JP7348108B2 - battery unit - Google Patents
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Description
本発明は、バッテリユニットに係り、特に、バッテリモジュールを稼働した状態のままバッテリモジュールの保護機能の故障診断を行うことができるバッテリユニットに関する。 The present invention relates to a battery unit, and more particularly to a battery unit that allows failure diagnosis of a protection function of a battery module to be performed while the battery module is in operation.
[従来の技術]
近年、あらゆる製品が小型化して携帯する機会が増えたことにより、電源異常時に動作するUPS(Uninterruptible Power Supply:無停電電源装置)等でバッテリが広く使用されている。
また、今後の人口減少に伴い、導入される自動運転の無人機等にも同様の理由でバッテリが搭載され、市場が拡大することが予想される。
バッテリは、使い切りの一次電池、繰り返し充放電が可能な二次電池の2種類がある。二次電池は、特に一般ユーザが扱う機会が多い。
[Conventional technology]
In recent years, as various products have become smaller and more portable, batteries have become widely used in UPS (Uninterruptible Power Supply) and the like that operate in the event of a power failure.
Furthermore, as the population declines in the future, batteries are expected to be installed in self-driving unmanned vehicles and the like that will be introduced for the same reason, and the market is expected to expand.
There are two types of batteries: disposable primary batteries and secondary batteries that can be repeatedly charged and discharged. Secondary batteries are often used, especially by general users.
耐環境性能が優先される使い方においては、安全性が高いニッケル水素セルを用いたバッテリの使用も考えられるが、小型化・携帯性及び長時間使用の利点から、エネルギー密度が高いリチウムイオンセルが一般的に普及している。 In applications where environmental resistance is a priority, batteries using highly safe nickel-metal hydride cells may be considered, but lithium-ion cells with high energy density are preferred due to their advantages of compactness, portability, and long-term use. Generally widespread.
但し、リチウムイオンセルは、エネルギー密度が高いため、短絡故障が発生した場合に、発火等に至る恐れがあり、使用者に対して危害を及ぼすことがある。そのため、安全機構(保護回路)は必須となっている。 However, since lithium ion cells have a high energy density, if a short-circuit failure occurs, there is a risk of ignition or the like, which may pose a danger to the user. Therefore, a safety mechanism (protection circuit) is essential.
正常動作しているバッテリモジュールは、通常負荷側に電力を供給する場合は放電動作となり、受電する場合は充電動作となる。
バッテリと負荷との間(バッテリの出力側)には、負荷への電力の供給を異常時に停止するスイッチ機能を有する保護用FET(Field Effect Transistor:電界効果トランジスタ)が設けれている。
A normally operating battery module normally performs a discharging operation when supplying power to the load side, and a charging operation when receiving power.
A protective FET (Field Effect Transistor) is provided between the battery and the load (on the output side of the battery), which has a switch function to stop supplying power to the load in the event of an abnormality.
充放電時、保護用FETは正常に動作している場合、ゲート側はON状態となり、ドレインとソースの間は導通している状態を保つ。
バッテリモジュールに搭載されている保護IC(Integrated Circuit)が保護用FETを制御するものであり、これら保護用部品から取得される情報(電流、電圧、温度等)を元に、バッテリの異常状態を検知すると、保護用FETをOFFにする。これにより、充放電機能をOFFにし、安全状態を保つよう動作する。
During charging and discharging, if the protection FET is operating normally, the gate side is in the ON state and the drain and source remain conductive.
The protection IC (Integrated Circuit) installed in the battery module controls the protection FET, and detects abnormal conditions of the battery based on the information (current, voltage, temperature, etc.) obtained from these protection components. When detected, the protection FET is turned off. This turns off the charge/discharge function and operates to maintain a safe state.
保護用FETが正常であれば、異常時に保護用FETをOFFにすることで、安全状態に移行することが可能であるが、保護用FET自体が故障している状態では、保護ICが保護用FETをOFFにする制御を行っても、回路上はON状態のままとなってしまい、装置の異常発生時に電力供給を停止することができなくなってしまう。 If the protective FET is normal, it is possible to transition to a safe state by turning off the protective FET in the event of an abnormality, but if the protective FET itself is malfunctioning, the protective IC will not function properly. Even if the FET is controlled to be turned off, the circuit remains on, making it impossible to stop the power supply when an abnormality occurs in the device.
[関連技術]
尚、関連する先行技術として、特開2013-084605号公報「電池セル用集積回路」(特許文献1)がある。
特許文献1には、車両用電池システムにおいて、過充電、過放電の診断を行って電池セルの状態を監視し、システム全体の信頼性を向上させることが示されている。
[Related technology]
Incidentally, as a related prior art, there is Japanese Patent Application Publication No. 2013-084605 "Integrated circuit for battery cell" (Patent Document 1).
