JP2022134657A - 電池制御装置および電池システム - Google Patents
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Abstract
【課題】電圧検出線の断線故障と、放電スイッチの短絡故障のいずれが発生しているのかを判断でき、故障原因の切り分けが可能となる電池制御装置を得ること。【解決手段】電池制御装置100であって、電圧調整用スイッチ素子411をオンオフして第1コンデンサの両端電圧V1aを測定し、診断対象電路320のA1電流を測定し、電圧調整用スイッチ素子をオンオフして、第2コンデンサの両端電圧V2bを測定する。そして、両端電圧V1aとV2bとA1電流を用いて電圧検出線の断線と電圧調整用スイッチ素子412の短絡を検出する。【選択図】図1
Description
本発明は、例えば組電池の電池制御装置および電池システムに関する。
例えば、ハイブリッド自動車(HEV)や電気自動車(EV)などでは、所望の高電圧を確保するため、二次電池の単電池を複数直列または並列に接続して構成される組電池が用いられている。このような組電池においては、各単電池の容量計算や保護管理のため、単電池の状態を監視し、充放電を制御する集積回路(Integrated circuit、以下、IC)を用いて各単電池の電圧を調整している(以下、当該機能をバランシングと称する)。上記の単電池の監視方法では、電圧検出線の断線や、電圧調整用スイッチ素子の短絡が発生すると、単電池の電圧を正確に測定できず、正しく管理することができない。
そこで、従来から組電池と集積回路(Integrated circuit、以下、IC)と間に設けられた電圧検出線の断線を検出することを目的とした技術が提案されている。例えば解決手段として、特開2012-172992号公報(特許文献1)や特開2011-7554号公報(特許文献2)、特開2012-255788号公報(特許文献3)の検知方法が知られている。この方法では、単電池の正極と負極にそれぞれ接続された電圧検出線の間に抵抗を介して所定時間だけ放電させ、電圧検出線間の電圧を閾値と比較することにより電圧検出線の断線を判断している。
上記した従来技術では、電圧検出線の断線故障時と、電圧調整用スイッチ素子の短絡故障時において、電圧検出線間の電圧挙動が近しいことから、短絡故障を断線故障であると誤判断する可能性がある。短絡故障を断線故障であると誤判断した場合、組電池は放電が可能な状態にもかかわらず、充放電を停止してしまう。したがって、例えば緊急避難として車両を動かすことができなくなってしまう。
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、組電池と集積回路との間に設けられた電圧検出線の断線と電圧調整用スイッチ素子の短絡とを検出可能な電池制御装置を得ることである。
上記課題を解決する本発明の電池制御装置は、
互いに直列接続された複数の単電池を制御する電池制御装置であって、
前記複数の単電池の各々の両端電圧を測定する電圧測定部と、
前記複数の単電池の各々の両端と前記電圧測定部との間を接続する複数の電路と、
該複数の電路にそれぞれ設けられた複数の抵抗と、
前記抵抗を介して前記単電池の各々に並列に接続された複数のスイッチと、
前記抵抗を介して前記単電池および前記スイッチの各々に並列に接続された複数のコンデンサと、
前記複数の電路のうちの少なくとも一つの診断対象電路の電流を測定する電流測定部と、
前記複数のスイッチのオンオフ制御を行うスイッチ制御部と、
前記スイッチ制御部のオンオフ制御から所定時間後における前記コンデンサの両端電圧に基づいて前記スイッチの短絡を検出する短絡検出部と、
前記スイッチ制御部のオンオフ制御から所定時間後における前記診断対象電路の電流と、前記診断対象電路を間に挟んで互いに隣り合う単電池にそれぞれ並列に接続された各々のコンデンサの両端電圧と、に基づいて前記診断対象電路の断線を検出する断線検出部と、を備えることを特徴とする。
互いに直列接続された複数の単電池を制御する電池制御装置であって、
前記複数の単電池の各々の両端電圧を測定する電圧測定部と、
前記複数の単電池の各々の両端と前記電圧測定部との間を接続する複数の電路と、
該複数の電路にそれぞれ設けられた複数の抵抗と、
前記抵抗を介して前記単電池の各々に並列に接続された複数のスイッチと、
前記抵抗を介して前記単電池および前記スイッチの各々に並列に接続された複数のコンデンサと、
前記複数の電路のうちの少なくとも一つの診断対象電路の電流を測定する電流測定部と、
