JP3539412B2

JP3539412B2 - 組電池の異常検出装置

Info

Publication number: JP3539412B2
Application number: JP2001242273A
Authority: JP
Inventors: 智永杉本
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2001-08-09
Filing date: 2001-08-09
Publication date: 2004-07-07
Anticipated expiration: 2021-08-09
Also published as: US6614233B2; US20030030442A1; JP2003059469A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気自動車等に搭載される組電池の劣化状態を演算して、セルの異常を検出する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電気自動車等に搭載される組電池の劣化状態を演算する方法として、組電池の総電圧を検出し、検出した総電圧と組電池に流れる充放電電流とに基づいて全セルの平均劣化係数を演算するものがある。この方法では、組電池の総電圧と充放電電流とを複数サンプリングして回帰演算を行うことにより、全セルの平均劣化係数を演算していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実際には組電池を構成する複数のセルのうち、一部のセルの劣化進行度が大きく、他の大部分のセルはほとんど劣化していない。すなわち、劣化特性にバラツキが生じることが多いので、従来のように平均化された劣化係数を用いて電池ＳＯＣ（充電率：State of Charge）を演算した場合、演算された電池ＳＯＣと実際の電池ＳＯＣとの間に誤差が生じてしまっていた。
【０００４】
この誤差を防ぐために、各セル電圧を検出して、検出した各セル電圧と充放電電流とを用いて、劣化係数を演算する方法が考えられる。しかし、この方法では、検出した全てのセル電圧を含むデータをやり取りする必要があるので、データ量が増加してデータの送受信や演算のための負荷が大きくなり、演算装置の処理速度が遅延するという欠点がある。この欠点を解決するために、高性能の演算装置を用いることも考えられるが、コストが高くなる。
【０００５】
本発明の目的は、通信負荷や演算負荷を大きくすることなく、組電池の劣化状態を正確に演算してセルの異常を検出する組電池の異常検出装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
一実施の形態を示す図１を参照して本発明を説明する。
（１）請求項１の発明は、複数のセルC1〜C96から構成されるモジュールM1〜M12を直列に複数個接続して構成される組電池１の異常を検出する装置であって、モジュールM1〜M12をそれぞれ別個に制御する、直列接続された複数のセルコントローラCC1〜CC12と、複数のセルコントローラCC1〜CC12を制御するとともに、セルC1〜C96の異常を検出するバッテリコントローラ３とを有する組電池の異常検出装置において、複数のセルコントローラCC1〜CC12のうち最上段のセルコントローラCC1は、対応するモジュールM1内の複数のセルC1〜C8の劣化状態をそれぞれ検出し、検出された劣化状態のうち最も劣化が進行しているセルC1〜C8の劣化状態を次段のセルコントローラCC2に出力し、最上段のセルコントローラCC1に後続するセルコントローラCC2〜CC12は、対応するモジュールM2〜M12内の複数のセルC9〜C96の劣化状態をそれぞれ検出し、検出された劣化状態のうち最も劣化が進行しているセルC9〜C96の劣化状態と、前段のセルコントローラCC1〜CC11から入力される劣化状態とを比較し、劣化が進んでいる劣化状態を次段のセルコントローラCC3〜CC12に出力し、バッテリコントローラ３は、最下段のセルコントローラCC12から入力される、劣化が最も進んでいる劣化状態に基づいてセルC1〜C96の異常を検出することにより、上記目的を達成する。
