(57)【要約】【課題】組電池単位で計測された電圧を基に組電池が備える電池セル間の断線を精度よく検出する電池パックを提供する。【解決手段】並列接続した電池セルＢＣを備え、相互に直列接続した複数の組電池１１と、複数の組電池１１に対して計測された第１の時点での開放電圧の差と、第１の時点よりも後の第２の時点での開放電圧の差との差分が差分閾値を超えた場合に、該差分が生じた特定の組電池１１が備える電池セルＢＣ間の断線を検出する制御部１３とを備えて電池パック１を構成する。【選択図】図１
2019126108.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
並列接続した電池セルを備え、相互に直列接続した複数の組電池と、
前記複数の組電池に対して計測された第１の時点での開放電圧の差と、前記第１の時点よりも後の第２の時点での開放電圧の差との差分が差分閾値を超えた場合に、前記差分が生じた特定の組電池が備える前記電池セル間の断線を検出する制御部と
を備えることを特徴とする電池パック。
【請求項２】
請求項１に記載の電池パックであって、
前記制御部は、複数の前記第１の時点での前記開放電圧の差、及び複数の前記第２の時点での前記開放電圧の差の内、時間的に連続する前記第１の時点での前記開放電圧の差と前記第２の時点での前記開放電圧の差との差分が閾値を超えた場合に、前記差分が生じた特定の組電池が備える前記電池セル間の断線を検出する
ことを特徴とする電池パック。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電池パックであって、
前記第１の時点は、前記複数の組電池の開放電圧の内で最小の電圧が使用下限値よりも高い第１の閾値以下である時点、及び前記複数の組電池の前記開放電圧の内で最大の電圧が前記第１の閾値よりも高く使用上限値よりも低い第２の閾値以上である時点の内の一方であり、
前記第２の時点は、前記複数の組電池の前記開放電圧の内で前記最小の電圧が前記第１の閾値以下である時点、及び前記複数の組電池の前記開放電圧の内で前記最大の電圧が前記第２の閾値以上である時点の内の他方であり、
前記差分閾値は、前記複数の組電池が備える前記電池セル間が接続している状態で、前記複数の組電池の内の任意の組電池の開放電圧が前記使用下限値から前記使用上限値まで又は前記使用上限値から前記使用下限値まで変化した場合に、前記複数の組電池において発生する開放電圧の最大差である
ことを特徴とする電池パック。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の電池パックであって、
前記第１の時点は、前記複数の組電池の開放電圧の内で最小の電圧が第１の閾値以下である時点、及び前記複数の組電池の前記開放電圧の内で最大の電圧が前記第１の閾値よりも高い第２の閾値以上である時点の内の一方であり、
前記第２の時点は、前記複数の組電池の前記開放電圧の内で前記最小の電圧が前記第１の閾値以下である時点、及び前記複数の組電池の前記開放電圧の内で前記最大の電圧が前記第２の閾値以上である時点の内の他方であり、
前記差分閾値は、前記複数の組電池が備える前記電池セル間が接続している状態で、前記複数の組電池の内の任意の組電池の開放電圧が前記第１の時点から前記第２の時点まで変化した場合に、前記複数の組電池において発生する開放電圧の最大差である
ことを特徴とする電池パック。
【請求項５】
請求項４に記載の電池パックであって、
前記制御部は、前記最大の電圧が前記第２の閾値以上である前記第１の時点での前記開放電圧の差と前記最小の電圧が前記第１の閾値以下である前記第２の時点での前記開放電圧の差との差分が前記差分閾値を超えた場合に、前記第２の時点で開放電圧が低い組電池が備える前記電池セル間の断線を検出する
ことを特徴とする電池パック。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の電池パックであって、
前記制御部は、前記最小の電圧が前記第１の閾値以下である前記第１の時点での前記開放電圧の差と前記最大の電圧が前記第２の閾値以上である前記第２の時点での前記開放電圧の差との差分が前記差分閾値を超えた場合に、前記第２の時点で開放電圧が高い組電池が備える前記電池セル間の断線を検出する
