JP2021128023A - 電池診断装置及び車両 - Google Patents

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義宏 内田
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Abstract

【課題】組電池を構成する並列セルブロックの異常を的確に検知する。【解決手段】電池診断装置が、SOC演算部と、ΔSOC取得部と、最大ブロック特定部と、診断部とを含む。SOC演算部は、組電池の状態を検出する電池センサの出力を用いて、組電池に含まれる並列セルブロックごとのSOCを求める。ΔSOC取得部は、組電池の充電又は放電を行なう際に、開始時の第1SOCと、終了後の第2SOCとの乖離の程度を示すΔSOCを、並列セルブロックごとに取得する。最大ブロック特定部は、組電池に設定された診断単位の中でΔSOCが最も大きい並列セルブロックである最大ブロックを特定する。診断部は、最大ブロックのΔSOCとΔSOCの基準値との乖離度合いが所定の水準を超える場合に、診断単位の最大ブロックに異常が生じていると判断する。【選択図】図9

Description

本開示は、電池診断装置及び車両に関する。
特開2009−216448号公報(特許文献1)には、複数の並列セルブロックを含む組電池が開示されている。並列セルブロックは、並列接続された複数のセルを含む。セルは、組電池を構成する単電池である。組電池に含まれる複数の並列セルブロックは互いに直列に接続されている。また、特許文献1は、並列セルブロックの並列接続体の端部と、これに隣接する並列セルブロックの並列接続体の端部との間の電圧(すなわち、並列セルブロック間の電圧)を測定することによって、各セルを接続する並列接続体の断線及び断裂を検知する技術を開示している。
特開2009−216448号公報
上記特許文献1に開示される技術では、並列接続体の断線によって放電に使用されるセルの電圧変化は閾値γよりも大きくなり、並列接続体の断線によって放電に使用されなくなったセルの電圧変化は閾値βよりも小さくなることを利用して、隣接する2つの並列セルブロックのどちらに断線が発生したかを判定する。しかし、組電池の容量、蓄電状態、又は充放電の状況によっては、並列セルブロックに断線が生じたときの電圧変動が小さくなることがある。こうした場合には、上記特許文献1に記載される方法により並列セルブロックの異常を高い精度で検知することが難しくなる。
本開示は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、組電池を構成する並列セルブロックの異常を的確に検知することである。
本開示に係る電池診断装置は、複数の並列セルブロックを含む組電池を診断する電池診断装置であって、SOC演算部と、ΔSOC取得部と、最大ブロック特定部と、診断部とを含む。診断される組電池において、複数の並列セルブロックの各々は、並列接続された複数のセルを含む。診断される組電池において、複数の並列セルブロックは、互いに直列に接続されている。
上記のSOC演算部は、組電池の状態を検出する電池センサの出力を用いて、組電池に含まれる並列セルブロックごとのSOCを求めるように構成される。上記のΔSOC取得部は、組電池の充電又は放電を行なう際に、その充電又は放電を開始する時のSOCである第1SOCと、その充電又は放電を終了した後のSOCである第2SOCとの乖離の程度を示すΔSOCを、組電池に含まれる並列セルブロックごとに取得するように構成される。上記の最大ブロック特定部は、組電池の一部又は全部に設定された診断単位の中でΔSOCが最も大きい並列セルブロックである最大ブロックを特定するように構成される。上記の診断部は、最大ブロックのΔSOCとΔSOCの基準値との乖離度合いを用いて診断単位の診断を行ない、この診断においては、乖離度合いが所定の水準を超える場合に、診断単位の最大ブロックに異常が生じていると判断するように構成される。
たとえば、断線(ヒューズの溶断を含む)又は締結部の緩みにより、並列セルブロックの一部において電気的な接続が絶たれ、並列セルブロックからセルが離脱することがある。こうしたセルの離脱が生じると、並列セルブロックに含まれるセルの数(ひいては、並列セルブロックの容量)が減り、並列セルブロックのΔSOC(すなわち、組電池の充電又は放電による並列セルブロックのSOC変化量)が大きくなる。なお、SOC(State Of Charge)は、蓄電残量を示し、たとえば、電池容量(すなわち、満充電状態の蓄電量)に対する現在の蓄電量の割合を0〜100%で表わしたものである。
上記電池診断装置では、SOC演算部が、電池センサの出力を用いて並列セルブロックごとのSOCを求める。そして、ΔSOC取得部は、こうしたSOCを用いて、並列セルブロックごとのΔSOCを取得する。また、最大ブロック特定部は、最大ブロック(すなわち、所定の診断単位の中でΔSOCが最も大きい並列セルブロック)を特定する。上述したセルの離脱が生じた場合には、並列セルブロックのΔSOCが大きくなるため、最大ブロックにおいてセルの離脱が生じている可能性が高い。上記電池診断装置では、診断部が、最大ブロックのΔSOCとΔSOCの基準値とを対比することにより、診断単位の診断を行なう。
上述したセルの離脱が生じると、最大ブロックのΔSOCとΔSOCの基準値との乖離度合い(以下、「ΔSOC乖離度」とも称する)が大きくなる。上記電池診断装置の診断部は、ΔSOC乖離度が所定の水準を超える場合に、診断単位の最大ブロックに異常が生じていると判断する。こうした電池診断装置によれば、組電池を構成する並列セルブロックの異常を的確に検知することが可能になる。
上記の診断部は、所定の診断実行条件が成立する場合に限り、前述の診断(すなわち、最大ブロックに異常が生じているか否かの判断)を実行するように構成されてもよい。上記の診断部は、最大ブロックの第1SOCが第1閾値以上である場合と、最大ブロックの第2SOCが第2閾値以下である場合と、最大ブロックのΔSOCが第3閾値以下である場合とには、前述の診断を行なわないように構成されてもよい。
最大ブロックの第1SOCが過剰に高い場合と、最大ブロックの第2SOCが過剰に低い場合と、最大ブロックのΔSOCが過剰に小さい場合とにおいては、診断部による診断の精度が低下しやすくなる。そこで、上記構成では、これらの場合には診断を行なわない。こうした構成によれば、診断部による診断(すなわち、最大ブロックに異常が生じているか否かの診断)の精度を向上させることが可能になる。
上記の診断部は、組電池において分極が生じているか否かを判断し、分極が生じていないときにSOC演算部が求めたSOCを用いて、前述の診断を行なうように構成されてもよい。
組電池において分極が生じている場合には、SOCの推定精度が低くなりやすく、診断部による前述の診断の精度が低下しやすくなる。そこで、上記構成では、組電池において分極が生じていないときにSOC演算部が求めたSOCを用いて、診断部が前述の診断を行なう。こうした構成によれば、診断部による診断(すなわち、最大ブロックに異常が生じているか否かの診断)の精度を向上させることが可能になる。上記の診断部は、分極が生じていると判断される場合には、前述の診断を行なわないように構成されてもよい。
上述した電池診断装置において、ΔSOCは、組電池の充電又は放電を行なう際の第1SOC(開始時のSOC)と第2SOC(終了後のSOC)との乖離の程度を示すパラメータである。また、ΔSOC乖離度は、最大ブロックのΔSOCとΔSOCの基準値とのずれの大きさ(乖離の程度)を示すパラメータである。乖離の程度を示すパラメータとしては、たとえば差又は比率を採用できる。両者の差(絶対値)が大きいほど両者の乖離の程度は大きいことになる。また、両者の比率が1に近いほど両者の乖離の程度は小さいことになる。
ΔSOCは、第1SOCと第2SOCとの差であってもよい。診断部は、最大ブロックのΔSOCとΔSOCの基準値との比率を用いて、ΔSOC乖離度が所定の水準を超えたか否かを判断するように構成されてもよい。
上記構成によれば、大容量の組電池に含まれるいずれかの並列セルブロックにおいて前述したセルの離脱が生じたときに、いずれの並列セルブロックでセルの離脱が生じたかを高い精度で特定することができる。組電池の容量は100Ah以上であってもよい。
上述した電池診断装置におけるΔSOCの基準値は、正常な並列セルブロックのΔSOCに相当する。ΔSOCの基準値は、予め実験又はシミュレーションで求められた正常値(たとえば、固定値又はマップ値)であってもよいし、所定の並列セルブロック(より特定的には、最大ブロック以外の並列セルブロック)のΔSOCであってもよいし、最大ブロック以外の並列セルブロックの平均ΔSOCであってもよい。