（２）請求項２の発明は、請求項１の組電池の異常検出装置において、バッテリコントローラ３は、最下段のセルコントローラから入力される劣化状態が所定の劣化状態より進んでいると判断した場合に、入力される劣化状態を検出したセルC1〜C96に異常が発生したと判定することを特徴とする。
（３）請求項３の発明は、請求項１または２の組電池の異常検出装置において、組電池１に流れる充放電電流を検出する電流検出装置２０と、複数のセルの電圧を検出する電圧検出装置CC1〜CC12とをさらに備え、セルコントローラCC1〜CC12は、電流検出装置２０により検出した充放電電流と、電圧検出装置CC1〜CC12により検出したセル電圧とに基づいて、劣化状態を検出することを特徴とする。
（４）請求項４の発明は、請求項３の組電池の異常検出装置において、劣化状態を検出する際に用いられる充放電電流とセル電圧は、同時刻に検出されたものであることを特徴とする。
【０００７】
なお、上記課題を解決するための手段の項では、本発明をわかりやすく説明するために実施の形態の図１と対応づけたが、これにより本発明が実施の形態に限定されるものではない。
【０００８】
【発明の効果】
本発明によれば、次のような効果を奏する。
（１）請求項１〜４の発明は、モジュールごとに設けられているセルコントローラのうち最上段のセルコントローラは、モジュール内のセルの劣化状態を演算し、最も劣化が進行しているセルの劣化状態を検出して次段のセルコントローラに出力する。最上段のセルコントローラに後続する複数のセルコントローラのそれぞれも、対応するモジュール内の複数のセルのうち最も劣化が進行しているセルの劣化状態を検出して、前段のセルコントローラから入力される劣化状態と比較し、劣化が進んでいる劣化状態を次段のセルコントローラに出力する。よって、最下段のセルコントローラからバッテリコントローラに入力される劣化状態は、全セルのうち、最も劣化が進行しているセルの劣化状態であり、バッテリコントローラはこの劣化状態に基づいて異常セルを検出する。従って、セルコントローラ間またはセルコントローラとバッテリコントローラとの間で入出力されるデータ量を少なくすることができ、通信負荷や演算負荷を大きくすることなく、組電池の劣化状態を正確に検出して、セルの異常を検出することができる。
（２）請求項２の発明は、バッテリコントローラに入力される劣化状態と所定の劣化状態とを比較してセルの異常を判定するので、請求項１の発明の効果に加えて、異常が発生したセルを特定することができる。
（３）請求項３の発明は、組電池に流れる充放電電流と、セル電圧とに基づいて劣化状態を演算するので、セルの劣化状態を正確に検出することができる。
（４）請求項４の発明は、劣化状態を演算する際に用いられる充放電電流とセル電圧は、同時刻に検出されたものであるので、さらに正確にセルの劣化状態を演算することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明による組電池の異常検出装置を電気自動車に適用した一実施の形態の構成を示す図である。この電気自動車は、組電池１の直流電力をインバータ２で交流電力に変換し、走行駆動源である三相同期モータ６へ交流電力を供給する。供給された交流電力により三相同期モータ６が回転駆動することにより、減速機７を介して左右の駆動輪８ａ、８ｂが回転して電気自動車が駆動することができる。
【００１０】
組電池１は、例えば９６個のセルC1〜C96が直列に接続されたものであり、セルC1〜C96は８個ずつまとめられてモジュールM1，…，M12を構成している。なお、組電池および各モジュールを構成するセルの個数は上述の個数に限定されるものではない。各モジュールM1，…，M12に設けられたセルコントローラCC1，CC2，…，CC12はモジュール単位にセルを管理するものであり、それぞれ補助バッテリ９から電力が供給される。
【００１１】
