JP2019215213A - Battery system - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、複数の電池セルが並列に接続されて構成される電池システムに関する。 The present disclosure relates to a battery system configured by connecting a plurality of battery cells in parallel.
特開2008−182779号公報(特許文献1)には、複数の電池セルが並列に接続されて構成される組電池を備える電池システムが開示されている。この電池システムにおいては、各電池セルに電流遮断機構が内蔵される。そして、いずれか1つの電池セルの電流遮断機構が作動した時点で、組電池と電気負荷との間に設けられたスイッチング素子がオフ状態に制御されて、組電池が電気負荷から切り離される。これにより、組電池としての充放電が停止され、組電池が保護される。 Japanese Patent Laying-Open No. 2008-182779 (Patent Document 1) discloses a battery system including an assembled battery configured by connecting a plurality of battery cells in parallel. In this battery system, a current cutoff mechanism is built in each battery cell. Then, when the current cutoff mechanism of any one of the battery cells operates, the switching element provided between the assembled battery and the electric load is controlled to the off state, and the assembled battery is disconnected from the electric load. As a result, the charging and discharging of the battery pack is stopped, and the battery pack is protected.
上述のように、特許文献1に開示された電池システムにおいては、いずれか1つの電池セルの電流遮断機構が作動した時点で組電池が電気負荷から切り離されて組電池が保護される。
As described above, in the battery system disclosed in
しかしながら、複数の電池セルが並列に接続されて構成される電池システムにおいては、仮に電流遮断機構が作動しない場合であっても、各電池セルの温度のばらつきに起因して、各電池セルを流れる電流の間にばらつきが発生し得る。したがって、電池システム内の電池セルをより適切に保護するためには、電池セルの温度ばらつきに起因する電池セルの電流ばらつきの影響も考慮して、各セルを流れる電流を精度よく把握することが望まれる。 However, in a battery system configured by connecting a plurality of battery cells in parallel, even if the current cutoff mechanism does not operate, the battery flows through each battery cell due to the variation in the temperature of each battery cell. Variations can occur between the currents. Therefore, in order to more appropriately protect the battery cells in the battery system, it is necessary to accurately grasp the current flowing through each cell in consideration of the influence of the current variation of the battery cells due to the temperature variation of the battery cells. desired.
本開示は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、並列に接続された複数の電池セルを備える電池システムにおいて、電池セルを流れる電流を精度よく把握することである。 The present disclosure has been made to solve the above-described problem, and an object of the present disclosure is to accurately grasp a current flowing through a battery cell in a battery system including a plurality of battery cells connected in parallel. is there.
本開示による電池システムは、並列に接続された複数のセルと、複数のセルの少なくとも1つに直列に接続されるヒューズと、ヒューズの電圧を検出する電圧センサと、ヒューズに直列に接続されるセルの温度を検出する温度センサと、ヒューズに直列に接続されるセルの電流を算出する制御装置とを備える。制御装置は、ヒューズの電圧とセルの温度とヒューズの熱収支を表わすモデル式とを用いてヒューズの温度を算出し、ヒューズの温度に対応するヒューズの抵抗を算出し、ヒューズの電圧をヒューズの抵抗で除算した値をセルの電流として算出する。モデル式は、セルの電流に起因するヒューズの発熱量と、ヒューズの温度とセルの温度との差に起因するヒューズの放熱量と、ヒューズの温度の変化量との関係を規定した式である。 A battery system according to the present disclosure includes a plurality of cells connected in parallel, a fuse connected in series to at least one of the plurality of cells, a voltage sensor that detects a voltage of the fuse, and a series connected to the fuse. A temperature sensor for detecting the temperature of the cell and a control device for calculating the current of the cell connected in series to the fuse are provided. The control device calculates the fuse temperature using the fuse voltage, the cell temperature, and the model formula representing the heat balance of the fuse, calculates the resistance of the fuse corresponding to the fuse temperature, and calculates the fuse voltage by using the fuse voltage. The value divided by the resistance is calculated as the cell current. The model equation is an equation that defines the relationship between the amount of heat generated by the fuse due to the cell current, the amount of heat dissipation of the fuse caused by the difference between the fuse temperature and the cell temperature, and the amount of change in the temperature of the fuse. .
