JP5502183B1

JP5502183B1 - バッテリーマネジメント装置

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Publication number: JP5502183B1
Application number: JP2012266848A
Authority: JP
Inventors: 功一安川; 彰古田; 伸也豊岡
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-12-06
Filing date: 2012-12-06
Publication date: 2014-05-28
Anticipated expiration: 2032-12-06
Also published as: JP2014116992A

Abstract

【課題】バランサ抵抗が劣化等によって抵抗値が増加した場合であっても、セルバランスを、例えば1回の充電期間中に完了させることにより、バッテリーパックの効率のよい運用を可能にする。
【解決手段】バッテリーパック１０４に含まれる複数のバッテリーセル２０３の各電圧を検出するセル電圧検出手段２０５と、各バッテリーセル２０３の電圧をセルバランスする際の目標セル電圧を算出する目標セル電圧値算出手段２１３と、バッテリーセル２０３の電圧を放電させるバランサ抵抗２０７の抵抗値を算出するバランサ抵抗値算出手段２１７と、バランサ抵抗２０７の抵抗値からバランサ２０４を駆動する判定に使用されるしきい値を算出するバランサ駆動判定しきい値算出手段２１４と、前記のセル電圧と目標セル電圧とバランサ駆動判定しきい値とからバランサ駆動を開始するか否かを判定するバランサ駆動開始判定手段２１５とを備え、バランサ駆動開始判定手段２１５の判定結果に基づいてセルバランスを実施する。
【選択図】図２

Description

本発明は、バッテリーセルのセル電圧を均等化するセルバランスの実施、およびセルバランス機能の著しい喪失を検出するバッテリーマネジメント装置に関するものである。

近年、２次電池は家庭用または工業用の非常用電源用途や電気自動車の駆動用電源として用いられるようになってきた。２次電池は起電圧や電気容量に制限があるため、上記用途に応じて複数の２次電池を直並列に接続して使用することが一般的であり、このような構造の電池を組電池または単にバッテリーパックと言う。また、バッテリーパックを構成する単位となる電池をバッテリーセルまたは単にセルと言う。

バッテリーパックを使用する際、バッテリーセルの製造個体差や、温度などの使用環境の差により、各バッテリーセルの電圧にバラツキが生じる。バラツキが生じると、放電時に電圧の最も低いバッテリーセルが逸早く過放電状態となり、他のバッテリーセルには放電余裕があるにも関わらず、バッテリーパック全体として放電ができなくなる。また充電時に、電圧の最も高いバッテリーセルが逸早く満充電状態となり、他のバッテリーセルに充電余裕があるにも関わらず、バッテリーパック全体として充電ができなくなる。その結果、例えばバッテリーパックを駆動用バッテリーに使用している電気自動車の場合、バッテリーパックが効率よく充電または放電を行うことが出来なくなり、航続可能距離が短くなってしまう。

そのため、従来は、各バッテリーセルのセル電圧を監視し、電圧が相対的に高いバッテリーセルをセルバランス回路（以下バランサと呼ぶ）により放電させて電圧を下降させる方法などにより、各バッテリーセルの電圧を均一化するセルバランス制御が一般的に行われているが、バランサに故障が生じた場合には、バッテリーパックの性能を維持することができない。上記問題を解決するために、バランサの断線や短絡を検出する方法が特許文献１に示されている。

特表２０１２−５１５３５４号公報

ところが、特許文献１では、バランサの断線や短絡は検出できても、劣化等によってバランサ抵抗値が増加して放電能力が大きく低下したような状態を検出できない。バランサ抵抗値が増加した場合には、セル電圧が目標セル電圧値に到達するまでの所要時間が長くなってしまうために、１回の充電期間中にセルバランスを完了できなくなってしまう。

以上の動作を、図１０のタイミングチャートに基づいて説明する。図中（ａ）はバランサ抵抗の抵抗値、（ｂ）（点線）はバランサ駆動開始の判定に使用しているバランサ駆動判定しきい値、（ｃ）はセル電圧と目標セル電圧値の差であるバランサ駆動判定値ΔV、（ｄ）はバランサ駆動状態をそれぞれ示している。図の縦中央を境に、左側がバランサ抵抗初期状態、右側がバランサ抵抗劣化状態を示している。