セルコントローラCC1〜CC12は、接続される各セルの電圧を検出するとともに、後述するバッテリコントローラ（Ｂ／Ｃ）３からの信号に基づいて、接続されている各セルC1〜C96をそれぞれ図示しない容量調整回路によって放電させることで、容量調整するための信号を出力する。セルコントローラCC1〜CC12は、バッテリーコントローラ３からの起動信号がオンされることにより起動し、起動信号がオフしたらセルコントローラCC1〜CC12もオフとなる。また、各セルコントローラCC1〜CC12は、タイマを有している。
【００１２】
バッテリーコントローラ３は、不図示のＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，送信端子，受信端子を備えている。バッテリーコントローラ３とセルコントローラCC1〜 CC12とは通信線で接続されており、バッテリーコントローラ３は、シリアル通信により各セルコントローラCC1〜CC12を制御するとともに、各セルコントローラCC1〜CC12からのデータを受信する。これにより、バッテリーコントローラ３は、各セルコントローラCC1〜CC12を制御して組電池１全体を管理する。なお、バッテリコントローラ３は補助バッテリ９を電源としている。
【００１３】
なお、本実施の形態では、図１に示すように、バッテリコントローラ３とセルコントローラCC1〜CC12との通信は、直列伝送方式により行われている。これは、通信ライン数を最小にして複数のセルC1〜C96の最新のデータを取得するためである。また、各セルコントローラCC1〜CC12からバッテリーコントローラ３へと送信されるセル電圧情報は、各セルC1〜C96の個々のセル電圧ではなく、モジュール内のセル電圧の総和（以下、モジュール電圧と呼ぶ）としている。これにより、各セル電圧を送信する場合に比べて通信速度が早くなり、通信中にセル電圧の変動が生じた場合にも、最新のデータを送信することができる。
【００１４】
トルクプロセッシング・コントローラ（ＴＰＣ）４は、不図示のＣＰＵやメモリなどから構成され、アクセルペダル１０の踏み込み量（アクセル開度）や、車速情報などに基づいて三相同期モータ６のトルク指令値を演算する。演算したトルク指令値は、モータコントローラ５に送信する。モータコントローラ５は、ＴＰＣ４から送られてきたトルク指令値や、三相同期モータ６の回転位置情報、ブレーキ情報などに基づいて、インバータ２から三相同期モータ６へ供給するための電流指令値を演算する。演算した電流指令値は、インバータ２に送信する。また、モータコントローラ５は、時間を計測するためのタイマを有している。
【００１５】
電流センサ２０は、組電池１に流れる充放電電流を検出する。すなわち、組電池１を充電・放電する際に流れる電流を検出する。検出した電流値は、バッテリコントローラ３に出力する。電圧センサ３０は、組電池１の総電圧を検出して、バッテリコントローラ３に出力する。トルクプロセッシングコントローラ４と接続されているモニタ４０は、劣化が進行して異常と判定されたセルがある場合に、その旨を表示する。
【００１６】
図２（ａ），（ｂ）は、バッテリコントローラ３とセルコントローラCC1〜CC12でそれぞれ行われる制御手順を示すフローチャートである。初めに、バッテリコントローラ３で行われる制御手順について説明する。図２（ａ）に示す処理は、不図示のイグニッションスイッチがオンされることにより始まり、以後、所定の時間間隔にて行われる。ステップＳ１０では、不図示の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。オンされていると判定するとステップＳ２０に進み、オンされていないと判定すると、オンされるまでステップＳ１０で待機する。
【００１７】
