专利名称：二次电池、二次电池的检查装置和检查方法以及电池检查系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及二次电池、二次电池的检查装置和检查方法以及电池检查系统，更具体地说，涉及在串联连接有多个电池单元的组合电池中，检测电池单元单位的内部电阻异常的技术。
背景技术：
—般根据二次电池的输出电压来判定二次电池的劣化状态。例如，在特公平1-33787号公报(专利文献I)中，记载了基于发动机启动时的电池电压来检测电池系统的异常状态。具体地说，记载了在发动机低温时的发动机启动中，在电池电压降低时检测电池的性能劣化。这样，电池的检查一般基于输出电压来执行。
现有技术文献专利文献I :特公平1-33787号公报
发明内容
发明要解决的问题近年来，为了确保输出电压和积蓄电力，使用二次电池作为连接有多个电池单元的组合电池的情况增加。例如，作为电动汽车、混合动力汽车等电动车辆的马达驱动用电源，使用串联连接有多个电池单元的二次电池。由于组合电池整体的价格较高，所以优选实现通过仅更换构成组合电池的多个电池单元中已劣化的一部分来抑制成本的电池更换。为了使这样的电池更换确立，需要进行电池单元单位的劣化判定。尤其需要更换因劣化而导致内部电阻上升的电池单元。如专利文献I中示出那样，在劣化判定中也需要评价充放电时的电池单元的输出电压。因此，当简单地考虑时，需要测定电池单元单位的输出电压。然而，在组合电池的结构中，如果对每个电池单元设置电压传感器则会使成本上升。因此,优选对每个由多个电池单元构成的电池块(block)或者电池模块(module)配置电压传感器，然后通过电池检查专用的服务工具等来测定每个电池单元的输出电压。此时，如果服务工具也需要相当于电池单元数量的电压传感器，则服务工具变得高价。另外，针对输出电压比较高的组合电池，需要进行与服务工具的接线作业等，这在安全上并不优选。本发明是为了解决这样的问题而提出的，其目的在于，针对由串联连接有多个电池单元的组合电池构成的二次电池，通过廉价结构的检测装置来安全地检查电池单元单位的劣化(尤其是内部电阻上升)。用于解决问题的手段本发明的一种方式，是一种二次电池，具有串联连接的多个电池单元；和与多个电池单元分别并联连接的多个检测单元。多个检测单元各自包括串联连接的电抗器和齐纳二极管。各齐纳二极管的击穿电压比各电池单元使用时的输出电压高，多个检测单元各自的齐纳二极管的击穿电压被设计成阶段性地不同的值。优选，多个电池单元具有按顺序连接的从第I个到第η个电池单元，其中η为2以上的整数。多个检测单元具有与从第I个电池单元到第η个电池单元分别并联连接的从第I个到第η个检测单元。第i个检测单元中的齐纳二极管的击穿电压比第(i+Ι)个检测单元中的齐纳二极管的击穿电压低，其中i为I (η-I)的整数。另外优选，在二次电池的检查时，向二次电池供给比二次电池使用时的二次电池的充电电压高的充电电压。进而优选，二次电池搭载于混合动力汽车，混合动力汽车还搭载有用于产生二次·电池的充电电力的发电机构和控制发电机构的控制单元。控制单元控制发电机构，以在二次电池的检查时向二次电池供给比混合动力汽车行驶时的二次电池的充电电流上限值大的恒定电流。本发明的另一方式，是一种二次电池的检查装置，二次电池具有串联连接的多个电池单元和与多个电池单元分别并联连接的多个检测单元。多个检测单元各自包括串联连接的电抗器和具有比各电池单元使用时的输出电压高的击穿电压的齐纳二极管。检查装置具有串联连接的多个检测电抗器；和与多个检测电抗器串联连接而构成闭合电路的电压检测器。多个检测电抗器被配置成在对二次电池安装上检查装置的二次电池的检查时，与
齐纳二极管的击穿电压被设定成阶段性地不同的值的多个检测单元中的电抗器--对应
地磁耦合。优选，在二次电池的检查时，向二次电池供给比二次电池使用时的二次电池的充电电压高的充电电压。进而优选，二次电池搭载于混合动力汽车，混合动力汽车还搭载有用于产生二次电池的充电电力的发电机构和控制发电机构的控制单元。控制单元控制发电机构，以在二次电池的检查时向二次电池供给比混合动力汽车行驶时的二次电池的充电电流上限值大的恒定电流。本发明的另一方式，是一种电池检查系统，具有二次电池和二次电池的检查装置。二次电池包括串联连接的多个电池单元；和与多个电池单元分别并联连接的多个检测单元。多个检测单元各自具有串联连接的电抗器和齐纳二极管。各齐纳二极管的击穿电压比各电池单元使用时的输出电压高，在多个检测单元各自中，齐纳二极管的击穿电压被设计成阶段性地不同的值。检查装置包括串联连接的多个检测电抗器；和与多个检测电抗器串联连接而构成闭合电路的电压检测器。多个检测电抗器被配置成在对二次电池安装上检查装置的二次电池的检查时,与多个检测单元中的电抗器--对应地磁耦合。优选，在二次电池的检查时，向二次电池供给比二次电池使用时的二次电池的充电电压高的充电电压。另外优选，二次电池容纳于形成有凹部的第I壳体。检查装置容纳于形成有与凹部嵌合的形状的凸部的第2壳体。并且，各电抗器和各检测电抗器与凹部和凸部分别对应地配置，以在凹部与凸部嵌合的状态下，多个检测电抗器与多个检测单元中的电抗器一一对应地磁耦合。另外优选，二次电池搭载于混合动力汽车。混合动力汽车还搭载有用于产生二次电池的充电电力的发电机构和控制发电机构的控制单元。控制单元控制发电机构，以在二次电池的检查时向二次电池供给比混合动力汽车行驶时的二次电池的充电电流上限值大的恒定电流。本发明的另一方式，是一种二次电池的检查方法，所述二次电池具有串联连接的多个电池单元，所述检查方法包括如下的安装步骤将检查装置安装于二次电池，所述检查装置具有由串联连接的多个检测电抗器和电压检测器构成的闭合电路，所述二次电池具有与多个电池单元分别并联连接的多个检测单元。