各接続ライン LO〜L3間を短絡するようにしてもょ、。

[0045] (実施の形態 2)

図 9は、本発明の実施の形態 2に係る断線検知方法を用ヽる電池パック 1 aの電気的構成を示すブロック図である。この電池パック laは、図 2で示す上述の電池パック 1 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。この電池パック laも、前記図 1で示す充電器 2と組合わせて、同様の充電システムを構成することができる。

[0046] この電池パック laでは、前記端子 T1〜T4に接続される各接続ライン L1〜L4は、二重保護 IC23の入力側に設けられた短絡スィッチ Q1〜Q4によって前記 GNDのライン LOに短絡され、その短絡スィッチ Q 1〜Q4は制御 IC 18aによって ONZOFF制御される。この場合、 ASIC40aには、前記短絡回路 44が設けられていない従来のものを使用することができる。

[0047] また、この場合、二重保護 IC23の入力抵抗 R21〜R24が前記短絡抵抗として機能するが、浮き (外れ)判定を行う閾値電圧 (前記の 0. 5V)は、回路構成の違いに応じて適宜定められる。

[0048] 以上説明したように、本発明の実施の形態 1および 2に係る電池パックおよびその断線検知方法は、二次電池のセルが複数個少なくとも直列に接続されて成る組電池、電圧検出手段および充放電制御手段を備え、前記電圧検出手段によって検出された各セルの端子電圧に基づいて、前記充放電制御手段が、たとえば充電時にセルバランスのずれによって特定のセルが過電圧になったり過充電になったりすることがな、ように充放電を制御するようにした電池パックにぉ、て、前記セル間の接続点、すなわち中間タップをハイ側またはロー側の電源ラインもしくは接続点間で短絡する短絡手段に、その短絡手段を導通 Z遮断制御するとともに、その制御態様と、前記電圧検出手段で検出された接続点の電圧、電源ラインの電圧および各セルの端子電圧の内の少なくとも 1つとから、電圧検出手段カゝら前記接続点への接続ラインの断線、すなわち前記中間タップの浮き (外れ)を検知する断線検知手段を設ける。

[0049] したがって、各セルの端子に接続される回路の入力抵抗や容量などによって、単に前記各セルの端子電圧力もだけでは、前記接続ラインの断線を検知するのが困難であるのに対して、断線検知手段が短絡手段を選択駆動することで、前記接続点の電圧、電源ラインの電圧および各セルの端子電圧の内の少なくとも 1つとから、それらに期待される電圧と、実際に電圧検出手段によって検出された電圧とのずれから、前記断線を確実に検知することができる。これによつて、異常状態での充電継続を、過充電前に停止することができる。また、前記短絡手段は断線検知の際に駆動されるので、常時に損失は生じず、損失を低減することができる。

[0050] 上記の実施の形態 1および 2は、二重保護 IC23を設けた充電システムに係るものであった力本発明はこれに限られるものではない。図 10に示すように、図 1の電池パック 1から二重保護 IC23を設けない構成であっても、本発明は適用可能である。断線検知した場合には、充放電制御部 21が FET12、 13を OFFして、充放電制御を停止させても良い、 FET27を ONすることにより、ヒューズ 24、 25を溶断し、充放電を完全に停止させても良い。

[0051] なお、図 11に示すように、二重保護 IC23が無い場合であっても、 R11〜R14が同抵抗で、 C11〜C14が同容量であると、例えば L1が断線した場合に端子 T31の電位は次のようになる、すなわち、セル E1および E2の各セル電圧 A1および A2の平均値となる。このように、二重保護 IC23が無い場合であっても、従来の方法では、断線を検知できないことがあり得る。従って、本発明は二重保護 IC23が無い場合にも有効である。

[0052] 上記の各実施の形態から本発明を要約すると、以下のようになる。すなわち、本発明に係る電池パックは、二次電池のセルが複数個少なくとも直列に接続されて成る組電池と、前記各セルの端子電圧を検出する電圧検出部と、前記電圧検出部によつて検出された前記各セルの端子電圧に基づいて前記組電池の充放電を制御する充放電制御部と、前記セル間の接続点をハイ側またはロー側の電源ラインに短絡させ若しくは前記セル間の接続点間で短絡させる短絡部と、前記短絡部を導通 Z遮断制御すると共に、前記導通 Z遮断制御の態様と、前記電圧検出部で検出された前記セル間の接続点の電圧、前記ノ、ィ側またはロー側の電源ラインの電圧および前記各セルの端子電圧のうちの少なくとも 1つと、に基づいて前記電圧検出部から前記セル間の接続点への接続ラインの断線を検知する断線検知部とを備える。

