WO2018083802A1 - 短絡検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】二次電池の使用態様に関わらず、放電中の二次電池の内部短絡をリアルタイムに精度よく検出できる短絡検出装置を提供する。 【解決手段】短絡検出装置は、負荷に対して放電している二次電池の電圧を電圧センサにより検出して得られる第１電圧値Ｖａが閾値Ｖｓ未満であるか否かを判断し、第１電圧値Ｖａが閾値Ｖｓ未満である場合、負荷を調整して、二次電池から負荷に流れる電流を減少させ、負荷調整後の二次電池の電圧を電圧センサにより検出して得られる第２電圧値Ｖｂが第１電圧値Ｖａ未満であるか否かを判断し、第２電圧値Ｖｂが第１電圧値Ｖａ未満である場合、二次電池の内部短絡を認識する。

Description

短絡検出装置

　本発明は、二次電池の内部短絡を検出する短絡検出装置に関する。

　近年、環境保護運動の高まりを背景として、電気自動車（ＥＶ）およびハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）の開発が進められている。これらのモータ駆動用電源として、繰り返し充放電可能なリチウムイオン二次電池が注目されている。

　リチウムイオン二次電池に対して、たとえば、外部から機械的な衝撃が加えられた場合、リチウムイオン二次電池に内部短絡が生じることがある。リチウムイオン二次電池の内部短絡は、リチウムイオン二次電池の性能を低下させる可能性があり、好ましくない。

　これに関連して、下記の特許文献１には、リチウムイオン二次電池の容量変化の実測値から容量変化の理論値を減算して得られた値を内部短絡によって消費された容量とみなし、リチウムイオン二次電池に内部短絡が生じたか否かを判断する技術が提案されている。この技術によれば、放電中のリチウムイオン二次電池の内部短絡をリアルタイムに検出できる。

特開２０１６－０９０３９９号公報

　上記の技術では、リチウムイオン二次電池の容量変化の理論値を求めるために、リチウムイオン二次電池の開回路電圧が算出される。開回路電圧は、リチウムイオン二次電池の閉回路電圧を計測し、閉回路電圧に基づいて算出される。このとき、リチウムイオン二次電池の内部抵抗の変化が考慮される。

　リチウムイオン二次電池の内部抵抗の変化は、定常的な放電であれば、精度よく推定される。しかしながら、電気自動車のように非定常的な放電が行われる系では、リチウムイオン二次電池の内部抵抗の変化を精度よく推定することは困難である。このため、上記の技術では、非定常的な放電が行われる系にリチウムイオン二次電池が使用された場合、開回路電圧が精度よく算出されず、内部短絡を精度よく検出できないという問題がある。

　本発明は、上述した問題を解決するためになされたものである。したがって、本発明の目的は、二次電池の使用態様に関わらず、放電中の二次電池の内部短絡をリアルタイムに精度よく検出できる短絡検出装置を提供することである。

　本発明の上記目的は、下記の手段によって達成される。

　本発明の短絡検出装置は、負荷に対して放電している二次電池の電圧を電圧センサにより検出して得られる第１電圧値が閾値未満であるか否かを判断し、第１電圧値が閾値未満である場合、負荷を調整して、二次電池から負荷に流れる電流を減少させる。そして、本発明の短絡検出装置は、負荷調整後の二次電池の電圧を電圧センサにより検出して得られる第２電圧値が第１電圧値未満であるか否かを判断し、第２電圧値が第１電圧値未満である場合、二次電池の内部短絡を認識する。

　本発明の短絡検出装置は、負荷に対して放電している二次電池の電圧を電圧センサにより検出して得られる電圧値が第１閾値未満であるか否かを判断し、電圧値が第１閾値未満である場合、二次電池の電圧の単位時間当たりの変化量を算出する。そして、本発明の短絡検出装置は、単位時間当たりの変化量が第２閾値よりも大きいか否かを判断し、変化量が第２閾値よりも大きい場合、二次電池の内部短絡を認識する。

　本発明の短絡検出装置は、負荷に対して放電している二次電池の電圧を電圧センサにより検出して電圧の変動周波数を算出し、二次電池から負荷に流れる電流を電流センサにより検出して電流の変動周波数を算出する。そして、本発明の短絡検出装置は、電圧の変動周波数が電流の変動周波数よりも高いか否かを判断し、電圧の変動周波数が電流の変動周波数よりも高い場合、二次電池の内部短絡を認識する。

