(57)【要約】  制御部は、複数のセルの検出電圧の内、比較対象とする少なくとも１つのセルの検出電圧にもとづく代表電圧と、検出対象とする１つのセルの検出電圧との電圧差を第１時刻と第２時刻にそれぞれ算出し、２つの電圧差の差分が閾値以上のとき、検出対象のセルを異常と判定する。制御部は、セルのＳＯＨ(State Of Health）に応じたＳＯＣ(State Of Charge)−ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）曲線を参照して、セルの検出電圧に対応する、セルの初期容量基準のＳＯＣを推定する。初期容量基準のＳＯＣを入力変数、ＯＣＶを出力変数とし、所定の傾きを有する一次関数に、推定したセルの初期容量基準のＳＯＣを適用してＯＣＶを導出し、導出したＯＣＶを、セルの検出電圧の代わりに使用して電圧差を算出する。
2020021888.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列接続された複数のセルのそれぞれの電圧を検出する電圧検出部と、
前記複数のセルの検出電圧の内、比較対象とする少なくとも１つのセルの検出電圧にもとづく代表電圧と、検出対象とする１つのセルの検出電圧との電圧差を第１時刻と第２時刻にそれぞれ算出し、２つの電圧差の差分が閾値以上のとき、前記検出対象のセルを異常と判定する制御部と、を備え、
前記制御部は、
セルのＳＯＨ(State Of Health）に応じたＳＯＣ(State Of Charge)−ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）曲線を参照して、前記セルの検出電圧に対応する、前記セルの初期容量基準のＳＯＣを推定し、
前記初期容量基準のＳＯＣを入力変数、ＯＣＶを出力変数とし、所定の傾きを有する一次関数に、前記推定したセルの初期容量基準のＳＯＣを適用してＯＣＶを導出し、導出したＯＣＶを、前記セルの検出電圧の代わりに使用して前記電圧差を算出する、
ことを特徴とする管理装置。
【請求項２】
前記閾値は、前記一次関数の傾きの値に応じた値に設定されることを特徴とする請求項１に記載の管理装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記複数のセルの検出電圧の内、最大電圧と最小電圧を除き、残りの複数のセルの検出電圧を平均化して、前記代表電圧を算出することを特徴とする請求項１または２に記載の管理装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記２つの電圧差の差分を所定時間を経過する度に算出し、算出した電圧差の差分と前記閾値とをそれぞれ比較し、過去ｘ（ｘは２以上の整数）回の比較において、Ｎ（Ｎは２以上の整数）回以上、前記差分が前記閾値以上のとき、前記検出対象のセルを異常と判定することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の管理装置。
【請求項５】
直列接続された複数のセルと、
前記直列接続された複数のセルを管理する請求項１から４のいずれか１項に記載の管理装置と、
を備えることを特徴とする電源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電モジュールに含まれる複数のセルを管理するための管理装置、及び電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等の二次電池が様々な用途で使用されている。例えば、ＥＶ(Electric Vehicle)、ＨＥＶ (Hybrid Electric Vehicle)、ＰＨＶ(Plug-in Hybrid Vehicle)の走行用モータに電力を供給することを目的とする車載（電動自転車を含む）用途、ピークシフト、バックアップを目的とした蓄電用途、系統の周波数安定化を目的としたＦＲ（Frequency Regulation）用途等に使用されている。【０００３】
リチウムイオン電池等の二次電池では、セパレータのずれによる正極と負極の接触、電池内への異物混入による導電路の発生等に起因して、電池内において微小短絡が発生することがある。微小短絡は過熱の原因となり、微小短絡の状態から、異物の向きの変化等により、完全短絡の状態に移行する場合もある。【０００４】
