JP2012185051A - 中間端子はずれ検出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】短絡部を持たないICを用いて、部品点数を増やすことなく、中間端子のはずれ及びコンデンサのはずれを検出する中間端子はずれ検出装置を提供する。
【解決手段】直列に接続された第1及び第2電池と、第1の電池のノイズ除去用の第1コンデンサと第1抵抗と、第2の電池のノイズ除去用の第2コンデンサと第2抵抗と、第1電池と並列に接続された第3抵抗と、第2電池と並列に接続された第4抵抗と、第2コンデンサと並列接続されたスイッチと、第2コンデンサの両端電圧を検出する電圧検出部と、スイッチをオンさせた後、スイッチをオフさせた状態で電圧検出部によって検出された電圧の時間的変化における時定数に基づいて、第2導電路の中間端子でのはずれを検知する断線検知部とを備えることにより、回路を簡素化し、中間端子のはずれを検出することができ、かつ、コンデンサのはずれも検出することができる。
【選択図】図1
【解決手段】直列に接続された第1及び第2電池と、第1の電池のノイズ除去用の第1コンデンサと第1抵抗と、第2の電池のノイズ除去用の第2コンデンサと第2抵抗と、第1電池と並列に接続された第3抵抗と、第2電池と並列に接続された第4抵抗と、第2コンデンサと並列接続されたスイッチと、第2コンデンサの両端電圧を検出する電圧検出部と、スイッチをオンさせた後、スイッチをオフさせた状態で電圧検出部によって検出された電圧の時間的変化における時定数に基づいて、第2導電路の中間端子でのはずれを検知する断線検知部とを備えることにより、回路を簡素化し、中間端子のはずれを検出することができ、かつ、コンデンサのはずれも検出することができる。
【選択図】図1
Description
本発明は、複数個の電池が直列接続された電池パックの中間端子はずれを検出する中間端子はずれ検出装置に関するものである。
従来の電池パックの中間端子はずれ検出は、セル間の接続点である中間端子をハイ側またはロー側の電源ラインに短絡させ、もしくは接続点間で短絡させる短絡部に、その短絡部を導通/遮断制御すると共に、その制御態様と電圧検出部で検出された接続点の電圧、電源ラインの電圧および各セルの端子電圧のうち少なくとも一つから、電圧検出部から接続点である中間端子のはずれを検知する断線検知部を設けている。
それによって、断線検知部を選択駆動することにより、セル間の接続点の電圧、電源ラインの電圧および各セルの端子電圧のうち少なくとも一つから、それらに期待される電圧と、実際に電圧検知部によって検出された電圧とのずれから、接続ラインの断線を検知することができる(例えば、特許文献1参照)。
また、測定用コンデンサに中間端子間の電圧を複数のスイッチの切替えで蓄積し、時定数に基づいて中間端子はずれを検出することも行われている(例えば、先行文献2)。
しかしながら、特許文献1の構成では、制御ICは中間端子をハイ側またはロー側の電源ラインに短絡させるための短絡部を必ず必要とする。また、短絡部を持たない制御ICを使用する場合、中間端子をハイ側またはロー側の電源ラインに短絡させるための制御回路が必要となるため、実装部品の追加が必要であり、回路が複雑になりまたコストアップに繋がるという課題を有していた。
また、特許文献2も同様に、電池電圧測定用のコンデンサを特別に設けなければならず、コストアップに繋がるという課題を有していた。更に、1個のコンデンサで複数測定しなければならないため、コンデンサの故障やコンデンサの回路の断線で測定データが不確かになるという課題も有していた。
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、短絡部を持たないICを用いて、部品点数を増やすことなく、更に、本発明は中間端子はずれの検出に加えて、コンデンサ(ノイズ除去用)のはずれの検出を可能とし、中間端子のはずれ及びコンデンサのはずれを検出する中間端子はずれ検出装置を提供することを目的とする。
