JP5466103B2 - Abnormality detection device for battery pack - Google Patents

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Description

この発明は、組電池の異常検出装置に関し、より特定的には、直列接続された複数の電池セルを有する組電池における電池セルの内部抵抗上昇を検出する技術に関する。   The present invention relates to an assembled battery abnormality detection device, and more specifically to a technique for detecting an increase in internal resistance of a battery cell in an assembled battery having a plurality of battery cells connected in series.

多数の電池セル(電池モジュール)を直列接続した組電池が一般的に用いられている。たとえば、ハイブリッド自動車等において、このような組電池が電動機駆動用の電源として用いられている。   A battery pack in which a large number of battery cells (battery modules) are connected in series is generally used. For example, in a hybrid vehicle or the like, such an assembled battery is used as a power source for driving an electric motor.

特開2005−345124号公報(特許文献1)には、組電池において、複数の電池モジュール間で共通のA/Dコンバータを共有する構成が記載されている。特に、特開2005−345124号公報(特許文献1)では、複数の電池モジュール間で共有される、電圧値検出用の第1A/Dコンバータと、電流検出用の第2A/Dコンバータとを非同期に動作させることによって、電圧検出値および電流検出値の同期を確保するためのデータ収集装置の構成が開示されている。   Japanese Patent Laying-Open No. 2005-345124 (Patent Document 1) describes a configuration in which a common A / D converter is shared among a plurality of battery modules in an assembled battery. In particular, in Japanese Patent Laid-Open No. 2005-345124 (Patent Document 1), the first A / D converter for voltage value detection and the second A / D converter for current detection, which are shared among a plurality of battery modules, are asynchronous. A configuration of a data collection device for ensuring the synchronization of the voltage detection value and the current detection value by operating in this manner is disclosed.

これにより、電池セル(電池モジュール)の電圧および電流を同期して検出することによって、電池電圧が電流によって変化しても内部抵抗を正確に検出できるので、内部抵抗の異常(上昇)を誤検出することが防止できる。   As a result, by detecting the voltage and current of the battery cell (battery module) synchronously, the internal resistance can be accurately detected even if the battery voltage changes depending on the current. Can be prevented.

特開2005−345124号公報JP 2005-345124 A

組電池において電池セル単位での過充電および過放電を検知するためには、電池セル毎に電圧監視機能を持たせることが必要である。特に、電池セル毎に電圧値(アナログ値)を取得可能な構成とした場合には、電流センサによって取得される電流値との組み合わせに基づいて、内部抵抗の異常(過上昇)を検出することが可能である。特開2005−345124号公報(特許文献1)には、このような構成の下で、電池セル(電池モジュール)間で電圧検出用のA/Dコンバータを共有した上で、電流検出値と電圧検出値とを同期させるためのデータ収集装置が記載されている。   In order to detect overcharge and overdischarge of each battery cell in the assembled battery, it is necessary to provide a voltage monitoring function for each battery cell. In particular, when the voltage value (analog value) can be obtained for each battery cell, an abnormality (over rise) in internal resistance is detected based on the combination with the current value obtained by the current sensor. Is possible. In Japanese Patent Laid-Open No. 2005-345124 (Patent Document 1), under such a configuration, a voltage detection A / D converter is shared between battery cells (battery modules), and then a current detection value and a voltage are detected. A data collection device for synchronizing detection values is described.

しかしながら、電池セル毎に電圧検出値を出力可能な構成とすると、検出器(センサ)の配置個数や取り扱う信号数が増加することから、異常検出装置の構成が複雑化することによるコスト上昇が懸念される。   However, if the voltage detection value can be output for each battery cell, the number of detectors (sensors) arranged and the number of signals to be handled increase, so there is a concern about cost increase due to the complexity of the configuration of the abnormality detection device. Is done.

したがって、電池セル毎の電圧監視機能については、電圧検出値を直接取り扱うのではなく、過充放電の閾値となる判定電圧との比較結果のみを出力する構成とすることによって、装置の簡素化、すなわち、低コスト化を図ることができる。一方、このような装置の簡素化と両立して、いかに異常検出の精度を確保するかが問題となる。   Therefore, with respect to the voltage monitoring function for each battery cell, instead of directly handling the voltage detection value, the configuration of outputting only the comparison result with the determination voltage serving as the overcharge / discharge threshold, simplification of the device, That is, cost reduction can be achieved. On the other hand, there is a problem of how to ensure the accuracy of abnormality detection while at the same time simplifying the apparatus.

ここで、二次電池である各電池セルは、電極活物質の電気化学反応によって起電力を発生している。この電気化学反応は、電極活物質の表面付近で起こりやすい一方で、電極活物質の内部における反応には拡散のための遅延時間が生じる。このため、電極内部と表面部における不均衡に起因して、時間経過に応じて変化する動的な分極電圧が発生することが知られている。分極電圧は、放電時には負電圧方向に発生する一方で、充電時には正電圧方向に発生する。   Here, each battery cell that is a secondary battery generates an electromotive force by an electrochemical reaction of the electrode active material. While this electrochemical reaction tends to occur near the surface of the electrode active material, a delay time for diffusion occurs in the reaction inside the electrode active material. For this reason, it is known that a dynamic polarization voltage that changes with the passage of time is generated due to an imbalance between the inside of the electrode and the surface portion. The polarization voltage is generated in the negative voltage direction during discharging, and is generated in the positive voltage direction during charging.

このため、電池セルの出力電圧は、内部抵抗が正常であっても、分極電圧によって大きく低下するケースがある。かかるケースにおいて、内部抵抗の異常(過上昇)を誤検出してしまうことが懸念される。   For this reason, the output voltage of the battery cell may be greatly reduced by the polarization voltage even if the internal resistance is normal. In such a case, there is a concern that an abnormality (excessive rise) in internal resistance may be erroneously detected.

この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、組電池の電池セル毎の電圧監視機能として、電圧値を直接検出することなく所定の判定電圧との比較結果を検出するように簡易に構成された異常検出装置において、内部抵抗異常(過上昇)の誤検出を防止することである。   The present invention has been made to solve such problems, and an object of the present invention is to perform a predetermined determination without directly detecting a voltage value as a voltage monitoring function for each battery cell of an assembled battery. In an abnormality detection device that is simply configured to detect a comparison result with a voltage, an erroneous detection of an internal resistance abnormality (over rise) is prevented.

この発明のある局面では、直列接続された複数の電池セルを有する組電池の異常検出装置は、複数の検知ユニットと、電流検出器と、異常監視回路とを備える。複数の検知ユニットは、複数の電池セルのそれぞれに対応して設けられ、各々が対応の電池セルの出力電圧と所定の判定電圧との電圧比較を実行するように構成される。電流検は、複数の電池セルの電流を検出するように構成される。複数の検知ユニットは、開始トリガに応答して順次動作するとともに電圧比較の結果を反映した信号を順次伝達することによって、複数の電池セルのいずれかの出力電圧が判定電圧よりも低下したか否かを示す異常検出信号を出力するように構成される。異常監視回路は、複数の検知ユニットからの信号と、電流検出器による電流検出値に基づいて、複数の電池セルのいずれかで内部抵抗が上限値よりも上昇する内部抵抗異常が発生したか否かを監視するように構成される。そして、異常監視回路は、各電池セルに発生している分極電圧を推定するための分極電圧推定部と、推定された分極電圧に応じて、内部抵抗異常の検出のための判定電流をデフォルト値から低下させる判定電流設定部と、電流比較部とを含む。電流比較部は、異常検出信号によって複数の電池セルのいずれかの出力電圧が判定電圧よりも低下したことが示された場合に、電流検出値が判定電流よりも低いときに、内部抵抗異常の発生を検知するように構成される。   In one aspect of the present invention, a battery pack abnormality detection device having a plurality of battery cells connected in series includes a plurality of detection units, a current detector, and an abnormality monitoring circuit. The plurality of detection units are provided corresponding to each of the plurality of battery cells, and each is configured to perform a voltage comparison between the output voltage of the corresponding battery cell and a predetermined determination voltage. The current sensor is configured to detect currents of a plurality of battery cells. Whether or not the output voltage of any of the plurality of battery cells has dropped below the determination voltage by sequentially detecting a signal reflecting the result of the voltage comparison while sequentially operating in response to the start trigger. An abnormality detection signal indicating that is output. The abnormality monitoring circuit determines whether or not an internal resistance abnormality has occurred in which the internal resistance rises above the upper limit value in any of the plurality of battery cells based on the signals from the plurality of detection units and the current detection value by the current detector. Configured to monitor. Then, the abnormality monitoring circuit includes a polarization voltage estimation unit for estimating a polarization voltage generated in each battery cell, and a determination current for detecting an internal resistance abnormality according to the estimated polarization voltage as a default value. A determination current setting unit that reduces the current value and a current comparison unit. When the output voltage of any of the plurality of battery cells is lower than the determination voltage when the abnormality detection signal indicates that the current detection value is lower than the determination current, the current comparison unit Configured to detect occurrences.

好ましくは、判定電流設定部は、推定された分極電圧が負電圧である場合に、分極電圧の絶対値が大きくなると判定電流を相対的に低下させるように構成される。   Preferably, the determination current setting unit is configured to relatively decrease the determination current when the absolute value of the polarization voltage increases when the estimated polarization voltage is a negative voltage.

