JP2010117235A - 電池の異常判断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電池の状態の検出回数の増大を抑制しつつ電池の異常の有無を高精度に判断することが困難なこと。
【解決手段】充電電流ＩＡでの充電制御中の電圧ＶＡが閾値ＶＬとなることで（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、正常な内部抵抗Ｒｎの情報に基づき、起電圧Ｖ０ｅを推定する(ステップＳ１６)。この推定される起電圧Ｖ０ｅと内部抵抗Ｒｎとに基づき、充電電流ＩＢとした際の電圧の閾値ＶＨを設定する（ステップＳ１８）。そして、充電電流ＩＢに増加させた際の電池セルの電圧ＶＢが閾値ＶＨ以上であるなら（ステップＳ２０：ＹＥＳ）、電池の内部抵抗の異常と判断する（ステップＳ２２）。
【選択図】 図５

Description

本発明は、電池の異常の有無を判断する電池の異常判断装置に関する。

この種の異常判断装置としては、例えば下記特許文献１に見られるものも提案されている。これは、組電池を構成する電池セルのそれぞれについて、電流と電圧との組を同一のタイミング毎に複数回検出し、検出された電圧、電流の組から最小２乗法にて電池セル同士の内部抵抗の差を検出するものである。すなわち、電池セルが正常であるなら、これらの内部抵抗も正常な値となるため、互いにその値が近似する。このため、この場合には、内部抵抗の差がほとんどゼロとなる。これに対し、組電池を構成する電池セルに異常なものがあるなら、その電池セルの内部抵抗が異常な値となり、正常な電池セルとの間の内部抵抗の差がゼロから大きくずれることとなる。このため、内部抵抗の差を検出することで、組電池を構成する電池セルの異常の有無を判断することができる。
特許第４０３０２１７号公報

ところで、上記のように最小２乗法を用いて内部抵抗の差を算出するためには、電流と電圧との検出値の組を多数必要とする。このため、異常の有無の判断に要する時間が長期化したり、電圧の検出に際して高い解像度が要求されたりすることが懸念される。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、電池の異常の有無をより簡易且つ高精度に判断することのできる電池の異常判断装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。

請求項１記載の発明は、異常の有無の判断対象となる対象電池の内部抵抗に関する情報を記憶する記憶手段と、前記対象電池を流れる電流及び対応する電圧の組についての検出値を取得する取得手段と、前記取得手段によって取得された検出値の組を入力とし、前記電流及び電圧の少なくとも一方が所定量相違する状態への移行前における前記検出値の組と前記記憶された情報とに基づく前記移行の予測と、該移行の実際とのずれ量が所定以上であると判断されることを条件に、前記対象電池の異常の有無を判断する異常判断手段とを備えることを特徴とする。

電流及び電圧の少なくとも一方が所定量相違する状態に移行する際の移行態様は、対象電池の内部抵抗に依存する。このため、内部抵抗を用いることで、移行態様を予測することができる。ここで、対象電池の内部抵抗として正常な値を仮定して移行態様を予測する場合、実際の移行態様がこれから大きくずれることで内部抵抗に異常があると判断することができる。また、対象電池の内部抵抗として異常な値を仮定して移行態様を予測する場合、実際の移行態様がこれから大きくずれないことを条件に内部抵抗に異常があると判断することができる。上記発明では、この点に鑑み、対象電池の内部抵抗に関する情報を用いることで、移行の前後の対象電池の電流及び電圧の検出値に基づき、対象電池の異常の有無を高精度に判断することができる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記異常判断手段は、前記取得手段によって取得される検出値の組と前記記憶された情報とに基づき、前記対象電池の起電圧を推定する手段を備え、前記推定される起電圧を加味して前記ずれ量が所定以上であるか否かを判断することを特徴とする。

対象電池の起電圧は、電流及び電圧の組と内部抵抗とによって定まるものである。上記発明では、この点に鑑み、起電圧を推定する。一方、電流及び電圧の少なくとも一方が相違する状態に移行する際の移行態様は、対象電池の内部抵抗のみならず、起電圧にも依存する。上記発明では、この点に鑑み、推定される起電圧を加味することで、上記内部抵抗に関する情報に基づく上記移行態様の予測を適切に行うことができる。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記異常判断手段は、前記対象電池の内部抵抗が増大側に変化することに起因した前記ずれ量が所定以上であるか否かを判断するものであることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の発明において、前記異常判断手段は、前記移行前において取得される検出値の組と前記記憶された情報とに基づき、前記少なくとも一方が所定量相違する場合についての他方の値の閾値を設定する手段を備え、該閾値と前記移行後において取得される前記他方の検出値との比較に基づき前記移行の予測と実際とのずれ量が所定以上であるか否かを判断することを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の発明において、前記異常判断手段は、前記移行の予測と実際とのずれ量を、前記対象電池の電圧の検出値が所定値に変化するまでの所要時間に基づき把握することを特徴とする。

対象電池の電圧の検出値が所定値に変化するまでの所要時間は、対象電池の内部抵抗に依存する。このため、所要時間は、内部抵抗に関する情報によって予測可能なパラメータである。上記発明では、この点に鑑み、所要時間によって移行の予測と実際とのずれ量を把握することができる。

請求項６記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の発明において、前記対象電池は、電池セルの直列接続体としての組電池を構成する１個又は隣接する複数個の電池セルからなる単位電池であることを特徴とする。

