(57)【要約】【課題】単位セルの個数よりも少ない電圧測定手段により、単位セル本体において、又は隣り合う単位セルとの接続部分において異常が発生した単位セルを異常単位セルとして検出することが可能な組電池の異常検出装置を提供すること【解決手段】組電池２０は、ｎ個（ｎは、ｎ≧６を満たす整数）の単位セルを直列に接続して構成される。各電圧測定器２は、直列に接続されたｍ個（ｍは、ｎ／３≧ｍ≧２を満たす整数）の単位セルからなるセルグループを測定対象とし、当該測定対象としたセルグループの両端電圧を測定する。電圧測定器２それぞれが測定対象とするセルグループは、組電池２０の一端から他端に向けて、単位セル１個分ずつずらす。【選択図】図２
2012249456.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ個（ｎは、ｎ≧６を満たす整数）の単位セルを直列に接続して構成される組電池の、単位セル本体において、又は隣り合う前記単位セルとの接続部分において異常が発生した前記単位セルを異常単位セルとして検出する組電池の異常検出装置であって、
直列に接続されたｍ個（ｍは、ｎ／３≧ｍ≧２を満たす整数）の前記単位セルからなるセルグループを測定対象とし、当該測定対象としたセルグループの両端電圧を測定するｎ−（ｍ−１）個の電圧測定手段と、
前記ｎ−（ｍ−１）個の電圧測定手段それぞれの測定結果に基づいて、前記異常単位セルを特定する異常特定手段とを備え、
前記ｎ−（ｍ−１）個の電圧測定手段それぞれが測定対象とする前記セルグループは、前記組電池の一端から他端に向けて、前記単位セル１個分ずつずらされていることを特徴とする組電池の異常検出装置。
【請求項２】
前記ｍは、ｎ／３≧ｍ≧２を満たす最大の整数であることを特徴とする請求項１に記載の組電池の異常検出装置。
【請求項３】
前記異常特定手段は、前記電圧測定手段それぞれの測定結果を比較することで、前記異常単位セルを有する異常セルグループを特定し、特定した異常セルグループに基づいて前記異常単位セルを特定することを特徴とする請求項１又は２に記載の組電池の異常検出装置。
【請求項４】
ユーザに対して情報を表示する表示手段をさらに備えており、
前記異常特定手段は、前記異常単位セルを特定した場合に、当該異常単位セルを示す情報が表示されるように前記表示手段を制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の組電池の異常検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、組電池の異常検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の単位セルを直列に接続して構成される組電池の異常を検出する異常検出装置が、従来から種々提案されている。例えば、特許文献１に記載された異常検出装置では、単位セルごとに設けた電圧測定手段により各単位セルの両端電圧を測定することで、単位セル本体の異常を検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２５７９２３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、特許文献１に記載された技術では、単位セル本体の異常を検出するために、単位セルごとに電圧測定手段を設けているため、異常検出装置を構成する電圧測定手段の個数が多くなるという問題がある。また、特許文献１に記載された技術では、隣り合う単位セル間の接続部分の異常（サビ等による接触抵抗の増大等）を検出することができないという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、単位セルの個数よりも少ない電圧測定手段により、単位セル本体において、又は隣り合う単位セルとの接続部分において異常が発生した単位セルを異常単位セルとして検出することが可能な組電池の異常検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明における組電池の異常検出装置は、ｎ個（ｎは、ｎ≧６を満たす整数）の単位