JP6805837B2 - How to detect disconnection of the assembled battery - Google Patents
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Description
本発明は、複数のセルを並列接続したセルブロックを複数段直列に接続した組電池の並列接続線の断線を検出する方法に関する。 The present invention relates to a method for detecting a disconnection of a parallel connection line of an assembled battery in which cell blocks in which a plurality of cells are connected in parallel are connected in series in a plurality of stages.
車両に搭載される二次電池として、複数のセルを並列接続したセルブロックを複数段直列に接続した組電池が多く用いられている。 As a secondary battery mounted on a vehicle, an assembled battery in which cell blocks in which a plurality of cells are connected in parallel are connected in series in multiple stages is often used.
特許文献1には、このような組電池において、各セルブロックの各電圧もしくは、抵抗値を比較し、各セルブロックの並列接続されたセルの一部の脱落、あるいは、並列接続線の断線を検出する方法が以下のように記載されている。
In
すなわち、充電前のテスト期間と満充電後で放電前の期間とにおいて各セルブロックの開放回路電圧(Open Circuit Voltage:OCV)を測定し、充放電時の端子間電圧とOCVとの電圧差を充放電電流で除して各セルブロックの内部抵抗を算出する。セルブロックが2つのセルの並列の場合、セルブロックの内部抵抗は正常時でR(Ω)、2つのセルの並列の一方の接続が脱落あるいは一方の並列接続線が断線すると正常時の倍の2×R(Ω)となることを利用する。 That is, the open circuit voltage (Open Circuit Voltage: OCV) of each cell block is measured in the test period before charging and the period before discharging after full charging, and the voltage difference between the terminal voltage at the time of charging and discharging and the OCV is measured. The internal resistance of each cell block is calculated by dividing by the charge / discharge current. When the cell block is parallel to two cells, the internal resistance of the cell block is R (Ω) in the normal state, and if one of the parallel connections of the two cells is dropped or one of the parallel connection lines is broken, it is double the normal state. It is used that it becomes 2 × R (Ω).
特許文献1に記載された断線検出の方法は、複数のセルを並列接続線で並列に接続したセルブロックを複数段直列に接続した組電池において、並列接続線の何本かが断線した断線セルブロックの内部抵抗が正常セルブロックの内部抵抗に対して下記の(式1)で計算される抵抗上昇率だけ大きくなることを利用したものである。
抵抗上昇率=(並列数)/(並列数−断線数) ・・・ (式1)
この(式1)は、断線により各セルに流れる電流値が大きくなっても各セルの内部抵抗は変化しないことを前提として断線セルブロックの抵抗増加率を算出するものである。
The method of detecting disconnection described in
Resistance increase rate = (number of parallels) / (number of parallels-number of disconnections) ... (Equation 1)
In this (Equation 1), the resistance increase rate of the disconnected cell block is calculated on the premise that the internal resistance of each cell does not change even if the current value flowing through each cell increases due to the disconnection.
一方、電流が大きくなると内部抵抗値が小さくなる特性を持つセルがある。このようなセルを用いて構成した組電池で断線が発生した場合、各セルに流れる電流が大きくなることにより各セルの内部抵抗値が小さくなるので、断線セルブロックの抵抗上昇率は、(式1)により計算した値よりも小さな値となる。このため、特許文献1に記載された方法ではセルの特性によっては精度良く組電池の断線検出を行うことが困難な場合がある。
On the other hand, some cells have a characteristic that the internal resistance value decreases as the current increases. When a disconnection occurs in an assembled battery configured using such a cell, the internal resistance value of each cell decreases as the current flowing through each cell increases, so that the resistance increase rate of the disconnected cell block is as follows: The value is smaller than the value calculated in 1). Therefore, it may be difficult to accurately detect the disconnection of the assembled battery by the method described in
そこで、本発明は、精度良く組電池の断線検出を行うことを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to detect disconnection of the assembled battery with high accuracy.
