WO2022254978A1 - 蓄電装置、故障診断方法 - Google Patents

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裕樹 上田
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    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to technology for diagnosing failures of current interrupters.
  • a battery mounted in a vehicle such as an automobile has a current interrupting device, which protects the battery by interrupting the current when an abnormality is detected (see Patent Document 1).
  • One aspect of the present invention discloses a technique for improving the accuracy of fault diagnosis of a current interrupting device.
  • the power storage device includes an external terminal, a power storage cell, a current interrupting device having one end electrically connected to the external terminal and the other end electrically connected to the power storage cell, and a path not passing through the current interrupting device.
  • a discharge circuit that discharges the storage cell and a failure diagnosis device are provided.
  • the failure diagnosis device discharges the storage cell using the discharge circuit, and diagnoses a failure of the current interruption device based on the voltage change of the external terminal before and after the discharge.
  • This technology can also be applied to fault diagnosis methods and fault diagnosis programs for current interrupters.
  • This technology can improve the accuracy of fault diagnosis of current interrupters.
  • Battery block diagram Schematic of discharge circuit Redundant Circuit Schematic Chart summarizing the voltage at point A before and after discharge Chart summarizing the voltage change at point A and the voltage change at point B before and after discharge Trouble diagnosis flow of current interrupter Schematic of discharge circuit
  • the power storage device includes an external terminal, a power storage cell, a current interrupting device having one end electrically connected to the external terminal and the other end electrically connected to the power storage cell, and a path not passing through the current interrupting device.
  • the power storage device is for a vehicle, it is possible to accurately determine whether the current interrupting device is "open” or “closed” without depending on the state of the vehicle system. Therefore, it is possible to improve the accuracy of fault diagnosis of the current interrupting device. Even when the power storage device is used in other moving objects or for purposes other than moving objects, it is possible to accurately determine whether the current interrupting device is open or closed, regardless of the state of the host system. It is possible to improve the failure diagnosis accuracy of the current interrupting device.
  • the failure diagnosis device discharges the storage cell using the discharge circuit, and detects the voltage change of the external terminal before and after discharging. may be used to diagnose a failure of the current interrupting device.
  • the failure diagnosis device may diagnose a failure of the current interruption device based on a result of comparison between the voltage change of the external terminal and the voltage change of the storage cell before and after discharging.
  • the state of the current interrupter may be incorrect. may judge.
  • the current interrupting device can be "open” or "closed". can be determined accurately.
  • the storage cell may have a plurality of storage cells (assembled battery) connected in series.
  • the discharge circuit may have a cell discharge circuit for discharging each storage cell individually.
  • a discharge circuit for cell balancing is used for failure diagnosis of the current interruption device. Since a management device for a power storage device usually includes a discharging circuit for cell balancing, the discharging circuit is used for fault diagnosis. By doing so, it becomes unnecessary to provide a discharge circuit dedicated to failure diagnosis, and an increase in the number of parts can be suppressed.
  • the power storage device may be for a mobile object (the power storage device may be mounted on a mobile object).
  • a power storage device mounted on a mobile body is exposed to vibrations accompanying movement of the mobile body, and thus is more likely to malfunction (unintended activation of a relay) than a stationary power storage device.
  • a vehicle 10 is equipped with an engine 20 and a battery 50 used for starting the engine 20 .
  • Battery 50 is an example of a "storage device.”
  • Vehicle 10 may be equipped with a power storage device for driving the vehicle or a fuel cell instead of engine 20 (internal combustion engine).
  • the battery 50 includes an assembled battery 60, a circuit board unit 65, and a container 71.
  • the container 71 includes a main body 73 and a lid 74 made of synthetic resin material.
  • the main body 73 has a cylindrical shape with a bottom, and includes a bottom portion 75 and four side portions 76 .
  • An opening 77 is formed at the upper end of the body 73 by the four side portions 76 .
  • the housing body 71 houses the assembled battery 60 and the circuit board unit 65 .
  • the circuit board unit 65 is a board unit in which various parts (the current interrupting device 53, the current detection unit 54 shown in FIG. 5, the management device 150, etc.) are mounted on the circuit board 100. As shown in FIG. , for example, above and adjacent to it. Alternatively, the circuit board unit 65 may be arranged laterally adjacent to the assembled battery 60 .
  • the lid 74 closes the opening 77 of the main body 73 .
  • An outer peripheral wall 78 is provided around the lid body 74 .
  • the lid 74 has a projecting portion 79 that is substantially T-shaped in plan view.
  • a positive electrode external terminal 51 is fixed to one corner of the front portion of the lid 74
  • a negative electrode external terminal 52 is fixed to the other corner.
  • the circuit board unit 65 may be housed within the lid 74 (for example, within the projecting portion 79) instead of the main body 73 of the housing 71. As shown in FIG.
  • the assembled battery 60 is composed of a plurality of cells 62.
  • the cell 62 includes an electrode body 83 and a non-aqueous electrolyte housed in a rectangular parallelepiped (prismatic) case 82 .
  • Cell 62 is, for example, a lithium ion secondary battery cell.
  • the case 82 has a case main body 84 and a lid 85 that closes the upper opening.
  • the electrode body 83 is formed by inserting a porous resin between a negative electrode plate formed by applying an active material to a base material made of copper foil and a positive electrode plate formed by applying an active material to a base material made of aluminum foil.
  • a separator made of a film is arranged. Each of these is strip-shaped, and is wound flat so as to be accommodated in the case main body 84 with the negative electrode plate and the positive electrode plate shifted to the opposite sides in the width direction with respect to the separator. .
  • the electrode body 83 may be of the laminated type instead of the wound type.
  • a positive terminal 87 is connected to the positive plate through a positive current collector 86, and a negative terminal 89 is connected to the negative plate through a negative current collector 88, respectively.
