JP4057193B2 - 電池並列使用時の異常検出方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池並列使用時の異常検出方法に関し、特に直列に接続された2次電池が並列に接続される電池並列接続回路の異常検出方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
2次電池の使用形態として、高電圧を得るために複数の電池を直列に接続した回路を、高容量を得るために並列に接続する場合がある。これらの2次電池の一部に内部短絡等の不具合が生じたことを検出する方法としては、次の2つの方法が提案されている。
【0003】
まず直列回路毎の電圧を検出したり電流値を検出することにより不具合が生じたことによる電圧降下や電流値の増大を、他の直列回路との比較により検知したり、1つの直列回路を複数ブロックに分割して、細かくブロック電圧を監視することが考えられるが、これらの検出方法は装置が複雑になるため故障やばらつきが発生する可能性が大きく、実用的ではなかった。
【0004】
一方、過充電の不具合が生じた2次電池が接続された直列回路に流れる電流が上昇することを利用して検出する方法も提案されている。すなわち、過充電、過放電等の不具合が生じた2次電池が接続された直列回路に流れる電流が上昇すると、不具合が生じた2次電池が接続された直列回路の温度が上昇する。このため、2次電池が直列に接続された複数の直列回路が並列に接続される電池並列接続回路の異常の検出は、複数の直列回路から検出した温度の絶対値に基づいて管理することもできる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、複数の直列回路から検出した温度の絶対値により電池並列接続回路の異常の検出を管理すると、以下の課題が生ずる。
【0006】
複数の直列回路の温度は、電池並列接続回路の外部の環境温度の影響を受けやすい。電池並列接続回路の外部の環境温度が高い場合には、複数の直列回路の温度も外部の環境温度の影響を受けて高くなる。
【0007】
このため、外部の環境温度が高い場合には、電池並列接続回路の2次電池に過充電、過放電等の不具合が生じていないにもかかわらず、直列回路から検出した温度が上昇する。この結果、複数の直列回路から検出した温度の絶対値により電池並列接続回路の異常を検出しようとすると、電池並列接続回路の2次電池に不具合が生じていないにもかかわらず、電池並列接続回路に異常が発生したという判定をしてしまうおそれがある。
【0008】
本発明は係る課題を解決するために為された。本発明の目的は、電池並列接続回路の外部の環境温度の影響を受けることなく、確実に電池並列接続回路の2次電池における過充電、過放電等の異常を検出する方法を提供する事にある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る電池並列接続回路の異常検出方法は、2次電池が並列に接続される電池並列接続回路の異常検出方法であって、前記電池並列接続回路は、直列接続される複数の第1電池を含む第1回路と、直列接続される複数の第2電池を含む第2回路とを備え、前記複数の第1電池の少なくとも1つは、第1温度検出手段が接続される第3電池を含み、前記複数の第2電池の少なくとも1つは、第2温度検出手段が接続される第4電池を含み、前記第1温度検出手段と前記第2温度検出手段とは、前記電池並列接続回路の異常を検出する異常検出部に接続され、前記第1温度検出手段が、前記第3電池の第1温度を検出する第1ステップと、前記第2温度検出手段が、前記第4電池の第2温度を検出する第2ステップと、前記異常検出部が、前記第1温度検出手段により検出された第1温度と前記第2温度検出手段により検出された第2温度との温度差に基づいて、前記電池並列接続回路の異常を検出する第3ステップとを包含し、このことにより上記目的が達成される。
【0010】
前記第3ステップは、前記温度差が一定値を超えた場合に、前記電池並列接続回路が異常であると判定する第4ステップを包含してもよい。
【0011】
前記第3ステップは、前記温度差が一定値を超えた場合に、前記第1温度が前記第2温度よりも高いときは、前記第1回路に異常電池が存在すると判定し、前記第2温度が前記第1温度よりも高いときは、前記第2回路に異常電池が存在すると判定する第5ステップをさらに包含してもよい。
【0012】
【発明の実施の形態】
図1は、本実施の形態に係る電池並列接続回路と電池並列接続回路の異常検出部との構成を示す。電池並列接続回路1は、第1回路3と第2回路4と抵抗7とを備える。第1回路3と第2回路4とは並列に接続される。
【0013】
第1回路3は、直列接続される複数の第1電池A1、A2、A3、…、Anを含む。第2回路4は、直列接続される複数の第2電池B1、B2、B3、…、Bnを含む。
【0014】
異常検出部2は、第1電池A1に接続される温度検出部5Aと第2電池B1に接続される温度検出部5Bと、温度検出部5Aと温度検出部5Bとに接続される異常判定部6とを備える。