上記システムにおいては、ヒューズの熱収支を表わすモデル式を用いてヒューズの温度が算出される。ここで、モデル式は、セルの電流に起因するヒューズの発熱量と、ヒューズの温度とセルの温度との差に起因するヒューズの放熱量と、ヒューズの温度の変化量との関係を規定した式(1次遅れ式)である。そのため、たとえば複数のセルに大きな電流が流れてヒューズの温度とセルの温度とが乖離したとしても、ヒューズの温度を精度よく算出することができる。そして、モデル式を用いて精度よく算出されたヒューズの温度に対応するヒューズの抵抗が算出され、ヒューズの電圧をヒューズの抵抗で除算した値がセルの電流として算出される。そのため、並列に接続された複数の電池セルを備える電池システムにおいて、電池セルを流れる電流を精度よく把握することができる。 In the above system, the temperature of the fuse is calculated using a model equation representing the heat balance of the fuse. Here, the model formula defines the relationship between the amount of heat generated by the fuse due to the cell current, the amount of heat released from the fuse due to the difference between the fuse temperature and the cell temperature, and the amount of change in the temperature of the fuse. This is an equation (first-order lag equation). Therefore, even if a large current flows through a plurality of cells and the temperature of the fuse deviates from the temperature of the cell, the temperature of the fuse can be accurately calculated. Then, the resistance of the fuse corresponding to the temperature of the fuse accurately calculated using the model formula is calculated, and the value obtained by dividing the fuse voltage by the resistance of the fuse is calculated as the cell current. Therefore, in a battery system including a plurality of battery cells connected in parallel, it is possible to accurately grasp the current flowing through the battery cells.
本開示によれば、ので、することができる。並列に接続された複数の電池セルを備える電池システムにおいて、電池セルを流れる電流を精度よく把握することができる。 According to the present disclosure, it is possible. In a battery system including a plurality of battery cells connected in parallel, it is possible to accurately grasp the current flowing through the battery cells.
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding portions have the same reference characters allotted, and description thereof will not be repeated.
<電池システムの全体構成>
図1は、本実施の形態による電池システム1の全体構成の一例を示す図である。電池システム1は、図示しない電気負荷に電力を供給可能に構成される。たとえば、電池システム1は、走行用モータを備えた電動車両(ハイブリッド自動車あるいは電気自動車等)に搭載され、走行用モータとの間で電力を授受する。
<Overall configuration of battery system>
FIG. 1 is a diagram showing an example of the overall configuration of a
電池システム1は、複数の電池セルBと、複数のヒューズFと、正極用のバスバーU1と、負極用のバスバーU2と、電圧センサ12と、温度センサ(サーミスタ)14と、電流センサ20と、ECU(Electronic Control Unit)100とを備える。
The
複数の電池セルBは、図示しない電気負荷に供給するための電力を蓄える二次電池である。たとえば、二次電池としては、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池などを用いることができる。複数の電池セルBは、電気負荷に対して、互いに並列に接続される。具体的には、各電池セルBの正極は正極用のバスバーU1に接続され、各電池セルBの負極は負極用のバスバーU2に接続される。なお、バスバーU1,U2は、図示しない電気負荷に接続される。 The plurality of battery cells B are secondary batteries that store electric power to be supplied to an electric load (not shown). For example, as the secondary battery, a lithium ion battery, a nickel hydride battery, or the like can be used. The plurality of battery cells B are connected in parallel to each other with respect to the electric load. Specifically, the positive electrode of each battery cell B is connected to the bus bar U1 for the positive electrode, and the negative electrode of each battery cell B is connected to the bus bar U2 for the negative electrode. The bus bars U1 and U2 are connected to an electric load (not shown).
複数のヒューズFは、複数の電池セルBにそれぞれ直列に接続される。図1に示す例では、各ヒューズFの一方の端部がバスバーU1に接続され、各ヒューズFの他方の端部が対応する電池セルBの正極端子に接続される。各ヒューズFの素材は、金属(たとえば亜鉛など)である。各ヒューズFは、許容値を超える電流が流れると溶断され、対応する電池セルBとバスバーU1との通電経路を遮断する。これにより、各電池セルBに過剰な電流が流れることが抑制され、各電池セルBが保護される。 The plurality of fuses F are connected in series to the plurality of battery cells B, respectively. In the example shown in FIG. 1, one end of each fuse F is connected to the bus bar U1, and the other end of each fuse F is connected to the positive terminal of the corresponding battery cell B. The material of each fuse F is a metal (for example, zinc or the like). Each fuse F is blown when a current exceeding an allowable value flows, and cuts off an energizing path between the corresponding battery cell B and bus bar U1. This suppresses an excessive current from flowing through each battery cell B, and protects each battery cell B.
