JP5518001B2 - Battery control device - Google Patents
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Description
本発明は、複数の二次電池を直列に接続した組電池の充放電を制御する装置に関する。 The present invention relates to an apparatus for controlling charge / discharge of an assembled battery in which a plurality of secondary batteries are connected in series.
例えば電気自動車においては、走行用モータや車載機器を駆動するための高電圧バッテリが搭載される。この高電圧バッテリは、一般に、リチウムイオン電池などの二次電池を複数個直列に接続した、いわゆる組電池から構成される。このような組電池にあっては、各電池の特性のばらつきに起因して、放電可能な電気エネルギー(以下、「放電容量」という。)が電池間で異なる。また、二次電池の場合、過充電や過放電によって電池寿命が低下することから、組電池を構成する電池のうちの1つが充電完了状態や放電完了状態になれば、組電池全体として充電動作や放電動作を停止する必要がある。 For example, in an electric vehicle, a high-voltage battery for driving a motor for driving and on-vehicle equipment is mounted. This high voltage battery is generally composed of a so-called assembled battery in which a plurality of secondary batteries such as lithium ion batteries are connected in series. In such an assembled battery, dischargeable electrical energy (hereinafter referred to as “discharge capacity”) varies among batteries due to variations in characteristics of the batteries. In the case of a secondary battery, the battery life is reduced due to overcharge or overdischarge. Therefore, if one of the batteries constituting the assembled battery is in a charged or discharged state, the entire assembled battery is charged. It is necessary to stop the discharge operation.
このため、放電時に、最も放電容量の小さい電池が放電を完了すると、他の電池の放電が完了しない状態で、組電池全体の放電動作が停止する。一方、充電時には、放電時に完全に放電した電池が充電完了状態にならないうちに、放電時に完全に放電しなかった電池が先に充電完了状態となり、この時点で組電池全体の充電動作が停止する。このような動作が繰り返されると、放電容量の小さい電池は常に充電不足となり、組電池全体としての放電容量が低下する。 For this reason, at the time of discharging, when the battery having the smallest discharge capacity completes discharging, the discharging operation of the entire assembled battery is stopped in a state where discharging of other batteries is not completed. On the other hand, at the time of charging, the battery that has not been completely discharged at the time of discharging is first charged before the battery that has been completely discharged at the time of discharging is completed, and the charging operation of the entire assembled battery is stopped at this point. . When such an operation is repeated, a battery having a small discharge capacity is always insufficiently charged, and the discharge capacity of the assembled battery as a whole decreases.
上記のような問題の解決策として、組電池を構成する各電池と並列に、スイッチング素子と抵抗の直列回路を接続し、各電池の充電状態に応じて、スイッチング素子の導通・非導通を制御する方法が従来から提案されている(例えば、特許文献1参照)。この方法によれば、電圧の高い電池については、スイッチング素子が導通して充電が抑制され、電圧の低い電池については、スイッチング素子が非導通となって充電が優先的に行われる。これにより、各電池を均等に充電することができ、組電池全体の放電容量が低下するのを抑制することができる。 As a solution to the above problems, a series circuit of switching elements and resistors is connected in parallel with each battery constituting the assembled battery, and the conduction / non-conduction of the switching elements is controlled according to the state of charge of each battery. Conventionally, a method has been proposed (see, for example, Patent Document 1). According to this method, for a battery having a high voltage, the switching element is turned on and charging is suppressed, and for a battery having a low voltage, the switching element is turned off and charging is performed preferentially. Thereby, each battery can be charged equally and it can suppress that the discharge capacity of the whole assembled battery falls.
一方、電池の温度が高い状態で充放電を行うと、電池が破壊されるおそれがあることから、電池の温度を検出し、検出温度が基準値以上であれば充放電を禁止することも、従来から行われている。また、特許文献2には、充電器において、電池自体の温度だけでなく、周囲の温度も考慮して充電制御を行なうことが記載されている。特許文献2においては、組電池の温度を検出する電池温度検出素子と、充電器の周囲温度を検出する周囲温度検出素子とを設け、周囲温度検出素子の出力に基づいて電池温度検出素子の出力を補正することにより、周囲温度の変動による充電器の誤動作を防止している。
On the other hand, if charging / discharging in a state where the temperature of the battery is high, the battery may be destroyed, so the temperature of the battery is detected, and if the detected temperature is equal to or higher than the reference value, charging / discharging may be prohibited. Traditionally done.
組電池を構成する電池が放電する場合、放電回路中の放電抵抗に電流が流れて、放電抵抗が発熱する。このため、電池の温度を測定して放電制御を行なう場合、放電抵抗の熱の影響により、各電池の温度測定値は実際の電池温度よりも高い値となる。その結果、電池自体の温度は正常範囲にあるにもかかわらず、電池の温度が異常と判定され、誤動作により放電動作が停止してしまうという事態が生じる。 When the battery constituting the assembled battery is discharged, a current flows through the discharge resistor in the discharge circuit, and the discharge resistor generates heat. For this reason, when the discharge temperature is controlled by measuring the temperature of the battery, the temperature measurement value of each battery is higher than the actual battery temperature due to the influence of heat of the discharge resistance. As a result, although the temperature of the battery itself is in the normal range, the battery temperature is determined to be abnormal, and the discharge operation stops due to a malfunction.
