JP2015109148A - Contact failure detection device, battery control system, contact failure detection method, and program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、接触不良検知装置、電池管理システム、接触不良検知方法、及びプログラムに関する。 The present invention relates to a contact failure detection device, a battery management system, a contact failure detection method, and a program.
二次電池モジュールは、エネルギーの有効利用の観点からハイブリッド自動車や航空機などさまざまな分野で利用されている。二次電池モジュールに発火などの異常が発生する前にその異常を予見する技術は重要である。
特許文献1には、関連する技術として、二次電池の異常を検出する技術が記載されている。
Secondary battery modules are used in various fields such as hybrid cars and aircraft from the viewpoint of effective use of energy. A technique for predicting an abnormality such as ignition in the secondary battery module is important.
ところで、二次電池モジュールにおいて、複数の電池セルは互いにバスバーによって接続されていることが多い。二次電池モジュールにおいて電池セルの電極端子とバスバーとの間で接触不良が発生すると、アーク放電や接触抵抗の増加により、二次電池モジュールの出力電圧が低下や発熱などの不具合が生じる。
そのため、電池セルにおいてアーク放電の発生を検知することができる技術が求められていた。
By the way, in a secondary battery module, a plurality of battery cells are often connected to each other by a bus bar. When a contact failure occurs between the electrode terminal of the battery cell and the bus bar in the secondary battery module, the output voltage of the secondary battery module decreases or heat is generated due to an increase in arc discharge or contact resistance.
Therefore, there has been a demand for a technique that can detect the occurrence of arc discharge in the battery cell.
そこでこの発明は、上記の課題を解決することのできる接触不良検知装置、電池管理システム、接触不良検知方法、及びプログラムを提供することを目的としている。 Therefore, an object of the present invention is to provide a contact failure detection device, a battery management system, a contact failure detection method, and a program that can solve the above-described problems.
上記目的を達成するために、本発明の一態様によれば、接触不良検知装置は、全体電圧取得部と、個別電圧取得部と、接触不良判定部とを備える。前記全体電圧取得部は、二次電池モジュールの全体の電圧を取得する。前記個別電圧取得部は、前記二次電池モジュールが備える複数の電池セルのそれぞれの電圧を取得する。前記接触不良判定部は、前記個別電圧取得部が取得した電圧の総和と前記全体電圧取得部が取得した電圧との差と、前記二次電池モジュールの内部におけるアーク放電の特徴を示す物理量に基づいて決定したしきい値とに基づいて、前記電池セルの接続部分に接触不良が生じていると判定する。 In order to achieve the above object, according to one aspect of the present invention, a contact failure detection device includes an overall voltage acquisition unit, an individual voltage acquisition unit, and a contact failure determination unit. The overall voltage acquisition unit acquires the overall voltage of the secondary battery module. The individual voltage acquisition unit acquires voltages of a plurality of battery cells included in the secondary battery module. The contact failure determination unit is based on a difference between a total voltage acquired by the individual voltage acquisition unit and a voltage acquired by the overall voltage acquisition unit, and a physical quantity indicating characteristics of arc discharge inside the secondary battery module. On the basis of the threshold value determined in this step, it is determined that a contact failure has occurred in the connection portion of the battery cell.
また本発明の別の態様によれば、前記接触不良検知装置が備える前記接触不良判定部は、アーク放電の特徴を示す物理量として、前記アーク放電が発生する際に前記接触不良部分の状態の変化に応じた電圧と、前記全体電圧取得部と前記個別電圧取得部とが取得した電圧に含まれる可能性がある最大誤差電圧とに基づいて決定した異常判定しきい値を超えた場合に前記電池セルの接続部分に接触不良が生じていると判定する。 Further, according to another aspect of the present invention, the contact failure determination unit provided in the contact failure detection device may change the state of the contact failure portion when the arc discharge occurs as a physical quantity indicating the characteristics of arc discharge. When the abnormality determination threshold value determined based on the voltage corresponding to the maximum error voltage that may be included in the voltage acquired by the overall voltage acquisition unit and the individual voltage acquisition unit is exceeded. It is determined that a contact failure has occurred in the cell connection.
また本発明の別の態様によれば、前記接触不良検知装置が備える前記接触不良判定部は、アーク放電の特徴を示す物理量として、複数の二次電池モジュールが直列接続された列が並列接続された複数の列の電池セルに流れる電流を検出し、検出した各列の電流を比較し、所定の電流範囲毎の集合に分類し、分類した各集合における列の数が最も多い集合以外の集合の列の電池セルに異常な電流が流れ、前記電池セルの接続部分に接触不良が生じていると判定する。 Moreover, according to another aspect of the present invention, the contact failure determination unit provided in the contact failure detection device is connected in parallel with a series of a plurality of secondary battery modules connected in series as a physical quantity indicating the characteristics of arc discharge. Detect currents flowing through battery cells in multiple columns, compare the detected currents in each column, classify them into sets for each predetermined current range, and set other than the set with the largest number of columns in each classified set It is determined that an abnormal current flows through the battery cells in the row and a contact failure occurs in the connection portion of the battery cells.