ことを特徴とする電池パック。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか一項に記載の電池パックであって、
前記第１の時点での前記開放電圧の差及び前記第２の時点での前記開放電圧の差は、前記複数の組電池の内の第１の組電池の開放電圧と、前記第１の組電池に隣接して接続する第２の組電池の開放電圧との差である
ことを特徴とする電池パック。
【請求項８】
請求項１〜６の何れか一項に記載の電池パックであって、
前記第１の時点での前記開放電圧の差及び前記第２の時点での前記開放電圧の差は、前記複数の組電池の内の第１の組電池の開放電圧と、前記第１の組電池を除く各組電池の開放電圧の平均値との差である
ことを特徴とする電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池パックに関する。
【背景技術】
【０００２】
並列接続した電池セルを備える複数の組電池が相互に直列接続した電池パックでは、組電池単位で電圧センサが備えられ、組電池単位で電圧が計測されることがある。こうした電池パックにおいて、ある組電池が備える電池セル間に断線が発生しても、充放電電流が流れていない状態では該組電池の電圧は変化しない。すなわち、一部の電池セルと他の電池セルとの間に断線が発生したとしても、並列接続した電池セルの電圧、すなわち、組電池の電圧は変化しない。このため、組電池単位で計測された電圧の変化を基に電池セル間の断線を検出することは難しい。
【０００３】
なお、関連する技術として特許文献１〜３に記載の技術が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３１１２０号公報
【特許文献２】特開２００８−７１５６８号公報
【特許文献３】特開２００９−２１６４４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
組電池単位で計測された電圧を基に電池セル間の断線を検出する方法としては、例えば、放電中に組電池間の電圧差が所定値以上になった場合には、電圧の低い組電池が備える電池セル間の断線を検出する方法が考えられる。或いは、充電中に組電池間の電圧差が所定値以上になった場合には、電圧の高い組電池が備える電池セル間の断線を検出する方法が考えられる。
【０００６】
しかしながら、組電池の個体差や経年劣化等が原因で、組電池間の電圧差が所定値以上になる場合がある。したがって、上述した方法では、組電池の個体差や経年劣化等が原因で組電池間の電圧差が所定値以上になった場合に、電池セル間の断線を誤検出する虞がある。
【０００７】
本発明の一側面に係る目的は、組電池単位で計測された電圧を基に組電池が備える電池セル間の断線を精度よく検出する電池パックを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る一つの形態である電池パックは、複数の組電池と制御部とを備える。複数の組電池は、並列接続した電池セルを備え、相互に直列接続する。制御部は、複数の組電池に対して計測された第１の時点での開放電圧の差と、第１の時点よりも後の第２の時点での開放電圧の差との差分が差分閾値を超えた場合に、該差分が生じた特定の組電池が備える電池セル間の断線を検出する。
【０００９】
実施形態に従った電池パックは、第１の時点での開放電圧の差と第２の時点での開放電圧の差との差分が差分閾値を超えた場合、すなわち、複数の組電池間の開放電圧の差が突然発生した場合に、電池セル間の断線を検出する。組電池の個体差や経年劣化等に起因する組電池間の電圧差は徐々に発生するのに対して、電池セル間の断線に起因する複数の組電池間の電圧差は突然発生する。したがって、実施形態に従った電池パックによれば、組電池単位で計測された電圧を基に組電池が備える電池セル間の断線を精度よく検出することができる。
【発明の効果】
【００１０】