　本発明によれば、二次電池の使用態様に関わらず、放電中の二次電池の内部短絡をリアルタイムに精度よく検出できる。

本発明の第１実施形態に係る短絡検出装置の概略構成を示す図である。 二次電池の基本構成を模式的に表した断面概略図である。 短絡検出装置により実行される短絡検出処理の手順を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る短絡検出処理の手順を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る短絡検出処理を説明するための図である。 本発明の第３実施形態に係る短絡検出処理の手順を示すフローチャートである。 本発明の第３実施形態に係る短絡検出処理を説明するための図である。

　以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張される場合があり、実際の比率とは異なる場合がある。

　（第１実施形態）
　図１は、本発明の第１実施形態に係る短絡検出装置１００の概略構成を示す図である。本実施形態の短絡検出装置１００は、負荷３００に対して放電している二次電池２００に生じる内部短絡を検出する。二次電池２００は、たとえば、リチウムイオン二次電池である。負荷３００は、たとえば、二次電池２００から電力の供給を受けて動作するモータまたは各種の電子機器である。

　図１に示すとおり、短絡検出装置１００は、電圧センサ１１０、電流センサ１２０、外部抵抗１３０、スイッチ１４０、および制御部１５０を備える。

　電圧センサ１１０は、二次電池２００に対して並列に接続され、二次電池２００のセル電圧を検出する。電圧センサ１１０により二次電池２００のセル電圧を検出して得られた電圧値は、制御部１５０に送信される。

　電流センサ１２０は、二次電池２００と負荷３００との間に設けられ、二次電池２００から負荷３００に流れる電流を検出する。電流センサ１２０により電流を検出して得られた電流値は、制御部１５０に送信される。

　外部抵抗１３０は、二次電池２００に対して並列に接続され、二次電池２００の電力を放電する。外部抵抗１３０は、たとえば、二次電池２００の電力を消費することにより、二次電池２００の電力を放電する放電抵抗回路である。

　スイッチ１４０は、二次電池２００と外部抵抗１３０との間に設けられた第１スイッチ１４０ａと、二次電池２００と負荷３００との間に設けられた第２スイッチ１４０ｂとを備える。第１および第２スイッチ１４０ａ，１４０ｂは、たとえば、リレースイッチである。第１および第２スイッチ１４０ａ，１４０ｂのオン／オフ状態が切り替えられることにより、二次電池２００と負荷３００とが接続される第１状態と、二次電池２００と外部抵抗１３０とが接続される第２状態とが切り替えられる。

　制御部１５０は、上記各部の動作を制御する。制御部１５０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）および各種メモリを備えており、プログラムにしたがって、外部抵抗１３０、スイッチ１４０、および負荷３００の動作を制御する。

　本実施形態の制御部１５０は、対応するプログラムをＣＰＵが実行することによって、第１判断部、負荷調整部、第２判断部、および認識部として機能する。ここで、第１判断部は、負荷３００に対して放電している二次電池２００のセル電圧を電圧センサ１１０により検出して得られる第１電圧値が閾値未満であるか否かを判断する。負荷調整部は、第１電圧値が閾値未満であると判断される場合、負荷３００を調整して、二次電池２００から負荷３００に流れる電流を減少させる。第２判断部は、負荷調整後の二次電池２００のセル電圧を電圧センサ１１０により検出して得られる第２電圧値が第１電圧値未満であるか否かを判断する。認識部は、第２電圧値が第１電圧値未満であると判断される場合、二次電池２００の内部短絡を認識する。各部の具体的な処理内容については後述する。

　次に、図２を参照して、短絡検出装置１００により内部短絡が検出される二次電池２００について説明する。図２は、二次電池２００の基本構成を模式的に表した断面概略図である。本実施形態の二次電池２００は、双極型二次電池である。双極型二次電池２００は、充放電反応が実際に進行する略矩形の発電要素２１０が、電池外装材であるラミネートフィルム２２０の内部に封止された構造を有する。

　図２に示すとおり、双極型二次電池２００の発電要素２１０は、集電体２１１の一方の面に正極活物質層２１２が形成され、集電体２１１の他方の面に負極活物質層２１３が形成されて構成される複数の双極型電極２１５を有する。各双極型電極２１５は、電解質層２１６を介して積層されて発電要素２１０を形成する。電解質層２１６は、基材としてのセパレータの面方向中央部に電解質が保持されてなる構成を有する。この際、一の双極型電極２１５の正極活物質層２１２と当該一の双極型電極２１５に隣接する他の双極型電極２１５の負極活物質層２１３とが電解質層２１６を介して向き合うように、各双極型電極２１５および電解質層２１６が交互に積層されている。すなわち、一の双極型電極２１５の正極活物質層２１２と当該一の双極型電極２１５に隣接する他の双極型電極２１５の負極活物質層２１３との間に電解質層２１６が挟まれて配置されている。

