JP2015068821A

JP2015068821A - 蓄電モジュールの異常検出方法及び異常検出装置

Info

Publication number: JP2015068821A
Application number: JP2013206453A
Authority: JP
Inventors: 俊雄小田切; Toshio Odagiri; 英明篠田; Hideaki Shinoda
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2013-10-01
Filing date: 2013-10-01
Publication date: 2015-04-13
Anticipated expiration: 2033-10-01
Also published as: JP6156035B2

Abstract

【課題】電極の劣化と切り分けてバスバーの接続異常の有無を検出できる蓄電モジュールの異常検出方法及び異常検出装置を提供する。
【解決手段】蓄電モジュール１の異常検出方法は、複数の蓄電装置１１の各々をバスバー１２で接続してなる蓄電モジュール１におけるバスバー１２の接続異常を検出するものであって、定電流充電を実施しながら蓄電モジュール１の抵抗値を検出し、検出された抵抗値のうち、定電流充電を開始した直後の瞬間抵抗値と、定電流充電を開始してから一定時間が経過した後の拡散抵抗値とを抽出し、瞬間抵抗値と拡散抵抗値との比を所定の閾値と比較して、電極の劣化と切り分けてバスバー１２の接続異常の有無を判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、蓄電モジュールの異常検出方法及び異常検出装置に関する。

自動車、産業車両等の車両に搭載される蓄電モジュールは、大きな容量が必要となるため、複数の蓄電装置同士をバスバーで接続することによって構成されている。このような蓄電モジュールでは、充放電回数の増加に応じて抵抗が増加していくことで、蓄電モジュールの発熱及び容量低下等が生じることがある。このため、従来では、蓄電モジュールの抵抗を検出し、検出結果を利用して蓄電モジュールの状態を判定する技術が存在している（例えば特許文献１及び２参照）。

特開２０１１−２２０６９５号公報特開２０１３−９６７５２号公報

車載の蓄電モジュールの抵抗が増加することによる異常の原因としては、例えば蓄電装置の電極の劣化が挙げられる。しかしながら、蓄電モジュールの異常の原因としては、電極の劣化以外にも、蓄電装置同士を接続するバスバーと蓄電装置の端子との間の接続異常が挙げられる。

これに対し、従来の蓄電モジュールの異常検出方法では、蓄電装置の電極の劣化による蓄電モジュールの抵抗の増加と、バスバーの接続異常による蓄電モジュールの抵抗の増加とを判別することは困難であった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、電極の劣化と切り分けてバスバーの接続異常の有無を判別できる蓄電モジュール異常検出装置及び蓄電モジュール異常検出方法を提供することを目的とする。

上記課題の解決のため、本発明に係る蓄電モジュールの異常検出方法は、蓄電装置同士をバスバーで接続してなる蓄電モジュールにおけるバスバーの接続異常を検出するものであって、定電流充電を実施しながら蓄電モジュールの抵抗値を検出する抵抗値検出工程と、抵抗値検出工程で得られた抵抗値のうち、定電流充電を開始した直後の瞬間抵抗値と、定電流充電を開始してから一定時間が経過した後の拡散抵抗値とを抽出し、瞬間抵抗値と拡散抵抗値との比を所定の閾値と比較してバスバーの接続異常の有無を判定する判定工程と、を備えたことを特徴としている。

この蓄電モジュールの異常検出方法では、定電流充電中に抽出した瞬間抵抗値と拡散抵抗値との比を所定の閾値と比較することで、バスバーの接続異常の有無を判定する。ここで、蓄電装置内の電極の劣化が生じた場合、正常時と比較して瞬間抵抗値及び拡散抵抗値の何れもが上昇する傾向がある。一方、バスバーに接続異常が生じた場合、正常時と比較して瞬間抵抗値は上昇するが、拡散抵抗値は上昇しない傾向がある。したがって、瞬間抵抗値と拡散抵抗値との比を閾値と比較することにより、電極の劣化と切り分けてバスバーの接続異常を判別することができる。

また、抵抗値検出工程において、各蓄電装置のバスバー間の抵抗値をそれぞれ検出することが好ましい。これにより、各蓄電装置に接続するバスバー毎の接続異常の有無を判定することができる。

