JP3698089B2 - 組電池の制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、組電池を構成するセルの電圧を検出する電圧検出回路の故障時に組電池の制御を行う組電池の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電気自動車およびハイブリッド車に搭載される駆動用電池には、複数の単位電池（以下ではセルと呼ぶ）から構成される組電池が用いられる。組電池の各セルはモジュールと呼ばれる所定数のセルごとに区分（ひとまとめをモジュール電池と呼ぶ）され、各モジュール電池ごとに設けられたセルコントローラによってモジュールを構成するセルが管理される。また、各セルコントローラを制御して組電池を管理するバッテリーコントローラが設けられており、セルコントローラおよびバッテリーコントローラ間はシリアル通信により相互にデータが送受信される。充放電の際、バッテリーコントローラはセルコントローラから送信されるセル電圧データに基づいて充放電制御を行う。従って、各セルコントローラは、セル電圧を検出するための電圧検出回路を備えている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の組電池の制御装置においては、電圧検出回路に故障が発生していると判断されたときは、ドライバに故障を報知するとともに、組電池からの電力の供給を停止して車両の駆動を停止する制御を行っていた。従って、組電池は故障していないにも関わらず、組電池からの電力の供給を停止していたため、車両が走行できなくなってしまうという問題があった。
【０００４】
本発明の目的は、組電池の保護を図りつつ、電圧検出回路が故障と判断された場合にも組電池からの電力の供給を停止させずに、電力を有効に活用することができる組電池の制御装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
一実施の形態を示す図１および図２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〜Ｃ８を直列に接続して構成される組電池Ｂと、複数のセルＣ１〜Ｃ８ごとに設けられてセルの電圧を検出する複数の電圧検出回路Ａ１〜Ａ８，Ｄ１〜Ｄ８と、電圧検出回路Ａ１〜Ａ８，Ｄ１〜Ｄ８の故障の有無を検出する故障検出回路Ｂ／Ｃと、複数の電圧検出回路Ａ１〜Ａ８，Ｄ１〜Ｄ８ごとに設けられて、電圧検出回路と対応するセルとの接続／非接続を切り替えるスイッチ回路ＳＷａ１〜ＳＷａ８，ＳＷｂ１〜ＳＷｂ８，ＳＷｃ１〜ＳＷｃ８と、故障検出回路Ｂ／Ｃにより電圧検出回路Ａ１〜Ａ８，Ｄ１〜Ｄ８の故障が検出されたときは、故障が検出された電圧検出回路Ａ１〜Ａ８，Ｄ１〜Ｄ８と対応するセルとを非接続にするように、スイッチ回路ＳＷａ１〜ＳＷａ８，ＳＷｂ１〜ＳＷｂ８，ＳＷｃ１〜ＳＷｃ８を制御する一方、組電池Ｂからの電力供給を継続して可能とする制御回路Ｂ／Ｃと、電圧検出回路Ａ１〜Ａ８，Ｄ１〜Ｄ８に故障が生じる前に検出されたセルの電圧分布と、故障が生じた後に故障が生じていない電圧検出回路Ａ１〜Ａ８，Ｄ１〜Ｄ８により検出されたセルＣ１〜Ｃ８の電圧分布とに基づいて、非接続とされたセルＣ１〜Ｃ８の電圧を推定する電圧推定回路Ｂ／Ｃとを備えることにより、上記目的を達成する。
（２）請求項２の発明は、請求項１の組電池の制御装置において、組電池Ｂの温度を検出する温度検出回路Ｔをさらに備え、制御回路Ｂ／Ｃは、温度検出回路Ｔにより検出された組電池Ｂの温度が所定の温度以上であるときは、組電池Ｂの出力および回生充電の制限を行うことを特徴とする。
（３）請求項３の発明は、請求項２の組電池の制御装置において、電圧推定回路Ａ１〜Ａ８，Ｄ１〜Ｄ８は、組電池Ｂの出力および回生充電の制限後にセルＣ１〜Ｃ８の電圧を推定することを特徴とする。
（４）請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかの組電池の制御装置において、電圧検出回路Ａ１〜Ａ８，Ｄ１〜Ｄ８により検出されたセルＣ１〜Ｃ８の電圧に基づいて過充電または過放電の有無を検出する過充電／過放電検出装置Ｂ／Ｃと、複数のセルＣ１〜Ｃ８ごとに設けられて、組電池ＢからセルＣ１〜Ｃ８を切り離すことができる切り離し回路ＳＷａ１〜ＳＷａ８，ＳＷｂ１〜ＳＷｂ８，ＳＷｃ１〜ＳＷｃ８とをさらに備え、制御回路Ｂ／Ｃは、過充電／過放電検出装置Ｂ／Ｃにより検出された過充電または過放電であるセルＣ１〜Ｃ８を切り離し回路ＳＷａ１〜ＳＷａ８，ＳＷｂ１〜ＳＷｂ８により切り離すとともに、切り離されたセル数に基づいて組電池Ｂの出力および回生充電の制限を行うことを特徴とする。
（５）請求項５の発明は、請求項４の組電池の制御装置において、過充電／過放電検出装置Ａ１〜Ａ８，Ｄ１〜Ｄ８によって、セルの過充電または過放電が検出された回数を計測する計測装置Ｂ／Ｃをさらに備え、制御回路Ｂ／Ｃは、計測装置Ｂ／Ｃによって計測された、セルの過充電または過放電が検出された回数が所定の回数未満のときに、過充電または過放電であるセルＣ１〜Ｃ８の切り離しを行うことを特徴とする。
（６）請求項６の発明は、請求項５の組電池の制御装置において、制御回路Ｂ／Ｃは、計測装置Ｂ／Ｃによって計測された、セルの過充電または過放電が検出された回数が所定の回数以上のときに、組電池Ｂからの電力の供給を停止することを特徴とする。
【０００６】
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および図２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。
【０００７】
【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１〜６の発明によれば、セルごとに設けられてセルの電圧を検出する電圧検出回路の故障が故障検出回路により検出されたときは、電圧検出回路と対応するセルとをスイッチ回路により非接続にする一方、組電池からの電力供給を継続して可能とする。また、電圧検出回路に故障が生じる前に検出されたセルの電圧分布と、故障が生じた後に故障が生じていない電圧検出回路により検出されたセルの電圧分布とに基づいて、電圧検出回路と切り離されたセルの電圧を推定するので、電圧検出回路が切り離された後もセルの電圧を推定してセルの管理を行うことができる。
（２）請求項２の発明によれば、組電池の温度が所定温度以上であるときは、組電池の出力および回生充電の制限を行うので、組電池を保護することができる。
（３）請求項３の発明によれば、組電池の出力および回生充電の制限後にセルの電圧を推定するので、電圧の推定精度を向上させることができる。
（４）請求項４の発明によれば、過充電または過放電であるセルを切り離すとともに、切り離したセル数に基づいて組電池の出力および回生充電の制限を行うので、過充電または過放電であるセルが存在する場合でも、組電池からの電力の供給を停止させなくてもよく、かつ、組電池を保護することができる。
（５）請求項５の発明によれば、過充電または過放電の回数が所定の回数未満のときに、過充電または過放電のセルの切り離しを行うので、組電池の安全性を確保することができる。
