(57)【要約】【課題】電池モジュールを構成する電池に直列接続したモジュールスイッチが充電時に開固着していると誤判定されることを防止する電池パックを提供する。【解決手段】並列接続した複数の電池モジュール１１であって、電池１１１と、電池１１１に直列接続し、電池１１１に対する充電時に閉じるモジュールスイッチ１１２とを夫々含む複数の電池モジュール１１と、充電時に電池１１１に流れた電流の計測値が第１の所定値以下の第１の電池モジュール群と第２の所定値以上の第２の電池モジュール群とに複数の電池モジュール１１が分類される場合に、第１の電池モジュール群の内、第２の電池モジュール群に属する電池モジュール１１の電池１１１の内部抵抗との差が第３の所定値以下である内部抵抗の電池１１１を含む電池モジュール１１のモジュールスイッチ１１２は開固着していると判定する制御部１２とを備えて電池パック１を構成する。【選択図】図１
2018200834.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
並列接続した複数の電池モジュールであって、電池と、前記電池に直列接続し、前記電池に対する充電時に閉じるモジュールスイッチとを夫々含む前記複数の電池モジュールと、
前記充電時に前記電池に流れた電流の計測値が第１の所定値以下の第１の電池モジュール群と第２の所定値以上の第２の電池モジュール群とに前記複数の電池モジュールが分類される場合に、前記第１の電池モジュール群の内、前記第２の電池モジュール群に属する電池モジュールの前記電池の内部抵抗との差が第３の所定値以下である内部抵抗の前記電池を含む電池モジュールの前記モジュールスイッチは開固着していると判定する制御部と
を含む、電池パック。
【請求項２】
請求項１に記載の電池パックであって、
前記充電時に前記電池に流れた前記電流の前記計測値が前記第１の所定値以下の前記第１の電池モジュール群と前記第２の所定値以上の前記第２の電池モジュール群とに前記複数の電池モジュールが分類される場合に、前記制御部は、前記第１の電池モジュール群の内、前記第２の電池モジュール群に属する前記電池モジュールの前記電池の前記内部抵抗との差が前記第３の所定値を超える内部抵抗の前記電池を含む電池モジュールの前記電池は劣化していると判定する
電池パック。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電池パックであって、
前記制御部は、少なくとも前記第１の電池モジュール群に属する前記電池モジュールに対して前回の充電時に計算した内部抵抗を用いて、前記第１の電池モジュール群に属する各電池モジュールの前記電池の内部抵抗と前記第２の電池モジュール群に属する前記電池モジュールの前記電池の内部抵抗との差が前記第３の所定値以下であるか否かを判定する
電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池パックに関する。
【背景技術】
【０００２】
電池パックには、並列接続した複数の電池モジュールが備えられることがある。こうした複数の電池モジュールは、電池と、該電池に直列接続したモジュールスイッチとを備える。
【０００３】
各電池モジュールを構成する電池を充電する場合、各電池モジュールのモジュールスイッチは閉じられ、各電池モジュールの電池に充電器からの充電電流が供給される。仮に、充電中に充電電流が他の電池モジュールの電池には流れているにもかかわらず、充電電流が電池に流れていない電池モジュールがある場合、該電池モジュールのモジュールスイッチは開固着していると判定される。
【０００４】
なお、関連する技術として特許文献１〜３に記載の技術がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２８８１０９号公報
【特許文献２】特開２００８−１８７８８４号公報
