JP2018026888A - 異常検出装置および組電池システム - Google Patents
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Abstract
【課題】装置の製造コストの増加を抑制する。【解決手段】実施形態の一態様に係る異常検出装置は、生成部と、複数の検出部と、異常検出部とを備える。生成部は、複数の電池セルが直列接続された電池スタックを複数有する組電池の電池スタックの一端それぞれに生成した交流信号を供給する。複数の検出部は、複数の電池スタックの他端にそれぞれ接続され、生成部が生成する交流信号を検出する。異常検出部は、複数の検出部が検出した交流信号に基づいて組電池の異常を検出する。【選択図】図1B
Description
本発明は、異常検出装置および組電池システムに関する。
従来、直列接続された複数の電池セルを有する電池スタックを直列に接続した組電池が、例えば電気自動車やハイブリッド型自動車などの高圧電源として用いられる。かかる組電池には、組電池に異常が発生しているか否かを検出する異常検出装置が接続される。
かかる異常検出装置は、例えば1つのフライングキャパシタを用いて高圧電源である組電池と絶縁するとともに、組電池の各電池スタックの電圧を検出する。かかる異常検出装置は、検出した電池スタックの電圧に基づいて組電池の異常を検出する(例えば特許文献1参照)。
しかしながら、上記異常検出装置では、複数のスイッチのオン・オフを切り換えることで、複数の電池スタックそれぞれと1つのフライングキャパシタとを順次接続する。そのため、複数の電池スタックと1つのフライングキャパシタとを接続する高圧電源側の接続線がそれぞれ必要となり、各電池スタックから1つのフライングキャパシタまで接続線を長く引き回す必要がある。これにより、装置の回路規模が増加する。
高圧電源側の接続線を短くする方法として、例えば複数のフライングキャパシタを用いて複数の電池スタックの電圧をそれぞれ検出する方法が考えられる。すなわち、複数のフライングキャパシタやフライングキャパシタの電圧を検出するAD変換器、これらを制御し異常を検出する制御部等をそれぞれ個別の基板に実装して各電池スタックの近くに配置する、いわゆるサテライト方式で、各電池スタックの電圧を検出する方法がある。
これにより、フライングキャパシタと電池スタックとの距離が短くなり、これらを接続する接続線を短くすることができる。しかしながら、上述したサテライト方式では、電池スタックの個数に応じたフライングキャパシタが必要となり、装置の回路規模が増加してしまう。このように、従来の異常検出装置では、回路規模の増加によって、装置の製造コストが増加してしまうという問題があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、装置の製造コストの増加を抑制することができる異常検出装置および組電池システムを提供することを目的とする。
上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明の異常検出装置は、複数の生成部と、複数の検出部と、異常検出部とを備える。複数の生成部は、複数の電池セルが直列接続された電池スタックを複数有する組電池の前記電池スタックの一端それぞれに、生成した交流信号を供給する。複数の検出部は、複数の前記電池スタックの他端にそれぞれ接続され、前記生成部が生成する前記交流信号を検出する。異常検出部は、複数の前記検出部が検出した前記交流信号に基づいて前記組電池の異常を検出する。
本発明によれば、装置の製造コストの増加を抑制することができる。
以下、添付図面を参照して、本願の開示する異常検出装置および組電池システムの実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
図1A〜図1Cを用いて実施形態にかかる異常検出装置が行う異常検出処理の概要について説明する。図1A〜図1Cは、実施形態にかかる異常検出処理の概要を説明する図である。本実施形態にかかる異常検出処理は、たとえば電気自動車やハイブリッド型自動車などの電源として用いられる組電池Btの異常を検出する処理であり、異常検出装置1で実行される。そこで、まず図1Aを用いて組電池Btを備える組電池システムSの概要について説明する。
図1Aの組電池システムSは、組電池Btと異常検出装置1とを備える。組電池Btは、複数の電池スタックB1〜BN(Nは2以上の自然数)を有する。なお、図1Aでは、N=2、すなわち組電池Btが2つの電池スタックB1、B2を有する場合を示している。複数の電池スタックB1、B2は、接続部材L1を介して直列に接続される。
電池スタックB1、B2は、それぞれ複数の電池セルを有する。複数の電池セルは、それぞれ直列に接続される。すなわち、複数の電池セルが直列に接続されて1つの電池スタックを構成する。また、複数の電池スタックB1、B2が直列に接続されて1つの組電池Btを構成する。組電池Btの両端それぞれとグランドとの間に、絶縁抵抗Rがそれぞれ設けられる。なお、絶縁抵抗Rは実際に設けられている抵抗ではなく、組電池Btと車体との間に介在する仮想的な抵抗である。
異常検出装置1は、組電池Btに発生する異常を検出する。組電池Btに発生する異常には、例えば電池スタックB1、B2の間を接続する接続部材L1が外れることで、電池スタックB1、B2間が断線しオープンとなるオープン異常がある。
また、組電池Btの各電池セルには、電池セルの内部圧力が上昇したときに、電流経路を機械的に遮断するディスコネクト素子(CID:Current Interrupt Device)が設けられている。異常検出装置1は、電池スタックB1、B2間のオープン異常や、CID(図示せず)による電流経路遮断が発生した場合に、組電池Btの異常を検出する。
異常検出装置1は、第1、第2生成部101、102と、第1、第2検出部201、202と、異常検出部30とを備える。第1、第2生成部101、102は、電池スタックB1、B2の一端にそれぞれ接続される。