　隣接する正極活物質層２１２、電解質層２１６、および負極活物質層２１３は、一つの単電池層２１７を構成する。したがって、双極型二次電池２００は、単電池層２１７が積層されてなる構成を有するともいえる。また、電解質層２１６からの電解液の漏れによる液絡を防止する目的で、単電池層２１７の外周部にはシール部２１８が配置されている。なお、発電要素２１０の最外層に位置する正極側の最外層集電体２１１ａには、片面のみに正極活物質層２１２が形成されている。また、発電要素２１０の最外層に位置する負極側の最外層集電体２１１ｂには、片面のみに負極活物質層２１３が形成されている。しかしながら、正極側の最外層集電体２１１ａの両面に正極活物質層２１２が形成されてもよい。同様に、負極側の最外層集電体２１１ｂの両面に負極活物質層２１３が形成されてもよい。

　さらに、双極型二次電池２００では、正極側の最外層集電体２１１ａに隣接するように正極集電板２２１が配置され、これが延長されてラミネートフィルム２２０から導出されている。一方、負極側の最外層集電体２１１ｂに隣接するように負極集電板２２２が配置され、同様にこれが延長されてラミネートフィルム２２０から導出されている。短絡検出装置１００の電圧センサ１１０は、ラミネートフィルム２２０から導出されている正極および負極集電板２２１，２２２間の電圧を、二次電池２００のセル電圧として検出する。

　なお、単電池層２１７の積層数は、所望する電圧に応じて調節される。また、双極型二次電池２００では、電池の厚みを極力薄くしても十分な出力が確保できれば、単電池層２１７の積層数を少なくしてもよい。

　このような二次電池２００に対して外部から機械的な衝撃が加えられた場合、二次電池２００に内部短絡が生じることがある。本実施形態の短絡検出装置１００は、負荷３００に対して放電している二次電池２００の内部短絡をリアルタイムに検出する。以下、図３を参照して、短絡検出装置１００の動作について詳細に説明する。

　図３は、短絡検出装置１００により実行される短絡検出処理の手順を示すフローチャートである。短絡検出処理の開始時、二次電池２００と外部抵抗１３０との間の第１スイッチ１４０ａはオフ状態にあり、二次電池２００と負荷３００との間の第２スイッチ１４０ｂはオン状態にある。

　図３に示すとおり、まず、短絡検出装置１００は、放電中の二次電池２００の電圧値Ｖａを検出する（ステップＳ１０１）。より具体的には、電圧センサ１１０が、負荷３００に対して放電している二次電池２００のセル電圧を第１電圧値Ｖａとして検出する。電圧センサ１１０により検出された第１電圧値Ｖａは、制御部１５０に送信される。

　次に、短絡検出装置１００は、二次電池２００の電圧値Ｖａが閾値Ｖｓ未満であるか否かを判断する（ステップＳ１０２）。より具体的には、制御部１５０が、ステップＳ１０１に示す処理で検出された第１電圧値Ｖａが、所定の閾値Ｖｓ未満であるか否かを判断する。ここで、閾値Ｖｓは、二次電池２００に内部短絡が生じたか否かを判断する処理を開始する際の基準となる電圧値であり、適宜設定される。二次電池２００がリチウムイオン二次電池の場合、閾値Ｖｓは、満充電状態の単電池層のセル電圧４．２Ｖに対して、たとえば、２．５Ｖに相当する電圧値であり、単電池層の積層数等に応じて設定される。

　二次電池２００の電圧値Ｖａが閾値Ｖｓ未満でないと判断する場合（ステップＳ１０２：ＮＯ）、短絡検出装置１００は、ステップＳ１０１の処理に戻る。

　一方、二次電池２００の電圧値Ｖａが閾値Ｖｓ未満であると判断する場合（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）、短絡検出装置１００は、負荷３００を調整して、二次電池２００の出力を制限する（ステップＳ１０３）。より具体的には、制御部１５０が、たとえば、負荷３００であるモータの回転数を低減して、二次電池２００から負荷３００に流れる電流を減少させる。その結果、二次電池２００から負荷３００に流れる電流の大きさが、第１電流値Ｉａから第２電流値Ｉｂに減少する。

　次に、短絡検出装置１００は、負荷調整後の二次電池２００の電圧値Ｖｂを検出する（ステップＳ１０４）。より具体的には、電圧センサ１１０が、ステップＳ１０３に示す処理で調整された負荷３００に対して放電している二次電池２００のセル電圧を第２電圧値Ｖｂとして検出する。電圧センサ１１０により検出された第２電圧値Ｖｂは、制御部１５０に送信される。

