JP5404241B2 - 組電池制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、組電池の充放電を制御する組電池制御装置に関する。

従来、組電池、例えば、電気自動車あるいはハイブリッド自動車用の組電池では、組電池の総電圧を検出する回路、各電池の電圧を検出する回路、そして組電池の複数箇所の温度を測定する回路をそれぞれ備えており、それぞれの回路の診断によって、またはそれら検出回路の出力を比較することによって、故障の有無を検知している。

特開２００３−１３４６７５号公報 特開２００４−１７７２０８号公報

しかしながら、従来の技術では故障の有無については検知しているが、故障の程度や、検知された故障が車両制御に対してどのような影響を及ぼすのまでは考慮されていない。例えば、故障を検知した時点で単純に組電池の使用を禁止してしまうと、ハイブリッド車においては車両走行時の燃費を悪化させてしまう。また、電気自動車の場合には、故障を検知したら車両を即停止させることになり、ユーザーの利便性が著しく損なわれる。また、システム構成によってはハイブリッド車でも同様に、車両を停止しなければならないことがある。

請求項１の発明に係る組電池制御装置は、組電池を構成するセルの温度を検出する温度センサと、診断時に温度センサの通電電流値を変化させ、検出温度の変化が第１の所定閾値を超えた場合に、温度センサと前記セルとの接触状態が異常であると診断する第１の診断手段と、温度センサの検出温度に基づいて、組電池の充電状態を推定する推定手段と、第１の診断手段により異常と診断されたときに、組電池に対する許容充放電範囲を、予め設定されている正常時許容充放電範囲よりも範囲の狭い異常時許容充放電範囲に設定する設定手段と、推定手段で推定された充電状態が異常時許容充放電範囲に収まるように、組電池の充放電を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、組電池の状態を検出する温度センサや総電圧検出回路の異常状態に応じて、組電池の充放電制御を行うことができる。

組電池制御装置を説明するブロック図である。 温度検出回路８３およびサーミスタ１００を説明する図であり、（ａ）は取り付け位置が正常な場合を示し、（ｂ）は取り付け位置が異常な場合を示す。 セル電圧検出回路８１の一例を示す図である。 ＩＣ内部ブロックの一部を示す図である。 バッテリコントローラ８０の総電圧検出回路８２を説明する図である。 マイコン６における電圧測定（セル電圧および総電圧）動作および容量調整動作を示すフローチャートである。 温度測定および温度測定系の診断に関する動作を説明するフローチャートである。 マイコン９１の動作のメインフローを示すフローチャートである。 図８に示すフローチャートに続く処理を示すフローチャートである。 ステップＳ３０５における処理の詳細を示すフローチャートである。

以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。図１は、本実施形態の組電池制御装置を説明するブロック図である。組電池制御装置は、複数のセルから成る組電池１を制御するバッテリコントローラ８０、負荷システム９０、電流遮断装置７０、電流センサ３０および温度センサとしてのサーミスタ１００を備えている。図１に示す例はハイブリッド自動車用の組電池制御装置を示したものであり、負荷システム９０はインバータ９２やモータ９３などで構成される。もちろん、本発明に係る組電池制御装置は、ハイブリッド自動車用に限らず電気自動車等の電気車にも適用が可能である。

バッテリコントローラ８０は主に組電池１の監視装置として機能するものであり、セル電圧検出回路８１、総電圧検出回路８２、マイコン６、温度検出回路８３および電流検出回路８６を備えている。温度検出回路８３には、組電池１に設けられたサーミスタ１００からの検出信号が入力される。８４，８５は総電圧検出端子である。

図２（ａ）は温度検出回路８３とサーミスタ１００を示す図である。Ｒtはサーミスタ１００の抵抗値を表している。サーミスタ１００は、温度測定対象であるセルと接触しそのセルと同一温度となる位置及び固定方法で設置され、ハーネスによって温度検出回路８３が設けられた回路基板まで配線される。温度検出回路８３はバッテリコントローラ８０の回路基板側に設けられた温度測定用インターフェース回路であり、サーミスタ１００の一端をプルアップする直列抵抗Ｒsと、抵抗Ｒsを短絡させるスイッチＳＷ１と、ＲＣフィルタを構成する抵抗ＲlpfおよびコンデンサＣlpfとを備えている。

通常、スイッチＳＷ１はオフ状態となっており、抵抗Ｒsとサーミスタ１００の直列接続に電圧Ｖccが印加されている。電圧Ｖccは抵抗Ｒsとサーミスタ１００の抵抗Ｒthとによって分圧される。サーミスタ１００の電圧値Ｖtは、ＲＣフィルタを介してマイコン６のアナログ入力に入力され、温度に変換される。抵抗ＲlpfおよびコンデンサＣlpfで構成されるＲＣフィルタは、アナログ入力に入力される電圧値Ｖtの高周波ノイズを抑制する。また、スイッチＳＷ１はマイコン６のポート出力からの信号によりオンオフ制御される。なお、サーミスタ及び温度測定用インターフェース回路を複数設ける場合もある。

電流センサ３０は組電池１の出入電流（充電電流、放電電流）を検出するものであり、例えば、ホール素子を用いた電流センサが使用される。電流センサ３０からの検出信号は電流検出回路８６に入力される。

本実施形態では、バッテリコントローラ８０は、インバータ９２のコントローラであるマイコン９１との間でＣＡＮ（Control Area Network）２０を介して通信を行う。バッテリコントローラ８０は、検出回路８１〜８３で検出した情報を、ＣＡＮ２０を介して上位コントローラとして位置づけられるマイコン９１に送信する。マイコン９１は、バッテリコントローラ８０からの情報（総電圧、充放電電流値、組電池温度）に基づいて組電池１の充電状態（ＳＯＣ：State of charge）を推定するとともに、許容充放電範囲を決定する。また、インバータ９２を制御して組電池１の充放電を制御する。

