CN209911518U - 电池劣化判定装置 - Google Patents

Abstract

电池劣化判定装置包括：将对负载供给电力的电池的电压检测作为电池电压的电压检测单元；基于在使规定的评价用电阻器对电池的连接状态为可变的情况下得到的规定的评价电压，判定电池的外部连接状态的连接状态判定单元；以及基于电池的充电容量及在使评价用电阻器对电池的连接状态为可变的情况下的电池电压，判定电池的劣化的劣化判定单元。

Description

电池劣化判定装置

技术领域

本实用新型涉及电池劣化判定装置。

背景技术

在日本特开2012－181037号(以下，为专利文献1)中，公开了一种劣化估计装置，包括：周期电流施加单元，将周期电流施加到电池单元(cell battery)中，以及劣化估计单元，基于在被施加了上述周期电流的状态下从电池单元得到的单元电压，估计电池单元的劣化度。

实用新型内容

在专利文献1的技术中，作为用于估计电池状态(劣化度)的电路要素，将周期电流施加单元作为必需的结构要素。因此，根据上述现有技术，增加相当当周期电流施加单元的零件数，其结果，有增大相当周期电流施加单元的安装面积的问题。

本实用新型的一个方式，鉴于上述情况而完成，目的在于提供可比以往抑制零件数的电池劣化判定装置。

为了达到上述目的，在本实用新型中，采用了以下的方式。

(1)本实用新型的一方式的电池劣化判定装置包括：电压检测单元，将对负载供给电力的电池的电压检测作为电池电压；连接状态判定单元，基于在使规定的评价用电阻器对所述电池的连接状态为可变的情况下得到的规定的评价电压，判定所述电池的外部连接状态；以及劣化判定单元，基于所述电池的充电容量及在使所述评价用电阻器对所述电池的连接状态为可变的情况下的所述电池电压，判定所述电池的劣化。

(2)在上述方式(1)中，也可以在所述电池和所述负载之间设置接触器，所述劣化判定单元基于所述电池的充电容量及在所述接触器为断路状态时得到的所述电池电压，判定所述电池的劣化。

(3)在上述方式(2)中，所述劣化判定单元也可以基于所述接触器为断路状态且所述电池上没有连接所述评价用电阻器的状态中的第1电池电压、以及所述接触器为断路状态且所述电池上连接了所述评价用电阻器的状态中的第2电池电压，估计所述电池的内部电阻，基于该内部电阻及所述充电容量，判定所述电池的劣化。

(4)在上述方式(3)中，也可以还包括：温度传感器，将所述电池的温度检测作为电池温度，所述劣化判定单元基于所述内部电阻、所述充电容量以及所述电池温度，判定所述电池的劣化。

(5)在上述方式(4)中，所述劣化判定单元也可以预先存储表示了所述内部电阻、所述充电容量及所述电池温度的关系的特性数据，通过参照该特性数据，判定所述电池的劣化。

(6)在上述方式(1)～(5)的任何一个中，所述连接状态判定单元也可以基于在使规定的评价用电阻器对所述电池的连接状态为可变的情况下得到的规定的评价电压，判定所述电池的正端子和/或负端子的接地故障。

根据本实用新型的方式，可提供可比以往抑制零件数的电池劣化判定装置。

附图说明

图1是表示本实用新型的一实施方式中的电机驱动装置A的整体结构的电路图。

图2是表示本实用新型的一实施方式的接地故障和电池劣化判定单元7的结构的电路图。

图3A是表示本实用新型的一实施方式的接地故障和电池劣化判定单元7中的评价用电阻器的连接状态的电路图。

图3B是表示本实用新型的一实施方式的接地故障和电池劣化判定单元7中的评价用电阻器的连接状态的电路图。

图3C是表示本实用新型的一实施方式的接地故障和电池劣化判定单元7中的评价用电阻器的连接状态的电路图。

图4是表示本实用新型的一实施方式中的SOH－R特性的曲线图。

具体实施方式

以下，参照附图，说明本实用新型的一实施方式。

本实施方式中的电机驱动装置A将如图1所示的三相电机X设为驱动对象，包括：电池1、一对接触器2A、2B、升压电路3、三相逆变器电路4、热敏电阻5(温度传感器)、电压检测单元6、接地故障和电池劣化判定单元7及电机控制电路8。再者，在这些各结构要素之中，一对接触器2A、2B、热敏电阻5、电压检测单元6及接地故障和电池劣化判定单元7构成电池劣化判定装置。

