JP7163313B2 - 管理装置、及び電源システム - Google Patents

Description

本発明は、蓄電モジュールの状態を管理する管理装置、及び電源システムに関する。

近年、ハイブリッド車（ＨＶ）、プラグインハイブリッド車（ＰＨＶ）、電気自動車（ＥＶ）が普及してきている。これらの車にはキーデバイスとして二次電池が搭載される。車載用二次電池としては主に、ニッケル水素電池およびリチウムイオン電池が普及している。今後、エネルギー密度が高いリチウムイオン電池の普及が加速すると予想される。

高電圧と高容量を同時に実現する電源システムとして、多並多直の蓄電モジュールが使用されることがある（例えば、特許文献１参照）。多並多直の蓄電モジュールは、複数のセルを並列に接続させた並列セル群を、複数直列に接続させて構成する。多並多直の蓄電モジュールにおいて、セルの内圧上昇に伴うＣＩＤ（Current Interrupt Device）の作動、セルの入出力配線の断線、セルの入出力端子（例えば、バスバー）の外れ、等により並列セル群の一部のセルにオープン故障が発生する場合がある。その場合、並列セル群の容量が急激に低下する。

多並多直の蓄電モジュールにおけるセルのオープン故障を検出する方法として、以下の２つの方法が考えられる。第１の方法は、直列接続された複数の並列セル群のＯＣＶ（Open Circuit Voltage）又はＣＣＶ（Closed Circuit Voltage）を測定し、複数の並列セル群間の電圧偏差をもとに、異常な並列セル群を検出する方法である。なお、ＯＣＶは蓄電モジュールに電流が流れていない状態で測定される電圧であり、ＣＣＶ（＝Ｉ・Ｒ＋ＯＣＶ）は蓄電モジュールに電流が流れている状態で測定される電圧である。

第２の方法は、並列セル群に流れる積算電流値に基づく電力量と、並列セル群のＯＣＶから推定される電力量との差異をもとに異常な並列セル群を検出する方法である。

特開２０１１－１３５６５６号公報

上記第１の方法では、並列セル群の一部のセルにオープン故障が発生しても、並列セル群の抵抗変動が小さいため、異常を検出するまでに時間がかかる。上記第２の方法では、蓄電モジュールに電流が流れている必要があり、車載用途では、基本的に車両の走行中である必要がある。走行中は、電流ばらつきが大きく位相ずれも発生しやすい。従って検出精度が低くなる。また走行しなければ並列セル群の異常を検出できないため、検出タイミングに遅れが生じやすく、走行開始後に電池異常により車両が急停止するリスクがある。従って、できるだけ走行前に並列セル群の異常を検出することが好ましい。

本発明はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、多並多直の蓄電モジュールにおいて、異常な並列セル群を短時間で高精度に検出する技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の管理装置は、複数のセルを並列接続した並列セル群を複数、直列接続した蓄電モジュールを管理する管理装置であって、直列接続された複数の並列セル群のそれぞれの電圧を検出する電圧検出回路と、前記複数の並列セル群に、それぞれ並列に接続される複数の均等化回路と、前記電圧検出回路により検出された電圧をもとに、前記複数の均等化回路を制御して均等化処理を実行する制御回路と、を備える。前記制御回路は、前記均等化回路に放電中または前記均等化回路から充電中の並列セル群の電圧変化をもとに、当該並列セル群に異常セルが含まれるか否か判定する。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせ、本発明の表現を方法、装置、システムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、多並多直の蓄電モジュールにおいて、異常な並列セル群を短時間で高精度に検出することができる。

本発明の実施の形態に係る電源システムを示す図である。 ２並４直の蓄電モジュールの構成を示す図である。 図３（ａ）、（ｂ）は、図２の２並４直の蓄電モジュールの容量ばらつきの一例を示す図である。 図４（ａ）、（ｂ）は、均等化処理の一例を示す図である。 図５（ａ）、（ｂ）は、均等化処理の別の例を示す図である。 本発明の実施の形態に係る電源システムの動作例１を示すフローチャートである。 正常な並列セル群のＳＯＣ－ＯＣＶカーブ（実線）と、オープン故障が発生しているセルを含む異常な並列セル群のＳＯＣ－ＯＣＶカーブ（点線）の一例を示す図である。 放電時間とＳＯＣ偏差（ΔＳＯＣ）の関係を示した図である。 本発明の実施の形態に係る電源システムの動作例２を示すフローチャートである。 図１０（ａ）－（ｃ）は、動作例２に係る均等化処理の一例を説明するための図である。 本発明の実施の形態に係る電源システムを搭載した車両を説明するための図である。 図１２（ａ）、（ｂ）は、外部充電時の容量の一例を示す図である。

図１は、本発明の実施の形態に係る電源システム１を示す図である。電源システム１は、蓄電モジュール１０及び管理装置３０を備える。蓄電モジュール１０は、複数のセルを並列に接続した並列セル群を複数、直列に接続して構成される。図１では２並８直の蓄電モジュールの例を示している。セルには、リチウムイオン電池セル、ニッケル水素電池セル、鉛電池セル、電気二重層キャパシタセル、リチウムイオンキャパシタセル等を用いることができる。以下、本明細書ではリチウムイオン電池セル（公称電圧：３．６－３．７Ｖ）を使用する例を想定する。

