CN110001402B - 二次电池系统和诊断电池组中的异常的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及二次电池系统和诊断电池组中的异常的方法。电池组(10)包括彼此串联连接的多个模块(11至1M)。多个模块(11至1M)中的每一个包括彼此并联连接的多个单体电池。如果满足第一条件和第二条件，则ECU(100)诊断其中包括在任意模块中的单体电池的电流路径断路的异常。第一条件是下述条件：在执行插入式充电控制之前，多个电压值当中的最大电压(Vmax)和最小电压(Vmin)之间的电压差小于参考值(REF)，多个电压值中的每一个通过多个电压传感器(211至211M)中的相应一个而被检测。第二条件是下述条件：在执行插入式充电控制之后，最大电压(Vmax)和电压(V2)之间的电压差大于或等于参考值(REF)。

Description

二次电池系统和诊断电池组中的异常的方法
此非临时申请基于2017年12月25日向日本专利局提交的日本专利申请No.2017-248176，其全部内容通过引用被合并在此。
技术领域
本公开涉及二次电池系统和诊断电池组中的异常的方法，并且具体地，涉及在一种在包括各自均具有彼此并联连接的多个单体电池(cell)的多个模块的电池组中确定其中单体电池的电流路径断路(break)的异常的存在或不存在的技术。
背景技术
近年来，已经开发具有电池组的车辆，诸如混合动力车辆和电动车辆。用于这种车辆的已知电池组包括彼此串联连接的多个模块(也被称为块(block))，多个模块中的每一个包括彼此并联连接的多个单体电池。
在具有这种配置的电池组中，例如，当用于某个模块中的任何单体电池的熔丝熔化时，电池的电流路径可能断路。在本公开中，这种电流路径的断路也称为“异常的发生”。当发生异常时，应已经流过异常单体电池的电流流过其他正常单体电池(并联连接的单体电池的剩余单体电池)。因此，在包括异常单体电池的模块中，与其中所有单体电池都正常的模块相比，流过正常单体电池的电流增加。结果，过量电流可能流过包括异常单体电池的模块中的正常单体电池，并且可能无法正常保护正常单体电池。因此，有必要确定在任何模块中是否发生异常。
包括异常单体电池的模块的完全充电容量小于其中所有单体电池都正常的模块的完全充电容量。因此，在包括异常单体电池的模块中，与电池组的充电和放电相关联的充电状态(SOC)的变化量大于其中所有单体电池都正常的模块中的变化量。SOC与开路电压(OCV)具有相关性。因此，能够通过利用电压传感器检测模块的OCV(无负载的电池组的电压)并且通过比较模块当中的检测到的OCV来确定存在或者不存在异常(例如，参见日本专利申请特开No.2006-337155)。
发明内容
但是，取决于模块中的单体电池的数量，当发生异常时，OCV可能不会发生太大变化(对于详情参见下文)。因此，由于异常的发生而导致的OCV的差异可能无法与仅仅OCV变化(与制造或老化相关的OCV的变化)清楚地区分，因此导致在确定存在或者不存在异常时的低准确度。
已经提出本公开以解决上述问题，并且本公开的目的是为了提高确定电池组的模块中存在或者不存在异常的准确性。
(1)根据本公开的一个方面的二次电池系统可安装在车辆上。二次电池系统包括电池组，该电池组通过外部充电控制利用从车辆外部供应的电力进行充电。电池组包括彼此串联连接的多个模块。多个模块中的每一个包括彼此并联连接的多个单体电池。二次电池系统还包括多个电压传感器，各自被设置用于多个模块中的相对应的一个，并且各自被配置成检测多个模块中的相对应的一个模块的电压(优选地，OCV)。二次电池系统还包括控制器，配置成执行外部充电控制。控制器被配置成，如果满足第一条件和第二条件，则诊断出(或确定)其中单体电池的电流路径断路的异常，该单体电池被包括在多个模块当中的模块中。第一条件是下述条件：在执行外部充电控制之前，多个电压值当中的最大电压值和最小电压值之间的电压差小于参考值，多个电压值中的每一个通过多个电压传感器中的相对应的一个而被检测。第二条件是下述条件：在执行外部充电控制之后，最大电压值与多个电压值当中的另一电压值(除了最大电压值和最小电压值之外的电压值)之间的电压差大于参考值。
根据上述(1)的特征，如果在执行外部充电控制之前最大电压值和最小电压值之间的电压差小于参考值(满足第一条件)并且在执行外部充电控制之后最大电压值与另一电压之间的电压差大于参考值(满足第二条件)，则确定电池组的外部充电控制已经产生与完全充电容量中的差有关的电压差，并且因此在任意模块(具体地，示出最大电压值的模块)中已经发生异常。满足第一条件意指在执行外部充电之前模块当中的电压差足够小。满足第二条件意指存在在执行外部充电之后具有与另一模块的较大的电压差的模块(示出最大电压值的模块)。因此，根据上述特征，能够以比不确定是否满足第一条件的更高准确度来确定电池组的模块中异常的存在或者不存在。
(2)控制器被配置成，除了第一条件和第二条件之外，如果还满足第三条件和第四条件，则确定模块中已经发生异常。第三条件是下述条件：在执行外部充电控制之前，最大电压值小于第一预定电压值。第四条件是下述条件：在执行外部充电控制之后，最小电压值大于第二预定电压值。第二预定电压值大于或等于第一预定电压值。
