JP2016207646A - Secondary battery device and control method in secondary battery device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の二次電池で構成される二次電池装置及び二次電池装置における制御方法に関する。 The present invention relates to a secondary battery device composed of a plurality of secondary batteries and a control method in the secondary battery device.
従来より、リチウムイオン電池等の二次電池は、複数の電池セルを直並列に接続し、組電池を構成して、各種電子機器や電気自動車の電源として用いられている。
但し、二次電池は使用中に内部短絡が発生することがあり、内部短絡が発生すると、短絡部分が電池セルの内部で発熱し、熱暴走に至り、バッテリ等が損傷する虞がある。
2. Description of the Related Art Conventionally, secondary batteries such as lithium ion batteries have been used as power sources for various electronic devices and electric vehicles by connecting a plurality of battery cells in series and parallel to form an assembled battery.
However, an internal short circuit may occur during use of the secondary battery. When an internal short circuit occurs, the short circuit part generates heat inside the battery cell, leading to a thermal runaway, which may damage the battery or the like.
そこで、バッテリ等の損傷を未然に防止するため、二次電池の内部短絡を検知することが行われている。例えば、特許文献１に記載された異常検出装置では、充放電停止中の電圧の低下により、内部短絡を検知している。具体的には、内部短絡が発生した場合に、充放電を停止しているにも拘らず、内部短絡に電流が流れ、自己放電より大きく電池容量が低下し電源電圧が低下することから、その電源電圧の低下を検知するものである。
Therefore, in order to prevent damage to the battery or the like, an internal short circuit of the secondary battery is detected. For example, in the abnormality detection device described in
しかしながら、特許文献１の異常検出装置では、内部短絡による電池電圧の低下が所定値より小さい場合、例えば、内部短絡による電圧低下が２４時間で２ｍＶ程度である場合（２．７Ａｈの電池セルを２０セル、並列に接続し、その１つの電池セルに１００Ωの内部短絡が発生した場合に相当する）には、内部短絡を検知することができない。
However, in the abnormality detection device of
これに対し、特許文献２に記載された内部短絡検知システムでは、内部短絡による電池電圧の低下が小さい場合においても内部短絡を検知できるように、充放電停止中に、セル電圧と等しい出力の可変電圧源を電池セルに接続する構成としており、内部短絡が発生した場合に、電池セルの電圧が低下し、それに起因して、可変電圧源から流れる充電電流を検出することで、内部短絡を検知している。
On the other hand, in the internal short-circuit detection system described in
但し、特許文献２に記載された内部短絡検知システムでは、組電池が電池セルを並列に接続した構成を含む場合、内部短絡が発生しても、並列に接続された電池セルのうち、どの電池セルが短絡しているのか特定することができず、そのまま放置すると破壊のおそれがある。
そのため、折角内部短絡を検知しても、組電池全体を停止する必要があり、二次電池を搭載した電子機器や電気自動車の動作を継続することができないという問題がある。
However, in the internal short circuit detection system described in
Therefore, even if a corner internal short circuit is detected, it is necessary to stop the entire assembled battery, and there is a problem that it is impossible to continue the operation of an electronic device or an electric vehicle equipped with a secondary battery.
本発明は、前記従来の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、複数の電池セルの少なくとも一部が並列に接続された組電池を制御することである。 This invention is made | formed in view of the said conventional problem, Comprising: The objective is to control the assembled battery in which at least one part of the some battery cell was connected in parallel.
本発明は、複数の電池セルを接続して構成され、前記複数の電池セルの少なくとも一部が並列に接続された組電池と、前記組電池を構成する、各々の電池セルに入力、又は各々の電池セルから出力される電流の電流値を検出するセル電流検出手段と、充放電の停止状態にあるか否かを判定する状態判定手段と、前記状態判定手段により充放電停止と判定されてから所定時間経過後に、前記セル電流検出手段により検出された電流値が所定の閾値以上である電池セルがあることを条件に、当該電池セルに内部短絡が発生したと判定する内部短絡判定手段と、を有する二次電池装置である。
また、本発明は、複数の電池セルを接続して構成され、前記複数の電池セルの少なくとも一部が並列に接続された組電池と、前記組電池を構成する電池セルの並列接続部分に流れる電流の電流値を検出するセル電流検出手段と、充放電の停止状態にあるか否かを判定する状態判定手段と、前記セル電流検出手段により検出された電流値に基づき、内部短絡の検知対象とする電池セルに流入する電流値を算出する算出手段と、前記状態判定手段により充放電停止と判定されてから所定時間経過後に、前記内部短絡の検知対象とする電池セルに流入する電流値が所定の閾値以上である電池セルがあることを条件に、当該電池セルに内部短絡が発生したと判定する内部短絡判定手段と、を有する二次電池装置である。
The present invention is configured by connecting a plurality of battery cells, and an assembled battery in which at least a part of the plurality of battery cells are connected in parallel, and each battery cell constituting the assembled battery, or input to each battery cell Cell current detecting means for detecting the current value of the current output from the battery cell, state determining means for determining whether or not charging / discharging is stopped, and charging / discharging is determined to be stopped by the state determining means. An internal short-circuit determining means for determining that an internal short-circuit has occurred in the battery cell on condition that there is a battery cell whose current value detected by the cell current detecting means is greater than or equal to a predetermined threshold after a predetermined time has elapsed. Is a secondary battery device.
In addition, the present invention is configured by connecting a plurality of battery cells, and flows through a battery pack in which at least some of the battery cells are connected in parallel and a parallel connection portion of the battery cells constituting the battery pack. A cell current detection means for detecting a current value of the current, a state determination means for determining whether or not charging / discharging is stopped, and an internal short-circuit detection target based on the current value detected by the cell current detection means A calculation means for calculating a current value flowing into the battery cell, and a current value flowing into the battery cell to be detected for the internal short circuit after a predetermined time has elapsed since the state determination means determined that the charge / discharge stop. An internal short circuit determination unit that determines that an internal short circuit has occurred in the battery cell on condition that there is a battery cell that is equal to or greater than a predetermined threshold.
本発明の二次電池装置によれば、複数の電池セルの少なくとも一部が並列に接続された組電池制御することができる。 According to the secondary battery device of the present invention, it is possible to control an assembled battery in which at least some of a plurality of battery cells are connected in parallel.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明するが、それに先立って、先ず、図１を用いて、内部短絡検知手段を有していない、一般的な二次電池装置１０００の構成及び制御の比較例について説明する。次に、図２、図３及び図４を用いて本発明の実施形態１に係る二次電池装置１０００Ａを、また図４から図９を用いて本発明の実施形態２に係る二次電池装置１０００Ｂについて説明する。
また、同様の部材には共通の符号を用いた。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Prior to that, first, using FIG. 1, a configuration of a general
Moreover, the same code | symbol was used for the same member.