管理装置３０は、均等化回路、入力フィルタ、電圧検出回路３１及び制御回路３２を含み、それらはプリント配線基板上に実装される。電圧検出回路３１は、直列接続された複数の並列セル群Ｅ１～Ｅ８の各ノードと複数の電圧検出線Ｌ１－Ｌ９で接続され、隣接する２本の電圧検出線間の電圧を検出して各並列セル群Ｅ１－Ｅ８の電圧を検出する。電圧検出回路３１は例えば、専用のカスタムＩＣであるＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）により構成される。電圧検出回路３１は、検出した各並列セル群Ｅ１－Ｅ８の電圧を制御回路３２に送信する。電圧検出回路３１は制御回路３２に対して高圧であるため、電圧検出回路３１と制御回路３２間は絶縁された状態で、通信線で接続される。

蓄電モジュール１０の複数の並列セル群Ｅ１－Ｅ８の各ノードにはワイヤーハーネスが接続され、各ワイヤーハーネスの先端のコネクタが、プリント配線基板に実装された管理装置３０の各コネクタに装着される。即ち、蓄電モジュール１０と管理装置３０間は、ハーネス・コネクタ２０を介して電気的に接続される。

複数の電圧検出線Ｌ１－Ｌ９にそれぞれ抵抗Ｒｆ１－Ｒｆ９が挿入され、隣接する２本の電圧検出線間にそれぞれコンデンサＣ１－Ｃ８が接続される。抵抗Ｒｆ１－Ｒｆ９及びコンデンサＣ１－Ｃ８は入力フィルタ（ローパスフィルタ）を構成し、電圧検出回路３１に入力される電圧を安定化させる作用を有する。

管理装置３０の各コネクタと、電圧検出回路３１の各検出端子間は、複数の電圧検出線Ｌ１－Ｌ９で接続される。隣接する２本の電圧検出線間にそれぞれ均等化回路が接続される。図１に示す例では、均等化回路は放電抵抗Ｒｄ１－Ｒｄ８と放電スイッチＱ１－Ｑ８の直列回路で構成されている。放電スイッチＱ１－Ｑ８は例えば、トランジスタで構成される。

なお図１に示していないが、複数の並列セル群Ｅ１－Ｅ８に流れる電流の値を検出するための電流センサが設置される。電流センサには例えば、ホール素子やシャント抵抗を使用することができる。また複数の並列セル群Ｅ１－Ｅ８の温度を検出するための温度センサが少なくとも１つ設置される。温度センサには例えば、サーミスタを使用することができる。電流センサ及び温度センサの検出値は制御回路３２に出力される。

制御回路３２は、電圧検出回路３１から取得した複数の並列セル群Ｅ１－Ｅ８の電圧値、電流センサから取得した複数の並列セル群Ｅ１－Ｅ８の電流値、温度センサから取得した複数の並列セル群Ｅ１－Ｅ８の温度値をもとに複数の並列セル群Ｅ１－Ｅ８を管理する。制御回路３２は複数の並列セル群Ｅ１－Ｅ８のＳＯＣ(State Of Charge)、ＳＯＨ(State Of Health）を推定する。ＳＯＣは例えば、ＯＣＶ法または電流積算法により推定できる。

ＳＯＨは、初期の満充電容量に対する現在の満充電容量の比率で規定され、数値が低いほど（０％に近いほど）劣化が進行していることを示す。ＳＯＨは、内部抵抗との相関関係をもとに推定することができる。内部抵抗は、電池に所定の電流を所定時間流した際に発生する電圧降下を、当該電流で割ることにより推定することができる。内部抵抗は温度が上がるほど低下する関係にあり、電池の劣化が進行するほど増加する関係にある。電池の劣化は充放電回数が増加するにつれ進行する。また電池の劣化は個体差や使用環境にも依存する。従って使用期間が長くになるにつれ基本的に、複数の並列セル群Ｅ１－Ｅ８の容量のばらつきが大きくなっていく。

複数の並列セル群Ｅ１－Ｅ８の容量は、経時劣化による要因ばかりでなく、現在の使用環境の要因によってもばらつく。例えば複数の並列セル群Ｅ１－Ｅ８の設置位置により、複数の並列セル群Ｅ１－Ｅ８間に温度の違いが発生している場合、容量がばらつく。これに対して制御回路３２は、複数の並列セル群Ｅ１－Ｅ８間の均等化処理を実行する。放電による均等化処理では、複数の並列セル群Ｅ１－Ｅ８の内、最も容量が少ない並列セル群に他の並列セル群の容量を合わせる制御が基本となる。

上述のように均等化回路は、並列セル群Ｅ１－Ｅ８ごとに、蓄積された電力を放電させるための放電抵抗Ｒｄ１－Ｒｄ８を備えている。制御回路３２は、最も容量が少ない並列セル群に、他の複数の並列セル群の容量を合わせるために、他の複数の並列セル群の各放電時間を決定する。制御回路３２は、各並列セル群の現在の容量と、均等化の目標とすべき容量との差分に基づく放電容量と、放電抵抗の抵抗値をもとに各放電時間を決定する。なお、複数の放電抵抗Ｒｄ１－Ｒｄ８の抵抗値は、同じ値とする。