このように、従来のバッテリの保護回路では、稼動した状態のまま保護用FET等の保護機能用の部品(保護用部品)の故障診断を行うことができず、利便性に欠けるという問題点があった。
また、従来のバッテリの保護回路では、保護用部品の故障を診断するのに部品数が増加して構成が複雑になり、更に、保護用部品の故障を診断した場合に、当該診断を通知するものとはなっていないものである。
また、複数の保護用部品の故障を診断するのに時間が掛かるものとなっていた。
In this way, conventional battery protection circuits have the problem of being inconvenient because it is not possible to diagnose the failure of protective function components (protective components) such as protective FETs while they are in operation. there were.
In addition, in conventional battery protection circuits, the number of components increases to diagnose failures in protective components, making the configuration complex. It is something that has not become a thing.
Furthermore, it takes time to diagnose failures of multiple protective components.
尚、特許文献1には、バッテリモジュールを稼働した状態のままで保護用部品の故障診断を容易に行うことは記載がない。
Note that
本発明は上記実情に鑑みて為されたもので、バッテリモジュールを稼働した状態のままバッテリモジュールの保護機能の故障診断を容易に行うことができるバッテリユニットを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and an object of the present invention is to provide a battery unit in which a failure diagnosis of a protection function of a battery module can be easily performed while the battery module is in operation.
上記従来例の問題点を解決するための本発明は、3つ以上の複数のバッテリモジュールを備えるバッテリユニットであって、バッテリモジュール毎に当該バッテリモジュールの安全性を保持する保護機能を有する保護用部品と、複数のバッテリモジュールに対応する複数の保護用部品を制御する制御部とを備え、制御部が、複数の保護用部品を、少なくとも一つが重複する複数のグループに分けて、当該グループ毎に故障診断処理を行って、故障した保護用部品が存在するグループを特定することを特徴とする。 The present invention for solving the problems of the conventional example provides a battery unit including three or more plurality of battery modules, wherein each battery module has a protection function for maintaining the safety of the battery module. and a control unit that controls a plurality of protection parts corresponding to a plurality of battery modules, the control unit divides the plurality of protection parts into a plurality of groups in which at least one overlaps, and controls the protection parts for each group. The present invention is characterized in that a failure diagnosis process is performed to identify a group in which a failed protection component exists.
本発明は、上記バッテリユニットにおいて、制御部が、グループ毎の故障診断処理により、特定のグループに故障した保護用部品が存在すると判断した場合に、特定のグループ内の複数の保護用部品を、少なくとも一つが重複する複数の更に小さいグループに分けて、当該小さいグループ毎に故障診断処理を行って、故障した保護用部品を特定して通知することを特徴とする。 The present invention provides, in the above-mentioned battery unit, when the control section determines that there is a failed protection component in a specific group through a failure diagnosis process for each group, the control section detects a plurality of protection components in the specific group. The present invention is characterized in that it is divided into a plurality of smaller groups in which at least one overlaps, a failure diagnosis process is performed for each of the smaller groups, and a failed protection component is identified and notified.
本発明は、上記バッテリユニットにおいて、制御部が、定期的にグループ毎の故障診断処理を行って監視し、故障した保護用部品が存在するグループを特定すると、当該特定したグループ内の複数の保護用部品を、少なくとも一つが重複する複数の更に小さいグループに分けて、当該小さいグループで故障診断処理を行い、故障した保護用部品を特定することを特徴とする。 In the battery unit of the present invention, the control section periodically performs and monitors failure diagnosis processing for each group, and when a group in which a failed protection component exists is identified, multiple protection components within the identified group are The protection component is divided into a plurality of smaller groups in which at least one overlaps, and a failure diagnosis process is performed on the smaller groups to identify a faulty protection component.
本発明によれば、制御部が、複数のバッテリモジュール毎に当該バッテリモジュールの安全性を保持する保護機能を有する複数の保護用部品を、少なくとも一つが重複するグループに分けて、当該グループ毎に故障診断処理を行って、故障した保護用部品が存在するグループを特定するバッテリユニットとしているので、バッテリモジュールを稼働した状態のままバッテリモジュールの保護機能の故障診断を容易に行うことができる効果がある。 According to the present invention, the control unit divides a plurality of protection parts each having a protection function for maintaining the safety of a plurality of battery modules into groups in which at least one overlaps, and Since the battery unit performs fault diagnosis processing to identify the group in which the faulty protection component exists, the effect is that fault diagnosis of the protection function of the battery module can be easily performed while the battery module is in operation. be.
本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
[実施の形態の概要]
本発明の実施の形態に係るバッテリユニット(本ユニット)は、バッテリ駆動中であっても、保護用部品の故障診断を行う制御部を備えたものであり、装置を停止させることなく容易に故障診断を実現できるものである。つまり、本ユニットは、故障診断機能を備えたバッテリユニットである。
次に、本ユニットについて、具体的に第1~3の実施形態のバッテリユニット(第1~3のバッテリユニット)を説明する。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[Overview of embodiment]
The battery unit (this unit) according to the embodiment of the present invention is equipped with a control section that performs failure diagnosis of protective components even when the battery is being driven, and can easily prevent failures without stopping the device. It is possible to realize diagnosis. In other words, this unit is a battery unit equipped with a failure diagnosis function.