上述したいずれかの電池診断装置は、第2ブロック特定部をさらに含んでもよい。第2ブロック特定部は、診断単位の中でΔSOCが2番目に大きい並列セルブロックである第2ブロックを特定するように構成される。ΔSOCの基準値は、第2ブロックのΔSOCであってもよい。
上記構成では、ΔSOCの基準値として第2ブロックのΔSOCを採用する。最大ブロックのΔSOCと第2ブロックのΔSOCとの乖離度合いは、最大ブロックに異常(すなわち、セルの離脱)が生じているときには大きくなり、最大ブロックが正常であるときには0に近くなる傾向がある。こうした構成によれば、高い精度で最大ブロックの異常を検知しやすくなる。なお、2つ以上の並列セルブロック(たとえば、最大ブロック及び第2ブロック)に同時に異常が生じると、組電池の温度が大きく上昇する傾向がある。上記の電池診断装置は、組電池の温度を用いて2つ以上の並列セルブロックに同時に異常が生じているか否かを判断してもよい。電池診断装置は、2つ以上の並列セルブロックに同時に異常が生じている場合には、診断部による診断を行なわないように構成されてもよい。
上述したいずれかの電池診断装置における診断単位は、組電池全体であってもよいし、組電池を構成する一部の並列セルブロック(より特定的には、複数の並列セルブロック)であってもよい。50個以上の並列セルブロックを含む組電池においては、5個以上の並列セルブロックを含む診断単位を設定してもよい。こうした構成によれば、組電池の診断を効率良く行なうことができる。
本開示に係る車両は、上述したいずれかの電池診断装置と、上記の組電池と、上記の電池センサとを備える。
上記車両によれば、車両に搭載された組電池を構成する並列セルブロックの異常を、上述したいずれかの電池診断装置によって的確に検知することが可能になる。
上記電池診断装置のΔSOC取得部は、組電池の外部充電を行なう際に、組電池に含まれる並列セルブロックごとのΔSOCを取得するように構成されてもよい。第1SOCは外部充電を開始する時のSOCであってもよい。第2SOCは外部充電を終了した後のSOCであってもよい。
上記車両では、外部充電を行なう際に組電池の診断を行なうことができる。外部充電は、車両の外部から供給される電力によって行なわれる組電池の充電である。
上記電池診断装置のΔSOC取得部は、組電池の電力を用いた外部給電を行なう際に、組電池に含まれる並列セルブロックごとのΔSOCを取得するように構成されてもよい。第1SOCは外部給電を開始する時のSOCであってもよい。第2SOCは外部給電を終了した後のSOCであってもよい。
上記車両では、外部給電を行なう際に組電池の診断を行なうことができる。外部給電は、組電池に蓄えられた電力を当該車両の外部へ供給する組電池の放電である。
上記電池診断装置の診断部は、車両の起動スイッチがオンされたタイミングで所定の診断実行条件が成立する場合に、前述の診断を行なうように構成されてもよい。上記の診断部は、起動スイッチがオフされてから診断に係る充電又は放電が開始されるまでの第1時間が第4閾値以下である場合と、診断に係る充電又は放電が終了してから起動スイッチがオンされるまでの第2時間が第5閾値以下である場合とには、前述の診断を行なわないように構成されてもよい。
車両の起動スイッチがオフされた時点では、組電池において分極が生じていることがある。また、組電池の充電又は放電が行なわれると、組電池において分極が生じることがある。組電池において分極が生じてから、組電池の充電及び放電が行なわれていない状態で十分な時間が経過すると、組電池における分極は解消される。上記構成では、車両の起動スイッチがオンされたタイミングで所定の診断実行条件が成立する場合に、診断部による診断が行なわれる。ただし、車両の起動スイッチがオフされてから十分な時間が経過していない場合には、上記診断は行なわれない。また、組電池の充電及び放電が終了してから十分な時間が経過していない場合にも、上記診断は行なわれない。こうした構成によれば、分極によるSOCの推定精度の低下に起因した診断精度の低下が抑制される。
上記車両に搭載される電池診断装置は、当該車両の駐車中には、前述した診断部によって組電池の診断を行ない、当該車両の走行中には、前述した診断部とは別の方法で組電池の診断を行なうように構成されてもよい。
上記の電池センサは、診断単位に含まれる全ての並列セルブロックの各々に設けられた複数の電圧センサを含んでもよい。これら電圧センサの各々の出力信号は、共通の信号処理回路を経て、電池診断装置に入力されてもよい。電池診断装置のSOC演算部は、上記共通の信号処理回路によって処理された複数の電圧センサの各々の出力信号を用いて、組電池に含まれる並列セルブロックごとのSOCを求めるように構成されてもよい。
信号処理回路による処理時にSOCの検出誤差が生じることがある。上記構成では、診断単位に含まれる全ての並列セルブロックの電圧信号が同じ信号処理回路(すなわち、共通の信号処理回路)によって処理される。このため、SOC演算部によって求められる各並列セルブロックのSOCは、同じ誤差を含むことになる。こうした誤差は、ΔSOC又はΔSOC乖離度を算出するときに相殺することができる。
上述したいずれかの車両は、上記組電池に蓄えられた電力を用いて走行するように構成されてもよい。上述したいずれかの車両は、EV(電気自動車)であってもよいし、PHV(プラグインハイブリッド車両)であってもよい。
本開示によれば、組電池を構成する並列セルブロックの異常を的確に検知することが可能になる。
本開示の実施の形態に係る車両の概略構成を示す図である。 図1に示したバッテリに含まれる組電池と監視モジュールとの各々の構成を示す図である。 図2に示したセルスタック及び電圧検出回路の各々の構成を示す図である。 並列セルブロックのSOC及びOCVの関係の一例を示す図である。 本開示の実施の形態に係る電池診断装置の詳細構成を示す図である。 図5に示した電池診断装置によって組電池の診断が実行されるタイミングの一例について説明するための図である。 本開示の実施の形態に係る電池診断方法を示すフローチャートである。 最大ブロック及び第2ブロックについて説明するための図である。 図7に示した診断処理の詳細を示すフローチャートである。 図9に示した診断処理において使用される閾値が可変設定される第1の例について説明するための図である。 図9に示した診断処理において使用される閾値が可変設定される第2の例について説明するための図である。 本開示の実施例を説明するための図である。 診断が実行されるタイミングの変形例について説明するための図である。 図7に示した電池診断方法の変形例を示すフローチャートである。
本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図中、同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。以下では、電子制御ユニット(Electronic Control Unit)を、「ECU」と表記する場合がある。また、車両用給電設備(Electric Vehicle Supply Equipment)を、「EVSE」と表記する場合がある。
図1は、この実施の形態に係る車両の概略構成を示す図である。図1を参照して、車両1は、走行用の電力を蓄電するバッテリ130を備える。車両1は、バッテリ130に蓄えられた電力のみを用いて走行可能な電気自動車(EV)であってもよいし、バッテリ130に蓄えられた電力とエンジン(図示せず)の出力との両方を用いて走行可能なプラグインハイブリッド車(PHV)であってもよい。
この実施の形態では、バッテリ130が組電池を含む。組電池は、複数の単電池(すなわち、セル)が互いに電気的に接続されて構成される。セルとしては、任意の二次電池を採用可能である。この実施の形態では、セルとしてリチウムイオン電池を採用する。ただし、セルはリチウムイオン電池以外の二次電池(たとえば、ニッケル水素電池)であってもよい。セルは、液系二次電池であってもよいし、全固体二次電池であってもよい。バッテリ130に含まれる組電池の具体的な構成については後述する(図2及び図3参照)。
車両1は、ECU500を備える。ECU500は、バッテリ130の充電制御及び放電制御を行なうように構成される。また、ECU500は、車両1の外部との通信を制御するように構成される。車両1は、バッテリ130の状態を監視する監視モジュール140をさらに備える。監視モジュール140は、バッテリ130に含まれる組電池の状態を検出する電池センサと、電池センサの出力信号を処理する信号処理回路とを含み、信号処理回路によって処理されたセンサ信号をECU500へ出力する。この実施の形態では、組電池の電圧、電流、及び温度を検出する電圧センサ、電流センサ、及び温度センサを、上記電池センサとして採用する。信号処理回路としては、たとえば汎用のIC(集積回路)を採用できる。ECU500は、監視モジュール140の出力に基づいて組電池の状態(たとえば、温度、電流、電圧、SOC(State Of Charge)、及び内部抵抗)を取得することができる。監視モジュール140の具体的な構成については後述する(図2及び図3参照)。