　次に、短絡検出装置１００は、電圧値Ｖｂが電圧値Ｖａ未満であるか否かを判断する（ステップＳ１０５）。より具体的には、制御部１５０が、ステップＳ１０４に示す処理で検出された第２電圧値Ｖｂが、ステップＳ１０１に示す処理で検出された第１電圧値Ｖａ未満であるか否かを判断する。

　電圧値Ｖｂが電圧値Ｖａ未満でないと判断する場合（ステップＳ１０５：ＮＯ）、短絡検出装置１００は、二次電池２００の出力を通常出力に戻し（ステップＳ１０６）、ステップＳ１０１の処理に戻る。より具体的には、制御部１５０が、二次電池２００のセル電圧が閾値Ｖｓを下回った原因が二次電池２００の内部抵抗（過電圧）の増加に起因しているとして、二次電池２００に内部短絡が生じていないと判断する。そして、制御部１５０は、ステップＳ１０３に示す処理で調整した負荷３００を調整前の状態に戻し、二次電池２００から負荷３００に流れる電流を増大させる。その結果、二次電池２００から負荷３００に流れる電流の大きさが、第２電流値Ｉｂから第１電流値Ｉａに回復する。

　一方、電圧値Ｖｂが電圧値Ｖａ未満であると判断する場合（ステップＳ１０５：ＹＥＳ）、短絡検出装置１００は、負荷３００を切り離す（ステップＳ１０７）。より具体的には、制御部１５０が、二次電池２００のセル電圧が閾値Ｖｓを下回った原因が二次電池２００の内部短絡に起因しているとして、二次電池２００に内部短絡が生じていると判断する。そして、制御部１５０は、第２スイッチ１４０ｂを制御して、二次電池２００から負荷３００を電気的に切り離す。

　そして、短絡検出装置１００は、外部放電を開始し（ステップＳ１０８）、処理を終了する。より具体的には、制御部１５０が、第１スイッチ１４０ａを制御して、二次電池２００に外部抵抗１３０を電気的に接続する。二次電池２００に外部抵抗１３０が接続されれば、二次電池２００の電力が外部抵抗１３０により消費され、二次電池２００の電力が外部抵抗１３０により放電される。

　以上のとおり、図３に示すフローチャートの処理によれば、二次電池２００の電圧値Ｖａが閾値Ｖｓを下回った場合、負荷３００が調整されて二次電池２００から負荷３００に流れる電流が減少される。そして、負荷調整後の二次電池２００の電圧値Ｖｂが負荷調整前の二次電池２００の電圧値Ｖａ未満の場合、二次電池２００に内部短絡が生じていることが認識され、二次電池２００の外部放電が行われる。

　なお、上述したとおり、二次電池２００のセル電圧が閾値Ｖｓを下回った原因が内部抵抗の増加に起因している場合、二次電池２００から負荷３００に流れる電流が減少すれば、内部抵抗による電圧損失は小さくなり、二次電池２００のセル電圧は上昇する。一方、二次電池２００のセル電圧が閾値Ｖｓを下回った原因が内部短絡に起因している場合、二次電池２００から負荷３００に流れる電流が減少しても、二次電池２００のセル電圧は上昇することなく低下する。本実施形態の短絡検出装置１００では、この現象を利用して、二次電池２００の内部短絡を検出する。

　そして、本実施形態の短絡検出装置１００では、二次電池２００の内部抵抗がほとんど変化しない状態で二次電池２００に内部短絡が生じたか否かが判断される。このため、本実施形態の短絡検出装置１００によれば、非定常的な放電が行われる系でも、二次電池２００の内部短絡を精度よく検出できる。したがって、二次電池２００の使用態様に関わらず、二次電池２００の内部短絡をリアルタイムに精度よく検出できる。

　以上のとおり、説明した本実施形態は、以下の効果を奏する。

　（ａ）二次電池２００の内部抵抗に関わらず、二次電池２００に内部短絡が生じたか否かが判断されるため、二次電池２００の使用態様に関わらず、二次電池２００の内部短絡をリアルタイムに精度よく検出できる。また、内部短絡に起因する電圧降下と内部抵抗の増加に起因する電圧降下とが区別されるため、二次電池２００の内部短絡をより精度よく検出できる。

