(57)【要約】【課題】互いに並列接続される複数の電池を有する複数の電池ユニットが直列接続される電池群を備える電池パックにおいて、接続線に異常が発生しているか否かを精度良く判断する。【解決手段】一方の軸を電流、他方の軸を電圧とする２次元座標系において、第１及び第２の電池ユニットＢｕに流れる電流と第１の電池ユニットＢｕの第１の電圧とに対応する第１の点、及び、第１及び第２の電池ユニットＢｕに流れる電流と第２の電池ユニットＢｕの第２の電圧とに対応する第２の点を一定周期毎に求め、複数の第１の点のバラツキ度合を示す第１のバラツキ値と複数の第２の点のバラツキ度合を示す第２のバラツキ値との差が閾値以上である場合、バラツキ度合が大きい値に対応する第１の電池ユニットＢｕまたは第２の電池ユニットＢｕの電池Ｂの接続線に異常が発生していると判断する。【選択図】図１
2019095273.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに並列接続される複数の電池を有する第１及び第２の電池ユニットが直列接続される電池群と、
前記第１及び第２の電池ユニットに流れる電流を検出する電流検出部と、
前記第１の電池ユニットの第１の電圧及び前記第２の電池ユニットの第２の電圧を検出する電圧検出部と、
一方の軸を電流、他方の軸を電圧とする２次元座標系において、前記電流と前記第１の電圧とに対応する第１の点、及び、前記電流と前記第２の電圧とに対応する第２の点を一定周期毎に求め、前記複数の第１の点のバラツキ度合を示す第１のバラツキ値と前記複数の第２の点のバラツキ度合を示す第２のバラツキ値との差が閾値以上である場合、前記第１及び第２のバラツキ値のうち、バラツキ度合が大きい値に対応する前記第１の電池ユニットまたは前記第２の電池ユニットの電池の接続線に異常が発生していると判断する異常判断部と、
を備える電池パック。
【請求項２】
請求項１に記載の電池パックであって、
前記異常判断部は、
ｎ個の前記第１の点にそれぞれ対応する前記電流をｘ１ｉ（ｉ＝１，２，．．．，ｎ）、ｎ個の前記第１の点にそれぞれ対応する前記第１の電圧をｙ１ｉ（ｉ＝１，２，．．．，ｎ）、前記ｘ１ｉの平均値をｘ１￣、前記ｙ１ｉの平均値をｙ１￣とするときの下記式１のρ１を前記第１のバラツキ値とし、
【数１】
2019095273.tif 000005
ｎ個の前記第２の点にそれぞれ対応する前記電流をｘ２ｉ（ｉ＝１，２，．．．，ｎ）、ｎ個の前記第２の点にそれぞれ対応する前記第２の電圧をｙ２ｉ（ｉ＝１，２，．．．，ｎ）、前記ｘ２ｉの平均値をｘ２￣、前記ｙ２ｉの平均値をｙ２￣とするときの下記式２のρ２を前記第２のバラツキ値とし、
【数２】
2019095273.tif 000006
前記第１のバラツキ値と前記第２のバラツキ値との差が前記閾値以上である場合、前記第１及び第２のバラツキ値のうち、前記バラツキ度合が大きい値としてρ１またはρ２のうちゼロに近い値に対応する前記第１の電池ユニットまたは前記第２の電池ユニットの電池の接続線に異常が発生していると判断する
ことを特徴とする電池パック。
【請求項３】
請求項１に記載の電池パックであって、
前記異常判断部は、
前記複数の第１の点により求められる回帰直線と前記複数の第１の点とのそれぞれの距離の平均値を前記第１のバラツキ値とし、
前記複数の第２の点により求められる回帰直線と前記複数の第２の点とのそれぞれの距離の平均値を前記第２のバラツキ値とし、
前記第１のバラツキ値と前記第２のバラツキ値との差が前記閾値以上である場合、前記第１及び第２のバラツキ値のうち、前記バラツキ度合が大きい値として前記平均値が大きい値に対応する前記第１の電池ユニットまたは前記第２の電池ユニットの電池の接続線に異常が発生していると判断する
