JP4073650B2

JP4073650B2 - Internal short-circuited cell detection method and detection apparatus using the same

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Publication number: JP4073650B2
Application number: JP2001312467A
Authority: JP
Inventors: 和征榊原; 匡章福本; 寿和岡林
Original assignee: Makita Corp
Current assignee: Makita Corp
Priority date: 2001-10-10
Filing date: 2001-10-10
Publication date: 2008-04-09
Anticipated expiration: 2021-10-10
Also published as: JP2003123850A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のセルを有する電池パックに内部短絡したセルが含まれていることを検出し得る内部短絡セルの検出方法およびそれを用いた検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
複数のセルを有する電池パックとして、例えば、図８に示すような電池パック５０がある。この電池パック５０は、略角柱状に形成された樹脂製のケーシング５１内に、複数のセルとして電気的に直列に接続された２０個のニッケル水素電池CL１、CL２、CL３、CL４、CL５、CL６、CL７、CL８、CL９、CL10、CL11、CL12、CL13、CL14、CL15、CL16、CL17、CL18、CL19、CL20（以下「セルCL１…CL20」という）を内蔵するもので（図８(B) 参照）、次のように構成されている。
【０００３】
即ち、図８(A) に示すように、電池パック５０のケーシング５１の上端側に、図示しない電池ドリルや充電装置に装着する際に相手側に嵌合可能な嵌合溝５３を形成した嵌入部５２がレール状に並列して設けられており、またこの嵌入部５２の一端側に位置する部位には上下方向に出入可能なフック５４が設けられている。このフック５４は、ケーシング５１の側面に設けられるレバー５５と一体に成形され、図示しないコイルばねにより突出方向に付勢されている。
【０００４】
また、ケーシング５１の上端側には、嵌入部５２に挟まれるように位置するところにプラス端子溝５７およびマイナス端子溝５９が設けられている。そして、これらの端子溝の中には、図示しないプリント基板に半田付け固定されたプラス端子およびマイナス端子がそれぞれ設けられており、ケーシング５１内のセルCL１の正極側に当該プラス端子、セルCL２０の負極側に当該マイナス端子がそれぞれ電気的に接続されている。
【０００５】
ところで、このような電池パック５０を構成するセルCL１…CL20は、一般に、円筒形状の格納容器（缶）内に、電解質を挟むようにして重ね合わせられた薄板状の正極および負極がロール状に巻回されて収容されており、さらにこの正極と負極が直接接触しないように両極を隔てる多孔性のセパレータが両極間に巻き込まれて構成されている。そのため、このセパレータが格納容器に生じたバリ等により破損した場合には、正極と負極とが直接接触し得るため、セル内での短絡、つまり内部短絡を引き起こすことが知られている。
【０００６】
そして、このような内部短絡が生じたセルは、本来の起電圧（例えばニッケル水素電池の場合、１．２Ｖ）を発生させることができない。そのため、電池パック５０の組電池としてアッセンブリされる前のセル単体では、正常なセルと内部短絡セルとを比較的容易に区別することができるが、電池パック５０の製造工程においても発見できない場合や、電池パック５０の製造後に受けた外的衝撃等によって内部短絡セルが出現する場合もある。
【０００７】
通常、このような内部短絡セルが含まれた電池パック５０は、満充電まで充電しても、内部短絡セルを含んでいる分、定格公称電圧を発生させることができないため、電池ドリル等に十分な電力を供給することができないという不具合を招く。そのため、電池パック５０の出荷検査等においては、所定深度に充電後の電池パック５０を数時間〜数日間放置し、電池パック５０の電極端子を開放状態にしたときの開路電圧を、充電直後と放置期間経過後とにおいて測定することにより、当該電圧値の変動量から、電池パック５０に内部短絡セルが含まれているか否かを判定していた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような電池パック５０の出荷検査等では、内部短絡セルが含まれている可能性があるか否かの傾向を知ることはできても、以下の理由から、内部短絡セルの混入を確実に判定することはできないという問題がある。
即ち、電池パック５０を構成するセルCL１…CL20のなかには、セルの製造時から電池パック５０の組立までの期間が長かったり、また電池パック５０の完成から出荷までの期間が長かったりして、長期間未使用の状態が続いたことにより、例えば、１．２Ｖのセル（正常セル）、０．６Ｖのセル（不活性セル）、０Ｖのセル（内部短絡セル）のように、各セルごとに発生電圧にバラツキが生じる場合がある。このような場合、電池パック５０全体では２２．８Ｖ（公称電圧の２４Ｖよりも１．２Ｖ低下）を発生するものであっても、電池パック５０内に０．６Ｖの不活性セルが２個含まれているものと、電池パック５０内に０Ｖの内部短絡セルが１個含まれているものと、の区別を行うことができない。
【０００９】
つまり、電圧が１．２Ｖ低下した原因が、不活性セルを２本含むことによるものか、あるいは内部短絡セル１本を含むことによるものか、の区別ができない。ここで、不活性セルとは、本来、正常セルであったものが、長期間使用されない状態が続いたため、不活性状態に移行し発生電圧が低下したもののことをいい、充放電の繰り返しにより正常セルに移行し得るものである。
【００１０】
したがって、上述したような出荷検査等によると、内部短絡セルが含まれていない電池パック５０であっても、不活性セルが含まれている場合には、「内部短絡セルを含んでいる」かのように判定され得ることから、内部短絡セルの混入を確実に判定することはできないという問題がある。また、このような電池パック５０の出荷検査は、検査に要する期間が数時間〜数日間に及ぶため、検査効率が極めて悪く、コストの上昇にも繋がるという問題がある。
【００１１】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、複数のセルを有する電池パックに内部短絡したセルが含まれていることを簡便、迅速かつ確実に検出し得る内部短絡セルの検出方法およびそれを用いた検出装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段および発明の作用・効果】
上記目的を達成するため、請求項１の内部短絡セルの検出方法では、
複数のセルを有する電池パックに内部短絡したセルが含まれていることを検出し得る内部短絡セルの検出方法で前記セルがニッケル水素電池またはニッケルカドミウム電池である場合における検査方法であって、
前記電池パックの定格容量の０．０１％以上１％以下に相当する電気エネルギを前記電池パックに与える第１ステップと、
前記第１ステップによる前記電気エネルギの供給後、１秒以上３００秒以下の時間、前記電極端子を開放する第２ステップと、
前記第２ステップによる前記電極端子の開放期間後、前記電池パックの開路電圧を測定する第３ステップと、
前記第３ステップによる測定開路電圧が「１．０Ｖに前記セルの数を乗じて得られる所定の閾値電圧」または「１．０Ｖに前記セルの数を乗じて得られる電圧を中心に±１０％の幅を持つ所定の閾値電圧」を超えているか否かを判定する第４ステップと、
を含むことを技術的特徴とする。
【００１３】
ここで、「開路電圧」とは、電池パックの電極端子を開放状態にしたときの当該電極端子間の電圧のことをいう（以下、請求項２〜５において同じ）。
【００１４】
請求項１の発明では、第１ステップにより電池パックの定格容量の０．０１％以上１％以下に相当する電気エネルギを電池パックに与え、第２ステップにより、第１ステップによる電気エネルギの供給後、１秒以上３００秒以下の時間、電極端子を開放する。そして、第３ステップにより、第２ステップによる電極端子の開放期間後、電池パックの開路電圧を測定し、第４ステップにより、第３ステップによる測定開路電圧が「１．０Ｖにセルの数を乗じて得られる所定の閾値電圧」または「１．０Ｖにセルの数を乗じて得られる電圧を中心に±１０％の幅を持つ所定の閾値電圧」を超えているか否かを判定する。
これにより、電池パックの定格容量の０．０１％以上１％以下に相当する電気エネルギを与えることにより、不活性セルであっても正常セルと同様、所定電圧を超えた開路電圧を発生し得るので、第３ステップによる測定開路電圧が所定の閾値電圧を超えている場合には、当該測定開路電圧は「内部短絡したセル以外のセルによる非短絡セル開路電圧」からなること、つまり内部短絡セルを含まないことを判定することができ、また第３ステップによる測定開路電圧が所定の閾値電圧を超えていない場合には、当該測定開路電圧は「内部短絡したセル以外のセルによる非短絡セル開路電圧」に加えて「内部短絡したセルによる短絡セル開路電圧」を含んでいること、つまり内部短絡セルを含むことを判定することができる。したがって、複数のセルを有する電池パックに内部短絡したセルが含まれていることを簡便、迅速かつ確実に検出し得る効果がある。
【００１５】
また、請求項２の内部短絡セルの検出方法では、請求項１において、
前記第１ステップの前に、前記電池パックの開路電圧を測定する初期電圧測定ステップを含み、前記初期電圧測定ステップにより測定された初期開路電圧に基づいて前記所定の閾値電圧を、前記初期開路電圧が増加すると、減少するように設定される部分を含んで設定することを技術的特徴とする。
【００１６】
請求項２の発明では、初期電圧測定ステップにより、第１ステップの前に、電池パックの開路電圧を測定し、この初期電圧測定ステップにより測定された初期開路電圧に基づいて所定の閾値電圧を、初期開路電圧が増加すると、減少するように設定される部分を含んで設定する。これにより、当該初期開路電圧に基づいて所定の閾値電圧を設定することができるので、電池パックの初期状態に応じて第４ステップによる判定をすることができる。したがって、複数のセルを有する電池パックに内部短絡したセルが含まれていることを簡便、迅速かつより確実に検出し得る効果がある。また、初期開路電圧が高い部分では、初期開路電圧が低い部分よりも所定の閾値電圧が低く設定されるので、初期開路電圧が高いほど第３ステップによる測定開路電圧が低くなるという開路電圧特性および統計的傾向に則した所定の閾値電圧を設定することができる。したがって、初期開路電圧が高いセルを含んでいても、複数のセルを有する電池パックに内部短絡したセルが含まれていることを簡便、迅速かつ確実に検出し得る効果がある。
【００１９】
さらにまた、請求項３の内部短絡セルの検出方法では、請求項１または２において、前記第４ステップの後に、
前記電池パックの定格容量の０．０４％以上４％以下に相当する電気エネルギを前記電池パックに与える第５ステップと、
前記第５ステップによる前記電気エネルギの供給後、１秒以上１２００秒以下の時間、前記電極端子を開放する第６ステップと、
前記第６ステップによる前記電極端子の開放期間後、前記電池パックの開路電圧を測定する第７ステップと、
前記第７ステップによる測定開路電圧が前記所定の閾値電圧を超えているか否かを判定する第８ステップと、
を含むことを技術的特徴とする。
【００２０】
