JP2014023278A - 蓄電システム - Google Patents

Abstract

【課題】複数の蓄電素子が並列に接続された蓄電ブロックにおいて、電流遮断器の作動状態を判別する。
【解決手段】蓄電システムは、並列に接続された複数の蓄電素子をそれぞれ有し、直列に接続された複数の蓄電ブロックと、各蓄電ブロックの状態を判別するコントローラと、を有する。各蓄電素子は、蓄電素子の内部における電流経路を遮断する電流遮断器を有している。コントローラは、電流遮断器が作動する基準電流値よりも小さい電流であって蓄電ブロック内において所定数の電流遮断器が作動したことによって電流遮断器が作動していない蓄電素子に流れ込む電流が基準電流値よりも上昇して蓄電ブロック内全ての作動していない電流遮断器を作動させる大きさとなる電流を蓄電ブロックに流し、蓄電ブロックの電圧又は電流の検出値に基づいて、電流遮断器が作動状態にある蓄電ブロックを判別する。
【選択図】図３

Description

本発明は、電流遮断器をそれぞれ有する複数の蓄電素子が並列に接続された蓄電ブロックにおいて、電流遮断器の作動状態を判別する蓄電システムに関する。

特許文献１に記載の集合電池では、複数の電池を並列に接続した構成において、並列に接続された各単電池に対してヒューズを接続している。ヒューズは、過大な電流が流れたときに溶断することにより、電流経路を遮断する。また、特許文献２に記載の技術では、電池の内部抵抗の変化に基づいて、電池に含まれる電流遮断機構の作動を検出している。

特開平０５−２７５１１６号公報 特開２００８−１８２７７９号公報 特開２０１１−１３５６５７号公報

複数の電池が並列に接続された構成では、電流遮断器の作動数に応じて、電流遮断器が作動していない電池に流れる電流値が変化する。具体的には、電流遮断器が作動すると、電流遮断器が作動していない電池に流れる電流値が上昇し、電流遮断器が作動していない電池に対する電流負荷が増加してしまう。

このため、電流遮断器が作動することにより、電流遮断器が作動していない他の電池の発熱量が増加したり電流負荷が増加するので、電池の安全性の観点から電流遮断器の作動状態を精度よく検出して、電池の継続使用を中止したり、電流遮断器が作動した電池を交換するなどの措置を講ずることが好ましい。

しかしながら、特許文献２のように、電池の電圧挙動を監視して事前に測定した基準電圧と比較しても並列接続されているために、例えば、電流遮断器の作動数が少ないと、電流遮断器が作動した場合の電圧挙動と電流遮断器が作動していない電圧挙動との間の変化を捉えにくく、電流遮断器の作動状態を精度よく検出することができない課題があった。

また、電池特性は、環境温度、製造時のバラツキや電池の劣化等によって異なる。このため、電流遮断器が作動した場合の電圧挙動と、電池の特性変化による電圧挙動とを適切に識別することができず、電流遮断器の作動状態を精度よく検出することができない。

また、電流遮断器が作動することによって複数の電池全体の電池容量が低下するので、ＳＯＣの変化を監視して電流遮断器の作動状態を検出することも考えられるが、上述したように電流遮断器の作動数が少ないと、ＳＯＣの変化が捉え難く、電流遮断器が作動しているか否かを精度よく検出することができない。

そこで、本発明は、電流遮断器をそれぞれ有する複数の蓄電素子が並列に接続された蓄電ブロックにおいて、電流遮断器が作動する基準電流値を利用して電流遮断器の作動有無を精度よく判別することができる蓄電システムを提供することを目的とする。

本願第１の発明である蓄電システムは、複数の蓄電ブロックと、各蓄電ブロックの状態を判別するコントローラと、を有する。複数の蓄電ブロックは、直列に接続されており、各蓄電ブロックは、並列に接続された複数の蓄電素子を有する。各蓄電素子は、蓄電素子の内部における電流経路を遮断する電流遮断器を有する。コントローラは、電流遮断器が作動する基準電流値よりも小さい電流であって蓄電ブロック内において所定数の電流遮断器が作動したことによって電流遮断器が作動していない蓄電素子に流れ込む電流が基準電流値よりも上昇して蓄電ブロック内全ての作動していない電流遮断器を作動させる大きさとなる電流を蓄電ブロックに流し、蓄電ブロックの電圧又は電流の検出値に基づいて、電流遮断器が作動状態にある蓄電ブロックを判別する。

