(57)【要約】【課題】電流制限手段を有する複数の電池セルを並列に接続して出力電流や電池容量を大きくしながら、並列に接続している電池セルの電流制限手段の電流制限状態を確実に検出することで、安全性を保証する。【解決手段】複数の電池セル２を並列に接続してなる並列電池ユニット１が直列に接続されてなる組電池１０を有するバッテリシステムであって、各々の並列電池ユニット１の電圧と電流を検出すると共に、各々の並列電池ユニット１の電流の積算値を演算する検出部５と、検出部５で演算された並列電池ユニット１の電流の積算値に対する基準電圧を記憶している記憶部６と、検出部５で検出される積算値に対する基準電圧を記憶部６から読み出し、該基準電圧と、検出部５で検出される並列電池ユニット１の検出電圧とを比較して、検出電圧と基準電圧との差が設定値よりも大きい状態で電池セル２の電流制限手段９の電流制限状態を判定する判定部７とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流制限手段を有する複数の電池セルを並列に接続してなる並列電池ユニットを有する組電池を備えるバッテリシステムであって、
並列電池ユニットの電圧と電流を検出すると共に、各々の並列電池ユニットの電流の積算値を演算する検出部と、
前記検出部で演算された並列電池ユニットの電流の積算値に対する基準電圧を記憶している記憶部と、
前記検出部で検出される積算値に対する基準電圧を前記記憶部から読み出し、該基準電圧と、前記検出部で検出される前記並列電池ユニットの検出電圧とを比較して、検出電圧と基準電圧との差が設定値よりも大きい状態で前記電池セルの電流制限手段の電流制限状態を判定する判定部と、
を備えることを特徴とするバッテリシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のバッテリシステムであって、
前記検出部が、所定の時間で、又は充電開始から充電終了まで、あるいは放電開始から放電終了まで、あるいは又電流の積算値が設定値なるまでの間における各々の並列電池ユニットの電流の積算値を検出して、電池セルの電流制限手段の電流制限状態を判定することを特徴とするバッテリシステム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のバッテリシステムであって、
前記検出部が検出する各々の並列電池ユニットの電流の積算値が、電流の積分値と補正係数の積からなる残容量であることを特徴とするバッテリシステム。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一に記載のバッテリシステムであって、
前記電流制限手段が、ＣＩＤであり、
前記判定部が、ＣＩＤの遮断状態を判定することを特徴とするバッテリシステム。
【請求項５】
請求項１から３のいずれか一に記載のバッテリシステムであって、
前記電流制限手段が、ＰＴＣ素子であり、
前記判定部が、ＰＴＣ素子の電流制限状態を判定することを特徴とするバッテリシステム。
【請求項６】
請求項１から３のいずれか一に記載のバッテリシステムであって、
前記電流制限手段が、電池セルの接続不良又は断線であって、
前記判定部が、電池セルの接続不良又は断線を判定することを特徴とするバッテリシステム。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一に記載のバッテリシステムであって、
前記電池セルがリチウムイオン二次電池であることを特徴とするバッテリシステム。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一に記載のバッテリシステムであって、
前記組電池が車両を走行させるモータに電力を供給する電源であることを特徴とするバッテリシステム。
【請求項９】
電流制限手段を有する複数の電池セルを並列に接続してなる並列電池ユニットを有する組電池を備えるバッテリシステムであって、
各々の並列電池ユニットの電圧を検出する検出部と、
前記検出部で検出される各々の並列電池ユニットの電圧を他の並列電池ユニットの電圧と比較して、電圧差を検出し、電圧差が所定の設定値よりも大きい並列電池ユニットの電池セルの電流制限手段の電流制限状態を判定する判定部と、
を備えることを特徴とするバッテリシステム。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか一に記載のバッテリシステムを備える車両。
【請求項１１】
