JP3514103B2 - 電池パック故障診断装置 - Google Patents

電池パック故障診断装置

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JP3514103B2 JP03697098A JP3697098A JP3514103B2 JP 3514103 B2 JP3514103 B2 JP 3514103B2 JP 03697098 A JP03697098 A JP 03697098A JP 3697098 A JP3697098 A JP 3697098A JP 3514103 B2 JP3514103 B2 JP 3514103B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電池パックに関す
るものであり、詳しくは電池パックの故障診断装置に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、二次電池の市場は急速に拡大して
おり、なかでも非水系二次電池、例えばリチウムイオン
二次電池は、ノート型パソコンや携帯電話などの携帯型
電子機器におけるバッテリーとして広く使用されるよう
になった。
【0003】単体もしくは組み電池として構成されて電
池パックに用いられるリチウムイオン二次電池は、過充
電,過放電によって安全性の低下や品質の劣化などが生
じるので、安全性や信頼性を維持するために、過充電や
過放電を防止するための制御回路をBMU(バッテリー
マネージメントユニット)に搭載して電池電圧等を管理
するのが一般的である。
【0004】従来のBMUの機能として過充電保護機能
があるが、これは電池電圧及び電池電流を検出し、過電
圧もしくは過電流を検出した場合には充電経路に設けら
れたMOSFETをオフにすることで充電を強制的に停
止させるものである。そして電池電圧及び電池電流が正
常値に戻ったことを検出するとMOSFETのオフを解
除して、再度充電を開始するというものである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成では、過電圧もしくは過電流の原因が取り除かれ
ていない場合においても、電池電圧が低下するとFET
がオンとなり充電がくりかえされる。またMOSFET
は一時的な発熱等によっても接合破壊が生じやすい部品
であり、その故障したMOSFETが働かない等のため
に過充電保護が働かない場合、充電を停止させられずに
継続されるという課題を有していた。
【0006】またBMUがシャットダウンすると、シャ
ットダウンしたことを履歴する手段を有さないので異常
な電池パックか否かがわからず、異常であり充電を行う
ことが相応しくない電池パックであっても再度充電が開
始されるという課題を有していた。
【0007】本発明は、このような従来の課題を解決す
るものであり、従来の過充電保護に加え、FETの故障
診断と過充電制御回路の診断とシャットダウン機能の診
を行い、さらに故障情報を保持して再充電を行わない
機能を有するBMUを提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の電池パック故障診断装置は、充電中にFE
Tを強制的にオフし、充電電流が規定値未満となるか否
かを診断することによりFETの故障診断を行う自己診
断手段と、この情報を保持する不揮発性の情報保持手段
を備えたものである。
【0009】この構成により、工程不良や熱破壊により
MOSFETが故障していたとしても、電池パックの安
全性を維持することができるうえに、故障情報を保持す
ることで異常を検出した電池パックには再充電を行わせ
なくすることができる。
【0010】また本発明の電池パック故障診断装置は
過充電検出時に充電電流が停止するか否かを診断するこ
とにより過充電制御回路の診断を行う自己診断手段とこ
の診断情報を保持する不揮発性の情報保持手段を備えた
ものである。
【0011】この構成により、過充電制御回路に異常が
あった際にはそれを検出できるので、電池パックの安全
性を維持することができるうえに、故障情報を保持する
ことで保持した故障情報を読み取り、異常を検出した電
池パックには再充電を行わせなくすることができる。
【0012】また本発明の電池パック故障診断装置は
電池電圧の検出値がBMUシャットダウン電圧より大き
いか否かを診断する自己診断手段この診断情報を保持
する情報保持手段を備えたものである。
【0013】この構成により、シャットダウン機能に異
常があった際にはそれを検出できるので、電池パックの
安全性を維持することができるうえに、故障情報を保持
することで保持した故障情報を読み取り、異常を検出し
