JP2023014814A - 電池ユニットの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電池セルの実際の状態に基づいて、内部抵抗をより正確に算出し得る。【解決手段】少なくとも一つの電池セルを備える電池ユニットの制御装置は、電池セルの電流及び電圧を含む複数の指標を、所定の周期で繰り返し検出する少なくとも一つのセンサと、少なくとも一つのセンサに接続された処理回路と、を備える。処理回路は、少なくとも一つのセンサによる複数の検出値を用いて、電池セルの状態が特性悪化状態にあるのか否かを判定し、電池セルの状態が特性悪化状態にないと判定したときに、電池セルの電流及び電圧の各検出値を用いて電池セルの内部抵抗を算出し、算出された内部抵抗が所定の範囲内であるときに、電池セルに対する充放電を禁止又は制限する。【選択図】図３

Description

本明細書が開示する技術は、電池ユニットの制御装置に関する。

一般的に、電池セルの内部抵抗は、電池セルの電流及び電圧の各検出値に基づいて算出され、このときの電流－電圧特性は、線形性を有する。しかしながら、特定の条件下においては、その電流－電圧特性が線形性を有さない場合があることが知られている。

上記を踏まえて、特許文献１には、電池ユニットの制御装置が記載されている。この制御装置は、電池セルの電流及び電圧をそれぞれ検出するセンサと、処理回路とを備える。この処理回路は、電流－電圧特性が線形性を有する低電流領域と、電流－電圧特性が線形性を有さない高電流領域とにおいて、内部抵抗を算出するための電流－電圧特性の関係式を使い分けている。その関係式から算出された仮想抵抗に対して、電池セルの温度に基づく補正が行われることで、電池セルの内部抵抗が算出される。

特開２００５－１５６３５２号公報

電流－電圧特性が線形性を有さない場合には、例えば、電極の起電力が実際の値よりも低下する場合、即ち、分極が生じている場合が含まれる。分極は、上記のように電池セルから出力される電流値が大きい場合だけでなく、内部抵抗に影響する拡散抵抗が大きい場合等でも、発生するおそれがある。この拡散抵抗は、電池セルの温度及び充電率（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ：ＳＯＣ）、充放電回数等によっても変化する。そのため、上記した電池ユニットの制御装置のように、電流値に応じて、電流－電圧特性の関係式を使い分けて内部抵抗を算出すると、実際の内部抵抗から大きく乖離するおそれがある。このような実情を鑑み、電池セルの実際の状態に基づいて、内部抵抗をより正確に算出するための技術が求められている。

本明細書が開示する技術は、少なくとも一つの電池セルを備える電池ユニットの制御装置に具現化される。この電池ユニットの制御装置は、前記電池セルの電流及び電圧を含む複数の指標を、所定の周期で繰り返し検出する少なくとも一つのセンサと、前記少なくとも一つのセンサに接続された処理回路と、を備える。前記処理回路は、前記少なくとも一つのセンサによる複数の検出値を用いて、前記電池セルの状態が特性悪化状態にあるのか否かを判定し、前記電池セルの状態が前記特性悪化状態にないと判定したときに、前記電池セルの電流及び電圧の各検出値を用いて前記電池セルの内部抵抗を算出し、算出された前記内部抵抗が所定の範囲内であるときに、前記電池セルに対する充放電を禁止又は制限する。

上記の電池ユニットの制御装置では、電池セルの電流及び電圧から、拡散抵抗といった、電池セルの状態を示す各種パラメータを算出し、そのパラメータに基づいて、電池セルが特性悪化状態にあるのか否かを判定する。ここでいう特性悪化状態とは、電池セルについて、電流－電圧特性が線形性を有さない状態、又は電流－電圧特性における線形性が比較的に低い状態のことであり、例えば、分極が生じている状態をいう。電池セルの状態が特性悪化状態にない場合には、電池セルの電流及び電圧の各検出値から算出される内部抵抗に基づいて、電池セルに対する充放電が禁止又は制限される。このような構成によると、電池セルの実際の状態に基づいて、内部抵抗をより正確に算出することができる。

制御装置１０の構成を説明するための概略図。 処理回路１８が実行する第１の処理のフロー図。 経時的な拡散抵抗及び電流Ｉの推移の一例を示す図。 処理回路１８が実行する第２の処理のフロー図。 電池セル１４について、所定のＳＯＣから所定の電気容量ずつ放電した場合における開放電圧の基準値ＯＣＶ１及び開放電圧の推定値ＯＣＶ２（Ｈ）、ＯＣＶ２（Ｌ）の一例を示す図。なお、ＯＣＶ２（Ｈ）は、高温における開放電圧の推定値を示し、ＯＣＶ２（Ｌ）は、低温における開放電圧の推定値を示す。 処理回路１８が実行する第３の処理のフロー図。 隣接する二つの電池セル１４について、電流及び電圧の各検出値の実測データの一例を示す。黒三角（▲）は、決定係数が比較的に高く算出される電池セル１４の実測データを示し、黒丸（●）は、決定係数が比較的に低く算出される実測データを示す。 隣接する各二つの電池セル１４における決定係数の差の絶対値と平均値との差の絶対値の一例を示す。また、各電池セル１４の温度Ｔも示す。