制御回路３２は、決定した各放電時間をもとに、他の複数の並列セル群の各放電スイッチのオン／オフを制御する。具体的には制御回路３２は、放電スイッチＱ１－Ｑ８のオン／オフタイミングを規定する制御信号を電圧検出回路３１に送信し、電圧検出回路３１は、受信した制御信号をもとに放電スイッチＱ１－Ｑ８のオン／オフを制御する。放電スイッチがオン状態の均等化回路では、並列セル群から放電抵抗に電流が流れ、並列セル群の容量が低下する。

本実施の形態では、当該均等化処理を利用して、オープン故障が発生しているセルを含む並列セル群を検出する。具体的には均等化処理において、並列セル群を所定時間放電させ、放電前の電圧と放電後の電圧との偏差を算出し、当該偏差をもとに当該並列セル群に異常が発生しているか否かを判定する。オープン故障が発生しているセルを含む並列セル群では、容量が大幅に低下する。例えば、４並列セル群に含まれる１つのセルにオープン故障が発生している場合、当該並列セル群の容量は２５％低下し、目標とすべき容量に到達するまでの放電時間は正常な場合と比較して２５％短縮される。３並列セル群に含まれる１つのセルにオープン故障が発生している場合、当該並列セル群の容量は約３３％低下し、目標とすべき容量に到達するまでの放電時間は正常な場合と比較して約３３％短縮される。２並列セル群に含まれる１つのセルにオープン故障が発生している場合、当該並列セル群の容量は５０％低下し、目標とすべき容量に到達するまでの放電時間は正常な場合と比較して５０％短縮される。

以下、具体例を挙げながら、均等化処理を利用した異常な蓄電セル群の検出方法を説明する。以下の具体例では簡略化のため、２並４直の蓄電モジュールを例に説明する。

図２は、２並４直の蓄電モジュール１０の構成を示す図である。図２に示す第１並列セル群Ｅ１は、第１－１並列セルＥ１ａと第１－２並列セルＥ１ｂの並列回路で構成され、第１－１並列セルＥ１ａには第１－１内部抵抗Ｒ１ａが存在し、第１－２並列セルＥ１ｂには第１－２内部抵抗Ｒ１ｂが存在する。

第１並列セル群Ｅ１の合成抵抗Ｒ０は、下記（式１）により算出される。
Ｒ０＝Ｒ１ａ×Ｒ１ｂ／（Ｒ１ａ＋Ｒ１ｂ） ・・・（式１）

例えば、Ｒ１ａが０．００１［Ω］、Ｒ１ｂが０．００１［Ω］の場合、第１並列セル群Ｅ１の合成抵抗Ｒ０は、０．０００５［Ω］になる。ここで、ＣＩＤの作動により第１－２並列セルＥ１ｂにオープン故障が発生した場合、第１並列セル群Ｅ１の両端から見える第１－２並列セルＥ１ｂの内部抵抗Ｒ１ｂが急激に上昇する。例えば、Ｒ１ｂが１００００００［Ω］に上昇した場合、第１並列セル群Ｅ１の合成抵抗Ｒ０は、０．００１［Ω］になる。

以上に示すように、並列セル群に含まれる１つのセルにオープン故障が発生した場合でも、合成抵抗Ｒ０の変動は小さく、合成抵抗Ｒ０の変動を電圧で検出する場合、長時間電流を流す必要がある。

なお、バスバー断線により第１－２並列セルＥ１ｂにオープン故障が発生した場合、第１並列セル群Ｅ１の両端から見える第１－２並列セルＥ１ｂの配線抵抗が急激に上昇する。このような、ルーズコンタクトによる抵抗上昇の場合も、合成抵抗Ｒ０の変動は小さくなる。以上の考察は、第２並列セル群Ｅ２－第４並列セル群Ｅ４についても、第１並列セル群Ｅ１と同様にあてはまる。

図３（ａ）、（ｂ）は、図２の２並４直の蓄電モジュール１０の容量ばらつきの一例を示す図である。各棒の長さは、各並列セル群の現在の満充電容量（劣化度）を示している。図３（ａ）、（ｂ）の第１電圧Ｖ１１は第１並列セル群Ｅ１のＯＣＶを、第２電圧Ｖ１２は第２並列セル群Ｅ２のＯＣＶを、第３電圧Ｖ１３は第３並列セル群Ｅ３のＯＣＶを、第４電圧Ｖ１４は第４並列セル群Ｅ４のＯＣＶをそれぞれ示している。

制御回路３２は例えば、最もＯＣＶが低い並列セル群（図３（ａ）では第２並列セル群Ｅ２）と、最もＯＣＶが高い並列セル群（図３（ａ）では第３並列セル群Ｅ３）との電圧差ΔＶが所定値以上、拡大したとき均等化処理を実行する。図３（ａ）は、オープン故障が発生している並列セル群が存在しない正常な状態を示しており、図３（ｂ）は、オープン故障が発生している並列セル群が存在する異常な状態を示している。図３（ｂ）では、第１並列セル群Ｅ１に含まれる第１－２並列セルＥ１ｂにオープン故障が発生している。