また、本発明に係る蓄電モジュールの異常検出装置は、蓄電装置同士をバスバーで接続してなる蓄電モジュールにおける前記バスバーの接続異常を検出するものであって、蓄電モジュールの定電流充電が実施されたときに蓄電モジュールの抵抗値を検出する抵抗値検出部と、抵抗値検出工程で得られた抵抗値のうち、定電流充電を開始した直後の瞬間抵抗値と、定電流充電を開始してから一定時間が経過した後の拡散抵抗値とを抽出し、瞬間抵抗値と拡散抵抗値との比を所定の閾値と比較してバスバーの接続異常の有無を判定する判定部と、を備えたことを特徴とする。

この蓄電モジュールの異常検出装置では、判定部が、定電流充電中に抽出した瞬間抵抗値と拡散抵抗値との比を所定の閾値と比較し、バスバーの接続異常の有無を判定する。ここで、蓄電装置内の電極の劣化が生じた場合、正常時と比較して瞬間抵抗値及び拡散抵抗値の何れもが上昇する傾向がある。一方、バスバーの接続異常が生じた場合、正常時と比較して瞬間抵抗値は上昇するが、拡散抵抗値は上昇しない傾向がある。したがって、瞬間抵抗値と拡散抵抗値との比を閾値と比較することで、電極の劣化と切り分けてバスバーの接続異常を判別することができる。

また、抵抗値検出部は、各蓄電装置の抵抗値をそれぞれ検出することが好ましい。これにより、各蓄電装置に接続するバスバー毎の接続異常の有無を判定することができる。

本発明に係る蓄電モジュールの異常検出方法及び蓄電モジュールの異常検出装置によれば、バスバーの接続異常の有無を判別できる。

本発明の一実施形態に係る異常検出装置を示す概略構成図である。図１に示した異常検出装置を用いて実施される蓄電モジュールの異常検出方法の一例を示すフローチャートである。抵抗値検出部で検出されるデータの一例を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る蓄電モジュールの異常検出方法及び蓄電モジュールの異常検出装置の好適な実施形態について詳細に説明する。

図１は、本実施形態に係る異常検出装置、蓄電モジュール及び充電器を示す概略構成図である。図１に示すように、蓄電モジュール１は、複数の蓄電装置１１と、蓄電装置１１同士を直列に接続するためのバスバー１２とを備えている。蓄電装置１１は、例えばリチウムイオン二次電池である。蓄電装置１１は、例えば電解液が充填された筐体内に負極とセパレータ内に配置した正極とを積層してなる電極組立体を収容することによって構成されている。

充電器２は、蓄電モジュール１の充電を行うために電力を供給する装置である。充電器２は、蓄電モジュール１が接続された場合に、充電開始時から一定の期間において蓄電モジュール１の定電流充電を行う。

異常検出装置３は、蓄電モジュール１の異常を検出する装置である。この異常検出装置３は、図１に示すように、例えば抵抗値検出部２１と、判定部２２とを備え、電極の劣化と切り分けてバスバーの接続異常の有無を判別可能に構成されている。

抵抗値検出部２１は、蓄電モジュール１に対する定電流充電の実施中に蓄電モジュール１の抵抗値を検出する部分である。抵抗値検出部２１は、蓄電モジュール１に印加される電圧値から、定電流充電時に蓄電モジュール１に流れる電流値を除算して蓄電モジュール１の抵抗値を算出し、算出結果を判定部２２に出力する。図１においては、抵抗値検出部２１は、バスバー１２に接続された電圧計４から電圧値を取得しこの電圧値と定電流充電時に蓄電モジュール１に流れる電流値とに基づいて蓄電装置１１の抵抗値を算出する。なお、抵抗値検出部２１で取得される抵抗値には、蓄電装置１１の内部抵抗値と、バスバー１２と蓄電装置１１との間の接触抵抗値の双方が含まれる。

判定部２２は、抵抗値検出部２１から取得した抵抗値の算出結果に基づいて、蓄電モジュール１の異常の有無を判定する部分である。より具体的には、判定部２２は、抵抗値検出部２１から取得した抵抗値から、定電流充電を開始した直後の瞬間抵抗値と、瞬間抵抗値の検出後から一定時間が経過する間の拡散抵抗値とをそれぞれ抽出する。判定部２２は、抽出した瞬間抵抗値と拡散抵抗値との比を算出し、算出した比と所定の閾値とを比較することによって蓄電モジュール１の異常の有無を判定する。

