JP3839761B2 - バッテリ制御装置 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば自動搬送車を含む電気自動車など、組電池により駆動する機器に搭載され、アルカリ蓄電池などからなる組電池を充放電制御するバッテリ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、環境問題やエネルギー問題を解決する低公害車として、ＨＥＶ（ハイブリッド エレクトリック ビークル）、ＰＥＶ（ピュア エレクトリック ビークル）などの電気自動車が注目を集めている。この電気自動車はアルカリ蓄電池からなる組電池を搭載し、この組電池からの電力を用いて電動機（モータ）を駆動することによって走行するようになっている。
【０００３】
電気自動車には、電動機駆動制御用のインバータが搭載されていると共に、このインバータを介して電動機に安定した電力供給を行うために、組電池の出力状態を把握し、その出力状態に応じて組電池を充放電制御するバッテリ制御装置が搭載されている。
【０００４】
このバッテリ制御装置は、組電池からの出力電圧や出力電流などを計測し、これらの計測値に基づいて組電池の残存容量（組電池にどれくらいの電力が残っているかを示す値）を演算し、例えば、その残存容量が所定の範囲内に納まるように、組電池を充放電制御するようになっている。その残存容量が所定の範囲よりも低下した場合には、バッテリ制御装置は、その組電池に対して放電を抑えつつ充電制御を行うことになる。
【０００５】
この場合、組電池は、複数の電池ブロックが直列接続されて構成されており、バッテリ制御装置が、この組電池を充電してその残存容量を所定の範囲内に納めようとする場合、各電池ブロックの残存容量にバラツキがあると、一部の電池ブロックに過充電状態を強いることになる。また、バッテリ制御装置は、電池ブロック毎に生じた充電状態のバラツキを均一化するために、定期的に組電池全体を過充電する場合もある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来のバッテリ制御装置では、アルカリ蓄電池からなる組電池を長期間使用中に単バッテリに微小なクラックやピンホールが発生しても、それを検出することは容易ではなかった。アルカリ蓄電池が過充電されると、単バッテリケース内の電解液中の水が電気分解されることにより水素ガスや酸素ガスが発生する。その水素ガスが微小なクラックやピンホールから単バッテリ外部に放出されても、水素ガスの放出量は少量でかつ電池冷却ファンの冷却風により水素ガスが拡散し、検出は困難であった。
【０００７】
また、単バッテリに微小なクラックやピンホールが発生した状態で放置されると、電池劣化の進行が早くなり、組電池の著しい信頼性の低下をきたす。これは、電解液の水分蒸発による内部抵抗の上昇、電解液の二酸化炭素吸収による内部抵抗の上昇、さらには、単バッテリケースからの水素放出による残存容量の減少（ニッケル水素電池の場合）、負極の腐食などが考えられる。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みて為されたもので、微小なクラックやピンホールの生じた単バッテリに対応した電池ブロックの早期検出により、組電池の信頼性低下を防止することができるバッテリ制御装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のバッテリ制御装置は、組電池の入出力を制御するバッテリ制御装置であって、組電池は、直列に接続された複数の電池ブロックを含み、電池ブロックは、直列に接続された単バッテリを含み、電池ブロック毎の内部抵抗計測手段と、充電時の所定時間間隔に対する電池ブロック毎の内部抵抗の変化量から単バッテリのリーク不具合電池を検出する第１不具合電池検出手段とを備え、不具合電池の検出情報を充放電制御に反映させるようにしたものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００１０】
この構成により、第１不具合電池検出手段が、内部抵抗の変化量から、単バッテリのリーク不具合電池を検出し、その検出情報を充放電制御に反映させるようにしたので、微小なピンホールやクラックのある単バッテリに対応した電池ブロックが早期に検出され、組電池の信頼性低下が防止される。
【００１１】
また、好ましくは、本発明のバッテリ制御装置における第１不具合電池検出手段は、通常電池の内部抵抗変化量と被測定電池の内部抵抗変化量との差が、電池特性から求めた定数よりも大きい場合にリーク不具合電池であると判定するものであり、内部抵抗変化量は、所定期間の内部抵抗差または所定期間の単位時間当たりの内部抵抗変化率の差である。
【００１２】
この構成により、リーク不具合電池の検出が正確かつ容易に行われる。
【００１３】
また、本発明のバッテリ制御装置は、組電池の入出力を制御するバッテリ制御装置であって、組電池は、直列に接続された複数の電池ブロックを含み、電池ブロックは、直列に接続された単バッテリを含み、電池ブロック毎の電池電圧計測手段と、過充電時の所定時間間隔に対する電池ブロック毎の電池電圧の変化量から単バッテリのリーク不具合電池を検出する第２不具合電池検出手段とを備え、この不具合電池の検出情報を該充放電制御に反映させるようにしたものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００１４】
