JP3823840B2 - Voltage detection device for battery pack - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、組電池の電圧検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
電気自動車の駆動用電池として、複数の単セルから構成される組電池が知られている。このような組電池の充放電電力を制御する装置が、たとえば、特開平9−312939号公報に開示されている。この電力制御装置によれば、組電池はセルコントローラによって各単セルの端子電圧が検出され、電圧センサによって組電池の端子電圧(総電圧)が検出される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電力制御装置では、総電圧を用いて充放電電力の制御値を演算し、単セルの端子電圧を用いて制御値が補正される。このため、電圧センサが故障して組電池の総電圧が検出されない場合に、正しい制御値が演算されなくなるおそれがある。
【0004】
本発明の目的は、組電池の端子電圧が検出されない場合でも、各単位電池(単セル)の電圧によって組電池の電圧を検出するようにした組電池の電圧検出装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
(1)請求項1に記載の発明は、複数の単位電池で構成される組電池の電圧検出装置に適用される。そして、単位電池ごとに設けられ、単位電池の電圧を検出する単位電圧検出回路と、単位電圧検出回路で検出された複数の単位電池電圧の総和を算出する総和電圧算出回路と、組電池の端子電圧を検出する総電圧検出回路と、総電圧検出回路の異常の有無を判定する診断回路と、(1)診断回路で異常無しが判定されているとき、端子電圧を組電池の検出電圧とし、(2)診断回路で異常有りが判定されているとき、総和電圧を組電池の検出電圧とする制御回路とを備えることにより、上述した目的を達成する。
(2)請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の組電池の電圧検出装置において、組電池の無負荷時における端子電圧と組電池の無負荷時における総和電圧との差を算出する差分算出回路をさらに備え、制御回路は、診断回路で異常有りが判定されているとき、総和電圧を差で補正することを特徴とする。
(3)請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の組電池の電圧検出装置において、単位電圧検出回路による検出結果と、総電圧検出回路による検出結果との時間的整合をとるタイミング制御回路をさらに備えることを特徴とする。
(4)請求項4に記載の発明は、請求項1〜3のいずれかに記載の組電池の電圧検出装置において、総電圧検出回路自体の温度を検出する温度検出回路をさらに備え、制御回路は、診断回路で異常無しが判定されているとき、温度検出回路で検出された温度に応じて端子電圧を補正することを特徴とする。
(5)請求項5に記載の発明は、複数の単位電池で構成される組電池の電圧検出装置に適用される。そして、単位電池ごとに設けられ、単位電池の電圧を検出する単位電圧検出回路と、単位電圧検出回路で検出された複数の単位電池電圧の総和を算出する総和電圧算出回路と、組電池の端子電圧を検出する総電圧検出回路と、組電池の無負荷時における端子電圧と組電池の無負荷時における総和電圧との差を算出する差分算出回路と、単位電圧検出回路による検出結果と、総電圧検出回路による検出結果との時間的整合をとるタイミング制御回路と、総電圧検出回路の異常の有無を判定する診断回路と、(1)診断回路で異常無しが判定されているとき、端子電圧を組電池の検出電圧とし、(2)診断回路で異常有りが判定されているとき、タイミング制御回路によって時間的整合された複数の単位電池電圧による総和電圧を、差で補正して組電池の検出電圧とする制御回路とを備えることにより、上述した目的を達成する。
(6)請求項6に記載の発明は、請求項5に記載の組電池の電圧検出装置において、診断回路は、端子電圧と総和電圧との差が第1の所定値を超えるとともに、単位電圧検出回路によって検出された複数の単位電池電圧の全てが複数の単位電池電圧の平均値に対して第2の所定値以内であるか否かに応じて、総電圧検出回路の異常有無を判定することを特徴する。
【0006】
【発明の効果】
本発明によれば、組電池の端子電圧を検出する回路に異常が生じても、各単位電池の電圧を用いて組電池の電圧を検出することができる。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の実施の形態では、組電池を電気自動車の電源として適用した例で説明する。図1は、本発明の一実施の形態による車両用組電池の全体構成図である。図1において、組電池は40個のセルC1〜C40が直列に接続されたものであり、セルC1〜C40は8個ずつまとめられて5つのモジュール電池M1〜M5を構成している。なお、組電池および各モジュール電池を構成するセルの数は本説明による数量に限定されるものではない。5つのモジュール電池M1〜M5には、それぞれセルコントローラC/C1、C/C2、…、C/C5が接続されている。5つのセルコントローラC/C1〜C/C5は、それぞれCPU、メモリおよびタイマーを有し、各モジュール電池ごとに当該モジュール電池Mnを構成する8個のセルを管理する。ここで、nは1〜5の整数である。組電池による電力は、車両を制御する車両システムに供給される。ここで、車両システムとは、組電池の電力が供給されて車両を駆動するためのインバータ、モータなどを含むとともに、バッテリコントローラB/Cから送信される組電池の総電圧Va'(load)または総和電圧Vb(load)によって容量計の容量表示や車両の走行制御を行う車両コントローラを含む。
【0008】
セルコントローラC/Cnは、後述する電圧検出回路を有し、セル電圧検出時に各モジュール電池Mn内の8個の単セルの電圧をそれぞれ個別に検出する。単セルの電圧検出タイミングはタイマーによって制御され、単セルの検出電圧は各セルコントローラC/Cn内のメモリに記憶される。セルコントローラC/Cnは、単セルの電圧検出値を用いてセルコントローラC/Cn内の電圧検出回路の故障診断を行う。具体的には、検出した8つの単セル電圧値の平均値Vaveを算出し、8つの単セル電圧値の少なくとも1つが平均値Vaveとの間にあらかじめ定められた電圧閾値以上の差を有する場合に、電圧検出回路に異常が発生して電圧検出値に異常データが生じたとみなす。このような故障診断は、単セルの電圧検出を行うたびに行われる。
【0009】
セルコントローラC/Cnはさらに、各モジュール電池Mnを構成する8個の単セルをそれぞれ容量調整するための信号を出力する。セルの容量調整については後述する。セルコントローラC/Cnには、各モジュール電池Mnからそれぞれ電力が供給される。各セルコントローラC/CnのCPUは通信インターフェイスを内蔵し、この通信インターフェイスを介してバッテリコントローラB/Cとの間でそれぞれ通信を行う。セルコントローラC/C1〜C/C5は、バッテリコントローラB/Cによって管理される。
【0010】
セルコントローラC/C1〜C/C5のCPUは、バッテリコントローラB/Cからオン信号が送信されることにより電源オンし、オフ信号が送信されることにより電源オフする。
【0011】
バッテリコントローラB/Cは、CPU204、メモリ205、およびタイマー206を有する。バッテリコントローラB/CのCPU204は通信インターフェイスを内蔵し、各セルコントローラC/Cnとの間で通信を行う。バッテリコントローラB/Cは、この通信によって各セルコントローラC/C1〜C/C5を制御する一方、各セルコントローラC/C1〜C/C5から電池情報と診断情報とを受信する。
【0012】
電池情報は、セル電圧検出時に各セルコントローラC/C1〜C/C5の電圧検出回路によって検出された各モジュール電池Mn内の単セルの電圧値である。バッテリーコントローラB/Cで受信された電池情報は、バッテリコントローラB/C内のメモリ205に記憶され、セルコントローラC/C1〜C/C5の制御に利用されたり、不図示の容量計の容量表示等に利用される。単セルの電圧値が所定の電圧範囲より高いと過充電であり、単セルの電圧値が所定の電圧範囲より低いと過放電である。このように、単セルの電圧値から充電状態がわかる。
【0013】
診断情報は、セルコントローラC/C1〜C/C5において電圧検出の結果に異常が検出された場合の異常データである。バッテリーコントローラB/Cで受信された診断情報は、バッテリコントローラB/C内のメモリ205に記憶され、バッテリコントローラB/Cにおける故障診断に利用される。
【0014】
バッテリコントローラB/Cは、5つのセルコントローラC/C1〜C/C5のそれぞれに対し、各モジュール電池Mnを構成する全ての単セルの電圧検出を指示したり、各単セルの容量調整を指示する信号を出力する。バッテリコントローラB/Cはさらに、不図示の容量計の容量表示を行うための電池容量や電池劣化状態の演算を行うとともに、演算された電池容量や電池劣化状態等の信号を、車両を管理する不図示のコントローラ等に出力する。また、バッテリコントローラB/Cは、セルコントローラC/C1〜C/C5のいずれかから異常データを受信すると、インジケータIDに異常発生を点灯表示させる。
【0015】
バッテリコントローラB/Cの電力は、補助電池Bから供給される。バッテリコントローラB/Cは、車両のイグニションスイッチ(不図示)に連動してオン/オフされる。
【0016】
電圧センサ201は、組電池の総電圧を検出し、検出信号をバッテリコントローラB/Cへ出力する。総電圧は、組電池を構成する5つのモジュール電池M1〜M5を直列にして検出される電圧である。総電圧の検出タイミングはバッテリコントローラB/Cのタイマー206によって制御され、検出された総電圧値はバッテリコントローラB/C内のメモリ205に記憶される。電流センサ202は、組電池に流れる電流を検出し、検出信号をバッテリコントローラB/Cへ出力する。検出された電流値はバッテリコントローラB/C内のメモリ205に記憶される。温度センサ203は、電圧センサ201の温度を検出し、検出信号をバッテリコントローラB/Cへ出力する。検出された温度の値はバッテリコントローラB/C内のメモリ205に記憶される。
【0017】
バッテリコントローラB/Cは、電圧センサ201によって検出された総電圧値、および電流センサ202によって検出された電流値を用いて所定の演算処理を行い、当該組電池の充放電電力を制御する。
【0018】
図2は、セルコントローラC/C1内の回路ブロック図である。ここではセルコントローラC/C1を例に上げて説明するが、他のセルコントローラC/C2〜C/C5もセルコントローラC/C1と同様である。図2において、モジュール電池M1とセルコントローラC/C1とが接続されている。モジュール電池M1は、8つのセルC1〜C8が直列に接続されて構成されている。セルコントローラC/C1は、CPUと、8つの差動増幅部D1〜D8と、8つの容量調整回路E1〜E8とを有する。容量調整回路E1〜E8には、それぞれ容量調整回路スイッチSWb1〜SWb8と、抵抗器R1〜R8とが設けられている。
【0019】
