JP2004006131A

JP2004006131A - Battery pack unit

Info

Publication number: JP2004006131A
Application number: JP2002160151A
Authority: JP
Inventors: Nobuhiro Hagura; 羽倉　信宏
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2002-05-31
Filing date: 2002-05-31
Publication date: 2004-01-08
Anticipated expiration: 2022-05-31
Also published as: JP4195241B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To grasp abnormality of a battery pack unit at an early stage. <P>SOLUTION: The battery pack unit 100 comprises a controller which is provided in a box 1 and detects the operation condition of the battery pack and diagnoses the operation condition of the battery pack based on the detected result, and outputs its diagnosis result and a display part 70 which is fitted to the box 1 and displays the diagnosis result outputted by the controller. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、組電池ユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境問題などから、ハイブリッド自動車や電気自動車が注目されており、そのために各種の二次電池が開発されている。リチウムイオン二次電池は、エネルギー密度が高く、密閉性に優れ、かつ、メンテナンスフリーであるため、ハイブリッド自動車や電気自動車用のバッテリとして優れているが、大型のものは実用化されていない。そこで、複数個の小型の電池セルを直列に接続することによって組電池化し、この組電池ユニットを用いて、車両の駆動に必要な電圧や容量を確保している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、組電池ユニットは充放電するときは無音であり、故障時に大きな音を出したり、白煙を上げたりするのは、トラブルが相当深刻な状態になってからである。したがって、このような状態になる前に、組電池ユニットの異常に対して早期に対応できるような対策を講じることが好ましい。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、組電池ユニットの異常を早期に把握可能にすることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するために、本発明は、ボックスと、ボックス内に収納された組電池と、ボックス内に設けられており、組電池の動作状況を検出するとともに、この検出結果に基づいて組電池の動作状況を診断し、その該診断結果を出力するコントローラと、ボックスに取り付けられており、コントローラより出力された診断結果を表示する表示部とを有する組電池ユニットを提供する。
【０００６】
ここで、上記構成において、コントローラは、組電池の総電圧値が所定の電圧値よりも高い場合に、組電池が過充電状態であると判断し、この判断結果を上記診断結果として出力してもよい。また、コントローラは、組電池の総電圧値が所定の電圧値よりも低い場合に、組電池が過放電状態であると判断し、この判断結果を上記診断結果として出力してもよい。また、コントローラは、組電池の残存容量を算出するとともに、この算出結果を上記診断結果として出力してもよい。また、コントローラは、イグニッションキーをオンにした場合に流れるプリチャージ電流の電流値が所定の電流値よりも低い場合に、電流経路系にフェールが生じていると判断し、この判断結果を上記診断結果として出力してもよい。さらに、コントローラは、組電池のセル温度の上昇率が減少しない場合に、冷却ファンが故障していると判断し、この判断結果を上記診断結果として出力してもよい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は、本実施形態に係る組電池ユニットの概略的な外観斜視図である。この組電池ユニット１００は、組電池やコントローラ等を収納したボックス１と、このボックス１に取り付けられた表示部７０とを有する。この表示部７０には、コントローラより出力された、各種フェール情報、総電圧および電流といった診断結果が表示される。
【０００８】