第1、第2生成部101、102は、カップリングコンデンサ411、412を介して電池スタックB1、B2に接続されることで、高圧電源である組電池Btと電気的に絶縁される。
また、第1、第2生成部101、102は、それぞれ交流信号を生成する。例えば、第1、第2生成部101、102は、交流信号として所定周波数のパルス信号を順次生成する。例えば、第2生成部102がパルス信号を生成し電池スタックB2に印加した後、第1生成部101がパルス信号を生成し電池スタックB1に印加する。なお、第1、第2生成部101、102は単一の生成部とし、カップリングコンデンサ411またはカップリングコンデンサ412に順次切り替えて出力するようにしてもよい。これにより生成部を兼用でき構成を簡略化できる。
第1、第2検出部201、202は、複数の電池スタックB1、B2の他端にそれぞれ接続される。第1、第2検出部201、202は、カップリングコンデンサ421、422を介して電池スタックB1、B2に接続されることで、高圧電源である組電池Btと電気的に絶縁される。
また、第1、第2検出部201、202は、第1、第2生成部101、102が生成する交流信号を順次検出する。具体的に、例えば第2生成部102がパルス信号を生成すると、第1、第2検出部201、202は、組電池Btを介して第2生成部102が生成したパルス信号を検出する。その後、第1生成部101がパルス信号を生成すると、第1、第2検出部201、202は、組電池Btを介して第1生成部101が生成したパルス信号を検出する。
異常検出部30は、第1、第2検出部201、202が検出したパルス信号に基づいて組電池Btの異常を検出する。例えば、図1Aに示すように第2生成部102がパルス信号S20を生成したものとする。この場合、第1検出部201はカップリングコンデンサ412、電池スタックB2、接続部材L1、電池スタックB1およびカップリングコンデンサ421を通過したパルス信号S21を検出する。組電池Btに異常が発生していない場合、第1検出部201が検出するパルス信号S21は、第2生成部102が生成するパルス信号S20とほぼ同じ信号波形となる。
また、第2検出部202は、カップリングコンデンサ412、電池スタックB2およびカップリングコンデンサ422を通過したパルス信号S22を検出する。組電池Btに異常が発生していない場合、第2検出部202が検出するパルス信号S22は、第2生成部102が生成するパルス信号S20とほぼ同じ信号波形となる。
ここで、図1Bに示すように、例えば接続部材L1が外れたことによって、電池スタックB1、B2間にオープン異常が発生したものとする。この場合、理想的には、電池スタックB1、B2間のインピーダンスが無限大となる。
しがたって、理想的には、第1検出部201が検出するパルス信号S21の波高値はゼロとなる。しかしながら、実際には、電池スタックB1、B2間でインピーダンスが有限の値に増加する。電池スタックB1、B2間のインピーダンスは、例えば数MΩに増加する。そのため、第1検出部201は、第2生成部102が生成するパルス信号S20の波高値より低い波高値を有するパルス信号S21を検出する。
異常検出部30は、第1、第2検出部201、202が検出したパルス信号S21、S22の波高値と閾値Th1とを比較することで、波高値が閾値Th1より小さいパルス信号S21を検出する。
また、図1Cに示すように、第1生成部101がパルス信号S10を生成したとする。第1生成部101が生成したパルス信号S10を第1、第2検出部201、202それぞれが検出する。
第1検出部201は、カップリングコンデンサ411、電池スタックB1およびカップリングコンデンサ421を含む経路を介して、第1生成部101が生成したパルス信号S10をパルス信号S11として検出する。
このとき、例えば接続部材L1が外れ、電池スタックB1、B2間のインピーダンスが増加しても、第1検出部201は、接続部材L1を経由していないパルス信号S11を検出する。そのため、第1検出部201は、波高値がパルス信号S10とほぼ同程度のパルス信号S11を検出する。
一方、第2検出部202は、カップリングコンデンサ411、接続部材L1およびカップリングコンデンサ422を含む経路を介して、第1生成部101が生成したパルス信号S10をパルス信号S12として検出する。このパルス信号S12は、インピーダンスが増加した電池スタックB1、B2間を通過している。そのため、第2検出部202は、波高値がパルス信号S10より低いパルス信号S12を検出する。
異常検出部30は、第1、第2検出部201、202が検出したパルス信号S21、S22の波高値と閾値Th1とを比較することで、波高値が閾値Th1より小さいパルス信号S12を検出する。
異常検出部30は、第1、第2検出部201、202が検出したパルス信号S21、S22、S11、S12の波高値と閾値Th1との比較することで、波高値が閾値Th1より小さいパルス信号S12、S21と、波高値が閾値以上であるパルス信号S11、S22とに分ける。
異常検出部30は、波高値が閾値Th1以上であるパルス信号S11、S22(以下、波高値が大きいパルス信号とも記載する)と閾値Th1より小さいパルス信号S12、S21(以下、波高値が小さいパルス信号とも記載する)との組み合わせに基づいて組電池Btの異常を検出する。例えば、図1では、異常検出部30は、電池スタックB1、B2間にオープン異常を検出する。
なお、異常検出部30が検出する組電池Btの異常は、電池スタックB1、B2間のオープン異常に限定されない。例えば、組電池Btの異常としてCIDにより電池セルの電流経路が遮断される、いわゆるCID切れが発生する場合がある。
かかる場合も、オープン異常の場合と同様に、波高値が大きいパルス信号と小さいパルス信号の組み合わせに基づいてCID切れを検出することができる。このように異常検出部30は、組電池Btに発生する種々の異常を検出する。異常検出部30が検出する異常とパルス信号の組み合わせについては、図4を用いて後述する。
このように、異常検出装置1は、第1、第2検出部201、202が検出したパルス信号S12、S21に基づいて組電池Btの異常を検出することができる。