本発明の断線検出方法は、複数のセルを並列接続線で並列に接続したセルブロックを複数段直列に接続した組電池の前記並列接続線の断線検出方法であって、100〜200msecの時間間隔で前記組電池の電流を検出し、現時点の第1電流値と1つ前の検出タイミングにおける第2電流値との積が負の場合で、且つ、前記第1電流値と前記第2電流値との電流値差の絶対値が所定の閾値を超える場合に、前記並列接続線の断線検出を実行することを特徴とする。 The disconnection detection method of the present invention is a disconnection detection method for the parallel connection line of an assembled battery in which cell blocks in which a plurality of cells are connected in parallel by a parallel connection line are connected in series in a plurality of stages, and has a time interval of 100 to 200 msec . When the current of the assembled battery is detected and the product of the current first current value and the second current value at the previous detection timing is negative, and the first current value and the second current value are negative. When the absolute value of the current value difference from the current value exceeds a predetermined threshold value, the disconnection detection of the parallel connection line is executed.
本発明の断線検出方法において、前記組電池の電流の検出と同時に前記各セルブロックの各電圧値を検出し、断線検出の実行は、前記各セルブロックの現時点の各第1電圧値と1つ前の検出タイミングにおける各第2電圧値の各電圧値差に基づいて算出した前記各セルブロック相互の抵抗比により断線判断を実行することとしてもよい。 In the disconnection detection method of the present invention, each voltage value of each cell block is detected at the same time as the current of the assembled battery is detected, and the execution of the disconnection detection is one with each current first voltage value of each cell block. The disconnection determination may be executed based on the resistance ratio between the cell blocks calculated based on the voltage value difference of each second voltage value at the previous detection timing.
また、本発明の断線検出方法において、前記各セルブロック相互の抵抗比を前記各電圧値差と前記電流値差とに基づいて算出してもよい。 Further, in the disconnection detection method of the present invention, the resistance ratio between the cell blocks may be calculated based on the voltage value difference and the current value difference.
本発明は、精度良く組電池の断線検出を行うことができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can detect disconnection of an assembled battery with high accuracy.
<本実施形態の断線検出方法が適用される電動車両の構成>
以下、図面を参照しながら、まず、本実施形態の断線検出方法が適用される電動車両100の構成について説明する。なお、以下の説明では、電動車両100は、モータジェネレータ14とエンジン16とで駆動されるハイブリッド車両であって、モータジェネレータ14のみによって走行するEV走行が可能で、且つ、外部電源により搭載した組電池10を充電可能なプラグインハイブリッド車両として説明するが、本発明は、これ以外の電動車両、例えば、電気自動車等にも適用することができる。
<Structure of an electric vehicle to which the disconnection detection method of the present embodiment is applied>
Hereinafter, the configuration of the
電動車両100は、組電池10と、正極ライン11と負極ライン12を介して組電池10に接続されたインバータ13と、インバータ13によって駆動制御される車両駆動用のモータジェネレータ14と、エンジン16と、インバータ13とモータジェネレータ14とエンジン16の動作と組電池10の充放電とを制御する制御部70とを含んでいる。また、電動車両100の運転席には、電動車両100の起動、停止を行うスタートスイッチ19が取り付けられている。スタートスイッチ19は制御部70に接続されている。
The
