WO2016185711A1 - 蓄電池監視装置 - Google Patents

蓄電池監視装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2016185711A1
WO2016185711A1 PCT/JP2016/002403 JP2016002403W WO2016185711A1 WO 2016185711 A1 WO2016185711 A1 WO 2016185711A1 JP 2016002403 W JP2016002403 W JP 2016002403W WO 2016185711 A1 WO2016185711 A1 WO 2016185711A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
current
circuit
storage battery
short
monitoring device
Prior art date
Application number
PCT/JP2016/002403
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
康史 橋本
Original Assignee
日本電気株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日本電気株式会社 filed Critical 日本電気株式会社
Priority to JP2017518763A priority Critical patent/JPWO2016185711A1/ja
Priority to US15/571,678 priority patent/US10739386B2/en
Publication of WO2016185711A1 publication Critical patent/WO2016185711A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/165—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/165—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values
    • G01R19/16533—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the application
    • G01R19/16538—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the application in AC or DC supplies
    • G01R19/16542—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the application in AC or DC supplies for batteries
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0047—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with monitoring or indicating devices or circuits
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R1/00—Details of instruments or arrangements of the types included in groups G01R5/00 - G01R13/00 and G01R31/00
    • G01R1/36—Overload-protection arrangements or circuits for electric measuring instruments
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/382—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/392—Determining battery ageing or deterioration, e.g. state of health
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/18—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for batteries; for accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/00304—Overcurrent protection
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a storage battery monitoring device that protects against overcurrent of a storage battery.
  • a lithium ion battery has a characteristic that current output characteristics are good because of its low impedance, but a large current (for example, 100 A) flows when a short circuit occurs. For this reason, sufficient measures when a short circuit occurs with respect to the lithium ion battery are required. Moreover, in the safety test regarding the transportation of the battery, a protection test against a short circuit is essential, and a countermeasure against the short circuit is very important.
  • the short-circuit current may exceed 1000A before the switch cuts off the short-circuit current. Therefore, the switch needs to have a current limiting capability (allowable current) of 1000 A or more.
  • a switch having a large allowable current is very expensive, which causes a significant increase in the cost of the device.
  • Patent Document 1 proposes a technique in which an overcurrent detection unit including a delay circuit is provided and the on-time of the discharge control switch is controlled by the overcurrent detection unit. At this time, the delay circuit has a function of changing the delay time continuously (analog). Then, in response to a sudden state change (current increase) in the discharge control switch, the discharge control switch can be quickly turned off. This prevents a large current from flowing through the discharge control switch for a long time, thereby preventing the discharge control switch from being destroyed.
  • Patent Document 2 relates to charge control of a secondary battery.
  • the voltage between the terminals of the secondary battery cell is read and input to the analog / digital converter, and the charge control unit uses the input value from the analog / digital converter to the charging path for abnormalities such as short circuit between terminals. It has been proposed to perform a protective operation such as blocking an interposed FET.
  • Patent Document 3 relates to a short wrinkle detection device for a steel plate electroplating line.
  • a current detecting means such as a shunt
  • the output of the current detecting means is differentiated, and the differential value is within a predetermined range. It has been proposed to determine whether it is within the comparison means.
  • JP 2004-226185 A International Publication No. 2007/142195 Japanese Patent Laid-Open No. 2-134553
  • Patent Document 1 has a problem that it is difficult to distinguish between a short-circuit current and an inrush current.
  • both the short-circuit current and the inrush current are large currents that increase in a short time.
  • the short-circuit current is a current generated due to some trouble, but the inrush current is an expected current at the design stage. Therefore, it is not preferable that the protection function operates due to the inrush current and the power supply is stopped.
