JP7487694B2 - 電池装置 - Google Patents

Description

本明細書に記載の開示は、電池装置に関する。

特許文献１には、複数のリチウム２次電池のＳＯＣを均等化する容量調整装置が開示されている。

特開２０１０－１４１９５７号公報

複数のリチウム２次電池のＳＯＣを均等化するためにリチウム２次電池の閉路電圧が用いられる。そのために閉路電圧が検出不可能になることを避ける必要がある。

本開示の目的は、閉路電圧が検出不可能になることが抑制された電池装置を提供することである。

本開示の一態様による電池装置は、電気的に接続された複数の電池セル（２２０）の閉路電圧を含む電池情報を記憶する記憶部（３２）と、
電池情報に基づいて閉路電圧の取得範囲を設定する設定部（３３）と、
設定部で設定される取得範囲で、閉路電圧をデジタル信号に変換する変換部（１２，１３）と、を有し、
設定部は、閉路電圧が取得範囲の上限値と下限値の一方である場合、取得範囲を変更する。

これによれば、取得範囲を限定的に狭めた結果、閉路電圧が検出不可能になることが抑制される。

なお、上記の括弧内の参照番号は、後述の実施形態に記載の構成との対応関係を示すものに過ぎず、技術的範囲を何ら限定するものではない。

電池装置と組電池を示すブロック図である。 ＳＯＣとＯＣＶの特性を示すグラフ図である。 電圧検出を説明するためのタイミングチャートである。 電圧検出を説明するためのタイミングチャートである。 地絡検出を説明するためのタイミングチャートである。 天絡検出を説明するためのタイミングチャートである。 電圧検出処理を説明するためのフローチャートである。 地絡検出を説明するためのタイミングチャートである。 天絡検出を説明するためのタイミングチャートである。 地絡検出を説明するためのタイミングチャートである。 地絡検出を説明するためのタイミングチャートである。 天絡検出を説明するためのタイミングチャートである。 地絡検出を説明するためのタイミングチャートである。 天絡検出を説明するためのタイミングチャートである。

以下に、図面を参照しながら本開示を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。

各実施形態で具体的に組み合わせが可能であることを明示している部分同士の組み合わせが可能である。また、特に組み合わせに支障が生じなければ、組み合わせが可能であることを明示していなくても、実施形態同士、実施形態と変形例、および、変形例同士を部分的に組み合せることも可能である。

＜第１実施形態＞
第１実施形態を図１～図８に基づいて説明する。

図１に電池装置１００と組電池２００を示す。電池装置１００と組電池２００はハイブリッド自動車や電気自動車などの電動車両に搭載される。この電動車両には、乗用車、バス、建設作業車、および、農業機械車両などが含まれる。

電池装置１００は組電池２００の状態を監視するとともに制御する。組電池２００は電動車両に推進力を提供する電動機などの各種車載機器に電源電力を供給する。

＜組電池＞
組電池２００は複数の電池スタック２１０を有する。複数の電池スタック２１０それぞれは電気的に直列接続された複数の電池セル２２０を有する。この電池セル２２０としてはリチウムイオン２次電池、ニッケル水素２次電池、および、有機ラジカル電池などの２次電池を採用することができる。直列接続された複数の電池セル２２０の出力電圧が電池スタック２１０の出力電圧になっている。図１では１つの電池スタック２１０に含まれる複数の電池セル２２０を破線で囲って示している。

複数の電池スタック２１０は電気的に直列接続若しくは並列接続される。本実施形態では、複数の電池スタック２１０が電気的に直列接続されている。これら直列接続された複数の電池スタック２１０の出力電圧の総和が組電池２００の出力電圧になっている。この出力電圧に依存する電源電力が各種車載機器に供給される。

複数の電池スタック２１０それぞれには、電池セル２２０の物理量を検出する物理量センサ２３０が設けられている。物理量センサ２３０の検出する物理量としては、例えば、電池セル２２０の温度や電流がある。

物理量センサ２３０で検出される物理量は、電池セル２２０、電池スタック２１０、および、組電池２００それぞれのＳＯＣの推定などに用いられる。ＳＯＣはstate of chargeの略である。ＳＯＣは充電量に相当する。

ＳＯＣは上記した電源電力の各種車載機器への供給によって減少する。また、電池セル２２０は自己放電する。そのためにＳＯＣは電源電力の非供給時においても減少する。

このＳＯＣの減少は、例えば、車外に設けられた電気スタンドなどの充電機器から組電池２００への充電電力の供給によって改善される。この充電機器から組電池２００への充電電力の供給は、電池装置１００によって制御される。電池装置１００は図示しない配線を介してＣＰＬＴ信号を充電機器と送受信しながら、組電池２００の充電を制御する。

なお、複数の電池セル２２０の品質や環境などは均一ではない。そのために複数の電池セル２２０のＳＯＣにばらつきが生じる。このばらつきは、後述の均等化処理によって改善される。

＜ＯＣＶ、ＣＣＶ、ＳＯＣ＞
電池セル２２０には内部抵抗がある。そのために電池セル２２０のＳＯＣに応じた実際のセル電圧と、監視部１０で検出されるセル電圧とには、この内部抵抗と電池セル２２０を流れる電流に応じた電圧降下分の差がある。

