CN113759277A - 电池单元短路检测装置、方法及存储介质 - Google Patents

电池单元短路检测装置、方法及存储介质 Download PDF

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Abstract

一种电池单元短路检测装置，其具备：控制部，其控制DCDC转换器的动作；第一获取部，其获取电池的蓄电量；第二获取部，其获取在DCDC转换器动作时流入电池的电流以及从电池流出的电流；第三获取部，其获取端子电压值，该端子电压值是在DCDC转换器不动作时出现在电池的端子处的电压；和判定部，其基于表示电池的蓄电量的平均值的平均蓄电量、表示流入电池的电流的平均值的平均流入电流值、以及端子电压值，判定在电池单元之间是否存在短路。

Description

电池单元短路检测装置、方法及存储介质
技术领域
本发明涉及搭载有串联连接多个电池单元的电池的车辆所使用的电池单元短路检测装置、方法及存储介质。
背景技术
日本特开2018-102096号提供了一种检测在串联连接了多个电池单元的电池中发生电池单元之间的短路的装置。在该装置中，在多个电池单元中的连续的第一电池单元与第二电池单元之间插入继电器，基于断开继电器时继电器两端的电压差，检测在第一电池单元与第二电池单元之间是否发生短路。
发明内容
然而，在日本特开2018-102096号记载的装置中，只能检测中间插入有继电器的电池单元之间是否发生短路。因此，存在这样一个课题：如果要全部检测在各个电池单元之间发生的短路，则需要从总电池单元数n减去1得到的数量(＝n-1)的继电器，装置成本增加。因此，在串联连接有多个电池单元的电池中，在抑制装置的成本的同时无论任何电池单元之间发生短路都能够进行检测的技术存在研究空间。
本发明是鉴于上述课题完成的，目的在于提供能够抑制装置成本，同时能够检测电池单元之间发生的短路的电池单元短路检测装置等。
为了解决上述课题，本发明技术的第一发明为一种电池单元短路检测装置，其检测串联连接有多个电池单元的电池中的电池单元之间的短路，该电池单元短路检测装置具备：
控制部，其控制向电池进行电力供给的DCDC转换器的动作；
第一获取部，其获取电池的蓄电量；
第二获取部，其获取在DCDC转换器动作时流入电池的电流以及从电池流出的电流；
第三获取部，其获取端子电压值，该端子电压值是在DCDC转换器不动作时出现在电池的端子处的电压；以及
判定部，其基于表示电池的蓄电量的平均值的平均蓄电量、表示流入电池的电流的平均值的平均流入电流值、以及端子电压值，判定在电池单元之间是否存在短路。
此外，本发明技术的第二方面为一种短路检测方法，其由搭载有电池的车辆所使用的电池单元短路检测装置的计算机执行，该电池单元短路检测装置包括：
控制部，其控制向电池进行电力供给的DCDC转换器的动作；
第一获取部，其获取电池的蓄电量；
第二获取部，其获取在DCDC转换器动作时流入电池的电流以及从电池流出的电流；
第三获取部，其获取端子电压值，该端子电压值是在DCDC转换器不动作时出现在电池的端子处的电压；和
判定部，其基于表示电池的蓄电量的平均值的平均蓄电量、表示流入电池的电流的平均值的平均流入电流值、以及端子电压值，判定在电池单元之间是否存在短路。
本发明技术的第三方面是一种非易失性存储介质，其存储有使电池单元短路检测装置的计算机执行的命令。
根据上述本发明的电池单元短路检测装置等，能够抑制装置成本，同时能够检测电池单元之间发生的短路。
附图说明
参考附图对本发明所示例的实施例的特征、优点、技术上及工业上的意义进行记述，附图中的相同的标号表示同一部件，其中：
图1是示出一个实施方式涉及的电池单元短路检测装置的示意性构成的功能框图。
图2A是示出短路发生判定控制的处理顺序的流程图。
图2B是示出短路发生判定控制的处理顺序的流程图。
图3是示出短路解除判定控制的处理顺序的流程图。
具体实施方式
