JP6497151B2 - 組電池の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、組電池の制御装置に関するものである。

従来より複数のセル電池（単電池）を直列に接続して構成された組電池の故障を判定する組電池の電池故障検出装置が知られている。この電池故障検出装置では、組電池電圧を測定し、セル電池個数で除して平均セル電圧を演算し、各セル電池の両端電圧と各セル電池の平均セル電圧との差が所定値以上のセル電池に対して、バイバス回路のリレー接点を所定時間閉路する（特許文献１）。

特開２００７−８５９１６号公報

しかしながら、上記の電池故障検出装置は、平均セル電圧を演算する際に用いるセル電池の個数を、予め設定した個数にしているため、組電池に含まれるセル電池の個数毎に、電池故障検出装置の仕様を変更しなければならず、コストアップの要因となっていた。

本発明が解決しようとする課題は、制御装置の仕様を変更しなくても、単電池の個数に応じた制御を実行できる制御装置を提供することである。

本発明は、任意の自然数であるＮ個未満の各単電池が、Ｎ＋１個未満の入力端子の間にそれぞれ接続される場合には、少なくとも１個の単電池の端子電圧を複数の入力端子にそれぞれ入力し、Ｎ＋１個の入力端子間に入力される端子間電圧と所定の電圧閾値とをそれぞれ比較することで、所定の電圧閾値以上の端子間電圧が入力されている入力端子を、特定入力端子として特定し、特定入力端子に接続されている単電池の個数に基づいて組電池を制御することによって上記課題を解決する。

本発明によれば、所定の電圧閾値以上の端子間電圧が入力された入力端子間には単電池が接続されていると認識することで、接続された単電池の個数を把握することができるため、制御装置の仕様を変更しなくても、単電池の個数に応じた制御を実行できる、という効果を奏する。

図１は、本発明の実施形態に係る組電池の制御装置のブロック図である。 図２は、組電池が８個の単電池を備えている場合の、組電池の制御装置のブロック図である。 図３は、組電池のブロック図である。 図４は、バッテリマネジメントシステムの制御フローを示すフローチャートである。 図５は、本発明の他の実施形態に係る組電池の制御装置のブロック図である。 図６は、バッテリマネジメントシステムの制御フローを示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

《第１実施形態》
図１及び図２は、本発明の実施形態に係る組電池の制御装置のブロック図である。図１は、１０個の単電池Ｂを有する組電池１０と接続する場合の制御装置のブロック図である。また、図２は、８個の単電池Ｂを有する組電池１０と接続する場合の制御装置のブロック図である。

組電池の制御装置は、コネクタ２０及びバッテリマネジメントシステム６０を備えている。組電池の制御装置は、コネクタ２０を組電池１０側のコネクタ（図示しない）に差し込むことで、組電池１０と電気的に接続される。

組電池１０は、複数の単電池Ｂを電気的に直列接続することで構成される電池である。組電池１０は、例えば車両の駆動用電源として用いられ、インバータを介してモータに接続されている。単電池Ｂは、リチウムイオン電池又はニッケル水素電池等の二次電池である。図１の例では、組電池１０は１０個の単電池Ｂ１〜Ｂ１０を有している。そして、組電池１０は、５個の単電池を１つのモジュールとしており、２つのモジュールを有している。なお、以下では組電池１０は車両の駆動用電源として用いられるものとして説明するが、組電池１０は例えば家庭の電力機器に電力を供給する蓄電池等の他の用途に用いられるものであってもよく、適用されるシステムは車両に限定されない。

図２の例では、組電池１０は８個の単電池Ｂ１〜Ｂ４、Ｂ６〜Ｂ９を有している。そして、組電池１０は、４個の単電池Ｂを１つのモジュールとしており、２つのモジュールを有している。単電池Ｂの個数は、組電池１０の製品出荷の段階で予め決まっている。

ここで、組電池１０の詳細な構成を、図３を用いて説明する。図３は、組電池１のブロック図である。組電池１は、内蔵されたリレー１１ａ、１１ｂを切り替えることで、複数の単電池Ｂ１〜Ｂ３から一部の単電池Ｂ１〜Ｂ３を切り離した上で、負荷と接続できる機能を有している。

図３に示すように、組電池１０は、単電池Ｂ１〜Ｂ３、切り換え回路１１、メインリレー１２ａ、１２ｂ、及びバッテリコントローラ１３を有している。単電池Ｂ１〜Ｂ３は直列に接続されている。また、単電池Ｂ１と単電池Ｂ３との間には、単電池Ｂ２を介して単電池Ｂ１と単電池Ｂ３とを接続する経路、及び、単電池Ｂ２を介さずに単電池Ｂ１と単電池Ｂ３を接続する経路が形成されている。

切り換え回路１１は、リレー１１ａと１１ｂを有している。切り換え回路１１は、組電池１内の電力の出力経路から、単電池Ｂ２を切り離すか否かを、切り替える回路である。リレー１１ａは、単電池Ｂ１の負極と単電池Ｂ２の正極との間に接続されている。リレー１１ｂは、単電池Ｂ１の負極と単電池Ｂ３の正極との間に接続されている。そして、リレー１１ａがオン状態であり、リレー１１ｂがオフ状態である場合には、単電池Ｂ１〜Ｂ３が直列に接続される。リレー１１ａがオフ状態であり、リレー１１ｂがオン状態である場合には、単電池Ｂ１及び単電池Ｂ３が直列に接続され、単電池Ｂ２は単電池Ｂ１及び単電池Ｂ３と電気的に接続されない。

