JP6907595B2 - 組電池の断線検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数のセルを並列接続したセルブロックを複数段直列に接続した組電池の並列接続線の断線を検出する方法に関する。

車両に搭載される二次電池として、複数のセルを並列接続したセルブロックを複数段直列に接続した組電池が多く用いられている。

特許文献１には、このような組電池において、各セルブロックの各電圧もしくは、抵抗値を比較し、各セルブロックの並列接続されたセルの一部の脱落、あるいは、並列接続線の断線を検出する方法が以下のように記載されている。

すなわち、充電前のテスト期間と満充電後で放電前の期間とにおいて各セルブロックの開放回路電圧（Ｏｐｅｎ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｖｏｌｔａｇｅ：ＯＣＶ）を測定し、充放電時の端子間電圧とＯＣＶとの電圧差を充放電電流で除して各セルブロックの内部抵抗を算出する。セルブロックが２つのセルの並列の場合、セルブロックの内部抵抗は正常時でＲ（Ω）、２つのセルの並列の一方の接続が脱落あるいは一方の並列接続線が断線すると正常時の倍の２×Ｒ（Ω）となることを利用する。

特開２００８−０２７６５８号公報

特許文献１に記載された断線検出の方法は、複数のセルを並列接続線で並列に接続したセルブロックを複数段直列に接続した組電池において、並列接続線の何本かが断線した断線セルブロックの内部抵抗が正常セルブロックの内部抵抗に対して下記の（式１）で計算される抵抗上昇率だけ大きくなることを利用したものである。
抵抗上昇率＝（並列数）／（並列数−断線数） ・・・ （式１）
この（式１）は、断線により各セルに流れる電流値が大きくなっても各セルの内部抵抗は変化しないことを前提として断線セルブロックの抵抗増加率を算出するものである。

一方、電流が大きくなると内部抵抗値が小さくなる特性を持つセルがある。このようなセルを用いて構成した組電池で断線が発生した場合、各セルに流れる電流が大きくなることにより各セルの内部抵抗値が小さくなるので、断線セルブロックの抵抗上昇率は、（式１）により計算した値よりも小さな値となる。このため、特許文献１に記載された方法ではセルの特性によっては精度良く組電池の断線検出を行うことが困難な場合がある。

そこで、本発明は、精度良く組電池の断線検出を行うことを目的とする。

本発明の断線検出方法は、複数のセルを並列接続線で並列に接続したセルブロックを複数段直列に接続した組電池の前記並列接続線の断線検出方法であって、反応抵抗と電気二重層とを並列接続したものとして前記組電池をモデル化し、所定の時間間隔で前記組電池に流れる電流値を検出し、現時点での前記組電池に流れる第１電流値の内の前記反応抵抗に流れる反応抵抗電流値の比率である反応抵抗寄与率を算出し、前記反応抵抗寄与率が所定の設定値よりも小さく、且つ、前記第１電流値と１つ前の検出タイミングにおける前記組電池に流れる第２電流値との電流値差の絶対値が所定の閾値を超える場合に、前記並列接続線の断線検出を実行することを特徴とする。

本発明の断線検出方法において、前記組電池の電流の検出と同時に前記各セルブロックの各電圧値を検出し、断線検出の実行は、前記各セルブロックの現時点の各第１電圧値と１つ前の検出タイミングにおける各第２電圧値の各電圧値差に基づいて算出した前記各セルブロック相互の抵抗比により断線判断を実行することとしてもよい。

また、本発明の断線検出方法において、前記各セルブロック相互の抵抗比を前記各電圧値差と前記電流値差とに基づいて算出してもよい。

また、本発明の断線検出方法において、１つ前の検出タイミングにおける電気二重層に流れる電流値と前記所定の時間間隔を掛け合わせた値に１つ前の検出タイミングにおける前記電気二重層の電気量を加えて現時点での前記電気二重層の電気量を推定し、推定した現時点での前記電気二重層の電気量に基づいて、現時点での前記反応抵抗に流れる反応抵抗電流値と現時点での前記電気二重層に流れる電流値とを推定することを前記所定の時間間隔で繰り返すことにより、現時点での前記反応抵抗に流れる反応抵抗電流値を算出してもよい。

本発明は、精度良く組電池の断線検出を行うことができる。

本発明の実施形態の断線検出方法が適用される電動車両の構成を示す系統図である。 図１に示す組電池を構成するセルブロックの正極の並列バスバと接続バスバとを示す平面図である。 図１に示す組電池を構成するセルブロックの負極の並列バスバと接続バスバを示す平面図である。 図１に示す正常なセルブロックと断線が発生した断線セルブロックの断面図である。 図１に示す組電池を構成するセルの電圧と電流密度の関係を示すグラフである。 図１に示す組電池の物理モデルと、電気二重層と反応抵抗との電流の流れ方を示す説明図である 反応抵抗に流れる電流と電気二重層に流れる電流と反応抵抗寄与率の時間変化を示すグラフである。 電流値差の絶対値に対する検出誤差の変化を示す説明図である。 本実施形態の断線検出方法のフローチャートである。 本実施形態の断線検出方法の中の反応抵抗寄与率の算出を示すフローチャートである。 他の実施形態の断線検出方法のフローチャートである。 本実施形態の断線検出方法を応用した組電池の電流制御方法のフローチャートである。