[0053] 上記の電池パックでは、二次電池のセルが複数個少なくとも直列に接続 (必要に応じて適宜並列にも複数のセルが接続されて、てもよ、）されて成る組電池、電圧検出部および充放電制御部を備え、電圧検出部によって検出された各セルの端子電圧に基づいて、充放電制御部が、たとえば充電時にセルバランスのずれによって特定のセルが過電圧になったり過充電になったりすることがないように充放電を制御するようにした電池パックにおいて、セル間の接続点、すなわち中間タップをハイ側またはロー側の電源ラインに短絡させ若しくは接続点間で短絡させる短絡部に、その短絡部を導通 Z遮断制御すると共に、その制御態様と、電圧検出部で検出された接続点の電圧、電源ラインの電圧および各セルの端子電圧のうちの少なくとも 1つとから、電圧検出部から接続点への接続ラインの断線、すなわち中間タップの浮き (外れ)を検知する断線検知部を設ける。

[0054] したがって、各セルの端子に接続される回路の入力抵抗や容量などによって、単に各セルの端子電圧力だけでは、電圧検出部力も接続点への接続ラインの断線を検知するのが困難であるのに対して、断線検知部が短絡部を選択駆動することで、セル間の接続点の電圧、電源ラインの電圧および各セルの端子電圧のうちの少なくとも 1つから、それらに期待される電圧と、実際に電圧検出部によって検出された電圧とのずれから、接続ラインの断線を確実に検知することができる。これによつて、異常状態での充電継続を、過充電前に停止することができる。また、短絡部は断線検知の際に駆動されるので、常時に損失は生じず、損失を低減することができる。

[0055] 上記の電池パックにぉ、て、前記短絡部は、前記ハイ側の電源ラインおよび前記セル間の接続点を前記ロー側の電源ラインにそれぞれ短絡させる短絡抵抗およびスイッチの直列回路力も成ることが好ましい。

[0056] この場合、断線検知部からの要求に応じて、スィッチを ONZOFF制御することで、各セルの端子は、ハイ側の電源ラインやセル間の接続点に接続されてヽる入力抵抗力短絡抵抗を介してロー側の電源ラインに接続されることになる。

[0057] したがって、断線検知部は、電圧検出部に入力されるスィッチ OFF時における入力抵抗を介する電圧と、スィッチ ON時における入力抵抗および短絡抵抗による分圧電圧とから、電圧検出部から接続点への接続ラインの断線を検知することができる。

[0058] 上記の電池パックにぉ、て、前記電圧検出部は、前記セル間の接続点の電圧を測定するアナログ Zデジタル変換器と、前記セル間の接続点を選択的に前記アナログ Zデジタル変換器に接続可能な入力切換え部と、を含み、前記セル間の接続点は、前記入力切換え部により前記アナログ Zデジタル変換器に接続された後に前記短絡部により短絡されることが好ましい。

[0059] この場合、セル間の接続点の短絡部による短絡後の電圧を確実に測定することができる。

[0060] 上記の電池パックにおいて、前記セル間の接続点を前記アナログ Zデジタル変換器に前記入力切換え部により接続した後に前記短絡部により短絡させるセル選択部をさらに備えることが好まし、。

[0061] この場合、セル選択部がアナログ Zデジタル変^^とセル間の接続点との接続および、セル間の接続点の短絡を共に制御するので、セル間の接続点の短絡前後の電圧を確実に測定することができる。

[0062] 上記の電池パックにおいて、前記電圧検出部および前記短絡部は、 ASICとして一体で構成されることが好まし、。

[0063] この場合、汎用的な電池パックにこの ASICを搭載するだけで、セル間の接続点と電圧検出部との間に断線が生じた状態で組電池の充放電が継続されてしまうことを防止することができる。そして、この ASIC内の短絡部は、断線検知の際のみ二次電池のセルの端子を短絡させるため、短絡部により常時電流が消費されることが無、。このため、短絡部による損失の増大を抑制することができる。

[0064] 上記の電池パックにおいて、前記充放電制御部は、前記電圧検出部の検出結果を予め定める閾値と比較して、異常が検出されると保護動作を行い、前記電圧検出部とは別途に前記各セルの端子電圧を検出し、前記検出された電圧を前記充放電制御部と同等以上の閾値と比較して、異常が検出されると保護動作を行う二重保護用の ICをさらに備えることが好ましい。

[0065] この場合、電圧検出部とは別途に、各セルの端子電圧を検出し、その検出結果を充放電制御手段と同等以上の閾値と比較することによって、過電圧や過充電などの異常を検出し、保護動作を行う二重保護用の ICが設けられると、その二重保護用の I Cと、電圧検出部とが、各セルの端子に並列に接続されることになり、入力の抵抗や容量、さらには内部の分圧抵抗などによって、各セルの端子への接続ラインの断線検知は一層困難となる。本発明は、二重保護用の ICを設けたときに特に効果的である。

[0066] 本発明に係る電池パックの断線検知方法は、二次電池のセルを複数個少なくとも直列に接続されて成る組む電池を有する電池パックの断線検知方法であって、前記セル間の接続点をハイ側またはロー側の電源ラインに短絡させ若しくは前記セル間の接続点間で短絡させる短絡工程と、前記短絡工程の短絡の態様と、前記短絡ェ程の短絡によって前記セル間の接続点に現れた電圧、前記ハイ側またはロー側の電源ラインの電圧および前記各セルの端子電圧のうちの少なくとも 1つと、に基づいて前記セル間の接続点への接続ラインの断線を検知する断線検知工程とを備える。

