JP5135506B2 - 電池システム - Google Patents

Description

本発明は、電池システム、特に組電池の電池セル間の配線接続状態を判定する電池システムに関する。

電池システムに用いられる電池セルは組電池として使用されることが一般的である。すなわち、電力供給線としての配線を用いて、複数の電池セルを互いに直列または並列に接続した組電池として使用されることが多い。配線と電池セルの電極端子との物理的接続は、ネジ等を用いて行われる。この組電池は、例えば電池システムに備えられる電力負荷に電力を供給するものである。
しかしながら、上記物理的接続が緩むと電力負荷への電力供給が阻害され、また、さらに緩みが進んで最終的に配線が電池セルから外れた場合には、電力負荷への電力供給が遮断されることとなる。これは、例えば電池システムが電気自動車であった場合には、急な減速が生じて事故が発生する恐れがあることを意味する。
そこで、組電池の配線接続状態、すなわち上記物理的接続の緩みを検知する技術が種々報告されている（特許文献１乃至特許文献２参照）。

特開２００８−２４１４２１号公報 特開２００９−２５７９２８号公報

しかしながら、特許文献１の技術は、上記物理的接続の緩みを検知する特殊なセンサーを用いるため、電池システムが複雑化してコストアップする恐れがある。
また、特許文献２の技術は、配線が電池セルから外れたことを検知することができる構成であるが、上記物理的接続が緩んでいるものの未だ配線が電池セルから外れていない場合には検知できない構成となっている。
そこで、本発明は、組電池を構成する電池セル間の配線接続状態を簡易な構成で詳細に判定することができる電池システム、具体的には、上記特殊なセンサーを用いることもなく、また、未だ配線が電池セルから外れていないが上記物理的接続が緩んでいる場合を検知することができる電池システムを提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明の電池システムは、第１の正極端子と第１の負極端子とを備えた第１の電池セルと、第２の正極端子と第２の負極端子とを備えた第２の電池セルと、前記第１の正極端子と前記第２の負極端子の間に配置され、前記第１の電池セル及び前記第２の電池セルから電流供給を受けることができる電力負荷と、前記第１の負極端子と前記第２の正極端子とを電気的に接続する配線と、前記配線を介して前記第１の電池セルのセル電圧を計測する第１の電圧センサーと、前記配線を介して前記第２の電池セルのセル電圧を計測する第２の電圧センサーと、前記第１の電池セルと前記第２の電池セルの起電圧を実質的に同一とすることができるセルバランス回路と、制御装置とを有し、起動スイッチがオンされて、前記制御装置は、前記第１の電圧センサー及び前記第２の電圧センサーと前記セルバランス回路を用いて前記第１の電池セルと前記第２の電池セルの起電圧を実質的に同一とした後、前記電力負荷への前記電流供給を可能とすることで、前記第１の電圧センサー及び前記第２の電圧センサーを用いて前記配線の緩みを判定することを特徴とする。

すなわち、上記配線と電極端子との接触抵抗を、第１および第２の電圧センサーの計測する電気経路にあえて含む構成とし、さらにセルバランス回路で第１の電池セルと第２の電池セルの起電圧を実質的に同一とした後で電力負荷への電流供給を行うことで、第１および第２の電圧センサーの計測した電圧の相違により配線の緩みの状態を容易に判定することが可能となる。

本発明の電池システムによれば、組電池を構成する各々の電池セルの配線接続状態を簡易な構成で詳細に判定することができる。

本発明の実施形態の電池システム概要図である。 本発明の実施形態の電池システムにおける電池セルと配線との物理的接続関係を示す概要図である。 本発明の実施形態の電池システムにおける電池セルと配線との電気的接続関係を示す回路概要図である。 本発明の実施形態の電池システムに用いられる制御装置の制御を説明するための説明図である。

本発明の実施形態に係る電池システムは、電池セルのセル電圧を計測する電気経路に電力供給線である配線と電極端子との接触抵抗を含むように当該セル電圧を計測する電圧センサーを配置して、電池システムの起動時に当該配線と各電池セルとの電気的接続状態を判定し、適宜制御・処理を行うことを特徴の１つとしている。以下、図面を参照しながら、詳述する。

以下、本発明の実施形態による電池システムにつき図面を参照して説明する。図１は電池システム１の構成を示す図である。電池システム１で用いる電池セルは、電池システム１の用途に応じて一次電池または二次電池等のいずれの電池でも用いることが可能であるが、ここでは電池セルの一例として、充放電可能な電池セル、例えば蓄電池であるリチウムイオン二次電池の電池セルを用いて説明する。
電池システム１は、電池モジュール２、電力負荷３、上位制御装置４、表示装置５を備えている。
複数の電池セルＣＥａ〜ＣＥｈからなる組電池と当該組電池の監視制御装置であるＢＭＳ（Battery Management System）６とを含む電池モジュール２は、電池システム１の外部から電池システム１の内部へはめ込まれて固定される。モジュールとすることで、電池システム１の外部から容易に交換可能となっている。なお、電力負荷３、上位制御装置４、および表示装置５は電池システム１に予め組み込まれている。また、ここでは、上位制御装置４およびＢＭＳ６を併せて単に制御装置という場合もある。
ここで、電池システム１は、例えば、電力負荷３である電気モータに車輪を接続したフォークリフトなどの産業車両、電車、または電気自動車などの移動体、並びに電力負荷３である電気モータにプロペラまたはスクリューを接続した飛行機または船などの移動体であってもよい。さらに、電池システム１は、例えば家庭用の電力貯蔵システムや、風車や太陽光のような自然エネルギー発電と組み合わせた系統連系円滑化蓄電システムなどの定置用のシステムであってもよい。すなわち、電池システム１は、組電池を構成する複数の電池セルによる電力の少なくとも放電を利用するシステムであり、また、充放電を利用するシステムであってもよい。

