JP2020136247A - 並列ユニットの異常検出装置 - Google Patents
並列ユニットの異常検出装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2020136247A JP2020136247A JP2019032790A JP2019032790A JP2020136247A JP 2020136247 A JP2020136247 A JP 2020136247A JP 2019032790 A JP2019032790 A JP 2019032790A JP 2019032790 A JP2019032790 A JP 2019032790A JP 2020136247 A JP2020136247 A JP 2020136247A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- unit
- parallel
- parallel unit
- internal resistance
- voltage
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Tests Of Electric Status Of Batteries (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
【課題】充放電時であっても並列ユニットの異常の有無を短時間で判定できる並列ユニットの異常検出装置を提供すること。【解決手段】並列ユニットの異常検出装置は、電圧検出部16と、内部抵抗推定部と、異常判定部としての電池ECU18と、を備える。電池ECU18は、充放電がなされているとき、各並列ユニットYについて、各並列ユニットYの内部抵抗と別の並列ユニットYの内部抵抗との差が比較用閾値以下となる別の並列ユニットYを比較用として選択する。そして、電池ECU18は、各並列ユニットYと、比較用として選択された別の並列ユニットYとの両端電圧の差が判定用閾値以上の場合に、当該2つの並列ユニットYのいずれかに異常有りと判定する。【選択図】図1
Description
本発明は、並列ユニットの異常検出装置に関する。
電気自動車などの車両には、走行用モータへの供給電力を蓄える電池パックが搭載されている。電池パックにおいて、複数の二次電池を直列に接続すると出力電圧を高くでき、複数の二次電池を並列に接続すると充放電容量を大きくできる。したがって、複数の二次電池を並列に接続して並列ユニットとし、さらに複数の並列ユニットを直列に接続した電池モジュールとすることで、充放電容量を大きくしながら出力電圧を調整できる。
並列ユニットを複数直列に接続した電池モジュールを備える電池パックにおいては、各並列ユニットの複数の二次電池のうちの一部において、断線などの異常が発生する場合があり、その異常を検知するようにしている。
例えば、特許文献1に開示の電池パックは、複数の二次電池が並列接続された並列ユニットを直列接続してなる電池モジュールと、この電池モジュールに流れる充放電の電流と、各並列ユニットの電圧をマルチプレクサで切り換えて時分割に検出する電流・電圧検出部と、を備える。また、電池パックは、電流・電圧検出部で検出される各並列ユニットの電圧変化から並列ユニットの異常を判定する制御・演算部を備える。制御・演算部は、電流・電圧検出部で検出される電流の変化量を設定値と比較し、電流の変化量が設定値以下となる状態において、並列ユニットの電圧変化から並列ユニットの異常を判定する。
しかし、特許文献1の電池パックにおいて、制御・演算部は、電流変化が大きいと、電流によって並列ユニットの電圧が変化することから、充放電時のように電池の電流変化が設定値よりも大きい場合は、並列ユニットの異常を判定しない。このため、特許文献1の電池パックを車両に搭載しても、例えば、走行用モータへの電力供給が行われる放電時のように、電流変化が大きい場合には、走行用モータの挙動による影響を受けて並列ユニットの異常を判定できない。また、特許文献1において、電池パックに電流を流した後の電圧変化が一定値以上あった場合に、制御・演算部は、異常と判定しており、電圧変化が生じるまでに要する時間が長い。特に、SOCが高い電池モジュールほど、電圧変化が生じるまでに要する時間が長くなり、特許文献1においては、異常を検出するまでに多くの時間を要する。
本発明の目的は、充放電時であっても並列ユニットの異常の有無を短時間で判定できる並列ユニットの異常検出装置を提供することにある。
上記問題点を解決するための並列ユニットの異常検出装置は、並列に接続された複数の二次電池を有する並列ユニットが複数直列に接続され、充電器又は負荷によって充放電される電池モジュールと、前記並列ユニット毎に設けられ、各並列ユニットの両端電圧を検出する電圧検出部と、各並列ユニットの内部抵抗を推定する内部抵抗推定部と、前記充放電がなされているとき、各並列ユニットについて、前記内部抵抗推定部によって推定された各並列ユニットの前記内部抵抗と別の並列ユニットの前記内部抵抗との差が比較用閾値以下となる別の並列ユニットを比較用として選択し、比較用として選択された別の並列ユニットとの前記両端電圧の差が判定用閾値以上の場合に、当該両端電圧の差を算出した2つの並列ユニットのいずれかに異常有りと判定する異常判定部と、を有することを要旨とする。
これによれば、異常判定部は、各並列ユニットについて、各並列ユニットの内部抵抗と別の並列ユニットの内部抵抗との差が比較用閾値以下の別の並列ユニットを比較用として選択する。つまり、両端電圧の差を算出する2つの並列ユニットの内部抵抗をほぼ揃える。このため、両端電圧の差を算出する2つの並列ユニット同士で、内部抵抗に依存した両端電圧のバラツキを抑えることとなり、両端電圧を用いた判定の判定精度が上がる。そして、異常判定部は、充放電がなされているとき、任意の時点で電圧検出部によって検出された両端電圧を用いて異常の有無の判定を行う。よって、例えば、並列ユニットの異常が発生してから一定の電圧差が開くまで電流を流して異常判定する場合と比べると、並列ユニットの異常の有無を短時間で判定できる。