本技術の一実施形態において、処理回路は、少なくとも一つのセンサによる複数の検出値を用いて、電池セルの拡散抵抗を算出してもよい。この場合、制御装置は、電池セルの充電率（ＳＯＣ）が所定の閾値を上回る状態で、拡散抵抗が所定の閾値を下回るときに、電池セルの状態が特性悪化状態にないと判定してもよい。電池セルの拡散抵抗は、電池セルの電流変動に応じて増大し、時間の経過とともに緩和されるとともに、その緩和される速度は、電池セルの温度や充電率（ＳＯＣ）に応じて相違する。従って、電池セルの拡散抵抗は、経時的に検出された電流の検出値から概算できるとともに、特に限定されないが、電池セルの温度や充電率（ＳＯＣ）をさらに加味することによって、より正確に特定されることができる。即ち、電池セルの拡散抵抗は、少なくとも一つのセンサによる複数の検出値を用いて推定されることが可能であり、その拡散抵抗を用いることによって、電池セルの状態が特性悪化状態にあるのか否かを簡便に判定することができる。

上記した実施形態に代えて、処理回路は、電池セルの充電率（ＳＯＣ）から推定される開放電圧の基準値を記憶してもよい。この場合、処理回路は、少なくとも一つのセンサによる複数の検出値を用いて、電池セルの電流－電圧特性を記述する回帰直線の切片を算出してもよい。さらに、処理回路は、電池セルの充電率（ＳＯＣ）が所定の閾値を上回る状態で、基準値と切片との差が所定の閾値を下回るときに、電池セルの状態が特性悪化状態にないと判定してもよい。

上記において、電池セルの電流－電圧特性を記述する回帰直線の切片は、電池セルの電流及び電圧の各検出値から推定される開放電圧である。一方、電池セルの開放電圧は、電池セルの充電率（ＳＯＣ）に応じて変化することが知られており、充電率（ＳＯＣ）から推定される開放電圧を、予め基準値として用意することができる。回帰直線の切片に基づく開放電圧の推定値は、電流及び電圧の実際の検出値に基づいて算出されるため、拡散抵抗といった電池セルの実際の状態の影響を受ける。例えば、電池セルの拡散抵抗が十分に小さい場合には、内部抵抗における拡散抵抗の影響を無視することができるため、回帰直線の切片に基づく開放電圧の推定値は、電池セルの充電率（ＳＯＣ）に基づく開放電圧の基準値と近くなる。これに対して、電池セルの拡散抵抗が無視できないほど大きい場合には、内部抵抗における拡散抵抗の影響が大きくなるため、回帰直線の切片に基づく開放電圧の推定値では、拡散抵抗による損失が考慮されることになる。即ち、回帰直線の切片に基づく開放電圧の推定値は、電池セルの充電率（ＳＯＣ）に基づく開放電圧の基準値よりも、拡散抵抗による損失分に応じて有意に小さくなる。従って、上記した構成によると、異なる方法で算出された電池セルの二つの開放電圧を比較することにより、電池セルの実際の状態を示す拡散抵抗の影響を簡易的に推定することができる。

上記した実施形態に代えて、少なくとも一つの電池セルは、複数の電池セルであり、少なくとも一つのセンサは、複数の電池セルの各々の電流及び電圧をそれぞれ検出してもよい。この場合、処理回路は、複数の電池セルの各々について、電流及び電圧の各検出値に対する回帰直線の決定係数を算出し、複数の電池セルのうち、隣接する各二つの電池セルにおける決定係数の差をそれぞれ算出し、各二つの電池セルについてそれぞれ算出された決定係数の差の平均値を算出し、各二つの電池セルにおける前記決定係数の差と、平均値との差が最大となる値を判定値として決定し、複数の電池セルの充電率（ＳＯＣ）が所定の閾値を上回る状態で、判定値が所定の閾値を下回るときに、複数の電池セルのうち少なくとも一つの電池セルの状態が特性悪化状態にないと判定してもよい。

