JP2985613B2

JP2985613B2 - 短絡セル数検出機能付蓄電池装置

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Publication number: JP2985613B2
Application number: JP5267858A
Authority: JP
Inventors: 英雄粟津
Original assignee: NIPPON DENCHI KK
Current assignee: NIPPON DENCHI KK
Priority date: 1993-09-29
Filing date: 1993-09-29
Publication date: 1999-12-06
Anticipated expiration: 2014-12-06
Also published as: JPH0799068A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ニッケルカドミウム蓄
電池等と、セル短絡が発生したセルの数を検出するため
の短絡セル数検出装置とを備えた短絡セル数検出機能付
蓄電池装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ニッケルカドミウム蓄電池は、正極側の
ニッケル電極と負極側のカドミウム電極との間にセパレ
ータを介しアルカリ性の電解液を充填した２次電池であ
る。また、蓄電池装置は、このようなニッケルカドミウ
ム蓄電池のセルを複数直列に接続して高電圧を得るよう
にしている。そして、この蓄電池装置には、短絡セル数
検出装置が設けられ、セル短絡を起こしたニッケルカド
ミウム蓄電池のセル数を検出するようにしたものがあ
る。また、これに加えて、ドライアップ検出装置が設け
られ、電解液の消耗によるドライアップを検出したり、
積算電池容量算出装置が設けられて、ニッケルカドミウ
ム蓄電池にそのとき実際に蓄積されている電池容量を示
す積算電池容量を随時算出するようにしたものもある。

【０００３】セル短絡は、蓄電池装置が充放電を何度も
繰り返すことにより、ニッケルカドミウム蓄電池のセル
内部のセパレータ中に針状の金属カドミウムが生成さ
れ、これが正負の電極板間を短絡させる現象である。そ
して、このようなセル短絡が発生すると、そのセルはも
はや蓄電池としての用をなさなくなる。そこで、蓄電池
装置の短絡セル数検出装置は、充電時に蓄電池装置内で
直列接続された全セルの端子電圧を測定し、この端子電
圧が一部のセルの内部抵抗の低下により異常に低くなっ
た場合にセル短絡が発生していると判断し、このセル短
絡が発生したセルの数を検出するようになっている。ま
た、このセル短絡が多数のセルで発生した場合には、蓄
電池装置が十分な電圧を供給することができなくなるの
で、電池異常として外部に通知を行う。

【０００４】ドライアップは、過充電等によりニッケル
カドミウム蓄電池のセル内部の電解液がガス化し消耗す
ることにより内部抵抗が異常に上昇する現象である。そ
して、蓄電池装置のドライアップ検出装置は、充電時に
蓄電池装置内で直列接続された全セルの端子電圧を測定
し、この端子電圧が一部のセルの内部抵抗の上昇により
異常に高くなった場合にこのドライアップを検出するよ
うになっている。また、このようなドライアップが１個
のセルにでも発生すると、内部抵抗の上昇により蓄電池
装置が十分な電流を供給することができず充電を行うこ
とも困難になるので、この場合には直ちに電池異常とし
て外部に通知を行う。

【０００５】積算電池容量は、例えばニッケルカドミウ
ム蓄電池の完全放電状態のときの値を０ｍＡｍ秒（ミリ
アンペアミリ秒）として、充電時には充電電流を時間積
分して得た充電容量を加算し、放電時には放電電流を時
間積分して得た放電容量を減算する積算処理を繰り返す
ことにより算出した値である。従って、この積算電池容
量は、蓄電池装置にそのとき実際に貯えられている電池
容量を表すことになり、充電時には、定格電池容量に対
する割り合いを求めて充電の進捗状況を示すために利用
でき、また、放電時には、この積算電池容量がそのまま
残存容量を示すことになり、以降充電を行うことなく利
用可能な残りの電池容量を知らせることができる。ただ
し、このような充電容量と放電容量の積算を繰り返すと
誤差が累積されるので、蓄電池装置の積算電池容量算出
装置は、例えばニッケルカドミウム蓄電池の端子電圧が
所定電圧以下になると完全放電されたものとみなして、
そのときの積算電池容量を０ｍＡｍ秒に再設定して積算
の初期化を行うようにしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、ニッケルカ
ドミウム蓄電池の端子電圧は、充電時の充電電流の大き
さに影響されるものであり、急速充電のために大きな充
電電流を供給すると、この端子電圧も上昇することにな
る。しかしながら、従来の短絡セル数検出装置は、セル
短絡の基準となる１セル当たりのセル電圧を一定の値と
し、測定した端子電圧がこのセル電圧と実装されたセル
の数を示す定格セル数との積よりも何セル分だけ低電圧
であるかによって短絡セル数を検出していたため、充電
電流が小さい場合にはこの短絡セル数が過剰に検出さ
れ、また充電電流が大きい場合にはこの短絡セル数が実
際より少なく検出されるという問題があった。そして、
このように短絡セル数が不正確になると、電池異常が誤
検出されるおそれも生じる。