メインリレー１２ａ及びメインリレー１２ｂは、組電池１から負荷への電力の出力を切り替えるためのスイッチである。単電池Ｂ１の正極が、メインリレー１２ａを介して負荷に接続される。また、単電池Ｂ３の負極がメインリレー１２ｂを介して負荷に接続される。

バッテリコントローラ１３は、リレー１１ａ及びリレー１１ｂのオン、オフを制御するためのコントローラである。バッテリコントローラ１３は、後述するバッテリマネジメントシステム６０と通信を行う。例えば、単電池Ｂ２が過放電の状態である場合には、バッテリコントローラ１３は、リレー１１ａをオフ状態にして、リレー１１ｂをオン状態にする。これにより、単電池Ｂ２が保護され、組電池１０は、単電池Ｂ１及び単電池Ｂ３の電力を出力可能な状態となる。

なお、図３では、組電池１０が、３つの単電池Ｂ１〜Ｂ３を有するときのブロック図を示しているが、単電池Ｂの数は一例に過ぎず、単電池の数は、２個又は４個以上であってもよい。また、組電池１０は、図３のように単電池Ｂ２のみを切り離すわけではなく、単電池Ｂ１又は単電池Ｂ３を切り離すことができるように、構成されていてもよい。

コネクタ２０は、組電池１０とバッテリマネジメントシステム６０との間を接続する端子である。コネクタ２０は、車両側とバッテリマネジメントシステム６０側の両方に設けられている。コネクタ２０は、組電池１０内のモジュールに対応して区分けされている。図１の例では、組電池１０は２つのモジュールを有しているため、コネクタ２０は、モジュールの数に合わせて、２つに区分けされている。またコネクタ２０は、入力端子Ｉｎ１〜Ｉｎ１２を有している。入力端子Ｉｎ１〜Ｉｎ１２は、単電池Ｂ１〜Ｂ１０の端子電圧が入力される端子である。例えば、入力端子Ｉｎ１には、単電池Ｂ１の正極の端子電圧が入力される。例えば、入力端子Ｉｎ２には、単電池Ｂ１の負極の端子電圧及び単電池Ｂ２の正極の端子電圧が入力される。

２つのコネクタのうち、高電位側のコネクタ２０は、入力端子Ｉｎ１〜Ｉｎ６を有している。また、低電位側のコネクタ２０は、入力端子Ｉｎ７〜Ｉｎ１２を有している。すなわち、高電位側のコネクタ２０は、５個の単電池Ｂ１〜Ｂ６に接続されるため、単電池Ｂ１〜Ｂ５の端子間電圧が入力されるように、６個の入力端子Ｉｎ１〜Ｉｎ６を有している。また、低電位側のコネクタ２０は、５個の単電池Ｂ６〜Ｂ１０に接続されるため、単電池Ｂ６〜Ｂ１０の端子間電圧が入力されるように、６個の入力端子Ｉｎ７〜Ｉｎ１２を有している。

図１に示すように、１０個の単電池Ｂ１〜Ｂ１０を有する組電池１０がコネクタ２０に接続される場合には、５個の単電池Ｂ１〜Ｂ５に対して、６個の入力端子Ｉｎ１〜Ｉｎ６が接続されている。そして、入力端子Ｉｎ１〜Ｉｎ６の隣り合う端子間の電位差は、単電池Ｂ１〜Ｂ５の各端子間電圧となる。そのため、入力端子Ｉｎ１〜Ｉｎ６の端子間の電圧を検出することで、入力端子Ｉｎ１〜Ｉｎ６の端子間に、それぞれ単電池Ｂが接続され、５個の単電池Ｂ１〜Ｂ５がコネクタ２０に接続されていることを判定できる。５個の単電池Ｂ６〜Ｂ１０についても同様に、入力端子Ｉｎ７〜Ｉｎ１２の端子間の電圧を検出することで、入力端子Ｉｎ７〜Ｉｎ１２の端子間に、それぞれ単電池が接続され、５個の単電池Ｂ６〜Ｂ１０がコネクタ２０に接続されていることを判定できる。