た電池パックには再充電を行わせなくすることができ
る。
【0014】また、電池パック故障診断装置は、FET
の故障診断機能と、過充電制御回路診断機能と、電圧検
出とシャットダウン回路の診断機能とをあわせ備えた自
己診断手段を有する構成とすることもできる
【0015】この構成により、より安価に信頼性の高い
電池パック故障診断装置を提供することができる。
【0016】このような電池パック故障診断装置は、F
ETの故障診断機能と、過充電制御回路診断機能と、
ャットダウン機能の診断機能と、情報保持手段とが同一
のICパッケージ内に収納して構成できる。
【0017】IC化して1パッケージに収納することに
よって、電池パック故障診断装置のスケールダウンやコ
ストダウンを計ることができる。言うまでもないが、こ
れにより、電池パック自体のスケールダウンやコストダ
ウンも計ることができる。
【0018】電池パックの異常は、その電池パックが組
み込まれる電子機器の破損等の二次災害にもつながるの
で、電池パックに万全の安全対策を施すことは、電子機
器の安全性、信頼性を高めることにもなる。
【0019】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態について図面を参照しながら説明する。図1は本発明
の実施の形態における構成例を示す電池パックのブロッ
ク図である。同図の電池パックは、本発明の電池パック
故障診断装置や他の制御装置をも含むBMU1(バッテ
リーマネージメントユニット、電池管理装置)と、単一
もしくは組電池として構成された二次電池2と、電子機
器に接続される正極端子3及び負極端子4と、情報を出
力する情報端子5とにより構成されている。なお、本実
施の形態においては、二次電池2として、リチウムイオ
ン二次電池を例にとって説明するが、二次電池2の電池
系は問わず、ニッケル水素蓄電池やリチウムポリマ二次
電池等の他の種類の電池を用いた場合でも、本発明を適
宜に変形して適用することができる。
【0020】BMU1の中に組み込まれた本発明の電池
パック故障診断装置は、電流検出抵抗10、電流検出手
段11、自己診断手段12、電圧検出手段13、通信手
段14、FET制御部15、充電用FET16、放電用
FET17とにより構成されている。
【0021】なお、本実施の形態において、電流検出抵
抗10,充電用FET16,放電用FET17は負極側に
配置されているが、正極側に配置しても略同等の機能を
有する。
【0022】以下に各構成要素の動作を説明する。本実
施の形態において、負極側に配置されている電流検出抵
抗10は、二次電池2に流れる充放電電流を検出する。
電流検出手段11は、電流検出抵抗10からの信号を常
時受け、適宜自己診断手段12に二次電池2に流れる充
放電電流の信号を出力する。この電流検出手段11から
自己診断手段12への信号出力は、常時行っていても良
いし、例えば数秒おきに行っても良い。
【0023】また電圧検出手段13は二次電池2の電圧
を検出し、自己診断手段12に適宜信号を出力してい
る。この際、自己診断手段12に出力する電圧信号は、
二次電池2が単電池である場合にはその単電池の電圧を
電圧信号として出力するだけであるので問題はないが、
二次電池2が組電池である場合には、電圧検出手段13
が単電池毎に電圧検出してその単電池毎の電圧信号をそ
のまま出力しても良いし、いくつか毎もしくは全ての単
電池の総和を出力しても良い。また単に組電池の電池電
圧の総和を検出して、その電圧信号を出力しても良い。
各単電池毎に検出した際には、バラツキ検出及びその解
消等も可能となるため好ましいが、コスト等との兼ね合
いにより好ましい方法を選べば良いことはいうまでもな
い。
【0024】自己診断手段12は、電流検出手段11及
び電圧検出手段13からの信号入力を受けて、過電圧,
過電流でないかを基準値と比較することにより診断す
る。
【0025】本実施の形態においてはBMU1をIC化
しているが、IC化を行わない場合には、自己診断手段
12のこの働きを行うには単に比較器による比較結果の
出力を通信手段14及びFET制御部15に出力する構
成としても良い。
【0026】自己診断手段12の診断結果において、過
電圧,過電流が検出されない場合には通信手段14には
電池パックが正常であるという信号を出力し、またFE
T制御部15には充放電用FET16,17のオンを保
持する信号を出力する。
【0027】自己診断手段12の診断結果において、過
電圧が検出された場合には通信手段14には電池パック
が過電圧であるという信号を出力し、またFET制御部
15には充電時であれば充電用FET16をオフとし、
放電時であれば放電用FET17をオフとする信号を出