また、並列ユニットの異常検出装置について、前記並列ユニットの温度を取得する温度取得部を備え、前記内部抵抗推定部は、前記温度取得部が取得した温度から前記内部抵抗を推定してもよい。
これによれば、内部抵抗の値は温度によって変動する。よって、温度取得部によって取得された温度を用いることで、内部抵抗推定部による内部抵抗の推定精度を高めることができる。その結果、内部抵抗のより近い並列ユニットを比較用として選択でき、異常判定の精度が高まる。
また、並列ユニットの異常検出装置について、前記並列ユニットの充電率を推定する充電率推定部を備え、前記異常判定部は、各並列ユニットについて、比較用として選択された別の並列ユニットとの前記充電率の差が充電率閾値以下の場合に異常の有無を判定してもよい。
これによれば、内部抵抗の値は並列ユニットの充電率によっても変動する。よって、温度及び充電率を加味することで、各並列ユニットについて、内部抵抗のより近い並列ユニットを比較用の並列ユニットとして選択でき、異常判定の精度が高まる。
また、並列ユニットの異常検出装置について、前記並列ユニットに流れる電流を検出する電流検出部を備え、前記異常判定部は、前記内部抵抗推定部によって前記内部抵抗が推定された時点で前記電流検出部によって検出される電流値を取得し、取得された前記電流値が大きいほど前記判定用閾値を大きくしてもよい。
これによれば、並列ユニットに流れる電流の大きさに応じて両端電圧も変動する。したがって、異常判定部によって異常の有無を判定するとき、電流値に応じて判定用閾値を変えることで、異常の有無の判定精度を高めることができる。
上記問題点を解決するための並列ユニットの異常検出装置は、並列に接続された複数の二次電池を有する並列ユニットが複数直列に接続され、充電器又は負荷によって充放電される電池モジュールと、前記並列ユニット毎に設けられ、各並列ユニットの両端電圧を検出する電圧検出部と、各並列ユニットの温度を取得する温度取得部と、前記充放電がなされているとき、各並列ユニットについて、前記温度取得部によって取得された前記温度に最も近い温度を有する別の並列ユニットを比較用として選択し、比較用として選択された別の並列ユニットとの前記両端電圧の差が判定用閾値以上の場合に、当該両端電圧の差を算出した2つの並列ユニットのいずれかに異常有りと判定する異常判定部と、を有することを要旨とする。
これによれば、異常判定部は、各並列ユニットについて温度が最も近い並列ユニットを比較用として選択する。内部抵抗の値は温度によってほぼ決まるため、比較用の並列ユニットを温度から選択しても、両端電圧の差を算出する2つの並列ユニットの内部抵抗をほぼ揃えることが容易にできる。このため、両端電圧の差を算出する2つの並列ユニット同士で、内部抵抗に依存した両端電圧のバラツキを抑えることとなり、両端電圧を用いた判定の判定精度が上がる。そして、異常判定部は、充放電がなされているとき、任意の時点で電圧検出部によって検出された両端電圧を用いて異常の有無の判定を行う。よって、例えば、並列ユニットの両端電圧が、並列ユニットの異常が発生してから一定の電圧差が開くまで電流を流して異常判定する場合と比べると、並列ユニットの異常の有無を短時間で判定できる。
本発明によれば、充放電時であっても並列ユニットの異常の有無を短時間で判定できる。
以下、並列ユニットの異常検出装置を具体化した一実施形態を図1〜図5にしたがって説明する。
図1に示すように、車両10は、電池パック11と、パワーコントロールユニット20と、負荷としての走行用モータ21と、を搭載する。電池パック11は、電池モジュール12と、セルバランス回路13と、電圧検出部16と、電流検出部17と、温度取得部、異常判定部及び内部抵抗推定部としての電池ECU18と、温度検出部19と、を備える。本実施形態では、電池モジュール12と、電圧検出部16と、電流検出部17と、電池ECU18と、温度検出部19とから、後述する並列ユニットの異常検出装置が構成されている。
図1に示すように、車両10は、電池パック11と、パワーコントロールユニット20と、負荷としての走行用モータ21と、を搭載する。電池パック11は、電池モジュール12と、セルバランス回路13と、電圧検出部16と、電流検出部17と、温度取得部、異常判定部及び内部抵抗推定部としての電池ECU18と、温度検出部19と、を備える。本実施形態では、電池モジュール12と、電圧検出部16と、電流検出部17と、電池ECU18と、温度検出部19とから、後述する並列ユニットの異常検出装置が構成されている。
車両10において、走行用モータ21は、電池パック11の電池モジュール12から供給される電力によって駆動する。走行用モータ21には、パワーコントロールユニット20を介して電池モジュール12が接続されている。
電池モジュール12の正極端子には、正極側電力ラインPL1を介してパワーコントロールユニット20が接続され、正極側電力ラインPL1には正極側システムメインリレーSMR1が設けられている。また、電池モジュール12の負極端子には、負極側電力ラインNL1を介してパワーコントロールユニット20が接続され、負極側電力ラインNL1には負極側システムメインリレーSMR2が設けられている。
正極側システムメインリレーSMR1及び負極側システムメインリレーSMR2がオンされた状態において、パワーコントロールユニット20は、電池モジュール12から供給される直流電力を交流電力に変換して走行用モータ21に出力する。また、正極側システムメインリレーSMR1及び負極側システムメインリレーSMR2がオンされた状態において、車両10が減速したり、停止したりするとき、パワーコントロールユニット20は、走行用モータ21が生成した交流電力を直流電力に変換し、直流電力を電池モジュール12に出力する。電池モジュール12は、走行用モータ21が生成した回生電力を蓄える。
