JP2004134221A - Overcharge/overdischarge monitoring device for battery pack - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、組電池の過充電状態および過放電状態を監視する装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
複数の単電池(以下、セルと呼ぶ)が直列に接続された組電池において、複数のセルの内のいずれかが過充電状態または過放電状態になったことを検知する監視装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
この出願の発明に関連する先行技術文献としては次のものがある。
【特許文献1】
特開平05−258778号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の組電池の過充放電監視装置では、いずれかのセルの過充電状態または過放電状態を検知しているのみであり、監視内容が乏しく、システムとしての最適な対応がとれないという問題がある。
【0005】
本発明の目的は、監視内容の充実を図り、システムとして最適な対応がとれるようにすることにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、組電池を構成するいずれかのセルまたはセル並列回路の過放電状態が検出されたときに、組電池の過放電状態が検出された場合は、組電池異常信号を出力せず、放電禁止信号を出力する。一方、組電池を構成するいずれかのセルまたはセル並列回路の過放電状態が検出されたときに、組電池の過放電状態が検出されていない場合は、組電池異常信号を出力する。
また、本発明は、組電池を構成するいずれかのセルまたはセル並列回路の過充電状態が検出されたときに、組電池の過充電状態が検出された場合は、組電池異常信号を出力せず、充電禁止信号を出力する。一方、組電池を構成するいずれかのセルまたはセル並列回路の過充電状態が検出されたときに、組電池の過充電状態が検出されていない場合は、組電池異常信号を出力する。
さらに、本発明は、組電池を構成するいずれかのセルまたはセル並列回路の過充電状態または過放電状態が検出されたときに、組電池の充放電可能な正常な状態が検出されない場合は、組電池異常信号を出力せず、充放電禁止信号を出力する。一方、組電池を構成するいずれかのセルまたはセル並列回路の過充電状態または過放電状態が検出されたときに、組電池の充放電可能な正常な状態が検出された場合は、組電池異常信号を出力する。
【0007】
【発明の効果】
本発明によれば、監視内容の充実を図ることができ、システムとして最適な対応をとることができる。
【0008】
【発明の実施の形態】
セル(単電池)をn個直列に接続した組電池に対して本願発明を適用した一実施の形態を説明する。なお、本願発明は、セルを複数個直列に接続した組電池に限定されず、複数のセルを並列に接続したセル並列回路を複数組直列に接続した組電池に対しても適用することができる。また、本願発明は、電池の種類について特に限定されるものではなく、例えば、マンガン系、コバルト系、ニッケル系のリチウムイオン電池や、各種のニッケル水素電池など、あらゆる種類の電池に対して本願発明を適用することができる。
【0009】
《発明の第1の実施の形態》
図1は第1の実施の形態の構成を示す。組電池1はn個のセル11,12,13,・・,1nが直列に接続されている。この組電池1の各セル11〜1nの両端C0−C1、C1−C2、C2−C3、Cn−1−Cnには、後述する電流バイパス回路21〜2n、過充電検出回路31〜3nおよび過放電検出回路41〜4nがそれぞれ並列に接続される。
【0010】
図2は、電流バイパス回路、過充電検出回路および過放電検出回路の詳細を示す。なお、これらの回路は各セル11〜1nに対してすべて共通である。電流バイパス回路21〜2nは、抵抗器R11とトランジスター(FET)Q1が直列に接続された電流バイパス回路と、コンパレーターC1、インバーターINV1および抵抗器R12,R13からなる制御回路とを備えている。コンパレーターC1は、制御電源電圧Vccを抵抗器R12とR13で分圧したしきい値電圧Vc3とセル電圧とを比較する。
【数1】
Vc3=R13/(R12+R13)・Vcc
セル電圧がしきい値Vc3を超えるとコンパレーターC1の出力がローレベルになり、インバーターINV1でハイレベルに反転される。それにより、トランジスターQ1がオンし、それまでセルに流れていた充電電流が抵抗器R11とトランジスターQ1のバイパス回路を流れるようになり、セルの充電が緩和される。
【0011】
過充電検出回路31〜3nは、コンパレーターC2、インバーターINV2および抵抗器R25,R26から構成される。コンパレーターC2は、制御電源電圧Vccを抵抗器R25とR26で分圧したしきい値電圧Vc2とセル電圧とを比較する。
【数2】
Vc2=R26/(R25+R26)・Vcc
セル電圧がしきい値Vc2を超えるとコンパレーターC2の出力がローレベルになり、インバーターINV2でハイレベルに反転されて過充電検知信号として出力される。
【0012】
過放電検出回路41〜4nは、コンパレーターC3と抵抗器R35,R36から構成される。コンパレーターC3は、制御電源電圧Vccを抵抗器R35とR36で分圧したしきい値電圧Vc1とセル電圧とを比較する。
【数3】
Vc1=R36/(R35+R36)・Vcc
セル電圧がしきい値Vc1より低くなるとコンパレーターC3の出力がハイレベルになり、過放電検知信号として出力される。
【0013】
ふたたび図1に戻って説明を続ける。過充電検出回路31〜3nの出力はOR素子5に接続されており、過充電検出回路31〜3nのいずれかでセルの過充電状態が検知されると、ハイレベルの過充電検知信号がOR素子5から充放電制御回路7へ送られる。また、過放電検出回路41〜4nの出力はOR素子6に接続されており、過放電検出回路41〜4nのいずれかでセルの過放電状態が検知されると、ハイレベルの過放電検知信号がOR素子6から充放電制御回路7へ送られる。
【0014】
充放電制御回路7は、CPUとROM、RAM、A/Dコンバーターなどの周辺部品から構成され、後述する制御プログラムを実行して組電池1の充放電を制御するとともに、過放電と過充電を監視する。
【0015】
電圧センサー8は組電池1の両端電圧(以下、総電圧と呼ぶ)Vtを検出し、検出した総電圧Vtを充放電制御回路7へ出力する。充放電制御回路7は、組電池1の総電圧Vtに対する充電状態SOCを計測し、SOCデータマップとして記憶しておき、計測した総電圧Vtに対応する組電池1の充電状態SOCを表引き演算する。
【0016】
なお、この一実施の形態では電圧センサー8により組電池1の総電圧Vtを検出し、充放電制御回路7により総電圧Vtに基づいて組電池1の充電状態SOCを求める例を示すが、電圧センサー8の代わりにSOC検出装置を設け、SOC検出装置で検出した組電池1のSOCを充放電制御回路7へ出力するようにしてもよい。
【0017】