この対策として、特許文献2のような周囲温度検出素子を設けて、電池の温度測定値を補正する方法もあるが、本発明は、周囲温度検出素子を用いずに、放電回路の発熱に起因する誤動作を防止することを課題としている。
As a countermeasure against this, there is a method of correcting the temperature measurement value of the battery by providing an ambient temperature detection element as in
本発明では、組電池を構成する複数の二次電池のそれぞれの電圧を検出する電圧検出部と、二次電池のそれぞれに対応して設けられ、二次電池が放電する場合の電流経路を形成する放電回路と、温度検出素子を有し、当該温度検出素子の出力に基づいて各二次電池の温度を測定する温度測定部と、放電回路および温度検出素子が実装された回路基板と、電圧検出部で検出された電圧を上位装置へ送信するとともに、上位装置から放電要求を受信し、放電が要求された二次電池に対応する放電回路を動作状態にして、当該二次電池が放電するように制御を行う放電制御手段と、温度測定部で測定された二次電池の温度が基準温度以上である場合に、当該二次電池に対応する放電回路を非動作状態にして放電を禁止する放電禁止手段とを備えた組電池の制御装置において、二次電池が放電を開始した後、放電開始からの経過時間に基づいて、温度測定部で算出された各二次電池の温度測定値を補正する補正手段を設ける。 In the present invention, a voltage detection unit that detects each voltage of a plurality of secondary batteries constituting the assembled battery, and a current path that is provided corresponding to each of the secondary batteries and discharges the secondary battery are formed. A discharge circuit that has a temperature detection element, a temperature measurement unit that measures the temperature of each secondary battery based on the output of the temperature detection element, a circuit board on which the discharge circuit and the temperature detection element are mounted, and a voltage The voltage detected by the detection unit is transmitted to the host device, the discharge request is received from the host device, the discharge circuit corresponding to the secondary battery requested to be discharged is put into an operating state, and the secondary battery is discharged. When the temperature of the secondary battery measured by the temperature control unit and the discharge control means for controlling the temperature is equal to or higher than the reference temperature, the discharge circuit corresponding to the secondary battery is deactivated and discharge is prohibited. A set having discharge inhibiting means In the control device of the pond, the secondary battery after starting discharge, based on the elapsed time from the start of discharge is provided a correction means for correcting the temperature measurements of each secondary battery calculated by the temperature measurement unit.
このようにすると、二次電池の放電により放電回路に発熱が生じて、温度検出素子がこの発熱の影響を受けた場合でも、各セルの温度測定値が補正されるので、温度測定値から発熱の影響が除去される。したがって、各セルに対する正確な放電制御を行うことができ、温度が正常範囲にあるセルの放電が停止するのを防止することができる。また、放電回路における温度上昇分を、放電開始からの経過時間に基づいて演算により求めるので、周囲温度検出素子を設けなくても、温度補正を行うことができる。 In this way, even if the discharge circuit generates heat in the discharge circuit due to the discharge of the secondary battery, and the temperature detection element is affected by this heat generation, the temperature measurement value of each cell is corrected, so heat is generated from the temperature measurement value. The effect of is removed. Therefore, accurate discharge control for each cell can be performed, and it is possible to prevent the discharge of the cells whose temperature is in the normal range from stopping. Further, since the temperature rise in the discharge circuit is obtained by calculation based on the elapsed time from the start of discharge, temperature correction can be performed without providing an ambient temperature detecting element.
本発明では、補正手段は、さらに、二次電池が放電を停止した後、放電停止からの経過時間に基づいて、温度測定部で算出された各二次電池の温度測定値を補正するようにしてもよい。 In the present invention, the correction means further corrects the temperature measurement value of each secondary battery calculated by the temperature measurement unit based on the elapsed time from the discharge stop after the secondary battery stops discharging. May be.
また、本発明では、補正手段は、放電開始または放電停止からの経過時間に基づいて、各放電回路における温度上昇分を算出するとともに、それぞれの温度上昇分を合計した合計値を算出し、温度測定値から合計値を減算することにより、温度測定値を補正するようにしてもよい。 Further, in the present invention, the correction means calculates the temperature rise in each discharge circuit based on the elapsed time from the start or stop of discharge, and calculates a total value obtained by summing the respective temperature rises. The temperature measurement value may be corrected by subtracting the total value from the measurement value.
また、本発明では、組電池を構成する複数の二次電池のそれぞれの電圧を検出する電圧検出部と、二次電池のそれぞれに対応して設けられ、二次電池が放電する場合の電流経路を形成する放電回路と、温度検出素子を有し、当該温度検出素子の出力に基づいて各二次電池の温度を測定する温度測定部と、放電回路および温度検出素子が実装された回路基板と、電圧検出部で検出された電圧に基づいて、各二次電池の充電および放電を制御する充放電制御手段と、温度測定部で測定された二次電池の温度が基準温度以上である場合に、当該二次電池に対応する放電回路を非動作状態にして放電を禁止する放電禁止手段とを備えた組電池の制御装置において、二次電池が放電を開始した後、放電開始からの経過時間に基づいて、温度測定部で算出された各二次電池の温度測定値を補正するとともに、二次電池が放電を停止した後、放電停止からの経過時間に基づいて、温度測定部で算出された各二次電池の温度測定値を補正する補正手段を設ける。 Further, in the present invention, a voltage detection unit that detects each voltage of a plurality of secondary batteries constituting the assembled battery, and a current path that is provided corresponding to each of the secondary batteries and discharges the secondary battery A discharge circuit that forms a temperature detection unit, a temperature measurement unit that measures the temperature of each secondary battery based on the output of the temperature detection element, a circuit board on which the discharge circuit and the temperature detection element are mounted, The charge / discharge control means for controlling the charging and discharging of each secondary battery based on the voltage detected by the voltage detection unit, and when the temperature of the secondary battery measured by the temperature measurement unit is equal to or higher than the reference temperature. In the battery pack control device comprising the discharge prohibiting means for prohibiting discharge by disabling the discharge circuit corresponding to the secondary battery, the elapsed time from the start of discharge after the secondary battery starts discharging Calculated by the temperature measurement unit based on The temperature measurement value of each secondary battery calculated by the temperature measurement unit based on the elapsed time from the discharge stop after the secondary battery stopped discharging after correcting the temperature measurement value of each secondary battery Correction means for correcting the above is provided.
