JP3936169B2 - 組電池システムの異常検出方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の単電池を直列接続した組電池ブロックを、複数個直列と並列とを組み合わせて接続した組電池システムにおける異常検出方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の組電池システムにおいては、複数の単電池を直列接続した組電池ブロック、例えば６個の単電池を直列接続して単一のモジュールとし、この電池モジュールを２０〜３０個並列して配設して直列に接続した組電池ブロックが用いられ、組電池ブロックに装着した各種センサ（図示せず）からの出力信号にて組電池ブロックの温度や電圧や電流を検出し、その検出結果に応じて各種制御や異常検出を行うように構成されている。
【０００３】
さらに、大容量・大出力の組電池システムの要請に対して、図４に示すように、上記した組電池ブロック１１を複数個直列と並列とを組み合わせて接続した組電池システム１０が構想されており、このような組電池システムにおいては、通常全電流が流れる箇所に単一の電流センサ１２が配設される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、図４のような組電池システムでは、何れかの組電池ブロック１１の単電池の電池抵抗が異常に上昇するなどの異常が発生した場合でも、電流センサ１２にはその影響が部分的にしか現れないため的確に検出することが困難であり、検出できた場合でも、どの組電池ブロック１１であるかが直ちには判明せず、容易に適切な対処を行うことができないという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、組電池システムを構成している組電池ブロックの何れかに異常が発生したときに電流検出にてそれを的確に検出できる組電池システムの異常検出方法及び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】
本発明の組電池システムの異常検出方法は、複数の単電池を直列接続した組電池ブロックを、複数個直列と並列とを組み合わせて接続した組電池システムにおける異常検出方法であって、各組電池ブロックの電流値を検出する工程と、検出された各組電池ブロックの電流値から組電池ブロックの接続形態に応じたアルゴリズムによって組電池ブロックの異常を検出する工程とを有するものであり、組電池ブロックの何れかに異常が発生したときに電流検出にてそれを的確に検出して対処することができる。さらに、アルゴリズムによっては異常が発生した組電池ブロックを特定することも可能となる。
【０００７】
すなわち、複数の組電池ブロックを直列接続したものを複数並列接続した組電池システムにおいては、並列関係にある組電池ブロック間の電流値の差が所定の闘値を越えたときに電池異常又は電流検出手段の異常とし、直列接続した組電池ブロック間の電流値の差が所定の闘値を越えたときに電流検出手段の異常とし、これらの異常判定から電流検出手段の異常と区別して組電池ブロックの異常の判定を行うことができる。
【０００８】
また、複数の組電池ブロックを並列接続したものを複数直列接続した組電池システムにおいては、各並列関係にある組電池ブロック間の電流値の差が所定の闘値を越えたときに電池異常又は電流検出手段の異常とし、直列関係にある組電池ブロック間の電流値の差が所定の闘値を越えたときに電池異常又は電流検出手段の異常とし、並列接続した組電池ブロック群の電流値の和の組電池ブロック群間の差が所定の闘値を越えたときに電流検出手段の異常とし、これらの異常判定から電流検出手段の異常と区別して組電池ブロックの異常の判定を行うことができる。
【０００９】
また、本発明の組電池システムの異常検出装置は、複数の単電池を直列接続した組電池ブロックを、複数個直列と並列とを組み合わせて接続した組電池システムにおける異常検出装置であって、各組電池ブロックにその電流値を検出する電流検出手段を配設し、検出された各組電池ブロックの電流値から組電池ブロックの接続形態に応じたアルゴリズムによって組電池ブロックを特定してその異常を検出する制御手段を設けたものであり、上記異常検出方法を実施してその効果を奏することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の組電池システムにおける異常検出方法及び装置の一実施形態について、図１、図２を参照して説明する。
【００１１】