また好ましくは、判定電流設定部または電流比較部は、推定された分極電圧が、負電圧である第1の基準電圧よりも低下したときに、内部抵抗異常の検出をマスクするように動作する。   Preferably, the determination current setting unit or the current comparison unit operates to mask detection of the internal resistance abnormality when the estimated polarization voltage is lower than the first reference voltage that is a negative voltage.

さらに好ましくは、判定電流設定部または電流比較部は、内部抵抗異常の検出が一旦マスクされた場合には、分極電圧が、第1の基準電圧よりも高い第2の基準電圧よりも高くなったときに、内部抵抗異常の検出を再開するように動作する。   More preferably, the determination current setting unit or the current comparison unit has the polarization voltage higher than the second reference voltage higher than the first reference voltage once the detection of the internal resistance abnormality is masked. Sometimes it operates to resume detection of internal resistance anomalies.

特にこのような構成では、第1の基準電圧は、複数の電池セルの温度が低いほど高い電圧に設定される。あるいは、第2の基準電圧は、複数の電池セルの温度が低いほど高い電圧に設定される。   Particularly in such a configuration, the first reference voltage is set to a higher voltage as the temperature of the plurality of battery cells is lower. Alternatively, the second reference voltage is set to a higher voltage as the temperature of the plurality of battery cells is lower.

この発明によれば、組電池の電池セル毎の電圧監視機能として、電圧値を直接検出することなく所定の判定電圧との比較結果を検出するように簡易に構成された異常検出装置において、内部抵抗異常(過上昇)の誤検出を防止することができる。   According to the present invention, as a voltage monitoring function for each battery cell of an assembled battery, in an abnormality detection device that is simply configured to detect a comparison result with a predetermined determination voltage without directly detecting a voltage value, It is possible to prevent erroneous detection of abnormal resistance (over rise).

本発明の実施の形態による組電池の異常検出装置が適用される電気システムの構成を示す概略ブロック図である。It is a schematic block diagram which shows the structure of the electric system to which the abnormality detection apparatus of the assembled battery by embodiment of this invention is applied. 図1に示された検知ユニットの構成例を説明するブロック図である。It is a block diagram explaining the structural example of the detection unit shown by FIG. 異常監視回路による内部抵抗異常の検出手法を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining the detection method of internal resistance abnormality by an abnormality monitoring circuit. 電池セルの出力電圧に対する分極電圧の影響を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the influence of the polarization voltage with respect to the output voltage of a battery cell. バッテリ電流の変化と分極電圧の変化との関係を説明する波形図である。It is a wave form diagram explaining the relationship between the change of a battery current, and the change of a polarization voltage. 異常監視回路による内部抵抗異常検出を実現するための機能ブロック図である。It is a functional block diagram for realizing internal resistance abnormality detection by the abnormality monitoring circuit. バッテリ電流およびバッテリ温度に基づき分極値を求めるマップの構成イメージを説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining the structure image of the map which calculates | requires a polarization value based on battery current and battery temperature. 本発明の実施の形態による組電池の異常検出装置における、分極電圧を考慮したセル抵抗異常の検出手法を説明する波形図である。It is a wave form diagram explaining the detection method of the cell resistance abnormality which considered the polarization voltage in the abnormality detection apparatus of the assembled battery by embodiment of this invention. 分極判定のための基準電圧の設定を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining the setting of the reference voltage for polarization determination. 本発明の実施の形態による組電池の異常検出装置による内部抵抗異常検出の制御処理手順を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the control processing procedure of the internal resistance abnormality detection by the abnormality detection apparatus of the assembled battery by embodiment of this invention. 本実施の形態による組電池の異常検出装置が適用される組電池の他の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the other structural example of the assembled battery to which the abnormality detection apparatus of the assembled battery by this Embodiment is applied.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下では、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は原則的に繰返さないものとする。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following, the same or corresponding parts in the drawings are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated in principle.

図1は、本発明の実施の形態による組電池の異常検出装置および当該異常検出装置が適用される電気システム200の構成を示す概略ブロック図である。   FIG. 1 is a schematic block diagram showing a configuration of an assembled battery abnormality detection device according to an embodiment of the present invention and an electric system 200 to which the abnormality detection device is applied.

図1を参照して、電気システム200は、たとえばハイブリッド自動車や電気自動車等の電力によって車両駆動力を発生可能な機構を備えた車両に搭載される。電気システム200は、組電池10と、組電池10の異常検出装置100と、負荷12とを備える。   Referring to FIG. 1, an electric system 200 is mounted on a vehicle having a mechanism capable of generating a vehicle driving force by electric power such as a hybrid vehicle or an electric vehicle. The electric system 200 includes an assembled battery 10, an abnormality detection device 100 for the assembled battery 10, and a load 12.

組電池10は、直列接続された複数個の電池セルCL(1)〜CL(n)を含む(n:2以上の整数)。組電池10は、直流電力を負荷12へ供給する。また、組電池10は負荷12から供給される直流電力によって充電される。なお、以下では、電池セルCL(1)〜CL(n)を総称して、単に電池セルCLとも称する。   The assembled battery 10 includes a plurality of battery cells CL (1) to CL (n) connected in series (n: an integer of 2 or more). The assembled battery 10 supplies DC power to the load 12. Further, the assembled battery 10 is charged with DC power supplied from the load 12. Hereinafter, the battery cells CL (1) to CL (n) are collectively referred to simply as the battery cell CL.

負荷12は、モータおよびモータを駆動するインバータ(いずれも図示せず)を含む。このモータは、力行動作によって車輪の駆動力を発生したり、車輪の駆動力によって回転されることにより、回生制動により交流電力を発生したりするように構成される。なお、上記モータをハイブリッド車両に搭載されるエンジンの始動および/または組電池10の充電のために発電するモータとして用いてもよい。また、図示しないインバータは、組電池10からの直流電力を交流電力に変換してモータに供給したり、モータによって生成された交流電力を直流電力に変換して組電池10に供給したりする。   Load 12 includes a motor and an inverter that drives the motor (both not shown). This motor is configured to generate wheel driving force by a power running operation, or to generate AC power by regenerative braking by being rotated by the wheel driving force. Note that the motor may be used as a motor for generating electric power for starting an engine mounted on the hybrid vehicle and / or charging the battery pack 10. An inverter (not shown) converts DC power from the assembled battery 10 into AC power and supplies it to the motor, or converts AC power generated by the motor into DC power and supplies it to the assembled battery 10.

異常検出装置100は、電池セルCL(1)〜CL(n)にそれぞれ対応して設けられた検知ユニット20(1)〜20(n)と、伝送回路25と、異常監視回路30とを含む。   Abnormality detection device 100 includes detection units 20 (1) to 20 (n) provided corresponding to battery cells CL (1) to CL (n), a transmission circuit 25, and an abnormality monitoring circuit 30, respectively. .

検知ユニット20(1)〜20(n)へは、対応する電池セルCL(1)〜CL(n)のそれぞれの出力電圧Vc(1)〜Vc(n)が入力される。検知ユニット20(1)は、異常監視回路30から開始トリガTRGを与えられるのに応答して作動して、電池セルCL(1)の出力電圧Vc(1)と所定の判定電圧Vxとを比較する。そして、検知ユニット20(1)は、電圧比較結果に従って、検出信号OD(1)を出力する。具体的には、検知ユニット20(1)は、出力電圧Vc(1)が判定電圧Vxよりも低下すると(Vc(1)<Vx)、論理ハイレベル(以下、単にHレベルとも表記する)の検出信号OD(1)を出力する。一方、検知ユニット20(1)は、出力電圧Vc(1)が判定電圧Vxを下回っていないとき(Vc(1)≧Vx)には、論理ローレベル(以下、単にLレベルとも表記する)の検出信号OD(1)を出力する。   The output voltages Vc (1) to Vc (n) of the corresponding battery cells CL (1) to CL (n) are input to the detection units 20 (1) to 20 (n). The detection unit 20 (1) operates in response to the start trigger TRG given from the abnormality monitoring circuit 30, and compares the output voltage Vc (1) of the battery cell CL (1) with a predetermined determination voltage Vx. To do. And detection unit 20 (1) outputs detection signal OD (1) according to a voltage comparison result. Specifically, when the output voltage Vc (1) is lower than the determination voltage Vx (Vc (1) <Vx), the detection unit 20 (1) is at a logic high level (hereinafter also simply referred to as H level). The detection signal OD (1) is output. On the other hand, when the output voltage Vc (1) is not lower than the determination voltage Vx (Vc (1) ≧ Vx), the detection unit 20 (1) has a logic low level (hereinafter also simply referred to as L level). The detection signal OD (1) is output.

検知ユニット20(2)は、前段の検知ユニット20(1)から検出信号OD(1)が出力されるのに応答して動作して、電池セルCL(2)の出力電圧Vc(2)と所定の判定電圧Vxとを比較する。そして、検知ユニット20(2)は、検知ユニット20(1)での電圧比較結果と、自身での電圧比較結果との論理和を取る態様で、検出信号OD(2)を出力する。   The detection unit 20 (2) operates in response to the detection signal OD (1) being output from the previous detection unit 20 (1), and the output voltage Vc (2) of the battery cell CL (2). A predetermined determination voltage Vx is compared. Then, the detection unit 20 (2) outputs the detection signal OD (2) in a manner in which a logical sum of the voltage comparison result in the detection unit 20 (1) and the voltage comparison result in itself is taken.