一実施形態に従った電池パックによれば、組電池単位で計測された電圧を基に組電池が備える電池セル間の断線を精度よく検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態に従った電池パックの構成例を示す図である。
【図２】実施形態に従った断線検出方法の一例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下図面に基づいて実施形態について詳細を説明する。
図１は、実施形態に従った電池パックの構成例を示す図である。図１に示す構成例では、電池パック１は、複数の組電池１１−１〜１１−３と、複数の電圧センサ１２−１〜１２−３と、制御部１３とを備える。なお、図１では、電池パック１は、３つの組電池１１−１〜１１−３と、対応する３つの電圧センサ１２−１〜１２−３とを備えるが、２つ以上の任意の数の組電池及び電圧センサを備えてもよい。以下の説明において、複数の組電池１１−１〜１１−３を特に区別しない場合には組電池１１と記載することがある。また、複数の電圧センサ１２−１〜１２−３を特に区別しない場合には電圧センサ１２と記載することがある。
【００１３】
各組電池１１は、並列接続した複数の電池セルＢＣを備える。なお、図１では、各組電池１１は、並列接続した２つの電池セルＢＣを備えるが、並列接続した３つ以上の電池セルＢＣを備えてもよい。以下の説明において、電池セルＢＣは、二次電池であり、例えば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、又は電気二重層コンデンサ等である。
【００１４】
電圧センサ１２は、例えば、ＩＣ（Integrated Circuit）等により構成される。各電圧センサ１２は、対応する組電池１１が備える電池セルＢＣの電圧、すなわち、対応する組電池１１の電圧を計測する。具体的には、電圧センサ１２は、複数の組電池１１に充放電電流が流れていない状態で各組電池１１の開放電圧（ＯＣＶ（Open Circuit Voltage））を計測する。このように、複数の電圧センサ１２は、組電池１１単位で電圧を計測するように備えられる。制御部１３は、計測値を電圧センサ１２から取得する。
【００１５】
制御部１３は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、マルチコアＣＰＵ、又はプログラマブルなデバイス（ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）等）により構成される。制御部１３は、電池パック１が備える各部の動作を監視及び制御し、各組電池１１が備える電池セルＢＣ間の断線を検出する。具体的には、制御部１３は、複数の組電池１１に対して計測された第１の時点での開放電圧の差と、第１の時点よりも後の第２の時点での開放電圧の差との差分が差分閾値を超えた場合に、該差分が生じた特定の組電池１１が備える電池セルＢＣ間の断線を検出する。すなわち、制御部１３は、特定の組電池１１が備える一部の電池セルＢＣと他の電池セルＢＣとの間の断線を検出する。
【００１６】
第１の時点は、複数の組電池１１の開放電圧の内で最小の電圧が第１の閾値以下である時点、及び複数の組電池１１の開放電圧の内で最大の電圧が第１の閾値よりも高い第２の閾値以上である時点の内の一方である。また、第２の時点は、複数の組電池１１の開放電圧の内で最小の電圧が第１の閾値以下である時点、及び複数の組電池１１の開放電圧の内で最大の電圧が第２の閾値以上である時点の内の他方である時点である。第１の閾値は、組電池１１が使用される上限の充電状態（ＳＯＣ（State Of Charge））に対応する開放電圧、すなわち、開放電圧の使用上限値よりも所定値だけ低い値であり、例えば、充電状態１００[％]に対応する満充電電圧よりも所定値だけ低い値である。また、第２の閾値は、組電池１１が使用される下限の充電状態に対応する開放電圧、すなわち、開放電圧の使用下限値よりも所定値だけ低い値であり、例えば、充電状態１０[％]に対応する放電電圧を使用下限値とすると、充電状態１０[％]に対応する放電電圧よりも所定値だけ低い値である。なお、第１の閾値を決定する所定値と第２の閾値を決定する所定値とは異なってもよい。
【００１７】