前記従来の課題を解決するために、本発明の中間端子はずれ検出装置は、直列に接続された第1及び第2電池と、第1電池の第2電池とは反対側の端子と導通する第1導電路を介して一端が当該端子に接続され、他端が当該第1及び第2電池の中間端子と導通する第2導電路を介して接続された第1コンデンサと、第1導電路中に設けられた第1抵抗とを有する第1ノイズフィルタと、第2導電路を介して一端が当該端子に接続され、他端が第2電池における接続点とは反対側の端子と導通する第3導電路を介して接続された第2コンデンサと、第2導電路中に設けられた第2抵抗とを有する第2ノイズフィルタと、第1抵抗以上の抵抗値で、第1導電路と第2導電路の間に第1電池と並列に接続された第3抵抗と、第2抵抗以上の抵抗値で、第2導電路と第3導電路の間に第2電池と並列に接続された第4抵抗と、第2コンデンサと並列接続されたスイッチと、第2コンデンサの両端電圧を検出する電圧検出部と、スイッチをオンさせた後、スイッチをオフさせた状態で電圧検出部によって検出された電圧の時間的変化における時定数に基づいて、第2導電路の中間端子でのはずれを検知する断線検知部とを備える。
本構成によって、部品点数の追加を極力抑制し、中間端子のはずれ、及び、コンデンサ(ノイズフィルタ用)のはずれを検出することができる。
本発明の中間端子はずれ検出装置によれば、短絡部を持たない制御ICを用いて、制御ICに標準的に内蔵されるセルバランス制御機能と、ノイズ除去を目的とした抵抗とコンデンサからなるRC直列回路と電池に並列接続された抵抗の時定数により、中間端子のはずれを確実に検出することができる。更に、本発明はRC直列回路の時定数により、ノイズ除去を目的としたコンデンサはずれの検出も可能であり、ノイズフィルタの異常を検出することができる。
以下本発明を実施するための形態について、図1〜4を参照しながら説明する。
図1は、本発明の実施例1における中間端子はずれ検出装置を用いる充電システムの電気的構成を示す概略ブロック図である。
電池パック1は、機器本体50に接続され、直流ハイ側の電源ラインには、ヒューズ11,12が介在されるとともに、充電用と放電用とで相互に導電形式が異なるFET13、14が介在されており、組電池9のハイ側端子に接続される。組電池9の直流ロー側の電源ラインには、充電電流および放電電流を電圧値に変換する電流検出部17が介在されている。
組電池9は、二個以上複数の二次電池のセルが少なくとも直列に接続されて成り、必要に応じて適宜並列にも複数のセルが接続されていてもよい。図1では、組電池9は3つのセルE1〜E3から構成されている。
各セルE1〜E3の端子電圧は、選択的に取出され、制御IC2の電圧検出部4に入力される。さらに、電流検出部17によって検出された電流値も、電圧検出部4に入力される。電圧検出部4の検出間隔は、例えば0.1msec〜250msecである。
各セルE1〜E3の端子電圧の制御IC2への入力ラインには、ノイズ除去を目的とした抵抗R1〜R3と容量素子であるコンデンサC1〜C3からなるノイズフィルタであるRC直列回路8を備える。抵抗R1〜R3はキロのオーダーで、例えば、1kΩ〜100kΩであり、コンデンサC1〜C3はマイクロのオーダーで、例えば、0.1μF〜10μFである。
セルバランス制御部3は、組電池9の各セルE1〜E3の端子電圧の電圧差が大きくならないように、電圧の高いセルに接続されるスイッチSW1〜SW3を選択しONすることでバランスさせる。
充放電制御部5は、電圧検出部4の各入力値に応答して、機器本体50に対して、出力を要求する充電電流の電圧値および電流値を演算し、通信部6から機器本体50へ送信する。また、充放電制御部5は、電圧検出部4を介する各入力値から、短絡や異常電流などの電池パック1の外部における異常が検出されると、FET13,14を遮断するなどの保護動作を行う。
断線検知部7は、電圧検出部4が検出する各セル電圧の立ち上がり時間により、中間端子はずれを検出する。そして、充放電制御部5が断線検知部7の検出結果を基に、FET13、14を遮断するなどの保護動作を行う。
一方、組電池9の各セルの端子電圧は、組電池9に接続された二重保護IC10にも取込まれる。二重保護IC10による検出結果が、充放電制御部5における異常判定の閾値以上に設定されるこの二重保護IC10での閾値以上となると、二重保護IC10はFET16をONする。FET16は、ヒューズ11,12に関して設けられており、ヒューズ11,12の接続点は、発熱抵抗15およびこのFET16を介して接地されている。したがって、充放電制御部5がFET16をONすることで、発熱抵抗15が発生した熱でヒューズ11,12が溶断する。これによって、充放電制御部5の異常などでセルの過電圧などに対応できない深刻な異常時には、ヒューズ11,12が溶断されることで、二重の保護動作が実現されるようになっている。