Next, regarding this unit, the battery units of the first to third embodiments (first to third battery units) will be specifically described.
[第1のバッテリユニット:図1]
第1のバッテリユニットについて図1を参照しながら説明する。図1は、第1のバッテリユニットの回路構成概略図である。
第1のバッテリユニットは、図1に示すように、1つのバッテリモジュールを搭載し、2つの保護回路を有するものであり、バッテリモジュールであるバッテリ1aと、保護回路としての保護用FET2a,2bと、保護IC3aと、電流センス抵抗4aと、スイッチ(SW)5a,5bと、電流センス抵抗6a,6bと、整流ダイオード7a,7bと、制御部8と、負荷9とを備えている。
[First battery unit: Figure 1]
The first battery unit will be explained with reference to FIG. 1. FIG. 1 is a schematic circuit diagram of a first battery unit.
As shown in FIG. 1, the first battery unit is equipped with one battery module and has two protection circuits, including a
また、第1のバッテリユニットにおいて、バッテリ1aのマイナス端子(-端子)側に電流センス抵抗4aの一端が接続し、他端が接地されている。
バッテリ1aのプラス端子(+端子)が、保護用FET2a,2bのソース端子に接続し、そのドレイン端子が電流センス抵抗6a,6bを介して整流ダイオード7a,7bのアノードに接続されている。また、保護用FET2a,2bのゲート端子にはSW5a,5bの出力端子が接続されている。
Further, in the first battery unit, one end of a
A positive terminal (+terminal) of
保護IC3aは、バッテリ1aのプラス端子とマイナス端子、電流センス抵抗4aの他端に接続して、それら電圧を入力し、電圧値を検知すると共に、電流センス抵抗4aを流れる電流値を検出している。
また、保護IC3aは、制御部8にも接続し、制御部8の制御を受けるようになっている。具体的な制御は後述する。
The
The
SW5a,5bは、保護IC3aから電源が供給され、制御部8からの制御により保護用FET2a,2bのゲート端子のオン/オフを行う。
また、整流ダイオード7a,7bのカソード側は結合され、負荷9に電流が供給される。
The
Further, the cathodes of the rectifying
制御部8は、負荷9の内部に設けているが、別個の構成であってもよい。別個の構成の場合は、負荷9に供給される電流を分岐して制御部8に入力する構成とする。
制御部8は、保護IC3aとの間で入出力を行い、電流センス抵抗6a,6bを流れる電流値を検知し、SW5a,5bにオン/オフ切替の制御指示を出力している。
また、制御部8は、保護用部品に対する故障診断処理を行い、故障を検出すると、使用者に故障と診断された保護用部品を特定して通知する。
Although the
The
Further, the
[第1のバッテリユニットの動作]
第1のバッテリユニットは、バッテリ1aが保護IC3aにより保護される構造である。
具体的には、保護IC3aがバッテリ1aに流れる電流を電流センス抵抗4aで測定・モニタし、電流が閾値と比べて多いと判断すると、制御部8を介して保護用FET2a,2bをオフにすることで、バッテリ1aからの電源供給を止め、保護機能を動作させる。
[Operation of first battery unit]
The first battery unit has a structure in which a
Specifically, the
保護用FET2a,2bは、SW5a,5bが制御部8からの指示でオン/オフの制御が為される。
尚、保護用部品の正常/異常を監視するために、制御部8が保護用FET2a,2bをオフにして保護機能を動作させることがある。この動作は後述する。
The
Note that in order to monitor the normality/abnormality of the protective components, the
第1のバッテリユニットの動作の詳細を説明すると、通常、保護用FET2a,2bの一方がオン状態(導通状態)であり、例えば、保護用FET2aをオン状態にして負荷9に電源が供給される。
To explain the details of the operation of the first battery unit, normally one of the
負荷9が短絡し、電流センス抵抗4aを流れる電流が通常より多くなったことを保護IC3aが検知すると、制御部8が、SW5a,5bをオフ(切り)にし、保護用FET2a,2bをオフ(非導通状態)として、負荷9への電源供給が停止する。この時、保護用FET2a,2bの後段に接続される電流センス抵抗6a,6bを流れる電流を制御部8がモニタする。
When the
[故障診断処理]
次に、制御部8での保護用部品の故障診断処理について説明する。
バッテリ1aの電流センス抵抗4aを流れる電流値をC、電流センス抵抗6aを流れる電流値をA、電流センス抵抗6bを流れる電流値をBとすると、制御部8で「A+B=C」と判断されれば、保護用FET2a,2bは正常に動作しており、故障診断の結果、正常と判断される。
[Fault diagnosis processing]
Next, a description will be given of a process for diagnosing a failure of a protective component in the
If the current value flowing through the
次に、制御部8が、「A+B≠C」と判断すると、保護用FET2a又は保護用FET2bが故障と診断する。但し、電流センス抵抗4aを流れる電流Cが正常値であることが前提である。
Next, when the
そして、制御部8が、「A+B≠C」と判断した場合には、装置に定常的に流れる電流値(例えば1アンペア)で正常に動作している際にモニタしたA+BとCの電流値を比較する。AとBの電流が合計して正常範囲内であることを判断するために、制御部8内に閾値を保持しておく必要がある。
When the
例えば、A=B=0.5アンペアの場合、合計で1アンペアとなり、Cの電流値が1アンペアではないので、電流センス抵抗4aを流れるCの電流値がNGであることが分かる。
つまり、電流センス抵抗4aの故障可能性が高いと判断でき、制御部8が、電流センス抵抗4aの故障可能性を使用者に通知する。