ことを特徴とする電池パック。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載の電池パックであって、
前記異常判断部は、前記第１及び第２の電池ユニットの充電中のみ、または、前記第１及び第２の電池ユニットの放電中のみ、前記第１及び第２の点を一定周期毎に求める
ことを特徴とする電池パック。
【請求項５】
請求項１〜３の何れか１項に記載の電池パックであって、
前記異常判断部は、前記電流が電流閾値以上である場合、前記第１及び第２の点を一定周期毎に求める
ことを特徴とする電池パック。
【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】
電池パックとして、互いに並列接続される複数の電池を有する複数の電池ユニットが直列接続される電池群を備え、電池ユニットの電圧変動量と電流変動量により各電池ユニットの内部抵抗を求め、各電池ユニットの内部抵抗、または複数の電池ユニット間の内部抵抗の差が閾値以上である場合、電池パックに異常が発生していると判断するものがある。関連する技術として、例えば、特許文献１がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−０７１６３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電池が劣化すると、電池ユニットの内部抵抗や内部抵抗の差が大きくなる。
また、電池の接続線の断線や電池の端子と接続線との接続不良など、接続線に異常が発生すると、異常が発生した電池ユニットにおいて、接続線に異常が発生していない電池に流れる電流が増加する。その結果、充電時は電池ユニットの電圧が高くなり、放電時は電池ユニットの電圧が低くなるため、異常が発生した電池ユニットの内部抵抗や、異常が発生した電池ユニットと異常が発生していない電池ユニットとの内部抵抗の差が大きくなる。
【０００５】
そのため、上記電池パックでは、各電池ユニットの内部抵抗や複数の電池ユニット間の内部抵抗の差が閾値以上になった場合、異常が発生していると判断するため、その異常が電池の劣化による異常か、接続線の異常かを判断することができないという懸念がある。
【０００６】
そこで、本発明の一側面に係る目的は、互いに並列接続される複数の電池を有する複数の電池ユニットが直列接続される電池群を備える電池パックにおいて、接続線に異常が発生しているか否かを精度良く判断することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る一つの形態である電池パックは、電池群と、電流検出部と、電圧検出部と、異常判断部とを備える。
電池群は、互いに並列接続される複数の電池を有する第１及び第２の電池ユニットが直列接続される。
【０００８】
電流検出部は、第１及び第２の電池ユニットに流れる電流を検出する。
電圧検出部は、第１の電池ユニットの第１の電圧及び第２の電池ユニットの第２の電圧を検出する。
【０００９】
異常判断部は、一方の軸を電流、他方の軸を電圧とする２次元座標系において、第１及び第２の電池ユニットに流れる電流と第１の電圧とに対応する第１の点、及び、第１及び第２の電池ユニットに流れる電流と第２の電圧とに対応する第２の点を一定周期毎に求め、複数の第１の点のバラツキ度合を示す第１のバラツキ値と複数の第２の点のバラツキ度合を示す第２のバラツキ値との差が閾値以上である場合、第１及び第２のバラツキ値のうち、バラツキ度合が大きい値に対応する第１の電池ユニットまたは第２の電池ユニットの電池の接続線に異常が発生していると判断する。
【００１０】