（６）請求項６の発明によれば、過充電または過放電の回数が所定の回数以上のときに、組電池からの電力の供給を停止するので、組電池の安全性を確保することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明による組電池の制御装置の一実施の形態の全体構成図である。組電池Ｂは、電気自動車に搭載されるものとして説明する。図１において、組電池Ｂは４０個のセルＣ１〜Ｃ４０が直列に接続されたものであり、セルＣ１〜Ｃ４０は８個ずつまとめられて５つのモジュール電池Ｍ１〜Ｍ５を構成している。なお、組電池Ｂおよび各モジュール電池を構成するセルの数は、本説明による数量に限定されるものではない。５つのモジュール電池Ｍ１〜Ｍ５には、それぞれセルコントローラＣ／Ｃ１、Ｃ／Ｃ２、…、Ｃ／Ｃ５が接続されている。５つのセルコントローラＣ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ５は、それぞれＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭを有し、モジュール電池Ｍｎごとにモジュール電池Ｍｎ内の８個のセルを管理する。ここで、ｎは１〜５の整数である。
【０００９】
セルコントローラＣ／Ｃｎは、後述する電圧検出回路によりセル電圧検出時に各モジュール電池Ｍｎ内の８個のセルのそれぞれの電圧を検出する。また、セルコントローラＣ／Ｃｎは、各モジュール電池Ｍｎ内の８個のセルのそれぞれを容量調整するための信号を出力する。セルの容量調整については後述する。セルコントローラＣ／Ｃｎが作動するための電力は、それぞれ対応する各モジュール電池Ｍｎから供給される。
【００１０】
５つのセルコントローラＣ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ５は、バッテリコントローラＢ／Ｃによって管理される。バッテリコントローラＢ／Ｃは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭおよび不図示の通信インターフェイス回路を備えている。通信インターフェイス回路は、シリアル通信により各セルコントローラＣ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ５と通信を行う。バッテリコントローラＢ／Ｃは、このシリアル通信を用いて各セルコントローラＣ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ５を制御する一方、各セルコントローラＣ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ５から電池情報と故障診断情報とを受信する。
【００１１】
電池情報は、セル電圧検出時に各セルコントローラＣ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ５の電圧検出回路によって検出される各モジュール電池Ｍｎ内のセルの電圧値である。受信した電池情報は、バッテリコントローラＢ／ＣのＲＡＭに記憶され、セルコントローラＣ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ５の制御に利用されたり、不図示の容量計の容量表示等に利用される。故障診断情報は、故障診断によって異常が検出された場合の異常フラグである。
【００１２】
バッテリコントローラＢ／Ｃからは、５つのセルコントローラＣ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ５のそれぞれに対し、各モジュール電池Ｍｎを構成する各セルの容量調整を行うための信号が出力される。バッテリコントローラＢ／Ｃはさらに、不図示の容量計の容量表示を行うための電池容量や電池劣化状態の演算を行うとともに、演算された電池容量や電池劣化状態等の信号を、トルクプロセッシングコントローラＴＰＣに出力する。
【００１３】
なお、セルコントローラＣ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ５は、バッテリコントローラＢ／Ｃからオン信号が送信されることにより電源がオンとなり、オフ信号が送信されることにより電源がオフとなる。バッテリコントローラＢ／Ｃは、車両の起動時に電源がオンとなり、また、組電池Ｂが図示しない外部充電器からの充電に連動してオン／オフされる。
【００１４】
トルクプロセッシングコントローラＴＰＣは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを備え、車両を制御する。トルクプロセッシングコントローラＴＰＣには、アクセル操作量を出力するアクセルセンサＡＳと、ブレーキ操作量を出力するブレーキセンサＢＳと、故障を報知するディスプレイＤＰとブザーＢＺとともに、モータコントローラＭ／Ｃが接続されている。モータコントローラＭ／Ｃは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを備え、図示しない車両駆動用モータを制御する。
【００１５】
図２は、セルコントローラＣ／Ｃ１内の回路ブロック図である。ここではセルコントローラＣ／Ｃ１を例に上げて説明するが、他のセルコントローラＣ／Ｃ２〜Ｃ／Ｃ５もセルコントローラＣ／Ｃ１と同様である。セルコントローラＣ／Ｃ１は、モジュール電池Ｍ１と接続されている。モジュール電池Ｍ１は８つのセルＣ１〜Ｃ８が直列に接続されて構成されている。セルコントローラＣ／Ｃ１は、中央演算処理回路(以下、マイコン)ＣＰＵと、１６個の差動増幅部Ａ１〜Ａ８，Ｄ１〜Ｄ８と、８つの容量調整回路Ｅ１〜Ｅ８と、常開スイッチＳＷａ１〜ＳＷａ８，常閉スイッチＳＷｂ１〜ＳＷｂ８，常閉スイッチＳＷｃ１〜ＳＷｃ８と、電流センサＡと、温度センサＴとを有する。容量調整回路Ｅ１〜Ｅ８には、それぞれ容量調整回路スイッチＳＷｄ１〜ＳＷｄ８と、抵抗器Ｒ１〜Ｒ８とが設けられている。
【００１６】
セル電圧検出スイッチＳＷｃ１〜ＳＷｃ８は、それぞれマイコンＣＰＵからセル電圧検出時に送られるオン信号によってオンされ、故障診断時に送られるオフ信号によってオフされる。差動増幅部Ａ１〜Ａ８，Ｄ１〜Ｄ８は、各セルＣ１〜Ｃ８ごとに二つずつ設けられており、電圧検出回路として機能する。例えば、セルＣ１には差動増幅部Ａ１とＤ１とが設けられている。このそれぞれの差動増幅部ＡｎとＤｎとによって、セルＣｎの電圧値Ｖａ１〜Ｖａ８，Ｖｄ１〜ＶＤ８がそれぞれ検出される。検出されたそれぞれの電圧値は、マイコンＣＰＵに送信されて、電圧検出回路の故障診断に用いられる。
【００１７】
マイコンＣＰＵにはＡ／Ｄ変換回路が内蔵されており、差動増幅部Ａ１〜Ａ８から出力される検出電圧Ｖａ１〜Ｖａ８と、差動増幅部Ｄ１〜Ｄ８から出力される検出電圧Ｖｄ１〜Ｖｄ８とをデジタル信号に変換する。マイコンＣＰＵは、デジタル変換した検出データに基づいてセルＣ１〜Ｃ８の管理と電圧検出回路の故障診断とを行う。電圧検出回路の故障診断では、２つの差動増幅部ＡｎとＤｎとによって検出された電圧値（電圧検出データ）の差が所定値Ｖｎｇ以上の場合に、差動増幅部ＡｎおよびＤｎのいずれかに故障が生じたと判断する。例えば、電圧Ｖａ３とＶｄ３との差が所定値Ｖｎｇ以上であれば、差動増幅部Ａ３とＤ３のいずれかに故障が生じたと判断する。故障が生じたと判断されたときは、スイッチＳＷａ１〜ＳＷａ８，ＳＷｂ１〜ＳＷｂ８，ＳＷｃ１〜ＳＷｃ８の切り替えを行うことにより、故障が生じた電圧検出回路を切り離す。各スイッチの切り替え方法については後述する。
【００１８】
なお、マイコンＣＰＵには、通信インターフェイス回路も内蔵されている。マイコンＣＰＵは、セルＣ１〜Ｃ８の電池情報と差動増幅部Ａ１〜Ａ８，Ｄ１〜Ｄ８の診断情報とをシリアル通信によりバッテリコントローラＢ／Ｃに送信する。送信端子がＴｘ、受信端子がＲｘである。また、温度センサＴで検出される組電池Ｂの温度と、電流センサＡで検出される、組電池Ｂに流れる充放電電流もマイコンＣＰＵに入力される。
【００１９】