以下の説明においては、複数の電池セルBのうち、電気負荷との間で電力を授受する際に温度が比較的高くなる位置に配置される電池セルBを「高温セル」とも称する。高温セルは、一般的に、複数の電池セルBの位置関係および冷却装置との位置関係などによって予め特定することができる。たとえば、複数の電池セルBが冷却風によって冷却される場合には、冷却風が当たりにくい位置(冷却効率が悪い位置)に配置される電池セルBが高温セルとなる。また、冷却装置が無い場合には、複数の電池セルBの中心付近に配置される電池セルBが高温セルとなる。以下では、説明の便宜上、図1における最も右側に配置される電池セルBが高温セルであることを想定している。なお、高温セルは、必ずしも1つである必要はなく、2つ以上であってもよい。 In the following description, among the plurality of battery cells B, the battery cell B arranged at a position where the temperature becomes relatively high when electric power is exchanged with an electric load is also referred to as a “high-temperature cell”. In general, the high-temperature cell can be specified in advance by the positional relationship between the plurality of battery cells B and the cooling device. For example, when a plurality of battery cells B are cooled by the cooling air, the battery cells B arranged at positions where the cooling air hardly hits (positions where the cooling efficiency is poor) are high-temperature cells. Further, when there is no cooling device, the battery cells B arranged near the center of the plurality of battery cells B are high-temperature cells. In the following, for convenience of explanation, it is assumed that the battery cell B disposed on the rightmost side in FIG. 1 is a high-temperature cell. The number of high-temperature cells is not necessarily one, but may be two or more.
電圧センサ12は、複数のヒューズFのうちの、高温セル(図1における最も右側に配置される電池セルB)に直列に接続されるヒューズFの両端にそれぞれ配線L1,L2によって接続される。電圧センサ12は、高温セルに直列に接続されるヒューズFの両端電圧(以下「ヒューズ電圧Vf」ともいう)を検出し、検出結果を示す情報をECU100に出力する。電圧センサ12は、ヒューズ電圧Vfを検出するために専用に設けられてもよいし、他の電圧(たとえばバスバーU1,U2間の電圧)を検出するために設けられた電圧センサと共用されてもよい。
The
温度センサ14は、高温セルの近傍に配置され、高温セルの温度(以下「セル温度Tc」ともいう)を検出し、検出結果を示す情報をECU100に出力する。温度センサ14は、セル温度Tcを検出するために専用に設けられてもよいし、他の温度を検出するために設けられた温度センサと共用されてもよい。
The
電流センサ20は、電気負荷とバスバーU1との間を流れる電流I(複数の電池セルBをそれぞれ流れる電流の合計)を検出し、検出結果を示す情報をECU100に出力する。
ECU100は、図示しないCPU(Central Processing Unit)およびメモリを内蔵する。ECU100は、各センサからの情報およびメモリに記憶された情報に基づいて高温セルを流れる電流(以下「セル電流Ic」ともいう)を算出する。
The
なお、図1には複数の電池セルBにそれぞれ接続される複数のヒューズFを備える例が示されるが、本開示が適用可能な電池システムは、少なくとも高温セルに接続されるヒューズFを備えていればよい。 Although FIG. 1 shows an example including a plurality of fuses F connected to a plurality of battery cells B, a battery system to which the present disclosure can be applied includes at least a fuse F connected to a high-temperature cell. Just do it.