図４（ａ）、（ｂ）は、均等化処理の一例を示す図である。図４（ａ）は、均等化処理前の第１並列セル群Ｅ１－第４並列セル群Ｅ４の容量を示しており、図４（ｂ）は、均等化処理後の第１並列セル群Ｅ１－第４並列セル群Ｅ４の容量を示している。図４（ａ）において、第１並列セル群Ｅ１－第４並列セル群Ｅ４の内、ＯＣＶが最も低い並列セル群は、第２並列セル群Ｅ２である。制御回路３２は、均等化処理によるＯＣＶの目標値として、第２並列セル群Ｅ２のＯＣＶを設定している。この場合、第１並列セル群Ｅ１、第３並列セル群Ｅ３及び第４並列セル群Ｅ４に放電電流が流れる。

図４（ａ）、（ｂ）に示すように、ＯＣＶが最も低い第２並列セル群Ｅ２にオープン故障が発生しているセルが含まれる場合、第２並列セル群Ｅ２に放電電流が流れないため第２並列セル群Ｅ２に有意な電圧変化が発生せず、第２並列セル群Ｅ２のＯＣＶから第２並列セル群Ｅ２の異常を検出することができない。

なお、上記の例では均等化処理として、複数の並列セル群Ｅ１－Ｅ４のＯＣＶを合わせるＯＣＶ合わせ方式を説明したが、ＳＯＣ合わせ方式、充電可能量合わせ方式、放電可能量合わせ方式を用いてもよい。充電可能量合わせ方式および放電可能量合わせ方式では、目標値が実容量［Ａｈ］で算出されるため、複数の並列セル群間の現在の満充電容量のばらつきの影響を低減することができる。

図５（ａ）、（ｂ）は、均等化処理の別の例を示す図である。図５（ａ）は、均等化処理前の第１並列セル群Ｅ１－第４並列セル群Ｅ４の容量を示しており、図５（ｂ）は、均等化処理後の第１並列セル群Ｅ１－第４並列セル群Ｅ４の容量を示している。制御回路３２は、均等化処理によるＯＣＶの目標値として、ＯＣＶが最も低い第２並列セル群Ｅ２のＯＣＶより、所定値以上低い値に設定している。この場合、第２並列セル群Ｅ２にも放電電流が流れる。

なお当該所定値は、並列セル群に有意な電圧変化を発生させる放電電流を流すことができる放電時間を確保できる値に設定される。当該所定値は、並列セル群に含まれる並列セルの数、放電抵抗の抵抗値に依存して決定される。並列セルの数が少ないほど、及び／又は放電抵抗の抵抗値が大きいほど、当該所定値を小さく設定することができる。当該所定値を小さく設定するほど、均等化処理による容量の損失を少なくすることができる。

図５（ａ）、（ｂ）に示す例では、第２並列セル群Ｅ２にオープン故障が発生しているセルが含まれる場合でも、第２並列セル群Ｅ２に放電電流が流れるため、放電電流が流れている際の第２並列セル群Ｅ２の電圧変化をもとに、第２並列セル群Ｅ２の異常を検出することができる。

図６は、本発明の実施の形態に係る電源システム１の動作例１を示すフローチャートである。動作例１に係る均等化処理は、車両の停止中に実行される。電圧検出回路３１は、複数の並列セル群の各ＯＣＶを測定し、制御回路３２に送信する。制御回路３２は、測定された各ＯＣＶの初期現在値（ＯＣＶ１）から、ＳＯＣ－ＯＣＶカーブをもとに、各並列セル群のＳＯＣの初期現在値（ＳＯＣ１）を推定する（Ｓ１０）。

図７は、正常な並列セル群のＳＯＣ－ＯＣＶカーブ（実線）と、オープン故障が発生しているセルを含む異常な並列セル群のＳＯＣ－ＯＣＶカーブ（点線）の一例を示す図である。なお図７では簡略化のため、ＳＯＣ－ＯＣＶカーブを直線で描いている。

図６のフローチャートに戻る。制御回路３２は、測定された複数の並列セル群の各ＯＣＶをもとに、複数の並列セル群の各ＳＯＣを推定する。制御回路３２は、複数の並列セル群の各ＳＯＣをもとに、複数の並列セル群のＳＯＣの均等化目標値（ＳＯＣ２）を決定する。例えば制御回路３２は、推定されたＳＯＣの内の最も低いＳＯＣを、ＳＯＣの均等化目標値に決定する。制御回路３２は、各並列セル群において、ＳＯＣの初期現在値（ＳＯＣ１）からＳＯＣの均等化目標値（ＳＯＣ２）を減算してＳＯＣ偏差（ΔＳＯＣ＿ａ）を算出する（Ｓ１１）。

制御回路３２は、ＳＯＣの均等化目標値（ＳＯＣ２）に対応するＯＣＶの均等化目標値（ＯＣＶ２）を推定し、下記（式２）をもとに、各並列セル群の放電時間を算出する（Ｓ１２）。
放電時間［ｓｅｃ］＝ＳＯＣ偏差分の電流量［Ａｈ］／（ＯＣＶ２［Ｖ］×Ｒｄ［Ω］）
ＳＯＣ偏差分の電流量［Ａｈ］＝定格容量［Ａｈ］×通常ＳＯＣ偏差（ΔＳＯＣ）［％］ ・・・（式２）
Ｒｄは、放電抵抗の抵抗値を示す。通常ＳＯＣ偏差（ΔＳＯＣ）は、並列セル群に異常が発生していないと仮定した場合のＳＯＣ偏差を示す。

