WO2015019834A1

WO2015019834A1 - 電池制御システム、車両制御システム

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Publication number: WO2015019834A1
Application number: PCT/JP2014/069232
Authority: WO
Inventors: 雅行高田; 明広町田; 教広篠塚; 拓是森川; 前島　敏和; 清田　茂之; 良幸田中; 井口　豊樹; 弘明斉藤; 浩明橋本
Original assignee: 日立オートモティブシステムズ株式会社; 日産自動車株式会社
Priority date: 2013-08-09
Filing date: 2014-07-18
Publication date: 2015-02-12
Also published as: RU2627240C1; EP3032633A1; MX365569B; JP6171132B2; JPWO2015019834A1; EP3032633A4; US20160193925A1; CN105453304B; MY191199A; CN105453304A; MX2016001534A; US9573472B2; EP3032633B1

Abstract

　過充電状態になると電流を遮断する防爆機構を備えた電池と接続され、電池の状態を制御する電池制御システムは、電池のセル電圧を検知するセル電圧検知部と、電池の状態に関する情報を記憶する記憶部と、電池が過充電状態であるか否かを判定する過充電判定部と、過充電判定部により電池が過充電状態であると判定された場合に、電池の過充電状態に関する過充電情報を記憶部に記憶させる記憶制御部と、電池制御システムが起動されたときに、記憶部に過充電情報が記憶されており、かつセル電圧検知部により検知されたセル電圧が所定の下限値未満である場合に、電池において防爆機構が作動したと判断する防爆判断部と、を備える。

Description

電池制御システム、車両制御システム

　本発明は、電池制御システムおよび車両制御システムに関する。

　従来、密閉型の二次電池において、過充電状態となって内圧が上昇した場合に、電池に流れる電流を遮断してそれ以上の内圧の上昇を防ぐ防爆機構が知られている。たとえば特許文献１には、内圧が上昇するとダイヤフラムが反転することにより、電池内部の接続が破断されて電流が遮断される防爆機構が開示されている。

日本国特開２００４－１３４２０４号公報

　上記のような防爆機構を有する電池において防爆機構が作動した場合、その電池は、防爆機構が作動していない他の電池と区別して、適切な方法により区別して処置しなければならない。そのため、このような電池を含んだ電池システムでは、防爆機構が作動したことを確実に判断する必要がある。

　本発明の第１の態様によると、過充電状態になると電流を遮断する防爆機構を備えた電池と接続され、電池の状態を制御する電池制御システムは、電池のセル電圧を検知するセル電圧検知部と、電池の状態に関する情報を記憶する記憶部と、電池が過充電状態であるか否かを判定する過充電判定部と、過充電判定部により電池が過充電状態であると判定された場合に、電池の過充電状態に関する過充電情報を記憶部に記憶させる記憶制御部と、電池制御システムが起動されたときに、記憶部に過充電情報が記憶されており、かつセル電圧検知部により検知されたセル電圧が所定の下限値未満である場合に、電池において防爆機構が作動したと判断する防爆判断部と、を備える。
　本発明の第２の態様によると、第１の態様の電池制御システムは、セル電圧検知部の故障を検知する故障検知部をさらに備え、防爆判断部は、電池制御システムが起動されたときに、記憶部に過充電情報が記憶されており、かつ故障検知部によりセル電圧検知部の故障が検知された場合にも、電池において防爆機構が作動したと判断することが好ましい。
　本発明の第３の態様によると、第１または第２の態様の電池制御システムは、電池のＳＯＣを算出するＳＯＣ算出部をさらに備え、過充電判定部は、セル電圧検知部により検知されたセル電圧が所定の過充電電圧以上であり、かつＳＯＣ算出部により算出されたＳＯＣが所定の過充電ＳＯＣ以上である場合に、電池が過充電状態であると判定することが好ましい。
　本発明の第４の態様によると、第３の態様の電池制御システムにおいて、過充電判定部は、セル電圧が過充電電圧以上である状態が所定期間以上継続されており、かつＳＯＣ算出部により算出されたＳＯＣが所定の過充電ＳＯＣ以上である場合に、電池が過充電状態であると判定することが好ましい。
　本発明の第５の態様によると、第１乃至第４のいずれか一態様の電池制御システムにおいて、電池制御システムが起動されたときに、記憶部に過充電情報が記憶されているにも関わらず、防爆判断部により防爆機構が作動しなかったと判断された場合は、記憶部に記憶されている過充電情報を無効化することが好ましい。
　本発明の第６の態様によると、車両制御システムは、過充電状態になると電流を遮断する防爆機構を備えた電池と接続され、電池の状態を制御する電池制御システムと、電池制御システムと接続され、車両の走行状態を制御する車両制御部と、を備え、電池制御システムは、電池のセル電圧を検知するセル電圧検知部と、電池の状態に関する情報を記憶する記憶部と、電池が過充電状態であるか否かを判定する過充電判定部と、過充電判定部により電池が過充電状態であると判定された場合に、電池の過充電状態に関する過充電情報を記憶部に記憶させる記憶制御部と、を有し、車両制御部は、車両が始動されたときに、記憶部に過充電情報が記憶されており、かつセル電圧検知部により検知されたセル電圧が所定の下限値未満である場合に、電池において防爆機構が作動したと判断する。

　本発明によれば、防爆機構を有する電池を含んだ電池システムにおいて、防爆機構が作動したことを確実に判断することができる。

本発明の一実施形態に係る電池制御システム１２０を含む電池システム１００とその周辺の構成を示す図である。単電池制御部１２１ａの回路構成を示す図である。単電池１１１の防爆機構の一例を示す図である。防爆機構の作動判断に関する組電池制御部１５０の制御ブロックを示す図である。本発明の第１の実施形態による異常セル検知処理のフローチャートである。過充電情報の例を示す図である。本発明の第１の実施形態による防爆機構作動診断処理のフローチャートである。本発明の第２の実施形態による異常セル検知処理のフローチャートである。本発明の第３の実施形態による防爆機構作動診断処理のフローチャートである。

