JP3772735B2 - セル電圧検出装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば電気自動車やハイブリッド車に搭載される組電池を構成するセルの電圧を検出するセル電圧検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複数の単セルを直列や並列に接続して組電池を構成し、この組電池の電力を駆動源の一つとして車両を駆動する電気自動車やハイブリッド車が知られている。このような車両においては、組電池の制御や車両の制御を目的として、セルの電圧を検出するセル電圧検出装置が搭載されている。すなわち、各セルごとに、対応するセルの電圧を検出する電圧検出回路を備え、電圧検出回路で検出された各セルの電圧を用いて、組電池の制御や車両の制御を行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のセル電圧検出装置では、各セルごとに電圧検出回路を備えており、各電圧検出回路は組電池に蓄電されている電力を用いて駆動するので、各セルの電圧を検出する際に消費する電力が大きいものとなり、組電池の電力を駆動源として走行する車両の航続距離が短くなるという問題があった。
【０００４】
本発明の目的は、組電池を構成するセルの電圧を検出する電圧検出回路で消費する電力を低減するセル電圧検出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を参照して本発明を説明する。
（１）請求項１の発明は、組電池１０を構成する複数のセルＣ１〜Ｃ９６ごとに設けられ、対応するセルの電圧を検出する電圧検出回路ＶＴ１〜ＶＴ９６と、電圧検出回路ＶＴ１〜ＶＴ９６により検出された全セルの電圧を記憶する記憶回路５０と、複数の電圧検出回路ＶＴ１〜ＶＴ９６のうち、電圧を検出する対象セルを選択し、この電圧検出対象セルに対応する電圧検出回路だけを作動し、電圧検出非対象セルに対応する電圧検出回路を非作動とする制御回路５０，Ｃ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ１２と、電圧検出回路ＶＴ１〜ＶＴ９６で検出されたセル電圧と、記憶回路５０に記憶されている全セルの電圧とに基づいて、電圧検出非対象セルの電圧を推定する電圧推定回路５０とを備え、制御回路５０，Ｃ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ１２は、電圧検出対象セルを順次切り替えることにより、上記目的を達成する。
（２）請求項２の発明は、請求項１のセル電圧検出装置において、制御回路５０，Ｃ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ１２は、電圧検出対象セルの順次切り替えにより全セルの電圧を検出した後、全セルＣ１〜Ｃ９６を電圧検出対象セルとし、記憶回路５０は、電圧検出回路ＶＴ１〜ＶＴ９６により検出される全セルの電圧を新たに記憶する。
（３）請求項３の発明は、請求項１または２のセル電圧検出装置において、同一のセルに対して、電圧検出回路ＶＴ１〜ＶＴ９６により検出されたセル電圧と、電圧推定回路５０により推定されたセル電圧との差が所定値以上であるか否かを判定する電圧誤差判定回路５０と、記憶回路５０に記憶された全セルの電圧に基づいて、異常セルを検出する異常セル検出回路５０とをさらに備え、制御回路５０，Ｃ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ１２は、電圧誤差判定回路５０により検出電圧と推定電圧との差が所定値以上であると判定されたときに、全セルＣ１〜Ｃ９６を電圧検出対象セルとし、記憶回路５０は、電圧検出回路ＶＴ１〜ＶＴ９６により検出される全セルの電圧を新たに記憶し、異常セル検出回路５０は、記憶回路５０に新たに記憶された全セルの電圧に基づいて、異常セル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１のセル電圧検出装置において、組電池１０は、複数のセルを直列に接続して構成されるモジュールＭ１〜Ｍ１２を複数直列に接続して構成されるものであり、記憶回路５０は、電圧検出回路ＶＴ１〜ＶＴ９６により検出されたモジュールＭ１〜Ｍ１２内の全セルの電圧を記憶し、制御回路５０，Ｃ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ１２は、モジュールＭ１〜Ｍ１２ごとに電圧検出対象セルを順次切り替え、電圧推定回路５０は、電圧検出回路で検出されたセル電圧と、記憶回路５０に記憶されたモジュールＭ１〜Ｍ１２内の全セルの電圧とに基づいて、電圧検出非対象セルの電圧を推定することを特徴とする。
（５）請求項５の発明は、請求項４のセル電圧検出装置において、制御回路５０，Ｃ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ１２は、電圧検出対象セルの順次切り替えによりモジュールＭ１〜Ｍ１２内の全セルの電圧を検出した後、モジュールＭ１〜Ｍ１２内の全セルＣ１〜Ｃ９６を電圧検出対象セルとし、記憶回路５０は、電圧検出回路ＶＴ１〜ＶＴ９６により検出される全セルの電圧を新たに記憶する。
（６）請求項６の発明は、請求項４または５のセル電圧検出装置において、同一のセルに対して、電圧検出回路ＶＴ１〜ＶＴ９６により検出されたセル電圧と、電圧推定回路５０により推定されたセル電圧との差が所定値以上であるか否かを判定する電圧誤差判定回路５０と、記憶回路５０に記憶されたモジュールＭ１〜Ｍ１２内の全セルの電圧に基づいて、モジュール内の異常セルを検出する異常セル検出回路５０とをさらに備え、制御回路５０，Ｃ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ１２は、電圧誤差判定回路５０により検出電圧と推定電圧との差が所定値以上であると判定されたときに、モジュールＭ１〜Ｍ１２内の全セルＣ１〜Ｃ９６を電圧検出対象セルとし、記憶回路５０は、電圧検出回路ＶＴ１〜ＶＴ９６により検出される全セルの電圧を新たに記憶し、異常セル検出回路５０は、記憶回路５０に新たに記憶された全セルの電圧に基づいて、異常セルを検出することを特徴とする。
（７）請求項７の発明は、請求項１〜６のいずれかのセル電圧検出装置において、組電池１０のＳＯＣが第１のしきい値以上であるか、または第２のしきい値以下であるか否かを 判定するＳＯＣ判定回路５０をさらに備え、制御回路５０，Ｃ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ１２は、ＳＯＣ判定回路５０により、組電池１０のＳＯＣが第１のしきい値以上であるか、または第２のしきい値以下であると判定されると、電圧検出対象セルの順次切り替えを中止して、全てのセルＣ１〜Ｃ９６を電圧検出対象セルとすることを特徴とする。
（８）請求項８の発明は、請求項１〜７のいずれかのセル電圧検出装置において、組電池１０に流れる電流を検出する電流検出回路６０と、電流検出回路６０により検出された電流が所定の電流値以上であるか否かを判定する過電流判定回路５０とをさらに備え、制御回路５０，Ｃ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ１２は、過電流判定回路５０により組電池１０に所定の電流値以上の電流が流れていると判定されると、電圧検出対象セルの順次切り替えを中止して、全てのセルＣ１〜Ｃ９６を電圧検出対象セルと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１〜８の発明によれば、電圧検出対象セルを対応する電圧検出回路により検出するとともに、電圧検出非対象セルの電圧を推定し、制御回路により電圧検出対象セルを順次切り替えるので、電圧を検出する際に全ての電圧検出回路を駆動する必要が無く、電圧検出回路による消費電力を低減することができる。
（２）請求項２の発明によれば、電圧検出対象セルの順次切り替えにより、全セルの電圧を順次検出した後、全セルを電圧検出対象セルとし、電圧検出回路により検出される全セルの電圧を記憶回路に新たに記憶するので、電圧推定回路で推定する電圧の推定精度を向上することができる。
（３）請求項３の発明によれば、同一のセルに対して、電圧検出回路で検出された電圧と、電圧推定回路で推定された電圧との差が所定値以上であるときには、全セルを電圧検出対象セルとし、電圧検出回路により全セルの電圧を検出して記憶回路に新たに記憶し、新たに記憶された全セルの電圧に基づいて、異常セルの検出を行うので、組電池の安全性を確保することができる。
（４）請求項４の発明によれば、組電池は、複数のセルを直列に接続して構成されるモジュールを複数直列に接続して構成されるものであり、制御回路は、モジュールごとに電圧検出対象セルを順次切り替え、電圧推定回路は、電圧検出回路で検出されたセル電圧と、記憶回路に記憶されたモジュール内の全セルの電圧とに基づいて、電圧検出非対象セルの電圧を推定するので、電圧検出非対象セルの電圧を確実に推定することができる。