仅为电池组提供低充电量的外部充电即使当电池组包括异常模块时也将仅在模块当中产生小的电压差。另一方面，如果在上述(2)的特征中满足第三和第四条件，则指示外部充电已经为电池组提供足够高的充电量。因此，外部充电在模块当中产生较大的电压差。因此，在确定电池组的模块中存在或者不存在异常时，进一步提高准确度。
(3)上述其他电压值(除了最大电压值和最小电压值之外的电压值)是多个电压值当中的第二高电压值。控制器被配置成，如果满足在执行外部充电控制之后第二高电压值和最小电压值之间的电压差小于阈值的条件，则诊断出示出最大电压值的模块中的异常。
根据上述(3)的特征，采用第二高电压值作为上述其他电压，其细节稍后将会描述(见图8A至图8C)。上述(3)的特征采用第二高电压值作为用于比较的电压值，并且确定第二高电压值和最小电压值之间的电压差小于阈值的条件是否满足。这允许高准确度地诊断出包括在电池组中的模块当中的示出最大电压值的模块的异常。
(4)控制器被配置成，如果在执行外部充电控制之后，用户执行用于车辆的行驶系统的启动操作，则确定是否满足第二条件和第四条件。
取决于车辆的使用，从用户执行外部充电控制到启动操作可能流逝较长的时间段(例如，半年或一年)，并且电池组的状态可能在该时段期间改变。根据上述(4)的特征，在用户执行启动操作之后确定是否满足第二和第四条件。因此，能够根据变化之后的电池组的状态来确定存在或者不存在异常。
(5)二次电池系统还包括多个开关元件，多个开关元件各自并联连接到多个模块中的相对应一个。如果满足多个模块当中的SOC差大于预定值的均衡条件，则控制器被配置成通过接通多个开关元件当中的任意一个来执行用于减小SOC差的均衡控制。在执行外部充电控制之后到执行启动操作的时段期间，如果不满足第一条件和第三条件中的至少一个，则控制器被配置成当满足均衡条件时执行均衡控制；如果满足第一条件和第三条件，则控制器被配置成当满足均衡条件时不执行均衡控制。
均衡控制的执行减少模块当中的电压差。因此，在上述(5)的特征中，如果满足第一和第三条件两者，则即使在满足均衡条件时也不执行均衡控制，以准备异常诊断。另一方面，如果不满足第一和第三条件中的至少一个，当满足均衡条件时执行均衡控制，而不执行异常诊断。这减小模块当中的电压差并扩展电池组的充电和放电的电压范围，从而能够充分使用电池组。
(6)根据本公开的另一方面的用于诊断电池组中的异常的方法确定安装在车辆上的电池组中的异常。电池组包括多个模块，这些模块通过外部充电控制利用从车辆外部供应的电力进行充电，多个模块彼此串联连接。多个模块中的每一个包括彼此并联连接的多个单体电池。用于诊断电池组中的异常的方法包括：使用多个电压传感器检测多个模块的电压，多个电压传感器中的每一个被设置用于多个模块中的相对应的一个模块；和，如果满足第一条件和第二条件，则诊断出其中单体电池的电流路径断路的异常，该单体电池被包括在多个模块当中的模块中。第一条件是下述条件：在执行外部充电控制之前，多个电压值当中的最大电压值和最小电压值之间的电压差小于参考值，多个电压值中的每一个通过多个电压传感器中的相对应的一个而被检测。第二条件是下述条件：在执行外部充电控制之后，最大电压值与多个电压值当中的另一电压值(除了最大电压值和最小电压值之外的电压值)之间的电压差大于参考值。
根据上述(6)的方法，与上述(1)的特征一样，能够以提高的精确度诊断出电池组的模块中的异常。
当结合附图时，根据以下对本公开的详细描述，本公开的前述和其他目的、特征、方面和优点将变得更加显而易见。
附图说明
图1是示意性地示出根据本实施例的车辆的一般配置的模块图。
图2更详细地示出电池组、监视单元和均衡单元的配置。
图3是用于解释直到电池组的断开诊断过程的一系列过程的概要的时序图。
图4是示出与本实施例中的电池组的断开诊断相关的整个过程的流程图。
图5是示出充电前确定过程的流程图。
图6A是用于解释充电前确定过程中的确定方法的第一图。
图6B是用于解释充电前确定过程中的确定方法的第二图。
图7是示出均衡确定过程的流程图。
图8A是用于解释均衡确定过程中的确定方法的第一图。
图8B是用于解释均衡确定过程中的确定方法的第二图。
图8C是用于解释均衡确定过程中的确定方法的第三图。
图9是示出启动确定过程的流程图。
图10是示出异常诊断过程的流程图。
具体实施方式
在下文中参考附图详细描述本公开的实施例。附图中相同或相应的部件被同样地表示，并且不重复其解释。
以下实施例描述当单体电池的电流路径由于单体电池的熔丝熔化或由于电流中断设备(CID)的激活而断路时发生的“断开(disconnection)”作为单体电池中的“异常”。断开是根据本公开的异常的示例。其中单体电池的电流路径断路的异常可以是任何其他形式。例如，由于连接单体电池的汇流条的不良接触，或者由于移除单体电池端子焊料，可能发生断开。“异常”还包括由于单体电池内阻的过度增加而导致的任意单体电池中的电流断路。
[实施例]
<车辆的配置>
图1是示意性地示出根据本实施例的车辆的一般配置的模块图。车辆1例如是电动车辆并且被配置成经由充电电缆910电连接到车辆外部的充电设备900。充电设备900经由充电电缆910向车辆1供应来自系统电源(例如，商用电源)920的AC电力。
