(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
残存容量に対する開回路電圧の特性が、使用可能範囲に比べて使用不能範囲で大きく変化する充放電可能な二次電池を単位セルとして、該単位セルを複数個直列接続してなる組電池の充放電状態を、隣接する少なくとも２個の前記単位セルからなるセルグループ毎に判定する組電池の充放電状態判定方法であって、
前記セルグループのうち充放電状態の判定対象となる判定対象セルグループの両端電圧を検出し、
該検出結果に基づいて前記判定対象セルグループの開回路電圧を反映した判定値を設定し、
前記判定対象セルグループを構成する単位セル間に残存容量のばらつきがない時の前記判定対象セルグループの残存容量に対する開回路電圧の特性を基準特性として、前記判定値が、前記基準特性に基づいて設定された基準値に対して、予め設定された許容範囲を越えてばらついている場合に、前記判定対象セルグループを構成する単位セルの少なくともいずれか一つが過充電状態又は過放電状態にあると判定すると共に、
前記判定対象セルグループの両端電圧の検出結果から求めた該判定対象セルグループの実開回路電圧を前記判定値として設定し、
前記組電池を流れる主電流を検出し該検出値の積算値から前記判定対象セルグループの残存容量を求め、該残存容量から前記基準特性により推定される推定開回路電圧を前記基準値として用いることを特徴とする組電池の充放電状態判定方法。
【請求項２】
残存容量に対する開回路電圧の特性が、使用可能範囲に比べて使用不能範囲で大きく変化する充放電可能な二次電池を単位セルとして、該単位セルを複数個直列接続してなる組電池の充放電状態を、隣接する少なくとも２個の前記単位セルからなるセルグループ毎に判定する組電池の充放電状態判定装置であって、
前記セルグループのうち充放電状態の判定対象となる判定対象セルグループの両端電圧を検出する電圧検出手段と、
該電圧検出手段での検出結果に基づいて、前記判定対象セルグループの開回路電圧を反映した判定値を設定する判定値設定手段と、
前記判定対象セルグループを構成する単位セル間に残存容量のばらつきがない時の前記判定対象セルグループの残存容量に対する開回路電圧の特性を基準特性として、前記判定値設定手段にて設定された判定値が、前記基準特性に基づいて設定された基準値に対して、予め設定された許容範囲を越えてばらついている場合に、前記判定対象セルグループを構成する単位セルの少なくともいずれか一つが過充電状態又は過放電状態にあると判定する判定手段と、
を備え、更に、
前記判定値設定手段は、
前記電圧検出手段での検出結果に基づいて前記判定対象セルグループの実開回路電圧を求める実開回路電圧算出手段を備え、該実開回路電圧算出手段にて求められる前記実開回路電圧を前記判定値として設定し、
前記判定手段は、
前記組電池を流れる主電流を検出すると共に、該検出値の積算値から前記判定対象セルグループの残存容量を求める残存容量検出手段と、
該残存容量検出手段にて検出された残存容量から、前記基準特性に基づいて推定される推定開回路電圧を前記基準値として設定する基準値設定手段と、
を備えることを特徴とする組電池の充放電状態判定装置。
【請求項３】
請求項２記載の組電池の充放電状態判定装置において、
前記実開回路電圧算出手段は、前記電圧検出手段にて検出される前記判定対象セルグループの両端電圧に、該判定対象セルグループの内部インピーダンスにより前記主電流の方向及び大きさに応じて生じる電圧変動分を加えることにより、前記実開回路電圧を算出することを特徴とする組電池の充放電状態判定装置。
【請求項４】
前記組電池は、リチウムイオンの吸蔵放出が可能な物質にて電極が構成されたリチウム系二次電池を単位セルとしていることを特徴とする請求項２または請求項３記載の組電池の充放電状態判定装置。
【請求項５】
前記リチウム系二次電池は、正極側電極にリチウムマンガン酸化物を活物質として使用していることを特徴とする請求項４記載の組電池の充放電状態判定装置。
【請求項６】
前記リチウム系二次電池は、負極側電極にグラファイトを使用していることを特徴とする請求項４または請求項５記載の組電池の充放電状態判定装置。
【請求項７】
前記組電池は、電気自動車或いはハイブリッド電気自動車の電源装置に組み込まれたものであることを特徴とする請求項２ないし請求項６いずれか記載の充放電状態判定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、充放電可能な二次電池を単位セルとして、該単位セルを複数個直列接続してなる組電池の充放電状態を判定する組電池の充放電状態判定方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、充放電可能な二次電池を搭載し、この電池の電力で作動するモータの駆動力により走行する電気自動車が知られている。そして、電気自動車では、排気ガスを排出しない優れた特徴を持っているが、実用的な走行を可能とするには、非常に大容量の電池を搭載する必要があり、電池搭載用に大きな容積を必要とするだけでなく、車両の重量を増大させるため、走行性能がガソリン車に比べて大きく劣るという問題があった。
