JP2014223003A - 蓄電システム - Google Patents

Abstract

【課題】 蓄電ユニットと並列に接続された電圧検出回路又は放電回路において、リーク電流が流れているか否かを判別する。【解決手段】 複数の蓄電ユニット（１１）における電圧値を基準電圧値に揃える均等化処理を行うときにおいて、均等化処理を行っている間の蓄電ユニットの放電量が所定量以上であるとき、基準電圧値を示す蓄電ユニットに対応した電圧検出回路（４０，Ｄ）又は放電回路（ＳＷ１）において、リーク電流が流れていると判別する。均等化処理を行っている間の継続時間が所定時間以上であるとき、均等化処理を行っている間の放電量が所定量以上であると判別することができる。【選択図】 図６

Description

本発明は、直列に接続された複数の蓄電ユニットにおける電圧値のバラツキを抑制させる処理（均等化処理）を行う蓄電システムに関する。

特許文献１では、直列に接続された複数の電池のそれぞれに対して、放電回路を並列に接続している。この放電回路を用いると、特定の電池だけを放電させることができ、複数の電池における電圧値を均等化させることができる。放電回路には、各電池と並列に接続されたトランジスタが含まれており、トランジスタをオンにすることにより、このトランジスタに対応する電池を放電させることができる。

特開２０１１−１７２４３３号公報 特開２００３−２８２１５５号公報

特許文献１に記載の回路構成では、トランジスタが異常状態となったときに、トランジスタにリーク電流が流れてしまうおそれがある。この場合には、リーク電流の発生によって、電池が放電し続けてしまい、電池が過放電状態となってしまうおそれがある。このため、リーク電流の発生を検知する必要があるが、この検知方法については、特許文献１に開示されていない。

本発明の蓄電システムは、直列に接続された複数の蓄電ユニットを有しており、複数の蓄電ユニットは、負荷と接続されて充放電を行う。電圧検出回路は、電圧検出ラインを介して各蓄電ユニットと接続されており、各蓄電ユニットの電圧値を検出する。また、放電回路は、各蓄電ユニットと並列に接続されており、各蓄電ユニットを放電させる。コントローラは、電圧検出回路の検出結果に基づいて、複数の蓄電ユニットにおける電圧値を基準電圧値に揃える処理（均等化処理という）を行う。

均等化処理では、放電回路を動作させて蓄電ユニットを放電させることにより、複数の蓄電ユニットにおける電圧値を基準電圧値に揃える。ここで、基準電圧値は、電圧検出回路の検出結果から特定される。例えば、複数の蓄電ユニットにおける電圧値のうちの最も低い電圧値を、基準電圧値として設定することができる。コントローラは、均等化処理を行っている間の蓄電ユニットの放電量が所定量以上であるとき、基準電圧値を示す蓄電ユニットに対応した電圧検出回路又は放電回路において、リーク電流が流れていると判別する。

電圧検出回路又は放電回路において、リーク電流が流れると、リーク電流が流れる電流経路上に位置する蓄電ユニットが放電されることになる。リーク電流が流れ続けると、蓄電ユニットの電圧値が低下し続ける。ここで、基準電圧値が低下し続けると、基準電圧値の低下に伴って、放電回路が動作し続けることがある。これにより、均等化処理を行っている間の蓄電ユニットの放電量が増加しやすい。

そこで、本発明では、均等化処理を行っている間の放電量が所定量以上であることを確認することにより、電圧検出回路又は放電回路において、リーク電流が流れていると判別するようにしている。リーク電流の発生を判別することにより、リーク電流の発生を放置することによって、蓄電ユニットが過放電状態となることを未然に防止する措置を講じることができる。

また、電圧検出回路にリーク電流が流れているときには、リーク電流の発生によって、電圧検出回路によって検出される電圧値は、実際の蓄電ユニットの電圧値よりも低くなりやすい。言い換えれば、実際の蓄電ユニットの電圧値は、電圧検出回路によって検出される電圧値よりも高くなりやすい。このような状態で、蓄電ユニットの充電制御を行うと、蓄電ユニットが過充電状態となってしまうおそれもある。そこで、本発明によって、リーク電流の発生を判別することにより、蓄電ユニットが過充電状態となることを未然に防止する措置を講じることができる。

ここで、均等化処理を行っている間の継続時間が所定時間以上であるとき、均等化処理を行っている間の放電量が所定量以上であると判別することができる。すなわち、放電量を把握する代わりに、均等化処理を行っている間の継続時間を把握することにより、リーク電流が流れているか否かを判別することができる。具体的には、継続時間が所定時間以上であるときには、リーク電流が発生していると判別することができる。また、継続時間が所定時間よりも短いときには、リーク電流が発生していないと判別することができる。

放電回路には、蓄電ユニットを放電させるオンと、蓄電ユニットを放電させないオフとの間で切り替わるスイッチを設けることができる。この場合には、スイッチの異常によって、スイッチにリーク電流が流れることがある。そこで、放電量が所定量以上であるときには、基準電圧値を示す蓄電ユニットに対応した放電回路（スイッチ）において、リーク電流が発生していると判別することができる。