車両10は、充電スタンドや駐車場等に設置された充電器24からの電力により電池モジュール12を充電可能なプラグイン式のハイブリッド車両やEV車両として構成されている。車両10の車体側部には受電コネクタ10aが配置されている。受電コネクタ10aには、正極側充電電力ラインPL2と負極側充電電力ラインNL2が接続されている。正極側充電電力ラインPL2には正極側充電リレーR1が設けられ、正極側充電電力ラインPL2は、正極側システムメインリレーSMR1を介して正極側電力ラインPL1に接続される。また、負極側充電電力ラインNL2には負極側充電リレーR2が設けられ、負極側充電電力ラインNL2は、負極側システムメインリレーSMR2を介して負極側電力ラインNL1に接続される。
そして、受電コネクタ10aが充電器24に接続され、正極側充電リレーR1及び負極側充電リレーR2と、正極側システムメインリレーSMR1及び負極側システムメインリレーSMR2がオンされることにより、電池モジュール12が充電器24によって充電されるようになっている。このとき、パワーコントロールユニット20から走行用モータ21には電力が出力されない。
正極側システムメインリレーSMR1及び負極側システムメインリレーSMR2は、図示しない車両10のイグニッションスイッチがオンされているときや、車両10が充電器24に接続されているときにオンされる。また、電池モジュール12が過放電や過充電等の異常状態であるときには、正極側システムメインリレーSMR1及び負極側システムメインリレーSMR2はオフされ、電池モジュール12をパワーコントロールユニット20又は充電器24から遮断する。
図2に示すように、電池モジュール12は、並列接続された複数(本実施形態では2つ)の二次電池12aからなる並列ユニットYを複数備える。二次電池12aは、リチウムイオン電池やニッケル水素電池などが挙げられる。電池モジュール12において、二次電池12aの並設方向に隣り合う一対の二次電池12aによって一組の並列ユニットYが構成されている。並列ユニットYは、板状のバスバー12bによって並列接続されている。また、各並列ユニットYは、他の並列ユニットYと異なる極の電極端子とバスバー12bによって接続され、複数の並列ユニットYは、直列接続されている。
図1に示すように、セルバランス回路13は、並列ユニットYのそれぞれに対応して、互いに直列接続された放電抵抗14と放電スイッチ15と、を備える。放電抵抗14と放電スイッチ15との直列接続体は、並列ユニットYに並列接続されている。放電スイッチ15がオン状態の場合、並列ユニットYと放電抵抗14とが接続され、放電抵抗14に電流が流れて並列ユニットYの放電が行われる。そして、セルバランス回路13により、放電させる並列ユニットYの充電率:SOC(State Of Charge)を、目標とする並列ユニットYのSOCとを均等化させるセルバランスが行われる。本実施形態のセルバランス回路13は、パッシブ方式のセルバランスを行う。
電圧検出部16は、各並列ユニットYの両端電圧Vを測定する。各電圧検出部16で検出される値は、電池ECU18に入力される。電池ECU18は、電圧検出部16によって検出された両端電圧Vの値を取得する。電池ECU18は、電圧検出部16によって検出された両端電圧Vの値を用いて並列ユニットYの異常の有無の判定を行う。電流検出部17は、電池モジュール12と走行用モータ21との間に設けられ、充放電電流を検出する。
温度検出部19は、電池モジュール12の各並列ユニットYの温度を検出する。図2に示すように、本実施形態では、1つの電池モジュール12に3つの温度検出部19が設けられている。なお、温度検出部19の数は単数でもよいし、2つか、4つ以上でもよい。
図1に示すように、電池ECU18は、CPU18aと、RAM及びROM等からなる記憶部18bと、を備える電子制御ユニット(Electronic Control Unit)である。CPU18aと記憶部18bは信号接続されている。記憶部18bには、並列ユニットYの異常の有無を判定するためのプログラムや、パッシブセルバランスを行うためのプログラムや、並列ユニットYの断線を検出するためのプログラムが記憶されている。電池ECU18は、各種処理のうち少なくとも一部の処理を実行する専用のハードウェア、例えば、特定用途向け集積回路:ASICを備えていてもよい。電池ECU18は、コンピュータプログラムに従って動作する1つ以上のプロセッサ、ASIC等の1つ以上の専用のハードウェア回路、あるいは、それらの組み合わせを含む回路として構成し得る。プロセッサは、CPU、並びに、RAM及びROM等のメモリを含む。メモリは、処理をCPUに実行させるように構成されたプログラムコードまたは指令を格納している。メモリ、即ち、コンピュータ可読媒体は、汎用または専用のコンピュータでアクセスできるあらゆるものを含む。
次に、並列ユニットYの異常である断線を検出する方法について説明する。
電池モジュール12から走行用モータ21への電力供給がある場合、つまり、各二次電池12aが放電している場合(放電電流が流れている場合)において、各並列ユニットYに断線が無い場合は、各並列ユニットYの二次電池12aそれぞれが放電する。一方、各並列ユニットYの複数の二次電池12aのうちの一部に断線が有る場合は、断線のない二次電池12a(以下、正常な二次電池12aとする)のみが放電するため、断線が有る場合は、正常な二次電池12aの容量の減り方が速くなる。