また本発明の別の態様によれば、前記接触不良検知装置が備える前記接触不良判定部は、アーク放電の特徴を示す物理量として、複数の二次電池モジュールが直列接続された各列の電圧差と電流を検出し、前記各列の電圧差と電流の時系列波形がアーク放電のパターン波形と一致している場合に前記電池セルの接続部分に接触不良が生じていると判定する。 According to another aspect of the present invention, the contact failure determination unit included in the contact failure detection device may be configured such that the physical difference indicating the characteristics of arc discharge is a voltage difference between columns in which a plurality of secondary battery modules are connected in series. Current is detected, and it is determined that a contact failure has occurred in the connection portion of the battery cells when the voltage difference in each column and the time-series waveform of the current match the arc discharge pattern waveform.
また本発明の別の態様によれば、前記接触不良検知装置が備える前記接触不良判定部は、温度センサを用いてアーク放電発生時の発熱を検出し、前記電池セルの接続部分に接触不良が生じていると判定する。 According to another aspect of the present invention, the contact failure determination unit included in the contact failure detection device detects heat generated when arc discharge occurs using a temperature sensor, and contact failure occurs in a connection portion of the battery cell. Determine that it has occurred.
また本発明の別の態様によれば、前記接触不良検知装置が備える前記接触不良判定部は、照度センサを用いてアーク放電発生時の光を検出し、前記電池セルの接続部分に接触不良が生じていると判定する。 According to another aspect of the present invention, the contact failure determination unit included in the contact failure detection device detects light at the time of arc discharge using an illuminance sensor, and there is a contact failure at a connection portion of the battery cell. Determine that it has occurred.
また本発明の別の態様によれば、前記接触不良検知装置が備える前記接触不良判定部は、マイクを用いてアーク放電発生時の音を検出し、前記電池セルの接続部分に接触不良が生じていると判定する。 According to another aspect of the present invention, the contact failure determination unit provided in the contact failure detection device detects a sound at the time of arc discharge using a microphone, and contact failure occurs in a connection portion of the battery cell. It is determined that
また本発明の別の態様によれば、電池管理システムは、前記接触不良検知装置を備える。 According to another aspect of the present invention, a battery management system includes the contact failure detection device.
また本発明の別の態様によれば、接触不良検知方法は、二次電池モジュールの全体の電圧を取得し、前記二次電池モジュールが備える複数の電池セルのそれぞれの電圧を取得し、取得した電圧の総和と取得した電圧との差と、前記二次電池モジュールの内部におけるアーク放電の特徴を示す物理量に基づいて決定したしきい値とに基づいて、前記電池セルの接続部分に接触不良が生じていると判定する。 According to another aspect of the present invention, the contact failure detection method acquires the voltage of the entire secondary battery module, acquires the voltage of each of the plurality of battery cells included in the secondary battery module, and acquires the acquired voltage. Based on the difference between the total voltage and the acquired voltage, and a threshold value determined based on a physical quantity indicating the characteristics of arc discharge inside the secondary battery module, there is a contact failure in the connection portion of the battery cell. Determine that it has occurred.
また本発明の別の態様によれば、プログラムは、接触不良検知装置のコンピュータを、二次電池モジュールの全体の電圧を取得する全体電圧取得手段と、前記二次電池モジュールが備える複数の電池セルのそれぞれの電圧を取得する個別電圧取得手段と、前記個別電圧取得手段により取得した電圧の総和と前記全体電圧取得手段により取得した電圧との差と、前記二次電池モジュールの内部におけるアーク放電の特徴を示す物理量に基づいて決定したしきい値とに基づいて、前記電池セルの接続部分に接触不良が生じていると判定する接触不良判定手段として機能させるプログラム。 According to another aspect of the present invention, the program includes a computer of the contact failure detection device, a whole voltage obtaining unit that obtains a whole voltage of the secondary battery module, and a plurality of battery cells provided in the secondary battery module. Individual voltage acquisition means for acquiring the respective voltages, the difference between the total voltage acquired by the individual voltage acquisition means and the voltage acquired by the overall voltage acquisition means, and the arc discharge inside the secondary battery module A program that functions as a contact failure determination unit that determines that a contact failure has occurred in a connection portion of the battery cell based on a threshold value determined based on a physical quantity indicating a feature.
本発明の実施形態による充電制御装置によれば、電池セルにおいてアーク放電の発生を検知することができる。 According to the charge control device according to the embodiment of the present invention, it is possible to detect the occurrence of arc discharge in the battery cell.