また、第1、第2生成部101、102、第1、第2検出部201、202は、カップリングコンデンサ411、412、421、422を介して組電池Btと絶縁されている。従って、カップリングコンデンサ411、412、421、422を組電池Btの近くに配置することで、かかるカップリングコンデンサ411、412、421、422と組電池Btとを接続する高圧電源側の接続線を短くすることができる。
また、本実施形態にかかる異常検出装置1では、フライングキャパシタやAD変換器を用いずに、パルス信号S10、S20を第1、第2生成部101、102が生成し、かかるパルス信号S10、S20を第1、第2検出部201、202が検出することで組電池Btの異常を検出する。
第1、第2生成部101、102や第1、第2検出部201、202は、フライングキャパシタやAD変換器に比べて簡易に構成でき、回路規模が小さい。そのため、電池スタックB1、B2ごとに第1、第2生成部101、102および第1、第2検出部201、202を設けても、フライングキャパシタやAD変換器を電池スタックB1、B2ごとに設ける場合に比べて、異常検出装置1の回路規模の増加を抑制することができ、異常検出装置1の製造コストの増加を抑制することができる。
また、パルス信号S10、S20を生成し、検出するという簡易な方法で組電池Btの異常を検出することができ、異常検出装置1の消費電力を低減することができる。
続いて、図2を用いて、本実施形態にかかる組電池システムSの詳細について説明する。図2は、実施形態にかかる組電池システムSの構成例を示す図である。図2に示す組電池システムSは組電池Btと、組電池Btの異常を検出する異常検出装置1とを備える。
組電池Btは、複数の電池スタックB1〜BN(Nは2以上の自然数)を有する。また、電池スタックBkは、接続部材Lkを介して隣接する電池スタックBk+1と接続される(k=1〜N−1)。このように、複数の電池スタックB1〜BNは、接続部材L1〜L(N−1)を介して互いに直列に接続される。また、組電池Btの両端それぞれとグランドとの間に絶縁抵抗Rがそれぞれ設けられる。
電池スタックB1〜BNは、それぞれ1以上の電池ブロックで構成される。図2に示す例では、電池スタックB1〜BNが1つの電池ブロックで構成される場合について示しているが、電池ブロックは2以上であってもよい。
また、電池スタックB1〜BNは、複数の電池セルを有する。複数の電池セルは、互いに直列に接続される。また、複数の電池セルは、図示しないCIDがそれぞれ設けられている。CIDは、電池セルの内部圧力が上昇したときに、電流経路を機械的に遮断する。
このように、CIDが遮断する、いわゆるCID切れが発生することで、電池セルの内部圧力の上昇を抑制する。また、CID切れが発生すると、CID切れが発生した電池セルを含む電池スタックB1〜BNの電流経路が遮断されることで電池スタックB1〜BNが断線し、電池スタックB1〜BNのインピーダンスが数MΩに増加する。
さらに、例えば、電池スタックBk、Bk+1を接続する接続部材Lkが外れることで、電池スタックBk、Bk+1間にオープン異常が発生することがある。この場合、電池スタックBk、Bk+1間のインピーダンスが数MΩに増加する。
本実施形態にかかる異常検出装置1は、上述したCID切れによる電池スタックB1〜BNの異常や電池スタックBk、Bk+1間のオープン異常が発生した場合に、組電池Btの異常を検出する。異常検出装置1は、第1〜第N生成部101〜10Nと、第1〜第N検出部201〜20Nと、カップリングコンデンサ411〜41N、421〜42Nと、制御部100とを備える。
第1〜第N生成部101〜10Nは、対応する電池スタックB1〜BNの一端(図2では負極側)に接続され、交流信号を生成する。第1〜第N生成部101〜10Nは、パルス生成回路111〜11Nを備える。パルス生成回路111〜11Nは、交流信号としてパルス信号S10〜SN0を生成する。
第1〜第N検出部201〜20Nは、対応する電池スタックB1〜BNの他端(図2では正極側)に接続され、組電池Btを介して第1〜第N生成部101〜10Nが生成したパルス信号S10〜SN0を検出する。第1〜第N検出部201〜20Nは、検出結果を制御部100に出力する。
カップリングコンデンサ411〜41Nは、それぞれ第1〜第N生成部101〜10Nと電池スタックB1〜BNの一端との間に設けられる。カップリングコンデンサ411〜41Nは、第1〜第N生成部101〜10Nと電池スタックB1〜BNとをそれぞれ電気的に絶縁する。
また、カップリングコンデンサ421〜42Nは、それぞれ第1〜第N検出部201〜20Nと電池スタックB1〜BNの他端との間に設けられる。カップリングコンデンサ421〜42Nは、第1〜第N検出部201〜20Nと電池スタックB1〜BNとをそれぞれ電気的に絶縁する。
組電池Btは基準電位が高い高電圧システムである。また、異常検出装置1は、組電池Btの基準電位より低い基準電位で動作する低電圧システムである。カップリングコンデンサ411〜41N、421〜42Nは、高電圧システムである組電池Btと低電圧システムである異常検出装置1とを絶縁するために設けられる。
また、カップリングコンデンサ411〜41N、421〜42Nは、同じ電池スタックB1〜BNに接続されるコンデンサ同士が1つの基板に設けられ、接続される電池スタックB1〜BNと物理的に近い位置に配置される。これにより、カップリングコンデンサ411〜41N、421〜42Nと電池スタックB1〜BNとをそれぞれ接続する高電圧側の接続線の長さを短くすることができる。これにより、異常検出装置1の回路規模を抑制することができ、また高電圧側の接続線の引き回し等の回路設計を容易に行うことができる。
また、第1〜第N生成部101〜10Nおよび第1〜第N検出部201〜20Nは、例えば1つの基板に設けられる。制御部100は、例えばECU(Engine Control Unit)に実装される。このように第1〜第N生成部101〜10Nおよび第1〜第N検出部201〜20Nと制御部100とは異なるIC(Integrated Circuit)に実装される。