（比較例）
図１は、二次電池装置１０００のブロック構成図であり、一例として、電子機器２０００に装着された状態を示す。
二次電池装置１０００は、複数の二次電池を直並列に接続した組電池１００と、当該組電池１００を制御する組電池制御システム２００で構成される。
また、図１に示す二次電池装置１０００は、放電時には電子機器２０００の負荷３００に電源（電力）を供給し、充電時には充電電源４００からの電力で充電される。
(Comparative example)
FIG. 1 is a block diagram of the
The
Further, the
組電池１００は、任意の直列数、並列数に二次電池（電池セル）を接続することで、構成される。なお、図１では、３直列３並列に接続した例を示しているが、組電池１００の構成はこれに限定されない。
組電池制御システム２００は、電圧検出部２１０、電流検出部２２０、充放電制御スイッチ２３０、制御部２４０で構成される。
The assembled
The assembled
電圧検出部２１０は、各並列段の電池セルを選択するマルチプレクサ２１１と、アナログ電圧をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器２１２で構成され、各並列段の電池セルの電圧を検出する。
なお、各並列段の電池セルの電位は異なるため、Ａ／Ｄ変換器２１２で電圧を検出する上で、マルチプレクサ２１１にレベルシフト回路を実装する構成としてもよい。
また、Ａ／Ｄ変換器２１２は、制御部２４０に内蔵することもできる。
The
Since the potentials of the battery cells in each parallel stage are different, a level shift circuit may be mounted on the
Further, the A /
電流検出部２２０は、シャント抵抗又はホール素子等の磁気センサで構成され、組電池１００の充放電電流を検出する。
充放電スイッチ手段としての充放電制御スイッチ２３０は、充放電を停止するため、導通方向の異なる２つのＦＥＴ（Field Effect Transistor：電界効果トランジスタ）又はリレーで構成される。
The
The charge /
制御部２４０は、マイクロコンピュータと、その周辺回路により構成され、電圧検出部２１０の検出結果から過充電、過放電等を、また電流検出部２２０の検出結果から過電流等を判定する。
制御部２４０は、過充電、過放電等を判定すると、充放電制御スイッチ２３０を制御することにより、充電又は放電を停止する。
なお、制御部２４０は、過充電、過放電等の判定を、設計段階において設定され、内部のメモリに記憶した閾値と比較することにより実行する。
また、制御部２４０は、電流検出部２２０の検出結果、即ち、電流値及び電流の方向から、二次電池装置１０００の充電中、放電中、また充放電停止中等の状態を確認（判定）する。即ち、制御部２４０は、状態判定手段として機能する。
The
When the
In addition, the
Further, the
（実施形態１）
図２は、本発明の実施形態１に係る二次電池装置１０００Ａのハードウェアブロック構成図である。
二次電池装置１０００Ａは、複数の二次電池（電池セルＢＣＡ）を直並列に接続した組電池１００Ａと、当該組電池１００Ａを制御する組電池制御システム２００Ａで構成される。
二次電池装置１０００Ａは、内部短絡を検知する構成（手段）を組電池１００Ａ、組電池制御システム２００Ａの各々に備え、充放電の停止時に、電池セルＢＣＡに直列に接続されたセル電流検出部ＣＤＡに流れる電流を検出することで、内部短絡を検知する。
なお、二次電池装置１００Ａにおける充放電の停止状態は、制御部２４０Ａにより確認（判定）される。
(Embodiment 1)
FIG. 2 is a hardware block configuration diagram of the
The
The
The charge / discharge stop state in the
組電池１００Ａは、内部短絡を検知する手段として、組電池１００Ａを構成する各電池セルＢＣＡ（１１Ａ、１２Ａ、１３Ａ、・・・、１９Ａ）に対して、セル電流検出部ＣＤＡ（２１Ａ、２２Ａ、２３Ａ、・・・、２９Ａ）、マルチプレクサＭＰＸＡ（３１Ａ、３２Ａ、３３Ａ、・・・、３９Ａ）、通信部ＣＵＡ（４１Ａ、４２Ａ、４３Ａ、・・・、４９Ａ）を備える。
セル電流検出部ＣＤＡは、本発明のセル電流検出手段に対応し、シャント抵抗又は磁気センサで構成され、各電池セルＢＣＡの充放電電流を検出し、マルチプレクサＭＰＸＡに電流検出値をアナログ値として出力する。
マルチプレクサＭＰＸＡは、制御部２４０Ａにより、通信部ＣＵＡを介して、電流検出値の出力対象とする電池セルＢＣＡが指定されると、セル電流検出部ＣＤＡから入力された電流検出値をアナログ値として、組電池制御システム２００Ａに出力する。
通信部ＣＵＡは、制御部２４０Ａから、電流検出値を組電池制御システム２００Ａに出力する対象である電池セルＢＣＡであるか否かに関する情報を受信する（即ち、制御部２４０Ａは、電流検出値を出力する電池セルＢＣＡのいずれか（１１Ａ、１２Ａ、１３Ａ、・・・、１９Ａ）を指定する）。
As a means for detecting an internal short circuit, the assembled
The cell current detection unit CDA corresponds to the cell current detection means of the present invention, is constituted by a shunt resistor or a magnetic sensor, detects the charge / discharge current of each battery cell BCA, and outputs the current detection value as an analog value to the multiplexer MPXA To do.
When the
The communication unit CUA receives information on whether or not the battery cell BCA is a target for outputting the current detection value to the assembled
入力された電流検出値は、組電池制御システム２００Ａにおいて、マルチプレクサ２１１Ａにより選択され、Ａ／Ｄ変換器２１２Ａによりデジタル値として変換された後に、制御部２４０Ａに入力される。
なお、電流検出値の基準電位は各並列段のセルの負極電圧と同じであることから、マルチプレクサ２１１Ａは、図１の組電池制御システム２００と同じマルチプレクサ２１１の入力端子数を直列数分増やす構成でよい。
In the assembled
Since the reference potential of the current detection value is the same as the negative voltage of the cells in each parallel stage, the
通信部ＣＵＡと制御部２４０Ａの通信は、並列段毎に通信部ＣＵＡの基準電位が異なるため、通信レベルシフト部２５０Ａを介して通信する。この場合、通信レベルシフト部２５０Ａを用いず、通信を絶縁する構成でもよい。
なお、二次電池装置１０００Ａにおいて、各電池セルＢＣＡにマルチプレクサＭＰＸＡ、通信部ＣＵＡを備えさせることなく、各々の電池セルＢＣＡの電流検出値の全てを、組電池制御システム２００Ａに入力する構成とすることもできる。
また、二次電池装置１０００Ａに関して、セル電流検出部ＣＤＡにＡ／Ｄ変換器２１２Ａを実装し、制御部２４０Ａに対して、電流検出値をデジタル値として送信する構成とすることもできる。
Communication between the communication unit CUA and the
In addition, in the
Further, with respect to the
制御部２４０Ａは、電池セルＢＣＡに接続されたセル電流検出部ＣＤＡにおいて検出された電流値が所定の閾値以上であるか否かを判定し、その検出された電流値が所定の閾値以上であることを確認すると、検知対象とされた電池セルＢＣＡにおいて内部短絡が発生しているものと判定する。即ち、制御部２４０Ａは、内部短絡判定手段として機能する。
なお、制御部２４０Ａは、内部短絡を検知（内部短絡の発生有無の判定）する上で、充放電の停止状態にあることを確認してから所定時間経過後に、セル電流検出部ＣＤＡにおいて検出された電流値を用いる。
これは、電池セルＢＣＡ間の電圧の均等化を図るためで、後述の図１１で説明する。
The
The
This is to equalize the voltage between the battery cells BCA, and will be described later with reference to FIG.
図３は、図２に示した二次電池装置１０００Ａの機能ブロック構成図である。
二次電池装置１０００は、通信手段２Ａ、２Ｂ、・・・と、セル電流検出手段３Ａ、３Ｂ、・・・と、状態判定手段４と、内部短絡判定手段５と、充放電スイッチ手段６と、充電手段７と、を有する。セル電流検出手段３Ａ、３Ｂ、・・・は、蓄電手段１Ａ、１Ｂ、・・・に接続されている。
FIG. 3 is a functional block configuration diagram of
通信手段２Ａ、２Ｂ、・・・は、内部短絡判定手段５の判定結果に基づいて、内部短絡が発生したと判定された蓄電手段としての電池セルの充放電を停止するように、充放電スイッチ手段６を制御する機能を有する手段である。通信手段２Ａ、２Ｂ、・・・は、図２の通信部ＣＵＡ（４１Ａ、４２Ａ、４３Ａ、・・・、４９Ａ）によって実現される。
The communication means 2A, 2B,... Are charged / discharged so as to stop charging / discharging of the battery cell as the power storage means determined that the internal short circuit has occurred based on the determination result of the internal short circuit determination means 5. This means has a function of controlling the
セル電流検出手段３Ａ、３Ｂ、・・・は、組電池を構成する電池セルの並列接続部分に流れる電流の電流値の変化を検出する機能を有する手段である。セル電流検出手段３Ａ、３Ｂ、・・・は、図２のセル電流検出部ＣＤＡ（２１Ａ、２２Ａ、２３Ａ、・・・、２９Ａ）によって実現される。 The cell current detection means 3A, 3B,... Are means having a function of detecting a change in the current value of the current flowing in the parallel connection portion of the battery cells constituting the assembled battery. The cell current detection means 3A, 3B,... Are realized by the cell current detection unit CDA (21A, 22A, 23A,..., 29A) in FIG.
状態判定手段４は、充放電の停止状態にあるか否かを判定する機能を有する手段である。状態判定手段４は、図２の制御部２４０Ａによって実現される。
内部短絡判定手段５は、状態判定手段４により充放電停止と判定されてから所定時間経過後に、内部短絡の検知対象とする電池セルに流入する電流値が所定の閾値以上である電池セルがあることを条件に、電池セルに内部短絡が発生したと判定する機能を有する手段である。内部短絡判定手段５は、図２の制御部２４０Ａによって実現される。
The
The internal short-
充放電スイッチ手段６は、組電池を構成する、各々の電池セルの充放電を停止する機能を有する手段であり、図２の充放電制御スイッチ２３０Ａによって実現される。
充電手段７は、組電池を充電する機能を有する手段であり、図１の充電電源４００によって実現される。
The charge / discharge switch means 6 is a means having a function of stopping charge / discharge of each battery cell constituting the assembled battery, and is realized by the charge /
The charging means 7 is a means having a function of charging the assembled battery, and is realized by the charging
図４は、本発明の実施形態１に係る二次電池装置１０００Ａにおける、内部短絡の検知方法について説明する図である。
なお、図４では、説明の便宜上、電池セルＢＣＡ（１１Ａ、１２Ａ、１３Ａ、・・・、１９Ａ）とセル電流検出部ＣＤＡ（２１Ａ、２２Ａ、２３Ａ、・・・、２９Ａ）のみを図示している。
また、図４では、電池セル１１Ａに内部短絡が発生した場合を、例に採って説明する。
FIG. 4 is a diagram for explaining an internal short-circuit detection method in the
In FIG. 4, only the battery cell BCA (11A, 12A, 13A,..., 19A) and the cell current detection unit CDA (21A, 22A, 23A,..., 29A) are illustrated for convenience of explanation. Yes.
