JP2012021931A - 組電池の異常検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電圧値を直接検出することなく所定の判定電圧との比較結果を検出するように簡易に構成された異常検出装置において、内部抵抗異常の誤検出を防止する。
【解決手段】検知ユニット２０（１）〜２０（ｎ）は、直列接続されたｎ個の電池セルＣＬ（１）〜ＣＬ（ｎ）のセル電圧Ｖｃ（１）〜Ｖｃ（ｎ）を判定電圧と比較する。いずれかのセル電圧が判定電圧より低下した電池セルの有無を示す判定信号が生成されたときに、異常監視回路３０は、検知ユニット２０（１）〜２０（ｎ）の動作期間における電流サンプリング値が判定電流よりも小さいと、内部抵抗異常（過上昇）を検出する。異常監視回路３０は、バッテリ電流Ｉｂに少なくとも基づいて、各電池セルに生じている分極電圧を推定するとともに、負の分極電圧が所定レベルを超えると、内部抵抗異常の検出を禁止する。
【選択図】図１

Description

この発明は、組電池の異常検出装置に関し、より特定的には、直列接続された複数の電池セルを有する組電池における電池セルの内部抵抗上昇を検出する技術に関する。

多数の電池セル（電池モジュール）を直列接続した組電池が一般的に用いられている。たとえば、ハイブリッド自動車等において、このような組電池が電動機駆動用の電源として用いられている。

特開２００５−３４５１２４号公報（特許文献１）には、組電池において、複数の電池モジュール間で共通のＡ／Ｄコンバータを共有する構成が記載されている。特に、特開２００５−３４５１２４号公報（特許文献１）では、複数の電池モジュール間で共有される、電圧値検出用の第１Ａ／Ｄコンバータと、電流検出用の第２Ａ／Ｄコンバータとを非同期に動作させることによって、電圧検出値および電流検出値の同期を確保するためのデータ収集装置の構成が開示されている。

これにより、電池セル（電池モジュール）の電圧および電流を同期して検出することによって、電池電圧が電流によって変化しても内部抵抗を正確に検出できるので、内部抵抗の異常（上昇）を誤検出することが防止できる。

特開２００５−３４５１２４号公報

組電池において電池セル単位での過充電および過放電を検知するためには、電池セル毎に電圧監視機能を持たせることが必要である。特に、電池セル毎に電圧値（アナログ値）を取得可能な構成とした場合には、電流センサによって取得される電流値との組み合わせに基づいて、内部抵抗の異常（過上昇）を検出することが可能である。特開２００５−３４５１２４号公報（特許文献１）には、このような構成の下で、電池セル（電池モジュール）間で電圧検出用のＡ／Ｄコンバータを共有した上で、電流検出値と電圧検出値とを同期させるためのデータ収集装置が記載されている。

しかしながら、電池セル毎に電圧検出値を出力可能な構成とすると、検出器（センサ）の配置個数や取り扱う信号数が増加することから、異常検出装置の構成が複雑化することによるコスト上昇が懸念される。

したがって、電池セル毎の電圧監視機能については、電圧検出値を直接取り扱うのではなく、過充放電の閾値となる判定電圧との比較結果のみを出力する構成とすることによって、装置の簡素化、すなわち、低コスト化を図ることができる。一方、このような装置の簡素化と両立して、いかに異常検出の精度を確保するかが問題となる。

ここで、二次電池である各電池セルは、電極活物質の電気化学反応によって起電力を発生している。この電気化学反応は、電極活物質の表面付近で起こりやすい一方で、電極活物質の内部における反応には拡散のための遅延時間が生じる。このため、電極内部と表面部における不均衡に起因して、時間経過に応じて変化する動的な分極電圧が発生することが知られている。分極電圧は、放電時には負電圧方向に発生する一方で、充電時には正電圧方向に発生する。

このため、電池セルの出力電圧は、内部抵抗が正常であっても、分極電圧によって大きく低下するケースがある。かかるケースにおいて、内部抵抗の異常（過上昇）を誤検出してしまうことが懸念される。

この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、組電池の電池セル毎の電圧監視機能として、電圧値を直接検出することなく所定の判定電圧との比較結果を検出するように簡易に構成された異常検出装置において、内部抵抗異常（過上昇）の誤検出を防止することである。

この発明のある局面では、直列接続された複数の電池セルを有する組電池の異常検出装置は、複数の検知ユニットと、電流検出器と、異常監視回路とを備える。複数の検知ユニットは、複数の電池セルのそれぞれに対応して設けられ、各々が対応の電池セルの出力電圧と所定の判定電圧との電圧比較を実行するように構成される。電流検は、複数の電池セルの電流を検出するように構成される。複数の検知ユニットは、開始トリガに応答して順次動作するとともに電圧比較の結果を反映した信号を順次伝達することによって、複数の電池セルのいずれかの出力電圧が判定電圧よりも低下したか否かを示す異常検出信号を出力するように構成される。異常監視回路は、複数の検知ユニットからの信号と、電流検出器による電流検出値に基づいて、複数の電池セルのいずれかで内部抵抗が上限値よりも上昇する内部抵抗異常が発生したか否かを監視するように構成される。そして、異常監視回路は、各電池セルに発生している分極電圧を推定するための分極電圧推定部と、推定された分極電圧に応じて、内部抵抗異常の検出のための判定電流をデフォルト値から低下させる判定電流設定部と、電流比較部とを含む。電流比較部は、異常検出信号によって複数の電池セルのいずれかの出力電圧が判定電圧よりも低下したことが示された場合に、電流検出値が判定電流よりも低いときに、内部抵抗異常の発生を検知するように構成される。