【特許文献３】特開２００７−３２９０４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、電池モジュールを構成する電池に流れた充電電流を計測する電流センサには計測誤差があるため、計測誤差を考慮して、電流センサの計測値が０［Ａ］でなくても該電池に充電電流が流れていないと判定される。このため、高抵抗等により充電電流が流れにくい電池に直列接続したモジュールスイッチは、充電時に正常に閉じているにもかかわらず、開固着していると誤判定される虞がある。
【０００７】
本発明の一側面に係る目的は、電池モジュールを構成する電池に直列接続したモジュールスイッチが充電時に開固着していると誤判定されることを防止する電池パックを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る一つの形態である電池パックは、並列接続した複数の電池モジュールと、制御部とを含む。並列接続した複数の電池モジュールは、電池と、電池に直列接続し、電池に対する充電時に閉じるモジュールスイッチとを夫々含む。制御部は、充電時に電池に流れた電流の計測値が第１の所定値以下の第１の電池モジュール群と第２の所定値以上の第２の電池モジュール群とに複数の電池モジュールが分類される場合に、第１の電池モジュール群の内、第２の電池モジュール群に属する電池モジュールの電池の内部抵抗との差が第３の所定値以下である内部抵抗の電池を含む電池モジュールのモジュールスイッチは開固着していると判定する。
【発明の効果】
【０００９】
一実施形態に従った電池パックによれば、電池モジュールを構成する電池に直列接続したモジュールスイッチが充電時に開固着していると誤判定されることを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態に従った電池パックの例示的構成図である。
【図２】実施形態に従った、モジュールスイッチの開固着判定処理の例示的フロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下図面に基づいて実施形態について詳細を説明する。
図１は、実施形態に従った電池パックの例示的構成図である。図１に示す構成例では、電池パック１は、複数の電池モジュール１１−Ａ〜１１−Ｅ及び制御部１２を備える。以下の説明において複数の電池モジュール１１−Ａ〜１１−Ｅを特に区別にしない場合には、複数の電池モジュール１１と記載する場合がある。なお、図１には、５つの電池モジュール１１−Ａ〜１１−Ｅが示されているが、電池パック１に備えられる電池モジュール１１の数は２以上の任意の数であってよい。
【００１２】
複数の電池モジュール１１−Ａ〜１１−Ｅは並列接続する。各電池モジュール１１は、電池１１１、モジュールスイッチ１１２、電流センサ１１３、電圧センサ１１４、及び監視部１１５を備える。
【００１３】
電池１１１は、例えば、鉛蓄電池、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、又は電気二重層コンデンサ等である。電池モジュール１１に含まれる電池１１１の数は任意の数であってもよい。
【００１４】
モジュールスイッチ１１２は、例えば、電磁式リレーやＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）等の半導体スイッチである。例えば、モジュールスイッチ１１２は、電池１１１に直列接続され、電池１１１の充電時に監視部１１５の指示に従って開閉する。
【００１５】
電流センサ１１３は、例えば、ホール素子またはシャント抵抗により構成される。例えば、電流センサ１１３は、充電中に電池１１１に流れた電流を計測し、計測値を監視部１１５へ出力する。
【００１６】
電圧センサ１１４は、例えば、ＩＣ（Integrated Circuit）により構成される。例えば、電圧センサ１１４は、充電中に電池１１１に印加された電圧を計測し、計測値を監視部１１５へ出力する。
【００１７】