Moreover, in FIG. 4, the case where an internal short circuit has occurred in the
内部短絡の検知は前述のように充放電停止中に実施され、図４に示すように電池セル１１Ａに内部短絡が発生した場合、充放電停止中においても、電池セル１１Ａから内部短絡５１Ａに電流Ｉ１が放電される。
そして、この放電により、電池セル１１Ａの電圧が僅かに低下する。
As described above, the detection of the internal short circuit is performed while charging / discharging is stopped. As shown in FIG. 4, when an internal short circuit occurs in the
And the voltage of
ここで、電池セル１１Ａ、１２Ａ、及び１３Ａは同種の電池セルＢＣＡであり、かつ電池セル１２Ａ、電池セル１３Ａは電池セル１１Ａと並列に接続されている。そのため、電池セル１１Ａの電圧低下分を充電するために、電池セル１２Ａから電流Ｉ２、電池セル１３Ａから電流Ｉ３が放電され、電池セル１２Ａ、電池セル１３Ａの電圧の低下量も等しくなり、各電池セル１１Ａ、１２Ａ及び１３Ａの放電電流（即ち、電流Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３）も等しくなる。
なお、電流Ｉ１、電流Ｉ２、電流Ｉ３は電流の大きさを示すものである。
Here, the
Note that the current I1, the current I2, and the current I3 indicate the magnitude of the current.
ここで、内部短絡の抵抗値をＲ１、電池セル１１Ａの電圧をＶ１とすると、内部短絡においてＩ１＋Ｉ２＋Ｉ３＝Ｖ１／Ｒ１が成立し、さらに、セル電流検出部２１Ａにおいて、Ｉ２＋Ｉ３（＝＋（Ｖ１／Ｒ１）×２／３）の電流が流れる。
この場合、セル電流検出部２１ＡにおいてＩ２＋Ｉ３の電流が検出され、制御部２４０Ａにおいて内部短絡が検知される。
なお、制御部２４０Ａは、Ｒ１以下の内部短絡を検知対象とするものとしている。
このように、制御部２４０Ａは、並列に接続される電池セルＢＣＡの数（即ち、並列接続数）をｍとして、抵抗値がＲ以下の内部短絡を検知する場合、セル電流検出部ＣＤＡのセルの充電方向（図４において、下方向を正とした場合）の電流値が（ｍ−１）／ｍ×Ｖ／Ｒ以上である場合に内部短絡を検知する。
Here, assuming that the resistance value of the internal short circuit is R1 and the voltage of the
In this case, the current I2 + I3 is detected in the cell
Note that the
As described above, when the
（実施形態２）
図５は、本発明の実施形態２に係る二次電池装置１０００Ｂのハードウェアブロック構成図である。
本発明の実施形態１に係る二次電池装置１０００Ａでは、セル電流検出部ＣＤＡが電池セルＢＣＡと直列に接続されていることから、セル電流検出部ＣＤＡにシャント抵抗を用いた場合、電池セルＢＣＡの充放電電流がシャント抵抗に流れ、シャント抵抗による損失が発生することとなる。
そこで、図５に示す本発明の実施形態２に係る二次電池装置１０００Ｂでは、セル電流検出部ＣＤＢ（２１Ｂ、２２Ｂ、２４Ｂ、２５Ｂ）を、電池セルＢＣＢ（１１Ｂ、１２Ｂ、１３Ｂ、１４Ｂ、１５Ｂ、１６Ｂ）と並列に接続している。
このような構成にすることで、充放電時において、セル電流検出部ＣＤＢに流れる電流を、電池セルＢＣＢから流れる電流の約１％以下までに低減することができる。即ち、シャント抵抗による損失を大きく低減することができる。
なお、低電位セル（電池セル１１Ｂ、１２Ｂ、１３Ｂ）の−側の並列間、また高電位セル（電池セル１７Ｂ、１８Ｂ、１９Ｂ）の＋側の並列間には、電池セルＢＣＢの充放電電流が流れることから、セル電流検出部ＣＤＢを設けていない。
(Embodiment 2)
FIG. 5 is a hardware block configuration diagram of the
In the
Therefore, in the
With such a configuration, the current flowing through the cell current detection unit CDB during charging / discharging can be reduced to about 1% or less of the current flowing from the battery cell BCB. That is, loss due to shunt resistance can be greatly reduced.
The charge / discharge current of the battery cell BCB is between the negative side parallels of the low potential cells (
図６は、図５に示した二次電池装置１０００Ｂの機能ブロック構成図である。
二次電池装置１０００Ｂは、通信手段２Ａ、２Ｂ、・・・と、セル電流検出手段３Ａ、３Ｂ、・・・と、状態判定手段４と、内部短絡判定手段５と、充放電スイッチ手段６と、充電手段７と、を有する。セル電流検出手段３Ａ、３Ｂ、・・・は、蓄電手段１Ａ、１Ｂ、・・・に接続されている。
各手段については前述したため説明を省略する。
FIG. 6 is a functional block configuration diagram of
Since each means has been described above, a description thereof will be omitted.
図７は、本発明の実施形態２に係る二次電池装置１０００Ｂにおける、内部短絡の検知方法について説明する図である。
なお、図７では、説明の便宜上、電池セルＢＣＢ（１１Ｂ、１２Ｂ、１３Ｂ・・・１９Ｂ）とセル電流検出部ＣＤＢ（２１Ｂ、２２Ｂ、２４Ｂ、２５Ｂ）のみを図示している。
また、図７では、電池セル１２Ｂに内部短絡が発生した場合を、例に採って説明する。
FIG. 7 is a diagram illustrating an internal short-circuit detection method in the
In FIG. 7, only the battery cell BCB (11B, 12B, 13B... 19B) and the cell current detection unit CDB (21B, 22B, 24B, 25B) are illustrated for convenience of explanation.
Moreover, in FIG. 7, the case where an internal short circuit generate | occur | produces in the
内部短絡の検知は、前述のように充放電停止中に実施され、図７に示すように電池セル１２Ｂに内部短絡が発生した場合、充放電停止中においても、電池セル１２Ｂから内部短絡５２Ｂに電流Ｉ５が放電される。
そして、この放電により、電池セル１２Ｂの電圧が僅かに低下する。
The detection of the internal short circuit is performed during the charge / discharge stop as described above. When an internal short circuit occurs in the
And the voltage of the
ここで、電池セル１１Ｂ、１２Ｂ、及び１３Ｂは同種の電池セルＢＣＢであり、かつ電池セル１１Ｂ、電池セル１３Ｂは電池セル１２Ｂと並列に接続されている。そのため、電池セル１２Ｂの電圧低下分を充電するために、電池セル１１Ｂから電流Ｉ４、電池セル１３Ｂから電流Ｉ６が放電され、電池セル１１Ｂ、電池セル１３Ｂの電圧の低下量も等しくなり、各電池セル１１Ｂ、１２Ｂ及び１３Ｂの放電電流（即ち、電流Ｉ４、Ｉ５、Ｉ６）も等しくなる。
なお、電流Ｉ４、電流Ｉ５、電流Ｉ６は電流の大きさを示すものである。
Here, the
Note that the current I4, the current I5, and the current I6 indicate the magnitude of the current.