好ましくは、判定電流設定部は、推定された分極電圧が負電圧である場合に、分極電圧の絶対値が大きくなると判定電流を相対的に低下させるように構成される。

また好ましくは、判定電流設定部または電流比較部は、推定された分極電圧が、負電圧である第１の基準電圧よりも低下したときに、内部抵抗異常の検出をマスクするように動作する。

さらに好ましくは、判定電流設定部または電流比較部は、内部抵抗異常の検出が一旦マスクされた場合には、分極電圧が、第１の基準電圧よりも高い第２の基準電圧よりも高くなったときに、内部抵抗異常の検出を再開するように動作する。

特にこのような構成では、第１の基準電圧は、複数の電池セルの温度が低いほど高い電圧に設定される。あるいは、第２の基準電圧は、複数の電池セルの温度が低いほど高い電圧に設定される。

この発明によれば、組電池の電池セル毎の電圧監視機能として、電圧値を直接検出することなく所定の判定電圧との比較結果を検出するように簡易に構成された異常検出装置において、内部抵抗異常（過上昇）の誤検出を防止することができる。

本発明の実施の形態による組電池の異常検出装置が適用される電気システムの構成を示す概略ブロック図である。 図１に示された検知ユニットの構成例を説明するブロック図である。 異常監視回路による内部抵抗異常の検出手法を説明する概念図である。 電池セルの出力電圧に対する分極電圧の影響を説明するための概念図である。 バッテリ電流の変化と分極電圧の変化との関係を説明する波形図である。 異常監視回路による内部抵抗異常検出を実現するための機能ブロック図である。 バッテリ電流およびバッテリ温度に基づき分極値を求めるマップの構成イメージを説明する概念図である。 本発明の実施の形態による組電池の異常検出装置における、分極電圧を考慮したセル抵抗異常の検出手法を説明する波形図である。 分極判定のための基準電圧の設定を説明する概念図である。 本発明の実施の形態による組電池の異常検出装置による内部抵抗異常検出の制御処理手順を説明するフローチャートである。 本実施の形態による組電池の異常検出装置が適用される組電池の他の構成例を示すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下では、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は原則的に繰返さないものとする。

図１は、本発明の実施の形態による組電池の異常検出装置および当該異常検出装置が適用される電気システム２００の構成を示す概略ブロック図である。

図１を参照して、電気システム２００は、たとえばハイブリッド自動車や電気自動車等の電力によって車両駆動力を発生可能な機構を備えた車両に搭載される。電気システム２００は、組電池１０と、組電池１０の異常検出装置１００と、負荷１２とを備える。

組電池１０は、直列接続された複数個の電池セルＣＬ（１）〜ＣＬ（ｎ）を含む（ｎ：２以上の整数）。組電池１０は、直流電力を負荷１２へ供給する。また、組電池１０は負荷１２から供給される直流電力によって充電される。なお、以下では、電池セルＣＬ（１）〜ＣＬ（ｎ）を総称して、単に電池セルＣＬとも称する。

負荷１２は、モータおよびモータを駆動するインバータ（いずれも図示せず）を含む。このモータは、力行動作によって車輪の駆動力を発生したり、車輪の駆動力によって回転されることにより、回生制動により交流電力を発生したりするように構成される。なお、上記モータをハイブリッド車両に搭載されるエンジンの始動および／または組電池１０の充電のために発電するモータとして用いてもよい。また、図示しないインバータは、組電池１０からの直流電力を交流電力に変換してモータに供給したり、モータによって生成された交流電力を直流電力に変換して組電池１０に供給したりする。

異常検出装置１００は、電池セルＣＬ（１）〜ＣＬ（ｎ）にそれぞれ対応して設けられた検知ユニット２０（１）〜２０（ｎ）と、伝送回路２５と、異常監視回路３０とを含む。

検知ユニット２０（１）〜２０（ｎ）へは、対応する電池セルＣＬ（１）〜ＣＬ（ｎ）のそれぞれの出力電圧Ｖｃ（１）〜Ｖｃ（ｎ）が入力される。検知ユニット２０（１）は、異常監視回路３０から開始トリガＴＲＧを与えられるのに応答して作動して、電池セルＣＬ（１）の出力電圧Ｖｃ（１）と所定の判定電圧Ｖｘとを比較する。そして、検知ユニット２０（１）は、電圧比較結果に従って、検出信号ＯＤ（１）を出力する。具体的には、検知ユニット２０（１）は、出力電圧Ｖｃ（１）が判定電圧Ｖｘよりも低下すると（Ｖｃ（１）＜Ｖｘ）、論理ハイレベル（以下、単にＨレベルとも表記する）の検出信号ＯＤ（１）を出力する。一方、検知ユニット２０（１）は、出力電圧Ｖｃ（１）が判定電圧Ｖｘを下回っていないとき（Ｖｃ（１）≧Ｖｘ）には、論理ローレベル（以下、単にＬレベルとも表記する）の検出信号ＯＤ（１）を出力する。

検知ユニット２０（２）は、前段の検知ユニット２０（１）から検出信号ＯＤ（１）が出力されるのに応答して動作して、電池セルＣＬ（２）の出力電圧Ｖｃ（２）と所定の判定電圧Ｖｘとを比較する。そして、検知ユニット２０（２）は、検知ユニット２０（１）での電圧比較結果と、自身での電圧比較結果との論理和を取る態様で、検出信号ＯＤ（２）を出力する。