8つの差動増幅部D1〜D8は、セル電圧検出時に、それぞれ単セルC1〜C8の端子電圧Vc1〜Vc8を個別に検出し、検出電圧Vd1〜Vd8を出力する。CPUには不図示のA/D変換回路が内蔵されており、差動増幅部D1〜D8から出力される検出電圧Vd1〜Vd8をそれぞれデジタル値に変換する。CPUは、デジタル変換した電圧データに基づいて、セルC1〜C8の管理と電圧検出回路の故障診断とを行う。ここで、電圧検出回路は、差動増幅部D1〜D8によって構成される。CPUは、単セルC1〜C8の電池情報と差動増幅部D1〜D8の診断情報とをシリアル通信によりバッテリコントローラB/Cに送信する。送信端子がTx、受信端子がRxである。
【0020】
容量調整回路E1〜E8は単セルC1〜C8をそれぞれ放電させる。容量調整回路スイッチSWb1〜SWb8は、CPUから送られるオン信号によってオンされ、オフ信号によってオフされる。容量調整回路スイッチSWb1〜SWb8がオンされると、対応する抵抗器R1〜R8を介して単セルC1〜C8が放電される。CPUは、上述した電圧検出データから単セルの容量のばらつき(詳しくはC1〜C8の単セル電圧平均値より高い電圧を示す)を判断したセルに対し、このセルに対応する容量調整回路スイッチをオンして放電させる。
【0021】
バッテリコントローラB/Cは、以上説明したようにセルコントローラC/C1〜C/C5からシリアル通信で送信される情報に基づいて、各セルコントローラC/C1〜C/C5の制御を行う。車両の走行中や電池の充電中に行われる通常の制御では、電圧センサ201によって検出される総電圧に基づいて組電池の充放電制御を行い、セルコントローラC/C1〜C/C5から送信される電池情報に応じてセルコントローラC/C1〜C/C5に単セルの容量調整を指示する。セルコントローラC/C1〜C/C5からバッテリコントローラB/Cへ異常データが送られると、インジケータIDに警告表示等を行わせて運転者に異常を報知するとともに、フェイルセーフ動作(入出力制限等)を行う。
【0022】
本発明は、電圧センサ201に異常が生じた場合に、セルコントローラC/Cnで検出された単セルの電圧検出値を用いて総電圧を算出し、算出した総電圧値および電流センサ202によって検出された電流値を用いて当該組電池の充放電電力を制御することに特徴を有する。
【0023】
上記のバッテリコントローラB/Cで行われる処理について説明する。図3は、バッテリコントローラB/CのCPU204で実行される処理の流れを説明するフローチャートである。図3による処理は、車両のイグニションスイッチのオンに連動して起動する。図3のステップS11において、CPU204に補助電池Bより電力が供給され、CPU204が起動してステップS12へ進む。ステップS12において、CPU204は、初期診断処理を行ってステップS13へ進む。初期診断処理は、無負荷の状態で電池の診断を行う処理である。初期診断処理の詳細については後述する。
【0024】
ステップS13において、CPU204は通常診断処理を行う。通常診断処理は、車両の走行中などに行われる電池の診断処理である。通常診断処理の詳細については後述する。CPU204は、通常診断処理を終えると図3による処理を終了する。なお、図3による処理は、後述するサブルーチン処理中であってもイグニションスイッチがオフされると終了する。
【0025】
図4は、初期診断処理のサブルーチンを説明するフローチャートである。図4のステップS21において、CPU204は、異常判断フラグAの値を初期値0にセットしてステップS22へ進む。異常判断フラグAは、電圧センサ201の異常時に1、セルコントローラC/Cnの電圧検出回路の異常時に2、両者が正常の場合に0が、それぞれセットされるフラグである。
【0026】
ステップS22において、CPU204は、電圧センサ201によって検出された総電圧値VaをバッテリコントローラB/C内のメモリ205に記憶してステップS23へ進む。ステップS23において、CPU204は、5つのセルコントローラC/C1〜C/C5のそれぞれに対し、各モジュール電池Mnを構成する全ての単セルの電圧検出を指示する。これにより、セルコントローラC/C1〜C/C5によってそれぞれ単セルの電圧検出が行われる。CPU204は、セルコントローラC/C1〜C/C5から送信された合計40個の単セルの電圧検出値の総和を算出し、算出した総和電圧値VbをバッテリコントローラB/C内のメモリ205に記憶してステップS24へ進む。
【0027】
ステップS24において、CPU204は、総電圧値Vaと総和電圧値Vbとの差が所定値Y以下か否かを判定する。CPU204は、|Va−Vb|≦Yが成立する場合にステップS24を肯定判定してステップS25へ進み、|Va−Vb|≦Yが成立しない場合にステップS24を否定判定してステップS26へ進む。ステップS25へ進む場合は正常とみなす場合であり、ステップS26へ進む場合は異常とみなす場合である。
【0028】
ステップS25において、CPU204は、総電圧値Vaと総和電圧値Vbとの差の絶対値V=|Va−Vb|をバッテリコントローラB/C内のメモリ205に記憶して図4による処理を終了する。差Vの値は、電圧センサ201およびセルコントローラC/C1〜C/C5の電圧検出回路間の検出誤差に相当する。一方、ステップS26においてCPU204は、フェイルセーフ(F/S)処理を行って図4による処理を終了する。
【0029】
図5は、フェイルセーフ処理のサブルーチンの詳細を説明するフローチャートである。ステップS31において、CPU204は、セルコントローラC/C1〜C/C5の電圧検出回路に故障があるか否かを判定する。CPU204は、セルコントローラC/C1〜C/C5に診断情報の送信をそれぞれ要求し、セルコントローラC/C1〜C/C5から送信された診断情報をメモリ205に記憶する。CPU204は、メモリ205の診断情報の中に異常データが記憶されている場合にセルコントローラC/C1〜C/C5の電圧検出回路に故障が発生したとみなし、ステップS31を肯定判定してステップS34へ進む。一方、CPU204は、診断情報の中に異常データが記憶されていない場合にステップS31を否定判定してステップS32へ進む。
【0030】
ステップS32において、CPU204は、電圧センサ201に故障が発生したとみなしてステップS33へ進む。ステップS33において、CPU204は、異常判断フラグAの値を1にセットしてステップS35へ進む。ステップS34において、CPU204は、異常判断フラグAの値を2にセットしてステップS35へ進む。ステップS35において、CPU204は、インジケータIDに警告表示の点灯要求を出力して図5による処理を終了する。これにより、運転者に異常が報知される。
【0031】
図6は、通常診断処理のサブルーチンを説明するフローチャートである。図6のステップS41において、CPU204は、初期診断処理において正常が判定されているか否かを判定する。CPU204は、異常判断フラグA=0の場合にステップS41を肯定判定してステップS42へ進み、A≠0の場合にステップS41を否定判定してステップS48へ進む。
【0032】
ステップS42において、CPU204は、タイマー206に計時を開始させ、計時時間Tが所定時間Tnか否かを判定する。所定時間Tnは、通常診断における電池の診断(電圧チェック)間隔である。CPU204は、計時時間T=Tnが成立するとステップS42を肯定判定してステップS43へ進み、T=Tnが成立しない場合はステップS42を否定判定して計時を継続する。
【0033】
ステップS43において、CPU204は、電圧センサ201によって検出された総電圧値Va(load)をバッテリコントローラB/C内のメモリ205に記憶してステップS44へ進む。ステップS44において、CPU204は、温度センサ203によって検出された温度に応じて総電圧値Va(load)を補正し、温度補正後の総電圧値Va'(load)をメモリ205に記憶してステップS45へ進む。
【0034】
図7は、電圧センサ201の温度補正係数を表す図である。図7において、横軸は温度であり、縦軸は補正係数である。本実施の形態による電圧センサ201は、25℃を基準に表すと、25℃より高温側および25℃より低温側においてそれぞれ電圧検出値が小さくなる温度特性を有する。そこで、電圧センサ201による総電圧検出値Va(load)に対し、温度センサ203によって検出される温度値に対応する係数を乗じて25℃換算の総電圧値Va'(load)を算出する。なお、図7による温度補正係数は、あらかじめCPU204内の不図示のメモリに格納されている。
【0035】
ステップS45において、CPU204は、5つのセルコントローラC/C1〜C/C5のそれぞれに対し、各モジュール電池Mnを構成する全ての単セルの電圧検出を指示する。各セルコントローラC/Cnに対する指示は、上述した通信によって順番に行われる。これにより、セルコントローラC/C1〜C/C5は、それぞれ単セルの電圧検出を行う。CPU204は、セルコントローラC/C1〜C/C5から送信された合計40個の単セルの電圧検出値の総和を算出し、算出した総和電圧値Vb(load)をメモリ205に記憶してステップS46へ進む。
【0036】
ここで、電圧検出のタイミングについて説明する。図8は、5つのセルコントローラC/C1〜C/C5、および電圧センサ201によって電圧検出が行われるタイミングを説明する図である。各セルコントローラC/Cnは、所定時間Δtの間に検出した単セル電圧をセルコントローラC/C内のメモリにそれぞれ記憶するように構成されている。図8のタイミングt1の時点において、セルコントローラC/C1はバッテリコントローラB/C内のCPU204からの指令を受信し、単セル電圧を時間Δtの間検出して検出値をメモリに格納する。
【0037】
タイミングt2の時点において、セルコントローラC/C2はバッテリコントローラB/C内のCPU204からの指令を受信し、単セル電圧を時間Δtの間検出して検出値をメモリに格納する。以降同様に、タイミングt3、タイミングt4、タイミングt5の時点よりセルコントローラC/C3、セルコントローラC/C4、セルコントローラC/C5がそれぞれ単セル電圧を時間Δtの間検出して検出値をメモリに格納する。
【0038】
タイミングt6の時点において、CPU204は、電圧センサ201に指令を出力し、負荷時の総電圧を検出させる。CPU204がセルコントローラC/C1〜C/C5に単セルの電圧検出値を送信させるとき、各セルコントローラC/Cn内のメモリに格納されている電圧検出値のうち、タイミングt6の時点に対応する電圧検出値を送信するように、各セルコントローラC/CnのCPUに指示する。この結果、単セルの電圧検出のタイミングと総電圧の検出タイミングとが一致する。なお、電流センサ202に電流を検出させるタイミングも、上記タイミングt6に一致するように制御される。
【0039】
ステップS46において、CPU204は、温度補正後の総電圧値Va'(load)と総和電圧値Vb(load)との差が所定値Z以下か否かを判定する。CPU204は、|Va'(load)−Vb(load)|≦Zが成立する場合にステップS46を肯定判定してステップS42へ戻り、|Va'(load)−Vb(load)|≦Zが成立しない場合にステップS46を否定判定してステップS47へ進む。ステップS42へ戻る場合は正常とみなす場合であり、上述した単セルの電圧検出と総電圧の検出とが、所定時間Tnごとに繰り返される。この場合には、電圧センサ201によって検出され、温度補正された総電圧値Va'(load)と、電流センサ202によって検出された電流値とを用いて当該組電池の充放電電力が制御される。
【0040】
