(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の単位電池からなる組電池の異常検出装置であって、
各単位電池の電圧を検出する電圧検出手段と、
すべての単位電池の電圧に対して第１の標準偏差を演算する第１の標準偏差演算手段と、
前記第１の標準偏差演算手段での演算に用いた電圧の中から、最大値または最小値を除いた電圧に対して第２の標準偏差を演算する第２の標準偏差演算手段と、
前記第１の標準偏差と第２の標準偏差との差分値を演算する差分値演算手段と、
判定基準値を設定する判定基準値設定手段と、
前記演算された差分値と判定基準値とを比較し、前記差分値が判定基準値より大きい場合は、前記第２の標準偏差を新たな第１の標準偏差とし、前記第２の標準偏差の演算対象の電圧から最大値または最小値を除いた電圧を前記第２の標準偏差演算部の新たな演算対象として、新たな第１の標準偏差と第２の標準偏差の差分値演算を繰り返させる差分値比較手段と、
前記差分値が判定基準値以下になった場合、直前に演算された第２の標準偏差に基づいてしきい値を演算するしきい値演算手段と、
前記各単位電池の電圧と前記しきい値とを比較することによって、異常単位電池を検出する異常単位電池検出手段とを有することを特徴とする組電池の異常検出装置。
【請求項２】
前記判定基準値設定手段は、前記組電池の充電率を検出し、検出した充電率に基づいて、前記判定基準値を設定するようにしたことを特徴とする請求項１記載の組電池の異常検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、組電池における単位電池に異常が発生した場合に、それを検出する組電池の異常検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
単位電池に異常が発生した場合、その電圧がほかの単位電池と異なることになる。このことを利用して、組電池における異常単位電池の検出は、各単位電池の電圧を設定したしきい値と比較することによって行うことができる。
従来、このしきい値の設定は、例えば組電池を構成する各単位電池の電圧に対して、電圧平均値Ｖｍｅａｎおよび標準偏差σを求め、得られた電圧平均値Ｖｍｅａｎおよび標準偏差σで、例えばＶｍｅａｎ＋２０×σを演算して、その演算値をしきい値として設定することが行なわれている。
このようにして得られたしきい値は組電池を構成する単位電池のばらつきに応じて変化し、各単位電池の電圧をこのしきい値と比較して、例えばしきい値より高い電圧の単位電池が検出されると、それを異常単位電池として判定し検出する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記しきい値の演算において、電圧平均値Ｖｍｅａｎおよび標準偏差σを演算するために、各単位電池の電圧が用いられ、異常単位電池があった場合には、当然この異常単位電池の電圧をも含めた演算となる。この結果、Ｖｍｅａｎおよびσの演算値に誤差が生じ、σの誤差はさらにしきい値演算で、拡大され、演算されたしきい値は精度の低いものとなってしまう。これによって、本来検出されるべきの異常単位電池がもれて検出できなくなる可能性が生じる問題があった。
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、異常単位電池を確実に検出できる組電池の異常検出装置を提供することを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１記載の発明は、複数の単位電池からなる組電池の異常検出装置であって、各単位電池の電圧を検出する電圧検出手段と、すべての単位電池の電圧に対して第１の標準偏差を演算する第１の標準偏差演算手段と、第１の標準偏差演算手段での演算に用いた電圧の中から、最大値または最小値を除いた電圧に対して第２の標準偏差を演算する第２の標準偏差演算手段と、第１の標準偏差と第２の標準偏差との差分値を演算する差分値演算手段と、判定基準値を設定する判定基準値設定手段と、演算された差分値と判定基準値とを比較し、差分値が判定基準値より大きい場合は、第２の標準偏差を新たな第２の標準偏差とし、第２の標準偏差の演算対象の電圧から最大値または最小値を除いた電圧を第２の標準偏差演算部の新たな演算対象として、新たな第１の標準偏差と第２の標準偏差の差分値演算を繰り返させる差分値比較手段と、差分値が判定基準値以下になった場合、直前に演算された第２の標準偏差に基づいてしきい値を演算するしきい値演算手段と、各単位電池の電圧としきい値とを比較することによって、異常単位電池を検出する異常単位電池検出手段とを有するものとした。
【０００５】
請求項２記載の発明は、判定基準値設定手段が、組電池の充電率を検出し、検出した充電率に基づいて、判定基準値を設定するものとした。
【０００６】
【発明の効果】