また、内部短絡の抵抗値をＲ５、電池セル１２Ｂの電圧をＶ５とすると、内部短絡においてＩ４＋Ｉ５＋Ｉ６＝Ｖ５／Ｒ５が成立し、さらに、電池セル１２Ｂ以外の他の電池セル（ここでは、電池セル１１Ｂ、電池セル１３Ｂ）から内部短絡に対して流れる電流はＩ４＋Ｉ６（＝（Ｖ５／Ｒ５）×２／３）となる。
なお、二次電池装置１０００Ｂにおいて、セル電流検出部ＣＤＢは図７の左方向（本発明において、順方向という）を正として検出することから、セル電流検出部２１Ｂにおいて検出される電流Ｉ４は正の値として検出され、セル電流検出部２２Ｂにおいて検出される電流Ｉ６は負の値として検出される。
即ち、セル電流検出部２１Ｂにおいて＋Ｉ４（＝（Ｖ５／Ｒ５）×１／３）、セル電流検出部２２Ｂにおいて−Ｉ６（＝−（Ｖ５／Ｒ５）×１／３）として検出される。
Further, if the resistance value of the internal short circuit is R5 and the voltage of the
In
That is, it is detected as + I4 (= (V5 / R5) × 1/3) in the cell
そのため、制御部２４０Ｂは、電池セル１２Ｂの内部短絡を検知するにあたり、内部短絡の検知対象とする電池セル１２Ｂの＋側と電池セル１２Ｂの右方向（本発明において、逆方向という）側の電池セル１１Ｂの＋側の並列間に設置されたセル電流検出部２１Ｂの電流値から、内部短絡の検知対象とする電池セル１２Ｂの＋側と電池セル１２Ｂの順方向側の電池セル１３Ｂの＋側の並列間に設置されたセル電流検出部２２Ｂの電流値を差し引く処理（即ち、減算処理＋Ｉ４−（−Ｉ６））を実行する。
即ち、制御部２４０Ｂは、内部短絡の検知対象とする電池セル１２Ｂに流入する電流値を算出する算出手段として機能する。
Therefore, when the
That is, the
制御部２４０Ｂは、減算処理を実行すると、その結果が閾値（＝（Ｖ５／Ｒ５）×２／３）以上になるか否かを判定し、閾値以上であれば、内部短絡として検知する。
このように、制御部２４０Ｂは、並列に接続される電池セルＢＣＢの数（即ち、並列接続数）をｍとして、抵抗値がＲ以下の内部短絡を検知する場合、セル電流検出部ＣＤＢから算出されるセルの充電方向の電流値が（ｍ−１）／ｍ×Ｖ／Ｒ以上である場合に内部短絡を検知する。
When executing the subtraction process, the
As described above, the
なお、制御部２４０Ｂは、充電方向の電流値を計算する上で、図７の電池セル１１Ｂ、１４Ｂ、及び１７Ｂ等、逆方向（図７の右方向）側に電池セルＢＣＢがない電池セルＢＣＢ（即ち、電池セル１１Ｂ、１４Ｂ、及び１７Ｂ）においては、逆方向側に電池セルＢＣＢを仮想的に接続し、その電池セルＢＣＢの＋側の並列間に設置されるセル電流検出部ＣＤＢの電流値を０として取り扱う。
他方、電池セル１３Ｂ、１６Ｂ、及び１９Ｂ等、順方向（図７の左方向）側に電池セルＢＣＢがない電池セルＢＣＢ（即ち、電池セル１３Ｂ、１６Ｂ、及び１９Ｂ）においては、順方向側に電池セルＢＣＢを仮想的に接続し、その電池セルＢＣＢの＋側の並列間に設置されるセル電流検出部ＣＤＢの電流値を０として取り扱う。
Note that the
On the other hand, in battery cells BCB that do not have battery cells BCB on the forward direction (left side in FIG. 7) such as
また、充電方向の電流値は、内部短絡の検知対象とする電池セルＢＣＢの＋側、−側のいずれか一方に設置されたセル電流検出部ＣＤＢの電流値から計算することができる。
但し、低電位セル（即ち、電池セル１１Ｂ、１２Ｂ、及び１３Ｂ）の内部短絡の検知においては、低電位セルの−側の並列間にセル電流検出部ＣＤＢが設置されていないことから、制御部２４０Ｂは、＋側の並列間に設置されたセル電流検出部ＣＤＢにおいて検出される電流値から充電方向の電流値を計算する。
他方、高電位セル（即ち、電池セル１７Ｂ、１８Ｂ、及び１９Ｂ）の内部短絡の検知においては、高電位セルの＋側の並列間にセル電流検出部ＣＤＢが設置されていないことから、制御部２４０Ｂは、−側の並列間に設置されたセル電流検出部ＣＤＢにおいて検出される電流値から充電方向の電流値を計算する。
Further, the current value in the charging direction can be calculated from the current value of the cell current detection unit CDB installed on either the + side or the − side of the battery cell BCB to be detected as an internal short circuit.
However, in the detection of the internal short circuit of the low potential cells (that is, the
On the other hand, in the detection of the internal short circuit of the high potential cells (that is, the
図８は、内部短絡が発生した場合の、セル電流検出部ＣＤＢにおいて検出された電流値を示す図である。
図８では、図７に示す構成で、電池セル１２Ｂの＋、−端子間で１００Ωの内部短絡が発生した場合であって、かつ電池セル１２Ｂの電圧が３．７Ｖの場合の、各々のセル電流検出部２１Ｂ、２２Ｂ、２４Ｂ、及び２５Ｂにおいて検出された電流値の結果を示している。
FIG. 8 is a diagram illustrating a current value detected in the cell current detection unit CDB when an internal short circuit occurs.
In FIG. 8, in the configuration shown in FIG. 7, each cell when a 100Ω internal short circuit occurs between the + and − terminals of the
図７に示す構成において、電池セル１２Ｂの電圧が３．７Ｖであるため、電池セル１２Ｂ以外の他の電池セル（電池セル１１Ｂ、電池セル１３Ｂ）から、内部短絡に対して流れる電流は、約２４．６ｍＡとなる。
即ち、セル電流検出部２１Ｂにおいて約＋１２．３ｍＡの電流（電流Ｉ４）、またセル電流検出部２２Ｂにおいて約−１２．３ｍＡの電流（電流Ｉ６）が検出される。
In the configuration shown in FIG. 7, since the voltage of the
That is, a current of about +12.3 mA (current I4) is detected in the cell
実際、図８に示す検出結果（検出値）において、順方向（図７の左方向）を正として、セル電流検出部２１Ｂには約＋１２．３ｍＡの電流、またセル電流検出部２２Ｂには約−１２．３ｍＡの電流が流れていることを確認することができる。
この場合、制御部２４０Ｂは、前述のように、セル電流検出部２１Ｂの電流検出値からセル電流検出部２２Ｂの電流検出値を差し引く処理を実行し、その結果が約＋２４．６（＝２／３×３．７／１００）ｍＡ以上となるため、内部短絡が発生していると検知する。
Actually, in the detection result (detection value) shown in FIG. 8, the forward direction (left direction in FIG. 7) is positive, the cell
In this case, as described above, the
以上、図２から図８において説明したように、本発明の実施形態１に係る二次電池装置１０００Ａ及び実施形態２に係る二次電池装置１０００Ｂでは、電池セルＢＣ（ＢＣＡ、ＢＣＢ）が並列に接続された構成を含む組電池１００（１００Ａ、１００Ｂ）において、内部短絡が発生した場合に、その内部短絡が発生した電池セルＢＣを特定することができる。
そのため、内部短絡が発生した電池セルＢＣのみを遮断器を用いて遮断することで、二次電池装置１０００Ａ又は１０００Ｂに接続される電子機器の動作を継続させることができる。
As described above with reference to FIGS. 2 to 8, in the
Therefore, operation | movement of the electronic device connected to
（変形例）
図９は、本発明の実施形態２に係る二次電池装置１０００Ｂにおいて、各電池セルＢＣＢに充放電の遮断器ＢＵＢを追加したハードウェアブロック構成図である。
遮断器ＢＵＢは、本組電池の充放電スイッチ手段に対応し、ＦＥＴ、リレー、電流ヒューズ、温度ヒューズのいずれかにより実装することができる。
なお、図９に示す電池セル１３Ｂ、１６Ｂ、１７Ｂ、１８Ｂ、及び１９Ｂに関して、セル電流検出部ＣＤＢ（２３Ｂ、２６Ｂ、２７Ｂ、２８Ｂ、２９Ｂ）、マルチプレクサＭＰＸＢ（３３Ｂ、３６Ｂ、３７Ｂ、３８Ｂ、３９Ｂ）を使用することはないが、他のセルと同様の構成として示している。
また、本発明の実施形態１に係る二次電池装置１０００Ａでは、各電池セルＢＣＡのセル電流検出部ＣＤＡに充放電の遮断器ＢＵＡを実装することができる。
(Modification)
FIG. 9 is a hardware block configuration diagram in which a charge / discharge circuit breaker BUB is added to each battery cell BCB in the
The circuit breaker BUB corresponds to the charge / discharge switch means of the assembled battery, and can be mounted by any of FET, relay, current fuse, and temperature fuse.
For the
In the
図９に示すように、通信部ＣＵＢ（４１Ｂ、４２Ｂ、４３Ｂ・・・４９Ｂ）と遮断器ＢＵＢ（６１Ｂ、６２Ｂ、６３Ｂ・・・６９Ｂ）は、通信（制御）が可能な状態で接続される。
また、通信部ＣＵＢは、制御部２４０Ｂとも通信可能に接続され、制御部２４０Ｂにおける内部短絡の検知処理の判定結果に関する情報を受信し、当該判定結果に基づいて、内部短絡が発生したと判定された電池セルの充放電を遮断するように、その電池セルＢＣＢに接続される遮断器ＢＵＢを制御する。
As shown in FIG. 9, the communication unit CUB (41B, 42B, 43B... 49B) and the circuit breaker BUB (61B, 62B, 63B... 69B) are connected in a state where communication (control) is possible. .
The communication unit CUB is also communicably connected to the
図１０は、図９に示した二次電池装置１０００Ｂの機能ブロック図である。
二次電池装置１０００Ｂは、通信手段２Ａ、２Ｂ、・・・と、セル電流検出手段３Ａ、３Ｂ、・・・と、状態判定手段４と、内部短絡判定手段５と、充放電スイッチ手段６と、充電手段７と、充放電スイッチ手段８Ａ、８Ｂ、・・・と、を有する。セル電流検出手段３Ａ、３Ｂ、・・・は、蓄電手段１Ａ、１Ｂ、・・・に接続されている。
充放電スイッチ手段８Ａ、８Ｂ、・・・は、組電池を構成する、各々の電池セルの充放電を遮断する機能を有する手段であり、図９の遮蔽器ＢＵＢ（６１Ｂ、６２Ｂ、６３Ｂ、・・・、６９Ｂ）によって実現される。
FIG. 10 is a functional block diagram of
The charge / discharge switch means 8A, 8B,... Is a means having a function of blocking charge / discharge of each battery cell constituting the assembled battery, and the shield BUB (61B, 62B, 63B,. .., 69B).