一方、図２に示すように、組電池１０が８個の単電池Ｂ１〜Ｂ４、Ｂ６〜Ｂ９を備えている場合には、単電池Ｂ５と車両側のコネクタ２０との間の配線が、二つに分岐している。すなわち、この配線は、単電池Ｂ４の負極から、車両側コネクタ２０の２つの出力端子に分岐するような分岐配線になっている。また、単電池Ｂ９と車両側のコネクタ２０との間の配線も、同様に、二つに分岐している。そして、８個の単電池Ｂ１〜Ｂ１０を有する組電池１０がコネクタ２０に接続される場合には、４個の単電池Ｂ１〜Ｂ４に対して、５個の入力端子Ｉｎ１〜Ｉｎ５が接続されており、入力端子Ｉｎ６は単電池Ｂ４の負極に接続されている。そして、入力端子Ｉｎ１〜Ｉｎ５の隣り合う端子間の電位差は、単電池Ｂ１〜Ｂ４の各端子間電圧となるが、入力端子Ｉｎ５と入力端子Ｉｎ６との間の端子間電圧は、ゼロ若しくはゼロに近い値になる。そのため、入力端子Ｉｎ１〜Ｉｎ５の端子間の電圧を検出することで、入力端子Ｉｎ１〜Ｉｎ５の端子間に、それぞれ単電池が接続され、４個の単電池Ｂ１〜Ｂ４がコネクタ２０に接続されていることを判定できる。また、入力端子Ｉｎ５と入力端子Ｉｎ６との間の端子間電圧を検出することで、入力端子Ｉｎ５、Ｉｎ６の端子間に、単電池Ｂが接続されていないことを判定できる。４個の単電池Ｂ６〜Ｂ９についても同様に、入力端子Ｉｎ７〜Ｉｎ１１の端子間の電圧を検出することで、入力端子Ｉｎ７〜Ｉｎ１１の端子間に、それぞれ単電池が接続され、４個の単電池Ｂ６〜Ｂ９がコネクタ２０に接続されていることを判定できる。また、入力端子Ｉｎ１１と入力端子Ｉｎ１２との間の端子間電圧を検出することで、入力端子Ｉｎ１１、Ｉｎ１２の端子間に、単電池Ｂが接続されていないことを判定できる。

また、単電池Ｂの数をＮ個（Ｎは任意の自然数）とすることで、単電池Ｂの個数を一般化した場合には、組電池１０とバッテリマネジメントシステム６０との間の接続形態は以下のように説明できる。本実施形態に係る組電池１０の制御装置は、最大Ｎ個の単電池Ｂを有した組電池１０を制御するために、少なくともＮ＋１個の入力端子Ｉｎ１〜ＩｎＮ＋１を備えている。そして、Ｎ個未満の単電池Ｂが、Ｎ＋１個未満の入力端子Ｉｎの間にそれぞれ接続された場合に、単電池Ｂの正極端子電圧又は負極端子電圧のいずれか一方の端子電圧が複数の入力端子にそれぞれ入力される。

インターフェイス回路（Ｉ／Ｆ回路）３０は、入力端子Ｉｎ１〜Ｉｎ１２に入力された端子電圧を、セル電圧監視部４０により認識可能なデータ方式に変換するための回路である。Ｉ／Ｆ回路３０の数は、入力端子Ｉｎ１〜Ｉｎ１２の数と対応しており、各Ｉ／Ｆ回路３０は、入力端子Ｉｎ１〜Ｉｎ１２とセル電圧監視部４０の間に接続されている。

セル電圧監視部４０は、各入力端子Ｉｎ１〜Ｉｎ１２に入力された、単電池Ｂの正極端子電圧と単電池Ｂの負極端子電圧とから、各単電池Ｂ１〜Ｂ１０の端子間電圧を検出することで、各単電池Ｂを監視する回路である。端子間電圧は、単電池Ｂの正極電圧と負極電圧との間の電位差である。

セル電圧監視部４０は、各入力端子Ｉｎ１〜Ｉｎ１２に入力された各単電池Ｂの正極端子電圧及び負極端子電圧を検出する。セル電圧監視部４０は、各単電池Ｂの正極端子電圧と負極端子電圧との偏差を算出する。そして、この偏差が、各単電池Ｂの端子間電圧に相当する。これにより、セル電圧監視部４０は、各単電池Ｂの端子間電圧を検出している。

ＣＰＵ５０は、単電池の個数に応じたソフトウェアを予め記憶している。ソフトウェアは、単電池Ｂの数に応じて単電池Ｂを監視するためのプログラムである。また、ソフトウェアは、入力端子Ｉｎ１〜Ｉｎ１２間に接続された単電池Ｂの配置パターンに応じて記憶されている。配置パターンは、単電池の個数と、入力端子Ｉｎ１〜Ｉｎ１２のうち、どの端子間に単電池Ｂが接続されているかを示している。例えば、１０個の単電池Ｂが接続された場合の監視用プログラムとして、１０個用のソフトウェアがＣＰＵ５０に記録されている。また、８個の単電池Ｂが接続された場合の監視用プログラムとして、８個用のソフトウェアがＣＰＵ５０に記録されている。なお、配置パターンは入力端子Ｉｎ１〜Ｉｎ１２のうち、どの端子間に単電池Ｂが接続されているかを表すもののみであってもよい。すなわちこれは単電池の個数と配置位置を表すものであり、単電池の個数を含む情報であることには変わりがない。