上記した回帰直線における決定係数は、電流及び電圧の各検出値に対する回帰直線の当てはまり度合いを表す。即ち、電流及び電圧の各検出値に基づく回帰直線上に又はその近くに、当該各検出値が存在しているほど、決定係数は１に近くなり、電流及び電圧の各検出値に基づく回帰直線上から、当該各検出値が乖離しているほど、決定係数は０に近くなる。ここで、電流及び電圧の各検出値に基づく回帰直線上から各検出値が乖離しているとは、電流－電圧特性における線形性が低いことを意味する。そのため、他の電池セルの決定係数よりも、有意に小さい決定係数を有する電池セルがある場合には、当該電池セルの状態は特性悪化状態にあると判定できる。従って、上記した構成では、隣接する各二つの電池セルの決定係数の差から平均値を減じた差の絶対値を算出し、その差の絶対値が最大となるものを判定値として決定する。この判定値は、各電池セルの電流－電圧特性を記述する回帰直線の決定係数を反映していることから、当該判定値が所定の閾値を上回る場合には、少なくとも一つの電池セルの状態は特性悪化状態にあると判定することができる。特に、隣接する各二つの電池セルについて決定係数の差に着目することで、複数の電池セルに形成される温度差の影響を排除して、特異な決定係数を示す電池セルを正しく特定することができる。

（実施例１）図面を参照して、実施例１の制御装置１０について説明する。図１に示すように、制御装置１０は、電池ユニット１２の制御装置である。電池ユニット１２は、複数の電池セル１４を直列に接続した二次電池である。なお、複数の電池セル１４の具体的な数は、特に限定されず、少なくとも一つであればよい。複数の電池セル１４の各々は、例えば、リチウムイオン電池である。但し、複数の電池セル１４の各々は、必ずしもリチウムイオン電池である必要はなく、ニッケル水素電池といった他の電池であってもよい。

図１に示すように、制御装置１０は、電圧検出回路１６と、処理回路１８とを備える。電圧検出回路１６は、電池ユニット１２における各電池セル１４の電圧を検出するための回路である。処理回路１８は、各電池セル１４の電流、電圧及び温度といった、各電池セル１４の状態を監視及び制御することができる。電圧検出回路１６は、各電池セル１４と電気的に接続されており、各電池セル１４の両極における電位を処理回路１８に入力する。処理回路１８は、電圧検出回路１６と電気的に接続されており、電圧検出回路１６からの入力に基づいて、各々の電池セル１４の電圧を検出することができる。なお、電圧検出回路１６は、電池セル１４の電圧を検出するセンサの一例である。

図１に示すように、制御装置１０は、シャント抵抗２０をさらに備える。シャント抵抗２０は、各電池セル１４を流れる電流を検出するための抵抗である。シャント抵抗２０は、電池ユニット１２と直列に接続されている。また、シャント抵抗２０の一端及び他端はそれぞれ、処理回路１８と電気的に接続されている。そのため、処理回路１８は、シャント抵抗２０の両端における電位差（即ち、電圧降下）を検出して、シャント抵抗２０に流れる電流値を検出することができる。なお、シャント抵抗２０は、電池セル１４の電流を検出するセンサの一例である。

図１に示すように、制御装置１０は、サーミスタ２２をさらに備える。サーミスタ２２は、各電池セル１４の温度を検出するための素子である。特に限定されないが、電池ユニット１２の温度を、各電池セル１４の温度とみなして検出してもよい。例えば、サーミスタ２２を電池ユニット１２が収容されるケース内に配置することで、サーミスタ２２の抵抗値は、電池ユニット１２の温度に応じて変化する。サーミスタ２２は、処理回路１８と通信可能に接続されており、処理回路１８は、サーミスタ２２の抵抗値に基づいて、電池ユニット１２の温度を検出することができる。但し、他の実施形態として、各電池セル１４の近傍にそれぞれサーミスタ２２を配置し、各電池セル１４の温度を別個に検出してもよい。なお、サーミスタ２２は、電池セル１４の温度を検出するセンサの一例である。

上記のように、処理回路１８は、電圧検出回路１６、シャント抵抗２０及びサーミスタ２２の各々と、電気的に又は通信可能に接続されている。電圧検出回路１６、シャント抵抗２０及びサーミスタ２２の各々は、所定の周期で、各電池セル１４の電圧、電流又は温度を繰り返し検出可能に構成されており、その検出結果は、処理回路１８によって取得され得る。但し、上記に加えて、電池セル１４の状態を示す指標を所定の周期で繰り返し検出するセンサをさらに備えてもよい。この場合、処理回路１８は、当該センサの検出結果を取得可能に構成されていてもよい。なお、以下では、電圧検出回路１６と、シャント抵抗２０と、サーミスタ２２とを、検出対象によって区別することなく、電池セル１４の状態を示す複数の指標のうちの一つを検出するセンサとして説明する場合には、単にセンサと称することがある。