図２は、組電池ユニット１００の構成図であり、図３は、組電池ユニット１００の回路図である。ボックス１は、内部に空間が形成された樹脂製の箱体であって、一例として、そのサイズは６４０ｍｍ×２４０ｍｍ×１９０ｍｍである。このボックス１内には、複数の電池セル２０を重ね合わせることによって構成された組電池２が収納されている。本実施形態では、電池セル２０として、薄板状のリチウム系電池（マンガン系リチウム電池）を用いており、金属層の両面を樹脂層で覆ったラミネートシート内に発電要素が収容されている。この電池セル２０の板厚は５ｍｍ程度であり、これを数十枚（例えば８０枚）直列に接続することによって組電池２が構成されている。また、電池セル１０の一方の縁部（図２の上方）には、正極の電極タブ２１が突出して設けられているとともに、これとは反対側に縁部（図２の下方）には、負極の電極タブ２１が突出して設けられている。
【０００９】
組電池２を構成する一連の電池セル２０は、一方向からみた場合に、表面と裏面とが交互に反転するように配置されている。したがって、隣接した２つの電池セル２０において、正極の電極タブ２１と負極の電極タブ２１とは互いに対向する。そして、互いに対向して隣接した電極タブ２１同士を接続することによって、一連の電池セル２０が直列に接続される。そして、組電池２における右上端の電極タブ２１は、電流センサ６とリレー７とを介して、互いに並列な２つの正極コネクタ３ａに接続されている。電流センサ６は、組電池２の充放電電流を検出する。この検出結果は、電流制限値の管理や組電池２の残存容量を算出する際に用いられる。また、リレー７は、図示しない外部システムから供給される制御信号によって制御され、故障した組電池ユニット１００の電流経路を遮断する。一方、組電池２における左下端の電極タブ２１は、互いに並列な２つの負極コネクタ３ｂに接続されている。
【００１０】
ここで、組電池２は、右電池セル群２ａと左電池セル群２ｂとに分けられており、両セル群２ａ，２ｂとの間にはヒューズ８と安全プラグ４とが設けられている。具体的には、右電池セル群２ａは、その上下において互いに対向した電極タブ２１同士を接合することによって、直列に接続されている。そして、右電池セル群２ａの左上端（組電池２でみた場合には中間上）の電極タブ２１は、第１の配線１４ａと接合している。この配線１４ａには、ヒューズ８が設けられている。ヒューズ８は、負荷側の制御暴走時や短絡、或いは、ボックス１内部での短絡等に起因して異常電流が流れた場合に溶断し、組電池ユニット１００内の電流経路を遮断する。一方、左電池セル群２ｂも、その上下において互いに対向した電極タブ２１同士を接合することによって、直列に接続されている。そして、左電池セル群２ｂの右下端（組電池２でみた場合には中間下）の電極タブ２１は、第２の配線１４ｂと接合している。そして、第１の配線１４ａと第２の配線１４ｂとは、安全プラグ４を介して電気的に接続されている。安全プラグ４は、ボックス１の外壁部に着脱可能に設けられており、このプラグ４を引き抜くことにより、組電池ユニット１００の電流経路を物理的に遮断する。このような安全プラグ４を設ける理由は、リレー７誤動作に起因した誤出力を防止するため、或いは、メンテナンス時や組電池ユニット１００の輸送時における感電を防止するためである。このように、右電池セル群２ａと左電池セル群２ｂとは、配線１４ａ，１４ｂを介して接続されているため、組電池２全体において、電池セル２０が直列接続された形態となる。
【００１１】
また、ボックス１には、この内部空間を冷却するための冷却ファン１３と、スリット状の空気取入口１２とが設けられている。この冷却ファン１３の回転によって、ボックス１内の空気が強制的に外部に排出される。したがって、充放電時に組電池２が発熱しても、空冷によって組電池２の温度上昇を効率的に抑制することができる。なお、ボックス１の各部位の温度検出を行うために、本実施形態では３カ所にサーミスタ３０が設けられている。具体的には、第１のサーミスタ３０は、ボックス１の内部空間に配置されており、第２のサーミスタ３０は、隣接した電池セル２０の間に挟持されており、第３のサーミスタ３０は、電極タブ２１と接触して設けられている。
【００１２】
さらに、ボックス１の所定部位（本実施形態では冷却用ファン１３の直上）には、外部システムとの間で通信を行うための制御コネクタ１５が設けられている。
【００１３】
一方、電池セル２０を重ね合わせることによって構成された組電池２上には、基板５が載置されており、この基板５にはバランサ回路４０が搭載されている。バランサ回路４０は、それぞれの電極タブ２１と接続されている。バランサ回路４０は、それぞれの電池セル２０におけるセル電圧のばらつきを修正し、組電池２全体でこれらが均一になるように制御する。バランサ回路４０は、互いに磁気結合された複数の巻き線を有するトランスと、それぞれの巻き線に直列接続されたスイッチと、セル電圧を監視する監視回路とのセットを電池セル２０の個数分だけ有する。そして、バランサ回路４０は、セル電圧が所定のしきい値を超えた場合に、スイッチによるスイッチングを停止することにより、セル電圧の異常な上昇を回避する。その結果、特定の電池セル２０の過放電や過充電を防ぎ、電池セル２０の劣化を防止する。なお、バランサ回路４０の詳細については、特開２００１−３０９５７３号公報に開示されているので必要ならば参照されたい。
【００１４】
また、基板５には、コントローラ９が搭載されており、このコントローラ９は、有線通信ユニット１０と無線通信ユニット１１とを含む。これらのユニット１０，１１は、組電池ユニット１００の動作状態に関するデータを外部システムに送信するための通信回路である。具体的には、有線通信ユニット１０は、上述した制御コネクタ１５を介して、電源系全体を制御する外部のコントローラとの間で制御上必要なデータの送受信を行う。また、無線通信ユニット１１は、無線通信によって、管理者側のシステムに対してデータを送信する。なお、コントローラ９は、基板５上に直接載置してもよいが、コントローラ９を搭載した別の基板を基板５上に載置した場合においても同様の形態を実現できる。