この構成により、第２不具合電池検出手段が、電池電圧の変化量から、単バッテリのリーク不具合電池を検出し、その検出情報を充放電制御に反映させるようにしたので、微小なピンホールやクラックのある単バッテリに対応した電池ブロックが早期に検出され、組電池の信頼性低下が防止される。
【００１５】
また、好ましくは、本発明のバッテリ制御装置における第２不具合電池検出手段は、通常電池の電圧変化量と被測定電池の電圧変化量との差が、電池特性から求めた定数よりも大きい場合にリーク不具合電池であると判定するものであり、該電圧変化量は、所定期間の電圧差または所定期間の単位時間当たりの電圧変化率の差である。
【００１６】
この構成により、リーク不具合電池の検出が正確かつ容易に行われる。
【００１７】
さらに、好ましくは、本発明のバッテリ制御装置における第２不具合電池検出手段に加えて、過充電時の所定時間間隔に対する電池ブロック毎の電池温度の変化量から単バッテリのリーク不具合電池を検出する第３不具合電池検出手段を有する。
【００１８】
この構成により、電池の内部抵抗特性または電圧特性と電池温度特性との両側から検出を行うので、単バッテリのリーク不具合電池の検出が精度よく行われる。なお、電池温度特性のみでリーク不具合電池の検出を行ってもよいが、複数の電池ブロック毎に温度センサを配設する必要が生じ、また、電池電圧は電池ブロック毎に残存容量演算用に計測しておりそれを本発明に用いるだけであるため、電池の内部抵抗特性または電圧特性のみでリーク不具合電池の検出を行う方が部品点数削減の点で好ましい。
【００１９】
さらに、好ましくは、本発明のバッテリ制御装置における第３不具合電池検出手段は、通常電池の温度変化量との温度差または温度微分値の差が、電池特性から求めた定数よりも小さい場合にリーク不具合電池であると判定する。
【００２０】
この構成により、リーク不具合電池の検出が正確かつ容易に行われる。
【００２１】
さらに、好ましくは、本発明のバッテリ制御装置において、リーク不具合電池の検出処理前または検出処理後に、充放電時の電池ブロック毎の内部抵抗を計測し、所定時間間隔に対する該電池ブロック毎の内部抵抗の変化量から内部抵抗上昇不具合電池を検出する第４不具合電池検出手段を有する。また、好ましくは、本発明のバッテリ制御装置において、内部抵抗上昇不具合電池の検出処理前または検出処理後に、充電時の電池ブロック毎に１セル相当分の電池電圧の低下から微小短絡不具合電池を検出する第５不具合電池検出手段を有する。さらに、好ましくは、本発明のバッテリ制御装置において、リーク不具合電池、内部抵抗上昇不具合電池および微小短絡不具合電池の少なくとも何れかの検出処理前に、所定期間の開路電圧差から異常電池を検出する異常電池検出手段を有する。
【００２２】
この構成により、異常電池検出手段が、所定期間の開路電圧差から異常電池と、それ以外の正常な通常電池とを区別して検出し、それ以降の微小短絡不具合電池、内部抵抗上昇不具合電池およびリーク不具合電池の検出処理が容易に行われる。
【００２３】
さらに、好ましくは、本発明のバッテリ制御装置における異常電池検出手段は、通常電池の開路電圧変化量と被測定電池の開路電圧変化量の差が、電池特性から求めた定数よりも大きい場合に異常電池であると判定する。
【００２４】
この構成により、異常電池の検出が正確かつ容易に行われる。
【００２５】
さらに、好ましくは、本発明のバッテリ制御装置において、単バッテリのリーク不具合電池に対する充電時には過充電を行わない過充電禁止手段を有する。
【００２６】
この構成により、単バッテリのピンホールやクラックを検出し、ピンホールやクラックのある単バッテリに対応した電池ブロックに対して過充電制御を行わないようにするので、その単バッテリケース内では電解液中の水の電気分解が進行せず、水素の発生が防止される。
【００２７】
さらに、好ましくは、本発明のバッテリ制御装置において、単バッテリのリーク不具合電池の検出情報を記録する記憶手段を有し、この検出情報を報知手段により報知可能とする。
【００２８】
この構成により、単バッテリのリーク不具合電池の検出情報を時間を置かず表示や音で警報報知するようにすれば、ピンホールやクラックのある単バッテリに対応した電池ブロックが早期に発見され、それを取り代えることによって組電池の信頼性低下が未然に防止される。また、単バッテリのリーク不具合電池の検出情報を一旦記憶手段に記録し、メンテナンス時などに、そのリーク不具合電池の検出情報を報知手段を介して得ることも可能であり、メンテナンス時にそのリーク不具合電池を取り代えることによって、組電池の信頼性低下が確実に防止される。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかるバッテリ制御装置をＨＥＶの駆動用電源であるニッケル水素蓄電池からなる組電池に適用させた場合の実施形態１，２について、図面を参照しながら説明する。
【００３０】
