特開 2022-109488 内部短絡検知方法および電源システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022109488

(43)【公開日】2022-07-28

(54)【発明の名称】内部短絡検知方法および電源システム

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/48 20060101AFI20220721BHJP

   H01M 10/42 20060101ALI20220721BHJP

   G01R 31/378 20190101ALI20220721BHJP

   G01R 31/3835 20190101ALI20220721BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20220721BHJP

【ＦＩ】

H01M10/48 P

H01M10/42 P

G01R31/378

G01R31/3835

H02J7/00 Q

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021004829

(22)【出願日】2021-01-15

(71)【出願人】

【識別番号】000004455

【氏名又は名称】昭和電工マテリアルズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100128381

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 義憲

(74)【代理人】

【識別番号】100169454

【弁理士】

【氏名又は名称】平野 裕之

(74)【代理人】

【識別番号】100124800

【弁理士】

【氏名又は名称】諏澤 勇司

(72)【発明者】

【氏名】大沼 孟光

(72)【発明者】

【氏名】水杉 真也

(72)【発明者】

【氏名】堀川 真代

【テーマコード（参考）】

2G216

5G503

5H030

【Ｆターム（参考）】

2G216BA03

2G216BB02

2G216CA05

2G216CB34

2G216CB44

2G216CB55

5G503AA01

5G503BA01

5G503BB01

5G503CA01

5G503CA11

5G503CB11

5G503EA09

5G503FA17

5G503GD03

5G503GD06

5H030AS03

5H030FF22

5H030FF41

5H030FF42

5H030FF43

5H030FF44

5H030FF52

(57)【要約】

【課題】亜鉛電池を含む組電池における内部短絡を確実に検出すること。
【解決手段】実施形態の内部短絡検知方法は、亜鉛電池を含む電池５の内部短絡の有無を検知する方法であって、電池５の充電を制御する充電ステップと、電池５を所定の充電状態となるまで放電するように制御する第１の放電ステップと、電池５を両端を開放した状態で所定時間放置する休止ステップと、電池５を所定時間ほど所定の電流値で放電するように制御する第２の放電ステップと、第２の放電ステップにおける電池５の両極間電圧を測定し、両極間電圧の時間的な変化に基づいて内部短絡の有無を判定する測定ステップと、を含む。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

亜鉛電池を含む組電池の内部短絡の有無を検知する方法であって、
前記組電池の充電を制御する充電ステップと、
前記組電池を所定の充電状態となるまで放電するように制御する第１の放電ステップと、
前記組電池を、両端を開放した状態で所定時間放置する休止ステップと、
前記組電池を、所定時間ほど所定の電流値で放電するように制御する第２の放電ステップと、
前記第２の放電ステップにおける前記組電池の両極間電圧を測定し、前記両極間電圧の時間的な変化に基づいて前記内部短絡の有無を判定する測定ステップと、
を含む内部短絡検知方法。

【請求項2】

前記測定ステップでは、ステップ状の前記時間的な変化が所定電圧値以上の場合に内部短絡が有りと判定する、
請求項１に記載の内部短絡検知方法。

【請求項3】

前記測定ステップでは、前記時間的な変化の値と所定電圧値とを比較し、前記組電池中で内部短絡が生じている前記亜鉛電池の個数を判定する、
請求項１又は２に記載の内部短絡検知方法。