電圧検出回路には、電圧検出ラインを介して各蓄電ユニットと並列に接続されるツェナーダイオードを設けることができる。ここで、ツェナーダイオードのカソードは、蓄電ユニットの正極端子と接続し、ツェナーダイオードのアノードは、蓄電ユニットの負極端子と接続することができる。蓄電ユニットから電圧検出回路に許容値以上の電流が流れようとするときには、ツェナーダイオードを通電状態にして、電圧検出回路に許容値以上の電流が流れ込むことを抑制できる。

ツェナーダイオードを設けた構成では、ツェナーダイオードの異常によって、ツェナーダイオードにリーク電流が流れることがある。そこで、放電量が所定量以上であるときには、基準電圧値を示す蓄電ユニットに対応した電圧検出回路（ツェナーダイオード）において、リーク電流が発生していると判別することができる。なお、放電回路は、電圧検出ラインを用いて、蓄電ユニットを放電させることができる。これにより、放電回路および電圧検出回路における電流経路を共通化させることができ、放電回路および電圧検出回路の構成を簡素化することができる。

電池システムの構成を示す図である。 電池システムにおいて、組電池および監視ユニットの構成を示す図である。 均等化処理を示すフローチャートである。 組電池および監視ユニットにおいて、スイッチにリーク電流が流れるときの説明図である。 リーク異常に伴う均等化処理の継続を説明する図である。 リーク異常を判別する処理を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施例について説明する。

本発明の実施例１における電池システムについて、図１を用いて説明する。図１は、本実施例における電池システムの構成を示す概略図である。

図１に示す電池システムは、車両に搭載することができる。この車両としては、電気自動車やハイブリッド自動車がある。電気自動車は、車両の動力源として組電池だけを備えた車両である。ハイブリッド自動車は、車両を走行させるための動力源として、後述する組電池の他に、燃料電池やエンジン等を備えた車両である。ハイブリッド自動車では、外部電源からの電力を用いて、組電池を充電することもできる。外部電源とは、車両の外部に設置された電源（例えば、商用電源）である。なお、組電池を充放電させるシステムであれば、本発明を適用することができる。

組電池１０の正極端子には、正極ラインＰＬが接続されており、正極ラインＰＬには、システムメインリレーＳＭＲ１が設けられている。また、組電池１０の負極端子には、負極ラインＮＬが接続されており、負極ラインＮＬには、システムメインリレーＳＭＲ２が設けられている。システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２は、コントローラ３０からの制御信号を受けることにより、オンおよびオフの間で切り替わる。コントローラ３０は、システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２をオフからオンに切り替えることにより、組電池１０を負荷（後述する昇圧回路２２）と接続することができる。

電流センサ２１は、組電池１０に流れる電流値Ｉｂを検出し、検出結果をコントローラ３０に出力する。本実施例では、組電池１０を放電したときの電流値Ｉｂとして、正の値を用い、組電池１０を充電したときの電流値Ｉｂとして、負の値を用いている。本実施例では、電流センサ２１を負極ラインＮＬに設けているが、これに限るものではない。電流センサ２１は、組電池１０に流れる電流値Ｉｂを検出できればよい。例えば、正極ラインＰＬおよび負極ラインＮＬの少なくとも一方に電流センサ２１を設けることができる。また、正極ラインＰＬおよび負極ラインＮＬの一方に対して、複数の電流センサ２１を設けることもできる。

組電池１０は、正極ラインＰＬおよび負極ラインＮＬを介して、昇圧回路２２に接続されている。昇圧回路２２は、組電池１０の出力電圧を昇圧し、昇圧後の電力をインバータ２３に出力する。インバータ２３は、昇圧回路２２から出力された直流電力を交流電力に変換し、交流電力をモータ・ジェネレータ２４に出力する。モータ・ジェネレータ２４は、インバータ２３からの交流電力を受けることにより、車両を走行させるための運動エネルギを生成する。モータ・ジェネレータ２４によって生成された運動エネルギを、車輪に伝達することにより、車両を走行させることができる。

車両を減速させるときや、車両を停止させるとき、モータ・ジェネレータ２４は、車両の制動時に発生する運動エネルギを電気エネルギ（交流電力）に変換する。ここで、車両が下り坂を走行するときにも、モータ・ジェネレータ２４は、制動力を発生させるために、運動エネルギを電気エネルギに変換する。モータ・ジェネレータ２４が生成した交流電力は、インバータ２３によって直流電力に変換される。また、昇圧回路２２は、インバータ２３の出力電圧を降圧し、降圧後の電力を組電池１０に供給する。これにより、回生電力を組電池１０に蓄えることができる。

コントローラ３０は、メモリ３１を有しており、メモリ３１は、コントローラ３０が特定の処理（特に、本実施例で説明する処理）を行うときに用いられる情報を記憶している。また、コントローラ３０は、タイマ３２を有しており、タイマ３２は、時間の計測に用いられる。本実施例では、メモリ３１やタイマ３２がコントローラ３０に内蔵されているが、メモリ３１およびタイマ３２の少なくとも一方は、コントローラ３０の外部に設けられていてもよい。