すなわち、検出信号OD(1)がHレベルであるときには、検知ユニット20(2)は、Vc(2)≧Vxであっても、Hレベルの検出信号OD(2)を出力する。これに対して、検出信号OD(1)がLレベルであるときには、検知ユニット20(2)は、Vc(2)と判定電圧Vxとの比較結果に従って、すなわち、VC(2)<VxのときはHレベルの検出信号OD(2)を出力する一方で、VC(2)≧VxのときにはLレベルの検出信号OD(2)を出力する。   That is, when the detection signal OD (1) is at the H level, the detection unit 20 (2) outputs the detection signal OD (2) at the H level even when Vc (2) ≧ Vx. On the other hand, when the detection signal OD (1) is at the L level, the detection unit 20 (2) follows the comparison result between Vc (2) and the determination voltage Vx, that is, when VC (2) <Vx. Outputs an H level detection signal OD (2), while VC (2) ≧ Vx outputs an L level detection signal OD (2).

図2は、第i番目の検知ユニット20(i)の構成例を示すブロック図である。図2には、i=2〜nの検知ユニット20(i)の構成が示される。   FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration example of the i-th detection unit 20 (i). FIG. 2 shows the configuration of the detection unit 20 (i) with i = 2 to n.

図2を参照して、検知ユニット20(i)は、電圧比較器21と、論理ゲート22とを有する。電圧比較器21は、検知ユニット20(i)に対応する電池セルCL(i)の出力電圧Vc(i)と,所定の判定電圧Vxとを比較して、Vc(i)<Vxとなったときには、出力電圧をHレベルに設定する一方で、Vc(i)≧Vxのときには出力電圧をLレベルに設定する。   With reference to FIG. 2, the detection unit 20 (i) includes a voltage comparator 21 and a logic gate 22. The voltage comparator 21 compares the output voltage Vc (i) of the battery cell CL (i) corresponding to the detection unit 20 (i) with a predetermined determination voltage Vx, and Vc (i) <Vx. Sometimes, the output voltage is set to the H level, while when Vc (i) ≧ Vx, the output voltage is set to the L level.

論理ゲート22は、電圧比較器21の出力信号と、前段の検知ユニット20(i−1)からの検出信号OD(i−1)の間の論理和(OR)演算結果を、検知ユニット20(i)の検出信号OD(i)として出力する。   The logic gate 22 outputs a logical sum (OR) operation result between the output signal of the voltage comparator 21 and the detection signal OD (i−1) from the detection unit 20 (i−1) in the previous stage, as the detection unit 20 ( The detection signal OD (i) of i) is output.

再び図1を参照して、各検知ユニット20(検知ユニット20(1)〜20(n)を包括的に表記するもの。以下同じ)での電圧比較結果が反映された検出信号OD(検出信号OD(1)〜OD(n)を包括的に表記するもの。以下同じ)は、論理和演算を行ないながら、次段の検知ユニット20へ順次伝達される。この結果、検知ユニット20(1)〜20(n)は、開始トリガTRGに応答して順次動作する。   Referring to FIG. 1 again, a detection signal OD (detection signal) in which a voltage comparison result in each detection unit 20 (detection units 20 (1) to 20 (n) is comprehensively described. The same applies hereinafter) is reflected. OD (1) to OD (n) are comprehensively expressed (hereinafter the same) are sequentially transmitted to the detection unit 20 in the next stage while performing a logical sum operation. As a result, the detection units 20 (1) to 20 (n) sequentially operate in response to the start trigger TRG.

各検知ユニット20の動作時間は同様であるから、結果的には、一定周期で対応の電池セルCL(1)〜CL(n)の出力電圧Vc(1)〜Vc(n)が、順番に判定電圧Vxとの比較される。そして、最終段の検知ユニット20(n)が出力する検出信号OD(n)は、開始トリガTRGに応答した、電池セルCL(1)〜CL(n)と判定電圧Vxとの一連の電圧比較において、出力電圧が判定電圧Vxよりも低下した電池セルが存在するか否かを示す信号であって、たとえば1ビットのデジタル信号である。   Since the operation time of each detection unit 20 is the same, as a result, the output voltages Vc (1) to Vc (n) of the corresponding battery cells CL (1) to CL (n) are sequentially changed in a certain cycle. It is compared with the determination voltage Vx. The detection signal OD (n) output from the last-stage detection unit 20 (n) is a series of voltage comparisons between the battery cells CL (1) to CL (n) and the determination voltage Vx in response to the start trigger TRG. , A signal indicating whether or not there is a battery cell whose output voltage is lower than the determination voltage Vx, for example, a 1-bit digital signal.

伝送回路25は、最終段の検知ユニット20(n)が出力した検出信号OD(n)を、フォトカプラ等で絶縁した上で、最終的な判定信号FVを生成する。すなわち、判定信号FVは、開始トリガTRGに応答して生成されて、異常監視回路30へ入力される。上述のように、判定信号FVは、電池セルCL(1)〜CL(n)のいずれかで出力電圧が判定電圧Vxよりも低下する異常(以下、「セル電圧低下異常」とも称する)が発生しているか否かを示す。具体的には、電池セルCL(1)〜CL(n)のいずれかで出力電圧が判定電圧Vxよりも低下したときには、判定信号FVはHレベルに設定される。一方で、電池セルCL(1)〜CL(n)の全ての出力電圧が判定電圧Vxを下回っていないときには、判定信号FVはLレベルとされる。   The transmission circuit 25 generates a final determination signal FV after insulating the detection signal OD (n) output from the detection unit 20 (n) at the final stage with a photocoupler or the like. That is, the determination signal FV is generated in response to the start trigger TRG and input to the abnormality monitoring circuit 30. As described above, the determination signal FV has an abnormality in which the output voltage is lower than the determination voltage Vx in any one of the battery cells CL (1) to CL (n) (hereinafter also referred to as “cell voltage decrease abnormality”). Whether or not Specifically, when the output voltage is lower than the determination voltage Vx in any one of the battery cells CL (1) to CL (n), the determination signal FV is set to the H level. On the other hand, when all the output voltages of battery cells CL (1) to CL (n) are not lower than the determination voltage Vx, the determination signal FV is set to the L level.

電流センサ15は、組電池10の通過電流であるバッテリ電流Ibを検出する。電池セルCL(1)〜CL(n)が直列接続されているので、バッテリ電流Ibは、電池セルCL(1)〜CL(n)に共通である。電流センサ15によって、バッテリ電流Ibの電流値を求めることができる。温度センサ17は、組電池10の温度(バッテリ温度Tb)を検出する。電圧センサ16は、電池セルCL(1)〜CL(n)全体の出力電圧、すなわち、組電池10の出力電圧Vbを検出する。   The current sensor 15 detects a battery current Ib that is a passing current of the assembled battery 10. Since the battery cells CL (1) to CL (n) are connected in series, the battery current Ib is common to the battery cells CL (1) to CL (n). The current sensor 15 can determine the current value of the battery current Ib. The temperature sensor 17 detects the temperature of the assembled battery 10 (battery temperature Tb). The voltage sensor 16 detects the output voltage of the entire battery cells CL (1) to CL (n), that is, the output voltage Vb of the assembled battery 10.

その一方で、電池セルCL(1)〜CL(n)の出力電圧Vc(1)〜Vc(n)については、電圧値を検出するための電圧センサは配置されていない。なお、以下では、電池セルCL(1)〜CL(n)の出力電圧Vc(1)〜Vc(n)を総称して、セル電圧Vcとも称する。   On the other hand, voltage sensors for detecting voltage values are not arranged for the output voltages Vc (1) to Vc (n) of the battery cells CL (1) to CL (n). Hereinafter, the output voltages Vc (1) to Vc (n) of the battery cells CL (1) to CL (n) are collectively referred to as a cell voltage Vc.

異常検出装置100は、各電池セルの電圧値に直接基づくのではなく、各セル電圧Vcと判定電圧Vxとの電圧比較結果に基づいて、電池セルの異常発生を検出する。すなわち、異常検出装置100は、電池セル毎の電圧監視に関して、多数の電池セルCL(1)〜CL(n)の電圧値(アナログ値)を検出する電圧センサを非配置とする簡易な構成とされていることが理解される。   The abnormality detection device 100 detects the occurrence of an abnormality in the battery cell based on the voltage comparison result between each cell voltage Vc and the determination voltage Vx, not directly based on the voltage value of each battery cell. That is, the abnormality detection apparatus 100 has a simple configuration in which voltage sensors that detect voltage values (analog values) of a large number of battery cells CL (1) to CL (n) are not disposed with respect to voltage monitoring for each battery cell. It is understood that

異常監視回路30は、上位ECU(Electronic Control Unit)からの開始指示信号STRに応答して電池セルCL(1)〜CL(n)の異常検出動作を実行する。すなわち、異常監視回路30は、開始指示信号STRに応答して、検知ユニット20(1)へ与えられる開始トリガTRGを生成する。   Abnormality monitoring circuit 30 performs an abnormality detection operation for battery cells CL (1) to CL (n) in response to a start instruction signal STR from a host ECU (Electronic Control Unit). That is, the abnormality monitoring circuit 30 generates a start trigger TRG to be given to the detection unit 20 (1) in response to the start instruction signal STR.

