JP2006101699A - Battery pack arrangement - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、組電池装置に関し、詳しくは、少なくとも一つの単電池により構成される複数のモジュール電池を直列接続してなる組電池を備える組電池装置に関する。 The present invention relates to an assembled battery device, and more particularly, to an assembled battery device including an assembled battery formed by connecting a plurality of module batteries configured by at least one unit cell in series.
従来、この種の組電池装置としては、モジュール電池毎に充放電電圧を検出して充放電の際の過充電や過放電,故障を抑止するものが提案されている(例えば、特許文献1、2など)。この装置では、複数の単電池により構成されるモジュール電池を複数直列接続して組電池を構成し、組電池の充放電の際に各モジュール電池毎に充放電の際の電圧を検出している。
Conventionally, as this type of assembled battery device, a device that detects a charge / discharge voltage for each module battery and suppresses overcharge, overdischarge, or failure during charge / discharge has been proposed (for example,
しかしながら、こうした組電池装置では、電圧検出系に生じる異常を検出することができず、電圧検出系に異常が生じている場合に適正に充放電の管理ができない。モジュール電池毎に電圧の均等化を行なう組電池装置では、電圧検出系に異常が生じた場合でもモジュール電池の電圧の均等化を行なうから、モジュール電池を過放電したり過充電したりする場合が生じる。 However, in such an assembled battery device, an abnormality occurring in the voltage detection system cannot be detected, and charge / discharge cannot be properly managed when an abnormality occurs in the voltage detection system. In an assembled battery device that performs voltage equalization for each module battery, even if an abnormality occurs in the voltage detection system, the voltage of the module battery is equalized, so the module battery may be overdischarged or overcharged. Arise.
そこで、本発明は、モジュール電池の過放電や過充電を抑止することができる組電池装置を提供する。 Then, this invention provides the assembled battery apparatus which can suppress the overdischarge and overcharge of a module battery.
なお、出願人は、この種の組電池装置としてモジュール電池の異常を検出するものを提案している(特願平9−339123号)。この装置では、モジュール電池の電圧を検出し、検出した電圧が許容範囲内にあるか否かによりモジュール電池の異常を判定している。 In addition, the applicant has proposed what detects abnormality of a module battery as this kind of assembled battery apparatus (Japanese Patent Application No. 9-339123). In this apparatus, the voltage of the module battery is detected, and the abnormality of the module battery is determined based on whether or not the detected voltage is within an allowable range.
本発明の組電池装置は、少なくとも一つの単電池により構成される複数のモジュール電池を直列接続してなる組電池を有する組電池装置であって、前記組電池の前記複数のモジュール電池の各々の電圧を検出するモジュール電圧検出手段と、該検出された各モジュール電池の電圧に基づいて各モジュール電池の電圧の均等化を行なう均等化手段と、前記モジュール電圧検出手段の異常を判定する異常判定手段とを備える組電池の異常検出装置と、前記異常検出装置により異常が検出されたとき、前記均等化手段による均等化を規制する均等化規制手段とを備えることを要旨とする。 An assembled battery device according to the present invention is an assembled battery device having an assembled battery formed by connecting a plurality of module batteries configured by at least one single battery in series, and each of the plurality of module batteries of the assembled battery. Module voltage detection means for detecting voltage, equalization means for equalizing the voltage of each module battery based on the detected voltage of each module battery, and abnormality determination means for determining abnormality of the module voltage detection means And an equalization regulation means for regulating equalization by the equalization means when an abnormality is detected by the abnormality detection apparatus.
この本発明の組電池装置では、異常検出装置により異常が検出されたときには、均等化規制手段によりモジュール電池の電圧の均等化を規制するから、異常な電圧検出手段により検出される電圧に基づくモジュール電池の電圧の均等化を抑止することができる。この結果、モジュール電池の過放電や過充電を抑止することができる。 In this assembled battery device according to the present invention, when an abnormality is detected by the abnormality detection device, the equalization regulation means regulates the equalization of the voltage of the module battery, so the module based on the voltage detected by the abnormal voltage detection means The equalization of the battery voltage can be suppressed. As a result, overdischarge or overcharge of the module battery can be suppressed.