まず、バランサ抵抗初期状態では、バランサ駆動判定値ΔＶが所定のバランサ駆動判定しきい値を上回ったｔ１１のタイミングでバランサ駆動をＯＮにする。これにより、バランサ駆動判定値ΔＶは、バランサ駆動ＯＮ状態で低下していくが、バランサ駆動判定値ΔＶが０になるまで、バランサ駆動ＯＮを継続し、バランサ駆動判定値ΔＶが０となるｔ１２のタイミングでバランサ駆動をＯＦＦにする。

次に、バランサ抵抗劣化状態では、初期状態と同様にバランサ駆動判定値ΔＶが所定のバランサ駆動判定しきい値を上回ったｔ２１のタイミングでバランサ駆動をＯＮにするが、劣化によりバランサ抵抗値が増加している影響で、バランサ駆動判定値ΔＶの低下速度が初期状態と比べて遅くなり、その結果、バランサ駆動判定値ΔＶが０となるまでのバランサ駆動時間ｔ２１〜ｔ２２は、初期状態でのバランサ駆動時間ｔ１１〜ｔ１２と比べて長くなってしまう。

本発明の目的は、バランサ抵抗が劣化等によって抵抗値が増加した場合であっても、セルバランスを所要時間内、例えば1回の充電期間中に完了させることにより、バッテリーパックの効率のよい運用を可能にするバッテリーマネジメント装置を提供することである。

この発明に係るバッテリーマネジメント装置は、バッテリーパックに含まれた複数のバッテリーセルの各電圧を検出するセル電圧検出手段と、各バッテリーセルの電圧をセルバランスする際の到達目標電圧である目標セル電圧を算出する目標セル電圧値算出手段と、バッテリーセルの電圧を放電させるバランサの放電抵抗であるバランサ抵抗の抵抗値を算出するバランサ抵抗値算出手段と、バランサ抵抗の抵抗値からバランサを駆動する判定に使用されるバランサ駆動判定しきい値を算出するバランサ駆動判定しきい値算出手段と、前記のセル電圧と目標セル電圧とバランサ駆動判定しきい値とからバランサ駆動を開始するか否かを判定するバランサ駆動開始判定手段とを備え、バランサ駆動開始判定手段の判定結果に基づいてセルバランス制御を実施するものである。

本発明によれば、バランサのバランサ抵抗の劣化によりバランサ抵抗値が増加して放電能力が低下した場合にも、セル電圧を目標セル電圧値まで放電するための所要時間を従来のものに比して短くすることができ、セルが完全に放電された状態から満充電に達するまでの１回の充電期間中にセルバランスを完了させることが可能となる。また、バランサが断線に到る前に早期にユーザにセルバランス機能の異常を警告することが可能となる。

この発明の実施の形態１に係るバッテリーマネジメント装置を採用した電気自動車を示す図である。実施の形態１に係るバッテリーマネジメント装置の構成を示すブロック図である。実施の形態１に係るバッテリーマネジメント装置の動作を説明するフローチャートである。実施の形態１のセル電圧値格納を説明する詳細なフローチャートである。実施の形態１の目標セル電圧値算出を説明する詳細なフローチャートである。実施の形態１のバランサ駆動開始判定を説明する詳細なフローチャートである。実施の形態１のバランサ駆動処理を説明する詳細なフローチャートである。実施の形態１のバランサ抵抗値算出処理を説明する詳細なフローチャートである。実施の形態１のセルバランス機能異常警告処理を説明する詳細なフローチャートである。従来技術の問題点を説明するタイミングチャートである。本発明の効果を説明するタイミングチャートである。バランサ抵抗値とバランサ駆動判定しきい値の関係を表す図（テーブル）である。

実施の形態１．
図１は、本発明に係るバッテリーマネジメント装置を、車両、例えば電気自動車１００に適用したものの全体構成を示す図である。電気自動車１００は、電気自動車の走行および充電制御を行う車両制御装置１０１と、車輪を駆動する駆動用モータ１０２と、駆動用モータ１０２を制御するインバータ１０３と、インバータ１０３へ電力を供給するバッテリーパック１０４と、バッテリーパック１０４を監視するバッテリーマネジメント装置１０５と、バッテリーマネジメント装置１０５の異常状態を通知するセルバランス機能異常警告灯１０６と、外部よりバッテリーパック１０４を充電するための充電器１０７を備えている。

