(57)【要約】【課題】  二次電池の何れかのセルに過電圧が生じているか否かを検出する過電圧検出手段に検出異常が生じたときにも、その二次電池の過充電を有効に抑制しつつその二次電池から電力供給される負荷の作動を確保することにある。【解決手段】  直列接続する複数のセル２０により構成されるリチウムイオンバッテリ１２の何れかのセル２０に過電圧が生じているか否かを検出するセル電圧検出回路２０を設ける。また、そのセル電圧検出回路２０の検出異常が生じているか否かを判別させる。そして、セル電圧検出回路２０の検出異常が生じていると判別された場合に、リチウムイオンバッテリ１２を充電する際の充電電圧を所望のものよりも低い電圧に制限させる。【選択図】  図１
2007018871.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列接続する複数のセルにより構成される二次電池と、
何れかのセルに過電圧が生じているか否かを検出する過電圧検出手段と、
前記過電圧検出手段の検出異常が生じているか否かを判別する過電圧検出異常判別手段と、
前記過電圧検出異常判別手段により前記過電圧検出手段の検出異常が生じていると判別された場合に、前記二次電池を充電する際の充電電圧を所望のものよりも低い電圧に制限する電圧制限手段と、
を備えることを特徴とする二次電池の制御装置。
【請求項２】
制限される前記充電電圧は、各セル電圧間のバラツキ度合いに応じたものに設定されることを特徴とする請求項１記載の二次電池の制御装置。
【請求項３】
制限される前記充電電圧は、前記過電圧検出手段の検出異常の発生直前における各セル電圧間のバラツキ度合いに応じたものに設定されることを特徴とする請求項２記載の二次電池の制御装置。
【請求項４】
制限される前記充電電圧は、前記二次電池の温度に応じたものに設定されることを特徴とする請求項１記載の二次電池の制御装置。
【請求項５】
制限される前記充電電圧は、前記過電圧検出手段の検出異常の発生直前における二次電池の温度に応じたものに設定されることを特徴とする請求項４記載の二次電池の制御装置。
【請求項６】
制限される前記充電電圧は、前記過電圧検出手段の検出異常の発生時からの時間の経過に伴って低電圧側へ変化されることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項記載の二次電池の制御装置。
【請求項７】
前記二次電池の予め均等に分割されたブロックごと又はセルごとに設けられ、それぞれ温度検出のための信号を出力する複数の温度センサを備え、
前記電圧制限手段は、また、前記複数の温度センサの出力に基づいて検出される温度の差が所定値を超えた場合には、前記充電電圧を所望のものよりも小さい電圧に制限する若しくは前記二次電池の充電を停止することを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項記載の二次電池の制御装置。
【請求項８】
前記電圧制限手段は、制限した前記充電電圧が、前記二次電池から電力供給され得る負荷の機能を補償する最低電圧レベルまで低下した場合に、該二次電池の充電を停止することを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項記載の二次電池の制御装置。
【請求項９】
前記電圧制限手段により制限された前記充電電圧が所定値まで低下した場合に、前記二次電池から電力供給され得る負荷の出力を制限する負荷出力制限手段を備えることを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項記載の二次電池の制御装置を搭載するシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直列接続する複数のセルにより構成される二次電池の何れかのセルに過電圧が生じている場合に、過電圧を抑制する処理を実行する二次電池の制御装置及びこの装置を搭載するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、複数のセルを直列に接続した充放電可能な二次電池が知られている（例えば、特許文献１参照）。二次電池については、特にリチウムイオンバッテリのときは、発煙防止のためその過充電を検出する必要があるが、上記した複数のセルが直列接続された二次電池は、各セルの充放電特性がセル端子間の絶縁抵抗のバラツキなどに起因して互いに一致しないことがあるので、二次電池の総電圧のみから過電圧を検出するのは適切でなく、個々のセルについて過電圧を検出することが必要となる。上記特許文献に記載された二次電池では、セルごとに電圧が検出される。そして、その検出される電圧に基づいてセル間の容量バラツキが判断され、その容量バラツキが解消されるようにセルの容量調整すなわち均等化が行われる。このため、かかる制御装置によれば、二次電池がセル単位で過充電となるのを防止・抑制することが可能となっている。