図８は、放電時間とＳＯＣ偏差（ΔＳＯＣ）の関係を示した図である。ＳＯＣ偏差（ΔＳＯＣ）が大きくなるほど、長い放電時間が必要となる。

図６のフローチャートに戻る。制御回路３２は、複数の並列セル群の均等化処理を開始する（Ｓ１３）。電圧検出回路３１は、複数の並列セル群の各ＯＣＶを定期的に（例えば、１時間毎に）測定し、制御回路３２に送信する。制御回路３２は、測定された各ＯＣＶの現在値（ＯＣＶｔ）から、ＳＯＣ－ＯＣＶカーブをもとに、各並列セル群のＳＯＣの現在値（ＳＯＣｔ）を推定する。制御回路３２は、各並列セル群において、ＳＯＣの現在値（ＳＯＣｔ）からＳＯＣの均等化目標値（ＳＯＣ２）を減算して、現在の実測ＳＯＣ偏差（ΔＳＯＣ＿ｔ）を算出する（Ｓ１４）。

制御回路３２は、初期に測定されたＳＯＣ偏差（ΔＳＯＣ＿ａ）と現在までの放電時間に基づき推定される現在の予測ＳＯＣ偏差（ΔＳＯＣ＿ａ）から、現在の実測ＳＯＣ偏差（ΔＳＯＣ＿ｔ）を減算して、差分Ｘ（＝（ΔＳＯＣ＿ａ）－（ΔＳＯＣ＿ｔ）を算出する（Ｓ１５）。制御回路３２は、差分Ｘと設定値を比較する（Ｓ１６）。設定値は、オープン故障が発生しているセルを含むか否かを判別するための設定値であり、並列セル群に含まれるセル数に応じて設定される。例えば、並列セル群に含まれるセル数が４の場合は２５％、３の場合は３３％、２の場合は５０％に設定される。

差分Ｘが設定値以上の並列セル群が発生した場合（Ｓ１６のＹ）、制御回路３２は、当該並列セル群を、異常が発生している並列セル群と判定する（Ｓ１７）。制御回路３２は当該並列セル群の異常を、図示しない上位システム（例えば、車両側のＥＣＵ）に通知する。

差分Ｘが設定値以上の並列セル群が発生しない場合（Ｓ１６のＮ）、制御回路３２は並列セル群ごとに、現在の実測ＳＯＣ偏差（ΔＳＯＣ＿ｔ）がゼロに到達したか否か判定する（Ｓ１８）。制御回路３２は、現在の実測ＳＯＣ偏差（ΔＳＯＣ＿ｔ）がゼロに到達した並列セル群について（Ｓ１８のＹ）、均等化処理を終了する（Ｓ１９）。現在の実測ＳＯＣ偏差（ΔＳＯＣ＿ｔ）がゼロに到達しない並列セル群については（Ｓ１８のＮ）、ステップＳ１４に遷移して、均等化処理を継続する。

図４（ａ）、（ｂ）で説明したように、均等化処理では、複数の並列セル群のＯＣＶ／ＳＯＣの内、最も低いＯＣＶ／ＳＯＣの並列セル群のＯＣＶ／ＳＯＣを均等化の目標値に設定することが一般的である。この場合、最も低いＯＣＶ／ＳＯＣの並列セル群からは放電電流が流れないことになり、当該並列セル群の異常を検出することができない。そこで図５（ａ）、（ｂ）では、均等化目標値を、最も低いＯＣＶ／ＳＯＣよりさらに低く設定することにより対処する例を説明した。以下、別の方法を説明する。

図９は、本発明の実施の形態に係る電源システム１の動作例２を示すフローチャートである。動作例２に係る均等化処理も車両の停止中に実行される。電圧検出回路３１は、複数の並列セル群の各ＯＣＶを測定し、制御回路３２に送信する。制御回路３２は、測定されたＯＣＶの内、最も低いＯＣＶの並列セル群を特定する（Ｓ２０）。制御回路３２は、特定した並列セル群を所定時間、放電させる（Ｓ２１）。

当該所定時間は、並列セル群に有意な電圧変化を発生させることができる時間に設定される。当該所定時間は、並列セル群に含まれる並列セルの数、放電抵抗の抵抗値に依存して決定される。並列セルの数が少ないほど、及び／又は放電抵抗の抵抗値が大きいほど、当該所定時間を短く設定することができる。当該所定値を小さく設定するほど、当該放電による容量の損失を少なくすることができる。

電圧検出回路３１は、当該所定時間経過後における当該並列セル群のＯＣＶを測定し、制御回路３２に送信する。制御回路３２は、当該並列セル群の放電前のＯＣＶと放電後のＯＣＶとの差分ΔＯＣＶを算出する（Ｓ２２）。制御回路３２は、算出した差分ΔＯＣＶと所定値を比較する（Ｓ２３）。当該所定値は、並列セル群に含まれる並列セルの数、放電抵抗の抵抗値、上記放電時間に依存にして決定される。