　（ｂ）二次電池２００の内部短絡が検出された場合、二次電池２００を負荷３００から切り離して外部放電が行われるため、二次電池２００の安全性がより高められる。

　（ｃ）双極型二次電池２００の内部短絡を検出するため、双極型二次電池２００により駆動される装置（電気自動車等）の実用性が向上する。

　（第２実施形態）
　次に、図４および図５を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、二次電池２００のセル電圧の単位時間当たりの変化量を算出して内部短絡を検出する実施形態である。

　図４は、本実施形態に係る短絡検出処理の手順を示すフローチャートである。なお、内部短絡を検出するための処理が異なる点を除いては、本実施形態に係る短絡検出装置１００の構成自体は、第１実施形態と同様であるため、短絡検出装置１００の構成についての説明は省略する。

　また、本実施形態に係る短絡検出装置１００の制御部１５０は、対応するプログラムをＣＰＵが実行することによって、第１判断部、変化量検出部、第２判断部、および認識部として機能する。第１判断部は、負荷３００に対して放電している二次電池２００のセル電圧を電圧センサ１１０により検出して得られる電圧値が第１閾値未満であるか否かを判断する。変化量検出部は、電圧値が第１閾値未満であると判断される場合、二次電池２００のセル電圧の単位時間当たりの変化量を算出する。第２判断部は、二次電池２００のセル電圧の単位時間当たりの変化量が第２閾値よりも大きいか否かを判断する。認識部は、セル電圧の単位時間当たりの変化量が第２閾値よりも大きいと判断される場合、二次電池２００の内部短絡を認識する。

　図４に示すとおり、本実施形態に係る短絡検出処理では、まず、短絡検出装置１００は、放電中の二次電池２００の電圧値Ｖａを検出する（ステップＳ２０１）。より具体的には、電圧センサ１１０が、負荷３００に対して放電している二次電池２００のセル電圧を電圧値Ｖａとして検出する。

　次に、短絡検出装置１００は、二次電池２００の電圧値Ｖａが第１閾値Ｖｓ未満であるか否かを判断する（ステップＳ２０２）。より具体的には、制御部１５０が、ステップＳ２０１に示す処理で検出された電圧値Ｖａが、所定の第１閾値Ｖｓ未満であるか否かを判断する。ここで、第１閾値Ｖｓは、二次電池２００に内部短絡が生じたか否かを判断する処理を開始する際の基準となる電圧値であり、適宜設定される。二次電池２００がリチウムイオン二次電池の場合、閾値Ｖｓは、満充電状態の単電池層のセル電圧４．２Ｖに対して、たとえば、２．５Ｖに相当する電圧値であり、単電池層の積層数等に応じて設定される。

　二次電池２００の電圧値Ｖａが第１閾値Ｖｓ未満でないと判断する場合（ステップＳ２０２：ＮＯ）、短絡検出装置１００は、ステップＳ２０１の処理に戻る。

　一方、二次電池２００の電圧値Ｖａが第１閾値Ｖｓ未満であると判断する場合（ステップＳ２０２：ＹＥＳ）、短絡検出装置１００は、単位時間当たりのセル電圧の変化量ΔＶｂ／Δｔを算出する（ステップＳ２０３）。より具体的には、制御部１５０が、電圧センサ１１０により周期的に検出しているセル電圧の値の変化から、単位時間当たりのセル電圧の変化量ΔＶｂ／Δｔを算出する。

　次に、短絡検出装置１００は、単位時間当たりのセル電圧の変化量ΔＶｂ／Δｔが、第２閾値ΔＶｕ／Δｔよりも大きいか否かを判断する（ステップＳ２０４）。より具体的には、制御部１５０が、ステップＳ２０３に示す処理で算出した単位時間当たりのセル電圧の変化量ΔＶｂ／Δｔが、所定の第２閾値ΔＶｕ／Δｔよりも大きいか否かを判断する。ここで、第２閾値ΔＶｕ／Δｔは、内部短絡に起因する二次電池２００の電圧降下と二次電池２００の通常の電圧降下とを区別するための値であり、適宜設定される。二次電池２００がリチウムイオン二次電池の場合、第２閾値ΔＶｕ／Δｔは、満充電状態の単電池層のセル電圧４．２Ｖに対して、たとえば、２Ｖ／秒に相当する値であり、単電池層の積層数等に応じて設定される。

　セル電圧の変化量ΔＶｂ／Δｔが第２閾値ΔＶｕ／Δｔよりも大きくないと判断する場合（ステップＳ２０４：ＮＯ）、短絡検出装置１００は、二次電池２００に内部短絡が生じていないとして、ステップＳ２０１の処理に戻る。