  • a main object of the present invention is to provide a storage battery monitoring device in which a short circuit current and an inrush current are identified and a protection function operates only for the short circuit current.
  • short circuit protection is performed while identifying inrush current and short circuit current.
  • an inrush current and a short-circuit current are examples of instantaneous large currents input to a switch (breaker) such as an FET.
  • the inrush current is a transient current
  • the short-circuit current is a current that flows continuously.
  • the interruption determination threshold value It When the interruption determination threshold value It is set and the current exceeds the interruption determination threshold value It, the current (breaking current) when the charge / discharge circuit is interrupted is protected from “abnormal operation such as equipment failure or malfunction”.
  • first protection pattern For the purpose of protection
  • second protection pattern two protection patterns are conceivable.
  • Second protection pattern In case of aiming at protection from “abnormal operation such as device failure or malfunction and short circuit” This protection pattern is a protection mode in which protection against short circuit is added to the first protection pattern. Even if a current exceeding the cutoff judgment threshold It is detected, there is a time delay before the circuit cutoff is actually performed (first case). However, the same behavior is shown with respect to the inrush current (second case). Eventually, we want to make the protective operation work only for the first case. Consider the behavior in the first and second cases.
  • a method for discriminating and controlling the short-circuit current and the inrush current a method (first solution) for making the interruption determination threshold It larger than the maximum value of the inrush current and a method for making the response of the current detection means worse (Second solution) can be exemplified.
  • Ir_max ⁇ ⁇ Ic.
  • ⁇ is a value of 5 to 10, and is hereinafter referred to as an inrush current coefficient.
  • the cutoff judgment threshold It It is set to satisfy It ⁇ Ir_max + ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ Ic + ⁇ .
  • the short-circuit current and the inrush current are identified using the current increase rate dI / dt of the detected current.
  • FIG. 1 is a diagram showing a circuit model when a battery is short-circuited.
  • FIG. 2 is a diagram showing a circuit model of the inrush current to the load.
  • Equation 6 is obtained.
  • FIG. 3A and 3B are diagrams showing the current change rate of the short-circuit current, where FIG. 3A shows a current waveform, and FIG. 3B shows a waveform of the current increase rate dI / dt.
  • 4A and 4B are diagrams showing the current change rate of the inrush current, where FIG. 4A shows a current waveform, and FIG. 4B shows a waveform of the current increase rate dI / dt.
  • FIG. 5 is an enlarged view of rising of the inrush current and the short-circuit current. In FIG. 5, a dotted line indicates a short-circuit current, and a solid line indicates an inrush current.
  • FIG. 6 shows a block diagram of the storage battery monitoring device 2 according to the embodiment of the present invention made according to such a principle.
  • a power line 11 is connected to a terminal of the battery 10, and a shunt resistor (current detection means) 12 is connected to the power line 11. Since a voltage difference corresponding to the magnitude of the current I is generated at both ends of the shunt resistor 12, this voltage difference is differentially amplified by the operational amplifier (amplifying means) 13.
  • the output of the operational amplifier 13 is input to a known differentiation circuit 14 including a capacitor 14a, a resistor 14b, and an operational amplifier 14c.
  • the voltage Vout represented by Vout ⁇ Rd ⁇ Cs ⁇ (dVin / dt) is the operational amplifier 14c. Is output from.
  • Vout of the differentiating circuit 14 is input to one terminal of the comparator (comparing means) 15.
  • Vref threshold voltage
  • the comparator 15 outputs a signal whose polarity is inverted depending on whether or not the voltage Vout is larger than the threshold voltage Vreff. Therefore, by setting the current increase rate dI / dt of the inrush current as the threshold voltage Vref, it is possible to identify the inrush current and the short-circuit current.
  • the inrush current and the short-circuit current can be discriminated while the current value is small, the energy required for interrupting the current (proportional to the square of the current value) can be small. This means that when an FET is used for circuit interruption, an FET having a small allowable current is sufficient, and an increase in cost can be suppressed.
  • the current detection means is not limited to this, and known current detection means such as a clamp meter can be used.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Protection Of Static Devices (AREA)
  • Measurement Of Current Or Voltage (AREA)