モータジェネレータ14の出力軸とエンジン16の出力軸はエンジン16の出力を車輪18の駆動力と、モータジェネレータ14を発電機として駆動する際の駆動力とに分割する動力分割機構15に接続されている。動力分割機構15の出力軸は、ディファレンシャルギヤ17を介して車輪18を駆動するよう構成されている。
The output shaft of the
組電池10は、リチウムイオン電池等の充放電可能な二次電池のセル21,31,41,51を複数並列に接続したセルブロック20,30,40,50を直列に接続したものである。以下、セルブロック20を例にセルブロック20,30,40,50の構造を説明する。セルブロック30,40,50の構造は、セルブロック20と同一であり、同一の部品について、セルブロック30は一の位が同一の30番台、セルブロック40は一の位が同一の40番台、セルブロック50は一の位が同一の50番台の符号を付す。
The assembled
セルブロック20は、複数の円筒型のリチウムイオン電池のセル21と、正極並列バスバ24と、正極接続バスバ25と、負極並列バスバ27と、負極接続バスバ26とで構成されている。
The
図2Aに示すように、正極並列バスバ24は、平板状の金属板にセル21の配列に合わせて開口24aを配置したもので、各開口24aの周縁から各開口24aの中央に向かって複数の正極接続バスバ25が延びている。図3(a)に示すように、正極接続バスバ25は、正極並列バスバ24からセル21の正極22に向かって斜め下向きに折り曲げ成形された細長い板である。図2A、図3(a)に示すように正極接続バスバ25の先端28は、抵抗溶接によって正極22に接続されている。このように、複数のセル21の正極22は、正極並列バスバ24と複数の正極接続バスバ25とによって並列に接続されている。
As shown in FIG. 2A, the positive electrode
図2B、図3(a)に示すように、負極並列バスバ27、負極接続バスバ26の構造は、正極並列バスバ24、正極接続バスバ25と同様であり、負極接続バスバ26は、負極並列バスバ27の開口27aの周縁からセル21の負極23に向かって斜め上向きに折り曲げ成形された細長い板である。図2B、図3(a)に示すように負極接続バスバ26の先端29は、抵抗溶接によって負極23に接続されている。そして、複数のセル21の負極23は、負極並列バスバ27と複数の負極接続バスバ26とに並列に接続されている。従って、正極並列バスバ24と複数の正極接続バスバ25とは、正極側の並列接続線を構成し、負極並列バスバ27と複数の負極接続バスバ26とは、負極側の並列接続線を構成している。
As shown in FIGS. 2B and 3A, the structures of the negative electrode
図3(b)は、図3(a)に示すセル21の負極接続バスバ26が断線した場合を示している。以下、図3(b)に示すように、断線の発生しているセルを断線セル21a、断線セル21aを含むセルブロックを断線セルブロック20aとして説明する。
FIG. 3B shows a case where the negative electrode
図1に示すように、セルブロック20の正極並列バスバ24は、組電池10の正極ライン11に接続され、セルブロック20からセルブロック40の負極並列バスバ27,37,47はセルブロック30からセルブロック50の正極並列バスバ34,44,54とそれぞれ直列バスバで接続されている。また、セルブロック50の負極並列バスバ57は、組電池10の負極ライン12に接続されている。このように、セルブロック20,30,40,50は、直列に接続されている。
As shown in FIG. 1, the positive electrode
図1に示すように、各セルブロック20,30,40,50の各正極並列バスバ24,34,44,54と各負極並列バスバ27,37,47,57との間には、各セルブロック20,30,40,50の各ブロック電圧値V1,V2,V3,V4を検出する電圧センサ64,65,66,67が取り付けられている。また、組電池10の正極ライン11と負極ライン12の間には、組電池10の電圧値Vを検出する電圧センサ61が取り付けられており、正極ライン11には、組電池10の電流値Iを検出する電流センサ62が取り付けられている。また、組電池10には組電池10の温度Tを検出する温度センサ63が取り付けられている。更に、図1に示すように、正極ライン11と負極ライン12には、外部電源に接続可能なコネクタ90が接続されている。
As shown in FIG. 1, between the positive electrode parallel bus bars 24, 34, 44, 54 of each
制御部70は、内部に情報処理や演算を行うCPU71と、制御プログラム、制御データ等を格納するメモリ72と、電圧センサ61,64〜67、電流センサ62、温度センサ63が接続されるセンサ・機器インターフェース73とを備え、CPU71とメモリ72とセンサ・機器インターフェース73の間が相互にデータバス74によって接続されているコンピュータである。
The
モータジェネレータ14は、組電池10から出力された電力を受けて電動車両100を駆動し、電動車両100の制動時に発生する運動エネルギを電力に変換して組電池10に充電する。したがって、電動車両100の走行中には、組電池10は、充放電を繰り返すことになる。なお、組電池10の電流値Iは、放電電流を正(+)、充電電流を負(−)とする。
The
<セルの電圧に対する電流密度特性と断線検出方法の概要>
次に、図4から図6を参照しながら、図1に示すセル21、31、41、51の電圧ηに対する電流密度jの特性とセルブロック20、30、40、50の断線検出方法の概要について説明する。セル21、31、41、51は同一の電圧ηに対する電流密度jの特性を有するので、以下の説明では、セル21、セルブロック20について説明する。なお、図4において、セル21の放電の際の電流密度jは正(+)、充電の際の電流密度jは負(−)である。
<Outline of current density characteristics and disconnection detection method for cell voltage>
Next, with reference to FIGS. 4 to 6, the characteristics of the current density j with respect to the voltage η of the
