JP3975798B2 - 組電池の異常検出装置および異常検出方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、組電池の異常検出装置に関し、特に、複数の単電池を直列に接続して構成される組電池の異常を検出する異常検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両に搭載されて駆動源に電力を供給したり、補機に電力供給したりする電池として、複数の単電池を直列に接続して構成される組電池がある。このような組電池を構成する単電池は、各単電池の使用の経過に伴って、劣化する、この劣化は、電池内部の活物質の腐食などにより発生し、満充電容量の低下や電池の内部抵抗の上昇などの現象が表れる。
【０００３】
また、単電池の自己放電電流のばらつきや、単電池に付設される単電池電圧検出回路の消費電流のばらつき等に起因して単電池個々の電圧がばらつく。これに加えて、充電効率のばらつきにより単電池個々の電圧がばらつく。このような単電池からなる組電池の電圧アンバランスを解消する均等化装置が提案されている。この均等化装置では、単電池毎に電圧を検出し、最低電圧の単電池とほぼ同じ電圧となるよう他の単電池を放電することにより、各単電池の電圧アンバランスを解消する。
【０００４】
さらに、こうした組電池の均等化装置に関して、特開２００２−１０５１２号公報は、組電池の容量を調整する方法を開示する。
【０００５】
この公報に開示された容量調整方法は、組電池を構成する単電池の開放電圧の最低電圧値を容量調整目標値として設定する設定ステップと、各単電池毎に目標値との偏差に対応した放電時間を算出する算出ステップと、算出された放電時間だけ放電させる放電ステップと、他の多数の単電池よりもも相対的に電圧低下量が大きいけれども、時間の経過に順次対応して他の多数の単電池の電圧と同レベルへ近づいていく単電池を異常ではないと、最大電圧値と最低電圧値を除く単電池の電圧の平均で求めるからしきい値を越えるほどに開放電圧が低下する単電池を異常であると判断する判断ステップとを含む。
【０００６】
この容量調整方法では、単電池毎に放電時間を算出し、放電後の開放電圧に基づいて、正常な電圧低下量にある単電池と異常な電圧低下量の単電池とを明確に識別して、異常が発生している単電池を検出することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の公報に開示された異常検出装置では、放電時間を各単電池毎に算出しなければならず、異常検出装置の構成が複雑になる。
【０００８】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、組電池を構成する単電池の異常を容易かつ正確に検出することができる、組電池の異常検出装置および異常検出方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係る異常検出装置は、複数の単電池を直列に接続して構成される組電池の異常を検出する。この異常検出装置は、複数の単電池の容量の均等化を図るための容量均等化手段と、各単電池の容量が均等化された状態から、各単電池を均一に放電した際に測定した各単電池の電圧に基づいて、組電池を構成する単電池の異常を判定するための異常判定手段とを含む。
【００１０】
第１の発明によると、容量均等化手段により各単電池の容量が均等化された状態から、各単電池における放電量を均一にして放電させる。このとき、たとえば、容量均等化手段に含まれる各単電池に対応付けて設けられた抵抗（抵抗値は同じ）に同じ放電時間だけ放電させる。このようにして同じ放電量を放電した場合、劣化して満充電容量が低下した単電池における開放電圧の低下は、初期状態の単電池における開放電圧の低下よりも大きい。このため、満充電容量が低下して大きく開放電圧が低下した単電池を、劣化した電池であって異常と判断できる。また、たとえば、組電池を大容量の負荷に接続して大電流で放電した場合、劣化して内部抵抗が大きくなった単電池における電圧降下は、初期状態の単電池における電圧降下よりも大きい。このため、単電池の内部抵抗が上昇して、大きく開放電圧が低下した単電池を、劣化した電池であって異常と判断できる。その結果、組電池を構成する単電池の異常を容易かつ正確に検出することができる、組電池の異常検出装置を提供することができる。
【００１１】
第２の発明に係る組電池の異常検出装置は、第１の発明の構成に加えて、異常判定手段は、各単電池の容量が均等化された状態から、容量均等化手段を用いて各単電池を同じ量だけ放電した際に測定した各単電池の電圧に基づいて、組電池を構成する単電池の異常を判定するための手段を含む。
【００１２】
第２の発明によると、容量均等化手段により各単電池の容量が均等化された状態から、各単電池における放電量を均一にして放電させる。このとき、容量均等化手段に含まれる各単電池に対応付けて設けられた抵抗（抵抗値は同じ）に同じ放電時間だけ放電させる。このようにして同じ放電量を放電した場合、劣化して満充電容量が低下した単電池における開放電圧の低下は、初期状態の単電池における開放電圧の低下よりも大きい。このため、満充電容量が低下して大きく開放電圧が低下した単電池を、劣化した電池であって異常と判断できる。その結果、組電池を構成する単電池の異常を容易かつ正確に検出することができる、組電池の異常検出装置を提供することができる。
【００１３】
第３の発明に係る組電池の異常検出装置は、第１の発明の構成に加えて、異常判定手段は、各単電池の容量が均等化された状態から、組電池を大容量の負荷に接続することにより放電した際に測定した各単電池の電圧に基づいて、組電池を構成する単電池の異常を判定するための手段を含む。
【００１４】
第３の発明によると、容量均等化手段により各単電池の容量が均等化された状態から、各単電池における放電量を均一にして放電させる。このとき、組電池を大容量の負荷に接続して大電流で放電した場合、劣化して内部抵抗が大きくなった単電池における電圧降下は、初期状態の単電池における電圧降下よりも大きい。このため、単電池の内部抵抗が上昇して大きく開放電圧が低下した単電池を、劣化した電池であって異常と判断できる。その結果、組電池を構成する単電池の異常を容易かつ正確に検出することができる、組電池の異常検出装置を提供することができる。
【００１５】
第４の発明に係る組電池の異常検出装置は、第１〜第３のいずれかの発明の構成に加えて、単電池は、リチウム電池であるものである。
【００１６】
第４の発明によると、複数のリチウム電池から構成される組電池の異常を正確に検出できる異常検出装置を提供できる。
【００１７】
第５の発明に係る異常検出方法は、複数の単電池を直列に接続して構成される組電池の異常を検出する。この異常検出方法は、複数の単電池の容量の均等化を図る容量均等化ステップと、各単電池の容量が均等化された状態から、各単電池を均一に放電した際に測定した各単電池の電圧に基づいて、組電池を構成する単電池の異常を判定する異常判定ステップとを含む。
【００１８】