処理回路１８は、電池セル１４の温度異常等を検知するために、電池セル１４の内部抵抗を監視する診断処理を実行するように構成されている。ここで、電池セル１４の内部抵抗は、電池セル１４の電流及び電圧の各検出値に基づいて算出され、このときの電流－電圧特性は、線形性を有する。しかしながら、例えば、電極の起電力が実際の値よりも低下している場合、即ち、分極が生じている場合には、電流－電圧特性が線形性を有さないことが知られている。分極は、電池セル１４から出力される電流値が大きい場合だけでなく、内部抵抗に影響する拡散抵抗が大きい場合等でも、発生するおそれがある。この拡散抵抗は、電池セル１４の温度及び充電率（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ：ＳＯＣ、以下「ＳＯＣ」と称する）、充放電回数等によっても変化する。そのため、電流値に応じて、電流－電圧特性の関係式を使い分けて内部抵抗を算出すると、実際の内部抵抗から大きく乖離するおそれがある。

上記の点に関して、本実施例における診断処理では、制御装置１０は、電池セル１４の内部抵抗の算出に先立って、電池セル１４の状態を判定するように構成されている。詳しくは、センサによって検出された複数の検出値（例えば、電池セル１４の電流及び電圧の検出値）を用いて、拡散抵抗等の電池セル１４の状態を示す各種パラメータが算出され、そのパラメータに基づいて、電池セル１４の状態が特性悪化状態にあるのか否かが判定される。以下、図２、３を参照して、実施例１の処理回路１８が実行する診断処理について説明する。

図２に示すように、処理回路１８は、ステップＳ１０において、シャント抵抗２０及び電圧検出回路１６による検出値（即ち、電池セル１４の電流及び電圧の各検出値）を取得し、予め用意されているメモリ配列に格納する。このメモリ配列では、格納された電流の検出値に対して、その電流の検出値の分散が算出される。また、例えば、格納された電圧の検出値から電池セル１４のＳＯＣが算出され、そのＳＯＣに基づいてＳＯＣの変動を示す指標も算出される。ここで、ＳＯＣの変動を示す指標とは、例えば、ＳＯＣの変動係数である。ＳＯＣの変動係数が基準値から乖離するほど、変動が大きいことを意味し、ＳＯＣの変動係数が基準値に近くなるほど、変動が小さいことを意味する。

次に、処理回路１８は、ステップＳ１２において、ステップＳ１０でメモリ配列に格納した電流及び電圧の各検出値について、最低限の信頼性や妥当性が確保されているのか否かを判断する。詳しくは、電流及び電圧の各検出値が３００個以上であって、電流の分散が基準値以上であり、ＳＯＣの変動係数が基準値以上であるのか否かが判断される。ステップＳ１２でＹＥＳ、即ち、電流及び電圧の各検出値が３００個以上であって、電流の分散が基準値以上であり、ＳＯＣの変動係数が基準値以上であるとは、電流及び電圧の各検出値について、最低限の信頼性や妥当性が確保されていることを意味する。従って、ステップＳ１２でＹＥＳの場合、処理回路１８は、ステップＳ１４に移行する。

一方、ステップＳ１２でＮＯの場合、処理回路１８は、第１の処理を終了する。即ち、電流及び電圧の各検出値について、最低限の信頼性や妥当性が確保されていないとして、電池セル１４の状態が判定されることなく、第１の処理は終了する。

ステップＳ１４に移行した場合、処理回路１８は、電池セル１４のＳＯＣ及び拡散抵抗を算出する。電池セル１４のＳＯＣ及び拡散抵抗は、少なくとも一つのセンサによる複数の検出値を用いて算出される。例えば、電池セル１４のＳＯＣは、電池セル１４の電圧の検出値から算出されてもよいし、電流の各検出値を積算して算出されてもよい。図３に示すように、電池セル１４の拡散抵抗Ｒは、電池セル１４の電流Ｉの変動に応じて増大する一方で、時間の経過とともに緩和される。そして、その緩和される速度は、電池セル１４の温度やＳＯＣに応じて相違する。従って、電池セル１４の拡散抵抗Ｒは、経時的に検出された電流Ｉの検出値から概算され、電池セル１４の温度やＳＯＣをさらに加味することによってより正確に算出されることができる。

ステップＳ１６では、処理回路１８は、ステップＳ１４で算出した電池セル１４のＳＯＣと拡散抵抗とをそれぞれ、所定の閾値と比較する。具体的には、処理回路１８は、電池セル１４のＳＯＣが所定の閾値を上回り、かつ、拡散抵抗が所定の閾値を下回るのか否かを判定する。なお、特に限定されないが、電池セル１４のＳＯＣを判定する所定の閾値、及び拡散抵抗を判定する所定の閾値の各々は、電池セル１４の容量や種類等に応じて、処理回路１８に予め記憶されているデータ群から選択されることができる。