Abstract

短絡電流と突入電流とを識別して、短絡電流に対してのみ保護機能が動作するようにする。蓄電池監視装置は、蓄電池からの充放電電流を検出する電流検出手段と、充放電電流の電流変化率を求める微分回路と、充放電電流の電流変化率が予め設定された閾値電圧より大きいか否かに応じた信号を出力する比較手段と、を備え、閾値電圧は突入電流の電流変化率より大きく、短絡電流より小さい値に設定されている。

Description

蓄電池監視装置
　本発明は、蓄電池の過電流に対する保護を行う蓄電池監視装置に関する。
　リチウムイオン電池は、低インピーダンスであるため電流出力特性が良い特徴を持つ反面、短絡が生じた際には、大電流（例えば、１００Ａ）が流れる。このため、リチウムイオン電池に対して短絡が発生したときの十分な対策が必要となる。また、電池の輸送に関する安全性試験においては、短絡に対する保護試験が必須となっており、短絡に対する対策は非常に重要である。
　これまで、短絡に対する電池保護等のために、ＦＥＴ（Field effect transistor）等からなるスイッチを設けた構成が提案されている。この構成では、予め設定された値以上の電流が流れると、スイッチが動作して電流を遮断することで、電池保護を行う。
　しかし、スイッチが短絡電流を遮断するまでには、短絡電流は１０００Ａを越えていることがある。従って、当該スイッチは、１０００Ａ以上の電流制限能力（許容電流）を備える必要がある。しかし、許容電流の大きなスイッチは、非常に高価であり、装置の大幅なコストアップをもたらす要因となっている。
　かかる問題に対し、特許文献１においては、遅延回路を備えた過電流検出手段を設け、当該過電流検出手段により放電制御スイッチのオン時間を制御する技術が提案されている。このとき、遅延回路は、遅延時間を連続的（アナログ的）に変化させる機能を有している。そして、放電制御スイッチにおける急激な状態変化（電流増大）に応答して、迅速に当該放電制御スイッチがオフ状態にできるようにしている。これにより、放電制御スイッチに大電流が長時間流れるのを防止して、当該放電制御スイッチの破壊を防止している。
　特許文献２は、二次電池の充電制御に関するものである。二次電池のセルの端子間電圧を読み取ってアナログ／ディジタル変換器に入力し、充電制御部はアナログ／ディジタル変換器からの入力値から、端子間の短絡などの異常に対して、充電経路に介在しているＦＥＴを遮断するなどの保護動作を行うことが、提案されている。
　特許文献３は、鋼板の電気メッキラインのショート疵検出装置に関するものである。電気メッキで鋼板にショート疵が発生する場合には流れる電流が急激に変化するので、この電流をシャント等の電流検出手段で検出し、電流検出手段の出力を微分し、微分値が所定の範囲内にあるか比較手段によって判定することが、提案されている。
特開２００４－２２６１８５号公報 国際公開第２００７／１４２１９５号 特開平２－１３４５５３号公報
　しかしながら、特許文献１においては、短絡電流と突入電流とを区別することが困難である問題があった。
　即ち、短絡電流と突入電流とは、共に大電流で、かつ、短時間に増大する電流である。しかし、短絡電流は何らかの不具合により発生する電流であるが、突入電流は設計段階での想定内の電流である。従って、かかる突入電流により保護機能が動作して、電力供給が停止してしまうことは好ましくない。
　そこで、本発明の主目的は、短絡電流と突入電流とを識別して、短絡電流に対してのみ保護機能が動作するようにした蓄電池監視装置を提供することである。
　上記課題を解決するため、蓄電池の過電流に対する保護を行う蓄電池監視装置は、蓄電池からの充放電電流を検出する電流検出手段と、充放電電流の電流変化率を求める微分回路と、充放電電流の電流変化率が予め設定された閾値電圧より大きいか否かに応じた信号を出力する比較手段と、を備え、閾値電圧は突入電流の電流変化率より大きく、短絡電流より小さい値に設定されていることを特徴とする。