セル電圧検出回路８１では、組電池１を構成する各セルの電圧を測定する。測定されたセル電圧情報は、マイコン６からの要求によりマイコン６へ送られ、さらに上位のマイコン９１へ送信される。また、セル電圧検出回路８１には、後述するように、各セルの充電量を放電により調整する容量調整回路が設けられている。本実施の形態では、容量調整実施の有無を上位のマイコン９１が判断する構成となっているので、マイコン６は、マイコン９１の指示により容量調整回路による各セルの容量調整を行わせる。

図３は、セル電圧検出回路８１の一例を示す図である。組電池１を構成する複数のセルはいくつかのセルグループに分けられており、各セルグループに対応して集積回路ＩＣが設けられている。図３では組電池１に含まれるセルグループの内、上位の２つのセルグループが表示されている。一つは、図示上側の４つのセルＢＣ１〜ＢＣ４から成るセルグループであり、これらのセルはＩＣ１によって管理される。下側の６つのセルＢＣ１〜ＢＣ６から成るセルグループはＩＣ２によって管理されている。

ＩＣ１、ＩＣ２のＣＶ１〜ＣＶ６端子はセルのセル電圧を計測するための端子であり、各ＩＣは６セルまで計測することができる。６セルを監視するＩＣ２の場合、ＣＶ１〜ＣＶ６端子の電圧計測ラインには、端子保護及び容量調整の放電電流制限のための抵抗ＲＣＶがそれぞれ設けられている。各電圧計測ラインはセンシング線ＬＳを介して各セルＢＣ１の正極または負極に接続されている。例えば、セルＢＣ１のセル電圧を計測する場合には、ＣＶ１−ＣＶ２端子間の電圧を計測する。また、セルＢＣ６のセル電圧を計測する場合には、ＣＶ６−ＧＮＤＳ端子間の電圧を計測する。電圧計測ライン間には、コンデンサＣｖ，Ｃinがノイズ対策として設けられている。

組電池１の性能を最大限に活用するためには、全セルのセル電圧を均等化する必要がある。例えば、セル電圧のばらつきが大きい場合、回生充電時に最も高いセルが上限電圧に達した時点で回生動作を停止する必要がある。この場合、その他のセルのセル電圧は上限に達していないにもかかわらず、回生動作を停止して、ブレーキとしてエネルギーを消費することになる。このようなことを防止するために、各ＩＣは、マイコン６からのコマンドでセルの容量調整のための放電を行う。

ＩＣ１、ＩＣ２において、ＢＳ１〜ＢＳ６がセル容量調整用のバランシングスイッチである。例えば、ＩＣ１のセルＢＣ１の放電を行う場合には、バランシングスイッチＢＳ３をオンする。そうすると、セルＢＣ１の正極→抵抗ＲＣＶ→ＣＶ１端子→バランシングスイッチＢＳ３→ＢＲ３端子→抵抗ＲＢ→セルＢＣ１の負極の経路でバランシング電流が流れる。ＲＢまたはＲＢＢはバランシング用の抵抗である。

６０２，６０４はセル電圧検出回路８１とマイコン６との通信を行う通信系であり、フォトカプラＰＨにより電気的に絶縁されている。ＩＣ１，ＩＣ２は、マイコン６から送信されたコマンド信号に応じて、セル電圧等の測定データをマイコン６へ送信したり、バランシング動作を行ったりする。

図４はＩＣ内部ブロックの一部を示す図であり、６つのセルＢＣ１〜ＢＣ６が接続されるＩＣ２を例に示した。ＩＣ２には、マルチプレクサ１２０，アナログデジタル変換器１２２Ａ，ＩＣ制御回路１２３，差動増幅器２６２、放電制御回路１３２、定電圧回路１３４等が設けられている。

セルＢＣ１〜ＢＣ６の端子電圧は、ＣＶ１端子〜ＣＶ６端子およびＧＮＤＳ端子を介してマルチプレクサ１２０に入力される。マルチプレクサ１２０はＣＶ１端子〜ＣＶ６端子およびＧＮＤＳ端子のいずれかを選択して、端子間電圧を差動増幅器２６２に入力する。差動増幅器２６２の出力は、アナログデジタル変換器１２２Ａによりデジタル値に変換される。デジタル値に変換された端子間電圧はＩＣ制御回路１２３に送られ、内部のデータ保持回路（不図示）に保持される。

ＣＶ１〜ＣＶ６，ＧＮＤＳ端子に入力される各セルＢＣ１〜ＢＣ６の端子電圧は、ＩＣ２のグランド電位に対して直列接続されたセルの端子電圧に基づく電位でバイアスされている。上記差動増幅器２６２により上記バイアス電位の影響が除去され、各セルＢＣ１〜ＢＣ６の端子電圧に基づくアナログ値がアナログデジタル変換器１２２Ａに入力される。

ＳＢ１〜ＳＢ６はバランシングスイッチであり、図３に示す例では、バランシングスイッチＢＳ１，ＢＳ３，ＢＳ５にはＰＭＯＳスイッチが用いられ、バランシングスイッチＢＳ２，ＢＳ４，ＢＳ６にはＮＭＯＳスイッチが用いられている。これらのバランシングスイッチＳＢ１〜ＳＢ６の開閉は、放電制御回路１３２によって制御される。上位コントローラであるマイコン６からの指令に基づいて、ＩＣ制御回路１２３から放電制御回路１３２に、放電させるべきセルに対応したバランシングスイッチを導通させるための指令信号が送られる。ＩＣ制御回路１２３は、マイコン６から各セルＢＣ１〜ＢＣ６に対応した放電時間の指令を通信により受け、放電動作を実行する。