電流制限手段を有する複数の電池セルを並列に接続してなる並列電池ユニットを有する組電池を備えるバッテリシステムにおいて、前記電池セルの電流制限手段の電流制限状態の検出方法であって、
各々の並列電池ユニットの電圧と電流を検出部で検出し、さらに各々の並列電池ユニットの電流の積算値を演算する工程と、
積算値に対応する並列電池ユニットの基準電圧を予め記憶した記憶部から、該当する基準電圧を読み出し、該読み出された基準電圧と、前記検出部で検出される前記並列電池ユニットの検出電圧とを比較し、検出電圧と基準電圧との差が設定値よりも大きいとき、前記電池セルの電流制限手段の電流制限状態と判定する工程と、
を含むことを特徴とするバッテリシステムの電流制限状態検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として、車両を走行されるモータに電力を供給する車両用の電源装置に最適なバッテリシステム及びこれを備える車両並びにバッテリシステムの電流制限状態検出方法に関し、特に、多数の電池セルを並列と直列に接続して出力や電池容量を大きくしてなるバッテリシステム及びこれを備える車両並びにバッテリシステムの電流制限状態検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
バッテリシステムは、電池セルを直列に接続して出力電圧を高く、また並列に接続して出力総電流および充電容量を大きくできる。したがって、車両を走行させるモータに電力を供給するような大出力、大容量が要求されるバッテリシステムは、多数の電池セルを直列と並列に接続している。このバッテリシステムは、車両をモータで加速し、あるいは走行させる状態では放電されてモータに電力を供給し、また、残容量が少なくなった状態では発電機や外部の充電器で充電される。また、車両の回生制動においても発電機で充電される。多数の電池セルを並列に接続している大電流、大容量特性のバッテリシステムは、並列に接続している各々の電池セルに均等に電流を流して同じ状態で使用することが大切である。電池セルのアンバランスは、特定の電池セルを劣化させる原因となるからである。
【０００３】
この弊害を防止するために、並列に接続している電池の電流を均等化するためのバッテリシステムが開発されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３４５６６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載されるバッテリシステムは、多数の電池セルを直列に接続してなる直列電池ユニットを並列に接続している。このバッテリシステムは、各々の直列電池ユニットに均等に電流を流すために、定電流回路を接続している。このバッテリシステムは、直列電池ユニットに等しく電流を流すことができる。
【０００６】
ところで、バッテリシステムは、使用する電池セルの個数が多くなるにしたがって、いずれかの電池セルに設けている電流遮断部が何らかの事情によって遮断状態となる確率が高くなる。例えば電池セルは安全に使用するために、ＣＩＤ（Current Interrupt Device）やＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）素子等の電流制限素子を内蔵している。これらの電流制限素子は、例えば電池セルの内圧が異常に高くなると電流を遮断し、あるいは電池セルに過電流が流れると電流を遮断或いは制限して、電池の安全性を向上する。
【０００７】
電流制限素子を備えている電池セルを多数に接続しているバッテリシステムは、異常な状態となった電池セルの電流を電流制限素子で遮断又は制限することで、バッテリシステムとしての安全性を向上できる。例えば、電池セルを直列に接続しているバッテリシステムにおいては、いずれかの電池セルの電流遮断部材が遮断状態となると、バッテリシステムとして電流が流れなくなるので、簡単に判別できる。しかしながら、複数の電池セルを並列に接続しているバッテリシステムにあっては、特定の電池セルの電流遮断部材が遮断状態となっても、この電池セルと並列に接続されている他の電池セルに電流が流れることから、バッテリシステム全体を流れる電流量や電圧値は変化しないので、電流遮断部材の遮断状態を検出できない。
【０００８】
同様に、電流の完全な遮断状態に限らず、例えばＰＴＣ素子が作動（トリップ）していずれかの電池セルの通電量が制限された場合でも、この電池セルと並列に接続された他の電池セルに電流が流れることから、電流制限状態を検出できない。
【０００９】
