[go: up one dir, main page]

JP5692047B2 - 蓄電システム - Google Patents

蓄電システム Download PDF

Info

Publication number
JP5692047B2
JP5692047B2 JP2011280476A JP2011280476A JP5692047B2 JP 5692047 B2 JP5692047 B2 JP 5692047B2 JP 2011280476 A JP2011280476 A JP 2011280476A JP 2011280476 A JP2011280476 A JP 2011280476A JP 5692047 B2 JP5692047 B2 JP 5692047B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
current
temperature change
power storage
change amount
temperature
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2011280476A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2013132142A (ja
Inventor
裕之 海谷
裕之 海谷
勇二 西
勇二 西
高橋 賢司
賢司 高橋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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 Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2011280476A priority Critical patent/JP5692047B2/ja
Publication of JP2013132142A publication Critical patent/JP2013132142A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5692047B2 publication Critical patent/JP5692047B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/4207Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/12Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries responding to state of charge [SoC]
    • B60L58/14Preventing excessive discharging
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/12Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries responding to state of charge [SoC]
    • B60L58/15Preventing overcharging
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/18Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/18Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules
    • B60L58/21Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules having the same nominal voltage
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/24Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries for controlling the temperature of batteries
    • B60L58/25Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries for controlling the temperature of batteries by controlling the electric load
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/24Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries for controlling the temperature of batteries
    • B60L58/26Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries for controlling the temperature of batteries by cooling
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/486Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for measuring temperature
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/00304Overcurrent protection
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34Parallel operation in networks using both storage and other DC sources, e.g. providing buffering
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2210/00Converter types
    • B60L2210/10DC to DC converters
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40Drive Train control parameters
    • B60L2240/54Drive Train control parameters related to batteries
    • B60L2240/545Temperature
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40Drive Train control parameters
    • B60L2240/54Drive Train control parameters related to batteries
    • B60L2240/547Voltage
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40Drive Train control parameters
    • B60L2240/54Drive Train control parameters related to batteries
    • B60L2240/549Current
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/60Navigation input
    • B60L2240/66Ambient conditions
    • B60L2240/662Temperature
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72Electric energy management in electromobility
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/16Information or communication technologies improving the operation of electric vehicles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Description