（５）請求項５の発明によれば、電圧検出対象セルの順次切り替えにより、モジュール内の全セルの電圧を順次検出した後、モジュール内の全セルを電圧検出対象セルとし、電圧検出回路により検出される全セルの電圧を記憶回路に新たに記憶するので、電圧推定回路で推定する電圧の推定精度を向上することができる。
（６）請求項６の発明によれば、同一のセルに対して、電圧検出回路で検出された電圧と、電圧推定回路で推定された電圧との差が所定値以上であるときには、モジュール内の全セルを電圧検出対象セルとし、電圧検出回路により全セルの電圧を検出して記憶回路に新たに記憶し、新たに記憶された全セルの電圧に基づいて、異常セルの検出を行うので、組電池の安全性を確保することができる。
（７）請求項７の発明によれば、組電池のＳＯＣが第１のしきい値以上か第２のしきい値以下であると判定されると、電圧検出対象セルの順次切り替えを中止して、全てのセルを電圧検出対象セルとするので、組電池の過充電／過放電を防いで、組電池の安全性を確保することができる。
（８）請求項８の発明によれば、組電池に所定の電流値以上の電流が流れていると判定されると、電圧検出対象セルの順次切り替えを中止して、全てのセルを電圧検出対象セルとするので、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、本発明によるセル電圧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。この電気自動車はインバータ８０を有し、複数の単セルを直列に接続して構成される二次電池１０の直流電力をインバータ８０で交流電力に変換し、変換した交流電力を走行駆動源である三相同期モータ９０へ供給する。供給された交流電力により三相同期モータ９０が回転駆動することにより、減速機１００、ドライブシャフト１０５ａ，１０５ｂを介して左右の駆動輪１１０ａ，１１０ｂが回転して電気自動車が駆動することができる。
【０００９】
組電池１０は、複数のセルＣ１〜Ｃ９６を直列に接続して構成されており、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には、それぞれセルコントローラＣ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ１２が接続されている。セルコントローラＣ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ１２は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭを有し、対応するモジュールＭ１〜Ｍ１２内のセルを管理する。
【００１０】
各セルＣ１〜Ｃ９６には、対応するセルＣ１〜Ｃ９６の電圧を検出する電圧検出回路ＶＴ１〜ＶＴ９６が設けられている。各電圧検出回路ＶＴ１〜ＶＴ９６で検出されたセル電圧は、各セルを管理するセルコントローラＣ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ１２に送られる。例えば、モジュールＭ１内のセルＣ１〜Ｃ１２の電圧は、それぞれ対応する電圧検出回路ＶＴ１〜ＶＴ１２で検出されて、セルコントローラＣ／Ｃ１に送られる。
【００１１】
各セルＣ１〜Ｃ９６と対応する電圧検出回路ＶＴ１〜ＶＴ９６との間には、スイッチＳＷ１〜ＳＷ９７が設けられており、セルＣ１〜Ｃ９６と対応する電圧検出回路ＶＴ１〜ＶＴ９６とを接続／非接続とすることができる。各スイッチＳＷ１〜ＳＷ９７は、各セルコントローラＣ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ１２からのオン／オフ信号に基づいて、開閉する。例えば、電圧検出回路ＶＴ１とセルＣ１とを接続する時は、電圧検出回路ＶＴ１とセルＣ１との間に設けられているスイッチＳＷ１とＳＷ２とをオンとし、それ以外のスイッチＳＷ３〜ＳＷ９７はオフとする。
【００１２】
尚、以下の説明では、一般的なセルＣ１〜Ｃ９６を表すのに、セルＣｎ（ｎは、自然数）と表現する。同様に、一般的なモジュールＭ１〜Ｍ１２、セルコントローラＣ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ１２、電圧検出回路ＶＴ１〜ＶＴ９６、スイッチＳＷ１〜ＳＷ９７もそれぞれ、モジュールＭｎ、セルコントローラＣ／Ｃｎ、電圧検出回路ＶＴｎ、スイッチＳＷｎと表すことにする。
【００１３】
バッテリーコントローラ５０は、カウンタ５１、タイマ５２、不図示のＣＰＵ，ＲＯＭおよびＲＡＭを備えている。各セルコントローラＣ／Ｃｎは、隣接するセルコントローラＣ／Ｃｎと通信線で接続されており、バッテリーコントローラ５０は、両端のセルコントローラＣ／Ｃｎ、すなわち、セルコントローラＣ／Ｃ１とＣ／Ｃ１２と接続されている。従って、バッテリーコントローラ５０は、シリアル通信により各セルコントローラＣ／Ｃｎを制御するとともに、各セルコントローラＣ／Ｃｎ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５０は、各セルコントローラＣ／Ｃｎを制御して組電池１０全体を管理する。
【００１４】
電流センサ６０は、組電池１０に流れる充放電電流を検出する。また、電圧センサ７０は、組電池１０の総電圧を検出する。電流センサ６０により検出された充放電電流、および電圧センサ７０により検出された総電圧は、バッテリコントローラ５０に送られる。
【００１５】
トルクプロセッシングコントローラ１３０は、不図示のＣＰＵやメモリなどを備え、図示しないアクセルペダルやブレーキペダルの操作量等に基づいて、三相同期モータ９０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１２０に送信される。モータコントローラ１２０は、トルクプロセッシングコントローラ１３０から送られてきたトルク指令値や、三相同期モータ９０の回転位置情報などに基づいて、インバータ８０の制御を行う。また、バッテリーコントローラ５０とトルクプロセッシングコントローラ１３０は、図示しない接続線によって接続され、バッテリーコントローラ５０は組電池に関する各種情報をトルクプロセッシングコントローラ１３０へと出力している。また、トルクプロセッシングコントローラ１３０には、組電池１０の異常を含む車両の異常を乗員に報知するためのインジケータ１４０およびブザー１５０が接続されている。
【００１６】
図２〜図４は、バッテリコントローラ５０で行われる制御の一実施の形態の手順を示すフローチャートである。図２に示すフローチャートは、車両の起動時に１回のみ演算される制御手順を示すものであり、図３に示すフローチャートは、車両の起動とともに処理を開始し、以後、所定周期ごとに行われる制御手順を示すものである。また、図４に示すフローチャートの制御も、車両の起動とともに開始される。ただし、車両の起動時に行われる順番としては、初めに図２に示すフローチャートによる制御が行われ、次に図３に示すフローチャートによる制御、最後に図４に示すフローチャートによる制御が行われる。
【００１７】
始めに、図２に示すフローチャートの制御について説明する。ステップＳ１０では、図示しないイグニッションスイッチがオンとなっているか否かを判定する。オンとなっていると判定するとステップＳ２０に進み、オンになっ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。ステップＳ２０では、スイッチＳＷｎを全てオンにする。これは、バッテリコントローラ５０が、各セルコントローラＣ／ＣｎにスイッチＳＷｎを全てオンにする旨の信号を送出し、各セルコントローラＣ／Ｃｎが全スイッチＳＷｎのオン信号を出力することにより行われる。スイッチＳＷｎを全てオンにすると、ステップＳ３０に進む。
【００１８】
ステップＳ３０では、各モジュールＭｎごとに、各電圧検出回路ＶＴｎを用いて全てのセルＣｎの電圧を検出する。検出されたセル電圧は、バッテリコントローラ５０に送られる。次のステップＳ４０では、ステップＳ３０で検出した各モジュールＭｎごとの全セル電圧を図示しないＲＡＭに記憶する。なお、以下の説明では、後述する処理の時点で検出するセル電圧と、本処理で記憶するセル電圧とを区別するために、本処理で記憶するセル電圧は、「セル電圧分布」と呼ぶことにする。上述したように、全セル電圧は、各モジュールＭｎごとに検出されるので、セル電圧分布も各モジュールＭｎごと、換言すれば、セルコントローラＣ／Ｃｎごとに区別して記憶する。セル電圧分布を記憶するとステップＳ５０に進む。
【００１９】
ステップＳ５０では、電圧値が異常値を示す異常セルがあるか否かを判定する。この判定は、モジュールＭｎごとに行われる。すなわち、ステップＳ４０で記憶したセル電圧分布から、モジュールＭｎ内の全セルの平均電圧を算出し、そのモジュールＭｎ内の各セルＣｎの電圧と算出した平均電圧との差が所定値以上であるセルがあるか否かを判定する。各セルＣｎの電圧と平均電圧との差が所定値以上であるセルが１つでもあるときは、異常セルがあると判定して、ステップＳ６０に進む。ステップＳ６０では、異常セルの存在を示すフラグＦをセットして、ステップＳ７０に進む。ステップＳ７０では、インジケータ１４０および／またはブザー１５０により、異常セルの存在を乗員に報知して、本制御を終了する。