<第一の実施形態>
図1は、本発明の第一の実施形態による接触不良検知装置10を備える電池管理システム1の構成の一例を示す図である。
図1で示すように、第一の実施形態による電池管理システム1は、接触不良検知装置10と、出力部20と、二次電池モジュール30(30a、30b、・・・)と、電池制御回路40と、上位制御装置50と、充放電装置60と、負荷70と、記憶部80とを備える。
<First embodiment>
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a configuration of a
As shown in FIG. 1, the
接触不良検知装置10は、全体電圧取得部101と、個別電圧取得部102と、接触不良判定部103とを備える。
接触不良検知装置10が備える全体電圧取得部101は、二次電池モジュール30全体の電圧を取得する。全体電圧取得部101は、取得した二次電池モジュール30全体の電圧を接触不良判定部103に出力する。
個別電圧取得部102は、複数の電池セルのそれぞれの電圧を取得する。個別電圧取得部102は、取得した複数の電池セルのそれぞれの電圧を接触不良判定部103に出力する。
接触不良判定部103は、個別電圧取得部102が取得した電圧の総和と全体電圧取得部101が取得した電圧との差がアーク放電の特徴を示す所定のしきい値以上である場合に、接続部分の接触不良が生じていると判定する。
The contact
The overall
The individual
The contact
出力部20は、表示部201と、スピーカ202と、振動部203とを備える。
表示部201は、接触不良判定部103から入力するアラーム信号に基づいて視覚情報を表示する。
スピーカ202は、接触不良判定部103から入力するアラーム信号に基づいて音情報を出力する。
振動部203は、接触不良判定部103から入力するアラーム信号に基づいて振動情報を出力する。
The
The
The
The
二次電池モジュール30aは、複数の電池セルの集合体を構成するモジュール電池301aと、各電池セルのセル電圧を計測する電池監視回路302aとを備える。同様に、二次電池モジュール30bは、複数の電池セルの集合体であるモジュール電池301bと、各電池セルのセル電圧を計測する電池監視回路302bとを備える。二次電池モジュール30は、二次電池モジュール30a、30b、・・・の総称である。
二次電池モジュール30が備える電池監視回路302のぞれぞれは、計測したセル電圧を個別電圧取得部102に出力する。
電池制御回路40は、上位制御装置50が行う制御に基づいて、二次電池モジュール30を制御する。
The
Each of the battery monitoring circuits 302 included in the
The
上位制御装置50は、電池制御回路40と充放電装置60を制御する。
充放電装置60は、上位制御装置50が行う制御に基づいて、負荷70や二次電池モジュール30に対して電力を充放電する。
負荷70は、電池管理システム1における負荷である。例えば、電池管理システム1がビルディングである場合、負荷70は、エレベータ、エスカレータ、照明などである。
記憶部80は、接触不良判定部103が接続部分の接触不良を判定する際に必要となるしきい値などの種々のデータを記憶しいている。
The
The charging /
The
The
次に、第一の実施形態による接触不良検知装置10が二次電池モジュール30の異常を検知する際の誤検知の防止について説明する。
ここでは、電池管理システム1は800ボルトの電圧を出力するシステムであるものとする。また、二次電池モジュール30における電池セルの数は250であるものとする。ただし、電池管理システム1は800ボルトに限定するものではない。また電池セルの数は250に限定するものではない。
Next, prevention of erroneous detection when the contact
Here, it is assumed that the
第一の実施形態による電池管理システム1における充放電装置60は、充放電装置60の直流端電圧であるVpackを計測する。充放電装置60がVpackを計測する計測精度は、±2ボルト程度であるであるものとする。
また、電池監視回路302は、モジュール電池301における各電池セルのセル電圧Vcellを計測する。電池監視回路302がVcellを計測する計測精度は、±4ミリボルト程度であるものとする。この場合、充放電装置60と電池監視回路302の計測結果に含まれる最大誤差は、2ボルト+4ミリボルト×250(電池セルの数)=3ボルトである。ここでは、計測における誤差に50パーセント程度のマージンをみて4.5ボルトの誤差が生じるものとする。
The charging / discharging
Further, the battery monitoring circuit 302 measures the cell voltage Vcell of each battery cell in the module battery 301. It is assumed that the measurement accuracy with which the battery monitoring circuit 302 measures Vcell is about ± 4 millivolts. In this case, the maximum error included in the measurement results of the charge /
接触不良検知装置10が判定に用いる異常判定しきい値は、計測した充放電装置60の直流端電圧Vpackと各電池セルのセル電圧Vcellの合計に含まれる最大誤差の4.5ボルトで誤検知しないようにするために、4.5ボルトよりも高く設定しなければならない。また、接触不良検知装置10が判定に用いる異常判定しきい値は、計測した充放電装置60の直流端電圧Vpackと各電池セルのセル電圧Vcellに含まれる下限側の最大誤差の−4.5ボルトからアーク放電が発生したときの電圧よりも低く設定しなければならない。
The abnormality determination threshold value used for determination by the contact
図2は、アーク放電が発生した際の充放電装置60の直流端電圧Vpackと各電池セルのセル電圧Vcellとの電圧差の変化の一例を示す図である。
図2で示すように、電池セルの電極端子とバスバーとの間に緩みが生じ、アーク放電が発生する。すると、充放電装置60の直流端電圧Vpackと各電池セルのセル電圧Vcellとの電圧差がおよそ0ボルトから24ボルトへ変化する。なお、ここで示す数値例は一例に過ぎず、これらの値に限定するものではない。
図3は、接触する2つの金属の間の接触不良の進行と接触不良点間の電圧の一例を示す図である。
次に、図3を用いて、接触不良検知装置10の備える接触不良判定部103が二次電池モジュール30で発生したアーク放電を検知するためのしきい値の設定について説明する。
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a change in voltage difference between the DC terminal voltage Vpack of the charging / discharging
As shown in FIG. 2, loosening occurs between the electrode terminals of the battery cells and the bus bar, and arc discharge occurs. Then, the voltage difference between the DC terminal voltage Vpack of the charging / discharging
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the progress of contact failure between two metals in contact and the voltage between contact failure points.