【０００７】また、ドライアップ検出装置や積算電池容
量算出装置は、測定した端子電圧から蓄電池装置のセル
数を除算して１セル当たりのセル電圧を算出し、このセ
ル電圧が所定値以上であればドライアップを検出すると
共に、所定値以下であれば完全放電状態を検出し積算電
池容量を０ｍＡｍ秒に再設定するようになっているの
で、計算に用いる蓄電池装置のセル数は、実装された定
格セル数から既にセル短絡を起こした短絡セル数を差し
引いた値とする必要がある。従って、この短絡セル数が
不正確な場合にはドライアップ検出装置によるドライア
ップの検出や積算電池容量算出装置による完全放電状態
の検出が信頼性の低いものになるという問題も発生する
ことになる。

【０００８】本発明は、上記事情に鑑み、充電電流に応
じた１セル当たりの予測セル電圧に基づき正確な短絡セ
ル数を求めることができる短絡セル数検出機能付蓄電池
装置を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１の短絡セル数検出機能付蓄電池装置は、複
数のセルからなる充電可能な蓄電池と、充電時に蓄電池
に流入する充電電流を検出する充電電流検出手段と、充
電時における蓄電池の端子電圧を検出する端子電圧検出
手段と、セル電圧を予測する初期値として予め設定した
電圧値を、充電電流検出手段が検出した充電電流に基づ
いて、この充電電流が大きくなるほどより高い電圧値と
する所定の変換手順に従って変換し、この変換した電圧
値を１セル当たりのセル電圧を予測した予測セル電圧と
して算出する予測セル電圧算出手段と、蓄電池の定格セ
ル数を記録する定格セル数記録手段と、予測セル電圧算
出手段が算出した予測セル電圧と定格セル数記録手段に
記録された定格セル数との積から端子電圧検出手段が検
出した端子電圧を減算し、この減算結果をさらに予測セ
ル電圧で除算することにより短絡セル数を求める短絡セ
ル数算出手段とを備えたことを特徴としている。

【００１０】請求項２の短絡セル数検出機能付蓄電池装
置は、請求項１の構成に加え、短絡セル数算出手段が算
出した短絡セル数の小数点以下の値を切り捨てて短絡セ
ル数を整数化する短絡セル数整数化手段が設けられたこ
とを特徴としている。

【００１１】

【作用】本発明の短絡セル数検出機能付蓄電池装置に装
備される充電可能な蓄電池としては、ニッケルカドミウ
ム蓄電池等の全ての２次電池が含まれる。

【００１２】充電電流検出手段は、例えば抵抗値の極め
て低い抵抗器を蓄電池に直列に接続しておき、この蓄電
池に流入する方向の電流による抵抗器での電圧降下を測
定することにより充電電流を検出することができる。端
子電圧検出手段は、この充電時における蓄電池の複数の
セル全体の端子電圧を検出する。

【００１３】予測セル電圧算出手段は、例えば充電電流
が０Ａのときに予測されるセル電圧を初期値として予め
設定し、上記充電電流検出手段が検出した充電電流に基
づいて、充電電流が大きくなるほどこの初期値よりも高
い電圧値となるような所定の変換手順に従い予測セル電
圧を算出する。予測セル電圧は、セル短絡が発生してい
ないセルについて、１セル当たりのセル電圧を充電電流
の大きさに応じて予測したものである。従って、セル短
絡が発生していなければ、蓄電池装置に実装された蓄電
池の定格セル数にこの予測セル電圧を乗算した値は、充
電時に端子電圧検出手段が検出する端子電圧に一致する
筈である。この蓄電池装置の定格セル数は、定格セル数
記録手段に記録されている。定格セル数は、蓄電池装置
の種類ごとに固定であるため、定格セル数記録手段は読
み出し専用の記録手段を用いることができる。

