JP5113741B2

JP5113741B2 - 電池パックおよびその断線検知方法

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Publication number: JP5113741B2
Application number: JP2008510924A
Authority: JP
Inventors: 俊之仲辻
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-04-13
Filing date: 2007-04-05
Publication date: 2013-01-09
Anticipated expiration: 2027-04-05
Also published as: KR20090010052A; JPWO2007119682A1; CN101421883B; US20090051324A1; WO2007119682A1; US8030893B2; KR101230223B1; CN101421883A

Description

本発明は、電池パックおよびその断線検知方法に関し、特に、二次電池のセルが複数個少なくとも直列に接続されて成る組電池を有し、セル間の接続点への接続ラインの断線、すなわち中間タップの浮きを検知するために好適に実施されるものに関する。

前記中間タップの浮きを検知することができる典型的な従来技術は、たとえば特許文献１で示されている。その従来技術によれば、中間タップから電圧検出手段への接続ラインをプルアップ抵抗またはプルダウン抵抗を介して電源ラインに接続しておき、前記中間タップが外れると、接続ラインの電圧が充電禁止電圧まで上昇することで、過電圧や過充電を防止するようにした二次電池の保護回路が提案されている。
特開平１０−１５０７２１号公報

しかしながら、上述の従来技術では、定常状態で前記プルアップ抵抗またはプルダウン抵抗によって損失が発生するという問題がある。したがって、損失を少なくするためにはプルアップ抵抗またはプルダウン抵抗の抵抗値を大きくする必要がある。

一方、電池パック内には、電圧検出手段とは別途に、各セルの端子電圧を検出し、充放電制御手段と同等以上の閾値から異常を検出し、保護動作を行う二重保護用のＩＣなどが設けられることが多い。前記二重保護用のＩＣが設けられると、前記二重保護用のＩＣ内の均一な内部抵抗で電池パックの充電端子間が接続されるために、測定されるセル電圧が前記充電端子間のトータル電圧を均等に分担した電圧に分圧されてしまい、実際の過充電状態を検出できないという問題もある。すなわち、実電池における前記トータル電圧が異常でなくても、セルバランスの崩れから一部のセルが過充電状態（本来、前記二重保護用のＩＣでも異常が検出されるべき状態）となった場合に、前記中間タップに浮きが生じていると、前記二重保護用のＩＣの分圧抵抗で均一化されてしまい、前記電圧検出手段および充放電制御手段による過充電検出、ならびに、前記二重保護用のＩＣによる過充電検出は、共に機能せず、過充電状態でも充電が継続されてしまう。

したがって、前記二重保護用のＩＣのような他の回路が前記電圧検出手段と並列に設けられることになると、その他の回路の入力の抵抗や容量、さらには内部の分圧抵抗などによって、各セルの端子への接続ラインの断線検知は一層困難になる。特に、上述のように損失を小さくするために前記プルアップ抵抗またはプルダウン抵抗の抵抗値を大きくしていると、前記中間タップが外れた際に電圧検出手段に入力される電圧に大きな変化が生じず、検出が困難になる。

本発明の目的は、低損失で、断線を確実に検知することで、異常状態での充電継続を過充電前に停止することができる電池パックおよびその断線検知方法を提供することである。

本発明の一局面に従う電池パックは、二次電池のセルが複数個少なくとも直列に接続されて成る組電池と、前記各セルの端子電圧を検出する電圧検出部と、前記電圧検出部によって検出された前記各セルの端子電圧に基づいて前記組電池の充放電を制御する充放電制御部と、前記セル間の接続点をハイ側またはロー側の電源ラインに短絡させ若しくは前記セル間の接続点間で短絡させる短絡部と、前記短絡部を導通／遮断制御すると共に、前記導通／遮断制御の態様と、前記電圧検出部で検出された前記セル間の接続点の電圧、前記ハイ側またはロー側の電源ラインの電圧および前記各セルの端子電圧のうちの少なくとも１つと、に基づいて前記電圧検出部から前記セル間の接続点への接続ラインの断線を検知する断線検知部とを備える。

上記の電池パックでは、二次電池のセルが複数個少なくとも直列に接続（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）されて成る組電池、電圧検出部および充放電制御部を備え、電圧検出部によって検出された各セルの端子電圧に基づいて、充放電制御部が、たとえば充電時にセルバランスのずれによって特定のセルが過電圧になったり過充電になったりすることがないように充放電を制御するようにした電池パックにおいて、セル間の接続点、すなわち中間タップをハイ側またはロー側の電源ラインに短絡させ若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の少なくとも１つとから、電圧検出部から接続点への接続ラインの断線、すなわち中間タップの浮き（外れ）を検知する断線検知部を設ける。

したがって、各セルの端子に接続される回路の入力抵抗や容量などによって、単に各セルの端子電圧からだけでは、電圧検出部から接続点への接続ラインの断線を検知するのが困難であるのに対して、断線検知部が短絡部を選択駆動することで、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の少なくとも１つから、それらに期待される電圧と、実際に電圧検出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確実に検知することができる。これによって、異常状態での充電継続を、過充電前に停止することができる。また、短絡部は断線検知の際に駆動されるので、常時に損失は生じず、損失を低減することができる。