本発明は、電流遮断器をそれぞれ有する複数の蓄電素子が並列に接続された蓄電ブロックにおいて、電流遮断器の作動状態を判別する蓄電システムに関する。
特許文献1に記載の集合電池では、複数の電池を並列に接続した構成において、並列に接続された各単電池に対してヒューズを接続している。ヒューズは、過大な電流が流れたときに溶断することにより、電流経路を遮断する。また、特許文献2に記載の技術では、電池の内部抵抗の変化に基づいて、電池に含まれる電流遮断機構の作動を検出している。
特開平05−275116号公報 特開2008−182779号公報 特開2011−135657号公報
複数の電池が並列に接続された構成では、電流遮断器の作動数に応じて、電流遮断器が作動していない電池に流れる電流値が変化する。具体的には、電流遮断器の作動数が増加すると、電流遮断器が作動していない電池に流れる電流値が上昇するので、電流遮断器が作動していない電池に対する電流負荷が増加してしまう。このため、電池の充放電を制御するうえでは、電流遮断器の作動を検出する必要があるが、特許文献2の技術では、電池の電圧挙動を監視して事前に測定した基準電圧と比較するので、電流遮断器の作動を精度よく検出することができない課題がある。
また、電池特性は、環境温度、製造時のバラツキや電池の劣化等によって異なる。このため、電流遮断器が作動した場合の電圧挙動と、電池の特性変化による電圧挙動とを適切に識別することができず、電流遮断器の作動を精度よく検出することができない。
一方で、電流遮断器の作動を検出した場合、電池の充放電を制限すれば、電池に対する電流負荷が増加するのを抑制することができるが、電流遮断器の作動数を特定しなければ、電池の充放電制御を効率良く行うことができない。すなわち、電流遮断器の作動状態を検出するだけでは、電池の充放電を過度に制限してしまうことがある。したがって、電池の充放電が過度に制限されるのを防止するためには、電流遮断器の作動数を把握する必要がある。特許文献2に記載の技術では、電流遮断器の作動状態を検出するだけであり、電流遮断器の作動数を特定することはできない。
本願第1の発明である蓄電システムは、並列に接続された複数の蓄電素子をそれぞれ有し、直列に接続された複数の蓄電ブロックと、蓄電ブロックの温度及び蓄電素子の周辺温度を検出する温度センサと、周辺温度と蓄電ブロックの検出温度との温度差に応じた蓄電素子の温度変化量を用いて、各蓄電ブロックの状態を判別するコントローラと、を有する。各蓄電素子は、蓄電素子の内部における電流経路を遮断する電流遮断器を有する。コントローラは、全ての蓄電素子の各電流遮断器が遮断状態にない蓄電ブロックの蓄電素子に流れる電流値に対し、電流遮断器が遮断状態にある蓄電素子に並列に接続される残りの蓄電素子に流れる電流値が電流遮断器の遮断数に応じて増加する関係に基づいて、蓄電ブロックに流れる電流に応じた蓄電素子の第1温度変化量が、並列に接続される全ての蓄電素子の各電流遮断器が遮断状態にない蓄電ブロックに流れる電流に応じた蓄電素子の第2温度変化量と相違し、第1温度変化量が遮断数が1以上となる第2温度変化量に対する温度変化量の上昇率を有する場合、蓄電ブロックに含まれる蓄電素子の電流遮断器が遮断状態にあると検出する。
本願第1の発明によれば、蓄電素子の温度変化によって電流遮断器の作動有無を検出することができる。すなわち、並列に接続される蓄電素子の電流遮断器が作動すると、電流遮断器が作動していない残りの蓄電素子に電流が集中し、電流遮断器が作動していない残りの蓄電素子に流れる電流値が大きくなる。このため、電流遮断器が作動していない蓄電素子に流れる電流値が大きくなることに伴って蓄電素子の発熱量が増加し、蓄電素子の電流遮断器が作動した状態の蓄電ブロックにおける蓄電素子と、並列に接続される全ての蓄電素子の各電流遮断器が作動していない蓄電ブロックの蓄電素子との間の温度変化量は、相違することになる。このため、電流遮断器が作動してない蓄電ブロックに流れる電流に応じた蓄電素子の温度変化量を基準として、温度センサによって検出される検出温度に基づく蓄電ブロックに流れる電流に応じた蓄電素子の温度変化量が相違する場合に、電流遮断器の作動状態を検出することができる。
コントローラは、並列に接続される全ての蓄電素子の各電流遮断器が遮断状態にない蓄電ブロックに流れる電流値に応じた蓄電素子の温度変化量を予め規定した電流−温度変化マップから、電流センサによって検出される蓄電ブロックを流れる検出電流に対応する温度変化量を第2温度変化量として算出し、第1温度変化量と電流−温度変化マップに基づく第2温度変化量を比較することで、電流遮断器の作動有無を検出するように構成することができる。
コントローラは、第1温度変化量に対応する第1蓄電ブロックとは異なる第2蓄電ブロックに流れる電流に応じた蓄電素子の温度変化量を、第2温度変化量として取得し、異なる蓄電ブロック間それぞれの各蓄電素子の温度変化量を比較することで、電流遮断器の作動有無を検出するように構成することができる。
コントローラは、蓄電ブロックに流れる電流に応じた蓄電素子の温度変化量を時系列で取得し、現在の温度変化量を第1温度変化量、過去の温度変化量を第2温度変化量として、同じ蓄電ブロックの蓄電素子の現在の温度変化量および過去の温度変化量を比較することで、電流遮断器の作動有無を検出するように構成することができる。
コントローラは、過去の温度変化量に対応する第1時刻における電流センサの第1検出電流及び過去の温度変化量を用いて、第1時刻の蓄電素子の第1内部抵抗を算出するとともに、現在の温度変化量に対応する第1時刻から一定時間経過した後の第2時刻における電流センサの第2検出電流及び現在の温度変化量を用いて、第2時刻の蓄電素子の第2内部抵抗を算出し、第1時刻および第2時刻での蓄電素子の各温度変化量に対応する第1内部抵抗と第2内部抵抗とが相違する場合に、蓄電ブロックに含まれる蓄電素子の電流遮断器が遮断状態にあると検出するように構成することができる。
コントローラは、第1温度変化量と第2温度変化量との間の、第2温度変化量に対する第1温度変化量の上昇率を用いて、蓄電ブロックに含まれる電流遮断器が遮断状態にある蓄電素子の数を特定することができる
電流遮断器は、溶断によって電流経路を遮断するヒューズ、温度上昇に伴う抵抗の上昇によって電流経路を遮断するPTC素子又は、蓄電素子の内圧が上昇することに応じて変形し、電流経路を遮断する電流遮断弁を用いることができる。
本願第2の発明は、電流経路を遮断する電流遮断器を有する蓄電素子が複数並列に接続される蓄電ブロックを、複数直列に接続して構成された蓄電システムにおける蓄電ブロックの状態判別方法であり、蓄電ブロックの温度及び蓄電素子の周辺温度を温度センサで検出し、周辺温度と蓄電ブロックの検出温度との温度差に応じた蓄電素子の温度変化量を算出する。そして、全ての蓄電素子の各電流遮断器が遮断状態にない蓄電ブロックの蓄電素子に流れる電流値に対し、電流遮断器が遮断状態にある蓄電素子に並列に接続される残りの蓄電素子に流れる電流値が電流遮断器の遮断数に応じて増加する関係に基づいて、蓄電ブロックに流れる電流に応じた蓄電素子の第1温度変化量が、並列に接続される全ての蓄電素子の各電流遮断器が遮断状態にない蓄電ブロックに流れる電流に応じた蓄電素子の第2温度変化量と相違し、前記第1温度変化量が前記遮断数が1以上となる前記第2温度変化量に対する温度変化量の上昇率を有する場合、蓄電ブロックに含まれる蓄電素子の電流遮断器が遮断状態にあると検出する。本願第2の発明においても、本願第1の発明と同様の効果を得ることができる。
電池システムの構成を示す図である。 組電池の構成を示す図である。 単電池の構成を示す図である。 単電池に流れる電流と温度変化の関係を示す一例である。 実施例1の電流遮断器作動検出処理を示すフローチャートである。 実施例1の電流遮断器作動検出処理の変形例である。 実施例1の電流遮断器の作動検出後の充放電制御の処理を示すフローチャートである。 実施例2の電流遮断器作動検出処理を示すフローチャートである。 実施例3の電流遮断器作動検出処理を示すフローチャートである。
以下、本発明の実施例について説明する。
(実施例1)
本発明の実施例1である電池システム(蓄電システムに相当する)について、図1を用いて説明する。図1は、電池システムの構成を示す図である。本実施例の電池システムは、車両に搭載されている。
車両としては、ハイブリッド自動車や電気自動車がある。ハイブリッド自動車は、車両を走行させる動力源として、後述する組電池に加えて、エンジン又は燃料電池を備えている。電気自動車は、車両を走行させる動力源として、後述する組電池だけを備えている。
