WO2016157721A1 - 故障検出装置 - Google Patents
故障検出装置 Download PDFInfo
- Publication number
- WO2016157721A1 WO2016157721A1 PCT/JP2016/001131 JP2016001131W WO2016157721A1 WO 2016157721 A1 WO2016157721 A1 WO 2016157721A1 JP 2016001131 W JP2016001131 W JP 2016001131W WO 2016157721 A1 WO2016157721 A1 WO 2016157721A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- voltage
- value
- switches
- unit
- switch
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
- B60L3/0023—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train
- B60L3/0069—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train relating to the isolation, e.g. ground fault or leak current
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
- B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
- B60L58/18—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules
- B60L58/21—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules having the same nominal voltage
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
- G01R31/396—Acquisition or processing of data for testing or for monitoring individual cells or groups of cells within a battery
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/44—Testing lamps
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
- H01M10/482—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for several batteries or cells simultaneously or sequentially
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/0047—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with monitoring or indicating devices or circuits
- H02J7/0048—Detection of remaining charge capacity or state of charge [SOC]
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/02—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from ac mains by converters
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
- B60L2240/40—Drive Train control parameters
- B60L2240/54—Drive Train control parameters related to batteries
- B60L2240/547—Voltage
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J2310/00—The network for supplying or distributing electric power characterised by its spatial reach or by the load
- H02J2310/40—The network being an on-board power network, i.e. within a vehicle
-
- 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
-
- 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
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
Definitions
- the present invention relates to a failure detection device for detecting a short-circuit failure of a switch in a device for monitoring the total voltage of an assembled battery configured by connecting a plurality of single cells.
- the assembled battery In electric vehicles and fuel cell vehicles, it is important to monitor the total voltage of the assembled battery in order to grasp the state of the assembled battery. For this reason, in general, the assembled battery is provided with a total voltage monitoring circuit. If the analog switch of the total voltage monitoring circuit is short-circuited, the short circuit is overheated or the total voltage cannot be accurately grasped. Therefore, it is desired to quickly find a short-circuit fault in the total voltage monitoring circuit.
- Patent Document 1 As a technique for finding a short-circuit fault in the total voltage monitoring circuit, for example, there is a technique disclosed in Patent Document 1.
- the failure detection device of the present invention is divided into at least two sets of a battery voltage measuring unit that measures a voltage value of each of a plurality of unit cells that are connected in series and constitute a battery pack, and each of the plurality of unit cells. And a capacitor that is connected to the terminals of the unit cells located at both ends of the set, and can hold the total voltage of the plurality of unit cells constituting each set. Further, at least four first switches disposed between the terminals of the unit cells located at both ends of each set of unit cells and the capacitor, and a voltage detection unit for detecting a voltage held in the capacitor And a second switch disposed between both terminals of the capacitor and the voltage detection unit.
- the total voltage value of the single cells constituting each set which is held in the capacitor by turning on or off the first switch and the second switch, is obtained from the voltage detection unit, the total voltage value, and a predetermined voltage And a failure determination unit that determines whether any of the first switches has failed based on the threshold value.
- the predetermined threshold value is calculated by summing up the voltage values of the single cells measured by the battery voltage measuring unit, the total voltage value of the single cells constituting each set, and the first switch The first threshold value determined based on the voltage detection value obtained by the voltage detection unit when any one of the switches is faulty.
- a failure detection device that can detect a short-circuit failure of a switch accurately without being affected by variations in voltage for each unit cell or variations due to time.
- the figure which shows the structural example of the failure detection apparatus of embodiment of this invention Flowchart for explaining the procedure of switch failure determination
- the figure which shows the correspondence table in order to identify the switch which has the short circuit failure from the voltage detection value and the total voltage measurement value The figure for demonstrating an example of the threshold value setting method
- the technique disclosed in Patent Document 1 is a differential voltage detection for a voltage detection circuit including a differential voltage detection circuit that detects a potential difference between a pair of input terminals, and each electrode terminal of a plurality of battery modules connected in series with each other.
- a multiplexer having a plurality of sampling switches individually connected to the input terminals of the circuit. And when the output voltage value of the differential voltage detection circuit in a state where only one sampling switch is conducted is out of the proper range near 0 V, or the measured voltage of the battery module is a predetermined abnormal value. In this case, it is determined that there is a possibility of a closed failure (short circuit failure) of the sampling switch.
- the plurality of single cells constituting the assembled battery are not necessarily the same voltage, and there are variations in voltage for each single cell. Therefore, in the technique disclosed in Patent Document 1, there is a possibility that accurate failure determination may not be performed due to an error for each cell.
- the time constant of the peripheral circuit including a plurality of sampling switches it takes time to measure the voltage when the number of unit cells constituting the assembled battery is large. For this reason, in the technique disclosed in Patent Document 1, if the voltage of each single cell fluctuates during measurement, a deviation corresponding to the time until measurement occurs, and there is a possibility that failure determination may not be performed accurately due to this deviation. .
- An object of the present invention is to provide a failure detection apparatus that can detect a short-circuit failure of a switch accurately with little influence of voltage variation or time-dependent variation for each cell.
- FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a failure detection apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.
- the failure detection device 100 is a device for detecting a switch short-circuit failure in a battery mounted in, for example, an electric vehicle or a fuel cell vehicle and a total voltage monitoring circuit that monitors the voltage of the battery.
- the failure detection apparatus 100 includes a battery voltage measurement unit 10, an assembled battery 20, a voltage detection unit 30, a failure determination unit 40, a switch control unit 50, switches SW1 to SW6, current limiting resistors R1 to R4, It has a capacitor C1.
- the battery voltage measuring unit 10 measures the voltage of each single cell constituting the assembled battery 20.
- the assembled battery 20 is configured by connecting a plurality of single cells in series.
- Each single cell is various secondary batteries and fuel cells, such as a lithium ion battery, a nickel metal hydride battery, and a fuel cell.
- the number of single cells constituting the assembled battery 20 is not particularly limited in the present invention, but is about several tens to several hundreds, for example.
- the assembled battery 20 includes two assembled batteries 20_1 and 20_2.
- a capacitor C1 that holds the voltage of each assembled battery is connected to both terminals of the assembled batteries 20_1 and 20_2.
- Switches SW1 and SW2 and current limiting resistors R1 and R2 are provided between the assembled battery 20_1 and the capacitor C1.
- switches SW3 and SW4 and current limiting resistors R3 and R4 are provided between the assembled battery 20_2 and the capacitor C1.
- the capacitor C1 holds the voltage of either the assembled battery 20_1 or 20_2 in accordance with the on / off of the switches SW1 to SW4.
- the switches SW1 to SW4 are turned on / off by a switch control unit 50 described later.
- the current limiting resistors R1 to R4 prevent current from suddenly flowing from the assembled batteries 20_1 and 20_2 to the capacitor C1 when the switches SW1 to SW4 are turned on or when a short circuit failure occurs in the capacitor C1 or the like.
- the switches SW1 to SW4 correspond to the first switch of the present invention.
- the voltage held in the capacitor C1 is detected by the voltage detector 30.
- Switches SW5 and SW6 are connected between the capacitor C1 and the voltage detection unit 30, and the voltage detection unit 30 detects the voltage when the switches SW5 and SW6 are turned on / off by a switch control unit 50 described later. .
- the switches SW5 and SW6 correspond to the second switch of the present invention.
- the failure determination unit 40 includes a determination unit 41 and a notification unit 42 as shown in FIG. Based on the voltage value detected by the voltage detection unit 30, the determination unit 41 determines whether any of the above-described switches SW1 to SW4 has a short circuit failure. When the determination unit 41 determines that any one of the switches SW1 to SW4 has a short-circuit fault, the notification unit 42 performs the notification.