【特許文献１】特開２００４−３１２５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記の如く、二次電池はセルごとに電圧検出される。ところで、この電圧検出を行うための回路が断線や故障，通信異常などに起因して機能不能に陥ると、セル間のバラツキを判断することはできなくなり、その結果として、セルの過充電が継続するおそれがある。そこで、電圧検出回路に機能不能が生じたことが検知されるときには、セルの過充電を確実に抑制するため、直ちに二次電池の充電を禁止することが考えられる。しかしながら、かかる構成では、セルの過充電を抑制することは確実にできても、二次電池から電力供給される電気負荷の作動を確保することは困難となる可能性がある。
【０００４】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、二次電池の何れかのセルに過電圧が生じているか否かを検出する過電圧検出手段に検出異常が生じたときにも、その二次電池の過充電を有効に抑制しつつその二次電池から電力供給される負荷の作動を確保することが可能な二次電池の制御装置及びこの装置を搭載するシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的は、直列接続する複数のセルにより構成される二次電池と、何れかのセルに過電圧が生じているか否かを検出する過電圧検出手段と、前記過電圧検出手段の検出異常が生じているか否かを判別する過電圧検出異常判別手段と、前記過電圧検出異常判別手段により前記過電圧検出手段の検出異常が生じていると判別された場合に、前記二次電池を充電する際の充電電圧を所望のものよりも低い電圧に制限する電圧制限手段と、を備える二次電池の制御装置により達成される。
【０００６】
この態様の発明において、過電圧検出手段の検出異常が生じていると判別されると、二次電池を充電する際の充電電圧が所望のものよりも低い電圧に制限される。充電電圧が制限されれば、二次電池の各セルが過充電となる可能性は低くなる。また、充電電圧の制限が行われても、二次電池の充電自体は行われるので、二次電池から電気負荷への電力供給は可能であり、電気負荷の作動は確保される。
【０００７】
ところで、上記した二次電池の制御装置において、制限される前記充電電圧は、各セル電圧間のバラツキ度合いに応じたものに設定されることとしてもよい。セル間の容量バラツキが大きいほどその分過電圧が生じるまでの速度は高くなるが、この発明の構成によれば、セル間の容量バラツキに対応して確実にセルの過充電を抑制することができる。尚、この際、制限される前記充電電圧は、前記過電圧検出手段の検出異常の発生直前における各セル電圧間のバラツキ度合いに応じたものに設定されることとすればよい。
【０００８】
また、上記した二次電池の制御装置において、制限される前記充電電圧は、前記二次電池の温度に応じたものに設定されることとしてもよい。二次電池の温度が高いほど過電圧が生ずる可能性は高くなりその速度も高くなるが、この発明の構成によれば、二次電池の温度に対応して確実にセルの過充電を抑制することができる。尚、この際、制限される前記充電電圧は、前記過電圧検出手段の検出異常の発生直前における二次電池の温度に応じたものに設定されることとすればよい。
【０００９】
また、上記した二次電池の制御装置において、制限される前記充電電圧は、前記過電圧検出手段の検出異常の発生時からの時間の経過に伴って低電圧側へ変化されることとすればよい。セル間の容量バラツキは、絶縁リークや電池劣化により時間の経過に伴って進行するものであるので、過電圧検出手段の検出異常の発生直後から充電電圧を大きく下げることは不要であり、従って、本発明によれば、二次電池の過充電を有効に抑制しつつその二次電池から電力供給される負荷の作動を確保することができる。
【００１０】
また、上記した二次電池の制御装置において、前記二次電池の予め均等に分割されたブロックごと又はセルごとに設けられ、それぞれ温度検出のための信号を出力する複数の温度センサを備え、前記電圧制限手段は、また、前記複数の温度センサの出力に基づいて検出される温度の差が所定値を超えた場合には、前記充電電圧を所望のものよりも小さい電圧に制限する若しくは前記二次電池の充電を停止することとしてもよい。例えば衝突による電池の変形や内部ショートなどに起因して予測を超えて何れかのセルが過充電されて大きな容量バラツキが生ずるときは、過充電の生じているセルの温度が上昇するため、二次電池の予め均等に分割されたブロック間又はセル間で大きな温度差が生ずる。従って、本発明によれば、予測を超える容量バラツキが生ずるときにも、早期に二次電池の過充電を抑制しつつその二次電池から電力供給される負荷の作動を確保することができる。
【００１１】
また、上記した二次電池の制御装置において、前記電圧制限手段は、制限した前記充電電圧が、前記二次電池から電力供給され得る負荷の機能を補償する最低電圧レベルまで低下した場合に、該二次電池の充電を停止することとすればよい。
【００１２】
更に、上記した二次電池の制御装置を搭載するシステムにおいて、前記電圧制限手段により制限された前記充電電圧が所定値まで低下した場合に、前記二次電池から電力供給され得る負荷の出力を制限する負荷出力制限手段を備えることしてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、二次電池の何れかのセルに過電圧が生じているか否かを検出する過電圧検出手段に検出異常が生じたときにも、その二次電池の過充電を有効に抑制しつつその二次電池から電力供給される負荷の作動を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を用いて、本発明の具体的な実施例の形態について説明する。