【0015】
複数の第1電池A1、A2、A3、…、Anおよび複数の第2電池B1、B2、B3、…、Bnをそれぞれ直列接続し、さらにこれらを並列接続して使用する電池並列接続回路1の安全制御を説明する。
【0016】
複数の第1電池A1、A2、A3、…、Anおよび複数の第2電池B1、B2、B3、…、Bnをそれぞれ直列接続し、さらにこれらを並列接続して使用するとき、セル単位での特性に大きなばらつきがない場合には、第1回路3と第2回路4とのそれぞれの起電力と抵抗値が等しいので、複数の第1電池A1、A2、A3、…、Anおよび複数の第2電池B1、B2、B3、…、Bnの充放電に関して、第1回路3と第2回路4とのそれぞれに流れる電流値I1、I2は等しくなる。
【0017】
第1回路3と第2回路4との充電状態に差がある場合であっても、第1回路3と第2回路4との電圧が等しくなるように第1回路3と第2回路4とに電流が流れるので、充放電が繰り返されると第1回路3と第2回路4との充電状態はほぼ等しいレベルに収束する。
【0018】
このように、複数の第1電池A1、A2、A3、…、Anおよび複数の第2電池B1、B2、B3、…、Bnをそれぞれ直列接続し、さらにこれらを並列接続して使用する電池並列接続回路では、電池並列接続回路全体の充電状態が一定レベルに収束するので、部分的な過充電、過放電は基本的には生じない。
【0019】
直列接続されたの複数の第1電池A1、A2、A3、…、Anおよび複数の第2電池B1、B2、B3、…、Bnの内の1つのセルが内部短絡した場合には、内部短絡したセルを含む第1回路3または第2回路4の電圧は、内部短絡していない正常なセルのみで構成される第2回路4または第1回路3よりも1セル分電圧が低下する。このため第1回路3の電圧と第2回路4の電圧との間で電圧差が生じる。
【0020】
この電圧差を補正するため、正常なセルのみで構成される第2回路4または第1回路3から内部短絡した異常セルを含む第1回路3または第2回路4へ電流が流れる。
【0021】
このため、内部短絡した異常セルを含む第1回路3または第2回路4の正常なセルは、高い充電状態となる。充放電の繰り返しによって、この高い充電状態はさらに進行する。
【0022】
この結果、内部短絡した異常セルを含む第1回路3または第2回路4の正常なセルは、充電時に過充電となりるので、劣化が加速されるばかりでなく、電池系によっては電池の異常発熱等により発火や破壊を招く危険がある。
【0023】
本実施の形態では、上記のような異常セルが発生した場合の安全制御を提案する。
【0024】
前述したように、複数の第1電池A1、A2、A3、…、Anおよび複数の第2電池B1、B2、B3、…、Bnをそれぞれ直列接続し、さらにこれらを並列接続して使用する電池並列接続回路において異常電池(短絡セル)が生じた場合には、異常電池が生じた回路の正常電池は、過充電となる。
【0025】
過充電時には、一般に充電効率の低下により電池温度が上昇する。このため、高い充電状態にある異常電池を含む回路の正常電池は、異常電池を含まない回路の正常電池よりも早く過充電状態に達する。
【0026】
過充電状態では、充電効率の低下により充電されなかったエネルギーが熱に変化するため、電池の温度が上昇する。このため、異常電池を含む回路の正常電池は異常電池を含まない回路の正常電池よりも早く温度が上昇する。
【0027】
従って、第1回路3と第2回路4とのそれぞれの電池温度を監視すれば、過充電による温度上昇の差による温度差が検出できるので、異常電池の存在を検出することができる。
【0028】
図2は、2次電池が並列に接続される電池並列接続回路の異常検出方法の手順を示すフローチャートである。図2および図1を参照して、2次電池が並列に接続される電池並列接続回路の異常検出方法を説明する。
【0029】
温度検出部5Aは、2次電池A1の温度TA1を検出する(S201)。温度検出部5Bは、2次電池B1の温度TB1を検出する(S202)。
【0030】
異常判定部6は、温度検出部5Aにより検出された2次電池A1の温度TA1と温度検出部5Bにより検出された2次電池B1の温度TB1とに基づいて、2次電池A1の温度TA1と2次電池B1の温度TB1との間の温度差Tdを算出する(S203)。
【0031】
異常判定部6は、温度差Tdが予め定められた規定値DEFよりも大きいか否かを判断する(S204)。温度差Tdが予め定められた規定値DEFよりも大きいと判断した場合には、異常判定部6は2次電池A1の温度TA1が2次電池B1の温度TB1よりも大きいか否かを判断する(S205)。
【0032】
2次電池A1の温度TA1が2次電池B1の温度TB1よりも大きいと判断した場合には、異常判定部6は2次電池A1が含まれる第1回路3に異常電池が存在すると判定する(S206)。2次電池A1の温度TA1が2次電池B1の温度TB1よりも大きくないと判断した場合には、異常判定部6は2次電池B1が含まれる第2回路4に異常電池が存在すると判定する(S207)。
