JP2009216448A - 組電池の異常検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】各セルを接続する並列接続体の断線や断裂を検出することができる組電池の異常検出装置を提供する。
【解決手段】一対の並列接続体１２，１３により複数のセル１１を並列に接続した並列セルブロック１１Ａを、複数ブロック直列に接続した組電池１の異常を検出する装置であって、並列接続体１２の一方の端部と、この並列セルブロック１１Ａに隣接する並列セルブロック１１Ｂの並列接続体１２の一方の端部との間の電圧を検出する電圧検出部３と、検出された電圧変動状態に基づいて、並列セルブロックの異常を判定する異常判定ＣＰＵ４とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、組電池の異常を検出する装置に関するものである。

複数のセルを並列に接続した並列セルブロックを、さらに複数直列に接続してなる組電池が知られている。この種の組電池においては、セルの異常を検出することが行われるが、セルのそれぞれに電圧センサを設けることは非経済的である。このため、各並列セルブロックを直列に接続する直列回路部に電圧センサを設け、各電圧センサにより検出された電圧に基づいてセルの異常を判定している（特許文献１）。

特開２００６−１３８７５０号公報

しかしながら、上述した従来技術のように直列回路部の電圧を測定すると、並列セルブロックの各セルを接続する並列接続体が断線又は断裂しても直列回路部の電圧は通常どおり検出されるため、並列接続体の断線等を検出することは困難であるという問題があった。

本発明が解決しようとする課題は、各セルを接続する並列接続体の断線や断裂を検出することができる組電池の異常検出装置を提供することである。

本発明は、並列セルブロックの並列接続体の一方の端部と、これに隣接する並列セルブロックの並列接続体の一方の端部との間の電圧を検出することによって、上記課題を解決する。

本発明によれば、並列セルブロックの並列接続体の端部間の電圧を検出するので、各セルを接続する並列接続体の断線や断裂を検出することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

《第１実施形態》
図１は、本発明の実施形態に係る組電池の異常検出装置を示すブロック図である。本例の組電池の異常検出装置は、電気自動車、ハイブリッド車両、エンジン車両のバッテリのほか、車両以外の装置に用いられるバッテリに適用することができる。 本例の組電池１は、二次電池であるセル（単電池）１１を４個ずつ並列に接続して４組の並列セルブロック１１Ａ〜１１Ｄを構成し、さらにこれら４組の並列セルブロック１１Ａ〜１１Ｄを直列に接続したものである。なお、本例では４個のセル１１を並列に接続して４組の並列セルブロック１１Ａ〜１１Ｄを構成し、これら４組の並列セルブロック１１Ａ〜１１Ｄを直列に接続した組電池１を例に挙げて異常検出装置を説明するが、異常検出対象たる組電池１の並列セルブロック内のセルの並列接続数や並列セルブロックの直列接続数は、本例に限定されるものではない。

組電池１は、電流センサ７とメインリレー９１を介してインバーター９２に接続され、インバーター９２へ直流電力を供給する。インバーター９２は、組電池１の直流電力を交流電力に変換して走行駆動用交流モーター９３に印加し、モーター９３を駆動して車両を走行させる。インバーター９２はまた、車両の制動時にモーター９３で発生した交流回生電力を直流電力に変換し、組電池１を充電する。なお、メインリレー９１はＣＰＵ４により開閉され、組電池１とモーター９３との間の接続と開放を行う。また、電流センサ７は、組電池１からインバーター９２へ流れる放電電流と、インバーター９２から組電池１へ流れる充電電流とを検出し、ＣＰＵ４へ出力する。

バッテリーコントローラーは、ＣＰＵ４、メモリ（ＲＡＭ）５、電圧センサ６、温度センサ８、セル電圧検出部３、容量調整部２などから構成され、組電池１の充放電と容量調整を制御するとともに、セル１１の異常検出を行う。

電圧センサ６は、組電池１の総電圧を検出し、ＣＰＵ４へ出力する。また、温度センサ８は、組電池１の温度を検出し、ＣＰＵ４へ出力する。

セル電圧検出部３は、組電池１の各並列セルブロック１Ａ〜１１Ｄに４個ずつ並列接続されたセル１１の平均端子電圧を検出する。このセル電圧検出部３の詳細については後述する。

容量調整部２は、セル電圧検出部３で検出した各並列セルブロック１１Ａ〜１１Ｄのセル平均端子電圧に基づいて並列セルブロック間の電池容量バラツキを補正する。

図２は、本例の容量調整部２の詳細を示す電気回路図であり、説明の便宜上、一つの並列セルブロック１１Ａを示す。組電池１の並列セルブロック１１Ａには、抵抗器２１とトランジスタ２２の直列回路が並列に接続されている。図示はしないが、これと同様に、並列セルブロック１１Ｂ〜１１Ｄにもそれぞれ、抵抗器とトランジスタの直列回路が並列に接続されている。以下では、この並列セルブロック１１Ａに対する動作のみを説明するが、他の並列セルブロック１１Ｂ〜１１Ｄに対する動作も同様である。

抵抗器２１とトランジスタ２２の直列回路は、並列セルブロック１１Ａ内のセル１１の充電容量（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）を放電するための回路であり、抵抗器２１は放電抵抗であり、トランジスタ２２は放電と停止を行うためのスイッチング素子である。なお、スイッチング素子として、トランジスタ２２に代えてＦＥＴなどの半導体スイッチング素子や、リレーなどを用いることもできる。

