JPWO2011077540A1

JPWO2011077540A1 - 組電池の異常検出装置

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Publication number: JPWO2011077540A1
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Authority: JP
Inventors: 石下　晃生; 晃生石下
Original assignee: Toyota Motor Corp
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Priority date: 2009-12-25
Filing date: 2009-12-25
Publication date: 2013-05-02
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Abstract

各検知ユニット（２０（ｉ））は、対応の電池セル（ＣＬ（ｉ））の出力電圧と予め定められた判定電圧との電圧比較を実行するように構成される。複数の検知ユニット（２０）は、開始トリガ（ＴＲＧ）に応答して順次動作するとともに電圧比較の結果を反映した信号（ＯＤ）を順次伝達することによって、組電池（１０）のセル電圧低下異常を検知する。異常監視装置（３０）は、伝送回路（２５）から受ける判定信号（ＦＶ）によって組電池の放電時に複数の電池セル（ＣＬ）のいずれかの出力電圧が判定電圧よりも低下したことが示された場合に、電池セルの開放電圧と判定電圧との電圧差を内部抵抗の上限値で除算した電流値に相当する判定電流よりも電流検出値（Ｉｂ）の大きさが小さいとき、内部抵抗異常の発生を検知する。

Description

この発明は、組電池の異常検出装置に関し、特に、直列に接続された複数の電池セルを有する組電池における電池セルの内部抵抗異常を検出する技術に関する。

多数の電池セル（電池モジュール）を直列に接続した組電池が一般的に用いられている。たとえば、ハイブリッド自動車や電気自動車等において、このような組電池が電動機駆動用の電源として用いられている。

特開２００４−１３４２８７号公報（特許文献１）は、このような組電池の異常検出装置を開示する。この異常検出装置は、電池セルを複数個直列に接続した組電池、または複数の電池セルを並列に接続したセル並列回路を複数組直列に接続した組電池の過充電状態または過放電状態を検出する組電池の異常検出装置であって、組電池の内部抵抗が推定され、内部抵抗推定値に応じて過充電しきい値および過放電しきい値が変更される。そして、電池セルまたはセル並列回路の両端電圧が過充電しきい値を超えたときに過充電検出信号が出力され、電池セルまたはセル並列回路の両端電圧が過放電しきい値を下回ったときに過放電検出信号が出力される。

この異常検出装置によれば、組電池の内部抵抗を推定し、その推定値に応じて過充電しきい値および過放電しきい値を変更するので、組電池の異常を早期に確実に検出することができるとされる（特許文献１参照）。

特開２００４−１３４２８７号公報

しかしながら、特開２００４−１３４２８７号公報に記載された異常検出装置では、電池セル毎に過充電または過放電が検出され、電池セル毎の検出結果が制御回路へ送信されるので、回路規模が大きくなり、コストが高くなる。また、上記の異常検出装置では、組電池の内部抵抗を推定し、その推定値に応じて過充電しきい値および過放電しきい値を変更するものであるが、内部抵抗の推定精度および異常検出精度については、特に検討されていない。

そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、低コストと内部抵抗の異常検出精度向上とを両立可能な組電池の異常検出装置を提供することである。

この発明によれば、組電池の異常検出装置は、直列に接続された複数の電池セルを有する組電池の異常検出装置であって、複数の検知ユニットと、電流検出器と、異常監視装置とを備える。複数の検知ユニットは、複数の電池セルのそれぞれに対応して設けられ、各検知ユニットは、対応の電池セルの出力電圧と予め定められた判定電圧との電圧比較を実行するように構成される。電流検出器は、複数の電池セルの電流を検出するために設けられる。ここで、複数の検知ユニットは、開始トリガに応答して順次動作するとともに電圧比較の結果を反映した信号を順次伝達することによって、組電池の放電時に、複数の電池セルのいずれかの出力電圧が判定電圧よりも低下したか否かを示す異常検出信号を出力するように構成される。異常監視装置は、異常検出信号と電流検出器による電流検出値とに基づいて、複数の電池セルのいずれかにおいて内部抵抗が上限値よりも上昇する内部抵抗異常が発生したか否かを監視する。そして、異常監視装置は、異常検出信号によって組電池の放電時に複数の電池セルのいずれかの出力電圧が判定電圧よりも低下したことが示された場合に、電池セルの開放電圧と判定電圧との電圧差を内部抵抗の上限値で除算した電流値に相当する判定電流よりも電流検出値の大きさが小さいとき、内部抵抗異常の発生を検知する。

好ましくは、異常監視装置は、組電池の放電が開始されてから予め定められた時間を経過するまでの間、内部抵抗異常が発生したか否かを監視する。

さらに好ましくは、予め定められた時間は、組電池の放電に伴なう分極により発生する電圧降下に基づいて決定される。

また、この発明によれば、組電池の異常検出装置は、直列に接続された複数の電池セルを有する組電池の異常検出装置であって、複数の検知ユニットと、電流検出器と、異常監視装置とを備える。複数の検知ユニットは、複数の電池セルのそれぞれに対応して設けられ、各検知ユニットは、対応の電池セルの出力電圧と予め定められた判定電圧との電圧比較を実行するように構成される。電流検出器は、複数の電池セルの電流を検出するために設けられる。ここで、複数の検知ユニットは、開始トリガに応答して順次動作するとともに電圧比較の結果を反映した信号を順次伝達することによって、組電池の充電時に、複数の電池セルのいずれかの出力電圧が判定電圧よりも上昇したか否かを示す異常検出信号を出力するように構成される。異常監視装置は、異常検出信号と電流検出器による電流検出値とに基づいて、複数の電池セルのいずれかにおいて内部抵抗が上限値よりも上昇する内部抵抗異常が発生したか否かを監視する。そして、異常監視装置は、異常検出信号によって組電池の充電時に複数の電池セルのいずれかの出力電圧が判定電圧よりも上昇したことが示された場合に、判定電圧と電池セルの開放電圧との電圧差を内部抵抗の上限値で除算した電流値に相当する判定電流よりも電流検出値の大きさが小さいとき、内部抵抗異常の発生を検知する。