  • the positive electrode current collector 86 and the negative electrode current collector 88 have a flat plate-shaped pedestal portion 90 and leg portions 91 extending from the pedestal portion 90 .
  • a through hole is formed in the base portion 90 .
  • the legs 91 are connected to the positive plate or the negative plate.
  • the positive terminal 87 and the negative terminal 89 are composed of a terminal body portion 92 and a shaft portion 93 protruding downward from the center portion of the lower surface thereof.
  • the terminal body portion 92 and the shaft portion 93 of the positive electrode terminal 87 are integrally formed of aluminum (single material).
  • a terminal body portion 92 is made of aluminum and a shaft portion 93 is made of copper, and these are assembled.
  • the terminal body portions 92 of the positive electrode terminal 87 and the negative electrode terminal 89 are arranged at both ends of the lid 85 via gaskets 94 made of an insulating material, and are exposed to the outside from the gaskets 94 as shown in FIG. .
  • the lid 85 has a pressure relief valve 95 .
  • a pressure relief valve 95 is located between the positive terminal 87 and the negative terminal 89 .
  • Pressure release valve 95 is a safety valve. The pressure release valve 95 opens to reduce the internal pressure of the case 82 when the internal pressure of the case 82 exceeds the limit.
  • FIG. 5 is a block diagram showing the electrical configuration of the battery 50.
  • the battery 50 includes an assembled battery 60 , a current interrupter 53 , a current detector 54 , a discharge circuit 110 , a redundant circuit 120 , a voltage drop circuit 130 and a management device 150 .
  • the battery 50 is electrically connected to an alternator 160, which is a generator that generates power from the power of the engine 20, and an onboard electrical load 170.
  • alternator 160 which is a generator that generates power from the power of the engine 20, and an onboard electrical load 170.
  • the battery 50 is charged by the alternator 160 when the power generation amount of the alternator 160 is greater than the power consumption of the electric load 170 while the engine 20 is running. If the amount of power generated by alternator 160 is less than the amount of power consumed by electrical load 170, battery 50 discharges to make up for the shortage.
  • the alternator 160 stops generating power while the engine 20 is stopped. While power generation is stopped, the battery 50 is not charged and is only discharged to the electric load 170 .
  • FIG. 5 represents three cells 62 connected in parallel with one battery symbol.
  • Cell 62 is an example of a "storage cell.”
  • the storage cell is not limited to a prismatic cell, and may be a cylindrical cell or a pouch cell having a laminate film case.
  • the assembled battery 60, current interrupting device 53, and current detection unit 54 are connected in series via power lines 55P and 55N.
  • the power lines 55P and 55N can use a bus bar BSB (see FIG. 2), which is a plate-shaped conductor made of a metal material such as copper.
  • the power line 55P connects the positive external terminal 51 and the positive electrode of the assembled battery 60 .
  • the power line 55N connects the negative external terminal 52 and the negative electrode of the assembled battery 60 .
  • External terminals 51 and 52 are terminals for connection with vehicle 10 , and battery 50 can be electrically connected to alternator 160 and electric load 170 via external terminals 51 and 52 .
  • the current interrupting device 53 is provided on the positive power line 55 ⁇ /b>P, and has one end electrically connected to the positive external terminal 51 and the other end electrically connected to the positive electrode of the assembled battery 60 .
  • the current interrupting device 53 may be a semiconductor switch such as an FET, or a relay having mechanical contacts.
  • the current interrupting device 53 is preferably a self-holding switch such as a latching relay.
  • the current interrupting device 53 is of a normally closed type, and is controlled to a closed state (conducting state) during normal operation.
  • the current I of the assembled battery 60 can be interrupted by switching the current interruption device 53 from “closed” to "open.”
  • one end and the other end of the current interrupter 53 mean electrical connection points of the current interrupter 53 .
  • the current interrupting device 53 is a relay
  • one end may be the first terminal of the relay and the other end may be the second terminal of the relay.
  • the first terminal and the second terminal of the relay may be provided on different surfaces (or different sides in plan view) or on the same surface (or the same side in plan view) of the housing of the relay. good.
  • the current detector 54 is provided on the negative power line 55N.
  • the current detector 54 may be a shunt resistor.
  • the resistance-type current detection unit 54 can measure the current I of the assembled battery 60 based on the voltage Vr across the current detection unit 54 .
  • the resistance-type current detector 54 can distinguish between discharging and charging from the polarity (positive/negative) of the voltage.
  • the current detector 54 may be a magnetic sensor.
  • the discharge circuit 110 is connected in parallel with the assembled battery 60 and discharges the assembled battery 60 without passing through the current interruption device 53 .
  • the discharge circuit 110 uses cell discharge circuits 115A to 115D for cell balancing (capacity equalization).
  • Each cell discharge circuit 115A-115D is connected in parallel with each cell 62A-62D.
  • Each cell discharge circuit 115A to 115D is composed of a discharge resistor 116 and a switch 117. By turning on the switch 117, the corresponding cell 62 can be discharged.
  • the redundant circuit 120 is connected in parallel to the current interrupting device 53 .
  • the redundant circuit 120 is composed of a diode 121 and a semiconductor switch 123 as shown in FIG. 7, for example.
  • Diode 121 connects cathode K to external terminal 51 .
  • the semiconductor switch 123 has one end connected to the anode A of the diode 121 and the other end connected to the positive electrode of the assembled battery 60 .
  • the forward direction of the diode 121 is the discharge direction of the assembled battery 60 .
  • the management device 150 is mounted on the circuit board 100 (see FIG. 2), and includes a CPU 151 and a memory 153 as shown in FIG.
  • the management device 150 is connected to points A and B in FIG. I can.