【００１５】
図１は、本発明の一実施例である二次電池の制御装置を搭載する電源システムの全体構成図を示す。本実施例の電源システムは、通常の車両やハイブリッド車両などに搭載されたシステムである。図１に示す如く、電源システムは、充放電可能な２つの二次電池１０，１２を備えている。一方の二次電池１０は、例えば１２ボルト程度の出力電圧を有する鉛バッテリであり、モータジェネレータ１４に接続されていると共に、整流器１５を介してオルタネータ１６に接続されている。二次電池１０は、車両の回生制動時や車両エンジンによる動力発生時にモータジェネレータ１４やオルタネータ１６において運動エネルギを変換することにより得られた電気エネルギを電力として蓄えることが可能である。以下、二次電池１０を鉛バッテリ１０と称す。
【００１６】
他方の二次電池１２は、例えば４８ボルト程度の出力電圧を有するリチウムイオンバッテリであり、電動パワーステアリング（ＥＰＳ）や電動スタビライザなどの電気負荷１８に接続されている。二次電池１２は、直列に接続する複数個Ｎ（例えば１２個）の単位セル２０により構成されている。この場合、各セル２０は、通常時において４８／１２＝４ボルト程度の電圧を有する。二次電池１２は、電気負荷１８が作動すべき際に各セル２０に蓄えている電力を電気負荷１８に供給してその電気負荷１８を作動させる。以下、二次電池１２をリチウムイオンバッテリ１２と称す。
【００１７】
鉛バッテリ１０とリチウムイオンバッテリ１２との間には、昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ２２及び降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ２４が介在されている。昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ２２は、鉛バッテリ１０側の１２ボルト電圧を昇圧してリチウムイオンバッテリ１２側に供給する直流−直流変換器である。また、降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ２４は、リチウムイオンバッテリ１２側の４８ボルト電圧を降圧して鉛バッテリ１０側に供給する直流−直流変換器である。従って、リチウムイオンバッテリ１２は、鉛バッテリ１０、モータジェネレータ１４、及びオルタネータ１６からの電力を昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ２２を介して供給されることで充電される。
【００１８】
本実施例の電源システムは、セル電圧検出回路３０及び電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと称す）３２を備えている。セル電圧検出回路３０は、リチウムイオンバッテリ１２の有するセル２０ごとにその両端に生じている各電圧を検出してその情報をＥＣＵ３２へ供給する。尚、セル電圧検出回路３０は、セル２０ごとに設けられていればよい。ＥＣＵ３２は、セル電圧検出回路３０から供給される各電圧情報に基づいて、リチウムイオンバッテリ１２の各セル２０の電圧を検知する。
【００１９】
また、セル電圧検出回路３０は、予めセル２０が過電圧状態であるかないかを示す境界値である電圧しきい値（例えば４．２ボルト）を有している。セル電圧検出回路３０は、予め記憶する電圧しきい値との比較を行うことで、何れかのセル２０に生じている電圧が過電圧であるか否かを判別する。そして、何れかのセル２０に過電圧が生じていると判別するときは、その過電圧発生を示す過電圧信号をＥＣＵ３２に対して供給する。ＥＣＵ３２は、セル電圧検出回路３０から供給される過電圧信号の有無に基づいて、何れかのセル２０に過電圧が生じているときにその過電圧の発生を検知する。
【００２０】
また、セル電圧検出回路３０は、セル２０の電圧や過電圧を検出する機能の不能（例えばセル２０の両側端子に接続する配線などの断線や回路故障など）を検知することが可能である。そして、検出機能の不能が検知されたときには、その旨を示す監視異常信号をＥＣＵ３２に対して供給する。ＥＣＵ３２は、セル電圧検出回路３０から供給され得る各電圧情報の受信有無に基づいてＥＣＵ３２との通信異常を検知すると共に、供給され得る監視異常信号の受信有無に基づいてセル電圧検出回路３０での検出の機能不能が生じているか否かを判別する。
【００２１】
ＥＣＵ３２には、温度センサ３４が接続されている。温度センサ３４は、リチウムイオンバッテリ１２を熱設計的に対称でありかつ熱伝導性の良い金属などで連結された複数のブロックに分割したそのブロックごとに設けられている。尚、このブロックは、セル２０を一つずつ或いはそれ以上の同数ずつ含むものであればよい。各温度センサ３４は、リチウムイオンバッテリ１２の自己に対応するブロックに生じている温度に応じた信号をＥＣＵ３２へ向けて出力する。ＥＣＵ３２は、各温度センサ３４の出力信号に基づいて、リチウムイオンバッテリ１２の各ブロックに生じている温度を検出する。
【００２２】
