JP2016134948A - Power supply system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の電池セルが直列接続された組電池を備える電源システムに関する。 The present invention relates to a power supply system including an assembled battery in which a plurality of battery cells are connected in series.
駆動源として回転電機が用いられる、電気車両やいわゆるハイブリッド車両には、電源としてバッテリが搭載されている。このバッテリは、二次電池の電池セルを複数直列接続させた組電池から構成される。 An electric vehicle or a so-called hybrid vehicle using a rotating electrical machine as a drive source is equipped with a battery as a power source. This battery is composed of an assembled battery in which a plurality of secondary battery cells are connected in series.
各電池セルのSOC(充電率、State Of Charge)にばらつきがある場合、組電池全体の効率低下に繋がるおそれがある。例えば、充電プロセスにおいて、特定の電池セルのSOCが充電終止レベルに達すると、他の電池セルのSOCが充電終止レベルに達していない(容量に空きがある)場合でも、先に充電終止レベルに達した電池セルの過充電を防ぐために充電プロセスが終了させられる。この結果、組電池全体として満充電レベルに至る前に充電プロセスが終了してしまう。 When there is variation in the SOC (charge rate, state of charge) of each battery cell, there is a possibility that the efficiency of the entire assembled battery may be reduced. For example, in the charging process, when the SOC of a specific battery cell reaches the charge termination level, even if the SOC of another battery cell has not reached the charge termination level (the capacity is empty), the charge termination level is first reached. The charging process is terminated in order to prevent overcharging of the reached battery cells. As a result, the charging process ends before the battery pack as a whole reaches the full charge level.
電池セル間のSOCのばらつきを解消するために、均等化制御(バランシング)が行われる。例えば、全ての電池セルに対して放電抵抗とスイッチング素子を接続させた均等化回路を形成する。均等化制御では、相対的にSOCの高い電池セルに対してスイッチング素子をオンにして放電抵抗と導通させることでSOCを下げ、各電池セル間のSOCの均等化を図る。 In order to eliminate variation in SOC between battery cells, equalization control (balancing) is performed. For example, an equalization circuit in which discharge resistors and switching elements are connected to all battery cells is formed. In the equalization control, the switching element is turned on for a battery cell having a relatively high SOC to conduct with the discharge resistance, thereby lowering the SOC and equalizing the SOC between the battery cells.
ここで、スイッチング素子に短絡故障(ソース−ドレイン短絡)が生じた場合、スイッチング素子のオフ制御中にも関わらず均等化回路が導通状態となって電池セルのSOCが低下してしまう。そこで、特許文献1では、均等化回路の異常判定を行う監視回路を設けている。具体的には、電池セルの端子電圧を測定する電圧センサを設けるとともに、スイッチング素子のオフ制御中に電圧センサによる測定電圧値(=電池セル端子電圧値)が経時的に低減する場合に、スイッチング素子が短絡故障したものと判定している。
Here, when a short-circuit failure (source-drain short-circuit) occurs in the switching element, the equalization circuit becomes conductive even during the OFF control of the switching element, and the SOC of the battery cell decreases. Therefore, in
ところで、スイッチング素子のオフ制御中に電池セル端子電圧が減少する原因として、スイッチング素子の短絡故障の他に、電池セルの内部短絡が考えられる。しかしながら、従来の監視装置では、上記2つの原因のどちらが発生しているかを特定することが困難な回路構成となっている。このため、本来正常な均等化回路が交換対象となり、その一方で異常を含む組電池には修理が施されないなど、修理内容を誤るおそれがある。 By the way, as a cause of the battery cell terminal voltage decreasing during the OFF control of the switching element, an internal short circuit of the battery cell can be considered in addition to the short circuit failure of the switching element. However, the conventional monitoring device has a circuit configuration in which it is difficult to specify which of the above two causes is occurring. For this reason, there is a possibility that the contents of repair may be erroneous, such that the normal equalization circuit is to be replaced, while the assembled battery including the abnormality is not repaired.
本発明は、電源システムに関するものである。当該電源システムは、複数の電池セルが直列接続された組電池と、それぞれの前記電池セルに接続された放電抵抗と、前記電池セルと前記放電抵抗との導通及び遮断を切り換えるスイッチング素子と、前記スイッチング素子の両端電圧を測定する第1電圧センサと、前記放電抵抗より前記電池セルの正極側から前記電池セルの電圧を測定する第2電圧センサと、前記スイッチング素子のオンオフ制御を行うとともに、前記第1電圧センサ及び前記第2電圧センサからそれぞれ電圧測定値を取得する制御部と、を備える。前記制御部は、前記スイッチング素子のオフ制御中に、前記第1電圧センサと第2電圧センサの電圧測定値の差分が閾値未満であり、かつ、両者の電圧測定値が経時的に減少するときに、前記電池セルに対して短絡判定し、前記スイッチング素子のオフ制御中に、前記第1電圧センサと第2電圧センサの電圧測定値の差分が前記閾値以上であるときに、前記スイッチング素子に対して短絡判定する。 The present invention relates to a power supply system. The power supply system includes an assembled battery in which a plurality of battery cells are connected in series, a discharge resistor connected to each of the battery cells, a switching element that switches between conduction and interruption between the battery cells and the discharge resistor, A first voltage sensor that measures the voltage across the switching element, a second voltage sensor that measures the voltage of the battery cell from the positive electrode side of the battery cell from the discharge resistance, and on / off control of the switching element, A control unit that obtains voltage measurement values from the first voltage sensor and the second voltage sensor, respectively. The control unit is configured such that during the OFF control of the switching element, the difference between the voltage measurement values of the first voltage sensor and the second voltage sensor is less than a threshold value, and the voltage measurement values of the two decrease with time. When the difference between the voltage measurement values of the first voltage sensor and the second voltage sensor is greater than or equal to the threshold during the OFF control of the switching element, the switching element is In contrast, a short circuit is determined.
本発明によれば、スイッチング素子と電池セルのどちらに短絡故障が発生しているかを判別可能な、電源システムを提供することが可能となる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to provide the power supply system which can discriminate | determine whether the short circuit fault has generate | occur | produced in the switching element or the battery cell.
<全体構成>
図1には、本実施形態に係る電源システム10が例示されている。なお、一点鎖線は信号線を表している。電源システム10は、例えば電気車両やハイブリッド車両など、駆動源として回転電機を用いる車両に搭載される。
<Overall configuration>
FIG. 1 illustrates a
電源システム10は、組電池12、均等化回路14、監視回路16、及び制御部18を備える。組電池12は、複数の電池セルBC1、BC2、BC3、BC4・・・が直列接続された構成となっている。均等化回路14及び監視回路16は、それぞれの電池セルBC1、BC2、BC3、BC4・・・に並列接続される。
The
図2には、電池セル単位の回路図、すなわち、図1の回路のうち、一つの電池セルBC1及びこれに接続された均等化回路14、監視回路16、及び制御部18が抜き出されて例示されている。
In FIG. 2, a circuit diagram of a battery cell unit, that is, one battery cell BC1 and an
なお、本実施形態に係る電源システム10では、他の電池セルBC2,BC3,BC4・・・についても図2と同様の構成が設けられている。このことから、以下では、図2に示された電池セルBC1単位の回路図についてのみ説明し、他の電池セルBC2,BC3・・・については電池セルBC1と同様の構造及び制御が行われるものとして、説明を省略する。
In the
電池セルBC1のSOCが他の電池セルのSOCと比較して高い場合、均等化制御が実行される。均等化制御では、制御部18によって監視回路16の第2スイッチング素子FET2がオンになり、これを受けて均等化回路14の第1スイッチング素子FET1がオンになる。第1スイッチング素子FET1のオンにより、図3のハッチングで示すように均等化回路14が導通状態となり、電池セルBC1の電力が放電抵抗R1,R5に消費される。
When the SOC of the battery cell BC1 is higher than the SOC of the other battery cells, equalization control is executed. In the equalization control, the
図2に戻り、制御部18は、第2スイッチング素子FET2のオンオフ制御を行う。また、第2スイッチング素子FET2のオンオフ制御を通して、第1スイッチング素子FET1のオンオフ制御を行う。つまり、制御部18は、第2スイッチング素子FET2のオンオフ制御を介して、間接的に第1スイッチング素子FET1のオンオフ制御を行う。
Returning to FIG. 2, the
また、制御部18は、監視回路16の第1電圧センサ20及び第2電圧センサ22から電圧測定値を取得する。後述するように、制御部18は、第1電圧センサ20及び第2電圧センサ22から取得した電圧測定値の比較に基づき、電池セルBC1の短絡判定や第1スイッチング素子FET1の短絡判定を行う。
In addition, the
<各構成の詳細>
電池セルBC1は、充放電可能な二次電池から構成され、例えばニッケル水素電池やリチウムイオン電池から構成される。電池セルBC1は、例えば正極と負極との間に絶縁体であるセパレータを挟んだ構造となっており、何らかの原因でセパレータが破損した場合、正極と負極とが導通する内部短絡が発生する。
<Details of each configuration>
Battery cell BC1 is comprised from the secondary battery which can be charged / discharged, for example, is comprised from a nickel-hydrogen battery or a lithium ion battery. The battery cell BC1 has, for example, a structure in which a separator as an insulator is sandwiched between a positive electrode and a negative electrode. When the separator is damaged for some reason, an internal short circuit in which the positive electrode and the negative electrode are conducted occurs.
均等化回路14は、各電池セルBC1,BC2,BC3・・・のSOCを揃えるための回路である。本実施形態に係る均等化回路14は、各電池セルの放電を介してそれぞれのSOCを揃える、いわゆるパッシブバランス型の均等化回路から構成される。電池セルBC1に対する均等化回路14は、例えば放電抵抗R1,R5、及び第1スイッチング素子FET1を含んで構成される。
The equalizing
均等化回路14は、IC回路に外付けされた、いわゆるアナログ回路から構成される。このような構成とすることで、IC回路の通電上限を超えるような大電流を均等化回路14に流すことが可能となる。大電流放電が可能となることでSOCが迅速に引き下げられ、その結果、均等化制御に掛かる時間を短縮することが可能となる。
The
放電抵抗R1,R5は、それぞれの電池セルBC1,BC2,BC3・・・に接続される。電池セルBC1について説明すると、放電抵抗R1は、電池セルBC1の正極に接続され、放電抵抗R5は、電池セルBC1の負極に接続される。 Discharge resistance R1, R5 is connected to each battery cell BC1, BC2, BC3. The battery cell BC1 will be described. The discharge resistor R1 is connected to the positive electrode of the battery cell BC1, and the discharge resistor R5 is connected to the negative electrode of the battery cell BC1.
第1スイッチング素子FET1は、放電抵抗R1とR5との間に接続され、電池セルBC1と放電抵抗R1,R5との導通及び遮断を切り換える。第1スイッチング素子FET1は、例えばMOSFETなどの電界効果トランジスタから構成される。また、第1スイッチング素子FET1は、ゲート−ソース間電位がHiのときにオフとなりLoのときにオンとなる、いわゆるp型のトランジスタから構成される。 The first switching element FET1 is connected between the discharge resistors R1 and R5, and switches between conduction and interruption between the battery cell BC1 and the discharge resistors R1 and R5. The first switching element FET1 is composed of a field effect transistor such as a MOSFET. The first switching element FET1 is formed of a so-called p-type transistor that is turned off when the gate-source potential is Hi and turned on when the potential is Lo.
監視回路16は、保護抵抗R3,R4,R6、ゲートオン抵抗R2、平滑コンデンサC1,C2、ツェナーダイオードZD、第2スイッチング素子FET2、第1電圧センサ20、第2電圧センサ22、及びリーク検出回路24を備える。
The
監視回路16は、一部がIC回路から構成され、その他はいわゆるアナログ回路(外付け回路)として構成される。アナログ回路部分は、主にIC回路保護のために設けられる。具体的には、アナログ回路部分は、保護抵抗R3,R4,及びR6、ゲートオン抵抗R2、平滑コンデンサC1,C2、及びツェナーダイオードZDを含んで構成される。IC回路部分は、第2スイッチング素子FET2、第1電圧センサ20、第2電圧センサ22、及びリーク検出回路24を含んで構成される。
A part of the
保護抵抗R3、R4、及びR6は、いずれも電池セルBC1とIC回路とを結ぶ導線上に設けられており、組電池12の電流からIC回路を保護するために設けられている。具体的には、保護抵抗R3は、第1スイッチング素子FET1のゲート電極とIC回路とを繋ぐ導線上に設けられている。保護抵抗R4は、放電抵抗R1とIC回路とを繋ぐ導線上に設けられている。保護抵抗R6は、放電抵抗R5とIC回路とを繋ぐ導線上に設けられている。
The protective resistors R3, R4, and R6 are all provided on a conductive wire connecting the battery cell BC1 and the IC circuit, and are provided to protect the IC circuit from the current of the assembled
平滑コンデンサC1,C2は、電池セルBC1の電圧測定に当たり、電圧値の乱れを平滑化させるために設けられている。平滑コンデンサC1,C2は、第1電圧センサ20から見て、電池セルBC1と並列に接続される。また平滑コンデンサC2は、第2電圧センサ22から見て、電池セルBC1と並列に接続される。平滑コンデンサC1,C2により、第1電圧センサ20の電圧測定値が安定化される。また、平滑コンデンサC2により、第2電圧センサ22の電圧測定値が安定化される。
The smoothing capacitors C1 and C2 are provided to smooth the disturbance of the voltage value when measuring the voltage of the battery cell BC1. The smoothing capacitors C1 and C2 are connected in parallel with the battery cell BC1 when viewed from the
ツェナーダイオードZDは、IC回路保護のために設けられている。ツェナーダイオードZDは、IC回路から見て電池セルBC1と並列に接続されている。電池セルBC1からの印加電圧がツェナーダイオードZDの降伏電圧を超過すると、ツェナーダイオードZDが導通状態となって図示しない接地線に電流が流れる。これによりIC回路への大電流の流入が防止される。 Zener diode ZD is provided to protect the IC circuit. The Zener diode ZD is connected in parallel with the battery cell BC1 as viewed from the IC circuit. When the applied voltage from the battery cell BC1 exceeds the breakdown voltage of the Zener diode ZD, the Zener diode ZD becomes conductive and current flows through a ground line (not shown). This prevents a large current from flowing into the IC circuit.
第2スイッチング素子FET2は、ゲートオン抵抗R2と協働して、第1スイッチング素子FET1のオン/オフ状態を切り換えるために設けられる。第2スイッチング素子FET2は、保護抵抗R3及びR6との間に接続される。第2スイッチング素子FET2は、第1スイッチング素子FET1と同様に、MOSFET等の電界効果トランジスタから構成される。また、第2スイッチング素子FET2は、第1スイッチング素子FET1とは異なり、ゲート−ソース間電位がHiのときオンとなりLoのときオフとなる、いわゆるn型のトランジスタから構成される。 The second switching element FET2 is provided for switching the on / off state of the first switching element FET1 in cooperation with the gate-on resistance R2. The second switching element FET2 is connected between the protective resistors R3 and R6. Similar to the first switching element FET1, the second switching element FET2 is configured by a field effect transistor such as a MOSFET. Unlike the first switching element FET1, the second switching element FET2 is formed of a so-called n-type transistor that is turned on when the gate-source potential is Hi and turned off when the potential is Lo.
ゲートオン抵抗R2は、第2スイッチング素子FET2がオン状態のときに、第1スイッチング素子FET1のゲート−ソース間電圧を低下させて(Loにして)、これをオン状態にするために設けられている。ゲートオン抵抗R2は、電池セルBC1と放電抵抗R1との間と、第1スイッチング素子FET1のゲート電極及び保護抵抗R3とを繋ぐ導線上に設けられる。 The gate-on resistance R2 is provided to reduce the gate-source voltage of the first switching element FET1 (set it to Lo) and turn it on when the second switching element FET2 is on. . The gate-on resistance R2 is provided on a conductive line that connects between the battery cell BC1 and the discharge resistance R1 and the gate electrode of the first switching element FET1 and the protective resistance R3.
ゲートオン抵抗R2の抵抗値は、第1スイッチング素子FET1のオン閾値電圧(HiとLoとの境界電圧)を考慮して定められる。具体的には、電池セルBC1の端子電圧(電池セル電圧)VCELL、第1スイッチング素子FET1のゲート電圧VG、第1スイッチング素子FET1のソース電圧VS、第1スイッチング素子FET1のオン閾値電圧VGS-th、第1スイッチング素子FET1のオン抵抗RFET1、及び第2スイッチング素子FET2のオン抵抗RFET2を用いて、下記数式(1)、数式(2)、数式(3)が導き出される。 The resistance value of the gate-on resistance R2 is determined in consideration of the on-threshold voltage (boundary voltage between Hi and Lo) of the first switching element FET1. Specifically, the terminal voltage (battery cell voltage) V CELL of the battery cell BC1, the gate voltage V G of the first switching element FET1, the source voltage V S of the first switching element FET1, the on threshold voltage of the first switching element FET1. with V GS-th, on-resistance R FET2 of the first on-resistance R FET1 of the switching element FET1, and the second switching element FET2, the following equation (1), equation (2), equation (3) is derived.
数式(1)〜(3)を、ゲートオン抵抗R2について解くと、下記数式(4)〜(7)を経て、最終的に数式(8)が得られる。 When Equations (1) to (3) are solved for the gate-on resistance R2, Equation (8) is finally obtained through Equations (4) to (7) below.
第1電圧センサ20は、第1スイッチング素子FET1の両端(ソース−ドレイン間)に接続され、第1スイッチング素子FET1の両端電圧(ソース−ドレイン間電圧)を測定する。
The
第1スイッチング素子FET1がオフ状態のとき、均等化回路14は切断(非導通)状態となるので、第1スイッチング素子FET1の両端電圧(ソース−ドレイン間電圧)は電池セル電圧VCELLと等しくなる。
When the first switching element FET1 is in the OFF state, the
また、第1スイッチング素子FET1がオン状態のとき、均等化回路14は導通状態となる。このとき、第1スイッチング素子FET1の両端電圧は、第1スイッチング素子FET1のオン抵抗RFET1とこれを流れる電流Iとの積からなる値となり、電池セル電圧VCELLとは異なる値となる。言い換えると、第1スイッチング素子FET1の両端電圧は、電池セル電圧VCELLから放電抵抗R1,R2によって電圧降下された値となる。
Further, when the first switching element FET1 is in the on state, the
第2電圧センサ22は、第2スイッチング素子FET2の両端(ソース−ドレイン間)に接続されている。図4のハッチングに示すように、第2電圧センサ22は、放電抵抗R1よりも電池セルBC1の正極側から分岐された、第1スイッチング素子FET1を経由しないバイパス経路(BC1→R2→R3→FET2→R6→R5→BC1)から、電池セル電圧VCELLを測定可能となっている。
The
第2スイッチング素子FET2がオフ状態のとき、バイパス経路が切断(非導通)状態となるので、第2スイッチング素子FET2の両端電圧(ソース−ドレイン間電圧)は、電池セル電圧VCELLと等しくなる。 When the second switching element FET2 is in the OFF state, the bypass path is disconnected (non-conducting), so that the voltage across the second switching element FET2 (source-drain voltage) becomes equal to the battery cell voltage V CELL .
また、第2スイッチング素子FET2がオン状態のとき、バイパス経路が導通状態となる。このとき、第2スイッチング素子FET2の両端電圧は、第2スイッチング素子FET2のオン抵抗RFET2とこれを流れる電流Iとの積からなる値となり、電池セル電圧VCELLとは異なる値となる。言い換えると、第2スイッチング素子FET2の両端電圧は、電池セル電圧VCELLから、ゲートオン抵抗R2、保護抵抗R3,R6、及び放電抵抗R5により電圧降下された値となる。 Further, when the second switching element FET2 is in an on state, the bypass path is in a conductive state. At this time, the voltage across the second switching element FET2 becomes a value that is the product of the current I flowing therethrough and the on-resistance R FET2 of the second switching element FET2, a value different from the battery cell voltage V CELL. In other words, the voltage across the second switching element FET2 is a value obtained by dropping the voltage from the battery cell voltage V CELL by the gate-on resistance R2, the protection resistances R3 and R6, and the discharge resistance R5.
図2に戻り、リーク検出回路24は、IC回路内に設けられ、第2スイッチング素子FET2の短絡故障を検出する。ここで、短絡故障は、スイッチング素子のオン抵抗以上の抵抗をもって短絡(ショート)するリーク故障と、スイッチング素子のオン抵抗のみにて短絡するオン故障が含まれ、リーク検出回路24は、その両者の検出が可能となっている。
Returning to FIG. 2, the
リーク検出回路24の構成は既知であることから、ここでは簡単に説明する。リーク検出回路24は、例えば第2スイッチング素子FET2に接続される基準電圧源とコンデンサを備える。基準電圧源によりコンデンサに電荷を蓄積させた後に第2スイッチング素子FET2をオフ制御してその後のコンデンサのリーク電流を測定する。リーク電流の値に応じて、第2スイッチング素子FET2の短絡故障を判定することができる。
Since the configuration of the
制御部18は、コンピュータから構成されてよく、図示しないCPU、記憶部、機器・センサインターフェースが内部バスを介して互いに接続されている。
The
制御部18の記憶部には、後述する均等化制御を実行するためのプログラム、及び電池セルBC1の短絡判定や第1スイッチング素子FET1の短絡判定(リーク故障判定及びオン故障判定)を実行するためのプログラムが記憶されている。
The storage unit of the
さらに制御部18は、機器・センサインターフェースを介して、種々のセンサからの信号を受信する。制御部18は、第1電圧センサ20から第1スイッチング素子FET1の両端電圧(ソース−ドレイン間電圧)の電圧測定値を取得する。また、制御部18は、第2電圧センサ22から第2スイッチング素子FET2の両端電圧(ソース−ドレイン間電圧)の電圧測定値を取得する。さらに制御部18は、リーク検出回路24から、第2スイッチング素子FET2の短絡判定の結果を取得する。
Further, the
<均等化制御>
図3、4を用いて、本実施形態に係る均等化制御について説明する。上述したように、本実施形態に係る均等化制御では、相対的にSOCの高い電池セルを放電させることで他の電池セルとSOCを揃える、いわゆるパッシブバランス制御を行っている。なお、均等化制御は、組電池12に対する放充電が行われていないときに実行されることが好適であり、例えば組電池12が回転電機等の負荷と接続されておらず、かつ、プラグイン充電時でもないときに実行される。
<Equalization control>
The equalization control according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. As described above, in the equalization control according to the present embodiment, so-called passive balance control is performed in which SOCs are aligned with other battery cells by discharging battery cells having a relatively high SOC. The equalization control is preferably executed when the assembled
電池セルBC1のSOCが他の電池セルのSOCと比較して高い場合、制御部18は、第2スイッチング素子FET2に対してオン制御を行う。すなわち第2スイッチング素子FET2のゲート電圧をオン電圧(Hi)に設定する。第2スイッチング素子FET2がオン状態になると、図4のハッチングにて示すバイパス経路が導通して、ゲート抵抗R2、保護抵抗R3、第2スイッチング素子FET2のオン抵抗RFET2、保護抵抗R6、及び放電抵抗R5による電圧降下が生じて、第1スイッチング素子FET1のゲート電圧が電池セル電圧VCELLよりも低下する。この結果第1スイッチング素子FET1のゲート−ソース間電圧がオン閾値電圧VGS-th以下(Lo)となる。これにより図3のハッチングにて示す均等化回路14が導通状態となり、電池セルBC1の電力が放電抵抗R1,R5にて消費され、電池セルBC1のSOCが低下される。
When the SOC of the battery cell BC1 is higher than the SOCs of the other battery cells, the
<制御部による短絡判定>
上述したように、第2スイッチング素子FET2の短絡判定はリーク検出回路24を用いて行うことができるが、大電流が流れる第1スイッチング素子FET1の短絡判定を同様のリーク検出回路24で行うと、当該回路に通電許容値を超える電流が流入するおそれがある。そこで、本実施形態に係る制御部18は、リーク検出回路とは異なる方法で、第1スイッチング素子FET1の短絡判定を行う。また制御部18は、第1スイッチング素子FET1の短絡判定と併せて、電池セルBC1の短絡判定も行う。
<Short-circuit judgment by the control unit>
As described above, the short-circuit determination of the second switching element FET2 can be performed using the
なお、以下の説明では、リーク検出回路24によって、第2スイッチング素子FET2が正常(短絡故障でない)であると判定されていることを前提として、短絡判定フローを説明する。
In the following description, the short circuit determination flow will be described on the assumption that the second switching element FET2 is determined to be normal (not a short circuit failure) by the
<電池セルの短絡判定>
電池セルBC1の短絡判定は、第1スイッチング素子FET1のオフ制御中に実行される。すなわち、制御部18は第2スイッチング素子FET2のゲート電圧をオン閾値電圧未満(Lo)としてオフ状態とする。これに伴い、第1スイッチング素子FET1のゲート電圧が電池セル電圧VCELLまで引き上げられて(Hiになり)、短絡が発生していない正常状態では、第1スイッチング素子FET1もオフ状態となる。
<Battery cell short-circuit determination>
The short circuit determination of the battery cell BC1 is performed during the off control of the first switching element FET1. That is, the
第1スイッチング素子FET1及び第2スイッチング素子FET2がともにオフ状態であるとき、図3のハッチングで示す均等化回路14も、図4のハッチングで示すバイパス経路も、切断(非導通)状態になる。したがって図5上段に示すように、第1電圧センサ20の電圧測定値V1-1及び第2電圧センサ22の電圧測定値V1-2はともに電池セル電圧VCELLとなる。この状態で電圧測定値V1-1及びV1-2が経時的に減少する場合、電池セル電圧とそのSOCとは比例関係にあることから、電池セルBC1に内部短絡(短絡故障)が生じているおそれがある。
When both the first switching element FET1 and the second switching element FET2 are in the OFF state, the
これを受けて制御部18は、第1スイッチング素子FET1のオフ制御中に、第1及び第2電圧センサの電圧測定値の差が所定の閾値未満であり、かつ、両者の電圧測定値が経時的に減少する場合に、電池セルBC1に対して短絡判定する(短絡故障していると判定する)。所定の閾値とは、第1スイッチング素子FET1と第2スイッチング素子FET2の計測誤差や周辺回路素子の特性等によって定められてよく、例えば10%程度の差異を示す値であってよい。
In response to this, during the OFF control of the first switching element FET1, the
<第1スイッチング素子FET1の短絡判定>
第1スイッチング素子FET1の短絡判定も、電池セルBC1の短絡判定と同様に、第1スイッチング素子FET1のオフ制御中に実行される。すなわち、制御部18は第2スイッチング素子FET2のゲート電圧をオン閾値電圧未満(Lo)としてオフ状態とする。これに伴い、第1スイッチング素子FET1のゲート電圧が電池セル電圧VCELLまで引き上げられる(Hiになる)。
<Short-circuit determination of the first switching element FET1>
Similarly to the determination of the short circuit of the battery cell BC1, the short circuit determination of the first switching element FET1 is also executed during the OFF control of the first switching element FET1. That is, the
このとき、第1スイッチング素子FET1に短絡故障が生じていると、ゲート電圧がオフ電圧であるHiにも関わらず、図3に示すように均等化回路が導通状態となる。 At this time, if a short circuit failure has occurred in the first switching element FET1, the equalization circuit becomes conductive as shown in FIG. 3 regardless of the gate voltage Hi, which is off.
均等化回路が導通状態になると、図5下段に示すように、第1電圧センサ20の電圧測定値V1-1は、電池セル電圧VCELLから放電抵抗R1及びR5により電圧降下された値となる。
When the equalization circuit becomes conductive, the voltage measurement value V1-1 of the
一方、図5下段に示すように、均等化回路が導通状態となったことに伴い、第2電圧センサ22の電圧測定値V1-2は、電池セル電圧VCELLから放電抵抗R5により電圧降下された値となる。つまり、第2電圧センサ22の電圧測定値V1-2は、放電抵抗R1分、第1電圧センサ20の電圧測定値V1-1よりも高い値となる。
On the other hand, as shown in the lower part of FIG. 5, the voltage measurement value V 1-2 of the
これを受けて制御部18は、第1スイッチング素子FET1のオフ制御中に、第1及び第2電圧センサの電圧測定値の差が上述した閾値以上である場合に、第1スイッチング素子FET1に対して短絡判定する(短絡故障していると判定する)。
In response to this, when the difference between the voltage measurement values of the first and second voltage sensors is greater than or equal to the above-described threshold value during the OFF control of the first switching element FET1, the
<短絡判定フロー>
図6には、上述した電池セルBC1及び第1スイッチング素子FET1の短絡判定フローが示されている。まず、制御部18は、第1スイッチング素子FET1のオフ制御中に、本判定フローを実行する。制御部18は、第1電圧センサ20の電圧測定値V1-1と第2電圧センサ22の電圧測定値V1-2の差分が閾値以上であるか否かを判定する(S10)。
<Short-circuit judgment flow>
FIG. 6 shows a short-circuit determination flow for the battery cell BC1 and the first switching element FET1 described above. First, the
電圧測定値V1-1とV1-2の差分が閾値以上である場合は、制御部18は、第1スイッチング素子FET1の短絡判定を行う(短絡故障であると判定する)(S12)。また、電圧測定値V1-1とV1-2の差分が閾値未満である場合は、制御部18は、電圧測定値V1-1及びV1-2が経時的に減少しているか否かを判定する(S14)。例えば所定の確認時間前後の電圧測定値の差が所定値以上であるか否かを判定する。
When the difference between the voltage measurement values V1-1 and V1-2 is equal to or greater than the threshold value, the
電圧測定値V1-1及びV1-2が経時的に減少している場合、制御部18は、電池セルBC1の短絡判定を行う(短絡故障であると判定する)(S16)。電圧測定値V1-1及びV1-2が経時的に減少していない場合、制御部18は、電池セルBC1及び第1スイッチング素子FET1に対して正常判定を行う(S18)。
When the voltage measurement values V1-1 and V1-2 are decreasing with time, the
10 電源システム、12 組電池、14 均等化回路、16 監視回路、18 制御部、20 第1電圧センサ、22 第2電圧センサ、24 リーク検出回路、BC1,BC2,BC3・・・ 電池セル、FET1 第1スイッチング素子、FET2 第2スイッチング素子。
DESCRIPTION OF
Claims (1)
それぞれの前記電池セルに接続された放電抵抗と、
前記電池セルと前記放電抵抗との導通及び遮断を切り換えるスイッチング素子と、
前記スイッチング素子の両端電圧を測定する第1電圧センサと、
前記放電抵抗より前記電池セルの正極側から前記電池セルの電圧を測定する第2電圧センサと、
前記スイッチング素子のオンオフ制御を行うとともに、前記第1電圧センサ及び前記第2電圧センサからそれぞれ電圧測定値を取得する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記スイッチング素子のオフ制御中に、前記第1電圧センサと第2電圧センサの電圧測定値の差分が閾値未満であり、かつ、両者の電圧測定値が経時的に減少するときに、前記電池セルに対して短絡判定し、
前記スイッチング素子のオフ制御中に、前記第1電圧センサと第2電圧センサの電圧測定値の差分が前記閾値以上であるときに、前記スイッチング素子に対して短絡判定する、
ことを特徴とする、電源システム。 An assembled battery in which a plurality of battery cells are connected in series;
A discharge resistor connected to each of the battery cells;
A switching element for switching between conduction and interruption between the battery cell and the discharge resistor;
A first voltage sensor for measuring a voltage across the switching element;
A second voltage sensor that measures the voltage of the battery cell from the positive electrode side of the battery cell from the discharge resistance;
A control unit that performs on / off control of the switching element and acquires voltage measurement values from the first voltage sensor and the second voltage sensor,
With
The controller is
When the difference between the voltage measurement values of the first voltage sensor and the second voltage sensor is less than a threshold value and the voltage measurement values of the two decrease with time during the OFF control of the switching element, the battery cell For short circuit,
During the OFF control of the switching element, when the difference between the voltage measurement values of the first voltage sensor and the second voltage sensor is equal to or greater than the threshold value, a short circuit is determined for the switching element.
A power supply system characterized by that.
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