図１において、１０は組電池システムで、複数の単電池を直列接続した４つの組電池ブロック１ａ〜１ｄを備えており、組電池ブロック１ａと１ｃ、及び１ｂと１ｄをそれぞれ直列接続したものを並列に接続して構成されている。各組電池ブロック１ａ〜１ｄは、例えば６個の単電池を直列接続した電池モジュールを２０〜３０個並列配置して直列接続して構成されている。そして、各組電池ブロック１ａ〜１ｄには、それぞれを冷却する冷却手段としての冷却ファン２ａ〜２ｄが配設されている。
【００１２】
各組電池ブロック１ａ〜１ｄに対応して、それぞれに装着したセンサ（図示せず）からの出力信号にて組電池ブロック１ａ〜１ｄの温度や電圧を検出する温度・電圧検出部３ａ〜３ｄが設けられ、各温度・電圧検出部３ａ〜３ｄの検出結果は制御部５に入力されている。また、各組電池ブロック１ａ〜１ｄには、それぞれに流れる電流を検出する電流センサ４ａ〜４ｄが設けられ、その検出結果は制御部５に入力されている。
【００１３】
制御部５は、温度・電圧検出部３ａ〜３ｄ及び電流センサ４ａ〜４ｄの検出結果に応じて各々の組電池ブロック１ａ〜１ｄの冷却ファン２ａ〜２ｄの作動制御を行うとともに、組電池ブロック１ａ〜１ｄの異常検出を行うように構成されている。６ａ、６ｂは組電池システム１０の出力端子である。
【００１４】
次に、以上の構成における制御部５による組電池ブロック１ａ〜１ｄの異常検出動作について、図２を参照して説明する。
【００１５】
図２（ａ）において、組電池ブロック１ａ、１ｂ、１ｃとその電流センサ４ａ、４ｂ、４ｃの組み合わせを例に取り上げて説明する。電流センサ４ａ、４ｂ、４ｃの検出電流がそれぞれＩ₁ 、Ｉ₂ 、Ｉ₃ であったとする。
【００１６】
この時の異常検出アルゴリズムを、図２（ｂ）のフロー図を参照して説明する。まず電流センサ４ａ、４ｂ、４ｃの検出電流Ｉ₁ 、Ｉ₂ 、Ｉ₃ を読み取る。次に、（Ｉ₁ −Ｉ₂ ）が所定の闘値ｔ₁ より大きいか否かを判定する。正常な場合はＩ₁ とＩ₂ は余り変わらない筈であるため、（Ｉ₁ −Ｉ₂ ）＞ｔ₁ の場合は組電池ブロック１ａまたは１ｂの電池異常であるか、電流センサ４ａまたは４ｂの異常である。次に、（Ｉ₁ −Ｉ₃ ）が所定の闘値ｔ₂ より大きいか否かを判定する。Ｉ₁ とＩ₃ は同じ値となる筈であり、（Ｉ₁ −Ｉ₃ ）＞ｔ₂ の場合は電流センサ４ａ、４ｃの何れか又は両方が異常である。
【００１７】
かくして、（Ｉ₁ −Ｉ₂ ）≦ｔ₁ でかつ（Ｉ₁ −Ｉ₃ ）≦ｔ₂ の場合は正常であると判定できる。また、（Ｉ₁ −Ｉ₃ ）≦ｔ₂ であるため、電流センサ４ａが正常であるにも関わらず、（Ｉ₁ −Ｉ₂ ）＞ｔ₁ である場合は、組電池ブロック１ａが異常であるか、電流センサ４ｂが異常であると判定できる。
【００１８】
以下、電流センサ４ａ、４ｂ、４ｄの組み合わせ、電流センサ４ａ、４ｃ、４ｄの組み合わせ、電流センサ４ｂ、４ｃ、４ｄの組み合わせについて同様のアルゴリズムによる判定をすることにより、最終的に組電池ブロック１ａ〜１ｄの何れが異常であるか、また何れの電流センサ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄが異常であるかを判定することができる。なお、これらすべての組み合わせについて判定を行わなくても判定可能な場合があり、また電流値Ｉの実際の値を検討することによっても判定することも可能である。
【００１９】
次に、本発明の他の実施形態の組電池システム１０における組電池ブロック１ａ〜１ｄの異常検出動作について、図３を参照して説明する。
【００２０】
本実施形態の組電池システム１０は、図３（ａ）に示すように、組電池ブロック１ａと１ｂ、及び１ｃと１ｄをそれぞれ並列接続したものを直列に接続して構成されており、各組電池ブロック１ａ〜１ｄの電流センサ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの検出電流がそれぞれＩ₁ 、Ｉ₂ 、Ｉ₃ 、Ｉ₄ であったとする。
【００２１】
この時の異常検出アルゴリズムを、図３（ｂ）のフロー図を参照して説明する。まず、電流センサ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの検出電流Ｉ₁ 、Ｉ₂ 、Ｉ₃ 、Ｉ₄ を読み取る。次に、（Ｉ₁ −Ｉ₂ ）が所定の闘値ｔ₁ より大きいか否かを判定する。正常な場合はＩ₁ とＩ₂ は余り変わらない筈であるため、（Ｉ₁ −Ｉ₂ ）＞ｔ₁ の場合は、組電池ブロック１ａまたは１ｂの電池異常であるか、電流センサ４ａまたは４ｂの異常である。次に（Ｉ₁ −Ｉ₃ ）が所定の闘値ｔ₁ より大きいか否かを判定する。正常な場合はＩ₁ とＩ₃ は余り変わらない筈であるため、（Ｉ₁ −Ｉ₃ ）＞ｔ₁ の場合は、組電池ブロック１ｂ、１ｄが正常であるとすると、組電池ブロック１ａまたは１ｃの電池異常であるか、電流センサ４ａまたは４ｃの異常である。次に、（Ｉ₁ ＋Ｉ₂ ）−（Ｉ₃ ＋Ｉ₄ ）が所定の闘値ｔ₂ より大きいか否かを判定する。（Ｉ₁ ＋Ｉ₂ ）と（Ｉ₃ ＋Ｉ₄ ）は同じ値となる筈であり、（Ｉ₁ ＋Ｉ₂ ）−（Ｉ₃ ＋Ｉ₄ ）＞ｔ₂ の場合は、複数の電流センサが同時に異常になることはまず無いので、電流センサ４ａ〜４ｄの何れかが異常である。