あるいは、電流遮断部材に拘わらず、いずれかの電池セルにおいて電池セルの接続不要や断線が生じた場合も同様に、電流の遮断あるいは制限が生じている電池セルと並列に接続された他の電池セルに電流が流れることから、接続不良状態を検出できない。
【００１０】
このように、いずれかの電池セルの通電量が減る状態になると、バッテリシステムは正常に充放電できなくなる。例えば、図６に示すように３個の電池セル２を並列に接続した並列電池ユニットとして、これを直列に接続している組電池において、一つの電池セル２Ｂの電流遮断部９Ｂが遮断状態になって正常に充放電できなくなると、並列に接続している２個の電池セル２のみに充放電される状態となる。他の並列電池ユニットは３個の電池セルを並列に接続しているので、電流遮断部９Ｂが遮断状態となって並列電池ユニットは３／２の電流で充放電される状態となる。充放電できる最大電流を制限しているバッテリシステムにおいて、特定の電池セル２Ｂが正常に充放電できない状態になると、これと並列に接続している電池セル２に過大な電流が流れる状態となる。バッテリシステムは、電池セルに許容できる電流からシステムとしての最大電流を特定している。例えば、３個の電池セル２を並列に接続しているバッテリシステムにあっては、電池セル２の許容電流の約３倍がシステムとしての最大電流となる。ところが、３個の電池セルの１個の電流遮断部９Ｂが遮断状態にあっては、２個の電池セルに大きな電流が流れる状態となる。この状態では、電池セルに許容できる電流の２倍の電流がバッテリシステムの最大電流となって、最大電流が２／３に低下する。
【００１１】
したがって、複数の電池セルを並列に接続しているバッテリシステムにあっては、電池セルの電流遮断部の遮断状態を検出することができれば、バッテリシステムを最大電流を少なく制限し、あるいは充放電を停止することでより安全に充放電できる。例えば、ハイブリッドカーに使用されるバッテリシステムにあっては、電池セルの電流遮断部の遮断状態を検出する状態では、バッテリシステムによるエンジンのスタートのみを許容して、バッテリシステムによる走行、すなわち放電や充電を停止し、ドライバーには「バッテリ異常」や「サービス工場に入庫」等の表示をすることでより安全に利用できる。
【００１２】
ところが、図６に示すバッテリシステムでは、直列に接続された電池セルのユニット全体の電圧を、電圧検出部４Ｂで測定することでは、電流遮断部９Ｂが遮断状態となっても電圧値が殆ど変化しないため、これを検出することができない。また特許文献１のバッテリシステムでも、直列電池ユニットを構成する電池セルの電流遮断部の遮断状態を検出できず、電池セルの電流遮断部の遮断状態による安全な充放電を保証できないという欠点があった。
【００１３】
またこの問題は、図６に示すように一個の電池セルを並列に接続する構成のみならず、複数の電池セルを直列に接続した電池セル列を複数、並列に接続した構成においても生じる。例えば図７に示すように、多数の電池セルを直列に接続した電池セル列を並列に接続したバッテリシステムにおいて、いずれかの電池セル列（図７において中央の電池セル列）において通電量が減る、或いは電流が遮断される状態になっても、バッテリシステム全体の電圧や電流からは該異常を検出できなかった。
【００１４】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものである。本発明の主な目的は、複数の電池セルを並列に接続して出力電流を大きくしながら、並列に接続している電池セルの電流遮断部材の遮断状態を確実に検出することで、より高い安全性を保証できるバッテリシステム及びこれを備える車両並びにバッテリシステムの電流制限状態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及び発明の効果】
【００１５】
上記の課題を解決するために、第１の側面に係るバッテリシステムによれば、電流制限手段を有する複数の電池セルを並列に接続してなる並列電池ユニットを有する組電池を備えるバッテリシステムであって、並列電池ユニットの電圧と電流を検出すると共に、各々の並列電池ユニットの電流の積算値を演算する検出部と、前記検出部で演算された並列電池ユニットの電流の積算値に対する基準電圧を記憶している記憶部と、前記検出部で検出される積算値に対する基準電圧を前記記憶部から読み出し、該基準電圧と、前記検出部で検出される前記並列電池ユニットの検出電圧とを比較して、検出電圧と基準電圧との差が設定値よりも大きい状態で前記電池セルの電流制限手段の電流制限状態を判定する判定部とを備えることができる。これにより、従来検出できなかった電流制限手段の電流制限状態を、バッテリシステム側で認識することができる。
