JP3855497B2

JP3855497B2 - Charged / discharged state determination method and apparatus for assembled battery

Info

Publication number: JP3855497B2
Application number: JP30126598A
Authority: JP
Inventors: 博志田村; 哲也永田; 秀治吉田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1998-10-22
Filing date: 1998-10-22
Publication date: 2006-12-13
Anticipated expiration: 2018-10-22
Also published as: JP2000134805A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、充放電可能な二次電池を単位セルとして、該単位セルを複数個直列接続してなる組電池の充放電状態を判定する組電池の充放電状態判定方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、充放電可能な二次電池を搭載し、この電池の電力で作動するモータの駆動力により走行する電気自動車が知られている。そして、電気自動車では、排気ガスを排出しない優れた特徴を持っているが、実用的な走行を可能とするには、非常に大容量の電池を搭載する必要があり、電池搭載用に大きな容積を必要とするだけでなく、車両の重量を増大させるため、走行性能がガソリン車に比べて大きく劣るという問題があった。
【０００３】
これに対して、エンジンとモータとをいずれも搭載し、エンジン効率のよい定速走行時等はエンジンの駆動力で走行（以下、エンジン走行という）し、エンジンの効率が低く、二酸化炭素や窒素酸化物の排出量が多くなる発進時やフル加速時には、モータの駆動力で走行（以下、モータ走行という）するハイブリッド電気自動車（以下、ハイブリッド車という）が知られている。このハイブリッド車では、エンジン効率のよい走行状態の時にのみエンジン走行を行うため低公害であるだけでなく、エンジン走行時に電池を充電できるため、電気自動車に比べて小容量の電池を使用することができ、従って、モータ駆動系を小型，軽量化することができる。
【０００４】
しかし、ハイブリッド車では、エンジンのみを搭載する車（以下、エンジン車という）の装備に加えてモータ駆動系を搭載するため、エンジン車に比べて車重が増大することから、エンジン車なみの走行性能を確保するには、モータ駆動系をできるだけ小型軽量にすること、特に電池の小型軽量化が望まれている。
【０００５】
ところで、ハイブリッド車搭載用電池として使用可能な二次電池として、従来より、鉛電池やニッカド，ニッケル水素電池等が知られており、これら電池は、その単体（セル）を多数直列接続してなる組電池として使用される。そして、セルの出力電圧は、鉛電池で約２Ｖ，ニッケル水素電池で１．２Ｖ（ニッカド電池もほぼ同じ）であり、例えば、３００Ｖの電圧を得るには、鉛電池では１５０，ニッケル水素電池では２５０ものセルを直列接続する必要がある。つまり、組電池を構成するセル数を減らすことが小型軽量化に結び付くため、出力電圧の高い二次電池が望まれていた。
【０００６】
このような要求に応える新しい二次電池として、高い重量エネルギ密度（同容量の鉛電池の約４倍，ニッケル水素電池の約２倍）、及び高い出力電圧（３．６Ｖ）を有するリチウムイオン系二次電池（以下、リチウム電池という）が期待されている。このリチウム電池では、出力電圧３００Ｖの組電池ならば８０セルで構成でき、即ち、組電池を構成するセル数を、ニッケル水素電池に対しては１／３以下に、鉛電池に対しては約半数に削減できるのである。
【０００７】
しかし、リチウム電池は、過充電や過放電に弱く、定められた電圧の範囲内で使用しなければ、材料の分解による著しい容量の低下や異常発熱を引き起こして電池として使用できなくなるおそれがある。このため、鉛電池やニッケル水素電池等を単位セルとする従来の組電池では、組電池の両端電圧を監視し、例えば、使用電圧範囲が１．８〜２．４Ｖの鉛電池からなるセルを１５０直列した組電池では、その両端電圧が１．８〜２．４×１５０＝２７０〜３６０Ｖの範囲に収まるように充放電制御することが一般的であったが、リチウム電池は、このように組電池の両端電圧のみで制御することができなかった。
【０００８】
即ち、組電池を構成する各セルでは、性能の個体差や周囲温度および漏れ電流の違い等によって充電可能容量がばらつき、組電池の充放電時に各セルを流れる電流がどのセルも等しいにも関わらず、各セルの残存容量（ＳＯＣ）、ひいては各セルの両端電圧がばらつく。従って、従来のように組電池の両端電圧のみを監視して、組電池の上限電圧まで充電すると、平均値より高い両端電圧を有するセルは過充電となり、逆に、組電池の下限電圧まで放電すると、平均値より低い両端電圧を有するセルは過放電となる。そして、鉛電池，ニッケル水素電池等は、過充電や過放電になっても電池の性能が多少劣化するだけであるため、このような制御でも問題なかったが、リチウム電池は、過充電や過放電によって使用不能に陥るため、このような制御を行うことができないのである。
【０００９】
そこで、リチウム電池を単位セルとした組電池では、例えば、充電中は、最も高電圧となっているセルを検出し、そのセルが上限電圧に達すると充電を終了し、一方、放電中は、最も低電圧となっているセルを検出し、そのセルが下限電圧に達すると放電を終了するように制御することにより、全てのセルを動作可能な電圧範囲で充放電する方法（例えば実開平２−１３６４４５号公報）が知られている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この方法を実現するには、多数接続された全てのセルについて、それぞれセルの両端電圧を検出するための電圧検出器を用意しなければならないため、部品点数が増加し、装置が大型化してしまうだけでなく、各セルと電圧検出器との間の配線も膨大なものとなり、広い配線スペースが必要になると共に、重量の増大も無視できなかった。更に、電圧検出器から入力される多数の信号を処理するために多くのマルチプレクサや処理速度の速いマイクロプロセッサなども用意しなければならないため、装置が高価なものとなってしまうという問題もあった。
【００１１】
本発明は、上記問題点を解決するために、個々のセル（単位セル）に電圧検出器を設けることなく簡易な構成にて過充電や過放電といった個々のセルの充放電状態を判定可能な組電池の充放電状態判定方法及び装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためになされた発明である請求項１記載の組電池の充放電判定方法では、組電池を構成するセルグループのうち充放電状態の判定対象となる判定対象セルグループの両端電圧を検出し、その検出結果に基づいて判定対象セルグループの開回路電圧を反映した判定値を設定し、更に、判定対象セルグループを構成する単位セル間に残存容量のばらつきがない時の判定対象セルグループの残存容量に対する開回路電圧の特性を基準特性として、判定値が、基準特性に基づいて設定された基準値に対して、予め設定された許容範囲を越えてばらついている場合に、判定対象セルグループを構成する単位セルの少なくともいずれか一つが過充電状態又は過放電状態にあると判定している。
【００１３】
なお、本発明では、図５（ａ）に示すように、残存容量に対する開回路電圧の特性（以下、開回路電圧特性という）が、使用可能範囲に比べて使用不能範囲で大きく変化する二次電池を単位セルとして用いている。そして、セルグループを構成する単位セルの数をＮ個とすると、これら単位セルがいずれも同じ特性を有し、且つ単位セル間で残存容量のばらつきがない場合、このセルグループの開回路電圧特性は、図５（ｂ）に示すように、単位セルの開回路電圧特性の開回路電圧をＮ倍した相似形の特性（この特性を基準特性という）となる。
【００１４】
しかし、セルグループを構成する単位セル間に残存容量のばらつきが生じると、セルグループの残存容量に対する各単位セルの開回路電圧の特性は、図６（ａ）に示すように、セルグループの残存容量を表す横軸に沿って互いにずれたものとなる。このように単位セル間に残存容量のばらつきがある場合、セルグループの開回路電圧特性は、図６（ｂ）に示すように、基準特性とは一致せず、セルグループの使用可能範囲内（残存容量０〜１００％）であっても、いずれかの単位セルが過充電或は過放電となった時点で特性が大きく変化し、基準特性とは大きく異なったものとなる。
【００１５】
従って、判定対象セルグループの開回路電圧を反映した判定値と、基準特性に基づいて設定された基準値とに基づいて、判定対象セルグループを構成する単位セルが過充電状態或は過放電状態にあるか否かを判定できるのである。このように、本発明の組電池の充放電状態判定方法によれば、複数の単位セルからなるセルグループの両端電圧を検出するだけで、セルグループを構成する単位セルが過充電状態或は過放電状態にあるか否かを判定でき、全ての単位セルの両端電圧を検出する必要がないため、このような判定を行うための構成を簡略化することができる。
【００１６】
なお、本発明の判定方法により、過放電状態或は過充電状態にあると判定された場合に、組電池の充放電を制限するように制御すれば、組電池を構成する各単位セルの故障を未然に防ぐことができ組電池の信頼性を向上させることができる。
【００１７】
【００１８】
【００１９】
【００２０】
【００２１】
また、請求項１記載の組電池の充放電判定方法では、判定対象セルグループの両端電圧の検出結果から求めた該判定対象セルグループの実開回路電圧を判定値として設定し、更に、組電池を流れる主電流を検出し、この検出値の積算値から判定対象セルグループの残存容量を求め、その残存容量から基準特性により推定される推定開回路電圧を基準値として用いている。
【００２２】
つまり、セルグループを構成する単位セル間で残存容量がばらつくと、そのセルグループの開回路電圧特性は、基準特性とは異なったものとなり、特に、いずれかの単位セルが過充放電状態となって、開回路電圧が大きく変化した時に、基準特性から大きくはずれることになるため、これを充放電状態の判定に用いているのである。
【００２３】
【００２４】
【００２５】
【００２６】
