JP6667373B2 - Battery device and vehicle - Google Patents
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Description
本発明は、複数のセルによって構成されているバッテリを備えるバッテリ装置及び車両に関する。 The present invention relates to a battery device including a battery configured by a plurality of cells and a vehicle.
従来、互いに直列に接続された複数の単位セルによって構成されているバッテリに関して、バッテリECU内の均等化回路が複数の単位セルの電圧を均等化することが行われている(特許文献1参照)。特許文献1に記載の均等化装置では、バッテリECUの電源電圧が低下した場合に、均等化回路とは別の均等化停止回路が、均等化回路による均等化を停止させる。
2. Description of the Related Art Conventionally, an equalization circuit in a battery ECU equalizes voltages of a plurality of unit cells for a battery including a plurality of unit cells connected in series with each other (see Patent Document 1). . In the equalization device described in
一方、バッテリECUにおいて、セル電圧の検出値の誤差が悪化するような故障が発生した場合には、セル電圧の実際の値と検出値との間の誤差が大きくなり、バッテリの充放電制御が困難となる。 On the other hand, if a failure occurs in the battery ECU that causes the error in the detected value of the cell voltage to worsen, the error between the actual value and the detected value of the cell voltage increases, and the charge / discharge control of the battery becomes difficult. It will be difficult.
本発明は、前記の点に鑑みてなされたものであり、バッテリ制御部に故障が発生した場合において、単位セルの検出電圧値の誤差悪化による影響を抑えることが可能なバッテリ装置及び車両を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above points, and provides a battery device and a vehicle that can suppress the influence of a deterioration in an error in a detected voltage value of a unit cell when a failure occurs in a battery control unit. The task is to
前記した課題を解決するために、本発明のバッテリ装置は、互いに接続された複数の単位セルを有するバッテリと、前記バッテリの充放電制御を行うバッテリ制御部と、を備えるバッテリ装置であって、前記バッテリ制御部は、複数の前記単位セルの電圧を検出する電圧検出部と、複数の前記単位セルの前記電圧又は当該電圧に基づく充電率を均等化する均等化部と、前記バッテリ制御部の故障を検知する故障診断部と、を備え、前記故障診断部が故障を検知した場合に、前記バッテリ制御部は、検知された故障の種類に基づいて、均等化中における前記電圧検出部の検出結果の誤差悪化量を推定し、推定された前記誤差悪化量が閾値以上である場合に、前記均等化部による均等化を停止することを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, a battery device of the present invention is a battery device including: a battery having a plurality of unit cells connected to each other; and a battery control unit configured to control charging and discharging of the battery. The battery control unit includes a voltage detection unit that detects voltages of the plurality of unit cells, an equalization unit that equalizes the voltages of the plurality of unit cells or a charging rate based on the voltage, and a battery control unit. A failure diagnosis unit that detects a failure, wherein when the failure diagnosis unit detects a failure, the battery control unit detects the voltage detection unit during equalization based on the type of the detected failure. The method is characterized in that the resulting error deterioration amount is estimated, and when the estimated error deterioration amount is equal to or larger than a threshold, equalization by the equalization unit is stopped .
本発明によると、バッテリ制御部に故障が発生した場合において、単位セルの検出電圧値の誤差悪化による影響を抑えることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, when a failure occurs in a battery control part, the influence by the error deterioration of the detection voltage value of a unit cell can be suppressed.
本発明の実施形態について、本発明のバッテリ装置を車両に適用した場合を例にとり、図面を参照して詳細に説明する。以下の説明において、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 An embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings, taking a case where a battery device of the present invention is applied to a vehicle as an example. In the following description, the same elements will be denoted by the same reference symbols, without redundant description.
図1に示すように、本発明の実施形態に係る車両1は、バッテリ装置2と、通知部3と、を備える。バッテリ装置2は、バッテリ10と、コンタクタ20と、バッテリ制御部30と、を備える。
As shown in FIG. 1, a
<バッテリ>
バッテリ10は、車両の各機器へ電力を供給したり(放電)、車両の回生制御によって発生した電力を蓄電したりする(充電)。バッテリ10は、複数の単位セル11が互いに直列に接続されることによって構成されている。
<Battery>
The
<コンタクタ>
コンタクタ20は、バッテリ10と接続されており、バッテリ制御部30の制御によってバッテリ10の電気回路を開閉するスイッチである。コンタクタ20が閉状態である場合には、バッテリ10は、充放電を実行する。また、コンタクタ20が開状態である場合には、バッテリ10は、充放電を停止する。
<Contactor>
The
<バッテリ制御部>
バッテリ制御部30は、バッテリ10の充放電制御を行う、いわゆるバッテリECU(Electrical Control Unit)である。バッテリ制御部30は、高圧回路であるLIBIC(Lithium Ion Battery Integrated Circuit)31と、低圧回路であるMPU(Micro Processing Unit)32と、を備える。
<Battery control unit>
The
<LIBIC>
LIBIC31は、均等化回路31aと、電圧検出回路31bと、通信回路31cと、故障診断回路31dと、を備える。
<LIBIC>
The LIBIC 31 includes an
≪均等化回路≫
均等化回路(均等化部)31aは、複数の単位セル11の電圧又は充電率(SOC:State Of Charge)を均等化する状態と、均等化を停止した状態と、を切替可能な回路である。均等化回路31aは、電圧検出回路31bによって検出された電圧に基づいて、複数の単位セル11の電圧を均等化する。
≪Equalization circuit≫
The equalizing circuit (equalizing unit) 31a is a circuit that can switch between a state in which the voltage or the state of charge (SOC) of the plurality of
なお、均等化回路31aは、電圧検出回路31bによって検出された電圧並びに図示しない電流検出部及び温度検出部によって検出されたバッテリ10の電流及び温度に基づいて、複数の単位セル11の充電率を均等化する構成であってもよい。ここで、充電率は、電圧検出回路31bによって検出された電圧と、バッテリ10を流れる電流を検出する電流検出部(図示せず)によって検出された電流の積算値と、バッテリ10の温度を検出する温度検出部によって検出された温度と、に基づいて算出可能な値である。
The
すなわち、均等化は、複数の単位セル11の電圧又は充電率にバラツキが発生している場合に、電圧又は充電率の高い単位セル11を放電させることによって、複数の単位セル11の電圧又は充電量を揃えることを指す。
That is, equalization is performed by discharging the
図2に示すように、均等化回路31aは、互いに直列に接続された放電抵抗31a1及び放電スイッチ31a2を備える。
As shown in FIG. 2, the equalizing
≪電圧検出回路≫
図1に示すように、電圧検出回路(電圧検出部)31bは、複数の単位セル11のそれぞれの電圧の値を検出する電圧センサである。図2に示すように、電圧検出回路31bは、放電抵抗31a1及び放電スイッチ31a2と並列に接続されている。電圧検出回路31bは、互いに直列に接続されたオペアンプ31b1及びADコンバータ31b2を備える。
≪Voltage detection circuit≫
As shown in FIG. 1, the voltage detection circuit (voltage detection unit) 31b is a voltage sensor that detects the value of each voltage of the plurality of
電圧検出回路31bは、検出される電圧の値に関して、均等化に起因する均等化誤差と、バッテリ制御部(ECU)30に起因するECU誤差と、を補正する機能を有している。
The
均等化誤差は、均等化のための電圧の高い単位セル11の放電スイッチをオンとし、放電電流が流れたときに発生する誤差である。均等化誤差は、ハーネス抵抗による誤差と、放電抵抗による誤差と、放電スイッチのオン抵抗による誤差と、を含む。ハーネス抵抗による誤差は、単位セル11の両極と、均等化回路31aの放電抵抗31a1及び放電スイッチ31a2と、を接続するハーネスの抵抗によって発生する誤差である。放電抵抗による誤差は、均等化回路31aの放電抵抗31a1によって発生する誤差である。放電スイッチのオン抵抗による誤差は、均等化回路31aの放電スイッチ31a2がオン状態のときの当該放電スイッチ31a2の抵抗によって発生する誤差である。電圧検出回路31aによって検出された電圧の値は、推定又は予め設定されたハーネス抵抗、放電抵抗、オン抵抗及び放電電流に基づいて補正されている。しかし、推定又は予め設定されたハーネス抵抗、放電抵抗、オン抵抗及び放電電流が誤差を含むため、補正後の電圧の値も、誤差すなわち均等化残誤差を含む。
The equalization error is an error generated when the discharge switch of the
ECU誤差は、単位セル11の電圧を検出するためのオペアンプ31b1の直線性及びADコンバータ31b2のリファレンス電圧によって発生する誤差である。バッテリ制御部30内の不揮発性メモリには、製造工場において正確な電圧を読み込んだときの入力電圧と検出電圧とのズレすなわちECU誤差が記憶されている。電圧検出回路31bによって検出された電圧の値は、記憶されたズレの値に基づいて補正されている。
The ECU error is an error generated by the linearity of the operational amplifier 31b1 for detecting the voltage of the
また、図1に示すように、バッテリ制御部30(より詳細には、MPU32)は、電圧検出回路31bによって検出された単位セル11の電圧の値に基づいて、バッテリ10の充放電制御を行う。さらに、バッテリ制御部30(より詳細には、MPU32)は、バッテリ10の電圧値以外にも、バッテリ10の電圧値、電流値及び温度に基づく充電率(SOC)、又は、バッテリ10の温度に基づいて、バッテリ10の充放電制御を行うことができる。例えば、バッテリ制御部30は、電圧検出回路31bによって検出された単位セル11の電圧の値又は充電率が所定値以下である場合には、図示しないモータの回生制御を行うことによって、バッテリ10に蓄電させることができる。すなわち、バッテリ装置2のLIBIC31は、バッテリ10に流れる電流の値を検出する電流検出部と、バッテリ10の温度を検出する温度検出部と、を備える。そして、バッテリ制御部30(より詳細には、MPU32)は、電圧検出回路31b、電流検出部及び温度検出部の検出結果に基づいて、バッテリ10の充放電制御を行う。
Further, as shown in FIG. 1, the battery control unit 30 (more specifically, the MPU 32) controls the charging and discharging of the
≪通信回路≫
通信回路31cは、MPU32との通信を行う回路である。通信回路31cは、MPU32からの判定結果を取得して均等化回路31aへ出力する。また、通信回路31cは、電圧検出回路31b並びに図示しない電流検出部及び温度検出部の検出結果をMPU32へ出力する。
≪Communication circuit≫
The
≪故障診断回路≫
故障診断回路31dは、バッテリ制御部30、より詳細には、LIBIC31の故障を自己診断する回路である。故障診断回路(故障診断部)31dは、故障の検知結果をMPU32へ出力する。
≪Failure diagnosis circuit≫
The
例えば、故障の診断結果(故障モード)の例として、(1)均等化誤差補正におけるパラメータ読み出し不可、(2)ECU誤差補正におけるパラメータ読み出し不可、(3)セル電圧検出におけるADリファレンス故障等が挙げられる(図3参照)。 For example, examples of a failure diagnosis result (failure mode) include (1) parameter reading failure in equalization error correction, (2) parameter reading failure in ECU error correction, and (3) AD reference failure in cell voltage detection. (See FIG. 3).
本実施形態において、均等化誤差補正におけるパラメータ読み出し不可が発生した場合には、均等化中の電圧検出精度は100[mV]悪化し、均等化停止中の電圧検出精度のは悪化しない(±0[mV])。また、ECU誤差補正におけるパラメータ読み出し不可が発生した場合には、均等化中及び均等化停止中のそれぞれにおいて、電圧検出精度は50[mV]悪化する。また、セル電圧検出におけるADリファレンス悪化が発生した場合には、均等化中及び均等化停止中のそれぞれにおいて、電圧検出精度は100[mV]悪化する。 In the present embodiment, when the parameter cannot be read in the equalization error correction, the voltage detection accuracy during the equalization deteriorates by 100 [mV], and the voltage detection accuracy during the equalization stop does not deteriorate (± 0). [MV]). Further, when the parameter reading in the ECU error correction becomes impossible, the voltage detection accuracy deteriorates by 50 mV during equalization and during equalization stop. When AD reference deterioration in cell voltage detection occurs, the voltage detection accuracy deteriorates by 100 [mV] during equalization and during equalization stop.
<MPU>
MPU32は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read-Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、入出力回路等によって構成されている。MPU32は、前記したバッテリ10の充放電制御機能に加え、均等化停止判定機能及び充放電停止判定機能を有する。すなわち、MPU32は、均等化停止判定機能及び充放電停止判定機能のための機能部として、記憶部32aと、均等化停止判定部32bと、充放電停止判定部32cと、を備える。
<MPU>
The
記憶部32aには、誤差悪化量マップ32a1が記憶されている。図3に示すように、誤差悪化量テーブル32a1は、故障診断回路によって検知された故障モードと、均等化中の検出電圧値の誤差悪化量と、均等化停止中の検出電圧値の誤差悪化量と、の関係を示すテーブルである。
The
≪均等化及び充放電停止判定部≫
図1に示すように、均等化停止判定部32bは、故障診断回路31aの診断結果に基づいて、均等化を停止するか否かと、充放電を停止するか否かと、を判定する。均等化及び充放電停止判定部32bは、検知された故障の種類(故障モード)に基づいて、均等化中における電圧検出回路31bの検出結果の誤差悪化量を推定し、推定された誤差悪化量が閾値以上である場合に、均等化回路31aによる均等化を停止する。また、均等化及び充放電停止判定部32bは、検知された故障の種類(故障モード)に基づいて、均等化を停止した場合における電圧検出回路31aの検出結果の誤差悪化量を推定し、推定された誤差悪化量が閾値以上である場合に、バッテリ10の充放電を停止する。
判定 Equalization and charge / discharge stop judgment unit≫
As illustrated in FIG. 1, the equalization
均等化及び充放電停止判定部32bは、故障診断回路31dの診断結果、均等化停止、及び、充放電停止を示す信号を通知部3へ出力する。
The equalization and charge / discharge
<通知部>
通知部3は、車両1の車室内のインパネ等に設けられているランプ、ディスプレイ、スピーカ等である。通知部3は、均等化及び充放電停止判定部32bから出力された信号を取得し、取得された信号に応じた診断結果、均等化停止及び充放電停止を車両1の乗員、詳細には運転者へ通知する。
<Notification section>
The
<動作例>
続いて、本発明の実施形態に係るバッテリ制御装置10の動作例について、図4を参照して説明する。図4に示すように、バッテリ制御部30がバッテリ10の充放電制御を実行しているとともに、均等化回路31bが複数のセル11の電圧又は充電率の均等化を実行している状態において、故障診断回路31dが、故障の検知を行う(ステップS1)。故障診断回路31dが故障を検知した場合(ステップS1でYes)には、故障診断回路31dは、診断結果を均等化及び充放電停止判定部32bへ出力する。均等化及び充放電停止判定部32bは、診断結果を取得し、取得された診断結果に基づいて、電圧検出回路31aの検出結果の均等化中及び均等化を停止した場合のそれぞれの誤差の悪化量を推定する(ステップS2)。ここで、複数の故障が発生している場合には、均等化及び充放電停止判定部32bは、複数の故障モードの誤差悪化量を加算する。
<Operation example>
Subsequently, an operation example of the
均等化中の誤差の悪化量が所定の閾値(例えば、75[mV])未満である場合(ステップS3でYes)には、本フローは終了し、均等化は継続される。誤差悪化量に関する閾値は、事前の試験、シミュレーション等によって設定されたものであり、均等化停止判定及び充放電停止判定の両方で同じ値が用いられる。 If the deterioration amount of the error during the equalization is smaller than a predetermined threshold (for example, 75 [mV]) (Yes in step S3), the flow ends, and the equalization is continued. The threshold value for the error deterioration amount is set by a preliminary test, simulation, or the like, and the same value is used for both the equalization stop determination and the charge / discharge stop determination.
例えば、故障モード(2)の場合には、均等化中の誤差の悪化量が閾値未満の50[mV]であるため、均等化及び充放電は継続される。 For example, in the failure mode (2), the equalization and the charge / discharge are continued because the amount of deterioration of the error during the equalization is 50 [mV], which is less than the threshold.
均等化中の誤差の悪化量が閾値以上である場合(ステップS3でNo)であって、均等化を停止した場合の誤差の悪化量が閾値未満である場合(ステップS4でYes)には、均等化及び充放電停止判定部32bは、均等化停止信号をLIDIC31へ出力する(ステップS5)。均等化回路31aは、通信回路31cを介して均等化停止信号を取得し、取得された均等化停止信号に基づいて均等化を停止する。すなわち、均等化回路31aの全ての放電スイッチは、オフ状態となる。
If the deterioration amount of the error during equalization is equal to or larger than the threshold value (No in step S3) and the deterioration amount of the error when the equalization is stopped is smaller than the threshold value (Yes in step S4), The equalization and charge / discharge
例えば、故障モード(1)の場合には、均等化中の誤差の悪化量が閾値以上の100[mV]であり、均等化を停止した場合の誤差の悪化量が閾値未満の0[mV]であるため、均等化は停止され、充放電は継続される。 For example, in the failure mode (1), the deterioration amount of the error during equalization is 100 [mV] which is equal to or larger than the threshold, and the error deterioration amount when the equalization is stopped is 0 [mV] which is smaller than the threshold value. Therefore, equalization is stopped, and charging and discharging are continued.
均等化中の誤差の悪化量が閾値以上である場合(ステップS3でNo)であって、均等化を停止した場合の誤差の悪化量が閾値以上である場合(ステップS4でNo)には、均等化及び充放電停止判定部32bは、充放電停止信号をコンタクタ20へ出力する(ステップS6)。コンタクタ20は、充放電停止信号を取得し、取得された充放電停止信号に基づいてバッテリ10の充放電を停止する。すなわち、コンタクタ20は、開状態となる。
If the amount of error deterioration during equalization is equal to or greater than the threshold (No in step S3), and if the amount of error deterioration when equalization is stopped is equal to or greater than the threshold (No in step S4), The equalization and charge / discharge
例えば、故障モード(3)の場合には、均等化中及び均等化を停止した場合の誤差の悪化量がともに閾値以上であるため、充放電が停止される。この場合には、充放電の停止とともに均等化も停止する構成であってもよい。 For example, in the failure mode (3), charging and discharging are stopped because the amount of error deterioration during equalization and when the equalization is stopped is both equal to or greater than the threshold. In this case, the configuration may be such that equalization is stopped together with the stop of charging and discharging.
本発明の実施形態に係るバッテリ装置2は、故障診断部が故障を検知した場合に均等化部による均等化を停止するので、均等化に基づく均等化誤差を低減し、バッテリ10の充放電制御を継続することができる。この場合において、車両1の運転者は、通知部3の通知結果に基づいて故障の発生及び均等化の停止を認識し、均等化が停止された車両1を検査場、修理工場等まで運転することができる。
In the
また、バッテリ装置2は、均等化中における誤差悪化量が閾値以上である場合に均等化を停止するので、均等化の停止の必要性を好適に判定し、停止が必要である場合には、均等化に基づく均等化誤差を低減し、バッテリ10の充放電制御を継続することができる。
Further, the
また、バッテリ装置2は、均等化を停止した場合の誤差悪化量が閾値以上である場合に充放電を停止するので、バッテリ10を好適に保護することができる。この場合において、車両1の運転者は、通知部3の通知結果に基づいて故障の発生及び充放電の停止を認識し、車両1を安全な場所に停車させることができる。
In addition, the
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、均等化を停止した場合の誤差悪化量が閾値以上である場合には、均等化及び充放電停止判定部32bは、均等化停止信号を出力して均等化回路31aによる均等化を停止させるとともに、故障の発生、均等化の停止、及び充放電の停止予告を示す信号を通知部3に出力する構成であってもよい。この場合において、均等化及び充放電停止判定部32bは、通知部3によって充放電の停止予告を認識した運転者が車両1を停車させた場合に、充放電停止信号を出力して充放電を停止させる構成であってもよい。
As described above, the embodiments of the present invention have been described, but the present invention is not limited to the above embodiments, and can be appropriately changed without departing from the gist of the present invention. For example, when the error deterioration amount when the equalization is stopped is equal to or larger than the threshold, the equalization and charge / discharge
また、LIBIC31が、バッテリ10に流れる電流を検出する電流検出回路(電流検出部)と、バッテリ10の温度を検出する温度検出回路(温度検出部)と、を備える構成であってもよい。この場合には、均等化及び充放電停止判定部32bは、各回路によって検出された電圧、電流及び温度に基づいて、電圧検出回路31bの検出値に関する均等化中及び均等化停止中のECU誤差補正残誤差、ハードフィルタ誤差、LIBIC誤差を推定する。そして、均等化及び充放電停止判定部32bは、均等化中のECU誤差補正残誤差、均等化誤差、ハードフィルタ誤差及びLIBIC誤差の合計が閾値(制御許容誤差)以上である場合に、均等化を停止させる。また、均等化及び充放電停止判定部32bは、均等化を停止した場合のECU誤差補正残誤差、均等化誤差、ハードフィルタ誤差及びLIBIC誤差の合計が閾値(制御許容誤差)以上である場合に、充放電を停止させる。ここで、ECU誤差補正残誤差は、バッテリ制御部30で発生する設計誤差の最大値である。また、ハードフィルタ誤差及びLIBIC誤差は、それぞれの部品保証精度である。
Further, the
1 車両
2 バッテリ装置
3 通知部
10 バッテリ
11 単位セル
30 バッテリ制御部
31a 均等化回路(均等化部)
31b 電圧検出回路(電圧検出部)
31d 故障診断回路(故障診断部)
31b Voltage detection circuit (voltage detection unit)
31d Failure diagnosis circuit (failure diagnosis unit)
Claims (3)
前記バッテリ制御部は、
複数の前記単位セルの電圧を検出する電圧検出部と、
複数の前記単位セルの前記電圧又は当該電圧に基づく充電率を均等化する均等化部と、
前記バッテリ制御部の故障を検知する故障診断部と、
を備え、
前記故障診断部が故障を検知した場合に、前記バッテリ制御部は、検知された故障の種類に基づいて、均等化中における前記電圧検出部の検出結果の誤差悪化量を推定し、推定された前記誤差悪化量が閾値以上である場合に、前記均等化部による均等化を停止する
ことを特徴とするバッテリ装置。 A battery device comprising: a battery having a plurality of unit cells connected to each other; and a battery control unit configured to control charging and discharging of the battery,
The battery control unit includes:
A voltage detection unit that detects voltages of the plurality of unit cells,
An equalizing unit that equalizes the voltage of the plurality of unit cells or a charging rate based on the voltage,
A failure diagnosis unit that detects a failure of the battery control unit;
With
When the failure diagnosis unit detects a failure, the battery control unit estimates an error deterioration amount of a detection result of the voltage detection unit during equalization based on the type of the detected failure, and the estimated value is estimated. The battery device , wherein the equalization by the equalizing unit is stopped when the error deterioration amount is equal to or more than a threshold value .
ことを特徴とする請求項1に記載のバッテリ装置。 When the failure diagnosis unit detects a failure, the battery control unit estimates an error deterioration amount of a detection result of the voltage detection unit when equalization is stopped based on the type of the detected failure, The battery device according to claim 1 , wherein charging and discharging of the battery are stopped when the estimated error deterioration amount is equal to or larger than the threshold.
前記故障診断部による故障の検知結果を車両の乗員に通知する通知部と、
を備えることを特徴とする車両。 A battery device according to claim 1 or 2 ,
A notifying unit that notifies an occupant of the vehicle of a detection result of the failure by the failure diagnosis unit,
A vehicle comprising:
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