ＣＰＵ４は、並列セルブロック１１Ａのトランジスタ２２のベースへ信号を送り、トランジスタ２２のオン（導通）とオフ（非導通）を制御する。トランジスタ２２がオンすると、並列セルブロック１１Ａのセル１１の充電電力が抵抗器２１を介して放電し、放電分だけ充電容量ＳＯＣが減少する。ＣＰＵ４は、トランジスタ２２のオンとオフを繰り返してデューティー制御を行う。このデューティー比は、並列セルブロック１１Ａの放電容量と放電時間（容量調整時間）とに基づいて決定する。更に詳述すると、並列セルブロック１１Ａの充電容量と目標充電容量（詳細後述）との差に基づいて、並列セルブロック１１Ａから抵抗器２１へ電流を流す（放電する）時間である放電時間を算出する。そして、予め定められた容量調整開始から容量調整が終了するまでの所定時間と放電時間に基づいてデューティ比を決定する。尚、予め定められた容量調整開始から容量調整が終了するまでの所定時間とは、例えば並列セルブロック１１Ａ〜１１Ｄのうち最も容量調整に時間がかかる並列セルブロックの容量調整開始から容量調整が終了するまでの所定時間とすれば、全ての並列セルブロックが同時に容量調整を終えることができるが、これに限らず例えばシステムの都合上定められた時間であっても良く、適宜設計上の都合に応じて設定可能な時間である。

また、トランジスタ２２のコレクターとエミッター間には電圧センサ２３が接続されている。トランジスタ２２がオンするとコレクター〜エミッター間電圧がほぼ０Ｖになり、オフするとコレクター〜エミッター間電圧が並列セルブロック１１Ａのセル両端電圧になる。ＣＰＵ４は、電圧センサ２３によりトランジスタ２２のコレクター〜エミッター間電圧をモニターし、トランジスタ２２の動作状況、つまり並列セルブロック１１Ａの容量調整状況を確認しながら容量調整を実行する。

なお、容量調整部２は、組電池１の並列セルブロック１１Ａ〜１１Ｄ単位で容量調整を行い、いずれかの並列セルブロックが過充電状態または過放電状態になって組電池１の容量が十分に利用できなくなることを防止する。すなわち、並列セルブロック１１Ａ〜１１Ｄの各並列セルブロックに容量バラツキが有ると、負荷駆動時の放電や充電によって、充電容量の少ない並列セルブロックは過放電となりやすく、充電容量の大きい並列セルブロックは過充電となりやすい。これを防止するために充電容量の少ない並列セルブロックの容量が過放電となる可能性が有る場合に組電池１の出力電力を制限したり、充電容量の大きい並列セルブロックの容量が過放電となる可能性が有る場合に組電池１への入力（充電）電力を制限したりすると、他の並列ブロックは電力を入力/出力可能であるにも関わらず、入力/出力ができなくなり、組電池１の容量を充分に利用できなくなってしまう。このため、容量調整部２は各並列セルブロックの容量バラツキを減少させる様に目標充電容量を設定し、各並列セルブロックの充電容量が目標充電容量となるように放電することにより、各セルブロックに容量バラツキを調整する。なお目標充電容量は、例えば全ての並列セルブロックの容量のうちの最小値や中間値等、各並列セルブロックの容量バラツキを減少させることができる容量が設定される。

ただし、本例のように４つのセル１１が並列に接続された並列セルブロック１１Ａ〜１１Ｄにあっては、容量調整部２により、ひとつの並列セルブロック内のセル１１同士の容量バラツキを調整することはできない。

しかし、各並列セルブロック１１Ａ〜１１Ｄ内の並列接続セル同士の容量バラツキは、容量自己調整機能により解消される。すなわち、並列に接続された４個のセル１１の間に容量のバラツキがあると、容量が高い側、すなわち端子電圧が高い側のセル１１の容量が、容量の低い側、すなわち端子電圧が低い側のセル１１へ徐々に移動し、４個の並列セルは等容量になろうとする性質がある。この性質は容量自己調整と呼ばれ、容量差（セル開放電圧の差）が大きいほど等容量に近い状態になるまでの容量の変化速度が速く、容量差が小さくなって等容量に近い状態になると容量変化速度は遅くなる。

図１に戻り、本例の組電池１においては、各並列セルブロック１１Ａ〜１１Ｄの４つのセル１１は、一対の並列接続体１２，１３を介して並列に接続される。また、４つの並列セルブロックは、直列接続体１４を介して直列に接続される。これら並列接続体１２，１３および直列接続体１４は、何れも導体からなるバスバーや導線などにより構成することができ、溶接などの接合手法によってセル１１の出力端子に接合することができる。

図３は本例のセル１１を示す正面図であり、図４は本例の組電池１を示す平面図である。図３に示すように、本例のセル１１は、セル本体１１１の一端縁から正極出力端子１１２と負極出力端子１１３が突出して形成されている。この４つのセル１１を、極性が同一方向になるようにセル本体１１１の主面を重ね、図４に示すように４つの正極出力端子１１２に並列接続体１２を接続するとともに、４つの負極出力端子１１３に並列接続体１３を接続する。

なお、図４には、４つの並列セルブロック１１Ａ〜１１Ｄに対し、各並列セルブロックの正極出力端子１１２同士を接続する並列接続体を１２Ａ〜１２Ｄで示し、負極出力端子１１３同士を接続する並列接続体を１３Ａ〜１３Ｄで示すように、末尾のアルファベットを並列セルブロックの末尾のアルファベットと同一にすることとした。また同様に、並列セルブロック１１Ａで言えば、左端から右端に向かってセル１１Ａ１，１１Ａ２，１１Ａ３，１１Ａ４という符号をセル１１に付することで、末尾の数字によって一つの並列セルブロック１１Ａを構成するセル１１の接続位置を識別し易いように図示した。

４つの並列セルブロック１１Ａ〜１１Ｄは、この順番で直列に接続されているが、図４に示す正極側の並列セルブロック１１Ａと、これに隣接する並列セルブロック１１Ｂは直列接続体１４ＡＢにより接続され、この並列セルブロック１１Ｂと、これに隣接する並列セルブロック１１Ｃは直列接続体１４ＢＣにより接続され、この並列セルブロック１１Ｃと、これに隣接する並列セルブロック１１Ｄは直列接続体１４ＣＤにより接続されている。またこれらの接続位置は、各並列セルブロック１１Ａ〜１１Ｄの右端の位置するセル１１Ａ４，１１Ｂ４，１１Ｃ４，１１Ｄ４の出力端子の部分としている。ただし、直列接続体１１ＡＢ，１１ＢＣ，１１ＣＤの接続位置は、各並列セルブロック１１Ａ〜１１Ｄの左端の位置するセル１１Ａ１，１１Ｂ１，１１Ｃ１，１１Ｄ１の出力端子の部分とすることもできる。

