(57)【要約】【課題】  電池ブロックの過放電状態を判別する。【解決手段】  ２つの電池ブロック（１１）における電圧値（Ｖｂ）の差である電圧差（ΔＶｂ）を算出する。放電時の電流値（Ｉｂ）を正の値とし、充電時の電流値を負の値としたとき、電流値を積算した電流積算値を算出する。現在の電圧差と、過去から現在までの電流積算値（ΣＩｂ）が閾値（ΣＩｂ＿ｔｈ）以上となるときの過去の電圧差との間の変化量（Ｅ）を算出し、この変化量が所定量（Ｅ＿ｔｈ）以上であるとき、電池ブロックが過放電状態であることを判別する。これにより、電流値に関わらず、言い換えれば、電流値が小さくても、電圧差の変化量を把握しやすくなる。電圧差の変化量を把握しやすくなれば、電圧差の変化量に基づいて、電池ブロックが過放電状態であるか否かを判別しやすくなる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池ブロックを有する組電池と、
前記各電池ブロックの電圧値を検出する電圧センサと、
前記組電池の電流値を検出する電流センサと、
２つの前記電池ブロックにおける電圧値の差である電圧差を算出するとともに、放電時の前記電流値を正の値とし、充電時の前記電流値を負の値としたときに、前記電流値を積算した電流積算値を算出するコントローラと、を有し、
前記コントローラは、
現在の前記電圧差と、過去から現在までの前記電流積算値が閾値以上となるときの過去の前記電圧差との間の変化量を算出し、
前記変化量が所定量以上であるとき、前記電池ブロックが過放電状態であることを判別することを特徴とする電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池ブロックの過放電状態を判別する電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１では、隣接する２つの電池ブロックの電圧値の差（電圧差）に基づいて、時間あたりの電圧差の変化（電圧差変化率）を算出し、電圧差変化率がしきい値以上であるときに、電池セルが過放電であることを判別している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−０５１８６５号公報
【特許文献２】特開２００１−１１６８１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のように電池セルの過放電を判別する方法では、放電時の電流値が大きいほど、電圧差変化率が高くなるため、電圧差変化率に基づいて電池セルが過放電であるか否かを判別しやすくなる。一方、放電時の電流値が小さいほど、電圧差変化率が低くなるため、電圧差変化率に基づいて電池セルが過放電であるか否かを判別しにくくなる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の電池システムは、複数の電池ブロックを有する組電池と、各電池ブロックの電圧値を検出する電圧センサと、組電池の電流値を検出する電流センサと、コントローラとを有する。コントローラは、２つの電池ブロックにおける電圧値の差である電圧差を算出する。また、放電時の電流値を正の値とし、充電時の電流値を負の値としたとき、コントローラは、電流値を積算した電流積算値を算出する。
【０００６】
コントローラは、現在の電圧差と、過去から現在までの電流積算値が閾値以上となるときの過去の電圧差との間の変化量を算出し、変化量が所定量以上であるとき、電池ブロックが過放電状態であることを判別する。
【０００７】
本発明によれば、特許文献１のように、時間あたりの電圧差の変化量を把握するのではなく、電流積算値が閾値以上となるまでの電圧差の変化量を把握している。これにより、電流値に関わらず、言い換えれば、電流値が小さくても、電圧差の変化量を把握しやすくなる。電圧差の変化量を把握しやすくなれば、電圧差の変化量に基づいて、電池ブロックが過放電状態であるか否かを判別しやすくなる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】電池システムの構成を示す図である。