（第１の実施形態）
　以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。以下の実施形態では、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）の電源を構成する電池システムに対して本発明を適用した場合を例に挙げて説明する。

　また、以下の実施形態では、リチウムイオン電池を採用した場合を例に挙げて説明するが、他にもニッケル水素電池、鉛電池、電気二重層キャパシタ、ハイブリッドキャパシタなどを用いることもできる。なお、以下の実施形態では単電池を直列に接続して組電池を構成しているが、単電池を並列接続したものを直列接続して組電池を構成してもよいし、直列接続した単電池を並列接続して組電池を構成してもよい。また、１つの単電池のみを用いて組電池を構成してもよい。

　図１は、本発明の一実施形態に係る電池制御システム１２０を含む電池システム１００とその周辺の構成を示す図である。電池システム１００は、リレー３００と３１０を介してインバータ４００に接続される。電池システム１００は、組電池１１０と電池制御システム１２０を備える。電池制御システム１２０は、単電池制御部１２１ａ、１２１ｂと、電流検知部１３０と、総電圧検知部１４０と、組電池制御部１５０と、記憶部１８０とを備える。

　組電池１１０は、複数の単電池（電池セル）１１１からそれぞれ構成された単電池群１１２ａ、１１２ｂを直列に接続して構成されている。単電池制御部１２１ａおよび１２１ｂは、単電池群１１２ａ、１１２ｂとそれぞれ接続されており、これらの単電池群を構成する各単電池１１１のセル電圧（両端電圧）や温度を検知して、その検知結果を示す信号を、信号通信路１６０および絶縁素子１７０を介して組電池制御部１５０に送信する。なお、絶縁素子１７０には、たとえばフォトカプラが用いられる。

　電流検知部１３０は、組電池１１０において直列に接続された各単電池１１１を流れる電流を検知してその電流値を測定する。総電圧検知部１４０は、組電池１１０の両端電圧、すなわち組電池１１０において直列接続された単電池１１１の総電圧を検知する。

　組電池制御部１５０は、単電池制御部１２１ａ、１２１ｂから送信された信号に基づいて、各単電池１１１のセル電圧および温度を取得する。また、電流検知部１３０からは組電池１１０に流れる電流値を、総電圧検知部１４０からは組電池１１０の総電圧値をそれぞれ受け取る。これらの情報に基づいて、組電池制御部１５０は、組電池１１０の状態を検知する。組電池制御部１５０による組電池１１０の状態検知の結果は、単電池制御部１２１ａ、１２１ｂや車両制御部２００に送信される。

　組電池１１０は、電気エネルギーの蓄積および放出（直流電力の充放電）が可能な１つまたは複数の単電池１１１を電気的に直列に接続して構成されている。組電池１１０を構成する単電池１１１は、状態の管理・制御を実施する上で、所定の単位数ごとにグループ分けされている。グループ分けされた各単電池１１１は、電気的に直列に接続され、単電池群１１２ａ、１１２ｂを構成している。なお、単電池群１１２を構成する単電池１１１の個数は、全ての単電池群１１２において同数でもよいし、単電池群１１２毎に単電池１１１の個数が異なっていてもよい。本実施形態では、説明を簡略化するために、図１に示すように、４個の単電池１１１を電気的に直列接続して単電池群１１２ａと１１２ｂをそれぞれ構成し、これらの単電池群１１２ａと１１２ｂをさらに電気的に直列接続することで、合計８個の単電池１１１を組電池１１０が備えることとした。

　なお、組電池１１０の各単電池１１１には、過充電状態となって内圧が上昇した場合に電流を遮断してそれ以上の内圧の上昇を防ぐための防爆機構が設けられている。この防爆機構の詳細については、後で説明する。

　ここで、組電池制御部１５０と、単電池制御部１２１ａおよび１２１ｂとの間の通信方法について説明する。単電池制御部１２１ａおよび１２１ｂは、それぞれが監視する単電池群１１２ａおよび１１２ｂの電位の高い順にしたがって直列に接続されている。組電池制御部１５０から送信された信号は、絶縁素子１７０および信号通信路１６０を介して単電池制御部１２１ａに入力される。単電池制御部１２１ａの出力は、信号通信路１６０を介して単電池制御部１２１ｂに入力される。最下位の単電池制御部１２１ｂの出力は、絶縁素子１７０および信号通信路１６０を介して組電池制御部１５０へと伝送される。なお、本実施形態では、単電池制御部１２１ａと単電池制御部１２１ｂの間には絶縁素子が設けられていないが、絶縁素子を介してこれらの間で信号を送受信することもできる。

　記憶部１８０は、組電池制御部１５０の制御に応じて各種の情報を読み書き可能な記憶素子である。たとえば、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ　Ｅｒａｓａｂｌｅ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒy）やフラッシュメモリ等の不揮発性の記録媒体を用いて、記憶部１８０が構成されている。この記憶部１８０には、組電池制御部１５０が組電池１１０の制御を行うための情報として、組電池１１０を構成する各単電池１１１の状態に関する様々な情報が記憶されて格納される。たとえば、各単電池１１１の充電状態（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ　Ｏｆ　Ｃｈａｒｇｅ）に関する情報や、各単電池１１１の内部抵抗に関する情報などが、記憶部１８０に格納されている。