組電池10の正極端子と接続された正極ラインPLには、システムメインリレーSMR−Bが設けられている。システムメインリレーSMR−Bは、コントローラ40からの制御信号を受けることにより、オンおよびオフの間で切り替わる。組電池10の負極端子と接続された負極ラインNLには、システムメインリレーSMR−Gが設けられている。システムメインリレーSMR−Gは、コントローラ40からの制御信号を受けることにより、オンおよびオフの間で切り替わる。
システムメインリレーSMR−Gには、システムメインリレーSMR−Pおよび電流制限抵抗Rが並列に接続されている。システムメインリレーSMR−Pおよび電流制限抵抗Rは、直列に接続されている。システムメインリレーSMR−Pは、コントローラ40からの制御信号を受けることにより、オンおよびオフの間で切り替わる。電流制限抵抗Rは、組電池10を負荷(具体的には、後述する昇圧回路32)と接続するときに、突入電流が流れるのを抑制するために用いられる。
組電池10を負荷と接続するとき、コントローラ40は、システムメインリレーSMR−B,SMR−Pをオフからオンに切り替える。これにより、電流制限抵抗Rに電流を流すことができ、突入電流が流れるのを抑制することができる。
次に、コントローラ40は、システムメインリレーSMR−Gをオフからオンに切り替えた後に、システムメインリレーSMR−Pをオンからオフに切り替える。これにより、組電池10および負荷の接続が完了し、図1に示す電池システムは、起動状態(Ready-On)となる。一方、組電池10および負荷の接続を遮断するとき、コントローラ40は、システムメインリレーSMR−B,SMR−Gをオンからオフに切り替える。これにより、図1に示す電池システムの動作は停止する。
昇圧回路32は、組電池10の出力電圧を昇圧し、昇圧後の電力をインバータ33に出力する。また、昇圧回路32は、インバータ33の出力電圧を降圧し、降圧後の電力を組電池10に出力することができる。昇圧回路32は、コントローラ40からの制御信号を受けて動作する。本実施例の電池システムでは、昇圧回路32を用いているが、昇圧回路32を省略することもできる。
インバータ33は、昇圧回路32から出力された直流電力を交流電力に変換し、交流電力をモータ・ジェネレータ34に出力する。また、インバータ33は、モータ・ジェネレータ34が生成した交流電力を直流電力に変換し、直流電力を昇圧回路32に出力する。モータ・ジェネレータ34としては、例えば、三相交流モータを用いることができる。
モータ・ジェネレータ34は、インバータ33からの交流電力を受けて、車両を走行させるための運動エネルギを生成する。組電池10の出力電力を用いて車両を走行させるとき、モータ・ジェネレータ34によって生成された運動エネルギは、車輪に伝達される。
車両を減速させたり、停止させたりするとき、モータ・ジェネレータ34は、車両の制動時に発生する運動エネルギを電気エネルギ(交流電力)に変換する。インバータ33は、モータ・ジェネレータ34が生成した交流電力を直流電力に変換し、直流電力を昇圧回路32に出力する。昇圧回路32は、インバータ33からの電力を組電池10に出力する。これにより、回生電力を組電池10に蓄えることができる。
図2は、組電池10の構成を示す。組電池10は、直列に接続された複数の電池ブロック(蓄電ブロックに相当する)11を有する。複数の電池ブロック11を直列に接続することにより、組電池10の出力電圧を確保することができる。ここで、電池ブロック11の数は、組電池10に対して要求される電圧を考慮して、適宜設定することができる。
各電池ブロック11は、並列に接続された複数の単電池(蓄電素子に相当する)12を有する。複数の単電池12を並列に接続することにより、電池ブロック11(組電池10)の満充電容量を増やすことができ、組電池10の出力を用いて車両を走行させるときの距離を延ばすことができる。各電池ブロック11を構成する単電池12の数は、組電池10に要求される満充電容量を考慮して、適宜設定することができる。
複数の電池ブロック11は、直列に接続されているため、各電池ブロック11には、等しい電流が流れる。各電池ブロック11では、複数の単電池12が並列に接続されているため、各単電池12に流れる電流値は、電池ブロック11に流れる電流値を、電池ブロック11を構成する単電池12の数(総数)で除算した電流値となる。具体的には、電池ブロック11を構成する単電池12の総数がN個であり、電池ブロック11に流れる電流値がIsであるとき、各単電池12に流れる電流値は、Is/Nとなる。なお、本実施例では、電池ブロック11を構成する複数の単電池12において、内部抵抗のバラツキが発生していないものとしている。
単電池12としては、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池といった二次電池を用いることができる。また、二次電池の代わりに、電気二重層キャパシタ(コンデンサ)を用いることができる。例えば、単電池12としては、18650型の電池を用いることができる。18650型の電池は、いわゆる円筒型の電池であり、直径が18[mm]であり、長さが65.0[mm]である。円筒型の電池とは、電池ケースが円筒状に形成されており、電池ケースの内部には、充放電を行う発電要素が収容されている。発電要素の構成については、後述する。
単電池12は、図3に示すように、発電要素12aおよび電流遮断器12bを有する。発電要素12aおよび電流遮断器12bは、単電池12の外装を構成する電池ケースに収容されている。発電要素12aは、充放電を行う要素であり、正極板と、負極板と、正極板および負極板の間に配置されるセパレータとを有する。正極板は、集電板と、集電板の表面に形成された正極活物質層とを有する。負極板は、集電板と、集電板の表面に形成された負極活物質層とを有する。正極活物質層は、正極活物質や導電剤などを含んでおり、負極活物質層は、負極活物質や導電剤などを含んでいる。
単電池12としてリチウムイオン二次電池を用いるときには、例えば、正極板の集電板をアルミニウムで形成し、負極板の集電板を銅で形成することができる。また、正極活物質としては、例えば、LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2を用い、負極活物質としては、例えば、カーボンを用いることができる。セパレータ、正極活物質層および負極活物質層には、電解液がしみ込んでいる。電解液を用いる代わりに、正極板および負極板の間に、固体電解質層を配置することもできる。
電流遮断器12bは、単電池12の内部における電流経路を遮断するために用いられる。すなわち、電流遮断器12bが作動することにより、単電池12の内部における電流経路が遮断される。電流遮断器12bとしては、例えば、ヒューズ、PTC(Positive Temperature Coefficient)素子又は、電流遮断弁を用いることができる。これらの電流遮断器12bは、個別に用いることもできるし、併用することもできる。
電流遮断器12bとしてのヒューズは、ヒューズに流れる電流に応じて溶断する。ヒューズを溶断させることにより、単電池12の内部における電流経路を機械的に遮断することができる。これにより、発電要素12aに過大な電流が流れるのを防止して、単電池12(発電要素12a)を保護することができる。電流遮断器12bとしてのヒューズは、電池ケースに収容されていてもよいし、電池ケースの外部に配置されていてもよい。電池ケースの外部にヒューズを配置する場合であっても、ヒューズは、各単電池12に対して設けられる。
電流遮断器12bとしてのPTC素子は、単電池12の電流経路に配置されており、PTC素子の温度上昇に応じて抵抗を増加させる。PTC素子に流れる電流が増加すると、ジュール熱によってPTC素子の温度が上昇する。PTC素子の温度上昇に応じて、PTC素子の抵抗が増加することにより、PTC素子において、電流を遮断することができる。これにより、発電要素12aに過大な電流が流れるのを防止して、単電池12(発電要素12a)を保護することができる。
電流遮断器12bとしての電流遮断弁は、単電池12の内圧上昇に応じて変形し、発電要素12aとの機械的な接続を断つことにより、単電池12の内部における電流経路を遮断することができる。単電池12の内部は、密閉状態となっており、過充電などによって発電要素12aからガスが発生すると、単電池12の内圧が上昇する。発電要素12aからガスが発生しているときには、単電池12(発電要素12a)は異常状態となる。単電池12の内圧が上昇することに応じて、電流遮断弁を変形させることにより、発電要素12aとの機械的な接続を断つことができる。これにより、異常状態にある発電要素12aに充放電電流が流れるのを阻止し、単電池12(発電要素12a)を保護することができる。