上述したように、接続線に異常が発生すると、異常が発生した電池ユニットにおいて、接続線に異常が発生していない電池に流れる電流が増加して、充電時の電池ユニットの電圧が高くなり、放電時の電池ユニットの電圧が低くなる。これにより、接続線に異常が発生した電池を有する電池ユニットに対応する２次元座標系の各点は、接続線に異常が発生する前と後において、それぞれ、互いに異なる範囲で分布する。すなわち、接続線に異常が発生した電池を有する電池ユニットに対応する２次元座標系の各点は比較的広い範囲で分布し、それら各点のバラツキ度合は大きくなる。このように、接続線に異常が発生すると、バラツキ度合が比較的大きくなる。
【００１１】
そこで、本発明に係る一つの形態である電池パックによれば、バラツキ度合を示すバラツキ値の差が閾値以上である場合、バラツキ度合が大きい値に対応する電池ユニットの電池の接続線に異常が発生していると判断するため、接続線に異常が発生しているか否かを精度良く判断することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、互いに並列接続される複数の電池を有する複数の電池ユニットが直列接続される電池群を備える電池パックにおいて、接続線に異常が発生しているか否かを精度良く判断することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態の電池パックを示す図である。
【図２】異常判断部の動作を示すフローチャートである。
【図３】横軸を電流、縦軸を電圧とする２次元座標系を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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、実施形態の電池パックを示す図である。
電池パック１は、互いに並列接続される複数の電池Ｂを有する複数の電池ユニットＢｕが直列接続される電池群１１と、電圧検出部１２と、電流検出部１３と、異常判断部１４とを備える。
【００１５】
電池Ｂは、例えば、リチウムイオン電池、または、ニッケル水素電池である。なお、電池Ｂの並列数は２以上であれば特に限定されない。また、電池ユニットＢｕの直列数も２以上であれば特に限定されない。電池Ｂの並列数を調整することにより電池群１１の容量を調整することができ、電池ユニットＢｕの直列数を調整することにより電池群１１の出力電圧を調整することができる。外部の充電器または負荷Ｌｏから各電池ユニットＢｕに電力が供給されると、各電池ユニットＢｕに充電電流が流れて、各電池Ｂが充電される。各電池ユニットＢｕから負荷Ｌｏに電力が供給されると、各電池ユニットＢｕに放電電流が流れて、各電池Ｂが放電する。負荷Ｌｏは、ハイブリッド車や電気自動車などの車両に搭載される補機または走行用モータなどである。
【００１６】
電圧検出部１２（電圧計）は、ＩＣ（Integrated Circuit）により構成され、各電池ユニットＢｕのそれぞれの電圧を検出し、それら検出結果を異常判断部１４に送る。
電流検出部１３（電流計）は、例えば、シャント抵抗、または、ホール素子であり、各電池ユニットＢｕに流れる電流を検出し、その検出結果を異常判断部１４に送る。
【００１７】
異常判断部１４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）など）により構成される。
【００１８】
図２は、異常判断部１４の動作を示すフローチャートである。なお、図２に示す動作は、一定周期毎に行われるものとする。
まず、異常判断部１４は、横軸（一方の軸）を電流、縦軸（他方の軸）を電圧とする２次元座標系において、電池ユニットＢｕに流れる電流とその電池ユニットＢｕの電圧とに対応する点を、電池ユニットＢｕ毎に求める（Ｓ１１）。なお、一方の軸を縦軸、他方の軸を横軸としても良い。すなわち、横軸を電圧、縦軸を電流とする２次元座標系でも良い。