差分閾値は、複数の組電池１１が備える電池セルＢＣ間に断線が発生していない状態で発生し得る組電池１１間の開放電圧の最大差である。具体的には、（１）差分閾値は、複数の組電池１１が備える電池セルＢＣ間が接続している状態で、任意の組電池１１の開放電圧が使用下限値から使用上限値まで又は使用上限値から使用下限値まで変化した場合に、複数の組電池１１において発生する開放電圧の最大差である。或いは、（２）差分閾値は、複数の組電池１１が備える電池セルＢＣ間が接続している状態で、複数の組電池１１の内の任意の組電池１１の開放電圧が第１の時点から第２の時点まで変化した場合に、複数の組電池１１において発生する開放電圧の最大差である。
【００１８】
差分閾値を上記（１）又は（２）のように定義した場合、差分閾値は、組電池１１の個体差や経年劣化等に起因して生じた満充電容量のばらつきによって複数の組電池１１において発生する開放電圧の最大差であり得る。差分閾値は、電池パック１が備える組電池１１と同様の組電池を用いた実験やシミュレーションによって予め求めることが可能である。差分閾値を上記（１）のように定義した場合、差分閾値は固定値であるため、差分閾値を上記（２）のように定義した場合と比較して制御部１３が予め保持する差分閾値の数は少なくて済む。一方、差分閾値を上記（２）のように定義した場合、差分閾値は第１の時点及び第２の時点に応じた可変値であるため、差分閾値を上記（１）のように定義した場合と比較して電池セルＢＣ間の断線をより正確に検出できる。
【００１９】
第１の時点での開放電圧の差及び第２の時点での開放電圧の差は、複数の組電池１１の内の第１の組電池１１の開放電圧と、第１の組電池１１に隣接して接続する第２の組電池１１の開放電圧との差であってもよい。第１の組電池１１とは、複数の組電池１１の内、電池セルＢＣ間の断線の検出対象である組電池を指し、第２の組電池１１とは、第１の組電池１１以外の組電池を指す。例えば、組電池１１−１が第１の組電池１１である場合、第２の組電池１１は組電池１１−２である。例えば、組電池１１−２が第１の組電池１１である場合、第２の組電池１１は組電池１１−１及び／又は組電池１１−３である。例えば、組電池１１−３が第１の組電池１１である場合、第２の組電池１１は組電池１１−２である。
【００２０】
また、第１の時点での開放電圧の差及び第２の時点での開放電圧の差は、複数の組電池１１の内の第１の組電池１１の開放電圧と、第１の組電池１１を除く各組電池１１の開放電圧の平均値との差であってもよい。例えば、組電池１１−１が第１の組電池１１である場合、組電池１１間の開放電圧の差は、組電池１１−１の開放電圧と、組電池１１−２及び組電池１１−３の開放電圧の平均値との差である。例えば、組電池１１−２が第１の組電池１１である場合、組電池１１間の開放電圧の差は、組電池１１−２の開放電圧と、組電池１１−１及び組電池１１−３の開放電圧の平均値との差である。例えば、組電池１１−３が第１の組電池１１である場合、組電池１１間の開放電圧の差は、組電池１１−３の開放電圧と、組電池１１−１及び組電池１１−２の開放電圧の平均値との差である。
【００２１】
図２は、実施形態に従った断線検出方法の一例を説明する図である。図２（Ａ）に示す一例では、各組電池１１が備える電池セルＢＣが断線していない状態において、組電池１１が使用される上限の充電状態を１００[％]とし、下限の充電状態を０[％]として、各組電池１１が充放電を繰り返すと仮定する。すなわち、複数の組電池１１は、使用上限値Ａ［Ｖ］と使用下限値０[Ｖ]との間で充放電を繰り返すと仮定する。
【００２２】
上述の仮定において、各組電池１１が充電状態１００[％]まで充電された後に第１の組電池１１が備える電池セルＢＣ間が断線し、一部の電池セルＢＣの端子が開放状態になったと仮定する。第１の組電池１１の満充電容量は、断線によって第２の組電池１１の満充電容量よりも低下する。このため、図２（Ｂ）に示すように、各組電池１１が放電し、第１の組電池１１の開放電圧が使用下限値０[Ｖ]に達した場合、第１の組電池１１の開放電圧０[Ｖ]と第２の組電池１１の開放電圧Ｂ[Ｖ]との間に電圧差ΔＶａ[Ｖ]が生じる。
【００２３】