车辆1包括入口2、电力转换器3、充电继电器(charge relay：CHR)4、系统主继电器(system main relay：SMR)5、电力控制单元(power control unit：PCU)、电动发电机7、传动系齿轮8、驱动轮9和二次电池系统1A。二次电池系统1A包括电池组10、监视单元20、均衡单元30、和ECU 100。车辆1可以是插电式混合动力车辆，其还包括发动机(未示出)。
入口2被配置成机械地耦合(装配、插入等)到设置在充电电缆910的末端处的连接器911。这允许车辆1和充电设备900之间的电连接，使得充电设备900能够向车辆供应电力。用于利用从充电设备900供应的电力对车辆1的电池组10充电的控制也称为“插入式充电控制”(或简称为“插入式充电”)。插入式充电控制是根据本公开的“外部充电控制”的一种形式。
电力转换器3配置有例如AC/DC转换器(未示出)，并且将从充电设备900供应的AC电力转换成DC电力以对电池组10充电。如果从充电设备900供应DC电力，则电力转换器3可以配置有DC/DC转换器。
CHR 4电连接到将电力转换器3和SMR 5彼此连接的电力线。根据来自ECU 100的控制信号控制CHR 4的闭合/断开。
SMR 5被电连接到将PCU 6和电池组10彼此连接的电源线。根据来自ECU 100的控制信号控制SMR 5的闭合/断开。当CHR 4和SMR 5两者都被闭合时，能够在入口2和电池组10之间传输电力。
PCU 6根据来自ECU 100的控制信号在电池组10和电动发电机7之间执行双向电力转换。
电动发电机7是AC电动机，诸如具有带有嵌入式永磁体的转子的三相AC同步电动机。从电动发电机7输出的转矩通过包括减速驱动器和动力分配机构的传动系齿轮8传递到驱动轮9，从而使车辆1行驶。在车辆1的再生制动时，电动发电机7能够利用来自驱动轮9的旋转力产生电力。
电池组10为电动发电机7供应电力以产生转矩。电池组10存储由电动发电机7产生的电力。电池组10包括二次电池的多个单体电池，诸如锂离子二次电池或镍氢电池作为典型示例。在本实施方式中，各个单体电池是锂离子二次电池。
监视单元20包括在图2中示出的电压传感器21、电流传感器22、和温度传感器23，并监视电池组10的状态。
设置均衡单元30以纠正包括在电池组10中的模块11至1M(参见图2)当中的充电状态(SOC)的不均衡。稍后将会参考图2更详细地描述电池组10、监视单元20、和均衡单元30的配置。
ECU 100配置有中央处理单元(CPU)101、存储器(具体地，只读存储器[ROM]和随机存取存储器[RAM])102、计时器103、和用于输入和输出各种类型的信号的输入/输出端口(未示出)。ECU 100基于从监视单元20的各个传感器接收到的信号并且基于存储在存储器102中的程序和映射(稍后描述的每个映射)来控制电池组10。要由ECU 100执行的主控制的示例包括用于电池组10的“断开诊断过程”和用于电池组10的“均衡控制”。稍后将详细描述这些过程和控制。
图2更详细地示出电池组10、监视单元20、和均衡单元30的配置。参考图2，电池组10包括彼此串联连接的M个模块11至1M。模块11至1M中的每一个包括彼此并联连接的N个单体电池。M和N均是2或更大的自然数。
尽管未示出，但是相邻的单体电池通过汇流条彼此电连接和机械连接。对于每个单体电池，熔丝(未示出)串联连接。当过量电流流过时，熔丝断路单体电池的电流路径。在每个单体电池的内部，设置电流中断设备(Current Interrupt Device：CID)(未示出)。CID被配置成当电池壳体中的压力(内部压力)大于或等于预定值时激活以中断电流路径。
电压传感器211检测模块11的电压VB1。具体地，电压传感器211检测组成模块11的N个单体电池111到11N的电压。同样用于电压传感器212到21M。电流传感器22检测输入到电池组10并从电池组10输出的电流IB。温度传感器23检测电池组10的温度TB。每个传感器将检测结果输出到ECU 100。
在电池组10中，随着时间的推移，由于例如模块11至1M当中的自放电电流的变化，或者由于电压传感器211至21M当中的电流消耗的变化，SOC可以在模块11至1M当中变化。模块11至1M当中的电压变化也可能由充电效率的变化引起。
当ECU 100分别从电压传感器211至21M获取模块11至1M的电压VB1至VBM时，ECU100估计模块11至1M中的每一个的SOC。当满足预定条件时(例如，当模块11至1M当中的SOC差大于预定值时)，ECU 100输出用于均衡控制的控制信号S1至SM。根据来自ECU 100的控制信号S1至SM，均衡单元30使模块11至1M(一个或多个模块)中的任意一个放电，直到电压VBi基本相同。具体地，均衡单元30包括均衡电路31至3M。均衡电路31与模块11并联连接，并且包括旁路电阻Rb1和开关元件(例如，晶体管)SW1，如在典型的均衡电路中一样。同样用于其他均衡电路32至3M。闭合开关元件SW1至SWM允许模块的放电。此控制称为“均衡控制”。
尽管未在图2中示出，但是可以设置专用集成电路(通常称为监视集成电路[IC])，用于监视每个单体电池的电压和电流。SOC与开路电压(OCV)具有相关性，其中OCV随着SOC的增加而单调增加。因此，均衡的目标可以是OCV。
<断开诊断过程>