図4に示すように、セル21の電流密度jが+j0と−j0との間の範囲Aでは、電圧ηと電流密度jとは線形関係となっている。このことは、電流密度jが範囲Aにある場合には、セル21の内部抵抗は略一定となっていることを意味する。一方、セル21の電流密度jが+j0よりも大きい範囲、および、電流密度jが−j0よりも小さい範囲では、電圧ηと電流密度jとは非線形関係となっている。図4に示すように、電流密度jが+j0よりも大きい範囲では、電流密度jが大きくなるに従って電圧ηの上昇度合いは少なくなっている。また、電流密度jが−j0よりも小さい範囲では、電流密度jが小さくなるに従って電圧ηの低下度合いは少なくなっている。このことは、電流密度jが+j0よりも大きい範囲、あるいは、−j0よりも小さい範囲では、電流密度jの絶対値が大きいほどセル21の内部抵抗が小さくなることを意味している。
As shown in FIG. 4, in the range A where the current density j of the
図4に示すような電圧ηと電流密度jの特性を持つセル21によって構成されたセルブロック20の正極接続バスバ25、または、負極接続バスバ26が図3(b)に示すように断線した場合を考える。断線が発生すると断線セル21aには電流が流れないので、断線セルブロック20aでは電流の流れるセル21の数が減少する。このため、断線セルブロック20aのセル21の電流密度jは大きくなる。セル21の電流密度jが図4に示す+j0と−j0との間の範囲Aの場合には、セル21の電流密度jが変化してもセル21の内部抵抗は変化しない。このため、断線セルブロック20aの抵抗上昇率と断線数の関係は先に説明した(式1)のようになる。
抵抗上昇率=(並列数)/(並列数−断線数) ・・・ (式1)
When the positive electrode
Resistance increase rate = (number of parallels) / (number of parallels-number of disconnections) ... (Equation 1)
また、抵抗上昇率は、電圧センサ64で検出した断線セルブロック20aのブロック電圧値V1と電圧センサ65で検出した断線の発生していない正常な他のセルブロック30のブロック電圧値V2とから算出できる。従って、セル21の電流密度jが図4に示す+j0と−j0との間の範囲Aの場合にはブロック電圧値V1、V2を検出することによって(式1)から断線数を算出することができる。
Further, the resistance increase rate is calculated from the block voltage value V1 of the
一方、セル21の電流密度jが+j0よりも大きい範囲、あるいは、−j0よりも小さい範囲では、電流密度jの絶対値が大きいほどセル21の内部抵抗が小さくなるため、抵抗上昇率と断線数、並列数の関係は、下記の(式2)のようになる。
抵抗上昇率=(並列数)/(並列数−断線数)−C ・・・ (式2)
(式2)においてCは電流密度jの変化による抵抗上昇率の低下を表す項である。Cは、電流密度j、セル21の温度等によって様々に変化し一定ではない。このため、セル21の電流密度jが+j0よりも大きい範囲、あるいは、−j0よりも小さい範囲では、ブロック電圧値V1、V2を検出することによって抵抗上昇率を算出できても、C項が不明のため(式2)から断線数を算出することができない。また、(式1)を用いて断線数を算出して場合、C項の分だけ断線数に誤差ができてしまい、精度良く断線検出を行うことができない。
On the other hand, in the range where the current density j of the
Resistance increase rate = (number of parallels) / (number of parallels-number of disconnections) -C ... (Equation 2)
In (Equation 2), C is a term representing a decrease in the resistance increase rate due to a change in the current density j. C varies depending on the current density j, the temperature of the
従って、セル21の電流密度jが小さく電流密度jにより内部抵抗が変化しない状態で断線検出を実行することにより断線検出の精度を高めることができる。そこで、本実施形態では、図5に示すように、短い所定の時間間隔Δtで組電池10の電流値Iと各ブロック電圧値V1〜V4を検出し、現時点(t)の第1電流値I(t)と1つ前の検出タイミング(t−1)における第2電流値I(t−1)との積が負となることを断線検出実行の第1条件としている。
Therefore, the accuracy of the disconnection detection can be improved by executing the disconnection detection in a state where the current density j of the
一方、セル21の電流密度jが非常に小さい場合にはセルブロック20、30、40、50の内部抵抗値にばらつきができるため、精度良く断線検出を行うことができない。このため、本実施形態では、図6に示すように、下記の(式3)で算出した現時点(t)の第1電流値I(t)と1つ前の検出タイミング(t−1)における第2電流値I(t−1)との電流値差ΔI
ΔI=|I(t−1)−I(t)| ・・・・・・ (式3)
が所定の閾値S1を超えていることを断線検出実行の第2条件としている。
On the other hand, when the current density j of the
ΔI = | I (t-1) -I (t) | ... (Equation 3)
The second condition for executing disconnection detection is that the value exceeds the predetermined threshold value S1.