以下においては、必要に応じて、電池セル２２０のＳＯＣに応じた実際のセル電圧を開路電圧ＯＣＶと示す。監視部１０で検出されるセル電圧を閉路電圧ＣＣＶと示す。電池セル２２０内の抵抗を内部抵抗Ｒ、電池セル２２０を実際に流れる電流を実電流Ｉとする。ＯＣＶはOpen Circuit Voltageの略である。ＣＣＶはClosed Circuit Voltageの略である。

閉路電圧ＣＣＶと開路電圧ＯＣＶの関係は、ＣＣＶ＝ＯＣＶ±Ｉ×Ｒとあらわされる。電池セル２２０の放電時では、ＣＣＶ＝ＯＣＶ－Ｉ×Ｒとなる。電池セル２２０の充電時では、ＣＣＶ＝ＯＣＶ＋Ｉ×Ｒとなる。

＜ＳＯＣとＯＣＶの特性＞
電池セル２２０はＳＯＣとＯＣＶの特性を有している。電池セル２２０がリチウムイオン電池である場合のＳＯＣとＯＣＶの特性データを図２に示す。

図２に示すように、ＳＯＣが０％に近い過放電領域では、ＳＯＣに対するＯＣＶの変化率が高くなっている。ＳＯＣが１００％に近い過充電領域では、ＳＯＣに対するＯＣＶの変化率が高くなっている。

これに対して、過放電領域と過充電領域との間の充放電領域では、ＳＯＣに対するＯＣＶの変化率が低くなっている。電池セル２２０は主としてこの充放電領域で使用される。図２では、一例として、過放電領域と充放電領域との間のＳＯＣとＯＣＶの値をＳＯＣ１，ＯＣＶ１と表記している。充放電領域と過充電領域との間のＳＯＣとＯＣＶの値をＳＯＣ２，ＯＣＶ２と表記している。

図２に示す特性データは温度に依存している。そのため、温度によってＳＯＣに対するＯＣＶの変化率が変わる。それとともにＳＯＣ１，ＳＯＣ２，ＯＣＶ１，ＯＣＶ２の値も変わる。

＜電池装置＞
電池装置１００は監視部１０と制御部３０を有する。電池装置１００は監視部１０を電池スタック２１０と同数有している。複数の監視部１０は複数の電池スタック２１０それぞれの状態にかかわる電池情報を検出する。

制御部３０は複数の監視部１０で検出された電池情報を取得する。また制御部３０は他の図示しない各種ＥＣＵと各種センサから入力される車両情報を取得する。電動車両に充電機器が接続されている場合、制御部３０は充電機器から入力される充電情報を取得する。これら車両情報と充電情報の制御部３０への入力と、制御部３０の処理結果の各種ＥＣＵと充電機器などへの出力は図１において白抜き矢印で示している。

制御部３０は取得した諸情報に基づいて組電池２００の状態を判定する。それとともに制御部３０は組電池２００に対する処理を実行する。組電池２００に対する処理としては、例えば、組電池２００の充放電、組電池２００に含まれる複数の電池セル２２０のＳＯＣを均等化する均等化処理などがある。

＜監視部＞
複数の監視部１０それぞれは複数の電池スタック２１０それぞれに個別に設けられる。１つの監視部１０は１つの電池スタック２１０に含まれる複数の電池セル２２０それぞれの正極と負極との間の端子間電圧（閉路電圧）を検出する。また、監視部１０は物理量センサ２３０で検出された物理量を取得する。監視部１０は制御部３０から入力される指示信号に基づいて処理を実行する。

図１に示すように監視部１０は、マルチプレクサ１１、レベルシフタ１２、ＡＤ変換部１３、監視制御部１４、および、監視通信部１５を有している。図面ではマルチプレクサ１１をＭＵＸと表記している。レベルシフタ１２をＬＳと表記している。ＡＤ変換部１３をＡＤと表記している。監視制御部１４をＭＣＵと表記している。監視通信部１５をＭＣＳと表記している。

マルチプレクサ１１は１つの電池スタック２１０に含まれる複数の電池セル２２０それぞれの正極と負極とに接続されている。これにより、マルチプレクサ１１には複数の電池セル２２０の閉路電圧が入力される。

また、マルチプレクサ１１は物理量センサ２３０に接続されている。これにより、マルチプレクサ１１には物理量が入力される。

マルチプレクサ１１は入力された複数の閉路電圧を順次選択して検出する。そしてマルチプレクサ１１は検出した閉路電圧をレベルシフタ１２に順次出力する。また、マルチプレクサ１１は入力された複数の物理量も順次選択して検出する。マルチプレクサ１１は検出した物理量もレベルシフタ１２に順次出力する。

レベルシフタ１２は、オペアンプと、オペアンプの入力端子と出力端子との間で並列接続された複数の帰還回路と、を有する。この帰還回路には直列接続されたスイッチとコンデンサが含まれている。複数の帰還回路に含まれるコンデンサの静電容量は同一でも不同でもよい。

レベルシフタ１２の有する複数の帰還回路のスイッチが、監視制御部１４によって選択的に通電状態と遮断状態とに制御される。これによりオペアンプの入力端子と出力端子との間で接続されるコンデンサの数が変化する。オペアンプの入力端子と出力端子との間の静電容量が変化する。また、オペアンプの入力端子と出力端子との間の抵抗が変化する。この結果、レベルシフタ１２のゲインとオフセットが制御される。