本願第１の発明によれば、並列に接続される蓄電素子の電流遮断器が作動すると、電流遮断器が作動していない残りの蓄電素子に電流が集中し、電流遮断器が作動していない残りの蓄電素子に流れる電流値が大きくなる。このため、電流遮断器が作動する基準電流値よりも小さい電流を蓄電ブロックに流した場合であっても、蓄電ブロック内で既に電流遮断器が作動している状態であれば、作動していない電流遮断器に対して基準電流値よりも大きい電流が流れて蓄電ブロック内の全ての電流遮断器が作動し、電流遮断器が一つも作動していない状態であれば、電流遮断器には基準電流値よりも小さい電流が流れて電流遮断器が作動しない。このため、蓄電ブロックの電圧又は電流の検出値に基づいて、電流遮断器が作動状態にある蓄電ブロックを判別することができる。

電池システムの構成を示す図である。 高容量型組電池の単電池の構成を示す図である。 実施例１の電流遮断器の作動判別を説明するための図である。 実施例１の電流遮断器作動判別処理を示すフローチャートである。 電流遮断器の作動状態を判別する変形例を説明する図である。

以下、本発明の実施例について説明する。

本実施例における電池システムについて、図１を用いて説明する。図１は、電池システムの構成を示す概略図である。本実施例の電池システムは、車両に搭載されている。車両としては、ハイブリッド自動車や電気自動車がある。本実施例では、ハイブリッド自動車を一例に説明しているが、例えば、車両を走行させる動力源として電池システム（組電池）だけを備えている電気自動車であってもよい。

電池システムは、電気的に並列に接続された高出力型組電池１０および高容量型組電池２０を有する。高出力型組電池１０の正極端子およびインバータ３１は、正極ライン（ケーブル）ＰＬ１を介して接続され、高出力型組電池１０の負極端子およびインバータ３１は、負極ライン（ケーブル）ＮＬ１を介して接続されている。正極ラインＰＬ１には、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ１が設けられており、負極ラインＮＬ１には、システムメインリレーＳＭＲ−Ｇ１が設けられている。インバータ３１は、高出力型組電池１０から供給された直流電力を交流電力に変換する。

高容量型組電池２０の正極端子およびインバータ３１は、正極ライン（ケーブル）ＰＬ２を介して接続され、高容量型組電池２０の負極端子およびインバータ３１は、負極ライン（ケーブル）ＮＬ２を介して接続されている。正極ラインＰＬ２には、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ２が設けられており、負極ラインＮＬ２には、システムメインリレーＳＭＲ−Ｇ２が設けられている。インバータ３１は、高容量型組電池２０から供給された直流電力を交流電力に変換する。

インバータ３１には、モータ・ジェネレータ３２（交流モータ）が接続されており、モータ・ジェネレータ３２は、インバータ３１から供給された交流電力を受けて、車両を走行させるための運動エネルギを生成する。モータ・ジェネレータ３２は、車輪３３と接続されている。また、車輪３３には、エンジン３４が接続されており、エンジン３４で生成された運動エネルギが車輪３３に伝達される。これにより、組電池１０，２０やエンジン３４の出力を用いて、車両を走行させることができる。エンジン３４は、高出力型組電池１０の出力を用いて始動させることができる。

車両を減速させたり、停止させたりするとき、モータ・ジェネレータ３２は、車両の制動時に発生する運動エネルギを電気エネルギ（交流電力）に変換する。インバータ３１は、モータ・ジェネレータ３２が生成した交流電力を直流電力に変換して、組電池１０，２０に供給する。これにより、組電池１０，２０は、回生電力を蓄えることができる。

コントローラ３５は、インバータ３１およびモータ・ジェネレータ３２のそれぞれに制御信号を出力して、インバータ３１およびモータ・ジェネレータ３２の駆動を制御する。また、コントローラ３５は、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ１，ＳＭＲ−Ｂ２，ＳＭＲ−Ｇ１，ＳＭＲ−Ｇ２のそれぞれに制御信号を出力することにより、各システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ１，ＳＭＲ−Ｂ２，ＳＭＲ−Ｇ１，ＳＭＲ−Ｇ２をオンおよびオフの間で切り替える。

システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ１，ＳＭＲ−Ｇ１がオンであるとき、高出力型組電池１０の充放電を行うことができ、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ１，ＳＭＲ−Ｇ１がオフであるとき、高出力型組電池１０の充放電が行われない。システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ２，ＳＭＲ−Ｇ２がオンであるとき、高容量型組電池２０の充放電を行うことができ、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ２，ＳＭＲ−Ｇ２がオフであるとき、高容量型組電池２０の充放電が行われない。