電池モジュール12から走行用モータ21への電力供給がある場合、つまり、各二次電池12aが放電している場合(放電電流が流れている場合)において、各並列ユニットYに断線が無い場合は、各並列ユニットYの二次電池12aそれぞれが放電する。一方、各並列ユニットYの複数の二次電池12aのうちの一部に断線が有る場合は、断線のない二次電池12a(以下、正常な二次電池12aとする)のみが放電するため、断線が有る場合は、正常な二次電池12aの容量の減り方が速くなる。
また、断線に伴い、断線した二次電池12aによる内部抵抗は無限大になるため、並列ユニットYの各二次電池12aの内部抵抗の合成抵抗である並列ユニットYの内部抵抗Rは、断線のない場合より大きくなるとともに、電圧検出部16によって検出される並列ユニットYの両端電圧Vも電圧降下が大きくなることによって小さくなる。
このため、各並列ユニットYの両端電圧Vを比較することで、並列ユニットYの異常の有無を判定することができる。しかし、並列ユニットYの両端電圧Vの値は、並列ユニットYの内部抵抗R、つまり各二次電池12aの内部抵抗によって変動するため、比較する並列ユニットY同士で内部抵抗Rが大きく異なっていると、両端電圧Vの比較だけでは並列ユニットYの断線といった異常を精度良く検知できない場合がある。
並列ユニットYの各二次電池12aの内部抵抗をR’とすると、各並列ユニットYの内部抵抗R、つまり合成抵抗は、R’/nで表される。なお、「n」は並列ユニットYを構成する二次電池12aの個数である。また、並列ユニットYを構成する二次電池12a同士の内部抵抗R’は同じとする。
1つの並列ユニットYの両端電圧Vは以下の式1で示される。
V=E−R×I…式1
Eは、並列ユニットYの各二次電池12aの開回路電圧を表す。また、Iは放電電流を表す。異常が無い並列ユニットYの内部抵抗Rは、R’/nで表される。一方、並列ユニットYにおいて、複数の二次電池12aのうちの1つの二次電池12aに異常が有る場合の並列ユニットYの内部抵抗RはR’/(n−1)で表される。本実施形態では、並列ユニットYの2つの二次電池12aのうちの1つの二次電池12aに異常が有る場合の並列ユニットYの内部抵抗RはR’/1で表される。
V=E−R×I…式1
Eは、並列ユニットYの各二次電池12aの開回路電圧を表す。また、Iは放電電流を表す。異常が無い並列ユニットYの内部抵抗Rは、R’/nで表される。一方、並列ユニットYにおいて、複数の二次電池12aのうちの1つの二次電池12aに異常が有る場合の並列ユニットYの内部抵抗RはR’/(n−1)で表される。本実施形態では、並列ユニットYの2つの二次電池12aのうちの1つの二次電池12aに異常が有る場合の並列ユニットYの内部抵抗RはR’/1で表される。
したがって、本実施形態では、並列ユニットYを構成する2つの二次電池12aのうち、1つの二次電池12aに断線による異常が有る場合、異常のある並列ユニットYの電圧降下分R×Iは、異常が無い並列ユニットYの電圧降下分R×Iの2倍(n/n−1倍)になる。つまり、並列ユニットYの内部抵抗Rの値が大きいほど、言い換えると、各並列ユニットYにおいて、異常の有る二次電池12aの数が多いほど、式1から並列ユニットYの両端電圧Vが小さくなる。
しかし、並列ユニットYの内部抵抗Rは、SOCによって変動するとともに、温度の影響を受けて変動することが知られている。
図4に、並列ユニットYの温度と内部抵抗Rとの関係を表すグラフを示す。縦軸は内部抵抗Rを示し、横軸は温度を示す。図4の実線に、断線による異常があったときの温度と内部抵抗Rとの関係を示し、図4の破線に、異常がないときの温度と内部抵抗Rとの関係を示す。並列ユニットYの内部抵抗Rは、温度が上昇するほど小さくなる特性を有する。逆に、並列ユニットYの内部抵抗Rは、温度が低くなるほど大きくなる特性を有する。また、上記したように、断線による異常があったとき、並列ユニットYの内部抵抗Rは、異常がないときより大きくなる。
図4に、並列ユニットYの温度と内部抵抗Rとの関係を表すグラフを示す。縦軸は内部抵抗Rを示し、横軸は温度を示す。図4の実線に、断線による異常があったときの温度と内部抵抗Rとの関係を示し、図4の破線に、異常がないときの温度と内部抵抗Rとの関係を示す。並列ユニットYの内部抵抗Rは、温度が上昇するほど小さくなる特性を有する。逆に、並列ユニットYの内部抵抗Rは、温度が低くなるほど大きくなる特性を有する。また、上記したように、断線による異常があったとき、並列ユニットYの内部抵抗Rは、異常がないときより大きくなる。
図5に、並列ユニットYのSOCと内部抵抗Rとの関係を表すグラフを示す。縦軸は内部抵抗Rを示し、横軸はSOCを示す。実線は、並列ユニットYが20℃のときのSOCと内部抵抗Rとの関係を表し、破線は並列ユニットYが10℃のときのSOCと内部抵抗Rとの関係を表し、1点鎖線は並列ユニットYが0℃のときのSOCと内部抵抗Rとの関係を表す。図5に示すように、並列ユニットYの温度及びSOCによって内部抵抗Rの値が異なる。よって、並列ユニットYの異常を判定する場合、比較する並列ユニットY同士でSOC及び温度を加味することで、内部抵抗Rの推定精度を高めることができる。その結果、両端電圧Vを比較するときの条件をより精度良く揃えることができ、並列ユニットYの異常判定の精度が高まる。
次に、電池ECU18による異常判定処理を作用とともに図3に基づいて説明する。
まず、電池ECU18は、ステップS1において、各並列ユニットYの温度を推定する。各並列ユニットYの温度は、温度検出部19によって取得された温度から推定する。したがって、本実施形態では、電池ECU18が温度取得部として機能する。温度検出部19は、1つの電池モジュール12に3つ設けられており、電池モジュール12は6つの並列ユニットYを備えることから、温度検出部19によって各並列ユニットYの温度は直接検出できない。しかし、充放電時は、電池モジュール12における二次電池12aの並設方向の中央ほど温度が高くなり、並設方向の端ほど温度が低くなる。この条件から、並列ユニットYにおける各並列ユニットYの温度は、並列ユニットYの並設方向の位置と充放電電流の大きさに応じて予め把握することができる。したがって、3つの温度検出部19が検出した温度から、電池ECU18は各並列ユニットYの温度を推定する。