請求項１記載の発明では、異常が発生した単位電池は他のどの単位電池よりも大きいかまたは小さい電圧を示すから、各単位電池の電圧から少なくとも最大値または最小値を除くことによって、とくに異常の程度の大きい単位電池の影響を無くして、しきい値を演算することができる。これによってしきい値の精度が高くなり、異常の単位電池を確実に検出することが可能になる。
また、各単位電池の電圧から少なくとも最大値または最小値を除くことによって、とくに異常の程度の大きい単位電池の影響を無くした第２の標準偏差を演算し、その標準偏差に基づいてしきい値を演算するようにしたので、しきい値の精を高くすることができるとともに、組電池に応じて単位電池のばらつき度に適するしきい値を得ることができ、組電池を選ばず、かつ確実に異常単位電池を検出することができる。
そして、全単位電池の電圧に対する第１の標準偏差と、第２の標準偏差との差分値が判定基準値より大きい場合は、第２の標準偏差を新たな第１の標準偏差とし、さらに最大値または最小値を除いたものを新たな第２の標準偏差の対象とすることを繰り返す。最大値または最小値が順次に除かれることによって、前回に比べて、第１の標準偏差および第２の標準偏差の値がともに小さくなると同時に差分値が縮小される。
差分値が判定基準値以下になったときの第２の標準偏差に基づいて精度の高いしきい値が演算されるので、多くの異常単位電池が発生した場合でも、それを確実に検出することができる。
【０００７】
請求項２記載の発明では、上記判定基準値を組電池の充電率に対応して設定するので、第２の標準偏差が組電池の充電率と対応関係をもって演算される。これによって、組電池の充電率にしたがって変化するしきい値を得ることができ、組電池の使用状況を問わず、異常単位電池を確実に検出することが可能になる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態として、電気自動車の駆動源として用いられる組電池における単位電池（以下セルと呼ぶ）の異常検出装置について説明する。
図１は、組電池の使用状態を示す概略図である。
組電池Ｃは、ｎ個のセルＣ１、Ｃ２、…、Ｃｎを直列に接続して構成される。電気自動車の駆動源として例えばｎ＝９６（個）とされる。セルＣ１〜Ｃｎは４個ずつにまとめられ、モジュールＭ１、Ｍ２、…Ｍｍを構成する。各モジュールＭにセルコントローラＣＣ（ＣＣ１、…、ＣＣｍ）が設置され、モジュール単位にセルの充放電を管理する。
【０００９】
セルコントローラＣＣは、電圧検出部と放電部を有し、通信線によってバッテリコントローラＢＣと連結されている。
組電池Ｃは、インバータＩＢに接続され、駆動系に連結された駆動モータＭを駆動する。
バッテリコントローラＢＣおよびインバータＩＢの制御端は車両コントローラＢＢに接続されている。
車両コントローラＢＢは、運転指令などの情報を受けて、インバータＩＢやバッテリコントローラＢＢを制御して、車両制御を行う。
【００１０】
セルコントローラＣＣは、組電池Ｃが充電されるとき、各セルの電圧を検出し、バッテリコントローラＢＣから送信された充電情報とに基づいて、充電進行の早いセルに対して放電を行う。これによって、各セルがほぼ同じ充電率で充電され、過充電などによるセルの早期劣化が防止される。バッテリコントローラＢＣは、さらに各セルについて異常がある否かを検出する機能を有している。
【００１１】
バッテリコントローラＢＣにおける異常セルの検出は、図２に示すフローチャートに従って実行される。
すなわち、イグニションオンなど車両の起動または充電開始の信号が車両コントローラＢＢから入力されると、ステップ１０１において、各セルコントローラＣＣから、無負荷状態での各セルの電圧を入力し記憶する。
【００１２】
ステップ１０２においては、第１の電圧平均値として、全セルの電圧の電圧平均値Ｖｍｅａｎ１を演算する。
ステップ１０３において、第１の標準偏差として、全セルの電圧の標準偏差σ１を演算する。
【００１３】
ステップ１０４においては、全セルの電圧の和である総電圧を演算して、ステップ１０５において、演算された総電圧に基づいて、記憶されている充電率（ＳＯＣ）と総電圧の対応関係を示す充電率マップから、充電率を読み込む。
図２は充電率マップを示す図である。
この図によれば、組電池Ｃの総電圧は、充電率が高くなるに従って高くなるようになっている。
【００１４】
その後、ステップ１０６において、読み込んだ充電率に基づいて、記憶されている判定基準値マップから、判定基準値Ｖσを演算する。
図３は、判定基準値マップを示す図である。
ここで、充電率（ＳＯＣ）が大きくなるにしたがって判定基準値が小さくなるようになっている。
【００１５】
ステップ１０７においては、上記第１の標準偏差を演算した電圧の中から、最大値と最小値を除いて、第２の標準偏差を演算するためのセルを設定する。
例えば９６個のセルについて第１の標準偏差を演算したとき、第２の標準偏差を演算するためのセル数は９４個となる。
ステップ１０８において、ステップ１０７で設定されたセルの電圧を用いて、第２の電圧平均値として電圧平均値Ｖｍｅａｎ２を演算する。
ステップ１０９において、ステップ１０７で設定されたセルの電圧を用いて、第２の標準偏差として標準偏差σ２を演算する。