次に、請求項２記載の組電池の充放電状態判定装置は、電圧検出手段が、セルグループのうち充放電状態の判定対象となる判定対象セルグループの両端電圧を検出し、判定値設定手段が、電圧検出手段での検出結果に基づいて、判定対象セルグループの開回路電圧を反映した判定値を設定し、更に、判定手段が、判定対象セルグループを構成する単位セル間に残存容量のばらつきがない時の判定対象セルグループの残存容量に対する開回路電圧の特性を基準特性として、判定値設定手段にて設定された判定値が、基準特性に基づいて設定された基準値に対して、予め設定された許容範囲を越えてばらついている場合に、判定対象セルグループを構成する単位セルの少なくともいずれか一つが過充電状態又は過放電状態にあると判定している。
【００２７】
【００２８】
そして、判定値設定手段では、実開回路電圧算出手段が、電圧検出手段での検出結果に基づいて判定対象セルグループの実開回路電圧を求めて、この求められた実開回路電圧を判定値として設定し、判定手段では、残存容量検出手段が、組電池を流れる主電流を検出して、該検出値の積算値から判定対象セルグループの残存容量を求め、基準値設定手段が、残存容量検出手段にて検出された残存容量から、基準特性に基づいて推定される推定開回路電圧を基準値として設定している。
【００２９】
即ち、本発明の組電池の充放電状態判定装置は、請求項１記載の方法を実現するものであり、上述した請求項１記載の方法によるものと同様の効果を得ることができる。
【００３０】
なお、請求項２記載の組電池の充放電状態判定装置においては、実開回路電圧算出手段を、請求項３記載のように、電圧検出手段にて検出される前記判定対象セルグループの両端電圧に、該判定対象セルグループの内部インピーダンスにより前記主電流の方向及び大きさに応じて生じる電圧変動分を加えることにより、前記実開回路電圧を算出するように構成することができる。
【００３１】
【００３２】
また、組電池は、請求項４記載のように、リチウムイオンの吸蔵放出が可能な物質にて電極が構成されたリチウム系二次電池を単位セルとすることが望ましく、特に、請求項５記載のように、正極側電極にリチウムマンガン酸化物を活物質として使用しているリチウム系二次電池や、請求項６記載のように、負極側電極にグラファイトを使用しているリチウム系二次電池を用いれば、開回路電圧特性が、使用可能範囲と使用不能範囲とで開回路電圧の傾きが大きく異なったものとなるため好適である。
【００３３】
更に、上述のように本発明の組電池の充放電状態判定装置は、小型軽量に構成可能なため、特に、請求項７記載のように、電気自動車或いはハイブリッド電気自動車の電源装置に組み込まれた組電池の充放電状態を判定するものとして好適に適用することができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の参考例及び実施例を図面と共に説明する。
［参考例］
図１は、本参考例の組電池システムの全体構成を表す回路図であり、図２は、本参考例の組電池システムを搭載するハイブリッド自動車の駆動系を表すブロック図である。
【００３５】
図２に示すように、ハイブリッド自動車は、エンジンＥと、モータ及び発電機を兼ねる電動機Ｍとを備えており、これらエンジンＥ及び電動機Ｍにて発生した駆動力が、これら駆動力の統合，分配を行う動力統合分配装置Ｄを介して駆動輪Ｗに伝達されるように構成されている。また、電動機Ｍには充放電可能な組電池システム２が、インバータＶを介して接続されており、更に車両の走行状態や組電池システム２での充電状態等に応じて、エンジンＥや電動機Ｍの始動，停止、動力統合分配装置Ｄでの駆動力の配分、インバータＶの動作方向等を制御するハイブリッド車コントローラ（以下、ＨＥＶコントローラという）Ｃを備えている。
【００３６】
このように構成されたハイブリッド自動車では、エンジンＥの運転効率のよい定速走行時等には、ＨＥＶコントローラＣにより、エンジンＥからの駆動力が駆動輪Ｗに伝達されるよう動力統合分配装置Ｄが設定され、エンジンＥの駆動力による走行が行われる。この時、組電池システム２の充電量が不十分であれば、ＨＥＶコントローラＣにより、エンジンＥからの駆動力が電動機Ｍへも伝達されるよう動力統合分配装置Ｄが設定されると共に、電動機Ｍが発電機として動作するように設定され、電動機Ｍにて発電された電力がインバータＶを介して組電池システム２に供給され、その充電のために使用される。
【００３７】
一方、エンジンＥの運転効率の悪い始動時やフル加速時等には、ＨＥＶコントローラＣにより、電動機Ｍが、組電池システム２から電力供給を受けて動作するモータとして動作するように設定されると共に、電動機Ｍからの駆動力、又は電動機Ｍ及びエンジンＥからの駆動力を統合した駆動力が駆動輪Ｗに伝達されるように動力統合分配装置Ｄが設定され、電動機Ｍの駆動力を用いた走行が行われる。
【００３８】
次に、本参考例の組電池システム２は、図１に示すように、充放電自在な二次電池を単位セルＣij（ｉ＝１〜ｍ，ｊ＝１〜ｎ）として、これを多数直列接続してなる組電池１０を備えている。この組電池１０は、それぞれ隣接するｎ個のセルＣi1〜Ｃinからなるセルグループを一単位としたｍ個のモジュールＭ１〜Ｍｍにより構成されている。
【００３９】
なお、セルＣijは、正極にリチウムマンガン酸化物、負極にグラファイトを用いたリチウムイオン系の二次電池であり、その残存容量に対する開回路電圧の特性（単に、開回路電圧特性という）は、図５（ａ）に示すようなものとなり、上限電圧を４．２Ｖ、下限電圧を３．０Ｖとして、この間を使用可能範囲としてセル残存容量０〜１００％が定められている。つまり、残存容量１００％以上が過充電領域であり、残存容量０％以下が過放電領域である。そして、使用可能範囲の上限及び下限付近では、開回路電圧の変化が急峻であり、使用可能範囲の特性の平坦な部分での電圧変化率が２〜５ｍＶ／％であるのに対し、使用可能範囲の上限及び下限付近での電圧変化率は５０〜２００ｍＶ／％にも達する。
【００４０】
また、モジュールの開回路電圧特性は、モジュールを構成するセル間に残存容量のばらつきがない場合には、図５（ｂ）に示すように、セルの開回路電圧特性をｎ倍（図ではｎ＝４の場合を示す）したものとなる。この特性をモジュールの基本特性とよぶ。従って、モジュールでは、３．０×ｎ〜４．２×ｎの電圧範囲が使用可能範囲、即ちモジュール残存容量０〜１００％に相当する。
【００４１】
また、組電池システム２は、各モジュールＭ１〜Ｍｍの両端電圧をそれぞれ検出する電圧検出器ＯＰ１〜ＯＰｍ，及び電圧検出器ＯＰ１〜ＯＰｍからの検出信号のうちいずれか一つを制御信号ＳＥＬに従って選択するマルチプレクサ（ＭＰＸ）１４からなる電圧検出部１２と、組電池１０に直列接続された抵抗Ｒｓ，及び抵抗Ｒｓの両端電圧を検出することにより組電池１０の充放電電流（主電流）Ｉｓを検出するための電圧検出器ＯＰｓからなる主電流検出部１６と、電圧検出部１２及び主電流検出部１６の出力をそれぞれデジタル値に変換するＡＤ変換器１８，２０と、制御信号ＳＥＬの出力、ＡＤ変換器１８，２０からの検出信号の入力を行うことにより後述する充放電状態判定処理等を実行し、ＨＥＶコントローラＣへの指令を出力するマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）２２と、ＭＰＵ２２が実行する処理のプログラムや、その処理に必要なデータ等を記憶するメモリ２４とを備えている。
【００４２】
このように構成された組電池システム２では、電動機Ｍをモータとして使用する場合に、組電池１０の両端に接続された電源ラインＬを介して、組電池１０に蓄積された電力が電動機Ｍに供給され、また、電動機Ｍを発電機として使用する場合に、電源ラインＬを介して電動機Ｍから供給される電力が組電池１０に充電される。
【００４３】
以下、ＭＰＵ２４にて実行される充放電状態判定処理を、図３に示すフローチャートに沿って詳しく説明する。なお、本処理は、一定周期にて繰り返し起動されるものとする。
図３に示すように、本処理が起動されると、まずＳ１１０では、制御信号ＳＥＬの設定を順次切り替えながら、電圧検出部１２からの出力をＡＤ変換器１８を介して順次読み込むことにより、各モジュールＭ１〜Ｍｍの両端電圧（モジュール電圧ともいう）ＶＭ１〜ＶＭｍを検出すると共に、主電流検出部１６からの出力をＡＤ変換器２０を介して読み込むことにより組電池１０に流れる主電流Ｉｓを検出する。
【００４４】
続くＳ１２０では、Ｓ１１０にて検出されたモジュール電圧ＶＭ１〜ＶＭｍ及び主電流Ｉｓに基づき、（１）式を用いて、各モジュールＭ１〜Ｍｍの開回路電圧ＶＯ１〜ＶＯｍを求める。
ＶＯｉ＝ＶＭｉ＋ＺＭ×Ｉｓ（ｉ＝１〜ｍ）（１）
但し、主電流Ｉｓの符号は、放電時にプラス，充電時にマイナスとなるように設定されている。またＺＭは、各モジュールＭ１〜Ｍｍの内部インピーダンスであり、具体的には、モジュールＭｉを構成する各セルＣi1〜Ｃinの内部インピーダンスと各セルＣi1〜Ｃin間を接続する配線の抵抗とをすべて加算したものであり、どのモジュールＭ１〜Ｍｍも同じ大きさであるとする。
【００４５】
続くＳ１３０では、Ｓ１１０にて検出された主電流Ｉｓを積算することにより、各モジュールＭ１〜Ｍｍのあるべき残存容量ＳＭを求める。
なお、各モジュールＭ１〜Ｍｍはいずれも同様に構成されており、且つ同じ主電流Ｉｓが流れるので、どのモジュールＭ１〜Ｍｍもモジュール残存容量ＳＭは等しくなる。また、ここでは、主電流Ｉｓに基づいて残存容量を算出しているが、算出精度を向上させるために、他の公知の方法を併用してモジュール残存容量ＳＭを求めてもよい。
【００４６】
続くＳ１４０では、本処理の前回の起動時にＳ１２０，Ｓ１３０にて算出されたモジュール開回路電圧をＰＶＯ１〜ＰＶＯｍ、モジュール残存容量をＰＳＭとして、（２）式を用いてモジュール開回路電圧の変化率ｄＶＯ１〜ｄＶＯｍを求める。
【００４７】
ｄＶＯｉ＝（ＶＯｉ−ＰＶＯｉ）／（ＳＭ−ＰＳＭ）（２）
そして、Ｓ１５０では、Ｓ１４０にて求められた変化率ｄＶＯ１〜ｄＶＯｍが、いずれも許容変化率の上限である第１閾値ＴＨ１より小さいか否かを判断し、否定判定された場合、即ち、ｄＶＯｋ≧ＴＨ１となるモジュールＭｋ（対象モジュールとよぶ）が一つでも存在する場合には、Ｓ１６０に移行する。
【００４８】
Ｓ１６０では、Ｓ１１０にて検出された主電流Ｉｓが０より大きい（即ち、放電電流）か否かを判断し、肯定判定された場合にはＳ１７０に移行して、対象モジュールＭｋを構成するセルＣk1〜Ｃknの少なくとも一つが過放電状態にあるものとして、ＨＥＶコントローラＣに放電制限指令を出力後、Ｓ１９０に進む。一方、Ｓ１６０にて否定判定された場合にはＳ１８０に移行して、対象モジュールＭｋを構成するセルＣk1〜Ｃknの少なくとも一つが過充電状態にあるものとして、ＨＥＶコントローラＣに充電制限指令を出力後、Ｓ１９０に進む。
【００４９】