　組電池制御部１５０は、単電池制御部１２１ａ、１２１ｂ、電流検知部１３０、総電圧検知部１４０、および車両制御部２００からそれぞれ受け取った情報や、記憶部１８０に格納されている情報などを用いて、組電池１１０を制御するための各種の処理や演算を実行する。たとえば、組電池１１０を構成する各単電池１１１のＳＯＣや劣化状態（ＳＯＨ：Ｓｔａｔｅ　ｏｆ　Ｈｅａｌｔｈ）の演算、組電池１１０において充放電可能な許容電力の演算、組電池１１０の異常状態の判定、組電池１１０の充放電量を制御するための演算などを実行する。そして、これらの演算結果に基づいて、組電池１１０の制御に必要な情報を単電池制御部１２１ａ、１２１ｂや車両制御部２００に出力する。なお、組電池制御部１５０と車両制御部２００は、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）と呼ばれる車両内の通信ネットワークにそれぞれ接続されており、これを介して互いの情報を送受信することができる。

　組電池１１０においていずれかの単電池１１１が過充電状態となった場合、組電池制御部１５０は、その単電池１１１に対して所定の過充電情報を記憶部１８０に格納する。そして、次に車両システムが始動されたときに、記憶部１８０に格納された過充電情報に基づいて、当該単電池１１１において防爆機構が作動したか否かを判断する。これらの処理を組電池制御部１５０が行うことにより、組電池１１０に対する防爆機構の作動判断が電池制御システム１２０において実現される。

　車両制御部２００は、組電池制御部１５０から送信される情報を用いて、リレー３００と３１０を介して電池システム１００と接続されたインバータ４００を制御する。車両走行中には、電池システム１００はインバータ４００と接続される。インバータ４００は、電池システム１００において組電池１１０に蓄えられているエネルギーを用いて、モータジェネレータ４１０を駆動する。

　電池システム１００を搭載した車両システムが始動して走行する場合には、車両制御部２００の管理のもとで、電池システム１００はインバータ４００に接続される。そして、組電池１１０に蓄えられているエネルギーを用いて、インバータ４００によりモータジェネレータ４１０が駆動される。一方、回生時には、モータジェネレータ４１０の発電電力により組電池１１０が充電される。

　リレー３２０、３３０を介して電池システム１００が充電器４２０に接続されると、充電器４２０から供給される充電電流により、組電池１１０が所定の条件を満たすまで充電される。充電によって組電池１１０に蓄えられたエネルギーは、次回の車両走行時に利用されると共に、車両内外の電装品等を動作させるためにも利用される。さらに、必要に応じて、家庭用の電源に代表される外部電源へも放出される場合がある。なお、充電器４２０は、家庭用電源、または電気スタンドに代表される外部の電源に搭載されている。電池システム１００を搭載した車両がこれらの電源に接続されると、車両制御部２００が発信する情報に基づき、電池システム１００と充電器４２０が接続される。

　図２は、単電池制御部１２１ａの回路構成を示す図である。図２に示すように、単電池制御部１２１ａは、セル電圧検知部１２２、制御回路１２３、信号入出力回路１２４、および温度検知部１２５を備える。なお、図１の単電池制御部１２１ａと単電池制御部１２１ｂは、同様の回路構成を有している。そのため、図２ではこれらを代表して、単電池制御部１２１ａの回路構成を示している。

　セル電圧検知部１２２は、各単電池１１１のセル電圧（両端電圧）を測定する。制御回路１２３は、セル電圧検知部１２２および温度検知部１２５から測定結果を受け取り、信号入出力回路１２４を介して組電池制御部１５０に送信する。なお、図２では図示を省略しているが、単電池制御部１２１ａには、自己放電や消費電流のばらつき等に伴い発生する単電池１１１間の電圧やＳＯＣのばらつきを均等化するための周知の回路構成が設けられている。この回路の動作は、制御回路１２３によって制御される。

　図２において、温度検知部１２５は、単電池群１１２ａの温度を測定する機能を有する。温度検知部１２５は、単電池群１１２ａの全体に対して１つの温度を測定し、単電池群１１２ａを構成する各単電池１１１の温度の代表値としてその温度を取り扱う。温度検知部１２５による温度測定結果は、組電池制御部１５０において、単電池１１１、単電池群１１２ａ、および組電池１１０の状態を検知するための各種演算に用いられる。このとき、温度検知部１２５が測定した温度は、単電池群１１２ａの温度だけでなく、単電池群１１２ａの各単電池１１１の温度としても扱われる。さらに、単電池制御部１２１ａの温度検知部１２５で測定された単電池群１１２ａの温度と、単電池制御部１２１ｂの温度検知部１２５で測定された単電池群１１２ｂの温度とに基づいて、たとえばこれらを平均化することで、組電池制御部１５０において組電池１１０の温度を求めてもよい。

　なお、図２では、単電池制御部１２１ａに１つの温度検知部１２５を設けた例を示している。これ以外にも、単電池１１１毎に温度検知部１２５を設けて、単電池１１１毎に温度を測定し、その測定結果に基づいて組電池制御部１５０が各種演算を実行することもできる。しかし、このようにした場合は、温度検知部１２５の数が多くなる分、単電池制御部１２１ａの構成が複雑となる。あるいは、組電池１１０の全体に対して１つの温度検知部１２５を設けてもよい。

　なお、図２では温度検知部１２５を簡易的に１つのブロックで示しているが、実際は、温度測定対象である単電池群１１２ａに対して温度センサが設置されており、この温度センサが温度情報を電圧信号として出力する。この電圧信号に基づいて、制御回路１２３により単電池群１１２ａの温度を演算することで、単電池群１１２ａの温度測定結果が得られる。制御回路１２３が演算した温度測定結果を信号入出力回路１２４に送信すると、信号入出力回路１２４は、その温度測定結果を単電池制御部１２１ａの外に出力する。この一連の流れを実現するための機能が、単電池制御部１２１ａに温度検知部１２５として実装されている。なお、温度センサから出力される電圧信号の測定を、セル電圧検知部１２２において行ってもよい。