図2は本発明の実施例1における中間端子はずれ検出装置の詳細な構成図である。図2の例では、組電池9は、各セルE1〜E3の接続点が、中間端子となる中間端子T1、T2に接続されている。二重保護IC10の各入力端子間には、組電池9の電圧を等分圧する抵抗R4〜R6が設けられている。抵抗R4〜R6は、抵抗R1〜R3がキロのオーダーに対して、メガのオーダーで、例えば、1MΩである。
注目すべきは、本実施の形態では、リチウムイオン電池パックの制御IC2に標準的に内蔵されている機能であるセルバランス制御部3のSW2、SW3で、リチウムイオン電池パックの保護回路に標準的に使用されるRC直列回路8のコンデンサC2、C3を順番に充放電して、電圧の立ち上がりの速さを検出することで中間端子はずれとRC直列回路の異常を検出する。
以下は中間端子T1に着目して中間端子はずれについて説明する。
セルバランス制御部3のスイッチSW2を導通させてコンデンサC2を放電する。その後、SW2を開放させる。SW2を開放させたタイミングを起点(t=0)としてコンデンサC2の充電が開始されると、コンデンサC2の両端の電圧(以下、端子間電圧とも称する)Vc2は、以下の式の関係に従って増加する。
Vc2(t)=Ve2×{1−exp(−t/τ)} ・・・(1)
ここで、Ve2はセルE2の電池電圧、τは時定数である。また、時刻t=0におけるコンデンサC2の蓄積電荷を零(すなわち、Vc2=0)としている。
Vc2(t)=Ve2×{1−exp(−t/τ)} ・・・(1)
ここで、Ve2はセルE2の電池電圧、τは時定数である。また、時刻t=0におけるコンデンサC2の蓄積電荷を零(すなわち、Vc2=0)としている。
式(1)から分かるように、端子間電圧Vc2は、時定数τで次第に増加し、やがてセルE2の電池電圧Ve2と等しい電圧で飽和する時間的変化を示す。
なお、時定数τは、以下の式で表される。
τ=C×R ・・・(2)
時定数τは端子間電圧Vc2の約63.2%の電圧Vs2に達する時間である。
τ=C×R ・・・(2)
時定数τは端子間電圧Vc2の約63.2%の電圧Vs2に達する時間である。
図3は、本発明の実施例1における中間端子はずれ検出装置の検知動作を説明するための波形図である。正常時の波形をLN1で示し、中間端子T1で中間端子はずれが生じた時の波形をLN2に示し、RC直列回路のコンデンサにはずれが生じた時の波形をLN3に示している。コンデンサC2の端子間電圧Vc2は、時刻t=0でセルバランス制御部のSW2が開放されたことに応じて、時定数τに基づいて増加し、やがて飽和電圧Vs1に到達する時間的変化を示す。なお、飽和電圧Vs1は、セルE2の電池電圧Ve2に等しい電圧となる。
中間端子T1とセルE2との結合状態に断線や接触不良が生じていないときには、端子間電圧Vc2は、図3の曲線LN1に示すように変化する。この時、時定数τ1は以下の式で表される。
τ1=C2×R2 ・・・(3)
例えば、C2=1μF、R2=10kΩなので、τ1=10msecである。
τ1=C2×R2 ・・・(3)
例えば、C2=1μF、R2=10kΩなので、τ1=10msecである。
つまり、コンデンサC2の端子間電圧Vc2は時定数τ1で次第に増加し、Ve2と等しい電圧で飽和する。
これに対し、中間端子T1とセルE2との結合状態に接触不良が生じているときには、端子間電圧Vc2は、図3の曲線LN2に示すように変化する。この時、時定数τ2は以下の式で表される。
τ2=C2(R2+R4) ・・・(4)
例えば、C2=1μF、R2=10kΩ、R4=1MΩなので、τ2=1010msecである。
τ2=C2(R2+R4) ・・・(4)
例えば、C2=1μF、R2=10kΩ、R4=1MΩなので、τ2=1010msecである。
つまり、コンデンサC2の端子間電圧Vc2は時定数τ2で緩やかに増加し、Ve2と等しい電圧で飽和する。
