JPH07137612A

JPH07137612A - バッテリ診断装置

Info

Publication number: JPH07137612A
Application number: JP5311288A
Authority: JP
Inventors: Shuzo Moroto; 脩三諸戸; Yoshika Kawaguchi; 美嘉河口; Shigeo Tsuzuki; 繁男都築
Original assignee: Equos Research Co Ltd
Current assignee: Equos Research Co Ltd
Priority date: 1993-11-16
Filing date: 1993-11-16
Publication date: 1995-05-30

Abstract

(57)【要約】【目的】バッテリスタックの異常を検出すると共に、
異常となったバッテリセルの特定が容易なバッテリ診断
装置を提供する。【構成】バッテリ診断装置は、ＥＣＵ１８、電圧セン
サ２１〜２４、電流センサ２９を備えている。バッテリ
スタック１２は、各５つのバッテリセルからなる第１グ
ールプ２５〜第４グールプ２８の４つのグループに分け
られ、各グループの電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４が、電
圧センサ２１〜２４で測定される。バッテリスタックの
各グループが正常であれば、各電圧Ｖ１〜Ｖ４は同一の
値が検出され、異常が発生していれば、他のグループの
電圧と異なる値が検出される。異常が内部短絡の場合、
他の正常な電圧よりも常時低い電圧が検出される。一
方、内部抵抗の増加の場合、停止時に他の電圧と同一、
駆動時に他の電圧よりも低く、回生時に他の電圧よりも
高くなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、バッテリ診断装置に係
り、詳細には、電気自動車等のモータを駆動するための
バッテリの異常状態を診断する診断装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】モータを駆動源とする電気自動車や、こ
のモータと従来の内燃機関とを駆動源とするハイブリッ
ト車が開発され実用化されるようになっている。この電
気自動車やハイブリット車では、その駆動源としてのモ
ータを駆動するための直流電源として、例えば、２４０
ボルト程度のバッテリが搭載されている。そして、加速
または定速走行時にバッテリから電力を取り出し、運転
者の走行要求に応じた電流をインバータを介してモータ
に供給することで、モータを駆動している。一方、電気
自動車の減速時には、モータによって駆動したエネルギ
を有効に回収するために、モータで発生する電力をバッ
テリに回生するようにしている。

【０００３】このようなバッテリでは、２４０ボルトの
電圧を得るために、例えば１個１２ボルトのバッテリセ
ルを２０個直列に接続したスタックとして用いられてい
る。このため、各バッテリセルのいずれかに異常が発生
した場合、電気自動車やハイブリッド車の出力に影響を
及ぼすだけでなく、放電および回生による充電を繰り返
すうちに、他のバッテリセルにまで支障をきたす場合が
ある。そこで、従来からバッテリに対する異常や故障を
診断することが行われている。この異常診断は、バッテ
リスタック全体の電圧や電流を検出することで、通常の
バッテリ放電、充電曲線からずれた充・放電が行われて
いないかについて検出することによっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、バッテリスタ
ック全体の電圧と電流から異常を検出する従来の方法で
は、バッテリセルの１つが故障し電圧が降下したとして
も、スタック全体の電圧に対し電圧降下分が小さすぎる
為、異常であるとの判断が困難であった。また、全体の
電圧降下分が小さいため、異常による電圧降下と、バッ
テリ容量による電圧変化及び経時劣化による電圧降下と
の区別がつきにくいため、バッテリセル毎の異常や故障
を検知することが困難であった。

【０００５】そこで、本発明はこのような課題を解決す
るためになされたもので、バッテリスタックの異常を検
出すると共に、異常となったバッテリセルの特定が容易
なバッテリ診断装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、複数のバッテリセルが直列に接続されたバッテリス
タックと、このバッテリスタックを同数のバッテリセル
からなる複数のブロックに分割し、各ブロック毎の電圧
を測定する電圧測定手段と、この電圧測定手段で測定さ
れた各ブロックの電圧値から、前記バッテリスタックの
異常を診断する異常診断手段とを、バッテリ診断装置に
具備させて前記目的を達成する。

【０００７】

【作用】請求項１記載のバッテリ診断装置では、電圧測
定手段で、複数に分割された各ブロック毎の電圧が測定
され、その電圧値からバッテリスタックの異常を診断す
る。例えば、各ブロックの電圧の最大値と最小値との差
が所定値以上になった場合等にバッテリの異常を診断す
る。