【図２】単電池の過放電状態を判別する処理を示すフローチャートである。
【図３】メモリに記憶される電流値および電圧差の対応関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１０】
図１は、本実施例の電池システムの構成を示す図である。組電池１０は、直列に接続された複数の電池ブロック１１を有する。１つの電池ブロック１１は、１つの単電池によって構成することもできるし、直列に接続された複数の単電池によって構成することもできる。単電池としては、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。組電池１０には、並列に接続された複数の電池ブロック１１が含まれていてもよい。
【００１１】
監視ユニット２１は、各電池ブロック１１の電圧値Ｖｂを検出し、検出結果をコントローラ３０に出力する。電流センサ２２は、組電池１０の電流値Ｉｂを検出し、検出結果をコントローラ３０に出力する。本実施例では、組電池１０を放電しているときの電流値Ｉｂを正の値とし、組電池１０を充電しているときの電流値Ｉｂを負の値とする。コントローラ３０は、メモリ３１を有する。メモリ３１は、コントローラ３０が所定の処理（特に、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する。本実施例では、メモリ３１がコントローラ３０に内蔵されているが、コントローラ３０の外部にメモリ３１を設けることもできる。
【００１２】
組電池１０は、正極ラインＰＬおよび負極ラインＮＬを介して負荷４０に接続されている。組電池１０を車両に搭載したとき、負荷４０として、モータ・ジェネレータを用いることができる。モータ・ジェネレータは、組電池１０の放電電力を受けて、車両を走行させるための運動エネルギを生成する。また、モータ・ジェネレータは、車両の制動時に発生する運動エネルギを電気エネルギ（電力）に変換し、この電気エネルギを組電池１０の供給することができる。
【００１３】
電池ブロック１１の内部で微小短絡が発生して電池ブロック１１が過放電状態になると、転極が発生する。組電池１０において、転極が発生した電池ブロック１１と、転極が発生していない他の電池ブロック１１とでは、電圧値Ｖｂの挙動が異なり、２つの電池ブロック１１における電圧値Ｖｂの差（電圧差ΔＶｂ）が増加する。
【００１４】
例えば、電池ブロック１１としてのニッケル水素電池の正極では、放電時において、導電性のＮｉＯＯＨ（３価）が絶縁性のＮｉ（ＯＨ）２（２価）に変化することにより、導電率が低下する。ニッケル水素電池が過放電状態になると、正極の導電率が急激に低下することにより、電圧値Ｖｂが急激に低下する。これにより、電圧差ΔＶｂが増加する。
【００１５】
上述したように、電池ブロック１１が過放電状態になると、電圧差ΔＶｂが増加するため、電圧差ΔＶｂの挙動を監視すれば、電池ブロック１１が過放電状態であるか否かを判別することができる。電池ブロック１１が過放電状態であるか否かを判別する処理について、図２に示すフローチャートを用いて説明する。
【００１６】
図２に示す処理は、コントローラ３０によって実行される。図１に示す電池システムを車両に搭載したとき、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るたびに、図２に示す処理を開始することができる。イグニッションスイッチがオンの間は、所定の周期において、図２に示す処理が繰り返される。
【００１７】