電池モジュール２内の組電池は、電池システム１の電力負荷３に電力を供給するものであり、直列接続された電池セルＣＥａ〜ＣＥｄからなる第１アームと直列接続された電池セルＣＥｅ〜ＣＥｈからなる第２アームとが並列に接続されている。なお、以下、各電池セルＣＥａ〜ＣＥｈに対応する電圧センサーＶ、温度センサーＴ、セルバランス回路Ｂ等の各構成については、対応する各構成の説明記号の末尾にａ〜ｈを適宜記載し、いずれの電池セルに対応する構成の説明であるかを明示することとする。
組電池を構成する複数の電池セルＣＥａ〜ＣＥｈには、セル温度を計測するための温度センサーＴａ〜Ｔｈおよびセル電圧を計測するための電圧センサーＶａ〜Ｖｈが、各々の電池セルにそれぞれ１つずつ対応して配置されている。また、これら各々の電池セルには、それぞれの電池セルの正極端子と負極端子とを電気的に接続することで放電を行い、所定の電圧とするためのセルバランス回路Ｂａ〜Ｂｈが、各々の電池セルにそれぞれ１つずつ対応して配置されている。
さらに、各アームには対応する電流センサーが１つ、ここでは第１アームに対して電流センサーＩαが、また、第２アームに対して電流センサーＩβが配置されており、各アームを流れる電流を計測することができる。また、各アームには、各アームを電力負荷３に対し電気的に接続または非接続とするためのアーム用スイッチが１つ、ここでは第１アームに対してアーム用スイッチＳαが、また、第２アームに対してアーム用スイッチＳβが配置されている。
上述したセル温度、セル電圧、各アームを流れる電流を計測する各種のセンサーにより計測され且つ出力された計測情報は、後述するＢＭＳ６に入力される。
なお、ここでは４つの電池セルが直列接続されて１つのアームを形成し、計２つのアームが並列に接続されている構成としている。しかしながら、各アームに接続される電池セルの個数、さらにはアームの個数は、各々１つであっても各々複数であってもいかようにも設計可能である。

ＢＭＳ６は、２つのＣＭＵ（Cell Monitor Unit）、すなわちＣＭＵ１およびＣＭＵ２と、ＢＭＵ（Battery Management Unit）とを含んで構成される。
ここで、ＣＭＵ１およびＣＭＵ２は、図示しないＡＤＣ（Analog Digital Converter）を備えており、上記各種のセンサーが検知して出力する複数の上記計測情報をそれぞれアナログ信号として受け、これらアナログ信号をＡＤＣによってそれぞれに対応するデジタル信号に変換した後、関連情報（上記計測情報に関連した情報であり、ＢＭＵにて演算される各電池セルの充電率（ＳＯＣ）を含む）を算出等するための複数のパラメータとしてＢＭＵへ出力している。そして、本実施形態においては、図１に示すように、各ＣＭＵがそれぞれ上記各種のセンサーとバスまたは信号線により接続されている。

上位制御装置４は、ユーザーの指示（例えば、電池システム１が電気自動車の場合には、ユーザーによるアクセルペダルの踏み込み量）に応じて電力負荷３を制御するとともに、ＢＭＳ６から送信される組電池の関連情報を受信し、表示装置５を制御して、適宜、当該関連情報を表示装置５に表示させる。また、上位制御装置４は、上記関連情報が異常値であると判断した場合には、表示装置５に内蔵された異常ランプを点灯させる等するとともに、表示装置５に内蔵されたブザー等の音響装置を作動させて警報を鳴らし、光と音により視覚および聴覚を刺激してユーザーの注意を促す。
表示装置５は、例えば上記音響装置を備えた液晶パネル等のモニターであり、上位制御装置４からの制御に基づいて組電池を構成する複数の各電池セルＣＥａ〜ＣＥｈの上記関連情報の表示等を行うことができる。
電力負荷３は、例えば電気自動車の車輪に接続された電気モータやインバータ等の電力変換器である。電力負荷３は、ワイパーなどを駆動する電気モータであってもよい。

では、電池システム１において、後述する各電池セルの「配線緩み判定」およびその制御を行うための構成・動作につき、図２、図３および図４を用いて詳述する。理解容易の観点から、１つのアーム、ここでは電池セルＣＥａ〜ＣＥｄが直列接続された第１アームに着目して説明する。以下の説明は他のアームでも同様であるので、他のアームについての説明を省略する。
まず、図２を用いて、「配線緩み判定」の前提となる電池セルと配線との物理的接続関係を説明する。図２（ａ）〜図２（ｄ）のいずれも同一の直交座標系を用いて説明する。

