JP2016072091A - 内部短絡検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電デバイスが搭載される車両や機器などから蓄電デバイスを取り外さなくても、蓄電デバイスの内部短絡を精度良く検出することができる、内部短絡検出装置を提供する。【解決手段】キャパシタ１２の内部短絡の検出のために、キャパシタ１２の放電と充電とが繰り返される。放電および充電に応じて、キャパシタ１２の各セルＣの電圧（セル電圧）が変動する。このときのセル電圧の脈動分（交流成分）は、セルＣの内部抵抗による電圧降下とキャパシタンスによる電圧降下との合成により生じる。セルＣの電極間の短絡、つまり内部短絡が生じると、内部抵抗による電圧降下が小さくなる。そこで、セル電圧の脈動分から内部抵抗による電圧降下の成分が抽出される。そして、その抽出された成分に応じて変化する値が所定値よりも小さい場合、キャパシタ１２のセルＣに内部短絡が生じていると判定される。【選択図】図１

Description

本発明は、蓄電デバイスの内部短絡を検出する内部短絡検出装置に関する。

最近の自動車などの車両には、メインバッテリとして搭載されている鉛電池に加えて、大電力を充放電可能なリチウムイオン電池やリチウムイオンキャパシタなどがサブバッテリ（補助電源）として搭載されることがある。

リチウムイオン電池などでは、異物の混入や、過充電が原因で金属リチウムが負極に析出して正極に向かって成長することにより、内部短絡が生じるおそれがある。内部短絡が生じると、容量低下や充電不良などを招くほか、発熱する危険がある。そのため、内部短絡が生じた場合、内部短絡をなるべく早期に検出する必要がある。

たとえば、特許文献１には、リチウムイオン電池において、正極と負極との間に介在される電気絶縁層中に電気伝導層を設けることにより、内部短絡を早期に検出できる構成が提案されている。この提案によれば、電気絶縁層中に電気伝導層が設けられた構成では、内部短絡が生じた場合に、正極と電気伝導層との間の電位差および電流の変化が正極と負極との間の電位差および電流の変化よりも早く現れるので、内部短絡を早期に検出可能であるとされている。

しかしながら、電気絶縁層中に電気伝導層が設けられることにより、電気絶縁層の厚みが増し、電解質中のリチウムイオンの移動（電気伝導）が阻害されるため、内部抵抗が大きくなる。また、電気絶縁層のコストが増加するという問題もある。

したがって、リチウムイオン電池などの内部構成を変更せずに、内部短絡を早期に検出できることが望ましい。

内部短絡を検出する手法は、いくつか提案されている（たとえば、特許文献２参照）。しかし、その手法の多くは、蓄電デバイスの製造工程での内部短絡検査に用いられる手法であり、工場などに設けられた装置（放電装置など）に蓄電デバイスを接続する必要がある。そのため、車載された蓄電デバイスの内部短絡を検出するには、蓄電デバイスを車両から取り外さなければならない。

特許第５４５２２０２号公報 特開２００２−３１３４３５号公報

本発明の目的は、蓄電デバイスが搭載される車両や機器などから蓄電デバイスを取り外さなくても、蓄電デバイスの内部短絡を精度良く検出することができる、内部短絡検出装置を提供することである。

前記の目的を達成するため、本発明に係る内部短絡検出装置は、蓄電デバイスに接続され、蓄電デバイスの充電および放電を行う充放電手段と、蓄電デバイスの全体に流れる電流を検出する電流検出手段と、充放電手段を制御して、蓄電デバイスの充電および放電を繰り返す充放電制御手段と、充放電制御手段による蓄電デバイスの放電と充電とが繰り返されているときに、蓄電デバイスに備えられている各セルの電圧の脈動分から電流検出手段により検出される電流と同位相の成分を抽出し、その抽出された成分に応じて変化する値が所定値より小さい場合に内部短絡が生じていると判定する判定手段とを含む。