　一方、セル電圧の変化量ΔＶｂ／Δｔが第２閾値ΔＶｕ／Δｔよりも大きいと判断する場合（ステップＳ２０４：ＹＥＳ）、短絡検出装置１００は、二次電池２００に内部短絡が生じているとして、負荷３００を切り離す（ステップＳ２０５）。ステップＳ２０５以下の処理は、図３のステップＳ１０７以下の処理と同様であるため、ステップＳ２０５以下の処理についての説明は省略する。

　以上のとおり、図４に示すフローチャートの処理によれば、二次電池２００の電圧値Ｖａが第１閾値Ｖｓを下回った場合、二次電池２００のセル電圧の単位時間当たりの変化量ΔＶｂ／Δｔが算出される。そして、単位時間当たりのセル電圧の変化量ΔＶｂ／Δｔが第２閾値ΔＶｕ／Δｔよりも大きい場合、二次電池２００に内部短絡が生じていることが認識され、二次電池２００の外部放電が行われる。

　次に、図５を参照して、本実施形態に係る短絡検出処理についてより詳細に説明する。

　図５は、放電中の二次電池２００のセル電圧と時間との関係の一例を示す図である。図５の縦軸は二次電池２００のセル電圧であり、横軸は時間である。図５の実線は、特定の電流出力時に内部短絡が生じた場合の二次電池２００のセル電圧の時間プロファイルを示す。図５の破線は、特定の電流出力時における二次電池２００のセル電圧の通常の時間プロファイルを示す。

　図５に示すとおり、通常時と内部短絡発生時とでは、放電時間に対する電圧変化が大きく異なる。具体的には、通常時のセル電圧は時間の経過に伴いゆっくりと低下し、その一方で、短絡発生時のセル電圧は短時間で大きく低下する。なお、二次電池２００の内部抵抗の増加に伴い過電圧が増加する場合、充放電を複数回繰り返すにしたがって、破線で示す電圧プロファイルが下方にシフトする。

　本実施形態の短絡検出装置１００では、上記の現象を利用して、二次電池２００のセル電圧の単位時間当たりの変化量ΔＶｂ／Δｔを所定の第２閾値ΔＶｕ／Δｔと比較することにより、二次電池２００の内部短絡を検出する。このような構成によれば、二次電池２００の内部短絡を精度よく検出できる。

　（変形例）
　なお、上述した実施形態では、第２閾値として固定値が用いられた。しかしながら、第２閾値は可変値であってもよい。この場合、制御部１５０には、二次電池２００の電流値と第２閾値との関係を示す変換テーブルが予め登録され、第２閾値は、二次電池２００から負荷３００に流れる電流の大きさに応じて変更される。このような構成によれば、二次電池２００の内部短絡をより精度よく検出できる。

　また、上述した実施形態では、図４のステップＳ２０２に示す処理において二次電池２００のセル電圧が第１閾値Ｖｓ未満であると判断された場合、二次電池２００のセル電圧の単位時間当たりの変化量ΔＶｂ／Δｔが算出された。しかしながら、図４のステップＳ２０１～Ｓ２０２に示す処理は省略されてもよい。この場合、二次電池２００のセル電圧の単位時間当たりの変化量ΔＶｂ／Δｔが周期的に算出され、所定の第２閾値ΔＶｕ／Δｔと比較される。

　以上のとおり、説明した本実施形態は、第１実施形態の効果に加えて、以下の効果を奏する。

　（ｄ）二次電池２００の単位時間当たりの変化量に基づいて二次電池２００の内部短絡を検出するため、負荷３００を調整して内部短絡を検出する場合に比べ、短時間で内部短絡を検出できる。

　（第３実施形態）
　次に、図６および図７を参照して、本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態は、時間の経過に伴ってセル電圧が変動する挙動を示す内部短絡を検出する実施形態である。

　図６は、本実施形態に係る短絡検出処理の手順を示すフローチャートである。なお、内部短絡を検出するための処理が異なる点を除いては、本実施形態に係る短絡検出装置１００の構成自体は、第１実施形態と同様であるため、短絡検出装置１００の構成についての説明は省略する。

　また、本実施形態に係る短絡検出装置１００の制御部１５０は、対応するプログラムをＣＰＵが実行することによって、第１周波数算出部、第２周波数算出部、判断部、および認識部として機能する。第１周波数算出部は、負荷３００に対して放電している二次電池２００のセル電圧の変動周波数を算出する。第２周波数算出部は、二次電池２００から負荷３００に流れる電流の変動周波数を算出する。判断部は、セル電圧の変動周波数が電流の変動周波数よりも高いか否かを判断する。認識部は、セル電圧の変動周波数が電流の変動周波数よりも高いと判断される場合、二次電池２００の内部短絡を認識する。