前記複数のスイッチのオンオフ制御を行うスイッチ制御部と、
前記スイッチ制御部のオンオフ制御から所定時間後における前記コンデンサの両端電圧に基づいて前記スイッチの短絡を検出する短絡検出部と、
前記スイッチ制御部のオンオフ制御から所定時間後における前記診断対象電路の電流と、前記診断対象電路を間に挟んで互いに隣り合う単電池にそれぞれ並列に接続された各々のコンデンサの両端電圧と、に基づいて前記診断対象電路の断線を検出する断線検出部と、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、電圧検出線の断線故障と、放電スイッチの短絡故障のいずれが発生しているのかを判断でき、故障原因の切り分けが可能となる。したがって、車両が停止する状況が発生することを抑制できる。
本発明に関連する更なる特徴は、本明細書の記述、添付図面から明らかになるものである。また、上記した以外の、課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
<実施例1>
図1は、本発明の一実施形態に係る組電池の電池制御装置100の構成を示す図である。
組電池の電池制御装置100は、接続ハーネス300を介して組電池200と接続されている。この組電池200と電池制御装置100によって電池システムが構成されている。この電池システムは、例えばハイブリッド車両や電気自動車などの車両に搭載されている。
図1は、本発明の一実施形態に係る組電池の電池制御装置100の構成を示す図である。
組電池の電池制御装置100は、接続ハーネス300を介して組電池200と接続されている。この組電池200と電池制御装置100によって電池システムが構成されている。この電池システムは、例えばハイブリッド車両や電気自動車などの車両に搭載されている。
組電池200は、複数の単電池210~230を有している。単電池210~230は、不図示の負荷に対して電力を供給することで放電される。また、単電池210~230は、不図示の充電装置等から供給される電力を用いて、充電することができる。組電池200は、例えば車両走行用モータに電力を供給する動力源として用いられる。
接続ハーネス300は、電路である電圧検出線310~340を有している。
電池制御装置100は、電圧検出線の断線診断、電圧調整用スイッチ素子の短絡診断、およびバランシングを行う。電池制御装置100は、測定用フィルタ回路110、調整回路120、電流監視回路130、IC400、およびマイコン500を有する。IC400は、放電回路410、電圧測定回路420、差動増幅器430、AD変換器440、および通信回路450を有する。
測定用フィルタ回路110、調整回路120、電流監視回路130は、それぞれ電圧検出線310~340に接続されている。測定用フィルタ回路110は、測定用フィルタ抵抗である抵抗111~114と、測定用フィルタコンデンサであるコンデンサ115~118を有している。調整回路120は、調整用抵抗である抵抗121~124と、調整用コンデンサであるコンデンサ125~127を有している。電流監視回路130は、電圧検出線310~340の電流を測定する電流計測ICである電流測定部131~133を有している。電流測定部131~133は、電圧調整用スイッチ素子に直列に設けられた電流計素子によって、バランシング制御の前後の電流を検出することができる。
電圧検出線310~340は、一方が単電池210~230の正極と負極に接続され、他方は測定用フィルタ回路110を介して電圧測定回路420に接続される。電圧検出線310~340は、複数の単電池210~230の各々の両端と電圧測定回路420の電圧測定部との間を接続する複数の電路を構成する。電圧測定回路420において測定された各単電池の電圧は、差動増幅器430により適切な電圧レベルに増幅され、AD変換器440でデジタル変換し、通信回路450によりマイコン500に送信される。
放電回路410は、各単電池を個々に放電させることが可能な回路であり、3つの電圧調整用スイッチ素子411、412、413を有する。電圧調整用スイッチ素子411~413は、マイコン500により制御される。電圧測定回路420は、複数の単電池の各々の両端電圧を測定する電圧測定部を有する。