微小短絡の検出方法として、組電池内の全セルの平均電圧と各セルの電圧とを比較して判定閾値を超えている場合に、対象のセルを異常と判定する手法がある。しかしながら、組電池内のセルのＳＯＣ(State Of Charge)またはＳＯＨ(State Of Health）がばらついた状態では、平均電圧と各セルの電圧との電圧差の変動を均一の条件で検出できず、微小短絡の検出精度が低下する。【０００５】
これに対して、セルのＳＯＣまたはＤＯＤ（Depth Of Discharge）をもとに、平均電圧または判定閾値を補正して、判定精度を向上させる手法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。セル電圧の正常／異常範囲が、セルのＳＯＣまたはＤＯＤにより異なるものになることを補正するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−３３４７２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、長期運用や環境条件の違いなどにより、複数のセル間のＳＯＣまたはＳＯＨのバラツキの度合いが変化すると、異常と判定する条件を変える必要があり、高精度な判定を行うには、判定条件を細分化する必要がある。【０００８】
本発明はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、複数のセル間のＳＯＣまたはＳＯＨのバラツキに関わらず、一律の条件でセルの異常を判定することができる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の管理装置は、直列接続された複数のセルのそれぞれの電圧を検出する電圧検出部と、前記複数のセルの検出電圧の内、比較対象とする少なくとも１つのセルの検出電圧にもとづく代表電圧と、検出対象とする１つのセルの検出電圧との電圧差を第１時刻と第２時刻にそれぞれ算出し、２つの電圧差の差分が閾値以上のとき、前記検出対象のセルを異常と判定する制御部と、を備える。前記制御部は、セルのＳＯＨ(State Of Health）に応じたＳＯＣ(State Of Charge)−ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）曲線を参照して、前記セルの検出電圧に対応する、前記セルの初期容量基準のＳＯＣを推定し、前記初期容量基準のＳＯＣを入力変数、ＯＣＶを出力変数とし、所定の傾きを有する一次関数に、前記推定したセルの初期容量基準のＳＯＣを適用してＯＣＶを導出し、導出したＯＣＶを、前記セルの検出電圧の代わりに使用して前記電圧差を算出する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、複数のセル間のＳＯＣまたはＳＯＨのバラツキに関わらず、一律の条件でセルの異常を判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態に係る電源システムを説明するための図である。
【図２】図２（ａ）−（ｂ）は、正常セルと、微小短絡セルを比較した図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る管理装置による、微小短絡の検出方法の第１の参考例を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態に係る管理装置による、微小短絡の検出方法の第２の参考例を示すフローチャートである。
【図５】ＳＯＨ＝８０％のＳＯＣ−ＯＣＶ曲線と、ＳＯＨ＝１００％のＳＯＣ−ＯＣＶ曲線の一例を示す図である。
【図６】図５の一次直線の位置を変えた図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る管理装置による、微小短絡の検出方法の第１の実施例を示すフローチャートである。