ステップＳ１６でＹＥＳ、即ち、電池セル１４のＳＯＣが所定の閾値を上回る状態で、拡散抵抗が所定の閾値を下回るときには、処理回路１８は、電池セル１４の状態が特性悪化状態にないと判定して、ステップＳ１８に移行する。一方、ステップＳ１６でＮＯの場合、処理回路１８は、電池セル１４の状態が特性悪化状態にあると判定して、第１の処理を終了する。

ステップＳ１８において、処理回路１８は、電池セル１４の電流及び電圧の各検出値を用いて電池セル１４の内部抵抗を算出する。一例ではあるが、電池セル１４の内部抵抗は、電池セル１４の電流及び電圧の各検出値を用いて、電流－電圧特性を記述する回帰直線の傾きから算出されることができる。

ステップＳ２０では、処理回路１８は、算出された内部抵抗が所定の範囲内であるときに、電池セル１４に対する充放電を禁止又は制限する。ここで、内部抵抗が所定の範囲内であるのか否かを判定する閾値は、上限値と下限値との両方であってもよいし、上限値又は下限値の一方であってもよい。処理回路１８は、ステップＳ２０の処理を終えると、第１の処理を終了する。

上記の診断処理では、電池ユニット１２の制御装置１０は、電池セル１４の電流及び電圧といった、少なくとも一つのセンサによる複数の検出値を用いて、電池セル１４の状態を示すパラメータである拡散抵抗を推定することができる。そして、制御装置１０は、その拡散抵抗を用いることによって、電池セル１４の状態が特性悪化状態にあるのか否かを簡便に判定することができる。ここでいう特性悪化状態とは、電池セル１４について、電流－電圧特性の関係が線形性を有さない状態、又は電流－電圧特性における線形性が比較的に低い状態のことであり、例えば、分極が生じている状態をいう。電池セル１４の状態が特性悪化状態にない場合には、電池セル１４の電流及び電圧の各検出値から算出される内部抵抗に基づいて、電池セル１４に対する充放電が禁止又は制限される。このような構成によると、電池セル１４の実際の状態に基づいて、内部抵抗をより正確に算出することができる。

（実施例２）次に、実施例２の制御装置１０について説明する。本実施例の制御装置１０では、実施例１の制御装置１０と比較して、診断処理の内容が変更されている。なお、実施例１と本実施例との間で、制御装置１０は同一の構成（即ち、図１に示す構成）を有していることから、共通する構成には同一の符号を付すことによって、ここでは重複する説明を省略する。以下、図４、５を参照して、実施例２の処理回路１８が実行する診断処理について説明する。図４に示すステップＳ３０からステップＳ３２までの処理は、図２に示すステップＳ１０からステップＳ１２までの処理と同様であるため、説明は割愛する。

ステップＳ３４に移行した場合、処理回路１８は、電池セル１４のＳＯＣと、開放電圧の基準値ＯＣＶ１と、開放電圧の推定値ＯＣＶ２とを算出する。さらに、処理回路１８は、開放電圧の基準値ＯＣＶ１と開放電圧の推定値ＯＣＶ２との差ＯＣＶ３（以下、開放電圧の差ＯＣＶ３と称する）も算出する。例えば、電池セル１４のＳＯＣは、電池セル１４の電圧の検出値から算出されてもよいし、電流の各検出値を積算して算出されてもよい。ここで、電池セル１４の開放電圧は、電池セル１４のＳＯＣに応じて変化することが知られている。処理回路１８に、電池セル１４のＳＯＣから推定される開放電圧の基準値ＯＣＶ１を記憶させておくことで、処理回路１８は、算出された電池セル１４のＳＯＣから開放電圧の基準値ＯＣＶ１を算出することができる。また、処理回路１８は、センサによる複数の検出値を用いて、電池セル１４の電流－電圧特性を記述する回帰直線を算出し、その回帰直線の切片を、開放電圧の推定値ＯＣＶ２とする。

図５は、一つの電池セル１４について、所定のＳＯＣから所定の電気容量ずつ放電した場合における、開放電圧の基準値ＯＣＶ１及び開放電圧の推定値ＯＣＶ２を示す。開放電圧の推定値ＯＣＶ２には、高温における開放電圧の推定値ＯＣＶ２（Ｈ）と、低温における開放電圧の推定値ＯＣＶ２（Ｌ）とが含まれる。上記のように、電池セル１４の開放電圧の基準値ＯＣＶ１は、電池セル１４のＳＯＣに応じて変化する。これに対して、回帰直線の切片に基づく開放電圧の推定値ＯＣＶ２は、電流及び電圧の実際の検出値に基づいて算出されるため、拡散抵抗といった電池セル１４の実際の状態の影響を受ける。