Next, with reference to FIG. 3, setting of a threshold value for the contact
図3において左側に示すように接触不良初期の静接触時には、2つの金属の間の接点が多数あり接触面積が広く、接触抵抗は比較的低い(状態I)。次に、開離が開始し、接触点が減少し接触抵抗が高くなる(状態II)。この状態でも流れる電流は同様であるため、電流集中が生じ開離が進行する(状態III)。この状態では接点は金属相であり、接点に発生する電圧はおよそ12ボルトである。そして、開離の進行が継続すると、アーク放電が発生する(状態IV)。このアーク放電の発生により接点が金属相からガス相となる。この実験例では、図3において右側に示すように、アーク放電が発生した場合、接点に発生する電圧はおよそ24ボルトである。つまり、電池セルの電極端子とバスバーとの間でアーク放電が発生すると、電池セルの電極端子とバスバーとの間の電圧が0ボルトから24ボルトに変化する。このように、時間の経過に伴って、状態Iから状態IVへと状態が変化する。 As shown on the left side in FIG. 3, at the time of static contact at the initial stage of poor contact, there are many contacts between two metals, the contact area is wide, and the contact resistance is relatively low (state I). Next, the separation starts, the number of contact points decreases, and the contact resistance increases (state II). In this state, the flowing current is the same, so that current concentration occurs and separation proceeds (state III). In this state, the contact is in the metal phase, and the voltage generated at the contact is approximately 12 volts. Then, when the separation continues, arc discharge occurs (state IV). Due to the occurrence of this arc discharge, the contact changes from the metal phase to the gas phase. In this experimental example, as shown on the right side in FIG. 3, when arc discharge occurs, the voltage generated at the contact is about 24 volts. That is, when arc discharge occurs between the electrode terminal of the battery cell and the bus bar, the voltage between the electrode terminal of the battery cell and the bus bar changes from 0 volts to 24 volts. Thus, the state changes from the state I to the state IV with the passage of time.
従って、接触不良検知装置10は、例えば、上述の図2で示した電圧15ボルトを異常判定しきい値に設定する。接触不良検知装置10が判定に用いる異常判定しきい値15ボルトは、計測した充放電装置60の直流端電圧Vpackと各電池セルのセル電圧Vcellに含まれる最大誤差の4.5ボルトで誤検知しないようにするための、4.5ボルトよりも高くなければならないという条件を満足している。また、接触不良検知装置10が判定に用いる異常判定しきい値15ボルトは、計測した充放電装置60の直流端電圧Vpackと各電池セルのセル電圧Vcellに含まれる最大誤差の−4.5ボルトからアーク放電が発生したときの電圧(24ボルト−4.5ボルト)よりも低くなければならないという条件を満足している。ことで、アーク放電の発生を検知することができる。
Therefore, the contact
なお、図2と図3とで示したしきい値の設定を一般化して表すと、第一の実施形態による接触不良検知装置10を備える電池管理システム1は、(Vpack−(Vcellの合計))の絶対値が、計測における誤差以上に設定した異常判定のためのしきい値(以下、異常判定しきい値)よりも大きいと判定した場合、何らかの異常が発生していると判断する。そして、電池管理システム1は、電池セルにおける異常の報知や、二次電池モジュール30及び二次電池モジュール30の周辺装置の保護動作などの処置を行う。
In addition, when the threshold value setting shown in FIG. 2 and FIG. 3 is generalized, the
図4は、本発明の第一の実施形態による接触不良検知装置10を備える電池管理システム1の処理フローの一例を示す図である。
次に、図4を用いて第一の実施形態による電池管理システム1の処理フローについて説明する。
図4で示す第一の実施形態による電池管理システム1が行う処理は、図1で示した電池管理システム1の接触不良検知装置10が備える接触不良判定部103が(Vpack−(Vcellの合計))の絶対値が異常判定しきい値よりも大きいと判定した場合にアラームを出力する処理である。
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a processing flow of the
Next, the processing flow of the
The process performed by the
まず、接触不良検知装置10が備える全体電圧取得部101は、充放電装置60から、充放電装置60の直流端電圧Vpackの計測値を取得する(ステップS1)。そして、全体電圧取得部101は、取得した充放電装置60の直流端電圧Vpackの計測値を接触不良判定部103に出力する。
また、個別電圧取得部102は、モジュール電池301における各セルのセル電圧Vcellの計測値を取得する(ステップS2)。そして、個別電圧取得部102は、取得したモジュール電池301における各セルのセル電圧Vcellの計測値を接触不良判定部103に出力する。
First, the overall
Moreover, the individual
接触不良判定部103は、全体電圧取得部101から充放電装置60の直流端電圧Vpackの計測値を入力する。また、接触不良判定部103は、個別電圧取得部102からモジュール電池301における各セルのセル電圧Vcellの計測値を入力する。