【０００３】
これに対して、エンジンとモータとをいずれも搭載し、エンジン効率のよい定速走行時等はエンジンの駆動力で走行（以下、エンジン走行という）し、エンジンの効率が低く、二酸化炭素や窒素酸化物の排出量が多くなる発進時やフル加速時には、モータの駆動力で走行（以下、モータ走行という）するハイブリッド電気自動車（以下、ハイブリッド車という）が知られている。このハイブリッド車では、エンジン効率のよい走行状態の時にのみエンジン走行を行うため低公害であるだけでなく、エンジン走行時に電池を充電できるため、電気自動車に比べて小容量の電池を使用することができ、従って、モータ駆動系を小型，軽量化することができる。
【０００４】
しかし、ハイブリッド車では、エンジンのみを搭載する車（以下、エンジン車という）の装備に加えてモータ駆動系を搭載するため、エンジン車に比べて車重が増大することから、エンジン車なみの走行性能を確保するには、モータ駆動系をできるだけ小型軽量にすること、特に電池の小型軽量化が望まれている。
【０００５】
ところで、ハイブリッド車搭載用電池として使用可能な二次電池として、従来より、鉛電池やニッカド，ニッケル水素電池等が知られており、これら電池は、その単体（セル）を多数直列接続してなる組電池として使用される。そして、セルの出力電圧は、鉛電池で約２Ｖ，ニッケル水素電池で１．２Ｖ（ニッカド電池もほぼ同じ）であり、例えば、３００Ｖの電圧を得るには、鉛電池では１５０，ニッケル水素電池では２５０ものセルを直列接続する必要がある。つまり、組電池を構成するセル数を減らすことが小型軽量化に結び付くため、出力電圧の高い二次電池が望まれていた。
【０００６】
このような要求に応える新しい二次電池として、高い重量エネルギ密度（同容量の鉛電池の約４倍，ニッケル水素電池の約２倍）、及び高い出力電圧（３．６Ｖ）を有するリチウムイオン系二次電池（以下、リチウム電池という）が期待されている。このリチウム電池では、出力電圧３００Ｖの組電池ならば８０セルで構成でき、即ち、組電池を構成するセル数を、ニッケル水素電池に対しては１／３以下に、鉛電池に対しては約半数に削減できるのである。
【０００７】
しかし、リチウム電池は、過充電や過放電に弱く、定められた電圧の範囲内で使用しなければ、材料の分解による著しい容量の低下や異常発熱を引き起こして電池として使用できなくなるおそれがある。このため、鉛電池やニッケル水素電池等を単位セルとする従来の組電池では、組電池の両端電圧を監視し、例えば、使用電圧範囲が１．８〜２．４Ｖの鉛電池からなるセルを１５０直列した組電池では、その両端電圧が１．８〜２．４×１５０＝２７０〜３６０Ｖの範囲に収まるように充放電制御することが一般的であったが、リチウム電池は、このように組電池の両端電圧のみで制御することができなかった。
【０００８】
即ち、組電池を構成する各セルでは、性能の個体差や周囲温度および漏れ電流の違い等によって充電可能容量がばらつき、組電池の充放電時に各セルを流れる電流がどのセルも等しいにも関わらず、各セルの残存容量（ＳＯＣ）、ひいては各セルの両端電圧がばらつく。従って、従来のように組電池の両端電圧のみを監視して、組電池の上限電圧まで充電すると、平均値より高い両端電圧を有するセルは過充電となり、逆に、組電池の下限電圧まで放電すると、平均値より低い両端電圧を有するセルは過放電となる。そして、鉛電池，ニッケル水素電池等は、過充電や過放電になっても電池の性能が多少劣化するだけであるため、このような制御でも問題なかったが、リチウム電池は、過充電や過放電によって使用不能に陥るため、このような制御を行うことができないのである。
【０００９】
そこで、リチウム電池を単位セルとした組電池では、例えば、充電中は、最も高電圧となっているセルを検出し、そのセルが上限電圧に達すると充電を終了し、一方、放電中は、最も低電圧となっているセルを検出し、そのセルが下限電圧に達すると放電を終了するように制御することにより、全てのセルを動作可能な電圧範囲で充放電する方法（例えば実開平２−１３６４４５号公報）が知られている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この方法を実現するには、多数接続された全てのセルについて、それぞれセルの両端電圧を検出するための電圧検出器を用意しなければならないため、部品点数が増加し、装置が大型化してしまうだけでなく、各セルと電圧検出器との間の配線も膨大なものとなり、広い配線スペースが必要になると共に、重量の増大も無視できなかった。更に、電圧検出器から入力される多数の信号を処理するために多くのマルチプレクサや処理速度の速いマイクロプロセッサなども用意しなければならないため、装置が高価なものとなってしまうという問題もあった。
【００１１】