図５はバッテリコントローラ８０の総電圧検出回路８２を説明する図である。図１に示した総電圧検出回路８２は、分圧抵抗１０、バッファ回路３および４、定電圧回路２および差動増幅回路５で構成される。なお、本実施の形態では、マイコン６はＡＤコンバータを内蔵するタイプが使用されているが、総電圧検出回路８２の検出信号を、ＡＤコンバータを介してマイコンに入力するような構成であっても良い。

組電池１に並列に接続される分圧抵抗１０は、直列に接続された抵抗１１、１２、１３および１４によって構成される。本実施形態の形態では、高抵抗値の抵抗１１，１４はＲＨに設定され、電圧測定（および分圧）用の抵抗である抵抗１２，１３はＲＬに設定されている。従って、組電池１とバッテリコントローラ８０との間は、凡そＲＨ／２の絶縁抵抗で絶縁されていることになる。また、抵抗１１および抵抗１２により計測される電圧の分圧比はＲＬ／（ＲＨ＋ＲＬ）となる。

定電圧回路２は、出力が低インピーダンスなものを用い、抵抗１２と抵抗１３の中間点に接続される。本実施の形態では、単電源で動作し、Ｖ＿ｂｉａｓを入力とするバッファ回路で構成している。抵抗１１と抵抗１２との接続点は、バッファ回路３を介して差動増幅回路５の正相入力側に、すなわちバッファ回路３および抵抗５１を介して差動増幅器５０の正相入力端子に接続されている。一方、抵抗１３と抵抗１４との接続点は、バッファ回路４を介して差動増幅回路５の逆相入力側に、すなわちバッファ回路４および抵抗５３を介して差動増幅器５０の逆相入力端子に接続されている。なお、抵抗５１，５３の値はＲａに、抵抗５２，５４の値はＲｂにそれぞれ設定されている。

差動増幅回路５の出力側は、基準電圧源（例えばツェナーダイオード）８を基準電圧とするマイコン６のＡ／Ｄ入力端子６１に接続されており、マイコン６で組電池１の総電圧が測定される。なお、バッファ回路３、４および差動増幅回路５で使用される演算増幅器も、定電圧回路２で使用されている演算増幅器と同様に単電源で動作するものであり、本実施の形態ではこれら４個の演算増幅器が１個のパッケージに内蔵されたものが用いられている。

マイコン６のＡ／Ｄ入力端子６２には定電圧回路２の出力電圧が入力され、Ａ／Ｄ入力端子６３にはバッファ回路３の出力電圧が入力され、Ａ／Ｄ入力端子６４にはバッファ回路４の出力電圧が入力され、各電圧がマイコン６によってそれぞれ検出される。一例として、マイコン６の各Ａ／Ｄ入力端子のフルスケールは基準電圧源８の電圧ＶＲであり、Ｎビットの分解能を持つ。よって、Ａ／Ｄ入力端子６１で検出した電圧のデジタル値Ｄ61から、次式（１）によって組電池１の総電圧Ｅｏが計算できる。
Ｅｏ＝（Ｄ61／２^Ｎ）×ＶＲ×（Ｒａ／Ｒｂ）×ＲＬ／（ＲＨ＋ＲＬ） …（１）

なお、精度向上のため、上記演算の前に、デジタル値をゲイン補正値Ｄgとオフセット補正値Ｄoにて補正するようにしても良い。その場合に得られる補正デジタル値Ｄ610は、次式（１．１）で表される。
Ｄ610＝Ｄ61×Ｄg＋Ｄo …（１．１）

また、Ａ／Ｄ入力端子６３，６４で検出した各電圧のデジタル値Ｄ63，Ｄ64を用いて、次式（２）により組電池１の総電圧（Ｅｏ’と記す）を計算することもできる。総電圧Ｅｏは差分増幅回路５の出力電圧Ｖ１に基づく総電圧測定値であり、一方、総電圧Ｅｏ’は差分増幅回路５を通さずに検出された電圧Ｖ３，Ｖ４に基づく総電圧測定値である。総電圧Ｅｏと総電圧Ｅｏ’とは構成により精度が異なるので、区別して考える。
Ｅｏ’＝（Ｄ63−Ｄ64）／２^Ｎ×ＶＲ×ＲＬ／（ＲＨ＋ＲＬ） …（２）

なお、各Ａ／Ｄ入力端子６２、６３，６４で検出した各デジタル値Ｄ62，Ｄ63，Ｄ64に基づき、電圧Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４は次式（３）、（４）、（５）によりそれぞれ計算できる。
Ｖ２＝（Ｄ62／２^Ｎ）×ＶＲ …（３）
Ｖ３＝（Ｄ63／２^Ｎ）×ＶＲ …（４）
Ｖ４＝（Ｄ64／２^Ｎ）×ＶＲ …（５）

（動作説明）
次に、各マイコン６および９１の動作について説明する。図６および図７はマイコン６の動作を説明するフローチャートである。マイコン６は、総電圧検出回路８２の四箇所の電圧値Ｖ１〜Ｖ４を所定周期（例えば、５００ｍｓ周期）で測定し、通信手段であるＣＡＮ２０を介して負荷システム９０内のマイコン９１へ送信する。また、それとは別に、温度センサ１００で電池温度を検出するとともに、その検出結果に基づいて温度センサ１００の状態を診断する。温度検出値および温度センサ１００の診断結果は、ＣＡＮ２０を介してマイコン９１へ送信される。

図６に示すフローチャートは、電圧測定（セル電圧および総電圧）動作および容量調整動作を示したものである。車両のキーオン動作によりマイコン６が起動し、図６に示す一連の処理がスタートする。ステップＳ１００では、初期化処理が行われる。初期化処理としては、例えば、マイコンの各種ポートの設定や外部記憶装置などの診断などがある。ステップＳ１１０では、図５に示す５箇所のＡ／Ｄ入力端子６１〜６５における測定を行い、各電圧値を計算する。ステップＳ１２０では、算出された電圧値Ｖ１〜Ｖ４を、ＣＡＮを介して上位のマイコン９１へ伝達する。