在如上所述配置的电池组10中，当用于任意单体电池的熔丝熔化或在某个模块中激活CID时，单体电池的电流路径可能断路(换句话说，可能发生断开)。然后，应已经流过单体电池的电流流过其他正常单体电池(剩余的单体电池并联连接到断开的单体电池)。因此，在包括断开的单体电池的模块中，与不包括断开的模块相比，流过正常单体电池的电流增加。结果，过量的电流可能流过包括断开的单体电池的模块中的正常单体电池，并且可能不能适当地保护正常单体电池。因此，有必要确定在任意模块中是否发生断开。
鉴于这种情况，在本实施例中，执行用于电池组10的“断开诊断过程”以确定在模块11至1M中的任意模块中是否已发生断开。具体地，包括断开的单体电池的模块的完全充电容量小于其中所有单体电池正常的模块的完全充电容量。因此，在包括断开的单体电池的模块中，与电池组10的充电和放电相关联的SOC的变化量大于其中所有单体电池正常的模块中的变化量。众所周知，在SOC和OCV之间存在相关性。因此，利用电压传感器21检测模块11至1M的OCV，即，无负载的电池组10的电压VBi(i＝1至M)。通过比较模块11至1M当中的OCV(电压VBi)，能够确定存在或者不存在断开。
然而，例如，如果每个模块具有15个单体电池(N＝15)并且一个单体电池具有断开，则在包括15个正常单体电池的模块和包括14个正常单体电池的模块之间，完全充电容量的差异最多为百分之几。因此，OCV的差异也相对较小。因此，OCV的差异可能无法与OCV变化(制造变化或老化变化)明显区分，因此导致断开诊断的准确性低。
因此，本实施例在执行断开诊断过程之前执行确定过程(稍后描述的充电前确定过程)。确定过程是用于确定是否满足适合于执行断开诊断过程的条件。
<过程的概要>
图3是用于解释直到用于电池组10的断开诊断过程的一系列过程的概要的时序图。在图3中，横轴表示流逝的时间。垂直轴表示电池组10的SOC。垂直轴可以转换成电池组10的OCV(例如，所有单体电池的平均OCV)。
参考图3，在从时刻t0到时刻t1的时段期间，车辆1正在行驶。当车辆1正在行驶时，电池组10的SOC基本上减小但是也可能由于车辆1的再生制动而略微增加。在时刻t1处，车辆1停止行驶，并且用户执行用于关断车辆1的点火的操作(IG-OFF操作)。在从时刻t1到时刻t2的时段TA期间，车辆1静置。在此静置时段期间(和从稍后描述的时刻t3到时刻t4的时段TB期间)，由于与消除电池组10中的极化相关联的OCV的增加，电池组10的明显的SOC增加。
之后，充电电缆910的连接器911由用户连接到入口2，并且在时刻t2处开始插入充电。在插入式充电开始之前，执行“充电前确定过程”。“充电前确定过程”是用于确定在用户下次执行用于接通点火的操作(IG-ON操作)之后是否将执行用于电池组10的断开诊断过程。
电池组10的SOC在插入式充电期间增加，并且插入式充电在时刻t3处被完成。之后，车辆1再次被静置。在插入式充电完成之后的静置时段期间(时刻t3之后的时段)，ECU100以规则间隔(例如，每小时)启动以确定是否执行对于电池组10的均衡控制。用于此确定的过程被称为“均衡确定过程”。在图3中所示的示例中，在时刻t4处的第一均衡确定过程确定在下一次IG-接通操作之前不执行均衡控制。稍后将描述详情。
当在从时刻t4开始的时段TC流逝之后的时刻t5处由用户执行IG-ON操作时，执行“启动确定过程”以确定是否执行对于电池组10的断开诊断过程。如果充电前确定过程和启动确定过程这两者都确定应执行断开诊断过程，则执行断开诊断过程。
<断开诊断流程>
图4是示出与本实施例中的电池组10的断开诊断相关的整个过程的流程图。如果满足预定条件，则每当运算周期已经流逝时，从主程序(未示出)调用流程图以执行。包括在流程图中的步骤(下文中缩写为“S”)基本上由ECU 100的软件处理实现。然而，步骤可以通过ECU 100中设置的专用硬件(电路)来实现。
在本实施例中，ECU 100的存储器102存储用于管理一系列过程的两个标志。第一标志，断开诊断标志F，被用于管理电池组10的断开诊断过程的执行/不执行。当断开诊断标志F为ON时，执行断开诊断过程；然而当断开诊断标志F为OFF时，不执行断开诊断过程。第二标志，均衡标志G，被用于管理电池组10的均衡控制的执行/不执行。当均衡标志G为ON时，执行均衡控制；而当均衡标志G为OFF时，不执行均衡控制。断开诊断标志F和均衡标志G的初始状态都为ON。
参考图4，在S1处，ECU 100确定车辆1是否准备好插入式充电。例如，当充电电缆910的连接器911连接到入口2时，确定车辆1准备好插入充电。充电电缆910的连接器911和入口2之间的连接状态能够由接收经由入口2从充电电缆910向车辆1供应的连接确认信号(控制导频信号)的ECU 100来确定。如果车辆1未准备好插入式充电(在S1处否)，则该过程返回到主程序而不执行后续过程。如果车辆1准备好插入式充电(在S1处为是)，则ECU 100将过程移动到S2并执行充电前确定过程(参见图3中的时刻t2)。
图5是示出充电前确定过程(图4中的S2的过程)的流程图。如上所述，断开诊断标志F的初始状态为ON。