電圧調整用スイッチ素子411~413は、各単電池の正極と負極の間に設置され、抵抗121~124を介して単電池210から230の各々に並列に接続される。例えば、電圧測定回路420によって所定の時間、電圧調整用スイッチ素子412がオンすると、単電池220の正極と負極が、調整回路120を介して短絡し、単電池220が放電される。この時、隣接する電圧調整用スイッチ素子、例えば電圧調整用スイッチ素子411と413が同時にオンすることは無い。尚、本実施例では、組電池200は、図1で示すように、複数の単電池を直列接続とした構成を例に説明したが、組電池の構成は、単電池を並列接続したものをさらに直列接続にするなど、多くの構成が考えられ、図1に示す構成に限定されるものではない。
マイコン500は、CPUやメモリなどのハードウエアと、メモリに記憶されたソフトウエアプログラムを備えており、ソフトウエアプログラムが実行されることによって内部機能として、電圧調整用スイッチ素子411~413のオンオフ制御を行うスイッチ制御部と、複数の単電池210~230の両端電圧を均等化するバランシング制御部と、電路の断線を検出する断線検出部と、電圧調整用スイッチ素子の短絡を検出する短絡検出部が実現される。
バランシング制御部は、複数の単電池210~230の電圧差に基づいて電圧調整用スイッチ素子411~413をオンオフ制御し、必要に応じて単電池ごとに放電を行うことにより複数の単電池210~230の両端電圧を均等化するバランシング制御を行う。断線検出部は、スイッチ制御部のオンオフ制御から所定時間後における診断対象電路(電圧検出線)の電流と、診断対象電路を間に挟んで互いに隣り合う単電池にそれぞれ並列に接続された各々のコンデンサの両端電圧と、に基づいて診断対象電路の断線を検出する。短絡検出部は、スイッチ制御部のオンオフ制御から所定時間後におけるコンデンサの両端電圧に基づいてスイッチの短絡を検出する。
次に、電圧検出線が断線した場合、または電圧調整用スイッチ素子が短絡した場合の検出方法について述べる。図2は、電圧検出線が断線している場合の動作を示した図である。図3は、電圧調整用スイッチ素子が短絡している場合の動作を示した図である。図4は、断線及び短絡が発生していない場合の電圧の変化を示した図である。図5は、断線が発生している場合の電圧の変化を示した図である。図6は、電圧調整用スイッチ素子の短絡が発生している場合の電圧の変化を示した図である。
本実施例では、電圧測定回路420がV1電圧、V2電圧を測定し、電流測定部132が診断対象電路である電圧検出線320のA1電流を測定し、マイコン500において、電圧検出線320の断線を検出する方法、および診断対象のスイッチとして電圧調整用スイッチ素子412の短絡を検出する方法を例に説明する。ここで、V1電圧は、電圧検出線310と電圧検出線320の線間の電圧値であり、V2電圧は、電圧検出線320と電圧検出線330の線間の電圧値であり、A1電流は、電圧検出線320の電流を計測する電流測定部132が出力する電流値である。
まず、図4、図5、図6を用いて電圧検出線320が断線していない、かつ電圧調整用スイッチ素子412が短絡していない場合の電圧の変化について説明する。
電圧検出線320が断線していない、かつ電圧調整用スイッチ素子412が短絡していない場合、V1電圧とV2電圧は、図4の601、602に示されるように、それぞれ単電池210、220と同じ電圧値になる。図4の601、602は、正常時のV1電圧と、V2電圧を示す。
電圧検出線320が断線していない、かつ電圧調整用スイッチ素子412が短絡していない場合、V1電圧とV2電圧は、図4の601、602に示されるように、それぞれ単電池210、220と同じ電圧値になる。図4の601、602は、正常時のV1電圧と、V2電圧を示す。
電圧検出線320が断線している場合、V1電圧の低電位側とV2電圧の高電位側がそれぞれフローティングとなり、V1電圧とV2電圧は、図5の603、604に示されるように部品の特性ばらつきやICの消費電流ばらつきの影響を受け、定まらない。図5の603、604は、電圧検出線断線時のV1電圧、V2電圧を示す。
電圧調整用スイッチ素子412が短絡している場合、V1電圧は、図6の605に示されるように、単電池210の電圧と同じ電圧になる。一方、V2電圧は、図6の606に示されるように、電圧調整用スイッチ素子412の内部抵抗が限りなく小さいため、0に近い値となる。図6の605、606は、電圧調整用スイッチ素子の短絡時のV1電圧、V2電圧を示す。
次に、電圧調整用スイッチ素子411をオンすると調整用コンデンサ125は、電圧調整用スイッチ素子411を介して放電される。電圧検出線320が断線していない、かつ電圧調整用スイッチ素子が短絡していない場合、V1電圧は、図4の607に示されるように変化し、V2電圧は、図4の608に示されるように変化する。図4の607、608は、電圧調整用スイッチ素子411のオン後の正常時電圧V1、V2を示す。奇数側の電池210のV1電圧は、放電した分だけ電圧が低下し、偶数側の電池211のV2電圧は、電圧が上昇する。