多个检测单元各自包括串联连接的电抗器和齐纳二极管。各齐纳二极管的击穿电压比各电池单元使用时的输出电压高，且多个检测单元各自的齐纳二极管的击穿电压被设计成阶段性地不同的值。并且，在检查装置被安装于二次电池的状态下，多个检测电抗器被配置成与多个检测单兀中的电抗器对应地磁耦合。检查方法还包括供给步骤，将比二次电池使用时的二次电池的充电电压高的充电电压向安装上检查装置的二次电池供给；测定步骤，测定用于基于向二次电池供给测试电流起的电压检测器的电压波形判断各多个电池单元的劣化的参数；判断步骤，基于所测定 的参数判断在多个电池单元中是否存在内部电阻上升的异常单元；和确定步骤，在判断为存在异常单元时，基于参数从多个电池单元中确定异常单元。优选，参数包括在电压波形中电压呈台阶状变化的阶段数。判断步骤中，基于阶段数来判断是否存在异常单元。另外优选，参数包括在电压波形中电压呈台阶状变化时的各电压台阶的时间宽度。确定步骤中，基于时间宽度从多个电池单元中确定异常单元。进而优选，检查方法还包括在二次电池开始使用时或新品时，通过检查装置测定参数的步骤；和将所测定的参数作为基准数据进行存储的步骤。并且，判断步骤中，基于基准数据与检查时所测定的参数的比较，判断是否存在异常单元。确定步骤中，基于基准数据与检查时所测定的参数的比较，从多个电池单元中确定异常单元。另外优选，二次电池搭载于混合动力汽车，混合动力汽车还搭载有用于产生二次电池的充电电力的发电机构。并且，供给步骤中，控制发电机构，以向二次电池供给比混合动力汽车行驶时的二次电池的充电电流上限值大的恒定电流。或者优选，二次电池容纳于形成有凹部的第I壳体。检查装置容纳于形成有与凹部嵌合的形状的凸部的第2壳体。各电抗器和各检测电抗器与凹部和凸部分别对应地配置。并且，在安装步骤中，通过使凹部与凸部嵌合，多个检测电抗器定位成与多个检测单元中的电抗器--对应地磁耦合。发明的效果根据本发明，针对由串联连接有多个电池单元的组合电池构成的二次电池，能够通过廉价结构的检测装置来安全地检查电池单元单位的劣化(尤其是内部电阻上升)。
图I是表示使用本发明的实施方式的二次电池的电气系统的概略结构的框图。图2是表示图I所示的各单元个体(cell unit)和服务工具的结构的电气电路图。图3是说明本发明的实施方式的二次电池的检查的模拟条件的电路图。图4是表示图3的电路的模拟结果的第I波形图(正常时)。
图5是表示图3的电路的模拟结果的第2波形图(异常时其I)。图6是表示图3的电路的模拟结果的第3波形图(异常时其I)。图7是说明以电池检验器测定的电压波形的评价参数的概念图。图8是表示本实施方式的二次电池的基准数据测定时的处理步骤的流程图。
图9是表示本实施方式的二次电池的检查时的处理步骤的流程图。图10是说明本实施方式的二次电池和电池检验器的外形形状的一例的示意图。图11是概略表示图9所示的二次电池的内部构造的立体图。图12是表示搭载本实施方式的二次电池的混合动力汽车的构成例的框图。图13是表示图12所示的混合动力汽车的发动机和MG的转速的关系的列线图。图14是图12的电气系统的构成图。图15是说明二次电池的检查时的混合动力汽车的动作的列线图。
具体实施例方式[实施方式I]图I是表示使用本发明的实施方式的二次电池的电气系统的构成的概略框图。参照图1，作为组合电池的二次电池10，包含η个(η :2以上的整数)单元个体⑶(I) ⑶(η)。以下，在不区别连接顺序而总括性地表示单元个体⑶(I) ⑶(η)的情况下，简单记载为单元个体⑶。如后述，各单元个体⑶包含单个的电池单元。在二次电池10上设置有温度传感器16、电压传感器17和电流传感器18。二次电池10的输出电压(电池电压)Vb通过电压传感器17测定。电流传感器18测定二次电池10的输入输出电流(电池电流)lb。温度传感器16测定二次电池10的电池温度Tb。所测定的电池数据(电池电压Vb、电池电流Ib、电池温度Tb等)向电池监视单元30发送。负载20通过消耗来自二次电池10的供给电力工作。或者，负载20也可以构成为通过包含未图示的发电元件产生二次电池的充电电量作为其工作的一个方式。例如，负载20由搭载于电动汽车或混合动力汽车等的行驶用电动机和控制向该电动机供给电力的电力变换器(变换器等)构成。电池监视单元30由包含未图示的微处理器、存储器、模拟/数字变换器、数字/模拟变换器等的电子控制单元构成。电子控制单元构成为，通过执行预先存储于存储器的预定程序，执行使用了来自传感器等的输入信号和数据的预定的运算处理，生成基于运算处理结果的输出信号和数据。电池监视单元30在二次电池10使用时，即利用二次电池10的供给电力来驱动负载20时或利用来自负载20的再生电力对二次电池10充电时的实际的负载运转中，基于来自传感器16 18的电池数据监视二次电池10的状态。图I所示的二次电池10为不能够按每个单元个体⑶即以电池单元为单位来测定输出电压的结构。但是，二次电池10 (各单元个体CU)为能够通过安装电池检验器50来检测电池单元单位的劣化(由内部电阻上升导致的劣化)的结构。通过二次电池10和电池检验器50的组合来构成本发明的“电池检查系统”。图2是表示各单元个体和电池检验器的构成的电路图。参照图2，各单元个体⑶具有单个电池单元BC和相对于电池单元BC并联连接的检测单元DU。S卩，第i个(i :1 η的整数)单元个体⑶(i)分别具有电池单元BC (i)和检测单元DU⑴。在本说明书中，附加于各元件的标号的附加符号(i)表示串联连接的单元个体CU的连接顺序(第I个 第η个)。