- the switch control unit 50 transmits predetermined on / off control signals of the above-described switches SW1 to SW6.
- Step ST1 The switch control unit 50 transmits a control signal for turning on the switches SW1 and SW2. Thereby, the switches SW1 and SW2 are turned on, and the voltage of the assembled battery 20_1 is held in the capacitor C1.
- Step ST2 The switch control unit 50 transmits a control signal for turning off the switches SW1 and SW2.
- Step ST3 The switch control unit 50 transmits a control signal for turning on the switches SW5 and SW6.
- Step ST4 The voltage detection unit 30 detects the voltage of the assembled battery 20_1 held in the capacitor C1.
- the voltage detected here is hereinafter referred to as voltage V1.
- Step ST5 The switch control unit 50 transmits a control signal for turning off the switches SW5 and SW6.
- Step ST6 The switch control unit 50 transmits a control signal for turning on the switches SW3 and SW4. Thereby, the switches SW3 and SW4 are turned on, and the voltage of the assembled battery 20_2 is held in the capacitor C1.
- Step ST7 The switch control unit 50 transmits a control signal for turning off the switches SW3 and SW4.
- Step ST8 The switch control unit 50 transmits a control signal for turning on the switches SW5 and SW6.
- Step ST9 The voltage detection unit 30 detects the voltage of the assembled battery 20_2 held in the capacitor C1.
- the voltage detected here is hereinafter referred to as voltage V2.
- Step ST10 The switch control unit 50 transmits a control signal for turning off the switches SW5 and SW6.
- Step ST11 Based on the voltage V1 detected in step ST4 and the voltage V2 detected in step ST9, the determination unit 41 of the failure determination unit 40 determines whether any of the switches SW1 to SW4 has a short-circuit failure. Do. Details of the determination method by the determination unit 41 will be described later.
- Step ST12 If it is determined in step ST11 that any of the switches is a short circuit failure, the flow proceeds to step ST13, and if not, the flow returns to step ST1.
- Step ST13 The alerting
- the notification method by the notification unit 42 is not limited in the present invention.
- the notification may be performed by a display or a warning sound.
- by notifying which switch is identified as a short-circuit failure for example, repair work is facilitated, and the maintainability of the failure detection apparatus 100 can be improved.
- the determination is based on the values of the voltages V1 and V2 detected in the above-described steps ST4 and ST9 and the values of the total voltage measurements E1 and E2 of the assembled batteries 20_1 and 20_2 obtained based on the measurement of the battery voltage measurement unit 10. And do it.
- the total voltage measurement value E1 is a total value of the voltages of all the single cells constituting the assembled battery 20_1 measured by the battery voltage measurement unit 10.
- the total voltage measurement value E2 is a total value of the voltages of all the single cells constituting the assembled battery 20_2, measured by the battery voltage measurement unit 10.
- the value of the voltage detection value V1 is equal to the value of the total voltage measurement value E1
- the value of the voltage detection value V2 is equal to the value of the total voltage measurement value E2. It should be.
- FIG. 3 is a diagram showing a correspondence table for specifying a switch having a short circuit failure from the voltage values (voltage detection values) V1 and V2 detected as described above and the total voltage measurement values E1 and E2.
- the switch SW1 has a short circuit failure, there is no influence due to the failure when the capacitor C1 is charged in step ST1, and the voltage detection value V1 becomes equal to the total voltage measurement value E1.
- the voltage detection value V2 is E2 + 0.5 ⁇ E1.
- the voltage detection value V1 becomes equal to the total voltage measurement value E1.
- the switches SW2, SW3 and SW4 are simultaneously turned on when the capacitor C1 is charged in step ST6 described above, the voltage detection value V2 is 0.5 ⁇ E2.
- the voltage detection value V1 is 0.5 ⁇ E1 because the switches SW1, SW2, and SW3 are on when the capacitor C1 is charged in step ST1 described above.
- the voltage detection value V2 becomes equal to the total voltage measurement value E2.
- the voltage detection value V1 is E1 + 0.5 ⁇ E2 because the switches SW1, SW2, and SW4 are on when the capacitor C1 is charged in step ST1 described above.
- the voltage detection value V2 becomes equal to the total voltage measurement value E2.
- the short-circuit failure detection by the determination unit 41 is performed by adding the measured value of the unit cell voltage measured by the battery voltage measurement unit 10 to the total voltage measurement value E1 of the assembled battery 20_1 and the total voltage of the assembled battery 20_2. This is performed by comparing the measured value E2 with the voltage detection values V1 and V2, which are detection values of the voltages of the assembled batteries 20_1 and 20_2 held in the capacitor C1 by turning on and off the switches SW1 to SW4. As a result, it is possible to reliably detect the short circuit failure of the switches SW1 to SW4 of the failure detection apparatus 100.
- failure detection apparatus 100 of the present embodiment sets a threshold value based on total voltage measurement values E1 and E2 shown in FIG. Then, the short circuit failure determination is performed by comparing the threshold value with the voltage detection values V1 and V2.
- a method for setting the threshold will be described.
- ⁇ Threshold setting method 1> In the threshold setting method 1, a first threshold setting method according to the present invention will be described.
- the threshold set by the threshold setting method 1 is referred to as a first threshold.
- FIG. 4 is a diagram for explaining the threshold setting method 1.
- FIG. 4 is a diagram for explaining a threshold value setting method when one of the switches SW3 and SW4 is assumed to be short-circuited.
- the straight lines “voltage detection value V1 when SW4 fails”, “voltage detection value V1 when there is no SW failure”, and “voltage detection value V1 when SW3 fails” shown in FIG. 4 are respectively “E1 + 0.
- the values are “5 ⁇ E2”, “E1”, and “0.5 ⁇ E1”.
- the two dotted lines shown in FIG. 4 are threshold values for determining whether the failure is normal.
- the higher threshold value (referred to as the second threshold value) shown in FIG.
- the third threshold value shown in FIG. 4 is the voltage E1 that should be detected when there is no switch failure and the voltage 0.5 ⁇ that should be detected when the switch SW3 fails. What is necessary is just to set so that it may become between E1.
- the threshold value is not limited to which value is set between the voltage E1 and the voltage E1 + 0.5 ⁇ E2 or 0.5 ⁇ E1.
- the threshold value is a voltage E1 + 0.25 ⁇ E2 which is a median value between the voltage E1 and the voltage E1 + 0.5 ⁇ E2, or a voltage 0.75 ⁇ E1 which is a median value between the voltage E1 and the voltage 0.5 ⁇ E1. And it is sufficient.
- the determination unit 41 when the voltage detection value V1 takes a value between 0V and the third threshold value (failure determination region shown in FIG. 4), the determination unit 41 shorts the switch SW3. Determine that there is a failure. Further, when the voltage detection value V1 takes a value between the third threshold value and the second threshold value (normality determination region shown in FIG. 4), the determination unit 41 switches SW3 and SW4. It is determined that none of these has failed. Further, the determination unit 41 determines that the switch SW4 is short-circuited when the voltage detection value V1 is greater than the second threshold value (failure determination region shown in FIG. 4).
- the threshold value setting method is described when one of the switches SW3 and SW4 is assumed to be short-circuited. However, it is assumed that one of the switches SW1 and SW2 is short-circuited.
- the threshold value can also be determined by a method similar to that method. That is, the higher threshold (referred to as the fourth threshold) is between the voltage E2 that should be detected when there is no switch failure and the voltage E2 + 0.5 ⁇ E1 that should be detected when the switch SW1 fails. It may be set so as to be.
