WO2012060190A1

WO2012060190A1 - 電池異常予見システム

Info

Publication number: WO2012060190A1
Application number: PCT/JP2011/073425
Authority: WO
Inventors: 正隆内田
Original assignee: 三菱重工業株式会社
Priority date: 2010-11-04
Filing date: 2011-10-12
Publication date: 2012-05-10
Also published as: US20130158917A1; JP5582970B2; JP2012098212A; EP2637032A1; CN102959420A; CN102959420B

Abstract

　本発明の電池異常予見システムは、複数の単電池（１１ａ～１１－ｎ（ｎは２以上の自然数））それぞれの状態を示すパラメータ値を取得し、取得したパラメータ値が正常な値であるか否かを判別する正常範囲判定部と、正常な値であると判別された複数のパラメータ値を、所定の間隔によって分割された範囲にそれぞれ分類し、分類したパラメータ値の統計処理を行う統計処理部と、統計処理部で統計処理された結果に基づき、複数の単電池の状態を判別し、判別した結果に基づき、複数の単電池の状態が通常状態から異常状態に推移しうる状態にあるか否かを判別する状態判別部と、を備える。

Description

電池異常予見システム

　本発明は、複数の単電池からなる組電池が搭載された電池異常予見システムに関する。
　本願は、２０１０年１１月４日に日本に出願された特願２０１０－２４７６７５号について優先権を主張し、その内容をここに援用する。

　従来、例えば複数の単電池（例えば二次電池）により構成された組電池が、電気自動車などの電池システムで利用されている。電池システムに搭載された組電池では、所定の容量を備えた個々の二次電池に対して充放電が行われ、この充放電により発生する電力を利用して電力負荷を稼動させる。しかしながら、このような充放電を繰り返した後における各二次電池の容量（「残存容量」とも称する）は、各二次電池の製造ばらつきや、温度や湿度などの使用雰囲気によって、個々に異なる値となっていく場合がある。このように、残存容量が異なった二次電池に対して充放電を繰り返すと、特定の二次電池の劣化が他の二次電池の劣化に比べて進んでしまうことがある。

　このため、各二次電池の内部抵抗値を測定し、測定された内部抵抗値に基づき、各二次電池の劣化を検出しながら充放電を制御する技術が開発されている（例えば下記特許文献１を参照）。このような技術は、二次電池や当該二次電池を複数用いた組電池の性能や信頼性を向上させるものである。

　そして、仮にいずれかの二次電池に異常が発生した場合には、ユーザ（単電池が駆動対象とする機器・システム及びその使用者）へ、その二次電池の異常について警告（表示）を行うことが提案されている（例えば下記特許文献２を参照）。

特開２００８－１１８７９０号公報特開２００３－１２５５４０号公報

　しかしながら、特許文献２に例示されるような従来の技術においては、二次電池が異常な状態であることを検出した後にユーザへ警告を通知している。このため、二次電池の異常発生の警告を受けて、その対応として機器・システムを停止せざるを得ないことになった場合には、電池システムを現時点において動作させる必要性があるにも関わらず動作できないことになってしまう。この点、例えば予備の二次電池を電池システムに備蓄しておくことも考えられるが、この備蓄した二次電池をどのように切り替え制御するかにつき継続した開発が必要となる。

　このような事象は、電池システムにとって好ましいものとは言えず、例えば高速走行中の電気自動車に搭載された組電池で異常が発生した場合を想定すると、安全性の観点からもさらなる改良が求められる。
　この発明は、上記した従来の課題を一例に鑑みて為されたもので、安全性や利便性をより向上させた電池システムを提供することを目的としている。

　本発明の電池異常予見システムは、複数の単電池それぞれの状態を示すパラメータ値を取得し、取得した前記パラメータ値が正常な値であるか否かを判別する正常範囲判定部と、前記正常な値であると判別された複数のパラメータ値を、所定の間隔によって分割された範囲にそれぞれ分類し、前記分類した前記パラメータ値の統計処理を行う統計処理部と、前記統計処理部で統計処理された結果に基づき、前記複数の単電池の状態を判別し、前記判別した結果に基づき、前記複数の単電池の状態が通常状態から異常状態に推移しうる状態にあるか否かを判別する状態判別部と、を備える。

　本発明によれば、判別に必要な処理の負荷を抑えつつ、システムに搭載される複数の単電池が異常な状態となる前に当該異常な状態に陥る可能性のある単電池を予見することができる。従って、安全性に優れた電池システムを実現することができる。

本実施形態による二次電池異常予見システムの構成を示すブロック図である。同実施形態に係る各電池セルの接続、組電池とＣＭＵ、ＢＭＵとの接続関係を示す機能ブロック図である。同実施形態に係る電圧取得部が取得した第１電池セル～第２０電池セルの各電圧値の一例を示す図である。同実施形態に係る組電池の異常予見を判別する手順を示すフローチャートである。同実施形態に係る組電池の異常予見を判別する手順のうち、予見判定について詳述したフローチャートである。同実施形態に係る組電池の電圧の分布を棒グラフにより示した図（正規分布）の一例である。同実施形態に係る組電池の電圧の分布を棒グラフにより示した図（２つの極大値を有する分布）の一例である。