第５の発明によると、容量均等化ステップにて各単電池の容量が均等化された状態から、各単電池における放電量を均一にして放電させる。このとき、たとえば、容量均等化ステップにて使用される、各単電池に対応付けて設けられた抵抗（抵抗値は同じ）に同じ放電時間だけ放電させる。このようにして同じ放電量を放電した場合、劣化して満充電容量が低下した単電池における開放電圧の低下は、初期状態の単電池における開放電圧の低下よりも大きい。このため、満充電容量が低下して、大きく開放電圧が低下した単電池を、劣化した電池であって異常と判断できる。また、たとえば、組電池を大容量の負荷に接続して大電流で放電した場合、劣化して内部抵抗が大きくなった単電池における電圧降下は、初期状態の単電池における電圧降下よりも大きい。このため、単電池の内部抵抗が上昇して大きく開放電圧が低下した単電池を、劣化した電池であって異常と判断できる。その結果、組電池を構成する単電池の異常を容易かつ正確に検出することができる、組電池の異常検出方法を提供することができる。
【００１９】
第６の発明に係る異常検出方法は、第５の発明の構成に加えて、異常判定ステップは、各単電池の容量が均等化された状態から、容量均等化ステップを用いて各単電池を同じ量だけ放電した際に測定した各単電池の電圧に基づいて、組電池を構成する単電池の異常を判定するステップを含む。
【００２０】
第６の発明によると、容量均等化ステップにて各単電池の容量が均等化された状態から、各単電池における放電量を均一にして放電させる。このとき、容量均等化ステップにて使用される、各単電池に対応付けて設けられた抵抗（抵抗値は同じ）に同じ放電時間だけ放電させる。このようにして同じ放電量を放電した場合、劣化して満充電容量が低下した単電池における開放電圧の低下は、初期状態の単電池における開放電圧の低下よりも大きい。このため、満充電容量が低下して大きく開放電圧が低下した単電池を、劣化した電池であって異常と判断できる。その結果、組電池を構成する単電池の異常を容易かつ正確に検出することができる、組電池の異常検出方法を提供することができる。
【００２１】
第７の発明に係る異常検出方法が、第５の発明の構成に加えて、異常判定ステップは、各単電池の容量が均等化された状態から、組電池を大容量の負荷に接続することにより放電した際に測定した各単電池の電圧に基づいて、組電池を構成する単電池の異常を判定するステップを含む。
【００２２】
第７の発明によると、容量均等化ステップにて各単電池の容量が均等化された状態から、各単電池における放電量を均一にして放電させる。このとき、組電池を大容量の負荷に接続して大電流で放電した場合、劣化して内部抵抗が大きくなった単電池における電圧降下は、初期状態の単電池における電圧降下よりも大きい。このため、単電池の内部抵抗が上昇して大きく開放電圧が低下した単電池を、劣化した電池であって異常と判断できる。その結果、組電池を構成する単電池の異常を容易かつ正確に検出することができる、組電池の異常検出方法を提供することができる。
【００２３】
第８の発明に係る異常検出方法が、第５〜第７のいずれかの発明の構成に加えて、単電池は、リチウム電池であるものである。
【００２４】
第８の発明によると、複数のリチウム電池から構成される組電池の異常を正確に検出できる異常検出方法を提供できる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。なお、以下の説明では、リチウム電池により組電池が構成されているとして説明するがこれに限定されない。また、この組電池は車両に搭載されているものとして説明する。
【００２６】
＜第１の実施の形態＞
図１に、本実施の形態に係る組電池の異常検出システムを示す。この異常検出システムは、リレー２００と、組電池３００と、リレー２００を介して負荷４００に接続された組電池３００の異常を検出する異常検出装置１００とを含む。Ｎ（Ｎは自然数）個の単電池が、直列に接続されている。異常検出装置１００は、組電池３００を構成する単電池Ｂ（１）〜Ｂ（Ｎ）の接続点と導電ラインＬ（０）〜Ｌ（Ｎ）を介して接続された電池ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１１０と、導電ラインＬ（０）〜Ｌ（Ｎ）間に各々直列に接続されたトランジスタＴ（１）〜Ｔ（Ｎ）と抵抗Ｒ（１）〜Ｒ（Ｎ）とを含む。なお、抵抗Ｒ（１）〜Ｒ（Ｎ）の抵抗値は、すべて同じである。
【００２７】
組電池３００は、リチウム電池である単電池Ｂ（１）〜Ｂ（Ｎ）を直列に接続して構成されている。組電池３００には、リレー２００を介して負荷４００が接続される。
【００２８】
電池ＥＣＵ１１０は、ＣＰＵ１１２と、ＣＰＵ１１２で実行されるプログラムを記憶したＲＯＭ（Read Only Memory）１１４と、一時的にデータを記憶するＲＡＭ(Random Access Memory)１１６とを含む。この電池ＥＣＵ１００からは、組電池３００の異常を表示するインジケータ１２０への点灯信号や各トランジスタＴ（１）〜Ｔ（Ｎ）へのオンオフ信号などが出力ポートを介して出力される。
【００２９】
電池ＥＣＵ１００からのオンオフ信号によりトランジスタＴ（１）〜Ｔ（Ｎ）がオンされると、オンされたトランジスタを介して直列に接続された抵抗に電流が流れて、電力が消費される。
【００３０】
電池ＥＣＵ１１０のＣＰＵ１１２は、各単電池Ｂ（１）〜Ｂ（Ｎ）の電圧ＶＢ（１）〜ＶＢ（Ｎ）を検出する。ＣＰＵ１１２は、各単電池Ｂ（１）〜Ｂ（Ｎ）の電圧ＶＢ（１）〜ＶＢ（Ｎ）を、導電ラインＬ（０）〜Ｌ（Ｎ）のライン間の電位差として検出する。
【００３１】
電池ＥＣＵ１１０のＣＰＵ１１２は、予め定められたタイミングから、設定された充電時間が経過をしたことを計測することができるタイマを内蔵する。ＣＰＵ１１２は、このタイマにより、均等化処理後のテスト放電時間の完了を検知する。抵抗Ｒ（１）〜Ｒ（Ｎ）の抵抗値は、すべて同じであるので、放電量と放電時間とは相関関係を有する。以下の説明では、放電量を直接検知しないで、均等化処理後に、均等化回路の抵抗Ｒ（１）〜Ｒ（Ｎ）を用いて、各単電池に共通する放電時間だけ放電して、その放電時間経過後の各単電池の電圧に基づいて異常な単電池を検出するとして説明するが、本発明はこれに限定されない。たとえば、放電時間以外の物理量を検知してその物理量に基づいて放電量を算出して、その放電量が各単電池において均一になるように放電した後の電圧に基づいて異常な単電池を検出するものであってもよい。
【００３２】
図２を参照して、本実施の形態に係る組電池の異常検出システムで異常を検出する対象であるリチウム電池のＳＯＣ（States Of Charge）とＯＣＶ(Open Current Voltage)との関係について説明する。図２に示すように、横軸にＳＯＣを縦軸にＯＣＶをとった場合、リチウム電池は、ＳＯＣの上昇に従ってＯＣＶが上昇する傾向を有する。測定されたＯＣＶが４．１ボルトの場合にはＳＯＣが１００％という関係を有する。
【００３３】
図３を参照して、リチウム電池の容量とＯＣＶとの関係について説明する。図３には、初期状態のリチウム電池と、劣化状態にあるリチウム電池とについて、容量とＯＣＶの関係を示す。初期状態にあり劣化していないリチウム電池においては、計測されたＯＣＶが４．１ボルトの場合に満充電となり約１２Ａｈの電気量を充電した状態にある。一方、経時的な変化により劣化して満充電容量が低下したリチウム電池においては、測定されたＯＣＶが４．１ボルトであっても、充電された電気容量は８Ａｈ程度である。すなわち、リチウム電池のＯＣＶが同じ４．１ボルトと測定された場合であっても、初期状態のリチウム電池は１２Ａｈ、劣化したリチウム電池は８Ａｈの容量が充電された状態である。
【００３４】
図３に示すように、リチウム電池を充電することにより容量もＯＣＶも上昇し、リチウム電池から放電することにより容量もＯＣＶも下降する。また、図３に示すように、初期状態にあるリチウム電池および劣化状態にあるリチウム電池に対して、満充電状態から同じ放電量ΔＱをそれぞれ放電すると、初期状態のリチウム電池のＯＣＶよりも劣化状態のリチウム電池のＯＣＶが低くなる。