好ましくは、異常監視装置は、組電池の充電が開始されてから予め定められた時間を経過するまでの間、内部抵抗異常が発生したか否かを監視する。

さらに好ましくは、予め定められた時間は、組電池の充電に伴なう分極により発生する電圧上昇に基づいて決定される。

好ましくは、異常監視装置は、予め定められた周期毎に開始トリガを複数の検知ユニットに与え、内部抵抗異常の発生が検知された回数をカウントし、そのカウント値が予め定められた値を超えたとき、内部抵抗が異常であると確定する。

好ましくは、複数の検知ユニットは、第１番目から第ｎ番目（ｎ：２以上の整数）の検知ユニットを含む。第１番目の検知ユニットは、開始トリガに応答して作動して、第１番目の電池セルが判定電圧よりも低下しているか否かを示す信号を第２番目の検知ユニットへ伝達する。第ｉ番目（ｉ：２〜ｎの整数）の検知ユニットは、電圧比較器と、論理演算回路とを有する。電圧比較器は、第ｉ番目の電池セルの出力電圧と判定電圧との電圧比較結果を出力するために設けられる。論理演算回路は、第（ｉ−１）番目の検知ユニットから伝達された信号と、電圧比較器の出力信号とに基づいて、第１番目から第ｉ番目までの電池セルのいずれかの出力電圧が判定電圧よりも低下しているか否かを示す信号を出力するように構成される。そして、異常検出装置は、信号伝送回路をさらに備える。信号伝送回路は、第ｎ番目の検知ユニットから信号を受けて、当該信号に従った異常検出信号を異常監視装置へ出力する。

この発明によれば、低コストと内部抵抗の異常検出精度向上とを両立した組電池の異常検出装置を実現することができる。

この発明の実施の形態１による組電池の異常検出装置およびそれが適用される電気システムの構成を概略的に示すブロック図である。第ｉ番目の検知ユニットの構成例を示すブロック図である。異常監視装置による内部抵抗異常の検出手法を説明する概念図である。図１に示す異常監視装置により実行される内部抵抗異常の検出手順の流れを説明するためのフローチャートである。バッテリ電流と電池セルの出力電圧との時間的変化を示した図である。バッテリ電流と電池セルの出力電圧との関係を示した図である。主要な信号のタイミングチャートである。実施の形態２における第ｉ番目の検知ユニットの構成例を示すブロック図である。組電池の充電時おける内部抵抗異常の検出手法を説明する概念図である。実施の形態２における異常監視装置により実行される内部抵抗異常の検出手順の流れを説明するためのフローチャートである。変形例における内部抵抗異常の確定方法を説明するためのタイミングチャートである。組電池の異常検出装置が適用される組電池の他の構成例を示すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による組電池の異常検出装置およびそれが適用される電気システムの構成を概略的に示すブロック図である。

図１を参照して、電気システム２００は、たとえばハイブリッド自動車や電気自動車等の電力によって車両駆動力を発生可能な機構を備えた車両に搭載される。電気システム２００は、組電池１０と、組電池１０の異常検出装置１００と、負荷１２とを備える。

組電池１０は、再充電可能な二次電池であり、代表的にはリチウムイオン電池によって構成される。組電池１０は、直列に接続された複数個の電池セルＣＬ（１）〜ＣＬ（ｎ）を含む（ｎ：２以上の整数）。組電池１０は、直流電力を負荷１２へ供給する。また、組電池１０は、負荷１２から供給される直流電力によって充電される。

負荷１２は、モータおよびそれを駆動するインバータ（いずれも図示せず）を含む。このモータは、力行動作によって車輪の駆動力を発生したり、車輪の駆動力によって回転されることにより、回生制動により交流電力を発生したりするように構成される。なお、ハイブリッド自動車に搭載されるエンジンを始動したり組電池１０の充電のために発電したりするモータとして上記モータを用いてもよい。また、図示されないインバータは、組電池１０からの直流電力を交流電力に変換してモータへ供給したり、モータによって生成された交流電力を直流電力に変換して組電池１０に供給したりする。

異常検出装置１００は、電池セルＣＬ（１）〜ＣＬ（ｎ）にそれぞれ対応して設けられる検知ユニット２０（１）〜２０（ｎ）と、伝送回路２５と、異常監視装置３０と、電流センサ１５とを含む。

検知ユニット２０（１）〜２０（ｎ）は、電池セルＣＬ（１）〜ＣＬ（ｎ）のそれぞれの出力電圧Ｖｃ（１）〜Ｖｃ（ｎ）をそれぞれ受ける。検知ユニット２０（１）は、異常監視装置３０から与えられる開始トリガＴＲＧに応答して作動し、電池セルＣＬ（１）の出力電圧Ｖｃ（１）と予め定められた判定電圧Ｖｘとを比較する。そして、検知ユニット２０（１）は、その電圧比較結果に従って検出信号ＯＤ（１）を出力する。具体的には、検知ユニット２０（１）は、出力電圧Ｖｃ（１）が判定電圧Ｖｘよりも低下すると（Ｖｃ（１）＜Ｖｘ）、論理ハイレベル（以下、単に「Ｈレベル」とも表記する。）の検出信号ＯＤ（１）を出力する。一方、検知ユニット２０（１）は、出力電圧Ｖｃ（１）が判定電圧Ｖｘを下回っていないとき（Ｖｃ（１）≧Ｖｘ）には、論理ローレベル（以下、単に「Ｌレベル」とも表記する。）の検出信号ＯＤ（１）を出力する。

検知ユニット２０（２）は、前段の検知ユニット２０（１）から検出信号ＯＤ（１）が出力されるのに応答して作動し、電池セルＣＬ（２）の出力電圧Ｖｃ（２）と判定電圧Ｖｘとを比較する。そして、検知ユニット２０（２）は、検知ユニット２０（１）での電圧比較結果と、自身での電圧比較結果との論理和をとる態様で、検出信号ＯＤ（２）を出力する。

