JP2017085747A - 蓄電装置及び異常検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電池モジュールを充電する際の充電装置の異常の検出漏れが抑制された蓄電装置を提供する。【解決手段】少なくとも１つ以上の電池モジュール１１と、電池モジュール１１を充電するために充電装置２に出力を命じる電流値を示す電流指令値を計算する計算部１２１と、電池モジュール１１の接続数及び電流指令値の少なくとも一方に従って異常検出閾値を設定する設定部１２２と、電流指令値と、電流指令値に従って充電装置２が出力した電流値として電池モジュール１１に入力された電流値を基に検出した充電電流検出値との差分が異常検出閾値を超える場合に、充電装置２の異常を検出する検出部１２３とを備えて、蓄電装置１を構成する。【選択図】図１

Description

本発明は蓄電装置及び異常検出方法に関する。

蓄電装置に含まれる電池モジュールが充電装置により充電される場合に、蓄電装置は充電装置に異常（故障）がないか否かを監視するように構成されることがある。
具体的には、例えば、蓄電装置は、電池モジュールの充電に必要な電流値を示す電流指令値を充電装置へ出力する。そして、蓄電装置は、電流指令値に従って充電装置が出力した電流値として、電池モジュールに流れる電流値を基に充電電流検出値を検出する。ただし、充電電流検出値には、電流指令値に対して誤差が存在し得る。そこで、充電電流検出値に存在する誤差に起因して充電装置の異常が誤検出されないように、想定される最大誤差よりも大きい所定の異常検出閾値が設定される。そして、蓄電装置は、電流指令値と充電電流検出値との差分と、設定された異常検出閾値とを比較することで、充電装置へ出力した電流指令値に対応する電流が充電装置から出力されているか否かを判定する。電流指令値と充電電流検出値との差分が異常検出閾値を超えた場合、蓄電装置は充電装置の異常（故障）を検出する。

なお、関連する技術として、例えば、特許文献１〜３に記載の技術が知られている。

特開２００８−００５５９３号公報 特開２０１４−０２７８０３号公報 特開２００９−０８１９４８号公報

しかしながら、上述のように、想定される最大誤差よりも大きい異常検出閾値が設定されると、充電装置の異常の検出漏れが生じる可能性がある。
本発明の一側面に係る目的は、電池モジュールを充電する際の充電装置の異常の検出漏れが抑制された蓄電装置を提供することである。

本発明に係る一つの形態である蓄電装置は、少なくとも１つ以上の電池モジュールと、計算部と、設定部と、検出部とを含む。
計算部は、前記電池モジュールを充電するために充電装置に出力を命じる電流値を示す電流指令値を計算する。設定部は、前記電池モジュールの接続数及び前記電流指令値の少なくとも一方に従って異常検出閾値を設定する。検出部は、前記電流指令値と、前記電流指令値に従って前記充電装置が出力した電流値として前記電池モジュールに入力された電流値を基に検出した充電電流検出値との差分が前記異常検出閾値を超える場合に、前記充電装置の異常を検出する。

一実施形態に従った蓄電装置によれば、電池モジュールを充電する際の充電装置の異常の検出漏れを抑制できる。

実施形態に従った蓄電装置の構成例を示す図である。 実施形態に従った蓄電装置が実行する、充電装置の異常検出方法の例示的なフロー図である。 実施形態に従った蓄電装置により設定される異常検出閾値の一例を説明する図である。

以下図面に基づいて実施形態について詳細を説明する。
図１は、実施形態に従った蓄電装置の構成例を示す図である。図１に示すように、蓄電装置１は、少なくとも１つ以上の電池モジュール１１、電池制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）１２、スイッチ１３、電圧センサ１４、電流センサ１５、及び接続コネクタ１６を含む。

図１に示す一例のように、電池モジュール１１としてＮ個（Ｎは２以上の整数）の電池モジュール１１−１〜１１−Ｎが存在する場合には、Ｎ個の電池モジュール１１−１〜１１−Ｎは並列に接続される。なお、図１には、複数の単電池が直列に接続された各電池モジュール１１が示されているが、電池モジュール１１を構成する単電池の数や接続関係は任意であってよい。