車両1は、EVSE40の給電方式に対応するインレット110及び充放電器120を備える。インレット110は、車両1の外部から供給される電力を受電するように構成される。また、インレット110は、充放電器120から供給される電力を車両1の外部へ出力するように構成される。なお、図1には、インレット110及び充放電器120のみを図示しているが、車両1は、複数種の給電方式(たとえば、AC方式及びDC方式)に対応できるように、給電方式ごとの複数のインレット及び充放電器を備えてもよい。
EVSE40には、充電ケーブル42が接続される。充電ケーブル42は、常にEVSE40に接続されていてもよいし、EVSE40に対して着脱可能であってもよい。充電ケーブル42は、先端にコネクタ43を有し、内部に電力線を含む。インレット110には、充電ケーブル42のコネクタ43を接続することができる。EVSE40につながれた充電ケーブル42のコネクタ43が車両1のインレット110に接続されることで、EVSE40と車両1とが電気的に接続される。これにより、EVSE40から充電ケーブル42を通じて車両1に電力を供給することが可能になる。
充放電器120は、インレット110とバッテリ130との間に位置する。充放電器120は、インレット110からバッテリ130までの電力経路の接続/遮断を切り替えるリレーと、電力変換回路(たとえば、双方向コンバータ)と(いずれも図示せず)を含んで構成される。充放電器120に含まれるリレー及び電力変換回路の各々は、ECU500によって制御される。車両1は、充放電器120の状態を監視する監視モジュール121をさらに備える。監視モジュール121は、充放電器120の状態(たとえば、電圧、電流、及び温度)を検出する各種センサを含み、検出結果をECU500へ出力する。この実施の形態では、監視モジュール121が、上記電力変換回路に入力される電圧及び電流と、上記電力変換回路から出力される電圧及び電流とを検出するように構成される。
車両1の外側に位置するEVSE40と車両1のインレット110とが充電ケーブル42を介して接続されることにより、EVSE40と車両1との間で電力の授受を行なうことが可能になる。このため、車両1による外部充電(すなわち、車両1の外部から電力の供給を受けて車両1のバッテリ130を充電すること)が可能になる。外部充電のための電力は、たとえばEVSE40から充電ケーブル42を通じてインレット110に供給される。充放電器120は、インレット110が受電した電力をバッテリ130の充電に適した電力に変換し、変換された電力をバッテリ130へ出力するように構成される。また、EVSE40とインレット110とが充電ケーブル42を介して接続されることにより、車両1による外部給電(すなわち、車両1から充電ケーブル42を通じてEVSE40に給電を行なうこと)が可能になる。外部給電のための電力は、バッテリ130から充放電器120に供給される。充放電器120は、バッテリ130から供給される電力を外部給電に適した電力に変換し、変換された電力をインレット110へ出力するように構成される。外部充電及び外部給電のいずれかを実行するときには充放電器120のリレーが閉状態(接続状態)にされ、外部充電及び外部給電のいずれも実行しないときには充放電器120のリレーが開状態(遮断状態)にされる。
なお、充放電器120の構成は上記に限られず適宜変更可能である。充放電器120は、たとえば整流回路、PFC(Power Factor Correction)回路、絶縁回路(たとえば、絶縁トランス)、インバータ、及びフィルタ回路の少なくとも1つを含んでもよい。車両1がAC方式のEVSEに対して外部給電を行なう場合には、バッテリ130から放電された電力に充放電器120がDC/AC変換を行ない、変換後の交流電力が車両1からEVSEへ供給されてもよい。車両1がDC方式のEVSEに対して外部給電を行なう場合には、車両1からEVSEへ直流電力が供給され、EVSEに内蔵されるインバータによってDC/AC変換が行なわれるようにしてもよい。
ECU500は、プロセッサ501、RAM(Random Access Memory)502、記憶装置503、及びタイマ504を含んで構成される。プロセッサ501としては、たとえばCPU(Central Processing Unit)を採用できる。RAM502は、プロセッサ501によって処理されるデータを一時的に記憶する作業用メモリとして機能する。記憶装置503は、格納された情報を保存可能に構成される。記憶装置503は、たとえばROM(Read Only Memory)及び書き換え可能な不揮発性メモリを含む。記憶装置503には、プログラムのほか、プログラムで使用される情報(たとえば、マップ、数式、及び各種パラメータ)が記憶されている。この実施の形態では、記憶装置503に記憶されているプログラムをプロセッサ501が実行することで、ECU500における各種制御が実行される。ただし、ECU500における各種制御は、ソフトウェアによる実行に限られず、専用のハードウェア(電子回路)で実行することも可能である。なお、ECU500が備えるプロセッサの数は任意であり、所定の制御ごとにプロセッサが用意されてもよい。
タイマ504は、設定時刻の到来をプロセッサ501に知らせるように構成される。タイマ504に設定された時刻になると、タイマ504からプロセッサ501へその旨を知らせる信号が送信される。この実施の形態では、タイマ504としてタイマ回路を採用する。ただし、タイマ504は、ハードウェア(タイマ回路)ではなく、ソフトウェアによって実現してもよい。また、ECU500は、ECU500に内蔵されるリアルタイムクロック(RTC)回路(図示せず)を利用して現在時刻を取得できる。
車両1は、走行駆動部150と、入力装置160と、報知装置170と、通信機器180と、駆動輪Wとをさらに備える。なお、車両1の駆動方式は、図1に示される前輪駆動に限られず、後輪駆動又は4輪駆動であってもよい。
走行駆動部150は、図示しないPCU(Power Control Unit)とMG(Motor Generator)とを含み、バッテリ130に蓄えられた電力を用いて車両1を走行させるように構成される。PCUは、たとえば、プロセッサを含んで構成される制御装置と、インバータと、コンバータと、リレー(以下、「SMR(System Main Relay)」と称する)と(いずれも図示せず)を含んで構成される。PCUの制御装置は、ECU500からの指示(制御信号)を受信し、その指示に従ってPCUのインバータ、コンバータ、及びSMRを制御するように構成される。MGは、たとえば三相交流モータジェネレータである。MGは、PCUによって駆動され、駆動輪Wを回転させるように構成される。また、MGは、回生発電を行ない、発電した電力をバッテリ130に供給するように構成される。SMRは、バッテリ130からPCUまでの電力経路の接続/遮断を切り替えるように構成される。SMRは、車両1の走行時に閉状態(接続状態)にされる。
入力装置160は、ユーザからの入力を受け付ける装置である。入力装置160は、ユーザによって操作され、ユーザの操作に対応する信号をECU500へ出力する。通信方式は有線でも無線でもよい。入力装置160の例としては、各種スイッチ、各種ポインティングデバイス、キーボード、タッチパネルが挙げられる。入力装置160は、カーナビゲーションシステムの操作部であってもよい。入力装置160は、音声入力を受け付けるスマートスピーカであってもよい。
報知装置170は、ECU500から要求があったときに、ユーザ(たとえば、車両1の乗員)へ所定の報知処理を行なうように構成される。報知装置170は、表示装置(たとえば、タッチパネルディスプレイ)、スピーカ、及びランプ(たとえば、MIL(故障警告灯))の少なくとも1つを含んでもよい。報知装置170は、メータパネル、ヘッドアップディスプレイ、又はカーナビゲーションシステムであってもよい。
通信機器180は、各種通信I/F(インターフェース)を含んで構成される。通信機器180は、DCM(Data Communication Module)を含んでもよい。ECU500は、通信機器180を通じて車両1の外部の通信装置と無線通信を行なうように構成される。