【００１９】
次に、異常判断部１４は、２次元座標系における各点のバラツキ度合を示すバラツキ値を、電池ユニットＢｕ毎に求める（Ｓ１２）。
例えば、異常判断部１４は、下記式１のρ１を電池群１１の複数の電池ユニットＢｕのうちの第１の電池ユニットＢｕに対応する第１のバラツキ値とするとともに、下記式２のρ２を電池群１１の複数の電池ユニットＢｕのうちの第２の電池ユニットＢｕに対応する第２のバラツキ値とする。
【００２０】
なお、２次元座標系において、第１及び第２の電池ユニットＢｕに流れる電流と第１の電池ユニットＢｕの第１の電圧とに対応する点を第１の点とする。
また、２次元座標系において、第１及び第２の電池ユニットＢｕに流れる電流と第２の電池ユニットＢｕの第２の電圧とに対応する点を第２の点とする。
【００２１】
また、２次元座標系のｎ個の第１の点にそれぞれ対応する電流をｘ１ｉ（ｉ＝１，２，．．．，ｎ）、２次元座標系のｎ個の第１の点にそれぞれ対応する第１の電圧をｙ１ｉ（ｉ＝１，２，．．．，ｎ）、ｘ１ｉの平均値をｘ１￣、ｙ１ｉの平均値をｙ１￣とする。
【００２２】
また、２次元座標系のｎ個の第２の点にそれぞれ対応する電流をｘ２ｉ（ｉ＝１，２，．．．，ｎ）、２次元座標系のｎ個の第２の点にそれぞれ対応する第２の電圧をｙ２ｉ（ｉ＝１，２，．．．，ｎ）、ｘ２ｉの平均値をｘ２￣、ｙ２ｉの平均値をｙ２￣とする。
【００２３】
また、ρ１及びρ２がゼロに近づくほど、バラツキ度合が大きくなるものとする。
また、ρ１及びρ２が１に近づくほど、バラツキ度合が小さくなるものとする。
【００２４】
【数１】
2019095273.tif 000003
【数２】
2019095273.tif 000004
【００２５】
なお、横軸を電圧、縦軸を電流とする場合は、式１および式２のｘを電圧に、ｙを電流に読み替えるものとする。即ち、２次元座標系のｎ個の第１の点にそれぞれ対応する電流をｙ１ｉ（ｉ＝１，２，．．．，ｎ）、２次元座標系のｎ個の第１の点にそれぞれ対応する第１の電圧をｘ１ｉ（ｉ＝１，２，．．．，ｎ）、ｘ１ｉの平均値をｘ１￣、ｙ１ｉの平均値をｙ１￣とし、２次元座標系のｎ個の第２の点にそれぞれ対応する電流をｙ２ｉ（ｉ＝１，２，．．．，ｎ）、２次元座標系のｎ個の第２の点にそれぞれ対応する第２の電圧をｘ２ｉ（ｉ＝１，２，．．．，ｎ）、ｘ２ｉの平均値をｘ２￣、ｙ２ｉの平均値をｙ２￣とする。
【００２６】
または、例えば、異常判断部１４は、複数の第１の点により求められる回帰直線と複数の第１の点とのそれぞれの２次元座標系の縦軸方向の距離の平均値を第１のバラツキ値とし、複数の第２の点により求められる回帰直線と複数の第２の点とのそれぞれの２次元座標系の縦軸方向の距離の平均値を第２のバラツキ値とする。なお、横軸を電圧、縦軸を電流とする場合も、２次元座標系の縦軸方向の距離の平均値をバラツキ値とする。
【００２７】
なお、平均値が大きくなるほど、バラツキ度合が大きくなるものとする。
また、平均値が小さくなるほど、バラツキ度合が小さくなるものとする。
次に、図２に示すフローチャートにおいて、異常判断部１４は、Ｓ１２で求めた各バラツキ値のうちの第１及び第２のバラツキ値の差ｄを求める（Ｓ１３）。
【００２８】
次に、異常判断部１４は、Ｓ１３で求めた差ｄが閾値以上であるか否かを判断する（Ｓ１４）。
そして、異常判断部１４は、Ｓ１３で求めた差ｄが閾値よりも小さいと判断すると（Ｓ１４：Ｎｏ）、今回の接続線異常判断処理を終了し、Ｓ１３で求めた差ｄが閾値以上であると判断すると（Ｓ１４：Ｙｅｓ）、第１及び第２のバラツキ値のうち、バラツキ度合が大きい値に対応する電池ユニットＢｕの電池Ｂの接続線に異常が発生していると判断する（Ｓ１５）。
【００２９】
