JP6673010B2 - セル断線検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数の電池セルを並列接続してなる電池ブロックを、複数、直列に接続してなる組電池において、前記電池セルの断線の有無を検査するセル断線検査方法に関する。

複数の電池セルを並列接続してなる電池ブロックを、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、電池セルの異常の有無を検査することが必要となるが、電池セルそれぞれに電圧センサ等を設けることは、非経済的である。そこで、従来から、電池ブロックの電圧変化に基づいて、電池セルの断線の有無を検査する技術が提案されている。

例えば、特許文献１には、組電池全体の電圧値が一定以上変化した際の、複数の電池ブロックの開放電圧の変化量が、規定の閾値以上の場合に、電池セル同士を接続する並列接続体に断線等の異常があると判断する技術が開示されている。

特開２００９−２１６４４８号公報

通常、組電池の充電率Ｃａｓ（すなわち、ｓｔａｔｅ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ）に対する電池ブロックの電圧（以下「ブロック電圧Ｖ_Ｂｎ」という）の変動特性は、電池セルの断線が生じると変化する。従来技術は、こうしたブロック電圧Ｖ_Ｂｎの変動特性が、断線の前後で変化することを利用して、断線の有無を判断していた。

ここで、組電池の充電率Ｃａｓに対するブロック電圧Ｖ_Ｂｎの変動特性は、断線発生時の組電池の充電率Ｃａｓを中心として、変化する。したがって、例えば、Ｃａｓ＝３０％のときに断線が生じた場合、Ｃａｓ＝３０％のときのブロック電圧Ｖ_Ｂｎは、断線の前後で変わらないが、充電率Ｃａｓが３０％から離れるほど、ブロック電圧Ｖ_Ｂｎの断線の前後での変化量が大きくなる。換言すれば、断線検査を行うときの組電池の充電率Ｃａｓが、断線発生時の充電率Ｃａｓから離れていれば、当該断線の影響がブロック電圧Ｖ_Ｂｎに大きく現れる。一方、断線検査時の充電率Ｃａｓが断線発生時の充電率Ｃａｓに近い場合、ブロック電圧Ｖ_Ｂｎに対する断線の影響が、小さくなる、断線の影響を検知しづらくなるため、検査精度が低下するおそれがあった

そのため、断線の有無を正確に検査するためには、断線検査を、断線発生時の充電率Ｃａｓとは、異なる充電率Ｃａｓのタイミングで実施する必要がある。しかし、電池セルごとに何らかのセンサを設けない限り、断線発生時の充電率Ｃａｓを特定するのは、できない。結果として、従来技術では、断線発生時の充電率Ｃａｓと、検査実施時の充電率Ｃａｓが近くなり、断線の検査精度が低下することがあった。

そこで、本発明は、より高精度に断線の有無を検査できるセル断線検査方法を提供することを目的とする。

本発明のセル断線検査方法は、複数の電池セルを並列接続してなる電池ブロックを、さらに、複数、直列に接続してなる組電池において、前記電池セルの断線の有無を検査するセル断線検査方法であって、前記電池ブロックの開放電圧に基づいて、各電池ブロック内での電池セルの断線の有無を判断する断線検査ステップを含み、前記複数の電池ブロックそれぞれの電圧を均等化させる均等化処理を前記組電池の充電率が高充電率域内のときに実行した場合には、前記断線検査ステップを前記充電率が前記高充電率域よりも低い低充電率域内のときに実行し、前記均等化処理を前記充電率が低充電率域内のときに実行した場合には、前記断線検査ステップを前記充電率が高充電率域内のときに実行する、ことを特徴とする。

本発明では、均等化処理を実施する充電域と異なる充電域において、断線検査ステップを実行するため、断線検査の精度をより向上することができる。

電池システムの構成を示す図である。 均等化処理部の構成を示す図である。 断線とブロック充電率との関係を示す図である。 断線に伴うブロック電圧の変化を示すグラフである。 断線検査の原理を説明する図である。 均等化処理による電池ブロックの変動特性の変化を示す図である。 均等化処理、断線検査の実行タイミングおよび断線判定フラグの変化を示す図である。 組電池充電率の違いによるブロック間電圧偏差の変化を示す図である。 補正係数のマップの一例を示す図である。 比較ブロックと基準ブロックの対応関係を示す図である。 断線検査の流れを示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態である断線検査方法を実施する電池システム１０の構成を示す図である。また、図２は、均等化処理部１４の構成を示す図である。

この電池システム１０は、電動車両（例えばハイブリッド自動車や電気自動車）に搭載される。電池システム１０は、複数の電池ブロックＢｎ（ｎ＝１，２，・・・，ｂｍａｘ）を直列に接続した組電池１２を有している。各電池ブロックＢｎは、複数の電池セルＥｋ（ｋ＝１，２，・・・，ｃｍａｘ）を並列に接続して構成される。電池セルＥｋは、充放電可能な二次電池であり、例えば、リチウムイオン二次電池や、ニッケル水素電池等である。かかる組電池１２は、システムメインリレー２０およびインバータ２２を介して、モータジェネレータ２４に接続されている。モータジェネレータ２４は、電動車両の駆動源として機能するもので、組電池１２からの電力により動力を出力する電動機として機能する。また、モータジェネレータ２４は、動力を受けて電力を発電する発電機としても機能し、当該モータジェネレータ２４で発電された電力で、組電池１２が充電される。

