JP2014023278A - Power storage system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電流遮断器をそれぞれ有する複数の蓄電素子が並列に接続された蓄電ブロックにおいて、電流遮断器の作動状態を判別する蓄電システムに関する。 The present invention relates to a power storage system that determines an operating state of a current breaker in a power storage block in which a plurality of power storage elements each having a current breaker are connected in parallel.
特許文献1に記載の集合電池では、複数の電池を並列に接続した構成において、並列に接続された各単電池に対してヒューズを接続している。ヒューズは、過大な電流が流れたときに溶断することにより、電流経路を遮断する。また、特許文献2に記載の技術では、電池の内部抵抗の変化に基づいて、電池に含まれる電流遮断機構の作動を検出している。 In the assembled battery described in Patent Document 1, in a configuration in which a plurality of batteries are connected in parallel, a fuse is connected to each of the single cells connected in parallel. The fuse cuts off the current path by fusing when an excessive current flows. In the technique described in Patent Document 2, the operation of a current interrupt mechanism included in the battery is detected based on a change in the internal resistance of the battery.
複数の電池が並列に接続された構成では、電流遮断器の作動数に応じて、電流遮断器が作動していない電池に流れる電流値が変化する。具体的には、電流遮断器が作動すると、電流遮断器が作動していない電池に流れる電流値が上昇し、電流遮断器が作動していない電池に対する電流負荷が増加してしまう。 In a configuration in which a plurality of batteries are connected in parallel, the value of the current flowing through the battery in which the current breaker is not operating varies depending on the number of activations of the current breaker. Specifically, when the current breaker is activated, the value of the current flowing through the battery whose current breaker is not operating increases, and the current load on the battery whose current breaker is not activated increases.
このため、電流遮断器が作動することにより、電流遮断器が作動していない他の電池の発熱量が増加したり電流負荷が増加するので、電池の安全性の観点から電流遮断器の作動状態を精度よく検出して、電池の継続使用を中止したり、電流遮断器が作動した電池を交換するなどの措置を講ずることが好ましい。 For this reason, when the current breaker is activated, the heat generation amount of other batteries that are not activated or the current load is increased, so that the current breaker is activated from the viewpoint of battery safety. It is preferable to take measures such as detecting the battery accurately and stopping the continuous use of the battery or replacing the battery in which the current breaker is activated.
しかしながら、特許文献2のように、電池の電圧挙動を監視して事前に測定した基準電圧と比較しても並列接続されているために、例えば、電流遮断器の作動数が少ないと、電流遮断器が作動した場合の電圧挙動と電流遮断器が作動していない電圧挙動との間の変化を捉えにくく、電流遮断器の作動状態を精度よく検出することができない課題があった。 However, as in Patent Document 2, since the voltage behavior of the battery is monitored and compared with a reference voltage measured in advance, it is connected in parallel. There is a problem that it is difficult to detect the change between the voltage behavior when the breaker is activated and the voltage behavior when the current breaker is not activated, and the operation state of the current breaker cannot be accurately detected.
また、電池特性は、環境温度、製造時のバラツキや電池の劣化等によって異なる。このため、電流遮断器が作動した場合の電圧挙動と、電池の特性変化による電圧挙動とを適切に識別することができず、電流遮断器の作動状態を精度よく検出することができない。 The battery characteristics vary depending on the environmental temperature, manufacturing variations, battery deterioration, and the like. For this reason, the voltage behavior when the current breaker is activated and the voltage behavior due to the change in battery characteristics cannot be properly identified, and the operating state of the current breaker cannot be detected accurately.
また、電流遮断器が作動することによって複数の電池全体の電池容量が低下するので、SOCの変化を監視して電流遮断器の作動状態を検出することも考えられるが、上述したように電流遮断器の作動数が少ないと、SOCの変化が捉え難く、電流遮断器が作動しているか否かを精度よく検出することができない。 In addition, since the battery capacity of a plurality of batteries decreases due to the operation of the current breaker, it is conceivable to detect the operating state of the current breaker by monitoring the change in the SOC. If the number of operating devices is small, it is difficult to detect the change in the SOC, and it cannot be accurately detected whether or not the current breaker is operating.
そこで、本発明は、電流遮断器をそれぞれ有する複数の蓄電素子が並列に接続された蓄電ブロックにおいて、電流遮断器が作動する基準電流値を利用して電流遮断器の作動有無を精度よく判別することができる蓄電システムを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention accurately determines whether or not the current breaker is activated using a reference current value at which the current breaker operates in a storage block in which a plurality of storage elements each having a current breaker are connected in parallel. An object of the present invention is to provide a power storage system that can perform the above operation.