図１１は、本発明の実施形態１に係る二次電池装置１０００Ａの内部短絡を検知する処理の手順を示すフロー図である。
なお、本発明の実施形態２に係る二次電池装置１０００Ｂの内部短絡を検知する処理の手順も、図１１に示す処理の手順と同様の手順となる。
FIG. 11 is a flowchart showing a processing procedure for detecting an internal short circuit in the
In addition, the procedure of the process which detects the internal short circuit of the
内部短絡の検知に関する処理が開始されると、二次電池装置１０００Ａは、充放電が停止状態にあるか否かを判定する（Ｓ１０１）。
二次電池装置１０００Ａは、充放電が停止状態にあることを確認すると（Ｓ１０１ Ｙｅｓ）、その確認が取れた時点から、所定の時間が経過しているか否かを判定する（Ｓ１０２）。
そして、所定の時間が経過していることを確認すると（Ｓ１０２ Ｙｅｓ）、二次電池装置１０００Ａは、セル電流検出部ＣＤＡにおいて、電流検出値の読み取りを開始する（Ｓ１０３）。
When the processing related to the detection of the internal short circuit is started, the
When the
When it is confirmed that the predetermined time has passed (S102 Yes), the
ここで、ステップＳ１０３の処理を開始する前に、所定の時間を経過させているのは、電池セルＢＣＡの並列接続部分に流れる電流を十分に小さくし、電池セルＢＣＡ間の電圧の均等化を図るためである。
各電池セルＢＣＡの電圧は、充放電を停止すると程無く開放電圧に戻るが、充放電を停止した直後では均等化されていない。
Here, before starting the process of step S103, the predetermined time has elapsed because the current flowing in the parallel connection portion of the battery cells BCA is made sufficiently small to equalize the voltage between the battery cells BCA. This is for the purpose of illustration.
The voltage of each battery cell BCA returns to the open voltage as soon as charging / discharging is stopped, but is not equalized immediately after stopping charging / discharging.
そこで、二次電池装置１０００Ａでは、並列に接続された各電池セルＢＣＡの容量及び内部インピーダンスのばらつきに応じて、電池セルＢＣＡの並列接続部分に流れる電流により、電池セルＢＣＡ間の電圧が均等化されるまで、所定の時間を経過させている。
なお、所定の時間は、電池セルＢＣＡの構成によっても異なるが、おおよそ１分から１５分程度で設定される。
また、ステップＳ１０３における処理は、各々のセル電流検出部ＣＤＡに対して実行され、制御部２４０Ａにより選択されたセル電流検出部ＣＤＡの電流検出値をＡ／Ｄ変換器２１２Ａで読み取ることにより実行される。
Therefore, in the
The predetermined time varies depending on the configuration of the battery cell BCA, but is set to approximately 1 to 15 minutes.
Further, the process in step S103 is executed for each cell current detection unit CDA, and is executed by reading the current detection value of the cell current detection unit CDA selected by the
二次電池装置１０００Ａは、セル電流検出部ＣＤＡの電流検出値を読み取ると（Ｓ１０３）、制御部２４０Ａにより、セルの充電方向を正とした場合の電流値が所定の閾値以上にあるか否かを判定する（Ｓ１０４）。
なお、ステップＳ１０４の処理に関して、本発明の実施形態２に係る二次電池装置１０００Ｂでは、制御部２４０Ｂにより、ステップＳ１０３において読み取られた電流検出値から電池セルＢＣＢの充電方向の電流値を算出し、その電流値が所定の閾値以上にあるか否かを判定する。
When the
Regarding the process in step S104, in the
ステップＳ１０４の判定の結果、電流値が所定の閾値以上であると判定すると（Ｓ１０４ Ｙｅｓ）、二次電池装置１０００Ａは、内部短絡が発生しているものと判定する（Ｓ１０５）。
また、ステップＳ１０４の判定の結果、電流値が所定の閾値未満であると判定すると（Ｓ１０４ Ｎｏ）、二次電池装置１０００Ａは、内部短絡が発生しておらず、正常な状態にあると判定する（Ｓ１０６）。
As a result of the determination in step S104, when it is determined that the current value is equal to or greater than the predetermined threshold (S104 Yes), the
Moreover, if it determines with an electric current value being less than a predetermined threshold value as a result of determination of step S104 (S104 No), the
なお、ステップＳ１０４からステップＳ１０６までの処理も、ステップＳ１０３と同様に、各々のセル電流検出部ＣＤＡの電流検出値に対して実行される。
また、図７において前述したように、ステップＳ１０５において内部短絡が確認された電池セルＢＣＡに関して、遮断器ＢＵＡを用いて遮断することもできる。
Note that the processing from step S104 to step S106 is also performed on the current detection value of each cell current detection unit CDA, as in step S103.
Further, as described above with reference to FIG. 7, the battery cell BCA in which the internal short circuit is confirmed in step S105 can be blocked using the circuit breaker BUA.
以上、説明したように、本発明の二次電池装置によれば、複数の電池セルの少なくとも一部が並列に接続された組電池において、その組電池を構成する二次電池に内部短絡が発生した場合に、内部短絡が発生した電池セルを特定することができる。
また、その特定された電池セルのみを遮断器を用いて遮断することで、二次電池装置に接続される電子機器の動作を継続させることができる。
As described above, according to the secondary battery device of the present invention, in an assembled battery in which at least some of a plurality of battery cells are connected in parallel, an internal short circuit occurs in the secondary battery constituting the assembled battery. In this case, it is possible to identify the battery cell in which the internal short circuit has occurred.
Moreover, the operation | movement of the electronic device connected to a secondary battery apparatus can be continued by interrupting | blocking only the specified battery cell using a circuit breaker.
ところで、二次電池や大容量キャパシタ等の電池セルによる蓄電システムでは、電池セルを過電圧や低電圧から保護するため、以下の方法が用いられている。それは、電池セルの直列端に充放電制御用のＦＥＴを設け、個別の電池セルの電圧が過電圧規定値以上もしくは低電圧規定値以下の場合にＦＥＴをオフする構成であり、既に知られている。 By the way, in the electrical storage system by battery cells, such as a secondary battery and a large capacity capacitor, in order to protect a battery cell from an overvoltage or a low voltage, the following methods are used. It is a known configuration in which an FET for charge / discharge control is provided at the series end of a battery cell, and the FET is turned off when the voltage of an individual battery cell is equal to or higher than a specified overvoltage value or lower than a specified low voltage value. .
しかし、今までの組電池では、電池セルを直列接続して蓄電システムを構築する場合、半導体スイッチの耐圧を超える電圧が印加されて半導体スイッチが破壊されるという問題があった。 However, in the assembled battery so far, when a battery system is connected in series to construct a power storage system, there is a problem that a voltage exceeding the breakdown voltage of the semiconductor switch is applied and the semiconductor switch is destroyed.
そこで、この問題を解決すべく種々の提案がなされた（例えば、特許文献３参照）。
特許文献３には、電池セルの過電圧もしくは過充電を防止する目的で、電池セルの直列端に充放電制御用のＦＥＴを設け、個別の電池セルの電圧が過電圧規定値以上もしくは低電圧規定値以下となった場合にＦＥＴをオフする構成が開示されている。
Therefore, various proposals have been made to solve this problem (see, for example, Patent Document 3).
In
しかしながら、電池セルを直列接続して蓄電システムを構築する場合に、半導体スイッチの耐圧を超える電圧が印加されて半導体スイッチが破壊されるという問題は解消できていない。 However, when a battery system is connected in series to construct a power storage system, the problem that the semiconductor switch is destroyed by applying a voltage exceeding the breakdown voltage of the semiconductor switch cannot be solved.
そこで、複数の電池セルの少なくとも一部が並列に接続された組電池における破壊を防止することを目的とする二次電池装置について述べる。 Therefore, a secondary battery device that aims to prevent destruction in an assembled battery in which at least some of a plurality of battery cells are connected in parallel will be described.
（実施形態３）
[ハードウェアブロック構成]
図１２は、組電池の全体回路構成のハードウェアブロック構成についての説明図である。
組電池１は、電池やキャパシタ等の電池セル２、制御部３、及び充放電スイッチ４を有する。電池セル２は、単一または直列並列に配列して接続して構成される。充放電スイッチ４は組電池の外部接続端に直列に接続され、ＦＥＴからなる２個の半導体スイッチで構成される。制御部３は、電池セルの電圧監視端子５と半導体スイッチ制御端子６とを有し、所定以上の電圧の場合に過充電異常を、所定以下の電圧の場合に過放電異常を判断し、異常判断時に半導体スイッチをオフして組電池の充電または放電を遮断する。
(Embodiment 3)
[Hardware block configuration]
FIG. 12 is an explanatory diagram of a hardware block configuration of the entire circuit configuration of the assembled battery.