＜本実施形態の断線検出方法が適用される電動車両の構成＞
以下、図面を参照しながら、まず、本実施形態の断線検出方法が適用される電動車両１００の構成について説明する。なお、以下の説明では、電動車両１００は、モータジェネレータ１４とエンジン１６とで駆動されるハイブリッド車両であって、モータジェネレータ１４のみによって走行するＥＶ走行が可能で、且つ、外部電源により搭載した組電池１０を充電可能なプラグインハイブリッド車両として説明するが、本発明は、これ以外の電動車両、例えば、電気自動車等にも適用することができる。

電動車両１００は、組電池１０と、正極ライン１１と負極ライン１２を介して組電池１０に接続されたインバータ１３と、インバータ１３によって駆動制御される車両駆動用のモータジェネレータ１４と、エンジン１６と、インバータ１３とモータジェネレータ１４とエンジン１６の動作と組電池１０の充放電とを制御する制御部７０とを含んでいる。また、電動車両１００の運転席には、電動車両１００の起動、停止を行うスタートスイッチ１９が取り付けられている。スタートスイッチ１９は制御部７０に接続されている。

モータジェネレータ１４の出力軸とエンジン１６の出力軸はエンジン１６の出力を車輪１８の駆動力と、モータジェネレータ１４を発電機として駆動する際の駆動力とに分割する動力分割機構１５に接続されている。動力分割機構１５の出力軸は、ディファレンシャルギヤ１７を介して車輪１８を駆動するよう構成されている。

組電池１０は、リチウムイオン電池等の充放電可能な二次電池のセル２１，３１，４１，５１を複数並列に接続したセルブロック２０，３０，４０，５０を直列に接続したものである。以下、セルブロック２０を例にセルブロック２０，３０，４０，５０の構造を説明する。セルブロック３０，４０，５０の構造は、セルブロック２０と同一であり、同一の部品について、セルブロック３０は一の位が同一の３０番台、セルブロック４０は一の位が同一の４０番台、セルブロック５０は一の位が同一の５０番台の符号を付す。

セルブロック２０は、複数の円筒型のリチウムイオン電池のセル２１と、正極並列バスバ２４と、正極接続バスバ２５と、負極並列バスバ２７と、負極接続バスバ２６とで構成されている。

図２Ａに示すように、正極並列バスバ２４は、平板状の金属板にセル２１の配列に合わせて開口２４ａを配置したもので、各開口２４ａの周縁から各開口２４ａの中央に向かって複数の正極接続バスバ２５が延びている。図３（ａ）に示すように、正極接続バスバ２５は、正極並列バスバ２４からセル２１の正極２２に向かって斜め下向きに折り曲げ成形された細長い板である。図２Ａ、図３（ａ）に示すように正極接続バスバ２５の先端２８は、抵抗溶接によって正極２２に接続されている。このように、複数のセル２１の正極２２は、正極並列バスバ２４と複数の正極接続バスバ２５とによって並列に接続されている。

図２Ｂ、図３（ａ）に示すように、負極並列バスバ２７、負極接続バスバ２６の構造は、正極並列バスバ２４、正極接続バスバ２５と同様であり、負極接続バスバ２６は、負極並列バスバ２７の開口２７ａの周縁からセル２１の負極２３に向かって斜め上向きに折り曲げ成形された細長い板である。図２Ｂ、図３（ａ）に示すように負極接続バスバ２６の先端２９は、抵抗溶接によって負極２３に接続されている。そして、複数のセル２１の負極２３は、負極並列バスバ２７と複数の負極接続バスバ２６とに並列に接続されている。従って、正極並列バスバ２４と複数の正極接続バスバ２５とは、正極側の並列接続線を構成し、負極並列バスバ２７と複数の負極接続バスバ２６とは、負極側の並列接続線を構成している。

図３（ｂ）は、図３（ａ）に示すセル２１の負極接続バスバ２６が断線した場合を示している。以下、図３（ｂ）に示すように、断線の発生しているセルを断線セル２１ａ、断線セル２１ａを含むセルブロックを断線セルブロック２０ａとして説明する。

図１に示すように、セルブロック２０の正極並列バスバ２４は、組電池１０の正極ライン１１に接続され、セルブロック２０からセルブロック４０の負極並列バスバ２７，３７，４７はセルブロック３０からセルブロック５０の正極並列バスバ３４，４４，５４とそれぞれ直列バスバで接続されている。また、セルブロック５０の負極並列バスバ５７は、組電池１０の負極ライン１２に接続されている。このように、セルブロック２０，３０，４０，５０は、直列に接続されている。

