JP5439465B2 - 電池システム - Google Patents
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Description
しかしながら、上記物理的接続が緩むと電力負荷への電力供給が阻害され、また、さらに緩みが進んで最終的に配線が電池セルから外れた場合には、電力負荷への電力供給が遮断されることとなる。これは、例えば電池システムが電気自動車であった場合には、急な減速が生じて事故が発生する恐れがあることを意味する。
そこで、組電池の配線接続状態、例えば上記物理的接続の緩みを検知する技術が種々報告されている(特許文献1乃至特許文献2参照)。
また、特許文献2の技術は、配線が電池セルから外れたことを検知することができる構成であるが、上記物理的接続が緩んでいるものの未だ配線が電池セルから外れていない場合には検知できない構成となっている。
そこで、本発明は、組電池を構成する電池セル間の配線接続状態を簡易な構成で詳細に判定することができる電池システム、具体的には、上記特殊なセンサーを用いることもなく、また、未だ配線が電池セルから外れていない場合においても配線接続状態の異常を検知することができる電池システムを提供することを目的とする。
以下、本発明の第1実施形態としての電池システムにつき図面を参照して説明する。図1は電池システム1の構成を示す図である。電池システム1で用いる電池セルは、電池システム1の用途に応じて一次電池または二次電池等のいずれの電池でも用いることが可能であるが、ここでは電池セルの一例として、充放電可能な電池セル、例えば蓄電池であるリチウムイオン二次電池の電池セルを用いて説明する。
電池システム1は、電池モジュール2、電力負荷3、上位制御装置4、表示装置5を備えている。
複数の電池セルCEa〜CEdからなる組電池と当該組電池の監視制御装置であるBMS(Battery Management System)6とを含む電池モジュール2は、電池システム1の外部から電池システム1の内部へはめ込まれて固定される。モジュールとすることで、電池システム1の外部から容易に交換可能となっている。なお、電力負荷3、上位制御装置4、および表示装置5は電池システム1に予め組み込まれている。また、ここでは、上位制御装置4およびBMS6を併せて単に制御装置という場合もある。
ここで、電池システム1は、例えば、電力負荷3である電気モータに車輪を接続したフォークリフトなどの産業車両、電車、または電気自動車などの移動体、並びに電力負荷3である電気モータにプロペラまたはスクリューを接続した飛行機または船などの移動体であってもよい。さらに、電池システム1は、例えば家庭用の電力貯蔵システムや、風車や太陽光のような自然エネルギー発電と組み合わせた系統連系円滑化蓄電システムなどの定置用のシステムであってもよい。すなわち、電池システム1は、組電池を構成する複数の電池セルによる電力の少なくとも放電を利用するシステムであり、また、充放電を利用するシステムであってもよい。
具体的には、電池セルCEaの正極端子側で発生した抵抗分をR1aと記載し、負極端子側で発生した抵抗分をR2aとして記載している。同様に、電池セルCEbの正極端子側で発生した抵抗分をR1bと記載し、負極端子側で発生した抵抗分をR2bとして記載している。また、電池セルCEcの正極端子側で発生した抵抗分をR1cと記載し、負極端子側で発生した抵抗分をR2cとして記載している。さらに、電池セルCEdの正極端子側で発生した抵抗分をR1dと記載し、負極端子側で発生した抵抗分をR2dとして記載している。
なお、正極端子側抵抗分R1(すなわち、R1a〜R1d)と負極端子側抵抗分R2(すなわち、R2a〜R2d)は、配線接続状態によりその抵抗値が変わりうるものであり、後述のセルバランス用抵抗体RBのように予め形成された抵抗体が配置されたものではない。また、本実施形態では、説明の簡便のため、当該アームは1つのみとして記載するが、複数のアームが並列接続された構成としてもよい。また、1つのアームに含まれる電池セルの数も4つに限定するものではなく、設計に応じて適宜それ以上にもそれ以下にも変更可能である。
電池モジュール2には、アームを電力負荷3に対し電気的に接続または非接続とするための電力供給用スイッチ7が配置されている。