【００１４】上記予測セル電圧算出手段が実行する変換
手順は、充電電流をパラメータとして所定の計算を行う
手順の他、例えば予め各充電電流の値ごとに設定された
予測セル電圧の値のテーブルを参照して当該充電電流に
対応する予測セル電圧を求める手順等であってもよく、
本来の演算処理以外の方法によって予測セル電圧を算出
することができる。また、この変換手順は、任意の２種
類の充電電流に対して、大きな充電電流の方が小さい充
電電流よりも低い予測セル電圧が得られようなことがあ
ってはならないが、局所的には大小の充電電流に対して
同じ値の予測セル電圧が得られる場合があってもよい。

【００１５】短絡セル数算出手段は、まず予測セル電圧
算出手段が算出した予測セル電圧と定格セル数記録手段
に記録された定格セル数との積から端子電圧検出手段が
検出した端子電圧を減算する。即ち、上記のように、セ
ル短絡が発生していなければこの減算結果はほぼ０Ｖと
なる筈であるが、セル短絡が発生している場合には、セ
ル短絡を起こしたセルの内部抵抗がほぼ０Ωとなるた
め、短絡セル数に比例してこの減算結果が大きな電圧値
を示すようになる。従って、短絡セル数算出手段は、こ
の減算結果をさらに予測セル電圧で除算することにより
短絡セル数を求めることができる。

【００１６】この結果、請求項１の短絡セル数検出機能
付蓄電池装置によれば、充電電流の大きさに応じて１セ
ル当たりのセル電圧を予測した予測セル電圧を算出し、
この予測セル電圧に基づいて実際の端子電圧から短絡セ
ル数を計算するようにしているので、正確な短絡セル数
を検出することができるようになる。

【００１７】なお、短絡セル数算出手段等での演算手順
は、実質的に同じ演算であれば、具体的な演算形式は問
わない。即ち、例えば予測セル電圧算出手段が全てのセ
ルを直列接続したときの端子電圧を予測した予測端子電
圧を求めるものとし、短絡セル数算出手段では、この予
測端子電圧から端子電圧検出手段が検出した端子電圧を
減算し、この減算結果をさらに予測端子電圧で除算する
と共に定格セル数記録手段に記録された定格セル数を乗
算して短絡セル数を求めることもできる。

【００１８】ここで検出される短絡セル数は頻繁に変化
するものではないため、充電時において、通常は例えば
充電容量が定格電池容量の所定の割り合いを超えたとき
にのみ１回の検出を行うようにする。また、この短絡セ
ル数の検出精度をさらに高めるために、端子電圧検出手
段による端子電圧の検出を複数回行ってその平均値を採
用することによりノイズの影響を排除したり、検出結果
の短絡セル数も複数回同じ値が検出されなければ有効な
結果として採用しないようにして誤検出を回避させるよ
うにすることもできる。

【００１９】請求項２の短絡セル数検出機能付蓄電池装
置では、短絡セル数整数化手段が上記短絡セル数算出手
段によって算出された短絡セル数を整数化する。短絡セ
ル数算出手段による実際の演算では、結果に小数点以下
の端数が発生するのが通常である。しかし、セル短絡
は、セル内の正負の電極板間が短絡する現象であるた
め、直列接続されたセルの内部がさらに分割されて部分
的に短絡するという状態は考えられず、このため短絡セ
ル数も普通は整数となる。従って、請求項２では、短絡
セル数算出手段が算出した短絡セル数を整数化すること
により、この短絡セル数を一般概念通りの整数の値とし
て得ることができるようにしている。

【００２０】

【実施例】以下、図面を参照しながら、本発明の実施例
を詳述する。

【００２１】図１乃至図５は本発明の一実施例を示すも
のであって、図１は図２に示した短絡セル数検出処理の
動作を示すフローチャート、図２はマイクロコンピュー
タにおける割り込みルーチンの動作を示すフローチャー
ト、図３は蓄電池装置の構成を示すブロック図、図４は
充電電流と予測セル電圧との関係を示す図、図５はＥＥ
ＰＲＯＭにおける短絡セル数の記録領域のメモリマップ
である。