ステップＳ１３０では、セル電圧検出回路８１で検出された各セル電圧をセル電圧検出回路８１から収集し、ＣＡＮ通信により上位コントローラであるマイコン９１へ送信する。ステップＳ１４０では、上位のマイコン９１から容量調整の要求があったか否かを判定する。ステップＳ１４０において要求があったと判定されると、ステップＳ１５０に進んで該当セルの容量調整を容量調整回路により行う。一方、ステップＳ１４０でＮＯと判定された場合には、ステップＳ１５０をスキップしてステップＳ１６０へ進む。

ステップＳ１６０では、車両停止のキーオフ信号を受信したか否かを判定する。ステップＳ１６０においてＮＯと判定されると、ステップＳ１１０へ戻る。すなわち、キーオフ信号を受信するまでは、ステップＳ１１０からステップＳ１５０までの処理が繰り返し実行される。一方、キーオフ信号が受信されると、ステップＳ１６０からステップＳ１７０へ進みシャットダウン処理を行う。なお、このシャットダウン処理においても、ステップＳ１００の場合と同様の診断処理（マイコンや外部記憶装置などの診断）を行うようにしても良い。

上述したように、マイコン６は図６に示す動作と並行して、図７に示す温度測定および温度測定系の診断動作を行う。なお、温度測定動作および診断動作は、総電圧測定動作と同一周期で行われる必要はない。

図７は、温度測定および温度測定系の診断に関する動作を説明するフローチャートである。温度測定系の診断は、温度測定が所定の回数（本実施の形態では１０回）行われる毎に実行される。ステップＳ２００では、温度測定のカウント数ＮをＮ＝０に設定する。ステップＳ２０２では、図２に示すサーミスタ１００の電圧値Ｖtを測定し、測定された電圧値Ｖｔを温度（Ｔ０）に変換する。その温度Ｔ０の情報はＣＡＮを介してマイコン９１へ送信される。

ステップＳ２０４では、温度測定の回数を表すＮがＮ＝１０となったか否かを判定する。ステップＳ２０４においてＮ＝１０と判定されるとステップＳ２０６へ進み、ステップＳ２０６からステップＳ２２０までの診断動作に関する処理を行う。一方、温度測定回数Ｎが１０に達しておらずステップＳ２０４でＮＯと判定された場合には、ステップＳ２２２へ進む。

ステップＳ２０４からステップＳ２２２へ進んだ場合には、ステップＳ２２６において回数Ｎの値を１だけ増加させる。続くステップＳ２２４では、キーオフ信号を上位コントローラから受信したか否かを判定する。ステップＳ２２４においてキーオフ信号を受信したと判定されると、一連の処理を終了し、キーオフ信号が受信されていないと判定されるとステップＳ２０２へ進み、再び温度測定を行う。

一方、温度測定の回数Ｎが１０となってステップＳ２０４からステップＳ２０６に進んだ場合には、ステップＳ２０６において、サーミスタ１００の電圧値Ｖtを測定し温度に変換する。このときの温度をＴ１とする。次に、ステップＳ２０８においてスイッチＳＷ１を所定時間ｔｗだけオン状態とする。スイッチＳＷ１をオン状態とすると、抵抗Ｒsを介さずに電圧Ｖccがサーミスタ１００に印加される。その結果、抵抗値Ｒtのサーミスタ１００に流れる電流が大きくなって発熱量が増加し、サーミスタ１００の温度が上昇する。

ステップＳ２１０では、再度電圧値Ｖtを測定し温度に変換する。このときの温度をＴ２とする。温度上昇ΔＴ＝Ｔ２−Ｔ１は、サーミスタ１００の放熱状態によって異なる。図２（ａ）に示すようにサーミスタ１００が正常な取り付け状態にある場合には、サーミスタ１００は、静止空気と比べると熱伝導性に優れ、かつ熱容量が大きいセルに密着するように設けられている。すなわち、セルとの間の熱抵抗Ｒthが小さく、温度上昇ΔＴも比較的小さい。一方、組み付け不良や振動の影響等によりサーミスタ１００の取り付け位置がずれて、図２（ｂ）に示すようにセルから離れた状態になると、セルとの間の熱抵抗Ｒth’が大きくなって温度上昇ΔＴが増加する。

ステップＳ２１２では、温度上昇ΔＴが、取り付け状態の異常判定閾値Ｔthよりも大きいか否かを判定する。ステップＳ２１２でΔＴ＞Ｔthと判定されると、すなわち、取り付け状態が異常であると判定されるとステップＳ２１４に進み、故障モードフラグＦ３を、温度精度悪化を表す１に設定する。一方、ステップＳ２１２でΔＴ＞Ｔthでないと判定されると、すなわち、取り付け状態は正常であると判定されると、ステップＳ２１６に進み、故障モードフラグＦ３を、正常を表す０に設定する。これらの故障モードフラグＦ３は、上位コントローラであるマイコン９１に送信され、マイコン９１における診断処理に利用される。

ステップＳ２１４またステップＳ２１６における故障モードフラグＦ３の設定が終了すると、ステップＳ２１８に進んで、温度測定回数を表すＮを初期値（Ｎ＝０）に戻し、ステップＳ２２０において所定時間ｔｗだけ待つ。このステップＳ２２０の処理は、ステップＳ２０８の処理による温度上昇ΔＴを解消して、温度センサ１００が元の温度に戻るのを待つための処理である。

ステップＳ２２２では、温度測定の回数Ｎを１だけ増加させる。ステップＳ２２４では、前述したように、キーオフ信号を上位コントローラから受信したか否かを判定し、キーオフ信号が受信された場合には一連の処理を終了し、キーオフ信号が受信されない場合にはステップＳ２０２へ戻り、再び温度測定を行う。このようにして、組電池１の温度測定と、温度測定系の診断、具体的にはサーミスタ１００の取り付け状態に関する診断を行う。