　以下、図面を用いて本発明に係る電池システムについて詳細に説明する。

［第１実施形態］
　図１は、本実施形態による電池システムの構成を示すブロック図である。本実施形態の電池システムは、組電池を構成する単電池（例えば二次電池）が異常をきたす前に、当該単電池の状態が通常状態から異常状態に推移しうる状態にあることを示す（予見する）機能を備えている。以下、当該機能を備えた電池システムを「電池異常予見システム」と称し、このうち二次電池を搭載した二次電池異常予見システムを例にしてその具体的な構成について説明する。
　図１は、本実施形態による二次電池異常予見システム１の構成を示すブロック図である。
　二次電池異常予見システム１は、例えば電気自動車である。当該二次電池異常予見システム１は、組電池１０、上位制御装置１８、表示部４０、電力負荷５０、およびＢＭＳ（Battery Management System）２５を含んで構成されている。組電池１０と当該組電池の監視制御装置であるＢＭＳ２５は、１つのバッテリーモジュール（図示略）として構成可能であり、二次電池異常予見システム１の外部から二次電池異常予見システム１の内部へはめ込まれる。このようにバッテリーモジュールとすることで、二次電池異常予見システム１の外部から当該バッテリーモジュールを容易に交換することが可能となっている。

　電力負荷５０、上位制御装置１８、および表示部４０は、二次電池異常予見システム１に予め組み込まれている。また、二次電池異常予見システム１における上位制御装置１８およびＢＭＳ２５を併せて単に制御装置という場合もある。
　ここで、本発明の二次電池異常予見システム１（電池システム）は、電気自動車以外にも、例えば、フォークリフトなどの産業車両や電車、電力負荷５０である電気モータにプロペラまたはスクリューを接続した飛行機または船などの移動体であってもよい。さらに、二次電池異常予見システム１は、例えば家庭用の電力貯蔵システムや、風車や太陽光のような自然エネルギー発電と組み合わせた系統連系円滑化蓄電システムなどの定置用のシステムであってもよい。すなわち、二次電池異常予見システム１は、組電池１０を構成する複数の二次電池による電力の充放電を利用するシステムを総称するものである。

　組電池１０は、複数の単電池として二次電池１１ａ～１１ｈを含み、二次電池異常予見システム１の電力負荷５０に電力を供給するものである。本実施形態では、複数の二次電池１１ａ～１１ｄ、１１ｅ～１１ｈはそれぞれ直列に接続される（それぞれを「電池列」と称する）とともに、この電池列がさらに並列に接続されることにより、組電池１０が構成される。以下、二次電池１１ａ～１１ｈを総称して「二次電池１１」と称する。この場合、並列に隣り合う電池列同士は、例えばスイッチを介して互いに接続され、後述の予見判定処理を行うに際して、ＢＭＵ３０における状態判別部３３（後述）が、他の列の影響を排除するため適宜解列することで、電池列ごとに１つずつ予見判定を行うことにしてもよい。
　二次電池１１のそれぞれには、温度値、電圧値、電流値等の計測情報を計測する各種センサーが取り付けられており、これらセンサーにより計測され且つ出力された計測情報は、後で詳述するＢＭＳ２５に入力される。以下、二次電池１１として、複数の正極板と複数の負極板がセパレータを介して交互に積層されて電池容器に収容された積層型リチウムイオン二次電池を例にして説明する。しかしながら、この積層型リチウムイオン二次電池に限定されず、それぞれ帯状の正極板と負極板がセパレータを介して電池容器内で捲回された捲回型リチウムイオン二次電池や、一次電池を含む他の電池を用いることも可能である。

　上位制御装置１８は、ユーザの指示（例えば、ユーザによるアクセルの踏み込み量）に応じて電力負荷５０を制御するとともに、ＢＭＳ２５から送信される組電池１０の関連情報（上記計測情報に関連した情報であり、ＢＭＳ２５にて演算される各二次電池１１の充電率ＳＯＣなどを含む）を受信し、表示部４０を制御して、適宜、当該関連情報を表示部４０に表示させる。上位制御装置１８は、後述する予見判定処理をＢＭＳ２５に行わせるために、所定のタイミングでＢＭＳ２５に判定開始信号を出力する。当該所定のタイミングは、例えば数秒毎、数分毎、あるいは１時間毎や２４時間毎など所定時間毎であってもよいし、不定期（例えば劣化判定開始の指示がユーザにより行われたとき）に上記判定開始信号を出力してもよい。
　また、上位制御装置１８は、上記関連情報の少なくとも一部が異常値であると判断した場合には、ユーザに対して警告を掲示する。具体的には、表示部４０に内蔵された異常ランプを点灯させる等（光学的表示であればよいので、後述のモニターの画面に異常である旨の表示をしてもよい）するとともに、表示部４０に内蔵されたブザー等の音響装置を作動させて警報を鳴らし、光と音により視覚および聴覚を刺激してユーザの注意を促す。
　表示部４０は、例えば上記音響装置を備えた液晶パネル等のモニターであり、上位制御装置１８からの制御に基づいて組電池１０を構成する二次電池１１の上記関連情報の表示等を行う。なお、この表示部４０は、本明細書で用いる「掲示部」の一例であり、掲示部の他の例としては、例えば上記ブザーや後述するスピーカー等が挙げられる。
　電力負荷５０は、電気自動車の車輪に接続された電気モータやインバータ等の電力変換器である。電力負荷５０は、ワイパーなどを駆動する電気モータであってもよい。