容量調整回路Ｅ１〜Ｅ８は、セルＣ１〜Ｃ８を放電させることができる。容量調整回路スイッチＳＷｄ１〜ＳＷｄ８は、マイコンＣＰＵから送られるオン信号によってオンされ、オフ信号によってオフされる。容量調整回路スイッチＳＷｄ１〜ＳＷｄ８がオンされると、対応する抵抗器Ｒ１〜Ｒ８を介してセルＣ１〜Ｃ８が放電される。マイコンＣＰＵは、上述した電圧検出データからセルの容量のばらつき(詳しくはＣ１〜Ｃ８の平均値より高い電圧を示す)を判断したセルに対し、このセルに対応する容量調整回路スイッチをオンして放電させる。
【００２０】
図３，図４は、バッテリコントローラＢ／ＣのマイコンＣＰＵで行われる処理の流れを示す一実施の形態のフローチャートであり、車両の起動時および組電池Ｂの充電開始時にスタートする。ステップＳ１０では、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。イグニッションスイッチがオンであ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本処理を終了する。ステップＳ２０では、セルコントローラＣ／Ｃの電圧検出回路を用いて各セルの電圧を検出する。検出した全てのセル電圧がバッテリコントローラＢ／Ｃに送信されると、ステップＳ３０に進む。
【００２１】
ステップＳ３０では、温度センサＴにより組電池Ｂの温度を検出する。検出した組電池Ｂの温度がバッテリコントローラＢ／Ｃに送信されると、ステップＳ４０に進む。ステップＳ４０では、ステップＳ３０で検出された組電池Ｂの温度に基づいて、組電池Ｂが異常であるか否かを判定する。例えば、端子間が短絡して組電池Ｂの温度が所定値以上である場合には、組電池Ｂに異常が発生していると判定する。組電池Ｂの温度が異常、すなわち組電池Ｂに異常が発生していると判定するとステップＳ５０に進み、異常が発生していないと判定するとステップＳ６０に進む。
【００２２】
ステップＳ５０では、組電池Ｂの保護のために組電池Ｂから供給する電力の制限、および図示しないモータからの回生電力を制限するために、トルクプロセッシングコントローラＴＰＣに出力／回生制限を行う旨の信号を送出する。この信号を受信したトルクプロセッシングコントローラＴＰＣは、出力／回生制限を行うようにモータコントローラＭ／Ｃに指令を出し、指令を受けたモータコントローラＭ／Ｃがモータ（不図示）の制御を行うことにより、組電池Ｂの出力／回生の制限が行われる。組電池Ｂの出力／回生の制限を行う旨の信号を送出するとステップＳ６０に進む。
【００２３】
ステップＳ６０では、各セルの電圧検出回路に故障があるか否かを判定する。故障の検出は、上述したようにセルコントローラＣ／ＣｎのマイコンＣＰＵにて行われ、２つの差動増幅部ＡｎとＤｎとによって検出された電圧値の差が所定値Ｖｎｇ以上の場合に、差動増幅部Ａ１およびＤ１のいずれかに故障が生じたと判断する。セルコントローラＣ／Ｃｎから送信される故障診断結果に基づいて、電圧検出回路に故障が生じていると判定するとステップＳ７０に進み、故障が生じていないと判定するとステップＳ１４０に進む。
【００２４】
ステップＳ１４０では、ステップＳ２０で検出したセル電圧をＲＡＭに記憶する。すなわち、電圧検出回路が正常である時のセル電圧が記憶される。また、電圧検出回路に故障が生じていない時は、ステップＳ１４０で常に検出したセル電圧を記憶するので、ＲＡＭに記憶されているセル電圧は電圧検出回路が正常である時の最新のセル電圧とも言える。セル電圧をＲＡＭに記憶するとステップＳ１５０に進む。ステップＳ１５０では、現在のセル電圧を検出してステップＳ１６０に進む。
【００２５】
一方、ステップＳ７０では、電圧検出回路に故障が生じていることをドライバに報知する。すなわち、トルクプロセッシングコントローラＴＰＣに、電圧検出回路の故障の報知指令を送出する。この指令を受けたトルクプロセッシングコントローラＴＰＣは、ディスプレイＤＰおよびブザーＢＺによって故障の発生をドライバに報知する。次のステップＳ８０では、後述する理由により、容量調整回路Ｅ１〜Ｅ８の容量調整回路スイッチＳＷｄ１〜ＳＷｄ８を全てオフする。全ての容量調整回路スイッチＳＷｄ１〜ＳＷｄ８をオフすると、ステップＳ９０に進む。
【００２６】
ステップＳ９０では、電圧検出回路に故障が生じる前にＲＡＭに記憶されたセル電圧を読み込んでステップＳ１００に進む。電圧検出回路に故障が生じる前に本フローチャートにおける処理が行われた時は、ステップＳ１４０において故障が生じる前に検出されたセル電圧が記憶されている。ステップＳ９０では、この故障が生じる前に検出されたセル電圧をＲＡＭから読み込む。
【００２７】
ステップＳ１００では、故障していると判断された電圧検出回路と対応するセルとを切り離すために、スイッチＳＷａ１〜ＳＷａ８，ＳＷｂ１〜ＳＷｂ８，ＳＷｃ１〜ＳＷｃ８のオン／オフ制御を行う。例えば、セルＣ１の電圧を検出する電圧検出回路が故障していると判断されたときは、常開スイッチＳＷａ１をオフ、常閉スイッチＳＷｂ１をオン、常閉スイッチＳＷｃ１をオフにする。スイッチＳＷｃ２は、下段のセルＣ２の電圧を検出する電圧検出回路のスイッチをも兼ねているので、セルＣ２の電圧検出回路が故障と判断されない限りは、オンとする。このように故障が判断された電圧検出回路に対応するスイッチを制御することにより、故障と判断された電圧検出回路と対応するセルとを切り離すことができる。故障と判断された電圧検出回路に対応する各スイッチを制御すると、ステップＳ１１０に進む。
【００２８】
ステップＳ１１０では、電圧検出回路が接続されているセルのセル電圧を検出する。すなわち、正常である電圧検出回路のみを用いて対応するセルのセル電圧を検出する。次のステップＳ１２０では、ステップＳ１００で電圧検出回路を切り離したセルの現在のセル電圧を推定する。具体的には、ステップＳ９０で読み込んだ、電圧検出回路が故障する前の全セルのセル電圧の分布と、ステップＳ１１０で検出した、電圧検出回路が正常であるセルのセル電圧の分布とに基づいて、電圧検出回路を切り離したセルのセル電圧を推定する。なお、ステップＳ８０で全ての容量調整回路スイッチＳＷｄ１〜ＳＷｄ８をオフにしたのは、各セルＣ１〜Ｃ８の放電を行わないことにより、セル電圧の推定精度を向上させるためである。電圧検出回路を切り離したセルのセル電圧を推定するとステップＳ１３０に進む。
【００２９】
ステップＳ１３０では、組電池Ｂから供給する電力の制限、および図示しないモータからの回生電力を制限するために、トルクプロセッシングコントローラＴＰＣに出力／回生制限を行う旨の信号を送出する。この処理は、ステップＳ１２０で推定するセル電圧は、実際のセル電圧と必ずしも一致するものではないので、組電池Ｂの安全性を考慮して行われるものである。出力／回生制限の処理はステップＳ５０で行う処理と同じであるので、詳細な説明は省略する。出力／回生制限を行う旨の信号を送出するとステップＳ１６０に進む。
【００３０】
ステップＳ１６０では、セル電圧が過充電（過電圧）または過放電となっているセルがあるか否かを判定する。電圧検出回路が正常であるときはステップＳ１５０で検出したセル電圧に基づいて、電圧検出回路に故障が生じているときはステップＳ１１０で検出したセル電圧とステップＳ１２０で推定したセル電圧とに基づいて、過充電または過放電の判定を行う。すなわち、所定の上限しきい値以上の電圧を示すセルがある場合には、過充電であると判定し、所定の下限しきい値以下の電圧を示すセルがある場合には、過放電であると判定する。過充電または過放電であるセルがあると判定するとステップＳ１７０に進み、過充電および過放電であるセルは無いと判定すると本制御を終了する。
【００３１】
ステップＳ１７０では、ステップＳ１６０で過充電または過放電であると判定された回数Ｎをカウントアップする。このカウント回数Ｎは、ステップＳ２２０でリセットされない限り、継続して用いられる。すなわち、本フローチャートにおける処理が終了した場合でもリセット（Ｎ＝０）されない。回数ＮをカウントアップするとステップＳ１８０に進む。ステップＳ１８０では、ステップＳ１７０でカウントアップした回数Ｎが所定回数α以上であるか否かを判定する。所定回数αは、組電池Ｂの安全性確保が難しくなるときの値を実験等により求めておく。回数Ｎが所定回数α以上であると判定するとステップＳ２２０に進み、所定回数α未満であると判定するとステップＳ１９０に進む。