【００２０】
一方、ステップＳ５０で、モジュールＭｎごとに判定を行った結果、全てのセルＣｎの電圧と異常判定値である平均電圧との差が所定値より小さいときは、全てのセルＣｎが正常であると判定して、ステップＳ８０に進む。ステップＳ８０では、スイッチＳＷｎを全てオフにして本制御を終了する。
【００２１】
次に、図３に示すフローチャートの制御について説明する。ステップＳ１００では、図示しないイグニッションスイッチがオンとなっているか否かを判定する。オンとなっていると判定するとステップＳ１１０に進み、オンになっ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。ステップＳ１１０では、電圧センサ７０により組電池１０の総電圧を検出する。検出した総電圧は、バッテリコントローラ５０に送られる。次のステップＳ１２０では、ステップＳ１１０で検出した総電圧に基づいて、組電池のＳＯＣ（充電率）を算出する。ＳＯＣの算出は、組電池１０の総電圧とＳＯＣとの関係を定めたマップを予め用意しておき、このマップを用いて表引き計算することにより行われる。ＳＯＣを算出するとステップＳ１３０に進む。
【００２２】
ステップＳ１３０では、電流センサ６０により、組電池１０に流れる電流を検出する。検出した電流は、バッテリコントローラ５０に送られる。次のステップＳ１４０では、組電池１０が過充電となっていないかを判定する。この判定のために、予め、組電池１０が過充電（過電圧）となるときのＳＯＣのしきい値Ｘを定めておく。各セルＣｎの電圧にはバラツキがあるため、しきい値Ｘからバラツキを考慮した値αを引いたＸ−αを判定しきい値とする。このαは、全セル電圧のうち、最も値の大きい電圧を考慮して定める必要がある。従って、ステップＳ１４０では、ステップＳ１２０で算出したＳＯＣが判定しきい値Ｘ−αより大きいときは、過充電であると判定してステップＳ１７０に進み、判定しきい値Ｘ−α以下であるときは、過充電ではないと判定してステップＳ１５０に進む。
【００２３】
ステップＳ１５０では、組電池１０が過放電となっていないかを判定する。この判定のために、予め、組電池１０が過放電となるときのＳＯＣのしきい値Ｙを定めておく。各セルＣｎの電圧にはバラツキがあるため、しきい値Ｙからバラツキを考慮した値βを引いたＹ＋βを判定しきい値とする。ただし、βは、全セル電圧のうち、最低電圧を考慮して定める必要がある。従って、ステップＳ１５０では、ステップＳ１２０で算出したＳＯＣが判定しきい値Ｙ＋βより小さいときは、過放電であると判定してステップＳ１７０に進み、判定しきい値Ｙ＋β以上であるときは、過放電ではないと判定してステップＳ１６０に進む。
【００２４】
ステップＳ１６０では、ステップＳ１３０で検出した電流の絶対値｜Ｉ｜が所定の規定値Ｉmax以上であるか否かを判定する。この判定は、組電池１０に流れる電流が規定値Ｉmax以上である場合、組電池１０およびセルＣｎの電圧変動率が高くなる可能性があるので、組電池１０の安全性を確保するために行われる。また、絶対値とするのは、充電電流および放電電流のいずれの電流も対象とするためである。電流の絶対値｜Ｉ｜が所定の規定値Ｉmax以上であると判定すると、ステップＳ１７０に進み、所定の規定値Ｉmaxより小さいと判定すると本制御を終了する。
以上の説明では、この電流の絶対値｜Ｉ｜が所定の規定値Ｉmax以上であることを「過電流である」と記載する。
【００２５】
ステップＳ１７０では、組電池１０が過充電または過放電であるか、過電流が流れているので、フラグＦをセットして、ステップＳ１８０に進む。ステップＳ１８０では、スイッチＳＷｎを全てオンにする。これにより、各セルＣｎの電圧を、対応する電圧検出回路ＶＴｎでそれぞれ検出することができる。
【００２６】
上述した図３に示すフローチャートによる制御では、組電池１０が過充電であるか否か（ステップＳ１４０）、過放電であるか否か（ステップＳ１５０）、過電流が流れているか否か（ステップＳ１６０）を判定し、いずれかの判定において肯定されるときは、フラグＦをセットするとともに、スイッチＳＷｎを全てオンにした。すなわち、過充電、過放電および過電流などの状況下では、後述するセル電圧の推定を正確に行うことができないので、従来通り、全ての電圧検出回路ＶＴｎを用いてセル電圧を検出するようにしている。
【００２７】
最後に、図４に示すフローチャートによる制御について説明する。ステップＳ２００では、フラグＦがセットされているか否かを判定する。フラグＦがセットされていないと判定するとステップＳ２１０に進み、セットされていると判定すると本制御を終了する。ステップＳ２１０では、モジュールＭｎ内のある１つのセルＣｎの電圧を検出するために、対応するスイッチＳＷｎをオンにするとともに、他のスイッチをオフにする。本実施の形態では、モジュールＭ１を例にあげると、セルＣ１、Ｃ２、Ｃ３の順に電圧を検出していくことにする。例えば、セルＣ１の電圧を検出するときは、スイッチＳＷ１とＳＷ２とをオンにするとともに、他のスイッチをオフにする。スイッチ制御を行うと、ステップＳ２２０に進む。
【００２８】
ステップＳ２２０では、タイマ５２をスタートさせて、ステップＳ２３０に進む。このタイマ５２は、ステップＳ２１０でスイッチの切り替え制御を行うためのものであり、切り替え時間を制御することにより、各セル間の電力消費の偏りを防ぐことができる。ステップＳ２３０では、ステップＳ２１０でスイッチＳＷｎをオンにすることにより、電圧の検出が可能となったセルＣｎの電圧を、対応する電圧検出回路ＶＴｎにより検出する。検出したセル電圧は、バッテリコントローラ５０に送られる。次のステップＳ２４０では、ステップＳ２２０でタイマ５２をスタートさせてから、所定の時間が経過したか否かを判定する。所定の時間が経過したと判定するとステップＳ２５０に進む。所定の時間が経過していないと判定すると、所定の時間が経過するまで待機する。
【００２９】
ステップＳ２５０では、タイマ５２をリセットしてステップＳ２６０に進む。ステップＳ２６０では、ステップＳ２３０で検出したセル電圧と、後述するステップＳ２７０で推定したセル電圧との差が所定値以上であるか否かを判定する。ステップＳ２３０でセル電圧を検出する処理と、ステップＳ２７０でセル電圧を推定する処理は、モジュールＭｎ内の全てのセルＣｎに対して行われるので、後述するステップＳ３００で図示しないイグニッションスイッチがオフされたと判定されない限り繰り返し行われる。従って、ステップＳ２６０では、前回のステップＳ２７０の処理時に推定したセル電圧と、今回のステップＳ２３０で検出したセル電圧とを用いて判定を行う。この判定の結果、検出セル電圧と推定セル電圧との差が所定値以上であると判定（肯定）するとステップＳ３４０に進み、所定値より小さいと判定（否定）すると、ステップＳ２７０に進む。また、ステップＳ２３０で最初のセル電圧を検出したときは、推定セル電圧が存在しないことになるので、判定を行わずにステップＳ２７０に進む。
【００３０】
ステップＳ２７０では、ステップＳ２３０で検出したセル電圧と、図２に示すフローチャートのステップＳ４０で不図示のＲＡＭに記憶したセル電圧分布とに基づいて、ステップＳ２３０で検出したセル電圧以外のセルの電圧を推定する。例えば、ステップＳ２３０でセルＣ１の電圧を検出したときは、モジュールＭ１内の他のセルＣ２〜Ｃ８の電圧を推定する。電圧の推定方法は、例えば、ステップＳ４０で記憶したセルＣ１の電圧とステップＳ２３０で検出したセルＣ１との電圧差を算出し、ステップＳ４０で記憶した他のセルＣ２〜Ｃ８の電圧に対して、セルＣ１の電圧差分を加減算することにより行う。
【００３１】
ステップＳ２３０で検出したセル電圧以外のセルの電圧を推定すると、ステップＳ２８０に進む。ステップＳ２８０では、ステップＳ２３０で電圧を検出したセル数（カウント値）Ｎが、モジュールＭｎ内のセル数（本実施の形態では８）以上であるか否かを判定する。ステップＳ２３０でセルの電圧を検出する処理は、モジュールＭｎ内の全てのセルＣｎに対して行うものであるが、電圧を検出したセル数は、カウンタ５１を用いてカウントする。モジュールＭｎ内の全てのセルＣｎに対して電圧を検出したと判定すると、ステップＳ３４０に進み、全てのセルＣｎの電圧を検出していないと判定すると、同じモジュールＭｎ内の他のセルに対しても、ステップＳ２６０の処理を行うために、ステップＳ２９０に進む。
【００３２】
ステップＳ２９０では、カウンタ５１のカウント値Ｎに１を足して新たなカウント値Ｎとして、ステップＳ３００に進む。ステップＳ３００では、図示しないイグニッションスイッチがオフとなっているか否かを判定する。オフになっていないと判定するとステップＳ２００に戻り、次のセルＣｎに対して、ステップＳ２００以降の処理を行う。一方、図示しないイグニッションスイッチがオフになっていると判定すると本制御を終了する。
【００３３】
