(57)【要約】【課題】電流遮断機構の作動状態を精度高く検出する。【解決手段】検出装置は、内部抵抗算出処理を実行するステップ（Ｓ１０４）と、比較対象の並列セル群との抵抗比を算出するステップ（Ｓ１０６）と、起動後の抵抗比の算出回数が所定回数よりも多く（Ｓ１０８にてＹＥＳ）、かつ、抵抗比の過去値に対する抵抗比の今回値の比がしきい値Ａよりも大きい場合（Ｓ１１０にてＹＥＳ）、仮異常カウンタの値に対してインクリメント処理を実行するステップ（Ｓ１１２）と、仮異常カウンタの値がしきい値Ｂよりも大きい場合（Ｓ１１４にてＹＥＳ）、異常カウンタの値に対してインクリメント処理を実行するステップ（Ｓ１１６）と、異常カウンタの値がしきい値Ｃよりも大きい場合（Ｓ１１８にてＹＥＳ）、異常の発生を確定するステップ（Ｓ１２０）とを含む、処理を実行する。【選択図】図２
2019091626.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池セルを並列に接続した並列セル群を直列に複数個接続して構成される組電池と、
前記組電池を構成する前記電池セルの各々に対して設けられ、前記電池セルの異常時に電流を遮断する複数の電流遮断機構と、
前記組電池のうちの第１並列セル群の第１内部抵抗についての、前記第１並列セル群に隣接する第２並列セル群の第２内部抵抗に対する抵抗比がしきい値よりも大きくなる場合に、前記第１並列セル群に設けられる電流遮断機構が作動していることを検出する検出装置とを備える、電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、電源装置に設けられる電流遮断機構の遮断を検出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
高電圧あるいは高容量の電源装置を構成するために、たとえば、複数の電池セルを直列あるいは並列に接続する場合がある。このような場合において、各電池セルに過電流が流れることを抑制するために各電池セルには、内圧や電流によって作動する電流遮断機構が設けられる場合がある。これらの電流遮断機構が作動する場合には、電源装置に異常が生じている可能性があるため、電流遮断機構の作動状態を精度高く検出することが求められる。たとえば、特開２０１３−２４３８８０号公報（特許文献１）には、電流の時間微分値の絶対値が所定のしきい値よりも大きいと、電池セルの内部抵抗値の推定値を用いて電流遮断機構が作動しているか否かを判定する技術が開示される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−２４３８８０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、電池セルの内部抵抗値は、温度によっても変化するため電池セルの内部抵抗値の推定値を用いて電流遮断機構の作動の有無を判定する場合、温度によっては電流遮断機構が作動していないにもかかわらず電流遮断機構が作動していると誤判定する場合がある。
【０００５】
本開示は、上述した課題を解決するためになされたものであって、その目的は、電流遮断機構の作動状態を精度高く検出する電源装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示のある局面に係る電源装置は、複数の電池セルを並列に接続した並列セル群を直列に複数個接続して構成される組電池と、組電池を構成する電池セルの各々に対して設けられ、電池セルの異常時に電流を遮断する複数の電流遮断機構と、組電池のうちの第１並列セル群の第１内部抵抗についての、第１並列セル群に隣接する第２並列セル群の第２内部抵抗に対する抵抗比がしきい値よりも大きくなる場合に、第１並列セル群に設けられる電流遮断機構が作動していることを検出する検出装置とを備える。
【０００７】
このようにすると、同等の温度環境となり得る隣接する並列セル群との抵抗比を算出することによって、温度変化による影響を抑制しつつ第１並列セル群における第１内部抵抗の増加を検出することができる。これにより、第１並列セル群に設けられる電流遮断機構が作動しているか否かを精度高く検出することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本開示によると、電流遮断機構の作動状態を精度高く検出する電源装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施の形態に係る電源装置の構成を示す図である。
【図２】検出装置で実行される処理を示すフローチャートである。
