JP2018026308A - Control system of battery pack - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電池パックの制御システムに関する。 The present invention relates to a battery pack control system.
電気自動車やハイブリッド車両等、回転電機を駆動源とする車両には、直流電源である電池モジュールが搭載されている。レイアウトの多様化を図る等の目的で、電池モジュールは、複数の電池パックに分割(小分け)される場合がある。 A battery module that is a DC power supply is mounted on a vehicle that uses a rotating electrical machine as a drive source, such as an electric vehicle or a hybrid vehicle. For the purpose of diversifying the layout, the battery module may be divided (divided) into a plurality of battery packs.
電池パックでは複数の単電池(電池セル)が並列接続される。仮にこれら複数の単電池が直列接続された場合、そのうち一本でも破損すれば電池パック全体の導通が遮断されるが、並列接続することで、数本破損しても電池パックから電力を取り出せる等のメリットがある。そこで、複数の単電池が並列接続された電池パックでは、各単電池の破損抑制に加えて、破損を含めた各単電池の劣化状況の監視、及び破損時の電力管理等の保安制御(フェールセーフ)が実行される。 In the battery pack, a plurality of single cells (battery cells) are connected in parallel. If these multiple cells are connected in series, the continuity of the entire battery pack will be interrupted if one of them is damaged, but by connecting in parallel, power can be taken out from the battery pack even if several batteries are damaged. There are benefits. Therefore, in a battery pack in which a plurality of single cells are connected in parallel, in addition to suppressing the breakage of each single cell, the deterioration status of each single cell including breakage, and safety control such as power management at the time of breakage (failure) Safe) is executed.
単電池は、内部短絡等により過熱状態になると、電解液が分解や気化によりガスとなり内圧が増加して破損に繋がるおそれがある。そこで例えば特許文献1では、単電池に接続された端子板の温度と、各単電池の残存容量から各単電池の内圧を算出(推定)し、この内圧から求めた内圧ダメージを積算して、当該積算値に基づいて単電池の劣化状態を推定している。
If the unit cell is overheated due to an internal short circuit or the like, the electrolyte may become gas due to decomposition or vaporization, and the internal pressure may increase, leading to damage. Therefore, for example, in
また、単電池にはガス排出弁が設けられており、内圧が所定の高圧に至るとガス排出弁が開いて単電池内のガスが排出される。例えば特許文献2では、ガスの排出に伴う保安制御(フェールセーフ)として、警告出力、車両停止、結合剤噴霧等の複数項目が用意されており、排出されたガス濃度に応じて適宜保安制御が選択される。
Further, the cell is provided with a gas discharge valve. When the internal pressure reaches a predetermined high pressure, the gas discharge valve is opened and the gas in the cell is discharged. For example, in
ところで、特許文献2では、排出されたガス濃度によりその時点における発煙状態を検出して、どのような保安制御を行うかを選択する。しかしながら、電池パックの能力を考えた場合には、発煙により劣化した単電池の本数に応じて、保安制御を選択することが好ましい場合も考えられる。例えば相対的に発煙本数が少ない場合は入出力電力制限(Win/Wout)で対応し、相対的に発煙本数が多い場合は電池パックから十分な電力が得られそうにないことから電力供給を停止させる等の運用が考えられる。
By the way, in
電池モジュール内のガス濃度やガス温度などの計測値を用いる場合、複数本同時に発煙した場合と時間差を伴って発煙した場合とで、推定される発煙本数が異なるおそれがある。例えば1本目の単電池が発煙し、そのガスがガス濃度センサを通過した後に次の単電池が発煙した場合などは、ガス濃度としては1本分の濃度に止まり、発煙本数が1本と推定されるおそれがある。 When measured values such as gas concentration and gas temperature in the battery module are used, there is a possibility that the estimated number of smoke is different depending on whether a plurality of smokes are emitted at the same time or when smoke is emitted with a time difference. For example, if the first cell emits smoke and the next cell emits smoke after the gas passes through the gas concentration sensor, the gas concentration is limited to one and the number of smoke is estimated to be one. There is a risk of being.
そこで本発明は、従来より精度の高い単電池の発煙本数推定を可能とする、車載電池ユニットを提供することを目的とする。 Then, an object of this invention is to provide the vehicle-mounted battery unit which enables estimation of the number of fumes of a single cell with higher precision than before.
本発明は、複数の単電池が並列接続された電池パックの制御システムに関する。当該システムは、前記電池パックに設けられ前記単電池から排出されたガスが流入する排煙経路に設けられた排煙温度センサと、前記電池パックの電圧を測定する電圧センサと、前記電池パックの電流を測定する電流センサと、前記排煙温度センサ、前記電圧センサ、及び前記電流センサの測定値に応じて前記電池パックに対して保安制御を実行する制御部と、を備える。前記制御部は、排煙温度の微分値が所定の閾値を超過し、かつ、前記電池パックの電圧及び電流に基づいて前記電池パックの電圧、抵抗、及び容量の少なくともいずれか一つが異常有りと判定されたときに、前記閾値超過時点から起算して前記排煙温度の積算を開始する排煙温度積算部と、前記閾値超過時点から所定の待機時間後の前記排煙温度の積算値に基づいて、前記電池パック内の単電池の発煙本数を推定する発煙本数推定部と、前記推定された発煙本数に基づいて、複数の保安制御項目の中から所定の前記保安制御項目を選択指令する指令部と、を備える。 The present invention relates to a battery pack control system in which a plurality of single cells are connected in parallel. The system includes a smoke temperature sensor provided in a smoke passage through which a gas discharged from the unit cell is provided and a voltage sensor that measures a voltage of the battery pack. A current sensor that measures a current; and a control unit that performs security control on the battery pack according to a measured value of the smoke temperature sensor, the voltage sensor, and the current sensor. The control unit determines that the differential value of the flue gas temperature exceeds a predetermined threshold, and at least one of the voltage, resistance, and capacity of the battery pack is abnormal based on the voltage and current of the battery pack. When determined, based on an integrated value of the flue gas temperature starting from the time when the threshold is exceeded, and an integrated value of the flue gas temperature after a predetermined waiting time from the time when the threshold is exceeded And a command for selecting and commanding a predetermined safety control item from a plurality of safety control items based on the estimated number of smoke. A section.