図2は、バッテリ130に含まれる組電池と監視モジュール140との各々の構成を示す図である。図1とともに図2を参照して、バッテリ130は、組電池300を含む。組電池300は、N個のセルスタック(すなわち、セルスタック200−1〜200−N)を含む。Nは、5以上であってもよいし、30以上であってもよい。この実施の形態では、Nを10とする。監視モジュール140は、N個の電圧検出回路(すなわち、電圧検出回路141−1〜141−N)と、1個の電流検出回路142と、1個の温度検出回路143とを含む。電流検出回路142には、セルスタック200−1〜200−Nに流れる電流を検出する電流センサIBが搭載されている。電流検出回路142は、電流センサIBの出力信号を処理するように構成される。温度検出回路143には、組電池300の温度を検出する温度センサTBが搭載されている。温度検出回路143は、温度センサTBの出力信号を処理するように構成される。この実施の形態では、監視モジュール140に含まれる電流センサIB及び温度センサTBの各々の数が1つである。ただしこれに限られず、電流センサIB及び温度センサTBの数は適宜変更可能である。たとえば、セルスタックごと又は並列セルブロックごと又はセルごとに温度センサTBを設けてもよい。
電圧検出回路141−1〜141−Nは、それぞれセルスタック200−1〜200−Nに設けられている。以下、区別して説明する場合を除いて、セルスタック200−1〜200−Nの各々を「セルスタック200」と記載し、電圧検出回路141−1〜141−Nの各々を「電圧検出回路141」と記載する。図3は、セルスタック200及び電圧検出回路141の各々の構成を示す図である。
図3を参照して、セルスタック200は、M個の並列セルブロック(すなわち、並列セルブロック100−1〜100−M)を含む。1個の電圧検出回路141にM個の電圧センサ(すなわち、電圧センサVB−1〜VB−M)が搭載されている。電圧センサVB−1〜VB−Mは、それぞれ並列セルブロック100−1〜100−Mの端子間電圧を検出するように構成される。Mは、5以上であってもよいし、30以上であってもよい。この実施の形態では、Mを10とする。
並列セルブロック100−1〜100−Mは、電力線PL13を介して直列に接続されている。各電力線PL13は、セルスタック200の内部において隣り合う並列セルブロック100同士を直列に接続している。電力線PL11,PL12は、セルスタック200と外部とを接続するための電力線である。この実施の形態では、電力線PL11がセルスタック200の正極側の電力線であり、電力線PL12がセルスタック200の負極側の電力線である。以下、区別して説明する場合を除いて、並列セルブロック100−1〜100−Mの各々を「並列セルブロック100」と記載する。
各並列セルブロック100は、並列接続された複数のセル10(この実施の形態では、リチウムイオン電池)を含む。各並列セルブロック100に含まれるセル10の数は任意であるが、この実施の形態では3個とする。各並列セルブロック100において、3個のセル10は、電力線PL1,PL2,PL1,PL2によって並列に接続されている。電力線PL1,PL2,PL1,PL2の各々は、ワイヤであってもよいし、金属板(たとえば、バスバー)であってもよい。並列セルブロック100に含まれる各PL1又は各PL2にヒューズ(図示せず)が設けられてもよい。
電力線PL1,PL2は並列方向の電力線であり、電力線PL1,PL2は直列方向の電力線である。並列セルブロック100−1においては、電力線PL1が直列方向の電力線PL11と接続されている。並列セルブロック100−2〜100−Mの各々においては、電力線PL1が、直列方向の電力線PL13を介して、隣り合う並列セルブロック100の電力線PL2と接続されている。各電力線PL1は、各セル10の正極端子と電力線PL1とを電気的に接続している。各電力線PL2は、各セル10の負極端子と電力線PL2とを電気的に接続している。並列セルブロック100−Mにおいては、電力線PL2が直列方向の電力線PL12と接続されている。他の並列セルブロック100(すなわち、並列セルブロック100−1〜100−M−1)の各々においては、電力線PL2が、直列方向の電力線PL13を介して、隣り合う並列セルブロック100の電力線PL1と接続されている。
上記のように、この実施の形態では、セルスタック200−1〜200−Nが同じ構成(すなわち、図3に示した構成)を有する。セルスタック200−1〜200−Nの各々は、M個(この実施の形態では、10個)の並列セルブロック100で構成される。各セルスタック200を構成するM個の並列セルブロック100の各々は、3個のセル10が並列接続されて構成される。ただしこれに限られず、セルスタック200−1〜200−Nは異なる構成を有してもよい。1つの並列セルブロックに含まれるセルの数は3個に限られず任意である。たとえば、各並列セルブロックが5個以上のセルを含んでもよい。また、並列セルブロックごとにセルの数が異なっていてもよい。
再び図2を参照して、セルスタック200−1〜200−Nは、直列に接続されることにより、組電池300を構成している。組電池300は、N×M個の並列セルブロック100を含む。組電池300に含まれる並列セルブロックの数は、50個以上であってもよいし、100個以上であってもよい。この実施の形態では、組電池300に含まれる並列セルブロックの数が100個である。組電池300の容量は、30Ah以上であってもよいし、100Ah以上であってもよい。この実施の形態では、組電池300の容量が150Ahである。電力線PL1,PL2は、組電池300と外部とを接続するための電力線である。この実施の形態では、電力線PL1が組電池300の正極側の電力線であり、電力線PL2が組電池300の負極側の電力線である。電力線PL1は、セルスタック200−Nの電力線PL11(図3)に相当する。電力線PL2は、セルスタック200−1の電力線PL12(図3)に相当する。この実施の形態では、電流センサIBが電力線PL2に配置される。ただしこれに限られず、電流センサIBは電力線PL1に配置されてもよい。電流センサIBは、各並列セルブロック100を構成する全てのセル10に流れる総電流を検出する。
ところで、図3に示した並列セルブロック100において電力線PL1又はPL2に断線(ヒューズの溶断を含む)又は締結部の緩みが生じると、並列セルブロック100からセル10が離脱し、並列セルブロック100において適切に接続されているセル10の数が減ることになる。並列セルブロック100からセル10が離脱すると、並列セルブロック100の充電又は放電によって並列セルブロック100のSOCが変化しやすくなる。
たとえば、並列セルブロック100において1本の電力線PL1が断線すると、並列セルブロック100の充電時又は放電時に、1個のセル10には電流が流れなくなり、残りの2個のセル10だけに電流が流れるようになる。これにより、充電時又は放電時にセル1個あたりに流れる電流の大きさは、正常時(すなわち、セルの離脱が生じていないとき)の約1.5倍になる。また、並列セルブロック100から1個のセル10が離脱すると、並列セルブロック100の容量(すなわち、満充電状態の蓄電量)が正常時の約3分の2になるため、並列セルブロック100の充電又は放電によって並列セルブロック100のSOCが変化しやすくなる。
上記のように、セルの離脱が生じると、並列セルブロック100の充電又は放電によるSOCの変動量が大きくなる。また、並列セルブロック100のSOCが増加するほど並列セルブロック100のOCV(Open Circuit Voltage)は高くなる傾向がある。ただし、組電池300の容量、蓄電状態、又は充放電の状況によっては、セルの離脱が生じても、並列セルブロック100のOCVがほとんど変動しないことがある。
図4は、並列セルブロックのSOC及びOCVの関係の一例を示す図である。図4を参照して、並列セルブロック100のSOC及びOCVは、線L1で示すような関係を有する。たとえば、並列セルブロック100が正常であるときに、並列セルブロック100のSOCを10%から30%にするための充電を行なうと、並列セルブロック100のSOC及びOCVが点P1で示される値から点P2で示される値に上昇する。一方、同様の充電が行なわれるときに並列セルブロック100において異常(すなわち、セルの離脱)が生じていると、並列セルブロック100のSOC及びOCVが点P1で示される値から点P3で示される値に上昇する。
図4に示す例において、点P2で示されるOCVと点P3で示されるOCVとは大差がない。このため、充電開始時のOCVである第1OCVと、充電終了後のOCVである第2OCVとの差(すなわち、ΔOCV)は、並列セルブロック100において異常(すなわち、セルの離脱)が生じても、ほとんど変動しない。これに対し、充電開始時のSOCである第1SOCと、充電終了後のSOCである第2SOCとの差(すなわち、ΔSOC)は、正常時には20%(=30%−10%)であり、異常時には60%(=70%−10%)である。ΔSOCは正常時と異常時とで大きく異なる。異常時には、並列セルブロック100のΔSOC(すなわち、組電池300の充電による並列セルブロック100のSOC変化量)が正常時よりも大きくなる。この実施の形態に係るECU500は、ΔSOCを用いることで、組電池300を構成する各並列セルブロック100の異常を高い精度で検知する。