【００３２】
ステップＳ１９０では、組電池Ｂが過充電または過放電により異常が発生していることをドライバに報知するために、トルクプロセッシングコントローラＴＰＣに、組電池Ｂの異常の報知指令を送出する。この指令を受けたトルクプロセッシングコントローラＴＰＣは、ディスプレイＤＰおよびブザーＢＺによって異常の発生をドライバに報知する。異常報知を行うとステップＳ２００に進む。
【００３３】
ステップＳ２００では、過充電または過放電であると判断したセルを切り離すために各スイッチＳＷａ１〜ＳＷａ８，ＳＷｂ１〜ＳＷｂ８，ＳＷｃ１〜ＳＷｃ８のオン／オフ制御を行う。例えば、セルＣ２が過充電であると判断すると、常開スイッチＳＷａ２をオン、常閉スイッチＳＷｂ２をオフ、常閉スイッチＳＷｃ２をオンとする。これにより、過充電または過放電であると判断されたセルは組電池Ｂから切り離され、充電・放電ともに行われない。過充電または過放電であると判断したセルを切り離すとステップＳ２１０に進む。ステップＳ２１０では、切り離したセルの分だけ組電池Ｂ全体の出力は小さくなるので、切り離したセル数に応じて出力／回生制限を行い、本制御を終了する。すなわち、切り離したセル数が多いほど、出力／回生制限の度合いを大きくする。出力／回生制限処理は、ステップＳ５０，Ｓ１３０で行われる出力／回生制限処理と同様に、トルクプロセッシングコントローラＴＰＣに出力／回生制限を行う旨の信号を送出することにより行われる。
【００３４】
一方、ステップＳ１８０で過充電または過放電であると判定された回数Ｎが所定回数α以上であると判定するとステップＳ２２０に進む。ステップＳ２２０では、カウント数ＮをリセットしてステップＳ２３０に進む。ステップＳ２３０では、組電池Ｂの安全性確保が難しいと判断して車両システムを停止する。すなわち、トルクプロセッシングコントローラＴＰＣに、車両システムを停止する旨の信号を送出する。この信号を受信したトルクプロセッシングコントローラＴＰＣは、組電池Ｂからの電力の供給を停止すると共に、車両システムを停止させる。車両システムを停止すると本制御を終了する。なお、本制御終了後は、ステップＳ２３０で車両システムを停止した場合を除いて、組電池からの電力供給が継続して可能となり、通常の走行時の車両制御を行うことができる。
【００３５】
以上、本発明による組電池の制御装置によれば、セルの電圧を検出する電圧検出回路に故障が生じていると判定すると（ステップＳ６０）、故障している電圧検出回路を対応するセルから切り離すので（ステップＳ１００）、組電池Ｂには異常が発生していないにも関わらず、組電池Ｂからの電力の供給を停止して車両の走行可能距離が短くなるのを防ぐことができる。電圧検出回路が切り離されたセルのセル電圧は、電圧検出回路が正常であるときのセル電圧分布（ステップＳ９０）と、電圧検出回路を切り離されていないセルのセル電圧分布（ステップＳ１１０）とに基づいて推定するので、故障した電圧検出回路を切り離した後も対応するセル電圧の管理を行うことができる。また、電圧検出回路に故障が生じたと判定された後に、容量調整回路スイッチＳＷｄ１〜ＳＷｄ８を全てオフにする（ステップＳ８０）ので、電圧検出回路が切り離されたセルのセル電圧の推定精度を向上させることができる。
【００３６】
組電池Ｂの温度が異常であると判定したときは（ステップＳ４０）、組電池Ｂから供給する電力の制限、および図示しないモータからの回生電力を制限する（ステップＳ５０）ことにより、電圧検出回路が切り離されたセルのセル電圧の推定精度を向上させることができる。また、電圧検出回路の故障時には検出したセル電圧および推定したセル電圧に基づいて、電圧検出回路が正常のときには検出したセル電圧に基づいて過充電または過放電であるセルの有無を判定し（ステップＳ１６０）、過充電または過放電であるセルがあると判定したときは、過充電または過放電であると判定した回数Ｎが所定回数α以上であるか否かを判定（ステップＳ１８０）している。これにより、回数Ｎが所定回数α以上のときには組電池Ｂの安全性確保が難しいと判断して車両システムを停止する（ステップＳ２３０）ことができ、所定回数α未満のときには、組電池Ｂの安全性が確保できると判定して、車両制御を継続することができる。
【００３７】
組電池Ｂの温度が異常である時、電圧検出回路に故障が生じた時には、組電池Ｂの出力／回生制限を行っている。また、過充電または過放電のセルがある場合には、それらのセルを切り離す（ステップＳ２００）とともに、切り離したセル数に基づいて出力／回生制限を行っている（ステップＳ２１０）。このような出力／回生制限を行うことにより、組電池Ｂの安全性を確保しつつ車両制御を継続することができ、また、車両の走行可能距離を長くすることができる。
【００３８】
本発明は上述した実施の形態に制限されることはない。例えば、上述した実施の形態では、電気自動車を例にあげて説明したが、エンジンとモータとを搭載したハイブリッド車両にも適用することができる。また、組電池Ｂから供給される電力を用いて駆動するものであれば、車両以外のものにも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による組電池の制御装置の一実施の形態の全体構成図
【図２】セルコントローラＣ／Ｃ１内の回路ブロック図
【図３】本発明による組電池の制御装置により行われる一実施の形態の制御手順を示すフローチャート
【図４】図３に示すフローチャートに続く処理手順を示すフローチャート
【符号の説明】
Ｂ…組電池、Ｂ／Ｃ…バッテリコントローラ、Ｃ１〜Ｃ４０…セル、Ｍ１〜Ｍ５…モジュール電池、Ｃ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ５…セルコントローラ、ＣＰＵ…マイコン、Ａ１〜Ａ８，Ｄ１〜Ｄ８…差動増幅部、Ｅ１〜Ｅ８…容量調整回路、ＳＷａ１〜ＳＷａ８，ＳＷｂ１〜ＳＷｂ８，ＳＷｃ１〜ＳＷｃ８…スイッチ、ＴＰＣ…トルクプロセッシングコントローラ、Ｍ／Ｃ…モータコントローラ、ＡＳ…アクセルセンサ、ＢＳ…ブレーキセンサ、ＤＰ…ディスプレイ、ＢＺ…ブザー、Ｔ…温度センサ、Ａ…電流センサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、組電池を構成するセルの電圧を検出する電圧検出回路の故障時に組電池の制御を行う組電池の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電気自動車およびハイブリッド車に搭載される駆動用電池には、複数の単位電池（以下ではセルと呼ぶ）から構成される組電池が用いられる。組電池の各セルはモジュールと呼ばれる所定数のセルごとに区分（ひとまとめをモジュール電池と呼ぶ）され、各モジュール電池ごとに設けられたセルコントローラによってモジュールを構成するセルが管理される。また、各セルコントローラを制御して組電池を管理するバッテリーコントローラが設けられており、セルコントローラおよびバッテリーコントローラ間はシリアル通信により相互にデータが送受信される。充放電の際、バッテリーコントローラはセルコントローラから送信されるセル電圧データに基づいて充放電制御を行う。従って、各セルコントローラは、セル電圧を検出するための電圧検出回路を備えている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の組電池の制御装置においては、電圧検出回路に故障が発生していると判断されたときは、ドライバに故障を報知するとともに、組電池からの電力の供給を停止して車両の駆動を停止する制御を行っていた。従って、組電池は故障していないにも関わらず、組電池からの電力の供給を停止していたため、車両が走行できなくなってしまうという問題があった。