そして、第1条件と第2条件とを満足した場合に各セルブロック20,30,40,50のブロック電圧値V1〜V4に基づいて各セルブロック20,30,40,50相互の間の抵抗比を算出し、算出した抵抗比に基づいて断線数を算出する。 Then, when the first condition and the second condition are satisfied, the resistance between the cell blocks 20, 30, 40, 50 is based on the block voltage values V1 to V4 of the cell blocks 20, 30, 40, 50. The ratio is calculated, and the number of disconnections is calculated based on the calculated resistance ratio.
<断線検出方法の詳細>
以下、図7を参照しながら、電動車両100が走行している場合の断線検出方法について説明する。以下の説明では、電動車両100の制御部70が図7に示すフローチャートに示す各ステップ動作を実行することにより、本実施形態の断線検出方法が実行されるとして説明する。
<Details of disconnection detection method>
Hereinafter, a disconnection detection method when the
電動車両100が走行している場合、図5に示すように、組電池10は放電と充電とを繰り返している。制御部70は、図7に示すステップS101、ステップS102、図5に示すように、所定の時間間隔Δtで組電池10の電流値Iと各ブロック電圧値V1〜V4を検出する。制御部70は、検出した組電池10の電流値Iと各ブロック電圧値V1〜V4をメモリ72に格納する。所定の時間間隔Δtは、例えば、100〜200msec程度の短い時間である。
When the
制御部70は、図7のステップS103において、現時点(t)の第1電流値I(t)と1つ前の検出タイミング(t−1)における第2電流値I(t−1)とをメモリ72から読み出し、その積(I(t−1)×I(t))を計算し、その積(I(t−1)×I(t))が負かどうか判断する。そして、積(I(t−1)×I(t))が負の場合、図5の時刻t0とt1の間のように、1つ前の検出タイミング(t−1)と現時点(t)との間で組電池10の電流が放電から充電に切り替わっており、1つ前の検出タイミング(t−1)と現時点(t)とは電流が放電から充電に切り替わってから短い所定の時間間隔Δt内であり、第1電流値I(t)、第2電流値I(t−1)は共にゼロ近傍の値となっていると判断する。また、制御部70は、積(I(t−1)×I(t))が負の場合、図5の時刻t2とt3の間のように、1つ前の検出タイミング(t−1)と現時点(t)との間で組電池10の電流が充電から放電に切り替わっており、1つ前の検出タイミング(t−1)と現時点(t)とは電流が充電から放電に切り替わってから短い所定の時間間隔Δt内であり、第1電流値I(t)、第2電流値I(t−1)は共にゼロ近傍の値となっていると判断する。
In step S103 of FIG. 7, the
そして、制御部70は、図7のステップS103でYESの場合、断線検出実行の第1条件が満足されたと判断して図7のステップS104に進む。一方、図7のステップS103でNOの場合、制御部70は、断線検出実行の第1条件が満足されていないと判断して、断線検出を実行せずルーチンを終了する。そして、制御部70は、図7のステップS101に戻り、Δt後の次の検出タイミングに電流値Iとブロック電圧値V1〜V4の検出を行う。
Then, if YES in step S103 of FIG. 7, the
制御部70は、図7のステップS104において、メモリ72から読み出した現時点(t)の第1電流値I(t)と1つ前の検出タイミング(t−1)における第2電流値I(t−1)の差の絶対値での電流値差ΔI(=|I(t−1)−I(t)|)を算出する。そして、制御部70は、図7のステップS105に進み、電流値差ΔIが所定の閾値S1を超えているかどうか判断する。セル21の抵抗値は、セル21の温度によって変化するので、閾値S1は、温度センサ63によって検出した組電池10の温度Tに基づいて変化するようにしてもよい。
In step S104 of FIG. 7, the
制御部70は、図7のステップS105でYESと判断した場合、断線検出実行の第2条件が満足されたと判断して図7のステップS106に進む。一方、図7のステップS105でNOと判断した場合、制御部70は、断線検出実行の第2条件が満足されていないと判断して、断線検出を実行せずルーチンを終了する。そして、制御部70は、図7のステップS101に戻り、Δt後の次の検出タイミングに電流値Iとブロック電圧値V1〜V4の検出を行う。
If the
図7に示すステップS106からステップS109において、制御部70は、以下に説明するように、断線検出を実行する。まず、制御部70は、図7のステップS106において、各セルブロック20,30,40,50の現時点(t)の各第1ブロック電圧値V1(t)〜V4(t)と1つ前の検出タイミング(t−1)における各第2ブロック電圧値V1(t−1)〜V4(t−1)の各ブロック電圧値差ΔV1〜ΔV4を以下のように算出する。
ΔV(n)=|Vn(t−1)−Vn(t)| ・・・ (式4)
(nは検出したブロック電圧の番号、1から4)
制御部70は、各ブロック電圧値差ΔV1〜ΔV4を算出したら図7のステップS107に進む。
From step S106 to step S109 shown in FIG. 7, the
ΔV (n) = | Vn (t-1) -Vn (t) | ... (Equation 4)
(N is the number of the detected block voltage, 1 to 4)