【００１５】
図４は、組電池ユニット１００におけるデータの入出力を示す図である。コントローラ９は、組電池ユニット１００の動作状況の診断に先立ち、まず、その動作状況を検出する。具体的には、リレー７の溶着の有無が検出されるとともに、組電池２の漏電の有無も検出される。サーミスタ３０からのセンサ信号に基づいて、電極タブ２１の温度、電池セル２０本体の温度、および、ボックス１の内部空間の温度が検出される。また、バランサ回路４０からの信号に基づいて、組電池２全体の総電圧、電池セル２０毎の過放電および過充電が検出される。さらに、電流センサ６からのセンサ信号に基づいて、電流が検出される。そして、コントローラ９は、以下の各種ルーチンを所定の期間毎に呼び出して、これらの検出結果を用いた診断を行う。診断結果は、ボックス１に取り付けられた表示部７０に適宜表示される。
【００１６】
図５は、過充電検出ルーチンのフローチャートである。まず、ステップ１において、バランサ回路４０からの総電圧値が読み込まれる。ステップ２では、総電圧値が所定の過充電電圧値よりも高いか否かが判断される。この過充電電圧値は、過充電の有無を判断する判定しきい値である。ステップ２で否定判定された場合には、過充電状態ではないと判断し、過充電フラグを”０”にセットして（ステップ３）、本ルーチンを抜ける。これに対して、ステップ２で肯定判定された場合には、過充電状態であると判断し、過充電フラグを”１”にセットして（ステップ４）、本ルーチンを抜ける。コントローラ９は、過充電に関する診断結果、すなわち、過充電フラグの設定内容を表示部７０に出力する。これにより、この診断結果が表示部７０に表示される。
【００１７】
図６は、過放電検出ルーチンのフローチャートである。まず、ステップ１１において、バランサ回路４０からの総電圧値が読み込まれる。ステップ１２では、総電圧値が所定の過放電電圧値よりも低いか否かが判断される。この過放電電圧値は、過放電の有無を判断する判定しきい値である。ステップ１２で否定判定された場合には、過放電状態でないと判断し、過放電フラグを”０”にセットして（ステップ１３）、本ルーチンを抜ける。これに対して、ステップ１２で肯定判定された場合には、過放電状態であると判断し、過放電フラグを”１”にセットして（ステップ１４）、本ルーチンを抜ける。コントローラ９は、過放電に関する診断結果、すなわち、過放電フラグの設定内容を表示部７０に出力する。これにより、この診断結果が表示部７０に表示される。
【００１８】
図７は、残存容量（ＳＯＣ）推定ルーチンのフローチャートである。まず、ステップ２１において、電流センサ６からの電流値が読み込まれる。ステップ２２では、電流値を積算することによって、電流値積算ベースの残存容量ＳＯＣ＿Ｉが下式に従い算出される。
【数１】

【００１９】
図８は、電流値積算による残存容量ＳＯＣ＿Ｉの算出の説明図である。あるサンプル間隔ｔにおいて、電流値がＩ＿ＯＬＤからＩ＿ＮＥＷに変化した場合、この変化に起因した残存容量ΔＳＯＣ＿Ｉは、斜線で示した部分の面積に相当する。サンプル間隔ｔが極短時間である場合、ΔＳＯＣ＿Ｉは台形の面積として近似計算できる。そして、今回算出されたΔＳＯＣ＿Ｉを従前の残存容量ＳＯＣ＿Ｉ＿ＯＬＤに加算することにより、残存容量ＳＯＣ＿Ｉ［Ａｈ］が算出される。
【００２０】
続くステップ２３，２４において、バランス回路４０からの総電圧値と、サーミスタ３０からのセル温度とが読み込まれる。そして、ステップ２５において、今回読み込まれたセル温度に関するマップが存在するか否かが判断される。ステップ２５で否定判定された場合、すなわち、現在のセル温度に関するマップが存在しない場合には、電流値積算ベースで算出された残存容量ＳＯＣ＿Ｉを最終的な残存容量ＳＯＣとして設定し（ステップ２６）、本ルーチンを抜ける。
【００２１】
これに対して、ステップ２５で肯定判定された場合、すなわち、現在のセル温度に関するマップが存在する場合には、総電圧値と電流値とセル温度とに基づいて、マップベースの残存容量ＳＯＣ＿Ｍが算出される（ステップ２７）。このマップは、セルの温度毎に設けられており、電流値と総電圧とを入力変数とした残存容量ＳＯＣ＿Ｍが記述されている。コントローラ９は、対応するマップを参照し、これらの入力変数に対応する残存容量ＳＯＣ＿Ｍを検索する。そして、マップ検索より特定された残存容量ＳＯＣ＿Ｍを最終的な残存容量ＳＯＣとして設定し（ステップ２８）、本ルーチンを抜ける。
【００２２】
図９は、電流経路系のフェール検出ルーチンのフローチャートである。また、図１０は、プリチャージの説明図である。車両の動力源となるモータの出力はインバータ５０によって設定されるが、このインバータ５０は、大容量（数千μＦ）のコンデンサ５１を含む。イグニッションキーをオフからオンにした場合には、まず、このコンデンサ５１をプリチャージする必要がある。ただし、メインリレー７を介したプリチャージでは過電流が流れてしまい好ましくない。そこで、メインリレー７と並列にプリチャージリレー７ａを設け、プリチャージ抵抗６０で電流を絞りながら、コンデンサ５１のプリチャージを行う。なお、このプリチャージに際しては、メインリレー７は遮断状態に設定される。
【００２３】
まず、ステップ３１において、イグニッションキーがオンになったか否かが判断される。このステップ３１で否定判定された場合、すなわち、イグニッションキーがオフの場合には、ステップ３２以降の手順をスキップして、本ルーチンを抜ける。
【００２４】
