JP5692040B2 - 蓄電システム - Google Patents

Description

本発明は、電流遮断器をそれぞれ有する複数の蓄電素子が並列に接続された蓄電ブロックにおいて、電流遮断器の作動状態を判別する蓄電システムに関する。

特許文献１に記載の集合電池では、複数の電池を並列に接続した構成において、並列に接続された各単電池に対してヒューズ等の電流遮断器を接続している。過大な電流が流れたときに電流遮断器によって単電池の電流経路が遮断され、電池が保護される。

特許文献２に記載の技術では、電流遮断機構を備える単電池が複数並列に接続された単電池群において、電流遮断機構が作動したことによる単電池群の内部抵抗の増加に基づいて、電流遮断機構が作動していない単電池群の内部抵抗を基準として、測定された単電池群の内部抵抗と基準の内部抵抗とを比較することで、単電池群に含まれる電流遮断機構の作動を検出している。

特開平０５−２７５１１６号公報 特開２００８−１８２７７９号公報 特開２０１１−１３５６５７号公報

電流遮断機構を備える単電池において、電流遮断機構が作動したか否かを検出するには各単電池に電流が流れているかを確認すればよいが、単電池群に流れる電流を検出しても、並列に接続された各単電池に流れる電流を監視することができないので、電流遮断機構の作動を検出することができない。一方、並列接続される各単電池それぞれに電流センサを設けて、単電池に流れる電流を監視することが考えられるが、複数の電流センサを設けることはコストアップとなる。

そこで、特許文献２に記載のように、単電池群に流れる電流を電流センサで検出し、単電池群単位で内部抵抗を監視すれば、単電池群の各単電池に電流センサを設けずに、電流遮断機構の作動状態を検出することができる。

しかしながら、監視される単電池群の内部抵抗には検出誤差が存在する。例えば、電流センサ及び電圧センサによって検出される各検出値にはセンサ誤差が含まれるので、これら検出値から取得される内部抵抗には、検出誤差が含まれることになる。このため、単電池群の内部抵抗の検出誤差によって電流遮断機構が作動状態にある単電池の検出漏れが生じるおそれがあり、単電池群における電流遮断機構の作動状態が精度よく検出できない。

つまり、電流遮断機構が作動していても、電流遮断機構が作動していない状態の単電池群の内部抵抗に比べて内部抵抗の変化が小さいと、その内部抵抗の変化が検出誤差によるものなのか、電流遮断機構の作動によるものなのかが把握（識別）できず、電流遮断機構の作動状態の検出精度が低下してしまう。

特に、並列に接続される単電池の数が多い単電池群において、電流遮断機構の作動数が少ないと、電流遮断器が作動していない状態の単電池群の内部抵抗に対して電流遮断機構が作動したことによる内部抵抗の変化が少なく、検出誤差に対して単電池群における電流遮断機構の作動状態が精度よく検出できない。

本願第１の発明である蓄電システムは、複数の蓄電素子が複数並列に接続され、蓄電素子それぞれに蓄電素子の内部における電流経路を遮断する電流遮断器が設けられた蓄電装置と、蓄電装置の電圧及び蓄電装置を流れる電流の各検出値から取得される検出抵抗値を用い、電流遮断器の作動前後における検出抵抗値の上昇に基づいて電流遮断器の作動状態を検出するコントローラと、を含んで構成されるとともに、蓄電装置は、蓄電素子が並列に接続された蓄電素子群を１つの蓄電ブロックとして蓄電ブロックが並列に複数接続されて構成されている。そして、蓄電ブロック内の並列に接続される蓄電素子の数は、並列に接続される蓄電素子の数に応じた電流遮断器の作動前後の蓄電ブロックの検出抵抗値の変化量が、検出抵抗値の検出誤差に基づく電流遮断器の作動前の検出抵抗値の誤差の上限値よりも大きくなるように規定されており、かつ並列に接続される蓄電ブロックそれぞれに、蓄電ブロックを流れる電流を検出する電流センサが設けられている。

本願第１の発明によれば、蓄電装置の検出抵抗値の検出誤差に対し、電流遮断器の作動前後の抵抗の変化量を検出可能な単電池の並列接続数を規定した蓄電システムが構成されるので、電流遮断器の作動状態を精度よく検出することができる。

蓄電装置を構成する蓄電素子の並列接続数は、検出誤差を含む電流遮断器の作動後の検出抵抗値の下限値が、検出誤差を含む電流遮断器の作動前の検出抵抗値の上限値よりも大きい変化量となるように規定することができる。

変化量は、少なくとも１つの電流遮断器が作動する前後の蓄電ブロックの検出抵抗値の差分を用いることができる。

検出誤差は、蓄電ブロックを流れる電流を検出する電流センサおよび蓄電ブロックの端子間電圧を検出する電圧センサの各センサ誤差に対する検出抵抗値の誤差を用いることができる。

コントローラは、検出誤差を含む電流遮断器の作動前の検出抵抗値の上限値よりも検出誤差を含む電流遮断器の作動後の検出抵抗値の下限値が大きい場合、電流遮断器の作動状態を検出することができる。

並列に接続される蓄電素子の数は、並列に接続される蓄電素子の数に応じた電流遮断器の作動前後の蓄電ブロックの検出抵抗値の変化量が、蓄電素子の製造バラツキに基づく並列に接続される単電池間の誤差及び蓄電素子の劣化に基づく並列に接続される蓄電素子間の誤差の少なくとも一方と、検出誤差とに基づく電流遮断器の作動前の検出抵抗値の上限値よりも大きくなるように規定することができる。

電流遮断器として、溶断によって前記電流経路を遮断するヒューズ、温度上昇に伴う抵抗の上昇によって電流経路を遮断するＰＴＣ素子又は、蓄電素子の内圧が上昇することに応じて変形し、電流経路を遮断する電流遮断弁を用いることができる。

電池システムの構成を示す図である。 組電池の構成を示す図である。 単電池の構成を示す図である。 各電池ブロックのブロック抵抗の変化と検出誤差の関係を示す一例である。 電池ブロックの単電池の並列接続数とブロック抵抗の検出誤差に対する監視単位との関係を示す図である。 単電池の並列接続数と電流センサとの関係を示す図である。 複数の電池ブロックが並列に接続された組電池１０の電池システムの一例である。 電流遮断器作動検出処理を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施例について説明する。