For example, when A=B=0.5 ampere, the total is 1 ampere, and the current value of C is not 1 ampere, so it can be seen that the current value of C flowing through the
In other words, it can be determined that there is a high possibility of failure of the
また、A≠Bの場合は、A又はBの電流値がNGとなるため、保護用FET2a又は保護用FET2bが故障している可能性があり、電流が流せない状態であることが分かる。この場合も、制御部8が、使用者に保護用FET2a又は保護用FET2bの故障の可能性を通知する。
Furthermore, in the case of A≠B, the current value of A or B becomes NG, which means that the
次に、制御部8が、モニタしているA又はBの電流値が定常電流の正常範囲から外れていると判断した場合に、正常範囲から外れている電流値の経路に接続するSW5a又はSW5bをオフにして、再度、一方の電流値が電流値Cと一致することを確認する。
Next, when the
例えば、電流値B<電流値Aであれば、電流値Bが流れる経路のSW5bをオフにすることで、電流値A≒電流値Cとなることを確認できれば、電流値Bが流れる経路の保護用FET2bが故障している可能性が高いと判断でき、制御部8が、使用者に保護用FET2bの故障の可能性を通知する。
For example, if current value B<current value A, by turning off SW5b of the path where current value B flows, if it is confirmed that current value A≒current value C, then protection of the path through which current value B flows. It can be determined that there is a high possibility that the
このように、第1のバッテリユニットでは、一方の保護用FETが故障した場合に、他方の保護用FETで動作できるので、動作状態を継続しながら故障診断処理を行い、使用者に故障の可能性を通知できるものである。 In this way, in the first battery unit, if one protective FET fails, the other protective FET can operate, so the failure diagnosis process is performed while the operating state continues, and the user is informed of the possibility of failure. It is something that can notify the gender.
[第2のバッテリユニット:図2]
次に、第2のバッテリユニットについて図2を参照しながら説明する。図2は、第2のバッテリユニットの回路構成概略図である。
第2のバッテリユニットは、図2に示すように、2つのバッテリモジュールを搭載し、それに対応して2つの保護回路を有するものであり、バッテリ1b,1cと、保護用FET2c,2dと、保護IC3b,3cと、電流センス抵抗4b,4cと、整流ダイオード7c,7dと、制御部8と、負荷9とを備えている。
[Second battery unit: Figure 2]
Next, the second battery unit will be explained with reference to FIG. 2. FIG. 2 is a schematic diagram of the circuit configuration of the second battery unit.
As shown in FIG. 2, the second battery unit is equipped with two battery modules and has correspondingly two protection circuits, including
また、第2のバッテリユニットにおいて、バッテリ1b,1cのマイナス端子(-端子)側に電流センス抵抗4b,4cの一端が接続し、他端が接地されている。
バッテリ1b,1cのプラス端子(+端子)が、保護用FET2c,2dのソース端子に接続し、そのドレイン端子が整流ダイオード7c,7dのアノードに接続されている。また、保護用FET2c,2dのゲート端子には保護IC3b,3cが接続されている。
Furthermore, in the second battery unit, one end of
The positive terminals (+ terminals) of the
保護IC3b,3cは、バッテリ1b,1cのプラス端子とマイナス端子、電流センス抵抗4b,4cの他端に接続して、それら電圧を入力し、電圧値を検知すると共に、電流センス抵抗4b,4cを流れる電流値を検出している。
また、保護IC3b,3cは、制御部8にも接続し、制御部8の制御を受けるようになっている。具体的な制御は後述する。
The
The
そして、整流ダイオード7c,7dのカソード側は結合され、負荷9の一端に電流が供給される。また、負荷9の他端は、接地されている。
制御部8は、負荷9の内部に設けているが、別個の構成であってもよい。
制御部8は、保護IC3b,3cとの間で入出力を行い、保護用FET2c,2dのゲート端子に出力する電圧を制御し、保護用FET2c,2dの動作を制御している。
The cathodes of the
Although the
The
[第2のバッテリユニットの動作]
第2のバッテリユニットにおいて、制御部8による保護IC3b,3cを介した保護用FET2c,2dのオン/オフの制御は異常時の保護動作(保護用FET2c,2dのオフ動作)を可能としている。
[Operation of second battery unit]
In the second battery unit, the on/off control of the
第2のバッテリユニットが正常に稼働している場合に、バッテリ1b,1cはそれぞれ放電を行っているが、故障診断時は、制御部8から保護IC3b,3cに制御信号を送信することで保護用FET2c,2dのオフ制御を行うことができる。
When the second battery unit is operating normally, the
例えば、保護用FET2cの故障診断時は、保護用FET2cをオンした状態での電流センス抵抗4bを流れる電流を保護IC3bでモニタする。このモニタした電流値をデータ1(DATA1)とする。更に、保護用FET2cをオフにした状態で電流センス抵抗4bを流れる電流値をモニタする。このモニタした電流値をデータ2(DATA2)とする。取得したデータの差分が誤差を含む電流値以下にならないことを確認する。