なお、本発明における電池ブロックは組電池の電池電圧を測定する単位を意味するものであり、それぞれの電池ブロックは１個以上の単バッテリから構成されている。また、本発明の単バッテリは、ケース内に単セルを収容し外部に一対の正極・負極端子を有する電池、またはケース内に複数のセルを収容し外部に一対の正極・負極端子を有する電池を意味するものである。さらに、本発明におけるリーク不具合電池とは、単バッテリのケースに微小なクラックやピンホールが生じた電池や、正極・負極端子部、封口部、安全弁取付部などからガスや電解液がリークした電池を意味する。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１におけるＨＥＶの概略構成を示すブロック図である。図１において、ＨＥＶ１は、走行用駆動輪２と、走行用駆動輪２の動力源であるモータ３と、モータ３を駆動するインバータ４と、インバータ４に電力供給する組電池５と、組電池充電用および電力供給用のモータジェネレータ６と、モータジェネレータ６を駆動するエンジン７と、インバータ４の駆動を制御する走行系コントローラ８と、エンジン７の駆動を制御する発電系コントローラ９と、走行系コントローラ８および発電系コントローラ９を駆動制御する本発明のバッテリ制御装置であるバッテリコントローラ１０と、不具合な組電池ブロックを報知可能とする報知手段１１とを備えている。
【００３１】
走行用駆動輪２は、車体を移動させるための駆動用の前輪または／および後輪であって、実際に動力が伝達される車輪である。
【００３２】
モータ３は、発進時や加速時などにモータジェネレータ６および組電池５の少なくとも何れかから電力供給を受けて走行用駆動輪２を回転駆動させる電動機能と、減速時や制動時などに回生発電を行って組電池５を充電する発電機能とを有している。
【００３３】
インバータ４は、組電池５からの電圧を所定の３相高電圧に電圧変換してモータ３に電力供給することにより、モータ３を回転駆動させるものである。
【００３４】
組電池５は例えばニッケル水素蓄電池などで構成されている。組電池５は、例えば６個のセルを一つの単バッテリケース内に密閉した状態を１モジュールとし、複数モジュールが直列に接続された構成となっている。ここでは２モジュールを一つの電池ブロック５１とし、電池電圧計測用としている。この電池ブロック５１は、１ブロック当たり例えばＤＣ１５Ｖの出力電圧を有している。複数の電池ブロック全体では最大ＤＣ３００Ｖ程度の出力電圧を有している。
【００３５】
モータジェネレータ６は発電機であり、モータジェネレータ６から供給される電力により、整流器６１を介して組電池５の充電を行ったり、インバータ４に電力供給を行ったりするものである。
【００３６】
エンジン７はガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関であって、スロットル７１による燃料の供給量に応じてモータジェネレータ６の回転が制御されて発電量を制御するものである。
【００３７】
走行系コントローラ８は、バッテリコントローラ１０からの制御信号を受けると共にモータ３の回転状況がフィードバックされてインバータ４の駆動を制御することにより、モータ３を介して車両の走行速度を安定に制御するものである。
【００３８】
発電系コントローラ９は、バッテリコントローラ１０からの制御信号を受けると共に、電流計測器９１にて検出された発電電流値がフィードバックされて、燃料の供給量を制御するスロットル７１を介して、エンジン７の回転力を制御することにより、モータジェネレータ６による発電電流量を制御するものである。
【００３９】
バッテリコントローラ１０は、図２に示すように、電圧計測手段１１４と、温度計測手段１１５と、電流計測手段１１６と、ＳＯＣ演算手段１１７と、ＳＯＣ上限／下限判定手段１１８と、ダイアグ検出手段１１９と、異常電池検出手段１２０と、不具合電池検出手段１２１と、充電／回生許容電力決定手段１２２と、放電許容電力決定手段１２３とを有し、各種組電池温度Ｔａ，Ｔｂ、電圧計測器１１１にて検出した組電池出力電圧Ｖ、電池ブロック５１毎の出力電圧Ｖｂ、および、電流計測器１１２にて検出した組電池出力電流Ｉｂを受けて、組電池５の充電状態を残存容量ＳＯＣ（単位はパーセント）として演算し、演算した残存容量ＳＯＣに応じて組電池５の充放電を、走行系コントローラ８および発電系コントローラ９を介して充放電制御を行う一方、検出した組電池温度Ｔａ，Ｔｂに応じてファン１１３を駆動して組電池５を冷却し、さらに、本発明の特徴部分として、ピンホールやクラックのある単バッテリに対応した電池ブロックを検出し、これに対しては過充電制御を行わないように制御するものである。
【００４０】
電圧計測手段１１４は、各電池ブロック５１毎のブロック電圧Ｖｂを計測する一方、電圧計測器１１１による検出値に基づいて、組電池５全体の電圧Ｖを計測するものである。
【００４１】
温度計測手段１１５は、組電池５の周囲、各電池ブロック５１、冷却媒体部分などの複数適所に温度センサ（図示せず）がそれぞれ取り付けられ、各温度センサからの各検出値に基づいて、組電池５の発熱による組電池周囲温度Ｔａ、各電池ブロック５１毎の電池ブロック温度Ｔｂおよび冷却媒体温度（図示せず）を計測するものである。
【００４２】
電流計測手段１１６は、組電池５から供給される組電池出力電流Ｉｂを、磁気補償型（またはシャント抵抗型）の電流計測器１１２にて検出した電流検出値に基づいて計測するものである。
【００４３】
ＳＯＣ演算手段１１７は、電圧計測手段１１４からの各計測電圧、温度計測手段１１５からの各計測温度および電流計測手段１１６からの計測電流に基づいて、各電池ブロック５１毎の残存容量ＳＯＣをそれぞれ演算すると共に、組電池５全体の残存容量ＳＯＣを演算するものである。
【００４４】
ＳＯＣ上限／下限判定手段１１８は、ＳＯＣ演算手段１１７から得られる現在の残存容量ＳＯＣが、ＳＯＣ上限値に至ったかまたはＳＯＣ下限値に至ったかどうかを判定するＳＯＣ上限／下限判定信号を出力するものである。これらのＳＯＣ上限値およびＳＯＣ下限値は、組電池５の充放電により残存容量ＳＯＣが制御されるべき所定中間領域の上限値および下限値であり、これらの中間位置にＳＯＣ誘導目標値が設定されている。このような所定中間領域を設けるのは、自動車の発進時や走行時のパワーアシスト要請に答えられるように組電池５に充分な残存容量ＳＯＣを残すと共に、減速時や制動時のエネルギーの回収を、出来る限り効率よく行えるように、組電池５に対して充電の余地を充分に残しておくためである。