セルバランス回路は、各電池セルCEa〜CEdのそれぞれに対応したセルバランス用抵抗体RBとセルバランス用スイッチSとからなるユニットを備えている。セルバランス用抵抗体RBとセルバランス用スイッチSとは、互いに電気的に直列に接続されている。そして、各ユニットは、後述の信号配線を介して、各電池セルCEa〜CEdのそれぞれに電気的に並列に接続されている。ここでは、電池セルCEa〜CEdのいずれに対応するセルバランス用抵抗体RBとセルバランス用スイッチSであるかを容易に理解するため、各々の電池セルCEに対応して配置されるユニットに含まれるセルバランス用抵抗体RBとセルバランス用スイッチSの末尾に、a〜dのいずれかの小文字を付加している。
具体的には、電池セルCEaに対応するユニットは、第1節点と第2節点との間に、セルバランス用抵抗体RBaとセルバランス用スイッチSaとが電気的に直列に接続された構成である。同様に、電池セルCEbに対応するユニットは、第2節点と第3節点との間に、セルバランス用抵抗体RBbとセルバランス用スイッチSbとが直列に接続された構成である。また、電池セルCEcに対応するユニットは、第3節点と第4節点との間に、セルバランス用抵抗体RBcとセルバランス用スイッチScとが直列に接続された構成である。さらに、電池セルCEdに対応するユニットは、第4節点と第5節点との間に、セルバランス用抵抗体RBdとセルバランス用スイッチSdとが直列に接続された構成である。
なお、セルバランス用抵抗体RBa〜RBdの抵抗値は、いずれも同一の値である。
具体的には、第1節点を通る信号配線(以下、第1信号配線という)は、電池セルCEaの正極端子に抵抗分R1aを介して電気的に接続され、第2節点を通る信号配線(以下、第2信号配線という)は、電池セルCEaの負極端子に抵抗分R2aを介して電気的に接続されるとともに、電池セルCEbの正極端子に抵抗分R1bを介して電気的に接続される。同様に、第3節点を通る信号配線(以下、第3信号配線という)は、電池セルCEbの負極端子に抵抗分R2bを介して電気的に接続されるとともに、電池セルCEcの正極端子に抵抗分R1cを介して電気的に接続される。また、第4節点を通る信号配線(以下、第4信号配線という)は、電池セルCEcの負極端子に抵抗分R2cを介して電気的に接続されるとともに、電池セルCEdの正極端子に抵抗分R1dを介して電気的に接続される。さらに、第5節点を通る信号配線(以下、第5信号配線という)は、電池セルCEdの負極端子に抵抗分R2dを介して電気的に接続される。
なお、各々の信号配線を上記固定するためのネジ等においても、上記電力配線と同様、振動や経年劣化のため、接触抵抗を含む抵抗(以下、「信号配線抵抗分」という)が増加する場合がある。そこで、第1信号配線の信号配線抵抗分をRI1と記載し、第2信号配線の信号配線抵抗分をRI2と記載する。同様に、第3信号配線の信号配線抵抗分をRI3と記載し、第4信号配線の信号配線抵抗分をRI4と記載し、第5信号配線の信号配線抵抗分をRI5と記載する。これら信号配線抵抗分は、配線接続状態によりその抵抗値が変わりうるものであり、上述のセルバランス用抵抗体RBのように予め形成された抵抗体が配置されたものではない。
また、これら信号配線抵抗分は、信号配線自体が錆びた場合の配線抵抗の増大分なども含むものとする。さらに、第1信号配線と第5信号配線は、電池セルCEの電圧計側を行うための信号配線としてのみならず、後述のように差動アンプ10等に駆動用電力を供給する電力配線としても機能する。
マルチプレクサ11は、第1乃至第5の節点のうち、下位制御装置8に選択された2つの節点を差動アンプ10の対応する2つの入力端子IN(+)、IN(−)に接続するよう動作する。なお、当該動作は、下位制御装置8がマルチプレクサ11にマルチプレクサ用制御信号を出力し、マルチプレクサ11が当該信号を受けることで実施される。
差動アンプ10は、公知の差動アンプであり、その正の駆動用端子が第1節点に、また、その負の駆動用端子が第5節点に電気的に接続されている。そして、2つの入力端子IN(+)、IN(−)に入力された電圧の差分、具体的には入力端子IN(+)に印加された電圧から入力端子IN(−)に印加された電圧を引いた値の電圧(以下、差分電圧という)が、差動アンプ10の出力端子OUTから出力され、下位制御装置8に入力される。
Unit)を含んで構成される。そして、上位制御装置5から入力される電圧要求信号に応じてマルチプレクサ11を適宜制御し、差動アンプ10の出力端子OUTから、各電池セルCEの端子間電圧に相当する差分電圧を得る。そして、当該得られた差分電圧を、各電池セルCEの関連情報として上位制御装置4へ出力する。
また、上位制御装置4から入力されるシステムON信号に応じて、下位制御装置8はスイッチ7を開(OFF)から閉(ON)へ制御する。また、上位制御装置5から入力されるシステムOFF信号に応じて、スイッチ7を閉(ON)から開(OFF)へ制御する。
また、上位制御装置4は、上記関連情報が異常値であると判断した場合には、表示装置5に内蔵された異常ランプを点灯させる等するとともに、表示装置5に内蔵されたブザー等の音響装置を作動させて警報を鳴らし、光と音により視覚および聴覚を刺激してユーザーの注意を促す。
表示装置5は、例えば上記音響装置を備えた液晶パネル等のモニターであり、上位制御装置4からの制御に基づいて組電池を構成する複数の各電池セルCEa〜CEdの上記関連情報の表示等を行うことができる。
電力負荷3は、例えば電気自動車の車輪に接続された電気モータや、または、インバータ等の電力変換器である。電力負荷3は、ワイパーなどを駆動する電気モータであってもよい。
なお、以下、上位制御装置4と下位制御装置8とを併せて、単に「制御装置」という。
具体的には、「配線異常判定」処理は、抵抗分R1、R2、RIが所定の抵抗値から増大したことを検知・判定して、制御装置にて適宜処理を行うものである。
まず、電池システム1の起動スイッチをオン、例えば電池システム1が電気自動車の場合、イグニッションキーをユーザーがONすることで、上位制御装置4がシステムON信号を下位制御装置8へ出力する。システムON信号を受けた下位制御装置6は、スイッチ7を「開」から「閉」と制御する。これにより、電池モジュール2の組電池と電力負荷3とが電気的に接続される。従って、電池システム1が起動して運転可能、例えば電池システム1が電気自動車の場合には走行可能となる。
なお、起動スイッチをオフ、例えばイグニッションキーをユーザーがOFFすると、上位制御装置4がシステムOFF信号を下位制御装置8へ出力する。従って、システムOFF信号を受けた下位制御装置6は、スイッチ7を「閉」から「開」と制御する。これにより、電池モジュール2の組電池と電力負荷3とが電気的に遮断される。
セルバランスは、具体的には、次のように行われる。まず、下位制御装置8が、マルチプレクサ11を制御して、順次、第1節点と第2節点間の差分電圧(以下、第1差分電圧という)、第2節点と第3節点間の差分電圧(以下、第2差分電圧という)、第3節点と第4節点間の差分電圧(以下、第3差分電圧という)、及び第4節点と第5節点間の差分電圧(以下、第4差分電圧という)を得る。なお、下位制御装置8がこれら差分電圧を得る際には、セルバランス用スイッチSはいずれも「開」の状態である。
そして、当該得られた4つの差分電圧を、対応する電池セルCEの端子間電圧に相当する関連情報として、下位制御装置8の内部のメモリに記憶する。そして、下位制御装置8は、当該差分電圧のうち一番低い値を示す差分電圧(以下、「最小差分電圧」という)を特定し、他の3つの差分電圧の値を実質的に最小差分電圧と同じ値(すなわち、電圧値V0)とするよう、当該他の3つの差分電圧の得られた各々の節点間に存在するセルバランス用スイッチSを、適宜、間欠的に「開」から「閉」と制御する。
セルバランス用スイッチSが「閉」となると、対応する電池セルCEが放電されるので、当該他の3つの差分電圧の値は、次第に最小差分電圧の値に近づいてゆく。上述のように、セルバランス用スイッチSを間欠的に「開」から「閉」と制御することは、すなわち間欠的に「閉」から「開」と制御することでもある。下位制御装置8は、マルチプレクサ11を適宜制御して、最小差分電圧を示した節点間および放電により実質的に最小差分電圧を示した節点間を除き、セルバランス用スイッチSを間欠的に「閉」から「開」と制御した際の差分電圧の監視、すなわち電池セルCEの起電圧の監視を行う。
なお、差分電圧の値が最小差分電圧の値と実質的に同じ値となり次第、下位制御装置8は、対応するセルバランス用スイッチSを「閉」から「開」と制御して固定する。
すなわち、上記動作の際、すでに配線異常が生じており、正極端子側抵抗分R1、負極端子側抵抗分R2又は信号配線抵抗分RIの値が大きい場合には、放電の際に大きな電圧降下が生じるため、対応するセルバランス用スイッチSを「閉」としている際に下位制御装置8に得られる差分電圧と、「開」としている際に下位制御装置8に得られる差分電圧とが大きく相違する場合がありうる。
従って、差分電圧の値が最小差分電圧の値になる前に、下位制御装置8が、一旦、対応するセルバランス用スイッチSを「閉」から「開」として、対応する各電池セルの起電圧の値を確認する。そして、上記相違の程度を見込んで、下位制御装置8が放電の必要な電池セルCEに対応する各スイッチSをそれぞれ個別に独立して間欠的に適宜開閉させ、結果として全ての電池セルCEa〜CEdの起電圧を実質的に最小差分電圧の値と同じ電圧値とするのである。
まず、各電池セルCEのそれぞれの周りの配線異常を判定するために、下位制御装置8は、「第1配線異常判定」を行う。第1配線異常判定は、次のように実施される。
下位制御装置8は、マルチプレクサ11を制御して、第1節点に差動アンプ10の入力端子IN(+)を電気的に接続し、第2節点に差動アンプ10の入力端子IN(−)を電気的に接続する。そして、セルバランス用スイッチSaを「開」から「閉」へ制御して、電池セルCEaの正極端子、抵抗分R1a、抵抗分RI1、抵抗体RBa、抵抗分RI2、抵抗分R2a、電池セルCEaの負極端子の順に電流が流れる電流経路(以下、第1電流経路という)を形成する。そして、下位制御装置8は、差動アンプ10の出力を得た後、直ちにセルバランス用スイッチSaを「閉」から「開」へ制御する。すなわち、第1節点と第2節点の間の差分電圧を得るのに十分な時間だけ、言い換えれば電池セルCEaの起電圧V0に影響を与えない程度の短時間の間(例えば、約0.5秒間)だけ、第1電流経路が形成される。
そして、上述したように、セルバランス用スイッチSaを「開」から「閉」へ制御したときに下位制御装置8が得た差動アンプ10の出力が、実質的に起電圧V0と同一であれば、抵抗分R1a、RI1、RI2、及びR2aの値はいずれも小さく、第1電流経路において配線異常はないと下位制御装置8が判定する。一方、当該出力が、起電圧V0から許容値ΔVを引いた値より小さい差分電圧の値(すなわち、V0−ΔVより小さい値)を示す場合、第1電流経路において配線異常があると下位制御装置8が判定する。
以降、同様に、順次、電池セルCEb乃至CEdの周りの配線異常の有無を下位制御装置8が判定する。
そして、上述したように、セルバランス用スイッチSbを「開」から「閉」へ制御したときに下位制御装置8が得た差動アンプ10の出力が、実質的に起電圧V0と同一であれば、抵抗分R1b、RI2、RI3、及びR2bの値はいずれも小さく、第2電流経路において配線異常はないと下位制御装置8が判定する。一方、当該出力が、起電圧V0から許容値ΔVを引いた値より小さい差分電圧の値(すなわち、V0−ΔVより小さい値)を示す場合、第2電流経路において配線異常があると下位制御装置8が判定する。
そして、上述したように、セルバランス用スイッチScを「開」から「閉」へ制御したときに下位制御装置8が得た差動アンプ10の出力が、実質的に起電圧V0と同一であれば、抵抗分R1c、RI3、RI4、及びR2cの値はいずれも小さく、第3電流経路において配線異常はないと下位制御装置8が判定する。一方、当該出力が、起電圧V0から許容値ΔVを引いた値より小さい差分電圧の値(すなわち、V0−ΔVより小さい値)を示す場合、第3電流経路において配線異常があると下位制御装置8が判定する。
そして、上述したように、セルバランス用スイッチSdを「開」から「閉」へ制御したときに下位制御装置8が得た差動アンプ10の出力が、実質的に起電圧V0と同一であれば、抵抗分R1d、RI4、RI5、及びR2dの値はいずれも小さく、第4電流経路において配線異常はないと下位制御装置8が判定する。一方、当該出力が、起電圧V0から許容値ΔVを引いた値より小さい差分電圧の値(すなわち、V0−ΔVより小さい値)を示す場合、第4電流経路において配線異常があると下位制御装置8が判定する。
これにて、下位制御装置8による第1配線異常判定の処理が終了する。
なお、電池システム1の出荷時に配線異常のないことを確認しており、また、電池システム1の出荷後に第1配線異常判定の処理を日常的に行うことを考慮すれば、抵抗分R1a〜R1d、R2a〜R2d、RI1〜RI5のうち、いずれか1つの抵抗分が増大した場合を考慮した処理をすればよい。よって、原則的に、以下の第2配線異常判定の説明においては、第1電流経路乃至第4電流経路のいずれか1つの電流経路にて、配線異常ありと下位制御装置8が判定したとして、説明を続ける。
例えば、第1電流経路に配線異常があると下位制御装置8が判定し、且つ、第2電流経路〜第4電流経路では配線異常はないと下位制御装置8が判定した場合、下位制御装置8は、第1電流経路と第2電流経路で共通する抵抗分RI2は増大していないと判定する。従って、下位制御装置8は、第1電流経路の一部の経路を形成する第2信号配線では配線異常は発生しておらず、第1信号配線、電池セルCEaの正極端子または負極端子に接続された電力配線のいずれかで配線異常が発生していると判定し、電池セルCEaの関連情報として当該判定結果を上位制御装置4へ出力する。
また、例えば、第4電流経路に配線異常があると下位制御装置8が判定し、且つ、第1電流経路〜第3電流経路では配線異常はないと下位制御装置8が判定した場合、下位制御装置8は、第3電流経路と第4電流経路で共通する抵抗分RI4は増大していないと判定する。従って、下位制御装置8は、第4電流経路の一部の経路を形成する第4信号配線では配線異常は発生しておらず、第5信号配線、電池セルCEdの正極端子または負極端子に接続された電力配線のいずれかで配線異常が発生していると判定し、電池セルCEdの関連情報として当該判定結果を上位制御装置4へ出力する。
例えば、第2電流経路に配線異常があると下位制御装置8が判定し、且つ、第1電流経路、第3電流経路、及び第4電流経路では配線異常はないと下位制御装置8が判定した場合、下位制御装置8は、第1電流経路と第2電流経路で共通する抵抗分RI2、及び第2電流経路と第3電流経路で共通する抵抗分RI3は増大していないと判定する。従って、下位制御装置8は、第2電流経路の一部の経路を形成する第2信号配線及び第3信号配線では配線異常は発生しておらず、電池セルCEbの正極端子または負極端子に接続された電力配線で配線異常が発生していると判定し、電池セルCEbの関連情報として当該判定結果を上位制御装置4へ出力する。
同様に、例えば、第3電流経路に配線異常があると下位制御装置8が判定し、且つ、第1電流経路、第2電流経路、及び第4電流経路では配線異常はないと下位制御装置8が判定した場合、下位制御装置8は、第2電流経路と第3電流経路で共通する抵抗分RI3、及び第3電流経路と第4電流経路で共通する抵抗分RI4は増大していないと判定する。従って、下位制御装置8は、第3電流経路の一部の経路を形成する第3信号配線及び第4信号配線では配線異常は発生しておらず、電池セルCEcの正極端子または負極端子に接続された電力配線で配線異常が発生していると判定し、電池セルCEcの関連情報として当該判定結果を上位制御装置4へ出力する。
第1配線異常判定の結果、第1電流経路と第2電流経路に配線異常があると下位制御装置8が判定し、且つ、第3電流経路及び第4電流経路では配線異常はないと下位制御装置8が判定した場合、複数の抵抗分のうちいずれか1つのみの抵抗値が増大している想定の下では、第1電流経路と第2電流経路で共通する抵抗分RI2の抵抗値が増大していることになる。従って、下位制御装置8は、第1電流経路または第2電流経路の一部の経路を形成する第1信号配線、第3信号配線、電池セルCEaの正極端子または負極端子に接続された電力配線及び電池セルCEbの正極端子または負極端子に接続された電力配線では配線異常は発生しておらず、第2信号配線で配線異常が発生していると判定し、電池セルCEa及びCEbの関連情報として当該判定結果を上位制御装置4へ出力する。
また、第1配線異常判定の結果、第2電流経路と第3電流経路に配線異常があると下位制御装置8が判定し、且つ、第1電流経路及び第4電流経路では配線異常はないと下位制御装置8が判定した場合、複数の抵抗分のうちいずれか1つのみの抵抗値が増大している想定の下では、第2電流経路と第3電流経路で共通する抵抗分RI3の抵抗値が増大していることになる。従って、下位制御装置8は、第2電流経路または第3電流経路の一部の経路を形成する第2信号配線、第4信号配線、電池セルCEbの正極端子または負極端子に接続された電力配線及び電池セルCEcの正極端子または負極端子に接続された電力配線では配線異常は発生しておらず、第3信号配線で配線異常が発生していると判定し、電池セルCEb及びCEcの関連情報として当該判定結果を上位制御装置4へ出力する。
さらに、第1配線異常判定の結果、第3電流経路と第4電流経路に配線異常があると下位制御装置8が判定し、且つ、第1電流経路及び第2電流経路では配線異常はないと下位制御装置8が判定した場合、複数の抵抗分のうちいずれか1つのみの抵抗値が増大している想定の下では、第3電流経路と第4電流経路で共通する抵抗分RI4の抵抗値が増大していることになる。従って、下位制御装置8は、第3電流経路または第4電流経路の一部の経路を形成する第3信号配線、第5信号配線、電池セルCEcの正極端子または負極端子に接続された電力配線及び電池セルCEdの正極端子または負極端子に接続された電力配線では配線異常は発生しておらず、第4信号配線で配線異常が発生していると判定し、電池セルCEc及びCEdの関連情報として当該判定結果を上位制御装置4へ出力する。
すなわち、隣り合う2つの電流経路にて配線異常ありと下位制御装置8が判定した場合には、配線異常が生じた配線として、ただ1つの信号配線に特定することが可能となる。
なお、以上の第2配線異常判定の処理においては、下位制御装置8が第2配線異常判定の判定結果を上位制御装置4へ出力することで、第2配線異常判定の処理が終了する。
さらに、上位制御装置4は、当該関連情報に基づき、いずれの配線で緩み等による配線異常が発生しているかの情報も、表示装置5に表示させる。これにより、ユーザーまたは修理業者による修理を簡易なものとすることができる。
なお、下位制御装置8が配線異常判定の処理において配線異常があると判定した場合には、下位制御装置8は上位制御装置4へ許可信号を出力しないので、上位制御装置4により電力負荷3への電流供給が許可されない。
例えば電池システム1が電気自動車の場合には、ユーザーによるアクセルペダルの踏み込み等が許可されないため、実際に電池システム1の運転(電力負荷3への電流供給)がなされない。従って、車庫から公道へ出る前に、表示装置5等による上記注意喚起のみならず、電気自動車が進まないことによってユーザーは電池システムの異常を体感できる。これにより、電池システム1の安全性を増すことができるとともに、ユーザーへの電池システム1の修理をさらに強く促すことができる。
次に、本発明の第2実施形態としての電池システムにつき図面を参照して説明する。第2実施形態の電池システムは、第1実施形態の電池システムと同一構成である。第2実施形態の電池システムと第1実施形態の電池システムとの相違点は、配線異常判定の処理において、第2実施形態の電池システムでは、第1実施形態における第1及び第2配線異常判定とは異なる「第3配線異常判定」を、第1及び第2配線異常判定に代わって採用している点のみである。従って、第1実施形態の電池システムと同一構成または同一処理については、同一番号または同一名称を付して説明を省略する。
下位制御装置8によるセルバランスの制御により、全ての電池セルCEa〜CEdの起電圧が実質的に同じ電圧値V0となると、下位制御装置8は「第3配線異常判定」を行う。
下位制御装置8は、マルチプレクサ11を制御して、第2節点に差動アンプ10の入力端子IN(+)を電気的に接続し、第3節点に差動アンプ10の入力端子IN(−)を電気的に接続する。そして、セルバランス用スイッチSaを「開」から「閉」へ制御して、電池セルCEaの正極端子、抵抗分R1a、抵抗分RI1、抵抗体RBa、抵抗分RI2、抵抗分R2a、電池セルCEaの負極端子の順に電流が流れる第1電流経路を形成する。そして、下位制御装置8は、差動アンプ10の出力を得た後、直ちにセルバランス用スイッチSaを「閉」から「開」へ制御する。すなわち、第2節点と第3節点の間の差分電圧を得るのに十分な時間だけ、言い換えれば電池セルCEaの起電圧V0に影響を与えない程度の短時間の間(例えば、約0.5秒間)だけ、第1電流経路が形成される。
そして、上述したように、セルバランス用スイッチSaを「開」から「閉」へ制御したときに下位制御装置8が得た差動アンプ10の出力が、実質的に起電圧V0と同一であれば、抵抗分RI2による電圧変化は極めて小さく、よって第2信号配線において配線異常はないと下位制御装置8が判定する。一方、当該出力が、起電圧V0から許容値ΔVを足した値より大きい差分電圧の値(すなわち、V0+ΔVより大きい値)を示す場合、抵抗分RI2による電圧変化が看過できない大きさであるとして、第2信号配線において配線異常があると下位制御装置8が判定する。
そして、下位制御装置8は、電池セルCEaの関連情報として当該判定結果を上位制御装置4へ出力する。
そして、上述したように、セルバランス用スイッチSbを「開」から「閉」へ制御したときに下位制御装置8が得た差動アンプ10の出力が、実質的に起電圧V0と同一であれば、抵抗分RI3による電圧変化は極めて小さく、よって第3信号配線において配線異常はないと下位制御装置8が判定する。一方、当該出力が、起電圧V0から許容値ΔVを足した値より大きい差分電圧の値(すなわち、V0+ΔVより大きい値)を示す場合、抵抗分RI3による電圧変化が看過できない大きさであるとして、第3信号配線において配線異常があると下位制御装置8が判定する。
そして、下位制御装置8は、電池セルCEbの関連情報として当該判定結果を上位制御装置4へ出力する。
そして、上述したように、セルバランス用スイッチScを「開」から「閉」へ制御したときに下位制御装置8が得た差動アンプ10の出力が、実質的に起電圧V0と同一であれば、抵抗分RI4による電圧変化は極めて小さく、よって第4信号配線において配線異常はないと下位制御装置8が判定する。一方、当該出力が、起電圧V0から許容値ΔVを足した値より大きい差分電圧の値(すなわち、V0+ΔVより大きい値)を示す場合、抵抗分RI4による電圧変化が看過できない大きさであるとして、第4信号配線において配線異常があると下位制御装置8が判定する。
そして、下位制御装置8は、電池セルCEcの関連情報として当該判定結果を上位制御装置4へ出力する。
上位制御装置4は、第3配線異常判定の判定結果に関する関連情報を受け、当該関連情報に配線異常があるとの判定が含まれる場合には、当該関連情報は異常値であると判断する。従って、上位制御装置4は表示装置5に内蔵された異常ランプを点灯させる等するとともに、表示装置5に内蔵されたブザー等の音響装置を作動させて警報を鳴らし、光と音により視覚および聴覚を刺激してユーザーの注意を促す。
また、上位制御装置4は、当該関連情報に基づき、第2〜第4信号配線のうち、のいずれの信号配線で配線異常が発生しているかの情報も、表示装置5に表示させる。これにより、ユーザーまたは修理業者による修理を簡易なものとすることができる。
また、第1〜第3配線異常判定を適宜組み合わせて、配線異常の箇所を特定する電池システムの構成としてもよい。この場合には、一般的に抵抗分R1とR2はもともと小さいと考えれば、差動アンプ10等に駆動用電力を供給する電力配線としても機能する第1信号配線と第5信号配線の配線異常を検知することができる。第1信号配線または第5信号配線に配線異常が発生した場合には、下位制御装置8による電池セルCEaまたはCEdの計測電圧に誤差を生じるが、かように配線異常を判定することができるので、当該計測電圧を適宜補正することで、正確に電池セルの電圧を得ることができる。
5…表示装置、6…BMS、
7…電力供給用スイッチ、8…下位制御装置、9…レギュレータ、
10…差動アンプ、11…マルチプレクサ
Claims (8)
- 直列に接続された複数の電池セルを含む電池モジュールと、該電池モジュールから電力供給を受ける電力負荷とを有する電池システムであって、
第1極性の第1の電極端子と第2極性の第2の電極端子とを備えた第1の電池セルと、
前記第1極性の第3の電極端子と前記第2極性の第4の電極端子とを備えた第2の電池セルと、
第1の節点と第2の節点との間に設けられる第1の抵抗体を介して、前記第1の電池セルと電気的に並列接続することができる第1のスイッチと、
前記第2の節点と第3の節点との間に設けられる第2の抵抗体を介して、前記第2の電池セルと電気的に並列接続することができる第2のスイッチと、
前記第1の節点を通って前記第1の電極端子に電気的に接続された第1の信号配線と、前記第2の節点を通って前記第2の電極端子及び前記第3の電極端子に電気的に接続された第2の信号配線と、前記第3の節点を通って前記第4の電極端子に電気的に接続された第3の信号配線と、
制御装置と
を有し、
前記制御装置は、前記第1のスイッチを閉とした際に形成される前記第1の信号配線と前記第2の信号配線と前記第1の電池セルとを含む第1の電流経路において配線異常があるか否かを判定し、且つ、前記第2のスイッチを閉とした際に形成される前記第2の信号配線と前記第3の信号配線と前記第2の電池セルとを含む第2の電流経路において配線異常があるか否かを判定し、