なお、上述した例では、温度測定が１０回行われる度に診断を１回行うようにしているが、例えば、キーオフ時（つまり１キーサイクルで１回）に診断を実施して、その診断結果を不揮発メモリに保存し、次のキーオン時にその診断結果を読み取って制御に反映させるようにしても良い。また、サーミスタ１００の代わりに温度センサ自身が発熱体として機能しないセンサを使用した場合であっても、発熱体を別に設けることで、サーミスタ１００の場合と同様に取り付け状態を診断することが可能である。

続いて、マイコン９１にて行われる診断動作および制御動作について、図８〜１０のフローチャートを用いて説明する。マイコン９１では、マイコン６からのデータに基づいて総電圧測定系（総電圧検出回路８２）の診断を行うとともに、総電圧測定系の診断結果および温度測定系の診断結果に基づいて、負荷システム９０および電流遮断装置７０の制御を行う。

図８は、マイコン９１の動作のメインフローを示すフローチャートである。車両のキーオンによりマイコン９１が起動し、ステップＳ３００において初期化処理を行う。ステップＳ３００では、例えば、マイコンの各種ポートの設定を行うとともに、マイコンや外部記憶装置などの診断を行うようにしても良い。ステップＳ３０２では、電圧値Ｖ１〜Ｖ４、温度Ｔ０および故障モードフラグＦ３を、マイコン６から受信する。ステップＳ３０４では、セル電圧検出回路８１で検出された各セルの電圧を、マイコン６から受信する。ステップＳ３０５では、受信した情報に基づいて、総電圧測定系の診断を行う。

（ステップＳ３０５の処理の詳細説明）
図１０は、ステップＳ３０５における処理の詳細を示すフローチャートである。まず、ステップＳ４００において、電圧値Ｖ２の値が正常範囲か否かを判定する。本実施の形態では、定電圧回路２の電圧値をＶ＿ｂｉａｓに設定しているので、例えばＶ＿ｂｉａｓ±１０％の範囲を電圧値Ｖ２の正常範囲とする。ステップＳ４００において正常と判定されるとステップＳ４１０へ進み、電圧値Ｖ２が正常範囲を外れている場合にはステップＳ４０２へ進む。

ステップＳ４０２へ進んだ場合には、定電圧回路２の故障であると診断する。また、電圧値Ｖ２が正常範囲を外れている場合には、算出された総電圧測定値ＥｏおよびＥｏ’に関しても信頼性が無いので、ステップＳ４０４へ進んで、故障モードフラグＦ１として精度ゼロを表す数値２を保存する。

一方、ステップＳ４００において電圧値Ｖ２が正常範囲にあると判定された場合には、ステップＳ４１０に進んで、電圧値Ｖ３が電圧値Ｖ２に対して正常範囲内か否かを判定する。ここでは、電圧値Ｖ３と電圧値Ｖ２との差がＶＬ以上かつＶＨ以下の範囲にある場合、すなわちＶＬ≦Ｖ３−Ｖ２≦ＶＨを正常範囲と定義する。ステップＳ４１０で正常範囲と判定されるとステップＳ４２０に進み、正常範囲でないと判定されるとステップＳ４２２へ進む。

ステップＳ４２０では、電圧値Ｖ４が電圧値Ｖ２に対して正常範囲内か否かを判定する。この場合も、電圧値Ｖ２と電圧値Ｖ４との差がＶＬ≦Ｖ３−Ｖ２≦ＶＨを満足していれば、正常範囲と判定する。ステップＳ４２０で正常範囲と判定されるとステップＳ４３０に進み、正常範囲でないと判定されるとステップＳ４２２へ進む。

ステップＳ４１０またはステップＳ４２０で正常範囲でないと判定されてステップＳ４２２に進んだ場合には、バッテリコントローラ８０に設けられている分圧抵抗１１〜１４、分圧回路３，４の故障と判断する。故障としては、(a) 分圧抵抗１２または分圧抵抗１３の開放または短絡故障、(b) 分圧抵抗１１または分圧抵抗１４の開放故障、(c) バッファ回路３またはバッファ回路４の故障、のいずれかが考えられる。いずれにしても、このような故障が発生した場合には、算出された総電圧測定値ＥｏおよびＥｏ’に関して信頼性が無いので、ステップＳ４０６へ進んで、故障モードフラグＦ１として精度ゼロを表す数値２を保存する。

ステップＳ４２０で正常範囲と判定されてステップＳ４３０に進んだ場合には、ステップＳ４３０において、２つの総電圧測定値Ｅｏ，Ｅｏ’に整合性があるか否かを判定する。ここでは、総電圧測定値Ｅｏと総電圧測定値Ｅｏ’の差の絶対値がＶｘ以上であれば整合性が無く、異常であると判定し、Ｖｘ未満の場合には整合性が有り、正常であると判定する。Ｖｘの値は、必要な測定精度に基づき設計し、例えば組電池のＳＯＣ＝５０％での総電圧の１割程度（ＳＯＣ＝５０％で、３５０Ｖであれば、Ｖｘ＝３５Ｖ）とする。

ステップＳ４３０で整合性無しと判定された場合には、ステップＳ４３２に進んで差動増幅回路５の故障と判断する。この場合、差動増幅回路５の出力（Ｖ１）に基づいて算出される総電圧測定値Ｅｏの精度は信頼できないが、差動増幅回路５に入る前の電圧値Ｖ３，Ｖ４に基づいて算出された総電圧測定値Ｅｏ’の値は信頼できると判断される。ただし、構成によっては総電圧測定値Ｅｏ’の精度が劣る場合があるので、ステップＳ４３６において、故障モードフラグＦ１に精度悪化を表す数値１を保存する。一方、総電圧測定値Ｅｏと総電圧測定値Ｅｏ’の差の絶対値がＶｘ未満の場合には、ステップＳ４３０において整合性有りと判定され、ステップＳ４３４へ進む。ステップＳ４３４では、故障モードフラグＦ１に正常を表す数値ゼロを保存する。