【図８】本発明の実施の形態に係る管理装置による、微小短絡の検出方法の第２の実施例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、本発明の実施の形態に係る電源システム１を説明するための図である。電源システム１は、例えば、車両の駆動用電池として車両に搭載されて使用される。電源システム１は、蓄電モジュールＭ１及び管理装置１０を備える。蓄電モジュールＭ１は、直列接続された複数のセルＣ１−Ｃ２０を含む。図１では、２０個のセルＣ１−Ｃ２０が直列接続されて１つの蓄電モジュールを形成している例を描いている。セルには、リチウムイオン電池セル、ニッケル水素電池セル、鉛電池セル、電気二重層キャパシタセル、リチウムイオンキャパシタセル等を用いることができる。以下、本明細書ではリチウムイオン電池セル（公称電圧：３．６−３．７Ｖ）を使用する例を想定する。
【００１３】
管理装置１０は、放電部１１、電圧検出部１２、温度検出部１３、電流検出部１４及び制御部１５を備える。放電部１１は、複数の放電スイッチＳ１−Ｓ２０、及び複数の放電抵抗Ｒ１−Ｒ２０を含む。各セルＣ１−Ｃ２０に対して並列にそれぞれ放電回路が接続される。具体的には、第１セルＣ１の両端に第１放電スイッチＳ１と第１放電抵抗Ｒ１が直列接続され、第２セルＣ２の両端に第２放電スイッチＳ２と第２放電抵抗Ｒ２が直列接続され、第３セルＣ３の両端に第３放電スイッチＳ３と第３放電抵抗Ｒ３が直列接続され、・・・、第１９セルＣ１９の両端に第１９放電スイッチ（不図示）と第１９放電抵抗（不図示）が直列接続され、及び第２０セルＣ２０の両端に第２０放電スイッチＳ２０と第２０放電抵抗Ｒ２０が接続される。
【００１４】
電圧検出部１２は、直列接続された複数のセルＣ１−Ｃ２０の各ノードと複数の電圧線で接続され、隣接する２本の電圧線間の電圧をそれぞれ検出することにより、各セルＣ１−Ｃ２０の電圧を検出する。電圧検出部１２は、検出した各セルＣ１−Ｃ２０の電圧を制御部１５に送信する。
【００１５】
電圧検出部１２は制御部１５に対して高圧であるため、電圧検出部１２と制御部１５間は絶縁された状態で、通信線で接続される。電圧検出部１２は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）または汎用のアナログフロントエンドＩＣで構成することができる。電圧検出部１２はマルチプレクサ及びＡ／Ｄ変換器を含む。マルチプレクサは、隣接する２本の電圧線間の電圧を上から順番にＡ／Ｄ変換器に出力する。Ａ／Ｄ変換器は、マルチプレクサから入力されるアナログ電圧をデジタル値に変換する。
【００１６】
温度検出部１３は分圧抵抗およびＡ／Ｄ変換器を含む。Ａ／Ｄ変換器は、複数の温度センサＴ１、Ｔ２（例えば、サーミスタ）と複数の分圧抵抗によりそれぞれ分圧された複数のアナログ電圧を順次、デジタル値に変換して制御部１５に出力する。制御部１５は当該デジタル値をもとに複数のセルＣ１−Ｃ２０の温度を推定する。例えば制御部１５は、各セルＣ１−Ｃ２０の温度を、各セルＣ１−Ｃ２０に最も隣接する温度センサで検出された値をもとに推定する。
【００１７】
電流検出部１４は差動アンプ及びＡ／Ｄ変換器を含む。差動アンプはシャント抵抗Ｒｓの両端電圧を増幅してＡ／Ｄ変換器に出力する。Ａ／Ｄ変換器は、差動アンプから入力される電圧をデジタル値に変換して制御部１５に出力する。制御部１５は当該デジタル値をもとに複数のセルＣ１−Ｃ２０に流れる電流を推定する。なおシャント抵抗Ｒｓの代わりにホール素子を用いてもよい。
【００１８】
なお制御部１５内にＡ／Ｄ変換器が搭載されており、制御部１５にアナログ入力ポートが設置されている場合、温度検出部１３及び電流検出部１４はアナログ電圧を制御部１５に出力し、制御部１５内のＡ／Ｄ変換器でデジタル値に変換してもよい。
【００１９】
制御部１５は、電圧検出部１２、温度検出部１３及び電流検出部１４により検出された複数のセルＣ１−Ｃ２０の電圧、温度、及び電流をもとに複数のセルＣ１−Ｃ２０の状態を管理する。
【００２０】
制御部１５はマイクロコンピュータ及び不揮発メモリ（例えば、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ）により構成することができる。不揮発メモリ内に、ＳＯＣ−ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）マップ１５ａが保持される。ＳＯＣ−ＯＣＶマップ１５ａには、複数のセルＣ１−Ｃ２０のＳＯＣ−ＯＣＶ曲線の特性データが記述されている。