前述のように、拡散抵抗は、電池セル１４の温度によって変化する。電池セル１４の温度が高い場合には、拡散抵抗は小さく、電池セル１４の温度が低い場合には、拡散抵抗は大きい。例えば、電池セル１４の温度が高く、電池セル１４の拡散抵抗が十分に小さい場合には、内部抵抗における拡散抵抗の影響を無視することができるため、回帰直線の切片に基づく開放電圧の推定値ＯＣＶ２（Ｈ）は、電池セル１４のＳＯＣに基づく開放電圧の基準値ＯＣＶ１と比較的に近くなる。これに対して、電池セル１４の温度が低く、電池セル１４の拡散抵抗が無視できないほど大きい場合には、内部抵抗における拡散抵抗の影響が大きくなるため、回帰直線の切片に基づく開放電圧の推定値ＯＣＶ２（Ｌ）では、拡散抵抗による損失が考慮されることになる。即ち、開放電圧の推定値ＯＣＶ２（Ｌ）は、電池セル１４のＳＯＣに基づく開放電圧の基準値ＯＣＶ１よりも、拡散抵抗による損失分に応じて有意に小さくなる。

以上を踏まえると、内部抵抗において拡散抵抗の影響が小さい場合には、開放電圧の差ＯＣＶ３は小さくなり、内部抵抗において拡散抵抗の影響が大きい場合には、開放電圧の差ＯＣＶ３は大きくなることになる。そこで、ステップＳ３６では、ステップＳ３４で算出した電池セル１４のＳＯＣと開放電圧の差ＯＣＶ３とをそれぞれ、所定の閾値と比較する。具体的には、処理回路１８は、電池セル１４のＳＯＣが所定の閾値を上回り、かつ、開放電圧の差ＯＣＶ３（即ち、開放電圧の基準値ＯＣＶ１と開放電圧の推定値ＯＣＶ２との差）が所定の閾値を下回るのか否かを判定する。なお、特に限定されないが、電池セル１４のＳＯＣを判定する所定の閾値、及び開放電圧の差ＯＣＶ３を判定する所定の閾値の各々は、電池セル１４の容量や種類等に応じて、処理回路１８に予め記憶されているデータ群から選択されることができる。

ステップＳ３６でＹＥＳ、即ち、電池セル１４のＳＯＣが所定の閾値を上回る状態で、開放電圧の差ＯＣＶ３が所定の閾値を下回るときには、電池セル１４の状態が特性悪化状態にないと判定して、ステップＳ３８に移行する。一方、ステップＳ３６でＮＯの場合、処理回路１８は、電池セル１４の状態が特性悪化状態にあると判定して第２の処理を終了する。図４に示すステップＳ３８から第２の処理が終了するまでの処理は、図２に示すステップＳ１８から第１の処理が終了するまでの処理と同様であるため、説明は割愛する。

上記の診断処理では、電池ユニット１２の制御装置１０は、電池セル１４の電流及び電圧といったセンサによる複数の検出値を用いて、開放電圧の基準値ＯＣＶ１と、開放電圧の推定値ＯＣＶ２とをそれぞれ算出する。開放電圧の基準値ＯＣＶ１と開放電圧の推定値ＯＣＶ２との差、即ち、開放電圧の差ＯＣＶ３から、内部抵抗における拡散抵抗の影響を簡易的に推定することができる。従って、上記した診断処理によっても、制御装置１０は、電池セル１４の実際の状態に基づいて、内部抵抗をより正確に算出することができる。

（実施例３）次に、実施例３の制御装置１０について説明する。本実施例の制御装置１０では、実施例１の制御装置１０と比較して、診断処理の内容が変更されている。なお、実施例１と本実施例との間で、制御装置１０は同一の構成（即ち、図１に示す構成）を有していることから、共通する構成には同一の符号を付すことによって、ここでは重複する説明を省略する。以下、図６－８を参照して、実施例３の処理回路１８が実行する診断処理について説明する。図６に示すステップＳ５０からステップＳ５２までの処理は、図２に示すステップＳ１０からステップＳ１２までの処理と同様であるため、説明は割愛する。

ステップＳ５４に移行した場合、処理回路１８は、複数の電池セル１４のＳＯＣと、各電池セル１４の電流－電圧特性を記述する回帰直線の決定係数とを算出する。例えば、電池セル１４のＳＯＣは、電池セル１４の電圧の検出値から算出されてもよいし、電流の各検出値を積算して算出されてもよい。処理回路１８は、センサによる複数の検出値を用いて、電池セル１４の電流－電圧特性を記述する回帰直線を算出し、その回帰直線の決定係数を決定する。