　次に、組電池１１０の各単電池１１１に設けられた防爆機構について説明する。図３は、単電池１１１の防爆機構の一例を示す図である。図３において、単電池１１１は、電池缶１０内の中央に収容された電極捲回群１１を備えており、電極捲回群１１の上部には、皿状のダイヤフラム２、扁平ドーナツ形状のスプリッタ４、正極リード板１２、正極集電リング１４、正極リード片１６および上蓋２０が配置されている。上蓋２０の周縁部と電池缶１０とは、ガスケット１３を介してかしめられている。

　ダイヤフラム２と正極リード板１２の間には、中央に突出部が設けられた接続板が配置されている。この接続板の突出部の上面とダイヤフラム２の中央部の底面とが、ダイヤフラム２に沿って配置されたスプリッタ４を狭持して、抵抗溶接により電気的・機械的に接合されている。ダイヤフラム２のスプリッタ４が沿う部分とスプリッタ４は、正極集電リング１４内に収容されている。

　単電池１１１が過充電状態になって内圧が所定圧に達すると、ダイヤフラム２が上蓋２０側に反転して接続板が破断されることで、単電池１１１を流れる電流が遮断される。これにより、単電池１１１において防爆機構が作動する。特許文献１（日本国特開２００４－１３４２０４号公報）には、以上説明したような防爆機構が開示されている。

　なお、単電池１１１の防爆機構は、以上説明したものに限定されない。過充電状態となって内圧が上昇した場合に、単電池１１１に流れる電流を遮断してそれ以上の内圧の上昇を防ぐことができれば、どのような防爆機構を採用してもよい。

　次に、組電池１１０に対する防爆機構の作動判断について説明する。組電池制御部１５０は、前述のような処理を実行することで、組電池１１０に対する防爆機構の作動判断を行う。すなわち、組電池１１０においていずれかの単電池１１１が過充電状態となった場合は、その単電池１１１に対して過充電情報を記憶部１８０に格納する。また、車両システムの始動時に過充電情報が記憶部１８０に格納されている場合は、その過充電情報に基づいて過充電状態となった単電池１１１を特定し、当該単電池１１１において防爆機構が作動したか否かを判断する。

　図４は、防爆機構の作動判断に関する組電池制御部１５０の制御ブロックを示す図である。組電池制御部１５０は、組電池１１０に対する防爆機構の作動判断を行うための構成として、ＳＯＣ算出部１５１、過充電判定部１５２、記憶制御部１５３、故障検知部１５４および防爆判断部１５５の各制御ブロックを機能的に有する。

　ＳＯＣ算出部１５１には、電流検知部１３０によって測定された各単電池１１１の電流値と、単電池制御部１２１ａ、１２１ｂにおいてセル電圧検知部１２２によってそれぞれ測定された各単電池１１１のセル電圧値とが入力される。ＳＯＣ算出部１５１は、入力されたこれらの値に基づいて、各単電池１１１のＳＯＣを算出する。たとえば、充放電停止時に測定された各単電池１１１のセル電圧すなわち開放電圧の値や、充放電時に各単電池１１１に流れる電流の積算値に基づいて、各単電池１１１のＳＯＣを算出することができる。ＳＯＣ算出部１５１により算出された各単電池１１１のＳＯＣの値は、過充電判定部１５２に出力される。

　過充電判定部１５２は、各単電池１１１のセル電圧値と、ＳＯＣ算出部１５１により算出された各単電池１１１のＳＯＣの値とに基づいて、各単電池１１１が過充電状態であるか否かを判定する。この過充電判定部１５２による各単電池１１１の過充電判定結果は、記憶制御部１５３に出力される。

　記憶制御部１５３は、過充電判定部１５２から出力された各単電池１１１の過充電判定結果に基づいて、過充電状態にあると判定された単電池１１１を特定する。そして、当該単電池１１１の過充電状態に関する情報を取得し、過充電情報として記憶部１８０に記憶させる。

　故障検知部１５４には、単電池制御部１２１ａ、１２１ｂにおいてセル電圧検知部１２２によりそれぞれ測定された各単電池１１１のセル電圧値と、温度検知部１２５によって測定された各単電池１１１の温度とが入力される。故障検知部１５４は、入力されたこれらの値に基づいて、単電池制御部１２１ａ、１２１ｂにおける各部分の故障を検知する。たとえば、いずれかの単電池１１１に対して測定されたセル電圧が連続して異常な値を示す場合は、セル電圧検知部１２２が故障していると判断することができる。また、通信エラーにより単電池制御部１２１ａ、１２１ｂからセル電圧や温度の測定結果が得られない場合は、制御回路１２３または信号入出力回路１２４が故障していると判断することができる。これ以外にも様々な方法を用いて、各部分の故障を検知することができる。

　防爆判断部１５５は、記憶制御部１５３によって記憶部１８０に記憶された過充電情報と、故障検知部１５４から出力された単電池制御部１２１ａ、１２１ｂの故障検知結果とに基づいて、単電池１１１の防爆機構が作動したか否かを判断する。その結果、いずれかの単電池１１１において防爆機構が作動したと判断した場合は、所定の診断コードを設定し、車両制御部２００に出力する。

　以上説明したような制御ブロックにより、組電池制御部１５０は、組電池１１０に対して防爆機構の作動判断を行うことができる。

　続いて、組電池制御部１５０において実行される処理内容の詳細について説明する。組電池制御部１５０は、図４に示した各制御ブロックを用いて、異常セル検知処理および防爆機構作動診断処理を実行する。異常セル検知処理は、組電池１１０においていずれかの単電池１１１が過充電状態となった場合に、その単電池１１１に対する過充電情報を記憶部１８０に格納するための処理であり、過充電判定部１５２および記憶制御部１５３の機能に対応する。一方、防爆機構作動診断処理は、車両システムが始動されたときに、記憶部１８０に格納された過充電情報に基づいて防爆機構が作動したか否かを判断するための処理であり、防爆判断部１５５の機能に対応する。