図２（ａ）は、１つの電池セルの構成概要を示す図（ここでは代表的に電池セルＣＥａを示している）である。電池セルＣＥａは、角型の電池容器Ｃ０ａと、円柱状の形状であって且つ電池容器Ｃ０ａから突出した状態で電池容器Ｃ０ａに固定された正極端子７および負極端子８とを備えている。
これら電極端子（正極端子７および負極端子８）の当該突出の高さは、Ｚ方向に寸法Ｌ１である。また、正極端子７にはＺ方向に凹部としての雌ネジ７ａが形成されており、正極端子８にはＺ方向に凹部としての雌ネジ８ａが形成されている。
正極端子７には電池容器Ｃ０ａに収納されている正極板（マンガン酸リチウム等の正極活物質が塗工されている）が電気的に接続され、負極端子８には電池容器Ｃ０ａに収納されている負極板（カーボン等の負極活物質が塗工されている）が電気的に接続されている。また、電池容器Ｃ０ａには電解質または電解液（電解液等という）が収納されており、正極板と負極板と電解液等とにより、電池として機能する。
電池容器Ｃ０ａは金属製やプラスチック樹脂製等でよいが、導電性の材質である場合には、電極端子（正極端子７または負極端子８）と電池容器Ｃ０ａとを電気的に絶縁するため、絶縁性樹脂９が電池容器Ｃ０ａと電極端子との間に配置される。
他の電池セルＣＥｂ〜ＣＥｈも同一構成である。

図２（ａ）で説明した電池セルは、複数用意されて、金属製の配線で互いに電気的に直列に接続される。具体的には、図２（ｃ）の側面図（ＸＺ平面から見た図）に示すように、電池セルＣＥａと電池セルＣＥｂがバスバー１０により電気的に直列に接続されている。以下、バスバー１０の上面図（ＸＹ平面から見た図）である図２（ｄ）と上記図２（ｃ）を用いて、バスバー１０の構成及び当該バスバーによる２つの電池セルの接続につき説明する。なお、図２（ｃ）と図２（ｄ）の間には、互いの位置関係を対応づける一点鎖線を記載している。

バスバー１０は、導電性を備えた金属製の板状の配線である。バスバー１０は、平板状の平板部１０ａと、平板部１０ａに接続し且つ平板部１０ａを挟みこんで配置される２つの突出部１０ｂとを備えている。突出部１０ｂは、平板部１０ａのＸＹ平面上の二つの面のうち＋Ｚ側の面よりも、Ｚ方向へ寸法L３だけ突出している。すなわち、ＸＺ平面における断面形状が、略コの字状の形状となる。平板部１０ａと突出部１０ｂは同一材料を型で変形させて一体形成するのが望ましい。
平板部１０ａの厚み（Ｚ方向）は寸法Ｌ２であり、電極端子の高さの寸法Ｌ１よりも大きくなるよう設計されている。すなわち、Ｌ２＞Ｌ１である。また、 平板部１０ａには電極端子の上記突出した部分を嵌めこむことができ、当該突出した部分と実質的に同一形状且つやや小さい凹部１０ｃが２つ形成されている。当該やや小さい構成とすることで、バスバー１０を電極端子の凹部１０ｃへ十分に接触させることができるとともに、バスバー１０へ電極端子を固定することができる。通常、この２つの凹部１０ｃのうち一方はある電池セルの正極端子に嵌め込まれ、他方は他の電池セルの負極端子に嵌め込まれる。
また、平板部１０ａには、凹部１０ｃから平板部１０ａをＺ方向へ貫通する貫通孔であって、ＸＹ平面における凹部１０ｃの断面形状よりも小さい形状の貫通孔１１が形成されている。電極端子へ凹部１０ｃを嵌め込んで電極端子とバスバー１０とを接触させた後、貫通孔１１に雄ネジ１５ａの軸部を挿入してねじ込み、雄ネジ１５ａの頭部でバスバー１０の平板部１０ａを押さえつつバスバー１０と電池セルとをしっかりと固定する。なお、雄ネジ１５ａは雌ネジ７ａ及び雌ネジ８ａと対応するネジが形成されている。また、雄ネジ１５ａの頭部のＺ方向の寸法は上記寸法Ｌ３よりも小さい。

バスバー１０の突出部１０ｂには、回路基板１３をバスバー１０へ固定するためのネジ穴１２（雌ネジ）がＺ方向に形成されている。回路基板１３は、図２（ｂ）の上面図（ＸＹ平面から見た図）に示すように２つの貫通孔１４が形成されている（なお、図２（ｂ）と図２（ｃ）の間には、互いの位置関係を対応づける一点鎖線も記載している）。２つの貫通孔１４のうち、一方の貫通孔１４に雄ネジ１５ｂの軸部を挿入してあるバスバー１０のネジ穴１２へねじ込み、雄ネジ１５ｂの頭部で回路基板１３を押さえてバスバー１０と回路基板１３とをしっかりと固定する。また、２つの貫通孔１４のうち、他方の貫通孔１４に雄ネジ１５ｂの軸部を挿入して他のバスバー１０のネジ穴１２へねじ込み、雄ネジ１５ｂの頭部で回路基板１３を押さえてバスバー１０と回路基板１３とをしっかりと固定する。
回路基板１３は、１つの電池セルの正極端子と負極端子の間に電気的に接続される回路基板であるので、上述のように２つのバスバー１０にまたがって固定される。なお、雄ネジ１５ｂにはネジ穴１２（雌ネジ）と対応するネジが形成されている。