【０００８】

【実施例】以下、本発明のバッテリ診断装置における一
実施例を図１ないし図８を参照して詳細に説明する。図
１は本実施例のバッテリ診断装置を用いた電気自動車の
駆動制御回路を示すブロック図である。駆動制御回路
は、バッテリスタック１２と、このバッテリスタック１
２からの直流をモータ１３を駆動するための交流に変換
するインバータ１４と、インターフェイス１５を介して
バッテリスタック１２の充電を行う充電器１６を備えて
いる。ここで、モータ１３は、例えばＤＣブラシレスモ
ータが使用される。インバータ１４は例えばトランジス
タとダイオードを用いたブリッジ回路と平滑コンデンサ
とを有し、バッテリ診断装置からの直流を三相交流に変
換するものである。またバッテリスタック１２は、１２
ボルトのバッテリセル１７が２０個互いに直列に接続さ
れて構成されている。このバッテリセル１７としては、
鉛酸蓄電池、ニッケルカドミウム電池、ナトリウム硫黄
電池、リチウム２次電池、水素２次電池、レドックス型
電池等の各種２次電池が使用される。充電器１６は、外
部に接続された充電器、シリーズ型のハイブリッド型車
両の場合にはジェネレータ（発電器）とエンジン、ま
た、燃料電池等が該当する。

【０００９】駆動制御回路は、また、ＥＣＵ１８を備え
ており、このＥＣＵ１８は、図示しない各種センサから
の検出値に応じて各部を制御すると共に、本実施例にお
けるバッテリ診断装置の一部を構成している。バッテリ
診断装置は、このＥＣＵ１８の他に電圧センサ２１、２
２、２３、２４、および、バッテリスタック１２からイ
ンバータ１４に供給される電流値を検出する電流センサ
２９を備えている。バッテリスタック１２は、各５つの
バッテリセルからなる第１グールプ２５〜第４グールプ
２８の４つのグループに分けられており、これら各グル
ープの電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４を、電圧センサ２１
〜２４で測定するようになっている。

【００１０】図２は、ＥＣＵ１８の構成を表したもので
ある。本実施例のバッテリ診断装置としても機能するＥ
ＣＵ１８は、各種処理や判断および制御を行うＣＰＵ
（中央処理装置）３１を備えており、このＣＰＵ３１
は、データバス等のバスライン３２を介して、ＲＯＭ３
３、ＲＡＭ３４、各電圧センサ２１〜２４、電流センサ
２９、ウーォニングランプ３５、表示装置３６、アクセ
ルセンサ３７、車速センサ３８、通信Ｉ／Ｆと接続さ
れ、また、充電器１６、インバータ１４等とも接続され
ている。

【００１１】ＲＯＭ３３は、ＣＰＵで行う処理、判断、
制御のための各種プログラムが格納されたリード・オン
リ・メモリである。このＲＯＭ３３には、本実施例によ
るバッテリ診断処理を行うためのプログラムも格納さ
れ、電気自動車の各制御を行うメインルーチンに対する
サブルーチンを行うプログラムとして、異常状態検出処
理プログラム、異常対応処理プログラム、異常モニタ処
理プログラムが格納されている。ＲＡＭ３４は、ＣＰＵ
３１のワーキングメモリとしてのランダム・アクセス・
メモリである。このＲＡＭ３４は、異常状態検出処理に
おいて検出される各電圧センサ２１〜２４の電圧値を格
納する電圧格納エリアと、異常モニタ処理において検出
される回帰曲線データが格納される回帰曲線格納エリア
とを備えている。

【００１２】ウォーニングランプ３５は、異常状態が検
出された場合に、運転者に対してバッテリに異常が発生
したことを知らせるためのランプである。表示装置３６
は、異常が発生したバッテリのグループと、異常の内容
が表示されるようになっている。アクセルセンサ３７は
アクセルペダルの踏み込みによるアクセル開度を検出
し、車速センサ３８はモータ１３の出力軸の回転数から
車速Ｖを検出する。アクセルセンサ３７と車速センサ３
８は、本実施例における異常状態検出処理を行う場合
に、予め設定された走行状態か否かを判断するために使
用される。通信Ｉ／Ｆ３９は、異常モニタ処理において
ＲＡＭ３４の回帰曲線格納エリアに格納された、回帰曲
線のデータをフロッピーディスク、メモリカード等の記
憶媒体や、パーソナルコンピュータ等のデータ処理装置
その他の外部装置に対して出力するためのインタフェー
スである。