この構成によれば、蓄電デバイスの内部短絡の検出のために、蓄電デバイスの放電と充電とが繰り返される。放電および充電に応じて、蓄電デバイスの各セルの電圧（セル電圧）が変動する。このときのセル電圧の脈動分（交流成分）は、セルの内部抵抗による電圧降下とキャパシタンスによる電圧降下との合成により生じる。セルの電極間の短絡、つまり内部短絡が生じると、内部抵抗による電圧降下が小さくなる。

そこで、セル電圧の脈動分から内部抵抗による電圧降下の成分が抽出される。具体的には、内部抵抗による電圧降下は、蓄電デバイスの全体（モジュール全体）に流れる電流と同位相で変化するので、セル電圧の脈動分から蓄電デバイスの全体に流れる電流と同位相の成分が抽出される。そして、その抽出された成分に応じて変化する値（たとえば、当該成分のローパスフィルタ通過後の値）が所定値よりも小さい場合、蓄電デバイスの内部短絡が生じていると判定される。

これにより、キャパシタンスによる影響を受けずに、内部短絡が生じているか否かを判定することができる。そのため、内部短絡を精度良く検出することができる。

また、充放電手段および電流検出手段は、通常、蓄電デバイスの充放電を制御する回路に組み込まれている。したがって、その回路に充放電制御手段および判定手段を構成する回路を追加すれば、内部短絡検出装置が得られる。そのため、蓄電デバイスが搭載された車両や機器から蓄電デバイスを取り外さなくても、蓄電デバイスの内部短絡を検出することができる。

蓄電デバイスの充電および放電は、セルのインピーダンスの実数成分が虚数成分よりも大きくなる周波数で繰り返されることが好ましい。

これにより、インピーダンスの虚数成分による電圧降下、つまりキャパシタンスによる電圧降下が小さくなる。そのため、セル電圧の脈動分からの電流と同位相の成分の抽出にインピーダンスの虚数成分が与える影響（誤差）を小さくすることができる。その結果、内部短絡の検出精度を向上させることができる。

蓄電デバイスの充電および放電は、セルのインピーダンスが実数成分のみとなる周波数で繰り返されてもよい。

これにより、セル電圧の脈動分からインピーダンスの虚数成分による電圧降下の成分を除去する必要がなくなるので、セル電圧の脈動分から電流と同位相の成分を抽出する回路を簡素化することができる。

本発明によれば、蓄電デバイスが搭載される車両や機器などから蓄電デバイスを取り外さなくても、蓄電デバイスの内部短絡を精度良く検出することができる。

本発明の一実施形態に係る内部短絡検出装置が搭載された車両の要部の構成を示す図である。 キャパシタ充放電回路の構成を示す回路図である。 内部短絡検出回路の構成を示すブロック図である。 モジュール電流の波形を示す図である。 電流符号検出回路から出力される電流符号パルス信号の波形を示す図である。 セル電圧の波形を示す図である。 電圧用バンドパスフィルタの通過後のセル電圧の波形を示す図である。 同位相成分抽出回路から出力される波形を示す図である。 電圧用バンドパスフィルタの通過後のセル電圧の波形であり、セル電圧の脈動分がセルのキャパシタンスによる電圧降下の成分のみからなる場合の波形を示す図である。 電流符号検出回路から出力される電流符号パルス信号の波形を示す図である。 図５Ａに示される波形が同位相成分抽出回路に入力される場合に、同位相成分抽出回路から出力される波形を示す図である。 キャパシタのセルの交流インピーダンス測定の結果を示すグラフである。 内部短絡検出回路の他の構成を示すブロック図である。 モジュール電流の波形を示す図である。 図７に示される電流用全波整流回路から出力される信号の波形を示す図である。 セル電圧の波形を示す図である。 図７に示される電圧用全波整流回路から出力される信号の波形を示す図である。

以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る内部短絡検出装置が搭載された車両１の要部の構成を示す図である。