すなわち、検出信号ＯＤ（１）がＨレベルであるときには、検知ユニット２０（２）は、Ｖｃ（２）≧Ｖｘであっても、Ｈレベルの検出信号ＯＤ（２）を出力する。これに対して、検出信号ＯＤ（１）がＬレベルであるときには、検知ユニット２０（２）は、Ｖｃ（２）と判定電圧Ｖｘとの比較結果に従って、すなわち、ＶＣ（２）＜ＶｘのときはＨレベルの検出信号ＯＤ（２）を出力する一方で、ＶＣ（２）≧ＶｘのときにはＬレベルの検出信号ＯＤ（２）を出力する。

図２は、第ｉ番目の検知ユニット２０（ｉ）の構成例を示すブロック図である。図２には、ｉ＝２〜ｎの検知ユニット２０（ｉ）の構成が示される。

図２を参照して、検知ユニット２０（ｉ）は、電圧比較器２１と、論理ゲート２２とを有する。電圧比較器２１は、検知ユニット２０（ｉ）に対応する電池セルＣＬ（ｉ）の出力電圧Ｖｃ（ｉ）と，所定の判定電圧Ｖｘとを比較して、Ｖｃ（ｉ）＜Ｖｘとなったときには、出力電圧をＨレベルに設定する一方で、Ｖｃ（ｉ）≧Ｖｘのときには出力電圧をＬレベルに設定する。

論理ゲート２２は、電圧比較器２１の出力信号と、前段の検知ユニット２０（ｉ−１）からの検出信号ＯＤ（ｉ−１）の間の論理和（ＯＲ）演算結果を、検知ユニット２０（ｉ）の検出信号ＯＤ（ｉ）として出力する。

再び図１を参照して、各検知ユニット２０（検知ユニット２０（１）〜２０（ｎ）を包括的に表記するもの。以下同じ）での電圧比較結果が反映された検出信号ＯＤ（検出信号ＯＤ（１）〜ＯＤ（ｎ）を包括的に表記するもの。以下同じ）は、論理和演算を行ないながら、次段の検知ユニット２０へ順次伝達される。この結果、検知ユニット２０（１）〜２０（ｎ）は、開始トリガＴＲＧに応答して順次動作する。

各検知ユニット２０の動作時間は同様であるから、結果的には、一定周期で対応の電池セルＣＬ（１）〜ＣＬ（ｎ）の出力電圧Ｖｃ（１）〜Ｖｃ（ｎ）が、順番に判定電圧Ｖｘとの比較される。そして、最終段の検知ユニット２０（ｎ）が出力する検出信号ＯＤ（ｎ）は、開始トリガＴＲＧに応答した、電池セルＣＬ（１）〜ＣＬ（ｎ）と判定電圧Ｖｘとの一連の電圧比較において、出力電圧が判定電圧Ｖｘよりも低下した電池セルが存在するか否かを示す信号であって、たとえば１ビットのデジタル信号である。

伝送回路２５は、最終段の検知ユニット２０（ｎ）が出力した検出信号ＯＤ（ｎ）を、フォトカプラ等で絶縁した上で、最終的な判定信号ＦＶを生成する。すなわち、判定信号ＦＶは、開始トリガＴＲＧに応答して生成されて、異常監視回路３０へ入力される。上述のように、判定信号ＦＶは、電池セルＣＬ（１）〜ＣＬ（ｎ）のいずれかで出力電圧が判定電圧Ｖｘよりも低下する異常（以下、「セル電圧低下異常」とも称する）が発生しているか否かを示す。具体的には、電池セルＣＬ（１）〜ＣＬ（ｎ）のいずれかで出力電圧が判定電圧Ｖｘよりも低下したときには、判定信号ＦＶはＨレベルに設定される。一方で、電池セルＣＬ（１）〜ＣＬ（ｎ）の全ての出力電圧が判定電圧Ｖｘを下回っていないときには、判定信号ＦＶはＬレベルとされる。

電流センサ１５は、組電池１０の通過電流であるバッテリ電流Ｉｂを検出する。電池セルＣＬ（１）〜ＣＬ（ｎ）が直列接続されているので、バッテリ電流Ｉｂは、電池セルＣＬ（１）〜ＣＬ（ｎ）に共通である。電流センサ１５によって、バッテリ電流Ｉｂの電流値を求めることができる。温度センサ１７は、組電池１０の温度（バッテリ温度Ｔｂ）を検出する。電圧センサ１６は、電池セルＣＬ（１）〜ＣＬ（ｎ）全体の出力電圧、すなわち、組電池１０の出力電圧Ｖｂを検出する。

その一方で、電池セルＣＬ（１）〜ＣＬ（ｎ）の出力電圧Ｖｃ（１）〜Ｖｃ（ｎ）については、電圧値を検出するための電圧センサは配置されていない。なお、以下では、電池セルＣＬ（１）〜ＣＬ（ｎ）の出力電圧Ｖｃ（１）〜Ｖｃ（ｎ）を総称して、セル電圧Ｖｃとも称する。

異常検出装置１００は、各電池セルの電圧値に直接基づくのではなく、各セル電圧Ｖｃと判定電圧Ｖｘとの電圧比較結果に基づいて、電池セルの異常発生を検出する。すなわち、異常検出装置１００は、電池セル毎の電圧監視に関して、多数の電池セルＣＬ（１）〜ＣＬ（ｎ）の電圧値（アナログ値）を検出する電圧センサを非配置とする簡易な構成とされていることが理解される。