【００１３】次に、このように構成された実施例による
バッテリ診断の動作について説明する。図３は、車両停
止時における異常診断の原理を説明したものである。こ
の図３（ａ）に示すように、各バッテリセルに異常がな
い場合、各電圧センサ２１〜２４で検出される第１〜第
４グループ２５〜２８の電圧Ｖ１〜Ｖ４は、等しい値と
なる。一方、例えば第４グループ２８のいずれかのバッ
テリセルが内部短絡を起こしている場合、該当バッテリ
セルからの出力はゼロであるため、図３（ｂ）に示すよ
うに、他のグループの電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３よりも、低
い電圧Ｖ４が電圧センサ２４で検出される。

【００１４】図４は、車両走行時における異常診断の原
理を説明したものである。いま、図４（ａ）に示すよう
に、停止、駆動、回生が行われるように走行したものと
する。この場合、第１〜第４グループ２５〜２８の各々
が正常である場合、図４（ｂ）に示すような電圧が検出
され、各電圧Ｖ１〜Ｖ４は同一の値となる。一方、例え
ば第４グループ２８のバッテリセルに異常が発生してい
る場合、電圧センサ２４で検出される電圧Ｖ４は、他の
グループの電圧Ｖ１〜Ｖ３と異なる値になる。すなわ
ち、第４グループ２８のバッテリセルで発生した異常の
内容が内部短絡である場合、図４（ｃ）の点線で示すよ
うに、電圧Ｖ４は、常時他の正常な電圧Ｖ１〜Ｖ３より
も低い値となる。

【００１５】また、異常の内容が内部抵抗の増加したバ
ッテリセルによるものである場合、図４（ｄ）の一点鎖
線で示すように、電圧Ｖ４は、停止時に他の電圧と同一
になり、駆動時に他の電圧よりも低くなり、回生時に他
の電圧よりも高くなる。これは、バッテリセルの電圧を
Ｅ、内部抵抗をＲ、駆動、回生時の電流をＩとした場
合、バッテリの内部抵抗が増加した場合の出力電圧Ｖ
が、駆動時に式（１）で、回生時に式（２）でそれぞれ
表されるからである。Ｖ＝Ｅ−ＩＲ…（１）Ｖ＝Ｅ＋ＩＲ…（２）

【００１６】このように、各グループの電圧の比較によ
ってバッテリの異常が検出されると、ＥＣＵ１８は、異
常対応処理を行う。すなわち、ＥＣＵ１８は、ウォーニ
ングランプ３５を点灯させると共に、異常バッテリグル
ープの表示を表示装置３６に表示する。そして、モータ
１３に供給する駆動電流の制限、モータ１３からの走行
時回生電流の制限、および、充電器１６による充電を行
う場合の充電電流の各々の各電流を、予め設定した値の
電流となるように制限する。各電流を制限するのは、異
常状態が発生した場合に、発生した異常が他のバッテリ
セルに対して過充電等による劣化等の影響を与えないよ
うにするためである。また、異常が発生した場合に直ち
に走行を停止しないのは、高速道路であれば非難地点に
移動し、一般走行道路であれば修理工場等まで、電気自
動車を移動することを可能にするためである。

【００１７】次に、第１の実施例におけるバッテリ診断
処理について説明する。このバッテリ診断処理では、異
常状態検出処理の中で異常対応処理が行われる。図５は
異常状態検出処理の動作を表したものである。ＥＣＵ１
８のＣＰＵ３１は、異常状態検出処理のサブルーチンが
開始すると、バッテリ電流Ｉａが、予め設定された充電
電流または放電電流であるか否かを、電流センサ２９の
検出値から判断し（ステップ１１）、Ｉａでない場合に
は（Ｎ）メインルーチンにリターンする。バッテリ電流
＝Ｉａである場合（ステップ１１；Ｙ）、各電圧センサ
２１〜２４によって第１〜第４グループ２５〜２８の電
圧Ｖ１〜Ｖ４を測定する（ステップ１２）。

【００１８】そして、測定した各電圧値Ｖ１〜Ｖ４から
最大値と最小値の差をとることで、電圧のバラツキが許
容範囲内にあるか否かを判断し（ステップ１３）、許容
範囲内である場合（Ｙ）、異常は発生していないのでメ
インルーチンにリターンする。一方、電圧のバラツキが
許容範囲を越えている場合（ステップ１３；Ｎ）、ＣＰ
Ｕ３１は、異常対応処理を行い（ステップ１４）、メイ
ンルーチンにリターンする。異常対応処理では、上述し
たウォーニングランプ３５を点灯することで運転者に異
常対応処理に移行したことを知らせ、異常バッテリグル
ープを表示装置３６に表示すると共に、以後駆動、回
生、充電の各電流を所定値に制限する。