なお、ＨＥＶコントローラＣでは、放電制限指令が入力されると、駆動輪ＷにはエンジンＥからの駆動力のみが伝達されるように動力統合分配装置Ｄを制御し、一方、充電制限指令が入力されると、エンジンＥ或は駆動輪Ｗからの駆動力が電動機Ｍに伝達されないように動力統合分配装置Ｄを制御する。
【００５０】
そして、Ｓ１９０では、Ｓ１３０にて求めたモジュール残存容量ＳＭが使用可能範囲内（残存容量０〜１００％）であるか否かを判断し、肯定判定された場合にはＳ２００に移行し、対象モジュールＭｋを構成するセルＣk1〜Ｃknの残存容量がばらついたことによる使用可能範囲内での異常な過充放電状態であるとして、ＨＥＶコントローラＣや異常処理を行うための図示しない電子制御装置等にばらつき拡大警報を出力後、本処理を終了し、一方、Ｓ１９０にて否定判定された場合には、対象モジュールＭｋは、使用可能範囲外での正常な過充放電状態であるとして、そのまま本処理を終了する。
【００５１】
なお、ばらつき拡大警報が入力されたＨＥＶコントローラＣや電子制御装置では、組電池１０の使用を禁止したり、セルＣk1〜Ｃknの残存容量がばらついたモジュールＭｋに、そのばらつきを解消する装置を接続する等の処理を行う。この残存容量のばらつきを解消する装置として、具体的には、例えば、特開平８−５５６４３号に開示されている調整装置等を用いることができる。
【００５２】
次に、先のＳ１５０にて肯定判定された場合、即ち、全てのモジュールＭ１〜Ｍｍで、変化率ｄＶＯ１〜ｄＶＯｍが第１閾値ＴＨ１より小さい場合には、Ｓ２１０に移行して、今度は、Ｓ１４０にて求められた変化率ｄＶＯ１〜ｄＶＯｍが、第２閾値ＴＨ２（＜ＴＨ１）より小さいか否かを判断する。そして、Ｓ２１０にて否定判定された場合、即ち、ｄＶＯｋ≧ＴＨ２となるモジュールＭｋが一つでも存在する場合には、そのまま本処理を終了する。
【００５３】
一方、Ｓ２１０にて肯定判定された場合、即ち、全てのモジュールＭ１〜Ｍｍで、変化率ｄＶＯ１〜ｄＶＯｍが第２閾値ＴＨ２より小さい場合には、Ｓ２２０に移行して、ＨＥＶコントローラＣに制限解除指令を出力後、本処理を終了する。
【００５４】
なお、ＨＥＶコントローラＣでは、制限解除指令が入力されると、放電制限指令或は充電制限指令に基づいて行われていた制御の制限を解除する。
ここで、ｎ＝４とした場合を考えると、モジュールＭｋを構成する各セルＣk1〜Ｃk4の残存容量が、±１５％の範囲でばらついたとすると、モジュール残存容量に対する各セルの開回路電圧は、図６（ａ）に示すようなものとなり、即ち、最も残存容量の少ないセルＣk1は、モジュール残存容量が１５％以下の時に過放電状態となり、最も残存容量の多いセルＣk4は、モジュール残存容量が８５％以上の時に過充電状態となる。
【００５５】
そして、これら各セルＣk1〜Ｃk4の特性を合成してなるモジュールＭｋの開回路電圧特性は、図６（ｂ）に示すようなものとなり、基準特性とは異なったものとなる。このモジュールＭｋの開回路電圧特性から開回路電圧の変化率を測定してみると、どのセルＣk1〜Ｃk4も過放電或は過充電状態とならない範囲（モジュール残存容量１５％〜８５％）では、１０〜２０ｍＶ／％であるのに対して、モジュール残存容量８５％付近では１４０ｍＶ／％，モジュール残存容量１５％付近では、２４０ｍＶ／％となる。
【００５６】
従って、この場合、過充放電状態を判定するための第１閾値ＴＨ１を、１００ｍＶ／％程度に設定すれば、モジュールＭｋを構成するセルの過充放電状態を確実に判定することができる。
以上説明したように、本参考例の組電池システム２おいては、モジュールＭ１〜Ｍｍ毎にモジュール電圧ＶＭ１〜ＶＭｍを検出し、その検出値に基づいて算出されるモジュール開回路電圧の変化率から、そのモジュールＭｉを構成するセルＣi1〜Ｃinの過充放電状態を判定している。
【００５７】
従って、本参考例の組電池システム２によれば、セル毎に両端電圧を検出する従来装置（方法）に比べて、電圧検出器ＯＰｉの数を１／ｎに削減することができ、これに伴って組電池１０と電圧検出部１２とを接続する配線も大幅に削減できるため、装置を小型軽量に構成できると共に、装置を搭載するためのスペースも大幅に削減することができる。これに加えて、ＭＰＵ２２が扱う信号数が大幅に削減し、ＭＰＵ２２での処理量も大幅に減少するため、ＭＰＵ２２として比較的低速で安価なものを用いることができ、装置の作製コストも低減できる。
【００５８】
なお、モジュールＭｉを構成するセルＣi1〜Ｃinの数ｎが大きいほど、装置の小型軽量化及び作製コストの低減を効果的に図ることができるが、その一方で、モジュールの開回路電圧特性に表れる急激な電圧変化が緩和（１／ｎ程度）され、その検出が困難になり誤判定をする確率が高くなるというトレードオフの関係があるため、モジュールを構成するセル数ｎは、適用するシステムが要求する検出精度、及びセルの持つ開回路電圧特性等を考慮して適宜最適なものを設定する必要がある。
【００５９】
また、本参考例の組電池システム２によれば、セルの過充放電状態を検出した場合に、モジュール残存容量ＳＭが使用範囲内にあるか否かを判断することにより、セル間の残存容量のばらつきとは関係のない正常な過充放電状態か、セル間の残存容量がばらついたことによる異常な過充放電状態であるかを識別するようにされているので、この識別結果に応じた的確な制御を行うことができる。
【００６０】
更に、本参考例の組電池システム２によれば、制限指令を解除するための第２閾値ＴＨ２を、過充放電状態を判定するための第１閾値ＴＨ１より小さく設定してヒステリシスを持たせているので、制限指令や制限解除指令が頻繁に出力されることを防止でき、その結果、ＨＥＶコントローラＣに安定した制御を行わせることができる。
［実施例］
次に本発明が適用された実施例について説明する。
【００６１】
本実施例では、参考例の組電池システム２とは、ＭＰＵ２２が実行する充放電状態判定処理の内容が一部異なるだけであるため、この相違する部分を中心に説明する。即ち、本実施例では、充放電状態判定処理が起動されると、図４に示すように、まずＳ３１０〜Ｓ３３０は、先のＳ１１０〜Ｓ１３０と全く同様に、モジュール電圧ＶＭ１〜ＶＭｍ及び主電流Ｉｓを検出し（Ｓ３１０）、その検出結果に基づいてモジュール開回路電圧ＶＯ１〜ＶＯｍ、及びモジュール残存容量ＳＭを求める（Ｓ３２０，Ｓ３３０）。
【００６２】
続くＳ３４０では、Ｓ３３０にて求められたモジュール残存容量ＳＭによってモジュールの基準特性から基準モジュール開回路電圧を求め、これを基準値ＶＯref として設定する。なお、基準モジュール開回路電圧の算出は、例えば、モジュールの残存容量ＳＭと開回路電圧ＶＯとの関係を予め測定した結果（図５（ｂ）参照）をテーブルとしてメモリ２４に記憶しておき、このテーブルを検索することにより求めればよい。
【００６３】
続くＳ３５０では、Ｓ３２０にて求められた各モジュール開回路電圧ＶＯ１〜ＶＯｍと、Ｓ３４０にて設定された基準値ＶＯref との偏差△ＶＯ１〜△ＶＯｍを、（３）式により算出する。
△ＶＯｉ＝ＶＯｉ−ＶＯref （３）
そして、Ｓ３６０では、Ｓ３５０にて求められた偏差△ＶＯ１〜△ＶＯｍが、いずれも許容偏差の上限値である上限閾値Ｕth１より小さいか否かを判断し、否定判定された場合、即ち△ＶＯｋ≧Ｕth１となるモジュールＭｋが一つでも存在する場合には、Ｓ３７０に移行して、先のＳ１８０と同様にＨＥＶコントローラＣに充電制限指令を出力後、Ｓ４００に移行する。
【００６４】
一方、Ｓ３６０にて肯定判定された場合、即ち、全てのモジュールＭ１〜Ｍｍにて、偏差△ＶＯ１〜ＶＯｍが上限閾値Ｕth１より小さい場合には、Ｓ３８０に移行し、今度は、Ｓ３５０にて求められた偏差△ＶＯ１〜△ＶＯｍが、いずれも許容偏差の下限値である下限閾値Ｌth１より大きいか否かを判断する。
【００６５】
そして、Ｓ３８０にて否定判定された場合、即ち△ＶＯｋ≦Ｌth１となるモジュールＭｋが一つでも存在する場合には、Ｓ３９０に移行し、先のＳ１７０と同様に、ＨＥＶコントローラＣに放電制限指令を出力してＳ４００に進む。
Ｓ４００，Ｓ４１０では、先のＳ１９０，Ｓ２００と同様に、モジュール残存容量ＳＭが、モジュール使用可能範囲内でなければ、ばらつき拡大警報を出力して本処理を終了する。
【００６６】
次に、先のＳ３８０にて肯定判定された場合、即ち、全てのモジュールＭ１〜Ｍｍにて、偏差△ＶＯ１〜ＶＯｍが下限閾値Ｌth１より大きい場合（結局、Ｌth１＜△ＶＯ１〜△ＶＯｍ＜Ｕth１）には、Ｓ４２０に移行し、今度は、Ｓ３５０にて求められた全ての偏差△ＶＯ１〜△ＶＯｍが、制限解除許容範囲の下限値Ｌth２（＞Ｌth１）より大きく、且つ同じ制限解除許容範囲の上限値Ｕth２（＜Ｕth１）より小さいか否かを判断する。
【００６７】
そして、このＳ４２０にて肯定判定された場合（Ｌth２＜△ＶＯ１〜△ＶＯｍ＜Ｕth２）には、Ｓ４３０に移行して、先のＳ２２０と同様に、ＨＥＶコントローラＣに制限解除指令を出力して本処理を終了し、一方、否定判定された場合、即ち、△ＶＯｋ≦Ｌth２または△ＶＯｋ≧Ｕth２となるモジュール△ＶＯｋが存在する場合には、そのまま本処理を終了する。
【００６８】
ここで、図７（ａ）は、図６の場合と同様に、ｎ＝４としてモジュールＭｋを構成する各セルＣk1〜Ｃk4の残存容量が、±１５％の範囲でばらついたときのモジュール残存容量に対する各セルの開回路電圧（実線）及びモジュールの基準特性（点線）を表すものであり、図７（ｂ）は、基準特性に対する±１５％ばらつき時の開回路電圧特性の偏差を表したものである。
【００６９】
なお、先に説明したように、最も残存容量の少ないセルＣk1は、モジュール残存容量が１５％以下の時に過放電状態となり、最も残存容量の多いセルＣk4は、モジュール残存容量が８５％以上の時に過充電状態となるため、この場合、下限閾値をＬth１＝−１．０Ｖ，上限閾値をＵth１＝０．１Ｖに設定すれば、モジュールＭｋを構成するセルＣk1〜Ｃk4の過充放電状態を確実に判定することができる。
【００７０】
以上説明したように、本実施例によれば、主電流Ｉｓの積算値から求められるモジュールの残存容量と、予め設定されたモジュールの基準特性から、モジュール残存容量に対応したあるべき開回路電圧を基準値ＶＯ ref として求め、これを実際の開回路電圧ＶＯｉと比較することにより、モジュールＭｉを構成する各セルＣi1〜Ｃinの過充放電状態を判定しており、モジュールＭｉ単位で検出，判定を行っているので、第１実施例と全く同様の効果を得ることができる。
【００７１】
