JP2020048349A - バッテリ監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリの過電圧に対する保護を従来よりも安価かつ小型で実現する。【解決手段】バッテリの等価直列抵抗Ｒｓ、バッテリ電流ＩＢＡＴＴ、バッテリ電圧ＶＰＮを用いてバッテリの電圧異常を検出するバッテリ監視装置であって、等価直列抵抗Ｒｓとバッテリ電流ＩＢＡＴＴから計算される電圧の前回値と今回値の差電圧ΔＶと、バッテリ電圧ＶＰＮの前回値と今回値の差電圧ΔＶ’とを計算し、差電圧ΔＶ、ΔＶ’とバッテリ電圧ＶＰＮの最大電圧検出誤差εとに関する下記条件式（１）を満足する場合に電圧異常が発生したと判断する。ΔＶ＋ε＜ΔＶ’ （１）【選択図】図１

Description

本発明は、バッテリ監視装置に関する。

下記特許文献１には、組電池の監視回路を保護する回路保護装置が開示されている。この回路保護装置は、組電池と監視回路との間に介装される回路であり、監視回路の各入力端と組電池を構成する複数の電池セルの各端子とを相互接続する複数の検出ラインの各々に挿入される複数のヒューズと、個々の電池セルに対応する一対の検出ライン間に各々設けられる複数のツェナーダイオードからなる。

特許第５５８５６１６号公報

ところで、上記回路保護装置は電池セル毎に設ける必要があるために、コストアップや実装面積の増大が避けられないという問題がある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、バッテリの過電圧に対する保護を従来よりも安価かつ小型で実現することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、バッテリ監視装置に係る第１の解決手段として、車載バッテリの等価直列抵抗Ｒ_ｓ、バッテリ電流Ｉ_ＢＡＴＴ、バッテリ電圧Ｖ_ＰＮを用いて前記車載バッテリの電圧異常を検出するバッテリ監視装置であって、前記等価直列抵抗Ｒ_ｓと前記バッテリ電流Ｉ_ＢＡＴＴから計算される電圧の前回値と今回値の差電圧ΔＶと、前記バッテリ電圧Ｖ_ＰＮの前回値と今回値の差電圧ΔＶ’とを計算し、前記差電圧ΔＶ、ΔＶ’と前記バッテリ電圧Ｖ_ＰＮの最大電圧検出誤差εとに関する下記条件式（１）を満足する場合に前記電圧異常が発生したと判断する、という手段を採用する。
ΔＶ＋ε＜ΔＶ’ （１）

本発明によれば、車載バッテリの等価直列抵抗Ｒ_ｓ、バッテリ電流Ｉ_ＢＡＴＴ及びバッテリ電圧Ｖ_ＰＮを用いた演算によってバッテリの過電圧を検知するので、当該過電圧に対する保護を従来よりも安価かつ小型で実現することが可能である。

本発明の一実施形態に係るバッテリ監視装置の機能構成を示す回路図（ａ）及び動作を示す特性図（ｂ）である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
本実施形態に係るバッテリ監視装置は、電気自動車やハイブリッド自動車等、バッテリ電力でモータを駆動して走行する車両に設けられるものであり、図１（ａ）に示す車両走行系を構成するバッテリＢを監視対象とする。

すなわち、この車両走行系は、図１（ａ）に示すように、バッテリＢ、コンタクタ１、２、電流センサ３、電圧検出部４、バッテリＥＣＵ５及び負荷６を備えている。このような構成要素のうち、電流センサ３、電圧検出部４及びバッテリＥＣＵ５は、本実施形態に係るバッテリ監視装置を構成している。

バッテリＢは、例えば１２個の電池セルｂ１〜ｂ１２が直列接続されたものであり組電池である。バッテリＢのプラス端子は最上位に位置する電池セルｂ１のプラス端子であり、またバッテリＢのマイナス端子は最下位に位置する電池セルｂ１２のマイナス端子である。このバッテリＢは、固有なパラメータである等価直列抵抗Ｒ_ｓ（内部抵抗）を有している。

コンタクタ１は、接続関係がＯＮ／ＯＦＦする一対の接点を備えており、一方の接点がバッテリＢのプラス端子に接続されると共に他方の接点が負荷６の第１入力端に接続されている。このコンタクタ１は、上記一対の接点のＯＮ／ＯＦＦ状態がバッテリＥＣＵ５によって制御されることにより、バッテリＢのプラス端子と負荷６の第１入力端との接続／非接続を切り替える。

コンタクタ２は、接続関係がＯＮ／ＯＦＦする一対の接点を備えており、一方の接点がバッテリＢのマイナス端子に接続されると共に他方の接点が負荷６の第２入力端に接続されている。このコンタクタ２は、上記一対の接点のＯＮ／ＯＦＦ状態がバッテリＥＣＵ５によって制御されることにより、バッテリＢのマイナス端子と負荷６の第２入力端と接続／非接続を切り替える。

電流センサ３は、バッテリＢから負荷６の供給されるバッテリ電流Ｉ_ＢＡＴＴを検出する検流計である。この電流センサ３は、バッテリ電流Ｉ_ＢＡＴＴの検出値をバッテリＥＣＵ９に出力する。電圧検出部４は、各電池セルｂ１〜ｂ１２の出力電圧（セル電圧）及び当該セル電圧の合計値であるバッテリ電圧Ｖ_ＰＮを順次検出し、この検出値を所定の順番でバッテリＥＣＵ５に順次出力する。