ここで、回帰直線における決定係数は、電流及び電圧の各検出値に対する回帰直線の当てはまり度合いを表す。図７は、隣接する二つの電池セル１４について、電流及び電圧の各検出値の実測データの一例を示す。図７中の黒三角（▲）は、決定係数が比較的に高く算出される電池セル１４の実測データを示しており、図７中の黒丸（●）は、決定係数が比較的に低く算出される実測データを示す。図７に示すように、前者の実測データでは、電流及び電圧の各検出値（▲）に基づく回帰直線Ａ上又はその近くに、当該各検出値（▲）が多く存在していることから、決定係数は１に近くなる。一方、後者の実測でータでは、電流及び電圧の各検出値（●）に基づく回帰直線Ｂから、当該各検出値（●）が乖離していることから、決定係数は０に近くなる。ここで後者のように、電流及び電圧の各検出値（●）に基づく回帰直線Ｂ上から各検出値が乖離しているとは、電流－電圧特性の関係における線形性が低いことを意味する。

ステップＳ５６では、処理回路１８は、複数の電池セル１４のうち、隣接する各二つの電池セル１４における決定係数の差をそれぞれ算出する。次に、処理回路１８は、ステップＳ５８において、各二つの電池セル１４についてそれぞれ算出された決定係数の差の平均値を算出する。そして、ステップＳ６０において、処理回路１８は、各二つの電池セル１４における決定係数の差と、ステップＳ５８で算出した平均値との差が最大となる値を判定値として決定する。ここで、各二つの電池セル１４における決定係数の差と、ステップＳ５８で算出した平均値との差は、詳しくは、各二つの電池セル１４における決定係数の差と、ステップＳ５８で算出した平均値との差の絶対値のことをいう。

前述のように、各電池セル１４における電流－電圧特性を記述する回帰直線の決定係数は、各電池セル１４における電流－電圧特性の線形性を反映する。そのため、ステップＳ６０で決定される判定値に基づいて、各電池セル１４における電流－電圧特性の線形性を判定することができる。この詳細について、図８を参照しながら説明する。ここでは、複数の電池セル１４が十三個である場合を例示的に説明する。説明の便宜上、各電池セル１４を順に第１の電池セル１４、第２の電池セル１４、第３の電池セル１４、…、第１３の電池セル１４と称する。そして、第１の電池セル１４の決定係数と第２の電池セル１４の決定係数との差と、ステップＳ５８で算出された平均値との差を、第１の差Ｄ１と称する。以降同様にして、各二つの電池セル１４の決定係数の差の絶対値と平均値との差を、それぞれ順に第２の差Ｄ２、第３の差Ｄ３、…、第１２の差Ｄ１２と称する。

例えば、第１の電池セル１４について算出された決定係数が、第２の電池セル１４から第１３の電池セル１４について算出された決定係数と比較して有意に小さい場合、ステップＳ５６で算出される各二つの電池セル１４における決定係数の差の絶対値は、第１の電池セル１４と第２の電池セル１４とについて算出された場合に最大となる。このとき、他の各二つの電池セル１４について算出された決定係数の差の絶対値は、いずれも近い値となる。そのため、ステップＳ６０で算出される隣接する各二つの電池セル１４における決定係数の差と、平均値との差は、第１の差Ｄ１で最大となる。これにより、第１の差Ｄ１が判定値となる。

以上を踏まえると、電流－電圧特性を記述する回帰直線の決定係数が他の電池セル１４よりも有意に小さい電池セル１４が存在する場合には、ステップＳ６０において、決定係数が有意に小さい電池セル１４を特定することができる。そして、決定係数が有意に小さい電池セル１４とそれに隣接する電池セル１４の決定係数の差から、平均値を減じた差の絶対値が、判定値として決定される。従って、ステップＳ６０で決定された判定値に基づいて、決定係数が有意に小さい電池セル１４の状態が特性悪化状態にあるのか否かを判定することができる。

なお、電池セル１４の内部抵抗における拡散抵抗は、電池セル１４の温度によって変化するため、電流－電圧特性を記述する回帰直線の決定係数は電池セル１４の温度によっても変化する。図８に示すように、各電池セル１４の温度Ｔは、直列に接続された中央部で高くなっており、両端部に近づくにつれて低くなっている。そのため、ステップＳ５６のように、隣接する各二つの電池セル１４について決定係数の差に着目することで、複数の電池セル１４に形成される温度差の影響を排除することができる。これに加えて、又は代えて、電池セル１４の温度差によって生じる内部抵抗を推定して、補正値Ｃを算出することで、その補正値Ｃを超える部分Ｄが、電流－電圧特性において線形性が低いことによって生じる差分であると推定してもよい。

ステップＳ６２では、ステップＳ５４で算出した複数の電池セル１４のＳＯＣと、ステップＳ６０で決定した判定値とをそれぞれ、所定の閾値と比較する。具体的には、処理回路１８は、複数の電池セル１４のＳＯＣが所定の閾値を上回り、かつ、判定値が所定の閾値を下回るのか否かを判定する。なお、特に限定されないが、複数の電池セル１４のＳＯＣを判定する所定の閾値、及び判定値を判定する所定の閾値の各々は、電池セル１４の容量や種類等に応じて、処理回路１８に予め記憶されているデータ群から選択されることができる。