The assembled
ここで、充放電スイッチ４は２個のＦＥＴからなるのは、ＦＥＴのボディダイオードを考慮したものである。つまり、充電及び放電の押す方向の電流を遮断する必要があるが、１個のＦＥＴだけではボディダイオードに流れる方向が遮断できないため、２個のＦＥＴをドレイン−ソースが互いに逆方向になるように接続される。
尚、ドレイン−ソース双方向に電流を流すため、ＦＥＴの代わりにバイポーラトランジスタは用いない。
Here, the charge /
Note that a bipolar transistor is not used in place of the FET because current flows in both the drain and source directions.
図１３は、組電池を直列に接続した蓄電システムについての説明図である。
組電池を直列に接続することで所望の電圧の蓄電システム１０を構築することができる。蓄電システム１０は、モバイルコンピュータ、電動工具、電動自動車等様々な用途に利用され、用途により所望の電圧値、すなわち電池セルの直列数が異なる。しかし蓄電システム１０は共通の組電池を使用することにより蓄電システムの低コスト化が実現できる。
FIG. 13 is an explanatory diagram of a power storage system in which assembled batteries are connected in series.
The
蓄電システム１０は、充電器１１と負荷１２とに接続される。
充放電スイッチ４を有する組電池を直列に接続する場合に、充放電スイッチ４の耐圧以上の数を直列に接続すると、充放電スイッチ４の過電圧破壊が発生してしまう。
例えば図のように、電圧が８Ｖ、充放電スイッチ４の耐圧が３０Ｖの組電池を４個接続した場合、組電池１ｃがセル電圧異常を検知すると組電池１ｃの充放電スイッチ４はオフに制御される。この場合、組電池１ｃの充放電スイッチには３２Ｖが印加され耐圧超過により破壊されてしまう。
The
When connecting battery packs having the charge /
For example, as shown in the figure, when four assembled batteries with a voltage of 8V and a charge /
図１４は、半導体スイッチの破壊を防止する構成についての説明図である。
組電池２１は、制御部２２、電池セル２、及び充放電スイッチ４を有する。制御部２１は、電圧監視端子５、半導体スイッチ制御端子６、通信端子２３、２４、通信スイッチ制御端子２５を有する。通信端子は、通信スイッチ２６を介して上下の制御部と直列接続数のデータを通信する。通信スイッチ２６は、ＦＥＴ等の半導体スイッチにより構成され、充放電スイッチ４がオフのときに通信スイッチ２６もオフになるように制御することで、通信経路を介した組電池の接続を遮断し、組電池の充放電を確実に遮断する。
FIG. 14 is an explanatory diagram of a configuration for preventing destruction of the semiconductor switch.
The assembled
直列接続数の通信は直列接続された組電池間の通信のため、電圧レベルシフト回路を用いたシリアル通信または、光結合、磁気結合による電気的絶縁シリアル通信で行う。尚、電気的絶縁シリアル通信で構成する場合に通信スイッチ２６は不要となる。 Communication for the number of serial connections is performed by serial communication using a voltage level shift circuit or electrically isolated serial communication by optical coupling or magnetic coupling for communication between assembled batteries connected in series. Note that the communication switch 26 is not required in the case of the configuration using electrically isolated serial communication.
[機能ブロック構成]
図１５は、図１４に示した二次電池装置の機能ブロック構成図の一例である。
二次電池装置は、接続手段７１Ａ、７１Ｂ、７１Ｃ、…、充放電スイッチ手段７２Ａ、７２Ｂ、７２Ｃ、…、制御手段７３Ａ、７３Ｂ、７３Ｃ、…、及び判断手段７４Ａ、７４Ｂ、７４Ｃ、…を有する。
[Function block configuration]
FIG. 15 is an example of a functional block configuration diagram of the secondary battery device shown in FIG. 14.
The secondary battery device includes connection means 71A, 71B, 71C, ..., charge / discharge switch means 72A, 72B, 72C, ..., control means 73A, 73B, 73C, ..., and judgment means 74A, 74B, 74C, ... .
組電池は、電池セルとしての蓄電手段１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、…を単一もしくは直列並列に接続した電池である。 The assembled battery is a battery in which power storage means 1A, 1B, 1C,... As battery cells are connected in a single or series-parallel manner.
接続手段７１Ａ、７１Ｂ、７１Ｃ、…は、最も低電位の電池セルから順に充放電スイッチ手段７２Ａ、７２Ｂ、７２Ｃ、…をオンオフする手段であり、図１４の充放電スイッチ手段４によって実現される。
充放電スイッチ手段７２Ａ、７２Ｂ、７２Ｃ、…は、電池セル接続を遮断する機能を有する手段であり、図１４の通信スイッチ２６によって実現される。
制御手段７３Ａ、７３Ｂ、７３Ｃ、…は、組電池間で直列接続数を通信し、充放電スイッチＳＳＤ手段７２Ａ、７２Ｂ、７２Ｃ、…を制御する機能を有する手段であり、図１４の制御部２２によって実現される。
判断手段７４Ａ、７４Ｂ、７４Ｃ、…は、接続手段の制御の際に組電池間で直列接続数を通信し、直列接続数が接続手段の耐圧以下である所定の数であるか否かを判断する機能を有する手段であり、図１４の制御部２２によって実現される。
The connection means 71A, 71B, 71C,... Are means for turning on / off the charge / discharge switch means 72A, 72B, 72C,... In order from the lowest potential battery cell, and are realized by the charge / discharge switch means 4 in FIG.
The charge / discharge switch means 72A, 72B, 72C,... Are means having a function of blocking the battery cell connection, and are realized by the communication switch 26 of FIG.
The control means 73A, 73B, 73C,... Communicates the number of series connections between the assembled batteries and has a function of controlling the charge / discharge switch SSD means 72A, 72B, 72C,. It is realized by.
The judging means 74A, 74B, 74C,... Communicate the number of series connections between the assembled batteries when controlling the connecting means, and judge whether or not the number of series connections is a predetermined number equal to or lower than the withstand voltage of the connecting means. 14 is realized by the control unit 22 of FIG.
＜動作＞
図１６は、半導体スイッチの破壊を防止する制御についての説明をするためのフローチャートである。
<Operation>
FIG. 16 is a flowchart for explaining control for preventing destruction of the semiconductor switch.
ステップＳ１
蓄電システムの構築時、充放電スイッチ４と通信スイッチ２６とはオフ状態であり各組電池は接続される。
Step S1
At the time of construction of the power storage system, the charge /
ステップＳ２
最も低電位の組電池２１ａは、充放電スイッチ４と通信スイッチ２６とをオンに制御する。尚、組電池２１ａの制御部は通信端子２３が電池セルの負極と接続されることで、最も低電位と認識する。
Step S2
The assembled battery 21a having the lowest potential controls the charge /
ステップＳ３
通信スイッチ２６をオンにすることで、正極側に接続された組電池Ｙと通信を実施する。
最も低電位の組電池から該当組電池までの直列接続数を正極側に接続された組電池Ｙに通信する。
Step S3
By turning on the communication switch 26, communication is performed with the assembled battery Y connected to the positive electrode side.
The number of series connections from the lowest potential assembled battery to the corresponding assembled battery is communicated to the assembled battery Y connected to the positive electrode side.
ステップＳ５
組電池は、予め直列接続可能な組電池数がメモリに記憶されている。接続可能な組電池数は、充放電スイッチ４の耐圧以下である必要があり、電圧が８Ｖ、充放電スイッチ４の耐圧が３０Ｖの組電池の場合は３個以下となる。
組電池Ｙは、組電池Ｙまでの直列接続数が規定の直列数未満の場合は充放電スイッチ４と通信スイッチ２６とをオンに制御する。
Step S5
The number of battery packs that can be connected in series is stored in memory in advance. The number of battery packs that can be connected needs to be less than or equal to the withstand voltage of the charge /
The assembled battery Y controls the charge /
ステップＳ６
組電池Ｙが最も高電位の組電池となるまでステップＳ３〜Ｓ６を繰り返す。
組電池Ｙが最も高電位の組電池の場合は全てのスイッチがオンとなり電池システムの起動が完了する。蓄電システムの直列電圧は充放電スイッチ４の耐圧以下であり、充放電スイッチ４の過電圧破壊は発生しない。
尚、組電池２１ｄの制御部は通信端子２４が電池セルの正極と接続されることで、最も高電位と認識する。
Step S6
Steps S3 to S6 are repeated until the assembled battery Y has the highest potential.
When the assembled battery Y is the assembled battery having the highest potential, all the switches are turned on and the start of the battery system is completed. The series voltage of the power storage system is equal to or lower than the withstand voltage of the charge /
The control unit of the assembled battery 21d recognizes the highest potential when the communication terminal 24 is connected to the positive electrode of the battery cell.