　本発明によれば、短絡電流と突入電流との充放電電流の電流変化率が大きく異なることに着目して、これらを識別するため、的確に短絡電流に対してのみ回路遮断等の処理が行えるようになる。
電池短絡時の回路モデルを示した図である。 負荷への突入電流の回路モデルを示した図である。 短絡電流の電流変化率を示した図で、（ａ）は電流波形、（ｂ）は電流増加率ｄＩ／ｄｔの波形を示した図である。 突入電流の電流変化率を示した図で、（ａ）は電流波形、（ｂ）は電流増加率ｄＩ／ｄｔの波形を示した図である。 突入電流と短絡電流の立ち上がりを拡大して図である。 蓄電池監視装置２のブロック図を示す図である。
　本発明の実施形態の説明に先立ち、発明の概要を説明する。本発明では、突入電流と短絡電流とを識別しながら短絡保護を行う。
　先に説明したように、ＦＥＴ等のスイッチ（遮断器）に入力する瞬間的な大電流として突入電流と短絡電流とが挙げられる。しかし、突入電流は一過性の電流であるが、短絡電流は連続的に流れる電流である違いがある。
　遮断判断閾値Ｉｔを設定して、電流が当該遮断判断閾値Ｉｔを越えると、充放電回路を遮断する際の電流（遮断電流）には、『機器の故障や誤動作等の異常動作』からの保護を目的とする場合（第１保護パターン）、『機器の故障や誤動作等の異常動作及び短絡』からの保護を目的とする場合（第２保護パターン）２つの保護パターンが考えられる。
　（１）第１保護パターン：　『機器の故障や誤動作等の異常動作』からの保護を目的とする場合
　この保護パターンでは、検出電流が遮断判断閾値Ｉｔを越えた場合には、電池は機器の故障や誤動作等の異常動作しているとみなす。検出電流には、誤差が含まれるため、当該誤差を含めて通常使用される正常範囲の電流（正常電流）Ｉｎでは異常動作と判断しないように誤差マージンαを加算する。即ち、遮断電流Ｉｃは、
　Ｉｃ≒Ｉｔ≧Ｉｎ＋αを満たす。
　（２）第２保護パターン：　『機器の故障や誤動作等の異常動作及び短絡』からの保護を目的とする場合
　この保護パターンは、第１保護パターンに短絡に対する保護を追加した保護モードである。遮断判断閾値Ｉｔを超える電流が検出されても、実際に回路遮断が行われるまでには時間的な遅延が存在する（第１ケース）。しかし、突入電流に対しても同様の挙動を示す（第２ケース）。最終的には、第１ケースのみに対して保護動作を機能させたい。第１ケース及び第２ケースにおける挙動を検討する。
　（２－１）第１ケース：　遮断判断閾値Ｉｔを超える電流検出から回路遮断までの時間遅れる場合
　遮断判断閾値Ｉｔを超える電流検出から回路遮断までの時間の遅延を回路遮断遅延時間Ｔｄ、短絡時における電流増加率を電流増加率ｄＩ／ｄｔとする。このとき、遮断電流Ｉｃは、
　Ｉｃ＝Ｉｔ＋（ｄＩ／ｄｔ）×Ｔｄで与えられる。遮断判断閾値Ｉｔは、『第１保護パターン』で述べた様に、正常電流Ｉｎに誤差マージンαを加算した値以上でなければならないので、
　Ｉｃ＝Ｉｔ＋（ｄＩ／ｄｔ）×Ｔｄ
　　　≧Ｉｎ＋α＋（ｄＩ／ｄｔ）×Ｔｄとなる。
　（２－２）第２ケース：　突入電流の存在する場合
　多くの負荷では、電源投入時などに一時的に大きな電流が流れる。この電流値は、ミリ秒程度の短時間ではあるが、通常運転の５～１０倍程度に達する大きさである。
　負荷設計に際しては、突入電流が発生しないように設計することが好ましい。しかし、経済的な理由等により負荷設計に対しては突入電流に対する対策は望まれず、電源（電池）側に要求されることが多い。無論、突入電流は、電池が異常状態で発生するのではないので、当該突入電流により回路遮断が行われてはならない。
　短絡電流と突入電流とを識別して遮断制御すための方法として、突入電流の最大値よりも遮断判断閾値Ｉｔを大きくする方法（第１解決方法）や電流検出手段の応答性を悪くする方法（第２解決方法）が例示できる。