図5は、ECU500の詳細構成を示す図である。ECU500は、本開示に係る「電池診断装置」の一例に相当する。図1〜図3とともに図5を参照して、ECU500は、SOC演算部510と、ΔSOC取得部520と、最大ブロック特定部530と、第2ブロック特定部540と、ΔSOC比率取得部550と、診断部560とを含む。この実施の形態では、図1に示したプロセッサ501と、プロセッサ501により実行されるプログラムとによって、これら各部が具現化される。ただしこれに限られず、これら各部は、専用のハードウェア(電子回路)によって具現化されてもよい。
SOC演算部510は、監視モジュール140からECU500へ送信される情報を用いて、組電池300に含まれる各並列セルブロック100のSOCを求めるように構成される。電圧センサVB−1〜VB−M(図3参照)の各々の出力信号は、共通の電圧検出回路141を経て、SOC演算部510に入力される。すなわち、各電圧検出回路141がM個のセンサ信号を処理してSOC演算部510へ出力する。この実施の形態では、電圧検出回路141が、本開示に係る「共通の信号処理回路」の一例に相当する。電流センサIB(図2参照)の出力信号は電流検出回路142を経てSOC演算部510に入力される。温度センサTB(図2参照)の出力信号は温度検出回路143を経てSOC演算部510に入力される。この実施の形態では、SOC演算部510が、電圧検出回路141によって処理された電圧センサVB−1〜VB−Mの各出力信号と、電流検出回路142によって処理された電流センサIBの出力信号と、温度検出回路143によって処理された温度センサTBの出力信号とを用いて、組電池300(図2)に含まれる並列セルブロック100ごとのSOCを求めるように構成される。
SOC演算部510がSOCを求めるロジックは任意である。たとえば、並列セルブロック100のOCVと組電池300の電流と組電池300の温度と並列セルブロック100のSOCとの関係を示す情報(以下、「SOC演算情報」とも称する)が、予め記憶装置503に記憶されていてもよい。SOC演算部510は、SOC演算情報を参照して、並列セルブロック100のOCVと組電池300の電流と組電池300の温度とから、並列セルブロック100のSOCを求めてもよい。
ΔSOC取得部520は、組電池300の外部充電(すなわち、車両1の外部から供給される電力によって行なわれる組電池300の充電)を行なう際に、組電池300に含まれる並列セルブロック100ごとのΔSOCを取得するように構成される。この実施の形態では、ΔSOCとして、第1SOCと第2SOCとの差(=第2SOC−第1SOC)を採用する。第1SOCは外部充電を開始する時のSOCである。第2SOCは外部充電を終了した後のSOCである。ΔSOC取得部520は、SOC演算部510から並列セルブロック100ごとの第1SOC及び第2SOCを取得し、得られた情報を用いて、並列セルブロック100ごとのΔSOCを算出する。
この実施の形態では、診断単位(すなわち、セルスタック200)に含まれる全ての並列セルブロック(すなわち、並列セルブロック100−1〜100−M)に電圧センサ(すなわち、電圧センサVB−1〜VB−M)が設けられている(図3参照)。電圧センサVB−1〜VB−Mの各々の出力信号は、共通の信号処理回路(すなわち、電圧検出回路141)を経て、ECU500に入力される。SOC演算部510は、共通の信号処理回路によって処理された各電圧センサの出力信号を用いて、診断単位に含まれる各並列セルブロック100のSOCを求める。このため、SOC演算部510によって求められる各並列セルブロックのSOCは、同じ誤差を含むことになる。こうした誤差は、ΔSOC取得部520がΔSOCを算出するときに相殺される。また、ΔSOC比率取得部550が、後述するΔSOC比率を算出するときにも、上記誤差は相殺される。
最大ブロック特定部530は、ΔSOC取得部520から取得される情報(各並列セルブロック100のΔSOCを含む)を用いて、最大ブロックを特定するように構成される。最大ブロックは、組電池300の一部又は全部に設定された診断単位の中でΔSOCが最も大きい並列セルブロック100である。この実施の形態では、各セルスタック200を診断単位とする。最大ブロック特定部530は、セルスタック200ごとに最大ブロックを特定する。組電池300(図2参照)はN個(この実施の形態では、10個)のセルスタック200を含むため、最大ブロック特定部530によってN個の最大ブロックが特定される。
第2ブロック特定部540は、ΔSOC取得部520から取得される情報(並列セルブロック100ごとのΔSOCを含む)を用いて、第2ブロックを特定するように構成される。第2ブロックは、前述の診断単位(セルスタック200)の中でΔSOCが2番目に大きい並列セルブロック100である。第2ブロック特定部540は、セルスタック200ごとに第2ブロックを特定する。第2ブロック特定部540によってN個の第2ブロックが特定される。
ΔSOC比率取得部550は、ΔSOC取得部520、最大ブロック特定部530、及び第2ブロック特定部540から取得される情報(各並列セルブロック100のΔSOC、並びに各セルスタック200の最大ブロック及び第2ブロックを含む)を用いて、診断単位(セルスタック200)ごとのΔSOC比率を算出するように構成される。ΔSOC比率は、最大ブロックのΔSOCを第2ブロックのΔSOCで除算した値(=最大ブロックのΔSOC/第2ブロックのΔSOC)である。この実施の形態では、第2ブロックのΔSOCが、本開示に係る「ΔSOCの基準値」の一例に相当する。また、ΔSOC比率は、「ΔSOC乖離度」の一例に相当する。
診断部560は、ΔSOC比率取得部550から取得される情報(各セルスタック200のΔSOC比率を含む)を用いて組電池300の診断を行なうように構成される。診断部560は、診断単位(セルスタック200)ごとに異常の有無を判断する。診断部560は、診断単位のΔSOC比率が所定値以上である場合に、当該診断単位の最大ブロックに異常が生じていると判断する。この実施の形態では、所定の診断実行条件が成立する場合に限り、診断部560が上記の診断(すなわち、各診断単位の最大ブロックに異常が生じているか否かの判断)を実行する。診断実行条件の詳細については後述する(図7参照)。
図6は、ECU500によって組電池300の診断が実行されるタイミングの一例について説明するための図である。
図1及び図5とともに図6を参照して、図1に示した入力装置160は、車両1の起動スイッチを含む。起動スイッチは、車両システムを起動させるためのスイッチである。起動スイッチがオンされることによって車両システムが起動する。一般に、起動スイッチは「パワースイッチ」又は「イグニッションスイッチ」と称される。以下に説明するように、ユーザは、起動スイッチを操作することにより、車両システムの作動状態(Ready−ON状態)/停止状態(Ready−OFF状態)を切り替えることができる。
起動スイッチは、たとえば車両1の運転を開始又は終了するときに操作される。車両1の走行中には、車両システムが作動状態(Ready−ON状態)になっている。図6に示す例では、ユーザが、車両1の走行を終了するときに、車両1を停車させ、パーキングブレーキ(図示せず)をかけてシフトレンジをPレンジにした後、タイミングt11で起動スイッチを押すことによって、車両システムをReady−OFF状態にする。車両システムがReady−ON状態からReady−OFF状態に切り替わる際に、ECU500によってSMRが開状態にされ、組電池300からPCUまでの電力経路が遮断される。また、Ready−OFF状態では、ECU500が停止状態(たとえば、スリープ状態)になる。なお、上記のタイミングt11及び後述するタイミングt12〜t14は、記憶装置503に記録される。
その後、外部充電の準備(たとえば、インレット110に対する充電ケーブル42の接続)が行なわれ、タイミングt12で外部充電が開始される。タイミングt11からタイミングt12までの期間(以下、「第1OFF期間」とも称する)の長さは、起動スイッチがオフされてから外部充電が開始されるまでの時間に相当する。
SOC演算部510は、外部充電が開始される直前に、電池センサ(より特定的には、電圧センサVB−1〜VB−M、電流センサIB、及び温度センサTB)の出力を用いて、各並列セルブロック100のSOCを求める。各センサの出力信号は、信号処理回路(より特定的には、電圧検出回路141−1〜141−N、電流検出回路142、及び温度検出回路143)を経て、SOC演算部510に入力される。SOC演算部510は、電圧検出回路141−1〜141−Nの各々の出力に基づいて、各並列セルブロック100のOCVを取得する。SOC演算部510は、電流検出回路142及び温度検出回路143の各々の出力に基づいて、組電池300の電流及び温度を取得する。SOC演算部510は、たとえばSOC演算情報を参照して、各並列セルブロック100のOCVと組電池300の電流と組電池300の温度とから、各並列セルブロック100のSOCを求める。ここで得られるSOCは、第1SOCに相当する。各並列セルブロック100の第1SOCは、記憶装置503に保存される。