上記発明では、単位電池を対象電池とするために、異常の有無の判断対象の数が多くなる。このため、異常の有無の判断のための電流及び電圧の検出回数が少ないことや、電圧検出に要求される解像度を抑制することが特に望まれる傾向にある。このため、上記発明は、異常判断手段の利用価値が特に大きい。

請求項７記載の発明は、請求項６記載の発明において、前記組電池を構成する複数の単位電池の電圧同士のばらつきを低減するための均等化手段を備え、前記異常判断手段によって異常がないと判断されているにもかかわらず、均等化手段を用いたばらつきの低減処理の後にも前記ばらつきが所定以上である場合、前記均等化手段の異常である旨判断する手段を更に備えることを特徴とする。

均等化手段を用いたばらつき低減処理の後、ばらつきが未だ所定以上である場合には、均等化手段に異常があるか、又は単位電池に異常があるかのいずれかであると考えられる。このため、異常判断手段によって異常がないと判断されている場合には、上記異常の要因を、均等化手段の異常と特定することができる。

請求項８記載の発明は、請求項１〜７のいずれか１項に記載の発明において、前記取得手段は、前記対象電池の電圧と複数の閾値のうちの少なくとも１つとの大小比較結果を前記電圧の検出値として取得するものであることを特徴とする。

対象電池の電圧と複数用意された閾値との大小比較結果を前記電圧の検出値とする場合、電圧のサンプリング回数を増加させたり解像度を上昇させたりすることが比較的困難である。この点、上記発明では、異常判断手段を備えることで、少ない電圧サンプリング数や比較的低解像度の検出値に基づき異常の有無を高精度に判断することができるため、異常判断手段の利用価値が特に大きい。

（第１の実施形態）
以下、本発明にかかる電池の異常判断装置をプラグインハイブリッド車に適用した第１の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１に、本実施形態にかかるシステム構成図を示す。図示されるように、組電池１０は、電池セルＣｉｊ（ｉ＝１〜ｎ、ｊ＝１〜ｍ）の直列接続体である。ここで、電池セルＣｉｊとしては、リチウム２次電池を想定している。監視ユニットＵｉは、組電池１０を構成する隣接する「ｍ」個の電池セルＣｉ１〜Ｃｉｍよりなるブロックの状態を監視するための装置である。本実施形態では、監視ユニットＵｉは、専用の集積回路にて構成されている。

ＤＣＤＣコンバータ１２は、組電池１０の電圧を降圧して図示しない低圧バッテリに出力するものである。充電器１４は、図示しない外部のプラグからの電圧を昇圧して組電池１０に印加することで組電池１０を充電する充電手段である。

電池用電子制御装置（電池ＥＣＵ１８）は、上記低圧バッテリを電源とし、組電池１０の状態の監視及び制御を行う制御装置である。電池ＥＣＵ１８は、インターフェース１６を介して、最低電位の監視ユニットＵｎの出力を取り込み、これに基づき充電器１４を操作したり、ハイブリッド用電子制御装置（ＨＶＥＣＵ２０）を介してＤＣＤＣコンバータ１２を操作したりする。また、電池ＥＣＵ１８は、メモリ１８ａを備えている。ここで、メモリ１８ａとしては、電池ＥＣＵ１８のオン・オフにかかわらず記憶データを常時保持する常時記憶保持メモリであることが望ましい。

なお、上記インターフェース１６は、組電池１０を備えて構成される車載高圧システムと、電池ＥＣＵ１８を備えて構成される車載低圧システムとを絶縁するための手段であり、具体的には、フォトカプラやフォトＭＯＳリレー等を備えて構成されている。

図２に、上記監視ユニットＵｉの回路構成の一部を示す。

図示されるように、電池セルＣｉ１〜Ｃｉｍのそれぞれには、その低電位側を基準として基準電圧を発生する基準電源３０が接続されている。更に、電池セルＣｉ１〜Ｃｉｍのそれぞれには、抵抗体３１，３２の直列接続体と、抵抗体３３，３４の直列接続体と、抵抗体３５，３６の直列接続体と、抵抗体３７，３８の直列接続体と、抵抗体３９，４０の直列接続体とが並列接続されている。ここで、抵抗体３１，３３，３５，３７，３９の抵抗値Ｒ１は互いに同一である一方、抵抗体３２，３４，３６，３８，４０の抵抗値Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６は、互いに相違している。詳しくは、抵抗値Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６の順に大きい値に対応している。

抵抗体３１，３２の直列接続体と、抵抗体３３，３４の直列接続体と、抵抗体３５，３６の直列接続体と、抵抗体３７，３８の直列接続体と、抵抗体３９，４０の直列接続体とのそれぞれによる電池セルＣｉ１〜Ｃｉｍの電圧の分圧値は、比較器４２，４４，４６，４８，５０の非反転入力端子に印加される。また、上記基準電源３０の基準電圧は、比較器４２，４４，４６，４８，５０の反転入力端子に印加される。

ＡＮＤ回路５１〜５５はそれぞれ、比較器４２，４４，４６，４８，５０の出力に基づき、電池セルＣ１１〜Ｃｉｍの電圧についての上記直列接続体による分圧値と基準電圧との大小比較結果の論理積信号を生成する。換言すれば、ＡＮＤ回路５１〜５５は、電池セルＣ１１〜Ｃｉｍの電圧と分圧度合い及び基準電圧に応じて設定される閾値との比較結果の論理積信号を生成する。これにより、ＡＮＤ回路５１〜５５の出力は、電池セルＣ１１〜Ｃｉｍの電圧の最小値を５ビットで表現する信号となる。