ＥＣＵ３２には、また、総電圧検出回路３６が接続されている。総電圧検出回路３６は、リチウムイオンバッテリ１２の両端に生じている総電圧すなわち各セル２０の電圧の総計に応じた信号をＥＣＵ３２に向けて出力する。ＥＣＵ３２は、総電圧検出回路３６の出力信号に基づいて、リチウムイオンバッテリ１２の総電圧を検知する。
【００２３】
ＥＣＵ３２は、上記した電気負荷１８並びに昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ２２及び降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ２４に接続している。ＥＣＵ３２は、後に詳述する如く、入力されるリチウムイオンバッテリ１２に関する各種情報を基に、電気負荷１８の作動を制限若しくは禁止させると共に、また、昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ２２及び降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ２４を駆動させる。
【００２４】
リチウムイオンバッテリ１２と電気負荷１８との間には、両者間を導通・遮断するリレー３８が設けられている。リレー３８は、ＥＣＵ３２に接続されており、ＥＣＵ３２から供給される指示に従ってオン・オフし、リチウムイオンバッテリ１２と電気負荷１８との間を導通又は遮断する。
【００２５】
次に、本実施例のシステムの詳細な動作について説明する。
【００２６】
本実施例のシステムにおいて、ＥＣＵ３２は、セル電圧検出回路３０がリチウムイオンバッテリ１２の何れのセル２０にも過電圧が生じていないと判別する場合には、通常どおり、電気負荷１８の作動制限や作動禁止を実行することなく、リチウムイオンバッテリ１２の残存容量が不足するときは、鉛バッテリ１０側の電圧が４８ボルト程度に昇圧されてリチウムイオンバッテリ１２側へ供給されるように昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ２２を駆動させ、また、鉛バッテリ１０の残存容量が不足するときは、リチウムイオンバッテリ１２側の電圧が１２ボルト程度に降圧されて鉛バッテリ１０側へ供給されるように降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ２４を駆動させる。
【００２７】
かかる構成によれば、リチウムイオンバッテリ１２又は鉛バッテリ１０の残存容量不足が生ずる際に、昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ２２又は降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ２４を駆動することで他方のバッテリ１０，１２側から電力供給を行い、これにより、その容量不足のリチウムイオンバッテリ１２又は鉛バッテリ１０を充電してその容量不足を解消することができる。
【００２８】
一方、ＥＣＵ３２は、セル電圧検出回路３０がリチウムイオンバッテリ１２の何れかのセル２０に過電圧が生じていると判別する場合には、その過電圧・過充電が解消されるようにセル２０の充電状態の均等化を行う。この均等化は、例えば、各セル２０から等分ずつ電気エネルギを取り出したうえで、その取り出した全電気エネルギから残存容量の少ないセル２０ほど多くの電気エネルギが分配され、残存容量の多いセル２０ほど少ない電気エネルギが分配されるように行われる。
【００２９】
かかる構成によれば、リチウムイオンバッテリ１２の何れかのセル２０に過電圧が生じても、各セル２０の充電状態の均等化を行うことによって、セル２０間の容量バラツキを解消させ、一部のセル２０の過電圧・過充電を解消させることができる。このため、過電圧・過充電となるセル２０が存在することに起因してリチウムイオンバッテリ１２全体が充電不能となる事態を回避することができ、これにより、リチウムイオンバッテリ１２の効率的な充放電を実現することが可能となっている。
【００３０】
ところで、セル電圧検出回路３０が正常にリチウムイオンバッテリ１２の各セル２０の電圧を検出しかつ過電圧の発生有無を判別することが可能であり、また、ＥＣＵ３２が正常にセル電圧検出回路３０の検出結果及び判別結果を検知することが可能である場合は、何れかのセル２０の過電圧発生時に上記の如き均等化処理の実行によってその過電圧を解消することは可能である。
【００３１】
一方、セル電圧検出回路３０がセル２０との間の配線の断線や回路故障などに起因して正常なセル電圧の検出や過電圧の判別を行うことができず、或いは、ＥＣＵ３２がセル電圧検出回路３０との通信異常に起因してセル電圧検出回路３０における検出結果や判別結果を正常に検知することができない場合は、リチウムイオンバッテリ１２の充電が継続されることで何れかのセル２０に過充電が生じても、均等化処理が実行されないため、過充電が維持されることに起因してリチウムイオンバッテリ１２が発煙するおそれがある。
【００３２】
そこで、セル電圧検出回路３０がセル電圧や過電圧の検出機能不能を検知することによりＥＣＵ３２がその機能不能を検知した場合、及び、ＥＣＵ３２がセル電圧検出回路３０との通信異常を検知した場合、直ちにリチウムイオンバッテリ１２の充電を中止・禁止することが考えられる。かかる構成によれば、セル２０の過充電を確実に防止することができ、その過充電に起因した不都合を回避することができる。