バッテリＥＣＵ５は、車両の運転手の操作指示（例えばイグニッションスイッチの「ＯＮ」）に基づいて、上述したコンタクタ１、２の動作を制御することにより、バッテリＢの出力（バッテリ電力）の負荷６への給電を制御する。

また、このバッテリＥＣＵ５は、電流センサ３から入力されるバッテリ電流Ｉ_ＢＡＴＴ及び電圧検出部４から入力されるバッテリ電圧Ｖ_ＰＮを所定のタイムインターバルで順次取り込んで内部メモリに時系列データとして記憶させると共に、バッテリＢの等価直列抵抗Ｒ_ＳをバッテリＢの特性を示すバッテリデータとして予め記憶している。このようなバッテリＥＣＵ５は、バッテリ電流Ｉ_ＢＡＴＴ及びバッテリ電圧Ｖ_ＰＮにの各取込時刻におけるサンプル値及び等価直列抵抗Ｒ_Ｓに基づいてバッテリＢの過電圧（電圧異常）を判定し、この検知結果に基づいてコンタクタ１、２を制御する。なお、この過電圧（電圧異常）の判定処理の詳細については、動作説明として後述する。

負荷６は、インバータと走行モータを備えており、コンタクタ１、２を介してバッテリＢから入力される直流電力（バッテリ電力）に基づいて走行動力を発生させる。すなわち、この負荷６は、バッテリ電力をインバータを用いて交流電力に変換し、この交流電力を走行モータに供給することにより走行動力を発生させる。

次に、本実施形態に係るバッテリ監視装置の動作、特にバッテリＢの過電圧（電圧異常）の検知動作について詳しく説明する。

本実施形態におけるバッテリＥＣＵ５は、電流センサ３及び電圧検出部４と協働することにより、以下のようにバッテリＢの過電圧（電圧異常）を検知する。例えば、バッテリＥＣＵ５は、等価直列抵抗Ｒ_ｓ及びバッテリ電流Ｉ_ＢＡＴＴから計算されるバッテリＢの推定電圧の前回値と今回値の差電圧ΔＶと、バッテリ電圧Ｖ_ＰＮの前回値と今回値の差電圧ΔＶ’とを計算し、これら２つの差電圧ΔＶ、ΔＶ’とバッテリ電圧Ｖ_ＰＮの最大電圧検出誤差εとに関する条件式（３）を満足する場合にバッテリＢの過電圧（電圧異常）が発生したと判定する。
ΔＶ＋ε＜ΔＶ’ （３）

また、バッテリＥＣＵ５は、このような過電圧（電圧異常）の検知手法に代えて、バッテリ電流Ｉ_ＢＡＴＴの最大変動幅ΔＩ_BATT（max）と等価直列抵抗Ｒ_ｓと最大電圧検出誤差εから下記式（４）によって差電圧ΔＶ_ｔｈを計算すると共にバッテリ電圧Ｖ_ＰＮの前回値と今回値の差電圧ΔＶ’とを計算し、これら２つの差電圧ΔＶ_ｔｈ、ΔＶ’に関する下記条件式（５）を満足する場合にバッテリＢの過電圧（電圧異常）が発生したと判定する。
ΔＶ_ｔｈ＝｜Ｒ_ｓ・ΔＩ_BATT（max）＋ε｜ （４）
ΔＶ_ｔｈ＜ΔＶ’ （５）

すなわち、バッテリＥＣＵ５は、図１（ｂ）の上段波形に示すように、差電圧ΔＶ’と最大電圧検出誤差εを加味した差電圧ΔＶとの大小関係に基づいてバッテリＢの正常と異常（過電圧）とを判断し、あるいは図１（ｂ）の下段波形に示すように、差電圧ΔＶ_ｔｈと差電圧ΔＶ’との大小関係に基づいてバッテリＢの正常と異常（過電圧）とを判断する。

そして、本実施形態におけるバッテリ監視装置は、このようにしてバッテリＢの過電圧（電圧異常）を検知すると、コンタクタ１、２を閉状態から開状態に設定することにより、バッテリ電力の負荷６への給電を中止させる。

このような本実施形態によれば、車載バッテリの等価直列抵抗Ｒ_ｓ、バッテリ電流Ｉ_ＢＡＴＴ及びバッテリ電圧Ｖ_ＰＮを用いた演算によってバッテリの過電圧を検知するので、当該過電圧に対する保護を従来よりも安価かつ小型で実現することが可能である。

Ｂ バッテリ
１ コンタクタ
２ コンタクタ
３ 電流センサ
４ 電圧検出部
５ バッテリＥＣＵ
６ 負荷

Claims (1)

1. バッテリの等価直列抵抗Ｒ_ｓ、バッテリ電流Ｉ_ＢＡＴＴ、バッテリ電圧Ｖ_ＰＮを用いて前記バッテリの電圧異常を検出するバッテリ監視装置であって、
   前記等価直列抵抗Ｒ_ｓと前記バッテリ電流Ｉ_ＢＡＴＴから計算される電圧の前回値と今回値の差電圧ΔＶと、前記バッテリ電圧Ｖ_ＰＮの前回値と今回値の差電圧ΔＶ’とを計算し、前記差電圧ΔＶ、ΔＶ’と前記バッテリ電圧Ｖ_ＰＮの最大電圧検出誤差εとに関する下記条件式（１）を満足する場合に前記電圧異常が発生したと判断することを特徴とするバッテリ監視装置。
   ΔＶ＋ε＜ΔＶ’ （１）

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