電圧検出線320が断線している場合、V1電圧は、図5の609に示されるように変化し、V2電圧は、図5の610に示されるように変化する。図5の609、610は、電圧調整用スイッチ素子411のオン後の電圧検出線断線時のV1電圧、V2電圧を示す。
電圧調整用スイッチ素子412が短絡している場合、V1電圧は、図6の611に示されるように変化し、V2電圧は、図6の612に示されるように、電圧調整用スイッチ素子412の内部抵抗が限りなく小さいため、0に近い値となる。図6の611、612は、電圧調整用スイッチ素子411のオン後の電圧調整用スイッチ素子短絡時のV1電圧、V2電圧を示す。
次に、電圧検出線320が断線していない、かつ電圧調整用スイッチ素子が短絡していない場合、調整用コンデンサ125の放電後、電圧調整用スイッチ素子411をオフすると、充電経路があるため、単電池210の電圧に戻る。V1電圧は、図4の613に示されるように変化し、V2電圧は、614に示されるように変化する。図4の613、614は、電圧調整用スイッチ素子411のオフ後の正常時V1電圧、V2電圧を示す。V1電圧は、異常判定閾値よりも電圧値V1aの方が大きくなる。
電圧検出線320が断線している場合、調整用コンデンサ125の放電後、電圧調整用スイッチ素子411をオフすると、充電経路がないため、単電池210の電圧に戻らない。V1電圧は、図5の615に示されるように変化し、V2電圧は、616に示されるように変化する。V1電圧は、異常判定閾値よりも電圧値V1aの方が小さくなる。
電圧調整用スイッチ素子412が短絡している場合、調整用コンデンサ125の放電後、電圧調整用スイッチ素子411をオフすると、充電経路がないため、単電池210の電圧に戻らない。V1電圧は、図6の617に示されるように変化し、V2電圧は、618に示されるように、電圧調整用スイッチ素子412の内部抵抗が限りなく小さいため、0に近い値となる。図6の617、618は、電圧調整用スイッチ素子411のオフ後の電圧調整用スイッチ素子短絡時のV1電圧、V2電圧を示す。
次に、電圧調整用スイッチ素子412をオンすると、調整用コンデンサ126は、電圧調整用スイッチ素子412を介して放電される。電圧検出線320が断線していない、かつ電圧調整用スイッチ素子が短絡していない場合、V2電圧は、図4の620に示されるように変化し、V1電圧は、619に示されるように変化する。図4の620、619は、電圧調整用スイッチ素子412のオン後の正常時V2電圧、V1電圧を示す。奇数側の電池210のV1電圧は、電圧が上昇し、偶数側の電池211のV2電圧は、放電した分だけ電圧が低下する。
電圧検出線320が断線している場合、V2電圧は、図5の622に示されるように変化し、V1電圧は、621に示されるように変化する。図5の622、621は、電圧調整用スイッチ素子412のオン後の電圧検出線断線時のV2電圧、V1電圧を示す。V2電圧は、異常判定閾値よりも電圧値V2bの方が小さくなる。
電圧調整用スイッチ素子412が短絡している場合、V2電圧は、図6の624に示されるように、電圧調整用スイッチ素子412の内部抵抗が限りなく小さいため、0に近い値となる。V1電圧は、623に示されるように変化する。図6の624、623は、電圧調整用スイッチ素子412のオン後の電圧調整用スイッチ素子短絡時のV2電圧、V1電圧を示す。
次に、電圧検出線320が断線していない、かつ電圧調整用スイッチ素子が短絡していない場合、調整用コンデンサ126の放電後、電圧調整用スイッチ素子412をオフすると、充電経路があるため、単電池220の電圧に戻る。V2電圧は、図4の626に示されるように変化し、V1電圧は、625に示されるように変化する。図4の626、625は、電圧調整用スイッチ素子412のオン後の正常時V2電圧、V1電圧を示す。V2電圧は、異常判定閾値よりも電圧値V2bの方が大きくなる。
電圧検出線320が断線している場合、調整用コンデンサ126の放電後、電圧調整用スイッチ素子412をオフすると、充電経路がないため、単電池220の電圧に戻らない。V2電圧は、図5の628に示されるように変化し、V1電圧は、627に示されるように変化する。図5の628、627は、電圧調整用スイッチ素子412のオフ後の電圧検出線断線時のV2電圧、V1電圧を示す。V2電圧は、異常判定閾値よりも電圧値V2bの方が小さくなる。