【００３３】
しかしながら、仮にこのようにＥＣＵ３２がセル電圧検出回路３０の機能不能やセル電圧検出回路３０との通信異常を検知した場合に直ちにリチウムイオンバッテリ１２の充電を中止するものとすると、セル２０の過充電を防止することはできても、そのリチウムイオンバッテリ１２が充電不足に陥ることによって電力供給される電気負荷１８の作動を確保することが困難となる可能性がある。
【００３４】
これに対して、本実施例のシステムは、リチウムイオンバッテリ１２の有するセル２０の過電圧の検知異常が生じたときにも、そのリチウムイオンバッテリ１２の過充電を有効に抑制しつつ電気負荷１８の作動を確保する点に特徴を有している。以下、図２及び図３を参照して、本実施例の特徴点について説明する。図２は、本実施例においてＥＣＵ３２が実行する制御ルーチンの一例のフローチャートを示す。
【００３５】
ステップ１００では、セル電圧検出回路３０から供給され得る監視異常信号の受信有無及び電圧情報の受信有無に基づいて、（１）セル電圧検出回路３０での検出機能不能が生じているか否か、及び、（２）セル電圧検出回路３０との通信異常が生じているか否かが判別される。その結果、上記（１）及び（２）の双方が否定判定される場合には、次にステップ１０２の処理が実行される。一方、上記（１）及び（２）の少なくとも何れかが肯定判定される場合には、次にステップ１０４の処理が実行される。
【００３６】
ステップ１０２では、通常どおり、リチウムイオンバッテリ１２の残存容量の不足が生じてその充電を行うべきときは、鉛バッテリ１０側の電圧が４８ボルト程度に昇圧されてリチウムイオンバッテリ１２側へ供給されるように昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ２２を駆動する処理が実行される。本ステップ１０２の処理が実行されると、鉛バッテリ１０側の電圧を所望の電圧に昇圧した昇圧電圧がリチウムイオンバッテリ１２へ供給されることで、リチウムイオンバッテリ１２がその昇圧電圧で充電されることとなる。
【００３７】
一方、ステップ１０４では、リチウムイオンバッテリ１２の均一なブロックごとに設けられた温度センサ３４の出力信号に基づいて各ブロックの温度を検出し、そして、ブロック間の温度差を算出したうえで、その算出した全温度差のうちに所定値以上の温度差のものが存在するか否かが判別される。尚、この所定値は、過充電が生じているセル２０と過充電が生じていないセル２０との最小の温度差であり、予め実験的に定められた値である。その結果、否定判定がなされる場合は、次にステップ１０６の処理が実行される。
【００３８】
ステップ１０６では、後述する充電電圧制限制御の実行結果として昇圧される充電電圧が所定値以下に低下したか否かが判別される。尚、この所定値は、リチウムイオンバッテリ１２から電力供給される電気負荷１８の機能を最低限補償する最低電圧レベルに設定されており、それ以下では電気負荷１８が作動しない電圧である。その結果、否定判定がなされる場合は、次にステップ１０８の処理が実行される。
【００３９】
ステップ１０８では、リチウムイオンバッテリ１２の残存容量の不足が生じてその充電を行うべきときは、鉛バッテリ１０側の電圧が４８ボルトよりも小さく制限された電圧に昇圧されてリチウムイオンバッテリ１２側へ供給されるように昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ２２を駆動する処理（充電電圧制限制御）が実行される。
【００４０】
図３は、本実施例において鉛バッテリ１０側からリチウムイオンバッテリ１２への電圧制限される充電電圧指令値の時間変化の一例を示す。複数のセル２０間の電池容量のバラツキは、絶縁リークや電池劣化により時間の経過に伴って進行し、時間の経過に伴って大きくなる。従って、セル２０間の容量バラツキが小さいときは過電圧が生ずるまでの速度は低いが、容量バラツキが大きいほど過電圧が生ずる可能性は高くなりその速度も高くなる。
【００４１】
本実施例において、昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ２２が昇圧する鉛バッテリ１０側からリチウムイオンバッテリ１２側への充電電圧の指令値は、上記ステップ１００で肯定判定がなされた時点、具体的には、（１）セル電圧検出回路３０での検出機能不能が生じていること又は（２）セル電圧検出回路３０との通信異常が生じていることが検知された時点から所望の４８ボルト電圧よりも低い電圧に制限される。この充電電圧の制限は、図３に示す如く、一般的な絶縁リークや電池劣化に対応させて時間の経過に伴って低減されるものであると共に、（１）セル電圧検出回路３０での検出機能不能が生じていること又は（２）セル電圧検出回路３０との通信異常が生じていることが検知される直前におけるセル２０間の電圧バラツキ（すなわち最低電圧のものと最高電圧のものとの差；容量バラツキ）が大きくなるほど短時間に低減されるものである。
【００４２】