ＡＤ変換部１３にはレベルシフタ１２からゲインとオフセットの調整された閉路電圧や物理量のアナログ信号が入力される。ＡＤ変換部１３は入力レンジを制限するためのクランプ回路を有する。このクランプ回路が監視制御部１４によって制御される。これによってＡＤ変換部１３の入力レンジが制御される。

ＡＤ変換部１３の入力レンジの制限とレベルシフタ１２のゲインとオフセットの調整により、ＡＤ変換部１３でアナログデジタル変換されるアナログ信号の電圧レンジが制御される。ＡＤ変換部１３でアナログデジタル変換される閉路電圧と物理量の電圧レンジが制御される。この結果、閉路電圧と物理量の取得範囲が制御される。なお、物理量の取得範囲は特に制御しなくともよい。レベルシフタ１２とＡＤ変換部１３が変換部に相当する。

ＡＤ変換部１３は連続的なアナログ信号を断続的にサンプリングする。そしてＡＤ変換部１３はサンプリングした値を量子化して、離散したデジタル信号に変換する。係る変換を行うため、アナログ信号とデジタル信号とには誤差（量子化誤差）がある。

この量子化誤差は、ＡＤ変換部１３の量子化ビット数が大きいほどに小さくなる。しかしながら、量子化ビット数は固定値になっている。そのため、例えば、閉路電圧の取得範囲が０．０Ｖ～５．０Ｖの場合、ＡＤ変換部１３の分解能は、この０．０Ｖ～５．０Ｖを量子化ビット数で割った値になる。

これに対して、例えば、閉路電圧の取得範囲が１０分の１の３．０Ｖ～３．５Ｖの場合、ＡＤ変換部１３の分解能は、この３．０Ｖ～３．５Ｖを量子化ビット数で割った値になる。この場合、ＡＤ変換部１３の分解能は１０倍程度に高まる。このように、取得範囲を制限することで、閉路電圧の検出精度が向上される。

監視制御部１４はプロセッサとこのプロセッサによって読み取り可能なプログラムを非一時的に記憶する非遷移的実体的記憶媒体を有する。この非遷移的実体的記憶媒体にＡＤ変換部１３から入力されるデジタル信号や制御部３０から入力される指示信号が保存される。監視制御部１４のプロセッサは指示信号に基づいてマルチプレクサ１１、レベルシフタ１２、および、ＡＤ変換部１３を制御する。

監視制御部１４に入力される指示信号には、検出対象の電池セル２２０の閉路電圧の取得範囲が含まれている。監視制御部１４は検出対象の閉路電圧をマルチプレクサ１１が選択する際に、レベルシフタ１２のゲインとオフセットを制御する。監視制御部１４はＡＤ変換部１３の入力レンジを制限する。これにより閉路電圧の取得範囲が制御される。

監視通信部１５にはデジタル信号の閉路電圧と物理量が入力される。監視通信部１５はこのデジタル信号を制御部３０に出力する。

＜制御部＞
図１に示すように制御部３０は、制御通信部３１、記憶部３２、および、演算部３３を有する。図面では制御通信部３１をＣＣＵと表記している。記憶部３２をＭＵと表記している。演算部３３をＯＰと表記している。演算部３３が設定部に相当する。

制御通信部３１には諸情報が入力される。この諸情報には監視部１０で取得された閉路電圧と物理量が含まれる。また、この諸情報には車両情報と充電情報が含まれる。車両情報には電動車両の走行状態や現在時刻が含まれている。充電情報には充電電力が含まれている。

なお、図示しない通信部に車両情報と充電情報が入力されてもよい。そして、制御部３０がＲＴＣを有する場合、現在時刻が車両情報に含まれていなくともよい。ＲＴＣはreal time clockの略である。

記憶部３２はコンピュータやプロセッサによって読み取り可能なプログラムを非一時的に記憶する非遷移的実体的記憶媒体である。記憶部３２は揮発性メモリと不揮発性メモリとを有している。この記憶部３２に制御通信部３１に入力された諸情報や演算部３３の処理結果が記憶される。

また、記憶部３２には演算部３３が演算処理するためのプログラムや参照値があらかじめ記憶されている。この参照値には、例えば、各種２次電池のＳＯＣとＯＣＶの特性データの温度依存性、均等化処理の実行を判定する均等化判定値、複数の電池セル２２０の製造日、および、劣化判定値などがある。

演算部３３にはプロセッサが含まれている。演算部３３は制御通信部３１に入力された諸情報を記憶部３２に記憶する。演算部３３は記憶部３２に記憶された情報に基づいて各種演算処理を実行する。この演算処理された結果を含む電気信号は、制御通信部３１を介して監視部１０に出力される。この演算処理された結果を含む電気信号は、制御通信部３１若しくは図示しない通信部を介して各種ＥＣＵや充電機器に出力される。