另一方面，在无需区别这样的连接顺序的情况下，省略表示顺序的附加符号来记载各标号。各电池单元BC由串联连接有电压源12和内部电阻15的等价电路表示。电压源12的输出电压相当于该电池单元BC的开路电压(OCV :0penCircuit Voltage)。另一方面，一般将电池单元BC充放电时的输出电压称为CCV (Closed Circuit Voltage :闭路电压)。在充放电时，由于电池电流Ib使内部电阻15产生电压降，因此CCV比OCV上升(充电时)或下降(放电时)。此外，检测单元DU具有串联连接的电感器42、电流限制电阻44和齐纳二极管45。齐纳二极管45以通过电池单元BC而反向偏置的方向的极性连接。 因此，当电池单元BC的输出电压超过齐纳二极管45的击穿电压Vz时，齐纳二极管45导通。电流限制电阻44为用于限制此时在齐纳二极管45中流动的电流的电路保护电阻。即，电流限制电阻44 (I) 44 (η)的电阻值根据齐纳二极管45 (I) 45 (η)的容许电力而被调整。在二次电池10使用时，将充电电流(电池电流Ib )和/或充电电压规定在预定范围内。换言之，限制负载20的动作，以使充电电流和/或充电电压不超过预定的上限值。因此，齐纳二极管45 (I) 45 (η)各自的击穿电压Vz (I) Vz (d)被设计成在使用时的上限充电电流流过各电池单元BC时或者由通常的充电电压充电时的电池单元BC (I) BC(η)的输出电压(CCV)高的区域。进而，击穿电压Vz (I) Vz (d)分别被设定为阶段性地不同的值。在本实施方式中，作为优选的方式，如Vz (I) < Vz Cl、(d)那样,设定击穿电压Vz (I) Vz Cd),以按照单元个体⑶的连接顺序使击穿电压阶段性地上升。电池检验器50具有串联连接形成闭合电路的检测电感器52 (I) 52 (η)和电压检测器55。检测电感器52 (I) 52 (η)被配置成，在将电池检验器50安装于二次电池10时，分别与检测单元DU (I) DU (η)中的电感器42 (I) 42 (η)磁耦合。可以理解电压检测器55以对检测电感器52 (I) 52 (η)产生的感应电压之和进行检测的方式连接。电压检测器55构成为，能够测定检测出的电压的时间变化、即电压波形。例如，通过示波器构成电压检测器55。在对二次电池10装上电池检验器50的二次电池的检查时，利用比通常时高的充电电压对电池单元BC (I) BC (η)充电，以使各电池单元BC的输出电压(CCV)比通常的使用时上升。其结果，对串联连接的电池单元BC (I) BC (η)供给比二次电池10使用时的充电电流上限值大的试验用的充电电流(测试电流It)。具体地说，确定二次电池的检查时的充电条件(充电电压和/或充电电流)，以使电池单元BC (i)的CCV在通常时比齐纳二极管45 (i)的击穿电压Vz (i)低，而在检查时比击穿电压Vz (i)高。当电池单元BC (i)的CCV超过齐纳二极管45 (i)的击穿电压Vz (i)时，齐纳二极管45 (i)导通。由此，由于在检测单元DU (i)中有电流流动，所以在电感器42 (i)产生感应电压。在电感器42 (i)产生的感应电压通过磁耦合显现在对应的检测电感器52 (i)中。在检测电感器52 (i)显现的感应电压显现在电压检测器55中。因此，由电压检测器55测定的电压Vck根据齐纳二极管45已导通的单元个体⑶的个数而上升。在此，由于向串联连接的电池单元BC (I) BC (η)供给共同的充电电流，所以在各电池单元BC的内部电阻同等(即正常)的情况下，根据击穿电压Vz (I) Vz (d)之差，齐纳二极管45 (I) 45 (η)按顺序导通。其另一方面，当存在内部电阻15的电阻值上升的电池单元时，由于该电池单元的CCV比通常上升，所以齐纳二极管45 (I) 45 (η)的导通方式与正常时不同。由此，能够理解电压Vck的波形在正常时和发生异常时发生变化。接着，使用图3至图6来说明本发明的实施方式的二次电池的检查的模拟结果。图3是说明本发明的实施方式的二次电池的检查的模拟条件的电路图。
参照图3，作为检查对象的二次电池10由串联连接的4个单元个体⑶(I) ⑶
(4)构成。由于检查时二次电池10被充电，所以在各单元个体⑶中，通过内部电阻15与电容器12#的串联连接构成电池单元BC。作为模拟条件，将内部电阻值在正常单元中设为3mΩ、在异常单元中设为6mΩ。另外，将电容器12#设为4000F。对于各电池单元BC，配置有图2中示出的检测单元DU。作为模拟条件，将击穿电压设为Vz (I)= 4. 0V，关于击穿电压Vz (2)、Vz (3)和Vz (4)，设定成按顺序依次高O. 01V。对于图3中示出的电路，作为二次电池的检查时的充电条件，作为恒定的充电电流Ich供给测试电流It = 60A。在供给这样的测试电流时,将模拟由电池检验器50 (电压检测器55)测定的电压Vck的波形得到的结果在图4 6中示出。图4是表示各电池单元的内部电阻正常时的模拟结果的波形图。S卩，图4示出了将各电池单元BC的内部电阻设为3ι Ω时的电压Vck的波形的模拟结果。参照图4，在各电池单元BC的内部电阻正常时，各电池单元的输出电压(CCV)同样地上升。因此，通过使电池单元BC的输出电压超过齐纳二极管45的击穿电压Vz，在电感器42和检测电感器52中产生电压的定时，为单元个体⑶(I) ⑶(4)的顺序。S卩，在时刻tl单元个体⑶(I)中齐纳二极管45 (I)导通，在时刻t2，在单元个体⑶(2)中齐纳二极管45 (2)导通。进而，在时刻t3，单元个体⑶(3)中齐纳二极管45(3)导通，在时刻t4，单元个体⑶(4)中齐纳二极管45 (4)导通。