ＥＣＵ３２は、制限される充電電圧指令値の時間変化を示す電圧バラツキごとの図３に示す如きマップを予め記憶している。ステップ１０８において充電電圧制限制御を行うときは、まず、（１）セル電圧検出回路３０での検出機能不能が生じていること又は（２）セル電圧検出回路３０との通信異常が生じていることを検知する直前に検知された各セル２０の電圧からセル２０間の電圧バラツキを算出し、次に、図３に示す如きマップを参照して、その電圧バラツキに対応する充電電圧指令値の時間変化パターンを抽出する。そして、その後は、その抽出した充電電圧指令値の時間変化パターンに従って、セル電圧検出回路３０での検出機能不能が生じてから又はセル電圧検出回路３０との通信異常が生じてからの経過時間に合わせて実現すべき充電電圧指令値を読み出し、その充電電圧に鉛バッテリ１０側の電圧が昇圧されるように昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ２２を駆動する。上記ステップ１０８の処理が実行されると、鉛バッテリ１０側の電圧を４８ボルト程度の所望の電圧よりも低い電圧に制限して昇圧した昇圧電圧がリチウムイオンバッテリ１２へ供給されることとなり、リチウムイオンバッテリ１２がその制限された昇圧電圧で充電されることとなる。
【００４３】
また、上記ステップ１０４において所定値以上の温度差のものが存在して肯定判定がなされる場合はステップ１０６の処理がジャンプされて、また、上記ステップ１０６において充電電圧指令値が所定値以下に低下して肯定判定がなされる場合は、次にステップ１１０の処理が実行される。
【００４４】
ステップ１１０では、上記の充電電圧制限制御の実行を中止してリチウムイオンバッテリ１２の充電を停止する処理が実行される。本ステップ１１０の処理が実行されると、以後、リチウムイオンバッテリ１２が鉛バッテリ１０側からの電力により充電されることはなくなる。
【００４５】
また、ステップ１１２では、電気負荷１８の出力電力を昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ２２が出力可能な電力に制限すべく、昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ２２の出力電圧（昇圧電圧）をリチウムイオンバッテリ１２の電池開放電圧（上記ステップ１０８における所定値）に制御する処理が実行される。本ステップ１１２の処理が実行されると、以後、電気負荷１８が、作動要求時にその出力を制限されつつ鉛バッテリ１０側からの電力のみに賄われて出力することとなる。本ステップ１１２の処理が終了すると、今回のルーチンは終了される。
【００４６】
尚、上記のステップ１１０及び１１２においては、リチウムイオンバッテリ１２と電気負荷１８との間に設けられたリレー３８をオフし、リチウムイオンバッテリ１２と電気負荷１８及び昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ２２側と間を電気的に遮断するのが好適である。これは、この構成によれば、昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ２２が駆動しても鉛バッテリ１０側からの電力がリチウムイオンバッテリ１２側へ供給されることはなく、リチウムイオンバッテリ１２の過充電が確実に防止されるからである。
【００４７】
また、上記のステップ１１２においては、電気負荷１８の出力電力の制限を、車両機能上ユーザから見て優先度の比較的高い一部の電気負荷（例えばＥＰＳ）の作動はそのまま維持しつつ優先度の低い他の電気負荷（例えば電動スタビライザ）１８の作動を完全に停止するものとしてもよいし、また、単一の電気負荷１８の中で優先度の比較的高い部分（例えばエアコンの送風機能）の作動はそのまま維持しつつ優先度の低い他の部分（例えばエアコンの冷房・暖房機能）の作動を完全に停止するものとしてもよい。
【００４８】
上記図２に示すルーチンによれば、何ら異常が生じていないときは、通常どおりリチウムイオンバッテリ１２の充電を所望の充電電圧で行うことができ、また、リチウムイオンバッテリ１２の各セル２０の過電圧の有無を検出するセル電圧検出回路３０の検出機能不能やＥＣＵ３２とセル電圧検出回路３０との通信異常が生じたときは、直ちにリチウムイオンバッテリ１２の充電を終了・中止することなく、リチウムイオンバッテリ１２の充電を充電電圧を所望のものよりも低い電圧に制限しつつ継続して行うことができる。
【００４９】
リチウムイオンバッテリ１２の充電電圧が通常のものよりも低い電圧に制限されれば、その充電電圧が通常のものに維持される構成に比べて、そのリチウムイオンバッテリ１２の各セル２０が過充電となる可能性は低くなる。また、充電電圧が時間の経過に伴って低電圧側へ小さくされれば、絶縁リークや電池劣化による電池容量のバラツキの進行に対しても、セル２０の過電圧は確実に防止できる。更に、このように充電電圧の制限が行われても、リチウムイオンバッテリ１２の充電自体は継続するので、そのリチウムイオンバッテリ１２から電気負荷１８への電力供給は可能であり、電気負荷１８の作動は確実に確保される。
【００５０】
従って、本実施例のシステムによれば、リチウムイオンバッテリ１２の各セル２０の過電圧の有無を検出するセル電圧検出回路３０の検出機能不能やＥＣＵ３２とセル電圧検出回路３０との通信異常が生じたときにも、その後、リチウムイオンバッテリ１２の充電を充電電圧を所望のものよりも低い電圧に制限しつつ継続して行うことで、その各セル２０の過充電を有効に抑制しつつ、電気負荷１８の作動を確保することが可能となっている。このため、上記の機能不能や異常が生じた後でも、電気負荷１８の作動継続によって車両使用者の利便性の悪化を防止することが可能である。