<セル電流Icの算出>
図1に示す電池システム1のように複数の電池セルBが並列に接続される構成においては、電池セルB間の温度のばらつきに起因して、電池セルB間の電流のばらつきが発生し得る。
<Calculation of Cell Current Ic>
In a configuration in which a plurality of battery cells B are connected in parallel as in the
図2は、複数の電池セルBの間で発生する電流のばらつきの一例を模式的に示す図である。並列回路においては、電流Iが複数の電池セルBに分散して流れる。この際、各電池セルBに分散される電流は、複数の電池セルB間の抵抗バランスによって変化し得る。各電池セルBの抵抗は、各電池セルBの温度が高いほど小さくなる傾向にある。したがって、充放電時に他の電池セルBよりも温度が高くなる高温セル(図2における最も右側に配置される電池セルB)においては、他の電池セルBよりも抵抗が小さくなり、電流が集中する。言い換えれば、高温セルを流れるセル電流Icを把握することができれば、各電池セルBを流れる電流のばらつき(最大値)を把握することができる。 FIG. 2 is a diagram schematically illustrating an example of a variation in current generated between a plurality of battery cells B. In the parallel circuit, the current I flows in a distributed manner to the plurality of battery cells B. At this time, the current distributed to each battery cell B may change depending on the resistance balance among the plurality of battery cells B. The resistance of each battery cell B tends to decrease as the temperature of each battery cell B increases. Therefore, in a high-temperature cell (the battery cell B disposed on the rightmost side in FIG. 2) whose temperature is higher than that of the other battery cells B during charging and discharging, the resistance is lower than that of the other battery cells B, and the current is concentrated I do. In other words, if the cell current Ic flowing through the high-temperature cell can be ascertained, the variation (maximum value) of the current flowing through each battery cell B can be ascertained.
そこで、本実施の形態によるECU100は、高温セルに接続されるヒューズFをシャント抵抗と見立てて、当該ヒューズFを流れる電流を「セル電流Ic」として算出する。具体的には、制御装置としてのECU100は、電圧センサ12および温度センサ14の検出結果(ヒューズ電圧Vf、セル温度Tc)を用いて、セル電流Icを算出する。
Therefore,
セル電流Icの算出手法の1つとして、オームの法則を利用して、高温セルに直列に接続されるヒューズFの両端電圧であるヒューズ電圧Vfを当該ヒューズFの抵抗で除算した値を、セル電流Icとして算出する手法が考えられる。高温セルに直列に接続されるヒューズFの素材は金属であり、当該ヒューズFの温度(以下「ヒューズ温度Tf」ともいう)と当該ヒューズの抵抗(以下「ヒューズ抵抗Rf」ともいう)との間には正の相関関係が存在する。 As one of the calculation methods of the cell current Ic, the value obtained by dividing the fuse voltage Vf, which is the voltage between both ends of the fuse F connected in series to the high-temperature cell, by the resistance of the fuse F by using Ohm's law, A method of calculating as the current Ic is conceivable. The material of the fuse F connected in series to the high-temperature cell is metal, and is between the temperature of the fuse F (hereinafter also referred to as “fuse temperature Tf”) and the resistance of the fuse (hereinafter also referred to as “fuse resistance Rf”). Has a positive correlation.
図3は、ヒューズ温度Tfとヒューズ抵抗Rfとの相関関係の一例を示す図である。ヒューズFは金属抵抗であるため、図3に示すように、ヒューズ温度Tfとヒューズ抵抗Rfとの間には、ヒューズ温度Tfの増加に伴なってヒューズ抵抗Rfが単調に増加する線形関係が存在する。このようなヒューズ温度Tfとヒューズ抵抗Rfとの相関関係を示す情報は、予め実験等によって求められてECU100のメモリに記憶されている。
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a correlation between the fuse temperature Tf and the fuse resistance Rf. Since the fuse F is a metal resistor, as shown in FIG. 3, there is a linear relationship between the fuse temperature Tf and the fuse resistor Rf such that the fuse resistor Rf monotonically increases as the fuse temperature Tf increases. I do. Information indicating such a correlation between the fuse temperature Tf and the fuse resistance Rf is obtained in advance by an experiment or the like and stored in the memory of the
仮にヒューズ温度Tfがセル温度Tcとほぼ同じ値であると仮定した場合には、セル温度Tcをヒューズ温度Tfとして扱って、温度センサ14で検出されたセル温度Tcに対応するヒューズ抵抗Rf(以下「セル温度Tcに対応するヒューズ抵抗Rfc」あるいは単に「ヒューズ抵抗Rfc」ともいう)を、図3に示す相関関係を参照して算出することができる。そして、下記の式(1)に示すように、電圧センサ12で検出されたヒューズ電圧Vfをヒューズ抵抗Rfcで除算した値をセル電流Icとして算出可能である。
If it is assumed that the fuse temperature Tf is substantially the same value as the cell temperature Tc, the cell temperature Tc is treated as the fuse temperature Tf, and the fuse resistance Rf (hereinafter referred to as the fuse resistance Rf) corresponding to the cell temperature Tc detected by the
セル電流Ic=ヒューズ電圧Vf/ヒューズ抵抗Rfc …(1)
しかしながら、電流Iが大きい場合(たとえば数百アンペアを超える場合)には、ヒューズFと電池セルBとの熱容量(熱マス)の違いなどに起因して、ヒューズ温度Tfがセル温度Tcと同じ値とはならずセル温度Tcから乖離してしまうことが懸念される。
Cell current Ic = fuse voltage Vf / fuse resistance Rfc (1)
However, when the current I is large (for example, when the current exceeds several hundred amperes), the fuse temperature Tf becomes equal to the cell temperature Tc due to a difference in heat capacity (heat mass) between the fuse F and the battery cell B. However, there is a concern that the temperature may deviate from the cell temperature Tc.