　図６に示すとおり、本実施形態に係る短絡検出処理では、まず、短絡検出装置１００は、セル電圧の変動周波数ｆａを算出する（ステップＳ３０１）。より具体的には、制御部１５０が、電圧センサ１１０により検出されるセル電圧の周波数解析（たとえば、高速フーリエ変換）を行って、二次電池２００のセル電圧の変動周波数ｆａを算出する。

　次に、短絡検出装置１００は、二次電池２００から負荷３００に流れる電流の変動周波数ｆｓを算出する（ステップＳ３０２）。より具体的には、制御部１５０が、電流センサ１２０により検出される電流値の周波数解析を行って、二次電池２００から負荷３００に流れる電流の変動周波数ｆｓを算出する。

　次に、短絡検出装置１００は、セル電圧の変動周波数ｆａが電流の変動周波数ｆｓよりも高いか否かを判断する（ステップＳ３０３）。より具体的には、制御部１５０が、ステップＳ３０１に示す処理で算出したセル電圧の変動周波数ｆａが、ステップＳ３０２に示す処理で算出した電流の変動周波数ｆｓよりも高いか否かを判断する。

　セル電圧の変動周波数ｆａが電流の変動周波数ｆｓよりも高くないと判断する場合（ステップＳ３０３：ＮＯ）、短絡検出装置１００は、二次電池２００に内部短絡が生じていないとして、ステップＳ３０１の処理に戻る。

　一方、セル電圧の変動周波数ｆａが電流の変動周波数ｆｓよりも高いと判断する場合（ステップＳ３０３：ＹＥＳ）、短絡検出装置１００は、二次電池２００に内部短絡が生じているとして、負荷３００を切り離す（ステップＳ３０４）。ステップＳ３０４以下の処理は、図３のステップＳ１０７以下の処理と同様であるため、ステップＳ３０４以下の処理についての説明は省略する。

　以上のとおり、図６に示すフローチャートの処理によれば、二次電池２００のセル電圧の変動周波数ｆａが、二次電池２００から流れ出る電流の変動周波数ｆｓと比較される。そして、セル電圧の変動周波数ｆａが電流の変動周波数ｆｓよりも高い場合、二次電池２００に内部短絡が生じていることが認識され、二次電池２００の外部放電が行われる。

　次に、図７を参照して、本実施形態に係る短絡検出処理についてより詳細に説明する。

　図７は、放電中の二次電池２００のセル電圧と時間との関係の一例を示す図である。図７の縦軸は二次電池２００のセル電圧であり、横軸は時間である。図７の実線は、時間の経過に伴ってセル電圧が変動する挙動を示す内部短絡が生じた二次電池２００のセル電圧の時間プロファイルを示す。図７の破線は、一般的な内部短絡が生じた二次電池２００のセル電圧の時間プロファイルを示す。

　図７に示すとおり、二次電池２００の内部短絡時、実線で示すような挙動をセル電圧が示す場合がある。この場合、セル電圧は１Ｈｚ～２ｋＨｚ程度の短い周期で変動する。このとき、二次電池２００から負荷３００に流れる電流は、セル電圧の変動に追従せず、電流の変動周波数はセル電圧の変動周波数よりも低くなる。本実施形態の短絡検出装置１００では、この現象を利用して、セル電圧の変動周波数を電流の変動周波数と比較することにより、セル電圧が実線で示すような挙動を示す内部短絡を検出する。

　なお、破線で示すようなセル電圧の変動を伴わない内部短絡は、上述した第１または第２実施形態の短絡検出処理により検出され得る。

　以上のとおり、説明した本実施形態は、第１および第２実施形態の効果に加えて、以下の効果を奏する。

　（ｅ）二次電池２００のセル電圧の変動周波数を電流の変動周波数と比較して、二次電池２００の内部短絡を検出するため、セル電圧が時間の経過に伴って変動する挙動を示す内部短絡を検出できる。

　以上のとおり、説明した第１～第３実施形態において、本発明の短絡検出装置１００を説明した。しかしながら、本発明は、その技術思想の範囲内において当業者が適宜に追加、変形、および省略できることはいうまでもない。

　たとえば、上述した第１～第３実施形態では、短絡検出装置１００の制御部１５０により二次電池２００に内部短絡が生じたことが認識された場合、二次電池２００が負荷３００から切り離され、外部放電が行われた。しかしながら、二次電池２００の内部短絡が認識された後、負荷３００を切り離して外部放電を行う処理は省略されてもよい。