ステップＳ７
組電池Ｙは、組電池Ｙまでの直列接続数が規定の直列数であり、組電池Ｙが最も高電位の組電池の場合は充放電スイッチ４と通信スイッチ２６とをオンに制御し、電池システムの起動が完了する。蓄電システムの直列電圧は充放電スイッチ４の耐圧以下であり、充放電スイッチ４の過電圧破壊は発生しない。
Step S7
The assembled battery Y has a prescribed number of series connections to the assembled battery Y. When the assembled battery Y is the assembled battery having the highest potential, the charge /
組電池Ｙは、組電池Ｙまでの直列接続数が規定の直列数であり、組電池Ｙが最も高電位の組電池ではない場合、組電池Ｙの充放電スイッチ４と通信スイッチ２６とをオフのまま起動を終了する。このとき充放電スイッチ４がオフのため電池システムは動作しない。また組電池Ｙの充放電スイッチ４には直列規定数の電圧が印加されており、充放電スイッチ４の耐圧以下であるため過電圧破壊は発生しない。
When the number of series connections to the assembled battery Y is the specified series number, and the assembled battery Y is not the highest potential assembled battery, the charge /
以上は、最も低電位の組電池から順に充放電スイッチ４をオンする構成について記載したが、同様に最も高電位の組電池から順に充放電スイッチ４をオンする構成でも良い。
In the above description, the configuration in which the charge /
[変形例]
図１７は、セル数を電流値により通信する二次元電池装置の変形例の構成についての説明図である。
[Modification]
FIG. 17 is an explanatory diagram of a configuration of a modified example of the two-dimensional battery device that communicates the number of cells by a current value.
組電池３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄの制御部３２は、端子３３から流れ出る電流を電圧に変換する抵抗２５と、抵抗２５の電圧を取り出す差動アンプ３６と、差動アンプ３６の出力から抵抗２５に流れる電流と等しい電流を取り出す電流電圧変換回路３７と、電流値Ｉの定電流源３８と、ＶＩ変換器３７と定電流源３８との電流の和を通信端子３４からシンクするカレントミラー回路３９と、直列接続可能数に応じた基準電圧源４０と、差動アンプ３６の出力と基準電圧源４０を比較する比較器４１と、比較器４１の出力からスイッチを制御するスイッチ制御部４２で構成される。
The
通信端子３３、３４に直列接続数に応じた電流値を流すことで、直列接続数のデータを通信する。
By passing a current value corresponding to the number of series connections to the
ここで、定電流源３８、ＶＩ変換器３７、及びカレントミラー回路３９で直列数に比例した電流を流す回路を構成する。定電流源３８は一定の電流Ｉを出力する。ＶＩ変換器３７は、入力された電圧（３１ｃでは２ＲＩ）と同じ電流を出力する。
即ち、電流値で直列数が直列接続可能数以下であることを判断できる。
尚、これら定電流源３８、ＶＩ変換器３７、及びカレントミラー回路３９が無い場合には、レベルシフト又は絶縁によるシリアル通信部とメモリ部とが必要になる。
Here, the constant
In other words, it can be determined that the number of series is less than or equal to the number that can be connected in series by current value.
If the constant
また、スイッチ制御部４２は、比較器４１からの出力が、直列数＞直列接続可能数（Ｖｒｅｆ）の論理の時に、両ＦＥＴのゲート及び充放電スイッチに所定の電圧を印加して導通させる。スイッチ制御部４２は、増幅機能は有せず、入力される比較器４１の論理を判断して両ＦＥＴのゲート及び充放電スイッチに所定の電圧を印加する。
The
組電池３１ｃについて具体的に説明する。
組電池３１ｂの通信端子３４は直列数２に応じた電流値２Ｉを引き込む。
従って、組電池３１ｃの端子３３から電流値２Ｉが流れ、抵抗３５には両端電圧２ＲＩが発生する。
差動アンプ３６は、抵抗３５の両端電圧を出力するため、出力電圧は２ＲＩとなる。
電流電圧変換回路３７は差動アンプ３６の出力電圧２ＲＩから、電流２Ｉを出力する。これと定電流源３８の電流の和３Ｉがカレントミラー回路に入力される。
The assembled
The
Accordingly, a current value 2I flows from the
Since the
The current-
従って、端子３４からはカレントミラー回路により電流３Ｉが引き込まれる。このようにして、直列接続数に応じた電流値を通信することができる。
また、基準電圧源４０は直列接続可能数が３の場合３ＲＩ未満に設定する。基準電圧源４０と差動アンプ出力３６を比較器４１で比較し、直列数が直列接続可能数に満たない場合にスイッチ制御部により充放電スイッチ４をオンする。
Therefore, the current 3I is drawn from the terminal 34 by the current mirror circuit. In this way, a current value corresponding to the number of series connections can be communicated.
The
尚、最高電位の組電池は、一つ低電位の組電池の充放電スイッチがオンになると、比較器の出力に関わらず充放電スイッチをオンする（回路がオン状態になる。）。一つ低電位の組電池の充放電スイッチは直列接続可能数より小さいときにオンするため、最高電位の組電池は直列接続可能数と等しいか、小さい直列数となる。 Note that when the charge / discharge switch of the battery pack having the lowest potential is turned on, the charge / discharge switch of the highest potential battery is turned on regardless of the output of the comparator (the circuit is turned on). Since the charge / discharge switch of one low-potential assembled battery is turned on when the number is less than the number that can be connected in series, the assembled battery with the highest potential is equal to or smaller than the number that can be connected in series.
以上のセル数を電流値により通信する構成により、シリアル通信部及びメモリ部が不要となり、より低コストの蓄電システムを構成することができる。 With the configuration in which the number of cells is communicated with the current value, the serial communication unit and the memory unit are unnecessary, and a lower-cost power storage system can be configured.
以上説明したように、組電池の直列接続数を検知し、規定数以下であれば半導体スイッチをオンするので、組電池を直列に接続する蓄電システムにおいて、半導体スイッチの過電圧破壊を防止することができる。 As described above, the number of series connections of the assembled batteries is detected, and if the number is less than the specified number, the semiconductor switch is turned on. Therefore, in the power storage system in which the assembled batteries are connected in series, the overvoltage breakdown of the semiconductor switches can be prevented. it can.
要するに、組電池は蓄電システムの起動時に低電位側から順に半導体スイッチをオンにして導通する。半導体スイッチをオンする制御において、低電位側に接続された直列接続数を検知し、規定数以下であれば半導体スイッチをオンする。 In short, the assembled battery is turned on by sequentially turning on the semiconductor switch from the low potential side when the power storage system is activated. In the control to turn on the semiconductor switch, the number of series connections connected to the low potential side is detected, and if the number is less than the specified number, the semiconductor switch is turned on.
また、組電池間の直列接続数の通信を電気的絶縁のシリアル通信で実施する場合、通信のスイッチが不要になり低コストの蓄電システムを構成することができる。 In addition, when communication of the number of series connections between the assembled batteries is performed by electrically isolated serial communication, a communication switch is not necessary and a low-cost power storage system can be configured.
さらに、組電池間の直列接続数の通信を電流値で通信する場合、シリアル通信、メモリが不要になり低コストの蓄電システムを構成することができる。 Furthermore, when communication of the number of series connections between assembled batteries is performed using current values, serial communication and memory are not required, and a low-cost power storage system can be configured.
ＢＣＡ（１１Ａ、１２Ａ、１３Ａ・・・１９Ａ） 電池セル
ＣＤＡ（２１Ａ、２２Ａ、２３Ａ・・・２９Ａ） セル電流検出部
ＭＰＸＡ（３１Ａ、３２Ａ、３３Ａ・・・３９Ａ） マルチプレクサ
ＣＵＡ（４１Ａ、４２Ａ、４３Ａ・・・４９Ａ） 通信部
１００Ａ 組電池
２００Ａ 組電池制御システム
２１１Ａ マルチプレクサ
２１２Ａ Ａ／Ｄ変換器
２２０Ａ 電流検出部
２３０Ａ 充放電制御スイッチ
２４０Ａ 制御部
２５０Ａ 通信レベルシフト部
BCA (11A, 12A, 13A ... 19A) Battery cell CDA (21A, 22A, 23A ... 29A) Cell current detector MPXA (31A, 32A, 33A ... 39A) Multiplexer CUA (41A, 42A, 43A) ... 49A)
Claims (10)
前記組電池を構成する、各々の電池セルに入力、又は各々の電池セルから出力される電流の電流値を検出するセル電流検出手段と、
充放電の停止状態にあるか否かを判定する状態判定手段と、
前記状態判定手段により充放電停止と判定されてから所定時間経過後に、前記セル電流検出手段により検出された電流値が所定の閾値以上である電池セルがあることを条件に、当該電池セルに内部短絡が発生したと判定する内部短絡判定手段と、
を有する二次電池装置。 A battery pack configured by connecting a plurality of battery cells, wherein at least some of the plurality of battery cells are connected in parallel;
Cell current detection means for detecting the current value of the current that is input to each battery cell or output from each battery cell, constituting the assembled battery,
State determining means for determining whether or not charging / discharging is stopped;
On the condition that there is a battery cell in which the current value detected by the cell current detection means is equal to or greater than a predetermined threshold after a predetermined time has elapsed since the state determination means determined that charge / discharge was stopped. An internal short circuit determination means for determining that a short circuit has occurred;
A secondary battery device.