そして、接触不良判定部103は、(Vpack−(Vcellの合計))の絶対値が異常判定しきい値よりも大きいか否かを判定する(ステップS3)。
(Vpack−(Vcellの合計))の絶対値が異常判定しきい値よりも小さいまたは同一であると接触不良判定部103が判定した場合(ステップS3、NO)、接触不良判定部103は、異常が発生しないと判定し、ステップS1の処理に戻る。
また、(Vpack−(Vcellの合計))の絶対値が異常判定しきい値よりも大きいと接触不良判定部103が判定した場合(ステップS3、YES)、接触不良判定部103は、異常が発生していると判定し、アラーム信号を出力部20へ出力すると共に、充放電装置60や二次電池モジュール30の動作を停止させるための保護動作信号を上位制御装置50へ出力する(ステップS4)。
The contact
Then, the poor
When the contact
Further, when the contact
出力部20は、接触不良判定部103からアラーム信号を入力すると、出力部20が備える表示部201、スピーカ202、振動部203のそれぞれは、アラーム信号に応じたアラームを出力する(ステップS5)。
表示部201は、接触不良判定部103から入力するアラーム信号に基づいて視覚情報を表示する。表示部201は、例えば液晶パネルであり、“異常な電圧を検知しました”と文字を表示する。
When the
The
スピーカ202は、接触不良判定部103から入力するアラーム信号に基づいて音情報を出力する。スピーカ202は、例えば “異常な電圧を検知しました”と人工的に作り出した合成音声を出力する。
振動部203は、接触不良判定部103から入力するアラーム信号に基づいて振動情報を出力する。振動部203は、バイブレータを備え、振動する。
なお、出力部20が出力するアラームは、何れか1つであってもよいし、何れかを組み合わせた複数であってもよい。
また、上位制御装置50は、接触不良判定部103から保護動作信号を入力すると、充放電装置60や二次電池モジュール30などの周辺装置の動作を停止される制御を行う(ステップS6)。
The
The
Note that the alarm output by the
Further, when the
以上、本発明の第一の実施形態による接触不良検知装置10、及び接触不良検知装置10を備える電池管理システム1について説明した。
本発明の実施形態による接触不良検知装置10は、全体電圧取得部101と、個別電圧取得部102と、接触不良判定部103とを備える。接触不良判定部103は、アーク放電の特徴を示す物理量として、アーク放電が発生する際に接触不良部分の状態の変化に応じた電圧と、全体電圧取得部101と個別電圧取得部102とが取得した電圧に含まれる可能性がある最大誤差電圧と、に基づいて決定した異常判定しきい値を超えた場合、電池セルの接続部分に接触不良が生じていると判定する。
このようにすれば、電池セルにおいてアーク放電の発生を検知することができる。
Heretofore, the contact
The contact
If it does in this way, generation | occurrence | production of arc discharge can be detected in a battery cell.
<第二の実施形態>
図5は、本発明の第二の実施形態による電池管理システム1が備える接触不良検知装置10が接触不良の検知対象とする二次電池モジュール30の例を示す図である。
次に、図5を用いて、第二の実施形態による接触不良判定部103が電池管理システム1における二次電池モジュール30のアーク放電の発生の検出について説明する。
<Second Embodiment>
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of the
Next, detection of occurrence of arc discharge of the
第二の実施形態による電池管理システム1は、第一の実施形態による二次電池モジュール30の代わりに、図5で示すような、複数の二次電池モジュールが直列接続された各列を並列に接続した二次電池モジュール30を備える。
接触不良検知装置10は、第二の実施形態による二次電池モジュール30に対して、列毎に第一の実施形態による接触不良検知装置10と同様の判定を行うことで、アーク放電の発生を検知することができる。
In the
The contact
また、第二の実施形態による二次電池モジュール30における各列の電池セルには、ほぼ同一の電流が流れる。ただし、アーク放電が列の電池セルにおいて発生すると、そのアーク放電が発生した列の電池セルに流れる電流は大きく変化する。
そのため、例えば、接触不良検知装置10は、第二の実施形態による二次電池モジュール30における全列の平均電流と各列の平均電流とを比較し、所定の電流範囲毎の集合に分類する(ステップS301)。例えば、二次電池モジュール30において、列1から列5までの5つの列が存在しているものとする。そして、各列の平均電流が、列1:301アンペア、列2:295アンペア、列3:302アンペア、列4:305アンペア、列5:297アンペアである場合、全体の平均値は300アンペアである。そして、平均値から所定の電流範囲として5アンペア毎の集合に分類する場合、接触不良検知装置10は、集合A(295アンペア〜300アンペア):列2と列5、集合B(300アンペア〜305アンペア):列1、列3、列4となる。
In addition, substantially the same current flows through the battery cells in each row in the
Therefore, for example, the contact
接触不良検知装置10は、各集合における列の数が最も多い集合が正常な電流が流れている列の集合であると判定する(ステップS302)。上述の列1から列5までの5つの列が存在する例では、接触不良検知装置10は、集合Aにおける列の数が2であり、集合Bにおける列の数が3であるため、正常な電流が流れている集合は集合Bであると判定する。
この場合、ステップS301とステップS302の処理が、第一の実施形態による接触不良検知装置10が行うステップS3の処理に続けて行われることになる。
このようにすれば、接触不良検知装置10は、アーク放電の発生が発生した列を特定することができる。なお、この場合、上位制御装置50は、接触不良判定部103から保護動作信号を入力し、アーク放電の発生を示す列を開放するように電池制御回路40を制御してもよい。
The contact
In this case, the process of step S301 and step S302 is performed following the process of step S3 performed by the contact
In this way, the contact