上述したステップS41を否定判定して進むステップS48において、CPU204は、異常判断フラグA=1か否かを判定する。CPU204は異常判断フラグA=1(電圧センサ201に故障が発生)の場合にステップS48を肯定判定してステップS48Aへ進み、A=2(セルコントローラC/C1〜C/C5の電圧検出回路に故障が発生)の場合にステップS48を否定判定して判定処理を繰り返す。A=2の場合は判定処理が繰り返されるが、故障した電圧検出回路で単セル電圧の検出を行わないようにするためである。この場合には、電圧センサ201によって総電圧値Va(load)を検出し、総電圧値Va(load)と電流センサ202によって検出された電流値とを用いて当該組電池の充放電電力が制御される。
【0041】
ステップS48Aにおいて、CPU204は、5つのセルコントローラC/C1〜C/C5のそれぞれに対し、各モジュール電池Mnを構成する全ての単セルの電圧検出を指示する。これにより、セルコントローラC/C1〜C/C5は、それぞれ単セルの電圧検出を行う。CPU204は、セルコントローラC/C1〜C/C5から送信された合計40個の単セルの電圧検出値の総和を算出し、算出した総和電圧値Vb(load)をメモリ205に記憶してステップS49へ進む。
【0042】
ステップS49において、CPU204は、Va(load)=Vb(load)+Vを算出してステップS48Aに戻る。ただし、Vは初期診断処理によってメモリ205に記憶されている無負荷時の総電圧値Vaと無負荷時の総和電圧値Vbとの差である。これにより、電圧センサ201に異常が生じた場合に、セルコントローラC/Cnで検出された単セルの電圧検出値を用いて総電圧値Va(load)を算出し、算出した総電圧値Va(load)と電流センサ202によって検出された電流値とを用いて当該組電池の充放電電力が制御される。
【0043】
上述したステップS46を否定判定して進むステップS47において、CPU204は、フェイルセーフ(F/S)処理を行ってステップS42へ戻る。図9は、フェイルセーフ処理のサブルーチンの詳細を説明するフローチャートである。ステップS51において、CPU204は、セルコントローラC/C1〜C/C5の電圧検出回路に故障があるか否かを判定する。CPU204は、セルコントローラC/C1〜C/C5に診断情報の送信を要求し、セルコントローラC/C1〜C/C5から送信された診断情報をメモリ205に記憶する。CPU204は、メモリ205の診断情報の中に異常データが記憶されている場合にセルコントローラC/C1〜C/C5の電圧検出回路に故障が発生したとみなし、ステップS51を肯定判定してステップS53へ進む。この場合には、電圧センサ201によって検出され、温度補償された総電圧値Va'(load)と、電流センサ202によって検出された電流値とを用いて当該組電池の充放電電力が制御される。
【0044】
一方、CPU204は、診断情報の中に異常データが記憶されていない場合に電圧センサ201に故障が発生したとみなし、ステップS51を否定判定してステップS52へ進む。ステップS52において、CPU204は、Va(load)=Vb(load)+Vを算出してステップS53へ進む。ただし、Vは初期診断処理によってメモリ205に記憶されている無負荷時の総電圧値Vaと無負荷時の総和電圧値Vbとの差である。これにより、電圧センサ201に異常が生じた場合に、セルコントローラC/Cnで検出された単セルの電圧検出値を用いて総電圧値Va(load)を算出し、算出した総電圧値Va(load)と電流センサ202によって検出された電流値とを用いて当該組電池の充放電電力が制御される。
【0045】
ステップS53において、CPU204は、インジケータIDに警告表示の点灯要求を出力して図9による処理を終了する。この結果、運転者に異常が報知される。
【0046】
以上説明した実施の形態についてまとめる。
(1)バッテリコントローラB/Cは、無負荷状態で組電池の初期診断処理を行い、組電池の端子電圧、すなわち、総電圧値Vaとモジュール電池M1〜M5を構成する40個の単セル電圧の総和電圧値Vbとを求め、両者の差V=|Va−Vb|を算出してメモリ205に記憶するようにした。この結果、総電圧Vaを検出する電圧センサ201と各セルコントローラC/Cnの電圧検出回路との間の検出誤差を知ることができる。
(2)上記検出誤差Vが所定値Yを超える場合は異常とみなしてフェイルセーフ処理(図5)を行うようにしたので、異常発生を運転者に報知することができる。
(3)各セルコントローラC/Cnにおける8つの単セル電圧検出時に、検出した8つの単セル電圧値の平均値Vaveを算出し、8つの単セル電圧値の少なくとも1つが平均値Vaveとの間にあらかじめ定められた電圧閾値以上の差を有する場合にセルコントローラC/Cn側の電圧検出回路の異常とみなすようにした。この結果、上記検出誤差Vが所定値Yを超える場合に、電圧センサ201側の異常か、セルコントローラC/Cn側の異常かの切り分けを行うことができる。故障原因が切分けられると、故障発生時に故障原因に応じた処置を行うことが可能になる。
(4)バッテリコントローラB/Cは、車両走行時など通常時に組電池の通常診断処理を行い、組電池の端子電圧、すなわち、総電圧値Va(load)とモジュール電池M1〜M5を構成する40個の単セル電圧の総和電圧値Vb(load)とを求める。電圧センサ201の温度を温度センサ203によって検出し、温度補正後の総電圧値Va'(load)を算出して|Va'(load)−Vb(load)| が所定値Z以下か否かを判定するようにした。電圧センサ201の温度特性を補償することによって総電圧値を補正できるので、総電圧の検出精度を高めることができる。
(5)バッテリコントローラB/Cは、以下のように組電池の充放電電力を制御する。
▲1▼|Va'(load)−Vb(load)| が所定値Z以下の場合に、温度補正後の総電圧値Va'(load)と電流センサ202によって検出された電流値とを用いて当該組電池の充放電電力を制御する。
▲2▼|Va'(load)−Vb(load)| が所定値Zを超え、かつセルコントローラC/Cn側の電圧検出回路が異常(ステップS51を肯定判定)の場合に、温度補正後の総電圧値Va'(load)と電流センサ202によって検出された電流値とを用いて当該組電池の充放電電力を制御する。
▲3▼|Va'(load)−Vb(load)| が所定値Zを超え、かつ電圧センサ201の異常(ステップS51を否定判定)の場合に、セルコントローラC/Cnで検出された単セルの電圧検出値を用いて総電圧値Va(load)=Vb(load)+Vを算出し、算出した総電圧値Va(load)と電流センサ202によって検出された電流値とを用いて当該組電池の充放電電力を制御する。
▲4▼初期診断処理でセルコントローラC/Cn側の電圧検出回路の異常が判定(ステップS48を否定判定)された場合に、電圧センサ201による総電圧値Va(load)と電流センサ202によって検出された電流値とを用いて当該組電池の充放電電力を制御する。
▲5▼初期診断処理で電圧センサ201の異常が判定(ステップS48を肯定判定)された場合に、セルコントローラC/Cnで検出された単セルの電圧検出値を用いて総電圧値Va(load)=Vb(load)+Vを算出し、算出した総電圧値Va(load)と電流センサ202によって検出された電流値とを用いて当該組電池の充放電電力を制御する。
上記▲3▼および▲5▼のように、バッテリコントローラB/CのCPU204は、電圧センサ201に異常が発生した場合でも総和電圧Vb(load)を用いて当該組電池の充放電電力を制御することができる。このとき、総電圧Vaの算出において電圧センサ201と各セルコントローラC/Cnの電圧検出回路との間の検出誤差Vで補正するようにしたので、検出誤差Vで補正しない場合に比べて、充放電電力の制御値が電圧センサ201の異常発生の前後で大きく変化することがない。また、電圧センサ201の異常発生の前後で不図示の容量計の容量表示が大きく変化することがない。
(6)各セルコントローラC/Cnの電圧検出回路による単セルの電圧検出のタイミングと、電圧センサ201による総電圧の検出タイミングとを一致させるようにしたので、電圧センサ201と各セルコントローラC/Cnの電圧検出回路との間の検出誤差Vを抑えることができる。とくに、電流変動頻度が大きい車両では、電圧検出のタイミングによって検出される電圧値が異なる可能性が高い。電圧検出タイミングを一致させて検出誤差Vを抑えることで、上記(5)と同様に、充放電電力の制御値が電圧センサ201の異常発生の前後で大きく変化することがない。
【0047】
上述した説明では、各セルコントローラC/Cnが所定時間Δtの間に検出した単セル電圧をセルコントローラC/Cn内のメモリにそれぞれ記憶するように構成し、各セルコントローラC/Cn内のメモリに格納されている電圧検出値のうち、電圧センサ201による検出タイミングと一致するタイミングt6の時点に対応する電圧検出値をバッテリコントローラB/Cに送信することにより、電圧センサ201および各セルコントローラC/Cnの電圧検出回路間の時間的整合をとるようにした。この代わりに、各セルコントローラC/Cnそれぞれにタイミングt6で一斉に単セル電圧を検出させることにより、電圧センサ201および各セルコントローラC/Cnの電圧検出回路間の時間的整合をとるようにしてもよい。
【0048】
以上の説明では、電気自動車を例にあげて説明したが、エンジンとモータとを搭載したハイブリッド車両(HEV)など組電池を有するものであれば、本発明を適用することができる。
【0049】
特許請求の範囲における各構成要素と、発明の実施の形態における各構成要素との対応について説明する。単位電池は、たとえば、セルC1〜C40が対応する。単位電圧検出回路は、たとえば、差動増幅部D1〜D8によって構成される。総和電圧算出回路、診断回路、制御回路、差分算出回路は、たとえば、CPU204によって構成される。総電圧は、端子電圧が対応する。総電圧検出回路は、たとえば、電圧センサ201によって構成される。タイミング制御回路は、たとえば、CPU204、タイマー206、セルコントローラC/C1〜C/C5のCPU、メモリーおよびタイマーによって構成される。温度検出回路は、たとえば、温度センサ203によって構成される。第1の所定値は、たとえば、所定値Z(所定値Y)が対応する。第2の所定値は、あらかじめ定められた電圧閾値が対応する。なお、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、各構成要素は上記構成に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態による車両用組電池の全体構成図である。
【図2】セルコントローラ内の回路ブロック図である。
【図3】バッテリコントローラのCPUで実行される処理の流れを説明するフローチャートである。
【図4】初期診断処理のサブルーチンを説明するフローチャートである。
【図5】フェイルセーフ処理のサブルーチンを説明するフローチャートである。
【図6】通常診断処理のサブルーチンを説明するフローチャートである。
【図7】電圧センサの温度補正係数を表す図である。
【図8】セルコントローラおよび電圧センサによって電圧検出が行われるタイミングを説明する図である。
【図9】フェイルセーフ処理のサブルーチンを説明するフローチャートである。
【符号の説明】
201…電圧センサ、 202…電流センサ、
203…温度センサ、 204…CPU、
205…メモリ、 206…タイマー、
B/C…バッテリコントローラ、 C1〜C40…セル、