【請求項4】

前記所定の充電状態は、放電容量に対する充電電荷量の割合が所定値に至った状態である、
請求項１～３のいずれか１項に記載の内部短絡検知方法。

【請求項5】

前記第１の放電ステップでは、前記組電池の開回路電圧を基に前記所定の充電状態を検出する、
請求項４に記載の内部短絡検知方法。

【請求項6】

前記第１の放電ステップは、前記組電池の放電電流の積算値を基に前記所定の充電状態を検出する、
請求項４又は５に記載の内部短絡検知方法。

【請求項7】

亜鉛電池を含む組電池と、
前記組電池の充電及び放電を制御する制御部と、
前記亜鉛電池の状態を検知する検知部と、
を備え、
前記制御部は、
前記組電池の充電後に前記組電池を所定の充電状態となるまで放電するように制御した後に、
前記組電池を、両端を開放した状態で所定時間放置し、
その後に、前記組電池を所定時間ほど所定の電流値で放電するように制御し、
前記検知部は、
前記所定の電流値での放電時における前記組電池の両極間電圧を測定し、前記両極間電圧の時間的な変化に基づいて内部短絡の有無を判定する、
電源システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、亜鉛電池を含む組電池を対象にした内部短絡検知方法および電源システムに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、リチウムイオン電池等の二次電池の内部状態を検出する装置が開示されている。この文献に開示された装置は、二次電池の電圧値もしくは電圧値と電流値を計測し、計測結果を基礎データと比較して短絡等の二次電池の内部状態を検出している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００２－５０４１０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述した従来技術においては、二次電池を複数直列に接続して構成される組電池を対象とした場合には、組電池の電圧を計測するため、二次電池の内部短絡を確実に検出することは困難である。特に、亜鉛電池は充電状態の変化による電圧の変動が比較的小さいため、上記従来技術によっては、亜鉛電池を対象にした内部短絡の検出は困難である。

【0005】

そこで、亜鉛電池を含む組電池における内部短絡を確実に検出可能な内部短絡検知方法および電源システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

実施形態の一側面に係る内部短絡検知方法は、亜鉛電池を含む組電池の内部短絡の有無を検知する方法であって、組電池の充電を制御する充電ステップと、組電池を所定の充電状態となるまで放電するように制御する第１の放電ステップと、組電池を、両端を開放した状態で所定時間放置する休止ステップと、組電池を、所定時間ほど所定の電流値で放電するように制御する第２の放電ステップと、第２の放電ステップにおける組電池の両極間電圧を測定し、両極間電圧の時間的な変化に基づいて内部短絡の有無を判定する測定ステップと、を含む。

【0007】

実施形態の一側面に係る電源システムは、亜鉛電池を含む組電池と、組電池の充電及び放電を制御する制御部と、亜鉛電池の状態を検知する検知部と、を備え、制御部は、組電池の充電後に組電池を所定の充電状態となるまで放電するように制御した後に、組電池を、両端を開放した状態で所定時間放置し、その後に、組電池を所定時間ほど所定の電流値で放電するように制御し、検知部は、所定の電流値での放電時における組電池の両極間電圧を測定し、両極間電圧の時間的な変化に基づいて内部短絡の有無を判定する。

【0008】

これらの内部短絡検知方法及び電源システムでは、組電池が所定の充電状態になるように設定された後に所定時間放置され、その後に所定時間ほど所定の電流値で組電池が放電される。さらに、所定の電流値での放電時に組電池の両極間電圧の時間的な変化を検出することにより、組電池における内部短絡の有無が判定される。これにより、内部短絡が生じている亜鉛電池のみ充電電荷量が急速に低下する状態を検出できるため、組電池内の亜鉛電池の内部短絡の有無を確実に判定することができる。

【0009】

ここで、測定ステップでは、ステップ状の時間的な変化が所定電圧値以上の場合に内部短絡が有りと判定してもよい。一般に、亜鉛電池における、充電状態と両極間電圧との関係は、充電状態に対して両極間電圧の変化が少ない広い平坦領域を有する。このような性質を有する亜鉛電池を含む組電池を対象にした場合に、組電池中の亜鉛電池における内部短絡の有無をより確実に検知することができる。

【0010】

また、測定ステップでは、時間的な変化の値と所定電圧値とを比較し、組電池中で内部短絡が生じている亜鉛電池の個数を判定してもよい。この場合、組電池における内部短絡の有無に加えて、内部短絡の生じている亜鉛電池の個数を精度よく判定することができる。

【0011】

また、所定の充電状態は、放電容量に対する充電電荷量の割合が所定値に至った状態であってよい。この場合、所定値を亜鉛電池の両極間電圧の変化の生じやすい充電状態に対応するように設定することにより、より確実に組電池における内部短絡の有無を判定することができる。