ここで、電池群１１が電池ユニットＢｕ１、電池ユニットＢｕ２、及び電池ユニットＢｕ３を有し、電池ユニットＢｕ３が有する電池Ｂ３１及び電池Ｂ３２のうちの電池Ｂ３２の接続線に異常が発生している場合を想定する。
【００３０】
なお、接続線に発生している異常とは、例えば、電池Ｂの接続線の断線、または、電池Ｂの端子と接続線との接続不良とする。
また、電池ユニットＢｕ１に対応するバラツキ値ｖ１が示すバラツキ度合は、電池ユニットＢｕ２に対応するバラツキ値ｖ２が示すバラツキ度合とほぼ同じものとする。
【００３１】
また、電池ユニットＢｕ３に対応するバラツキ値ｖ３が示すバラツキ度合は、バラツキ値ｖ１、ｖ２が示すバラツキ度合よりも大きいものとする。
また、バラツキ値ｖ３とバラツキ値ｖ１、ｖ２との差は閾値以上であるものとする。
【００３２】
まず、異常判断部１４は、電池ユニットＢｕ１に対応する２次元座標系において、電池ユニットＢｕ１に流れる電流と電池ユニットＢｕ１の電圧とに対応する点を求める。また、異常判断部１４は、電池ユニットＢｕ２に対応する２次元座標系において、電池ユニットＢｕ２に流れる電流と電池ユニットＢｕ２の電圧とに対応する点を求める。また、異常判断部１４は、電池ユニットＢｕ３に対応する２次元座標系において、電池ユニットＢｕ３に流れる電流と電池ユニットＢｕ３の電圧とに対応する点を求める。
【００３３】
次に、異常判断部１４は、電池ユニットＢｕ１に対応する２次元座標系の各点によりバラツキ値ｖ１を求め、電池ユニットＢｕ２に対応する２次元座標系の各点によりバラツキ値ｖ２を求め、電池ユニットＢｕ３に対応する２次元座標系の各点によりバラツキ値ｖ３を求める。
【００３４】
次に、異常判断部１４は、バラツキ値ｖ１（第１のバラツキ値）とバラツキ値ｖ２（第２のバラツキ値）との差ｄ１、バラツキ値ｖ２（第１のバラツキ値）とバラツキ値ｖ３（第２のバラツキ値）との差ｄ２、及びバラツキ値ｖ１（第１のバラツキ値）とバラツキ値ｖ３（第２のバラツキ値）との差ｄ３を求める。
【００３５】
次に、異常判断部１４は、差ｄ１が閾値よりも小さいと判断するとともに、差ｄ２及び差ｄ３が閾値以上であると判断すると、バラツキ度合が大きいバラツキ値ｖ３に対応する電池ユニットＢｕ３の電池Ｂ２１または電池Ｂ３２の接続線に異常が発生していると判断する。
【００３６】
図３（ａ）は、電池Ｂ３２の接続線に異常が発生する前において、充電中の電池ユニットＢｕ３に対して求められた２次元座標系の各点（丸印）の分布と、電池Ｂ３２の接続線に異常が発生した後において、充電中の電池ユニットＢｕ３に対して求められた２次元座標系の各点（四角印）の分布を示している。
【００３７】
図３（ｂ）は、電池Ｂ３２の接続線に異常が発生する前において、充電中の電池ユニットＢｕ１に対して求められた２次元座標系の各点（丸印）の分布と、電池Ｂ３２の接続線に異常が発生した後において、充電中の電池ユニットＢｕ１に対して求められた２次元座標系の各点（四角印）の分布を示している。
【００３８】
電池Ｂ３２の接続線に異常が発生すると、電池Ｂ３２に流れていた電流が電池Ｂ３１に流れるようになり、電池Ｂ３１に流れる電流が増加する。そのため、外部の充電器または負荷Ｌｏから電池ユニットＢｕ１〜Ｂｕ３に充電電流が流れているときの電池ユニットＢｕ３の電圧は、電池Ｂ３２の接続線に異常が発生していないときよりも電池Ｂ３２の接続線に異常が発生しているときの方が高くなる。なお、電池ユニットＢｕ１〜Ｂｕ３から負荷Ｌｏに放電電流が流れているときの電池ユニットＢｕ３の電圧は、電池Ｂ３２の接続線に異常が発生していないときよりも電池Ｂ３２の接続線に異常が発生しているときの方が低くなる。これにより、電池ユニットＢｕ３に対応する２次元座標系の各点は、電池Ｂ３２の接続線に異常が発生する前と後において、それぞれ、互いに異なる範囲で分布する。例えば、図３（ａ）に示すように、電池ユニットＢｕ３に対応する２次元座標系の各点は比較的広い範囲で分布し、それら各点のバラツキ度合は大きくなる。一方、図３（ｂ）に示すように、電池ユニットＢｕ１に対応する２次元座標系の各点は広がらず、それら各点のバラツキ度合は小さくなる。このように、接続線に異常が発生している場合、バラツキ度合が比較的大きくなる。