ステップＳ１０１において、コントローラ３０は、電流センサ２２を用いて電流値Ｉｂを検出するとともに、監視ユニット２１を用いて電圧値Ｖｂを検出する。ステップＳ１０２において、コントローラ３０は、隣り合う２つの電池ブロック１１における電圧値Ｖｂの差（電圧差）ΔＶｂを算出する。隣り合う２つの電池ブロック１１とは、互いに直列に接続された２つの電池ブロック１１である。隣り合う２つの電池ブロック１１において、一方の電池ブロック１１の正極端子は、他方の電池ブロック１１の正極端子に接続されている。
【００１８】
本実施例では、隣り合う２つの電池ブロック１１の電圧値Ｖｂに基づいて、電圧差ΔＶｂを算出しているが、これに限るものではない。具体的には、組電池１０に含まれる任意の２つの電池ブロック１１の電圧値Ｖｂに基づいて電圧差ΔＶｂを算出することができる。
【００１９】
ステップＳ１０３において、コントローラ３０は、ステップＳ１０１の処理で検出した電流値Ｉｂと、ステップＳ１０２の処理で算出した電圧差ΔＶｂとを対応付けてメモリ３１に記憶する。ステップＳ１０４において、コントローラ３０は、ステップＳ１０１の処理で検出された電流値Ｉｂを積算することにより、電流積算値ΣＩｂを算出する。
【００２０】
図２に示す処理を繰り返すたびに、電流値Ｉｂが積算される。ここで、放電時の電流値Ｉｂは正の値になるため、放電時の電流値Ｉｂを積算すれば、電流積算値ΣＩｂが増加する。一方、充電時の電流値Ｉｂは負の値になるため、充電時の電流値Ｉｂを積算すれば、電流積算値ΣＩｂが減少する。図１に示す電池システムを車両に搭載したときには、イグニッションスイッチがオンの間において電流積算値ΣＩｂを算出できる。そして、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には、電流積算値ΣＩｂがリセットされる。
【００２１】
ステップＳ１０５において、コントローラ３０は、ステップＳ１０４の処理で算出された電流積算値ΣＩｂが閾値（電流積算値）ΣＩｂ＿ｔｈ以上であるか否かを判別する。閾値ΣＩｂ＿ｔｈは、適宜設定することができる。電流積算値ΣＩｂが閾値ΣＩｂ＿ｔｈよりも小さいとき、コントローラ３０は、図２に示す処理を終了する。
【００２２】
電流積算値ΣＩｂが閾値ΣＩｂ＿ｔｈ以上であるとき、コントローラ３０は、ステップＳ１０６において、電圧差拡大量（本発明の変化量に相当する）Ｅを算出する。電圧差拡大量Ｅは、互いに異なるタイミングで算出された２つの電圧差ΔＶｂの差である。具体的には、現在の電圧差ΔＶｂ＿ｃから過去（所定）の電圧差ΔＶｂ＿ｐを減算することにより、電圧差拡大量Ｅが算出される。過去の電圧差ΔＶｂ＿ｐとは、電流積算値ΣＩｂが閾値ΣＩｂ＿ｔｈ以上となるときに、電流値Ｉｂの積算を開始したタイミングで算出された電圧差ΔＶｂである。
【００２３】
電流積算値ΣＩｂが「０」の状態から電流値Ｉｂの積算を開始し、電流積算値ΣＩｂが閾値ΣＩｂ＿ｔｈ以上となったときには、このときに算出した電圧差（現在の電圧差）ΔＶｂ＿ｃと、電流積算値ΣＩｂが「０」の状態から電流値Ｉｂの積算を開始したときに算出した電圧差（過去の電圧差）ΔＶｂ＿ｐとの差が電圧差拡大量Ｅとなる。一方、電流積算値ΣＩｂが閾値ΣＩｂ＿ｔｈ以上となった後、組電池１０の放電が継続されると、電流積算値ΣＩｂは増加し続けて閾値ΣＩｂ＿ｔｈ以上のままとなる。この場合には、以下に説明するように、電圧差拡大量Ｅが算出される。
【００２４】
図３は、図２に示す処理を繰り返したときにおいて、メモリ３１に記憶された電流値Ｉｂおよび電圧差ΔＶｂの対応関係を示す。図３に示す「データＮｏ．」は、図２に示す処理が行われた回数を示す。データＮｏ．０は現在を示し、データＮｏ．１〜ｎ（ｎ：正の整数）は過去を示す。データＮｏ．１〜ｎに関して、「データＮｏ．」の数が小さいほど、現在に近いことを示す。データＮｏ．ｎは、電流積算値ΣＩｂが「０」の状態から電流値Ｉｂの積算を開始したタイミングを示す。
【００２５】
図３に示す例において、電圧差拡大量Ｅは、データＮｏ．０（現在）における電圧差ΔＶｂ＿ｃと、データＮｏ．ｋ（過去）における電圧差ΔＶｂ＿ｐとの差になる。ここで、データＮｏ．０〜ｋまでの電流値Ｉｂを積算したときの電流積算値ΣＩｂは、閾値ΣＩｂ＿ｔｈ以上であって、閾値ΣＩｂ＿ｔｈに最も近い値となる。