本発明によれば、発煙温度の積算値(積分値)に基づいて、単電池の発煙本数を推定している。複数の単電池が時間差を伴って順次発煙したとしても、それが積算期間内であれば、積算値は同時発煙時に近い値となる。加えて本発明では、発煙温度の積算に当たり、発煙経路の温度異常有無と電気系統の異常有無とのダブルチェックによって確実に発煙発生時、つまり積算起算点を検知している。これにより、発煙前から温度積算が開始されることを抑制可能となる。 According to the present invention, the number of smoked cells is estimated based on the integrated value (integrated value) of the smoke temperature. Even if a plurality of single cells emit smoke sequentially with a time difference, the integrated value is close to the value at the time of simultaneous smoke generation if it is within the integration period. In addition, in the present invention, when integrating the smoke generation temperature, a double check between the presence / absence of a temperature abnormality in the smoke generation path and the presence / absence of an abnormality in the electric system reliably detects the occurrence of smoke generation, that is, the integrated calculation point. Thereby, it is possible to suppress temperature integration from being started before smoke generation.
図1に、本実施形態に係る電池パック10の制御システムを例示する。当該制御システムは、制御部12、電圧センサ14A,14B,14C、電流センサ16、及び排煙温度センサ18を備える。電池パック10及びその制御システムは、例えば電気自動車やハイブリッド車両等の、回転電機を駆動源とする車両に搭載される。
FIG. 1 illustrates a control system for the
図2には、電池パック10の外観が例示され、図3には要部構成の分解斜視図が例示されている。なお、以下の説明において、上下左右、側方、手前、奥などの方向を表す語句は、特段の断りがない限り、説明に用いている図における方向を示し、電池パック10が実際に設置される方向とは関連しない。電池パック10は、単電池20、電池ホルダ22、負極バスバー24、排煙室カバー26、側方カバー28、正極バスバー30、及び上方カバー32を備える。
FIG. 2 illustrates an external appearance of the
電池パック10は複数の並列接続された単電池20を含む。単電池20は略円柱形状であり、円柱の一端に正極が、また他端に負極が設けられている。単電池20は、正極端が上に配置され、負極端が下に配置される。単電池20は、例えば、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の二次電池とすることができる。
The
図1の部分拡大図(A)に示されているように、単電池20の負極端にはガス排出弁34が形成されている。例えば正極シート36、負極シート38、及び両者の間に挟まれるセパレータ40等を収容する中空円柱形状のケース42の、負極端子の一部に肉薄部を形成しこれをガス排出弁34としてもよい。ケース内圧が増加すると、ケース42の他の箇所に先駆けて上記排出弁34が開き(肉薄部が破れ)、ここからケース42内部のガスが排出される。排出されたガスは負極バスバー24の開口44を経由して排煙室46に流入する。
As shown in the partial enlarged view (A) of FIG. 1, a
図2、図3を参照して、側方カバー28は、単電池20を保持する電池ホルダ22の側方周囲を囲うように配置される。側方カバー28は、その下端が電池ホルダ22の上面に当接した状態で電池ホルダ22に固定される。
2 and 3, the
また、側方カバー28は、その上端近傍に天井板48を有する。天井板48には、配列された各単電池20にそれぞれ対応する保持開口50が設けられる。保持開口50からは、各単電池20の正極が露出される。
Further, the
天井板48の上方には、単電池20の正極同士を接続する正極バスバー30が配置される。正極バスバー30の上方は、絶縁性の上方カバー32で覆われる。
Above the
正極バスバー30は、複数(例えば3個)のバスバーセグメントが樹脂モールド等の絶縁材料で接続される。後述するように、負極バスバー24も正極バスバー30と同様に複数のバスバーセグメントに分割されており、これにより、複数の単電池20が並列接続されたセグメント(電池セグメント)がバスバーセグメントの数(例えば3個)だけ形成される。
The
電池ホルダ22は略板形状であり、板平面に収容孔52が二次元的に配置されている。収容孔52は、電池ホルダ22をその板厚方向に貫通している。各収容孔52は、単電池20の円柱形状と嵌まり合う円筒形状である。各単電池20は、収容孔52に挿入され、負極を含む下端が下方に露出される。
The
また、電池ホルダ22の長手方向端部には、排煙通路54が形成される。排煙通路54は図1拡大図(B)に示すように、水平方向に延設された後に鉛直方向に折れる断面L字型に形成される。鉛直方向端面は負極バスバー24に形成された排煙通路56に接続される。水平方向端面の排煙口58は、電池パック10外部に露出する。後述するように、電池ホルダ22の排煙通路54には排煙温度センサ18が設けられ、排煙通路54を通過するガス温度が測定される。
A
負極バスバー24は、電池ホルダ22と排煙室カバー26とに狭持される。負極バスバー24は、例えば、導体板により形成された負電極とモールド成形されて一体となった樹脂部分を含んで構成される。負極バスバー24は、電池ホルダ22に収納された各単電池20にそれぞれ対応する箇所、例えば単電池20の鉛直下方の一部が貫通され開口44が形成される。開口44は、対応する単電池20のガス排出弁34が排煙室カバー26の排煙室46に対して露出するように設けられる。
The negative
負極バスバー24は、正極バスバー30のセグメント数と同数のバスバーセグメントから構成され、セグメント間が樹脂モールド等の絶縁部材で接続される。正極バスバーセグメントと負極バスバーセグメントとに挟まれた複数の単電池20は互いに並列接続される。さらにこれらのセグメント同士が接続線60(図1参照)で直列接続される。
The negative
図1の拡大図(B)に示されているように、負極バスバー24には、更に排煙通路56が設けられる。排煙通路56は、電池ホルダ22の排煙通路54に対応するようにして、負極バスバー24の長手方向端部に設けられる。負極バスバー24の排煙通路56は鉛直方向に延びて、排煙室カバー26の排煙室46に接続(連通)される。