例えば、ＡＮＤ回路５１は、電池セルＣｉ１〜Ｃｉｍに対応する比較器４２の出力と、隣接する高電位側の監視ユニットＵ（ｉ−１）のＡＮＤ回路５１の出力との論理積信号を生成して出力する。すなわち、ＡＮＤ回路５１は、電池セルＣ１１〜Ｃｉｍの全てについて、抵抗体３１，３２による分圧値が基準電圧よりも高い場合に論理「Ｈ」となる信号となる。同様に、ＡＮＤ回路５２〜５５は、電池セルＣｉ１〜Ｃｉｍに対応する比較器４４〜５０の出力と、隣接する高電位側の監視ユニットＵ（ｉ−１）のＡＮＤ回路５２〜５５の出力との論理積信号を生成して出力する。すなわち、ＡＮＤ回路５２〜５５は、電池セルＣ１１〜Ｃｉｍの全てについて、抵抗体３３，３４の直列接続体と、抵抗体３５，３６の直列接続体と、抵抗体３７，３８の直列接続体と、抵抗体３９，４０の直列接続体とのそれぞれによる分圧値が基準電圧よりも高い場合にそれぞれ論理「Ｈ」の信号を出力する。

ＯＲ回路５６〜６０はそれぞれ、比較器４２，４４，４６，４８，５０の出力に基づき、電池セルＣ１１〜Ｃｉｍの電圧についての上記直列接続体による分圧値と基準電圧との大小比較結果の論理和信号を生成する。換言すれば、ＯＲ回路５６〜６０は、電池セルＣ１１〜Ｃｉｍの電圧と分圧度合い及び基準電圧に応じて設定される閾値との比較結果の論理和信号を生成する。これにより、ＯＲ回路５６〜６０の出力は、電池セルＣ１１〜Ｃｉｍの電圧の最大値を５ビットで表現する信号となる。

例えば、ＯＲ回路５６は、電池セルＣｉ１〜Ｃｉｍに対応する比較器４２の出力と、隣接する高電位側の監視ユニットＵ（ｉ−１）のＯＲ回路５６の出力との論理和信号を生成して出力する。すなわち、ＯＲ回路５６は、電池セルＣ１１〜Ｃｉｍの少なくとも１つについて、抵抗体３１，３２による分圧値が基準電圧よりも高い場合に論理「Ｈ」となる信号となる。同様に、ＯＲ回路５６〜６０は、電池セルＣｉ１〜Ｃｉｍに対応する比較器４４〜５０の出力と、隣接する高電位側の監視ユニットＵ（ｉ−１）のＯＲ回路５６〜６０の出力との論理和信号を生成して出力する。すなわち、ＯＲ回路５６〜６０は、電池セルＣ１１〜Ｃｉｍの少なくとも１つについて、抵抗体３３，３４の直列接続体と、抵抗体３５，３６の直列接続体と、抵抗体３７，３８の直列接続体と、抵抗体３９，４０の直列接続体とのそれぞれによる分圧値が基準電圧よりも高い場合にそれぞれ論理「Ｈ」の信号を出力する。

なお、インターフェース６２は、隣接する低電位側の監視ユニットＵ（ｉ＋１）に、ＡＮＤ回路５１〜５５の出力信号やＯＲ回路５６〜６０の出力信号を出力するためのものである。また、インターフェース６４は、隣接する高電位側の監視ユニットＵ（ｉ＋１）からの出力信号を受け取るためのものである。なお、最高電位の監視ユニットＵ１については、インターフェース６４が存在せず、また、最低電位の監視ユニットＵｎについては、インターフェース６２が存在しない。

次に、各電池セルＣｉｊの内部抵抗の異常の有無の診断処理について詳述する。

図３に、実線にて内部抵抗に異常がある場合の充電電流と端子電圧との関係を示し、一点鎖線にて内部抵抗に異常がない場合の充電電流と端子電圧との関係を示す。今、充電電流ＩＡ及び電圧ＶＡの組が検出されたと想定すると、充電電流ＩＡを充電電流ＩＢに上昇させることで、端子電圧は上昇する。これは、端子電圧が、起電圧と、内部抵抗による電圧降下量との和であることによる。ただし、内部抵抗が正常時よりも高くなる異常が生じる場合と内部抵抗が正常である場合とでは、端子電圧が相違することとなる。すなわち、内部抵抗に異常がある場合の電圧ＶＢは、正常である場合の電圧よりも高くなると考えられる。このため、正常な内部抵抗を仮定したときの電圧の予測と実際とのずれに基づき、内部抵抗の異常の有無を判断することができる。本実施形態では、この点に着目する。

ちなみに、図中、充電電流がゼロとなる点における端子電圧が起電圧である。ただし、この起電圧は、図４に示すように、電池セルＣｉｊの充電状態に依存して変化する。図４では、充電状態を残存容量（ＳＯＣ：State Of Charge）にて定量化している。ＳＯＣは、電池セルＣｉｊの放電能力を定量化した物理量である。詳しくは、電池セルＣｉｊの満充電に対する現在の充電量の割合を定量化したものである。ＳＯＣは、通常「５時間率容量」や、「１０時間率容量」等によって定量化される。