- the lower threshold value (referred to as the fifth threshold value) is between the voltage E2 that should be detected when there is no switch failure and the voltage 0.5 ⁇ E2 that should be detected when the switch SW2 fails. It may be set so as to be.
- the determination part 41 determines with the switch SW2 having a short circuit fault, when the voltage detection value V2 takes the value between 0V and the 5th threshold value. In addition, when the voltage detection value V2 takes a value between the fifth threshold value and the fourth threshold value, the determination unit 41 determines that neither the switch SW1 nor SW2 has failed. To do. Further, the determination unit 41 determines that the switch SW1 has a short circuit fault when the voltage detection value V2 is greater than the fourth threshold value.
- the threshold value setting method 1 described above the threshold value is determined based on the total voltage measurement values E1 and E2 that are the total value of the cell voltages measured by the battery voltage measurement unit 10.
- a method for setting a threshold value that is more unlikely to be affected by cell voltage variations or time-dependent fluctuations based on predetermined fixed values rather than the total voltage measurement values E1 and E2 that are measurement values will be described. To do.
- the sixth and seventh threshold value setting methods of the present invention will be described.
- the threshold setting method 2 the maximum value and the minimum value of the voltage values that can be taken by the assembled batteries 20_1 and 20_2 are used as the predetermined fixed values.
- the minimum voltage value or the maximum voltage value that allows the assembled batteries 20_1 and 20_2 mounted on the electric vehicle or the fuel cell vehicle to operate the electric vehicle or the fuel cell vehicle is used as the threshold value.
- the minimum voltage value of the assembled battery 20_1 is referred to as a minimum operating voltage value Emin1
- the maximum voltage value is referred to as a maximum operating voltage value Emax1.
- the threshold is set based on the minimum operating voltage value Emin1 and the maximum operating voltage value Emax1. Specifically, for example, the higher threshold value (referred to as the sixth threshold value) is set to 0.25 ⁇ Emax1, and the lower threshold value (referred to as the seventh threshold value) is set to 0.25. ⁇ Emin1 may be used. Then, the determination unit 41 determines that the switch SW3 is short-circuited when the voltage detection value V1 takes a value between 0 V and the seventh threshold value. In addition, when the voltage detection value V1 takes a value between the seventh threshold value and the sixth threshold value, the determination unit 41 determines that neither the switch SW3 nor SW4 has failed. To do.
- the determination unit 41 determines that the switch SW4 has a short circuit fault when the voltage detection value V1 is greater than the sixth threshold value.
- the threshold value of the voltage detection value V2 may be set based on the minimum operating voltage value Emin2 and the maximum operating voltage value Emax2 of the assembled battery 20_2.
- the unit cells constituting the assembled battery 20 are less affected by variations and variations due to time, and a switch failure can be detected reliably.
- the present invention it is not particularly limited as to which one of the threshold setting method 1 and the threshold setting method 2 is used when the determination unit 41 determines a switch short-circuit failure.
- the determination unit 41 determines a switch short-circuit failure.
- the assembled battery 20 composed of single cells that are so small that voltage variations and time variations are negligible
- only the threshold value set in the threshold value setting method 1 may be used for determination. Good.
- only the threshold value set in the threshold value setting method 2 may be used for determination. Good.
- the lower threshold value and the higher threshold value are By using a threshold value with a narrower interval (normal determination region), it becomes possible to perform more accurate determination of a switch short-circuit failure.
- the failure detection apparatus 100 includes the battery voltage measurement unit 10 that measures a voltage value of each of the plurality of single cells that constitute the assembled battery 20 by being connected in series in a predetermined number, and the plurality of battery voltage measurement units 10.
- the plurality of battery voltage measurement units 10 are divided into at least two sets (batteries 20_1 and 20_2), connected to the terminals of the cells located at both ends of each set, and a capacitor C1 capable of holding the total voltage of the cells constituting each set Including.
- SW4 and the voltage detection part 30 which detects the voltage hold
- the predetermined threshold value is calculated by totaling the voltage values of the single cells measured by the battery voltage measuring unit 10, and is a total voltage value of the single cells constituting each set (at least two sets of assembled batteries). Threshold determined based on the voltage detection value by the voltage detection unit 30 when one of the switches SW1 to SW4 in the first set is in failure. Contains a value.
- the switch short-circuit failure is determined using a threshold value based on the total value of the voltage values of the plurality of single cells constituting the assembled battery 20. For this reason, it is possible to determine a switch short-circuit failure without being affected by variations in the voltage of the unit cells.
- failure detection apparatus 100 of the present embodiment based on the maximum voltage value (maximum operating voltage value) and the minimum voltage value (minimum operating voltage value) that can be taken by one set (assembled battery 20_1). Switch using the sixth threshold value calculated in advance and the seventh threshold value calculated in advance based on the maximum voltage value and the minimum voltage value that the other set (assembled battery 20_2) can take. Judge the short-circuit failure.
- the switch short-circuit failure is determined without being affected by the time-dependent fluctuation of the voltage value of the unit cell. It can be carried out.
- the above-described failure detection apparatus 100 is merely an example of the present invention, and the present invention can take other forms.
- a plurality of unit cells are divided into two assembled batteries 20_1 and 20_2, and a capacitor C1 is connected to both terminals of each assembled battery via switches SW1 to SW4. It was.
- the present invention is not limited to this.
- the plurality of unit cells are divided into at least two groups, and at least four switches are connected to the terminals of the unit cells located at both ends of each group. You may make it connect with a capacitor via.
- the failure detection apparatus of the present invention may have three or more battery sets, and may be connected to the capacitor C1 via six or more switches at both terminals of each battery pack. That is, the present invention may include a plurality of assembled batteries, and a capacitor may be connected to both terminals of the assembled battery via a plurality of switches, or only one assembled battery may be included to constitute the assembled battery. A plurality of unit cells may be divided into at least two sets, and capacitors may be connected to the terminals of the unit cells located at both ends of each set via a plurality of switches.