また、接触不良検知装置10は、第二の実施形態による二次電池モジュール30における各列の電圧差と電流の時系列波形がアーク放電のパターンと一致しているかを判定して、アーク放電の発生を示す列を特定してもよい。例えば、各列の電圧差の時系列波形は、図2のような波形である。接触不良検知装置10は、図2のような各列の電圧差と電流の時系列波形を計測し、予め実験などで取得したアーク放電のパターンと比較すればよい。
In addition, the contact
以上、本発明の第一の実施形態による接触不良検知装置10、及び接触不良検知装置10を備える電池管理システム1について説明した。
本発明の実施形態による接触不良検知装置10が備える接触不良判定部103は、アーク放電の特徴を示す物理量であるアーク放電が発生する際に接触不良部分の状態の変化に応じた電圧と、全体電圧取得部101と個別電圧取得部102とが取得した電圧に含まれる可能性がある最大誤差電圧と、に基づいて決定した異常判定しきい値を超えた場合、電池セルの接続部分に接触不良が生じていると判定する。
Heretofore, the contact
The contact
また、本発明の実施形態による接触不良検知装置10が備える接触不良判定部103は、アーク放電の特徴を示す物理量として、複数の二次電池モジュール30が直列接続された列が並列接続された複数の列の電池セルに流れる電流を検出し、検出した各列の電流を比較し、所定の電流範囲毎の集合に分類し、分類した各集合における列の数が最も多い集合以外の集合の列の電池セルに異常な電流が流れ、電池セルの接続部分に接触不良が生じていると判定する。
In addition, the contact
また、本発明の実施形態による接触不良検知装置10が備える接触不良判定部103は、アーク放電の特徴を示す物理量として、複数の二次電池モジュール30が直列接続された各列の電圧差と電流を検出し、各列の電圧差と電流の時系列波形がアーク放電のパターン波形と一致している場合に電池セルの接続部分に接触不良が生じていると判定する。
このようにすれば、複数の二次電池モジュール30が直列接続された各列の電池セルにおいてアーク放電の発生を検知することができる。
In addition, the contact
If it does in this way, generation | occurrence | production of arc discharge can be detected in the battery cell of each row | line | column with which the some
<第三の実施形態>
本発明の第三の実施形態による接触不良検知装置10を備える電池管理システム1は、第一の実施形態の電池管理システム1に温度センサを追加した構成である。接触不良検知装置10は、低い電圧差、例えば5ボルトの電圧差を生じるアーク放電をサーミスタなどの温度センサを利用して検出する。
アーク電圧が9ボルト程度である場合、第一の実施形態で示したプラスマイナス最大計測誤差4.5ボルト=9ボルトの差に埋もれ、接触不良検知装置10がアーク電圧を検知しない可能性がある。
また、接触不良検知装置10が温度センサを用いてアーク放電の発生を検出する場合、温度検出が遅れ、電池内部のセパレータが融解し、電池が熱暴走する可能性がある。
そのため、接触不良検知装置10は、第一の実施形態で示した異常電圧しきい値を用いた検出に加え、温度センサによる検出を並行して行い、アーク電圧の低い領域では温度センサによる検出、アーク電圧の高い領域では温度による検出を行う。
<Third embodiment>
The
When the arc voltage is about 9 volts, the difference between plus and minus maximum measurement error 4.5 volts = 9 volts shown in the first embodiment is buried, and the contact
When the contact
Therefore, in addition to the detection using the abnormal voltage threshold shown in the first embodiment, the contact
次に温度センサを用いた接触不良検知装置10の処理について説明する。
第三の実施形態による二次電池モジュール30における電池セルの電極端子とバスバーとの間で低い電圧差を生じるアーク放電が発生したとする。この場合、接触不良点での接触抵抗の上昇により、熱が発生する。
Next, processing of the contact
It is assumed that arc discharge that causes a low voltage difference occurs between the electrode terminal of the battery cell and the bus bar in the
温度センサは、この熱を検出する。接触不良検知装置10が備える接触不良判定部103は、アーク放電が派生しセパレータの融解が生じるまでの時間や、現在の温度からしきい値として設定した温度に変化するまでの時間に比べて十分に短い時間間隔で、温度センサが示す温度の情報を取得する(ステップS303)。そして、接触不良判定部103は、取得した温度情報と予め設定した温度しきい値とを比較し、取得した温度情報が温度しきい値を超えたか否かを判定する(ステップS304)。そして、接触不良判定部103は、取得した温度情報が予め設定した温度しきい値を超えたと判定した場合、電池保護のための信号を上位制御装置50へ出力する(ステップS305)。
この場合、ステップS303からステップS305の処理が、第一の実施形態による接触不良検知装置10が行うステップS3の処理と並行して続けて行われることになる。
The temperature sensor detects this heat. The contact
In this case, the processing from step S303 to step S305 is performed in parallel with the processing of step S3 performed by the contact
図6は、アーク放電の発生を温度センサであるサーミスタで検出する一例を示す図である。
次に、図6を用いて、第三の実施形態による接触不良判定部103が電池管理システム1において低い電圧差を生じるアーク放電を温度センサであるサーミスタを利用して検出する例について説明する。
図6におけるグラフ中の枠内に示すように、接触不良検知装置10がサーミスタを用いてアーク放電の発生を検出する場合、サーミスタの設置位置の温度と被測定物である端子の温度とが異なるため、サーミスタの設置位置での温度と被測定物の位置での温度との相対温度差を考慮し、さらにサーミスタの温度検出時間に伴う遅延時間とを考慮して検出しきい値を決定する必要がある。
FIG. 6 is a diagram illustrating an example in which the occurrence of arc discharge is detected by a thermistor that is a temperature sensor.