また、上述の仮定において、各組電池１１が充電状態０[％]まで放電した後に第１の組電池１１が備える電池セルＢＣ間が断線し、一部の電池セルＢＣの端子が開放状態になったと仮定する。第１の組電池１１の満充電容量は、断線によって第２の組電池１１の満充電容量よりも低下する。このため、図２（Ｃ）に示すように、各組電池１１が充電され、第１の組電池１１の開放電圧が使用上限値Ａ[Ｖ]に達した場合、第１の組電池１１の開放電圧Ａ[Ｖ]と第２の組電池１１の開放電圧Ｃ[Ｖ]との間に電圧差ΔＶｂ[Ｖ]が生じる。
【００２４】
図２（Ａ）〜図２（Ｃ）には、各組電池１１の個体差や経年劣化等に起因する満充電容量のばらつきによって複数の組電池１１において発生する開放電圧の差は示されていない。しかしながら、現実的には、各組電池１１の個体差や経年劣化等に起因する満充電容量のばらつきによって、複数の組電池１１には開放電圧の差が発生し得る。具体的には、任意の組電池１１が充電状態０[％]になるまで各組電池１１を放電した場合、断線が発生していなくても、各組電池１１の個体差や経年劣化等に起因する満充電容量のばらつきによって、各組電池１１の開放電圧には差が発生し得る。また、任意の組電池１１が充電状態１００[％]になるまで各組電池１１を充電した場合、断線が発生していなくても、各組電池１１の個体差や経年劣化等に起因する満充電容量のばらつきによって、各組電池１１の開放電圧には差が発生し得る。したがって、上述したような電圧差ΔＶａや電圧差ΔＶｂは、各組電池１１の個体差や経年劣化等に起因する満充電容量のばらつきによっても発生し得る。
【００２５】
しかしながら、各組電池１１の個体差や経年劣化等に起因する満充電容量のばらつきは、突然発生せず、徐々に進行する。このため、各組電池１１の個体差や経年劣化等に起因する各組電池１１の開放電圧の差は、突然発生せず、徐々に進行する。したがって、充電状態の上限付近又は下限付近、すなわち、使用上限値付近又は使用下限値付近において、各組電池１１の開放電圧の差が徐々に発生した場合には、該開放電圧の差は、各組電池１１の個体差や経年劣化等に起因して発生したと言える。そこで、制御部１３は、複数の組電池１１において開放電圧の差が徐々に発生した場合には、組電池１１を構成する電池セルＢＣ間の断線を検出しないように構成される。
【００２６】
一方、組電池１１が備える電池セルＢＣ間に断線が発生した場合、使用上限値付近又は使用下限値付近において、開放電圧の差が小さい状態（図２（Ａ））から開放電圧の差が大きい状態（図２（Ｂ）又は図２（Ｃ））に突然変化する。したがって、各組電池１１の充電状態の上限付近又は下限付近、すなわち、使用上限値付近又は使用下限値付近において開放電圧の差が突然発生した場合には、該開放電圧の差は、電池セルＢＣ間の断線に起因して発生したと言える。そこで、制御部１３は、複数の組電池１１において開放電圧の差が突然発生した場合には、開放電圧の差が突然発生した特定の組電池１１が備える電池セルＢＣ間の断線を検出するように構成される。
【００２７】
具体的には、第１の時点又は第２の時点である複数の時点ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５、・・・において、制御部１３は各組電池１１の開放電圧を取得する。前述したように、第１の時点は、複数の組電池１１の開放電圧の内で最小の電圧が第１の閾値以下である時点、及び複数の組電池１１の開放電圧の内で最大の電圧が第１の閾値よりも高い第２の閾値以上である時点の内の一方であり、第２の時点は、それらの他方である時点である。また、第１の閾値は、組電池１１が使用される上限の充電状態に対応する開放電圧、すなわち、開放電圧の使用上限値よりも所定値だけ低い値である。第２の閾値は、組電池１１が使用される下限の充電状態に対応する開放電圧、すなわち、開放電圧の使用下限値よりも所定値だけ低い値である。
【００２８】