図4は、電流Iが大きい場合におけるヒューズ温度Tfとセル温度Tcとの変化の一例を示す図である。図4に示されるように、電流Iが大きい場合には、セル電流Icも大きくなり高温セルおよび高温セルに接続されるヒューズFでの発熱量も大きくなるが、ヒューズFの熱容量が高温セルの熱容量よりも小さいため、ヒューズ温度Tfがセル温度Tcよりもかなり高い値となる。この影響により、電流Iが大きい場合には、ヒューズ温度Tfがセル温度Tcとほぼ同じ値であることを前提として式(1)で算出されるセル電流Icの算出誤差(実際のセル電流Icとの差)が大きくなってしまい、セル電流Icを精度よく算出できなくなることが懸念される。 FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a change between the fuse temperature Tf and the cell temperature Tc when the current I is large. As shown in FIG. 4, when the current I is large, the cell current Ic also increases, and the amount of heat generated by the high-temperature cell and the fuse F connected to the high-temperature cell also increases. Since the fuse temperature is smaller than the heat capacity, the fuse temperature Tf is considerably higher than the cell temperature Tc. Due to this effect, when the current I is large, it is assumed that the fuse temperature Tf is substantially the same value as the cell temperature Tc. (Difference) becomes large, and it is feared that the cell current Ic cannot be calculated with high accuracy.
図5は、式(1)で算出されるセル電流Icの算出誤差の一例を示す図である。図5に示されるように、電流Iが比較的小さい所定値I1(たとえば10アンペア程度)および所定値I2(たとえば100アンペア程度)である場合、式(1)で算出されるセル電流Icの算出誤差は比較的小さい。しかしながら、電流Iが大きい所定値I3(たとえば300アンペア程度)である場合には、式(1)で算出されるセル電流Icの算出誤差はかなり大きい値となってしまう。 FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a calculation error of the cell current Ic calculated by Expression (1). As shown in FIG. 5, when current I is relatively small predetermined value I1 (for example, about 10 amps) and predetermined value I2 (for example, about 100 amps), calculation of cell current Ic calculated by equation (1) is performed. The error is relatively small. However, when the current I is a large predetermined value I3 (for example, about 300 amperes), the calculation error of the cell current Ic calculated by the equation (1) becomes a considerably large value.
この点に鑑み、本実施の形態においては、ヒューズFの熱収支をモデル化して、ヒューズFの発熱量とヒューズFの放熱量とヒューズ温度Tfの変化量との関係を1次遅れ式で規定する。そして、ECU100は、ヒューズ電圧Vfと、セル温度Tcと、ヒューズFの熱収支をモデル化した1次遅れ式とを用いて、ヒューズ温度Tfを算出する。
In view of this point, in the present embodiment, the heat balance of the fuse F is modeled, and the relationship between the heat generation amount of the fuse F, the heat release amount of the fuse F, and the change amount of the fuse temperature Tf is defined by a first-order lag equation. I do. Then, the
図6は、ヒューズFの熱収支をモデル化する際の概念図である。図6の左側には、ヒューズFの熱収支が概念的に示される。図6の右側には、ヒューズFの熱収支のモデルが概念的に示される。 FIG. 6 is a conceptual diagram when the heat balance of the fuse F is modeled. The heat balance of the fuse F is conceptually shown on the left side of FIG. On the right side of FIG. 6, a model of the heat balance of the fuse F is conceptually shown.
