(57)【要約】【課題】電池の異常を精度良く検出する。【解決手段】本蓄電システムは、複数の蓄電素子から構成される蓄電装置を備え、車両に搭載される。蓄電素子の電圧を検出する電圧センサと、蓄電素子を流れる電流を検出する電流センサと、蓄電装置の温度を検出する温度センサと、蓄電素子の異常を検出するコントローラと、を有する。コントローラは、検出された電圧値及び電流値に基づいて蓄電素子の内部抵抗を所定の間隔で算出し、算出された内部抵抗間の低下量が所定値よりも大きい場合に、蓄電素子が異常であると判定するとともに、算出された内部抵抗間の変化に対して流れた電流値に基づく蓄電素子の発熱量に対し、蓄電装置の温度が高いほど、所定値が小さくなるように可変に制御する。【選択図】図７
2014186007.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の蓄電素子から構成される蓄電装置を備え、車両に搭載される蓄電システムであって、
前記蓄電素子の電圧を検出する電圧センサと、
前記蓄電素子を流れる電流を検出する電流センサと、
前記蓄電装置の温度を検出する温度センサと、
検出された電圧値及び電流値に基づいて前記蓄電素子の内部抵抗を所定の間隔で算出し、算出された内部抵抗間の低下量が所定値よりも大きい場合に、前記蓄電素子が異常であると判定するコントローラと、を有し、
前記コントローラは、前記算出された内部抵抗間の変化に対して流れた電流値に基づく前記蓄電素子の発熱量に対し、前記蓄電装置の温度が高いほど、前記所定値が小さくなるように可変に制御することを特徴とする蓄電システム。
【請求項２】
前記コントローラは、前記蓄電装置の温度が高く前記発熱量が小さいほど小さくなり、前記蓄電装置の温度が低く前記発熱量が大きいほど大きくなるように、前記所定値を可変に制御することを特徴とする請求項１に記載の蓄電システム。
【請求項３】
前記コントローラは、前記蓄電装置の温度及び前記発熱量に関連する電流値の２乗値に、前記所定値を予め対応付けた対応マップを用い、検出温度及び前記電流センサによる検出電流値の２乗値に基づいて、前記所定値を算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の蓄電システム。
【請求項４】
前記コントローラは、前記電流センサによる検出電流値の２乗値が、所定の閾値よりも大きい場合に、前記低下量に基づく前記蓄電素子の異常を判定する処理を行うことを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の蓄電システム。
【請求項５】
前記温度センサは、前記蓄電装置の異なる箇所に複数設けられ、
前記コントローラは、複数の温度センサの各検出温度のうちの最小値を用いることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の蓄電システム。
【請求項６】
前記コントローラは、所定時間内に複数検出された電流値及び電圧値の対応関係に対する近似直線の傾きを求め、前記傾きを前記蓄電素子の内部抵抗として算出することを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の蓄電システム。
【請求項７】
前記低下量は、前記所定の間隔で算出された内部抵抗間の差分または単位時間あたりの変化率であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の蓄電システム。
【請求項８】
車両に搭載され、複数の蓄電素子で構成された蓄電装置の制御装置であって、
電圧センサによって検出された電圧値及び電流センサによって検出された電流値に基づいて前記蓄電素子の内部抵抗を所定の間隔で算出し、算出された内部抵抗間の低下量が所定値よりも大きい場合に、前記蓄電素子が異常であると判定するとともに、
前記算出された内部抵抗間の変化に対して流れた電流値に基づく前記蓄電素子の発熱量に対し、前記蓄電装置の温度が高いほど、前記所定値が小さくなるように可変に制御することを特徴とする蓄電装置の制御装置。
【請求項９】
車両に搭載され、複数の蓄電素子で構成された蓄電装置の異常検出方法であって
電圧センサによって検出された電圧値及び電流センサによって検出された電流値に基づいて前記蓄電素子の内部抵抗を所定の間隔で算出するステップと、
前記算出された内部抵抗間の低下量を算出するステップと、
前記低下量が所定値よりも大きい場合に、前記蓄電素子が異常であると判定するステップと、を含み、
前記算出された内部抵抗間の変化に対して流れた電流値に基づく前記蓄電素子の発熱量に対し、前記蓄電装置の温度が高いほど、前記所定値が小さくなるように可変に制御し、前記発熱量に関連する前記電流センサによる検出電流値の２乗値及び前記蓄電装置の検出温度に基づいて、前記所定値を算出するステップ、をさらに含むことを特徴とする蓄電装置の異常検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載される蓄電装置の異常検出技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１では、電池の電圧値と電流値とから内部抵抗を算出し、内部抵抗の変動を監視することで、電池の異常を検出する。例えば、内部抵抗値が閾値よりも大きかったり、電池間の内部抵抗値の比較による差分が閾値よりも大きい場合に、電池が異常であると判定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２６０４８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、電池の内部抵抗値は、電池温度によって変動する。例えば、電池温度が上昇すると、内部抵抗値が低下することがある。このような場合、単に内部抵抗値と閾値とを比較したり、電池間の内部抵抗値を比較するだけでは、電池の異常を精度良く検出できない場合がある。