タイミングt12で開始された外部充電は、タイミングt13で終了する。なお、車両において大容量(たとえば、100Ah以上)の組電池が使用される場合では、1回の充電で組電池が満充電になることは少ない。外部充電の実行中(すなわち、タイミングt12からタイミングt13までの期間)においては、監視モジュール140によって組電池300の状態がリアルタイムで逐次検出されてもよい。検出結果は記憶装置503に記録されてもよい。ECU500は、取得される情報に基づいて、組電池300の異常の有無を判断してもよい。たとえば、ECU500は、温度センサTBにより検出される組電池300の温度を用いて、組電池300の異常の有無を判断してもよい。ECU500は、組電池300の温度が所定値以上である場合(すなわち、組電池300が過剰に発熱している場合)に、組電池300に異常が生じていると判断してもよい。異常が検知された場合には、ECU500が異常の報知及び/又は記録を行なってもよい。
その後、タイミングt14で、ユーザがブレーキペダル(図示せず)を踏みながら起動スイッチを押すと、車両システム(ひいては、ECU500)が起動し、Ready−ON状態になる。Ready−ON状態では、ECU500によってSMRが閉状態にされることにより組電池300からPCUへ電力が供給され、車両1が走行可能な状態になる。タイミングt13からタイミングt14までの期間(以下、「第2OFF期間」とも称する)の長さは、外部充電が終了してから起動スイッチがオンされるまでの時間に相当する。
SOC演算部510は、外部充電が終了した後、たとえばタイミングt14で、電池センサ(より特定的には、電圧センサVB−1〜VB−M、電流センサIB、及び温度センサTB)の出力を用いて、各並列セルブロック100のSOCを求める。ここで得られるSOCは、第2SOCに相当する。各並列セルブロック100の第2SOCは、記憶装置503に保存される。第2SOCを求める方法は、たとえば前述した第1SOCと同じである。
診断部560は、タイミングt14(すなわち、車両1の起動スイッチがオンされたタイミング)で所定の診断実行条件が成立するか否かを判断し、所定の診断実行条件が成立する場合には、前述した組電池300の診断を実行する。
図7は、この実施の形態に係る電池診断方法を示すフローチャートである。このフローチャートに示される処理は、組電池300の外部充電が終了した後に起動スイッチがオンされたタイミング(たとえば、図6に示したタイミングt14)で開始される。組電池300の診断は、診断単位(セルスタック200)ごとに実行される。以下では、1つの診断単位に注目してその診断処理について説明するが、他の診断単位についても同様の診断処理が行なわれる。
図5とともに図7を参照して、診断部560は、ステップ(以下、単に「S」と表記する)11〜S17において、所定の診断実行条件が成立するか否かを判断する。診断部560は、所定の診断実行条件が成立する場合には、組電池300の診断処理(S20)を実行し、所定の診断実行条件が成立しない場合には、組電池300の診断処理(S20)を実行しない。
S11では、第1OFF期間(たとえば、図6に示した期間t11〜t12)が所定の閾値Y4よりも長いか否かを、診断部560が判断する。S12では、第2OFF期間(たとえば、図6に示した期間t13〜t14)が所定の閾値Y5よりも長いか否かを、診断部560が判断する。閾値Y4及びY5の各々は、通電時に組電池300に生じた分極が解消する程度の長さに設定される。この実施の形態では、第1OFF期間の長さ、閾値Y4が、それぞれ本開示に係る「第1時間」、「第4閾値」の一例に相当する。また、第2OFF期間の長さ、閾値Y5が、それぞれ本開示に係る「第2時間」、「第5閾値」の一例に相当する。
S13では、最大ブロック特定部530が最大ブロックを特定する。特定された最大ブロックは、記憶装置503に保存される。図8は、最大ブロック及び第2ブロックについて説明するための図である。図8を参照して、最大ブロックは、診断単位(セルスタック200)の中でΔSOCが最も大きい並列セルブロックである。第2ブロックは、診断単位(セルスタック200)の中でΔSOCが2番目に大きい並列セルブロックである。以下、最大ブロックのΔSOCを「1st_ΔSOC」、第2ブロックのΔSOCを「2nd_ΔSOC」と記載する場合がある。
再び図5とともに図7を参照して、S14では、最大ブロックの第1SOCが所定の閾値Y1よりも小さいか否かを、診断部560が判断する。S15では、最大ブロックの第2SOCが所定の閾値Y2よりも大きいか否かを、診断部560が判断する。S16では、診断部560が、最大ブロックのΔSOC(1st_ΔSOC)を取得する。S17では、1st_ΔSOCが所定の閾値Y3よりも大きいか否かを、診断部560が判断する。
閾値Y1〜Y3は、外部充電が診断に適したSOC範囲で行なわれたか否かを判断するための閾値である。閾値Y1は、たとえば20%〜65%の範囲から選ばれてもよい。閾値Y2は、たとえば35%〜80%の範囲から選ばれてもよい。閾値Y3は、たとえば15%〜50%の範囲から選ばれてもよい。この実施の形態では、閾値Y1、Y2、Y3が、それぞれ本開示に係る「第1閾値」、「第2閾値」、「第3閾値」の一例に相当する。
前述した診断実行条件は、上記S11,S12,S14,S15,S17の全てでYESと判断された場合に成立する。そして、診断実行条件が成立すると、後述する診断処理(S20)が実行される。
この実施の形態では、診断部560が、S11及びS12の判断結果に基づいて組電池300において分極が生じているか否かを判断し、分極が生じていないときにSOC演算部510が求めたSOCを用いて、診断部560が診断(S20)を行なう。また、診断部560は、分極が生じていると判断される場合には、診断(S20)を行なわない。詳しくは、起動スイッチがオフされてから診断に係る外部充電が開始されるまでの時間が閾値Y4以下である場合(S11にてNO)とに、診断に係る外部充電が終了してから起動スイッチがオンされるまでの時間が閾値Y5以下である場合(S12にてNO)とに、分極が生じていると判断される。分極が生じていないときに求められたSOCを用いて診断が行なわれることで、診断精度を向上させることが可能になる。
この実施の形態では、最大ブロックの第1SOCが閾値Y1以上である場合(S14にてNO)と、最大ブロックの第2SOCが閾値Y2以下である場合(S15にてNO)と、最大ブロックのΔSOCが閾値Y3以下である場合(S17にてNO)とには、診断部560が診断(S20)を行なわない。こうした構成によれば、診断部560による診断の精度を向上させることが可能になる。
図9は、図7に示した診断処理(S20)の詳細を示すフローチャートである。図5とともに図9を参照して、S21では、第2ブロック特定部540が第2ブロックを特定する。S22では、ΔSOC比率取得部550が、第2ブロックのΔSOC(2nd_ΔSOC)を取得する。S23では、ΔSOC比率取得部550が、式F「ΔSOC比率=1st_ΔSOC/2nd_ΔSOC」に従って診断単位のΔSOC比率を算出する。S24では、診断部560が閾値Zを決定する。閾値Zは、診断単位の最大ブロックに異常(すなわち、セルの離脱)が生じているか否かを判断するための閾値である。診断単位の最大ブロックに異常が生じているときには、診断単位のΔSOC比率が閾値Z以上になる。閾値Zは、記憶装置503に記憶された固定値であってもよいし、可変であってもよい。
図10は、閾値Zが可変設定される第1の例について説明するための図である。図10を参照して、この例では、診断単位の第1SOC(たとえば、平均値)と第2SOC(たとえば、平均値)とに応じて閾値Zが可変設定される。たとえば、第1SOCと第2SOCと閾値Zとの関係(たとえば、図10に示す関係)を示す情報(以下、「第1閾値情報」とも称する)が、予め記憶装置503(図1)に記憶されていてもよい。診断部560は、図9のS24において、第1閾値情報に基づき閾値Zを決定してもよい。診断部560は、第1SOCが高いほど閾値Zを大きくしてもよい。診断部560は、第2SOCが高いほど閾値Zを小さくしてもよい。