演算処理を具体的に例示すると、演算部３３は記憶部３２に記憶された情報に基づいて電池セル２２０のＳＯＣの推定を行う。演算部３３は推定したＳＯＣと記憶部３２に記憶された情報に基づいて監視部１０の動作を指示する指示信号の生成を行う。この指示信号には、検出対象の電池セル２２０の閉路電圧の取得範囲が含まれている。なお、記憶部３２にＳＯＣを推定するための電池情報が記憶されていない場合、演算部３３は閉路電圧の取得範囲を、電池セル２２０の閉路電圧の取りうる範囲に設定する。

閉路電圧の取得範囲を定めるほかに、演算部３３は複数の電池セル２２０のＳＯＣのばらつきを低減する均等化処理の実行を決定する。演算部３３は複数の電池スタック２１０それぞれに対する均等化処理を含む指示信号を監視部１０に出力する。

演算部３３は監視部１０から入力された閉路電圧の最大値と最小値の差を演算する。この差が均等化判定値を上回る場合、演算部３３は均等化処理の実行を決定する。この均等化処理は、例えば、上記した閉路電圧の最大値と最小値のうちの少なくとも一方が検出された電池スタック２１０だけで行われてもよい。均等化処理は、すべての電池スタック２１０で行われてもよい。

図面では明記していないが、監視部１０は、マルチプレクサ１１と複数の電池セル２２０の正極および負極それぞれとを接続する複数の配線を架橋する複数のスイッチを有する。監視制御部１４は演算部３３から入力される指示信号に基づいて、これら複数のスイッチを選択的に通電状態と遮断状態とに制御する。これにより、電気的に接続された複数の電池セル２２０のうちの相対的にＳＯＣの高い電池セル２２０が放電される。これとは逆に、相対的にＳＯＣの低い電池セル２２０が充電される。この結果、複数の電池セル２２０のＳＯＣが均等化される。

＜閉路電圧の取得＞
図２に示す電池セル２２０のＳＯＣとＯＣＶの特性のため、放電によってＳＯＣが低下するとＯＣＶも低下する。それにともなって電池セル２２０の閉路電圧ＣＣＶも低下する。これとは逆に、充電機器からの充電電力の供給によってＳＯＣが増大すると、電池セル２２０の閉路電圧も増大する。

図３に閉路電圧の時間変化を示す。縦軸は任意単位である。横軸は時間である。任意単位はａ．ｕ．で表記している。時間はＴで表記している。

図３には、閉路電圧のほかに、電池装置１００の駆動状態、組電池２００を流れる実電流、ある一つの電池セル２２０の閉路電圧を示している。電池装置１００の駆動状態はＤＳと表記している。説明を簡便とするため、図面に示す電池セル２２０の閉路電圧の挙動と組電池２００の閉路電圧の挙動は同等とする。挙動を明示するため、図面では電池セル２２０の閉路電圧が短時間で大きく変化するように図示している。

時間０の初期状態において、電池装置１００は非駆動状態になっている。記憶部３２には閉路電圧や物理量などの電池情報が記憶されていない。組電池２００と各種車載機器との間の導通状態を制御するシステムメインリレーが遮断状態になっている。そのために組電池２００に電流が実質的に流れていない。電池セル２２０の閉路電圧は充放電領域の値になっている。

電池セル２２０に電流が流れていなくとも、自己放電のために電池セル２２０のＳＯＣは減少する。そのために時間０の初期状態において、電池セル２２０の閉路電圧は微量ながら減少傾向にある。

時間ｔ０になると、電池装置１００は非駆動状態から駆動状態になる。システムメインリレーが遮断状態から通電状態になる。これにより組電池２００から各種車載機器への電源電力の供給が開始する。組電池２００に実電流が流れはじめる。電池セル２２０のＳＯＣの減少率が増大する。それにともなって、電池セル２２０の閉路電圧の減少率も増大する。

時間ｔ１になると、演算部３３は電池セル２２０の閉路電圧を取得する。この際、記憶部３２には電池情報が記憶されていない。そのため、演算部３３は時間ｔ１での閉路電圧の取得範囲を、電池セル２２０の取りうる範囲に設定する。すなわち、演算部３３は閉路電圧の取得範囲を０．０Ｖ～５．０Ｖに設定する。

時間ｔ２になると、演算部３３は再び電池セル２２０の閉路電圧を取得する。この際、演算部３３は時間ｔ１で取得した電池セル２２０の閉路電圧に基づいて、時間ｔ２での閉路電圧の取得範囲の中心値を決定している。また、演算部３３は閉路電圧の取得範囲の範囲幅αを決定している。

取得範囲は図３に示す実線の両端矢印の幅で示される。取得範囲の中心値と上下限値との差は範囲幅αに設定される。範囲幅αは閉路電圧の検出誤差よりも大きな値である。範囲幅αは図２に示すＯＣＶ１とＯＣＶ２の差の半分よりも小さい値である。なお、中心値と上限値との差、および、中心値と下限値との差は、同一でも不同でもよい。本実施形態では範囲幅αは固定値になっている。範囲幅αは記憶部３２に予め記憶されている。そのため、取得範囲は実質的に閉路電圧に基づいて決定される。演算部３３はこの範囲幅αと取得した閉路電圧とに基づいて限定された取得範囲を設定する。演算部３３は、例えば、時間ｔ２の取得範囲を２．８Ｖ～３．２Ｖに設定する。演算部３３はこの時間ｔ２での取得範囲において監視部１０で検出された閉路電圧を取得する。