各時点ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５、・・・において、制御部１３は、第１の組電池１１と第２の組電池１１との開放電圧の差ΔＶ１、ΔＶ２、ΔＶ３、ΔＶ４、ΔＶ５、・・・を算出し、記憶する。さらに、図２（Ｄ）に示すように、制御部１３は、時間的に連続する第１の時点での開放電圧の差と第２の時点での開放電圧の差との差分を算出する。例えば、制御部１３は、第２の時点ｔ５での開放電圧の差ΔＶ５と、第１の時点ｔ４での開放電圧ΔＶ４との差分ΔＶを算出する。なお、実施形態によっては、時間的に連続しない第１の時点での開放電圧の差と第２の時点での前記開放電圧の差との差分を算出してもよい。ただし、時間的に連続する第１の時点での開放電圧の差と第２の時点での前記開放電圧の差との差分を差分閾値と比較すれば、電池セルＢＣ間の断線を早期に検出できる。
【００２９】
差分ΔＶが差分閾値以下である場合、第２の時点ｔ５での開放電圧の差ΔＶ５は、各組電池１１の個体差や経年劣化等に起因して、第１の時点ｔ４での開放電圧の差ΔＶ４から徐々に発生したと言える。そこで、制御部１３は、開放電圧の差ΔＶ５が生じた第１の組電池１１が備える電池セルＢＣ間の断線を検出しない。
【００３０】
一方、差分ΔＶが差分閾値を超えた場合、第２の時点ｔ５での開放電圧の差ΔＶ５は、開放電圧の差ΔＶ５が生じた第１の組電池１１が備える電池セルＢＣ間の断線に起因して、第１の時点ｔ４での開放電圧の差ΔＶ４から突然発生したと言える。そこで、制御部１３は、開放電圧の差ΔＶ５が生じた第１の組電池１１が備える電池セルＢＣ間の断線を検出する。具体的には、複数の組電池１１の開放電圧の内で最大の電圧が第２の閾値以上である時点が第１の時点であり、複数の組電池１１の開放電圧の内で最小の電圧が第１の閾値以下である時点が第２の時点である場合、制御部１３は、開放電圧の差ΔＶ５を算出した組電池１１の内、開放電圧が低い組電池１１が備える電池セルＢＣ間の断線を検出する。また、複数の組電池１１の開放電圧の内で最小の電圧が第１の閾値以下である時点が第１の時点であり、複数の組電池１１の開放電圧の内で最大の電圧が第２の閾値以上である時点が第２の時点である場合、制御部１３は、開放電圧の差ΔＶ５を算出した組電池１１の内、開放電圧が高い組電池１１が備える電池セルＢＣ間の断線を検出する。
【００３１】
このように、制御部１３は、複数の組電池１１における開放電圧の差が突然発生した場合に、組電池１１が備える電池セルＢＣ間の断線を検出する。したがって、実施形態に従った電池パックによれば、組電池単位で計測された電圧を基に組電池が備える電池セル間の断線を精度よく検出することができる。
【００３２】
本発明は、以上の実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能であり、例えば、以下の項目（１）〜（３）に記載するように改良、変更してもよい。
【００３３】
（１）第１の時点は、複数の組電池１１に対する充電開始前及び充電完了後の内の一方の時点であってもよい。また、第２の時点は、複数の組電池１１に対する充電開始前及び充電完了後の内の他方の時点であってもよい。複数の組電池１１に対する充電開始前の時点では、複数の組電池１１の開放電圧の内で最小の電圧は、使用下限値付近、すなわち、第１の閾値以下であり得る。また、複数の組電池１１に対する充電完了後の時点では、複数の組電池１１の開放電圧の内で最大の電圧は、使用上限値付近、すなわち、第２の閾値以上であり得る。
【００３４】
こうした実施形態によっても、前述したような本発明の効果が得られる。
（２）第１の時点は、複数の組電池１１の開放電圧の内で最大の電圧が第１の閾値以下である時点、及び複数の組電池１１の開放電圧の内で最小の電圧が第１の閾値よりも高い第２の閾値以上である時点の内の一方であってもよい。また、第２の時点は、複数の組電池１１の開放電圧の内で最大の電圧が第１の閾値以下である時点、及び複数の組電池１１の開放電圧の内で最小の電圧が第２の閾値以上である時点の内の他方である時点であってもよい。
【００３５】
こうした実施形態によっても、前述したような本発明の効果が得られる。
【符号の説明】
【００３６】
１    電池パック
１１−１〜１１〜３（１１）    組電池
１２−１〜１２−３（１２）    電圧センサ
１３    制御部
ＢＣ    電池セル
【図１】
2019126108.tif 000003
【図２】
2019126108.tif 000004