【００１６】
また、第２の側面に係るバッテリシステムによれば、前記検出部が、所定の時間で、又は充電開始から充電終了まで、あるいは放電開始から放電終了まで、あるいは又電流の積算値が設定値なるまでの間における各々の並列電池ユニットの電流の積算値を検出して、電池セルの電流制限手段の電流制限状態を判定することができる。
【００１７】
さらに、第３の側面に係るバッテリシステムによれば、前記検出部が検出する各々の並列電池ユニットの電流の積算値を、電流の積分値と補正係数の積からなる残容量とすることができる。
【００１８】
さらにまた、第４の側面に係るバッテリシステムによれば、前記電流制限手段が、ＣＩＤであり、前記判定部が、ＣＩＤの遮断状態を判定することができる。
【００１９】
さらにまた、第５の側面に係るバッテリシステムによれば、前記電流制限手段が、ＰＴＣ素子であり、前記判定部が、ＰＴＣ素子の電流制限状態を判定することができる。
【００２０】
さらにまた、第６の側面に係るバッテリシステムによれば、前記電流制限手段が、電池セルの接続不良又は断線であって、前記判定部が、電池セルの接続不良又は断線を判定することができる。
【００２１】
さらにまた、第７の側面に係るバッテリシステムによれば、前記電池セルをリチウムイオン二次電池とすることができる。
【００２２】
さらにまた、第８の側面に係るバッテリシステムによれば、前記組電池を、車両を走行させるモータに電力を供給する電源とすることができる。
【００２３】
さらにまた、第９の側面に係るバッテリシステムによれば、電流制限手段を有する複数の電池セルを並列に接続してなる並列電池ユニットを有する組電池を備えるバッテリシステムであって、各々の並列電池ユニットの電圧を検出する検出部と、前記検出部で検出される各々の並列電池ユニットの電圧を他の並列電池ユニットの電圧と比較して、電圧差を検出し、電圧差が所定の設定値よりも大きい並列電池ユニットの電池セルの電流制限手段の電流制限状態を判定する判定部とを備えることができる。
【００２４】
さらにまた、第１０の側面に係るバッテリシステムによれば、上記バッテリシステムを備える車両とできる。
【００２５】
さらにまた、第１１の側面に係るバッテリシステムの電流制限状態検出方法によれば、電流制限手段を有する複数の電池セルを並列に接続してなる並列電池ユニットを有する組電池を備えるバッテリシステムにおいて、前記電池セルの電流制限手段の電流制限状態の検出方法であって、各々の並列電池ユニットの電圧と電流を検出部で検出し、さらに各々の並列電池ユニットの電流の積算値を演算する工程と、積算値に対応する並列電池ユニットの基準電圧を予め記憶した記憶部から、該当する基準電圧を読み出し、該読み出された基準電圧と、前記検出部で検出される前記並列電池ユニットの検出電圧とを比較し、検出電圧と基準電圧との差が設定値よりも大きいとき、前記電池セルの電流制限手段の電流制限状態と判定する工程とを含むことができる。
【００２６】
以上のバッテリシステムは、複数の電池セルを並列に接続して出力電流や電池容量を大きくしながら、並列に接続している電池セルの電流制限状態を確実に検出して、安全に充放電できる特徴がある。このバッテリシステムが、電池セルの電流制限状態を検出できる動作原理を、図６に基づいて説明する。この図において、中央の電池セルが電流制限手段９Ｂの電流制限状態（この例ではＣＩＤを作動させて電流を遮断）にあると仮定する。電池セルが電流制限状態となると、並列接続状態では充電電流は両側の電池セルに流れ込むので、その充電電流の流れ込みによって電圧が上昇する割合が少なく、簡単に識別できず、並列数が増えるほどこの傾向は顕著となる。
【００２７】
例えば、電流制限手段９ＢであるＣＩＤで電流が遮断されて中央の電池セルが充電できなくなっている状態、あるいはＰＴＣがトリップして抵抗値が大きくなっている状態にあると、充電電流はその両側の電池セルのみに分流して充電される。この状態になると、両側の電池セルの充電電流が大きくなる。大きな充電電流で充電される両側の電池セルは、充電される容量が大きくなる。このため、電流制限状態となった電池セルを含んだ並列電池ユニットは、充電容量に対する電圧上昇が大きくなる傾向にある。
【００２８】
逆に、組電池を放電する状態にあっては、電流制限状態によって中央の電池セルの残容量が利用できない並列電池ユニットは、両側の電池セルからの放電容量が大きくなるので、放電容量に対する電圧の低下が大きくなる。以上のように、電流制限状態となった電池セルがある並列電池ユニットは、充電されあるいは放電される状態において、組電池の充電容量や放電容量に対して、電圧が変化する割合が正常な並列電池ユニットに対して変化する。ただ、電流遮断となった電池セルは、充電できず、充電される容量がほぼゼロとなる。