本発明によれば、プルアップ抵抗などのように常時の損失を生じることなく、入力抵抗や入力容量の影響を抑え、二次電池のセルが複数個少なくとも直列に接続されて成る組電池における中間タップの浮き（外れ）を確実に検知することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の図面の記載において、同じ要素または類似する要素には、同じまたは類似の符号を付しており、説明を省略する場合がある。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る断線検知方法を用いる充電システムの電気的構成を示すブロック図である。この充電システムは、電池パック１と、電池パック１を充電する充電器２と、を備えて構成される。電池パック１から給電が行われる図示しない負荷機器をさらに含めて電子機器システムが構成されてもよい。その場合、電池パック１は、図１では充電器２から充電が行われるけれども、該電池パック１が前記負荷機器に装着されて、負荷機器を通して充電が行われてもよい。電池パック１および充電器２は、給電を行う直流ハイ側の端子Ｔ１１，Ｔ２１と、通信信号の端子Ｔ１２，Ｔ２２と、給電および通信信号のためのＧＮＤ端子Ｔ１３，Ｔ２３とによって相互に接続される。前記負荷機器が設けられる場合も、同様の端子が設けられる。

前記電池パック１内で、前記の端子Ｔ１１から延びる直流ハイ側の電源ラインである充電経路１１には、ヒューズ２４，２５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ＦＥＴ１２，１３が介在されており、その充電経路１１が組電池１４のハイ側端子に接続される。前記組電池１４のロー側端子は、直流ロー側の電源ラインである充電経路１５を介して前記ＧＮＤ端子Ｔ１３に接続され、この充電経路１５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抵抗１６が介在されている。

前記組電池１４は、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。前記セルの温度は温度センサ１７によって検出され、制御ＩＣ１８内のアナログ／デジタル変換器１９に入力される。

また、前記各セルの端子電圧は、後述するようにして、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）４０によって選択的に取出され、前記制御ＩＣ１８内のアナログ／デジタル変換器１９に入力される。そのセルの選択は、充放電制御手段である充放電制御部２１が、通信部２０を介して行う。さらに、前記電流検出抵抗１６によって検出された電流値も、前記ＡＳＩＣ４０によって取出され、前記制御ＩＣ１８内のアナログ／デジタル変換器１９に入力される。なお、図１では、各セルの端子電圧を取出すＡＳＩＣ４０と各セルの端子電圧を測定するアナログ／デジタル変換器１９は互いに分離した構成となっているが、本実施の形態はこれに限られない。例えば、ＡＳＩＣ４０内でアナログ／デジタル変換器１９を構成しても構わない。

充放電制御部２１は、マイクロコンピュータおよびその周辺回路などを備えて成り、前記アナログ／デジタル変換器１９を介する各入力値に応答して、充電器２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２２から端子Ｔ１２，Ｔ２２；Ｔ１３，Ｔ２３を介して充電器２へ送信する。また、前記充放電制御部２１は、前記アナログ／デジタル変換器１９を介する各入力値から、端子Ｔ１１，Ｔ１３間の短絡や充電器２からの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、また、前記温度センサ１７によって組電池１４の異常な温度上昇が検出されると、前記ＦＥＴ１２，１３を遮断するなどの保護動作を行う。

一方、前記組電池１４の各セルの端子電圧は、ＡＳＩＣ４０による取込みと共に、ＡＳＩＣ４０と並列的に組電池１４に接続された二重保護ＩＣ２３にも取込まれる。二重保護ＩＣ２３による検出結果が、前記充放電制御部２１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ＩＣ２３での閾値以上となると、二重保護ＩＣ２３はＦＥＴ２７をＯＮする。前記ＦＥＴ２７は、充電経路１１に直列に介在された前記ヒューズ２４，２５に関して設けられており、前記ヒューズ２４，２５の接続点は、発熱抵抗２６およびこのＦＥＴ２７を介して接地されている。したがって、前記充放電制御部２１がＦＥＴ２７をＯＮすることで、発熱抵抗２６が発生した熱で前記ヒューズ２４，２５が溶断する。これによって、前記充放電制御部２１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、前記ヒューズ２４，２５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。

たとえば、前記充放電制御部２１がＦＥＴ１２，１３をＯＦＦする通常の充放電時における過電圧の閾値電圧は、セル当り４．３５Ｖであり、二重保護ＩＣ２３がヒューズ２４，２５を溶断する閾値電圧は、たとえばセル当り４．４Ｖである。したがって、通常使用時の過電圧程度では復旧可能であり、異常時の過電圧では、電池パック１は再使用不能となって安全性の向上が図られるようになっている。

そして、二重保護ＩＣ２３によってＦＥＴ２７がＯＮされると、発熱抵抗２６で発生された熱で、２つのヒューズ２４，２５は溶断する。この時、充電状態では、先に組電池１４側のヒューズ２５が溶断しても、充電器２から充電電流が供給されることで、充電器２側のヒューズ２４も後に溶断する。先に充電器２側のヒューズ２４が溶断しても、組電池１４が前記二重保護ＩＣ２３にＦＥＴ２７を駆動する電流を供給できれば組電池１４側のヒューズ２５も溶断することができる。組電池１４が電流を供給できなければ、該組電池１４側のヒューズ２５は溶断しないままとなるが、前記接続点よりも組電池１４側を電池パック１の外部から確実に切り離すことができる。

これに対して、電池パック１が充電器２にセットされていない放電状態で、組電池１４が前記二重保護ＩＣ２３にＦＥＴ２７を駆動する電流を供給できれば、先に充電器２側のヒューズ２４が溶断しても、後に組電池１４側のヒューズ２５も溶断する。先に組電池１４側のヒューズ２５が溶断した場合には充電器２側のヒューズ２４は溶断しないままとなるが、前記接続点よりも組電池１４側を電池パック１の外部から確実に切り離すことができる。

こうして、直列接続されたヒューズ２４，２５の接続点を発熱抵抗２６およびＦＥＴ２７によって接地することで、電池パック１が充電器２にセットされているか否かに拘わらず、前記接続点よりも組電池１４側を電池パック１の外部から確実に切り離すことができるようになっている。

