(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池における内部短絡を検出する内部短絡検出装置であって、
電池容量Ｃｎを、予め定められた複数の時間それぞれで取得する充放電容量積算手段と、
前記複数の時間それぞれで取得された電池容量Ｃｎと、予め記憶された電池基準容量とを比較し、前記電池容量Ｃｎが前記電池基準容量より大きい場合、内部短絡と判断する内部短絡検出手段と、
を備え、
前記電池基準容量は、予め取得された満充電電池容量を充電容量温度パラメータで補償した値である、内部短絡検出装置。
【請求項２】
前記予め取得された満充電電池容量は、前回の満充電電池容量である、請求項１に記載の内部短絡検出装置。
【請求項３】
前記電池容量Ｃｎは満充電時の電池容量である、請求項２に記載の内部短絡検出装置。
【請求項４】
前記内部短絡検出手段は、前記満充電時の電池容量と、前記電池基準容量とを比較し、前記満充電時の電池容量が前記電池基準容量より大きい場合、内部短絡と判断し、前記満充電時の電池容量が前記電池基準容量より小さい場合、内部短絡なしと判断して充電を完了する、請求項３に記載の内部短絡検出装置。
【請求項５】
内部短絡を報知する報知回路をさらに備える、請求項４に記載の内部短絡検出装置。
【請求項６】
二次電池における内部短絡を検出する内部短絡検出方法であって、
電池容量Ｃｎを、予め定められた複数の時間それぞれで取得するステップと、
前記複数の時間それぞれで取得された電池容量Ｃｎと、予め記憶された電池基準容量とを比較し、前記電池容量Ｃｎが前記電池基準容量より大きい場合、内部短絡と判断するステップと、を含み、
前記電池基準容量は、予め取得された満充電電池容量を充電容量温度パラメータで補償した値である、内部短絡検出方法。
【請求項７】
前記予め取得された満充電電池容量は、前回の満充電電池容量である、請求項６に記載の内部短絡検出方法。
【請求項８】
前記電池容量Ｃｎは満充電時の電池容量である、請求項７に記載の内部短絡検出方法。
【請求項９】
前記電池容量Ｃｎと、前記予め記憶された電池基準容量とを比較し、前記電池容量Ｃｎが前記電池基準容量より大きい場合、内部短絡と判断する前記ステップは、前記満充電時の電池容量と、前記電池基準容量とを比較し、前記満充電時の電池容量が前記電池基準容量より大きい場合、内部短絡と判断し、前記満充電時の電池容量が前記電池基準容量より小さい場合、内部短絡なしと判断して充電を完了するステップを含む、請求項８に記載の内部短絡検出方法。
【請求項１０】
内部短絡を報知するステップをさらに含む、請求項９に記載の内部短絡検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池の内部短絡検出装置および内部短絡検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の二次電池の充電制御方法について、図３を参照して説明する。図３において、端末１は充電制御回路１１、端末回路１２、および電池パック１３から構成されている。端末１は電源供給を受けるため、正極端子１１４および負極端子１１５によりＡＣアダプタ２に接続される。充電制御回路１１は電池パック１３を充電するため、充電制御ＩＣ１  １１２とスイッチ素子１１１とで電圧と電流を制御する。電池パック１３は、電池セル１３１と、保護制御ＩＣ  １３２と、スイッチ素子１３３と、温度検出素子１３４を備える。温度検出素子１３４は電池パック１３の温度を検出し、その温度を端末回路１２に送信し、電池パック１３が異常な温度に至らないように制御する。
【特許文献１】特開２００３−９４０５号公報
【特許文献２】特開２００６−２５８７９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の充電制御方法では、二次電池に微小な短絡状態が生じている状態で充電するため、充電効率が低下することがあった。また、二次電池に微小な短絡状態が生じている状態で充電することで、二次電池の劣化が早まることがあった。
【０００４】
従来の内部短絡を検出するための技術として、リチウムイオン電池における正負電極の短絡に伴う瞬間的な電圧の低下を検出する電源装置などが提案されている（例えば、特許文献１）。しかしながら、二次電池が電源として用いられることの多いノートパソコンや携帯電話では、短時間のパルス充放電で機器が動作している場合が多い。そのため、正常な二次電池でも短い時間間隔で電圧が変動している。したがって、瞬間的な電圧の低下を検出する方法では、短絡による電圧の低下のみを識別することは困難である。
【０００５】