C/C1〜C/C5…セルコントローラ、
D1〜D8…差動増幅部、 E1〜E8…容量調整回路、
ID…インジケータ、 M1〜M5…モジュール電池、
SWb1〜SWb8…容量調整回路スイッチ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an assembled battery voltage detection device.
[0002]
[Prior art]
As a battery for driving an electric vehicle, an assembled battery composed of a plurality of single cells is known. An apparatus for controlling the charge / discharge power of such an assembled battery is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 9-312939. According to this power control apparatus, the assembled battery detects the terminal voltage of each single cell by the cell controller, and the terminal voltage (total voltage) of the assembled battery is detected by the voltage sensor.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional power control apparatus, the control value of charge / discharge power is calculated using the total voltage, and the control value is corrected using the terminal voltage of the single cell. For this reason, when a voltage sensor fails and the total voltage of an assembled battery is not detected, there exists a possibility that a correct control value may not be calculated.
[0004]
An object of the present invention is to provide an assembled battery voltage detection device that detects the voltage of an assembled battery by the voltage of each unit battery (single cell) even when the terminal voltage of the assembled battery is not detected.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
(1) The invention described in claim 1 is applied to a voltage detection device for an assembled battery including a plurality of unit batteries. A unit voltage detection circuit that is provided for each unit battery and detects the voltage of the unit battery; a total voltage calculation circuit that calculates a sum of a plurality of unit battery voltages detected by the unit voltage detection circuit; and a terminal of the assembled battery A total voltage detection circuit that detects the voltage, a diagnostic circuit that determines whether there is an abnormality in the total voltage detection circuit, and (1) when no abnormality is determined by the diagnostic circuit, the terminal voltage is the detection voltage of the assembled battery, (2) When the presence of abnormality is determined by the diagnostic circuit, the above-described object is achieved by including a control circuit that uses the total voltage as the detection voltage of the assembled battery.
(2) The invention according to claim 2 calculates the difference between the terminal voltage when the assembled battery is unloaded and the total voltage when the assembled battery is unloaded in the assembled battery voltage detecting device according to claim 1. The control circuit further includes a difference calculating circuit that corrects the sum voltage with the difference when the diagnostic circuit determines that there is an abnormality.
(3) The invention according to claim 3 is the assembled battery voltage detection device according to claim 1 or 2, wherein the detection result by the unit voltage detection circuit and the detection result by the total voltage detection circuit are temporally matched. And a timing control circuit.
(4) The invention according to claim 4 is the assembled battery voltage detection device according to any one of claims 1 to 3, further comprising a temperature detection circuit for detecting the temperature of the total voltage detection circuit itself, and a control circuit Is characterized by correcting the terminal voltage according to the temperature detected by the temperature detection circuit when it is determined that there is no abnormality in the diagnostic circuit.
(5) The invention according to claim 5 is applied to a voltage detection device for an assembled battery including a plurality of unit batteries. A unit voltage detection circuit that is provided for each unit battery and detects the voltage of the unit battery; a total voltage calculation circuit that calculates a sum of a plurality of unit battery voltages detected by the unit voltage detection circuit; and a terminal of the assembled battery A total voltage detection circuit for detecting voltage, a difference calculation circuit for calculating a difference between a terminal voltage when the assembled battery is not loaded and a total voltage when the assembled battery is not loaded, a detection result by the unit voltage detection circuit, and a total A timing control circuit that time-matches the detection result of the voltage detection circuit, a diagnosis circuit that determines whether the total voltage detection circuit is abnormal, and (1) the terminal voltage when the abnormality is determined by the diagnostic circuit. (2) When it is determined that there is an abnormality in the diagnostic circuit, the total voltage of multiple unit battery voltages time-aligned by the timing control circuit is corrected with the difference to By providing exit and a control circuit for the voltage to achieve the above object.