本発明は、上記問題点を解決するために、個々のセル（単位セル）に電圧検出器を設けることなく簡易な構成にて過充電や過放電といった個々のセルの充放電状態を判定可能な組電池の充放電状態判定方法及び装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためになされた発明である請求項１記載の組電池の充放電判定方法では、組電池を構成するセルグループのうち充放電状態の判定対象となる判定対象セルグループの両端電圧を検出し、その検出結果に基づいて判定対象セルグループの開回路電圧を反映した判定値を設定し、更に、判定対象セルグループを構成する単位セル間に残存容量のばらつきがない時の判定対象セルグループの残存容量に対する開回路電圧の特性を基準特性として、判定値が、基準特性に基づいて設定された基準値に対して、予め設定された許容範囲を越えてばらついている場合に、判定対象セルグループを構成する単位セルの少なくともいずれか一つが過充電状態又は過放電状態にあると判定している。
【００１３】
なお、本発明では、図５（ａ）に示すように、残存容量に対する開回路電圧の特性（以下、開回路電圧特性という）が、使用可能範囲に比べて使用不能範囲で大きく変化する二次電池を単位セルとして用いている。そして、セルグループを構成する単位セルの数をＮ個とすると、これら単位セルがいずれも同じ特性を有し、且つ単位セル間で残存容量のばらつきがない場合、このセルグループの開回路電圧特性は、図５（ｂ）に示すように、単位セルの開回路電圧特性の開回路電圧をＮ倍した相似形の特性（この特性を基準特性という）となる。
【００１４】
しかし、セルグループを構成する単位セル間に残存容量のばらつきが生じると、セルグループの残存容量に対する各単位セルの開回路電圧の特性は、図６（ａ）に示すように、セルグループの残存容量を表す横軸に沿って互いにずれたものとなる。このように単位セル間に残存容量のばらつきがある場合、セルグループの開回路電圧特性は、図６（ｂ）に示すように、基準特性とは一致せず、セルグループの使用可能範囲内（残存容量０〜１００％）であっても、いずれかの単位セルが過充電或は過放電となった時点で特性が大きく変化し、基準特性とは大きく異なったものとなる。
【００１５】
従って、判定対象セルグループの開回路電圧を反映した判定値と、基準特性に基づいて設定された基準値とに基づいて、判定対象セルグループを構成する単位セルが過充電状態或は過放電状態にあるか否かを判定できるのである。このように、本発明の組電池の充放電状態判定方法によれば、複数の単位セルからなるセルグループの両端電圧を検出するだけで、セルグループを構成する単位セルが過充電状態或は過放電状態にあるか否かを判定でき、全ての単位セルの両端電圧を検出する必要がないため、このような判定を行うための構成を簡略化することができる。
【００１６】
なお、本発明の判定方法により、過放電状態或は過充電状態にあると判定された場合に、組電池の充放電を制限するように制御すれば、組電池を構成する各単位セルの故障を未然に防ぐことができ組電池の信頼性を向上させることができる。
【００１７】
【００１８】
【００１９】
【００２０】
【００２１】
また、請求項１記載の組電池の充放電判定方法では、判定対象セルグループの両端電圧の検出結果から求めた該判定対象セルグループの実開回路電圧を判定値として設定し、更に、組電池を流れる主電流を検出し、この検出値の積算値から判定対象セルグループの残存容量を求め、その残存容量から基準特性により推定される推定開回路電圧を基準値として用いている。
【００２２】
つまり、セルグループを構成する単位セル間で残存容量がばらつくと、そのセルグループの開回路電圧特性は、基準特性とは異なったものとなり、特に、いずれかの単位セルが過充放電状態となって、開回路電圧が大きく変化した時に、基準特性から大きくはずれることになるため、これを充放電状態の判定に用いているのである。
【００２３】
【００２４】
【００２５】
【００２６】
次に、請求項２記載の組電池の充放電状態判定装置は、電圧検出手段が、セルグループのうち充放電状態の判定対象となる判定対象セルグループの両端電圧を検出し、判定値設定手段が、電圧検出手段での検出結果に基づいて、判定対象セルグループの開回路電圧を反映した判定値を設定し、更に、判定手段が、判定対象セルグループを構成する単位セル間に残存容量のばらつきがない時の判定対象セルグループの残存容量に対する開回路電圧の特性を基準特性として、判定値設定手段にて設定された判定値が、基準特性に基づいて設定された基準値に対して、予め設定された許容範囲を越えてばらついている場合に、判定対象セルグループを構成する単位セルの少なくともいずれか一つが過充電状態又は過放電状態にあると判定している。
【００２７】
【００２８】
そして、判定値設定手段では、実開回路電圧算出手段が、電圧検出手段での検出結果に基づいて判定対象セルグループの実開回路電圧を求めて、この求められた実開回路電圧を判定値として設定し、判定手段では、残存容量検出手段が、組電池を流れる主電流を検出して、該検出値の積算値から判定対象セルグループの残存容量を求め、基準値設定手段が、残存容量検出手段にて検出された残存容量から、基準特性に基づいて推定される推定開回路電圧を基準値として設定している。