ステップ１１０においては、第１の標準偏差σ１と第２の標準偏差σ２との差分値Δσを演算する。
【００１６】
ステップ１１１においては、上記演算された差分値Δσと判定基準値Ｖσとを比較して、ΔσがＶσより大きい場合は、ステップ１１２へ進み、ここで、第２の標準偏差σ２を第１の標準偏差σ１として設定し、第２の電圧平均値Ｖｍｅａｎ２を第１の電圧平均値Ｖｍｅａｎ１として設定して、ステップ１０７へ戻る。
再度のステップ１０７では、前回の第２の標準偏差を演算した電圧の中から、最大値と最小値が除かれ、ステップ１０８、１０９で第２の電圧平均値Ｖｍｅａｎ２、第２の標準偏差σ２が新たに演算される。上記処理が繰り返されることによって、第２の標準偏差と第１の標準偏差の差は小さくなっていく。
【００１７】
すなわち、組電池は、長く使用しないことで、単位電池の電圧のばらつきが広がる。このように使用に際して、ばらつきが変化するので、例えばばらつきが小さい状態で、標準偏差が演算されると、小さい値となる。一方ばらつきが大きい状態で、標準偏差を求めると大きい値となる。したがって、標準偏差はばらつきの有無すなわち異常セルがあるか否かを良く表わす。そこで、両極端の最大値と最小値を除いて母数を小さくしていくと標準偏差は小さくなるとともにその差分値も小さくなるので、差分値が所定の判定基準値になれば異常セルが排除されたものと判断できる。
【００１８】
ステップ１１１で、差分値Δσが判定基準値Ｖσ以下になったと判定されると、ステップ１１３へ進む。
こうして充電率に対応した判定基準値Ｖσを用いて、差分値が判定基準値以下になった第２の標準偏差を求めることにより、異常セルを排除した第２の標準偏差が求められることになる。
ステップ１１３において、今回演算された第２の標準偏差σ２と第２の電圧平均値Ｖｍｅａｎ２とで、しきい値Ｖｓを演算する。しきい値Ｖｓは、例えば、次のように、
Ｖｓ＝Ｖｍｅａｎ２＋２０×σ２
で演算することができる。
【００１９】
その後、ステップ１１４において、各セルの電圧としきい値Ｖｓとを比較し、電圧がしきい値以上のセルを検出すると、ステップ１１５で車両コントローラＢＢに警報を行うように指令を出力する。これによって、車両コントローラＢＢは、接続されているディスプレイＤｓとブザーＰｚに警報を行うように制御する。運転者などは、警報によって異常セルの発生を知ることができる。
そして、ステップ１１４で、すべてのセルの電圧がしきい値より小さい場合は、組電池に異常セルがないものとして、判定を終了する。
【００２０】
本実施の形態では、上記のステップ１０１が発明の電圧検出手段を構成し、ステップ１１４が異常単位電池検出手段を構成している。
とくに、ステップ１０２、１０３は第１の標準偏差演算手段を構成し、ステップ１０４〜１０６は判定基準値設定手段を、ステップ１０７〜１０９は第２の標準偏差演算手段を、ステップ１１０は差分値演算手段を、ステップ１１１、１１２は差分値比較手段を、そして、ステップ１１３はしきい値演算手段を構成する。
【００２１】
以上のように、本実施の形態では、第１の標準偏差と第２の標準偏差の差分値を演算し、その差分値が判定基準値と比較され、判定基準値より大きい場合は、第１の標準偏差と第２の標準偏差を、前回、演算した電圧から、それぞれ最大値と最小値を除いて、新たに演算するから、その過程で異常セルが排除され、異常セルの影響を受けない標準偏差を求めることができる。
【００２２】
また判定基準値は充電率が増加するにしたがって小さくなっており、ばらつきの小さい充電率が高いときには小さい判定基準値が設定され、逆に、ばらつきの大きい充電率が低いときには大きい判定基準値が設定されるから、ばらつきの変化に対応して異常セルを排除することができる。これによって、組電池の充電状態を問わず、異常セルを検出することができる。
また、上述した実施の形態では、ステップ１０７で最大値および最小値を除くようにしたが、いずれか一方を除くようにしても、同様の効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態における組電池の使用状態を示す概略図である。
【図２】異常セルを検出するためのフローチャートである。
【図３】総電圧と充電率の対応関係を示す充電率マップである。
【図４】充電率と判定基準値の対応関係を示す判定基準値マップである。
【符号の説明】
Ｃ                  組電池
Ｃ１…Ｃｎ          セル
ＣＣ１…ＣＣｍ      セルコントローラ
ＢＣ                バッテリコントローラ
ＢＢ                車両コントローラ
ＩＢ                インバータ
Ｍ                  駆動モータ
Ｄｓ                ディスプレイ
Ｐｚ                ブザー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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