これにより、例えば電池スタックB1〜BNの個数Nが増減した場合であっても、第1〜第N生成部101〜10Nおよび第1〜第N検出部201〜20Nの数を電池スタックB1〜BNの個数にあわせて容易に増減させることができる。
なお、例えば同じ電池スタックB1〜BNに接続されるカップリングコンデンサ411〜41N、421〜42N、第1〜第N生成部101〜10Nおよび第1〜第N検出部201〜20Nを1つの基板上にそれぞれ実装するようにしてもよい。これにより、電池スタックB1〜BNの個数Nが増減した場合に1つの基板を追加または削減することで、生成部、検出部およびカップリングコンデンサを追加または削減することが可能となる。これにより、異常検出装置1は、電池スタックB1〜BNの個数Nにより容易に対応することが可能となる。
制御部100は、CPU(Central Processing Unit)および記憶部70などを備えたマイクロコンピュータであり、異常検出装置1全体を制御する。制御部100は、例えば上述したようにECUに実装される。制御部100は、マイクロコンピュータでソフトウェア的に実現される機能として、異常検出部30と信号制御部50と自己診断部60とを備える。
信号制御部50は、パルス信号S10〜SN0を生成するように、第1〜第N生成部101〜10Nを制御する。信号制御部50は、第N、・・・第2、第1生成部10N、・・・、102、101の順にパルス信号S10〜SN0を生成するよう第1〜第N生成部101〜10Nを制御する。信号制御部50は、パルス信号S10〜SN0を生成する第1〜第N生成部101〜10Nを、異常検出部30に通知する。
このように、信号制御部50は、順次パルス信号S10〜SN0を生成させるという簡易な方法で第1〜第N生成部101〜10Nを制御することができる。これにより、信号制御部50を含む異常検出装置1の消費電力を低減することができる。
なお、ここでは、信号制御部50が、組電池Btに含まれる電池スタックB1〜BNのうち、電位の低い電池スタックBNに接続される第N生成部10Nから順次パルス信号S10〜SN0を生成するよう、第1〜第N生成部101〜10Nを制御するとしたが、これに限定されない。
例えば、信号制御部50が、組電池Btに含まれる電池スタックB1〜BNのうち、電位の高い電池スタックBNに接続される第1生成部101から順次パルス信号S10〜SN0を生成するよう、第1〜第N生成部101〜10Nを制御するようにしてもよい。
また、1回の異常検出処理で全ての第1〜第N生成部101〜10Nがパルス信号S10〜SN0を生成すればよく、例えばランダムな順番でパルス信号S10〜SN0を生成するよう、第1〜第N生成部101〜10Nを制御するようにしてもよい。このようにパルス信号S10〜SN0を生成する順序は、上述した例に限定されない。
異常検出部30は、第1〜第N検出部201〜20Nが検出したパルス信号に基づいて、組電池Btの異常を検出する。異常検出部30は、第n生成部10n(n=1〜N)が生成したパルス信号Sn0と、パルス信号Sn0を第m検出部20m(m=1〜N)が検出した結果との組み合わせに基づいて組電池Btの異常を検出する。
図3A〜図7Bを用いて、異常検出部30が行う組電池Btの異常検出の詳細を説明する。なお、以下、説明を簡略化するために、電池スタックB1〜BNの個数が2個、すなわちN=2の場合について説明する。
図3Aは、第2生成部102が生成したパルス信号S20が通過する経路を説明する図である。図3Bは、第1生成部101が生成したパルス信号S10が通過する経路を説明する図である。
また、図4は、第1、第2生成部101、102が生成するパルス信号S10、20と、第1、第2検出部201、202の検出結果とを示す図である。なお、図3A、図3Bでは、図面を簡略化するために経路の説明に必要な構成要素を示し、その他の構成要素の図示を省略している。
図3Aに示すように、第2生成部102で生成されたパルス信号S20は、カップリングコンデンサ412、電池スタックB2、接続部材L1、電池スタックB1およびカップリングコンデンサ421を含む経路R21を通過し、パルス信号S21として第1検出部201に検出される。
また、第2生成部102で生成されたパルス信号S20は、カップリングコンデンサ412、電池スタックB2およびカップリングコンデンサ422を含む経路R22を通過し、パルス信号S22として第2検出部202に検出される。
図3Bに示すように、第1生成部101で生成されたパルス信号S10は、カップリングコンデンサ411、電池スタックB1およびカップリングコンデンサ421を含む経路R11を通過して、パルス信号S11として第1検出部201に検出される。
また、第1生成部101で生成されたパルス信号S10は、カップリングコンデンサ411、接続部材L1およびカップリングコンデンサ422を含む経路R12を通過して、パルス信号S12として第2検出部202に検出される。
ここで、組電池Btに異常が発生しておらず正常である場合、第1、第2検出部201、202は、第1、第2生成部101、102が生成したパルス信号S10、S20とほぼ同じ波高値を有するパルス信号S11、S12、S21、S22を検出する。
したがって、第2生成部102がパルス信号S20を生成し、その後、第1生成部101がパルス信号S10を生成したとする。組電池Btが正常な場合、図4に示すように、第2検出部202は、パルス信号S20とほぼ同じ波高値を有するパルス信号S22を検出し、その後、パルス信号S10とほぼ同じ波高値を有するパルス信号S12を検出する。
同様に、第1検出部201は、パルス信号S20とほぼ同じ波高値を有するパルス信号S21を検出し、その後、パルス信号S10とほぼ同じ波高値を有するパルス信号S11を検出する。
次に、組電池Btに異常が発生した場合について説明する。まず、電池スタックB2が有する電池セルにCID切れが発生したため、電池スタックB2に異常が発生した場合について説明する。