After calculating each block voltage value difference ΔV1 to ΔV4, the
次に制御部70は、図7のステップS107に示すように、下記の(式5)で各セルブロック20、30、40、50相互の抵抗比を算出する。
抵抗比i=(ΔV(n)/ΔV(n+1)) ・・・ (式5)
(式5)を用いた抵抗比iの算出は、抵抗値を比較するセルブロック20,30,40,50の組み合わせ毎に行う。iは計算する組み合わせの番号で、1以上の整数である。例えば、セルブロック20の抵抗値とセルブロック30の抵抗値とを比較する場合には、抵抗比1=(ΔV(1)/ΔV(2))、セルブロック40の抵抗値とセルブロック50の抵抗値とを比較する場合には、抵抗比2=(ΔV(3)/ΔV(4))を算出する。抵抗比iを算出するセルブロック20,30,40,50の組み合わせは任意であるが、例えば、複数のセルブロック20,30,40,50の全ての組み合わせについて抵抗比iを算出してもよいし、予め定めた特定の組み合わせについて抵抗比iを算出するようにしてもよい。制御部70は、抵抗比iを算出したら図7のステップS108に進む。
Next, as shown in step S107 of FIG. 7, the
Resistivity i = (ΔV (n) / ΔV (n + 1)) ... (Equation 5)
The resistivity ratio i using (Equation 5) is calculated for each combination of
制御部70は、図7のステップS108において、以下のように比較用抵抗比iを算出してメモリ72に格納する。制御部70は、下記の(式6)に示すように、(式5)を用いて算出した抵抗比iが1以上の場合には(式5)を用いて算出した抵抗比iの数値を比較用抵抗比iとしてメモリ72に格納する。また、制御部70は、下記の(式7)に示すように、抵抗比iが1未満の場合には(式5)を用いて算出した抵抗比iの逆数を比較用抵抗比iとしてメモリ72に格納する。
比較用抵抗比i=抵抗比i (抵抗比i≧1) ・・・ (式6)
比較用抵抗比i=1/抵抗比i (抵抗比i<1) ・・・ (式7)
In step S108 of FIG. 7, the
Comparison resistance ratio i = resistance ratio i (resistor ratio i ≧ 1) ・ ・ ・ (Equation 6)
Comparison resistance ratio i = 1 / resistance ratio i (resistor ratio i <1) ... (Equation 7)
そして、制御部70は、図7のステップS108において下記の(式8)に示すように、比較用抵抗比iのなかの最大値を最大抵抗比とする。
最大抵抗比=MAX(比較用抵抗比i) ・・・ (式8)
制御部70は、最大抵抗比を算出したら、図7のステップS109に進む。
Then, in step S108 of FIG. 7, the
Maximum resistivity = MAX (comparative resistivity i) ... (Equation 8)
After calculating the maximum resistance ratio, the
制御部70は、図7のステップS109において、異常検出処理を実行する。異常検出処理は、例えば、最大抵抗比が所定の閾値を超えている場合には、断線が発生の信号を出力する処理や、最大抵抗比と(式1)とから断線数を算出して出力する処理や、断線の発生しているセルブロックを特定して出力する処理等の処理である。
The
以上説明した実施形態の断線検出方法は、図5に示すように、短い所定の時間間隔Δtで組電池10の電流値Iと各ブロック電圧値V1〜V4を検出し、現時点(t)の第1電流値I(t)と1つ前の検出タイミング(t−1)における第2電流値I(t−1)との積が負となっているという第1条件と、現時点(t)の第1電流値I(t)と1つ前の検出タイミング(t−1)における第2電流値I(t−1)との電流値差ΔIが所定の閾値S1を超えているという第2条件とを共に満たした場合に断線検出を実行するものである。これにより、セル21,31,41,51の電流密度jが小さく電流密度jにより内部抵抗が変化しない状態で、且つ、セル21,31,41,51の電流密度jがセルブロック20,30,40,50の内部抵抗値にばらつきができない程度に大きい状態で断線検出を実行するので、組電池10の断線検出の精度を高めることができる。
As shown in FIG. 5, the disconnection detection method of the embodiment described above detects the current value I and the block voltage values V1 to V4 of the assembled
<他の断線検出方法>
次に図8を参照しながら本発明の他の実施形態について説明する。図7を参照して説明した動作と同様の動作については同様の符号を付して説明は省略する。
<Other disconnection detection methods>
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The same operations as those described with reference to FIG. 7 are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