【００１９】次に第２の実施例におけるバッテリ診断処
理について説明する。図６は、第２の実施例における異
常状態検出処理の流れを表したものである。なお、第１
の実施例における異常状態検出処理と同一の処理動作に
は同一のステップ番号を付して、その説明を適宜省略す
ることとする。この第２の実施例の異常状態対応処理で
は、各第１〜第４グループ２５〜２８の各端子電圧Ｖ１
〜Ｖ４のバラツキが許容値を越えている場合、すなわ
ち、電圧の最大値と最小値の差ΔＶｄが予め設定された
ΔＶｄ１を越えている場合（ステップ１３；Ｙ）、異常
モニタ処理に移行する（ステップ１４）。以後、異常状
態対応処理のサブルーチンに代えて、異常モニタ処理の
サブルーチンが実行されることになる。

【００２０】図７は、異常モニタ処理において、異常状
態を判断するための回帰曲線の例を表したものである。
この図７に示すように、端子電圧Ｖ１〜Ｖ４の最大値で
ある第１グループ２５の端子電圧Ｖ１と最小値である第
４グループ２８の端子電圧Ｖ４との差ΔＶｄがΔＶ１を
越えた時点で異常モニタが開始される。なお、異常モニ
タが開始されても、電気自動車の走行は、通常通り運転
者の走行要求に応じた速度で行われる。異常モニタが開
始されると、所定時間毎に各端子電圧Ｖ１〜Ｖ４が測定
されＲＡＭ３４に格納すると共に、ΔＶｄの値を監視す
る。そして、ΔＶｄが所定の許容値ΔＶｄ２を越えた時
点で異常対応処理を行う。この異常対応処理が開始した
時点で、電気自動車の走行は、走行電流が制限された状
態での走行に移行する。

【００２１】図８は、異常モニタ処理の流れを表したも
のである。ＣＰＵ３１は、、異常モニタ処理のサブルー
チンが開始すると、バッテリ電流Ｉａが、予め設定され
た充電電流または放電電流であるか否かを、電流センサ
２９の検出値から判断し（ステップ２１）、Ｉａでない
場合には（Ｎ）メインルーチンにリターンする。バッテ
リ電流がＩａである場合（ステップ２１；Ｙ）、各電圧
センサ２１〜２４によって第１〜第４グループ２５〜２
８の電圧Ｖ１〜Ｖ４を測定する（ステップ２２）と共
に、測定した各電圧値を順次ＲＡＭ３４の電圧格納エリ
アに格納する（ステップ２３）。そして、ＲＡＭ３４に
順次格納された各電圧Ｖ１〜Ｖ４から、電圧特性経時変
化の回帰曲線を算出し回帰曲線格納エリアに格納する
（ステップ２４）。

【００２２】そして、ＣＰＵ３１は、ＲＡＭ３４に格納
された、回帰曲線格納エリアの最新データ、または、電
圧格納エリアに格納された各電圧値Ｖ１〜Ｖ４から、異
常状態か否かを判断する（ステップ２５）。この異常状
態か否かの判断は、測定された端子電圧Ｖ１〜Ｖ４の最
大値と最小値との差ΔＶｄが、その許容範囲ΔＶｄ２を
越えたか否かを判断することで行われる。ΔＶｄ＝ΔＶ
ｄ２を越えていない場合、すなわち異常でないと判断さ
れた場合（ステップ２５；Ｎ）、ＣＰＵ３１は、端子電
圧の差ΔＶｄの値が許容範囲内であると判断して、メイ
ンルーチンにリターンしてそのままの走行を継続する。
一方、ΔＶｄ＝ΔＶｄ２を越えて異常状態であると判断
された場合（ステップ２５；Ｙ）、ＣＰＵ３１は、ウォ
ーニングランプ３５の点灯、表示装置３６への異常バッ
テリグループの表示、駆動、回生、充電の各電流の制
限、による異常対応処理を行い（ステップ２６）、メイ
ンルーチンにリターンする。

【００２３】以上説明したように本実施例によれば、異
常モニタ処理によってＲＡＭ３４の回帰曲線格納エリア
に格納された回帰曲線のデータを、通信Ｉ／Ｆ３９から
取り出すことが可能となる。すなわち、通信Ｉ／Ｆ３９
から、例えばフロッピーディスクやＩＣカードに回帰曲
線のデータを取り込み、これをプリンタに出力すること
で異常の内容を詳細に分析し、また、パーソナルコンピ
ュータ等によって異常内容を分析しすることも可能とな
る。