差分ΔＯＣＶが所定値以上の場合（Ｓ２３のＹ）、制御回路３２は、当該並列セル群を、異常が発生している並列セル群と判定する（Ｓ２４）。制御回路３２は当該並列セル群の異常を、図示しない上位システムに通知する。差分ΔＯＣＶが所定値未満の場合（Ｓ２３のＮ）、制御回路３２は、複数の並列セル群間の均等化処理を実行する（Ｓ２５）。均等化の目標値は、最も低いＯＣＶの並列セル群の放電後のＯＣＶ／ＳＯＣに設定される。

図１０（ａ）－（ｃ）は、動作例２に係る均等化処理の一例を説明するための図である。図１０（ａ）は、均等化処理前の第１並列セル群Ｅ１－第４並列セル群Ｅ４の容量を示している。まず、ＯＣＶが最も低い第１並列セル群Ｅ１のみを所定時間放電させる。図１０（ｂ）、（ｃ）は、第１並列セル群Ｅ１の放電後の第１並列セル群Ｅ１－第４並列セル群Ｅ４の容量を示している。図１０（ｂ）は、第１並列セル群Ｅ１にオープン故障が発生しているセルが含まれる場合を示しており、図１０（ｃ）は、第１並列セル群Ｅ１にオープン故障が発生しているセルが含まれない場合を示している。

図１０（ｂ）に示すように、第１並列セル群Ｅ１にオープン故障が発生しているセルが含まれる場合、第１並列セル群Ｅ１のＯＣＶが急激に低下する。これにより、制御回路３２は第１並列セル群Ｅ１の異常を検出することができる。

図１０（ｃ）に示すように、第１並列セル群Ｅ１にオープン故障が発生しているセルが含まれない場合、第１並列セル群Ｅ１のＯＣＶの低下は緩慢なものになり、制御回路３２は、第１並列セル群Ｅ１を正常と判定する。制御回路３２は、第１並列セル群Ｅ１のＯＣＶ／ＳＯＣを均等化の目標値として、第２並列セル群Ｅ２－第４並列セル群Ｅ４の均等化処理を実行する。図１０（ｃ）は、第２並列セル群Ｅ２にオープン故障が発生しているセルが含まれる場合を示しており、当該均等化処理の過程で、制御回路３２は第２並列セル群Ｅ２の異常を検出することができる。

図１１は、本発明の実施の形態に係る電源システム１を搭載した車両２を説明するための図である。本実施の形態では車両２として、商用電力系統（以下、単に系統３という）から充電可能な電気自動車（ＥＶ）を想定する。

車両２は、電源システム１、インバータ４０、モータ５０、充電部６０、第１リレーＲＹ１及び第２リレーＲＹ２を備える。電源システム１は、上述したように蓄電モジュール１０、ハーネス・コネクタ２０及び管理装置３０を備える。

インバータ４０は力行時、蓄電モジュール１０から供給される直流電力を交流電力に変換してモータ５０に供給する。回生時、モータ５０から供給される交流電力を直流電力に変換して蓄電モジュール１０に供給する。モータ５０は力行時、インバータ４０から供給される交流電力に応じて回転する。回生時、減速による回転エネルギーを交流電力に変換してインバータ４０に供給する。

蓄電モジュール１０とインバータ４０を繋ぐ配線間に第１リレーＲＹ１が挿入される。管理装置３０は走行時、第１リレーＲＹ１をオン状態（クローズ状態）に制御し、蓄電モジュール１０と動力系を電気的に接続する。管理装置３０は非走行時、原則として第１リレーＲＹ１をオフ状態（オープン状態）に制御し、蓄電モジュール１０と動力系を電気的に遮断する。

蓄電モジュール１０は、車両２の外に設置された充電装置４から充電することができる。充電装置４と車両２は充電ケーブル５で接続される。車両２内において、充電ケーブル５に接続された給電線は充電部６０に接続される。充電部６０は第２リレーＲＹ２を介して蓄電モジュール１０に接続され、充電装置４から供給される電力を蓄電モジュール１０に充電する。管理装置３０は蓄電モジュール１０の過電圧、過小電圧、過電流、又は温度異常を検出すると第１リレーＲＹ１及び第２リレーＲＹ２をターンオフして、蓄電モジュール１０を保護する。

充電装置４は、家庭、カーディーラ、サービスエリア、商業施設、公共施設などに設置される。充電装置４は系統３に接続され、ＡＣ１００／２００Ｖの単相交流電力を充電ケーブル５を介して車両２に供給する。一般的な蓄電モジュール１０であれば、１５Ａ以上の電流で充電すれば、数時間以内に蓄電モジュール１０を満充電まで充電することができる。７Ａ以下の電流で充電する場合、満充電まで１２時間以上かかる。なお、ＡＣ１００Ｖで低電流で充電する場合、充電装置４を設けずに、家庭用のコンセントに充電ケーブル５のプラグを直接差し込んでもよい。

オープン故障が発生している並列セル群が存在する場合、充電装置４からの充電により、当該並列セル群が最も早く満充電容量に到達する。制御回路３２は、充電中の複数の並列セル群のＳＯＣの偏差を監視することにより、オープン故障が発生しているセルを含む並列セル群を検出することができる。充電中、オープン故障が発生しているセルを含む並列セル群のＳＯＣは、他の正常な並列セル群のＳＯＣに対して乖離していく。制御回路３２は例えば、充電中の複数の並列セル群の平均ＳＯＣからの乖離が、所定値以上のＳＯＣとなった並列セル群を、異常な並列セル群と判定する。