As shown in the enlarged view (B) of FIG. 1, the negative
排煙室カバー26は電池ホルダ22及び負極バスバー24の下方に配置される。排煙室カバー26は略トレイ(盆)形状であって、電池ホルダ22及びその下方の負極バスバー24と排煙室カバー26の底内面との間には空間が形成される。この空間が排煙室46となる。
The smoke
排煙室カバー26上の排煙室46、負極バスバー24の排煙通路56、及び、電池ホルダ22の排煙通路54によって排煙経路が形成される。単電池20に内部短絡が生じるとジュール熱が急増して内部の電解液等が分解、気化してガスとなる。これに伴って単電池20にガスが溜まって内圧が上昇する。内圧が開弁圧力まで増加すると上述したようにケース42底面のガス排出弁34が開き(肉薄部が破れ)、ケース42内のガスが単電池20下の排煙室46に排出される(流入する)。排出されたガスは負極バスバー24の排煙通路56を経由して電池ホルダ22の排煙通路54から外部に排出される。この際に、排煙温度センサ18によってガス温度が測定される。
A smoke exhaust path is formed by the
図4には、制御部12のハード構成が例示されている。制御部12は、例えば車両の中央演算装置である電子コントロールユニット(ECU)から構成される。制御部12(ECU)は、例えばコンピュータから構成される。図4のハード構成図に例示されるように、制御部12は、CPU62(Central Processing Unit)、メモリ64、ハードディスクドライブ66(HDD)、ディスプレイ等の表示装置である出力部68、及び入出力インターフェース70を備え、これらの機器がシステムバスを介してそれぞれ接続される。
FIG. 4 illustrates a hardware configuration of the
ハードディスクドライブ66は、後述する保安制御フロー(フェールセーフフロー)を実行するためのプログラムが記憶された、コンピュータ読み取り可能な非一過性の記憶媒体である。当該プログラムがCPU62によって実行されることで、制御部12を構成するコンピュータは、図5に例示する各機能部(後述する)として機能する。
The
制御部12は、各種センサからその測定値(検出値)を取得し、後述するように、これらの測定値に応じて、電池パック10に対する保安制御(フェールセーフ)を実行する。電圧センサ14A,14B,14Cは、電池パック10の電圧を測定する。上述したように、電池パック10内は、正極バスバー30及び負極バスバー24のセグメントにより、複数(本実施形態では3個)の電池セグメントに分割されている。各電池セグメント内の単電池20同士は並列接続され、また電池セグメント同士は直列接続される。電圧センサ14は、電池セグメントと同数設けられ、各電池セグメントの両端電圧を測定する。
The
電流センサ16は、電池パック10の電流を測定する。電流センサ16は、例えば、電池パック10の正極端部及び負極端部の少なくとも一方に設けられる。
The
排煙温度センサ18は、排煙経路に設けられ、当該排煙経路を流れるガス温度を測定する。排煙温度センサ18は例えばサーミスタから構成される。排煙温度センサ18は、例えば排煙経路の終端、つまり、電池ホルダ22の排煙通路54に設けられる。
The smoke
図5には、制御部12の機能ブロック図が例示されている。制御部12は、微分部72、温度微分値判定部74、電圧異常判定部76、抵抗異常判定部78、容量異常判定部80、排煙温度積算部82、積算カウンタ84、発煙本数推定部86、及び、制限司令部88を備える。
FIG. 5 illustrates a functional block diagram of the
微分部72は、排煙温度センサ18が検出した排煙通路54の温度値TEを微分(dTE/dt)して温度微分値判定部74に送る。温度微分値判定部74では、温度微分値dTE/dtが所定の閾値Kthを超過するか否かが判定される。
The differentiating
仮に、温度値TEと閾値との比較に基づいて発煙の有無を判定しようとすると、排煙経路の周辺温度(環境温度)に応じて温度値TEは変動するため、閾値の設定は困難となる。また、積分値に基づいて発煙の有無を判定しようとすると、積分の起算点の設定が困難となる。これらと比較して、微分値は相対的な(発煙時と非発煙時の)排煙経路の温度差が判断基準となるので、環境温度の影響を受けにくいというメリットがある。また積分値と異なり、例えば1カウント前の温度値と現カウントの温度値の差分を取ればよいのであるから、起算点の設定は不要となる。なお、1カウントは演算処理の1サイクルとすることが好適である。また、必ずしも1カウント前との比較ではなく、数カウント前や1秒前との比較などでもよく、さらに数カウントの平均値同士の比較でもよい。 If, when you try to determine the presence or absence of smoke based on a comparison of the temperature value T E and the threshold, to change the temperature value T E according to the ambient temperature of the flue gas path (environmental temperature), the threshold setting is difficult It becomes. In addition, if it is attempted to determine the presence or absence of smoke based on the integrated value, it is difficult to set the starting point for integration. Compared to these, the differential value has a merit that it is not easily influenced by the environmental temperature because the temperature difference of the flue gas path relative to (when smoke is emitted and not smoke) becomes a criterion. Further, unlike the integral value, for example, the difference between the temperature value one count before and the temperature value of the current count may be taken, so setting of the starting point is not necessary. One count is preferably one cycle of arithmetic processing. Further, it is not necessarily a comparison with one count before, a comparison with a few counts before or one second before, etc., and a comparison between average values of several counts may also be possible.