セルを直列に接続して構成される組電池の、単位セル本体において、又は隣り合う前記単位セルとの接続部分において異常が発生した前記単位セルを異常単位セルとして検出する組電池の異常検出装置であって、直列に接続されたｍ個（ｍは、ｎ／３≧ｍ≧２を満たす整数）の前記単位セルからなるセルグループを測定対象とし、当該測定対象としたセルグループの両端電圧を測定するｎ−（ｍ−１）個の電圧測定手段と、前記ｎ−（ｍ−１）個の電圧測定手段それぞれの測定結果に基づいて、前記異常単位セルを特定する異常特定手段とを備え、前記ｎ−（ｍ−１）個の電圧測定手段それぞれが測定対象とする前記セルグループは、前記組電池の一端から他端に向けて、前記単位セル１個分ずつずらされていることを特徴とする。
【０００７】
上記の構成によれば、単位セルの個数よりも少ない電圧測定手段で、単位セル本体において、又は隣り合う単位セルとの接続部分において異常が発生した単位セルを異常単位セルとして検出することができる。
【０００８】
また、本発明における組電池の異常検出装置において、前記ｍは、ｎ／３≧ｍ≧２を満たす最大の整数であることが好ましい。上記の構成によれば、電圧測定手段の個数を最も減らすことができる。
【０００９】
また、本発明の組電池の異常検出装置において、前記電圧測定手段それぞれの測定結果を比較することで、異常セルグループを特定し、特定した異常セルグループに基づいて前記異常単位セルを特定してもよい。
【００１０】
また、本発明の組電池の異常検出装置においては、ユーザに対して情報を表示する表示手段をさらに備えており、前記異常特定手段は、前記異常単位セルを特定した場合に、当該異常単位セルを示す情報が表示されるように前記表示手段を制御してもよい。上記の構成によれば、ユーザは、表示手段に表示された情報により、異常単位セルを認識することができるので、ユーザの操作性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１１】
単位セルの個数よりも少ない電圧測定手段により、単位セル本体において、又は隣り合う単位セルとの接続部分において異常が発生した単位セルを異常単位セルとして検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施の形態に係る組電池の異常検出装置の概略構成図である。
【図２】図１の電圧測定装置の概略構成図である。
【図３】電圧測定器、各電圧測定器の測定対象であるセルグループ、及び各セルグループを構成する単位セルの関係を説明するテーブルである。
【図４】（ａ）は、充電特性について説明するグラフであり、（ｂ）は、異常セルグループ群と異常単位セルとの対応関係を示す異常特定テーブルである。
【図５】組電池が単位セル本体において異常が発生した単位セルを有する場合の説明図であり、（ａ）は各単位セルの充電カットオフ電圧を示すテーブルであり、（ｂ）は電圧測定器、セルグループ、充電カットオフグループ電圧、各セルグループの両端電圧と平均電圧との差、及び異常セルグループについて説明するテーブルである。
【図６】図１の制御装置の異常検出処理動作について説明するフローチャート図である。
【図７】組電池が隣り合う単位セルとの接続部分において異常が発生した単位セルを有する場合の説明図であり、（ａ）は各単位セルの充電カットオフ電圧を示すテーブルであり、（ｂ）は電圧測定器、セルグループ、充電カットオフグループ電圧、各セルグループの両端電圧と平均電圧との差、及び異常セルグループについて説明するテーブルである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態である組電池の異常検出装置について図を参照しつつ説明する。
【００１４】
組電池の異常検出装置１は、図１に示すように、電圧測定装置１００と、制御装置１１０と、ディスプレイ１２０（表示手段）とを備えている。
【００１５】