監視部１１５は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、マルチコアＣＰＵ、またはプログラマブルなデバイス（ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）等）により構成される。監視部１１５は、制御部１２と通信し、該監視部１１５を備える電池モジュール１１全体の監視及び制御を司る。例えば、監視部１１５は、電流センサ１１３及び電圧センサ１１４の計測値を制御部１２へ出力する。また、監視部１１５は、制御部１２から送られてくる指示に従って、モジュールスイッチ１１２の開閉を制御する。
【００１８】
制御部１２は、例えば、ＣＰＵ、マルチコアＣＰＵ、又はプログラマブルなデバイス（ＦＰＧＡやＰＬＤ等）により構成される。制御部１２は、各電池モジュール１１の監視部１１５と通信し、電池パック１全体の制御を司る。例えば、制御部１２は、図２に示すような処理フローに従って、各電池モジュール１１の電池１１１の充電時にモジュールスイッチ１１２の開固着を検出する。図２は、実施形態に従った、モジュールスイッチの開固着判定処理の例示的フロー図である。
【００１９】
電池パック１が充電器２に接続されると、ステップＳ１０１において、充電器２からの充電電流を各電池モジュール１１の電池１１１に供給するために、制御部１２は、各電池モジュール１１の監視部１１５にモジュールスイッチ１１２を閉じるように指示する。各電池モジュール１１の監視部１１５は、制御部１２の指示に従ってモジュールスイッチ１１２を閉じる。
【００２０】
充電電流が充電器２から各電池モジュール１１の電池１１１に供給され、充電が開始されると、監視部１１５は、電流センサ１１３及び電圧センサ１１４の計測値を制御部１２へ出力する。ステップＳ１０２において、制御部１２は、例えば、定電流（ＣＣ（Constant Current））充電における一定電流等、充電器２から電池１１１への安定した充電電流の供給が開始されたか否かを、監視部１１５から受け取った電流の計測値の時間的変化を監視することで確認する。
【００２１】
充電器２から各電池モジュール１１の電池１１１への安定した充電電流の供給が開始されたことを確認すると（ステップＳ１０２で“ＹＥＳ”）、制御部１２はステップＳ１０３の処理に進む。ステップＳ１０３において、制御部１２は、充電時に電池１１１に流れた電流の計測値が第１の所定値以下の第１の電池モジュール群と第２の所定値以上の第２の電池モジュール群とに複数の電池モジュール１１が分類されるか否かを確認する。
【００２２】
第１の所定値は、電流センサ１１３の計測誤差を加算しても充電電流が電池１１１に流れていないと判定される上限値に予め設定される。例えば、電流センサ１１３の計測誤差が正負に８［Ａ］である場合、第１の所定値は、８［Ａ］よりも若干高い１０［Ａ］に設定されてもよい。
【００２３】
第２の所定値は、例えば、定電流充電における一定電流等、電流センサ１１３の計測誤差を加算しても所定の充電電流が電池１１１に流れていると判定される下限値に予め設定される。例えば、電流センサ１１３の計測誤差が正負に８［Ａ］であり、定電流充電により４０［Ａ］の一定電流が充電器２から供給される場合、第２の所定値は、３２［Ａ］（４０［Ａ］−８［Ａ］）よりも若干低い３０［Ａ］に設定されてもよい。第２の所定値は、第１の所定値より高い値に設定されるのが好ましいが、第１の所定値と同じでもよい。
【００２４】
第１の電池モジュール群と第２の電池モジュール群とに複数の電池モジュール１１が分類されない場合（ステップＳ１０３で“ＮＯ”）、制御部１２は、ステップＳ１０４の処理に進む。例えば、第１の所定値が１０［Ａ］であり、第２の所定値が３０［Ａ］である場合に、電池モジュール１１−Ａ〜１１−Ｅの電池１１１に流れた電流の計測値が夫々、６［Ａ］、２０［Ａ］、４０［Ａ］、４０［Ａ］、４０［Ａ］であったと仮定する。この仮定では、電流の計測値が２０［Ａ］である電池モジュール１１−Ｂが存在するため、制御部１２はステップＳ１０４の処理に進む。この場合、充電器２や電流センサ１１３の故障等、電池モジュール１１−Ｂにおいて電流の計測値が第２の所定値よりも低くなる様々な原因が考えられる。そこで、ステップＳ１０４において、制御部１２は、各電池モジュール１１のモジュールスイッチ１１２が開固着しているか否かを判定せずに、一連の処理を終了する。