まず、電池ECU18は、ステップS1において、各並列ユニットYの温度を推定する。各並列ユニットYの温度は、温度検出部19によって取得された温度から推定する。したがって、本実施形態では、電池ECU18が温度取得部として機能する。温度検出部19は、1つの電池モジュール12に3つ設けられており、電池モジュール12は6つの並列ユニットYを備えることから、温度検出部19によって各並列ユニットYの温度は直接検出できない。しかし、充放電時は、電池モジュール12における二次電池12aの並設方向の中央ほど温度が高くなり、並設方向の端ほど温度が低くなる。この条件から、並列ユニットYにおける各並列ユニットYの温度は、並列ユニットYの並設方向の位置と充放電電流の大きさに応じて予め把握することができる。したがって、3つの温度検出部19が検出した温度から、電池ECU18は各並列ユニットYの温度を推定する。
次に、電池ECU18は、ステップS2において、各並列ユニットYについて、推定された温度から内部抵抗Rを推定する。したがって、電池ECU18が内部抵抗推定部として機能する。内部抵抗Rの値は、並列ユニットYの温度と内部抵抗Rとを対応付けたマップを用いて導出され、各並列ユニットYの内部抵抗Rは、紐付けされて記憶部18bに記憶される。
次に、電池ECU18は、ステップS3において、各並列ユニットYのSOCを推定する。したがって、本実施形態では、電池ECU18が充電率推定部として機能する。並列ユニットYのSOCは、電流積算法により推定される。電流積算法は、並列ユニットYの充放電電流を積算することにより充電率を推定する方法である。また、並列ユニットYのSOCは、充放電電流が流れていない状態で電圧検出部16によって検出された両端電圧Vを開回路電圧:OCV(Open Circuit Voltage)とし、OCV−SOC曲線から推定してもよい。
次に、電池ECU18は、ステップS4において、各並列ユニットYについて、他の並列ユニットYのうち、各並列ユニットYの内部抵抗Rと別の並列ユニットYの内部抵抗Rとの差が比較用閾値以下となる別の並列ユニットYを、「比較用」の並列ユニットYとして選択する。つまり、電池ECU18は、各並列ユニットYについて、内部抵抗Rがほぼ同じ比較用の並列ユニットYを紐付ける。比較用閾値は、2つの並列ユニットYの内部抵抗Rの差が、並列ユニットYの内部抵抗Rの推定精度以内に収まるように設定される。各並列ユニットYの内部抵抗Rと別の並列ユニットYの内部抵抗Rとの差が比較用閾値以下の別の並列ユニットYが複数存在する場合には、各並列ユニットYと最も内部抵抗Rが近いものを選んでもよいし、各並列ユニットYと最も距離が近いものを選んでもよい。
次に、電池ECU18は、ステップS5において、紐付けされた2つの並列ユニットYのSOC同士を比較し、SOCの差が充電率閾値以下か否かを判定する。SOCの差が充電率閾値より大きい場合、つまり、ステップS5でNOの場合、電池ECU18は処理を終了する。つまり、紐付けされた2つの並列ユニットYにおいて、SOCが大きく離れている場合は、内部抵抗Rが近くてもSOCを原因として両端電圧Vが大きく離れる可能性がある。このため、ステップS5では、温度に加え、SOCも加味して内部抵抗Rの近い並列ユニットYを選択する。SOCの差が充電率閾値以下の場合、つまり、ステップS5でYESの場合、電池ECU18は、ステップS6において、紐付けされた2つの並列ユニットYそれぞれの両端電圧Vを電圧検出部16から取得し、紐付けされた2つの並列ユニットYの両端電圧Vの差を算出する。そして、算出された両端電圧Vの差が判定用閾値以上か否かを判定する。したがって、本実施形態では、電池ECU18が異常判定部として機能する。
判定用閾値は、内部抵抗Rを推定した時点(ステップS2)で電流検出部17によって検出された電流値に応じて変更する。両端電圧Vの差を算出した2つの並列ユニットYは、内部抵抗Rの値は近いが両端電圧Vは必ずしも一致するとは限らない。そして、放電時に並列ユニットYに流れる電流値が大きくなれば、並列ユニットYの電圧降下分R×Iも大きくなり、両端電圧Vの差も大きく開きやすくなる。このため、例えば、判定用閾値が小さすぎると、2つの並列ユニットYに異常が無い場合であっても、両端電圧Vの差が判定用閾値以上になってしまい、異常有りと判定する虞がある。よって、電流値の大きさに応じて判定用閾値を変更するのが好ましく、電流値が大きいほど、判定用閾値を大きくする。
そして、ステップS6において、両端電圧Vの差が判定用閾値以上の場合、つまり、ステップS6でYESの場合、電池ECU18は、両端電圧Vの差を算出した2つの並列ユニットYのいずれかに断線による異常があると判定する(ステップS7)。
上記したように、並列ユニットYの2つの二次電池12aのうちの1つの二次電池12aに異常が有る場合、その並列ユニットYの電圧降下分R×Iは、異常が無い並列ユニットYの電圧降下分R×Iの2倍(n/n−1倍)になる。そして、紐付けされた2つの並列ユニットYは内部抵抗Rの値が近く、内部抵抗Rによる両端電圧Vのバラツキが抑えられている。このため、紐付けされた2つの並列ユニットYの両端電圧Vを比較し、判定用閾値と比較することで、2つの並列ユニットYのうち、いずれか一方に異常がありと、精度良く判定できる。
一方、ステップS6において、両端電圧Vの差が判定用閾値未満の場合、つまり、ステップS6でNOの場合、電池ECU18は、両端電圧Vの差を算出した2つの並列ユニットYに断線が無いと判定する(ステップS8)。その後、電池ECU18は処理を終了する。