異常監視回路３０は、上位ＥＣＵ（Electronic Control Unit）からの開始指示信号ＳＴＲに応答して電池セルＣＬ（１）〜ＣＬ（ｎ）の異常検出動作を実行する。すなわち、異常監視回路３０は、開始指示信号ＳＴＲに応答して、検知ユニット２０（１）へ与えられる開始トリガＴＲＧを生成する。

さらに、異常監視回路３０は、開始トリガＴＲＧに応答して返送された判定信号ＦＶと、電流センサ１５の出力のサンプリング値とに基づいて、上記電圧低下異常の発生時には、内部抵抗の過上昇（以下、単に「内部抵抗異常」とも称する）が発生しているか否かを判定する。

そして、異常監視回路３０は、電池セルＣＬ（１）〜ＣＬ（ｎ）の異常検出結果（少なくとも、セル電圧低下異常および内部抵抗異常に関する検出結果を含む）を示す信号ＲＳＬを、上位ＥＣＵへ出力する。

なお、本実施の形態における内部抵抗異常の検出と直接関連しないために図示は省略しているが、各電池セルの出力電圧Ｖｃ（１）〜Ｖｃ（ｎ）が、上限電圧（判定電圧Ｖｘよりも高い）を超えているかどうかを判定する検知ユニット（図示せず）をさらに設けることが好ましい。これにより、電池セルＣＬ（１）〜ＣＬ（ｎ）の各々の過充電側の電圧異常についても監視可能に、異常検出装置１００を構成することができる。

次に、異常監視回路３０による内部抵抗異常の検出について詳細に説明する。なお、異常監視回路３０は、集積回路（ＩＣ）等のマイクロコンピュータによって構成することが可能であり、予め格納されたプログラムの実行によるソフトウェア処理および／または予め作製された専用の電子回路（図示せず）によるハードウェア処理によって、以下に説明する異常検出動作を実行するように構成される。

図３は、異常監視回路３０による内部抵抗異常の検出手法を説明する概念図である。
図３を参照して、電池セルの内部抵抗は、バッテリ電流Ｉｂによって生じる、開放電圧Ｖｏからの電圧降下によって検出できる。すなわち、セル電圧Ｖｃは、内部抵抗に相当する傾きに従って、バッテリ電流Ｉｂの増大に応じて低下することとなる。

電池セルの内部抵抗が上昇すると、図３に示したＩｂ−Ｖｃ直線の傾き（負値）が急になり、同一のバッテリ電流Ｉｂにおける出力電圧Ｖｃが低下することになる。そして、内部抵抗異常を検出する閾値に相当する内部抵抗の境界値を定めることにより、内部抵抗が当該境界値の下でセル電圧Ｖｃ＝Ｖｘとなったときの電流Ｉｘを求めることができる。

このように求めた電流Ｉｘは、電池セルＣＬ（１）〜ＣＬ（ｎ）のいずれかの出力電圧が判定電圧Ｖｘを下回ったときのバッテリ電流Ｉｂと比較することによって、内部抵抗異常検出の判定電流とすることができる。すなわち、セル電圧低下異常の検出時には、バッテリ電流Ｉｂ＜Ｉｘのときには内部抵抗異常を検出する一方で、Ｉｂ≧Ｉｘのときには内部抵抗異常を検出しないようにすることで、各電池セルの出力電圧値を取得するための電圧センサを非配置とする構成の異常検出装置１００によっても、異常検出動作において、内部抵抗異常の発生有無を判定することができる。

しかしながら、図４に示すように、一定電流の放電が継続されると、負の分極電圧の発生によって、上述の異常検出動作では内部抵抗異常を誤検出する虞がある。

図４を参照して、時刻ｔ１から、バッテリ電流Ｉｂ＝Ｉ１（Ｉ１＜Ｉｘ）による放電が継続される。時刻ｔ１では、バッテリ電圧Ｖｂは、開放電圧Ｖｏから、内部抵抗とバッテリ電流との積に依存する電圧降下ΔＶ１の発生によって低下する。さらに、電極活物質の表面と内部との間での電気化学反応の時間差に応じて、分極電圧Ｖｄｙｎが発生する。

図５には、バッテリ電流の変化と分極電圧の変化との関係を説明するために概念的な波形図が示される。

図５を参照して、図５（ａ）に示すようにバッテリ電流Ｉｂが変化した場合、図５（ｂ）に示すように、分極電圧Ｖｄｙｎは、放電の継続により負電圧方向に変化し、充電の継続により正電圧方向に変化する。すなわち、バッテリ電流Ｉｂ＞０のとき（放電時）には、その時点での分極電圧Ｖｄｙｎの変化量は基本的に負となり、バッテリ電流Ｉｂ＜０のとき（充電時）には、その時点での分極電圧Ｖｄｙｎの変化量は基本的に正となる。また、バッテリ電流Ｉｂが一定のまま十分な時間が経過すれば、分極電圧Ｖｄｙｎは、バッテリ電流Ｉｂに依存した一定値に収束する。すなわち、分極電圧Ｖｄｙｎは、一定の字定数を有する一次遅れの挙動を示す。この時定数は、電気化学反応における反応関与物質（たとえば、リチウムイオン）の拡散速度等に対応する。また、分極電圧Ｖｄｙｎは、複数の異なる時定数に従って発生する一次遅れ電圧の和となって現れることが一般的である。

