JP2005322456A - 異常セル検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】各セルの容量を考慮して、セルの劣化度を求める。
【解決手段】セル電圧検出部３ａは、第１のタイミング、および、第１のタイミングから所定時間以上経過した後の第２のタイミングにおいて、組電池１に負荷が接続されていない状態における各セルＳ１〜Ｓｎの電圧を検出する。異常セル検知部３ｂは、セル電圧検出部３ａによって第１および第２のタイミングで検出された電圧の差を算出し、算出した電圧差と、メモリ３ｃに予め格納されている各セルの初期容量とに基づいて、各セルの劣化度を算出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、組電池を構成する複数のセルの異常を検出する装置に関する。

従来、組電池が無負荷の状態における２つのタイミングにおいて各セルの電圧を検出し、異なるタイミングにおいて検出した電圧の差を算出することにより、セルの自己放電量を調べて、セルの劣化度を検知する劣化度検知装置が知られている（特許文献１参照）。

特開２００３−２４３０４２号公報

しかしながら、セルの自己放電による電圧変化は、各セルの容量に依存するため、従来の劣化度検知装置のように、異なるタイミングにおいて検出した電圧差に基づいてセルの劣化度を検知する方法では、正確に劣化度を検知することができず、劣化度の低い正常なセルが劣化度の高い異常セルと誤判定される可能性があるという問題があった。

本発明による異常セル検出装置は、第１のタイミング、および、第１のタイミングから所定時間以上経過した後の第２のタイミングにおいて、組電池に負荷が接続されていない状態における各セルの電圧を検出して、両者の電圧差を算出し、算出した電圧差と各セルの初期容量とに基づいて、異常セルを検出することを特徴とする。

本発明による異常セル検出装置によれば、異なるタイミングにおいて検出された無負荷時のセルの電圧差を算出し、算出した電圧差と各セルの初期容量とに基づいて、異常セルを検出するので、異常セルを確実に検出することができる。

図１は、本発明による異常セル検出装置の一実施の形態の構成を示す図である。以下では、一実施の形態における異常セル検出装置を電気自動車に適用した例について説明する。一実施の形態における異常セル検出装置は、組電池１と、車両強電システム２と、バッテリコントローラ３と、インジケータ４とを備える。組電池１は、例えば、リチウムイオンバッテリであり、ｎ（ｎは２以上の自然数）個のセルＳ1〜Ｓnを直列に接続して構成される。組電池１に蓄えられている電力は、後述する車両強電システムに供給される。また、車両強電システムにより発生される回生電力を用いて、組電池１を充電することができる。

車両強電システム２は、例えば、電気自動車の駆動源である交流モータや、直流電力を交流電力に変換して、交流モータに印加するインバータである。バッテリコントローラ３は、セル電圧検出部３ａと、異常セル検知部３ｂと、メモリ３ｃと、タイマ３ｄとを備える。

セル電圧検出部３ａは、各セルＳ1〜Ｓnの電圧を検出し、異常セル検知部３ｂに出力する。メモリ３ｃには、各セルの初期容量、すなわち、組電池１を製造した際に計測されたセルごとの容量が予め格納されている。異常セル検知部３ｂは、メモリ３ｃに格納されている各セルの初期容量と、セル電圧検出部３ａにより検出された各セルの電圧値とに基づいて、異常セルを検知する。異常セルの検知方法については、後述する。タイマ３ｄは、後述するように、図示しないイグニッションスイッチがオフされてから経過した時間を計測する。

インジケータ４は、バッテリコントローラ３の異常セル検知部３ｂからの指令に基づいて点灯し、異常セルが存在することをドライバに報知する。

図２は、バッテリコントローラ３の異常セル検知部３ｂにより行われる異常セル検知の処理内容を示す一実施の形態のフローチャートである。ステップＳ１０では、図示しないイグニッションスイッチがオンからオフになったか否かを判定する。イグニッションスイッチがオンのままであると判定するとステップＳ１０で待機し、オンからオフになったと判定すると、ステップＳ２０に進む。なお、イグニッションスイッチがオフになった後も、バッテリコントローラ３には、図示しない補助電源（例えば、１２Ｖバッテリ）から電力が供給されている。

ステップＳ２０では、セル電圧検出部３ａによって、無負荷状態における各セルＳ1〜Ｓnの電圧（開放電圧）を検出する。セル電圧検出部３ａにより検出されたセル電圧が異常セル検知部３ｂに入力されると、ステップＳ３０に進む。ステップＳ３０では、タイマ３ｄをスタートさせて、ステップＳ４０に進む。

ステップＳ４０では、図示しないイグニッションスイッチがオンされたか否かを判定する。イグニッションスイッチがオンされていないと判定するとステップＳ４０で待機し、オンされたと判定すると、ステップＳ５０に進む。