車両１は、エンジン（図示せず）を動力源とする自動車である。エンジンに付随して、スタータ２およびオルタネータ３が設けられている。また、車両１には、ワイパモータ、ヘッドライト、エアコンディショナおよびオーディオ機器などの電装品が電気負荷４として搭載されている。

スタータ２は、スタータギヤ（図示せず）を備えている。エンジンの出力軸には、フライホイールが保持されており、スタータギヤは、フライホイールのギヤ歯と噛合／噛合解除可能に設けられている。

オルタネータ３には、ロータ、ステータ、レクチファイアおよびＩＣレギュレータが内蔵されている。ロータには、エンジンの出力軸の回転が伝達されるようになっている。これにより、エンジンの出力軸の回転に伴って、ロータが回転する。このとき、ロータコイルに励磁電流が供給されていれば、ロータの回転に伴って、ステータコイルに電磁誘導による電流が流れる。レクチファイアは、ステータコイルから出力される交流電流を直流電流に変換する。

また、車両１には、バッテリ１１およびキャパシタ１２が搭載されている。

バッテリ１１は、たとえば、鉛電池からなる。バッテリ１１の正端子と負端子との間には、バッテリ１１の出力電圧の変動を吸収するためのコンデンサ１３が介在されている。

バッテリ１１の正端子は、配線１４，１５，１６をそれぞれ介して、スタータ２、オルタネータ３および電気負荷４の各正端子と接続されている。

バッテリ１１の正端子とスタータ２の正端子とを接続する配線１４には、スタータリレー１７が介装されている。エンジンの始動時には、スタータギヤがフライホイールのギヤ歯に噛合され、スタータリレー１７がオンにされて、バッテリ１１からスタータ２に電力が供給される。これにより、スタータ２が駆動され、スタータ２の動力がスタータギヤを介してフライホイールに伝達されることにより、エンジンがクランキングされる。

バッテリ１１の正端子とオルタネータ３の正端子とを接続する配線１５には、メインリレー１８およびＤＣ／ＤＣコンバータ１９がオルタネータ３側からこの順に介装されている。オルタネータ３による発電時に、メインリレー１８がオンされると、オルタネータ３の発電電力がＤＣ／ＤＣコンバータ１９により降圧されて、その降圧後の電力がバッテリ１１に供給され、バッテリ１１が充電される。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１９による降圧後の電力は、電気負荷４に供給される。

配線１５には、メインリレー１８とＤＣ／ＤＣコンバータ１９との間に、キャパシタ１２の正端子が接続されている。これにより、オルタネータ３による発電時に、メインリレー１８がオンされると、オルタネータ３の発電電力がキャパシタ１２に供給され、キャパシタ１２が充電される。また、オルタネータ３の発電が停止された状態においても、キャパシタ１２から出力される電力がＤＣ／ＤＣコンバータ１９により降圧されて、その降圧後の電力が電気負荷４およびバッテリ１１に供給される。

キャパシタ１２は、リチウムイオンキャパシタからなり、直列接続された複数のセルＣを備えている。キャパシタ１２に付随して、キャパシタ１２を充放電するためのキャパシタ充放電回路２０が設けられている。キャパシタ充放電回路２０については、後述する。

スタータ２、オルタネータ３、電気負荷４、バッテリ１１およびキャパシタ１２の各負端子は、アースに接続されている。

車両１には、キャパシタ制御装置３１が搭載されている。キャパシタ制御装置３１は、キャパシタ充放電回路２０の制御に必要な回路、たとえば、キャパシタ充放電回路２０に含まれるＭＯＳＦＥＴ（第１ＭＯＳＦＥＴ４２、第２ＭＯＳＦＥＴ４３、第３ＭＯＳＦＥＴ４４および第４ＭＯＳＦＥＴ４５）にゲート信号（電流）を入力するゲートドライブ回路などを備えている。また、キャパシタ制御装置３１には、キャパシタ１２の内部短絡を検出する内部短絡検出回路３２が組み込まれている。内部短絡検出回路３２については、後述する。