電池制御ユニット１２は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）といったプロセッサ、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、又はＰＬＤ（Programmable Logic Device）である。電池制御ユニット１２は、計算部１２１、設定部１２２、及び検出部１２３を含む。電池制御ユニット１２は、電池モジュール１１の状態を監視し、蓄電装置１全体の動作を制御する。また、電池制御ユニット１２は、例えば以下の説明のように動作する。図２は、実施形態に従った蓄電装置が実行する、充電装置の異常検出方法の例示的なフロー図である。

蓄電装置１側の接続コネクタ１６及び充電装置２側の接続コネクタ２１を介して蓄電装置１が充電装置２に接続され、電池モジュール１１の充電が開始されると、計算部１２１は電流指令値を計算する（ステップＳ１）。電流指令値は、電池モジュール１１を充電するために蓄電装置１が充電装置２に対して出力を命じる電流値を示す。

電流指令値は、例えば、充電中の各電池モジュール１１の電圧、電池モジュール１１の接続数、及び充電装置２の出力可能電流値に応じて決定される。電池モジュール１１−１〜１１−Ｎの各電圧は、対応するＮ個の電圧センサ１４（１４−１〜１４−Ｎ）によって測定され、電池制御ユニット１２により取得される。電池モジュール１１の接続数は、電池モジュール１１−１〜１１−Ｎに夫々直列接続された対応するスイッチ１３（１３−１〜１３−Ｎ）が閉じられた電池モジュール１１の数であり、各スイッチ１３の開閉を制御する電池制御ユニット１２により取得される。スイッチ１３は、例えば、リレーである。各スイッチ１３は、対応する電池モジュール１１が正常である場合には電池制御ユニット１２の制御によって閉じられ、対応する電池モジュール１１に異常がある場合には電池制御ユニット１２の制御によって開かれる。充電装置２の出力可能電流値は、通信線Ｌｃを介して充電装置２から電池制御ユニット１２により取得される。

計算部１２１は、計算された電流指令値を通信線Ｌｃを介して充電装置２へ出力する。充電装置２は、通信線Ｌｃを介して入力された電流指令値に従った電流を出力する。充電装置２からの出力電流は、対応するスイッチ１３が閉じられた各電池モジュール１１に電力線Ｌｐを介して入力され、各電池モジュール１１は充電される。

設定部１２２は、電池モジュール１１の接続数及び電流指令値の少なくとも一方に従って異常検出閾値を設定する（ステップＳ２）。設定部１２２による異常検出閾値の設定方法の具体例は、図３を参照しながら後述する。

検出部１２３は、電流指令値に従って充電装置２が出力した電流値として、電池モジュール１１に入力された電流値を基に充電電流検出値を検出する（ステップＳ３）。具体的には、スイッチ１３が閉じられた電池モジュール１１に夫々流れる電流値が対応する電流センサ１５（１５−１〜１５−Ｎ）により夫々測定される。そして、検出部１２３は、測定された各電流値の和から充電電流検出値を検出する。

検出部１２３は、電流指令値と充電電流検出値との差分が異常検出閾値を超えるか否かを判定する（ステップＳ４）。電流指令値と充電電流検出値との差分（絶対値）が異常検出閾値を超える場合（ステップＳ４で“ＹＥＳ”）、検出部１２３は、充電装置２の異常を検出する（ステップＳ５）。なお、検出部１２３は、検出された充電装置２の異常を通信線Ｌｃを介して充電装置２に通知してもよい。また、検出部１２３は、通信線Ｌｃを介して充電停止を充電装置２に命じたり、電池モジュール１１に流入する電流を停止するためにスイッチ１３を開く等の動作によって、充電装置２による電池モジュール１１の充電が停止されるように動作してもよい。

電池制御ユニット１２は、図２を参照しながら上述したような異常検出処理を、電池モジュール１１が充電装置２により充電されている間に任意のタイミング（例えば、所定の時間間隔）で繰り返し行う。