ステップＳ５０では、タイマ３ｄにより計測されている時間に基づいて、イグニッションスイッチがオフされてから所定時間が経過したか否かを判定する。一般に、セルの自己放電時の電圧変化量はｍＶ単位であるため、このステップでは、セルの電圧変化量を検出するために十分な時間が経過したか否かを判定する。ここでは、所定時間を８時間とする。イグニッションスイッチがオフされてから所定時間が経過したと判定するとステップＳ６０に進み、所定時間が経過していないと判定すると、異常セル検知処理を終了する。

ステップＳ６０では、再び、セル電圧検出部３ａによって、無負荷状態における各セルＳ1〜Ｓnの電圧を検出する。セル電圧検出部３ａにより検出されたセル電圧が異常セル検知部３ｂに入力されると、ステップＳ７０に進む。ステップＳ７０では、メモリ３ｃに格納されている各セルの初期容量を取得して、ステップＳ８０に進む。

ステップＳ８０では、単位容量あたりの電圧変化量Ｆを算出する。ここでは、各セルＳ1〜Ｓnの単位容量あたりの電圧変化量をそれぞれＦ1〜Ｆnと表記し、以下では、セルＳ1の単位容量あたりの電圧変化量Ｆ1を算出する方法について説明する。ステップＳ２０で検出したセルＳ1の電圧値をＶ1、ステップＳ６０で検出したセルＳ1の電圧値をＶ2、ステップＳ３０でタイマ３ｄをスタートさせてからステップＳ６０でセル電圧を検出するまでに経過した時間をＴ、ステップＳ７０で取得したセルＳ1の初期容量をＣ1とすると、単位容量あたりの電圧変化量Ｆ1は、次式（１）にて表される。
Ｆ1＝｛（Ｖ1−Ｖ2）／Ｔ｝／Ｃ1 （１）

ステップＳ８０では、上述した方法により、全てのセルＳ1〜Ｓnの単位容量あたりの電圧変化量Ｆ1〜Ｆnを算出する。全てのセルＳ1〜Ｓnの単位容量あたりの電圧変化量Ｆ1〜Ｆnを算出すると、ステップＳ９０に進む。ステップＳ９０では、ステップＳ８０で算出した単位容量あたりの電圧変化量Ｆ1〜Ｆnに基づいて、次式（２）により、平均値Ｆaを算出する。
Ｆa＝（Ｆ1＋Ｆ2＋…＋Ｆn）／ｎ （２）

ステップＳ９０に続くステップＳ１００では、全てのセルＳ1〜Ｓnの単位容量あたりの電圧変化量Ｆ1〜Ｆnの標準偏差σを次式（３）により算出する。

標準偏差σを算出すると、ステップＳ１１０に進む。ステップＳ１１０では、各セルの異常判定を行う。各セルの異常判定の具体的な方法は、図３に示すフローチャートを用いて後述する。ステップＳ１１０において、各セルの異常判定を行うと、ステップＳ１２０に進む。ステップＳ１２０では、ステップＳ１１０で行った異常判定に基づいて、異常セルが存在するか否かを判定する。異常セルが存在すると判定すると、ステップＳ１３０に進み、異常セルが存在しないと判定すると、異常セル検知処理を終了する。

ステップＳ１３０では、インジケータ４に対して、点灯指示を出す。点灯指示を受けたインジケータ４は、点灯する。これにより、ドライバに対して、異常セルが存在することを報知する。なお、この後、ドライバが車両を工場等に持ち込むことにより、異常セルを正常なセルに交換することができる。

続いて、図３に示すフローチャートを用いて、各セルの異常判定を行う方法について説明する。ステップＳ２００では、各セルＳ1〜Ｓnの単位容量あたりの電圧変化量Ｆ1〜Ｆnが所定の上限値以下であるか否かを判定する。全てのセルＳ1〜Ｓnの単位容量あたりの電圧変化量Ｆ1〜Ｆnが所定の上限値以下であると判定するとステップＳ２１０に進む。一方、単位容量あたりの電圧変化量Ｆ1〜Ｆnのうち、所定の上限値（異常判定しきい値）を越えるものがあると判定すると、自己放電量が大きいセルに異常が発生していると判定して、ステップＳ２３０に進む。

ステップＳ２１０では、各セルＳ1〜Ｓnの単位容量あたりの電圧変化量Ｆ1〜Ｆnが（Ｆa±３σ）以内の範囲にあるか否かを判定する。全てのセルＳ1〜Ｓnの単位容量あたりの電圧変化量Ｆ1〜Ｆnが（Ｆa±３σ）以内の範囲にあると判定すると、ステップＳ２２０に進む。ステップＳ２２０では、全てのセルが正常であると判定して、各セルの異常判定処理を終了し、図２に示すフローチャートのステップＳ１２０に進む。

一方、単位容量あたりの電圧変化量Ｆ1〜Ｆnのうち、（Ｆa±３σ）の範囲内にないものがあると判定すると、他のセルに比べて、単位容量あたりの電圧変化量のバラツキが大きいため、ステップＳ２３０に進む。ステップＳ２３０では、異常セルが存在すると判定して、各セルの異常判定処理を終了し、図２に示すフローチャートのステップＳ１２０に進む。