次に、本発明の実施の形態を実施例を用いて説明する。図1は、本発明の一実施例である組電池装置20の構成の概略を示す構成図である。実施例の組電池装置20は、図示するように、出力端子が電源ラインにより負荷10に接続された組電池21と、組電池21を管理する電子制御ユニット40とを備える。
Next, embodiments of the present invention will be described using examples. FIG. 1 is a configuration diagram showing an outline of the configuration of an assembled
組電池21は、例えばリチウムイオン電池などの複数の単電池22を直列接続してなる複数のモジュール電池24a〜24nを直列接続して構成されている。各モジュール電池24a〜24nには、各単電池22の電圧を検出する電圧検出ライン26a〜26nを用いて各単電池22の電圧の均等化を行なうセル均等化回路28a〜28nが取り付けられている。以下、n個のモジュール電池24a〜24nに対応する各部の符号には、数字とa〜nのアルファベットによる添え字とを用いて表示する。
The assembled
電子制御ユニット40は、CPU42を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、処理プログラムを記憶したROM44と、一時的にデータを記憶するRAM46とを備える。この電子制御ユニット40には、各モジュール電池24a〜24nの接続端に接続された導電ライン32a〜32n+1が接続されており、導電ライン32a〜32n+1のライン間の電位差を検出することにより各モジュール電池24a〜24nの電圧を検出できるようになっている。電子制御ユニット40では、この検出した各モジュール電池24a〜24nの電圧に基づいて各モジュール電池24a〜24nの残容量Sa〜Snを演算している。電圧に基づく残容量(SOC)の演算は周知なのでその説明は省略する。また、各導電ライン32a〜32n+1の間には、抵抗34a〜34nとトランジスタ36a〜36nとが直列に接続されており、各トランジスタ36a〜36nのベースは信号ライン38a〜38nにより電子制御ユニット40に接続されている。したがって、電子制御ユニット40は、信号ライン38a〜38nにオンオフ信号を出力することによりトランジスタ36a〜36nをオンオフすることができる。また、電子制御ユニット40からは、組電池21やモジュール電池24a〜24nの電圧検出系の異常の際に点灯するインジケータ48への点灯信号も出力されている。
The
次に、こうして構成された実施例の組電池装置20の動作、特にモジュール電池24a〜24nの電圧検出系の異常を検出する動作とこの異常を検出したときの動作について説明する。図2は、実施例の組電池装置20の電子制御ユニット40により実行される異常検出処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは所定時間毎(例えば、1時間毎など)に繰り返し実行される。
Next, the operation of the assembled
異常検出処理ルーチンが実行されると、電子制御ユニット40のCPU42は、まず、各導電ライン32a〜32n+1の間の電位差を検出して各モジュール電池24a〜24nの電圧Va〜Vnを検出する処理を実行する(ステップS100)。続いて、検出した各モジュール電池24a〜24nの電圧Va〜Vnに基づいて各モジュール電池24a〜24nの残容量Sa〜Snを演算すると共に(ステップS102)、演算した残容量Sa〜Snと前回このルーチンが実行されたときに演算された残容量Sa〜Snとを用いて残容量の時間変化率DSa〜DSnを計算する(ステップS104)。具体的には、今回の残容量Sa〜Snと前回の残容量Sa〜Snの偏差を異常検出処理ルーチンが実行される時間間隔で除することにより行なわれる。
When the abnormality detection processing routine is executed, the
そして、残容量の時間変化率DSa〜DSnの平均値Aを計算し(ステップS106)、計算した平均値Aに所定係数aを乗じたものや平均値Aに所定係数bを乗じたものと各残容量の時間変化率DSa〜DSnとを比較する(ステップS108)。ここで、所定係数aおよび所定係数bは、残容量の時間変化率DSa〜DSnの平均値Aからの許容されるバラツキの上限および下限を定める係数であり、単電池22やモジュール電池24a〜24nの特性や仕様などにより定められる。いずれの残容量の時間変化率DSa〜DSnも平均値Aに所定係数aを乗じたものより小さく平均値Aに所定係数bを乗じたものより大きいときには、すべての電圧検出系に異常は生じていないと判断して、本ルーチンを終了する。一方、いずれかの残容量の時間変化率DSが平均値Aに所定係数aを乗じたものより大きいときや平均値Aに所定係数bを乗じたものより小さいときには、その残容量の時間変化率DSに係るモジュール電池24の電圧検出系に異常が生じていると判定すると共にインジケータ48を点灯して(ステップS110)、本ルーチンを終了する。ここで、残容量の時間変化率DSに基づいて電圧検出系の異常が判定できるのは次の理由による。
Then, an average value A of the remaining capacity time change rates DSa to DSn is calculated (step S106), and the calculated average value A is multiplied by a predetermined coefficient a, the average value A is multiplied by a predetermined coefficient b, and each The time change rates DSa to DSn of the remaining capacity are compared (step S108). Here, the predetermined coefficient a and the predetermined coefficient b are coefficients that determine an upper limit and a lower limit of the allowable variation from the average value A of the time change rates DSa to DSn of the remaining capacity, and the
図3は、正常な電圧検出系によるモジュール電池の残容量と電圧との関係と異常な電圧検出系によるモジュール電池の残容量と電圧との関係の一例を示す説明図である。図3中の異常な電圧検出系は、電圧を高めに検出するものである。後述する図4の均等化処理ルーチンのステップS204の処理としての均等化処理では、各モジュール電池24a〜24nの残容量Sa〜Snが均等になるように電圧が高いモジュール電池に対してトランジスタ36をオンして抵抗34により電力を消費させる。したがって、電圧が高めに検出される異常な電圧検出系により電圧が検出されるモジュール電池では必要以上に放電されるから、同じ電圧として検出されても正常な電圧検出系により電圧が検出されるモジュール電池に比して残容量(SOC)が小さくなる。残容量(SOC)と電圧との関係は、図示するように、残容量(SOC)が小さな領域と大きな領域では変化率が大きい。このため、異常な電圧検出系により電圧が検出されたモジュール電池の残容量(SOC)の小さな領域ではその残容量の時間変化率は正常な電圧検出系により電圧が検出されたモジュール電池の残容量の時間変化率に比して大きくなり、残容量(SOC)の大きな領域ではその残容量の時間変化率は正常な電圧検出系により電圧が検出されたモジュール電池の残容量の時間変化率に比して小さくなる。 FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of the relationship between the remaining capacity and voltage of the module battery by the normal voltage detection system and the relationship between the remaining capacity and voltage of the module battery by the abnormal voltage detection system. The abnormal voltage detection system in FIG. 3 detects a high voltage. In the equalization process as the process of step S204 of the equalization process routine of FIG. 4 described later, the transistor 36 is connected to the module battery having a high voltage so that the remaining capacities Sa to Sn of the module batteries 24a to 24n are equalized. It is turned on and power is consumed by the resistor 34. Therefore, a module battery in which the voltage is detected by an abnormal voltage detection system that detects a high voltage is discharged more than necessary, so even if it is detected as the same voltage, the module can detect the voltage by a normal voltage detection system The remaining capacity (SOC) is smaller than that of the battery. As shown in the figure, the rate of change between the remaining capacity (SOC) and the voltage is large in a region where the remaining capacity (SOC) is small and a large region. For this reason, in the region where the remaining capacity (SOC) of the module battery in which the voltage is detected by the abnormal voltage detection system is small, the time change rate of the remaining capacity is the remaining capacity of the module battery in which the voltage is detected by the normal voltage detection system. In the region where the remaining capacity (SOC) is large, the time changing rate of the remaining capacity is compared with the time changing rate of the remaining capacity of the module battery whose voltage is detected by the normal voltage detection system. And get smaller.
逆に、電圧が低めに検出される異常な電圧検出系により電圧が検出されるモジュール電池では均等化処理による放電が行なわれないから、同じ電圧として検出されても正常な電圧検出系により電圧が検出されるモジュール電池に比して残容量(SOC)が大きくなる。このため、異常な電圧検出系により電圧が検出されたモジュール電池の残容量(SOC)の小さな領域ではその残容量の時間変化率は正常な電圧検出系により電圧が検出されたモジュール電池の残容量の時間変化率に比して小さくなり、残容量(SOC)の大きな領域ではその残容量の時間変化率は正常な電圧検出系により電圧が検出されたモジュール電池の残容量の時間変化率に比して大きくなる。こうした考えを用いて、実施例では、残容量の時間変化率DSa〜DSnの平均値Aを含む許容範囲を超える時間変化率DSのモジュール電池の電圧検出系の異常を判定するのである。 On the contrary, the module battery in which the voltage is detected by the abnormal voltage detection system in which the voltage is detected at a low voltage does not discharge by the equalization process. Therefore, even if it is detected as the same voltage, the voltage is detected by the normal voltage detection system. The remaining capacity (SOC) becomes larger than the detected module battery. For this reason, in the region where the remaining capacity (SOC) of the module battery in which the voltage is detected by the abnormal voltage detection system is small, the time change rate of the remaining capacity is the remaining capacity of the module battery in which the voltage is detected by the normal voltage detection system. In the region where the remaining capacity (SOC) is large, the time change rate of the remaining capacity is compared with the time change ratio of the remaining capacity of the module battery whose voltage is detected by the normal voltage detection system. And get bigger. Using this idea, in the embodiment, the abnormality of the voltage detection system of the module battery having the time change rate DS exceeding the allowable range including the average value A of the time change rates DSa to DSn of the remaining capacity is determined.