このようにして総電圧測定系の診断（図１０に示す一連の処理）が終了したならば、図８のステップＳ３０８へ進む。ステップＳ３０８以降の処理においては、以上の診断結果を４種類に分類し、それぞれに応じた制御を行う。本実施の形態では、(1)フラグＦ１、Ｆ３のいずれもがゼロの場合（Ｆ１＝Ｆ３＝０）、(2)フラグＦ１がゼロでフラグＦ３が１の場合（Ｆ１＝０，Ｆ３＝１）、(3)フラグＦ１が１の場合、(4)フラグＦ１が２の場合の４種類に分類する。

まず、ステップＳ３０８では、故障モードフラグＦ１，Ｆ３についてＦ１＝Ｆ３＝０であるか否かを判定する。ステップＳ３０８でＹＥＳ（Ｆ１＝Ｆ３＝０）と判定されるとステップＳ３２０へ進み、ＮＯと判定されるとステップＳ３１０へ進む。

ステップＳ３３０では、Ｆ１＝Ｆ３＝０であって総電圧測定系および温度測定系は正常に動作しているので、電池使用可能か否かを表す故障モードフラグＦ２を、電池使用可能を表す１に設定する。この場合、総電圧測定系および温度測定系は正常に動作しており、総電圧測定値Ｅoも電池温度測定値Ｔ０も信頼できるので、それらに基づいて算出される組電池１のＳＯＣの誤差も小さいと判断される。よって、ステップＳ３２２では、許容充放電範囲を通常の許容範囲Ａ０に設定する。ステップＳ３２４では、総電圧測定値Ｅo、電池温度測定値Ｔ０および電流センサ３０で検出された電流値に基づいてＳＯＣを推定する。

一方、ステップＳ３０８においてＮＯと判定された場合には、ステップＳ３１０に進んで故障モードフラグＦ１がＦ１＝２となっているか否かを判定する。Ｆ１＝２の状態とは、上述したように定電圧回路２が故障して電圧測定値の精度が落ちている状態（精度ゼロの状態）と判断された場合である。よって、ステップＳ３１０でＹＥＳ（Ｆ１＝２）と判定された場合には、ステップＳ３３０に進んで、故障モードフラグＦ２を、電池使用不能を表すゼロに設定する。この場合、電池使用不能の情報がマイコン９１から上位のコントローラ（車両コントローラ）に送信される。車両コントローラは、例えば、組電池１の使用を停止して（シャットダウンして）、組電池１を使用しない走行モード等に移行させる。また、電池使用不能の情報を上位へ送信した後に、ステップＳ３３０から後述するステップＳ３４２に進んでシャットダウン処理を実行するようにしても良い。

ステップＳ３１０でＮＯと判定された場合、すなわち、故障モードフラグＦ１，Ｆ３の少なくとも一方が１である場合には、ステップＳ３１２に進み、故障モードフラグＦ２を１（電池使用可能）に設定する。故障モードフラグＦ１，Ｆ３の少なくとも一方が１であるということは、総電圧測定値Ｅoおよび温度測定値Ｔ０の少なくとも一方に精度悪化が生じていることを意味している。すなわち、測定値ＥoおよびＴ０を用いてＳＯＣを推定した場合、ＳＯＣの推定誤差が大きくなってしまう。そこで、ステップＳ３１４では、許容充放電範囲を通常の許容範囲Ａ０よりも狭い許容範囲Ａ１に設定する。なお、狭い許容範囲Ａ１に設定する理由は後述する。

ステップＳ３１６では、故障モードフラグＦ１がＦ１＝０か否かを判定する。Ｆ１＝０の場合、すなわち総電圧測定系は正常であると判断される場合、総電圧測定値Ｅoは信頼性を有している。そこで、ステップＳ３２４へ進んで総電圧測定値Ｅoおよび温度測定値Ｔ０を使用してＳＯＣ推定を行う。一方、ステップＳ３１６でＮＯ（Ｆ１＝１）と判定された場合には、差動増幅回路５の故障が生じていて総電圧測定値Ｅoに信頼性が無いと判断されるので、電圧値Ｖ３、Ｖ４に基づき算出される総電圧測定値Ｅo’と温度測定値Ｔ０とを使用してＳＯＣ推定を行う。それにより、総電圧測定値Ｅoを用いる場合に比べてもＳＯＣ推定の誤差を小さくすることができる。よって、ステップＳ３１８において総電圧測定値Ｅo’と温度測定値Ｔ０とに基づくＳＯＣ推定を行い、図９のステップＳ３４０へ進む。

図９のステップＳ３４０では、ステップＳ３０４で受信した各セルの電圧値を比較し、容量調整が必要なセルがあるか否かを判定する。ステップＳ３４０でＹＥＳと判定された場合には、容量調整の指示をマイコン６へ送信した後に、ステップＳ３４４へ進む。一方、ステップＳ３４０でＮＯと判定された場合には、ステップＳ３４４へ進み、車両停止のキーオフ信号を受信したか否かを判定する。ステップＳ３４４においてキーオフ信号を受信したと判定されると、ステップＳ３４６へ進んでシャットダウン処理を実行し、キーオフ信号が受信されない場合には図８のステップＳ３０２へ戻る。すなわち、キーオフ信号を受信するまで、以上のステップＳ３０２からステップＳ３４４までの処理が繰り返し実行される。なお、ステップＳ３４６においても、ステップＳ３００の場合と同様の診断処理が行われる場合がある。

