(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池の充電時の充電電流を測定する充電電流測定部と、二次電池の電池電圧を測定する電圧検出手段と、前記充電電流測定部と前記電圧検出手段とからの出力を入力とする自己診断手段と、前記自己診断手段からの出力を受けるＦＥＴ制御部と、前記ＦＥＴ制御部により制御される充放電スイッチとを備えた電池パックの故障診断方法であり、
前記自己診断手段は、充電中に充電容量のみを積算し、１回の充電で積算された充電容量が規定値以上であると異常と診断することにより、二次電池または充電制御系の故障診断を行うことを特徴とする電池パックの故障診断方法。
【請求項２】
二次電池の充電時の充電電流と放電時の放電電流を測定する充放電電流測定部と、二次電池の電池電圧を測定する電圧検出手段と、前記充放電電流測定部と前記電圧検出手段とからの出力を入力とする自己診断手段と、前記自己診断手段からの出力を受けるＦＥＴ制御部と、前記ＦＥＴ制御部により制御される充放電スイッチとを備えた電池パックの故障診断方法であり、
充電状態に関わらず満充電条件が成立するまで残量積算を継続し、この残量値が規定値以上であると異常と診断することにより、二次電池または充電制御系の故障診断を行うことを特徴とする電池パック故障診断方法。
【請求項３】
前記規定値は、二次電池の公称容量値の１．５倍〜２倍に設定することを特徴とする請求項１または２いずれかに記載の電池パックの故障診断方法。
【請求項４】
二次電池の充電時の充電電流を測定する充電電流測定部と、二次電池の電池電圧を測定する電圧検出手段と、前記充電電流測定部と前記電圧検出手段とからの出力を入力とする自己診断手段と、前記自己診断手段からの出力を受けるＦＥＴ制御部と、前記ＦＥＴ制御部により制御される充放電スイッチとを備えており、
前記自己診断手段は、充電中に充電容量のみを積算し、１回の充電で積算された充電容量が規定値以上であると異常と診断することにより、二次電池または充電制御系の故障診断を行うことを特徴とする電池パック。
【請求項５】
二次電池の充電時の充電電流と放電時の放電電流を測定する充放電電流測定部と、二次電池の電池電圧を測定する電圧検出手段と、前記充放電電流測定部と前記電圧検出手段とからの出力を入力とする自己診断手段と、前記自己診断手段からの出力を受けるＦＥＴ制御部と、前記ＦＥＴ制御部により制御される充放電スイッチとを備えており、
充電状態に関わらず満充電条件が成立するまで残量積算を継続し、この残量値が規定値以上であると異常と診断することにより、二次電池または充電制御系の故障診断を行うことを特徴とする電池パック。
【請求項６】
前記規定値は、二次電池の公称容量値の１．５倍〜２倍に設定することを特徴とする請求項４または５いずれかに記載の電池パック。
【請求項７】
自己診断手段の出力を入力とし外部接続されている電子機器に情報を出力する通信手段を備えたことを特徴とする請求項４乃至６いずれかに記載の電池パック。
【請求項８】
自己診断手段において、故障情報を保持する情報保持手段を備えたことを特徴とする請求項４乃至７いずれかに記載の電池パック。
【請求項９】
請求項４乃至８いずれかに記載の電池パックと外部接続され、前記電池パックから送られてくる故障診断情報を示す信号を入力するための入力インタフェースと、故障診断情報を表示する表示手段とを有することを特徴とする電子機器。
【請求項１０】
請求項４乃至８いずれかに記載の電池パックと外部接続され、前記電池パックから送られてくる故障診断情報に基づいて、充電を停止する充電器を搭載したことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池パックに関するものであり、詳しくは電池パックの故障診断方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、二次電池の市場は急速に拡大しており、なかでも非水系二次電池、例えばリチウムイオン二次電池は、ノート型パソコンや携帯電話などの携帯型電子機器におけるバッテリーとして広く使用されるようになった。
【０００３】
単体もしくは組み電池として構成されて電池パックに用いられるリチウムイオン二次電池は、過充電、過放電によって安全性の低下や品質の劣化などが生じるので、安全性や信頼性を維持するために、過充電や過放電を防止するための制御回路を電池パック内のＢＭＵ（バッテリーマネージメントユニット）に搭載して電池電圧等を管理するのが一般的である。
【０００４】
リチウムイオン二次電池を搭載する機器においては、電池パック内で満充電検出を行なうことが多い。この場合、充電器によってＣＣ／ＣＶ制御が行なわれ、ＢＭＵでは電流垂下を認識し、ある温度による設定値以下の電流値になった場合に満充電検出が行われる。この際、誤検出を防止するために、トータルの電池電圧の電圧測定値がある値以上であることが条件に加えられている。