再び図４を参照して、バッテリ電流Ｉｂ（Ｉｂ＝Ｉ１）が正のため、分極電圧Ｖｄｙｎは負電圧方向に生じる。

内部抵抗が上昇した異常セルのセル電圧１０２は、内部抵抗による電圧降下が大きいために、バッテリ電流が発生した時刻ｔ１の直後に、分極電圧Ｖｄｙｎが発生していない段階で判定電圧Ｖｘよりも低下する。このとき、Ｉ１＜Ｉｘであるために、内部抵抗異常が検出される。

一方、内部抵抗が上昇していない正常セルのセル電圧１０５は、内部抵抗による電圧降下の影響によっては、判定電圧Ｖｘよりも低下することがない。このため、内部抵抗異常は検出されない。しかしながら、判定電流Ｉｘよりも小さい電流での放電が継続することにより、分極電圧の影響によってセル電圧１０５が低下する。そして、セル電圧１０５が判定電圧Ｖｘよりも低下すると、内部抵抗が正常であるにもかかわらず、Ｉ１＜Ｉｘであるために、内部抵抗異常が誤検出されてしまう。

したがって、簡易化された構成を有する本実施の形態による異常検出装置１００では、このような分極電圧の発生による内部抵抗異常の誤検出を防止するために、以下のような検出手法を採用する。

図６には、異常監視回路３０による内部抵抗異常検出を実現するための機能ブロック図が示される。図６に示される各ブロックの機能は、異常監視回路３０によるソフトウェア処理および／またはハードウェア処理によって実現される。

図６を参照して、異常監視回路３０は、電流サンプリング部３２と、最大値抽出部３４と、分極電圧推定部３６と、Ｉｘ設定部３８と、電流比較部４０とを含む。

電流サンプリング部３２は、開始指示信号ＳＴＲが入力されると、開始トリガＴＲＧを生成する。さらに、開始トリガＴＲＧに応答した検知ユニット２０（１）〜２０（ｎ）の動作期間内に、電流サンプリング部３２は、１回または複数回にわたって電流センサ１５によって検出されたバッテリ電流Ｉｂをサンプリングする。

最大値抽出部３４は、電流サンプリング部３２によって抽出された電流サンプリング値のうちの最大値を抽出して、最大電流Ｉｍａｘを出力する。電流サンプリング部３２のサンプリング回数が１回のときには、当該電流サンプリング値がそのまま最大電流Ｉｍａｘとされる。

電流比較部４０は、判定信号ＦＶがＨレベルに設定されたとき、すなわち、いずれかの電池セルで出力電圧が判定電圧Ｖｘよりも低下したときに、内部抵抗異常の有無を示す異常検出信号ＲＳＬを出力する。

電流比較部４０は、最大値抽出部３４からの最大電流Ｉｍａｘと、Ｉｘ設定部３８によって設定される判定電流Ｉｘとを比較する。そして、Ｉｍａｘ＜Ｉｘのときに、内部抵抗異常を検出して異常検出信号ＲＳＬをＨレベルに設定する。一方、Ｉｍａｘ≧Ｉｘのときには、電流比較部４０は、異常検出信号ＲＳＬをＬレベルに設定するので、内部抵抗異常は検出されない。

Ｉｘ設定部３８は、分極電圧推定部３６によって推定された分極電圧Ｖｄｙｎに応じて、判定電流Ｉｘを設定する。具体的には、負の分極電圧の絶対値が大きくなると、判定電流Ｉｘを図３に示した通常値（デフォルト値）よりも低下させて、内部抵抗異常が検出され難くする。好ましくは、Ｉｘ＝０に変化させることによって、内部抵抗異常の検出をマスク（禁止）する。

ここで、分極電圧推定部３６による分極電圧推定の一例を説明する。なお、分極電圧の推定手法については、以下の例示に限定されるものではなく、公知の手法を適宜用いることが可能である点について確認的に記載する。

分極電圧Ｖｄｙｎの大きさは過去の充放電の履歴に応じて決定されると考えられる。また、その時点に近いほど影響は大きく、充電または放電の電流量が大きいほど影響は大きいと考えられる。したがって、分極電圧Ｖｄｙｎは、次の（１）式によって求めることができる。

（１）式において、Ｖｄｙｎ（ｔ０）は、時間ｔ＝ｔ０での分極電圧を示し、τは時定数を示す。時定数τは、平均的な電流状態時における分極電圧の変化速度に対応するように実験的に求めることができる。

さらに、ｆｄｙｎ{ｓｔ（ｔ）}は、予め求められた、バッテリ状態量に対する分極電圧の依存性を示す。以下に説明するように、ここでのバッテリ状態量は、少なくともバッテリ電流Ｉｂを含み、好ましくは、バッテリ電流Ｉｂおよびバッテリ温度Ｔｂの両方を含む。

バッテリ電流Ｉｂが一定のまま時間が十分に経過すれば、分極電圧Ｖｄｙｎは、バッテリ電流Ｉｂに依存した一定値に収束する。すなわち、ｆｄｙｎ{ｓｔ（ｔ）}は、現時点でのバッテリ状態量（少なくともバッテリ電流Ｉｂ）が一定のまま時間が十分に経過した場合における分極電圧Ｖｄｙｎの収束値に対応する。以下では、このｆｄｙｎを分極値とも称する。

（１）式によれば、現時点でのバッテリ状態量に基づいて分極値ｆｄｙｎを逐次推定し、推定された分極値ｆｄｙｎを、時間軸方向に沿って時定数τによる減衰を伴って積分することにより、任意の時点ｔ０における分極電圧Ｖｄｙｎ（ｔ０）を求めることができる。