  • the management device 150 is an example of a “failure diagnosis device”.
  • the memory 153 stores the execution program of the fault diagnosis flow shown in FIG. 10 and the data necessary for executing the program.
  • the program may be stored in a recording medium such as a CD-ROM and used, transferred, or lent.
  • the program may be distributed using telecommunication lines.
  • the voltage drop circuit 130 is connected to point A in FIG.
  • K (V) is a voltage threshold determined based on a voltage measurement error or the like, and is 2 [V] in this embodiment.
  • K (I) is a current threshold determined based on a current measurement error or the like, and is 1 [A] in this embodiment.
  • the management device 150 causes the current interrupting device 53 to be “opened”. failure”.
  • the management device 150 changes the current The cutoff device 53 is judged to be "closed (normal)".
  • the terminal voltage V1 of the battery 50 is equal to the voltage V3 of the power supply line 15 of the vehicle 10. If the voltage difference between V3 and V2 is small, V1 ⁇ V2 and the voltage condition of formula (1) may not be satisfied. Therefore, there is a possibility that the current interruption device 53 may erroneously determine that it is "closed (normal)" even though it is actually an "open failure".
  • the management device 150 does not determine that the current interruption device 53 is “closed” if either of the voltage condition of formula (1) and the current condition of formula (2) is not satisfied, and the discharge circuit 110
  • the assembled battery 60 is discharged.
  • the voltage at point B (the positive electrode voltage of the assembled battery 60) V2 changes from X[V] to Y[V] due to the discharge.
  • the management device 150 calculates voltage changes ⁇ V1 and ⁇ V2 before and after discharge for the voltage V1 at point A and the voltage V2 at point B.
  • V1 (V1 1ST )-(V1 2ND )
  • V2 (V2 1ST ) ⁇ (V2 2ND )
  • V 1ST is the voltage before discharge
  • V 2ND is the voltage after discharge.
  • a failure diagnosis flow for the current interrupting device 53 will be described below with reference to FIG.
  • the failure diagnosis flow of the current interrupting device 53 is composed of S10 to S160, and is executed at predetermined intervals while the management device 150 is activated, for example. It should be noted that both the discharge circuit 110 and the redundant circuit 120 are controlled to be off before execution of the flow. Moreover, the management device 150 issues a “close” command to the current interrupting device 53 during execution of the failure diagnosis flow.
  • the management device 150 measures the current I of the group current 60, the voltage V1 at point A, and the voltage V2 at point B (S10).
  • the current I can be measured by the current detection unit 54
  • the voltage V1 at the point A can be measured by the measurement line L1
  • the voltage V2 at the point B can be measured by the measurement line L2.
  • the management device 150 determines the voltage condition of formula (1) based on the measured values of V1 and V2, and determines the current condition of formula (2) based on the measured value of the current I of the assembled battery 60. (S20).
  • the management device 150 determines that the current breaking device 53 has an "open failure" (S30).
  • the management device 150 determines that the current interrupting device 53 has an "open failure"
  • it switches the switch 123 of the redundant circuit 120 from off to on.
  • discharge via the redundant circuit 120 becomes possible, and power supply from the assembled battery 60 to the vehicle 10 can be continued.
  • the management device 150 uses the measurement lines L1 and L2 to , voltage V1 at point A and voltage V2 at point B are measured (S100).
  • the management device 150 switches the discharge circuit 110 from off to on to discharge the assembled battery 60 . Specifically, the switch 117 of each cell discharge circuit 115A-115D is switched from off to on to discharge each cell 62A-62D for a predetermined time.
  • the management device 150 remeasures V1 and V2 after discharging using the measurement lines L1 and L2 (S120).
  • the management device 150 calculates voltage changes ⁇ V1 and ⁇ V2 before and after discharge based on V1 and V2 before discharge measured in S100 and V1 and V2 after discharge measured in S120.
  • the management device 150 compares ⁇ V1 and ⁇ V2 (S130).
  • the management device 150 determines that the current interruption device 53 is "closed (normal)" (S140). Thereafter, management device 150 switches discharge circuit 110 from on to off (S160). With the above, the failure diagnosis flow ends.
  • the management device 150 determines that the current interruption device 53 has an "open failure" (S150).
  • the management device 150 determines that the current interrupting device 53 has an "open failure"
  • it switches the switch 123 of the redundant circuit 120 from off to on.
  • discharge via the redundant circuit 120 becomes possible, and power supply from the assembled battery 60 to the vehicle 10 can be continued.
  • the management device 150 switches the discharge circuit 110 from on to off (S160). With the above, the failure diagnosis flow ends.
  • the management device 150 detects a malfunction of the current interrupter 53, it sends a close command to switch the current interrupter 53 from "open” to "closed", thereby suppressing a power failure (power loss) of the vehicle 10. becomes possible.
  • the state of the current interrupting device 53 may be erroneously determined.
  • the current interrupting device 53 can be “opened”. ' or 'closed'.
  • the secondary battery cells 62 are not limited to lithium ion secondary batteries, and may be other non-aqueous electrolyte secondary batteries.
  • the secondary battery cells 62 are not limited to connecting a plurality of cells in series and parallel, but may be connected in series or may be a single cell.
  • a capacitor can also be used instead of the secondary battery cell 62 .
  • Secondary battery cells and capacitors are examples of storage cells.
  • the battery 50 is mounted on the vehicle 10, but it may be mounted on a moving object other than a vehicle, such as a ship or an aircraft.
  • the present invention is not limited to mobile objects, and may be used for other applications such as power storage devices in power generation systems and UPSs (uninterruptible power supplies).
  • the discharge circuit 110 is composed of the cell discharge circuits 115A to 115D.