本願第1の発明である蓄電システムは、複数の蓄電ブロックと、各蓄電ブロックの状態を判別するコントローラと、を有する。複数の蓄電ブロックは、直列に接続されており、各蓄電ブロックは、並列に接続された複数の蓄電素子を有する。各蓄電素子は、蓄電素子の内部における電流経路を遮断する電流遮断器を有する。コントローラは、電流遮断器が作動する基準電流値よりも小さい電流であって蓄電ブロック内において所定数の電流遮断器が作動したことによって電流遮断器が作動していない蓄電素子に流れ込む電流が基準電流値よりも上昇して蓄電ブロック内全ての作動していない電流遮断器を作動させる大きさとなる電流を蓄電ブロックに流し、蓄電ブロックの電圧又は電流の検出値に基づいて、電流遮断器が作動状態にある蓄電ブロックを判別する。 The power storage system according to the first invention of the present application includes a plurality of power storage blocks and a controller that determines the state of each power storage block. The plurality of power storage blocks are connected in series, and each power storage block has a plurality of power storage elements connected in parallel. Each power storage element has a current breaker that blocks a current path inside the power storage element. The controller has a current smaller than a reference current value at which the current breaker is activated, and a current flowing into a storage element in which the current breaker is not activated when a predetermined number of current breakers are activated in the storage block is a reference current. The current breaker is activated based on the detected value of the voltage or current of the storage block. Is determined.
本願第1の発明によれば、並列に接続される蓄電素子の電流遮断器が作動すると、電流遮断器が作動していない残りの蓄電素子に電流が集中し、電流遮断器が作動していない残りの蓄電素子に流れる電流値が大きくなる。このため、電流遮断器が作動する基準電流値よりも小さい電流を蓄電ブロックに流した場合であっても、蓄電ブロック内で既に電流遮断器が作動している状態であれば、作動していない電流遮断器に対して基準電流値よりも大きい電流が流れて蓄電ブロック内の全ての電流遮断器が作動し、電流遮断器が一つも作動していない状態であれば、電流遮断器には基準電流値よりも小さい電流が流れて電流遮断器が作動しない。このため、蓄電ブロックの電圧又は電流の検出値に基づいて、電流遮断器が作動状態にある蓄電ブロックを判別することができる。 According to the first invention of this application, when the current breaker of the power storage elements connected in parallel is activated, the current is concentrated on the remaining power storage elements where the current breaker is not activated, and the current breaker is not activated. The value of current flowing through the remaining power storage elements increases. For this reason, even if a current smaller than the reference current value at which the current breaker is activated flows through the storage block, it is not activated if the current breaker is already activated in the storage block. If a current larger than the reference current value flows to the current breaker, all the current breakers in the storage block are activated, and no current breaker is activated, the current breaker is A current smaller than the current value flows and the current breaker does not operate. For this reason, based on the detected value of the voltage or current of the storage block, it is possible to determine the storage block in which the current breaker is in an operating state.
以下、本発明の実施例について説明する。 Examples of the present invention will be described below.