図8に示す実施形態は、図8のステップS201〜S202に示すように、図8のステップS104において(式3)で計算した電流値差ΔIと、図8のステップS106において(式4)で計算したブロック電圧値差ΔV(n)とからΔR(n)を算出し、このΔR(n)を用い最大抵抗比を算出するものである。 In the embodiment shown in FIG. 8, as shown in steps S201 to S202 of FIG. 8, the current value difference ΔI calculated in (Equation 3) in step S104 of FIG. 8 and (Equation 4) in step S106 of FIG. 8 ΔR (n) is calculated from the calculated block voltage value difference ΔV (n), and the maximum resistance ratio is calculated using this ΔR (n).
制御部70は、図8のステップS201において下記の(式9)によりΔR(n)を算出する。
ΔR(n)=ΔV(n)/ΔI ・・・ (式9)
(nは検出したブロック電圧の番号、1から4)
制御部70は、ΔR(n)を算出したら図8のステップS202に進む。
The
ΔR (n) = ΔV (n) / ΔI ・ ・ ・ (Equation 9)
(N is the number of the detected block voltage, 1 to 4)
After calculating ΔR (n), the
制御部70は、図8のステップS202において、下記の(式10)により、抵抗値を比較するセルブロック20,30,40,50の組み合わせ毎に抵抗比iを算出する。
抵抗比i=(ΔR(n)/ΔR(n+1)) ・・・ (式10)
(iは計算する組み合わせの番号で、1以上の整数)
制御部70は、抵抗比iを算出したら図8のステップS108に進む。
In step S202 of FIG. 8, the
Resistivity i = (ΔR (n) / ΔR (n + 1)) ... (Equation 10)
(I is the number of the combination to be calculated, and is an integer of 1 or more)
After calculating the resistance ratio i, the
制御部70は、図8のステップS108において、先に図7を参照説明したと同様、(式6)、(式7)で比較用抵抗比iを算出し、(式8)を用いて最大抵抗比を算出する。そして、図8のステップS109で異常検出処理を行う。
In step S108 of FIG. 8, the
本実施形態は、先に図7を参照して説明した実施形態と同様の効果を奏する。 This embodiment has the same effect as that of the embodiment described above with reference to FIG. 7.
<実施形態の断線検出方法を応用した組電池の電流制御方法>
次に、図9を参照しながら、図7を参照した説明した本実施形態の断線検出方法を応用した組電池10の電流制御方法について説明する。図9のステップS101からステップS108までの動作は、図7を参照して説明した本実施形態の断線検出方法と同様である。図9に示す電流制御方法は、図9のステップS301において以下のように、電流制御を実行する。
<Current control method of the assembled battery to which the disconnection detection method of the embodiment is applied>
Next, with reference to FIG. 9, a current control method of the assembled
先に説明したように、本実施形態の断線検出方法は、精度良く最大抵抗比を求めることができる。最大抵抗比は、全く断線の発生していないセルブロックの抵抗値と一番断線数の多いセルブロックの抵抗値の比率であり、下記の(式11)で計算できる。
最大抵抗比=(並列数)/(並列数−最大断線数) ・・・ (式11)
また、一番断線数の多い断線セルブロック20aのセル21に流れるセル電流は、電流センサ62によって検出した電流値Iの最大抵抗比倍で、この電流がセル21,31,41,51に流れる最大電流となる。
最大セル電流値=検出電流値×最大抵抗比 ・・・ (式12)
以上のことから、セル21,31,41,51がリチウムイオン二次電池の場合、下記の(式13)に示す制御電流値がリチウム析出の限界電流に達した際に電流制限を行うことにより、断線を考慮したリチウム析出抑制制御を行うことができる。
制御電流値=検出電流値×(最大抵抗比+設定誤差) ・・・ (式13)
また、リチウムイオン電池のハイレート抑制電流制御、セル内部過熱保護制御等においても、(式13)によって算出した制御電流値によって電流制限等の制御を行うことにより、断線を考慮したハイレート抑制、セル内部過熱保護を行うことができる。
As described above, the disconnection detection method of the present embodiment can accurately obtain the maximum resistivity. The maximum resistance ratio is the ratio of the resistance value of the cell block in which no disconnection has occurred to the resistance value of the cell block having the largest number of disconnections, and can be calculated by the following (Equation 11).
Maximum resistivity = (number of parallels) / (number of parallels-maximum number of disconnections) ... (Equation 11)
Further, the cell current flowing through the
Maximum cell current value = detected current value x maximum resistivity ratio ... (Equation 12)
From the above, when the
Control current value = Detected current value x (maximum resistance ratio + setting error) ... (Equation 13)
Further, in the high rate suppression current control of the lithium ion battery, the cell internal overheat protection control, etc., by controlling the current limit etc. by the control current value calculated by (Equation 13), the high rate suppression in consideration of disconnection and the cell internal Overheat protection can be performed.
このように、本実施形態の断線検出方法により精度良く最大抵抗比を求め、その最大抵抗比に基づいて組電池10の電流を制限することにより、組電池10の断線を考慮した電流抑制を行い、リチウムの析出、劣化等を効果的に抑制することができる。
In this way, the maximum resistance ratio is accurately obtained by the disconnection detection method of the present embodiment, and the current of the assembled
10 組電池、11 正極ライン、12 負極ライン、13 インバータ、14 モータジェネレータ、15 動力分割機構、16 エンジン、17 ディファレンシャルギヤ、18 車輪、19 スタートスイッチ、20,30,40,50 セルブロック、20a 断線セルブロック、21,31,41,51 セル、21a 断線セル、22 正極、23 負極、24,34,44,54 正極並列バスバ、24a,27a 開口、25,35,45,55 正極接続バスバ、26,36,46,56 負極接続バスバ、27,37,47,57 負極並列バスバ、28,29 先端、61,64〜67 電圧センサ、62 電流センサ、63 温度センサ、70 制御部、71 CPU、72 メモリ、73 センサ・機器インターフェース、74 データバス、90 コネクタ、100 電動車両。 10 sets of batteries, 11 positive electrode line, 12 negative electrode line, 13 inverter, 14 motor generator, 15 power split mechanism, 16 engine, 17 differential gear, 18 wheels, 19 start switch, 20, 30, 40, 50 cell block, 20a disconnection Cell block, 21,31,41,51 cell, 21a disconnection cell, 22 positive electrode, 23 negative electrode, 24,34,44,54 positive electrode parallel bus bar, 24a, 27a opening, 25,35,45,55 positive electrode connection bus bar, 26 , 36, 46, 56 Negative electrode connection bus bar, 27, 37, 47, 57 Negative electrode parallel bus bar, 28, 29 Tip, 61, 64-67 Voltage sensor, 62 Current sensor, 63 Temperature sensor, 70 Control unit, 71 CPU, 72 Memory, 73 sensor / equipment interfaces, 74 data buses, 90 electrodes, 100 electric vehicles.
Claims (1)
100〜200msecの時間間隔で前記組電池の電流を検出し、
現時点の第1電流値と1つ前の検出タイミングにおける第2電流値との積が負の場合で、且つ、前記第1電流値と前記第2電流値との電流値差の絶対値が所定の閾値を超える場合に、前記並列接続線の断線検出を実行する断線検出方法。 This is a method for detecting disconnection of the parallel connection line of an assembled battery in which cell blocks in which a plurality of cells are connected in parallel by a parallel connection line are connected in series in multiple stages.
The current of the assembled battery is detected at a time interval of 100 to 200 msec , and the current is detected.
When the product of the current first current value and the second current value at the previous detection timing is negative, and the absolute value of the current value difference between the first current value and the second current value is predetermined. A disconnection detection method for executing disconnection detection of the parallel connection line when the threshold value of is exceeded.
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