【００２５】
一方、第１の電池モジュール群と第２の電池モジュール群とに複数の電池モジュール１１が分類される場合（ステップＳ１０３で“ＹＥＳ”）、制御部１２は、ステップＳ１０５の処理に進む。例えば、第１の所定値が１０［Ａ］であり、第２の所定値が３０［Ａ］である場合に、電池モジュール１１−Ａ〜１１−Ｅの電池１１１に流れた電流の計測値が夫々、６［Ａ］、８［Ａ］、４０［Ａ］、４０［Ａ］、４０［Ａ］であったと仮定する。この仮定では、第１の電池モジュール群に属する２つの電池モジュール１１−Ａ及び１１−Ｂと、第２の電池モジュール群に属する３つの電池モジュール１１−Ｃ〜１１−Ｅとに分類されるため、制御部１２はステップＳ１０５の処理に進む。なお、第１の電池モジュール群に属する電池モジュールの数、または、第２の電池モジュール群に属する電池モジュールの数は１つでも複数でもよい。
【００２６】
ステップＳ１０５において、制御部１２は、各電池モジュール１１の電池１１１の内部抵抗を取得する。具体的には、制御部１２は、第２の電池モジュール群に属する各電池モジュール１１の電池１１１の内部抵抗を、電圧センサ１１４により計測した充電開始前の電圧と充電開始直後の電圧との電圧差を電流センサ１１３による電流の計測値で除算することにより計算する。一方、第１の電池モジュール群に属する各電池モジュール１１のモジュールスイッチ１１２は開固着している可能性がある。仮に、モジュールスイッチ１１２が開固着しているならば、電流センサ１１３による電流の計測値を用いて電池１１１の内部抵抗を計算することはできない。そこで、各電池モジュールの電池１１１の内部抵抗は、前回の充電時から大きく変化していないと見做し、制御部１２は、第１の電池モジュール群に属する各電池モジュール１１の電池１１１の内部抵抗として、前回の充電時に計算した内部抵抗を取得する。前回の充電時において、制御部１２は、各電池モジュール１１の電池１１１の内部抵抗を、電圧センサ１１４により計測した充電開始前の電圧と充電開始直後の電圧との電圧差を電流センサ１１３による電流の計測値で除算することにより計算し、記憶している。すなわち、第１の電池モジュール群に属する電池モジュール１１の電池１１１の内部抵抗の測定タイミングは、第２の電池モジュール群に属する電池モジュール１１の電池１１１の内部抵抗の測定タイミングより前である。これにより、制御部１２は、開固着している可能性がある電池モジュールの電池１１１の内部抵抗を取得できる。なお、実施例によっては、制御部１２は、第１の電池モジュール群に属する各電池モジュール１１の電池１１１の内部抵抗のみならず、第２の電池モジュール群に属する各電池モジュール１１の電池１１１の内部抵抗として前回の充電時に計算した内部抵抗を取得してもよい。
【００２７】
ステップＳ１０６において、制御部１２は、第１の電池モジュール群に属する各電池モジュール１１の電池１１１の内部抵抗と第２の電池モジュール群に属する電池モジュール１１の電池１１１の内部抵抗との差が第３の所定値以下であるか否かを判定する。なお、第２の電池モジュール群に複数の電池モジュール１１が存在する場合、該複数の電池モジュール１１夫々の電池１１１の内部抵抗の内、最大の内部抵抗を、第２の電池モジュール群に属する電池モジュール１１の電池１１１の内部抵抗としてもよい。例えば、３つの電池モジュール１１−Ｃ〜１１−Ｅが第２の電池モジュール群に属し、３つの電池モジュール１１−Ｃ〜１１−Ｅの電池１１１の内部抵抗が夫々１．０［ｍΩ］、１．１［ｍΩ］、１．２［ｍΩ］であった場合と仮定する。この場合、電池モジュール１１−Ｅの電池１１１の内部抵抗１．２［ｍΩ］を第２の電池モジュール群に属する電池モジュール１１の電池１１１の内部抵抗としてもよい。
【００２８】