For example, when diagnosing a failure of the
つまり、
(DATA1-DATA2)-誤差を含む電流値>0 ならば「正常」
(DATA1-DATA2)-誤差を含む電流値≦0 ならば「異常(故障)」
と制御部8が、診断し、故障の場合は使用者に保護用FET2cの故障を通知する。尚、誤差を含む電流値は、予め測定等された特定値である。
In other words,
(DATA1-DATA2) - If current value including error > 0, "normal"
(DATA1-DATA2) - If the current value including error ≦0, "abnormality (failure)"
The
[第3のバッテリユニット:図3]
次に、第3のバッテリユニットについて図3を参照しながら説明する。図3は、第3のバッテリユニットの回路構成概略図である。
第3のバッテリユニットは、バッテリモジュールが3個以上動作し、故障診断を行うものである。尚、図3では、3つのバッテリモジュールを搭載した例を示している。
[Third battery unit: Figure 3]
Next, the third battery unit will be explained with reference to FIG. 3. FIG. 3 is a schematic diagram of the circuit configuration of the third battery unit.
The third battery unit operates with three or more battery modules and performs failure diagnosis. Note that FIG. 3 shows an example in which three battery modules are mounted.
第3のバッテリユニットは、図3に示すように、3つのバッテリモジュールを搭載し、それに対応して3つの保護回路を有するものであり、バッテリ1d,1e,1fと、保護用FET2e,2f、2gと、保護IC3d,3e,3fと、電流センス抵抗4d,4e,4f,4gと、整流ダイオード7e,7f、7gと、制御部8と、負荷9とを備えている。
As shown in FIG. 3, the third battery unit is equipped with three battery modules and has correspondingly three protection circuits, including
また、第3のバッテリユニットにおいて、バッテリ1d,1e,1fのマイナス端子(-端子)側に電流センス抵抗4d,4e,4fの一端が接続し、他端が接地されている。
バッテリ1d,1e,1fのプラス端子(+端子)が、保護用FET2e,2f,2gのソース端子に接続し、そのドレイン端子が整流ダイオード7e,7f,7gのアノードに接続されている。また、保護用FET2e,2f,2gのゲート端子には保護IC3d,3e,3fが接続されている。
Furthermore, in the third battery unit, one end of
The positive terminals (+ terminals) of the
保護IC3d,3e,3fは、バッテリ1d,1e,1fのプラス端子とマイナス端子、電流センス抵抗4d,4e,4fの他端に接続して、それら電圧を入力し、電圧値を検知すると共に、電流センス抵抗4d,4e,4fを流れる電流値を検出している。
また、保護IC3d,3e,3fは、制御部8にも接続し、制御部8の制御を受けるようになっている。具体的な制御は後述する。
The
The
そして、整流ダイオード7e,7f,7gのカソード側は結合され、負荷9の一端に電流が供給される。また、負荷9の他端は、接地されている。
制御部8は、負荷9とは別個の構成としているが、負荷9の内部に設ける構成であってもよい。
制御部8は、保護IC3d,3e,3fとの間で入出力を行い、保護用FET2e,2f,2gのゲート端子に出力する電圧を制御し、保護用FET2e,2f,2gの動作を制御している。
また、制御部8は、電流センス抵抗4gを流れる全体の電流の電流値を入力し、故障診断に利用している。具体的には、図4を参照しながら説明する。
The cathodes of the
Although the
The
Further, the
[第3のバッテリユニットの動作]
第3のバッテリユニットでの動作は、第2のバッテリユニットと同様であり、故障診断処理も同様である。但し、バッテリモジュールが複数あるため、グループに分けてグループ内では一斉に診断処理を行う。
例えば、図3では、保護IC3dと保護IC3eを第1のグループとし、保護IC3eと保護IC3fを第2のグループとし、グループ単位で故障診断処理を行い、故障部品が存在するグループを特定し、故障部品を絞り込むようにしている。
[Operation of third battery unit]
The operation of the third battery unit is similar to that of the second battery unit, and the fault diagnosis processing is also similar. However, since there are multiple battery modules, they are divided into groups and diagnostic processing is performed simultaneously within each group.
For example, in FIG. 3, the
ここで、グループに含まれる保護ICは重複させる必要があり、重複させて診断を行う保護用FETの個数と、各グループで診断を行う保護用FETの個数をほぼ同数とする。これにより、故障部品があった場合に、それを特定するまでに迅速に絞り込むことができる。 Here, the protection ICs included in the group need to be duplicated, and the number of protection FETs to be diagnosed in duplicate is approximately the same as the number of protection FETs to be diagnosed in each group. Thereby, if there is a faulty part, it is possible to quickly narrow down the search until it is identified.