なお、正極側の並列セルブロック１１Ａの並列接続体１２Ａの右端部（セル１１Ａ４の正極出力端子１１２の位置）には組電池１の正極側出力端子１５が接続される一方で、負極側の並列セルブロック１１Ｄの並列接続体１３Ｄの右端部（セル１１Ｄ４の負極出力端子１１３の位置）には組電池１の負極側出力端子１６が接続されている。

ここで、本例の組電池１においては、セル電圧検出部３の電圧検出位置Ｐ１〜Ｐ５を、各並列セルブロック１１Ａ〜１１Ｄの正極側並列接続体１２Ａ〜１２Ｄの左端（Ｐ１〜Ｐ４の４箇所）と、負極側の並列セルブロック１１Ｄの負極側並列接続体１３Ｄの左端（Ｐ５の１箇所）の、都合５箇所としている。並列接続体１２Ａ〜１２Ｄ，１３Ｄの左端とは、図４に示す組電池１の構成でいう左端のセル１１Ａ１，１１Ｂ１，１１Ｃ１，１１Ｄ１の出力端子に相当する位置を意味する。

ただし、同図に示すように直列接続体１４ＡＢ，１４ＢＣ，１４ＣＤが右端に設けられている場合には、セル電圧検出部３の電圧検出位置Ｐ１〜Ｐ５を、各並列セルブロック１１Ａ〜１１Ｄの正極側並列接続体１２Ａ〜１２Ｄの左端および負極側の並列セルブロック１１Ｄの負極側並列接続体１３Ｄの左端とするが、直列接続体１４ＡＢ，１４ＢＣ，１４ＣＤが左端に設けられている場合には、セル電圧検出部３の電圧検出位置は逆の右端に設定する。すなわち、セル電圧検出部３の電圧検出位置Ｐ１〜Ｐ５は、４つの並列セルブロック１１Ａ〜１１Ｄを直列接続する直列接続体１４ＡＢ，１４ＢＣ，１４ＣＤを設けた端部とは反対側の端部に設ける。

この電圧検出位置Ｐ１〜Ｐ５から引き出された電圧検出線は電圧検出部３に接続されて、Ｐ１〜Ｐ２にて並列セルブロック１１Ａの電圧Ｖｃ１が検出され、Ｐ２〜Ｐ３にて並列セルブロック１１Ｂの電圧Ｖｃ２が検出され、Ｐ３〜Ｐ４にて並列セルブロック１１Ｃの電圧Ｖｃ３が検出され、Ｐ４〜Ｐ５にて並列セルブロック１１Ｄの電圧Ｖｃ４が検出されることになる。

なお、電圧検出位置Ｐ５を並列セルブロック１１Ｄの並列接続体１３Ｄの左端に代えて、当該並列接続体１３Ｄの右端または組電池１の負極側出力端子１６とすることもできる。

セル電圧検出部３で検出された各並列セルブロック１１Ａ〜１１Ｄの電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ４はＣＰＵ４に出力され、ＣＰＵ４では、検出された電圧変動状態に基づいて並列セルブロックの異常の有無を判定する。このＣＰＵ４が本発明の異常判定手段に相当する。

次に、本例に係る異常検出処理を説明する。

図５は、異常検出処理を示すフローチャートであり、まずステップＳ１にて組電池１の総電圧Ｖ０を電圧センサ６で取得する。

総電圧Ｖ０の取得タイミングは、組電池１が無負荷の状態でも負荷時の状態でもよいが、無負荷時の総電圧Ｖ０を検出して異常判定する場合には、ステップＳ６にて取得する総電圧Ｖ０´も走行後の無負荷電圧が望ましい。これは、二次電池は負荷が接続されて電池容量が充放電されると、セルの内部抵抗の影響によって電圧降下（ＩＲドロップ）が発生するため、無負荷時と負荷時の測定電圧を比較すると正確な容量変動が分らないからである。

次に、ステップＳ２にて、セル電圧検出部３により、各並列セルブロック１１Ａ〜１１Ｄのセル電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ４（以下、代表してＶｃｎともいう。添え字ｎは、並列セルブロック１１Ａ〜１１Ｄのｎ番目の並列セルブロックの電圧を意味する。）を測定する。セル電圧Ｖｃｎの測定順序は特に限定されず、測定順番を決めて１つずつ測定したり、あるいは全ての並列セルブロック１１Ａ〜１１Ｄの電圧を同時に測定したりすることができる。

ステップＳ３では、電流センサ７により電流値Ｉ０を測定し、ステップＳ４では、温度センサ８により組電池１の温度Ｔ０を測定する。

次のステップＳ５では、ＣＰＵ４の内部タイマーを用いて所定時間ｍが経過するかどうかを判定する。

タイマーにより所定時間ｍが経過していない場合はステップＳ１へ戻ってステップＳ１〜Ｓ４の処理を繰り返すが、所定時間ｍが経過した場合にはステップＳ６へ進む。

なお、この所定時間ｍは、所定容量の充放電があった時の電圧変動量を比較するための時間であり、適宜長めに設定することが望ましい。また、組電池１の充電容量ＳＯＣの状態に応じてタイマーによる所定時間ｍを変更することもできる。