実施例の組電池装置20では、こうした異常検出処理の他にモジュール電池24a〜24nを均等化する処理も行なっている。図4は、実施例の組電池装置20の電子制御ユニット40により実行される均等化処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、所定時間毎(例えば30分毎など)に繰り返し実行される。
In the assembled
均等化処理ルーチンが実行されると、電子制御ユニット40のCPU42は、まず、各導電ライン32a〜32n+1の間の電位差を検出して各モジュール電池24a〜24nの電圧Va〜Vnを検出する処理を実行する(ステップS200)。続いて、電圧検出系の異常が判定されたか否かを調べ(ステップS202)、異常が判定されていないときには、各モジュール電池24a〜24nの残容量Sa〜Snが均等になるように均等化処理を実行して(ステップS204)、本ルーチンを終了する。この均等化処理は、各モジュール電池24a〜24nの残容量Sa〜Snが均等になるように電圧が高いモジュール電池に対してトランジスタ36をオンして抵抗34により電力を消費させることにより行なう。
When the equalization processing routine is executed, the
一方、電圧検出系の異常が判定されているときには、異常が判定された電圧検出系により電圧が検出されるモジュール電池の電圧を残容量の時間変化に基づいて補正し(ステップS206)、各モジュール電池24a〜24nの電圧が補正した電圧に近づくように調整して(ステップS208)、本ルーチンを終了する。電圧の補正は、図3に例示するように、モジュール電池の電圧と残容量との関係から、異常な電圧検出系により検出された電圧からモジュール電池の残容量を推定できるから、推定した残容量を正常な電圧検出系により検出される電圧と残容量との関係に当てはめて電圧を推定することにより行なう。各モジュール電池24a〜24nの電圧を補正した電圧に近づくように行なう調整は、電圧を高めに検出する異常な電圧検出系の場合には、正常な電圧検出系により電圧が検出される各モジュール電池24に対してトランジスタ36をオンとして抵抗34により電力を消費させることにより行なうが、均等化処理とは異なり、補正した電圧になるまで放電は行なわず、補正した電圧より高い電圧までで放電が終了される。一方、電圧を低めに検出する異常な電圧検出系の場合には、異常な電圧検出系により電圧が検出されるモジュール電池24に対してトランジスタ36をオンとして抵抗34により電力を消費させることにより行なう。この場合も、補正した電圧が正常な電圧検出系により検出される電圧になるまで放電するのではなく、若干高い電圧までで放電を終了する。
On the other hand, when the abnormality of the voltage detection system is determined, the voltage of the module battery whose voltage is detected by the voltage detection system where the abnormality is determined is corrected based on the time change of the remaining capacity (step S206), and each module Adjustment is made so that the voltages of the batteries 24a to 24n approach the corrected voltage (step S208), and this routine ends. As illustrated in FIG. 3, the voltage correction can estimate the remaining capacity of the module battery from the voltage detected by the abnormal voltage detection system from the relationship between the voltage of the module battery and the remaining capacity. Is applied to the relationship between the voltage detected by the normal voltage detection system and the remaining capacity to estimate the voltage. In the case of an abnormal voltage detection system in which the voltage of each module battery 24a to 24n is approximated to the corrected voltage, in the case of an abnormal voltage detection system that detects the voltage higher, each module battery whose voltage is detected by the normal
以上説明した実施例の組電池装置20によれば、モジュール電池24a〜24nの電圧検出系の異常を検出することができる。この結果、電圧検出系の異常に基づくモジュール電池24の過放電や過充電を防止することができる。また、実施例の組電池装置20によれば、電圧検出系の異常を検出したときには、異常に係るモジュール電池24の電圧を補正すると共に他のモジュール電池24a〜24nの電圧が補正した電圧に近づくよう調整するから、電圧検出系の異常に基づくモジュール電池24の過放電や過充電を更に防止することができると共にその後の使用に資することができる。
According to the assembled
実施例の組電池装置20では、残容量の時間変化率DSが平均値Aに所定係数aを乗じたものと所定係数bを乗じたものとにより設定される許容範囲外となるときにその残容量の時間変化率DSに係る電圧検出系を異常と判定したが、残容量の時間変化率DSが平均値Aに所定値cを減じたものと所定値dを加えたものとにより設定される許容範囲外となるときにその残容量の時間変化率DSに係る電圧検出系を異常と判定するものとしてもよい。ここで、所定値cおよび所定値dは、残容量の時間変化率DSa〜DSnの平均値Aからの許容されるバラツキの上限および下限を定める定数であり、単電池22やモジュール電池24a〜24nの特性や仕様などにより定められる。