図２は、キャパシタ充放電回路２０の構成を示す回路図である。

キャパシタ充放電回路２０には、コイル４１、第１ＭＯＳＦＥＴ４２、第２ＭＯＳＦＥＴ４３、第３ＭＯＳＦＥＴ４４、第４ＭＯＳＦＥＴ４５および電流検出器４６を備えている。

第１ＭＯＳＦＥＴ４２は、Ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴ（ＮＭＯＳ）である。第１ＭＯＳＦＥＴ４２は、キャパシタ１２の正端子とコイル４１の一端との間に介在されており、そのソースがコイル４１の一端に接続され、ドレインがキャパシタ１２の正端子に接続されている。

第２ＭＯＳＦＥＴ４３は、Ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴ（ＮＭＯＳ）である。第２ＭＯＳＦＥＴ４３は、キャパシタ１２の負端子とコイル４１の一端との間に介在されており、そのソースがキャパシタ１２の負端子に接続され、ドレインがコイル４１の一端に接続されている。

第３ＭＯＳＦＥＴ４４は、Ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴ（ＮＭＯＳ）である。第３ＭＯＳＦＥＴ４４は、キャパシタ１２の負端子とコイル４１の他端との間に介在されており、そのソースがキャパシタ１２の負端子に接続され、ドレインがコイル４１の他端に接続されている。

第４ＭＯＳＦＥＴ４５は、Ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴ（ＮＭＯＳ）である。第４ＭＯＳＦＥＴ４５は、キャパシタ１２の正端子とコイル４１の他端との間に介在されており、そのソースがコイル４１の他端に接続され、ドレインがキャパシタ１２の正端子に接続されている。

電流検出器４６は、キャパシタ１２の正端子と第１ＭＯＳＦＥＴ４２および第４ＭＯＳＦＥＴ４５の各ドレインとの間に介在されている。電流検出器４６は、キャパシタ充放電回路２０よりキャパシタ１２の全体（複数のセルＣの直列接続により構成されるモジュールの全体）に流れる電流、具体的には、キャパシタ１２の正端子に流れるモジュール電流を検出し、そのモジュール電流の値に応じた検出電流信号を出力する。

図３は、内部短絡検出回路３２の構成を示すブロック図である。

内部短絡検出回路３２は、電流用バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）５１、電流符号検出回路５２、絶縁アンプ（アイソレーションアンプ）５３、電圧用バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）５４、同位相成分抽出回路５５、電圧用ローパスフィルタ（ＬＰＦ）５６、電流振幅演算回路５７、電流用ローパスフィルタ（ＬＰＦ）５８、標準内部抵抗降下演算回路５９および判定回路６０を備えている。これら各部の機能については、キャパシタ１２の内部短絡を検出する際の処理の流れに沿って説明する。

図４Ａは、電流検出器４６により検出されるモジュール電流の波形を示す図である。図４Ｂは、電流符号検出回路５２から出力される電流符号パルス信号の波形を示す図である。図４Ｃは、セル電圧の波形を示す図である。図４Ｄは、電圧用バンドパスフィルタ５４の通過後のセル電圧の波形を示す図である。図４Ｅは、同位相成分抽出回路５５から出力される波形を示す図である。

キャパシタ１２の内部短絡の検出の際には、キャパシタ制御装置３１により、キャパシタ充放電回路２０が制御されて、キャパシタ１２の放電と充電とが繰り返される。

図２を参照して、キャパシタ１２の放電時には、キャパシタ制御装置３１から第１ＭＯＳＦＥＴ４２および第３ＭＯＳＦＥＴ４４の各ゲートに、ゲート信号が入力されて、第１ＭＯＳＦＥＴ４２および第３ＭＯＳＦＥＴ４４がオンされる。一方、第２ＭＯＳＦＥＴ４３および第４ＭＯＳＦＥＴ４５の各ゲートには、ゲート信号が入力されず、第２ＭＯＳＦＥＴ４３および第４ＭＯＳＦＥＴ４５がオフに保たれる。