なお、厳密に言えば、電池装置１００での演算処理があるため、時間ｔ２における、取得範囲の決定タイミングと、閉路電圧の取得タイミングとは同一にならない。決定タイミングは取得タイミングの手前である。しかしながら、これら２つのタイミングの差は微小である。そのためにこれら２つのタイミングを同一とみなして記載している。

演算部３３は取得周期で閉路電圧を取得している。この取得周期は、急速充電などによって電池セル２２０の充放電状態が急変しない限り、電池セル２２０のＳＯＣが急変しないことの期待される時間間隔である。取得周期は、電池セル２２０の閉路電圧の変化量が範囲幅αを超えないことが期待される時間間隔である。時間ｔ１から取得周期が経過すると時間ｔ２になる。

時間ｔ２から取得周期が経過して時間ｔ３になると演算部３３は、時間ｔ２の閉路電圧に基づいて閉路電圧の取得範囲を決定する。演算部３３は、例えば、時間ｔ３の取得範囲を２．６Ｖ～３．０Ｖに設定する。そして演算部３３はこの取得範囲において監視部１０で検出された電池セル２２０の閉路電圧を取得する。

時間ｔ３から時間ｔｃ１になると、電動車両の駆動状態が変化する。実電流が低減する。これに伴って、閉路電圧の減少率も低減する。

時間ｔ３から取得周期が経過して時間ｔ４になると演算部３３は、時間ｔ３の閉路電圧に基づいて閉路電圧の取得範囲を決定する。演算部３３は、例えば、時間ｔ４の取得範囲を２．４Ｖ～２．８Ｖに設定する。演算部３３はこの取得範囲において監視部１０で検出された電池セル２２０の閉路電圧を取得する。図３に示すように、時間ｔｃ１で閉路電圧の減少率が低減したとしても、この一例では、時間ｔ４で検出される閉路電圧が取得範囲に収まっている。

時間ｔ４から時間ｔｃ２になると、電動車両に充電機器が接続される。充電機器により組電池２００が急速充電される。これにより実電流が急上昇する。演算部３３は係る情報を車両情報若しくは充電情報から取得する。この際、演算部３３は閉路電圧の取得範囲を、電池セル２２０の取りうる範囲に設定する。

時間ｔ４から取得周期が経過して時間ｔ５になると演算部３３は、閉路電圧の取りうる範囲に設定された取得範囲において監視部１０で検出された電池セル２２０の閉路電圧を取得する。係る取得範囲の変更のため、図３に示すように、たとえ閉路電圧が時間ｔｃ２から急上昇したとしても、時間ｔ５で検出される閉路電圧が取得範囲に収まっている。

時間ｔ５から時間ｔｃ３になると、組電池２００の出力電圧が目標電圧に到達する。これを検出すると、演算部３３は充電機器による急速充電を終了させる。演算部３３は充電機器に満充電を実行させる。

上記した急速充電と満充電とでは、供給電流量が異なる。急速充電は満充電よりも供給電流量が大きくなっている。

上記したように閉路電圧ＣＣＶと開路電圧ＯＣＶとには電圧降下Ｉ×Ｒ分の差がある。充電時では、ＣＣＶ＝ＯＣＶ＋Ｉ×Ｒとなる。したがって、例えば組電池２００の最高出力電圧が閉路電圧ＣＣＶとして検出されたとしても、開路電圧ＯＣＶは最高出力電圧に達していないことになる。組電池２００のＳＯＣは満充電量に達していないことになる。

上記の目標電圧は、組電池２００の最高出力電圧に基づく値である。演算部３３は組電池２００の出力電圧が目標電圧に到達したと判定すると、満充電を充電機器に実行させる。満充電では、過充電を避けつつ、組電池２００のＳＯＣを満充電量に近づけるため、組電池２００の出力電圧を目標電圧に保った状態で、組電池２００への充電電力の供給が行われる。目標電圧と最高出力電圧は記憶部３２に予め記憶されている。

時間ｔ５から取得周期が経過して時間ｔ６になると演算部３３は、電池セル２２０の取りうる範囲に設定された取得範囲において監視部１０で検出された電池セル２２０の閉路電圧を取得する。なおもちろんではあるが、この際、組電池２００の出力電圧が目標電圧に到達していることが期待される。そのため、この目標電圧に基づいた取得範囲で閉路電圧を検出してもよい。

＜取得範囲の再設定＞
図３では、取得範囲内で閉路電圧が検出される例を示した。しかしながら、例えば図４～図６に示すように、取得範囲内で閉路電圧が検出されないことが起こりうる。

図４に示す一例では、演算部３３は、時間ｔ５での閉路電圧の取得範囲を、組電池２００の急速充電を考慮せずに、時間ｔ４で検出された閉路電圧に基づいて設定している。係る設定の場合、急速充電のために閉路電圧が取得範囲外になる。監視部１０で検出される閉路電圧が取得範囲の上限値になる。演算部３３はこの上限値を取得する。

このように取得範囲の上限値を取得した場合、演算部３３は閉路電圧の取得範囲を閉路電圧の取りうる範囲に再設定する。このように取得範囲を拡大することで、時間ｔ６での閉路電圧の検出が可能になる。