なお、本実施例の各組電池１０，２０は、インバータ３１に直接接続されているが、これに限るものではない。具体的には、組電池１０，２０の少なくとも一方およびインバータ３１の間の電流経路に、昇圧回路を配置することができる。これにより、昇圧回路は、組電池１０，２０の少なくとも一方における出力電圧を昇圧し、昇圧後の電力をインバータ３１に供給することができる。また、昇圧回路は、インバータ３１の出力電圧を降圧し、降圧後の電力を組電池１０，２０の少なくとも一方に供給することができる。

本実施例の車両では、車両を走行させるための動力源として、組電池１０，２０だけでなく、エンジン３４も備えている。エンジン３４としては、ガソリン、ディーゼル燃料又はバイオ燃料を用いるものがある。

本実施例の車両では、高出力型組電池１０の出力や高容量型組電池２０の出力だけを用いて、車両を走行させることができる。この走行モードを、ＥＶ（Electric Vehicle）走行モードという。例えば、充電状態（ＳＯＣ：State of Charge）が１００％付近から０％付近に到達するまで、高容量型組電池２０を放電させて、車両を走行させることができる。ＳＯＣとは、満充電容量に対する現在の充電容量の割合である。

高容量型組電池２０のＳＯＣが０％付近に到達した後は、外部電源を用いて、高容量型組電池２０を充電することができる（外部充電）。外部電源とは、車両の外部において、車両とは別に設けられた電源であり、外部電源としては、例えば、商用電源を用いることができる。商用電源を用いるときには、交流電力を直流電力に変換する不図示の充電器が必要となる。充電器は、車両の外部において、車両とは別に設けることもできるし、図１に示す電池システムに追加することもできる。

また、高容量型組電池２０のＳＯＣが０％付近に到達した後では、高出力型組電池１０およびエンジン３４を併用して、車両を走行させることができる。この走行モードを、ＨＶ（Hybrid Vehicle）走行モードという。ＨＶ走行モードでは、エンジン３４の出力だけでなく、高出力型組電池１０の出力も用いて、車両を走行させることができる。このとき、エンジン３４および高出力型組電池１０を併用することもできる。

また、ＨＶ走行モードでは、例えば、高出力型組電池１０のＳＯＣが、予め定めた基準ＳＯＣに沿って変化するように、高出力型組電池１０の充放電を制御することができる。例えば、高出力型組電池１０のＳＯＣが基準ＳＯＣよりも高いときには、高出力型組電池１０を放電して、高出力型組電池１０のＳＯＣを基準ＳＯＣに近づけることができる。また、高出力型組電池１０のＳＯＣが基準ＳＯＣよりも低いときには、高出力型組電池１０を充電して、高出力型組電池１０のＳＯＣを基準ＳＯＣに近づけることができる。

ＨＶ走行モードでは、高出力型組電池１０だけではなく、高容量型組電池２０も用いることができる。例えば、ＥＶ走行モードでの走行を終了させるときに、高容量型組電池２０の容量を残しておき、ＨＶ走行モードにおいて、高容量型組電池２０を放電させることができる。また、ＨＶ走行モードにおいて、回生電力を高容量型組電池２０に蓄えることもできる。

このように本実施例の電池システムは、車両走行に用いられる２つの組電池１０，２０を有しており、例えば、高容量型組電池２０は、主にＥＶ走行モードで用いることができ、高出力型組電池１０が、主にＨＶ走行モードで用いることができる。

高出力型組電池１０は、図１に示すように、電気的に直列に接続された複数の単電池１１を有している。単電池１１は、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池といった二次電池である。また、二次電池の代わりに、電気二重層キャパシタ（コンデンサ）を用いることができる。

高出力型組電池１０を構成する単電池１１の数は、高出力型組電池１０の要求出力などを考慮して適宜設定することができる。単電池１１としては、例えば、いわゆる角型の単電池を用いることができる。角型の単電池とは、電池の外形が直方体に沿って形成された単電池である。

単電池１１は、電池ケースを有しており、電池ケース内部に充放電を行う発電要素が収容されている。発電要素は、正極素子と、負極素子と、正極素子および負極素子の間に配置されるセパレータとを有する。正極素子は、集電板と、集電板の表面に形成された正極活物質層とを有する。負極素子は、集電板と、集電板の表面に形成された負極活物質層とを有する。セパレータ、正極活物質層および負極活物質層には、電解液が含まれている。なお、電解液の代わりに、固体電解質を用いることもできる。

図１に示すように、高出力型組電池１０には、監視ユニット１２が設けられている。監視ユニット１２は、高出力型組電池１０の端子間電圧及び各単電池１１の電圧を検出し、検出結果をコントローラ３５に出力する。電流センサ１３は、正極ラインＰＬ１上に設けられ、高出力型組電池１０に流れる電流値を検出し、検出結果をコントローラ３５に出力する。