また、RC直列回路のコンデンサC2にはずれが生じたときには、端子間電圧Vc2は、図3の曲線LN3に示すように変化する。この時、時定数τ3は以下の式で表される。
τ3=C2×R2 ・・・(5)
コンデンサははずれているため、C2は0Fとなり、τ3は0である。
τ3=C2×R2 ・・・(5)
コンデンサははずれているため、C2は0Fとなり、τ3は0である。
つまり、コンデンサC2の端子間電圧Vc2は約0秒でVe2と等しい電圧で飽和する。
ここで、図3の曲線LN1と曲線LN2とを対比すると、両者は飽和電圧Vs1(=Ve2)を同じくするものの、曲線LN2の方が曲線LN1に対して時定数が大きいことが分かる。すなわち、この時定数の違いに起因して、端子間電圧Vc2が飽和電圧Vs1に到達するタイミングは、曲線LN2の方がより遅いことが分かる。
また、コンデンサC2がはずれた場合、時定数に影響するコンデンサがなくなるので、端子間電圧は曲線LN3に示すように瞬時に立ち上がる。ここで、図3の曲線LN1と曲線LN3を対比すると、両者は飽和電圧Vs1を同じくするものの、曲線LN3の時定数(=0μF)が曲線LN1に対して時定数が小さいことが分かる。
本発明の実施の形態は、断線検知部7により、コンデンサC2の端子間電圧Vc2の時間的変化における時定数τに基づいて中間端子はずれとRC直列回路の異常を判定する構成とする。
図4は、本発明の実施例1における中間端子はずれ検出装置の検知動作を説明するための制御フローチャートである。図3のコンデンサC2の端子間電圧Ve2の時間的変化から断線検知を行う場合を示している。
中間端子はずれ検出の対象ラインを選択して、セルバランス制御部のSW2をオンすることにより、コンデンサC2を放電する(ステップS410)。
次に、セルバランス制御部のSW2をオフすることにより、コンデンサC2の端子間電圧Vc2は時定数τで充電される(ステップS420)。そして、t=0としてタイマーをスタートし、(ステップS430)、Vc2の電圧測定をする。(ステップS440)。
ステップS440で測定した測定電圧が閾値(図3、Vth)以上であるかどうかを判断する(ステップS450)。ステップS450において、測定電圧が閾値以上であれば、タイマーの時間が閾値(図3、Tmin)より大きいかどうかを判定する(ステップS460)。ステップS460において、タイマーの時間が閾値より大きければ対象ラインは中間端子T1、及び、対象のRC直列回路は異常なしと検知する(ステップS461)。このとき端子間電圧Vc2は図3の曲線LN1に示すように変化する。
また、ステップS460において、タイマーの時間が閾値以下であれば、RC直列回路の異常と判定し(ステップS462)、充電用と放電用とで相互に導電形式が異なるFET13、14をOFFして充放電不可の状態にし(ステップS463)、検知動作を終了する。このとき端子間電圧Vc2は図3の曲線LN3に示すように変化する。
また、ステップS450において、測定電圧が閾値未満であるとき、所定時間(図3、Tmax)が経過したかどうか、タイマー切れであるかどうかを確認する(ステップS470)。ステップS470において、タイマー切れで無い場合は、ステップS440に戻る。ステップS470において、タイマー切れであれば、中間端子はずれと判定し(ステップ471)、充電用と放電用とで相互に導電形式が異なるFET13、14をOFFして充放電不可の状態にし(ステップS463)、検知動作を終了する。このとき端子間電圧Vc2は図3の曲線LN2に示すように変化する。
以上のように、この発明の実施の形態1によれば、セルバランス制御部3と電池電圧を受けて充電されるRC直列回路8のコンデンサの端子間電圧の時間的変化における時定数に基づいて、中間端子はずれ検出とRC直列回路の異常を区分けして検出することができる。
なお、本実施例において、抵抗R2=10kΩ、抵抗R4=1MΩ、コンデンサC2=10μFとし、時定数τ1=10msec、時定数τ2=1010msecとしたが、電圧検出部4の測定間隔が1msec以下であれば、時定数τ2が時定数τ1の2倍以上、つまり、抵抗R4≧R2=2kΩとしてもよい。これにより、時定数がほぼ10msecのときは回路に異常がなく、時定数がほぼ20msecのときは中間端子がはずれており、時定数が数msecのときはコンデンサはずれであることが検出することができる。