なお、本実施例では、モジュール電圧ＶＭ１〜ＶＭｍから開回路電圧ＶＯ１〜ＶＯｍを求めると共に、主電流Ｉｓの積算値からモジュール残存容量ＳＭを求め、このモジュール残存容量ＳＭから基準特性に基づいて求められる開回路電圧の基準値ＶＯ ref を開回路電圧ＶＯ１〜ＶＯｍと比較することにより、モジュールを構成するセルの過充放電状態を判定しているが、主電流Ｉｓによるモジュール残存容量ＳＭと、モジュール電圧ＶＭ１〜ＶＭｍ（即ち開回路電圧ＶＯ１〜ＶＯｍ）から推定される残存容量とを比較することにより判定を行ってもよいし、また、主電流Ｉｓによるモジュール残存容量ＳＭから基準となるモジュール電圧を求め、これと検出したモジュール電圧ＶＭ１〜ＶＭｍとを比較することにより判定を行ってもよい。
【００７２】
また、本実施例において、電圧検出部１２，ＡＤ変換器１８及びＳ１１０が電圧検出手段に相当し、Ｓ３２０が判定値設定手段、Ｓ３２０〜Ｓ３６０が判定手段に相当し、特に判定手段では、Ｓ３２０が実開回路電圧検出手段、Ｓ３３０が残存容量検出手段、Ｓ３４０が基準値設定手段に相当する。
【００７３】
【００７４】
【００７５】
【００７６】
【００７７】
【００７８】
【００７９】
【００８０】
【００８１】
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、様々な態様にて実施することが可能である。
例えば、上記実施例では、各モジュール電圧ＶＭ１〜ＶＭｍとして両端電圧の検出値をそのまま用いているが、過去複数回分について両端電圧の検出値を記憶しておき、これらの移動平均をモジュール電圧ＶＭ１〜ＶＭｍとして用いてもよいし、また、前回のモジュール電圧ＰＶＭ１〜ＰＶＭｍと今回の両端電圧の検出値との指数平均をモジュール電圧ＶＭ１〜ＶＭｍとして用いてもよい。
【００８２】
また、上記実施例では、組電池１０を構成するセルＣijとして、リチウムイオン系の二次電池を用いたが、鉛電池やニッケル系電池等、他の二次電池を用いてもよい。特に、リチウムイオン系電池と同様に、残存容量の０％付近及び１００％付近での電圧変化の大きいニッケル水素電池を好適に用いることができる。
【００８３】
更に、上記実施例では、本発明をハイブリッド車に適用した例を説明したが、通常の電気自動車をはじめ、ノートパソコンや携帯用ＶＴＲ等の小型民生用電気機器、電力貯蔵用二次電池設備等に至るまで、多数のセルを直列接続してなる組電池を用いるものであれば、どのようなものに適用してもよい。
【００８４】
また更に、上記実施例では、複数のモジュールＭ１〜Ｍｍからなる組電池１０を用いて説明したが、単一のモジュールＭ１だけからなる組電池に適用してもよい。
また、上記実施例では、モジュール電圧ＶＭ１〜ＶＭｍから開回路電圧ＶＯ１〜ＶＯｍを求める際に、内部インピーダンスＺｍを用いているが、主電流Ｉｓの変動が少ない場合には、内部インピーダンスＺｍの直流抵抗成分のみを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】組電池システムの構成を表すブロック図である。
【図２】組電池システムが適用されたハイブリッド電気自動車の概略構成を表すブロック図である。
【図３】参考例における充放電判定処理の内容を表すフローチャートである。
【図４】実施例における充放電判定処理の内容を表すフローチャートである。
【図５】セルの開回路電圧特性、及びモジュールの基準特性を表すグラフである。
【図６】モジュールを構成するセル間に残存容量のばらつきがある場合のモジュール残存容量に対する各セルの開回路電圧、及びモジュールの開回路電圧特性を表すグラフである。
【図７】モジュールの基準特性とセル間に残存容量のばらつきがある場合のモジュール開回路電圧特性とを対比したグラフ、及び両者間の偏差を表すグラフである。
【符号の説明】
２…組電池システム１０…組電池１２…電圧検出部１４…マルチプレクサ（ＭＰＸ）１６…主電流検出部１８，２０…ＡＤ変換器２２…マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）２４…メモリＣ11〜Ｃmn…セルＭ１〜Ｍｍ…モジュールＯＰ１〜ＯＰｍ，ＯＰｓ…電圧検出器Ｒｓ…抵抗Ｃ…ＨＥＶコントローラＤ…動力統合分配装置Ｅ…エンジンＬ…電源ラインＭ…電動機Ｖ…インバータＷ…駆動輪、[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to an assembled battery charge / discharge state determination method and apparatus for determining a charge / discharge state of an assembled battery formed by connecting a plurality of unit cells in series with a rechargeable secondary battery as a unit cell.
[0002]
[Prior art]
  2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known an electric vehicle that is equipped with a chargeable / dischargeable secondary battery and travels by a driving force of a motor that operates with the power of the battery. An electric vehicle has an excellent feature of not exhausting exhaust gas, but in order to enable practical driving, it is necessary to install a very large capacity battery. In addition to increasing the weight of the vehicle, there is a problem that the running performance is greatly inferior to that of a gasoline vehicle.
[0003]
  On the other hand, both the engine and the motor are installed, and the engine is driven by the driving force of the engine (hereinafter referred to as “engine driving”) at constant speed with high engine efficiency. 2. Description of the Related Art A hybrid electric vehicle (hereinafter referred to as a “hybrid vehicle”) that travels with a driving force of a motor (hereinafter referred to as “motor travel”) is known at the time of start-up or full acceleration when the amount of oxide emission increases. This hybrid vehicle not only has low pollution because it runs only when the engine is running efficiently, but also can charge the battery when the engine is running. Therefore, the motor drive system can be reduced in size and weight.
[0004]
  However, since hybrid vehicles are equipped with a motor drive system in addition to equipment equipped with only an engine (hereinafter referred to as engine vehicles), the vehicle weight increases compared to engine vehicles, so that the vehicle can run like an engine vehicle. In order to ensure the performance, it is desired to make the motor drive system as small and light as possible, in particular, to reduce the size and weight of the battery.
[0005]
  By the way, as a secondary battery that can be used as a battery for mounting on a hybrid vehicle, a lead battery, a nickel cadmium, a nickel metal hydride battery, and the like have been conventionally known. These batteries are formed by connecting a large number of single cells (cells) in series. Used as an assembled battery. The output voltage of the cell is about 2V for lead batteries and 1.2V for nickel metal hydride batteries (the same for nickel cadmium batteries). For example, to obtain a voltage of 300V, 150 for lead batteries and As many as 250 cells need to be connected in series. That is, a reduction in the number of cells constituting the assembled battery leads to a reduction in size and weight, so a secondary battery with a high output voltage has been desired.