- the present invention is suitable for a failure detection device for a circuit that monitors the voltage of an assembled battery in which unit cells are connected in series, which is mounted on an electric vehicle or a fuel cell vehicle.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Transportation (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Testing Of Short-Circuits, Discontinuities, Leakage, Or Incorrect Line Connections (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
Abstract
第1のスイッチおよび第2のスイッチのオンまたはオフによりキャパシタに保持された、組電池の電圧値を電圧検出部から取得し、当該電圧値と、所定のしきい値と、に基づいて第1組のスイッチのいずれかが故障しているか否かを判定する。
Description
本発明は、単電池が複数接続されて構成された組電池の総電圧を監視する装置において、スイッチのショート故障を検出する故障検出装置に関する。
近年、二次電池に充電された電力でモータを回転させて走行する電気自動車としてのEV(Electric Vehicle)やPHEV(Plug-in Hybrid Electric Vehicle)が普及しつつある。さらに、酸素と水素を用いた燃料電池を利用した燃料電池車が開発されている。電気自動車の二次電池や燃料電池車の燃料電池は、複数の単電池を直列に接続した組電池である。
電気自動車や燃料電池車において、組電池の状態を把握するため、組電池の総電圧を監視することが重要である。このため、一般に、組電池には総電圧監視回路が付随して設けられる。この総電圧監視回路のアナログスイッチが短絡故障すると、短絡回路が過熱したり、総電圧を正確に把握することができなくなったり、という不具合が生じる。したがって、総電圧監視回路における短絡故障を速やかに発見することが要望されている。
総電圧監視回路の短絡故障を発見する技術として、例えば特許文献1に開示された技術がある。
本発明の故障検出装置は、所定数直列に接続されて組電池を構成する複数の単電池の各々の電圧値を計測する電池電圧計測部と、複数の単電池を少なくとも2組に分け、それぞれの組の両端に位置する単電池の端子に接続され、それぞれの組を構成する複数の単電池の総電圧を保持可能なキャパシタとを含む。さらに、単電池のそれぞれの組の両端に位置する単電池の各端子とキャパシタとの間に配設された少なくとも4個の第1のスイッチと、キャパシタに保持された電圧を検出する電圧検出部と、キャパシタの両端子と電圧検出部との間に配設された第2のスイッチとを含む。さらに、第1のスイッチおよび第2のスイッチのオンまたはオフによりキャパシタに保持された、それぞれの組を構成する単電池の総電圧値を電圧検出部から取得し、当該総電圧値と、所定のしきい値と、に基づいて第1のスイッチのいずれかが故障しているか否かを判定する故障判定部と、を有する。そして、所定のしきい値は、電池電圧計測部が計測した単電池の各々の電圧値を合計して算出した、それぞれの組を構成する単電池の総電圧値と、第1のスイッチのうちのいずれかのスイッチが故障している場合の電圧検出部による電圧検出値と、に基づいて決定された第1のしきい値を含む。
本発明によれば、単電池毎の電圧のばらつきや時間による変動の影響が少なく、正確にスイッチの短絡故障を検出することができる故障検出装置を提供することができる。
本発明の実施の形態の説明に先立ち、従来の装置における問題点を簡単に説明する。
特許文献1に開示された技術は、一対の入力端子間の電位差を検出する差動電圧検出回路を含む電圧検出回路と、互いに直列接続された複数の電池モジュールの各電極端子を差動電圧検出回路の入力端子に個別に接続する複数のサンプリングスイッチを有するマルチプレクサと、を備える。そして、複数のサンプリングスイッチを1個だけ導通した状態での差動電圧検出回路の出力電圧値が0V近傍の適正範囲外となる場合に、又は、計測した電池モジュールの電圧が所定の異常値となる場合にサンプリングスイッチの閉故障(短絡故障)の可能性ありと判定するものである。
しかし、組電池を構成する複数の単電池は、それぞれが全く同じ電圧とは限らず、単電池毎に電圧のばらつきがある。したがって、特許文献1に開示された技術では、単電池毎の誤差により正確な故障判定が行われない恐れがある。また、複数のサンプリングスイッチを含む周辺回路による時定数のため、組電池を構成する単電池の数が多い場合、電圧の計測に時間がかかる。そのため、特許文献1に開示された技術では、計測中に各単電池の電圧が変動すると、計測までの時間で変動した分ずれが生じ、このずれにより故障判定が正確に行われない恐れがある。
本発明は、単電池毎の電圧のばらつきや時間による変動の影響が少なく、正確にスイッチの短絡故障を検出することができる故障検出装置を提供することを目的とする。
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。図1は、本発明の実施の形態の故障検出装置100の構成例を示す図である。故障検出装置100は、例えば電気自動車や燃料電池車に搭載された電池および当該電池の電圧を監視する総電圧監視回路のスイッチ短絡故障を検出するための装置である。
図1に示すように、故障検出装置100は、電池電圧計測部10、組電池20、電圧検出部30、故障判定部40、スイッチ制御部50、スイッチSW1~SW6、電流制限抵抗R1~R4、キャパシタC1を有する。
電池電圧計測部10は、組電池20を構成する個々の単電池の電圧を計測する。組電池20は、それぞれ複数の単電池が直列に接続されて構成されている。それぞれの単電池は、例えばリチウムイオン電池や、ニッケル水素電池、燃料電池等、種々の二次電池や燃料電池である。組電池20を構成する単電池の数については本発明では特に限定しないが、例えば数十個から数百個程度である。
図1に示すように、組電池20は2つの組電池20_1、20_2を有する。組電池20_1および20_2の両端子には、それぞれの組電池の電圧を保持するキャパシタC1が接続されている。組電池20_1とキャパシタC1との間には、スイッチSW1およびSW2、電流制限抵抗R1およびR2が設けられる。同様に、組電池20_2とキャパシタC1との間には、スイッチSW3およびSW4、電流制限抵抗R3およびR4が設けられる。スイッチSW1~SW4のオン/オフに応じて、キャパシタC1は組電池20_1か20_2のいずれかの電圧を保持する。このスイッチSW1~SW4のオン/オフは、後述するスイッチ制御部50により行われる。また、電流制限抵抗R1~R4は、スイッチSW1~SW4がオンされたときや、キャパシタC1等のショート故障時等に、組電池20_1および20_2からキャパシタC1へと急激に電流が流れないようにするための抵抗である。なお、スイッチSW1~SW4は、本発明の第1のスイッチに対応している。
キャパシタC1に保持された電圧は、電圧検出部30により検出される。キャパシタC1と電圧検出部30との間にはスイッチSW5およびSW6が接続され、スイッチSW5およびSW6が後述するスイッチ制御部50によりオン/オフされることにより電圧検出部30による電圧の検出が行われる。なお、スイッチSW5およびSW6は、本発明の第2のスイッチに対応している。
故障判定部40は、図1に示すように、判定部41、報知部42を有する。判定部41は、電圧検出部30の検出した電圧値に基づいて、上述したスイッチSW1~SW4のうちのいずれかが短絡故障しているか否かの判定を行う。報知部42は、判定部41がスイッチSW1~SW4のいずれかが短絡故障していると判定した場合に、その報知を行う。
スイッチ制御部50は、所定の上述したスイッチSW1~SW6のオン/オフ制御信号を送信する。
[スイッチ故障判定]
以下、図2を参照してスイッチSW1~SW4の故障判定の手順について説明する。
以下、図2を参照してスイッチSW1~SW4の故障判定の手順について説明する。
ステップST1:
スイッチ制御部50は、スイッチSW1およびSW2をオンにする制御信号を送信する。これにより、スイッチSW1およびSW2がオンになり、組電池20_1の電圧がキャパシタC1に保持される。
スイッチ制御部50は、スイッチSW1およびSW2をオンにする制御信号を送信する。これにより、スイッチSW1およびSW2がオンになり、組電池20_1の電圧がキャパシタC1に保持される。
ステップST2:
スイッチ制御部50は、スイッチSW1およびSW2をオフにする制御信号を送信する。
スイッチ制御部50は、スイッチSW1およびSW2をオフにする制御信号を送信する。
ステップST3:
スイッチ制御部50は、スイッチSW5およびSW6をオンにする制御信号を送信する。