バッテリマネジメントシステム（ＢＭＳ）６０は、接続されている単電池Ｂの数を判定しつつ、接続された単電池Ｂの個数に基づいて組電池１０を制御するシステムである。単電池Ｂの個数に基づく組電池１０の制御の一例として、バッテリマネジメントシステム６０は、組電池１０の総電圧から組電池１０の個数を割ることで、単電池Ｂの平均端子間電圧を算出する。バッテリマネジメントシステム６０は、セル電圧監視部４０で監視されている各単電池Ｂの端子間電圧と、平均端子間電圧とをそれぞれ比較する。そして、バッテリマネジメントシステム６０は、端子間電圧と平均端子間電圧との電圧差が所定の電圧閾値より大きい単電池を、容量調整の対象電池として特定する。バッテリマネジメントシステム６０は、対象電池の容量を調整するために、対象電池となる単電池の放電又は充電を行う。なお、容量調整の際には、バッテリマネジメントシステム６０は、システム内に設けられている容量調整用の回路（図１、図２では図示しない）を用いればよい。これにより、バッテリマネジメントシステム６０は、単電池の個数に基づいて組電池１０を制御する。なお、バッテリマネジメントシステム６０による組電池１０の制御の一例として、容量調整を挙げたが、組電池１０の制御は、容量調整に限らず、他の制御でもよい。

次に、図４を用いて、バッテリマネジメントシステム６０の制御を説明する。図４は、バッテリマネジメントシステム６０の制御フローを示すフローチャートである。

ステップＳ１にて、例えば車両のイグニッションスイッチがオンされる等により、バッテリマネジメントシステムの電源がオンになる。ステップＳ２にて、セル電圧監視部４０及びＣＰＵ５０が初期起動であるか否かを判定する。セル電圧監視部４０及びＣＰＵ５０が初期起動である場合には、ステップＳ３にて、バッテリマネジメントシステム６０は、ＣＰＵ５０が起動させて、ＣＰＵ５０の自己診断を行う。ステップＳ４にて、バッテリマネジメントシステム６０は、セル電圧監視部４０を起動させて、セル電圧監視部４０の自己診断を行う。

一方、セル電圧監視部４０及びＣＰＵ５０が既に起動している場合には、ステップＳ５にて、バッテリマネジメントシステム６０は、ＣＰＵ５０の自己診断を行う。ステップＳ６にて、バッテリマネジメントシステム６０は、セル電圧監視部４０の自己診断を行う。

ステップＳ７にて、セル電圧監視部４０は、入力端子Ｉｎ１〜Ｉｎ１２に入力される単電池Ｂの端子電圧に基づいて、各単電池Ｂの端子間電圧を検出する。ステップＳ８にて、バッテリマネジメントシステム６０は、セル電圧監視部４０により検出した各端子間電圧と、接続電圧閾値とをそれぞれ比較する。接続電圧閾値は、予め設定された電圧の閾値であって、単電池Ｂが入力端子Ｉｎ１〜Ｉｎ１２に接続されているか否かを判定するための電圧閾値である。接続電圧閾値は、単電池Ｂの過放電を示す端子間電圧と同値、もしくはそれよりも低い電圧に設定されている。

ステップＳ９にて、バッテリマネジメントシステム６０は、接続電圧閾値以上の端子間電圧が入力されている入力端子Ｉｎ１〜Ｉｎ１２を、特定入力端子として、特定する。

例えば、図１の例では、入力端子Ｉｎ１〜Ｉｎ６の各端子間には、単電池Ｂ１〜Ｂ５の各端子間電圧が入力され、入力端子Ｉｎ７〜Ｉｎ１２の各端子間には、単電池Ｂ６〜Ｂ１０の各端子間電圧が入力される。そのため、セル電圧監視部４０により検出された各端子間電圧は接続電圧閾値以上となり、バッテリマネジメントシステム６０は、入力端子Ｉｎ１〜Ｉｎ１２を特定入力端子として特定する。

図２の例では、入力端子Ｉｎ１〜Ｉｎ５の各端子間には、単電池Ｂ１〜Ｂ４の各端子間電圧が入力され、入力端子Ｉｎ７〜Ｉｎ１１の各端子間には、単電池Ｂ６〜Ｂ９の各端子間電圧が入力される。一方、入力端子Ｉｎ５と入力端子Ｉｎ６との間には、単電池Ｂが電気的に接続されていないため、入力端子Ｉｎ５と入力端子Ｉｎ６との間の端子間電圧は、接続電圧閾値未満となる。また、入力端子Ｉｎ１１と入力端子Ｉｎ１２との間には、単電池Ｂが電気的に接続されていないため、入力端子Ｉｎ１１と入力端子Ｉｎ１２との間の端子間電圧は、接続電圧閾値未満となる。そのため、バッテリマネジメントシステム６０は、入力端子Ｉｎ１〜Ｉｎ５及びＩｎ７〜Ｉｎ１１を特定入力端子として特定しつつ、入力端子Ｉｎ６及びＩｎ１２を特定入力端子として特定しない。

ステップＳ１０にて、バッテリマネジメントシステム６０は、接続電圧閾値未満の端子間電圧が入力されている入力端子が存在するか否かを判定する。言い替えると、バッテリマネジメントシステム６０は、入力端子Ｉｎ１〜Ｉｎ１２のうち、特定入力端子として特定していない端子があるか否かを判定する。

接続電圧閾値未満の端子間電圧が入力されている入力端子が存在する場合、言い替えると、入力端子Ｉｎ１〜Ｉｎ１２のうち、特定入力端子として特定していない端子が少なくとも１つある場合には、ステップＳ１１にて、バッテリマネジメントシステム６０は、接続電圧閾値未満の端子間電圧が入力されている入力端子間には、単電池Ｂが接続されていない、と判定する。