[0006]
  As a new secondary battery that meets these requirements, a lithium-ion battery with high weight energy density (about four times that of lead batteries of the same capacity and about twice that of nickel metal hydride batteries) and high output voltage (3.6 V) Secondary batteries (hereinafter referred to as lithium batteries) are expected. In this lithium battery, an assembled battery with an output voltage of 300V can be configured with 80 cells, that is, the number of cells constituting the assembled battery is 1/3 or less for a nickel metal hydride battery and approximately about 3 for a lead battery. It can be cut in half.
[0007]
  However, lithium batteries are vulnerable to overcharge and overdischarge, and unless they are used within a predetermined voltage range, there is a possibility that they may not be used as batteries due to a significant decrease in capacity and abnormal heat generation due to material decomposition. For this reason, in the conventional assembled battery which uses a lead battery, a nickel metal hydride battery, etc. as a unit cell, the voltage of both ends of an assembled battery is monitored, for example, the cell which consists of a lead battery whose working voltage range is 1.8-2.4V. In 150 series assembled batteries, charging / discharging control is generally performed so that the voltage between both ends falls within the range of 1.8 to 2.4 × 150 = 270 to 360 V. It was not possible to control only by the voltage across the assembled battery.
[0008]
  That is, in each cell constituting the assembled battery, the chargeable capacity varies due to individual differences in performance, ambient temperature, leakage current, etc., and the current flowing through each cell during charging / discharging of the assembled battery is the same for all cells. In other words, the remaining capacity (SOC) of each cell, and hence the voltage across each cell, varies. Therefore, if only the voltage at both ends of the assembled battery is monitored and the battery is charged to the upper limit voltage of the assembled battery as in the conventional case, the cell having the voltage at both ends higher than the average value is overcharged. Then, a cell having a voltage at both ends lower than the average value is overdischarged. In addition, lead batteries, nickel metal hydride batteries, and the like have no problem even with such control because the performance of the batteries is only slightly deteriorated even if they are overcharged or overdischarged, but lithium batteries are overcharged or overcharged. Such a control cannot be performed because it becomes unusable due to electric discharge.
[0009]
  Therefore, in a battery pack using a lithium battery as a unit cell, for example, during charging, the cell having the highest voltage is detected, and when the cell reaches the upper limit voltage, charging is terminated, while during discharging, A method for charging / discharging all the cells in an operable voltage range by detecting the cell having the lowest voltage and controlling the discharge to stop when the cell reaches the lower limit voltage (for example, actual open-air 2) -136445).
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
  However, in order to realize this method, it is necessary to prepare a voltage detector for detecting the voltage across each cell for all the connected cells, which increases the number of parts and increases the size of the device. In addition, the wiring between each cell and the voltage detector is enormous, which requires a large wiring space and an increase in weight cannot be ignored. In addition, in order to process a large number of signals input from the voltage detector, it is necessary to prepare many multiplexers, a high-speed microprocessor, and the like, resulting in a problem that the apparatus becomes expensive. .
[0011]
  In order to solve the above problems, the present invention can determine the charge / discharge state of each cell such as overcharge and overdischarge with a simple configuration without providing a voltage detector in each cell (unit cell). It aims at providing the charging / discharging state determination method and apparatus of an assembled battery.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
  In the assembled battery charge / discharge determination method according to claim 1, which is an invention made to achieve the above object, a voltage across a determination target cell group which is a determination target of a charge / discharge state among cell groups constituting the assembled battery. And a determination value that reflects the open circuit voltage of the determination target cell group is set based on the detection result, and the determination target when there is no variation in the remaining capacity among the unit cells constituting the determination target cell group Judgment is made when the open circuit voltage characteristics with respect to the remaining capacity of the cell group are used as reference characteristics, and the judgment value varies beyond the preset allowable range with respect to the reference value set based on the reference characteristics. It is determined that at least one of the unit cells constituting the target cell group is in an overcharge state or an overdischarge state.
[0013]
  In the present invention,FIG.As shown in (a), a secondary battery in which the characteristics of the open circuit voltage with respect to the remaining capacity (hereinafter referred to as open circuit voltage characteristics) vary greatly in the unusable range compared to the usable range is used as the unit cell. . When the number of unit cells constituting the cell group is N, when these unit cells have the same characteristics and there is no variation in remaining capacity among the unit cells, the open circuit voltage characteristics of the cell group IsFIG.As shown in (b), a similar characteristic obtained by multiplying the open circuit voltage of the open circuit voltage characteristic of the unit cell by N (this characteristic is referred to as a reference characteristic) is obtained.
[0014]
  However, when the remaining capacity varies between the unit cells constituting the cell group, the characteristic of the open circuit voltage of each unit cell with respect to the remaining capacity of the cell group is:FIG.As shown to (a), it will mutually shift | deviate along the horizontal axis showing the remaining capacity of a cell group. When there is a variation in remaining capacity between unit cells in this way, the open circuit voltage characteristic of the cell group isFIG.As shown in (b), any unit cell is overcharged or overdischarged even if it is within the usable range of the cell group (remaining capacity 0 to 100%), as it does not match the reference characteristics. At that time, the characteristics change greatly, which is very different from the reference characteristics.
[0015]
  Therefore, based on the determination value reflecting the open circuit voltage of the determination target cell group and the reference value set based on the reference characteristics, the unit cells constituting the determination target cell group are overcharged or overdischarged. It is possible to determine whether or not there is. As described above, according to the method for determining a charge / discharge state of a battery pack according to the present invention, the unit cells constituting the cell group are overcharged or overcharged only by detecting the voltage across the cell group composed of a plurality of unit cells. Since it can be determined whether or not it is in a discharged state, and it is not necessary to detect the voltages across all unit cells, the configuration for making such a determination can be simplified.
[0016]
  If it is determined by the determination method of the present invention that the battery is in an overdischarged state or an overcharged state, if control is performed to limit charging / discharging of the assembled battery, failure of each unit cell constituting the assembled battery Can be prevented, and the reliability of the assembled battery can be improved.
[0017]
[0018]
[0019]
[0020]
[0021]
  Claim 1In the assembled battery charging / discharging determination method described above, the actual open circuit voltage of the determination target cell group obtained from the detection result of the voltage across the determination target cell group is set as a determination value, and the main current flowing through the assembled battery is further determined. Then, the remaining capacity of the determination target cell group is obtained from the integrated value of the detected values, and the estimated open circuit voltage estimated from the remaining capacity by reference characteristics is used as the reference value.
[0022]
  In other words, if the remaining capacity varies between the unit cells constituting the cell group, the open circuit voltage characteristics of the cell group are different from the reference characteristics, and in particular, any unit cell is overcharged / discharged. Thus, when the open circuit voltage changes greatly, it deviates greatly from the reference characteristic, and this is used for determining the charge / discharge state.
[0023]
[0024]
[0025]
[0026]
Next, claim 2In the assembled battery charging / discharging state determination device, the voltage detection unit detects a voltage across the determination target cell group that is a determination target of the charge / discharge state in the cell group, and the determination value setting unit is the voltage detection unit. Based on the detection result, a determination value reflecting the open circuit voltage of the determination target cell group is set, and the determination means determines when there is no variation in remaining capacity among the unit cells constituting the determination target cell group. Using the characteristics of the open circuit voltage with respect to the remaining capacity of the target cell group as a reference characteristic, the judgment value set by the judgment value setting means is a preset allowable range with respect to the reference value set based on the reference characteristic When the number of unit cells that make up the determination target cell group varies, it is determined that at least one of the unit cells constituting the determination target cell group is in an overcharge state or an overdischarge state.
[0027]
[0028]
AndIn the determination value setting means, the actual open circuit voltage calculation means obtains the actual open circuit voltage of the determination target cell group based on the detection result of the voltage detection means, and sets the obtained actual open circuit voltage as the determination value. In the determining means, the remaining capacity detecting means detects the main current flowing through the assembled battery, obtains the remaining capacity of the determination target cell group from the integrated value of the detected values, and the reference value setting means determines the remaining capacity detecting means. Estimate the open circuit voltage estimated based on the reference characteristics from the remaining capacity detected atYes.
[0029]
  That is, the assembled battery charge / discharge state determination apparatus of the present invention realizes the method according to claim 1 and can obtain the same effect as that obtained by the method according to claim 1 described above.
[0030]
  Claim 2In the state of charge / discharge state determination device of the battery pack described, the actual open circuit voltage calculation means,Claim 3As described, the voltage fluctuation generated according to the direction and magnitude of the main current due to the internal impedance of the determination target cell group is added to the voltage across the determination target cell group detected by the voltage detection means. Thus, the actual open circuit voltage can be calculated.
[0031]
[0032]
MaThe assembled batteryClaim 4As described, it is desirable that the unit cell is a lithium secondary battery in which an electrode is configured with a material capable of occluding and releasing lithium ions,Claim 5As described, a lithium secondary battery using lithium manganese oxide as an active material for the positive electrode,Claim 6As described, if a lithium secondary battery using graphite is used for the negative electrode, the open circuit voltage characteristics are significantly different from those in the usable range and in the unusable range. Therefore, it is preferable.
[0033]
  Furthermore, as described above, the charge / discharge state determination device for an assembled battery according to the present invention can be configured to be small and lightweight,Claim 7As described, the present invention can be suitably applied to determine the charge / discharge state of an assembled battery incorporated in a power supply device of an electric vehicle or a hybrid electric vehicle.
[0034]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  In the following, the present inventionReference examples andEmbodiments will be described with reference to the drawings.
[Reference example]
  FIG.Reference exampleFIG. 2 is a circuit diagram showing the overall configuration of the assembled battery system of FIG.Reference exampleIt is a block diagram showing the drive system of the hybrid vehicle carrying this assembled battery system.