スイッチ制御部50は、スイッチSW5およびSW6をオンにする制御信号を送信する。
ステップST4:
電圧検出部30は、キャパシタC1に保持されている組電池20_1の電圧を検出する。ここで検出した電圧を以下電圧V1と称する。
電圧検出部30は、キャパシタC1に保持されている組電池20_1の電圧を検出する。ここで検出した電圧を以下電圧V1と称する。
ステップST5:
スイッチ制御部50は、スイッチSW5およびSW6をオフにする制御信号を送信する。
スイッチ制御部50は、スイッチSW5およびSW6をオフにする制御信号を送信する。
ステップST6:
スイッチ制御部50は、スイッチSW3およびSW4をオンにする制御信号を送信する。これにより、スイッチSW3およびSW4がオンになり、組電池20_2の電圧がキャパシタC1に保持される。
スイッチ制御部50は、スイッチSW3およびSW4をオンにする制御信号を送信する。これにより、スイッチSW3およびSW4がオンになり、組電池20_2の電圧がキャパシタC1に保持される。
ステップST7:
スイッチ制御部50は、スイッチSW3およびSW4をオフにする制御信号を送信する。
スイッチ制御部50は、スイッチSW3およびSW4をオフにする制御信号を送信する。
ステップST8:
スイッチ制御部50は、スイッチSW5およびSW6をオンにする制御信号を送信する。
スイッチ制御部50は、スイッチSW5およびSW6をオンにする制御信号を送信する。
ステップST9:
電圧検出部30は、キャパシタC1に保持されている組電池20_2の電圧を検出する。ここで検出した電圧を以下電圧V2と称する。
電圧検出部30は、キャパシタC1に保持されている組電池20_2の電圧を検出する。ここで検出した電圧を以下電圧V2と称する。
ステップST10:
スイッチ制御部50は、スイッチSW5およびSW6をオフにする制御信号を送信する。
スイッチ制御部50は、スイッチSW5およびSW6をオフにする制御信号を送信する。
ステップST11:
故障判定部40の判定部41は、ステップST4において検出した電圧V1と、ステップST9において検出した電圧V2と、に基づいて、スイッチSW1~SW4のいずれかが短絡故障しているか否かの判定を行う。判定部41による判定方法の詳細については後述する。
故障判定部40の判定部41は、ステップST4において検出した電圧V1と、ステップST9において検出した電圧V2と、に基づいて、スイッチSW1~SW4のいずれかが短絡故障しているか否かの判定を行う。判定部41による判定方法の詳細については後述する。
ステップST12:
ステップST11においていずれかのスイッチが短絡故障であると判定された場合、フローはステップST13に進み、そうでない場合、フローはステップST1に戻る。
ステップST11においていずれかのスイッチが短絡故障であると判定された場合、フローはステップST13に進み、そうでない場合、フローはステップST1に戻る。
ステップST13:
報知部42は、ステップST11において短絡故障していると判定されたスイッチについて報知を行う。報知部42による報知の方法は本発明では限定しないが、例えば表示器や警告音等による報知を行うようにすればよい。ここで短絡故障であると特定されたスイッチがどのスイッチであるかについても報知することにより、例えば修理作業が容易となり、故障検出装置100のメンテナンス性を向上させることができる。
報知部42は、ステップST11において短絡故障していると判定されたスイッチについて報知を行う。報知部42による報知の方法は本発明では限定しないが、例えば表示器や警告音等による報知を行うようにすればよい。ここで短絡故障であると特定されたスイッチがどのスイッチであるかについても報知することにより、例えば修理作業が容易となり、故障検出装置100のメンテナンス性を向上させることができる。
[判定部41の判定の詳細]
次に、上述したステップST11における判定部41による故障判定の詳細について説明する。当該判定は、上述したステップST4およびST9において検出された電圧V1およびV2の値と、電池電圧計測部10の計測を基に得られた組電池20_1および20_2の総電圧計測値E1およびE2の値とにより行う。総電圧計測値E1は、電池電圧計測部10により計測された、組電池20_1を構成するすべての単電池の電圧の合計値である。同様に、総電圧計測値E2は、電池電圧計測部10により計測された、組電池20_2を構成するすべての単電池の電圧の合計値である。すなわち、故障検出装置100に異常が無ければ、電圧検出値V1の値と総電圧計測値E1の値とは等しく、また、電圧検出値V2の値と総電圧計測値E2の値とは等しくなるはずである。
次に、上述したステップST11における判定部41による故障判定の詳細について説明する。当該判定は、上述したステップST4およびST9において検出された電圧V1およびV2の値と、電池電圧計測部10の計測を基に得られた組電池20_1および20_2の総電圧計測値E1およびE2の値とにより行う。総電圧計測値E1は、電池電圧計測部10により計測された、組電池20_1を構成するすべての単電池の電圧の合計値である。同様に、総電圧計測値E2は、電池電圧計測部10により計測された、組電池20_2を構成するすべての単電池の電圧の合計値である。すなわち、故障検出装置100に異常が無ければ、電圧検出値V1の値と総電圧計測値E1の値とは等しく、また、電圧検出値V2の値と総電圧計測値E2の値とは等しくなるはずである。
図3は、上述したように検出した電圧値(電圧検出値)V1およびV2と、総電圧計測値E1およびE2とから短絡故障しているスイッチを特定するための対応表を示す図である。図3に示すように、スイッチSW1が短絡故障している場合、上述したステップST1におけるキャパシタC1充電時には故障による影響はなく、電圧検出値V1は総電圧計測値E1と等しくなる。一方、上述したステップST6におけるキャパシタC1充電時にはスイッチSW1,SW3,SW4が同時にオンになっているため、電圧検出値V2はE2+0.5×E1となる。
また、スイッチSW2が短絡故障している場合、上述したステップST1におけるキャパシタC1充電時には故障による影響はなく、電圧検出値V1は総電圧計測値E1と等しくなる。一方、上述したステップST6におけるキャパシタC1充電時にはスイッチSW2,SW3,SW4が同時にオンになっているため、電圧検出値V2は0.5×E2となる。
スイッチSW3が短絡故障している場合、上述したステップST1におけるキャパシタC1充電時にスイッチSW1,SW2,SW3がオンになっているため、電圧検出値V1は0.5×E1となる。一方、上述したステップST6におけるキャパシタC1充電時には故障による影響はなく、電圧検出値V2は総電圧計測値E2と等しくなる。
スイッチSW4が短絡故障している場合、上述したステップST1におけるキャパシタC1充電時にスイッチSW1,SW2,SW4がオンになっているため、電圧検出値V1はE1+0.5×E2となる。一方、上述したステップST6におけるキャパシタC1充電時には故障による影響はなく、電圧検出値V2は総電圧計測値E2と等しくなる。
このように、判定部41による短絡故障検出は、電池電圧計測部10により計測された単電池電圧の実測値を足し合わせて得られる組電池20_1の総電圧計測値E1および組電池20_2の総電圧計測値E2と、スイッチSW1~SW4のオン/オフによりキャパシタC1に保持された組電池20_1および20_2の電圧の検出値である電圧検出値V1およびV2とを比較することにより行われる。これにより、故障検出装置100のスイッチSW1~SW4の短絡故障検出を確実に行うことができる。
[検出しきい値について]
上述した説明では、短絡故障がないとき、総電圧計測値E1と電圧検出値V1が等しく、また総電圧計測値E2と電圧検出値V2とが等しくなる場合、すなわち、組電池20を構成する単電池に電圧のばらつきや時間経過による変動がない場合について説明した。
上述した説明では、短絡故障がないとき、総電圧計測値E1と電圧検出値V1が等しく、また総電圧計測値E2と電圧検出値V2とが等しくなる場合、すなわち、組電池20を構成する単電池に電圧のばらつきや時間経過による変動がない場合について説明した。
単電池の電圧のばらつきや時間経過による変動がある場合には、必ずしも総電圧計測値E1と電圧検出値V1、および総電圧計測値E2と電圧検出値V2がそれぞれ等しくない場合が生じうる。本実施の形態の故障検出装置100は、このような事態に対応するため、上述した判定部41の判定において、図3に示した総電圧計測値E1,E2を基準としたしきい値を設定し、当該しきい値と電圧検出値V1,V2とを比較することで短絡故障判定を行う。以下、当該しきい値の設定方法について説明する。
<しきい値設定方法1>
本しきい値設定方法1では、本発明のしきい値の設定方法の1つ目について説明する。本しきい値設定方法1によって設定されるしきい値を第1のしきい値と称する。
本しきい値設定方法1では、本発明のしきい値の設定方法の1つ目について説明する。本しきい値設定方法1によって設定されるしきい値を第1のしきい値と称する。