高出力型組電池１０を放電しているときには、電流センサ１３によって検出された電流値として、正の値を用いることができる。また、高出力型組電池１０を充電しているときには、電流センサ１３によって検出された電流値として、負の値を用いることができる。電流センサ１３は、高出力型組電池１０に流れる電流値を検出できればよく、正極ラインＰＬ１ではなく、負極ラインＮＬ１に設けることもできる。

高容量型組電池２０は、図１に示すように、直列に接続された複数の電池ブロック（蓄電ブロックに相当する）２１を有している。複数の電池ブロック２１を直列に接続することにより、高容量型組電池２０の出力電圧を確保することができる。ここで、電池ブロック２１の数は、高容量型組電池２０に対して要求される電圧を考慮して、適宜設定することができる。

各電池ブロック２１は、並列に接続された複数の単電池（蓄電素子に相当する）２２を有する。複数の単電池２２を並列に接続することにより、電池ブロック２１（高容量型組電池２０）の満充電容量を増やすことができる。各電池ブロック２１を構成する単電池２２の数は、高容量型組電池２０に要求される満充電容量を考慮して、適宜設定することができる。

複数の電池ブロック２１は、直列に接続されているため、各電池ブロック２１には、等しい電流が流れる。各電池ブロック２１では、複数の単電池２２が並列に接続されているため、各単電池２２に流れる電流値は、電池ブロック２１に流れる電流値を、電池ブロック２１を構成する単電池２２の数（総数）で除算した電流値となる。具体的には、電池ブロック２１を構成する単電池２２の総数がＮ個であり、電池ブロック２１に流れる電流値がＩｓであるとき、各単電池２２に流れる電流値は、Ｉｓ／Ｎとなる。なお、本実施例では、電池ブロック２１を構成する複数の単電池２２において、内部抵抗のバラツキが発生していないものとしている。

単電池２２としては、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池といった二次電池を用いることができる。また、二次電池の代わりに、電気二重層キャパシタ（コンデンサ）を用いることができる。例えば、単電池２２としては、１８６５０型の電池を用いることができる。１８６５０型の電池は、いわゆる円筒型の電池であり、直径が１８［ｍｍ］であり、長さが６５．０［ｍｍ］である。円筒型の電池とは、電池ケースが円筒状に形成されており、電池ケースの内部には、充放電を行う発電要素が収容されている。

単電池２２は、図２に示すように、発電要素２２ａおよび電流遮断器２２ｂを有する。発電要素２２ａおよび電流遮断器２２ｂは、単電池２２の外装を構成する電池ケースに収容されている。発電要素２２ａは、充放電を行う要素である。単電池２２における発電要素の構成部材は、単電池１１における発電要素の構成部材と同様である。

電流遮断器２２ｂは、単電池２２の内部における電流経路を遮断するために用いられる。すなわち、電流遮断器２２ｂが作動することにより、単電池２２の内部における電流経路が遮断される。電流遮断器２２ｂとしては、例えば、ヒューズ、ＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）素子又は、電流遮断弁を用いることができる。これらの電流遮断器２２ｂは、個別に用いることもできるし、併用することもできる。

電流遮断器２２ｂとしてのヒューズは、ヒューズに流れる電流に応じて溶断する。ヒューズを溶断させることにより、単電池２２の内部における電流経路を機械的に遮断することができる。これにより、発電要素２２ａに過大な電流が流れるのを防止して、単電池２２（発電要素２２ａ）を保護することができる。電流遮断器２２ｂとしてのヒューズは、電池ケースに収容されていてもよいし、電池ケースの外部に配置されていてもよい。電池ケースの外部にヒューズを配置する場合であっても、ヒューズは、各単電池２２に対して設けられる。

電流遮断器２２ｂとしてのＰＴＣ素子は、単電池２２の電流経路に配置されており、ＰＴＣ素子の温度上昇に応じて抵抗を増加させる。ＰＴＣ素子に流れる電流が増加すると、ジュール熱によってＰＴＣ素子の温度が上昇する。ＰＴＣ素子の温度上昇に応じて、ＰＴＣ素子の抵抗が増加することにより、ＰＴＣ素子において、電流を遮断することができる。これにより、発電要素２２ａに過大な電流が流れるのを防止して、単電池２２（発電要素２２ａ）を保護することができる。

電流遮断器２２ｂとしての電流遮断弁は、単電池２２の内圧上昇に応じて変形し、発電要素２２ａとの機械的な接続を断つことにより、単電池２２の内部における電流経路を遮断することができる。単電池２２の内部は、密閉状態となっており、過充電などによって発電要素２２ａからガスが発生すると、単電池２２の内圧が上昇する。発電要素２２ａからガスが発生しているときには、単電池２２（発電要素２２ａ）は異常状態となる。単電池２２の内圧が上昇することに応じて、電流遮断弁を変形させることにより、発電要素２２ａとの機械的な接続を断つことができる。これにより、異常状態にある発電要素２２ａに充放電電流が流れるのを阻止し、単電池２２（発電要素２２ａ）を保護することができる。