三相电机X装载在例如电动车(EV：Electric Vehicle)或混合动力车(HV：HybridVehicle)等的移动车辆上，是产生行驶动力的行驶电机。该三相电机X相当于本实施方式中的负载。电机驱动装置A同样装载在电动车(EV：Electric Vehicle)或混合动力车(HV：Hybrid Vehicle)等的移动车辆上，基于驾驶员的操作指示，驱动控制三相电机X。

电池1是例如锂离子电池或镍氢电池等的二次电池，如图示那样，是多个电池单元被串联连接的电池。该电池1在正端子和负端子之间的端子间电压(电池电压)为几百伏，通过升压电路3及三相逆变器电路4，对三相电机X(负载)供给电力。

一对接触器2A、2B是例如由接地故障和电池劣化判定单元7控制通断状态的通断器。一对接触器2A、2B之中，一个接触器2A的一端连接到电池1的正端子，另一端连接到升压电路3的输入端。此外，另一个接触器2B的一端连接到电池1的负端子，另一端连接到三相逆变器电路4的一个输入端。

升压电路3的输入端连接到一个接触器2A的另一端，输出端连接到三相逆变器电路4的另一个输入端。该升压电路3基于从电机控制电路8输入的PWM信号，将电池电压(直流电压)按规定的升压比升压，将该升压后的输出电压(直流电压)输出到三相逆变器电路4的输入端。

三相逆变器电路4的一对输入端之中，一个输入端连接到电池1的负端子，另一个输入端连接到升压电路3的输出端。该三相逆变器电路4将从升压电路3输入的直流电压转换为交流电压并输出到三相电机X。

热敏电阻5被设置为附带在电池1上，检测该电池1的温度(电池温度T)并输出到电压检测单元6。

电压检测单元6是检测上述电池1的电池电压作为各电池单元的电压(单元电压)的单元，包括与电池单元的个数对应的多个输入端。该电压检测单元6中，各输入端分别连接到电池单元的各电极，检测各电池单元的电压(单元电压)。此外，该电压检测单元6将各电池单元的单元电压或者该单元电压的合计电压即电池1的电池电压及从热敏电阻5输入的电池温度T输出到接地故障和电池劣化判定单元7。这样的电压检测单元6与接地故障和电池劣化判定单元7一起构成本实施方式中的劣化判定单元。

图2是表示本实施方式的接地故障和电池劣化判定单元7的结构的电路图。

图2所示，接地故障和电池劣化判定单元7包括第1开关7a、第2开关7b、第3开关7c、第1电阻器7d、第2电阻器7e、第3电阻器7f、第4电阻器7g、差动放大器7h以及判定单元7i。再者，第1开关7a、第2开关7b、第3开关7c、第1电阻器7d、第2电阻器7e、第3电阻器7f、第4电阻器7g及差动放大器7h构成接地故障和电池劣化判定单元7中的检测单元7j。

第1开关7a的一端连接到电池1的正端子，另一端连接到第1电阻器7d的一端。第2开关7b的一端连接到电池1的负端子，另一端连接到第2电阻器7e的一端。第3开关7c的一端连接到第3电阻器7f的一端，另一端连接到第4电阻器7g的一端及差动放大器7h的一个输入端。再者，它们3个第1开关7a～第3开关7c由判定单元7i控制通断动作。

第1电阻器7d具有规定的电阻值，一端连接到第1开关7a的另一端，另一端连接到第2电阻器7e的另一端及第3电阻器7f的另一端。第2电阻器7e具有规定的电阻值，一端连接到第2开关7b的另一端，另一端连接到第1电阻器7d的另一端及第3电阻器7f的另一端。这样的第1电阻器7d及第2电阻器7e是在第1开关7a及第2开关7b都为接通状态的情况下连接在电池1的正端子和负端子之间的电阻器。