ステップＳ２６０で、ステップＳ２３０で検出したセル電圧と、前回のステップＳ２７０で推定したセル電圧との差が所定値以上であると判定すると、ステップＳ３４０に進む。ステップＳ２６０での判定は、推定した電圧を用いており、また、タイミングの異なる処理で検出および推定した電圧を用いて行うことから、直ちに異常が発生しているとは判断せず、ステップＳ３４０以降の処理により、異常セルの有無の判断を正確に行う。また、モジュールＭｎ内の全てのセルＣｎに対して、ステップＳ２６０の処理が行われた時もステップＳ３４０に進む。
【００３４】
ステップＳ３４０では、全てのスイッチＳＷｎをオンにしてステップＳ３５０に進む。ステップＳ３５０では、カウンタ５１のカウント値Ｎをリセットして、ステップＳ３６０に進む。ステップＳ３６０では、各電圧検出回路ＶＴｎにより対応する全てのセルＣｎの電圧を検出する。検出されたセル電圧は、バッテリコントローラ５０に送られる。次のステップＳ３７０では、ステップＳ３６０で検出した全セル電圧、すなわちセル電圧分布を図示しないＲＡＭに記憶して、ステップＳ３８０に進む。
【００３５】
尚、以後の処理において、ステップＳ２７０のセル電圧の推定を行うときは、ステップＳ３７０で記憶したセル電圧分布を用いる。すなわち、モジュールＭｎ内の全てのセルに対して、ステップＳ２６０の処理が行われると、ステップＳ２８０を経てステップＳ３７０に進み、最新のセル電圧分布が記憶される。後述するように、セルに異常が発生していないときは、再びステップＳ２００以降の処理が行われるので、ステップＳ２７０にてセル電圧の推定を行うときは、最新のセル電圧分布が用いられる。これにより、セル電圧の推定精度を向上させることができる。
【００３６】
ステップＳ３８０では、電圧値が異常値を示す異常セルがあるか否かを判定する。ここでの判定は、図２に示すフローチャートのステップＳ５０で行う判定と同じである。すなわち、ステップＳ３７０で記憶したセル電圧分布から、全セルの平均電圧を算出し、各セルＣｎの電圧と算出した平均電圧との差が所定値以上であるセルがあるか否かを判定する。異常セルがあると判定すると、ステップＳ３９０に進み、異常セルが無いと判定すると、ステップＳ２００に戻る。ステップＳ３９０では、異常セルの存在を示すフラグＦをセットして、ステップＳ４００に進む。ステップＳ４００では、インジケータ１４０および／またはブザー１５０により、異常セルの存在を乗員に報知して、ステップＳ３００に進む。
【００３７】
以上、本発明によるセル電圧検出装置によれば、異常セルが存在するとき（ステップＳ５０，Ｓ３９０）、組電池１０が過充電または過放電であると判定されたとき（ステップＳ１４０，Ｓ１５０）および組電池１０に過大電流が流れているとき（ステップＳ１６０）には、フラグＦをセットする。このフラグＦがセットされているときは、従来と同様に、全ての電圧検出回路ＶＴｎを用いて対応するセルＣｎの電圧を検出する。一方、フラグＦがセットされていないときは、モジュールＭｎ内の１つの電圧検出回路ＶＴｎのみを駆動して対応するセルの電圧を検出し（ステップＳ２１０〜Ｓ２３０）、検出したセル電圧と、記憶されているセル電圧分布（ステップＳ５０）とに基づいて、検出したセル以外のセルの電圧を推定する（ステップＳ２７０）。次に他のセルの電圧を検出した時には、この推定したセル電圧と、実際に検出したセル電圧との差が所定値以下の時には、検出したセル以外のセル電圧を推定し（ステップＳ２７０）、所定値より大きいときには、全セルの電圧を検出して、異常の判断を正確に行う（ステップＳ３４０〜Ｓ３８０）。
【００３８】
本実施の形態によるセル電圧検出装置によれば、１つのセル電圧を検出し、他のセル電圧を推定することにより、組電池の管理を行うので、全ての電圧検出回路を駆動させる必要がなく、電圧検出回路で消費する電力を低減することができる。従って、組電池を搭載する電気自動車の航続距離を長くすることができる。また、電圧を検出するセルは、順次切り替えていくので、１つのセルの電力のみが消費されることはなく、各セル電圧間のバランスを保つことができるとともに、電気自動車の航続距離を長くすることができる。すなわち、電気自動車の航続距離は、電圧の最も低いセルを基準に定められるので、他のセル電圧に比べて極端に低い電圧を示すセルを無くすことにより、電気自動車の航続距離を長くすることができる。さらに、検出電圧と推定電圧との誤差の判定を行うので、推定電圧の精度をある一定以上に確保することができる。
【００３９】
また、組電池のＳＯＣに基づいて、過充電、過放電である領域や、過電流が流れる場合には、全てのセル電圧を検出してセルの異常判定を行うので、過充電や過放電になるのを未然に防いで、組電池の安全性を確保することができる。
【００４０】
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、上述した一実施の形態では、本発明によるセル電圧検出装置を電気自動車に適用した例について説明したが、ハイブリッド車に適用することもできる。一般に、ハイブリッド車に搭載される組電池の容量は、電気自動車に搭載される組電池の容量よりも小さいので、電圧検出回路で消費される電力の影響は大きい。従って、本発明によるセル電圧検出装置をハイブリッド車に適用すれば、航続距離の向上等の効果は、電気自動車に適用した場合よりも大きくなる。
【００４１】
また、電圧を検出するセルの切り替えや、電圧を検出しない（電圧検出回路と非接続とされた）セルの電圧の推定は、モジュールＭｎごとに行ったが、モジュールＭｎごとではなく組電池１０全体で行ってもよい。さらに、電圧を検出するセルの切り替えも、１つずつ行うのではなく、複数のセルを１単位として行うこともできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるセル電圧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】車両起動時に行われる制御手順を示す一実施の形態のフローチャート
【図３】車両起動時および以後所定周期ごとに行われる制御手順を示す一実施の形態のフローチャート
【図４】車両起動時に行われる制御手順を示す一実施の形態のフローチャート
【符号の説明】
１０…組電池、５０…バッテリコントローラ、５１…カウンタ、５２…タイマ、６０…電流センサ、７０…電圧センサ、８０…インバータ、９０…三相同期モータ、１００…減速機、１０５ａ，１０５ｂ…ドライブシャフト、１１０ａ，１１０ｂ…駆動輪、１２０…モータコントローラ、１３０…トルクプロセッシングコントローラ、１４０…インジケータ、１５０…ブザー、Ｃ１〜Ｃ９６…セル、Ｍ１〜Ｍ１２…モジュール、Ｃ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ１２…セルコントローラ、ＳＷ１〜ＳＷ９７…スイッチ、ＶＴ１〜ＶＴ９６…電圧検出回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば電気自動車やハイブリッド車に搭載される組電池を構成するセルの電圧を検出するセル電圧検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複数の単セルを直列や並列に接続して組電池を構成し、この組電池の電力を駆動源の一つとして車両を駆動する電気自動車やハイブリッド車が知られている。このような車両においては、組電池の制御や車両の制御を目的として、セルの電圧を検出するセル電圧検出装置が搭載されている。すなわち、各セルごとに、対応するセルの電圧を検出する電圧検出回路を備え、電圧検出回路で検出された各セルの電圧を用いて、組電池の制御や車両の制御を行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のセル電圧検出装置では、各セルごとに電圧検出回路を備えており、各電圧検出回路は組電池に蓄電されている電力を用いて駆動するので、各セルの電圧を検出する際に消費する電力が大きいものとなり、組電池の電力を駆動源として走行する車両の航続距離が短くなるという問題があった。
【０００４】
本発明の目的は、組電池を構成するセルの電圧を検出する電圧検出回路で消費する電力を低減するセル電圧検出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を参照して本発明を説明する。
（１）請求項１の発明は、組電池１０を構成する複数のセルＣ１〜Ｃ９６ごとに設けられ、対応するセルの電圧を検出する電圧検出回路ＶＴ１〜ＶＴ９６と、電圧検出回路ＶＴ１〜ＶＴ９６により検出された全セルの電圧を記憶する記憶回路５０と、複数の電圧検出回路ＶＴ１〜ＶＴ９６のうち、電圧を検出する対象セルを選択し、この電圧検出対象セルに対応する電圧検出回路だけを作動し、電圧検出非対象セルに対応する電圧検出回路を非作動とする制御回路５０，Ｃ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ１２と、電圧検出回路ＶＴ１〜ＶＴ９６で検出されたセル電圧と、記憶回路５０に記憶されている全セルの電圧とに基づいて、電圧検出非対象セルの電圧を推定する電圧推定回路５０とを備え、制御回路５０，Ｃ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ１２は、電圧検出対象セルを順次切り替えることにより、上記目的を達成する。