設定部１２２による異常検出閾値の設定方法の具体例を図３を参照しながら説明する。図３は、実施形態に従った蓄電装置により設定される異常検出閾値の一例を説明する図である。図３において、横軸は電流指令値であり、縦軸は電流指令値と充電電流検出値との差分である。

図３からも理解し得るように、充電電流検出値には、電流指令値に対して誤差が生じる。誤差が生じる要因としては、例えば、入力された電流指令値に対応する電流を出力するように制御する充電装置２の制御精度が挙げられる。また、誤差が生じる要因としては、例えば、対応する電池モジュール１１に流れる電流を測定する電流センサ１５の測定精度が挙げられる。

充電電流検出値に加わる誤差に起因して充電装置２の異常が誤検出されないようにするためには、例えば、第１の最大誤差Ｅ１及び第２の最大誤差Ｅ２のような最大誤差よりも大きい異常検出閾値が設定されることが望ましい。第１の最大誤差Ｅ１は、電池モジュール１１の接続数がα（αは１以上Ｎ以下の整数）である場合の、電流指令値の変化に応じて想定される最大誤差を示す。第２の最大誤差Ｅ２は、電池モジュール１１の接続数がβ（βはαを越えＮ以下の整数）である場合の、電流指令値の変化に応じて想定される最大誤差を示す。

しかしながら、第１の最大誤差Ｅ１と第２の最大誤差Ｅ２とを比較することにより理解し得るように、上述したような要因によって充電電流検出値に加わる誤差は、電池モジュール１１の接続数の増加に比例して大きくなる。例えば、電流センサ１５の測定精度に起因する誤差は、電池モジュール１１の接続数に対応して電流センサ１５の測定数が増加すると大きくなる。また、第１の最大誤差Ｅ１及び第２の最大誤差Ｅ２の傾きに示されるように、上述したような要因によって充電電流検出値に加わる誤差は、電流指令値の増加に比例して大きくなる。例えば、電流センサ１５の精度誤差に起因する誤差（単位：アンペア）は、電流センサ１５に規定された許容範囲の誤差（単位：パーセント）であっても、電流指令値の増加に従い測定対象の電流値が増加すると大きくなる。同様に、例えば、充電装置２が出力電流値を電流センサ（図示せず）を用いて制御するならば、充電装置２の制御精度に起因する誤差は、電流指令値の増加に従い制御対象の出力電流値が増加すると大きくなる。

したがって、一定型の異常検出閾値Ｔｈｃのように一定の異常検出閾値が予め設定されると、設定された異常検出閾値は、電池モジュール１１の現在の接続数と現在の電流指令値とに対応する最大誤差から乖離し、乖離した分だけ、充電装置の異常の検出漏れが生じる可能性がある。一定型の異常検出閾値Ｔｈｃは、蓄電装置１に含まれる電池モジュール１１の最大接続数と、蓄電装置１から充電装置２へ出力される最大電流指令値とに対応する最大誤差に従って一定に設定された異常検出閾値を示す。

そこで、設定部１２２は、電池モジュール１１の接続数及び電流指令値の少なくとも一方の変化に追随して変化するように異常検出閾値を設定する。例えば、第１の異常検出閾値Ｔｈ１及び第２の異常検出閾値Ｔｈ２のように、設定部１２２は、電池モジュール１１の接続数及び電流指令値の少なくとも一方の値の増加に従って増加するように異常検出閾値を設定する。また、設定部１２２は、電池モジュール１１の接続数及び電流指令値の少なくとも一方の値の減少に従って減少するように異常検出閾値を設定する。第１の異常検出閾値Ｔｈ１は、電池モジュール１１の接続数がαである場合に電流指令値の増減に従って増減するように設定される異常検出閾値を示す。第２の異常検出閾値Ｔｈ２は、電池モジュール１１の接続数がβである場合に電流指令値の増減に従って増減するように設定される異常検出閾値を示す。