たとえば、図１０（Ｃ）は充電容量ＳＯＣに対するセル開放電圧の関係を示すグラフであり、二次電池は、ＳＯＣが３０％以下と７０％以上の範囲で電圧変動が大きく、ＳＯＣが３０〜７０％の範囲では電圧変動が少ないといった特性を有する。電圧変動が大きい充電容量状態であれば、タイマーによる所定時間ｍを小さくしても検出可能な電圧変動が見込まれるが、電圧変動が小さい充電容量状態のときは短い所定時間では電圧変動が検出できないおそれがある。そこで、電圧変動が小さい充電容量ＳＯＣの範囲においては、電圧変動が大きい充電容量ＳＯＣの範囲に比べて、タイマーによる所定時間ｍを長く設定することで電圧変動を確実に検出することができる。

なお、この充電容量ＳＯＣに対する所定時間ｍの関係は予めメモリ５に記憶しておき、ＣＰＵ４は、ステップＳ１にて検出された総電圧Ｖ０から充電容量ＳＯＣを求めるとともに、求められた充電容量ＳＯＣに基づいて電圧変動の判定時間である所定時間ｍを設定する。このＣＰＵ４及び電圧センサ６が、本発明の充電容量検出手段に相当する。

次のステップＳ６では、ステップＳ１と同様に、電圧センサ６により所定時間ｍを経過した後の総電圧Ｖ０´を測定する。

また、ステップＳ７にてステップＳ２と同様に、セル電圧検出部３により所定時間ｍを経過した後のセル電圧Ｖｃｎ´を測定する。

ステップＳ８では、ステップＳ３と同様に、電流センサ７により所定時間ｍを経過した後の電流Ｉ０´を測定する。

ステップＳ９では、ステップＳ４と同様に、温度センサ８により所定時間ｍを経過した後の温度Ｔ０´を測定する。

次のステップＳ１０では、ステップＳ１で測定された総電圧Ｖｏと、ステップＳ６で測定された所定時間ｍ経過後の総電圧Ｖ０´を比較し、変動量の絶対値が閾値α以上かどうか（｜Ｖ０−Ｖ０´｜≧α）を判定する。

この閾値αは、組電池１が所定容量の充放電を行ったかどうかを確認する変動量の限界値であり、組電池１を構成している並列セルブロック１１Ａ〜１１Ｄの直列接続数に応じて適宜設定することができる。

また、閾値αに、組電池１の劣化度に応じた劣化係数ｋ１や、組電池１の温度に応じた温度係数ｋ２を乗じて適宜変更することもでき、これにより、より正確に組電池１の電圧変動量を検出することができる。

図１０（Ａ）は電池の劣化度に対する劣化係数ｋ１の関係を示すグラフ、同図（Ｂ）は電池温度に対する温度係数ｋ２の関係を示すグラフである。電池が劣化すると電圧変動量が大きくなり、また電池温度が高くなると電圧変動量が小さくなる。そこで、同図（Ａ）に示すように、電池の劣化度に対する劣化係数ｋ１は、新品のときを１００％とし、時間の経過とともに劣化係数ｋ１を大きくする。また、同図（Ｂ）に示すように、電池温度に対する温度係数ｋ２は、標準温度２０℃のときを１００％とし、温度が上昇するとともに温度係数Ｋ２を小さくする。

また、図示はしないが電圧センサ６の感度は温度によって変動するので、電圧センサの感度係数ｋ３を設定し、標準温度のときを１００％とし、これより高温または低温のときの感度係数ｋ３を小さくすることもできる。

こうした劣化係数ｋ１、温度係数ｋ２または感度係数ｋ３は、予めメモリ５に記憶させておき、ＣＰＵ４は、ステップＳ１０の処理を実行する際に閾値αにこれらの係数ｋ１，ｋ２，ｋ３を乗じることで閾値を適宜変更する。すなわち、｜Ｖ０−Ｖ０´｜≧α・ｋ１・ｋ２・ｋ３にてステップＳ１０の判定を行えば、より正確に組電池１の電圧変動量を検出することができる。

この閾値αおよびこのαに劣化係数ｋ１，温度係数ｋ２，感度係数ｋ３を適宜乗じた閾値が、本発明の第１判定閾値に相当する。

ステップＳ１０において、組電池１の電圧変動量が閾値α以上の場合にはステップＳ１１へ進む。これに対し、組電池１の電圧変動量が閾値α未満の場合、すなわち充分な量の充放電が行われていない場合はセル１１の容量変動も充分に見込まれないため、異常判定を行うことなく処理を終了する。

次に、ステップＳ１１にて、ステップＳ２で測定されたセル電圧Ｖｃｎと、ステップＳ７で測定された所定時間ｍ経過後のセル電圧Ｖｃｎ´とを比較し、変動量の絶対値が閾値β以下かどうか（｜Ｖｃｎ−Ｖｃｎ´｜≧β）を判定する。

この閾値βは、並列接続体１２，１３に断線や断裂の異常があるかどうかを判定する限界値であるが、所定時間ｍ中にセル電圧検出部３や容量調整部２においても電力の消費があることから、この分をも考慮してできるだけ小さな値に設定することが検出精度の点から望ましい。この閾値βが本発明の第２判定閾値に相当する。なお、上述した閾値αと同様に、この閾値βに、電池の劣化度に応じた劣化係数ｋ１や電池温度に応じた温度係数ｋ２を乗じたものを閾値として用いることもできる。

ここで、本例の組電池１において、並列接続体１２，１３に断線や断裂等の異常がある場合には、セル電圧検出部３で検出される並列セルブロック１１Ａ〜１１Ｄの電圧変動量がゼロに等しいか、または通常より変動量が大きくなるかの何れかである。そして、このステップＳ１１では、並列セルブロック１１Ａ〜１１Ｄの電圧変動量がほぼゼロであることを検出することで、並列接続体１２，１３の切断異常を検出する。

この点について図６を参照して説明する。

図６（Ａ）は、本例の組電池１とセル電圧検出部３の部分を抜き出した図、同図（Ｂ）は、時間の経過に対する組電池１の総電圧Ｖ０の変動、異常な並列セルブロックの電圧Ｖｃ１、および正常な並列セルブロックの電圧Ｖｃ２を示すグラフである。異常な並列セルブロックを１１Ａ、正常な並列セルブロックを１１Ｂとする。そして、同図（Ａ）に示すように、時間ｔａにおいて、それまで正常だった並列セルブロック１１Ａの正極側並列接続体１２Ａが、セル１１Ａ２と１１Ａ３との間の部分Ｚ１で切断されたものとする。