【００２２】本実施例の蓄電池装置は、１チップマイク
ロコンピュータによって短絡セル数検出装置の演算制御
部を構成した場合について説明する。

【００２３】この蓄電池装置は、図３に示すように、ニ
ッケルカドミウム蓄電池１と共にマイクロコンピュータ
基板２をケース内に収納したものである。ニッケルカド
ミウム蓄電池１は、複数のセル１ａを直列に接続したも
のであり、正極が蓄電池装置の正極端子３に接続される
と共に、負極がシャント抵抗４を介して負極端子５に接
続されている。そして、蓄電池装置の充放電は、これら
正極端子３と負極端子５を通じて行われる。シャント抵
抗４は、抵抗値が数ｍΩ程度の極めて低抵抗の抵抗器で
あり、ここに流れる電流の大きさを検出するための検流
器の役割を果たすものである。また、この蓄電池装置内
には、サーモスタット６とサーミスタ７がニッケルカド
ミウム蓄電池１の近傍に配置され、それぞれの導通状態
や抵抗値を外部端子から読み出せるようになっている。
サーモスタット６は、温度が所定値以上に上昇すると遮
断されるので、この導通状態を外部から読み出すことに
よりニッケルカドミウム蓄電池１の充電末期を検出する
ことができる。サーミスタ７は、ニッケルカドミウム蓄
電池１の温度に応じて抵抗値が変化するので、この抵抗
値を外部から読み出すことにより、充電完了の時期等を
検出するのに利用することができる。

【００２４】マイクロコンピュータ基板２は、マイクロ
コンピュータ２ａとその周辺回路を実装した回路基板で
ある。マイクロコンピュータ２ａは、アナログ信号を入
力してＡＤ変換を行うアナログポートＡＤ1 〜ＡＤ3 を
備えている。そして、第１のアナログポートＡＤ1 に
は、上記ニッケルカドミウム蓄電池１の端子電圧が端子
電圧入力回路２ｂを介して入力され、第２のアナログポ
ートＡＤ2 には、上記シャント抵抗４の充電電流による
電圧降下が充電電流入力回路２ｃを介して入力され、第
３のアナログポートＡＤ3 には、このシャント抵抗４の
放電電流による電圧降下が放電電流入力回路２ｄを介し
て入力されるようになっている。端子電圧入力回路２ｂ
は、ニッケルカドミウム蓄電池１の端子電圧を抵抗分圧
によりＡＤ変換可能な電圧範囲に変換して第１のアナロ
グポートＡＤ1 に送るインターフェイス回路である。ま
た、充電電流入力回路２ｃと放電電流入力回路２ｄは、
オペアンプ（演算増幅器）に負帰還を施すことにより所
定の利得を得るようにした反転増幅器と非反転増幅器で
あり、充電電流と放電電流に対応する電圧降下をそれぞ
れＡＤ変換可能な電圧範囲に変換して第２と第３のアナ
ログポートＡＤ2 ，ＡＤ3 に送るインターフェイス回路
である。ただし、充電電流入力回路２ｃは、シャント抵
抗４に充電電流が流れた場合に正となる電圧を出力し、
放電電流入力回路２ｄは、シャント抵抗４に放電電流が
流れた場合に正となる電圧を出力するようになってい
て、それぞれ負電圧は０Ａの電流値として取り扱われる
ので、第２と第３のアナログポートＡＤ2 ，ＡＤ3 に
は、充電電流と放電電流とが区別して入力される。この
結果、これらのアナログポートＡＤ1 〜ＡＤ3 には、そ
れぞれニッケルカドミウム蓄電池１の端子電圧，充電電
流及び放電電流の各値が入力され内部でディジタル信号
に変換されることになる。なお、第１のアナログポート
ＡＤ1 に入力される端子電圧の値には、実際にはシャン
ト抵抗４の電圧降下も含まれることになるが、この電圧
降下はほとんど無視できる。

【００２５】このマイクロコンピュータ２ａは、ディジ
タル入出力を行うＩＯポートＤ0 〜Ｄ10を備えている。
ＩＯポートＤ0 〜Ｄ3 には、外部記憶装置であるＥＥＰ
ＲＯＭ２ｅが接続されている。ＥＥＰＲＯＭ２ｅは、電
気的な書き込みが可能な不揮発性の半導体記憶装置であ
るＥＥＰＲＯＭ[Electrically Erasable Programmable
Read-Only Memory] からなり、このＩＯポートＤ0 〜Ｄ
3 を介してＥＥＰＲＯＭ２ｅに対してデータの読み書き
を行うことができるようになっている。このＥＥＰＲＯ
Ｍ２ｅには、予め定格電池容量や定格セル数等の当該蓄
電池装置に固有の電池情報が書き込まれ記憶されると共
に、短絡セル数等の動的な電池情報も随時書き込み更新
されて記憶されている。ＩＯポートＤ4 〜Ｄ8 には、５
個のＬＥＤ[Light Emitting Diode]を備えたＬＥＤアレ
イ２ｆが接続され、各ＩＯポートＤ4 〜Ｄ8 に対応する
ＬＥＤを任意に点灯させることができるようになってい
る。ＩＯポートＤ9 には、蓄電池装置の外部端子である
通信端子９が接続され、この通信端子９を介して充電器
等と通信を行うことができるようになっている。ＩＯポ
ートＤ10には、蓄電池装置表面に操作部が設けられた操
作スイッチ８が接続され、この操作スイッチ８の操作を
読み込むことができるようになっている。