本发明的电池单元短路检测装置基于获取部获取到的电池的平均蓄电量、平均流入电流值以及端子电压值，判定在电池的电池单元之间是否发生了短路。由于在不使用继电器等其他部件的情况下仅通过电池的状态来判定电池的电池单元之间的短路发生，因此能够在抑制装置成本的同时判定单元短路的发生。以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。
[实施方式]
＜构成＞
图1是本发明的一实施方式涉及的电池单元短路检测装置170及其周边部的功能框图。图1例示了搭载有电池单元短路检测装置170的插电式电动车辆的功能块。图1中例示的功能块具备高压电池100、功率控制单元(PCU)120、主DCDC转换器(主DDC)130、多个辅助负载141、142和143、辅助电池150、电池传感器160、电池单元短路检测装置170、多个控制ECU 181、182和183、以及AC充电器220作为主要构成。另外，在图1中，实线表示电力用的信号线，虚线表示控制/通信用的信号线。
高压电池100是锂离子电池等构成为可充放电的高压二次电池，例如用于向搭载于车辆的所谓的主机装置供给电力的驱动用电池。该高压电池100经由系统主继电器(SMR)110与功率控制单元(PCU)120和主DCDC转换器(主DDC)130连接，能够向功率控制单元(PCU)120和主DCDC转换器130供给电力。功率控制单元120是用于控制电动发电机(未图示)等的用于驱动车辆所需的规定设备的装置。此外，高压电池100能够经由充电继电器(CHR)210从AC充电器220接受电力的供给。
AC充电器220经由AC入口240与作为外部电源供给设备的AC充电座300连接。该AC充电器220能够基于子DCDC转换器(子DDC)230的控制向高压电池100和主DCDC转换器(主DDC)130供给电力。
主DCDC转换器(主DDC)130能够将储存在高压电池100中的电力和从AC充电器220供给的电力以规定的电压输出到多个辅助负载141、142和143、以及辅助电池150。该主DCDC转换器130由作为控制ECU(Electronic Control Unit)的电池单元短路检测装置170控制。
多个辅助负载141、142和143是搭载于车辆的所谓的辅助装置，是消耗用于执行规定动作所需的电力的负载。这些辅助负载141、142和143可分类为例如短期消耗大电流的负载、长期消耗大电流的负载和电流消耗小的负载等。另外，在图1中示出了3个辅助负载搭载于车辆的例子，但也可以是2个以下或4个以上的辅助负载搭载于车辆。这些辅助负载141、142个143的动作等由分别对应设置的的控制ECU 181、182和183控制。
辅助电池150是铅蓄电池或锂离子电池等的构成为可充放电的二次电池，例如用于向搭载于车辆的辅助装置供给电力的低压电池。该辅助电池150具有串联连接有多个电池单元的结构，能够储存从高压电池100和AC充电器220输出到各个电池单元的电力。由电池传感器160监视该辅助电池150的电池的状态。本实施方式的电池传感器160至少包含检测流入辅助电池150的电流和从辅助电池150流出的电流的电流传感器、以及检测辅助电池150的端子电压的电压传感器。由电池传感器160检测出的电流值和电压值被随时输出到电池单元短路检测装置170。
电池单元短路检测装置170与系统主继电器(SMR)110、功率控制单元(PCU)120、主DCDC转换器(主DDC)130、多个控制ECU 181、182、183、显示装置190、充电继电器(CHR)210、以及AC充电器220可控制地连接。本实施方式的电池单元短路检测装置170基于从电池传感器160获取的辅助电池150的状态以及主DCDC转换器130的动作状态，检测辅助电池150的电池单元之间发生的短路。此外，电池单元短路检测装置170基于表示车辆的状态的车辆信息，控制主DCDC转换器130的动作状态。对于车辆信息，可例示门控灯SW的状态、门锁的状态、以及开始/停止按钮SW的状态等。