図4は、しきい値設定方法1について説明するための図である。図4は、スイッチSW3とSW4のいずれかが短絡故障した場合を想定したときのしきい値の設定方法を説明するための図である。図4に示す直線「SW4故障時の電圧検出値V1」、「SW故障なし時の電圧検出値V1」、「SW3故障時の電圧検出値V1」は、それぞれ図3に示すように「E1+0.5×E2」、「E1」、「0.5×E1」の値をとる。図4に示す2本の点線は、故障か正常かの判定を行うためのしきい値である。図4に示す高い方のしきい値(第2のしきい値と称する)は、スイッチ故障なし時に検出されるはずの電圧E1とスイッチSW4故障時に検出されるはずの電圧E1+0.5×E2との間となるように設定されればよい。また、図4に示す低い方のしきい値(第3のしきい値と称する)は、スイッチ故障なし時に検出されるはずの電圧E1とスイッチSW3故障時に検出されるはずの電圧0.5×E1との間となるように設定されればよい。
本発明では、しきい値を、電圧E1と電圧E1+0.5×E2あるいは0.5×E1との間のどの値に設定するかについては限定しない。例えば、電圧E1と電圧E1+0.5×E2との中央値である電圧E1+0.25×E2や、電圧E1と電圧0.5×E1との中央値である電圧0.75×E1をしきい値とすればよい。
図4に示すように、判定部41は、電圧検出値V1が0Vから第3のしきい値までの間の値をとった場合(図4に示す故障判定領域)には、スイッチSW3が短絡故障していると判定する。また、判定部41は、電圧検出値V1が第3のしきい値から第2のしきい値までの間の値をとった場合(図4に示す正常判定領域)には、スイッチSW3とSW4のいずれも故障していないと判定する。また、判定部41は、電圧検出値V1が第2のしきい値より大きい値をとった場合(図4に示す故障判定領域)には、スイッチSW4が短絡故障していると判定する。
なお、図4ではスイッチSW3とSW4のいずれかが短絡故障した場合を想定したときのしきい値の設定方法を説明したが、スイッチSW1とSW2のいずれかが短絡故障していることを想定したしきい値も、当該方法と同様の方法で決定することができる。すなわち、高い方のしきい値(第4のしきい値と称する)は、スイッチ故障なし時に検出されるはずの電圧E2とスイッチSW1故障時に検出されるはずの電圧E2+0.5×E1との間となるように設定されればよい。また、低い方のしきい値(第5のしきい値と称する)は、スイッチ故障なし時に検出されるはずの電圧E2とスイッチSW2故障時に検出されるはずの電圧0.5×E2との間となるように設定されればよい。
そして、判定部41は、電圧検出値V2が0Vから第5のしきい値までの間の値をとった場合には、スイッチSW2が短絡故障していると判定する。また、判定部41は、電圧検出値V2が第5のしきい値から第4のしきい値までの間の値をとった場合には、スイッチSW1とSW2のいずれも故障していないと判定する。また、判定部41は、電圧検出値V2が第4のしきい値より大きい値をとった場合には、スイッチSW1が短絡故障していると判定する。
<しきい値設定方法2>
上述したしきい値設定方法1では、電池電圧計測部10により計測した単電池の電圧の合計値である総電圧計測値E1およびE2に基づいて、しきい値を決定していた。以下では、計測値である総電圧計測値E1およびE2ではなく、所定の固定値に基づいて、より単電池の電圧のばらつきや時間による変動の影響を受けにくいしきい値を設定する方法について説明する。
上述したしきい値設定方法1では、電池電圧計測部10により計測した単電池の電圧の合計値である総電圧計測値E1およびE2に基づいて、しきい値を決定していた。以下では、計測値である総電圧計測値E1およびE2ではなく、所定の固定値に基づいて、より単電池の電圧のばらつきや時間による変動の影響を受けにくいしきい値を設定する方法について説明する。
本しきい値設定方法2では、本発明の第6および第7のしきい値の設定方法について説明する。本しきい値設定方法2では、所定の固定値として組電池20_1および20_2が取り得る電圧値の最大値および最小値を使用する。具体的には、しきい値として、例えば電気自動車あるいは燃料電池車に搭載された組電池20_1および20_2が電気自動車あるいは燃料電池車を動作させることができるだけの最小電圧値あるいは最大電圧値を使用する。以下、組電池20_1の最小電圧値を最小動作電圧値Emin1、最大電圧値を最大動作電圧値Emax1と称する。
本しきい値設定方法2では、これらの最小動作電圧値Emin1および最大動作電圧値Emax1に基づいてしきい値が設定される。具体的には、例えば高い方のしきい値(第6のしきい値と称する)を0.25×Emax1とし、低い方のしきい値(第7のしきい値と称する)を0.25×Emin1とすればよい。そして、判定部41は、電圧検出値V1が0Vから第7のしきい値までの間の値をとった場合には、スイッチSW3が短絡故障していると判定する。また、判定部41は、電圧検出値V1が第7のしきい値から第6のしきい値までの間の値をとった場合には、スイッチSW3とSW4のいずれも故障していないと判定する。また、判定部41は、電圧検出値V1が第6のしきい値より大きい値をとった場合には、スイッチSW4が短絡故障していると判定する。電圧検出値V2のしきい値も同様に組電池20_2の最小動作電圧値Emin2と最大動作電圧値Emax2とに基づいて設定すればよい。
このようにしきい値を設定することにより、組電池20を構成する単電池にばらつきや時間による変動の影響が少なく、確実にスイッチ故障を検出することができる。
なお、判定部41がスイッチ短絡故障の判定を行う際に、しきい値設定方法1としきい値設定方法2のいずれの方法を使用するかについては、本発明では特に限定しない。例えば電圧のばらつきや時間変動が無視できるほど小さい単電池により構成される組電池20を使用している場合には、しきい値設定方法1で設定したしきい値のみを判定に使用してもよい。また、電圧のばらつきや時間変動が比較的大きい単電池により構成される組電池20を使用している場合には、しきい値設定方法2で設定したしきい値のみを判定に使用してもよい。あるいは、しきい値設定方法1で設定したしきい値と、しきい値設定方法2で説明したしきい値との両方を参照し、低い方のしきい値と高い方のしきい値との間隔(正常判定領域)が狭い方のしきい値を使用することで、より正確なスイッチ短絡故障の判定を行うことができるようになる。
以上説明したように、本実施の形態の故障検出装置100は、所定数直列に接続されて組電池20を構成する複数の単電池の各々の電圧値を計測する電池電圧計測部10と、複数の単電池を少なくとも2組(組電池20_1、20_2)に分け、それぞれの組の両端に位置する単電池の端子に接続され、それぞれの組を構成する単電池の総電圧を保持可能なキャパシタC1とを含む。さらに、単電池のそれぞれの組の両端に位置する単電池の各端子(組電池20_1,20_2の各端子)とキャパシタC1との間に配設された少なくとも4個の第1組のスイッチSW1~SW4と、キャパシタC1に保持された電圧を検出する電圧検出部30とを含む。さらに、キャパシタC1の両端子と電圧検出部30との間に配設された第2組のスイッチSW5,SW6と、第1組のスイッチSW1~SW4および第2組のスイッチSW5,SW6のオンまたはオフによりキャパシタC1に保持された、それぞれの組を構成する単電池の総電圧値(少なくとも2組の組電池20_1,20_2の電圧値)を電圧検出部30から取得し、当該電圧値と、所定のしきい値と、に基づいて第1組のスイッチSW1~SW4のいずれかが故障しているか否かを判定する故障判定部40と、を有する。そして、所定のしきい値は、電池電圧計測部10が計測した単電池の各々の電圧値を合計して算出した、それぞれの組を構成する単電池の総電圧値(少なくとも2組の組電池20_1,20_2の総電圧値)と、第1組のスイッチSW1~SW4のうちのいずれかのスイッチが故障している場合の電圧検出部30による電圧検出値と、に基づいて決定されたしきい値を含む。
すなわち、本実施の形態の故障検出装置100によれば、組電池20を構成する複数の単電池の電圧値の合計値に基づいたしきい値を使用してスイッチ短絡故障の判定を行う。このため、単電池の電圧のばらつきに影響されず、スイッチ短絡故障の判定を行うことができる。
また、本実施の形態の故障検出装置100によれば、一方の組(組電池20_1)の取り得る最大の電圧値(最大動作電圧値)と最小の電圧値(最小動作電圧値)に基づいて予め算出された第6のしきい値と、他方の組(組電池20_2)の取り得る最大の電圧値と最小の電圧値に基づいて予め算出された第7のしきい値を使用してスイッチ短絡故障の判定を行う。
すなわち、本実施の形態の故障検出装置100によれば、固定値に基づいてしきい値を設定しているため、単電池の電圧値の時間による変動に影響されず、スイッチ短絡故障の判定を行うことができる。