Next, an example in which the contact
As shown in the frame in the graph of FIG. 6, when the contact
図6で示す例では、被測定物は負極電極であり、この負極電極が140度に達するとセパレータの融解が開始し、熱暴走を発生する可能性がある。
そのため、セパレータの融解開始までに温度上昇を抑える対策が必要である。この電池管理システム1では、負極電極が100度になると電池切り離されるなどの保護動作が行われる。つまり、セパレータの融解タイミングの1.8秒前にアーク放電を検知し、保護動作を行う必要がある。従って、図6で示すこの例では、サーミスタの設置位置での温度検出しきい値を60度(負極電極は約42度)に設定し、アーク放電発生後、約0.9秒でアーク放電を検出できるようにしている。
なお、温度センサを用いてアーク放電発生による温度上昇を検出するしきい値は、温度センサの配置位置、被測定物の形状、周囲温度などのさまざまな条件に対して実験やシミュレーションを行い決定する必要があると思われる。
In the example shown in FIG. 6, the object to be measured is a negative electrode, and when the negative electrode reaches 140 degrees, the separator starts to melt, and thermal runaway may occur.
Therefore, it is necessary to take measures to suppress the temperature rise before the start of melting of the separator. In the
The threshold value for detecting the temperature rise due to the occurrence of arc discharge using the temperature sensor is determined through experiments and simulations for various conditions such as the position of the temperature sensor, the shape of the object to be measured, and the ambient temperature. It seems necessary.
以上、本発明の第三の実施形態による接触不良検知装置10、及び接触不良検知装置10を備える電池管理システム1について説明した。
本発明の実施形態による接触不良検知装置10が備える接触不良判定部103は、アーク放電の特徴を示す物理量であるアーク放電が発生する際に接触不良部分の状態の変化に応じた電圧と、全体電圧取得部101と個別電圧取得部102とが取得した電圧に含まれる可能性がある最大誤差電圧と、に基づいて決定した異常判定しきい値を超えた場合、電池セルの接続部分に接触不良が生じていると判定する。また、接触不良判定部103は、並行して温度センサによる異常検出を行う。
このようにすれば、電池セルにおいて低い電圧のアーク放電と高い電圧のアーク放電の発生を検知することができる。
The contact
The contact
If it does in this way, generation | occurrence | production of the low voltage arc discharge and the high voltage arc discharge can be detected in a battery cell.
以上本発明の実施形態による接触不良検知装置10、及び接触不良検知装置10を備える電池管理システム1について説明した。本発明の実施形態による接触不良検知装置10の接触不良判定部103は、例えば、マイクを備え、アーク放電発生時の音を検出し、アーク放電が発生したと判定してもよい。また、本発明の実施形態による接触不良検知装置10の接触不良判定部103は、照度センサを備え、アーク放電発生時の光を検出し、アーク放電が発生したと判定してもよい。
The contact
なお本発明の実施形態における処理フローは、適切な処理が行われる範囲において、処理の順番が入れ替わってもよい。 In the processing flow according to the embodiment of the present invention, the order of processing may be changed within a range where appropriate processing is performed.
なお本発明の実施形態について説明したが、上述の接触不良検知装置10は内部に、コンピュータシステムを有している。そして、上述した処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、DVD−ROM、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。
In addition, although embodiment of this invention was described, the above-mentioned poor
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であっても良い。 The program may be for realizing a part of the functions described above. Furthermore, what can implement | achieve the function mentioned above in combination with the program already recorded on the computer system, and what is called a difference file (difference program) may be sufficient.
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定するものではない。また、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができるものである。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. Various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention.