さらに、異常監視回路30は、開始トリガTRGに応答して返送された判定信号FVと、電流センサ15の出力のサンプリング値とに基づいて、上記電圧低下異常の発生時には、内部抵抗の過上昇(以下、単に「内部抵抗異常」とも称する)が発生しているか否かを判定する。   Further, the abnormality monitoring circuit 30 determines that the internal resistance is excessively increased when the voltage drop abnormality occurs based on the determination signal FV returned in response to the start trigger TRG and the sampling value of the output of the current sensor 15. Hereinafter, it is determined whether or not an “internal resistance abnormality” has occurred.

そして、異常監視回路30は、電池セルCL(1)〜CL(n)の異常検出結果(少なくとも、セル電圧低下異常および内部抵抗異常に関する検出結果を含む)を示す信号RSLを、上位ECUへ出力する。   Then, abnormality monitoring circuit 30 outputs a signal RSL indicating abnormality detection results (including at least detection results regarding cell voltage drop abnormality and internal resistance abnormality) of battery cells CL (1) to CL (n) to the host ECU. To do.

なお、本実施の形態における内部抵抗異常の検出と直接関連しないために図示は省略しているが、各電池セルの出力電圧Vc(1)〜Vc(n)が、上限電圧(判定電圧Vxよりも高い)を超えているかどうかを判定する検知ユニット(図示せず)をさらに設けることが好ましい。これにより、電池セルCL(1)〜CL(n)の各々の過充電側の電圧異常についても監視可能に、異常検出装置100を構成することができる。   Although not shown because it is not directly related to the detection of the internal resistance abnormality in the present embodiment, the output voltages Vc (1) to Vc (n) of each battery cell are higher than the upper limit voltage (the determination voltage Vx). It is preferable to further provide a detection unit (not shown) for determining whether or not the value exceeds the upper limit. Thereby, the abnormality detection apparatus 100 can be configured so that it is possible to monitor the voltage abnormality on the overcharge side of each of the battery cells CL (1) to CL (n).

次に、異常監視回路30による内部抵抗異常の検出について詳細に説明する。なお、異常監視回路30は、集積回路(IC)等のマイクロコンピュータによって構成することが可能であり、予め格納されたプログラムの実行によるソフトウェア処理および/または予め作製された専用の電子回路(図示せず)によるハードウェア処理によって、以下に説明する異常検出動作を実行するように構成される。   Next, detection of internal resistance abnormality by the abnormality monitoring circuit 30 will be described in detail. The abnormality monitoring circuit 30 can be configured by a microcomputer such as an integrated circuit (IC), and performs software processing by executing a program stored in advance and / or a dedicated electronic circuit (not shown). The abnormality detection operation described below is executed by the hardware processing.

図3は、異常監視回路30による内部抵抗異常の検出手法を説明する概念図である。
図3を参照して、電池セルの内部抵抗は、バッテリ電流Ibによって生じる、開放電圧Voからの電圧降下によって検出できる。すなわち、セル電圧Vcは、内部抵抗に相当する傾きに従って、バッテリ電流Ibの増大に応じて低下することとなる。
FIG. 3 is a conceptual diagram for explaining a detection method of an internal resistance abnormality by the abnormality monitoring circuit 30.
Referring to FIG. 3, the internal resistance of the battery cell can be detected by a voltage drop from open circuit voltage Vo caused by battery current Ib. That is, the cell voltage Vc decreases according to the increase in the battery current Ib according to the slope corresponding to the internal resistance.

電池セルの内部抵抗が上昇すると、図3に示したIb−Vc直線の傾き(負値)が急になり、同一のバッテリ電流Ibにおける出力電圧Vcが低下することになる。そして、内部抵抗異常を検出する閾値に相当する内部抵抗の境界値を定めることにより、内部抵抗が当該境界値の下でセル電圧Vc=Vxとなったときの電流Ixを求めることができる。   When the internal resistance of the battery cell increases, the slope (negative value) of the Ib-Vc straight line shown in FIG. 3 becomes steep, and the output voltage Vc at the same battery current Ib decreases. Then, by defining the boundary value of the internal resistance corresponding to the threshold value for detecting the internal resistance abnormality, the current Ix when the internal resistance becomes the cell voltage Vc = Vx under the boundary value can be obtained.

このように求めた電流Ixは、電池セルCL(1)〜CL(n)のいずれかの出力電圧が判定電圧Vxを下回ったときのバッテリ電流Ibと比較することによって、内部抵抗異常検出の判定電流とすることができる。すなわち、セル電圧低下異常の検出時には、バッテリ電流Ib<Ixのときには内部抵抗異常を検出する一方で、Ib≧Ixのときには内部抵抗異常を検出しないようにすることで、各電池セルの出力電圧値を取得するための電圧センサを非配置とする構成の異常検出装置100によっても、異常検出動作において、内部抵抗異常の発生有無を判定することができる。   The current Ix thus determined is compared with the battery current Ib when the output voltage of any one of the battery cells CL (1) to CL (n) falls below the determination voltage Vx, thereby determining the internal resistance abnormality detection. It can be a current. That is, when the battery voltage drop abnormality is detected, the internal resistance abnormality is detected when the battery current Ib <Ix, while the internal resistance abnormality is not detected when Ib ≧ Ix. Even in the abnormality detection operation, it is possible to determine whether or not an internal resistance abnormality has occurred in the abnormality detection device 100 having a configuration in which the voltage sensor for acquiring the voltage is not arranged.

しかしながら、図4に示すように、一定電流の放電が継続されると、負の分極電圧の発生によって、上述の異常検出動作では内部抵抗異常を誤検出する虞がある。   However, as shown in FIG. 4, if the discharge of a constant current is continued, there is a possibility that the internal resistance abnormality is erroneously detected in the above-described abnormality detection operation due to the generation of a negative polarization voltage.

図4を参照して、時刻t1から、バッテリ電流Ib=I1(I1<Ix)による放電が継続される。時刻t1では、バッテリ電圧Vbは、開放電圧Voから、内部抵抗とバッテリ電流との積に依存する電圧降下ΔV1の発生によって低下する。さらに、電極活物質の表面と内部との間での電気化学反応の時間差に応じて、分極電圧Vdynが発生する。   Referring to FIG. 4, from time t1, discharging with battery current Ib = I1 (I1 <Ix) is continued. At time t1, the battery voltage Vb decreases from the open voltage Vo due to the generation of a voltage drop ΔV1 that depends on the product of the internal resistance and the battery current. Furthermore, the polarization voltage Vdyn is generated according to the time difference of the electrochemical reaction between the surface and the inside of the electrode active material.

図5には、バッテリ電流の変化と分極電圧の変化との関係を説明するために概念的な波形図が示される。   FIG. 5 is a conceptual waveform diagram for explaining the relationship between the change in battery current and the change in polarization voltage.

図5を参照して、図5(a)に示すようにバッテリ電流Ibが変化した場合、図5(b)に示すように、分極電圧Vdynは、放電の継続により負電圧方向に変化し、充電の継続により正電圧方向に変化する。すなわち、バッテリ電流Ib>0のとき(放電時)には、その時点での分極電圧Vdynの変化量は基本的に負となり、バッテリ電流Ib<0のとき(充電時)には、その時点での分極電圧Vdynの変化量は基本的に正となる。また、バッテリ電流Ibが一定のまま十分な時間が経過すれば、分極電圧Vdynは、バッテリ電流Ibに依存した一定値に収束する。すなわち、分極電圧Vdynは、一定の字定数を有する一次遅れの挙動を示す。この時定数は、電気化学反応における反応関与物質(たとえば、リチウムイオン)の拡散速度等に対応する。また、分極電圧Vdynは、複数の異なる時定数に従って発生する一次遅れ電圧の和となって現れることが一般的である。   Referring to FIG. 5, when the battery current Ib changes as shown in FIG. 5A, the polarization voltage Vdyn changes in the negative voltage direction as the discharge continues, as shown in FIG. It changes in the positive voltage direction as charging continues. That is, when the battery current Ib> 0 (during discharging), the change amount of the polarization voltage Vdyn at that time is basically negative, and when the battery current Ib <0 (during charging), The amount of change in the polarization voltage Vdyn is basically positive. Further, if a sufficient time elapses while the battery current Ib remains constant, the polarization voltage Vdyn converges to a constant value that depends on the battery current Ib. That is, the polarization voltage Vdyn exhibits a first-order lag behavior having a constant character constant. This time constant corresponds to the diffusion rate of a reaction participating substance (for example, lithium ion) in the electrochemical reaction. The polarization voltage Vdyn generally appears as the sum of first-order lag voltages generated according to a plurality of different time constants.

再び図4を参照して、バッテリ電流Ib(Ib=I1)が正のため、分極電圧Vdynは負電圧方向に生じる。   Referring to FIG. 4 again, since battery current Ib (Ib = I1) is positive, polarization voltage Vdyn is generated in the negative voltage direction.