図示されるように、起電圧は、ＳＯＣの中央近傍において変曲点を有するようにして、ＳＯＣが大きいほど高くなるように変化する。ここで、ＳＯＣの常用域である中間領域（例えば「３０〜８０％」）においては、それ以外の領域と比較して起電圧の変化が緩やかになっている。

図５に、本実施形態にかかる内部抵抗の異常の有無の判断処理のうち充電制御中の判断処理の手順を示す。この処理は、電池ＥＣＵ１８によって、例えば所定周期で繰り返し実行される。

この一連の処理では、まずステップＳ１０において、組電池１０の充電制御中であるか否かを判断する。この処理は、充電器１４による充電制御がなされているか否かの判断処理とすることが望ましい。充電制御中であると判断される場合、ステップＳ１２において、充電電流ＩＡ及び対応する電圧の閾値ＶＬを設定する。ここで、閾値ＶＬは、上記抵抗体３１，３２の直列接続体と、抵抗体３３，３４の直列接続体と、抵抗体３５，３６の直列接続体と、抵抗体３７，３８の直列接続体と、抵抗体３９，４０の直列接続体とのいずれかによって実現できる閾値とする。また、閾値ＶＬは、内部抵抗が正常な場合に、充電電流ＩＡに対応して想定される電圧よりも高くすることが望ましい。この観点から、閾値ＶＬを、ＳＯＣに依存して可変設定してもよい。

続くステップＳ１４では、充電電流ＩＡとした際の電圧ＶＡが閾値ＶＬを跨いで上昇したか否かを判断する。この処理は、電池セルＣｉｊの端子電圧の最大値が、閾値ＶＬとなったか否かを判断するためのものである。この処理は、最低電位の監視ユニットＵｎのＯＲ回路５６〜６０の出力信号に基づき行うことができる。そして、閾値ＶＬを跨いで上昇したと判断される場合、ステップＳ１６において、起電圧Ｖ０ｅを推定する。これは、上記メモリ１８ａに予め記憶保持された正常な内部抵抗Ｒｎを用いて、「Ｖ０ｅ＝ＶＡ−Ｒｎ・ＩＡ」によって算出することができる。

続くステップＳ１８においては、充電電流ＩＡよりも大きい充電電流ＩＢと、対応する電圧の閾値ＶＨとを設定する。ここで、閾値ＶＨは、「Ｖ０ｅ＋Ｒｎ・ＩＢ＋Δ」によって定義される。ここで、マージン量Δは、正常な内部抵抗Ｒｎとこれに基づき推定される起電圧Ｖ０ｅとに基づき予測される電圧よりも閾値ＶＨを大きくするためのものである。一方、充電電流ＩＢは、上記抵抗体３１，３２の直列接続体と、抵抗体３３，３４の直列接続体と、抵抗体３５，３６の直列接続体と、抵抗体３７，３８の直列接続体と、抵抗体３９，４０の直列接続体とのいずれかによって閾値ＶＨを実現できるように設定する。続くステップＳ２０においては、充電電流ＩＢにおける電圧ＶＢが閾値ＶＨ以上であるか否かを判断する。この処理は、内部抵抗Ｒｎによって予測される電圧と実際の電圧とのずれ量が所定以上であるか否かを判断するためのものである。そして、閾値ＶＨ以上であると判断される場合、ステップＳ２２において、内部抵抗異常である旨判断する。

なお、上記ステップＳ１０，Ｓ１４，Ｓ２０において否定判断される場合や、ステップＳ２２の処理が完了する場合には、この一連の処理を一旦終了する。

図６に、本実施形態にかかる内部抵抗の異常の有無の判断処理のうち放電制御中の判断処理の手順を示す。この処理は、電池ＥＣＵ１８によって、例えば所定周期で繰り返し実行される。なお、図６において、先の図５に対応する処理については、便宜上同一のステップ番号を付している。

この一連の処理では、まずステップＳ１０ａにおいて、組電池１０の放電制御中であるか否かを判断する。そして放電制御中であると判断される場合、ステップＳ１２ａにおいて、放電電流ＩＡ（＜０）及び対応する電圧の閾値ＶＨを設定する。ここでも、閾値ＶＨは、上記抵抗体３１，３２の直列接続体と、抵抗体３３，３４の直列接続体と、抵抗体３５，３６の直列接続体と、抵抗体３７，３８の直列接続体と、抵抗体３９，４０の直列接続体とのいずれかによって実現できる閾値とする。また、閾値ＶＨは、内部抵抗が正常な場合に、放電電流ＩＡに対応して想定される電圧よりも低くすることが望ましい。この観点から、閾値ＶＨを、ＳＯＣに依存して可変設定してもよい。

続くステップＳ１４ａでは、放電電流ＩＡとした際の電圧ＶＡが閾値ＶＨを跨いで低下したか否かを判断する。この処理は、電池セルＣｉｊの端子電圧の最低値が、閾値ＶＨとなったか否かを判断するためのものである。この処理は、最低電位の監視ユニットＵｎのＡＮＤ回路５１〜５５の出力信号に基づき行うことができる。そして、閾値ＶＨを跨いで低下したと判断される場合、ステップＳ１６において、起電圧Ｖ０ｅを推定する。