一方、接続電圧閾値未満の端子間電圧が入力されている入力端子が存在しない場合、言い替えると、入力端子Ｉｎ１〜Ｉｎ１２の全ての端子が、特定入力端子として特定された場合には、バッテリマネジメントシステム６０は、全ての端子間に、単電池Ｂが接続されている、と判定する。

ステップＳ１２にて、バッテリマネジメントシステム６０は、特定入力端子に接続されている単電池の個数を判定する。具体的には、バッテリマネジメントシステム６０は、特定入力端子のうち、隣り合う端子には単電池Ｂが接続されていると判定し、特定入力端子の数を算出することで、単電池Ｂの個数を算出する。例えば、図２の例では、入力端子Ｉｎ１〜Ｉｎ６のうち、５個の入力端子Ｉｎ１〜Ｉｎ５が特定入力端子として特定されている。そして、５個の入力端子Ｉｎ１〜Ｉｎ５のうち、隣り合う端子間には、４個の単電池Ｂ１〜Ｂ４が接続されることになる。これにより、バッテリマネジメントシステム６０は、特定入力端子に４個の単電池が接続されていると判定する。

また、バッテリマネジメントシステム６０は、入力端子Ｉｎ１〜Ｉｎ１２間の端子間電圧に応じて、入力端子Ｉｎ１〜Ｉｎ１２のうち、どの端子間に単電池Ｂが接続されているかを判定する。そして、バッテリマネジメントシステム６０は、接続された単電池Ｂの個数、及び、単電池Ｂが接続された入力端子Ｉｎ１〜Ｉｎ６を判定することで、配置パターンを特定する。

ステップＳ１３にて、バッテリマネジメントシステム６０は、ＣＰＵ５０に予め記憶されている複数の配置パターンと、特定した配置パターンとをそれぞれ比較する。

ＣＰＵ５０に記憶された配置パターンに、特定した配置パターンと一致するパターンが有る場合には、ステップＳ１４にて、バッテリマネジメントシステム６０は、一致するパターンで単電池が接続されており且つ、接続された単電池Ｂが正常である、と判定する。ステップＳ１５にて、バッテリマネジメントシステム６０は、接続された単電池Ｂの個数に応じて、組電池１０を制御する。

一方、ＣＰＵ５０に記憶された配置パターンに、特定した配置パターンと一致するパターンが存在しない場合には、ステップＳ１６にて、バッテリマネジメントシステム６０は、接続された単電池Ｂのうち、一部の単電池Ｂが過放電であると判定する。接続された単電池の個数と、ＣＰＵ５０に記憶された配置パターンの単電池の個数との差分が、過放電として判定される単電池の個数である。

例えば、バッテリマネジメントシステム６０が、９個の単電池が接続されていると判定し、ＣＰＵ５０には、８個用のソフトウェアと１０個用のソフトウェアが、配置パターンとして記憶されていたと、仮定する。この場合に、バッテリマネジメントシステム６０は、記憶された単電池個数のうち、判定した個数の単電池（ここでは９個）よりも多く、且つ、最も単電池個数が近い個数（ここでは１０個）の配置パターンを正しい配置パターンとして特定する。そして、１０個用のソフトウェアで示される単電池Ｂの個数（１０個）から、接続された単電池Ｂの個数（９個）を差し引くことで、１個の単電池Ｂが過放電の状態である、と判定する。そして、バッテリマネジメントシステム６０は、１０個用のソフトウェアで示される単電池Ｂの配置パターンと、接続されていると判定された９個の単電池の配置とから過放電の単電池を特定する。すなわち、１０個用のソフトウェアで示される配置パターンの単電池Ｂに対し、接続されていると判定された９個の単電池に含まれない単電池を過放電の単電池として特定する。

なおここで通常、１つのモジュールを構成する単電池の数は同一であるため、例えばＣＰＵ５０に記憶された配置パターンに、特定した配置パターンと一致するパターンが存在しない場合には、特定した配置パターンにおいて各モジュール毎の単電池の個数や配列を検出し、各モジュール毎に単電池の個数や配列を比較することで、過放電の単電池を検出しても良い。

ステップＳ１７にて、バッテリマネジメントシステム６０は、組電池１０内で、過放電の単電池Ｂを他の単電池Ｂから切り離すための制御信号を、バッテリコントローラ１３に送信する。バッテリコントローラ１３は、この制御信号を受信すると、リレー１１ａ、１１ｂを切り替えて、過放電の単電池Ｂを他の単電池Ｂから切り離す。そして、過放電の単電池Ｂが他の単電池Ｂから切り離された後、バッテリマネジメントシステム６０は、フェールセーフで組電池１０を制御する。

ステップＳ１８にて、バッテリマネジメントシステム６０は、組電池１０の状態を示す状態信号を、上位ユニットに送信する。組電池１０の状態信号は、単電池Ｂが正常であるか否かを示す信号である。上位ユニットは、車両全体を制御するためのユニットである。

ステップＳ１９にて、上位ユニットは、強電接続が可能な状態であるか否かを判定する。強電接続は、組電池１０を、モータ等の車両の負荷に接続することである。上位ユニットは、バッテリマネジメントシステム６０との通信により、組電池１０の状態を管理している。そして、例えば、過放電の単電池Ｂが組電池１０内に多く含まれるような状態（過放電の単電池Ｂの個数が予め定めた個数以上の状態）になった場合には、バッテリマネジメントシステム６０は、強電接続不可である、と判定する。