電池システム１０は、さらに、組電池１２に流れる電流（以下「電池電流Ｉｂ」という）を検出する電流センサ１３と、組電池１２の電圧Ｖａｓ（以下「組電池電圧Ｖａｓ」という）および電池ブロックＢｎの電圧Ｖ_Ｂｎ（以下「ブロック電圧Ｖ_Ｂｎ」という）を検出する電圧検出部１６と、電池ブロックＢｎ間でブロック電圧Ｖ_Ｂｎを均等化する均等化処理部１４と、を備えている。

均等化処理部１４は、電池ブロックＢｎ間でのブロック電圧Ｖ_Ｂｎのバラツキを均等化する部位である。すなわち、電池セルＥｋの自己放電量には、バラツキがあり、このバラツキに起因して各電池セルＥｋの電圧、ひいては、ブロック電圧Ｖ_Ｂｎにもバラツキが生じる。ブロック電圧Ｖ_Ｂｎのバラツキが発生すると、電池セルＥｋの劣化が加速的に進行したり、利用可能なエネルギ量が低下したりする。かかる問題を避けるために、必要に応じて特定の電池ブロックＢｎを放電させて、当該特定の電池ブロックＢｎのブロック電圧Ｖ_Ｂｎを下げる均等化処理部１４が設けられている。均等化処理部１４は、電池ブロックＢｎと並列に接続された均等化回路２６を、電池ブロックＢｎの個数分、有している。均等化回路２６は、図２に示すように、抵抗素子Ｒとスイッチング素子ＳＷと、を直列に接続した回路である。

コントローラ１８は、特定の電池ブロックＢｎのブロック電圧Ｖ_Ｂｎが、他の電池ブロックＢｎのブロック電圧Ｖ_Ｂｎよりも高いときには、当該特定の電池ブロックＢｎと並列に接続されたスイッチング素子をオフからオンに切り替えることにより、特定の電池ブロックＢｎを放電させる。そして、この放電処理を、ブロック電圧Ｖ_Ｂｎが一定以上に高い電池ブロックＢｎ全てに対して行うことで、複数の電池ブロックＢｎのブロック電圧Ｖ_Ｂｎを均等に揃えることができる。以下では、電池ブロックＢｎ間でのブロック電圧Ｖ_Ｂｎのバラツキを揃える処理を、「均等化処理」と呼ぶ。

電圧検出部１６は、各電池ブロックＢｎに接続された電圧検出線２８間の電位差をブロック電圧Ｖ_Ｂｎとして出力する。この電圧検出部１６は、例えば、対応する電池ブロックＢｎと並列に接続されたキャパシタと、サンプリングスイッチを介して各電圧検出線２８に接続されたコンパレータ（いずれも図示せず）と、を含む。かかる電圧検出部１６の場合、検出したい電池ブロックＢｎに対応するサンプリングスイッチをオンにすることで、当該電池ブロックＢｎの電圧値（対応するキャパシタの電圧値）がコンパレータから出力される。また、電圧検出部１６は、組電池１２全体と並列に接続されたキャパシタおよびサンプリングスイッチを有しており、組電池電圧Ｖａｓも検出する。電圧検出部１６で検出された電圧値Ｖ_Ｂｎ，Ｖａｓは、Ａ／Ｄ変換後、コントローラ１８に入力される。電流センサ１３は、組電池１２に流れる電流、すなわち、電池電流Ｉｂを検出するもので、電流センサ１３で検出された電池電流Ｉｂは、コントローラ１８に出力される。なお、以下の説明で用いるブロック電圧Ｖ_Ｂｎおよび組電池電圧Ｖａｓは、いずれも、無負荷状態で検出される開放電圧（ＯＣＶ）である。

コントローラ１８は、ＣＰＵおよびメモリ（いずれも図示せず）を備えており、必要に応じて各種演算や、制御信号の送受信を行う。より具体的には、コントローラ１８は、均等化処理部１４の駆動を制御したり、組電池１２の充電率を算出したりする。組電池充電率とは、組電池１２の満充電量に対する現在の充電量の比率を示す値で、一般的には、ＳＯＣ（ｓｔａｔｅ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ）と呼ばれるものである。コントローラ１８は、この組電池１２の充電率を、組電池１２の開放電圧（組電池電圧Ｖａｓ）および電池電流Ｉｂから算出する。すなわち、一般に、組電池１２の充電率Ｃは、組電池電圧Ｖａｓと一定の関係を持っており、組電池電圧Ｖａｓにほぼ比例する。したがって、コントローラ１８は、組電池電圧Ｖａｓが得られれば、当該組電池電圧Ｖａｓに基づいて組電池１２の充電率を算出する。また、組電池１２に負荷が接続（システムメインリレー２０がオン）されており、開放電圧（組電池電圧Ｖａｓ）の取得が困難な場合、コントローラ１８は、直近で得られた組電池電圧Ｖａｓから求まる組電池１２の充電率に、積算電流値Ａｈから求まる充電率Ｃの変動量を加算したものを、組電池１２の充電率として算出する。