続くステップＳ１８ａにおいては、放電電流ＩＡよりも小さい放電電流ＩＢと、対応する電圧の閾値ＶＬとを設定する。ここで、放電電流ＩＢへの制御は、ＤＣＤＣコンバータ１２を操作することで行えばよい。ここで、閾値ＶＬは、「Ｖ０ｅ＋Ｒｎ・ＩＢ−Δ」によって定義される。ここで、マージン量Δは、正常な内部抵抗Ｒｎとこれに基づき推定される起電圧Ｖ０ｅとに基づき予測される電圧よりも閾値ＶＬを小さくするためのものである。一方、充電電流ＩＢは、上記抵抗体３１，３２の直列接続体と、抵抗体３３，３４の直列接続体と、抵抗体３５，３６の直列接続体と、抵抗体３７，３８の直列接続体と、抵抗体３９，４０の直列接続体とのいずれかによって閾値ＶＬを実現できるように設定する。続くステップＳ２０ａにおいては、充電電流ＩＢにおける電圧ＶＢが閾値ＶＬ以下であるか否かを判断する。この処理は、内部抵抗Ｒｎによって予測される電圧と実際の電圧とのずれ量が所定以上であるか否かを判断するためのものである。そして、閾値ＶＬ以下であると判断される場合、ステップＳ２２において、内部抵抗異常である旨判断する。

なお、上記ステップＳ１０ａ，Ｓ１４ａ，Ｓ２０ａにおいて否定判断される場合や、ステップＳ２２の処理が完了する場合には、この一連の処理を一旦終了する。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。

（１）充電電流ＩＡ又は放電電流ＩＡ及び電圧ＶＡの組と正常な内部抵抗Ｒｎとに基づき、充電電流ＩＡ又は放電電流ＩＡを変化させた状態での電池セルＣｉｊの電圧ＶＢを予測し、この予測と実際とのずれ量が所定以上であることを条件に、電池セルＣｉｊの異常の有無を判断した。これにより、電池セルＣｉｊの異常の有無を高精度に判断することができる。

（２）充電電流ＩＡ又は放電電流ＩＡ及び電圧ＶＡの組と正常な内部抵抗Ｒｎとに基づき、電池セルＣｉｊの起電圧Ｖ０ｅを推定し、推定される起電圧Ｖ０ｅを加味してずれ量が所定以上であるか否かを判断した。これにより、充電電流ＩＡ又は放電電流ＩＡを変化させた状態での電池セルＣｉｊの電圧を好適に予測することができる。

（３）組電池１０を構成する電池セルＣｉｊを、内部抵抗の異常の有無の判断対象とした。これにより、異常の有無の判断のための電流及び電圧の検出回数が少ないことが特に望まれる傾向にあるため、内部抵抗Ｒｎに基づく異常判断手法の利用価値が特に大きい。

（４）電池セルＣｉｊの電圧と複数用意された閾値との大小比較結果を電圧の検出値とした。この場合、電圧のサンプリング回数を増加させにくいため、少ない電圧サンプリング数に基づき異常の有無を高精度に判断することができる上記手法の利用価値が特に大きい。

（５）プラグインハイブリッド車に本発明を適用した。これにより、充電器１４を操作することで、充電電流を制御することができるため、先の図５に示した処理を容易に実施することができる。

（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

図７に、本実施形態にかかる内部抵抗の異常の有無の判断原理について説明する。

図７（ａ）に示されるように、本実施形態でも、充電電流ＩＡとそのときの電圧ＶＡとを取得する。その後、充電電流ＩＡから充電電流ＩＢ（＜ＩＡ）に減少させる。これにより、図７（ｂ）に示されるように、充電電流ＩＡ時の電圧ＶＡよりも実際の電圧が低下する。ここで、電池セルＣｉｊの充電が進行すると、ＳＯＣが増加し、ひいては起電圧が上昇するために端子電圧も上昇する。ただし、端子電圧が電圧ＶＡとなるまでに要する時間は、内部抵抗に依存する。これは、充電電流ＩＡ時に電圧ＶＡであったとしても、その際の起電圧が内部抵抗に依存していることによる。このため、上記電圧ＶＡとなるまでに要する時間は、電池セルＣｉｊの実際の内部抵抗を定量化するパラメータとなる。

図７では、正常な内部抵抗の場合を一点鎖線で示し、異常な内部抵抗の場合を実線にて示している。図７（ａ）に示すように、同一の充電電流ＩＡ及び電圧ＶＡであったとしても、充電電流ＩＡがゼロのときの電圧である起電圧は、内部抵抗に依存して変化する。詳しくは、内部抵抗が大きくなる異常が生じている場合には、正常である場合と比較して、実際の起電圧が小さくなる。このため、充電電流ＩＢに減少させた後、端子電圧が電圧ＶＡまで上昇するのに要する時間Ｔ２は、正常の場合の時間Ｔ１よりも長くなる。

図８に、上記原理を利用した内部抵抗異常の有無の判断処理の手順を示す。この処理は、電池ＥＣＵ１８によって、例えば所定周期で繰り返し実行される。

この一連の処理では、まずステップＳ３０〜Ｓ３６において、先の図５のステップＳ１０〜Ｓ１６と同様の処理を行う。続くステップＳ３８においては、充電電流ＩＢへと減少させるとともに、端子電圧が再度電圧ＶＡに上昇するまでに要する時間の閾値Ｔｔｈを設定する。この閾値Ｔｔｈは、内部抵抗が正常であるか否かを判断するためのものである。閾値Ｔｔｈは、例えば以下の式にて設定すればよい。