ステップＳ２０では、時間計測のためのタイマをスタートさせてステップＳ３０に進む。ステップＳ３０では、電流センサ２０により、組電池１に流れる充放電電流を検出する。検出した充放電電流は、タイマにより計測した時間とともに記憶する。次のステップＳ４０では、ステップＳ３０で検出した充放電電流が所定電流範囲内であるか否かを判定する。組電池１にリチウムイオン電池を用いた場合、充電電流が大きい領域、もしくは放電電流が大きい領域の電流に基づいて電池の劣化係数を演算すると、演算誤差が大きくなる。このため、ステップＳ４０では、検出した充放電電流が所定電流の範囲内であるか否かを判定し、所定の範囲内であると判定した場合の電流値を用いて、後述する手順により劣化係数を演算するようにしている。
【００１８】
ステップＳ４０で、検出した電流が所定の範囲内であると判定するとステップＳ５０に進み、所定の範囲内ではないと判定するとステップＳ３０に戻る。ステップＳ５０では、検出した電流値とタイマ計測時間とを１セットとして、セルコントローラCC1〜CC12に送信する。尚、この電流値とタイマ計測時間のデータは、シリアル通信にて全てのセルコントローラCC1〜CC12に同時に送信する。データを送信するとステップＳ６０に進む。ステップＳ６０では、データのサンプル数ｎを１つ増加してステップＳ７０に進む。尚、図２（ａ）の処理の開始時には、サンプル数ｎの初期値として１が設定されている。ステップＳ７０では、データのサンプル数ｎが所定の数ｎｐ以上になったか否かを判定する。劣化係数を演算する際に、後述する回帰演算を行うので、所定の数以上のサンプル数が必要となる。所定の数ｎｐ以上でないと判定するとステップＳ３０に戻り、ステップＳ７０までの処理を再度行う。所定の数ｎｐ以上であると判定すると本制御を終了する。
【００１９】
次にセルコントローラCC1〜CC12で行われる制御手順について説明する。以下で説明する制御は、全てのセルコントローラCC1〜CC12で行われる。図２（ｂ）に示す処理は、不図示のイグニッションスイッチがオンされることにより始まり、以後、所定の時間間隔にて行われる。この所定の時間間隔は、上述したバッテリコントローラ３で行われる制御フローの所定の時間間隔と同一である。すなわち、図２（ａ）に示す処理と図２（ｂ）に示す処理とを同期を取って同時にスタートさせる。ステップＳ１００では、不図示の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。オンされていると判定するとステップＳ１１０に進み、オンされていないと判定すると、オンされるまでステップＳ１００で待機する。
【００２０】
ステップＳ１１０では、時間計測のためのタイマをスタートさせてステップＳ１２０に進む。ステップＳ１２０では、各セルC1〜C96の電圧を検出する。セル電圧の検出は、各セルコントローラCC1〜CC12が管理しているセルの電圧を検出する。例えば、セルコントローラCC1は、セルC1〜C8の電圧を検出する。全てのセル電圧を検出すると、ステップＳ１３０に進む。ステップＳ１３０では、ステップＳ１２０で検出した各セルの電圧を、ステップＳ１１０でスタートさせたタイマにより計測した時間とともに記憶する。
【００２１】
ステップＳ１４０では、バッテリコントローラ３から充放電電流とタイマ計測時間の１セットのデータが送信されてきたか否かを判定する。すなわち、上述したバッテリコントローラ３により行われる処理手順のステップＳ５０で送信したデータが、セルコントローラCC1〜CC12に送信されてきたか否かを判定する。送信されていないと判定すると、ステップＳ１２０に戻って再びセル電圧を検出し、次のステップＳ１３０で検出したセル電圧を記憶する。ここで記憶するセル電圧は、前回記憶したセル電圧の値を更新するものではなく、新たに記憶するものである。従って、ステップＳ１４０の判定で、バッテリコントローラ３からのデータが送信されていないと判定し続けると、記憶するセル電圧の数が増え続けるが、記憶するセル電圧の数に制限を設け、制限数を超えると古いセル電圧データを消去して、順次更新していくようにする。
【００２２】
ステップＳ１４０で、データが送信されてきたと判定するとステップＳ１５０に進む。ステップＳ１５０では、バッテリコントローラ３から送信されてきたデータのうち、タイマ値（タイマ計測時間）に対応する各セル電圧を読み出す。すなわち、ステップＳ１３０で記憶したタイマ計測時間のうち、バッテリコントローラ３から送信されてきたタイマ計測時間と一致もしくは最も近いタイマ計測時間を抽出する。上述したように、セル電圧とタイマ計測時間とは１セットで記憶されているので、抽出したタイマ計測時間に対応するセル電圧を読み出す。セル電圧を読み出すとステップＳ１６０に進む。