次に動作を説明する。車両制御装置１０１は、電気自動車１００の走行を行うために、インバータ１０３へ駆動用モータ１０２の駆動要求を行う。インバータ１０３は、バッテリーパック１０４の電力を使用して駆動用モータ１０２を駆動する。バッテリーマネジメント装置１０５は、バッテリーパック１０４を監視し、バッテリーパック１０４のバッテリー状態を車両制御装置１０１へ送る。車両制御装置１０１は、バッテリー状態に応じて走行制御を実現する。さらに、車両制御装置１０１は、外部からの充電要求により充電器１０７へバッテリーパック１０４の充電指示を行う。この充電指示に基づいて、充電器１０７は外部からのバッテリーパック１０４への充電を制御する。

図２は、本発明に係るバッテリーマネジメント装置１０５の構成を示すもので、併せて車両制御装置１０１、バッテリーパック１０４、セルバランス機能異常警告灯１０６および充電器１０７も示している。車両制御装置１０１は、走行および充電制御を行なうマイコン２０１を備えている。本マイコン２０１は、充電制御を行うための充電制御モード判定手段２０２を備えている。バッテリーパック１０４は複数のセル２０３より構成される。１つのセル２０３の電圧は低いため、通常、複数個のセル２０３を直列に接続してバッテリーパック１０４を構成し、車両駆動に必要な電圧を得ている。

バッテリーマネジメント装置１０５は、セル２０３の電圧を均一化するバランサ２０４と、セル２０３の電圧を検出するセル電圧検出手段２０５と、セルバランス制御を行うマイコン２０６と、バランサ抵抗値格納手段２１８とを備え、セル２０３の電圧を監視し、全てのセル電圧を均一化するセルバランス制御を実施する。

バランサ２０４は、セル２０３毎にセルに並列接続される、バランサ抵抗２０７とトランジスタ等のスイッチング素子２０８の直列回路からなり、マイコン２０６からスイッチング素子２０８に与えられるセルバランス制御指示によりバランサ駆動を実施する。セル電圧検出手段２０５は、セル２０３毎にセルに並列接続されて各セル電圧を検出する。セル電圧検出手段２０５により検出されたセル電圧はマイコン２０６に出力される。マイコン２０６は、上位制御装置である車両制御装置１０１と通信により接続されており、車両制御装置１０１からの情報を基に、セルバランス制御の実施可否を判定する。実施可能であると判定すると、セル電圧検出手段２０５により検出したセル電圧からバランサ２０４の駆動判定および駆動制御を行うものである。

具体的には、マイコン２０６は、車両制御装置１０１の充電制御モード判定手段２０２からの情報に基づき、セルバランス制御の実施可否を判定するセルバランス制御実施判定手段２０９と、セル電圧検出手段２０５からのセル電圧を各セル毎にRAMに格納するセル
電圧値格納手段２１０と、セルバランス制御実施判定手段２０９からのセルバランス制御実施判定およびセル電圧値格納手段２１０からの各セル電圧を受けてバランサ２０４を制御するセルバランス制御手段２１１を備えている。マイコン２０６は、さらに、セルバランス制御手段２１１からの、後述するバランサ駆動判定しきい値を基に、セルバランス機能の異常を判定し警告するセルバランス機能異常警告手段２１２を備えている。セルバランス機能異常警告手段２１２の出力は、セルバランス機能の異常時に警告を発する外部のセルバランス機能異常警告灯１０６に供給される。

セルバランス制御手段２１１は、セル電圧値格納手段２１０からの各セル電圧に基づいて目標セル電圧を算出する目標セル電圧値算出手段２１３と、セル電圧値格納手段２１０からの各セル電圧と各セルのバランサ駆動状態から、各セルのバランサ抵抗を算出するバランサ抵抗値算出手段２１７と、バランサ抵抗値算出手段２１７からの各セルのバランサ抵抗算出値に基づいてバランサ駆動判定しきい値を算出するバランサ駆動判定しきい値算出手段２１４と、セル電圧値格納手段２１０からの各セル電圧と目標セル電圧値算出手段２１３からの目標セル電圧とバランサ駆動判定しきい値算出手段２１４からのバランサ駆動判定しきい値より、各セルのバランサ駆動開始を判定するバランサ駆動開始判定手段２１５と、バランサ駆動開始判定手段２１５からのバランサ駆動開始判定指示より、バランサ２０４の駆動を行うバランサ駆動手段２１６を備えている。