　次に、図２を用いて、ＢＭＳ２５を構成するＣＭＵ（Cell Monitor Unit）２０とＢＭＵ３０（Battery Management Unit）との接続関係、および二次電池１１とＣＭＵ２０との接続関係を詳述する。
　本実施形態では、図１のように上記電池列毎にそれぞれＣＭＵ２０－１、２０－２が設けられている。以下、ＣＭＵ２０－１、２０－２を総称する場合には「ＣＭＵ２０」と記載する。なお、説明の簡略化のため、二次電池１１ｅ～１１ｈおよびＣＭＵ２０－２に関する記載はそれぞれ二次電池１１ａ～１１ｄおよびＣＭＵ２０－１と同様であるので省略し、二次電池１１ａ～１１ｄおよびＣＭＵ２０－１について説明を継続する。
ＣＭＵ２０は、図示しないＡＤＣ（Analog Digital Converter）を備えており、各二次電池１１に設けられた上記各種センサーが検知して出力する複数の上記計測情報をそれぞれアナログ信号として受ける。そして、ＣＭＵ２０は、これらアナログ信号をＡＤＣによってそれぞれに対応するデジタル信号に変換した後、上記関連情報や予見判定（後述）を演算するための複数のパラメータ値としてＢＭＵ３０へ出力する。

　次に、各種センサーの設置態様について説明する。図２に示すように、二次電池１１ａ～１１ｄのそれぞれに一対一に対応して、電圧計Ｖａ～Ｖｄの各々が設けられている。具体的には、対応する二次電池１１の正極端子と負極端子との間に各電圧計Ｖａ～Ｖｄがそれぞれ接続され、これら電圧計Ｖａ～Ｖｄは、対応する二次電池１１の電圧値をそれぞれ計測している。
　また、二次電池１１ａ～１１ｄのそれぞれに一対一に対応して、図１のように温度計Ｔａ～Ｔｄの各々が設けられている。具体的には、対応する二次電池１１の電池容器の外面（設置位置は任意に選択可能である）に各温度計Ｔａ～Ｔｄがそれぞれ設けられ、各温度計Ｔａ～Ｔｄは、対応する二次電池１１の温度値をそれぞれ計測している。

　さらに、電力負荷５０に加えることができる最大電圧を測定するため、組電池１０の正極端子と負極端子の間に電圧計２４が接続されている。本実施形態では、例えば所定の電池列（二次電池１１ａ～１１ｄがバスバー１２によって直列接続された構成）の両端に存在する二次電池１１ａの正極端子と二次電池１１ｄの負極端子との間に電圧計２４が接続されている。
　また、組電池１０を流れる電流値を計測する電流計Ｉａが、組電池１０と電力負荷５０との間に設けられている。なお、上記電流計Ｉａおよび電圧計２４も、上記各種センサーの一例である。
　上記に加え、二次電池１１における電池容器の電位を、上記計測情報として測定してもよい。具体的には、各二次電池１１の正極端子と電池容器とを、所定の抵抗を介して電気的に接続する。その一方で、容器電圧測定用の電圧計を、各二次電池１１の負極端子と電池容器とにそれぞれ接続する。これにより、各二次電池１１における電池容器の電位（「缶電位」と称する）が測定できる。

　各二次電池１１に接続されるＣＭＵ２０は、パラメータ値出力部２１を含んで構成されている。
　パラメータ値出力部２１は、上記した各二次電池１１の電圧値、温度値および缶電位、ならびに電圧計２４から取得される組電池１０全体の電圧値や電流計Ｉａから取得される電流値等の上記計測情報を検出する。また、パラメータ値出力部２１は、上記したＡＤＣを含んでおり、検出した上記計測情報をＡＤＣによってデジタル信号に変換した後にパラメータ値としてＢＭＵ３０へ出力する。

　ＢＭＵ３０は、ＣＭＵ２０から入力された組電池１０および各二次電池１１それぞれの上記パラメータ値に基づいて、上位制御装置１８から上記判定開始信号が入力されるたびに、後述する予見判定処理を行い、その判定結果を上位制御装置１８に出力する。
　図２に示すように、ＢＭＵ３０は、正常範囲判別部３１、統計処理部３２、状態判別部３３および出力部３４を含んで構成されている。
　ＢＭＵ３０は、ＣＭＵ２０および上位制御装置１８とデータを送受信する不図示のバスを介して接続されており、この上位制御装置１８の指令に応じて、電力負荷５０に対する電力供給の開始や停止を制御する。
　次に、ＢＭＵ３０の各構成を用いて、ＢＭＳ２５により実行される予見判定の処理について詳述する。
　なお、以下では、ＢＭＳ２５（本実施形態ではＢＭＳ２５を構成するＢＭＵ３０）が行う予見判定の一例として、本実施形態に係る組電池１０の電圧値の状態に基づいて予見判定を行う手順を説明する。なお、ＢＭＳ２５は、他の種類のパラメータ値（各二次電池１１の温度値や缶電位など）に基づいても予見判定を行うことができるが、電圧値の場合と同様のため、その説明は省略する。
　また、本実施形態の要旨の理解をより容易にするために、組電池１０では２０個（ｎ＝２０）の二次電池１１（第１二次電池１１ａ～第２０二次電池１１ｔ）が直列に接続されているものとし、この組電池１０に１つのＣＭＵ２０が接続されていることとする。そして、第１二次電池１１ａ～第２０二次電池１１ｔに、各種センサーの例として、それぞれ第１電圧計Ｖａ～第２０電圧計Ｖｔが接続されていることとする。