1・・・電池管理システム
10・・・接触不良検知装置
20・・・出力部
30、30a、30b・・・電池モジュール
40・・・電池制御回路
50・・・上位制御装置
60・・・充放電装置
70・・・負荷
80・・・記憶部
101・・・全体電圧取得部
102・・・個別電圧取得部
103・・・接触不良判定部
201・・・表示部
202・・・スピーカ
203・・・振動部
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記二次電池モジュールが備える複数の電池セルのそれぞれの電圧を取得する個別電圧取得部と、
前記個別電圧取得部が取得した電圧の総和と前記全体電圧取得部が取得した電圧との差と、前記二次電池モジュールの内部におけるアーク放電の特徴を示す物理量に基づいて決定したしきい値とに基づいて、前記電池セルの接続部分に接触不良が生じていると判定する接触不良判定部と
を備える接触不良検知装置。 An overall voltage acquisition unit for acquiring the entire voltage of the secondary battery module;
An individual voltage acquisition unit that acquires each voltage of a plurality of battery cells included in the secondary battery module;
The difference between the sum of the voltages acquired by the individual voltage acquisition unit and the voltage acquired by the overall voltage acquisition unit, and a threshold value determined based on a physical quantity indicating the characteristics of arc discharge inside the secondary battery module; A contact failure detection device comprising: a contact failure determination unit that determines that a contact failure has occurred in a connection portion of the battery cells based on the above.
請求項1に記載の接触不良検知装置。 The contact failure determination unit includes, as a physical quantity indicating a characteristic of arc discharge, a voltage corresponding to a change in a state of a contact failure part when the arc discharge occurs, the overall voltage acquisition unit, and the individual voltage acquisition unit. The contact failure determination is made in the connection part of the battery cell when the abnormality determination threshold value determined based on the maximum error voltage that may be included in the acquired voltage is exceeded. Contact failure detection device.
請求項1または請求項2に記載の接触不良検知装置。 The contact failure determination unit detects, as a physical quantity indicating the characteristics of arc discharge, a current flowing in a plurality of rows of battery cells connected in parallel to a row in which a plurality of secondary battery modules are connected in series, and each detected row Currents are classified into sets for each predetermined current range, and abnormal current flows through battery cells in a set other than the set having the largest number of columns in each classified set, and the connection portion of the battery cells The contact failure detection device according to claim 1, wherein it is determined that a contact failure has occurred.
請求項1から請求項3の何れか一項に記載の接触不良検知装置。 The contact failure determination unit detects a voltage difference and a current of each column in which a plurality of secondary battery modules are connected in series as a physical quantity indicating a characteristic of arc discharge, and a time-series waveform of the voltage difference and the current of each column The contact failure detection device according to any one of claims 1 to 3, wherein a contact failure is determined to occur at a connection portion of the battery cells in a case where is consistent with an arc discharge pattern waveform.
請求項1から請求項4の何れか一項に記載の接触不良検知装置。 The contact failure determination unit detects heat at the time of occurrence of arc discharge using a temperature sensor and determines that contact failure has occurred in a connection portion of the battery cell. The contact failure detection apparatus of description.
請求項1から請求項5の何れか一項に記載の接触不良検知装置。 The contact failure determination unit detects light when arc discharge occurs using an illuminance sensor, and determines that contact failure has occurred in a connection portion of the battery cell. The contact failure detection apparatus of description.
請求項1から請求項6の何れか一項に記載の接触不良検知装置。 The contact failure determination unit detects a sound at the time of occurrence of arc discharge using a microphone, and determines that a contact failure has occurred in a connection portion of the battery cell. The contact failure detection device described.
前記二次電池モジュールが備える複数の電池セルのそれぞれの電圧を取得し、
取得した電圧の総和と取得した電圧との差と、前記二次電池モジュールの内部におけるアーク放電の特徴を示す物理量に基づいて決定したしきい値とに基づいて、前記電池セルの接続部分に接触不良が生じていると判定する接触不良検知方法。 Get the overall voltage of the secondary battery module,
Obtaining each voltage of the plurality of battery cells provided in the secondary battery module;
The contact portion of the battery cell is contacted based on a difference between the acquired voltage sum and the acquired voltage, and a threshold value determined based on a physical quantity indicating characteristics of arc discharge inside the secondary battery module. A contact failure detection method for determining that a failure has occurred.
二次電池モジュールの全体の電圧を取得する全体電圧取得手段と、
前記二次電池モジュールが備える複数の電池セルのそれぞれの電圧を取得する個別電圧取得手段と、
前記個別電圧取得手段により取得した電圧の総和と前記全体電圧取得手段により取得した電圧との差と、前記二次電池モジュールの内部におけるアーク放電の特徴を示す物理量に基づいて決定したしきい値とに基づいて、前記電池セルの接続部分に接触不良が生じていると判定する接触不良判定手段
として機能させるプログラム。 The computer of the contact failure detection device,
An overall voltage acquisition means for acquiring the entire voltage of the secondary battery module;
Individual voltage acquisition means for acquiring the voltage of each of the plurality of battery cells provided in the secondary battery module;
A threshold value determined based on a difference between a sum of voltages acquired by the individual voltage acquisition means and a voltage acquired by the overall voltage acquisition means, and a physical quantity indicating characteristics of arc discharge inside the secondary battery module; Based on the above, a program for functioning as a contact failure determination means for determining that a contact failure has occurred in the connection portion of the battery cells.
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