  • the discharge circuit 110 may be any circuit as long as it discharges the assembled battery 60 without passing through the current interruption device 53 .
  • it may be composed of one discharge resistor 211 and one switch 213 .
  • the redundant circuit 120 is provided in parallel with the current interrupting device 53, but the redundant circuit 120 may be omitted.
  • the fault diagnosis flow of the current interrupting device 53 is composed of S10 to S160.
  • the processing of S10 and S20 may be omitted, and the failure of the current interrupting device 53 may be diagnosed using only S100 to S160.
  • the current interrupting device 53 is determined to be closed (normal), and when the voltage V1 at the point A does not change, the current interrupting device 53 is considered to have an open failure. You can judge.
  • the "open failure" of the current interrupting device 53 is detected. If the vehicle 10 can temporarily control the current interrupt device 53 to be open, such as in a two-power supply configuration (when another battery is installed in addition to the battery 50), during the open control of the current interrupt device 53 , S100 to S160 may be executed to detect a "closed failure (failure stuck in the closed state)" of the current interrupting device 53.
  • FIG. 1 A block diagram illustrating an open failure

Abstract

蓄電装置は、外部端子51と、蓄電セル62と、一端を前記外部端子51に電気的に接続し、他端を前記蓄電セル62に電気的に接続する電流遮断装置53と、前記電流遮断装置53を通らない経路で前記蓄電セルを放電する放電回路110と、故障診断装置150と、を備える。前記故障診断装置150は、前記放電回路110を用いて前記蓄電セル62を放電し、放電前後における前記外部端子51の電圧変化ΔV1に基づいて、前記電流遮断装置53の故障を診断する。

Description

蓄電装置、故障診断方法
 本発明は、電流遮断装置の故障を診断する技術に関する。
 自動車等の車両に搭載されたバッテリは、電流遮断装置を有しており、何らかの異常を検出した場合、電流を遮断することで、バッテリを保護している(特許文献1参照)。
特開2017-5985号公報
 車両用のバッテリは、電流遮断装置が故障してオープンに固着した場合、車両への電力供給が途絶え、車両がパワーフェール(電源喪失)する可能性がある。電流遮断装置が故障してクローズに固着した場合、異常を検出しても、バッテリを保護できない可能性がある。そのため、電流遮断装置の故障診断精度を向上させることが求められている。また、車両以外の用途でも、電流遮断装置の故障診断精度を向上させることが望ましい。
 本発明の一態様は、電流遮断装置の故障診断精度を、向上させる技術を開示する。
 蓄電装置は、外部端子と、蓄電セルと、一端を前記外部端子に電気的に接続し、他端を前記蓄電セルに電気的に接続する電流遮断装置と、前記電流遮断装置を通らない経路で前記蓄電セルを放電する放電回路と、故障診断装置と、を備える。前記故障診断装置は、前記放電回路を用いて前記蓄電セルを放電し、放電前後における前記外部端子の電圧変化に基づいて、前記電流遮断装置の故障を診断する。
 本技術は、電流遮断装置の故障診断方法や、故障診断プログラムにも適用することが出来る。
 本技術は、電流遮断装置の故障診断精度を、向上させることが出来る。
車両の側面図 バッテリの分解斜視図 二次電池セルの平面図 図3のA-A線断面図 バッテリのブロック図 放電回路の回路図 冗長回路の回路図 放電前後のA点の電圧をまとめた図表 放電前後のA点の電圧変化とB点の電圧変化をまとめた図表 電流遮断装置の故障診断フロー 放電回路の回路図
 蓄電装置の概要を説明する。
 蓄電装置は、外部端子と、蓄電セルと、一端を前記外部端子に電気的に接続し、他端を前記蓄電セルに電気的に接続する電流遮断装置と、前記電流遮断装置を通らない経路で前記蓄電セルを放電する放電回路と、故障診断装置と、を備え、前記故障診断装置は、前記放電回路を用いて前記蓄電セルを放電し、放電前後における前記外部端子の電圧変化に基づいて、前記電流遮断装置の故障を診断する。
 この構成では、例えば、蓄電装置が車両用の場合、車両システムの状態に依存せず、電流遮断装置が「オープン」か「クローズ」か、正確に判断できる。そのため、電流遮断装置の故障診断精度を向上させることが出来る。蓄電装置を他の移動体に使用する場合や移動体以外の用途に使用する場合も、上位システムの状態に依存せず、電流遮断装置が「オープン」か「クローズ」か正確に判断できるため、電流遮断装置の故障診断精度を向上させることが出来る。