【００２３】
ステップＳ１６０では、データのサンプル数ｎを１つ増加してステップＳ１７０に進む。尚、図２（ｂ）の処理の開始時には、サンプル数ｎの初期値として１が設定されている。ステップＳ１７０では、データのサンプル数ｎが所定の数ｎｐ以上になったか否かを判定する。所定の数ｎｐ以上でないと判定するとステップＳ１２０に戻り、ステップＳ１７０までの処理を再度行う。所定の数ｎｐ以上であると判定するとステップＳ１８０に進む。ステップＳ１８０では、内部抵抗劣化係数γと容量劣化係数βの２つの劣化係数を演算する。
【００２４】
初めに、内部抵抗劣化係数γの算出方法について説明する。図３は、放電電流と放電電圧との関係を示す図である。図３において、ａ1〜ａ4およびｂ1〜ｂ4は、放電中に放電電流Ｉおよび放電電圧Ｖを複数回測定してそのデータ（Ｉ，Ｖ）をプロットしたものである。データａ1〜ａ4は電池が新品のときの測定データであり、データｂ1〜ｂ4は電池を長期間使用して劣化が生じたときの測定データである。また、ｆ0，ｆ1は各々のデータ（ａ1〜ａ4），（ｂ1〜ｂ4）から一次回帰演算により得られる放電ＩＶ特性直線である。これらのＩＶ特性直線の傾きは電池の内部抵抗Ｒを表しており、ＩＶ特性直線と放電電圧Ｖを表す縦軸との交点は電池の推定開放電圧Ｅを表している。従って、ＩＶ特性直線は次式（１）で表すことができる。
Ｖ＝Ｅ−ＩＲ …（１）
【００２５】
ここで、特性直線ｆ0は電池が新品のときのデータに基づいて得ることができ、予め求めておく。特性直線ｆ1は、バッテリコントローラ３で行われる処理のステップＳ３０で検出する電流と、セルコントローラCC1〜CC12で行われる処理のステップＳ１５０で読み出される電圧とに基づいて求める。特性直線ｆ0からは電池の初期内部抵抗Ｒ０（電池が新品の時の内部抵抗）が得られ、特性直線ｆ1からは劣化時内部抵抗Ｒ1が得られる。内部抵抗劣化係数γは、初期内部抵抗Ｒ０と劣化時内部抵抗Ｒ１とを用いて、次式（２）により算出される。
γ＝Ｒ0／Ｒ1 …（２）
【００２６】
次に、容量劣化補正係数βの算出方法について説明する。図４（ａ）は種々の放電深度ＤＯＤにおける電池の放電ＩＶ特性を示した図である。直線ｆ10は放電電気量Ａｈ＝０のとき、すなわちＤＯＤがゼロ（満充電時）の場合を表しており、直線ｆ11，ｆ12，ｆ13の場合の放電電気量Ａｈは順にＡｈ1，Ａｈ2，Ａｈ3（ただし、Ａｈ1＜Ａｈ2＜Ａｈ3）である。すなわち、放電電気量Ａｈが０→Ａｈ1→Ａｈ2→Ａｈ3と大きくなるにつれて特性直線はｆ10→ｆ11→ｆ12→ｆ13と変化し、各々の推定開放電圧もＥ0→Ｅ1→Ｅ2→Ｅ3と変化する。なお、開放電圧としては、充放電ＩＶ特性を用いて推定したり、無負荷時の電圧を測定して得られる実際の開放電圧を用いても良い。組電池１にリチウムイオン電池やニッケル水素電池を用いる場合には、充放電ＩＶ特性による直線を用いて求める推定開放電圧の推定精度が高く、推定開放電圧と実際の開放電圧との誤差は小さい。
【００２７】
バッテリコントローラ３で行われる処理のステップＳ３０で検出した電流と、セルコントローラCC1〜CC12で行われる処理のステップＳ１５０で読み出された電圧とに基づいて、推定開放電圧Ｅ0〜Ｅjを求め、放電電気量Ｃ（Ａｈ）に対する開放電圧Ｅ（Ｖ）の関係を一次以上の回帰演算で算出する。図４（ｂ）はリチウムイオン電池に関して算出された回帰曲線を示す図である。リチウムイオン電池の場合には、一次回帰演算でも電池特性を精度良く求めることができる。ｆ20は電池初期時の、ｆ21は実際の（劣化時の）特性をそれぞれ示しており、一次回帰の場合にはこれらの特性は次式（３）で表される。
Ｅ＝Ｖf−Ｃ・Ｋ …（３）