図１２（ａ）、（ｂ）は、外部充電時の容量の一例を示す図である。図１２（ａ）は、異常な並列セル群が存在しない場合の、外部充電時終了後の第１並列セル群Ｅ１－第４並列セル群Ｅ４の容量を示している。これに対して、異常な並列セル群が存在する場合、第１並列セル群Ｅ１－第４並列セル群Ｅ４が満充電容量に到達する前に、異常な並列セル群のＳＯＣと他の並列セル群のＳＯＣとの乖離が大きくなり、異常な並列セル群が検出される。

しかしながら、第１並列セル群Ｅ１－第４並列セル群Ｅ４が満充電容量に近い位置から充電される場合、ＳＯＣの乖離が大きくなる前に、異常な並列セル群が満充電容量に到達する場合がある。以下、これに対応するための制御例を説明する。

制御回路３２は、外部充電時において複数の並列セル群の１つが満充電容量に到達すると、複数の並列セル群の均等化処理を開始する。均等化の目標値は、その時点で最も低いＯＣＶ／ＳＯＣの並列セル群のＯＣＶ／ＳＯＣを使用する。

図１２（ｂ）は、第１－２並列セルＥ１ｂにオープン故障が発生している場合の第１並列セル群Ｅ１－第４並列セル群Ｅ４の容量を示している。この例では、第１並列セル群Ｅ１が最初に満充電容量に到達する。制御回路３２は、第１並列セル群Ｅ１が満充電容量に到達すると均等化処理を開始する。これにより、第１並列セル群Ｅ１の異常を検出することができる。なお、異常な並列セル群が存在しない場合は、第１並列セル群Ｅ１－第４並列セル群Ｅ４の容量の位置は、ほぼ同じ水準になるため、均等化処理による損失は僅かなものとなる。

以上説明したように本実施の形態によれば、固定抵抗を含む均等化回路を用いて、放電時間と電圧測定のみで各並列セル群のＳＯＣを推定する。電流値は必要はない。従って、車両の駐車時にセルのオープン故障を検出することができ、走行中に電源システム１の異常により車両が強制的に停止するリスクを低減することができる。また電流積算値を使用しないため、電流ばらつきや位相ずれなどの影響がなく、高精度な検出が可能である。また、均等化処理と同時並行して故障検出処理を実行するため、効率的な故障検出が可能である。また均等化回路の放電抵抗に電流を流すことにより、電圧変化を早めることができ、短時間でセルの異常を検出することが可能となる。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

上述の実施の形態では、現在の予測ＳＯＣ偏差（ΔＳＯＣ＿ａ）と、現在の実測ＳＯＣ偏差（ΔＳＯＣ＿ｔ）との差分をもとに、並列セル群に異常が発生しているか否かを判定する例を説明した。この点、放電中の並列セル群のＯＣＶ／ＳＯＣが、目標値に到達するまでの時間をもとに、並列セル群に異常が発生しているか否かを判定してもよい。

上述の実施の形態では、放電回路を用いた均等化回路（パッシブ方式）を説明した。この点、充電回路を用いた均等化回路（アクティブ方式）もある。この場合、上述の実施の形態における「放電時間」は、「充電時間」と読み替える。充電の場合も放電の場合と同様に、異常な並列セル群の電圧変化は、正常な並列セル群の電圧変化と比較して、大きくなる。