 前記故障診断装置は、前記外部端子と前記蓄電セルの電圧差の絶対値が電圧閾値未満の場合、前記放電回路を用いて前記蓄電セルを放電し、放電前後における前記外部端子の電圧変化に基づいて、前記電流遮断装置の故障を診断してもよい。
 電流遮断装置が「クローズ」の場合、外部端子の電圧は、蓄電セルの電圧とほぼ同じ電圧である。しかし、電流遮断装置が「オープン」でも、車両システムや上位システムの状態により、外部端子の電圧が、蓄電セルの電圧とほぼ同じ電圧になる場合がある。そのため、外部端子と蓄電セルの電圧差の絶対値が電圧閾値未満の場合、電流遮断装置が「オープン」か「クローズ」か、判断が難しい。本技術を用いることで、外部端子と蓄電セルの電圧差の絶対値が電圧閾値未満の場合でも、電流遮断装置が「オープン」か「クローズ」か、正確に判断することが出来る。
 前記故障診断装置は、放電前後における前記外部端子の電圧変化と前記蓄電セルの電圧変化の比較結果に基づいて、前記電流遮断装置の故障を診断してもよい。
 放電前後の外部端子の電圧変化だけで電流遮断装置の「オープン」、「クローズ」を判断する場合、外部端子の電圧が、蓄電セルの放電以外の要因で変化すると、電流遮断装置の状態を誤判断する可能性がある。この構成では、外部端子の電圧変化と蓄電セルの電圧変化を比較することで、外部端子の電圧が放電以外の要因で変化した場合でも、電流遮断装置が、「オープン」か「クローズ」か、正確に判断できる。
 前記蓄電セルは直列に接続された複数の蓄電セル(組電池)を有してもよい。前記放電回路は、各蓄電セルを個別に放電するセル放電回路を有してもよい。この構成では、電流遮断装置の故障診断に、セルバランス用の放電回路を用いる。通常、蓄電装置の管理装置はセルバランス用の放電回路を備えているので、その放電回路を故障診断に用いる。こうすることで、故障診断専用の放電回路を設ける必要がなくなり、部品点数の増加を抑えることが出来る。
 蓄電装置は移動体用でもよい(蓄電装置は移動体に搭載されてもよい)。移動体に搭載される蓄電装置は、移動体の移動にともなう振動にさらされるため、定置用の蓄電装置に比べて誤作動(意図しないリレーの作動)を起こしやすい。電流遮断装置の故障診断精度の向上により、電流遮断装置の故障や誤作動を早期に検出することが出来る。電流遮断装置の故障や誤作動を検出した場合、冗長回路を動作させる等、必要な措置を講ずることで、移動体のパワーフェールを抑制することが可能となる。
 <実施形態1>
1.バッテリ50の説明
 図1に示すように、車両10には、エンジン20と、エンジン20の始動等に用いられるバッテリ50とが搭載されている。バッテリ50は「蓄電装置」の一例である。車両10には、エンジン20(内燃機関)に代えて、車両駆動用の蓄電装置や、燃料電池が搭載されていてもよい。
 図2に示すように、バッテリ50は、組電池60と、回路基板ユニット65と、収容体71を備える。収容体71は、合成樹脂材料からなる本体73と蓋体74とを備える。本体73は有底筒状であり、底面部75と、4つの側面部76と、を備える。4つの側面部76によって、本体73の上端に開口部77が形成されている。
 収容体71は、組電池60と回路基板ユニット65を収容する。回路基板ユニット65は、回路基板100上に各種部品(電流遮断装置53、図5に示す電流検出部54や管理装置150等)を搭載した基板ユニットであり、図2に示すように組電池60の、例えば上方に隣接して配置されている。代替的に、回路基板ユニット65は、組電池60の側方に隣接して配置されていてもよい。
 蓋体74は、本体73の開口部77を閉鎖する。蓋体74の周囲には外周壁78が設けられている。蓋体74は、平面視略T字形の突出部79を有する。蓋体74の前部のうち、一方の隅部に正極の外部端子51が固定され、他方の隅部に負極の外部端子52が固定されている。回路基板ユニット65は、収容体71の本体73に代えて、蓋体74内に(例えば突出部79内に)収容されていてもよい。
 組電池60は、複数のセル62から構成されている。図4に示すように、セル62は、直方体形状(プリズマティック)のケース82内に電極体83を非水電解質と共に収容したものである。セル62は、例えば、リチウムイオン二次電池セルである。ケース82は、ケース本体84と、その上方の開口部を閉鎖する蓋85とを有している。
 電極体83は、詳細は図示しないが、銅箔からなる基材に活物質を塗布した負極板と、アルミニウム箔からなる基材に活物質を塗布した正極板との間に、多孔性の樹脂フィルムからなるセパレータを配置したものである。これらはいずれも帯状で、セパレータに対して負極板と正極板とを幅方向の反対側にそれぞれ位置をずらした状態で、ケース本体84に収容可能となるように扁平状に巻回されている。電極体83は、巻回タイプのものに代えて、積層タイプのものであってもよい。
 正極板には正極集電体86を介して正極端子87が、負極板には負極集電体88を介して負極端子89がそれぞれ接続されている。正極集電体86及び負極集電体88は、平板状の台座部90と、この台座部90から延びる脚部91とを有する。台座部90には貫通孔が形成されている。脚部91は正極板又は負極板に接続されている。
 正極端子87及び負極端子89は、端子本体部92と、その下面中心部分から下方に突出する軸部93とからなる。正極端子87の端子本体部92と軸部93とは、アルミニウム(単一材料)によって一体成形されている。負極端子89においては、端子本体部92がアルミニウム製で、軸部93が銅製であり、これらが組み付けられている。正極端子87及び負極端子89の端子本体部92は、蓋85の両端部に絶縁材料からなるガスケット94を介して配置され、図3に示すように、このガスケット94から外方へ露出されている。
 蓋85は、圧力開放弁95を有している。圧力開放弁95は、正極端子87と負極端子89の間に位置している。圧力開放弁95は、安全弁である。圧力開放弁95は、ケース82の内圧が制限を超えた場合に、開放して、ケース82の内圧を下げる。