Ｔｔｈ＝［［｛ＶＡ−（Ｖ０ｅ＋Ｒｎ・ＩＢ）｝／Ｖｘ］・１８０／ＩＢ］＋Δ
ここで、右辺第１項の分子の「Ｖ０ｅ＋Ｒｎ・ＩＢ」は、正常な内部抵抗に基づく充電電流ＩＢへの切り替え直後の端子電圧の予測値である。したがって、「｛ＶＡ−（Ｖ０ｅ＋Ｒｎ・ＩＢ）｝」は、充電電流ＩＢの切り替え直後から、端子電圧が再度電圧ＶＡに上昇するまでの電圧の変化量の予測値を示している。ここで、ＳＯＣ「１％」当たりの電圧上昇率Ｖｘ（Ｖ／％）を用いると、上記電圧変化量に対するＳＯＣ上昇量（％）が「｛ＶＡ−（Ｖ０ｅ＋Ｒｎ・ＩＢ）｝／Ｖｘ」と算出される。ここで、ＳＯＣを「１％」上昇させるために必要な電流量は、ＳＯＣとして５時間率容量を仮定した場合、ＳＯＣの「１００％」は、「１８０００Ａｓｅｃ」となるため、「１８０Ａｓｅｃ／％」となる。このため、上記電圧の変化量を生じさせるために必要と想定される電流容量（Ａｓｅｃ）は、「［｛ＶＡ−（Ｖ０ｅ＋Ｒｎ・ＩＢ）｝／Ｖｘ］・１８０」となる。したがって、充電電流ＩＢを用いた場合には、上記の右辺第１項の時間で電圧ＶＡに等しくなる。ちなみに、電圧上昇率Ｖｘは、ＳＯＣに応じて可変設定される。

なお、上記マージン量Δは、閾値Ｔｔｈを、正常な内部抵抗の場合に端子電圧が電圧ＶＡとなるまでに要する時間より所定量長くするためのものである。

続くステップＳ４０においては、充電電流ＩＢとしてからの時間を計時するタイマＴをインクリメントする。この処理は、現在の端子電圧Ｖが上記電圧ＶＡとなるまで実行される（ステップＳ４２：ＹＥＳ）。そして、ステップＳ４４では、このときのタイマＴが閾値Ｔｔｈ以上であるか否かを判断する。この処理は、電池セルＣｉｊに内部抵抗異常があるか否かを判断するためのものである。そして閾値Ｔｔｈ以上であると判断される場合、ステップＳ４６において内部抵抗異常であると判断する。

なお、ステップＳ３０、Ｓ３４，Ｓ４４において否定判断される場合や、ステップＳ４６の処理が完了する場合には、この一連の処理を一旦終了する。

以上説明した本実施形態によれば、先の第１の実施形態の上記（２）〜（５）の効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。

（６）充電電流ＩＢへと変化させた際の端子電圧が電圧ＶＡに上昇するまでの所要時間を内部抵抗Ｒｎに基づき予測し、これと実際の所要時間とのずれに基づき、内部抵抗の異常の有無を判断した。これにより、電圧検出の解像度が比較的低い場合であっても内部抵抗の異常の有無を高精度に判断することができる。

（第３の実施形態）
以下、第３の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

図９に、本実施形態にかかる監視ユニットＵｉの回路構成の一部を示す。図示されるように、本実施形態では、比較器４２，４４，４６，４８，５０の出力信号のうちの各電池セルＣｉ１〜Ｃｉｍのいずれに対応するものを出力するかを切り替えるマルチプレクサ７０を備えている。また、電池ＥＣＵ１８からの指令に応じてマルチプレクサ７０を操作する切替制御部７２を備えている。これにより、低圧システムと高圧システムとを絶縁する手段を介して電池ＥＣＵ１８によりマルチプレクサ７０が操作されることで、監視ユニットＵｉからは、電池セルＣｉ１〜Ｃｉｍのいずれかの電圧に対応する信号が出力されることとなる。

これにより、先の第１の実施形態において例示した手法を用いることで、各電池セルＣｉｊ毎に内部抵抗の異常の有無を判断することができる。

（第４の実施形態）
以下、第４の実施形態について、先の第３の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

図１０に、本実施形態にかかる監視ユニットＵｉの内部構成の一部を示す。図示されるように、本実施形態にかかる監視ユニットＵｉは、電池セルＣｉｊの電圧のばらつきを低減するための手段を備えている。すなわち、各電池セルＣｉｊに並列に、抵抗体８０及びスイッチング素子８２の直列接続体が接続されている。そして、監視ユニットＵｉに接続される電池セルＣｉ１〜Ｃｉｍに対応する上記スイッチング素子８２は、共通の均等化制御部８４によって操作される。均等化制御部８４は、電池セルＣｉｊの電圧のばらつきを低減すべく、電池ＥＣＵ１８との通信を通じて、電池セルＣｉｊのうちの電圧の大きいものを把握し、これに対応するスイッチング素子８２をオン状態とすることでこれを放電させる処理を行う。これにより、電池セルＣｉｊの電圧のばらつきを低減することができる。

ところで、上記抵抗体８０や、スイッチング素子８２、更には均等化制御部８４を備える均等化放電回路に異常が生じる場合には、ばらつきを低減することができなくなるおそれがある。しかし、ばらつきが低減できないことが判明したとしても、その要因は、均等化放電回路に異常があることによるものに限らず、電池セルＣｉｊ自体の異常による可能性もある。