内部抵抗が上昇した異常セルのセル電圧102は、内部抵抗による電圧降下が大きいために、バッテリ電流が発生した時刻t1の直後に、分極電圧Vdynが発生していない段階で判定電圧Vxよりも低下する。このとき、I1<Ixであるために、内部抵抗異常が検出される。   Since the voltage drop due to the internal resistance is large, the cell voltage 102 of the abnormal cell whose internal resistance has increased is lower than the determination voltage Vx immediately after the time t1 when the battery current is generated and when the polarization voltage Vdyn is not generated. To do. At this time, an internal resistance abnormality is detected because I1 <Ix.

一方、内部抵抗が上昇していない正常セルのセル電圧105は、内部抵抗による電圧降下の影響によっては、判定電圧Vxよりも低下することがない。このため、内部抵抗異常は検出されない。しかしながら、判定電流Ixよりも小さい電流での放電が継続することにより、分極電圧の影響によってセル電圧105が低下する。そして、セル電圧105が判定電圧Vxよりも低下すると、内部抵抗が正常であるにもかかわらず、I1<Ixであるために、内部抵抗異常が誤検出されてしまう。   On the other hand, the cell voltage 105 of a normal cell in which the internal resistance has not increased does not fall below the determination voltage Vx due to the influence of a voltage drop due to the internal resistance. For this reason, the internal resistance abnormality is not detected. However, when the discharge with a current smaller than the determination current Ix continues, the cell voltage 105 decreases due to the influence of the polarization voltage. When the cell voltage 105 is lower than the determination voltage Vx, the internal resistance abnormality is erroneously detected because I1 <Ix even though the internal resistance is normal.

したがって、簡易化された構成を有する本実施の形態による異常検出装置100では、このような分極電圧の発生による内部抵抗異常の誤検出を防止するために、以下のような検出手法を採用する。   Therefore, in the abnormality detection device 100 according to the present embodiment having a simplified configuration, the following detection method is adopted in order to prevent erroneous detection of the internal resistance abnormality due to the generation of the polarization voltage.

図6には、異常監視回路30による内部抵抗異常検出を実現するための機能ブロック図が示される。図6に示される各ブロックの機能は、異常監視回路30によるソフトウェア処理および/またはハードウェア処理によって実現される。   FIG. 6 shows a functional block diagram for realizing the internal resistance abnormality detection by the abnormality monitoring circuit 30. The function of each block shown in FIG. 6 is realized by software processing and / or hardware processing by the abnormality monitoring circuit 30.

図6を参照して、異常監視回路30は、電流サンプリング部32と、最大値抽出部34と、分極電圧推定部36と、Ix設定部38と、電流比較部40とを含む。   Referring to FIG. 6, abnormality monitoring circuit 30 includes a current sampling unit 32, a maximum value extraction unit 34, a polarization voltage estimation unit 36, an Ix setting unit 38, and a current comparison unit 40.

電流サンプリング部32は、開始指示信号STRが入力されると、開始トリガTRGを生成する。さらに、開始トリガTRGに応答した検知ユニット20(1)〜20(n)の動作期間内に、電流サンプリング部32は、1回または複数回にわたって電流センサ15によって検出されたバッテリ電流Ibをサンプリングする。   When the start instruction signal STR is input, the current sampling unit 32 generates a start trigger TRG. Furthermore, the current sampling unit 32 samples the battery current Ib detected by the current sensor 15 once or a plurality of times within the operation period of the detection units 20 (1) to 20 (n) in response to the start trigger TRG. .

最大値抽出部34は、電流サンプリング部32によって抽出された電流サンプリング値のうちの最大値を抽出して、最大電流Imaxを出力する。電流サンプリング部32のサンプリング回数が1回のときには、当該電流サンプリング値がそのまま最大電流Imaxとされる。   The maximum value extraction unit 34 extracts the maximum value from the current sampling values extracted by the current sampling unit 32 and outputs the maximum current Imax. When the number of times of sampling of the current sampling unit 32 is 1, the current sampling value is directly used as the maximum current Imax.

電流比較部40は、判定信号FVがHレベルに設定されたとき、すなわち、いずれかの電池セルで出力電圧が判定電圧Vxよりも低下したときに、内部抵抗異常の有無を示す異常検出信号RSLを出力する。   When the determination signal FV is set to the H level, that is, when the output voltage is lower than the determination voltage Vx in any battery cell, the current comparison unit 40 indicates an abnormality detection signal RSL indicating the presence or absence of an internal resistance abnormality. Is output.

電流比較部40は、最大値抽出部34からの最大電流Imaxと、Ix設定部38によって設定される判定電流Ixとを比較する。そして、Imax<Ixのときに、内部抵抗異常を検出して異常検出信号RSLをHレベルに設定する。一方、Imax≧Ixのときには、電流比較部40は、異常検出信号RSLをLレベルに設定するので、内部抵抗異常は検出されない。   The current comparison unit 40 compares the maximum current Imax from the maximum value extraction unit 34 with the determination current Ix set by the Ix setting unit 38. When Imax <Ix, the internal resistance abnormality is detected and the abnormality detection signal RSL is set to the H level. On the other hand, when Imax ≧ Ix, current comparison unit 40 sets abnormality detection signal RSL to the L level, so that no internal resistance abnormality is detected.

Ix設定部38は、分極電圧推定部36によって推定された分極電圧Vdynに応じて、判定電流Ixを設定する。具体的には、負の分極電圧の絶対値が大きくなると、判定電流Ixを図3に示した通常値(デフォルト値)よりも低下させて、内部抵抗異常が検出され難くする。好ましくは、Ix=0に変化させることによって、内部抵抗異常の検出をマスク(禁止)する。   The Ix setting unit 38 sets the determination current Ix according to the polarization voltage Vdyn estimated by the polarization voltage estimation unit 36. Specifically, when the absolute value of the negative polarization voltage is increased, the determination current Ix is decreased from the normal value (default value) shown in FIG. 3 to make it difficult to detect the internal resistance abnormality. Preferably, detection of internal resistance abnormality is masked (prohibited) by changing to Ix = 0.

ここで、分極電圧推定部36による分極電圧推定の一例を説明する。なお、分極電圧の推定手法については、以下の例示に限定されるものではなく、公知の手法を適宜用いることが可能である点について確認的に記載する。   Here, an example of polarization voltage estimation by the polarization voltage estimation unit 36 will be described. In addition, about the estimation method of a polarization voltage, it is not limited to the following illustrations, It points out clearly that the well-known method can be used suitably.

分極電圧Vdynの大きさは過去の充放電の履歴に応じて決定されると考えられる。また、その時点に近いほど影響は大きく、充電または放電の電流量が大きいほど影響は大きいと考えられる。したがって、分極電圧Vdynは、次の(1)式によって求めることができる。   The magnitude of the polarization voltage Vdyn is considered to be determined according to the past charge / discharge history. Further, the closer the time is, the greater the influence, and the larger the charge or discharge current amount, the greater the influence. Therefore, the polarization voltage Vdyn can be obtained by the following equation (1).

Figure 0005466103
Figure 0005466103

(1)式において、Vdyn(t0)は、時間t=t0での分極電圧を示し、τは時定数を示す。時定数τは、平均的な電流状態時における分極電圧の変化速度に対応するように実験的に求めることができる。   In the equation (1), Vdyn (t0) represents a polarization voltage at time t = t0, and τ represents a time constant. The time constant τ can be obtained experimentally so as to correspond to the rate of change of the polarization voltage in the average current state.

さらに、fdyn{st(t)}は、予め求められた、バッテリ状態量に対する分極電圧の依存性を示す。以下に説明するように、ここでのバッテリ状態量は、少なくともバッテリ電流Ibを含み、好ましくは、バッテリ電流Ibおよびバッテリ温度Tbの両方を含む。   Further, fdyn {st (t)} indicates the dependence of the polarization voltage on the battery state quantity obtained in advance. As will be described below, the battery state quantity here includes at least the battery current Ib, and preferably includes both the battery current Ib and the battery temperature Tb.

バッテリ電流Ibが一定のまま時間が十分に経過すれば、分極電圧Vdynは、バッテリ電流Ibに依存した一定値に収束する。すなわち、fdyn{st(t)}は、現時点でのバッテリ状態量(少なくともバッテリ電流Ib)が一定のまま時間が十分に経過した場合における分極電圧Vdynの収束値に対応する。以下では、このfdynを分極値とも称する。   If the battery current Ib remains constant and the time elapses sufficiently, the polarization voltage Vdyn converges to a constant value that depends on the battery current Ib. That is, fdyn {st (t)} corresponds to the convergence value of the polarization voltage Vdyn when a sufficient amount of time has elapsed with the current battery state quantity (at least the battery current Ib) being constant. Hereinafter, this fdyn is also referred to as a polarization value.

(1)式によれば、現時点でのバッテリ状態量に基づいて分極値fdynを逐次推定し、推定された分極値fdynを、時間軸方向に沿って時定数τによる減衰を伴って積分することにより、任意の時点t0における分極電圧Vdyn(t0)を求めることができる。   According to the equation (1), the polarization value fdyn is sequentially estimated based on the current battery state quantity, and the estimated polarization value fdyn is integrated along the time axis direction with attenuation by the time constant τ. Thus, the polarization voltage Vdyn (t0) at an arbitrary time point t0 can be obtained.