次に、バッテリーマネジメント装置１０５の動作を説明する。図２において、バッテリーマネジメント装置１０５のセル電圧検出手段２０５は、接続されているセル２０３より読み取ったセル電圧値をセル電圧値格納手段２１０へ出力する。セル電圧値格納手段２１０は、一定周期毎にセル電圧値を自身のRAMに格納し、各セルの電圧値を一括して目標セル電圧値算出手段２１３と、バランサ駆動開始判定手段２１５と、バランサ駆動手段２１６と、バランサ抵抗値算出手段２１７とへ出力する。

一方、充電器１０７は、電源、例えば商用交流２００Ｖ電源が接続されると、充電器接続信号を車両制御装置１０１の充電制御モード判定手段２０２へ出力する。このとき充電制御モード判定手段２０２は、車両が充電動作であると判定し、充電制御モード判定信号をバッテリーマネジメント装置１０５のセルバランス制御実施判定手段２０９に出力する。セルバランス制御実施判定手段２０９は、該充電制御モード判定信号が入力されると、セルバランス制御実施可能と判定して、セルバランス制御実施可能信号をセルバランス制御手段２１１に出力し、セルバランス制御手段２１１を動作させる。

セルバランス制御手段２１１において、目標セル電圧値算出手段２１３は、セル電圧値格納手段２１０から出力されたセル毎のセル電圧値から、最小値である最小セル電圧値を算出し、これを目標セル電圧として、バランサ駆動開始判定手段２１５とバランサ駆動手段２１６へ出力する。

バランサ抵抗値算出手段２１７では、セル電圧値格納手段２１０より出力されたセル電圧値とバランサ駆動手段２１６より出力されたバランサ駆動信号より、バランサ抵抗値を算出する。バランサ抵抗値の算出方法については後述する。バランサ抵抗値算出手段２１７では、該セル電圧値と該バランサ駆動信号より、セル毎にバランサＯＦＦ時のセル電圧値Ve_off[V]とバランサＯＮ時のセル電圧Ve_on[V]を算出し、予めパラメータとして準備されたセル内部抵抗値Ri[Ω]から下記の式（３）によりバランサ抵抗値Rb[Ω]を算出し、バランサ抵抗値格納手段２１８へ出力する。

バランサ抵抗値格納手段２１８は、不揮発性の格納手段、例えばEEPROMであり、バランサ抵抗値算出手段２１７よりバランサ抵抗値が出力された場合にバランサ抵抗値を格納する。また、バランサ抵抗値格納手段２１８は、格納しているバランサ抵抗値を、一定周期ごとにバランサ駆動判定しきい値算出手段２１４に出力する。

一方、バランサ駆動判定しきい値算出手段２１４は、図１２に示す２次元マップデータを備えており、バランサ抵抗値格納手段２１８から入力されるバランサ抵抗値を入力として、本マップを参照することでバランサ駆動判定しきい値を算出し、バランサ駆動開始判定手段２１５へ出力する。そして、バランサ駆動開始判定手段２１５は、セル電圧値格納手段２１０から出力されたセル毎のセル電圧値と、目標セル電圧値算出手段２１３から出力された目標セル電圧との差分値（バランサ駆動判定値ΔＶ）を算出し、該差分値と該バランサ駆動判定しきい値を比較し、該差分値が大きい場合にバランサ駆動可能と判定して、バランサ駆動開始判定信号をバランサ駆動手段２１６へ出力する。

バランサ駆動手段２１６は、バランサ駆動開始判定手段２１５から出力されたバランサ駆動開始判定信号が入力されると、セル電圧値格納手段２１０から出力されたセル毎のセル電圧値が、目標セル電圧値算出手段２１３から出力された目標セル電圧に一致するまで、セルに該当するバランサ駆動信号をバランサ２０４へ出力する。出力されたバランサ駆動信号は、バランサ２０４内の該当するセルのスイッチング素子２０８をＯＮし、セルバランスを実施する。