図５に示す一例では、演算部３３は、時間ｔ３での閉路電圧の取得範囲を、時間ｔ２で取得した閉路電圧に基づいて設定している。しかしながら、時間ｔ２と時間ｔ３との間の時間ｔａで地絡が生じると、時間ｔ３において監視部１０で検出される閉路電圧が取得範囲外になる。演算部３３で取得される閉路電圧は取得範囲の下限値になる。

このように取得範囲の下限値を取得した場合、演算部３３は閉路電圧の取得範囲を閉路電圧の取りうる範囲に再設定する。このように取得範囲を拡大することで、時間ｔ４での閉路電圧の検出が可能になる。

一時的な地絡ではない場合、図５に示すように、時間ｔａ以降の時間ｔ３，ｔ４，ｔ５，ｔ６において監視部１０で０．０Ｖが検出される。演算部３３は０．０Ｖを複数回取得する。０．０Ｖの取得回数が故障判定値以上になった場合、演算部３３は地絡が発生していると判定する。本実施形態では故障判定値を３回に設定している。なお、故障判定値の値は特に限定されない。故障判定値は記憶部３２に記憶されている。

図６に示す一例では、演算部３３は、時間ｔ３での閉路電圧の取得範囲を、時間ｔ２で取得した閉路電圧に基づいて設定している。しかしながら、時間ｔ２と時間ｔ３との間の時間ｔａで天絡が生じると、時間ｔ３において監視部１０で検出される閉路電圧が取得範囲外になる。演算部３３で取得される閉路電圧は取得範囲の上限値になる。

このように取得範囲の上限値を取得した場合、演算部３３は閉路電圧の取得範囲を、図４と図５に基づいて説明したように、閉路電圧の取りうる範囲に再設定する。

一時的な天絡ではない場合、図６に示すように、時間ｔａ以降の時間ｔ３，ｔ４，ｔ５，ｔ６において監視部１０で５．０Ｖが検出される。演算部３３は５．０Ｖを複数回取得する。５．０Ｖの取得回数が故障判定値以上になった場合、演算部３３は天絡が発生していると判定する。

＜電圧検出処理＞
次に、演算部３３の電圧検出処理を図７に基づいて説明する。演算部３３はこの電圧検出処理をサイクルタスクとして実行している。この電圧検出処理の実行間隔は上記した取得周期に相当する。

ステップＳ１０で演算部３３は、閉路電圧が記憶部３２に記憶されているか否かを判定する。閉路電圧が記憶部３２に記憶されている場合、演算部３３はステップＳ２０へ進む。閉路電圧が記憶部３２に記憶されていない場合、演算部３３はステップＳ３０へ進む。

ステップＳ２０へ進むと演算部３３は、記憶部３２に記憶された閉路電圧と範囲幅αとに基づいて、閉路電圧の取得範囲を算出する。演算部３３はこの取得範囲を記憶部３２に記憶する。そして演算部３３はその限定された取得範囲を含む指示信号を、限定範囲信号として監視部１０に送信する。この後に演算部３３はステップＳ４０へ進む。

ステップＳ４０へ進むと演算部３３は、監視部１０で検出された閉路電圧を取得する。この後に演算部３３はステップＳ５０へ進む。

ステップＳ５０へ進むと演算部３３は、閉路電圧が取得範囲の上限値、若しくは、下限値であるか否かを判定する。すなわち、演算部３３は閉路電圧が取得範囲の上限値と下限値を除く値であるか否かを判定する。閉路電圧が取得範囲の上限値、若しくは、下限値である場合、演算部３３はステップＳ６０へ進む。閉路電圧が取得範囲の上限値と下限値を除く値である場合、演算部３３はステップＳ７０へ進む。

ステップＳ６０へ進むと演算部３３は、自身の保有するカウンタを１だけインクリメントする。この後に演算部３３はステップＳ８０へ進む。

ステップＳ８０へ進むと演算部３３は、カウンタの値が故障判定値よりも小さいか否かを判定する。本実施形態の故障判定値は３である。カウンタの値が故障判定値よりも小さい場合、演算部３３はステップＳ９０へ進む。カウンタの値が故障判定値以上の場合、演算部３３はステップＳ１００へ進む。

ステップＳ９０へ進むと演算部３３は、ステップＳ２０において限定範囲信号を送信していた場合、その限定範囲信号に含まれる取得範囲とは異なる取得範囲を含む指示信号を、範囲信号として監視部１０に送信する。本実施形態の場合、演算部３３は閉路電圧の取りうる範囲を範囲信号に含ませる。ステップＳ３０において後述の全範囲信号を送信していた場合、演算部３３はそれと同等の指示信号を監視部１０に送信する。若しくは、演算部３３は指示信号の出力をやめる。この後に演算部３３はステップＳ１１０へ進む。

ステップＳ１１０へ進むと演算部３３は、監視部１０で検出された閉路電圧を取得する。この後に演算部３３はステップＳ５０へ戻る。

図５と図６に示すように地絡や天絡が生じた場合、演算部３３はステップＳ５０，Ｓ６０，Ｓ８０，Ｓ９０，Ｓ１１０を繰り返す。閉路電圧が取得範囲の上限値、若しくは、下限値になることが繰り返される。この結果、カウンタの値が故障判定値以上になる。