【０００５】
一方、より安全性の向上を図るべく、昨今では特開平１１−２３４９１０号公報に開示されているようにＢＭＵが故障の自己診断を行なう機能が提唱されている。
【０００６】
図７に故障診断を含む充電制御のフローチャートを示す。
【０００７】
図７に示すように、過電流、過充電などが検出されると充電ＦＥＴをオフとして充電用ＦＥＴの故障診断を行う。この充電用ＦＥＴの故障を検出する機能として、充電開始から一定期間後に強制的に充電ＦＥＴをオフしても充電電流が流れ続けることを検知して、充放電経路に配置されているヒューズを溶断する方法が採用されることが多い。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の方法では、電池電圧測定値が小さくなったりする故障や、トータル電池電圧が上がらず、全く満充電検出や過充電検出がなされなかったりし、充電状態が全く停止されずに継続されていくという課題を有していた。
【０００９】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、従来の過充電保護に加え、充電量を積算し充電容量異常か否かを判断し、電池パックの故障を自己診断して充電を止め、システムや電池パックを安全な状態に保つことや、故障情報を保持して再充電を行わない機能を有するＢＭＵを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、二次電池の充電時の充電電流を測定する充電電流測定部と、二次電池の電池電圧を測定する電圧検出手段と、前記充電電流測定部と前記電圧検出手段とからの出力を入力とする自己診断手段と、前記自己診断手段からの出力を受けるＦＥＴ制御部と、前記ＦＥＴ制御部により制御される充放電スイッチとを備えた電池パック及び電池パックの故障診断方法であり、前記自己診断手段は、充電中に充電容量のみを積算し、１回の充電で積算された充電容量が規定値以上であると異常と診断することにより、二次電池または充電制御系の故障診断を行うことを特徴とするものである。
【００１１】
この構成により、電池及び電池電圧測定系に異常があった場合でも、電池パックの安全性を維持することができる。
【００１２】
また、二次電池の充電時の充電電流と放電時の放電電流を測定する充放電電流測定部と、二次電池の電池電圧を測定する電圧検出手段と、前記充放電電流測定部と前記電圧検出手段とからの出力を入力とする自己診断手段と、前記自己診断手段からの出力を受けるＦＥＴ制御部と、前記ＦＥＴ制御部により制御される充放電スイッチとを備えた電池パック及び電池パックの故障診断方法であり、充電状態に関わらず満充電条件が成立するまで残量積算を継続し、この残量値が規定値以上であると異常と診断することにより、二次電池または充電制御系の故障診断を行うことを特徴とするものである。
【００１３】
この構成により、上記の場合と同様に、電池及び電池電圧測定系に異常があった場合でも、電池パックの安全性を維持することができる。この両手法は、適宜該当電池パックに最適な方を選択することができる。
【００１４】
また、自己診断手段において、故障情報を保持する情報保持手段を備えることにより、故障情報を保持することで異常を検出したパック電池には再充電を行わないので、電池パックの安全性を維持することができる。
【００１５】
本発明の電池パックを用いる電子機器は電池パックから送られてくる故障診断情報を示す信号を入力するための入力インタフェースと、故障診断情報を表示する表示手段とを有している。また、故障診断情報に基づいて、充電を停止する充電器を搭載することが好ましい。
【００１６】
電池パックの異常は、その電池パックが組み込まれる電子機器の破損等の二次災害にもつながるので、電池パックに万全の安全対策を施すことは、電子機器の安全性、信頼性を高めることにもつながっていく。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の実施の形態における構成例を示す電池パックのブロック図である。同図の電池パックは、本発明の電池パック故障診断機能や他の制御機能をも含むＢＭＵ１（バッテリーマネージメントユニット、電池管理装置）と、単一もしくは組電池として構成された二次電池２と、電子機器に接続される正極端子３及び負極端子４と、故障診断結果などの情報を出力する通信端子５とにより構成されている。なお、本実施の形態においては、二次電池２として、リチウムイオン二次電池を例にとって説明するが、二次電池２の電池系は問わず、ニッケル水素蓄電池やリチウムポリマ二次電池等の他の種類の電池を用いた場合でも、本発明を適宜に変形して適用することができる。
【００１８】