参考图5，首先，通过都被断开的CHR 4和SMR 5，ECU 100确定是否满足用于适当插入式充电的条件。具体地，例如，ECU 100检查SMR 5是否免于被熔焊(S21)。此外，当插入式充电尚未开始时，ECU 100检查是否电流传感器22示出其中电流传感器22的检测值大于预定值(即，电流传感器22指示充电或放电电流大于预定值)的异常(S22)。如果检测到这种异常(S21处否或S22处否)，则断开诊断标志F从ON切换到OFF(S27)。也就是说，不执行断开诊断过程。
如果满足用于适当的插入式充电的条件(在S21和S22两者处“是”)，则ECU 100进一步确定是否满足以下三个条件。
在S23，ECU 100确定从IG-OFF操作到执行充电前确定过程的时段TA(参见图3)是否大于或等于预定时间XA。紧接在用于车辆1的IG-OFF操作之后，由于在IG-OFF操作之前(在车辆1的行驶期间)电池组10的充电或放电，可能仍然存在电池组10中产生的延迟的极化。如果发生这种情况，则可能降低使用电压VBi(或电压差)在S24和S25的后续过程的确定中的精度。为了防止这种情况，预先设置用于消除电池组10中的极化所需的时间作为预定时间XA(例如，30分钟)。如果从IG-OFF操作的时段TA小于预定时间XA(S23处的否)，则确定电池组10中的极化可能未被消除，并且断开诊断标志F从ON切换到OFF(S27)。
如果从IG-OFF操作的时段TA大于或等于预定时间XA(S23处的是)，则ECU 100确定电池组10中的极化已被消除，并且执行下面描述的S24和S25的过程。可以以任何顺序执行S24和S25的过程，并且能够改变它们的顺序。
图6A和图6B是用于解释充电前确定过程中的确定方法(图5中的S24和S25的过程)的图。在图6A、图6B和后面描述的图8A至图8C中，纵轴表示模块11至1M的电压VBi(i＝1至M)。横轴表示按电压VBi的降序排列的模块11至1M。在图6A、图6B和图8A至图8C中，模块11至1M当中的具有最高电压VBi的模块用“MAX”表示，具有第二高电压VBi的模块用“2nd”表示，具有第三高电压VBi的模块用“3rd”表示，并且具有最低电压VBi的模块用“MIN”表示。
图6A示出在插入式充电开始之前电池组10的SOC高到某种程度时的电压VBi(电压分布)的分布。在本实施例中，当模块MAX的最大电压Vmax大于或等于预定电压P(第一预定电压值)时，确定电池组10处于高SOC状态。当插入式充电提供更高的充电量并因此提供更大的电压VBi增加时，用于电池组10的断开诊断过程具有更高的诊断准确度。然而，如果电池组10在插入式充电开始之前已经处于高SOC状态，则不存在通过插入式充电增加电压VBi的空间。这可能不允许在电池组10的断开诊断过程中具有足够高的诊断准确度。因此，如图5中所示，如果最大电压Vmax大于或等于预定电压P(S24处否)，则断开诊断标志F从ON切换到OFF(S27)。
图6B示出在插入式充电开始之前的最大电压Vmax小于预定电压P时的电压分布(S24处是)。如果在这种情况下电池组10的SOC相对较低，则ECU 100确定最大电压Vmax与最小电压Vmin(模块MIN的电压)之间的电压差ΔV(Vmax-Vmin)是否小于参考值REF(S25)。如果电压差ΔV大于或等于参考值REF(S25处否)，则模块11至1M在插入式充电开始之前已经具有大的电压变化。这可能不允许在电池组10的断开诊断过程中具有高诊断准确度。因此，如果电压差ΔV大于或等于参考值REF，则断开诊断标志F从ON切换到OFF(S27)。根据电池组10的温度TB优选地设置参考值REF。
如果不满足S23至S25中所示的条件中的至少一个(在S23至S25中的任意一个处否)，则ECU 100确定电池组10的断开诊断过程中的诊断准确度可能较低，并且将断开诊断标志F从ON切换到OFF(S27)。另一方面，如果满足S23至S25中所示的所有条件(在S23至S25处全部为是)，则ECU 100确定能够确保断开诊断过程中的诊断准确度，并且将断开诊断标记F保持在ON处(S26)。S24中所示的条件对应于根据本公开的“第三条件”。S25中所示的条件对应于根据本公开的“第一条件”。
再次参考图3和图4，在执行S2的充电前确定过程之后，执行车辆1的插入式充电(参见S3和时刻t2)。当插入式充电完成时(参见时刻t3)，ECU 100等待直到插入式充电完成之后的时段TB达到预定时间XB(S4处否)。
如果在插入式充电完成之后的时段TB达到预定时间XB(S4处是)，则ECU 100确定均衡标志G是否为ON。如果均衡标志G为ON(S5处是)，则执行均衡确定过程(参见S6和时刻t4)。
一旦执行电池组10的均衡控制，模块11至1M当中的电压分布的不均衡小于执行均衡控制之前(或者小于不执行均衡控制)。为了在随后的断开诊断过程中将模块11至1M的电压VBi彼此进行比较，优选的是，不应执行均衡控制并且保持电压分布的不均衡。因此，ECU100执行均衡确定过程以确定是否满足适合于执行断开诊断过程的条件。在均衡确定过程中，如果满足适合于执行断开诊断过程的条件，则均衡标记G从ON切换到OFF。在这种情况下(S7处G＝OFF)，不执行均衡控制。另一方面，如果作为均衡确定过程的结果，ECU 100确定不满足适合于执行断开诊断过程的条件，则ECU 100将均衡标志G保持在ON(在S7处G＝ON)并且执行均衡控制(S8)。因为已经参考图2描述均衡控制，所以这里不再重复详细解释。