（実施例１）
本発明の実施例１である電池システム（蓄電システムに相当する）について、図１を用いて説明する。図１は、電池システムの構成を示す図である。本実施例の電池システムは、車両に搭載されている。

車両としては、ハイブリッド自動車や電気自動車がある。ハイブリッド自動車は、車両を走行させる動力源として、後述する組電池に加えて、エンジン又は燃料電池を備えている。電気自動車は、車両を走行させる動力源として、後述する組電池だけを備えている。

組電池１０の正極端子と接続された正極ラインＰＬには、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂが設けられている。システムメインリレーＳＭＲ−Ｂは、コントローラ４０からの制御信号を受けることにより、オンおよびオフの間で切り替わる。組電池１０の負極端子と接続された負極ラインＮＬには、システムメインリレーＳＭＲ−Ｇが設けられている。システムメインリレーＳＭＲ−Ｇは、コントローラ４０からの制御信号を受けることにより、オンおよびオフの間で切り替わる。

システムメインリレーＳＭＲ−Ｇには、システムメインリレーＳＭＲ−Ｐおよび電流制限抵抗Ｒが並列に接続されている。システムメインリレーＳＭＲ−Ｐおよび電流制限抵抗Ｒは、直列に接続されている。システムメインリレーＳＭＲ−Ｐは、コントローラ４０からの制御信号を受けることにより、オンおよびオフの間で切り替わる。電流制限抵抗Ｒは、組電池１０を負荷（具体的には、後述する昇圧回路３２）と接続するときに、突入電流が流れるのを抑制するために用いられる。

組電池１０を負荷と接続するとき、コントローラ４０は、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｐをオフからオンに切り替える。これにより、電流制限抵抗Ｒに電流を流すことができ、突入電流が流れるのを抑制することができる。

次に、コントローラ４０は、システムメインリレーＳＭＲ−Ｇをオフからオンに切り替えた後に、システムメインリレーＳＭＲ−Ｐをオンからオフに切り替える。これにより、組電池１０および負荷の接続が完了し、図１に示す電池システムは、起動状態（Ready-On）となる。一方、組電池１０および負荷の接続を遮断するとき、コントローラ４０は、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇをオンからオフに切り替える。これにより、図１に示す電池システムの動作は停止する。

昇圧回路３２は、組電池１０の出力電圧を昇圧し、昇圧後の電力をインバータ３３に出力する。また、昇圧回路３２は、インバータ３３の出力電圧を降圧し、降圧後の電力を組電池１０に出力することができる。昇圧回路３２は、コントローラ４０からの制御信号を受けて動作する。本実施例の電池システムでは、昇圧回路３２を用いているが、昇圧回路３２を省略することもできる。

インバータ３３は、昇圧回路３２から出力された直流電力を交流電力に変換し、交流電力をモータ・ジェネレータ３４に出力する。また、インバータ３３は、モータ・ジェネレータ３４が生成した交流電力を直流電力に変換し、直流電力を昇圧回路３２に出力する。モータ・ジェネレータ３４としては、例えば、三相交流モータを用いることができる。

モータ・ジェネレータ３４は、インバータ３３からの交流電力を受けて、車両を走行させるための運動エネルギを生成する。組電池１０の出力電力を用いて車両を走行させるとき、モータ・ジェネレータ３４によって生成された運動エネルギは、車輪に伝達される。

車両を減速させたり、停止させたりするとき、モータ・ジェネレータ３４は、車両の制動時に発生する運動エネルギを電気エネルギ（交流電力）に変換する。インバータ３３は、モータ・ジェネレータ３４が生成した交流電力を直流電力に変換し、直流電力を昇圧回路３２に出力する。昇圧回路３２は、インバータ３３からの電力を組電池１０に出力する。これにより、回生電力を組電池１０に蓄えることができる。

図２は、組電池１０の構成を示す。組電池１０は、直列に接続された複数の電池ブロック（蓄電ブロックに相当する）１１を有する。複数の電池ブロック１１を直列に接続することにより、組電池１０の出力電圧を確保することができる。ここで、電池ブロック１１の数は、組電池１０に対して要求される電圧を考慮して、適宜設定することができる。

各電池ブロック１１は、並列に接続された複数の単電池（蓄電素子に相当する）１２を有する。複数の単電池１２を並列に接続することにより、電池ブロック１１（組電池１０）の満充電容量を増やすことができ、組電池１０の出力を用いて車両を走行させるときの距離を延ばすことができる。

複数の電池ブロック１１は、直列に接続されているため、各電池ブロック１１には、等しい電流が流れる。各電池ブロック１１では、複数の単電池１２が並列に接続されているため、各単電池１２に流れる電流値は、電池ブロック１１に流れる電流値を、電池ブロック１１を構成する単電池１２の数（総数）で除算した電流値となる。具体的には、電池ブロック１１を構成する単電池１２の総数がＮ個であり、電池ブロック１１に流れる電流値がＩｓであるとき、各単電池１２に流れる電流値は、Ｉｓ／Ｎとなる。なお、本実施例では、電池ブロック１１を構成する複数の単電池１２において、内部抵抗のバラツキが発生していないものとしている。

単電池１２としては、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池といった二次電池を用いることができる。また、二次電池の代わりに、電気二重層キャパシタ（コンデンサ）を用いることができる。例えば、単電池１２としては、１８６５０型の電池を用いることができる。１８６５０型の電池は、いわゆる円筒型の電池であり、直径が１８［ｍｍ］であり、長さが６５．０［ｍｍ］である。円筒型の電池とは、電池ケースが円筒状に形成されており、電池ケースの内部には、充放電を行う発電要素が収容されている。発電要素の構成については、後述する。

単電池１２は、図３に示すように、発電要素１２ａおよび電流遮断器１２ｂを有する。発電要素１２ａおよび電流遮断器１２ｂは、単電池１２の外装を構成する電池ケースに収容されている。発電要素１２ａは、充放電を行う要素であり、正極板と、負極板と、正極板および負極板の間に配置されるセパレータとを有する。正極板は、集電板と、集電板の表面に形成された正極活物質層とを有する。負極板は、集電板と、集電板の表面に形成された負極活物質層とを有する。正極活物質層は、正極活物質や導電剤などを含んでおり、負極活物質層は、負極活物質や導電剤などを含んでいる。