【００４５】
ダイアグ検出手段１１９は、電圧計測手段１１４からの電池ブロック電圧Ｖｂ、バッテリ電圧Ｖ、温度計測手段１１５からの各適所の組電池温度Ｔａ，Ｔｂおよび電流計測手段１１６からの組電池出力電流Ｉｂなどに基づいて、ダイアグ検出信号を出力するものである。ダイアグ検出手段とは、一般に、電池ＥＣＵが電池電圧・電流および電池温度から、電池パックまたは車両制御の異常を診断するための制御アルゴリズムを意味する。
【００４６】
異常電池検出手段１２０は、電圧計測手段１１４からの電池ブロック毎の計測電池電圧に基づいて、所定期間における通常電池の開路電圧変化量と被測定電池の開路電圧変化量の差が、電池特性から求めた定数よりも大きい場合に、異常電池であると判定して、異常電池と、それ以外の正常な通常電池を含むものとを区別するものである。このように、異常電池検出手段１２０は、異常電池として、単バッテリのリーク不具合電池、内部抵抗上昇不具合電池、微小短絡不具合電池が混在した状態で検出するものである。なお、電池特性から求めた定数とは、通常電池が確実に区分されるように所定値（定数）を設定したものである。
【００４７】
具体的には、異常電池検出手段１２０は、例えばイグニッションスイッチＩＧがオフからオンになるまでの所定期間の開路電圧差を計測し、以下のような条件式１が成立した時、異常電池と判定し、それ以上の正常な通常電池を含むものとを区別する。
【００４８】
例えば、電流値＝０において、条件式１として、
｜｛Ｖｎｏ（０）−Ｖｎｏ（ｔ）｝−｛Ｖｆａ（０）−Ｖｆａ（ｔ）｝｜＞Ｘ
ただし、Ｖｎｏ；通常電池電圧
Ｖｆａ；被測定電池電圧
０；イグニッションスイッチＩＧがオフ直後の時間
ｔ；イグニッションスイッチＩＧがオフからオンまでの放置時間
Ｘ；電池特性から求めた定数
次に、不具合電池検出手段１２１は、図３に示すように、組電池を０.１ＣＡ（Ｃ；キャパシティ）以上の定電流で過充電する場合、通常の電池を過充電すると、時間（図３では秒）の経過に伴なって電池電圧が低下するが、単バッテリに微小なピンホールやクラックが発生したリーク不具合電池を過充電しても、電池電圧が殆ど低下しない電池特性を利用して、通常電池とリーク不具合電池との電圧差からリーク不具合電池の検出をするものである。
【００４９】
具体的には、不具合電池検出手段１２１は、電圧計測手段１１４からの電池ブロック毎の計測電池電圧に基づいて、過充電中の電圧差を検出し、単バッテリの微小なピンホールやクラックがあるリーク不具合電池を判定するものとすると、以下のような条件式２が成立する。
【００５０】
過充電中において、条件式２として、
Ｙ＜｜Ｖｎｏ−Ｖｆａ｜のとき、リーク不具合電池と判定する。
【００５１】
Ｙ≧｜Ｖｎｏ−Ｖｆａ｜のとき、リーク不具合電池以外の不具合電池または通常電池と判定する。
【００５２】
ただし、Ｖｎｏ；所定時間後の通常電池の電圧差
Ｖｆａ；所定時間後の被測定電池の電圧差
Ｙ；電池特性から求めた定数
以上の条件式２を満たす電池を検出した場合に、リーク不具合電池判定のダイアグを出力し、それ以外の電池判定と区別する。なお、この電池特性から求めた定数とは、リーク不具合電池が確実に区分されるように所定値（定数）を設定したものである。
【００５３】
充電／回生許容電力決定手段１２２は、ＳＯＣ演算手段１１７からの残存容量ＳＯＣ、ＳＯＣ上限／下限判定手段１１８からのＳＯＣ上限／下限判定信号および、ダイアグ検出手段１１９からのダイアグ検出信号、さらには、不具合電池検出手段１２１からの検出信号に基づいて、充電／回生許容電力を決定する電力決定制御信号（制御信号）を発電系コントローラ９に出力して組電池５への充電を制御するようになっている。
【００５４】
また、充電／回生許容電力決定手段１２２は、内部メモリである記憶手段１２２Ａと、過充電禁止手段１２２Ｂとを有しており、リーク不具合電池の検出信号が入力された場合には、内部メモリ（記憶手段１２２Ａ）内に、単バッテリのリーク不具合電池であると検出された検出情報、例えば電池ブロック番号を記憶し、この検出時やメンテナンス時に警告情報として出力可能とすると共に、このリーク不具合電池ブロック番号の充電制御は、過充電禁止手段１２２Ｂにより過充電制御を行わない制御とするものである。この過充電制御を禁止する制御として、例えば目標残存容量値を所定量だけ下げることにより、リーク不具合電池ブロックを満充電まで至らないように充電制御するものである。
【００５５】
放電許容電力決定手段１２３は、ＳＯＣ演算手段１１７からの残存容量ＳＯＣ、ＳＯＣ上限／下限判定手段１１８からのＳＯＣ上限／下限判定信号および、ダイアグ検出手段１１９からのダイアグ検出信号、さらには、不具合電池検出手段１２１からの検出信号に基づいて、放電許容電力を決定する電力決定制御信号（制御信号）を走行系コントローラ８に出力して組電池５からの放電を制御するようになっている。また、放電許容電力決定手段１２３は、不具合電池の検出信号が入力された場合には、放電を所定値までに抑えるように制御するものである。
【００５６】