すなわち、検出信号ＯＤ（１）がＨレベルであるときには、検知ユニット２０（２）は、Ｖｃ（２）≧ＶｘであってもＨレベルの検出信号ＯＤ（２）を出力する。これに対して、検出信号ＯＤ（１）がＬレベルであるときには、検知ユニット２０（２）は、Ｖｃ（２）と判定電圧Ｖｘとの比較結果に従って、すなわち、Ｖｃ（２）＜ＶｘのときはＨレベルの検出信号ＯＤ（２）を出力する一方で、Ｖｃ（２）≧ＶｘのときにはＬレベルの検出信号ＯＤ（２）を出力する。

図２は、第ｉ番目の検知ユニット２０（ｉ）の構成例を示すブロック図である。図２には、ｉ＝２〜ｎの検知ユニット２０（ｉ）の構成が示される。

図２を参照して、検知ユニット２０（ｉ）は、電圧比較器２１と、論理ゲート２２とを有する。電圧比較器２１は、検知ユニット２０（ｉ）に対応する電池セルＣＬ（ｉ）の出力電圧Ｖｃ（ｉ）と予め定められた判定電圧Ｖｘとを比較して、Ｖｃ（ｉ）＜Ｖｘとなったときには出力電圧をＨレベルに設定する一方で、Ｖｃ（ｉ）≧Ｖｘのときには出力電圧をＬレベルに設定する。

論理ゲート２２は、電圧比較器２１の出力信号と、前段の検知ユニット２０（ｉ−１）からの検出信号ＯＤ（ｉ−１）との論理和（ＯＲ）演算結果を、検知ユニット２０（ｉ）の検出信号ＯＤ（ｉ）として出力する。

再び図１を参照して、各検知ユニット２０（検知ユニット２０（１）〜２０（ｎ）を包括的に表記するもの。以下同じ。）での電圧比較結果が反映された検出信号ＯＤ（検出信号ＯＤ（１）〜ＯＤ（ｎ）を包括的に表記するもの。以下同じ。）は、論理和演算を行ないながら、次段の検知ユニット２０へ順次伝達される。この結果、検知ユニット２０（１）〜２０（ｎ）は、開始トリガＴＲＧに応答して順次動作する。

各検知ユニット２０の動作時間は同様であるので、結果的には、一定周期で電池セルＣＬ（１）〜ＣＬ（ｎ）の出力電圧Ｖｃ（１）〜Ｖｃ（ｎ）が順番に判定電圧Ｖｘと比較される。そして、最終段の検知ユニット２０（ｎ）が出力する検出信号ＯＤ（ｎ）は、開始トリガＴＲＧに応答した、電池セルＣＬ（１）〜ＣＬ（ｎ）と判定電圧Ｖｘとの一連の電圧比較において、出力電圧が判定電圧Ｖｘよりも低下した電池セルが存在するか否かを示す信号であって、たとえば１ビットのデジタル信号により構成される。

伝送回路２５は、最終段の検知ユニット２０（ｎ）から出力される検出信号ＯＤ（ｎ）をフォトカプラ等で絶縁した上で、最終的な判定信号ＦＶを生成する。すなわち、判定信号ＦＶは、開始トリガＴＲＧに応答して生成されて、異常監視装置３０へ入力される。上述のように、判定信号ＦＶは、電池セルＣＬ（１）〜ＣＬ（ｎ）のいずれかで出力電圧が判定電圧Ｖｘよりも低下する異常（以下、「セル電圧低下異常」とも称する。）が発生しているか否かを示す。具体的には、電池セルＣＬ（１）〜ＣＬ（ｎ）のいずれかで出力電圧が判定電圧Ｖｘよりも低下したときには、判定信号ＦＶはＨレベルに設定される。一方で、電池セルＣＬ（１）〜ＣＬ（ｎ）の全ての出力電圧が判定電圧Ｖｘを下回っていないときには、判定信号ＦＶはＬレベルとされる。

電流センサ１５は、組電池１０の通過電流であるバッテリ電流Ｉｂを検出する。電池セルＣＬ（１）〜ＣＬ（ｎ）は直列に接続されているので、バッテリ電流Ｉｂは、電池セルＣＬ（１）〜ＣＬ（ｎ）に共通である。電流センサ１５によって、バッテリ電流Ｉｂの電流値を求めることができる。その一方で、異常検出装置１００では、電池セルＣＬ（１）〜ＣＬ（ｎ）の出力電圧Ｖｃ（１）〜Ｖｃ（ｎ）については、電圧値を検出するための電圧センサは配置されておらず、判定電圧Ｖｘとの電圧比較結果のみが取扱われる。すなわち、異常検出装置１００は、電池セル毎の電圧監視に関して、多数の電池セルＣＬ（１）〜ＣＬ（ｎ）の電圧値（アナログ値）を検出する電圧センサを非配置とする構成とされていることが理解される。なお、一例として、電流センサ１５は、組電池１０の放電時に流れる電流を正値として検出し、組電池１０の充電時に流れる電流を負値として検出する。

異常監視装置３０は、上位ＥＣＵ（Electronic Control Unit）から受ける開始指示信号ＳＴＲに応答して、電池セルＣＬ（１）〜ＣＬ（ｎ）の異常検出動作を実行する。すなわち、異常監視装置３０は、開始指示信号ＳＴＲに応答して、検知ユニット２０（１）へ与えられる開始トリガＴＲＧを生成する。

そして、異常監視装置３０は、開始トリガＴＲＧに応答して返送される判定信号ＦＶと、電流センサ１５による電流検出値とに基づいて、後述の方法により、上記セル電圧低下異常の発生時には、内部抵抗の過上昇（以下、単に「内部抵抗異常」とも称する。）が発生しているか否かを判定する。

異常監視装置３０は、上記の開始トリガＴＲＧを予め定められた周期で発生する。すなわち、異常監視装置３０は、予め定められた周期毎に、内部抵抗異常が発生しているか否かを判定する。さらに、異常監視装置３０は、内部抵抗異常の発生が検知された回数をカウントし、そのカウント値が予め定められた値を超えると、内部抵抗が異常であると確定する。