其结果，电压Vck表示在时刻tl t4的各时刻电压呈台阶状上升的波形。即，电压Vck，以与单元个体⑶(电池单元BC)的个数相同的4个阶段地上升。另外，各电压台阶的时间宽度也基本均等。图5中示出了电池单元BC (2)的内部电阻上升时的模拟结果。S卩，示出了在电池单元BC (2)中将内部电阻设为6ι Ω，在其他电池单元BC (I)、BC (3)、BC (4)中，将内部电阻设为3πιΩ时的电压Vck的模拟结果。参照图5，在包含内部电阻上升的电池单元BC (2)的单元个体⑶(2)中，在比图4早的定时输出电压(CCV)上升。其结果，在时刻tl时，单元个体⑶(I)、⑶(2)的齐纳二极管45 (1)、45 (2)导通。另一方面，在时刻t3和t4中，与图4同样地，单元个体⑶(3)和⑶(4)的输出电压分别超过击穿电压Vz (3)和Vz (4)。其结果，电压Vck，由于存在内部电阻上升的电池单元，所以电压以台阶状上升的级数(以下，也简称为“台阶数”)与图4相比较减少了 I个。进而，各电压台阶的时间宽度不均等。具体地说，第I级的电压台阶的时间宽度(时刻tl t3)比第2级的电压台阶的时间宽度(时刻t3 t4)长。图6中示出了电池单元BC (3)的内部电阻上升时的模拟结果。S卩，示出了在电池单元BC (3)中将内部电阻设为6ι Ω，在其他电池单元BC (1)、BC (2)、BC (4)中将内部电阻设为3πιΩ时的电压Vck的模拟结果。参照图6，在包含内部电阻上升的电池单元BC (3)的单元个体⑶(3)中，在比图4早的定时输出电压(CCV)上升。其结果，在时刻t2时，单元个体⑶(2)、⑶(3)的齐纳二极管45 (2)、45 (3)导通。另一方面，在时刻tl和t4，与图4同样，单元个体⑶(I)和⑶(4)的输出电压分别超过击穿电压Vz (I)和Vz (4)。其结果，电压Vck，由于存在内部电阻上升的电池单元，所以电压以台阶状上升的级数(以下，也简称为“台阶数”)与图4相比较减少了 I个。进而，各电压台阶的时间宽度不均等。具体地说，第2级的电压台阶的时间宽度(时刻t2 t4)比第I级的电压台阶的 时间宽度(时刻tl t2)长。从图4 图6的模拟结果可知，在本实施方式的二次电池中，内部电阻上升的异常单元的存在，显现(反映)在电池检验器50的电压Vck的波形中。因此，如图7所示，能够设定利用电池检验器测定的电压波形的评价参数。参照图7，评价参数包含台阶状变化的电压的台阶数Nv和中间的电压台阶各自的时间宽度Tl T3 (以下，也总括称为“时间宽度Ti”)。即，通过比较各电池单元BC的内部电阻在作为正常的基准状态时(代表性地为新品时或开始使用时)的评价参数(基准数据)和检查时的评价参数，能够检测电池单元单位的异常(内部电阻上升)。具体地说，根据台阶数Nv是否减少，能够判定有无发生了由内部电阻上升导致的劣化的电池单元(异常单元)。进而，在异常单元发生时，基于关于时间宽度Ti的从基准状态起的变化，能够确定异常单元。图8示出了本实施方式的二次电池的基准数据测定时的处理步骤。图8所示的流程图能够在例如新品时或开始使用时执行。参照图8，在步骤SlOO中，对二次电池10装上电池检验器50，然后，在步骤S105中，对于装上电池检验器50的状态的二次电池10执行检查时的充电。S卩，通过电池单元BC
(i)的CCV在通常时比齐纳二极管45 (i)的击穿电压Vz (i)高这样的充电条件(充电电压或充电电流)，对二次电池10充电。例如，能够通过带有调节器功能的充电器等，执行步骤S105的处理。在步骤SllO中，在执行检查时的充电的状态下，观测由电池检验器50 (电压检测器55)得到的电压波形(Vck)。然后，基于电压波形，测定作为图7中说明的评价参数的电压的台阶数Nv和各电压台阶的时间宽度Ti。此外，台阶数Nv和时间宽度Ti的测定也能够通过电压波形的解析功能等自动执行。当步骤SllO的评价参数的测定完成时，通过步骤S120停止二次电池10检查时的充电。进而，在步骤S130中，将在步骤SllO中得到的评价参数作为基准数据存储在图I的电池监视单元30中。由此，即使在二次电池10使用后，也能够通过对电池监视单元30访问，在任意的定时读取初始状态数据。图9是表示本实施方式的二次电池10的检查时的处理步骤的流程图。
参照图9，在步骤S200 S205中，与图8的步骤SlOO SllO同样，对二次电池10装上电池检验器50，并为检查二次电池10而对其充电。此时的充电条件(充电电压或充电电流)优选与步骤SlOO同等。或者，如果将测定基准数据时的充电条件与基准数据一起存储在电池监视单元30中，则能够使检查时的充电条件切实地与基准数据测定时同等。在步骤S210中，在执行检查时的充电的状态下，与步骤SllO同样，基于由电池检验器50 (电压检测器55)得到的电压Vck的波形，测定作为评价参数的电压的台阶数Nv和各电压台阶的时间宽度Ti。当步骤S210的评价参数的测定完成时，通过步骤S220停止二次电池10检查时的充电。在步骤S230中，作为二次电池10的基准数据，读取基准状态(新品时或开始使用时)的评价参数。此外，步骤S230的处理也可以在步骤S200 S220前执行。然后，在步骤S240中，在基准数据和本次检查时的测定数据之间比较评价参数中的电压的台阶数Nv。然后，当台阶数Nv与基准数据相同时(步骤S210判定为“否”时)，通过步骤S260，判定为各电池单元BC的内部电阻正常，即全部电池单元BC (即全部单元个体 ⑶)都不需要更换。另一方面，当台阶数Nv与基准数据相比减少时(S210判定为“是”时)，判断为产生了内部电阻上升的异常单元。