単電池１２としてリチウムイオン二次電池を用いるときには、例えば、正極板の集電板をアルミニウムで形成し、負極板の集電板を銅で形成することができる。また、正極活物質としては、例えば、LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2を用い、負極活物質としては、例えば、カーボンを用いることができる。セパレータ、正極活物質層および負極活物質層には、電解液がしみ込んでいる。電解液を用いる代わりに、正極板および負極板の間に、固体電解質層を配置することもできる。

電流遮断器１２ｂは、単電池１２の内部における電流経路を遮断するために用いられる。すなわち、電流遮断器１２ｂが作動することにより、単電池１２の内部における電流経路が遮断される。電流遮断器１２ｂとしては、例えば、ヒューズ、ＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）素子又は、電流遮断弁を用いることができる。これらの電流遮断器１２ｂは、個別に用いることもできるし、併用することもできる。

電流遮断器１２ｂとしてのヒューズは、ヒューズに流れる電流に応じて溶断する。ヒューズを溶断させることにより、単電池１２の内部における電流経路を機械的に遮断することができる。これにより、発電要素１２ａに過大な電流が流れるのを防止して、単電池１２（発電要素１２ａ）を保護することができる。

電流遮断器１２ｂとしてのＰＴＣ素子は、単電池１２の電流経路に配置されており、ＰＴＣ素子の温度上昇に応じて抵抗を増加させる。ＰＴＣ素子に流れる電流が増加すると、ジュール熱によってＰＴＣ素子の温度が上昇する。ＰＴＣ素子の温度上昇に応じて、ＰＴＣ素子の抵抗が増加することにより、ＰＴＣ素子において、電流を遮断することができる。これにより、発電要素１２ａに過大な電流が流れるのを防止して、単電池１２（発電要素１２ａ）を保護することができる。

電流遮断器１２ｂとしての電流遮断弁は、単電池１２の内圧上昇に応じて変形し、発電要素１２ａとの機械的な接続を断つことにより、単電池１２の内部における電流経路を遮断することができる。単電池１２の内部は、密閉状態となっており、過充電などによって発電要素１２ａからガスが発生すると、単電池１２の内圧が上昇する。発電要素１２ａからガスが発生しているときには、単電池１２（発電要素１２ａ）は異常状態となる。単電池１２の内圧が上昇することに応じて、電流遮断弁を変形させることにより、発電要素１２ａとの機械的な接続を断つことができる。これにより、異常状態にある発電要素１２ａに充放電電流が流れるのを阻止し、単電池１２（発電要素１２ａ）を保護することができる。

図１に示す監視ユニット２０は、各電池ブロック１１の電圧を検出し、検出結果をコントローラ４０に出力する。電流センサ３１は、組電池１０に流れる電流値を検出し、検出結果をコントローラ４０に出力する。例えば、組電池１０を放電しているときには、電流センサ３１によって検出された電流値として、正の値を用いることができる。また、組電池１０を充電しているときには、電流センサ３１によって検出された電流値として、負の値を用いることができる。電流センサ３１は、組電池１０に流れる電流値を検出できればよく、正極ラインＰＬではなく、負極ラインＮＬに設けることもできる。

コントローラ４０は、メモリ４１を内蔵しており、メモリ４１は、コントローラ４０を動作させるためのプログラムや、特定の情報を記憶している。メモリ４１は、コントローラ４０の外部に設けることもできる。

次に、本実施例の電池システムにおける処理について説明する。本実施例は、並列に接続された複数の単電池１２で構成された電池ブロック１１において、各単電池１２それぞれに設けられる電流遮断器１２ｂの作動を検出する。

単電池１２の内部抵抗Ｒ、電池ブロック１１を構成する単電池１２の総数（単電池１２の並列接続数）がＮ個である場合、電流遮断器１２ｂが作動していない電池ブロック１１の内部抵抗Ｒａは、下記の式１のように表すことができる。
（式１）Ｒａ＝Ｒ／Ｎ

そして、単電池１２の総数Ｎ個のうち電流遮断器１２ｂがｘ個作動した場合、電流遮断器１２ｂが作動していない残りの単電池１２は、（Ｎ−ｘ）個となるので、電流遮断器１２ｂが作動した後の電池ブロック１１の内部抵抗Ｒｂは、
（式２）Ｒｂ＝Ｒ／（Ｎ−ｘ）
となる。そして、式１及び式２より、電流遮断器１２ｂが作動していない電池ブロック１１の内部抵抗Ｒａと、電流遮断器１２ｂがｘ個作動した後の電池ブロック１１の内部抵抗Ｒｂとは、下記の式３に示す関係を有する。
（式３）Ｒｂ＝Ｒａ×Ｎ／（Ｎ−ｘ）

式１〜式３において、ｘは、各電池ブロック１１において、作動状態にある電流遮断器１２ｂの数（遮断数）を示す。電流遮断器１２ｂは、各単電池１２に設けられているため、遮断数ｘは、作動状態にある電流遮断器１２ｂを有する単電池１２の数となる。電池ブロック１１において、すべての電流遮断器１２ｂが作動していないときには、遮断数ｘが０となる。

電流遮断器１２ｂが作動すると、作動状態にある電流遮断器１２ｂの数に応じて、電池ブロック１１の内部抵抗が上昇する。すなわち、式３に示すように、電流遮断器１２ｂが作動した後の電池ブロック１１の内部抵抗Ｒｂは、電流遮断器１２ｂが作動する前の電池ブロック１１の内部抵抗Ｒａに対して、Ｎ／（Ｎ−ｘ）倍となる。「Ｎ／（Ｎ−ｘ）」の値は、１よりも大きい値となるため、内部抵抗Ｒｂは、内部抵抗Ｒａよりも高くなる。