よって、本実施形態では、並列ユニットYの異常検出装置は、電池モジュール12と、電圧検出部16と、電流検出部17と、温度取得部、充電率推定部及び異常判定部としての電池ECU18と、温度検出部19とから構成されている。
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
(1)電池ECU18は、各並列ユニットYについて、各並列ユニットYの内部抵抗Rと別の並列ユニットYの内部抵抗Rとの差が比較用閾値以下の別の並列ユニットYを比較用として選択する。つまり、両端電圧Vの差を算出する2つの並列ユニットY同士で内部抵抗Rをほぼ揃える。このため、両端電圧Vの差を算出する2つの並列ユニットY同士で、内部抵抗Rに依存した両端電圧Vのバラツキを抑えることとなり、両端電圧Vを用いた異常判定の判定精度が上がる。そして、電池ECU18は、電池モジュール12の放電時に、両端電圧Vを用いて各並列ユニットYの異常の有無の判定を行う。よって、例えば、異常が発生してから一定の電圧差が開くまで電流を流して異常判定する場合と比べると、並列ユニットYの異常の有無を短時間で判定できる。
(1)電池ECU18は、各並列ユニットYについて、各並列ユニットYの内部抵抗Rと別の並列ユニットYの内部抵抗Rとの差が比較用閾値以下の別の並列ユニットYを比較用として選択する。つまり、両端電圧Vの差を算出する2つの並列ユニットY同士で内部抵抗Rをほぼ揃える。このため、両端電圧Vの差を算出する2つの並列ユニットY同士で、内部抵抗Rに依存した両端電圧Vのバラツキを抑えることとなり、両端電圧Vを用いた異常判定の判定精度が上がる。そして、電池ECU18は、電池モジュール12の放電時に、両端電圧Vを用いて各並列ユニットYの異常の有無の判定を行う。よって、例えば、異常が発生してから一定の電圧差が開くまで電流を流して異常判定する場合と比べると、並列ユニットYの異常の有無を短時間で判定できる。
(2)電池ECU18は、並列ユニットYの温度から内部抵抗Rを推定する。内部抵抗Rは温度によって変動するため、温度から内部抵抗Rを推定することにより、内部抵抗Rの推定精度を高めることができる。その結果、内部抵抗Rのより近い並列ユニットYを比較用として選択でき、異常判定の精度が高まる。
(3)電池ECU18は、比較用として選択された別の並列ユニットYとのSOCの差が充電率閾値以下の場合に、並列ユニットYの異常の有無の判定を行う。言い換えると、電池ECU18は、比較用として選択された別の並列ユニットYとのSOCの差が大きく開いている場合は、並列ユニットYの異常の有無の判定は行わない。よって、温度及びSOCを加味することで、各並列ユニットYについて、内部抵抗Rのより近い並列ユニットYを別の並列ユニットとして選択でき、異常判定の精度が高まる。
(4)放電電流の大きさによって両端電圧Vも変動する。このため、判定用閾値を並列ユニットYに流れる電流の大きさに応じて変更することにより、異常の有無の判定精度を高めることができる。
(5)並列ユニットYの異常の有無の判定は、電圧検出部16によって検出された実測値を用いて行う。このため、異常の有無の判定を内部抵抗等の推定値を用いて行う場合と比べると、判定精度を高めることができる。
なお、各実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 電池ECU18による異常判定において、電池ECU18は、各並列ユニットYの温度を推定し、取得した後、各並列ユニットYについて、取得された温度に最も近い温度を有する別の並列ユニットYを、「比較用」の並列ユニットYとして選択してもよい。そして、電池ECU18は、各並列ユニットYについて、比較用として選択された別の並列ユニットYとの両端電圧Vの差が判定用閾値以上の場合に、当該両端電圧Vの差を算出した2つの並列ユニットYのいずれかに異常有りと判定する。
○ 電池ECU18による異常判定において、電池ECU18は、各並列ユニットYの温度を推定し、取得した後、各並列ユニットYについて、取得された温度に最も近い温度を有する別の並列ユニットYを、「比較用」の並列ユニットYとして選択してもよい。そして、電池ECU18は、各並列ユニットYについて、比較用として選択された別の並列ユニットYとの両端電圧Vの差が判定用閾値以上の場合に、当該両端電圧Vの差を算出した2つの並列ユニットYのいずれかに異常有りと判定する。
このように構成した場合、電池ECU18は、各並列ユニットYについて温度が最も近い並列ユニットYを「比較用」として選択する。内部抵抗Rの値は温度によってほぼ決まるため、温度から比較用の並列ユニットYを選択しても、両端電圧Vの差を算出する2つの並列ユニットYの内部抵抗Rをほぼ揃えることが容易にできる。このため、両端電圧Vの差を算出する2つの並列ユニットY同士で、内部抵抗Rに依存した両端電圧Vのバラツキを抑えることとなり、両端電圧Vを用いた判定の判定精度が上がる。そして、電池ECU18は、充放電がなされているとき、任意の時点で電圧検出部16によって検出された両端電圧Vを用いて異常の有無の判定を行う。よって、例えば、並列ユニットYの両端電圧Vが、並列ユニットYの異常が発生してから一定の電圧差が開くまで電流を流して異常判定する場合と比べると、並列ユニットYの異常の有無を短時間で判定できる。
なお、温度に基づいて比較用の並列ユニットYを選択して紐付けした後、電池ECU18は、紐付けされた2つの並列ユニットYのSOC同士を比較し、SOCの差が充電率閾値以下か否かを判定してもよい。そして、電池ECU18は、SOCの差が充電率閾値より大きい場合は処理を終了し、SOCの差が充電率閾値以下の場合、二つの並列ユニットYの両端電圧Vを比較して異常の有無を判定してもよい。