一方、充電器２では、電池パック１からの出力要求を制御ＩＣ３０の通信部３２で受信し、充電制御部３１が充電電流供給回路３３を制御して、前記の電圧値および電流値で、充電電流を供給させる。充電電流供給回路３３は、ＡＣ−ＤＣコンバータやＤＣ−ＤＣコンバータなどから成り、入力電圧を、前記充電制御部３１で指示された電圧値、電流値および、パルス幅に変換して、端子Ｔ２１，Ｔ１１；Ｔ２３，Ｔ１３を介して、充電経路１１，１５へ供給する。

図２は、前記電池パック１内の構成をさらに詳しく説明するブロック図である。図２の例では、前記組電池１４は、４つのセルＥ１〜Ｅ４から構成されており、前記端子Ｔ１１からハイ側の充電経路１１には端子Ｔ４が接続され、前記端子Ｔ１３からロー側の充電経路１５にはＧＮＤ端子Ｔ０が接続される。前記端子Ｔ０−Ｔ４間には、前記４つのセルＥ１〜Ｅ４が直列に接続されており、各セルＥ１〜Ｅ４は相互に並列に接続される複数のセルから構成されていてもよい。そして、各セルＥ１〜Ｅ４の接続点が、中間タップとなる端子Ｔ１〜Ｔ３に接続されている。

図３は、前記ＡＳＩＣ４０の一構成例および制御ＩＣ１８の電圧測定に係わる部分の構成を示すブロック図である。図２及び３において各端子Ｔ０〜Ｔ４には、接続ラインＬ０〜Ｌ４が接続されており、前記ＡＳＩＣ４０と二重保護ＩＣ２３とにおいては、前記ＧＮＤ端子Ｔ０を除き、端子Ｔ１〜Ｔ４における電圧Ｖｉｎ１〜Ｖｉｎ４が、互いの電圧検出に影響を与えないように、入力抵抗Ｒ１１〜Ｒ１４と入力抵抗Ｒ２１〜Ｒ２４とをそれぞれ介して、端子Ｔ３０〜Ｔ３４；Ｔ４０〜Ｔ４４から取込まれる。そして、各端子Ｔ３０〜Ｔ３４；Ｔ４０〜Ｔ４４間には、必要に応じて、ノイズ除去用のコンデンサＣ１１〜Ｃ１４；Ｃ２１〜Ｃ２４が設けられることもある。これらのコンデンサＣ１１〜Ｃ１４；Ｃ２１〜Ｃ２４は、各端子Ｔ３０〜Ｔ３４；Ｔ４０〜Ｔ４４間ではなく、各端子Ｔ３０〜Ｔ３４；Ｔ４０〜Ｔ４４とＧＮＤとの間に設けられてもよい。二重保護ＩＣ２３の各入力端子Ｔ４０〜Ｔ４４間には、前記電圧Ｖｉｎ４を等分圧する抵抗Ｒ３１〜Ｒ３４が設けられている。

前記温度センサ１７は、サーミスタなどから成り、一端が予め定める電圧Ｖ０でバイアスされ、他端が制御ＩＣ１８によってＯＮ／ＯＦＦ駆動されるスイッチ２８から前記電流検出抵抗１６を介して前記ロー側の充電経路１５に接続され、そのスイッチ２８との接続点の電圧が、前記制御ＩＣ１８のアナログ／デジタル変換器１９に取込まれる。

前記各端子Ｔ３０〜Ｔ３４は、入力切換え部４１を介して、電圧測定を行うための前記制御ＩＣ１８のアナログ／デジタル変換器１９に選択的に接続される。前記入力切換え部４１は、スイッチＳ０Ｌ；Ｓ１Ｌ，Ｓ１Ｈ；Ｓ２Ｌ，Ｓ２Ｈ；Ｓ３Ｌ，Ｓ３Ｈ；Ｓ４Ｈ；ＳＴＬ，ＳＴＨを備えて構成される。

前記スイッチＳ０Ｌ；Ｓ１Ｌ，Ｓ１Ｈ；Ｓ２Ｌ，Ｓ２Ｈ；Ｓ３Ｌ，Ｓ３Ｈ；Ｓ４Ｈは、一端側が前記各端子Ｔ３０〜Ｔ３４に接続され、他端側が前記アナログ／デジタル変換器１９のハイ側入力端１９Ｈまたはロー側入力端１９Ｌに接続される。前記スイッチＳＴＬ，ＳＴＨは、一端側が前記電流検出抵抗１６の各端子に接続され、他端側が前記アナログ／デジタル変換器１９のハイ側入力端１９Ｈとロー側入力端１９Ｌとにそれぞれ接続される。前記スイッチＳ０Ｌ；Ｓ１Ｌ，Ｓ１Ｈ；Ｓ２Ｌ，Ｓ２Ｈ；Ｓ３Ｌ，Ｓ３Ｈ；Ｓ４Ｈ；ＳＴＬ，ＳＴＨは、セル選択部４２によって選択的にＯＮ／ＯＦＦ駆動される。

したがって、たとえばスイッチＳＴＬ，ＳＴＨをＯＮし、スイッチＳ０Ｌ；Ｓ１Ｌ，Ｓ１Ｈ；Ｓ２Ｌ，Ｓ２Ｈ；Ｓ３Ｌ，Ｓ３Ｈ；Ｓ４ＨをＯＦＦすることで、アナログ／デジタル変換器１９は、電流検出抵抗１６の端子間電圧、したがって各セルＥ１〜Ｅ４の充放電の電流を検出することができる。また、たとえばスイッチＳ０Ｌ，Ｓ４ＨをＯＮし、スイッチＳ１Ｌ，Ｓ１Ｈ；Ｓ２Ｌ，Ｓ２Ｈ；Ｓ３Ｌ，Ｓ３Ｈ；Ｓ５Ｌ，Ｓ５ＨをＯＦＦすることで、アナログ／デジタル変換器１９は、組電池１４の全体に掛かる充電電圧または放電電圧を検出することができる。

