(57)【要約】【課題】短絡部を持たないＩＣを用いて、部品点数を増やすことなく、中間端子のはずれ及びコンデンサのはずれを検出する中間端子はずれ検出装置を提供する。【解決手段】直列に接続された第１及び第２電池と、第１の電池のノイズ除去用の第１コンデンサと第１抵抗と、第２の電池のノイズ除去用の第２コンデンサと第２抵抗と、第１電池と並列に接続された第３抵抗と、第２電池と並列に接続された第４抵抗と、第２コンデンサと並列接続されたスイッチと、第２コンデンサの両端電圧を検出する電圧検出部と、スイッチをオンさせた後、スイッチをオフさせた状態で電圧検出部によって検出された電圧の時間的変化における時定数に基づいて、第２導電路の中間端子でのはずれを検知する断線検知部とを備えることにより、回路を簡素化し、中間端子のはずれを検出することができ、かつ、コンデンサのはずれも検出することができる。【選択図】図１
2012185051.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列に接続された第１及び第２電池と、
前記第１電池の前記第２電池とは反対側の端子と導通する第１導電路を介して一端が当該端子に接続され、他端が当該第１及び第２電池の中間端子と導通する第２導電路を介して接続された第１コンデンサと、前記第１導電路中に設けられた第１抵抗とを有する第１ノイズフィルタと、
前記第２導電路を介して一端が当該端子に接続され、他端が前記第２電池における前記接続点とは反対側の端子と導通する第３導電路を介して接続された第２コンデンサと、前記第２導電路中に設けられた第２抵抗とを有する第２ノイズフィルタと、
前記第１抵抗以上の抵抗値で、前記第１導電路と前記第２導電路の間に前記第１電池と並列に接続された第３抵抗と、
前記第２抵抗以上の抵抗値で、前記第２導電路と前記第３導電路の間に前記第２電池と並列に接続された第４抵抗と、
前記第２コンデンサと並列接続されたスイッチと、
前記第２コンデンサの両端電圧を検出する電圧検出部と、
前記スイッチをオンさせた後、前記スイッチをオフさせた状態で前記電圧検出部によって検出された電圧の時間的変化における時定数に基づいて、前記第２導電路の前記中間端子でのはずれを検知する断線検知部と
を備える中間端子はずれ検出装置。
【請求項２】
前記断線検知部が検知した時定数が、前記第２抵抗と前記第４抵抗と第２コンデンサの時定数であるとき、
前記断線検知部は、前記中間端子のはずれと判断することを特徴とする請求項１に記載の中間端子はずれ検出装置。
【請求項３】
前記断線検知部が検知した時定数が、ほぼ０のとき、
前記断線検知部は、前記第２コンデンサのはずれと判断することを特徴とする請求項２に記載の中間端子はずれ検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数個の電池が直列接続された電池パックの中間端子はずれを検出する中間端子はずれ検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の電池パックの中間端子はずれ検出は、セル間の接続点である中間端子をハイ側またはロー側の電源ラインに短絡させ、も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／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少なくとも一つから、電圧検出部から接続点である中間端子のはずれを検知する断線検知部を設けている。
【０００３】
それによって、断線検知部を選択駆動することにより、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少なくとも一つから、それらに期待される電圧と、実際に電圧検知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検知することができる（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、測定用コンデンサに中間端子間の電圧を複数のスイッチの切替えで蓄積し、時定数に基づいて中間端子はずれを検出することも行われている（例えば、先行文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２００７／１１９６８２号