図6の左側に示されるように、ヒューズFにセル電流Icが流れると、ヒューズFはセル電流Icに応じた熱(ジュール熱)を発生する。ヒューズFの熱は、ヒューズFに接続される電池セルBおよびバスバーU1、さらには周囲の大気へ放熱される。このようなヒューズFの熱収支をモデル化するにあたっては、図6の右側に示されるように、ヒューズFから大気への放熱量は非常に小さいため無視することができる。また、バスバーU1への放熱は、電池セルBへの放熱に含めることができる。 As shown on the left side of FIG. 6, when the cell current Ic flows through the fuse F, the fuse F generates heat (Joule heat) according to the cell current Ic. The heat of the fuse F is radiated to the battery cell B and the bus bar U1 connected to the fuse F, and further to the surrounding atmosphere. In modeling such a heat balance of the fuse F, as shown on the right side of FIG. 6, the amount of heat released from the fuse F to the atmosphere is very small and can be ignored. Further, the heat radiation to the bus bar U1 can be included in the heat radiation to the battery cell B.
このような考えに基づき、ヒューズFの熱収支を下記の式(2)のような1次遅れ式でモデル化することができる。 Based on such a concept, the heat balance of the fuse F can be modeled by a first-order lag equation such as the following equation (2).
ΔTf=β・Rf・Ic2+α・(Tf−Tc) …(2)
式(2)の右辺の「β・Rf・Ic2」は、セル電流Icに起因するヒューズFの発熱量に相当する発熱項である。式(2)の右辺の「α・(Tf−Tc)」は、ヒューズ温度Tfとセル温度Tcとの差に起因するヒューズFの放熱量に相当する放熱項である。なお、「α」は、電流緩和時(電流Iを0アンペアにした時)のヒューズ電圧Vfの挙動から予め適合させておくことができる負の係数である。「β」は、ヒューズFの物性から決まる正の係数(℃/J、熱容量の逆数)である。
ΔTf = β · Rf · Ic 2 + α · (Tf−Tc) (2)
“Β · Rf · Ic 2 ” on the right side of the equation (2) is a heat generation term corresponding to the heat generation amount of the fuse F caused by the cell current Ic. “Α · (Tf−Tc)” on the right side of the equation (2) is a heat radiation term corresponding to a heat radiation amount of the fuse F caused by a difference between the fuse temperature Tf and the cell temperature Tc. “Α” is a negative coefficient that can be adapted in advance from the behavior of the fuse voltage Vf when the current is relaxed (when the current I is set to 0 amperes). “Β” is a positive coefficient (° C./J, the reciprocal of the heat capacity) determined from the physical properties of the fuse F.
式(2)の左辺の「ΔTf」は、ヒューズFの発熱および放熱によるヒューズ温度Tfの変化量である。 “ΔTf” on the left side of the equation (2) is a change amount of the fuse temperature Tf due to heat generation and heat radiation of the fuse F.
ヒューズ温度Tfを式(2)を用いた演算によって算出する場合、ヒューズ温度Tfの変化量ΔTfは、今回の演算サイクルで算出されたヒューズ温度Tfnから、前回の演算サイクルで算出されたヒューズ温度Tfn−1を減算した値(=Tfn−Tfn−1)として定義することができる。この場合、式(2)は下記の式(2A)のように変形することができる。 When calculating the fuse temperature Tf by a calculation using the equation (2), the variation ΔTf fuse temperature Tf from the fuse temperature Tf n calculated in the current calculation cycle, the fuse temperature calculated in the previous calculation cycle It can be defined as a value obtained by subtracting Tf n-1 (= Tf n -Tf n-1 ). In this case, equation (2) can be modified as equation (2A) below.
Tfn=Tfn−1+β・Rf・Ic2+α・(Tfn−1−Tc) …(2A)
オームの法則よりIc=Vf/Rfであるから、式(2A)はさらに式(2B)に変形することができる。
Tf n = Tf n−1 + β · Rf · Ic 2 + α · (Tf n−1 −Tc) (2A)
Since Ic = Vf / Rf according to Ohm's law, equation (2A) can be further transformed into equation (2B).