ステップＳ６２でＹＥＳ、即ち、複数の電池セル１４のＳＯＣが所定の閾値を上回る状態で、判定値が所定の閾値を下回るときには、複数の電池セル１４のうち少なくとも一つの電池セル１４の状態が特性悪化状態にないと判定して、ステップＳ６４に移行する。一方、ステップＳ６２でＮＯの場合、処理回路１８は、複数の電池セル１４のうち少なくとも一つの電池セル１４の状態が特性悪化状態にあると判定して第３の処理を終了する。

図６に示すステップＳ６４から第３の処理が終了するまでの処理は、図２に示すステップＳ１８から第１の処理が終了するまでの処理と同様であるため、説明は割愛する。特に限定されないが、処理回路１８は、ステップＳ６４において、電池セル１４の内部抵抗に加えて、開放電圧も算出してもよい。

上記の診断処理では、電池ユニット１２の制御装置１０は、電池セル１４の電流及び電圧といったセンサによる複数の検出値を用いて、隣接する各二つの電池セル１４の決定係数の差から平均値を減じた差の絶対値を算出し、その差の絶対値が最大となるものを判定値として決定する。この判定値は、各電池セル１４の電流－電圧特性を記述する回帰直線の決定係数を反映していることから、当該判定値が所定の閾値を上回る場合には、少なくとも一つの電池セル１４の状態は特性悪化状態にあると判定することができる。従って、上記した診断処理によっても、制御装置１０は、電池セル１４の実際の状態に基づいて、内部抵抗をより正確に算出することができる。

以上、いくつかの具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書又は図面に説明した技術要素は、単独であるいは組み合わせによって技術的有用性を発揮するものである。

１０ ：制御装置
１２ ：電池ユニット
１４ ：電池セル
１６ ：電圧検出回路
１８ ：処理回路
２０ ：シャント抵抗
２２ ：サーミスタ

Claims (4)

1. 少なくとも一つの電池セルを備える電池ユニットの制御装置であって、
   前記電池セルの電流及び電圧を含む複数の指標を、所定の周期で繰り返し検出する少なくとも一つのセンサと、
   前記少なくとも一つのセンサに接続された処理回路と、を備え、
   前記処理回路は、
   前記少なくとも一つのセンサによる複数の検出値を用いて、前記電池セルの状態が特性悪化状態にあるのか否かを判定し、
   前記電池セルの状態が前記特性悪化状態にないと判定したときに、前記電池セルの電流及び電圧の各検出値を用いて前記電池セルの内部抵抗を算出し、
   算出された前記内部抵抗が所定の範囲内であるときに、前記電池セルに対する充放電を禁止又は制限する、
   電池ユニットの制御装置。
2. 前記処理回路は、
   前記少なくとも一つのセンサによる前記複数の検出値を用いて、前記電池セルの拡散抵抗を算出し、
   前記電池セルの充電率（ＳＯＣ）が所定の閾値を上回る状態で、前記拡散抵抗が所定の閾値を下回るときに、前記電池セルの状態が前記特性悪化状態にないと判定する、請求項１に記載の電池ユニットの制御装置。
3. 前記処理回路は、
   前記電池セルの充電率（ＳＯＣ）から推定される開放電圧の基準値を記憶しており、
   前記少なくとも一つのセンサによる前記複数の検出値を用いて、前記電池セルの電流－電圧特性を記述する回帰直線の切片を算出し、
   前記電池セルの前記充電率（ＳＯＣ）が所定の閾値を上回る状態で、前記基準値と前記切片との差が所定の閾値を下回るときに、前記電池セルの状態が前記特性悪化状態にないと判定する、請求項１に記載の電池ユニットの制御装置。
4. 前記少なくとも一つの電池セルは、複数の電池セルであり、
   前記少なくとも一つのセンサは、前記複数の電池セルの各々の電流及び電圧をそれぞれ検出し、
   前記処理回路は、
   前記複数の電池セルの各々について、電流－電圧特性を記述する回帰直線の決定係数を算出し、
   前記複数の電池セルのうち、隣接する各二つの電池セルにおける前記決定係数の差をそれぞれ算出し、
   各二つの電池セルについてそれぞれ算出された前記決定係数の差の平均値を算出し、
   各二つの電池セルにおける前記決定係数の差と、前記平均値との差が最大となる値を判定値として決定し、
   前記複数の電池セルの充電率（ＳＯＣ）が所定の閾値を上回る状態で、前記判定値が所定の閾値を下回るときに、前記複数の電池セルのうち少なくとも一つの電池セルの状態が前記特性悪化状態にないと判定する、請求項１に記載の電池ユニットの制御装置。

Images