図1に示す監視ユニット20は、各電池ブロック11の電圧を検出し、検出結果をコントローラ40に出力する。電流センサ31は、組電池10に流れる電流値を検出し、検出結果をコントローラ40に出力する。例えば、組電池10を放電しているときには、電流センサ31によって検出された電流値として、正の値を用いることができる。また、組電池10を充電しているときには、電流センサ31によって検出された電流値として、負の値を用いることができる。電流センサ31は、組電池10に流れる電流値を検出できればよく、正極ラインPLではなく、負極ラインNLに設けることもできる。また、複数の電流センサ31を用いることもできる。
温度センサ21は、各電池ブロック11に設けられ、電池ブロック11の温度と、複数の電池ブロック11全体の環境温度を検出し、検出結果それぞれをコントローラ40に出力する。環境温度は、例えば、図2に示すように、吸気ダクト13及び排気ダクト14を含む組電池10を冷却する冷却構造において、外気等の冷却風が組電池10に流入する吸気側の温度とすることができ、電池ブロック11(単電池12)の周辺温度である。本実施例では、吸気ダクト13と組電池10との間の流入経路上の温度を環境温度として温度センサ21で検出している。なお、個別に温度センサを設けて、電池ブロック11の温度及び環境温度を別々の温度センサで検出してもよい。
コントローラ40は、メモリ41を内蔵しており、メモリ41は、コントローラ40を動作させるためのプログラムや、特定の情報を記憶している。メモリ41は、コントローラ40の外部に設けることもできる。
本実施例の電池システムにおける処理について説明する。本実施例は、並列に接続された電流遮断器12bを備える複数の単電池12で構成された電池ブロック11それぞれの電流遮断器12bの作動を検出するとともに、1つの電池ブロック11に含まれる複数の単電池12のうちで電流遮断器12bが作動している単電池12の数、すなわち、電流遮断器12bの作動数を特定(推定)する。特定された電流遮断器12bの作動数は、充放電制御に用いられる。
本実施例では、電池ブロック11内の単電池12の温度情報を用いて、電流遮断器12bの作動有無を検出する。上述したように、電池ブロック11を構成する単電池12の総数がN個あり、電池ブロック11に流れる電流値がIsであるとき、各単電池12に流れる電流値は、Is/Nとなるので、電流遮断器12bが作動していると、電流が流れる単電池12の個数が電流遮断器12bが作動している単電池12の個数分少なくなる。このため、電流遮断器12bが作動していない単電池12に電流が集中し、流れる電流値が大きくなる。
電池ブロック11内の電流遮断器12bが作動していない単電池12に流れる電流値が大きくなると単電池12の発熱量が増加するので、並列に接続された複数の単電池12全ての電流遮断器12bが作動していない各単電池12と、少なくとも1つ以上の単電池12の電流遮断器12bが作動した単電池12に並列に接続された電流遮断器12bが作動していない残りの各単電池12とでは、発熱量の相違に応じた温度差が生じることになる。
例えば、1つの電池ブロック11の単電池12の総数がN個、各単電池12の内部抵抗R、電池ブロック11に流れる電流値をI(Is)とすると、単電池12の発熱量は、下記の式1で算出することができる。
(式1)Q=(I/N)×R
そして、単電池12から外部への熱抵抗θとすると、式1の発熱量に対する単電池12の温度変化量ΔTは、
(式2)ΔT=Q×θ=(I/N)×R×θ
となる。
単電池12に電流が流れることによる温度変化量ΔTは、電池ブロック11の周囲の環境温度に対して式1の発熱量に起因する温度上昇値である。なお、熱抵抗θは、単位時間当たりの発熱量に対する温度変化(上昇)量である。各単電池12の内部抵抗R及び熱抵抗θは同じ値とすることができる。
ここで、1つの電池ブロック11のN個の単電池12のうち、電流遮断器12bが作動した単電池12の個数をx個とすると、残りの電流遮断器12bが作動していない単電池12に流れる電流値は、I/(N−x)となるので、電流遮断器12bが作動していない残りの単電池12の環境温度に対する温度変化量ΔT´は、
(式3)ΔT´=(I/(N―x))×R×θ
となり、式3から把握できるように、電流遮断器12bが作動している単電池12に並列に接続される残りの各単電池12の発熱量が電流遮断器12bの作動数をxに応じて増加する。残りの各単電池12に対してI/(N−x)の電流が流れた場合、単電池12の温度変化量はΔT´となり、1つの電池ブロック11のN個の単電池12のうち電流遮断器12bが作動すると、電流遮断器12bが作動した個数に応じて残りの単電池12の温度が上昇し、電流遮断器12bが1つも作動していない電池ブロックの単電池12よりも高い温度上昇を示すことになる(ΔT´>ΔT)。
図4は、単電池12に流れる電流と温度上昇の関係を示す図(電流−温度上昇マップ)である。縦軸が温度変化量ΔT、横軸が電流Iである。図4の例では、上記式2、3に示した関係から横軸を、電流Iの二乗で表している。
図4において、実線は、電流遮断器12bが作動していない電池ブロック11の単電池12の温度変化量ΔTを示しており、点線は、電流遮断器12bが作動した状態の電池ブロック11の残りの電流遮断器12bが作動していない単電池12の温度変化量ΔT´を示している。図4に示すように、ΔTとΔT´の関係は、上記式2、式3の関係から以下のように表すことができる。
(式4)ΔT´=(I/(N―x))2×R×θ=(N/(N−x)2×(I/N)2×R×θ
=(N/(N−x)2ΔT
式4から把握できるように、温度変化量ΔT´は、温度変化量ΔTの(N/(N−x)2倍となる。このため、電流遮断器12bが作動していない電池ブロック11の単電池12の温度変化量と電流遮断器12bが作動した状態の電池ブロック11の残りの電流遮断器12bが作動していない単電池12の温度変化量との間には、下記の式5に示す電流遮断器12bの作動数xに応じた(N/(N−x)2に基づく上昇率(変化率)の関係を有する。
(式5)ΔT´/ΔT=(N/(N−x)2
さらに式5を作動数xで展開すると、
(式6)
となる。式5、式6によれば、電流遮断器12bが作動していない電池ブロック11の単電池12の温度変化量に対する電流遮断器12bが作動した状態の電池ブロック11の電流遮断器12bが作動していない残りの単電池12の温度変化量の上昇率から、作動数xを算出することができる。電流遮断器12bが作動した単電池12に並列接続される電流遮断器12bが作動していない残りの単電池12に流れる電流が、作動数xに応じて増加することに起因して電流遮断器12bが作動していない残りの単電池12の発熱量が増加し、電流遮断器12bが作動していない電池ブロック11の単電池12の基準温度変化量ΔTに対する電池ブロック11の温度変化量ΔT´の上昇率は、作動数xに応じて高くなる。
このように、電流遮断器12bが作動していない電池ブロック11の単電池12の温度変化量ΔTに対し、電流遮断器12bが作動した状態の電池ブロック11の電流遮断器12bが作動していない残りの単電池12の温度変化量ΔT´は、作動数に応じた所定の上昇率を示すことになるので、電流遮断器12bが作動していなければ、温度センサ21によって検出される検出温度に基づく電池ブロック11に流れる電流に応じた単電池12の温度変化量は、全ての単電池12の各電流遮断器12bが作動状態にない電池ブロック11に流れる電流に応じた単電池12の基準温度変化量と同じになるはずである。
したがって、温度センサ21によって検出される検出温度に基づく電池ブロック11に流れる電流に応じた単電池12の温度変化を監視し、基準となる温度上昇値と相違すれば、単電池12の電流遮断器12bが作動していることになるので、温度センサ21によって検出される単電池12の温度変化量と基準温度変化量とを比較すれば、単電池12の電流遮断器12bが作動している電池ブロック11、すなわち、電池ブロック11の単電池12の電流遮断器12の作動状態を検出することができる。
そして、監視される単電池12の温度変化量と基準温度変化量との間の作動数xに応じた上昇率から、単電池12の電流遮断器12bが作動している電池ブロック11における電流遮断器12bの作動数xを算出することができる。
ここで、温度センサ21によって検出される検出温度に基づく電池ブロック11に流れる電流に応じた単電池12の温度変化量と基準温度変化量との相違は、式5又は式6に基づけば、電流遮断器12bの作動数xで表すことができる。