図１に示すように、各セルブロック２０，３０，４０，５０の各正極並列バスバ２４，３４，４４，５４と各負極並列バスバ２７，３７，４７，５７との間には、各セルブロック２０，３０，４０，５０の各ブロック電圧値Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４を検出する電圧センサ６４，６５，６６，６７が取り付けられている。また、組電池１０の正極ライン１１と負極ライン１２の間には、組電池１０の電圧値Ｖを検出する電圧センサ６１が取り付けられており、正極ライン１１には、組電池１０の電流値Ｉを検出する電流センサ６２が取り付けられている。また、組電池１０には組電池１０の温度Ｔを検出する温度センサ６３が取り付けられている。更に、図１に示すように、正極ライン１１と負極ライン１２には、外部電源に接続可能なコネクタ９０が接続されている。

制御部７０は、内部に情報処理や演算を行うＣＰＵ７１と、制御プログラム、制御データ等を格納するメモリ７２と、電圧センサ６１，６４〜６７、電流センサ６２、温度センサ６３が接続されるセンサ・機器インターフェース７３とを備え、ＣＰＵ７１とメモリ７２とセンサ・機器インターフェース７３の間が相互にデータバス７４によって接続されているコンピュータである。

モータジェネレータ１４は、組電池１０から出力された電力を受けて電動車両１００を駆動し、電動車両１００の制動時に発生する運動エネルギを電力に変換して組電池１０に充電する。したがって、電動車両１００の走行中には、組電池１０は、充放電を繰り返すことになる。なお、組電池１０の電流値Ｉは、放電電流を正（＋）、充電電流を負（−）とする。

＜セルの電圧に対する電流密度特性と断線検出方法の概要＞
次に、図４から図６を参照しながら、図１に示すセル２１、３１、４１、５１の電圧ηに対する電流密度ｊの特性とセルブロック２０、３０、４０、５０の断線検出方法の概要について説明する。セル２１、３１、４１、５１は同一の電圧ηに対する電流密度ｊの特性を有するので、以下の説明では、セル２１、セルブロック２０について説明する。なお、図４において、セル２１の放電の際の電流密度ｊは正（＋）、充電の際の電流密度ｊは負（−）である。

図４に示すように、セル２１の電流密度ｊが＋ｊ０と−ｊ０との間の範囲Ａでは、電圧ηと電流密度ｊとは線形関係となっている。このことは、電流密度ｊが範囲Ａにある場合には、セル２１の内部抵抗は略一定となっていることを意味する。一方、セル２１の電流密度ｊが＋ｊ０よりも大きい範囲、および、電流密度ｊが−ｊ０よりも小さい範囲では、電圧ηと電流密度ｊとは非線形関係となっている。図４に示すように、電流密度ｊが＋ｊ０よりも大きい範囲では、電流密度ｊが大きくなるに従って電圧ηの上昇度合いは少なくなっている。また、電流密度ｊが−ｊ０よりも小さい範囲では、電流密度ｊが小さくなるに従って電圧ηの低下度合いは少なくなっている。このことは、電流密度ｊが＋ｊ０よりも大きい範囲、あるいは、−ｊ０よりも小さい範囲では、電流密度ｊの絶対値が大きいほどセル２１の内部抵抗が小さくなることを意味している。

図４に示すような電圧ηと電流密度ｊの特性を持つセル２１によって構成されたセルブロック２０の正極接続バスバ２５、または、負極接続バスバ２６が図３（ｂ）に示すように断線した場合を考える。断線が発生すると断線セル２１ａには電流が流れないので、断線セルブロック２０ａでは電流の流れるセル２１の数が減少する。このため、断線セルブロック２０ａのセル２１の電流密度ｊは大きくなる。セル２１の電流密度ｊが図４に示す＋ｊ０と−ｊ０との間の範囲Ａの場合には、セル２１の電流密度ｊが変化してもセル２１の内部抵抗は変化しない。このため、断線セルブロック２０ａの抵抗上昇率と断線数の関係は先に説明した（式１）のようになる。

抵抗上昇率＝（並列数）／（並列数−断線数） ・・・ （式１）

また、抵抗上昇率は、電圧センサ６４で検出した断線セルブロック２０ａのブロック電圧値Ｖ１と電圧センサ６５で検出した断線の発生していない正常な他のセルブロック３０のブロック電圧値Ｖ２とから算出できる。従って、セル２１の電流密度ｊが図４に示す＋ｊ０と−ｊ０との間の範囲Ａの場合にはブロック電圧値Ｖ１、Ｖ２を検出することによって（式１）から断線数を算出することができる。

一方、セル２１の電流密度ｊが＋ｊ０よりも大きい範囲、あるいは、−ｊ０よりも小さい範囲では、電流密度ｊの絶対値が大きいほどセル２１の内部抵抗が小さくなるため、抵抗上昇率と断線数、並列数の関係は、下記の（式２）のようになる。

抵抗上昇率＝（並列数）／（並列数−断線数）−Ｃ ・・・ （式２）

（式２）においてＣは電流密度ｊの変化による抵抗上昇率の低下を表す項である。Ｃは、電流密度ｊ、セル２１の温度等によって様々に変化し一定ではない。このため、セル２１の電流密度ｊが＋ｊ０よりも大きい範囲、あるいは、−ｊ０よりも小さい範囲では、ブロック電圧値Ｖ１、Ｖ２を検出することによって抵抗上昇率を算出できても、Ｃ項が不明のため（式２）から断線数を算出することができない。また、（式１）を用いて断線数を算出して場合、Ｃ項の分だけ断線数に誤差ができてしまい、精度良く断線検出を行うことができない。