【００２１】
制御部１５は、複数のセルＣ１−Ｃ２０の電圧、電流、及び温度をもとに、複数のセルＣ１−Ｃ２０のＳＯＣ及びＳＯＨを推定する。ＳＯＣは例えば、ＯＣＶ法または電流積算法により推定できる。ＯＣＶ法は、検出されたセルのＯＣＶと、不揮発メモリ内に保持されるＳＯＣ−ＯＣＶ曲線の特性データをもとにＳＯＣを推定する方法である。電流積算法は、検出されたセルの充放電開始時のＯＣＶと、検出された電流の積算値をもとにＳＯＣを推定する方法である。
【００２２】
ＳＯＨは、初期の満充電容量に対する現在の満充電容量の比率で規定され、数値が低いほど（０％に近いほど）劣化が進行していることを示す。二次電池の劣化は、保存劣化とサイクル劣化の和で近似できる。
【００２３】
保存劣化は、充放電中であるか否かに関わらず、二次電池の各時点における温度、各時点におけるＳＯＣに応じて経時的に進行する劣化である。各時点におけるＳＯＣが高いほど（１００％に近いほど）、又は各時点における温度が高いほど、保存劣化速度が増加する。
【００２４】
サイクル劣化は、充放電の回数が増えるにつれ進行する劣化である。サイクル劣化は、使用ＳＯＣ範囲、温度、電流レートに依存する。使用ＳＯＣ範囲が広いほど、温度が高いほど、又は電流レートが高いほど、サイクル劣化速度が増加する。このように二次電池の劣化は使用環境に大きく依存し、使用期間が長くなるにつれ、複数のセルＣ１−Ｃ２０の容量のばらつきが大きくなっていく。
【００２５】
制御部１５は、電圧検出部１２から受信した複数のセルＣ１−Ｃ２０の電圧をもとに、複数のセルＣ１−Ｃ２０間の均等化処理を実行する。一般的なパッシブセルバランス方式では、複数のセルＣ１−Ｃ２０の内、最も容量が少ないセルの容量（以下、目標値という）まで、他のセルを放電する。なお目標値は、実容量、ＳＯＣ、ＯＣＶのいずれで規定されてもよい。ＯＣＶで規定される場合、最もＯＣＶが低いセルのＯＣＶが目標値となる。なお目標値は放電可能量または充電可能量で規定されてもよい。
【００２６】
制御部１５は、複数のセルＣ１−Ｃ２０の内、最も容量が少ないセルの検出値を目標値とし、当該目標値と他の複数のセルの検出値との差分をそれぞれ算出する。制御部１５は、算出したそれぞれの差分をもとに当該他の複数のセルの放電量をそれぞれ算出する。制御部１５は、算出したそれぞれの放電量をもとに当該他の複数のセルの放電時間をそれぞれ算出する。制御部１５は、複数のセルＣ１−Ｃ２０の放電時間を含む均等化処理の制御信号を生成し、電圧検出部１２に送信する。電圧検出部１２内のスイッチ制御回路（不図示）は、制御部１５から受信した制御信号をもとに、複数の放電スイッチＳ１−Ｓ２０をそれぞれ指定された時間、オン状態に制御する。
【００２７】
複数のセルＣ１−Ｃ２０のいずれかに微小短絡が発生することがある。微小短絡は過熱などの不安全事象の原因となるため、不安全事象に至る前に検出することが必要である。
【００２８】
図２（ａ）−（ｂ）は、正常セルと、微小短絡セルを比較した図である。図２（ａ）に示すように正常セルＣｎは、起電力Ｅ１と内部抵抗Ｒｉにより端子電圧が決まる。一方、図２（ｂ）に示すように微小短絡セルＣｎは、内部に微小短絡経路Ｐｓが形成され、微小短絡経路Ｐｓにも電流が流れる。従って微小短絡セルＣｎでは、内部抵抗Ｒｉによる自己放電に加えて、微小短絡経路Ｐｓによる放電が発生する。よって微小短絡セルＣｎの電圧降下は、正常セルＣｎの電圧降下より大きくなる。
【００２９】
図３は、本発明の実施の形態に係る管理装置１０による、微小短絡の検出方法の第１の参考例を示すフローチャートである。電圧検出部１２は、直列接続されたｎ個のセルの電圧を検出して制御部１５に送信する（Ｓ１０）。所定の判定周期（例えば、１０分間）が経過すると（Ｓ１１のＹ）、制御部１５は、ｎ個のセルの検出電圧の内、最大電圧と最小電圧を除いた（ｎ−２）個のセルの平均電圧を算出する（Ｓ１２）。制御部１５は、算出した平均電圧と、検出対象の１つのセル（以下、対象セルという）の検出電圧との電圧差を算出する（Ｓ１３）。
【００３０】