図3は、セルと組電池の充電状態SOCの過放電しきい値と過充電しきい値を示す。この一実施の形態では、セル11〜1nと組電池1に対して、図3に示すように充電状態SOCの過放電しきい値と過充電しきい値を設定する。ここで、過放電しきい値とは、組電池1およびセル11〜1nの破損を防止するために放電を停止すべきSOCである。また、過充電しきい値とは、組電池1およびセル11〜1nの破損を防止するために充電を停止すべきSOCである。セル11〜1nに対しては、過放電しきい値SOCc1[%]と過充電しきい値SOCc2[%]を設定する。また、組電池1に対しては、過放電しきい値SOCt1[%]と過充電しきい値SOCt2[%]を設定する。なお、SOCc1<SOCt1、SOCc2>SOCt2とするのが望ましい。
【0018】
組電池の通常の使用状態において、セル電圧はセルの充電量、すなわち充電状態SOCと、また、組電池の総電圧は組電池の充電量、すなわち充電状態SOCとそれぞれ強い相関がある。この一実施の形態では、セル11〜1nと組電池1の過充放電を監視するのにセル電圧と総電圧を用いる。
【0019】
セル11〜1nの過放電しきい値SOCc1に対応するセル電圧Vc1と、過充電しきい値SOCc2に対応するセル電圧Vc2とを計測し、過放電しきい値のセル電圧Vc1により過放電検出回路41〜4nの抵抗器R35、R36の抵抗値を決定するとともに、過充電しきい値のセル電圧Vc2により過充電検出回路31〜3nの抵抗器R25、R26の抵抗値を決定する。
【0020】
また、組電池1の過放電しきい値SOCt1に対応する総電圧Vt1と、過充電しきい値SOCt2に対応する総電圧Vt2とを計測し、充放電制御回路7に記憶しておく。
【0021】
図4は、図1に示す組電池1とその過充放電監視装置を搭載したパラレルハイブリッド車両の構成を示す。なお、本発明に係わる組電池の過充放電監視装置はパラレルハイブリッド車両に限定されず、例えばシリーズハイブリッド車両や電気自動車などの組電池を用いたあらゆる装置に適用することができる。
【0022】
一実施の形態のパラレルハイブリッド車両はエンジン101の出力軸に交流モーター102の回転軸が直結されており、エンジン101とモーター102のいずれか一方または両方の制駆動力により走行する。エンジン101および/またはモーター102の制駆動力は変速機103および減速機104を介して駆動輪105a、105bへ伝達される。
【0023】
組電池1は、インバーター106を介してモーター102へ駆動電力を供給するとともに、インバーター106を介してモーター102から回生電力を受け入れる。車両コントローラー107はエンジン101、インバーター106を制御する。開閉器108は、組電池1とインバーター106との間の遮断と接続を行う。
【0024】
図5は、充放電制御回路7で実行される過充放電監視プログラムを示すフローチャートである。このフローチャートにより、第1の実施の形態の動作を説明する。ステップ1において、組電池1の中のいずれかのセルで過放電状態が検知されたか否かを確認し、いずれかのセルの過放電検知があればステップ2へ進み、過放電検知がなければステップ5へ進む。
【0025】
いずれかのセルにおいて過放電状態が検知された場合は、ステップ2で放電禁止信号を車両コントローラー7へ出力する。車両コントローラー7は、この放電禁止信号を受信すると、インバーター106を制御して組電池1からモーター102への放電を停止する。
【0026】
ステップ3で、組電池1の総電圧Vtが過放電しきい値Vt1より大きいか否かを判定する。いずれかのセルの過放電状態が検知されたときに、組電池総電圧Vtが過放電しきい値Vt1以下であれば、過放電状態が検知されたセル以外のすべてのセルも均等に過放電に近い状態にあり、組電池1の故障または異常ではない。したがって、この場合は放電のみを禁止してステップ1へ戻り、上述した処理を繰り返す。これにより、組電池1が過放電に近い状態にあるときにいずれかのセルで過放電状態が検知されたからといって、組電池1の故障または異常と判定して車両の走行を禁止してしまうような事態を避けることができる。
【0027】
一方、いずれかのセルの過放電状態が検知されたときに、組電池総電圧Vtが過放電しきい値Vt1より大きい場合は、過放電状態が検知されたセル以外のセルは正常な状態にあって、過放電状態が検知されたセルのみが突出して過放電状態にあるから、組電池1の故障または異常である。したがって、この場合はステップ4へ進み、車両コントローラー107へ異常信号を出力する。車両コントローラー107は、組電池1の異常信号を受信すると、開閉器108を開路して組電池1とインバーター106とを遮断する。これにより、故障または異常が発生している組電池1を使用し続けて故障または異常をさらに助長させ、車両の走行が困難な事態に至るのを避けることができる。
【0028】
ステップ1においてセルの過放電検知がない場合はステップ5へ進み、組電池1のいずれかのセルで過充電状態が検知されたか否かを確認し、いずれかのセルの過充電検知があればステップ6へ進み、過充電検知がなければステップ9へ進む。
【0029】
いずれかのセルで過充電状態が検知された場合は、ステップ6で充電禁止信号を車両コントローラー107へ出力する。車両コントローラー107は、この充電禁止信号を受信すると、インバーター106を制御してモーター102から組電池1への充電を停止する。
【0030】
ステップ7で、組電池総電圧Vtが過充電しきい値Vt2より小さいか否かを判定する。いずれかのセルの過充電状態が検知されたときに、組電池総電圧Vtが過充電しきい値Vt2以上であれば、過充電状態が検知されたセル以外のすべてのセルも均等に過充電に近い状態にあり、組電池1の故障または異常ではない。したがって、この場合は充電のみを禁止してステップ1へ戻り、上述した処理を繰り返す。これにより、組電池1が過充電に近い状態にあるときにいずれかのセルで過充電状態が検知されたからといって、組電池1の故障または異常と判定して車両の走行を禁止してしまうような事態を避けることができる。
【0031】
一方、いずれかのセルの過充電状態が検知されたときに、組電池総電圧Vtが過充電しきい値Vt2より小さい場合は、過充電状態が検知されたセル以外のセルは正常な状態にあって、過充電状態が検知されたセルのみが突出して過充電状態にあるから、組電池1の故障または異常である。したがって、この場合はステップ8へ進み、車両コントローラー107へ異常信号を出力する。車両コントローラー107は、組電池1の異常信号を受信すると、開閉器108を開路して組電池1とインバーター106とを遮断する。これにより、故障または異常が発生している組電池1を使用し続けて故障または異常をさらに助長させ、車両の走行が困難な事態に至るのを避けることができる。
【0032】
すべてのセル11〜1nで過放電状態と過充電状態が検知されなかった場合は、ステップ9で、組電池総電圧Vtが過放電しきい値Vt1より小さいか否かを判定する。組電池総電圧Vtが過放電しきい値Vt1より小さいときはステップ10へ進み、車両コントローラー107へ放電制限信号を出力する。車両コントローラー107は、この放電制限信号を受信すると、インバーター106を制御して組電池1からモーター102への放電量を制限する。これにより、組電池1が過放電状態になるのを未然に防ぐことができる。