例えば、基準温度変化量に対する単電池12の温度変化量の上昇率と作動数xとの関係を、電流遮断器12bの作動状態の検出の観点から見ると、式6においてx≧1を満たす上昇率の関係を有する場合、少なくとも1つ以上の単電池12の電流遮断器12bが作動した電池ブロック11において電流遮断器12bが作動していない残りの各単電池12に流れる電流値に応じた発熱量に基づく温度上昇値は、基準温度変化量に対して相違していることになり、電池ブロック11において単電池12の電流遮断器12bが作動していると検出できる。
つまり、基準温度変化量に対する単電池12の温度変化量の上昇率が、電池ブロック11における作動数xが1以上を満たす上昇率であるか否かを判別することで、言い換えれば、基準温度変化量に対する単電池12の温度変化量の上昇率から算出される作動数xが1以上であるか否かを判別することで、温度センサ21によって検出される検出温度に基づく電池ブロック11に流れる電流に応じた単電池12の温度変化量と基準温度変化量とが相違しているものと判別することができ、電池ブロック11において単電池12の電流遮断器12bが作動していると検出することができる。
したがって、電池ブロック11の単電池12の温度変化を監視し、全ての電流遮断器12bが作動していない単電池12の基準温度変化量ΔTと温度センサ21によって検出される検出温度に基づく単電池12の温度変化量ΔT´とから、式5、式6に示した電流遮断器12bが作動したことによる上昇率に基づく作動数xの算出手法を用いて、基準温度変化量ΔTと温度変化量ΔT´との相違を検出し、電池ブロック11において単電池12の電流遮断器12bが作動しているか否かを検出すると同時に、作動数xを算出することができる。
なお、作動数x毎に上昇率を数値情報(数値範囲情報を含む)として予め作成し、例えば、式5において基準温度変化量と作動数との関係から、作動数が1つ、2つ、3つ、・・・での各上昇率を予め算出しておき、基準温度変化量に対する単電池12の温度変化量の上昇率と各数値情報をマッチングし、電池ブロック11おける単電池12の電流遮断器12bの作動状態とその作動数xを算出するようにしてもよい。
本実施例の電流遮断器作動検出処理では、電流遮断器12bを備えるN個の単電池12が互いに並列に接続された電池ブロック11において、図4の実線で示した電流遮断器12bが作動していない状態の電池ブロック11における単電池12の電流−温度上昇マップを予め作成し、温度センサ21で取得される電池ブロック11の検出温度T1と環境温度Taの差分である温度変化量ΔT1と、電流センサ31によって検出された電流値に対応した電流−温度上昇マップから取得される基準温度変化量ΔTとを比較し、作動数xに応じた上昇率に基づく温度変化量の差分(相違)が発生している場合、電池ブロック11において単電池12の電流遮断器12bが作動していると検出する。
なお、本実施例では、温度センサ21によって検出される電池ブロック11の検出温度を用いて、各電池ブロック11の単電池12の温度を監視することができる。つまり、並列に接続された各単電池12の発熱量は同じになるので、温度センサ21は、電池ブロック11の検出温度を当該電池ブロック11に流れる電流値に応じた単電池12の温度として検出することができる。このため、温度センサ21によって検出される単電池12(電池ブロック11)の周辺の温度(環境温度)と電池ブロック11の検出温度とから、単電池12の温度上昇値である温度変化量を取得することができる。
また、図4に示した電流−温度上昇マップは、環境温度毎に異なるマップを保持するように構成することができる。単電池12の内部抵抗Rは、電池ブロック11の周囲の温度、すなわち、環境温度Taに応じて変動するので、環境温度Ta毎に複数の電流−上昇変化マップを作成して保持しておき、温度センサ21によって検出される環境温度Taに対応する電流−温度上昇マップを適宜選択して、電流センサ31の検出値に対応する基準温度変化値ΔTを取得することができる。各電流−温度上昇マップは、メモリ41に記憶しておくことができる。
図5は、電流遮断器作動検出処理のフローチャートである。図5に示す処理は、所定の周期で行われ、コントローラ40によって実行される。図5に示す処理は、各電池ブロック11に対して行われる。
ステップS101において、コントローラ40は、各電池ブロック11の単電池12の検出温度T1及び環境温度Taと、電流センサ31によって検出される組電池10に流れる電流値I(各電池ブロック11に流れる電流値)を取得する。取得した検出温度T1、環境温度Ta、電流値Iに関する情報は、メモリ41に記憶される。
ステップS102において、コントローラ40は、単電池12の温度変化量ΔT1を算出する。ΔT1は、検出温度T1から環境温度Taを差し引くことにより求めることができる。
ステップS103において、コントローラ40は、温度センサ21によって検出された環境温度Taに対応する電流−温度上昇マップから、取得された電流値Iに対応する基準温度変化量ΔTを取得する。図4の例のように取得された電流値Iの二乗に対応する温度変化値ΔTを、基準温度変化値として算出することができる。
なお、電流値Iが、負荷(例えば、モータ・ジェネレータ34)に応じて変動することを考慮すると、電流−温度上昇マップから基準温度変化量ΔTを取得するために、例えば、温度センサ21によって電池ブロック11の電池温度Tを検出した際の所定時点における検出電流値ではなく、電池温度Tが検出される時点を基準にして過去の一定期間に所得される電流値Iの二乗の移動平均を用いることができる。
コントローラ40は、ステップS104において、検出温度T1に基づく単電池12の温度変化量ΔT1と電流−温度上昇マップから取得された基準温度変化量ΔTとを比較し、ΔT1=ΔTである場合、ステップS107に進み、該当の電池ブロック11に含まれる単電池12の電流遮断器12bが作動していないと検出する。
一方、ステップS104においてΔT1=ΔTでないと判別された場合、すなわち、ΔT1>ΔTと判別された場合、コントローラ40は、ステップS105に進み、該当の電池ブロック11に含まれる単電池12の電流遮断器12bが作動している状態であることを検出する。
コントローラ40は、ステップS105での電流遮断器12bの作動有りの検出結果に対して、さらに、電池ブロック11内の電流遮断器12bの作動数xを特定する。コントローラ40は、ステップS106において、ΔT1、ΔTを用いて上記式6から電流遮断器12bの作動数xを算出し、電流経路が遮断されている単電池12の遮断数m(=x)を特定する。
図6は、電流遮断器作動検出処理の変形例であり、基準温度変化量ΔTと検出温度T1に基づく温度変化量ΔT1とから、電流遮断器12bが作動したことによる上昇率(変化率)に基づく作動数xの算出手法を用い、電流遮断器12bの作動検出を行う処理例である。なお、図6において図5と同じ処理について、同符号を付して説明を省略し、図5と異なる点を中心に説明する。
コントローラ40は、ステップS1104において、ステップS101からS103を経て取得した検出温度T1に基づく温度変化量ΔT1および基準温度変化量ΔTを用いて、基準温度変化量ΔTに対する温度変化量ΔT1の上昇率を算出し、電流遮断器12bが作動したことによる上昇率に基づく作動数xを算出する(式6)。
ステップS1105において、コントローラ40は、算出された作動数xが1以上であるか否か(作動数xが1以上を満たす上昇率であるか否か)を判別する。判別の結果、算出された作動数xが1以上であると判別された場合、コントローラ40は、ステップS1106に進み、該当の電池ブロック11に含まれる単電池12の電流遮断器12bが作動している状態であることを検出するとともに、算出された作動数xを、電流遮断器12bの作動状態が検出された電池ブロック11において電流経路が遮断されている単電池12の遮断数m(=x)として特定する。
一方、ステップS1105において算出された作動数xが1未満であると判別された場合、コントローラ40は、ステップS107に進み、該当の電池ブロック11に含まれる単電池12の電流遮断器12bが作動していないと検出する。
図7は、図5及び図6に示した電流遮断器作動検出処理後の充放電制御の処理を示すフローチャートである。図7に示す充放電制御処理は、コントローラ40によって実行される。
遮断数mを特定した後において、コントローラ40は、遮断数mに基づいて、組電池10の充放電を制御することができる。
上述したように電池ブロック11において、電流遮断器12bが作動すると、作動状態にある電流遮断器12bを有する単電池12には、電流が流れないことになる。また、作動状態にある電流遮断器12bを有する単電池12と並列に接続された残りの単電池12には、作動状態にある電流遮断器12bを有する単電池12に流れる予定である電流が余分に流れてしまう。ここで、組電池10(電池ブロック11)に流れる電流値Isを制限しないときには、残りの単電池12に流れる電流値は、Is/(N−m)となる。「N−m」の値は、「N」の値よりも小さいため、残りの単電池12に流れる電流値は上昇してしまう。