本実施例における電池システムについて、図1を用いて説明する。図1は、電池システムの構成を示す概略図である。本実施例の電池システムは、車両に搭載されている。車両としては、ハイブリッド自動車や電気自動車がある。本実施例では、ハイブリッド自動車を一例に説明しているが、例えば、車両を走行させる動力源として電池システム(組電池)だけを備えている電気自動車であってもよい。 The battery system in the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a battery system. The battery system of this embodiment is mounted on a vehicle. Vehicles include hybrid cars and electric cars. In the present embodiment, a hybrid vehicle is described as an example. However, for example, an electric vehicle including only a battery system (assembled battery) as a power source for running the vehicle may be used.
電池システムは、電気的に並列に接続された高出力型組電池10および高容量型組電池20を有する。高出力型組電池10の正極端子およびインバータ31は、正極ライン(ケーブル)PL1を介して接続され、高出力型組電池10の負極端子およびインバータ31は、負極ライン(ケーブル)NL1を介して接続されている。正極ラインPL1には、システムメインリレーSMR−B1が設けられており、負極ラインNL1には、システムメインリレーSMR−G1が設けられている。インバータ31は、高出力型組電池10から供給された直流電力を交流電力に変換する。
The battery system includes a high-power assembled
高容量型組電池20の正極端子およびインバータ31は、正極ライン(ケーブル)PL2を介して接続され、高容量型組電池20の負極端子およびインバータ31は、負極ライン(ケーブル)NL2を介して接続されている。正極ラインPL2には、システムメインリレーSMR−B2が設けられており、負極ラインNL2には、システムメインリレーSMR−G2が設けられている。インバータ31は、高容量型組電池20から供給された直流電力を交流電力に変換する。
The positive terminal of the high-capacity assembled
インバータ31には、モータ・ジェネレータ32(交流モータ)が接続されており、モータ・ジェネレータ32は、インバータ31から供給された交流電力を受けて、車両を走行させるための運動エネルギを生成する。モータ・ジェネレータ32は、車輪33と接続されている。また、車輪33には、エンジン34が接続されており、エンジン34で生成された運動エネルギが車輪33に伝達される。これにより、組電池10,20やエンジン34の出力を用いて、車両を走行させることができる。エンジン34は、高出力型組電池10の出力を用いて始動させることができる。
A motor / generator 32 (AC motor) is connected to the
車両を減速させたり、停止させたりするとき、モータ・ジェネレータ32は、車両の制動時に発生する運動エネルギを電気エネルギ(交流電力)に変換する。インバータ31は、モータ・ジェネレータ32が生成した交流電力を直流電力に変換して、組電池10,20に供給する。これにより、組電池10,20は、回生電力を蓄えることができる。
When the vehicle is decelerated or stopped, the motor /
コントローラ35は、インバータ31およびモータ・ジェネレータ32のそれぞれに制御信号を出力して、インバータ31およびモータ・ジェネレータ32の駆動を制御する。また、コントローラ35は、システムメインリレーSMR−B1,SMR−B2,SMR−G1,SMR−G2のそれぞれに制御信号を出力することにより、各システムメインリレーSMR−B1,SMR−B2,SMR−G1,SMR−G2をオンおよびオフの間で切り替える。
The
システムメインリレーSMR−B1,SMR−G1がオンであるとき、高出力型組電池10の充放電を行うことができ、システムメインリレーSMR−B1,SMR−G1がオフであるとき、高出力型組電池10の充放電が行われない。システムメインリレーSMR−B2,SMR−G2がオンであるとき、高容量型組電池20の充放電を行うことができ、システムメインリレーSMR−B2,SMR−G2がオフであるとき、高容量型組電池20の充放電が行われない。
When the system main relays SMR-B1 and SMR-G1 are on, the high-power assembled
なお、本実施例の各組電池10,20は、インバータ31に直接接続されているが、これに限るものではない。具体的には、組電池10,20の少なくとも一方およびインバータ31の間の電流経路に、昇圧回路を配置することができる。これにより、昇圧回路は、組電池10,20の少なくとも一方における出力電圧を昇圧し、昇圧後の電力をインバータ31に供給することができる。また、昇圧回路は、インバータ31の出力電圧を降圧し、降圧後の電力を組電池10,20の少なくとも一方に供給することができる。
In addition, although each assembled
本実施例の車両では、車両を走行させるための動力源として、組電池10,20だけでなく、エンジン34も備えている。エンジン34としては、ガソリン、ディーゼル燃料又はバイオ燃料を用いるものがある。
The vehicle according to the present embodiment includes not only the assembled
本実施例の車両では、高出力型組電池10の出力や高容量型組電池20の出力だけを用いて、車両を走行させることができる。この走行モードを、EV(Electric Vehicle)走行モードという。例えば、充電状態(SOC:State of Charge)が100%付近から0%付近に到達するまで、高容量型組電池20を放電させて、車両を走行させることができる。SOCとは、満充電容量に対する現在の充電容量の割合である。
In the vehicle of the present embodiment, the vehicle can be run using only the output of the high-power assembled