【図３】電流、抵抗および抵抗比の変化を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００１１】
図１は、本実施の形態に係る電源装置１０の構成を示す図である。図１に示すように、電源装置１０は、組電池１００と、第１電圧センサ２１０と、第２電圧センサ３１０と、検出装置４００と、電流センサ４０２とを含む。電源装置１０は、たとえば、電動車両の駆動源となるモータジェネレータとの間で電力の授受が可能に設けられる。また、電源装置１０の組電池１００は、外部電源の電力を用いて充電装置によって充電されてもよい。
【００１２】
組電池１００には、複数あるいは単一の電気機器によって構成される負荷（図示せず）とリレー回路（図示せず）とが接続される。電源オン操作などによってリレー回路が作動し、組電池１００と負荷とが電気的に接続されることによって組電池１００の電力が負荷に対して供給可能となる。
【００１３】
組電池１００は、直列に接続された複数の並列セル群２００，３００を含む。図１においては、２つの並列セル群２００，３００が直列に接続された構成を一例として示しているが、直列に接続される並列セル群の個数は、特に２つに限定されるものではない。
【００１４】
並列セル群２００は、並列に接続された複数の電池セル２０１，２０２，２０３を含む。図１においては、３つの電池セル２０１，２０２，２０３が並列に接続された構成を一例として示しているが、並列に接続される電池セルの個数は、特に３つに限定されるものではない。並列セル群において並列に接続される電池セルの個数は、たとえば、２つであってもよいし、４つ以上であってもよい。
【００１５】
同様に、並列セル群３００は、並列に接続された複数の電池セル３０１，３０２，３０３を含む。なお、複数の電池セル２０１〜２０３，３０１〜３０３は、たとえば、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等の二次電池によって構成される。
【００１６】
複数の電池セル２０１〜２０３，３０１〜３０３の各々の正極端子側には、電流遮断機構２０６〜２０８，３０６〜３０８がそれぞれ直列に接続される。電流遮断機構２０６〜２０８，３０６〜３０８の各々は、たとえば、想定以上の電流（過電流）が流れる場合に配線の一部の導体がジュール熱で溶断することによって電流を遮断する機構（たとえば、ヒューズ等）を有していてもよいし、あるいは、電池セル内部の内圧がしきい値を超えると回路を開放して電流を遮断する機構（たとえば、ブレーカー等）を有していてもよい。
【００１７】
第１電圧センサ２１０は、第１並列セル群２００の電圧Ｖ１を検出する。第１電圧センサ２１０は、検出した電圧Ｖ１を示す信号を検出装置４００に送信する。
【００１８】
第２電圧センサ３１０は、第２並列セル群３００の電圧Ｖ２を検出する。第２電圧センサ３１０は、検出した電圧Ｖ２を示す信号を検出装置４００に送信する。
【００１９】
電流センサ４０２は、組電池と負荷との間で流れる電流を検出する。電流センサ４０２は、検出した電流ＩＢを示す信号を検出装置４００に送信する。
【００２０】
検出装置４００は、第１電圧センサ２１０、第２電圧センサ３１０および電流センサ４０２から受信する情報に基づいて所定の演算処理を実行するように構成されるＣＰＵ（Central  Processing  Unit）と、プログラムやデータ等記憶するＲＯＭ（Read  Only  Memory）やＲＡＭ（Random  Access  Memory）等のメモリを含む。
【００２１】
検出装置４００は、たとえば、第１電圧センサ２１０によって検出される電圧Ｖ１と、組電池１００の電流ＩＢとを用いて第１並列セル群２００の内部抵抗値を算出することができる。検出装置４００は、たとえば、所定の期間が経過するまで、電圧Ｖ１と、電流ＩＢとを記憶し、所定の期間が経過した後に、電流ＩＢの履歴と電圧Ｖ１の履歴とから最小二乗法により電流ＩＢと電圧Ｖ１との関係を示す一次の近似式を算出する。検出装置４００は、算出された近似式の傾きを第１並列セル群２００の内部抵抗として算出する。同様に、検出装置４００は、たとえば、第２電圧センサ３１０によって検出される電圧Ｖ２と、組電池１００の電流ＩＢとを用いて第２並列セル群３００の内部抵抗値を算出することができる。なお、第２並列セル群３００の内部抵抗値の算出方法は、第１並列セル群２００の内部抵抗値の算出方法と同様であるため、その詳細な説明は繰り返さない。
【００２２】