（２）請求項２の発明は、請求項１のセル電圧検出装置において、制御回路５０，Ｃ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ１２は、電圧検出対象セルの順次切り替えにより全セルの電圧を検出した後、全セルＣ１〜Ｃ９６を電圧検出対象セルとし、記憶回路５０は、電圧検出回路ＶＴ１〜ＶＴ９６により検出される全セルの電圧を新たに記憶する。
（３）請求項３の発明は、請求項１または２のセル電圧検出装置において、同一のセルに対して、電圧検出回路ＶＴ１〜ＶＴ９６により検出されたセル電圧と、電圧推定回路５０により推定されたセル電圧との差が所定値以上であるか否かを判定する電圧誤差判定回路５０と、記憶回路５０に記憶された全セルの電圧に基づいて、異常セルを検出する異常セル検出回路５０とをさらに備え、制御回路５０，Ｃ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ１２は、電圧誤差判定回路５０により検出電圧と推定電圧との差が所定値以上であると判定されたときに、全セルＣ１〜Ｃ９６を電圧検出対象セルとし、記憶回路５０は、電圧検出回路ＶＴ１〜ＶＴ９６により検出される全セルの電圧を新たに記憶し、異常セル検出回路５０は、記憶回路５０に新たに記憶された全セルの電圧に基づいて、異常セル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１のセル電圧検出装置において、組電池１０は、複数のセルを直列に接続して構成されるモジュールＭ１〜Ｍ１２を複数直列に接続して構成されるものであり、記憶回路５０は、電圧検出回路ＶＴ１〜ＶＴ９６により検出されたモジュールＭ１〜Ｍ１２内の全セルの電圧を記憶し、制御回路５０，Ｃ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ１２は、モジュールＭ１〜Ｍ１２ごとに電圧検出対象セルを順次切り替え、電圧推定回路５０は、電圧検出回路で検出されたセル電圧と、記憶回路５０に記憶されたモジュールＭ１〜Ｍ１２内の全セルの電圧とに基づいて、電圧検出非対象セルの電圧を推定することを特徴とする。
（５）請求項５の発明は、請求項４のセル電圧検出装置において、制御回路５０，Ｃ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ１２は、電圧検出対象セルの順次切り替えによりモジュールＭ１〜Ｍ１２内の全セルの電圧を検出した後、モジュールＭ１〜Ｍ１２内の全セルＣ１〜Ｃ９６を電圧検出対象セルとし、記憶回路５０は、電圧検出回路ＶＴ１〜ＶＴ９６により検出される全セルの電圧を新たに記憶する。
（６）請求項６の発明は、請求項４または５のセル電圧検出装置において、同一のセルに対して、電圧検出回路ＶＴ１〜ＶＴ９６により検出されたセル電圧と、電圧推定回路５０により推定されたセル電圧との差が所定値以上であるか否かを判定する電圧誤差判定回路５０と、記憶回路５０に記憶されたモジュールＭ１〜Ｍ１２内の全セルの電圧に基づいて、モジュール内の異常セルを検出する異常セル検出回路５０とをさらに備え、制御回路５０，Ｃ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ１２は、電圧誤差判定回路５０により検出電圧と推定電圧との差が所定値以上であると判定されたときに、モジュールＭ１〜Ｍ１２内の全セルＣ１〜Ｃ９６を電圧検出対象セルとし、記憶回路５０は、電圧検出回路ＶＴ１〜ＶＴ９６により検出される全セルの電圧を新たに記憶し、異常セル検出回路５０は、記憶回路５０に新たに記憶された全セルの電圧に基づいて、異常セルを検出することを特徴とする。
（７）請求項７の発明は、請求項１〜６のいずれかのセル電圧検出装置において、組電池１０のＳＯＣが第１のしきい値以上であるか、または第２のしきい値以下であるか否かを 判定するＳＯＣ判定回路５０をさらに備え、制御回路５０，Ｃ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ１２は、ＳＯＣ判定回路５０により、組電池１０のＳＯＣが第１のしきい値以上であるか、または第２のしきい値以下であると判定されると、電圧検出対象セルの順次切り替えを中止して、全てのセルＣ１〜Ｃ９６を電圧検出対象セルとすることを特徴とする。
（８）請求項８の発明は、請求項１〜７のいずれかのセル電圧検出装置において、組電池１０に流れる電流を検出する電流検出回路６０と、電流検出回路６０により検出された電流が所定の電流値以上であるか否かを判定する過電流判定回路５０とをさらに備え、制御回路５０，Ｃ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ１２は、過電流判定回路５０により組電池１０に所定の電流値以上の電流が流れていると判定されると、電圧検出対象セルの順次切り替えを中止して、全てのセルＣ１〜Ｃ９６を電圧検出対象セルと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１〜８の発明によれば、電圧検出対象セルを対応する電圧検出回路により検出するとともに、電圧検出非対象セルの電圧を推定し、制御回路により電圧検出対象セルを順次切り替えるので、電圧を検出する際に全ての電圧検出回路を駆動する必要が無く、電圧検出回路による消費電力を低減することができる。
（２）請求項２の発明によれば、電圧検出対象セルの順次切り替えにより、全セルの電圧を順次検出した後、全セルを電圧検出対象セルとし、電圧検出回路により検出される全セルの電圧を記憶回路に新たに記憶するので、電圧推定回路で推定する電圧の推定精度を向上することができる。
（３）請求項３の発明によれば、同一のセルに対して、電圧検出回路で検出された電圧と、電圧推定回路で推定された電圧との差が所定値以上であるときには、全セルを電圧検出対象セルとし、電圧検出回路により全セルの電圧を検出して記憶回路に新たに記憶し、新たに記憶された全セルの電圧に基づいて、異常セルの検出を行うので、組電池の安全性を確保することができる。
（４）請求項４の発明によれば、組電池は、複数のセルを直列に接続して構成されるモジュールを複数直列に接続して構成されるものであり、制御回路は、モジュールごとに電圧検出対象セルを順次切り替え、電圧推定回路は、電圧検出回路で検出されたセル電圧と、記憶回路に記憶されたモジュール内の全セルの電圧とに基づいて、電圧検出非対象セルの電圧を推定するので、電圧検出非対象セルの電圧を確実に推定することができる。
（５）請求項５の発明によれば、電圧検出対象セルの順次切り替えにより、モジュール内の全セルの電圧を順次検出した後、モジュール内の全セルを電圧検出対象セルとし、電圧検出回路により検出される全セルの電圧を記憶回路に新たに記憶するので、電圧推定回路で推定する電圧の推定精度を向上することができる。
（６）請求項６の発明によれば、同一のセルに対して、電圧検出回路で検出された電圧と、電圧推定回路で推定された電圧との差が所定値以上であるときには、モジュール内の全セルを電圧検出対象セルとし、電圧検出回路により全セルの電圧を検出して記憶回路に新たに記憶し、新たに記憶された全セルの電圧に基づいて、異常セルの検出を行うので、組電池の安全性を確保することができる。
（７）請求項７の発明によれば、組電池のＳＯＣが第１のしきい値以上か第２のしきい値以下であると判定されると、電圧検出対象セルの順次切り替えを中止して、全てのセルを電圧検出対象セルとするので、組電池の過充電／過放電を防いで、組電池の安全性を確保することができる。
（８）請求項８の発明によれば、組電池に所定の電流値以上の電流が流れていると判定されると、電圧検出対象セルの順次切り替えを中止して、全てのセルを電圧検出対象セルとするので、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、本発明によるセル電圧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。この電気自動車はインバータ８０を有し、複数の単セルを直列に接続して構成される二次電池１０の直流電力をインバータ８０で交流電力に変換し、変換した交流電力を走行駆動源である三相同期モータ９０へ供給する。供給された交流電力により三相同期モータ９０が回転駆動することにより、減速機１００、ドライブシャフト１０５ａ，１０５ｂを介して左右の駆動輪１１０ａ，１１０ｂが回転して電気自動車が駆動することができる。
【０００９】
組電池１０は、複数のセルＣ１〜Ｃ９６を直列に接続して構成されており、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には、それぞれセルコントローラＣ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ１２が接続されている。セルコントローラＣ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ１２は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭを有し、対応するモジュールＭ１〜Ｍ１２内のセルを管理する。