　また、上述した第１～第３実施形態では、制御部１５０のＣＰＵがプログラムを実行することによって各種処理を実現する場合を例に挙げて説明した。しかしながら、短絡検出装置１００における各種処理は、専用のハードウエア回路によって実現されてもよい。

　また、上述した第１～第３実施形態では、単電池層が直列接続された双極型二次電池の内部短絡を検出する場合を例に挙げて説明した。しかしながら、本発明は、単電池層が並列接続されている一般的な二次電池にも適用可能である。

　また、上述した第３実施形態は、第１または第２実施形態と組み合わせて実行され得る。第１実施形態と第３実施形態を組み合わせる場合、たとえば、図３に示すフローチャートの処理と図６に示すフローチャートの処理とが交互に実行される。同様に、第２実施形態と第３実施形態を組み合わせる場合、たとえば、図４に示すフローチャートの処理と図６に示すフローチャートの処理とが交互に実行される。

１００　短絡検出装置、
１１０　電圧センサ、
１２０　電流センサ、
１３０　外部抵抗、
１４０，１４０ａ，１４０ｂ　スイッチ、
１５０　制御部（第１判断部、第２判断部、負荷調整部、認識部、変化量算出部、第１周波数算出部、第２周波数算出部、判断部、第３判断部、第２認識部）、
２００　二次電池、
３００　負荷。

Claims (6)

1. 　二次電池の電圧を検出する電圧センサと、
   　負荷に対して放電している前記二次電池の電圧を前記電圧センサにより検出して得られる第１電圧値が閾値未満であるか否かを判断する第１判断部と、
   　前記第１電圧値が前記閾値未満であると判断される場合、前記負荷を調整して、前記二次電池から前記負荷に流れる電流を減少させる負荷調整部と、
   　負荷調整後の前記二次電池の電圧を前記電圧センサにより検出して得られる第２電圧値が前記第１電圧値未満であるか否かを判断する第２判断部と、
   　前記第２電圧値が前記第１電圧値未満であると判断される場合、前記二次電池の内部短絡を認識する認識部と、
   　を有する短絡検出装置。
2. 　二次電池の電圧を検出する電圧センサと、
   　負荷に対して放電している前記二次電池の電圧を前記電圧センサにより検出して得られる電圧値が第１閾値未満であるか否かを判断する第１判断部と、
   　前記電圧値が前記第１閾値未満であると判断される場合、前記二次電池の電圧の単位時間当たりの変化量を算出する変化量算出部と、
   　前記変化量が第２閾値よりも大きいか否かを判断する第２判断部と、
   　前記変化量が前記第２閾値よりも大きいと判断される場合、前記二次電池の内部短絡を認識する認識部と、
   　を有する短絡検出装置。
3. 　前記負荷に対して放電している前記二次電池の電圧を前記電圧センサにより検出して、前記電圧の変動周波数を算出する第１周波数算出部と、
   　前記二次電池から前記負荷に流れる電流を検出する電流センサと、
   　前記電流を前記電流センサにより検出して、前記電流の変動周波数を算出する第２周波数算出部と、
   　前記電圧の変動周波数が前記電流の変動周波数よりも高いか否かを判断する第３判断部と、
   　前記電圧の変動周波数が前記電流の変動周波数よりも高いと判断される場合、前記二次電池の内部短絡を認識する第２認識部と、
   　をさらに有する、請求項１または２に記載の短絡検出装置。
4. 　前記二次電池に接続され、前記二次電池の電力を放電する外部抵抗と、
   　前記二次電池の内部短絡が認識された場合、前記二次電池を前記負荷から切り離し、前記外部抵抗に接続するスイッチと、
   　をさらに有する、請求項１～３のいずれか１項に記載の短絡検出装置。
5. 　前記二次電池は、集電体の一方の面に正極活物質層が形成され他方の面に負極活物質層が形成された双極型電極と電解質層とが積層されて構成される発電要素を有する双極型二次電池である、請求項１～４のいずれか１項に記載の短絡検出装置。
6. 　二次電池の電圧を検出する電圧センサと、
   　負荷に対して放電している前記二次電池の電圧を前記電圧センサにより検出して、前記電圧の変動周波数を算出する第１周波数算出部と、
   　前記二次電池から前記負荷に流れる電流を検出する電流センサと、
   　前記電流を前記電流センサにより検出して、前記電流の変動周波数を算出する第２周波数算出部と、
   　前記電圧の変動周波数が前記電流の変動周波数よりも高いか否かを判断する判断部と、
   　前記電圧の変動周波数が前記電流の変動周波数よりも高いと判断される場合、前記二次電池の内部短絡を認識する認識部と、
   　を有する短絡検出装置。

Images