[複数のバッテリモジュールに対する故障診断手順:図4]
次に、複数のバッテリモジュールを搭載した構成に対する故障診断手順について図4を参照しながら説明する。図4は、複数のバッテリモジュールに対する故障診断手順を説明する概略図である。
図4では、装置全体でバッテリモジュールを9個搭載し、その保護用FETをそれぞれ保護FET(1)~(9)とすると、グループを以下のように分ける。
グループA:保護FET(1)~(6)
グループB:保護FET(4)~(9)
[Fault diagnosis procedure for multiple battery modules: Figure 4]
Next, a failure diagnosis procedure for a configuration equipped with a plurality of battery modules will be described with reference to FIG. 4. FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a failure diagnosis procedure for a plurality of battery modules.
In FIG. 4, assuming that nine battery modules are mounted in the entire device and their protective FETs are designated as protective FETs (1) to (9), the groups are divided as follows.
Group A: Protection FETs (1) to (6)
Group B: Protection FETs (4) to (9)
[故障診断手順1(1)]
まず、全ての保護FET(1)~(9)がオン状態のときの全体の電流値を電流センス抵抗4gで測定し、全体合計電流値I(1-9)として制御部8が記憶しておく。
そして、グループAを故障診断の対象とし、制御部8が、グループAに属する保護ICを制御して保護FET(1)~(6)をオフにし、グループAに属さない保護FET(7)~(9)をオンにし、電流センス抵抗4gで保護FET(7)~(9)オン時の電流値I(7-9)を測定して記憶する。
[Fault diagnosis procedure 1 (1)]
First, the overall current value when all the protection FETs (1) to (9) are in the on state is measured by the
Then, group A is targeted for failure diagnosis, and the
次に、全体合計電流値I(1-9)と電流値I(7-9)との差分を演算し、その差分が定常電流値Ir1と一致するか否かを判定する。定常電流値とは、保護FET(1)~(9)の全てに故障がない場合(全て正常の場合)に得られた差分電流値である。 Next, the difference between the overall total current value I(1-9) and the current value I(7-9) is calculated, and it is determined whether the difference matches the steady current value Ir1. The steady current value is a differential current value obtained when all of the protection FETs (1) to (9) have no failure (all are normal).
そして、演算した差分[I(1-9)-I(7-9)]=Ir1の場合、グループAの保護FET(1)~(6)を正常と判定する。
[I(1-9)-I(7-9)]≠Ir1の場合、グループAの保護FET(1)~(6)の中に故障した保護FETが含まれると判定する。
Then, when the calculated difference [I(1-9)-I(7-9)]=Ir1, the protection FETs (1) to (6) of group A are determined to be normal.
If [I(1-9)-I(7-9)]≠Ir1, it is determined that the failed protection FET is included in the protection FETs (1) to (6) of group A.
[故障診断手順1(2)]
同様に、故障診断の対象をグループBとして診断処理を行うと、グループBの保護FET(4)~(9)が正常であること、またはグループBの保護FET(4)~(9)の中に故障した保護FETが含まれることが判定される。
グループAが正常であり、かつ、グループBが正常であれば、2回の診断処理で故障した保護用部品がないと診断できる。
[Fault diagnosis procedure 1 (2)]
Similarly, if the failure diagnosis is performed with group B as the target, it will be confirmed that the protection FETs (4) to (9) of group B are normal, or that the protection FETs (4) to (9) of group B are normal. It is determined that the faulty protection FET is included in the protection FET.
If group A is normal and group B is normal, it can be diagnosed that there is no malfunctioning protective component through two diagnostic processes.
[故障診断手順2(1)]
上記手順1(1)と手順1(2)で故障部品が存在すると判定された場合で、グループAが正常の場合は、グループAに属さない保護FET(7)~(9)を故障診断の対象とし、更に、保護FET(7)~(8)のグループ(グループ7-8)と保護FET(8)~(9)のグループ(グループ8-9)の2つに分ける。
そして、制御部8が、グループAとグループ7-8に属する保護ICを制御して保護FET(1)~(8)をオフにし、グループAとグループ7-8に属さない保護FET(9)をオンにし、電流センス抵抗4gで保護FET(9)オン時の電流値I(9)を測定して記憶する。
[Fault diagnosis procedure 2 (1)]
If it is determined that a faulty component exists in step 1 (1) and step 1 (2) above, and if group A is normal, protect FETs (7) to (9) that do not belong to group A are checked for fault diagnosis. It is further divided into two groups: a group of protection FETs (7) to (8) (group 7-8) and a group of protection FETs (8) to (9) (group 8-9).
Then, the
次に、全体合計電流値I(1-9)と電流値I(9)との差分を演算し、その差分が定常電流値Ir2と一致するか否かを判定する。定常電流値Ir2も正常時に予め測定された値である。
差分[I(1-9)-I(9)]=Ir2であれば、保護FET(1)~(8)は正常であり、保護FET(9)が故障部品と判定できる。ここまでで、3回の故障診断処理により故障部品を特定できる。
Next, the difference between the overall total current value I(1-9) and the current value I(9) is calculated, and it is determined whether the difference matches the steady current value Ir2. The steady-state current value Ir2 is also a value measured in advance during normal operation.