なお、抵抗R1〜R3と、抵抗R4〜R6、コンデンサC1〜C3を上記のような値としたが、各々の値は単独で意味はない。つまり、それらが時定数τ1、τ2、τ3に計算されたとき、電圧検出部4の測定間隔で中間端子、或いは、コンデンサのはずれ検出が区別できるかどうかが重要である。
本発明にかかる中間端子はずれ検出装置は、短絡部を持たないICを使用して、ICに内蔵される機能とノイズ除去を目的とした抵抗とコンデンサからなるRC直列回路により、中間端子のはずれ検出とRC直列回路の異常検出が可能になるので、複数個の電池が直列接続された電池パックの中間端子はずれ検出等として有用である。
1 電池パック
2 制御IC
3 セルバランス制御部
4 電圧検出部
5 充放電制御部
6 通信部
7 断線検知部
8 RC直列回路
9 組電池
10 二重保護IC
11、12 ヒューズ
13、14 FET
15 発熱抵抗
16 FET
17 電流検出部
50 機器本体
C1、C2、C3 コンデンサ
E1、E2、E3 セル
R1、R2、R3 抵抗
R4、R5、R6 抵抗
SW1〜SW3 スイッチ
T1、T2 中間端子
2 制御IC
3 セルバランス制御部
4 電圧検出部
5 充放電制御部
6 通信部
7 断線検知部
8 RC直列回路
9 組電池
10 二重保護IC
11、12 ヒューズ
13、14 FET
15 発熱抵抗
16 FET
17 電流検出部
50 機器本体
C1、C2、C3 コンデンサ
E1、E2、E3 セル
R1、R2、R3 抵抗
R4、R5、R6 抵抗
SW1〜SW3 スイッチ
T1、T2 中間端子
Claims (3)
- 直列に接続された第1及び第2電池と、
前記第1電池の前記第2電池とは反対側の端子と導通する第1導電路を介して一端が当該端子に接続され、他端が当該第1及び第2電池の中間端子と導通する第2導電路を介して接続された第1コンデンサと、前記第1導電路中に設けられた第1抵抗とを有する第1ノイズフィルタと、
前記第2導電路を介して一端が当該端子に接続され、他端が前記第2電池における前記接続点とは反対側の端子と導通する第3導電路を介して接続された第2コンデンサと、前記第2導電路中に設けられた第2抵抗とを有する第2ノイズフィルタと、
前記第1抵抗以上の抵抗値で、前記第1導電路と前記第2導電路の間に前記第1電池と並列に接続された第3抵抗と、
前記第2抵抗以上の抵抗値で、前記第2導電路と前記第3導電路の間に前記第2電池と並列に接続された第4抵抗と、
前記第2コンデンサと並列接続されたスイッチと、
前記第2コンデンサの両端電圧を検出する電圧検出部と、
前記スイッチをオンさせた後、前記スイッチをオフさせた状態で前記電圧検出部によって検出された電圧の時間的変化における時定数に基づいて、前記第2導電路の前記中間端子でのはずれを検知する断線検知部と
を備える中間端子はずれ検出装置。 - 前記断線検知部が検知した時定数が、前記第2抵抗と前記第4抵抗と第2コンデンサの時定数であるとき、
前記断線検知部は、前記中間端子のはずれと判断することを特徴とする請求項1に記載の中間端子はずれ検出装置。 - 前記断線検知部が検知した時定数が、ほぼ0のとき、
前記断線検知部は、前記第2コンデンサのはずれと判断することを特徴とする請求項2に記載の中間端子はずれ検出装置。
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JP2018050454A (ja) * | 2011-05-31 | 2018-03-29 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 電池システム監視装置 |
JP2021534713A (ja) * | 2018-08-29 | 2021-12-09 | ロベルト・ボッシュ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツングRobert Bosch Gmbh | 蓄電池パック、ならびに蓄電池パックのための充電方法 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20140513 |