　（２－２－１）第１解決方法：突入電流の最大値よりも遮断判断閾値Ｉｔを大きくする
　突入電流は通常運転の５～１０倍に達するが、短絡時における飽和電流（短絡電流が一定したときの電流値）よりも小さい。そこで、想定される突入電流の最大値より大きな値の遮断判断閾値Ｉｔを設定すれば、突入電流を検出せずに短絡電流のみを検出することができる。
　突入電流の最大値Ｉｒ＿ｍａｘは、
　Ｉｒ＿ｍａｘ＝β×Ｉｃとして表す。ここで、βは５～１０の値であり、以下突入電流係数と記載する。
　従って、遮断判断閾値Ｉｔは、
　Ｉｔ≧Ｉｒ＿ｍａｘ＋α≧β×Ｉｃ＋αを満たすように設定する。
　さらに、回路遮断遅延時間Ｔｄの影響を加味すると、遮断電流Ｉｃは、
　Ｉｃ＝Ｉｔ＋（ｄＩ／ｄｔ）×Ｔｄ≧Ｉｒ＿ｍａｘ＋α＋（ｄＩ／ｄｔ）×Ｔｄ
　　　＝β×Ｉｃ＋α＋（ｄＩ／ｄｔ）×Ｔｄを満たすように設定すればよい。
　（２－２－２）第２解決方法：　電流検出手段の応答性を悪くする
　一般に、突入電流は数ミリ秒程度の有限な時間（突入電流継続時間）内に収束する。そこで、電流検出に要する時間を、この突入電流継続時間より長くする。これにより、電流検出手段は突入電流を検出することができず、短絡電流だけを検出するようになる。
　しかし、この第２解決方法では、検出電流Ｉは、遮断判断閾値Ｉｔに達してから異常と判断されるまでの判断時間の遅れ判断時間遅延Ｔｉの間にも電流は増加しているため、判断時の検出電流Ｉは、
　Ｉ＝Ｉｔ＋（ｄＩ／ｄｔ）×Ｔｉとなっている。
　従って、電流検出から回路遮断までの判断時間遅延Ｔｉの影響を加味した遮断電流Ｉｃは、
　Ｉｃ＝Ｉｔ＋（ｄＩ／ｄｔ）×Ｔｉ＋（ｄＩ／ｄｔ）×Ｔｄ
　　　＝Ｉｔ＋（ｄＩ／ｄｔ）×（Ｔｉ＋Ｔｄ）
　　　≧Ｉｃ＋α＋（ｄＩ／ｄｔ）×（Ｔｉ＋Ｔｄ）となる。
　以上のように『機器の故障や誤動作』と『短絡』との両方に対して保護し、突入電流に対しては保護しないようにすると、
　Ｉｃ≧β×Ｉｃ＋α＋（ｄＩ／ｄｔ）×Ｔｄ又は、
　Ｉｃ≧Ｉｃ＋α＋（ｄＩ／ｄｔ）×（Ｔｉ＋Ｔｄ）のどちらか大きい遮断電流Ｉｃに耐えるスイッチを選定する必要がある。
　しかし、これらの遮断電流Ｉｃは大きな電流であり、スイッチも高価になる。そこで、本発明では、検出電流の電流増加率ｄＩ／ｄｔを用いて、短絡電流と突入電流とを識別する。
　図１は、電池短絡時の回路モデルを示した図である。また、図２は、負荷への突入電流の回路モデルを示した図である。
　図１に示すように、短絡時の回路モデルでは、電池の端子電圧をＶ、内部抵抗をＲｉ、内部インダクタンスをＬｉ、短絡が起きた時刻をｔ＝０とすると、電流Ｉは、
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
の式１で表される。
　ここで電流増加率ｄＩ／ｄｔは、
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000002
の式２で表される。
　そして、短絡発生時（ｔ＝０）における電流増加率ｄＩ／ｄｔは、
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000003
の式３で表される。
　一方、図２に示す突入電流の回路モデルでは、配線の抵抗をＲｃ、インダクタンスをＬｃ、負荷の容量をＣとしたとき、電源投入時（ｔ＝０）の電流Ｉは、
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000004
の式４で表される。ここで、抵抗ＲはＲ＝Ｒｉ＋Ｒｃ、インダクタンスＬはＬ＝Ｌｉ＋Ｌｃである。
　一方、電流増加率ｄＩ／ｄｔは、
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000005
の式５で表される。