If the difference [I(1-9)-I(9)]=Ir2, the protection FETs (1) to (8) are normal, and the protection FET (9) can be determined to be a failed component. Up to this point, the faulty component can be identified by performing the fault diagnosis process three times.
また、差分[I(1-9)-I(9)]≠Ir2であれば、保護FET(1)~(6),(9)は正常であり、保護FET(7)~(8)が故障部品と判定できる。この後は、保護FET(7)又は保護FET(8)のみをオンにして全体合計電流値I(1-9)との差分を演算し、定常電流値Ir2と一致するか否かを判断して故障診断し、故障部品を特定する。ここまでで、4回の故障診断処理により故障部品を特定できる。 Also, if the difference [I(1-9)-I(9)]≠Ir2, protection FETs (1) to (6), and (9) are normal, and protection FETs (7) to (8) are normal. It can be determined that it is a failed part. After this, turn on only the protection FET (7) or the protection FET (8), calculate the difference from the overall total current value I (1-9), and judge whether it matches the steady current value Ir2. to diagnose the failure and identify the failed part. Up to this point, the faulty component can be identified by performing the fault diagnosis process four times.
[故障診断手順2(2)]
上記手順1(1)と手順1(2)で故障部品が存在すると判定された場合で、グループBが正常の場合は、グループBに属さない保護FET(1)~(3)を故障診断の対象とし、更に、保護FET(1)~(2)のグループ(グループ1-2)と保護FET(2)~(3)のグループ(グループ2-3)の2つに分けて、上記と同様に故障診断処理を行う。
[Fault diagnosis procedure 2 (2)]
If it is determined that a faulty component exists in step 1 (1) and step 1 (2) above, and group B is normal, protect FETs (1) to (3) that do not belong to group B are The target is further divided into two groups: a group of protection FETs (1) to (2) (group 1-2) and a group of protection FETs (2) to (3) (group 2-3), and the same as above. Performs fault diagnosis processing.
[故障診断手順2(3)]
上記手順1(1)と手順1(2)で故障部品が存在すると判定された場合で、グループAに故障部品が含まれ、かつ、グループBにも故障部品が含まれる場合は、グループAとグループBが重複する保護用部品に故障部品が存在することになる。
[Fault diagnosis procedure 2 (3)]
If it is determined that a faulty part exists in step 1 (1) and step 1 (2) above, and if group A contains the faulty part and group B also contains the faulty part, it will be classified as group A. This means that there is a faulty component among the protective components in which group B overlaps.
この場合、その重複する部分である保護FET(4)~(6)を故障診断の対象とし、更に、保護FET(4)~(5)のグループ(グループ4-5)と保護FET(5)~(6)のグループ(グループ5-6)の2つに分けて故障診断処理を行う。 In this case, the protection FETs (4) to (6), which are the overlapping parts, are targeted for failure diagnosis, and the group of protection FETs (4) to (5) (group 4-5) and the protection FET (5) The failure diagnosis process is divided into two groups (groups 5-6) of (6) to (6).
具体的には、制御部8が、グループAとグループ7-8に属する保護ICを制御して保護FET(1)~(5)(7)~(9)をオフにし、保護FET(6)をオンにし、電流センス抵抗4gで保護FET(6)オン時の電流値I(6)を測定して記憶する。
Specifically, the
この後は、全体合計電流値I(1-9)と電流値I(6)の差分を演算し、定常電流値Ir2と一致するか否かを判断して故障診断し、故障部品を特定する。
図4では、保護FET(5)が故障部品と特定された例を示している。9個の保護用部品で4回の診断処理で故障部品を特定できるものである。
After this, calculate the difference between the overall total current value I (1-9) and the current value I (6), judge whether it matches the steady current value Ir2, perform a fault diagnosis, and identify the faulty part. .
FIG. 4 shows an example in which the protection FET (5) is identified as a failed component. With nine protective parts, a faulty part can be identified through four diagnostic processes.
[動作モード:図5]
次に、本ユニットにおける動作モードについて図5を参照しながら説明する。図5は、本ユニットにおける動作モードの説明図である。
図5に示すように、本装置は、全て運用中でモード変更を行うものであり、通常モードで、一定時間間隔(例えば1時間毎)で装置の故障状態の監視を行う定期監視モードになる。
[Operating mode: Figure 5]
Next, the operation mode of this unit will be explained with reference to FIG. FIG. 5 is an explanatory diagram of operation modes in this unit.
As shown in Figure 5, the mode of this device is changed during operation, and the mode changes from normal mode to periodic monitoring mode, which monitors the failure status of the device at fixed time intervals (for example, every hour). .