図11は、閾値Zが可変設定される第2の例について説明するための図である。図11を参照して、この例では、第1OFF期間の長さと第2OFF期間の長さとに応じて閾値Zが可変設定される。たとえば、第1OFF期間の長さと第2OFF期間の長さと閾値Zとの関係(たとえば、図11に示す関係)を示す情報(以下、「第2閾値情報」とも称する)が、予め記憶装置503(図1)に記憶されていてもよい。診断部560は、図9のS24において、第2閾値情報に基づき閾値Zを決定してもよい。診断部560は、第1OFF期間が長いほど閾値Zを小さくしてもよい。診断部560は、第2OFF期間が長いほど閾値Zを小さくしてもよい。
再び図5とともに図9を参照して、S25では、S23で算出された診断単位のΔSOC比率が、S24で決定された閾値Z以上であるか否かを、診断部560が判断する。そして、診断単位のΔSOC比率が閾値Z以上である場合(S25にてYES)には、診断部560は、当該診断単位の最大ブロックに異常が生じている(異常あり)と認定し、S261の処理(すなわち、異常ありと判断されたときのために用意された第1処理)を実行する。この実施の形態において、診断単位のΔSOC比率が閾値Z以上であることは、ΔSOC乖離度が所定の水準を超えたことを意味する。他方、診断単位のΔSOC比率が閾値Z未満である場合(S25にてNO)には、診断部560は、当該診断単位の最大ブロックに異常が生じていない(異常なし)と認定し、S262の処理(すなわち、異常なしと判断されたときのために用意された第2処理)を実行する。
S261では、診断部560が第1処理を実行する。第1処理は、診断結果(異常あり)の記録を含んでもよい。診断結果は記憶装置503(図1)に記録されてもよい。記録された診断結果はOBD(自己診断)で使用されてもよい。第1処理は、診断結果の報知を含んでもよい。診断結果の報知は、報知装置170(図1)によって行なわれてもよい。第1処理は、診断結果の送信を含んでもよい。診断結果の送信は、通信機器180(図1)によって行なわれてもよい。診断結果は、ユーザが携帯する携帯端末(たとえば、タブレット端末、スマートフォン、ウェアラブルデバイス、又はサービスツール)に送信されてもよい。
S262では、診断部560が第2処理を実行する。第2処理は、診断結果(異常なし)の記録を含んでもよい。第2処理は、診断結果の報知を含んでもよい。第2処理は、診断結果の送信を含んでもよい。
上記第1処理及び第2処理の各々において、報知の方法は任意であり、表示装置への表示(たとえば、文字又は画像の表示)でユーザに知らせてもよいし、スピーカにより音(音声を含む)でユーザに知らせてもよいし、所定のランプを点灯(点滅を含む)させてもよい。
S261,S262のいずれかの処理が実行されることによって、図9の一連の処理は終了する。これにより、図7のS20の処理が終了し、図7の一連の処理も終了する。
以上説明したように、ECU500の診断部560は、診断単位のΔSOC比率が閾値Z以上である場合(S25にてYES)に、診断単位の最大ブロックに異常が生じていると判断する。診断単位において、セルの離脱が生じると、最大ブロックのΔSOCが大きくなり、診断単位のΔSOC比率が高くなる。このため、ECU500は、上記構成により、組電池300を構成する並列セルブロック100の異常を的確に検知することができる。
この実施の形態では、診断部560が、最大ブロックのΔSOCとΔSOCの基準値との比率(すなわち、ΔSOC比率)を用いて、ΔSOC乖離度が所定の水準を超えたか否かを判断している。ΔSOCは、第1SOCと第2SOCとの差である。こうした診断方法によれば、診断される組電池の容量が大きくても、組電池の異常を高い精度で検知することが可能になる。
図12は、異なる容量の2種類の組電池について測定されたデータを示す図である。以下に説明する例1及び例2の各々において組電池の外部充電を行ない、データを取得した。なお、充電条件は、充電電流8A、充電時間2時間、充電量16Ahであった。例1は、正常時に容量が50.0Ahであった組電池において異常(セルの離脱)が生じて組電池の容量が33.3Ahに減少した例である。例2は、正常時に容量が150Ahであった組電池において異常(セルの離脱)が生じて組電池の容量が100Ahに減少した例である。
図12を参照して、ΔSOC差は、例1において16.0%、例2において5.3%であった。ΔSOC差は、異常時の1st_ΔSOCから正常時の1st_ΔSOC(ΔSOCの基準値)を減算することにより算出された。また、ΔOCV比率及びΔOCV差も、組電池の容量が大きくなるほど小さくなった。このように、ΔSOC差、ΔOCV比率、及びΔOCV差を用いる診断方法では、大容量の組電池の診断を行なう場合に精度が低下する。
なお、図12中の1st_ΔVは、診断単位の中でΔOCV(すなわち、第1OCVと第2OCVとの差)が最も大きい並列セルブロックのΔOCVである。ΔOCV比率は、正常時の1st_ΔVに対する異常時の1st_ΔVの比率である。ΔOCV差は、異常時の1st_ΔVと正常時の1st_ΔVとの差である。
これに対し、ΔSOC比率は、例1及び例2のいずれにおいても1.5であった。ΔSOC比率は、異常時の1st_ΔSOCを正常時の1st_ΔSOC(ΔSOCの基準値)で除算することにより算出された。このように、ΔSOC比率を用いる診断方法では、容量50Ahの組電池と容量150Ahの組電池とのいずれについても、高い精度で診断を行なうことができる。
上記実施の形態では、ΔSOC取得部520が、組電池300の外部充電を行なう際に、組電池300に含まれる並列セルブロックごとのΔSOCを取得する。しかしこれに限られず、ΔSOC取得部520は、組電池300の電力を用いた外部給電を行なう際に、組電池300に含まれる並列セルブロックごとのΔSOCを取得するように構成されてもよい。
図13は、ECU500によって組電池300の診断が実行されるタイミングの変形例について説明するための図である。
図1及び図5とともに図13を参照して、この変形例では、車両1の運転を終えたユーザが、タイミングt21で起動スイッチを押すことによって、車両システムをReady−OFF状態にする。なお、上記のタイミングt21及び後述するタイミングt22〜t24は、記憶装置503に記録される。
その後、外部給電の準備が行なわれ、タイミングt22で外部給電が開始される。タイミングt21からタイミングt22までの期間(以下、「第3OFF期間」とも称する)の長さは、起動スイッチがオフされてから外部給電が開始されるまでの時間に相当する。
SOC演算部510は、外部給電が開始される直前に、電池センサ(より特定的には、電圧センサVB−1〜VB−M、電流センサIB、及び温度センサTB)の出力を用いて、各並列セルブロック100のSOCを求める。ここで得られるSOCは、第1SOCに相当する。この変形例に係る第1SOCは、外部給電を開始する時のSOCである。各並列セルブロック100の第1SOCは、記憶装置503に保存される。
タイミングt22で開始された外部給電は、タイミングt23で終了する。外部給電の実行中(すなわち、タイミングt22からタイミングt23までの期間)においては、監視モジュール140によって組電池300の状態がリアルタイムで逐次検出されてもよい。検出結果は記憶装置503に記録されてもよい。ECU500は、取得される情報に基づいて、組電池300の異常の有無を判断してもよい。ECU500は、異常が検知された場合に、異常の報知及び/又は記録を行なってもよい。
その後、タイミングt24で、ユーザがブレーキペダル(図示せず)を踏みながら起動スイッチを押すと、車両システム(ひいては、ECU500)が起動し、Ready−ON状態になる。タイミングt23からタイミングt24までの期間(以下、「第4OFF期間」とも称する)の長さは、外部給電が終了してから起動スイッチがオンされるまでの時間に相当する。
SOC演算部510は、外部給電が終了した後、たとえばタイミングt24で、電池センサ(より特定的には、電圧センサVB−1〜VB−M、電流センサIB、及び温度センサTB)の出力を用いて、各並列セルブロック100のSOCを求める。ここで得られるSOCは、第2SOCに相当する。この変形例に係る第2SOCは、外部給電を終了した後のSOCである。各並列セルブロック100の第2SOCは、記憶装置503に保存される。
図14は、図7に示した電池診断方法の変形例を示すフローチャートである。このフローチャートに示される処理は、組電池300の外部給電が終了した後に起動スイッチがオンされたタイミング(たとえば、図13に示したタイミングt24)で開始される。
図14のS31〜S37は、それぞれ図7のS11〜S17に準ずるステップである。ただし、この変形例では、第1OFF期間、第2OFF期間(図7)に代えて第3OFF期間、第4OFF期間を採用し、閾値Y1〜Y5(図7)に代えて閾値Y6〜Y10を採用する。この変形例では、第3OFF期間の長さ、閾値Y9が、それぞれ本開示に係る「第1時間」、「第4閾値」の一例に相当する。また、第4OFF期間の長さ、閾値Y10が、それぞれ本開示に係る「第2時間」、「第5閾値」の一例に相当する。また、閾値Y6、Y7、Y8が、それぞれ本開示に係る「第1閾値」、「第2閾値」、「第3閾値」の一例に相当する。図14のS20は、図7のS20と同じである。すなわち、図14のS20においても、図9に示した処理が実行される。