【０００４】
本発明の目的は、組電池の保護を図りつつ、電圧検出回路が故障と判断された場合にも組電池からの電力の供給を停止させずに、電力を有効に活用することができる組電池の制御装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
一実施の形態を示す図１および図２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〜Ｃ８を直列に接続して構成される組電池Ｂと、複数のセルＣ１〜Ｃ８ごとに設けられてセルの電圧を検出する複数の電圧検出回路Ａ１〜Ａ８，Ｄ１〜Ｄ８と、電圧検出回路Ａ１〜Ａ８，Ｄ１〜Ｄ８の故障の有無を検出する故障検出回路Ｂ／Ｃと、複数の電圧検出回路Ａ１〜Ａ８，Ｄ１〜Ｄ８ごとに設けられて、電圧検出回路と対応するセルとの接続／非接続を切り替えるスイッチ回路ＳＷａ１〜ＳＷａ８，ＳＷｂ１〜ＳＷｂ８，ＳＷｃ１〜ＳＷｃ８と、故障検出回路Ｂ／Ｃにより電圧検出回路Ａ１〜Ａ８，Ｄ１〜Ｄ８の故障が検出されたときは、故障が検出された電圧検出回路Ａ１〜Ａ８，Ｄ１〜Ｄ８と対応するセルとを非接続にするように、スイッチ回路ＳＷａ１〜ＳＷａ８，ＳＷｂ１〜ＳＷｂ８，ＳＷｃ１〜ＳＷｃ８を制御する一方、組電池Ｂからの電力供給を継続して可能とする制御回路Ｂ／Ｃと、電圧検出回路Ａ１〜Ａ８，Ｄ１〜Ｄ８に故障が生じる前に検出されたセルの電圧分布と、故障が生じた後に故障が生じていない電圧検出回路Ａ１〜Ａ８，Ｄ１〜Ｄ８により検出されたセルＣ１〜Ｃ８の電圧分布とに基づいて、非接続とされたセルＣ１〜Ｃ８の電圧を推定する電圧推定回路Ｂ／Ｃとを備えることにより、上記目的を達成する。
（２）請求項２の発明は、請求項１の組電池の制御装置において、組電池Ｂの温度を検出する温度検出回路Ｔをさらに備え、制御回路Ｂ／Ｃは、温度検出回路Ｔにより検出された組電池Ｂの温度が所定の温度以上であるときは、組電池Ｂの出力および回生充電の制限を行うことを特徴とする。
（３）請求項３の発明は、請求項２の組電池の制御装置において、電圧推定回路Ａ１〜Ａ８，Ｄ１〜Ｄ８は、組電池Ｂの出力および回生充電の制限後にセルＣ１〜Ｃ８の電圧を推定することを特徴とする。
（４）請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかの組電池の制御装置において、電圧検出回路Ａ１〜Ａ８，Ｄ１〜Ｄ８により検出されたセルＣ１〜Ｃ８の電圧に基づいて過充電または過放電の有無を検出する過充電／過放電検出装置Ｂ／Ｃと、複数のセルＣ１〜Ｃ８ごとに設けられて、組電池ＢからセルＣ１〜Ｃ８を切り離すことができる切り離し回路ＳＷａ１〜ＳＷａ８，ＳＷｂ１〜ＳＷｂ８，ＳＷｃ１〜ＳＷｃ８とをさらに備え、制御回路Ｂ／Ｃは、過充電／過放電検出装置Ｂ／Ｃにより検出された過充電または過放電であるセルＣ１〜Ｃ８を切り離し回路ＳＷａ１〜ＳＷａ８，ＳＷｂ１〜ＳＷｂ８により切り離すとともに、切り離されたセル数に基づいて組電池Ｂの出力および回生充電の制限を行うことを特徴とする。
（５）請求項５の発明は、請求項４の組電池の制御装置において、過充電／過放電検出装置Ａ１〜Ａ８，Ｄ１〜Ｄ８によって、セルの過充電または過放電が検出された回数を計測する計測装置Ｂ／Ｃをさらに備え、制御回路Ｂ／Ｃは、計測装置Ｂ／Ｃによって計測された、セルの過充電または過放電が検出された回数が所定の回数未満のときに、過充電または過放電であるセルＣ１〜Ｃ８の切り離しを行うことを特徴とする。
（６）請求項６の発明は、請求項５の組電池の制御装置において、制御回路Ｂ／Ｃは、計測装置Ｂ／Ｃによって計測された、セルの過充電または過放電が検出された回数が所定の回数以上のときに、組電池Ｂからの電力の供給を停止することを特徴とする。
【０００６】
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および図２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。
【０００７】
【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１〜６の発明によれば、セルごとに設けられてセルの電圧を検出する電圧検出回路の故障が故障検出回路により検出されたときは、電圧検出回路と対応するセルとをスイッチ回路により非接続にする一方、組電池からの電力供給を継続して可能とする。また、電圧検出回路に故障が生じる前に検出されたセルの電圧分布と、故障が生じた後に故障が生じていない電圧検出回路により検出されたセルの電圧分布とに基づいて、電圧検出回路と切り離されたセルの電圧を推定するので、電圧検出回路が切り離された後もセルの電圧を推定してセルの管理を行うことができる。
（２）請求項２の発明によれば、組電池の温度が所定温度以上であるときは、組電池の出力および回生充電の制限を行うので、組電池を保護することができる。
（３）請求項３の発明によれば、組電池の出力および回生充電の制限後にセルの電圧を推定するので、電圧の推定精度を向上させることができる。
（４）請求項４の発明によれば、過充電または過放電であるセルを切り離すとともに、切り離したセル数に基づいて組電池の出力および回生充電の制限を行うので、過充電または過放電であるセルが存在する場合でも、組電池からの電力の供給を停止させなくてもよく、かつ、組電池を保護することができる。
（５）請求項５の発明によれば、過充電または過放電の回数が所定の回数未満のときに、過充電または過放電のセルの切り離しを行うので、組電池の安全性を確保することができる。
（６）請求項６の発明によれば、過充電または過放電の回数が所定の回数以上のときに、組電池からの電力の供給を停止するので、組電池の安全性を確保することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明による組電池の制御装置の一実施の形態の全体構成図である。組電池Ｂは、電気自動車に搭載されるものとして説明する。図１において、組電池Ｂは４０個のセルＣ１〜Ｃ４０が直列に接続されたものであり、セルＣ１〜Ｃ４０は８個ずつまとめられて５つのモジュール電池Ｍ１〜Ｍ５を構成している。なお、組電池Ｂおよび各モジュール電池を構成するセルの数は、本説明による数量に限定されるものではない。５つのモジュール電池Ｍ１〜Ｍ５には、それぞれセルコントローラＣ／Ｃ１、Ｃ／Ｃ２、…、Ｃ／Ｃ５が接続されている。５つのセルコントローラＣ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ５は、それぞれＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭを有し、モジュール電池Ｍｎごとにモジュール電池Ｍｎ内の８個のセルを管理する。ここで、ｎは１〜５の整数である。
【０００９】
セルコントローラＣ／Ｃｎは、後述する電圧検出回路によりセル電圧検出時に各モジュール電池Ｍｎ内の８個のセルのそれぞれの電圧を検出する。また、セルコントローラＣ／Ｃｎは、各モジュール電池Ｍｎ内の８個のセルのそれぞれを容量調整するための信号を出力する。セルの容量調整については後述する。セルコントローラＣ／Ｃｎが作動するための電力は、それぞれ対応する各モジュール電池Ｍｎから供給される。
【００１０】