　従って、電源投入時（ｔ＝０）における電流増加率ｄＩ／ｄｔは、
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000006
の式６となる。
　一般に、電池の内部インダクタンスＬｉは、非常に小さい（Ｌｃ＞＞Ｌｉ）ので、電流増加率ｄＩ／ｄｔは短絡電流と突入電流とで大きく異なる。図３は、短絡電流の電流変化率を示した図で、（ａ）は電流波形、（ｂ）は電流増加率ｄＩ／ｄｔの波形を示した図である。また、図４は、突入電流の電流変化率を示した図で、（ａ）は電流波形、（ｂ）は電流増加率ｄＩ／ｄｔの波形を示した図である。さらに図５は、突入電流と短絡電流の立ち上がりを拡大して図である。図５において、点線は短絡電流、実線は突入電流を示している。
　図３～図５から解るように、電源投入時（ｔ＝０）における電流増加率ｄＩ／ｄｔは、短絡電流の方が突入電流より大きい。従って、電流増加率ｄＩ／ｄｔの大きさにより、短絡電流と突入電流とを識別することが可能になる。
　このような原理に従いなされた、本発明の実施形態にかかる蓄電池監視装置２のブロック図を図６に示す。電池１０の端子には電力線１１が接続されて、この電力線１１にシャント抵抗（電流検出手段）１２が接続されている。シャント抵抗１２の両端には、電流Ｉの大きさに応じた電圧差が発生するので、この電圧差をオペアンプ（増幅手段）１３で差動増幅する。オペアンプ１３の出力は、コンデンサ１４ａ、抵抗１４ｂ、オペアンプ１４ｃからなる公知の微分回路１４の入力となっている。
　このとき、微分回路１４の入力電圧をＶｉｎ、コンデンサ１４ａの容量をＣｓ、抵抗１４ｂの抵抗値をＲｄとすると、Ｖｏｕｔ＝－Ｒｄ×Ｃｓ×（ｄＶｉｎ／ｄｔ）で表される電圧Ｖｏｕｔがオペアンプ１４ｃから出力される。
　そして、この微分回路１４の出力電圧Ｖｏｕｔがコンパレータ（比較手段）１５の一方の端子に入力する。コンパレータ１５の他方の端子には、予め設定された一定の閾値電圧（Ｖｒｅｆｆ）が入力している。
　これにより、コンパレータ１５は、電圧Ｖｏｕｔが閾値電圧Ｖｒｅｆｆより大きいか否かに応じて極性の反転した信号を出力する。従って、閾値電圧Ｖｒｅｆｆとして、突入電流の電流増加率ｄＩ／ｄｔを設定しておくことで、突入電流と短絡電流とを識別することが可能になる。
　特に、かかる突入電流と短絡電流とを識別は、電流値が小さいうちに判断できるので、電流の遮断時に必要とするエネルギー（電流値の二乗に比例する）は小さくて済む。このことは、回路遮断にＦＥＴを用いた場合に、許容電流が小さいＦＥＴで済むことを意味し、コストアップを抑制することができるようになる。
　なお、上記説明では、アナログの微分回路を用いた場合を説明したが、ディジタル回路により構成しても良い。この場合は、ＡＤコンバータを用いて電流値を周期的にサンプリングする。このときの、サンプリング周期をτとすると、ｄＩ／ｄｔ＝｛Ｉ（ｔ）－Ｉ（ｔ－τ）｝／τとして電流増加率を求めることができる。
　また、電流検出手段としてシャント抵抗を用いて電流を検出したが、これに限定するものではなくクランプメータ等の公知の電流検出手段を用いることができる。
　以上、上述した実施形態を模範的な例として本発明を説明した。しかしながら、本発明は、上述した実施形態には限定されない。即ち、本発明は、本発明のスコープ内において、当業者が理解し得る様々な態様を適用することができる。
　この出願は、２０１５年５月２１日に出願された日本出願特願２０１５－１０３５９２号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
　２　　蓄電池監視装置
　１０　　電池
　１１　　電力線
　１２　　シャント抵抗（電流検出手段）
　１３　　オペアンプ（増幅手段）
　１４　　微分回路
　１４ａ　　コンデンサ
　１４ｃ　　オペアンプ
　１４ｂ　　抵抗
　１５　　コンパレータ（比較手段）