ところで、充電率としては、組電池１２全体の充電率の他に、電池ブロックＢｎごとの充電率もある。以下では、組電池１２全体の充電率を「組電池充電率Ｃａｓ」と呼び、電池ブロックＢｎごとの充電率を、「ブロック充電率Ｃ_Ｂｎ」と呼ぶ。

また、コントローラ１８は、電圧検出部１６で検出されたブロック電圧Ｖ_Ｂｎに基づいて電池セルＥｋの断線の有無検査も行う。この電池セルＥｋの断線検査について詳説する。電池セルＥｋの断線とは、複数の電池セルＥｋを並列接続する接続線が途中で断線し、一部の電池セルＥｋと、残りの電池セルＥｋとの電気的接続が損なわれることである。例えば、図２における位置Ｐ１において断線が生じると、その近傍の電池セルＥ１と、他の電池セルＥｋとの電気的接続が損なわれ、電池セルＥ１が電気的に機能しなくなる。この場合、電池ブロックＢｎの電池容量が低下することになるため、ブロック充電率Ｃ_Ｂｎ、ひいては、ブロック電圧Ｖ_Ｂｎの変動特性が断線の前後で変化する。

図３は、断線の有無によるブロック充電率Ｃ_Ｂｎの違いを示す模式図である。図３に示すように、二つの電池ブロックＢａ，Ｂｂが直列接続され、各電池ブロックＢａ，Ｂｂが、五つの電池セルＥ１〜Ｅ５を並列接続して構成される場合を考える。図３に示すように、二つの電池ブロックＢａ，Ｂｂのブロック充電率Ｃ_Ｂａ，Ｃ_Ｂｂが、ともに６０％のときに、電池ブロックＢｂの電池セルＥ４が断線したとする。この場合、電池ブロックＢｂの電池容量は、電池ブロックＢａに比して低下する。そのため、組電池１２の放電を続けると、容量の小さい電池ブロックＢｂのブロック充電率Ｃ_Ｂｂのほうが、容量の大きい電池ブロックＢａのブロック充電率Ｃ_Ｂａよりも低下する。

ここで、断線発生後の電池ブロックＢｂのブロック充電率Ｃ_{Ｂｂ＿ａｆ}は、次の式１で表すことができる。
Ｃ_{Ｂｂ＿ａｆ}＝Ｃ_{Ｂｂ＿ｂｅ}−（Ｃ_{Ｂｂ＿ｂｅ}−Ｃ_Ｂａ）×（ｎｕｍ１／ｎｕｍ２） 式１
式１において、Ｃ_{Ｂｂ＿ｂｅ}およびＣ_{Ｂｂ＿ａｆ}は、断線した電池ブロックＢｂの断線発生時および断線発生後のブロック充電率であり、Ｃ_Ｂａは、断線が発生していない正常な電池ブロックＢａのブロック充電率であり、ｎｕｍ１は、断線発生前の電池セルＥｋの並列数であり、ｎｕｍ２は、断線発生後の電池セルＥｋの並列数である。したがって、図２の例では、電池ブロックＢａのブロック充電率Ｃ_Ｂａが３０％になるまで組電池１２の放電を続けると、電池ブロックＢｂのブロック充電率Ｃ_Ｂｂは２２．５％まで低下する。つまり、ブロック充電率Ｃ_Ｂｎの変動特性は、断線の前後で変化すると言える。ここで、ブロック充電率Ｃ_Ｂｎは、電池ブロックＢｎの開放電圧、すなわち、ブロック電圧Ｖ_Ｂｎにほぼ比例している。したがって、断線の前後で、ブロック電圧Ｖ_Ｂｎの変動特性が変化するとも言える。

図４は、ブロック電圧Ｖ_Ｂｎの変化を示すグラフである。図４において、横軸は、積算電流値Ａｈであり、縦軸は、ブロック電圧Ｖ_Ｂｎである。なお、電流は、放電方向をマイナス、充電方向をプラスとしている。したがって、図４においては、右に近づくほど充電率が高くなる。また、図４において、実線は、電池セルＥｋが断線する前のブロック電圧Ｖ_{Ｂｎ＿ｂｅ}を示している。