高容量型組電池20のSOCが0%付近に到達した後は、外部電源を用いて、高容量型組電池20を充電することができる(外部充電)。外部電源とは、車両の外部において、車両とは別に設けられた電源であり、外部電源としては、例えば、商用電源を用いることができる。商用電源を用いるときには、交流電力を直流電力に変換する不図示の充電器が必要となる。充電器は、車両の外部において、車両とは別に設けることもできるし、図1に示す電池システムに追加することもできる。
After the SOC of the high-capacity assembled
また、高容量型組電池20のSOCが0%付近に到達した後では、高出力型組電池10およびエンジン34を併用して、車両を走行させることができる。この走行モードを、HV(Hybrid Vehicle)走行モードという。HV走行モードでは、エンジン34の出力だけでなく、高出力型組電池10の出力も用いて、車両を走行させることができる。このとき、エンジン34および高出力型組電池10を併用することもできる。
In addition, after the SOC of the high-capacity assembled
また、HV走行モードでは、例えば、高出力型組電池10のSOCが、予め定めた基準SOCに沿って変化するように、高出力型組電池10の充放電を制御することができる。例えば、高出力型組電池10のSOCが基準SOCよりも高いときには、高出力型組電池10を放電して、高出力型組電池10のSOCを基準SOCに近づけることができる。また、高出力型組電池10のSOCが基準SOCよりも低いときには、高出力型組電池10を充電して、高出力型組電池10のSOCを基準SOCに近づけることができる。
Further, in the HV traveling mode, for example, charging / discharging of the high-power assembled
HV走行モードでは、高出力型組電池10だけではなく、高容量型組電池20も用いることができる。例えば、EV走行モードでの走行を終了させるときに、高容量型組電池20の容量を残しておき、HV走行モードにおいて、高容量型組電池20を放電させることができる。また、HV走行モードにおいて、回生電力を高容量型組電池20に蓄えることもできる。
In the HV traveling mode, not only the high-power assembled
このように本実施例の電池システムは、車両走行に用いられる2つの組電池10,20を有しており、例えば、高容量型組電池20は、主にEV走行モードで用いることができ、高出力型組電池10が、主にHV走行モードで用いることができる。
As described above, the battery system of the present embodiment includes the two assembled
高出力型組電池10は、図1に示すように、電気的に直列に接続された複数の単電池11を有している。単電池11は、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池といった二次電池である。また、二次電池の代わりに、電気二重層キャパシタ(コンデンサ)を用いることができる。
As shown in FIG. 1, the high-power assembled
高出力型組電池10を構成する単電池11の数は、高出力型組電池10の要求出力などを考慮して適宜設定することができる。単電池11としては、例えば、いわゆる角型の単電池を用いることができる。角型の単電池とは、電池の外形が直方体に沿って形成された単電池である。
The number of
単電池11は、電池ケースを有しており、電池ケース内部に充放電を行う発電要素が収容されている。発電要素は、正極素子と、負極素子と、正極素子および負極素子の間に配置されるセパレータとを有する。正極素子は、集電板と、集電板の表面に形成された正極活物質層とを有する。負極素子は、集電板と、集電板の表面に形成された負極活物質層とを有する。セパレータ、正極活物質層および負極活物質層には、電解液が含まれている。なお、電解液の代わりに、固体電解質を用いることもできる。
The
図1に示すように、高出力型組電池10には、監視ユニット12が設けられている。監視ユニット12は、高出力型組電池10の端子間電圧及び各単電池11の電圧を検出し、検出結果をコントローラ35に出力する。電流センサ13は、正極ラインPL1上に設けられ、高出力型組電池10に流れる電流値を検出し、検出結果をコントローラ35に出力する。
As shown in FIG. 1, the high-power assembled
高出力型組電池10を放電しているときには、電流センサ13によって検出された電流値として、正の値を用いることができる。また、高出力型組電池10を充電しているときには、電流センサ13によって検出された電流値として、負の値を用いることができる。電流センサ13は、高出力型組電池10に流れる電流値を検出できればよく、正極ラインPL1ではなく、負極ラインNL1に設けることもできる。
When the high-power assembled
高容量型組電池20は、図1に示すように、直列に接続された複数の電池ブロック(蓄電ブロックに相当する)21を有している。複数の電池ブロック21を直列に接続することにより、高容量型組電池20の出力電圧を確保することができる。ここで、電池ブロック21の数は、高容量型組電池20に対して要求される電圧を考慮して、適宜設定することができる。
As shown in FIG. 1, the high-capacity assembled
各電池ブロック21は、並列に接続された複数の単電池(蓄電素子に相当する)22を有する。複数の単電池22を並列に接続することにより、電池ブロック21(高容量型組電池20)の満充電容量を増やすことができる。各電池ブロック21を構成する単電池22の数は、高容量型組電池20に要求される満充電容量を考慮して、適宜設定することができる。
Each
複数の電池ブロック21は、直列に接続されているため、各電池ブロック21には、等しい電流が流れる。各電池ブロック21では、複数の単電池22が並列に接続されているため、各単電池22に流れる電流値は、電池ブロック21に流れる電流値を、電池ブロック21を構成する単電池22の数(総数)で除算した電流値となる。具体的には、電池ブロック21を構成する単電池22の総数がN個であり、電池ブロック21に流れる電流値がIsであるとき、各単電池22に流れる電流値は、Is/Nとなる。なお、本実施例では、電池ブロック21を構成する複数の単電池22において、内部抵抗のバラツキが発生していないものとしている。