そして、異常監視装置３０は、電池セルＣＬ（１）〜ＣＬ（ｎ）の異常検出結果（少なくとも、セル電圧低下異常および内部抵抗異常に関する検出結果を含む。）を示す信号ＲＳＬを、上位ＥＣＵへ出力する。

次に、異常監視装置３０による内部抵抗異常の検出について詳細に説明する。なお、異常監視装置３０は、集積回路（ＩＣ）等のマイクロコンピュータによって構成することが可能であり、予め格納されたプログラムの実行によるソフトウェア処理および／または予め作製された専用の電子回路（図示せず）によるハードウェア処理によって、以下に説明する異常検出動作を実行するように構成される。

図３は、異常監視装置３０による内部抵抗異常の検出手法を説明する概念図である。
図３を参照して、電池セルの内部抵抗は、バッテリ電流Ｉｂによって生じる、開放電圧Ｖｏからの電圧降下によって検出できる。すなわち、電池セルの出力電圧Ｖｃは、内部抵抗に相当する傾きに従って、バッテリ電流Ｉｂの増大に応じて低下することとなる。

電池セルの内部抵抗が上昇すると、図３に示したＩｂ−Ｖｃ直線の傾き（負値）が急になり、同一のバッテリ電流Ｉｂにおける出力電圧Ｖｃが低下することになる。そして、内部抵抗異常を検出する閾値に相当する内部抵抗の境界値を定めることにより、内部抵抗が当該境界値の下で出力電圧Ｖｃ＝Ｖｘとなったときの電流Ｉｘを求めることができる。具体的には、開放電圧Ｖｏと判定電圧Ｖｘとの電圧差を内部抵抗の境界値（上限値）で除算することによって、内部抵抗が当該境界値の下で出力電圧Ｖｃ＝Ｖｘとなったときの電流Ｉｘを算出することができる。

このように求めた電流Ｉｘは、電池セルＣＬ（１）〜ＣＬ（ｎ）のいずれかの出力電圧が判定電圧Ｖｘを下回ったときのバッテリ電流Ｉｂと比較することによって、内部抵抗異常検出の判定電流とすることができる。すなわち、セル電圧低下異常の検出時には、バッテリ電流Ｉｂ＜Ｉｘのときには内部抵抗異常を検出する一方で、Ｉｂ≧Ｉｘのときには内部抵抗異常を検出しないようにすることで、各電池セルの出力電圧値を取得するための電圧センサを非配置とする構成の異常検出装置１００によっても、異常検出動作において、内部抵抗異常の発生有無を判定することができる。

なお、バッテリ電流Ｉｂと判定電流Ｉｘとの比較によって内部抵抗異常の有無を判定するには、セル電圧低下異常が発生したタイミングにおけるバッテリ電流Ｉｂを判定電流Ｉｘと比較することが必要であるところ、判定電流Ｉｘと比較されるバッテリ電流Ｉｂは、たとえば、電流センサ１５の出力値を受ける異常監視装置３０において、伝送回路２５からの判定信号ＦＶを受けたタイミングでサンプリングされる。

なお、図３に示される電流Ｉｎ（＞Ｉｘ）は、内部抵抗が正常であると判定するための判定電流であり、バッテリ電流Ｉｂが電流Ｉｎよりも大きいとき、内部抵抗は正常であると判定される。なお、Ｉｎ＞Ｉｘとしたのは、バッテリ電流Ｉｂが電流Ｉｘの近傍のときに判定結果がチャタリングするのを防止するためである。

図４は、図１に示した異常監視装置３０により実行される内部抵抗異常の検出手順の流れを説明するためのフローチャートである。なお、このフローチャートに示される一連の処理は、予め定められた周期毎に実行される。

図４を参照して、異常監視装置３０は、検知ユニット２０（１）へ与えられる開始トリガＴＲＧを発生する（ステップＳ１０）。この開始トリガＴＲＧに応答して、図１で説明したように、検知ユニット２０（１）〜２０（ｎ）が順次動作する。そして、各電池セルＣＬ（１）〜ＣＬ（ｎ）の出力電圧と判定電圧Ｖｘとの電圧比較が実行され、検知ユニット２０（ｎ）による電圧比較が完了した後、伝送回路２５を経由して判定信号ＦＶが異常監視装置３０へ到達する。

開始トリガの発生後、異常監視装置３０は、伝送回路２５から判定信号ＦＶを受信したか否かを判定する（ステップＳ２０）。そして、判定信号ＦＶを受信したものと判定されると（ステップＳ２０においてＹＥＳ）、異常監視装置３０は、電流センサ１５の出力値をサンプリングしてバッテリ電流Ｉｂを検出する（ステップＳ３０）。

次いで、異常監視装置３０は、受信した判定信号ＦＶがＨレベルか否かを判定する（ステップＳ４０）。判定信号ＦＶがＨレベルであると判定されると（ステップＳ４０においてＹＥＳ）、異常監視装置３０は、組電池１０の放電が開始されてから予め定められた時間以内か否かを判定する（ステップＳ５０）。放電開始から予め定められた時間を経過していると判定された場合には（ステップＳ５０においてＮＯ）、異常監視装置３０は、内部抵抗異常の判定を行なうことなく、ステップＳ１２０へ処理を移行する。

組電池１０の放電が開始されてから予め定められた時間を経過している場合に内部抵抗異常の判定を非実施としたのは、組電池１０の分極の影響により内部抵抗異常を誤判定してしまうからである。以下、分極の影響による内部抵抗異常の誤判定について簡単に説明する。

図５は、バッテリ電流Ｉｂと電池セルＣＬの出力電圧Ｖｃとの時間的変化を示した図である。図５を参照して、時刻ｔ１〜ｔ３まで、一定値Ｉ１のバッテリ電流Ｉｂが流れるものとする。時刻ｔ１において、出力電圧Ｖｃは、開放電圧Ｖｏから電圧Ｖ１まで低下する。この電圧降下量は、電池セルＣＬの内部抵抗と電流Ｉｂの大きさ（Ｉ１）とによって決まる。しかしながら、バッテリ電流Ｉｂは一定であるにも拘わらず、出力電圧Ｖｃは、電池セルＣＬの分極の影響によりＶ１から徐々に低下し、放電終了時の時刻ｔ３にはＶ２まで低下する。