Tfn=Tfn−1+β・Vf2/Rfn−1+α・(Tfn−1−Tc) …(2B)
式(2B)において、「Tfn−1」は、前回の演算サイクルで算出されたヒューズ温度Tfであって、ECU100のメモリに記憶されている。なお、ヒューズ温度Tfn−1の初期値は、電流Iが未だ流れていない状態であるため、温度センサ14で検出されたセル温度Tcとすることができる。「Rfn−1」は、前回のヒューズ温度Tfn−1に対応するヒューズ抵抗Rfであって、ECU100のメモリに記憶されている。
Tf n = Tf n−1 + β · Vf 2 / Rf n−1 + α · (Tf n−1 −Tc) (2B)
In the equation (2B), “Tf n−1 ” is the fuse temperature Tf calculated in the previous operation cycle, and is stored in the memory of the
したがって、式(2B)の右辺に、メモリに記憶されている前回のヒューズ温度Tfn−1およびヒューズ抵抗Rfn−1、電圧センサ12で検出されるヒューズ電圧Vf、温度センサ14で検出されるセル温度Tcを代入することによって、今回のヒューズ温度Tfnを算出することができる。これにより、今回のヒューズ温度Tfnが、ヒューズFの熱収支を考慮して精度よく算出される。
Therefore, the previous fuse temperature Tf n−1 and fuse resistance Rf n−1 stored in the memory, the fuse voltage Vf detected by the
次いで、ECU100は、精度よく算出された今回のヒューズ温度Tfnに対応するヒューズFの抵抗(以下「今回のヒューズ抵抗Rfn」ともいう)を、上述の図3に示す相関関係を参照して算出する。
Next, the
そして、ECU100は、下記の式(1A)に示すように、電圧センサ12で検出されたヒューズ電圧Vfを今回のヒューズ抵抗Rfnで除算した値(=Vf/Rfn)を、セル電流Icとして算出する。
Then, as shown in the following equation (1A), the
セル電流Ic=ヒューズ電圧Vf/ヒューズ抵抗Rfn …(1A)
図7は、ECU100がセル電流Icを算出する際に実行する処理手順の一例を示すフローチャートである。このフローチャートは、所定周期で繰り返し実行される。
Cell current Ic = fuse voltage Vf / fuse resistance Rf n (1A)
FIG. 7 is a flowchart illustrating an example of a processing procedure executed when
ECU100は、電圧センサ12からヒューズ電圧Vfを取得する(ステップS10)。また、ECU100は、温度センサ14からセル温度Tcを取得する(ステップS12)。
The
次いで、ECU100は、ヒューズ電圧Vfと、セル温度Tcと、ヒューズFの熱収支を表わすモデル式(上述の1次遅れ式(2)〜(2B)参照)とを用いて、今回のヒューズ温度Tfnを算出する(ステップS20)。上述したように、たとえば、ECU100は、ヒューズ電圧Vfと、セル温度Tcと、メモリに記憶されている前回のヒューズ抵抗Rfn−1およびヒューズ抵抗Rfn−1とを、式(2B)に代入することによって、今回のヒューズ温度Tfnを算出する。
Next, the
図8〜図10は、いずれも、実験等によって得られた、ステップS20の処理によるヒューズ温度Tfnの算出値と、ヒューズ温度Tfの実測値とを比較した図である。図8は電流Iが所定値I4(たとえば150アンペア程度)である場合を示し、図9は、電流Iが所定値I4より大きい所定値I5(たとえば200アンペア程度)である場合を示し、図10は、電流Iが所定値I5よりもさらに大きい所定値I6(たとえば300アンペア程度)である場合を示す。図8〜図10のいずれの場合においても、ヒューズ温度Tfnの算出値は、ヒューズ温度Tfの実測値とほぼ同じ値(誤差は数パーセント程度)となっており、ヒューズ温度Tfnの算出精度が確保されていることが確認できる。 8 to 10 are both obtained by experiment or the like, and the calculated value of the fuse temperature Tf n by the processing in step S20, a diagram comparing the measured value of the fuse temperature Tf. 8 shows a case where the current I is a predetermined value I4 (for example, about 150 amps), and FIG. 9 shows a case where the current I is a predetermined value I5 (for example, about 200 amps) larger than the predetermined value I4. Shows a case where the current I is a predetermined value I6 (for example, about 300 amperes) which is larger than the predetermined value I5. In any case of FIGS. 8 to 10, the calculated value of the fuse temperature Tf n is approximately equal to the measured value of the fuse temperature Tf (error about several percent) has a calculation accuracy of the fuse temperature Tf n It can be confirmed that is secured.
