JP6236775B2 - 検知装置 - Google Patents

Description

本発明は、検知装置に関するものである。

放電回路をトランジスタと抵抗器で構成し、組み電池セルのコネクタに嵌合するコネクタにより、組み電池セルと放電回路とを接続し、セル電圧比較回路を構成する３つのコンパレータの反転入力端子を組み電池セルの端子に、非反転入力端子を基準電圧源に接続し、当該コンパレータの入力端子を所定時間短絡することにより、コンパレータの入力側の浮遊容量を放電して、放電回路による短絡を解除した後に、コンパレータの入力端子電圧が短絡状態の電圧である場合には、組み電池セルとコンパレータの入力端子との間が非導通状態であると判断する電源装置が開示されている（特許文献１）。

特開２００１−１５７３６７号公報

しかしながら、上記従来の電源装置では、例えば放電回路の内部で異常が発生した場合でも、組み電池セルとコンパレータの入力端子との間が非導通状態であると、判断されるため、異常の種類を区別した上で、異常を検知することができない、という問題があった。

本発明は、異常の種類を区別した上で、異常を検知することができる検知装置を提供する。

本発明は、第１のスイッチ手段を、複数のセルのうち第１のセルに対して電気的に並列に接続し、第２のスイッチ手段を、第１のセルに隣接する第２のセルに対して電気的に並列に接続し、第１のスイッチ手段をオンに、かつ、第２のスイッチ手段をオフにした第１の切り替え状態における電圧検出手段の検出電圧と、第１のスイッチ手段をオフに、かつ、第２のスイッチ手段をオンにした第２の切り替え状態における電圧検出手段の検出電圧とを比較し、その比較結果に基づいて、セルの状態、容量調整手段の回路の状態、複数のセルの端子と容量調整手段の端子とを接続する接続手段の嵌合状態を検知することによって上記課題を解決する。

本発明によれば、スイッチ手段を、第１切り替え状態から第２切り替え状態に切り替えたときに異常の種類に応じて、切り替え前後のセルの電圧が異なるため、第１の切り替え状態のセルの電圧と、第２の切り替え状態のセルの電圧とを比較することで、異常の種類を区別して検知することができる、という効果を奏する。

本発明の実施形態に係る電源システムのブロック図である。 図１のセル、コネクタ、放電抵抗及びスイッチ部の等価回路である。 図１のセル、コネクタ、放電抵抗及びスイッチ部の等価回路である。 図１のセル、コネクタ、放電抵抗及びスイッチ部の等価回路である。 図１の制御部及びバッテリコントローラの制御手順を示すフローチャートである。 図５の異常検知制御の制御手順を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る検知装置を備えた電源システムのブロック図である。図１の電源システムは、例えば車両等に搭載され、車両の動力源を制御するシステムである。以下、本例では電源システムを電気自動車に搭載した場合を例に説明するが、電源システムは車両以外の装置に搭載されてもよい。

図１に示すように、電源システムは、組電池１と、セルコントローラ２と、バッテリコントローラ３とを備えている。組電池１は、直列に接続された複数のセル１１、１２により構成され、車両の動力源である。セル１１、１２は、リチウムイオン電池等の二次電池により構成される。セル１２は、セル１１と隣接するように接続されている。なお、組電池１を構成するセルは３個以上であってもよい。

セルコントローラ２は、セル１１、１２の充電の状態を管理するコントローラである。また、セルコントローラ２は、セル１１、１２間のバラツキを調整する機能を有している。また、セルコントローラ２は、セル１１、１２の異常、組電池１とセルコントローラ２とを接続するコネクタの嵌合不良、及び、セルコントローラ２の内部回路の異常を検知する機能も有している。セルコントローラ２は、コネクタ２０を介して組電池１に接続されている。セルコントローラ２は、バッテリコントローラ３と制御信号の送受信を行う。なお、セルコントローラ２が本例の検知装置に相当する。

バッテリコントローラ３は、セルコントローラ２を介して、組電池１の状態を管理するコントローラである。バッテリコントローラ３は、車両全体を制御するメインコントローラ（図示しない）とＣＡＮ通信網により接続されている。当該メインコントローラにより、図示しないモータを駆動させる際には、バッテリコントローラ３は、組電池１の出力電力を管理することで、組電池１を制御する。

セルコントローラ２は、コネクタ２０、容量調整回路３０、電圧センサ５１、５２、及び、制御部６０を備えている。

コネクタ２０は、組電池１とセルコントローラ２とを接続するためのコネクタである。コネクタ２０は、互いに嵌合可能な一対の部材で構成され、当該一対の部材のうち一方の部材は、組電池１に設けられた端子に、他方の部材は、セルコントローラ２の端子に、それぞれ接続されている。

複数のコネクタ２０は、セル１１、１２の正極及び負極の端子と対応して設けられている。そして、上記の一対の部材を嵌合させることで、対応する端子同士が接続し、組電池１内のセル１１、１２と、後述する容量調整回路３０が、電気的に接続される。

容量調整回路３０は、放電抵抗３１とスイッチ部４１の直列回路を有し、放電抵抗３２とスイッチ部４２の直列回路を有している。

放電抵抗３１、３２は、セル１１、１２から放電された電力を熱エネルギーで消費させることで、セル１１、１２の容量を調整するための抵抗である。放電抵抗３１は、セル１１の容量を調整する抵抗であって、セル１１に対して電気的に並列に接続されている。放電抵抗３２は、セル１２の容量を調整する抵抗であり、セル１２に対して電気的に並列に接続されている。