回路基板１３には、１つの電池セルに対応する電圧センサー及びセルバランス回路が固定されているのみならず、上記またがって固定されることで、２つのバスバー１０の突出部１０ｂを介して、当該電池セルの正極端子と負極端子にこれら電圧センサー及びセルバランス回路が自動的に電気的に接続されるプリント配線がなされている。回路基板１３には、当該電池セルに対応する温度センサーを固定してもよい。
図示しないものの、回路基板１３にはＢＭＳ６とつながるバスまたは信号線が接続される。

以上のように、バスバー１０は、電極端子を包みこんで電極端子に嵌め込まれるので電極端子と十分に接触面積を得ることができ、さらにＺＹ方向において十分な断面積を持つ構成であるので、大電流を流した場合においても発熱の影響を低減することができる。
また、電力負荷３へ流れる電流の経路となるバスバー１０の２つの貫通孔１１の間の平板部１０ａを通ることなく、電圧センサーと当該電圧センサーで計測する電池セルの電極端子との間の電気経路が突出部１０ｂで形成されていることで、より精密に電圧計側することが可能となる。
さらに、回路基板１３には、対応する１つの電池セルに備えつけられる各種センサーやセルバランス回路が備えられているばかりでなく、所定の配線がプリント配線として予め形成されているので、ワンタッチでこれら各種センサーやセルバランス回路を所定の電池セルへ接続することができ、従って、電池システムの製造効率を向上させることができる。

図３に、図２の構成を電気回路的に示す。電池セルＣＥａの電池容器Ｃ０ａの内部には、起電圧Ｖ０ａの電池と内部抵抗Ｒ０ａとが直列接続されている。また、回路基板１３に配置される電圧センサーＶａおよびセルバランス回路Ｂａは、バスバー１０の突出部１０ｂに電気的に接続されるので、電池セルＣＥａとあるバスバー１０とが正極端子側で接触することで生じる接触抵抗Ｒ１ａと、電池セルＣＥａと他のバスバー１０とが負極端子側で接触することで生じる接触抵抗Ｒ２ａとを介して、起電圧Ｖ０ａの電池と内部抵抗Ｒ０ａとに接続されることになる。
すなわち、起電圧Ｖ０ａの電池の正極に内部抵抗Ｒ０ａの一端が接続され、内部抵抗Ｒ０ａの他端に接触抵抗Ｒ１ａの一端が接続され、接触抵抗Ｒ１ａの他端に電圧センサーＶａの正極端子及びセルバランス回路Ｂａの正極端子が接続され、電圧センサーＶａの負極端子及びセルバランス回路Ｂａの負極端子が接触抵抗Ｒ２ａの一端に接続され、接触抵抗Ｒ２ａの他端に起電圧Ｖ０ａの電池の負極が接続された構成となる。
また、電池セルＣＥｂの電池容器Ｃ０ｂの内部には、起電圧Ｖ０ｂの電池と内部抵抗Ｒ０ｂとが直列接続されている。また、回路基板１３に配置される電圧センサーＶｂおよびセルバランス回路Ｂｂは、バスバー１０の突出部１０ｂに電気的に接続されるので、電池セルＣＥｂとバスバー１０とが正極端子側で接触することで生じる接触抵抗Ｒ１ｂと、電池セルＣＥｂとバスバー１０とが負極端子側で接触することで生じる接触抵抗Ｒ２ｂとを介して、起電圧Ｖ０ｂの電池と内部抵抗Ｒ０ｂとに接続されることになる。上記電池セルＣＥａの場合と同様である。
すなわち、起電圧Ｖ０ｂの電池の正極に内部抵抗Ｒ０ｂの一端が接続され、内部抵抗Ｒ０ｂの他端に接触抵抗Ｒ１ｂの一端が接続され、接触抵抗Ｒ１ｂの他端に電圧センサーＶｂの正極端子及びセルバランス回路Ｂｂの正極端子が接続され、電圧センサーＶｂの負極端子及びセルバランス回路Ｂｂの負極端子が接触抵抗Ｒ２ｂの一端に接続され、接触抵抗Ｒ２ｂの他端に起電圧Ｖ０ｂの電池の負極が接続された構成となる。
なお、電池セルＣＥａと電池セルＣＥｂとは同じバスバー１０で接続されているので、接触抵抗Ｒ１ｂの上記他端は、接触抵抗Ｒ２ａの上記一端に接続されている。

セルバランス回路Ｂの構成はいずれも同一であり、トランジスタ等で構成されるスイッチSと当該スイッチに接続された抵抗ｒで構成される。ここでは、セルバランス回路Ｂａ及びＢｂのいずれも、その正極端子に抵抗ｒの一端が接続され、その負極端子にスイッチＳが接続され、スイッチＳが「閉」となることで抵抗ｒの他端が当該負極端子と電気的に接続する構成である。なお、スイッチＳの開閉は、ＢＭＳ６が制御する。