同図（Ｂ）の上図に示すように、組電池１が時間ｔ１からｔ２まで所定容量の放電がなされた場合、放電開始時間ｔ１での総電圧はＶ０、セル電圧はＶｃ１〜Ｖｃ４である。組電池１が正常であれば、所定時間ｍ後のｔ２の総電圧はＶ０´、セル電圧はＶｃ１´〜Ｖｃ４´となり、所定時間ｔ１→ｔ２で総電圧変動量がΔＶ０のとき、セル電圧の電圧変動量ΔＶｃ１=ΔＶｃ２=ΔＶｃ３=ΔＶｃ４となるはずである。

しかしながら、同図（Ａ）のように部分Ｚ１において正極側の並列接続体１２Ａが切断された場合には、組電池１全体としては放電しているにも拘らず、並列セルブロック１１Ａのセル１１Ａ１，１１Ａ２は、正極側の並列接続体１２Ａが断線しているため放電されない。そして、セル電圧検出部３で検出される並列セルブロック１１Ａの電圧（同図（Ａ）に示すＶ１）は、セル１１Ａ１の正極と、並列セルブロック１１Ｂのセル１１Ｂ１の正極との間の電位、つまりセル１１Ａ１及び１１Ａ２の開放電圧となるため、電圧変動は検出されないことになる。

すなわち、正極側並列接続体１２Ａが切断された場合には、セル電圧検出部３は、断線のため放電されなくなったセル１１Ａ１，１１Ａ２の電圧を検出することになる。切断部位がセル１１Ａ１と１１Ａ２との間の場合や、セル１１Ａ３と１１Ａ４との間の場合も同じである。また、同図（Ａ）に示す並列セルブロック１１Ａ以外の並列セルブロック１１Ｂ〜１１Ｃについても同様である。ただし、並列セルブロック１１Ｄの並列接続体１２Ｄ，１３Ｄの切断異常については後述する。

図５に戻り、次のステップＳ１２では、異常を検出した並列セルブロックが最下位のセルブロック１１Ｄかどうかを判定する。ここでいう最下位とは、セル電圧検出部３による電圧検出位置Ｐ１〜Ｐ５について、両位置が何れも同じ並列セルブロックの位置であるものを意味する。

すなわち、本例で言えば、並列セルブロック１１Ａの電圧検出位置の一方Ｐ１は並列セルブロック１１Ａであるのに対し、他方Ｐ２は隣接する並列セルブロック１１Ｂである。これに対し、並列セルブロック１１Ｄの電圧検出位置Ｐ４，Ｐ５は何れも並列セルブロック１１Ｄである。このような並列セルブロック１１Ｄの断線異常は、他の並列セルブロック１１Ａ〜１１Ｃの断線異常とその判定基準が以下のように相違する。

すなわち、最下位の並列セルブロック１１Ｄでは、電圧検出位置Ｐ４，Ｐ５を正極及び負極両方の並列接続体１２Ｄ，１３Ｄに設定しており、どちらか一方の並列接続体１２Ｄ，１３Ｄに断線・断裂等の異常があると、並列セルブロック１１Ｄの電圧変動はほとんどゼロとなる。図７は、並列セルブロック１１Ｄの並列接続体１２Ｄ，１３Ｄが切断した場合を示す図であって、時間ｔａにおいて、それまで正常だった並列セルブロック１１Ｄの正極側並列接続体１２Ｄが、セル１１Ｄ３と１１Ｄ４との間の部分Ｚ２で切断された場合と、時間ｔａにおいて、それまで正常だった並列セルブロック１１Ｄの負極側並列接続体１３Ｄが、セル１１Ｄ２と１１Ｄ３との間の部分Ｚ３で切断された場合を示す。ただし、部分Ｚ２，Ｚ３において同時に切断されたのではなく、いずれか一方で切断されたものである。

同図（Ａ）のように部分Ｚ２において正極側の並列接続体１２Ｄが切断された場合には、組電池１全体としては放電しているにも拘らず、並列セルブロック１１Ｄのセル１１Ｄ１〜１１Ｄ３は、正極側の並列接続体１２Ｄが断線しているため放電されない。そして、セル電圧検出部３で検出される並列セルブロック１１Ｄの電圧（同図（Ａ）に示すＶ４）は、セル１１Ｄ１の正極と負極との間の電位、つまりセル１１Ｄ１〜１１Ｄ３の開放電圧となるため、電圧変動は検出されないことになる。

一方、同図（Ａ）のように部分Ｚ３において負極側の並列接続体１３Ｄが切断された場合には、組電池１全体としては放電しているにも拘らず、並列セルブロック１１Ｄのセル１１Ｄ１，１１Ｄ２は、負極側の並列接続体１３Ｄが断線しているため放電されない。そして、セル電圧検出部３で検出される並列セルブロック１１Ｄの電圧（同図（Ａ）に示すＶ４）は、セル１１Ｄ１の正極と負極との間の電位、つまりセル１１Ｄ１，１１Ｄ２の開放電圧となるため、この場合も電圧変動は検出されないことになる。

このように、最下位の並列セルブロック１１Ｄにあっては正極・負極どちらの並列接続体１２Ｄ，１３Ｄが断線したか識別できない。

このため、図５のステップＳ１２にて最下位の並列セルブロック１１Ｄであると判定された場合には、ステップＳ１３へ進み、最下位の並列セルブロック１１Ｄの正極・負極の少なくとも何れか一方の並列接続体１２Ｄ，１３Ｄの切断異常であると判定する。