【００２６】上記マイクロコンピュータ２ａは、ニッケ
ルカドミウム蓄電池１から電源回路２ｇを介して定電圧
電源の供給を受けるようになっている。また、このマイ
クロコンピュータ２ａ内部のＡＤ変換回路やＥＥＰＲＯ
Ｍ２ｅ及びＬＥＤアレイ２ｆも図示しない電源回路を介
してニッケルカドミウム蓄電池１から電源の供給を受け
るようになっている。ただし、これらＡＤ変換回路等の
電源は、マイクロコンピュータ２ａによって必要時にの
み供給が行われるように制御され、無駄な電力を消費し
ないようになっている。

【００２７】上記構成の蓄電池装置の短絡セル数検出装
置の動作を図１及び図２のフローチャートに基づいて説
明する。

【００２８】マイクロコンピュータ２ａは、内部のＰＲ
ＯＭ[Programmable Read-Only Memory] に格納されたプ
ログラムに従ってＣＰＵ[Central Processing Unit] が
各ポートＡＤ1 〜ＡＤ3 及びＤ0 〜Ｄ10の入出力を行う
ことにより制御動作を行う。また、このマイクロコンピ
ュータ２ａは、内部にタイマ割り込み機能を備え、タイ
マに設定された時間間隔ごとにハードウエア割り込みに
よってプログラムの割り込みルーチンを呼び出すことが
できるようになっている。そして、短絡セル数検出装置
は、この割り込みルーチンによって実現される。

【００２９】この割り込みルーチンは、制御が待機状態
にある場合には、電力消費を抑制するために比較的長い
タイマ時間Ｔ1 間隔で呼び出されるように設定されてい
る。そして、この割り込みルーチンが呼び出されると、
図２に示すように、まず最初のステップ（以下「Ｓ」と
いう）において、アナログポートＡＤ2 に入力された充
電電流の値をＡＤ変換することにより検出を行う（Ｓ
１）。次に、充電状態の設定が行われているかどうかを
調べ（Ｓ２）、充電状態が設定されていない場合には、
検出した充電電流の値が充電開始電流Ｉmin 以上かどう
かの判断を行う（Ｓ３）。そして、充電開始電流Ｉmin
に満たないと判定された場合には、制御が通常の待機状
態かその他の状態にあり、かつ、充電も開始されていな
いことを示すので、直ちに割り込みルーチンを終了す
る。

【００３０】ここで、蓄電池装置の充電が開始される
と、その後最初に呼び出された割り込みルーチンの上記
Ｓ３の処理において充電電流が充電開始電流Ｉmin 以上
になったと判定されるので、まず自身のタイマ割り込み
の時間をタイマ時間Ｔ1 よりも短いタイマ時間Ｔ2 間隔
に設定すると共に（Ｓ４）、充電状態の設定を行い（Ｓ
５）、制御を待機状態から充電状態に移行させる。そし
て、検出した充電電流の値にタイマ割り込みの時間間隔
であるタイマ時間Ｔ2 を乗算することにより充電容量の
算出を行う（Ｓ６）。ここで算出した充電容量を積算す
れば、充電電流を時間積分したことになるので、これに
より充電によってニッケルカドミウム蓄電池１に蓄積さ
れた電荷量を検出することができる。また、この際、充
電電流にこの充電電流の大きさや充電回数に応じて変化
する充電効率も合わせて乗算しておけば、より正確な充
電容量を算出することができるようになる。なお、この
充電状態でタイマ割り込みの時間を待機状態のタイマ時
間Ｔ1 間隔よりも短いタイマ時間Ｔ2 間隔に設定するの
は、充電電流に基づき充電容量を精密に検出するためで
あり、これにより、充電電流が不安定な場合や著しく変
化する場合にも対応することができる。