コントローラ３０には、車両のイグニッションスイッチのオン／オフに関する情報が入力される。イグニッションスイッチがオフからオンに切り替わると、コントローラ３０は、システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２をオフからオンに切り替えることにより、組電池１０を昇圧回路２２と接続する。これにより、図１に示す電池システムは、起動状態（Ｒｅａｄｙ−Ｏｎ）となる。

一方、イグニッションスイッチがオンからオフに切り替わると、コントローラ３０は、システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２をオンからオフに切り替えることにより、組電池１０および昇圧回路２２の接続を遮断する。これにより、図１に示す電池システムは、停止状態（Ｒｅａｄｙ−Ｏｆｆ）となる。

監視ユニット（本発明の電圧検出回路に相当する）４０は、組電池１０の電圧値Ｖｂを検出したり、組電池１０に含まれる単電池の電圧値Ｖｂを検出したりして、検出結果をコントローラ３０に出力する。図２には、組電池１０および監視ユニット４０の構成を示している。

図２に示すように、組電池１０は、電気的に直列に接続された複数の単電池１１を有する。組電池１０を構成する単電池１１の数は、組電池１０の要求出力等に基づいて、適宜設定することができる。単電池１１としては、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池といった二次電池を用いることができる。また、二次電池の代わりに、電気二重層キャパシタを用いることができる。

本実施例では、監視ユニット４０が単電池（本発明の蓄電ユニットに相当する）１１の電圧値Ｖｂを検出しているが、これに限るものではない。具体的には、監視ユニット４０は、電池ブロック（本発明の蓄電ユニットに相当する）の電圧値を検出することができる。各電池ブロックは、電気的に直列に接続された複数の単電池１１によって構成されており、複数の電池ブロックが電気的に直列に接続されることにより、組電池１０が構成される。ここで、各電池ブロックには、電気的に並列に接続された複数の単電池１１が含まれていてもよい。

監視ユニット４０は、複数の電圧検出ラインＬ１，Ｌ２を介して、各単電池１１と接続されている。ここで、図２では省略しているが、監視ユニット４０および単電池１１の間に位置する電圧検出ラインＬ１，Ｌ２には、スイッチを設けることができる。このスイッチとしては、例えば、フォトＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）リレーを用いることができる。

２つの電圧検出ラインＬ１は、組電池１０の正極端子および負極端子のそれぞれに接続されている。組電池１０の正極端子は、図２に示す組電池１０の回路構成において、組電池１０の一端に位置する単電池１１の正極端子に相当する。組電池１０の負極端子は、図２に示す組電池１０の回路構成において、組電池１０の他端に位置する単電池１１の負極端子に相当する。電圧検出ラインＬ２は、電気的に直列に接続された２つの単電池１１において、一方の単電池１１の負極端子と、他方の単電池１１の正極端子とに接続されている。

各電圧検出ラインＬ１，Ｌ２には、抵抗素子Ｒ１１が設けられている。許容電流値よりも大きな電流が抵抗素子Ｒ１１に流れたとき、抵抗素子Ｒ１１が溶断することにより、監視ユニット４０および組電池１０の電気的な接続を遮断することができる。これにより、組電池１０（単電池１１）から監視ユニット４０に過大な電流が流れてしまうことを抑制できる。

各単電池１１には、電圧検出ラインＬ１，Ｌ２を介してツェナーダイオードＤが電気的に並列に接続されている。ツェナーダイオードＤのカソードは、単電池１１の正極端子と接続されており、カソードおよび正極端子の間の電流経路に抵抗素子Ｒ１１が設けられている。ツェナーダイオードＤのアノードは、単電池１１の負極端子と接続されており、アノードおよび負極端子の間の電流経路に抵抗素子Ｒ１１が設けられている。

ツェナーダイオードＤは、組電池１０から監視ユニット４０に過電圧が印加することを抑制するために用いられる。すなわち、組電池１０から監視ユニット４０に過電圧が印加されるときには、ツェナーダイオードＤに電流が流れることにより、監視ユニット４０に過電圧が印加されることを抑制する。ここで、複数のツェナーダイオードＤは、電気的に直列に接続されている。

電圧検出ラインＬ１には、抵抗素子Ｒ２１が設けられており、抵抗素子Ｒ２１は、監視ユニット４０に含まれている。抵抗素子Ｒ１１，Ｒ２１は、電気的に直列に接続されており、抵抗素子Ｒ１１，Ｒ２１の接続点に対して、ツェナーダイオードＤのカソードが接続されている。電圧検出ラインＬ２は、監視ユニット４０の内部において、２つの分岐ラインＬ２１，Ｌ２２に分岐されている。分岐ラインＬ２１には、抵抗素子Ｒ２１が設けられており、分岐ラインＬ２２には、抵抗素子Ｒ２２が設けられている。

電圧検出ラインＬ２において、抵抗素子Ｒ１１，Ｒ２１は、電気的に直列に接続されており、抵抗素子Ｒ１１，Ｒ２１の接続点には、ツェナーダイオードＤのアノードが接続されている。また、電圧検出ラインＬ２において、抵抗素子Ｒ１１，Ｒ２２は、電気的に直列に接続されており、抵抗素子Ｒ１１，Ｒ２２の接続点には、ツェナーダイオードＤのアノードが接続されている。ここで、抵抗素子Ｒ２１，Ｒ２２の抵抗値は、抵抗素子Ｒ１１の抵抗値よりも高くすることができる。