従って、セル２１の電流密度ｊが小さく電流密度ｊにより内部抵抗が変化しない状態で断線検出を実行することにより断線検出の精度を高めることができる。そこで、本実施形態では、図５（ａ）に示すように、組電池１０を反応抵抗１０Ｒと電気二重層１０Ｃとを並列接続したものとしてモデル化し、図６に示すように、組電池１０に流れる電流値Ｉの内の反応抵抗１０Ｒに流れる電流値Ｉ１の比率である反応抵抗寄与率が所定の設定値よりも小さいことを断線検出実行の第１条件としている。

図５（ａ）に示すように、反応抵抗１０Ｒと電気二重層１０Ｃとを並列接続したものとして組電池１０をモデル化すると、電気二重層１０Ｃの電気量Ｑがゼロ、つまり、電気二重層１０Ｃがチャージされていない場合には、組電池１０に流れる直流電流は、図５（ｂ）に示すように電気二重層１０Ｃのチャージに使われるため、反応抵抗１０Ｒには直流電流が流れない。一方、電気二重層１０Ｃがチャージされると、図５（ｃ）に示すように直流電流は電気二重層１０Ｃには流れず反応抵抗１０Ｒに流れるようになる。

図５（ａ）に示すようなモデルの組電池１０が放電、充電した場合の反応抵抗１０Ｒに流れる電流値Ｉ１と電気二重層１０Ｃに流れる電流値Ｉ２と反応抵抗寄与率の時間変化を図６に示す。図６の時刻ｔ０は組電池１０が最初に放電を開始した時刻である。また、図６において、実線ａ１からａ５は反応抵抗１０Ｒに流れる電流値Ｉ１の時間変化を示し、１点鎖線ｂ１からｂ５は電気二重層１０Ｃに流れる電流値Ｉ２の時間変化を示し、破線ｃ１からｃ５は反応抵抗寄与率の時間変化を示す。なお、反応抵抗１０Ｒに流れる電流値Ｉ１は請求項に記載の反応抵抗電流値に対応する。なお、図６において、組電池１０の放電方向の電流をプラス、充電方向の電流をマイナスとする。

図６に示す時刻ｔ０の組電池１０が最初に放電を開始する前、図５（ａ）に示すモデルの電気二重層１０Ｃには電荷がチャージされておらず、電気二重層１０Ｃの電気量Ｑはゼロである。時刻ｔ０に組電池１０が放電を開始すると、図５（ｂ）で説明したように、直流電流は電気二重層１０Ｃをチャージしようと電気二重層１０Ｃの方に流れ、反応抵抗１０Ｒには流れない。このため、時刻ｔ０の直後は、電気二重層１０Ｃに流れる電流値Ｉ２は組電池１０に流れる電流値Ｉと略等しく、逆に反応抵抗１０Ｒに流れる電流値Ｉ１は略ゼロである。時刻ｔ０から時間が経過すると、電気二重層１０Ｃがチャージされて電気量Ｑが増加して来る。これに伴って、図６の１点鎖線ｂ１に示すように電気二重層１０Ｃに流れる電流値Ｉ２が減少し、逆に反応抵抗１０Ｒに流れる電流値Ｉ１が増加してくる。そして、図６に示す時刻ｔ１に電気二重層１０Ｃか完全にチャージされると、直流電流は電気二重層１０Ｃには流れず、反応抵抗１０Ｒのみに流れるようになる。

従って、図６に破線ｃ１で示すように、反応抵抗寄与率（［反応抵抗１０Ｒに流れる電流値Ｉ１］／［組電池１０に流れる電流値Ｉ］）は、図６の時刻ｔ０で０であり、時間が経過するに従って大きくなり、時刻ｔ２には、１．０となる。

次に、図６の時刻ｔ２からｔ３に示すように、組電池１０に流れる電流値Ｉが減少してくる場合について説明する。図６に示す時刻ｔ２から組電池１０に流れる電流値Ｉが減少し始めると、反応抵抗１０Ｒに流れる電流値Ｉ１も減少し始める。これにより、反応抵抗１０Ｒの両端の電圧差が減少するので、それに合わせて電気二重層１０Ｃの両端の電圧差も減少する。この際、電気二重層１０Ｃからは、反応抵抗１０Ｒに流れる電流と反対方向、つまり、マイナス方向に電流が流れる。そして、時刻ｔ２から時刻ｔ３に向かって組電池１０の電流値Ｉが減少してくると、反応抵抗１０Ｒに流れる電流値Ｉ１も減少し、図６に破線ｃ２で示すように反応抵抗寄与率も減少してくる。そして、時刻ｔ３に組電池１０の電流値Ｉがゼロとなると、電気二重層１０Ｃ、反応抵抗１０Ｒに流れる電流値Ｉ２、Ｉ１もゼロに近づき、反応抵抗寄与率もゼロに近づいて来る。