第3电阻器7f具有规定的电阻值，一端连接到第3开关7c的一端，另一端连接到第1电阻器7d的另一端及第2电阻器7e的另一端。第4电阻器7g具有规定的电阻值，一端连接到第3开关7c的另一端及差动放大器7h的一个输入端，另一端被接地。再者，这样的第1电阻器7d、第2电阻器7e、第3电阻器7f及第4电阻器7g相当于本实施方式中的评价用电阻器。

差动放大器7h的一个输入端连接到第3开关7c的另一端及第4电阻器7g的一端，另一个输入端连接到电池1的负端子，将第3开关7c的另一端和第4电阻器7g一端之间的接点电压和电池1的负端子的端子电压的差分放大，作为评价电压V输出到判定单元7i。判定单元7i基于与这3个第1开关7a～第3开关7c的通断状态对应的评价电压V，判定电池1的正端子的接地故障和/或负端子的接地故障，同时判定电池1的劣化状态。

这样的接地故障和电池劣化判定单元7相当于本实施方式中的连接状态判定单元。即，该接地故障和电池劣化判定单元7基于在使规定的评价用电阻器(第1电阻器7d～第4电阻器7g)对电池1的连接状态为可变的情况下得到的规定的评价电压V，判定电池1的外部连接状态，即正端子和/或负端子的接地故障。

电机控制电路8与升压电路3及三相逆变器电路4以及高位控制系统(未图示)通信自由地连接，通过基于从高位控制系统输入的控制指令，控制升压电路3及三相逆变器电路4而控制三相电机X的转动。该电机控制电路8是基于规定的控制程序执行控制处理的软件控制装置。

接着，说明这样构成的电机驱动装置A的动作，特别说明接地故障和电池劣化判定单元7中的接地故障及电池劣化的检测动作。

该电机驱动装置A在一对接触器2A、2B由接地故障和电池劣化判定单元7设定为接通状态的状态中，将从电池1输出的规定电压的直流电力用升压电路3升压至规定电压，进而由三相逆变器电路4转换为交流电力并供给三相电机X。然后，电机驱动装置A根据需要调节升压电路3的升压比，同时通过从高位控制系输入的控制指令，使输出到三相逆变器电路4的PWM信号的占空比为可变而调节三相电机X的转速。

在该电机驱动装置A的整体性的动作中，接地故障和电池劣化判定单元7如下那样检测持续不断地变化的电池1的劣化(电池劣化)及电池1的正端子及负端子的接地故障的发生，将该检测结果报告给高位控制系统。即，接地故障和电池劣化判定单元7在电机驱动装置A不驱动三相电机X的定时(timing)中，通过可变设定一对接触器2A、2B及第1开关7a～第3开关7c的通断状态，探测电池劣化及接地故障的发生。

首先说明接地故障的发生的探测动作。

在要探测电池1的正端子的接地故障的情况下，如图3A所示，接地故障和电池劣化判定单元7将一对接触器2A、2B及第1开关7a都设定为断路状态，并且将第2开关7b及第3开关7c设定为接通状态。这种情况中的评价电压V在电池1的正端子接地故障的发生的情况下成为大于不接地故障的发生的情况下的值。判定单元7i通过将这样的评价电压V与评价用阈值比较，探测电池1的正端子的接地故障的发生。

另一方面，在要探测电池1的负端子的接地故障的情况下，如图3B所示，接地故障和电池劣化判定单元7将一对接触器2A、2B及第2开关7b都设为断路状态，并且将第1开关7a及第3开关7c设定为接通状态。这种情况中的评价电压V在电池1的负端子发生接地故障的情况下成为小于不发生接地故障情况的值。判定单元7i通过将这样的评价电压V与评价用阈值比较，探测电池1的负端子的接地故障的发生。

接着，在判定电池劣化的情况下，如图3C所示，接地故障和电池劣化判定单元7将一对接触器2A、2B及第3开关7c都设为断路状态。然后，接地故障和电池劣化判定单元7将第1开关7a及第2开关7b设定为断路状态，同时在该状态中取入从电压检测单元6输入的第1电池电压E1。此外，接地故障和电池劣化判定单元7将第1开关7a及第2开关7b设定为接通状态，同时在该状态中取入从电压检测单元6输入的第2电池电压E2。