なお、図5Aおよび図5Bは、電池スタックB2に異常が発生した場合のパルス信号S10、S20の経路R11、R12、R21、R22を示す図である。また、図5A、図5Bでは、図面を簡略化するために経路の説明に必要な構成要素を示し、その他の構成要素の図示を省略している。
電池スタックB2の電池セルにCID切れが発生した場合、電池スタックB2のインピーダンスが数MΩに増加する。図5Aに示すように、電池スタックB2は、第2生成部102が生成するパルス信号S20が通過する経路R21、R22の両方に含まれている。そのため経路R21、R22のインピーダンスが数MΩに増加する。
これにより、第1、第2検出部201、202が検出するパルス信号S21、S22は、いずれも第2生成部102が生成するパルス信号S20より波高値が低いパルス信号となる。
一方、図5Bに示すように、電池スタックB2は、第1生成部101が生成するパルス信号S10が通過する経路R11、R12には含まれていない。そのため、第1、第2検出部201、202が検出するパルス信号S11、S12は、パルス信号S10とほぼ同じ波高値を有するパルス信号となる。
電池スタックB2に異常が発生している場合に、第2生成部102がパルス信号S20を生成し、その後、第1生成部101がパルス信号S10を生成したとする。この場合、図4に示すように、第2検出部202は、パルス信号S20より波高値が低いパルス信号S22を検出し、その後、パルス信号S10とほぼ同じ波高値を有するパルス信号S12を検出する。
また、第1検出部201は、パルス信号S20より波高値が低いパルス信号S21を検出し、その後、パルス信号S10とほぼ同じ波高値を有するパルス信号S11を検出する。
続いて、電池スタックB1が有する電池セルにCID切れが発生したため、電池スタックB1に異常が発生した場合について説明する。
図6Aおよび図6Bは、電池スタックB1に異常が発生した場合のパルス信号S10、S20の経路R11、R12、R21、R22を示す図である。また、図6A、図6Bでは、図面を簡略化するために経路の説明に必要な構成要素を示し、その他の構成要素の図示を省略している。
電池スタックB1の電池セルにCID切れが発生した場合、電池スタックB1のインピーダンスが数MΩに増加する。図6Aに示すように、電池スタックB1は、第2生成部102が生成するパルス信号S20が通過する経路R21には含まれるが、経路R22には含まれない。そのため、経路R21のインピーダンスが数MΩに増加し、経路R22のインピーダンスは増加しない。
これにより、第2検出部202が検出するパルス信号S22は、第2生成部102が生成するパルス信号S20とほぼ同じ波高値を有するパルス信号となる。また、第1検出部201が検出するパルス信号S21は、第2生成部102が生成するパルス信号S20より波高値が低いパルス信号となる。
また、図6Bに示すように、電池スタックB1は、第1生成部101が生成するパルス信号S10が通過する経路R11には含まれるが、経路R12には含まれない。そのため、経路R11のインピーダンスが数MΩに増加し、経路R12のインピーダンスは増加しない。
これにより、第2検出部202が検出するパルス信号S12は、第1生成部101が生成するパルス信号S10とほぼ同じ波高値を有するパルス信号となる。また、第1検出部201が検出するパルス信号S11は、第1生成部101が生成するパルス信号S10より波高値が低いパルス信号となる。
したがって、電池スタックB1に異常が発生している場合に、第2生成部102がパルス信号S20を生成し、その後、第1生成部101がパルス信号S10を生成したとする。この場合、図4に示すように、第2検出部202は、パルス信号S20とほぼ同じ波高値を有するパルス信号S22を検出し、その後、パルス信号S10とほぼ同じ波高値を有するパルス信号S12を検出する。
また、第1検出部201は、パルス信号S20より波高値が低いパルス信号S21を検出し、その後、パルス信号S10より波高値が低いパルス信号S11を検出する。
次に、例えば電池スタックB1、B2間の接続部材L1が外れたため、電池スタックB1、B2間にオープン異常が発生した場合について説明する。
図7Aおよび図7Bは、電池スタックB1、B2間にオープン異常が発生した場合のパルス信号S10、S20の経路R11、R12、R21、R22を示す図である。また、図7A、図7Bでは、図面を簡略化するために経路の説明に必要な構成要素を示し、その他の構成要素の図示を省略している。
電池スタックB1、B2間にオープン異常が発生した場合、電池スタックB1、B2間のインピーダンスが数MΩに増加する。図7Aに示すように、接続部材L1は、第2生成部102が生成するパルス信号S20が通過する経路R21に含まれるが、経路R22には含まれない。そのため、経路R21のインピーダンスが数MΩに増加し、経路R22のインピーダンスは増加しない。
そのため、第2検出部202が検出するパルス信号S22は、第2生成部102が生成するパルス信号S20とほぼ同じ波高値を有するパルス信号となる。また、第1検出部201が検出するパルス信号S21は、第2生成部102が生成するパルス信号S20より波高値が低いパルス信号となる。
これにより、第2検出部202が検出するパルス信号S12は、第1生成部101が生成するパルス信号S10より波高値が低いパルス信号となる。また、第1検出部201が検出するパルス信号S11は、第1生成部101が生成するパルス信号S10とほぼ同じ波高値を有するパルス信号となる。
したがって、電池スタックB1、B2間に異常が発生している場合に、第2生成部102がパルス信号S20を生成し、その後、第1生成部101がパルス信号S10を生成したとする。
この場合、図4に示すように、第2検出部202は、パルス信号S20とほぼ同じ信号波形を有するパルス信号S22を検出し、その後、パルス信号S10より波高値が低いパルス信号S12を検出する。
また、第1検出部201は、パルス信号S20より波高値が低いパルス信号S21を検出し、その後、パルス信号S10とほぼ同じ信号波形を有するパルス信号S11を検出する。