電圧調整用スイッチ素子412が短絡している場合、調整用コンデンサ126を放電した後、電圧調整用スイッチ素子412をオフすると、充電経路がないため、単電池220の電圧に戻らない。V2電圧は、図6の630に示されるように、電圧調整用スイッチ素子412の内部抵抗が限りなく小さいため、0に近い値となる。V1電圧は、図6の629に示されるように変化する。図6の630、629は、電圧調整用スイッチ素子412オフ後の電圧調整用スイッチ素子短絡時のV2電圧、V1電圧を示す。
次に、図7、図8、図9を用いて電圧調整用スイッチ素子412がオフ、オンされたときの電流の変化について説明する。
電圧検出線320が断線していない、かつ電圧調整用スイッチ素子412が短絡していない場合のA1電流は、電圧調整用スイッチ素子412がオフされた時、図7の701に示されるように0に近い値となる。その後、電圧調整用スイッチ素子412がオンされた時、図7の702に示されるように、単電池220の電圧より、経路上の抵抗の合計値を除算した値となる。再び電圧調整用スイッチ素子412がオフされた時、図7の703に示されるように0に近い値となる。図7の701は、電圧調整用スイッチ素子412のオフ後のA1電流、図7の702は、電圧調整用スイッチ素子412のオン後のA1電流、図7の703は、電圧調整用スイッチ素子412のオフ後のA1電流の変化を示す。
電圧検出線320が断線している場合のA1電流は、図8の704、705、706に示されるように、電圧調整用スイッチ素子のオフ、オンに影響を受けず常に0に近い値となる。図8の704は、電圧調整用スイッチ素子412オフ後の電圧検出線断線時のA1電流、図8の705は、電圧調整用スイッチ素子412オン後の電圧検出線断線時のA1電流、図8の706は、電圧調整用スイッチ素子412オフ後の電圧検出線断線時のA1電流を示す。
電圧調整用スイッチ素子412が短絡している場合のA1電流は、図9の707、708、709に示されるように、電圧調整用スイッチ素子のオフ、オンに影響を受けず常に単電池220の電圧より、経路上の抵抗の合計値を除算した値となる。図9の707は、電圧調整用スイッチ素子412のオフ後の電圧調整用スイッチ素子412短絡時のA1電流、図9の708は、電圧調整用スイッチ素子412のオン後の電圧調整用スイッチ素子短絡時のA1電流、図9の709は、電圧調整用スイッチ素子412オフ後の電圧調整用スイッチ素子短絡時のA1電流である。
前記に示す正常状態と、電圧検出線が断線している状態もしくは電圧調整用スイッチ素子が短絡している状態とでは、電圧調整用スイッチ素子412がオフされている状態のA1電流の電流値に違いが見受けられる。この違いを利用して故障原因の切り分けが可能となる。すなわち、電圧調整用スイッチ素子412がオフされている状態のA1電流が異常判定閾値を上回った場合に、前記の断線、もしくは短絡が発生している状態の電圧と合わせて判定することで、短絡と判断できる。以下、図10、図11、図12を用いて、電圧検出線の断線及び電圧調整用スイッチ素子の短絡のいずれに起因する異常であるかを判定する方法について説明する。
図10に電圧調整用スイッチ素子の短絡を診断するフローチャートを示す。
ステップ801から804は、前記に示すV2電圧の取得をフローチャート上へ表現したものである。
ステップ801から804は、前記に示すV2電圧の取得をフローチャート上へ表現したものである。
ステップ804から続くステップ805では、ステップ804で取得したV2電圧を短絡異常判定閾値と比較し、短絡異常判定閾値未満であればステップ806へ進み、電圧調整用スイッチ素子412の短絡と判定する。一方、V2電圧が短絡異常判定閾値以上であればステップ807へ進み、正常(電圧調整用スイッチ素子は短絡していない)と判定する。
ここでは、電圧測定回路420の電圧測定部により測定されたコンデンサ126(第2コンデンサ)の両端電圧V2bと予め設定されている短絡異常判定閾値(図10のステップ805、および図4から図6を参照)とを比較して、コンデンサ126の両端電圧V2bの方が短絡異常判定閾値よりも低いときに(ステップ805でYES)、電圧調整用スイッチ素子412(第2スイッチ)に短絡が発生していると判断する処理が行われる(短絡検出部)。
図11に電圧検出線の断線を診断するフローチャートを示す。
ステップ901からステップ909は、前記に示すV1電圧、V2電流、A1電流の取得をフローチャート上へ表現したものである。