【００２９】
即ち、本発明の組電池の充放電状態判定装置は、請求項１記載の方法を実現するものであり、上述した請求項１記載の方法によるものと同様の効果を得ることができる。
【００３０】
なお、請求項２記載の組電池の充放電状態判定装置においては、実開回路電圧算出手段を、請求項３記載のように、電圧検出手段にて検出される前記判定対象セルグループの両端電圧に、該判定対象セルグループの内部インピーダンスにより前記主電流の方向及び大きさに応じて生じる電圧変動分を加えることにより、前記実開回路電圧を算出するように構成することができる。
【００３１】
【００３２】
また、組電池は、請求項４記載のように、リチウムイオンの吸蔵放出が可能な物質にて電極が構成されたリチウム系二次電池を単位セルとすることが望ましく、特に、請求項５記載のように、正極側電極にリチウムマンガン酸化物を活物質として使用しているリチウム系二次電池や、請求項６記載のように、負極側電極にグラファイトを使用しているリチウム系二次電池を用いれば、開回路電圧特性が、使用可能範囲と使用不能範囲とで開回路電圧の傾きが大きく異なったものとなるため好適である。
【００３３】
更に、上述のように本発明の組電池の充放電状態判定装置は、小型軽量に構成可能なため、特に、請求項７記載のように、電気自動車或いはハイブリッド電気自動車の電源装置に組み込まれた組電池の充放電状態を判定するものとして好適に適用することができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の参考例及び実施例を図面と共に説明する。
［参考例］
図１は、本参考例の組電池システムの全体構成を表す回路図であり、図２は、本参考例の組電池システムを搭載するハイブリッド自動車の駆動系を表すブロック図である。
【００３５】
図２に示すように、ハイブリッド自動車は、エンジンＥと、モータ及び発電機を兼ねる電動機Ｍとを備えており、これらエンジンＥ及び電動機Ｍにて発生した駆動力が、これら駆動力の統合，分配を行う動力統合分配装置Ｄを介して駆動輪Ｗに伝達されるように構成されている。また、電動機Ｍには充放電可能な組電池システム２が、インバータＶを介して接続されており、更に車両の走行状態や組電池システム２での充電状態等に応じて、エンジンＥや電動機Ｍの始動，停止、動力統合分配装置Ｄでの駆動力の配分、インバータＶの動作方向等を制御するハイブリッド車コントローラ（以下、ＨＥＶコントローラという）Ｃを備えている。
【００３６】
このように構成されたハイブリッド自動車では、エンジンＥの運転効率のよい定速走行時等には、ＨＥＶコントローラＣにより、エンジンＥからの駆動力が駆動輪Ｗに伝達されるよう動力統合分配装置Ｄが設定され、エンジンＥの駆動力による走行が行われる。この時、組電池システム２の充電量が不十分であれば、ＨＥＶコントローラＣにより、エンジンＥからの駆動力が電動機Ｍへも伝達されるよう動力統合分配装置Ｄが設定されると共に、電動機Ｍが発電機として動作するように設定され、電動機Ｍにて発電された電力がインバータＶを介して組電池システム２に供給され、その充電のために使用される。
【００３７】
一方、エンジンＥの運転効率の悪い始動時やフル加速時等には、ＨＥＶコントローラＣにより、電動機Ｍが、組電池システム２から電力供給を受けて動作するモータとして動作するように設定されると共に、電動機Ｍからの駆動力、又は電動機Ｍ及びエンジンＥからの駆動力を統合した駆動力が駆動輪Ｗに伝達されるように動力統合分配装置Ｄが設定され、電動機Ｍの駆動力を用いた走行が行われる。
【００３８】
次に、本参考例の組電池システム２は、図１に示すように、充放電自在な二次電池を単位セルＣij（ｉ＝１〜ｍ，ｊ＝１〜ｎ）として、これを多数直列接続してなる組電池１０を備えている。この組電池１０は、それぞれ隣接するｎ個のセルＣi1〜Ｃinからなるセルグループを一単位としたｍ個のモジュールＭ１〜Ｍｍにより構成されている。
【００３９】
なお、セルＣijは、正極にリチウムマンガン酸化物、負極にグラファイトを用いたリチウムイオン系の二次電池であり、その残存容量に対する開回路電圧の特性（単に、開回路電圧特性という）は、図５（ａ）に示すようなものとなり、上限電圧を４．２Ｖ、下限電圧を３．０Ｖとして、この間を使用可能範囲としてセル残存容量０〜１００％が定められている。つまり、残存容量１００％以上が過充電領域であり、残存容量０％以下が過放電領域である。そして、使用可能範囲の上限及び下限付近では、開回路電圧の変化が急峻であり、使用可能範囲の特性の平坦な部分での電圧変化率が２〜５ｍＶ／％であるのに対し、使用可能範囲の上限及び下限付近での電圧変化率は５０〜２００ｍＶ／％にも達する。
【００４０】