なお、上述した本発明の実施の形態の故障検出装置100は、本発明の一例に過ぎず、本発明は他の形態をとることも可能である。例えば、上述した実施の形態の故障検出装置100では、複数の単電池を2つの組電池20_1および20_2に分け、それぞれの組電池の両端子にスイッチSW1~4を介してキャパシタC1を接続していた。しかし、本発明はこれには限定されない。例えば複数の単電池を直列に接続して構成された1つの組電池において、複数の単電池を少なくとも2つの組に分け、それぞれの組の両端に位置する単電池の端子に少なくとも4個のスイッチを介してキャパシタと接続するようにしてもよい。あるいは、本発明の故障検出装置は3組以上の組電池を有し、それぞれの組電池の両端子に6個以上のスイッチを介してキャパシタC1と接続するようにしてもよい。すなわち、本発明は、複数の組電池を有し、組電池の両端子に複数のスイッチを介してキャパシタを接続してもよいし、1つの組電池のみを有し、当該組電池を構成する複数の単電池を少なくとも2組に分け、それぞれの組の両端に位置する単電池の端子に複数のスイッチを介してキャパシタを接続するようにしてもよい。
本発明は、電気自動車あるいは燃料電池車に搭載された、単電池を直列に接続した組電池の電圧を監視する回路の故障検出装置に好適である。
100 故障検出装置
10 電池電圧計測部
20 組電池
20_1 組電池
20_2 組電池
30 電圧検出部
40 故障判定部
41 判定部
42 報知部
50 スイッチ制御部
10 電池電圧計測部
20 組電池
20_1 組電池
20_2 組電池
30 電圧検出部
40 故障判定部
41 判定部
42 報知部
50 スイッチ制御部
Claims (8)
- 所定数直列に接続されて組電池を構成する複数の単電池の各々の電圧値を計測する電池電圧計測部と、
前記複数の単電池を少なくとも2組に分け、それぞれの組の両端に位置する単電池の端子に接続され、それぞれの組を構成する複数の単電池の総電圧を保持可能なキャパシタと、
前記単電池のそれぞれの組の両端に位置する単電池の各端子と前記キャパシタとの間に配設された少なくとも4個の第1のスイッチと、
前記キャパシタに保持された電圧を検出する電圧検出部と、
前記キャパシタの両端子と前記電圧検出部との間に配設された第2のスイッチと、
前記第1のスイッチおよび前記第2のスイッチのオンまたはオフにより前記キャパシタに保持された、前記それぞれの組を構成する単電池の総電圧値を前記電圧検出部から取得し、当該総電圧値と、所定のしきい値と、に基づいて前記第1のスイッチのいずれかが故障しているか否かを判定する故障判定部と、
を有し、
前記所定のしきい値は、前記電池電圧計測部が計測した前記単電池の各々の電圧値を合計して算出した、前記それぞれの組を構成する単電池の総電圧値と、前記第1のスイッチのうちのいずれかのスイッチが故障している場合の前記電圧検出部による電圧検出値と、に基づいて決定された第1のしきい値を含む、
故障検出装置。 - 前記故障判定部は、前記第1のスイッチおよび前記第2のスイッチのオンまたはオフにより前記キャパシタに保持された、前記それぞれの組を構成する単電池の総電圧値を前記電圧検出部から取得し、当該総電圧値と、前記第1のしきい値と、の大小関係に基づいて、前記第1のスイッチのうち、どのスイッチが故障しているかを特定する、
請求項1に記載の故障検出装置。 - 前記故障判定部は、1組を構成する単電池の総電圧が前記キャパシタに保持されるように前記第1のスイッチおよび前記第2のスイッチがオンまたはオフされたときの前記電圧検出部による電圧検出値を取得する、
請求項1に記載の故障検出装置。 - 前記故障判定部は、前記それぞれの組のうち1組の両端に接続された2個の第1のスイッチがオンされた後にオフされ、その後、前記第2スイッチがオンされた場合の総電圧値を前記電圧検出部から取得し、当該総電圧値と、所定のしきい値と、に基づいて前記2個の第1のスイッチ以外の前記第1のスイッチのいずれかが故障しているか否かを判定する、
請求項1に記載の故障検出装置。 - 前記第1のしきい値は、
一方の前記組を構成する単電池の総電圧計測値と、少なくとも2個の前記第1のスイッチのうちのいずれかが故障している場合の電圧検出値と、に基づいて決定される第2のしきい値と、
前記一方の組を構成する単電池の総電圧計測値と、前記少なくとも2個の前記第1のスイッチのうちのいずれかが故障している場合の電圧検出値と、に基づいて決定される第3のしきい値と、
他方の組を構成する単電池の総電圧計測値と、少なくとも2個の前記第1のスイッチのうちのいずれかが故障している場合の電圧検出値と、に基づいて決定される第4のしきい値と、
前記他方の組を構成する単電池の総電圧計測値と、前記少なくとも2個の前記第1のスイッチのうちのいずれかが故障している場合の電圧検出値と、に基づいて決定される第5のしきい値と、
を含む、
請求項1に記載の故障検出装置。 - 前記第1のしきい値は、
1組を構成する単電池の総電圧計測値と、当該1組以外の他方の組の両端に接続された2個の第1のスイッチのうちの一方の第1のスイッチが故障している場合の電圧検出値と、に基づいて決定される第2のしきい値と、
前記1組を構成する単電池の総電圧計測値と、前記他方の組の両端に接続された2個の第1のスイッチのうちの他方の第1のスイッチが故障している場合の電圧検出値と、に基づいて決定される第3のしきい値と、
前記他方の組を構成する単電池の総電圧計測値と、前記1組の両端に接続された2個の第1のスイッチのうちの一方の第1のスイッチが故障している場合の電圧検出値と、に基づいて決定される第4のしきい値と、
前記他方の組を構成する単電池の総電圧計測値と、前記1組の両端に接続された2個の第1のスイッチのうちの他方の第1のスイッチが故障している場合の電圧検出値と、に基づいて決定される第5のしきい値と、
を含む、
請求項1に記載の故障検出装置。 - 前記所定のしきい値は、一方の組の取り得る最大の電圧値と最小の電圧値に基づいて予め算出された第6のしきい値、および他方の組の取り得る最大の電圧値と最小の電圧値に基づいて予め算出された第7のしきい値を含む、
請求項1に記載の故障検出装置。 - 前記故障判定部が前記第1のスイッチのいずれかが故障していると判定した場合に、当該故障を報知する報知部をさらに有する、
請求項1に記載の故障検出装置。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201680018551.8A CN107517594B (zh) | 2015-04-03 | 2016-03-02 | 故障检测装置 |
JP2017509214A JP6709908B2 (ja) | 2015-04-03 | 2016-03-02 | 故障検出装置 |
US15/707,506 US10436853B2 (en) | 2015-04-03 | 2017-09-18 | Failure detection apparatus |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015-076850 | 2015-04-03 | ||
JP2015076850 | 2015-04-03 |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
US15/707,506 Continuation US10436853B2 (en) | 2015-04-03 | 2017-09-18 | Failure detection apparatus |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
WO2016157721A1 true WO2016157721A1 (ja) | 2016-10-06 |
Family
ID=57005893
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PCT/JP2016/001131 WO2016157721A1 (ja) | 2015-04-03 | 2016-03-02 | 故障検出装置 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US10436853B2 (ja) |
JP (1) | JP6709908B2 (ja) |
CN (1) | CN107517594B (ja) |
WO (1) | WO2016157721A1 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017102026A (ja) * | 2015-12-02 | 2017-06-08 | 富士通テン株式会社 | 状態判定装置および状態判定方法 |
CN108051748A (zh) * | 2016-10-20 | 2018-05-18 | 乐视生态汽车(浙江)有限公司 | 故障位置检测方法、装置、蓄电池组件和机动车 |
JP2018157738A (ja) * | 2017-03-21 | 2018-10-04 | 株式会社デンソー | 電圧検出装置 |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2547502B (en) * | 2016-11-10 | 2018-05-02 | Tanktwo Oy | Detection of false reporting in a smart battery system |
EP3822645B1 (en) * | 2019-11-18 | 2022-10-26 | Volvo Car Corporation | System and method for detecting failures in a battery management system for a vehicle battery |