在该情况下，处理前进至步骤S250，通过在基准数据与本次检查时的测定数据之间比较时间宽度Ti来确定异常单元。其结果，能够确定需要更换的电池单元BC (i)(即单元个体⑶(i))。这样，在本实施方式的二次电池中，通过使通常使用时不导通的齐纳二极管45导通这样的检查时的充电条件来充电,能够经由磁耦合从包括电感器42和齐纳二极管45的检测单元DU中读取与电池单元BU单位的输出电压对应的电压。即，以能够通过电感器彼此的磁耦合从外部测定组合电池的各单元个体CU的电压的方式构成二次电池10。电池检验器50能够通过电感器彼此的磁耦合，利用检测电感器42测定来自各单元个体CU的输出电压。尤其能够通过由I个电压检测器55得到的电压变化(电压波形)来检测电池单元BU单位的劣化(尤其是内部电阻上升)。其结果，不必与组合电池(二次电池10)的各电池单元BC对应设置电压传感器，能够通过具有I个电压检测器55的电池检验器50检测电池单元单位的劣化(尤其是内部电阻上升)。即，能够廉价地构成组合电池(二次电池10)和作为检查用工具的电池检验器50这两方，然后检测电池单元单位的劣化。进而，以通过磁耦合以非接触方式测定电压的方式构成二次电池10和电池检验器50。由此，由于不需要组合电池的解体和电压计的连接等接线作业，所以能够安全地实施二次电池10的检查。图10和图11中示出了用于使二次电池的检查进一步简化的二次电池(组合电池)和电池检验器的外形形状的一例。参照图10，作为组合电池的二次电池10容纳于壳体13。同样地，电池检验器50容纳于壳体56。壳体13、56由树脂等绝缘体构成。在二次电池的壳体13设置有凹部14。电池检验器50的壳体56构成为具有与壳体13的凹部14嵌合的凸部58。参照图11，在壳体13的内部排列有单元个体⑶。并且，各单元个体⑶的检测单元所包含的电感器42配置在与凹部14接近的位置。例如，与凹部14的底面对应按顺序排列电感器42 (I) 42 (η)。再次参照图10，在电池检验器50的凸部58的内部配置有图3所示的检测电感器52 (I) 52 (η)。具体地说，在预先定位检测电感器52 (I) 52 (η)的状态下使检测电感器52 (I) 52 (η)容纳于凸部58，以在将电池检验器50的凸部58与二次电池10的凹部14嵌合时，分别与对应于凹部14配置的电感器42 (I) 42 (η)磁耦合。这样一来,通过 使二次电池10和电池检验器50的壳体13、56嵌合,能够定位两者，以使二次电池侧的电感器42 (I) 42 (η)与电池检验器50的检测电感器52 (I) 52 (η)适当地磁耦合。其结果，由电池检验器50进行的二次电池10的检查被进一步简化。[实施方式2]在实施方式2中，说明将成为检查对象的二次电池10搭载于混合动力汽车的情况。混合动力汽车上搭载有用于在车辆行驶中对二次电池10充电的发电机构。因此，在实施方式2中，使用该车载发电机构来产生基准数据的测定时和检查时的充电电力。参照图12，说明搭载有本实施方式的二次电池的混合动力汽车。该混合动力汽车具有发动机100、第lMG(Motor Generator :电动发电机)110、第2MG120、动力分配机构130、减速器140和电池150。混合动力汽车通过来自发动机100和第2MG120中至少一方的驱动力行驶。发动机100、第1MG110和第2MG120经由动力分配机构130连接。发动机100产生的动力通过动力分配机构130而分配为2条路径。一条是经由减速器140驱动前轮160的路径。另一条是使第1MG110驱动来发电的路径。第1MG110为具备U相线圈、V相线圈和W相线圈的三相交流旋转电机。第1MG110通过由动力分配机构130分配的发动机100的驱动力来发电。由第1MG110发电产生的电力根据车辆的行驶状态、电池150的SOC (State Of Charge :充电状态)而分开使用。例如，在通常行驶时，由第1MG110发电产生的电力直接成为驱动第2MG120的电力。另一方面，在电池150的SOC比预先确定的值低的情况下，由第1MG110发电产生的电力通过后述的变换器从交流变换为直流。之后，通过后述的转换器调整电压并存储于电池150。第2MG120为具备U相线圈、V相线圈和W相线圈的三相交流旋转电机。第2MG120通过存储于电池150的电力和由第1MG110发电产生的电力中的至少一方的电力而驱动。第2MG120的驱动力经由减速器140传递至前轮160。由此，第2MG120辅助发动机100或通过来自第2MG120的驱动力使车辆行驶。此外，也可以代替前轮160驱动后轮或除了前轮160以外还驱动后轮。在混合动力车辆的再生制动时，经由减速器140通过前轮160驱动第2MG120，第2MG120作为发电机工作。由此第2MG120作为将制动能量变换为电力的再生制动器而工作。通过第2MG120发电产生的电力存储于电池150。在第1MG110 和第 2MG120 的控制中，使用例如 PWM (Pulse WidthModulation :脉冲宽度调制)控制。此外，在使用PWM控制来控制第1MG110和第2MG120的方法中，利用周知的一般的技术即可，因此在此不重复对其作进一步的详细的说明。动力分配机构130为包含太阳轮、小齿轮、行星架和齿圈的行星齿轮单元。小齿轮与太阳轮和齿圈啮合。行星架将小齿轮支撑为能够自转。太阳轮与第1MG110的旋转轴连接。行星架与发动机100的曲轴连接。齿圈与第2MG120的旋转轴和减速器140连接。