【0012】

また、第１の放電ステップでは、組電池の開回路電圧を基に所定の充電状態を検出してもよい。この場合、組電池の充電状態を簡易に検出することができ、組電池の内部短絡の有無を簡易に検出することができる。

【0013】

また、第１の放電ステップでは、組電池の放電電流の積算値を基に所定の充電状態を検出してもよい。この場合も、組電池の充電状態を簡易かつ高精度に検出することができる。

【発明の効果】

【0014】

実施形態の一側面によれば、亜鉛電池を含む組電池における内部短絡を確実に検出できる内部短絡検知方法及び電源システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】電源システム１の構成の一例を模式的に示す図である。

【図2】制御装置８のハードウェア構成例を示す図である。

【図3】電池５を構成するセルの放電時における、充電率と開回路電圧との関係の一例を示すグラフである。

【図4】制御装置８によって制御される放電電流の時間変化を示すグラフである。

【図5】電源システム１により実行される状態検知処理の手順を示すフローチャートである。

【図6】状態検知処理を動作させた際に制御装置８によって解析された電池５の両極間電圧の時間変化を示すグラフである。

【図7】図４に示す時間変化に従った充放電制御のサイクルを繰り返し実行させた際の電池５の両極間電圧の時間変化を示すグラフである。

【図8】電池５を対象に図４に示す時間変化に従った充放電制御のサイクルを繰り返し実行させた後に充放電を休止させた際の電池５の両極間電圧の時間変化を示すグラフである。

【図9】図８の測定結果におけるそれぞれのサイクル数に対応した４０時間の休止後の降下電圧を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、添付図面を参照しながら本発明による亜鉛電池の内部短絡検知方法および電源システムの実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。以下の説明において、亜鉛電池とは、ニッケル亜鉛電池、空気亜鉛電池、及び銀亜鉛電池等、負極に亜鉛を用いる電池の概念である。本実施形態にかかる亜鉛電池には、ニッケル亜鉛電池を採用する。

【0017】

図１は、電源システム１及びその周辺の構成の一例を模式的に示す図である。電源システム１は、蓄電池の充放電を制御しながらその蓄電池の内部短絡状態を監視し、監視結果をユーザに通知する。電源システム１が適用される場面は限定されず、例えば、電源システム１は固定物にも移動体にも適用可能である。固定物への適用の例として、電源システム１は、ＵＰＳとして家庭、オフィス、工場、農場等の様々な場所で利用され得る。電源システム１の充放電の制御対象としては、単一の亜鉛電池であるセルが複数直列に接続された組電池が好適に使用される。なお、図１においては、電気的な接続経路を矢印なしの実線で示し、検出信号及び制御信号の伝達経路を矢印付きの実線で示している。

【0018】

電源システム１は、電圧検出回路２、温度検出回路３、電流検出回路４、組電池である電池５、充電制御回路６、放電制御回路７、及び制御装置８を備える。電圧検出回路２、温度検出回路３、電流検出回路４、及び制御装置８は、電池５の状態を検知する検知部を構成し、充電制御回路６、放電制御回路７、及び制御装置８は、電池５の充放電（充電及び放電）を制御する制御部を構成する。

【0019】

電池５は、充電制御回路６から提供される電力を化学エネルギに変えて蓄える装置であり、充放電が可能である。電池５は、直列に接続された複数のセル（亜鉛電池）を含んで構成される。電池５は、複数のセルが１つの筐体内に収納されて構成される。

【0020】

電圧検出回路２は、電池５の両極間の電圧（電位差）をセンシング（測定）するセンサユニットである。電圧検出回路２は、互いに直列に接続された複数のセルを含む電池５の両極間の電圧をセンシングするように、電池５の正極及び負極に接続されている。これにより、電圧検出回路２は、電池５に含まれる複数のセルの両極間の電圧を合計した電圧をセンシングすることとなる。電圧検出回路２は、センシングした電圧の値を示す検出信号（例えば、電圧信号）を制御装置８に出力可能なように、制御装置８に接続されている。