【００２９】
そこでバッテリシステムは、正常な並列電池ユニットの充電又は放電される容量に対する電圧変化を基準電圧として記憶している。組電池が充放電される状態で、充電又は放電される容量と電圧が検出される。全ての電池セルが電流制限状態でない並列電池ユニットは、検出される電圧が基準電圧に一致する。しかしながら、いずれかの電池セルが電流制限状態となっている並列電池ユニットは、電流制限状態によって実質的に充放電される容量が変化して、検出される電圧又は電圧の変化量が基準電圧又は電圧変化基準量と相違する。したがって、並列電池ユニットの充放電容量と電圧を検出し、充放電の容量に対する基準電圧と検出電圧とを、又は電圧の変化量と電圧変化基準量とを比較することで、電池セルの電流制限状態の発生を検出できる。特にこのバッテリシステムは、並列電池ユニットの電圧のみでなく、充放電される容量の変化に対する電圧を基準電圧に比較して電流制限状態を判定することで、電池セルの電流制限状態を確実に検出して、組電池を安全に充放電できる特徴を実現する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】一実施の形態に係る電源装置を示すブロック図である。
【図２】電流制限状態を判定する手順を示すフローチャートである。
【図３】エンジンとモータの走行するハイブリッドカーに電源装置を搭載する例を示すブロック図である。
【図４】モータのみで走行する電気自動車に電源装置を搭載する例を示すブロック図である。
【図５】変形例に係る電源装置を示すブロック図である。
【図６】並列接続された電池セルの一部が電流制限状態となった様子を示す模式図である。
【図７】複数の電池セルを直列に接続した直列電池ユニットを並列に接続したバッテリシステムにおいて電流制限状態となった様子を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するためのバッテリシステム及びこれを備える車両並びにバッテリシステムの電流制限状態検出方法を例示するものであって、本発明はバッテリシステム及びこれを備える車両並びにバッテリシステムの電流制限状態検出方法を以下のものに特定しない。なお、特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部材の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。また、一部の実施例、実施形態において説明された内容は、他の実施例、実施形態等に利用可能なものもある。
【００３２】
図１〜図２に基づいて、本発明の一実施の形態に係るバッテリシステムとして、車載用の電源装置に適用した例を説明する。これらの図において、図１は電源装置のブロック図を、図２は電流制限状態を判定する手順を示すフローチャートを、それぞれ示している。これらの図に示す電源装置１００は、主として、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッドカーや、モータのみで走行する電気自動車等の電動車両の電源に最適である。ただ、本発明の電源装置は、ハイブリッドカーや電気自動車以外の車両に使用し、また電動車両以外の大出力が要求される用途にも使用できる。
【００３３】
図１の車両用の電源装置１００は、ハイブリッドカー、燃料電池車、電気自動車等の車両に搭載されて、車両側負荷５０として接続されるモータ５２を駆動して車両を走行させる。車両側負荷５０は、図１に示すように、入力側にＤＣ／ＡＣインバータ５１を、出力側にモータ５２と発電機５３を接続している。ＤＣ／ＡＣインバータ５１は、走行用バッテリ１の直流を３相の交流に変換して、モータ５２への供給電力をコントロールする。また、発電機５３の出力を直流に変換して電源装置１００の走行用バッテリ１を充電する。
【００３４】
なお、車両側負荷には、ＤＣ／ＡＣインバータの入力側に昇降圧コンバータを接続して、電源装置の出力電圧を昇圧してモータに供給するものもある。この車両側負荷は、昇降圧コンバータで電源装置の出力電圧を昇圧して、ＤＣ／ＡＣインバータを介してモータに供給し、さらに発電機の出力をＤＣ／ＡＣインバータで直流に変換し、さらに昇降圧コンバータで降圧して走行用バッテリを充電する。
【００３５】