スイッチ部４１は、制御部６０の制御信号に基づき、オン及びオフを切り替えることで、セル１１、コネクタ２０及び放電抵抗３１により形成される閉回路の電気的な導通及び遮断を切り替えるためのスイッチである。同様に、スイッチ部４２は、セル１２、コネクタ２０及び放電抵抗３２の閉回路の電気的な導通及び遮断を切り替えるスイッチである。スイッチ部４１、４２は、例えばトランジスタにより構成される。

スイッチ部４１、４２は、放電抵抗３１、３２に対して直列に、それぞれ接続され、またセル１１、１２に対して電気的に、それぞれ接続されている。そして、放電抵抗３１及びスイッチ部４１の直列回路が、コネクタ２０を介して、セル１１に並列に接続され、放電抵抗３２及びスイッチ部４２の直列回路が、コネクタ２０を介して、セル１２に並列に接続されている。

電圧センサ５１、５２は、セル１１、１２の電圧をそれぞれ検出するセンサであって、セル１１、１２に対して並列に接続されている。

制御部６０は、容量調整制御部６１、駆動部６２、判定部６３及び記憶部６４を有している。

容量調整制御部６１は、電圧センサ５１、５２により検出されるセル１１、１２の検出電圧に基づき、セル１１、１２の容量のバラツキを検出し、駆動部６２を介して、スイッチ部４１、４２を制御して、セル１１、１２の容量を調整する。

駆動部６２は、容量調整制御部６１又は状態検知部６３の制御信号に基づき、スイッチ部４１、４２のトランジスタのゲートに、駆動信号を送信することで、スイッチ部４１、４２のオン、オフを切り替える。

状態検知部６３は、スイッチ部４１、４２のオン、オフの状態、及び、電圧センサ５１、５２の検出電圧に基づいて、セル１１、１２の状態、コネクタ２０の嵌合状態、及び、放電抵抗３１、３２とスイッチ部４１、４２の直列回路の状態を検知する。

記憶部６４は、メモリなどの記録媒体であって、セル１１、１２間のバラツキを判定するための容量調整の判定閾値、及び、セル１１、１２の電池の状態を示す閾値を保存している。記憶部６４には、セル１１、１２の許容電圧範囲が予め設定されている。許容電圧範囲は、セル１１、１２の電池の性能に応じて設定される範囲であって、電池の使用可能な電圧範囲である。許容電圧範囲は、電池の材料、組成に応じて予め設定され、あるいは、電池の想定する寿命に応じて設定されている。
例えば、セル１１の内部で短絡が発生した場合、または、劣化等により内部抵抗が過度に高い場合には、セル１１の電圧は許容電圧範囲外の電圧となる。

バッテリコントローラ３は、車両を駆動させるためのメインスイッチ（図示しない）のオンを確認すると、セルコントローラ２に対して、セル１１、１２の容量調整を行う旨の制御信号を送信する。セルコントローラ２は、当該制御信号を受信すると、容量調整制御部６１による容量調整の制御を開始する前に、状態検知部６３を制御して、セル１１、１２の状態、及び、容量調整を行う回路の状態を検知する。

駆動部６２は、スイッチ部４１、４２をオフ状態にする。そして、状態検知部６３は、スイッチ部４１、４２のオフ状態で、電圧センサ５１、５２により、セル１１、１２の電圧を検出する。状態検知部６３は、セル１１、１２の電圧がゼロであるか否かを判定する。セルコントローラ２とセル１１、１２とを接続する配線が断線している場合には、セル１１又はセル１２の検出電圧はゼロを示す。そのため、状態検知部６３は、セル１１又はセル１２の検出電圧が零の場合には、セルコントローラ２とセル１１、１２とを接続する配線で断線が発生していると判定する。

また、状態検知部６３は、セル１１、１２の検出電圧と許容電圧範囲とを比較する。そして、セル１１、１２の検出電圧が許容電圧範囲外である場合には、状態検知部６３は、セル１１、１２に異常が生じていると判定する。

状態検知部６３は、セルコントローラ２とセル１１、１２とを接続する配線で断線が発生している、又は、セル１１、１２に異常が生じている、と判定した場合には、断線又はセル異常の発生している箇所を特定した上で、異常が発生している旨の信号をバッテリコントローラ３に送信する。バッテリコントローラ３は、当該異常を示す信号を受信した場合には、警告ランプ等で、異常を通知した上で、車両を停止させる。

配線の断線及びセル１１、１２に異常が生じていない場合には、制御部６０は、電圧センサ５１、５２の検出電圧のうち、最大の検出電圧を特定する。そして、当該最大の検出電圧と、他のセル１１、１２の検出電圧との電圧差（ΔＶ）を演算する。状態検知部６３は、それぞれの電圧差（ΔＶ）と、異常判定閾値とを比較する。異常判定閾値は、セル１１、１２の電池の異常を示す閾値であり、記憶部６４に予め記録されている。

そして、電圧差（ΔＶ）が異常判定閾値より大きい場合には、状態検知部６３は
セル１１、１２に異常が発生していると判定する。状態検知部６３は、異常が発生しているセルを特定した上で、バッテリコントローラ３に異常信号を送信する。バッテリコントローラ３は、当該信号を受信した場合には、警告ランプ等で、異常を通知する。なお、バッテリコントローラ３は、電圧差（ΔＶ）に基づく異常が特定された場合に、車両を停止させるよう制御してもよい。

容量調整制御部６１は、上記により演算された電圧差（ΔＶ）と、バラツキが発生していること示す異常判定閾値とを比較する。そして、電圧差（ΔＶ）が当該異常判定閾値より大きい場合には、容量調整制御部６１は、当該電圧差（ΔＶ）の演算対象となったセル（電圧の大きい方のセル）を、バラツキの大きいセルであると判定し、容量調整の対象電池として特定する。容量調整制御部６１は、容量調整となる電池の特定を、セル毎で特定する。なお、容量調整のセルの特定は、他の方法であってもよい。