これに対して、イグニッションキーがオンの場合には、プリチャージリレー７ａをオンにする（ステップ３２）。これにより、プリチャージ抵抗６０とプリチャージリレー７ａとを介してプリチャージ電流が流れて、インバータ５０のコンデンサ５１が充電される。ステップ３３では、電流センサ６からの電流値が読み込まれる。そして、続くステップ３４において、プリチャージ電流の電流値が所定値よりも小さいか否かが判断される。この所定値は、プリチャージ電流が殆ど流れていない状態を判断する際の基準を与えるしきい値であり、０若しくは０に近い値（例えば１〜２アンペア程度）に設定されている。
【００２５】
ステップ３４で否定判定された場合、すなわち、所定値以上のプリチャージ電流が流れている場合には、電流経路系に異常はないと判断する。そして、ステップ３５に進み、フェールフラグを”０”に設定した上で、本ルーチンを抜ける。このフェールフラグが”０”に設定されるということは、電流経路系に異常がないことを示す。
【００２６】
これに対して、ステップ３４で肯定判定された場合、すなわち、電流値が所定値よりも小さい場合には、ステップ３６に進み、この状態が所定の時間が経過したか否かが判断される。このステップ３６で否定判定された場合には、ステップ３３に戻り、肯定判定された場合にはステップ３７に進む。つまり、低電流状態が所定時間続いた場合には、ステップ３７に進み、フェールフラグを”１”に設定した上で、本ルーチンを抜ける。このフェールフラグが”１”に設定されているということは、電流経路系に異常が生じていることを示す。具体的には、電流センサ６の故障、プリチャージ抵抗６０の断線、プリチャージリレー７ａの故障、或いは、ヒューズ８の溶断等が挙げられる。
【００２７】
コントローラ９は、電流経路系の異常の有無を示すフェールフラグの設定内容を診断結果として表示部７０に出力する。これにより、この診断結果が表示部７０に表示される。
【００２８】
図１１は、冷却ファンの故障診断ルーチンのフローチャートである。まず、ステップ４１において冷却ファン１３をオンして、ボックス１の内部の空気を外部に排出する。続くステップ４２において、サーミスタ３０からのセル温度が読み込まれる。そして、ステップ４３において、セル温度の上昇率が減少したか否かが判断される。すなわち、従前のセル温度の上昇率よりも今回のセル温度の上昇率の方が小さいか否かが判断される。冷却ファン１３が回転して、ボックス１内の空気が適切に排出されている場合には、セル温度の上昇率は減少するはずである。したがって、このステップ４３で肯定判定された場合には、冷却ファン１３は故障していないと判断して、ファン故障フラグを”０”に設定した上で（ステップ４４）、本ルーチンを抜ける。
【００２９】
これに対して、ステップ４３で否定判定された場合、すなわち、セル温度の上昇率が減少していない場合には、ステップ４５に進み、この状態が所定の時間が経過したか否かが判断される。このステップ４５で否定判定された場合には、ステップ４２に戻り、肯定判定された場合にはステップ４６に進む。つまり、セル温度の上昇率が減少していない状態が所定時間続いた場合には、ステップ４６に進み、ファン故障フラグを”１”に設定した上で、本ルーチンを抜ける。このファン故障フラグが”１”に設定されているということは、冷却ファン１３が故障していることを示す。
【００３０】
コントローラ９は、冷却ファン１３の故障の有無を示すファン故障フラグの設定内容を診断結果として表示部７０に出力する。これにより、この診断結果が表示部７０に表示される。
【００３１】
このように、本実施形態では、コントローラ９が組電池の動作状況をリアルタイムで診断するとともに、その診断結果が表示部７０に表示される。これにより、ユーザ等は組電池の動作状況を把握することができ、トラブルに対しても早期に対応可能になる。
【００３２】
なお、上述した実施形態では、過充電、過放電、残存容量、電流経路のフェールおよび冷却ファンの故障を診断しているが、これらの全てを診断する必要はなく、これらの項目の少なくとも一つを診断すれば足り、いくつかを組み合わせてもよい。また、これら以外の項目を診断項目として追加してもよいのは当然である。
【発明の効果】
本発明によれば、ボックスに表示部を設けることで、組電池ユニットの異常を早期に把握することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】組電池ユニットの概略的な外観斜視図
【図２】組電池ユニットの構成図
【図３】組電池ユニットの回路図
【図４】組電池ユニットにおけるデータの入出力を示す図
【図５】過充電検出ルーチンのフローチャート
【図６】過放電検出ルーチンのフローチャート
【図７】残存容量推定ルーチンのフローチャート
【図８】電流値積算による残存容量の算出の説明図
【図９】電流経路系のフェール検出ルーチンのフローチャート
【図１０】プリチャージの説明図
【図１１】冷却ファンの故障診断ルーチンのフローチャート
【符号の説明】
１　ボックス
２　組電池
２ａ　右電池セル群
２ｂ　左電池セル群
３ａ　正極コネクタ
３ｂ　負極コネクタ
４　安全プラグ
５　バランサ基板
６　電流センサ
７　リレー
８　ヒューズ
９　コントローラ
１０　有線通信ユニット
１１　無線通信ユニット
１２　空気取入口
１３　冷却ファン
１４ａ　第１の配線
１４ｂ　第２の配線
１５　制御コネクタ
１６　コネクタ
１７　配線
２０　電池セル
２１　電極タブ
３０　サーミスタ
４０　バランサ回路
５０　インバータ
５１　コンデンサ
６０　プリチャージ抵抗
７０　表示部
１００　組電池ユニット[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a battery pack unit.