[0035]
  As shown in FIG. 2, the hybrid vehicle includes an engine E and an electric motor M that also serves as a motor and a generator. The driving force generated by the engine E and the electric motor M is integrated and distributed. It is comprised so that it may transmit to the drive wheel W via the power integrated distribution apparatus D which performs. In addition, an assembled battery system 2 that can be charged and discharged is connected to the electric motor M via an inverter V, and the engine E and the electric motor M are further controlled according to the running state of the vehicle, the state of charge in the assembled battery system 2, and the like. , A hybrid vehicle controller (hereinafter referred to as HEV controller) C for controlling the driving force distribution in the power integrated distribution device D, the operation direction of the inverter V, and the like.
[0036]
  In the hybrid vehicle configured as described above, the power integrated distribution device D is configured so that the driving force from the engine E is transmitted to the driving wheels W by the HEV controller C when the engine E is traveling at a constant speed with good driving efficiency. Is set, and traveling by the driving force of the engine E is performed. At this time, if the charge amount of the assembled battery system 2 is insufficient, the HEV controller C sets the power integrated distribution device D so that the driving force from the engine E is also transmitted to the electric motor M, and the electric motor M Is set to operate as a generator, and the electric power generated by the electric motor M is supplied to the assembled battery system 2 via the inverter V and used for charging.
[0037]
  On the other hand, the HEV controller C is set by the HEV controller C to operate as a motor that operates by receiving power supply from the assembled battery system 2 when the engine E is not operated efficiently or at full acceleration. The power integrated distribution device D is set so that the driving force from the motor M or the driving force obtained by integrating the driving force from the motor M and the engine E is transmitted to the driving wheel W, and the driving force of the motor M is used. Driving is performed.
[0038]
  next,Reference exampleAs shown in FIG. 1, the assembled battery system 2 includes a rechargeable secondary battery as unit cells Cij (i = 1 to m, j = 1 to n), and a plurality of these assembled batteries connected in series. 10 is provided. The assembled battery 10 is composed of m modules M1 to Mm each having a cell group composed of n cells Ci1 to Cin adjacent to each other as a unit.
[0039]
  The cell Cij is a lithium ion secondary battery using lithium manganese oxide for the positive electrode and graphite for the negative electrode, and the characteristics of the open circuit voltage with respect to the remaining capacity (simply referred to as open circuit voltage characteristics) are:FIG.The upper limit voltage is 4.2 V, the lower limit voltage is 3.0 V, and the remaining cell capacity is defined as 0 to 100% in the usable range. That is, the remaining capacity of 100% or more is the overcharge region, and the remaining capacity of 0% or less is the overdischarge region. In the vicinity of the upper and lower limits of the usable range, the change in the open circuit voltage is steep, and the voltage change rate in the flat part of the characteristics of the usable range is 2 to 5 mV /%. The voltage change rate in the vicinity of the upper and lower limits of the range reaches 50 to 200 mV /%.
[0040]
  In addition, the open circuit voltage characteristics of the module, when there is no variation in remaining capacity between cells constituting the module,FIG.As shown in (b), the open circuit voltage characteristic of the cell is multiplied by n (in the figure, n = 4 is shown). This characteristic is called the basic characteristic of the module. Therefore, in the module, the voltage range of 3.0 × n to 4.2 × n corresponds to the usable range, that is, the module remaining capacity of 0 to 100%.
[0041]
  In addition, the assembled battery system 2 selects any one of the voltage detectors OP1 to OPm that detect the voltages across the modules M1 to Mm and the detection signals from the voltage detectors OP1 to OPm according to the control signal SEL. Detecting the charging / discharging current (main current) Is of the assembled battery 10 by detecting the voltage detector 12 including the multiplexer (MPX) 14 and the resistor Rs connected in series to the assembled battery 10 and the voltage across the resistor Rs. A main current detector 16 composed of voltage detectors OPs, AD converters 18 and 20 for converting the outputs of the voltage detector 12 and the main current detector 16 into digital values, the output of the control signal SEL, AD By inputting detection signals from the converters 18 and 20, a charge / discharge state determination process described later is executed, and a command to the HEV controller C is output. That a microprocessor (MPU) 22, and includes and processing programs MPU22 performs, and a memory 24 for storing data necessary for the processing.
[0042]
  In the assembled battery system 2 configured as described above, when the electric motor M is used as a motor, the electric power accumulated in the assembled battery 10 is supplied to the electric motor M via the power supply lines L connected to both ends of the assembled battery 10. When the electric motor M is used as a generator, the assembled battery 10 is charged with electric power supplied from the electric motor M via the power line L.
[0043]
  Hereinafter, the charge / discharge state determination process executed by the MPU 24 will be described in detail with reference to the flowchart shown in FIG. In addition, this process shall be repeatedly started with a fixed period.
  As shown in FIG. 3, when this processing is started, first, in S110, the output from the voltage detection unit 12 is sequentially read via the AD converter 18 while sequentially switching the setting of the control signal SEL. The voltage across the modules M1 to Mm (also referred to as module voltage) VM1 to VMm is detected, and the main current Is flowing in the assembled battery 10 is detected by reading the output from the main current detector 16 via the AD converter 20. To do.
[0044]
  In subsequent S120, based on the module voltages VM1 to VMm and the main current Is detected in S110, the open circuit voltages VO1 to VOm of the modules M1 to Mm are obtained using the equation (1).
     VOi = VMi + ZM × Is (i = 1 to m) (1)
  However, the sign of the main current Is is set to be positive during discharging and negative during charging. ZM is an internal impedance of each of the modules M1 to Mm. Specifically, the internal impedance of each of the cells Ci1 to Cin constituting the module Mi and the resistance of the wiring connecting the cells Ci1 to Cin are all added. It is assumed that all modules M1 to Mm have the same size.
[0045]
  In subsequent S130, the remaining capacity SM that should be in each of the modules M1 to Mm is obtained by integrating the main current Is detected in S110.
  Each of the modules M1 to Mm is configured in the same manner and the same main current Is flows, so that the module remaining capacity SM is equal for all the modules M1 to Mm. Here, the remaining capacity is calculated based on the main current Is. However, in order to improve the calculation accuracy, the module remaining capacity SM may be obtained using another known method.
[0046]
  In subsequent S140, the module open circuit voltage PVO1 to PVOm calculated in S120 and S130 at the previous activation of this process and the module remaining capacity as PSM are used, and the change rate dVO1 of the module open circuit voltage using equation (2). Obtain ~ dVOm.
[0047]
   dVOi = (VOi−PVOi) / (SM−PSM) (2)
  In S150, it is determined whether or not all the change rates dVO1 to dVOm obtained in S140 are smaller than the first threshold value TH1, which is the upper limit of the allowable change rate. If negative determination is made, that is, dVOk ≧ If there is even one module Mk (referred to as a target module) that becomes TH1, the process proceeds to S160.
[0048]
  In S160, it is determined whether or not the main current Is detected in S110 is larger than 0 (that is, a discharge current). If the determination is affirmative, the process proceeds to S170, and the cell Ck1 constituting the target module Mk is determined. Assuming that at least one of .about.Ckn is in an overdischarged state, a discharge restriction command is output to the HEV controller C, and the process proceeds to S190. On the other hand, if a negative determination is made in S160, the process proceeds to S180, and at least one of the cells Ck1 to Ckn constituting the target module Mk is assumed to be in an overcharged state, and a charge restriction command is output to the HEV controller C. The process proceeds to S190.
[0049]
  The HEV controller C controls the integrated power distribution device D so that only the driving force from the engine E is transmitted to the drive wheels W when the discharge restriction command is input, while the charge restriction command is input. Then, the power integrated distribution device D is controlled so that the driving force from the engine E or the driving wheel W is not transmitted to the electric motor M.
[0050]
  In S190, it is determined whether or not the module remaining capacity SM obtained in S130 is within the usable range (remaining capacity 0 to 100%). If an affirmative determination is made, the process proceeds to S200, and the target module is determined. The HEV controller C or an electronic control device (not shown) for performing abnormality processing is assumed to be in an abnormal overcharge / discharge state within the usable range due to variation in the remaining capacity of the cells Ck1 to Ckn constituting the Mk. After the enlargement alarm is output, this process ends. On the other hand, if a negative determination is made in S190, the target module Mk is assumed to be in a normal overcharge / discharge state outside the usable range, and this process is continued. finish.
[0051]
  In the HEV controller C or electronic control device to which the variation expansion alarm is input, the use of the assembled battery 10 is prohibited, or a device that eliminates the variation is connected to the module Mk in which the remaining capacity of the cells Ck1 to Ckn varies. Perform processing such as. Specifically, for example, an adjusting device disclosed in JP-A-8-55643 can be used as a device for eliminating the variation in the remaining capacity.
[0052]
  Next, when an affirmative determination is made in S150, that is, when the change rates dVO1 to dVOm are smaller than the first threshold TH1 in all the modules M1 to Mm, the process proceeds to S210, and this time, S140. It is determined whether or not the change rates dVO1 to dVOm obtained in step 2 are smaller than the second threshold value TH2 (<TH1). If a negative determination is made in S210, that is, if there is even one module Mk satisfying dVOk ≧ TH2, the present process is terminated as it is.
[0053]
  On the other hand, if an affirmative determination is made in S210, that is, if the change rates dVO1 to dVOm are smaller than the second threshold TH2 in all the modules M1 to Mm, the process proceeds to S220, and the restriction release command is sent to the HEV controller C. Is output, and this processing is terminated.
[0054]
  In HEV controller C, when the restriction release command is input, the restriction of the control performed based on the discharge restriction command or the charge restriction command is released.
  Here, considering the case where n = 4, if the remaining capacity of each cell Ck1 to Ck4 constituting the module Mk varies within a range of ± 15%, the open circuit voltage of each cell with respect to the module remaining capacity isFIG.In other words, the cell Ck1 with the smallest remaining capacity is overdischarged when the module remaining capacity is 15% or less, and the cell Ck4 with the largest remaining capacity has a module remaining capacity of 85%. At the above time, the battery is overcharged.