そして、図６に示す時刻ｔ３に再度、組電池１０の電流が流れ始めると、時刻ｔ１の直後と同様、電流は、電気二重層１０Ｃに流れ込み、１点鎖線ｂ３に示すように電流値Ｉ２は急速に増大する。一方、反応抵抗１０Ｒの電流値Ｉ１は、実線ａ３に示すように、電気二重層１０Ｃの電気量Ｑの増加に従ってゆっくりと増大していく。これに従って、破線ｃ３に示すように、反応抵抗寄与率もゼロ近傍から次第に増大していく。そして、電気二重層１０Ｃが完全にチャージされる時刻ｔ４には反応抵抗寄与率は１．０に達する。

図６の時刻ｔ５からｔ６にかけて組電池１０の電流値Ｉが減少すると、先に説明したと同様、実線ａ４、破線ｃ４に示すように、反応抵抗１０Ｒに流れる電流値Ｉ１、反応抵抗寄与率は減少し、１点鎖線ｂ４示すように、電気二重層１０Ｃの電流値Ｉ２はマイナスとなる。時刻ｔ６に組電池１０に流れる電流値Ｉが略ゼロとなると、電気二重層１０Ｃ、反応抵抗１０Ｒに流れる電流値Ｉ２、Ｉ１もゼロに近づき、反応抵抗寄与率もゼロに近づいて来る。

時刻ｔ６以降、組電池１０の電流値Ｉがゼロからマイナスになると、つまり、組電池１０が放電から充電になると、電気二重層１０Ｃにはマイナスに電流が流れ込む。このため、図６の１点鎖線ｂ５に示すように、電流値Ｉ２は、マイナス側に急速に増大する。一方、反応抵抗１０Ｒに流れる電流値Ｉ１は、電気二重層１０Ｃがチャージされるに従って、マイナス側に大きくなっている。そして、図６に破線ｃ５で示すように、反応抵抗寄与率は時刻ｔ６の略ゼロから１に向かって上昇していく。

以上述べたように、反応抵抗寄与率が小さい領域は、反応抵抗１０Ｒに流れる電流値Ｉ１が小さい領域である。また、電気二重層１０Ｃがチャージされる時間は短いので、反応抵抗寄与率が小さい状態の継続時間は短い。このことから、反応抵抗寄与率が所定の設定値よりも小さい状態とは、反応抵抗１０Ｒに流れる電流値Ｉ１が小さく、その時間が短時間であるタイミングを示すことがわかる。つまり、反応抵抗寄与率が所定の設定値よりも小さい状態とは、セル２１の電流密度ｊが小さく電流密度ｊにより内部抵抗が変化しない状態にあることを示すものである。

そこで、本実施形態では、図６に示すように、反応抵抗寄与率が所定の設定値よりも小さいことを断線検出実行の第１条件としている。

一方、セル２１の電流密度ｊの変化が非常に小さい場合には検出の時間間隔Δｔの間の電流値差ΔＩが小さくなってしまい精度良く断線検出を行うことができない。このため、本実施形態では、図７に示すように、下記の（式３）で算出した組電池１０の現時点（ｔ）の第１電流値Ｉ（ｔ）と組電池１０の１つ前の検出タイミング（ｔ−１）における第２電流値Ｉ（ｔ−１）との電流値差ΔＩ

ΔＩ＝｜Ｉ（ｔ−１）−Ｉ（ｔ）｜ ・・・・・・ （式３）

が所定の閾値Ｓ１を超えていることを断線検出実行の第２条件としている。

そして、第１条件と第２条件とを満足した場合に各セルブロック２０，３０，４０，５０のブロック電圧値Ｖ１〜Ｖ４に基づいて各セルブロック２０，３０，４０，５０相互の間の抵抗比を算出し、算出した抵抗比に基づいて断線数を算出する。

＜断線検出方法の詳細＞
以下、図８を参照しながら、電動車両１００が走行している場合の断線検出方法について説明する。以下の説明では、電動車両１００の制御部７０が図８に示すフローチャートに示す各ステップ動作を実行することにより、本実施形態の断線検出方法が実行されるとして説明する。

電動車両１００が走行している場合、組電池１０は放電と充電とを繰り返している。制御部７０は、図８に示すステップＳ１００、ステップＳ１０１に示すように、電流センサ６２と電圧センサ６４〜６７によって所定の時間間隔Δｔで組電池１０の電流値Ｉと各ブロック電圧値Ｖ１〜Ｖ４を検出する。制御部７０は、検出した組電池１０の電流値Ｉと各ブロック電圧値Ｖ１〜Ｖ４をメモリ７２に格納する。所定の時間間隔Δｔは、例えば、１００〜２００ｍｓｅｃ程度の短い時間である。

制御部７０は、図８のステップＳ１０２において、図９のステップＳ５０１からＳ５０５に示すように反応抵抗寄与率を算出する。図９のステップＳ５０１、下記の（式３ａ）に示すように、制御部７０は、１つ前の検出タイミング（ｔ―１）における電気二重層１０Ｃに流れる電流値Ｉ２（ｔ−１）と所定の時間間隔Δｔを掛け合わせた値に１つ前の検出タイミング（ｔ−１）における電気二重層１０Ｃの電気量Ｑ（ｔ−１）を加えて現時点（ｔ）での電気二重層１０Ｃの電気量Ｑ（ｔ）を算出する。この算出において、１つ前の検出タイミング（ｔ―１）における電気二重層１０Ｃに流れる電流値Ｉ２（ｔ−１）、１つ前の検出タイミング（ｔ−１）における電気二重層１０Ｃの電気量Ｑ（ｔ−１）の値が無い時は、初期値としてゼロを用いる。