強電接続が可能な場合には、ステップＳ２０にて、上位ユニットは、車両の走行又は組電池１０の充電を継続する。一方、強電接続が不可能な場合には、ステップＳ２１にて、上位ユニットは、車両の走行を停止又は組電池１０の充電を停止するように、組電池１０を制御する。そして、上位ユニットは、車両の走行又は組電池１０の充電が停止した時に、バッテリマネジメントシステム６０の電源をオフ状態にする。

ステップＳ２２にて、上位ユニットは、バッテリマネジメントシステム６０がオフ状態になっているか否かを判定する。バッテリマネジメントシステム６０がオン状態である場合には、上位ユニットは、ステップＳ５以下の制御フローを繰り返し実行する。一方、バッテリマネジメントシステム６０がオン状態である場合には、上位ユニットは、制御フローを中止する。

上記のように、本実施形態では、Ｎ個未満の各単電池Ｂが、Ｎ＋１個未満の入力端子Ｉｎ１〜ＩｎＮ＋１の間にそれぞれ接続される場合には、単電池Ｂの正極端子電圧又は負極端子電圧のいずれか一方の端子電圧が、複数の入力端子にそれぞれ入力される。Ｎ＋１個の入力端子間に入力され端子間電圧と接続電圧閾値とをそれぞれ比較することで、接続電圧閾値以上の端子間電圧が入力された入力端子を、特定入力端子として特定し、かつ、当該特定入力端子に単電池Ｂが接続されていると判定する。そして、当該特定入力端子に接続された単電池Ｂの個数に基づいて組電池１０を制御する。

これにより、所定の電圧閾値以上の端子間電圧が入力された入力端子間には単電池Ｂが接続されていると認識することで、接続された単電池の個数を把握することができる。そのため、バッテリマネジメントシステム６０は、単電池Ｂの個数に応じて、ソフトウェア制御を切り替えて、単電池Ｂの状態を管理することができる。その結果として、単電池Ｂの数が異なる組電池１０が接続されたとしても、バッテリマネジメントシステム６０の仕様を変更しなくてもよいため、コストを抑制できる。

また本実施形態では、単電池Ｂの個数を、ＣＰＵ５０に複数記憶し、ＣＰＵ５０に記憶された複数の個数と、特定入力端子に接続された単電池Ｂの個数が一致する場合に、特定入力端子に接続された単電池Ｂの個数に基づいて、組電池１０を制御する。これにより、接続された単電池の個数を把握することができるため、制御装置の仕様を変更しなくても、単電池の個数に応じた制御を実行できる。

なお、本実施形態において、図２に示すように、組電池１０が８個の単電池を備えている場合に、単電池Ｂとコネクタ２０との間の分岐配線は、例えば、単電池Ｂ３の正極から分岐して、車両側コネクタ２０の複数の出力端子に接続するような配線であってもよい。また、配線の分岐数は、単電池の個数に応じて適宜、変更すればよい。

本発明の変形例として、バッテリマネジメントシステム６０は、セル電圧監視部４０により検出された端子間電圧と、過放電電圧閾値とを比較し、その比較結果に応じて、単電池Ｂの過放電状態を判定しつつ、上記のように単電池Ｂの接続状態を判定してもよい。このとき、接続判定閾値は、過放電電圧閾値未満の値（過放電電圧閾値よりも充分小さな値であって、例えば０に電圧検出誤差を加えた値）に設定されている。そして、検出された端子間電圧が、過放電閾値より高い場合には、バッテリマネジメントシステム６０は、端子間電圧が入力された入力端子Ｉｎ間に、正常な単電池Ｂが接続されていると判定する。また、検出された端子間電圧が、過放電閾値以下で接続電圧閾値より高い場合には、バッテリマネジメントシステム６０は、端子間電圧が入力された入力端子Ｉｎ間に、過放電状態の単電池Ｂが接続されていると判定する。また、検出された端子間電圧が、接続電圧閾値以下である場合には、バッテリマネジメントシステム６０は、端子間電圧が入力された入力端子Ｉｎ間に、単電池Ｂが接続されていないと判定する。

すなわち検出された端子間電圧が、接続判定閾値以下であれば単電池Ｂが接続されていないと判定し、過放電閾値以下で接続電圧閾値より高い場合には過放電状態の単電池Ｂが接続されていると判定し、過放電閾値より高い場合には正常な単電池Ｂが接続されていると判定する。これにより、予め記憶した単電池の配置や個数と比較することなく単電池の接続個数や配置を判定することができる。また、もちろん、このように接続判定閾値と過放電閾値の両閾値を用いて接続されている単電池Ｂの個数や配列を検出すると共に、検出した単電池Ｂの個数や配列と予め記憶した単電池の配置や個数とを比較することによって検出精度を向上してもよい。

上記のセル電圧監視部４０が本発明の「検出手段」に相当し、バッテリマネジメントシステム６０が本発明の「制御手段」に相当し、ＣＰＵ５０が本発明の「記憶手段」に相当する。