○ 電池ECU18による異常判定において、ステップS3における並列ユニットYのSOCの推定、及びステップS5における充電率閾値との比較をする処理は無くてもよい。電池モジュール12においては、セルバランス回路13によって各並列ユニットYのSOCは均等化されており、SOCは近いと想定されるためである。このため、SOCの推定及び充電率閾値との比較は無くても、内部抵抗Rはほぼ近いものと推定される。
○ 判定用閾値は、電流の大きさに応じて変更しなくてもよい。
○ 内部抵抗Rは、SOCと温度の両方を相関付けたマップから推定してもよい。
○ 内部抵抗Rは、温度を加味せず、SOCのみから推定してもよい。
○ 内部抵抗Rは、SOCと温度の両方を相関付けたマップから推定してもよい。
○ 内部抵抗Rは、温度を加味せず、SOCのみから推定してもよい。
○ 内部抵抗Rは、二次電池12aの劣化度合いを加味して推定してもよい。これによれば、二次電池12aの内部抵抗Rは劣化が進むほど高くなるため、より内部抵抗Rの推定精度が高まる。
○ 電池ECU18による異常判定において、紐付けされた2つの並列ユニットYの劣化度合いを比較し、劣化度合いが劣化閾値以下か否かを判定してもよい。そして、電池ECU18は、劣化度合いの差が劣化閾値より大きい場合は処理を終了し、劣化度合いの差が劣化閾値以下の場合、2つの並列ユニットYの両端電圧Vを比較して異常の有無の判定を行ってもよい。
○ 並列ユニットYの異常判定は、電池モジュール12から走行用モータ21への放電時に行ったが、車両10が減速したり、停止したりするとき、電池モジュール12が走行用モータ21で生成された回生電力を充電するときに行ってもよい。又は、並列ユニットYの異常判定は、充電器24から電池モジュール12に充電するときに行ってもよい。
○ 並列ユニットの異常検出装置において、各並列ユニットYに温度検出部19を設け、電池ECU18は、各温度検出部19から並列ユニットYの温度を直接取得してもよい。
○ 内部抵抗推定部、温度取得部、充電率推定部を、電池ECU18以外のECUによって構成してもよい。又は、内部抵抗推定部、温度取得部、及び充電率推定部のうちのいずれか1つ又は2つを電池ECU18以外のECUによって構成してもよい。
○ 負荷は、走行用モータ21以外のオルタネータや電動圧縮機であってもよい。
○ 並列ユニットYの異常検出装置は、車両以外に搭載されていてもよく、例えば、パソコンやモバイルフォンの電池パックに搭載されていてもよい。
○ 並列ユニットYの異常検出装置は、車両以外に搭載されていてもよく、例えば、パソコンやモバイルフォンの電池パックに搭載されていてもよい。
Y…並列ユニット、12…電池モジュール、12a…二次電池、16…電圧検出部、17…電流検出部、18…内部抵抗推定部、異常判定部、温度取得部、及び充電率推定部としての電池ECU、21…負荷としての走行用モータ、24…充電器。
Claims (5)
- 並列に接続された複数の二次電池を有する並列ユニットが複数直列に接続され、充電器又は負荷によって充放電される電池モジュールと、
前記並列ユニット毎に設けられ、各並列ユニットの両端電圧を検出する電圧検出部と、
各並列ユニットの内部抵抗を推定する内部抵抗推定部と、
前記充放電がなされているとき、各並列ユニットについて、前記内部抵抗推定部によって推定された各並列ユニットの前記内部抵抗と別の並列ユニットの前記内部抵抗との差が比較用閾値以下となる別の並列ユニットを比較用として選択し、比較用として選択された別の並列ユニットとの前記両端電圧の差が判定用閾値以上の場合に、当該両端電圧の差を算出した2つの並列ユニットのいずれかに異常有りと判定する異常判定部と、を有する並列ユニットの異常検出装置。 - 前記並列ユニットの温度を取得する温度取得部を備え、前記内部抵抗推定部は、前記温度取得部が取得した温度から前記内部抵抗を推定する請求項1に記載の並列ユニットの異常検出装置。
- 前記並列ユニットの充電率を推定する充電率推定部を備え、前記異常判定部は、各並列ユニットについて、比較用として選択された別の並列ユニットとの前記充電率の差が充電率閾値以下の場合に異常の有無を判定する請求項2に記載の並列ユニットの異常検出装置。
- 前記並列ユニットに流れる電流を検出する電流検出部を備え、前記異常判定部は、前記内部抵抗推定部によって前記内部抵抗が推定された時点で前記電流検出部によって検出される電流値を取得し、取得された前記電流値が大きいほど前記判定用閾値を大きくする請求項1〜請求項3のうちいずれか一項に記載の並列ユニットの異常検出装置。
- 並列に接続された複数の二次電池を有する並列ユニットが複数直列に接続され、充電器又は負荷によって充放電される電池モジュールと、
前記並列ユニット毎に設けられ、各並列ユニットの両端電圧を検出する電圧検出部と、
各並列ユニットの温度を取得する温度取得部と、
前記充放電がなされているとき、各並列ユニットについて、前記温度取得部によって取得された前記温度に最も近い温度を有する別の並列ユニットを比較用として選択し、比較用として選択された別の並列ユニットとの前記両端電圧の差が判定用閾値以上の場合に、当該両端電圧の差を算出した2つの並列ユニットのいずれかに異常有りと判定する異常判定部と、を有する並列ユニットの異常検出装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019032790A JP2020136247A (ja) | 2019-02-26 | 2019-02-26 | 並列ユニットの異常検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019032790A JP2020136247A (ja) | 2019-02-26 | 2019-02-26 | 並列ユニットの異常検出装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020136247A true JP2020136247A (ja) | 2020-08-31 |