電圧検出ラインＬ１および分岐ラインＬ２２には、キャパシタ（フライングキャパシタ）ＣおよびスイッチＳＷ１が接続されている。具体的には、キャパシタＣやスイッチＳＷ１は、抵抗素子Ｒ２１およびサンプリングスイッチＳＷ２１の間に位置する電圧検出ラインＬ１と、抵抗素子Ｒ２２およびサンプリングスイッチＳＷ２２の間に位置する分岐ラインＬ２２とに接続されている。サンプリングスイッチＳＷ２１は、電圧検出ラインＬ１に接続されており、サンプリングスイッチＳＷ２２は、分岐ラインＬ２２に接続されている。

また、各単電池１１の正極端子および負極端子と接続された２つの電圧検出ラインＬ２に関して、一方の電圧検出ラインＬ２における分岐ラインＬ２１と、他方の電圧検出ラインＬ２における分岐ラインＬ２２には、キャパシタＣやスイッチＳＷ１が接続されている。具体的には、キャパシタＣやスイッチＳＷ１は、抵抗素子Ｒ２１およびサンプリングスイッチＳＷ２１の間に位置する分岐ラインＬ２１と、抵抗素子Ｒ２２およびサンプリングスイッチＳＷ２２の間に位置する分岐ラインＬ２２とに接続されている。ここで、サンプリングスイッチＳＷ２１は、分岐ラインＬ２１と接続されており、サンプリングスイッチＳＷ２２は、分岐ラインＬ２２と接続されている。

スイッチＳＷ１は、コントローラ３０からの制御信号を受けることにより、オンおよびオフの間で切り替わる。スイッチＳＷ１は、組電池１０を構成する、すべての単電池１１における電圧値を均等化させるために用いられる。

具体的には、特定の単電池１１の電圧値が、他の単電池１１の電圧値よりも高いときには、特定の単電池１１と電気的に並列に接続されたスイッチＳＷ１をオフからオンに切り替えることにより、特定の単電池１１を放電させることができる。すなわち、スイッチＳＷ１をオンにすると、特定の単電池１１の放電電流を抵抗素子Ｒ２１，Ｒ２２に流すことができ、特定の単電池１１の電圧値を低下させることができる。

これにより、特定の単電池１１の電圧値を、他の単電池１１の電圧値に揃えることができる。ここで、複数の単電池１１における電圧値のバラツキを揃える処理を、均等化処理という。なお、スイッチＳＷ１および抵抗素子Ｒ１１，Ｒ２１，Ｒ２２は、本発明における放電回路に相当する。

キャパシタＣは、電圧検出ラインＬ１，Ｌ２又は電圧検出ラインＬ２，Ｌ２を介して、単電池１１と電気的に並列に接続されているため、キャパシタＣには、単電池１１に蓄えられた電荷がチャージされる。これにより、キャパシタＣの電圧値は、単電池１１の電圧値と等しくなる。

各単電池１１の正極端子および負極端子と接続されたサンプリングスイッチＳＷ２１，ＳＷ２２は、コンパレータ４１に接続されている。具体的には、サンプリングスイッチＳＷ２１は、コンパレータ４１における一方の入力端子と接続され、サンプリングスイッチＳＷ２２は、コンパレータ４１における他方の入力端子と接続されている。ここで、各サンプリングスイッチＳＷ２１，ＳＷ２２は、コントローラ３０からの制御信号を受けてオンおよびオフの間で切り替わる。また、複数のサンプリングスイッチＳＷ２１，ＳＷ２２は、マルチプレクサによって構成することができる。

特定の単電池１１に対応したサンプリングスイッチＳＷ２１，ＳＷ２２だけをオンにすると、コンパレータ４１は、特定の単電池１１の電圧値Ｖｂ（特定の単電池１１に対応するキャパシタＣの電圧値）を出力する。このように、各単電池１１に対応したサンプリングスイッチＳＷ２１，ＳＷ２２を順次オンにすることにより、各単電池１１の電圧値Ｖｂを順次検出することができる。コンパレータ４１の出力信号は、ＡＤ変換された後に、コントローラ３０に入力される。これにより、コントローラ３０は、各単電池１１の電圧値Ｖｂを検出することができる。

なお、本発明は、図２に示す構成に限るものではない。すなわち、各単電池１１（又は、上述した各電池ブロック）の電圧値Ｖｂを検出できるとともに、各単電池１１（又は各電池ブロック）を放電させることができる構成であれば、本発明を適用することができる。具体的には、各単電池１１（又は各電池ブロック）の電圧値Ｖｂを検出する電圧センサを有し、各単電池１１（又は各電池ブロック）に対して並列に放電回路が接続された構成であれば、本発明を適用することができる。ここで、放電回路には、抵抗およびスイッチが含まれていればよい。スイッチは、放電を行うオンと、放電を行わないオフとの間で切り替わる。

次に、均等化処理について、図３に示すフローチャートを用いて説明する。図３に示す処理は、コントローラ３０によって実行される。また、図３に示す処理（均等化処理）は、例えば、イグニッションスイッチがオフの間に行うことができる。