図６は、バッテリ電流Ｉｂと電池セルＣＬの出力電圧Ｖｃとの関係を示した図である。図６を参照して、図中の電圧Ｖ１，Ｖ２および電流Ｉ１は、図５のそれらと対応している。正確な内部抵抗は、開放電圧Ｖｏとバッテリ電流ＩｂがＩ１のときの電圧Ｖ１とを結ぶ直線ｋ１の傾きによって示されるところ、分極の影響により、内部抵抗を直線ｋ２の傾きであると誤推定してしまう。すなわち、分極の影響により内部抵抗を過大に推定してしまうこととなり、その結果、内部抵抗が正常範囲であるにも拘わらず内部抵抗異常と誤判定してしまう。

そこで、この実施の形態１では、組電池１０の放電に伴なう分極により発生する電圧降下の影響を無視し得る間のみ内部抵抗異常の判定を行なうこととし、組電池１０の放電が開始されてから予め定められた時間（たとえば１秒）を経過している場合には（たとえば、図５の時刻ｔ２以降）、内部抵抗異常の判定を行なわないこととしたものである。

再び図４を参照して、ステップＳ５０において放電開始から予め定められた時間以内であると判定されると（ステップＳ５０においてＹＥＳ）、異常監視装置３０は、ステップＳ３０においてサンプリングされた電流検出値が判定電流Ｉｘよりも小さいか否かを判定する（ステップＳ６０）。そして、電流検出値が判定電流Ｉｘよりも小さいと判定されると（ステップＳ６０においてＹＥＳ）、異常監視装置３０は、異常検出カウンタをカウントアップする（ステップＳ７０）。一方、電流検出値が判定電流Ｉｘ以上であると判定されると（ステップＳ６０においてＮＯ）、異常監視装置３０は、ステップＳ８０へ処理を移行する。

次いで、異常監視装置３０は、異常検出カウンタが予め定められた値以上か否かを判定する（ステップＳ８０）。そして、異常検出カウンタが予め定められた値以上であると判定されると（ステップＳ８０においてＹＥＳ）、異常監視装置３０は、内部抵抗が異常であると確定する（ステップＳ９０）。

一方、ステップＳ４０において、伝送回路２５から受信した判定信号ＦＶがＨレベルでない（すなわちＬレベル）と判定されると（ステップＳ４０においてＮＯ）、異常監視装置３０は、ステップＳ３０においてサンプリングされた電流検出値が判定電流Ｉｎよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１００）。そして、電流検出値が判定電流Ｉｎよりも大きいと判定されると（ステップＳ１００においてＹＥＳ）、内部抵抗は正常であると判定され、異常監視装置３０は、異常検出カウンタを０にクリアする（ステップＳ１１０）。

図７は、主要な信号のタイミングチャートである。図７を参照して、予め定められた周期毎に開始トリガＴＲＧが発生する（時刻ｔ１〜ｔ１０）。時刻ｔ１では、セル電圧低下異常の発生を示す判定信号ＦＶがＬレベルのため、バッテリ電流Ｉｂは判定電流Ｉｘよりも低いけれども、異常検出カウンタのカウントアップはない。

時刻ｔ２では、判定信号ＦＶがＨレベルであり、かつ、バッテリ電流Ｉｂが判定電流Ｉｘよりも低いので、異常検出カウンタがカウントアップされる。時刻ｔ３では、判定信号ＦＶがＬレベルのため、異常検出カウンタのカウントアップはなく、異常検出カウンタは、前回値（１）に維持される。

時刻ｔ４では、内部抵抗が正常であると判定するための判定電流Ｉｎをバッテリ電流Ｉｂが超えているので、異常検出カウンタが０にクリアされる。時刻ｔ６では、判定信号ＦＶがＨレベルであり、かつ、バッテリ電流Ｉｂが判定電流Ｉｘよりも低いので、異常検出カウンタが再びカウントアップされる。同様に、時刻ｔ７において、異常検出カウンタがさらにカウントアップされる。

時刻ｔ８では、判定信号ＦＶがＨレベルであり、かつ、バッテリ電流Ｉｂが判定電流Ｉｘよりも低いけれども、組電池１０の放電が開始されてから予め定められた時間（たとえば１秒）を経過しているため、異常検出カウンタのカウントアップはなく、異常検出カウンタは、前回値（２）に維持される。

時刻ｔ９では、判定信号ＦＶがＨレベルであり、かつ、バッテリ電流Ｉｂが判定電流Ｉｘよりも低いので、異常検出カウンタが再びカウントアップされ、同様に、時刻ｔ１０でも、異常検出カウンタがさらにカウントアップされる。そして、この時刻ｔ１０において、異常検出カウンタが予め定められた値以上であると判定され、この時点で内部抵抗が異常である確定される。

以上のように、この実施の形態１においては、電池セル毎に電圧センサを設ける必要がなく、また、最終段を除く各検知ユニットから異常監視装置３０への信号伝達もないので、回路規模を小さくできる。また、セル電圧低下異常が検出されたとき、バッテリ電流Ｉｂおよび判定電流Ｉｘを用いて内部抵抗異常の発生を検知するので、内部抵抗異常の発生を高精度に検知できる。したがって、この実施の形態１によれば、低コストと内部抵抗の異常検出精度向上とを両立した組電池の異常検出装置を実現することができる。

また、この実施の形態１においては、組電池１０の放電に伴なう分極の影響を考慮し、組電池１０の放電が開始されてから予め定められた時間を経過するまでの間に限り、内部抵抗異常が発生したか否かが監視される。したがって、この実施の形態１によれば、分極の影響を除去して内部抵抗異常の発生をより高精度に検出することができる。

さらに、この実施の形態１においては、予め定められた周期毎に開始トリガＴＲＧが生成される。そして、内部抵抗異常の発生が検知された回数を異常検出カウンタを用いてカウントし、そのカウント値が予め定められた値を超えると内部抵抗が異常であると確定される。したがって、この実施の形態１によれば、内部抵抗異常の誤判定を防止することができる。