容量調整制御部６１は、容量調整を行う電池を特定した場合には、特定されたセル１１、１２に応じて、放電時間を演算する。放電時間は、電圧差が大きいほど、長くなるように、演算される。また、放電時間は、容量調整のセル１１、１２に対応して接続されたスイッチ部５１、５２をオンにした場合に、セル１１、１２から出力される放電電流と、抵抗３１、３２の抵抗値から演算される。

容量調整制御部６１は、駆動部６２を制御して、容量調整の対象セル１１、１２と対応するスイッチ部４１、４２をオンにし、セル１１、１２を放電させる。スイッチ部４１、４２のオン時間が、演算した放電時間に達すると、容量調整制御部６１は、スイッチ部４１、４２をオフにする。容量調整制御部６１は、容量調整の対象の各セル１１、１２について、放電による容量調整を行う。これにより、セル１１、１２間の容量のバラツキがなくなる。

状態検知部６３は、容量調整中、あるいは、容量調整を終える直前に、スイッチ部４１をオンに、スイッチ部４２をオフにした状態で、セル１１、１２の電圧をセンサ５１、５２で検出し、スイッチ部４１をオフに、スイッチ部４２をオンにした状態で、セル１１、１２の電圧をセンサ５１、５２で検出し、それぞれの検出電圧を比較し、その比較結果から、セル１１、１２の状態、容量調整の回路の状態、及び、コネクタ２０の嵌合の状態を検知する。

ここで、コネクタ２０の嵌合不良と放電抵抗３１、３２の異常について、図２を用いて、説明する。図２は、図１の電源システムのうち、セル１１、１２、コネクタ２０、放電抵抗３１、３２、及び、スイッチ部４１、４２の等価回路である。

コネクタ２０が完全に嵌合している場合には、図２に示すコネクタ２０の抵抗がゼロ、若しくは、ゼロに近い値になる。そのため、容量調整をする際の回路において、セル１１、１２と、放電抵抗３１、３２及びスイッチ部４１、４２との間で、抵抗成分は実質的になくなる。一方、コネクタ２０が完全に嵌合しておらず、例えば、コネクタ２０内の端子同時が部分的に接触している場合には、図２に示すコネクタ２０の抵抗は、ゼロにはならない。そのため、放電抵抗３１、３２及びスイッチ部４１、４２との間で、抵抗成分が発生する。

例えば、セル１１とセル１２との接続点と、スイッチ部４１と放電抵抗３２との接続点との間に設けられているコネクタ２０（図２の二段目のコネクタ）で嵌合不良が発生した場合には、当該コネクタ２０の抵抗成分はゼロにならない。一方、他のコネクタ２０の抵抗成分はゼロになる。

かかる状態で、スイッチ部４１をオンに、スイッチ部４２をオフにした時、あるいは、スイッチ部４１をオフに、スイッチ部４２をオンにした時には、ゼロでない抵抗成分のコネクタ２０の部分で、電圧低下が発生する。そのため、本例では、スイッチ部４１、４２のオン、オフを切り替えて、電圧センサ５１、５２の検出電圧（Ｖ_１、Ｖ_２）を用いて、当該電圧低下を検知することで、コネクタ２０の嵌合不良を検知する。

さらに、図２において、放電抵抗３１、３２に異常が発生し、放電抵抗３１、３２の抵抗が変化した場合にも、放電抵抗３１、３２の異常部分で電圧低下（あるいは電圧上昇）が発生する。例えば、抵抗３１で異常が発生し、抵抗値が元の抵抗値より高くなり、抵抗３２が正常である場合について、抵抗３１を含む閉回路（図２の上段の閉回路）の抵抗値は、抵抗３２を含む閉回路（図２の下側の閉回路）の抵抗値よりも高くなる。

そして、抵抗３１の閉回路は、スイッチ部４１をオンに、スイッチ部４２をオフにすることで形成される回路であり、抵抗３２を含む閉回路はスイッチ部４１をオフに、スイッチ部４２をオンにすることで形成される回路である。そのため、本例では、スイッチ部４１、４２のオン、オフを切り替えて、電圧センサ５１、５２の検出電圧（Ｖ_１、Ｖ_２）を用いて、放電抵抗３１、３２の抵抗値の変化を検知することで、放電抵抗３１、３２の異常も検知する。以下、具体的な異常検知の制御について説明する。

容量調整制御部６１により、スイッチ部４１をオンに、スイッチ部４２をオフにし、セル１１の容量調整を行っている場合に、状態検知部６３は、電圧センサ５１によりセル１１の電圧を検出し、電圧センサ５２によりセル１２の電圧を検出する。この時の回路の状態は、図３に示すような状態となる。図３は、セル１１、１２、コネクタ２０、放電抵抗３１、３２、及び、スイッチ部４１、４２の等価回路である。図３に示す状態において、電圧センサ５１の検出電圧をＶ_１１とし、電圧センサ５２の検出電圧をＶ_１２とする。また、図３に示すように、スイッチ部４１をオンに、スイッチ部４２をオフにしている状態を、以下、第１の切り替え状態とも称する。