では、図３を用いて、各電池セルＣＥａ〜ＣＥｈの「配線緩み判定」処理につき説明する。「配線緩み判定」とは、組電池の各電池セルの電極端子をつなぐ配線（電力供給線）であるバスバー１０の緩みに応じた配線接続状態、すなわち電力供給線と電池セルの電極端子との電気的接続の状態を検知・判定するものである。従って、「配線緩み」とは、電池セルの電極端子と当該電極端子に接触する電力供給線の接触抵抗とが、ネジ等で当該電力供給線を当該電極端子にしっかり固定した当初の接触抵抗から増大することをいう。
具体的には、「配線緩み判定」処理は、接触抵抗Ｒ１（図３における接触抵抗Ｒ１ａやＲ１ｂ）又は接触抵抗Ｒ２（図３における接触抵抗Ｒ２ａやＲ２ｂ）が所定の抵抗値から増大したことを検知・判定して、制御装置にて適宜処理を行うものである。
なお、各電池セルＣＥａ〜ＣＥｈにおいて、それぞれの電池セルの劣化の程度により内部抵抗Ｒ０ａ〜Ｒ０ｈが一定範囲でばらつくが、接触抵抗Ｒ１やＲ２の増大が検知された場合には、もはや当該一定範囲のばらつきは微小であって無視できる程度のものである。従って、以下では、仮に内部抵抗Ｒ０は一定として説明する。

本実施形態の電池システム１では、電池システム１の起動時に制御装置、具体的には上位制御装置４が「配線緩み判定」を行う。これを順に説明する。
まず、電池システム１の起動スイッチをオン、例えば電池システム１が電気自動車の場合、イグニッションキーをユーザーがＯＮすることで、図示しない小電源（電池モジュール２の一つの電池セルを当該小電源としても用い、制御装置の動作用の電力供給をしてよい。この場合には、当該電池セルは、電力負荷３への電力供給用電源としてのみならず、制御装置の動作用の電源としても機能する）により電力供給された上位制御装置４が全てのアームに対応する第１のアーム用スイッチ制御信号をアクティブとする。アクティブとなった第１のアーム用スイッチ制御信号を受けるＢＭＳ６は、アーム用スイッチＳα及びＳβを「開」から「閉」とすべく、全てのアームに対応する第２のアーム用スイッチ制御信号をアクティブとする。アクティブとなった第２のアーム用スイッチ制御信号を受ける各アーム用スイッチＳα及びＳβは、「開」から「閉」へと動作する。これにより、電池モジュール２の各アームの組電池と電力負荷３とが電気的に接続される。従って、電池システム１が起動して運転可能、例えば電池システム１が電気自動車の場合には走行可能となる。
なお、起動スイッチをオフ、例えばイグニッションキーをユーザーがＯＦＦすると、上位制御装置４が全てのアームに対応する第１のアーム用スイッチ制御信号をインアクティブとする。従って、インアクティブとなった第１のアーム用スイッチ制御信号を受けるＢＭＳ６は、アーム用スイッチＳα及びＳβを「閉」から「開」とすべく、全てのアームに対応する第２のアーム用スイッチ制御信号をインアクティブとする。インアクティブとなった第２のアーム用スイッチ制御信号を受ける各アーム用スイッチＳα及びＳβは、「閉」から「開」へと動作する。これにより、電池モジュール２の各アームの組電池と電力負荷３とが電気的に遮断される。

電池システム１が起動すると、電池システム１を前回に使用した際にばらついた各電池セルＣＥａ〜ＣＥｈの各セル電圧を所定範囲内に揃えるべく、ＢＭＳ６が各電池セルＣＥａ〜ＣＥｈに対応して配置されているセルバランス回路Ｂａ〜ＢｈのスイッチＳを適宜開閉する。この時、上述のように、電池モジュール２の組電池と電力負荷３とは電気的に接続されているが、各電池セルＣＥａ〜ＣＥｈの各セル電圧が所定範囲内に揃うまで、すなわちセルバランスが完了するまで、上位制御装置４により電力負荷３の動作は禁じられる、例えば電池システム１が電気自動車の場合にはアクセルペダルの踏み込みを禁じる等するので、電力負荷３へ流れる電流は実質的に存在しない状態である。
セルバランスは、具体的には、次のように行われる。まず、ＢＭＳ６に入力される電圧センサーＶａ〜Ｖｈのセル電圧値に関する計測情報に基づき、ＢＭＳ６が全ての電池セルＣＥａ〜ＣＥｈの中で一番低いセル電圧値（以下、最小電圧値Ｖｍという）及び最小電圧値Ｖｍを持つ電池セルを特定する。最小電圧値Ｖｍは、当該電圧値を持つ電池セルの起電圧Ｖ０である。
そして、最小電圧値Ｖｍを持つと特定した電池セルを除き、他の電池セルに対応する各セルバランス回路Ｂに向けたセルバランス回路制御信号をＢＭＳ６がアクティブとするので、セルバランス回路制御信号を受けるこれら各セルバランス回路ＢのスイッチＳはそれぞれ「開」から「閉」と動作する。これにより、当該他の電池セルが放電され、当該他の電池セルの各セル電圧値が次第に最小電圧値Ｖｍに近づいてゆく。この間、ＢＭＳ６は、当該他の電池セルのセル電圧値を各電圧センサーＶからの計測値を用いて監視し続ける。
上記他の電池セルの各セル電圧値が、実質的に最小電圧値Ｖｍと同じ値と判定される値、すなわち最小電圧値Ｖｍから±ΔＶになったところで、当該他の電池セルに対応する各セルバランス回路Ｂに向けたセルバランス回路制御信号をＢＭＳ６がインアクティブとするので、これら各セルバランス回路ＢのスイッチＳは「閉」から「開」と動作し、放電を停止する。これにより、全ての電池セルＣＥａ〜ＣＥｈの起電圧Ｖ０ａ〜Ｖ０ｈを実質的に最小電圧値Ｖｍと同じ電圧値とする。