【0033】
温度差Tdが予め定められた規定値DEFよりも大きくないと判断した場合には、異常判定部6は電池並列接続回路1は正常であると判定する(S208)。
【0034】
2次電池A1が含まれる第1回路3に異常電池が存在すると判定した場合(S206)、2次電池B1が含まれる第2回路4に異常電池が存在すると判定した場合(S207)または電池並列接続回路1は正常であると判定した場合(S208)には、電池並列接続回路の異常検出処理は終了する。
【0035】
本実施の形態では、第1回路3に対して1個の温度検出部5Aを設け、第2回路4に対して1個の温度検出部5Bを設ける例を説明したが、本発明はこれに限定されない。
【0036】
図3に示すように、第1回路3に対して2個の温度検出部5A、5Cを設け、第2回路4に対して2個の温度検出部5Bを設けてもよい。異常判定部6は、2次電池A1の温度TA1と2次電池B1の温度TB1との間の温度差Td1を算出し、2次電池Anの温度TAnと2次電池Bnの温度TBnとの間の温度差Tdnを算出する。異常判定部6は、温度差Td1とTdnとのいずれかが規定値DEFよりも大きいと判断したときに、電池並列接続回路1に異常電池が存在すると判定する。第1回路3に対して2個の温度検出部5A、5Cを設け、第2回路4に対して2個の温度検出部5Bを設けると、異常検出の信頼性が向上する。なお、温度検出部は、1つの回路に対して3個以上設けても良い。
【0037】
異常判定部6が第1回路3または第2回路4に異常電池が存在すると判定した場合に、温度差Tdが規定値DEF以内に収まるように、電池並列接続回路1の電池の使用を制限しても良い。温度差Tdが規定値DEF以内に収まるように、電池並列接続回路1の電池の使用を制限すると、異常が発生した場合であっても、限界まで電池並列接続回路1に含まれる電池を使用することができる。
【0038】
以上のように本実施の形態によれば、第1回路3の電池温度TA1と第2回路4の電池温度TA2との間の温度差Tdに基づいて異常電池の存在を検出するので、電池並列接続回路1の外部の環境温度の影響を受けることなく、確実に電池並列接続回路1の2次電池における過充電、過放電等の異常を検出することができる。
【0039】
本実施の形態に係る電池並列接続回路の異常検出方法は、過充電時の温度上昇が顕著な密閉型ニッケル水素化物電池を含む電池並列接続回路に適用した場合に、特に有効である。
【0040】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、電池並列接続回路の外部の環境温度の影響を受けることなく、確実に電池並列接続回路の2次電池における過充電、過放電等の異常を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施の形態に係る電池並列接続回路と電池並列接続回路の異常検出部との構成図である。
【図2】本実施の形態に係る2次電池が並列に接続される電池並列接続回路の異常検出方法の手順を示すフローチャートである。
【図3】本実施の形態に係る電池並列接続回路と電池並列接続回路の異常検出部の変形例との構成図である。
【符号の説明】
1 電池並列接続回路
2 異常検出部
3 第1回路
4 第2回路
5A、5B、5C、5D 温度検出部
6 異常判定部
Claims (3)
- 2次電池が並列に接続される電池並列接続回路の異常検出方法であって、
前記電池並列接続回路は、直列接続される複数の第1電池を含む第1回路と、
直列接続される複数の第2電池を含む第2回路とを備え、
前記複数の第1電池の少なくとも1つは、第1温度検出手段が接続される第3電池を含み、
前記複数の第2電池の少なくとも1つは、第2温度検出手段が接続される第4電池を含み、
前記第1温度検出手段と前記第2温度検出手段とは、前記電池並列接続回路の異常を検出する異常検出部に接続され、
前記第1温度検出手段が、前記第3電池の第1温度を検出する第1ステップと、
前記第2温度検出手段が、前記第4電池の第2温度を検出する第2ステップと、
前記異常検出部が、前記第1温度検出手段により検出された第1温度と前記第2温度検出手段により検出された第2温度との温度差に基づいて、前記電池並列接続回路の異常を検出する第3ステップと
を包含する電池並列接続回路の異常検出方法。 - 前記第3ステップは、前記温度差が一定値を超えた場合に、前記電池並列接続回路が異常であると判定する第4ステップを包含する、請求項1記載の電池並列接続回路の異常検出方法。
- 前記第3ステップは、前記温度差が一定値を超えた場合に、前記第1温度が前記第2温度よりも高いときは、前記第1回路に異常電池が存在すると判定し、前記第2温度が前記第1温度よりも高いときは、前記第2回路に異常電池が存在すると判定する第5ステップをさらに包含する、請求項2記載の電池並列接続回路の異常検出方法。
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