【００３１】上記のようにして充電容量が算出される
と、マイクロコンピュータ２ａの内部のＲＡＭ[Random
Access Memory]に記憶されている充電電流の値と積算電
池容量の更新を行うと共に（Ｓ７）、短絡セル数検出処
理を実行する（Ｓ８）。Ｓ７における充電電流の値の更
新は、ＲＡＭに記憶されている値を新たに検出した値に
書き換えることにより行う。また、積算電池容量の更新
は、まずＲＡＭから読み出した前回の積算電池容量に今
回算出した上記充電容量を加算し、この加算結果を新た
な積算電池容量としてＲＡＭに書き込むことにより行
う。

【００３２】Ｓ８の短絡セル数検出処理は、ニッケルカ
ドミウム蓄電池１の複数のセル１ａのうちからセル短絡
が発生したセル１ａの数を検出しＥＥＰＲＯＭ２ｅに記
録する処理である。ただし、この短絡セル数の検出は、
１回の充電で１度だけ行うようになっている。即ち、こ
の短絡セル数検出処理は、図１に示すように、まずＳ７
の処理による更新前の積算電池容量がＥＥＰＲＯＭ２ｅ
に記憶されている定格電池容量のＲ％未満であるかどう
かを判断し（Ｓ２１）、次にＳ７の処理による更新後の
積算電池容量が定格電池容量のＲ％以上であるかどうか
を判断する（Ｓ２２）。そして、更新前の積算電池容量
が定格電池容量のＲ％未満でないか、又は、更新後の積
算電池容量が定格電池容量のＲ％以上でない場合には、
このＳ８の短絡セル数検出処理を直ちに終了する。しか
し、更新前の積算電池容量が定格電池容量のＲ％未満で
あり、かつ、更新後の積算電池容量が定格電池容量のＲ
％以上である場合、即ち充電により積算電池容量が定格
電池容量のＲ％を丁度超えたときには、１度だけ短絡セ
ル数の検出を行う。この短絡セル数の検出は、まずアナ
ログポートＡＤ1 に入力された端子電圧の値をＡＤ変換
することにより検出を行うと共に（Ｓ２３）、先に検出
した充電電流の値に基づいて内部のＰＲＯＭから予測セ
ル電圧を読み出す（Ｓ２４）。

【００３３】Ｓ２３の端子電圧の検出では、ノイズの影
響を避けるために、アナログポートＡＤ1 に入力された
端子電圧の値を連続して複数回ＡＤ変換して読み込み、
これらの値の最大値と最小値を除いた残りの値の平均を
求めて、これを有効な端子電圧としている。また、充電
時におけるニッケルカドミウム蓄電池１の１個のセル１
ａのセル電圧は、このセル１ａが正常であれば、１．３
Ｖ〜１．６Ｖ程度の範囲内で充電電流が大きいほど高い
電圧となる。そこで、本実施例では、この１個のセル１
ａのセル電圧を予測セル電圧Ｖsel として充電電流Ｉの
一次式で近似し、式Ｖsel ＝Ｖsel0＋ｋＩを計算するこ
とにより求める。ここでＶsel0は、充電電流Ｉが０Ａの
ときの仮想的な予測セル電圧の初期値である。また、ｋ
は、０に近い正の定数である。従って、この充電電流と
予測セル電圧との関係は、図４に示すような右上がりの
直線で表され、充電電流が大きくなるほど、予測セル電
圧が徐々に高くなることになる。Ｓ２４の処理では、充
電電流の値に基づいてこの式Ｖsel ＝Ｖsel0＋ｋＩの計
算を行うことにより予測セル電圧を算出することもでき
る。しかしながら、このような演算はマイクロコンピュ
ータ２ａに無駄な負担をかけることになるため、ここで
は、予め内部のＰＲＯＭに記憶させておいた予測セル電
圧を読み出すＲＯＭテーブル方式を用いている。即ち、
充電電流を適当な範囲ごとに分類し、各範囲を代表する
充電電流に対する予測セル電圧を予め計算してそれぞれ
ＰＲＯＭに書き込んでおくことにより、Ｓ２４の処理で
は、検出した充電電流に対応するこのＰＲＯＭの予測セ
ル電圧を読み出すだけで済むようにしている。

【００３４】上記のようにして予測セル電圧が読み出さ
れると、この予測セル電圧と先に検出した端子電圧とＥ
ＥＰＲＯＭ２ｅに記憶された定格セル数から短絡セル数
を算出し（Ｓ２５）、この検出した短絡セル数をＥＥＰ
ＲＯＭ２ｅに記録して（Ｓ２６）、Ｓ８の短絡セル数検
出処理を終了する。