上述第1电池电压E1是电池1上不连接评价用电阻器(第1电阻器7d及第2电阻器7e)的状态中的电池电压即开路电压。相对于此，第2电池电压E2是电池1上连接了电阻值已知的评价用电阻器(第1电阻器7d及第2电阻器7e)的状态中的电池电压即基准负载电压。

判定单元7i基于这样的第1电池电压E1及第2电池电压E2以及预先存储的评价用电阻器的电阻值R，估计电池1的内部电阻值Rn。即，判定单元7i通过将第2电池电压E2除以电阻值R而运算在劣化评价用电阻器中流动的电流I，进而通过将第1电池电压E1和第2电池电压E2的电压差除以电流I而求内部电阻值Rn。

此外，判定单元7i通过使用第1电池电压E1检索预先存储的充电容量特性数据，求电池1的充电容量J(SOC)。即，充电容量特性数据是表示电池1中的第1电池电压E1(开路电压)和充电容量J的关系的特性数据，被预先存储在判定单元7i中。判定单元7i通过以第1电池电压E1检索该充电容量特性数据，获取第1电池电压E1的获取时刻(当前时刻)中的电池1的充电容量J。

然后，判定单元7i通过使用这样得到的内部电阻值Rn、充电容量J以及电池温度T并参照内部电阻特性数据，判定电池1的劣化状态。即，如图4所示，内部电阻特性数据是表示新电池1中的电池的内部电阻Rn、充电容量J及电池温度T的关系的SOH－R特性。

判定单元7i通过将在当前时刻获取的内部电阻值Rn、充电容量J及电池温度T与表示电池1的初始状态的内部电阻特性数据比较，判定电池1的劣化是否加剧。例如，如图4所示，在内部电阻特性数据中充电容量J为70％，并且电池温度T为25℃的情况下的内部电阻Rn为值Ra，但在当前时刻的内部电阻Rn相对值Ra大于规定的容许范围ΔRf的情况下，判定单元7i判断为电池1的劣化异常地加剧。

本实施方式中的电池劣化判定装置使用设置为电池的接地故障检测用的4个评价用电阻器(第1电阻器7d、第2电阻器7e、第3电阻器7f及第4电阻器7g)的一部分、即第1电阻器7d及第2电阻器7e评价电池1的劣化。而且，若判断为电池1的劣化异常地加剧，则判定单元7i将该判断结果报告给高位控制系统。

根据本实施方式，转用设置为接地故障探测用的检测单元7j求电池1的内部电阻Rn，基于该内部电阻Rn探测电池1的异常的劣化，所以可比以往抑制零件数。

根据本实施方式，在电池1的劣化判定上除了使用内部电阻值Rn及充电容量J还使用电池温度T，所以可以实现精度高的劣化判定。例如在电池温度T的变化幅度比较小的情况下，可仅使用内部电阻值Rn及充电容量J进行电池1的劣化判定，而在电池温度T的变化幅度比较大的情况下，通过除了使用内部电阻值Rn及充电容量J还使用电池温度T，可实现精度高的劣化判定。

再者，本实用新型没有被限定于上述实施方式，例如可考虑以下那样的变形例。

(1)上述实施方式中的电机驱动装置A对于负载即三相电机X仅进行动力运行动作，但本实用新型除了动力运行动作之外，还可适用于进行再生动作的电机驱动装置。即，本实用新型可适用于包括升降压电路取代升压电路，将电池1的电力通过具有升降电路功能的升降压电路及三相逆变器电路4供给三相电机X，同时将三相电机X的再生电力通过三相逆变器电路4及具有降压电路功能的升降压电路再生给电池1的电机驱动装置。

(2)在上述实施方式中，转用设置为电池的接地故障检测用的检测单元7j检测电池1的内部电阻Rn，但本实用新型不限于此。如果有在接地故障检测以外的目的中连接/不连接到电池1的电阻器，则也可以转用该电阻器检测电池1的内部电阻Rn。