【００３５】
図４を参照して、本実施の形態に係る組電池の異常検出装置１００の電池ＥＣＵ１１０で実行されるプログラムの制御構造について説明する。
【００３６】
ステップ（以下、ステップをＳと略す）１００にて、電池ＥＣＵ１１０のＣＰＵ１１２は、各単電池の電圧ＶＢ（Ｋ）（Ｋ＝１〜Ｎ）を検知する。Ｓ１０２にて、ＣＰＵ１１２は、電圧ＶＢのばらつきがΔＶよりも小さいか否かを判断する。電圧ＶＢのばらつきがΔＶよりも小さい場合には（Ｓ１０２にてＹＥＳ）、処理はＳ１０６へ移される。もしそうでないと（Ｓ１０２にてＮＯ）、処理はＳ１０４へ移される。
【００３７】
Ｓ１０４にて、ＣＰＵ１１２は、均等化回路を用いて均等化処理を行なう。このとき、各単電池の電圧が単電池の電圧ＶＢ（Ｋ）の中で最低の電圧になるまで、トランジスタＴ（Ｋ）がオンされて、単電池がそれぞれ放電される。
【００３８】
Ｓ１０６にて、ＣＰＵ１１２はテスト放電条件を満足したか否かを判断する。この判断は、均等化処理が完了した後であって、負荷４００と組電池３００とが、切り離されているか否かにより判断される。テスト放電条件を満足していると（Ｓ１０６にてＹＥＳ）、処理はＳ１０８へ移される。もしそうでないと（Ｓ１０６にてＮＯ）、処理はＳ１０６へ戻され、テスト放電条件を満足するまで待つ。
【００３９】
Ｓ１０８にて、ＣＰＵ１１２は、トランジスタＴ（Ｋ）（Ｋ＝１〜Ｎ）をオンする。Ｓ１１０にて、ＣＰＵ１１２は、タイマをスタートさせる。Ｓ１１２にて、ＣＰＵ１１２は、タイマスタートから予め定められた時間が経過したか否かを判断する。タイマスタートから予め定められた時間が経過すると（Ｓ１１２にてＹＥＳ）、処理はＳ１１４へ移される。もしそうでないと（Ｓ１１２にてＮＯ）、処理はＳ１１２へ戻され、タイマスタートから予め定められた時間が経過するまで待つ。
【００４０】
Ｓ１１４にて、ＣＰＵ１１２は、トランジスタＴ（Ｋ）（Ｋ＝１〜Ｎ）をオフする。Ｓ１１６にて、ＣＰＵ１１２は、変数Ｋを初期化（Ｋ＝１）する。Ｓ１１８にて、ＣＰＵ１１２はＫ番目の単電池の電圧ＶＢ（Ｋ）を検知する。Ｓ１２０にて、ＣＰＵ１１２は、Ｋ番目の単電池の電圧ＶＢ（Ｋ）が、予め定められた、電圧に関するしきい値ＶＢＬＩＭよりも低いか否かを判断する。Ｋ番目の単電池の電圧ＶＢ（Ｋ）がしきい値ＶＢＬＩＭよりも低い場合には（Ｓ１２０にてＹＥＳ）、処理はＳ１２２へ移される。もしそうでないと（Ｓ１２０にてＮＯ）、処理はＳ１２４へ移される。
【００４１】
Ｓ１２２にて、ＣＰＵ１１２は、Ｋ番目の単電池の異常フラグをセットする。Ｓ１２４にて、ＣＰＵ１１２は、変数Ｋに１を加算する。Ｓ１２６にて、ＣＰＵ１１２は、変数Ｋが単電池の個数Ｎよりも大きいか否かを判断する。変数Ｋが単電池の個数Ｎよりも大きい場合には（Ｓ１２６にてＹＥＳ）、処理はＳ１２８へ移される。もしそうでないと（Ｓ１２６にてＮＯ）、処理はＳ１１８へ戻され、次の単電池についての処理が行なわれる。
【００４２】
Ｓ１２８にて、ＣＰＵ１１２は、異常フラグがセットされた単電池を異常としてＲＡＭ１１６に記憶する。その後、ＣＰＵ１１２は、インジケータ１２０に対して単電池の異常に関する情報を表示させる。
【００４３】
以上のような構造およびフローチャートに基づく本実施の形態に係る電池ＥＣＵのＣＰＵ１１２の動作について説明する。
【００４４】
車両が停止してイグニッションスイッチがオフなどされると、各単電池の電圧ＶＢ（Ｋ）（Ｋ＝１〜Ｎ）が検知される（Ｓ１００）。電圧ＶＢのばらつきがΔＶよりも小さいと（Ｓ１０２にてＹＥＳ）、均等化処理は行なわれずテスト放電条件が満足しているか否かが判断される（Ｓ１０６）。
【００４５】
テスト放電条件が満足されていると（Ｓ１０６にてＹＥＳ）、トランジスタＴ（Ｋ）（Ｋ＝１〜Ｎ）がオンされる（Ｓ１０８）。タイマがスタートされ（Ｓ１１０）、予め定められた時間が経過すると（Ｓ１１２にてＹＥＳ）、トランジスタＴ（Ｋ）（Ｋ＝１〜Ｎ）がオフされる（Ｓ１１４）。Ｋ番目の単電池の電圧ＶＢ（Ｋ）が検知される（Ｓ１１８）。検知された電圧ＶＢ（Ｋ）が予め定められたしきい値ＶＢＬＩＭよりも低い場合には（Ｓ１２０にてＹＥＳ）、Ｋ番目の単電池の異常フラグがセットされる（Ｓ１２２）。
【００４６】
このとき、図３を用いて説明したように、単電池において同じ放電量を放電した場合であっても、初期状態のリチウム電池に比べて劣化したリチウム電池は、より低くＯＣＶが測定される。そのため、Ｋ番目の単電池の電圧ＶＢ（Ｋ）が予め定められたしきい値ＶＢＬＩＭよりも低い場合には、その単電池が劣化しているものとして異常フラグがセットされる。このような処理が、単電池の個数Ｎ回だけ繰返し行なわれる。すべての単電池についての処理が行なわれると、異常フラグがセットされた単電池を異常としてＲＡＭ１１６に記憶される（Ｓ１２８）。
【００４７】
以上のようにして、本実施の形態に係る異常検出装置によると、均等化回路により単電池の容量のばらつきをなくした後、その均等化回路の単電池にそれぞれ対応して設けられた抵抗を用いて同じ時間だけ放電する。このとき、均等化回路の抵抗は同じ抵抗値であるため、同じ放電時間だけ放電すると同じ電気量ΔＱが放電される。複数の単電池において同じ電気量ΔＱを放電した場合に、より多くＯＣＶが低下した電池は満充電容量が低下した電池として判断できる。
【００４８】
なお、本実施の形態においては、テスト放電後の単電池の電圧ＶＢ（Ｋ）が予め定められたしきい値ＶＢＬＩＭよりも低い場合に満充電容量が低下した単電池と判断したが、本発明はこれに限定されない。本発明は、テスト放電後の単電池の電圧ＶＢ（Ｋ）がその組電池を構成する他の電池よりも相対的に低い場合に、満充電容量が低下した単電池と判断する、すべての判断方法を含む。
【００４９】
＜第２の実施の形態＞
以下、本発明の第２の実施の形態に係る組電池の異常検出システムを示す。図５に示すように、本実施の形態に係る異常検知システムは、第１の実施の形態に係る異常検出装置１００を含む。この異常検出装置１００は、第１の実施の形態の組電池３００である３６ボルトバッテリ３０２に接続される。３６ボルトバッテリ３０２は、それぞれの単電池Ｂ（１）〜Ｂ（Ｎ）に内部抵抗ＲＢ（１）〜ＲＢ（Ｎ）を含む。また、リレー２００は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５００に接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータ５００は１２ボルトバッテリ６００に接続される。
【００５０】
リレー２００がオンされると、３６ボルトバッテリ３０２からＤＣ／ＤＣコンバータ５００を介して１２ボルトバッテリ６００に大電流が流れる。これ以外のハードウェア構成については、前述の第１の実施の形態に係る異常検知システムにおけるハードウェア構成と同じであるため、ここでの詳細な説明は繰返さない。
【００５１】
図６を参照して、本実施の形態に係る異常検出装置１００の電池ＥＣＵ１１０で実行されるプログラムの制御構造について説明する。なお、図６に示すフローチャートの中で、前述の図４に示したフローチャートと同じ処理については同じステップ番号を付してある。それらについての処理も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰返さない。
【００５２】