なお、この時すでに配線緩みが生じており、接触抵抗Ｒ１又は接触抵抗Ｒ２の値が大きい場合には、これら接触抵抗Ｒ１又は接触抵抗Ｒ２により放電の際に大きな電圧降下が生じるため、対応するセルバランス回路のスイッチＳを「閉」としている際の電圧センサーＶのセル電圧値に関する計測情報と、「開」としている際の電圧センサーＶのセル電圧値に関する計測情報とが大きく相違する場合がありうる。
従って、当該計測情報が最小電圧値Ｖｍから±ΔＶになる前に、ＢＭＳ６が、一旦、対応するセルバランス回路ＢのスイッチＳを「閉」から「開」として、各電池セルの起電圧Ｖ０の値を確認し、上記相違の程度を見込んで、ＢＭＳ６が各セルバランス回路ＢのスイッチＳをそれぞれ個別に独立して間欠的に適宜開閉させ、全ての電池セルＣＥａ〜ＣＥｈの起電圧Ｖ０ａ〜Ｖ０ｈを実質的に最小電圧値Ｖｍと同じ電圧値とするのが望ましい。

上述したＢＭＳ６による各セルバランス回路Ｂの制御により、全ての電池セルＣＥａ〜ＣＥｈの起電圧Ｖ０ａ〜Ｖ０ｈが実質的に最小電圧値Ｖｍと同じ電圧値となると、例えば上位制御装置４により電力負荷３への電流供給が許可され、例えば電池システム１が電気自動車の場合にはユーザーによるアクセルペダルの踏み込みが許可される等して、実際に電池システム１の運転（電力負荷３への電流供給）がなされる。
ただし、「配線緩み判定」を行う短時間の間だけ、上位制御装置４は、電力負荷３への電流供給量をユーザーの意思に関わらず所定の電流値（以下、判定時電流値という）となるよう制限する。例えば、電池システム１が電気自動車の場合、上位制御装置４は、ユーザーによるアクセルペダルの踏み込み量の大小（ただし、ユーザーはアクセルペダルを踏み込んでいる）に関わらず、各アームに判定電流値として１００Ａの電流を流す制御を行う。なお、アームごとにそれぞれ一定の判定時電流値の電流を流すことができればよいので、当該値はいかようにも設定可能であるが、電池システム１が電気自動車の場合、判定電流値の値は、電気自動車の移動に実際上寄与しない程度の値に設定される。
従って、電力負荷３へ電池モジュール２の組電池から電流が供給され、このとき、あるアームを構成する直列接続された電池セルには、同一電流値の電流が流れることになる。
上記同一電流値の電流が同一アームの電池セルを流れる際、上述のようにこれらあるアームにおける電池セルの起電圧は実質的に最小電圧値Ｖｍと同じ電圧値に揃えられており、また、それぞれの電池セルに対応する各接触抵抗Ｒ１やＲ２の値は、配線緩みがなければいずれも実質的に同じであることを鑑みれば、これら各電池セルに対応して配置されたそれぞれの電圧センサーＶの計測値は、実質的に同じとなるはずである。すなわち、Ｖｍ±ΔＶの範囲に各計測値が入ることとなる。
しかしながら、配線緩みがある場合には、接触抵抗Ｒ１又は接触抵抗Ｒ２により大きな電圧降下が生じるため、計測値である電圧値Ｖerrは、Ｖｍ±ΔＶの範囲から外れることとなる。
図１では、１つのアーム、例えば第１アームに４つの電池セルＣＥａ〜ＣＥｄが直列接続されているので、１つの電池セルの電圧センサーＶの計測値Ｖerrと他の３つの電池セルの電圧センサーＶの計測値の関係は、図４に示すとおりとなる。

従って、ＢＭＳ６から関連情報を受ける上位制御装置４では、実質的に最小電圧値Ｖｍと同じ電圧値Ｖｍ±ΔＶの範囲から外れる電圧値Ｖerrを示す電池セル（配線緩みの電池セルという）を、電池システム１の運転直後に容易に且つ正確に判定及び特定することができる。

そして、配線緩みの電池セルにおける配線接続状態が、電池システム１の使用に特段の影響を与えないもの、すなわち、ＢＭＳ６が上位制御装置４へ送信する関連情報によれば電圧値Ｖerrが閾値Ｖｔｈ１以下の電圧値である場合（Ｖerr≦Ｖｔｈ１の場合）には、上位制御装置４は配線緩みの電池セルおよびその他の電池セルに関する関連情報は異常値ではないと配線緩み判定する。従って、上位制御装置４はユーザーへなんら注意喚起をすることはない。従って、上位制御装置４は、上記判定電流値の電流を各アームに流す制御を停止してユーザーの意思に従った運転・動作を許容するので、ユーザーは電池システム１を通常通り運転・動作させることができる。