力する。
【0028】また自己診断手段12の診断結果におい
て、過電流が検出された場合には通信手段14には電池
パックが過電流であるという信号を出力し、またFET
制御部15には充放電用FET16,17をオフとする
信号を出力する。
【0029】上記のような安全制御を行うBMU1にお
いては、充放電をオフとするのは全てFETが担ってお
り、これが故障等している際には、電池パックやそれを
装着している電子機器にも破損等の可能性を及ぼすこと
となる。
【0030】これを防止するために、図2のフローチャ
ートに示すようなFETの故障診断を行う。まず二次電
池2の充電中に自己診断手段より信号を出力して、充電
用FET16を強制的にオフにする。これにより、正常
時には充電経路には充電電流がほとんど流れなくなる。
この基準値として例えば100mAを用いることができ
る。充電用FET16が異常である場合には、電流検出
手段11により検出される充電電流は100mA以下とは
ならない。この状態で例えば4秒経過すると、充電用F
ET16は異常であると診断して、自己診断手段12は
通信手段14を通じて電子機器に電池パックは異常であ
るという信号もしくは充電を中止させる信号もしくは両
方の信号を出力する。
【0031】また図3のフローチャートに示すような過
充電検出時の過充電制御回路の診断を行う。まず二次電
池2の充放電中に電流検出手段11より過電流が検出さ
れると、自己診断手段12はFET制御部15を通じて
充放電用FET16,17をオフにする信号を出力して
いる。その状態でまだ充電電流が例えば4秒以上検出さ
れたとすると、過充電制御回路かもしくは充放電用FE
T16,17が異常であると診断して、自己診断手段1
2は通信手段14を通じて電子機器に電池パックは異常
であるという信号もしくは充電を中止させる信号もしく
は両方の信号を出力する。
【0032】さらに図4のフローチャートに示すような
シャットダウン機能の診断を行う。まず、シャットダウ
ン機能についての説明を行っておく。最近の電池パック
では電池パック自身にマイコン(BMU)を内蔵して内
部で電圧や容量、温度といった情報を接続する電子機器
に通知して、電子機器の負担を軽減しているが、このよ
うなマイコン内蔵のものは、電圧がかなり下がると二次
電池2を過放電から守るため、マイコン自身の電気回路
を自分で切るものもある。これをシャットダウンと呼
ぶ。この場合、マイコンが持つ情報が一度消えてしまう
ため、今まで貯えた有用な情報がある場合不都合であ
り、一般には緊急の必要時以外はシャットダウンしない
ように制御している。
【0033】通常、二次電池2の電圧は電圧検出手段1
3により検出されており、検出されたトータル電圧が例
えば5V以下であるときは電池パックは異常に電圧が低
いとしてシャットダウンする構成となっている。よって
検出されたトータル電圧が5V以下となってもシャット
ダウンしない際には、シャットダウン機能が異常である
と診断して、自己診断手段12は通信手段14を通じて
電子機器に電池パックは異常であるという信号もしくは
充電を中止させる信号もしくは両方の信号を出力する。
これにより、二次電池2が過放電する危険をより確実に
回避することができる。
【0034】そしてBMU1内に設けられたEEPRO
M18は異常の履歴を保持して充電不可を保持する情報
保持手段としてのメモリである。これにより異常があっ
たパック電池の場合には異常の履歴が残っているため、
電池パックが電子機器に接続されて充電を開始する前
に、自己診断手段12がEEPROM18から情報を読
みとることで、異常の履歴がある電池パックの場合には
充電を開始しない。これにより異常のある電池パックを
充電することにより生じる様々な不都合をあらかじめ回
避できる。
【0035】なお、FETの故障診断機能、過充電制御
回路及び過充電制御回路診断機能、シャットダウン回
路、シャットダウン機能の診断機能、およびEEPRO
M18はマイコンソフトで制御された自己診断手段12
内に含まれ、IC化されて1パッケージに収納されてい
る。
【0036】
【発明の効果】上記実施の形態から明らかなように、本
発明によれば、FETの故障診断や過充電制御回路の診
断及びシャットダウン機能の診断を行うことで、電池パ
ックの二重保護としての役目を果たすと共に電池電圧の
低い段階で異常を速やかに検知することが可能であるの
で、未然に過充電等の不都合を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の電池パック故障診断装置の構成図
【図2】本発明のFETの故障診断を示すフローチャー
【図3】本発明の過充電制御回路の診断を示すフローチ