Claims (3)

  1. 　蓄電池の過電流に対する保護を行う蓄電池監視装置であって、
    　前記蓄電池からの充放電電流を検出する電流検出手段と、
    　前記充放電電流の電流変化率を求める微分回路と、
    　前記充放電電流の電流変化率が予め設定された閾値電圧より大きいか否かに応じた信号を出力する比較手段と、
    　を備え、前記閾値電圧は突入電流の電流変化率より大きく、短絡電流より小さい値に設定されていることを特徴とする蓄電池監視装置。
  2. 　請求項１に記載の蓄電池監視装置であって、
    　前記電流検出手段は、前記充放電電流を電位差に変換するシャント抵抗であることを特徴とする蓄電池監視装置。
  3. 　請求項２に記載の蓄電池監視装置であって、
    　前記シャント抵抗の両端に発生した前記電位差を増幅する増幅手段を備え、
    　該増幅手段で増幅された信号が前記微分回路に入力することを特徴とする蓄電池監視装置。
PCT/JP2016/002403 2015-05-21 2016-05-17 蓄電池監視装置 WO2016185711A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017518763A JPWO2016185711A1 (ja) 2015-05-21 2016-05-17 蓄電池監視装置
US15/571,678 US10739386B2 (en) 2015-05-21 2016-05-17 Storage battery monitoring device

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015-103592 2015-05-21
JP2015103592 2015-05-21

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2016185711A1 true WO2016185711A1 (ja) 2016-11-24

Family

ID=57319712

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2016/002403 WO2016185711A1 (ja) 2015-05-21 2016-05-17 蓄電池監視装置

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10739386B2 (ja)
JP (1) JPWO2016185711A1 (ja)
WO (1) WO2016185711A1 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180092508A (ko) * 2017-02-09 2018-08-20 주식회사 엘지화학 배터리 팩과 외부 시스템의 체결 시 돌입전류와 쇼트전류를 구분하는 스위치 제어장치 및 방법
WO2021010007A1 (ja) * 2019-07-17 2021-01-21 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 電力遮断装置

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10788536B2 (en) * 2017-05-11 2020-09-29 Texas Instruments Incorporated System and apparatus for battery internal short current detection under arbitrary load conditions
US11088531B2 (en) * 2019-09-06 2021-08-10 Motorola Solutions, Inc. Device, battery and method for spark detection based on transient currents
FR3131638B1 (fr) * 2022-01-06 2024-04-19 Psa Automobiles Sa Surveillance d’une batterie principale d’un système pour la détection d’un dysfonctionnement