［実施の形態２］
実施の形態１では、検知ユニット２０により、電池セルＣＬ（１）〜ＣＬ（ｎ）のいずれかで出力電圧が判定電圧Ｖｘよりも低下するセル電圧低下異常が検知される。すなわち、実施の形態１では、組電池１０の放電時に内部抵抗異常の検出を行なうものとしたが、この実施の形態２では、組電池１０の充電時に内部抵抗異常の検出を行なう手法が示される。

再び図１を参照して、実施の形態２による組電池の異常検出装置およびそれが適用される電気システムの全体構成は、図１に示される実施の形態１の構成と同じである。そして、この実施の形態２では、検知ユニット２０（１）は、出力電圧Ｖｃ（１）が判定電圧Ｖｘを超えると（Ｖｃ（１）＞Ｖｘ）、Ｈレベルの検出信号ＯＤ（１）を出力する。一方、検知ユニット２０（１）は、出力電圧Ｖｃ（１）が判定電圧Ｖｘを上回っていないとき（Ｖｃ（１）≦Ｖｘ）には、Ｌレベルの検出信号ＯＤ（１）を出力する。

検知ユニット２０（２）は、検出信号ＯＤ（１）がＨレベルであるときには、Ｖｃ（２）≦ＶｘであってもＨレベルの検出信号ＯＤ（２）を出力する。これに対して、検出信号ＯＤ（１）がＬレベルであるときには、検知ユニット２０（２）は、Ｖｃ（２）と判定電圧Ｖｘとの比較結果に従って、すなわち、Ｖｃ（２）＞ＶｘのときはＨレベルの検出信号ＯＤ（２）を出力する一方で、Ｖｃ（２）≦ＶｘのときにはＬレベルの検出信号ＯＤ（２）を出力する。

図８は、実施の形態２における第ｉ番目の検知ユニット２０（ｉ）の構成例を示すブロック図である。図８には、ｉ＝２〜ｎの検知ユニット２０（ｉ）の構成が示される。

図８を参照して、実施の形態２では、電圧比較器２１は、予め定められた判定電圧Ｖｘと検知ユニット２０（ｉ）に対応する電池セルＣＬ（ｉ）の出力電圧Ｖｃ（ｉ）とを比較して、Ｖｘ＜Ｖｃ（ｉ）となったときには出力電圧をＨレベルに設定する一方で、Ｖｘ≧Ｖｃ（ｉ）のときには出力電圧をＬレベルに設定する。

そして、論理ゲート２２は、電圧比較器２１の出力信号と、前段の検知ユニット２０（ｉ−１）からの検出信号ＯＤ（ｉ−１）との論理和（ＯＲ）演算結果を、検知ユニット２０（ｉ）の検出信号ＯＤ（ｉ）として出力する。

再び図１を参照して、上述したように、各検知ユニット２０での電圧比較結果が反映された検出信号ＯＤは、論理和演算を行ないながら、次段の検知ユニット２０へ順次伝達される。この結果、検知ユニット２０（１）〜２０（ｎ）は、開始トリガＴＲＧに応答して順次動作する。そして、最終段の検知ユニット２０（ｎ）が出力する検出信号ＯＤ（ｎ）は、開始トリガＴＲＧに応答した、電池セルＣＬ（１）〜ＣＬ（ｎ）と判定電圧Ｖｘとの一連の電圧比較において、出力電圧が判定電圧Ｖｘよりも上昇した電池セルが存在するか否かを示す信号である。

この最終段の検知ユニット２０（ｎ）から出力される検出信号ＯＤ（ｎ）に基づいて、伝送回路２５により判定信号ＦＶが生成される。この判定信号ＦＶは、電池セルＣＬ（１）〜ＣＬ（ｎ）のいずれかで出力電圧が判定電圧Ｖｘよりも上昇する異常（以下、「セル電圧上昇異常」とも称する。）が発生しているか否かを示す。具体的には、電池セルＣＬ（１）〜ＣＬ（ｎ）のいずれかで出力電圧が判定電圧Ｖｘよりも上昇したときには、判定信号ＦＶはＨレベルに設定される。一方で、電池セルＣＬ（１）〜ＣＬ（ｎ）の全ての出力電圧が判定電圧Ｖｘを上回っていないときには、判定信号ＦＶはＬレベルとされる。

そして、異常監視装置３０は、開始トリガＴＲＧに応答して返送される判定信号ＦＶと、電流センサ１５による電流検出値とに基づいて、後述の方法により、上記セル電圧上昇異常の発生時には、内部抵抗異常が発生しているか否かを判定する。

図９は、組電池１０の充電時おける内部抵抗異常の検出手法を説明する概念図である。
図９を参照して、組電池１０の充電時においては、電池セルの内部抵抗は、バッテリ電流Ｉｂ（組電池１０の充電時は負値となる。）によって生じる、開放電圧Ｖｏからの電圧上昇によって検出できる。すなわち、電池セルの出力電圧Ｖｃは、内部抵抗に相当する傾きに従って、バッテリ電流Ｉｂの増大（負方向への増加）に応じて上昇することとなる。そして、図３においても説明したように、内部抵抗異常を検出する閾値に相当する内部抵抗の境界値を定めることにより、内部抵抗が当該境界値の下で出力電圧Ｖｃ＝Ｖｘとなったときの電流Ｉｘを求めることができる。具体的には、開放電圧Ｖｏと判定電圧Ｖｘとの電圧差（負値）を内部抵抗の境界値（上限値）で除算することによって、内部抵抗が当該境界値の下で出力電圧Ｖｃ＝Ｖｘとなったときの電流Ｉｘ（負値）を算出することができる。

そして、このように求めた電流Ｉｘは、電池セルＣＬ（１）〜ＣＬ（ｎ）のいずれかの出力電圧が判定電圧Ｖｘを上回ったときのバッテリ電流Ｉｂと比較することによって、内部抵抗異常検出の判定電流とすることができる。すなわち、セル電圧上昇異常の検出時には、バッテリ電流Ｉｂ＞Ｉｘ（Ｉｂ，Ｉｘともに負値）のときには内部抵抗異常を検出する一方で、バッテリ電流Ｉｂ≦Ｉｘのときには内部抵抗異常を検出しないようにすることで、内部抵抗異常の発生有無を判定することができる。