図１に示すように、高容量型組電池２０には、各電池ブロック２１の電圧を検出し、検出結果をコントローラ３５に出力する監視ユニット２３が設けられている。また、電流センサ２４は、高容量型組電池２０に流れる電流値を検出し、検出結果をコントローラ３５に出力する。電流センサ２４は、高容量型組電池２０に流れる電流値を検出できればよく、正極ラインＰＬ２ではなく、負極ラインＮＬ２に設けることもできる。高出力型組電池１０と同様に、電流センサ２４によって検出される放電電流値を正の値、充電電流値を負の値を用いることができる。

コントローラ３５は、不図示のメモリ（記憶部）を内蔵することができ、記憶部にコントローラ３５を動作させるためのプログラムや、特定の情報を記憶することができる。なお、メモリは、コントローラ３５の外部に設けることもできる。

次に、本実施例の電池システムにおける電流遮断器２２ｂの作動状態を判別する処理について説明する。

本実施例のコントローラ３５は、上述したインバータ３１およびモータ・ジェネレータ３２の駆動等を制御するとともに、所定のタイミングで高容量型組電池２０に対し、並列に接続された電流遮断器２２ｂを備える複数の単電池２２で構成される電池ブロック２１内の電流遮断器２２ｂの作動状態を判別する作動状態判別処理を遂行する。

所定のタイミングとしては、ＩＧ−ＯＮ後の電池システムの起動時や外部充電時があり、例えば、コントローラ３５は、ＩＧ−ＯＮされてシステムメインリレーＳＭＲ−Ｂ２，ＳＭＲ−Ｇ２をオフからオンに切り替えて（システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ１，ＳＭＲ−Ｇ１はオフのまま）高容量型組電池２０をインバータ３１に接続した際や外部充電の開始又は終了の際に、電流遮断器２２ｂの作動状態判別処理を遂行することができる。

上述したように、電池ブロック２１を構成する単電池２２の総数がＮ個、電池ブロック２１に流れる電流値がＩｓであるとき、各単電池２２に流れる電流値は、Ｉｓ／Ｎとなるので、電池ブロック２１内の電流遮断器２２ｂが作動していると、電流遮断器２２ｂが作動していない単電池２２に電流が集中し、流れる電流値が大きくなる。

ここで、電流遮断器２２ｂは、作動する許容電流値が予め決められており、許容電流値（基準電流値に相当する）を超える電流が一定時間流れると、単電池２２の電流経路を遮断するように動作する。電流遮断器２２ｂの許容電流値は、単電池２２の電池性能、例えば、電池寿命、過充電や早期劣化を抑制する観点から規定され、全ての電流遮断器２２ｂが作動していない電池ブロック２１内の各単電池２２に流れる電流に対して電流遮断器が作動する単電池２２の充放電電流の上限値である。

図３は、本実施例の電流遮断器２２ｂの作動状態判別方法を説明するための図である。図３（ａ）の例では、６つの単電池２２が並列に接続されている電池ブロック２１が複数直列に接続されている。

例えば、１つの単電池２２が外部短絡すると、電池ブロック２１に流れる電流のうち外部短絡した単電池２２に対してより多くの電流が流れる「電流の回り込み」が生じ、外部短絡した単電池２２に流れる過剰な電流によって電流遮断器２２ｂが作動する。

図３（ａ）に示すように電池ブロック２１Ｂの複数の電流遮断器２２ｂのうちの１つの電流遮断器２２ｂが作動していると、電流遮断器２２ｂが作動していない他の５つの単電池２２に電流が集中してこれら５つの単電池２２に流れる電流値が大きくなる。例えば、１２Ａの電流が電池ブロック２１に流れる場合、電流遮断器２２ｂが作動していないときは、６つの各単電池２２に２Ａずつの電流が流れるが、電流遮断器２２ｂが１つ作動している状態では、他の５つの各単電池２２に２．４Ａずつの電流が流れる。

なお、電流遮断器２２ｂが１つも作動していない他の電池ブロック２１Ａ、２１Ｃにも、電池ブロック２１Ｂと同じ１２Ａの電流が流れるが、このとき各単電池２２には２Ａずつの電流が流れる。つまり、同じ電流が流れる直列に接続された複数の電池ブロック２１において、電池ブロック２１内で電流遮断器２２ｂが作動している状態だと、電流遮断器２２ｂが１つも作動してない電池ブロック２１よりも、各電流遮断器２２ｂに流れる電流値が上昇する。