通过发动机100、第1MG110和第2MG120经由行星齿轮单元连接，发动机100、第1MG110和第2MG120的转速如图13所示在列线图中呈直线连结的关系。再次参照图12，电池150相当于图I所示的二次电池10。S卩，电池150相当于本实施方式的二次电池，通过安装电池检验器50，能够检测电池单元单位的异常(内部电阻上升)。电池150的电压为例如200V左右。在电池150配置有电池传感器19。电池传感器19总括表示图I的温度传感器16、电压传感器17和电流传感器18。由电池传感器19检测出的电池数据向电池监视单元30发送。PM (Power train Manager :传动系统管理)-ECU (Electronic ControlUnit :电子控制单元)170综合地控制发动机100、第1MG110和第2MG120的动作。PM-E⑶170设定发动机100、第1MG110和第2MG120的输出转矩和/或转速的目标值，以使混合动力汽车根据驾驶员操作来行驶。发动机100通过未图示的发动机ECU，按照来自PM-ECU170的指令而被控制。·
第1MG110和第2MG120根据来自PM-ECU170的指令受MG-ECU172控制。例如，PM-E⑶170设定第1MG110和第2MG120的转矩指令值。MG-E⑶172根据来自PM-170的转矩指令值，通过电流反馈来控制第1MG110和第2MG120的输出转矩。使用图13进一步说明混合动力汽车的电气系统。在混合动力汽车上设置有转换器200、第I变换器210、第2变换器220、SMR (System MainRelay :系统主继电器)230、DC/DC转换器240和辅机250。转换器200包括电抗器、2个npn型晶体管和2个二极管。电抗器的一端与电池150的正极侧连接。电抗器的另一端与串联连接的2个电力用半导体开关元件(以下，也称为“开关元件”)的连接点连接。npn型晶体管受MG-ECT172控制。在各npn型晶体管的集电极-发射极之间分别连接有二极管以使电流从发射极侧流向集电极侧。此外，作为开关元件，除了例示的功率晶体管(npn型晶体管)之外，还能够适当使用 IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor :绝缘栅双极型晶体管)和功率 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field-EffectTransistor :金属氧化物半导体场效应晶体
管)等。在将从电池150放电产生的电力向第1MG110或第2MG120供给时，电压通过转换器200升压。相反地，在将通过第1MG110或第2MG120发电产生的电力充电到电池150时，电压通过转换器200降压。转换器200与第I变换器210和第2变换器220之间的系统电压VH通过电压传感器180检测。电压传感器180的检测结果被发送到MG-E⑶172。第I变换器210包括U相臂、V相臂和W相臂。U相臂、V相臂和W相臂并联连接。U相臂、V相臂和W相臂分别具有串联连接的2个npn型晶体管。在各npn型晶体管的集电极-发射极之间分别连接有使电流从发射极侧向集电极侧流动的二极管。并且，各臂中的各npn型晶体管的连接点分别连接于第1MG110的各线圈的与中性点112不同的端部。第I变换器210将从电池150供给的直流电流变换为交流电流，并向第1MG110供给。另外，第I变换器210将由第1MG110发电产生的交流电流变换为直流电流。第2变换器220包括U相臂、V相臂和W相臂。U相臂、V相臂和W相臂并联连接。U相臂、V相臂和W相臂分别具有串联连接的2个npn型晶体管。在各npn型晶体管的集电极-发射极之间分别连接有使电流从发射极侧向集电极侧流动的二极管。并且，各臂中的各npn型晶体管的连接点分别连接于第2MG120的各线圈的与中性点122不同的端部。第2变换器220将从电池150供给的直流电流变换为交流电流，并向第2MG120供给。另外，第2变换器220将由第2MG120发电产生的交流电流变换为直流电流。转换器200、第I变换器210和第2变换器220受MG-ECU172控制。MG-ECU172控制第I变换器210，以输出与从PM-E⑶170输入的转矩指令值相应的转矩。同样地，MG-E⑶172控制第2变换器220，以输出与从PM-ECU170输入的转矩指令值相应的转矩。在图14的结构中，SMR230之后的电路群与图I的负载20相对应。另外，MG-E⑶172通过转换器200的控制能够控制电池150的充电电压或充电电流。
如实施方式I中说明的那样，在通过电池检验器50进行检查时，需要对二次电池10设定预定的充电条件。在实施方式2中，通过搭载于混合动力汽车的发电机构来供给电池150的充电电力。图15是说明通过电池检验器50进行二次电池的检查时的混合动力汽车的动作的列线图。参照图15，在电池检验器50被安装且搭载于二次电池10、进而将指示二次电池的检查的模式信号输入到PM-ECU170时，混合动力汽车以处于选择了停车档为条件，切换到电池检查模式。在电池检查模式中，PM-ECU170将发动机转速维持在预定的恒定值NO。SP，发出将发动机100的转速维持在NO这样的控制指示，控制发动机100的燃料喷射量、点火正时等。另一方面，第2MG120的转速被维持零。即，混合动力汽车维持停止状态。然后，PM-E⑶170通过设定第1MG110的转矩指令值(负转矩)来控制第1MG110的发电电力，以能够根据检查时的充电条件对电池150充电。例如，控制变换器210和转换器220，以使经由变换器210和转换器220向电池150供给的充电电流成为预定的恒定值。此外，如上所述，将电池检查时的充电条件(电压和/或电流)控制为比通常使用时的上限值高的值。因此，优选为如下结构电池检查模式的输入不是从用户操作画面输入，而是能够在维护时特别进行输入。