本発明の電池パック故障診断機能が組込まれたＢＭＵ１は、電流検出抵抗１０、電流検出手段１１、充電制御部１２、電圧検出手段１３、通信手段１４、ＦＥＴ制御部１５、充電用ＦＥＴ１６、放電用ＦＥＴ１７とにより構成されている。この充電制御部１２は、自己診断手段１２ａ、残量管理部１２ｂ、充電容量積算部１２ｃなどの機能を含んでいる。また、電流検出抵抗１０と電流検出手段１１とをあわせて充電電流測定部としている。また、充放電スイッチとして、充電用ＦＥＴ１６と放電用ＦＥＴ１７とを用いている。
【００１９】
なお、本実施の形態において、電流検出抵抗１０は負極側、充電用ＦＥＴ１６，放電用ＦＥＴ１７は正極側に配置されているが、どちらの側に配置しても略同等の機能を有する。
【００２０】
以下に各構成要素の動作を説明する。本実施の形態において、負極側に配置されている電流検出抵抗１０は、二次電池２に流れる充放電電流を検出する。電流検出手段１１は、電流検出抵抗１０からの信号を常時受け、適宜自己診断手段１２に二次電池２に流れる充放電電流の信号を出力する。この電流検出手段１１から自己診断手段１２ａへの信号出力は、常時行っていても良いし、例えば数秒おきに行っても良い。
【００２１】
また電圧検出手段１３は二次電池２の電圧を検出し、自己診断手段１２ａに適宜信号を出力している。この際、自己診断手段１２ａに出力する電圧信号は、二次電池２が単電池である場合にはその単電池の電圧を電圧信号として出力するだけであるので問題はないが、二次電池２が組電池である場合には、電圧検出手段１３が単電池毎に電圧検出してその単電池毎の電圧信号をそのまま出力しても良いし、いくつか毎もしくは全ての単電池の総和を出力しても良い。また単に組電池の電池電圧の総和を検出して、その電圧信号を出力しても良い。各単電池毎に検出した際には、バラツキ検出及びその解消等も可能となるため好ましいが、コスト等との兼ね合いにより好ましい方法を選べば良いことはいうまでもない。
【００２２】
自己診断手段１２ａは、電流検出手段１１及び電圧検出手段１３からの信号入力を受けて、過電圧、過電流でないかを基準値と比較することにより診断する。
【００２３】
本実施の形態においてはＢＭＵ１をＩＣ化しているが、ＩＣ化を行わない場合には、自己診断手段１２ａのこの働きを行うには単に比較器による比較結果の出力を通信手段１４及びＦＥＴ制御部１５に出力する構成としても良い。
【００２４】
このＩＣパッケージ内にはＦＥＴの故障診断機能と、過充電制御回路診断機能と、シャットダウン診断機能とを収納することができる。
【００２５】
ＩＣ化して１パッケージに収納することによって、ＢＭＵ１のスケールダウンやコストダウンを計ることができる。言うまでもないが、これにより、電池パック自体のスケールダウンやコストダウンも計ることができる。
【００２６】
自己診断手段１２ａの診断結果において、過電圧，過電流、ＦＥＴ故障、充電容量異常が検出されない場合には通信手段１４には電池パックが正常であるという信号を出力し、またＦＥＴ制御部１５には充放電用ＦＥＴ１６、１７のオンを保持する信号を出力する。
【００２７】
自己診断手段１２ａの診断結果において、過電圧が検出された場合には通信手段１４には電池パックが過電圧であるという信号を出力し、またＦＥＴ制御部１５には充電時であれば充電用ＦＥＴ１６をオフとする信号を出力する。
【００２８】
また自己診断手段１２ａの診断結果において、過電流が検出された場合には通信手段１４には電池パックが過電流であるという信号を出力し、またＦＥＴ制御部１５には充放電用ＦＥＴ１６、１７をオフとする信号を出力する。
【００２９】
また、ＦＥＴ故障が判明した場合にも通信すると共に、ＦＥＴをオフする。
【００３０】
しかし、このような機能があっても電池及び電圧測定系に異常がある場合には満充電検出がなされず、ＦＥＴ故障でもないので充電が停止することなく、充電される容量が異常に大きくなっても充電が継続されることが起こりうる。
【００３１】
これを未然に防止するために、充電容量異常の故障診断を行なう。図２にこの処理全体のフローチャートを示す。図２において、従来例を示す図７と異なる点は、充電積算を行うフローと、それを用いて残量表示を行うフローとの間に、充電容量異常チェックのフローを入れているところである。
【００３２】
以下、図３〜図６を用いて、この充電容量異常チェックについて説明する。
【００３３】
図３、図４は１回の充電を対象に二次電池２の充電中に充電電流を積算する場合の充電容量異常チェックを示している。この実現方法として、他のモード（満充電時、放電、放置）に移行した場合にクリアするか、他のモードから充電に移行した際の充電開始時にクリアすることにより実現される。この充電容量の状態は充電制御部１２内の充電容量積算部１２ｃにより、演算されている。
【００３４】