これに対し、ステップＳ１２にて最下位の並列セルブロック１１Ｄでない場合には、ステップＳ１４へ進み、当該並列セルブロックの正極側の並列接続体１２の切断異常であると判定する。

本例では、最下位以外の並列セルブロック１１Ａ〜１１Ｃについて切断異常があった場合には、正極・負極のどちらかを特定することができるからである。これについては、以下に説明する。

ステップＳ１１へ戻り、当該ステップＳ１１にてセル電圧の変動量の絶対値（｜Ｖｃｎ−Ｖｃｎ´｜）が閾値βを越える場合にはステップＳ１５へ進む。

ステップＳ１５にて、このセル電圧の変動量の絶対値が閾値γ以上かどうか（｜Ｖｃｎ−Ｖｃｎ´｜≧γ）を判定する。

この閾値γは、並列接続体１２，１３に断線や断裂の異常があるかどうかを判定する限界値であり、予め所定時間ｍの充放電で正常な並列セルブロックが変動する最大変動量を設定することができる。この閾値γが本発明の第３判定閾値に相当する。なお、上述した閾値αやβと同様に、この閾値γに、電池の劣化度に応じた劣化係数ｋ１や電池温度に応じた温度係数ｋ２を乗じたものを閾値として用いることもできる。

図８は、並列セルブロック１１Ａの負極側並列接続体１３Ａが切断した場合を示す図であって、時間ｔａにおいて、それまで正常だった並列セルブロック１１Ａの負極側並列接続体１３Ａが、セル１１Ａ２と１１Ａ３との間の部分Ｚ４で切断された場合を示す。

同図（Ａ）のように部分Ｚ４において負極側の並列接続体１３Ａが切断された場合には、並列セルブロック１１Ａのセル１１Ａ１，１１Ａ２は、負極側の並列接続体１３Ａが断線しているため放電されないが、その放電されない容量ぶんだけセル１１Ａ３，１１Ａ４が多く放電することになる。そして、セル電圧検出部３で検出される並列セルブロック１１Ａの電圧（同図（Ａ）に示すＶ１）は、セル１１Ａ１の正極と、並列セルブロック１１Ｂのセル１１Ｂ１の正極との間の電位、つまりセル１１Ａ３，１１Ａ４の電圧となるため、電圧変動は正常時に比べて大きくなる。

一方、図６（Ａ）にＺ1で示した様に正極側の並列接続体１２Ａが切断された場合には、前述した様に並列セルブロック１１Ａの電圧は変動しない。

このように、最下位以外の並列セルブロック１１Ａ〜１１Ｃについて切断異常があった場合には、正極・負極のどちらかを特定することができる。

図５のステップＳ１５に戻り、セル電圧の変動量の絶対値が閾値γ未満の場合は処理を終了するが、閾値γ以上の場合はステップＳ１６へ進み、当該並列セルブロック１１Ａの負極側の並列接続体１３Ａの切断異常であると判定する。

以上のように、本実施形態の組電池の異常検出装置によれば、並列セルブロック１１Ａ〜１１Ｄの直列接続体１４ＡＢ，１４ＢＣ，１４ＣＤの位置ではなく、各正極側並列接続体１２Ａ〜１２Ｄの一方の端部及び負極側並列接続体１３Ｄを電圧検出位置Ｐ１〜Ｐ５としているので、並列接続体１２，１３の断線異常を検出することができる。

また、並列セルブロック１１Ａ〜１１Ｃについては、各正極側並列接続体１２Ａ〜１２Ｄの一方の端部を電圧検出位置Ｐ１〜Ｐ４としているので、並列接続体１２，１３の切断異常の検出に加え、正極側並列接続体１２の断線異常か、負極側並列接続体１３の断線異常かを識別することもできる。

なお、上述した実施形態では、セル電圧の検出位置Ｐ１〜Ｐ４を並列セルブロック１１Ａ〜１１Ｄの正極側並列接続体１２Ａ〜１２Ｄの一方の端部としたが、図９に示すように、並列セルブロック１１Ａ〜１１Ｄの負極側並列接続体１３Ａ〜１３Ｄの一方の端部Ｐ６〜Ｐ９および並列セルブロック１１Ａの正極側並列接続体１２Ａの一方の端部Ｐ１０とすることもできる。図９は、他の実施形態に係る組電池の異常検出装置の要部を示すブロック図である。この例の場合には、図５のステップＳ１４の判定は負極側並列接続体の切断異常となり、ステップＳ１６の判定は正極側並列接続体の切断異常となる。

《第２実施形態》
図１１は、本発明のさらに他の実施形態に係る組電池の異常検出装置を示すブロック図、図１２は、本実施形態に係る組電池を示す平面図である。

上述した実施形態では、４つの並列セルブロック１１Ａ〜１１Ｄを直列に接続する直列接続体１４ＡＢ，１４ＢＣ，１４ＣＤを、各並列セルブロックの並列接続体１２，１３の右端に設けたが、本例では各並列セルブロック１１Ａ〜１１Ｄの並列接続体１２，１３の中央に設けている。これを平面図で示すと図１２のようになる。

すなわち、各直列接続体１４ＡＢ，１４ＢＣ，１４ＣＤは、４つのセル１１のうちの中央の２つのセル１１の中間に位置するように接続されている。その他の構成については図１〜図３に示す実施形態と同じであるため、その説明をここに援用する。

次に、本例に係る異常検出処理を説明する。

図１３は、本例の異常検出処理を示すフローチャートであり、本例の場合は並列接続体１２，１３の切断位置によって上述した実施形態と判定結果が相違する。この点について図１１を参照しながら説明する。

同図に示す組電池１において、並列セルブロック１１Ａの４箇所Ｙ１〜Ｙ４および最下位の並列セルブロック１１Ｄの４箇所Ｙ５〜Ｙ８のそれぞれの部分にて断線異常が生じたものとする。