以上の充電／回生許容電力決定手段１２２および放電許容電力決定手段１２３により充放電誘導手段が構成されており、充放電誘導手段は、算出された残存容量ＳＯＣがその所定中間領域内に納まるように、組電池５への充電と、パワーアシスト要請に応じた組電池５からの放電を誘導するものである。
【００５７】
報知手段１１は、充電／回生許容電力決定手段１２２の内部メモリに対して、単バッテリのリーク不具合電池の検出情報を時間を置かず表示や音で警報報知すると共に、メンテナンス時などに、その不具合電池の検出情報を内部メモリから得ることもできるようになっている。これによって、その検出時やメンテナンス時にそのリーク不具合電池を通常電池（正常電池）に取り代えることによって、組電池の信頼性の低下を未然に防止することができる。
【００５８】
ここで、単バッテリに微小なピンホールやクラックが発生したニッケル水素蓄電池を検出する場合に、図３に示すように、過充電時に通常電池の方がリーク不具合電池よりも電圧が降下する理由について、以下に説明する。
【００５９】
密閉した単バッテリを過充電すると、その単バッテリケース内部において、水の電気分解により水素ガスや酸素ガスが発生する。これらの発生ガスは内圧を増加させ、電極によるガス吸収反応によって電池内部にて吸収される。このガス吸収反応は発熱反応であるため、電池温度が上昇する。電池温度が高くなると、電解液中の水の電気分解が起こる過電圧が低くなる。したがって、過充電時、電池温度の上昇と共に電池電圧は低下していく（図４の▲１▼通常電池電圧）。
【００６０】
これに対して、微小なピンホールやクラックが発生した単バッテリを過充電すると、電池内部で水の電気分解により水素ガスや酸素ガスが発生するが、これらの発生ガスの大部分がケースのピンホールやクラックから電池外部へ放出される。このため、ガス吸収反応が起こらない。このガス吸収反応が起こらないため、電池温度は上昇しない。電池温度が変化しないため、電解液中の水の電気分解が起こる過電圧が低くならない。したがって、過充電時、電池温度が上昇せず、電池電圧の低下もない（図４の▲２▼リーク不具合電池電圧）。
【００６１】
上記構成により、以下、その動作を具体的に説明する。
【００６２】
まず、イグニッションキースイッチＩＧをオンし、システム起動が行われると、イグニッションキースイッチＩＧのオフからオンの所定期間（放置期間）における電圧差（開路電圧変化量）が規定値以上であるかどうかを判定する。このとき、異常電池検出手段１２０は、放置前後の電池ブロック毎の開路電圧（ＯＣＶ）の減少量を電池ブロック毎に比較し、そのＯＣＶの減少量が所定値よりも大きい電池ブロック、または絶対電圧が低下している電池ブロックを検出することにより、リーク不具合電池や微小短絡電池や内部抵抗不具合電池を含む異常電池を検出する。その理由は、イグニッションキースイッチＩＧがオフの自動車放置期間によって、リーク不具合電池の場合には、単バッテリからの水素の放出など電解液減少による劣化が激しくＯＣＶが低下し、単なる液枯れ電池や、セル間の短絡による微小短絡電池の場合にも、ＯＣＶが多少低下するため、とりあえず、リーク不具合電池および微小短絡電池を含む異常電池として検出するためである。
【００６３】
次に、自動車を走行させ、過充電時に、異常電池検出手段１２０で検出された異常電池から、不具合電池検出手段１２１が微小短絡不具合電池などと区別してリーク不具合電池を検出する。このとき、不具合電池検出手段１２１は、過充電時に通常電池の電圧変化量との電圧変化量の差が所定値よりも大きい電池をリーク不具合電池と判定し、過充電時に通常電池の電圧変化量との電圧変化量の差が所定値よりも小さい電池を微小短絡不具合電池などと判定する。その理由は、リーク不具合電池では、図４の説明に加えて、内部抵抗が上昇しているため、充電時は電池電圧が大きくなり、放電時は電池電圧が小さくなり、また、微小短絡電池では、容量減少のため放電時に電池電圧が小さくなるが、充電時は大きくならないためである。
【００６４】
さらに、充電／回生許容電力決定手段１２２は、リーク不具合電池の検出信号が入力された場合には、内部メモリ内にリーク不具合電池の検出情報（判定記録とブロック番号など）を書き込み、バッテリコントローラ１０の電源のオン／オフに関わらず、リーク不具合電池の検出情報を保持する。
【００６５】
また、充電／回生許容電力決定手段１２２および放電許容電力決定手段１２３は、リーク不具合電池の検出信号が入力された場合に、微小短絡不具合電池などと判定された番号の電池ブロックよりも、リーク不具合電池と判定された番号の電池ブロックの方の入出力を制限する。逆に、微小短絡不具合電池などの方を、リーク不具合電池よりも入出力制御を緩和するものである。
【００６６】
なお、本実施形態１では、第２不具合電池検出手段としての不具合電池検出手段１２１は、電池ブロック毎の電池電圧を測定しながら、０.１ＣＡ以上の定電流で過充電を行い、通常電池の所定期間の電圧差Ｖ１、被測定電池の所定期間の電圧差Ｖ２とした場合、｜Ｖ１−Ｖ２｜が、電池特性から求めた定数よりも大きい場合に被測定電池はリーク不具合電池であると判定するようにしたが、これに限らず、第２不具合電池検出手段は、所定時間後の通常電池の単位時間当たりの電圧変化率ｄＶ１／ｄｔ、所定時間後の被測定電池の単位時間当たりの電圧変化率ｄＶ２／ｄｔとした場合、｜ｄＶ１／ｄｔ−ｄＶ２／ｄｔ｜が、電池特性から求めた定数よりも大きい場合に被測定電池はリーク不具合電池であると判定するようにしてもよい。この変化率（微分値）の差によるリーク不具合電池の検出の方が検出精度が高い。
【００６７】