【００５１】
また、セル２０間の容量バラツキが大きいほど何れかのセル２０に過電圧が生ずるまでの速度は高くなる。これに対して、本実施例において、上記したリチウムイオンバッテリ１２の充電電圧制限時におけるその指令値は、セル電圧検出回路３０の検出機能不能又はＥＣＵ３２とセル電圧検出回路３０との通信異常の発生直前におけるセル電圧のバラツキ度合いに応じて変動し、そのバラツキ度合いが大きいほど時間の経過に伴って速やかに低減するものとなっている。このため、本実施例のシステムにおいては、セル２０間の容量バラツキに対応して確実に各セル２０の過電圧を抑制することが可能である。
【００５２】
また、上記図２に示すルーチンによれば、充電電圧制限制御の実行によって制限された充電電圧が、リチウムイオンバッテリ１２から電力供給される電気負荷１８の機能を最低限補償する最低電圧レベルに設定された所定値まで低下した場合、そのリチウムイオンバッテリ１２の充電自体を停止することができる。このため、その充電電圧が所定値まで低下した以後は、リチウムイオンバッテリ１２の各セル２０が過充電されることは確実に防止される。
【００５３】
また、このように充電電圧制限制御が中止されてリチウムイオンバッテリ１２の充電が停止された後、電気負荷１８への電力供給を、リチウムイオンバッテリ１２側から行うのではなく、その出力電力を制限したうえで昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ２２を介して低圧の鉛バッテリ１０側から行うことができる。このため、セル２０の過充電を防止すべくリチウムイオンバッテリ１２の充電が停止された後においても、電気負荷１８の作動を出力制限を行ったうえで確保することが可能である。
【００５４】
更に、上記図２に示すルーチンによれば、セル電圧検出回路３０の検出機能不能やＥＣＵ３２とセル電圧検出回路３０との通信異常が生じた後、充電電圧制限制御の実行中にリチウムイオンバッテリ１２の均一なブロック間の全温度差のうちに所定値以上の温度差が存在するときは、直ちにリチウムイオンバッテリ１２の充電自体を停止することができる。
【００５５】
例えば、衝突によりリチウムイオンバッテリ１２の変形や内部ショートが生じたり或いは昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ２２の誤作動が生じると、充電電圧が制限されたものとなっていても、予測の範囲を超えてセル２０の過充電が促進されるおそれがある。セル２０が過充電状態になっていない場合は、そのセル２０の温度は比較的低く抑えられるが、セル２０が過充電状態となった場合は、その分だけ充電に起因してそのセル２０の温度が上昇するため、過充電が生じていないセル２０と過充電が生じているセル２０との間で大きな温度差が生まれる。
【００５６】
これに対して、本実施例のシステムにおいては、上記の如く、リチウムイオンバッテリ１２の均一のブロック間で所定値以上の温度差が生じた場合に直ちにそのリチウムイオンバッテリ１２の充電を停止するため、予測を超える容量バラツキが生ずるときにも、早期にセル２０の過充電を抑制することができ、更なるセル２０の過充電を防止することが可能である。
【００５７】
尚、上記の実施例においては、リチウムイオンバッテリ１２が特許請求の範囲に記載した「二次電池」に、セル電圧検出回路３０が特許請求の範囲に記載した「過電圧検出回路」に、それぞれ相当していると共に、ＥＣＵ３２が、上記図２に示すルーチン中ステップ１００の処理を実行することにより特許請求の範囲に記載した「過電圧検出異常判別手段」が、ステップ１０８及び１１０の処理を実行することにより特許請求の範囲に記載した「電圧制限手段」が、ステップ１１２の処理を実行することにより特許請求の範囲に記載した「負荷出力制限手段」が、それぞれ実現されている。
【００５８】
ところで、上記の実施例においては、リチウムイオンバッテリ１２の均一のブロック間で所定値以上の温度差が生じた場合に、直ちにそのリチウムイオンバッテリ１２の充電を停止することとしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、充電電圧指令値を充電電圧制限制御における通常の時間変化パターンよりも低下勾配の大きい時間変化パターンで変化させつつ、リチウムイオンバッテリ１２の充電を継続することとしてもよい。
【００５９】
また、上記の実施例においては、セル電圧検出回路３０の検出機能不能やＥＣＵ３２とセル電圧検出回路３０との通信異常が生じた後における充電電圧制限制御の実行により制限される充電電圧を、その機能不能又は通信異常の発生直前におけるセル電圧のバラツキ度合いに応じて変動させ、かつ、その後の時間経過に伴って低電圧側へ変化させるものとしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、上記の機能不能や通信異常の発生直前における温度センサ３４の出力に基づくリチウムイオンバッテリ１２の平均温度に応じて変動させてもよいし、更に、その後の時間経過に伴って低電圧側へ変化させるものとしてもよい。
【００６０】