《第２実施形態》
図５は、発明の他の実施形態に係る組電池の制御装置のブロック図である。本実施形態では、第１実施形態に対して、容量調整回路７０を備えている点、及び、バッテリマネジメントシステム６０の制御の一部が異なる。これ以外の構成及び制御は上述した第１実施形態と同じであり、その記載を援用する。

図５に示すように、バッテリマネジメントシステム６０は、Ｉ／Ｆ回路３０等に加えて、容量調整回路７０を備えている。容量調整回路７０は、単電池Ｂ１〜Ｂ４、Ｂ６〜Ｂ９の容量のバラツキを調整するための回路であり、放電用の抵抗７１とスイッチ７２との直列回路により構成されている。複数の容量調整回路７０は、入力端子Ｉｎ１〜Ｉｎ１２の端子間に接続されている。スイッチ７２は、端子Ｉｎ１〜Ｉｎ１２の端子間を電気的に接続する接続状態と、端子Ｉｎ１〜Ｉｎ１２の端子間を電気的に遮断する遮断状態とを切り替えるスイッチである。スイッチ７２は、バッテリマネジメントシステム６０により制御される。例えば、単電池Ｂ１の容量が、他の単電池Ｂ２〜Ｂ４、Ｂ６〜Ｂ９の容量よりも高く、電池間の容量のバラツキが大きい場合には、バッテリマネジメントシステム６０は、入力端子Ｉｎ１と入力端子Ｉｎ２との間に接続された容量調整回路７０のスイッチ７２をオン状態にして、単電池Ｂ１を放電させる。これにより、単電池Ｂ１の容量が低くなり、容量のバラツキが抑制される。

次に、図６を用いて、バッテリマネジメントシステム６０の制御を説明する。図６は、バッテリマネジメントシステム６０の制御フローを示すフローチャートである。

ステップＳ３１からステップＳ３７までの制御フローは、第１実施形態に係るステップＳ１からステップＳ７までの制御フローと同様であるため、説明を省略する。

ステップＳ３８にて、バッテリマネジメントシステム６０は、セル電圧監視部４０により検出した各端子間電圧と、過放電電圧閾値とをそれぞれ比較する。過放電電圧閾値は、単電池Ｂの性質等に応じて予め設定された電圧の閾値である。

ステップＳ３９にて、バッテリマネジメントシステム６０は、各入力端子Ｉｎ１〜Ｉｎ１２の端子間の全ての端子間電圧が過放電電圧閾値より高いか否かを判定する。各入力端子Ｉｎ１〜Ｉｎ１２の各端子間電圧のうち、少なくとも１つの端子間電圧が過放電電圧閾値以下である場合には、ステップＳ４０にて、バッテリマネジメントシステム６０は、容量調整回路７０のスイッチ７２のオン、オフを切り替える。オン、オフを切り替えるスイッチ７２は、入力端子Ｉｎ１〜Ｉｎ１２の端子間に接続されたスイッチ７２のうち、過放電電圧閾値以下の端子間電圧が入力されている入力端子Ｉｎ間のスイッチ７２である。

ステップＳ４１にて、バッテリマネジメントシステム６０は、スイッチ７２をオン、オフを切り替えることで、端子間電圧に変化があるか否かを判定する。端子間電圧の変化は、スイッチ７２がオン状態のときの端子間電圧（以下、第１端子間電圧とも称す）と、スイッチがオフ状態のときの端子間電圧（以下、第２端子間電圧とも称す）との偏差から、検出する。具体的には、バッテリマネジメントシステム６０は、スイッチ７２のオン状態及びオフ状態で、第１端子間電圧と第２端子間電圧とをそれぞれ検出し、第１端子間電圧と第２端子間電圧との差分を算出することで、偏差を検出する。そして、バッテリマネジメントシステム６０は、偏差と、所定の偏差閾値とを比較し、検出された偏差が偏差閾値以上である場合には、端子間電圧に変化有り、と判定する。一方、検出された偏差が偏差閾値未満である場合には、バッテリマネジメントシステム６０は、端子間電圧に変化無し、と判定する。

端子間電圧に変化が無い場合は、ステップＳ４２にて、バッテリマネジメントシステム６０は、端子間電圧に変化の無い入力端子間には、単電池Ｂが接続されていない、と判定する。ステップＳ４３にて、バッテリマネジメントシステム６０は、過放電電圧閾値以上の端子間電圧が入力されている入力端子Ｉｎ１〜Ｉｎ１２を、特定入力端子として、特定する。

ステップＳ４４にて、バッテリマネジメントシステム６０は、特定入力端子に接続されている単電池の個数を判定する。ステップＳ４５にて、バッテリマネジメントシステム６０は、接続された単電池Ｂが正常である、と判定する。ステップＳ４６にて、バッテリマネジメントシステム６０は、接続された単電池Ｂの個数に応じて、組電池１０を制御する。

ステップＳ４１の制御フローにおいて、端子間電圧に変化がある場合には、ステップＳ４７にて、バッテリマネジメントシステム６０は、端子間電圧に変化の有る入力端子間に接続されている単電池Ｂが過放電状態である、と判定する。ステップＳ４８にて、バッテリマネジメントシステム６０は、組電池１０内で、過放電の単電池Ｂを他の単電池Ｂから切り離すための制御信号を、バッテリコントローラ１３に送信する。過放電の単電池Ｂが他の単電池Ｂから切り離された後、バッテリマネジメントシステム６０は、フェールセーフで組電池１０を制御する。