５つのセルコントローラＣ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ５は、バッテリコントローラＢ／Ｃによって管理される。バッテリコントローラＢ／Ｃは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭおよび不図示の通信インターフェイス回路を備えている。通信インターフェイス回路は、シリアル通信により各セルコントローラＣ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ５と通信を行う。バッテリコントローラＢ／Ｃは、このシリアル通信を用いて各セルコントローラＣ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ５を制御する一方、各セルコントローラＣ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ５から電池情報と故障診断情報とを受信する。
【００１１】
電池情報は、セル電圧検出時に各セルコントローラＣ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ５の電圧検出回路によって検出される各モジュール電池Ｍｎ内のセルの電圧値である。受信した電池情報は、バッテリコントローラＢ／ＣのＲＡＭに記憶され、セルコントローラＣ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ５の制御に利用されたり、不図示の容量計の容量表示等に利用される。故障診断情報は、故障診断によって異常が検出された場合の異常フラグである。
【００１２】
バッテリコントローラＢ／Ｃからは、５つのセルコントローラＣ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ５のそれぞれに対し、各モジュール電池Ｍｎを構成する各セルの容量調整を行うための信号が出力される。バッテリコントローラＢ／Ｃはさらに、不図示の容量計の容量表示を行うための電池容量や電池劣化状態の演算を行うとともに、演算された電池容量や電池劣化状態等の信号を、トルクプロセッシングコントローラＴＰＣに出力する。
【００１３】
なお、セルコントローラＣ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ５は、バッテリコントローラＢ／Ｃからオン信号が送信されることにより電源がオンとなり、オフ信号が送信されることにより電源がオフとなる。バッテリコントローラＢ／Ｃは、車両の起動時に電源がオンとなり、また、組電池Ｂが図示しない外部充電器からの充電に連動してオン／オフされる。
【００１４】
トルクプロセッシングコントローラＴＰＣは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを備え、車両を制御する。トルクプロセッシングコントローラＴＰＣには、アクセル操作量を出力するアクセルセンサＡＳと、ブレーキ操作量を出力するブレーキセンサＢＳと、故障を報知するディスプレイＤＰとブザーＢＺとともに、モータコントローラＭ／Ｃが接続されている。モータコントローラＭ／Ｃは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを備え、図示しない車両駆動用モータを制御する。
【００１５】
図２は、セルコントローラＣ／Ｃ１内の回路ブロック図である。ここではセルコントローラＣ／Ｃ１を例に上げて説明するが、他のセルコントローラＣ／Ｃ２〜Ｃ／Ｃ５もセルコントローラＣ／Ｃ１と同様である。セルコントローラＣ／Ｃ１は、モジュール電池Ｍ１と接続されている。モジュール電池Ｍ１は８つのセルＣ１〜Ｃ８が直列に接続されて構成されている。セルコントローラＣ／Ｃ１は、中央演算処理回路(以下、マイコン)ＣＰＵと、１６個の差動増幅部Ａ１〜Ａ８，Ｄ１〜Ｄ８と、８つの容量調整回路Ｅ１〜Ｅ８と、常開スイッチＳＷａ１〜ＳＷａ８，常閉スイッチＳＷｂ１〜ＳＷｂ８，常閉スイッチＳＷｃ１〜ＳＷｃ８と、電流センサＡと、温度センサＴとを有する。容量調整回路Ｅ１〜Ｅ８には、それぞれ容量調整回路スイッチＳＷｄ１〜ＳＷｄ８と、抵抗器Ｒ１〜Ｒ８とが設けられている。
【００１６】
セル電圧検出スイッチＳＷｃ１〜ＳＷｃ８は、それぞれマイコンＣＰＵからセル電圧検出時に送られるオン信号によってオンされ、故障診断時に送られるオフ信号によってオフされる。差動増幅部Ａ１〜Ａ８，Ｄ１〜Ｄ８は、各セルＣ１〜Ｃ８ごとに二つずつ設けられており、電圧検出回路として機能する。例えば、セルＣ１には差動増幅部Ａ１とＤ１とが設けられている。このそれぞれの差動増幅部ＡｎとＤｎとによって、セルＣｎの電圧値Ｖａ１〜Ｖａ８，Ｖｄ１〜ＶＤ８がそれぞれ検出される。検出されたそれぞれの電圧値は、マイコンＣＰＵに送信されて、電圧検出回路の故障診断に用いられる。
【００１７】
マイコンＣＰＵにはＡ／Ｄ変換回路が内蔵されており、差動増幅部Ａ１〜Ａ８から出力される検出電圧Ｖａ１〜Ｖａ８と、差動増幅部Ｄ１〜Ｄ８から出力される検出電圧Ｖｄ１〜Ｖｄ８とをデジタル信号に変換する。マイコンＣＰＵは、デジタル変換した検出データに基づいてセルＣ１〜Ｃ８の管理と電圧検出回路の故障診断とを行う。電圧検出回路の故障診断では、２つの差動増幅部ＡｎとＤｎとによって検出された電圧値（電圧検出データ）の差が所定値Ｖｎｇ以上の場合に、差動増幅部ＡｎおよびＤｎのいずれかに故障が生じたと判断する。例えば、電圧Ｖａ３とＶｄ３との差が所定値Ｖｎｇ以上であれば、差動増幅部Ａ３とＤ３のいずれかに故障が生じたと判断する。故障が生じたと判断されたときは、スイッチＳＷａ１〜ＳＷａ８，ＳＷｂ１〜ＳＷｂ８，ＳＷｃ１〜ＳＷｃ８の切り替えを行うことにより、故障が生じた電圧検出回路を切り離す。各スイッチの切り替え方法については後述する。
【００１８】
なお、マイコンＣＰＵには、通信インターフェイス回路も内蔵されている。マイコンＣＰＵは、セルＣ１〜Ｃ８の電池情報と差動増幅部Ａ１〜Ａ８，Ｄ１〜Ｄ８の診断情報とをシリアル通信によりバッテリコントローラＢ／Ｃに送信する。送信端子がＴｘ、受信端子がＲｘである。また、温度センサＴで検出される組電池Ｂの温度と、電流センサＡで検出される、組電池Ｂに流れる充放電電流もマイコンＣＰＵに入力される。
【００１９】
容量調整回路Ｅ１〜Ｅ８は、セルＣ１〜Ｃ８を放電させることができる。容量調整回路スイッチＳＷｄ１〜ＳＷｄ８は、マイコンＣＰＵから送られるオン信号によってオンされ、オフ信号によってオフされる。容量調整回路スイッチＳＷｄ１〜ＳＷｄ８がオンされると、対応する抵抗器Ｒ１〜Ｒ８を介してセルＣ１〜Ｃ８が放電される。マイコンＣＰＵは、上述した電圧検出データからセルの容量のばらつき(詳しくはＣ１〜Ｃ８の平均値より高い電圧を示す)を判断したセルに対し、このセルに対応する容量調整回路スイッチをオンして放電させる。
【００２０】
図３，図４は、バッテリコントローラＢ／ＣのマイコンＣＰＵで行われる処理の流れを示す一実施の形態のフローチャートであり、車両の起動時および組電池Ｂの充電開始時にスタートする。ステップＳ１０では、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。イグニッションスイッチがオンであ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本処理を終了する。ステップＳ２０では、セルコントローラＣ／Ｃの電圧検出回路を用いて各セルの電圧を検出する。検出した全てのセル電圧がバッテリコントローラＢ／Ｃに送信されると、ステップＳ３０に進む。
【００２１】
ステップＳ３０では、温度センサＴにより組電池Ｂの温度を検出する。検出した組電池Ｂの温度がバッテリコントローラＢ／Ｃに送信されると、ステップＳ４０に進む。ステップＳ４０では、ステップＳ３０で検出された組電池Ｂの温度に基づいて、組電池Ｂが異常であるか否かを判定する。例えば、端子間が短絡して組電池Ｂの温度が所定値以上である場合には、組電池Ｂに異常が発生していると判定する。組電池Ｂの温度が異常、すなわち組電池Ｂに異常が発生していると判定するとステップＳ５０に進み、異常が発生していないと判定するとステップＳ６０に進む。