【００３５】Ｓ２５の処理では、予測セル電圧をＶsel
，端子電圧をＶ及び定格セル数をＮとして、短絡セル
数ＮS を式ＮS ＝ＩＮＴ（（Ｎ×Ｖsel −Ｖ）／Ｖsel
）によって算出している。即ち、部分式（Ｎ×Ｖsel
−Ｖ）は、定格セル数Ｎと予測セル電圧Ｖsel との積に
よって端子電圧を予測し、この予測した端子電圧Ｎ×Ｖ
sel から実際に検出した端子電圧Ｖを減算したものであ
り、各セル１ａでセル短絡が起きていなければ減算結果
はほぼ０Ｖとなる筈である。しかし、セル短絡が発生し
ている場合には、セル短絡を起こしたセル１ａの内部抵
抗がほぼ０Ωとなるため、短絡セル数に比例してこの部
分式（Ｎ×Ｖsel −Ｖ）が大きな電圧値を示すようにな
る。従って、この部分式（Ｎ×Ｖsel −Ｖ）を予測セル
電圧Ｖsel で除算すれば、セル短絡を起こしているセル
１ａの数である短絡セル数を求めることができる。ただ
し、この除算によって求めた短絡セル数は、通常は小数
点以下の端数を有するが、セル短絡はセル１ａ内の正負
の電極板間が短絡する現象であり、セル１ａ内が部分的
に短絡するという状態は考えられないため短絡セル数も
一般には整数となる。従って、Ｓ２５の演算では、引数
の値を整数化するＩＮＴ関数を用いて小数点以下の端数
を切り捨て整数の短絡セル数ＮS を求めている。

【００３６】このようにして検出した短絡セル数は、Ｓ
２６の処理によりＥＥＰＲＯＭ２ｅに記録される。ＥＥ
ＰＲＯＭ２ｅは、各アドレスに１６ビットのデータを記
憶できるようになっていて（１６ビットアドレス）、短
絡セル数の記録領域には、図５に示すように、連続する
１２のアドレスにそれぞれ１セルから１２セルまでの各
短絡セル数を割り当てると共に、それぞれのアドレスに
０から６５５３５までの検出回数の数値が記録できるよ
うになっている。また、各アドレスの数値は、蓄電池装
置の工場出荷時には全て０に初期化される。そして、Ｓ
２６の処理は、例えば２セルが短絡セル数として検出さ
れたとすると、この短絡セル数の２セルに対応するＥＥ
ＰＲＯＭ２ｅ上のアドレスに記録された数値をインクリ
メントして更新することになる。従って、ここで検出さ
れた短絡セル数は、ＥＥＰＲＯＭ２ｅ上でヒストグラム
状の表として記録されることになる。なお、ここで記録
された短絡セル数を電池異常の判断等に利用する場合に
は、検出の慎重を期すために、検出回数が３回以上のセ
ル数のうちで最大のセル数のものを有効な短絡セル数と
する。従って、例えば１回又は２回だけ５セルの短絡セ
ル数が検出され記録されたとしても、３回以上検出され
た短絡セル数の最大値が４セルであったとすれば、有効
な短絡セル数は４セルとされる。

【００３７】一旦充電が開始されると、以降に呼び出さ
れる割り込みルーチンでは、上記Ｓ２の処理において充
電状態が設定されていると判定される。そして、この場
合にも、引き続いて、検出した充電電流の値が充電開始
電流Ｉmin 以上かどうかの判断を行い（Ｓ９）、充電開
始電流Ｉmin 以上であると判定された場合には、上記Ｓ
６〜Ｓ８の処理を実行した後に割り込みルーチンを終了
する。

【００３８】上記充電作業は、作業者が蓄電池装置を充
電器から外したり、充電器が−ΔＶ充電方式等によって
自動的に満充電を検出した場合に完了する。充電が完了
すると、充電電流が供給されなくなるため、その後最初
に呼び出される割り込みルーチンでの図２に示すＳ９の
処理において、この充電電流が充電開始電流Ｉmin 未満
になったと判定されるので、タイマ割り込みの時間をタ
イマ時間Ｔ1 間隔に戻すと共に（Ｓ１０）、充電状態の
解除を行い（Ｓ１１）、ＲＡＭの充電電流の値を０Ａに
更新して（Ｓ１２）から割り込みルーチンを終了する。
そして、これにより制御が充電状態から最初の待機状態
に戻る。ただし、充電開始時の残存容量が定格電池容量
のＲ％以上であったり、積算電池容量が定格電池容量の
Ｒ％に達するまでに充電を中止した場合には、上記Ｓ８
の処理で短絡セル数の検出が実際に行われることはな
い。