Since the plurality of battery blocks 21 are connected in series, an equal current flows through each
単電池22としては、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池といった二次電池を用いることができる。また、二次電池の代わりに、電気二重層キャパシタ(コンデンサ)を用いることができる。例えば、単電池22としては、18650型の電池を用いることができる。18650型の電池は、いわゆる円筒型の電池であり、直径が18[mm]であり、長さが65.0[mm]である。円筒型の電池とは、電池ケースが円筒状に形成されており、電池ケースの内部には、充放電を行う発電要素が収容されている。
As the
単電池22は、図2に示すように、発電要素22aおよび電流遮断器22bを有する。発電要素22aおよび電流遮断器22bは、単電池22の外装を構成する電池ケースに収容されている。発電要素22aは、充放電を行う要素である。単電池22における発電要素の構成部材は、単電池11における発電要素の構成部材と同様である。
As shown in FIG. 2, the
電流遮断器22bは、単電池22の内部における電流経路を遮断するために用いられる。すなわち、電流遮断器22bが作動することにより、単電池22の内部における電流経路が遮断される。電流遮断器22bとしては、例えば、ヒューズ、PTC(Positive Temperature Coefficient)素子又は、電流遮断弁を用いることができる。これらの電流遮断器22bは、個別に用いることもできるし、併用することもできる。
The
電流遮断器22bとしてのヒューズは、ヒューズに流れる電流に応じて溶断する。ヒューズを溶断させることにより、単電池22の内部における電流経路を機械的に遮断することができる。これにより、発電要素22aに過大な電流が流れるのを防止して、単電池22(発電要素22a)を保護することができる。電流遮断器22bとしてのヒューズは、電池ケースに収容されていてもよいし、電池ケースの外部に配置されていてもよい。電池ケースの外部にヒューズを配置する場合であっても、ヒューズは、各単電池22に対して設けられる。
The fuse as the
電流遮断器22bとしてのPTC素子は、単電池22の電流経路に配置されており、PTC素子の温度上昇に応じて抵抗を増加させる。PTC素子に流れる電流が増加すると、ジュール熱によってPTC素子の温度が上昇する。PTC素子の温度上昇に応じて、PTC素子の抵抗が増加することにより、PTC素子において、電流を遮断することができる。これにより、発電要素22aに過大な電流が流れるのを防止して、単電池22(発電要素22a)を保護することができる。
The PTC element as the
電流遮断器22bとしての電流遮断弁は、単電池22の内圧上昇に応じて変形し、発電要素22aとの機械的な接続を断つことにより、単電池22の内部における電流経路を遮断することができる。単電池22の内部は、密閉状態となっており、過充電などによって発電要素22aからガスが発生すると、単電池22の内圧が上昇する。発電要素22aからガスが発生しているときには、単電池22(発電要素22a)は異常状態となる。単電池22の内圧が上昇することに応じて、電流遮断弁を変形させることにより、発電要素22aとの機械的な接続を断つことができる。これにより、異常状態にある発電要素22aに充放電電流が流れるのを阻止し、単電池22(発電要素22a)を保護することができる。
The current cutoff valve as the
図1に示すように、高容量型組電池20には、各電池ブロック21の電圧を検出し、検出結果をコントローラ35に出力する監視ユニット23が設けられている。また、電流センサ24は、高容量型組電池20に流れる電流値を検出し、検出結果をコントローラ35に出力する。電流センサ24は、高容量型組電池20に流れる電流値を検出できればよく、正極ラインPL2ではなく、負極ラインNL2に設けることもできる。高出力型組電池10と同様に、電流センサ24によって検出される放電電流値を正の値、充電電流値を負の値を用いることができる。
As shown in FIG. 1, the high-capacity assembled
コントローラ35は、不図示のメモリ(記憶部)を内蔵することができ、記憶部にコントローラ35を動作させるためのプログラムや、特定の情報を記憶することができる。なお、メモリは、コントローラ35の外部に設けることもできる。
The
次に、本実施例の電池システムにおける電流遮断器22bの作動状態を判別する処理について説明する。
Next, a process for determining the operating state of the
本実施例のコントローラ35は、上述したインバータ31およびモータ・ジェネレータ32の駆動等を制御するとともに、所定のタイミングで高容量型組電池20に対し、並列に接続された電流遮断器22bを備える複数の単電池22で構成される電池ブロック21内の電流遮断器22bの作動状態を判別する作動状態判別処理を遂行する。
The
所定のタイミングとしては、IG−ON後の電池システムの起動時や外部充電時があり、例えば、コントローラ35は、IG−ONされてシステムメインリレーSMR−B2,SMR−G2をオフからオンに切り替えて(システムメインリレーSMR−B1,SMR−G1はオフのまま)高容量型組電池20をインバータ31に接続した際や外部充電の開始又は終了の際に、電流遮断器22bの作動状態判別処理を遂行することができる。
The predetermined timing includes when the battery system starts up after IG-ON and when it is externally charged. For example, the
上述したように、電池ブロック21を構成する単電池22の総数がN個、電池ブロック21に流れる電流値がIsであるとき、各単電池22に流れる電流値は、Is/Nとなるので、電池ブロック21内の電流遮断器22bが作動していると、電流遮断器22bが作動していない単電池22に電流が集中し、流れる電流値が大きくなる。
As described above, when the total number of the
ここで、電流遮断器22bは、作動する許容電流値が予め決められており、許容電流値(基準電流値に相当する)を超える電流が一定時間流れると、単電池22の電流経路を遮断するように動作する。電流遮断器22bの許容電流値は、単電池22の電池性能、例えば、電池寿命、過充電や早期劣化を抑制する観点から規定され、全ての電流遮断器22bが作動していない電池ブロック21内の各単電池22に流れる電流に対して電流遮断器が作動する単電池22の充放電電流の上限値である。