(3)在上述实施方式中，使用在一对接触器2A、2B为断路状态情况下得到的第1电池电压E1及第2电池电压E2求电池1的内部电阻Rn，但本实用新型不限于此。如果负载为比较稳定的状态即三相电机X的消耗电流为比较稳定的状态，则也可以使用在一对接触器2A、2B为接通状态的情况下得到的第1电池电压E1及第2电池电压E2。再者，这种情况下，需要在与获取第1电池电压E1及第2电池电压E2时相同的条件下获取内部电阻特性数据。

(4)在上述实施方式中，使用电压检测单元6检测出的第1电池电压E1及第2电池电压E2和判定单元7i预先存储的充电容量特性数据求电池1的充电容量J，但本实用新型不限于此。在充电容量J的获取方法中有周知的各种方法，所以也可以利用它们。例如通过设置检测电池1的电流(电池电流I)的电流传感器，顺序运算电池电流I的累计值而求时序地变化的充电容量J。

(5)在上述实施方式中，差动放大器7h设为了一个输入端连接到第3开关7c的另一端及第4电阻器7g的一端，另一个输入端连接到电池1的负端子的结构，但本实用新型不限于此。例如，差动放大器7h也可以设为一个输入端连接到第3开关7c的一端及第3电阻器7f的一端，另一个输入端连接到电池1的负端子的结构。

(6)在上述实施方式中，设为设置第3开关7c的结构，但本实用新型不限于此。例如也可以省略第3开关7c，将第4电阻器7g的一端与第4电阻器7g的一端及差动放大器7h的一个输入端直接连接。

(7)在上述实施方式中，在检测到接地故障的发生的情况下，将一对接触器2A、2B及第1开关7a都设为断路状态，但本实用新型不限于此。例如，在检测到接地故障的发生的情况下，也可以将一对接触器2A、2B及第1开关7a都设为接通状态。

(8)在上述实施方式中，电压检测单元6设为将电池1的电池电压检测作为各电池单元的电压(单元电压)的结构，但本实用新型不限于此。例如，将电池1的电池电压检测作为各电池单元的电压(单元电压)的电压检测单元，也可以另外作为检测电池1的总电压的总电压检测单元的结构。

Claims (6)

1.一种电池劣化判定装置，其特征在于，包括：

电压检测单元，将对负载供给电力的电池的电压检测作为电池电压；

连接状态判定单元，基于在使规定的评价用电阻器对所述电池的连接状态为可变的情况下得到的规定的评价电压，判定所述电池的外部连接状态；以及

劣化判定单元，基于所述电池的充电容量及在使所述评价用电阻器对所述电池的连接状态为可变的情况下的所述电池电压，判定所述电池的劣化。

2.如权利要求1所述的电池劣化判定装置，其特征在于，

在所述电池和所述负载之间设置接触器，

所述劣化判定单元基于所述电池的充电容量及在所述接触器为断路状态时得到的所述电池电压，判定所述电池的劣化。

3.如权利要求2所述的电池劣化判定装置，其特征在于，

所述劣化判定单元基于所述接触器为断路状态且所述电池上没有连接所述评价用电阻器的状态中的第1电池电压、以及所述接触器为断路状态且所述电池上连接了所述评价用电阻器的状态中的第2电池电压，估计所述电池的内部电阻，基于该内部电阻及所述充电容量，判定所述电池的劣化。

4.如权利要求3所述的电池劣化判定装置，其特征在于，还包括：

温度传感器，将所述电池的温度检测作为电池温度，

所述劣化判定单元基于所述内部电阻、所述充电容量以及所述电池温度，判定所述电池的劣化。

5.如权利要求4所述的电池劣化判定装置，其特征在于，

所述劣化判定单元预先存储表示了所述内部电阻、所述充电容量及所述电池温度的关系的特性数据，通过参照该特性数据，判定所述电池的劣化。

6.如权利要求1至5的任意一项所述的电池劣化判定装置，其特征在于，

所述连接状态判定单元基于在使规定的评价用电阻器对所述电池的连接状态为可变的情况下得到的规定的评价电压，判定所述电池的正端子和/或负端子的接地故障。

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