【0021】

温度検出回路３は、電池５の周辺温度をセンシング（測定）するセンサユニットである。温度検出回路３は、例えば、電池５の筐体の側面に設けられ、電池５の周辺の温度をセンシングする。この温度検出回路３は、電池５の含む複数のセルのうちのいずれかのセルの周辺に設けられてもよいし、それらの複数のセルの周辺に複数で設けられてもよい。また、温度検出回路３は、電池５の周辺の温度をセンシングできればよく、電池５の筐体から離れて設けられていてもよい。温度検出回路３は、センシングした周辺温度の値を示す検出信号（例えば、電圧信号）を制御装置８に出力可能なように、制御装置８に接続されている。

【0022】

電流検出回路４は、電池５に供給される充電電流、あるいは、電池５から出力される放電電流をセンシング（測定）するセンサユニットである。電流検出回路４は、例えば、電池５の両極間に電気的に接続された電流計である。この電流検出回路４は、電池５全体に供給される充電電流あるいは放電電流をセンシングできればよく、電池５を構成する複数のセルのうちいずれかのセルの両極に接続されて設けられてもよいし、電池５の両極に接続されて設けられてもよい。電流検出回路４は、センシングした電流の値を示す検出信号（例えば、電圧信号）を制御装置８に出力可能なように、制御装置８に接続されている。

【0023】

充電制御回路６は、電池５に充電電流を供給する回路ユニットである。充電制御回路６は、制御装置８から受信した制御信号（例えば、電圧信号）に応じて、電池５を定電圧で充電させることが可能なように、制御装置８に接続されている。放電制御回路７は、電池５から出力される放電電流を可変に制御する回路ユニットである。放電制御回路７は、制御装置８から受信した制御信号（例えば、電圧信号）に応じて、電池５から出力される放電電流の大きさを設定可能なように、制御装置８に接続されている。また、充電制御回路６及び放電制御回路７は、制御装置８からの制御信号に応じて、電池５の両極間を高抵抗に設定することで、電池５の両極間を開放させることも可能に構成されている。

【0024】

制御装置８は、電池５の充電及び放電を制御するとともに電池５の内部短絡の有無を検知するコンピュータ（例えばマイクロコンピュータ）である。図２は、制御装置８のハードウェア構成例を示す図である。この図に示すように、制御装置８は、プロセッサ１１、メモリ１２、通信インターフェース１３、及び出力インターフェース１４を有する。プロセッサ１１は例えばＣＰＵであり、メモリ１２は例えばフラッシュメモリで構成されるが、制御装置８を構成するハードウェア装置の種類はこれらに限定されず、任意に選択されてよい。制御装置８の各機能は、プロセッサ１１が、メモリ１２に格納されているプログラムを実行することで実現される。例えば、プロセッサ１１は、メモリ１２から読み出したデータ、または通信インターフェース１３を介して受信した検出信号に基づくデータに対して、所定の演算を実行し、その演算結果を通信インターフェース１３及び出力インターフェース１４を介して他の装置に出力することで、該他の装置を制御する。例えば、他の装置としては、充電制御回路６、放電制御回路７、ディスプレイ、スピーカ、ランプ、バイブレータ、警報装置等が挙げられる。あるいは、プロセッサ１１は受信したデータまたは演算結果をメモリ１２に格納する。制御装置８は１台のコンピュータで構成されてもよいし、複数のコンピュータの集合（すなわち分散システム）で構成されてもよい。

【0025】

例えばＵＰＳ等である電源システム１は、電池５の電力を必要としない平常時においては、電池５の充電状態を維持しつつ停電発生時まで待機させる（待機状態）。その際、制御装置８は、充電制御回路６を制御することにより、電池５の充電状態を維持させるように充電を制御する（充電ステップ）。また、制御装置８は、待機状態中の任意のタイミング（例えば、予め設定されたタイミング、あるいは、制御装置８に対して通信インターフェース１３を介してコマンドが入力されたタイミング）において、電池５の内部短絡の有無を検知する状態検知処理を起動させる。以下、状態検知処理の原理及び処理手順の詳細を説明する。