これにより、破線Ｌ１で示されるように、キャパシタ１２、第１ＭＯＳＦＥＴ４２、コイル４１および第３ＭＯＳＦＥＴ４４の直列回路に、キャパシタ１２からの放電によるモジュール電流が流れる。モジュール電流がコイル４１に流れることにより、コイル４１に磁気エネルギーが蓄えられる。言い換えれば、キャパシタ１２の電気エネルギーの一部がコイル４１の磁気エネルギーに変換される。

コイル４１のインダクタンスにより、モジュール電流は、図４Ａに示されるように、キャパシタ１２の放電開始から徐々に増加する。電流検出器４６により検出される電流値が第１設定値に達すると、キャパシタ制御装置３１から第１ＭＯＳＦＥＴ４２および第３ＭＯＳＦＥＴ４４の各ゲートへのゲート信号の入力が停止される。これにより、第１ＭＯＳＦＥＴ４２および第３ＭＯＳＦＥＴ４４がオフになり、キャパシタ１２からの放電が停止する。

第１ＭＯＳＦＥＴ４２および第３ＭＯＳＦＥＴ４４がオフされると、コイル４１に蓄えられている磁気エネルギーが解放されて、一点鎖線Ｌ２で示されるように、磁気エネルギーによる電流がコイル４１、第４ＭＯＳＦＥＴ４５の寄生ダイオード、キャパシタ１２および第２ＭＯＳＦＥＴ４３の寄生ダイオードに電流が流れる。その結果、キャパシタ１２の全体が充電される。

キャパシタ１２の充電時には、キャパシタ制御装置３１から第２ＭＯＳＦＥＴ４３および第４ＭＯＳＦＥＴ４５の各ゲートに、ゲート信号が入力されて、第２ＭＯＳＦＥＴ４３および第４ＭＯＳＦＥＴ４５がオンされることが好ましい。これにより、電流が寄生ダイオードのみを流れる場合と比較して、第２ＭＯＳＦＥＴ４３および第４ＭＯＳＦＥＴ４５における電圧降下を低減することができる。その結果、エネルギー損失を低減することができる。

モジュール電流は、図４Ａに示されるように、キャパシタ１２の充電開始から徐々に減少する。電流検出器４６により検出される電流値が第２設定値に達すると、キャパシタ制御装置３１から第１ＭＯＳＦＥＴ４２および第３ＭＯＳＦＥＴ４４の各ゲートに、ゲート信号が再び入力される。これにより、第１ＭＯＳＦＥＴ４２および第３ＭＯＳＦＥＴ４４が再びオンになり、キャパシタ１２が再び放電する。キャパシタ１２の充電時に、第２ＭＯＳＦＥＴ４３および第４ＭＯＳＦＥＴ４５がオンされる場合には、第１ＭＯＳＦＥＴ４２および第３ＭＯＳＦＥＴ４４のオンとほぼ同時に、キャパシタ制御装置３１から第２ＭＯＳＦＥＴ４３および第４ＭＯＳＦＥＴ４５の各ゲートへのゲート信号の入力が停止される。

このようにして、キャパシタ１２の放電と充電とが繰り返される。キャパシタ１２の放電時には、電気エネルギーがコイル４１の磁気エネルギーに変換され、コイル４１に磁気エネルギーが蓄えられる。そして、キャパシタ１２からの放電が停止されると、コイル４１に蓄えられた磁気エネルギーにより、キャパシタ１２が充電される。そのため、キャパシタ１２の内部短絡を検出するために、キャパシタ１２からの放電のみが行われる構成と比較して、エネルギー損失を低減することができる。キャパシタ１２からの放電時に電気エネルギーを消費する必要がないので、電気エネルギーを消費する回路が不要であり、また、電気エネルギーの消費により生じる発熱を放熱するための構成が不要である。