上述のような構成を有する電源装置１０においては、たとえば、第１並列セル群２００や第２並列セル群３００の内部抵抗値の変動を検出することによって電流遮断機構２０６〜２０８，３０６〜３０８のうちの少なくともいずれかが作動しているか否かを判定することが考えられる。
【００２３】
しかしながら、第１並列セル群２００や第２並列セル群３００の内部抵抗は、温度によって変化するため、内部抵抗値の変動を検出することによって電流遮断機構２０６〜２０８，３０６〜３０８のうちの少なくともいずれかが作動していると判定する場合には、電流遮断機構が作動していないにもかかわらず、電流遮断機構が作動していると誤判定する場合がある。
【００２４】
そこで、本実施の形態においては、検出装置４００は、組電池１００のうちの第１並列セル群２００の第１内部抵抗についての、第１並列セル群２００に隣接する第２並列セル群３００の第２内部抵抗に対する抵抗比がしきい値よりも大きくなる場合に、第１並列セル群２００に設けられる電流遮断機構が作動していることを検出するものとする。
【００２５】
このようにすると、同等の温度環境となり得る隣接する第２並列セル群３００との抵抗比を算出することによって、温度変化による影響を抑制しつつ第１並列セル群２００における第１内部抵抗の増加を検出することができる。これにより、第１並列セル群２００に設けられる電流遮断機構が作動しているか否か（すなわち、電流遮断機構２０６〜２０８のいずれかにおいて電流が遮断されているか否か）を精度高く検出することができる。
【００２６】
以下、図２を用いて検出装置４００で実行される処理について説明する。図２は、検出装置４００において実行される処理を示すフローチャートである。このフローチャートに示される処理は、所定の制御周期毎にメインルーチン（図示せず）から呼び出されて実行される。これらのフローチャートに含まれる各ステップは、基本的には、検出装置４００によるソフトウェア処理によって実現されるが、その一部または全部が検出装置４００内に作製されたハードウェア（電気回路）によって実現されてもよい。
【００２７】
ステップ（以下、ステップを「Ｓ」と記載する）１００にて、検出装置４００は、起動中であるか否かを判定する。検出装置４００は、たとえば、組電池１００から負荷に対して電力供給が可能な状態である場合に起動中であると判定する。検出装置４００は、ユーザの電源オン操作によって図示しない制御装置等から検出装置４００に送信される起動信号を受信した後であって、かつ、停止信号を受信していない場合に、起動中であると判定してもよい。あるいは、検出装置４００は、リレー回路がオン状態である場合に起動中であると判定してもよい。起動中であると判定される場合（Ｓ１００にてＹＥＳ）、処理はＳ１０２に移される。
【００２８】
Ｓ１０２にて、検出装置４００は、所定期間が経過するか否かを判定する。検出装置４００は、たとえば、起動信号を受信した時点、あるいは、抵抗比の前回値が算出された時点から所定期間が経過する否かを判定する。所定期間が経過していると判定される場合（Ｓ１０２にてＹＥＳ）、処理はＳ１０４に移される。
【００２９】
Ｓ１０４にて、検出装置４００は、内部抵抗算出処理を実行する。具体的には、検出装置４００は、電流と電圧とを用いて組電池１００を構成する各並列セル群２００，３００の内部抵抗を算出する。内部抵抗の算出方法については上述したとおりであるため、その詳細な説明は繰り返さない。
【００３０】
Ｓ１０６にて、検出装置４００は、組電池１００を構成する複数の並列セル群のうちの検出対象の並列セル群の第１内部抵抗ＲＡについての、比較対象の並列セル群の第２内部抵抗ＲＢに対する比を抵抗比（＝ＲＡ／ＲＢ）として算出する。
【００３１】
検出装置４００は、組電池１００を構成する複数の並列セル群の各々を検出対象の並列セル群に設定し、設定された検出対象の並列セル群に隣接する並列セル群（２つの並列セル群に隣接する場合は、いずれか一方）を比較対象の並列セル群に設定する。すなわち、検出装置４００は、複数の並列セル群の各々に対応する抵抗比を算出する。
【００３２】
Ｓ１０８にて、検出装置４００は、起動してからの抵抗比の算出回数が所定回数よりも多いか否かを判定する。抵抗比の算出回数は、たとえば、第１並列セル群２００の抵抗比の算出回数を含む。本実施の形態において、所定回数は、「３回」である場合を一例として説明するが、特に「３回」であることに限定されるものではない。起動してからの抵抗比の算出回数が所定回数よりも多いと判定される場合（Ｓ１０８にてＹＥＳ）、処理はＳ１１０に移される。
【００３３】