【０００５】
そこで、本発明は、温度上昇による内部抵抗値の変化を考慮し、蓄電装置の異常を精度良く検出できる蓄電システム及び異常検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願第１の発明は、複数の蓄電素子から構成される蓄電装置を備え、車両に搭載される蓄電システムであり、蓄電素子の電圧を検出する電圧センサと、蓄電素子を流れる電流を検出する電流センサと、蓄電装置の温度を検出する温度センサと、蓄電素子の異常を検出するコントローラと、を有する。コントローラは、検出された電圧値及び電流値に基づいて蓄電素子の内部抵抗を所定の間隔で算出し、算出された内部抵抗間の低下量が所定値よりも大きい場合に、蓄電素子が異常であると判定するとともに、算出された内部抵抗間の変化に対して流れた電流値に基づく蓄電素子の発熱量に対し、蓄電装置の温度が高いほど、所定値が小さくなるように可変に制御する。
【０００７】
本願第１の発明によれば、異常が生じた蓄電素子が正常な蓄電素子よりも内部抵抗が大きいことに起因した温度上昇によって内部抵抗が低下しても、所定の間隔で算出された内部抵抗間の低下量に基づいて蓄電素子の異常を判定するので、例えば、異常が生じた蓄電素子の内部抵抗の大小や正常な蓄電素子の内部抵抗との比較によって異常を判定する場合に比べ、充放電負荷が高く、発熱によって温度上昇が高い状態であっても、異常判定を精度良く行うことができる。
【０００８】
そして、蓄電素子の異常を判定するための基準値である所定値が、蓄電素子の発熱量に対して蓄電装置の温度が高いほど、小さくなるように可変に制御される。蓄電素子の内部抵抗は温度に依存し、低温から高温に向かうにつれて抵抗値が低くなる。このとき、温度上昇に対して抵抗値が低下する度合い（低下する量）は、低温よりも高温の方が小さい（低温の方が温度上昇に対して抵抗値が低下する度合いが大きい）。したがって、蓄電素子の発熱によって上昇する温度に応じた抵抗値の低下度合いは、低温よりも高温の方が小さいので、蓄電装置の温度が高くなるにつれて蓄電素子の異常を判定するための基準値である所定値を小さくすることで、異常が生じた蓄電素子が正常な蓄電素子よりも内部抵抗が大きいことに起因した温度上昇による内部抵抗の低下を、蓄電素子の異常として判定し易くでき、蓄電素子の異常判定を精度良く行うことができる。
【０００９】
コントローラは、蓄電装置の温度が高く発熱量が小さいほど小さくなり、蓄電装置の温度が低く発熱量が大きいほど大きくなるように、所定値を可変に制御することができる。上述したように、蓄電素子の内部抵抗は温度に依存するので、蓄電素子の発熱量に応じた温度上昇が大きければ、抵抗値の変化は大きくなる。したがって。温度上昇に対して抵抗値が低下する度合い（低下する量）が低温よりも小さい高温時の蓄電素子の発熱量が小さければ、所定値を小さくし、温度上昇に対して抵抗値が低下する度合い（低下する量）が高温よりも大きい低温時の蓄電素子の発熱量が大きければ、所定値を大きくすることで、異常が生じた蓄電素子が正常な蓄電素子よりも内部抵抗が大きいことに起因した温度上昇による内部抵抗の低下に基づく蓄電素子の異常判定を精度良く行うことができる。
【００１０】
コントローラは、蓄電装置の温度及び発熱量に関連する電流値の２乗値に、所定値を予め対応付けた対応マップを用い、検出温度及び電流センサによる検出電流値の２乗値に基づいて、所定値を算出することができる。
【００１１】
コントローラは、電流センサによる検出電流値の２乗値が、所定の閾値よりも大きい場合に、所定の間隔で算出された内部抵抗間の低下量に基づく蓄電素子の異常を判定する処理を行うように制御することができる。このように構成することで、例えば、蓄電素子の発熱量に応じた温度上昇による抵抗値の変化が確保できる所定の充放電負荷よりも大きい状態で、所定の間隔で算出された内部抵抗間の低下量に基づく蓄電素子の異常を判定する処理を行うようにすることで、異常が生じた蓄電素子が正常な蓄電素子よりも内部抵抗が大きいことに起因した温度上昇による内部抵抗の低下に応じた蓄電素子の異常判定を精度良く行うことができる。
【００１２】
温度センサは、蓄電装置の異なる箇所に複数設けることができる。このとき、コントローラは、複数の温度センサの各検出温度のうちの最小値を用いて上記処理を行うことができる。蓄電素子の発熱によって上昇する温度に応じた抵抗値の低下度合いは、低温よりも高温の方が小さいので、最小値の検出温度を用いることで、必要以上に所定値を小さくせずに（異常が生じた蓄電素子が正常な蓄電素子よりも内部抵抗が大きいことに起因した温度上昇による内部抵抗の低下を小さく捉え過ぎずに）、蓄電素子の異常判定を行うができ、異常判定精度が向上する。
【００１３】
コントローラは、所定時間内に複数検出された電流値及び電圧値の対応関係に対する近似直線の傾きを求め、傾きを蓄電素子の内部抵抗として算出することができる。
【００１４】
低下量として、所定の間隔で算出された内部抵抗間の差分または単位時間あたりの変化率を用いることができる。
【００１５】