ここで、瞬間抵抗値は、定電流充電を開始した直後の抵抗値が急峻に立ち上がる期間から抽出され、本実施形態では、例えば定電流充電を開始してから０秒〜０．１秒の期間の抵抗値から抽出される。瞬間抵抗値は、主にバスバー１２と蓄電装置１１との間の電子抵抗によるものであるため、バスバー１２の接続異常により瞬間抵抗値が増加する傾向にある。また、拡散抵抗値は、抵抗値が急峻に立ち上がった後、時間と共に緩やかに変化する期間から抽出され、本実施形態では、例えば定電流充電を開始してから０．１秒〜１０秒の期間の抵抗値から抽出される。拡散抵抗値は、主に蓄電装置１１内のイオン拡散抵抗によるものであるため、電極の劣化により拡散抵抗値が増加する傾向にある。

次に、本実施形態に係る蓄電モジュールの異常検出方法について説明する。図２は、本実施形態に係る異常検出方法のフローチャートである。

まず、充電器２に蓄電モジュール１が接続されると、蓄電モジュール１に対して定電流充電が開始される（Ｓ１）。次に、定電流充電開始時から所定の時間までの蓄電装置１１の抵抗値の検出がなされ（Ｓ２）、抵抗値の検出後、検出された抵抗値から瞬間抵抗値と拡散抵抗値とが抽出される（Ｓ３）。

続いて、抽出された瞬間抵抗値と拡散抵抗値との比が算出され（Ｓ４）、瞬間抵抗値と拡散抵抗値との比と所定の閾値との比較によって、蓄電モジュール１の異常の有無が判定される（Ｓ５）。

ここで、図３は、抵抗値検出部で検出されるデータの一例を示す図である。図３において、グラフ３１は、正常時の蓄電モジュール１の抵抗値の推移の一例を示し、グラフ３２は、電極が劣化したときの蓄電モジュール１の抵抗値の推移の一例を示している。また、グラフ３３は、バスバー１２の接続異常が生じたときの蓄電モジュール１の抵抗値の推移の一例を示している。時間ａにおけるグラフ３１〜３３の抵抗値は、それぞれ瞬間抵抗値Ｒ１〜Ｒ３である。

まず、グラフ３１とグラフ３２とを比較すると、グラフ３２における瞬間抵抗値Ｒ２は、グラフ３１における瞬間抵抗値Ｒ１よりも高くなっている。また、グラフ３１の瞬間抵抗値Ｒ１から時間ｂにおける抵抗値Ｄ１への変化幅である拡散抵抗値Ｄ１−Ｒ１と比較して、グラフ３２の瞬間抵抗値Ｒ２から時間ｂにおける抵抗値Ｄ２への変化幅であるＤ２−Ｒ２は大きくなっている。すなわち、電極が劣化したときの蓄電モジュール１では、正常時と比較して瞬間抵抗値及び拡散抵抗値の何れもが上昇する傾向があることが分かる。

一方、グラフ３１とグラフ３３とを比較すると、グラフ３３における瞬間抵抗値Ｒ３は、グラフ３１における瞬間抵抗値Ｒ１よりも高くなっている。また、グラフ３１の瞬間抵抗値Ｒ１から抵抗値Ｄ１への変化幅である拡散抵抗値Ｄ１−Ｒ１と、グラフ３３の瞬間抵抗値Ｒ３から時間ｂにおける抵抗値Ｄ３への変化幅である拡散抵抗値Ｄ３−Ｒ３は、ほぼ同一となっている。したがって、バスバー１２に接続異常が生じたときの蓄電モジュール１では、正常時と比較して、瞬間抵抗値は上昇するものの、拡散抵抗値は上昇しない傾向があることが分かる。