(6) According to the sixth aspect of the present invention, in the assembled battery voltage detection device according to the fifth aspect, the diagnostic circuit is configured such that the difference between the terminal voltage and the total voltage exceeds the first predetermined value and the unit voltage According to whether or not all of the plurality of unit battery voltages detected by the detection circuit are within a second predetermined value with respect to the average value of the plurality of unit battery voltages, Total voltage detection circuit It is characterized by determining the presence or absence of abnormality.
[0006]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, even if abnormality arises in the circuit which detects the terminal voltage of an assembled battery, the voltage of an assembled battery can be detected using the voltage of each unit battery.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following embodiments, an example in which an assembled battery is applied as a power source of an electric vehicle will be described. FIG. 1 is an overall configuration diagram of an assembled battery for a vehicle according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, the assembled battery includes 40 cells C1 to C40 connected in series, and eight cells C1 to C40 are grouped to constitute five module batteries M1 to M5. In addition, the number of cells constituting the assembled battery and each module battery is not limited to the quantity according to the present description. Cell controllers C / C1, C / C2,..., C / C5 are connected to the five module batteries M1 to M5, respectively. The five cell controllers C / C1 to C / C5 each have a CPU, a memory, and a timer, and manage eight cells constituting the module battery Mn for each module battery. Here, n is an integer of 1-5. The electric power from the assembled battery is supplied to a vehicle system that controls the vehicle. Here, the vehicle system includes an inverter, a motor, and the like for driving the vehicle by being supplied with the power of the assembled battery, and the total voltage Va ′ (load) of the assembled battery transmitted from the battery controller B / C or It includes a vehicle controller that performs capacity display of the capacity meter and vehicle running control by the total voltage Vb (load).
[0008]
The cell controller C / Cn has a voltage detection circuit which will be described later, and individually detects the voltages of the eight single cells in each module battery Mn when detecting the cell voltage. The single cell voltage detection timing is controlled by a timer, and the single cell detection voltage is stored in a memory in each cell controller C / Cn. The cell controller C / Cn performs failure diagnosis of the voltage detection circuit in the cell controller C / Cn using the voltage detection value of the single cell. Specifically, an average value Vave of eight detected single cell voltage values is calculated, and at least one of the eight single cell voltage values has a difference equal to or greater than a predetermined voltage threshold with respect to the average value Vave. In addition, it is considered that abnormality has occurred in the voltage detection circuit and abnormal data has occurred in the voltage detection value. Such failure diagnosis is performed every time the voltage of the single cell is detected.
[0009]
The cell controller C / Cn further outputs a signal for adjusting the capacity of each of the eight single cells constituting each module battery Mn. The cell capacity adjustment will be described later. The cell controller C / Cn is supplied with electric power from each module battery Mn. The CPU of each cell controller C / Cn has a built-in communication interface, and communicates with the battery controller B / C via this communication interface. Cell controllers C / C1 to C / C5 are managed by battery controller B / C.
[0010]
The CPUs of the cell controllers C / C1 to C / C5 are turned on when an on signal is transmitted from the battery controller B / C and are turned off when an off signal is transmitted.
[0011]
The battery controller B / C includes a CPU 204, a memory 205, and a timer 206. The CPU 204 of the battery controller B / C has a built-in communication interface, and communicates with each cell controller C / Cn. The battery controller B / C controls the cell controllers C / C1 to C / C5 through this communication, and receives battery information and diagnostic information from the cell controllers C / C1 to C / C5.
[0012]
The battery information is a voltage value of a single cell in each module battery Mn detected by the voltage detection circuit of each cell controller C / C1 to C / C5 when the cell voltage is detected. The battery information received by the battery controller B / C is stored in the memory 205 in the battery controller B / C and used for the control of the cell controllers C / C1 to C / C5, or the capacity display of a capacity meter (not shown). Used for etc. Overcharge occurs when the voltage value of the single cell is higher than a predetermined voltage range, and overdischarge occurs when the voltage value of the single cell is lower than the predetermined voltage range. Thus, the state of charge can be determined from the voltage value of the single cell.
[0013]
The diagnosis information is abnormality data when abnormality is detected in the voltage detection result in the cell controllers C / C1 to C / C5. The diagnostic information received by the battery controller B / C is stored in the memory 205 in the battery controller B / C and used for failure diagnosis in the battery controller B / C.
[0014]
The battery controller B / C instructs each of the five cell controllers C / C1 to C / C5 to detect the voltage of all the single cells constituting each module battery Mn and to adjust the capacity of each single cell. Output a signal. The battery controller B / C further calculates the battery capacity and battery deterioration state for displaying the capacity of a capacity meter (not shown), and manages the vehicle with signals such as the calculated battery capacity and battery deterioration state. Output to a controller (not shown). Further, when the battery controller B / C receives the abnormal data from any of the cell controllers C / C1 to C / C5, the battery controller B / C causes the indicator ID to be lit and displayed.
[0015]
The power of the battery controller B / C is supplied from the auxiliary battery B. Battery controller B / C is turned on / off in conjunction with an ignition switch (not shown) of the vehicle.
[0016]
The voltage sensor 201 detects the total voltage of the assembled battery and outputs a detection signal to the battery controller B / C. The total voltage is a voltage detected by connecting five module batteries M1 to M5 constituting the assembled battery in series. The detection timing of the total voltage is controlled by the timer 206 of the battery controller B / C, and the detected total voltage value is stored in the memory 205 in the battery controller B / C. The current sensor 202 detects a current flowing through the assembled battery and outputs a detection signal to the battery controller B / C. The detected current value is stored in the memory 205 in the battery controller B / C. The temperature sensor 203 detects the temperature of the voltage sensor 201 and outputs a detection signal to the battery controller B / C. The detected temperature value is stored in the memory 205 in the battery controller B / C.
[0017]
The battery controller B / C performs predetermined arithmetic processing using the total voltage value detected by the voltage sensor 201 and the current value detected by the current sensor 202, and controls the charge / discharge power of the assembled battery.
[0018]
FIG. 2 is a circuit block diagram in the cell controller C / C1. Here, the cell controller C / C1 will be described as an example, but the other cell controllers C / C2 to C / C5 are the same as the cell controller C / C1. In FIG. 2, the module battery M1 and the cell controller C / C1 are connected. The module battery M1 is configured by connecting eight cells C1 to C8 in series. The cell controller C / C1 has a CPU, eight differential amplifiers D1 to D8, and eight capacitance adjustment circuits E1 to E8. The capacitance adjustment circuits E1 to E8 are provided with capacitance adjustment circuit switches SWb1 to SWb8 and resistors R1 to R8, respectively.
[0019]
The eight differential amplifiers D1 to D8 individually detect the terminal voltages Vc1 to Vc8 of the single cells C1 to C8, respectively, and output the detection voltages Vd1 to Vd8 when the cell voltage is detected. The CPU incorporates an A / D conversion circuit (not shown), and converts the detection voltages Vd1 to Vd8 output from the differential amplifiers D1 to D8 into digital values, respectively. The CPU performs management of the cells C1 to C8 and failure diagnosis of the voltage detection circuit based on the digitally converted voltage data. Here, the voltage detection circuit includes differential amplifiers D1 to D8. The CPU transmits the battery information of the single cells C1 to C8 and the diagnostic information of the differential amplifiers D1 to D8 to the battery controller B / C by serial communication. The transmitting terminal is Tx and the receiving terminal is Rx.
[0020]
The capacity adjustment circuits E1 to E8 discharge the single cells C1 to C8, respectively. The capacity adjustment circuit switches SWb1 to SWb8 are turned on by an on signal sent from the CPU and turned off by an off signal. When the capacity adjustment circuit switches SWb1 to SWb8 are turned on, the single cells C1 to C8 are discharged through the corresponding resistors R1 to R8. The CPU determines the capacity adjustment circuit switch corresponding to this cell for the cell for which the variation in the capacity of the single cell is determined from the voltage detection data described above (specifically, it indicates a voltage higher than the single cell voltage average value of C1 to C8). Turn on to discharge.
[0021]
The battery controller B / C controls each of the cell controllers C / C1 to C / C5 based on the information transmitted by serial communication from the cell controllers C / C1 to C / C5 as described above. In normal control performed while the vehicle is running or charging the battery, charge / discharge control of the assembled battery is performed based on the total voltage detected by the voltage sensor 201 and transmitted from the cell controllers C / C1 to C / C5. The cell controller C / C1 to C / C5 is instructed to adjust the capacity of the single cell according to the battery information. When abnormal data is sent from the cell controllers C / C1 to C / C5 to the battery controller B / C, an alarm is displayed on the indicator ID to notify the driver of the abnormality and fail-safe operation (input / output restriction etc.) )I do.