[0055]
  The open circuit voltage characteristics of the module Mk formed by combining the characteristics of the cells Ck1 to Ck4 are as follows:FIG.As shown in (b), the reference characteristic is different. When the change rate of the open circuit voltage is measured from the open circuit voltage characteristics of the module Mk, in the range where none of the cells Ck1 to Ck4 is overdischarged or overcharged (module remaining capacity 15% to 85%), While it is 10 to 20 mV /%, it is 140 mV /% near the module remaining capacity of 85%, and 240 mV /% near the module remaining capacity of 15%.
[0056]
  Therefore, in this case, if the first threshold value TH1 for determining the overcharge / discharge state is set to about 100 mV /%, the overcharge / discharge state of the cells constituting the module Mk can be reliably determined.
  As explained above,Reference exampleIn the assembled battery system 2, the module voltages VM1 to VMm are detected for each of the modules M1 to Mm, and the cell Ci1 constituting the module Mi is determined from the rate of change of the module open circuit voltage calculated based on the detected value. The overcharge / discharge state of ~ Cin is determined.
[0057]
  Therefore,Reference exampleAccording to the assembled battery system 2, the number of voltage detectors OPi can be reduced to 1 / n as compared with the conventional apparatus (method) for detecting the voltage at both ends for each cell. Since the wiring connecting the voltage detector 12 and the voltage detector 12 can be greatly reduced, the apparatus can be made compact and lightweight, and the space for mounting the apparatus can be greatly reduced. In addition to this, the number of signals handled by the MPU 22 is greatly reduced, and the processing amount of the MPU 22 is also greatly reduced. Therefore, a relatively low-speed and inexpensive MPU 22 can be used, and the manufacturing cost of the apparatus can be reduced. .
[0058]
  Note that as the number n of cells Ci1 to Cin constituting the module Mi increases, it is possible to effectively reduce the size and weight of the device and reduce the manufacturing cost. On the other hand, it appears in the open circuit voltage characteristics of the module. Since there is a trade-off relationship that sudden voltage changes are relaxed (about 1 / n), the detection becomes difficult, and the probability of erroneous determination becomes high, the number n of cells constituting the module depends on the system to which it is applied. It is necessary to set an optimum one as appropriate in consideration of the required detection accuracy and the open circuit voltage characteristics of the cell.
[0059]
  Also,Reference exampleAccording to the assembled battery system 2, when an overcharge / discharge state of a cell is detected, it is determined whether or not the module remaining capacity SM is within the use range, thereby being related to the variation in remaining capacity between cells. Since it is designed to identify whether there is a normal overcharge / discharge state with no error or an abnormal overcharge / discharge state due to variations in the remaining capacity between cells, precise control is performed according to this identification result. be able to.
[0060]
  Furthermore,Reference exampleAccording to the assembled battery system 2, the second threshold value TH2 for releasing the restriction command is set to be smaller than the first threshold value TH1 for determining the overcharge / discharge state, so that hysteresis is provided. And the restriction release command can be prevented from being frequently output. As a result, the HEV controller C can perform stable control.
[Example]
  nextThe present invention was appliedExamples will be described.
[0061]
  In this example,Reference exampleSince the contents of the charge / discharge state determination process executed by the MPU 22 are only partially different from those of the assembled battery system 2, this difference will be mainly described. That is, in the present embodiment, when the charge / discharge state determination process is started, as shown in FIG. 4, first, S310 to S330 are the same as the previous S110 to S130, but the module voltages VM1 to VMm and the main current Is. Is detected (S310), and the module open circuit voltages VO1 to VOm and the module remaining capacity SM are obtained based on the detection result (S320, S330).
[0062]
  In subsequent S340, the reference module open circuit voltage is obtained from the reference characteristic of the module by the module remaining capacity SM obtained in S330, and this is set as the reference value VOref. The calculation of the reference module open circuit voltage is, for example, the result of measuring the relationship between the remaining capacity SM of the module and the open circuit voltage VO in advance (FIG.(B) is stored in the memory 24 as a table, and the table is searched for.
[0063]
  In subsequent S350, deviations ΔVO1 to ΔVOm between the respective module open circuit voltages VO1 to VOm obtained in S320 and the reference value VOref set in S340 are calculated by the equation (3).
    ΔVOi = VOi−VOref (3)
  In S360, it is determined whether or not the deviations ΔVO1 to ΔVOm obtained in S350 are smaller than the upper limit threshold Uth1, which is the upper limit value of the allowable deviation. If negative determination is made, that is, ΔVOk ≧ If there is even one module Mk that becomes Uth1, the process proceeds to S370, and, similarly to the previous S180, outputs a charge restriction command to the HEV controller C, and then proceeds to S400.
[0064]
  On the other hand, if an affirmative determination is made in S360, that is, if the deviations ΔVO1 to VOm are smaller than the upper threshold Uth1 in all the modules M1 to Mm, the process proceeds to S380, and this time is obtained in S350. It is determined whether or not the deviations ΔVO1 to ΔVOm are larger than the lower limit threshold Lth1, which is the lower limit value of the allowable deviation.
[0065]
  If a negative determination is made in S380, that is, if there is at least one module Mk satisfying ΔVOk ≦ Lth1, the process proceeds to S390, and a discharge restriction command is sent to the HEV controller C as in the previous S170. Output and go to S400.
  In S400 and S410, similarly to the previous S190 and S200, if the module remaining capacity SM is not within the module usable range, a variation expansion alarm is output and the process is terminated.
[0066]
  Next, when an affirmative determination is made in the previous S380, that is, when the deviations ΔVO1 to VOm are larger than the lower threshold Lth1 in all the modules M1 to Mm (finally Lth1 <ΔVO1 to ΔVOm <Uth1). In S420, all deviations ΔVO1 to ΔVOm obtained in S350 are larger than the lower limit value Lth2 (> Lth1) of the limit release allowable range, and the upper limit of the same limit release allowable range. It is determined whether or not the value is smaller than Uth2 (<Uth1).
[0067]
  If an affirmative determination is made in S420 (Lth2 <ΔVO1 to ΔVOm <Uth2), the process proceeds to S430, and a restriction release command is output to the HEV controller C in the same manner as in S220 above. On the other hand, if a negative determination is made, that is, if there is a module ΔVOk satisfying ΔVOk ≦ Lth2 or ΔVOk ≧ Uth2, this processing is ended as it is.
[0068]
  here,FIG.(A)FIG.As in the case of the above, the open circuit voltage (solid line) of each cell and the module with respect to the module remaining capacity when the remaining capacity of each cell Ck1 to Ck4 constituting the module Mk varies within a range of ± 15% with n = 4 Represents the standard characteristics (dotted line) ofFIG.(B) shows the deviation of the open circuit voltage characteristic when ± 15% variation with respect to the reference characteristic.
[0069]
  As described above, the cell Ck1 with the smallest remaining capacity is overdischarged when the module remaining capacity is 15% or less, and the cell Ck4 with the largest remaining capacity is when the module remaining capacity is 85% or more. In this case, since the lower limit threshold is set to Lth1 = −1.0 V and the upper limit threshold is set to Uth1 = 0.1 V, the overcharge / discharge states of the cells Ck1 to Ck4 constituting the module Mk are ensured. Can be determined.
[0070]
  As described above, according to the present embodiment, the desired open circuit voltage corresponding to the module remaining capacity can be calculated from the remaining capacity of the module obtained from the integrated value of the main current Is and the preset reference characteristics of the module. Standard valueVO ref Since this is compared with the actual open circuit voltage VOi, the overcharge / discharge state of each cell Ci1 to Cin constituting the module Mi is determined, and detection and determination are performed for each module Mi. The same effect as in the first embodiment can be obtained.
[0071]
  In this embodiment, the open circuit voltages VO1 to VOm are obtained from the module voltages VM1 to VMm, the module remaining capacity SM is obtained from the integrated value of the main current Is, and the module remaining capacity SM is obtained based on the reference characteristics. Reference value for open circuit voltageVO ref Is compared with the open circuit voltages VO1 to VOm, the overcharge / discharge state of the cells constituting the module is determined. However, the module remaining capacity SM due to the main current Is and the module voltages VM1 to VMm (that is, the open circuit voltages) are determined. The remaining capacity estimated from VO1 to VOm) may be compared, or a reference module voltage may be obtained from the module remaining capacity SM based on the main current Is, and this may be detected as a module voltage VM1. The determination may be made by comparing with ~ VMm.
[0072]
  In this embodiment,The voltage detection unit 12, AD converter 18 and S110 correspond to voltage detection means,S320 corresponds to the determination value setting means, S320 to S360 correspond to the determination means. In particular, in the determination means, S320 corresponds to the actual open circuit voltage detection means, S330 corresponds to the remaining capacity detection means, and S340 corresponds to the reference value setting means..
[0073]
[0074]
[0075]
[0076]
[0077]
[0078]
[0079]
[0080]
[0081]
  As mentioned above, although the Example of this invention was described, this invention is not limited to the above-mentioned Example, It is possible to implement in various aspects.
  For example, in the above-described embodiment, the detected values of the both-end voltages are used as they are as the module voltages VM1 to VMm. However, the detected values of the both-end voltages are stored for a plurality of past times, and these moving averages are used as module voltages VM1 to VM1. You may use as VMm, and you may use the exponential average of the last module voltage PVM1-PVMm and the detected value of this both-ends voltage as module voltage VM1-VMm.
[0082]
  Moreover, in the said Example, although the lithium ion secondary battery was used as the cell Cij which comprises the assembled battery 10, you may use other secondary batteries, such as a lead battery and a nickel-type battery. In particular, similarly to the lithium ion battery, a nickel metal hydride battery having a large voltage change around 0% and 100% of the remaining capacity can be suitably used.
[0083]
  Further, in the above-described embodiments, examples in which the present invention is applied to a hybrid vehicle have been described. However, in addition to ordinary electric vehicles, small consumer electric devices such as notebook computers and portable VTRs, secondary battery equipment for power storage, etc. As long as an assembled battery formed by connecting a large number of cells in series is used, the present invention may be applied to any type of battery.