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02134575A (ja) * 1988-11-15 1990-05-23 Anarogu Debaisezu Kk 電源電流測定回路
JPH1014086A (ja) * 1996-06-21 1998-01-16 Tempearl Ind Co Ltd 回路遮断器
JP2006005581A (ja) * 2004-06-16 2006-01-05 Yazaki Corp 半導体スイッチの制御装置

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02134553A (ja) 1988-11-15 1990-05-23 Nippon Steel Corp 電気メッキラインにおけるショート疵検出装置
US5498984A (en) * 1994-09-30 1996-03-12 Maxim Integrated Products High side, current sense amplifier using a symmetric amplifier
JP4221572B2 (ja) 2003-01-22 2009-02-12 ミツミ電機株式会社 過電流検出回路及び電池ユニット
JP5225559B2 (ja) 2006-06-06 2013-07-03 パナソニック株式会社 電池パックの異常判定方法および電池パック
JP5790733B2 (ja) * 2013-10-22 2015-10-07 株式会社デンソー 電源電流監視装置
EP3103686B1 (en) * 2014-02-06 2023-09-06 Hitachi Astemo, Ltd. Load drive circuit

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02134575A (ja) * 1988-11-15 1990-05-23 Anarogu Debaisezu Kk 電源電流測定回路
JPH1014086A (ja) * 1996-06-21 1998-01-16 Tempearl Ind Co Ltd 回路遮断器
JP2006005581A (ja) * 2004-06-16 2006-01-05 Yazaki Corp 半導体スイッチの制御装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180092508A (ko) * 2017-02-09 2018-08-20 주식회사 엘지화학 배터리 팩과 외부 시스템의 체결 시 돌입전류와 쇼트전류를 구분하는 스위치 제어장치 및 방법
KR102265850B1 (ko) 2017-02-09 2021-06-16 주식회사 엘지화학 배터리 팩과 외부 시스템의 체결 시 돌입전류와 쇼트전류를 구분하는 스위치 제어장치 및 방법
WO2021010007A1 (ja) * 2019-07-17 2021-01-21 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 電力遮断装置

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2016185711A1 (ja) 2018-03-15
US10739386B2 (en) 2020-08-11
US20190128929A1 (en) 2019-05-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2016185711A1 (ja) 蓄電池監視装置
US9599654B2 (en) Fault current detecting circuit
US9658276B2 (en) Circuit and method for detecting short circuit failure of a switching transistor
KR20120073293A (ko) 과전류 검지 회로 및 전지 팩
EP2804278B1 (en) Self-power circuit for protecting relay
US9520839B2 (en) Protection device
JP2017050804A (ja) 半導体スイッチの保護回路
KR20150128124A (ko) 과전류 계전기
KR20140078540A (ko) 충방전 제어 회로 및 배터리 장치
KR102252366B1 (ko) 배터리 상태 감시 회로 및 배터리 장치
US10361570B2 (en) Charging/discharging control circuit and battery apparatus including voltage or current detection for secondary batteries
KR102559132B1 (ko) 과전압 감지 시스템 및 방법
KR100965285B1 (ko) 원격전력제어장치
RU2730243C2 (ru) Схема шунтирования при определенном уровне напряжения
JP6876034B2 (ja) クリティカル動作状態時に、スイッチギアまたはバックアップヒューズから独立して、電源から過電圧保護デバイスを安全に取り外すための構成
KR101328622B1 (ko) 전원부 및 부하부 보호시스템
KR102299582B1 (ko) 단락전류 보호 장치 및 이를 구비한 엘리베이터 인버터용 smps
JP2008181748A (ja) 電力制限器
KR102539470B1 (ko) 전력 제어기의 서지 보호 장치
JP5949664B2 (ja) 受変電設備のｃｒサプレッサ用抵抗器不良検出装置
JP2016220502A (ja) 保護継電装置
JP2020099143A (ja) 負荷地絡検知装置
JP2007040860A (ja) サージ電流抑制回路
JPH0712858A (ja) 電気および電子回路の制御電流検出回路
JP2010200508A (ja) 保護回路

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16796106

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2017518763

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 16796106

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1