　図３は、ＣＭＵ２０のパラメータ値出力部２１が取得した第１二次電池１１ａ～第２０二次電池１１ｔの各電圧値の一例を示す図である。パラメータ値出力部２１は、予め定められた所定の周期、例えば１秒間隔で、第１二次電池１１ａ～第２０二次電池１１ｔの各電圧値を取得する。本実施形態では、図３に示すように、二次電池１１の番号と当該二次電池１１の電圧値とが関連づけられている。具体的には、組電池１０は直列に接続されているため、例えば、第２０二次電池１１ｔの負極と、所定の番号に対応する二次電池１１の正極との間の電圧値を計測することにより、当該所定の番号の二次電池１１の位置を特定することができる。したがって、ＢＭＳ２５は、二次電池１１の位置（所定の番号に対応）と、当該位置に対応した二次電池１１の電圧値とを関連付けることが可能となる。

　正常範囲判別部３１は、パラメータ値出力部２１から出力された複数のパラメータ値（上記した温度値や缶電圧等であり、本実施形態では複数の電圧値）に基づき、各パラメータ値が予め定められた所定の範囲内にあるか否かを判別する。
　具体的な判別の態様は次のとおりである。すなわち、図４に示すとおり、パラメータ値出力部２１は、組電池１０を構成する各二次電池１１の電圧値を取得する（ステップＳ１）。このとき、ＣＭＵ２０は、組電池１０を構成する各二次電池１１の位置と、対応する二次電池１１の電圧値を関連付ける（図３を参照）。
　そして、パラメータ値出力部２１は、第１二次電池１１ａ～第２０二次電池１１ｔについて、すべての電圧値を取得したか否かを判別する（ステップＳ２）。
　全ての電圧値を取得していない場合（ステップＳ２；Ｎｏ）、全ての電圧値を取得するまでステップＳ１とステップＳ２を繰り返す。
　一方、全ての電圧値を取得した場合（ステップＳ２；Ｙｅｓ）、パラメータ値出力部２１は、取得した上記電圧値（電圧値Ｖ_１～Ｖ_２０）をデジタル信号としてのパラメータ値にそれぞれ変換した後に、当該パラメータ値をＢＭＵ３０の正常範囲判別部３１に出力する。

　正常範囲判別部３１は、入力された全てのパラメータ値が、正常範囲であるか（所定の範囲内にあるか）否かを判別する（ステップＳ３）。ここで、「所定の範囲内にある」とは、組電池１０を構成する各二次電池１１が、想定された仕様を満たすに充分な状態にあることであり、二次電池１１の製造者により予め設定された値となっている。この所定の範囲を示す情報（電圧の上限値Ｖｐおよび下限値Ｖｓ）は、例えば予めＢＭＵ３０のメモリ（図示略）内に記録される。
　したがって、正常範囲判別部３１は、この上限値Ｖｐと下限値Ｖｓとを読み取り、全ての二次電池１１ａ～１１ｔの電圧値（Ｖ_１～Ｖ_２０）が、この下限値Ｖｓ以上で且つ上限値Ｖｐ以下であるかを判定する。そして、正常範囲判別部３１は、全ての二次電池１１の電圧値が、下限値Ｖｓ以上で且つ上限値Ｖｐ以下であると判定した場合には、組電池１０を構成する全ての二次電池１１の電圧値が正常な状態であると判定する。

　そして、電圧値Ｖ_１～Ｖ_２０がすべて正常範囲内である場合（ステップＳ３；Ｙｅｓ）、正常範囲判別部３１はこれら電圧値Ｖ_１～Ｖ_２０を統計処理部３２に出力する。そして、これら電圧値Ｖ_１～Ｖ_２０に基づき、ＢＭＳ２５は、後述する予見判定を行う（ステップＳ５）。一方で、電圧値Ｖ_１～Ｖ_２０のうち１つでも正常範囲の外である場合（ステップＳ３；Ｎｏ）、ＢＭＵ３０は、該当する二次電池１１が正常範囲外に電圧レベルがある（すなわち、異常電圧である）とする判別結果を、表示部４０に警告表示として出力する制御を行う（ステップＳ４）。このとき、ＢＭＵ３０は、組電池１０の出力を制限する制御（例えば組電池１０からの出力を５０％に制限したり、徐々に出力をゼロにする等）を行ってもよい。また、ＢＭＵ３０は、警告表示に換えて又は加えて、電気自動車に備わったスピーカー等から音声による警告を行ってもよい。