ここで、Ｋは特性直線の傾き、Ｖfは特性直線の電圧切片である。図４（ｂ）に示す特性直線ｆ20の場合には傾きがＫ０，電圧切片がＶfであり、特性直線ｆ21の場合には傾きがＫｄ，電圧切片がＶf’である。式（３）で求めた回帰直線と予め定めた放電容量規定電圧Ｖeとの交点の放電電気量、すなわち図４（ｂ）に示す電池容量Ｃ0，Ｃdを求める。電池容量Ｃ0，Ｃdは、次式（４）で表すことができる。
Ｃ0＝（Ｖf−Ｖe）／Ｋ0
Ｃd＝（Ｖf’−Ｖe）／Ｋd …（４）
容量劣化補正係数βは、式（４）を用いて算出した電池容量Ｃ0，Ｃdを用いて、次式（５）により求められる。
β＝Ｃd／Ｃ0 …（５）
【００２８】
再び図２（ｂ）に示すフローチャートに戻って説明を続ける。ステップＳ１８０では、上述した方法により、各セルコントローラCC1〜CC12が管理するセルの内部抵抗劣化係数γと容量劣化補正係数βの２つの劣化係数を演算する。すなわち、１つのセルコントローラは８つのセルを管理しているので、各セルコントローラCC1〜CC12にて、内部抵抗劣化係数γと容量劣化補正係数βとをそれぞれ８つずつ求める。各セルコントローラCC1〜CC12は、８つの内部抵抗劣化係数γのうち、最も小さい、すなわち最も劣化が進行しているセルの内部抵抗劣化係数γを選択するとともに、８つの容量劣化補正係数βのうち、最も小さい容量劣化補正係数βを選択する。ステップＳ１９０では、ステップＳ１８０で選択した内部抵抗劣化係数γと容量劣化補正係数βを、その劣化係数に対応するセルと共に記憶して、本制御を終了する。
【００２９】
上述したステップＳ１００〜Ｓ１９０までの処理は、全てのセルコントローラCC1〜CC12により行われる。ステップＳ１９０で内部抵抗劣化係数γと容量劣化補正係数βとを記憶すると、各セルコントローラCC1〜CC12によって異なる処理が始まる。尚、以下では、内部抵抗劣化係数γと容量劣化補正係数βとを区別する必要がないので、まとめて劣化係数と呼ぶ。初めに、セルコントローラCC1で行われる処理について図５のフローチャートを用いて説明する。
【００３０】
ステップＳ３００では、図２に示すフローチャートのステップＳ１９０で記憶した劣化係数をセルコントローラCC2に送信する。次に、セルコントローラCC2〜CC11にて行われる処理について図６に示すフローチャートを用いて説明する。ステップＳ３１０では、上段セルコントローラが送信した劣化係数を受信したか否かを判定する。例えば、セルコントローラCC2が本処理を行う場合、セルコントローラCC1が送信した劣化係数を受信したか否かを判定し、セルコントローラCC11が本処理を行う場合、セルコントローラCC10が送信した劣化係数を受信したか否かを判定する。受信したと判定するとステップＳ３２０に進み、受信していないと判定すると受信するまでステップＳ３１０で待機する。
【００３１】
ステップＳ３２０では、本処理を行っているセルコントローラが記憶している劣化係数を読み出す。劣化係数の読み出しを行うとステップＳ３３０に進む。ステップＳ３３０では、前段セルコントローラから送信されて、ステップＳ３１０で受信した劣化係数と、ステップＳ３２０で読み出した劣化係数とを比較する。前段セルコントローラから送信されてきた劣化係数が、本セルコントローラで記憶していた劣化係数よりも小さい、すなわち、前段セルコントローラで管理しているセルの方が、本セルコントローラで管理しているセルよりも劣化が進行していると判定するとステップＳ３４０に進む。それ以外の場合は、ステップＳ３５０に進む。
【００３２】
ステップＳ３４０では、前段セルコントローラから送信されてきた劣化係数を次段セルコントローラに送信する。例えば、セルコントローラCC2が本処理を行っている場合、劣化係数が小さいと判定されたセルコントローラCC1の劣化係数をセルコントローラCC3に送信する。一方、ステップＳ３５０では、ステップＳ３２０で読み出した劣化係数を次段セルコントローラに送信する。すなわち、ステップＳ３３０〜Ｓ３５０で行う処理では、前段セルコントローラから送信されてきた劣化係数と、本セルコントローラで読み出した劣化係数とを比較して、値が小さい方の劣化係数、すなわち劣化が進行しているセルの劣化係数を次段セルコントローラに送信する。