【００１０】
各セルＣ１〜Ｃ９６には、対応するセルＣ１〜Ｃ９６の電圧を検出する電圧検出回路ＶＴ１〜ＶＴ９６が設けられている。各電圧検出回路ＶＴ１〜ＶＴ９６で検出されたセル電圧は、各セルを管理するセルコントローラＣ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ１２に送られる。例えば、モジュールＭ１内のセルＣ１〜Ｃ１２の電圧は、それぞれ対応する電圧検出回路ＶＴ１〜ＶＴ１２で検出されて、セルコントローラＣ／Ｃ１に送られる。
【００１１】
各セルＣ１〜Ｃ９６と対応する電圧検出回路ＶＴ１〜ＶＴ９６との間には、スイッチＳＷ１〜ＳＷ９７が設けられており、セルＣ１〜Ｃ９６と対応する電圧検出回路ＶＴ１〜ＶＴ９６とを接続／非接続とすることができる。各スイッチＳＷ１〜ＳＷ９７は、各セルコントローラＣ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ１２からのオン／オフ信号に基づいて、開閉する。例えば、電圧検出回路ＶＴ１とセルＣ１とを接続する時は、電圧検出回路ＶＴ１とセルＣ１との間に設けられているスイッチＳＷ１とＳＷ２とをオンとし、それ以外のスイッチＳＷ３〜ＳＷ９７はオフとする。
【００１２】
尚、以下の説明では、一般的なセルＣ１〜Ｃ９６を表すのに、セルＣｎ（ｎは、自然数）と表現する。同様に、一般的なモジュールＭ１〜Ｍ１２、セルコントローラＣ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ１２、電圧検出回路ＶＴ１〜ＶＴ９６、スイッチＳＷ１〜ＳＷ９７もそれぞれ、モジュールＭｎ、セルコントローラＣ／Ｃｎ、電圧検出回路ＶＴｎ、スイッチＳＷｎと表すことにする。
【００１３】
バッテリーコントローラ５０は、カウンタ５１、タイマ５２、不図示のＣＰＵ，ＲＯＭおよびＲＡＭを備えている。各セルコントローラＣ／Ｃｎは、隣接するセルコントローラＣ／Ｃｎと通信線で接続されており、バッテリーコントローラ５０は、両端のセルコントローラＣ／Ｃｎ、すなわち、セルコントローラＣ／Ｃ１とＣ／Ｃ１２と接続されている。従って、バッテリーコントローラ５０は、シリアル通信により各セルコントローラＣ／Ｃｎを制御するとともに、各セルコントローラＣ／Ｃｎ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５０は、各セルコントローラＣ／Ｃｎを制御して組電池１０全体を管理する。
【００１４】
電流センサ６０は、組電池１０に流れる充放電電流を検出する。また、電圧センサ７０は、組電池１０の総電圧を検出する。電流センサ６０により検出された充放電電流、および電圧センサ７０により検出された総電圧は、バッテリコントローラ５０に送られる。
【００１５】
トルクプロセッシングコントローラ１３０は、不図示のＣＰＵやメモリなどを備え、図示しないアクセルペダルやブレーキペダルの操作量等に基づいて、三相同期モータ９０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１２０に送信される。モータコントローラ１２０は、トルクプロセッシングコントローラ１３０から送られてきたトルク指令値や、三相同期モータ９０の回転位置情報などに基づいて、インバータ８０の制御を行う。また、バッテリーコントローラ５０とトルクプロセッシングコントローラ１３０は、図示しない接続線によって接続され、バッテリーコントローラ５０は組電池に関する各種情報をトルクプロセッシングコントローラ１３０へと出力している。また、トルクプロセッシングコントローラ１３０には、組電池１０の異常を含む車両の異常を乗員に報知するためのインジケータ１４０およびブザー１５０が接続されている。
【００１６】
図２〜図４は、バッテリコントローラ５０で行われる制御の一実施の形態の手順を示すフローチャートである。図２に示すフローチャートは、車両の起動時に１回のみ演算される制御手順を示すものであり、図３に示すフローチャートは、車両の起動とともに処理を開始し、以後、所定周期ごとに行われる制御手順を示すものである。また、図４に示すフローチャートの制御も、車両の起動とともに開始される。ただし、車両の起動時に行われる順番としては、初めに図２に示すフローチャートによる制御が行われ、次に図３に示すフローチャートによる制御、最後に図４に示すフローチャートによる制御が行われる。
【００１７】
始めに、図２に示すフローチャートの制御について説明する。ステップＳ１０では、図示しないイグニッションスイッチがオンとなっているか否かを判定する。オンとなっていると判定するとステップＳ２０に進み、オンになっ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。ステップＳ２０では、スイッチＳＷｎを全てオンにする。これは、バッテリコントローラ５０が、各セルコントローラＣ／ＣｎにスイッチＳＷｎを全てオンにする旨の信号を送出し、各セルコントローラＣ／Ｃｎが全スイッチＳＷｎのオン信号を出力することにより行われる。スイッチＳＷｎを全てオンにすると、ステップＳ３０に進む。
【００１８】
ステップＳ３０では、各モジュールＭｎごとに、各電圧検出回路ＶＴｎを用いて全てのセルＣｎの電圧を検出する。検出されたセル電圧は、バッテリコントローラ５０に送られる。次のステップＳ４０では、ステップＳ３０で検出した各モジュールＭｎごとの全セル電圧を図示しないＲＡＭに記憶する。なお、以下の説明では、後述する処理の時点で検出するセル電圧と、本処理で記憶するセル電圧とを区別するために、本処理で記憶するセル電圧は、「セル電圧分布」と呼ぶことにする。上述したように、全セル電圧は、各モジュールＭｎごとに検出されるので、セル電圧分布も各モジュールＭｎごと、換言すれば、セルコントローラＣ／Ｃｎごとに区別して記憶する。セル電圧分布を記憶するとステップＳ５０に進む。
【００１９】
ステップＳ５０では、電圧値が異常値を示す異常セルがあるか否かを判定する。この判定は、モジュールＭｎごとに行われる。すなわち、ステップＳ４０で記憶したセル電圧分布から、モジュールＭｎ内の全セルの平均電圧を算出し、そのモジュールＭｎ内の各セルＣｎの電圧と算出した平均電圧との差が所定値以上であるセルがあるか否かを判定する。各セルＣｎの電圧と平均電圧との差が所定値以上であるセルが１つでもあるときは、異常セルがあると判定して、ステップＳ６０に進む。ステップＳ６０では、異常セルの存在を示すフラグＦをセットして、ステップＳ７０に進む。ステップＳ７０では、インジケータ１４０および／またはブザー１５０により、異常セルの存在を乗員に報知して、本制御を終了する。
【００２０】
一方、ステップＳ５０で、モジュールＭｎごとに判定を行った結果、全てのセルＣｎの電圧と異常判定値である平均電圧との差が所定値より小さいときは、全てのセルＣｎが正常であると判定して、ステップＳ８０に進む。ステップＳ８０では、スイッチＳＷｎを全てオフにして本制御を終了する。
【００２１】
次に、図３に示すフローチャートの制御について説明する。ステップＳ１００では、図示しないイグニッションスイッチがオンとなっているか否かを判定する。オンとなっていると判定するとステップＳ１１０に進み、オンになっ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。ステップＳ１１０では、電圧センサ７０により組電池１０の総電圧を検出する。検出した総電圧は、バッテリコントローラ５０に送られる。次のステップＳ１２０では、ステップＳ１１０で検出した総電圧に基づいて、組電池のＳＯＣ（充電率）を算出する。ＳＯＣの算出は、組電池１０の総電圧とＳＯＣとの関係を定めたマップを予め用意しておき、このマップを用いて表引き計算することにより行われる。ＳＯＣを算出するとステップＳ１３０に進む。
【００２２】
ステップＳ１３０では、電流センサ６０により、組電池１０に流れる電流を検出する。検出した電流は、バッテリコントローラ５０に送られる。次のステップＳ１４０では、組電池１０が過充電となっていないかを判定する。この判定のために、予め、組電池１０が過充電（過電圧）となるときのＳＯＣのしきい値Ｘを定めておく。各セルＣｎの電圧にはバラツキがあるため、しきい値Ｘからバラツキを考慮した値αを引いたＸ−αを判定しきい値とする。このαは、全セル電圧のうち、最も値の大きい電圧を考慮して定める必要がある。従って、ステップＳ１４０では、ステップＳ１２０で算出したＳＯＣが判定しきい値Ｘ−αより大きいときは、過充電であると判定してステップＳ１７０に進み、判定しきい値Ｘ−α以下であるときは、過充電ではないと判定してステップＳ１５０に進む。
【００２３】