一実施の形態における異常セル検出装置によれば、第１のタイミング、および、第１のタイミングから所定時間以上経過した後の第２のタイミングにおいて、組電池１に負荷が接続されていない状態における各セルＳ１〜Ｓｎの電圧を検出して、両者の電圧差を算出し、算出した電圧差と各セルの初期容量とに基づいて、異常セルを検出する。これにより、各セルの容量を考慮した自己放電量を求めることができるので、異常が発生しているセルを確実に検出することができる。各セルの容量を考慮しない従来の劣化度検知装置では、劣化度合いの低い正常なセルが誤って劣化度の高い異常セルと判定されたり、劣化度の高い異常セルが正常なセルと判定される可能性があるが、一実施の形態における異常セル検出装置によれば、そのような誤判定を起こすことはない。

また、一実施の形態における異常セル検出装置によれば、単位容量あたりの電圧変化量が所定の異常判定しきい値を越えるセルを異常セルとして検出するので、自己放電量の大きい異常セルを確実に検出することができる。

さらに、一実施の形態における異常セル検出装置によれば、セルごとに算出される単位容量あたりの電圧変化量の平均値、セルごとに算出される単位容量あたりの電圧変化量のバラツキ（標準偏差）、および、各セルの単位容量あたりの電圧変化量に基づいて、異常セルを検出するので、単位容量あたりの電圧変化量が上限値を超えていないが、他のセルよりも単位容量あたりの電圧変化量が大きいセルを異常セルとして検出することができる。

本発明は、上述した一実施の形態に限定されることはない。例えば、上述した説明では、一実施の形態における異常セル検出装置を電気自動車に適用した例を挙げたが、ハイブリッド自動車に適用することもできるし、組電池を使用する他のシステムにも適用することができる。

特許請求の範囲の構成要素と一実施の形態の構成要素との対応関係は次の通りである。すなわち、メモリ３ｃが記憶手段を、セル電圧検出部３ａがセル電圧検出手段を、異常セル検知部３ｂが電圧差算出手段、異常セル検出手段およびバラツキ算出手段をそれぞれ構成する。なお、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、各構成要素は上記構成に限定されるものではない。

本発明による異常セル検出装置の一実施の形態の構成を示す図 バッテリコントローラの異常セル検知部により行われる異常セル検知の処理内容を示す一実施の形態のフローチャート 各セルの異常判定を行う処理内容を示す一実施の形態のフローチャート

符号の説明

１…組電池
２…車両強電システム
３…バッテリコントローラ
３ａ…セル電圧検出部
３ｂ…異常セル検知部
３ｃ…メモリ
３ｄ…タイマ
４…インジケータ

Claims (4)

1. 組電池を構成する複数のセルの異常を検出する異常セル検出装置において、
   前記複数のセルの初期容量を記憶する記憶手段と、
   第１のタイミング、および、前記第１のタイミングから所定時間以上経過した後の第２のタイミングにおいて、前記組電池に負荷が接続されていない状態における前記複数のセルの電圧を検出するセル電圧検出手段と、
   前記複数のセルに対して、前記第１のタイミングにて検出されたセル電圧と前記第２のタイミングにて検出されたセル電圧との差をそれぞれ算出する電圧差算出手段と、
   前記電圧差算出手段により算出された電圧差と、前記記憶手段に記憶されている初期容量とに基づいて、異常セルを検出する異常セル検出手段とを備えることを特徴とする異常セル検出装置。
2. 請求項１に記載の異常セル検出装置において、
   前記異常セル検出手段は、前記電圧差算出手段により算出された電圧差と、前記記憶手段に記憶されている初期容量とに基づいて算出される単位容量あたりの電圧変化量が所定の異常判定しきい値を越えるセルを異常セルとして検出することを特徴とする異常セル検出装置。
3. 請求項１または２に記載の異常セル検出装置において、
   前記電圧差算出手段により算出された電圧差、および、前記記憶手段に記憶されている初期容量に基づいてセルごとに算出される単位容量あたりの電圧変化量のバラツキを算出するバラツキ算出手段をさらに備え、
   前記異常セル検出手段は、前記バラツキ算出手段によって算出される単位容量あたりの電圧変化量のバラツキに基づいて、異常セルを検出することを特徴とする異常セル検出装置。
4. 請求項３に記載の異常セル検出装置において、
   前記バラツキ算出手段は、前記セルごとに算出される単位容量あたりの電圧変化量の標準偏差を算出し、
   前記異常セル検出手段は、前記セルごとに算出される単位容量あたりの電圧変化量の平均値、前記バラツキ算出手段によって算出される単位容量あたりの電圧変化量の標準偏差、および、各セルの単位容量あたりの電圧変化量に基づいて、異常セルを検出することを特徴とする異常セル検出装置。

Images