制御部１５は、今回算出した現在の電圧差と、Δｔ時間（例えば、１時間）前に算出した電圧差との差分電圧ΔＶを算出する（Ｓ１４）。制御部１５は、算出した差分電圧ΔＶと判定閾値を比較する（Ｓ１５）。判定閾値は、想定する微小短絡経路Ｐｓの抵抗値と、Δｔ時間をもとに決定される。例えば、微小短絡経路Ｐｓの抵抗値を１００Ωと想定し、Δｔ時間を１時間に設定した場合、微小短絡が発生しているリチウムイオン電池セルでは１時間に４ｍＶ程度の電圧降下が発生することになる。この場合、上記判定閾値は４ｍＶに設定される。
【００３１】
算出した差分電圧ΔＶが判定閾値以上の場合（Ｓ１５のＹ）、制御部１５は、対象セルに微小短絡が発生していると判定する（Ｓ１６）。算出した差分電圧ΔＶが判定閾値未満の場合（Ｓ１５のＮ）、制御部１５は、対象セルに微小短絡が発生していないと判定する。以上の処理が、蓄電モジュールＭ１に含まれる全てのセルを対象に、電源システム１の稼働中（Ｓ１７のＮ）、繰り返し実行される。
【００３２】
図４は、本発明の実施の形態に係る管理装置１０による、微小短絡の検出方法の第２の参考例を示すフローチャートである。ステップＳ１５までの処理は、図３に示した第１の参考例と同じであるため説明を省略する。ステップＳ１５で算出した差分電圧ΔＶが判定閾値以上の場合（Ｓ１５のＹ）、制御部１５は、変数ａをインクリメントする（Ｓ１５１）。なお変数ａの初期値は０である。制御部１５は、変数ａの値をもとに、過去ｘ（例えば、４０）回の比較判定において、差分電圧ΔＶが判定閾値以上となった回数Ｎを特定する（Ｓ１５２）。
【００３３】
回数Ｎが設定値（例えば、３０）以上の場合（Ｓ１５３のＹ）、制御部１５は、対象セルに微小短絡が発生していると判定する（Ｓ１６）。回数Ｎが設定値未満の場合（Ｓ１５３のＮ）、制御部１５は、対象セルに微小短絡が発生していないと判定する。上記ｘの値と上記設定値の値を調整することにより、微小短絡の検出にかかる時間と判定精度のバランスを調整することができる。両者の関係はトレードオフ関係にあり、上記ｘの値を大きくするほど、検出にかかる時間が長くなるが、判定精度は向上する。なお図３に示した第１例は、検出にかかる時間が最も短い例となる。
【００３４】
以上の処理が、蓄電モジュールＭ１に含まれる全てのセルを対象に、電源システム１の稼働中（Ｓ１７のＮ）、繰り返し実行される。なお図３、図４に示した処理において、対象セルも平均電圧を算出する基礎データに含めてもよい。またｎ個のセルの検出電圧から、最大電圧と最小電圧をそれぞれ１つずつ除いたが、除く数は２つずつでもよいし、０でもよい。即ち、ｎ個のセルの検出電圧からそのまま平均電圧を算出してもよい。また複数の検出電圧の平均値を算出する代わりに、複数の検出電圧の中央値を算出してもよい。
【００３５】
以上に説明した微小短絡の検出方法は、複数のセルＣ１−Ｃ２０のＳＯＣ及びＳＯＨが揃っていれば、微小短絡を高精度に検出することができる。しかしながら、複数のセルＣ１−Ｃ２０のＳＯＣ又はＳＯＨがばらついた状態では、平均電圧と対象セルとの間の電圧差の変動が均一に検出できず、微小短絡の検出精度が低下する。そこで、電圧差の変動を均一に評価するために規定した一次直線に、セルの検出電圧を、ＳＯＣ及びＳＯＨに応じて写像することにより、電圧差を均一に評価する手法を以下に説明する。
【００３６】
図５は、ＳＯＨ＝８０％のＳＯＣ−ＯＣＶ曲線と、ＳＯＨ＝１００％のＳＯＣ−ＯＣＶ曲線の一例を示す図である。図５の横軸は初期容量基準のＳＯＣであり、縦軸はＯＣＶである。初期容量基準のＳＯＣは、現在ＳＯＣ／初期ＦＣＣ（Full Charge Capacity)で規定される。即ち、初期容量基準のＳＯＣは、現在ＳＯＣを初期の満充電容量で正規化したＳＯＣである。
【００３７】
ＳＯＣ−ＯＣＶマップ１５ａには、蓄電モジュールＭ１に使用されるセルの、ＳＯＨ１％刻み、ＳＯＨ５％刻み、又はＳＯＨ１０％刻みの複数のＳＯＣ−ＯＣＶ曲線が予め登録されていてもよい。またＳＯＣ−ＯＣＶマップ１５ａに、ＳＯＨ＝１００％のＳＯＣ−ＯＣＶ曲線のみが登録されている場合、制御部１５は各セルのＳＯＨをもとに、ＳＯＨ＝１００％のＳＯＣ−ＯＣＶ曲線を補正して、各セルの近似的なＳＯＣ−ＯＣＶ曲線を導出する。具体的には、ＳＯＨ＝１００％のＳＯＣ−ＯＣＶ曲線を、セルのＳＯＨに応じてＸ軸方向に縮小することにより、各セルのＳＯＨに応じたＳＯＣ−ＯＣＶ曲線の近似曲線を導出することができる。