第３の所定値は、全ての電池モジュールが新品等、複数の電池モジュール１１夫々の電池１１１の内部抵抗の差が小さい状態で複数の電池モジュール１１が電池パック１に設置されることを前提として、電池１１１間で生じ得る内部抵抗差以上に予め設定されてもよい。例えば、第３の所定値は、所定温度における新品の電池１１１の内部抵抗と、所定温度よりも低い温度における経年劣化した電池１１１の内部抵抗との差を考慮して予め設定されてもよい。
【００２９】
電池１１１の内部抵抗の差が第３の所定値以下である場合（ステップＳ１０６で“ＹＥＳ”）、制御部１２は、ステップＳ１０７の処理に進む。電池１１１の内部抵抗の差が第３の所定値以下であるにもかかわらず、電池１１１に流れた電流の計測値が第１の所定値以下である電池モジュール１１が存在する場合、該電池モジュール１１のモジュールスイッチ１１２は開固着している可能性が高い。そこで、ステップＳ１０７において、制御部１２は、第１の電池モジュール群の内、電池１１１の内部抵抗と差が第３の所定値以下である内部抵抗の電池１１１を含む電池モジュール１１のモジュールスイッチ１１２は開固着していると判定する。
【００３０】
例えば、第３の所定値が９［ｍΩ］であり、第２の電池モジュール群に属する電池モジュール１１の電池１１１の内部抵抗が１．２［ｍΩ］であると仮定する。この仮定において、第１の電池モジュール群に属する電池モジュール１１−Ａの電池１１１の内部抵抗が１．１［ｍΩ］である場合、電池１１１の内部抵抗の差は、０．１［ｍΩ］であり、第３の所定値以下である。そこで、制御部１２は、電池モジュール１１−Ａのモジュールスイッチ１１２は開固着していると判定する。
【００３１】
一方、電池１１１の内部抵抗の差が第３の所定値を超える場合（ステップＳ１０６で“ＮＯ”）、制御部１２はステップＳ１０８の処理に進む。電池１１１の内部抵抗の差が第３の所定値を超える場合、充電時に電池１１１に流れた電流の計測値が第１の所定値以下である原因は、モジュールスイッチ１１２の開固着ではなく、電池１１１の劣化の可能性が高い。そこで、ステップＳ１０８において、制御部１２は、第１の電池モジュール群の内、電池１１１の内部抵抗の差が第３の所定値を超える内部抵抗の電池１１１を含む電池モジュール１１の電池１１１は劣化していると判定する。
【００３２】
例えば、第３の所定値が９［ｍΩ］であり、第２の電池モジュール群に属する電池モジュール１１の電池１１１の内部抵抗が１．２［ｍΩ］であると仮定する。この仮定において、第１の電池モジュール群に属する電池モジュール１１−Ｂの電池１１１の内部抵抗が１２［ｍΩ］である場合、電池１１１の内部抵抗の差は、１０．８［ｍΩ］であり、第３の所定値を超える。そこで、制御部１２は、電池モジュール１１−Ｂの電池１１１は劣化していると判定する。
【００３３】
このように、電池パック１は、電池１１１の劣化に起因して充電電流が電池１１１に流れない場合と、モジュールスイッチ１１２の開固着に起因して充電電流が電池１１１に流れない場合とを充電時に区別する。したがって、実施形態に従った電池パックによれば、電池モジュールを構成する電池に直列接続したモジュールスイッチが充電時に開固着していると誤判定されることを防止できる。
【００３４】
また、電池パック１は、充電器２から各電池モジュール１１に安定した充電電流の供給が開始された充電初期にモジュールスイッチ１１２の開固着を精度よく判定する。したがって、実施形態に従った電池パックによれば、ある電池モジュールのモジュールスイッチの開固着に起因して、モジュールスイッチが開固着していない他の電池モジュールの電池に過電流が流れることを充電初期に確実に抑制できる。
【００３５】
本発明は、以上の実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。
【符号の説明】
【００３６】
１    電池パック
２    充電器
１１（１１−Ａ〜１１−Ｅ）    電池モジュール
１２    制御部
１１１    電池
１１２    モジュールスイッチ
１１３    電流センサ
１１４    電圧センサ
１１５    監視部
【図１】
2018200834.tif 000003
【図２】
2018200834.tif 000004