【００２６】
データＮｏ．ｋを特定する方法としては、現在から過去に向かって、メモリ３１に記憶された各「データＮｏ．」の電流値Ｉｂを積算し、この電流積算値ΣＩｂが閾値ΣＩｂ＿ｔｈ以上となったときの「データＮｏ．」を特定すればよい。現在の電圧差ΔＶｂ＿ｃは、図２に示す処理を行うたびに更新されるため、これに応じて、電圧差拡大量Ｅの算出に用いられる過去の電圧差ΔＶｂ＿ｐを示す「データＮｏ．」が変更される。
【００２７】
図２に示すステップＳ１０７において、コントローラ３０は、ステップＳ１０６の処理で算出された電圧差拡大量Ｅが所定量（電圧差拡大量）Ｅ＿ｔｈ以上であるか否かを判別する。所定量Ｅ＿ｔｈは、電池ブロック１１の過放電状態を判別するための値であり、予め設定されている。電圧差拡大量Ｅが所定量Ｅ＿ｔｈよりも少ないとき、コントローラ３０は図２に示す処理を終了する。
【００２８】
電圧差拡大量Ｅが所定量Ｅ＿ｔｈ以上であるとき、コントローラ３０は、ステップＳ１０８において、電池ブロック１１が過放電状態であることを確定する。例えば、コントローラ３０は、電池ブロック１１が過放電状態であることを示すフラグを設定することができる。ここで、各電圧差ΔＶｂ＿ｃ，ΔＶｂ＿ｐを算出したときの２つの電圧値Ｖｂのうち、低い側の電圧値Ｖｂを示す電池ブロック１１が過放電状態となる。電池ブロック１１が過放電状態であるときには、例えば、組電池１０の放電電力を制限したり、組電池１０の充放電を停止したりすることができる。
【００２９】
特許文献１に記載の技術によれば、時間あたりの電圧差の変化量（電圧差変化率）を把握しているため、電流値Ｉｂに応じて、電圧差変化率が変化する。電流値Ｉｂが大きいほど、電圧差変化率が変化しやすくなるため、この電圧差変化率に基づいて、過放電状態の判別を行うことができる。一方、電流値Ｉｂが小さいほど、電圧差変化率が小さくなるため、電圧差変化率に基づいて、電池ブロック１１の過放電状態を把握しにくくなる。
【００３０】
また、電池ブロック１１の内部抵抗値は、電池ブロック１１の温度に依存するため、複数の電池ブロック１１の温度にバラツキが発生していると、複数の電池ブロック１１の内部抵抗値にバラツキが発生する。内部抵抗値のバラツキが発生していると、電圧差が発生する。上述したように電圧差変化率が小さいと、内部抵抗値のバラツキに起因した電圧差が発生しているか、過放電状態に起因した電圧差が発生しているかを区別しにくくなる。
【００３１】
本実施例では、電流積算値ΣＩｂが閾値ΣＩｂ＿ｔｈ以上となるまでの電圧差の変化量（電圧差拡大量Ｅ）を把握している。これにより、電流値Ｉｂの大小に関わらず、電圧差拡大量Ｅを把握できる。電池ブロック１１が過放電状態であれば、電流積算値ΣＩｂが閾値ΣＩｂ＿ｔｈ以上となるときに、電圧差拡大量Ｅが上昇しやすくなっており、このときの電圧差拡大量Ｅに基づいて、電池ブロックが過放電状態であるか否かを判別しやすくなる。
【００３２】
また、上述したように電圧差拡大量Ｅを算出すれば、電池ブロック１１が過放電状態であるときの電圧差拡大量Ｅが上昇しやすくなる。したがって、電圧差拡大量Ｅを把握することにより、内部抵抗値のバラツキに起因した電圧差が発生しているか、過放電状態に起因した電圧差が発生しているかを区別しやすくなる。
【符号の説明】
【００３３】
１０：組電池、１１：電池ブロック、２１：監視ユニット（電圧センサ）、
２２：電流センサ、３０：コントローラ、３１：メモリ、４０：負荷
【図１】
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【図２】
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【図３】
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