これらの結果から、電極が劣化した時の蓄電モジュール１の瞬間抵抗値と拡散抵抗値との比（Ｒ２／（Ｄ２−Ｒ２））を算出すると、この比は、正常時の蓄電モジュール１の瞬間抵抗値と拡散抵抗値との比（Ｒ１／（Ｄ１−Ｒ１））と比較して低くなる。これに対して、バスバー１２に接続異常が生じたときの蓄電モジュール１の瞬間抵抗値と拡散抵抗値との比（Ｒ３／（Ｄ３−Ｒ３））は、正常時の蓄電モジュール１の瞬間抵抗値と拡散抵抗値との比（Ｒ１／（Ｄ１−Ｒ１））と比較して高くなる。したがって、判定部２２において、瞬間抵抗値と拡散抵抗値との比の閾値を例えば１とし、比が１未満である場合にはバスバー１２に接続異常が生じていないと判定でき、比が１を超えている場合には、電極の劣化と切り分けてバスバー１２に接続異常が生じていると判定できる。

以上のように、本実施形態では、定電流充電中に抽出した瞬間抵抗値と拡散抵抗値との比を所定の閾値と比較することで、バスバー１２の接続異常の有無を判定する。上述のように、蓄電装置１１内の電極の劣化が生じた場合、正常時と比較して瞬間抵抗値及び拡散抵抗値の何れもが上昇する傾向がある。一方、バスバー１２に接続異常が生じた場合、正常時と比較して瞬間抵抗値は上昇するが、拡散抵抗値は上昇しない傾向がある。したがって、瞬間抵抗値と拡散抵抗値との比を閾値と比較することにより、電極の劣化と切り分けてバスバー１２の接続異常を判別することができる。また、バスバー１２に接続異常が生じていると判定された場合、該当するバスバー１２の接続異常を解消することにより、蓄電モジュール１の抵抗値を下げることができる。

本発明は、上記実施形態に限られるものではない。例えば上記実施形態では、電圧計４で測定された蓄電装置１１に接続されたバスバー１２の判定のみを行っているが、蓄電モジュール１全体の電圧値を測定するように電圧計４を設けてもよい。例えば、充電器２に電圧計を設けてもよい。また、蓄電モジュール１全体の一又は複数の蓄電装置毎の電圧値を測定するように電圧計４を複数設けてもよい。これによって、バスバー１２の接続異常の有無を蓄電モジュール１全体の一又は複数の蓄電装置毎に判定することができる。

１…蓄電モジュール、２…充電器、３…異常検出装置、４…電圧計、１１…蓄電装置、１２…バスバー、２１…抵抗値検出部、２２…判定部、Ｒ１〜Ｒ３…瞬間抵抗値。

Claims

蓄電装置同士をバスバーで接続してなる蓄電モジュールにおける前記バスバーの接続異常を検出する蓄電モジュールの異常検出方法であって、
定電流充電を実施しながら前記蓄電モジュールの抵抗値を検出する抵抗値検出工程と、
前記抵抗値検出工程で検出された抵抗値のうち、前記定電流充電を開始した直後の瞬間抵抗値と、前記定電流充電を開始してから一定時間が経過した後の拡散抵抗値とを抽出し、前記瞬間抵抗値と前記拡散抵抗値との比を所定の閾値と比較して前記バスバーの接続異常の有無を判定する判定工程と、を備えたことを特徴とする蓄電モジュールの異常検出方法。
前記抵抗値検出工程において、前記各蓄電装置のバスバー間の抵抗値をそれぞれ検出することを特徴とする請求項１記載の蓄電モジュールの異常検出方法。
蓄電装置同士をバスバーで接続してなる蓄電モジュールにおける前記バスバーの接続異常を検出する蓄電モジュールの異常検出装置であって、
前記蓄電モジュールの定電流充電が実施されたときに前記蓄電モジュールの抵抗値を検出する抵抗値検出部と、
前記抵抗値検出部で検出された抵抗値のうち、前記定電流充電を開始した直後の瞬間抵抗値と、前記定電流充電を開始してから一定時間が経過した後の拡散抵抗値とを抽出し、前記瞬間抵抗値と前記拡散抵抗値との比を所定の閾値と比較して前記バスバーの接続異常の有無を判定する判定部と、を備えたことを特徴とする蓄電モジュールの異常検出装置。
前記抵抗値検出部は、前記各蓄電装置の抵抗値をそれぞれ検出することを特徴とする請求項３記載の蓄電モジュールの異常検出装置。