[0067] 上記の電池パックの断線検知方法では、二次電池のセルが複数個少なくとも直列に接続 (必要に応じて適宜並列にも複数のセルが接続されて、てもよ、）されて成る組電池を備え、各セルの端子電圧に基づいて、たとえば充電時にセルバランスのずれによって特定のセルが過電圧になったり過充電になったりすることがないように充放電を制御するようにした電池パックにおいて、セル間の接続点、すなわち中間タツプをハイ側またはロー側の電源ラインに短絡させ若しくは接続点間で短絡させ、その短絡の制御態様と、その短絡によって現れた接続点の電圧、電源ラインの電圧および各セルの端子電圧のうちの少なくとも 1つとから、接続点への接続ラインの断線、すなわち中間タップの浮き (外れ)を検知する。

[0068] したがって、各セルの端子に接続される回路の入力抵抗や容量などによって、単に各セルの端子電圧力もだけでは、接続点への接続ラインの断線を検知するのが困難であるのに対して、セル間の接続点の短絡によりセル間の接続点の電圧、電源ラインの電圧および各セルの端子電圧のうちの少なくとも 1つから、それらに期待される電圧と、実際に検出された電圧とのずれから、接続ラインの断線を確実に検知することができる。これによつて、異常状態での充電継続を、過充電前に停止することができる。また、セル間の接続点の短絡は断線検知の際に行われるので、常時に損失は生じず、損失を低減することができる。

産業上の利用可能性

本発明によれば、プルアップ抵抗などのように常時の損失を生じることなぐ入力抵抗ゃ入力容量の影響を抑え、二次電池のセルが複数個少なくとも直列に接続されて成る組電池における中間タップの浮き (外れ)を確実に検知することができる。

Claims

請求の範囲

[1] 二次電池のセルが複数個少なくとも直列に接続されて成る組電池と、

前記各セルの端子電圧を検出する電圧検出部と、

前記電圧検出部によって検出された前記各セルの端子電圧に基づ!/、て前記組電池の充放電を制御する充放電制御部と、

前記セル間の接続点をハイ側またはロー側の電源ラインに短絡させ若しくは前記セル間の接続点間で短絡させる短絡部と、

前記短絡部を導通 Z遮断制御すると共に、前記導通 Z遮断制御の態様と、前記電圧検出部で検出された前記セル間の接続点の電圧、前記ハイ側またはロー側の電源ラインの電圧および前記各セルの端子電圧のうちの少なくとも 1つと、に基づいて前記電圧検出部から前記セル間の接続点への接続ラインの断線を検知する断線検知部と

を備えることを特徴とする電池パック。

[2] 前記短絡部は、前記ハイ側の電源ラインおよび前記セル間の接続点を前記ロー側の電源ラインにそれぞれ短絡させる短絡抵抗およびスィッチの直列回路カゝら成ることを特徴とする請求項 1に記載の電池パック。

[3] 前記電圧検出部は、

前記セル間の接続点の電圧を測定するアナログ Zデジタル変換器と、前記セル間の接続点を選択的に前記アナログ Zデジタル変換器に接続可能な入力切換え部と、を含み、

前記セル間の接続点は、前記入力切換え部により前記アナログ Zデジタル変換器に接続された後に前記短絡部により短絡されることを特徴とする請求項 1または 2〖こ記載の電池パック。

[4] 前記セル間の接続点を前記アナログ Zデジタル変換器に前記入力切換え部により接続した後に前記短絡部により短絡させるセル選択部をさらに備えることを特徴とする請求項 3に記載の電池パック。

[5] 前記電圧検出部および前記短絡部は、 ASICとして一体で構成されることを特徴とする請求項 1または 2に記載の電池パック。

[6] 前記充放電制御部は、前記電圧検出部の検出結果を予め定める閾値と比較して、異常が検出されると保護動作を行い、

前記電圧検出部とは別途に前記各セルの端子電圧を検出し、前記検出された電圧を前記充放電制御部と同等以上の閾値と比較して、異常が検出されると保護動作を行う二重保護用の ICをさらに備えることを特徴とする請求項 1〜5のいずれか 1項に記載の電池パック。

[7] 二次電池のセルを複数個少なくとも直列に接続されて成る組む電池を有する電池ノックの断線検知方法であって、

前記セル間の接続点をハイ側またはロー側の電源ラインに短絡させ若しくは前記セル間の接続点間で短絡させる短絡工程と、

前記短絡工程の短絡の態様と、前記短絡工程の短絡によって前記セル間の接続点に現れた電圧、前記ノ、ィ側またはロー側の電源ラインの電圧および前記各セルの端子電圧のうちの少なくとも 1つと、に基づいて前記セル間の接続点への接続ラインの断線を検知する断線検知工程と

を備えることを特徴とする電池パックの断線検知方法。