ステップＳ１０１において、コントローラ３０は、監視ユニット４０の出力に基づいて、各単電池１１の電圧値Ｖｂを検出する。これにより、コントローラ３０は、組電池１０を構成する、すべての単電池１１の電圧値Ｖｂを検出することができる。ここで、単電池１１の自己放電や、複数の単電池１１における抵抗値（内部抵抗）のバラツキなどによって、複数の単電池１１における電圧値Ｖｂにバラツキが発生することがある。

ステップＳ１０２において、コントローラ３０は、ステップＳ１０１の処理で検出した複数の単電池１１の電圧値Ｖｂに基づいて、電圧値（最低値）Ｖｂ＿ｍｉｎを特定する。上述したように、複数の単電池１１における電圧値Ｖｂにバラツキが発生しているときには、電圧値（最低値）Ｖｂ＿ｍｉｎを特定することができる。また、ステップＳ１０２において、コントローラ３０は、電圧値（最低値）Ｖｂ＿ｍｉｎを示す単電池１１を除く他の単電池１１に関して、電圧値Ｖｂおよび電圧値（最低値）Ｖｂ＿ｍｉｎの電圧差ΔＶを算出する。

ステップＳ１０３において、コントローラ３０は、ステップＳ１０２の処理で算出した電圧差ΔＶが閾値ΔＶ＿ｔｈ以上であるか否かを判別する。ここで、閾値ΔＶ＿ｔｈは、均等化処理を行うか否かを判別するための値であり、適宜設定することができる。例えば、閾値ΔＶ＿ｔｈは、電圧値Ｖｂのバラツキ（検出誤差に起因）を許容できる電圧差ΔＶよりも大きな値とすることができる。閾値ΔＶ＿ｔｈに関する情報は、メモリ３１に記憶しておくことができる。

電圧差ΔＶが閾値ΔＶ＿ｔｈ以上であるとき、コントローラ３０は、ステップＳ１０４において、均等化処理を行う必要があると判別する。一方、電圧差ΔＶが閾値ΔＶ＿ｔｈよりも小さいとき、コントローラ３０は、均等化処理を行う必要が無いと判別し、図３に示す処理を終了する。ここで、均等化処理を行うか否かの判別は、電圧値（最低値）Ｖｂ＿ｍｉｎを示す単電池１１を除く他のすべての単電池１１に対して行われる。

ステップＳ１０５において、コントローラ３０は、監視ユニット４０に含まれるスイッチＳＷ１をオフからオンに切り替えることにより、単電池１１を放電させる。ここで、放電の対象となる単電池１１は、ステップＳ１０４の処理において、均等化処理が必要と判別された単電池１１である。単電池１１を放電させることにより、この単電池１１の電圧値Ｖｂが低下して電圧値（最低値）Ｖｂ＿ｍｉｎに近づく。

ステップＳ１０６において、コントローラ３０は、監視ユニット４０の出力に基づいて、各単電池１１の電圧値Ｖｂを検出し、電圧値Ｖｂが電圧値（最低値）Ｖｂ＿ｍｉｎ以下であるか否かを判別する。ここで、電圧値Ｖｂが電圧値（最低値）Ｖｂ＿ｍｉｎ以下であるとき、コントローラ３０は、単電池１１の放電を停止させる。一方、電圧値Ｖｂが電圧値（最低値）Ｖｂ＿ｍｉｎよりも高いとき、コントローラ３０は、単電池１１の放電を継続させる。図３に示す処理によって、組電池１０を構成する、すべての単電池１１の電圧値Ｖｂを、電圧値（最低値）Ｖｂ＿ｍｉｎに揃えることができる。

図２に示す構成において、スイッチＳＷ１の故障によって、スイッチＳＷ１にリーク電流が流れると、例えば、図４の点線で示す経路において、電流が流れてしまう。すなわち、スイッチＳＷ１をオフにしているにも関わらず、スイッチＳＷ１にリーク電流が流れることにより、単電池１１が放電されてしまう。図４では、Ｎｏ．ｋの単電池１１と電気的に並列に接続されたスイッチＳＷ１にリーク電流が流れている。なお、図４に示すＮｏ．ｋ−１，ｋ，ｋ＋１は、組電池１０に含まれる単電池１１の番号を示している。

Ｎｏ．ｋの単電池１１の電圧値Ｖｂを検出するとき、コンパレータ４１から出力される電圧値は、スイッチＳＷ１にリーク電流が流れる分だけ、単電池１１の実際の電圧値よりも低下してしまう。コンパレータ４１から出力される電圧値Ｖｄは、下記式（１）で表される。

上記式（１）において、Ｖｃｅｌｌは、単電池１１の実際の電圧値であり、Ｉ＿ｌｅａｋは、スイッチＳＷ１に流れるリーク電流の値である。Ｒは、リーク電流が流れる経路に含まれる抵抗素子Ｒ１１，Ｒ２１，Ｒ２２の抵抗値（合成抵抗）である。「Ｉ＿ｌｅａｋ×Ｒ」は、抵抗素子Ｒ１１，Ｒ２１，Ｒ２２にリーク電流が流れることに伴う電圧降下量を示す。