　図５は、本発明の第１の実施形態による異常セル検知処理のフローチャートである。このフローチャートに示す異常セル検知処理は、組電池制御部１５０において、所定の処理周期ごとに実行される。

　ステップＳ１０において、組電池制御部１５０は、過充電判定部１５２により、各単電池１１１に対する過充電状態の判定を行う。具体的には、セル電圧検知部１２２により測定された各単電池１１１のセル電圧を所定の過充電電圧と比較して、いずれかの単電池１１１のセル電圧が過充電電圧以上であるか否かを判定する。また、ＳＯＣ算出部１５１により算出された各単電池１１１のＳＯＣを所定の過充電ＳＯＣと比較して、いずれかの単電池１１１のＳＯＣが過充電ＳＯＣ以上であるか否かを判定する。その結果、これらの判定条件の両方を満たす単電池１１１が１つでも存在する場合は、当該単電池１１１が過充電状態であると判定し、ステップＳ２０へ進む。一方、判定条件を両方とも満たす単電池１１１が１つもない場合は、全ての単電池１１１が過充電状態ではないと判定し、図５のフローチャートに示す異常セル検知処理を終了する。

　なお、ステップＳ１０の判定に用いる過充電電圧および過充電ＳＯＣは、単電池１１１の特性等に基づいて決定することが好ましい。たとえば、過充電電圧を４．６Ｖ、過充電ＳＯＣを９９％に設定することができる。

　ステップＳ２０において、組電池制御部１５０は、所定の過充電情報の生成条件を満たすか否かを判定する。過充電情報の生成条件を満たすと判定した場合はステップＳ３０へ進み、満たさないと判定した場合は図５のフローチャートに示す異常セル検知処理を終了する。

　ステップＳ２０の判定は、生成済みの過充電情報の件数や、単電池１１１のセル電圧などに基づいて行うことができる。たとえば、１回のトリップにつき５件までの過充電情報を記憶部１８０において記憶可能とした場合、後で説明するステップＳ３０の処理により生成済みの過充電情報が５件未満であれば、過充電情報の生成条件を満たすと判定する。一方、既に５件以上の過充電情報を生成済みである場合は、ステップＳ１０で過充電状態であると判定された単電池１１１から取得したセル電圧と、生成済みの過充電情報が示すセル電圧の中で最小のものとを比較する。その結果、取得したセル電圧の方が大きければ、過充電情報の生成条件を満たすと判定し、そうでない場合は過充電情報の生成条件を満たさないと判定する。このようにすれば、セル電圧が大きなものから順に、１トリップ当たり最大５件分の過充電情報を生成することができる。

　ステップＳ３０において、組電池制御部１５０は、記憶制御部１５３により、ステップＳ１０で過充電状態であると判定された単電池１１１に対する過充電情報を生成する。なお、前述のように最大件数の過充電情報を既に生成済みである場合は、そのうち１件の過充電情報を今回生成した過充電情報と置き換えればよい。

　図６は、ステップＳ３０で生成される過充電情報の例を示す図である。図６の例において、過充電情報は、単電池１１１の過充電状態に関する情報として、セル番号、セル電圧、ＳＯＣおよびカウンタの各情報を含んでいる。

　セル番号は、過充電状態である単電池１１１を特定するための情報であり、組電池１１０内での配置に応じて、１～４０のいずれか値が設定される。なお、複数の単電池１１１が同時に過充電状態であると判定された場合は、その中でセル電圧が最も高いもののセル番号を設定すればよい。ここでは、組電池１１０が４０個の単電池１１１によって構成される場合を例示したが、組電池１１０を構成する単電池１１１の数が異なる場合は、それに応じた範囲内でセル番号が設定される。

　セル電圧は、過充電状態である単電池１１１のセル電圧を表す情報であり、セル電圧検知部１２２により測定されたセル電圧値が１ｍＶの分解能で設定される。なお、これ以外の分解能としてもよい。

　ＳＯＣは、過充電状態である単電池１１１のＳＯＣを表す情報であり、ＳＯＣ算出部１５１により算出されたＳＯＣの値が０．１％の分解能で設定される。なお、これ以外の分解能としてもよい。

　カウンタは、単電池１１１が過充電状態となったときのトリップを特定するための情報であり、運用開始時点からの電池システム１００の起動回数すなわちトリップ数を表すカウント値が設定される。

　図５のステップＳ３０では、以上説明したような過充電情報が記憶制御部１５３によって生成される。なお、過充電状態となった単電池１１１を特定できるものであれば、過充電情報の内容は図６の例に限定されない。

　ステップＳ３０で過充電情報を生成したら、組電池制御部１５０は、図５のフローチャートに示す異常セル検知処理を終了する。生成された過充電情報は、組電池制御部１５０が有する不図示のバッファメモリに一時的に記憶される。その後、車両の走行が終了して電池制御システム１２０の停止が指示されると、過充電情報は記憶制御部１５３によって組電池制御部１５０から記憶部１８０に出力され、記憶部１８０において格納される。これにより、記憶制御部１５３は、単電池１１１の過充電状態に関する過充電情報を記憶部１８０に記憶させることができる。なお、生成された過充電情報は車両の停止を待たずに即座に記憶部１８０に記憶してもよい。

　図７は、本発明の第１の実施形態による防爆機構作動診断処理のフローチャートである。このフローチャートに示す防爆機構作動診断処理は、組電池制御部１５０において、電池制御システム１２０が起動されたときに実行される。

　ステップＳ１１０において、組電池制御部１５０は、防爆判断部１５５により、過充電情報が記憶部１８０において記憶されているか否かを判定する。過充電情報が記憶されている場合はステップＳ１２０へ進み、記憶されていない場合は、図７のフローチャートに示す防爆機構作動診断処理を終了する。