なお、図３に示される電流Ｉｎ（このＩｎも負値であり、Ｉｎ＜Ｉｘである。）は、内部抵抗が正常であると判定するための判定電流であり、バッテリ電流Ｉｂが電流Ｉｎよりも小さいとき（すなわち、バッテリ電流Ｉｂの大きさが電流Ｉｎの大きさよりも大きい。）内部抵抗は正常であると判定される。なお、Ｉｎ＜Ｉｘとしたのは、バッテリ電流Ｉｂが電流Ｉｘの近傍のときに判定結果がチャタリングするのを防止するためである。

図１０は、実施の形態２における異常監視装置３０により実行される内部抵抗異常の検出手順の流れを説明するためのフローチャートである。なお、このフローチャートに示される一連の処理も、予め定められた周期毎に実行される。

図１０を参照して、このフローチャートは、図４に示したフローチャートにおいて、ステップＳ５０，Ｓ６０，Ｓ１００に代えてそれぞれステップＳ５５，Ｓ６５，Ｓ１０５を含む。すなわち、ステップＳ４０において判定信号ＦＶがＨレベルであると判定されると（ステップＳ４０においてＹＥＳ）、異常監視装置３０は、組電池１０の充電が開始されてから予め定められた時間以内か否かを判定する（ステップＳ５５）。充電開始から予め定められた時間を経過していると判定された場合には（ステップＳ５５においてＮＯ）、異常監視装置３０は、内部抵抗異常の判定を行なうことなく、ステップＳ１２０へ処理を移行する。

ステップＳ５５において充電開始から予め定められた時間以内であると判定されると（ステップＳ５５においてＹＥＳ）、異常監視装置３０は、ステップＳ３０においてサンプリングされた電流検出値（負値）が判定電流Ｉｘ（負値）よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ６５）。そして、電流検出値が判定電流Ｉｘよりも大きいと判定されると（ステップＳ６５においてＹＥＳ）、ステップＳ７０へ処理が移行され、異常検出カウンタがカウントアップされる。

また、ステップＳ４０において、伝送回路２５から受信した判定信号ＦＶがＨレベルでない（すなわちＬレベル）と判定されると（ステップＳ４０においてＮＯ）、異常監視装置３０は、ステップＳ３０においてサンプリングされた電流検出値（負値）が判定電流Ｉｎ（負値）よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ１０５）。そして、電流検出値が判定電流Ｉｎよりも小さいと判定されると（ステップＳ１０５においてＹＥＳ）、内部抵抗は正常であると判定され、ステップＳ１１０へ処理が移行され、異常検出カウンタが０にクリアされる。

なお、上述のように、この実施の形態２においても、組電池１０の分極の影響による内部抵抗異常の誤判定を防止するために、組電池１０の充電が開始されてから予め定められた時間を経過している場合には、内部抵抗異常の判定が非実施とされる。すなわち、組電池１０の充電時においては、分極による電圧上昇が発生するので、この実施の形態２においても、組電池１０の充電に伴なう分極により発生する電圧上昇の影響を無視し得る間のみ内部抵抗異常の判定を行なうこととし、組電池１０の充電が開始されてから予め定められた時間（たとえば１秒）を経過している場合には、内部抵抗異常の判定を行なわないこととする。

以上のように、この実施の形態２によっても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。なお、実施の形態１，２を組合わせて組電池１０の放電時および充電時の双方において内部抵抗異常の発生を検知するようにすることも当然に可能である。

［変形例］
この変形例では、組電池１０の内部抵抗異常の検出方法自体は上記の実施の形態１，２と同じであるが、異常検出カウンタを用いた内部抵抗異常の確定方法が上記の実施の形態１，２と異なる。具体的には、この変形例では、予め定められた期間における異常検出回数が積算され（後述の異常検出カウンタ１）、その積算値が予め定められた値を超えた場合に異常検出カウンタ（後述の異常検出カウンタ２）がカウントアップされる。そして、異常検出カウンタが予め定められた値に達すると、内部抵抗の異常が確定する。

図１１は、この変形例における内部抵抗異常の確定方法を説明するためのタイミングチャートである。図１１を参照して、この変形例においても、上記の実施の形態１，２と同様の方法により内部抵抗異常の発生有無が判定される。そして、放電時のセル電圧低下異常または充電時のセル電圧上昇異常が発生した場合に、電流検出値の大きさが判定電流Ｉｘの大きさよりも小さいとき、異常検出カウンタ１がカウントアップされる。

そして、処理タイミングを決定するための検出時間カウンタが予め定められた値に達したとき、異常検出カウンタ１が予め定められた値を超えていると異常検出カウンタ２がカウントアップされる。一方、異常検出カウンタ１が予め定められた値よりも小さい場合には、異常検出カウンタ２は維持される。その後、検出時間カウンタおよび異常検出カウンタ１は０にクリアされ、検出時間カウンタのカウントアップが再開される。

検出時間カウンタが予め定められた値に達する毎にこのような処理が実行され、異常検出カウンタ２が予め定められた値に達すると、内部抵抗の異常が確定する。

この図１１においては、時刻ｔ１〜ｔ２間で内部抵抗異常が検出され、異常検出カウンタ１がカウントアップされる。そして、検出時間カウンタが予め定められた値に達した時刻ｔ２のタイミングにおいて、異常検出カウンタ１が予め定められた値を超えているので、異常検出カウンタ２がカウントアップされる。

時刻ｔ２から次回の処理タイミングである時刻ｔ３の間では、異常検出回数が少なく、時刻ｔ３においては、異常検出カウンタ１が予め定められた値を超えていないので異常検出カウンタ２が前回値に維持される。その後の処理タイミングである時刻ｔ４，ｔ５，ｔ６においては、異常検出カウンタ１が予め定められた値を超えているので異常検出カウンタ２が順次カウントアップされ、たとえば、時刻ｔ６において異常検出カウンタ２が予め定められた値に達したと判定されると、内部抵抗の異常が確定する。