【0033】
また、組電池総電圧Vtが過放電しきい値Vt1以上の場合はステップ11へ進み、組電池総電圧Vtが過充電しきい値Vt2より大きいか否かを判定する。組電池総電圧Vtが過充電しきい値Vt2より大きいときはステップ12へ進み、車両コントローラー107へ充電制限信号を出力する。車両コントローラー107は、この充電制限信号を受信すると、インバーター106を制御してモーター102から組電池1への充電量を制限する。これにより、組電池1が過充電状態になるのを未然に防ぐことができる。
【0034】
なお、組電池総電圧Vtが過放電しきい値Vt1以上でかつ過充電しきい値Vt2以下の範囲にあるときは、組電池1もセル11〜1nも正常な状態にあり、ステップ1へ戻って上述した処理を繰り返す。
【0035】
このように、第1の実施の形態によれば、組電池を構成するいずれかのセルの過放電状態が検出されたときに、組電池の過放電状態が検出された場合は、組電池異常信号を出力せず、放電禁止信号を出力するようにしたので、組電池が過放電に近い状態にあるときにいずれかのセルで過放電状態が検知されたからといって、組電池の故障または異常と判定して車両の走行を禁止してしまうような事態を避けることができる。また、組電池を構成するいずれかのセルの過放電状態が検出されたときに、組電池の過放電状態が検出されていない場合は、組電池異常信号を出力するようにしたので、故障または異常が発生している組電池を使用し続けて故障または異常をさらに助長させ、車両の走行が困難な事態に至るのを避けることができる。
【0036】
また、第1の実施の形態によれば、組電池を構成するいずれかのセルの過充電状態が検出されたときに、組電池の過充電状態が検出された場合は、組電池異常信号を出力せず、充電禁止信号を出力するようにしたので、組電池が過充電に近い状態にあるときにいずれかのセルで過充電状態が検知されたからといって、組電池の故障または異常と判定して車両の走行を禁止してしまうような事態を避けることができる。また、組電池を構成するいずれかのセルの過充電状態が検出されたときに、組電池の過充電状態が検出されていない場合は、組電池異常信号を出力するようにしたので、故障または異常が発生している組電池を使用し続けて故障または異常をさらに助長させ、車両の走行が困難な事態に至るのを避けることができる。
【0037】
このように第1の実施の形態によれば、監視内容の充実を図ることができ、車両システムとして最適な対応をとることができる。
【0038】
《発明の第2の実施の形態》
上述した第1の実施の形態では、組電池1のいずれかのセルが過放電状態になったか、または過充電状態になったかを区別できる例を示した。セルが過放電状態にあるかまたは過充電状態あるかを区別して検出しない第2の実施の形態を説明する。
【0039】
図6は第2の実施の形態の構成を示す。なお、図1に示す機器と同様な機器に対しては同一の符号を付して相違点を中心に説明する。この第2の実施の形態では、セルごとの過充電検出回路出力と過放電検出回路出力とが、セルごとに設けられるOR素子へ接続される。例えばセル11では、過充電検出回路31の出力と過放電検出回路41の出力とがともにOR素子51へ接続される。同様に、セル1nでは、過充電検出回路3nの出力と過放電検出回路4nの出力とがともにOR素子5nへ接続される。これらのOR素子51〜5nの出力はOR素子6へ接続され、OR素子6の出力は充放電制御回路7へ接続される。したがって、この第2の実施の形態では、組電池1の中のいずれかのセルが過充放電状態になったことのみを検知し、過充放電状態にあるセルを特定することはもちろん、過充電状態にあるのか過放電状態にあるのかの区別もしない。
【0040】
この第2の実施の形態の電流バイパス回路21〜2n、過充電検出回路31〜3nおよび過放電検出回路41〜4nは、図2に示す第1の実施の形態の回路と同様である。また、第2の実施の形態のセル11〜1nの過放電しきい値SOCc1、Vc1、過充電しきい値SOCc2、Vc2、組電池1の過放電しきい値SOCt1、Vt1、過充電しきい値SOCt2、Vt2については、図3に示す第1の実施の形態のしきい値と同様とする。さらに、第2の実施の形態の組電池1とその過充放電監視装置を搭載したパラレルハイブリッド車両の構成についても、図4に示す第1の実施の形態の構成と同様とする。
【0041】
図7は、充放電制御回路7で実行される過充放電制御プログラムを示すフローチャートである。このフローチャートにより、第2の実施の形態の動作を説明する。ステップ21において、組電池1の中のいずれかのセルで過充電状態と過放電状態のいずれかが検知されたか否かを確認し、いずれかのセルの過充放電検知があればステップ22へ進み、過充放電検知がなければステップ25へ進む。
【0042】
いずれかのセルにおいて過充電状態と過放電状態のいずれかが検知された場合は、ステップ22で充放電禁止信号を車両コントローラー107へ出力する。車両コントローラー107は、この過充放電禁止信号を受信すると、インバーター106を制御して組電池1からモーター102への放電と、モーター102から組電池1への充電を停止する。
【0043】
ステップ23で、組電池1の総電圧Vtが過放電しきい値Vt1以上で、かつ過充電しきい値Vt2以下の状態にあるか否か、つまり組電池1が充放電可能な正常な状態にあるか否かを判定する。いずれかのセルで過充電状態と過放電状態のいずれかが検知されたときに、組電池総電圧Vtが過放電しきい値Vt1以上でかつ過充電しきい値Vt2以下の範囲にあって、組電池1が充放電可能な正常な状態にあれば、過充放電状態が検知されたセル以外のセルが正常な状態にあって、過充放電状態が検知されたセルのみが突出して過放電または過充電状態にあるから、組電池1の故障または異常である。したがって、この場合はステップ24へ進み、車両コントローラー107へ異常信号を出力する。車両コントローラー107は、組電池1の異常信号を受信すると、開閉器108を開路して組電池1とインバーター106とを遮断する。これにより、故障または異常が発生している組電池1を使用し続けて故障または異常をさらに助長させ、車両の走行が困難な事態に至るのを避けることができる。
【0044】
一方、いずれかのセルで過充電状態と過放電状態のいずれかが検知されたときに、組電池総電圧Vtが過放電しきい値Vt1以上でかつ過充電しきい値Vt2以下の範囲にない場合、つまり組電池1が充放電可能な正常な状態にない場合は、過充放電状態が検知されたセル以外のすべてのセルも均等に過充電または過放電に近い状態にあると考えられ、組電池1の故障または異常とは云えない。したがって、この場合は充放電を禁止してステップ21へ戻り、上述した処理を繰り返す。これにより、組電池1が充放電可能な正常な状態にないときに、いずれかのセルで過充電または過放電状態が検知されたからといって、組電池1の故障または異常と判定して車両の走行を禁止してしまうような事態を避けることができる。
【0045】