　次にＢＭＳ２５が行う予見判定につき、図５等を用いて説明を継続する。本実施形態において、ＢＭＳ２５は、正常範囲内と判定された上記複数のパラメータ値（電圧値）に基づいて度数分布を生成し、当該度数分布が正規分布であるか否かを簡易に判定することで、組電池１０の異常を予見する。以下、この予見判定について詳述する。
　統計処理部３２には、正常範囲判別部３１から各二次電池１１のパラメータ値（各二次電池１１の温度値、電圧値、缶電位や、組電池１０全体の電圧値や電流値など）が入力される。統計処理部３２は、例えば、入力された各々の電圧値に基づいて統計処理（度数分布を生成）を行い、統計処理した情報を状態判別部３３に出力する。なお、統計処理部３２は、他のパラメータ値についても同様に統計処理を行い、統計処理した情報（後述）を状態判別部３３に出力してもよい。
　具体的な統計処理は次のとおり行われる。すなわち、まず統計処理部３２は、入力された全ての電圧値Ｖ_１～Ｖ_２０を分類するための分割数Ｎを設定する（ステップＳ１０１）。分割数Ｎは正の整数であり、例えば次に示す式（１）に基づいて設定される。
　（Ｖ_ｐ－Ｖ_ｓ）：Ｗ１≒Ｎ：１　　・・・（１）
　ここで、Ｗ１は、後述する度数分布における所定幅の電圧値であり、実験等により予め算出される。かかる式（１）に示されるように、このＷ１は、上記した上限値Ｖｐと下限値Ｖｓの幅との比で規定され、上記度数分布が正規分布であるか否かを判定するための指標として用いられる。なお、このＷ１の値を小さくすれば、分割数Ｎは大きくなり、より細かい範囲に分割して複数のパラメータ値を分類することになる。
　ところで、本実施形態の要旨はＢＭＳ２５の処理負荷を抑制しつつ簡易に組電池１０の異常予見を行うことにある（詳しくは後述する）。かような観点から、本実施形態ではＷ１の値を比較的大きく設定する。例えば、上記した上限値Ｖｐ、下限値Ｖｓをそれぞれ、４．２Ｖ、２．７Ｖとし、Ｗ１を０．３Ｖとすると、式（１）から分割数Ｎは５となる。
　以下では分割数を５として説明するが、上記した上限値Ｖｐ、下限値Ｖｓ、Ｗ１および分割数Ｎの値は一例であり、二次電池１１や二次電池異常予見システムの仕様に応じて適宜設定されることは言うまでもない。
　なお、電圧値の上限値Ｖｐと下限値Ｖｓとの差分に対応した分割数を、当該差分に関連付けて予めメモリ（不図示）に記憶させておいてもよい。この場合、例えば、差分ΔＴ１の場合の分割数は５、差分ΔＴ２の場合の分割数は７のように、上述したＢＭＵ３０内のメモリ（図示略）に予め記憶させておく。

　統計処理部３２は、算出した分割数（サンプリング数）Ｎに基づいて、横軸を電圧値、縦軸を度数として、取得した電圧値をそれぞれ度数分布として分類する（ステップＳ１０２）。
　図６に、上記した度数分布の一例を示す。図６に示す棒グラフでは、縦軸は度数であり、横軸は電圧値となっている。このうち、棒ｇ４０１は、第１範囲として抽出された電圧値の度数を表している。棒ｇ４０２は、第２範囲として抽出された電圧値の度数を表している。棒ｇ４０３は、第３範囲として抽出された電圧値の度数を表している。棒ｇ４０４は、第４範囲として抽出された電圧値の度数を表している。棒ｇ４０５は、第５範囲として抽出された電圧値の度数を表している。本実施形態では、上限値Ｖｐが４．２Ｖ、下限値Ｖｓが２．７Ｖで分割数が５である。したがって、上記第１範囲は２．７Ｖ≦第１範囲＜３．０Ｖ、上記第２範囲は３．０Ｖ≦第２範囲＜３．３Ｖ、上記第３範囲は３．３Ｖ≦第３範囲＜３．６Ｖ、上記第４範囲は３．６Ｖ≦第４範囲＜３．９Ｖ、上記第５範囲は３．９Ｖ≦第５範囲≦４．２Ｖとなる。
　次に、統計処理部３２は、取得した各電圧値が、各範囲内において何個ずつあるかをカウントする（度数Ｐをカウントする）。そして、統計処理部３２は、算出した各範囲（第１範囲～第N範囲（Nは本実施形態では「５」））のそれぞれの度数Ｐｎ（１≦ｎ≦N）を、各度数Ｐｎを算出した範囲の範囲番号に対応づけて、状態判別部３３へ出力する。

　次に、状態判別部３３は、統計処理部３２により作成された度数分布に基づき、当該度数分布のピークを算出する（ステップＳ１０３）。
　より具体的には、各範囲の度数を受信した状態判別部３３は、まず、N個に分類された隣り合う範囲間におけるｎ番目の範囲とｎ－１番目の範囲の度数の差分Ｚｎ（ｎは正の整数であり、且つ、１≦ｎ≦N）を、電圧値の低い方から順に算出し、算出した度数の差分Ｚｎが正の値であるか負の値であるか又は０であるかを判別する。すなわち、度数分布に存在する各範囲のうち電圧値の低い方の範囲からｎ番目の範囲に属する度数をＰｎとすると、状態判別部３３は、下記一般式（２）を用いて度数の差分Ｚｎを求める。
　Ｚ_（ｎ）＝Ｐ_（ｎ）－Ｐ_{（ｎ‐１）}　（１≦ｎ≦N）　　・・・（２）
　ただし、P_（0）＝０である。
　例えば、図６に示した例では、５つに分かれた各範囲間の度数の差分Ｚｎにおける計算は次のとおりとなる。すなわち、左端Ｚ_（１）は「第１範囲に属する度数Ｐ_１－０＝正の値」、Ｚ_（２）は「第２範囲に属する度数Ｐ_２－第１範囲に属する度数Ｐ_１＝正の値」、Ｚ_（３）は「第３範囲に属する度数Ｐ_３－第２範囲に属する度数Ｐ_２＝正の値」、Ｚ_（４）は「第４範囲に属する度数Ｐ_４－第３範囲に属する度数Ｐ_３＝負の値」、Ｚ_（５）は「第５範囲に属する度数Ｐ_５－第４範囲に属する度数Ｐ_４＝負の値」となる。