次に、第１の切り替え状態における、セル１１、１２の電圧を検出した後、状態検出部６３は、駆動部６２を介して、スイッチ部４１をオンからオフに切り替え、かつ、スイッチ部４２をオフからオンに切り替える。この時の回路の状態は、図４に示すような状態となる。図４は、セル１１、１２、コネクタ２０、放電抵抗３１、３２、及び、スイッチ部４１、４２の等価回路である。図４に示す状態において、電圧センサ５１の検出電圧をＶ_２１とし、電圧センサ５２の検出電圧をＶ_２２とする。また、図４に示すように、スイッチ部４１をオフに、スイッチ部４２をオンにしている状態を、以下、第２の切り替え状態とも称す。

次に、状態検知部６３は、第１の切り替え状態における検出電圧（Ｖ_１１、Ｖ_１２）と、第２の切り替え状態における検出電圧（Ｖ_２１、Ｖ_２２）とを比較する。

図３に示す等価回路において、１〜３三段目のコネクタ２０の抵抗をｒ_１、ｒ_２、ｒ_３とし、放電抵抗３１、３２の抵抗をＲ_１、Ｒ_２とし、セル１１の電圧（開放電圧）をＥ_１、セル１２の電圧（開放電圧）をＥ_２とすると、検出電圧（Ｖ_１１）及び検出電圧（Ｖ_１２）は、以下の式１、２でそれぞれ表される。

また、図４に示す等価回路において、検出電圧（Ｖ_２１）及び検出電圧（Ｖ_２２）は、以下の式３、４でそれぞれ表される。

そして、全てのコネクタ２０で嵌合不良が発生しておらず、抵抗３１、３２に異常が発生していない場合には、ｒ_１、ｒ_２、ｒ_３は近似的にゼロなり、またＲ_１＝Ｒ_２＝Ｒが成立する。そのため、式１〜４で示される検出電圧（Ｖ_１１、Ｖ_１２、Ｖ_２１、Ｖ_２２）は、以下の式５〜８で表される。

そして、セル１１又はセル１２に異常が生じている場合には、異常が生じているセルの電圧が許容電圧範囲外となる。そのため、セル１１で異常が生じている場合には、検出電圧（Ｖ_１１）は検出電圧（Ｖ_２１）と等しくなり、検出電圧（Ｖ_１１、Ｖ_２１）は許容電圧範囲外になる。また、セル１２で異常が生じている場合には、検出電圧（Ｖ_１２）は検出電圧（Ｖ_２２）と等しくなり、検出電圧（Ｖ_１２、Ｖ_２２）は許容電圧範囲外になる。

すなわち、状態検知部６３は、第１の切り替え状態から第２の切り替え状態に、スイッチ部４１、４２を切り替えたときに、第２の切り替え状態におけるセル１１の検出電圧（Ｖ_２１）が、第１の切り替え状態におけるセル１１の検出電圧（Ｖ_１１）と等しく、かつ、セル１１の検出電圧（Ｖ_１１、Ｖ_２１）が許容電圧範囲内である場合には、セル１１が正常である、と判定する。

一方、状態検知部６３は、第１の切り替え状態から第２の切り替え状態にスイッチ部４１、４２を切り替えたときに、セル１１の検出電圧（Ｖ_１１）が検出電圧（Ｖ_２１）と等しく、かつ、セル１１の検出電圧（Ｖ_１１、Ｖ_２１）が許容電圧範囲外である場合には、セル１１が異常である、と判定する。

また、状態検知部６３は、セル１２についても同様に、第１の切り替え状態から第２の切り替え状態にスイッチ部４１、４２を切り替えたときに、セル１２の検出電圧（Ｖ_１２、Ｖ_２２）を比較し、セル１２の検出電圧（Ｖ_１２、Ｖ_２２）が許容電圧範囲内であるか否かで、セル１２の正常及び異常を判定する。

次に、セル１１、１２が正常であって、１段目及び３段目のコネクタ２０で嵌合不良が発生しておらず、抵抗３１、３２で異常が発生しておらず、２段目のコネクタ２０で嵌合不良が発生した場合について、説明する。かかる場合には、ｒ_１、ｒ_３は近似的にゼロなり、またＲ_１＝Ｒ_２＝Ｒが成立する。一方、ｒ_２で示されるコネクタ２０には、嵌合不良により抵抗成分が発生しているため、ｒ_２はゼロよりも高い値になる。そして、式１〜４で示される検出電圧（Ｖ_１１、Ｖ_１２、Ｖ_２１、Ｖ_２２）は、以下の式９〜１２で表される。

式９、１２に示すように、検出電圧（Ｖ_１１）と検出電圧（Ｖ_２２）の間で、電圧（Ｅ_１、Ｅ_２）に乗算される係数部分（Ｒ／（ｒ_２＋Ｒ））は同じ値である。セル１１が容量調整されている点を鑑みると、セル１１の電圧（Ｅ_１）とセル１２の電圧（Ｅ_２）との電圧差は小さい。そのため、検出電圧（Ｖ_１１）と検出電圧（Ｖ_２２）は大きく相違せず、スイッチ部４１、４２の切り替えにより、第１の切り替え状態におけるセル１１の検出電圧（Ｖ_１１）が、第２の切り替え状態におけるセル１２の検出電圧（Ｖ_２２）に遷移している。

また、式１０、１１に示すように、検出電圧（Ｖ_１２）と検出電圧（Ｖ_２１）との間でも、同様な電圧の遷移が生じており、スイッチ部４１、４２の切り替えにより、第１の切り替え状態におけるセル１２の検出電圧（Ｖ_１２）が、第２の切り替え状態におけるセル１１の検出電圧（Ｖ_２１）に遷移している。言い換えると、第１の切り替え状態から第２の切り替え状態にスイッチ部４１、４２を切り替えたときに、切り替えの前後で、電圧センサ５１の検出電圧と、電圧センサ５２で検出電圧とが反転している。