このように、組電池Btに異常が発生すると、異常が発生した箇所に応じて、第1、第2検出部201、202が検出するパルス信号S11、S12、S21、S22の波高値が低くなる。
そこで、異常検出部30は、第1、第2検出部201、202が検出するパルス信号S11、S12、S21、S22を、閾値Th1と比較する。異常検出部30は、パルス信号S11、S12、S21、S22のいずれかが閾値Th1より小さい場合、当該パルス信号が異常であると判定する。この場合、異常検出部30は、組電池Btの異常を検出する。
この場合、異常検出部30は、異常であると判定したパルス信号と、組電池Btに印加したパルス信号S10、S20との組み合わせに応じて、組電池Btのどこで異常が発生したか、異常箇所を特定する。
例えば、異常検出部30は、図8に示すテーブルに基づいて組電池Btの異常箇所を特定する。図8は、パルス信号S10〜S12、S20〜S22と異常箇所との関係を表すテーブルを示す図である。図8に示すテーブルは、例えば図2に示す記憶部70に記憶されている。
異常検出部30は、例えば図8に示すテーブルに基づき、第1、第2生成部101、102が生成したパルス信号S10、S20をそれぞれ組電池Btに印加した場合に異常と判定されたパルス信号S11、S12、S21、S22の組み合わせに応じて異常箇所を特定する。
例えば、第1、第2生成部101、102が生成したパルス信号S10、S20を組電池Btにそれぞれ印加した場合に、異常検出部30が、第1、第2検出部201、202が検出したパルス信号S11、S12、S21、S22は正常であると判定したとする。この場合、異常検出部30は、組電池Btが正常であるとし、異常を検出しない。
また、第2生成部102が生成したパルス信号S20を組電池Btに印加した場合に、異常検出部30が、第1、第2検出部201、202が検出したパルス信号S21、S22はいずれも異常であると判定したとする。
さらに、第1生成部101が生成したパルス信号S10を組電池Btに印加した場合に、異常検出部30が、第1、第2検出部201、202が検出したパルス信号S11、S12はいずれも正常であると判定したとする。この場合、異常検出部30は、電池スタックB2の電池セルにCID切れが発生したことで、電池スタックB2に発生した異常を検出する。
次に、第2生成部102が生成したパルス信号S20を組電池Btに印加した場合に、異常検出部30が、第2検出部202が検出したパルス信号S22は正常であり、第1検出部201が検出したパルス信号S21は異常であると判定したとする。
さらに、第1生成部101が生成したパルス信号S10を組電池Btに印加した場合に、異常検出部30が、第2検出部202が検出したパルス信号S12は正常であり、第1検出部201が検出したパルス信号S11は異常であると判定したとする。この場合、異常検出部30は、電池スタックB1の電池セルにCID切れが発生したことで、電池スタックB1に発生した異常を検出する。
また、第2生成部102が生成したパルス信号S20を組電池Btに印加した場合に、異常検出部30が、第2検出部202が検出したパルス信号S22は正常であり、第1検出部201が検出したパルス信号S21は異常であると判定したとする。
さらに、第1生成部101が生成したパルス信号S10を組電池Btに印加した場合に、異常検出部30が、第2検出部202が検出したパルス信号S12は異常であり、第1検出部201が検出したパルス信号S11は正常であると判定したとする。この場合、異常検出部30は、電池スタックB1、B2間の接続部材L1に発生したオープン異常を検出する。
このように、異常検出部30は第1、第2検出部201、202で異常を検出したパルス信号の組み合わせに基づいて組電池Btの異常箇所を特定する。これにより、異常検出部30は、組電池Btの異常箇所をより確実に特定することができる。
また、異常検出部30は、第1、第2検出部201、202で検出したパルス信号のうち波高値が閾値Th1より小さいパルス信号に基づいて組電池Btの異常を検出する。すなわち、異常検出部30は、第1、第2生成部101、102で生成したパルス信号S10、S20が検出できなかった場合に、組電池Btの異常を検出する。そのため、異常検出部30は、組電池Btの異常を見逃すことなく検出することができる。
図2の自己診断部60は、第1、第2検出部201、202の検出結果に応じて、異常検出装置1の自己診断を行う。具体的には、自己診断部60は、異常検出部30が組電池Btの異常を検出せず、組電池Btが正常であると判定した場合に、異常検出装置1が正常であると診断する。すなわち、第1、第2生成部101、102が生成したパルス信号S10、S20それぞれを第1、第2検出部201、202で正常に検出できた場合に、異常検出装置1が正常であると診断する。
このように、異常検出装置1は、自身が正常であるか否かを診断する自己診断を容易に行うことができる。
図2に示す記憶部70は、異常検出部30が異常検出を行う場合に参照するテーブルなど、制御部100の各部が行う処理に必要な情報を記憶する。また、記憶部70は、制御部100の各部が行う必要な情報を記憶する。記憶部70は、例えばRAM(Random Access Memory)、フラッシュメモリ等の半導体メモリ素子、または、ハードディスク、光ディスク等の記憶装置である。
図9を用いて、異常検出装置1が行う異常検出処理について説明する。図9は、本実施形態にかかる異常検出処理を示すフローチャートである。異常検出装置1は、例えば100ms〜300msの所定周期で図9に示す異常検出処理を実行するものとする。
まず、異常検出装置1は、変数nを電池スタックB1〜Nの個数Nとすることで、変数nの初期化を行う(ステップS101)。異常検出装置1は、第n生成部10nがパルス信号Sn0を生成するよう制御する(ステップS102)。
次に、第n生成部10nが生成したパルス信号Sn0を、第1〜第N検出部201〜20Nが検出する(ステップS103)。異常検出装置1は、変数nが1以下か否か判定することによって、全ての第1〜第N生成部101〜10Nがパルス信号S10〜SN0を生成したか否かを判定する(ステップS104)。