Ｓ１１０にて、検出装置４００は、所定回数（たとえば、「３回」）前の計算で算出された抵抗比（以下、抵抗比の過去値と記載する）に対する抵抗比の今回値の比がしきい値Ａよりも大きいか否かを判定する。抵抗比の過去値に対する抵抗比の今回値の比がしきい値Ａよりも大きいと判定される場合（Ｓ１１０にてＹＥＳ）、処理はＳ１１２に移される。
【００３４】
Ｓ１１２にて、検出装置４００は、仮異常カウンタの値に対するインクリメント処理を実行する。具体的には、検出装置４００は、仮異常カウンタの値を１つ増加させる。なお、仮異常カウンタは、並列セル群２００，３００の各々に対して設定される。
【００３５】
Ｓ１１４にて、検出装置４００は、仮異常カウンタの値がしきい値Ｂよりも大きいか否かを判定する。しきい値Ｂは、たとえば、予め定められた値であって、本実施の形態においては、たとえば、「２」であるものとする。検出装置４００は、並列セル群２００，３００の各々に対して設定される複数の仮異常カウンタのうちの少なくともいずれかがしきい値Ｂよりも大きいと判定される場合に、仮異常カウンタの値がしきい値Ｂよりも大きいと判定する。仮異常カウンタの値がしきい値Ｂよりも大きいと判定される場合（Ｓ１１４にてＹＥＳ）、処理はＳ１１６に移される。
【００３６】
Ｓ１１６にて、検出装置４００は、仮異常カウンタの値をリセットするとともに、異常カウンタの値に対するインクリメント処理を実行する。具体的には、検出装置４００は、仮異常カウンタの値を初期値（たとえば、ゼロ）にリセットするとともに、異常カウンタの値を１つ増加させる。なお、異常カウンタは、並列セル群２００，３００の各々に対して設定される。
【００３７】
Ｓ１１８にて、検出装置４００は、異常カウンタの値がしきい値Ｃよりも大きいか否かを判定する。しきい値Ｃは、たとえば、予め定められた値であって、本実施の形態においては、たとえば、「１」であるものとする。検出装置４００は、並列セル群２００，３００の各々に対して設定される複数の異常カウンタのうちの少なくともいずれかがしきい値Ｃよりも大きいと判定される場合に、異常カウンタの値がしきい値Ｃよりも大きいと判定する。異常カウンタの値がしきい値Ｃよりも大きいと判定される場合（Ｓ１１８にＹＥＳ）、処理はＳ１２０に移される。
【００３８】
Ｓ１２０にて、検出装置４００は、しきい値Ｃを超えた異常カウンタに対応する並列セル群に設けられる電流遮断機構が作動している（すなわち、並列セル群に設けられる３つの電流遮断機構のうちの少なくともいずれかが作動している）という異常の発生を確定し、フェールセーフ処理を実行する。フェールセーフ処理は、たとえば、リレー回路を遮断する処理であってもよいし、電流ＩＢの上限値を通常値よりも低い値に設定して、電流ＩＢが上限値を超えないように負荷である電気機器に供給される電力を制御する処理であってもよい。
【００３９】
以上のような構造およびフローチャートに基づく本実施の形態における検出装置４００の動作について図３を用いて説明する。図３は、電流、抵抗および抵抗比の変化を示すタイミングチャートである。より具体的には、図３のＬＮ１は、電流ＩＢの変化を示す。図３のＬＮ２は、第１並列セル群２００の第１内部抵抗ＲＡの変化を示す。図３のＬＮ３は、第２並列セル群３００の第２内部抵抗ＲＢの変化を示す。図３のＬＮ４は、第２内部抵抗ＲＢに対する第１内部抵抗ＲＡの比（＝ＲＡ／ＲＢ）の変化を示す。図３のＬＮ５は、抵抗比の過去値に対する抵抗比の今回値の比を示す。図３のグラフの横軸は、いずれも時間を示す。
【００４０】
たとえば、ユーザが電源オン操作をするなどしてリレー回路がオン状態となり、組電池１００から負荷に電力供給が可能な状態になる場合に、起動中であると判定される（Ｓ１００にてＹＥＳ）。
【００４１】
そのため、起動してから所定期間が経過した後の（Ｓ１０２にてＹＥＳ）、時間Ｔ（０）にて、内部抵抗算出処理が開始され（Ｓ１０４）、複数の並列セル群２００，３００の各々の内部抵抗が算出される。そして、検出対象の並列セル群の第１内部抵抗についての、隣接する比較対象の並列セル群の第２内部抵抗に対する抵抗比が算出される（Ｓ１０６）。たとえば、第１並列セル群２００を検出対象とし、並列セル群３００を比較対象とする場合には、第１並列セル群２００の第１内部抵抗ＲＡについての、隣接する並列セル群３００の第２内部抵抗ＲＢに対する比（＝ＲＡ／ＲＢ）が抵抗比として算出される。なお、たとえば、並列セル群３００を検出対象とし、第１並列セル群２００を比較対象とする場合には、並列セル群３００の第２内部抵抗ＲＢについての、隣接する第１並列セル群２００の第１内部抵抗ＲＡに対する比（＝ＲＢ／ＲＡ）が抵抗比として算出される。
【００４２】