该电池单元短路检测装置170可以典型地由包含处理器、存储器、以及输入/输出接口等的电子控制装置(ECU)的一部分或全部构成。电子控制装置包括能够控制系统主继电器(SMR)110和充电继电器(CHR)210的连接/断开状态的ECU、能够控制主DCDC转换器(主DDC)130的输出电压值的ECU、能够监视辅助电池150的状态的ECU、和能够控制AC充电器220的动作状态的ECU等。电池单元短路检测装置170通过由处理器读取并执行存储在存储器中的程序，来实现检测在辅助电池150的电池单元之间发生的短路的功能。
另外，在搭载有电池单元短路检测装置170的车辆为不是插电式充电方式的电动车辆的情况下，从图1的构成省略了与外部充电有关的AC充电器220等。此外，在搭载有电池单元短路检测装置170的车辆不是利用了电动机的电动车辆而是利用了内燃机的车辆的情况下，图1的构成中可包含对主DCDC转换器(主DDC)130进行电力供给的交流发电机等的发电机。
＜控制＞
进一步参照图2A、图2B和图3，来说明本发明的一实施方式涉及的电池单元短路检测装置170执行的控制。
(1)短路发生判定控制
图2A和图2B是示出由电池单元短路检测装置170执行的、判定是否在辅助电池150的电池单元之间发生了短路的短路发生判定控制的处理顺序的流程图。图2A的处理和图2B的处理通过连接符X和Y连接。该图2A、图2B所示的短路发生判定控制在电池单元短路检测装置170工作时执行。
(步骤S201)
电池单元短路检测装置170判断车辆的点火装置是否处于接通(IG-ON)状态。在点火装置处于接通状态的情况下(步骤S201，是)，处理前进至步骤S202，在除此之外的情况下(步骤S201，否)，本短路发生判定控制结束。
(步骤S202)
电池单元短路检测装置170导出作为辅助电池150的蓄电量的平均值的平均蓄电量。辅助电池150的蓄电量可以通过获取由电池传感器160检测出的电压和电流等(第一获取部)，并基于该获取到的电压和电流等利用公知方法求得。平均蓄电量可以是车辆的IG接通之后新获取到的多个蓄电量的平均，也可以是在车辆的点火装置处于断开状态(IG断开)时定期或不定期地获取到的多个蓄电量的平均。另外，为避免后述的单元短路判定的误差，期望导出具有足够的辅助电池150的蓄电量的开路电压(OCV)高时的蓄电量。如果导出了辅助电池150的平均蓄电量，则处理前进至步骤S203。
(步骤S203)
电池单元短路检测装置170判断车辆的高压驱动类的装备是否处于停止状态。高压驱动类的装备是从与车辆行驶有关的行驶电动机等的高压电池100接受电力供给而进行动作的设备。车辆的高压驱动类的装备停止的状态是在车辆停车时等车辆无法开动的(READY断开)状态。在高压驱动类的装备停止的情况下(步骤S203，是)，处理前进至步骤S204，在除此之外的情况下(步骤S203，否)，本短路发生判定控制结束。
(步骤S204)
电池单元短路检测装置170清除规定的动作计数器并将计数数值重置为零。该动作计数器用于测量重复实施主DCDC转换器(主DDC)130的动作/不动作的切换动作的处理次数。如果清除了动作计数器，则处理前进至步骤S205。
(步骤S205)
电池单元短路检测装置170在规定的第一期间控制主DCDC转换器(主DDC)130使其在第一指示电压下动作(控制部)。第一指示电压时用于对辅助电池150进行充电的电压值。通过该控制，从高压电池100向辅助电池150进行电力供给，或者经由AC充电器220从AC充电座300向辅助电池150进行电力供给，从而对辅助电池150进行充电。然后，电池单元短路检测装置170在主DCDC转换器130进行动作的第一期间，导出作为流入辅助电池150的电流的平均值的平均流入电流值。辅助电池150的电流可以从电池传感器160获取(第二获取部)。平均流入电流值可以通过对在第一期间获取到的流入辅助电池150的每单位时间的电流进行平均而导出。如果导出了辅助电池150的平均流入电流值，则处理前进至步骤S206。
(步骤S206)