[0022]
In the present invention, when an abnormality occurs in the voltage sensor 201, the total voltage is calculated using the voltage detection value of the single cell detected by the cell controller C / Cn, and is detected by the calculated total voltage value and the current sensor 202. It is characterized in that charge / discharge power of the assembled battery is controlled using the measured current value.
[0023]
Processing performed by the battery controller B / C will be described. FIG. 3 is a flowchart for explaining the flow of processing executed by the CPU 204 of the battery controller B / C. The process according to FIG. 3 is started in conjunction with turning on the ignition switch of the vehicle. In step S11 of FIG. 3, power is supplied to the CPU 204 from the auxiliary battery B, the CPU 204 is activated, and the process proceeds to step S12. In step S12, the CPU 204 performs an initial diagnosis process and proceeds to step S13. The initial diagnosis process is a process for diagnosing a battery in a no-load state. Details of the initial diagnosis process will be described later.
[0024]
In step S13, the CPU 204 performs a normal diagnosis process. The normal diagnosis process is a battery diagnosis process performed while the vehicle is running. Details of the normal diagnosis process will be described later. When the CPU 204 finishes the normal diagnosis process, it ends the process shown in FIG. Note that the processing in FIG. 3 ends when the ignition switch is turned off even during subroutine processing to be described later.
[0025]
FIG. 4 is a flowchart for explaining a subroutine of the initial diagnosis process. In step S21 of FIG. 4, the CPU 204 sets the value of the abnormality determination flag A to the initial value 0, and proceeds to step S22. The abnormality determination flag A is a flag that is set to 1 when the voltage sensor 201 is abnormal, 2 when the voltage detection circuit of the cell controller C / Cn is abnormal, and 0 when both are normal.
[0026]
In step S22, the CPU 204 stores the total voltage value Va detected by the voltage sensor 201 in the memory 205 in the battery controller B / C, and proceeds to step S23. In step S <b> 23, the CPU 204 instructs each of the five cell controllers C / C <b> 1 to C / C <b> 5 to detect voltages of all the single cells constituting each module battery Mn. Thereby, the voltage detection of each single cell is performed by the cell controllers C / C1 to C / C5. The CPU 204 calculates the sum of the voltage detection values of a total of 40 single cells transmitted from the cell controllers C / C1 to C / C5, and stores the calculated sum voltage value Vb in the memory 205 in the battery controller B / C. Then, the process proceeds to step S24.
[0027]
In step S24, the CPU 204 determines whether or not the difference between the total voltage value Va and the total voltage value Vb is equal to or less than a predetermined value Y. If | Va−Vb | ≦ Y is satisfied, the CPU 204 makes a positive determination in step S24 and proceeds to step S25. If | Va−Vb | ≦ Y does not hold, the CPU 204 makes a negative determination in step S24 and proceeds to step S26. . When the process proceeds to step S25, it is regarded as normal, and when the process proceeds to step S26, it is regarded as abnormal.
[0028]
In step S25, the CPU 204 stores the absolute value V = | Va−Vb | of the difference between the total voltage value Va and the total voltage value Vb in the memory 205 in the battery controller B / C, and ends the process of FIG. . The value of the difference V corresponds to a detection error between the voltage sensor 201 and the voltage detection circuits of the cell controllers C / C1 to C / C5. On the other hand, in step S26, the CPU 204 performs a fail safe (F / S) process and ends the process of FIG.
[0029]
FIG. 5 is a flowchart for explaining the details of a subroutine of fail-safe processing. In step S31, the CPU 204 determines whether or not there is a failure in the voltage detection circuits of the cell controllers C / C1 to C / C5. The CPU 204 requests the cell controllers C / C1 to C / C5 to transmit diagnostic information, and stores the diagnostic information transmitted from the cell controllers C / C1 to C / C5 in the memory 205. The CPU 204 considers that a failure has occurred in the voltage detection circuits of the cell controllers C / C1 to C / C5 when abnormal data is stored in the diagnostic information of the memory 205, and makes an affirmative decision in step S31. Proceed to On the other hand, if the abnormal data is not stored in the diagnosis information, the CPU 204 makes a negative determination in step S31 and proceeds to step S32.
[0030]
In step S32, the CPU 204 considers that a failure has occurred in the voltage sensor 201 and proceeds to step S33. In step S33, the CPU 204 sets the value of the abnormality determination flag A to 1 and proceeds to step S35. In step S34, the CPU 204 sets the value of the abnormality determination flag A to 2 and proceeds to step S35. In step S35, the CPU 204 outputs a warning display lighting request to the indicator ID, and ends the process of FIG. As a result, the driver is notified of the abnormality.
[0031]
FIG. 6 is a flowchart for explaining a subroutine of normal diagnosis processing. In step S41 of FIG. 6, the CPU 204 determines whether or not normality is determined in the initial diagnosis process. If the abnormality determination flag A = 0, the CPU 204 makes a positive determination in step S41 and proceeds to step S42. If A ≠ 0, the CPU 204 makes a negative determination in step S41 and proceeds to step S48.
[0032]
In step S42, the CPU 204 causes the timer 206 to start measuring time and determines whether or not the measured time T is a predetermined time Tn. The predetermined time Tn is a battery diagnosis (voltage check) interval in the normal diagnosis. When the time count T = Tn is established, the CPU 204 makes a positive determination in step S42 and proceeds to step S43. When T = Tn is not satisfied, the CPU 204 makes a negative determination in step S42 and continues the time measurement.
[0033]
In step S43, the CPU 204 stores the total voltage value Va (load) detected by the voltage sensor 201 in the memory 205 in the battery controller B / C, and proceeds to step S44. In step S44, the CPU 204 corrects the total voltage value Va (load) according to the temperature detected by the temperature sensor 203, and stores the total voltage value Va ′ (load) after the temperature correction in the memory 205, and then in step S45. Proceed to
[0034]
FIG. 7 is a diagram illustrating the temperature correction coefficient of the voltage sensor 201. In FIG. 7, the horizontal axis is the temperature, and the vertical axis is the correction coefficient. Voltage sensor 201 according to the present embodiment has a temperature characteristic in which the voltage detection value becomes smaller on the higher temperature side than 25 ° C. and on the lower temperature side than 25 ° C. when expressed on the basis of 25 ° C. Therefore, a total voltage value Va ′ (load) converted to 25 ° C. is calculated by multiplying the total voltage detection value Va (load) by the voltage sensor 201 by a coefficient corresponding to the temperature value detected by the temperature sensor 203. 7 is stored in advance in a memory (not shown) in the CPU 204.
[0035]
In step S <b> 45, the CPU 204 instructs each of the five cell controllers C / C <b> 1 to C / C <b> 5 to detect voltages of all the single cells constituting each module battery Mn. The instruction to each cell controller C / Cn is sequentially performed by the communication described above. Thereby, each of the cell controllers C / C1 to C / C5 performs voltage detection of a single cell. The CPU 204 calculates the sum of the voltage detection values of a total of 40 single cells transmitted from the cell controllers C / C1 to C / C5, stores the calculated sum voltage value Vb (load) in the memory 205, and performs step S46. Proceed to
[0036]
Here, the timing of voltage detection will be described. FIG. 8 is a diagram for explaining timing at which voltage detection is performed by the five cell controllers C / C1 to C / C5 and the voltage sensor 201. Each cell controller C / Cn is configured to store a single cell voltage detected during a predetermined time Δt in a memory in the cell controller C / C. At time t1 in FIG. 8, the cell controller C / C1 receives a command from the CPU 204 in the battery controller B / C, detects the single cell voltage for a time Δt, and stores the detected value in the memory.
[0037]
At time t2, the cell controller C / C2 receives a command from the CPU 204 in the battery controller B / C, detects the single cell voltage for a time Δt, and stores the detected value in the memory. Thereafter, similarly, the cell controller C / C3, the cell controller C / C4, and the cell controller C / C5 detect the single cell voltage for the time Δt from the time point of the timing t3, the timing t4, and the timing t5, respectively, and store the detected value in the memory. Store.
[0038]
At timing t6, the CPU 204 outputs a command to the voltage sensor 201 to detect the total voltage under load. When the CPU 204 causes the cell controllers C / C1 to C / C5 to transmit the single cell voltage detection value, the voltage detection value stored in the memory in each cell controller C / Cn corresponds to the timing t6. The CPU of each cell controller C / Cn is instructed to transmit the voltage detection value. As a result, the voltage detection timing of the single cell matches the detection timing of the total voltage. Note that the timing at which the current sensor 202 detects the current is also controlled to coincide with the timing t6.