各電池ブロック１１の内部抵抗を監視し、例えば、電流遮断器１２ｂが作動する前の電池ブロック１１の内部抵抗Ｒａを基準にして、電池ブロック１１の内部抵抗が基準の内部抵抗Ｒａよりも上昇している場合、電池ブロック１１において電流遮断器１２ｂの作動状態を検出することができる。

電池ブロック１１の内部抵抗は、監視ユニット２０によって検出される検出電圧Ｖと、電流センサ３１によって検出される検出電流Ｉと、を用いて算出することができる。例えば、所定のタイミング（周期）で取得される検出電圧Ｖ及び検出電流Ｉから各電池ブロック１１の内部抵抗を算出することができる。

このとき、算出される電池ブロック１１の内部抵抗には、検出誤差ａが含まれる。例えば、監視ユニット２０によって検出される検出電圧Ｖには、センサ誤差ｂが含まれ、さらに電流センサ３１によって検出される検出電流Ｉには、センサ誤差ｃが含まれる。このため、各検出値から算出される電池ブロック１１の内部抵抗は、センサ誤差ｂ、ｃに基づく電池ブロック１１の内部抵抗に対する検出誤差ａを含むことになる。センサ誤差ｂ、ｃは、センサ毎に予め分かっている値なので、電池ブロック１１の内部抵抗に対する検出誤差ａは、各センサ誤差から予め把握（算出）することができる。

この電池ブロック１１の内部抵抗に対する検出誤差ａは、電流遮断器１２ｂの作動前後における電池ブロック１１の内部抵抗の上昇を検出して電流遮断器１２ｂの作動状態を検出する場合、検出精度に影響を与える。

例えば、単電池１２の内部抵抗Ｒが１００Ω、並列に接続される単電池１２の数が２０個だとすると、電流遮断器１２ｂの作動前の電池ブロック１１の内部抵抗Ｒａは、式１により５Ωと算出することができる。つまり、並列に接続される単電池１２の数が多いほど、電池ブロック１１の内部抵抗は小さくなり、並列に接続される単電池１２の数が少ないと、電池ブロック１１の内部抵抗は大きくなる。

したがって、並列に接続される単電池１２の数が多い状態で電流遮断器１２ｂが作動する前と後での電池ブロック１１の内部抵抗の変化は小さくなり、並列に接続される単電池１２の数が少ない状態で電流遮断器１２ｂが作動する前と後での電池ブロック１１の内部抵抗の変化は大きくなる。

具体的には、並列に接続される単電池１２の数が２０個の電池ブロック１１を一例に説明すると、電流遮断器１２ｂが１つ作動した電池ブロック１１の単電池１２の数、言い換えれば、並列に接続される複数の単電池１２のうち電流遮断器１２ｂが作動していない残りの単電池１２の数は、並列に接続される単電池１２の数から電流遮断器１２ｂが作動した遮断数を差し引いた数なので、１９個となる。したがって、電流遮断器１２ｂが作動する前の電池ブロック１１の内部抵抗は５Ω、電流遮断器１２が１つ作動した後の電池ブロック１１の内部抵抗は５.２６Ωとなり、内部抵抗差が、０．２６Ωとなる。

一方、並列に接続される単電池１２の数が５個の電池ブロック１１では、電流遮断器１２ｂが作動する前の電池ブロック１１の内部抵抗は２０Ω、電流遮断器１２ｂが１つ作動した後の電池ブロック１１の内部抵抗は２５Ωとなり、内部抵抗差が、５Ωとなる。

このように並列に接続される単電池１２の数が多い状態（電流遮断器１２ｂが作動していない状態の単電池１２の並列接続数が多い状態）から少なくとも１つの電流遮断器１２ｂが作動した場合に表れる内部抵抗の変化は、並列に接続される単電池１２の数が少ない状態で少なくとも１つの電流遮断器１２ｂが作動した場合に表れる電池ブロック１１の内部抵抗の変化よりも小さくなる。

電流遮断器１２ｂが作動する前と後での電池ブロック１１の内部抵抗の変化が小さいと、電池ブロック１１の内部抵抗の検出誤差に対し、電流遮断器１２ｂの作動による電池ブロック１１の内部抵抗の変化を正確に検出することができない。したがって、電池ブロック１１を構成する並列に接続された単電池１２の数が多いと、電池ブロック１１において電流遮断器１２ｂが作動していない状態から少なくとも１つの電流遮断器１２ｂの作動状態を精度よく検出することができない。

図４は、電池ブロック１１の電流遮断器１２ｂが作動する前と作動した後の内部抵抗と検出誤差ａとの関係を示した図である。

図４に示すように、電池ブロック１１の電流遮断器１２ｂが作動する前の内部抵抗Ｒａは、検出誤差ａにより、（１−ａ）Ｒａ〜（１＋ａ）Ｒａの範囲の値となる。一方、電池ブロック１１において電流遮断器１２ｂが１つ作動した状態の内部抵抗Ｒｂは、（１−ａ）Ｒｂ〜（１＋ａ）Ｒｂの範囲の値となる。このため、例えば、（１−ａ）Ｒｂが（１＋ａ）Ｒａの一部に含まれる場合、内部抵抗Ｒａに対する内部抵抗Ｒｂの変化は、内部抵抗Ｒａの検出誤差ａの範囲内となり、電流遮断器１２ｂが作動したことによる電池ブロック１１の内部抵抗の変化を把握できず、電流遮断器１２ｂの作動状態を精度よく検出できない。

したがって、電池ブロック１１の内部抵抗の検出誤差ａに対して以下の式４を満たせば、検出誤差ａの影響を受けずに電流遮断器１２ｂが作動したことによる電池ブロック１１の内部抵抗の変化を正確に検出することができることになる。
（式４）（１−ａ）Ｒｂ＞（１＋ａ）Ｒａ

式４によれば、検出誤差ａを含む内部抵抗Ｒａの上限値Ｒａ（１＋ａ）よりも、検出誤差を含む内部抵抗Ｒｂの下限値（１−ａ）Ｒｂが大きければ、電池ブロック１１の内部抵抗の検出誤差ａの影響を受けずに、少なくとも１つの電流遮断器１２ｂの作動状態を内部抵抗の変化によって検出することができる。