【特許文献２】特開２００７−２８５７１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の構成では、制御ＩＣは中間端子をハイ側またはロー側の電源ラインに短絡させるための短絡部を必ず必要とする。また、短絡部を持たない制御ＩＣを使用する場合、中間端子をハイ側またはロー側の電源ラインに短絡させるための制御回路が必要となるため、実装部品の追加が必要であり、回路が複雑になりまたコストアップに繋がるという課題を有していた。
【０００７】
また、特許文献２も同様に、電池電圧測定用のコンデンサを特別に設けなければならず、コストアップに繋がるという課題を有していた。更に、１個のコンデンサで複数測定しなければならないため、コンデンサの故障やコンデンサの回路の断線で測定データが不確かになるという課題も有していた。
【０００８】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、短絡部を持たないＩＣを用いて、部品点数を増やすことなく、更に、本発明は中間端子はずれの検出に加えて、コンデンサ（ノイズ除去用）のはずれの検出を可能とし、中間端子のはずれ及びコンデンサのはずれを検出する中間端子はずれ検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記従来の課題を解決するために、本発明の中間端子はずれ検出装置は、直列に接続された第１及び第２電池と、第１電池の第２電池とは反対側の端子と導通する第１導電路を介して一端が当該端子に接続され、他端が当該第１及び第２電池の中間端子と導通する第２導電路を介して接続された第１コンデンサと、第１導電路中に設けられた第１抵抗とを有する第１ノイズフィルタと、第２導電路を介して一端が当該端子に接続され、他端が第２電池における接続点とは反対側の端子と導通する第３導電路を介して接続された第２コンデンサと、第２導電路中に設けられた第２抵抗とを有する第２ノイズフィルタと、第１抵抗以上の抵抗値で、第１導電路と第２導電路の間に第１電池と並列に接続された第３抵抗と、第２抵抗以上の抵抗値で、第２導電路と第３導電路の間に第２電池と並列に接続された第４抵抗と、第２コンデンサと並列接続されたスイッチと、第２コンデンサの両端電圧を検出する電圧検出部と、スイッチをオンさせた後、スイッチをオフさせた状態で電圧検出部によって検出された電圧の時間的変化における時定数に基づいて、第２導電路の中間端子でのはずれを検知する断線検知部とを備える。
【００１０】
本構成によって、部品点数の追加を極力抑制し、中間端子のはずれ、及び、コンデンサ（ノイズフィルタ用）のはずれを検出することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の中間端子はずれ検出装置によれば、短絡部を持たない制御ＩＣを用いて、制御ＩＣに標準的に内蔵されるセルバランス制御機能と、ノイズ除去を目的とした抵抗とコンデンサからなるＲＣ直列回路と電池に並列接続された抵抗の時定数により、中間端子のはずれを確実に検出することができる。更に、本発明はＲＣ直列回路の時定数により、ノイズ除去を目的としたコンデンサはずれの検出も可能であり、ノイズフィルタの異常を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例１における中間端子はずれ検出装置を用いる充電システムの電気的構成を示す概略ブロック図
【図２】本発明の実施例１における中間端子はずれ検出装置の詳細な構成図
【図３】本発明の実施例１における中間端子はずれ検出装置の検知動作を説明するための波形図
【図４】本発明の実施例１における中間端子はずれ検出装置の検知動作を説明するための制御フローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下本発明を実施するための形態について、図１〜４を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１は、本発明の実施例１における中間端子はずれ検出装置を用いる充電システムの電気的構成を示す概略ブロック図である。
【００１５】