図１に示す車両用の電源装置１００は、車両側負荷５０のモータ５２に電力を供給する組電池１０と、組電池１０の電流を検出する電流検出回路３と、電池セル２の電圧を検出する電圧検出回路４と、この電圧検出回路４で検出される検出電圧と電流検出回路３で検出される検出電流から電池セル２の電流制限状態を判定する判定部７と、基準情報を記憶する参照領域６ａと、コンタクタ１１と、コンタクタ１１の開閉を制御する制御部８とを備える。
【００３６】
これら電流検出回路３と電圧検出回路４で、各々の並列電池ユニット１の電圧と電流を検出すると共に、各々の並列電池ユニット１の電流の積算値を演算する検出部５を構成する。また判定部７は、この検出部５で検出される積算値に対する基準電圧を参照領域６ａから読み出し、基準電圧と、検出部５で検出される並列電池ユニット１の検出電圧とを比較して、検出電圧と基準電圧との差が設定値よりも大きい状態で電池セル２の電流制限状態を判定する。
（記憶部６）
【００３７】
記憶部６は、参照領域６ａと一時記憶領域６ｂを備える。参照領域６ａは、検出部５で演算された並列電池ユニット１の電流の積算値に対する基準電圧を記憶している。この参照領域６ａは、ＲＯＭやＥ２ＰＲＯＭといった不揮発性メモリ等が利用できる。また一時記憶領域６ｂは、一時的にデータを保持する領域であり、ＲＡＭ等の揮発性メモリが利用できる。なお図１の例では、記憶部６は判定部７と別部材で構成しているが、判定部７と同一の部材で構成してもよいことはいうまでもない。例えば半導体メモリ素子を１パッケージに組み込んだチップやＩＣ等が利用できる。
【００３８】
この記憶部６の参照領域６ａには、電圧値変化と電流積算値変化の関係を予め測定した基準データが保持されている。基準データは、テーブルや計算式等の形態で保持される。
（検出部５）
【００３９】
検出部５は、各並列電池ユニット１の電圧と電流を検出する他、電圧値の変化および電流積算値（又はＳＯＣ）の変化を算出する機能も備える。検出部５が検出する各々の並列電池ユニット１の電流の積算値は、電流の積分値と補正係数の積からなる残容量とする。
【００４０】
また検出部５は、所定の時間で、又は充電開始から充電終了まで、あるいは放電開始から放電終了まで、あるいは又電流の積算値が設定値なるまでの間における各々の並列電池ユニットの電流の積算値を検出して、電池セル２の電流制限状態を判定することもできる。
【００４１】
なお、この例では検出部に電圧値変化や電流積算値変化を演算する機能を備えているが、これらの機能は判定部に持たせてもいい。さらに、検出部と判定部とは個別の部材で構成する他、一の部材に統合することもできる。同様に、判定部と制御部を一の部材に統合する等、任意の構成部材を適宜統合、分割することも可能である。
（判定部７）
【００４２】
判定部７は、検出部５で検出される実測値と、記憶部６に保持される基準データとに基づいて、電池セル２の電流制限状態を判定する。さらに判定部７は、検出部５で検出された各々の並列電池ユニットの電圧を他の並列電池ユニットの電圧に比較して、電圧差を検出し、電圧差が設定値よりも大きい並列電池ユニットの電池セルの電流制限状態を判定することもできる。さらに判定結果を制御部８に送出し、制御部８は判定結果に基づいて、車両側に通信を行い充放電電流を制限する等、適切な処理を行うことができる。
（組電池１０）
【００４３】
組電池１０は、ＤＣ／ＡＣインバータ５１を介して車両を走行させるモータ５２を駆動する。モータ５２に大電力を供給できるように、組電池１０は多数の充電できる電池セル２を並列に接続した並列電池ユニット１を、複数直列に接続して出力電圧を高くしている。電池セル２は、ニッケル水素電池やリチウムイオン二次電池が使用される。ただ、電池には、ニッケルカドミウム二次電池等の充電できる全ての電池を使用できる。組電池１０は、モータ５２に大電力を供給できるように、例えば、出力電圧を１００Ｖ〜４００Ｖと高くしている。
（電流制限手段９）
【００４４】
さらに電池セル２には、電流制限手段９が直列に接続される。電流制限手段９は、各並列電池ユニット１において、並列接続された各電池セル２毎に設けられる。電流制限手段９には、ＣＩＤやＰＴＣ素子が利用でき、好適にはＣＩＤを用いる。ＣＩＤはカレントインタラプトデバイスと呼ばれ、電池セルが過電流放電状態又は過電流充電状態などの異常な状態になると、電池内圧の異常な上昇で動作して電流を遮断する。図１の例では説明のためＣＩＤを電池セル２の外部に図示しているが、一般にはＣＩＤは電池セル２に内蔵される。ただ、ＣＩＤ等の電流遮断手段を、電池セルに外付けで接続する別部材とすることもできる。
【００４５】