キャパシタ１２の放電と充電とが繰り返される間、電流検出器４６から出力される検出電流信号は、電流用バンドパスフィルタ５１に通された後、電流符号検出回路５２に入力される。検出電流信号が電流用バンドパスフィルタ５１を通されることにより、検出電流信号の所定の周波数帯域の成分のみが電流符号検出回路５２に入力される。電流符号検出回路５２は、電流用バンドパスフィルタ５１から入力される電流信号の正負を検出し、正信号の入力時にハイレベルとなり、負信号の入力時にローレベルとなるパルス信号（電流符号パルス信号）を出力する。

その一方で、キャパシタ１２の１つのセルＣ（内部短絡検出対象のセルＣ）の電圧が絶縁アンプ５３に入力される。セルＣの電圧（以下「セル電圧」という。）は、図４Ｃに示されるように、キャパシタ１２の放電時のモジュール電流（放電電流）の増大に伴って減少し、キャパシタ１２の充電時のモジュール電流（充電電流）の減少に伴って減少する。このセル電圧の変動に応じた波形の信号が絶縁アンプ５３から出力される。

絶縁アンプ５３から出力される信号は、電圧用バンドパスフィルタ５４を通された後、同位相成分抽出回路５５に入力される。これにより、絶縁アンプ５３から出力される信号の所定の周波数帯域の成分のみが電圧用バンドパスフィルタ５４を通過し、同位相成分抽出回路５５には、図４Ｄに示されるように、セル電圧の脈動分（交流成分）に応じた波形が入力される。セル電圧の脈動分は、セルＣの内部抵抗による電圧降下とキャパシタンスによる電圧降下との合成により生じる。

また、同位相成分抽出回路５５には、電流符号検出回路５２から出力される電流符号パルス信号が入力される。同位相成分抽出回路５５は、図４Ｅに示されるように、電流符号パルス信号がハイレベルの時に、セル電圧の脈動分の波形を反転して出力し、電流符号パルス信号がローレベルの時に、セル電圧の脈動分の波形をそのまま出力するように構成されている。これにより、同位相成分抽出回路５５では、セル電圧の脈動分からモジュール電流と同位相の成分が抽出される。セルＣの内部抵抗による電圧降下は、モジュール電流と同位相で変化するので、セル電圧の脈動分からモジュール電流と同位相の成分が抽出されることにより、セルＣの内部抵抗による電圧降下の成分が抽出されることになる。

同位相成分抽出回路５５から出力される信号は、電圧用ローパスフィルタ５６を通される。これにより、同位相成分抽出回路５５から出力される信号から高周波成分が除去されて、電圧用ローパスフィルタ５６から、図５Ｅに二点鎖線で示されるように、レベルがほぼ一定の信号が出力される。電圧用ローパスフィルタ５６から出力される信号は、判定回路６０に入力される。

電流振幅演算回路５７には、電流用バンドパスフィルタ５１を通過後の電流信号と、電流符号検出回路５２から出力される電流符号パルス信号とが入力される。電流振幅演算回路５７は、入力される信号に基づいて、電流信号の波形の振幅を演算し、電流信号の波形の振幅を表す信号を出力する。

電流振幅演算回路５７から出力される信号は、電流用ローパスフィルタ５８を通されることにより高周波成分が除去された後、標準内部抵抗降下演算回路５９に入力される。標準内部抵抗降下演算回路５９では、電流用ローパスフィルタ５８を通過後の信号のレベルと既知であるセルＣの内部抵抗値とから、セルＣの内部抵抗による電圧降下量が演算される。標準内部抵抗降下演算回路５９からは、セルＣの内部抵抗による電圧降下量を表す信号を出力する。標準内部抵抗降下演算回路５９から出力される信号は、判定回路６０に入力される。