また、モジュールの開回路電圧特性は、モジュールを構成するセル間に残存容量のばらつきがない場合には、図５（ｂ）に示すように、セルの開回路電圧特性をｎ倍（図ではｎ＝４の場合を示す）したものとなる。この特性をモジュールの基本特性とよぶ。従って、モジュールでは、３．０×ｎ〜４．２×ｎの電圧範囲が使用可能範囲、即ちモジュール残存容量０〜１００％に相当する。
【００４１】
また、組電池システム２は、各モジュールＭ１〜Ｍｍの両端電圧をそれぞれ検出する電圧検出器ＯＰ１〜ＯＰｍ，及び電圧検出器ＯＰ１〜ＯＰｍからの検出信号のうちいずれか一つを制御信号ＳＥＬに従って選択するマルチプレクサ（ＭＰＸ）１４からなる電圧検出部１２と、組電池１０に直列接続された抵抗Ｒｓ，及び抵抗Ｒｓの両端電圧を検出することにより組電池１０の充放電電流（主電流）Ｉｓを検出するための電圧検出器ＯＰｓからなる主電流検出部１６と、電圧検出部１２及び主電流検出部１６の出力をそれぞれデジタル値に変換するＡＤ変換器１８，２０と、制御信号ＳＥＬの出力、ＡＤ変換器１８，２０からの検出信号の入力を行うことにより後述する充放電状態判定処理等を実行し、ＨＥＶコントローラＣへの指令を出力するマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）２２と、ＭＰＵ２２が実行する処理のプログラムや、その処理に必要なデータ等を記憶するメモリ２４とを備えている。
【００４２】
このように構成された組電池システム２では、電動機Ｍをモータとして使用する場合に、組電池１０の両端に接続された電源ラインＬを介して、組電池１０に蓄積された電力が電動機Ｍに供給され、また、電動機Ｍを発電機として使用する場合に、電源ラインＬを介して電動機Ｍから供給される電力が組電池１０に充電される。
【００４３】
以下、ＭＰＵ２４にて実行される充放電状態判定処理を、図３に示すフローチャートに沿って詳しく説明する。なお、本処理は、一定周期にて繰り返し起動されるものとする。
図３に示すように、本処理が起動されると、まずＳ１１０では、制御信号ＳＥＬの設定を順次切り替えながら、電圧検出部１２からの出力をＡＤ変換器１８を介して順次読み込むことにより、各モジュールＭ１〜Ｍｍの両端電圧（モジュール電圧ともいう）ＶＭ１〜ＶＭｍを検出すると共に、主電流検出部１６からの出力をＡＤ変換器２０を介して読み込むことにより組電池１０に流れる主電流Ｉｓを検出する。
【００４４】
続くＳ１２０では、Ｓ１１０にて検出されたモジュール電圧ＶＭ１〜ＶＭｍ及び主電流Ｉｓに基づき、（１）式を用いて、各モジュールＭ１〜Ｍｍの開回路電圧ＶＯ１〜ＶＯｍを求める。
ＶＯｉ＝ＶＭｉ＋ＺＭ×Ｉｓ （ｉ＝１〜ｍ）                （１）
但し、主電流Ｉｓの符号は、放電時にプラス，充電時にマイナスとなるように設定されている。またＺＭは、各モジュールＭ１〜Ｍｍの内部インピーダンスであり、具体的には、モジュールＭｉを構成する各セルＣi1〜Ｃinの内部インピーダンスと各セルＣi1〜Ｃin間を接続する配線の抵抗とをすべて加算したものであり、どのモジュールＭ１〜Ｍｍも同じ大きさであるとする。
【００４５】
続くＳ１３０では、Ｓ１１０にて検出された主電流Ｉｓを積算することにより、各モジュールＭ１〜Ｍｍのあるべき残存容量ＳＭを求める。
なお、各モジュールＭ１〜Ｍｍはいずれも同様に構成されており、且つ同じ主電流Ｉｓが流れるので、どのモジュールＭ１〜Ｍｍもモジュール残存容量ＳＭは等しくなる。また、ここでは、主電流Ｉｓに基づいて残存容量を算出しているが、算出精度を向上させるために、他の公知の方法を併用してモジュール残存容量ＳＭを求めてもよい。
【００４６】
続くＳ１４０では、本処理の前回の起動時にＳ１２０，Ｓ１３０にて算出されたモジュール開回路電圧をＰＶＯ１〜ＰＶＯｍ、モジュール残存容量をＰＳＭとして、（２）式を用いてモジュール開回路電圧の変化率ｄＶＯ１〜ｄＶＯｍを求める。
【００４７】
ｄＶＯｉ＝（ＶＯｉ−ＰＶＯｉ）／（ＳＭ−ＰＳＭ）           （２）
そして、Ｓ１５０では、Ｓ１４０にて求められた変化率ｄＶＯ１〜ｄＶＯｍが、いずれも許容変化率の上限である第１閾値ＴＨ１より小さいか否かを判断し、否定判定された場合、即ち、ｄＶＯｋ≧ＴＨ１となるモジュールＭｋ（対象モジュールとよぶ）が一つでも存在する場合には、Ｓ１６０に移行する。
【００４８】
Ｓ１６０では、Ｓ１１０にて検出された主電流Ｉｓが０より大きい（即ち、放電電流）か否かを判断し、肯定判定された場合にはＳ１７０に移行して、対象モジュールＭｋを構成するセルＣk1〜Ｃknの少なくとも一つが過放電状態にあるものとして、ＨＥＶコントローラＣに放電制限指令を出力後、Ｓ１９０に進む。一方、Ｓ１６０にて否定判定された場合にはＳ１８０に移行して、対象モジュールＭｋを構成するセルＣk1〜Ｃknの少なくとも一つが過充電状態にあるものとして、ＨＥＶコントローラＣに充電制限指令を出力後、Ｓ１９０に進む。
【００４９】
なお、ＨＥＶコントローラＣでは、放電制限指令が入力されると、駆動輪ＷにはエンジンＥからの駆動力のみが伝達されるように動力統合分配装置Ｄを制御し、一方、充電制限指令が入力されると、エンジンＥ或は駆動輪Ｗからの駆動力が電動機Ｍに伝達されないように動力統合分配装置Ｄを制御する。