电池单元短路检测装置170在上述第一期间之后的规定的第二期间控制主DCDC转换器(主DDC)130的动作使其停止(控制部)。通过该控制，不从高压电池100或AC充电器220对辅助电池150进行电力供给，不对辅助电池150进行充电。然后，电池单元短路检测装置170在主DCDC转换器130的动作停止的第二期间，获取作为出现在辅助电池150的端子处的电压的端子电压值(第三获取部)。辅助电池150的端子电压值可以从电池传感器160获取。如果获取到了辅助电池150的端子电压值，则处理前进至步骤S207。
(步骤S207)
电池单元短路检测装置170将辅助电池150的平均蓄电量、平均流入电流值、和端子电压值分别与第一阈值、第二阈值、和第三阈值进行比较。然后，电池单元短路检测装置170判断是否满足以下全部条件：平均蓄电量为第一阈值以上，平均流入电流值为第二阈值以上，以及端子电压值为第三阈值以下持续第一时间。因此，第一阈值设定为是能够判断辅助电池150的蓄电量足够的值(例如90％)。第二阈值设定为是能够判断有足够的电流(例如相当于主DCDC转换器130的发电量的X％)流入了辅助电池150的值(例如100A)。第一时间和第三阈值设定为是能够判断辅助电池150没有进行充电的值(例如在电池温度为30℃以上时为11.5V)。在满足上述条件的全部的情况下(步骤S207，是)，处理前进至步骤S208，在不满足上述条件的全部的情况下(步骤S207，否)，处理前进至步骤S209。
(步骤S208)
电池单元短路检测装置170将动作计数器的计数数值增加1。如果计数数值增加，则处理前进至步骤S210。
(步骤S209)
电池单元短路检测装置170将动作计数器的计数数值重置为零。如果计数数值重置，则处理前进至步骤S210。
(步骤S210)
电池单元短路检测装置170判断动作计数器的计数数值是否在规定数值以上。该判断用于确认虽然在主DCDC转换器130的动作停止中辅助电池150的平均蓄电量高且流入辅助电池150的平均流入电流值大，但是辅助电池150的端子电压值持续第二时间(＝切换动作的1个周期×规定数值)较低。因此，规定数值设定为能够判断辅助电池150没有在充电的合适的数值(例如2)。在计数数值为规定数值以上的情况下(步骤S210，是)，处理前进至步骤S211，在计数数值小于规定数值的情况下(步骤S210，否)，处理前进至步骤S205。
重复实施上述步骤S205～S210所示的DDC切换动作的处理(重复实施第一期间和第二期间)，并持续进行到满足步骤S210的条件或者重复行为达到规定次数为止。另外，第一期间、第二期间和规定次数可以基于例如高压电池100和辅助电池150的物理特性(内阻、容量)和处理时的状态(蓄电量、电压、电流、温度)等而适当设定。此外，上述步骤S205和步骤S206的处理的顺序可以颠倒。
(步骤S211)
电池单元短路检测装置170判定为在辅助电池150中发生了电池单元之间的短路(判定部)。该判定的结果例如可以通过将表示发生了单元短路的规定的标志(单元短路发生标志)设定为ON来表示。如果被判定为发生了单元短路，则处理前进至步骤S212。
(步骤S212)
电池单元短路检测装置170将使主DCDC转换器(主DDC)130动作时的指示电压设定为第二指示电压。第二指示电压是用于不使过大的电流流过在电池单元之间发生了短路的辅助电池150的电压值，设定为比上述第一指示电压低。通过该控制，能够避免由于单元短路的发生而引起的令人担心的过度充电等现象。如果将第二指示电压设定为主DCDC转换器130的指示电压，则本短路发生判定控制结束。
(2)短路解除判定控制
图3是在判定辅助电池150的电池单元之间的短路发生之后，由电池单元短路检测装置170执行的、判定辅助电池150的电池单元之间的短路是否解除的短路解除判定控制的流程图。
在上述图2B的步骤S211中判定为发生了辅助电池150的电池单元之间的短路(单元短路发生标志被设定为ON)之后执行图3所示的短路解除判定控制。
(步骤S301)
电池单元短路检测装置170判断车辆的点火装置是否处于接通(IG-ON)状态。在点火装置处于接通状态的情况下(步骤S301，是)，处理前进至步骤S302，在除此之外的情况下(步骤S301，否)，本短路解除判定控制结束。
(步骤S302)