　ステップＳ１２０において、組電池制御部１５０は、記憶部１８０から過充電情報を取得する。なお、前述のように、１回のトリップについて複数件数の過充電情報を記憶部１８０において記憶可能とした場合は、過充電情報を１件ずつ取得してもよいし、複数をまとめて取得してもよい。

　ステップＳ１３０において、組電池制御部１５０は、ステップＳ１２０で取得した過充電情報について、図５のステップＳ１０における判定条件と同様の確認条件を用いた確認を行う。具体的には、過充電情報が示すセル電圧を所定の過充電電圧と比較して、そのセル電圧が過充電電圧以上であるか否かを確認する。また、過充電情報が示すＳＯＣを所定の過充電ＳＯＣと比較して、そのＳＯＣが過充電ＳＯＣ以上であるか否かを確認する。その結果、これらの確認条件を両方とも満たす場合は、取得した過充電情報が正しいものと判断してステップＳ１５０へ進む。一方、確認条件のいずれか一方または両方を満たさない場合は、取得した過充電情報が正しくないものと判断してステップＳ１４０へ進む。

　ステップＳ１４０において、組電池制御部１５０は、全ての過充電情報を確認済みであるか否かを判定する。前述のステップＳ１３０の処理により、記憶部１８０に記憶されている過充電情報の全てを確認済みである場合は、図７のフローチャートに示す防爆機構作動診断処理を終了する。一方、未確認の過充電情報が残っている場合は、ステップＳ１１０へ戻る。

　なお、以上説明したステップＳ１３０およびＳ１４０の処理は、省略することも可能である。すなわち、ステップＳ１１０において記憶部１８０に過充電情報が記憶されていると判定した場合は、ステップＳ１２０の実行後にステップＳ１５０へ進んでもよい。

　ステップＳ１５０において、組電池制御部１５０は、ステップＳ１２０で過充電情報を取得した単電池１１１に対して、現在のセル電圧を取得する。具体的には、過充電情報に含まれるセル番号に基づいて、過充電状態であった単電池１１１を特定する。そして、電池制御システム１２０の起動時に単電池制御部１２１ａおよび１２１ｂから送信される各単電池１１１のセル電圧値の中から、特定した単電池１１１のセル電圧値を抽出する。このようにして、過充電状態であった単電池１１１に対する現在のセル電圧を取得することができる。

　ステップＳ１６０、Ｓ１７０において、組電池制御部１５０は、防爆判断部１５５により、過充電状態であった単電池１１１において防爆機構が作動したか否かの判断を行う。具体的には、ステップＳ１６０では、故障検知部１５４からの故障検知結果に基づいて、過充電状態であった単電池１１１に対応する単電池制御部１２１ａまたは１２１ｂにおいて、セル電圧検知部１２２が故障しているか否かを判定する。これにより、防爆機構の作動有無を判断する。すなわち、当該単電池制御部のセル電圧検知部１２２が故障していることを示す故障検知結果が故障検知部１５４から出力されている場合は、単電池１１１において防爆機構が作動したものと判断してステップＳ１８０へ進む。一方、こうした故障検知結果が故障検知部１５４から出力されていない場合は、ステップＳ１７０へ進む。

　ステップＳ１７０では、ステップＳ１５０で取得したセル電圧を所定の下限値と比較することで、防爆機構の作動有無を判断する。単電池１１１において防爆機構が作動して電流が遮断されると、その単電池１１１のセル電圧は略０Ｖとなる。したがって、ＳＯＣが最低であるときのセル電圧よりも低い電圧、たとえば１．２５Ｖを下限値として予め設定しておき、取得したセル電圧がこの下限値を下回る場合は、単電池１１１において防爆機構が作動したものと判断してステップＳ１８０へ進む。一方、セル電圧が下限値以上である場合は、単電池１１１において防爆機構が作動していないものと判断して、図７のフローチャートに示す防爆機構作動診断処理を終了する。

　ステップＳ１８０において、組電池制御部１５０は、単電池１１１において防爆機構が作動したことを示す所定の診断コードを内部的にセットする。この診断コードは、必要に応じて組電池制御部１５０から車両制御部２００に出力され、車両のユーザや整備者に通知される。このとき、防爆機構が作動した単電池１１１を特定するための情報などを診断コードと合わせて出力してもよい。ステップＳ１８０を実行したら、組電池制御部１５０は、図７のフローチャートに示す防爆機構作動診断処理を終了する。

　以上説明した本発明の第１の実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。

（１）電池制御システム１２０は、過充電状態になると電流を遮断する防爆機構を備えた単電池１１１と接続され、単電池１１１の状態を制御する。この電池制御システム１２０は、単電池１１１のセル電圧を検知するセル電圧検知部１２２を有する単電池制御部１２１ａ、１２１ｂと、単電池１１１の状態に関する情報を記憶する記憶部１８０と、組電池制御部１５０とを備える。組電池制御部１５０は、単電池１１１が過充電状態であるか否かを判定する過充電判定部１５２と、過充電判定部１５２により単電池１１１が過充電状態であると判定された場合に、単電池１１１の過充電状態に関する過充電情報を記憶部１８０に記憶させる記憶制御部１５３と、防爆判断部１５５とを機能的に有する。防爆判断部１５５は、電池制御システム１２０が起動されたときに、記憶部１８０に過充電情報が記憶されており（ステップＳ１１０）、かつ、セル電圧検知部１２２により検知されたセル電圧が所定の下限値未満である場合（ステップＳ１７０）に、単電池１１１において防爆機構が作動したと判断して、所定の診断コードをセットする（ステップＳ１８０）。このようにしたので、防爆機構を有する単電池１１１を含んだ電池システム１００において、防爆機構が作動したことを確実に判断することができる。