なお、カウンタの値が故障判定値以上になっておらず、記憶部３２に閉路電圧が記憶されている場合、演算部３３はその記憶されている閉路電圧に基づいてＳＯＣの推定などを行う。そして演算部３３はその推定結果に基づいた演算処理を実行する。

ステップＳ８０においてカウンタの値が故障判定値以上と判定してステップＳ１００へ進むと、演算部３３は地絡や天絡などの故障が生じていると判定する。そして演算部３３は電圧検出処理を終了する。

フローをさかのぼって、ステップＳ５０において閉路電圧が取得範囲の上限値、若しくは、下限値ではないと判定してステップＳ７０へ進むと、演算部３３はカウンタをクリアする。演算部３３はカウンタの値をゼロにする。そして演算部３３はステップＳ１２０へ進む。

ステップＳ１２０へ進むと演算部３３は、電池セル２２０は正常であると判定する。そして演算部３３はステップＳ１３０へ進む。

ステップＳ１３０へ進むと演算部３３は、取得した閉路電圧を記憶部３２に記憶する。そして演算部３３は電圧検出処理を終了する。

フローをさかのぼって、ステップＳ１０において閉路電圧が記憶部３２に記憶されていないと判定してステップＳ３０へ進むと、演算部３３は閉路電圧の取りうる取得範囲を含む指示信号を、全範囲信号として監視部１０に送信する。この後に演算部３３はステップＳ４０へ進む。

図６に基づいて電圧検出処理を説明すると、時間ｔ１において演算部３３はステップＳ３０とステップＳ１３０を実行する。演算部３３は取りうる取得範囲での閉路電圧の検出と、閉路電圧の記憶部３２への記憶を行う。

時間ｔ２において演算部３３はステップＳ２０とステップＳ１３０を実行する。演算部３３は限定された取得範囲での閉路電圧の検出と、閉路電圧の記憶部３２への記憶を行う。

時間ｔ３以降、演算部３３は、ステップＳ５０，Ｓ６０，Ｓ８０，Ｓ９０，Ｓ１１０を繰り返して実行する。そして演算部３３はステップＳ１００を実行する。演算部３３は取得範囲を変更して閉路電圧の取得を繰り返し行う。そして演算部３３は故障判定を行う。

＜作用効果＞
これまでに説明したように、閉路電圧が取得範囲外である場合、演算部３３は閉路電圧の取得範囲を変更する。演算部３３は閉路電圧が検出されるように取得範囲を変更する。本実施形態の演算部３３は取得範囲を閉路電圧の取りうる取得範囲に変更する。

これによれば、取得範囲を狭めた結果、閉路電圧が検出できなくなることが抑制される。

演算部３３は、例えば、閉路電圧の取得範囲を０．０Ｖ～５．０Ｖの取りうる取得範囲から、３．０Ｖ～３．５Ｖの制限された取得範囲に変更する。この限定的な取得範囲において、アナログの閉路電圧がＡＤ変換部１３でデジタル信号に変換される。これによりＡＤ変換部１３の量子化誤差が低減される。閉路電圧の検出精度が向上される。

演算部３３は閉路電圧の取得範囲の下限値若しくは上限値の取得回数が故障判定値以上になった場合、故障が発生していると判定する。具体的に言えば、演算部３３は０．０Ｖの取得回数が３以上になった場合、地絡が発生していると判定する。演算部３３は５．０Ｖの取得回数が３以上になった場合、天絡が発生していると判定する。

これにより故障の誤判定が抑制される。地絡と天絡とを分けて検出することができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態を図８と図９に基づいて説明する。

第１実施形態では、取得範囲の上限値、若しくは、下限値の閉路電圧を取得した場合、演算部３３は閉路電圧の取得範囲を閉路電圧の取りうる範囲に再設定する例を示した。そして、取りうる範囲で閉路電圧の取得を継続する例を示した。これに対して本実施形態では、取りうる範囲で上限値、若しくは、下限値の閉路電圧を取得した場合、演算部３３は取得範囲をその取得した閉路電圧の近傍に狭める。

演算部３３は、図８に示すように、閉路電圧の取りうる範囲で下限値の閉路電圧を取得した場合、閉路電圧の取得範囲を、その閉路電圧を含む近傍に設定する。演算部３３は取得範囲を０．０Ｖの近傍に設定する。演算部３３は取得範囲の幅を記憶部３２に記憶されている範囲幅αよりも小さい値に設定する。これにより地絡を高精度に検出することができる。

演算部３３は、図９に示すように、閉路電圧の取りうる範囲で上限値の閉路電圧を取得した場合、閉路電圧の取得範囲を、その閉路電圧を含む近傍に設定する。演算部３３は取得範囲を５．０Ｖの近傍に設定する。演算部３３は取得範囲の幅を範囲幅αよりも小さい値に設定する。これにより天絡を高精度に検出することができる。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態を図１０に基づいて説明する。

第１実施形態では、取得範囲の上限値、若しくは、下限値の閉路電圧を検出した場合、演算部３３は閉路電圧の取得範囲を閉路電圧の取りうる範囲に再設定する例を示した。これに対して本実施形態では、取得範囲の上限値、若しくは、下限値の閉路電圧を取得する度に、演算部３３は図１０に示すように閉路電圧の取得範囲を徐々に拡大する。