このように、この変形例では、２段階の異常検出カウンタが設けられ、内部抵抗異常の確定について誤判定が確実に防止される。

なお、図１２に示すように、図１に示した組電池１０を１つの電池ブロックとして、このような電池ブロックを複数個（Ｂ０〜Ｂ７）組合せることによって、組電池１０を構成してもよい。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０組電池、１２負荷、１５電流センサ、２０（１）〜２０（ｎ）検知ユニット、２１電圧比較器、２２論理ゲート、２５伝送回路、３０異常監視装置、１００異常検出装置、２００電気システム、ＣＬ（１）〜ＣＬ（ｎ）電池セル、Ｂ０〜Ｂ７電池ブロック。

Claims

直列に接続された複数の電池セル（ＣＬ）を有する組電池（１０）の異常検出装置であって、
前記複数の電池セルのそれぞれに対応して設けられ、各々が対応の電池セルの出力電圧と予め定められた判定電圧との電圧比較を実行するように構成された複数の検知ユニット（２０）と、
前記複数の電池セルの電流を検出するための電流検出器（１５）とを備え、
前記複数の検知ユニットは、開始トリガに応答して順次動作するとともに前記電圧比較の結果を反映した信号を順次伝達することによって、前記組電池の放電時に、前記複数の電池セルのいずれかの出力電圧が前記判定電圧よりも低下したか否かを示す異常検出信号を出力するように構成され、さらに
前記異常検出信号と前記電流検出器による電流検出値とに基づいて、前記複数の電池セルのいずれかにおいて内部抵抗が上限値よりも上昇する内部抵抗異常が発生したか否かを監視する異常監視装置（３０）を備え、
前記異常監視装置は、前記異常検出信号によって前記組電池の放電時に前記複数の電池セルのいずれかの出力電圧が前記判定電圧よりも低下したことが示された場合に、前記電池セルの開放電圧と前記判定電圧との電圧差を前記内部抵抗の前記上限値で除算した電流値に相当する判定電流よりも前記電流検出値の大きさが小さいとき、前記内部抵抗異常の発生を検知する、組電池の異常検出装置。
前記異常監視装置は、前記組電池の放電が開始されてから予め定められた時間を経過するまでの間、前記内部抵抗異常が発生したか否かを監視する、請求の範囲１に記載の組電池の異常検出装置。
前記予め定められた時間は、前記組電池の放電に伴なう分極により発生する電圧降下に基づいて決定される、請求の範囲２に記載の組電池の異常検出装置。
直列に接続された複数の電池セル（ＣＬ）を有する組電池（１０）の異常検出装置であって、
前記複数の電池セルのそれぞれに対応して設けられ、各々が対応の電池セルの出力電圧と予め定められた判定電圧との電圧比較を実行するように構成された複数の検知ユニット（２０）と、
前記複数の電池セルの電流を検出するための電流検出器（１５）とを備え、
前記複数の検知ユニットは、開始トリガに応答して順次動作するとともに前記電圧比較の結果を反映した信号を順次伝達することによって、前記組電池の充電時に、前記複数の電池セルのいずれかの出力電圧が前記判定電圧よりも上昇したか否かを示す異常検出信号を出力するように構成され、さらに
前記異常検出信号と前記電流検出器による電流検出値とに基づいて、前記複数の電池セルのいずれかにおいて内部抵抗が上限値よりも上昇する内部抵抗異常が発生したか否かを監視する異常監視装置（３０）を備え、
前記異常監視装置は、前記異常検出信号によって前記組電池の充電時に前記複数の電池セルのいずれかの出力電圧が前記判定電圧よりも上昇したことが示された場合に、前記判定電圧と前記電池セルの開放電圧との電圧差を前記内部抵抗の前記上限値で除算した電流値に相当する判定電流よりも前記電流検出値の大きさが小さいとき、前記内部抵抗異常の発生を検知する、組電池の異常検出装置。
前記異常監視装置は、前記組電池の充電が開始されてから予め定められた時間を経過するまでの間、前記内部抵抗異常が発生したか否かを監視する、請求の範囲４に記載の組電池の異常検出装置。
前記予め定められた時間は、前記組電池の充電に伴なう分極により発生する電圧上昇に基づいて決定される、請求の範囲５に記載の組電池の異常検出装置。
前記異常監視装置は、予め定められた周期毎に前記開始トリガを前記複数の検知ユニットに与え、前記内部抵抗異常の発生が検知された回数をカウントし、そのカウント値が予め定められた値を超えたとき、前記内部抵抗が異常であると確定する、請求の範囲１から６のいずれかに記載の組電池の異常検出装置。
前記複数の検知ユニットは、第１番目から第ｎ番目（ｎ：２以上の整数）の検知ユニット（２０）を含み、
前記第１番目の検知ユニット（２０（１））は、前記開始トリガに応答して作動して、第１番目の電池セル（ＣＬ（１））が前記判定電圧よりも低下しているか否かを示す信号を第２番目の検知ユニット（２０（２））へ伝達し、
第ｉ番目（ｉ：２〜ｎの整数）の検知ユニット（２０（ｉ））は、
第ｉ番目の電池セル（ＣＬ（ｉ））の出力電圧と前記判定電圧との電圧比較結果を出力するための電圧比較器（２１）と、
第（ｉ−１）番目の検知ユニット（２０（ｉ−１））から伝達された前記信号と、前記電圧比較器の出力信号とに基づいて、第１番目から第ｉ番目までの電池セルのいずれかの出力電圧が前記判定電圧よりも低下しているか否かを示す前記信号を出力するように構成された論理演算回路（２２）とを有し、
前記異常検出装置は、
前記第ｎ番目の検知ユニット（２０（ｎ））から前記信号を受けて、当該信号に従った前記異常検出信号を前記異常監視装置へ出力するための信号伝送回路（２５）をさらに備える、請求の範囲１から６のいずれかに記載の組電池の異常検出装置。