Ｓ２００にて、ＣＰＵ１１２は、リレー２００をオンして、ＤＣ／ＤＣコンバータ５００に電力を供給してテスト放電を開始する。Ｓ２０２にて、ＣＰＵ１１２は、変数Ｋを初期化（Ｋ＝１）する。Ｓ２０４にて、ＣＰＵ１１２は、Ｋ番目の電池の電圧ＶＢ（Ｋ）を検知する。Ｓ２０６にて、ＣＰＵ１１２は、電圧ＶＢ（Ｋ）をＲＡＭ１１６に記憶する。Ｓ２０８にて、ＣＰＵ１１２は、変数Ｋに１を加算する。Ｓ２１０にて、ＣＰＵ１１２は、変数Ｋが単電池の個数Ｎよりも大きいか否かを判断する。変数Ｋが単電池の個数Ｎよりも大きい場合には（Ｓ２１０にてＹＥＳ）、処理はＳ２１２へ移される。もしそうでないと（Ｓ２１０にてＮＯ）、処理はＳ２０４へ戻され、次の単電池についての処理が行なわれる。
【００５３】
Ｓ２１２にて、ＣＰＵ１１２は、リレー２００をオフして、テスト放電を終了させる。Ｓ２１４にて、ＣＰＵ１１２は、Ｎ個の単電池の中で最低電圧ＶＢＭＩＮを判定する。この最低電圧であると判定された単電池は、電池の内部抵抗の上昇による電圧降下が最も小さく、組電池の中で最も劣化していない単電池である。
【００５４】
Ｓ２１６にて、ＣＰＵ１１２は、変数Ｋを初期化（Ｋ＝１）する。Ｓ２１８にて、ＣＰＵ１１２は、評価値Ｅを、Ｅ＝電圧ＶＢ（Ｋ）／ＶＢＭＩＮとして算出する。Ｓ２２０にて、ＣＰＵ１１２は、評価値Ｅが予め定められたしきい値ＥＭＡＸよりも大きいか否かを判断する。評価値Ｅが予め定められたしきい値ＥＭＡＸよりも大きい場合には（Ｓ２２０にてＹＥＳ）、処理はＳ２２２へ移される。もしそうでないと（Ｓ２２０にてＮＯ）、処理はＳ２２４へ移される。このとき、１番目の電池Ｂ（１）に付随する内部抵抗ＲＢ（１）よりも電池Ｂ（２）に付随する内部抵抗ＲＢ（２）の方が大きい場合には、２番目の電池Ｂ（２）において電池の内部抵抗による電圧降下がより大きく発生する。そのため、電圧ＶＢ（Ｋ）が高く検知される。その結果、２番目の電池Ｂ（２）の評価値Ｅが、１番目の電池Ｂ（１）の評価値Ｅよりも大きく算出される。
【００５５】
Ｓ２２２にて、ＣＰＵ１１２は、Ｋ番目の単電池の異常フラグをセットする。Ｓ２２４にて、ＣＰＵ１１２は、変数Ｋに１を加算する。Ｓ２２６にて、ＣＰＵ１１２は、変数Ｋが単電池の個数Ｎよりも大きいか否かを判断する。変数Ｋが単電池の個数Ｎよりも大きい場合には（Ｓ２２６にてＹＥＳ）、処理はＳ１２８へ移される。もしそうでないと（Ｓ２２６にてＮＯ）、処理はＳ２１８へ戻され、次の単電池についての処理が行なわれる。
【００５６】
以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る異常検出装置１００のＣＰＵ１１２の動作について説明する。
【００５７】
車両が停止してイグニッションスイッチがオフされるなどの条件が整うと、各単電池の電圧ＶＢ（Ｋ）（Ｋ＝１〜Ｎ）が検知される（Ｓ１００）。電圧ＶＢのばらつきがΔＶよりも小さいと（Ｓ１０２にてＹＥＳ）、均等化処理が行なわれず、リレー２００がオンされて、ＤＣ／ＤＣコンバータ５００に３６ボルトバッテリから電力が供給されてテスト放電が開始される（Ｓ２００）。この状態でＫ番目の単電池の電圧ＶＢ（Ｋ）が検知され（Ｓ２０４）、検知された電圧ＶＢ（Ｋ）がＲＡＭ１１６に記憶される（Ｓ２０６）。このような処理が、すべての単電池について繰返し行なわれる。
【００５８】
その後、リレー２００がオフされテスト放電が終了する（Ｓ２１２）。Ｎ個の単電池の中で最低電圧ＶＢＭＩＮが判定される（Ｓ２１４）。それぞれの単電池についてＲＡＭ１１６に記憶された電圧ＶＢ（Ｋ）をＶＢＭＩＮで除算して、評価値Ｅが算出される（Ｓ２１８）。算出された評価値Ｅが予め定められたしきい値ＥＭＡＸよりも大きいと（Ｓ２２０にてＹＥＳ）、Ｋ番目の単電池の異常フラグがセットされる（Ｓ２２２）。このような処理が、すべての単電池に対して繰返し実行される。
【００５９】
以上のようにして、本実施の形態に係る組電池の異常検出装置によると、組電池に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータなどを用いて、たとえば１００アンペア程度の大電流を流したときの各単電池の電圧を測定する。経時的な変化により単電池の内部抵抗が上昇した単電池においては電圧降下として現われる電圧ＶＢ（Ｋ）が大きく測定される。内部抵抗による電圧降下が大きい電池は、劣化した電池であるとしての異常フラグがセットされ、組電池を構成する単電池の異常を検出することができる。
【００６０】
なお、本実施の形態においては、大電流を流している場合の、最低電圧ＶＢＭＩＮ単電池に対する電圧ＶＢ（Ｋ）の比率である評価値Ｅが、予め定められたしきい値ＥＭＡＸよりも大きい場合に、内部抵抗が上昇した単電池と判断したが、本発明はこれに限定されない。本発明は、テスト放電中の単電池の電圧ＶＢ（Ｋ）が、その組電池を構成する他の電池よりも相対的に高い場合に、内部抵抗が上昇した単電池と判断する、すべての判断方法を含む。
【００６１】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて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およ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。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態に係る異常検出システムの制御ブロック図である。
【図２】 ＳＯＣとＯＣＶとの関係を表わす図である。
【図３】 容量とＯＣＶとの関係を表わす図である。
【図４】 本発明の第１の実施の形態に係る異常検出システムの電池ＥＣＵで実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャートである。
【図５】 本発明の第２の実施の形態に係る異常検出システムの制御ブロック図である。
【図６】 本発明の第２の実施の形態に係る異常検出システムの電池ＥＣＵで実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１００ 異常検出装置、１１０ 電池ＥＣＵ、１１２ ＣＰＵ、１１４ ＲＯＭ、１１６ ＲＡＭ、２００ リレー、３００ 組電池、３０２ ３６Ｖバッテリ、４００ 負荷、５００ ＤＣ／ＤＣコンバータ、６００ １２Ｖバッテリ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、組電池の異常検出装置に関し、特に、複数の単電池を直列に接続して構成される組電池の異常を検出する異常検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両に搭載されて駆動源に電力を供給したり、補機に電力供給したりする電池として、複数の単電池を直列に接続して構成される組電池がある。このような組電池を構成する単電池は、各単電池の使用の経過に伴って、劣化する、この劣化は、電池内部の活物質の腐食などにより発生し、満充電容量の低下や電池の内部抵抗の上昇などの現象が表れる。
【０００３】
また、単電池の自己放電電流のばらつきや、単電池に付設される単電池電圧検出回路の消費電流のばらつき等に起因して単電池個々の電圧がばらつく。これに加えて、充電効率のばらつきにより単電池個々の電圧がばらつく。このような単電池からなる組電池の電圧アンバランスを解消する均等化装置が提案されている。この均等化装置では、単電池毎に電圧を検出し、最低電圧の単電池とほぼ同じ電圧となるよう他の単電池を放電することにより、各単電池の電圧アンバランスを解消する。