そこで、本実施例では、電流遮断器２２ｂの許容電流値を利用し、電流遮断器２２ｂが作動する許容電流値よりも小さい電流であって電池ブロック２１内において所定数の電流遮断器２２ｂが作動したことによって電流遮断器２２ｂが作動していない単電池２２に流れ込む電流が許容電流値よりも上昇して電池ブロック２１内全ての作動していない電流遮断器２２ｂを作動させる大きさの電流を電池ブロック２１に流すことで、電流遮断器２２ｂが作動状態にある（作動状態にあった）電池ブロック２１を判別する。

図３（ｂ）に示すように、例えば、電流遮断器２２ｂの許容電流値が３Ａであるとする。１つの電流遮断器２２ｂが作動している電池ブロック２１を判別する場合、並列接続された６つの単電池２２のうち５つの単電池２２に流れる電流値が３Ａ以上となれば、５つの各単電池２２の作動していない電流遮断器２２ｂが作動するので、高容量型組電池２０に対して１５Ａの電流を流す。

電池ブロック２１Ｂでは、５つの各単電池２２に流れる電流が３Ａとなり、許容電流値よりも大きい電流が流れるので電流遮断器２２ｂ全てが作動する。一方、他の電池ブロック２１Ａ、２１Ｃにも１５Ａの電流が流れるものの、各単電池２２に流れる電流は、２．５Ａであり、電流遮断器２２ｂの許容電流値よりも小さい電流が流れるので、これら他の電池ブロック２１Ａ、２１Ｃの電流遮断器２２ｂは作動しない。

このように、電池ブロック２１内で所定数の電流遮断器２２ｂが作動したことによって残りの電流遮断器２２ｂに流れる電流が許容電流値よりも大きくなり、１つも電流遮断器２２ｂが作動していない他の電池ブロック２１の各電流遮断器２２ｂには許容電流値よりも小さい電流が流れるように規定された電流を、直列に接続された電池ブロック２１に流して、所定数の電流遮断器２２ｂが作動している電池ブロック２１内で全ての電流遮断器２２ｂを作動させることで、直列に接続された複数の電池ブロック２１に、電流遮断器２２ｂが作動している状態の電池ブロック２１が存在することを判別することができる。

そして、電池ブロック２１内で所定数の電流遮断器２２ｂが作動したことによって残りの電流遮断器２２ｂに流れる電流が許容電流値よりも大きくなり、１つも電流遮断器２２ｂが作動していない他の電池ブロック２１の各電流遮断器２２ｂには許容電流値よりも小さい電流が流れるように規定された電流が流れている間の電池ブロック２１の電圧又は電流を監視して、例えば、監視ユニット２３で電池ブロック２２の電圧値が検出できなくなったり（監視ユニット２３から出力値を取得できない又は検出エラーを出力値と取得する）、電流センサ２４の検出値が０になる場合に、電流遮断器２２ｂが作動している状態の電池ブロック２１の存在、つまり、電池ブロック２１における電流遮断器２２ｂの作動状態を判別（把握）することができる。

本実施例の電流遮断器２２ｂの作動状態判別処理において流す電流値は、下記の式（１）のように求めることができる。
（式１）電流値Ｉ＝（並列数−作動数）×許容電流値
並列数は、電池ブロック２１を構成する単電池２２の並列接続数である。作動数は、いくつの電流遮断器２２ｂが作動している電池ブロック２１を判別するかを表す値であり、最小値は１である。

電池ブロック２１の単電池２２の並列接続数及び電流遮断器２２ｂの許容電流値は予め把握することができるので、いくつの電流遮断器２２ｂが作動している電池ブロック２１を判別するか、言い換えれば、いくつ以上の電流遮断器２２ｂが作動状態である場合の電池ブロック２１を検出するかを設定することで、電流遮断器２２ｂの作動状態判別処理において流す電流値Ｉを予め又は適宜決定することができる。図３（ｂ）の例では、並列数６個、許容電流値３Ａなので、電流遮断器２２ｂの作動数が１の電池ブロック２１を判別する場合には、電流値Ｉは、１５Ａとなる。

図４は、本実施例の電流遮断器２２ｂの作動判別処理を示すフローチャートである。

コントローラ３５は、ＩＧ−ＯＮ後の電池システムの起動時や外部充電の際に、高容量型組電池２０における電流遮断器２２ｂの作動判別処理を遂行する（Ｓ１０１）。このとき、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ２，ＳＭＲ−Ｇ２はオン状態、システムメインリレーＳＭＲ−Ｂ１，ＳＭＲ−Ｇ１はオフ状態であり、コントローラ３５は、各システムメインリレーのオン状態とオフ状態を確認及び切り替える制御を行う。