さらに、コンピュータにより所定周期Δt毎の離散的データ処理によって分極電圧Vdynを逐次推定するために、式(1)を離散化することによって、下記(2)式が得られる。   Furthermore, in order to sequentially estimate the polarization voltage Vdyn by discrete data processing for each predetermined period Δt by a computer, the following equation (2) is obtained by discretizing equation (1).

Figure 0005466103
Figure 0005466103

式(2)によれば、分極電圧Vdynの初期値を設定しておけば、その後は、現時点での分極値fdyn{st(t0)}および、分極電圧Vdynの前回推定値Vdtn(t0−Δt)を用いて、現時点での分極電圧Vdyn(t0)を逐次推定することができる。   According to the equation (2), if the initial value of the polarization voltage Vdyn is set, then the current polarization value fdyn {st (t0)} and the previous estimated value Vdtn (t0−Δt) of the polarization voltage Vdyn ) Can be used to sequentially estimate the current polarization voltage Vdyn (t0).

なお、式(1),(2)中の分極値fdynについては、バッテリ電流Ibを一定にして分極電圧を測定する実験を予め実施することにより、バッテリ電流Ibに基づき分極値fdynを求めるマップを予め作成することができる。   For the polarization value fdyn in the equations (1) and (2), a map for obtaining the polarization value fdyn based on the battery current Ib is obtained by conducting an experiment for measuring the polarization voltage with the battery current Ib constant. It can be created in advance.

また、同一のバッテリ電流Ibであっても、分極の発生度合いにはバッテリ温度Tbが影響を与えることから、バッテリ電流Ibおよびバッテリ温度Tbに基づいて分極値fdynを推定することが好ましい。この場合には、バッテリ電流Ibおよびバッテリ温度Tbを変数とする分極値fdyn(Ib,Tb)について、実験結果に基づくマップを予め作成しておくことが可能である。   Moreover, even if the battery current Ib is the same, the battery temperature Tb affects the degree of occurrence of polarization. Therefore, it is preferable to estimate the polarization value fdyn based on the battery current Ib and the battery temperature Tb. In this case, a map based on the experimental result can be created in advance for the polarization value fdyn (Ib, Tb) with the battery current Ib and the battery temperature Tb as variables.

図7には、分極値fdyn(Ib,Tb)のマップイメージが示されている。基本的に、放電時(Ib>0)にはfdyn(Ib,Tb)<0に設定され、充電時(Ib<0)にはfdyn(Ib,Tb)>0に設定される。なお、放電、充電時の電流が大きいほど分極値の絶対値|fdyn(Ib,Tb)|は相対的に大きく設定される。また、温度に関しては、バッテリ温度Tbが低いほど分極値の絶対値|fdyn(Ib,Tb)|は相対的に大きく設定される。そして、各時点でのバッテリ電流Ibおよびバッテリ温度Tbに基づき、上記マップを参照して、式(5)中でのfdyn{st(t0)}に相当する、分極値fdyn(Ib,Tb)が読出される。   FIG. 7 shows a map image of the polarization value fdyn (Ib, Tb). Basically, fdyn (Ib, Tb) <0 is set during discharging (Ib> 0), and fdyn (Ib, Tb)> 0 is set during charging (Ib <0). Note that the absolute value of the polarization value | fdyn (Ib, Tb) | is set to be relatively large as the current during discharging and charging increases. Regarding the temperature, as the battery temperature Tb is lower, the absolute value | fdyn (Ib, Tb) | of the polarization value is set to be relatively large. Then, based on the battery current Ib and the battery temperature Tb at each time point, the polarization value fdyn (Ib, Tb) corresponding to fdyn {st (t0)} in the equation (5) is obtained by referring to the map. Read out.

一般に、分極電圧推定部36の推定は、組電池10のSOC推定の一部として実行される。したがって、分極電圧Vdynは、SOC推定演算の実行周期に従って逐次更新されるように推定されている。このため、分極電圧推定部36は、SOC推定のための機能ブロックと共通化することができる。なお、本実施の形態では、複数の異なる時定数をそれぞれ用いた式(5)を複数個使用して、これらの式でそれぞれ算出されたVdyn(t0)の和に従って、分極電圧Vdynを算出するものとする。また、分極電圧Vdynは、各電池セルCLに共通するバッテリ電流Ibに基づいて算出することができるので、各電池セルCLに共通の値とすることができる。   In general, the estimation of the polarization voltage estimation unit 36 is executed as part of the SOC estimation of the battery pack 10. Therefore, the polarization voltage Vdyn is estimated so as to be sequentially updated according to the execution period of the SOC estimation calculation. For this reason, the polarization voltage estimation part 36 can be shared with the functional block for SOC estimation. In this embodiment, a plurality of equations (5) using a plurality of different time constants are used, and the polarization voltage Vdyn is calculated according to the sum of Vdyn (t0) calculated by these equations. Shall. Further, since the polarization voltage Vdyn can be calculated based on the battery current Ib common to each battery cell CL, it can be set to a value common to each battery cell CL.

図8は、本発明の実施の形態による、分極電圧を考慮したセル抵抗異常の検出手法を説明する波形図である。   FIG. 8 is a waveform diagram for explaining a cell resistance abnormality detection method in consideration of the polarization voltage according to the embodiment of the present invention.

図8を参照して、図4と同様に、時刻t1〜t3の間、判定電流Ixよりも小さいバッテリ電流Ib(Ib>0)が継続的に発生する。すなわち、各電池セルCLは継続的に放電する。   Referring to FIG. 8, similarly to FIG. 4, a battery current Ib (Ib> 0) smaller than the determination current Ix is continuously generated between times t1 and t3. That is, each battery cell CL is continuously discharged.

バッテリ電圧Vbは、バッテリ電流Ibが生じる時刻t1に、内部抵抗に応じた電圧降下によって開放電圧Voからステップ状に低下する。さらに、継続的なバッテリ電流Ibによる放電に伴って、バッテリ電圧Vbは、分極電圧の影響により徐々に低下する。なお、電池セルCL(1)〜CL(n)の各々に電圧センサは設けられていないが、セル電圧Vcについても、バッテリ電圧Vbと同様の電圧降下および分極電圧が発生する。   The battery voltage Vb decreases stepwise from the open voltage Vo due to a voltage drop according to the internal resistance at time t1 when the battery current Ib occurs. Furthermore, the battery voltage Vb gradually decreases due to the influence of the polarization voltage as the battery current Ib is continuously discharged. Although no voltage sensor is provided for each of the battery cells CL (1) to CL (n), a voltage drop and a polarization voltage similar to the battery voltage Vb are generated for the cell voltage Vc.

分極電圧推定部36(図6)によって推定される分極電圧Vdynは、時刻t1より負方向に発生する。そして、時刻t2において、分極電圧Vdynは基準電圧V1よりも低くなる。分極判定をオフからオンに遷移する際の閾値となる基準電圧V1は、負電圧である。   The polarization voltage Vdyn estimated by the polarization voltage estimation unit 36 (FIG. 6) is generated in the negative direction from time t1. At time t2, the polarization voltage Vdyn becomes lower than the reference voltage V1. The reference voltage V1 serving as a threshold when the polarization determination is changed from off to on is a negative voltage.

Ix設定部38は、Vdyn<V1になると、各電池セルCLに誤検出につながるレベルの分極電圧が発生していると判断して、分極判定をオンにする。分極判定がオンされると、判定電流Ixは、図3に示した通常値(デフォルト値)よりも低下される。一例として、Ix設定部38は、分極判定をオンしている間は、内部抵抗異常の検出をマスク(禁止)するために、Ix=0に設定する。   When Vdyn <V1, the Ix setting unit 38 determines that a polarization voltage of a level that leads to erroneous detection is generated in each battery cell CL, and turns on polarization determination. When the polarization determination is turned on, the determination current Ix is lowered from the normal value (default value) shown in FIG. As an example, the Ix setting unit 38 sets Ix = 0 in order to mask (prohibit) detection of abnormal internal resistance while polarization determination is on.

なお、内部抵抗異常の検出をマスク(禁止)する際には、判定電流Ix=0に設定する代わりに、電流比較部40が、分極判定がオンされている間は、異常検出信号RSLをLレベルに固定するようにしてもよい。   When masking (prohibiting) the detection of the internal resistance abnormality, instead of setting the determination current Ix = 0, the current detection unit 40 sets the abnormality detection signal RSL to L while the polarization determination is on. You may make it fix to a level.