[0002]
[Prior art]
In recent years, hybrid vehicles and electric vehicles have attracted attention due to environmental issues and the like, and various secondary batteries have been developed for that purpose. Lithium ion secondary batteries are high in energy density, excellent in airtightness, and maintenance-free, and thus are excellent as batteries for hybrid vehicles and electric vehicles, but large-sized batteries have not been put to practical use. Therefore, a battery pack is formed by connecting a plurality of small battery cells in series, and the voltage and capacity required for driving the vehicle are secured using this battery pack unit.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the battery pack unit is silent when charging and discharging, and emits a loud noise or emits white smoke at the time of failure after the trouble has become considerably serious. Therefore, it is preferable to take measures to quickly cope with the abnormality of the battery pack unit before such a state occurs.
[0004]
Therefore, an object of the present invention is to enable an abnormality of a battery pack unit to be grasped at an early stage.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve such a problem, the present invention provides a box, an assembled battery housed in the box, and an operating state of the assembled battery provided in the box and based on the detection result. Provided is an assembled battery unit having a controller for diagnosing an operation state of a battery and outputting the diagnosis result, and a display unit attached to the box and displaying a diagnosis result output from the controller.
[0006]
Here, in the above configuration, when the total voltage value of the battery pack is higher than a predetermined voltage value, the controller determines that the battery pack is in an overcharged state, and outputs the determination result as the diagnosis result. Is also good. When the total voltage value of the battery pack is lower than the predetermined voltage value, the controller may determine that the battery pack is in the over-discharged state, and may output the determination result as the diagnosis result. The controller may calculate the remaining capacity of the battery pack and output the calculation result as the diagnosis result. Further, the controller determines that a failure has occurred in the current path system when the current value of the precharge current flowing when the ignition key is turned on is lower than a predetermined current value. It may be output as a result. Further, the controller may determine that the cooling fan has failed if the rate of increase in the cell temperature of the battery pack does not decrease, and may output the determination result as the diagnosis result.
[0007]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a schematic external perspective view of the battery pack unit according to the present embodiment. The battery pack unit 100 includes a box 1 containing a battery pack, a controller, and the like, and a display unit 70 attached to the box 1. The display unit 70 displays various failure information, diagnostic results such as total voltage and current output from the controller.
[0008]
FIG. 2 is a configuration diagram of the battery pack unit 100, and FIG. 3 is a circuit diagram of the battery pack unit 100. The box 1 is a resin box having a space formed therein, and has a size of, for example, 640 mm × 240 mm × 190 mm. In the box 1, an assembled battery 2 configured by stacking a plurality of battery cells 20 is accommodated. In the present embodiment, a thin lithium battery (manganese lithium battery) is used as the battery cell 20, and a power generation element is accommodated in a laminate sheet in which both surfaces of a metal layer are covered with a resin layer. The battery cell 20 has a plate thickness of about 5 mm, and several tens (for example, 80) of the battery cells 20 are connected in series to constitute the battery pack 2. A positive electrode tab 21 protrudes from one edge of the battery cell 10 (upper part in FIG. 2), and is provided on the opposite side (lower part in FIG. 2). A negative electrode tab 21 is provided to protrude.
[0009]
A series of battery cells 20 constituting the assembled battery 2 are arranged so that the front surface and the back surface are alternately inverted when viewed from one direction. Therefore, in two adjacent battery cells 20, the positive electrode tab 21 and the negative electrode tab 21 face each other. Then, a series of battery cells 20 are connected in series by connecting the electrode tabs 21 facing each other and adjacent to each other. The upper right electrode tab 21 of the battery pack 2 is connected to two parallel positive electrode connectors 3 a via the current sensor 6 and the relay 7. The current sensor 6 detects a charge / discharge current of the battery pack 2. This detection result is used when managing the current limit value and calculating the remaining capacity of the battery pack 2. The relay 7 is controlled by a control signal supplied from an external system (not shown), and interrupts the current path of the failed battery pack unit 100. On the other hand, the electrode tab 21 at the lower left end of the battery pack 2 is connected to two negative electrode connectors 3b parallel to each other.