また、第１不具合電池検出手段１２１Ａとして、電圧計測手段１１４および電流計測手段１１６から内部抵抗計測手段（図示せず）で充電時における内部抵抗を求め、通常電池の内部抵抗変化量との内部抵抗変化量（内部抵抗差）の差が、電池特性から求めた定数よりも大きい場合にリーク不具合電池であると判定するようにしてもよい。第１不具合電池検出手段１２１Ａは、電池ブロック毎の内部抵抗を測定しながら、０.１ＣＡ以上の定電流で充電を行い、所定時間後の通常電池の内部抵抗Ｒ１、所定時間後の被測定電池の内部抵抗Ｒ２とした場合、｜Ｒ１−Ｒ２｜が、電池特性から求めた定数よりも大きい場合に被測定電池をリーク不具合電池であると判定するようにしてもよく、これに限らず、第１不具合電池検出手段１２１Ａは、所定時間後の通常電池の単位時間当たりの内部抵抗変化率ｄＲ１／ｄｔ、所定時間後の被測定電池の単位時間当たりの内部抵抗変化率ｄＲ２／ｄｔとした場合、｜ｄＲ１／ｄｔ−ｄＲ２／ｄｔ｜が、電池特性から求めた定数よりも大きい場合に被測定電池はリーク不具合電池であると判定するようにしてもよい。この変化率（微分値）の差によるリーク不具合電池の検出の方が検出精度が高い。
【００６８】
さらに、以上の第１不具合電池検出手段１２１Ａまたは／および第２不具合電池検出手段に加えて、または以上の第１不具合電池検出手段１２１Ａおよび第２不具合電池検出手段とは別に、第３不具合電池検出手段１２１Ｂが、図４に示すように、過充電時の所定時間間隔に対する電池ブロック毎の電池温度の変化量からリーク不具合電池を検出するようにしてもよい。この場合、第３不具合電池検出手段１２１Ｂは、通常電池の温度変化量との温度変化量（温度差）の差が、電池特性から求めた定数よりも大きい場合にリーク不具合電池であると判定することができる。つまり、第３不具合電池検出手段１２１Ｂは、電池ブロック毎の電池温度を測定しながら、０.１ＣＡ以上の定電流で過充電を行い、所定時間後の通常電池の温度Ｔ１、所定時間後の被測定電池の電池温度Ｔ２とした場合、｜Ｔ１−Ｔ２｜が、電池特性から求めた定数よりも大きい場合にリーク不具合電池であると判定するようにしてもよい。また、これに限らず、第３不具合電池検出手段１２１Ｂは、所定時間後の通常電池の単位時間当たりの温度変化率ｄＴ１／ｄｔ、所定時間後の被測定電池の単位時間当たりの温度変化率ｄＴ２／ｄｔとした場合、｜ｄＴ１／ｄｔ−ｄＴ２／ｄｔ｜が、電池特性から求めた定数よりも大きい場合にリーク不具合電池であると判定するようにしてもよい。この変化率（微分値）の差によるリーク不具合電池の検出の方が検出精度が高い。
【００６９】
不具合電池検出手段１２１Ｃは、上記実施形態１における異常電池検出処理後のリーク不具合電池検出処理の他、内部抵抗上昇不具合電池を検出する第４不具合電池検出手段と、微小短絡不具合電池を検出する第５不具合電池検出手段を有している。この場合、異常電池検出手段１２０は、リーク不具合電池の検出処理前であって、内部抵抗上昇不具合電池および微小短絡不具合電池の検出処理前に、所定期間の開路電圧差から異常電池を検出するものである。
【００７０】
第４不具合電池検出手段は、リーク不具合電池の検出処理前（または検出処理後）に、充放電時の電池ブロック毎の内部抵抗を計測し、所定時間間隔に対する電池ブロック毎の内部抵抗の変化量から内部抵抗上昇不具合電池を検出するものである。
【００７１】
第５不具合電池検出手段は、内部抵抗上昇不具合電池の検出処理前（または検出処理後）に、充電時の電池ブロック毎に１セル相当分の電池電圧の低下から微小短絡不具合電池を検出するものである。
【００７２】
上記構成により、以下、その動作を具体的に説明する。
【００７３】
図５に示すように、まず、ステップＳ１でイグニッションキースイッチＩＧをオンにしてシステム起動を行う。システム起動が行われと、ステップＳ２でイグニッションキースイッチＩＧのオフからオンの所定期間（放置期間）における電圧差（開路電圧変化量）が規定値以上であるかどうかを判定する。これは、イグニッションキースイッチＩＧがオフの自動車放置期間によって、リーク不具合電池の場合には、電解液減少による劣化が激しく、図６（ａ）のように開路電圧が低下する一方、単なる液枯れ電池や、セル間の短絡による微小短絡電池の場合にも、図６（ａ）のように開路電圧が多少低下するため、とりあえず、リーク不具合電池を含む不具合電池として検出するためである。したがって、ステップＳ２でその放置期間の電圧差が規定値以上であれば、とりあえず、リーク不具合電池などを含む異常電池であると判定する（ステップＳ３）。
【００７４】
システム起動でアイドリングが開始される充電時に、ステップＳ４で充電時の内部抵抗値が規定値以上であるかどうかを判定する。これは、イグニッションキースイッチＩＧがオフの自動車放置期間によって、リーク不具合電池の場合には、電解液減少による劣化が激しく、図６（ｂ）のように内部抵抗が早期に上昇するためである。
【００７５】
所定期間での内部抵抗の上昇値が規定値以上であれば（ステップＳ４；ＹＥＳ）、ステップＳ５でリーク不具合電池であると判定する。さらに、ステップＳ６でリーク不具合電池の情報（電池ブロック番号など）を記録手段に記録する。
【００７６】
一方、放置した所定期間での開路電圧差が規定値以上でない場合（ステップＳ２；ＮＯ）に、ステップＳ７で、その放置前後の電池ブロック毎の開路電圧（ＯＣＶ）が１セル分低下しているかどうかを判定する。これは、微小短絡電池の場合にはセル毎に短絡しており、その開路電圧差が規定値よりも小さい場合でも、１セル分低下していれば微小短絡電池の可能性が高いためである。
【００７７】