ステップ901からステップ909は、前記に示すV1電圧、V2電流、A1電流の取得をフローチャート上へ表現したものである。
ステップ909から続くステップ910では、ステップ904で取得したV1電圧を閾値(第1断線異常判定閾値)と比較し、断線異常判定閾値以下であればステップ911へ進み、断線異常判定閾値超過であればステップ915へ進み、正常と判定する。
ステップ911では、ステップ909で取得したV2電圧を閾値(第2断線異常判定閾値)と比較し、断線異常判定閾値以下であればステップ912へ進み、断線異常判定閾値超過であればステップ915へ進み、正常と判定する。
ステップ912では、図10で説明した電圧調整用スイッチ素子の短絡フローチャートの結果を用いて、短絡異常が検知されていなければステップ914へ進み、断線と判定する。短絡異常が検知されていればステップ913へ進む。
ステップ913では、ステップ906で取得したA1電流の電流値を短絡異常判定閾値と比較し、A1電流の電流値が短絡異常判定閾値未満であればステップ914へ進み、断線と判定する。A1電流の電流値が短絡異常判定閾値以上であればステップ915へ進み、正常(電圧検出線320は断線していない)と判定する。
上記の判定処理は、マイコン500により行われる。マイコン500は、電圧検出線(診断対象電路)320を間に挟んで互いに隣り合う単電池(第1単電池)210と単電池(第2単電池)220のうち、単電池210に並列に接続されている電圧調整用スイッチ素子(第1スイッチ)411をオンして単電池210に並列に接続されているコンデンサ(第1コンデンサ)125を放電した後に電圧調整用スイッチ素子411をオフする。そして、電圧調整用スイッチ素子411をオフしてから所定時間後のコンデンサ125の両端電圧である電圧値V1aを電圧測定回路420の電圧測定部により測定する。この所定時間は、コンデンサ125の容量値および抵抗121の抵抗値に基づいて設定される。
それから、電圧調整用スイッチ素子411と電圧調整用スイッチ素子(第2スイッチ)412がオフの状態で電流測定部132により診断対象電路320のA1電流を測定する。そして、スイッチ制御部は、単電池220に並列に接続されている電圧調整用スイッチ素子(第2スイッチ)412をオンして単電池220に並列に接続されているコンデンサ(第2コンデンサ)126を放電した後に電圧調整用スイッチ素子412をオフする。電圧測定回路420の電圧測定部は、電圧調整用スイッチ素子412をオフしてから所定時間後のコンデンサ126の両端電圧である電圧値V2bを測定する。この所定時間は、コンデンサ126の容量値および抵抗122の抵抗値に基づいて設定される。
そして、コンデンサ125の電圧値V1aとコンデンサ126の電圧値V2bの両方が予め設定されている断線異常判定閾値以下(ステップ910、911のいずれもYES)で、かつ、ステップ806において短絡が検出されていないときに(ステップ912でYES)、診断対象電路320が断線していると判断する(ステップ914)。
また、コンデンサ125の電圧値V1aとコンデンサ126の電圧値V2bの両方が予め設定されている断線異常判定閾値以下(ステップ910、911のいずれもYES)で、かつ、ステップ806において短絡が検出されているときは(ステップ912でNO)、診断対象電路320のA1電流が短絡異常判定閾値よりも小さいか否かを判断する(ステップ913)。そして、診断対象電路320のA1電流が短絡異常判定閾値よりも小さいときは(ステップ913でYES)、診断対象電路320が断線していると判断し(ステップ914)、A1電流が短絡異常判定閾値超過のときは(ステップ913でNO)、診断対象電路320が断線していないと判断する(ステップ915)。
図12に、図10と図11で説明した電圧調整用スイッチ素子の短絡診断、電圧検出線の断線診断と、従来機能であるバランシングの処理の流れを表すブロック図を示す。
診断を行うブロック群1001と、バランシングが実行されるブロック群1002は、互いを阻害しないようにそれぞれ異なるタイミングで実行されることを表している。ブロック群1001では、ステップ901~904が実行され、ブロック群1002に移行する。そして、ブロック群1002にて、複数の単電池210~240のバランシングが実施され、SOC演算が行われた後、ブロック群1001に移行する。ブロック群1001では、ステップ801~807と、ステップ905~915が平行して実行され、ブロック群1002に移行する。そして、ブロック群1002において再度、バランシングとSOC演算が行われる。