【００３９】
そこで、実施形態の電池パック１によれば、バラツキ度合を示すバラツキ値の差が閾値以上である場合、バラツキ度合が大きい値に対応する電池ユニットＢｕの電池Ｂの接続線に異常が発生していると判断するため、接続線に異常が発生しているか否かを精度良く判断することができる。
【００４０】
本発明は、上記実施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。
＜変形例１＞
異常判断部１４は、各電池ユニットＢｕの充電中のみ、または、各電池ユニットＢｕの放電中のみ、２次元座標系の各点を一定周期毎に求めるように構成してもよい。
【００４１】
なお、異常判断部１４は、各電池ユニットＢｕが定電流充電制御により充電される場合、各電池ユニットＢｕに流れる電流がゼロから予め決められた一定電流まで一定の増加率で増加する間において、２次元座標系の各点を一定周期毎に求めるように構成してもよい。
【００４２】
また、異常判断部１４は、各電池ユニットＢｕが定電圧充電制御により充電される場合、各電圧ユニットＢｕに流れる電流が上記一定電流から上記一定電流よりも小さい充電終了電流まで一定の減少率で減少する間において、２次元座標系の各点を一定周期毎に求めるように構成してもよい。
【００４３】
このように、各電池ユニットＢｕの充電中のみ、または、各電池ユニットＢｕの放電中のみ、２次元座標系の各点を一定周期毎に求めることにより、各電池ユニットＢｕの充電中に求めた各点のみ、または、各電池ユニットＢｕの放電中に求めた各点のみを用いて、接続線に異常が発生しているか否かの判断を行うことができる。そのため、充電中の電池Ｂの分極による電圧の変動幅と、放電中の電池Ｂの分極による電圧の変動幅とが互いに異なる場合、それら変動幅が互いに異なることによる２次元座標系の各点の分布の広がり方の違いに影響して接続線に異常が発生しているか否かを誤って判断することを防止することができる。これにより、接続線に異常が発生しているか否かの判断をより精度良く行うことができる。
＜変形例２＞
異常判断部１４は、各電池ユニットＢｕに流れる電流が電流閾値以上である場合、２次元座標系の各点を一定周期毎に求めるように構成してもよい。
【００４４】
各電池ユニットＢｕに流れる電流が比較的大きいとき、接続線に異常が発生したときの電池ユニットＢｕの電圧と接続線に異常が発生していないときの電池ユニットＢｕの電圧との差は、各電池ユニットＢｕに流れる電流が比較的小さいとき、接続線に異常が発生したときの電池ユニットＢｕの電圧と接続線に異常が発生していないときの電池ユニットＢｕの電圧との差よりも大きくなる。すなわち、各電池ユニットＢｕに流れる電流が比較的大きいとき、接続線に異常が発生したときの２次元座標系の各点のバラツキ度合が大きくなる。
【００４５】
そのため、各電池ユニットＢｕに流れる電流が電流閾値以上である場合、２次元座標系の各点を一定周期毎に求めることにより、バラツキ度合を強調させることができ、接続線に異常が発生しているか否かをより精度良く判断することができる。
【符号の説明】
【００４６】
１  電池パック
１１  電池群
１２  電圧検出部
１３  電流検出部
１４  異常判断部
Ｂｕ  電池ユニット
Ｂ  電池
Ｌｏ  負荷
【図１】
2019095273.tif 000007
【図２】
2019095273.tif 000008
【図３】
2019095273.tif 000009