さらに、特許文献２には、内部短絡を検出するための以下のような手段が記載されている。特許文献２では、第１の電池電圧から、それよりも高い第２の電池電圧まで充電するのに要する基準電気量を用いている。二次電池に対して電池電圧を第１の電池電圧から第２の電池電圧まで充電するのに要した測定積算電気量と、基準電気量とを比較することにより内部短絡を判断している。しかしながら、第１の電池電圧から、それよりも高い第２の電池電圧までの電気量を取得するためには、第１の電池電圧を下回るまで電力を消費し、かつ充電により充電電圧が第２の電池電圧を上回らなければならない。さらに、満充電状態では充電電圧が一定となるため、第一の電池電圧から第二の電池電圧までの電気量を取得することができず、内部短絡の判断が不可能である。
【０００６】
本発明は、二次電池の微小な短絡状態の検出手段を備えた内部短絡検出装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、二次電池における内部短絡を検出する内部短絡検出装置であって、時刻Ｔｎにおける電池容量Ｃｎを取得する充放電容量積算手段と、前記電池容量Ｃｎと、予め記憶された電池基準容量と比較し、前記電池容量Ｃｎが前記電池基準容量より大きい場合、内部短絡と判断する内部短絡検出手段と、を備え、前記電池基準容量は、予め取得された満充電電池容量を充電容量温度パラメータで補償した値である、内部短絡検出装置が提供される。
【０００８】
また、本発明によれば、二次電池における内部短絡を検出する内部短絡検出方法であって、時刻Ｔｎにおける電池容量Ｃｎを取得するステップと、前記電池容量Ｃｎと、予め記憶された電池基準容量とを比較し、前記電池容量Ｃｎが前記電池基準容量より大きい場合、内部短絡と判断するステップと、を含み、前記電池基準容量は、予め取得された満充電電池容量を充電容量温度パラメータで補償した値である、内部短絡検出方法が提供される。
【０００９】
上記内部短絡検出装置および内部短絡検出方法においては、時刻Ｔｎにおける電池容量Ｃｎと、予め記憶された電池基準容量とが比較される。したがって、二次電池の消費電力に依存することなく、短絡の有無の判断が可能である。これにより、二次電池の微小な短絡状態を検出することができ、充電効率の低下を防止することができる。また、電池容量Ｃｎと電池基準容量とを比較しているため、満充電時における短絡の判断が可能である。
また、予め記憶された電池基準容量は、予め取得された満充電電池容量を充電容量温度パラメータで補償した値である。これにより、任意の温度で内部短絡を判断することができるとともに、誤判断を低減することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、二次電池の微少な短絡状態を検出することができる。二次電池の微少な短絡状態を検出することにより、充電効率の低下を防止できる。また、任意の温度において内部短絡を正確に判断することができる。
【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、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態による二次電池の内部短絡を検出する内部短絡検出装置の回路図である。内部短絡検出装置１００は、時刻Ｔｎにおける電池容量Ｃｎを取得する充放電容量積算回路１４と、この電池容量Ｃｎと、予め記憶された電池基準容量とを比較し、この電池容量Ｃｎがこの電池基準容量より大きい場合、内部短絡と判断する内部短絡検出回路１２１とを備える。
【００１３】
この充放電容量積算回路１４は、充電制御回路１１、端末回路１２、電池パック１３および電流抵抗１５と共に、端末１を構成している。端末１は、ＡＣアダプタ２から電力を受けるために、正極端子１１４および負極端子１１５で接続される。充電制御回路１１は、電池セル１３１を充電するための充電制御ＩＣ２  １１３とスイッチ素子１１１を備え、これにより、電池セル１３１に印加される電圧と電流を制御する。
【００１４】
電池パック１３は、電池セル１３１、保護制御ＩＣ  １３２、スイッチ素子１３３、および温度検出素子１３４を備える。温度検出素子１３４は、電池パック１３の温度を検出し、この温度データを、端末回路１２に送信し、電池パック１３が異常な温度に至らないように制御する。充放電容量積算回路１４は、時刻Ｔｎにおける電池セル１３１の電池容量Ｃｎを取得する。
【００１５】