图7是示出均衡确定过程(图4的S6的过程)的流程图。如上所述，随着插入式充电提供更高的充电量并因此提供更大的电压VBi增加，电池组10的断开诊断过程具有更高的诊断准确度。因此，在本实施例中，ECU 100在S61确定最小电压Vmin和预定电压Q之间的关系。预定电压Q大于或等于预定电压P。如果最小电压Vmin大于或等于预定电压Q(S61处是)，则ECU 100确定电池组10的充电量足够高，并且将过程移至后续的S62和S63。预定电压Q对应于根据本公开的“第二预定电压值”，并且S61中所示的条件对应于根据本公开的“第四条件”。
为了确定插入式充电是否已经提供足够高的充电量，能够使用测量到的充电量值而不是电压VBi。根据电压传感器211至21M的检测值并且根据电流传感器22的检测值计算充电量。因此，除了电压传感器211至21M的测量误差之外，充电量还受到电流传感器22的测量误差的影响。此外，电流传感器22中的故障将使得确定变得不可能。本实施例仅使用电压传感器211至21M来确定充电量足够高，从而不受测量误差或电流传感器22的故障的影响。
随后，ECU 100确定是否满足在S62和S63中示出的两个条件。具体地，在S62，ECU100确定第二高电压V2和最小电压Vmin之间的电压差是否小于阈值TH。优选地，准备指示电池组10的温度TB、参考值REF和阈值TH当中的对应关系的映射(未示出)，并且根据温度TB和参考值REF设置阈值TH。在S63，ECU 100确定最大电压Vmax和电压V2之间的电压差是否大于或等于参考值REF。
图8A至图8C是用于解释均衡确定过程(图7中的S62和S63的过程)中的确定方法的图。图8A示出当所有模块正常时的电压分布。当所有模块都正常时，模块11到1M当中的电压VBi的差异可能很小。因此，最大电压Vmax和电压V2之间的电压差小于参考值REF。电压V2和最小电压Vmin之间的电压差也小于阈值TH。在这种情况下，均衡标志G保持在ON处，同时断开诊断标志F被切换到OFF。也就是说，执行均衡控制，同时不执行断开诊断过程。
图8B示出当在一个模块中发生断开时的电压分布。在包括断开的单体电池的模块中，与电池组10的充电和放电相关的SOC的变化量大于其中所有单体电池都正常的剩余的(N-1)模块中的变化量。因此，如图8B中所示，包括断开的单体电池的模块示出最大电压Vmax的电压，并且最大电压Vmax远远高于其他电压(电压V2到最小电压Vmin)。因此，最大电压Vmax和电压V2之间的电压差大于或等于参考值REF。另一方面，除了示出最大电压Vmax的模块之外的模块都是正常的。在这些模块中，电压V2与最小电压Vmin之间的差异相对较小，并且电压V2与最小电压Vmin之间的电压差小于阈值TH。
在本实施例中，当满足如图8B中所示的条件时，执行断开诊断过程。因此，均衡标志G被切换成OFF，并且断开诊断标志F被保持在ON。
图8C示出在两个模块中发生断开时的电压分布。在包括断开的单体电池的两个模块中，与电池组10的充电和放电相关联的SOC的变化量大于其中所有单体电池都正常的剩余的(N-2)模块的变化量。因此，最大电压Vmax和电压V2远远高于其他电压(电压V3到最小电压Vmin)。因此，最大电压Vmax和电压V2之间的电压差小于参考值REF，同时电压V2和最小电压Vmin之间的电压差大于或等于阈值TH。
尽管图8C示出用于两个模块中的断开的示例性电压分布，但是其能够被应用于三个或更多个模块中的断开。在这种情况下，最大电压Vmax和电压V2之间的电压差小于参考值REF，并且电压V2和最小电压Vmin之间的电压差大于或等于阈值TH。也就是说，图8C中所示的确定方法能够确定在两个或更多个模块中是否发生断开。
尽管当满足图8C中所示的条件时可以执行断开诊断过程，但是本实施例集中于确定图8B中所示的条件，即，确定是否在一个模块中已经发生断开。在本实施例中，当满足图8C中所示的条件时，不执行断开诊断过程。具体地，当满足图8C中所示的条件时，均衡标志G被切换为OFF并且断开诊断标志F保持在ON。两个或更多个模块中存在或者不存在断开可以由另一过程确定，尽管这里没有解释。
如上所述，能够通过确定最大电压Vmax与另一电压(图8A至图8C的示例中的电压V2)之间的电压差是否大于或者等于参考值REF(S63)，并且通过确定另一电压(电压V2)和最小电压Vmin之间的电压差是否小于阈值TH(S62)，来确定是否电池组10包括具有断开的模块。特别地，通过如参考图8B和图8C所解释的使用第二高电压V2作为另一电压来确定值之间的关系能够区分是否在一个模块中或者在两个或者更多个模块中已经发生断开。
再次参考图4，然后ECU 100等待直到用户执行用于车辆1的IG-ON操作(在S9处否)。在此期间，ECU 100可以停止其操作(转变到睡眠状态)。然而，在IG-ON操作之前，每当预定时间(例如，一小时)已经流逝时，ECU 100启动并且将过程返回到S5以执行均衡标志G的确定。因此，当均衡标志G为ON时(在S5处G＝ON)，以规则间隔执行均衡确定过程(S6)。
当执行IG-ON操作时，ECU 100确定断开诊断标志F是否为ON(S10)。如果通过充电前确定过程(S2)或均衡确定过程(S6)将断开诊断标志F切换成OFF(在S10处F＝OFF)，则过程返回到主程序而不执行后续过程。如果在执行充电前确定过程和均衡确定过程之后断开诊断标志F已经保持在ON(在S10处F＝ON)，则ECU 100执行启动确定过程(S11)。