図7に戻って、ECU100は、ステップS20で算出されたヒューズ温度Tfnに対応するヒューズ抵抗Rfnを、メモリに記憶されている上述の図3に示す相関関係を参照して算出する(ステップS22)。
Referring back to FIG. 7,
次いで、ECU100は、ステップS10で取得されたヒューズ電圧Vfを、ステップS22で算出されたヒューズ抵抗Rfnで除算した値(=Vf/Rfn)を、セル電流Icとして算出する(ステップS24)。
Then,
以上のように、本実施の形態によるECU100は、ヒューズFの熱収支を表わすモデル式(上述の式(2)〜(2B)参照)を用いてヒューズ温度Tfnを算出する。このモデル式は、セル電流Icに起因するヒューズFの発熱量(=β・Rf・Ic2)と、ヒューズ温度Tfとセル温度Tcとの差に起因するヒューズFの放熱量(=α・(Tf−Tc))と、ヒューズFの発熱および放熱によるヒューズ温度Tfの変化量ΔTfとの関係を規定した1次遅れ式である。そのため、たとえば電流Iが大きくヒューズ温度Tfとセル温度Tcとが乖離したとしても、ヒューズ温度Tfnを精度よく算出することができる。
As described above,
そして、モデル式を用いて精度よく算出されたヒューズ温度Tfnに対応するヒューズ抵抗Rfnが図3に示す相関関係を参照して算出され、ヒューズ電圧Vfをヒューズ抵抗Rfnで除算した値がセル電流Icとして算出される。そのため、セル電流Icを精度よく把握することができる。このセル電流Icを用いることで、電流Iを過度に制限することなく、電気負荷との電力のやり取りを適切に行なうことができる。 The fuse resistor Rf n corresponding to the fuse temperature Tf n calculated accurately using a model formula is calculated with reference to the correlation shown in FIG. 3, the value obtained by dividing the fuse voltage Vf in fuse resistor Rf n It is calculated as the cell current Ic. Therefore, the cell current Ic can be accurately grasped. By using the cell current Ic, it is possible to appropriately exchange power with the electric load without excessively limiting the current I.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present disclosure is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 電池システム、12 電圧センサ、14 温度センサ、20 電流センサ、100 ECU、B 電池セル、F ヒューズ、U1,U2 バスバー。 1 battery system, 12 voltage sensor, 14 temperature sensor, 20 current sensor, 100 ECU, B battery cell, F fuse, U1, U2 bus bar.
Claims (1)
前記複数のセルの少なくとも1つに直列に接続されるヒューズと、
前記ヒューズの電圧を検出する電圧センサと、
前記ヒューズに直列に接続されるセルの温度を検出する温度センサと、
前記ヒューズに直列に接続されるセルの電流を算出する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記ヒューズの電圧と前記セルの温度と前記ヒューズの熱収支を表わすモデル式とを用いて前記ヒューズの温度を算出し、
前記ヒューズの温度に対応する前記ヒューズの抵抗を算出し、
前記ヒューズの電圧を前記ヒューズの抵抗で除算した値を前記セルの電流として算出し、
前記モデル式は、前記セルの電流に起因する前記ヒューズの発熱量と、前記ヒューズの温度と前記セルの温度との差に起因する前記ヒューズの放熱量と、前記ヒューズの温度の変化量との関係を規定した式である、電池システム。 Multiple cells connected in parallel;
A fuse connected in series to at least one of the plurality of cells;
A voltage sensor for detecting a voltage of the fuse;
A temperature sensor for detecting a temperature of a cell connected in series to the fuse;
A control device for calculating a current of a cell connected in series to the fuse,
The controller is
Calculating the temperature of the fuse using a voltage of the fuse, a temperature of the cell, and a model formula representing a heat balance of the fuse,
Calculating the resistance of the fuse corresponding to the temperature of the fuse;
A value obtained by dividing the voltage of the fuse by the resistance of the fuse is calculated as the current of the cell,
The model formula is a heat generation amount of the fuse caused by the current of the cell, a heat release amount of the fuse caused by a difference between the temperature of the fuse and the temperature of the cell, and a change amount of the temperature of the fuse. A battery system that is an expression that defines the relationship.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN111308913A (en) * | 2020-03-18 | 2020-06-19 | 国网湖南省电力有限公司 | Semi-physical simulation modeling method for high-capacity battery energy storage power station |
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