組電池２０は、ｎ個（ｎは、ｎ≧６を満たす整数）の単位セルＣ（Ｃ１〜Ｃｎ）を直列に接続して構成されており、例えば電気自動車の駆動源や家庭用蓄電池として用いられる。単位セルＣは、正極にリン酸鉄リチウム、負極に黒鉛を用いた充放電可能なリチウムイオン電池であるが正極、負極の材料は特にこれらに限定されるものではない。この単位セルＣは組電池２０に接続された充電装置３０により充電される。本実施形態においては、組電池２０は、図２に示すように９個（ｎ＝９）の単位セルＣ１〜Ｃ９を直列に接続して構成されている。
【００１６】
電圧測定装置１００は、図２に示すように、ｎ−（ｍ−１）個（ｍは、ｎ／３≧ｍ≧２を満たす整数）の電圧測定器２（電圧測定手段）を備えている。電圧測定器２は、組電池２０において直列に接続されたｍ個の単位セルＣからなるセルグループＧを測定対象とし、この測定対象としたセルグループＧの両端電圧を測定する。以下においては、図２及び図３に示すように、全てのセルグループＧ（Ｇ１〜Ｇ７）は３個（ｍ＝３）の単位セルＣからなり、電圧測定装置１００は７個（＝９−（３−１））の電圧測定器２（２ａ〜２ｇ）を備えているものとして説明する。
【００１７】
また、電圧測定器２ａ〜２ｇのそれぞれが測定するセルグループＧ１〜Ｇ７は、図２及び図３に示すように、組電池２０の一端から他端に向けて、単位セル１個分ずつずらされている。
【００１８】
制御装置１１０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）と、ＣＰＵが実行する制御プログラム及びこれら制御プログラムに使用されるデータを書き替え可能に記憶するＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）と、プログラム実行時にデータを一時的に記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）とを含んでいる。この制御プログラムがＣＰＵで実行されることにより、制御装置１１０を構成する各機能部が実現される。制御装置１１０は、充電制御部１３０、異常特定部１３１（異常特定手段）、及びテーブル記憶部１３２を有している。
【００１９】
充電制御部１３０は、組電池２０が充電されるように、充電装置３０を制御する。組電池２０の充電は、定電流・定電圧（ＣＣ／ＣＶ）充電により行われる。具体的には、１つの単位セルＣ当りの充電完了電圧（満充電）を３．６Ｖとすると、充電制御部１３０は、セルグループＧ１〜Ｇ７のいずれかの両端電圧（電圧測定器２の測定電圧）が充電完了グループ電圧（＝３．６Ｖ×ｍ）に到達するまで組電池２０を定電流により充電を行い、その後、組電池２０を定電圧により充電にする。本実施形態においては、少なくとも１つのセルグループＧの両端電圧が１０．８Ｖ（＝３．６×３）に到達した場合に、定電流充電から定電圧充電に移行する。
【００２０】
ここで、組電池２０の充電及び放電を行う場合、単位セル本体が常に正常であれば、即ち、全ての単位セルＣの内部抵抗や電池容量が常に所定範囲内にあれば、バランス良く充電及び放電を行うことができる。しかしながら、実際には、充放電を繰り返すことで内部抵抗や電池容量は変化し、これら内部抵抗や電池容量が所定範囲外となる単位セルＣ（以下、異常セル）が生じる。このように、単位セル本体において異常が発生した異常セルは、図４（ａ）に示すように正常時の充電電圧特性Ｖ１とは異なる充電電圧特性Ｖ２，３となるため、組電池２０全体の放電容量が低下する問題や、特定の単位セルＣの寿命を縮める問題が生じる。例えば、正常時の充電電圧特性Ｖ１よりも上の充電特性Ｖ２を有する異常セルが組電池２０に存在する場合には、この異常セルを含むセルグループＧの両端電圧が、先に充電完了グループ電圧（＝１０．８Ｖ）に到達して定電圧充電に移行することになる。即ち、異常セル以外の正常な単位セルＣが充電完了電圧（満充電）に達する前に、定電圧充電に移行することになるため、組電池２０全体の放電容量が低下することになる。
【００２１】
また、単位セルＣは経年により、単位セル本体が正常である（内部抵抗や電池容量が所定範囲内にある）が、隣り合う単位セルＣとの接触部分に異常が発生した異常セルが生じることがある。具体的には、隣り合う単位セルＣとの接触部分が経年によりサビ等が生じて接触抵抗が増大することがある。このように隣り合う単位セルＣとの接続部分において異常が発生した異常セルは、組電池２０全体の放電容量を低下させる要因にもなる。