単電池12に流れる電流値が上昇すると、言い換えれば、単電池12に対する電流負荷が増加すると、ハイレート劣化が発生してしまうおそれがある。また、単電池12として、リチウムイオン二次電池を用いたときには、リチウムが析出してしまうおそれがある。さらに、単電池12に流れる電流値が上昇すると、電流遮断器12bが作動しやすくなってしまう。
コントローラ40は、ステップS301において、図5、図6に示した電流遮断器作動検出において電流遮断器12bの作動が検出されて遮断数mが特定されると、ステップS302に進み、この遮断数mに基づいて、組電池10の充放電を制御する電流指令値を決定することができる。具体的には、コントローラ40は、電流指令値として、遮断数mが増加することに応じて、組電池10の充放電電流を低下させることができる。コントローラ40は、下記式(7)に基づいて、電流指令値を設定することができる。
(式7)Is(2)=Is(1)×(N−m)/N
式7において、Is(1)は、電流遮断器12bが作動する前の電流指令値であり、Is(2)は、電流遮断器12bが作動した後の電流指令値である。式7から分かるように、「(N−m)/N」の値は、1よりも小さい値であるため、電流指令値Is(2)は、電流指令値Is(1)よりも小さくなる。
コントローラ40は、ステップS303において、電流指令値Is(2)に基づいて、組電池10の充放電を制御することができる。具体的には、コントローラ40は、電流指令値Is(2)に基づいて、組電池10の充電を許容する上限電力を低下させたり、組電池10の放電を許容する上限電力を低下させたりする。上限電力を低下させるときには、低下させる前の上限電力に対して、「(N−m)/N」の値を乗算することができる。組電池10の充放電を許容する上限電力を低下させることにより、組電池10(単電池12)に流れる電流値を制限することができる。
遮断数mが「N」であるときには、電池ブロック11を構成するすべての単電池12において、電流遮断器12bが作動していることになり、組電池10に電流を流すことができなくなる。このため、遮断数mが「N」であるとき、コントローラ40は、組電池10の充放電を行わせないようにすることができる。具体的には、コントローラ40は、組電池10の充放電を許容する上限電力を0[kW]に設定することができる。また、コントローラ40は、システムメインリレーSMR−B,SMR−G,SMR−Pをオフにすることができる。
組電池10の充放電制御は、図1に示す電池システムが起動しているときだけでなく、外部電源の電力を組電池10に供給しているときや、組電池10の電力を外部機器に供給しているときにも行うことができる。外部電源とは、車両の外部に設けられた電源であり、外部電源としては、例えば、商用電源を用いることができる。外部機器とは、車両の外部に配置された電子機器であって、組電池10からの電力を受けて動作する電子機器である。外部機器としては、例えば、家電製品を用いることができる。
外部電源の電力を組電池10に供給するときには、充電器を用いることができる。充電器は、外部電源からの交流電力を直流電力に変換し、直流電力を組電池10に供給することができる。充電器は、車両に搭載することもできるし、車両の外部において、車両とは別に設けることもできる。また、外部電源の電圧および組電池10の電圧を考慮して、充電器は、電圧値を変換することができる。コントローラ40は、充電器の動作を制御することにより、組電池10の電流値(充電電流)を低下させることができる。
組電池10の電力を外部機器に供給するときには、給電装置を用いることができる。給電装置は、組電池10からの直流電力を交流電力に変換し、交流電力を外部機器に供給することができる。また、組電池10の電圧および外部機器の動作電圧を考慮して、給電装置は、電圧値を変換することができる。コントローラ40は、給電装置の動作を制御することにより、組電池10の電流値(放電電流)を低下させることができる。
遮断数mに応じて、組電池10に流れる電流値を制限することにより、単電池12に対する電流負荷が上昇してしまうのを抑制することができる。また、作動していない電流遮断器12bに流れる電流値も制限することができ、電流遮断器12bが作動しやすくなってしまうのを抑制することができる。
本実施例では、電池ブロック11の単電池12の温度を監視し、全ての電流遮断器12bが作動してない電池ブロック11に流れる電流に応じた単電池12の温度変化量を基準として、温度センサ21によって検出される検出温度に基づく電池ブロック11に流れる電流に応じた単電池12の温度変化量が相違する場合に、電流遮断器12bの作動状態を検出することができる。
さらに、電流遮断器12bの作動状態の検出に伴って、基準温度変化量に対する単電池12の温度変化量の上昇率から、電流遮断器12bの作動数xを算出することができる。
このため、遮断数mに応じて、組電池10の充放電を制御することができるため、組電池10の充放電制御を効率良く行うことができる。電流遮断器12bの作動状態を検出するだけでは、組電池10の充放電が過度に制限されてしまうことがあるが、本実施例では、単電池12の温度変化量に基づいて遮断数mを把握することができ、遮断数mに応じて組電池10の充放電を適切に制限することができる。
また、環境温度Taに対する単電池12の温度変化量を用いて電流遮断器12bの作動状態を検出しているので、環境温度Taに依存する単電池12の内部抵抗R(電池ブロック11の内部抵抗)の特性変動の影響を抑制することができ、精度よく電流遮断器12bの作動を検出することができる。
(実施例2)
本発明の実施例2である電池システムについて説明する。実施例1では、予め作成された電流−温度上昇マップに基づく単電池12の温度変化量を基準として、検出温度に基づく単電池12の温度変化量を比較し、電流遮断器作動有無を検出しているが、本実施例では、組電池10を構成する直列に複数接続された電池ブロック11間で、それぞれの各単電池12の検出温度に基づく温度変化量を比較して、電流遮断器作動有無を検出する。なお、以下、実施例1と異なる点を中心に説明し、同様の構成及び処理の詳細な説明については、省略する。
図8は、本実施例の電流遮断器作動検出処理のフローチャートである。図8に示す処理は、任意の2つの電池ブロック11間それぞれの検出温度T1,T2と環境温度Taとから、一方の電池ブロック11の単電池12の温度変化値ΔT1と他方の電池ブロック11の単電池12の温度変化値ΔT2を算出する。そして、異なる電池ブロック間で単電池12の温度変化量ΔT1,ΔT2を比較して、電池ブロック11内の単電池12に設けられる電流遮断器12bの作動有無を検出する。
ステップS501において、コントローラ40は、組電池10を構成する複数の電池ブロック11のうち、任意の2つの電池ブロック11を選択し、選択した2つの第1電池ブロック11及び第2電池ブロック11それぞれの電池温度T1,T2及び環境温度Taを取得する。取得した電池温度T1,T2、環境温度Taに関する情報は、メモリ41に記憶される。
ステップS502において、コントローラ40は、第1電池ブロック11の単電池12の温度変化量ΔT1を算出する。ΔT1は、検出温度T1から環境温度Taを差し引くことにより求めることができる(ΔT1=T1−Ta)。同様にコントローラ40は、第2電池ブロック11の単電池12の温度変化量ΔT2を算出する(ΔT2=T2−Ta)。これらΔT1,ΔT2は、同じ検出タイミング(同じ検出時刻)での異なる電池ブロック11それぞれの単電池12の温度変化量である。
ステップS503において、コントローラ40は、算出された第1電池ブロック11の単電池12の温度変化量ΔT1と第2電池ブロックの単電池12のΔT2とを比較し、ΔT1=ΔT2である場合、ステップS506に進み、2つの各電池ブロック11に含まれる単電池12の電流遮断器12bが作動していないと検出する。
実施例1で述べたように、電流遮断器12bが作動した状態における電池ブロック11の単電池12の温度変化量は、電流遮断器12bが作動していない電池ブロック11の単電池12の温度変化量の(N/(N−x)2倍となる。このため、同じ時点で検出される組電池10を構成する単電池12間の温度変化量が相違する場合、一方の電池ブロック11に含まれる単電池12の電流遮断器12bが作動している状態と判別することができる。このとき、電流遮断器12bが作動した状態における電池ブロック11の単電池12の温度変化量は、(N/(N−x)2倍の上昇率を有するので、単電池12の電流遮断器12bが作動している電池ブロック11を特定することができる。