ステップ21においてセルの過充放電検知がない場合はステップ25へ進み、組電池総電圧Vtが過放電しきい値Vt1より小さいか否かを判定する。組電池総電圧Vtが過放電しきい値Vt1より小さいときはステップ26へ進み、車両コントローラー107へ放電制限信号を出力する。車両コントローラー107は、この放電制限信号を受信すると、インバーター106を制御して組電池1からモーター102への放電量を制限する。これにより、組電池1が過放電状態になるのを未然に防ぐことができる。
【0046】
また、組電池総電圧Vtが過放電しきい値Vt1以上の場合はステップ27へ進み、組電池総電圧Vtが過充電しきい値Vt2より大きいか否かを判定する。組電池総電圧Vtが過充電しきい値Vt2より大きいときはステップ28へ進み、車両コントローラー107へ充電制限信号を出力する。車両コントローラー107は、この充電制限信号を受信すると、インバーター106を制御してモーター102から組電池1への充電量を制限する。これにより、組電池1が過充電状態になるのを未然に防ぐことができる。
【0047】
組電池総電圧Vtが過放電しきい値Vt1以上で、かつ過充電しきい値Vt2以下の範囲にあるときは、組電池1もセル11〜1nも正常な状態にあり、ステップ21へ戻って上述した処理を繰り返す。
【0048】
このように、組電池を構成するいずれかのセルの過充電状態または過放電状態が検出されたときに、組電池の充放電可能な正常な状態が検出されない場合は、組電池異常信号を出力せず、充放電禁止信号を出力するようにしたので、組電池が充放電可能な正常な状態にないときに、いずれかのセルで過充電または過放電状態が検知されたからといって、組電池の故障または異常と判定して車両の走行を禁止してしまうような事態を避けることができる。また、組電池を構成するいずれかのセルの過充電状態または過放電状態が検出されたときに、組電池の充放電可能な正常な状態が検出された場合は、組電池異常信号を出力するようにしたので、故障または異常が発生している組電池を使用し続けて故障または異常をさらに助長させ、車両の走行が困難な事態に至るのを避けることができる。
【0049】
このように第2の実施の形態によれば、監視内容の充実を図ることができ、システムとして最適な対応をとることができる。
【0050】
特許請求の範囲の構成要素と一実施の形態の構成要素との対応関係は次の通りである。すなわち、電圧センサー8および充放電制御回路7が電池過放電検出手段、電池過充電検出手段および電池状態電検出手段を、過放電検出回路41〜4nがセル過放電検出手段を、過充電検出回路31〜3nがセル過充電検出手段を、過放電検出回路41〜4nおよび過充電検出回路31〜3nがセル過充放電検出手段をそれぞれ構成する。なお、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、各構成要素は上記構成に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施の形態の組電池の過充放電監視装置の構成を示す図である。
【図2】電流バイパス回路、過充電検出回路および過放電検出回路の詳細回路図である。
【図3】セルと組電池の充電状態SOCの過放電しきい値と過充電しきい値を示す図である。
【図4】第1の実施の形態の組電池とその過充放電監視装置を搭載したパラレルハイブリッド車両の構成を示す図である。
【図5】第1の実施の形態の過充放電監視プログラムを示すフローチャートである。
【図6】第2の実施の形態の組電池の過充放電監視装置の構成を示す図である。
【図7】第2の実施の形態の過充放電監視プログラムを示すフローチャートである。
【符号の説明】
1 組電池
5、51〜5n、6 OR素子
7 充放電制御回路
8 電圧センサー
11〜1n セル
21〜2n 電流バイパス回路
31〜3n 過充電検出回路
41〜4n 過放電検出回路
101 エンジン
102 モーター
103 変速機
104 減速機
105a、105b 駆動輪
106 インバーター
107 車両コントローラー
108 開閉器[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an apparatus for monitoring an overcharge state and an overdischarge state of a battery pack.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In an assembled battery in which a plurality of unit cells (hereinafter, referred to as cells) are connected in series, a monitoring device that detects that any of the plurality of cells is in an overcharged state or an overdischarged state is known. (For example, see Patent Document 1).
[0003]
Prior art documents related to the invention of this application include the following.
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 05-258778
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional overcharge / discharge monitoring device for assembled batteries only detects the overcharge state or the overdischarge state of any of the cells, and the monitoring contents are poor and the system cannot be optimally handled. There's a problem.
[0005]
It is an object of the present invention to enhance the monitoring contents so that the system can be optimally handled.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present invention does not output an assembled battery abnormality signal when an overdischarged state of the assembled battery is detected when an overdischarged state of any of the cells constituting the assembled battery or the cell parallel circuit is detected. Outputs a discharge prohibition signal. On the other hand, when an overdischarge state of any of the cells or the cell parallel circuit that constitutes the assembled battery is detected and an overdischarge state of the assembled battery is not detected, an assembled battery abnormality signal is output.