【００３８】
図５に示すように、ＳＯＨ＝８０％で初期容量基準のＳＯＣが０．１の第１セルと、ＳＯＨ＝１００％で初期容量基準のＳＯＣが０．２の第２セルがあるとする。このとき第１セルのＯＣＶは３．３９Ｖであり、第２セルのＯＣＶは３．４６Ｖである。直列接続された第１セルと第２セルに、初期容量基準のＳＯＣ＝０．５相当の充電が実施されると、第１セルの初期容量基準のＳＯＣは０．６に、第２セルの初期容量基準のＳＯＣが０．７に増加する。このとき第１セルのＯＣＶは３．９３Ｖに、第２セルのＯＣＶは３．８９Ｖに上昇する。
【００３９】
充電前は、第２セルのＯＣＶのほうが第１セルのＯＣＶより高かったが、充電後は、第１セルのＯＣＶのほうが第２セルのＯＣＶより高くなっている。即ち、両者の電圧差の符号が逆転している。これは、第１セルと第２セルとのＳＯＨ差に起因している。そこで、ＳＯＨ差を正規化する。
【００４０】
初期容量基準のＳＯＣを入力変数、ＯＣＶを出力変数、傾きを正とする一次関数（一次直線）を導入する。図５に示す例では、ＳＯＨ＝１００％のＳＯＣ−ＯＣＶ曲線の初期容量基準のＳＯＣが０．５の地点を通る接線を、一次直線として導入している。
【００４１】
制御部１５は、各セルのＳＯＨに応じたＳＯＣ−ＯＣＶ曲線を参照して、各セルの検出電圧に対応する初期容量基準のＳＯＣを推定する。なおセルの電圧検出時に、蓄電モジュールＭ１が充放電中の場合は、検出電圧がＯＣＶではなく、ＣＣＶ（Closed Circuit Voltage）になる。簡易的な方法として、ＣＣＶをノイズ除去フィルタに通して、ノイズ除去後のＣＣＶをＯＣＶとして取り扱う方法がある。より厳密な方法として、ＣＣＶを、電流と内部抵抗をもとに補正してＯＣＶを推定する方法がある。その際、内部抵抗を、温度、ＳＯＣ及びＳＯＨに応じて補正することにより、より精度を向上させることができる。
【００４２】
制御部１５は、各セルの検出電圧に対応する初期容量基準のＳＯＣを、上記一次関数に適用して代替ＯＣＶを導出する。制御部１５は、代替ＯＣＶをもとに、正規化後の電圧差を算出する。図５では、ＳＯＨ＝８０％のＳＯＣ−ＯＣＶ曲線における初期容量基準のＳＯＣが０．６のときのＯＣＶを下方向に移動させて、一次直線における初期容量基準のＳＯＣが０．６のときのＯＣＶに変換している。また、ＳＯＨ＝１００％のＳＯＣ−ＯＣＶ曲線における初期容量基準のＳＯＣが０．７のときのＯＣＶを下方向に移動させて、一次直線における初期容量基準のＳＯＣが０．７のときのＯＣＶに変換している。そして、一次直線上に変換した２つのＯＣＶの電圧差を、正規化後の電圧差として算出している。
【００４３】
図５に示す例では、充電前の正規化後電圧差と、充電後の正規化後電圧差に差異がないと評価できるため、微小短絡が発生していないと判定される。一方、ＳＯＨの正規化をしない場合、充電前の電圧差と充電後の電圧差に差異が生じているため、微小短絡が発生していないにも関わらず、微小短絡が発生していると誤判定されてしまうことになる。
【００４４】
放電前の電圧差と放電後の電圧差を比較する場合も同様である。このように、充放電前の電圧差と、充放電後の電圧差を直線上に写像することにより、第１セルと第２セルとの間のＳＯＨの差異によるＳＯＣ−ＯＣＶ曲線の差異を吸収することができる。即ち、直列接続された複数のセルに対する充放電による複数のセルのＳＯＣの変化を、複数のセル間のＳＯＣの比率を維持したリニアな変化に置き換えることができる。微小短絡が発生していなければ、複数のセルの電圧差は、直線上のどの区間をとっても一定になる。
【００４５】
図６は、図５の一次直線の位置を変えた図である。一次直線は、電圧検出部１２の最低検出単位より大きな値の傾きを持つものであれば、どの位置に導入されてもよい。なお、電圧検出部１２の最低検出単位より傾きが小さい場合は、複数のセル間の電圧差の変化を高精度に検出することができなくなる。
【００４６】