（２）電池制御システム１２０において、組電池制御部１５０は、セル電圧検知部１２２の故障を検知する故障検知部１５４をさらに機能的に有する。防爆判断部１５５は、電池制御システム１２０が起動されたときに、記憶部１８０に過充電情報が記憶されており（ステップＳ１１０）、かつ、故障検知部１５４によりセル電圧検知部１２２の故障が検知された場合（ステップＳ１６０）にも、単電池１１１において防爆機構が作動したと判断して、ステップＳ１８０で所定の診断コードをセットする。このようにしたので、単電池１１１が過充電状態となることでセル電圧検知部１２２が故障し、セル電圧を正常に検知できなくなってしまった場合でも、防爆機構が作動したことを確実に判断することができる。

（３）電池制御システム１２０において、組電池制御部１５０は、単電池１１１のＳＯＣを算出するＳＯＣ算出部１５１をさらに機能的に有する。過充電判定部１５２は、セル電圧検知部１２２により検知されたセル電圧が所定の過充電電圧以上であり、かつＳＯＣ算出部１５１により算出されたＳＯＣが所定の過充電ＳＯＣ以上である場合に、単電池１１１が過充電状態であると判定する（ステップＳ１０）。このようにしたので、過充電判定部１５２において、単電池１１１が過充電状態であるか否かを容易かつ確実に判定することができる。

（第２の実施形態）
　次に本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態では、異常セル検知処理を図５とは異なる手順で行う例について説明する。

　図８は、本発明の第２の実施形態による異常セル検知処理のフローチャートである。このフローチャートに示す異常セル検知処理は、組電池制御部１５０において、所定の処理周期ごとに実行される。なお、図８において、図５に示した第１の実施形態と同じ内容の処理を行う部分には、図５と同一のステップ番号を付している。以下では、この図５と同一ステップ番号の処理については、特に必要のない限り説明を省略する。

　ステップＳ１０において、組電池制御部１５０は、前述のような２つの判定条件を用いて、図５と同様の判定処理を行う。その結果、判定条件を満たす単電池１１１が１つもない場合はステップＳ１１へ進み、いずれかの単電池１１１が判定条件を満たす場合はステップＳ１２へ進む。

　ステップＳ１１において、組電池制御部１５０は、内部的に設定されたカウント値を０とする。これにより、１以上のカウント値がそれまで設定されていた場合であっても、ステップＳ１０の判定条件を満たさない場合は、カウント値を０にリセットする。

　ステップＳ１２において、組電池制御部１５０は、内部的に設定されたカウント値を１カウントアップする。

　ステップＳ１３において、組電池制御部１５０は、過充電判定部１５２により、ステップＳ１２でカウントアップされたカウント値が所定のしきい値、たとえば５以上であるか否かを判定する。その結果、カウント値が５以上であれば、当該単電池１１１が過充電状態であると判定してステップＳ２０へ進み、５未満であれば、過充電状態ではないと判定して図８のフローチャートに示す異常セル検知処理を終了する。

　本実施形態では、以上説明したような処理により、ステップＳ１０の判定条件が５回連続して満たされた場合に、単電池１１１が過充電状態であると判定してステップＳ２０以降の処理を実行する。すなわち、たとえば処理周期が１００ｍｓであれば、その５倍に相当する５００ｍｓの期間以上継続して判定条件が満たされた場合に、過充電判定部１５２は単電池１１１が過充電状態であると判定する。

　なお、上記の例では、カウント値のしきい値を５とすることで、処理周期の５倍に相当する期間以上継続して判定条件が満たされた場合に、過充電判定部１５２によって単電池１１１が過充電状態であると判定するようにしたが、これ以外の期間としてもよい。すなわち、過充電状態を判定するための期間を任意に設定し、その設定値に応じてカウント値のしきい値を決定することができる。

　以上説明した本発明の第２の実施形態によれば、過充電判定部１５２は、セル電圧が過充電電圧以上である状態が所定期間以上継続されており、かつＳＯＣ算出部１５１により算出されたＳＯＣが所定の過充電ＳＯＣ以上である場合に、単電池１１１が過充電状態であると判定する（ステップＳ１０、Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３）。このようにしたので、たとえばセル電圧検知部１２２と単電池１１１の間に設けられた電圧検出線の断線により、過充電状態でないにも関わらず過充電電圧以上のセル電圧が一時的に検出されてしまったような場合に、誤って過充電状態であると判断されるのを防ぐことができる。

（第３の実施形態）
　次に本発明の第３の実施形態について説明する。本実施形態では、防爆機構作動診断処理を図７とは異なる手順で行う例について説明する。

　図９は、本発明の第３の実施形態による防爆機構作動診断処理のフローチャートである。このフローチャートに示す防爆機構作動診断処理は、組電池制御部１５０において、電池制御システム１２０が起動されたときに実行される。なお、図９において、図７に示した第１の実施形態と同じ内容の処理を行う部分には、図７と同一のステップ番号を付している。以下では、この図７と同一ステップ番号の処理については、特に必要のない限り説明を省略する。

　ステップＳ１７０において、組電池制御部１５０は、図７と同様の判定処理を行う。その結果、取得したセル電圧が所定の下限値以上である場合は、単電池１１１において防爆機構が作動していないものと判断して、ステップＳ１９０へ進む。

　ステップＳ１９０において、組電池制御部１５０は、記憶部１８０に記憶されている過充電情報のうち、ステップＳ１７０でセル電圧が下限値以上であると判定された単電池１１１に対応する過充電情報を無効化する。たとえば、記憶部１８０から当該過充電情報を消去することで、その過充電情報を無効化することができる。あるいは、無効化する過充電情報を特定するための情報として、たとえば図６に示したカウンタの値を他の記録媒体等に記録しておき、以降の処理では、この情報を基に処理対象とする過充電情報を検索することで過充電情報を無効化してもよい。記憶部１８０をフラッシュメモリとした場合、記録されている情報の一部を選択的に消去することができないため、このような方法で過充電情報を無効化することが好ましい。