端末回路１２は、内部短絡検出回路１２１、メモリ１２２、タイマー１２３、報知回路１２４、およびその他の回路１２５を備える。メモリ１２２は、電池基準容量を記憶する。この電池基準容量は、電池セル１３１の所定温度における満充電電池容量と、各温度における電池容量温度パラメータとを積算した値である。電池セル１３１の満充電電池容量は、前回測定した値であってもよい。各温度における電池容量温度パラメータは、各温度における電池セル１３１の満充電電池容量から算出してもよいし、シミュレーションにより求めてもよい。内部短絡検出回路１２１は、電池セル１３１の上記の電池容量Ｃｎを、充放電容量積算回路１４から取得するとともに、温度検出素子１３４から電池セル１３１の温度データを取得する。
【００１６】
次いで、この内部短絡検出回路１２１は、この取得した電池セル１３１の電池容量Ｃｎと、メモリ１２２に記憶された電池基準容量とを比較する。ここで比較に用いられる電池基準容量は、電池セル１３１の常温時の満充電電池容量に、所定の温度における充電容量温度パラメータを掛けた値である。内部短絡検出回路１２１は、電池容量Ｃｎが電池基準容量よりも大きい場合、内部短絡有りと判断して電池交換指示を報知回路１２４に報知させる。報知回路１２４は、電池交換指示を表示する表示回路であってもよいし、音、光等で報知する報知回路であってもよい。
【００１７】
この電池セル１３１の電池容量Ｃｎが、満充電時の電池容量である場合、言い換えると、最終測定時刻Ｔｎにおける電池容量である場合、この内部短絡検出回路１２１は、電池容量Ｃｎと、電池基準容量とを比較し、電池容量Ｃｎが電池基準容量より大きい場合、内部短絡有りと判断し、電池交換指示が報知回路１２４により報知される。一方、電池容量Ｃｎが電池基準容量より小さい場合、内部短絡なしと判断して、充電を終了する。
【００１８】
次に、図１に示す内部短絡検出装置１００による内部短絡の検出方法を、図２に示すフローチャートにより説明する。本実施形態において、電池基準容量は、前回測定した満充電時の電池容量から算出する。
【００１９】
内部短絡検出回路１２１は、ＡＣアダプタ２が挿入されたことを検出し（Ｓ１０２）、電池セル１３１が充電されるフラグを取得する（Ｓ１０３）。その後、タイマー１２３から時刻Ｔ１を、充放電容量積算回路１４から充電容量Ｃ１を取得する（Ｓ１０４）。メモリ１２２に記憶された電池セル１３１の充電容量温度パラメータと、前回の満充電時の電池容量（以下、電池標準容量と称する）ＣＤ１とを積算して得られる電池基準容量ＣＲ１と、充電容量Ｃ１とが比較される（Ｓ１０５）。電池容量Ｃ１が電池基準容量ＣＲ１より小さい場合、内部短絡はないと判断されて、一定時間後、同様にして、時刻Ｔ２における充電容量Ｃ２が取得される（Ｓ１０６）。
【００２０】
次いで、内部短絡検出回路１２１において、同様に、充電容量Ｃ２と電池基準容量ＣＲ１とが比較される（Ｓ１０７）。同様の工程が、時刻Ｔｎ−１まで繰り返される。時刻Ｔｎ−１における電池容量Ｃｎ−１を取得し（Ｓ１０８）、電池容量Ｃｎ−１と電池標準容量ＣＲ１とが比較された（Ｓ１０９）後、電池充電完了フラグが取得される（Ｓ１１０）。最後に、内部短絡検出回路１２１は、タイマー１２３から時刻Ｔｎを、充放電容量積算回路１４から電池容量Ｃｎを取得し（Ｓ１１１）、電池容量Ｃｎと電池基準容量ＣＲ１とを比較する（Ｓ１１２）。電池容量Ｃｎが電池基準容量ＣＲ１より小さい場合、電池容量Ｃｎを電池標準容量ＣＤ１とし（Ｓ１１３）、充電を終了する（Ｓ１１４）。上記フローにおいて、電池容量Ｃ１、Ｃ２、Ｃｎ−１およびＣｎが、電池基準容量ＣＲ１より大きい場合は、電池交換報知が報知回路１２４により報知され（Ｓ１１５）、充電がオフになり（Ｓ１１６）、充電を終了する。
【００２１】
以下に、上記実施形態の内部短絡検出装置１００における内部短絡検出処理の実験例について説明する。以下の実験例において、電池セルとして、温度２０℃で、満充電まで充電した場合の電池容量（電池標準容量）が、８００ｍＡｈのものを使用する。
【００２２】
電池容量温度パラメータ（％）は、上記電池セルの０℃および４５℃における満充電時の電池容量を測定することにより求められる。得られる電池容量温度パラメータ（％）を以下の表１に示す。
【表１】
0005652802.tif 000002
【００２３】
次いで、別の電池セルを、以下の条件で充電する。
充電温度：０℃
電池状態：残電池容量１２０ｍＡｈ
充電電圧：４．２Ｖ
充電電流：８００ｍＡ（電流５０ｍＡで充電完了）
電池容量の測定間隔：１秒
【００２４】
温度０℃における、電池基準容量は以下のようにして求められる。
電池基準容量＝８００ｍＡｈ×０．９４＝７５２ｍＡｈ
したがって、各時刻における電池容量が、７５２ｍＡｈより小さい場合は、内部短絡が発生していないと判断し、一連の内部短絡検出工程を繰り返した。表２は、充電時間（秒）、電池容量（ｍＡｈ）および内部短絡の判定結果を示す表である。
【表２】
0005652802.tif 000003