図７は、本発明の実施の形態に係る管理装置１０による、微小短絡の検出方法の第１の実施例を示すフローチャートである。電圧検出部１２は、直列接続されたｎ個のセルの電圧を検出して制御部１５に送信する（Ｓ１０）。所定の判定周期（例えば、１０分間）が経過すると（Ｓ１１のＹ）、制御部１５は、各セルのＳＯＨに応じたＳＯＣ−ＯＣＶ曲線を参照して、各セルの初期容量基準のＳＯＣを推定する（Ｓ１１１）。制御部１５は、各セルの初期容量基準のＳＯＣをもとに、一次関数に各セルの検出電圧を写像する（Ｓ１１２）。制御部１５は、ｎ個の写像された電圧の内、最大電圧と最小電圧を除いた（ｎ−２）個のセルの平均電圧を算出する（Ｓ１２ａ）。制御部１５は、算出した平均電圧と、対象セルの写像された電圧との電圧差を算出する（Ｓ１３ａ）。
【００４７】
制御部１５は、今回算出した現在の電圧差と、Δｔ時間（例えば、１時間）前に算出した電圧差との差分電圧ΔＶを算出する（Ｓ１４）。制御部１５は、算出した差分電圧ΔＶと判定閾値を比較する（Ｓ１５）。判定閾値は、一次関数の傾きの値に応じた値に設定される。一次関数の傾きが急に設定されている場合、差分電圧ΔＶの値が大きく算出されるため、判定閾値も大きく設定する必要がある。
【００４８】
算出した差分電圧ΔＶが判定閾値以上の場合（Ｓ１５のＹ）、制御部１５は、対象セルに微小短絡が発生していると判定する（Ｓ１６）。算出した差分電圧ΔＶが判定閾値未満の場合（Ｓ１５のＮ）、制御部１５は、対象セルに微小短絡が発生していないと判定する。以上の処理が、蓄電モジュールＭ１に含まれる全てのセルを対象に、電源システム１の稼働中（Ｓ１７のＮ）、繰り返し実行される。
【００４９】
図８は、本発明の実施の形態に係る管理装置１０による、微小短絡の検出方法の第２の実施例を示すフローチャートである。ステップＳ１５までの処理は、図７に示した第１の実施例と同じであるため説明を省略する。ステップＳ１５で算出した差分電圧ΔＶが判定閾値以上の場合（Ｓ１５のＹ）、制御部１５は、変数ａをインクリメントする（Ｓ１５１）。なお変数ａの初期値は０である。制御部１５は、変数ａの値をもとに、過去ｘ（例えば、４０）回の比較判定において、差分電圧ΔＶが判定閾値以上となった回数Ｎを特定する（Ｓ１５２）。
【００５０】
回数Ｎが設定値（例えば、３０）以上の場合（Ｓ１５３のＹ）、制御部１５は、対象セルに微小短絡が発生していると判定する（Ｓ１６）。回数Ｎが設定値未満の場合（Ｓ１５３のＮ）、制御部１５は、対象セルに微小短絡が発生していないと判定する。以上の処理が、蓄電モジュールＭ１に含まれる全てのセルを対象に、電源システム１の稼働中（Ｓ１７のＮ）、繰り返し実行される。
【００５１】
以上説明したように本実施の形態によれば、各セルの検出電圧を直線上の値に変換することにより、ＳＯＣ又はＳＯＨの状態に関わらずに、共通の指標で微小短絡の有無を評価することができる。より具体的には、初期容量基準のＳＯＣを横軸として単調増加する一次直線を導入し、セルの検出電圧を、ＳＯＣ及びＳＯＨに応じて当該一次直線上の値に変換して、複数のセル間の電圧差を算出する。このように正規化された電圧差は、微小短絡が発生していない場合、変化しない。微小短絡が発生した場合、正規化された電圧差は、ＳＯＣ又はＳＯＨによらずに一律に拡大する。
【００５２】
また本実施の形態では、ＳＯＣ又はＳＯＨに応じて判定閾値を変更することがなく、一律に微小短絡の有無を判定することができる。
【００５３】
このように本実施の形態では、判定閾値や判定条件を変更せずに、セルのＳＯＣ、ＳＯＨ及び検出電圧の限られた情報から、検出電圧を、一律に微小短絡の有無を判定できる値に変換する。これにより、判定条件を細分化することなく、長期運用のどのフェーズでも、均一に精度よく微小短絡の有無を判定することができる。
【００５４】
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００５５】
上記図５、図６では、傾きが正の一次関数を用いる例を示したが、傾きが負の一次関数を用いてもよい。その場合、差分電圧と判定閾値との大小関係を逆にして判定すればよい。
【００５６】
上述の実施の形態では車載用途の電源システム１に本発明を適用する例を説明したが、定置型蓄電用途の電源システムにも本発明を適用することができる。またノート型ＰＣやスマートフォンなどの電子機器用途の電源システムにも本発明を適用することができる。
【００５７】