変数nが1より大きい場合(ステップS104;No)、まだパルス信号Sn0を生成していない第n生成部10nが存在する。そこで、異常検出装置1は、変数nから「1」を減算し(ステップS105)、ステップS102に戻る。
一方、変数nが1以下の場合(ステップS104;Yes)、全ての第1〜第N生成部101〜10Nでパルス信号S10〜SN0を生成している。そこで、異常検出装置1は、第1〜第N検出部201〜20Nの検出結果に基づいて組電池Btの異常を検出する(ステップS106)。
以上のように、本実施形態にかかる異常検出装置1は、第1〜第N生成部101〜10Nが生成したパルス信号S10〜SN0それぞれを、第1〜第N検出部201〜20Nが検出することで組電池Btの異常を検出することができる。
このように、フライングキャパシタやAD変換器を用いずに、回路構成が簡易な第1〜第N生成部101〜10Nおよび第1〜第N検出部201〜20Nを用いて組電池Btの異常を検出することで、異常検出装置1の回路規模の増加を抑制することができる。
また第1〜第N生成部101〜10N、第1〜第N検出部201〜20Nと組電池Btとを絶縁するカップリングコンデンサ411〜41N、421〜42Nを組電池Btの近くに配置することで、かかるカップリングコンデンサ411〜41N、421〜42Nと組電池Btとを接続する高圧電源側の接続線を短くすることができる。
このように、異常検出装置1の回路規模の増加を抑制し、高圧電源側の接続線を短くすることで、異常検出装置1の製造コストの増加を抑制することができる。
なお、上記実施形態では、電池スタックB1〜BNの正極側に第1〜第N検出部201〜20Nを接続し、負極側に第1〜第N生成部101〜10Nを接続したが、これに限定されない。例えば第1〜第N生成部101〜10Nを電池スタックB1〜BNの正極側に接続し、第1〜第N検出部201〜20Nを負極側に接続してもよい。
また、上記実施形態では、第1〜第N検出部201〜20Nがパルス信号S10〜SN0を順次生成することで、組電池Btの異常を検出するとともに、組電池Btの異常箇所を特定したが、これに限定されない。
例えば、組電池Btの異常を検出してから組電池Btの異常箇所を特定するようにしてもよい。具体的には、異常検出装置1は、例えば組電池Btの端部に接続される第N生成部10N(図2参照)が生成したパルス信号SN0を組電池Btに印加する。
このとき、第1〜第N検出部201〜20Nで検出したパルス信号の少なくとも1つの波高値が閾値Th1より小さい場合、異常検出装置1は組電池Btの異常を検出する。
その後、異常検出装置1は、第1〜第N−1生成部101〜10(N−1)が順次パルス信号S10〜S(N−1)0を組電池Btに印加した場合の第1〜第N検出部201〜20Nの検出結果に応じて異常箇所を特定する。
以上のように、上記実施形態にかかる異常検出装置1は、生成部101〜10Nと、複数の検出部201〜20Nと、異常検出部30とを備える。生成部101〜10Nは、複数の電池セルが直列接続された電池スタックB1〜BNを複数有する組電池Btの電池スタックB1〜BNの一端それぞれに生成した交流信号を供給する。複数の検出部201〜20Nは、複数の電池スタックB1〜BNの他端にそれぞれ接続され、生成部101〜10Nが生成する交流信号を検出する。異常検出部30は、複数の検出部201〜20Nが検出した交流信号に基づいて組電池Btの異常を検出する。
これにより、異常検出装置1は、構成が簡易な生成部101〜10Nと検出部201〜20Nとを用いて組電池Btの異常を検出することができ、異常検出装置1の製造コストの増加を低減することができる。
また、異常検出装置1は、交流信号を生成し検出するという簡易な方法で組電池Btの異常を検出するため、異常検出装置1の消費電力を低減することができる。
上記実施形態にかかる異常検出装置1は、生成部101〜10Nが順次交流信号を生成し、順次複数の電池スタックB1〜BNの一端に供給するように生成部101〜10Nを制御する信号制御部50をさらに備える。また、異常検出装置1の複数の検出部201〜20Nは、生成部101〜10Nが順次生成した交流信号を検出する。
これにより、異常検出装置1は、簡易な制御方法で生成部101〜10Nを制御することができ、異常検出装置1の消費電力を低減することができる。
上記実施形態にかかる異常検出装置1の異常検出部30は、複数の検出部201〜20Nがそれぞれ検出した複数の複数の交流信号の波高値と閾値とを比較し、比較結果の組み合わせに基づいて組電池Btの異常を検出する。
これにより、異常検出装置1は、検出部201〜20Nで検出できなかった交流信号の組み合わせに基づいて組電池Btの異常を検出することができ、組電池Btの異常を見逃すことなく検出することができる。
上記実施形態にかかる異常検出装置1の異常検出部30は、比較結果の組み合わせに基づいて電池スタックB1〜BN内に発生した断線または電池スタックB1〜BN間の異常を検出する。
これにより、異常検出装置1は、組電池Btの異常箇所をより確実に特定することができる。
上記実施形態にかかる異常検出装置1は、生成部101〜10Nと複数の電池スタックB1〜BNとの間をそれぞれ絶縁する複数のカップリングコンデンサ411〜41Nと、複数の検出部201〜20Nと複数の電池スタックB1〜BNとの間をそれぞれ絶縁する複数のカップリングコンデンサ421〜42Nと、をさらに備える。
これにより、異常検出装置1は、カップリングコンデンサ411〜41N、421〜42Nと電池スタックB1〜BNとを接続する高電圧側の接続線の長さを短くすることができ、異常検出装置1の回路規模を抑制することができる。また高電圧側の接続線の引き回し等の回路設計を容易に行うことができる。
上記実施形態にかかる異常検出装置1は、検出部201〜20Nが検出した交流信号に基づいて異常検出装置1が正常であるか否かを診断する自己診断部60をさらに備える。
これにより、異常検出装置1は、自身が正常であるか否かを診断する自己診断を容易に行うことができる。