次に、診断方法を説明する。この充電中に積算された充電容量値が、あらかじめ設定した容量値以上になった場合に、自己診断手段１２ａより信号を出力して、充電用ＦＥＴ１６を強制的にオフにする。そして、通信手段１４を通じて機器側に異常であることを通知するとともに、ＢＭＵ１内部に設けられた情報保持手段であるＥＥＰＲＯＭ１８などのメモリにこの異常情報を格納しておく。
【００３５】
図４に充電状態と充電積算量の相関図を示している。同図に示すように、充電中は充電積算量は増加していくが、他のモードである放電中となると充電積算量０までクリアされる。そして、１回の充電で、例えば規定値とする公称容量の１．５倍まで充電されると、充電容量異常エラーとして、上述の対処を行う。
【００３６】
図５、図６には、請求項２に示す処理のフローチャートを示す。１回の充電量のみの積算を対象にするのではなく、充放電を繰り返す中で、残量が学習容量を超えて異常な値になると必要な対処を行う。この残量の管理は、充電制御部１２内の残量管理部１２ｂにより行われている。
【００３７】
充電時に満充電検出をするまでは、残量が学習容量の１００％容量値を超えても、残量値に充電電流分の容量を積算することを継続し、積算された残量値があらかじめ設定された規定値を超えた場合には、充電容量異常として診断する。この場合にも、異常と判断された場合には、充電制御部１２内の自己診断手段１２ａにより充電用ＦＥＴを強制的にオフする。
【００３８】
図６に充電状態と残量の相関図を示している。同図に示すように、充電中は充電積算量は増加していき、放電中は値をクリアするのではなく放電分の容量を減少させていく。そして、次回の充電状態となった場合に、その減少した状態から、さらに充電積算量を増加させていく。それを繰り返すうちに、例えば残量が規定値である学習容量の２００％容量値を越えた場合に残量異常エラーとして上述の対処を行う。
【００３９】
なお、いずれの方法においても、この規定値は通常ありえない容量値として公称容量の数倍等を設定する。
【００４０】
また、サイクル劣化等を考慮し、充放電毎に変化する学習容量値の数倍等が規定値になるように構築しても良い。
【００４１】
充電容量異常であると診断した際には、自己診断手段１２ａは通信手段１４を通じて電子機器に電池パックは異常であるという信号もしくは充電を中止させる信号もしくは両方の信号を出力する。
【００４２】
そしてＢＭＵ１内に設けられたＥＥＰＲＯＭ１８は異常の履歴を保持して充電不可を保持する情報保持手段としてのメモリである。これにより異常があったパック電池の場合には異常の履歴が残っているため、電池パックが電子機器に接続されて充電を開始する前に、自己診断手段１２がＥＥＰＲＯＭ１８から情報を読みとることで、異常の履歴がある電池パックの場合には充電を開始しない。これにより異常のある電池パックを充電することにより生じる様々な不都合をあらかじめ回避できる。
【００４３】
なお、ＦＥＴの故障診断機能，過充電制御回路及び過充電制御回路診断機能等はマイコンソフトで制御された自己診断手段１２ａ内に含まれ、ＩＣ化されて１パッケージに収納されている。
【００４４】
本発明の電池パックを用いる電子機器は、電池パックから送られてくる故障情報を示す信号を入力するための入力インタフェースが必要となる。また、故障情報を表示する表示手段とを有することが望ましい。また、故障診断情報に基づいて、充電を停止することができる充電器を搭載することが望ましい。
【００４５】
【発明の効果】
上記実施の形態から明らかなように、本発明によれば、電池異常や電圧検出回路の異常や満充電検出系の異常に対して、充電が止まらない状態を防止することができ、二重保護としての役目を果たすと共に異常を速やかに検知することが可能であるので、未然に過充電になることを防ぐことができる。
【００４６】
また、従来に比べ追加部品もなく安価に信頼性の高い電池パックを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の故障診断機能を持つ電池パックの構成図
【図２】本発明の制御全般を示すフローチャート
【図３】本発明の充電容量異常の故障診断を示すフローチャート
【図４】本発明の充電状態と充電積算量との相関図
【図５】本発明の残量異常の故障診断を示すフローチャート
【図６】本発明の充電状態と残量との相関図
【図７】従来の制御全般を示すフローチャート
【符号の説明】
１    ＢＭＵ
２    二次電池
３    正極端子
４    負極端子
５    通信端子
１０  電流検出抵抗
１１  電流検出手段
１２  充電制御部
１２ａ  自己診断手段
１２ｂ  残量管理部
１２ｃ  充電容量積算部
１３  電圧検出手段
１４  通信手段
１５  ＦＥＴ制御部
１６  充電用ＦＥＴ
１７  放電用ＦＥＴ
１８  ＥＥＰＲＯＭ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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