温度微分値dTE/dtの閾値Kthは実験等によって求められる値であって、例えば所定の環境温度(例えば20℃)と、単電池20が1本発煙し、そのガスが排煙通路54を通過したときの温度との差分にマージン(例えば0.7)を掛けた値であってよい。温度微分値dTE/dtが閾値Kthを超過した場合、温度微分値判定部74は、異常判定値(1)を出力する。温度微分値dTE/dtが閾値Kth以下である場合には、温度微分値判定部74は、正常判定値(0)を出力する。
The threshold value Kth of the temperature differential value dT E / dt is a value obtained by experiments or the like. For example, when a predetermined environmental temperature (for example, 20 ° C.) and one
電圧異常判定部76は、電圧センサ14A,14B,14Cから各電池セグメントの両端電圧V1,V2,V3を取得する。電池セグメント内のいずれかの単電池20が発煙する程度にまで内圧が高まる原因として、内部短絡が考えられる。並列接続された複数の単電池20の中で内部短絡が発生すると、その内部短絡が発生した単電池20に電流が集中して、電池セグメントの両端電圧は瞬間的に低下する。さらに内部短絡の単電池20が発煙することで当該単電池20は非導通の状態となり、単電池20の抵抗は無限大となる。これに伴い電池セグメントの両端電圧(電位差)は一時的に増加する。さらにその後、電池セグメントの両端電圧は通常の電圧値に回復(収束)する。
The voltage
上記した一時的な電圧低下を捉える場合、電圧異常判定部76は、電圧センサ14A,14B,14Cが検出した各電池セグメントの両端電圧V1,V2,V3を監視し、これらが所定の閾値Vth未満となるか否かを判定する。この閾値判定は、電圧値(V1,V2,V3)ごとに行われる。例えば、両端電圧V1,V2,V3の少なくともいずれか一つが閾値Vth未満となると、電圧異常判定部76は、閾値Vth未満となった電圧値(V1,V2,V3)に対応する電池セグメント(1〜3)の識別情報(ID)とともに、異常判定値(1)を出力する。また電圧値が閾値Vth以上である場合には、正常判定値(0)が出力される。
When capturing the temporary voltage drop described above, the voltage
また、上記した一時的な抵抗の増加を捉える場合、電圧異常判定部76は、電圧センサ14A,14B,14Cが検出した各電池セグメントの両端電圧V1,V2,V3を監視し、これらが所定の閾値Vthを超過するか否かを判定する。この閾値判定は、電圧値(V1,V2,V3)ごとに行われる。例えば、両端電圧V1,V2,V3の少なくともいずれか一つが閾値Vthを超過すると、電圧異常判定部76は、閾値Vthを超過した電圧値(V1,V2,V3)に対応する電池セグメント(1〜3)の識別情報(ID)とともに、異常判定値(1)を出力する。また電圧値が閾値Vth以下である場合には、正常判定値(0)が出力される。
Further, when capturing the temporary increase in resistance described above, the voltage
また、各電池セグメントと閾値との比較に代えて、またはこれに加えて、電池セグメント同士の電圧値変化を考慮してもよい。例えば、所定の電池セグメントの電圧値V1と、他の電池セグメントの電圧値V2の差分(V1−V2)を求めて、この値と閾値Vthとを比較することで、電圧異常判定を行ってもよい。例えば、差分値(V1−V2)が一時的に急減して下限閾値Vth−を割り込んだ((V1−V2) < Vth−)後に、急増して上限閾値Vth+を超過((V1−V2) > Vth+)すれば、電圧V1に対応する電池セグメントに対して異常判定値(1)が出力される。また、差分値(V1−V2)が一時的に急増して上限閾値Vth+を超過した((V1−V2) > Vth+)後に、急減して下限閾値Vth−を割り込めば((V1−V2) < Vth−)、電圧V2に対応する電池セグメントに対して異常判定値(1)が出力される。また、所定の電池セグメントの電圧値V1と、他の電池セグメントの電圧値V2との差分(V1−V2)に代えて、両者の比(V1/V2)を求めて、これと閾値Vthとを比較してもよい。 Further, instead of or in addition to the comparison between each battery segment and the threshold value, a change in voltage value between the battery segments may be considered. For example, even if the voltage abnormality determination is performed by obtaining a difference (V1−V2) between the voltage value V1 of a predetermined battery segment and the voltage value V2 of another battery segment and comparing this value with the threshold value Vth. Good. For example, after the difference value (V1−V2) is temporarily decreased and interrupted the lower limit threshold Vth− ((V1−V2) <Vth−), the difference value (V1−V2) rapidly increased and exceeded the upper limit threshold Vth + ((V1−V2)). Vth +), the abnormality determination value (1) is output for the battery segment corresponding to the voltage V1. Also, if the difference value (V1−V2) increases rapidly and exceeds the upper limit threshold value Vth + ((V1−V2)> Vth +), then rapidly decreases and interrupts the lower limit threshold value Vth− ((V1−V2) < Vth-), the abnormality determination value (1) is output for the battery segment corresponding to the voltage V2. Further, instead of the difference (V1−V2) between the voltage value V1 of the predetermined battery segment and the voltage value V2 of the other battery segment, a ratio (V1 / V2) between the two is obtained, and this and the threshold value Vth are obtained. You may compare.