本願第２の発明は、車両に搭載される蓄電装置の制御装置であり、蓄電装置は複数の蓄電素子で構成されている。制御装置は、電圧センサによって検出された電圧値及び電流センサによって検出された電流値に基づいて蓄電素子の内部抵抗を所定の間隔で算出し、算出された内部抵抗間の低下量が所定値よりも大きい場合に、蓄電素子が異常であると判定するとともに、算出された内部抵抗間の変化に対して流れた電流値に基づく蓄電素子の発熱量に対し、蓄電装置の温度が高いほど、所定値が小さくなるように可変に制御する。本願第２の発明によれば、上記本願第１の発明と同様の効果を得ることができる。
【００１６】
本願第３の発明は、車両に搭載される蓄電装置の異常検出方法であり、蓄電装置は複数の蓄電素子で構成されている。電圧センサによって検出された電圧値及び電流センサによって検出された電流値に基づいて蓄電素子の内部抵抗を所定の間隔で算出するステップと、算出された内部抵抗間の低下量を算出するステップと、低下量が所定値よりも大きい場合に、蓄電素子が異常であると判定するステップと、を含んでおり、算出された内部抵抗間の変化に対して流れた電流値に基づく蓄電素子の発熱量に対し、蓄電装置の温度が高いほど、所定値が小さくなるように可変に制御し、発熱量に関連する電流センサによる検出電流値の２乗値及び蓄電装置の検出温度に基づいて、所定値を算出するステップ、をさらに含んでいる。本願第３の発明によれば、上記本願第１の発明と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】電池システムの構成を示す図である。
【図２】単電池の電流及び電圧の各挙動（ＩＶプロット）を示す図であり、電流及び電圧の各挙動から内部抵抗を算出する例を示す図である。
【図３】従来の単電池の内部抵抗に基づく電池異常の検出例を示す図である。
【図４】単電池の内部抵抗と温度との関係を示す図である。
【図５】内部抵抗の低下量に基づく電池異常の検出例を示す図である。
【図６】電池異常を判定するための内部抵抗の低下量に対する閾値（所定値）の算出例を示す図である。
【図７】電池システムの異常検出動作を示すフローチャートである。
【図８】電池システムの異常検出動作の変形例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００１９】
図１は、本実施例の電池システムの構成を示す図である。図１に示す電池システムは、例えば、車両に搭載することができる。車両としては、例えば、ＨＶ（Hybrid Vehicle）やＥＶ（Electric Vehicle）がある。
【００２０】
ＨＶでは、車両を走行させるための動力源として、後述する組電池に加えて、エンジン又は燃料電池といった他の動力源を備えている。また、ＰＨＶ（Plug-in Hybrid Vehicle）では、外部電源からの電力を用いて組電池を充電することができる。さらに、エンジンを備えたＨＶ，ＰＨＶでは、エンジンによって生成された運動エネルギを電気エネルギに変換することにより、この電気エネルギを用いて、組電池を充電することができる。
【００２１】
ＥＶは、車両の動力源として、組電池だけを備えており、外部電源からの電力供給を受けて、組電池を充電することができる。外部電源とは、車両の外部において、車両とは別に設置された電源（例えば、商用電源）である。
【００２２】
組電池（蓄電装置に相当する）１００は、直列に接続された複数の単電池（蓄電素子に相当する）１０を有する。単電池１０としては、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池といった二次電池を用いることができる。また、二次電池の代わりに、電気二重層キャパシタを用いることができる。
【００２３】
単電池１０の数は、組電池１００の要求出力などに基づいて、適宜設定することができる。本実施例の組電池１００では、すべての単電池１０が直列に接続されているが、組電池１００には、並列に接続された複数の単電池１０が含まれていてもよい。
【００２４】
監視ユニット２００は、組電池１００の端子間電圧を検出したり、各単電池１０の端子間電圧を検出したりし、検出結果をＥＣＵ（Electric Control Unit）３００に出力する。
【００２５】
温度センサ２０１は、組電池１００（単電池１０）の温度を検出し、検出結果をＥＣＵ３００に出力する。ここで、温度センサ２０１は、組電池１００の一箇所に設けることもできるし、組電池１００のうち、互いに異なる複数の箇所に設けることもできる。複数の温度センサ２０１の検出温度を用いる場合、組電池１００の温度は、複数の検出温度のうちの最小値、最大値や複数の検出温度の中央値や平均値などを適宜用いることができる。
【００２６】
電流センサ２０２は、組電池１００に流れる電流を検出し、検出結果をＥＣＵ３００に出力する。本実施例では、組電池１００を放電しているときに電流センサ２０２によって検出された電流値を正の値としている。また、組電池１００を充電しているときに電流センサ２０２によって検出された電流値を負の値としている。
【００２７】
本実施例では、組電池１００の正極端子と接続された正極ラインＰＬに電流センサ２０２を設けているが、電流センサ２０２は、組電池１００に流れる電流を検出できればよく、電流センサ２０２を設ける位置は適宜設定することができる。例えば、組電池１００の負極端子と接続された負極ラインＮＬに電流センサ２０２を設けることができる。なお、複数の電流センサ２０２を用いることもできる。
【００２８】
ＥＣＵ（コントローラに相当する）３００は、メモリ３０１を有しており、メモリ３０１は、ＥＣＵ３００が所定の処理（例えば、本実施例で説明する処理）を行うための各種の情報を記憶している。本実施例では、メモリ３０１が、ＥＣＵ３００に内蔵されているが、メモリ３０１を、ＥＣＵ３００の外部に設けることもできる。