[0010]
Here, the assembled battery 2 is divided into a right battery cell group 2a and a left battery cell group 2b, and a fuse 8 and a safety plug 4 are provided between the two battery groups 2a and 2b. Specifically, the right battery cell group 2a is connected in series by joining the electrode tabs 21 facing each other on the upper and lower sides. The electrode tab 21 at the upper left end of the right battery cell group 2a (upper middle when viewed from the assembled battery 2) is joined to the first wiring 14a. The wiring 8 is provided with a fuse 8. The fuse 8 is blown when an abnormal current flows due to a control runaway on the load side, a short circuit, or a short circuit inside the box 1, and cuts off a current path in the battery pack unit 100. On the other hand, the left battery cell group 2b is also connected in series by joining the electrode tabs 21 facing each other on the upper and lower sides. The electrode tab 21 at the lower right end of the left battery cell group 2b (under the middle when viewed from the assembled battery 2) is joined to the second wiring 14b. The first wiring 14a and the second wiring 14b are electrically connected via the safety plug 4. The safety plug 4 is detachably provided on the outer wall of the box 1, and when the plug 4 is pulled out, the current path of the battery pack unit 100 is physically cut off. The reason for providing such a safety plug 4 is to prevent an erroneous output due to a malfunction of the relay 7 or to prevent an electric shock at the time of maintenance or transportation of the battery pack unit 100. As described above, since the right battery cell group 2a and the left battery cell group 2b are connected via the wirings 14a and 14b, the battery cells 20 are connected in series in the entire assembled battery 2.
[0011]
Further, the box 1 is provided with a cooling fan 13 for cooling the internal space and a slit-shaped air inlet 12. By the rotation of the cooling fan 13, the air in the box 1 is forcibly discharged to the outside. Therefore, even if the battery pack 2 generates heat during charge and discharge, the temperature rise of the battery pack 2 can be efficiently suppressed by air cooling. In this embodiment, three thermistors 30 are provided to detect the temperature of each part of the box 1. Specifically, the first thermistor 30 is disposed in the internal space of the box 1, the second thermistor 30 is sandwiched between adjacent battery cells 20, and the third thermistor 30 is It is provided in contact with the electrode tab 21.
[0012]
Further, a control connector 15 for performing communication with an external system is provided at a predetermined portion of the box 1 (directly above the cooling fan 13 in the present embodiment).
[0013]
On the other hand, a board 5 is mounted on the battery pack 2 formed by stacking the battery cells 20, and a balancer circuit 40 is mounted on the board 5. The balancer circuit 40 is connected to each of the electrode tabs 21. The balancer circuit 40 corrects the variation of the cell voltage in each battery cell 20 and controls the battery cells 20 to make them uniform. The balancer circuit 40 has a set of a transformer having a plurality of windings magnetically coupled to each other, a switch connected in series to each of the windings, and a monitoring circuit for monitoring the cell voltage, as many as the number of the battery cells 20. . Then, when the cell voltage exceeds a predetermined threshold value, the balancer circuit 40 stops switching by the switch, thereby avoiding an abnormal increase in the cell voltage. As a result, overdischarge or overcharge of a specific battery cell 20 is prevented, and deterioration of the battery cell 20 is prevented. The details of the balancer circuit 40 are disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-309573 and should be referred to if necessary.
[0014]
Further, a controller 9 is mounted on the board 5, and the controller 9 includes a wired communication unit 10 and a wireless communication unit 11. These

units

10 and 11 are communication circuits for transmitting data relating to the operation state of the battery pack unit 100 to an external system. Specifically, the wired communication unit 10 transmits and receives data necessary for control to and from an external controller that controls the entire power supply system via the control connector 15 described above. The wireless communication unit 11 transmits data to the system on the administrator side by wireless communication. Note that the controller 9 may be directly mounted on the substrate 5, but the same configuration can be realized when another substrate on which the controller 9 is mounted is mounted on the substrate 5.
[0015]
FIG. 4 is a diagram showing input and output of data in the battery pack unit 100. Prior to diagnosing the operation state of the battery pack unit 100, the controller 9 first detects the operation state. Specifically, the presence or absence of welding of the relay 7 is detected, and the presence or absence of leakage of the battery pack 2 is also detected. Based on the sensor signal from the thermistor 30, the temperature of the electrode tab 21, the temperature of the battery cell 20, and the temperature of the internal space of the box 1 are detected. Further, based on the signal from the balancer circuit 40, the total voltage of the entire battery pack 2 and the overdischarge and overcharge of each battery cell 20 are detected. Further, a current is detected based on a sensor signal from the current sensor 6. Then, the controller 9 calls the following various routines at predetermined intervals, and performs a diagnosis using these detection results. The diagnosis result is appropriately displayed on the display unit 70 attached to the box 1.
[0016]
FIG. 5 is a flowchart of the overcharge detection routine. First, in step 1, the total voltage value from the balancer circuit 40 is read. In step 2, it is determined whether the total voltage value is higher than a predetermined overcharge voltage value. This overcharge voltage value is a determination threshold value for determining the presence or absence of overcharge. If a negative determination is made in step 2, it is determined that the vehicle is not in an overcharged state, the overcharge flag is set to "0" (step 3), and the routine exits. On the other hand, if an affirmative determination is made in step 2, it is determined that the vehicle is in an overcharged state, the overcharge flag is set to "1" (step 4), and the routine exits. The controller 9 outputs a diagnosis result regarding overcharge, that is, the setting content of the overcharge flag to the display unit 70. As a result, the diagnosis result is displayed on the display unit 70.