時刻t3から、これまで放電していた組電池10が充電される。すなわち、時刻t3以降では、Ib<0の状態が継続する。これにより、時刻t3まで低下していた分極電圧Vdynは、時刻t3より上昇する。しかしながら、分極電圧Vdynが、基準電圧V2よりも高くなる時刻t4までの間、分極判定はオンのまま維持される。そして、Ix設定部38は、時刻t4では、誤検出につながるレベルの分極電圧が解消したと判定して、分極判定をオフに復帰させる。そして、分極判定がオフされると、判定電流Ixは、図3に示した通常値(デフォルト値)に復帰する。これにより、通常の内部抵抗異常の検出が再開できる。分極判定をオンからオフに遷移する際の閾値となる基準電圧V2は、基準電圧V1と共通としてもよいが、基準電圧V1よりも高い電圧に設定することが好ましい。   From time t3, the assembled battery 10 that has been discharged is charged. That is, after time t3, the state of Ib <0 continues. As a result, the polarization voltage Vdyn that had been decreasing until time t3 increases from time t3. However, the polarization determination is kept on until time t4 when the polarization voltage Vdyn becomes higher than the reference voltage V2. Then, at time t4, the Ix setting unit 38 determines that the polarization voltage at a level leading to erroneous detection has been eliminated, and returns the polarization determination to OFF. When the polarization determination is turned off, the determination current Ix returns to the normal value (default value) shown in FIG. Thereby, normal detection of internal resistance abnormality can be resumed. The reference voltage V2 serving as a threshold when the polarization determination is switched from on to off may be the same as the reference voltage V1, but is preferably set to a voltage higher than the reference voltage V1.

なお、電流比較部40が、分極判定がオンされている間は異常検出信号RSLをLレベルに固定するようにしている場合には、分極判定がオフされると、当該固定を解除する。これにより、最大電流Imaxと、判定電流Ix(デフォルト値)との通常の比較結果に従って、異常検出信号RSLが生成されるようになる。   When the current comparison unit 40 is configured to fix the abnormality detection signal RSL to the L level while the polarization determination is turned on, the fixation is released when the polarization determination is turned off. As a result, the abnormality detection signal RSL is generated according to the normal comparison result between the maximum current Imax and the determination current Ix (default value).

また、上述のように、分極電圧は同程度の電流に対して、低温時ほど大きくなる温度依存性を有する。したがって、図9に示すように、分極判定のための基準電圧V1,V2は、バッテリ温度Tbに応じて可変に設定することが好ましい。具体的には、分極電圧が大きくなる低温時には誤検出の可能性が高まるので、負の分極電圧Vdynに対して分極判定がオンし易くなるように、基準電圧V1,V2を相対的に高く設定する。一方で、高温時には、分極判定がオンし難くなるように、基準電圧V1,V2を相対的に低く設定する。   Further, as described above, the polarization voltage has a temperature dependency that becomes larger at a low temperature with respect to the same current. Therefore, as shown in FIG. 9, the reference voltages V1 and V2 for determining the polarization are preferably set variably according to the battery temperature Tb. Specifically, since the possibility of false detection increases at low temperatures when the polarization voltage increases, the reference voltages V1 and V2 are set relatively high so that the polarization determination can be easily turned on for the negative polarization voltage Vdyn. To do. On the other hand, the reference voltages V1 and V2 are set relatively low so that the polarization determination is difficult to turn on at high temperatures.

次に、本発明の実施の形態による組電池の異常検出装置による内部抵抗異常検出について、異常監視回路30による制御処理手順の形式でフローチャートを用いて説明する。   Next, internal resistance abnormality detection by the assembled battery abnormality detection device according to the embodiment of the present invention will be described in the form of a control processing procedure by the abnormality monitoring circuit 30 using a flowchart.

図10を参照して、異常監視回路30は、ステップS100により、内部抵抗異常の異常検出動作が開始されたか否かを判定する。ステップS100による判定は、たとえば上位ECUからの開始指示信号STRが発生されたか否かによって判定される。開始指示信号STRの非発生時には、以降のステップS110〜S200の処理は実行されない。   Referring to FIG. 10, abnormality monitoring circuit 30 determines whether or not the abnormality detection operation for the internal resistance abnormality is started in step S <b> 100. The determination in step S100 is determined based on, for example, whether or not a start instruction signal STR from the host ECU is generated. When the start instruction signal STR is not generated, the subsequent steps S110 to S200 are not executed.

一方、開始指示信号STRが発生されると、ステップS100がYES判定とされて、ステップS110に処理が進められる。異常監視回路30は、ステップS110では、検知ユニット20(1)への開始トリガTRGを発生する。この開始トリガTRGに応答して、検知ユニット20(1)〜20(n)が順次動作することによる、電池セルCL(1)〜CL(n)と判定電圧Vxとの電圧比較が順次実行されることになる。   On the other hand, when the start instruction signal STR is generated, step S100 is determined as YES, and the process proceeds to step S110. In step S110, the abnormality monitoring circuit 30 generates a start trigger TRG for the detection unit 20 (1). In response to the start trigger TRG, the voltage comparison between the battery cells CL (1) to CL (n) and the determination voltage Vx is sequentially performed by the detection units 20 (1) to 20 (n) sequentially operating. Will be.

さらに、異常監視回路30は、ステップS120により、開始トリガTRGに応答した検知ユニット20(1)〜20(n)の動作期間において、1回または複数回にわたって電流センサ15によって検出されたバッテリ電流Ibをサンプリングする。すなわち、ステップS110およびS120の処理は、図6の電流サンプリング部32の機能に対応する。   Further, the abnormality monitoring circuit 30 detects the battery current Ib detected by the current sensor 15 once or plural times in the operation period of the detection units 20 (1) to 20 (n) in response to the start trigger TRG in step S120. Is sampled. That is, the processing of steps S110 and S120 corresponds to the function of the current sampling unit 32 in FIG.

異常監視回路30は、ステップS120による電流サンプリング処理が終了すると、ステップS130に処理を進めて、取得された電流サンプリング値のうちの最大値である最大電流Imaxを抽出する。サンプリング回数が1回のときには、当該電流サンプリング値がそのまま最大電流Imaxとされる。すなわち、ステップS130の処理は、図6の最大値抽出部34の機能に対応する。   When the current sampling process in step S120 ends, the abnormality monitoring circuit 30 proceeds to step S130 and extracts the maximum current Imax that is the maximum value among the acquired current sampling values. When the number of times of sampling is one, the current sampling value is directly used as the maximum current Imax. That is, the processing in step S130 corresponds to the function of the maximum value extraction unit 34 in FIG.

さらに、異常監視回路30は、ステップS140により、分極電圧Vdynを推定する。ステップS140による処理は、図6の分極電圧推定部36と同様に実行することができる。   Further, the abnormality monitoring circuit 30 estimates the polarization voltage Vdyn in step S140. The process by step S140 can be performed similarly to the polarization voltage estimation part 36 of FIG.

異常監視回路30は、ステップS150により、ステップS140で求めた分極電圧Vdynに基づいて、各電池セルCLに誤検出につながるレベルの分極電圧が発生しているか否かを判定する。すなわち、ステップS150では、分極電圧Vdynと基準電圧V1またはV2との比較に従って、分極判定が実行される。   In step S150, the abnormality monitoring circuit 30 determines whether or not a polarization voltage of a level that causes erroneous detection is generated in each battery cell CL based on the polarization voltage Vdyn obtained in step S140. That is, in step S150, the polarization determination is executed according to the comparison between the polarization voltage Vdyn and the reference voltage V1 or V2.

分極判定がオフのときには、ステップS160がNO判定とされるので、異常監視回路30は、ステップS165により、通常の内部抵抗異常検出を実行するために、判定電流Ixをデフォルト値に設定する。   When the polarization determination is OFF, step S160 is determined to be NO, and therefore the abnormality monitoring circuit 30 sets the determination current Ix to a default value in order to execute normal internal resistance abnormality detection in step S165.

分極判定がオフのときには、ステップS160がYES判定とされるので、異常監視回路30は、ステップS170により、内部抵抗異常が検出され難くなるように、判定電流Ixをデフォルト値よりも低下させる。好ましくは、内部抵抗異常の検出をマスクするために、判定電流Ix=0に設定される。   When the polarization determination is off, step S160 is determined as YES, and therefore the abnormality monitoring circuit 30 reduces the determination current Ix from the default value so that the internal resistance abnormality is hardly detected at step S170. Preferably, determination current Ix = 0 is set in order to mask detection of an internal resistance abnormality.

異常監視回路30は、ステップS180により、ステップ130で求められた最大電流Imaxを、ステップS165またはS170により設定された判定電流Ixと比較する。   In step S180, the abnormality monitoring circuit 30 compares the maximum current Imax obtained in step 130 with the determination current Ix set in step S165 or S170.

異常監視回路30は、Imax<Ixのとき(S180のYES判定時)には、ステップS190に処理を進めて、いずれかの電池セルで内部抵抗が閾値よりも上昇している、すなわち内部抵抗異常が発生していると判定として、「異常あり」の検出結果を出力する。   When Imax <Ix (YES in S180), the abnormality monitoring circuit 30 advances the process to step S190, and the internal resistance of any battery cell is higher than the threshold value, that is, the internal resistance is abnormal. As a result, the detection result “abnormal” is output.

一方、Imax≧Ixのとき(S180のNO判定時)には、異常監視回路30は、ステップS200に処理を進めて、内部抵抗異常が発生していないと判定して、「異常なし」の検出結果を出力する。なお、判定信号FVによってセル電圧低下異常が検知されない場合には、ステップS180はNO判定とされて、内部抵抗異常は発生していないと判定される。   On the other hand, when Imax ≧ Ix (NO in S180), the abnormality monitoring circuit 30 proceeds to step S200, determines that no internal resistance abnormality has occurred, and detects “no abnormality”. Output the result. If the cell voltage drop abnormality is not detected by the determination signal FV, step S180 is NO and it is determined that no internal resistance abnormality has occurred.