さらに、コンピュータにより所定周期Δｔ毎の離散的データ処理によって分極電圧Ｖｄｙｎを逐次推定するために、式（１）を離散化することによって、下記（２）式が得られる。

式（２）によれば、分極電圧Ｖｄｙｎの初期値を設定しておけば、その後は、現時点での分極値ｆｄｙｎ{ｓｔ（ｔ０）}および、分極電圧Ｖｄｙｎの前回推定値Ｖｄｔｎ（ｔ０−Δｔ）を用いて、現時点での分極電圧Ｖｄｙｎ（ｔ０）を逐次推定することができる。

なお、式（１），（２）中の分極値ｆｄｙｎについては、バッテリ電流Ｉｂを一定にして分極電圧を測定する実験を予め実施することにより、バッテリ電流Ｉｂに基づき分極値ｆｄｙｎを求めるマップを予め作成することができる。

また、同一のバッテリ電流Ｉｂであっても、分極の発生度合いにはバッテリ温度Ｔｂが影響を与えることから、バッテリ電流Ｉｂおよびバッテリ温度Ｔｂに基づいて分極値ｆｄｙｎを推定することが好ましい。この場合には、バッテリ電流Ｉｂおよびバッテリ温度Ｔｂを変数とする分極値ｆｄｙｎ（Ｉｂ，Ｔｂ）について、実験結果に基づくマップを予め作成しておくことが可能である。

図７には、分極値ｆｄｙｎ（Ｉｂ，Ｔｂ）のマップイメージが示されている。基本的に、放電時（Ｉｂ＞０）にはｆｄｙｎ（Ｉｂ，Ｔｂ）＜０に設定され、充電時（Ｉｂ＜０）にはｆｄｙｎ（Ｉｂ，Ｔｂ）＞０に設定される。なお、放電、充電時の電流が大きいほど分極値の絶対値｜ｆｄｙｎ（Ｉｂ，Ｔｂ）｜は相対的に大きく設定される。また、温度に関しては、バッテリ温度Ｔｂが低いほど分極値の絶対値｜ｆｄｙｎ（Ｉｂ，Ｔｂ）｜は相対的に大きく設定される。そして、各時点でのバッテリ電流Ｉｂおよびバッテリ温度Ｔｂに基づき、上記マップを参照して、式（５）中でのｆｄｙｎ{ｓｔ（ｔ０）}に相当する、分極値ｆｄｙｎ（Ｉｂ，Ｔｂ）が読出される。

一般に、分極電圧推定部３６の推定は、組電池１０のＳＯＣ推定の一部として実行される。したがって、分極電圧Ｖｄｙｎは、ＳＯＣ推定演算の実行周期に従って逐次更新されるように推定されている。このため、分極電圧推定部３６は、ＳＯＣ推定のための機能ブロックと共通化することができる。なお、本実施の形態では、複数の異なる時定数をそれぞれ用いた式（５）を複数個使用して、これらの式でそれぞれ算出されたＶｄｙｎ（ｔ０）の和に従って、分極電圧Ｖｄｙｎを算出するものとする。また、分極電圧Ｖｄｙｎは、各電池セルＣＬに共通するバッテリ電流Ｉｂに基づいて算出することができるので、各電池セルＣＬに共通の値とすることができる。

図８は、本発明の実施の形態による、分極電圧を考慮したセル抵抗異常の検出手法を説明する波形図である。

図８を参照して、図４と同様に、時刻ｔ１〜ｔ３の間、判定電流Ｉｘよりも小さいバッテリ電流Ｉｂ（Ｉｂ＞０）が継続的に発生する。すなわち、各電池セルＣＬは継続的に放電する。

バッテリ電圧Ｖｂは、バッテリ電流Ｉｂが生じる時刻ｔ１に、内部抵抗に応じた電圧降下によって開放電圧Ｖｏからステップ状に低下する。さらに、継続的なバッテリ電流Ｉｂによる放電に伴って、バッテリ電圧Ｖｂは、分極電圧の影響により徐々に低下する。なお、電池セルＣＬ（１）〜ＣＬ（ｎ）の各々に電圧センサは設けられていないが、セル電圧Ｖｃについても、バッテリ電圧Ｖｂと同様の電圧降下および分極電圧が発生する。

分極電圧推定部３６（図６）によって推定される分極電圧Ｖｄｙｎは、時刻ｔ１より負方向に発生する。そして、時刻ｔ２において、分極電圧Ｖｄｙｎは基準電圧Ｖ１よりも低くなる。分極判定をオフからオンに遷移する際の閾値となる基準電圧Ｖ１は、負電圧である。

Ｉｘ設定部３８は、Ｖｄｙｎ＜Ｖ１になると、各電池セルＣＬに誤検出につながるレベルの分極電圧が発生していると判断して、分極判定をオンにする。分極判定がオンされると、判定電流Ｉｘは、図３に示した通常値（デフォルト値）よりも低下される。一例として、Ｉｘ設定部３８は、分極判定をオンしている間は、内部抵抗異常の検出をマスク（禁止）するために、Ｉｘ＝０に設定する。

なお、内部抵抗異常の検出をマスク（禁止）する際には、判定電流Ｉｘ＝０に設定する代わりに、電流比較部４０が、分極判定がオンされている間は、異常検出信号ＲＳＬをＬレベルに固定するようにしてもよい。