【００２５】
次いで、内部短絡生じた場合の例を以下の表３に示す。充電条件は、上記と同様である。
【表３】
0005652802.tif 000004
この場合、充電時間３６００秒において、電池容量７５２．２ｍＡｈは、電池基準容量７５２ｍＡｈより大きいため、内部短絡有りと判断されて、充電は停止される。
【００２６】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
【００２７】
たとえば、上記実施形態において、電池基準容量は、電池セルの前回の満充電時電池容量と充電容量温度パラメータとから求めたが、コンピュータでのモデリングによって、満充電時の疑似電池容量を求めてもよい。
【００２８】
また、電池容量の測定回数は、制限されず、任意の時刻で測定できる。なお、内部短絡の早期発見のためには、電池容量の測定回数は複数回繰り返すことが好ましい。
なお、上述した実施形態によれば以下の発明が開示されている。
（付記１）
二次電池における内部短絡を検出する内部短絡検出装置であって、
時刻Ｔｎにおける電池容量Ｃｎを取得する充放電容量積算手段と、
前記電池容量Ｃｎと、予め記憶された電池基準容量と比較し、前記電池容量Ｃｎが前記電池基準容量より大きい場合、内部短絡と判断する内部短絡検出手段と、
を備え、
前記電池基準容量は、予め取得された満充電電池容量を充電容量温度パラメータで補償した値である、内部短絡検出装置。
（付記２）
前記予め取得された満充電電池容量は、前回の満充電電池容量である、付記１に記載の内部短絡検出装置。
（付記３）
前記電池容量Ｃｎは満充電時の電池容量である、付記２に記載の内部短絡検出装置。
（付記４）
前記内部短絡検出手段は、前記満充電時の電池容量と、前記電池基準容量とを比較し、前記満充電時の電池容量が前記電池基準容量より大きい場合、内部短絡と判断し、前記満充電時の電池容量が前記電池基準容量より小さい場合、内部短絡なしと判断して充電を完了する、付記３に記載の内部短絡検出装置。
（付記５）
内部短絡を報知する報知回路をさらに備える、付記４に記載の内部短絡検出装置。
（付記６）
二次電池における内部短絡を検出する内部短絡検出方法であって、
時刻Ｔｎにおける電池容量Ｃｎを取得するステップと、
前記電池容量Ｃｎと、予め記憶された電池基準容量とを比較し、前記電池容量Ｃｎが前記電池基準容量より大きい場合、内部短絡と判断するステップと、を含み、
前記電池基準容量は、予め取得された満充電電池容量を充電容量温度パラメータで補償した値である、内部短絡検出方法。
（付記７）
前記予め取得された満充電電池容量は、前回の満充電電池容量である、付記６に記載の内部短絡検出方法。
（付記８）
前記電池容量Ｃｎは満充電時の電池容量である、付記７に記載の内部短絡検出方法。
（付記９）
前記電池容量Ｃｎと、前記予め記憶された電池基準容量とを比較し、前記電池容量Ｃｎが前記電池基準容量より大きい場合、内部短絡と判断する前記ステップは、前記満充電時の電池容量と、前記電池基準容量とを比較し、前記満充電時の電池容量が前記電池基準容量より大きい場合、内部短絡と判断し、前記満充電時の電池容量が前記電池基準容量より小さい場合、内部短絡なしと判断して充電を完了するステップを含む、付記８に記載の内部短絡検出方法。
（付記１０）
内部短絡を報知するステップをさらに含む、付記９に記載の内部短絡検出方法。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施形態による二次電池の内部短絡検出装置の回路図である。
【図２】本発明の一実施形態による内部短絡検出装置による、内部短絡の検出の流れを示すフローチャートである。
【図３】従来の二次電池の内部短絡検出装置の回路図である。
【符号の説明】
【００３０】
１      端末
２      ＡＣアダプタ
１１      充電制御回路
１２      端末回路
１３      電池パック
１４      充放電容量積算回路
１５      電流抵抗
１００    内部短絡検出装置
１１１      スイッチ素子
１１２      充電制御ＩＣ１
１１３      充電制御ＩＣ２
１１４      正極端子
１１５      負極端子
１２１      内部短絡検出回路
１２２      メモリ
１２３      タイマー
１２４      報知回路
１２５      その他回路
１３１      電池セル
１３２      保護制御ＩＣ
１３３      スイッチ素子
１３４      温度検出素子
【図１】
0005652802.tif 000005
【図２】
0005652802.tif 000006
【図３】
0005652802.tif 000007