そこで本実施形態では、上記第１の実施形態の要領で電池セルＣｉｊの内部抵抗の異常の有無を判断し、この判断結果を加味することで、均等化放電回路の異常であるか否かを特定する処理を行う。

図１１に、本実施形態にかかる均等化放電回路異常の有無の判断処理の手順を示す。この処理は、電池ＥＣＵ１８によって、例えば所定周期で繰り返し実行される。

この一連の処理では、まずステップＳ５０において、内部抵抗異常の有無の判断処理が完了したか否かを判断する。そして、完了していると判断される場合、ステップＳ５２において、内部抵抗に異常がないか否かを判断する。そして、内部抵抗異常がないと判断される場合、ステップＳ５４において、電池セルＣｉｊの最大電圧Ｖｍａｘと最低電圧Ｖｍｉｎとを取得する。そして、ステップＳ５６においては、最低電圧Ｖｍｉｎに対する最大電圧Ｖｍａｘの差が閾値α以上であるか否かを判断する。この処理は、電池セルＣｉｊの電圧のばらつきが所定以上であるか否かを判断するためのものである。

そして、閾値α以上であると判断される場合、ステップＳ５８において、所定時間に渡り均等化放電処理を実行する。ここで、所定時間は、均等化放電回路が正常に機能するなら電池セルＣｉｊの電圧のばらつきを十分低減することができると想定される時間に設定されている。そして、所定時間にわたる均等化放電処理が完了する場合、ステップＳ６０において、最低電圧Ｖｍｉｎに対する最大電圧Ｖｍａｘの差が閾値β以上であるか否かを判断する。この処理は、均等化放電処理が正常になされたか否かを判断するためのものである。上記閾値βは、所定時間に渡る均等化放電処理の後には想定できない程度の大きな電圧ばらつきを表現する値に設定される。なお、閾値βは閾値α以下とすることが望ましい。そして、ステップＳ６０において閾値β以上であると判断される場合、ステップＳ６２において、均等化放電回路の異常であると判断する。

なお、ステップＳ５０、Ｓ５２，Ｓ５６，Ｓ６０において否定判断される場合や、ステップＳ６２の処理が完了する場合には、この一連の処理を一旦終了する。

以上説明した本実施形態によれば、先の第３の実施形態に準じた効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。

（７）電池セルＣｉｊの内部抵抗に異常がないと判断されているにもかかわらず、均等化放電回路を用いたばらつきの低減処理の後にもばらつきが所定以上である場合、均等化放電回路の異常である旨判断した。これにより、電池セルＣｉｊの内部抵抗の異常と、均等化放電回路の異常とを適切に区別することができる。

（その他の実施形態）
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。

・上記第１の実施形態では、充電電流ＩＢ及び対応する閾値ＶＨや放電電流ＩＢ及び対応する閾値ＶＬを設定したがこれに限らず、例えば、充電時の電圧ＶＢ及び対応する電流の閾値ＩＬや、放電時の電圧ＶＢ及び対応する電流の閾値ＩＨを設定してもよい。この場合、充電時には、実際の電流が閾値ＩＬ以下となる場合に異常と判断し、放電時には、実際の電流が閾値ＩＨ以上となる場合に異常と判断すればよい。

・上記第２の実施形態では、充電電流ＩＢによって電圧ＶＡとなる所要時間Ｔに基づき内部抵抗異常の有無を判断したが、これに限らない。例えば、放電電流ＩＢによって電圧ＶＢとなる所要時間Ｔに基づき内部抵抗異常の有無を判断してもよい。これは、例えば、放電電流ＩＢをそれ以前の放電電流ＩＡよりも大きい（負であって絶対値が小さい）値として且つ、所要時間Ｔが閾値Ｔｔｈよりも長い場合に異常と判断することで実行することができる。

また、所要時間Ｔの定義としては、もとの電圧ＶＡとなるまでに要する時間に限らない。例えば、もとの電圧ＶＡとは異なる適宜の電圧（到達電圧）となるまでに要する時間としてもよい。ここで、充電時であれば、電流ＩＡよりも電流ＩＢの方が小さいとするなら、到達電圧を電流ＩＢに移行した直後の電圧よりも高くなると想定される電圧とすればよい。また、充電時において電流ＩＡよりも電流ＩＢの方が大きい場合には、到達電圧を電圧ＶＡよりも高い値に設定すればよい。

・上記第３の実施形態の監視ユニットＵｉの構成を用いた内部抵抗異常の有無の判断処理としては、先の第１の実施形態にかかる手法を用いるものに限らない。例えば先の第１の実施形態の手法を変形し、充電時の電圧ＶＢ及び対応する電流の閾値ＩＬや、放電時の電圧ＶＢ及び対応する電流の閾値ＩＨを設定することで異常の有無を判断してもよい。この場合、充電時には、実際の電流が閾値ＩＬ以下となる場合に異常と判断し、放電時には、実際の電流が閾値ＩＨ以上となる場合に異常と判断すればよい。

また例えば、充電時において、充電電流ＩＢを充電電流ＩＡよりも小さい値に設定し、且つこのときの電圧が閾値以下となることで内部抵抗異常ありと判断したり、放電電流ＩＢを放電電流ＩＡよりも大きい（負で絶対値が小さい）値に設定し、且つこのときの電圧が閾値以上となることで内部抵抗異常ありと判断したりしてもよい。