　以上説明した本発明の第３の実施形態によれば、組電池制御部１５０は、電池制御システム１２０が起動されたときに、記憶部１８０に過充電情報が記憶されているにも関わらず、防爆判断部１５５により防爆機構が作動しなかったとステップＳ１６０、Ｓ１７０で判断された場合は、記憶部１８０に記憶されている過充電情報を無効化する（ステップＳ１９０）。このようにしたので、過充電状態となった単電池１１１において防爆機構が作動しなかった場合に、起動時のノイズ等によって通信エラーが生じて防爆機構が作動したと誤判断されるのを防ぐことができる。

　なお、以上説明した各実施形態では、図４に示した防爆機構の作動判断に関する組電池制御部１５０の制御ブロックの一部または全部を車両制御部２００で実現してもよい。たとえば、防爆判断部１５５を組電池制御部１５０ではなく、車両制御部２００で実現することができる。この場合、組電池制御部１５０は、故障検知部１５４による故障検知結果を車両制御部２００に送信する。車両制御部２００は、組電池制御部１５０から送信された故障検知結果と、記憶部１８０に記憶された過充電情報とを用いて、防爆判断部１５５により、図７、９のフローチャートに示したような手順で、単電池１１１において防爆機構が作動したか否かを判断する。このようにしても、上記のような作用効果を奏することができる。

　本発明は、上記の各実施形態や変形例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。

　また、上記の各構成や各機能は、それらの全部または一部を、例えば集積回路等を用いたハードウェアとして実現することもできるし、プロセッサにより実行されるプログラムやソフトウェアとして実現することもできる。各機能を実現するためのプログラムやテーブルなどの情報は、メモリやハードディスクなどの記憶装置、ＩＣカード、ＤＶＤなどの記憶媒体に格納することができる。

　次の優先権基礎出願の開示内容は引用文としてここに組み込まれる。
　日本国特許出願２０１３年第１６６８０３号（２０１３年８月９日出願）

　１００：電池システム、１１０：組電池、１１１：単電池、１１２ａ，１１２ｂ：単電池群、１２０：電池制御システム、１２１ａ，１２１ｂ：単電池制御部、１２２：セル電圧検知部、１２３：制御回路、１２４：信号入出力回路、１２５：温度検知部、１３０：電流検知部、１４０：総電圧検知部、１５０：組電池制御部、１５１：ＳＯＣ算出部、１５２：過充電判定部、１５３：記憶制御部、１５４：故障検知部、１５５：防爆判断部、１６０：信号通信路、１７０：絶縁素子、１８０：記憶部、２００：車両制御部、３００，３１０，３２０，３３０：リレー、４００：インバータ、４１０：モータジェネレータ、４２０：充電器

Claims

　過充電状態になると電流を遮断する防爆機構を備えた電池と接続され、前記電池の状態を制御する電池制御システムであって、
　前記電池のセル電圧を検知するセル電圧検知部と、
　前記電池の状態に関する情報を記憶する記憶部と、
　前記電池が過充電状態であるか否かを判定する過充電判定部と、
　前記過充電判定部により前記電池が過充電状態であると判定された場合に、前記電池の過充電状態に関する過充電情報を前記記憶部に記憶させる記憶制御部と、
　前記電池制御システムが起動されたときに、前記記憶部に前記過充電情報が記憶されており、かつ前記セル電圧検知部により検知された前記セル電圧が所定の下限値未満である場合に、前記電池において前記防爆機構が作動したと判断する防爆判断部と、を備える電池制御システム。
　請求項１に記載の電池制御システムにおいて、
　前記セル電圧検知部の故障を検知する故障検知部をさらに備え、
　前記防爆判断部は、前記電池制御システムが起動されたときに、前記記憶部に前記過充電情報が記憶されており、かつ前記故障検知部により前記セル電圧検知部の故障が検知された場合にも、前記電池において前記防爆機構が作動したと判断する電池制御システム。
　請求項１または２に記載の電池制御システムにおいて、
　前記電池のＳＯＣを算出するＳＯＣ算出部をさらに備え、
　前記過充電判定部は、前記セル電圧検知部により検知された前記セル電圧が所定の過充電電圧以上であり、かつ前記ＳＯＣ算出部により算出された前記ＳＯＣが所定の過充電ＳＯＣ以上である場合に、前記電池が過充電状態であると判定する電池制御システム。
　請求項３に記載の電池制御システムにおいて、
　前記過充電判定部は、前記セル電圧が前記過充電電圧以上である状態が所定期間以上継続されており、かつ前記ＳＯＣ算出部により算出された前記ＳＯＣが所定の過充電ＳＯＣ以上である場合に、前記電池が過充電状態であると判定する電池制御システム。
　請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電池制御システムにおいて、
　前記電池制御システムが起動されたときに、前記記憶部に前記過充電情報が記憶されているにも関わらず、前記防爆判断部により前記防爆機構が作動しなかったと判断された場合は、前記記憶部に記憶されている前記過充電情報を無効化する電池制御システム。
　過充電状態になると電流を遮断する防爆機構を備えた電池と接続され、前記電池の状態を制御する電池制御システムと、
　前記電池制御システムと接続され、車両の走行状態を制御する車両制御部と、を備え、
　前記電池制御システムは、
　前記電池のセル電圧を検知するセル電圧検知部と、
　前記電池の状態に関する情報を記憶する記憶部と、
　前記電池が過充電状態であるか否かを判定する過充電判定部と、
　前記過充電判定部により前記電池が過充電状態であると判定された場合に、前記電池の過充電状態に関する過充電情報を前記記憶部に記憶させる記憶制御部と、を有し、
　前記車両制御部は、前記車両が始動されたときに、前記記憶部に前記過充電情報が記憶されており、かつ前記セル電圧検知部により検知された前記セル電圧が所定の下限値未満である場合に、前記電池において前記防爆機構が作動したと判断する車両制御システム。