なお、実施の形態は、以下の項目によって特定されてもよい。

［項目１］
複数のセルを並列接続した並列セル群を複数、直列接続した蓄電モジュール（１０）を管理する管理装置（３０）であって、
直列接続された複数の並列セル群（Ｅ１－Ｅ８）のそれぞれの電圧を検出する電圧検出回路（３１）と、
前記複数の並列セル群（Ｅ１－Ｅ８）に、それぞれ並列に接続される複数の均等化回路と、
前記電圧検出回路（３１）により検出された電圧をもとに、前記複数の均等化回路を制御して均等化処理を実行する制御回路（３２）と、を備え、
前記制御回路（３２）は、前記均等化回路に放電中または前記均等化回路から充電中の並列セル群の電圧変化をもとに、当該並列セル群に異常セルが含まれるか否か判定することを特徴とする管理装置（３０）。
これによれば、電流値を使用せずに、異常な並列セル群を短時間で高精度に検出することができる。
［項目２］
前記制御回路（３２）は、前記複数の並列セル群（Ｅ１－Ｅ８）間の均等化処理中の、各並列セル群（Ｅ１－Ｅ８）の電圧変化をもとに、異常セルを含む並列セル群を検出することを特徴とする項目１に記載の管理装置（３０）。
これによれば、均等化処理と同時並行で、並列セル群の異常検出処理を行うことができる。
［項目３］
前記均等化回路は、放電抵抗（Ｒｄ１－Ｒｄ８）を含み、
前記制御回路（３２）は、前記複数の並列セル群（Ｅ１－Ｅ８）の内、最もＳＯＣ(State Of Charge)またはＯＣＶ（Open Circuit Voltage）が低い並列セル群のＳＯＣまたはＯＣＶよりも、低いＳＯＣまたはＯＣＶを目標値として前記均等化処理を実行することを特徴とする項目１または２に記載の管理装置（３０）。
これによれば、最もＳＯＣまたはＯＣＶが低い並列セル群に異常がある場合でも、当該並列セル群の異常を検出することができる。
［項目４］
前記均等化回路は、放電抵抗（Ｒｄ１－Ｒｄ８）を含み、
前記制御回路（３２）は、前記複数の並列セル群（Ｅ１－Ｅ８）の内、最もＳＯＣまたはＯＣＶが低い並列セル群から、当該並列セル群と並列に接続された均等化回路に所定時間放電させ、当該並列セル群の電圧変化をもとに、当該並列セル群に異常セルが含まれるか否か判定し、当該並列セル群に異常セルが含まれない場合、前記複数の並列セル群（Ｅ１－Ｅ８）間の均等化処理を開始することを特徴とする項目１または２に記載の管理装置（３０）。
これによれば、最もＳＯＣまたはＯＣＶが低い並列セル群に異常がある場合でも、当該並列セル群の異常を検出することができる。
［項目５］
前記均等化回路は、放電抵抗（Ｒｄ１－Ｒｄ８）を含み、
前記制御回路（３２）は、前記放電抵抗（Ｒｄ１－Ｒｄ８）に放電中の並列セル群の、所定時間あたりのＳＯＣ偏差が、予測値より設定値以上大きい場合、当該並列セル群に異常セルが含まれると判定することを特徴とする項目１から４のいずれかに記載の管理装置（３０）。
これによれば、均等化の目標値に到達する前に、並列セル群の異常を検出することができる。
［項目６］
複数のセルを並列接続した並列セル群（Ｅ１－Ｅ８）を複数、直列接続した蓄電モジュール（１０）と、
前記蓄電モジュール（１０）を管理する項目１から５のいずれか１項に記載の管理装置（３０）と、
を備えることを特徴とする電源システム（１）。
これによれば、電流値を使用せずに、異常な並列セル群を短時間で高精度に検出することができる。

１ 電源システム、 １０ 蓄電モジュール、 Ｅ１－Ｅ８ 並列セル群、 Ｒ１－Ｒ８ 内部抵抗、 Ｌ１－Ｌ９ 電圧検出線、 ２０ ハーネス・コネクタ、 ３０ 管理装置、 Ｒｄ１－Ｒｄ８ 放電抵抗、 Ｑ１－Ｑ８ 放電スイッチ、 Ｃ１－Ｃ８ コンデンサ、 Ｒｆ１－Ｒｆ９ 抵抗、 ３１ 電圧検出回路、 ３２ 制御回路、 ２ 車両、 ＲＹ１ 第１リレー、 ３ 系統、 ＲＹ２ 第２リレー、 ４ 充電装置、 ５ 充電ケーブル、 ４０ インバータ、 ５０ モータ、 ６０ 充電部。

Claims (6)

1. 複数のセルを並列接続した並列セル群を複数、直列接続した蓄電モジュールを管理する管理装置であって、
   直列接続された複数の並列セル群のそれぞれの電圧を検出する電圧検出回路と、
   前記複数の並列セル群に、それぞれ並列に接続される複数の均等化回路と、
   前記電圧検出回路により検出された電圧をもとに、前記複数の均等化回路を制御して均等化処理を実行する制御回路と、を備え、
   前記制御回路は、前記均等化回路に放電中または前記均等化回路から充電中の並列セル群の電圧変化をもとに、当該並列セル群に異常セルが含まれるか否か判定することを特徴とする管理装置。
2. 前記制御回路は、前記複数の並列セル群間の均等化処理中の、各並列セル群の電圧変化をもとに、異常セルを含む並列セル群を検出することを特徴とする請求項１に記載の管理装置。
3. 前記均等化回路は、放電抵抗を含み、
   前記制御回路は、前記複数の並列セル群の内、最もＳＯＣ(State Of Charge)またはＯＣＶ（Open Circuit Voltage）が低い並列セル群のＳＯＣまたはＯＣＶよりも、低いＳＯＣまたはＯＣＶを目標値として前記均等化処理を実行することを特徴とする請求項１または２に記載の管理装置。
4. 前記均等化回路は、放電抵抗を含み、
   前記制御回路は、前記複数の並列セル群の内、最もＳＯＣまたはＯＣＶが低い並列セル群から、当該並列セル群と並列に接続された均等化回路に所定時間放電させ、当該並列セル群の電圧変化をもとに、当該並列セル群に異常セルが含まれるか否か判定し、当該並列セル群に異常セルが含まれない場合、前記複数の並列セル群間の均等化処理を開始することを特徴とする請求項１または２に記載の管理装置。
5. 前記均等化回路は、放電抵抗を含み、
   前記制御回路は、前記放電抵抗に放電中の並列セル群の、所定時間あたりのＳＯＣ偏差が、予測値より設定値以上大きい場合、当該並列セル群に異常セルが含まれると判定することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の管理装置。
6. 複数のセルを並列接続した並列セル群を複数、直列接続した蓄電モジュールと、
   前記蓄電モジュールを管理する請求項１から５のいずれか１項に記載の管理装置と、
   を備えることを特徴とする電源システム。

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