抵抗異常判定部78は、電圧センサ14A,14B,14Cから各電池セグメントの両端電圧V1,V2,V3を取得するとともに、電流センサ16から電池パック10の電流値Iを取得する。抵抗異常判定部78は、これらの測定値から、各電池セグメントの抵抗値を求め、これが所定の閾値Rth未満となるか否かを判定する。
The resistance
上述したように、電池セグメント内のいずれかの単電池20にて内部短絡が発生すると、その内部短絡した単電池20に電流が集中して、電池セグメントの抵抗は瞬間的に低下する。さらに内部短絡の単電池20が発煙することで当該単電池20は非導通の状態となり、単電池20の抵抗は無限大となる。これに伴い電池セグメントの抵抗は一時的に増加する。さらにその後は通常の抵抗値に回復(収束)する。
As described above, when an internal short circuit occurs in any
上記した一時的な抵抗の低下を捉える場合、抵抗異常判定部78は、電圧センサ14A,14B,14Cが検出した各電池セグメントの両端電圧V1,V2,V3と、電池パック10の電流値Iから、各電池セグメントの抵抗値(R1,R2,R3)を求め、これらが所定の閾値Rth未満となるか否かを判定する。この閾値判定は、電池セグメントごとに行われる。例えば、抵抗値R1,R2,R3の少なくともいずれか一つが閾値Rth未満となると、抵抗異常判定部78は、閾値Rth未満となった抵抗値(R1,R2,R3)に対応する電池セグメント(1〜3)の識別情報(ID)とともに、異常判定値(1)を出力する。また抵抗値が閾値Rth以上である場合には、正常判定値(0)が出力される。
When capturing the temporary decrease in resistance, the resistance
また、上記した一時的な抵抗の増加を捉える場合、抵抗異常判定部78は、電圧センサ14A,14B,14Cが検出した各電池セグメントの両端電圧V1,V2,V3と、電池パック10の電流値Iから、各電池セグメントの抵抗値(R1,R2,R3)を求め、これらが所定の閾値Rthを超過するか否かを判定する。この閾値判定は、電池セグメントごとに行われる。例えば、抵抗値R1,R2,R3の少なくともいずれか一つが閾値Rthを超過すると、抵抗異常判定部78は、閾値Rthを超過した抵抗値(R1,R2,R3)に対応する電池セグメント(1〜3)の識別情報(ID)とともに、異常判定値(1)を出力する。また抵抗値が閾値Rth以下である場合には、正常判定値(0)が出力される。
When capturing the temporary increase in resistance, the resistance
また、各電池セグメントと閾値との比較に代えて、またはこれに加えて、電池セグメント同士の抵抗値変化を考慮してもよい。例えば、所定の電池セグメントの抵抗値R1と、他の電池セグメントの抵抗値R2の差分(R1−R2)を求めて、この値と閾値Rthとを比較することで、電圧異常判定を行ってもよい。例えば、差分値(R1−R2)が一時的に急減して下限閾値Rth−を割り込んだ((R1−R2) < Rth−)後に、急増して上限閾値Rth+を超過((R1−R2) > Rth+)すれば、抵抗R1に対応する電池セグメントに対して異常判定値(1)が出力される。また、差分値(R1−R2)が一時的に急増して上限閾値Rth+を超過した((R1−R2) > Rth+)後に、急減して下限閾値Rth−を割り込めば((R1−R2) < Rth−)、抵抗R2に対応する電池セグメントに対して異常判定値(1)が出力される。また、所定の電池セグメントの抵抗値R1と、他の電池セグメントの抵抗値R2との差分(R1−R2)に代えて、両者の比(R1/R2)を求めて、これと閾値Rthとを比較してもよい。 Further, instead of or in addition to the comparison between each battery segment and the threshold value, a resistance value change between the battery segments may be considered. For example, even if the voltage abnormality determination is performed by obtaining a difference (R1-R2) between the resistance value R1 of a predetermined battery segment and the resistance value R2 of another battery segment and comparing this value with the threshold value Rth. Good. For example, after the difference value (R1−R2) has been temporarily decreased and interrupted the lower limit threshold value Rth− ((R1−R2) <Rth−), it rapidly increased and exceeded the upper limit threshold value Rth + ((R1−R2)> Rth +), the abnormality determination value (1) is output for the battery segment corresponding to the resistor R1. Also, if the difference value (R1-R2) increases rapidly and exceeds the upper limit threshold value Rth + ((R1-R2)> Rth +), then rapidly decreases and interrupts the lower limit threshold value Rth- ((R1-R2) < Rth−), the abnormality determination value (1) is output for the battery segment corresponding to the resistor R2. Further, instead of the difference (R1−R2) between the resistance value R1 of the predetermined battery segment and the resistance value R2 of the other battery segment, a ratio (R1 / R2) between them is obtained, and this and the threshold value Rth are obtained. You may compare.