そして、状態検知部６３は、第１の切り替え状態から第２の切り替え状態に、スイッチ部４１、４２を切り替えたときに、セル１１の検出電圧（Ｖ_１１）がセル１２の検出電圧（Ｖ_２２）に遷移し、セル１２の検出電圧（Ｖ_１２）がセル１１の検出電圧（Ｖ_２１）に遷移した場合には、コネクタ２０の勘合不良であると判定する。

言い換えると、状態検知部６３は、第１の切り替え状態から第２の切り替え状態に、スイッチ部４１、４２を切り替えたときに、切り替えの前後で、電圧センサ５１の検出電圧と、電圧センサ５２で検出電圧とが反転した場合には、コネクタ２０の勘合不良であると判定する。

次に、セル１１、１２が正常であって、１段目及び３段目のコネクタ２０で嵌合不良が発生しておらず、抵抗３２で異常が発生しておらず、２段目のコネクタ２０で嵌合不良が発生し、抵抗３１で異常が発生した場合について、説明する。かかる場合には、ｒ_１、ｒ_３は近似的にゼロなり、またＲ_１＝Ｒが成立する。ｒ_２はゼロよりも高い値となる。Ｒ_２は、Ｒと異なる値（Ｒ_ｃ）となる。そして、式１〜４で示される検出電圧（Ｖ_１１、Ｖ_１２、Ｖ_２１、Ｖ_２２）は、以下の式１３〜１６で表される。

式１３、１６に示すように、検出電圧（Ｖ_１１）と検出電圧（Ｖ_２２）の間で、電圧（Ｅ_１、Ｅ_２）に乗算される係数部分は異なる値となる。すなわち、上記の式９、１２で示されるような、検出電圧（Ｖ_１１）と検出電圧（Ｖ_２２）との間の電圧遷移は無い。また、式５、７で示されるような関係は成立せず、検出電圧（Ｖ_１１）と検出電圧（Ｖ_２１）とは異なる値になっている。

式１４、１５に示すように、検出電圧（Ｖ_１２）と検出電圧（Ｖ_２１）との間でも、上記の式１０、１１で示されるような電圧遷移は無い。また、式６、８で示されるような関係は成立せず、検出電圧（Ｖ_１２）と検出電圧（Ｖ_２２）とは異なる値になっている。

すなわち、状態検知部６３は、第１の切り替え状態から第２の切り替え状態に、スイッチ部４１、４２を切り替えたときに、式９、１２及び式１０、１１で示されるような電圧遷移が無く、セル１１の検出電圧（Ｖ_１１）及びセル１２の検出電圧（Ｖ_１２）がセル１１の検出電圧（Ｖ _２１ ）及びセル１２の検出電圧（Ｖ_２２）とそれぞれ異なる場合には、コネクタ２０の勘合不良及び放電抵抗３１の異常である、と判定する。

さらに、制御部６０は、状態検知部６３により、コネクタ２０の嵌合不良を検知した場合には、嵌合不良のコネクタ２０の抵抗を演算し、当該コネクタ２０を含む閉回路での容量調整の時間を、再演算する。

式９の関係式において、電圧（Ｅ_１）は、スイッチ部４１、４２をオフにした時の、電圧センサ５１の検出電圧から算出される。そして、放電抵抗３１の抵抗値（Ｒ）は既知である。そのため、制御部６０は、スイッチ部４１、４２をオフにした状態で、電圧センサ５１で電圧（Ｅ_１）を検出した上で、式９により、嵌合不良のコネクタ２０の抵抗（ｒ_２）を演算する。

コネクタ２０の嵌合不良を判定する前に、容量調整制御部６１で演算された容量調整の時間は、容量調整の閉回路において、放電抵抗３１の抵抗に基づき演算された時間であって、コネクタ２０の嵌合不良による抵抗成分を含めて、演算されていない。そのため、容量調整制御部６１は、演算されたコネクタ２０の抵抗（ｒ_２）を含めて、再度、容量調整の時間を演算する。そして、容量調整制御部６１は、当該容量調整の時間に基づいて、セル１１の容量調整を行う。

また、制御部６０は、状態検知部６３により、コネクタ２０の嵌合不良及び放電抵抗３１、３２の異常を検知した場合には、嵌合不良のコネクタ２０の抵抗及び異常が生じている放電抵抗３１、３２の抵抗を演算し、当該コネクタ２０及び当該放電抵抗３１、３２を含む閉回路での容量調整の時間を、再演算する。

式１３、１４の関係において、電圧（Ｅ_１、Ｅ_２）は、スイッチ部４１、４２をオフにした時の、電圧センサ５１、５２の検出電圧から算出される。そのため、制御部６０は、スイッチ部４１、４２をオフにした状態で、電圧センサ５１、５２で電圧（Ｅ_１、Ｅ_２）を検出した上で、式１３、１４により、嵌合不良のコネクタ２０の抵抗（ｒ_２）及び放電抵抗３１の抵抗（Ｒ_ｃ）を演算する。

そして、容量調整制御部６１は、演算されたコネクタ２０の抵抗（ｒ_２）及び放電抵抗３１の抵抗（Ｒ_ｃ）を含めて、再度、容量調整の時間を演算する。容量調整制御部６１は、当該容量調整の時間に基づいて、セル１１の容量調整を行う。

次に、本例の電源システムの制御フローについて、図５、図６を用いて説明する。図５は、制御部６０の制御手順を示すフローチャートである。図６は、図５の異常検知制御（ステップＳ１２）の制御手順を示すフローチャートである。