【００３９】以上説明したように、本実施例の蓄電池装
置の短絡セル数検出装置によれば、予測セル電圧に基づ
いて予測した端子電圧と実際に検出した端子電圧との差
から短絡セル数を計算する際に、充電電流の大きさに応
じたセル電圧の変化を考慮するので、正確な短絡セル数
を検出することができるようになる。そして、これによ
り、例えば短絡セル数が所定数以上になると電池異常で
あると判断する場合に、この判断の信頼性を高めること
ができるようになる。

【００４０】また、ドライアップの検出の際には、ニッ
ケルカドミウム蓄電池１の各セル１ａのセル電圧が異常
に高い電圧になっていないかどうかを判断するために、
定格セル数から短絡セル数を差し引いた値で端子電圧を
除算している。従って、本実施例の短絡セル数検出装置
によって正確な短絡セル数を検出することにより、ドラ
イアップの検出も信頼性の高いものとすることができ
る。

【００４１】さらに、ＲＡＭに記憶される積算電池容量
は、例えばニッケルカドミウム蓄電池１が完全放電状態
となっている蓄電池装置の製造直後に０ｍＡｍ秒の値に
設定し、以降、充電時には上記充電容量を加算すると共
に、放電時には本実施例では説明していない方法によっ
て算出した放電容量を減算する積算処理を繰り返すこと
により、ニッケルカドミウム蓄電池１にそのとき実際に
貯えられている電池容量を随時表すようになっている。
そして、この際、放電時にニッケルカドミウム蓄電池１
の各セル１ａのセル電圧が所定電圧以下になると完全放
電されたものとして、積算電池容量を０ｍＡｍ秒の値に
再設定し、積算による誤差の累積を防止している。従っ
て、この場合にも、セル電圧を所定電圧と比較するため
に、定格セル数から短絡セル数を差し引いた値で端子電
圧を除算する必要があり、本実施例の短絡セル数検出装
置によって正確な短絡セル数を検出することにより、こ
の積算電池容量の再設定も適切に行うことができるよう
になる。

【００４２】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の短絡セル数検出機能付蓄電池装置によれば、予測セル
電圧に基づいて予測した端子電圧と実際に検出した端子
電圧との差から短絡セル数を計算する際に、充電電流の
大きさに応じたセル電圧の変化を考慮するので、正確な
短絡セル数を検出することができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すものであって、図２に
示した短絡セル数検出処理の動作を示すフローチャート
である。

【図２】本発明の一実施例を示すものであって、マイク
ロコンピュータにおける割り込みルーチンの動作を示す
フローチャートである。

【図３】本発明の一実施例を示すものであって、蓄電池
装置の構成を示すブロック図である。

【図４】本発明の一実施例を示すものであって、充電電
流と予測セル電圧との関係を示す図である。

【図５】本発明の一実施例を示すものであって、ＥＥＰ
ＲＯＭにおける短絡セル数の記録領域のメモリマップで
ある。

【符号の説明】

１ニッケルカドミウム蓄電池２マイクロコンピュータ基板２ａマイクロコンピュータ２ｂ端子電圧入力回路２ｃ充電電流入力回路２ｅＥＥＰＲＯＭ４シャント抵抗

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のセルからなる充電可能な蓄電池
と、充電時に蓄電池に流入する充電電流を検出する充電電流
検出手段と、充電時における蓄電池の端子電圧を検出する端子電圧検
出手段と、セル電圧を予測する初期値として予め設定した電圧値
を、充電電流検出手段が検出した充電電流に基づいて、
この充電電流が大きくなるほどより高い電圧値とする所
定の変換手順に従って変換し、この変換した電圧値を１
セル当たりのセル電圧を予測した予測セル電圧として算
出する予測セル電圧算出手段と、蓄電池の定格セル数を記録する定格セル数記録手段と、予測セル電圧算出手段が算出した予測セル電圧と定格セ
ル数記録手段に記録された定格セル数との積から端子電
圧検出手段が検出した端子電圧を減算し、この減算結果
をさらに予測セル電圧で除算することにより短絡セル数
を求める短絡セル数算出手段とを備えたことを特徴とす
る短絡セル数検出機能付蓄電池装置。
【請求項２】短絡セル数算出手段が算出した短絡セル数
の小数点以下の値を切り捨てて短絡セル数を整数化する
短絡セル数整数化手段が設けられたことを特徴とする請
求項１に記載の短絡セル数検出機能付蓄電池装置。