[0017]
FIG. 6 is a flowchart of the overdischarge detection routine. First, in step 11, the total voltage value from the balancer circuit 40 is read. In step 12, it is determined whether the total voltage value is lower than a predetermined overdischarge voltage value. This overdischarge voltage value is a determination threshold for determining the presence or absence of overdischarge. If a negative determination is made in step 12, it is determined that the vehicle is not in the overdischarge state, the overdischarge flag is set to "0" (step 13), and the routine exits. On the other hand, if an affirmative determination is made in step 12, it is determined that the vehicle is in an overdischarge state, the overdischarge flag is set to "1" (step 14), and the routine exits. The controller 9 outputs the diagnosis result regarding the overdischarge, that is, the setting content of the overdischarge flag to the display unit 70. As a result, the diagnosis result is displayed on the display unit 70.
[0018]
FIG. 7 is a flowchart of a remaining capacity (SOC) estimation routine. First, in step 21, the current value from the current sensor 6 is read. In step 22, by integrating the current values, the remaining capacity SOC_I based on the current value integration is calculated according to the following equation.
(Equation 1)

[0019]
FIG. 8 is an explanatory diagram of calculation of the remaining capacity SOC_I by current value integration. When the current value changes from I_OLD to I_NEW at a certain sample interval t, the remaining capacity ΔSOC_I resulting from this change corresponds to the area of the hatched portion. When the sample interval t is extremely short, ΔSOC_I can be approximately calculated as a trapezoidal area. Then, the remaining capacity SOC_I [Ah] is calculated by adding the currently calculated ΔSOC_I to the previous remaining capacity SOC_I_OLD.
[0020]
In the following steps 23 and 24, the total voltage value from the balance circuit 40 and the cell temperature from the thermistor 30 are read. Then, in step 25, it is determined whether or not a map relating to the cell temperature read this time exists. If a negative determination is made in step 25, that is, if there is no map for the current cell temperature, the remaining capacity SOC_I calculated based on the current value integration is set as the final remaining capacity SOC (step 26). Exit this routine.
[0021]
On the other hand, if an affirmative determination is made in step 25, that is, if a map related to the current cell temperature exists, the map-based remaining capacity SOC_M is determined based on the total voltage value, the current value, and the cell temperature. It is calculated (step 27). This map is provided for each cell temperature, and describes the remaining capacity SOC_M using the current value and the total voltage as input variables. The controller 9 searches the remaining capacity SOC_M corresponding to these input variables by referring to the corresponding map. Then, the remaining capacity SOC_M specified by the map search is set as the final remaining capacity SOC (step 28), and the routine exits.
[0022]
FIG. 9 is a flowchart of a failure detection routine of the current path system. FIG. 10 is an explanatory diagram of the precharge. The output of a motor serving as a power source of the vehicle is set by an inverter 50, and the inverter 50 includes a large-capacity (several thousands of μF) capacitor 51. When the ignition key is turned on from off, it is necessary to precharge the capacitor 51 first. However, precharging via the main relay 7 is not preferable because an overcurrent flows. Therefore, a precharge relay 7a is provided in parallel with the main relay 7, and the capacitor 51 is precharged while reducing the current with the precharge resistor 60. At the time of this precharge, the main relay 7 is set to a cutoff state.
[0023]
First, in step 31, it is determined whether or not the ignition key has been turned on. If a negative determination is made in step 31, that is, if the ignition key is off, the procedure after step 32 is skipped, and the routine exits.
[0024]
On the other hand, when the ignition key is on, the precharge relay 7a is turned on (step 32). As a result, a precharge current flows through the precharge resistor 60 and the precharge relay 7a, and the capacitor 51 of the inverter 50 is charged. In step 33, the current value from the current sensor 6 is read. Then, in the following step 34, it is determined whether or not the current value of the precharge current is smaller than a predetermined value. This predetermined value is a threshold value that gives a reference when judging a state in which the precharge current hardly flows, and is set to 0 or a value close to 0 (for example, about 1 to 2 amps).
[0025]
If a negative determination is made in step 34, that is, if a precharge current of a predetermined value or more is flowing, it is determined that there is no abnormality in the current path system. Then, the process proceeds to a step 35, wherein the fail flag is set to “0”, and the process exits the routine. Setting this fail flag to “0” indicates that there is no abnormality in the current path system.
[0026]
On the other hand, if an affirmative determination is made in step 34, that is, if the current value is smaller than the predetermined value, the process proceeds to step 36, where it is determined whether a predetermined time has elapsed in this state. When a negative determination is made in step 36, the process returns to step 33, and when an affirmative determination is made, the process proceeds to step 37. That is, if the low current state has continued for the predetermined time, the process proceeds to step 37, sets the fail flag to "1", and exits this routine. The fact that the fail flag is set to “1” indicates that an abnormality has occurred in the current path system. Specific examples include a failure of the current sensor 6, a disconnection of the precharge resistor 60, a failure of the precharge relay 7a, and a blow of the fuse 8.