【0026】

図３は、電池５を構成するセルの放電時における、放電容量に対する充電電荷量の割合である充電率（ＳＯＣ：State Of Charge）と開回路電圧（ＯＣＶ：Open Circuit Voltage）との関係の一例を示すグラフである。このグラフに示すように、亜鉛電池であるセルにおいては、ＳＯＣに対するＯＣＶの変化の特性が広い平坦領域を有するため、特開２００２－５０４１０号公報に記載されたような放電も充電も行わない休止時においてＯＣＶの低下を判定する手法によっては、内部短絡の有無を精度よく判定することはできない。また、電池５は直列に接続された複数のセルを含んでいるため、電池５の両極間電圧の変化によっては内部短絡の有無を精度よく判定することはできない。一方、本発明者らは、内部短絡が生じているセルにおいては、ＳＯＣが３０％程度より低く低下した状態では、放電時に急激に両極間電圧が低下する現象を見出し、その現象を利用して内部短絡の有無を検出する手法を考案した。

【0027】

すなわち、制御装置８は、以下の手順で状態検知処理を実行する機能を有する。

【0028】

まず、状態検知処理が起動されると、制御装置８は、所定の放電電流（例えば、“０．２Ｃ”以上“１Ｃ”以下の一定の放電電流）で所定の充電状態（ＳＯＣ）に至るまで電池５を放電させるように、放電制御回路７を制御する。ここでいう放電電流“０．２Ｃ”は、電池５の満充電時の放電容量の設計値が５時間で完全放電される電流値、放電容量“１Ｃ”は、当該設計値が１時間で完全放電される電流値である。このとき、制御装置８は、電池５のＳＯＣを電圧検出回路２によって検出された電池５のＯＣＶによってその都度特定し、例えば、ＳＯＣが３０％に至るまで電池５を放電させるように制御する。また、制御装置８は、放電開始時点のＳＯＣを電池５のＯＣＶを基に特定し、その後の放電電荷量を電流検出回路４によってセンシングされた放電電流を積算することによって特定し、放電開始時点のＳＯＣと特定した放電電流を基に、電池５のＳＯＣをその都度特定してもよい。

【0029】

次に、制御装置８は、充電制御回路６及び放電制御回路７を制御することにより、電池５の両端間を開放（高抵抗の状態で保持）したままで、電池５を所定時間放置する。所定時間としては、１秒以上の任意の時間が設定されうるが、例えば、１時間以上２４時間以下の時間が設定される。好適には、所定時間としては、電池５のＳＯＣが自然放電により３０％から２０％程度に低下する時間が設定される。

【0030】

その後、制御装置８は、所定の放電電流（例えば、“０．２Ｃ”以上“１Ｃ”以下の一定の放電電流）で所定時間（例えば、６０秒）ほど電池５を放電させるように、放電制御回路７を制御する。それと同時に、制御装置８は、電圧検出回路２によって検出された電池５の両極間電圧を基に、その両極間電圧の時間的な変化を解析し、その変化を基に電池５内のセルにおける内部短絡の有無を判定する。

【0031】

図４は、このときに制御装置８によって制御される放電電流の時間変化を示すグラフである。このグラフに示す例では、５９秒間で“０．９７Ｃ（≒１Ｃ）”に対応する７７．８Ａの放電電流で電池５を放電させてから、１秒間で３００Ａの放電電流で電池５を放電させるように放電制御回路７が制御された後に、最大１００Ａの充電電流で１４．８Ｖの定電圧で電池５を充電（定電圧充電）させるように充電制御回路６が制御されている。ただし、電池５を定電圧で充電させる制御は省かれていてもよい。