【０００４】
さらに、こうした組電池の均等化装置に関して、特開２００２−１０５１２号公報は、組電池の容量を調整する方法を開示する。
【０００５】
この公報に開示された容量調整方法は、組電池を構成する単電池の開放電圧の最低電圧値を容量調整目標値として設定する設定ステップと、各単電池毎に目標値との偏差に対応した放電時間を算出する算出ステップと、算出された放電時間だけ放電させる放電ステップと、他の多数の単電池よりもも相対的に電圧低下量が大きいけれども、時間の経過に順次対応して他の多数の単電池の電圧と同レベルへ近づいていく単電池を異常ではないと、最大電圧値と最低電圧値を除く単電池の電圧の平均で求めるからしきい値を越えるほどに開放電圧が低下する単電池を異常であると判断する判断ステップとを含む。
【０００６】
この容量調整方法では、単電池毎に放電時間を算出し、放電後の開放電圧に基づいて、正常な電圧低下量にある単電池と異常な電圧低下量の単電池とを明確に識別して、異常が発生している単電池を検出することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の公報に開示された異常検出装置では、放電時間を各単電池毎に算出しなければならず、異常検出装置の構成が複雑になる。
【０００８】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、組電池を構成する単電池の異常を容易かつ正確に検出することができる、組電池の異常検出装置および異常検出方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係る異常検出装置は、複数の単電池を直列に接続して構成される組電池の異常を検出する。この異常検出装置は、複数の単電池の容量の均等化を図るための容量均等化手段と、各単電池の容量が均等化された状態から、各単電池を均一に放電した際に測定した各単電池の電圧に基づいて、組電池を構成する単電池の異常を判定するための異常判定手段とを含む。
【００１０】
第１の発明によると、容量均等化手段により各単電池の容量が均等化された状態から、各単電池における放電量を均一にして放電させる。このとき、たとえば、容量均等化手段に含まれる各単電池に対応付けて設けられた抵抗（抵抗値は同じ）に同じ放電時間だけ放電させる。このようにして同じ放電量を放電した場合、劣化して満充電容量が低下した単電池における開放電圧の低下は、初期状態の単電池における開放電圧の低下よりも大きい。このため、満充電容量が低下して大きく開放電圧が低下した単電池を、劣化した電池であって異常と判断できる。また、たとえば、組電池を大容量の負荷に接続して大電流で放電した場合、劣化して内部抵抗が大きくなった単電池における電圧降下は、初期状態の単電池における電圧降下よりも大きい。このため、単電池の内部抵抗が上昇して、大きく開放電圧が低下した単電池を、劣化した電池であって異常と判断できる。その結果、組電池を構成する単電池の異常を容易かつ正確に検出することができる、組電池の異常検出装置を提供することができる。
【００１１】
第２の発明に係る組電池の異常検出装置は、第１の発明の構成に加えて、異常判定手段は、各単電池の容量が均等化された状態から、容量均等化手段を用いて各単電池を同じ量だけ放電した際に測定した各単電池の電圧に基づいて、組電池を構成する単電池の異常を判定するための手段を含む。
【００１２】
第２の発明によると、容量均等化手段により各単電池の容量が均等化された状態から、各単電池における放電量を均一にして放電させる。このとき、容量均等化手段に含まれる各単電池に対応付けて設けられた抵抗（抵抗値は同じ）に同じ放電時間だけ放電させる。このようにして同じ放電量を放電した場合、劣化して満充電容量が低下した単電池における開放電圧の低下は、初期状態の単電池における開放電圧の低下よりも大きい。このため、満充電容量が低下して大きく開放電圧が低下した単電池を、劣化した電池であって異常と判断できる。その結果、組電池を構成する単電池の異常を容易かつ正確に検出することができる、組電池の異常検出装置を提供することができる。
【００１３】
第３の発明に係る組電池の異常検出装置は、第１の発明の構成に加えて、異常判定手段は、各単電池の容量が均等化された状態から、組電池を大容量の負荷に接続することにより放電した際に測定した各単電池の電圧に基づいて、組電池を構成する単電池の異常を判定するための手段を含む。
【００１４】
第３の発明によると、容量均等化手段により各単電池の容量が均等化された状態から、各単電池における放電量を均一にして放電させる。このとき、組電池を大容量の負荷に接続して大電流で放電した場合、劣化して内部抵抗が大きくなった単電池における電圧降下は、初期状態の単電池における電圧降下よりも大きい。このため、単電池の内部抵抗が上昇して大きく開放電圧が低下した単電池を、劣化した電池であって異常と判断できる。その結果、組電池を構成する単電池の異常を容易かつ正確に検出することができる、組電池の異常検出装置を提供することができる。
【００１５】
第４の発明に係る組電池の異常検出装置は、第１〜第３のいずれかの発明の構成に加えて、単電池は、リチウム電池であるものである。
【００１６】
第４の発明によると、複数のリチウム電池から構成される組電池の異常を正確に検出できる異常検出装置を提供できる。
【００１７】
第５の発明に係る異常検出方法は、複数の単電池を直列に接続して構成される組電池の異常を検出する。この異常検出方法は、複数の単電池の容量の均等化を図る容量均等化ステップと、各単電池の容量が均等化された状態から、各単電池を均一に放電した際に測定した各単電池の電圧に基づいて、組電池を構成する単電池の異常を判定する異常判定ステップとを含む。
【００１８】
第５の発明によると、容量均等化ステップにて各単電池の容量が均等化された状態から、各単電池における放電量を均一にして放電させる。このとき、たとえば、容量均等化ステップにて使用される、各単電池に対応付けて設けられた抵抗（抵抗値は同じ）に同じ放電時間だけ放電させる。このようにして同じ放電量を放電した場合、劣化して満充電容量が低下した単電池における開放電圧の低下は、初期状態の単電池における開放電圧の低下よりも大きい。このため、満充電容量が低下して、大きく開放電圧が低下した単電池を、劣化した電池であって異常と判断できる。また、たとえば、組電池を大容量の負荷に接続して大電流で放電した場合、劣化して内部抵抗が大きくなった単電池における電圧降下は、初期状態の単電池における電圧降下よりも大きい。このため、単電池の内部抵抗が上昇して大きく開放電圧が低下した単電池を、劣化した電池であって異常と判断できる。その結果、組電池を構成する単電池の異常を容易かつ正確に検出することができる、組電池の異常検出方法を提供することができる。
【００１９】
第６の発明に係る異常検出方法は、第５の発明の構成に加えて、異常判定ステップは、各単電池の容量が均等化された状態から、容量均等化ステップを用いて各単電池を同じ量だけ放電した際に測定した各単電池の電圧に基づいて、組電池を構成する単電池の異常を判定するステップを含む。
【００２０】