前記判定した結果、前記配線異常があるとされた電流経路の数と、前記配線異常があるとされた電流経路に含まれる電池セルが前記電力負荷と接続される前記電池モジュール内の端に位置するか否かに応じて、配線異常が発生した箇所を判定することを特徴とする電池システム。 - 前記第2の電極端子と前記第3の電極端子とを電気的に接続する第1の電力配線と、
前記第1の電極端子に接続された第2の電力配線と、
前記第4の電極端子に接続された第3の電力配線と
をさらに有し、
前記制御装置は、前記第1のスイッチを閉とした際に前記第1の電流経路に配線異常があると判定し、前記第2のスイッチを閉とした際に前記第2の電流経路に配線異常がないと判定した場合であって、且つ、前記第1の電流経路に含まれる前記第1の電池セルが前記電力負荷と接続される前記電池モジュール内の端に位置する場合、前記第1の電力配線、前記第2の電力配線、または前記第1の信号配線のいずれかに配線異常があると判定することを特徴とする請求項1に記載の電池システム。 - 前記第2の電極端子と前記第3の電極端子とを電気的に接続する第1の電力配線と、
前記第1の電極端子に接続された第2の電力配線と、
前記第4の電極端子に接続された第3の電力配線と
をさらに有し、
前記制御装置は、前記第1のスイッチを閉とした際に前記第1の電流経路に配線異常があると判定し、前記第2のスイッチを閉とした際に前記第2の電流経路に配線異常がないと判定した場合であって、且つ、前記第1の電流経路に含まれる前記第1の電池セルが前記電力負荷と接続される前記電池モジュール内の端に位置しない場合、前記第1の電力配線または前記第2の電力配線に配線異常があると判定することを特徴とする請求項1に記載の電池システム。 - 前記制御装置は、前記第1のスイッチを閉とした際に前記第1の電流経路に配線異常があると判定し、前記第2のスイッチを閉とした際に前記第2の電流経路に配線異常があると判定した場合には、前記第2の信号配線に配線異常があると判定することを特徴とする請求項1に記載の電池システム。
- 第1極性の第1の電極端子と第2極性の第2の電極端子とを備えた第1の電池セルと、
前記第1極性の第3の電極端子と前記第2極性の第4の電極端子とを備えた第2の電池セルと、
第1の節点と第2の節点とを第1の抵抗体を介して電気的に接続することができる第1のスイッチと、
前記第2の節点と第3の節点とを第2の抵抗体を介して電気的に接続することができる第2のスイッチと、
前記第1の節点を通って前記第1の電極端子に電気的に接続された第1の信号配線と、前記第2の節点を通って前記第2の電極端子及び前記第3の電極端子に電気的に接続された第2の信号配線と、前記第3の節点を通って前記第4の電極端子に電気的に接続された第3の信号配線と、
制御装置と
を有し、
前記制御装置は、前記第1のスイッチを閉とした際に形成される前記第1の信号配線と前記第2の信号配線とを含む第1の電流経路において配線異常があるか否かを判定することで、配線異常が発生した箇所を判定し、
前記制御装置は、前記第1のスイッチを閉とした際の前記第2の節点と前記第3の節点との間の電圧が、前記第2の電池セルの起電圧から許容値を足した値より大きい場合に、前記第2の信号配線に配線異常があると判定することを特徴とする電池システム。 - 表示装置をさらに有し、
前記制御装置は、前記判定した結果を前記表示装置に表示することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の電池システム。 - 前記第1極性は正極性であり、前記第1の電極端子及び前記第3の電極端子は正極端子であり、前記第2極性は負極性であり、前記第2の電極端子及び前記第4の電極端子は負極端子であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の電池システム。
- 前記第1極性は負極性であり、前記第1の電極端子及び前記第3の電極端子は負極端子であり、前記第2極性は正極性であり、前記第2の電極端子及び前記第4の電極端子は正極端子であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の電池システム。
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