またＰＴＣ素子は、電池セルの発熱によって抵抗値を上げ、通電量を制限する素子である。ＣＩＤが一般に緊急度の高い異常時における保護素子として利用され、一旦電流が遮断されると復帰不能となるのに対し、ＰＴＣ素子は温度が低下すると抵抗値も低下して、通常動作に復旧させることが可能である。また、これらＣＩＤとＰＴＣ素子を併用し、軽度の電池セルの温度上昇であればＰＴＣ素子により保護し、より高い電池セルの温度上昇に対してはＣＩＤを作動させるように、作動開始温度を設定することもできる。
【００４６】
さらに電流制限手段は、このような意図的に電流を制限、遮断する部材に限られず、意図しない接触不良や断線とすることもできる。例えば電気的な接触不良や断線が生じると、特定の電池セルの通電量が低下或いは遮断させることが生じ、上記と同様の症状、すなわち複数の電池セルを並列接続していることによって、このような状態を検出できないという問題が発生する。この場合にも、後述する判定手段によって電流制限状態を検出することで、バッテリシステム側で断線や接触不良などに起因する電流制限が発生していること把握して、適切に充放電電流を低下させるなどの方策を講じることが可能となる。
（コンタクタ１１）
【００４７】
さらに、図１の電源装置１００は、組電池１０の正負の出力側にコンタクタ１１を接続している。コンタクタ１１は、車両を走行させるときにオン、すなわち車両のイグニッションスイッチのオン状態でオンに切り換えられ、車両を走行させない状態でオフに切り換えられる。図１の電源装置１００は、組電池１０の正負の出力側にコンタクタ１１を接続しているが、コンタクタは、正負の一方に設けることもできる。
（電流制限状態検出方法）
【００４８】
以上の構成によって、電源装置１００は、電池セル２が並列接続された組電池を用いたバッテリシステムでの電流制限状態を検出することが可能となる。以下、電流制限状態を検出する手順を、図２のフローチャートに基づいて説明する。
【００４９】
まずステップＳ１で、各々の並列電池ユニット１の電圧と電流を検出部５で実際に測定する。ここでは、検出部５の電圧検出回路４で、電池セル２が並列接続された並列電池ユニット１の電圧を測定すると共に、電流検出回路３で電流を測定する。また電圧や電流の検出は、所定の周期或いはタイミングで行う。例えば、０．５ｓ〜５ｓ間隔で検出を行う。
【００５０】
次にステップＳ２で、必要に応じて電流を積算して電池の残容量（ＳＯＣ：State of Charge）を演算する。この演算は、検出部５が行い、得られた電圧値および電流積算値は、並列電池ユニット１の実測残容量として、時系列に記憶部６の一時記憶領域１ｂに保持される。なお、演算、判定に際しては、ＳＯＣに代えて、電流の積算値を利用してもよい。また電流積算値を用いない方法においては、このステップを省略することもできる。
【００５１】
次にステップＳ３において、積算値に対応する並列電池ユニット１の基準電圧を記憶部６から読み出す。ここでは、記憶部６の参照領域６ａに予め保持された、電圧値変化と電流積算値変化の関係を示す基準データから、対応する値を読み出す。
【００５２】
そしてステップＳ４において、判定部７が、読み出された基準データと、並列電池ユニット１の実測値とを比較する。ここでは判定部７が、実測値に基づいて得られた電流積算値変化に相当する、あるべき電圧変化の基準データを、記憶部６から取得し、基準データと、実測値に基づく電圧変化とを比較する。そしてその差が、予め設定された閾値を越えるかどうかを判定する。この差が設定値よりも大きいとき、ステップＳ５に進み、電流制限手段９の作動等によって電池セル２の電流制限状態が発生しているものと判定し、必要な処理を制御部８等に対して行う。またこの差が設定値よりも小さいときは、電流制限状態が発生していないと判定して、ステップＳ１に戻り、上記の工程を繰り返す。このようにして、電源装置は従来困難であった並列接続された電池セルにおいても、電流制限状態を効果的に検出できる。
【００５３】
また電流積算値を用いる方法以外にも、例えば他の並列接続組電池の電圧と比較し、その差分がある既定値以上の差になった場合に電流制限状態が起きていることを判断することもできる。
【００５４】
従来、電池セルを複数並列に接続した形態のバッテリシステムでは、１セル以上の電池セルで電流制限状態が起きると、周囲の電池セルに電流が流れ込むため、電圧値の変化のみでは電流制限状態を検出することが困難であった。そこで上記の電源装置では、並列電池ユニットの容量又は電圧の変化をモニタすることにより、正常な場合に見込まれる容量又は電圧の変化を予め記録しておき、これと比較することで、異常を判定している。言い換えると、電流の並列電池ユニットの電池セルへの出入りを計算することで、想定される容量又は電圧変化とのずれをモニタし、設定された閾値を超えた時点で異常と判定することにより、安全なバッテリシステムが構築できる。