上記式（１）に示すように、コンパレータ４１から出力される電圧値Ｖｄは、単電池１１の実際の電圧値Ｖｃｅｌｌよりも低くなってしまう。このため、電圧値Ｖｄに基づいて、単電池１１（組電池１０）の充放電を制御すると、単電池１１を過充電してしまうおそれがある。ここで、単電池１１の充電を制御するときには、単電池１１の電圧値Ｖｄが、予め定めた上限電圧値Ｖｍａｘよりも高くならないように、単電池１１の充電が制御される。

電圧値Ｖｄに基づいて単電池１１の充電制御を行うと、電圧値Ｖｄが上限電圧値Ｖｍａｘに到達するまで、単電池１１の充電が行われてしまうおそれがある。上述したように、電圧値Ｖｃｅｌｌが電圧値Ｖｄよりも高いときには、電圧値Ｖｄが上限電圧値Ｖｍａｘに近づいたときに、電圧値Ｖｃｅｌｌが上限電圧値Ｖｍａｘを超えてしまうおそれがあり、単電池１１を過充電してしまうおそれがある。一方、スイッチＳＷ１にリーク電流が流れた状態を放置し続けると、単電池１１の電圧値Ｖｂが低下し続け、単電池１１が過放電状態となってしまう。

そこで、本実施例では、単電池１１の電圧値を検出する回路において、リーク電流が流れる異常（リーク異常という）を判別するようにしている。図４を用いて説明した例では、スイッチＳＷ１にリーク電流が流れているが、ツェナーダイオードＤにリーク電流が流れるおそれもある。ツェナーダイオードＤにリーク電流が流れる場合であっても、リーク異常を判別する必要がある。

なお、図２に示す構成では、２つの電圧検出ラインＬ２に対して、スイッチＳＷ１やツェナーダイオードＤが接続されているが、これに限るものではない。すなわち、２つの電圧検出ラインＬ２に対して、リーク電流が流れるおそれのある電気素子を接続したときには、本実施例と同様に、リーク異常を判別する必要がある。

図５には、均等化処理を行うときにおいて、リーク異常が発生している単電池１１の電圧挙動（一例）と、リーク異常が発生していない単電池１１の電圧挙動（一例）とを示している。図５において、縦軸は、単電池１１の電圧値Ｖｂであり、横軸は、時間である。

図５に示すように、均等化処理の基準となる単電池１１の電圧値Ｖｂが電圧値Ｖｂ＿ｍｉｎであり、均等化処理の基準とならない単電池１１の電圧値Ｖｂが電圧値Ｖｂ＿ｍである。ここで、均等化処理が開始されるときには、電圧値Ｖｂ＿ｍおよび電圧値Ｖｂ＿ｍｉｎの電圧差ΔＶが閾値ΔＶ＿ｔｈ以上となっている。また、均等化処理が開始されたとき、電圧値Ｖｂ＿ｍを示す単電池１１だけが放電される。言い換えれば、電圧値Ｖｂ＿ｍｉｎを示す単電池１１は、放電されない。

均等化処理の基準となる単電池１１において、リーク異常が発生していないとき、この単電池１１の電圧値Ｖｂ＿ｍｉｎは変化しない。すなわち、均等化処理の基準となる単電池１１は、放電されないため、電圧値Ｖｂ＿ｍｉｎは変化しない。この場合には、電圧値Ｖｂ＿ｍが、均等化処理を開始したときの電圧値Ｖｂ＿ｍｉｎまで低下した時間ｔ＿ｅｎｄにおいて、均等化処理が終了することになる。

一方、均等化処理の基準となる単電池１１において、リーク異常が発生していると、図５に示すように、均等化処理を行っている間も、リーク異常が発生している単電池１１の電圧値Ｖｂ＿ｍｉｎは低下し続ける。これにより、時間ｔ＿ｅｎｄにおいて、均等化処理の基準となった単電池１１の電圧値Ｖｂ＿ｍｉｎは、均等化処理を開始したときの電圧値Ｖｂ＿ｍｉｎよりも低下する。

時間ｔ＿ｅｎｄにおいて、電圧値Ｖｂ＿ｍおよび電圧値Ｖｂ＿ｍｉｎの電圧差ΔＶが閾値ΔＶ＿ｔｈ以上であるときには、均等化処理が継続されてしまう。上述したように、リーク異常が発生していなければ、時間ｔ＿ｅｎｄにおいて、均等化処理が終了するが、リーク異常が発生していると、時間ｔ＿ｅｎｄ以後も均等化処理が継続されてしまう。このため、均等化処理を行っている間の単電池１１の放電量は、リーク異常が発生しているときと、リーク異常が発生していないときとで、互いに異なる。すなわち、リーク異常が発生しているときの放電量は、リーク異常が発生していないときの放電量よりも多くなる。

そこで、本実施例では、均等化処理を行っている間の単電池１１の放電量に着目して、リーク異常の発生を判別するようにしている。リーク異常の発生を判別する処理について、図６に示すフローチャートを用いて説明する。図６に示す処理は、コントローラ３０によって実行される。

ステップＳ２０１において、コントローラ３０は、図３を用いて説明したように、電圧値Ｖｂおよび電圧値（最低値）Ｖｂ＿ｍｉｎの電圧差ΔＶが閾値ΔＶ＿ｔｈ以上であることを確認することにより、均等化処理を開始する。ステップＳ２０２において、コントローラ３０は、均等化処理を行っている間の放電量Ｑ［Ａｈ］を算出する。放電量Ｑは、放電時の電流値および放電時間から算出することができる。