容量異常判定部80は、各電池セグメントの容量(SOC)異常の有無を判定する。各電池セグメントの容量は以下のようにして求められる。例えば電池パック10に電流通電がないときの各電池セグメントの両端電圧をOCVとして、これと、電圧センサ14A,14B,14Cが検出した各電池セグメントの電圧、または、電流センサ16が検出した電流の積算値に基づいてSOCが算出される。また、OCVの算出方法として、上記に代えて、電圧センサ14A,14B,14Cが検出した各電池セグメントの電圧の変動幅ΔVと電流センサ16が検出した電流値の変動幅ΔIとからΔV/ΔIの値を求め、この切片からOCVを算出してもよい。
The capacity
電池セグメント内の単電池20が発煙し非導通状態になると、その単電池分、電池セグメントの容量が低下する。容量の低下に伴い、単位容量あたりのSOC変化(ΔSOC)が大きくなる。容量異常判定部80では、上記の単位容量あたりのSOC変化(ΔSOC)が所定の閾値Dthを超過しているか否かが判定される。この閾値判定は、電池セグメントごとに行われる。例えば、単位容量あたりのSOC1の変動幅ΔSOC1が閾値Dthを超過すると、容量異常判定部80は、閾値Dthを超過したSOCに対応する電池セグメント(1〜3)の識別情報(ID)とともに、異常判定値(1)を出力する。また単位容量あたりのSOCの変動幅ΔSOCが閾値Dth以下である場合には、正常判定値(0)が出力される。
When the
また、電池セグメント同士の単位容量あたりのSOC変動幅(ΔSOC)同士を比較してもよい。例えば、所定の電池セグメントのSOC変動幅(ΔSOC1)と他の電池セグメントのSOC変動幅(ΔSOC2)との差分(ΔSOC1−ΔSOC2)または比(ΔSOC1/ΔSOC2)が所定の閾値Dthを超過したときに、ΔSOC1に対応する電池セグメントに対して異常判定値(1)を出力してもよい。 Further, the SOC fluctuation widths per unit capacity (ΔSOC) between the battery segments may be compared. For example, when the difference (ΔSOC1−ΔSOC2) or the ratio (ΔSOC1 / ΔSOC2) between the SOC fluctuation width (ΔSOC1) of a predetermined battery segment and the SOC fluctuation width (ΔSOC2) of another battery segment exceeds a predetermined threshold Dth , The abnormality determination value (1) may be output for the battery segment corresponding to ΔSOC1.
排煙温度積算部82は、排煙温度センサ18から温度値を取得して、これを積算する。単電池20の発煙前に温度を積算すると、発煙本数の推定精度が低下するため、発煙有りと判定された時点から積算が開始される。
The smoke emission
本実施形態では、単電池20の発煙有りと判定する基準として、発煙経路の温度異常の有無と、電気系統の異常有無とのダブルチェックを行っている。すなわち、温度微分値dTE/dtが閾値Kthを超過しており、かつ、電圧異常判定部76、抵抗異常判定部78、及び容量異常判定部80の少なくともいずれか一つから異常判定値(1)が出力されているときに、単電池20の発煙有りと判定される。このようなダブルチェックを行うことで、精度の高い発煙判定が可能となる。
In the present embodiment, as a reference for determining that the
排煙温度積算部82は、温度微分値判定部74から異常判定値(1)が出力され、かつ、電圧異常判定部76、抵抗異常判定部78、及び容量異常判定部80の少なくともいずれか一つから異常判定値(1)が出力されているときに、温度微分値dTE/dtが閾値Kthを超過した時点を起算点として、排煙温度センサ18の温度値TEの積算を開始する。また、電圧異常判定部76、抵抗異常判定部78、及び容量異常判定部80から、異常判定対象の電池セグメントの識別情報(ID)を取得する。
The flue gas
なお、温度値TEの積算に当たり、起算点の温度を補正してもよい。例えば起算時点の排煙温度センサ18の検出値をT0とすると、∫T=∫(TE−T0)としてもよい。このような補正を行うことで、環境温度(周辺温度)の影響をより受けにくくなる。
Note that the temperature at the starting point may be corrected when the temperature value TE is integrated. For example, assuming that the detected value of the
排煙温度センサ18の温度値(排煙温度)の積算は所定の待機時間Trefに亘って行われる。例えば、排煙温度積算部82は、温度微分値dTE/dtが閾値Kthを超過した時点から積算カウンタ84を駆動させ、待機時間Tref(積算時間)までカウントさせる。このように、所定の待機時間に亘って排煙温度を積算することで、同時に複数本の単電池20が発煙した場合と、時間差を伴って発煙した場合との乖離が小さくなる。
Integration of temperature values (smoke emission temperature) of the smoke
図6には3本の単電池20が同時に発煙した例が示され、図7には3本の単電池が時間差を伴って待機時間Tref内に順次発煙した例が示される。図6及び図7の上段には排煙温度センサ18の測定値(排煙温度)TEの時間変化が示され、中段にはその微分値が示され、下段には積算値(積分値)が示されている。また中段の微分値には閾値Kthが示され、また下段の積分値には待機時間Trefが示されている。
FIG. 6 shows an example in which three
単電池20から排出されたガスは、排煙室46内の空気と混ざりながら排煙温度センサ18を通過する。排煙室46の空気と混ざる過程でその混合気体の温度がガス温度よりも低下するが、発煙本数が増えるほど、つまりガス濃度が高くなるほどその温度は排出時のガス温度に近くなる。
The gas discharged from the
図6及び図7の測定値TEを比較すると、同時発煙(図6)では本数が増えるごとにその温度値TEは増加する。一方、時間差発煙(図7)では、前の単電池20のガスが排煙温度センサ18を通過した後に次の単電池20のガスが通過するような発煙パターンを採っているため、最大でも1本発煙したときの温度値に止まる。
Comparing the measured value T E of FIG. 6 and FIG. 7, the temperature value T E each time the number in the simultaneous smoke (Figure 6) increases will increase. On the other hand, in the time difference smoke generation (FIG. 7), since the smoke pattern is such that the gas of the