【００２２】
そこで、異常特定部１３１は、上記問題の要因となる異常セルの特定を行う。本実施形態においては、組電池２０の充電が定電流充電から定電圧充電に移行する時点（以下、充電カットオフ時と称す）の電圧測定器２ａ〜２ｇそれぞれの測定結果を比較することで、異常セルグループを特定する。そして、テーブル記憶部１３２に記憶されている、異常セルグループ群と異常単位セルとの対応関係を示す異常特定テーブル（図４（ｂ））を参照して、異常セルを特定する。また、異常特定部１３１は、特定した異常セルを示す情報をディスプレイ１２０に表示する。
【００２３】
以下、組電池２０の充電時における制御装置１１０の異常セルの検出処理について説明する。以下では、単位セルＣ４の単位セル本体において異常が発生しており、単位セルＣ４の充電電圧特性が充電電圧特性Ｖ２である場合を例として、図５及び図６を参照しつつ、具体的に説明する。また、充電カットオフ時における各単位セルＣ１〜Ｃ９の両端電圧（以下、充電カットオフ電圧）は、図５（ａ）に示す値であるとする。
【００２４】
まず、充電制御部１３０が、組電池２０に電力が供給されるように充電装置３０を制御して、組電池２０の定電流充電を開始する（Ｓ１）。なお、上述したように、単位セルＣ４の充電電圧特性Ｖ２は正常時の充電電圧特性Ｖ１よりも上の特性を有しているので、この単位セルＣ４を有するセルグループＧが、単位セルＣ４を有さないセルグループＧよりも先に充電完了グループ電圧に到達することになる。
【００２５】
次に、異常特定部１３１は、セルグループＧのいずれかの両端電圧（電圧測定器２の何れかの測定電圧）が、充電完了グループ電圧（＝１０．８Ｖ）に到達したか否かを判断する（Ｓ２）。セルグループＧの何れの両端電圧も充電完了グループ電圧に到達していないと判断した場合（Ｓ２：ＮＯ）には、ステップＳ１の処理を繰り返す。一方、セルグループＧのいずれかの両端電圧が、充電完了グループ電圧に到達したと判断した場合（Ｓ２：ＹＥＳ）には、異常特定部１３１は、各電圧測定器２ａ〜２ｇにより測定された各セルグループＧ１〜Ｇ７の両端電圧を平均して平均電圧（＝１０．４６Ｖ）を算出する（Ｓ３）。
【００２６】
次に、異常特定部１３１は、算出した平均電圧と両端電圧との差が規定値以上あるセルグループＧがあるか否かを判断する（Ｓ４）。ここで、規定値とは、異常セルグループを検出する指標となる値であり、本実施形態においては０．３Ｖに設定されている。この規定値は、ユーザが設定するようにされていてもよいし、異常検出装置１において予め設定されていてもよい。なお、異常セルが組電池２０に存在しない場合、即ち、算出した平均電圧と両端電圧との差が規定値以上あるセルグループＧがないと判断した場合（Ｓ４：ＮＯ）には、本処理は終了される。
【００２７】
次に、異常特定部１３１は、算出した平均電圧と両端電圧との差が規定値以上あるセルグループＧを、異常セルを有する異常セルグループとして特定する（Ｓ５）。本実施形態において、セルグループＧは３個の単位セルＣからなり、且つセルグループＧのそれぞれは組電池２０の一端から他端に向けて単位セル１個分ずつずらされているため、異常セルを有する異常セルグループは多くとも３つとなる。従って、異常セルを有さない正常セルグループは少なくとも４つとなる。このように正常セルグループは異常セルグループの数よりも多いため、平均電圧と両端電圧との差が大きいセルグループＧを、異常セルグループとして特定することができる。具体的には、単位セルＣ４が異常セルとすると、図５（ｂ）に示すように、セルグループＧ２，Ｇ３，Ｇ４の両端電圧と平均電圧との差が規定値（＝０．３Ｖ）以上となるため、このセルグループＧ２，Ｇ３，Ｇ４を異常セルグループと特定することができる。
【００２８】
次に、異常特定部１３１は、異常セルグループとして特定したセルグループＧ、及びテーブル記憶部１３２に記憶されている異常特定テーブルから、異常セルを特定する（Ｓ６）。セルグループＧ２，Ｇ３，Ｇ４が異常セルグループの場合には、図４（ｂ）の異常特定テーブルに示すように、単位セルＣ４が異常セルとして特定される。
【００２９】