[0084]
  Furthermore, in the said Example, although demonstrated using the assembled battery 10 which consists of several modules M1-Mm.,singleYou may apply to the assembled battery which consists only of one module M1.
  Also onRealIn the embodiment, the internal impedance Zm is used when obtaining the open circuit voltages VO1 to VOm from the module voltages VM1 to VMm. However, when the fluctuation of the main current Is is small, only the DC resistance component of the internal impedance Zm is used. It may be used.
[Brief description of the drawings]
[Figure 1]setIt is a block diagram showing the structure of a battery system.
FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of a hybrid electric vehicle to which the assembled battery system is applied.
[Fig. 3]Reference exampleIt is a flowchart showing the content of the charging / discharging determination process in.
[Fig. 4]FruitIt is a flowchart showing the content of the charging / discharging determination process in an Example.
[FIG.A graph showing the open circuit voltage characteristics of the cell and the reference characteristics of the module.
[FIG.A graph showing the open circuit voltage of each cell and the open circuit voltage characteristics of the module with respect to the module remaining capacity when there is a variation in remaining capacity between cells constituting the module.
[FIG.A graph comparing a reference characteristic of a module with a module open circuit voltage characteristic when there is a variation in remaining capacity between cells, and a graph showing a deviation between the two.
[Explanation of symbols]
  2 ...Battery assembly system 10 ... Battery assembly 12 ... Voltage detector 14 ... Multiplexer (MPX) 16 ... Main current detector 18, 20 ... AD converter 22 ... Microprocessor (MPU) 24 ... Memory C11-Cmn ... Cell M1-Mm ... Modules OP1 to OPm, OPs ... Voltage detector Rs ... Resistance C ... HEV controller D ... Power integrated distribution device E ... Engine L ... Power line M ... Electric motor V ... Inverter W ... Drive wheel,

Claims

残存容量に対する開回路電圧の特性が、使用可能範囲に比べて使用不能範囲で大きく変化する充放電可能な二次電池を単位セルとして、該単位セルを複数個直列接続してなる組電池の充放電状態を、隣接する少なくとも２個の前記単位セルからなるセルグループ毎に判定する組電池の充放電状態判定方法であって、
前記セルグループのうち充放電状態の判定対象となる判定対象セルグループの両端電圧を検出し、
該検出結果に基づいて前記判定対象セルグループの開回路電圧を反映した判定値を設定し、
前記判定対象セルグループを構成する単位セル間に残存容量のばらつきがない時の前記判定対象セルグループの残存容量に対する開回路電圧の特性を基準特性として、前記判定値が、前記基準特性に基づいて設定された基準値に対して、予め設定された許容範囲を越えてばらついている場合に、前記判定対象セルグループを構成する単位セルの少なくともいずれか一つが過充電状態又は過放電状態にあると判定すると共に、
前記判定対象セルグループの両端電圧の検出結果から求めた該判定対象セルグループの実開回路電圧を前記判定値として設定し、
前記組電池を流れる主電流を検出し該検出値の積算値から前記判定対象セルグループの残存容量を求め、該残存容量から前記基準特性により推定される推定開回路電圧を前記基準値として用いることを特徴とする組電池の充放電状態判定方法。Charging of a battery pack comprising a plurality of unit cells connected in series with a rechargeable secondary battery whose characteristics of the open circuit voltage with respect to the remaining capacity greatly change in the unusable range compared to the usable range. A battery pack charge / discharge state determination method for determining a discharge state for each cell group including at least two adjacent unit cells,
Detecting both-end voltage of the determination target cell group that is the determination target of the charge / discharge state of the cell group
Based on the detection result, set a determination value reflecting the open circuit voltage of the determination target cell group,
Based on the characteristics of the open circuit voltage with respect to the remaining capacity of the determination target cell group when there is no variation in the remaining capacity between the unit cells constituting the determination target cell group, the determination value is based on the reference characteristics When the set reference value varies beyond a preset allowable range, and at least one of the unit cells constituting the determination target cell group is in an overcharge state or an overdischarge state. decision to Rutotomoni,
The actual open circuit voltage of the determination target cell group obtained from the detection result of the voltage across the determination target cell group is set as the determination value,
Detecting a main current flowing through the assembled battery, obtaining a remaining capacity of the determination target cell group from an integrated value of the detected values, and using an estimated open circuit voltage estimated from the remaining capacity based on the reference characteristics as the reference value A method for determining a charge / discharge state of an assembled battery.

残存容量に対する開回路電圧の特性が、使用可能範囲に比べて使用不能範囲で大きく変化する充放電可能な二次電池を単位セルとして、該単位セルを複数個直列接続してなる組電池の充放電状態を、隣接する少なくとも２個の前記単位セルからなるセルグループ毎に判定する組電池の充放電状態判定装置であって、
前記セルグループのうち充放電状態の判定対象となる判定対象セルグループの両端電圧を検出する電圧検出手段と、
該電圧検出手段での検出結果に基づいて、前記判定対象セルグループの開回路電圧を反映した判定値を設定する判定値設定手段と、
前記判定対象セルグループを構成する単位セル間に残存容量のばらつきがない時の前記判定対象セルグループの残存容量に対する開回路電圧の特性を基準特性として、前記判定値設定手段にて設定された判定値が、前記基準特性に基づいて設定された基準値に対して、予め設定された許容範囲を越えてばらついている場合に、前記判定対象セルグループを構成する単位セルの少なくともいずれか一つが過充電状態又は過放電状態にあると判定する判定手段と、
を備え、更に、
前記判定値設定手段は、
前記電圧検出手段での検出結果に基づいて前記判定対象セルグループの実開回路電圧を求める実開回路電圧算出手段を備え、該実開回路電圧算出手段にて求められる前記実開回路電圧を前記判定値として設定し、
前記判定手段は、
前記組電池を流れる主電流を検出すると共に、該検出値の積算値から前記判定対象セルグループの残存容量を求める残存容量検出手段と、
該残存容量検出手段にて検出された残存容量から、前記基準特性に基づいて推定される推定開回路電圧を前記基準値として設定する基準値設定手段と、
を備えることを特徴とする組電池の充放電状態判定装置。Charging of a battery pack comprising a plurality of unit cells connected in series with a rechargeable secondary battery whose characteristics of the open circuit voltage with respect to the remaining capacity greatly change in the unusable range compared to the usable range. A battery pack charge / discharge state determination apparatus for determining a discharge state for each cell group composed of at least two adjacent unit cells,
Voltage detection means for detecting a voltage across the determination target cell group that is a determination target of the charge / discharge state of the cell group;
A determination value setting unit configured to set a determination value reflecting the open circuit voltage of the determination target cell group based on a detection result of the voltage detection unit;
The determination set by the determination value setting means using the characteristic of the open circuit voltage with respect to the remaining capacity of the determination target cell group when there is no variation in the remaining capacity among the unit cells constituting the determination target cell group as a reference characteristic When a value varies beyond a preset allowable range with respect to a reference value set based on the reference characteristic, at least one of the unit cells constituting the determination target cell group is excessive. Determination means for determining that the battery is in a charged state or an overdischarged state;
The Bei example, further,
The determination value setting means includes:
An actual open circuit voltage calculation means for obtaining an actual open circuit voltage of the determination target cell group based on a detection result of the voltage detection means; and the actual open circuit voltage calculated by the actual open circuit voltage calculation means Set as judgment value,
The determination means includes
A remaining capacity detecting means for detecting a main current flowing through the assembled battery and obtaining a remaining capacity of the determination target cell group from an integrated value of the detected values;
Reference value setting means for setting, as the reference value, an estimated open circuit voltage estimated based on the reference characteristics from the remaining capacity detected by the remaining capacity detection means;
Discharge determination device of the battery pack, characterized in that it comprises a.

請求項２記載の組電池の充放電状態判定装置において、
前記実開回路電圧算出手段は、前記電圧検出手段にて検出される前記判定対象セルグループの両端電圧に、該判定対象セルグループの内部インピーダンスにより前記主電流の方向及び大きさに応じて生じる電圧変動分を加えることにより、前記実開回路電圧を算出することを特徴とする組電池の充放電状態判定装置。 In the charging / discharging state determination apparatus of the assembled battery according to claim 2 ,
The actual open circuit voltage calculating means is a voltage generated according to the direction and magnitude of the main current due to the internal impedance of the determination target cell group in the voltage across the determination target cell group detected by the voltage detection means. An assembled battery charge / discharge state determination device, wherein the actual open circuit voltage is calculated by adding a variation.

前記組電池は、リチウムイオンの吸蔵放出が可能な物質にて電極が構成されたリチウム系二次電池を単位セルとしていることを特徴とする請求項２または請求項３記載の組電池の充放電状態判定装置。The charge / discharge of the assembled battery according to claim 2 or 3 , wherein the assembled battery uses as a unit cell a lithium secondary battery in which an electrode is composed of a material capable of occluding and releasing lithium ions. State determination device.

前記リチウム系二次電池は、正極側電極にリチウムマンガン酸化物を活物質として使用していることを特徴とする請求項４記載の組電池の充放電状態判定装置。The said lithium secondary battery is using the lithium manganese oxide for the positive electrode side electrode as an active material, The charging / discharging state determination apparatus of the assembled battery of Claim 4 characterized by the above-mentioned.

前記リチウム系二次電池は、負極側電極にグラファイトを使用していることを特徴とする請求項４または請求項５記載の組電池の充放電状態判定装置。6. The assembled battery charge / discharge state determination apparatus according to claim 4, wherein the lithium secondary battery uses graphite as a negative electrode.

前記組電池は、電気自動車或いはハイブリッド電気自動車の電源装置に組み込まれたものであることを特徴とする請求項２ないし請求項６いずれか記載の充放電状態判定装置。The charge / discharge state determination device according to claim 2 , wherein the assembled battery is incorporated in a power supply device of an electric vehicle or a hybrid electric vehicle.