ステップＳ４９からステップＳ５３までの制御フローは、第１実施形態に係るステップＳ１８からステップＳ２２までの制御フローと同様であるため、説明を省略する。

上記のように、本実施形態では、入力端子間に入力され端子間電圧と過放電電圧閾値とをそれぞれ比較することで、過放電電圧閾値以上の端子間電圧が入力された入力端子を、特定入力端子として特定し、かつ、当該特定入力端子に単電池Ｂが接続されていると判定する。そして、当該特定入力端子に接続された単電池Ｂの個数に基づいて組電池１０を制御する。これにより、単電池Ｂの数が異なる組電池１０が接続されたとしても、バッテリマネジメントシステム６０の仕様を変更しなくてもよいため、コストを抑制できる。

また本実施形態では、過放電閾値と端子間電圧とを比較し、端子間電圧が過放電閾値以下である場合には、端子間電圧に対応する電池を過放電電池として特定する。これにより、単電池の接続の有無に加えて、単電池の状態も把握できる。

また本実施形態では、第１端子間電圧と第２端子間電圧との偏差を検出し、当該偏差が所定の偏差閾値未満である場合には、第１端子間電圧が入力された複数の入力端子Ｉｎに、単電池が接続されていないと判定する。これにより、容量調整回路を利用しつつ、単電池Ｂの接続の有無を判定できる。

上記の容量調整回路７０が本発明の「断接回路」に相当する。

１０…組電池
１１…切替回路
１１ａ、１１ｂ…リレー
１２ａ、１２ｂ…メインリレー
１３…バッテリコントローラ
２０…コネクタ
３０…インターフェイス回路（Ｉ／Ｆ回路）
４０…セル電圧監視部
６０…バッテリマネジメントシステム
７０…容量調整回路
７１…抵抗
７２…スイッチ
Ｂ、Ｂ１〜Ｂ１０…バッテリ
Ｉｎ、Ｉｎ１〜Ｉｎ１２…入力端子

Claims (4)

1. 任意の自然数であるＮ個の単電池を電気的に直列接続した組電池の制御装置であって、
   前記Ｎ個の単電池の各正負極端子の端子電圧が入力されるＮ＋１個の入力端子と、
   前記入力端子に入力された前記単電池の正極端子電圧、及び、前記入力端子に入力された前記単電池の負極端子電圧から、前記単電池の端子間電圧を検出する検出手段と、
   前記端子間電圧に基づいて前記組電池を制御する制御手段と、
   前記単電池の個数に応じた前記単電池の配置パターンを記憶した記憶手段とを備え、
   Ｎ個未満の各単電池が、Ｎ＋１個未満の前記入力端子の間にそれぞれ接続される場合には、前記入力端子に接続された前記単電池の前記正極端子電圧又は前記負極端子電圧のいずれか一方の端子電圧が、前記単電池が接続されていない前記入力端子に入力され、
   前記制御手段は、
   前記Ｎ＋１個の入力端子間に入力される前記端子間電圧と所定の電圧閾値とをそれぞれ比較することで、前記所定の電圧閾値以上の端子間電圧が入力された前記入力端子を、特定入力端子として、特定し、
   前記特定入力端子に前記単電池が接続されていると判定し、
   前記特定入力端子に接続されている前記単電池の配置パターンと前記記憶手段に記憶された前記個数に応じた前記単電池の配置パターンとを比較し、比較結果に基づいて前記組電池を制御する
   ことを特徴とする組電池の制御装置。
2. 請求項１記載の組電池の制御装置であって、
   前記制御手段は、
   前記単電池の過放電を判定するための前記所定の電圧閾値より大きい電圧値である過放電閾値と前記端子間電圧とを比較し、
   前記端子間電圧が前記所定の電圧閾値以上で且つ前記過放電閾値以下である場合には、前記端子間電圧に対応する前記単電池を過放電電池として特定する
   ことを特徴とする組電池の制御装置。
3. 請求項１又は２のいずれか一項に記載の組電池の制御装置であって、
   前記記憶手段は、前記単電池の個数に応じた複数の前記単電池の配置パターンを記憶し、
   前記制御手段は、
   前記特定入力端子に接続されている前記単電池の数及び配置パターンが、前記記憶手段に記憶された前記個数に応じた複数の前記単電池の配置パターンの１つと一致する場合に、前記特定入力端子に接続されている前記一致した単電池の配置パターンに基づいて前記組電池を制御することを特徴とする組電池の制御装置。
4. 請求項１記載の組電池の制御装置であって、
   前記記憶手段は、前記単電池の個数に応じた複数の前記単電池の配置パターンを記憶し、
   前記所定の電圧閾値は、前記単電池の過放電を判定するための過放電電圧と同値であって、
   前記制御手段は、
   前記特定入力端子に接続されている前記単電池の数及び配置パターンが、前記記憶手段に記憶された前記個数に応じた複数の前記単電池の配置パターンの１つと一致する場合に、前記特定入力端子に接続されている前記一致した単電池の配置パターンに基づいて前記組電池を制御することを特徴とする組電池の制御装置。

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