【００２２】
ステップＳ５０では、組電池Ｂの保護のために組電池Ｂから供給する電力の制限、および図示しないモータからの回生電力を制限するために、トルクプロセッシングコントローラＴＰＣに出力／回生制限を行う旨の信号を送出する。この信号を受信したトルクプロセッシングコントローラＴＰＣは、出力／回生制限を行うようにモータコントローラＭ／Ｃに指令を出し、指令を受けたモータコントローラＭ／Ｃがモータ（不図示）の制御を行うことにより、組電池Ｂの出力／回生の制限が行われる。組電池Ｂの出力／回生の制限を行う旨の信号を送出するとステップＳ６０に進む。
【００２３】
ステップＳ６０では、各セルの電圧検出回路に故障があるか否かを判定する。故障の検出は、上述したようにセルコントローラＣ／ＣｎのマイコンＣＰＵにて行われ、２つの差動増幅部ＡｎとＤｎとによって検出された電圧値の差が所定値Ｖｎｇ以上の場合に、差動増幅部Ａ１およびＤ１のいずれかに故障が生じたと判断する。セルコントローラＣ／Ｃｎから送信される故障診断結果に基づいて、電圧検出回路に故障が生じていると判定するとステップＳ７０に進み、故障が生じていないと判定するとステップＳ１４０に進む。
【００２４】
ステップＳ１４０では、ステップＳ２０で検出したセル電圧をＲＡＭに記憶する。すなわち、電圧検出回路が正常である時のセル電圧が記憶される。また、電圧検出回路に故障が生じていない時は、ステップＳ１４０で常に検出したセル電圧を記憶するので、ＲＡＭに記憶されているセル電圧は電圧検出回路が正常である時の最新のセル電圧とも言える。セル電圧をＲＡＭに記憶するとステップＳ１５０に進む。ステップＳ１５０では、現在のセル電圧を検出してステップＳ１６０に進む。
【００２５】
一方、ステップＳ７０では、電圧検出回路に故障が生じていることをドライバに報知する。すなわち、トルクプロセッシングコントローラＴＰＣに、電圧検出回路の故障の報知指令を送出する。この指令を受けたトルクプロセッシングコントローラＴＰＣは、ディスプレイＤＰおよびブザーＢＺによって故障の発生をドライバに報知する。次のステップＳ８０では、後述する理由により、容量調整回路Ｅ１〜Ｅ８の容量調整回路スイッチＳＷｄ１〜ＳＷｄ８を全てオフする。全ての容量調整回路スイッチＳＷｄ１〜ＳＷｄ８をオフすると、ステップＳ９０に進む。
【００２６】
ステップＳ９０では、電圧検出回路に故障が生じる前にＲＡＭに記憶されたセル電圧を読み込んでステップＳ１００に進む。電圧検出回路に故障が生じる前に本フローチャートにおける処理が行われた時は、ステップＳ１４０において故障が生じる前に検出されたセル電圧が記憶されている。ステップＳ９０では、この故障が生じる前に検出されたセル電圧をＲＡＭから読み込む。
【００２７】
ステップＳ１００では、故障していると判断された電圧検出回路と対応するセルとを切り離すために、スイッチＳＷａ１〜ＳＷａ８，ＳＷｂ１〜ＳＷｂ８，ＳＷｃ１〜ＳＷｃ８のオン／オフ制御を行う。例えば、セルＣ１の電圧を検出する電圧検出回路が故障していると判断されたときは、常開スイッチＳＷａ１をオフ、常閉スイッチＳＷｂ１をオン、常閉スイッチＳＷｃ１をオフにする。スイッチＳＷｃ２は、下段のセルＣ２の電圧を検出する電圧検出回路のスイッチをも兼ねているので、セルＣ２の電圧検出回路が故障と判断されない限りは、オンとする。このように故障が判断された電圧検出回路に対応するスイッチを制御することにより、故障と判断された電圧検出回路と対応するセルとを切り離すことができる。故障と判断された電圧検出回路に対応する各スイッチを制御すると、ステップＳ１１０に進む。
【００２８】
ステップＳ１１０では、電圧検出回路が接続されているセルのセル電圧を検出する。すなわち、正常である電圧検出回路のみを用いて対応するセルのセル電圧を検出する。次のステップＳ１２０では、ステップＳ１００で電圧検出回路を切り離したセルの現在のセル電圧を推定する。具体的には、ステップＳ９０で読み込んだ、電圧検出回路が故障する前の全セルのセル電圧の分布と、ステップＳ１１０で検出した、電圧検出回路が正常であるセルのセル電圧の分布とに基づいて、電圧検出回路を切り離したセルのセル電圧を推定する。なお、ステップＳ８０で全ての容量調整回路スイッチＳＷｄ１〜ＳＷｄ８をオフにしたのは、各セルＣ１〜Ｃ８の放電を行わないことにより、セル電圧の推定精度を向上させるためである。電圧検出回路を切り離したセルのセル電圧を推定するとステップＳ１３０に進む。
【００２９】
ステップＳ１３０では、組電池Ｂから供給する電力の制限、および図示しないモータからの回生電力を制限するために、トルクプロセッシングコントローラＴＰＣに出力／回生制限を行う旨の信号を送出する。この処理は、ステップＳ１２０で推定するセル電圧は、実際のセル電圧と必ずしも一致するものではないので、組電池Ｂの安全性を考慮して行われるものである。出力／回生制限の処理はステップＳ５０で行う処理と同じであるので、詳細な説明は省略する。出力／回生制限を行う旨の信号を送出するとステップＳ１６０に進む。
【００３０】
ステップＳ１６０では、セル電圧が過充電（過電圧）または過放電となっているセルがあるか否かを判定する。電圧検出回路が正常であるときはステップＳ１５０で検出したセル電圧に基づいて、電圧検出回路に故障が生じているときはステップＳ１１０で検出したセル電圧とステップＳ１２０で推定したセル電圧とに基づいて、過充電または過放電の判定を行う。すなわち、所定の上限しきい値以上の電圧を示すセルがある場合には、過充電であると判定し、所定の下限しきい値以下の電圧を示すセルがある場合には、過放電であると判定する。過充電または過放電であるセルがあると判定するとステップＳ１７０に進み、過充電および過放電であるセルは無いと判定すると本制御を終了する。
【００３１】
ステップＳ１７０では、ステップＳ１６０で過充電または過放電であると判定された回数Ｎをカウントアップする。このカウント回数Ｎは、ステップＳ２２０でリセットされない限り、継続して用いられる。すなわち、本フローチャートにおける処理が終了した場合でもリセット（Ｎ＝０）されない。回数ＮをカウントアップするとステップＳ１８０に進む。ステップＳ１８０では、ステップＳ１７０でカウントアップした回数Ｎが所定回数α以上であるか否かを判定する。所定回数αは、組電池Ｂの安全性確保が難しくなるときの値を実験等により求めておく。回数Ｎが所定回数α以上であると判定するとステップＳ２２０に進み、所定回数α未満であると判定するとステップＳ１９０に進む。
【００３２】
ステップＳ１９０では、組電池Ｂが過充電または過放電により異常が発生していることをドライバに報知するために、トルクプロセッシングコントローラＴＰＣに、組電池Ｂの異常の報知指令を送出する。この指令を受けたトルクプロセッシングコントローラＴＰＣは、ディスプレイＤＰおよびブザーＢＺによって異常の発生をドライバに報知する。異常報知を行うとステップＳ２００に進む。
【００３３】
ステップＳ２００では、過充電または過放電であると判断したセルを切り離すために各スイッチＳＷａ１〜ＳＷａ８，ＳＷｂ１〜ＳＷｂ８，ＳＷｃ１〜ＳＷｃ８のオン／オフ制御を行う。例えば、セルＣ２が過充電であると判断すると、常開スイッチＳＷａ２をオン、常閉スイッチＳＷｂ２をオフ、常閉スイッチＳＷｃ２をオンとする。これにより、過充電または過放電であると判断されたセルは組電池Ｂから切り離され、充電・放電ともに行われない。過充電または過放電であると判断したセルを切り離すとステップＳ２１０に進む。ステップＳ２１０では、切り離したセルの分だけ組電池Ｂ全体の出力は小さくなるので、切り離したセル数に応じて出力／回生制限を行い、本制御を終了する。すなわち、切り離したセル数が多いほど、出力／回生制限の度合いを大きくする。出力／回生制限処理は、ステップＳ５０，Ｓ１３０で行われる出力／回生制限処理と同様に、トルクプロセッシングコントローラＴＰＣに出力／回生制限を行う旨の信号を送出することにより行われる。