【００５０】
そして、Ｓ１９０では、Ｓ１３０にて求めたモジュール残存容量ＳＭが使用可能範囲内（残存容量０〜１００％）であるか否かを判断し、肯定判定された場合にはＳ２００に移行し、対象モジュールＭｋを構成するセルＣk1〜Ｃknの残存容量がばらついたことによる使用可能範囲内での異常な過充放電状態であるとして、ＨＥＶコントローラＣや異常処理を行うための図示しない電子制御装置等にばらつき拡大警報を出力後、本処理を終了し、一方、Ｓ１９０にて否定判定された場合には、対象モジュールＭｋは、使用可能範囲外での正常な過充放電状態であるとして、そのまま本処理を終了する。
【００５１】
なお、ばらつき拡大警報が入力されたＨＥＶコントローラＣや電子制御装置では、組電池１０の使用を禁止したり、セルＣk1〜Ｃknの残存容量がばらついたモジュールＭｋに、そのばらつきを解消する装置を接続する等の処理を行う。この残存容量のばらつきを解消する装置として、具体的には、例えば、特開平８−５５６４３号に開示されている調整装置等を用いることができる。
【００５２】
次に、先のＳ１５０にて肯定判定された場合、即ち、全てのモジュールＭ１〜Ｍｍで、変化率ｄＶＯ１〜ｄＶＯｍが第１閾値ＴＨ１より小さい場合には、Ｓ２１０に移行して、今度は、Ｓ１４０にて求められた変化率ｄＶＯ１〜ｄＶＯｍが、第２閾値ＴＨ２（＜ＴＨ１）より小さいか否かを判断する。そして、Ｓ２１０にて否定判定された場合、即ち、ｄＶＯｋ≧ＴＨ２となるモジュールＭｋが一つでも存在する場合には、そのまま本処理を終了する。
【００５３】
一方、Ｓ２１０にて肯定判定された場合、即ち、全てのモジュールＭ１〜Ｍｍで、変化率ｄＶＯ１〜ｄＶＯｍが第２閾値ＴＨ２より小さい場合には、Ｓ２２０に移行して、ＨＥＶコントローラＣに制限解除指令を出力後、本処理を終了する。
【００５４】
なお、ＨＥＶコントローラＣでは、制限解除指令が入力されると、放電制限指令或は充電制限指令に基づいて行われていた制御の制限を解除する。
ここで、ｎ＝４とした場合を考えると、モジュールＭｋを構成する各セルＣk1〜Ｃk4の残存容量が、±１５％の範囲でばらついたとすると、モジュール残存容量に対する各セルの開回路電圧は、図６（ａ）に示すようなものとなり、即ち、最も残存容量の少ないセルＣk1は、モジュール残存容量が１５％以下の時に過放電状態となり、最も残存容量の多いセルＣk4は、モジュール残存容量が８５％以上の時に過充電状態となる。
【００５５】
そして、これら各セルＣk1〜Ｃk4の特性を合成してなるモジュールＭｋの開回路電圧特性は、図６（ｂ）に示すようなものとなり、基準特性とは異なったものとなる。このモジュールＭｋの開回路電圧特性から開回路電圧の変化率を測定してみると、どのセルＣk1〜Ｃk4も過放電或は過充電状態とならない範囲（モジュール残存容量１５％〜８５％）では、１０〜２０ｍＶ／％であるのに対して、モジュール残存容量８５％付近では１４０ｍＶ／％，モジュール残存容量１５％付近では、２４０ｍＶ／％となる。
【００５６】
従って、この場合、過充放電状態を判定するための第１閾値ＴＨ１を、１００ｍＶ／％程度に設定すれば、モジュールＭｋを構成するセルの過充放電状態を確実に判定することができる。
以上説明したように、本参考例の組電池システム２おいては、モジュールＭ１〜Ｍｍ毎にモジュール電圧ＶＭ１〜ＶＭｍを検出し、その検出値に基づいて算出されるモジュール開回路電圧の変化率から、そのモジュールＭｉを構成するセルＣi1〜Ｃinの過充放電状態を判定している。
【００５７】
従って、本参考例の組電池システム２によれば、セル毎に両端電圧を検出する従来装置（方法）に比べて、電圧検出器ＯＰｉの数を１／ｎに削減することができ、これに伴って組電池１０と電圧検出部１２とを接続する配線も大幅に削減できるため、装置を小型軽量に構成できると共に、装置を搭載するためのスペースも大幅に削減することができる。これに加えて、ＭＰＵ２２が扱う信号数が大幅に削減し、ＭＰＵ２２での処理量も大幅に減少するため、ＭＰＵ２２として比較的低速で安価なものを用いることができ、装置の作製コストも低減できる。
【００５８】
なお、モジュールＭｉを構成するセルＣi1〜Ｃinの数ｎが大きいほど、装置の小型軽量化及び作製コストの低減を効果的に図ることができるが、その一方で、モジュールの開回路電圧特性に表れる急激な電圧変化が緩和（１／ｎ程度）され、その検出が困難になり誤判定をする確率が高くなるというトレードオフの関係があるため、モジュールを構成するセル数ｎは、適用するシステムが要求する検出精度、及びセルの持つ開回路電圧特性等を考慮して適宜最適なものを設定する必要がある。
【００５９】
また、本参考例の組電池システム２によれば、セルの過充放電状態を検出した場合に、モジュール残存容量ＳＭが使用範囲内にあるか否かを判断することにより、セル間の残存容量のばらつきとは関係のない正常な過充放電状態か、セル間の残存容量がばらついたことによる異常な過充放電状態であるかを識別するようにされているので、この識別結果に応じた的確な制御を行うことができる。