図5と図6に示すように、電圧検出線の断線故障時と、電圧調整用スイッチ素子の短絡故障時において、電圧検出線間の電圧挙動が近しいことから、断線故障と検知する可能性がある。本発明の実施例の図8と図9に示すように断線と短絡で電圧検出線上の電流の挙動が異なる点に着目し、電圧検出線上のA1電流を取得することで、断線と短絡の故障要因の判別が可能となる。
V1電圧、V2電圧、A1電流を測定するタイミングは、正常な場合において、放電が終わる時間を設定する。例えば、V1電圧を測定する場合、調整用コンデンサ426[F]×(調整用抵抗422[Ω]+調整用抵抗423[Ω])×5[sec]以上とする。
上記した本実施形態の電池システムは、車両に搭載されており、電池制御装置100は、電圧調整用スイッチ素子に短絡が発生していると判断したときは、組電池200から車両への電力供給を継続し、電圧検出線が断線していると判断したときは、組電池200から車両への電力供給を停止する制御を行う。
本実施形態の電池システムによれば、電圧検出線の断線と電圧調整用スイッチ素子の短絡とをそれぞれ判断することができる。したがって、例えば電圧検出線が断線しておらず、電圧調整用スイッチ素子が短絡している場合には、組電池からモータに電力供給を継続して行うことができ、車両を動かすことができる。
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、前記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。さらに、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
100・・・電池制御装置、110・・・測定用フィルタ回路、120・・・調整回路、121~124・・・抵抗、125~127・・・コンデンサ、130・・・電流監視回路、131~133・・・電流測定部、140・・・放電回路、400・・・IC、320・・・電圧検出線(診断対象電路)、410・・・放電回路、411~413・・・電圧調整用スイッチ素子、420・・・電圧測定回路(電圧測定部)
Claims (8)
- 互いに直列接続された複数の単電池を制御する電池制御装置であって、
前記複数の単電池の各々の両端電圧を測定する電圧測定部と、
前記複数の単電池の各々の両端と前記電圧測定部との間を接続する複数の電路と、
該複数の電路にそれぞれ設けられた複数の抵抗と、
前記抵抗を介して前記単電池の各々に並列に接続された複数のスイッチと、
前記抵抗を介して前記単電池および前記スイッチの各々に並列に接続された複数のコンデンサと、
前記複数の電路のうちの少なくとも一つの診断対象電路の電流を測定する電流測定部と、
前記複数のスイッチのオンオフ制御を行うスイッチ制御部と、
前記スイッチ制御部のオンオフ制御から所定時間後における前記コンデンサの両端電圧に基づいて前記スイッチの短絡を検出する短絡検出部と、
前記スイッチ制御部のオンオフ制御から所定時間後における前記診断対象電路の電流と、前記診断対象電路を間に挟んで互いに隣り合う単電池にそれぞれ並列に接続された各々のコンデンサの両端電圧と、に基づいて前記診断対象電路の断線を検出する断線検出部と、を備えることを特徴とする電池制御装置。 - 前記スイッチ制御部は、前記複数の単電池の前記診断対象電路を間に挟んで互いに隣り合う第1単電池と第2単電池のうち、第1単電池に並列に接続されている第1スイッチをオンして前記第1単電池に並列に接続されている第1コンデンサを放電した後に第1スイッチをオフし、
前記電圧測定部は、前記第1スイッチをオフしてから所定時間後の前記第1コンデンサの両端電圧を測定し、
前記電流測定部は、前記第1スイッチと前記第2単電池に並列に接続されている第2スイッチとがオフの状態で前記診断対象電路の電流を測定し、
前記スイッチ制御部は、前記第2スイッチをオンして前記第2単電池に並列に接続されている第2コンデンサを放電した後に前記第2スイッチをオフし、
前記電圧測定部は、前記第2スイッチをオフしてから所定時間後の前記第2コンデンサの両端電圧を測定し、
前記断線検出部は、前記第1コンデンサの両端電圧と前記第2コンデンサの両端電圧の両方が予め設定されている断線異常判定閾値以下で、かつ、前記短絡検出部により前記短絡が検出されていないときに前記診断対象電路が断線していると判断することを特徴とする請求項1に記載の電池制御装置。 - 前記断線検出部は、前記第1コンデンサの両端電圧が第1断線異常判定閾値以下で、かつ、前記第2コンデンサの両端電圧が第2断線異常判定閾値以下で、かつ、前記短絡検出部により前記短絡が検出されているときは、前記診断対象電路の電流が短絡異常判定閾値よりも小さいか否かを判断し、前記診断対象電路の電流が短絡異常判定閾値よりも小さいときは前記診断対象電路が断線していると判断することを特徴とする請求項2に記載の電池制御装置。