そして、式４を上記式１，２を用いて変形すると、下記の式５を得ることができる。
（式５）（１−ａ）×Ｒ×（１／（Ｎ−ｘ））＞（１＋ａ）×Ｒ／Ｎ
式５をＮについて展開すると、
（式６）Ｎ＜（（１＋ａ）／２ａ）×ｘ
となる。

式６において、並列に接続される単電池１２の数Ｎに対して遮断数ｘ＝１が、内部抵抗の変化が最も小さいので、検出誤差ａに対して並列に接続される単電池１２の数Ｎが下記の式７を満たす場合、電池ブロック１１の内部抵抗の検出誤差ａの影響を受けずに、電流遮断器１２ｂの作動状態を正確に検出できることになる。
（式７）Ｎ＜（１＋ａ）／２ａ

例えば、検出誤差ａ＝０．０５である場合、式７からＮ＝１０．５となるので、電池ブロック１１を構成する単電池１２の数の上限値は、Ｎ＝１０となり、検出誤差ａ＝０．０５に対して電流遮断器１２ｂの作動状態を正確に検出するための電池ブロック１１を構成する単電池１２の数が算出できる。

電流遮断器１２ｂの作動前と１つの電流遮断器１２ｂの作動後との間の単電池１２の数に応じた内部抵抗の変化量に対し、電池ブロック１１の内部抵抗の検出誤差ａを考慮して並列に接続される単電池１２の数を決定することで、検出誤差ａの影響を受けないで電流遮断器１２ｂの作動状態を検出可能な電池ブロック１１（電池システム）を構成することができる。つまり、内部抵抗の検出誤差ａは、並列に接続される単電池１２の数に応じた電流遮断器１２ｂの作動前と１つの電流遮断器１２ｂの作動後との間の内部抵抗の変化量に対する検出限界を示すものであり、並列に接続された単電池１２を含む電池ブロック１１において電流センサ３１で検出される検出電流を用いて電流遮断器１２ｂの作動状態を検出可能な監視単位を示している。

図５は、電池ブロック１１における単電池１２の並列接続数と内部抵抗の検出誤差ａに対する監視単位との関係を示す図である。図５に示すように、電池ブロック１１の内部抵抗の検出誤差ａは、電流センサ３１のセンサ誤差に依存するので、式７で規定される検出誤差ａに対する並列に接続される単電池１２の数は、１つの電流センサ３１を用いて電流遮断器１２ｂの作動状態を検出可能な監視単位となり、監視単位毎に電流センサ３１を設けることで、電流遮断器１２ｂの作動前と１つの電流遮断器１２ｂの作動後との間の内部抵抗の変化を検出誤差ａの影響を受けずに精度よく検出可能な電池システムを構成することができる。

例えば、図６に示すように、検出誤差ａを用いて規定される電池ブロック１１の単電池１２の並列接続数を超えると、電流遮断器１２ｂの作動状態を精度よく検出できないので、並列に接続された複数の単電池１２のうちＮ＞（（１＋ａ）／２ａ）を超える単電池１２は、別の電流センサ３１によって検出するように電池ブロック１１を構成する。１つの電流センサ３１を用いて電流遮断器１２ｂの作動状態を検出可能な監視単位（並列に接続される単電池１２の数）毎に電池ブロック１１を構成しつつ、監視単位で区分された各電池ブロックそれぞれに電流センサ３１を１つずつ設けた電池システムを構成することで、検出誤差ａの影響を抑制して精度よく電流遮断器１２ｂの作動状態を検出することができる。

図７は、複数の電池ブロック１１が並列に接続された電池システムの一例を示す図である。図７に示すように、１つの電流センサ３１で並列に接続される電池ブロック１１全体の電流値を検出するのではなく、１つの電流センサ３１を用いて電流遮断器１２ｂの作動状態を検出可能な監視単位毎に区分された電池ブロック１１それぞれに電流センサ３１が設けられている。

なお、図２の例において、組電池１０が複数の電池ブロック１１を直列に接続した態様を一例に示しているが、例えば、それぞれが電流遮断器１２ｂを備えて並列に複数接続された単電池１２を含む１つの電池ブロック１１が組電池１０として構成されてもよい。この場合においても、電流遮断器１２ｂの作動前と１つの電流遮断器１２ｂの作動後との間の単電池１２の数に応じた内部抵抗の変化量に対し、組電池１０の内部抵抗の検出誤差ａを考慮して並列に接続される単電池１２の数を規定した組電池１０を含む電池システムを構成でき、組電池１０の電流遮断器１２ｂの作動状態を精度よく検出することができる。

図８は、本実施例の電流遮断器１２ｂの作動状態を検出する処理を示すフローチャートである。図８に示す処理は、所定の周期で行われ、コントローラ４０によって実行される。図８に示す処理は、各電池ブロック１１に対して行われる。

ステップＳ１０１において、コントローラ４０は、各電池ブロック１１の検出電圧Ｖ及び電流センサ３１によって検出される検出電流Ｉを取得する。取得した情報は、メモリ４１に記憶される。

ステップＳ１０２において、コントローラ４０は、電池ブロック１１の内部抵抗を算出する。内部抵抗は、取得した検出電圧Ｖ及び検出電流Ｉを用いて算出することができる。

ステップＳ１０３において、コントローラ４０は、メモリ４１に予め記憶されている検出誤差ａを読み出し、算出した内部抵抗Ｒ２と前回算出した内部抵抗Ｒ１とを比較して、算出した内部抵抗Ｒ２が、前回算出された内部抵抗Ｒ１の（１＋ａ）／（１−ａ）倍よりも大きい値か否かを判別する。

なお、前回算出された内部抵抗Ｒ１が存在しない場合、電流遮断器１２ｂが作動していない単電池１２で構成された電池ブロック１１の内部抵抗Ｒａを用いることができる。内部抵抗Ｒａは、基準内部抵抗値として予めメモリ４１に保持することができる。

コントローラ４０は、ステップＳ１０３において、電流遮断器１２ｂが作動したことによる電池ブロック１１の内部抵抗の上昇を検出できなかった場合、ステップＳ１０５に進み、電池ブロック１１に含まれる単電池１２の電流遮断器１２ｂが作動していないと検出する。コントローラ４０は、ステップＳ１０６において、今回算出した内部抵抗Ｒ２を前回算出した過去の内部抵抗Ｒ１としてメモリ４１に記憶する。