Here, the
図3は、本実施例の電流遮断器22bの作動状態判別方法を説明するための図である。図3(a)の例では、6つの単電池22が並列に接続されている電池ブロック21が複数直列に接続されている。
FIG. 3 is a diagram for explaining a method for determining the operating state of the
例えば、1つの単電池22が外部短絡すると、電池ブロック21に流れる電流のうち外部短絡した単電池22に対してより多くの電流が流れる「電流の回り込み」が生じ、外部短絡した単電池22に流れる過剰な電流によって電流遮断器22bが作動する。
For example, when one
図3(a)に示すように電池ブロック21Bの複数の電流遮断器22bのうちの1つの電流遮断器22bが作動していると、電流遮断器22bが作動していない他の5つの単電池22に電流が集中してこれら5つの単電池22に流れる電流値が大きくなる。例えば、12Aの電流が電池ブロック21に流れる場合、電流遮断器22bが作動していないときは、6つの各単電池22に2Aずつの電流が流れるが、電流遮断器22bが1つ作動している状態では、他の5つの各単電池22に2.4Aずつの電流が流れる。
As shown in FIG. 3 (a), when one
なお、電流遮断器22bが1つも作動していない他の電池ブロック21A、21Cにも、電池ブロック21Bと同じ12Aの電流が流れるが、このとき各単電池22には2Aずつの電流が流れる。つまり、同じ電流が流れる直列に接続された複数の電池ブロック21において、電池ブロック21内で電流遮断器22bが作動している状態だと、電流遮断器22bが1つも作動してない電池ブロック21よりも、各電流遮断器22bに流れる電流値が上昇する。
The current 12A, which is the same as the
そこで、本実施例では、電流遮断器22bの許容電流値を利用し、電流遮断器22bが作動する許容電流値よりも小さい電流であって電池ブロック21内において所定数の電流遮断器22bが作動したことによって電流遮断器22bが作動していない単電池22に流れ込む電流が許容電流値よりも上昇して電池ブロック21内全ての作動していない電流遮断器22bを作動させる大きさの電流を電池ブロック21に流すことで、電流遮断器22bが作動状態にある(作動状態にあった)電池ブロック21を判別する。
Therefore, in this embodiment, the allowable current value of the
図3(b)に示すように、例えば、電流遮断器22bの許容電流値が3Aであるとする。1つの電流遮断器22bが作動している電池ブロック21を判別する場合、並列接続された6つの単電池22のうち5つの単電池22に流れる電流値が3A以上となれば、5つの各単電池22の作動していない電流遮断器22bが作動するので、高容量型組電池20に対して15Aの電流を流す。
As shown in FIG. 3B, for example, it is assumed that the allowable current value of the
電池ブロック21Bでは、5つの各単電池22に流れる電流が3Aとなり、許容電流値よりも大きい電流が流れるので電流遮断器22b全てが作動する。一方、他の電池ブロック21A、21Cにも15Aの電流が流れるものの、各単電池22に流れる電流は、2.5Aであり、電流遮断器22bの許容電流値よりも小さい電流が流れるので、これら他の電池ブロック21A、21Cの電流遮断器22bは作動しない。
In the
このように、電池ブロック21内で所定数の電流遮断器22bが作動したことによって残りの電流遮断器22bに流れる電流が許容電流値よりも大きくなり、1つも電流遮断器22bが作動していない他の電池ブロック21の各電流遮断器22bには許容電流値よりも小さい電流が流れるように規定された電流を、直列に接続された電池ブロック21に流して、所定数の電流遮断器22bが作動している電池ブロック21内で全ての電流遮断器22bを作動させることで、直列に接続された複数の電池ブロック21に、電流遮断器22bが作動している状態の電池ブロック21が存在することを判別することができる。
As described above, when a predetermined number of
そして、電池ブロック21内で所定数の電流遮断器22bが作動したことによって残りの電流遮断器22bに流れる電流が許容電流値よりも大きくなり、1つも電流遮断器22bが作動していない他の電池ブロック21の各電流遮断器22bには許容電流値よりも小さい電流が流れるように規定された電流が流れている間の電池ブロック21の電圧又は電流を監視して、例えば、監視ユニット23で電池ブロック22の電圧値が検出できなくなったり(監視ユニット23から出力値を取得できない又は検出エラーを出力値と取得する)、電流センサ24の検出値が0になる場合に、電流遮断器22bが作動している状態の電池ブロック21の存在、つまり、電池ブロック21における電流遮断器22bの作動状態を判別(把握)することができる。
Then, when a predetermined number of
本実施例の電流遮断器22bの作動状態判別処理において流す電流値は、下記の式(1)のように求めることができる。
(式1)電流値I=(並列数−作動数)×許容電流値
並列数は、電池ブロック21を構成する単電池22の並列接続数である。作動数は、いくつの電流遮断器22bが作動している電池ブロック21を判別するかを表す値であり、最小値は1である。
The value of the current that flows in the operation state determination process of the
(Expression 1) Current value I = (Number of parallels−Number of operations) × Allowable current value The number of parallels is the number of parallel connections of the