CN111413629B (zh) * | 2020-02-24 | 2024-02-02 | 上海蔚来汽车有限公司 | 动力电池内单体电池的短路监测方法、***以及装置 |
CN113097543A (zh) * | 2021-03-31 | 2021-07-09 | 中汽研汽车检验中心(天津)有限公司 | 一种氢燃料电池短路试验测试装置 |
KR20230011797A (ko) * | 2021-07-14 | 2023-01-25 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | 배터리 장치, 배터리 관리 시스템 및 진단 방법 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002281681A (ja) * | 2001-03-22 | 2002-09-27 | Denso Corp | 組電池用直流電圧検出装置のモニタ方法 |
JP2006343171A (ja) * | 2005-06-08 | 2006-12-21 | Yazaki Corp | フライングキャパシタ方式電圧測定装置 |
JP2009192302A (ja) * | 2008-02-13 | 2009-08-27 | Denso Corp | 組電池の監視装置 |
JP2012220470A (ja) * | 2011-04-14 | 2012-11-12 | Yazaki Corp | 絶縁状態検出ユニットの故障検出装置 |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7573238B2 (en) * | 2005-08-09 | 2009-08-11 | Panasonic Ev Energy Co., Ltd. | Voltage detection device and electric vehicle including voltage detection device |
JP4466628B2 (ja) * | 2006-09-21 | 2010-05-26 | 株式会社デンソー | 電圧検出装置 |
JP5910172B2 (ja) * | 2012-03-01 | 2016-04-27 | 株式会社Gsユアサ | スイッチ故障診断装置、電池パックおよびスイッチ故障診断プログラム、スイッチ故障診断方法 |
-
2016
- 2016-03-02 CN CN201680018551.8A patent/CN107517594B/zh active Active
- 2016-03-02 WO PCT/JP2016/001131 patent/WO2016157721A1/ja active Application Filing
- 2016-03-02 JP JP2017509214A patent/JP6709908B2/ja active Active
-
2017
- 2017-09-18 US US15/707,506 patent/US10436853B2/en active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002281681A (ja) * | 2001-03-22 | 2002-09-27 | Denso Corp | 組電池用直流電圧検出装置のモニタ方法 |
JP2006343171A (ja) * | 2005-06-08 | 2006-12-21 | Yazaki Corp | フライングキャパシタ方式電圧測定装置 |
JP2009192302A (ja) * | 2008-02-13 | 2009-08-27 | Denso Corp | 組電池の監視装置 |
JP2012220470A (ja) * | 2011-04-14 | 2012-11-12 | Yazaki Corp | 絶縁状態検出ユニットの故障検出装置 |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017102026A (ja) * | 2015-12-02 | 2017-06-08 | 富士通テン株式会社 | 状態判定装置および状態判定方法 |
CN108051748A (zh) * | 2016-10-20 | 2018-05-18 | 乐视生态汽车(浙江)有限公司 | 故障位置检测方法、装置、蓄电池组件和机动车 |
JP2018157738A (ja) * | 2017-03-21 | 2018-10-04 | 株式会社デンソー | 電圧検出装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20180003775A1 (en) | 2018-01-04 |
CN107517594B (zh) | 2019-11-05 |
JPWO2016157721A1 (ja) | 2018-02-01 |
CN107517594A (zh) | 2017-12-26 |
JP6709908B2 (ja) | 2020-06-17 |
US10436853B2 (en) | 2019-10-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
WO2016157721A1 (ja) | 故障検出装置 | |
JP5443327B2 (ja) | 組電池装置 | |
JP5989620B2 (ja) | 組電池モジュール及び断線検出方法 | |
KR101470552B1 (ko) | 고장 자가 진단 기능을 구비한 절연 저항 측정 장치 및 이를 이용한 고장 자가 진단 방법 | |
KR101473397B1 (ko) | 배터리 팩의 전류센서 이상 진단 장치 및 방법 | |
US11462777B2 (en) | Battery pack inspection method and inspection device for anomaly detection via voltage comparison over time | |
JP4942602B2 (ja) | 車両用の電源装置 | |
US10139453B2 (en) | Battery voltage monitoring device using capacitor circuit and switch failure detection circuit | |
WO2012073836A1 (ja) | 地絡検出装置、地絡検出方法、太陽光発電システム、及び地絡検出プログラム | |
CN103688183A (zh) | 具有故障自诊断功能的绝缘电阻测量设备和使用其的自诊断方法 | |
US20150015267A1 (en) | Integrated standard-compliant data acquisition device | |
US20190170829A1 (en) | Battery Cell Evaluation System | |
JP2002281681A (ja) | 組電池用直流電圧検出装置のモニタ方法 | |
KR101189582B1 (ko) | 배터리 전압 측정 라인의 단선 검출용 전압 측정 장치 | |
JPWO2016042678A1 (ja) | 蓄電池装置および蓄電池システム | |
JPWO2017043238A1 (ja) | 電池監視装置 | |
WO2012008449A1 (ja) | 組電池の電圧検出装置 | |
WO2018101005A1 (ja) | 電池制御装置 | |
JP4894776B2 (ja) | 組電池の監視装置 | |
US11130406B2 (en) | Integrated standard-compliant data acquisition device | |
JP2012208066A (ja) | 電池電圧検出装置 | |
CN103163471A (zh) | 电池传感器及电池监控*** | |
KR101899839B1 (ko) | 배터리 셀의 불량 검출방법 | |
JP2017223580A (ja) | 充放電装置 | |
JP2013072711A (ja) | 電圧検出回路 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 16771615 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
ENP | Entry into the national phase |
Ref document number: 2017509214 Country of ref document: JP Kind code of ref document: A |
|
NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 16771615 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |