JP2016163410A - 電圧検出装置、電圧検出方法および組電池システム - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、実施形態に係る組電池システム100の構成例を示す図である。図1に示す組電池システム100は、組電池1と、組電池1の電圧を検出する電圧検出装置として動作する監視装置2とを備える。
続いて、図2を用いて、制御部30の充電経路選択部31が選択する充電経路P1の詳細について説明する。図2は、充電経路選択部31が選択する充電経路P1の一例を示す図である。なお、図2では、電池スタックB1−1の電圧を検出する場合について図示している。
<3−1.第1放電経路P2の選択>
次に、図3を用いて、制御部30の放電経路選択部32が選択する第1放電経路P2の詳細について説明する。図3は、放電経路選択部32が選択する第1放電経路P2の一例を示す図である。
次に、図4を用いて、制御部30の放電経路選択部32が選択する第2放電経路P3の詳細について説明する。図4は、放電経路選択部32が選択する第2放電経路P3の一例を示す図である。
制御部30の判定部33による組電池1及び第1、第2スイッチS1、S2の異常判定の詳細について説明する。
図5を用いて、接続部材L10、第1、第2スイッチS1、S2に異常が発生しておらず正常に動作する場合について説明する。図5は、接続部材L10、第1、第2スイッチS1、S2が正常な場合のキャパシタCの電圧を示す図である。
図6を用いて、第1スイッチS1−1がオープン異常である場合について説明する。図6は、第1スイッチS1−1にオープン異常が発生した場合のキャパシタCの電圧を示す図である。
図7は、第2スイッチS2−2にオープン異常が発生した場合のキャパシタCの電圧を示す図である。
このように、充電経路P1に含まれ、第1放電経路P2に含まれないスイッチにオープン異常が発生すると、第1放電経路P2によるキャパシタCの放電は行われるが充電経路P1による充電は行われなくなる。
まず、電池スタックB1−1の電圧を検出する場合、電池スタックB1−1に接続される第2スイッチS2−1にオープン異常が発生しているため、フライングキャパシタ部10に電池スタックB1−1を含む充電経路P1の閉回路が形成されない。したがって、キャパシタCは、電池スタックB1−1で充電されず、放電電圧を維持した状態となる。
電池スタックB1−1の電圧を検出する場合、電池スタックB1−1を含む充電経路P1に含まれる第1、第2スイッチS1−1、S2−1には異常が発生していない。そのため、キャパシタCは電池スタックB1−1によって充電される。
電池スタックB1の電圧を検出する場合、電池スタックB1を含む充電経路P1に含まれる第1、第2スイッチS1、S2には異常が発生していない。そのため、キャパシタCは電池スタックB1によって充電される。
このように、第1放電経路P2に含まれる接続部材L10、第1スイッチS1−2及び第2スイッチS2−1のいずれかがオープン異常である場合、キャパシタCの放電が行われない。したがって、いずれの場合もキャパシタCは、フライングキャパシタ部10に含まれる寄生抵抗等の影響により多少放電するものの電池スタックB1の電圧とほぼ等しい電圧V1を維持した状態となり、異常個所を特定しづらい。
続いて、第1スイッチS1−1がショート異常である場合について説明する。図11は電池スタックB1−2を含む充電経路P1aを選択した場合にフライングキャパシタ部10に形成される閉回路P4を示す図である。また、図12は第1放電経路P2を選択した場合にフライングキャパシタ部10に形成される閉回路P5を示す図であり、図13は図12に示す閉回路P5の等価回路を示す図である。さらに、図14は第1スイッチS1−1にショート異常が発生した場合のキャパシタCの電圧を示す図である。
第2スイッチS2−2がショート異常である場合について説明する。図15は、電池スタックB1−1を含む充電経路P1を選択した場合にフライングキャパシタ部10に形成される閉回路P6を示す図である。また、図16は第1放電経路P2を選択した場合にフライングキャパシタ部10に形成される閉回路P7を示す図であり、図17は図16に示す閉回路P7の等価回路を示す図である。さらに図18は第2スイッチS2−2にショート異常が発生した場合のキャパシタCの電圧を示す図である。
このように、電圧を検出する電池スタックB1−1に、隣接する電池スタックB1−2を介して接続する第2スイッチS2−2にショート異常が発生した場合、キャパシタCの充電電圧が、電池スタックB1の電圧より大きくなる。これは、隣接する電池スタックB1−2が充電経路P1に含まれてしまうためである。
第2スイッチS2−1がショート異常である場合について説明する。図19は第2スイッチS2−1にショート異常が発生した場合のキャパシタCの電圧を示す図である。
第1スイッチS1−2がショート異常である場合について説明する。図20は第1スイッチS1−2にショート異常が発生した場合のキャパシタCの電圧を示す図である。
このように、電圧を検出する電池スタックB1−2に、接続部材L10を介して接続する第1スイッチS1−2にショート異常が発生した場合、キャパシタCの充電電圧が、電池スタックB1の電圧より小さくなる。これは、キャパシタCの一端が、抵抗R12を介して電池スタックB1−1の正極端子と接続するとともに、抵抗R21を介して電池スタックB1−2の負極端子とも接続されてしまうためである。
続いて、図21を用いて、制御部30が実行する電圧検出処理について説明する。図21は、電圧検出処理の処理手順の一例を示すフローチャートである。ここでは、制御部30が電池スタックB1−1、B1−2の各電圧を検出するとともに異常判定を行う場合について説明する。
図22を用いて、制御部30が実行する異常特定処理について説明する。図22は、異常特定処理の処理手順の一例を示すフローチャートである。
次に、図23を用いて、図1に示す組電池システム100を充放電システムST1に適用した場合について説明する。図23は、充放電システムST1の概要を示す図である。図23に示す、充放電システムST1は、ハイブリッド自動車(HEV:Hybrid Electric Vehicle)、電気自動車(EV:Electric Vehicle)、及び、燃料電池自動車(FCV:Fuel Cell Vehicle)等の車両駆動用電源として用いられる。
2 監視装置
3 サテライト基板
10 フライングキャパシタ部
11 第1切替部
12 第2切替部
20 検出部
30 制御部
31 充電経路選択部
32 放電経路選択部
33 判定部
34 モニタIC
100 組電池システム
200 車両制御装置
300 モータ
400 電圧変換器
500 リレー
Claims (11)
- 複数の電池セルが直列接続された複数の電池スタックと、複数の前記電池スタックを電気的に接続する接続部材とを有する組電池の前記電池スタックの電圧を検出する電圧検出装置であって、
複数の前記電池スタックそれぞれと並列に接続されるキャパシタと、
一端が複数の前記電池スタックの端子にそれぞれ接続され、他端が前記キャパシタに接続される複数のスイッチと、
前記キャパシタの電圧を検出する検出部と、
前記複数のスイッチを制御する制御部と
を備え、
前記制御部は、
前記キャパシタを放電する場合に、前記接続部材と、前記キャパシタとを含む放電経路を選択する放電経路選択部と、
充電後の前記キャパシタの電圧または放電後の前記キャパシタの電圧の少なくとも一方に応じて前記組電池または前記複数のスイッチの少なくとも1つの異常を判定する判定部と
を備えることを特徴とする電圧検出装置。 - 前記判定部は、
放電後の前記キャパシタの電圧が所定の閾値以下であり、充電後の前記キャパシタの電圧が前記所定の閾値以下である場合に、電圧を検出する前記電池スタックに接続される前記複数のスイッチのうち、当該電池スタックと前記キャパシタとを含む充電経路に含まれ、前記放電経路に含まれないスイッチがオフ状態を維持するオープン異常であると判定する
ことを特徴とする請求項1に記載の電圧検出装置。 - 前記判定部は、
放電後の前記キャパシタの電圧が、前記電池スタックの電圧を含んだ規定範囲内である場合、前記放電経路に含まれる前記接続部材または前記複数のスイッチの少なくとも1つがオープン異常であると判定する
ことを特徴とする請求項2に記載の電圧検出装置。 - 前記キャパシタを放電するための放電回路と、
前記放電経路に含まれる前記接続部材に接続する電池スタックと、前記キャパシタとを含む充電経路を選択する充電経路選択部と
をさらに備え、
前記放電経路選択部は、
放電後の前記キャパシタの電圧が前記規定範囲内である場合、前記放電回路及び前記キャパシタを含む第2放電経路を選択し、
前記判定部は、
前記第2放電経路で前記キャパシタを放電した後に前記充電経路で充電した前記キャパシタの電圧に基づき、前記放電経路に含まれる前記接続部材または前記複数のスイッチのうちいずれに異常が発生しているか判定する
ことを特徴とする請求項3に記載の電圧検出装置。 - 前記判定部は、
前記第2放電経路で放電した後に前記充電経路で充電した前記キャパシタの電圧が前記所定の閾値以下である場合に、前記放電経路に含まれ、かつ前記充電経路に含まれる前記スイッチが前記オープン異常であると判定する
ことを特徴とする請求項4に記載の電圧検出装置。 - 前記判定部は、
前記第2放電経路で放電した後に、前記接続部材の一方に接続する前記電池スタックを含む前記充電経路で充電した前記キャパシタの電圧が前記規定範囲内であり、前記第2放電経路で放電した後に、前記接続部材の他方に接続する電池スタックを含む前記充電経路で充電した前記キャパシタの電圧が前記規定範囲内である場合に、前記放電経路に含まれる前記接続部材が断線するオープン異常であると判定する
ことを特徴とする請求項4または5に記載の電圧検出装置。 - 前記判定部は、
充電後の前記キャパシタの電圧が前記規定範囲外である場合に、前記複数のスイッチのうち少なくとも1つがオン状態を維持するショート異常であると判定する
ことを特徴とする請求項3〜6のいずれか一項に記載の電圧検出装置。 - 前記判定部は、
前記充電後の前記キャパシタの電圧が、前記規定範囲より大きい第1範囲内である場合に、前記複数のスイッチのうち、電圧を検出する前記電池スタックに隣接する前記電池スタックを介して、電圧を検出する前記電池スタックと接続する前記スイッチが前記ショート異常であると判定する
ことを特徴とする請求項7に記載の電圧検出装置。 - 前記判定部は、
前記充電後の前記キャパシタの電圧が、前記規定範囲より小さく、前記所定の閾値より大きい第2範囲内である場合に、前記複数のスイッチのうち、前記接続部材を介して電圧を検出する前記電池スタックと接続する前記スイッチが前記ショート異常であると判定する
ことを特徴とする請求項7または8に記載の電圧検出装置。 - 複数の電池セルが直列接続された複数の電池スタックと複数の前記電池スタックを電気的に接続する接続部材とを有する組電池の前記電池スタックの電圧を検出する電圧検出方法であって、
一端が複数の前記電池スタックの端子にそれぞれ接続され、他端がキャパシタに接続される複数のスイッチを制御する制御工程と
前記キャパシタの電圧を検出する検出工程と、
前記キャパシタを放電する場合に、前記接続部材と、前記キャパシタとを含む放電経路を選択する放電経路選択工程と、
充電後の前記キャパシタの電圧または放電後の前記キャパシタの電圧の少なくとも一方に応じて前記組電池または前記複数のスイッチの少なくとも1つの異常を判定する判定工程と
を含むことを特徴とする電圧検出方法。 - 複数の電池セルが直列接続された電池スタックと、
複数の前記電池スタックを電気的に接続する接続部材と
を有する組電池と、
前記電池スタックの電圧を検出する電圧検出装置と
を備え、
前記電圧検出装置は、
複数の前記電池スタックそれぞれと並列に接続されるキャパシタと、
一端が複数の前記電池スタックの端子にそれぞれ接続され、他端が前記キャパシタに接続される複数のスイッチと、
前記キャパシタの電圧を検出する検出部と、
前記複数のスイッチを制御する制御部と
を備え、
前記制御部は、
前記キャパシタを放電する場合に、前記接続部材と、前記キャパシタとを含む放電経路を選択する放電経路選択部と、
充電後の前記キャパシタの電圧または放電後の前記キャパシタの電圧の少なくとも一方に応じて前記組電池または前記複数のスイッチの少なくとも1つの異常を判定する判定部と
を備えることを特徴とする組電池システム。
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