負荷システム９０のマイコン９１は、上述した(1)〜(4)の４つの分類に応じて算出されたＳＯＣ推定に基づいて、それぞれの許容充放電範囲を逸脱しない範囲で、インバータ駆動のための放電電流制御や、回生による充電電流制御を行う。

分類(1)の場合には、Ｆ１＝Ｆ３＝０と差動増幅回路５も温度測定系も正常であるので、総電圧測定値Ｅoと温度測定値Ｔ０に基づいてＳＯＣを推定するとともに、通常の許容充放電範囲Ａ０を逸脱しない範囲で充放電制御を行う。

分類(2)の場合には、Ｆ１＝０，Ｆ３＝１であって差動増幅回路５は正常であるが温度測定系が悪化しているので、ＳＯＣ推定は、総電圧測定値Ｅoと温度測定値Ｔ０に基づいて行う。しかし、温度測定値Ｔ０には温度測定系悪化による誤差が生じているので、ＳＯＣ推定値にも誤差が生じている。そのため、後述するような理由により、通常の許容充放電範囲Ａ０よりも狭い範囲Ａ１を許容充放電範囲に設定する。

分類(3) の場合には、Ｆ１＝１であるので、差動増幅回路５の悪化により総電圧測定値Ｅoに誤差が生じている。そのため、ＳＯＣの推定には、総電圧測定値Ｅoに代えて、差動増幅回路５に入力される前の電圧値Ｖ３，Ｖ４に基づく総電圧測定値Ｅo’を用いる。フラグＦ３は０または１であるが、いずれにしても総電圧測定値Ｅo’を使用することでＳＯＣ推定に誤差が含まれているので、通常の許容充放電範囲Ａ０よりも狭い範囲Ａ１を許容充放電範囲に設定する。

分類(4) の場合には、Ｆ１＝２であって、定電圧回路２が故障していて精度ゼロと判断されるので、電池使用不能とする。

ここで、分類(2)，(3)の場合に、許容充放電範囲を通常の許容充放電範囲Ａ０よりも狭い範囲Ａ１に設定する理由について説明する。ここでは、範囲Ａ０が１０〜９０％であって、範囲Ａ１を２０〜８０％のように狭く設定する場合を例に説明する。Ｆ１＝Ｆ３＝０である分類(1)の場合には、測定値Ｅo，Ｔ０は精度が良いので、算出されるＳＯＣ推定値も精度が高い。そのため、範囲Ａ０の上限（９０％）または下限（１０％）まで充放電を行っても、過放電や過充電を招くことがない。

一方、分類(2)，(3)の場合のようにＳＯＣ推定値に誤差が生じている場合には、ＳＯＣ推定値として９０％が算出された場合であっても、実際のＳＯＣに対してずれが生じていて、例えば、実際のＳＯＣが９５％のようになっていることもある。そのような場合には、許容充放電範囲Ａ０で制御しているにもかかわらず、実際のＳＯＣが上限の９０％を越えて過放電になってしまうおそれがある。

しかし、上述のようにＳＯＣ推定値に誤差が生じている場合であっても、許容充放電範囲を２０〜８０％のように狭く設定すれば、ＳＯＣ推定値がこの範囲の上限８０％になった場合でも実際のＳＯＣは８５％程度となる。そのため、従来の範囲Ａ０における上限（９０％）を越えることがなく、安全に組電池１の充放電制御を行うことができる。また、このような制御を行うことで、組電池１の使用を可能な限り継続することができ、組電池１が使用不可となることで車両の燃費が低下するのを抑えることができる。

なお、測定精度が悪化する程度は、回路構成に応じて事前に見積もることができるので、従来の許容充放電範囲Ａ０に対して範囲Ａ１の幅をどれだけ狭めるかは、その見積もりに応じて決定すれば良い。また、許容充放電範囲Ａ０の上下限の両方を狭めるように設定したが、いずれか一方のみを狭めるように設定するようにしても良い。

［変形例］
ＳＯＣの算出には総電圧、充放電電流および電池温度に基づいて行われる。上述した実施の形態では、総電圧測定系および電池温度測定系の診断方法と、許容充放電範囲への診断結果の反映方法について説明したが、以下に述べる変形例では、電流検出系の診断結果も考慮して許容充放電範囲の設定を行うようにした。

上述したように、電流センサ３０にホール素子を使用した場合、電流センサ３０はオフセット誤差をもつ特性がある。そこで、マイコン９１は、車両起動直後の、すなわち、電流遮断装置７０（図１参照）が開放状態で電流値がゼロだとわかっているときの、電流センサ３０のセンサ出力値をオフセットとして記憶する。この記憶されたオフセット値の大きさが所定値Ｓ１以内である場合には、電流検出値をそのオフセット値でオフセット補正し、許容充放電範囲については変更しない。すなわち、上述した分類(1)〜(3)の許容充放電範囲をそのまま使用しつつ、オフセット補正した電流値を用いてＳＯＣ推定を行う。

また、記憶されたオフセット値の大きさが、所定値Ｓ１から所定値Ｓ２（Ｓ２＞Ｓ１）の範囲内に収まる場合には、電流検出値をそのオフセット値でオフセット補正し、許容充放電範囲については上述した分類(1)〜(3)の範囲をさらに制限する。すなわち、分類(1)〜(3)において許容充放電範囲がＡ０の場合にはより狭い範囲Ｂ０に制限し、許容充放電範囲がＡ１の場合にはより狭い範囲Ｂ１に制限する。もちろん、範囲Ａ０の場合は範囲Ａ１に変更し、総電圧診断および温度診断によって既に範囲Ａ１に制限されている場合には範囲Ａ１をそのまま使用するようにしても良い。

さらに、記憶されたオフセット値の大きさが所定値Ｓ２よりも大きい場合には、電流検出部３０の故障と判断し、図８のステップＳ３３０の場合と同じように電池使用不可と設定し、組電池１の使用を禁止する。