Ｑ（ｔ）=Ｑ（ｔ―１）+Ｉ２（ｔ−１)×Δｔ ・・・・・・ （式３ａ）

制御部７０は、図９のステップＳ５０２に進み、次の（式３ｂ）に示すように、ステップＳ５０１で算出した現時点（ｔ）での電気二重層１０Ｃの電気量Ｑ（ｔ）に基づいて、現時点（ｔ）での反応抵抗１０Ｒに流れる電流値Ｉ１（ｔ）を算出する。

Ｉ１（ｔ）=Ｑ（ｔ）／(Ｃ×Ｒ) ・・・・・・ （式３ｂ）

ここで、Ｃは、電気二重層１０Ｃの容量値、Ｒは、反応抵抗１０Ｒの抵抗値である。Ｃ、Ｒは、予め行った組電池１０のインピーダンス測定の結果から算出しておくことができる。

制御部７０は、図９のステップＳ５０３に進み、次の（式３ｃ）に示すように、電流センサ６２で検出した現時点（ｔ）での組電池１０の第１電流値Ｉ（ｔ）から現時点（ｔ）での反応抵抗１０Ｒに流れる電流値Ｉ１（ｔ）を減算して現時点（ｔ）での電気二重層１０Ｃの電流値Ｉ２（ｔ）を算出する。

Ｉ２（ｔ）=Ｉ（ｔ）−Ｉ１（ｔ） ・・・・・・ （式３ｃ）

制御部７０は、図９のステップＳ５０４に進み、算出した現時点（ｔ）での電気二重層１０Ｃの電気量Ｑ（ｔ）、現時点（ｔ）での電気二重層１０Ｃの電流値Ｉ２（ｔ）をメモリ７２に格納して図９のステップＳ５０５に進む。メモリ７２に格納した電気量Ｑ（ｔ）、電流値Ｉ２（ｔ）は、次の検出タイミング（ｔ＋１）において、次の検出タイミング（ｔ＋１）の電気量Ｑ（ｔ＋１）を計算する際に用いる。

制御部７０は、図９のステップＳ５０５で下記の（式３ｄ）に示すように反応抵抗寄与率を算出する。

反応抵抗寄与率＝Ｉ１（ｔ）／Ｉ（ｔ） ・・・・・・ （式３ｄ）

制御部７０は、図９のステップＳ５０５で反応抵抗寄与率を算出したら、図８のステップＳ１０３に進み、算出した反応抵抗寄与率が所定の設定値よりも小さいかどうかを判断する。制御部７０は、図８のステップＳ１００からＳ１０９を所定の時間間隔Δｔで繰り返し実行するので、図９に示すステップＳ５０１からＳ５０５を所定の時間隔Δｔで繰り返して実行し、所定の時間間隔Δｔごとに現時点（ｔ）における反応抵抗１０Ｒの電流値Ｉ１（ｔ）を算出し、反応抵抗寄与率の推定の算出を行うものである。

そして、制御部７０は、図８のステップＳ１０３でＹＥＳの場合、断線検出実行の第１条件が満足されたと判断して図８のステップＳ１０４に進む。一方、図８のステップＳ１０３でＮＯの場合、制御部７０は、断線検出実行の第１条件が満足されていないと判断して、断線検出を実行せずルーチンを終了する。そして、制御部７０は、図８のステップＳ１００に戻り、Δｔ後の次の検出タイミングに電流値Ｉとブロック電圧値Ｖ１〜Ｖ４の検出を行う。

制御部７０は、図８のステップＳ１０４において、メモリ７２から読み出した現時点（ｔ）の第１電流値Ｉ（ｔ）と１つ前の検出タイミング（ｔ−１）における第２電流値Ｉ（ｔ−１）の差の絶対値での電流値差ΔＩ（＝｜Ｉ（ｔ−１）−Ｉ（ｔ）｜）を算出する。そして、制御部７０は、図８のステップＳ１０５に進み、電流値差ΔＩが所定の閾値Ｓ１を超えているかどうか判断する。セル２１の抵抗値は、セル２１の温度によって変化するので、閾値Ｓ１は、温度センサ６３によって検出した組電池１０の温度Ｔに基づいて変化するようにしてもよい。

制御部７０は、図８のステップＳ１０５でＹＥＳと判断した場合、断線検出実行の第２条件が満足されたと判断して図８のステップＳ１０６に進む。一方、図８のステップＳ１０５でＮＯと判断した場合、制御部７０は、断線検出実行の第２条件が満足されていないと判断して、断線検出を実行せずルーチンを終了する。そして、制御部７０は、図８のステップＳ１００に戻り、Δｔ後の次の検出タイミングに電流値Ｉとブロック電圧値Ｖ１〜Ｖ４の検出を行う。