【００３３】
続いて図７のフローチャートを用いて、セルコントローラCC12で行われる処理について説明する。ステップＳ３６０では、セルコントローラCC11が送信した劣化係数を受信したか否かを判定する。図６に示すフローチャートのステップＳ３１０〜Ｓ３５０までの処理をセルコントローラCC2〜CC11が行うことにより、最も小さい劣化係数がセルコントローラCC12に送信される。受信したと判定するとステップＳ３７０に進み、受信していないと判定すると受信するまでステップＳ３６０で待機する。ステップＳ３７０では、セルコントローラCC12で記憶している劣化係数を読み出す。
【００３４】
ステップＳ３８０では、上段セルコントローラ、すなわちセルコントローラCC11から送信されてきた劣化係数と、ステップＳ３７０で読み出した劣化係数とを比較する。セルコントローラCC11から送信されてきた劣化係数が、セルコントローラCC12で記憶していた劣化係数よりも小さいと判定すると、ステップＳ３９０に進む。それ以外の場合には、ステップＳ４００に進む。ステップＳ３９０では、セルコントローラCC11から送信されてきた劣化係数をバッテリコントローラ３に送信する。一方、ステップＳ４００では、ステップＳ３７０で読み出した劣化係数をバッテリコントローラ３に送信する。
【００３５】
図８は、バッテリコントローラ３で行われる制御手順を説明するためのフローチャートである。図８の処理は、図２に示すフローチャートのステップＳ７０の判定で、データのサンプル数ｎが所定の数ｎｐ以上になったと判定したときに始まる。ステップＳ５００では、セルコントローラCC12が送信した劣化係数を受信したか否かを判定する。セルコントローラCC12から送信されてくる劣化係数は、全セルC1〜C96のうちで最も劣化が進行しているセルの劣化係数である。受信したと判定するとステップＳ５１０に進み、受信していないと判定すると受信するまでステップＳ５００で待機する。
【００３６】
ステップＳ５１０では、ステップＳ５００で受信した劣化係数を記憶して、ステップＳ５２０に進む。ステップＳ５２０では、ステップＳ５１０で記憶した劣化係数が所定値以上であるか否かを判定する。所定値以上であると判定するとステップＳ５４０に進む。所定値より小さいと判定すると、バッテリコントローラ３に送信された劣化係数のセルは異常であると判定してステップＳ５３０に進む。これにより、例えば新品に交換されたセルの劣化係数は大きいため、異常と判定されることはない。ステップＳ５３０では、異常セルが発生している旨をモニタ４０に表示して、ステップＳ５４０に進む。ステップＳ５４０では、ステップＳ５１０で記憶した劣化係数を用いて車両制御を行う。ここでの車両制御には、セルの容量調整や電池ＳＯＣの演算等が含まれる。
【００３７】
以上、本発明による組電池の異常検出装置によれば、各セルコントローラCC1〜CC12が管理する複数のセルの劣化係数を演算して、最も値が小さい（最も劣化が進行している）劣化係数を記憶する。セルコントローラCC1は、セルコントローラCC2に記憶した劣化係数を送信する。セルコントローラCC2は、自己が記憶している劣化係数とセルコントローラCC1から送信されてきた劣化係数とを比較して、値が小さい方の劣化係数をセルコントローラCC3に送信する。以後、各セルコントローラは、自己が記憶している劣化係数と前段のセルコントローラから送信されてきた劣化係数とを比較して、値が小さい方の劣化係数を次段のセルコントローラに送信する。セルコントローラCC12も上述した処理を行い、値が小さい方の劣化係数をバッテリコントローラ３に送信する。バッテリコントローラ３は、送信されてきた劣化係数を記憶すると共に、劣化係数を所定の値と比較することにより、セルの異常を判定する。
【００３８】
これにより、全てのセルの劣化係数を算出してバッテリコントローラ３に送信する方法と比べて、送信するデータ量が少なくて済むので、演算処理等の制御速度が遅延することはない。従って、演算処理装置も高性能のものを用いる必要がなく、従来の演算装置を用いることができる。また、劣化係数とその劣化係数を演算したセルの識別データを１セットとしているので、セルの異常を検出したときに、異常が発生したセルを特定することができる。従って、異常が発生したセルのみを交換するだけでよく、全てのセルを交換する必要がない。