次に、バランサ抵抗値の算出方法を説明する。ここで、バランサ抵抗値をRb[Ω]、セルの内部抵抗値をRi[Ω]、バランサＯＮ時のセル端子間電圧をVe_on[V]、バランサＯＦＦ時のセル端子間電圧をVe_off[V]、バランサＯＮ時のセルに流れる電流をIb[A]とすると、バランサＯＮ時のセル端子間電圧降下は次式で表される。
一方、バランサＯＮ時のバランサ電流Ibは、
よって、（１）式と（２）式よりバランサ抵抗Rb[Ω]は、
として求められる。

さらに、セルバランス機能異常警告手段２１２は、いずれかのセルのバランサ駆動判定しきい値が、予めパラメータとして準備されたバランサ抵抗劣化判定しきい値未満の場合に、バランサがバランサ抵抗の劣化により１回の充電期間中にセルバランスを完了させることが出来ない状態にあるとして、セルバランス機能異常警告灯１０６を点灯させる。また、いずれかのセルのバランサ駆動判定しきい値が、予めパラメータとして準備されたバランサ抵抗短絡判定しきい値より大きい場合には、バランサのバランサ抵抗が短絡した状態にあるとして、セルバランス機能異常警告灯１０６を点灯させる。なお、上記バランサ抵抗劣化判定しきい値および上記バランサ抵抗短絡判定しきい値の詳細については後述する。

次に、セル電圧を均一化するためのセルバランス制御動作をフローチャートに基づいて説明する。図３は、バッテリーマネジメント装置１０５が実施するセルバランス制御概要を示すフローチャートである。本処理は、所定時間毎実施される。

図３において、まず、ステップＳ１で、セル電圧検出手段２０５から取得したセル電圧を、セル電圧値格納手段２１０にてセル毎に順次RAMに格納する。次に、ステップＳ２にて、車両制御装置１０１の充電制御モード判定手段２０２からの情報に基づきセルバランス制御演算実施判定を行う。具体的には、充電制御モード判定手段２０２からの情報が充電動作中であるか否かを判定する。充電動作中の場合はセルバランス制御演算実施要（Yes）と判定し、充電動作中でない場合はセルバランス制御演算実施不要(No)と判定する。ステップＳ２にてセルバランス制御演算実施要と判定した場合、ステップ３へ進み、ステップＳ２にてセルバランス制御演算実施不要と判定した場合はステップＳ７へ進む。

次に、ステップＳ３では、前記ステップＳ１にて格納した各セル電圧より、バランサ駆動開始判定を行うための目標セル電圧を算出する。次に、ステップＳ４にて、後述する各セルのバランサ抵抗値に基づいて、各セルのバランサ駆動開始判定しきい値を算出し、前記ステップＳ１にて格納したセ各ル電圧と前記ステップＳ３にて算出した目標セル電圧より、バランサ駆動を開始するか否かの判定を行う。

次に、ステップＳ５のバランサ駆動処理にて、前記ステップＳ４のバランサ駆動を開始するか否かの判定結果と、前記ステップＳ１にて格納した各セル電圧と、前記ステップＳ３にて算出した目標セル電圧から、セルバランス制御を行う。次に、ステップＳ６のバランサ抵抗算出処理にて、各セル毎に、バランサ駆動ＯＦＦ時のセル電圧と、バランサ駆動ＯＮ時のセル電圧からバランサ抵抗値を算出する。

次に、ステップ７のセルバランス機能異常警告処理では、前記ステップＳ４にて算出した、バランサ駆動判定しきい値に基づいて、バランサがバランサ抵抗の劣化により１回の充電期間中にセルバランスを完了させることが出来ない状態にあること、或いはバランサ抵抗が短絡した状態にあることを検出し、セルバランス機能異常警告灯１０６の制御を行う。

以降にステップＳ１、Ｓ３〜Ｓ７の詳細を説明する。
＜ステップＳ１の説明＞
図４は、ステップＳ１の詳細を示すフローチャートである。セル電圧検出手段２０５は、通信手段等によりマイコン２０６に接続されている。まず、ステップＳ１１では、セル電圧検出手段２０５により検出されたセル電圧を、マイコン２０６にて読み込む。次にステップＳ１２で、読み込んだセル電圧を、セル電圧値格納手段２１０において、対象のセル電圧格納用ＲＡＭへ記憶する。なお、ステップＳ１の処理は図２のセル電圧値格納手段２１０にて実施する。

＜ステップＳ３の説明＞
図５は、ステップＳ３の詳細を示すフローチャートである。ステップＳ３１では、前記ステップＳ１にて格納された各セル電圧より、最小となる電圧をセル最小電圧として算出する。次にステップＳ３２にて、ステップＳ３１で算出したセル最小電圧を目標セル電圧として算出する。なお、ステップＳ３の処理は図２の目標セル電圧値算出手段２１３にて実施する。

＜ステップＳ４の説明＞
図６は、ステップＳ４の詳細を示すフローチャートである。まず、ステップＳ４１にて、セル毎にセル電圧と目標セル電圧との電位差ΔV[V]をバランサ駆動判定値として算出する。
バランサ駆動判定値ΔV ＝セル電圧 − 目標セル電圧（4）
なお、ステップＳ４１の処理は図２のバランサ駆動開始判定手段２１５にて実施する。次に、ステップＳ４２にて、後述するセル毎のバランサ抵抗値に基づき、図１２に示されたマップデータを参照して、セル毎のバランサ駆動判定しきい値を算出する。なお、ステップＳ４２の処理は図２のバランサ駆動判定しきい値算出手段２１４にて実施する。

図１２に示すマップデータは、横軸をバランサ抵抗値、縦軸をバランサ駆動判定しきい値としている。バランサ抵抗値に対して、セル２０３が完全に放電された状態から満充電に達するまでの充電期間において、セル２０３のセル電圧を目標セル電圧値までセルバランスすることが可能な電圧差をバランサ駆動判定しきい値として設定したものである。例えば本発明の実施の形態では、バランサ抵抗が初期状態である４０[Ω]の場合、上述の充電期間中に目標セル電圧値までセルバランス可能な電圧差は２００[mV]、４００[Ω]の場合では２０[mV]としている。

次に、ステップＳ４３にて、ステップＳ４１で算出されたバランサ駆動判定値ΔVとステップＳ４２で算出されたバランサ駆動判定しきい値とを比較する。バランサ駆動判定値ΔVがバランサ駆動判定しきい値よりも大きい場合（Yes）はステップＳ４４へ進み、当該セルのバランサ駆動開始指示をＯＮとする。バランサ駆動判定値ΔVがバランサ駆動判定しきい値よりも小さい場合（No）はステップＳ４５へ進み、当該セルのバランサ駆動開始指示をＯＦＦとする。なお、ステップＳ４３〜Ｓ４５の処理は図２のバランサ駆動開始判定手段２１５にて実施する。

＜ステップＳ５の説明＞
図７は、ステップＳ５の詳細を示すフローチャートである。まず、ステップＳ５１にて、対象セルのバランサがＯＮか否かを判定する。対象セルのバランサ駆動ＯＮである場合（Yes）はステップ５２へ進み、バランサ駆動ＯＮでない場合（No）はステップＳ５５へ進む。ステップＳ５２では、バランサ駆動ＯＮであるセルのセル電圧値が目標セル電圧に達したか否か判定する。セル電圧値が目標セル電圧より大きい場合（Yes）にはステップＳ５３へ進み、目標セル電圧以下である場合（No）にはステップＳ５４へ進む。ステップＳ５３では、対象セルのスイッチング素子２０８をＯＮすることにより、バランサ駆動をＯＮにする。ステップＳ５４では、対象セルのスイッチング素子２０８をＯＦＦすることにより、バランサ駆動をＯＦＦする。

一方、ステップ５５では、バランサ駆動開始指示がＯＮであるか否かを判定する。バランサ駆動開始指示がＯＮであった場合（Yes）にはステップＳ５６へ進み、バランサ駆動開始指示がＯＦＦであった場合（No）にはステップＳ５７へ進む。ステップＳ５６では、対象セルのスイッチング素子２０８をＯＮにすることによりバランサ駆動をＯＮにする。ステップＳ５７では、対象セルのスイッチング素子２０８をＯＦＦにすることによりバランサ駆動をＯＦＦにする。なお、ステップＳ５の処理は図２のバランサ駆動手段２１６に
て実施する。