 図5は、バッテリ50の電気的構成を示すブロック図である。バッテリ50は、組電池60と、電流遮断装置53と、電流検出部54と、放電回路110と、冗長回路120と、電圧降下回路130と、管理装置150と、を備える。
 バッテリ50には、エンジン20の動力により発電する発電機であるオルタネータ160と、車載された電気負荷170と、が電気的に接続されている。
 エンジン20の駆動中において、オルタネータ160の発電量が電気負荷170の電力消費量より大きい場合、バッテリ50はオルタネータ160により充電される。オルタネータ160の発電量が電気負荷170の電力消費量より小さい場合、バッテリ50は、その不足分を補うため、放電する。
 エンジン20の停止中、オルタネータ160は発電を停止する。発電停止中、バッテリ50は、充電されない状態となり、電気負荷170に対して放電のみ行う状態となる。
 組電池60のセル62は、例えば12個あり(図2参照)、3並列で4直列に接続されている。図5は、並列に接続された3つのセル62を1つの電池記号で表している。セル62は、「蓄電セル」の一例である。蓄電セルは、プリズマティックセルに限定はされず、円筒型セルであってもよいし、ラミネートフィルムケースを有するパウチセルであってもよい。
 組電池60、電流遮断装置53及び電流検出部54は、パワーライン55P、パワーライン55Nを介して、直列に接続されている。パワーライン55P、55Nは、銅などの金属材料からなる板状導体であるバスバーBSB(図2参照)を用いることが出来る。
 図5に示すように、パワーライン55Pは、正極の外部端子51と組電池60の正極とを接続する。パワーライン55Nは、負極の外部端子52と組電池60の負極とを接続する。外部端子51、52は、車両10との接続用端子であり、バッテリ50を、外部端子51、52を介してオルタネータ160や電気負荷170に電気的に接続することが出来る。
 電流遮断装置53は、正極のパワーライン55Pに設けられており、一端を正極の外部端子51に電気的に接続し、他端を組電池60の正極に電気的に接続する。電流遮断装置53は、FETなどの半導体スイッチでもよいし、機械式の接点を有するリレーでもよい。電流遮断装置53は、ラッチリレーなどの自己保持型スイッチであることが好ましい。電流遮断装置53は、ノーマリクローズタイプであり、正常時、クローズ状態(導通状態)に制御される。バッテリ50に何らかの異常があった場合、電流遮断装置53を「クローズ」から「オープン」に切り換えることで、組電池60の電流Iを遮断できる。
 本明細書において、電流遮断装置53の一端、他端とは、電流遮断装置53の電気的な接続ポイントを意味する。電流遮断装置53がリレーである場合、一端はリレーの第1端子、他端はリレーの第2端子であってもよい。リレーの第1端子、第2端子は、リレーの筐体の、異なる面(又は平面視における異なる辺)に設けられてもよいし、同じ面(又は平面視における同じ辺)に設けられてもよい。
 電流検出部54は、負極のパワーライン55Nに設けられている。電流検出部54は、シャント抵抗でもよい。抵抗式の電流検出部54は、電流検出部54の両端電圧Vrに基づいて、組電池60の電流Iを計測することができる。抵抗式の電流検出部54は、電圧の極性(正負)から放電と充電を判別できる。代替的に、電流検出部54は、磁気センサでもよい。
 放電回路110は、組電池60と並列に接続されており、電流遮断装置53を通さずに、組電池60を放電する。この実施形態では、図6に示すように、放電回路110に、セルバランシング用(容量均等化用)のセル放電回路115A~115Dを用いる。各セル放電回路115A~115Dは、各セル62A~62Dに対して並列に接続されている。各セル放電回路115A~115Dは、放電抵抗116とスイッチ117とから構成されており、スイッチ117をオンすることで、対応するセル62を放電することが出来る。
 冗長回路120は、電流遮断装置53に並列接続されている。冗長回路120は、例えば図7に示すように、ダイオード121と、半導体スイッチ123からなる。ダイオード121は、カソードKを外部端子51に接続している。半導体スイッチ123は、一端をダイオード121のアノードAに接続し、他端を組電池60の正極に接続する。ダイオード121の順方向は、組電池60の放電方向である。半導体スイッチ123をオンすることで、電流遮断装置53が故障した場合でも、組電池60は冗長回路120を介して、車両10に電力供給できる。
 管理装置150は、回路基板100(図2参照)上に実装されており、図5に示すように、CPU151と、メモリ153と、を備える。管理装置150は、計測線L1、計測線L2を介して、図5中のA点とB点に接続されており、バッテリ50の端子電圧V1と組電池60の総電圧V2を検出することが出来る。管理装置150は、「故障診断装置」の一例である。
 メモリ153には、図10に示す故障診断フローの実行プログラム並びに、プログラムの実行に必要なデータが記憶されている。プログラムは、CD-ROM等の記録媒体に記憶して使用、譲渡、貸与等されてもよい。プログラムは、電気通信回線を用いて配信されてもよい。
 電圧降下回路130は、図5中のA点に接続されており、バッテリ50の端子電圧V1を「12V」から「5V」等の所定電圧に降下して、管理装置150に供給する。
2.電流遮断装置の故障診断
 電流遮断装置53が「オープン故障(オープンに固着する故障)」すると、車両10への電力供給が途絶える可能性がある。そのため、電流遮断装置53の故障診断を行い、車両10への電力供給を確保することが求められる。
 電流遮断装置53が「クローズ(正常)」である場合、A点の電圧V1とB点の電圧V2はほぼ同じ電圧であり、組電池60が充電中又は放電中であれば、所定以上の電流Iが流れる。
 そのため、バッテリ50の電流Iと、A点とB点の電圧V1、V2に基づいて、電流遮断装置53の故障診断を行うことが考えられる。
|V1-V2|≧K(V)・・・・(1)式
|I|≦K(I)・・・・(2)式
 K(V)は電圧計測誤差等に基づいて決定される電圧閾値であり、この実施形態では、2[V]である。K(I)は電流計測誤差等に基づいて決定される電流閾値であり、この実施形態では、1[A]である。
 電流遮断装置53が「クローズ」の指令を受けている場合に、(1)式の電圧条件と(2)式の電流条件の双方を満たす場合、管理装置150は、電流遮断装置53を「オープン故障」と判断する。
 電流遮断装置53が「クローズ」の指令を受けている場合に、(1)式の電圧条件と(2)式の電流条件のうち、何れかの条件を満たさない場合、管理装置150は、電流遮断装置53を「クローズ(正常)」と判断する。
 電流遮断装置53の故障診断を、(1)式の電圧条件と(2)式の電流条件の2つの条件に基づいて行った場合、オルタネータ160や電気負荷170等の車両システムの状態により、電流遮断装置53の状態を正確に検出できず、故障診断を誤る可能性がある。
 具体的には、電流遮断装置53が「オープン故障」している場合、バッテリ50の端子電圧V1は、車両10の電源ライン15の電圧V3と等しい。V3とV2の電圧差が小さい場合、V1≒V2となって、(1)式の電圧条件を満たさない可能性がある。そのため、電流遮断装置53が実際には「オープン故障」でも、誤って、「クローズ(正常)」と判断する可能性がある。
 管理装置150は、(1)式の電圧条件と(2)式の電流条件のうち、何れかの条件を満たさない場合、電流遮断装置53を「クローズ」と判断せず、放電回路110により、組電池60を放電する。B点の電圧(組電池60の正極の電圧)V2は、放電により、X[V]からY[V]に変化する。
 電流遮断装置53が「クローズ」の場合、図8に示すように、A点の電圧(正極の外部端子51の電圧)V1は、V2同様、放電により、X[V]からY[V]に変化する。一方、電流遮断装置53が「オープン」の場合、A点の電圧V1は、放電により変化せず、X[V]を維持する。
 このように、組電池60を放電すると、A点の電圧V1の変化が、電流遮断装置53が「クローズ」の場合と「オープン」の場合で異なる。そのため、放電前後のA点の電圧V1の変化ΔV1に基づいて、電流遮断装置53が「オープン」か「クローズ」か、正確に判断することが出来る。
 この実施形態では、図9に示すように、管理装置150は、A点の電圧V1とB点の圧V2について、放電前後の電圧変化ΔV1、ΔV2を算出する。管理装置150は、ΔV1=ΔV2の場合、電流遮断装置53を「クローズ(正常)」と判断し、ΔV1≠ΔV2の場合、電流遮断装置53を「オープン故障」と判断する。
ΔV1=(V11ST)-(V12ND
ΔV2=(V21ST)-(V22ND
 V1STは放電前の電圧、V2NDは放電後の電圧である。
 以下、図10を参照して電流遮断装置53の故障診断フローについて説明を行う。電流遮断装置53の故障診断フローは、S10~S160から構成されており、例えば、管理装置150の起動中、所定の周期で実行される。尚、フロー実行前の状態において、放電回路110と冗長回路120はいずれもオフに制御されている。また、管理装置150は、故障診断フローの実行中、電流遮断装置53に対して「クローズ」の指令を出している。
 管理装置150は、故障診断フローがスタートすると、組電流60の電流Iと、A点の電圧V1と、B点の電圧V2を計測する(S10)。電流Iは、電流検出部54により計測することが出来、A点の電圧V1は計測線L1、B点の電圧V2は計測線L2によりそれぞれ計測することが出来る。
 管理装置150は、その後、V1とV2の計測値に基づいて、(1)式の電圧条件を判定し、組電池60の電流Iの計測値に基づいて、(2)式の電流条件を判定する(S20)。
 管理装置150は、(1)式の電圧条件と(2)式の電流条件の双方を満たす場合(S20:YES)、電流遮断装置53を「オープン故障」と判断する(S30)。
 管理装置150は、電流遮断装置53を「オープン故障」と判断した場合、冗長回路120のスイッチ123をオフからオンに切り換える。スイッチ123をオンに切り換えることで、冗長回路120を介した放電が可能となり、組電池60から車両10への電力供給を継続することが出来る。以上により、故障診断フローは終了する。
 次に、(1)式の電圧条件と(2)式の電流条件を判定した結果、いずれかの条件を満たさない場合(S20:NO)、管理装置150は、計測線L1、L2を用いて、A点の電圧V1とB点の電圧V2を計測する(S100)。
 V1、V2の計測後、管理装置150は、放電回路110をオフからオンに切り換えて組電池60を放電する。具体的には、各セル放電回路115A~115Dのスイッチ117をオフからオンに切り換え、各セル62A~62Dを所定時間、放電する。
 その後、管理装置150は、計測線L1、L2を用いて、放電後のV1、V2を再計測する(S120)。
 管理装置150は、S100で計測した放電前のV1、V2及びS120で計測した放電後のV1、V2に基づいて、放電前後の電圧変化ΔV1、ΔV2をそれぞれ算出する。管理装置150は、ΔV1とΔV2を比較する(S130)。
 管理装置150は、2点A、Bの電圧変化ΔV1、ΔV2が一致(ΔV1=ΔV2)する場合、電流遮断装置53を「クローズ(正常)」と判断する(S140)。その後、管理装置150は、放電回路110をオンからオフに切り換える(S160)。以上により、故障診断フローは終了する。
 管理装置150は、2点A、Bの電圧変化ΔV1、ΔV2が一致しない(ΔV1≠ΔV2)場合、電流遮断装置53を「オープン故障」と判断する(S150)。
 管理装置150は、電流遮断装置53を「オープン故障」と判断した場合、冗長回路120のスイッチ123をオフからオンに切り換える。スイッチ123をオンに切り換えることで、冗長回路120を介した放電が可能となり、組電池60から車両10への電力供給を継続することが出来る。
 その後、管理装置150は、放電回路110をオンからオフに切り換える(S160)。以上により、故障診断フローは終了する。
3.効果説明