【００３９】
本発明は、上述した実施の形態に限定されることはない。例えば、本発明による組電池の異常検出装置をハイブリッド車両に適用することもできるし、本発明が適用できるものであれば、車両以外のものにも適用することができる。また、劣化係数の算出も上述した方法に限定されることはなく、他の方法により算出してもよい。さらに、セルの劣化進行度を示すものは、上述した劣化係数に限られず、他のパラメータを用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による組電池の異常検出装置を電気自動車に適用した一実施の形態の構成を示す図
【図２】バッテリコントローラと各セルコントローラで行われる制御手順を示すフローチャート
【図３】内部抵抗劣化係数γの算出方法を説明するための図
【図４】容量劣化補正係数βの算出方法を説明するための図
【図５】劣化係数を演算した後にセルコントローラCC1で行われる制御手順を示すフローチャート
【図６】劣化係数を演算した後にセルコントローラCC2〜CC11で行われる制御手順を示すフローチャート
【図７】劣化係数を演算した後にセルコントローラCC12で行われる制御手順を示すフローチャート
【図８】図２に示すフローチャートの処理の後に、バッテリコントローラで行われる制御手順を示すフローチャート
【符号の説明】
１…組電池、２…インバータ、３…バッテリコントローラ、４…トルクプロセッシングコントローラ、５…モータコントローラ、６…モータ、７…減速機、８ａ，８ｂ…駆動輪、９…補助バッテリ、１０…アクセルペダル、２０…電流センサ、３０…電圧センサ、４０…モニタ、C1〜C96…セル、CC1〜CC12…セルコントローラ、M1〜M12…モジュール

Claims

複数のセルから構成されるモジュールを直列に複数個接続して構成される組電池の異常を検出する装置であって、前記モジュールをそれぞれ別個に制御する、直列接続された複数のセルコントローラと、複数のセルコントローラを制御するとともに、前記セルの異常を検出するバッテリコントローラとを有する組電池の異常検出装置において、
前記複数のセルコントローラのうち最上段のセルコントローラは、対応するモジュール内の複数のセルの劣化状態をそれぞれ検出し、検出された劣化状態のうち最も劣化が進行しているセルの劣化状態を次段のセルコントローラに出力し、最上段のセルコントローラに後続する複数のセルコントローラのそれぞれは、対応するモジュール内の複数のセルの劣化状態をそれぞれ検出し、検出された劣化状態のうち最も劣化が進行しているセルの劣化状態と、前段のセルコントローラから入力される劣化状態とを比較し、劣化が進んでいる劣化状態を次段のセルコントローラに出力し、
前記バッテリコントローラは、最下段のセルコントローラから入力される、劣化が最も進んでいる劣化状態に基づいて前記セルの異常を検出することを特徴とする組電池の異常検出装置。
請求項１に記載の組電池の異常検出装置において、
前記バッテリコントローラは、前記最下段のセルコントローラから入力される劣化状態が所定の劣化状態より進んでいると判断した場合に、前記入力される劣化状態を検出したセルに異常が発生したと判定することを特徴とする組電池の異常検出装置。
請求項１または２に記載の組電池の異常検出装置において、
前記組電池に流れる充放電電流を検出する電流検出装置と、
前記複数のセルの電圧を検出する電圧検出装置とをさらに備え、
前記セルコントローラは、前記電流検出装置により検出した充放電電流と、前記電圧検出装置により検出したセル電圧とに基づいて、前記劣化状態を検出することを特徴とする組電池の異常検出装置。
請求項３に記載の組電池の異常検出装置において、
前記劣化状態を検出する際に用いられる充放電電流とセル電圧は、同時刻に検出されたものであることを特徴とする組電池の異常検出装置。