一方、ステップＳ１０３において電流遮断器１２ｂが作動したことによる電池ブロック１１の内部抵抗の上昇が検出された場合、ステップＳ１０４に進み、電池ブロック１１に含まれる単電池１２の電流遮断器１２ｂが作動している状態であることを検出する。

なお、電池ブロック１１に含まれる単電池１２の電流遮断器１２ｂが作動している状態であることを検出した場合、コントローラ４０は、出力上限値を低く設定した組電池１０の充放電を行うなどの充放電制御を行うことができる。

（実施例２）
本発明の実施例２である電池システムについて説明する。実施例１では電池ブロック１１の内部抵抗の検出誤差ａとして、監視ユニット２０及び電流センサ３１の少なくとも一方又は両方のセンサ誤差を一例に説明したが、本実施例は、さらに製造バラツキによる単電池１２の内部抵抗Ｒの初期抵抗誤差を考慮して電流遮断器１２ｂの作動状態を検出する電池システム例である。なお、電池システムを構成する電池ブロック１１、単電池１２及び電流遮断１２ｂの各構成は、実施例１と同様である。

電流遮断器１２ｂが設けられる単電池１２それぞれの内部抵抗Ｒは、実際には製造時のバラツキによって各々相違する。製造時の単電池１２の内部抵抗Ｒのバラツキは、製造された単電池１２の内部抵抗を予め測定し、製造上の基準内部抵抗に対する初期抵抗誤差を算出することで、取得することができる。

したがって、単電池１２の内部抵抗Ｒは、初期抵抗誤差ｄに対して（１−ｄ）Ｒ〜（１＋ｄ）Ｒの範囲の値となる。ここで、電池ブロック１１を構成する並列に接続された複数の単電池１２のうち、内部抵抗（１＋ｄ）Ｒの単電池がｍ個、内部抵抗（１−ｄ）Ｒの単電池１２が（Ｎ−ｍ）個であるとした場合、電流遮断器１２ｂの作動前後の電池ブロック１１の内部抵抗の変化量が最も小さくなる単電池１２は、内部抵抗（１＋ｄ）Ｒの単電池となる。

すなわち、初期抵抗誤差ｄを含む内部抵抗Ｒが大きい単電池１２の電流遮断器１２ｂが作動した場合、電流遮断器１２ｂの作動前後における内部抵抗の変化量が最も小さくなる。例えば、３つの単電池１２が並列に接続された電池ブロック１１において、各単電池１２の内部抵抗が、Ｒ１＝１００Ω、Ｒ２＝２００Ω、Ｒ３＝５０Ωの内部抵抗Ｒａは、２８．６Ωとなる。このとき、内部抵抗Ｒ２の単電池１２の電流遮断器１２ｂが作動した後の電池ブロック１１の内部抵抗Ｒｂは３３．３Ω、内部抵抗Ｒ１の単電池１２の電流遮断器１２ｂが作動した後の電池ブロック１１の内部抵抗Ｒｂは４０Ω、内部抵抗Ｒ３の単電池１２の電流遮断器１２ｂが作動した後の電池ブロック１１の内部抵抗Ｒｂは６６．７Ωとなる。並列に接続される単電池１２のうち内部抵抗の最も大きい単電池１２の電流遮断器１２ｂが作動する前後の電池ブロック１１の内部抵抗の変化量が最も小さいことが分かる。

したがって、初期抵抗誤差ｄに対する内部抵抗が最も高い（１＋ｄ）Ｒの単電池１２に設けられた電流遮断器１２が作動する前後の電池ブロック１１の内部抵抗の変化量が、初期抵抗誤差ｄと区分可能な変化量となる単電池１２の並列接続数の電池ブロック１１を構成することで、初期抵抗誤差ｄの影響を受けずに、電流遮断器１２ｂの作動状態を検出することができる。

電流遮断器１２ｂの作動前の電池ブロック１１の内部抵抗Ｒａは、
（式８）１／Ｒａ＝ｍ／（１＋ｄ）Ｒ＋（Ｎ−ｍ）／（１−ｄ）Ｒ
であり、（１＋ｄ）Ｒの単電池１２に設けられた電流遮断器１２が作動した後の電池ブロック１１の内部抵抗Ｒｂは、
（式９）１／Ｒｂ＝（ｍ−１）／（１＋ｄ）Ｒ＋（Ｎ−ｍ）／（１−ｄ）Ｒ
となる。

そして、式８，式９で表した各内部抵抗Ｒａ、Ｒｂを用いて式４の関係を表すと、
（式１０）

となり、式１０をＮで展開すると、
（式１１）

となる。

式１１において、並列に接続される単電池１２の数Ｎに対して内部抵抗（１＋ｄ）Ｒの単電池の数ｍ＝０の場合、並列に接続される単電池１２の内部抵抗に製造時の初期抵抗誤差によるバラツキがなく、全ての単電池１２間で同じの初期抵抗誤差ｄを含む内部抵抗となる（各単電池１２において初期抵抗誤差が一定であり、単電池１２間でバラツキがない）。一方、式１１において、並列に接続される単電池１２の数Ｎが最小となる並列に接続される単電池１２の数Ｎに対する内部抵抗（１＋ｄ）Ｒの単電池１２の数は、ｍ＝１である。したがって、実施例１の検出誤差ａ及び製造バラツキによる単電池１２の内部抵抗の初期抵抗誤差ｄに対し、電流遮断器１２ｂの作動状態を正確に検出するための電池ブロック１１を構成する単電池１２の数は、式１１から算出することができる。

本実施例では、電流遮断器１２ｂの作動前と１つの電流遮断器１２ｂの作動後との間の単電池１２の数に応じた内部抵抗の変化量に対し、電池ブロック１１の内部抵抗の検出誤差ａ及び並列に接続された単電池１２のうちの各内部抵抗の製造バラツキに応じた単電池１２間の初期抵抗誤差ｄを考慮して並列に接続される単電池１２の数を決定することで、検出誤差ａに加えて製造バラツキによる単電池１２の内部抵抗の初期抵抗誤差の影響を受けないで電流遮断器１２ｂの作動状態を検出可能な電池ブロック１１（電池システム）を構成することができる。