　そして、状態判別部３３は、第１範囲～第N範囲のうち、上記算出した度数の差分Ｚｎの値が変曲する箇所、例えば上記差分の値が正から負となる隣り合った２つの範囲を特定する。そして、状態判別部３３は、第１範囲～第N範囲の棒グラフからなる組を仮に山に見立てたとき、当該２つの範囲のうち、範囲番号の小さい範囲の棒グラフが当該山のピークに相当することを認識し、記憶する。例えば図６に示す度数分布の例では、度数の差分Ｚ_（３）とＺ_（４）とで差分の値が正から負へと変化しており、上記特定される範囲は第３範囲と第４範囲である。よって、状態判別部３３は、第１範囲～第N範囲の棒グラフ（g４０１～g４０５）からなる組を仮に山に見立てたとき、第３範囲に当該山のピークがある旨を算出し、第３範囲に当該ピークがある旨の記憶処理を行う。
　次に、状態判別部３３は、統計処理部３２から入力された度数分布において、同じ度数を示すピークが存在するかを判定する（ステップＳ１０４）。この場合には、第１範囲～第N範囲の棒グラフからなる組を仮に山に見立てたとき、当該山には同じ高さの複数のピークが存在することになるので当該度数分布は正規分布とはなっておらず、ＢＭＳ２５は、組電池１０に異常が予見される状態と判定し（ステップＳ１０５）、この判定結果を出力部３４へ出力する（ステップＳ１０８）。

　一方、ステップＳ１０４で上記度数分布において同じ値のピークが存在しない場合（すなわち各範囲間で度数が最大となる最大ピークが１つの場合）、状態判別部３３は、（ａ）他のピークがないか、（ｂ）最大ピークの属する範囲の度数に対する他のピークの属する範囲の度数の割合（比）が所定値以下であるか判定する（ステップＳ１０６）。
　具体的には、上記（ｂ）については、最大ピークの属する範囲の度数をPｍ、他のピークの属する範囲の度数をPｃ（ｍとｃは正の整数であって、いずれもN以下の数であり、ｍ≠ｃである）とすると、状態判別部３３は、下記式（３）を満たすか否かを判定する。
　Pｃ≦Pｍ／Ｔ　・・・（３）
　ここで、Ｔは正の整数であり、最大ピークの高さが他のピークの高さに対してどの程度突出しているかを規定する数値である。このＴの値をどう設定するかは、二次電池１１や二次電池異常予見システムの仕様に拠り、実験等によって予め規定されるが、他のピークの高さが最大ピークの高さの２５％程度であれば一般的に上記山のピークは実質的に１つとみなすことができるので、４≦Ｔとするのが望ましい。
　このように、式（３）を満たす場合には、当該度数分布は正規分布であると判別される（見做される）。そして、他のピークがないか、式（３）を満たす場合（ステップＳ１０６でＹｅｓ）、ＢＭＳ２５は、組電池１０を正常な状態と判定し（ステップＳ１０７）、この判定結果を出力部３４へ出力する（ステップＳ１０８）。本実施形態では、例えばＴ＝７として、以下の説明を続ける。
　例えば図６に示す度数分布では、棒ｇ４０３の範囲で変曲する箇所が１つ存在し、最大ピークを示す範囲の度数は、棒ｇ４０３の範囲の度数となる。一方、他のピークは存在しないので、式（３）による判定は実施されずに当該度数分布は正規分布であると判別される。

　度数分布の他の例を図７に示す。当該図７に示す度数分布の各範囲間における度数の差分Ｚｎの計算結果は次のとおりとなる。すなわち、Ｚ_（１）は「第１範囲に属する度数Ｐ_１－０＝正の値」、Ｚ_（２）は「第２範囲に属する度数Ｐ_２－第１範囲に属する度数Ｐ_１＝負の値」、Ｚ_（３）は「第３範囲に属する度数Ｐ_３－第２範囲に属する度数Ｐ_２＝正の値」、Ｚ_（４）は「第４範囲に属する度数Ｐ_４－第３範囲に属する度数Ｐ_３＝負の値」、Ｚ_（５）は「第５範囲に属する度数Ｐ_５－第４範囲に属する度数Ｐ_４＝負の値」となり、ピークが棒ｇ４１１と棒ｇ４１３の箇所で計２つ存在することになる。
　また、上述のとおり、状態判別部３３には、各ピークの属する範囲の度数もそれぞれの当該範囲に対応づけて入力されているため（すなわち、各度数Ｐｎを算出した範囲の範囲番号に対応づけて各度数Ｐｎが入力されている）、いずれの範囲が最大ピークとなっているか判別することが可能であり、これにより棒ｇ４１３の度数を最大ピークと判定する。
　次に、状態判別部３３は、上記式（３）に基づき、他のピーク（棒ｇ４１１）の度数≦（最大ピークである棒ｇ４１３の度数）／７の関係を満たすか判別する。
　そして、式（３）の関係を満たす場合には、ピークが複数あるものの、当該度数分布は正規分布であると見做せるので、組電池１０は正常な状態であると判定する。
　一方、式（３）の関係を満たさない場合、すなわち、最大ピークの他に無視できない他のピークが存在する場合には、当該度数分布は正規分布とは見做せないとして、組電池１０に異常が予見されると判定する。
　なお、図７に示す例では、ピークが合計２つある場合を例にしたが、３つ以上ある場合についても同様に判定が可能であることは明らかであるので説明を省略する。
　以上で示した予見判定の処理を行った後、状態判別部３３は、判定の結果を出力部３４に出力することにより、図４のステップＳ５の予見判定が終了する。

　なお、第１二次電池１１ａ～第２０二次電池１１ｔのうち、いくつかの二次電池１１が使用開始後に交換された場合にも、図７のような分布と判別される場合もありうる。このような場合にはユーザが意図して劣化状態のばらつきを生じさせたとして、ＢＭＳ２５は当該交換についての情報をメモリ（図示略）に保持するとともに、所定の期間経過後（例えば図示略のバランス回路によってある程度電圧が均等化された後）に予見判定の処理を開始してもよい。