ステップS503においてΔT1=ΔT2でないと判別された場合、例えば、ΔT2>ΔT1と判別された場合、コントローラ40は、ステップS504に進み、温度変化量の高い方の単電池12を含む電池ブロック11を、電流遮断器12bが作動した状態の電池ブロック11として特定することができる。
コントローラ40は、ステップS504での電流遮断器12bの作動有りの検出結果に対して、さらに、電池ブロック11内の電流遮断器12bの作動数を特定する。コントローラ40は、ステップS505において、ΔT1、ΔT2を用いて電流遮断器12bの作動数xを算出し、電流経路が遮断されている単電池12の遮断数m(=x)を特定する。
例えば、第2電池ブロック11が電流遮断器12bが作動した状態であると検出された場合、実施例1の式5に示すように、電流遮断器12bが作動した状態の第2電池ブロック11における単電池12の温度変化量ΔT2は、電流遮断器12bが作動していない第1電池ブロック11の単電池12の温度変化量ΔT1の(N/(N−x)2倍となるので、実施例1の式6をΔT1とΔT2を用いて表すと、下記の式8となる。
(式8)
このとき、コントローラ40は、ステップS504において温度変化量の低い方の第1電池ブロック11の単電池12の温度変化量ΔT1を用い、実施例1の電流遮断器作動検出に基づいて温度上昇値の低い方の第1電池ブロック11が、単電池12の電流遮断器12bが作動していない電池ブロックであることを特定した後に、式8に基づいて電流遮断器12bが作動した状態の第2電池ブロック11における電流遮断器12bの作動数xを算出するように構成することができる。
また、温度変化量の低い方の第1電池ブロック11の単電池12の電流遮断器12bが作動していないことが確認できない場合(又は第1電池ブロック11の単電池12の温度変化量が、予め作成された電流−温度上昇マップに基づく基準温度変化量との間で相違する場合)、予め作成された電流−温度上昇マップに基づく基準温度変化量を用いて、電流遮断器12bが作動した状態の第2電池ブロック11における電流遮断器12bの作動数xを算出するようにしてもよい。
すなわち、本実施例では、組電池10を構成する異なる電池ブロック11間の各単電池12の温度変化量に基づいて電流遮断器12bの作動状態を検出するが、電流遮断器12bの作動が検出された電池ブロック11に対する電流遮断器12bの作動数の算出は、温度変化量の低い方の電池ブロック11の単電池12の温度変化量(実施例1の基準温度変化量に相当する)又は予め作成された電流−温度上昇マップに基づく基準温度変化量を用いて、行うことができる。
本実施例では、同じ時点で検出される組電池10を構成する異なる電池ブロック11間の各単電池12の温度変化量に基づいて、電流遮断器12bの作動を検出するので、各電池ブロックを流れる電流値のバラツキや環境温度のバラツキの影響を抑制することができ、さらに精度よく電流遮断器12bの作動有無を検出することができる。
なお、図7の例において、任意の2つの電池ブロック11間の各単電池12の温度変化量を比べて電流遮断器12bの作動有無を検出しているが、例えば、組電池10を構成する直列に接続された複数の電池ブロック11のうち、実施例1の電流遮断器作動検出によって電流遮断器12bが作動していない電池ブロックを予め特定し、特定された電流遮断器12bが作動していない電池ブロックの単電池12の温度変化量と、他の任意の電池ブロックの温度変化量とを算出して比較することで、電流遮断器12bの作動状態及び作動数を検出するように構成してもよい。
また、1つの電池ブロックに対して2つ以上の電池ブロック11それぞれと単電池12の温度変化量を比較して、電流遮断器12bの作動状態を検出するようにしてもよい。例えば、第1電池ブロック11と第2電池ブロック11と間で各単電池12の温度変化量を比較した後に、さらに第1電池ブロック11と第3電池ブロック11との間で各単電池12の温度変化量を比較し、第1電池ブロック11に対する電流遮断器12bの作動状態を検出するように構成してもよい。
また、本実施例においても、図6に示した変形例同様に、コントローラ40は、ステップS501、S502を経て取得した第1電池ブロック11の単電池12の温度変化量ΔT1、第2電池ブロック11の単電池12の温度変化量ΔT2を用いて、電流遮断器12bが作動したことによる上昇率に基づく作動数xの算出処理(式8)を用いて電流遮断器12bの作動検出を行うことができる。
コントローラ40は、ステップS501、S502を経て取得した第1電池ブロック11の単電池12の温度変化量ΔT1、第2電池ブロック11の単電池12の温度変化量ΔT2を用いて、温度変化量ΔT1(電流遮断器12bが1つも作動していない電池ブロックの単電池12の温度変化量)に対する温度変化量ΔT2の上昇率を算出し、電流遮断器12bが作動したことによる上昇率に基づく作動数xを算出することで(式8)、算出された作動数xが1以上であるか否か(作動数xが1以上を満たす上昇率であるか否か)を判別し、電池ブロック11に含まれる単電池12の電流遮断器12bが作動している状態であることを検出するとともに、算出された作動数xを、電流経路が遮断されている単電池12の遮断数m(=x)として特定することができる。
(実施例3)
本発明の実施例3である電池システムについて説明する。本実施例では、1つの電池ブロック11の単電池12の温度変化を時系列で監視し、時系列で把握される同じ電池ブロック11における単電池12の過去の温度変化履歴に基づいて、電流遮断器作動有無を検出する。なお、以下、実施例1、2と異なる点を中心に説明し、同様の構成及び処理の詳細な説明については、省略する。
図9は、本実施例の電流遮断器作動検出処理のフローチャートである。図9に示す処理は、組電池10を構成する直列に接続された複数の電池ブロック11それぞれに対して行われ、1つの電池ブロック11における単電池12の温度変化を所定のタイミング毎に監視し、各タイミング(時刻t1、t2)で取得される単電池12の温度変化量ΔT1,ΔT2が相違する場合、電流遮断器作動有無を検出する。時刻t2は、時刻t1から一定時間(Δt)経過後の時刻であり、各電池ブロック11それぞれで一定時間毎に単電池12の温度変化を監視して電流遮断器作動検出処理を遂行することができる。
ステップS701において、コントローラ40は、電流遮断器作動検出処理の開始時又は開始後の時刻t1において、電池ブロック11の検出温度T1,環境温度Ta1、及び電流値I1を取得する。コントローラ40は、ステップS702において、単電池12の温度変化量ΔT1を算出する。ΔT1は、検出温度T1から環境温度Ta1を差し引くことにより求めることができる(ΔT1=T1−Ta1)。
コントローラ40は、取得した検出温度T1,環境温度Ta1、電流値I1に関する情報及び、算出された温度変化量ΔT1を、電池ブロック11の時刻t1における温度上昇履歴として、メモリ41に記憶する。
続いて、コントローラ40は、ステップS703において、時刻t1から一定時間経過後の時刻t2での同じ電池ブロック11の検出温度T2,環境温度Ta2、及び電流値I2を取得する。コントローラ40は、ステップS704において、時刻t2における同じ電池ブロック11の単電池12の温度変化量ΔT2を算出する。ΔT2も同様に、時刻t2における検出温度T2から環境温度Ta2を差し引くことにより求めることができる(ΔT2=T2−Ta2)。
コントローラ40は、取得した検出温度T2,環境温度Ta2、電流値I2に関する情報及び、算出された温度変化量ΔT2を、電池ブロック11の時刻t2における温度上昇履歴として、メモリ41に記憶する。
ここで、上述したように単電池12の内部抵抗Rは、電池ブロック11の周囲の温度、すなわち、環境温度Taによって変動するので、時刻t1,t2それぞれで算出される温度変化量(温度上昇値)ΔT1,ΔT2とその時点での単電池12の内部抵抗R1、R2は、上記式2の関係から以下のようになる。
(式9) R1=(N/I1)×(ΔT1/θ)
(式10)R2=(N/I2)×(ΔT2/θ)
内部抵抗R1は、時刻t1における環境温度Ta1での内部抵抗であり、電流値I1は時刻t1での電池ブロック11に流れた電流値である。同様に、内部抵抗R2は時刻t2における環境温度Ta2での内部抵抗であり、電流値I2は時刻t2での電池ブロック11に流れた電流値である。