時間Ｔ（１）にて、起動後の抵抗比の算出回数が所定回数（３回）よりも多くなる場合に（Ｓ１１０にてＹＥＳ）、時間Ｔ（０）にて算出された３回前の抵抗比の過去値に対する抵抗比の今回値の比がしきい値Ａよりも大きいか否かが判定される（Ｓ１１０）。
【００４３】
時間Ｔ（２）にて、たとえば、第１並列セル群２００の３つの電池セル２０１，２０２，２０３に設けられる複数の電流遮断機構２０６，２０７，２０８のうちのいずれか一つが作動する場合には、３つの電池セル２０１，２０２，２０３のうちのいずれか一つに電流が流れなくなり、第１並列セル群２００の内部抵抗は増加することになる。
【００４４】
時間Ｔ（３）にて、３回前の計算において算出された抵抗比の過去値に対する抵抗比の今回値の比がしきい値Ａよりも大きくなると（Ｓ１１０にてＹＥＳ）、仮異常カウンタの値に対してインクリメント処理が実行される（Ｓ１１２）。
【００４５】
時間Ｔ（４）にて、３回前の抵抗比の過去値に対する抵抗比の今回値の比がしきい値Ａよりも大きい状態が３回の計算にわたって続くことによって、仮異常カウンタの値がしきい値Ｂ（＝２）よりも大きくなると（Ｓ１１４にてＹＥＳ）、仮異常カウンタの値がリセットされるとともに、異常カウンタの値に対するインクリメント処理が実行される（Ｓ１１６）。
【００４６】
時間Ｔ（５）にて、たとえば、第１並列セル群２００の残り２つの電池セルのうちのいずれかに設けられる電流遮断機構が作動する場合には、３つの電池セルのうちのいずれか２つに電流が流れなくなることによって第１並列セル群２００の第１内部抵抗ＲＡはさらに増加することになる。
【００４７】
その結果、時間Ｔ（６）にて、３回前に計算された抵抗比の過去値に対する抵抗比の今回値の比が再度しきい値Ａよりも大きいと判定される場合（Ｓ１１０にてＹＥＳ）、仮異常カウンタの値に対してインクリメント処理が実行される（Ｓ１１２）。
【００４８】
時間Ｔ（７）にて、３回前の計算において算出された抵抗比の過去値に対する抵抗比の今回値の比がしきい値Ａよりも大きい状態が３回の計算にわたって続くことによって、仮異常カウンタの値がしきい値Ｂよりも大きくなると（Ｓ１１４にてＹＥＳ）、仮異常カウンタの値がリセットされるとともに、異常カウンタの値に対するインクリメント処理が実行される（Ｓ１１６）。その結果、異常カウンタの値がしきい値Ｃ（＝１）よりも大きくなると（Ｓ１１８にてＹＥＳ）、第１並列セル群２００の異常の発生が確定され、フェールセーフ処理が行なわれる（Ｓ１２０）。
【００４９】
以上のようにして、本実施の形態に係る電源装置によると、同等の温度環境となり得る隣接する並列セル群との抵抗比を算出することによって、温度変化による影響を抑制しつつ第１並列セル群における第１内部抵抗の増加を検出することができる。これにより、電流遮断機構が作動しているか否かを精度高く検出することができる。したがって、電流遮断機構の作動状態を精度高く検出する電源装置を提供することができる。
【００５０】
以下、変形例について記載する。
上述の実施の形態においては、起動中であると判定される場合に、各並列セル群の内部抵抗を算出するものとして説明したが、たとえば、電流ＩＢがしきい値以上である場合に、各並列セル群の内部抵抗を算出するようにしてもよい。
【００５１】
さらに上述の実施の形態においては、検出対象の並列セル群に対応する異常カウンタの値がしきい値よりも大きい場合に、検出対象の並列セル群に設けられる電流遮断機構が作動しているという異常の発生を確定するものとして説明したが、たとえば、検出対象の並列セル群の内部抵抗についての、比較対象の並列セル群の内部抵抗に対する抵抗比がしきい値よりも大きい場合に、検出対象の並列セル群に設けられる電流遮断機構が作動しているという異常の発生を確定してもよいし、検出対象の並列セル群に対応する仮異常カウンタの値がしきい値よりも大きい場合に、検出対象の並列セル群に設けられる電流遮断機構が作動しているという異常の発生を確定してもよい。
【００５２】
なお、上記した変形例は、その全部または一部を適宜組み合わせて実施してもよい。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００５３】
１０  電源装置、１００  組電池、２００，３００  並列セル群、２０１，２０２，２０３，３０１，３０２，３０３  電池セル、２０６，２０７，２０８，３０６，３０８  電流遮断機構、２１０  第１電圧センサ、３１０  第２電圧センサ、４００  検出装置、４０２  電流センサ。
【図１】
2019091626.tif 000003
【図２】
2019091626.tif 000004
【図３】
2019091626.tif 000005