电池单元短路检测装置170判断车辆的高压驱动类的装备是否处于停止状态。高压驱动类的装备和该装备停止的状态如上所述。在高压驱动类的装备停止的情况下(步骤S302，是)，处理前进至步骤S303，在除此之外的情况下(步骤S302，否)，本短路解除判定控制结束。
(步骤S303)
电池单元短路检测装置170在规定的第三期间控制主DCDC转换器(主DDC)130使其在第二指示电压下动作。第二指示电压是设定为比上述第一指示电压低的电压值。然后，电池单元短路检测装置170在主DCDC转换器130进行动作的第三期间，导出作为从辅助电池150流出的电流的平均值的平均流出电流值。辅助电池150的电流可以从电池传感器160获取。平均流出电流值可以通过对在规定期间获取到的从辅助电池150流出的每单位时间的电流进行平均而导出。如果导出了辅助电池150的平均流出电流值，则处理前进至步骤S304。
(步骤S304)
电池单元短路检测装置170在上述第三期间之后的规定的第四期间控制主DCDC转换器(主DDC)130的动作使其停止。如果主DCDC转换器130的动作停止，则处理前进至步骤S305。
(步骤S305)
电池单元短路检测装置170将辅助电池150的平均流出电流值与第四阈值比较，判断平均流出电流值是否为第四阈值以上。该判断是为了确认以下情况而进行的：即使主DCDC转换器130(主DDC)130以第二指示电压进行充电动作，电流也从辅助电池150流出。因此，第四阈值设定为是能够判断为电流从辅助电池150流出的值。在平均流出电流值为第四阈值以上的情况下(步骤S305，是)，处理前进至步骤S306，在平均流出电流值小于第四阈值的情况下(步骤S305，否)，处理前进至步骤S303。
(步骤S306)
电池单元短路检测装置170将动作计数器的计数数值重置为零。如果计数数值重置，则处理前进至步骤S307。
(步骤S307)
电池单元短路检测装置170判定为在辅助电池150的电池单元之间发生的短路是否已解除。该判定的结果例如可以通过将表示发生了单元短路的单元短路发生标志设定为OFF来表示。如果被判定为单元短路已解除，则处理前进至步骤S308。
(步骤S308)
电池单元短路检测装置170将使主DCDC转换器(主DDC)130动作时的指示电压设定为第一指示电压。由此，使主DCDC转换器130动作，从而能够通过来自高压电池100或AC充电座300的电力供给对辅助电池150进行充电。因此，能够避免以下情况：在错误地判定单元短路的发生的情况下等，辅助电池150用尽。如果将第一指示电压设定为主DCDC转换器130的指示电压，则本短路解除判定控制结束。
重复实施上述步骤S303～S305所示的DDC切换动作的处理(重复实施第三期间和第四期间)，并持续进行到满足步骤S305的条件或者重复行为达到规定次数为止。另外，第三期间、第四期间和规定次数可以基于例如高压电池100和辅助电池150的物理特性(内阻、容量)和处理时的状态(蓄电量、电压、电流、温度)等而适当设定。
[作用/效果]
如上所述，根据本发明的一实施方式涉及的电池单元短路检测装置170，基于电池传感器160检测出的辅助电池150的平均蓄电量、平均流入电流值和端子电压值，来进行在辅助电池150的电池单元之间是否发生了短路的判定。具体地，在重复实施主DCDC转换器(主DDC)130的动作/不动作的切换动作中，在满足以下条件的状态持续了数次的情况下判定为在辅助电池150是电池单元之间发生了短路：由电池传感器160的检测值求得的平均蓄电量为第一阈值以上，且在主DCDC转换器130的动作中由电池传感器160检测出的平均流入电流值为第二阈值以上，且在主DCDC转换器130的动作停止中由电池传感器160检测出的端子电压值为第三阈值以下持续了第一时间。
这样，由于在不使用继电器等其他部件的情况下仅通过辅助电池150的状态来判定辅助电池150的电池单元之间的短路发生，因此能够在抑制装置成本的同时判定单元短路的发生。
此外，根据本电池单元短路检测装置170，基于电池传感器160检测出的辅助电池150的平均流出电流值，来进行在辅助电池150的电池单元之间发生的短路是否已解除的判定。具体地，在重复实施主DCDC转换器(主DDC)130的动作/不动作的切换动作中，在对辅助电池150进行充电的状态下持续检测到流出电流值的情况下，判定为在辅助电池150的电池单元之间发生的短路已解除。