（第４実施形態）
次に、第４実施形態を図１１と図１２に基づいて説明する。

第２実施形態では、取得範囲の上限値、若しくは、下限値の閉路電圧を取得する度に、演算部３３は閉路電圧の取得範囲を徐々に拡大する例を示した。これに対して本実施形態では、取得範囲の下限値の閉路電圧を取得する度に、演算部３３は図１１に示すように閉路電圧の取得範囲を徐々に０．０Ｖにシフトさせる。取得範囲の上限値の閉路電圧を取得する度に、演算部３３は図１２に示すように閉路電圧の取得範囲を徐々に５．０Ｖにシフトさせる。

演算部３３は０．０Ｖを含む取得範囲で０．０Ｖを取得した場合、地絡が発生していると判定する。演算部３３は５．０Ｖを含む取得範囲で５．０Ｖを取得した場合、天絡が発生していると判定する。

（第５実施形態）
次に、第５実施形態を図１３と図１４に基づいて説明する。

第１実施形態では、閉路電圧が取得範囲の上限値、若しくは、下限値の場合、演算部３３は閉路電圧の取得範囲を閉路電圧の取りうる範囲に再設定する例を示した。これに対して本実施形態では、閉路電圧が取得範囲の上限値、若しくは、下限値の場合、演算部３３は取得した閉路電圧を新たな取得範囲の下限値、若しくは、上限値にする。

閉路電圧が取得範囲の下限値の場合、図１３において一点鎖線で示すように、演算部３３は新たな取得範囲の上限値を取得した閉路電圧にする。そして演算部３３は新たな取得範囲の下限値を取りうる範囲の下限値に設定する。

閉路電圧が取得範囲の上限値の場合、図１４において一点鎖線で示すように、演算部３３は新たな取得範囲の下限値を取得した閉路電圧にする。そして演算部３３は新たな取得範囲の上限値を取りうる範囲の上限値に設定する。

これによれば、取得範囲の再設定による閉路電圧の検出精度の低下が抑制される。

（その他の変形例）
本実施形態では、複数の監視部１０に１つの制御部３０が設けられる例を示した。しかしながら、複数の監視部１０に複数の制御部３０が個別に設けられる構成を採用することもできる。

本実施形態では、複数の電池セル２２０それぞれの閉路電圧の取得範囲を設定する例を示した。しかしながら、複数の電池スタック２１０それぞれの閉路電圧の取得範囲を設定する構成を採用することもできる。１つの電池スタック２１０に含まれる複数の電池セル２２０それぞれに共通する閉路電圧の取得範囲を設定する構成を採用することもできる。係る変形例では、組電池２００は少なくとも２つの電池スタック２１０を有する。

本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態が本開示に示されているが、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

１０…監視部、１１…マルチプレクサ、１２…レベルシフタ、１３…ＡＤ変換部、１４…監視制御部、１５…監視通信部、３０…制御部、３１…制御通信部、３２…記憶部、３３…演算部、１００…電池装置、２００…組電池、２１０…電池スタック、２２０…電池セル、２３０…物理量センサ

Claims (7)

1. 電気的に接続された複数の電池セル（２２０）の閉路電圧を含む電池情報を記憶する記憶部（３２）と、
   前記電池情報に基づいて前記閉路電圧の取得範囲を設定する設定部（３３）と、
   前記設定部で設定される前記取得範囲で、前記閉路電圧をデジタル信号に変換する変換部（１２，１３）と、を有し、
   前記設定部は、前記閉路電圧が前記取得範囲の上限値と下限値の一方である場合、前記取得範囲を変更する電池装置。
2. 前記設定部は、前記閉路電圧が前記取得範囲の上限値と下限値の一方である場合、前記取得範囲を拡大する請求項１に記載の電池装置。
3. 前記設定部は、前記閉路電圧が前記取得範囲の上限値と下限値の一方である場合、前記取得範囲を前記閉路電圧の取りうる範囲に変更する請求項２に記載の電池装置。
4. 前記設定部は、前記取得範囲が前記取りうる範囲の際に、前記閉路電圧が前記取りうる範囲の上限値と下限値の一方である場合、前記取得範囲を、前記取りうる範囲の上限値と下限値の一方を含む、制限された範囲に変更する請求項３に記載の電池装置。
5. 前記設定部は、前記閉路電圧が前記取得範囲の上限値と下限値の一方である場合、新たな前記取得範囲を、前記閉路電圧側に遷移させた範囲に変更する請求項１または請求項２に記載の電池装置。
6. 前記設定部は、
   前記閉路電圧が前記取得範囲の上限値である場合、新たな前記取得範囲の下限値を前記閉路電圧にし、
   前記閉路電圧が前記取得範囲の下限値である場合、新たな前記取得範囲の上限値を前記閉路電圧にする請求項１または請求項２に記載の電池装置。
7. 前記設定部は、前記閉路電圧が前記取得範囲の上限値と下限値の一方であることが複数回起きると、故障が生じていると判定する請求項１～６のいずれか１項に記載の電池装置。

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