次に、異常特定部１３１は、異常セルを示す情報が表示されるように、ディスプレイ１２０を制御する（Ｓ７）。異常セルを示す情報としては、例えば、組電池２０のレイアウト画像上において異常セルの位置を点滅表示等行う。これにより、ユーザは、どの単位セルＣにおいて異常が発生したかを認識することができる。なお、異常特定部１３１が異常セルを特定した場合に、スピーカ等により異常音を発するようにしてもよい。
【００３０】
以上、組電池２０が単位セルＣの単位セル本体において異常が発生した異常セルを有する場合の、制御装置１１０の異常セルの検出処理について説明した。なお、上記においては、単位セル本体に異常が発生している場合について説明したが、異常セルの隣り合う単位セルＣとの接触部分に異常が発生している場合についても同様に異常セルを検出することができる。以下においては、単位セルＣ４及び単位セルＣ５の接触部分にサビが発生し、当該接触部分における接触抵抗が増大した場合を例として説明する。
【００３１】
単位セルＣ４及び単位セルＣ５の接触部分の接触抵抗が増大しているため、充電時においては、この接触部分を含むセルグループＧの両端電圧が、先に充電完了グループ電圧に到達して、定電圧充電に移行することになる。また、各単位セルＣ１〜Ｃ９の充電カットオフ電圧は、単位セル本体においては異常が発生していないため、図７（ａ）に示すように、各単位セルＣ間において差は殆どない。
【００３２】
異常特定部１３１は、充電カットオフ時において、セルグループＧ３，Ｇ４の両端電圧と平均電圧との差が規定値（＝０．３Ｖ）以上あるため、セルグループＧ３，Ｇ４を異常セルグループと特定する。
【００３３】
ここで、図４（ｂ）の異常特定テーブルに示すように、異常セルグループ群がセルグループＧ３，Ｇ４である場合には、一対一に対応する異常セルは存在しない。これは、セルグループＧ２，Ｇ６には、それぞれ単位セルＣ４及び単位セルＣ５は含まれているが、単位セルＣ４と単位セルＣ５との接触部分は含まれておらず、これらのセルグループＧ２，Ｇ６の両端電圧と平均電圧との差が規定値（０．３Ｖ）以上にはならないからである。従って、異常特定部１３１は、図４（ｂ）の異常特定テーブルにおいて、異常セルグループ群と一対一に対応する異常セルがない場合には、異常セルの異常発生要因は単位セル本体ではなく、隣り合う単位セルＣとの接触部分にあると判断する。そして、異常特定部１３１は、異常セルグループの双方ともに含まれている単位セルＣを異常セルと特定する。具体的には、セルグループＧ３，Ｇ４の双方ともに含まれている単位セルＣ４，Ｃ５を異常セルと特定するまた、上記のことを換言すれば、異常特定部１３１が、異常セルグループとして３個（ｍ個）のセルグループＧを特定した場合には、異常セルの異常発生要因は単位セル本体にあると判断することができる。このように異常セルの異常発生要因が、単位セル本体にあるか、或いは隣り合う単位セルＣとの接触部分にあるかを判断することができる場合には、異常特定部１３１は、異常セルに関する情報として異常発生要因に関する情報もディスプレイ１２０に表示してもよい。
【００３４】
なお、異常発生要因が隣り合う単位セルＣとの接触部分にある場合には、異常特定部１３１は、隣り合う単位セルＣのうちどちらか一方を異常セルと特定するようにされていてもよい。即ち、本実施形態においては単位セルＣ４及びＣ５のうちどちらか一方のみを異常セルとしてもよい。
【００３５】
以上のように、本実施形態によると、７個の電圧測定器それぞれが測定対象とするセルグループＧは、組電池２０の一端から他端に向けて、単位セルＣの１個分ずつずらされているため、電圧測定器２それぞれの測定結果を比較することで、異常セルグループを特定することができ、この特定した異常セルグループに基づいて異常セルを特定することができる。その結果、単位セルＣの個数９個よりも少ない電圧測定器２で、単位セル本体において、又は隣り合う単位セルＣとの接続部分において異常が発生した単位セルＣを異常セルとして検出することができる。
【００３６】
また、本実施形態によると、組電池２０の単位セルＣの個数が９（ｎ＝９）である場合において、ｍは、９／３≧ｍ≧２を満たす最大の整数３であるため、異常検出装置１の電圧測定器２の個数を最も減らすことができる。