初期状態として、スイッチ部４１、４２はオフ状態であり、図示しないメインコントローラにより車両を駆動させると、ステップＳ１にて、制御部６０は、電圧センサ５１、５２により、セル１１、１２の電圧を検出する。ステップＳ２にて、状態検知部６３は、電圧センサ５１、５２の検出電圧に基づいて、セル１１、１２に接続された配線の断線を検知する。

断線が検知されなかった場合には、ステップＳ３にて、状態検知部６３は、電圧センサ５１、５２の検出電圧と許容電圧範囲とを比較する。検出電圧が許容電圧範囲内である場合には、ステップＳ４にて、制御部６０は、各セル１１、１２の検出電圧の中から最大の検出電圧を特定し、最大の検出電圧と、他の検出電圧との電圧差（ΔＶ）を演算する。

ステップＳ５にて、状態検知部６３は電圧差（ΔＶ）と異常判定閾値とを比較する。電圧差（ΔＶ）が異常判定閾値以上である場合には、ステップＳ６にて、状態検知部６３は、セル異常によりバラツキが生じている旨の信号をバッテリコントローラ３に送信し、バッテリコントローラ３は当該信号に基づき、ランプ等により警告を表示し、ステップＳ７に進む。ステップＳ５に戻り、電圧差（ΔＶ）が異常判定閾値未満である場合には、ステップＳ７に進む。

ステップＳ７にて、容量調整制御部６１は、電圧差（ΔＶ）に基づいて、容量調整の対象となるセル１１、１２を特定する。なお、容量調整制御部６１は、ステップＳ５にて異常と判定されたセル１１、１２は、容量調整の対象セルから除外してもよい。

ステップＳ８にて、制御部６０は、容量調整の対象となるセルを有するか否かを判定する。容量調整の対象セルを有さない場合には、容量調整を実行せずに、本例の制御フローを終了する。容量調整の対象セルを有する場合には、ステップＳ９に進む。

ステップＳ９にて、容量調整制御部６１は、容量調整の対象セルの電圧差に基づき、放電時間を演算する。ステップＳ１０にて、容量調整制御部６１は、放電するセル１１、１２と対応するスイッチ部４１、４２をオンにし、他のスイッチ部４１、４２はオフ状態のままにする。ステップＳ１１にて、セル１１、１２の放電中、制御部６０は、異常検知制御を実行するか否かを判定する。異常検知制御を実行しない場合には、ステップＳ１３に進む。異常検知制御を行う場合には、ステップＳ１２の制御を行う。

図６を用いて、ステップＳ１２の異常検知制御について説明する。なお、以下、説明を容易にするために、セル１１を容量調整の対象セルとする。

まず、状態検知部６３は、容量調整を行っているセル１１の電圧と、セル１１と隣接して接続されているセル１２の電圧を、電圧センサ５１、５２を用いて検出する（ステップＳ２１）。この時、セル１１に対応するスイッチ部４１はオン状態であり、セル１２に対応するスイッチ部４２はオフ状態である。

ステップＳ２２にて、セル１１の検出電圧が許容電圧範囲外であるか否かを判定する。セル１１の検出電圧が許容電圧範囲外である場合には、ステップＳ２３にて、状態検知部６３は、駆動部６２を介して、スイッチ部４１をオフに、スイッチ部４２をオンにする。ステップＳ２４にて、状態検知部６３は、セル１１、１２の電圧を検出する。

状態検知部６３は、第１の切り替え状態におけるセル１１の検出電圧（Ｖ_１１）及びセル１２の検出電圧（Ｖ_１２）と、第２切り替え状態におけるセル１１の検出電圧（Ｖ_２１）及びセル１２の検出電圧（Ｖ_２２）を比較する。そして、状態検知部６３は、セル１１の検出電圧（Ｖ_１１）が検出電圧（Ｖ_２１）と等しいか否か、及び、セル１２の検出電圧（Ｖ _１２ ）が検出電圧（Ｖ_２２）と等しいか否かを判定する（ステップＳ２５）。検出電圧（Ｖ_１１）が検出電圧（Ｖ_２１）と等しくない場合、又は、検出電圧（Ｖ _１２ ）が検出電圧（Ｖ_２２）と等しくない場合には、状態検知部６３は、セル１１、１２は正常であり、セル１１、１２以外の部分で異常が生じていると判定して、ステップＳ２６に進む。

そして、ステップＳ２６にて、状態検知部６３は、検出電圧（Ｖ_１１）と検出電圧（Ｖ_２２）との間、及び、検出電圧（Ｖ_１２）と検出電圧（Ｖ_２１）との間で、電圧遷移が生じているか否かを判定する。電圧遷移が生じている場合には、ステップＳ２７にて、状態検知部６３は、コネクタ２０の嵌合不良が発生していると判定する。ステップＳ２８にて、バッテリコントローラ３は、コネクタ２０の嵌合不良が生じている旨の警告を表示する。

ステップＳ２６に戻り、電圧遷移が生じていない場合には、ステップＳ２９にて、状態検知部６３は、コネクタ２０の嵌合不良及び放電抵抗３１の異常が生じていると判定する。ステップＳ３０にて、バッテリコントローラ３は、コネクタ２０の嵌合不良及び放電抵抗３１の異常が生じている旨の警告を表示する。

ステップＳ３１にて、制御部６０は、セル１１、コネクタ２０、放電抵抗３１及びスイッチ部４１により形成される回路の抵抗を演算する。ステップＳ３２にて、容量調整制御部６１は、ステップＳ３１で演算された抵抗に基づいて、放電時間を再演算する。ステップＳ３３にて、スイッチ部４１をオンに戻し、スイッチ部４２をオフに戻す。そして、図５のステップＳ１３に進む。