ここで、放電時間は、均等化処理を行っている間の時間であり、タイマ３２を用いて計測することができる。また、放電時の電流値は、均等化処理時に単電池１１を放電させる回路（特に、抵抗素子Ｒ１１，Ｒ２１，Ｒ２２）の抵抗値と、放電される単電池１１の電圧値Ｖｂとから算出することができる。抵抗素子Ｒ１１，Ｒ２１，Ｒ２２の抵抗値が、単電池１１の抵抗値（内部抵抗）よりも十分に高いときには、抵抗素子Ｒ１１，Ｒ２１，Ｒ２２の抵抗値だけを考慮することができる。

単電池１１を放電させる回路の抵抗値は、予め測定しておくことができる。例えば、スイッチＳＷ１に関して、リーク異常の発生を判別するときには、図４の点線で示す電流経路における抵抗値を測定しておけばよい。この抵抗値としては、例えば、抵抗素子Ｒ１１，Ｒ２１，Ｒ２２の合成抵抗とすることができる。また、ツェナーダイオードＤに関して、リーク異常の発生を判別するときには、ツェナーダイオードＤにリーク電流が流れたときの電流経路における抵抗値を測定しておけばよい。この抵抗値としては、２つの抵抗素子Ｒ１１の合成抵抗とすることができる。

なお、放電量Ｑを算出する方法としては、公知の方法を適宜用いることができる。例えば、電流センサを用いて、均等化処理を行っている間の電流値を検出し、この電流値を積算することにより、放電量Ｑを算出することができる。一方、単電池１１のＳＯＣ（State of Charge）を推定する場合には、均等化処理に伴うＳＯＣの変化量に基づいて、放電量Ｑを算出することができる。ＳＯＣとは、満充電容量に対する、現在の充電容量の割合である。ＳＯＣを推定する方法としては、公知の方法を適宜採用することができる。

ステップＳ２０３において、コントローラ３０は、ステップＳ２０２の処理で算出した放電量Ｑが所定量Ｑ＿ｔｈ以上であるか否かを判別する。所定量Ｑ＿ｔｈは、均等化処理を開始してから時間ｔ＿ｅｎｄ（図５参照）に到達するまでの放電量であり、予め算出しておくことができる。

具体的には、所定量Ｑ＿ｔｈは、均等化処理時に単電池１１を放電させる回路の抵抗値と、閾値ΔＶ＿ｔｈとから算出することができる。上述したように、単電池１１を放電させる回路の抵抗値は、予め測定しておくことができ、閾値ΔＶ＿ｔｈも予め設定される。このため、所定量Ｑ＿ｔｈを予め算出しておくことができる。所定量Ｑ＿ｔｈに関する情報は、メモリ３１に記憶しておくことができる。

放電量Ｑが所定量Ｑ＿ｔｈ以上であるとき、コントローラ３０は、ステップＳ２０４において、均等化処理の基準となる単電池１１に関して、リーク異常が発生していると判別する。放電量Ｑが所定量Ｑ＿ｔｈ以上であるときには、図５を用いて説明したように、時間ｔ＿ｅｎｄを経過しても、均等化処理が継続されていることになる。このため、コントローラ３０は、リーク異常の発生を判別することができる。

ここで、組電池１０を構成する各単電池１１に対して識別情報を割り振っておけば、均等化処理の基準となる単電池１１を特定することができる。これにより、リーク異常が発生している箇所を特定することができる。識別情報は、組電池１０を構成する、すべての単電池１１を区別できる情報であればよい。例えば、識別情報として、各単電池１１に割り振られた番号を用いることができる。

一方、放電量Ｑが所定量Ｑ＿ｔｈよりも少ないとき、コントローラ３０は、リーク異常が発生していないと判別し、図６に示す処理を終了する。すなわち、放電量Ｑが所定量Ｑ＿ｔｈよりも少ないときには、図５を用いて説明したように、時間ｔ＿ｅｎｄまでに均等化処理が終了していることになる。したがって、コントローラ３０は、リーク異常が発生していないと判別することができる。

本実施例によれば、上述したように、均等化処理を行っている間の放電量を把握することにより、リーク異常が発生しているか否かを判別することができる。リーク異常の発生を判別すれば、リーク異常の放置によって、単電池１１が過放電状態となることを抑制するための措置を講じることができる。例えば、リーク異常が発生しているときには、単電池１１を充放電させないことができる。具体的には、図１に示す構成において、システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２をオフからオンに切り替えないようにすることができる。

また、リーク異常の発生を判別すれば、単電池１１の充電制御において、単電池１１が過充電状態となってしまうことを未然に防止する措置を講じることができる。例えば、リーク異常が発生しているときには、単電池１１の充電を制限したり、単電池１１の充電を行わないようにしたりすることができる。

本実施例では、放電量Ｑを算出し、放電量Ｑを所定量Ｑ＿ｔｈと比較することにより、リーク異常が発生しているか否かを判別しているが、これに限るものではない。例えば、均等化処理を行うときにおいて、放電量および放電時間は、相関関係にあるため、放電時間に基づいて、リーク異常が発生しているか否かを判別することができる。