Further, according to the present invention, when an overcharged state of one of the cells constituting the battery pack or the cell parallel circuit is detected and the overcharged state of the battery pack is detected, an abnormal battery signal is output. Output a charge prohibition signal. On the other hand, when an overcharged state of any of the cells or the cell parallel circuit that constitutes the assembled battery is detected, and an overcharged state of the assembled battery is not detected, an abnormal battery signal is output.
Furthermore, the present invention, when the overcharge state or overdischarge state of any of the cells constituting the battery pack or the cell parallel circuit is detected, if the normal state of charge and discharge of the battery pack is not detected, Outputs the charge / discharge prohibition signal without outputting the battery pack abnormality signal. On the other hand, when an overcharge state or an overdischarge state of any of the cells or the cell parallel circuit constituting the assembled battery is detected, and a normal state in which the assembled battery can be charged and discharged is detected, the assembled battery is abnormal. Output a signal.
[0007]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the monitoring content can be enriched and an optimal response can be taken as a system.
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment in which the present invention is applied to an assembled battery in which n cells (unit cells) are connected in series will be described. Note that the present invention is not limited to an assembled battery in which a plurality of cells are connected in series, but can also be applied to an assembled battery in which a plurality of cell parallel circuits in which a plurality of cells are connected in parallel are connected in series. . The invention of the present application is not particularly limited with respect to the type of battery, and for example, the present invention is applicable to all types of batteries such as manganese-based, cobalt-based, nickel-based lithium-ion batteries, and various nickel-metal hydride batteries. Can be applied.
[0009]
<< First Embodiment of the Invention >>
FIG. 1 shows the configuration of the first embodiment. The assembled
[0010]
FIG. 2 shows details of the current bypass circuit, the overcharge detection circuit, and the overdischarge detection circuit. These circuits are common to all the
(Equation 1)
Vc3 = R13 / (R12 + R13) · Vcc
When the cell voltage exceeds the threshold value Vc3, the output of the comparator C1 becomes low level, and is inverted to high level by the inverter INV1. As a result, the transistor Q1 is turned on, and the charging current that has been flowing in the cell up to that point flows through the resistor R11 and the bypass circuit of the transistor Q1, so that the charging of the cell is eased.