【００３４】
一方、ステップＳ１８０で過充電または過放電であると判定された回数Ｎが所定回数α以上であると判定するとステップＳ２２０に進む。ステップＳ２２０では、カウント数ＮをリセットしてステップＳ２３０に進む。ステップＳ２３０では、組電池Ｂの安全性確保が難しいと判断して車両システムを停止する。すなわち、トルクプロセッシングコントローラＴＰＣに、車両システムを停止する旨の信号を送出する。この信号を受信したトルクプロセッシングコントローラＴＰＣは、組電池Ｂからの電力の供給を停止すると共に、車両システムを停止させる。車両システムを停止すると本制御を終了する。なお、本制御終了後は、ステップＳ２３０で車両システムを停止した場合を除いて、組電池からの電力供給が継続して可能となり、通常の走行時の車両制御を行うことができる。
【００３５】
以上、本発明による組電池の制御装置によれば、セルの電圧を検出する電圧検出回路に故障が生じていると判定すると（ステップＳ６０）、故障している電圧検出回路を対応するセルから切り離すので（ステップＳ１００）、組電池Ｂには異常が発生していないにも関わらず、組電池Ｂからの電力の供給を停止して車両の走行可能距離が短くなるのを防ぐことができる。電圧検出回路が切り離されたセルのセル電圧は、電圧検出回路が正常であるときのセル電圧分布（ステップＳ９０）と、電圧検出回路を切り離されていないセルのセル電圧分布（ステップＳ１１０）とに基づいて推定するので、故障した電圧検出回路を切り離した後も対応するセル電圧の管理を行うことができる。また、電圧検出回路に故障が生じたと判定された後に、容量調整回路スイッチＳＷｄ１〜ＳＷｄ８を全てオフにする（ステップＳ８０）ので、電圧検出回路が切り離されたセルのセル電圧の推定精度を向上させることができる。
【００３６】
組電池Ｂの温度が異常であると判定したときは（ステップＳ４０）、組電池Ｂから供給する電力の制限、および図示しないモータからの回生電力を制限する（ステップＳ５０）ことにより、電圧検出回路が切り離されたセルのセル電圧の推定精度を向上させることができる。また、電圧検出回路の故障時には検出したセル電圧および推定したセル電圧に基づいて、電圧検出回路が正常のときには検出したセル電圧に基づいて過充電または過放電であるセルの有無を判定し（ステップＳ１６０）、過充電または過放電であるセルがあると判定したときは、過充電または過放電であると判定した回数Ｎが所定回数α以上であるか否かを判定（ステップＳ１８０）している。これにより、回数Ｎが所定回数α以上のときには組電池Ｂの安全性確保が難しいと判断して車両システムを停止する（ステップＳ２３０）ことができ、所定回数α未満のときには、組電池Ｂの安全性が確保できると判定して、車両制御を継続することができる。
【００３７】
組電池Ｂの温度が異常である時、電圧検出回路に故障が生じた時には、組電池Ｂの出力／回生制限を行っている。また、過充電または過放電のセルがある場合には、それらのセルを切り離す（ステップＳ２００）とともに、切り離したセル数に基づいて出力／回生制限を行っている（ステップＳ２１０）。このような出力／回生制限を行うことにより、組電池Ｂの安全性を確保しつつ車両制御を継続することができ、また、車両の走行可能距離を長くすることができる。
【００３８】
本発明は上述した実施の形態に制限されることはない。例えば、上述した実施の形態では、電気自動車を例にあげて説明したが、エンジンとモータとを搭載したハイブリッド車両にも適用することができる。また、組電池Ｂから供給される電力を用いて駆動するものであれば、車両以外のものにも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による組電池の制御装置の一実施の形態の全体構成図
【図２】セルコントローラＣ／Ｃ１内の回路ブロック図
【図３】本発明による組電池の制御装置により行われる一実施の形態の制御手順を示すフローチャート
【図４】図３に示すフローチャートに続く処理手順を示すフローチャート
【符号の説明】
Ｂ…組電池、Ｂ／Ｃ…バッテリコントローラ、Ｃ１〜Ｃ４０…セル、Ｍ１〜Ｍ５…モジュール電池、Ｃ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ５…セルコントローラ、ＣＰＵ…マイコン、Ａ１〜Ａ８，Ｄ１〜Ｄ８…差動増幅部、Ｅ１〜Ｅ８…容量調整回路、ＳＷａ１〜ＳＷａ８，ＳＷｂ１〜ＳＷｂ８，ＳＷｃ１〜ＳＷｃ８…スイッチ、ＴＰＣ…トルクプロセッシングコントローラ、Ｍ／Ｃ…モータコントローラ、ＡＳ…アクセルセンサ、ＢＳ…ブレーキセンサ、ＤＰ…ディスプレイ、ＢＺ…ブザー、Ｔ…温度センサ、Ａ…電流センサ
Claims (6)
- 複数のセルを直列に接続して構成される組電池と、
前記複数のセルごとに設けられてセルの電圧を検出する複数の電圧検出回路と、
前記電圧検出回路の故障の有無を検出する故障検出回路と、
前記複数の電圧検出回路ごとに設けられて、前記電圧検出回路と対応するセルとの接続／非接続を切り替えるスイッチ回路と、
前記故障検出回路により前記電圧検出回路の故障が検出されたときは、前記故障が検出された電圧検出回路と対応するセルとを非接続にするように、前記スイッチ回路を制御する一方、前記組電池からの電力供給を継続して可能とする制御回路と、
前記電圧検出回路に故障が生じる前に検出されたセルの電圧分布と、故障が生じた後に故障が生じていない前記電圧検出回路により検出されたセルの電圧分布とに基づいて、前記非接続とされたセルの電圧を推定する電圧推定回路とを備えることを特徴とする組電池の制御装置。 - 請求項１に記載の組電池の制御装置において、
前記組電池の温度を検出する温度検出回路をさらに備え、
前記制御回路は、前記温度検出回路により検出された前記組電池の温度が所定の温度以上であるときは、前記組電池の出力および回生充電の制限を行うことを特徴とする組電池の制御装置。 - 請求項２に記載の組電池の制御装置において、
前記電圧推定回路は、前記組電池の出力および回生充電の制限後に前記セルの電圧を推定することを特徴とする組電池の制御装置。 - 請求項１〜３のいずれかに記載の組電池の制御装置において、
前記電圧検出回路により検出されたセルの電圧に基づいて過充電または過放電の有無を検出する過充電／過放電検出装置と、
前記複数のセルごとに設けられて、前記組電池からセルを切り離すことができる切り離し回路とをさらに備え、
前記制御回路は、前記過充電／過放電検出装置により検出された過充電または過放電であるセルを前記切り離し回路により切り離すとともに、前記切り離されたセル数に基づいて前記組電池の出力および回生充電の制限を行うことを特徴とする組電池の制御装置。 - 請求項４に記載の組電池の制御装置において、
前記過充電／過放電検出装置によって、セルの過充電または過放電が検出された回数を計数する計数装置をさらに備え、
前記制御回路は、前記計数装置によって計数された、セルの過充電または過放電が検出された回数が所定の回数未満のときに、前記過充電または過放電であるセルの切り離しを行うことを特徴とする組電池の制御装置。 - 請求項５に記載の組電池の制御装置において、
前記制御回路は、前記計数装置によって計数された、セルの過充電または過放電が検出された回数が所定の回数以上のときに、前記組電池からの電力の供給を停止することを特徴とする組電池の制御装置。
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