更に、先の第２の実施形態にかかる手法を用いてもよい。

・上記第４の実施形態では、電池セルＣｉｊ間のばらつきが所定以上であるか否かを、監視ユニットＵｉによる最大電圧Ｖｍａｘ及び最低電圧Ｖｍｉｎの検出に基づき行ったがこれに限らない。例えばフライングキャパシタを備える構成において、フライングキャパシタによる電圧の検出結果に基づき行ってもよい。

・上記各実施形態では、内部抵抗Ｒｎに基づき、起電圧Ｖ０ｅを推定したがこれに限らない。例えば上記第１の実施形態において、充電電流ＩＡや放電電流ＩＡをゼロとするなら、そのときの電圧ＶＡは起電圧に等しいと考えられる。そしてこれは、内部抵抗Ｒｎの情報無しに推定されるものとなる。

・電池セルＣｉｊの内部抵抗異常としては、正常時の内部抵抗よりも抵抗値が大きくなる異常に限らず、小さくなる異常であってもよい。

・上記各実施形態では、電池セルＣｉｊとして、リチウム２次電池を想定したがこれに限らず、例えばニッケル水素２次電池等であってもよい。

・組電池１０としては、プラグインハイブリッド車に搭載されるものに限らず、例えば車両の外部からの電力供給による組電池１０への充電手段を持たないハイブリッド車や、内燃機関を備えない電気自動車に搭載されるものであってもよい。

・上記第１〜第４の実施形態において、内部抵抗異常の判断対象となる対象電池としては、組電池１０を構成する電池セルＣｉｊに限らない。例えば、隣接するいくつかからなる電池セルであるブロックであってもよい。更に、組電池１０を構成する電池セル又は隣接する複数の電池セルに限らず、例えば単一の電池であってもよい。

第１の実施形態にかかるシステム構成図。 同実施形態にかかる監視ユニットの内部構成の一部を示す回路図。 同実施形態にかかる内部抵抗異常の判断原理を説明するための図。 同実施形態にかかる電池の起電圧とＳＯＣとの関係を示す図。 同実施形態にかかる内部抵抗異常の有無の判断処理の手順を示す流れ図。 同実施形態にかかる内部抵抗異常の有無の判断処理の手順を示す流れ図。 第２の実施形態にかかる内部抵抗異常の判断原理を説明するための図。 同実施形態にかかる内部抵抗異常の有無の判断処理の手順を示す流れ図。 第３の実施形態にかかる監視ユニットの内部構成の一部を示す回路図。 第４の実施形態にかかる監視ユニットの内部構成の一部を示す回路図。 同実施形態にかかる均等化放電回路の異常の有無の判断処理の手順を示す流れ図。

符号の説明

１０…組電池、１８…電池ＥＣＵ，Ｃｉｊ…電池セル、Ｕｉ…監視ユニット。

Claims (8)

1. 異常の有無の判断対象となる対象電池の内部抵抗に関する情報を記憶する記憶手段と、
   前記対象電池を流れる電流及び対応する電圧の組についての検出値を取得する取得手段と、
   前記取得手段によって取得された検出値の組を入力とし、前記電流及び電圧の少なくとも一方が所定量相違する状態への移行前における前記検出値の組と前記記憶された情報とに基づく前記移行の予測と、該移行の実際とのずれ量が所定以上であると判断されることを条件に、前記対象電池の異常の有無を判断する異常判断手段とを備えることを特徴とする電池の異常判断装置。
2. 前記異常判断手段は、前記取得手段によって取得される検出値の組と前記記憶された情報とに基づき、前記対象電池の起電圧を推定する手段を備え、前記推定される起電圧を加味して前記ずれ量が所定以上であるか否かを判断することを特徴とする請求項１記載の電池の異常判断装置。
3. 前記異常判断手段は、前記対象電池の内部抵抗が増大側に変化することに起因した前記ずれ量が所定以上であるか否かを判断するものであることを特徴とする請求項１又は２記載の電池の異常判断装置。
4. 前記異常判断手段は、前記移行前において取得される検出値の組と前記記憶された情報とに基づき、前記少なくとも一方が所定量相違する場合についての他方の値の閾値を設定する手段を備え、該閾値と前記移行後において取得される前記他方の検出値との比較に基づき前記移行の予測と実際とのずれ量が所定以上であるか否かを判断することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電池の異常判断装置。
5. 前記異常判断手段は、前記移行の予測と実際とのずれ量を、前記対象電池の電圧の検出値が所定値に変化するまでの所要時間に基づき把握することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電池の異常判断装置。
6. 前記対象電池は、電池セルの直列接続体としての組電池を構成する１個又は隣接する複数個の電池セルからなる単位電池であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電池の異常判断装置。
7. 前記組電池を構成する複数の単位電池の電圧同士のばらつきを低減するための均等化手段を備え、
   前記異常判断手段によって異常がないと判断されているにもかかわらず、均等化手段を用いたばらつきの低減処理の後にも前記ばらつきが所定以上である場合、前記均等化手段の異常である旨判断する手段を更に備えることを特徴とする請求項６記載の電池の異常判断装置。
8. 前記取得手段は、前記対象電池の電圧と複数の閾値のうちの少なくとも１つとの大小比較結果を前記電圧の検出値として取得するものであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の電池の異常判断装置。

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