【００６０】
更に、本参考例の組電池システム２によれば、制限指令を解除するための第２閾値ＴＨ２を、過充放電状態を判定するための第１閾値ＴＨ１より小さく設定してヒステリシスを持たせているので、制限指令や制限解除指令が頻繁に出力されることを防止でき、その結果、ＨＥＶコントローラＣに安定した制御を行わせることができる。
［実施例］
次に本発明が適用された実施例について説明する。
【００６１】
本実施例では、参考例の組電池システム２とは、ＭＰＵ２２が実行する充放電状態判定処理の内容が一部異なるだけであるため、この相違する部分を中心に説明する。即ち、本実施例では、充放電状態判定処理が起動されると、図４に示すように、まずＳ３１０〜Ｓ３３０は、先のＳ１１０〜Ｓ１３０と全く同様に、モジュール電圧ＶＭ１〜ＶＭｍ及び主電流Ｉｓを検出し（Ｓ３１０）、その検出結果に基づいてモジュール開回路電圧ＶＯ１〜ＶＯｍ、及びモジュール残存容量ＳＭを求める（Ｓ３２０，Ｓ３３０）。
【００６２】
続くＳ３４０では、Ｓ３３０にて求められたモジュール残存容量ＳＭによってモジュールの基準特性から基準モジュール開回路電圧を求め、これを基準値ＶＯref として設定する。なお、基準モジュール開回路電圧の算出は、例えば、モジュールの残存容量ＳＭと開回路電圧ＶＯとの関係を予め測定した結果（図５（ｂ）参照）をテーブルとしてメモリ２４に記憶しておき、このテーブルを検索することにより求めればよい。
【００６３】
続くＳ３５０では、Ｓ３２０にて求められた各モジュール開回路電圧ＶＯ１〜ＶＯｍと、Ｓ３４０にて設定された基準値ＶＯref との偏差△ＶＯ１〜△ＶＯｍを、（３）式により算出する。
△ＶＯｉ＝ＶＯｉ−ＶＯref                                 （３）
そして、Ｓ３６０では、Ｓ３５０にて求められた偏差△ＶＯ１〜△ＶＯｍが、いずれも許容偏差の上限値である上限閾値Ｕth１より小さいか否かを判断し、否定判定された場合、即ち△ＶＯｋ≧Ｕth１となるモジュールＭｋが一つでも存在する場合には、Ｓ３７０に移行して、先のＳ１８０と同様にＨＥＶコントローラＣに充電制限指令を出力後、Ｓ４００に移行する。
【００６４】
一方、Ｓ３６０にて肯定判定された場合、即ち、全てのモジュールＭ１〜Ｍｍにて、偏差△ＶＯ１〜ＶＯｍが上限閾値Ｕth１より小さい場合には、Ｓ３８０に移行し、今度は、Ｓ３５０にて求められた偏差△ＶＯ１〜△ＶＯｍが、いずれも許容偏差の下限値である下限閾値Ｌth１より大きいか否かを判断する。
【００６５】
そして、Ｓ３８０にて否定判定された場合、即ち△ＶＯｋ≦Ｌth１となるモジュールＭｋが一つでも存在する場合には、Ｓ３９０に移行し、先のＳ１７０と同様に、ＨＥＶコントローラＣに放電制限指令を出力してＳ４００に進む。
Ｓ４００，Ｓ４１０では、先のＳ１９０，Ｓ２００と同様に、モジュール残存容量ＳＭが、モジュール使用可能範囲内でなければ、ばらつき拡大警報を出力して本処理を終了する。
【００６６】
次に、先のＳ３８０にて肯定判定された場合、即ち、全てのモジュールＭ１〜Ｍｍにて、偏差△ＶＯ１〜ＶＯｍが下限閾値Ｌth１より大きい場合（結局、Ｌth１＜△ＶＯ１〜△ＶＯｍ＜Ｕth１）には、Ｓ４２０に移行し、今度は、Ｓ３５０にて求められた全ての偏差△ＶＯ１〜△ＶＯｍが、制限解除許容範囲の下限値Ｌth２（＞Ｌth１）より大きく、且つ同じ制限解除許容範囲の上限値Ｕth２（＜Ｕth１）より小さいか否かを判断する。
【００６７】
そして、このＳ４２０にて肯定判定された場合（Ｌth２＜△ＶＯ１〜△ＶＯｍ＜Ｕth２）には、Ｓ４３０に移行して、先のＳ２２０と同様に、ＨＥＶコントローラＣに制限解除指令を出力して本処理を終了し、一方、否定判定された場合、即ち、△ＶＯｋ≦Ｌth２または△ＶＯｋ≧Ｕth２となるモジュール△ＶＯｋが存在する場合には、そのまま本処理を終了する。
【００６８】
ここで、図７（ａ）は、図６の場合と同様に、ｎ＝４としてモジュールＭｋを構成する各セルＣk1〜Ｃk4の残存容量が、±１５％の範囲でばらついたときのモジュール残存容量に対する各セルの開回路電圧（実線）及びモジュールの基準特性（点線）を表すものであり、図７（ｂ）は、基準特性に対する±１５％ばらつき時の開回路電圧特性の偏差を表したものである。
【００６９】
なお、先に説明したように、最も残存容量の少ないセルＣk1は、モジュール残存容量が１５％以下の時に過放電状態となり、最も残存容量の多いセルＣk4は、モジュール残存容量が８５％以上の時に過充電状態となるため、この場合、下限閾値をＬth１＝−１．０Ｖ，上限閾値をＵth１＝０．１Ｖに設定すれば、モジュールＭｋを構成するセルＣk1〜Ｃk4の過充放電状態を確実に判定することができる。
【００７０】