図４に示す通り、電池ブロックＢｎのブロック電圧Ｖ_{Ｂｎ＿ｂｅ}は、積算電流値Ａｈが大きくなるほど増加する変動特性を有している。かかる電池ブロックＢｎにおいて、特定の積算電流値Ａｈ＿ａにおいて、電池セルＥｋの破断が生じたとする。その場合、ブロック電圧Ｖ_Ｂｎの変動特性は、図４において破線で示すような特性Ｖ_{Ｂｎ＿ａｆ}に変化する。具体的には、断線が発生した場合、変動特性を示す曲線が、当該断線が発生した積算電流値Ａｈ＿ａを中心として、横軸方向にのみ縮む。

ここで、図４における横軸の積算電流値Ａｈ＿ａは、組電池１２全体の充電率、すなわち、組電池充電率Ｃａｓに置き換えて考えることができる。すなわち、組電池充電率Ｃａｓは、積算電流値Ａｈの増減により増減する値である。この組電池充電率Ｃａｓは、厳密に考えれば、セル断線が生じれば、その分、容量低下が生じるため、積算電流値Ａｈに対する組電池充電率Ｃａｓは、変化すると言える。しかし、電池ブロックＢｎと異なり、組電池１２全体における電池セルＥｋ一つの影響は、非常に小さい。したがって、セル断線に伴う組電池１２の容量低下は、実質的に無視することができ、積算電流値Ａｈに対する組電池充電率Ｃａｓの値は一定であるとみなすことができる。そして、このように考えた場合、図４の横軸は、組電池充電率Ｃａｓに置き換えることができる。図４の例では、組電池１２の電池容量に応じた積算電流値Ａｈ＝Ａｈ＿ｂの位置を組電池充電率Ｃａｓ＝１００％、積算電流値Ａｈ＝０の位置を、組電池充電率Ｃａｓ＝０％とみなすことができる。そして、この場合、組電池充電率Ｃａｓに対する比較ブロックＢｊのブロック電圧Ｖ_Ｂｊの変動特性は、断線に伴い変化すると言える。本実施形態では、こうした断線に伴うブロック電圧Ｖ_Ｂｊの変動特性の変化を利用して、電池セルＥｋの断線の有無を検査する。これについて図５を参照して説明する。

図５において、横軸は、組電池充電率Ｃａｓを、縦軸は、ブロック電圧Ｖ_Ｂｎを示している。また、図５において、二点鎖線は、断線が生じていない基準ブロックＢｉのブロック電圧Ｖ_Ｂｉを、実線は、検査対象である比較ブロックＢｊの断線発生前のブロック電圧Ｖ_{Ｂｊ＿ｂｅ}を、破線は、比較ブロックＢｊの断線発生後のブロック電圧Ｖ_{Ｂｊ＿ａｆ}を、それぞれ示している。

断線の有無を検査する場合、コントローラ１８は、組電池充電率Ｃａｓが、予め規定された検査充電率Ｃ＿ｃ近傍になったタイミングで、基準ブロックＢｉおよび比較ブロックＢｊのブロック電圧Ｖ_Ｂｉ，Ｖ_Ｂｊを取得する。そして、二つの電池ブロックＢｉ，Ｂｊのブロック電圧Ｖ_Ｂｉ，Ｖ_Ｂｊの差、ブロック間電圧偏差ΔＶ_ｉ−ｊ＝｜Ｖ_Ｂｉ−Ｖ_Ｂｊ｜を取得する。このブロック間電圧偏差ΔＶ_ｉ−ｊの値は、組電池充電率Ｃａｓが同じであれば、充放電を繰り返したとしても、変化しない。しかし、比較ブロックＢｊにおいて、セル断線が発生すると、上述したように、ブロック電圧Ｖ_Ｂｊの変動特性が変化するため、ブロック間電圧偏差ΔＶ_ｉ−ｊの値も変化する。図５の例では、ブロック間電圧偏差ΔＶ_ｉ−ｊは、断線前には、Ｄ１であったのに対し、断線後は、Ｄ２となる（Ｄ２＞Ｄ１）。そのため、ブロック間電圧偏差ΔＶ_ｉ−ｊの変化を監視すれば、セル断線の有無を判断することができる。

そこで、本実施形態において、コントローラ１８は、今回のブロック間電圧偏差ΔＶ_ｉ−ｊ［ｔ］と、前回のブロック間電圧偏差ΔＶ_ｉ−ｊ［ｔ−１］との差分値を、検査値Ａ_ｉ−ｊ［ｔ］＝｜ΔＶ_ｉ−ｊ［ｔ］−ΔＶ_ｉ−ｊ［ｔ−１］｜として算出する。そして、得られた検査値Ａ_ｉ−ｊ［ｔ］が予め規定された基準検査値Ａｄｅｆを越える場合、コントローラ１８は、比較ブロックＢｊに断線が発生したと判断する。

なお、こうした検査手順は、基準ブロックＢｉに断線が発生していないことを前提としている。しかし、実際には、基準ブロックＢｉにも断線が発生する可能性はあり、その場合、単一の検査値Ａ_ｉ−ｊからは、基準ブロックＢｉ、比較ブロックＢｊのいずれに断線が生じているかは判断できない。しかし、通常、基準ブロックＢｉは、複数の比較ブロックＢｊと比較される。そのため、比較される複数の比較ブロックＢｊ全てが断線と判断され得る検査値Ａ_ｉ−ｊが得られた場合には、比較ブロックＢｊではなく、基準ブロックＢｉに断線が発生している可能性が高いと判断できる。そして、その場合には、他の電池ブロックＢｎを新たな基準ブロックＢｉとして再設定して断線検査を行えばよい。

ところで、図４を参照して説明した通り、ブロック電圧Ｖ_Ｂｎの変動特性は、セル断線が発生した積算電流値Ａｈ（組電池充電率Ｃａｓ）を中心として、変化する。そのため、断線に伴うブロック電圧Ｖ_Ｂｎの変化量は、断線が発生した際の組電池充電率Ｃａｓ（以下「断線充電率Ｃ＿ｂ」と呼ぶ）に近いほど、小さく、断線充電率Ｃ＿ｂから離れるほど大きくなる。上述した手順による断線検査は、断線に伴うブロック電圧Ｖ_Ｂｎの変化量が大きいほど、精度が高くなる。したがって、断線の有無検査の精度を上げるためには、断線検査を実行する際の組電池充電率（検査充電率Ｃ＿ｃ）を、断線充電率Ｃ＿ｂから離れた値に設定することが望ましい。例えば、図５の例では、組電池充電率Ｃａｓが、比較的低いＣ＿ｂのときに断線が発生した場合、断線の有無検査は、組電池充電率Ｃａｓが比較的高いＣ＿ｃのときに行うことが望ましいといえる。

しかし、実際には、断線が発生したタイミングを特定することはできず、断線充電率Ｃ＿ｂを特定することはできない。そこで、本実施形態では、断線充電率Ｃ＿ｂを特定することなく、検査精度を向上するために、ブロック電圧Ｖ_Ｂｎのバラツキを揃える均等化処理を行うとともに、当該均等化処理を行ったときの組電池充電率（以下「均等化充電率Ｃ＿ｅ」という）と離れた組電池充電率Ｃａｓにおいて、断線の有無検査を行う。これについて図６を参照して説明する。図６において上段は、均等化処理前のブロック電圧Ｖ_Ｂｊの変動特性を、下段は、均等化処理後のブロック電圧Ｖ_Ｂｊの変動特性を示す。また、図６において、実線は、断線発生前のブロック電圧Ｖ_{Ｂｊ＿ｂｅ}の変動特性を、破線は、断線発生後のブロック電圧Ｖ_{Ｂｊ＿ａｆ}の変動特性を示す。

図６において、比較ブロックＢｊにおいて、Ｃａｓ＝Ｃ＿ｂのときに、電池セルＥｋの断線が生じたとする。繰り返し説明したように、また、図６上段に示すように、断線が生じることで、ブロック電圧Ｖ_Ｂｊの変動特性が変化する。その結果、Ｃａｓ＝Ｃ＿ｅのときのブロック電圧Ｖ_Ｂｊは、断線前は、Ｖ２であったのに、断線後は、Ｖ１に低下する。かかる断線後の比較ブロックＢｊを含めた全ての電池ブロックＢｎにおいて、ブロック充電率Ｃ_ＢｎがＣ＿ｅになるように、均等化処理を実施したとする。この場合、比較ブロックＢｊのブロック電圧Ｖ_Ｂｊの変動特性は、図６の下段において破線で示すように、Ｃａｓ＝Ｃ＿ｅのときのブロック電圧Ｖ_ＢｊがＶ２となるように、変動特性を示す曲線が、全体的に左側にずれる。そして、これにより、組電池充電率Ｃａｓが高い領域（右側領域）においては、断線に伴う比較ブロックＢｊのブロック電圧Ｖ_Ｂｊの変化量が大きくなる。その結果、組電池充電率Ｃａｓの高い領域で断線の有無検査を行えば、当該検査の精度を向上できる。そして、この均等化処理を行ったときの組電池充電率（均等化充電率Ｃ＿ｅ）は、断線充電率Ｃ＿ｂと異なり、確実に取得することができる。

そこで、本実施形態では、断線の有無検査を、均等化処理を行ったときの組電池充電率Ｃ＿ｅと充電域とは、逆の充電域で行い、検査精度の向上を図っている。すなわち、均等化処理を組電池充電率Ｃａｓが高充電率域内のときに実行した場合には、断線検査を組電池充電率Ｃａｓが低充電率域内のときに実行し、均等化処理を組電池充電率が低充電率域内のときに実行した場合には、断線検査を組電池充電率Ｃａｓが高充電率域内のときに実行する。

図７は、均等化処理と断線検査の実行タイミングと断線判定フラグＦｂとの関係を示す図である。図７において、上段は、均等化処理と断線検査の実行タイミングを示す図であり、縦軸は、組電池充電率Ｃａｓを、横軸は、時間を示している。また、上段において、黒丸は、断線検査の実行タイミングを、黒菱形は、均等化処理の実行タイミングを示している。また、下段は、断線判定フラグＦｂを示しており、コントローラ１８において断線が発生していると判定された場合、当該断線判定フラグＦｂは、ＯＮ（ＨＩＧＨ）になる。

図７に示す例では、組電池充電率Ｃａｓが低充電域内あるときに均等化処理を、組電池充電率Ｃａｓが高充電域内にあるときに断線の有無検査を行っている。いま、２回目の均等化処理の後、３回目の断線有無検査の前である時刻ｔ５において、セル断線が発生したとする。このセル断線は、図７に示す通り、組電池充電率Ｃａｓが比較的高いときに発生している。この場合、その直後の時刻ｔ６において断線有無検査を行ったとしても、比較ブロックＢｊのブロック電圧Ｖ_Ｂｊの変化量が小さいため、断線が発生していると判断することは難しい。したがって、時刻ｔ６において、断線判定フラグＦｂは、ＯＦＦ（ＬＯＷ）のままとなっている。

その後、時刻ｔ７において、均等化処理が実施されると、比較ブロックＢｊのブロック電圧Ｖ_Ｂｊの変動特性が、図６下段に示すように、左側にずれ、組電池充電率Ｃａｓが高充電域内にあるときの検査精度が向上することになる。そのため、時刻ｔ８において、組電池充電率Ｃａｓが高充電域内にあるときに断線の有無検査を行えば、検査値Ａ_ｉ−ｊが大きな値となり、断線が発生していることを確実に検知することができる。したがって、時刻ｔ８において、断線判定フラグＦｂは、ＯＮ（ＨＩＧＨ）となる。

以上の説明から明らかな通り、本実施形態では、均等化処理を実施したときの組電池充電率Ｃ＿ｅと、断線有無検査を実施するときの組電池充電率Ｃ＿ｃとを離している。そのため、検査充電率Ｃ＿ｃにおける断線に伴う比較ブロックＢｊのブロック電圧Ｖ_Ｂｊの変化量を大きくすることができ、検査精度を向上できる。

ところで、こうした断線検査を行う時の組電池充電率Ｃａｓ、すなわち、検査充電率Ｃ＿ｃは、常に同じであることが望ましい。しかし、断線検査で用いるブロック電圧Ｖ_Ｂｎは、充放電電流がゼロのときに得られる開放電圧であり、取得できるタイミングが限られる。そのため、断線検査の実行タイミングはある程度、限られてしまい、検査充電率Ｃ＿ｃを常に同じにすることは難しい。

そこで、実際には、検査充電率Ｃ＿ｃには、多少のバラツキが発生する。そのため、得られるブロック電圧Ｖ_Ｂｉ，Ｖ_Ｂｊには、断線に伴う変化量だけでなく、検査充電率Ｃ＿ｃの違いによる変化量も含まれることになる。こうした、検査充電率Ｃ＿ｃの違いによるブロック電圧Ｖ_Ｂｉ，Ｖ_Ｂｊの変化は、検査精度の低下を招く。そこで、本実施形態では、検査充電率Ｃ＿ｃの違いに応じて、ブロック間電圧偏差ΔＶ_ｉ−ｊを補正する。

図８は、この補正を説明するための図である。図８において、実線は、基準ブロックＢｉのブロック電圧Ｖ_Ｂｉであり、破線は、比較ブロックＢｊのブロック電圧Ｖ_Ｂｊを示している。

断線が生じておらず、かつ、組電池充電率Ｃａｓが同じであれば、ブロック間電圧偏差ΔＶ_ｉ−ｊは常に同じになる。しかし、組電池充電率Ｃａｓが変化すると、図８に示すように、ブロック間電圧偏差ΔＶ_ｉ−ｊも変化する。図８の例では、ブロック間電圧偏差ΔＶ_ｉ−ｊは、Ｃａｓ＝ｃ１のときはＤ１であり、Ｃａｓ＝ｃ２のときはＤ２に変化する。ブロック間電圧偏差ΔＶ_ｉ−ｊは、組電池充電率Ｃａｓが、高充電率側にずれると増加し、低充電率側にずれると低下する。こうした組電池充電率Ｃａｓの変化に起因するブロック間電圧偏差ΔＶ_ｉ−ｊの変化は、検出誤差の原因となる。

そこで、断線検査を行う組電池充電（検査充電率Ｃ＿ｃ）のズレ量に応じて補正量Ｌを算出し、ブロック間電圧偏差ΔＶ_ｉ−ｊに加算することが考えられる。補正量Ｌの算出方法としては、例えば、検査充電率Ｃ＿ｃのズレ量１％当たりの必要補正量を補正係数ｌとして記憶しておき、実際の検査充電率Ｃ＿ｃのズレ量Ｃ＿ｃ［ｔ］＝Ｃ＿ｃ［ｔ］−Ｃ＿ｃ［ｔ−１］に補正係数ｌを乗算して、補正量Ｌを算出する。この場合、補正係数ｌは、固定値でもよいが、比較ブロックＢｊと基準ブロックＢｉの比率に応じて変化する可変値であることが望ましい。図９は、補正係数ｌのマップの一例を示す図である。図９において、縦軸は、補正係数ｌの値を、横軸は、基準ブロックＢｉと比較ブロックＢｊの容量の比率、すなわち、（Ｂｉの容量／Ｂｊの容量）を示している。