これに対して、温度の積算値(積分値)∫TEは、待機時間Trefの終了時点t1において、同時発煙(図6)と時間差発煙(図7)とで大きな差は生じない。このように本実施形態では、発煙温度TEの積算値(積分値)を求めることで、同時発煙と時間差発煙とを問わず、精度の高い発煙本数の推定が可能となる。 In contrast, the integrated value of the temperature (integrated value) ∫T E is at the end t1 of the waiting time T ref, no significant difference exits simultaneous smoke and (6) the time difference smoke (Figure 7). As described above, in this embodiment, by obtaining the integrated value of the smoke temperature T E (integrated value), regardless of the co-fuming and time difference smoke, it is possible to estimate the accurate smoke number.
排煙温度積算部82は、温度微分値dTE/dtが閾値Kthを超過した時点から待機時間Trefが経過するまでの間の発煙温度積算値∫TEを求め、これを発煙本数推定部86に送る。発煙本数推定部86には、発煙温度積算値∫TEと発煙本数(の推定値)とが対応付けられた発煙本数マップが記憶されている。発煙本数推定部86は、発煙温度積算値∫TEと発煙本数マップから、発煙本数の推定値Nを求め、これを制限司令部88に送る。また、発煙が生じた電池セグメントの識別情報(ID)も発煙本数推定値Nとともに送る。
The flue gas
制限司令部88には、発煙本数と保安制御(フェールセーフ)項目とが対応付けられた保安制御マップが記憶されている。例えば、発煙本数が比較的少数、例えば電池セグメントの単電池20の5%未満である場合には、保安制御項目として入出力電力制限(Win/Wout)が対応付けられる。また、発煙本数が比較的多数、例えば電池セグメントの単電池20の60%以上である場合には、保安制御項目として車両システムの停止(Ready−Off)が対応付けられる。また、発煙本数が中間的な数、例えば電池セグメントの単電池20の30%以上60%未満である場合には、電池モジュールと回転電機等の負荷とを接続させるシステムメインリレーの遮断が保安制御項目として対応付けられる。
The
制限司令部88は、発煙本数推定部86から取得した、発煙が生じた電池セグメントの識別情報(ID)を参照して、当該電池セグメントにて発生した過去の発煙本数をハードディスクドライブ66から呼び出す。さらに当該過去の発煙本数に発煙本数推定部86から取得した発煙本数の推定値Nを加え、当該本数(累積本数)に対応する保安制御項目を保安制御マップから呼び出す(選択する)。さらに呼び出した保安制御項目に基づいて、車両の各電気機器に制御指令を出力する。
The
図8には、本実施形態に係る保安制御のフローチャートが例示されている。当該フローチャートは、例えば車両のシステム起動時(Ready−On)に開始される。温度微分値判定部74は、微分部72から排煙温度センサ18の温度値の微分値dTE/dtを所定の周期で取得して、温度微分値dTE/dtが閾値Kthを超過するか否かを判定する(S10)。
FIG. 8 illustrates a flowchart of security control according to the present embodiment. The flowchart is started, for example, when the vehicle system is activated (Ready-On). The temperature differential
温度微分値dTE/dtが閾値Kth以下である場合、単電池20に発煙は生じてないと判定し、そのままフロー終点(Return)まで進む。温度微分値dTE/dtが閾値Kthを超過する場合、温度微分値判定部74は異常判定値(1)を排煙温度積算部82に対して出力する。排煙温度積算部82では、電圧異常判定部76、抵抗異常判定部78、及び容量異常判定部80から出力される判定信号を参照して、電圧、抵抗、及び容量の少なくともいずれか一つが異常有りと判定されたか否かを判定する(S12)。
When the temperature differential value dT E / dt is equal to or less than the threshold value Kth, it is determined that no smoke is generated in the
電圧、抵抗、及び容量のいずれからも異常判定値が出力されない場合、単電池20に発煙は生じてないと判定し、そのままフロー終点(Return)まで進む。電圧、抵抗、及び容量の少なくともいずれか一つが異常有りと判定された場合、排煙温度積算部82は、積算カウンタ84による待機時間Trefのカウントを開始して、温度微分値dTE/dtが閾値Kthを超過した閾値超過時点から排煙温度値TEの積算を開始する(S14)。
If no abnormality determination value is output from any of the voltage, resistance, and capacity, it is determined that no smoke is generated in the
なお、閾値超過時点と電圧、抵抗、及び容量の異常判定との間に遅れが生じる場合は、電圧、抵抗、及び容量の異常判定に先駆けて閾値超過時点から温度値TEの積算を開始してもよい。この場合、電圧、抵抗、及び容量のいずれもが異常無しと判定されると、排煙温度積算部82は、それまでの積算値∫TEを破棄してよい。
In addition, over-threshold point and the voltage, resistance, and if the delay occurs between the abnormality determination of capacitance, voltage, resistance, and to begin accumulating temperature value T E from the threshold excess time prior to abnormality determination of capacitance May be. In this case, voltage, resistance, and when none of the capacity is determined that no abnormality, the flue gas
排煙温度値TEの積算は閾値超過時点から待機時間Trefに亘って行われる(S16)。待機時間のカウントは積算カウンタ84により行われる。
Integration of the flue gas temperature value T E is performed over the waiting time T ref from the threshold excess time (S16). The waiting time is counted by the