電池ブロック21の単電池22の並列接続数及び電流遮断器22bの許容電流値は予め把握することができるので、いくつの電流遮断器22bが作動している電池ブロック21を判別するか、言い換えれば、いくつ以上の電流遮断器22bが作動状態である場合の電池ブロック21を検出するかを設定することで、電流遮断器22bの作動状態判別処理において流す電流値Iを予め又は適宜決定することができる。図3(b)の例では、並列数6個、許容電流値3Aなので、電流遮断器22bの作動数が1の電池ブロック21を判別する場合には、電流値Iは、15Aとなる。
Since the number of parallel connections of the
図4は、本実施例の電流遮断器22bの作動判別処理を示すフローチャートである。
FIG. 4 is a flowchart showing an operation determination process of the
コントローラ35は、IG−ON後の電池システムの起動時や外部充電の際に、高容量型組電池20における電流遮断器22bの作動判別処理を遂行する(S101)。このとき、システムメインリレーSMR−B2,SMR−G2はオン状態、システムメインリレーSMR−B1,SMR−G1はオフ状態であり、コントローラ35は、各システムメインリレーのオン状態とオフ状態を確認及び切り替える制御を行う。
The
コントローラ35は、上記式1に基づいて算出される電流値Iを高容量型組電池20に流す(S102)。上述のように、電流値Iは、電池ブロック21の単電池22の並列接続数、電流遮断器22bの許容電流値、いくつ以上の電流遮断器22bが作動状態である場合の電池ブロック21を検出するかを示す作動数に基づいて、予め又は適宜決定することができる。
The
コントローラ35は、電流値Iに応じた充放電電流を所定時間、高容量型組電池20に流すように制御する。なお、所定時間は、許容電流値を超える電流が一定時間流れると作動するように予め規定された電流遮断器22bの動作特性に基づくものである。
The
コントローラ35は、例えば、IG−ON後であれば、エンジン34を駆動してモータ・ジェネレータ32により生成された電力を充電させて充電電流を高容量型組電池20に流したり、車両の電力消費機器(例えば、エアコン)に電力を消費させて放電電流を高容量型組電池20に流すことができる。また、外部充電の際は、外部電源から供給される外部電力を充電させて充電電流を高容量型組電池20に流すことができる。
For example, after the IG-ON, the
コントローラ35は、電流値Iに応じた充放電電流を高容量型組電池20(電池ブロック21)に流している間の監視ユニット23によって検出される高容量型組電池20又は各電池ブロック21の電圧値を取得する(S103)。電池ブロック21内の電流遮断器22b全てが作動した電池ブロック21が存在しない場合は、直列接続されるいずれかの電池ブロック21が開回路(オープン回路)となっていないので、電池ブロック21の電圧値を取得できる。他方、直列接続されるいずれかの電池ブロック21内の電流遮断器22b全てが作動した電池ブロック21が存在する場合は、電池ブロック21が開回路となっている、すなわち、高容量型組電池20が断線しているので、電池ブロック21の電圧値は取得できない(S104)。
The
コントローラ35は、電流値Iに応じた充放電電流を流している間の電池ブロック21の電圧値が取得できない場合は、直列接続された複数の電池ブロック21のいずれか1つにおいて電流遮断器22bが作動した状態であると判別する(S105)。一方でコントローラ35は、電流値Iに応じた充放電電流を流している間の電池ブロック21の電圧値が取得できる場合は、直列接続された複数の電池ブロック21全てにおいて電流遮断器22bが作動していないと判別する(S106)。
If the
なお、ステップS103、S104では、電池ブロック21の電圧値以外に電流センサ24の出力値を用いて電流遮断器22bの作動状態を判別することができる。コントローラ35は、例えば、高容量型組電池20に電流値Iに応じた充放電電流を流している間の電流センサ24が検出する出力値(検出値)を取得し、電池ブロック21内の電流遮断器22b全てが作動した電池ブロック21が存在する場合は、電池ブロック21が開回路(オープン回路)となっているので、電流センサ24の出力値は0となる。
In steps S103 and S104, the operating state of the
他方、電池ブロック21内の電流遮断器22b全てが作動した電池ブロック21が存在しない場合は、電池ブロック21が開回路となっていないので、電流値Iに応じた充放電電流の検出値(>0)を電流センサ24から取得できる。コントローラ35は、電流値Iに応じた充放電電流が電流センサ24によって検出できない(検出値=0)場合は、直列接続された複数の電池ブロック21のいずれか1つにおいて電流遮断器22bが作動した状態であると判別する(S105)。また、コントローラ35は、電流値Iに応じた充放電電流を電流センサ24によって検出できた場合は、直列接続された複数の電池ブロック21全てにおいて電流遮断器22bが作動していないと判別する(S106)。
On the other hand, when there is no
コントローラ35は、ステップS105において、電池ブロック21の電流遮断器22bが作動したものと判別した場合は、高容量型組電池20におけるいずれかの電池ブロック21内の電流遮断器22bが全て作動している状態なので、高容量型組電池20を電池システムから切り離して高容量型組電池20の充放電をさせないように制御し、高出力型組電池10及びエンジン34による車両走行(HV走行モード又は高出力型組電池10を用いたEV走行モード)が行えるようにすることができる。このとき、コントローラ35は、高容量型組電池20に異常が発生した旨をユーザに知らせる警告処理(ランプの点灯、表示部を介したメッセージ表示など)をすることができる。
If the
このように本実施例では、電池ブロック21内で既に電流遮断器22bが作動している状態であれば、電流遮断器22bが作動していない残りの単電池22に電流が集中して電流遮断器22bが作動しつつ、電流遮断器22bが一つも作動していない状態であれば、電流遮断器22bには許容電流値よりも小さい電流が流れて電流遮断器22bは作動しないので、電流が流れている間に検出される電池ブロック21の電圧又は電流の検出値(出力値)に基づいて、直列に接続された複数の電池ブロックのうちで電流遮断器22bが作動状態にある電池ブロック21を正確に把握することができる。
As described above, in this embodiment, if the