这样一来，能够通过电池检验器50容易地检查搭载于混合动力汽车等电动车辆的二次电池(电池120)。此外，在图12中示出的混合动力汽车的结构是一个例子，在具有其他动力传动系统的混合动力汽车中也能够搭载本实施方式的二次电池。另外，只要混合动力汽车搭载有用于在车辆行驶中对二次电池10充电的发电机构即可，并不限定于搭载发动机。进而，在本实施方式中，例示了将二次电池搭载于电动车辆，但并不特别限定负载，在任何设备中所使用的二次电池都能够适用本发明，这一点进行确认性地记载。应该认为本次公开的实施方式在所有方面都是例示而并不是限制性内容。本发明的范围并不是通过上述的说明来表示，而是通过权力要求来表示，与权利要求等同的意思以及权利要求范围内的所有变更都包含在本发明中。产业上的可利用性本发明能够适用于作为串联连接有多个电池单元的组合电池的二次电池的检查。标号的说明
10 二次电池(组合电池)，12电压源，12#电容器，13壳体(二次电池)，14凹部，15内部电阻，16温度传感器，17、180电压传感器，18电流传感器，19电池传感器，20负载，30电池监视单元，42、42 (I) 42 (η)电感器，44、44 (I) 44 (η)电流限制电阻，45、45 (I) 45 (η)齐纳二极管,50电池检验器,52检测电感器,55电压检测器,56壳体(电池检验器)，58凸部，100发动机，112、122中性点，120、150电池，130动力分配机构，140减速器，160前轮，170PM-ECU，172-MG-ECU，200转换器，210第I变换器，220 第2变换器，240DC/DC转换器(辅机系统)，250辅机，BC、BC (I) BC (η)电池单元，CU、CU (I) CU (η)电池单元，DU、DU (I) DU (η)检测单元，Ib电池电流，Ich充电电流，NO恒定值(发动机转速)，Nv台阶数，Tl Τ3时间宽度，Tb电池温度，Vb电池电压，Vck电压(电池检验器)，Vz、Vz (I) Vz(η)击穿电压。
权利要求
1.一种二次电池,具有 串联连接的多个电池单元(BC (I) BC (n));和 与所述多个电池单元分别并联连接的多个检测单元(DU (I) DU (η)), 所述多个检测单元各自包括串联连接的电抗器(42 )和齐纳二极管 (45)， 各所述齐纳二极管的降伏电压(Vz)比各所述电池单元使用时的输出电压高， 所述多个检测单元各自的所述齐纳二极管的降伏电压(Vz (I) Vz (η))被设计成阶段性地不同的值。
2.如权利要求I所述的二次电池，其中， 所述多个电池单元具有按顺序连接的从第I个到第η个电池单元，其中η为2以上的整数， 所述多个检测单元具有与从所述第I个电池单元到所述第η个电池单元分别并联连接的从第I个到第η个检测单元， 第i个检测单元中的所述齐纳二极管的降伏电压比第(i+Ι)个检测单元中的所述齐纳二极管的降伏电压低，其中i为I (η-I)的整数。
3.如权利要求I或2所述的二次电池，其中， 在所述二次电池(10)的检查时，向所述二次电池供给比所述二次电池使用时的所述二次电池的充电电压高的充电电压。
4.如权利要求3所述的二次电池，其中， 所述二次电池(10)搭载于混合动力汽车， 所述混合动力汽车还搭载有用于产生所述二次电池的充电电力的发电机构(MGl)和控制所述发电机构的控制单元(170、172)， 所述控制单元控制所述发电机构，以在所述二次电池的检查时向所述二次电池供给比所述混合动力汽车行驶时的所述二次电池的充电电流上限值大的恒定电流(It)。
5.一种二次电池的检查装置，所述二次电池具有串联连接的多个电池单元(BC (I) BC (η))和与所述多个电池单元分别并联连接的多个检测单元(DU (I) DU (η))，所述多个检测单元各自包括串联连接的电抗器(42 )和具有比各所述电池单元使用时的输出电压高的降伏电压(Vz)的齐纳二极管(45)，所述检查装置具有 串联连接的多个检测电抗器(52 (I) 52 (η));和 与所述多个检测电抗器串联连接而构成闭合电路的电压检测器(55 )， 所述多个检测电抗器被配置成在对所述二次电池安装上所述检查装置的所述二次电池的检查时，与所述齐纳二极管的降伏电压(Vz (I) Vz (η))被设定成阶段性地不同的值的所述多个检测单元中的所述电抗器一一对应地磁耦合。
6.如权利要求5所述的二次电池的检查装置，其中， 在所述二次电池的检查时，向所述二次电池供给比所述二次电池使用时的所述二次电池的充电电压高的充电电压。
7.如权利要求6所述的二次电池的检查装置，其中， 所述二次电池(10)搭载于混合动力汽车， 所述混合动力汽车还搭载有用于产生所述二次电池的充电电力的发电机构(MGl)和控制所述发电机构的控制单元(170、172)， 所述控制单元控制所述发电机构，以在所述二次电池的检查时向所述二次电池供给比所述混合动力汽车行驶时的所述二次电池的充电电流上限值大的恒定电流(It)。
8.一种电池检查系统，具有二次电池(10)和所述二次电池的检查装置(50)， 所述二次电池包括 串联连接的多个电池单元(BC (I) BC (n));和 与所述多个电池单元分别并联连接的多个检测单元(DU (I) DU (η)), 所述多个检测单元各自具有串联连接的电抗器(42 )和齐纳二极管(45 )， 各所述齐纳二极管的降伏电压(Vz)比各所述电池单元使用时的输出电压高， 在所述多个检测单元各自中，所述齐纳二极管的降伏电压(Vz (I) Vz (η))被设计成阶段性地不同的值， 所述检查装置包括 串联连接的多个检测电抗器(52 (I) 52 (η));和 与所述多个检测电抗器串联连接而构成闭合电路的电压检测器(55 )， 所述多个检测电抗器被配置成在对所述二次电池安装上所述检查装置的所述二次电池的检查时,与所述多个检测单元中的所述电抗器--对应地磁耦合。