【００２２】
かくして、（Ｉ₁ −Ｉ₂ ）≦ｔ₁ 、（Ｉ₁ −Ｉ₃ ）≦ｔ₁ でかつ（Ｉ₁ ＋Ｉ₂ ）−（Ｉ₃ ＋Ｉ₄ ）≦ｔ₂ の場合は正常であると判定できる。
【００２３】
一方、（Ｉ₁ ＋Ｉ₂ ）−（Ｉ₃ ＋Ｉ₄ ）≦ｔ₂ であるため、電流センサ４ａ〜４ｄが正常であるにも関わらず、（Ｉ₁ −Ｉ₂ ）＞ｔ₁ でかつ（Ｉ₁ −Ｉ₃ ）＞ｔ₁ の場合は組電池ブロック１ａが異常であり、（Ｉ₁ −Ｉ₂ ）＞ｔ₁ でかつ（Ｉ₁ −Ｉ₃ ）≦ｔ₁ の場合は組電池ブロック１ｂが異常であると推定できる。
【００２４】
以下、同様に、（Ｉ₂ −Ｉ₁ ）＞ｔ₁ 、（Ｉ₂ −Ｉ₄ ）＞ｔ₁ であるかの判定、（Ｉ₃ −Ｉ₄ ）＞ｔ₁ 、（Ｉ₃ −Ｉ₁ ）＞ｔ₁ であるかの判定、（Ｉ₄ −Ｉ₃ ）＞ｔ₁ 、（Ｉ₄ −Ｉ₂ ）＞ｔ₁ であるかの判定を順次行い、相互の判定結果を検討することによって何れの組電池ブロックが異常であるかを確定的に判定することができる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明の組電池システムの異常検出方法及び装置によれば、以上のように各組電池ブロックの電流値を検出し、検出された各組電池ブロックの電流値から組電池ブロックの接続形態に応じたアルゴリズムによって組電池ブロックの異常を検出するようにしたので、組電池ブロックの何れかに異常が発生したときに電流検出にてそれを的確に検出して対処することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における組電池システムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】同実施形態における作用説明図で、（ａ）は電流センサの配置図、（ｂ）は異常検出のアルゴリズムのフロー図である。
【図３】本発明の他の実施形態における作用説明図で、（ａ）は電流センサの配置図、（ｂ）は異常検出のアルゴリズムのフロー図である。
【図４】従来例の組電池システムの概略構成図である。
【符号の説明】
１ａ〜１ｄ 組電池ブロック
４ａ〜４ｄ 電流センサ
５ 制御部（制御手段）
１０ 組電池システム

Claims (4)

1. 複数の単電池を直列接続した組電池ブロックを、複数個直列と並列とを組み合わせて接続した組電池システムにおける異常検出方法であって、各組電池ブロックの電流値を検出する工程と、検出された各組電池ブロックの電流値から組電池ブロックの接続形態に応じたアルゴリズムによって組電池ブロックの異常を検出する工程とを有することを特徴とする組電池システムの異常検出方法。
2. 複数の組電池ブロックを直列接続したものを複数並列接続した組電池システムにおいて、並列関係にある組電池ブロック間の電流値の差が所定の闘値を越えたときに電池異常又は電流検出手段の異常とし、直列接続した組電池ブロック間の電流値の差が所定の闘値を越えたときに電流検出手段の異常とし、これらの異常判定から組電池ブロックの異常の判定を行うことを特徴とする請求項１記載の組電池システムの異常検出方法。
3. 複数の組電池ブロックを並列接続したものを複数直列接続した組電池システムにおいて、各並列関係にある組電池ブロック間の電流値の差が所定の闘値を越えたときに電池異常又は電流検出手段の異常とし、直列関係にある組電池ブロック間の電流値の差が所定の闘値を越えたときに電池異常又は電流検出手段の異常とし、並列接続した組電池ブロック群の電流値の和の組電池ブロック群間の差が所定の闘値を越えたときに電流検出手段の異常とし、これらの異常判定から組電池ブロックの異常の判定を行うことを特徴とする請求項１記載の組電池システムの異常検出方法。
4. 複数の単電池を直列接続した組電池ブロックを、複数個直列と並列とを組み合わせて接続した組電池システムにおける異常検出装置であって、各組電池ブロックにその電流値を検出する電流検出手段を配設し、検出された各組電池ブロックの電流値から組電池ブロックの接続形態に応じたアルゴリズムによって組電池ブロックの異常を検出する制御手段を設けたことを特徴とする組電池システムの異常検出装置。

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