なお、実施の形態は、以下の項目によって特定されてもよい。
【００５８】
［項目１］
直列接続された複数のセル（Ｃ１−Ｃ２０）のそれぞれの電圧を検出する電圧検出部（１２）と、
前記複数のセル（Ｃ１−Ｃ２０）の検出電圧の内、比較対象とする少なくとも１つのセルの検出電圧にもとづく代表電圧と、検出対象とする１つのセルの検出電圧との電圧差を第１時刻と第２時刻にそれぞれ算出し、２つの電圧差の差分が閾値以上のとき、前記検出対象のセルを異常と判定する制御部（１５）と、を備え、
前記制御部（１５）は、
セル（Ｃｎ）のＳＯＨ(State Of Health）に応じたＳＯＣ(State Of Charge)−ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）曲線を参照して、前記セル（Ｃｎ）の検出電圧に対応する、前記セル（Ｃｎ）の初期容量基準のＳＯＣを推定し、
前記初期容量基準のＳＯＣを入力変数、ＯＣＶを出力変数とし、所定の傾きを有する一次関数に、前記推定したセル（Ｃｎ）の初期容量基準のＳＯＣを適用してＯＣＶを導出し、導出したＯＣＶを、前記セル（Ｃｎ）の検出電圧の代わりに使用して前記電圧差を算出する、
ことを特徴とする管理装置（１０）。
これによれば、複数のセル（Ｃ１−Ｃ２０）間のＳＯＣまたはＳＯＨのバラツキに関わらず、一律の条件でセル（Ｃｎ）の異常を判定することができる。
［項目２］
前記閾値は、前記一次関数の傾きの値に応じた値に設定されることを特徴とする項目１に記載の管理装置（１０）。
これによれば、一次関数の傾きに応じた閾値を設定することにより、微小短絡の有無を高精度に判定することができる。
［項目３］
前記制御部（１５）は、前記複数のセル（Ｃ１−Ｃ２０）の検出電圧の内、最大電圧と最小電圧を除き、残りの複数のセルの検出電圧を平均化して、前記代表電圧を算出することを特徴とする項目１または２に記載の管理装置（１０）。
これによれば、高品位な比較対象の電圧を生成することができる。
［項目４］
前記制御部（１５）は、前記２つの電圧差の差分を所定時間を経過する度に算出し、算出した電圧差の差分と前記閾値とをそれぞれ比較し、過去ｘ（ｘは２以上の整数）回の比較において、Ｎ（Ｎは２以上の整数）回以上、前記差分が前記閾値以上のとき、前記検出対象のセルを異常と判定することを特徴とする項目１から３のいずれか１項に記載の管理装置（１０）。
これによれば、微小短絡の検出にかかる時間と判定精度のバランスを好適に調整することができる。
［項目５］
直列接続された複数のセル（Ｃ１−Ｃ２０）と、
前記直列接続された複数のセル（Ｃ１−Ｃ２０）を管理する項目１から４のいずれか１項に記載の管理装置（１０）と、
を備えることを特徴とする電源システム（１）。
これによれば、複数のセル（Ｃ１−Ｃ２０）間のＳＯＣまたはＳＯＨのバラツキに関わらず、一律の条件でセル（Ｃｎ）の異常を判定することができる電源システム（１）を構築することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１  電源システム、  Ｍ１  蓄電モジュール、  Ｃ１−Ｃ２０  セル、  Ｒｓ  シャント抵抗、  Ｅ１  起電力、  Ｒｉ  内部抵抗、  Ｒ１−Ｒ２０  放電抵抗、  Ｓ１−Ｓ２０  放電スイッチ、  Ｐｓ  微小短絡経路、  １０  管理装置、  １１  放電部、  １２  電圧検出部、  １３  温度検出部、  １４  電流検出部、  １５  制御部、  １５ａ  ＳＯＣ−ＯＣＶマップ。
【図１】
2020021888.tif 000003
【図２】
2020021888.tif 000004
【図３】
2020021888.tif 000005
【図４】
2020021888.tif 000006
【図５】
2020021888.tif 000007
【図６】
2020021888.tif 000008
【図７】
2020021888.tif 000009
【図８】
2020021888.tif 000010
【国際調査報告】
2020021888.tif 000011
2020021888.tif 000012
2020021888.tif 000013
2020021888.tif 000014