【００２４】以上説明した実施例では、異常状態検出処
理のサブルーチンにおいて、予め設定された充電電流ま
たは放電電流であるか否かを、電流センサ２９の検出値
から判断したが（ステップ１１、２１）、本発明では、
これに限定されるものではなく、他の変形が可能であ
る。すなわち、車両が所定の走行状態か否かを検出する
ことで行うようにしてもよい。例えば、車速センサ３８
で検出される車速や、アクセルセンサ３７で検出される
アクセル開度が、所定の値であるか否かを判断するよう
にしてもよい。また、回帰曲線については、異常の内容
が内部短絡の場合について示したが、内部抵抗の増加で
ある場合には、図４（ｄ）に示すように、異常が発生し
たグループの電圧が駆動時に低く、回生時に高くなるた
め、駆動時と回生時の両回帰曲線のデータをＲＡＭ３４
の回帰曲線格納エリアに格納するようにしてもよい。

【００２５】更に、第１の実施例におけるバッテリ診断
処理では、電圧のバラツキが許容範囲を越えた場合（ス
テップ１３；Ｎ）に異常対応処理を行ったが、許容範囲
を越えた場合に、複数回の判定を行うようにしてもよ
い。例えば、継続的にｎ回（例えば３回）許容範囲を越
えていると判断された場合に、異常が発生していると判
断してステップ１４の異常対応処理に移行するようにし
てもよい。

【００２６】また、以上説明した実施例では、バッテリ
スタックを第１〜第４グループ２５〜２８に分けて、そ
のグループ内のバッテリセルに発生した異常を診断する
ようにしたが、本発明では、各グループに含まれるバッ
テリセルの数が同一であればよく、４つのグループに限
定されるものではない。例えば、バッテリセルを２０の
グループ、すなわち、各バッテリセル単位に分けけもよ
い。この場合には、異常が発生したバッテリセルそのも
のを判定することが可能となる。

【００２７】以上説明したように、本実施例によれば、
簡単な構成で低コストのバッテリ診断装置とすることが
でき、また、正確な診断が可能となる。また、異常状態
対応処理により、駆動電流等の電流制限を行うので、あ
る特定のバッテリセルの故障に起因して、走行不能にな
ることを未然に回避することができる。また、他のバッ
テリや電気系統への二次的災害も未然に回避することが
できる。また、第２の実施例によれば、異常モニタ処理
において、異常と疑わしいグループを発見してから電圧
データをモニタし、その経時変化をみることで、より確
実に異常判断を行うことができる。また、本実施例によ
れば、バッテリセルに生じた異常の内容が、内部短絡に
よるものか、または、内部抵抗の増加によるものかを区
別することができる。

【００２８】本実施例では、各電圧値Ｖ１〜Ｖ４の最大
値と最小値との差ΔＶｄとからバッテリの異常を検出
し、または、異常モニタの開始と異常の検出を行った
が、例えば、予め設定したバッテリの放電曲線等の特性
曲線と各バッテリの電圧値Ｖ１〜Ｖ４を比較すること
で、異常を診断するようにしてもよい。この場合、バッ
テリの経時的な劣化も考慮されることとなる。

【００２９】

【発明の効果】本発明のバッテリ診断装置によれば、バ
ッテリスタックの異常を検出すると共に、異常となった
バッテリセルの特定を容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例におけるバッテリ診断装置を
用いた電気自動車の駆動制御回路を示すブロック図であ
る。

【図２】同上、バッテリ診断装置のＥＣＵ１８の構成図
である。

【図３】同上、バッテリ診断装置の車両停止時における
異常診断の原理を説明する説明図である。

【図４】同上、バッテリ診断装置の車両走行時における
異常診断の原理を説明する説明図である。

【図５】同上、第１の実施例における異常状態検出処理
の動作示すフローチャートである。

【図６】同上、第２の実施例における異常状態検出処理
の動作を示すフローチャートである。

【図７】同上、第２の実施例における異常モニタ処理に
おいて、異常状態を判断するための回帰曲線の例を示す
説明図である。

【図８】同上、第２の実施例における異常モニタ処理の
流れを示すフローチャートである。

【符号の説明】

１２バッテリスタック１３モータ１４インバータ１８ＥＣＵ２１〜２４電圧センサ２５〜２８第１〜第４グループ２９電流センサ３１ＣＰＵ３３ＲＯＭ３４ＲＡＭ３５ウォーニングランプ３６表示装置３７アクセルセンサ３８車速センサ３９通信Ｉ／Ｆ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のバッテリセルが直列に接続された
バッテリスタックと、このバッテリスタックを同数のバッテリセルからなる複
数のブロックに分割し、各ブロック毎の電圧を測定する
電圧測定手段と、この電圧測定手段で測定された各ブロックの電圧値か
ら、前記バッテリスタックの異常を診断する異常診断手
段とを具備することを特徴とするバッテリ診断装置。