電池パック１は、機器本体５０に接続され、直流ハイ側の電源ラインには、ヒューズ１１，１２が介在されるとともに、充電用と放電用とで相互に導電形式が異なるＦＥＴ１３、１４が介在されており、組電池９のハイ側端子に接続される。組電池９の直流ロー側の電源ラインには、充電電流および放電電流を電圧値に変換する電流検出部１７が介在されている。
【００１６】
組電池９は、二個以上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。図１では、組電池９は３つのセルＥ１〜Ｅ３から構成されている。
【００１７】
各セルＥ１〜Ｅ３の端子電圧は、選択的に取出され、制御ＩＣ２の電圧検出部４に入力される。さらに、電流検出部１７によって検出された電流値も、電圧検出部４に入力される。電圧検出部４の検出間隔は、例えば０．１ｍｓｅｃ〜２５０ｍｓｅｃである。
【００１８】
各セルＥ１〜Ｅ３の端子電圧の制御ＩＣ２への入力ラインには、ノイズ除去を目的とした抵抗Ｒ１〜Ｒ３と容量素子であるコンデンサＣ１〜Ｃ３からなるノイズフィルタであるＲＣ直列回路８を備える。抵抗Ｒ１〜Ｒ３はキロのオーダーで、例えば、１ｋΩ〜１００ｋΩであり、コンデンサＣ１〜Ｃ３はマイクロのオーダーで、例えば、０．１μＦ〜１０μＦである。
【００１９】
セルバランス制御部３は、組電池９の各セルＥ１〜Ｅ３の端子電圧の電圧差が大きくならないように、電圧の高いセルに接続されるスイッチＳＷ１〜ＳＷ３を選択しＯＮすることでバランスさせる。
【００２０】
充放電制御部５は、電圧検出部４の各入力値に応答して、機器本体５０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６から機器本体５０へ送信する。また、充放電制御部５は、電圧検出部４を介する各入力値から、短絡や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、ＦＥＴ１３，１４を遮断するなどの保護動作を行う。
【００２１】
断線検知部７は、電圧検出部４が検出する各セル電圧の立ち上がり時間により、中間端子はずれを検出する。そして、充放電制御部５が断線検知部７の検出結果を基に、ＦＥＴ１３、１４を遮断するなどの保護動作を行う。
【００２２】
一方、組電池９の各セルの端子電圧は、組電池９に接続された二重保護ＩＣ１０にも取込まれる。二重保護ＩＣ１０による検出結果が、充放電制御部５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ＩＣ１０での閾値以上となると、二重保護ＩＣ１０はＦＥＴ１６をＯＮする。ＦＥＴ１６は、ヒューズ１１，１２に関して設けられており、ヒューズ１１，１２の接続点は、発熱抵抗１５およびこのＦＥＴ１６を介して接地されている。したがって、充放電制御部５がＦＥＴ１６をＯＮすることで、発熱抵抗１５が発生した熱でヒューズ１１，１２が溶断する。これによって、充放電制御部５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、ヒューズ１１，１２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。
【００２３】
図２は本発明の実施例１における中間端子はずれ検出装置の詳細な構成図である。図２の例では、組電池９は、各セルＥ１〜Ｅ３の接続点が、中間端子となる中間端子Ｔ１、Ｔ２に接続されている。二重保護ＩＣ１０の各入力端子間には、組電池９の電圧を等分圧する抵抗Ｒ４〜Ｒ６が設けられている。抵抗Ｒ４〜Ｒ６は、抵抗Ｒ１〜Ｒ３がキロのオーダーに対して、メガのオーダーで、例えば、１ＭΩである。
【００２４】
注目すべきは、本実施の形態では、リチウムイオン電池パックの制御ＩＣ２に標準的に内蔵されている機能であるセルバランス制御部３のＳＷ２、ＳＷ３で、リチウムイオン電池パックの保護回路に標準的に使用されるＲＣ直列回路８のコンデンサＣ２、Ｃ３を順番に充放電して、電圧の立ち上がりの速さを検出することで中間端子はずれとＲＣ直列回路の異常を検出する。
【００２５】
以下は中間端子Ｔ１に着目して中間端子はずれについて説明する。
【００２６】
セルバランス制御部３のスイッチＳＷ２を導通させてコンデンサＣ２を放電する。その後、ＳＷ２を開放させる。ＳＷ２を開放させたタイミングを起点（ｔ＝０）としてコンデンサＣ２の充電が開始されると、コンデンサＣ２の両端の電圧（以下、端子間電圧とも称する）Ｖｃ２は、以下の式の関係に従って増加する。