まず、並列セルブロック１１Ａの正極側並列接続体１２Ａの位置Ｙ１で切断が生じると、セル１１Ａ１の放電は停止するがセル電圧検出部３は当該セル１１Ａ１の開放電圧を検出するので、電圧変動量がほぼゼロとなる。つまり、上述した実施形態の図６に相当する挙動が観察される。

これに対し、並列セルブロック１１Ａの正極側並列接続体１２Ａの位置Ｙ２で切断が生じると、セル１１Ａ４の放電は停止するもののその容量ぶんだけ他の３つのセル１１Ａ１〜１１Ａ３の放電量が増加し、またセル電圧検出部３はこれら放電量が増加した３つのセル１１Ａ１〜１１Ａ３の電圧を検出する。したがって、セル電圧検出部３にて検出される電圧変動量は正常時に比べて増加する。つまり、上述した実施形態の図８に相当する挙動が観察される。

また、並列セルブロック１１Ａの負極側並列接続体１３Ａの位置Ｙ３で切断が生じると、セル１１Ａ１の放電は停止するもののその容量ぶんだけ他の３つのセル１１Ａ２〜１１Ａ４の放電量が増加し、またセル電圧検出部３はこれら放電量が増加した３つのセル１１Ａ２〜１１Ａ４の電圧を検出する。したがって、セル電圧検出部３にて検出される電圧変動量は正常時に比べて増加する。つまり、上述した実施形態の図８に相当する挙動が観察される。

さらに、並列セルブロック１１Ａの負極側並列接続体１３Ａの位置Ｙ４で切断が生じると、セル１１Ａ４の放電は停止するもののその容量ぶんだけ他の３つのセル１１Ａ１〜１１Ａ３の放電量が増加し、またセル電圧検出部３はこれら放電量が増加した３つのセル１１Ａ１〜１１Ａ３の電圧を検出する。したがって、セル電圧検出部３にて検出される電圧変動量は正常時に比べて増加する。つまり、上述した実施形態の図８に相当する挙動が観察される。

一方、最下位の並列セルブロック１１Ｄの正極側並列接続体１２Ｄの位置Ｙ５で切断が生じると、セル１１Ｄ１の放電は停止するがセル電圧検出部３は当該セル１１Ｄ１の開放電圧を検出するので、電圧変動量がほぼゼロとなる。つまり、上述した実施形態の図６に相当する挙動が観察される。

また、この並列セルブロック１１Ｄの正極側並列接続体１２Ｄの位置Ｙ７で切断が生じた場合も、セル１１Ｄ１の放電は停止するがセル電圧検出部３は当該セル１１Ｄ１の開放電圧を検出するので、電圧変動量がほぼゼロとなる。つまり、上述した実施形態の図６に相当する挙動が観察される。

これに対し、並列セルブロック１１Ｄの正極側並列接続体１２Ｄの位置Ｙ６で切断が生じると、セル１１Ｄ４の放電は停止するもののその容量ぶんだけ他の３つのセル１１Ｄ１〜１１Ｄ３の放電量が増加し、またセル電圧検出部３はこれら放電量が増加した３つのセル１１Ｄ１〜１１Ｄ３の電圧を検出する。したがって、セル電圧検出部３にて検出される電圧変動量は正常時に比べて増加する。つまり、上述した実施形態の図８に相当する挙動が観察される。

また、並列セルブロック１１Ｄの正極側並列接続体１２Ｄの位置Ｙ８で切断が生じた場合も、セル１１Ｄ４の放電は停止するもののその容量ぶんだけ他の３つのセル１１Ｄ１〜１１Ｄ３の放電量が増加し、またセル電圧検出部３はこれら放電量が増加した３つのセル１１Ｄ１〜１１Ｄ３の電圧を検出する。したがって、セル電圧検出部３にて検出される電圧変動量は正常時に比べて増加する。つまり、上述した実施形態の図８に相当する挙動が観察される。

図１３に戻り、ステップＳ１〜Ｓ１１までの処理内容は上述した実施形態と同様であり、ここではその説明を省略し、続くステップＳ１２からの処理を説明する。

次のステップＳ１２では、異常を検出した並列セルブロックが最下位のセルブロック１１Ｄかどうかを判定する。ここでいう最下位とは、上述した実施形態と同様、セル電圧検出部３による電圧検出位置Ｐ１〜Ｐ５について、両位置が何れも同じ並列セルブロックの位置であるものを意味する。

ステップＳ１２にて最下位の並列セルブロック１１Ｄでない場合には、ステップＳ１４へ進み、当該並列セルブロックの正極側並列接続体１２の位置Ｙ１での切断異常であると判定する。本例では、正極側並列接続体１２であって直列接続体１４の接続位置よりセル電圧検出位置側の位置であることまで切断位置を特定することができる。

ステップＳ１２にて最下位のセルブロック１１Ｄであった場合にはステップＳ１３へ進み、当該並列セルブロック１１Ｄの正極側並列接続体１２Ｄの位置Ｙ５または負極側並列接続体１３Ｄの位置Ｙ７での切断異常であると判定する。つまり、本例では、直列接続体１４の接続位置よりセル電圧検出位置側の位置であることまで切断位置を特定することができる。

ステップＳ１１へ戻り、当該ステップＳ１１にてセル電圧の変動量の絶対値（｜Ｖｃｎ−Ｖｃｎ´｜）が閾値βを越える場合にはステップＳ１５へ進み、ステップＳ１５にて、このセル電圧の変動量の絶対値が閾値γ以上かどうか（｜Ｖｃｎ−Ｖｃｎ´｜≧γ）を判定する。

ここで、セル電圧の変動量の絶対値が閾値γ未満の場合は処理を終了するが、閾値γ以上の場合はステップＳ１６へ進み、異常を検出した並列セルブロックが最下位のセルブロック１１Ｄかどうかを判定する。

ステップＳ１６にて最下位の並列セルブロック１１Ｄでない場合には、ステップＳ１８へ進み、当該並列セルブロックの正極側並列接続体１２の位置Ｙ１以外の位置Ｙ２〜Ｙ４での切断異常であると判定する。