なお、例えばシステムの構成上、負荷システム９０内にも電流センサを設けている場合には、充放電許容範囲を制限せずに継続して組電池１を使用しても良い。また、ここでは、電流センサの検出結果を許容充放電範囲に反映させる方法の一例として、オフセット値の範囲を、２つの所定値Ｓ１、Ｓ２を用いて３つに分類したが、分類の仕方はこれに限るものではない。また、所定値Ｓ１，Ｓ２は電流センサ３０の特性等に基づいて設定される。

上述した実施の形態では、図１に示すようにバッテリコントローラ８０と負荷システム９０とが分離していて、マイコン６とマイコン９１との間でＣＡＮ通信する構成としたが、それらを統合し、一つのマイコンで制御するような構成としても良い。その場合、図６〜９で示すフローチャートの処理や制御は全て同一マイコンが実施することになる。

また、上述した例では、ＳＯＣ推定値の誤差に応じて許容充放電範囲（許容ＳＯＣ範囲）を変更したが、許容充放電範囲とは別に、許容充放電電力または許容充放電電流を制限するようにしても良い。組電池１の充放電を行う際には、組電池１の総電圧および電流値等から、受け入れ可能または取り出し可能な電力値（充放電可能電力値）または電流値（充放電可能電流値）を推定し、推定された充放電可能電力値または充放電可能電流値を超過しないように、組電池１の充放電を制御している。

上述したように、本実施の形態では総電圧測定系や電流センサ３０の診断を行っているので、その診断結果を上述した充放電制御に利用するようにしても良い。すなわち、総電圧測定系および電流センサ３０の故障の程度および内容に応じて、充放電電力値または充放電電流値を制限することで、その時点の組電池１の充放電可能電力値または充放電可能電流値を越えた過大な負荷が掛かるのを防止することが出来る。例えば、充放電可能電力値または充放電可能電流値を、故障の程度および内容に応じて小さく設定し、それらを越えないように充放電を制御する。

以上説明したように、本実施の形態の組電池制御装置は、組電池１の電池状態を表す物理量（総電圧、温度、電流値）を総電圧測定系（総電圧検出回路８２）、温度測定系（温度センサ１００，温度検出回路８３）、および電流測定系（電流センサ３０，電流検出回路８６）で検出する。これらの測定系の検出状態（故障状態）はマイコン６，９１によって診断される。マイコン９１は、測定系で検出された上記物理量に基づいて組電池１の充電状態（ＳＯＣ）を推定し、診断結果に基づいて、組電池１が使用可能な充電状態の範囲を表す許容充放電範囲を設定する。そして、マイコン９１は、推定された充電状態が許容充放電範囲に収まるように、組電池１の充放電を制御する。その結果、従来のように故障が検出されたら、ただちに組電池１の使用を禁止するのではなく、故障の程度に応じて安全に組電池１の制御を行うことで、燃費とユーザーの利便性を高めるという効果を得ることができる。

上述した各実施形態はそれぞれ単独に、あるいは組み合わせて用いても良い。それぞれの実施形態での効果を単独あるいは相乗して奏することができるからである。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。

１：組電池、２：定電圧回路、３，４：バッファ回路、５：差動増幅回路、６，９１：マイコン、１０：分圧抵抗、１１〜１４，５１〜５４：抵抗、３０：電流センサ、５０：差動増幅器、７０：電流遮断装置、８０：バッテリコントローラ、８１：セル電圧検出回路、８２：総電圧検出回路、８３：温度検出回路、８６：電流検出回路、９０：負荷システム、９２：インバータ、９３：モータ、１００：サーミスタ、ＢＣ１〜ＢＣ６：セル、ＳＷ１：スイッチ

Claims (5)

1. 組電池を構成するセルの温度を検出する温度センサと、
   診断時に前記温度センサの通電電流値を変化させ、検出温度の変化が第１の所定閾値を超えた場合に、前記温度センサと前記セルとの接触状態が異常であると診断する第１の診断手段と、
   前記温度センサの検出温度に基づいて、前記組電池の充電状態を推定する推定手段と、
   前記第１の診断手段により異常と診断されたときに、前記組電池に対する許容充放電範囲を、予め設定されている正常時許容充放電範囲よりも範囲の狭い異常時許容充放電範囲に設定する設定手段と、
   前記推定手段で推定された充電状態が前記異常時許容充放電範囲に収まるように、前記組電池の充放電を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする組電池制御装置。
2. 請求項１に記載の組電池制御装置において、
   前記組電池の総電圧を分圧抵抗により分圧して得られた電圧値を、増幅回路により増幅して検出する総電圧検出回路と、
   前記増幅回路の出力電圧に基づいて算出される第１の総電圧と前記増幅回路の入力電圧に基づいて算出される第２の総電圧との差が第２の所定閾値以上である場合に、前記増幅回路を異常と診断する第２の診断手段と、を備えることを特徴とする組電池制御装置。
3. 請求項２に記載の組電池制御装置において、
   前記推定手段は、前記増幅回路が異常と診断された場合には、前記第２の総電圧に基づいて前記組電池の充電状態を推定することを特徴とする組電池制御装置。
4. 請求項３に記載の組電池制御装置において、
   前記制御手段は、前記第１および第２の診断手段の少なくとも一方により異常と診断されたときに、前記組電池の充放電電力または充放電電流を制限することを特徴とする組電池制御装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の組電池制御装置において、
   前記組電池の充放電電流を検出する電流センサと、
   前記充放電電流がゼロのときの前記電流センサのオフセット値が所定値以下である場合に、前記電流センサにより検出された電流値を前記オフセット値でオフセット補正する補正手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記補正手段で補正された電流値に基づいて、前記組電池の充放電を制御することを特徴とする組電池制御装置。

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