图9是示出启动确定过程(图4中的S11的过程)的流程图。参考图9，在S111，ECU100确定从执行均衡确定过程开始的时段TC是否大于或等于预定时间XC(参见图3中的时刻t5)。如果从执行均衡确定过程开始的时段TC大于或等于预定时间XC并且足够长(在S111处是)，则过程移至S112。
如在参考图7解释的均衡确定过程中(参见S62)，S112在启动确定过程中的过程确定第二高电压V2和最小电压Vmin之间的电压差是否是小于阈值TH。也就是说，这些确定在均衡确定过程和启动确定过程两者中被执行。
这是因为在完成对用户的IG-ON操作的插入式充电之后的时段TC的长度能够采用各种值。例如，车辆1的IG-ON操作可以紧接在插入式充电完成之后立即执行，或者可以直到一周或更长的时段(例如，一年)流逝之后才执行。如果在长时间段内不执行IG-ON操作，则电池组10的状态(每个模块的电压VBi)可能在执行均衡确定过程时和执行启动确定过程时不同。例如，在执行均衡确定过程时，可能只有一个具有断开的模块；然而，在执行启动确定过程时，可能存在两个或更多个具有断开的模块。因此，启动确定过程中的S112再次确定电压V2和最小电压Vmin之间的电压差是否小于阈值TH。
如果在S112电压V2和最小电压Vmin之间的电压差小于阈值TH(S112处是)，则ECU100将断开诊断标志F保持在ON(S113)。如果电压V2和最小电压Vmin之间的电压差大于或等于阈值TH(S112处否)，则ECU 100将断开诊断标志F从ON切换到OFF(S114)。
如果时段TC较短，则单独地执行均衡确定过程的S62的过程和启动确定过程中的S112的过程没有多大意义。因此，如果时段TC小于预定时间XC(S111处“否”)，则断开诊断标志F切换成OFF(S114)。
再次参考图4，在S12，ECU 100再次确定断开诊断标志F是否为ON。如果通过启动确定过程(S11)将断开诊断标志F已经切换成OFF(S12处否)，则过程返回到主程序而不执行断开诊断过程(S13)。如果在执行启动确定过程之后断开诊断标志F仍然为ON(在S12处是)，则ECU 100执行断开诊断过程。
图10是示出异常诊断过程(图4中的S13的过程)的流程图。ECU 100的存储器102存储用于管理关于电池组10中存在或者不存在断开的临时确定结果的计数器(未示出)。此计数器对正常计数器值和异常计数器值进行计数。每个计数器值的初始值(例如，在制造车辆1时的值)是0(零)。
参考图10，在确认监视单元20中的每个传感器(电压传感器21和电流传感器22)正常(S131处是)之后，ECU 100确定最大电压Vmax和第二高电压V2之间的电压差大于或等于参考值REF(S132)。如果最大电压Vmax和电压V2之间的电压差大于或等于参考值REF(S132处是)，则ECU100临时确定在电池组10中没有发生断开，并且将正常计数器值递增1(S133)。如果最大电压Vmax和电压V2之间的电压差小于参考值REF(S132处否)，则ECU 100临时确定电池组10中可能已经发生断开，并且将异常计数器值递增1(S134)。S132中所示的条件对应于根据本公开的“第二条件”。
在S135，ECU 100确定正常计数器值是否已经达到确认电池组10正常的确定的值(正常确认值)。如果正常计数器值已经达到正常确认值(S135处是)，则ECU 100确认电池组10正常，即，电池组10不包括具有断开的模块(S136)。
如果正常计数器值未达到正常确认值(S135处否)，则ECU 100将过程移至S137，并确定异常计数器值是否已达到确认电池组10异常的确定的值(异常确认值)。如果异常计数器值已经达到异常确认值(S137处是)，则ECU 100确认电池组10异常，即，电池组10包括具有断开的模块(S138)。如果异常计数器值还没有达到异常确认值(S137处否)，则过程返回到主程序而不确认确定。
如上所述，根据本实施例，如果在执行插入式充电之前最大电压Vmax和最小电压Vmin之间的电压差小于参考值REF(在S25处是)并且执行插入式充电之后最大电压Vmax和另一电压(特别地，电压V2)之间的电压差大于或等于参考值REF(S132处是)，则确定电池组10的插入式充电已经产生电压差并且因此在任意模块(具体地，示出最大电压Vmax的模块)中发生异常。
执行插入式充电之前最大电压Vmax和最小电压Vmin之间的电压差小于参考值REF意指：模块当中的电压差由于例如在执行插入式充电之前的适当均衡控制而足够小。最大电压Vmax和电压V2之间的电压差大于或者等于在执行插入式充电之后的参考值REF意指：存在在执行插入式充电之后与另一模块具有较大的电压差的模块(示出最大电压Vmax的模块)。因此，根据本实施例，能够以比不确定最大电压Vmax和最小电压Vmin之间的电压差是否小于参考值REF的更高准确度来确定电池组10的模块中存在或者不存在断开。