時刻ｔ３から、これまで放電していた組電池１０が充電される。すなわち、時刻ｔ３以降では、Ｉｂ＜０の状態が継続する。これにより、時刻ｔ３まで低下していた分極電圧Ｖｄｙｎは、時刻ｔ３より上昇する。しかしながら、分極電圧Ｖｄｙｎが、基準電圧Ｖ２よりも高くなる時刻ｔ４までの間、分極判定はオンのまま維持される。そして、Ｉｘ設定部３８は、時刻ｔ４では、誤検出につながるレベルの分極電圧が解消したと判定して、分極判定をオフに復帰させる。そして、分極判定がオフされると、判定電流Ｉｘは、図３に示した通常値（デフォルト値）に復帰する。これにより、通常の内部抵抗異常の検出が再開できる。分極判定をオンからオフに遷移する際の閾値となる基準電圧Ｖ２は、基準電圧Ｖ１と共通としてもよいが、基準電圧Ｖ１よりも高い電圧に設定することが好ましい。

なお、電流比較部４０が、分極判定がオンされている間は異常検出信号ＲＳＬをＬレベルに固定するようにしている場合には、分極判定がオフされると、当該固定を解除する。これにより、最大電流Ｉｍａｘと、判定電流Ｉｘ（デフォルト値）との通常の比較結果に従って、異常検出信号ＲＳＬが生成されるようになる。

また、上述のように、分極電圧は同程度の電流に対して、低温時ほど大きくなる温度依存性を有する。したがって、図９に示すように、分極判定のための基準電圧Ｖ１，Ｖ２は、バッテリ温度Ｔｂに応じて可変に設定することが好ましい。具体的には、分極電圧が大きくなる低温時には誤検出の可能性が高まるので、負の分極電圧Ｖｄｙｎに対して分極判定がオンし易くなるように、基準電圧Ｖ１，Ｖ２を相対的に高く設定する。一方で、高温時には、分極判定がオンし難くなるように、基準電圧Ｖ１，Ｖ２を相対的に低く設定する。

次に、本発明の実施の形態による組電池の異常検出装置による内部抵抗異常検出について、異常監視回路３０による制御処理手順の形式でフローチャートを用いて説明する。

図１０を参照して、異常監視回路３０は、ステップＳ１００により、内部抵抗異常の異常検出動作が開始されたか否かを判定する。ステップＳ１００による判定は、たとえば上位ＥＣＵからの開始指示信号ＳＴＲが発生されたか否かによって判定される。開始指示信号ＳＴＲの非発生時には、以降のステップＳ１１０〜Ｓ２００の処理は実行されない。

一方、開始指示信号ＳＴＲが発生されると、ステップＳ１００がＹＥＳ判定とされて、ステップＳ１１０に処理が進められる。異常監視回路３０は、ステップＳ１１０では、検知ユニット２０（１）への開始トリガＴＲＧを発生する。この開始トリガＴＲＧに応答して、検知ユニット２０（１）〜２０（ｎ）が順次動作することによる、電池セルＣＬ（１）〜ＣＬ（ｎ）と判定電圧Ｖｘとの電圧比較が順次実行されることになる。

さらに、異常監視回路３０は、ステップＳ１２０により、開始トリガＴＲＧに応答した検知ユニット２０（１）〜２０（ｎ）の動作期間において、１回または複数回にわたって電流センサ１５によって検出されたバッテリ電流Ｉｂをサンプリングする。すなわち、ステップＳ１１０およびＳ１２０の処理は、図６の電流サンプリング部３２の機能に対応する。

異常監視回路３０は、ステップＳ１２０による電流サンプリング処理が終了すると、ステップＳ１３０に処理を進めて、取得された電流サンプリング値のうちの最大値である最大電流Ｉｍａｘを抽出する。サンプリング回数が１回のときには、当該電流サンプリング値がそのまま最大電流Ｉｍａｘとされる。すなわち、ステップＳ１３０の処理は、図６の最大値抽出部３４の機能に対応する。

さらに、異常監視回路３０は、ステップＳ１４０により、分極電圧Ｖｄｙｎを推定する。ステップＳ１４０による処理は、図６の分極電圧推定部３６と同様に実行することができる。

異常監視回路３０は、ステップＳ１５０により、ステップＳ１４０で求めた分極電圧Ｖｄｙｎに基づいて、各電池セルＣＬに誤検出につながるレベルの分極電圧が発生しているか否かを判定する。すなわち、ステップＳ１５０では、分極電圧Ｖｄｙｎと基準電圧Ｖ１またはＶ２との比較に従って、分極判定が実行される。

分極判定がオフのときには、ステップＳ１６０がＮＯ判定とされるので、異常監視回路３０は、ステップＳ１６５により、通常の内部抵抗異常検出を実行するために、判定電流Ｉｘをデフォルト値に設定する。

分極判定がオフのときには、ステップＳ１６０がＹＥＳ判定とされるので、異常監視回路３０は、ステップＳ１７０により、内部抵抗異常が検出され難くなるように、判定電流Ｉｘをデフォルト値よりも低下させる。好ましくは、内部抵抗異常の検出をマスクするために、判定電流Ｉｘ＝０に設定される。

異常監視回路３０は、ステップＳ１８０により、ステップ１３０で求められた最大電流Ｉｍａｘを、ステップＳ１６５またはＳ１７０により設定された判定電流Ｉｘと比較する。

異常監視回路３０は、Ｉｍａｘ＜Ｉｘのとき（Ｓ１８０のＹＥＳ判定時）には、ステップＳ１９０に処理を進めて、いずれかの電池セルで内部抵抗が閾値よりも上昇している、すなわち内部抵抗異常が発生していると判定として、「異常あり」の検出結果を出力する。