[0011]
Each of the
(Equation 2)
Vc2 = R26 / (R25 + R26) · Vcc
When the cell voltage exceeds the threshold value Vc2, the output of the comparator C2 becomes low level, is inverted to high level by the inverter INV2, and is output as an overcharge detection signal.
[0012]
Each of the
[Equation 3]
Vc1 = R36 / (R35 + R36) · Vcc
When the cell voltage becomes lower than the threshold value Vc1, the output of the comparator C3 becomes high level and is output as an overdischarge detection signal.
[0013]
Returning to FIG. 1, the description will be continued. The outputs of the
[0014]
The charge / discharge control circuit 7 includes a CPU and peripheral components such as a ROM, a RAM, and an A / D converter. The charge / discharge control circuit 7 controls a charge / discharge of the
[0015]
The voltage sensor 8 detects a voltage (hereinafter, referred to as a total voltage) Vt across the assembled
[0016]
In this embodiment, an example is shown in which the voltage sensor 8 detects the total voltage Vt of the
[0017]
FIG. 3 shows an overdischarge threshold and an overcharge threshold of the state of charge SOC of the cell and the assembled battery. In this embodiment, an overdischarge threshold and an overcharge threshold of the state of charge SOC are set for the
[0018]
In a normal use state of the battery pack, the cell voltage has a strong correlation with the charge amount of the cell, that is, the state of charge SOC, and the total voltage of the battery pack has a strong correlation with the charge amount of the battery pack, that is, the charge state SOC. In this embodiment, the cell voltage and the total voltage are used to monitor the overcharge / discharge of the
[0019]
A cell voltage Vc1 corresponding to the overdischarge threshold value SOCc1 and a cell voltage Vc2 corresponding to the overcharge threshold value SOCc2 of the
[0020]
Further, a total voltage Vt1 corresponding to the overdischarge threshold value SOCt1 of the
[0021]
FIG. 4 shows a configuration of a parallel hybrid vehicle equipped with the
[0022]
In the parallel hybrid vehicle according to one embodiment, a rotating shaft of an
[0023]
The
[0024]
FIG. 5 is a flowchart showing an overcharge / discharge monitoring program executed by the charge / discharge control circuit 7. The operation of the first embodiment will be described with reference to this flowchart. In
[0025]
If an overdischarge state is detected in any of the cells, a discharge prohibition signal is output to the vehicle controller 7 in
[0026]
In
[0027]
On the other hand, when the overdischarge state of any of the cells is detected and the assembled battery total voltage Vt is larger than the overdischarge threshold Vt1, the cells other than the cell in which the overdischarge state is detected are in a normal state. Since only the cells in which the overdischarge state is detected are protruding and in the overdischarge state, the
[0028]
If there is no overdischarge detection in
[0029]
If an overcharge state is detected in any of the cells, a charge prohibition signal is output to the
[0030]
In step 7, it is determined whether or not the assembled battery total voltage Vt is smaller than the overcharge threshold value Vt2. When the overcharge state of any of the cells is detected, if the total battery voltage Vt is equal to or higher than the overcharge threshold value Vt2, all cells other than the cell in which the overcharge state is detected are equally overcharged. And it is not a failure or abnormality of the
[0031]
On the other hand, when the overcharged state of any one of the cells is detected and the assembled battery total voltage Vt is smaller than the overcharge threshold Vt2, the cells other than the cell in which the overcharged state is detected are in a normal state. Since only the cell in which the overcharged state is detected is protruded and is in the overcharged state, the
[0032]
When the overdischarge state and the overcharge state are not detected in all the
[0033]
If the battery pack total voltage Vt is equal to or higher than the overdischarge threshold value Vt1, the process proceeds to step 11, and it is determined whether the battery pack total voltage Vt is greater than the overcharge threshold value Vt2. When the battery pack total voltage Vt is larger than the overcharge threshold value Vt2, the process proceeds to step 12, and outputs a charge limit signal to the
[0034]
When the total battery voltage Vt is in the range of not less than the overdischarge threshold value Vt1 and not more than the overcharge threshold value Vt2, both the assembled
[0035]
As described above, according to the first embodiment, when the overdischarge state of any of the cells constituting the assembled battery is detected, and the overdischarge state of the assembled battery is detected, Since a signal is not output and a discharge prohibition signal is output, even if an overdischarge state is detected in any of the cells when the battery pack is nearly overdischarged, failure of the battery pack or failure of the battery pack It is possible to avoid a situation in which the vehicle is determined to be abnormal and running of the vehicle is prohibited. In addition, when an overdischarge state of any of the cells constituting the assembled battery is detected and the overdischarge state of the assembled battery is not detected, an abnormal battery signal is output. The failure or abnormality can be further promoted by continuing to use the battery pack in which the abnormality has occurred, and it is possible to avoid a situation in which running of the vehicle is difficult.
[0036]
Further, according to the first embodiment, when an overcharged state of any of the cells constituting the assembled battery is detected and the overcharged state of the assembled battery is detected, the battery pack abnormality signal is output. Since the battery is not output and a charge prohibition signal is output, if the overcharge state is detected in one of the cells when the battery pack is nearly overcharged, the battery pack may fail or fail. It is possible to avoid a situation in which the determination is made and the running of the vehicle is prohibited. In addition, when an overcharged state of any of the cells constituting the assembled battery is detected and the overcharged state of the assembled battery is not detected, an abnormal battery signal is output. The failure or abnormality can be further promoted by continuing to use the battery pack in which the abnormality has occurred, and it is possible to avoid a situation in which running of the vehicle is difficult.