【００３７】
また、本実施形態によると、ディスプレイ１２０に、異常セルを示す情報が表示されるため、ユーザは組電池２０の単位セルＣにおいて異常が発生したこと、及び異常が発生した単位セルＣを認識することができるので、ユーザの操作性を向上させることができる。
【００３８】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、具体例を例示したに過ぎず、特に本発明を限定するものではなく、具体的構成などは、適宜設計変更可能である。また、発明の実施の形態に記載された、作用及び効果は、本発明から生じる最も好適な作用及び効果を列挙したに過ぎず、本発明による作用及び効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。
【００３９】
例えば、上述の実施形態においては、組電池２０は９個の単位セルＣから構成されているが、６個以上の単位セルＣから構成されていればよい。即ち、ｎが６以上の整数であればよい。また、上述の実施形態においては、電圧測定器２は、３個の単位セルＣからなるセルグループＧを測定対象としているが、２個の単位セルＣからなるセルグループＧを測定対象としてもよい。即ち、ｍが、ｎ／３≧ｍ≧２を満たす整数であればよい。この場合、電圧測定器２の個数は８個（＝９−（２−１））となる。
【００４０】
また、上述の実施形態においては、異常セルの検出には、充電カットオフ時の各セルグループＧの両端電圧を用いているが、例えば、充電開始時から充電カットオフ時までの間の時点など、組電池２０の充電時における他の時点の各セルグループＧの両端電圧を用いてもよい。また、異常特定部１３１が各セルグループＧの両端電圧を常にモニタリングしておき、組電池２０の充電中において異常セルの検出を常時行うようにされていてもよい。この場合、充電カットオフ時前などの早期の段階で異常セルを検出することができる。
【００４１】
また、上述の実施形態においては、組電池２０の充電時における異常セルの検出について説明しているが、組電池２０の放電時においても同様に、放電中のセルグループＧの両端電圧を比較することで異常セルの検出を行うことができる。
【００４２】
また、上述の実施形態においては、異常特定部１３１の異常セルグループの特定方法は、セルグループＧの平均電圧を算出して、当該算出した平均電圧と両端電圧との差が規定値以上あるセルグループＧを異常セルグループと特定しているが、電圧測定器２の測定結果であるセルグループＧの両端電圧を比較することで異常セルグループを特定するものであれば、特にこれに限定されるものではない。例えば、単位セル１個分ずれて隣り合うセルグループＧ同士の両端電圧の差が規定値以上あるセルグループの隣接箇所を求め、当該隣接箇所に挟まれるセルグループＧを異常セルグループと特定してもよい。具体的には、単位セルＣ４が異常セルとすると、図５（ｂ）に示すように、セルグループＧ１とセルグループＧ２との間、及びセルグループＧ４とＧ５との間で両端電圧の差が規定値（０．３Ｖ）以上ある。従って、異常特定部１３１はセルグループＧ１とセルグループＧ２との間、及びセルグループＧ４とセルグループＧ５との間を隣接箇所として、この隣接箇所に挟まれるセルグループＧ２，Ｇ３，Ｇ４を異常特定セルグループと特定する。なお、隣接箇所が１つしかない場合には、異常特定部１３１は、当該隣接箇所と組電池２０の近い方の一端とで挟まれるセルグループＧを異常セルグループと特定すればよい。
【符号の説明】
【００４３】
１  異常検出装置
２  電圧測定器（電圧測定手段）
１１０  制御装置
１２０  ディスプレイ（表示手段）
１３１  異常特定部（異常特定手段）
Ｃ  単位セル
Ｇ  セルグループ
【図１】
2012249456.tif 000003
【図２】
2012249456.tif 000004
【図３】
2012249456.tif 000005
【図４】
2012249456.tif 000006
【図５】
2012249456.tif 000007
【図６】
2012249456.tif 000008
【図７】
2012249456.tif 000009