9.如权利要求8所述的电池检查系统，其中， 在所述二次电池(10)的检查时，向所述二次电池供给比所述二次电池使用时的所述二次电池的充电电压高的充电电压。
10.如权利要求8或9所述的二次电池的电池检查系统，其中， 所述二次电池(10)容纳于形成有凹部(14)的第I壳体(13)， 所述检查装置(50)容纳于形成有与所述凹部嵌合的形状的凸部(58)的第2壳体(56)，各所述电抗器(42)和各所述检测电抗器(52)与所述凹部和所述凸部分别对应地配置，以在所述凹部与所述凸部嵌合的状态下，所述多个检测电抗器与所述多个检测单元中的所述电抗器一一对应地磁耦合。
11.如权利要求9所述的电池检查系统，其中， 所述二次电池(10)搭载于混合动力汽车， 所述混合动力汽车还搭载有用于产生所述二次电池的充电电力的发电机构(MGl)和控制所述发电机构的控制单元(170、172)， 所述控制单元控制所述发电机构，以在所述二次电池的检查时向所述二次电池供给比所述混合动力汽车行驶时的所述二次电池的充电电流上限值大的恒定电流(It)。
12.—种二次电池的检查方法，所述二次电池(10)具有串联连接的多个电池单元(BC(I) BC (η)), 所述检查方法包括如下的安装步骤(S200):将检查装置(50)安装于所述二次电池，所述检查装置(50)具有由串联连接的多个检测电抗器(52 (I) 52 (η))和电压检测器(55)构成的闭合电路，所述二次电池具有与所述多个电池单元分别并联连接的多个检测单元(DU (I) DU (η)), 所述多个检测单元各自包括串联连接的电抗器(42 )和齐纳二极管(45 )， 各所述齐纳二极管的降伏电压(Vz)比各所述电池单元使用时的输出电压高，且所述多个检测单元各自的所述齐纳二极管的降伏电压(Vz (I) Vz (η))被设计成阶段性地不同的值， 在所述检查装置被安装于所述二次电池的状态下，多个检测电抗器被配置成与所述多个检测单元中的所述电抗器一一对应地磁耦合， 所述检查方法还包括 供给步骤(S205)，将比所述二次电池使用时的所述二次电池的充电电压高的充电电压向安装上所述检查装置的所述二次电池供给； 测定步骤(S210)，测定用于基于向所述二次电池供给所述测试电流起的所述电压检测器的电压波形(Vck)判断各所述多个电池单元的劣化的参数； 判断步骤(S240)，基于所测定的所述参数判断在所述多个电池单元中是否存在内部电阻上升的异常单元；和 确定步骤(S250)，在判断为存在所述异常单元时，基于所述参数从所述多个电池单元中确定所述异常单元。
13.如权利要求12所述的二次电池的检查方法，其中， 所述参数包括在所述电压波形中电压呈台阶状变化的阶段数(Nv )， 所述判断步骤(S240)中，基于所述阶段数来判断是否存在所述异常单元。
14.如权利要求12所述的二次电池的检查方法，其中， 所述参数包括在所述电压波形中电压呈台阶状变化时的各电压台阶的时间宽度(Tl Τ3)， 所述确定步骤(S250)中，基于所述时间宽度从所述多个电池单元中确定所述异常单J Li ο
15.如权利要求12 14中任一项所述的二次电池的检查方法，还包括 在所述二次电池开始使用时或新品时，通过所述检查装置测定所述参数的步骤(S100-S120);和 将所测定的所述参数作为基准数据进行存储的步骤(S130)， 所述判断步骤(S240)中，基于所述基准数据与检查时所测定的所述参数的比较，判断是否存在所述异常单元， 所述确定步骤(S250)中，基于所述基准数据与检查时所测定的所述参数的比较，从所述多个电池单元中确定所述异常单元。
16.如权利要求12所述的二次电池的检查方法，其中， 所述二次电池(10)搭载于混合动力汽车， 所述混合动力汽车还搭载有用于产生所述二次电池的充电电力的发电机构(MGl )， 所述供给步骤中，控制所述发电机构，以向所述二次电池供给比所述混合动力汽车行驶时的所述二次电池的充电电流上限值大的恒定电流(It)0
17.如权利要求12所述的二次电池的检查方法，其中， 所述二次电池(10)容纳于形成有凹部(14)的第I壳体(13)， 所述检查装置(50)容纳于形成有与所述凹部嵌合的形状的凸部(58)的第2壳体(56)， 各所述电抗器(42)和各所述检测电抗器(52)与所述凹部和所述凸部分别对应地配置， 在所述安装步骤(S200)中，通过使所述凹部与所述凸部嵌合，所述多个检测电抗器定位成与所述多个检测单元中的所述电抗器一一对应地磁耦合·。
全文摘要
与串联连接的多个电池单元(BC(1)～BC(n))分别并联连接有多个检测单元(DU(1)～DU(n))。各检测单元(DU)包括串联连接的电感器(42)和齐纳二极管(45)。电池检验器50包括形成闭合电路的多个检测电感器(52(1)～52(n))和单个电压计(55)。多个检测电感器(52(1)～52(n))被配置成分别与多个检测单元的电感器(42(1)～42(n))磁耦合。各齐纳二极管(45)以通过电池单元(BC)的输出电压而反向偏置的极性连接。齐纳二极管(45)的击穿电压((Vz(1)～Vz(n))比通常使用时的各电池单元(BC)的输出电压高且被设定为阶段性地不同的电压。
文档编号G01R31/36GK102918410SQ20108006722
公开日2013年2月6日 申请日期2010年6月4日 优先权日2010年6月4日
发明者田边千济 申请人:丰田自动车株式会社