そして、本実施例は、電流遮断器22bが所定数作動していた電池ブロック21内の残りの作動していない電流遮断器22bを作動させ、その電池ブロック21内の全ての電流遮断器22bを作動状態にさせるので、電流遮断器22bが作動状態にある電池ブロック21の存在を正確に把握しつつ、異常が発生した状態での高容量型組電池20の使用を適切に中止させることができる。
In this embodiment, the remaining non-operating
なお、本実施例では、電流値Iに応じた充放電電流を流し、少なくとも1以上の電流遮断器22bが作動している電池ブロック21の全ての電流遮断器22bを作動させ、直列に接続された複数のいずれかの電池ブロック21に、電流遮断器22bが作動状態にある電池ブロック21が存在することを正確に把握できるが、例えば、各電池ブロック21を特定した電流遮断器22bの作動状態の判別を行うこともできる。
In this embodiment, a charging / discharging current corresponding to the current value I is supplied, and all the
例えば、複数の各電池ブロック21に対して抵抗を含む均等化回路や電圧検出用抵抗を設けることで、電池ブロック21別に監視ユニット23から各電圧値を取得することができる。コントローラ35は、電流値Iに応じた充放電電流が流れている間の各電池ブロック21の電圧値、すなわち、監視ユニット23からの出力値を監視して、電圧値が検出できない1つ以上の電池ブロック21それぞれを、電流遮断器22bが作動している電池ブロック21として特定することができる。
For example, each voltage value can be acquired from the
また、本実施例では、電流値Iに応じた充放電電流が流れている間の電池ブロック21の電圧又は電流を監視しているが、これに限るものではない。例えば、電流値Iに応じた充放電電流を流した後に、別途所定の充放電電流を流して電池ブロック21の電圧又は電流を監視し、電流遮断器22bが作動状態にある電池ブロックを判別することができる。
In the present embodiment, the voltage or current of the
図5は、電流遮断器22bの作動状態判別の変形例を説明する図である。図5に示すように、電池ブロック21内のいずれか1つの単電池22に流れる電流を検出する電流センサ24aを、各電池ブロック21それぞれに設けることができる。
FIG. 5 is a diagram for explaining a modification of the operating state determination of the
例えば、電流センサ24aが設けられた単電池22に接続される電流遮断器22bが作動した場合、電流センサ24aの出力値は0となり、電流センサ24aが設けられた単電池22以外の並列接続される単電池22の電流遮断器22bが作動した場合は、上述のように、電流遮断器22bが作動していない電流センサ24aが設けられた単電池22の電流値が大きくなる。コントローラ35は、電流センサ24aの出力値に基づいて電池ブロック21内の電流遮断器22bの作動状態を各電池ブロック別に判別することができる。
For example, when the
10:高出力型組電池
11:単電池
12:監視ユニット
13:電流センサ
20:高容量型組電池
21:電池ブロック
22:単電池
22b:電流遮断器
23:監視ユニット
24:電流センサ
31:インバータ
32:モータ・ジェネレータ
33:車輪
34:エンジン
35:コントローラ
10: High-power assembled battery 11: Single battery 12: Monitoring unit 13: Current sensor 20: High-capacity assembled battery 21: Battery block 22:
Claims (1)
前記各蓄電ブロックの状態を判別するコントローラと、を有し、
前記各蓄電素子は、前記蓄電素子の内部における電流経路を遮断する電流遮断器を有しており、
前記コントローラは、
電流遮断器が作動する基準電流値よりも小さい電流であって蓄電ブロック内において所定数の電流遮断器が作動したことによって前記電流遮断器が作動していない蓄電素子に流れ込む電流が前記基準電流値よりも上昇して前記蓄電ブロック内全ての作動していない電流遮断器を作動させる大きさとなる電流を蓄電ブロックに流し、蓄電ブロックの電圧又は電流の検出値に基づいて、前記電流遮断器が作動状態にある蓄電ブロックを判別することを特徴とする蓄電システム。
Each having a plurality of power storage elements connected in parallel, a plurality of power storage blocks connected in series,
A controller for determining the state of each power storage block,
Each of the electricity storage elements has a current breaker that interrupts a current path inside the electricity storage element,
The controller is
The reference current value is a current that is smaller than a reference current value at which the current breaker is activated and flows into a storage element in which the current breaker is not activated due to activation of a predetermined number of current breakers in the storage block. The current breaker is activated based on the voltage or current detected value of the storage block. A power storage system characterized by determining a power storage block in a state.
Priority Applications (1)
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