図４は、この変形例において鉛バッテリ１０側からリチウムイオンバッテリ１２への電圧制限される充電電圧指令値を決定するのに用いられるバラツキ係数の時間変化の一例を示す。リチウムイオンバッテリ１２の温度が高いほど過電圧が生ずる可能性は高くなり過電圧が生ずるまでの速度も高くなる。また、上記の如く、電池容量のバラツキは絶縁リークや電池劣化により時間の経過に伴って進行する。従って、充電電圧制限制御における充電電圧の指令値は、セル電圧検出回路３０の検出機能不能やＥＣＵ３２とセル電圧検出回路３０との通信異常が生じていることが検知された時点から所望の４８ボルト電圧よりも低い電圧に制限され、４８ボルト電圧よりも低い範囲で例えば次式（ａ）に従って設定される。そして、この充電電圧の制限は、一般的な絶縁リークや電池劣化に対応させて時間の経過に伴って低減されるものであると共に、セル電圧検出回路３０での検出機能不能が生じていること又はセル電圧検出回路３０との通信異常が生じていることが検知される直前におけるリチウムイオンバッテリ１２の平均温度が高くなるほど短時間に低減されるものである。
【００６１】
充電電圧指令値＝過電圧判定電圧×｛１＋（１−α）・（Ｎ−１）｝・・・（ａ）
但し、αは図４に示す如く電池環境温度と経過時間とにより決定されるバラツキ係数であって０＜α＜１を満たし、Ｎはセル２０の個数であり、また、過電圧判定電圧とはセル２０が過電圧状態であるかないかを示す境界値であって例えば４．２ボルトに設定される。
【００６２】
ＥＣＵ３２は、制限される充電電圧指令値を決定するうえで用いるバラツキ係数の時間変化を示す温度ごとの図４に示す如きマップを予め記憶しておく。そして、充電電圧制限制御を行うときは、まず、セル電圧検出回路３０での検出機能不能又はセル電圧検出回路３０との通信異常が生じていることを検知する直前に温度センサ３４を用いて検知された温度からリチウムイオンバッテリ１２の平均温度を算出し、次に、図４に示す如きマップを参照して、その平均温度に対応するバラツキ係数の時間変化パターンを抽出する。そして、その後は、その抽出したバラツキ係数の時間変化パターンに従って、セル電圧検出回路３０での検出機能不能又はセル電圧検出回路３０との通信異常が生じてからの経過時間に合わせて実現すべきバラツキ係数を読み出し、上記（ａ）式を用いて演算される充電電圧に鉛バッテリ１０側の電圧が昇圧されるように昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ２２を駆動する。かかる処理が行われると、鉛バッテリ１０側の電圧を４８ボルト程度の所望の電圧よりも低い電圧に制限して昇圧した昇圧電圧がリチウムイオンバッテリ１２へ供給されることとなり、リチウムイオンバッテリ１２がその制限された昇圧電圧で充電されることとなる。
【００６３】
従って、かかる変形例の構成においても、上記の実施例と同様に、リチウムイオンバッテリ１２の各セル２０の過電圧の発生有無を検出するセル電圧検出回路３０の検出機能不能やＥＣＵ３２とセル電圧検出回路３０との通信異常が生じたときにも、その後、リチウムイオンバッテリ１２の充電を充電電圧を所望のものよりも低い電圧に制限しつつ継続して行うことで、その各セル２０の過充電を有効に抑制しつつ、電気負荷１８の作動を確保することが可能である。また、リチウムイオンバッテリ１２の温度に対応して確実にセル２０の過充電を抑制することが可能である。
【００６４】
また、上記の実施例においては、充電電圧制限制御が実行されるとき、何ら車両使用者への通知を行わないが、かかる制限制御が行われる旨をモニタ表示やスピーカ出力などにより車両使用者に通知することとしてもよい。
【００６５】
更に、上記の実施例においては、充電電圧制限制御を行う対象の二次電池として、セル２０の過充電により発煙等の不都合が生じ得るリチウムイオンバッテリ１２を用いるものとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、直列接続する複数のセルにより構成され、何れかのセルの過充電により不都合が生じ得る二次電池に適用するものとすればよい。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の一実施例である二次電池の制御装置を搭載する電源システムの全体構成図である。
【図２】本実施例において実行される制御ルーチンの一例のフローチャートである。
【図３】本実施例において鉛バッテリ側からリチウムイオンバッテリへの電圧制限される充電電圧指令値の時間変化の一例である。
【図４】本発明の変形例において鉛バッテリ側からリチウムイオンバッテリへの電圧制限される充電電圧指令値を決定するのに用いられるバラツキ係数の時間変化の一例である。
【符号の説明】
【００６７】
１２  二次バッテリ（リチウムイオンバッテリ）
１８  電気負荷
２０  セル
３０  セル電圧検出回路
３２  電子制御ユニット（ＥＣＵ）
３４  温度センサ
【図１】
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【図２】
2007018871.tif 000004
【図３】
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【図４】
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