前記スイッチＳ０Ｌ；Ｓ１Ｌ，Ｓ１Ｈ；Ｓ２Ｌ，Ｓ２Ｈ；Ｓ３Ｌ，Ｓ３Ｈ；Ｓ４Ｈ；ＳＴＬ，ＳＴＨの切換え信号は、制御ＩＣ１８側の充放電制御部２１内の切換え制御部２１１によって発生され、前記通信部２０からＡＳＩＣ４０側の通信部４３を介して、前記セル選択部４２に与えられる。そして、アナログ／デジタル変換器１９で得られた検出結果から、前記充放電制御部２１内の断線検知部２１２は、後述するようにして断線検知を行う。

注目すべきは、本実施の形態では、前記各端子Ｔ３１〜Ｔ３４には、ＧＮＤ端子Ｔ３０との間に、短絡抵抗Ｒ４１〜Ｒ４４およびそれに対を成すスイッチＱ１〜Ｑ４から成る直列回路を備えて構成される短絡回路４４が設けられることである。前記スイッチＱ１〜Ｑ４は、前記通信部４３を介して受信された切換え制御部２１１からの切換え信号に応じて、前記セル選択部４２によってＯＮ／ＯＦＦ制御される。スイッチＱ１〜Ｑ４がＯＮした時に、各スイッチＱ１〜Ｑ４に接続された各端子Ｔ３１〜Ｔ３４は、短絡抵抗Ｒ４１〜Ｒ４４を介して、ＧＮＤ端子Ｔ３０に短絡されることになる。

図４〜図７は、前記断線検知部２１２による接続ラインＬ１〜Ｌ３の断線、すなわち中間タップである端子Ｔ１〜Ｔ３の浮き（外れ）検知動作を説明するための波形図である。この断線検知時には、切換え制御部２１１は、スイッチＳＴＬ，ＳＴＨをＯＦＦしたままとする。図４および図５は正常時の波形図であり、図６および図７は端子Ｔ３に浮き（外れ）が生じた時の波形図である。

先ず、図４は、前記電圧Ｖｉｎ１〜Ｖｉｎ４の変化を示すものであり、切換え制御部２１１が、ＧＮＤの接続ラインＬ０に対応したスイッチＳ０ＬをＯＮし、かつロー側のスイッチＳ１Ｌ，Ｓ２Ｌ，Ｓ３ＬをＯＦＦしたまま、ハイ側の接続ラインＬ１〜Ｌ４に対応したスイッチＳ１Ｈ，Ｓ２Ｈ，Ｓ３Ｈ，Ｓ４Ｈを択一的にＯＮすることで、アナログ／デジタル変換器１９は、前記電圧Ｖｉｎ１〜Ｖｉｎ４の変化を読込むことができる。そして期間Ｗ１においては、対応する接続ラインＬ１〜Ｌ４に対応した短絡スイッチＱ１〜Ｑ４がセル選択部４２によって択一的にＯＮされることで、各電圧Ｖｉｎ１〜Ｖｉｎ４は入力抵抗Ｒ１１〜Ｒ１４と短絡抵抗Ｒ４１〜Ｒ４４とによる分圧比（略１：２）の電圧までそれぞれ低下する。

一方、図５は、各端子Ｔ０〜Ｔ４間のセル電圧Ａ１〜Ａ４の変化を示す波形図であり、切換え制御部２１１が、ロー側のスイッチＳ０Ｌ，Ｓ１Ｌ，Ｓ２Ｌ，Ｓ３Ｌと、ハイ側のスイッチＳ１Ｈ，Ｓ２Ｈ，Ｓ３Ｈ，Ｓ４Ｈとを一対でＯＮすることで、アナログ／デジタル変換器１９は、前記セル電圧Ａ１〜Ａ４の変化を読込むことができる。そして、異常が生じていなければ、各セル電圧Ａ１〜Ａ４は、入力抵抗Ｒ１１〜Ｒ１４と短絡抵抗Ｒ４１〜Ｒ４４とによって決定される同様の分圧比（略１：２）の電圧で変化する。

これに対して、たとえば端子Ｔ３に浮き（外れ）が生じると、図６で示すように、前記電圧Ｖｉｎ１〜Ｖｉｎ４のうち、該当ライン以外の電圧Ｖｉｎ１，Ｖｉｎ２，Ｖｉｎ４は前述の図４と同様の変化を示すのに対して、外れているラインＬ３に該当する電圧Ｖｉｎ３は、短絡スイッチＱ３がＯＮすると、短絡抵抗Ｒ４３によって略ＧＮＤ電位まで低下する。以下に、この短絡抵抗Ｒ４３による略ＧＮＤ電位までの電圧低下について説明する。

前記入力抵抗Ｒ１１〜Ｒ１４；Ｒ２１〜Ｒ２４の抵抗値は、たとえばｋΩオーダーであるのに対して、前記二重保護ＩＣ２３内の分圧抵抗Ｒ３１〜Ｒ３４の抵抗値は、相互に等しく、たとえばＭΩオーダーである。したがって、端子Ｔ３に浮き（外れ）が生じても、短絡スイッチＱ３がＯＦＦしていると、電圧Ｖｉｎ３としては、前記二重保護ＩＣ２３内で電圧Ｖｉｎ４から分圧抵抗Ｒ３１〜Ｒ３４で分圧された電圧がそのまま現れ、正常状態と等しくなる（ここでは、セルＥ１〜Ｅ４のバランス（発生電圧）が均等であるとしている）。これに対して、短絡スイッチＱ３がＯＮすると、前記電圧Ｖｉｎ４は抵抗値の大きい前記分圧抵抗Ｒ３４で消費され、上述したように、端子Ｔ３の電圧Ｖｉｎ３は略ＧＮＤ電位まで低下することになる。