判定回路６０では、電圧用ローパスフィルタ５６から入力される信号の値（レベル）と標準内部抵抗降下演算回路５９から入力される信号の値（レベル）とが比較される。そして、電圧用ローパスフィルタ５６から入力される信号の値が標準内部抵抗降下演算回路５９から入力される信号の値よりも所定以上下回っていれば、セルＣに内部短絡が生じていると判定され、下回っていなければ、セルＣに内部短絡が生じていないと判定される。言い換えれば、標準内部抵抗降下演算回路５９から入力される信号の値から一定値を減じた値が閾値とされ、電圧用ローパスフィルタ５６から入力される信号の値が閾値以下であれば、セルＣに内部短絡が生じていると判定され、電圧用ローパスフィルタ５６から入力される信号の値が閾値よりも大きければ、セルＣに内部短絡が生じていないと判定される。

キャパシタ１２の各セルＣについて、以上の処理が実行されることにより、キャパシタ１２の内部短絡が検出される。

図５Ａは、電圧用バンドパスフィルタ５４の通過後のセル電圧の波形であり、セル電圧の脈動分がセルＣのキャパシタンスによる電圧降下の成分のみからなる場合の波形を示す図である。図５Ｂは、電流符号検出回路５２から出力される電流符号パルス信号の波形を示す図である。図５Ｃは、図５Ａに示される波形が同位相成分抽出回路５５に入力される場合に、同位相成分抽出回路５５から出力される波形を示す図である。

セル電圧の脈動分がセルＣのキャパシタンスによる電圧降下の成分のみからなると仮定した場合、図５Ａに示されるように、セル電圧の脈動分の波形は、電流用バンドパスフィルタ５１から出力される電流信号の波形に対して９０度位相がずれる。そのため、同位相成分抽出回路５５において、図５Ｂに示される電流符号パルス信号がハイレベルの時に、セル電圧の脈動分の波形が反転され、電流符号パルス信号がローレベルの時に、セル電圧の脈動分の波形がそのままにされる処理がなされると、図５Ｃに示されるように、電圧用ローパスフィルタ５６を通過後の信号のレベルが零となる。

セルＣの電極間で内部短絡が生じ、セルＣの内部抵抗がほぼ零になると、セル電圧の脈動分がほぼセルＣのキャパシタンスによる電圧降下の成分のみとなる。したがって、キャパシタンスによる影響を受けることなく、図４Ｅに示される結果によりセルＣの内部短絡を検出できる。

このように、キャパシタ１２の内部短絡の検出のために、キャパシタ１２の放電と充電とが繰り返される。放電および充電に応じて、キャパシタ１２の各セルＣの電圧（セル電圧）が変動する。このときのセル電圧の脈動分（交流成分）は、セルＣの内部抵抗による電圧降下とキャパシタンスによる電圧降下との合成により生じる。セルＣの電極間の短絡、つまり内部短絡が生じると、内部抵抗による電圧降下が小さくなる。

そこで、セル電圧の脈動分から内部抵抗による電圧降下の成分が抽出される。そして、その抽出された成分を電圧用ローパスフィルタ５６を通過させて得られる値が所定値（標準内部抵抗降下演算回路５９から入力される信号の値から一定値を減じた値）よりも小さい場合、キャパシタ１２のセルＣに内部短絡が生じていると判定される。

これにより、セルＣのキャパシタンスによる影響を受けずに、内部短絡が生じているか否かを判定することができる。そのため、内部短絡を精度良く検出することができる。

また、内部短絡検出回路３２がキャパシタ制御装置３１に組み込まれているので、車両１からキャパシタ１２を取り外さなくても、キャパシタ１２の内部短絡を検出することができる。

図６は、キャパシタ１２のセルＣの交流インピーダンス測定の結果を示すグラフである。

セルＣでは、交流周波数が小さいときには、セルＣのインピーダンスの虚数成分（キャパシタンス成分）が実数成分（内部抵抗成分）よりも大きくなる。一方、交流周波数が数ｋＨｚ以上である場合、インピーダンスで実数成分が支配的となり、虚数成分がほぼ零になる。