具体的には、まず、放電時間に関する閾値を予め定めておく。この閾値（時間）は、図５において、均等化処理を開始してから時間ｔ＿ｅｎｄに到達するまでの時間となる。均等化処理を開始したときからの時間をタイマ３２などによって計測し、計測時間（すなわち、放電時間）が閾値（時間）以上であるときには、リーク異常が発生していると判別することができる。ここで、計測時間は、均等化処理が継続して行われている時間であり、均等化処理が終了すれば、時間の計測も終了させる。

計測時間が閾値（時間）以上であるときには、図５を用いて説明したように、時間ｔ＿ｅｎｄが経過しても、均等化処理が継続されていることになる。このため、リーク異常が発生していることを判別できる。一方、計測時間が閾値（時間）よりも短いときには、図５に示す時間ｔ＿ｅｎｄまでに均等化処理が終了することになる。したがって、リーク異常が発生していないことを判別できる。

本実施例では、図３を用いて説明したように、電圧値（最低値）Ｖｂ＿ｍｉｎを均等化処理の基準値としているが、これに限るものではない。均等化処理を行うときの基準となる電圧値は、適宜設定することができる。基準となる電圧値を示す単電池１１に関して、リーク異常が発生していれば、図５で説明した場合と同様に、基準となる電圧値が低下し続けてしまう。このため、本実施例と同様の方法によって、リーク異常が発生しているか否かを判別することができる。

ここで、リーク異常の発生を判別したときには、単電池１１の電圧を検出する回路において、異常が発生していることをユーザなどに警告することができる。これにより、ユーザなどは、異常が発生していることを認識でき、リーク異常の発生を判別した後に、リーク異常が放置され続けることを防止できる。したがって、リーク異常の放置によって、単電池１１が過放電状態となってしまうことを防止できる。

警告の手段としては、ディスプレイ又はスピーカを用いることができる。具体的には、異常が発生していることを示す情報をディスプレイに表示させたり、異常が発生していることを示す情報を音としてスピーカから出力させたりすることができる。ここで、ディスプレイに表示させる内容や、スピーカから出力される音の内容は、適宜設定することができる。

１０：組電池、１１：単電池（蓄電ユニット）、２１：電流センサ、２２：昇圧回路、
２３：インバータ、２４：モータ・ジェネレータ、３０：コントローラ、３１：メモリ、
４０：監視ユニット（電圧検出回路）、４１：コンパレータ、
Ｒ１１，Ｒ２１，Ｒ２２：抵抗素子、ＳＷ１，ＳＷ２１，ＳＷ２２：スイッチ、
Ｄ：ツェナーダイオード、Ｃ：キャパシタ、ＰＬ：正極ライン、ＮＬ：負極ライン、
Ｌ１，Ｌ２：電圧検出ライン、Ｌ２１，Ｌ２２：分岐ライン

Claims (6)

1. 負荷と接続されて充放電を行い、直列に接続された複数の蓄電ユニットと、
   電圧検出ラインを介して前記各蓄電ユニットと接続され、前記各蓄電ユニットの電圧値を検出する電圧検出回路と、
   前記各蓄電ユニットと並列に接続され、前記各蓄電ユニットを放電させる放電回路と、
   前記電圧検出回路の検出結果から基準電圧値を特定し、前記放電回路を動作させて前記複数の蓄電ユニットの電圧値を前記基準電圧値に揃える均等化処理を行うコントローラと、を有し、
   前記コントローラは、前記均等化処理を行っている間の前記蓄電ユニットの放電量が所定量以上であるとき、前記基準電圧値を示す前記蓄電ユニットに対応した前記電圧検出回路又は前記放電回路において、リーク電流が流れていると判別することを特徴とする蓄電システム。
2. 前記コントローラは、前記均等化処理を行っている間の継続時間が所定時間以上であるとき、前記均等化処理を行っている間の放電量が前記所定量以上であると判別することを特徴とする請求項１に記載の蓄電システム。
3. 前記放電回路は、前記蓄電ユニットを放電させるオンと、前記蓄電ユニットを放電させないオフとの間で切り替わるスイッチを含んでおり、
   前記コントローラは、前記基準電圧値を示す前記蓄電ユニットに対応した前記放電回路の前記スイッチにおいて、リーク電流が流れていると判別することを特徴とする請求項１又は２に記載の蓄電システム。
4. 前記電圧検出回路は、前記電圧検出ラインを介して前記各蓄電ユニットと並列に接続され、カソードが前記蓄電ユニットの正極端子と接続され、アノードが前記蓄電ユニットの負極端子と接続されたツェナーダイオードを含んでおり、
   前記コントローラは、前記基準電圧値を示す前記蓄電ユニットに対応した前記ツェナーダイオードにおいて、リーク電流が流れていると判別することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の蓄電システム。
5. 前記放電回路は、前記電圧検出ラインを用いて、前記蓄電ユニットの放電を行うことを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の蓄電システム。
6. 前記基準電圧値は、前記電圧検出回路の検出結果から特定される最も低い電圧値であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の蓄電システム。