図８に示すステップＳ１０６からステップＳ１０９において、制御部７０は、以下に説明するように、断線検出を実行する。まず、制御部７０は、図８のステップＳ１０６において、各セルブロック２０，３０，４０，５０の現時点（ｔ）の各第１ブロック電圧値Ｖ１（ｔ）〜Ｖ４（ｔ）と１つ前の検出タイミング（ｔ−１）における各第２ブロック電圧値Ｖ１（ｔ−１）〜Ｖ４（ｔ−１）の各ブロック電圧値差ΔＶ１〜ΔＶ４を以下のように算出する。

ΔＶ（ｎ）＝｜Ｖｎ（ｔ−１）−Ｖｎ（ｔ）｜ ・・・ （式４）
（ｎは検出したブロック電圧の番号、１から４）

制御部７０は、各ブロック電圧値差ΔＶ１〜ΔＶ４を算出したら図８のステップＳ１０７に進む。

次に制御部７０は、図８のステップＳ１０７に示すように、下記の（式５）で各セルブロック２０、３０、４０、５０相互の抵抗比を算出する。

抵抗比ｉ＝（ΔＶ（ｎ）／ΔＶ（ｎ＋１）） ・・・ （式５）

（式５）を用いた抵抗比ｉの算出は、抵抗値を比較するセルブロック２０，３０，４０，５０の組み合わせ毎に行う。ｉは計算する組み合わせの番号で、１以上の整数である。例えば、セルブロック２０の抵抗値とセルブロック３０の抵抗値とを比較する場合には、抵抗比１＝（ΔＶ（１）／ΔＶ（２））、セルブロック４０の抵抗値とセルブロック５０の抵抗値とを比較する場合には、抵抗比２＝（ΔＶ（３）／ΔＶ（４））を算出する。抵抗比ｉを算出するセルブロック２０，３０，４０，５０の組み合わせは任意であるが、例えば、複数のセルブロック２０，３０，４０，５０の全ての組み合わせについて抵抗比ｉを算出してもよいし、予め定めた特定の組み合わせについて抵抗比ｉを算出するようにしてもよい。制御部７０は、抵抗比ｉを算出したら図８のステップＳ１０８に進む。

制御部７０は、図８のステップＳ１０８において、以下のように比較用抵抗比ｉを算出してメモリ７２に格納する。制御部７０は、下記の（式６）に示すように、（式５）を用いて算出した抵抗比ｉが１以上の場合には（式５）を用いて算出した抵抗比ｉの数値を比較用抵抗比ｉとしてメモリ７２に格納する。また、制御部７０は、下記の（式７）に示すように、抵抗比ｉが１未満の場合には（式５）を用いて算出した抵抗比ｉの逆数を比較用抵抗比ｉとしてメモリ７２に格納する。

比較用抵抗比ｉ＝抵抗比ｉ （抵抗比ｉ≧１） ・・・ （式６）
比較用抵抗比ｉ＝１／抵抗比ｉ （抵抗比ｉ＜１） ・・・ （式７）

そして、制御部７０は、図８のステップＳ１０８において下記の（式８）に示すように、比較用抵抗比ｉのなかの最大値を最大抵抗比とする。

最大抵抗比＝ＭＡＸ（比較用抵抗比ｉ） ・・・ （式８）

制御部７０は、最大抵抗比を算出したら、図８のステップＳ１０９に進む。

制御部７０は、図８のステップＳ１０９において、異常検出処理を実行する。異常検出処理は、例えば、最大抵抗比が所定の閾値を超えている場合には、断線が発生の信号を出力する処理や、最大抵抗比と（式１）とから断線数を算出して出力する処理や、断線の発生しているセルブロックを特定して出力する処理等の処理である。

以上説明した実施形態の断線検出方法は、現時点（ｔ）における組電池１０に流れる第１電流値Ｉ（ｔ）の内の反応抵抗１０Ｒに流れる電流値Ｉ１（ｔ）の比率である反応抵抗寄与率が所定の設定値よりも小さいという第１条件と、現時点（ｔ）の第１電流値Ｉ（ｔ）と１つ前の検出タイミング（ｔ−１）における第２電流値Ｉ（ｔ−１）との電流値差ΔＩが所定の閾値Ｓ１を超えているという第２条件とを共に満たした場合に断線検出を実行するものである。これにより、セル２１，３１，４１，５１の電流密度ｊが小さく電流密度ｊにより内部抵抗が変化しない状態で、且つ、セル２１，３１，４１，５１の電流密度ｊの変化が大きく検出の時間間隔Δｔの間の電流値差ΔＩが大きい状態で断線検出を実行するので、組電池１０の断線検出の精度を高めることができる。

＜他の断線検出方法＞
次に図１０を参照しながら本発明の他の実施形態について説明する。図８を参照して説明した動作と同様の動作については同様の符号を付して説明は省略する。

図１０に示す実施形態は、図１０のステップＳ２０１〜Ｓ２０２に示すように、図１０のステップＳ１０４において（式３）で計算した電流値差ΔＩと、図１０のステップＳ１０６において（式４）で計算したブロック電圧値差ΔＶ（ｎ）とからΔＲ（ｎ）を算出し、このΔＲ（ｎ）を用い最大抵抗比を算出するものである。