ステップＳ２５に戻り、検出電圧（Ｖ_１１）が検出電圧（Ｖ_２１）と等しく、検出電圧（Ｖ _１２ ）が検出電圧（Ｖ_２２）と等しい場合には、ステップＳ３４にて、状態検知部６３は、セル１１に異常が発生していると判定する。ステップＳ３５にて、バッテリコントローラ３は、セル１１の異常が生じている旨の警告を表示する。ステップＳ３６にて、バッテリコントローラ３はメインコントローラ（図示しない）を介して、車両を停止させて、本例の制御を終了する。

ステップＳ２２に戻り、セル１１の検出電圧が許容電圧範囲内である場合には、ステップＳ３７に進む。ステップＳ３７〜ステップＳ４６の制御フローの内容は、ステップＳ２３〜ステップＳ３２と同様であるため、説明を省略する。

ステップＳ３９にて、検出電圧（Ｖ_１１）が検出電圧（Ｖ_２１）と等しく、検出電圧（Ｖ _１２ ）が検出電圧（Ｖ_２２）と等しい場合には、ステップＳ４７にて、状態検知部６３は、セル１１が正常であり、コネクタ２０の嵌合状態、及び、放電抵抗３１、スイッチ部４１の回路部分も正常である、と判定し、ステップＳ３３に進む。

図５に戻り、ステップＳ１３にて、容量調整制御部６１は、ステップ１０でスイッチ部４１をオンにしてから、放電時間を経過した否かを判定する。放電時間を経過すると、ステップＳ１４にて、ステップＳ７で特定された容量調整の対象セルの全てについて、容量調整を行った否かを判定する。全ての対象セルについて、容量調整を行った場合には、本例の制御を終了する。

一方、全ての対象セルについて容量調整を行っていない場合には、ステップＳ１０に戻り、調整を行っていないセル１１、１２の容量調整を実行する。

また、ステップＳ２に戻り、断線が有ると判定された場合、又は、ステップＳ３に戻り、セル電圧（開放電圧）が許容電圧範囲外である場合には、ステップＳ１５にて、バッテリコントローラ３は、メインコントローラ（図示しない）を介して、車両を停止させて、本例の制御を終了する。

上記のように、本例は、第１の切り替え状態における、セル１１、１２の検出電圧と、第２の切り替え状態における、セル１１、１２の検出電圧とを比較し、その比較結果に基づいて、セル１１、１２の状態、放電抵抗３１、３２及びスイッチ部４１、４２を含む回路の状態、及び、コネクタ２０の嵌合状態を検出する。これにより、異常の種類を区別した上で検知することができる。また、必ずしもシステムをすぐに停止する必要がない、コネクタ２０の嵌合不良や放電抵抗３１、３２の異常を区別した上で、異常を検知することができるため、不必要なシステムの停止を防ぐことができる。

また、本例は、第１の切り替え状態から第２の切り替え状態にスイッチ部４１、４２を切り替えたときに、セル１１の検出電圧（Ｖ_２１）が検出電圧（Ｖ_１１）と等しく、かつ、検出電圧（Ｖ_１１、Ｖ_２１）が許容電圧範囲内である場合には、セル１１が正常であると判定する。これにより、本来、セルが正常であるにもかからず、コネクタ２０の嵌合不良等によりセルが異常である、と誤って判定することを防ぐ。その結果として、不必要なシステムの停止を防ぐことができる。

また、本例は、第１の切り替え状態から第２の切り替え状態にスイッチ部４１、４２を切り替えたときに、セル１１の検出電圧（Ｖ_１１）がセル１２の検出電圧（Ｖ_２２）に遷移し、検出電圧（Ｖ_１２）が検出電圧（Ｖ_２１）に遷移した場合には、コネクタ２０の嵌合不良であると、判定する。これにより、コネクタ２０の嵌合不良により、電圧センサ５１、５２の検出電圧が許容範囲外の電圧値を示した場合に、直ちに、セル１１、１２の異常と判定せずに、コネクタ２０の嵌合不良を検知することができる。その結果として、不必要なシステムの停止を防ぐことができる。

また、本例は、第１の切り替え状態から第２の切り替え状態にスイッチ部４１、４２を切り替えたときに、上記の電圧遷移を特定せず、かつ、第１の切り替え状態におけるセル１１、１２の検出電圧（Ｖ_１１、Ｖ_１２）が、第２の切り替え状態におけるセル１１、１２の検出電圧（Ｖ_２１、Ｖ_２２）と異なる場合には、コネクタ２０の嵌合不良及び放電抵抗の異常であると判定する。これにより、コネクタ２０の嵌合不良及び放電抵抗３１、３２の異常により、電圧センサ５１、５２の検出電圧が許容範囲外の電圧値を示した場合に、直ちに、セル１１、１２の異常と判定せずに、コネクタ２０の嵌合不良及び放電抵抗３１、３２の異常を検知することができる。その結果として、不必要なシステムの停止を防ぐことができる。

また本例は、第１の切り替え状態から第２の切り替え状態にスイッチ部４１、４２を切り替えたときに、セル１１の検出電圧（Ｖ_２１）が検出電圧（Ｖ_１１）と等しく、かつ、検出電圧（Ｖ_１１、Ｖ_２１）が許容電圧範囲外である場合には、セル１１が異常であると判定する。これにより、システムの停止を要する、セル１１の異常を検知することができる。