＜ステップＳ６の説明＞
図８は、ステップＳ６の詳細を示すフローチャートである。まず、ステップＳ６１にて、対象セルのバランサ駆動状態を判断する。対象セルのバランサ駆動がＯＮである場合（Yes）にはステップＳ６２へ進み、対象セル電圧をバランサ駆動ＯＮ時電圧として格納する。ステップＳ６１にて、対象セルのバランサ駆動がＯＦＦと判断した場合（No）にはステップＳ６３へ進み、対象セル電圧をバランサ駆動ＯＦＦ電圧として格納する。

次に、ステップＳ６４にて、対象セルのバランサ駆動ＯＮ時電圧とバランサ駆動ＯＦＦ時電圧の両方を格納済みであるかを判定する。対象セルのバランサ駆動ＯＮ時電圧とバランサ駆動ＯＦＦ時電圧の両方を格納済み（Yes）であれば、ステップＳ６５へ進み、上式（３）に基づきバランサ抵抗を算出する。ステップＳ６４にて対象セルのバランサ駆動ＯＮ時電圧とバランサ駆動ＯＦＦ時電圧の両方を格納済みでなければ（No）本処理を終了する。なお、ステップＳ６の処理は図２のバランサ抵抗値算出手段２１７にて実施する。なお、バランサ抵抗値は前記ステップＳ４にてバランサ駆動判定しきい値の演算に用いるため、不揮発性の格納手段、例えばEEPROM等に格納しておく。

＜ステップＳ７の説明＞
本発明では更にステップＳ７にて、ステップＳ４で算出したバランサ駆動判定しきい値から、バランサ抵抗２０７の劣化により１回の充電期間中にセルバランスを完了させることが出来ない状態にあること、或いはバランサ抵抗２０７が短絡した状態にあることを検出し、セルバランス機能異常警告灯１０６により通知する。

図９は、ステップＳ７の詳細を示すフローチャートである。まず、ステップＳ７１にて、ステップＳ４で算出したバランサ駆動判定しきい値とバランサ抵抗劣化判定しきい値を比較する。いずれかのセルのバランサ駆動判定しきい値がバランサ抵抗劣化判定しきい値より小さい場合（Yes）には、バランサがバランサ抵抗２０７の劣化により１回の充電期間中にセルバランスを完了させることが出来ない状態にあるとしてステップＳ７２に進み、セルバランス機能異常警告灯１０６を点灯させる。なお、ステップＳ７の処理は図２のセルバランス機能異常警告手段２１２にて実施する。バランサ抵抗劣化判定しきい値としては、セル２０３が完全に放電された状態から満充電に達するまでの１回の充電期間中にセル電圧を目標セル電圧値までセルバランスすることが不可能となるバランサ抵抗２０７の抵抗値をもとに設定する。図１２では上述のセルバランスが不可能となるバランサ抵抗値をＡ[Ω]として、バランサ抵抗劣化判定しきい値を設定している。

一方、ステップ７１でバランサ駆動判定しきい値がバランサ抵抗劣化判定しきい値より大きい場合（No）には、ステップＳ７３に進み、バランサ駆動判定しきい値とバランサ抵抗短絡判定しきい値を比較する。いずれかのセルのバランサ駆動判定しきい値がバランサ抵抗短絡判定しきい値より大きい場合（Yes）には、バランサのバランサ抵抗２０７が短絡した状態にあるとしてステップＳ７４に進み、セルバランス機能異常警告灯１０６を点灯させる。バランサ駆動判定しきい値がバランサ抵抗短絡判定しきい値より小さい場合（No）には、セルバランス機能正常としてステップＳ７５に進み、セルバランス機能異常警告灯１０６を消灯する。バランサ抵抗短絡判定しきい値としては例えば、短絡時のバランサ抵抗値０[Ω]に対してセル電圧検出精度に起因するバランサ抵抗値算出誤差を加味した設定を行う。図１２ではバランサ抵抗値算出誤差を加味したバランサ抵抗値Ｂ[Ω]をもとにバランサ抵抗短絡判定しきい値を設定している。