コントローラ３５は、上記式１に基づいて算出される電流値Ｉを高容量型組電池２０に流す（Ｓ１０２）。上述のように、電流値Ｉは、電池ブロック２１の単電池２２の並列接続数、電流遮断器２２ｂの許容電流値、いくつ以上の電流遮断器２２ｂが作動状態である場合の電池ブロック２１を検出するかを示す作動数に基づいて、予め又は適宜決定することができる。

コントローラ３５は、電流値Ｉに応じた充放電電流を所定時間、高容量型組電池２０に流すように制御する。なお、所定時間は、許容電流値を超える電流が一定時間流れると作動するように予め規定された電流遮断器２２ｂの動作特性に基づくものである。

コントローラ３５は、例えば、ＩＧ−ＯＮ後であれば、エンジン３４を駆動してモータ・ジェネレータ３２により生成された電力を充電させて充電電流を高容量型組電池２０に流したり、車両の電力消費機器（例えば、エアコン）に電力を消費させて放電電流を高容量型組電池２０に流すことができる。また、外部充電の際は、外部電源から供給される外部電力を充電させて充電電流を高容量型組電池２０に流すことができる。

コントローラ３５は、電流値Ｉに応じた充放電電流を高容量型組電池２０（電池ブロック２１）に流している間の監視ユニット２３によって検出される高容量型組電池２０又は各電池ブロック２１の電圧値を取得する（Ｓ１０３）。電池ブロック２１内の電流遮断器２２ｂ全てが作動した電池ブロック２１が存在しない場合は、直列接続されるいずれかの電池ブロック２１が開回路（オープン回路）となっていないので、電池ブロック２１の電圧値を取得できる。他方、直列接続されるいずれかの電池ブロック２１内の電流遮断器２２ｂ全てが作動した電池ブロック２１が存在する場合は、電池ブロック２１が開回路となっている、すなわち、高容量型組電池２０が断線しているので、電池ブロック２１の電圧値は取得できない（Ｓ１０４）。

コントローラ３５は、電流値Ｉに応じた充放電電流を流している間の電池ブロック２１の電圧値が取得できない場合は、直列接続された複数の電池ブロック２１のいずれか１つにおいて電流遮断器２２ｂが作動した状態であると判別する（Ｓ１０５）。一方でコントローラ３５は、電流値Ｉに応じた充放電電流を流している間の電池ブロック２１の電圧値が取得できる場合は、直列接続された複数の電池ブロック２１全てにおいて電流遮断器２２ｂが作動していないと判別する（Ｓ１０６）。

なお、ステップＳ１０３、Ｓ１０４では、電池ブロック２１の電圧値以外に電流センサ２４の出力値を用いて電流遮断器２２ｂの作動状態を判別することができる。コントローラ３５は、例えば、高容量型組電池２０に電流値Ｉに応じた充放電電流を流している間の電流センサ２４が検出する出力値（検出値）を取得し、電池ブロック２１内の電流遮断器２２ｂ全てが作動した電池ブロック２１が存在する場合は、電池ブロック２１が開回路（オープン回路）となっているので、電流センサ２４の出力値は０となる。

他方、電池ブロック２１内の電流遮断器２２ｂ全てが作動した電池ブロック２１が存在しない場合は、電池ブロック２１が開回路となっていないので、電流値Ｉに応じた充放電電流の検出値（＞０）を電流センサ２４から取得できる。コントローラ３５は、電流値Ｉに応じた充放電電流が電流センサ２４によって検出できない（検出値＝０）場合は、直列接続された複数の電池ブロック２１のいずれか１つにおいて電流遮断器２２ｂが作動した状態であると判別する（Ｓ１０５）。また、コントローラ３５は、電流値Ｉに応じた充放電電流を電流センサ２４によって検出できた場合は、直列接続された複数の電池ブロック２１全てにおいて電流遮断器２２ｂが作動していないと判別する（Ｓ１０６）。

コントローラ３５は、ステップＳ１０５において、電池ブロック２１の電流遮断器２２ｂが作動したものと判別した場合は、高容量型組電池２０におけるいずれかの電池ブロック２１内の電流遮断器２２ｂが全て作動している状態なので、高容量型組電池２０を電池システムから切り離して高容量型組電池２０の充放電をさせないように制御し、高出力型組電池１０及びエンジン３４による車両走行（ＨＶ走行モード又は高出力型組電池１０を用いたＥＶ走行モード）が行えるようにすることができる。このとき、コントローラ３５は、高容量型組電池２０に異常が発生した旨をユーザに知らせる警告処理（ランプの点灯、表示部を介したメッセージ表示など）をすることができる。