請求項３の発明では、第４ステップの後に、第５ステップにより電池パックの定格容量の０．０４％以上４％以下に相当する電気エネルギを電池パックに与え、第６ステップにより、第５ステップによる電気エネルギの供給後、１秒以上１２００秒以下の時間、電極端子を開放する。そして、第７ステップにより、第６ステップによる電極端子の開放期間後、電池パックの開路電圧を測定し、第８ステップにより、第７ステップによる測定開路電圧が所定の閾値電圧を超えているか否かを判定する。
これにより、第４ステップの後にさらに、第７ステップによる測定開路電圧が所定の閾値電圧を超えている場合には、当該測定開路電圧は「内部短絡したセル以外のセルによる非短絡セル開路電圧」からなること、つまり内部短絡セルを含まないことを判定することができ、また第７ステップによる測定開路電圧が所定の閾値電圧を超えていない場合には、当該測定開路電圧は「内部短絡したセル以外のセルによる非短絡セル開路電圧」に加えて「内部短絡したセルによる短絡セル開路電圧」を含んでいること、つまり内部短絡セルを含むことを判定することができる。したがって、複数のセルを有する電池パックに内部短絡したセルが含まれていることを簡便、迅速かつ確実にしかも高精度に検出し得る効果がある。
【００２１】
また、請求項４の内部短絡セルの検出方法では、請求項１〜３のいずれか一項において、前記所定の閾値電圧は、前記測定開路電圧の増減方向に異なる２以上の値に設定されていることを技術的特徴とする。
【００２２】
請求項４の発明では、所定の閾値電圧は、測定開路電圧の増減方向に異なる２以上の値に設定されている。これにより、第４ステップまたは第８ステップによる判定結果を３段階以上に分けることができるので、より詳細な検出結果を得ることができる。したがって、複数のセルを有する電池パックに内部短絡したセルが含まれていることを簡便、迅速かつ確実に高精度に検出し得る効果がある。
【００２３】
上記目的を達成するため、請求項５の内部短絡セルの検出装置では、
複数のセルを有する電池パックに内部短絡したセルが含まれていることを検出し得る内部短絡セルの検出装置で前記セルがニッケル水素電池またはニッケルカドミウム電池である場合における内部短絡セルの検査装置であって、
前記電池パックの定格容量の０．０１％以上１％以下に相当する電気エネルギを前記電池パックに与える電気エネルギ供給手段と、
前記電気エネルギ供給手段による前記電気エネルギの供給後、１秒以上３００秒以下の時間、前記電極端子を開放する電極端子開放手段と、
前記電極端子開放手段による前記電極端子の開放期間後、前記電池パックの開路電圧を測定する開路電圧測定手段と、
前記開路電圧測定手段による測定開路電圧が「１．０Ｖに前記セルの数を乗じて得られる所定の閾値電圧」または「１．０Ｖに前記セルの数を乗じて得られる電圧を中心に±１０％の幅を持つ所定の閾値電圧」を超えているか否かを判定する判定手段と、
を備えることを技術的特徴とする。
【００２４】
請求項５の発明では、電気エネルギ供給手段により、電池パックの定格容量の０．０１％以上１％以下に相当する電気エネルギを電池パックに与え、電極端子開放手段により、電気エネルギ供給手段による電気エネルギの供給後、１秒以上３００秒以下の時間、電極端子を開放する。そして、開路電圧測定手段により、電極端子開放手段による電極端子の開放期間後、電池パックの開路電圧を測定し、判定手段により、開路電圧測定手段による測定開路電圧が「１．０Ｖに前記セルの数を乗じて得られる所定の閾値電圧」または「１．０Ｖに前記セルの数を乗じて得られる電圧を中心に±１０％の幅を持つ所定の閾値電圧」を超えているか否かを判定する。
これにより、電池パックの定格容量の０．０１％以上１％以下に相当する電気エネルギを与えることにより、不活性セルであっても正常セルと同様、所定電圧を超えた開路電圧を発生し得るので、開路電圧測定手段による測定開路電圧が所定の閾値電圧を超えている場合には、当該測定開路電圧は「内部短絡したセル以外のセルによる非短絡セル開路電圧」からなること、つまり内部短絡セルを含まないことを判定することができ、また開路電圧測定手段による測定開路電圧が所定の閾値電圧を超えていない場合には、当該測定開路電圧は「内部短絡したセル以外のセルによる非短絡セル開路電圧」に加えて「内部短絡したセルによる短絡セル開路電圧」を含んでいること、つまり内部短絡セルを含むことを判定することができる。したがって、複数のセルを有する電池パックに内部短絡したセルが含まれていることを簡便、迅速かつ確実に検出し得る効果がある。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の内部短絡セルの検出方法およびそれを用いた検出装置の実施形態について図を参照して説明する。
まず、本実施形態に係る内部短絡セルの検出装置（以下「検出装置」という）２０の構成を図２および図３に基づいて説明する。なお、図２には検出装置２０の外観、図３には検出装置２０の制御回路ブロック、がそれぞれ示されている。
【００２６】
検出装置２０は、前述した複数のセルCL１…CL20を有する電池パック５０に内部短絡したセルが含まれていることを検出し得るもので、図２に示すように、樹脂製の筐体２１により外観を構成している。そして、この筐体２１には、電池パック５０を装着可能な嵌合部２２が形成されている。
【００２７】
この嵌合部２２には、電池パック５０の嵌合溝５３を案内可能なガイド２４等が筐体２１と一体に成形されているほか、電池パック５０のプラス端子ｔ１’、マイナス端子ｔ２’に対応して電気的に接続可能な入出力端子ｔ１、ｔ２が設けられている。これにより、嵌合部２２に電池パック５０が装着されると、電池パック５０のプラス端子ｔ１’と検出装置２０の入出力端子ｔ１、また電池パック５０のマイナス端子ｔ２’と検出装置２０の入出力端子ｔ２、をそれぞれ電気的に導通させることができる。
【００２８】
また、この筐体２１には、後述する内部短絡セルの検出処理による結果を、例えば発光ダイオードの点灯によって明示するＯＫ表示部２８ａ、ＮＧ表示部２８ｂが設けられている。これにより、後述する制御回路によって点灯制御されることで、点灯状態から検出対象となった電池パック５０に内部短絡セルが含まれているか、否かを告知することができる。即ち、ＯＫ表示部２８ａが点灯すれば、当該電池パック５０には内部短絡セルが含まれていないことを示し、一方、ＮＧ表示部２８ｂが点灯すれば、当該電池パック５０に内部短絡セルが含まれていることを示すので、検出装置２０の使用者は、電池パック５０に内部短絡セルが含まれているか否かを、一見して判断することができる。
【００２９】
図３に示すように、検出装置２０の制御回路は、主に、電源回路３１、供給電流制御部３２、制御部３３、記憶部３４、開路電圧測定部３５、スイッチ３６等から構成されている。
電源回路３１は、電池パック５０に所定の電気エネルギを供給し得るもので、スイッチ３６を介してプラス側の入出力端子ｔ１に接続され、またアース回路を介してマイナス側の入出力端子ｔ２に接続されている。この電源回路３１による電気エネルギは、次述する供給電流制御部３２により制御され、スイッチ３６により電源回路３１と入出力端子ｔ１とが接続されているときに電池パック５０に供給される。
【００３０】
供給電流制御部３２は、電源回路３１により供給される電気エネルギ量を設定し得るもので、次述する制御部３３と電源回路３１との間に介在して電源回路３１を制御するものである。例えば電池パック５０の定格容量の０．０１％以上１％以下に相当する電気エネルギあるいは定格容量の０．０４％以上４％以下に相当する電気エネルギを電池パック５０に供給する。本実施形態では、後述するように、２アンペアの電流を約１秒〜５秒間供給したり、４アンペアの電流を約５秒〜３０秒間供給したりする。なお、本実施形態では「電気エネルギ量」とは、電流値と時間との積により表現されるものとする。
【００３１】
制御部３３は、例えばマイクロコンピュータからなり、後述する内部短絡セルの検出処理を実行し得るように構成されている。即ち、制御部３３は、記憶部３４に格納される所定プログラムによる内部短絡セルの検出処理に従って、検出した電池パック５０の初期開路電圧Ｖ₀に基づいて閾値電圧Ｖ_S1〜Ｖ_S4を算出したり、所定の電気エネルギの供給開始および供給停止を供給電流制御部３２に対して指示したり、また検出結果からＯＫ表示部２８ａやＮＧ表示部２８ｂを点灯制御したりする。そのため、制御部３３は、供給電流制御部３２、記憶部３４、開路電圧測定部３５、スイッチ３６、ＯＫ表示部２８ａおよびＮＧ表示部２８ｂにそれぞれ接続されている。
【００３２】
記憶部３４は、半導体メモリにより構成されており、いわゆるシステムバスを介して制御部３３に接続されている。そして、内部短絡セルの検出処理を実行し得る所定プログラム等を格納することにより、後述する、制御部３３による内部短絡セルの検出処理を可能にしている。
【００３３】
開路電圧測定部３５は、電池パック５０の開路電圧を測定し測定値をディジタルデータとして制御部３３に出力し得るように構成されている。即ち、Ａ／Ｄ変換器を内蔵する開路電圧測定部３５の入力は、次述するスイッチ３６と入出力端子ｔ１との間に接続され、開路電圧測定部３５の出力は制御部３３に接続されているので、スイッチ３６がオフ状態のときには、電池パック５０の開路電圧を測定し、測定された電圧データ（開路電圧Ｖ₀、Ｖ₁、Ｖ₂、Ｖ₃、Ｖ₄）をＡ／Ｄ変換して制御部３３に出力する。これにより、制御部３３は、測定された初期開路電圧Ｖ₀に基づいて閾値電圧Ｖ_S1〜Ｖ_S4を算出したり、開路電圧Ｖ₁、Ｖ₂、Ｖ₃、Ｖ₄に基づいて電池パック５０に内部短絡セルが含まれているか否かを判定することができる。
【００３４】
スイッチ３６は、制御部３３によりオンオフ制御され得るように構成されている。このスイッチ３６は、その一方の端子が入出力端子ｔ１に、他方の端子が電源回路３１に、それぞれ接続されている。これにより、スイッチ３６がオン状態のときには、電源回路３１から電池パック５０に電気エネルギを供給することができ、またオフ状態のときには、電源回路３１と電池パック５０との導通を遮断するので、前述のように電池パック５０の開路電圧を開路電圧測定部３５により測定することができる。
【００３５】
ＯＫ表示部２８ａおよびＮＧ表示部２８ｂは、図示しないドライバ回路を介して制御部３３に接続されている。これにより、制御部３３による内部短絡セルの検出処理によって、例えば、電池パック５０には内部短絡セルが含まれていないと判定するとＯＫ表示部２８ａとして緑色の発光ダイオードを点灯させ、また内部短絡セルが含まれていると判定するとＮＧ表示部２８ｂとして赤色の発光ダイオードを点灯させ、検出結果を使用者に告知する。
【００３６】
なお、上述した、電源回路３１、供給電流制御部３２および制御部３３は、特許請求の範囲に記載の「電気エネルギ供給手段」に相当し、またスイッチ３６および制御部３３は、特許請求の範囲に記載の「電極端子開放手段」に相当し、さらに開路電圧測定部３５および制御部３３は、特許請求の範囲に記載の「開路電圧測定手段」に相当する。また制御部３３は特許請求の範囲に記載の「判定手段」にも相当する。
【００３７】
次に、検出装置２０による内部短絡セルの検出処理の流れを図１、図４〜図７に基づいて説明する。なお、図１には、検出装置２０による内部短絡セルの検出処理のフローチャート、図４には、検出装置２０による電圧・電流の供給パターン、図５には、良否判定の閾値電圧、図６には、初期電圧値に対する電気エネルギ供給直後の開路電圧値の分布状態、図７には、検出装置２０による良否判定条件が、それぞれ示されている。
【００３８】
検出装置２０による内部短絡セルの検出処理は、まず電池パック５０の初期開路電圧から所定の閾値電圧を求め、電気エネルギの短時間供給・短時間放置後の電池パック５０の開路電圧が当該所定の閾値電圧よりも大きい場合、電池パック５０には内部短絡セルが含まれていないと判定するものである。このように電気エネルギの短時間供給・短時間放置後の開路電圧に基づいて内部短絡セルの有無を判定するのは、図６に示すニッケル水素電池やニッケルカドニウム電池等による短時間充電・短時間放置後の開路電圧特性を根拠にするものである。