ステップＳ１６にて最下位のセルブロック１１Ｄであった場合にはステップＳ１７へ進み、当該並列セルブロック１１Ｄの正極側並列接続体１２Ｄの位置Ｙ６または負極側並列接続体１３Ｄの位置Ｙ８での切断異常であると判定する。つまり、本例では、直列接続体１４の接続位置よりセル電圧検出位置側と反対側の位置であることまで切断位置を特定することができる。

以上のように、本実施形態の組電池の異常検出装置によれば、並列セルブロック１１Ａ〜１１Ｄの直列接続体１４ＡＢ，１４ＢＣ，１４ＣＤの位置ではなく、各正極側並列接続体１２Ａ〜１２Ｄの一方の端部及び負極側並列接続体１３Ｄを電圧検出位置Ｐ１〜Ｐ５としているので、並列接続体１２，１３の断線異常を検出することができる。

また、並列セルブロック１１Ｄについては、並列接続体１２，１３の切断異常の検出に加え、直列接続体１４に対してどちら側の断線異常かを識別することもできる。また、並列セルブロック１１Ａ〜１１Ｃについては、並列接続体１２，１３の切断異常の検出に加え、電圧検出位置に近接するセル１１の正極側接続体１２の位置か、それ以外の位置かを識別することもできる。

本発明の実施形態に係る組電池の異常検出装置を示すブロック図である。 図１の容量調整部の構成を示す電気回路図である。 図１のセルを示す正面図である。 図１の組電池を示す平面図である。 図１の異常検出装置の動作を示すフローチャートである。 図５のステップＳ１１の処理を説明するための図である。 図５のステップＳ１３の処理を説明するための図である。 図５のステップＳ１５の処理を説明するための図である。 本発明の他の実施形態に係る組電池の異常検出装置の要部を示すブロック図である。 （Ａ）電池劣化度に対する劣化係数ｋ１の関係、（Ｂ）電池温度に対する温度係数ｋ２の関係、（Ｃ）充電容量に対するセル開放電圧の関係をそれぞれ示すグラフである。 本発明のさらに他の実施形態に係る組電池の異常検出装置を示すブロック図である。 図１１の組電池を示す平面図である。 図１１の異常検出装置の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１…組電池
１１，１１Ａ１〜１１Ａ４，１１Ｂ１〜１１Ｂ４，１１Ｃ１〜１１Ｃ４，１１Ｄ１〜１１Ｄ４…セル
１１Ａ〜１１Ｄ…並列セルブロック
１２，１２Ａ〜１２Ｄ，１３，１３Ａ〜１３Ｄ…並列接続体
１４…直列接続体
１５，１６…出力端子
２…容量調整部
３…電圧検出部（電圧検出手段）
４…ＣＰＵ（異常判定手段，充電容量検出手段）

Claims (10)

1. 一対の並列接続体により複数のセルを並列に接続した並列セルブロックを、複数ブロック直列に接続した組電池の異常を検出する装置であって、
   前記一方の並列接続体の一方の端部と、この並列セルブロックに隣接する並列セルブロックの前記一方の並列接続体の前記一方の端部との間の電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記電圧検出手段により検出された電圧変動状態に基づいて、前記並列セルブロックの異常を判定する異常判定手段と、を備えることを特徴とする組電池の異常検出装置。
2. 請求項１に記載の組電池の異常検出装置において、
   前記組電池は、前記複数の並列セルブロックを直列に接続する直列接続体を備え、
   前記直列接続体は、前記並列セルブロックの他方の並列接続体の他方の端部と、この並列セルブロックに隣接する並列セルブロックの前記一方の並列接続体の他方の端部とを接続することを特徴とする組電池の異常検出装置。
3. 請求項１又は２に記載の組電池の異常検出装置において、
   前記組電池の電圧を検出する組電池電圧検出手段を備え、
   前記異常判定手段は、前記組電池の電圧変動量が第１判定閾値以上のときのみ、前記電圧検出手段により検出された電圧変動状態に基づいて前記並列セルブロックの異常を判定することを特徴とする組電池の異常検出装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の組電池の異常検出装置において、
   前記異常判定手段は、前記電圧検出手段により検出される電圧変動量が第２判定閾値以下のときは、当該並列セルブロックが異常であると判定することを特徴とする組電池の異常検出装置。
5. 請求項４に記載の組電池の異常検出装置において、
   前記異常判定手段は、前記並列セルブロックの異常を、前記一方の並列接続体の断線異常であると判定することを特徴とする組電池の異常検出装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の組電池の異常検出装置において、
   前記異常判定手段は、前記電圧検出手段により検出される電圧変動量が第３判定閾値以上のときは、当該並列セルブロックが異常であると判定することを特徴とする組電池の異常検出装置。
7. 請求項６に記載の組電池の異常検出装置において、
   前記異常判定手段は、前記並列セルブロックの異常を、他方の並列接続体の断線異常であると判定することを特徴とする組電池の異常検出装置。
8. 請求項４又は５に記載の組電池の異常検出装置において、
   前記組電池の温度を検出する温度検出手段または前記組電池の劣化度を検出する劣化度検出手段の少なくとも一方を備え、
   前記異常判定手段は、検出された温度および／または劣化度に応じて前記第２判定閾値を設定することを特徴とする組電池の異常検出装置。
9. 請求項６又は７に記載の組電池の異常検出装置において、
   前記組電池の温度を検出する温度検出手段または前記組電池の劣化度を検出する劣化度検出手段の少なくとも一方を備え、
   前記異常判定手段は、検出された温度および／または劣化度に応じて前記第３判定閾値を設定することを特徴とする組電池の異常検出装置。
10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の組電池の異常検出装置において、
    前記組電池の充電容量を検出する充電容量検出手段を備え、
    前記異常判定手段は、検出された充電容量に応じて、前記電圧検出手段による電圧状態検出期間を設定することを特徴とする組電池の異常検出装置。

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