ブロック間電圧偏差ΔＶ_ｉ−ｊ［ｔ］を補正する際、コントローラ１８は、まず、検査対象の比較ブロックＢｊの電池容量を図９のマップに照らし合わせて、比較ブロックＢｊに対応する補正係数ｌを取得する。続いて、今回の検査充電率Ｃ＿ｃ［ｔ］と、前回の検査充電率Ｃ＿ｃ［ｔ−１］との差分値ΔＣ＿ｃ［ｔ］＝Ｃ＿ｃ［ｔ］−Ｃ＿ｃ［ｔ−１］を算出する。そして、その差分値ΔＣ＿ｃ［ｔ］と補正係数ｌとを乗算して、補正量Ｌを取得する。続いて、この補正量Ｌをブロック間電圧偏差ΔＶ_ｉ−ｊ［ｔ］に加算することで、補正後のブロック間電圧偏差ΔＶ_ｉ−ｊ［ｔ］が得られる。なお、通常、断線のない基準ブロックＢｉのブロック電圧Ｖ_Ｂｉと組電池充電率Ｃａｓは、一定の関係にあり、組電池充電率Ｃａｓは、ブロック電圧Ｖ_Ｂｉにほぼ比例する。したがって、補正量Ｌの算出にあたっては、検査充電率のズレ量ΔＣ＿ｃを、基準ブロックのブロック電圧Ｖ_Ｂｉの変化量ΔＶ_Ｂｉ＝Ｖ_Ｂｉ［ｔ］−Ｖ_Ｂｉ［ｔ−１］に替えてもよい。

次に、基準ブロックＢｉと比較ブロックＢｊの選択について説明する。本実施形態では、検査対象である比較ブロックＢｊと、基準となる基準ブロックＢｉと、のブロック間電圧偏差ΔＶ_ｉ−ｊの変化量を検査値Ａ_ｉ−ｊとして算出し、この検査値Ａ_ｉ−ｊに基づいて、断線の有無を判断している。ここで、誤差の影響を低減するためには、比較する二つの電池ブロックＢｉ，Ｂｊの電池特性、例えば、電池抵抗や電池容量は、互いに類似していることが望ましい。電池特性の差は、劣化によるものと、温度特性によるものが多く、劣化も温度による感度が大きい。そのため、二つの電池ブロックＢｎそれぞれの温度特性が近ければ、これら二つの電池ブロックＢｎの電池特性も類似していることが多い。そこで、本実施形態では、温度特性が基準ブロックＢｉに近い電池ブロックを、比較ブロックＢｊとして設定している。

図１０は、基準ブロックＢｉと比較ブロックＢｊとの対応関係の一例を示す図である。図１０に示すように、図面手前側から冷却風が供給される場合、手前側から奥側にいくほど、冷却がされにくく、電池温度が高くなりやすい。換言すれば、奥行き方向の位置が同じ電池ブロックＢｎは、温度特性、ひいては、電池特性が類似していると言える。そのため、図１０の下段に示すように、最も手前側に位置する電池ブロックＢ８，Ｂ９，Ｂ１３の断線検査の際には、同じく最も手前側に位置する電池ブロックＢ１を基準ブロックとして選択する。また、最も奥側に位置する電池ブロックＢ５，Ｂ１２，Ｂ１２の断線検査の際には、同じく、最も奥側に位置する電池ブロックＢ４を基準ブロックとして選択する。そして、コントローラ１８は、こうした基準ブロックＢｉと比較ブロックＢｊとの対応表を予め記憶しておき、断線検査の際には、当該対応表を参照して、比較ブロックＢｊに対応する基準ブロックＢｉを特定する。

次に、本実施形態における断線検査処理の流れについて図１１を参照して説明する。図１１は、断線検査処理の流れを示すフローチャートである。図１１に示す通り、コントローラ１８は、まず、組電池充電率Ｃａｓが、予め規定された検査範囲内であり、かつ、均等化実施判定がＯＮであり、かつ、開放電圧ＯＣＶの取得が可能か、を判定する（Ｓ１０）。ここで、検査範囲内とは、断線検査の実行を許可する組電池充電率の範囲であり、均等化実施処理が実行される組電池充電率（均等化充電率Ｃ＿ｅ）と離れた組電池充電率の範囲である。また、均等化実施判定とは、均等化処理の完了後にＯＮされるフラグである。また、開放電圧ＯＣＶの取得が可能か否かは、電池無負荷時間が、一定時間継続したか否かで判定される。コントローラ１８は、これら三つの条件のうち、一つでもＮｏの場合には、ステップＳ３６に進む。ステップＳ３６において、コントローラ１８は、均等化処理が終了したか否かを判定する（Ｓ３６）。均等化処理が終了したと判定した場合には、均等化実施判定をＯＮに設定し（Ｓ３８）、ステップＳ１０に戻る。一方、均等化処理が終了していない場合には、均等化実施判定を変更することなく、ステップＳ１０に戻る。