Ｖｃ２（ｔ）＝Ｖｅ２×｛１−ｅｘｐ（−ｔ／τ）｝  ・・・（１）
ここで、Ｖｅ２はセルＥ２の電池電圧、τは時定数である。また、時刻ｔ＝０におけるコンデンサＣ２の蓄積電荷を零（すなわち、Ｖｃ２＝０）としている。
【００２７】
式（１）から分かるように、端子間電圧Ｖｃ２は、時定数τで次第に増加し、やがてセルＥ２の電池電圧Ｖｅ２と等しい電圧で飽和する時間的変化を示す。
【００２８】
なお、時定数τは、以下の式で表される。
τ＝Ｃ×Ｒ  ・・・（２）
時定数τは端子間電圧Ｖｃ２の約６３．２％の電圧Ｖｓ２に達する時間である。
【００２９】
図３は、本発明の実施例１における中間端子はずれ検出装置の検知動作を説明するための波形図である。正常時の波形をＬＮ１で示し、中間端子Ｔ１で中間端子はずれが生じた時の波形をＬＮ２に示し、ＲＣ直列回路のコンデンサにはずれが生じた時の波形をＬＮ３に示している。コンデンサＣ２の端子間電圧Ｖｃ２は、時刻ｔ＝０でセルバランス制御部のＳＷ２が開放されたことに応じて、時定数τに基づいて増加し、やがて飽和電圧Ｖｓ１に到達する時間的変化を示す。なお、飽和電圧Ｖｓ１は、セルＥ２の電池電圧Ｖｅ２に等しい電圧となる。
【００３０】
中間端子Ｔ１とセルＥ２との結合状態に断線や接触不良が生じていないときには、端子間電圧Ｖｃ２は、図３の曲線ＬＮ１に示すように変化する。この時、時定数τ１は以下の式で表される。
τ１＝Ｃ２×Ｒ２  ・・・（３）
例えば、Ｃ２＝１μＦ、Ｒ２＝１０ｋΩなので、τ１＝１０ｍｓｅｃである。
【００３１】
つまり、コンデンサＣ２の端子間電圧Ｖｃ２は時定数τ１で次第に増加し、Ｖｅ２と等しい電圧で飽和する。
【００３２】
これに対し、中間端子Ｔ１とセルＥ２との結合状態に接触不良が生じているときには、端子間電圧Ｖｃ２は、図３の曲線ＬＮ２に示すように変化する。この時、時定数τ２は以下の式で表される。
τ２＝Ｃ２（Ｒ２＋Ｒ４）  ・・・（４）
例えば、Ｃ２＝１μＦ、Ｒ２＝１０ｋΩ、Ｒ４＝１ＭΩなので、τ２＝１０１０ｍｓｅｃである。
【００３３】
つまり、コンデンサＣ２の端子間電圧Ｖｃ２は時定数τ２で緩やかに増加し、Ｖｅ２と等しい電圧で飽和する。
【００３４】
また、ＲＣ直列回路のコンデンサＣ２にはずれが生じたときには、端子間電圧Ｖｃ２は、図３の曲線ＬＮ３に示すように変化する。この時、時定数τ３は以下の式で表される。
τ３＝Ｃ２×Ｒ２  ・・・（５）
コンデンサははずれているため、Ｃ２は０Ｆとなり、τ３は０である。
【００３５】
つまり、コンデンサＣ２の端子間電圧Ｖｃ２は約０秒でＶｅ２と等しい電圧で飽和する。
【００３６】
ここで、図３の曲線ＬＮ１と曲線ＬＮ２とを対比すると、両者は飽和電圧Ｖｓ１（＝Ｖｅ２）を同じくするものの、曲線ＬＮ２の方が曲線ＬＮ１に対して時定数が大きいことが分かる。すなわち、この時定数の違いに起因して、端子間電圧Ｖｃ２が飽和電圧Ｖｓ１に到達するタイミングは、曲線ＬＮ２の方がより遅いことが分かる。
【００３７】
また、コンデンサＣ２がはずれた場合、時定数に影響するコンデンサがなくなるので、端子間電圧は曲線ＬＮ３に示すように瞬時に立ち上がる。ここで、図３の曲線ＬＮ１と曲線ＬＮ３を対比すると、両者は飽和電圧Ｖｓ１を同じくするものの、曲線ＬＮ３の時定数（＝０μＦ）が曲線ＬＮ１に対して時定数が小さいことが分かる。
【００３８】
本発明の実施の形態は、断線検知部７により、コンデンサＣ２の端子間電圧Ｖｃ２の時間的変化における時定数τに基づいて中間端子はずれとＲＣ直列回路の異常を判定する構成とする。
【００３９】
図４は、本発明の実施例１における中間端子はずれ検出装置の検知動作を説明するための制御フローチャートである。図３のコンデンサＣ２の端子間電圧Ｖｅ２の時間的変化から断線検知を行う場合を示している。
【００４０】
中間端子はずれ検出の対象ラインを選択して、セルバランス制御部のＳＷ２をオンすることにより、コンデンサＣ２を放電する（ステップＳ４１０）。
【００４１】
次に、セルバランス制御部のＳＷ２をオフすることにより、コンデンサＣ２の端子間電圧Ｖｃ２は時定数τで充電される（ステップＳ４２０）。そして、ｔ＝０としてタイマーをスタートし、（ステップＳ４３０）、Ｖｃ２の電圧測定をする。（ステップＳ４４０）。
【００４２】