また、図７では、端子Ｔ３に浮き（外れ）が生じると、浮き（外れ）の生じたラインＬ３を電圧検出に使用しないセル電圧Ａ１，Ａ２は、前述の図６と同様の変化を示す。これに対して、外れているラインＬ３をハイ側として電圧検出に使用するセル電圧Ａ３は、短絡スイッチＱ３がＯＮすると、上述の説明と同様に短絡抵抗Ｒ４３によって略ＧＮＤ電位まで低下する。したがって、外れているラインＬ３をロー側として電圧検出に使用するセル電圧Ａ４は、短絡スイッチＱ４がＯＮすると、略Ｖｉｎ４まで上昇する。

図８は、上述のような断線検知部２１２による断線検知動作を説明するためのフローチャートである。図８の例では、前記図５および図７で示すセル電圧Ａ１〜Ａ４の変化から断線検知を行う場合を示している。なお、アナログ／デジタル変換器１９は、たとえば３．３Ｖを電源とし、入力電圧のダイナミックレンジを２．５Ｖとする。したがって、前記入力端１９Ｈ，１９Ｌ間の電圧は、１／３分圧して入力されるものとする。

ステップＳ１では、前記制御ＩＣ１８の切換え制御部２１１からの切換え信号によって検出対象ラインが選定される。そして、セル選択部４２は、対象となるセルの端子Ｔ０〜Ｔ４からの接続ラインＬ０〜Ｌ４を、スイッチＳ０Ｌ；Ｓ１Ｌ，Ｓ１Ｈ；Ｓ２Ｌ，Ｓ２Ｈ；Ｓ３Ｌ，Ｓ３Ｈ；Ｓ４Ｈによってアナログ／デジタル変換器１９の入力端１９Ｌ，１９Ｈに接続させ、アナログ／デジタル変換器１９による電圧測定が行われる。さらに、セル選択部４２は短絡スイッチＱ１〜Ｑ４を択一的にＯＮする。その後、再び、アナログ／デジタル変換器１９による電圧測定が行われる。

ステップＳ２では、短絡スイッチＱ１〜Ｑ４のＯＦＦ状態とＯＮ状態との電圧の差が、前記入力抵抗Ｒ１１〜Ｒ１４および短絡抵抗Ｒ４１〜Ｒ４４ならびにセル電圧などによって予め決定される閾値電圧、たとえば０．５Ｖより大きいか否かが判断される。小さいときには（ステップＳ２ＮＯ）、ステップＳ３で総ての検出対象ラインについてセル電圧Ａ１〜Ａ４の測定が終了したか否かが判断され、終了していないときには（ステップＳ３ＮＯ）、前記ステップＳ１に戻る。終了しているときには（ステップＳ３ＹＥＳ）、ステップＳ４で総ての検出対象ラインが正常であると判定して、処理を終了する。

これに対して、前記ステップＳ２において、検出されたセル電圧Ａ１〜Ａ４の差が閾値電圧、たとえば０．５Ｖより大きいときには（ステップＳ２ＹＥＳ）、ステップＳ５で異常、すなわち浮き（外れ）が生じていると判定し、ステップＳ６で前記制御ＩＣ１８の充放電制御部２１にＦＥＴ１２，１３をＯＦＦさせるとともに、要求する充電電流の電流値を０とし、さらにエラー状態を報告して処理を終了する。

このようにして、断線検知部２１２は、短絡スイッチＱ１〜Ｑ４およびスイッチＳ０Ｌ；Ｓ１Ｌ，Ｓ１Ｈ；Ｓ２Ｌ，Ｓ２Ｈ；Ｓ３Ｌ，Ｓ３Ｈ；Ｓ４Ｈの制御態様によって接続点の電圧Ｖｉｎ１〜Ｖｉｎ４またはセル電圧Ａ１〜Ａ４として期待される電圧と、前記アナログ／デジタル変換器１９で実際に検出された電圧とのずれから、接続ラインＬ１〜Ｌ３の断線、すなわち中間タップである端子Ｔ１〜Ｔ３の浮き（外れ）を確実に検知することができる。これによって、異常状態での充電継続を、過充電前に停止することができる。また、前記短絡抵抗Ｒ４１〜Ｒ４４は断線検知の際に駆動されるので、常時に損失は生じず、損失を低減することもできる。

前記断線検知部２１２での検出結果は、充放電制御部２１での充放電の制御に使用される。ここで、端子Ｔ０，Ｔ４が外れると充放電は不能となり、安全上の問題はない。これに対して、中間タップとなる前記端子Ｔ１〜Ｔ３が前記ＡＳＩＣ４０や二重保護ＩＣ２３への接続ラインＬ１〜Ｌ３から外れると、セル毎の印加電圧が分らなくなり、充電器２によって端子Ｔ０−Ｔ４間の充電電圧が規定の電圧に保たれていても、セルバランスのずれによって、特定のセルに過電圧や過充電のおそれが生じる。そこで前記充放電制御部２１は、前記端子Ｔ１〜Ｔ３の浮き（外れ）が検知されると、ＦＥＴ１２，１３をＯＦＦして、充放電を禁止する。これによって、前記端子Ｔ１〜Ｔ３の浮き（外れ）に対する安全性を確保することができる。なお、充放電制御部２１は、端子Ｔ１〜Ｔ３の浮き（外れ）が検知されると、ＦＥＴ２７をＯＮすることにより、ヒューズ２４、２５を溶断し、充放電を完全に停止させても良い。

特に、電圧検出を行うＡＳＩＣ４０とは別途に、各セルＥ１〜Ｅ４の端子電圧を検出し、前記充放電制御部２１と同等以上の閾値から異常を検出し、保護動作を行う二重保護ＩＣ２３が設けられている場合、その二重保護ＩＣ２３と、ＡＳＩＣ４０とが、各セルＥ１〜Ｅ４の端子Ｔ０〜Ｔ４に並列に接続されることになり、入力抵抗Ｒ１１〜Ｒ１４，Ｒ２１〜Ｒ２４や容量Ｃ１１〜Ｃ１４，Ｃ２１〜Ｃ２４、さらには上述のように内部の分圧抵抗Ｒ３１〜Ｒ３４などによって、各接続ラインＬ０〜Ｌ４の断線、すなわち端子Ｔ０〜Ｔ４の浮き（外れ）の検知は一層困難であり、本発明が特に効果的である。

なお、上述の例では、各接続ラインＬ１〜Ｌ４をＧＮＤのラインＬ０に短絡することで端子Ｔ１〜Ｔ３の浮き（外れ）を検出したが、各接続ラインＬ０〜Ｌ３をハイ側の接続ラインＬ４に短絡したり、各接続ラインＬ０〜Ｌ３間を短絡するようにしてもよい。

（実施の形態２）
図９は、本発明の実施の形態２に係る断線検知方法を用いる電池パック１ａの電気的構成を示すブロック図である。この電池パック１ａは、図２で示す上述の電池パック１に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。この電池パック１ａも、前記図１で示す充電器２と組合わせて、同様の充電システムを構成することができる。

この電池パック１ａでは、前記端子Ｔ１〜Ｔ４に接続される各接続ラインＬ１〜Ｌ４は、二重保護ＩＣ２３の入力側に設けられた短絡スイッチＱ１〜Ｑ４によって前記ＧＮＤのラインＬ０に短絡され、その短絡スイッチＱ１〜Ｑ４は制御ＩＣ１８ａによってＯＮ／ＯＦＦ制御される。この場合、ＡＳＩＣ４０ａには、前記短絡回路４４が設けられていない従来のものを使用することができる。

また、この場合、二重保護ＩＣ２３の入力抵抗Ｒ２１〜Ｒ２４が前記短絡抵抗として機能するが、浮き（外れ）判定を行う閾値電圧（前記の０．５Ｖ）は、回路構成の違いに応じて適宜定められる。

以上説明したように、本発明の実施の形態１および２に係る電池パックおよびその断線検知方法は、二次電池のセルが複数個少なくとも直列に接続されて成る組電池、電圧検出手段および充放電制御手段を備え、前記電圧検出手段によって検出された各セルの端子電圧に基づいて、前記充放電制御手段が、たとえば充電時にセルバランスのずれによって特定のセルが過電圧になったり過充電になったりすることがないように充放電を制御するようにした電池パックにおいて、前記セル間の接続点、すなわち中間タップをハイ側またはロー側の電源ラインもしくは接続点間で短絡する短絡手段に、その短絡手段を導通／遮断制御するとともに、その制御態様と、前記電圧検出手段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内の少なくとも１つとから、電圧検出手段から前記接続点への接続ラインの断線、すなわち前記中間タップの浮き（外れ）を検知する断線検知手段を設ける。

したがって、各セルの端子に接続される回路の入力抵抗や容量などによって、単に前記各セルの端子電圧からだけでは、前記接続ラインの断線を検知するのが困難であるのに対して、断線検知手段が短絡手段を選択駆動することで、前記接続点の電圧、電源ラインの電圧および各セルの端子電圧の内の少なくとも１つとから、それらに期待される電圧と、実際に電圧検出手段によって検出された電圧とのずれから、前記断線を確実に検知することができる。これによって、異常状態での充電継続を、過充電前に停止することができる。また、前記短絡手段は断線検知の際に駆動されるので、常時に損失は生じず、損失を低減することができる。

上記の実施の形態１および２は、二重保護ＩＣ２３を設けた充電システムに係るものであったが、本発明はこれに限られるものではない。図１０に示すように、図１の電池パック１から二重保護ＩＣ２３を設けない構成であっても、本発明は適用可能である。断線検知した場合には、充放電制御部２１がＦＥＴ１２、１３をＯＦＦして、充放電制御を停止させても良い、ＦＥＴ２７をＯＮすることにより、ヒューズ２４、２５を溶断し、充放電を完全に停止させても良い。

なお、図１１に示すように、二重保護ＩＣ２３が無い場合であっても、Ｒ１１〜Ｒ１４が同抵抗で、Ｃ１１〜Ｃ１４が同容量であると、例えばＬ１が断線した場合に端子Ｔ３１の電位は次のようになる、すなわち、セルＥ１およびＥ２の各セル電圧Ａ１およびＡ２の平均値となる。このように、二重保護ＩＣ２３が無い場合であっても、従来の方法では、断線を検知できないことがあり得る。従って、本発明は二重保護ＩＣ２３が無い場合にも有効である。

上記の各実施の形態から本発明を要約すると、以下のようになる。すなわち、本発明に係る電池パックは、二次電池のセルが複数個少なくとも直列に接続されて成る組電池と、前記各セルの端子電圧を検出する電圧検出部と、前記電圧検出部によって検出された前記各セルの端子電圧に基づいて前記組電池の充放電を制御する充放電制御部と、前記セル間の接続点をハイ側またはロー側の電源ラインに短絡させ若しくは前記セル間の接続点間で短絡させる短絡部と、前記短絡部を導通／遮断制御すると共に、前記導通／遮断制御の態様と、前記電圧検出部で検出された前記セル間の接続点の電圧、前記ハイ側またはロー側の電源ラインの電圧および前記各セルの端子電圧のうちの少なくとも１つと、に基づいて前記電圧検出部から前記セル間の接続点への接続ラインの断線を検知する断線検知部とを備える。

上記の電池パックにおいて、前記短絡部は、前記ハイ側の電源ラインおよび前記セル間の接続点を前記ロー側の電源ラインにそれぞれ短絡させる短絡抵抗およびスイッチの直列回路から成ることが好ましい。

この場合、断線検知部からの要求に応じて、スイッチをＯＮ／ＯＦＦ制御することで、各セルの端子は、ハイ側の電源ラインやセル間の接続点に接続されている入力抵抗から短絡抵抗を介してロー側の電源ラインに接続されることになる。

したがって、断線検知部は、電圧検出部に入力されるスイッチＯＦＦ時における入力抵抗を介する電圧と、スイッチＯＮ時における入力抵抗および短絡抵抗による分圧電圧とから、電圧検出部から接続点への接続ラインの断線を検知することができる。

上記の電池パックにおいて、前記電圧検出部は、前記セル間の接続点の電圧を測定するアナログ／デジタル変換器と、前記セル間の接続点を選択的に前記アナログ／デジタル変換器に接続可能な入力切換え部と、を含み、前記セル間の接続点は、前記入力切換え部により前記アナログ／デジタル変換器に接続された後に前記短絡部により短絡されることが好ましい。

この場合、セル間の接続点の短絡部による短絡後の電圧を確実に測定することができる。

上記の電池パックにおいて、前記セル間の接続点を前記アナログ／デジタル変換器に前記入力切換え部により接続した後に前記短絡部により短絡させるセル選択部をさらに備えることが好ましい。

この場合、セル選択部がアナログ／デジタル変換器とセル間の接続点との接続および、セル間の接続点の短絡を共に制御するので、セル間の接続点の短絡前後の電圧を確実に測定することができる。

上記の電池パックにおいて、前記電圧検出部および前記短絡部は、ＡＳＩＣとして一体で構成されることが好ましい。

この場合、汎用的な電池パックにこのＡＳＩＣを搭載するだけで、セル間の接続点と電圧検出部との間に断線が生じた状態で組電池の充放電が継続されてしまうことを防止することができる。そして、このＡＳＩＣ内の短絡部は、断線検知の際のみ二次電池のセルの端子を短絡させるため、短絡部により常時電流が消費されることが無い。このため、短絡部による損失の増大を抑制することができる。

上記の電池パックにおいて、前記充放電制御部は、前記電圧検出部の検出結果を予め定める閾値と比較して、異常が検出されると保護動作を行い、前記電圧検出部とは別途に前記各セルの端子電圧を検出し、前記検出された電圧を前記充放電制御部と同等以上の閾値と比較して、異常が検出されると保護動作を行う二重保護用のＩＣをさらに備えることが好ましい。

この場合、電圧検出部とは別途に、各セルの端子電圧を検出し、その検出結果を充放電制御手段と同等以上の閾値と比較することによって、過電圧や過充電などの異常を検出し、保護動作を行う二重保護用のＩＣが設けられると、その二重保護用のＩＣと、電圧検出部とが、各セルの端子に並列に接続されることになり、入力の抵抗や容量、さらには内部の分圧抵抗などによって、各セルの端子への接続ラインの断線検知は一層困難となる。本発明は、二重保護用のＩＣを設けたときに特に効果的である。

本発明に係る電池パックの断線検知方法は、二次電池のセルを複数個少なくとも直列に接続されて成る組電池を有する電池パックの断線検知方法であって、前記セル間の接続点をハイ側またはロー側の電源ラインに短絡させ若しくは前記セル間の接続点間で短絡させる短絡工程と、前記短絡工程の短絡の態様と、前記短絡工程の短絡によって前記セル間の接続点に現れた電圧、前記ハイ側またはロー側の電源ラインの電圧および前記各セルの端子電圧のうちの少なくとも１つと、に基づいて前記セル間の接続点への接続ラインの断線を検知する断線検知工程とを備える。

上記の電池パックの断線検知方法では、二次電池のセルが複数個少なくとも直列に接続（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）されて成る組電池を備え、各セルの端子電圧に基づいて、たとえば充電時にセルバランスのずれによって特定のセルが過電圧になったり過充電になったりすることがないように充放電を制御するようにした電池パックにおいて、セル間の接続点、すなわち中間タップをハイ側またはロー側の電源ラインに短絡させ若しくは接続点間で短絡させ、その短絡の制御態様と、その短絡によって現れた接続点の電圧、電源ラインの電圧および各セルの端子電圧のうちの少なくとも１つとから、接続点への接続ラインの断線、すなわち中間タップの浮き（外れ）を検知する。

したがって、各セルの端子に接続される回路の入力抵抗や容量などによって、単に各セルの端子電圧からだけでは、接続点への接続ラインの断線を検知するのが困難であるのに対して、セル間の接続点の短絡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の少なくとも１つから、それらに期待される電圧と、実際に検出された電圧とのずれから、接続ラインの断線を確実に検知することができる。これによって、異常状態での充電継続を、過充電前に停止することができる。また、セル間の接続点の短絡は断線検知の際に行われるので、常時に損失は生じず、損失を低減することができる。

本発明の実施の形態１に係る断線検知方法を用いる充電システムの電気的構成を示すブロック図である。図１の電池パック１の内部構成を示すブロック図である。図２のＡＳＩＣ４０および制御ＩＣ１８の一構成例を示すブロック図である。本発明の実施の形態１に係る中間タップの浮き（外れ）検知動作を説明するための波形図である。本発明の実施の形態１に係る中間タップの浮き（外れ）検知動作を説明するための波形図である。本発明の実施の形態１に係る中間タップの浮き（外れ）検知動作を説明するための波形図である。本発明の実施の形態１に係る中間タップの浮き（外れ）検知動作を説明するための波形図である。本発明の実施の形態１に係る中間タップの浮き（外れ）検知動作の処理手順を示すフローチャートである。本発明の実施の形態２に係る断線検知方法を用いる電池パックの電気的構成を示すブロック図である。本発明の他の実施の形態に係る断線検知方法を用いる充電システムの電気的構成を示すブロック図である。図１０のＡＳＩＣ４０および制御ＩＣ１８の一構成例を示すブロック図である。

Claims

二次電池のセルが複数個少なくとも直列に接続されて成る組電池と、
前記各セルの端子電圧を検出する電圧検出部と、
前記電圧検出部によって検出された前記各セルの端子電圧に基づいて前記組電池の充放電を制御する充放電制御部と、
前記セル間の接続点をハイ側またはロー側の電源ラインに短絡させ若しくは前記セル間の接続点間で短絡させる短絡部と、
前記短絡部を導通／遮断制御すると共に、前記導通／遮断制御の態様と、前記電圧検出部で検出された前記セル間の接続点の電圧、前記ハイ側またはロー側の電源ラインの電圧および前記各セルの端子電圧のうちの少なくとも１つと、に基づいて前記電圧検出部から前記セル間の接続点への接続ラインの断線を検知する断線検知部と
を備え、
前記短絡部は、前記ハイ側の電源ラインおよび前記セル間の接続点を前記ロー側の電源ラインにそれぞれ短絡させる短絡抵抗およびスイッチの直列回路から成ることを特徴とする電池パック。
二次電池のセルが複数個少なくとも直列に接続されて成る組電池と、
前記各セルの端子電圧を検出する電圧検出部と、
前記電圧検出部によって検出された前記各セルの端子電圧に基づいて前記組電池の充放電を制御する充放電制御部と、
前記セル間の接続点をハイ側またはロー側の電源ラインに短絡させ若しくは前記セル間の接続点間で短絡させる短絡部と、
前記短絡部を導通／遮断制御すると共に、前記導通／遮断制御の態様と、前記電圧検出部で検出された前記セル間の接続点の電圧、前記ハイ側またはロー側の電源ラインの電圧および前記各セルの端子電圧のうちの少なくとも１つと、に基づいて前記電圧検出部から前記セル間の接続点への接続ラインの断線を検知する断線検知部と
を備え、
前記電圧検出部は、
前記セル間の接続点の電圧を測定するアナログ／デジタル変換器と、
前記セル間の接続点を選択的に前記アナログ／デジタル変換器に接続可能な入力切換え部と、を含み、
前記セル間の接続点は、前記入力切換え部により前記アナログ／デジタル変換器に接続された後に前記短絡部により短絡されることを特徴とする電池パック。
前記セル間の接続点を前記アナログ／デジタル変換器に前記入力切換え部により接続した後に前記短絡部により短絡させるセル選択部をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の電池パック。
前記電圧検出部および前記短絡部は、ＡＳＩＣとして一体で構成されることを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
前記充放電制御部は、前記電圧検出部の検出結果を予め定める閾値と比較して、異常が検出されると保護動作を行い、
前記電圧検出部とは別途に前記各セルの端子電圧を検出し、前記検出された電圧を前記充放電制御部と同等以上の閾値と比較して、異常が検出されると保護動作を行う二重保護用のＩＣをさらに備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電池パック。
二次電池のセルを複数個少なくとも直列に接続されて成る組電池を有する電池パックの断線検知方法であって、
前記セル間の接続点をハイ側またはロー側の電源ラインに短絡させ若しくは前記セル間の接続点間で短絡させる短絡工程と、
前記短絡工程の短絡の態様と、前記短絡工程の短絡によって前記セル間の接続点に現れた電圧、前記ハイ側またはロー側の電源ラインの電圧および前記各セルの端子電圧のうちの少なくとも１つと、に基づいて前記セル間の接続点への接続ラインの断線を検知する断線検知工程と
を備え、
前記短絡工程では、前記ハイ側の電源ラインおよび前記セル間の接続点を前記ロー側の電源ラインにそれぞれ短絡させることを特徴とする電池パックの断線検知方法。
二次電池のセルを複数個少なくとも直列に接続されて成る組電池を有する電池パックの断線検知方法であって、
前記セル間の接続点をハイ側またはロー側の電源ラインに短絡させ若しくは前記セル間の接続点間で短絡させる短絡工程と、
前記短絡工程の短絡の態様と、前記短絡工程の短絡によって前記セル間の接続点に現れた電圧、前記ハイ側またはロー側の電源ラインの電圧および前記各セルの端子電圧のうちの少なくとも１つと、に基づいて前記セル間の接続点への接続ラインの断線を検知する断線検知工程と、
前記セル間の接続点を選択的に、前記セル間の接続点の電圧を測定するアナログ／デジタル変換器に接続する接続工程と
を備え、
前記セル間の接続点は、前記接続工程が実行されて前記アナログ／デジタル変換器に接続された後に、前記短絡工程が実行されて前記ハイ側またはロー側の電源ライン若しくは前記セル間の他の接続点に短絡されることを特徴とする電池パックの断線検知方法。