一方、電池セル間を接続する配線であるバスバー１０がすぐにでも外れる危険性が高いが未だ外れていない場合、すなわち、ＢＭＳ６が上位制御装置４へ送信する関連情報によれば電圧値Ｖerrが閾値Ｖｔｈ２以上の電圧値の場合（Ｖｔｈ２≦Ｖerrの場合）には、上位制御装置４は配線緩みの電池セルに関する関連情報は異常値であると判断する。従って、上位制御装置４は表示装置５に内蔵された異常ランプを点灯させる等するとともに、表示装置５に内蔵されたブザー等の音響装置を作動させて警報を鳴らし、光と音により視覚および聴覚を刺激してユーザーの注意を促す。
また、このとき、上位制御装置４は、上記判定電流値の電流を各アームに流す制御を停止して、配線緩みの電池セルを含むアームのみならず全てのアームに対する第１のアーム用スイッチ制御信号をインアクティブとする。インアクティブとなった第１のアーム用スイッチ制御信号を受けるＢＭＳ６は、アーム用スイッチＳα及びＳβを「閉」から「開」とすべく、対応するアームの第２のアーム用スイッチ制御信号をインアクティブとする。インアクティブとなった第２のアーム用スイッチ制御信号を受けるアーム用スイッチＳα及びＳβは、「閉」から「開」へと動作する。これにより、上記危険性のある電池セルを含むアームのみならず全てのアームの組電池と電力負荷３とが、電池システム１の運転開始直後に電気的に非接続となって、組電池から電力負荷３への電流供給が停止される。
従って、例えば、電池システム１が電気自動車の場合には、アクセルペダルを踏み込んだ直後に急に減速及び停止することになるので、車庫から公道へ出る前に、表示装置５等による上記注意喚起のみならず、ユーザーは電池システムの異常を体感できる。また、これにより、電池システム１の安全性を増すことができるとともに、ユーザーへの電池システム１の修理をさらに強く促すことができる。

さらに、Ｖｔｈ１＜Ｖerr＜Ｖｔｈ２の場合には、配線であるバスバー１０がすぐにでも外れる危険性が高いとはいえないが、電池システムの運転中に配線が外れる危険性も否定できないのでやはり電池システムの修理等を早急に行う必要がある。また、この状態で電池システム１の運転を長時間続行すると、接触抵抗Ｒ１又は接触抵抗Ｒ２が大きいため配線等で発熱し、電池システム１の構成部品を発火させる恐れもある。
そこで、ＢＭＳ６が上位制御装置４へ送信する関連情報により、上位制御装置４は配線緩みの電池セルに関する関連情報は異常値ではないものの警告値であると判断する。従って、上位制御装置４は表示装置５に内蔵された警告ランプ（上記異常ランプを兼用してよい）を点灯させる等するとともに、表示装置５に内蔵されたブザー等の音響装置を作動させて警報を鳴らし、光と音により視覚および聴覚を刺激してユーザーの注意を促す。
また、このとき、上位制御装置４は、上記判定電流値の電流を各アームに流す制御を停止し、且つ、各温度センサーＴについての関連情報に基づいて、電池セルの温度が所定範囲（例えば６０℃以下）となるように、電力負荷３への電流供給量をユーザーの意思に関わらず所定の電流値より小さくなるよう制限する。例えば、電池システム１が電気自動車の場合、上位制御装置４は、ユーザーによるアクセルペダルの踏み込み量を制限する制御を行い、所定の踏み込み量以上の踏み込みをできなくする。
従って、この場合には、一応全てのアームが電力負荷３に電気的に接続されていることで、ユーザーは一部の電池セルを早期に補修する必要があることを認識しつつ、ある程度の自由度を持って電池システム１を運転させることができる。

ところで、以上において、（Ｖｍ＋ΔＶ）＜Ｖｔｈ１＜Ｖｔｈ２である。
一例として具体的数値を述べると、例えば、上記のように判定時電流値を１００Ａ、定格の起電圧Ｖ０を３．７Ｖ、正常の電気的接続がなされている場合の接触抵抗Ｒ１およびＲ２をそれぞれ０．２ｍΩ、内部抵抗Ｒ０を０．８ｍΩとすると、配線緩みが生じて電池セルの接触抵抗Ｒ１またはＲ２のいずれか一方が１０倍に増加した場合を閾値Ｖｔｈ１、２０倍に増加した場合を閾値Ｖｔｈ２と設定することができる。このとき、Ｖｔｈ１＝３.７Ｖ＋（１００Ａ×（０．８ｍΩ＋０．２ｍΩ＋２ｍΩ））＝４.０Ｖ、Ｖｔｈ２＝３.７Ｖ＋（１００Ａ×（０．８ｍΩ＋０．２ｍΩ＋４ｍΩ））＝４．２Ｖとなる。
また、例えば、ΔＶ＝０．０５Ｖと設定することができる。

本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない限りで種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態においては、電池モジュール２のＢＭＳ６と上位制御装置４を分けて論じていたが、これらを１つの制御装置として制御を行ってもよい。
また、図２で述べた各構成における雄ネジと雌ネジの配置は、互いに逆としてもよい。
さらに、各電池セルを接続する電力供給線としての配線にバスバーを用いたが、これに限らない。電池セルのセル電圧を計測する電気経路に、電力供給線と電極端子との接触抵抗を含むように構成するのであれば、屈曲困難な板状のバスバーでなく、屈曲可能な線状の配線としてもよい。
セルバランスは電池システムの起動時に行うとして説明したが、前回の運転終了時から次回の運転起動時（運転開始時）までに各電池セルの電圧バラツキが実質的に生じない場合には、セルバランスを前回の運転終了時に行うとしてもよい。このように構成することで、より高速に配線緩み判定が可能となる。