一方、ステップＳ１０において、Ｙｅｓと判断された場合、コントローラ１８は、均等化判定をＯＦＦに設定（Ｓ１２）したうえで、全電池ブロックＢｎのブロック電圧Ｖ_Ｂｎを取得する。そして、コントローラ１８は、電池ブロックＢ１〜Ｂｂｍａｘそれぞれについて断線の有無検査を行う（Ｓ１６〜Ｓ３４）。

具体的には、コントローラ１８は、メモリに記憶されている対応表を参照して、比較ブロックＢｊに対応する基準ブロックＢｉを特定する（Ｓ１８）。次に、この基準ブロックＢｉと比較ブロックＢｊのブロック間電圧偏差ΔＶ_ｉ−ｊ［ｔ］を算出する（Ｓ２０）。ここで得られたブロック間電圧偏差ΔＶ_ｉ−ｊ［ｔ］は、検査充電率Ｃ＿ｃのズレ量による誤差を含んでいるため、続いて、コントローラ１８は、この誤差を補正する補正量Ｌを算出する（Ｓ２２）。補正量Ｌは、基準ブロックＢｉのブロック電圧Ｖ_Ｂｉの変化量ΔＶ_Ｂｉ［ｔ］＝Ｖ_Ｂｉ［ｔ］−Ｖ_Ｂｉ［ｔ−１］に、規定の補正係数ｌを乗算することで得られる。

補正量Ｌが得られれば、当該補正量Ｌをブロック間電圧偏差ΔＶ_ｉ−ｊ［ｔ］に加算し、加算後の値を、ブロック間電圧偏差ΔＶ_ｉ−ｊ［ｔ］として扱う（Ｓ２４）。次に、得られたブロック間電圧偏差ΔＶ_ｉ−ｊ［ｔ］と、前回のブロック間電圧偏差ΔＶ_ｉ−ｊ［ｔ−１］との差分値を検査値Ａ_ｉ−ｊ［ｔ］として取得する（Ｓ２６）。検査値Ａ_ｉ−ｊ［ｔ］が得られれば、この検査値Ａ_ｉ−ｊ［ｔ］と、予め規定された基準検査値Ａｄｅｆとを比較する（Ｓ２８）。比較の結果、検査値Ａ_ｉ−ｊ［ｔ］が基準検査値Ａｄｅｆより大きい場合、コントローラ１８は、電池ブロックＢｊに断線があると判断する。一方、Ａ_ｉ−ｊ［ｔ］≦Ａｄｅｆの場合、コントローラ１８は、全ての電池ブロックについて検査が終了したか否かを判断する（Ｓ３２）。全ての電池ブロックＢｎの検査が終了すれば、すなわちｊ＝ｂｍａｘとなれば、ステップＳ１０に戻り、ｊ≠ｂｍａｘの場合は、ｊ＝ｊ＋１としたうえで（Ｓ３４）、ステップＳ１８に戻る。

以上の説明から明らかな通り、本実施形態では、組電池充電率Ｃａｓが、均等化処理を実行したときの組電池充電率Ｃａｓから離れた検査範囲内にあるときにのみ、断線検査を許容している。その結果、断線に伴うブロック電圧Ｖ_Ｂｎの変化量が大きくなり、検査精度を向上できる。

１０ 電池システム、１２ 組電池、１３ 電流センサ、１４ 均等化処理部、１６ 電圧検出部、１８ コントローラ、２０ システムメインリレー、２２ インバータ、２４ モータジェネレータ、２６ 均等化回路、２８ 電圧検出線、Ｂｎ 電池ブロック、Ｂｉ 基準ブロック、Ｂｊ 比較ブロック、Ｅｋ 電池セル、Ｒ 抵抗素子、ＳＷ スイッチング素子。

Claims (1)

1. 複数の電池セルを並列接続してなる電池ブロックを、さらに、複数、直列に接続してなる組電池において、前記電池セルの断線の有無を検査するセル断線検査方法であって、
   前記電池ブロックの開放電圧に基づいて、各電池ブロック内での電池セルの断線の有無を判断する断線検査ステップを含み、
   前記複数の電池ブロックそれぞれの電圧を均等化させる均等化処理を前記組電池の充電率が高充電率域内のときに実行した場合には、前記断線検査ステップを前記充電率が前記高充電率域よりも低い低充電率域内のときに実行し、前記均等化処理を前記充電率が低充電率域内のときに実行した場合には、前記断線検査ステップを前記充電率が高充電率域内のときに実行する、
   ことを特徴とするセル断線検査方法。