In the assembled
実施例の組電池装置20では、電圧検出系の異常を検出したときには、異常に係るモジュール電池24の電圧を補正し、他のモジュール電池24の電圧の調整を行なうものとしたが、電圧検出系の異常を検出したときには単に均等化処理を行なわないだけで、異常に係るモジュール電池24の電圧の補正や他のモジュール電池24の電圧の調整を行なわないものとしてもよい。
In the assembled
実施例の組電池装置20では、異常検出処理ルーチンと均等化処理ルーチンとを別々のルーチンとして電子制御ユニット40により実行するものとしたが、均等化処理ルーチンのステップS202処理の前に異常検出処理ルーチンのステップS102〜S110の処理を行なうものとして均等化処理ルーチンの中で電圧検出系の異常を検出するものとしてもよい。
In the assembled
実施例の組電池装置20では、各モジュール電池24a〜24nの残容量Sa〜Snを各モジュール電池24a〜24nの電圧Va〜Vnに基づいて演算により求めるものとしたが、各モジュール電池24a〜24nの残容量Sa〜Snを直接検出するものとしてもよいし、電圧Va〜Vn以外の状態値を用いて演算したものを用いるものとしてもよい。
In the assembled
実施例の組電池装置20では、複数の単電池22を直列に接続してモジュール電池24a〜24nを構成したが、一つの単電池22によりモジュール電池24a〜24nを構成するものとしてもよい。この場合、セル均等化回路28a〜28nは不要となる。
In the assembled
以上、本発明の実施の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。 The embodiments of the present invention have been described using the embodiments. However, the present invention is not limited to these embodiments, and can be implemented in various forms without departing from the gist of the present invention. Of course you get.
10 負荷、20 組電池装置、21 組電池、22 単電池、24a〜24n モジュール電池、26a〜26n 電圧検出ライン、28a〜28n セル均等化回路、32a〜32n+1 導電ライン、34a〜34n 抵抗、36a〜36n トランジスタ、38a〜38n 信号ライン、40 電子制御ユニット、42 CPU、44 ROM、46 RAM、48 インジケータ。
10 load, 20 assembled battery device, 21 assembled battery, 22 single battery, 24a-24n module battery, 26a-26n voltage detection line, 28a-28n cell equalization circuit, 32a-
Claims (1)
前記組電池の前記複数のモジュール電池の各々の電圧を検出するモジュール電圧検出手段と、該検出された各モジュール電池の電圧に基づいて各モジュール電池の電圧の均等化を行なう均等化手段と、前記モジュール電圧検出手段の異常を判定する異常判定手段とを備える組電池の異常検出装置と、
前記異常検出装置により異常が検出されたとき、前記均等化手段による均等化を規制する均等化規制手段と、
を備える組電池装置。
An assembled battery device having an assembled battery formed by connecting a plurality of module batteries constituted by at least one single battery in series,
Module voltage detection means for detecting the voltage of each of the plurality of module batteries of the assembled battery, equalization means for equalizing the voltage of each module battery based on the detected voltage of each module battery, and A battery pack abnormality detection device comprising abnormality determination means for determining abnormality of the module voltage detection means;
Equalization regulation means for regulating equalization by the equalization means when an abnormality is detected by the abnormality detection device;
An assembled battery device comprising:
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Legal Events
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070529 |
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A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070723 |
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A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20080129 |