ステップＳ４４０で測定した測定電圧が閾値（図３、Ｖｔｈ）以上であるかどうかを判断する（ステップＳ４５０）。ステップＳ４５０において、測定電圧が閾値以上であれば、タイマーの時間が閾値（図３、Ｔｍｉｎ）より大きいかどうかを判定する（ステップＳ４６０）。ステップＳ４６０において、タイマーの時間が閾値より大きければ対象ラインは中間端子Ｔ１、及び、対象のＲＣ直列回路は異常なしと検知する（ステップＳ４６１）。このとき端子間電圧Ｖｃ２は図３の曲線ＬＮ１に示すように変化する。
【００４３】
また、ステップＳ４６０において、タイマーの時間が閾値以下であれば、ＲＣ直列回路の異常と判定し（ステップＳ４６２）、充電用と放電用とで相互に導電形式が異なるＦＥＴ１３、１４をＯＦＦして充放電不可の状態にし（ステップＳ４６３）、検知動作を終了する。このとき端子間電圧Ｖｃ２は図３の曲線ＬＮ３に示すように変化する。
【００４４】
また、ステップＳ４５０において、測定電圧が閾値未満であるとき、所定時間（図３、Ｔｍａｘ）が経過したかどうか、タイマー切れであるかどうかを確認する（ステップＳ４７０）。ステップＳ４７０において、タイマー切れで無い場合は、ステップＳ４４０に戻る。ステップＳ４７０において、タイマー切れであれば、中間端子はずれと判定し（ステップ４７１）、充電用と放電用とで相互に導電形式が異なるＦＥＴ１３、１４をＯＦＦして充放電不可の状態にし（ステップＳ４６３）、検知動作を終了する。このとき端子間電圧Ｖｃ２は図３の曲線ＬＮ２に示すように変化する。
【００４５】
以上のように、この発明の実施の形態１によれば、セルバランス制御部３と電池電圧を受けて充電されるＲＣ直列回路８のコンデンサの端子間電圧の時間的変化における時定数に基づいて、中間端子はずれ検出とＲＣ直列回路の異常を区分けして検出することができる。
【００４６】
なお、本実施例において、抵抗Ｒ２＝１０ｋΩ、抵抗Ｒ４＝１ＭΩ、コンデンサＣ２＝１０μＦとし、時定数τ１＝１０ｍｓｅｃ、時定数τ２＝１０１０ｍｓｅｃとしたが、電圧検出部４の測定間隔が１ｍｓｅｃ以下であれば、時定数τ２が時定数τ１の２倍以上、つまり、抵抗Ｒ４≧Ｒ２＝２ｋΩとしてもよい。これにより、時定数がほぼ１０ｍｓｅｃのときは回路に異常がなく、時定数がほぼ２０ｍｓｅｃのときは中間端子がはずれており、時定数が数ｍｓｅｃのときはコンデンサはずれであることが検出することができる。
【００４７】
なお、抵抗Ｒ１〜Ｒ３と、抵抗Ｒ４〜Ｒ６、コンデンサＣ１〜Ｃ３を上記のような値としたが、各々の値は単独で意味はない。つまり、それらが時定数τ１、τ２、τ３に計算されたとき、電圧検出部４の測定間隔で中間端子、或いは、コンデンサのはずれ検出が区別できるかどうかが重要である。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明にかかる中間端子はずれ検出装置は、短絡部を持たないＩＣを使用して、ＩＣに内蔵される機能とノイズ除去を目的とした抵抗とコンデンサからなるＲＣ直列回路により、中間端子のはずれ検出とＲＣ直列回路の異常検出が可能になるので、複数個の電池が直列接続された電池パックの中間端子はずれ検出等として有用である。
【符号の説明】
【００４９】
１  電池パック
２  制御ＩＣ
３  セルバランス制御部
４  電圧検出部
５  充放電制御部
６  通信部
７  断線検知部
８  ＲＣ直列回路
９  組電池
１０  二重保護ＩＣ
１１、１２  ヒューズ
１３、１４  ＦＥＴ
１５  発熱抵抗
１６  ＦＥＴ
１７  電流検出部
５０  機器本体
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３  コンデンサ
Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３  セル
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３  抵抗
Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６  抵抗
ＳＷ１〜ＳＷ３  スイッチ
Ｔ１、Ｔ２  中間端子
【図１】
2012185051.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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