ECU500は、たとえば図6又は図13に示されるような車両1の駐車中においては、診断部560によって組電池300の診断を行ない、車両1の走行中においては、診断部560とは別の方法で組電池300の診断を行なってもよい。ECU500は、車両1の走行中においては、各並列セルブロック100の電気抵抗の大きさ(又は、変動量)に基づいて、組電池300の異常の有無を判断してもよい。
上記実施の形態では、ΔSOC乖離度として、2nd_ΔSOCに対する1st_ΔSOCの比率(=1st_ΔSOC/2nd_ΔSOC)を採用しているが、ΔSOC乖離度はこれに限定されない。たとえば、1st_ΔSOCに対する2nd_ΔSOCの比率(=2nd_ΔSOC/1st_ΔSOC)をΔSOC乖離度として採用し、診断においては、この比率が所定値以下である場合に異常ありと判断されてもよい。また、ΔSOC比率の代わりにΔSOC差(たとえば、1st_ΔSOCと2nd_ΔSOCとの差の絶対値)をΔSOC乖離度として採用し、診断においてはΔSOC差が所定値以上である場合に異常ありと判断されてもよい。また、ΔSOCとして、SOC差の代わりにSOC比率を採用することも可能である。
上記実施の形態では、1つのセルスタック200を1つの診断単位としている。しかしこれに限られず、診断単位は任意に設定できる。たとえば、2つ以上のセルスタック200を1つの診断単位としてもよい。また、組電池300の全部を1つの診断単位としてもよい。
電池診断装置によって診断される組電池は、車両に搭載された組電池には限られない。電池診断装置によって診断される組電池は、車両以外の乗り物(船、飛行機等)に搭載された組電池であってもよいし、無人の移動体(無人搬送車(AGV)、農業機械、移動型ロボット、ドローン等)に搭載された組電池であってもよいし、建物(住宅、工場等)において使用される組電池であってもよい。
上記の各種変形例は任意に組み合わせて実施されてもよい。たとえば、電池診断装置は、図7に示した電池診断方法と図14に示した電池診断方法との両方を行なうように構成されてもよい。
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、上記した実施の形態の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及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。
1 車両、10 セル、40 EVSE、42 充電ケーブル、43 コネクタ、100,100−1〜100−M 並列セルブロック、110 インレット、120 充放電器、130 バッテリ、140 監視モジュール、141,141−1〜141−N 電圧検出回路、142 電流検出回路、143 温度検出回路、150 走行駆動部、160 入力装置、170 報知装置、180 通信機器、200,200−1〜200−N セルスタック、300 組電池、500 ECU、501 プロセッサ、502 RAM、503 記憶装置、504 タイマ、510 SOC演算部、520 ΔSOC取得部、530 最大ブロック特定部、540 第2ブロック特定部、550 ΔSOC比率取得部、560 診断部、IB 電流センサ、TB 温度センサ、VB,VB−1〜VB−M 電圧センサ、W 駆動輪。

Claims (12)

  1. 複数の並列セルブロックを含む組電池を診断する電池診断装置であって、
    SOC演算部と、ΔSOC取得部と、最大ブロック特定部と、診断部とを含み、
    前記複数の並列セルブロックの各々は、並列接続された複数のセルを含み、
    前記複数の並列セルブロックは、互いに直列に接続されており、
    前記SOC演算部は、前記組電池の状態を検出する電池センサの出力を用いて、前記組電池に含まれる前記並列セルブロックごとのSOCを求めるように構成され、
    前記ΔSOC取得部は、前記組電池の充電又は放電を行なう際に、その充電又は放電を開始する時のSOCである第1SOCと、その充電又は放電を終了した後のSOCである第2SOCとの乖離の程度を示すΔSOCを、前記組電池に含まれる前記並列セルブロックごとに取得するように構成され、
    前記最大ブロック特定部は、前記組電池の一部又は全部に設定された診断単位の中で前記ΔSOCが最も大きい並列セルブロックである最大ブロックを特定するように構成され、
    前記診断部は、前記最大ブロックの前記ΔSOCと前記ΔSOCの基準値との乖離度合いを用いて前記診断単位の診断を行ない、前記診断においては、前記乖離度合いが所定の水準を超える場合に、前記診断単位の前記最大ブロックに異常が生じていると判断するように構成される、電池診断装置。
  2. 前記診断部は、前記最大ブロックの前記第1SOCが第1閾値以上である場合と、前記最大ブロックの前記第2SOCが第2閾値以下である場合と、前記最大ブロックの前記ΔSOCが第3閾値以下である場合とには、前記診断を行なわないように構成される、請求項1に記載の電池診断装置。
  3. 前記診断部は、前記組電池において分極が生じているか否かを判断し、分極が生じていないときに前記SOC演算部が求めたSOCを用いて、前記診断を行なうように構成される、請求項1又は2に記載の電池診断装置。
  4. 前記ΔSOCは、前記第1SOCと前記第2SOCとの差であり、
    前記診断部は、前記最大ブロックの前記ΔSOCと前記ΔSOCの前記基準値との比率を用いて、前記乖離度合いが前記所定の水準を超えたか否かを判断するように構成される、請求項1〜3のいずれか1項に記載の電池診断装置。
  5. 前記組電池の容量は100Ah以上である、請求項4に記載の電池診断装置。
  6. 第2ブロック特定部をさらに含み、
    前記第2ブロック特定部は、前記診断単位の中で前記ΔSOCが2番目に大きい並列セルブロックである第2ブロックを特定するように構成され、
    前記ΔSOCの前記基準値は、前記第2ブロックの前記ΔSOCである、請求項1〜5のいずれか1項に記載の電池診断装置。
  7. 前記組電池は、50個以上の前記並列セルブロックを含み、
    前記診断単位は、5個以上の前記並列セルブロックを含む、請求項1〜6のいずれか1項に記載の電池診断装置。
  8. 請求項1〜7のいずれか1項に記載の電池診断装置と、
    前記組電池と、
    前記電池センサとを備える、車両。
  9. 前記電池診断装置の前記ΔSOC取得部は、前記組電池の外部充電を行なう際に、前記組電池に含まれる前記並列セルブロックごとの前記ΔSOCを取得するように構成され、
    前記第1SOCは前記外部充電を開始する時のSOCであり、前記第2SOCは前記外部充電を終了した後のSOCであり、
    前記外部充電は、当該車両の外部から供給される電力によって行なわれる前記組電池の充電である、請求項8に記載の車両。
  10. 前記電池診断装置の前記ΔSOC取得部は、前記組電池の電力を用いた外部給電を行なう際に、前記組電池に含まれる前記並列セルブロックごとの前記ΔSOCを取得するように構成され、
    前記第1SOCは前記外部給電を開始する時のSOCであり、前記第2SOCは前記外部給電を終了した後のSOCであり、
    前記外部給電は、前記組電池に蓄えられた電力を当該車両の外部へ供給する前記組電池の放電である、請求項8に記載の車両。
  11. 前記電池診断装置の前記診断部は、当該車両の起動スイッチがオンされたタイミングで所定の診断実行条件が成立する場合に、前記診断を行なうように構成され、
    前記電池診断装置の前記診断部は、前記起動スイッチがオフされてから前記診断に係る前記充電又は前記放電が開始されるまでの第1時間が第4閾値以下である場合と、前記診断に係る前記充電又は前記放電が終了してから前記起動スイッチがオンされるまでの第2時間が第5閾値以下である場合とには、前記診断を行なわないように構成される、請求項8〜10のいずれか1項に記載の車両。
  12. 前記電池センサは、前記診断単位に含まれる全ての並列セルブロックの各々に設けられた複数の電圧センサを含み、
    前記複数の電圧センサの各々の出力信号は、共通の信号処理回路を経て、前記電池診断装置に入力され、
    前記電池診断装置の前記SOC演算部は、前記共通の信号処理回路によって処理された前記複数の電圧センサの各々の出力信号を用いて、前記組電池に含まれる前記並列セルブロックごとのSOCを求めるように構成される、請求項8〜11のいずれか1項に記載の車両。
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