そして、電池ブロック１１の内部抵抗の検出誤差ａ及び並列に接続された単電池１２のうちの各内部抵抗の製造バラツキに応じた単電池１２間の初期抵抗誤差ｄを考慮して決定された数の並列に接続される単電池１２で構成される電池ブロック１１において、コントローラ４０は、実施例１に示したように、検出した電池ブロック１１の内部抵抗と前回算出した電流遮断器１２の作動前の内部抵抗とを比較し、検出した電池ブロック１１の内部抵抗が、前回算出された内部抵抗の（１＋ａ）／（１−ａ）倍よりも大きい場合、電流遮断器１２が作動状態であることを検出する。

（実施例３）
本発明の実施例３である電池システムについて説明する。実施例２では、製造バラツキによる単電池１２間での内部抵抗Ｒの初期抵抗誤差を考慮して電流遮断器１２ｂの作動状態を検出する電池システム例を示したが、本実施例は、単電池１２の充放電に伴う電池劣化を考慮した電流遮断器１２ｂの作動状態を検出する電池システム例である。なお、電池システムを構成する電池ブロック１１、単電池１２及び電流遮断１２ｂの各構成は、実施例１，２と同様である。

電流遮断器１２ｂが設けられる単電池１２それぞれの内部抵抗Ｒは、充放電などの使用により劣化して上昇することが知られている。同じ使用条件であれば、各単電池１２それぞれの内部抵抗の上昇は同じとなるので、並列に接続される単電池１２の劣化に伴って上昇する内部抵抗間にバラツキが生じることは少ないが、実際には各単電池１２に対する負荷（使用環境温度など）が単電池１２間で異なるので、劣化（摩耗劣化）に伴う内部抵抗の上昇が単電池１２間でバラつく。

単電池１２間での劣化に伴う内部抵抗のバラツキは、電池ブロック１１の充放電履歴や環境温度の情報を用い、予め作成される環境温度と使用時間等に応じた単電池１２の内部抵抗の上昇マップから劣化に伴う内部抵抗の上昇値を算出し、算出された上昇値を劣化抵抗誤差ｅとして取得することができる。劣化抵抗誤差ｅ等の情報は、メモリ４１に保持される。

このため、単電池１２の劣化を伴う内部抵抗Ｒは、劣化抵抗誤差ｅに対して（１−ｅ）Ｒ〜（１＋ｅ）Ｒの範囲の値となる。さらに、実施例２で述べた製造バラツキに対する単電池１２の初期抵抗誤差ｄを考慮すると、単電池１２の劣化を伴う内部抵抗Ｒは、（１――ｄ）Ｒ〜（１＋ｄ＋ｅ）Ｒの範囲の値となる。なお、単電池１２の劣化によって内部抵抗は上昇（増加するので）、単電池１２の劣化に伴う内部抵抗の下限値には、劣化抵抗誤差ｅが含まれないものとして表すことができる。

そして、実施例２同様に、電池ブロック１１を構成する並列に接続された複数の単電池１２のうち、内部抵抗（１＋ｄ＋ｅ）Ｒの単電池がｍ個、内部抵抗（１−ｄ）Ｒの単電池１２が（Ｎ−ｍ）個であるとした場合、電流遮断器１２ｂの作動前後の電池ブロック１１の内部抵抗の変化量が最も小さくなる単電池１２は、内部抵抗（１＋ｄ＋ｅ）Ｒの単電池となる。

したがって、初期抵抗誤差ｄ及び劣化抵抗誤差ｅに対する内部抵抗が最も高い（１＋ｄ＋ｅ）Ｒの単電池１２に設けられた電流遮断器１２が作動する前後の電池ブロック１１の内部抵抗の変化量が、初期抵抗誤差ｄ及び劣化抵抗誤差ｅと区分可能な変化量となる単電池１２の並列接続数の電池ブロック１１を構成することで、初期抵抗誤差ｄに加えて劣化抵抗誤差ｅの影響を受けずに、電流遮断器１２ｂの作動状態を検出することができる。

電流遮断器１２ｂの作動前の電池ブロック１１の内部抵抗Ｒａは、
（式１２）１／Ｒａ＝ｍ／（１＋ｄ＋ｅ）Ｒ＋（Ｎ−ｍ）／（１−ｄ）Ｒ
であり、（１＋ｄ＋ｅ）Ｒの単電池１２に設けられた電流遮断器１２が作動した後の電池ブロック１１の内部抵抗Ｒｂは、
（式１３）１／Ｒｂ＝（ｍ−１）／（１＋ｄ＋ｅ）Ｒ＋（Ｎ−ｍ）／（１−ｄ）Ｒ
となる。

そして、式１２，式１３で表した各内部抵抗Ｒａ、Ｒｂを用いて式４の関係を表すと、
（式１４）

となり、式１４をＮで展開すると、
（式１５）

となる。

式１５において、並列に接続される単電池１２の数Ｎに対して内部抵抗（１＋ｄ＋ｅ）Ｒの単電池の数ｍ＝０の場合、並列に接続される単電池１２それぞれにおいて劣化に伴う内部抵抗のバラツキがなく、全ての単電池１２間で同じの劣化抵抗誤差ｅを含む内部抵抗となる（各単電池１２において劣化抵抗誤差ｅが一定であり、単電池１２間でバラツキがない）。一方、式１５において、並列に接続される単電池１２の数Ｎに対して内部抵抗（１＋ｄ＋ｅ）Ｒの単電池の数ｍ＝１の場合、並列に接続される単電池１２の数Ｎが最小となるので、実施例２の初期抵抗誤差ｄ及び劣化抵抗誤差ｅに対し、電流遮断器１２ｂの作動状態を正確に検出するための電池ブロック１１を構成する単電池１２の数は、式１２から算出することができる。