【0032】

制御装置８は、上記の５９秒間での電池５の両極間電圧の時間変化において、ステップ状の電圧変化の幅を検出し、その幅と所定電圧値（例えば、１．５Ｖ）とを比較することにより、内部短絡の有無を判定する。具体的には、電圧変化の幅が所定電圧値を超えている場合に“内部短絡有り”と判定する。また、制御装置８は、上記のステップ状の電圧変化の幅と所定電圧値の整数倍の電圧値とを比較することにより、電池５内で内部短絡が生じているセルの個数を判定することもできる。具体的には、電圧変化の幅が所定電圧値のｎ倍（ｎは整数）の電圧値よりも大きく、かつ、電圧変化の幅が所定電圧値のｎ＋１倍の電圧値よりも小さい場合には、内部短絡が生じているセルの個数を“ｎ個”と判定する。

【0033】

そして、制御装置８は、判定した結果を、通信インターフェース１３及び出力インターフェース１４を介して、ディスプレイ、スピーカ、ランプ、バイブレータ、警報装置等の他の装置に出力する。例えば、制御装置８は、内部短絡の有無及び内部短絡の生じているセルの個数を示すメッセージをディスプレイ及びスピーカに出力する。

【0034】

以下、上述した電源システム１によって実行される状態検知処理の手順を説明するとともに、本実施形態にかかる内部短絡検知方法の詳細を説明する。図５は、電源システム１により実行される状態検知処理の手順を示すフローチャートである。

【0035】

最初に、電池５の待機状態において状態検知処理が起動されると、制御装置８により放電制御回路７が制御されることにより、電池５の所定の放電電流での放電が開始される（ステップＳ１、第１の放電ステップの開始）。その後、制御装置８により放電制御回路７が制御されることにより、電池５のＳＯＣが所定値に至ったタイミングで所定の放電電流での放電が停止される（ステップＳ２、第１の放電ステップの終了）。

【0036】

次に、制御装置８により充電制御回路６及び放電制御回路７が制御されることにより、電池５の両端間を負荷から開放した状態で所定時間ほど電池５の充放電が休止される（ステップＳ３、休止ステップ）。さらに、制御装置８により放電制御回路７が制御されることにより、所定の放電電流で所定時間ほど電池５を放電させるように制御される。それと同時に、制御装置８により、電圧検出回路２によって検出された電池５の両極間電圧の時間的な変化が解析される（ステップＳ４、第２の放電ステップ及び測定ステップ）。

【0037】

上記解析においては、制御装置８により、電池５の両極間電圧の時間的変化におけるステップ状の電圧変化の幅と所定電圧値とが比較される（ステップＳ５、測定ステップ）。比較の結果、電圧変化の幅が所定電圧値を超えている場合には（ステップＳ５；Ｙｅｓ）、制御装置８により、電池５において“内部短絡有り”と判定され、さらに電圧変化の幅と所定電圧値の整数倍の電圧値とが比較されることにより、内部短絡が生じているセルの個数が特定される（ステップＳ６、測定ステップ）。一方、ステップＳ５での比較の結果、電圧変化の幅が所定電圧値以下である場合には（ステップＳ５；Ｎｏ）、制御装置８により、電池５において“内部短絡無し”と判定される。

【0038】

最後に、制御装置８により、他の装置に対して、内部短絡に関する判定結果に基づいたメッセージ、アラーム等が出力される（ステップＳ７）。以上により、状態検知処理が終了する。

【0039】

図６は、８個のセルを含む電池５を対象に状態検知処理を動作させた際に制御装置８によって解析された電池５の両極間電圧の時間変化を示すグラフである。ここでは、電池５の待機時に、図４に示したような時間変化に従った充放電制御を実行させる１２０秒のサイクルを所定回（１回、３６０１回、３６００１回、…）繰り返した後に、状態検知処理を動作させた際の解析結果をそれぞれ示している。この解析結果に示すように、充放電制御のサイクルが比較的少ない場合においては（３６００１回以下）、０秒～５９秒までの間の放電過程においてステップ状の電圧変化は見られていない。これに対して、充放電制御のサイクルが比較的多い場合においては（３９６０１回以上）、０秒～５９秒までの間の放電過程においてステップ状の大きな電圧変化が観測される。これは、３９６０１回以上の充放電制御のサイクルによってセルにおいて内部短絡が発生したことによるものと考えられる。本実施形態の制御装置８によれば、上記の放電過程におけるステップ状の電圧降下を検出することにより、電池５内のセルにおける内部短絡の有無を判定することができる。