 この構成では、車両システムの状態に依存せず、電流遮断装置53の「オープン」、「クローズ」を正確に判断できる。そのため、電流遮断装置53の故障診断精度を向上させることが出来る。故障診断精度の向上により、電流遮断装置53のオープン故障を早期に検出することが出来る。電流遮断装置53のオープン故障を検出した場合、冗長回路120を動作させる等、必要な措置を講ずることで、車両10のパワーフェール(電源喪失)を抑制することが可能となる。
 この構成では、電流遮断装置53のオープン故障に限らず、電流遮断装置53がノイズ等により意図せずオープンする誤動作についても、検出することが出来る。管理装置150は、電流遮断装置53の誤動作を検出した場合、クローズ指令を送り、電流遮断装置53を「オープン」から「クローズ」に切り換えることで、車両10のパワーフェール(電源喪失)を抑制することが可能となる。
 放電前後のA点の電圧変化ΔV1だけで電流遮断装置53の「オープン」、「クローズ」を判断する場合、A点の電圧V1が、放電以外の要因(例えば、車両の電源ライン15の電圧変化)で変化すると、電流遮断装置53の状態を誤判断する可能性がある。この構成では、放電前後のA点の電圧変化ΔV1とB点の電圧変化ΔV2を比較することで、A点の電圧V1が放電以外の要因で変化した場合でも、電流遮断装置53が、「オープン」か「クローズ」か、正確に判断できる。
 <他の実施形態>
 本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
 (1)二次電池セル62は、リチウムイオン二次電池に限らず、他の非水電解質二次電池でもよい。二次電池セル62は、複数を直並列に接続する場合に限らず、直列の接続や、単セルでもよい。二次電池セル62に代えて、キャパシタを用いることも出来る。二次電池セル、キャパシタは、蓄電セルの一例である。
 (2)上記実施形態では、バッテリ50に車両10に搭載したが、船舶や航空機など車両以外の移動体に搭載してもよい。また、移動体に限らず、発電システムの蓄電装置やUPS(無停電電源装置)など、他の用途に用いてもよい。
 (3)上記実施形態では、放電回路110をセル放電回路115A~115Dから構成した。放電回路110は、電流遮断装置53を通らずに、組電池60を放電する回路であれば、どのような回路でもよい。例えば、図11に示す、放電回路210のように、1つの放電抵抗211と1つのスイッチ213から構成されていてもよい。
 (4)上記実施形態では、電流遮断装置53と並列に冗長回路120を設けたが、冗長回路120は省略してもよい。
 (5)上記実施形態では、電流遮断装置53の故障診断フローを、S10~S160から構成した。S10、S20の処理は省略してもよく、S100~S160だけで、電流遮断装置53の故障を診断してもよい。
 (6)上記実施形態では、電流遮断装置53の故障を、A点とB点の放電前後の電圧変化ΔV1、ΔV2に基づいて判断した。具体的には、A点とB点の電圧変化ΔV1、ΔV2が一致する場合(ΔV1=ΔV2)、電流遮断装置53を「クローズ(正常)」と判断し、一致しない場合(ΔV1≠ΔV2)、電流遮断装置53を「オープン故障」と判断した。電流遮断装置53の故障は、放電前後のA点の電圧変化ΔV1に基づいて判断するものであれば、どのような判断方法でもよい。例えば、組電池60の放電により、A点の電圧V1が変化した場合、電流遮断装置53をクローズ(正常)と判断し、A点の電圧V1が変化しない場合、電流遮断装置53をオープン故障と判断してもよい。
 (7)上記実施形態では、電流遮断装置53の「オープン故障」を検出した。車両10が、2電源構成(バッテリ50以外に他のバッテリを搭載している場合)など、電流遮断装置53を一時的にオープンに制御することが出来る場合、電流遮断装置53のオープン制御中に、S100~S160の故障診断を実行し、電流遮断装置53の「クローズ故障(クローズに固着する故障)」を検出してもよい。
 10 車両
 50 バッテリ(蓄電装置)
 53 電流遮断装置
 54 電流検出部
 60 組電池
 110 放電回路
 120 冗長回路
 150 管理装置(故障診断装置)

Claims (6)

  1.  蓄電装置であって、
     外部端子と、
     蓄電セルと、
     一端を前記外部端子に電気的に接続し、他端を前記蓄電セルに電気的に接続する電流遮断装置と、
     前記電流遮断装置を通らない経路で前記蓄電セルを放電する放電回路と、
     故障診断装置と、を備え、
     前記故障診断装置は、前記放電回路を用いて前記蓄電セルを放電し、放電前後における前記外部端子の電圧変化に基づいて、前記電流遮断装置の故障を診断する、蓄電装置。
  2.  請求項1に記載の蓄電装置であって、
     前記故障診断装置は、前記外部端子と前記蓄電セルの電圧差の絶対値が電圧閾値未満の場合、前記放電回路を用いて前記蓄電セルを放電し、放電前後における前記外部端子の電圧変化に基づいて、前記電流遮断装置の故障を診断する、蓄電装置。
  3.  請求項1又は請求項2に記載の蓄電装置であって、
     前記故障診断装置は、放電前後における前記外部端子の電圧変化と前記蓄電セルの電圧変化の比較結果に基づいて、前記電流遮断装置の故障を診断する、蓄電装置。
  4.  請求項1~請求項3のいずれか一項に記載の蓄電装置であって、
     前記蓄電セルは、直列に接続された複数の蓄電セルを有し、
     前記放電回路は、各蓄電セルを個別に放電するセル放電回路を有する、蓄電装置。
  5.  請求項1~請求項4のいずれか一項に記載の移動体用蓄電装置。
  6.  電流遮断装置の故障診断方法であって、
     前記電流遮断装置は、一端を外部端子に電気的に接続し、他端を蓄電セルに電気的に接続しており、
     前記電流遮断装置を通らない経路で前記蓄電セルを放電するステップと、
     放電前後における前記外部端子の電圧変化に基づいて、前記電流遮断装置の故障を診断するステップを有する、電流遮断装置の故障診断方法。
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