以上の動作を、図１１のタイミングチャートに基づいて説明する。図中（ａ）はバランサ抵抗２０７の抵抗値、（ｂ）の点線はバランサ駆動開始の判定に使用しているバランサ駆動判定しきい値、（ｃ）はセル電圧と目標セル電圧値の差であるバランサ駆動判定値ΔV、（ｄ）はバランサ駆動状態を示している。また、図の縦中央を境に、左側がバランサ抵抗初期状態、右側がバランサ抵抗劣化状態を示している。

まず、バランサ抵抗初期状態では、バランサ抵抗値に応じたバランサ駆動判定しきい値を算出し、バランサ駆動判定値ΔＶがバランサ駆動判定しきい値を上回ったｔ１１のタイミングでバランサ駆動をＯＮにする。以降、バランサ駆動判定値ΔＶが０になるまで、バランサ駆動ＯＮを継続し、バランサ駆動判定値ΔＶが０となるｔ１２のタイミングでバランサ駆動をＯＦＦにする。

次に、バランサ抵抗劣化状態の場合は、初期状態に比べてバランサ抵抗値が大きくなっており、初期状態よりも小さい値のバランサ駆動判定しきい値が算出され、バランサ駆動判定値ΔＶがバランサ駆動判定しきい値を上回ったｔ２３のタイミングでバランサ駆動をＯＮにする。バランサ駆動判定値ΔＶは、バランサ駆動ＯＮ状態で低下していき、バランサ抵抗値が大きくなっている影響で低下速度が初期状態と比べて遅くなっているが、バランサ駆動判定しきい値を変化させることでバランサ駆動判定値ΔＶが０となるまでのバランサ駆動時間ｔ２３〜ｔ２４は初期状態ｔ１１〜ｔ１２と比べてほぼ相違なく、所要時間内にセルバランスを完了することが出来る。

以上、この発明を実施の形態について説明したが、この発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜変形することができる。

１００電気自動車、１０１車両制御装置、１０２駆動用モータ、１０３インバータ、１０４バッテリーパック、１０５バッテリーマネジメント装置、１０６セルバランス機能異常警告灯、１０７充電器、２０１車両制御装置のマイコン、２０２充電制御モード判定手段、２０３バッテリーセル、２０４バランサ、２０５セル電圧検出手段、２０６バッテリーマネジメント装置のマイコン、２０７バランサ抵抗、２０８スイッチング素子、２０９セルバランス制御実施判定手段、２１０セル電圧値格納手段、２１１セルバランス制御手段、２１２セルバランス機能異常警告手段、２１３目標セル電圧値算出手段、２１４バランサ駆動判定しきい値算出手段、２１５バランサ駆動開始判定手段、２１６バランサ駆動手段、２１７バランサ抵抗値算出手段、２１８バランサ抵抗値格納手段。

Claims

バッテリーパックに含まれる複数のバッテリーセルの各電圧を検出するセル電圧検出手段と、前記各バッテリーセルの電圧をセルバランスする際の到達目標電圧である目標セル電圧を算出する目標セル電圧値算出手段と、前記バッテリーセルの電圧を放電させるバランサの放電抵抗であるバランサ抵抗の抵抗値を算出するバランサ抵抗値算出手段と、前記バランサ抵抗の抵抗値から前記バランサを駆動する判定に使用されるバランサ駆動判定しきい値を算出するバランサ駆動判定しきい値算出手段と、前記のセル電圧と目標セル電圧とバランサ駆動判定しきい値とからバランサ駆動を開始するか否かを判定するバランサ駆動開始判定手段とを備え、前記バランサ駆動開始判定手段の判定結果に基づいてセルバランス制御を実施することを特徴とするバッテリーマネジメント装置。
前記バランサ駆動判定しきい値算出手段が算出したバランサ駆動判定しきい値に基づいて、前記バランサの異常を判定するセルバランス機能異常警告手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載のバッテリーマネジメント装置。
前記バッテリーパックは車両に搭載された車両駆動用のものであることを特徴とする請求項１または２に記載のバッテリーマネジメント装置。
車両に搭載された車両制御装置の充電制御モード判定手段によって、車両が充電動作中であると判定されたときに、セルバランス制御を実施することを特徴とする請求項３に記載のバッテリーマネジメント装置。