　図４に戻り、出力部３４は、状態判別部３３における予見判定の結果に基づき、異常が予見されない（すなわち、組電池１０が正常な状態と状態判別部３３で判定された）場合にはそのまま処理を終了する。なお、この場合において、出力部３４は、上位制御装置１８を介して表示部４０に組電池１０が正常である旨の表示を行ってもよい。一方で、ステップＳ６にて組電池１０に異常が予見される場合には、出力部３４は、上位制御装置１８を介して掲示部（例えば表示部４０）に異常を予見する掲示を行う制御をする（ステップＳ７）。異常を予見する掲示としては、例えば表示部４０に、異常を予見する内容を含む文字列や記号などを表示することが考えられる。また、表示部４０への上記表示に加え、又は換えて、音声によって異常を予見する出力を行ってもよいし、電気自動車に装着されるハザードランプなどを点滅させてもよい。
　また、異常を予見する旨の表示は、例えば度数分布の形状をグラフ化（例えば、棒グラフ化）して表示するようにしてもよい。さらに、例えば、表示する棒グラフにおける各棒ｇに含まれる電圧値Ｖ_１～Ｖ_２０に対応する第１二次電池１１ａ～第２０二次電池１１ｔの番号、または、第１二次電池１１ａ～第２０二次電池１１ｔを識別可能な他の情報を表示するようにしてもよい。
　なお、本実施形態では組電池１０の第１二次電池１１ａ～第２０二次電池１１ｔの電圧値Ｖ_１～Ｖ_２０を用いて異常を予見する例を説明したが、異なる複数種類のパラメータ値（例えば電圧値と温度値）に基づいて異常予見の処理を行い、これらの判別結果をあわせて表示してもよい。例えば２種類のパラメータ値を用いて予見判定を行う場合には、少なくとも一方のパラメータ値における予見判定で異常が予見されるときに掲示部へ異常を予見する掲示を行うとよい。これによれば、より精度が向上した予見判定を行うことが可能となり、安全性がより向上した二次電池異常予見システム（電池システム）を実現できる。

　次に、以上で説明した第１実施形態の作用・効果について説明する。
　上述したとおり、従来の技術においては、単電池（例えば二次電池）が異常な状態に至ってからユーザへ当該二次単電池が異常となった旨を通知している。このため、場合によっては電池システムを現時点において動作させる必要性があるにも関わらず動作できないことになってしまう。
　このような課題を一例に鑑みてなされた本実施形態では、第一に、二次電池が異常をきたす以前に、各二次電池等から得られるパラメータ値に基づいて統計処理を行って状態判別することにより、当該二次電池が将来的に異常となる旨の予見を行うことを特徴としている。したがって、本実施形態によれば、例えば事前に異常となる見込みの二次電池を交換することが可能となり、安全性をより向上させた二次電池予見システムを実現することができる。
　ここで、上記した統計処理の手法は、例えば標準偏差や分散を計算するなど種々存在するが、複雑な計算処理を導入した場合などはＢＭＳ２５の処理の負荷が増大してしまう。
電池システムに搭載されるＢＭＳ２５は、上記したＳＯＣの演算など、その他にも組電池１０に関する重要な情報を演算しているため、統計処理はその負荷が低いことが望まれる。そして、本実施形態によれば、各二次電池１１から得られるパラメータ値を所定の範囲毎に分類して度数分布を生成し、隣り合う範囲間の度数を計算することによって各二次電池１１の異常を予見している。このため、少ない処理負荷で各二次電池１１の異常予見を判定することが可能となり、他の重要な情報における演算処理に悪影響を及ぼすことを抑制できる。

　以上のように、本実施形態の二次電池異常予見システム１は、二次電池の状態を示すパラメータ値（上記した電圧、温度、および、容器電圧等）に基づいて統計処理した後に、各パラメータ値の状態に基づいて組電池１０の異常を予見するようにした。この結果、二次電池異常予見システム１は、二次電池が異常な状態となる前に、異常な状態に陥る可能性のあること、あるいはその二次電池を掲示等することができる。
　なお、本実施形態において、状態判別部３３は、極大値の数をカウントして、極大値が複数あるか否かを判別する例を説明したが、極小値の数をカウントするようにしてもよい。

　本発明は、上記した第１実施形態に示した内容に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。以下、本発明の他の実施形態について説明する。
［第２実施形態］
　以下、第２実施形態について説明する。本実施形態が第１実施形態と相違する点は、パラメータ値の分布の状態に基づいて特定機器（例えば、冷却装置等）の異常（例えば、故障）を推定する点であり、その余の点は第１実施形態と同様である。したがって、第１実施形態と重複する点はその説明を適宜省略し、特徴となる相違点に比重を置きつつ説明する。
　本実施形態では、パラメータ値として温度値を用いて上記判別処理を行った結果、図７に示すような２つの極大値、すなわち２つのピークを有する分布が得られた場合について説明する。状態判別部３３は、棒ｇ４１１に分類された複数の二次電池１１（二次電池１１毎に対応する番号が予め設定されている点は上述のとおりである）の番号が、組電池１０における二次電池１１の実際の配置の特定の位置に集中しているか否かを判別する。例えば、モジュールケースに複数の二次電池を収納して組電池１０を構成した場合、モジュールケースに備えられた冷却装置（図示略）近辺に配置された複数の二次電池の温度値がいずれも棒ｇ４１１に分類されているか否かを判別する。
　判別の結果、最大のピークを有する棒ｇ４１３ではなく、他のピークを有する棒ｇ４１１に分類された各二次電池が特定の位置（例えば、上記冷却装置の近辺）に集中している場合、当該冷却装置が故障している可能性がある。