一方、Ｉｍａｘ≧Ｉｘのとき（Ｓ１８０のＮＯ判定時）には、異常監視回路３０は、ステップＳ２００に処理を進めて、内部抵抗異常が発生していないと判定して、「異常なし」の検出結果を出力する。なお、判定信号ＦＶによってセル電圧低下異常が検知されない場合には、ステップＳ１８０はＮＯ判定とされて、内部抵抗異常は発生していないと判定される。

このように、本実施の形態による組電池の異常検出装置は、電池セル毎の電圧監視機能について電圧値を直接検出しない簡易な構成において、分極電圧の発生に起因する誤検出を防止した上で、内部抵抗が所定レベルよりも上昇しているか否か（内部抵抗異常）を検出することができる。

なお、本実施の形態で説明したように、分極判定がオンされた場合には、内部抵抗異常の検出をマスク（禁止）することが、誤検出防止の観点からは好ましい。一方で、内部抵抗異常の検出機会を確保する観点からは、Ｉｘ＞０の範囲に止めて、分極電圧Ｖｄｙｎに応じて判定電流Ｉｘをデフォルト値からΔＩｘだけ低下するようにしてもよい。たとえば、ΔＩｘは、分極電圧Ｖｄｙｎを内部抵抗（正常値）で除算することによって設定することができる。

また、図１１に示すように、図１に示した組電池１０を１つの電池ブロックとして、このような電池ブロックを複数個（Ｂ０〜Ｂ７）組合せることによって、組電池１０を構成してもよい。

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。

この発明は、複数の電池セルが直列接続された組電池における電池セルの内部抵抗の過上昇の検出に適用することができる。

１０ 組電池、１２ 負荷、１５ 電流センサ、１６ 電圧センサ、１７ 温度センサ、２０ 検知ユニット、２１ 電圧比較器、２２ 論理ゲート、２５ 伝送回路、３０ 異常監視回路、３２ 電流サンプリング部、３４ 最大値抽出部、３６ 分極電圧推定部、３８ 設定部、４０ 電流比較部、１００ 異常検出装置、１０２，１０５ セル電圧推移、２００ 電気システム、ＣＬ（１）〜ＣＬ（ｎ） 電池セル、ＥＣＵ 上位、ＦＶ 判定信号、Ｉｂ バッテリ電流、Ｉｍａｘ 最大電流、Ｉｘ 判定電流（内部抵抗異常）、ＯＤ（１）〜ＯＤ（ｎ） 検出信号、ＲＳＬ 異常検出信号、ＳＴＲ 開始指示信号、ＴＲＧ 開始トリガ、Ｔｂ バッテリ温度、Ｖ１，Ｖ２ 基準電圧（分極判定）、Ｖｂ バッテリ電圧、Ｖｃ，Ｖｃ（１）〜Ｖｃ（ｎ） セル電圧、Ｖｄｙｎ 分極電圧、Ｖｏ 開放電圧、Ｖｘ 判定電圧（セル電圧低下）、ｆｄｙｎ 分極値。

Claims (6)

1. 直列接続された複数の電池セルを有する組電池の異常検出装置であって、
   前記複数の電池セルのそれぞれに対応して設けられ、各々が対応の電池セルの出力電圧と所定の判定電圧との電圧比較を実行するように構成された複数の検知ユニットと、
   前記複数の電池セルの電流を検出するための電流検出器とを備え、
   前記複数の検知ユニットは、開始トリガに応答して順次動作するとともに前記電圧比較の結果を反映した信号を順次伝達することによって、前記複数の電池セルのいずれかの出力電圧が前記判定電圧よりも低下したか否かを示す異常検出信号を出力するように構成され、
   前記異常検出装置は、
   前記複数の検知ユニットからの前記信号と、前記電流検出器による電流検出値に基づいて、前記複数の電池セルのいずれかで内部抵抗が上限値よりも上昇する内部抵抗異常が発生したか否かを監視するための異常監視回路をさらに備え、
   前記異常監視回路は、
   各前記電池セルに発生している分極電圧を推定するための分極電圧推定部と、
   推定された前記分極電圧に応じて、前記内部抵抗異常の検出のための判定電流をデフォルト値から低下させる判定電流設定部と、
   前記異常検出信号によって前記複数の電池セルのいずれかの出力電圧が前記判定電圧よりも低下したことが示された場合に、前記電流検出値が前記判定電流よりも低いときに、前記内部抵抗異常の発生を検知するための電流比較部とを含む、組電池の異常検出装置。
2. 前記判定電流設定部は、推定された前記分極電圧が負電圧である場合に、前記分極電圧の絶対値が大きくなると前記判定電流を相対的に低下させる、請求項１記載の組電池の異常検出装置。
3. 前記判定電流設定部または前記電流比較部は、推定された前記分極電圧が、負電圧である第１の基準電圧よりも低下したときに、前記内部抵抗異常の検出をマスクするように動作する、請求項１または２記載の組電池の異常検出装置。
4. 前記判定電流設定部または前記電流比較部は、前記内部抵抗異常の検出が一旦マスクされた場合には、前記分極電圧が、前記第１の基準電圧よりも高い第２の基準電圧よりも高くなったときに、前記内部抵抗異常の検出を再開するように動作する、請求項３記載の組電池の異常検出装置。
5. 前記第１の基準電圧は、前記複数の電池セルの温度が低いほど高い電圧に設定される、請求項３記載の組電池の異常検出装置。
6. 前記第２の基準電圧は、前記複数の電池セルの温度が低いほど高い電圧に設定される、請求項４記載の組電池の異常検出装置。

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