【００２９】
正極ラインＰＬには、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂが設けられている。システムメインリレーＳＭＲ−Ｂは、ＥＣＵ３００からの制御信号を受けることにより、オンおよびオフの間で切り替わる。負極ラインＮＬには、システムメインリレーＳＭＲ−Ｇが設けられている。システムメインリレーＳＭＲ−Ｇは、ＥＣＵ３００からの制御信号を受けることにより、オンおよびオフの間で切り替わる。
【００３０】
システムメインリレーＳＭＲ−Ｇには、システムメインリレーＳＭＲ−Ｐおよび電流制限抵抗２０３が並列に接続されている。ここで、システムメインリレーＳＭＲ−Ｐおよび電流制限抵抗２０３は、直列に接続されている。システムメインリレーＳＭＲ−Ｐは、ＥＣＵ３００からの制御信号を受けることにより、オンおよびオフの間で切り替わる。電流制限抵抗２０３は、組電池１００を負荷（具体的には、後述するインバータ２０４）と接続するときに、突入電流が流れることを抑制するために用いられる。
【００３１】
組電池１００をインバータ２０４と接続するとき、ＥＣＵ３００は、まず、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂをオフからオンに切り替えるとともに、システムメインリレーＳＭＲ−Ｐをオフからオンに切り替える。これにより、電流制限抵抗２０３に電流が流れることになる。
【００３２】
次に、ＥＣＵ３００は、システムメインリレーＳＭＲ−Ｇをオフからオンに切り替えた後に、システムメインリレーＳＭＲ−Ｐをオンからオフに切り替える。これにより、組電池１００およびインバータ２０４の接続が完了し、図１に示す電池システムは、起動状態（Ｒｅａｄｙ−Ｏｎ）となる。ＥＣＵ３００には、車両のイグニッションスイッチのオン／オフ（ＩＧ−ＯＮ／ＩＧ−ＯＦＦ）に関する情報が入力され、ＥＣＵ３００は、イグニッションスイッチがオフからオンに切り替わることに応じて、電池システムを起動する。
【００３３】
一方、イグニッションスイッチがオンからオフに切り替わったとき、ＥＣＵ３００は、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇをオンからオフに切り替える。これにより、組電池１００およびインバータ２０４の接続が遮断され、電池システムは、停止状態（Ｒｅａｄｙ−Ｏｆｆ）となる。
【００３４】
インバータ２０４は、組電池１００から出力された直流電力を交流電力に変換し、交流電力をモータ・ジェネレータ２０５に出力する。モータ・ジェネレータ２０５としては、例えば、三相交流モータを用いることができる。モータ・ジェネレータ２０５は、インバータ２０４から出力された交流電力を受けて、車両を走行させるための運動エネルギを生成する。モータ・ジェネレータ２０５によって生成された運動エネルギを、車輪に伝達することにより、車両を走行させることができる。
【００３５】
車両を減速させたり、停止させたりするとき、モータ・ジェネレータ２０５は、車両の制動時に発生する運動エネルギを電気エネルギ（交流電力）に変換する。インバータ２０４は、モータ・ジェネレータ２０５が生成した交流電力を直流電力に変換し、直流電力を組電池１００に出力する。これにより、組電池１００は、回生電力を蓄えることができる。
【００３６】
本実施例では、組電池１００をインバータ２０４に接続しているが、これに限るものではない。具体的には、組電池１００を昇圧回路に接続するとともに、昇圧回路をインバータ２０４に接続することができる。昇圧回路を用いることにより、組電池１００の出力電圧を昇圧することができる。また、昇圧回路は、インバータ２０４から組電池１００への出力電圧を降圧することができる。
【００３７】
また、図１に示す電池システムは、外部電源から供給される電力を組電池１００に充電させる充電器（不図示）を備えることができる。外部電源から延設される充電プラグを車両（インレット）に接続することにより、充電器を介して外部充電を行うことができる。
【００３８】
ＥＣＵ３００は、監視ユニット２００によって検出された電圧値、温度センサ２０１によって検出された電池温度、電流センサ２０２によって検出された電流値に基づいて、組電池１００のＳＯＣを算出（推定）したり、算出されたＳＯＣや満充電容量に基づいて、組電池１００の充放電制御を行うことができる。
【００３９】
組電池１００のＳＯＣは、組電池１０の満充電容量に対して現在の充電容量の割合（充電状態）を示すものであり、満充電容量はＳＯＣの上限値である。ＳＯＣは、組電池１００の開放電圧（ＯＣＶ：Open Circuit Voltage）から特定することができる。例えば、組電池１００のＯＣＶとＳＯＣとの対応関係をＯＣＶ−ＳＯＣマップとして予めメモリ３０１に記憶しておく。ＥＣＵ３００は、監視ユニット２００によって検出される電圧（ＣＣＶ：Closed Circuit Voltage）から組電池１００のＯＣＶを算出し、ＯＣＶ−ＳＯＣマップからＳＯＣを算出することができる。
【００４０】
なお、組電池１００のＯＣＶとＳＯＣの対応関係は、電池温度に応じて変化するので、ＯＣＶ−ＳＯＣマップを電池温度毎にメモリ３０１に記憶させておき、組電池１００のＯＣＶからＳＯＣを推定する際の電池温度に応じてＳＯＣ−ＯＣＶマップを切り換えて（選択して）、組電池１００のＳＯＣを推定するようにしてもよい。また、組電池１００のＳＯＣと共に、組電池１００を構成する直列に接続された単電池１０それぞれのＳＯＣを算出することもでき、組電池１０全体のＳＯＣと各単電池１１それぞれのＳＯＣを管理することもできる。
【００４１】
したがって、ＥＣＵ３００は、充放電中の監視ユニット２００によって検出された電圧値（ＣＣＶ）を監視することにより、組電池１００の過充電状態や過放電状態を把握することができる。例えば、算出されたＳＯＣが満充電容量に対する所定の上限ＳＯＣよりも高くならないように組電池１００の充電を制限したり、下限ＳＯＣよりも低くならないように放電を制限する充放電制御を行うことができる。
【００４２】
ＥＣＵ３００は、監視ユニット２００，温度センサ２０１，電流センサ２０２によって検出された各検出値を用いて組電池１００（単電池１０）の異常検出を行う。本実施例のＥＣＵ３００は、組電池１００の充放電を制御するとともに、組電池１００の異常検出を行う制御装置として機能することができる。なお、ＥＣＵ３００とは別途に、組電池１００の異常検出を行う制御装置を電池システムに設ける構成であってもよく、ＥＣＵ３００に対して異常検出装置が、外的に又は内的に設けられるように構成することができる。
【００４３】
ＥＣＵ３００は、車両走行中の充放電制御において、電流センサ２０２を用いて単電池１０の電流値を検出するとともに、監視ユニット２００を用いて各単電池１０の電圧値を検出する。電池システムが起動しているとき、組電池１００の充放電に応じて、電流値および電圧値が変動する。ここで、一定期間内の複数のタイミングにおいて、電流値および電圧値の関係を取得することで、図２に示すＩＶプロット（電流値と電圧値との関係）が得られる。
【００４４】
図２において、縦軸は電圧値であり、横軸は電流値である。図２に示す座標系において、電流値および電圧値の関係を複数プロットすることで、単電池１０の内部抵抗を算出することができる。ＥＣＵ３００は、図２に示すように、横軸を電流値とし、縦軸を電圧値とした座標系（ＩＶ座標系）において、取得した電流値及び電圧値の関係をプロットし、プロットされた複数の点に基づいて近似直線Ｌを算出し、近似直線Ｌの傾きを単電池１０の内部抵抗Ｒとして算出する。近似直線Ｌは、例えば、最小二乗法により求めることができる。
【００４５】
ＥＣＵ３００は、充放電制御中において所定の時間間隔で取得される電流値及び電圧値を用いて図２の例のようなＩＶプロット処理を遂行し、一定期間毎に、その期間内に取得された複数の電流値及び電圧値のプロットに基づいて、近似直線Ｌを引き直して各単電池１０の内部抵抗Ｒそれぞれをその都度算出したり、取得された電流値及び電圧値がプロットされる度に、近似直線Ｌを引き直して各単電池１０の内部抵抗Ｒそれぞれを算出することができる。本実施例の内部抵抗Ｒは、算出するタイミングよりも過去のＩＶプロット（内部抵抗値）を学習しながら算出される学習値である。
【００４６】
ここで、従来の組電池１００の異常検出について説明する。図３は、従来の組電池１００の内部抵抗Ｒに基づく電池異常の検出例を説明するための図である。図３において、実線は、正常な単電池１０の内部抵抗を示しており、一点鎖線は、異常状態の単電池１０の内部抵抗を示している。
【００４７】
図３に示すように、従来は、組電池１００を構成する単電池１０の内部抵抗Ｒが、予め設定された閾値を超えた場合に、組電池１００が電池異常であると判定したり、単電池１０間の内部抵抗差が所定値よりも大きい場合に、組電池１００が電池異常であると判定していた。
【００４８】
しかしながら、単電池１０の内部抵抗Ｒは、電池温度に依存することが知られている。図４は、単電池１０の内部抵抗と温度との関係を示す図である。図４に示すように、電池温度が上昇すると内部抵抗Ｒが低くなり、電池温度が低下すると、内部抵抗が高くなる。このため、図３に示すように、内部抵抗Ｒの算出時点での電池温度によっては、内部抵抗値が低下して電池異常と判別されるべき閾値以上だった内部抵抗Ｒが、閾値よりも低くなっていたり、正常な単電池１０との内部抵抗値の差分が小さくなっていたりする。
【００４９】
より具体的に説明すると、単電池１０に電流が流れると、内部抵抗Ｒに応じたジュール熱が発生する。ジュール熱は、単位時間あたりに流れた電流値Ｉと内部抵抗Ｒから算出することができ、Ｉ２Ｒで算出することができる。Ｉ２値は、組電池１００（単電池１０）の充放電負荷に対する発熱量を表し、Ｉ２値が大きくなるほど、温度上昇が高くなる。
【００５０】
そして、異常状態の単電池１０は、内部抵抗Ｒが正常な単電池１０よりも高くなっているため、充放電において流れる電流値が大きい（充放電負荷が大きい）場合は、正常な単電池１０よりも温度が速く上昇しつつ、温度上昇に伴って内部抵抗Ｒが低下する速度（低下速度）が、正常な単電池１０よりも速い。このため、充放電負荷が高く、発熱によって温度上昇が高い状態では、異常が生じた単電池１０が正常な単電池１０よりも内部抵抗が大きいことに起因して当該内部抵抗が低下してしまい、電池異常と判断されるべき単電池１０が、内部抵抗Ｒの算出時点で精度良く検出できないことがある。
【００５１】
特に、上述したように内部抵抗Ｒの算出処理は、充放電制御中において所定の時間間隔で取得される電流値及び電圧値を用いてＩＶプロット処理を遂行する。内部抵抗の算出精度の観点から、電流値及び電圧値のサンプリング数がある程度必要となるため、一定の時間を要する。しかしながら、内部抵抗Ｒの算出間隔が長くなると、電池異常と判断されるべき単電池１０の内部抵抗Ｒが、温度上昇に伴う内部抵抗の低下によって、閾値よりも低くなってしまっていたり、正常な単電池１０との内部抵抗値の差分が小さくなってしまい、電池異常を精度良く検出できない。
【００５２】
そこで、本実施例では、異常状態の単電池１０が、正常な単電池１０よりも温度が速く上昇しつつ、温度上昇に伴って内部抵抗Ｒが正常な単電池１０よりも低下し易くなる特性を考慮し、内部抵抗Ｒの変化量に基づいて単電池１０の異常判定を行う。
【００５３】
図５は、内部抵抗の変化量に基づく電池異常の検出例を示す図である。図５においてｔ１，ｔ２は、内部抵抗Ｒの算出タイミングである。検出タイミングｔ１で算出される内部抵抗Ｒ１、検出タイミングｔ２で算出される内部抵抗Ｒ２とし、内部抵抗Ｒ１に対する内部抵抗Ｒ２の低下量として、変化量ΔＲ（＝Ｒ２−Ｒ１）を算出する。
【００５４】
なお、上述したように検出タイミングｔ１で算出される内部抵抗Ｒ１は、検出タイミングｔ１よりも前の一定期間内に複数取得された電流値及び電圧値のＩＶプロットから算出されたものであり、同様に検出タイミングｔ２で算出される内部抵抗Ｒ２は、検出タイミングｔ１から検出タイミングｔ２の期間の一定期間内において、複数取得された電流値及び電圧値のＩＶプロットから算出されたものである。
【００５５】
図５に示すように、正常な単電池１０は、異常な単電池１０よりも内部抵抗Ｒが小さいため、流れる電流に対して温度上昇し難く、温度上昇に伴う内部抵抗Ｒの低下量が小さい。一方、異常な単電池１０は、内部抵抗Ｒが大きいので、正常な単電池１０に比べて発熱量が大きくなり、温度上昇による内部抵抗Ｒの低下量（変化量）が大きい。
【００５６】
したがって、前回の検出タイミングで算出された内部抵抗Ｒ１に対して、今回の検出タイミングで算出された内部抵抗Ｒ２の低下量が、所定値よりも大きければ、単電池１０を電池異常と判定することができる。正常な単電池１０の内部抵抗Ｒの変化量に比べて、単電池１０の内部抵抗Ｒの変化量（低下量）が大きいことを利用し、単電池１０の電池異常を判定することで、図５に示すように温度上昇に伴って内部抵抗が閾値よりも低くなっている状態や正常な単電池１０との内部抵抗値の差分が小さくなっている状態でも、電池異常を精度良く検出することができる。
【００５７】
本実施例の異常検出方法では、異常が生じた単電池１０が正常な単電池１０よりも内部抵抗Ｒが大きいことに起因した温度上昇によって内部抵抗Ｒが低下しても、所定の間隔で算出された内部抵抗間の低下量に基づいて単電池１０の異常を判定（検出）するので、充放電負荷が高く、発熱によって温度が高い状態であっても、異常判定を精度良く行うことができるが、さらに、単電池１０の異常を判定するための基準値である所定値を、単電池１０の発熱量に対して組電池１００の温度が高いほど、小さくなるように可変に制御している。
【００５８】
再び図４に戻り、単電池１０の内部抵抗Ｒにおける温度依存性について詳細に説明する。図４に示すように、単電池１０の内部抵抗Ｒは、低温から高温に向かうにつれて抵抗値が低くなるが、このとき、温度上昇に対して抵抗値が低下する度合い（低下する量）は、低温よりも高温の方が小さい。つまり、温度が低い状態から温度が上昇すると、内部抵抗Ｒの変化量（低下量）が大きい。温度が低い領域は、温度に対する内部抵抗Ｒの変化率（傾き）が大きいため、ΔＴの温度上昇に対して内部抵抗Ｒが大きく変化（低下）する。一方、温度が高い状態から温度が上昇すると、内部抵抗Ｒの変化量（低下量）が小さい。温度が高い領域は、温度に対する内部抵抗Ｒの変化率（傾き）が小さいため、同じΔＴの温度上昇であっても内部抵抗Ｒの変化は、小さい。
【００５９】
したがって、単電池１０の発熱によって上昇する温度が同じでも、温度が低い状態から温度上昇する場合と、温度が高い状態から温度上昇する場合とでは、内部抵抗値の低下度合いは、低温よりも高温の方が小さい。このため、本実施例では、組電池１００の温度が高くなるにつれて単電池１０の異常を判定するための基準値である所定値を小さくすることで、異常が生じた単電池１０が正常な単電池１０よりも内部抵抗Ｒが大きいことに起因した温度上昇による内部抵抗の低下を、単電池１０の異常として判定し易くし、異常判定を精度良く行うようにしている。
【００６０】
図６は、本実施例の内部抵抗の低下量に対する閾値ΔＲｔｈの算出例を示す図である。図６に示すように、閾値ΔＲｔｈは、組電池１００の温度が高く、発熱量（発熱量に関連する電流値の２乗値）が小さいほど小さく設定され、組電池１００の温度が低く、発熱量が大きいほど大きくなるように設定されている。
【００６１】
このように、温度上昇に対して内部抵抗値が低下する度合いが低温よりも小さい高温時の単電池１０の発熱量が小さければ、閾値ΔＲｔｈを小さくし、温度上昇に対して内部抵抗値が低下する度合いが高温よりも大きい低温時の単電池１０の発熱量が大きければ、閾値ΔＲｔｈを大きくすることで、異常が生じた単電池１０が正常な単電池１０よりも内部抵抗Ｒが大きいことに起因した温度上昇による内部抵抗Ｒの低下に基づく単電池１０の異常判定を精度良く行うことができる。
【００６２】
なお、正常な単電池１０の内部抵抗Ｒの温度上昇による低下量は、図４の例のように各電池温度に対して予め算出することができるので、閾値ΔＲｔｈの下限値は、予め算出される正常な単電池１０の温度上昇に伴う低下量の最大値よりも大きい値とすることができる。
【００６３】
また、図６に示した閾値ΔＲｔｈは、組電池１００の温度及び単電池１０の発熱量に関連する電流値の２乗値に予め対応付けた対応マップとして、メモリ３０１に記憶することができる。ＥＣＵ３００は、対応マップを参照し、温度センサ２０１による検出温度及び電流センサ２０２による検出電流値の２乗値（Ｉ２値の平均値）を用いて、閾値ΔＲｔｈを算出することができる。
【００６４】
また、本実施例では、閾値ΔＲｔｈを算出するにあたり、温度センサ２０１による組電池１００の検出温度を用いるが、組電池１００の異なる箇所に、複数の温度センサ２０１が設けられている場合、複数の温度センサ２０１の各検出温度のうちの最小値を用いる。上述したように、単電池１０の発熱によって上昇する温度に応じた内部抵抗値の低下度合いは、低温よりも高温の方が小さいので、最小値の検出温度を用いることで、異常が生じた単電池１０が正常な単電池１０よりも内部抵抗Ｒが大きいことに起因した温度上昇による当該内部抵抗Ｒの低下を小さく捉え過ぎずないようにすることができ、必要以上に小さな閾値ΔＲｈでの異常判定を抑制し、単電池１０の異常判定の精度を向上させることができる。
【００６５】
なお、温度センサ２０１は、単電池１０の配列方向における中央部位、端部部位、組電池１００に対する冷却経路の上流側、下流側など、任意の位置に設けることができる。複数の温度センサ２０１を設ける場合は、これら各位置に任意に設けることができる。
【００６６】
また、閾値ΔＲｔｈを算出するにあたって用いられるＩ２値は、内部抵抗Ｒの算出及び電池温度の検出された時点までの一定期間に取得された複数の電流値の２乗値の平均値を用いることができる。例えば、取得された複数の電流値それぞれのＩ２値を算出し、複数のＩ２値の平均値を算出する。
【００６７】
なお、Ｉ２値を算出するために用いられる複数の電流値の検出期間は、今回の内部抵抗Ｒの算出に用いられたＩＶプロットにおける各電流値を用いることができ、この場合、Ｉ２値と内部抵抗Ｒの各算出に用いられる検出電流値は同じである。一方、Ｉ２値と内部抵抗Ｒの各算出に用いられる検出電流値を異ならせることもでき、例えば、Ｉ２値と算出に用いられる検出電流値は、今回の内部抵抗Ｒの算出タイミング（又は、最新の組電池１００の温度検出タイミング）において直近の検出電流値から所定期間内に取得された複数の検出電流値を用いるように構成してもよい。
【００６８】
さらに、上記説明では、単電池１０の内部抵抗Ｒの低下量として、所定の間隔で算出された内部抵抗Ｒ間の差分を一例に説明したが、例えば、所定の間隔で算出される内部抵抗Ｒ間の単位時間あたりの抵抗変化率（ｄＲ／ｄｔ）を、単電池１０の内部抵抗Ｒの低下量とすることもできる。この場合、閾値ΔＲｔｈも、単位時間あたりの抵抗変化率となる。
【００６９】
図７は、本実施例の電池システムの異常検出動作を示すフローチャートである。図７に示す処理は、ＥＣＵ３００によって実行される。ＥＣＵ３００は、例えば、車両のイグニッションスイッチがオフからオンに切り替わり、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｇがオンされて充放電制御が開始されることに伴って、組電池１００の異常検出処理を開始することができる（Ｓ１０１）。
【００７０】
また、異常検出処理は、イグニッションスイッチがオンされた後、所定の時間間隔で定期的に行ったり、充放電中の所定のタイミングで行うことができる。また、充放電中に取得された電圧値、電流値、電池温度をメモリ３０１に記憶しておき、イグニッションスイッチがオフ後の所定のタイミングで行うように構成することもできる。
【００７１】
ステップＳ１０２において、ＥＣＵ３００は、組電池１００の直列に接続された各単電池１０それぞれの内部抵抗Ｒを算出する。ＥＣＵ３００は、検出電圧値及び検出電流値を、監視ユニット２００及び電流センサ２０２から取得し、一定期間に取得された複数の検出電圧値及び検出電流値を用いて、横軸を電流値、縦軸を電圧値としたＩＶ座標系において電流値及び電圧値の関係をプロットする。プロットされた複数の点に基づいて近似直線Ｌを算出し、近似直線Ｌの傾きを求めて、単電池１０の内部抵抗Ｒを算出する。
【００７２】
ステップＳ１０３において、ＥＣＵ３００は、組電池１００の電池温度を、温度センサ２０１を介して取得する。上述したように、温度センサ２０１が複数設けられている場合は、取得した複数の検出温度のうち最小値の検出温度を、組電池１００の電池温度として把握する。なお、組電池１００の電池温度の取得タイミングは、ステップＳ１０２における内部抵抗Ｒの算出タイミングに関連したタイミングとすることができる。例えば、複数の検出電圧値及び検出電流値が取得される一定期間の終了時点や一定期間後の所定のタイミングなどに、温度センサ２０１から検出温度を取得することができる。
【００７３】
ＥＣＵ３００は、ステップＳ１０４において、Ｉ２値の平均値を算出する。例えば、ＥＣＵ３００は、前回内部抵抗Ｒが算出された時点から今回算出された内部抵抗Ｒに対する複数の検出電流値それぞれのＩ２値を算出し、算出されたＩ２値の平均値を算出することができる。
【００７４】
ステップＳ１０５において、ＥＣＵ３００は、今回算出された内部抵抗Ｒ（Ｒ２）と前回の算出された内部抵抗Ｒ（Ｒ１）の差分ΔＲ（Ｒ２−Ｒ１）を算出する。このとき、ＥＣＵ３００は、前回算出された内部抵抗Ｒが存在しない場合、異常検出処理を終了する。
【００７５】
次に、ＥＣＵ３００は、ステップＳ１０６において、閾値ΔＲｔｈを算出する。ＥＣＵ３００は、ステップＳ１０３で取得された組電池１００の検出温度及びステップＳ１０４で算出されたＩ２値の平均値を用いて、メモリ３０１に記憶された組電池１００の温度及び単電池１０の発熱量に関連する電流値の２乗値に予め対応付けられた閾値ΔＲｔｈの対応マップから、閾値ΔＲｔｈを算出する。
【００７６】
ステップＳ１０７において、ＥＣＵ３００は、ステップＳ１０５で算出されたΔＲとステップＳ１０６で算出された閾値ΔＲｈを比較し、ΔＲがΔＲｔｈよりも大きい場合、ステップＳ１０８に進み、異常判定カウンタＣｒをカウントアップする。
【００７７】
ΔＲがΔＲｔｈよりも大きい場合に、直ちに組電池１００（単電池１０）を異常と判定するように構成してもよいが、本実施例では、ΔＲがΔＲｔｈよりも大きいと判定される回数が所定回数連続した場合、言い換えれば、連続した異常判定が行われた場合に組電池１００（単電池１０）が異常状態であると判定し、電池温度や充放電負荷なので使用環境下による判定誤差を抑制し、組電池１００（単電池１０）の異常判定精度をより向上させている。
【００７８】
したがって、ＥＣＵ３００は、ステップＳ１０８での異常判定カウンタＣｒのカウントアップ後、ステップＳ１０９において、異常判定カウンタＣｒがカウンタ閾値Ｃｔｈを超えているか否かを判別し、超えている場合は、組電池１００（単電池１０）を異常として判定する（Ｓ１１０）。一方、ステップＳ１０９で異常判定カウンタＣｒがカウンタ閾値Ｃｔｈを超えていないと判別された場合は、ステップＳ１１２に進み、組電池１００（単電池１０）を正常として判定する（Ｓ１１２）。
【００７９】
また、ステップＳ１０７において、ＥＣＵ３００は、ΔＲがΔＲｔｈよりも小さいと判別された場合、ステップＳ１１１に進んで異常判定カウンタを初期化（例えば、０に設定）するとともに、ステップＳ１１２に進んで組電池１００（単電池１０）を正常として判定する。
【００８０】
図８は、本実施例の電池システムの異常検出動作の変形例を示すフローチャートである。図８の例は、本実施例の異常検出処理と従来の異常検出処理とを組み合わせた異常検出処理の一例である。
【００８１】
上述したように、図７に示した異常検出方法は、異常が生じた単電池１０が正常な単電池１０よりも内部抵抗Ｒが大きいことに起因した温度上昇による内部抵抗Ｒの低下に基づく単電池１０の異常判定であり、単電池１０の発熱量に応じた温度上昇が大きければ、内部抵抗Ｒの変化が大きくなる。このため、温度上昇に伴う発熱量が大きければ、内部抵抗Ｒの変化もより大きく捉えることができ、異常判定の精度を向上させることができる。
【００８２】
そこで、図８の例に示すように、充放電において流れる電流値が大きい場合は、異常な単電池１０が正常な単電池１０よりも温度が速く上昇しつつ、温度上昇に伴って内部抵抗Ｒが低下する速度が正常な単電池１０よりも速い現象をより正確に把握できるので、組電池１００（単電池１０）の充放電負荷に対する発熱量を表すＩ２値が所定の値よりも大きい場合に、図７に示した異常検出処理（第１異常検出処理）を行い、Ｉ２値が所定の値よりも小さい場合は、図３に示した従来の異常検出処理（第２異常検出処理）を行う。
【００８３】
図８の例において、ステップ３０１からＳ３０４は、図７のステップＳ１０１からＳ１０４と同じである。
【００８４】
ＥＣＵ３００は、ステップＳ３０５において、ステップＳ３０４で算出されたＩ２値の平均値が閾値Ｉ２ｔｈよりも大きいか否かを判別する。Ｉ２値の平均値が閾値Ｉ２ｔｈよりも大きい場合は、第１異常検出処理に進み（Ｓ３０６）、図７で示した異常検出処理（ステップＳ１０５以降の処理）を行う。
【００８５】
一方、ＥＣＵ３００は、ステップＳ３０５において、ステップＳ３０４で算出されたＩ２値の平均値が閾値Ｉ２ｔｈよりも小さいと判別された場合、第２異常検出処理に進む（Ｓ３０７）。
【００８６】
ＥＣＵ３００は、ステップＳ３０８において、ステップＳ３０２で算出された内部抵抗Ｒと予め設定された閾値Ｒｔｈ（例えば、一定の内部抵抗の上限値）とを比較し、ＲがＲｔｈよりも大きい場合、ステップＳ３０９に進み、異常判定カウンタＣをカウントアップする。ステップＳ３０９〜Ｓ３１３の各処理は、図７で示したステップＳ１０８〜Ｓ１１２と同様であるので説明を省略する。なお、ステップＳ３０８は、上述したように単電池１０間での内部抵抗Ｒの比較による従来の異常判定処理であってもよい。
【００８７】
このように図８の変形例では、単電池１０の発熱量に応じた温度上昇による内部抵抗値の変化が確保できる所定の充放電負荷よりも大きい状態で、所定の間隔で算出された内部抵抗間の低下量に基づく単電池１０の異常を判定する処理を行うようにすることで、異常が生じた単電池１０が正常な単電池１０よりも内部抵抗が大きいことに起因した温度上昇による内部抵抗の低下に応じた異常判定を精度良く行うことができる。
【００８８】
なお、図８の変形例において、組電池１００の検出温度をさらに考慮してもよい。例えば、図４に示した単電池１０の内部抵抗Ｒと温度との関係から、温度上昇に対する内部抵抗の変化量がある値よりも小さくなる領域を高温領域、ある値よりも大きくなる領域を低温領域として予め区画しておく。そして、算出されたＩ２値の平均値が閾値Ｉ２ｔｈよりも小さい場合であっても、検出温度が高温領域である場合（温度上昇に対して内部抵抗の変化量が小さい場合）、第１異常検出処理を行うように構成することで、異常が生じた単電池１０が正常な単電池１０よりも内部抵抗が大きいことに起因した温度上昇による内部抵抗の低下に応じて、組電池１００（単電池１０）の異常判定を精度良く行うことができる。
【符号の説明】
【００８９】
１０：単電池、１００：組電池、２００：監視ユニット、２０１：温度センサ、
２０２：電流センサ、２０３：電流制限抵抗、
２０４：インバータ、２０５：モータ・ジェネレータ、
３００：ＥＣＵ、３０１：メモリ、
ＳＭＲ−Ｂ，ＳＭＲ−Ｐ，ＳＭＲ−Ｇ：システムメインリレー、
ＰＬ：正極ライン、ＮＬ：負極ライン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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