本実施例では、電流遮断器１２ｂの作動前と１つの電流遮断器１２ｂの作動後との間の単電池１２の数に応じた内部抵抗の変化量に対し、電池ブロック１１の内部抵抗の検出誤差ａ、電池ブロック１１を構成する単電池１２間の初期抵抗誤差ｄ及び劣化抵抗誤差ｅを考慮して並列に接続される単電池１２の数を決定することで、実施例２の初期抵抗誤差ｄに加えて単電池１２の使用等に伴う劣化抵抗誤差の影響を受けないで電流遮断器１２ｂの作動状態を検出可能な電池ブロック１１（電池システム）を構成することができる。

コントローラ４０は、電池ブロック１１の内部抵抗の検出誤差ａ、単電池１２間の初期抵抗誤差ｄ及び劣化抵抗誤差ｅを考慮して決定された数の並列に接続される単電池１２で構成される電池ブロック１１において、コントローラ４０は、実施例１に示したように、検出した電池ブロック１１の内部抵抗と前回算出した電流遮断器１２の作動前の内部抵抗とを比較し、検出した電池ブロック１１の内部抵抗が、前回算出された内部抵抗の（１＋ａ）／（１−ａ）倍よりも大きい場合、電流遮断器１２が作動状態であることを検出する。

なお、本実施例では、実施例２の初期抵抗誤差ｄを加味した単電池１２の使用等に伴う劣化抵抗誤差ｅの影響を受けないで電流遮断器１２ｂの作動状態を検出可能な電池ブロック１１について説明したが、単電池１２の使用等に伴う劣化抵抗誤差ｅと検出誤差ａの影響を受けない電流遮断器１２ｂの作動状態を検出可能な電池ブロック１１（電池システム）を構成することもできる。

このように実施例１〜３における電池システムは、電流経路を遮断する電流遮断器１２ｂを有する単電池１２が複数並列に接続された電池ブロック１１によって構成される組電池１０において、電池ブロック１１の内部抵抗の検出誤差、各単電池１２の製造バラツキによる初期抵抗誤差、又は使用等による摩耗劣化のバラツキによる劣化抵抗誤差に対し、単電池１２の数に応じた電流遮断器１２ｂの作動前後の電池ブロック１１の内部抵抗の変化量が検出可能な電池ブロック１１を構成する並列に接続された単電池１２の数を規定しているので、電池ブロック１１での電流遮断器１２ｂの作動状態を精度よく検出することができる。

特に、並列に接続される単電池１２の数が多いと、電流遮断器１２の作動後の電池ブロック１１の内部抵抗の変化量が小さいので、電池ブロック１１の内部抵抗の検出誤差、各単電池１２の製造バラツキによる初期抵抗誤差、又は使用等による摩耗劣化のバラツキによる劣化抵抗誤差に対し、電流遮断器１２ｂの作動前後の単電池１２の数に応じた内部抵抗の変化の検出限界に基づく単電池１２の並列接続数を規定した電池システムを構築することで、電流遮断器１２ｂの作動状態を精度よく検出することができる。

１０：組電池
１１：電池ブロック
１２：単電池
１２ｂ：電流遮断器
２０：監視ユニット
３１：電流センサ
３２：昇圧回路
３３：インバータ
３４：モータ・ジェネレータ
４０：コントローラ
４１：メモリ

Claims (7)

1. 複数の蓄電素子が複数並列に接続され、前記蓄電素子それぞれに前記蓄電素子の内部における電流経路を遮断する電流遮断器が設けられた蓄電装置と、
   前記蓄電装置の電圧及び前記蓄電装置を流れる電流の各検出値から取得される検出抵抗値を用い、前記電流遮断器の作動前後における検出抵抗値の上昇に基づいて前記電流遮断器の作動状態を検出するコントローラと、を含み、
   前記蓄電装置は、前記蓄電素子が並列に接続された蓄電素子群を１つの蓄電ブロックとして前記蓄電ブロックが並列に複数接続されて構成されており、
   前記蓄電ブロック内の並列に接続される前記蓄電素子の数に応じた前記電流遮断器の作動前後の前記蓄電ブロックの検出抵抗値の変化量が、前記検出抵抗値の検出誤差に基づく前記電流遮断器の作動前の検出抵抗値の誤差の上限値よりも大きくなるように、前記蓄電ブロック内の並列に接続される前記蓄電素子の数が規定されているとともに、並列に接続される前記蓄電ブロックそれぞれに、前記蓄電ブロックを流れる電流を検出する電流センサを設けたことを特徴とする蓄電システム。
2. 前記検出誤差を含む前記電流遮断器の作動後の検出抵抗値の下限値が、前記検出誤差を含む前記電流遮断器の作動前の検出抵抗値の上限値よりも大きい前記変化量となるように、前記蓄電素子の数が規定されていることを特徴とする請求項１に記載の蓄電システム。
3. 前記変化量は、少なくとも１つの前記電流遮断器が作動する前後の前記蓄電ブロックの検出抵抗値の差分であることを特徴とする請求項１又は２に記載の蓄電システム。
4. 前記検出誤差は、前記蓄電ブロックを流れる電流を検出する前記電流センサおよび前記蓄電ブロックの端子間電圧を検出する電圧センサの各センサ誤差に対する前記検出抵抗値の誤差であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の蓄電システム。
5. 前記コントローラは、前記検出誤差を含む前記電流遮断器の作動前の検出抵抗値の上限値よりも前記検出誤差を含む前記電流遮断器の作動後の検出抵抗値の下限値が大きい場合、前記電流遮断器の作動状態を検出することを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の蓄電システム。
6. 並列に接続される前記蓄電素子の数に応じた前記電流遮断器の作動前後の前記蓄電ブロックの検出抵抗値の変化量が、前記蓄電素子の製造バラツキに基づく前記並列に接続される蓄電素子間の誤差及び前記蓄電素子の劣化に基づく前記並列に接続される蓄電素子間の誤差の少なくとも一方と前記検出誤差とに基づく前記電流遮断器の作動前の検出抵抗値の誤差の上限値よりも大きくなるように、前記蓄電素子の数が規定されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の蓄電システム。
7. 前記電流遮断器は、溶断によって前記電流経路を遮断するヒューズ、温度上昇に伴う抵抗の上昇によって前記電流経路を遮断するＰＴＣ素子又は、前記蓄電素子の内圧が上昇することに応じて変形し、前記電流経路を遮断する電流遮断弁であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の蓄電システム。

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