[0027]
The controller 9 outputs the setting contents of the fail flag indicating the presence or absence of an abnormality in the current path system to the display unit 70 as a diagnosis result. As a result, the diagnosis result is displayed on the display unit 70.
[0028]
FIG. 11 is a flowchart of a failure diagnosis routine of the cooling fan. First, in step 41, the cooling fan 13 is turned on to discharge the air inside the box 1 to the outside. In the following step 42, the cell temperature from the thermistor 30 is read. Then, in step 43, it is determined whether or not the rise rate of the cell temperature has decreased. That is, it is determined whether or not the current cell temperature increase rate is smaller than the previous cell temperature increase rate. If the cooling fan 13 rotates and the air in the box 1 is properly discharged, the rate of increase in the cell temperature should decrease. Therefore, if an affirmative determination is made in step 43, it is determined that the cooling fan 13 has not failed, the fan failure flag is set to "0" (step 44), and the routine exits.
[0029]
On the other hand, if a negative determination is made in step 43, that is, if the rate of increase in cell temperature has not decreased, the process proceeds to step 45, where it is determined whether a predetermined time has elapsed. You. If a negative determination is made in step 45, the process returns to step 42, and if an affirmative determination is made, the process proceeds to step 46. In other words, if the state in which the cell temperature rise rate has not decreased has continued for a predetermined time, the process proceeds to step 46, where the fan failure flag is set to “1”, and the routine exits. The fact that the fan failure flag is set to “1” indicates that the cooling fan 13 has failed.
[0030]
The controller 9 outputs the setting contents of the fan failure flag indicating the presence or absence of the failure of the cooling fan 13 to the display unit 70 as a diagnosis result. As a result, the diagnosis result is displayed on the display unit 70.
[0031]
As described above, in the present embodiment, the controller 9 diagnoses the operating state of the battery pack in real time, and the diagnosis result is displayed on the display unit 70. As a result, a user or the like can grasp the operation state of the battery pack, and can quickly respond to a trouble.
[0032]
In the above-described embodiment, overcharge, overdischarge, remaining capacity, failure of the current path, and failure of the cooling fan are diagnosed. However, it is not necessary to diagnose all of them, and at least one of these items is required. Is sufficient, and some may be combined. It is natural that items other than these may be added as diagnostic items.
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, by providing a display part in a box, abnormality of an assembled battery unit can be grasped at an early stage.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic external perspective view of an assembled battery unit. FIG. 2 is a configuration diagram of the assembled battery unit. FIG. 3 is a circuit diagram of the assembled battery unit. FIG. 4 is a diagram showing input and output of data in the assembled battery unit. FIG. 5 is a flowchart of an overcharge detection routine. FIG. 6 is a flowchart of an overdischarge detection routine. FIG. 7 is a flowchart of a remaining capacity estimation routine. FIG. 8 is an explanatory diagram of calculation of a remaining capacity by current value integration. Flowchart of system failure detection routine [FIG. 10] Illustration of precharge [FIG. 11] Flowchart of cooling fan failure diagnosis routine [Description of symbols]
1 Box 2 Battery pack 2a Right battery cell group 2b Left battery cell group 3a Positive connector 3b Negative connector 4 Safety plug 5 Balancer board 6 Current sensor 7 Relay 8 Fuse 9 Controller 10 Wired communication unit 11 Wireless communication unit 12 Air intake 13 Cooling Fan 14a First wiring 14b Second wiring 15 Control connector 16 Connector 17 Wiring 20 Battery cell 21 Electrode tab 30 Thermistor 40 Balancer circuit 50 Inverter 51 Capacitor 60 Precharge resistor 70 Display unit 100 Battery unit

Claims

In the assembled battery unit,
Box and
An assembled battery housed in the box;
A controller that is provided in the box and detects the operation state of the battery pack, diagnoses the operation state of the battery pack based on the detection result, and outputs the diagnosis result.
A display unit attached to the box, for displaying a diagnosis result output from the controller.

When the total voltage value of the battery pack is higher than a predetermined voltage value, the controller determines that the battery pack is in an overcharged state, and outputs the determination result as the diagnosis result. The battery pack unit according to claim 1.

When the total voltage value of the battery pack is lower than a predetermined voltage value, the controller determines that the battery pack is in an over-discharged state, and outputs the determination result as the diagnosis result. The battery pack unit according to claim 1.

The battery pack unit according to claim 1, wherein the controller calculates the remaining capacity of the battery pack and outputs the calculation result as the diagnosis result.

When the current value of the precharge current flowing when the ignition key is turned on is lower than a predetermined current value, the controller determines that a failure has occurred in the current path system, and determines the determination result as the diagnosis result. The battery pack unit according to claim 1, wherein the output is output as

2. The controller according to claim 1, wherein the controller determines that the cooling fan has failed if the rate of increase in the cell temperature of the battery pack does not decrease, and outputs the determination result as the diagnosis result. 3. Assembled battery unit.