通过该处理，能够快速检测出由于某些原因而暂时发生的辅助电池150的电池单元之间的短路通过消除该原因而解除这一情况。此外，即使在例如由于干扰噪声等的影响而错误地判定了辅助电池150的电池单元之间的短路的情况下等，也能够快速修正误差。
以上说明了本发明的一实施方式，但是本发明也可以被视为电池单元短路检测装置、电池单元短路检测装置执行的短路检测方法、短路检测的控制程序以及存储有该程序的计算机可读非易失性存储介质、或搭载有电池单元短路检测装置的车辆。
本发明的电池单元短路检测装置等可用于搭载有串联连接了多个电池单元的电池的车辆等。

Claims (7)

1.一种电池单元短路检测装置，其检测串联连接有多个电池单元的电池中的电池单元之间的短路，该电池单元短路检测装置包括：
控制部，其控制向所述电池进行电力供给的DCDC转换器的动作；
第一获取部，其获取所述电池的蓄电量；
第二获取部，其获取在所述DCDC转换器动作时流入所述电池的电流以及从所述电池流出的电流；
第三获取部，其获取端子电压值，所述端子电压值是在所述DCDC转换器不动作时出现在所述电池的端子处的电压；以及
判定部，其基于表示所述电池的蓄电量的平均值的平均蓄电量、表示流入所述电池的电流的平均值的平均流入电流值、以及所述端子电压值，判定在所述电池单元之间是否存在短路。
2.根据权利要求1所述的电池单元短路检测装置，其中，
在满足所述平均蓄电量为第一阈值以上、且所述平均流入电流值为第二阈值以上、且所述端子电压值为第三阈值以下持续了第一时间这些条件的情况下，所述判定部判定在所述电池单元之间是否存在短路。
3.根据权利要求2所述的电池单元短路检测装置，其中，
在所述控制部将所述DCDC转换器的动作/不动作进行多次切换的控制中满足所述条件的状态连续第二时间的情况下，所述判定部判定为在所述电池单元之间存在短路。
4.根据权利要求3所述的电池单元短路检测装置，其中，
在判定为在所述电池单元之间存在短路之后，在所述DCDC转换器动作时表示从所述电池流出的电流的平均值的平均流出电流值为第四阈值以上的情况下，所述判定部判定为在所述电池单元之间不存在短路。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的电池单元短路检测装置，其中，
所述电池单元短路检测装置搭载于车辆；
在所述车辆停车中，所述控制部控制所述DCDC转换器的动作；以及
所述判定部判定在所述电池单元之间是否存在短路。
6.一种电池单元的短路检测方法，该方法由搭载有电池的车辆所使用的电池单元短路检测装置的计算机执行，该电池单元的短路检测方法包括：
控制向所述电池进行电力供给的DCDC转换器的动作的步骤；
获取所述电池的蓄电量的步骤；
获取在所述DCDC转换器动作时流入所述电池的电流以及从所述电池流出的电流的步骤；
获取端子电压值的步骤，所述端子电压值是在所述DCDC转换器不动作时出现在所述电池的端子处的电压；以及
基于表示所述电池的蓄电量的平均值的平均蓄电量、表示流入所述电池的电流的平均值的平均流入电流值、以及所述端子电压值，判定在所述电池单元之间是否存在短路的步骤。
7.一种非易失性存储介质，其存储有使搭载有电池的车辆所使用的电池单元短路检测装置的计算机执行以下功能的命令，包括：
控制向所述电池进行电力供给的DCDC转换器的动作的步骤；
获取所述电池的蓄电量的步骤；
获取在所述DCDC转换器动作时流入所述电池的电流以及从所述电池流出的电流的步骤；
获取端子电压值的步骤，所述端子电压值是在所述DCDC转换器不动作时出现在所述电池的端子处的电压；以及
基于表示所述电池的蓄电量的平均值的平均蓄电量、表示流入所述电池的电流的平均值的平均流入电流值、以及所述端子电压值，判定在所述电池单元之间是否存在短路的步骤。
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