【００５５】
以上の車両用の電源装置は、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッドカーやプラグインハイブリッドカー、あるいはモータのみで走行する電気自動車等の電動車両に搭載されて、これらの車両の電源として使用される。
【００５６】
図３に、エンジン５５とモータ５２の両方で走行するハイブリッドカーに車両用の電源装置１００Ｂを搭載する例を示す。この図に示す車両ＨＶは、車両ＨＶを走行させるエンジン５５及び走行用のモータ５２と、モータ５２に電力を供給する車両用の電源装置１００Ｂと、車両用の電源装置１００Ｂの電池を充電する発電機５３とを備えている。車両用の電源装置１００Ｂは、ＤＣ／ＡＣインバータ５１を介してモータ５２と発電機５３に接続している。車両ＨＶは、車両用の電源装置１００Ｂの電池を充放電しながらモータ５２とエンジン５５の両方で走行する。モータ５２は、エンジン効率の悪い領域、例えば加速時や低速走行時に駆動されて車両を走行させる。モータ５２は、車両用の電源装置１００Ｂから電力が供給されて駆動する。発電機５３は、エンジン５５で駆動され、あるいは車両にブレーキをかけるときの回生制動で駆動されて、車両用の電源装置１００Ｂの電池を充電する。
【００５７】
また、図４に、モータ５２のみで走行する電気自動車に車両用の電源装置１００Ｃを搭載する例を示す。この図に示す車両ＥＶは、車両ＥＶを走行させる走行用のモータ５２と、このモータ５２に電力を供給する車両用の電源装置１００Ｃと、この車両用の電源装置１００Ｃの電池を充電する発電機５３とを備えている。モータ５２は、車両用の電源装置１００Ｃから電力が供給されて駆動する。発電機５３は、車両ＥＶを回生制動する時のエネルギーで駆動されて、車両用の電源装置１００Ｃの電池を充電する。
【００５８】
なお上記図１の構成では、各々電流制限手段９を直列に接続した一個の電池セル２を、複数並列に接続して並列電池ユニット１としているが、この構成に限られず、図５に示すように、複数の電池セル２を直列に接続した直列電池ユニット１Ｂを、複数並列に接続する構成においても、同様に本発明を適用することができる。この場合は、電流制限手段９は各直列電池ユニット１Ｂ毎に設ければ足りる。
【００５９】
以上のようにして、一以上の電池セルが並列接続されたバッテリシステムにおいて、一以上の電流制限手段が作動（ＣＩＤ等が作動、または接触不良が発生）した場合に、該当する電池ユニットの見かけ上の充放電容量が低下することを利用し、充放電に際して並列電池ユニットの電圧の変化を監視することで、断線の発生やＣＩＤがオープンしているかどうか等を判断できる。たとえば、電池セルを４セル並列に接続している場合は、１セルで断線またはＣＩＤの開放により、充放電容量は３／４になる。この結果、１セル当たりの電流が４／３になるため、電圧の変化量が大きくなり、電流制限状態を検出できる。この方法によって、従来検出できなかった並列接続された電池セルの断線やＣＩＤの動作といった異常発生をバッテリシステム側で判断でき、適切な制御に切り替えることによって、安全にバッテリシステムを使用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明に係るバッテリシステム及びこれを備える車両並びにバッテリシステムの電流制限状態検出方法は、ＥＶ走行モードとＨＥＶ走行モードとを切り替え可能なプラグイン式ハイブリッド電気自動車やハイブリッド式電気自動車、電気自動車等の電源装置として好適に利用できる。
【符号の説明】
【００６１】
１００、１００Ｂ、１００Ｃ…電源装置
１…並列電池ユニット；１Ｂ…直列電池ユニット
２、２Ｂ…電池セル
３…電流検出回路
４、４Ｂ…電圧検出回路
５…検出部
６…記憶部；６ａ…参照領域；６ｂ…一時記憶領域
７…判定部
８…制御部
９、９Ｂ…電流制限手段
１０…組電池
１１…コンタクタ
５０…車両側負荷
５１…ＤＣ／ＡＣインバータ
５２…モータ；５３…発電機；５５…エンジン；ＥＶ、ＨＶ…車両
【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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