また本例は、第１の切り替え状態から第２の切り替え状態にスイッチ部４１、４２を切り替えたときに、第２の切り替え状態におけるセル１１、１２の検出電圧（Ｖ_１１、Ｖ_１２）が、セル２１、２２の検出電圧（Ｖ_２１、Ｖ_２２）とそれぞれ異なる場合には、少なくともコネクタ２０の嵌合不良である、と判定する。これにより、必ずしもシステムの停止を要しない、コネクタ２０の嵌合不良を検知することができる。

また本例は、演算されたコネクタの抵抗及び放電抵抗の抵抗から検出電圧を補正することもできる。

上記のスイッチ部４１、４２が本発明の「スイッチ手段」に相当し、容量調整回路３０が本発明の「容量調整手段」に相当し、コネクタ２０が本発明の「接続手段」に、状態検知部６３が本発明の「状態検知手段」に相当する。

１…組電池
１１、１２…セル
２…セルコントローラ
２０…コネクタ
３０…容量調整回路
３１、３２…放電抵抗
４１、４２…スイッチ部
５１、５２…電圧センサ
６０…制御部
６１…容量調整制御部
６２…駆動部
６３…状態検知部
６４…記憶部
３…バッテリコントローラ（Ｂ／Ｃ）

Claims (6)

1. 複数のセルが直列接続された組電池の異常を検知する検知装置において、
   前記複数のセルにそれぞれ接続され、前記複数のセルの電圧を検出する複数の電圧検出手段と、
   前記複数のセルに接続され、前記セルを放電させる複数の放電抵抗と複数のスイッチ手段とを接続した回路を有する容量調整手段と、
   前記複数のセルの端子と前記容量調整手段の端子とを接続する接続手段と、
   前記複数のセルの状態、前記回路の状態、及び、前記接続手段の嵌合の状態の、３つの状態を検知する状態検知手段とを備え、
   前記複数のスイッチ手段のうち第１のスイッチ手段、及び、前記複数の放電抵抗のうち第１の放電抵抗は、前記複数のセルのうち第１のセルに対して電気的に並列に接続され、
   前記複数のスイッチ手段のうち第２のスイッチ手段、及び、前記複数の放電抵抗のうち第２の放電抵抗は、前記複数のセルのうち前記第１のセルに隣接する第２のセルに対して電気的に並列に接続され、
   前記状態検知手段は、
   前記第１のスイッチ手段をオンに、かつ、第２のスイッチ手段をオフにした第１の切り替え状態における、前記第１のセル及び前記第２のセルに対する前記電圧検出手段の検出電圧のうちいずれか一方と、前記第１のスイッチ手段をオフに、かつ、第２のスイッチ手段をオンにした第２の切り替え状態における、前記第１のセル及び前記第２のセルに対する前記電圧検出手段の検出電圧のうちいずれか一方との、２つの検出電圧のうち前記第１の切り替え状態における前記第１のセルの検出電圧が予め定められた前記セルの許容電圧範囲内であるか否かを判定し、かつ、前記２つの検出電圧を比較し、
   前記２つの検出電圧のうち前記第１の切り替え状態における前記第１のセルの検出電圧が前記セルの許容電圧範囲内であるか否かの判定結果と、前記２つの検出電圧の比較結果に基づいて、前記３つの状態を検知する
   ことを特徴とする検知装置。
2. 前記状態検知手段は、
   前記第１の切り替え状態から前記第２の切り替え状態に前記複数のスイッチ手段を切り替えたときに、前記第２の切り替え状態における前記第１のセルの検出電圧が、前記第１の切り替え状態における前記第１のセルの検出電圧と等しく、かつ、前記第１のセルの検出電圧が前記セルの許容電圧範囲内である場合には、前記第１のセルが正常であると判定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の検知装置。
3. 前記状態検知手段は、
   前記第１の切り替え状態から前記第２の切り替え状態に前記複数のスイッチ手段を切り替えたときに、前記第１の切り替え状態における前記第１のセルの検出電圧が、前記第２の切り替え状態における前記第２のセルの検出電圧に遷移し、前記第１の切り替え状態における前記第２のセルの検出電圧が、前記第２の切り替え状態における前記第１のセルの検出電圧に遷移する電圧遷移を特定した場合には、前記接続手段の嵌合不良であると判定する
   ことを請求項１又は２記載の検知装置。
4. 前記状態検知手段は、
   前記第１の切り替え状態から前記第２の切り替え状態に前記複数のスイッチ手段を切り替えたときに、前記電圧遷移を特定せず、かつ、前記第２の切り替え状態における前記第１のセルの検出電圧及び前記第２のセルの検出電圧が、前記第１の切り替え状態における前記第１のセルの検出電圧及び前記第２のセルの検出電圧とそれぞれ異なる場合には、前記接続手段の嵌合不良及び前記第１のスイッチ手段に接続された前記放電抵抗の異常であると判定する
   ことを特徴とする請求項３記載の検知装置。
5. 前記状態検知手段は、
   前記第１の切り替え状態から前記第２の切り替え状態に前記複数のスイッチ手段を切り替えたときに、前記第２の切り替え状態における前記第１のセルの検出電圧が、前記第１の切り替え状態における前記第１のセルの検出電圧と等しく、かつ、前記第１のセルの検出電圧が前記セルの許容電圧範囲外である場合には、前記第１のセルが異常であると判定する
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の検知装置。
6. 前記状態検知手段は、
   前記第１の切り替え状態から前記第２の切り替え状態に前記スイッチ手段を切り替えたときに、
   前記第２の切り替え状態における前記第１のセルの検出電圧及び前記第２のセルの検出電圧が、前記第１の切り替え状態における前記第１のセルの検出電圧及び前記第２のセルの検出電圧とそれぞれ異なる場合には、少なくとも前記接続手段の嵌合不良であると判定する
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の検知装置。

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