そこで、キャパシタ１２の放電と充電とは、セルＣのインピーダンスの実数成分が虚数成分よりも大きくなる周波数で繰り返されることが好ましい。

これにより、インピーダンスの虚数成分による電圧降下、つまりキャパシタンスによる電圧降下が小さくなる。そのため、セル電圧の脈動分からの電流と同位相の成分の抽出にインピーダンスの虚数成分が与える影響（誤差）を小さくすることができる。その結果、内部短絡の検出精度を向上させることができる。

また、キャパシタ１２の放電と充電とは、セルＣのインピーダンスが実数成分のみとなる周波数で繰り返されてもよい。

これにより、セル電圧の脈動分からインピーダンスの虚数成分による電圧降下の成分を除去する必要がなくなるので、セル電圧の脈動分から電流と同位相の成分を抽出する回路を簡素化することができる。すなわち、図３に示される同位相成分抽出回路５５に代えて、図７に示されるように、電圧用全波整流回路７１を採用することができる。また、図３に示される電流符号検出回路５２および電流振幅演算回路５７に代えて、電流用全波整流回路７２を採用することができる。

この図７に示される構成の内部短絡検出回路３２では、図８Ａに示される波形のモジュール電流が電流用バンドパスフィルタ５１の通過後に電流用全波整流回路７２に入力されると、電流用全波整流回路７２から図８Ｂに実線で示される波形の信号が出力される。そして、電流用全波整流回路７２から出力される信号が電流用ローパスフィルタ５８に入力されて、その信号から高周波成分が除去されると、図８Ｂに二点鎖線で示される信号、図３に示される構成の場合と同様の信号が得られる。

また、図８Ｃに示される波形のセル電圧が絶縁アンプ５３および電圧用バンドパスフィルタ５４を通過した後に、電圧用全波整流回路７１に入力されると、電圧用全波整流回路７１から図８Ｄに示される波形の信号が出力される。図８Ｄに示される波形を図４Ｅに示される波形と比較して理解されるように、電圧用全波整流回路７１から出力される信号は、セル電圧の脈動分からモジュール電流と同位相の成分を抽出して得られる信号となる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。

前述の実施形態では、蓄電デバイスの一例として、キャパシタ１２（リチウムイオンキャパシタ）を取り上げた。これに限らず、蓄電デバイスは、電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ：Electric Double-Layer Capacitor）であってもよい。また、蓄電デバイスは、キャパシタに限らず、ニッケル水素（Ｎｉ−ＭＨ：Nickel Ｍetal Hydride）電池、リチウムイオン電池などの電池であってもよい。

その他、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１２ キャパシタ（蓄電デバイス）
２０ キャパシタ充放電回路（充放電手段）
３１ キャパシタ制御装置（充放電制御手段）
３２ 内部短絡検出回路（判定手段）
４６ 電流検出器（電流検出手段）
Ｃ セル

Claims (3)

1. 蓄電デバイスに接続され、前記蓄電デバイスの充電および放電を行う充放電手段と、
   前記蓄電デバイスの全体に流れる電流を検出する電流検出手段と、
   前記充放電手段を制御して、前記蓄電デバイスの充電および放電を繰り返す充放電制御手段と、
   前記充放電制御手段による前記蓄電デバイスの放電と充電とが繰り返されているときに、前記蓄電デバイスに備えられている各セルの電圧の脈動分から前記電流検出手段により検出される電流と同位相の成分を抽出し、その抽出された成分に応じて変化する値が所定値より小さい場合に内部短絡が生じていると判定する判定手段とを含む、内部短絡検出装置。
2. 前記充放電制御手段は、前記セルのインピーダンスの実数成分が虚数成分よりも大きくなる周波数で、前記蓄電デバイスの充電および放電を繰り返す、請求項１に記載の内部短絡検出装置。
3. 前記充放電制御手段は、前記セルのインピーダンスが実数成分のみとなる周波数で、前記蓄電デバイスの充電および放電を繰り返す、請求項２に記載の内部短絡検出装置。

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