前記組電池を構成する電池セルの並列接続部分に流れる電流の電流値を検出するセル電流検出手段と、
充放電の停止状態にあるか否かを判定する状態判定手段と、
前記セル電流検出手段により検出された電流値に基づき、内部短絡の検知対象とする電池セルに流入する電流値を算出する算出手段と、
前記状態判定手段により充放電停止と判定されてから所定時間経過後に、前記内部短絡の検知対象とする電池セルに流入する電流値が所定の閾値以上である電池セルがあることを条件に、当該電池セルに内部短絡が発生したと判定する内部短絡判定手段と、
を有する二次電池装置。 A battery pack configured by connecting a plurality of battery cells, wherein at least some of the plurality of battery cells are connected in parallel;
A cell current detecting means for detecting a current value of a current flowing in a parallel connection portion of the battery cells constituting the assembled battery;
State determining means for determining whether or not charging / discharging is stopped;
Based on the current value detected by the cell current detection means, a calculation means for calculating a current value flowing into the battery cell to be detected as an internal short circuit;
On condition that there is a battery cell in which a current value flowing into the battery cell to be detected for the internal short circuit is equal to or greater than a predetermined threshold after a predetermined time has elapsed since the state determination unit determined that charging / discharging was stopped. An internal short circuit determination means for determining that an internal short circuit has occurred in the battery cell;
A secondary battery device.
前記所定の閾値が、検知対象とする内部短絡の抵抗値及び前記組電池を構成する電池セルの並列接続数に基づいて設定される二次電池装置。 The secondary battery device according to claim 1 or 2,
The secondary battery device in which the predetermined threshold is set based on a resistance value of an internal short circuit to be detected and the number of parallel connections of battery cells constituting the assembled battery.
前記組電池を構成する、各々の電池セルの充放電を停止する充放電スイッチ手段を有し、
前記充放電スイッチ手段が、前記内部短絡判定手段により内部短絡が発生したと判定された電池セルの充放電を停止する二次電池装置。 The secondary battery device according to any one of claims 1 to 3,
Comprising charge / discharge switch means for stopping charge / discharge of each battery cell constituting the assembled battery;
The secondary battery device in which the charge / discharge switch means stops charging / discharging of the battery cell determined that the internal short circuit has occurred by the internal short circuit determination means.
前記内部短絡判定手段と通信可能に接続され、当該内部短絡判定手段の判定結果に基づいて、内部短絡が発生したと判定された電池セルの充放電を停止するように、前記充放電スイッチ手段を制御する通信手段を有する二次電池装置。 The secondary battery device according to claim 4,
The charge / discharge switch means is connected so as to be communicable with the internal short-circuit determining means, and based on the determination result of the internal short-circuit determining means, the charging / discharging switch means is stopped so as to stop the charging / discharging of the battery cell determined that the internal short-circuit has occurred. A secondary battery device having communication means for controlling.
前記セル電流検出手段による、前記組電池を構成する、各々の電池セルに入力、又は各々の電池セルから出力される電流の電流値を検出する電流検出工程と、
前記状態判定手段による、充放電の停止状態にあるか否かを判定する状態判定工程と、
前記内部短絡判定手段による、前記状態判定工程において充放電停止と判定されてから所定時間経過後に、前記電流検出工程において検出された電流値が所定の閾値以上である電池セルがあるか否かを判定することで、内部短絡の発生有無を判定する内部短絡判定工程と、
を有する二次電池装置における制御方法。 A control method for a secondary battery device according to claim 1,
A current detection step of detecting a current value of a current that is input to or output from each battery cell, constituting the assembled battery, by the cell current detection unit;
A state determination step for determining whether or not the state determination means is in a charge / discharge stop state; and
Whether or not there is a battery cell having a current value detected in the current detection step equal to or greater than a predetermined threshold after a predetermined time has elapsed since the internal short-circuit determination means has been determined to stop charging / discharging in the state determination step. By determining, an internal short circuit determination step of determining whether an internal short circuit has occurred,
The control method in the secondary battery apparatus which has this.
前記セル電流検出手段による、前記組電池を構成する電池セルの並列接続部分に流れる電流の電流値を検出する電流検出工程と、
前記状態判定手段による、充放電の停止状態にあるか否かを判定する状態判定工程と、
前記算出手段による、前記電流検出工程において検出された電流値に基づき、内部短絡の検知対象とする電池セルに流入する電流値を算出する算出工程と、
前記内部短絡判定手段による、前記状態判定工程において充放電停止と判定されてから所定時間経過後に、前記内部短絡の検知対象とする電池セルに流入する電流値が所定の閾値以上である電池セルがあるか否かを判定することで、内部短絡の発生有無を判定する内部短絡判定工程と、
を有する二次電池装置における制御方法。 A control method for a secondary battery device according to claim 2,
A current detection step of detecting a current value of a current flowing in a parallel connection portion of the battery cells constituting the assembled battery by the cell current detection means;
A state determination step for determining whether or not the state determination means is in a charge / discharge stop state; and
Based on the current value detected in the current detection step by the calculation means, a calculation step for calculating a current value flowing into the battery cell to be detected as an internal short circuit;
A battery cell whose current value flowing into the battery cell to be detected for the internal short circuit is equal to or greater than a predetermined threshold after elapse of a predetermined time after the internal short circuit determination unit determines that charging / discharging has been stopped in the state determination step. By determining whether or not there is an internal short circuit determination step of determining whether or not an internal short circuit has occurred,
The control method in the secondary battery apparatus which has this.
前記組電池間で直列接続数を通信し、前記充放電スイッチ手段を制御する制御手段と、
最も低電位の電池セルから順に前記充放電スイッチ手段をオンにする接続手段と、
前記接続手段の制御の際に前記組電池間で直列接続数を通信し、直列接続数が前記接続手段の耐圧以下である所定の数であるか否かを判断する判断手段と、を備え、
前記制御手段は、前記判断手段による判断の結果から前記充放電スイッチ手段をオンオフすることを特徴とする二次電池装置。 Charge / discharge switch means for turning on / off connection of the battery cells of a battery pack in which battery cells are arranged in a single or series-parallel manner;
Control means for communicating the number of series connections between the assembled batteries, and controlling the charge / discharge switch means,
Connection means for turning on the charge / discharge switch means in order from the lowest potential battery cell;
A determination unit that communicates the number of series connections between the assembled batteries during the control of the connection unit, and determines whether the number of series connections is a predetermined number that is equal to or lower than the withstand voltage of the connection unit;
The secondary battery device, wherein the control unit turns on / off the charge / discharge switch unit based on a result of determination by the determination unit.
前記組電池間で直列接続数を通信し、前記充放電スイッチ手段を制御する制御手段と、
最も低電位の電池セルから順に前記充放電スイッチ手段をオンにする接続手段と、
前記接続手段の制御の際に前記組電池間で直列接続数を通信し、直列接続数が前記接続手段の耐圧以下である所定の数であるか否かを判断する判断手段と、を備え、
前記制御手段は、前記判断手段による判断の結果から前記充放電スイッチ手段をオンオフする二次電池装置の制御方法であって、
遮断手段による、電池セルを単一もしくは直列並列に接続した組電池間の前記電池セル接続を遮断する工程と、
制御手段による、前記組電池間で直列接続数を通信し、前記充放電スイッチ手段を制御する工程と、
接続手段による、最も低電位のセルから順に半導体スイッチをオンにする工程と、
判断手段による、前記充放電スイッチ手段の制御の際に組電池間で直列接続数を通信し、直列接続数が前記遮断手段の耐圧以下である所定の数であるか否かを判断する工程と、
前記判断手段による判断の結果から前記充放電スイッチ手段をオンにする工程と、
を有することを特徴とする二次電池装置における制御方法。 Charge / discharge switch means for turning on / off connection of the battery cells of a battery pack in which battery cells are arranged in a single or series-parallel manner;
Control means for communicating the number of series connections between the assembled batteries, and controlling the charge / discharge switch means,
Connection means for turning on the charge / discharge switch means in order from the lowest potential battery cell;
A determination unit that communicates the number of series connections between the assembled batteries during the control of the connection unit, and determines whether the number of series connections is a predetermined number that is equal to or lower than the withstand voltage of the connection unit;
The control means is a control method of a secondary battery device for turning on / off the charge / discharge switch means from the result of the judgment by the judgment means,
A step of blocking the battery cell connection between the assembled batteries in which the battery cells are connected in series or in parallel by the blocking means;
Communicating the number of series connections between the assembled batteries by the control means, and controlling the charge / discharge switch means;
A step of turning on the semiconductor switch in order from the cell with the lowest potential by the connection means;
Communicating the number of series connections between the assembled batteries when the charge / discharge switch means is controlled by the judging means, and determining whether the number of series connections is a predetermined number equal to or less than the withstand voltage of the shut-off means; ,
Turning on the charge / discharge switch means from the result of the judgment by the judgment means;
A control method for a secondary battery device, comprising:
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