ステップＳ１５０では、組電池１０が過放電となっていないかを判定する。この判定のために、予め、組電池１０が過放電となるときのＳＯＣのしきい値Ｙを定めておく。各セルＣｎの電圧にはバラツキがあるため、しきい値Ｙからバラツキを考慮した値βを引いたＹ＋βを判定しきい値とする。ただし、βは、全セル電圧のうち、最低電圧を考慮して定める必要がある。従って、ステップＳ１５０では、ステップＳ１２０で算出したＳＯＣが判定しきい値Ｙ＋βより小さいときは、過放電であると判定してステップＳ１７０に進み、判定しきい値Ｙ＋β以上であるときは、過放電ではないと判定してステップＳ１６０に進む。
【００２４】
ステップＳ１６０では、ステップＳ１３０で検出した電流の絶対値｜Ｉ｜が所定の規定値Ｉmax以上であるか否かを判定する。この判定は、組電池１０に流れる電流が規定値Ｉmax以上である場合、組電池１０およびセルＣｎの電圧変動率が高くなる可能性があるので、組電池１０の安全性を確保するために行われる。また、絶対値とするのは、充電電流および放電電流のいずれの電流も対象とするためである。電流の絶対値｜Ｉ｜が所定の規定値Ｉmax以上であると判定すると、ステップＳ１７０に進み、所定の規定値Ｉmaxより小さいと判定すると本制御を終了する。
以上の説明では、この電流の絶対値｜Ｉ｜が所定の規定値Ｉmax以上であることを「過電流である」と記載する。
【００２５】
ステップＳ１７０では、組電池１０が過充電または過放電であるか、過電流が流れているので、フラグＦをセットして、ステップＳ１８０に進む。ステップＳ１８０では、スイッチＳＷｎを全てオンにする。これにより、各セルＣｎの電圧を、対応する電圧検出回路ＶＴｎでそれぞれ検出することができる。
【００２６】
上述した図３に示すフローチャートによる制御では、組電池１０が過充電であるか否か（ステップＳ１４０）、過放電であるか否か（ステップＳ１５０）、過電流が流れているか否か（ステップＳ１６０）を判定し、いずれかの判定において肯定されるときは、フラグＦをセットするとともに、スイッチＳＷｎを全てオンにした。すなわち、過充電、過放電および過電流などの状況下では、後述するセル電圧の推定を正確に行うことができないので、従来通り、全ての電圧検出回路ＶＴｎを用いてセル電圧を検出するようにしている。
【００２７】
最後に、図４に示すフローチャートによる制御について説明する。ステップＳ２００では、フラグＦがセットされているか否かを判定する。フラグＦがセットされていないと判定するとステップＳ２１０に進み、セットされていると判定すると本制御を終了する。ステップＳ２１０では、モジュールＭｎ内のある１つのセルＣｎの電圧を検出するために、対応するスイッチＳＷｎをオンにするとともに、他のスイッチをオフにする。本実施の形態では、モジュールＭ１を例にあげると、セルＣ１、Ｃ２、Ｃ３の順に電圧を検出していくことにする。例えば、セルＣ１の電圧を検出するときは、スイッチＳＷ１とＳＷ２とをオンにするとともに、他のスイッチをオフにする。スイッチ制御を行うと、ステップＳ２２０に進む。
【００２８】
ステップＳ２２０では、タイマ５２をスタートさせて、ステップＳ２３０に進む。このタイマ５２は、ステップＳ２１０でスイッチの切り替え制御を行うためのものであり、切り替え時間を制御することにより、各セル間の電力消費の偏りを防ぐことができる。ステップＳ２３０では、ステップＳ２１０でスイッチＳＷｎをオンにすることにより、電圧の検出が可能となったセルＣｎの電圧を、対応する電圧検出回路ＶＴｎにより検出する。検出したセル電圧は、バッテリコントローラ５０に送られる。次のステップＳ２４０では、ステップＳ２２０でタイマ５２をスタートさせてから、所定の時間が経過したか否かを判定する。所定の時間が経過したと判定するとステップＳ２５０に進む。所定の時間が経過していないと判定すると、所定の時間が経過するまで待機する。
【００２９】
ステップＳ２５０では、タイマ５２をリセットしてステップＳ２６０に進む。ステップＳ２６０では、ステップＳ２３０で検出したセル電圧と、後述するステップＳ２７０で推定したセル電圧との差が所定値以上であるか否かを判定する。ステップＳ２３０でセル電圧を検出する処理と、ステップＳ２７０でセル電圧を推定する処理は、モジュールＭｎ内の全てのセルＣｎに対して行われるので、後述するステップＳ３００で図示しないイグニッションスイッチがオフされたと判定されない限り繰り返し行われる。従って、ステップＳ２６０では、前回のステップＳ２７０の処理時に推定したセル電圧と、今回のステップＳ２３０で検出したセル電圧とを用いて判定を行う。この判定の結果、検出セル電圧と推定セル電圧との差が所定値以上であると判定（肯定）するとステップＳ３４０に進み、所定値より小さいと判定（否定）すると、ステップＳ２７０に進む。また、ステップＳ２３０で最初のセル電圧を検出したときは、推定セル電圧が存在しないことになるので、判定を行わずにステップＳ２７０に進む。
【００３０】
ステップＳ２７０では、ステップＳ２３０で検出したセル電圧と、図２に示すフローチャートのステップＳ４０で不図示のＲＡＭに記憶したセル電圧分布とに基づいて、ステップＳ２３０で検出したセル電圧以外のセルの電圧を推定する。例えば、ステップＳ２３０でセルＣ１の電圧を検出したときは、モジュールＭ１内の他のセルＣ２〜Ｃ８の電圧を推定する。電圧の推定方法は、例えば、ステップＳ４０で記憶したセルＣ１の電圧とステップＳ２３０で検出したセルＣ１との電圧差を算出し、ステップＳ４０で記憶した他のセルＣ２〜Ｃ８の電圧に対して、セルＣ１の電圧差分を加減算することにより行う。
【００３１】
ステップＳ２３０で検出したセル電圧以外のセルの電圧を推定すると、ステップＳ２８０に進む。ステップＳ２８０では、ステップＳ２３０で電圧を検出したセル数（カウント値）Ｎが、モジュールＭｎ内のセル数（本実施の形態では８）以上であるか否かを判定する。ステップＳ２３０でセルの電圧を検出する処理は、モジュールＭｎ内の全てのセルＣｎに対して行うものであるが、電圧を検出したセル数は、カウンタ５１を用いてカウントする。モジュールＭｎ内の全てのセルＣｎに対して電圧を検出したと判定すると、ステップＳ３４０に進み、全てのセルＣｎの電圧を検出していないと判定すると、同じモジュールＭｎ内の他のセルに対しても、ステップＳ２６０の処理を行うために、ステップＳ２９０に進む。
【００３２】
ステップＳ２９０では、カウンタ５１のカウント値Ｎに１を足して新たなカウント値Ｎとして、ステップＳ３００に進む。ステップＳ３００では、図示しないイグニッションスイッチがオフとなっているか否かを判定する。オフになっていないと判定するとステップＳ２００に戻り、次のセルＣｎに対して、ステップＳ２００以降の処理を行う。一方、図示しないイグニッションスイッチがオフになっていると判定すると本制御を終了する。
【００３３】
ステップＳ２６０で、ステップＳ２３０で検出したセル電圧と、前回のステップＳ２７０で推定したセル電圧との差が所定値以上であると判定すると、ステップＳ３４０に進む。ステップＳ２６０での判定は、推定した電圧を用いており、また、タイミングの異なる処理で検出および推定した電圧を用いて行うことから、直ちに異常が発生しているとは判断せず、ステップＳ３４０以降の処理により、異常セルの有無の判断を正確に行う。また、モジュールＭｎ内の全てのセルＣｎに対して、ステップＳ２６０の処理が行われた時もステップＳ３４０に進む。
【００３４】
ステップＳ３４０では、全てのスイッチＳＷｎをオンにしてステップＳ３５０に進む。ステップＳ３５０では、カウンタ５１のカウント値Ｎをリセットして、ステップＳ３６０に進む。ステップＳ３６０では、各電圧検出回路ＶＴｎにより対応する全てのセルＣｎの電圧を検出する。検出されたセル電圧は、バッテリコントローラ５０に送られる。次のステップＳ３７０では、ステップＳ３６０で検出した全セル電圧、すなわちセル電圧分布を図示しないＲＡＭに記憶して、ステップＳ３８０に進む。
【００３５】
尚、以後の処理において、ステップＳ２７０のセル電圧の推定を行うときは、ステップＳ３７０で記憶したセル電圧分布を用いる。すなわち、モジュールＭｎ内の全てのセルに対して、ステップＳ２６０の処理が行われると、ステップＳ２８０を経てステップＳ３７０に進み、最新のセル電圧分布が記憶される。後述するように、セルに異常が発生していないときは、再びステップＳ２００以降の処理が行われるので、ステップＳ２７０にてセル電圧の推定を行うときは、最新のセル電圧分布が用いられる。これにより、セル電圧の推定精度を向上させることができる。
【００３６】
ステップＳ３８０では、電圧値が異常値を示す異常セルがあるか否かを判定する。ここでの判定は、図２に示すフローチャートのステップＳ５０で行う判定と同じである。すなわち、ステップＳ３７０で記憶したセル電圧分布から、全セルの平均電圧を算出し、各セルＣｎの電圧と算出した平均電圧との差が所定値以上であるセルがあるか否かを判定する。異常セルがあると判定すると、ステップＳ３９０に進み、異常セルが無いと判定すると、ステップＳ２００に戻る。ステップＳ３９０では、異常セルの存在を示すフラグＦをセットして、ステップＳ４００に進む。ステップＳ４００では、インジケータ１４０および／またはブザー１５０により、異常セルの存在を乗員に報知して、ステップＳ３００に進む。