積算時間が待機時間Trefに到達すると、排煙温度積算部82はその時点における排煙温度の積算値∫TEを発煙本数推定部86に送る。発煙本数推定部86は、発煙本数マップを参照して、排煙温度の積算値∫TEに応じた発煙本数(の推定値)を求め(S18)、当該発煙本数Nと、発煙が生じた電池セグメントの識別情報(ID)とを制限司令部88に送る。
When the accumulated time reaches the standby time T ref , the smoke
制限司令部88は、発煙本数推定部86から取得した、発煙が生じた電池セグメントの識別情報(ID)を参照して、当該電池セグメントにて発生した過去の発煙本数(累積本数)Nk−1を呼び出す。さらに当該過去の発煙本数Nk−1に発煙本数推定部86から取得した発煙本数Nを加え、現在時の累積本数Nkを求める(S20)なお、Nk−1=0のとき、Nk=Nとなる。
The
さらに制限司令部88は、累積本数Nkが所定の閾値A1を超過するか否かを判定する(S22)。閾値A1を超過する場合、制限司令部88は保安制御マップを参照して、車両システムの停止(Ready−Off)を選択指令する(S24)。これにより車両のシステムは停止されるから、本フローは終了となる。
Further, the restricted
累積本数Nkが閾値A1以下である場合、制限司令部88は、累積本数Nkが閾値A2(<A1)を超過するか否かを判定する(S26)。閾値A2を超過する場合、制限司令部88は保安制御マップを参照して、システムメインリレーの遮断(SMR−OFF)を選択指令する(S28)。これにより電池パック10からの電力供給が遮断されるので、本フローは終了となる。
When the cumulative number N k is equal to or less than the threshold A1, the
累積本数Nkが閾値A2以下である場合、制限司令部88は、入出力電力制限(Win/Wout)を選択指令する(S30)。このように、発煙本数に応じた保安制御を実行することで、効率的な電池パックの利用が可能となる。
When the cumulative number Nk is equal to or less than the threshold value A2, the
10 電池パック、12 制御部、14A,14B,14C 電圧センサ、16 電流センサ、18 排煙温度センサ、20 単電池、34 ガス排出弁、46 排煙室、54 電池ホルダの排煙通路、56 負極バスバーの排煙通路、72 微分部、74 温度微分値判定部、76 電圧異常判定部、78 抵抗異常判定部、80 容量異常判定部、82 排煙温度積算部、84 積算カウンタ、86 発煙本数推定部、88 制限司令部。
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記電池パックに設けられ前記単電池から排出されたガスが流入する排煙経路に設けられた排煙温度センサと、
前記電池パックの電圧を測定する電圧センサと、
前記電池パックの電流を測定する電流センサと、
前記排煙温度センサ、前記電圧センサ、及び前記電流センサの測定値に応じて前記電池パックに対して保安制御を実行する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
排煙温度の微分値が所定の閾値を超過し、かつ、前記電池パックの電圧及び電流に基づいて前記電池パックの電圧、抵抗、及び容量の少なくともいずれか一つが異常有りと判定されたときに、前記閾値超過時点から起算して前記排煙温度の積算を開始する排煙温度積算部と、
前記閾値超過時点から所定の待機時間後の前記排煙温度の積算値に基づいて、前記電池パック内の単電池の発煙本数を推定する発煙本数推定部と、
前記推定された発煙本数に基づいて、複数の保安制御項目の中から所定の前記保安制御項目を選択指令する指令部と、
を備えることを特徴とする、電池パックの制御システム。 A battery pack control system in which a plurality of cells are connected in parallel,
A smoke temperature sensor provided in a smoke exhaust path through which gas discharged from the unit cell provided in the battery pack flows;
A voltage sensor for measuring the voltage of the battery pack;
A current sensor for measuring the current of the battery pack;
A control unit that performs security control on the battery pack according to the measured values of the smoke temperature sensor, the voltage sensor, and the current sensor;
With
The controller is
When the differential value of the flue gas temperature exceeds a predetermined threshold and it is determined that at least one of the voltage, resistance, and capacity of the battery pack is abnormal based on the voltage and current of the battery pack A smoke temperature integrating unit that starts counting the smoke temperature starting from the time when the threshold is exceeded,
Based on the integrated value of the smoke emission temperature after a predetermined standby time from the time when the threshold is exceeded, a smoke generation number estimation unit that estimates the number of smoke generation of single cells in the battery pack;
Based on the estimated number of smoke generation, a command unit for selecting and commanding the predetermined security control item from a plurality of safety control items,
A battery pack control system comprising:
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