第６の発明によると、容量均等化ステップにて各単電池の容量が均等化された状態から、各単電池における放電量を均一にして放電させる。このとき、容量均等化ステップにて使用される、各単電池に対応付けて設けられた抵抗（抵抗値は同じ）に同じ放電時間だけ放電させる。このようにして同じ放電量を放電した場合、劣化して満充電容量が低下した単電池における開放電圧の低下は、初期状態の単電池における開放電圧の低下よりも大きい。このため、満充電容量が低下して大きく開放電圧が低下した単電池を、劣化した電池であって異常と判断できる。その結果、組電池を構成する単電池の異常を容易かつ正確に検出することができる、組電池の異常検出方法を提供することができる。
【００２１】
第７の発明に係る異常検出方法が、第５の発明の構成に加えて、異常判定ステップは、各単電池の容量が均等化された状態から、組電池を大容量の負荷に接続することにより放電した際に測定した各単電池の電圧に基づいて、組電池を構成する単電池の異常を判定するステップを含む。
【００２２】
第７の発明によると、容量均等化ステップにて各単電池の容量が均等化された状態から、各単電池における放電量を均一にして放電させる。このとき、組電池を大容量の負荷に接続して大電流で放電した場合、劣化して内部抵抗が大きくなった単電池における電圧降下は、初期状態の単電池における電圧降下よりも大きい。このため、単電池の内部抵抗が上昇して大きく開放電圧が低下した単電池を、劣化した電池であって異常と判断できる。その結果、組電池を構成する単電池の異常を容易かつ正確に検出することができる、組電池の異常検出方法を提供することができる。
【００２３】
第８の発明に係る異常検出方法が、第５〜第７のいずれかの発明の構成に加えて、単電池は、リチウム電池であるものである。
【００２４】
第８の発明によると、複数のリチウム電池から構成される組電池の異常を正確に検出できる異常検出方法を提供できる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。なお、以下の説明では、リチウム電池により組電池が構成されているとして説明するがこれに限定されない。また、この組電池は車両に搭載されているものとして説明する。
【００２６】
＜第１の実施の形態＞
図１に、本実施の形態に係る組電池の異常検出システムを示す。この異常検出システムは、リレー２００と、組電池３００と、リレー２００を介して負荷４００に接続された組電池３００の異常を検出する異常検出装置１００とを含む。Ｎ（Ｎは自然数）個の単電池が、直列に接続されている。異常検出装置１００は、組電池３００を構成する単電池Ｂ（１）〜Ｂ（Ｎ）の接続点と導電ラインＬ（０）〜Ｌ（Ｎ）を介して接続された電池ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１１０と、導電ラインＬ（０）〜Ｌ（Ｎ）間に各々直列に接続されたトランジスタＴ（１）〜Ｔ（Ｎ）と抵抗Ｒ（１）〜Ｒ（Ｎ）とを含む。なお、抵抗Ｒ（１）〜Ｒ（Ｎ）の抵抗値は、すべて同じである。
【００２７】
組電池３００は、リチウム電池である単電池Ｂ（１）〜Ｂ（Ｎ）を直列に接続して構成されている。組電池３００には、リレー２００を介して負荷４００が接続される。
【００２８】
電池ＥＣＵ１１０は、ＣＰＵ１１２と、ＣＰＵ１１２で実行されるプログラムを記憶したＲＯＭ（Read Only Memory）１１４と、一時的にデータを記憶するＲＡＭ(Random Access Memory)１１６とを含む。この電池ＥＣＵ１００からは、組電池３００の異常を表示するインジケータ１２０への点灯信号や各トランジスタＴ（１）〜Ｔ（Ｎ）へのオンオフ信号などが出力ポートを介して出力される。
【００２９】
電池ＥＣＵ１００からのオンオフ信号によりトランジスタＴ（１）〜Ｔ（Ｎ）がオンされると、オンされたトランジスタを介して直列に接続された抵抗に電流が流れて、電力が消費される。
【００３０】
電池ＥＣＵ１１０のＣＰＵ１１２は、各単電池Ｂ（１）〜Ｂ（Ｎ）の電圧ＶＢ（１）〜ＶＢ（Ｎ）を検出する。ＣＰＵ１１２は、各単電池Ｂ（１）〜Ｂ（Ｎ）の電圧ＶＢ（１）〜ＶＢ（Ｎ）を、導電ラインＬ（０）〜Ｌ（Ｎ）のライン間の電位差として検出する。
【００３１】
電池ＥＣＵ１１０のＣＰＵ１１２は、予め定められたタイミングから、設定された充電時間が経過をしたことを計測することができるタイマを内蔵する。ＣＰＵ１１２は、このタイマにより、均等化処理後のテスト放電時間の完了を検知する。抵抗Ｒ（１）〜Ｒ（Ｎ）の抵抗値は、すべて同じであるので、放電量と放電時間とは相関関係を有する。以下の説明では、放電量を直接検知しないで、均等化処理後に、均等化回路の抵抗Ｒ（１）〜Ｒ（Ｎ）を用いて、各単電池に共通する放電時間だけ放電して、その放電時間経過後の各単電池の電圧に基づいて異常な単電池を検出するとして説明するが、本発明はこれに限定されない。たとえば、放電時間以外の物理量を検知してその物理量に基づいて放電量を算出して、その放電量が各単電池において均一になるように放電した後の電圧に基づいて異常な単電池を検出するものであってもよい。
【００３２】
図２を参照して、本実施の形態に係る組電池の異常検出システムで異常を検出する対象であるリチウム電池のＳＯＣ（States Of Charge）とＯＣＶ(Open Current Voltage)との関係について説明する。図２に示すように、横軸にＳＯＣを縦軸にＯＣＶをとった場合、リチウム電池は、ＳＯＣの上昇に従ってＯＣＶが上昇する傾向を有する。測定されたＯＣＶが４．１ボルトの場合にはＳＯＣが１００％という関係を有する。
【００３３】
図３を参照して、リチウム電池の容量とＯＣＶとの関係について説明する。図３には、初期状態のリチウム電池と、劣化状態にあるリチウム電池とについて、容量とＯＣＶの関係を示す。初期状態にあり劣化していないリチウム電池においては、計測されたＯＣＶが４．１ボルトの場合に満充電となり約１２Ａｈの電気量を充電した状態にある。一方、経時的な変化により劣化して満充電容量が低下したリチウム電池においては、測定されたＯＣＶが４．１ボルトであっても、充電された電気容量は８Ａｈ程度である。すなわち、リチウム電池のＯＣＶが同じ４．１ボルトと測定された場合であっても、初期状態のリチウム電池は１２Ａｈ、劣化したリチウム電池は８Ａｈの容量が充電された状態である。
【００３４】
図３に示すように、リチウム電池を充電することにより容量もＯＣＶも上昇し、リチウム電池から放電することにより容量もＯＣＶも下降する。また、図３に示すように、初期状態にあるリチウム電池および劣化状態にあるリチウム電池に対して、満充電状態から同じ放電量ΔＱをそれぞれ放電すると、初期状態のリチウム電池のＯＣＶよりも劣化状態のリチウム電池のＯＣＶが低くなる。
【００３５】
図４を参照して、本実施の形態に係る組電池の異常検出装置１００の電池ＥＣＵ１１０で実行されるプログラムの制御構造について説明する。
【００３６】
ステップ（以下、ステップをＳと略す）１００にて、電池ＥＣＵ１１０のＣＰＵ１１２は、各単電池の電圧ＶＢ（Ｋ）（Ｋ＝１〜Ｎ）を検知する。Ｓ１０２にて、ＣＰＵ１１２は、電圧ＶＢのばらつきがΔＶよりも小さいか否かを判断する。電圧ＶＢのばらつきがΔＶよりも小さい場合には（Ｓ１０２にてＹＥＳ）、処理はＳ１０６へ移される。もしそうでないと（Ｓ１０２にてＮＯ）、処理はＳ１０４へ移される。
【００３７】
Ｓ１０４にて、ＣＰＵ１１２は、均等化回路を用いて均等化処理を行なう。このとき、各単電池の電圧が単電池の電圧ＶＢ（Ｋ）の中で最低の電圧になるまで、トランジスタＴ（Ｋ）がオンされて、単電池がそれぞれ放電される。
【００３８】
Ｓ１０６にて、ＣＰＵ１１２はテスト放電条件を満足したか否かを判断する。この判断は、均等化処理が完了した後であって、負荷４００と組電池３００とが、切り離されているか否かにより判断される。テスト放電条件を満足していると（Ｓ１０６にてＹＥＳ）、処理はＳ１０８へ移される。もしそうでないと（Ｓ１０６にてＮＯ）、処理はＳ１０６へ戻され、テスト放電条件を満足するまで待つ。
【００３９】
Ｓ１０８にて、ＣＰＵ１１２は、トランジスタＴ（Ｋ）（Ｋ＝１〜Ｎ）をオンする。Ｓ１１０にて、ＣＰＵ１１２は、タイマをスタートさせる。Ｓ１１２にて、ＣＰＵ１１２は、タイマスタートから予め定められた時間が経過したか否かを判断する。タイマスタートから予め定められた時間が経過すると（Ｓ１１２にてＹＥＳ）、処理はＳ１１４へ移される。もしそうでないと（Ｓ１１２にてＮＯ）、処理はＳ１１２へ戻され、タイマスタートから予め定められた時間が経過するまで待つ。
【００４０】
Ｓ１１４にて、ＣＰＵ１１２は、トランジスタＴ（Ｋ）（Ｋ＝１〜Ｎ）をオフする。Ｓ１１６にて、ＣＰＵ１１２は、変数Ｋを初期化（Ｋ＝１）する。Ｓ１１８にて、ＣＰＵ１１２はＫ番目の単電池の電圧ＶＢ（Ｋ）を検知する。Ｓ１２０にて、ＣＰＵ１１２は、Ｋ番目の単電池の電圧ＶＢ（Ｋ）が、予め定められた、電圧に関するしきい値ＶＢＬＩＭよりも低いか否かを判断する。Ｋ番目の単電池の電圧ＶＢ（Ｋ）がしきい値ＶＢＬＩＭよりも低い場合には（Ｓ１２０にてＹＥＳ）、処理はＳ１２２へ移される。もしそうでないと（Ｓ１２０にてＮＯ）、処理はＳ１２４へ移される。
【００４１】
Ｓ１２２にて、ＣＰＵ１１２は、Ｋ番目の単電池の異常フラグをセットする。Ｓ１２４にて、ＣＰＵ１１２は、変数Ｋに１を加算する。Ｓ１２６にて、ＣＰＵ１１２は、変数Ｋが単電池の個数Ｎよりも大きいか否かを判断する。変数Ｋが単電池の個数Ｎよりも大きい場合には（Ｓ１２６にてＹＥＳ）、処理はＳ１２８へ移される。もしそうでないと（Ｓ１２６にてＮＯ）、処理はＳ１１８へ戻され、次の単電池についての処理が行なわれる。
【００４２】
Ｓ１２８にて、ＣＰＵ１１２は、異常フラグがセットされた単電池を異常としてＲＡＭ１１６に記憶する。その後、ＣＰＵ１１２は、インジケータ１２０に対して単電池の異常に関する情報を表示させる。
【００４３】
以上のような構造およびフローチャートに基づく本実施の形態に係る電池ＥＣＵのＣＰＵ１１２の動作について説明する。
【００４４】
車両が停止してイグニッションスイッチがオフなどされると、各単電池の電圧ＶＢ（Ｋ）（Ｋ＝１〜Ｎ）が検知される（Ｓ１００）。電圧ＶＢのばらつきがΔＶよりも小さいと（Ｓ１０２にてＹＥＳ）、均等化処理は行なわれずテスト放電条件が満足しているか否かが判断される（Ｓ１０６）。
【００４５】
テスト放電条件が満足されていると（Ｓ１０６にてＹＥＳ）、トランジスタＴ（Ｋ）（Ｋ＝１〜Ｎ）がオンされる（Ｓ１０８）。タイマがスタートされ（Ｓ１１０）、予め定められた時間が経過すると（Ｓ１１２にてＹＥＳ）、トランジスタＴ（Ｋ）（Ｋ＝１〜Ｎ）がオフされる（Ｓ１１４）。Ｋ番目の単電池の電圧ＶＢ（Ｋ）が検知される（Ｓ１１８）。検知された電圧ＶＢ（Ｋ）が予め定められたしきい値ＶＢＬＩＭよりも低い場合には（Ｓ１２０にてＹＥＳ）、Ｋ番目の単電池の異常フラグがセットされる（Ｓ１２２）。
【００４６】
このとき、図３を用いて説明したように、単電池において同じ放電量を放電した場合であっても、初期状態のリチウム電池に比べて劣化したリチウム電池は、より低くＯＣＶが測定される。そのため、Ｋ番目の単電池の電圧ＶＢ（Ｋ）が予め定められたしきい値ＶＢＬＩＭよりも低い場合には、その単電池が劣化しているものとして異常フラグがセットされる。このような処理が、単電池の個数Ｎ回だけ繰返し行なわれる。すべての単電池についての処理が行なわれると、異常フラグがセットされた単電池を異常としてＲＡＭ１１６に記憶される（Ｓ１２８）。
【００４７】
以上のようにして、本実施の形態に係る異常検出装置によると、均等化回路により単電池の容量のばらつきをなくした後、その均等化回路の単電池にそれぞれ対応して設けられた抵抗を用いて同じ時間だけ放電する。このとき、均等化回路の抵抗は同じ抵抗値であるため、同じ放電時間だけ放電すると同じ電気量ΔＱが放電される。複数の単電池において同じ電気量ΔＱを放電した場合に、より多くＯＣＶが低下した電池は満充電容量が低下した電池として判断できる。
【００４８】
なお、本実施の形態においては、テスト放電後の単電池の電圧ＶＢ（Ｋ）が予め定められたしきい値ＶＢＬＩＭよりも低い場合に満充電容量が低下した単電池と判断したが、本発明はこれに限定されない。本発明は、テスト放電後の単電池の電圧ＶＢ（Ｋ）がその組電池を構成する他の電池よりも相対的に低い場合に、満充電容量が低下した単電池と判断する、すべての判断方法を含む。
【００４９】
＜第２の実施の形態＞
以下、本発明の第２の実施の形態に係る組電池の異常検出システムを示す。図５に示すように、本実施の形態に係る異常検知システムは、第１の実施の形態に係る異常検出装置１００を含む。この異常検出装置１００は、第１の実施の形態の組電池３００である３６ボルトバッテリ３０２に接続される。３６ボルトバッテリ３０２は、それぞれの単電池Ｂ（１）〜Ｂ（Ｎ）に内部抵抗ＲＢ（１）〜ＲＢ（Ｎ）を含む。また、リレー２００は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５００に接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータ５００は１２ボルトバッテリ６００に接続される。
【００５０】
リレー２００がオンされると、３６ボルトバッテリ３０２からＤＣ／ＤＣコンバータ５００を介して１２ボルトバッテリ６００に大電流が流れる。これ以外のハードウェア構成については、前述の第１の実施の形態に係る異常検知システムにおけるハードウェア構成と同じであるため、ここでの詳細な説明は繰返さない。
【００５１】
図６を参照して、本実施の形態に係る異常検出装置１００の電池ＥＣＵ１１０で実行されるプログラムの制御構造について説明する。なお、図６に示すフローチャートの中で、前述の図４に示したフローチャートと同じ処理については同じステップ番号を付してある。それらについての処理も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰返さない。
【００５２】
Ｓ２００にて、ＣＰＵ１１２は、リレー２００をオンして、ＤＣ／ＤＣコンバータ５００に電力を供給してテスト放電を開始する。Ｓ２０２にて、ＣＰＵ１１２は、変数Ｋを初期化（Ｋ＝１）する。Ｓ２０４にて、ＣＰＵ１１２は、Ｋ番目の電池の電圧ＶＢ（Ｋ）を検知する。Ｓ２０６にて、ＣＰＵ１１２は、電圧ＶＢ（Ｋ）をＲＡＭ１１６に記憶する。Ｓ２０８にて、ＣＰＵ１１２は、変数Ｋに１を加算する。Ｓ２１０にて、ＣＰＵ１１２は、変数Ｋが単電池の個数Ｎよりも大きいか否かを判断する。変数Ｋが単電池の個数Ｎよりも大きい場合には（Ｓ２１０にてＹＥＳ）、処理はＳ２１２へ移される。もしそうでないと（Ｓ２１０にてＮＯ）、処理はＳ２０４へ戻され、次の単電池についての処理が行なわれる。
【００５３】
Ｓ２１２にて、ＣＰＵ１１２は、リレー２００をオフして、テスト放電を終了させる。Ｓ２１４にて、ＣＰＵ１１２は、Ｎ個の単電池の中で最低電圧ＶＢＭＩＮを判定する。この最低電圧であると判定された単電池は、電池の内部抵抗の上昇による電圧降下が最も小さく、組電池の中で最も劣化していない単電池である。
【００５４】
Ｓ２１６にて、ＣＰＵ１１２は、変数Ｋを初期化（Ｋ＝１）する。Ｓ２１８にて、ＣＰＵ１１２は、評価値Ｅを、Ｅ＝電圧ＶＢ（Ｋ）／ＶＢＭＩＮとして算出する。Ｓ２２０にて、ＣＰＵ１１２は、評価値Ｅが予め定められたしきい値ＥＭＡＸよりも大きいか否かを判断する。評価値Ｅが予め定められたしきい値ＥＭＡＸよりも大きい場合には（Ｓ２２０にてＹＥＳ）、処理はＳ２２２へ移される。もしそうでないと（Ｓ２２０にてＮＯ）、処理はＳ２２４へ移される。このとき、１番目の電池Ｂ（１）に付随する内部抵抗ＲＢ（１）よりも電池Ｂ（２）に付随する内部抵抗ＲＢ（２）の方が大きい場合には、２番目の電池Ｂ（２）において電池の内部抵抗による電圧降下がより大きく発生する。そのため、電圧ＶＢ（Ｋ）が高く検知される。その結果、２番目の電池Ｂ（２）の評価値Ｅが、１番目の電池Ｂ（１）の評価値Ｅよりも大きく算出される。
【００５５】
Ｓ２２２にて、ＣＰＵ１１２は、Ｋ番目の単電池の異常フラグをセットする。Ｓ２２４にて、ＣＰＵ１１２は、変数Ｋに１を加算する。Ｓ２２６にて、ＣＰＵ１１２は、変数Ｋが単電池の個数Ｎよりも大きいか否かを判断する。変数Ｋが単電池の個数Ｎよりも大きい場合には（Ｓ２２６にてＹＥＳ）、処理はＳ１２８へ移される。もしそうでないと（Ｓ２２６にてＮＯ）、処理はＳ２１８へ戻され、次の単電池についての処理が行なわれる。
【００５６】
以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る異常検出装置１００のＣＰＵ１１２の動作について説明する。
【００５７】
車両が停止してイグニッションスイッチがオフされるなどの条件が整うと、各単電池の電圧ＶＢ（Ｋ）（Ｋ＝１〜Ｎ）が検知される（Ｓ１００）。電圧ＶＢのばらつきがΔＶよりも小さいと（Ｓ１０２にてＹＥＳ）、均等化処理が行なわれず、リレー２００がオンされて、ＤＣ／ＤＣコンバータ５００に３６ボルトバッテリから電力が供給されてテスト放電が開始される（Ｓ２００）。この状態でＫ番目の単電池の電圧ＶＢ（Ｋ）が検知され（Ｓ２０４）、検知された電圧ＶＢ（Ｋ）がＲＡＭ１１６に記憶される（Ｓ２０６）。このような処理が、すべての単電池について繰返し行なわれる。
【００５８】
その後、リレー２００がオフされテスト放電が終了する（Ｓ２１２）。Ｎ個の単電池の中で最低電圧ＶＢＭＩＮが判定される（Ｓ２１４）。それぞれの単電池についてＲＡＭ１１６に記憶された電圧ＶＢ（Ｋ）をＶＢＭＩＮで除算して、評価値Ｅが算出される（Ｓ２１８）。算出された評価値Ｅが予め定められたしきい値ＥＭＡＸよりも大きいと（Ｓ２２０にてＹＥＳ）、Ｋ番目の単電池の異常フラグがセットされる（Ｓ２２２）。このような処理が、すべての単電池に対して繰返し実行される。
【００５９】
以上のようにして、本実施の形態に係る組電池の異常検出装置によると、組電池に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータなどを用いて、たとえば１００アンペア程度の大電流を流したときの各単電池の電圧を測定する。経時的な変化により単電池の内部抵抗が上昇した単電池においては電圧降下として現われる電圧ＶＢ（Ｋ）が大きく測定される。内部抵抗による電圧降下が大きい電池は、劣化した電池であるとしての異常フラグがセットされ、組電池を構成する単電池の異常を検出することができる。
【００６０】
なお、本実施の形態においては、大電流を流している場合の、最低電圧ＶＢＭＩＮ単電池に対する電圧ＶＢ（Ｋ）の比率である評価値Ｅが、予め定められたしきい値ＥＭＡＸよりも大きい場合に、内部抵抗が上昇した単電池と判断したが、本発明はこれに限定されない。本発明は、テスト放電中の単電池の電圧ＶＢ（Ｋ）が、その組電池を構成する他の電池よりも相対的に高い場合に、内部抵抗が上昇した単電池と判断する、すべての判断方法を含む。
【００６１】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて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およ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。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態に係る異常検出システムの制御ブロック図である。
【図２】 ＳＯＣとＯＣＶとの関係を表わす図である。
【図３】 容量とＯＣＶとの関係を表わす図である。
【図４】 本発明の第１の実施の形態に係る異常検出システムの電池ＥＣＵで実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャートである。
【図５】 本発明の第２の実施の形態に係る異常検出システムの制御ブロック図である。
【図６】 本発明の第２の実施の形態に係る異常検出システムの電池ＥＣＵで実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１００ 異常検出装置、１１０ 電池ＥＣＵ、１１２ ＣＰＵ、１１４ ＲＯＭ、１１６ ＲＡＭ、２００ リレー、３００ 組電池、３０２ ３６Ｖバッテリ、４００ 負荷、５００ ＤＣ／ＤＣコンバータ、６００ １２Ｖバッテリ。
Claims (8)
- 複数の単電池を直列に接続して構成される組電池の異常を検出する異常検出装置であって、
前記複数の単電池の容量の均等化を図るための容量均等化手段と、
各前記単電池の容量が均等化された状態から、各前記単電池を均一に放電した際に測定した各前記単電池の電圧に基づいて、前記組電池を構成する単電池の異常を判定するための異常判定手段とを含む、組電池の異常検出装置。 - 前記異常判定手段は、各前記単電池の容量が均等化された状態から、前記容量均等化手段を用いて各前記単電池を同じ量だけ放電した際に測定した各前記単電池の電圧に基づいて、前記組電池を構成する単電池の異常を判定するための手段を含む、請求項１に記載の組電池の異常検出装置。
- 前記異常判定手段は、各前記単電池の容量が均等化された状態から、前記組電池を大容量の負荷に接続することにより放電した際に測定した各前記単電池の電圧に基づいて、前記組電池を構成する単電池の異常を判定するための手段を含む、請求項１に記載の組電池の異常検出装置。
- 前記単電池は、リチウム電池である、請求項１〜３のいずれかに記載の組電池の異常検出装置。
- 複数の単電池を直列に接続して構成される組電池の異常を検出する異常検出方法であって、
前記複数の単電池の容量の均等化を図る容量均等化ステップと、
各前記単電池の容量が均等化された状態から、各前記単電池を均一に放電した際に測定した各前記単電池の電圧に基づいて、前記組電池を構成する単電池の異常を判定する異常判定ステップとを含む、組電池の異常検出方法。 - 前記異常判定ステップは、各前記単電池の容量が均等化された状態から、前記容量均等化ステップを用いて各前記単電池を同じ量だけ放電した際に測定した各前記単電池の電圧に基づいて、前記組電池を構成する単電池の異常を判定するステップを含む、請求項５に記載の組電池の異常検出方法。
- 前記異常判定ステップは、各前記単電池の容量が均等化された状態から、前記組電池を大容量の負荷に接続することにより放電した際に測定した各前記単電池の電圧に基づいて、前記組電池を構成する単電池の異常を判定するステップを含む、請求項５に記載の組電池の異常検出方法。
- 前記単電池は、リチウム電池である、請求項５〜７のいずれかに記載の組電池の異常検出方法。
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