ャート
【図4】本発明のシャットダウン機能の診断を示すフロ
ーチャート
【符号の説明】
1 BMU 2 二次電池 3 正極端子 4 負極端子 5 情報端子 10 電流検出抵抗 11 電流検出手段 12 自己診断手段 13 電圧検出手段 14 通信手段 15 FET制御部 16 充電用FET 17 放電用FET 18 EEPROM
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平9−312172(JP,A) 特開 平7−45306(JP,A) 特開 平8−98414(JP,A) 特開 平8−329986(JP,A) 特開 平7−230829(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02J 7/00 - 7/12 H02J 7/34 - 7/36

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 二次電池の電池電圧を検出する電圧検出
    手段と、充電経路に流れる電流を検出する電流検出手段
    と、前記電圧検出手段及び前記電流検出手段の出力を入
    力とし自己診断を行う自己診断手段と、その自己診断の
    情報を保持する不揮発性の情報保持手段と、充放電制御
    用のFETと、前記自己診断手段の出力を入力とし前記
    FETの制御を行うFET制御部と、前記自己診断手段
    の出力を入力とし外部に接続される電子機器に情報を出
    力する通信手段とを備え、 前記自己診断手段は、充電中に前記FETを強制的にオ
    フし、充電電流が規定値未満となるか否かを診断するこ
    とにより前記FETの故障診断を行うとともに、前記不
    揮発性の情報保持手段に保持された自己診断の情報を読
    み取り、その内容が充電電流が規定値未満とならないと
    いう異常を示すものである場合には、前記二次電池の充
    電をできないように制御する信号を前記電子機器に出力
    することを特徴とする電池パック故障診断装置。
  2. 【請求項2】 二次電池の電池電圧を検出する電圧検出
    手段と、充電経路に流れる電流を検出する電流検出手段
    と、前記電圧検出手段及び前記電流検出手段の出力を入
    力とし自己診断を行う自己診断手段と、その自己診断の
    情報を保持する不揮発性の情報保持手段と、充放電制御
    用のFETと、前記自己診断手段の出力を入力とし前記
    FETの制御を行うFET制御部と、前記自己診断手段
    の出力を入力とし外部に接続される電子機器に情報を出
    力する通信手段とを備え、 前記自己診断手段は、過充電検出時に充電電流が停止す
    るか否かを診断することにより過充電制御回路の診断を
    行うとともに、前記不揮発性の情報保持手段に保持され
    た自己診断の情報を読み取り、その内容が充電電流が停
    止しないという異常を示すものである場合には、前記二
    次電池の充電をできないように制御する信号を前記電子
    機器に出力することを特徴とする電池パック故障診断装
    置。
  3. 【請求項3】 二次電池の電池電圧を検出する電圧検出
    手段と、充電経路に流れる電流を検出する電流検出手段
    と、前記電圧検出手段及び前記電流検出手段の出力を入
    力とし自己診断を行う自己診断手段と、その自己診断の
    情報を保持する不揮発性の情報保持手段と、充放電制御
    用のFETと、前記自己診断手段の出力を入力とし前記
    FETの制御を行うFET制御部と、前記自己診断手段
    の出力を入力とし外部に接続される電子機器に情報を出
    力する通信手段とを備え、 前記自己診断手段は、前記電圧検出手段による検出値が
    シャットダウン電圧より大きいか否かを診断することに
    よりシャットダウン機能の診断を行うとともに、前記不
    揮発性の情報保持手段に保持された自己診断の情報を読
    み取り、その内容が電圧検出手段による検出値がシャッ
    トダウン電圧以下であるという異常を示すものである場
    合には、前記二次電池の充電をできないように制御する
    信号を前記電子機器に出力することを特徴とする電池パ
    ック故障診断装置。
  4. 【請求項4】 請求項1から3に記載の自己診断手段の
    いずれか1以上の自己診断手段が前記情報保持手段と同
    一のICパッケージ内に収納されたことを特徴とする電
    池パック故障診断装置。
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