[0039]
In step S46, the CPU 204 determines whether or not the difference between the temperature-corrected total voltage value Va ′ (load) and the total voltage value Vb (load) is equal to or smaller than a predetermined value Z. When | Va ′ (load) −Vb (load) | ≦ Z is established, the CPU 204 makes a positive determination in step S46 and returns to step S42, and | Va ′ (load) −Vb (load) | ≦ Z is established. If not, a negative determination is made in step S46, and the process proceeds to step S47. The case of returning to step S42 is a case of normality, and the above-described single cell voltage detection and total voltage detection are repeated every predetermined time Tn. In this case, the charge / discharge power of the battery pack is controlled using the total voltage value Va ′ (load) detected by the voltage sensor 201 and subjected to temperature correction, and the current value detected by the current sensor 202. .
[0040]
In step S48, which proceeds after making a negative determination in step S41 described above, the CPU 204 determines whether or not the abnormality determination flag A = 1. If the abnormality determination flag A = 1 (failure has occurred in the voltage sensor 201), the CPU 204 makes a positive determination in step S48 and proceeds to step S48A, where A = 2 (in the voltage detection circuit of the cell controllers C / C1 to C / C5). If a failure has occurred), the determination in step S48 is negative and the determination process is repeated. This is because the determination process is repeated when A = 2, but the detection of the single cell voltage is not performed by the failed voltage detection circuit. In this case, the total voltage value Va (load) is detected by the voltage sensor 201, and the charge / discharge power of the assembled battery is controlled using the total voltage value Va (load) and the current value detected by the current sensor 202. Is done.
[0041]
In step S48A, the CPU 204 instructs the five cell controllers C / C1 to C / C5 to detect the voltages of all the single cells constituting each module battery Mn. Thereby, each of the cell controllers C / C1 to C / C5 performs voltage detection of a single cell. The CPU 204 calculates the sum of the voltage detection values of a total of 40 single cells transmitted from the cell controllers C / C1 to C / C5, stores the calculated sum voltage value Vb (load) in the memory 205, and performs step S49. Proceed to
[0042]
In step S49, the CPU 204 calculates Va (load) = Vb (load) + V and returns to step S48A. However, V is the difference between the no-load total voltage value Va and the no-load total voltage value Vb stored in the memory 205 by the initial diagnosis process. Thereby, when an abnormality occurs in the voltage sensor 201, the total voltage value Va (load) is calculated using the voltage detection value of the single cell detected by the cell controller C / Cn, and the calculated total voltage value Va ( load) and the current value detected by the current sensor 202 are used to control the charge / discharge power of the battery pack.
[0043]
In step S47, which proceeds after making a negative determination in step S46 described above, the CPU 204 performs a fail-safe (F / S) process and returns to step S42. FIG. 9 is a flowchart for explaining the details of the fail-safe processing subroutine. In step S51, the CPU 204 determines whether or not there is a failure in the voltage detection circuits of the cell controllers C / C1 to C / C5. The CPU 204 requests the cell controllers C / C1 to C / C5 to transmit diagnostic information, and stores the diagnostic information transmitted from the cell controllers C / C1 to C / C5 in the memory 205. The CPU 204 considers that a failure has occurred in the voltage detection circuits of the cell controllers C / C1 to C / C5 when abnormal data is stored in the diagnostic information of the memory 205, and makes an affirmative determination in step S51 to perform a step S53. Proceed to In this case, the charge / discharge power of the assembled battery is controlled using the total voltage value Va ′ (load) detected by the voltage sensor 201 and temperature-compensated and the current value detected by the current sensor 202. .
[0044]
On the other hand, the CPU 204 considers that a failure has occurred in the voltage sensor 201 when no abnormal data is stored in the diagnostic information, and makes a negative determination in step S51 and proceeds to step S52. In step S52, the CPU 204 calculates Va (load) = Vb (load) + V, and proceeds to step S53. However, V is the difference between the no-load total voltage value Va and the no-load total voltage value Vb stored in the memory 205 by the initial diagnosis process. Thereby, when an abnormality occurs in the voltage sensor 201, the total voltage value Va (load) is calculated using the voltage detection value of the single cell detected by the cell controller C / Cn, and the calculated total voltage value Va ( load) and the current value detected by the current sensor 202 are used to control the charge / discharge power of the battery pack.
[0045]
In step S53, the CPU 204 outputs a warning display lighting request to the indicator ID, and ends the process of FIG. As a result, the driver is notified of the abnormality.
[0046]
The embodiment described above will be summarized.
(1) The battery controller B / C performs an initial diagnosis process of the assembled battery in a no-load state, and the terminal voltage of the assembled battery, that is, the total voltage value Va and the 40 unit cell voltages constituting the module batteries M1 to M5 And a difference V = | Va−Vb | between the two is calculated and stored in the memory 205. As a result, the detection error between the voltage sensor 201 that detects the total voltage Va and the voltage detection circuit of each cell controller C / Cn can be known.
(2) When the detection error V exceeds the predetermined value Y, it is regarded as an abnormality and the fail-safe process (FIG. 5) is performed, so that the driver can be notified of the occurrence of the abnormality.
(3) When detecting eight unit cell voltages in each cell controller C / Cn, an average value Vave of the detected eight unit cell voltage values is calculated, and at least one of the eight unit cell voltage values is between the average value Vave. Is regarded as abnormal in the voltage detection circuit on the cell controller C / Cn side. As a result, when the detection error V exceeds the predetermined value Y, it is possible to distinguish between an abnormality on the voltage sensor 201 side and an abnormality on the cell controller C / Cn side. When the cause of the failure is isolated, it is possible to perform a treatment according to the cause of the failure when the failure occurs.
(4) The battery controller B / C performs normal diagnosis processing of the assembled battery at normal time such as when the vehicle is running, and configures the terminal voltage of the assembled battery, that is, the total voltage value Va (load) and the module batteries M1 to M5. A total voltage value Vb (load) of the single cell voltages is obtained. The temperature of the voltage sensor 201 is detected by the temperature sensor 203, and the total voltage value Va ′ (load) after temperature correction is calculated to determine whether or not | Va ′ (load) −Vb (load) | Judgment was made. Since the total voltage value can be corrected by compensating the temperature characteristics of the voltage sensor 201, the detection accuracy of the total voltage can be increased.
(5) The battery controller B / C controls the charge / discharge power of the assembled battery as follows.
{Circle over (1)} When Va ′ (load) −Vb (load) | is equal to or smaller than a predetermined value Z, the total voltage value Va ′ (load) after temperature correction and the current value detected by the current sensor 202 are used. The charge / discharge power of the assembled battery is controlled.
(2) | Va ′ (load) −Vb (load) | exceeds the predetermined value Z and the voltage detection circuit on the cell controller C / Cn side is abnormal (affirmative determination in step S51), the temperature corrected The charge / discharge power of the assembled battery is controlled using the total voltage value Va ′ (load) and the current value detected by the current sensor 202.
(3) A single cell detected by the cell controller C / Cn when | Va ′ (load) −Vb (load) | exceeds a predetermined value Z and the voltage sensor 201 is abnormal (negative determination in step S51). The total voltage value Va (load) = Vb (load) + V is calculated using the detected voltage value of the battery, and the assembled battery is calculated using the calculated total voltage value Va (load) and the current value detected by the current sensor 202. To control the charge / discharge power.
(4) When the abnormality of the voltage detection circuit on the cell controller C / Cn side is determined in the initial diagnosis process (determination is negative in step S48), the total voltage value Va (load) by the voltage sensor 201 and the current sensor 202 are detected. The charge / discharge power of the assembled battery is controlled using the current value.
(5) When the abnormality of the voltage sensor 201 is determined in the initial diagnosis process (Yes in step S48), the total voltage value Va (load) is determined using the voltage detection value of the single cell detected by the cell controller C / Cn. ) = Vb (load) + V is calculated, and the charge / discharge power of the assembled battery is controlled using the calculated total voltage value Va (load) and the current value detected by the current sensor 202.
As described in (3) and (5) above, the CPU 204 of the battery controller B / C controls the charge / discharge power of the assembled battery using the total voltage Vb (load) even when an abnormality occurs in the voltage sensor 201. be able to. At this time, in the calculation of the total voltage Va, the correction is made with the detection error V between the voltage sensor 201 and the voltage detection circuit of each cell controller C / Cn. The control value of the discharge power does not change greatly before and after the abnormality of the voltage sensor 201 occurs. In addition, the capacity display of the capacity meter (not shown) does not change greatly before and after the occurrence of the abnormality of the voltage sensor 201.
(6) Since the voltage detection timing of the single cell by the voltage detection circuit of each cell controller C / Cn and the detection timing of the total voltage by the voltage sensor 201 are matched, the voltage sensor 201 and each cell controller C / The detection error V between the voltage detection circuit of Cn can be suppressed. In particular, in a vehicle having a large current fluctuation frequency, there is a high possibility that the detected voltage value differs depending on the voltage detection timing. By matching the voltage detection timing and suppressing the detection error V, the control value of the charge / discharge power does not change significantly before and after the occurrence of the abnormality of the voltage sensor 201 as in (5) above.