【００３７】
以上、本発明によるセル電圧検出装置によれば、異常セルが存在するとき（ステップＳ５０，Ｓ３９０）、組電池１０が過充電または過放電であると判定されたとき（ステップＳ１４０，Ｓ１５０）および組電池１０に過大電流が流れているとき（ステップＳ１６０）には、フラグＦをセットする。このフラグＦがセットされているときは、従来と同様に、全ての電圧検出回路ＶＴｎを用いて対応するセルＣｎの電圧を検出する。一方、フラグＦがセットされていないときは、モジュールＭｎ内の１つの電圧検出回路ＶＴｎのみを駆動して対応するセルの電圧を検出し（ステップＳ２１０〜Ｓ２３０）、検出したセル電圧と、記憶されているセル電圧分布（ステップＳ５０）とに基づいて、検出したセル以外のセルの電圧を推定する（ステップＳ２７０）。次に他のセルの電圧を検出した時には、この推定したセル電圧と、実際に検出したセル電圧との差が所定値以下の時には、検出したセル以外のセル電圧を推定し（ステップＳ２７０）、所定値より大きいときには、全セルの電圧を検出して、異常の判断を正確に行う（ステップＳ３４０〜Ｓ３８０）。
【００３８】
本実施の形態によるセル電圧検出装置によれば、１つのセル電圧を検出し、他のセル電圧を推定することにより、組電池の管理を行うので、全ての電圧検出回路を駆動させる必要がなく、電圧検出回路で消費する電力を低減することができる。従って、組電池を搭載する電気自動車の航続距離を長くすることができる。また、電圧を検出するセルは、順次切り替えていくので、１つのセルの電力のみが消費されることはなく、各セル電圧間のバランスを保つことができるとともに、電気自動車の航続距離を長くすることができる。すなわち、電気自動車の航続距離は、電圧の最も低いセルを基準に定められるので、他のセル電圧に比べて極端に低い電圧を示すセルを無くすことにより、電気自動車の航続距離を長くすることができる。さらに、検出電圧と推定電圧との誤差の判定を行うので、推定電圧の精度をある一定以上に確保することができる。
【００３９】
また、組電池のＳＯＣに基づいて、過充電、過放電である領域や、過電流が流れる場合には、全てのセル電圧を検出してセルの異常判定を行うので、過充電や過放電になるのを未然に防いで、組電池の安全性を確保することができる。
【００４０】
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、上述した一実施の形態では、本発明によるセル電圧検出装置を電気自動車に適用した例について説明したが、ハイブリッド車に適用することもできる。一般に、ハイブリッド車に搭載される組電池の容量は、電気自動車に搭載される組電池の容量よりも小さいので、電圧検出回路で消費される電力の影響は大きい。従って、本発明によるセル電圧検出装置をハイブリッド車に適用すれば、航続距離の向上等の効果は、電気自動車に適用した場合よりも大きくなる。
【００４１】
また、電圧を検出するセルの切り替えや、電圧を検出しない（電圧検出回路と非接続とされた）セルの電圧の推定は、モジュールＭｎごとに行ったが、モジュールＭｎごとではなく組電池１０全体で行ってもよい。さらに、電圧を検出するセルの切り替えも、１つずつ行うのではなく、複数のセルを１単位として行うこともできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるセル電圧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】車両起動時に行われる制御手順を示す一実施の形態のフローチャート
【図３】車両起動時および以後所定周期ごとに行われる制御手順を示す一実施の形態のフローチャート
【図４】車両起動時に行われる制御手順を示す一実施の形態のフローチャート
【符号の説明】
１０…組電池、５０…バッテリコントローラ、５１…カウンタ、５２…タイマ、６０…電流センサ、７０…電圧センサ、８０…インバータ、９０…三相同期モータ、１００…減速機、１０５ａ，１０５ｂ…ドライブシャフト、１１０ａ，１１０ｂ…駆動輪、１２０…モータコントローラ、１３０…トルクプロセッシングコントローラ、１４０…インジケータ、１５０…ブザー、Ｃ１〜Ｃ９６…セル、Ｍ１〜Ｍ１２…モジュール、Ｃ／Ｃ１〜Ｃ／Ｃ１２…セルコントローラ、ＳＷ１〜ＳＷ９７…スイッチ、ＶＴ１〜ＶＴ９６…電圧検出回路
Claims (8)
- 組電池を構成する複数のセルごとに設けられ、対応するセルの電圧を検出する複数の電圧検出回路と、
予め前記電圧検出回路により検出された全セルの電圧を記憶する記憶回路と、
前記複数の電圧検出回路のうち、電圧を検出する対象セルを選択し、この電圧検出対象セルに対応する電圧検出回路だけを作動し、電圧検出非対象セルに対応する電圧検出回路を非作動とする制御回路と、
前記電圧検出回路で検出されたセル電圧と、前記記憶回路に記憶されている全セルの電圧とに基づいて、前記電圧検出非対象セルの電圧を推定する電圧推定回路とを備え、
前記制御回路は、前記電圧検出対象セルを順次切り替えることを特徴とするセル電圧検出装置。 - 請求項１に記載のセル電圧検出装置において、
前記制御回路は、前記電圧検出対象セルの順次切り替えにより前記全セルの電圧を検出した後、全セルを前記電圧検出対象セルとし、
前記記憶回路は、前記電圧検出回路により検出される全セルの電圧を新たに記憶することを特徴とするセル電圧検出装置。 - 請求項１または２に記載のセル電圧検出装置において、
同一のセルに対して、前記電圧検出回路により検出されたセル電圧と、前記電圧推定回路により推定されたセル電圧との差が所定値以上であるか否かを判定する電圧誤差判定回路と、
前記記憶回路に記憶された全セルの電圧に基づいて、異常セルを検出する異常セル検出回路とをさらに備え、
前記制御回路は、前記電圧誤差判定回路により前記検出電圧と前記推定電圧との差が所定値以上であると判定されたときに、全セルを前記電圧検出対象セルとし、
前記記憶回路は、前記電圧検出回路により検出される全セルの電圧を新たに記憶し、
前記異常セル検出回路は、前記記憶回路に新たに記憶された全セルの電圧に基づいて、前記異常セルを検出することを特徴とするセル電圧検出装置。 - 請求項１に記載のセル電圧検出装置において、
前記組電池は、複数のセルを直列に接続して構成されるモジュールを複数直列に接続して構成されるものであり、
前記記憶回路は、予め前記電圧検出回路により検出された前記モジュール内の全セルの電圧を記憶し、
前記制御回路は、前記モジュールごとに前記電圧検出対象セルを順次切り替え、
前記電圧推定回路は、前記電圧検出回路で検出されたセル電圧と、前記記憶回路に記憶された前記モジュール内の全セルの電圧とに基づいて、前記電圧検出非対象セルの電圧を推定することを特徴とするセル電圧検出装置。 - 請求項４に記載のセル電圧検出装置において、
前記制御回路は、前記電圧検出対象セルの順次切り替えにより前記モジュール内の全セルの電圧を検出した後、前記モジュール内の全セルを前記電圧検出対象セルとし、
前記記憶回路は、前記電圧検出回路により検出される全セルの電圧を新たに記憶することを特徴とするセル電圧検出装置。 - 請求項４または５に記載のセル電圧検出装置において、
同一のセルに対して、前記電圧検出回路により検出されたセル電圧と、前記電圧推定回路により推定されたセル電圧との差が所定値以上であるか否かを判定する電圧誤差判定回 路と、
前記記憶回路に記憶された前記モジュール内の全セルの電圧に基づいて、前記モジュール内の異常セルを検出する異常セル検出回路とをさらに備え、
前記制御回路は、前記電圧誤差判定回路により前記検出電圧と前記推定電圧との差が所定値以上であると判定されたときに、前記モジュール内の全セルを前記電圧検出対象セルとし、
前記記憶回路は、前記電圧検出回路により検出される全セルの電圧を新たに記憶し、
前記異常セル検出回路は、前記記憶回路に新たに記憶された全セルの電圧に基づいて、前記異常セルを検出することを特徴とするセル電圧検出装置。 - 請求項１〜６のいずれかに記載のセル電圧検出装置において、
前記組電池のＳＯＣが第１のしきい値以上であるか、または第２のしきい値以下であるか否かを判定するＳＯＣ判定回路をさらに備え、
前記制御回路は、前記ＳＯＣ判定回路により、前記組電池のＳＯＣが前記第１のしきい値以上であるか、または前記第２のしきい値以下であると判定されると、前記電圧検出対象セルの順次切り替えを中止して、全てのセルを前記電圧検出対象セルとすることを特徴とするセル電圧検出装置。 - 請求項１〜７のいずれかに記載のセル電圧検出装置において、
前記組電池に流れる電流を検出する電流検出回路と、
前記電流検出回路により検出された電流が所定の電流値以上であるか否かを判定する過電流判定回路とをさらに備え、
前記制御回路は、前記過電流判定回路により前記組電池に前記所定の電流値以上の電流が流れていると判定されると、前記電圧検出対象セルの順次切り替えを中止して、全てのセルを前記電圧検出対象セルとすることを特徴とするセル電圧検出装置。
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