Family
ID=72263508
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019032790A Pending JP2020136247A (ja) | 2019-02-26 | 2019-02-26 | 並列ユニットの異常検出装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2020136247A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114137421A (zh) * | 2021-11-30 | 2022-03-04 | 蜂巢能源(上海)有限公司 | 电池异常检测方法、装置、设备及存储介质 |
WO2023075219A1 (ko) * | 2021-10-28 | 2023-05-04 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | 배터리 진단 방법 및 이를 적용한 배터리 시스템 |
JP7491322B2 (ja) | 2022-01-07 | 2024-05-28 | トヨタ自動車株式会社 | 情報処理センター及びシステム |
JP7512949B2 (ja) | 2021-05-13 | 2024-07-09 | トヨタ自動車株式会社 | バッテリ異常検出装置、バッテリ異常検出方法、及びバッテリ異常検出プログラム |
-
2019
- 2019-02-26 JP JP2019032790A patent/JP2020136247A/ja active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7512949B2 (ja) | 2021-05-13 | 2024-07-09 | トヨタ自動車株式会社 | バッテリ異常検出装置、バッテリ異常検出方法、及びバッテリ異常検出プログラム |
WO2023075219A1 (ko) * | 2021-10-28 | 2023-05-04 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | 배터리 진단 방법 및 이를 적용한 배터리 시스템 |
CN114137421A (zh) * | 2021-11-30 | 2022-03-04 | 蜂巢能源(上海)有限公司 | 电池异常检测方法、装置、设备及存储介质 |
CN114137421B (zh) * | 2021-11-30 | 2023-09-19 | 章鱼博士智能技术(上海)有限公司 | 电池异常检测方法、装置、设备及存储介质 |
JP7491322B2 (ja) | 2022-01-07 | 2024-05-28 | トヨタ自動車株式会社 | 情報処理センター及びシステム |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10608444B2 (en) | Power supply system | |
US10608445B2 (en) | Power supply system | |
JP2020136247A (ja) | 並列ユニットの異常検出装置 | |
US9438059B2 (en) | Battery control apparatus and battery control method | |
US10048322B2 (en) | Method of measuring battery pack current and correcting offsets of a current sensor | |
JP7217474B2 (ja) | 管理装置、及び電源システム | |
JP7199021B2 (ja) | 管理装置、蓄電システム | |
US10320204B2 (en) | Electric storage apparatus and electric-storage controlling method | |
US20210339651A1 (en) | Power supply system and management device | |
US20220355700A1 (en) | Management device and power supply system | |
JP6322810B2 (ja) | 均等化処理装置 | |
JP5999048B2 (ja) | 蓄電システム | |
CN113016099B (zh) | 电池控制装置 | |
CN115956032A (zh) | 管理装置和电源*** | |
JP5772615B2 (ja) | 蓄電システム | |
KR101472886B1 (ko) | 전지팩의 전압 밸런싱 장치 및 방법 | |
JP2021129439A (ja) | 電池監視装置 | |
JP2020061823A (ja) | 二次電池制御装置 | |
JP2020145905A (ja) | 電池パック | |
US20220209319A1 (en) | Power storage system and controller for power storage system | |
US20220311058A1 (en) | Battery system and method for equalization of battery pack | |
JP2020180891A (ja) | 電池ブロックの断線検出装置 | |
JP2022072798A (ja) | 制御装置 | |
JP2020173159A (ja) | 過電流検出装置 | |
JP2020193821A (ja) | 電圧計測回路及び電池パック |