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
1 異常検出装置
101〜10N 生成部
201〜20N 検出部
30 異常検出部
411〜41N、421〜42N カップリングコンデンサ
50 信号制御部
60 自己診断部
70 記憶部
101〜10N 生成部
201〜20N 検出部
30 異常検出部
411〜41N、421〜42N カップリングコンデンサ
50 信号制御部
60 自己診断部
70 記憶部
Claims (7)
- 複数の電池セルが直列接続された電池スタックを複数有する組電池の前記電池スタックの一端それぞれに生成した交流信号を供給する生成部と、
複数の前記電池スタックの他端にそれぞれ接続され、前記生成部が生成する前記交流信号を検出する複数の検出部と、
複数の前記検出部が検出した前記交流信号に基づいて前記組電池の異常を検出する異常検出部と、
を備えることを特徴とする異常検出装置。 - 前記生成部が順次前記交流信号を生成し、順次複数の前記電池スタックの一端に供給するように前記生成部を制御する信号制御部をさらに備え、
複数の前記検出部は、
前記生成部が順次生成した前記交流信号を検出すること
を特徴とする請求項1に記載の異常検出装置。 - 前記異常検出部は、
複数の前記検出部がそれぞれ検出した複数の前記交流信号の波高値と閾値とを比較し、比較結果の組み合わせに基づいて前記組電池の異常を検出すること
を特徴とする請求項1または2に記載の異常検出装置。 - 前記異常検出部は、
前記比較結果の前記組み合わせに基づいて前記電池スタック内に発生した断線または前記電池スタック間の異常を検出すること
を特徴とする請求項3に記載の異常検出装置。 - 前記生成部と複数の前記電池スタックとの間をそれぞれ絶縁する複数のカップリングコンデンサと、
複数の前記検出部と複数の前記電池スタックとの間をそれぞれ絶縁する複数のカップリングコンデンサと、
をさらに備えること
を特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の異常検出装置。 - 前記検出部が検出した前記交流信号に基づいて前記異常検出装置が正常であるか否かを診断する自己診断部をさらに備えること
を特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の異常検出装置。 - 複数の電池セルが直列接続された電池スタックを複数有する組電池と、
前記電池スタックの一端それぞれに生成した交流信号を供給する生成部と、
複数の前記電池スタックの他端にそれぞれ接続され、前記生成部が生成する前記交流信号を検出する複数の検出部と、
複数の前記検出部が検出した前記交流信号に基づいて前記組電池の異常を検出する異常検出部と、
を備えることを特徴とする組電池システム。
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2020026888A1 (ja) * | 2018-07-31 | 2020-02-06 | 日本電産リード株式会社 | 電池インピーダンス測定装置 |
WO2020170556A1 (ja) * | 2019-02-19 | 2020-08-27 | 三洋電機株式会社 | 漏電検出装置、車両用電源システム |
WO2020170557A1 (ja) * | 2019-02-19 | 2020-08-27 | 三洋電機株式会社 | 漏電検出装置、車両用電源システム |
US11959971B2 (en) | 2019-10-02 | 2024-04-16 | Lg Energy Solution, Ltd. | Method and system for detecting connection fault of parallel connection cell |
-
2016
- 2016-08-08 JP JP2016155295A patent/JP2018026888A/ja active Pending
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2020026888A1 (ja) * | 2018-07-31 | 2020-02-06 | 日本電産リード株式会社 | 電池インピーダンス測定装置 |
WO2020170556A1 (ja) * | 2019-02-19 | 2020-08-27 | 三洋電機株式会社 | 漏電検出装置、車両用電源システム |
WO2020170557A1 (ja) * | 2019-02-19 | 2020-08-27 | 三洋電機株式会社 | 漏電検出装置、車両用電源システム |
CN113453942A (zh) * | 2019-02-19 | 2021-09-28 | 三洋电机株式会社 | 漏电检测装置、车辆用电源系统 |
JPWO2020170556A1 (ja) * | 2019-02-19 | 2021-12-16 | 三洋電機株式会社 | 漏電検出装置、車両用電源システム |
US11879948B2 (en) | 2019-02-19 | 2024-01-23 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Electrical fault detection device and vehicle power supply system |
JP7431212B2 (ja) | 2019-02-19 | 2024-02-14 | 三洋電機株式会社 | 漏電検出装置、車両用電源システム |
US11959971B2 (en) | 2019-10-02 | 2024-04-16 | Lg Energy Solution, Ltd. | Method and system for detecting connection fault of parallel connection cell |
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