このように本実施例では、電池ブロック２１内で既に電流遮断器２２ｂが作動している状態であれば、電流遮断器２２ｂが作動していない残りの単電池２２に電流が集中して電流遮断器２２ｂが作動しつつ、電流遮断器２２ｂが一つも作動していない状態であれば、電流遮断器２２ｂには許容電流値よりも小さい電流が流れて電流遮断器２２ｂは作動しないので、電流が流れている間に検出される電池ブロック２１の電圧又は電流の検出値（出力値）に基づいて、直列に接続された複数の電池ブロックのうちで電流遮断器２２ｂが作動状態にある電池ブロック２１を正確に把握することができる。

そして、本実施例は、電流遮断器２２ｂが所定数作動していた電池ブロック２１内の残りの作動していない電流遮断器２２ｂを作動させ、その電池ブロック２１内の全ての電流遮断器２２ｂを作動状態にさせるので、電流遮断器２２ｂが作動状態にある電池ブロック２１の存在を正確に把握しつつ、異常が発生した状態での高容量型組電池２０の使用を適切に中止させることができる。

なお、本実施例では、電流値Ｉに応じた充放電電流を流し、少なくとも１以上の電流遮断器２２ｂが作動している電池ブロック２１の全ての電流遮断器２２ｂを作動させ、直列に接続された複数のいずれかの電池ブロック２１に、電流遮断器２２ｂが作動状態にある電池ブロック２１が存在することを正確に把握できるが、例えば、各電池ブロック２１を特定した電流遮断器２２ｂの作動状態の判別を行うこともできる。

例えば、複数の各電池ブロック２１に対して抵抗を含む均等化回路や電圧検出用抵抗を設けることで、電池ブロック２１別に監視ユニット２３から各電圧値を取得することができる。コントローラ３５は、電流値Ｉに応じた充放電電流が流れている間の各電池ブロック２１の電圧値、すなわち、監視ユニット２３からの出力値を監視して、電圧値が検出できない１つ以上の電池ブロック２１それぞれを、電流遮断器２２ｂが作動している電池ブロック２１として特定することができる。

また、本実施例では、電流値Ｉに応じた充放電電流が流れている間の電池ブロック２１の電圧又は電流を監視しているが、これに限るものではない。例えば、電流値Ｉに応じた充放電電流を流した後に、別途所定の充放電電流を流して電池ブロック２１の電圧又は電流を監視し、電流遮断器２２ｂが作動状態にある電池ブロックを判別することができる。

図５は、電流遮断器２２ｂの作動状態判別の変形例を説明する図である。図５に示すように、電池ブロック２１内のいずれか１つの単電池２２に流れる電流を検出する電流センサ２４ａを、各電池ブロック２１それぞれに設けることができる。

例えば、電流センサ２４ａが設けられた単電池２２に接続される電流遮断器２２ｂが作動した場合、電流センサ２４ａの出力値は０となり、電流センサ２４ａが設けられた単電池２２以外の並列接続される単電池２２の電流遮断器２２ｂが作動した場合は、上述のように、電流遮断器２２ｂが作動していない電流センサ２４ａが設けられた単電池２２の電流値が大きくなる。コントローラ３５は、電流センサ２４ａの出力値に基づいて電池ブロック２１内の電流遮断器２２ｂの作動状態を各電池ブロック別に判別することができる。

１０：高出力型組電池
１１：単電池
１２：監視ユニット
１３：電流センサ
２０：高容量型組電池
２１：電池ブロック
２２：単電池
２２ｂ：電流遮断器
２３：監視ユニット
２４：電流センサ
３１：インバータ
３２：モータ・ジェネレータ
３３：車輪
３４：エンジン
３５：コントローラ

Claims (1)

1. 並列に接続された複数の蓄電素子をそれぞれ有し、直列に接続された複数の蓄電ブロックと、
   前記各蓄電ブロックの状態を判別するコントローラと、を有し、
   前記各蓄電素子は、前記蓄電素子の内部における電流経路を遮断する電流遮断器を有しており、
   前記コントローラは、
   電流遮断器が作動する基準電流値よりも小さい電流であって蓄電ブロック内において所定数の電流遮断器が作動したことによって前記電流遮断器が作動していない蓄電素子に流れ込む電流が前記基準電流値よりも上昇して前記蓄電ブロック内全ての作動していない電流遮断器を作動させる大きさとなる電流を蓄電ブロックに流し、蓄電ブロックの電圧又は電流の検出値に基づいて、前記電流遮断器が作動状態にある蓄電ブロックを判別することを特徴とする蓄電システム。
   

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