[0037]
As described above, according to the first embodiment, the monitoring contents can be enhanced, and an optimal response can be taken as a vehicle system.
[0038]
<< Second Embodiment of the Invention >>
In the above-described first embodiment, an example has been described in which it is possible to distinguish whether any of the cells of the
[0039]
FIG. 6 shows the configuration of the second embodiment. Note that the same reference numerals are given to the same devices as those shown in FIG. 1 and the description will focus on the differences. In the second embodiment, the output of the overcharge detection circuit and the output of the overdischarge detection circuit for each cell are connected to an OR element provided for each cell. For example, in the
[0040]
The
[0041]
FIG. 7 is a flowchart showing an overcharge / discharge control program executed by the charge / discharge control circuit 7. The operation of the second embodiment will be described with reference to this flowchart. In
[0042]
If any of the overcharge state and the overdischarge state is detected in any of the cells, a charge / discharge prohibition signal is output to the
[0043]
In
[0044]
On the other hand, when any of the overcharge state and the overdischarge state is detected in any of the cells, the assembled battery total voltage Vt is not in the range of the overdischarge threshold Vt1 or more and the overcharge threshold Vt2 or less. In the case, that is, when the
[0045]
If there is no overcharge / discharge detection of the cell in
[0046]
If the battery pack total voltage Vt is equal to or higher than the overdischarge threshold value Vt1, the process proceeds to step 27, and it is determined whether the battery pack total voltage Vt is greater than the overcharge threshold value Vt2. If the total battery voltage Vt is greater than the overcharge threshold value Vt2, the process proceeds to step 28, where a charge limit signal is output to the
[0047]
When the assembled battery total voltage Vt is in the range of not less than the overdischarge threshold value Vt1 and not more than the overcharge threshold value Vt2, both the assembled
[0048]
As described above, when an overcharged state or an overdischarged state of any of the cells constituting the assembled battery is detected, and a normal state in which the assembled battery can be charged and discharged is not detected, the assembled battery abnormality signal is output. Instead, a charge / discharge prohibition signal is output, and when the battery pack is not in a normal state capable of charging / discharging, an overcharge or overdischarge state is detected in any of the cells. It is possible to avoid a situation in which the running of the vehicle is prohibited by determining that the battery is faulty or abnormal. In addition, when an overcharge state or an overdischarge state of any of the cells constituting the assembled battery is detected, and a normal state in which the assembled battery can be charged and discharged is detected, an abnormal battery signal is output. With this configuration, it is possible to further use the assembled battery in which a failure or abnormality has occurred, to further promote the failure or abnormality, and to avoid a situation in which the vehicle is difficult to travel.
[0049]
As described above, according to the second embodiment, the monitoring contents can be enhanced, and the system can be optimally handled.
[0050]
The correspondence between the components of the claims and the components of the embodiment is as follows. That is, the voltage sensor 8 and the charge / discharge control circuit 7 correspond to the battery overdischarge detecting means, the battery overcharge detecting means and the battery state charge detecting means, the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a battery pack overcharge / discharge monitoring apparatus according to a first embodiment.
FIG. 2 is a detailed circuit diagram of a current bypass circuit, an overcharge detection circuit, and an overdischarge detection circuit.
FIG. 3 is a diagram showing an overdischarge threshold and an overcharge threshold of a state of charge SOC of a cell and a battery pack;
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of a parallel hybrid vehicle equipped with the assembled battery and the overcharge / discharge monitoring device thereof according to the first embodiment.
FIG. 5 is a flowchart illustrating an overcharge / discharge monitoring program according to the first embodiment;
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of a battery pack overcharge / discharge monitoring apparatus according to a second embodiment.
FIG. 7 is a flowchart illustrating an overcharge / discharge monitoring program according to a second embodiment;
[Explanation of symbols]
Claims (9)
前記組電池の過放電状態を検出する電池過放電検出手段と、
前記組電池を構成するいずれかの前記セルまたは前記セル並列回路の過放電状態を検出するセル過放電検出手段とを備え、
前記組電池を構成するいずれかの前記セルまたは前記セル並列回路の過放電状態が検出されたときに、前記組電池の過放電状態が検出された場合は、組電池異常信号を出力せず、放電禁止信号を出力することを特徴とする組電池の過放電監視装置。An apparatus for monitoring an overdischarge state of an assembled battery in which a plurality of unit cells (hereinafter, referred to as cells) are connected in series, or an assembled battery in which a plurality of cell parallel circuits in which a plurality of cells are connected in parallel are connected in series. ,
Battery over-discharge detection means for detecting an over-discharge state of the battery pack,
Cell overdischarge detection means for detecting an overdischarge state of any of the cells or the cell parallel circuit constituting the battery pack,
When an overdischarge state of any of the cells or the cell parallel circuit that constitutes the battery pack is detected, and an overdischarge state of the battery pack is detected, no battery pack abnormality signal is output, An overdischarge monitoring device for a battery pack, which outputs a discharge prohibition signal.
前記組電池を構成するいずれかの前記セルまたは前記セル並列回路の過放電状態が検出されたときに、前記組電池の過放電状態が検出されていない場合は、組電池異常信号を出力することを特徴とする組電池の過放電監視装置。The apparatus for monitoring overdischarge of a battery pack according to claim 1,
When an overdischarge state of any of the cells or the cell parallel circuit that constitutes the assembled battery is detected, and an overdischarge state of the assembled battery is not detected, an abnormal battery signal is output. A device for monitoring overdischarge of a battery pack.
前記セルまたは前記セル並列回路の過放電状態が検出されていないときに、前記組電池の過放電状態が検出された場合は、放電制限信号を出力することを特徴とする組電池の過放電監視装置。The over-discharge monitoring device for a battery pack according to claim 1 or 2,
When an overdischarge state of the battery pack is detected when an overdischarge state of the cell or the cell parallel circuit is not detected, a discharge limit signal is output, and overdischarge monitoring of the battery pack is performed. apparatus.
前記組電池の過充電状態を検出する電池過充電検出手段と、
前記組電池を構成するいずれかの前記セルまたは前記セル並列回路の過充電状態を検出するセル過充電検出手段とを備え、
前記組電池を構成するいずれかの前記セルまたは前記セル並列回路の過充電状態が検出されたときに、前記組電池の過充電状態が検出された場合は、組電池異常信号を出力せず、充電禁止信号を出力することを特徴とする組電池の過充電監視装置。An apparatus for monitoring an overcharged state of an assembled battery in which a plurality of unit cells (hereinafter, referred to as cells) are connected in series, or an assembled battery in which a plurality of cell parallel circuits in which a plurality of cells are connected in parallel are connected in series. ,
Battery overcharge detection means for detecting an overcharged state of the battery pack,
Cell overcharge detection means for detecting an overcharged state of any of the cells or the cell parallel circuit constituting the battery pack,
When an overcharged state of any of the cells or the cell parallel circuit that constitutes the assembled battery is detected, and an overcharged state of the assembled battery is detected, the assembled battery abnormality signal is not output, An overcharge monitoring device for a battery pack, which outputs a charge prohibition signal.
前記組電池を構成するいずれかの前記セルまたは前記セル並列回路の過充電状態が検出されたときに、前記組電池の過充電状態が検出されていない場合は、組電池異常信号を出力することを特徴とする組電池の過充電監視装置。The apparatus for monitoring overcharge of a battery pack according to claim 4,
When an overcharged state of any of the cells or the cell parallel circuit constituting the assembled battery is detected, if the overcharged state of the assembled battery is not detected, an abnormal battery signal is output. A battery pack overcharge monitoring device characterized by the above-mentioned.
前記セルまたは前記セル並列回路の過充電状態が検出されていないときに、前記組電池の過充電状態が検出された場合は、充電制限信号を出力することを特徴とする組電池の過充電監視装置。The overcharge monitoring device for an assembled battery according to claim 4 or 5,
When the overcharge state of the battery pack is detected when the overcharge state of the cell or the cell parallel circuit is not detected, a charge limit signal is output, and the overcharge monitoring of the battery pack is performed. apparatus.
前記組電池の充放電が可能な正常な状態を検出する電池状態電検出手段と、
前記組電池を構成するいずれかの前記セルまたは前記セル並列回路の過充電状態および過放電状態を検出するセル過充放電検出手段とを備え、
前記組電池を構成するいずれかの前記セルまたは前記セル並列回路の過充電状態または過放電状態が検出されたときに、前記組電池の充放電可能な正常な状態が検出されない場合は、組電池異常信号を出力せず、充放電禁止信号を出力することを特徴とする組電池の過充放電監視装置。The overcharge state and the overdischarge state of an assembled battery in which a plurality of unit cells (hereinafter, referred to as cells) are connected in series or an assembled battery in which a plurality of cell parallel circuits in which a plurality of cells are connected in parallel are connected in series are monitored. A device,
A battery state detection means for detecting a normal state in which the battery pack can be charged and discharged,
Cell overcharge / discharge detection means for detecting an overcharge state and an overdischarge state of any of the cells or the cell parallel circuit constituting the battery pack,
When an overcharged state or an overdischarged state of any of the cells or the cell parallel circuit constituting the assembled battery is detected, if a normal state in which the assembled battery can be charged and discharged is not detected, the assembled battery is An overcharge / discharge monitoring device for an assembled battery, which outputs a charge / discharge prohibition signal without outputting an abnormal signal.
前記組電池を構成するいずれかの前記セルまたは前記セル並列回路の過充電状態または過放電状態が検出されたときに、前記組電池の充放電可能な正常な状態が検出された場合は、組電池異常信号を出力することを特徴とする組電池の過充放電監視装置。The apparatus for monitoring overcharge / discharge of a battery pack according to claim 7,
When an overcharged state or an overdischarged state of any of the cells or the cell parallel circuit constituting the assembled battery is detected, a normal state in which the assembled battery can be charged and discharged is detected. An overcharge / discharge monitoring device for an assembled battery, which outputs a battery abnormality signal.
前記電池状態検出手段は前記組電池の過充電状態および過放電状態を検出し、
前記セルまたは前記セル並列回路の過充電状態および過放電状態が検出されていないときに、前記組電池の過充電状態が検出された場合は充電制限信号を出力し、前記組電池の過放電状態が検出された場合は放電制限信号を出力することを特徴とする組電池の過充放電監視装置。An overcharge / discharge monitoring device for an assembled battery according to claim 7 or 8,
The battery state detection means detects an overcharge state and an overdischarge state of the battery pack,
When the overcharge state and the overdischarge state of the cell or the cell parallel circuit are not detected, and when the overcharge state of the battery pack is detected, a charge limit signal is output, and the overdischarge state of the battery pack is output. An overcharge / discharge monitoring apparatus for an assembled battery, which outputs a discharge limit signal when a signal is detected.
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