- 前記短絡検出部は、前記電圧測定部により測定された前記第2コンデンサの両端電圧と予め設定されている短絡異常判定閾値とを比較して、前記第2コンデンサの両端電圧の方が前記短絡異常判定閾値よりも低いときに前記第2スイッチに短絡が発生していると判断することを特徴とする請求項3に記載の電池制御装置。
- 前記電圧測定部により測定した前記複数の単電池の各々の両端電圧の差に基づいて前記複数のスイッチのオンオフ制御を行い、前記複数の単電池の両端電圧を均等化するバランシング制御を行うバランシング制御部を有し、
前記電流測定部は、前記スイッチに直列に設けられた電流計素子によって、前記バランシング制御の前後の電流を検出することを特徴とする請求項1に記載の電池制御装置。 - 前記所定時間は、前記コンデンサの容量値および抵抗の抵抗値に基づくことを特徴とする請求項1に記載の電池制御装置。
- 複数の電池が直列に接続された組電池と、該組電池の各電池の電圧を制御する電池制御装置とを有する電池システムであって、
前記電池制御装置は、
前記複数の単電池の各々の両端電圧を測定する電圧測定部と、
前記複数の単電池の各々の両端と前記電圧測定部との間を接続する複数の電路と、
該複数の電路にそれぞれ設けられた複数の抵抗と、
前記抵抗を介して前記単電池の各々に並列に接続された複数のスイッチと、
前記抵抗を介して前記単電池および前記スイッチの各々に並列に接続された複数のコンデンサと、
前記複数の電路のうちの少なくとも一つの診断対象電路の電流を測定する電流測定部と、
前記複数のスイッチのオンオフ制御を行うスイッチ制御部と、
を備え、
前記複数の単電池の前記診断対象電路を間に挟んで互いに隣り合う第1単電池と第2単電池のうち、第1単電池に並列に接続されている第1スイッチをオンして前記第1単電池に並列に接続されている第1コンデンサを放電した後に前記第1スイッチをオフし、
前記第1スイッチをオフしてから所定時間後の前記第1コンデンサの両端電圧を測定し、
前記第1スイッチと前記第2単電池に並列に接続されている第2スイッチとがオフの状態で前記診断対象電路の電流を測定し、
前記第2スイッチをオンして前記第2単電池に並列に接続されている第2コンデンサを放電した後に前記第2スイッチをオフし、
前記第2スイッチをオフしてから所定時間後の前記第2コンデンサの両端電圧を測定し、
前記電圧測定部により測定された前記第2コンデンサの両端電圧と予め設定されている短絡異常判定閾値とを比較して、前記第2コンデンサの両端電圧の方が前記短絡異常判定閾値よりも低いときに前記第2スイッチに短絡が発生していると判断し、
前記第1コンデンサの両端電圧と前記第2コンデンサの両端電圧の両方が予め設定されている断線異常判定閾値以下で、かつ、前記短絡が発生していないと判断されているときに前記診断対象電路が断線していると判断することを特徴とする記載の電池システム。 - 前記電池システムは、車両に搭載されており、
前記電池制御装置は、
前記スイッチに短絡が発生していると判断したときは、前記組電池から前記車両への電力供給を継続し、
前記電路が断線していると判断したときは、前記組電池から前記車両への電力供給を停止することを特徴とする請求項7に記載の電池システム。
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JP2021033944A JP2022134657A (ja) | 2021-03-03 | 2021-03-03 | 電池制御装置および電池システム |
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JP2021033944A JP2022134657A (ja) | 2021-03-03 | 2021-03-03 | 電池制御装置および電池システム |
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- 2021-03-03 JP JP2021033944A patent/JP2022134657A/ja active Pending
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