定期監視モードでは、故障診断手順1(1),1(2)を行い、故障があるか否かを判断する。故障がなければ、通常モードに戻る。
故障があれば、故障個所特定モードに移行し、故障診断手順2(1),2(2),2(3)を行って、故障個所を特定し、使用者にエラー表示を行う。エラー表示としては、ログの表示、ランプ(LED)表示等を行い、通常モードに戻る。
このようにして、本装置でのモード変更が為される。
In the periodic monitoring mode, failure diagnosis procedures 1(1) and 1(2) are performed to determine whether there is a failure. If there is no failure, it returns to normal mode.
If there is a failure, the system shifts to failure location identification mode, performs failure diagnosis procedures 2(1), 2(2), and 2(3) to identify the failure location and displays an error message to the user. As an error display, a log display, a lamp (LED) display, etc. are performed, and the system returns to the normal mode.
In this way, the mode is changed in this device.
[実施の形態の効果]
本ユニットによれば、複数の保護用部品を稼働させた状態で、保護用部品の保護機能を診断して故障部品を使用者に通知するようにしているので、故障部品を容易に把握できる効果がある。
[Effects of embodiment]
According to this unit, while multiple protective parts are in operation, the protective functions of the protective parts are diagnosed and the user is notified of the malfunctioning parts, making it easy to identify malfunctioning parts. There is.
[第1のバッテリユニットの効果]
第1のバッテリユニットによれば、1つのバッテリモジュールに2系統の保護用部品を備えて、一方の保護用部品で稼動させた状態で、他方の保護用部品で故障診断を行うようにしているので、バッテリモジュールを稼働した状態のままで故障診断できる効果がある。
[Effects of first battery unit]
According to the first battery unit, one battery module is equipped with two systems of protective parts, and while operating with one protective part, failure diagnosis is performed with the other protective part. Therefore, there is an effect that failure diagnosis can be performed while the battery module is in an operating state.
[第2のバッテリユニットの効果]
第2のバッテリユニットによれば、2つのバッテリモジュールにそれぞれの保護用部品を備えて、一方の保護用部品で稼動させた状態で、他方の保護用部品で故障診断を行うようにしているので、バッテリモジュールを稼働した状態のままで故障診断できる効果がある。
[Effects of second battery unit]
According to the second battery unit, the two battery modules are each equipped with their own protective parts, and while one of the battery modules is operated with the other protective part, failure diagnosis is performed with the other protective part. This has the effect of allowing failure diagnosis to be performed while the battery module is in an operating state.
[第3のバッテリユニットの効果]
第3のバッテリユニットによれば、3つ以上の複数のバッテリモジュールにそれぞれの保護用部品を備えて、保護用部品を重複する2つのクループに分けて、一部の保護用部品で稼動させた状態で、その他の保護用部品の故障診断を行うようにしているので、バッテリモジュールを稼働した状態のままで故障診断できる効果がある。
[Effects of third battery unit]
According to the third battery unit, three or more battery modules are each equipped with their own protective parts, the protective parts are divided into two overlapping groups, and some of the protective parts are operated. Since the failure diagnosis of other protective parts is performed while the battery module is in the operating state, there is an effect that the failure diagnosis can be performed while the battery module is in the operating state.
本発明は、バッテリモジュールを稼働した状態のままバッテリモジュールの保護機能の故障診断を容易に行うことができるバッテリユニットに好適である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is suitable for a battery unit in which a failure diagnosis of a protection function of a battery module can be easily performed while the battery module is in operation.
1a,1b,1c,1d,1e,1f…バッテリ、 2a,2b,2c,2d,2e,2f,2g…保護用FET、 3a,3b,3c.3d,3e,3f…保護IC、 4a,4b,4c,4d,4e,4f,4g…電流センス抵抗、 5a,5b…スイッチ(SW)、 6a,6b…電流センス抵抗、 7a,7b,7c,7d,7e,7f,7g…整流ダイオード、 8…制御部、 9…負荷 1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f...Battery, 2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f, 2g...Protection FET, 3a, 3b, 3c. 3d, 3e, 3f...Protection IC, 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f, 4g...Current sense resistor, 5a, 5b...Switch (SW), 6a, 6b...Current sense resistor, 7a, 7b, 7c, 7d, 7e, 7f, 7g... Rectifier diode, 8... Control unit, 9... Load
Claims (3)
前記バッテリモジュール毎に当該バッテリモジュールの安全性を保持する保護機能を有する保護用部品と、前記複数のバッテリモジュールに対応する複数の前記保護用部品を制御する制御部とを備え、
前記制御部が、前記複数の保護用部品を、少なくとも一つが重複する複数のグループに分けて、当該グループ毎に故障診断処理を行って、故障した保護用部品が存在するグループを特定することを特徴とするバッテリユニット。 A battery unit comprising three or more battery modules,
Each of the battery modules includes a protection component having a protection function that maintains the safety of the battery module, and a control unit that controls the plurality of protection components corresponding to the plurality of battery modules,
The control unit divides the plurality of protective components into a plurality of groups in which at least one overlaps, performs a failure diagnosis process for each group, and identifies a group in which a failed protective component exists. Features a battery unit.
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