本発明によれば、周囲温度検出素子を用いずに、二次電池の温度測定値を補正して、放電回路の発熱に起因する誤動作を防止することができる。 According to the present invention, it is possible to correct the temperature measurement value of the secondary battery without using the ambient temperature detection element, and to prevent malfunction due to heat generation of the discharge circuit.
本発明の実施形態につき、図面を参照しながら説明する。各図において、同一部分には同一符号を付してある。以下では、本発明を電気自動車に搭載される組電池に適用した場合を例に挙げる。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same parts are denoted by the same reference numerals. Below, the case where this invention is applied to the assembled battery mounted in an electric vehicle is mentioned as an example.
まず、図1を参照して、実施形態の構成について説明する。図1において、複数個の二次電池B1〜Bnが直列に接続されて組電池40を構成している。以下では、個々の二次電池B1〜Bnを「セル」と呼ぶ。組電池40の充放電を制御するシステムとして、電圧・温度計測ユニット10と、充放電制御ユニット20と、充電ユニット30とが設けられている。本実施形態では、電圧・温度計測ユニット10が、本発明に係る組電池の制御装置を構成する。
First, the configuration of the embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 1, a plurality of secondary batteries B1 to Bn are connected in series to form a
電圧・温度計測ユニット10は、制御部1、電圧検出部2、放電回路31〜3n(まとめて符号3で表す)、温度測定部4、および接続端子Tを備えている。
The voltage /
制御部1は、CPUやメモリ等から構成され、電圧検出部2との間で通信を行うとともに、充放電制御ユニット20との間でも通信を行う。この制御部1は、本発明における放電制御手段、放電禁止手段、および補正手段を構成する。
The
電圧検出部2は、アナログデジタルコンバータ等から構成され、各セルB1〜Bnの電圧V1〜Vnを検出し、これらの電圧V1〜Vnをデジタル値に変換して制御部1へ出力する。また、電圧検出部2は、制御部1からの指令に基づいて、放電回路31〜3nを駆動または停止するための放電制御信号P1〜Pnを出力する。
The
放電回路31〜3nは、各セルB1〜Bnに対応して、電圧検出部2と接続端子Tとの間に設けられている。各放電回路の構成は同じなので、ここでは放電回路31について説明する。放電回路31は、スイッチング素子Q1と放電抵抗R1とを備えている。スイッチング素子Q1は、例えば電界効果トランジスタ(FET)からなる。
The discharge circuits 31 to 3n are provided between the
スイッチング素子Q1のドレインには、放電抵抗R1の一端が接続されており、放電抵抗R1の他端は、ラインL1および接続端子Tを介して、セルB1の正極に接続されている。スイッチング素子Q1のソースは、ラインL2および接続端子Tを介して、セルB1の負極に接続されている。これにより、セルB1の正極から、放電抵抗R1およびスイッチング素子Q1を経由して、セルB1の負極へ至る放電経路が形成される。スイッチング素子Q1のゲートには、抵抗を介して、電圧検出部2から放電制御信号P1が与えられる。
One end of the discharge resistor R1 is connected to the drain of the switching element Q1, and the other end of the discharge resistor R1 is connected to the positive electrode of the cell B1 via the line L1 and the connection terminal T. The source of the switching element Q1 is connected to the negative electrode of the cell B1 via the line L2 and the connection terminal T. As a result, a discharge path is formed from the positive electrode of the cell B1 to the negative electrode of the cell B1 via the discharge resistor R1 and the switching element Q1. A discharge control signal P1 is applied from the
温度測定部4は、図2に示すように、複数の温度検出素子5と、1個のマイクロコンピュータ6とを備えている。温度検出素子5は、温度の変化に伴って抵抗値が変化するサーミスタのような素子から構成される。マイクロコンピュータ6は、各温度検出素子5の出力に基づいて温度を演算し、演算結果を温度測定値として制御部1へ送る。
As shown in FIG. 2, the
セルB1〜Bnは、例えばリチウムイオン電池からなり、各セルの正極および負極は、一対の端子Tに接続されている。そして、セルB1〜Bnの電圧V1〜Vnは、ラインL1〜Lnを介して電圧検出部2へ入力される。
The cells B1 to Bn are made of, for example, a lithium ion battery, and the positive electrode and the negative electrode of each cell are connected to a pair of terminals T. Then, the voltages V1 to Vn of the cells B1 to Bn are input to the
充放電制御ユニット20は、セルB1〜Bnに対する充電制御および放電制御を統轄する上位装置であって、マイクロコンピュータ(図示省略)等を備えている。この充放電制御ユニット20は、電圧・温度計測ユニット10から取得した情報に基づき、セルの充電が必要な場合は、電圧・温度計測ユニット10と充電ユニット30へ指令を与え、セルの放電が必要な場合は、電圧・温度計測ユニット10へ指令を与える。この充放電制御ユニット20は、本発明における充放電制御手段を構成する。
The charge /
充電ユニット30は、セルB1〜Bnを定電圧で充電するための充電装置であって、入力側は充放電制御ユニット20に接続され、出力側はセルB1の正極に接続されている。充電ユニット30には、定電圧回路、電圧検出部、制御部等が備わっている(図示省略)。
The charging
図3に示したように、放電回路3の放電抵抗R1〜Rn、温度検出素子5、および接続端子Tは、回路基板Kに実装されている。この回路基板Kには、電圧・温度計測ユニット10を構成する制御部1や電圧検出部2も実装されているが、図3ではこれらの図示を省略してある。温度検出素子5は、接続端子Tごとに設けられ、各端子Tに近接して配置されている。接続端子Tには、セルB1〜Bnの電極が接続されているので(図1参照)、充放電によりセルB1〜Bnの温度が上昇すると、端子Tが発熱する。したがって、温度検出素子5は、接続端子Tを介してセルB1〜Bnの温度を検出する。また、セルB1〜Bnの放電時には、放電回路3に流れる電流により放電抵抗R1〜Rnが発熱する。そして、回路基板Kには、放電抵抗R1〜Rnと温度検出素子5が実装されているので、放電抵抗R1〜Rnで発生した熱が、回路基板Kを伝導して温度検出素子5へ及ぶ。
As shown in FIG. 3, the discharge resistors R <b> 1 to Rn, the
次に、上記実施形態の動作につき、図4のフローチャートを参照しながら説明する。 Next, the operation of the above embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.
ステップS1では、電圧・温度計測ユニット10から充放電制御ユニット20へ、各セルの電圧が通知される。詳しくは、電圧検出部2で検出されたセルB1〜Bnの電圧V1〜Vnが制御部1へ送られ、制御部1がこれらの電圧V1〜Vnを充放電制御ユニット20へ通知する。
In step S <b> 1, the voltage of each cell is notified from the voltage /
ステップS2では、充放電制御ユニット20において、電圧・温度計測ユニット10から通知されたセル電圧を解析する。具体的には、充放電制御ユニット20において、各セルB1〜Bnの電圧V1〜Vnを、予め定められた基準電圧と比較し、セル電圧が基準電圧以上か否かを判定する。
In step S <b> 2, the charge /
ステップS3では、ステップS2での解析結果に基づき、セル電圧が基準電圧以上であるセルを抽出し、これらのセルを放電が必要なセルと判定する。 In step S3, cells whose cell voltage is equal to or higher than the reference voltage are extracted based on the analysis result in step S2, and these cells are determined as cells that need to be discharged.
ステップS4では、ステップS3での判定結果に基づき、充放電制御ユニット20から電圧・温度計測ユニット10へ、放電が必要なセルに対する放電要求が送信される。
In step S4, a discharge request for a cell that needs to be discharged is transmitted from the charge /
ステップS5では、電圧・温度計測ユニット10において、放電要求のあったセルに対し、放電制御が行なわれる。詳しくは、制御部1が充放電制御ユニット20から放電要求を受信すると、制御部1は当該要求に基づく指令を電圧検出部2へ送る。電圧検出部2は、この指令を受けて、放電回路31〜3nのうち放電が必要なセルに対応する放電回路へ、放電制御信号を出力する。これにより、例えば放電回路31において、スイッチング素子Q1のゲートにH(High)レベルの放電制御信号P1が与えられ、スイッチング素子Q1がオン状態となる。すると、セルB1の正極→接続端子T→ラインL1→放電抵抗R1→スイッチング素子Q1→ラインL2→接続端子T→セルB1の負極という放電経路が形成され、セルB1はこの放電経路を通して放電する。その結果、セルB1の電圧は低下する。
In step S <b> 5, the voltage /
ステップS6では、温度測定部4によるセル温度の測定が行われる。詳しくは、温度測定部4において、マイクロコンピュータ6(図2参照)が、各温度検出素子5の出力を取り込み、これらに基づいて温度測定値を算出する。算出された温度測定値は、制御部1へ送られる。なお、前述したように、温度検出素子5には、セルB1〜Bnの温度に加えて、放電時の放電抵抗R1〜Rnでの発熱が影響する。したがって、温度測定部4で算出された温度測定値は、セルと放電抵抗の両方の温度が反映されたものとなっている。
In step S6, the cell temperature is measured by the
ステップS7では、制御部1により、本発明の特徴である温度補正処理が行われる。温度補正処理においては、温度測定部4により算出された各セルの温度測定値を、放熱抵抗R1〜Rnの発熱による温度上昇分で補正する。この補正の詳細については後述する。
In step S7, the
以上のステップS1〜S7の手順が、電圧・温度計測ユニット10と充放電制御ユニット20との間で、一定周期で繰り返される。
The above steps S1 to S7 are repeated between the voltage /
電圧・温度計測ユニット10では、制御部1が、ステップS7の温度補正処理を行った後、各セルの補正後の温度測定値を、予め定められた基準温度と比較する。そして、温度測定値が基準温度以上であるセルについては、破壊を防止するため、制御部1から電圧検出部2へ指令を送って、放電動作を停止させる。この場合、電圧検出部2は、L(Low)レベルの放電制御信号を出力する。これにより、例えば放電回路31において、スイッチング素子Q1のゲートにLレベルの放電制御信号P1が与えられ、スイッチング素子Q1はオフ状態となる。したがって、セルB1の正極から、放電抵抗R1およびスイッチング素子Q1を介してセルB1の負極へ至る放電経路が遮断されるので、セルB1の放電が禁止される。一方、温度測定値が基準温度未満のセルについては、制御部1は、電圧検出部2へ指令を送らず、放電動作を継続させる。
In the voltage /
次に、ステップS7の温度補正処理の詳細について、図5および図6のフローチャートを参照しながら説明する。 Next, details of the temperature correction process in step S7 will be described with reference to the flowcharts of FIGS.
図5は、放電動作時の温度補正処理の手順を示している。セルが放電を開始した後、ステップS10では、放電中のセルについて、放電開始からの経過時間を算出する。この経過時間は、制御部1に備わるタイマにより計測される。
FIG. 5 shows the procedure of the temperature correction process during the discharge operation. After the cell starts discharging, in step S10, an elapsed time from the start of discharging is calculated for the cell being discharged. This elapsed time is measured by a timer provided in the
ステップS11では、ステップS10で算出された経過時間に基づいて、その時点での当該セルに対応する放電回路3の温度上昇分を算出する。この温度上昇分は、放電電流による放電抵抗の発熱に基づくもので、次式により算出される。
ΔTi=Kr・[1−exp(−t/τ)] …(1)
ここで、
ΔTi:温度上昇分〔i=1,2,…m(mは放電中のセルの数)〕
Kr:係数(放電抵抗の発熱による温度上昇分の最大値)
t:経過時間
τ:温度上昇分が最大値に対して63.2%になるまでの時間
である。式(1)より、放電動作時には、温度上昇分ΔTiは経過時間tとともに増加する。
In step S11, based on the elapsed time calculated in step S10, the temperature rise of the
ΔTi = Kr · [1-exp (−t / τ)] (1)
here,
ΔTi: temperature rise [i = 1, 2,... M (m is the number of cells being discharged)]
Kr: coefficient (maximum value of temperature rise due to heat generation of discharge resistance)
t: Elapsed time τ: Time until the temperature rise becomes 63.2% of the maximum value. From equation (1), during the discharge operation, the temperature rise ΔTi increases with the elapsed time t.
ステップS12では、放電中のセルに対応する放電回路3の全て(m個)について、ステップS11での温度上昇分の算出処理が終了したか否かを判定する。判定結果がNOである場合は、ステップS10、S11を再度実行し、次の放電回路について温度上昇分を算出する。判定結果がYESである場合は、ステップS13へ進む。
In step S12, it is determined whether or not the temperature increase calculation processing in step S11 has been completed for all (m)
ステップS13では、ステップS11で算出した各放電回路の温度上昇分ΔTiを合計して、合計値を求める。合計値Tsumは、次式により算出される。
Tsum=ΔT1+ΔT2+ … +ΔTm …(2)
図3で説明したように、セルの放電時に放電抵抗で発生した熱は、回路基板Kを伝導し、温度検出素子5へ及ぶ。したがって、複数の放電抵抗が発熱している場合は、1つの温度検出素子5に対して、それぞれの放電抵抗の熱が影響するので、式(2)のように、各放電抵抗での温度上昇分を合計する。この合計値Tsumが、温度補正を行う場合の補正値となる。
In step S13, the temperature rise ΔTi of each discharge circuit calculated in step S11 is summed to obtain a total value. The total value Tsum is calculated by the following equation.
Tsum = ΔT1 + ΔT2 +... + ΔTm (2)
As described with reference to FIG. 3, the heat generated by the discharge resistance during cell discharge is conducted through the circuit board K and reaches the
ステップS14では、ステップS13で算出した温度上昇分の合計値Tsumを用いて、図4のステップS6で求めた各セルの温度測定値を補正する。すなわち、各セルの補正温度Tcを次式により算出する。
Tc=温度測定値−Tsum …(3)
In step S14, the temperature measurement value of each cell obtained in step S6 of FIG. 4 is corrected using the total value Tsum for the temperature increase calculated in step S13. That is, the correction temperature Tc of each cell is calculated by the following equation.
Tc = temperature measurement value−Tsum (3)
こうして算出された補正温度Tcは、温度測定部4で算出された温度測定値から、放電抵抗R1〜Rnでの発熱の影響を除去したものとなっている。すなわち、補正温度Tcは、実質的に、各セルの実際の温度を表している。そこで、この補正温度Tcを、前述したように基準温度と比較し、補正温度Tcが基準温度以上であれば、放電動作を停止させ、補正温度Tcが基準温度未満であれば、放電動作を継続させる。これにより、放電抵抗での発熱に影響されずに、各セルに対する正確な放電制御を行うことができる。したがって、温度が正常範囲にあるセルの放電動作が停止するといった誤動作を防止することができる。
The correction temperature Tc calculated in this way is obtained by removing the influence of heat generation at the discharge resistors R1 to Rn from the temperature measurement value calculated by the
図7は、放電動作時における温度測定値の変化の一例を表したグラフである。この例では、放電開始前のセル温度は25℃となっている。放電が開始されると、放電抵抗R1〜R4に電流が流れて、各抵抗の温度が図示のように上昇する。このため、温度測定部4によるセルの温度測定値は、放電抵抗R1〜R4の温度上昇の影響を受けて、太実線で示すように上昇する。
FIG. 7 is a graph showing an example of a change in the temperature measurement value during the discharge operation. In this example, the cell temperature before the start of discharge is 25 ° C. When the discharge is started, a current flows through the discharge resistors R1 to R4, and the temperature of each resistor rises as illustrated. For this reason, the temperature measurement value of the cell by the
この温度測定値は、セルの温度25℃に、放電抵抗R1での温度上昇分a1、放電抵抗R2での温度上昇分a2、放電抵抗R3での温度上昇分a3、および放電抵抗R4での温度上昇分a4を加算した値である。したがって、温度測定値から、各放電抵抗での温度上昇分の合計値を減算すると、補正温度Tcは、
Tc=温度測定値−(a1+a2+a3+a4)=25℃
となり、セルの実際の温度として算出される。
This temperature measurement value is the temperature of the cell at 25 ° C., the temperature rise a1 at the discharge resistor R1, the temperature rise a2 at the discharge resistor R2, the temperature rise a3 at the discharge resistor R3, and the temperature at the discharge resistor R4. It is a value obtained by adding the increase a4. Therefore, when the total value of the temperature rise at each discharge resistance is subtracted from the temperature measurement value, the correction temperature Tc is
Tc = temperature measurement value− (a1 + a2 + a3 + a4) = 25 ° C.
And calculated as the actual temperature of the cell.
次に、放電を停止した場合の温度補正について説明する。図6は、放電停止時の温度補正処理の手順を示している。セルが放電を停止した後、ステップS20では、放電が停止したセルについて、放電停止からの経過時間を算出する。この経過時間は、制御部1に備わるタイマにより計測される。
Next, temperature correction when discharge is stopped will be described. FIG. 6 shows the procedure of the temperature correction process when the discharge is stopped. After the cell has stopped discharging, in step S20, the elapsed time from the stop of the discharge is calculated for the cell in which the discharge has stopped. This elapsed time is measured by a timer provided in the
ステップS21では、ステップS20で算出された経過時間に基づいて、その時点での当該セルに対応する放電回路の温度上昇分を算出する。この温度上昇分は、次式により算出される。
ΔTi=Kr・exp(−t/τ) …(4)
ここで、
ΔTi:温度上昇分〔i=1,2,…m(mは放電停止したセルの数)〕
Kr:係数(放電抵抗の発熱による温度上昇分の最大値)
t:経過時間
τ:温度上昇分が最大値に対して63.2%になるまでの時間
である。式(4)より、放電停止時には、温度上昇分ΔTiは経過時間tとともに減少する。
In step S21, based on the elapsed time calculated in step S20, the temperature rise of the discharge circuit corresponding to the cell at that time is calculated. This temperature rise is calculated by the following equation.
ΔTi = Kr · exp (−t / τ) (4)
here,
ΔTi: Temperature rise [i = 1, 2,... M (m is the number of cells that have stopped discharging)]
Kr: coefficient (maximum value of temperature rise due to heat generation of discharge resistance)
t: Elapsed time τ: Time until the temperature rise becomes 63.2% of the maximum value. From equation (4), when the discharge is stopped, the temperature rise ΔTi decreases with the elapsed time t.
ステップS22では、放電が停止したセルに対応する放電回路3の全て(m個)について、ステップS21での温度上昇分の算出処理が終了したか否かを判定する。判定結果がNOである場合は、ステップS20、S21を再度実行し、次の放電回路について温度上昇分を算出する。判定結果がYESである場合は、ステップS23へ進む。
In step S22, it is determined whether or not the temperature increase calculation processing in step S21 has been completed for all (m)
ステップS23では、ステップS21で算出した各放電回路の温度上昇分ΔTiを加算して、合計値を求める。合計値Tsumは、次式により算出される。
Tsum=ΔT1+ΔT2+ … +ΔTm …(5)
この場合も、1つの温度検出素子5に対して、それぞれの放電抵抗の熱が影響するので、各放電抵抗での温度上昇分を合計する。この合計値Tsumが、温度補正を行う場合の補正値となる。
In step S23, the temperature rise ΔTi of each discharge circuit calculated in step S21 is added to obtain a total value. The total value Tsum is calculated by the following equation.
Tsum = ΔT1 + ΔT2 +... + ΔTm (5)
Also in this case, since the heat of each discharge resistor affects one
ステップS24では、図5のステップS14の場合と同様に、温度測定値を補正する。すなわち、ステップS23で算出した温度上昇分の合計値Tsumを用いて、各セルの補正温度Tcを次式により算出する。
Tc=温度測定値−Tsum …(6)
この場合も、補正温度Tcは、実質的に、各セルの実際の温度を表している。したがって、この補正温度Tcと基準温度とを比較することで、各セルに対する正確な充電制御を行うことができ、温度が正常範囲にあるセルに充電がされないといった誤動作を防止することができる。
In step S24, the temperature measurement value is corrected as in step S14 of FIG. That is, the correction temperature Tc of each cell is calculated by the following equation using the total value Tsum for the temperature increase calculated in step S23.
Tc = temperature measurement value-Tsum (6)
Also in this case, the correction temperature Tc substantially represents the actual temperature of each cell. Therefore, by comparing the correction temperature Tc with the reference temperature, it is possible to perform accurate charge control for each cell, and it is possible to prevent malfunctions such as cells not being charged in the normal temperature range.
図8は、放電停止時における温度測定値の変化の一例を表したグラフである。放電が停止されると、放電抵抗R1〜R4に電流が流れなくなり、各抵抗の温度が図示のように下降する。このため、温度測定部4によるセルの温度測定値は、放電抵抗R1〜R4の温度下降の影響を受けて、太実線で示すように下降する。
FIG. 8 is a graph showing an example of a change in the measured temperature value when the discharge is stopped. When the discharge is stopped, no current flows through the discharge resistors R1 to R4, and the temperature of each resistor decreases as shown in the figure. For this reason, the measured temperature value of the cell by the
この温度測定値は、セルの温度25℃に、放電抵抗R1での温度上昇分b1、放電抵抗R2での温度上昇分b2、放電抵抗R3での温度上昇分b3、および放電抵抗R4での温度上昇分b4を加算した値である。したがって、温度測定値から、各放電抵抗での温度上昇分の合計値を減算すると、補正温度Tcは、
Tc=温度測定値−(b1+b2+b3+b4)=25℃
となり、セルの実際の温度として算出される。
This temperature measurement value is the temperature of the cell at 25 ° C., the temperature rise b1 at the discharge resistor R1, the temperature rise b2 at the discharge resistor R2, the temperature rise b3 at the discharge resistor R3, and the temperature at the discharge resistor R4. It is a value obtained by adding the increase b4. Therefore, when the total value of the temperature rise at each discharge resistance is subtracted from the temperature measurement value, the correction temperature Tc is
Tc = temperature measurement value− (b1 + b2 + b3 + b4) = 25 ° C.
And calculated as the actual temperature of the cell.
以上のように、本実施形態においては、セルの放電開始または放電停止からの経過時間に基づいて、放電抵抗における温度上昇分を算出する。そして、この温度上昇分の合計値を、温度測定部4で測定された各セルの温度測定値から減算することにより、当該温度測定値を補正する。このため、各セルの温度測定値から熱の影響が除去され、正確な充放電制御を行うことができる。また、放電抵抗の温度上昇分は、放電の開始または停止からの経過時間に基づいて算出されるので、周囲温度検出素子を設けなくても、温度補正を行うことができる。
As described above, in this embodiment, the temperature rise in the discharge resistance is calculated based on the elapsed time from the start or stop of discharge of the cell. Then, the temperature measurement value is corrected by subtracting the total value of the temperature increase from the temperature measurement value of each cell measured by the
なお、放電が開始して放電抵抗の温度が上昇している途中で、電圧・温度計測ユニット10の電源がオフになると、放電回路3が動作しなくなって、放電抵抗の温度が低下する。この場合、電圧・温度計測ユニット10の電源がオフでも、上位装置である充放電制御ユニット20の電源はオン状態を維持する。このため、電圧・温度計測ユニット10の電源が再度オンとなった場合、電圧・温度計測ユニット10では電源がオフであった時間(以下、「電源オフ時間」という。)はわからないが、充放電制御ユニット20では電源オフ時間を計数することができる。したがって、電源が再度オンした時に、充放電制御ユニット20から電圧・温度計測ユニット10へ電源オフ時間を通知してやれば、電圧・温度計測ユニット10側で、電源がオフとなっていた期間の温度下降分を算出し、正確な温度上昇分を求めることができる。
Note that if the power supply of the voltage /
本発明では、以上述べた以外にも種々の実施形態を採用することができる。例えば、前記の実施形態では、電圧・温度計測ユニット10が1つだけ設けられているが、電圧・温度計測ユニット10を複数ユニット設け、これらを1つの充放電制御ユニット20で統轄的に管理するような構成にしてもよい。
In the present invention, various embodiments other than those described above can be adopted. For example, in the above-described embodiment, only one voltage /
また、前記の実施形態では、電圧・温度計測ユニット10と充放電制御ユニット20を別ユニットとして設けた例を挙げたが、これらを1つのユニットとして構成してもよい。すなわち、本発明に係る組電池の制御装置は、充放電制御手段を含むものであってもよい。
In the above embodiment, the voltage /
また、前記の実施形態では、温度測定部4に設けたマイクロコンピュータ6により、各セルの温度測定値を算出したが、マイクロコンピュータ6を省略して、制御部1により各セルの温度測定値を算出するようにしてもよい。この場合は、制御部1および温度検出素子5が、温度測定部を構成する。
In the above embodiment, the temperature measurement value of each cell is calculated by the
また、前記の実施形態では、セルB1〜Bnが接続される接続端子Tに近接して、温度測定素子5を設けた例を挙げたが、接続端子Tとは別に、セルB1〜Bnの熱を伝える熱伝導部材(図示省略)を設け、当該部材に近接して、または当該部材と接触させて、温度測定素子5を設けてもよい。
Moreover, in the said embodiment, although the example which provided the
さらに、前記の実施形態では、本発明を電気自動車に搭載される組電池に適用した例を挙げたが、本発明は、電気自動車以外の用途に用いられる組電池にも適用することができる。 Furthermore, although the example which applied this invention to the assembled battery mounted in an electric vehicle was given in the said embodiment, this invention is applicable also to the assembled battery used for uses other than an electric vehicle.
1 制御部
2 電圧検出部
3 放電回路
4 温度測定部
5 温度検出素子
10 電圧・温度計測ユニット
20 充放電制御ユニット
30 充電ユニット
40 組電池
B1〜Bn 二次電池
K 回路基板
Q1〜Qn スイッチング素子
R1〜Rn 放電抵抗
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記二次電池のそれぞれに対応して設けられ、二次電池が放電する場合の電流経路を形成する放電回路と、
温度検出素子を有し、当該温度検出素子の出力に基づいて各二次電池の温度を測定する温度測定部と、
前記放電回路および前記温度検出素子が実装された回路基板と、
前記電圧検出部で検出された電圧を上位装置へ送信するとともに、前記上位装置から放電要求を受信し、放電が要求された二次電池に対応する前記放電回路を動作状態にして、当該二次電池が放電するように制御を行う放電制御手段と、
前記温度測定部で測定された二次電池の温度が基準温度以上である場合に、当該二次電池に対応する前記放電回路を非動作状態にして放電を禁止する放電禁止手段と、を備えた組電池の制御装置において、
前記二次電池が放電を開始した後、放電開始からの経過時間に基づいて、前記温度測定部で算出された各二次電池の温度測定値を補正する補正手段を設けたことを特徴とする組電池の制御装置。 A voltage detection unit for detecting each voltage of a plurality of secondary batteries constituting the assembled battery;
A discharge circuit provided corresponding to each of the secondary batteries, and forming a current path when the secondary battery discharges;
A temperature measurement unit having a temperature detection element and measuring the temperature of each secondary battery based on the output of the temperature detection element;
A circuit board on which the discharge circuit and the temperature detection element are mounted;
The voltage detected by the voltage detection unit is transmitted to the host device, the discharge request is received from the host device, the discharge circuit corresponding to the secondary battery requested to be discharged is put into an operating state, and the secondary Discharge control means for controlling the battery to discharge;
A discharge prohibiting means for prohibiting discharge by disabling the discharge circuit corresponding to the secondary battery when the temperature of the secondary battery measured by the temperature measuring unit is equal to or higher than a reference temperature; In the battery pack control device,
After the secondary battery starts discharging, correction means for correcting a temperature measurement value of each secondary battery calculated by the temperature measuring unit based on an elapsed time from the start of discharging is provided. Control device for battery pack.
前記補正手段は、さらに、前記二次電池が放電を停止した後、放電停止からの経過時間に基づいて、前記温度測定部で算出された各二次電池の温度測定値を補正することを特徴とする組電池の制御装置。 In the control apparatus of the assembled battery of Claim 1,
The correction means further corrects the temperature measurement value of each secondary battery calculated by the temperature measurement unit based on an elapsed time from the discharge stop after the secondary battery stops discharging. A control device for a battery pack.
前記補正手段は、前記経過時間に基づいて、各放電回路における温度上昇分を算出するとともに、それぞれの温度上昇分を合計した合計値を算出し、前記温度測定値から前記合計値を減算することにより、前記温度測定値を補正することを特徴とする組電池の制御装置。 In the control apparatus of the assembled battery of Claim 1 or Claim 2,
The correction means calculates a temperature rise in each discharge circuit based on the elapsed time, calculates a total value obtained by summing the temperature rises, and subtracts the total value from the temperature measurement value. The assembled battery control apparatus corrects the temperature measurement value by the following.
前記二次電池のそれぞれに対応して設けられ、二次電池が放電する場合の電流経路を形成する放電回路と、
温度検出素子を有し、当該温度検出素子の出力に基づいて各二次電池の温度を測定する温度測定部と、
前記放電回路および前記温度検出素子が実装された回路基板と、
前記電圧検出部で検出された電圧に基づいて、各二次電池の充電および放電を制御する充放電制御手段と、
前記温度測定部で測定された二次電池の温度が基準温度以上である場合に、当該二次電池に対応する前記放電回路を非動作状態にして放電を禁止する放電禁止手段と、を備えた組電池の制御装置において、
前記二次電池が放電を開始した後、放電開始からの経過時間に基づいて、前記温度測定部で算出された各二次電池の温度測定値を補正するとともに、前記二次電池が放電を停止した後、放電停止からの経過時間に基づいて、前記温度測定部で算出された各二次電池の温度測定値を補正する補正手段を設けたことを特徴とする組電池の制御装置。 A voltage detection unit for detecting each voltage of a plurality of secondary batteries constituting the assembled battery;
A discharge circuit provided corresponding to each of the secondary batteries, and forming a current path when the secondary battery discharges;
A temperature measurement unit having a temperature detection element and measuring the temperature of each secondary battery based on the output of the temperature detection element;
A circuit board on which the discharge circuit and the temperature detection element are mounted;
Charge / discharge control means for controlling charging and discharging of each secondary battery based on the voltage detected by the voltage detection unit;
A discharge prohibiting means for prohibiting discharge by disabling the discharge circuit corresponding to the secondary battery when the temperature of the secondary battery measured by the temperature measuring unit is equal to or higher than a reference temperature; In the battery pack control device,
After the secondary battery starts discharging, the temperature measurement value of each secondary battery calculated by the temperature measuring unit is corrected based on the elapsed time from the start of discharging, and the secondary battery stops discharging. And a correction means for correcting the temperature measurement value of each secondary battery calculated by the temperature measurement unit based on the elapsed time from the stop of discharge.
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