上記ステップＳ７で開路電圧（ＯＣＶ）が１セル分低下していれば、行き成りステップＳ１４に飛んで微小短絡電池と判断してもよいが、ここでは、微小短絡電池の可能性が高いと判断して、次のステップＳ８に移行する。また、上記ステップＳ４でその内部抵抗値が規定値以上でない場合には、リーク不具合電池以外の単なる液枯れ電池や微小短絡電池などと判断して、次のステップＳ８に移行する。
【００７８】
次に、自動車を走行させる。充電／回生許容電力決定手段１２２および放電許容電力決定手段１２３が残存容量制御を行い、ＳＯＣ演算手段１１７からの現在走行中の残存容量ＳＯＣがパワーアシストによって次第に低下してその下限値に達した場合に、充電／回生許容電力決定手段１２２を介してモータジェネレータ６による組電池５への充電制御を行う。このとき、走行パワーアシストに制限を加える制御を行いつつ、モータジェネレータ６および組電池５からの放電による供給電力にて走行する。
【００７９】
この充放電時に内部抵抗値が徐々に上昇してくる場合があるが、ステップＳ８で内部抵抗値変化量が規定値以上であるかどうかを判定する。充放電時の内部抵抗値変化量が規定値以上の場合（ステップＳ８；ＹＥＳ）、液枯れなどによる内部抵抗上昇電池の可能性が高いと判断してステップＳ１０の処理に移行する。また、充放電時の内部抵抗値変化量が規定値以上ではない場合（ステップＳ８；ＮＯ）、セル間短絡による微小短絡電池の可能性が高いと判断してステップＳ１１に移行する。
【００８０】
また、上記ステップＳ７で開路電圧（ＯＣＶ）が１セル分低下していないのであれば、ステップＳ９で充放電時の内部抵抗値変化量が規定値以上であるかどうかを判定する。充放電時の内部抵抗値変化量が規定値以上の場合（ステップＳ９；ＹＥＳ）、液枯れなどによる内部抵抗上昇電池の可能性が高いと判断してステップＳ１０の処理に移行する。また、充放電時の内部抵抗値変化量が規定値以上ではない場合（ステップＳ９；ＮＯ）、通常電池の可能性が高いと判断してステップＳ１２の処理に移行する。
【００８１】
さらに、ステップＳ１０で、実施形態１で述べたように過充電時の電池電圧変化量または電池温度変化量と通常電池の各変化量の差が、規定値以上であるかどうかを判定する。過充電時の電池電圧変化量の差または電池温度変化量の差が規定値以上の場合（ステップＳ１０；ＹＥＳ）には、ステップＳ５に戻って、リーク不具合電池であると判定する。また、過充電時の電池電圧変化量または電池温度変化量の差が規定値以上でない場合（ステップＳ１０；ＮＯ）には、ステップＳ１３で内部抵抗値上昇電池であると判定する。
【００８２】
また同様に、ステップＳ１１で過充電時の電池電圧変化量または電池温度変化量と通常電池の各変化量との差が規定値以上であるかどうかを判定する。過充電時の電池電圧変化量または電池温度変化量の差が規定値以上の場合（ステップＳ１１；ＹＥＳ）には、ステップＳ５に戻って、リーク不具合電池であると判定する。また、過充電時の電池電圧変化量または電池温度変化量の差が規定値以上でない場合（ステップＳ１１；ＮＯ）には、ステップＳ１４で微小短絡電池であると判定する。
【００８３】
また同様に、ステップＳ１２で過充電時の電池電圧変化量または電池温度変化量と通常電池の各変化量の差が規定値以上であるかどうかを判定する。過充電時の電池電圧変化量または電池温度変化量の差が規定値以上の場合（ステップＳ１２；ＹＥＳ）には、ステップＳ５に戻って、リーク不具合電池であると判定する。また、過充電時の電池電圧変化量または電池温度変化量の差が規定値以上でない場合（ステップＳ１２；ＮＯ）には、ステップＳ１５で通常電池であると判定する。
【００８４】
以上により、上記実施形態１，２によれば、不具合電池検出手段１２１は、通常電池の電圧変化量との電圧変化量の差が、電池特性から求めた定数よりも大きい場合にリーク不具合電池であると判定する。リーク不具合電池であると判定した後の電池ブロックに対する入出力を、他の異常判定後の電池ブロックに対する入出力よりも制限し、単バッテリケース外部への電解液の漏液や、過充電・過放電時の単バッテリケース外部への水素の放出を防止することができる。また、内部抵抗の急上昇による電池温度上昇を防止することができて、電極間のセパレータの溶融や単バッテリケースの溶融を未然に防止することができる。したがって、リーク不具合電池を早期に発見することができて、組電池の信頼性の低下を防止することができる。この場合、イグニッションスイッチＩＧがオフにしても、ダイアグを消さないようにする。
【００８５】
【発明の効果】
以上により、請求項１によれば、第１不具合電池検出手段が、内部抵抗の変化量から、単バッテリのリーク不具合電池を検出し、その検出情報を充放電制御に反映させるようにしたため、微小なピンホールやクラックのある単バッテリに対応した電池ブロックを早期に検出でき、組電池の信頼性低下を防止することができる。
【００８６】
また、請求項２によれば、通常電池の内部抵抗変化量との内部抵抗変化量（内部抵抗差または内部抵抗微分値の差）の差が、電池特性から求めた定数よりも大きい場合にリーク不具合電池であると判定するため、リーク不具合電池の検出を正確かつ容易に行うことができる。
【００８７】
さらに、請求項３によれば、第２不具合電池検出手段が、電池電圧の変化量から、単バッテリのリーク不具合電池を検出し、その検出情報を充放電制御に反映させるようにしたため、微小なピンホールやクラックのある単バッテリに対応した電池ブロックを早期に検出でき、組電池の信頼性低下を防止することができる。
【００８８】