電池モジュール１１の接続数及び電流指令値の少なくとも一方の変化に追随して変化するように異常検出閾値が設定されれば、設定された異常検出閾値は、電池モジュール１１の現在の接続数と現在の電流指令値とに対応する最大誤差から乖離しない。したがって、実施形態に従った蓄電装置によれば、充電装置の異常の検出漏れを抑制できる。

設定部１２２は、電池モジュール１１の接続数及び電流指令値の少なくとも一方を変数とする閾値関数を用いて、上述のような異常検出閾値を設定してもよい。閾値関数は、例えば、第１の異常検出閾値Ｔｈ１又は第２の異常検出閾値Ｔｈ２に示されるような、電池モジュール１１の接続数を所定値とし電流指令値を変数とする直線である。設定部１２２は、こうした閾値関数を予め保持する。

また、設定部１２２は、電池モジュール１１の接続数及び電流指令値の少なくとも一方に対応する異常検出閾値が記録された閾値テーブルを用いて異常検出閾値を設定してもよい。閾値テーブルは、例えば、電池モジュール１１の任意の接続数における電流指令値と異常検出閾値との対応関係が記録されたテーブルである。設定部１２２は、こうした閾値テーブルを予め保持する。

電池モジュール１１の接続数及び電流指令値の少なくとも一方の変化に追随して異常検出閾値が変化する閾値関数或いは閾値テーブルに従い異常検出閾値が設定されれば、設定された異常検出閾値は、電池モジュール１１の現在の接続数と現在の電流指令値とに対応する最大誤差から乖離しない。したがって、実施形態に従った蓄電装置によれば、充電装置の異常の検出漏れを抑制できる。

本発明は、以上の実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。

１ 蓄電装置
１１（１１−１〜１１−Ｎ） 電池モジュール
１２ 電池制御ユニット
１２１ 計算部
１２２ 設定部
１２３ 検出部
１３（１３−１〜１３−Ｎ） スイッチ
１４（１４−１〜１４−Ｎ） 電圧センサ
１５（１５−１〜１５−Ｎ） 電流センサ
１６ 接続コネクタ
２ 充電装置
２１ 接続コネクタ
Ｌｃ 通信線
Ｌｄ 電力線

Claims (5)

1. 少なくとも１つ以上の電池モジュールと、
   前記電池モジュールを充電するために充電装置に出力を命じる電流値を示す電流指令値を計算する計算部と、
   前記電池モジュールの接続数及び前記電流指令値の少なくとも一方に従って異常検出閾値を設定する設定部と、
   前記電流指令値と、前記電流指令値に従って前記充電装置が出力した電流値として前記電池モジュールに入力された電流値を基に検出した充電電流検出値との差分が前記異常検出閾値を超える場合に、前記充電装置の異常を検出する検出部と
   を含む蓄電装置。
2. 請求項１に記載の蓄電装置であって、
   前記設定部は、前記電池モジュールの接続数及び前記電流指令値の少なくとも一方の値の増加に従って増加し、前記電池モジュールの接続数及び前記電流指令値の少なくとも一方の値の減少に従って減少するように前記異常検出閾値を設定する
   蓄電装置。
3. 請求項１又は２に記載の蓄電装置であって、
   前記設定部は、前記電池モジュールの接続数及び前記電流指令値の少なくとも一方を変数とする閾値関数を用いて前記異常検出閾値を設定する
   蓄電装置。
4. 請求項１又は２に記載の蓄電装置であって、
   前記設定部は、前記電池モジュールの接続数及び前記電流指令値の少なくとも一方に対応する異常検出閾値が記録された閾値テーブルを用いて前記異常検出閾値を設定する
   蓄電装置。
5. 少なくとも１つ以上の電池モジュールを充電するために充電装置に出力を命じる電流値を示す電流指令値を計算し、
   前記電池モジュールの接続数及び前記電流指令値の少なくとも一方に従って異常検出閾値を設定し、
   前記電流指令値と、前記電流指令値に従って前記充電装置が出力した電流値として前記電池モジュールに入力された電流値を基に検出した充電電流検出値との差分が前記異常検出閾値を超える場合に、前記充電装置の異常を検出すること
   を含む、蓄電装置が実行する異常検出方法。

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