制御部７０は、図１０のステップＳ２０１において下記の（式９）によりΔＲ（ｎ）を算出する。

ΔＲ（ｎ）＝ΔＶ（ｎ）／ΔＩ ・・・ （式９）
（ｎは検出したブロック電圧の番号、１から４）

制御部７０は、ΔＲ（ｎ）を算出したら図１０のステップＳ２０２に進む。

制御部７０は、図１０のステップＳ２０２において、下記の（式１０）により、抵抗値を比較するセルブロック２０，３０，４０，５０の組み合わせ毎に抵抗比ｉを算出する。

抵抗比ｉ＝（ΔＲ（ｎ）／ΔＲ（ｎ＋１）） ・・・ （式１０）
（ｉは計算する組み合わせの番号で、１以上の整数）

制御部７０は、抵抗比ｉを算出したら図１０のステップＳ１０８に進む。

制御部７０は、図１０のステップＳ１０８において、先に図８を参照説明したと同様、（式６）、（式７）で比較用抵抗比ｉを算出し、（式８）を用いて最大抵抗比を算出する。そして、図１０のステップＳ１０９で異常検出処理を行う。

本実施形態は、先に図８を参照して説明した実施形態と同様の効果を奏する。

＜実施形態の断線検出方法を応用した組電池の電流制御方法＞
次に、図１１を参照しながら、図８を参照した説明した本実施形態の断線検出方法を応用した組電池１０の電流制御方法について説明する。図１１のステップＳ１００からステップＳ１０８までの動作は、図８を参照して説明した本実施形態の断線検出方法と同様である。図１１に示す電流制御方法は、図１１のステップＳ３０１において以下のように、電流制御を実行する。

先に説明したように、本実施形態の断線検出方法は、精度良く最大抵抗比を求めることができる。最大抵抗比は、全く断線の発生していないセルブロックの抵抗値と一番断線数の多いセルブロックの抵抗値の比率であり、下記の（式１１）で計算できる。

最大抵抗比＝（並列数）／（並列数−最大断線数） ・・・ （式１１）

また、一番断線数の多い断線セルブロック２０ａのセル２１に流れるセル電流は、電流センサ６２によって検出した電流値Ｉの最大抵抗比倍で、この電流がセル２１，３１，４１，５１に流れる最大電流となる。

最大セル電流値＝検出電流値×最大抵抗比 ・・・ （式１２）

以上のことから、セル２１，３１，４１，５１がリチウムイオン二次電池の場合、下記の（式１３）に示す制御電流値がリチウム析出の限界電流に達した際に電流制限を行うことにより、断線を考慮したリチウム析出抑制制御を行うことができる。

制御電流値＝検出電流値×（最大抵抗比＋設定誤差） ・・・ （式１３）

また、リチウムイオン電池のハイレート抑制電流制御、セル内部過熱保護制御等においても、（式１３）によって算出した制御電流値によって電流制限等の制御を行うことにより、断線を考慮したハイレート抑制、セル内部過熱保護を行うことができる。

このように、本実施形態の断線検出方法により精度良く最大抵抗比を求め、その最大抵抗比に基づいて組電池１０の電流を制限することにより、組電池１０の断線を考慮した電流抑制を行い、リチウムの析出、劣化等を効果的に抑制することができる。

１０ 組電池、１０Ｃ 電気二重層、１０Ｒ 反応抵抗、１１ 正極ライン、１２ 負極ライン、１３ インバータ、１４ モータジェネレータ、１５ 動力分割機構、１６ エンジン、１７ ディファレンシャルギヤ、１８ 車輪、１９ スタートスイッチ、２０，３０，４０，５０ セルブロック、２０ａ 断線セルブロック、２１，３１，４１，５１ セル、２１ａ 断線セル、２２ 正極、２３ 負極、２４，３４，４４，５４ 正極並列バスバ、２４ａ，２７ａ 開口、２５，３５，４５，５５ 正極接続バスバ、２６，３６，４６，５６ 負極接続バスバ、２７，３７，４７，５７ 負極並列バスバ、２８，２９ 先端、６１，６４〜６７ 電圧センサ、６２ 電流センサ、６３ 温度センサ、７０ 制御部、７１ ＣＰＵ、７２ メモリ、７３ センサ・機器インターフェース、７４ データバス、９０ コネクタ、１００ 電動車両。

Claims (1)

1. 複数のセルを並列接続線で並列に接続したセルブロックを複数段直列に接続した組電池の前記並列接続線の断線検出方法であって、
   反応抵抗と電気二重層とを並列接続したものとして前記組電池をモデル化し、
   所定の時間間隔で前記組電池に流れる電流値を検出し、
   現時点での前記組電池に流れる第１電流値の内の前記反応抵抗に流れる反応抵抗電流値の比率である反応抵抗寄与率を算出し、
   前記反応抵抗寄与率が所定の設定値よりも小さく、且つ、前記第１電流値と１つ前の検出タイミングにおける前記組電池に流れる第２電流値との電流値差の絶対値が所定の閾値を超える場合に、前記並列接続線の断線検出を実行する断線検出方法。

Images