１…電池システム、２…電池モジュール、３…電力負荷、４…上位制御装置、
５…表示装置、６…ＢＭＳ、
７…正極端子（７ａ：雌ネジ）、８…負極端子（８ａ：雌ネジ）、９…絶縁樹脂、
１０…バスバー（１０ａ：平板部、１０ｂ：突出部、１０ｃ：凹部）、
１１…貫通孔、１２…回路基板用ネジ穴、１３…回路基板、１４…貫通孔、
１５…ネジ（１５ａ：バスバー用ネジ、１５ｂ：回路基板用ネジ）

Claims (6)

1. 第１の正極端子と第１の負極端子とを備えた第１の電池セルと、
   第２の正極端子と第２の負極端子とを備えた第２の電池セルと、
   前記第１の正極端子と前記第２の負極端子の間に配置され、前記第１の電池セル及び前記第２の電池セルから電流供給を受けることができる電力負荷と、
   前記第１の負極端子と前記第２の正極端子とを電気的に接続する配線と、
   前記配線を介して前記第１の電池セルのセル電圧を計測する第１の電圧センサーと、
   前記配線を介して前記第２の電池セルのセル電圧を計測する第２の電圧センサーと、
   前記第１の電池セルと前記第２の電池セルの起電圧を実質的に同一とすることができるセルバランス回路と、
   制御装置と
   を有し、
   起動スイッチがオンされて、前記制御装置は、前記第１の電圧センサー及び前記第２の電圧センサーと前記セルバランス回路を用いて前記第１の電池セルと前記第２の電池セルの起電圧を実質的に同一とした後、前記電力負荷への前記電流供給を可能とすることで、前記第１の電圧センサー及び前記第２の電圧センサーを用いて前記配線の緩みを判定することを特徴とする電池システム。
2. 前記制御装置は、前記第１の電圧センサーまたは前記第２の電圧センサーの計測したセル電圧が、第１の閾値より大きくなった場合に、前記電力負荷への前記電流供給を停止することを特徴とする請求項１に記載の電池システム。
3. 前記制御装置は、前記第１の電圧センサーまたは前記第２の電圧センサーの計測したセル電圧が、前記第１の閾値より小さく、第２の閾値より大きい場合に、前記電力負荷への前記電流供給を制限することを特徴とする請求項２に記載の電池システム。
4. 前記配線は、平板部と、前記平板部と接続し且つ前記平板部を挟みこんで配置される２つの突出部とを備えたバスバーであり、
   前記平板部に、前記第１の負極端子と前記第２の正極端子とが接続され、
   前記第１の電圧センサーは、前記２つの突出部のうち一方の前記突出部を介して前記第１の電池セルのセル電圧を計測し、
   前記第２の電圧センサーは、前記２つの突出部のうち他方の前記突出部を介して前記第２の電池セルのセル電圧を計測することを特徴とする請求項３に記載の電池システム。
5. 第１の正極端子と第１の負極端子とを備えた第１の電池セルと、
   第２の正極端子と第２の負極端子とを備えた第２の電池セルと、
   第３の正極端子と第３の負極端子とを備えた第３の電池セルと、
   前記第１の負極端子と前記第２の正極端子とを電気的に接続する第１の配線と、
   前記第２の負極端子と前記第３の正極端子とを電気的に接続する第２の配線と、
   前記第１の正極端子と前記第３の負極端子の間に配置され、前記第１の電池セル及至前記第３の電池セルから電流供給を受けることができる電力負荷と、
   前記第１の配線を介して前記第１の電池セルのセル電圧を計測する第１の電圧センサーと、
   前記第１の配線及び前記第２の配線を介して前記第２の電池セルのセル電圧を計測する第２の電圧センサーと、
   前記第２の配線を介して前記第３の電池セルのセル電圧を計測する第３の電圧センサーと、
   前記第１の電池セル及至前記第３の電池セルの起電圧を実質的に同一とすることができるセルバランス回路と、
   制御装置と
   を有し、
   起動スイッチがオンされて、前記制御装置は、前記第１の電圧センサー及至前記第３の電圧センサーと前記セルバランス回路を用いて前記第１の電池セル及至前記第３の電池セルの起電圧を実質的に同一とした後、前記電力負荷への前記電流供給を可能とすることで、前記第１の電圧センサー及至前記第３の電圧センサーを用いて前記配線の緩みを判定することを特徴とする電池システム。
6. 前記第２の電圧センサーを設けた回路基板をさらに有し、
   前記第１の配線は、第１の平板部と、前記第１の平板部と一体に接続した第１の突出部とを備えたバスバーであり、
   前記第２の配線は、第２の平板部と、前記第２の平板部と一体に接続した第２の突出部とを備えたバスバーであり、
   前記第１の平板部に、前記第１の負極端子と前記第２の正極端子とが接続され、
   前記第２の平板部に、前記第２の負極端子と前記第３の正極端子とが接続され、
   前記回路基板が前記第１の突出部と前記第２の突出部とに接続されることで、前記第２の電圧センサーは、前記第２の電池セルのセル電圧を計測することを特徴とする請求項５に記載の電池システム。
   

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