　このため、ＢＭＳ２５（状態判別部３３および出力部３４）は、第１実施形態と同様に組電池１０を構成する二次電池１１につき異常を予見する表示を行う制御に加え、故障している可能性のある冷却装置の情報を掲示部に掲示する制御を行う。
　本実施形態によれば、第１実施形態での効果に加え、不具合が生じた可能性のある装置（例えばパラメータ値が温度値であれば冷却装置）を特定することができ、安全性および信頼性がより向上した二次電池異常予見システムを実現することができる。
　なお、上記した異常や故障事例が発生した際におけるパラメータの分布の状態を、予め二次電池異常予見システム製造者が取得、もしくはシミュレーション等により算出し、各分布の状態とパラメータとを関連付けて状態判別部３３に記憶させておくことが望ましい。
　このように予め分布の状態とパラメータとを関連づけて記憶させておき、さらに今回において測定したパラメータの分布の状態と比較することで、今後、このような異常や故障が起きうる状態にあることを精度良く判別することができる。

　なお、本実施形態では、図１のようにＢＭＳ２５としてＣＭＵ２０とＢＭＵ３０を備える例を説明したが、これに限られずＣＭＵ２０の機能をＢＭＵ３０に組み込んで一体化してもよい。また、ＢＭＵ３０が行う予見判定処理の一部を上位制御装置１８が適宜行うようにして、制御装置として予見判定を行ってもよい。
　統計処理部３２は、ＢＭＳ２５が行う他の処理・演算に影響を与えない範囲内で、取得した複数のパラメータ値に基づき、当該パラメータ値を他の公知の統計処理を行ってもよい。他の統計処理の例としては、取得した各パラメータ値の平均値、標準偏差値、あるいは、分散値を算出することが例示される。
　実施形態の図１に示されているＣＭＵ２０、および、ＢＭＵ３０の各部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより各部の処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
　また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）　Ｉ／Ｆ（インタフェース）を介して接続されるＵＳＢメモリ、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、サーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。

　本発明は、複数の単電池それぞれの状態を示すパラメータ値を取得し、取得した前記パラメータ値が正常な値であるか否かを判別する正常範囲判定部と、前記正常な値であると判別された複数のパラメータ値を、所定の間隔によって分割された範囲にそれぞれ分類し、前記分類した前記パラメータ値の統計処理を行う統計処理部と、前記統計処理部で統計処理された結果に基づき、前記複数の単電池の状態を判別し、前記判別した結果に基づき、前記複数の単電池の状態が通常状態から異常状態に推移しうる状態にあるか否かを判別する状態判別部と、を備える電池異常予見システムに関する。本発明によれば、判別に必要な処理の負荷を抑えつつ、システムに搭載される複数の単電池が異常な状態となる前に当該異常な状態に陥る可能性のある単電池を予見することができる。従って、安全性に優れた電池システムを実現することができる。

１・・・二次電池異常予見システム
１０・・・組電池
１１ａ～１１ｔ・・・二次電池
２０・・・ＣＭＵ（Cell Monitor Unit）
２１・・・パラメータ値出力部
Ｉａ、Ｉｂ・・・電流計
Ｖａ～Ｖｈ、２４・・・電圧計
３０・・・ＢＭＵ（Battery Management Unit）
４０・・・表示部
５０・・・電力負荷
Ｔａ～Ｔｈ・・・温度計
３１・・・正常範囲判別部
３２・・・統計処理部
３３・・・状態判別部
３４・・・出力部

Claims

　複数の単電池それぞれの状態を示すパラメータ値を取得し、取得した前記パラメータ値が正常な値であるか否かを判別する正常範囲判定部と、
　前記正常な値であると判別された複数のパラメータ値を、所定の間隔によって分割された範囲にそれぞれ分類し、前記分類した前記パラメータ値の統計処理を行う統計処理部と、
　前記統計処理部で統計処理された結果に基づき、前記複数の単電池の状態を判別し、前記判別した結果に基づき、前記複数の単電池の状態が通常状態から異常状態に推移しうる状態にあるか否かを判別する状態判別部と、
　を備える電池異常予見システム。
　前記統計処理部は、取得した前記複数のパラメータ値および前記分割された各範囲に基づいて度数分布を生成し、
　前記状態判別部は、前記分割された各範囲のうち隣り合う範囲間における度数の差分に基づいて、前記度数分布の状態を判別する請求項１に記載の電池異常予見システム。
　前記統計処理部は、
　前記正常な値を規定するパラメータ値の上限値と下限値の差分と、前記所定の間隔と、の割合に基づいて分割数を設定し、
　前記状態判別部は、前記度数分布に複数のピークがある場合に、最大のピークに対応する度数と、他のピークに対応する度数と、の比に基づいて、前記通常状態から異常状態に推移しうる状態にあるか否かを判別する請求項２に記載の電池異常予見システム。
　特定機器をさらに備え、
　前記状態判別部は、
　前記複数のピークがある場合に、上記他のピークの存在する前記範囲に分類された前記単電池が前記特定機器の近辺に配置されている場合には、前記特定機器の異常と判別する請求項３に記載の電池異常予見システム。
　前記状態判別部が判別した結果を掲示する掲示部と、
　をさらに備える請求項４に記載の電池異常予見システム。