このように、本実施の形態による組電池の異常検出装置は、電池セル毎の電圧監視機能について電圧値を直接検出しない簡易な構成において、分極電圧の発生に起因する誤検出を防止した上で、内部抵抗が所定レベルよりも上昇しているか否か(内部抵抗異常)を検出することができる。   As described above, the assembled battery abnormality detection device according to the present embodiment prevents erroneous detection caused by the occurrence of polarization voltage in a simple configuration in which the voltage value is not directly detected for the voltage monitoring function for each battery cell. It is possible to detect whether or not the internal resistance is higher than a predetermined level (abnormal internal resistance).

なお、本実施の形態で説明したように、分極判定がオンされた場合には、内部抵抗異常の検出をマスク(禁止)することが、誤検出防止の観点からは好ましい。一方で、内部抵抗異常の検出機会を確保する観点からは、Ix>0の範囲に止めて、分極電圧Vdynに応じて判定電流Ixをデフォルト値からΔIxだけ低下するようにしてもよい。たとえば、ΔIxは、分極電圧Vdynを内部抵抗(正常値)で除算することによって設定することができる。   As described in the present embodiment, when polarization determination is turned on, it is preferable to mask (prohibit) the detection of abnormal internal resistance from the viewpoint of preventing erroneous detection. On the other hand, from the viewpoint of securing an opportunity to detect an internal resistance abnormality, the determination current Ix may be decreased from the default value by ΔIx in accordance with the polarization voltage Vdyn while stopping within the range of Ix> 0. For example, ΔIx can be set by dividing the polarization voltage Vdyn by the internal resistance (normal value).

また、図11に示すように、図1に示した組電池10を1つの電池ブロックとして、このような電池ブロックを複数個(B0〜B7)組合せることによって、組電池10を構成してもよい。   Further, as shown in FIG. 11, the assembled battery 10 may be configured by combining the battery pack 10 shown in FIG. 1 as one battery block and combining a plurality of such battery blocks (B0 to B7). Good.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

この発明は、複数の電池セルが直列接続された組電池における電池セルの内部抵抗の過上昇の検出に適用することができる。   The present invention can be applied to detection of excessive increase in internal resistance of a battery cell in an assembled battery in which a plurality of battery cells are connected in series.

10 組電池、12 負荷、15 電流センサ、16 電圧センサ、17 温度センサ、20 検知ユニット、21 電圧比較器、22 論理ゲート、25 伝送回路、30 異常監視回路、32 電流サンプリング部、34 最大値抽出部、36 分極電圧推定部、38 設定部、40 電流比較部、100 異常検出装置、102,105 セル電圧推移、200 電気システム、CL(1)〜CL(n) 電池セル、ECU 上位、FV 判定信号、Ib バッテリ電流、Imax 最大電流、Ix 判定電流(内部抵抗異常)、OD(1)〜OD(n) 検出信号、RSL 異常検出信号、STR 開始指示信号、TRG 開始トリガ、Tb バッテリ温度、V1,V2 基準電圧(分極判定)、Vb バッテリ電圧、Vc,Vc(1)〜Vc(n) セル電圧、Vdyn 分極電圧、Vo 開放電圧、Vx 判定電圧(セル電圧低下)、fdyn 分極値。   10 battery pack, 12 load, 15 current sensor, 16 voltage sensor, 17 temperature sensor, 20 detection unit, 21 voltage comparator, 22 logic gate, 25 transmission circuit, 30 abnormality monitoring circuit, 32 current sampling unit, 34 maximum value extraction Unit, 36 polarization voltage estimation unit, 38 setting unit, 40 current comparison unit, 100 abnormality detection device, 102, 105 cell voltage transition, 200 electrical system, CL (1) to CL (n) battery cell, ECU host, FV determination Signal, Ib battery current, Imax maximum current, Ix determination current (internal resistance abnormality), OD (1) to OD (n) detection signal, RSL abnormality detection signal, STR start instruction signal, TRG start trigger, Tb battery temperature, V1 , V2 reference voltage (polarization determination), Vb battery voltage, Vc, Vc (1) to Vc (n) cells Voltage, Vdyn polarization voltage, Vo open-circuit voltage, Vx determination voltage (cell voltage drop), fdyn polarization value.

Claims (6)

直列接続された複数の電池セルを有する組電池の異常検出装置であって、
前記複数の電池セルのそれぞれに対応して設けられ、各々が対応の電池セルの出力電圧と所定の判定電圧との電圧比較を実行するように構成された複数の検知ユニットと、
前記複数の電池セルの電流を検出するための電流検出器とを備え、
前記複数の検知ユニットは、開始トリガに応答して順次動作するとともに前記電圧比較の結果を反映した信号を順次伝達することによって、前記複数の電池セルのいずれかの出力電圧が前記判定電圧よりも低下したか否かを示す異常検出信号を出力するように構成され、
前記異常検出装置は、
前記複数の検知ユニットからの前記信号と、前記電流検出器による電流検出値に基づいて、前記複数の電池セルのいずれかで内部抵抗が上限値よりも上昇する内部抵抗異常が発生したか否かを監視するための異常監視回路をさらに備え、
前記異常監視回路は、
各前記電池セルに発生している分極電圧を推定するための分極電圧推定部と、
推定された前記分極電圧に応じて、前記内部抵抗異常の検出のための判定電流をデフォルト値から低下させる判定電流設定部と、
前記異常検出信号によって前記複数の電池セルのいずれかの出力電圧が前記判定電圧よりも低下したことが示された場合に、前記電流検出値が前記判定電流よりも低いときに、前記内部抵抗異常の発生を検知するための電流比較部とを含む、組電池の異常検出装置。
A battery pack abnormality detection device having a plurality of battery cells connected in series,
A plurality of detection units provided corresponding to each of the plurality of battery cells, each configured to perform a voltage comparison between an output voltage of the corresponding battery cell and a predetermined determination voltage;
A current detector for detecting the current of the plurality of battery cells,
The plurality of detection units sequentially operate in response to a start trigger and sequentially transmit a signal reflecting the result of the voltage comparison, so that the output voltage of any of the plurality of battery cells is higher than the determination voltage. It is configured to output an abnormality detection signal indicating whether or not it has decreased,
The abnormality detection device is:
Based on the signals from the plurality of detection units and a current detection value by the current detector, whether or not an internal resistance abnormality in which the internal resistance rises above an upper limit value has occurred in any of the plurality of battery cells. An abnormality monitoring circuit for monitoring
The abnormality monitoring circuit is
A polarization voltage estimation unit for estimating a polarization voltage generated in each of the battery cells;
In accordance with the estimated polarization voltage, a determination current setting unit that reduces a determination current for detecting the internal resistance abnormality from a default value;
When the abnormality detection signal indicates that the output voltage of any of the plurality of battery cells is lower than the determination voltage, the internal resistance abnormality is detected when the current detection value is lower than the determination current. An abnormality detection device for a battery pack, including a current comparison unit for detecting occurrence of the battery.
前記判定電流設定部は、推定された前記分極電圧が負電圧である場合に、前記分極電圧の絶対値が大きくなると前記判定電流を相対的に低下させる、請求項1記載の組電池の異常検出装置。   The assembled battery abnormality detection according to claim 1, wherein, when the estimated polarization voltage is a negative voltage, the determination current setting unit relatively decreases the determination current when the absolute value of the polarization voltage increases. apparatus. 前記判定電流設定部または前記電流比較部は、推定された前記分極電圧が、負電圧である第1の基準電圧よりも低下したときに、前記内部抵抗異常の検出をマスクするように動作する、請求項1または2記載の組電池の異常検出装置。   The determination current setting unit or the current comparison unit operates to mask detection of the internal resistance abnormality when the estimated polarization voltage is lower than a first reference voltage that is a negative voltage. The assembled battery abnormality detection device according to claim 1 or 2. 前記判定電流設定部または前記電流比較部は、前記内部抵抗異常の検出が一旦マスクされた場合には、前記分極電圧が、前記第1の基準電圧よりも高い第2の基準電圧よりも高くなったときに、前記内部抵抗異常の検出を再開するように動作する、請求項3記載の組電池の異常検出装置。   In the determination current setting unit or the current comparison unit, when the detection of the internal resistance abnormality is masked, the polarization voltage becomes higher than a second reference voltage higher than the first reference voltage. The assembled battery abnormality detection device according to claim 3, wherein the abnormality detection device operates to restart detection of the abnormality in the internal resistance. 前記第1の基準電圧は、前記複数の電池セルの温度が低いほど高い電圧に設定される、請求項3記載の組電池の異常検出装置。   The assembled battery abnormality detection device according to claim 3, wherein the first reference voltage is set to a higher voltage as a temperature of the plurality of battery cells is lower. 前記第2の基準電圧は、前記複数の電池セルの温度が低いほど高い電圧に設定される、請求項4記載の組電池の異常検出装置。   The assembled battery abnormality detection device according to claim 4, wherein the second reference voltage is set to a higher voltage as a temperature of the plurality of battery cells is lower.
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