[0047]
In the above description, each cell controller C / Cn is configured to store the single cell voltage detected during the predetermined time Δt in the memory in the cell controller C / Cn, and the memory in each cell controller C / Cn. Among the voltage detection values stored in the battery sensor B / C, the voltage detection value corresponding to the time t6 that coincides with the detection timing of the voltage sensor 201 is transmitted to the battery controller B / C. The time matching between the voltage detection circuits of / Cn is taken. Instead, each cell controller C / Cn is made to detect a single cell voltage at the same time at timing t6, so that time matching is achieved between the voltage sensor 201 and the voltage detection circuit of each cell controller C / Cn. Also good.
[0048]
In the above description, an electric vehicle has been described as an example. However, the present invention can be applied to any vehicle having an assembled battery such as a hybrid vehicle (HEV) equipped with an engine and a motor.
[0049]
The correspondence between each component in the claims and each component in the embodiment of the invention will be described. For example, the cells C1 to C40 correspond to the unit batteries. The unit voltage detection circuit includes, for example, differential amplifiers D1 to D8. The total voltage calculation circuit, the diagnosis circuit, the control circuit, and the difference calculation circuit are configured by the CPU 204, for example. The total voltage corresponds to the terminal voltage. The total voltage detection circuit is constituted by a voltage sensor 201, for example. The timing control circuit includes, for example, a CPU 204, a timer 206, CPUs of cell controllers C / C1 to C / C5, a memory, and a timer. The temperature detection circuit is configured by a temperature sensor 203, for example. The first predetermined value corresponds to, for example, a predetermined value Z (predetermined value Y). The second predetermined value corresponds to a predetermined voltage threshold. In addition, as long as the characteristic function of this invention is not impaired, each component is not limited to the said structure.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall configuration diagram of an assembled battery for a vehicle according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a circuit block diagram in a cell controller.
FIG. 3 is a flowchart illustrating a flow of processing executed by a CPU of a battery controller.
FIG. 4 is a flowchart for explaining a subroutine of initial diagnosis processing;
FIG. 5 is a flowchart for explaining a subroutine of fail-safe processing.
FIG. 6 is a flowchart illustrating a subroutine of normal diagnosis processing.
FIG. 7 is a diagram illustrating a temperature correction coefficient of a voltage sensor.
FIG. 8 is a diagram illustrating timing at which voltage detection is performed by a cell controller and a voltage sensor.
FIG. 9 is a flowchart for explaining a subroutine of fail-safe processing.
[Explanation of symbols]
201 ... voltage sensor, 202 ... current sensor,
203 ... Temperature sensor, 204 ... CPU,
205 ... memory, 206 ... timer,
B / C ... battery controller, C1-C40 ... cell,
C / C1 to C / C5 ... cell controller,
D1 to D8 ... differential amplifier, E1 to E8 ... capacitance adjustment circuit,
ID: indicator, M1-M5: module battery,
SWb1 to SWb8: Capacitance adjustment circuit switch

Claims (6)

複数の単位電池で構成される組電池の電圧検出装置において、
前記単位電池ごとに設けられ、前記単位電池の電圧を検出する単位電圧検出回路と、
前記単位電圧検出回路で検出された複数の単位電池電圧の総和を算出する総和電圧算出回路と、
前記組電池の端子電圧を検出する総電圧検出回路と、
前記総電圧検出回路の異常の有無を判定する診断回路と、
(1)前記診断回路で異常無しが判定されているとき、前記端子電圧を組電池の検出電圧とし、(2)前記診断回路で異常有りが判定されているとき、前記総和電圧を組電池の検出電圧とする制御回路とを備えることを特徴とする組電池の電圧検出装置。
In the voltage detection device of the assembled battery composed of a plurality of unit batteries,
A unit voltage detection circuit that is provided for each unit battery and detects the voltage of the unit battery;
A total voltage calculation circuit for calculating a total of a plurality of unit battery voltages detected by the unit voltage detection circuit;
A total voltage detection circuit for detecting a terminal voltage of the assembled battery;
A diagnostic circuit for determining the presence or absence of an abnormality in the total voltage detection circuit;
(1) When no abnormality is determined by the diagnostic circuit, the terminal voltage is set as a detection voltage of the assembled battery. (2) When the abnormality is determined by the diagnostic circuit, the total voltage is determined by the assembled battery. A battery pack voltage detection apparatus comprising: a control circuit configured to detect voltage.
請求項1に記載の組電池の電圧検出装置において、
前記組電池の無負荷時における前記端子電圧と前記組電池の無負荷時における前記総和電圧との差を算出する差分算出回路をさらに備え、
前記制御回路は、前記診断回路で異常有りが判定されているとき、前記総和電圧を前記差で補正することを特徴とする組電池の電圧検出装置。
In the assembled battery voltage detection device according to claim 1,
A difference calculating circuit for calculating a difference between the terminal voltage when the assembled battery is unloaded and the total voltage when the assembled battery is unloaded;
The control circuit corrects the total voltage with the difference when the diagnosis circuit determines that there is an abnormality.
請求項1または2に記載の組電池の電圧検出装置において、
前記単位電圧検出回路による検出結果と、前記総電圧検出回路による検出結果との時間的整合をとるタイミング制御回路をさらに備えることを特徴とする組電池の電圧検出装置。
In the voltage detection apparatus of the assembled battery according to claim 1 or 2,
An assembled battery voltage detection device, further comprising a timing control circuit that temporally matches a detection result of the unit voltage detection circuit and a detection result of the total voltage detection circuit.
請求項1〜3のいずれかに記載の組電池の電圧検出装置において、
前記総電圧検出回路自体の温度を検出する温度検出回路をさらに備え、
前記制御回路は、前記診断回路で異常無しが判定されているとき、前記温度検出回路で検出された温度に応じて前記端子電圧を補正することを特徴とする組電池の電圧検出装置。
In the voltage detection apparatus of the assembled battery in any one of Claims 1-3,
A temperature detection circuit for detecting the temperature of the total voltage detection circuit itself;
The control circuit corrects the terminal voltage in accordance with the temperature detected by the temperature detection circuit when the diagnosis circuit determines that there is no abnormality.
複数の単位電池で構成される組電池の電圧検出装置において、
前記単位電池ごとに設けられ、前記単位電池の電圧を検出する単位電圧検出回路と、
前記単位電圧検出回路で検出された複数の単位電池電圧の総和を算出する総和電圧算出回路と、
前記組電池の端子電圧を検出する総電圧検出回路と、
前記組電池の無負荷時における前記端子電圧と前記組電池の無負荷時における前記総和電圧との差を算出する差分算出回路と、
前記単位電圧検出回路による検出結果と、前記総電圧検出回路による検出結果との時間的整合をとるタイミング制御回路と、
前記総電圧検出回路の異常の有無を判定する診断回路と、
(1)前記診断回路で異常無しが判定されているとき、前記端子電圧を組電池の検出電圧とし、(2)前記診断回路で異常有りが判定されているとき、前記タイミング制御回路によって時間的整合された複数の単位電池電圧による総和電圧を、前記差で補正して組電池の検出電圧とする制御回路とを備えることを特徴とする組電池の電圧検出装置。
In the voltage detection device of the assembled battery composed of a plurality of unit batteries,
A unit voltage detection circuit that is provided for each unit battery and detects the voltage of the unit battery;
A total voltage calculation circuit for calculating a total of a plurality of unit battery voltages detected by the unit voltage detection circuit;
A total voltage detection circuit for detecting a terminal voltage of the assembled battery;
A difference calculating circuit that calculates a difference between the terminal voltage when the assembled battery is unloaded and the total voltage when the assembled battery is unloaded;
A timing control circuit that takes a time match between a detection result by the unit voltage detection circuit and a detection result by the total voltage detection circuit;
A diagnostic circuit for determining the presence or absence of an abnormality in the total voltage detection circuit;
(1) When no abnormality is determined by the diagnostic circuit, the terminal voltage is set as a detection voltage of the assembled battery, and (2) when the abnormality is determined by the diagnostic circuit, the timing control circuit determines the time A battery pack voltage detection apparatus comprising: a control circuit that corrects a sum voltage of a plurality of matched unit battery voltages with the difference to obtain a battery pack detection voltage.
請求項5に記載の組電池の電圧検出装置において、
前記診断回路は、前記端子電圧と前記総和電圧との差が第1の所定値を超えるとともに、前記単位電圧検出回路によって検出された複数の単位電池電圧の全てが前記複数の単位電池電圧の平均値に対して第2の所定値以内であるか否かに応じて、前記総電圧検出回路の異常有無を判定することを特徴する組電池の電圧検出装置。
The assembled battery voltage detection device according to claim 5,
In the diagnostic circuit, a difference between the terminal voltage and the total voltage exceeds a first predetermined value, and all of the plurality of unit battery voltages detected by the unit voltage detection circuit are averages of the plurality of unit battery voltages. An assembled battery voltage detection device that determines whether or not the total voltage detection circuit is abnormal depending on whether the value is within a second predetermined value or not.
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