【0040】

また、図７は、待機状態後の８個のセルを含む電池５を対象に、図４に示す時間変化に従った充放電制御のサイクルを繰り返し実行させた際の電池５の両極間電圧の時間変化を示すグラフである。ここでは、各サイクルにおける６０秒時点の３００Ａ放電時の両極間電圧が示されている。この結果に示すように、３９６００サイクル目以降で、両極間電圧において電圧降下が見られることが分かり、その後の３～５サイクルで繰り返し電圧降下が見られ、それ以降は一時的に電圧降下が回復していることが分かった。この結果により、制御装置８が状態検知処理における１秒間での３００Ａの放電制御時の両極間電圧を解析することによっても、電池５の内部短絡の有無を判定できることの可能性が示された。

【0041】

以上説明した本実施形態に係る電源システム１では、電池５が所定の充電状態になるように設定された後に所定時間放置され、その後に所定時間ほど所定の電流値で電池５が放電される。さらに、所定の電流値での放電時に電池５の両極間電圧の時間的な変化を検出することにより、電池５における内部短絡の有無が判定される。これにより、内部短絡が生じているセルのみ充電電荷量が急速に低下する状態を検出できるため、電池５内のセルの内部短絡の有無を確実に判定することができる。

【0042】

ここで、制御装置８は、所定の電流値での放電時の電池５の両極間電圧における変化幅が、所定電圧値以上の場合に内部短絡が有りと判定している。一般に、亜鉛電池における、ＳＯＣとＯＣＶとの関係は、ＳＯＣに対してＯＣＶの変化が少ない広い平坦領域を有する。本実施形態によれば、このような性質を有する亜鉛電池をセルとして含む電池５を対象にした場合に、電池５中のセルにおける内部短絡の有無をより確実に検知することができる。

【0043】

また、制御装置８は、所定の電流値での放電時の電池５の両極間電圧における変化幅と所定電圧値とを比較し、電池５中で内部短絡が生じているセルの個数を判定している。この場合、電池５における内部短絡の有無に加えて、内部短絡の生じているセルの個数を精度よく判定することができる。

【0044】

また、制御装置８は、状態検知処理における初期の放電制御を停止するタイミングを、ＳＯＣが所定値に至った状態に設定している。この場合、所定値をセルの両極間電圧の変化の生じやすいＳＯＣに対応するように設定することにより、より確実に電池５における内部短絡の有無を判定することができる。

【0045】

また、制御装置８は、電池５のＯＣＶを基にＳＯＣが所定値に至ったか否かを検出している。この場合、電池５のＳＯＣを簡易に検出することができ、電池５の内部短絡の有無を簡易に検出することができる。

【0046】

また、制御装置８は、電池５の放電電流の積算値を基にＳＯＣが所定値に至ったか否かを検出している。この場合も、電池５のＳＯＣを簡易かつ高精度に検出することができる。

【0047】

ここで、図８は、電池５を対象に図４に示す時間変化に従った充放電制御のサイクルを繰り返し実行させた後に充放電を休止させた際の電池５の両極間電圧の時間変化を示すグラフである。また、図９は、図８の測定結果におけるそれぞれのサイクル数に対応した４０時間の休止後の降下電圧を示すグラフである。この測定結果に示すように、電池５の休止中の電圧降下は、充放電制御のサイクル数にほぼ比例して増加する。そのため、休止中の電圧変化の解析では内部短絡が生じたか否かを安定的に判定することはできない。これに対して、本実施形態によれば、状態検知処理における所定の電流値での放電制御時の電圧の時間変化を解析することにより、精度よく内部短絡の有無を判定することができる。

【0048】

本発明による内部短絡検知方法および電源システムは、上述した実施形態の例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0049】

１…電源システム、２…電圧検出回路（検知部）、３…温度検出回路（検知部）、４…電流検出回路（検知部）、５…電池（組電池）、６…充電制御回路（制御部）、７…放電制御回路（制御部）、８…制御装置（制御部、検知部）。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】