以上説明したように、本実施例によれば、主電流Ｉｓの積算値から求められるモジュールの残存容量と、予め設定されたモジュールの基準特性から、モジュール残存容量に対応したあるべき開回路電圧を基準値ＶＯref として求め、これを実際の開回路電圧ＶＯｉと比較することにより、モジュールＭｉを構成する各セルＣi1〜Ｃinの過充放電状態を判定しており、モジュールＭｉ単位で検出，判定を行っているので、第１実施例と全く同様の効果を得ることができる。
【００７１】
なお、本実施例では、モジュール電圧ＶＭ１〜ＶＭｍから開回路電圧ＶＯ１〜ＶＯｍを求めると共に、主電流Ｉｓの積算値からモジュール残存容量ＳＭを求め、このモジュール残存容量ＳＭから基準特性に基づいて求められる開回路電圧の基準値ＶＯref を開回路電圧ＶＯ１〜ＶＯｍと比較することにより、モジュールを構成するセルの過充放電状態を判定しているが、主電流Ｉｓによるモジュール残存容量ＳＭと、モジュール電圧ＶＭ１〜ＶＭｍ（即ち開回路電圧ＶＯ１〜ＶＯｍ）から推定される残存容量とを比較することにより判定を行ってもよいし、また、主電流Ｉｓによるモジュール残存容量ＳＭから基準となるモジュール電圧を求め、これと検出したモジュール電圧ＶＭ１〜ＶＭｍとを比較することにより判定を行ってもよい。
【００７２】
また、本実施例において、電圧検出部１２，ＡＤ変換器１８及びＳ１１０が電圧検出手段に相当し、Ｓ３２０が判定値設定手段、Ｓ３２０〜Ｓ３６０が判定手段に相当し、特に判定手段では、Ｓ３２０が実開回路電圧検出手段、Ｓ３３０が残存容量検出手段、Ｓ３４０が基準値設定手段に相当する。
【００７３】
【００７４】
【００７５】
【００７６】
【００７７】
【００７８】
【００７９】
【００８０】
【００８１】
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、様々な態様にて実施することが可能である。
例えば、上記実施例では、各モジュール電圧ＶＭ１〜ＶＭｍとして両端電圧の検出値をそのまま用いているが、過去複数回分について両端電圧の検出値を記憶しておき、これらの移動平均をモジュール電圧ＶＭ１〜ＶＭｍとして用いてもよいし、また、前回のモジュール電圧ＰＶＭ１〜ＰＶＭｍと今回の両端電圧の検出値との指数平均をモジュール電圧ＶＭ１〜ＶＭｍとして用いてもよい。
【００８２】
また、上記実施例では、組電池１０を構成するセルＣijとして、リチウムイオン系の二次電池を用いたが、鉛電池やニッケル系電池等、他の二次電池を用いてもよい。特に、リチウムイオン系電池と同様に、残存容量の０％付近及び１００％付近での電圧変化の大きいニッケル水素電池を好適に用いることができる。
【００８３】
更に、上記実施例では、本発明をハイブリッド車に適用した例を説明したが、通常の電気自動車をはじめ、ノートパソコンや携帯用ＶＴＲ等の小型民生用電気機器、電力貯蔵用二次電池設備等に至るまで、多数のセルを直列接続してなる組電池を用いるものであれば、どのようなものに適用してもよい。
【００８４】
また更に、上記実施例では、複数のモジュールＭ１〜Ｍｍからなる組電池１０を用いて説明したが、単一のモジュールＭ１だけからなる組電池に適用してもよい。
また、上記実施例では、モジュール電圧ＶＭ１〜ＶＭｍから開回路電圧ＶＯ１〜ＶＯｍを求める際に、内部インピーダンスＺｍを用いているが、主電流Ｉｓの変動が少ない場合には、内部インピーダンスＺｍの直流抵抗成分のみを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  組電池システムの構成を表すブロック図である。
【図２】  組電池システムが適用されたハイブリッド電気自動車の概略構成を表すブロック図である。
【図３】  参考例における充放電判定処理の内容を表すフローチャートである。
【図４】  実施例における充放電判定処理の内容を表すフローチャートである。
【図５】  セルの開回路電圧特性、及びモジュールの基準特性を表すグラフである。
【図６】  モジュールを構成するセル間に残存容量のばらつきがある場合のモジュール残存容量に対する各セルの開回路電圧、及びモジュールの開回路電圧特性を表すグラフである。
【図７】  モジュールの基準特性とセル間に残存容量のばらつきがある場合のモジュール開回路電圧特性とを対比したグラフ、及び両者間の偏差を表すグラフである。
【符号の説明】
２…組電池システム  １０…組電池  １２…電圧検出部  １４…マルチプレクサ（ＭＰＸ）  １６…主電流検出部  １８，２０…ＡＤ変換器  ２２…マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）  ２４…メモリ  Ｃ11〜Ｃmn…セル  Ｍ１〜Ｍｍ…モジュール  ＯＰ１〜ＯＰｍ，ＯＰｓ…電圧検出器  Ｒｓ…抵抗  Ｃ…ＨＥＶコントローラ  Ｄ…動力統合分配装置  Ｅ…エンジン  Ｌ…電源ライン  Ｍ…電動機  Ｖ…インバータ  Ｗ…駆動輪、
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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