即使当电池组10包括异常模块时，仅为电池组10提供低充电量的插入式充电将在模块当中仅产生小的电压差。另一方面，如果在插入式充电之前最大电压Vmax小于预定电压P(参见图5中的S24)，并且在插入式充电之后最小电压Vmin大于或等于预定电压Q(参见图7中的S61)，则其指示插入式充电已经为电池组10提供足够高的充电量。因此，插入式充电产生在模块当中的更大的电压差。因此，本实施例能够进一步提高确定电池组10的模块中存在或者不存在断开的准确度。
执行电池组10的均衡控制将减小模块当中的电压差。因此，在本实施例中，如果电压V2和最小电压Vmin之间的电压差小于阈值TH(图7中的S62处是)，并且最大电压Vmax和电压V2之间的电压差大于或等于参考值REF(S63处是)，不执行均衡控制(S64)，准备断开诊断。另一方面，如果电压V2和最小电压Vmin之间的电压差大于或等于阈值TH(S62处否)，或者如果最大电压Vmax和电压V2之间的电压差小于参考值REF(S63处否)，执行均衡控制(S66)，而不执行断开诊断过程。这减小模块当中的电压差并扩展电池组10的充电和放电的电压范围，从而能够充分利用电池组10。
本实施例将插入式充电控制的配置描述为根据本公开的“外部充电控制”的示例。然而，“外部充电控制”可以是所谓的无线充电控制，用于将电力从车辆外部的电力发送装置无线地传输到车载电力接收设备。
尽管已经描述本公开的实施例，但是应理解，这里公开的实施例在各个方面仅作为示例，并且不作为限制。本公开的范围由所附权利要求的条款限定，并且旨在包括在与权利要求的条款等同的范围和含义内的任何修改。

Claims (6)

1.一种能安装在车辆上的二次电池系统，包括：
电池组，所述电池组通过外部充电控制利用从所述车辆外部供应的电力进行充电，所述电池组包括彼此串联连接的多个模块，所述多个模块中的每一个包括彼此并联连接的多个单体电池；
多个电压传感器，各自被设置用于所述多个模块中的相对应的一个模块，并且各自被配置成检测所述多个模块中的相对应的一个模块的电压；以及
控制器，所述控制器被配置成执行所述外部充电控制，
所述控制器被配置成，如果满足第一条件和第二条件，则诊断出其中单体电池的电流路径断路的异常，所述单体电池被包括在所述多个模块当中的模块中，
所述第一条件是下述条件：在执行所述外部充电控制之前，多个电压值当中的第一最大电压值和第一最小电压值之间的电压差小于参考值，所述多个电压值中的每一个通过所述多个电压传感器中的相对应的一个而被检测，
所述第二条件是下述条件：在执行所述外部充电控制之后，在第二最大电压值和所述多个电压值当中、除了所述第二最大电压值和第二最小电压值之外的电压值之间的电压差大于所述参考值。
2.根据权利要求1所述的二次电池系统，其中
所述控制器被配置成，如果除了所述第一条件和所述第二条件之外还满足第三条件和第四条件，则诊断出所述模块中的异常，
所述第三条件是下述条件：在执行所述外部充电控制之前，所述第一最大电压值小于第一预定电压值，
所述第四条件是下述条件：在执行所述外部充电控制之后，所述第二最小电压值大于第二预定电压值，所述第二预定电压值大于或等于所述第一预定电压值。
3.根据权利要求1或者2所述的二次电池系统，其中
除了所述第二最大电压值和所述第二最小电压值之外的所述电压值是所述多个电压值当中的第二高电压值，并且
所述控制器被配置成，如果满足在执行所述外部充电控制之后所述第二高电压值和所述第二最小电压值之间的电压差小于阈值的条件，则诊断出示出所述第二最大电压值的模块中的异常。
4.根据权利要求2所述的二次电池系统，其中
所述控制器被配置成，如果在执行所述外部充电控制之后，用户执行用于所述车辆的行驶系统的启动操作，则确定是否满足所述第二条件和所述第四条件。
5.根据权利要求4所述的二次电池系统，还包括多个开关元件，所述多个开关元件各自并联连接到所述多个模块中的相对应一个，其中
如果满足所述多个模块当中的SOC差大于预定值的均衡条件，则所述控制器被配置成通过接通所述多个开关元件当中的任意一个来执行用于减小所述SOC差的均衡控制；并且
在执行所述外部充电控制之后到执行所述启动操作的时段期间，
如果不满足所述第一条件和所述第三条件中的至少一个，则所述控制器被配置成当满足所述均衡条件时执行所述均衡控制；并且
如果满足所述第一条件和所述第三条件两者，则所述控制器被配置成当满足所述均衡条件时不执行所述均衡控制。
6.一种用于诊断被安装在车辆上的电池组中的异常的方法，
所述电池组包括多个模块，所述多个模块通过外部充电控制利用从所述车辆外部供应的电力进行充电，所述多个模块彼此串联连接，所述多个模块中的每一个包括彼此并联连接的多个单体电池，所述方法包括：
使用多个电压传感器检测所述多个模块的电压，所述多个电压传感器中的每一个被设置用于所述多个模块中的相对应的一个模块；和
如果满足第一条件和第二条件，则诊断出其中单体电池的电流路径断路的异常，所述单体电池被包括在所述多个模块当中的模块中，
所述第一条件是下述条件：在执行所述外部充电控制之前，多个电压值当中的第一最大电压值和第一最小电压值之间的电压差小于参考值，所述多个电压值中的每一个通过所述多个电压传感器中的相对应的一个而被检测，
所述第二条件是下述条件：在执行所述外部充电控制之后，在第二最大电压值和所述多个电压值当中、除了所述第二最大电压值和第二最小电压值之外的电压值之间的电压差大于所述参考值。
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