【００３９】
即ち、本願発明者らによる実験および計算機シミュレーションにより、ニッケル水素電池やニッケルカドニウム電池等の二次電池（セル単体）について、初期開路電圧に対する電気エネルギの短時間供給後電圧（開路電圧）の分布状態を調査した結果、図６に示すような分布傾向が確認され、さらに正常セル（不活性セルを含む）はαの範囲に集まる一方で、内部短絡セルはβの範囲に集まることが判明した。また初期開路電圧が高いセルほどセル自体の特性により電気エネルギの短時間供給後電圧が減少することが確認され、さらに電池パック５０として複数のセルを組み合わせた場合には、初期開路電圧が高い電池パック５０ほど電気エネルギの短時間供給後電圧が統計的に減少する傾向にあることが判明した。
【００４０】
したがって、例えば図６から、公称電圧１．２Ｖの１セル当たり１．０Ｖ前後を「所定の電圧」に設定すれば（図６中の一点鎖線）、αの範囲に集まる正常セルとβの範囲に集まる内部短絡セルとを区別することができる。そのため、例えば、検出装置２０により判定される電池パック５０の場合、「当該所定電圧に総セル数を乗じた電圧」、つまり１．０Ｖ×２０＝２０Ｖを「所定の閾値電圧」に設定すれば、電池パック５０に内部短絡セルが含まれているか否かを簡便、迅速かつ確実に検出することができる。
【００４１】
また以下説明する図１に示すアルゴリズムのように、「所定の閾値電圧」を複数設定し（Ｖ_S1、Ｖ_S2、Ｖ_S3、Ｖ_S4）、内部短絡セル有無の判定を複数回行うことによって、電池パック５０に内部短絡したセルが含まれていることを簡便、迅速かつさらに確実に検出することができる。なお、本実施形態では、所定の閾値電圧を４種類設定することにより、内部短絡セル有無の判定を最大２回行う。
【００４２】
図１に示すように、内部短絡セルの検出処理は、まずステップＳ１０１による初期化処理から開始される。この内部短絡セルの検出処理では、記憶部３４内の所定のワーク領域をクリアしたり、各種パラメータを所定値に設定したりする。
【００４３】
続くステップＳ１０７では、電池パック５０が検出装置２０の嵌合部２２に装着されているか否かを判断する。もし電池パック５０が装着されている判断できない場合には（ステップＳ１０７でＮｏ）、次のステップＳ１０９に進むことなく、再度、ステップＳ１０７による当該処理を繰り返す。
【００４４】
ステップＳ１０７により、電池パック５０が検出装置２０に装着されていると判断できた場合には、ステップＳ１０９により初期開路電圧Ｖ₀を検出する。即ち、制御部３３による制御により、スイッチ３６をオフ状態に切り替えて、電池パック５０の開路電圧（初期開路電圧Ｖ₀）を開路電圧測定部３５により測定する（図４参照）。
【００４５】
このステップＳ１０９により測定された初期開路電圧Ｖ₀は、続くステップＳ１１１により所定の閾値電圧を算出するため用いられる。即ち、ステップＳ１１１では、この初期開路電圧Ｖ₀に基づいて、４つの所定の閾値電圧Ｖ_S1、Ｖ_S2、Ｖ_S3、Ｖ_S4を、所定演算や所定マップにより求める。本実施形態では、図５(A) 、図５(B) に示すように、２種類の特性カーブに基づいて閾値電圧Ｖ_S1、Ｖ_S2、Ｖ_S3、Ｖ_S4を求める。例えば、閾値電圧Ｖ_S1、Ｖ_S2は、前述した「所定の閾値電圧」を中心に±１０％の幅を持つ値（２０Ｖ±２Ｖ）に設定し、閾値電圧Ｖ_S3、Ｖ_S4は、前述した「所定の閾値電圧」を中心に±５％の幅を持つ値（２０Ｖ±１Ｖ）に設定する。また閾値電圧Ｖ_S3、Ｖ_S4は、「所定の閾値電圧」よりも低い電圧を中心に所定幅を持つ値に（例えば１８Ｖ±２Ｖ）に設定しても良い。
【００４６】
即ち、本実施形態では、図５(A) に示すように、閾値電圧Ｖ_S1、Ｖ_S2は、初期開路電圧Ｖ₀の値にかかわらず一定値に設定されている。一方、図５(B) に示すように、閾値電圧Ｖ_S3、Ｖ_S4は、初期開路電圧Ｖ₀の値が増加すると減少するように設定される減少関数部を挟んで、初期開路電圧Ｖ₀の値にかかわらず一定値になる部分が当該減少関数部に連続して設定されている。
【００４７】
このように閾値電圧Ｖ_S3、Ｖ_S4に対しては、閾値電圧Ｖ_S1、Ｖ_S2のように初期開路電圧Ｖ₀の値にかかわらず一定値に設定することなく、初期開路電圧Ｖ₀の値が比較的高いところに減少関数部を対応するように設定しているのは、前述したように、初期開路電圧Ｖ₀の値が高くなるほど、電気エネルギを供給した後の電圧（充電後電圧）が減少する傾向にあることが判明したからである。
【００４８】
なお、閾値電圧Ｖ_S1、Ｖ_S2は、後述するステップＳ１２３により測定された開路電圧Ｖ₂を比較の対象にするパラメータで、また閾値電圧Ｖ_S3、Ｖ_S4は、後述するステップＳ１４５により測定された開路電圧Ｖ₄を比較の対象にするパラメータである。
【００４９】
また、この４つの所定の閾値電圧Ｖ_S1、Ｖ_S2、Ｖ_S3、Ｖ_S4は、電池パック５０を構成するセル数によっても設定が異なることから、セル数の情報を、図示しないセレクタの設定もしくは電池パック５０に内蔵されたEEPROMに書き込まれたＩＤを読み出すことにより、取得するように構成しても良い。
【００５０】
ステップＳ１１１により所定の閾値電圧Ｖ_S1、Ｖ_S2、Ｖ_S3、Ｖ_S4を求めると、第１回目の判定を行うため、ステップＳ１１３により電気エネルギの供給を開始し、ステップＳ１１５による所定の供給時間Ｔ１が経過するまで当該電気エネルギ（電流Ｉ₀₁）の供給を継続する（図４参照）。即ち、制御部３３による制御により、スイッチ３６をオン状態に切り替えて、電源回路３１から電池パック５０に所定の電流Ｉ₀₁を供給する。ここでは所定の供給時間Ｔ１として、制御部３３により、例えば約１秒〜５秒間が設定され、また供給電流制御部３２により、例えば２アンペアの電流を供給し得るように制御される。
【００５１】
ステップＳ１１５により所定の供給時間Ｔ１が経過すると、ステップＳ１１７により電気エネルギの供給を停止し、ステップＳ１１９により直ちに電池パック５０の開路電圧Ｖ₁を測定する。即ち、制御部３３による制御により、スイッチ３６をオフ状態に切り替えて電気エネルギ（電流Ｉ₀₁）の供給を停止するとともに、電池パック５０の開路電圧Ｖ₁を開路電圧測定部３５により測定する（図４参照）。
【００５２】
そして、ステップＳ１２１による所定の休止時間Ｔ２が経過するまで、電池パック５０のプラス端子ｔ１’を開放する（図４参照）。この所定の休止時間Ｔ２は、電池パック５０のプラス端子ｔ１’を開放状態にしたときの開路電圧が、セルCL１…CL20のうち、内部短絡セルによる電気エネルギの供給直後の短絡セル開路電圧と、正常セル（不活性セルを含む）による電気エネルギの供給直後の非短絡セル開路電圧と、の総和電圧（開路電圧Ｖ₁から開路電圧Ｖ₂に至るまでの電圧）を維持可能な期間をいい（図４参照）、１秒以上３００秒以下に設定される。ここでは所定の休止時間Ｔ２として、制御部３３により、例えば約５秒〜１０秒間、プラス端子ｔ１’を開放し得るように制御されている。
【００５３】
これによって、図４に示すＴ２' のように、所定の休止時間Ｔ２が必要以上に長く設定されることにより、不活性セルによる開路電圧の低下を招いて初期開路電圧Ｖ₀付近まで電池パック５０の開路電圧Ｖ₂'が低下してしまい、電池パック５０内に不活性セルが複数個含まれている場合と、内部短絡セルが１個含まれている場合と、の区別をすることができなくなるような事態を防止している。
【００５４】
ステップＳ１２１により所定の休止時間Ｔ２が経過すると、ステップＳ１２３により直ちに電池パック５０の開路電圧Ｖ₂を測定する。即ち、制御部３３による制御により、スイッチ３６をオフ状態に切り替えて電池パック５０の開路電圧Ｖ₂を開路電圧測定部３５により測定する（図４参照）。
【００５５】
このステップＳ１２３により測定された開路電圧Ｖ₂は、続くステップＳ１２５により、所定の閾値電圧Ｖ_S1と比較されて第１回目の判定を行うために用いられる。即ち、ステップＳ１２５による第１回目の判定によって、ステップＳ１１１により算出された所定の閾値電圧Ｖ_S1よりも開路電圧Ｖ₂の方が大きいか否かを判断し、所定の閾値電圧Ｖ_S1よりも開路電圧Ｖ₂の方が大きいと判断した場合には（ステップＳ１２５でＹｅｓ）、図５(A) に示すように、「ＯＫ」領域に該当するので、電池パック５０に内部短絡セルが含まれていないと判定し、ステップＳ１２７によりＯＫ表示部２８ａを点灯させる。一方、ステップＳ１２５により、所定の閾値電圧Ｖ_S1よりも開路電圧Ｖ₂の方が大きいと判断できない場合には（ステップＳ１２５でＮｏ）、図５(A) に示すように、「グレー」領域または「ＮＧ」領域に該当するので、電池パック５０に内部短絡セルが含まれている可能性があると判定し、ステップＳ１２９に処理を移行する。
【００５６】
ステップＳ１２９では、さらに、ステップＳ１１１により算出された所定の閾値電圧Ｖ_S2よりも開路電圧Ｖ₂の方が大きいか否か、即ち第１回目の判定により「グレー」領域に該当するのか、または「ＮＧ」領域に該当するのかの判断を行う。所定の閾値電圧Ｖ_S2よりも開路電圧Ｖ₂の方が大きいと判断した場合には（ステップＳ１２９でＹｅｓ）、図５(A) に示すように「グレー」領域に該当するので、ステップＳ１３３により第１回目の判定結果は「グレー」であることを記憶する。一方、ステップＳ１２９により、所定の閾値電圧Ｖ_S2よりも開路電圧Ｖ₂の方が大きいと判断できない場合には（ステップＳ１２９でＮｏ）、図５(A) に示すように「ＮＧ」領域に該当するので、ステップＳ１３１により第１回目の判定結果は「ＮＧ」であることを記憶する。
【００５７】
続くステップＳ１３５〜Ｓ１４１では、第２回目の判定を行うため、前述したステップＳ１１３〜Ｓ１１９と同様の処理を実行する。
即ち、ステップＳ１３５により電気エネルギの供給を開始し、ステップＳ１３７による所定の供給時間Ｔ３が経過するまで当該電気エネルギ（電流Ｉ₂₃）の供給を継続する（図４参照）。そして、所定の供給時間Ｔ３の経過後、ステップＳ１３９により電気エネルギの供給を停止し、ステップＳ１４１により直ちに電池パック５０の開路電圧Ｖ₃を測定する。なお、ステップＳ１３５では、例えば４アンペアの電流を約５秒〜３０秒間供給し得るように、供給電流制御部３２および制御部３３によって制御される。
【００５８】
そして、ステップＳ１４３による所定の休止時間Ｔ４が経過するまで、電池パック５０のプラス端子ｔ１’を開放する（図４参照）。この所定の休止時間Ｔ４も、ステップＳ１２１による所定の休止時間Ｔ２と同様、電池パック５０のプラス端子ｔ１’を開放状態にしたときの開路電圧が、セルCL１…CL20のうち、内部短絡セルによる電気エネルギの供給直後の短絡セル開路電圧と、正常セル（不活性セルを含む）による電気エネルギの供給直後の非短絡セル開路電圧と、の総和電圧（開路電圧Ｖ₃から開路電圧Ｖ₄に至るまでの電圧）を維持可能な期間をいい（図４参照）、１秒以上１２００秒以下に設定される。ここでは所定の休止時間Ｔ４として、制御部３３により、例えば約３０秒〜１００秒間、プラス端子ｔ１’を開放し得るように制御されている。
【００５９】
これによって、所定の休止時間Ｔ４が必要以上に長く設定されることにより、不活性セルによる開路電圧の低下を招いて初期開路電圧Ｖ₀付近まで電池パック５０の開路電圧が低下してしまい、電池パック５０内に不活性セルが複数個含まれている場合と、内部短絡セルが１個含まれている場合と、の区別をすることができなくなるような事態を防止している。
【００６０】
ステップＳ１４３により所定の休止時間Ｔ４が経過すると、ステップＳ１４５により直ちに電池パック５０の開路電圧Ｖ₄を測定する。即ち、制御部３３による制御により、スイッチ３６をオフ状態に切り替えて電池パック５０の開路電圧Ｖ₄を開路電圧測定部３５により測定する（図４参照）。このステップＳ１４５により測定された開路電圧Ｖ₄は、ステップＳ１４７、Ｓ１４９により、所定の閾値電圧Ｖ_S3、Ｖ_S4と比較されて第２回目の判定を行うために用いられる。
【００６１】
ステップＳ１４７では、ステップＳ１４５により測定された開路電圧Ｖ₄に基づいて第２回目の判定を行う。即ち、ステップＳ１１１により算出された所定の閾値電圧Ｖ_S3よりも開路電圧Ｖ₄の方が大きいか否かを判断し、所定の閾値電圧Ｖ_S3よりも開路電圧Ｖ₄の方が大きいと判断した場合には（ステップＳ１４７でＹｅｓ）、図５(B) に示すように「ＯＫ」領域に該当するので、電池パック５０に内部短絡セルが含まれていないと判定し、ステップＳ１２７によりＯＫ表示部２８ａを点灯させる。
【００６２】
一方、所定の閾値電圧Ｖ_S3よりも開路電圧Ｖ₄の方が大きいと判断できない場合には（ステップＳ１４７でＮｏ）、図５(B) に示すように「グレー」領域または「ＮＧ」領域に該当するので、電池パック５０に内部短絡セルが含まれている可能性があると判定し、ステップＳ１４９に処理を移行する。
【００６３】
そして、ステップＳ１４９によって、ステップＳ１１１により算出された所定の閾値電圧Ｖ_S4よりも開路電圧Ｖ₄の方が大きいか否かを判断する。この処理により、所定の閾値電圧Ｖ_S4よりも開路電圧Ｖ₄の方が大きいと判断した場合には（ステップＳ１４９でＹｅｓ）、図５(B) に示すように、「グレー」領域に該当するので、第１回目の判定結果を参酌して判定するため、ステップＳ１５３に処理を移す。一方、所定の閾値電圧Ｖ_S4よりも開路電圧Ｖ₄の方が大きいと判断できない場合には（ステップＳ１４９でＮｏ）、図５(B) に示すように「ＮＧ」領域に該当するので、電池パック５０に内部短絡セルが含まれていると判定し、ステップＳ１５１によりＮＧ表示部２８ｂを点灯させる。
【００６４】
ステップＳ１５３は、第２回目の判定により「グレー」領域に該当するとステップＳ１４９により判断された場合の処理を行う。
即ち、図７に示す検出装置２０による良否判定条件をまとめた図表から判るように、第２回目の判定結果により「グレー」領域に該当する場合には、第１回目判定結果を参酌することによって、当該電池パック５０に内部短絡セルが含まれているか（図７で×印）、内部短絡セルが含まれていないか（図７で○印）、を判断することができるので、これに図表に従って電池パック５０の良否判定を行うものである。
【００６５】
ステップＳ１５３により、第１回目の判定結果が「グレー」であることが記憶されていると判断した場合には（Ｓ１５３でＹｅｓ）、図７に示すように内部短絡セルが含まれていないと判定されるので、ステップＳ１２７によりＯＫ表示部２８ａを点灯させる。一方、第１回目の判定結果が「グレー」であることが記憶されていると判断できない場合、つまり第１回目の判定結果が「ＮＧ」である場合には（Ｓ１５３でＮｏ）、図７に示すように内部短絡セルが含まれている判定されるので、ステップＳ１５１によりＮＧ表示部２８ｂを点灯させる。
【００６６】
なお、図７に示す検出装置２０による良否判定条件から、開路電圧Ｖ₂による第１回目の判定（所定の閾値電圧Ｖ_S1）で「ＯＫ」領域に該当すれば（Ｓ１２５でＹｅｓ）、第２回目の判定結果にかかわず電池パック５０には内部短絡セルが含まれていないと判定することがわかる（図７で○印）。
【００６７】
一方、開路電圧Ｖ₂による第１回目の判定で「グレー」領域または「ＮＧ」領域に該当すれば（Ｓ１２５でＮｏ）、開路電圧Ｖ₂による第１回目の判定（所定の閾値電圧Ｖ_S2）をさらに行い（Ｓ１２９）、その結果を記憶する（Ｓ１３１、Ｓ１３３）。そして、開路電圧Ｖ₄による第２回目の判定（所定の閾値電圧Ｖ_S3）を行い、「ＯＫ」領域に該当すれば（Ｓ１４７でＹｅｓ）、電池パック５０には内部短絡セルが含まれていないと判定する（図７で○印）。
【００６８】
しかし、第２回目の判定により「ＯＫ」領域に該当しなければ（Ｓ１４７でＮｏ）、さらに開路電圧Ｖ₄による第２回目の判定（所定の閾値電圧Ｖ_S4）を行い、その判定結果とステップＳ１３１、Ｓ１３３により記憶された判定結果とを組み合わせて電池パック５０には内部短絡セルが含まれているか否かを判定する。
【００６９】
このように上述した内部短絡セルの検出処理では、ステップＳ１０９（初期電圧測定ステップ）により、ステップＳ１１３、Ｓ１１５、Ｓ１１９（第１ステップ）の前に、電池パック５０のプラス端子ｔ１’を開放状態にした初期開路電圧Ｖ₀を測定し、この初期開路電圧Ｖ₀に基づいて４つの所定の閾値電圧Ｖ_S1、Ｖ_S2、Ｖ_S3、Ｖ_S4を設定する。これにより、初期開路電圧Ｖ₀に基づいて所定の閾値電圧Ｖ_S1、Ｖ_S2、Ｖ_S3、Ｖ_S4を設定することができ、また所定の閾値電圧Ｖ_S1、Ｖ_S2により、「ＯＫ」、「グレー」および「ＮＧ」の３領域に判定結果を分類することができ、さらに所定の閾値電圧Ｖ_S3、Ｖ_S4によっても、「ＯＫ」、「グレー」および「ＮＧ」の３領域に判定結果を分類することができるので、電池パック５０の初期状態に応じた判定と、さらに高精度な判定をすることができる。
【００７０】
また、上述した内部短絡セルの検出処理では、内部短絡セル有無の判定を最大２回行っても、その判定に要する時間は、供給時間Ｔ１（５秒）＋休止時間Ｔ２（１０秒）＋供給時間Ｔ３（３０秒）＋休止時間Ｔ４（１００秒）としても高々３分弱である。したがって、従来は数時間から数日間要していたことからすると極めて迅速に内部短絡セルの有無を判定することができる。
【００７１】
以上説明したように、本実施形態に係る検出装置２０による内部短絡セルの検出処理によると、ステップＳ１１３、Ｓ１１５、Ｓ１１９（第１ステップ）により所定の電流Ｉ₀₁を電池パック５０に所定の供給時間Ｔ１内に与え、ステップＳ１２１（第２ステップ）により、所定の電流Ｉ₀₁の供給後、電池パック５０のプラス端子ｔ１’を開放状態にしたときの開路電圧Ｖ₂が、セルCL１…CL20のうち、内部短絡セルによる電気エネルギの供給直後の短絡セル開路電圧と、正常セル（不活性セルを含む）による電気エネルギの供給直後の非短絡セル開路電圧と、の総和電圧（開路電圧Ｖ₁から開路電圧Ｖ₂に至るまでの電圧）を維持可能な所定の休止時間Ｔ２、即ち、１秒以上３００秒以下の時間、プラス端子ｔ１’を開放する。そして、ステップＳ１２３（第３ステップ）により、プラス端子ｔ１’の開放期間後、電池パック５０のプラス端子ｔ１’を開放状態にしたときの開路電圧Ｖ₂を測定し、ステップＳ１２５（第４ステップ）により、開路電圧Ｖ₂が所定の閾値電圧Ｖ_S1を超えているか否かを判定する。
【００７２】
これにより、当該短絡セル開路電圧と当該非短絡セル開路電圧との総和電圧（開路電圧Ｖ₁から開路電圧Ｖ₂に至るまでの電圧）を維持可能な所定の休止時間Ｔ２（１秒以上３００秒以下の時間）においては、不活性セルであっても正常セルと同様、所定電圧を超えた開路電圧を発生し得るので、例えば１．０Ｖ×２０＝２０Ｖを所定の閾値電圧に設定すれば、ステップＳ１２３（第３ステップ）による開路電圧Ｖ₂が所定の閾値電圧を超えている場合には、開路電圧Ｖ₂は「内部短絡したセル以外のセルによる非短絡セル開路電圧」からなること、つまり内部短絡セルを含まないことを判定することができ、またステップＳ１２３（第３ステップ）による開路電圧Ｖ₂が所定の閾値電圧を超えていない場合には、開路電圧Ｖ₂は「内部短絡したセル以外のセルによる非短絡セル開路電圧」に加えて「内部短絡したセルによる短絡セル開路電圧」を含んでいること、つまり内部短絡セルを含むことを判定することができる。したがって、複数のセルを有する電池パック５０に内部短絡したセルが含まれていることを簡便、迅速かつ確実に検出し得る効果がある。
【００７３】
さらに本実施形態に係る検出装置２０による内部短絡セルの検出処理によると、ステップＳ１２５（第４ステップ）の後に、ステップＳ１３５、Ｓ１３７、Ｓ１３９（第５ステップ）により所定の電流Ｉ₂₃を電池パック５０に所定の供給時間Ｔ３内に与え、ステップＳ１４３（第６ステップ）により、所定の電流Ｉ₂₃の供給後、電池パック５０のプラス端子ｔ１’を開放状態にしたときの開路電圧Ｖ₄が、セルCL１…CL20のうち、内部短絡セルによる電気エネルギの供給直後の短絡セル開路電圧と、正常セル（不活性セルを含む）による電気エネルギの供給直後の非短絡セル開路電圧と、の総和電圧（開路電圧Ｖ₃から開路電圧Ｖ₄に至るまでの電圧）を維持可能な所定の休止時間Ｔ４（１秒以上１２００秒以下）、プラス端子ｔ１’を開放する。そして、ステップＳ１４５（第７ステップ）により、プラス端子ｔ１’の開放期間後、電池パック５０のプラス端子ｔ１’を開放状態にしたときの開路電圧Ｖ₄を測定し、ステップＳ１４７、Ｓ１４９（第８ステップ）により、開路電圧Ｖ₄が所定の閾値電圧Ｖ_S3、Ｖ_S4を超えているか否かを判定する。
【００７４】
これにより、ステップＳ１２５（第４ステップ）の後にさらに、ステップＳ１４５（第７ステップ）による開路電圧Ｖ₄が所定の閾値電圧を超えている場合には、開路電圧Ｖ₄は「内部短絡したセル以外のセルによる非短絡セル開路電圧」からなること、つまり内部短絡セルを含まないことを判定することができ、またステップＳ１４５（第７ステップ）による開路電圧Ｖ₄が所定の閾値電圧を超えていない場合には、開路電圧Ｖ₄は「内部短絡したセル以外のセルによる非短絡セル開路電圧」に加えて「内部短絡したセルによる短絡セル開路電圧」を含んでいること、つまり内部短絡セルを含むことを判定することができる。したがって、複数のセルを有する電池パック５０に内部短絡したセルが含まれていることを簡便、迅速かつ確実にしかも高精度に検出し得る効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る内部短絡セル検出装置による内部短絡セルの検出処理の流れを示すフローチャートである。
【図２】本実施形態の検出装置の外観を示す斜視図である。
【図３】本実施形態の検出装置の制御回路の構成を示すブロック図である。
【図４】本実施形態の検出装置による電圧・電流の供給パターンを示す説明図である。
【図５】本実施形態の検出装置による良否判定の閾値電圧を示す説明図で、図５(A) は一定値の場合、図５(B) は減少関数を含む場合、をそれぞれ示すものである。
【図６】初期電圧に対する充電後電圧の分布状態（セル単体）を示す特性図である。
【図７】本実施形態の検出装置による良否判定条件を示す図表である。
【図８】複数のセルからなる電池パックを示す説明図で、図８(A) は外見を示すもの、図８(B) は収容された複数のセルを示すものである。
【符号の説明】
２０検出装置（内部短絡セルの検出装置）
２８ａＯＫ表示部
２８ｂＮＧ表示部
３１電源回路（電気エネルギ供給手段）
３２充電電流制御部（電気エネルギ供給手段）
３３制御部（電気エネルギ供給手段、電極端子開放手段、開路電圧測定手段、判定手段）
３４記憶部
３５開路電圧測定部（開路電圧測定手段）
３６スイッチ（電極端子開放手段）
５０電池パック
CL１…CL20 セル
ｔ１’ プラス端子（電極端子）
ｔ２’ マイナス端子（電極端子）
Ｖ_S1 閾値電圧（所定の閾値電圧）
Ｖ_S2 閾値電圧（所定の閾値電圧）
Ｖ_S3 閾値電圧（所定の閾値電圧）
Ｖ_S4 閾値電圧（所定の閾値電圧）
Ｓ１０９（初期電圧測定ステップ）
Ｓ１１３、Ｓ１１５、Ｓ１１９（第１ステップ、電気エネルギ供給手段）
Ｓ１２１（第２ステップ、電極端子開放手段）
Ｓ１２３（第３ステップ、開路電圧測定手段）
Ｓ１２５（第４ステップ、判定手段）
Ｓ１３５、Ｓ１３７、Ｓ１３９（第５ステップ）
Ｓ１４３（第６ステップ）
Ｓ１４５（第７ステップ）
Ｓ１４７、Ｓ１４９（第８ステップ）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an internal short-circuited cell detection method capable of detecting that an internally short-circuited cell is included in a battery pack having a plurality of cells, and a detection apparatus using the same.
[0002]
[Prior art]
An example of a battery pack having a plurality of cells is a battery pack 50 as shown in FIG. This battery pack 50 includes 20 nickel-metal hydride batteries CL1, CL2, CL3, CL4, CL5, CL6 electrically connected in series as a plurality of cells in a resin casing 51 formed in a substantially prismatic shape. , CL7, CL8, CL9, CL10, CL11, CL12, CL13, CL14, CL15, CL16, CL17, CL18, CL19, CL20 (hereinafter referred to as “cell CL1... CL20”) (see FIG. 8B) ), It is structured as follows.
[0003]
That is, as shown in FIG. 8 (A), a fitting groove 53 is formed on the upper end side of the casing 51 of the battery pack 50 so that the fitting groove 53 can be fitted to the other side when the battery pack 50 is attached to a battery drill or a charging device. The portion 52 is provided in parallel in a rail shape, and a hook 54 that can be inserted and removed in the vertical direction is provided at a portion located on one end side of the fitting portion 52. The hook 54 is formed integrally with a lever 55 provided on the side surface of the casing 51, and is biased in a protruding direction by a coil spring (not shown).
[0004]
Further, a positive terminal groove 57 and a negative terminal groove 59 are provided on the upper end side of the casing 51 at a position positioned so as to be sandwiched between the fitting portions 52. In these terminal grooves, a positive terminal and a negative terminal soldered to a printed circuit board (not shown) are provided, respectively, and the positive terminal of the cell CL1 in the casing 51 is connected to the positive terminal of the cell CL20. The negative terminals are electrically connected to the negative electrode side.
[0005]
By the way, the cells CL1... CL20 constituting such a battery pack 50 generally have a thin plate-like positive electrode and a negative electrode, which are stacked in a cylindrical storage container (can) so as to sandwich an electrolyte, in a roll shape. In addition, a porous separator that separates the two electrodes is wound between the two electrodes so that the positive electrode and the negative electrode are not in direct contact with each other. For this reason, it is known that when this separator is damaged by a burr or the like generated in the storage container, the positive electrode and the negative electrode can be in direct contact with each other, causing a short circuit in the cell, that is, an internal short circuit.
[0006]
A cell in which such an internal short circuit has occurred cannot generate an original electromotive voltage (for example, 1.2 V in the case of a nickel metal hydride battery). Therefore, a normal cell and an internal short-circuited cell can be distinguished relatively easily in a single cell before being assembled as an assembled battery of the battery pack 50, but may not be found even in the manufacturing process of the battery pack 50. In some cases, an internal short-circuit cell may appear due to an external impact received after the battery pack 50 is manufactured.
[0007]
Normally, the battery pack 50 including such an internal short-circuit cell cannot generate a rated nominal voltage as long as the internal short-circuit cell is included even if it is fully charged. Cause inconvenience that a large amount of power cannot be supplied. Therefore, in the shipping inspection of the battery pack 50, the open circuit voltage when the battery pack 50 after charging at a predetermined depth is left for several hours to several days and the electrode terminal of the battery pack 50 is opened is immediately after charging. By measuring after the standing period, whether or not the internal short circuit cell is included in the battery pack 50 is determined from the fluctuation amount of the voltage value.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such a shipment inspection or the like of the battery pack 50, although it is possible to know the tendency of whether or not there is a possibility that the internal short circuit cell is included, the internal short circuit cell is mixed for the following reason. There is a problem that it cannot be determined reliably.
That is, among the cells CL1... CL20 constituting the battery pack 50, the period from the manufacture of the cell to the assembly of the battery pack 50 is long, or the period from completion of the battery pack 50 to shipment is long. For example, 1.2V cell (normal cell), 0.6V cell (inactive cell), 0V cell (internal short circuit cell), etc. There may be variations in the generated voltage. In such a case, even if the battery pack 50 generates 22.8V (1.2V lower than the nominal voltage of 24V), the battery pack 50 includes two 0.6V inactive cells. The battery pack 50 cannot be distinguished from the battery pack 50 that includes one internal short-circuit cell of 0V.
[0009]
That is, it cannot be distinguished whether the cause of the voltage drop by 1.2V is due to the inclusion of two inactive cells or the inclusion of one internal short circuit cell. Here, an inactive cell is a cell that was originally a normal cell but has not been used for a long period of time. It can be transferred to a cell.
[0010]
Therefore, according to the above-described shipping inspection or the like, even if the battery pack 50 does not include the internal short circuit cell, if the inactive cell is included, does it “include the internal short circuit cell”? Therefore, there is a problem that it is impossible to reliably determine whether the internal short circuit cell is mixed. Moreover, since the period required for the inspection of the battery pack 50 is several hours to several days, there is a problem that the inspection efficiency is extremely poor and the cost is increased.
[0011]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and the object of the present invention is to easily, quickly and reliably ensure that a battery pack having a plurality of cells includes internally short-circuited cells. An object of the present invention is to provide a method for detecting an internal short-circuited cell that can be detected and a detection device using the same.
[0012]
[Means for solving the problems and functions and effects of the invention]
  In order to achieve the above object, in the method for detecting an internal short-circuited cell according to claim 1,
  Method for detecting an internal short-circuited cell capable of detecting that an internally short-circuited cell is included in a battery pack having a plurality of cellsAnd the cell is a nickel metal hydride battery or a nickel cadmium batteryBecause
  A first step of providing the battery pack with electrical energy corresponding to 0.01% to 1% of the rated capacity of the battery pack;
  A second step of opening the electrode terminal for a time period of 1 second to 300 seconds after the supply of the electrical energy in the first step;
  A third step of measuring an open circuit voltage of the battery pack after an open period of the electrode terminal according to the second step;
  The measured open circuit voltage in the third step is“Predetermined threshold voltage obtained by multiplying 1.0V by the number of cells” or “Predetermined threshold voltage having a width of ± 10% around a voltage obtained by multiplying 1.0V by the number of cells”A fourth step of determining whether or not
  It is a technical feature to include.
[0013]
  Here, the “open circuit voltage” refers to a voltage between the electrode terminals when the electrode terminals of the battery pack are opened (hereinafter, claims 2 to 2).5The same).
[0014]
  In the first aspect of the present invention, electric energy corresponding to 0.01% to 1% of the rated capacity of the battery pack is given to the battery pack in the first step, and after the electric energy is supplied in the first step in the second step. The electrode terminal is opened for a time of 1 second to 300 seconds. Then, in the third step, the open circuit voltage of the battery pack is measured after the electrode terminal open period in the second step, and in the fourth step, the measured open circuit voltage in the third step is“Predetermined threshold voltage obtained by multiplying 1.0V by the number of cells” or “Predetermined threshold voltage having a width of ± 10% around the voltage obtained by multiplying 1.0V by the number of cells”It is determined whether or not it exceeds.
  As a result, by providing electrical energy corresponding to 0.01% or more and 1% or less of the rated capacity of the battery pack, an open circuit voltage exceeding a predetermined voltage can be generated even in an inactive cell, as in a normal cell. BecauseThe secondWhen the measured open circuit voltage in three steps exceeds a predetermined threshold voltage, the measured open circuit voltage is composed of “non-short-circuited cell open-circuit voltage by cells other than the internally short-circuited cell”, that is, does not include the internal short-circuited cell. If the measured open circuit voltage in the third step does not exceed the predetermined threshold voltage, the measured open circuit voltage is set to “non-short-circuited cell open voltage by a cell other than the internally shorted cell”. In addition, it can be determined that “a short-circuited cell open circuit voltage due to an internally short-circuited cell” is included, that is, an internal short-circuited cell is included. Therefore, there is an effect that it is possible to simply, quickly and surely detect that a battery pack having a plurality of cells includes cells that are internally short-circuited.
[0015]
  Moreover, in the detection method of the internal short circuit cell of Claim 2, in Claim 1,
  Before the first step, an initial voltage measuring step of measuring an open circuit voltage of the battery pack is included, and the predetermined threshold voltage is calculated based on the initial open circuit voltage measured by the initial voltage measuring step.Including a portion set to decrease as the initial open circuit voltage increases.Setting is a technical feature.
[0016]
  In the invention of claim 2, the initial voltage measuring step measures the open circuit voltage of the battery pack before the first step, and sets a predetermined threshold voltage based on the initial open circuit voltage measured by the initial voltage measuring step.Including the part set to decrease as the initial open circuit voltage increasesSet. Thereby, since a predetermined threshold voltage can be set based on the initial open circuit voltage, the determination by the fourth step can be made according to the initial state of the battery pack. Therefore, there is an effect that it can be detected simply, quickly and more reliably that a battery pack having a plurality of cells includes cells short-circuited internally.Further, since the predetermined threshold voltage is set lower in the portion where the initial open circuit voltage is higher than in the portion where the initial open circuit voltage is low, the open circuit voltage characteristic that the measured open circuit voltage by the third step is lower as the initial open circuit voltage is higher, and A predetermined threshold voltage can be set in accordance with a statistical tendency. Therefore, even if a cell having a high initial open circuit voltage is included, there is an effect that it can be easily, quickly and surely detected that an internally short-circuited cell is included in a battery pack having a plurality of cells.
[0019]
  Furthermore, the claims3In the method of detecting an internal short circuit cell of claim 1,Or 2In the fourth step,
  A fifth step of providing the battery pack with electrical energy corresponding to 0.04% or more and 4% or less of the rated capacity of the battery pack;
  A sixth step of opening the electrode terminal for a period of 1 second to 1200 seconds after the supply of the electrical energy in the fifth step;
  A seventh step of measuring an open circuit voltage of the battery pack after an open period of the electrode terminal according to the sixth step;
  The measured open circuit voltage according to the seventh step isSaidAn eighth step of determining whether or not a predetermined threshold voltage is exceeded;
  It is a technical feature to include.
[0020]
  Claim3In the present invention, after the fourth step, electric energy corresponding to 0.04% or more and 4% or less of the rated capacity of the battery pack is given to the battery pack by the fifth step, and the electric energy by the fifth step is given by the sixth step. After supplying the electrode terminal, the electrode terminal is opened for a period of 1 second to 1200 seconds. Then, according to the seventh step, the open circuit voltage of the battery pack is measured after the open period of the electrode terminal according to the sixth step, and whether or not the measured open circuit voltage according to the seventh step exceeds a predetermined threshold voltage according to the eighth step. Determine.
  Thereby, after the fourth step, when the measured open circuit voltage in the seventh step exceeds a predetermined threshold voltage, the measured open circuit voltage is “a non-shorted cell open voltage by a cell other than the internally short-circuited cell”. In other words, if the measured open circuit voltage according to the seventh step does not exceed a predetermined threshold voltage, the measured open circuit voltage is expressed as “internally shorted cell”. In addition to the “non-short-circuited cell open circuit voltage by other cells”, it can be determined that the “short-circuited cell open circuit voltage by the internally short-circuited cell” is included, that is, the internal short-circuited cell is included. Therefore, the battery pack having a plurality of cells has an effect that it can be detected simply, quickly and surely with high accuracy that cells that are internally short-circuited are included.
[0021]
  Claims4In the method of detecting an internal short circuit cell of claim 1,3In any one of the above, the predetermined threshold voltage is technically characterized in that it is set to two or more different values in the increasing / decreasing direction of the measured open circuit voltage.
[0022]
  Claim4In the present invention, the predetermined threshold voltage is set to two or more values different in the increasing / decreasing direction of the measured open circuit voltage. Thereby, since the determination result by a 4th step or an 8th step can be divided into three or more steps, a more detailed detection result can be obtained. Therefore, there is an effect that it is possible to easily, quickly and surely detect with high accuracy that a battery pack having a plurality of cells includes internally short-circuited cells.
[0023]
  In order to achieve the above object, the claims5In the internal short circuit cell detection device,
  Internal short-circuited cell detection device capable of detecting that internally short-circuited cells are included in a battery pack having a plurality of cellsThe internal short circuit cell inspection device when the cell is a nickel metal hydride battery or a nickel cadmium batteryBecause
  Electrical energy supply means for providing the battery pack with electrical energy corresponding to 0.01% to 1% of the rated capacity of the battery pack;
  An electrode terminal opening means for opening the electrode terminal for a time of 1 second to 300 seconds after the supply of the electric energy by the electric energy supply means;
  An open-circuit voltage measuring means for measuring an open-circuit voltage of the battery pack after an open period of the electrode terminal by the electrode terminal open means;
  The open circuit voltage measured by the open circuit voltage measuring means is“Predetermined threshold voltage obtained by multiplying 1.0V by the number of cells” or “Predetermined threshold voltage having a width of ± 10% around a voltage obtained by multiplying 1.0V by the number of cells”Determining means for determining whether or not
  It is a technical feature to have.
[0024]
  Claim5In this invention, the electric energy corresponding to 0.01% to 1% of the rated capacity of the battery pack is given to the battery pack by the electric energy supply means, and the electric energy is supplied by the electric energy supply means by the electrode terminal opening means. Thereafter, the electrode terminal is opened for a time of 1 second to 300 seconds. Then, the open circuit voltage measuring means measures the open circuit voltage of the battery pack after the opening period of the electrode terminal by the electrode terminal opening means, and the determining means determines the measured open circuit voltage by the open circuit voltage measuring means.“Predetermined threshold voltage obtained by multiplying 1.0V by the number of cells” or “Predetermined threshold voltage having a width of ± 10% around a voltage obtained by multiplying 1.0V by the number of cells”It is determined whether or not it exceeds.
  As a result, by providing electrical energy corresponding to 0.01% or more and 1% or less of the rated capacity of the battery pack, an open circuit voltage exceeding a predetermined voltage can be generated even in an inactive cell, as in a normal cell. BecauseOpenWhen the measured open circuit voltage by the circuit voltage measuring means exceeds a predetermined threshold voltage, the measured open circuit voltage is composed of “non-short-circuited cell open-circuit voltage by a cell other than the internally short-circuited cell”, that is, the internal short-circuited cell If the measured open circuit voltage by the open circuit voltage measuring means does not exceed a predetermined threshold voltage, the measured open circuit voltage is “non-shorted cell open circuit by a cell other than the internally shorted cell” It can be determined that “short circuit cell open circuit voltage due to internally short-circuited cell” is included in addition to “voltage”, that is, internal short circuit cells are included. Therefore, there is an effect that it is possible to simply, quickly and surely detect that a battery pack having a plurality of cells includes cells that are internally short-circuited.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of a method for detecting an internal short-circuited cell and a detection apparatus using the same according to the present invention will be described with reference to the drawings.
First, the configuration of the internal short-circuited cell detection device (hereinafter referred to as “detection device”) 20 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 2 and 3. 2 shows the appearance of the detection device 20, and FIG. 3 shows a control circuit block of the detection device 20.
[0026]
The detection device 20 can detect that the battery pack 50 having the plurality of cells CL1... CL20 includes an internally short-circuited cell, and as shown in FIG. Make up the appearance. The housing 21 is formed with a fitting portion 22 to which the battery pack 50 can be attached.
[0027]
In the fitting portion 22, a guide 24 and the like capable of guiding the fitting groove 53 of the battery pack 50 are formed integrally with the casing 21, and the plus terminal t1 ′ and the minus terminal t2 ′ of the battery pack 50 are provided. Correspondingly, input / output terminals t1 and t2 that can be electrically connected are provided. Thus, when the battery pack 50 is attached to the fitting portion 22, the positive terminal t 1 ′ of the battery pack 50 and the input / output terminal t 1 of the detection device 20, and the negative terminal t 2 ′ of the battery pack 50 and the detection device 20 are input. The output terminals t2 can be electrically connected to each other.
[0028]
In addition, the casing 21 is provided with an OK display unit 28a and an NG display unit 28b that clearly indicate the result of the detection process of the internal short circuit cell described later, for example, by turning on the light emitting diode. Thereby, it is possible to notify whether or not the internal short circuit cell is included in the battery pack 50 that is the detection target from the lighting state by performing the lighting control by the control circuit described later. That is, if the OK display portion 28a is lit, it indicates that the battery pack 50 does not include an internal short circuit cell, while if the NG display portion 28b is lit, the battery pack 50 includes an internal short circuit cell. Therefore, the user of the detection device 20 can determine at a glance whether or not the battery pack 50 includes an internal short circuit cell.
[0029]
As shown in FIG. 3, the control circuit of the detection apparatus 20 mainly includes a power supply circuit 31, a supply current control unit 32, a control unit 33, a storage unit 34, an open circuit voltage measurement unit 35, a switch 36, and the like. .
The power supply circuit 31 is capable of supplying predetermined electric energy to the battery pack 50, and is connected to the positive input / output terminal t1 via the switch 36 and to the negative input / output terminal t2 via the ground circuit. It is connected. The electrical energy from the power supply circuit 31 is controlled by a supply current control unit 32 described below, and is supplied to the battery pack 50 when the power supply circuit 31 and the input / output terminal t1 are connected by the switch 36.
[0030]
The supply current control unit 32 can set the amount of electric energy supplied by the power supply circuit 31, and controls the power supply circuit 31 by being interposed between the control unit 33 and the power supply circuit 31 described below. . For example, electrical energy corresponding to 0.01% to 1% of the rated capacity of the battery pack 50 or electrical energy corresponding to 0.04% to 4% of the rated capacity is supplied to the battery pack 50. In this embodiment, as will be described later, a current of 2 amperes is supplied for about 1 second to 5 seconds, or a current of 4 amperes is supplied for about 5 seconds to 30 seconds. In this embodiment, the “electric energy amount” is expressed by a product of a current value and time.
[0031]
The control unit 33 is composed of, for example, a microcomputer, and is configured to execute an internal short-circuit cell detection process described later. That is, the control unit 33 detects the initial open circuit voltage V of the battery pack 50 detected according to the detection process of the internal short-circuited cell by a predetermined program stored in the storage unit 34.₀Based on the threshold voltage V_S1~ V_S4, Instructing the supply current control unit 32 to start and stop the supply of predetermined electric energy, and control the lighting of the OK display unit 28a and the NG display unit 28b from the detection result. Therefore, the control unit 33 is connected to the supply current control unit 32, the storage unit 34, the open circuit voltage measurement unit 35, the switch 36, the OK display unit 28a, and the NG display unit 28b.
[0032]
The storage unit 34 is configured by a semiconductor memory, and is connected to the control unit 33 via a so-called system bus. By storing a predetermined program or the like that can execute the internal short-circuit cell detection process, the internal short-circuit cell detection process by the control unit 33 described later is enabled.
[0033]
The open circuit voltage measurement unit 35 is configured to measure the open circuit voltage of the battery pack 50 and output the measured value as digital data to the control unit 33. That is, the input of the open circuit voltage measurement unit 35 incorporating the A / D converter is connected between the switch 36 and the input / output terminal t1 described below, and the output of the open circuit voltage measurement unit 35 is connected to the control unit 33. Therefore, when the switch 36 is in the OFF state, the open circuit voltage of the battery pack 50 is measured, and the measured voltage data (open circuit voltage V₀, V₁, V₂, V_Three, V_Four) Is A / D converted and output to the control unit 33. As a result, the control unit 33 measures the measured initial open circuit voltage V.₀Based on the threshold voltage V_S1~ V_S4Or open circuit voltage V₁, V₂, V_Three, V_FourBased on the above, it can be determined whether or not the battery pack 50 includes an internal short circuit cell.
[0034]
The switch 36 is configured to be on / off controlled by the control unit 33. The switch 36 has one terminal connected to the input / output terminal t1 and the other terminal connected to the power supply circuit 31. Thereby, when the switch 36 is in the on state, electric energy can be supplied from the power supply circuit 31 to the battery pack 50. When the switch 36 is in the off state, the conduction between the power supply circuit 31 and the battery pack 50 is interrupted. Thus, the open circuit voltage of the battery pack 50 can be measured by the open circuit voltage measuring unit 35.
[0035]
The OK display unit 28a and the NG display unit 28b are connected to the control unit 33 via a driver circuit (not shown). Thereby, for example, when it is determined that the internal short circuit cell is not included in the battery pack 50 by the detection process of the internal short circuit cell by the control unit 33, the green light emitting diode is turned on as the OK display unit 28a. If it is determined that the red light emitting diode is included, the red light emitting diode is turned on as the NG display unit 28b, and the detection result is notified to the user.
[0036]
The power supply circuit 31, the supply current control unit 32, and the control unit 33 described above correspond to “electric energy supply means” recited in the claims, and the switch 36 and the control unit 33 include the claims. The open-circuit voltage measuring unit 35 and the control unit 33 correspond to “open-circuit voltage measuring unit” described in the claims. The control unit 33 also corresponds to “determination means” recited in the claims.
[0037]
Next, the flow of the detection process of the internal short circuit cell by the detection device 20 will be described with reference to FIGS. 1 and 4 to 7. 1 is a flowchart of detection processing of an internal short-circuited cell by the detection device 20, FIG. 4 is a voltage / current supply pattern by the detection device 20, FIG. 5 is a threshold voltage for pass / fail judgment, and FIG. FIG. 7 shows the distribution state of the open circuit voltage value immediately after the electric energy is supplied with respect to the initial voltage value, and FIG.
[0038]
In the detection process of the internal short circuit cell by the detection device 20, first, a predetermined threshold voltage is obtained from the initial open circuit voltage of the battery pack 50, and the open circuit voltage of the battery pack 50 after the short-time supply of electric energy and short-time standing is determined. When the voltage is higher than the threshold voltage, it is determined that the battery pack 50 does not include an internal short circuit cell. In this way, the presence or absence of an internal short-circuited cell is determined based on the open circuit voltage after a short period of supply of electric energy and a short period of time. The short period of charging and the short period of time using a nickel metal hydride battery or a nickel cadmium battery shown in FIG. This is based on the open circuit voltage characteristics after being left.
[0039]
That is, according to experiments and computer simulations by the inventors of the present application, for secondary batteries (single cells) such as nickel metal hydride batteries and nickel cadmium batteries, the distribution state of the voltage (open circuit voltage) after a short time supply of electrical energy with respect to the initial open circuit voltage As a result, a distribution tendency as shown in FIG. 6 was confirmed. Further, it was found that normal cells (including inactive cells) gathered in the range of α, while internal short-circuited cells gathered in the range of β. In addition, it is confirmed that the higher the initial open circuit voltage, the lower the voltage after short-time supply of electric energy due to the characteristics of the cell itself. Further, when a plurality of cells are combined as the battery pack 50, the battery with the high initial open circuit voltage is high. It has been found that the voltage tends to decrease statistically after the short time supply of electrical energy as the pack 50.
[0040]
Therefore, for example, from FIG. 6, if about 1.0V per cell having a nominal voltage of 1.2V is set as the “predetermined voltage” (the one-dot chain line in FIG. 6), the normal cells and the range of β gathered in the range of α. Can be distinguished from internal short-circuited cells. Therefore, for example, in the case of the battery pack 50 determined by the detection device 20, if “the predetermined voltage is multiplied by the total number of cells”, that is, 1.0 V × 20 = 20 V is set as the “predetermined threshold voltage”. Whether the battery pack 50 includes an internal short-circuit cell or not can be detected simply, quickly and reliably.
[0041]
Also, as in the algorithm shown in FIG. 1 described below, a plurality of “predetermined threshold voltages” are set (V_S1, V_S2, V_S3, V_S4) By determining whether or not there is an internal short-circuited cell a plurality of times, it can be detected simply, quickly and more reliably that the battery pack 50 contains an internally short-circuited cell. In the present embodiment, the presence / absence of internal short-circuited cells is determined twice at maximum by setting four types of predetermined threshold voltages.
[0042]
As shown in FIG. 1, the internal short-circuit cell detection process starts with an initialization process in step S101. In this internal short-circuit cell detection process, a predetermined work area in the storage unit 34 is cleared, and various parameters are set to predetermined values.
[0043]
In a subsequent step S107, it is determined whether or not the battery pack 50 is attached to the fitting portion 22 of the detection device 20. If it cannot be determined that the battery pack 50 is installed (No in step S107), the process in step S107 is repeated again without proceeding to the next step S109.
[0044]
If it is determined in step S107 that the battery pack 50 is attached to the detection device 20, the initial open circuit voltage V is determined in step S109.₀Is detected. That is, under the control of the control unit 33, the switch 36 is switched to the OFF state, and the open circuit voltage (initial open circuit voltage V₀) Is measured by the open circuit voltage measurement unit 35 (see FIG. 4).
[0045]
Initial open circuit voltage V measured in step S109₀Is used to calculate a predetermined threshold voltage in the subsequent step S111. That is, in step S111, this initial open circuit voltage V₀Based on four predetermined threshold voltages V_S1, V_S2, V_S3, V_S4Is obtained by a predetermined calculation or a predetermined map. In this embodiment, as shown in FIGS. 5 (A) and 5 (B), the threshold voltage V is based on two types of characteristic curves._S1, V_S2, V_S3, V_S4Ask for. For example, threshold voltage V_S1, V_S2Is set to a value (20V ± 2V) having a width of ± 10% around the above-mentioned “predetermined threshold voltage”, and the threshold voltage V_S3, V_S4Is set to a value (20V ± 1V) having a width of ± 5% around the above-mentioned “predetermined threshold voltage”. The threshold voltage V_S3, V_S4May be set to a value having a predetermined width around a voltage lower than the “predetermined threshold voltage” (for example, 18V ± 2V).
[0046]
That is, in this embodiment, as shown in FIG._S1, V_S2Is the initial open circuit voltage V₀It is set to a constant value regardless of the value of. On the other hand, as shown in FIG._S3, V_S4Is the initial open circuit voltage V₀The initial open-circuit voltage V is sandwiched by a decreasing function part set so as to decrease as the value of₀A portion having a constant value regardless of the value of is continuously set in the decreasing function portion.
[0047]
Thus, the threshold voltage V_S3, V_S4For the threshold voltage V_S1, V_S2The initial open circuit voltage V₀Regardless of the value, the initial open circuit voltage V₀As described above, the initial value of the open circuit voltage V is set so that the decreasing function portion corresponds to a relatively high value.₀This is because it has been found that as the value of becomes higher, the voltage after supplying electric energy (voltage after charging) tends to decrease.
[0048]
The threshold voltage V_S1, V_S2Is the open circuit voltage V measured in step S123 described later.₂Is a parameter to be compared, and the threshold voltage V_S3, V_S4Is the open circuit voltage V measured in step S145 described later._FourIs a parameter to be compared.
[0049]
The four predetermined threshold voltages V_S1, V_S2, V_S3, V_S4Since the setting varies depending on the number of cells constituting the battery pack 50, information on the number of cells is obtained by setting a selector (not shown) or reading an ID written in an EEPROM built in the battery pack 50. You may comprise as follows.
[0050]
In step S111, a predetermined threshold voltage V_S1, V_S2, V_S3, V_S4In order to perform the first determination, the supply of electric energy is started in step S113, and the electric energy (current I) is continued until the predetermined supply time T1 in step S115 elapses.₀₁) Is continued (see FIG. 4). That is, under the control of the control unit 33, the switch 36 is turned on, and the predetermined current I is supplied from the power supply circuit 31 to the battery pack 50.₀₁Supply. Here, for example, about 1 to 5 seconds is set as the predetermined supply time T1 by the control unit 33, and is controlled by the supply current control unit 32 so that, for example, a current of 2 amperes can be supplied.
[0051]
When the predetermined supply time T1 has elapsed in step S115, the supply of electrical energy is stopped in step S117, and the open circuit voltage V of the battery pack 50 is immediately stopped in step S119.₁Measure. That is, under the control of the control unit 33, the switch 36 is switched to the off state, and electric energy (current I₀₁) And the open circuit voltage V of the battery pack 50₁Is measured by the open circuit voltage measuring unit 35 (see FIG. 4).
[0052]
Then, the positive terminal t1 'of the battery pack 50 is opened until the predetermined pause time T2 in step S121 has elapsed (see FIG. 4). The predetermined rest time T2 is that the open circuit voltage when the plus terminal t1 ′ of the battery pack 50 is opened is the short circuit cell open circuit voltage immediately after the supply of electric energy by the internal short circuit cell among the cells CL1. The total voltage (open circuit voltage V) of the non-short circuit cell open circuit voltage immediately after the supply of electrical energy by normal cells (including inactive cells)₁To open circuit voltage V₂(Voltage up to 2) can be maintained (see FIG. 4), and is set to 1 second to 300 seconds. Here, as the predetermined pause time T2, the control unit 33 performs control so that the plus terminal t1 'can be opened, for example, for about 5 seconds to 10 seconds.
[0053]
As a result, the predetermined pause time T2 is set longer than necessary as shown by T2 ′ in FIG. 4, thereby causing the open circuit voltage to decrease due to the inactive cells, and the initial open circuit voltage V₀Open circuit voltage V of battery pack 50 to near₂'Is reduced and it becomes impossible to distinguish between the case where a plurality of inactive cells are included in the battery pack 50 and the case where one internal short circuit cell is included. It is preventing.
[0054]
When the predetermined pause time T2 has elapsed in step S121, the open circuit voltage V of the battery pack 50 is immediately determined in step S123.₂Measure. That is, under the control of the control unit 33, the switch 36 is switched to the OFF state, and the open circuit voltage V of the battery pack 50 is₂Is measured by the open circuit voltage measuring unit 35 (see FIG. 4).
[0055]
Open circuit voltage V measured in step S123₂Is a predetermined threshold voltage V in step S125._S1And used for the first determination. That is, the predetermined threshold voltage V calculated in step S111 by the first determination in step S125._S1Than open circuit voltage V₂Is determined to be greater than a predetermined threshold voltage V_S1Than open circuit voltage V₂If the battery pack 50 is determined to be larger (Yes in step S125), as shown in FIG. 5 (A), it corresponds to the “OK” region, and therefore it is determined that the battery pack 50 does not include an internal short-circuit cell. In step S127, the OK display unit 28a is turned on. On the other hand, at step S125, a predetermined threshold voltage V_S1Than open circuit voltage V₂If it is not possible to determine that the battery is larger (No in step S125), as shown in FIG. 5 (A), the battery pack 50 includes an internal short circuit cell because it corresponds to the “gray” region or the “NG” region. It is determined that there is a possibility that the process has been performed, and the process proceeds to step S129.
[0056]
In step S129, further, the predetermined threshold voltage V calculated in step S111._S2Than open circuit voltage V₂It is determined whether or not the image is larger, that is, whether it corresponds to the “gray” region or the “NG” region by the first determination. Predetermined threshold voltage V_S2Than open circuit voltage V₂If it is determined that the value is larger (Yes in step S129), it corresponds to the “gray” region as shown in FIG. 5A, so that the first determination result is “gray” in step S133. Remember that. On the other hand, at step S129, a predetermined threshold voltage V_S2Than open circuit voltage V₂If it is not possible to determine that the value is larger (No in step S129), since it corresponds to the “NG” region as shown in FIG. 5A, the first determination result is “NG” in step S131. Remember that.
[0057]
In subsequent steps S135 to S141, processing similar to that in steps S113 to S119 described above is performed in order to perform the second determination.
That is, the supply of electric energy is started in step S135, and the electric energy (current I) is continued until the predetermined supply time T3 in step S137 elapses._{twenty three}) Is continued (see FIG. 4). Then, after a predetermined supply time T3 has elapsed, the supply of electrical energy is stopped in step S139, and the open circuit voltage V of the battery pack 50 is immediately stopped in step S141._ThreeMeasure. In step S135, control is performed by the supply current control unit 32 and the control unit 33 so that, for example, a current of 4 amperes can be supplied for about 5 seconds to 30 seconds.
[0058]
Then, the plus terminal t1 'of the battery pack 50 is opened until the predetermined pause time T4 in step S143 has elapsed (see FIG. 4). Similarly to the predetermined pause time T2 in step S121, the predetermined pause time T4 is the same as the open circuit voltage when the positive terminal t1 ′ of the battery pack 50 is opened. Sum total voltage (open circuit voltage V) of the short-circuit cell open-circuit voltage immediately after energy supply and the non-short-circuit cell open-circuit voltage immediately after supply of electrical energy by normal cells (including inactive cells)_ThreeTo open circuit voltage V_Four(Voltage up to 2) can be maintained (see FIG. 4), and is set to 1 second or more and 1200 seconds or less. Here, as the predetermined pause time T4, the control unit 33 controls the plus terminal t1 'to be open for about 30 seconds to 100 seconds, for example.
[0059]
As a result, the predetermined pause time T4 is set longer than necessary, leading to a decrease in the open circuit voltage due to the inactive cells, and the initial open circuit voltage V₀Distinguish between the case where the open circuit voltage of the battery pack 50 decreases to the vicinity and the battery pack 50 includes a plurality of inactive cells and the case where one internal short circuit cell is included. It prevents the situation that can not be.
[0060]
When the predetermined pause time T4 has elapsed in step S143, the open circuit voltage V of the battery pack 50 is immediately increased in step S145._FourMeasure. That is, under the control of the control unit 33, the switch 36 is switched to the OFF state, and the open circuit voltage V of the battery pack 50 is_FourIs measured by the open circuit voltage measuring unit 35 (see FIG. 4). Open circuit voltage V measured in step S145_FourIs a predetermined threshold voltage V by steps S147 and S149._S3, V_S4And used for the second determination.
[0061]
In step S147, the open circuit voltage V measured in step S145._FourBased on the above, the second determination is performed. That is, the predetermined threshold voltage V calculated in step S111_S3Than open circuit voltage V_FourIs determined to be greater than a predetermined threshold voltage V_S3Than open circuit voltage V_FourIs determined to be larger (Yes in step S147), it corresponds to the “OK” region as shown in FIG. 5 (B), so it is determined that the battery pack 50 does not include an internal short-circuit cell. In step S127, the OK display unit 28a is turned on.
[0062]
On the other hand, a predetermined threshold voltage V_S3Than open circuit voltage V_FourIf it cannot be determined that the value is larger (No in step S147), the battery pack 50 includes an internal short circuit cell because it corresponds to the “gray” region or the “NG” region as shown in FIG. The process proceeds to step S149.
[0063]
In step S149, the predetermined threshold voltage V calculated in step S111 is obtained._S4Than open circuit voltage V_FourJudge whether or not is larger. By this processing, a predetermined threshold voltage V_S4Than open circuit voltage V_Four5 is larger (Yes in step S149), it corresponds to the “gray” region as shown in FIG. 5 (B). Therefore, in order to determine in consideration of the first determination result, The process moves to step S153. On the other hand, a predetermined threshold voltage V_S4Than open circuit voltage V_FourIf the battery pack 50 cannot be determined to be larger (No in step S 149), it corresponds to the “NG” region as shown in FIG. In step S151, the NG display unit 28b is turned on.
[0064]
In step S153, processing is performed in the case where it is determined in step S149 that the “gray” region corresponds to the second determination.
That is, as can be seen from the chart summarizing the pass / fail judgment conditions by the detection device 20 shown in FIG. 7, when the second judgment result corresponds to the “gray” region, the first judgment result is taken into consideration. It is possible to determine whether the battery pack 50 includes an internal short-circuited cell (marked with x in FIG. 7) or does not include an internal short-circuited cell (marked with a circle in FIG. 7). The quality of the battery pack 50 is determined according to the above.
[0065]
If it is determined in step S153 that the first determination result is stored as “gray” (Yes in S153), it is determined that the internal short circuit cell is not included as shown in FIG. Therefore, the OK display unit 28a is turned on in step S127. On the other hand, when it cannot be determined that the first determination result is “gray”, that is, when the first determination result is “NG” (No in S153), FIG. As shown, since it is determined that the internal short circuit cell is included, the NG display unit 28b is turned on in step S151.
[0066]
Note that the open circuit voltage V is determined from the pass / fail judgment condition by the detection device 20 shown in FIG.₂For the first time (predetermined threshold voltage V_S1) In the “OK” region (Yes in S125), it can be determined that the battery pack 50 does not include any internal short-circuited cells regardless of the second determination result (circle mark in FIG. 7). ).
[0067]
On the other hand, the open circuit voltage V₂If the “gray” region or the “NG” region is satisfied in the first determination by (No in S125), the open circuit voltage V₂For the first time (predetermined threshold voltage V_S2) Is further performed (S129), and the result is stored (S131, S133). And the open circuit voltage V_FourFor the second determination (predetermined threshold voltage V_S3If it corresponds to the “OK” region (Yes in S147), it is determined that the battery pack 50 does not include an internal short circuit cell (marked with a circle in FIG. 7).
[0068]
However, if the second determination does not correspond to the “OK” region (No in S147), the open circuit voltage V_FourFor the second determination (predetermined threshold voltage V_S4) And the determination result and the determination result stored in steps S131 and S133 are combined to determine whether or not the battery pack 50 includes an internal short-circuit cell.
[0069]
Thus, in the detection process of the internal short circuit cell described above, the positive terminal t1 ′ of the battery pack 50 is opened before steps S113, S115, and S119 (first step) by step S109 (initial voltage measurement step). Initial open circuit voltage V₀And the initial open circuit voltage V₀Based on four predetermined threshold voltages V_S1, V_S2, V_S3, V_S4Set. As a result, the initial open circuit voltage V₀Based on a predetermined threshold voltage V_S1, V_S2, V_S3, V_S4And a predetermined threshold voltage V_S1, V_S2Thus, the determination result can be classified into three regions “OK”, “Gray”, and “NG”, and a predetermined threshold voltage V_S3, V_S4Can also classify the determination results into three areas of “OK”, “Gray”, and “NG”, so that determination according to the initial state of the battery pack 50 and determination with higher accuracy can be performed. .
[0070]
Further, in the above-described internal short-circuit cell detection process, even if the internal short-circuit cell presence / absence determination is performed twice at the maximum, the time required for the determination is supply time T1 (5 seconds) + rest time T2 (10 seconds) + supply The time T3 (30 seconds) + the pause time T4 (100 seconds) is at most less than 3 minutes. Therefore, since it conventionally took several hours to several days, the presence or absence of an internal short circuit cell can be determined very quickly.
[0071]
As described above, according to the detection process of the internal short circuit cell by the detection device 20 according to the present embodiment, the predetermined current I is obtained by steps S113, S115, and S119 (first step).₀₁Is supplied to the battery pack 50 within a predetermined supply time T1, and a predetermined current I is determined in step S121 (second step).₀₁After the supply, the open circuit voltage V when the positive terminal t1 'of the battery pack 50 is opened.₂However, among the cells CL1... CL20, the sum of the short-circuit cell open-circuit voltage immediately after the supply of electrical energy by the internal short-circuit cell and the non-short-circuit cell open-circuit voltage immediately after the supply of electrical energy by the normal cell (including the inactive cell) Voltage (open circuit voltage V₁To open circuit voltage V₂The positive terminal t1 'is opened for a predetermined pause time T2 that can maintain the voltage until the first voltage is reached. In step S123 (third step), the open circuit voltage V when the plus terminal t1 'of the battery pack 50 is opened after the plus terminal t1' is opened.₂Is measured, and the open circuit voltage V is determined in step S125 (fourth step).₂Is the predetermined threshold voltage V_S1It is determined whether or not it exceeds.
[0072]
As a result, the sum of the short-circuit cell open circuit voltage and the non-short-circuit cell open circuit voltage (open circuit voltage V₁To open circuit voltage V₂In a predetermined pause time T2 (a time from 1 second to 300 seconds) that can maintain the voltage up to (1), an inactive cell generates an open circuit voltage exceeding the predetermined voltage as in the normal cell. For example, if 1.0V × 20 = 20V is set to a predetermined threshold voltage, the open circuit voltage V in step S123 (third step) is obtained.₂Is greater than a predetermined threshold voltage, the open circuit voltage V₂Can be determined to consist of “non-short-circuited cell open circuit voltage by cells other than internal short-circuited cells”, that is, not include internal short-circuited cells, and open circuit voltage V by step S123 (third step).₂Is not exceeding the predetermined threshold voltage, the open circuit voltage V₂It is possible to determine that “includes a short-circuit cell open circuit voltage due to an internally short-circuited cell” in addition to “non-short-circuit cell open circuit voltage due to a cell other than an internally short-circuited cell”, that is, includes an internal short-circuit cell. Therefore, there is an effect that the battery pack 50 having a plurality of cells can easily, quickly and surely detect that an internally short-circuited cell is included.
[0073]
Furthermore, according to the detection process of the internal short circuit cell by the detection device 20 according to the present embodiment, after step S125 (fourth step), a predetermined current I is obtained by steps S135, S137, and S139 (fifth step)._{twenty three}Is supplied to the battery pack 50 within a predetermined supply time T3, and a predetermined current I is determined in step S143 (sixth step)._{twenty three}After the supply, the open circuit voltage V when the positive terminal t1 'of the battery pack 50 is opened._FourHowever, among the cells CL1... CL20, the sum of the short-circuit cell open-circuit voltage immediately after the supply of electrical energy by the internal short-circuit cell and the non-short-circuit cell open-circuit voltage immediately after the supply of electrical energy by the normal cell (including the inactive cell) Voltage (open circuit voltage V_ThreeTo open circuit voltage V_FourThe positive terminal t1 'is opened for a predetermined pause time T4 (1 second or more and 1200 seconds or less) that can be maintained. In step S145 (seventh step), the open circuit voltage V when the plus terminal t1 'of the battery pack 50 is opened after the plus terminal t1' is opened._FourIs measured, and the open circuit voltage V is determined by steps S147 and S149 (eighth step)._FourIs the predetermined threshold voltage V_S3, V_S4It is determined whether or not it exceeds.
[0074]
Thereby, after step S125 (fourth step), the open circuit voltage V by step S145 (seventh step) is further increased._FourIs greater than a predetermined threshold voltage, the open circuit voltage V_FourCan be determined to consist of “non-short-circuited cell open circuit voltage by cells other than internal short-circuited cells”, that is, not include internal short-circuited cells, and open circuit voltage V by step S145 (seventh step)._FourIs not exceeding the predetermined threshold voltage, the open circuit voltage V_FourIt is possible to determine that “includes a short-circuit cell open circuit voltage due to an internally short-circuited cell” in addition to “non-short-circuit cell open circuit voltage due to a cell other than an internally short-circuited cell”, that is, includes an internal short-circuit cell. Therefore, the battery pack 50 having a plurality of cells has an effect that it can be detected simply, quickly and surely with high accuracy that cells that are internally short-circuited are included.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a flowchart showing a flow of internal short-circuit cell detection processing by an internal short-circuit cell detection device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing an appearance of a detection device according to the present embodiment.
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a control circuit of the detection device of the present embodiment.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a voltage / current supply pattern by the detection device of the present embodiment;
FIGS. 5A and 5B are explanatory diagrams showing pass / fail threshold voltages for the detection device of the present embodiment, in which FIG. 5A shows a constant value and FIG. 5B shows a case including a decreasing function. is there.
FIG. 6 is a characteristic diagram showing a distribution state of a post-charge voltage with respect to an initial voltage (cell unit).
FIG. 7 is a chart showing pass / fail judgment conditions by the detection apparatus of the present embodiment.
8A and 8B are explanatory views showing a battery pack composed of a plurality of cells, in which FIG. 8A shows an appearance and FIG. 8B shows a plurality of accommodated cells.
[Explanation of symbols]
20 Detector (Detector for internal short circuit cell)
28a OK display
28b NG display
31 Power supply circuit (Electric energy supply means)
32 Charging current controller (electric energy supply means)
33 Control part (electric energy supply means, electrode terminal opening means, open circuit voltage measuring means, determination means)
34 Memory
35 Open-circuit voltage measuring unit (open-circuit voltage measuring means)
36 switch (electrode terminal opening means)
50 battery pack
CL1 ... CL20 cell
t1 'positive terminal (electrode terminal)
t2 'Negative terminal (electrode terminal)
V_S1          Threshold voltage (predetermined threshold voltage)
V_S2          Threshold voltage (predetermined threshold voltage)
V_S3          Threshold voltage (predetermined threshold voltage)
V_S4          Threshold voltage (predetermined threshold voltage)
S109 (Initial voltage measurement step)
S113, S115, S119 (first step, electric energy supply means)
S121 (second step, electrode terminal opening means)
S123 (third step, open circuit voltage measuring means)
S125 (4th step, determination means)
S135, S137, S139 (fifth step)
S143 (6th step)
S145 (7th step)
S147, S149 (8th step)

Claims

A method for detecting an internal short-circuited cell in a case where the battery is a nickel-metal hydride battery or a nickel-cadmium battery in a method for detecting an internal short-circuited cell capable of detecting that an internally short-circuited cell is included in a battery pack having a plurality of cells. There,
A first step of providing the battery pack with electrical energy corresponding to 0.01% to 1% of the rated capacity of the battery pack;
A second step of opening the electrode terminal for a time period of 1 second to 300 seconds after the supply of the electrical energy in the first step;
A third step of measuring an open circuit voltage of the battery pack after an open period of the electrode terminal according to the second step;
The measured open circuit voltage in the third step is ± 10% centered on “a predetermined threshold voltage obtained by multiplying 1.0V by the number of cells” or “a voltage obtained by multiplying 1.0V by the number of cells” A fourth step of determining whether or not a predetermined threshold voltage having a width of
A method for detecting an internal short circuit cell, comprising:

Before said first step, said include initial voltage measuring step of measuring the open circuit voltage of the battery pack, the predetermined threshold voltage based on the initial open circuit voltage measured by the initial voltage measuring step, the initial open circuit voltage The method for detecting an internal short-circuited cell according to claim 1 , wherein a setting is made so as to include a portion that is set to decrease when the value increases .

After the fourth step,
A fifth step of providing the battery pack with electrical energy corresponding to 0.04% or more and 4% or less of the rated capacity of the battery pack;
A sixth step of opening the electrode terminal for a period of 1 second to 1200 seconds after the supply of the electrical energy in the fifth step;
A seventh step of measuring an open circuit voltage of the battery pack after an open period of the electrode terminal according to the sixth step;
An eighth step of determining whether the measurement open circuit voltage according to the seventh step is greater than the predetermined threshold voltage,
The method of detecting an internal short circuit cell according to claim 1 or 2 , wherein

The method for detecting an internal short-circuited cell according to any one of claims 1 to 3 , wherein the predetermined threshold voltage is set to two or more different values in the increasing / decreasing direction of the measured open circuit voltage.

An internal short circuit detecting device capable of detecting that an internally shorted cell is included in a battery pack having a plurality of cells , wherein the cell is a nickel hydride battery or a nickel cadmium battery. There,
Electrical energy supply means for providing the battery pack with electrical energy corresponding to 0.01% to 1% of the rated capacity of the battery pack;
An electrode terminal opening means for opening the electrode terminal for a time of 1 second to 300 seconds after the supply of the electric energy by the electric energy supply means;
An open-circuit voltage measuring means for measuring an open-circuit voltage of the battery pack after an open period of the electrode terminal by the electrode terminal open means;
The measured open circuit voltage by the open circuit voltage measuring means is “± 10 V centered on a voltage obtained by multiplying 1.0 V by the number of cells” or “a voltage obtained by multiplying 1.0 V by the number of cells”. Determination means for determining whether or not a predetermined threshold voltage having a width of% is exceeded,
A device for detecting an internal short-circuited cell.