さらに、請求項４によれば、通常電池の電圧変化量との電圧変化量（電圧差または電圧微分値の差）の差が、電池特性から求めた定数よりも大きい場合にリーク不具合電池であると判定するため、リーク不具合電池の検出を正確かつ容易に行うことができる。
【００８９】
さらに、請求項５によれば、電池の電圧特性と電池温度特性との両側から検出を行うため、単バッテリのリーク不具合電池の検出を精度よく行うことができる。
【００９０】
さらに、請求項６によれば、通常電池の温度変化量との温度変化量（温度差または温度微分値の差）の差が、電池特性から求めた定数よりも大きい場合にリーク不具合電池であると判定するため、不具合電池の検出を正確かつ容易に行うことができる。
【００９１】
さらに、請求項７〜９によれば、異常電池検出手段で、所定期間の開路電圧差から異常電池と、それ以外の正常な通常電池を含むものとを区別して検出することができ、それ以降の微小短絡不具合電池、内部抵抗上昇不具合電池およびリーク不具合電池の検出処理を容易に行うことができる。
【００９２】
さらに、請求項８によれば、通常電池の電圧変化量との電圧変化量の差が、電池特性から求めた定数よりも大きい場合に異常電池であると判定するため、異常電池の検出を正確かつ容易に行うことができる。
【００９３】
さらに、請求項９によれば、単バッテリ（単電池ケース）の微小なピンホールやクラックを検出し、微小なピンホールやクラックのある単バッテリに対応した電池ブロックに対して過充電制御を行わないようにするため、その単バッテリ内では水分の電気分解が進行せず、水素の発生を防止することができる。
【００９４】
さらに、請求項１０によれば、単バッテリのリーク不具合電池の検出情報を時間を置かず表示や音で警報報知するようにすれば、微小なピンホールやクラックのある単バッテリケースに対応した電池ブロックを早期に発見でき、それを取り代えることによって組電池の信頼性の低下を未然に防止することができる。また、単バッテリのリーク不具合電池の検出情報を一旦記憶手段に記録し、メンテナンス時などに、そのリーク不具合電池の検出情報を報知手段を介して得ることもでき、メンテナンス時にそのリーク不具合電池を取り代えることによって、組電池の信頼性の低下を確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１におけるＨＥＶの概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１のバッテリコントローラの詳細構成を示すブロック図である。
【図３】過充電時のリーク不具合電池と通常電池の電池電圧特性を示す図である。
【図４】過充電時のリーク不具合電池と通常電池の電池電圧特性および電池温度特性を示す図である。
【図５】本発明の実施形態２におけるＨＥＶのバッテリコントローラの動作を示すフローチャート図である。
【図６】（ａ）は時間経過と電池開路電圧との関係を示す図、（ｂ）は時間経過と内部抵抗との関係を示す図である。
【符号の説明】
１ ＨＥＶ（ハイブリッド自動車）
３ モータ（電動機）
４ インバータ（モータ駆動手段）
５ 組電池
６ モータジェネレータ（発電機）
７ エンジン（原動機）
８ 走行系コントローラ（走行制御手段）
９ 発電系コントローラ（発電制御手段）
１０ バッテリコントローラ（組電池制御手段）
１１７ ＳＯＣ演算手段（残存容量演算手段）
１１８ ＳＯＣ上限／下限判定手段（残存容量上限／下限判定手段）
１２０ 異常電池検出手段
１２１，１２１Ａ，１２１Ｂ，１２１Ｃ 不具合電池検出手段
１２２ 充電／回生許容電力決定手段
１２２Ａ 記憶手段
１２２Ｂ 過充電禁止手段
１２３ 放電許容電力決定手段

Claims (4)

  1. 組電池の入出力を制御するバッテリ制御装置であって、
    該組電池は、直列に接続された複数の電池ブロックを含み、該電池ブロックは、直列に接続された単バッテリを含み、
    該電池ブロック毎の内部抵抗計測手段と、充電時の所定時間間隔に対する該電池ブロック毎の内部抵抗の変化量から該単バッテリのリーク不具合電池を検出する第１不具合電池検出手段とを備え、該不具合電池の検出情報を該充放電制御に反映させるようにしたバッテリ制御装置。
  2. 前記第１不具合電池検出手段は、通常電池の内部抵抗変化量と被測定電池の内部抵抗変化量との差が、電池特性から求めた定数よりも大きい場合に前記リーク不具合電池であると判定するものであり、該内部抵抗変化量は、所定期間の内部抵抗差または所定期間の単位時間当たりの内部抵抗変化率の差である請求項１記載のバッテリ制御装置。
  3. 組電池の入出力を制御するバッテリ制御装置であって、
    該組電池は、直列に接続された複数の電池ブロックを含み、該電池ブロックは直列に接続された単バッテリを含み、
    該電池ブロック毎の電池電圧計測手段と、過充電時の所定時間間隔に対する該電池ブロック毎の電池電圧の変化量から該単バッテリのリーク不具合電池を検出する第２不具合電池検出手段とを備え、該不具合電池の検出情報を該充放電制御に反映させるようにしたバッテリ制御装置。
  4. 前記第２不具合電池検出手段は、通常電池の電圧変化量と被測定電池の電圧変化量との差が、電池特性から求めた定数よりも大きい場合に前記リーク不具合電池であると判定するものであり、該電圧変化量は、所定期間の電圧差または所定期間の単位時間当たりの電圧変化率の差である請求項３記載のバッテリ制御装置。
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