したがって、電流遮断器12bが作動していなければ、時刻t1,t2に対する経年変化による電池劣化に伴う内部抵抗の上昇が極めて小さいとすると、環境温度Ta1と環境温度Ta2が同じであれば、時刻t1,t2で温度変化量ΔT1,ΔT2から算出される単電池12の内部抵抗R1,R2は、同じとなるはずである。すなわち、温度変化量ΔT1,ΔT2から算出される単電池12の内部抵抗R1,R2が同じにならない場合、温度変化量ΔT1,ΔT2の間に相違があることになる。
そこで、本実施例では、同じ電池ブロック11の各時刻t1,t2での単電池12の温度変化量ΔT1(過去の温度変化量に相当する),ΔT2(現在の温度変化量に相当する)から、各時刻t1,t2の内部抵抗R1,R2の変化を捉えて温度変化量ΔT1,ΔT2の相違を識別し、電流遮断器作動有無を検出する。
言い換えれば、時刻t1,t2それぞれの単電池12の温度変化値ΔT1,ΔT2を単純に比較すると、各時刻t1,t2で異なる環境温度Ta1,Ta2の影響により、精度よく電流遮断器作動有無を検出することができないので、時系列で電池ブロック11の単電池12の温度変化量ΔT1,ΔT2を監視し、温度変化量ΔT1,ΔT2の相違を時刻t1,t2それぞれでの内部抵抗R1,R2の変化で評価し、電流遮断器作動有無を検出する。
ここで、時刻t1,t2における内部抵抗R1,R2を比較するにあたり、各時刻での環境温度が異なるので、内部抵抗R1、R2を所定の基準環境温度Trefで規格化(正規化)した後に、規格化された内部抵抗R1´、R2´を比較することで、温度変化量ΔT1,ΔT2の相違を検出する。
例えば、所定の基準環境温度Trefでの基準内部抵抗Rrefを用い、基準環境温度Trefに対する規格化された内部抵抗R1´,R2´を算出することができる。

具体的には、基準となる環境温度Tref(例えば25℃)での基準内部抵抗Rrefとした場合、時刻tでの内部抵抗R(t)は、以下のような関係を有する。
(式12)R(t)=Rref+a(T(t)−Tref)
ここで、T(t)は、時刻tにおける環境温度である。T(t)−Trefは、基準環境温度Trefに対する温度変化量である。aは、補正係数である。補正係数aは、例えば、基準環境温度Trefと基準内部抵抗Rrefとの対応関係(例えば、単位温度当たりの内部抵抗の上昇率)から予め算出することができる。
式12に基づいて基準環境温度Trefで規格化されたR2´がR1´よりも大きい場合、温度変化量ΔT1,ΔT2は相違し、例えば、環境温度Ta1で温度変化量ΔT2を規格化した場合、ΔT2がΔT1よりも発熱量に基づいて温度上昇値が高いことになる。
一方、同じ電池ブロック11のN個の単電池12のうち、時刻t1において電流遮断器12bが作動した単電池12が0個、時刻t2において電流遮断器12bが作動した単電池12の個数をx個とした場合、時刻t1における電池ブロック11の温度変化量は、
(式13)ΔT1=Q1×θ=(I1/N)×R1×θ
と算出でき、時刻t2における電池ブロック11の温度変化量は、
(式14)ΔT2=Q2×θ=(I2/(N−x))×R2×θ
となる。
式14をさらに変形すると式15を導くことができる。
(式15)ΔT2=(I2/(N−x))×R2×θ
=(N/(N−x))×(I2/I1)×(R2/R1)×ΔT1
時刻t2における電流遮断器12bが作動した状態の電池ブロック11の単電池12の温度変化量ΔT2は、時刻t1における電流遮断器12bが作動していない電池ブロック11の温度変化量ΔT1の(N/(N−x))×(I2/I1)×(R2/R1)倍となる。
そして、上記式15を変形すると、
(式16)ΔT2/ΔT1=(N/(N−x))×(I2/I1)×(R2/R1)
となり、作動数xで式16を展開すると、
(式17)
となる。式16及び式17によれば、時刻t1の電流遮断器12bが作動していない電池ブロック11における単電池12の温度変化量ΔT1に対する時刻t2の電流遮断器12bが作動した状態の電池ブロック11における単電池12の温度変化量T2の上昇率は、時刻t1,t2それぞれで検出される電流値I1,I2と温度変化量ΔT1,ΔT2から算出される内部抵抗R1,R2が、パラメータとして付加され、このパラメータをAとすると、式16、式17は、以下の式18、式19として表すことができる。
(式18)ΔT2/ΔT1=(N/(N−x))×A
(式19)
但し、
パラメータAは、時刻t1に対する時刻t2での各環境温度によって変動する内部抵抗及び検出電流の変化率に対する発熱量であり、時刻t1の温度変化量ΔT1に対する時刻t2の温度変化量ΔT2の上昇率を、時刻t1に対する時刻t2での内部抵抗及び検出電流の変化率で補正することにより、時刻t2における電池ブロック11の単電池12の温度変化量に対する電流遮断器12bの作動数を精度よく特定することができる。
図9の説明に戻り、ステップS705において、コントローラ40は、時刻t1,t2それぞれでの単電池12の温度変化量ΔT1,ΔT2と、電流センサ31によって検出された各電流値I1,I2とを用い、式9、式10から、時刻t1の電池ブロック11に内部抵抗R1、時刻t2の電池ブロック11に内部抵抗R2をそれぞれ算出する。このとき、上述したように、式12に基づいてさらに基準環境温度Trefで規格化して、R1´,R2´を算出する。
ステップS706において、コントローラ40は、時刻t1の規格化された内部抵抗R1´と時刻t2の規格化された内部抵抗R2´とを比較し、R1´=R2´である場合、ステップS707に進み、処理対象の電池ブロック11に含まれる単電池12の電流遮断器12bが作動していないと検出する。
一方、ステップS706においてR1´=R2´でないと判別された場合、すなわち、R2´>R1´と判別された場合、コントローラ40は、ステップS707に進み、該当の電池ブロック11を、電流遮断器12bが作動している単電池12を含む電池ブロック11として検出する。
コントローラ40は、ステップS707での電流遮断器12bの作動有りの検出結果に対して、さらに、電池ブロック11内の電流遮断器12bの作動数を特定する。コントローラ40は、ステップS708において、時刻t1,t2での単電池12の温度変化量ΔT1,ΔT2、電流値I1,I2値及びステップS705で算出された時刻t1,t2での内部抵抗R1,R2を用いて、電流遮断器12bの作動数xを算出し(式17)、電流経路が遮断されている単電池12の遮断数m(=x)を特定する。
なお、コントローラ40は、ステップS703において時刻t1の温度変化量ΔT1を用い、実施例1の電流遮断器作動検出に基づいて時刻t1における電池ブロック11が、単電池12の電流遮断器12bが作動していない電池ブロックであることを特定(確認)した後に、時刻t2の温度変化量値ΔT2と過去の時刻t1の温度変化量ΔT1とを比較した電流遮断器12bの作動検出を行うとともに、式17に基づく時刻t2での電流遮断器12bが作動した状態の電池ブロック11における電流遮断器12bの作動数xを算出するように構成することができる。
また、時刻t1における電池ブロック11が、単電池12の電流遮断器12bが作動していない電池ブロックであることが確認できない場合、予め作成された電流−温度上昇マップに基づく時刻t1の基準温度変化量を用いて、式17に基づく時刻t2での電流遮断器12bが作動した状態の電池ブロック11における電流遮断器12bの作動数xを算出するようにしてもよい。
すなわち、本実施例においても、組電池10を構成する同一の電池ブロック11の単電池12の温度変化を時系列で監視し、時系列で把握される単電池12の過去の温度変化履歴に基づいて、電流遮断器作動有無を検出するが、電流遮断器12bの作動が検出された電池ブロック11に対する電流遮断器12bの作動数の算出は、時刻t1の単電池12の温度変化量又は予め作成された電流−上昇変化マップに基づく時刻t1の基準温度変化量を用いて、行うことができる。
本実施例では、同一の電池ブロック11の単電池12の異なる時刻における温度変化を監視し、時系列で把握される単電池12の過去の温度変化履歴に基づいて、電流遮断器作動有無を検出するので、電池ブロック11を構成する単電池12の製造時のバラツキによる内部抵抗のバラツキの影響を抑制することができるとともに、電池劣化に伴う内部抵抗の上昇の経年変化(数か月、数年)に対して監視周期の時刻t1,t2が極めて小さい(例えば、数分〜数日)ので、電池劣化による内部抵抗の上昇の影響を抑制することができ、さらに精度よく電流遮断器12bの作動有無を検出することができる。
また、本実施例においても、図6に示した変形例同様に、コントローラ40は、ステップS701からS704を経て取得した時刻t1,t2での単電池12の温度変化量ΔT1,ΔT2から、電流値I1,I2及び内部抵抗R1,R2をパラメータ(パラメータA)として電流遮断器12bが作動したことによる温度上量率に基づく作動数xの算出処理(式17又は式19)により、電流遮断器12bの作動検出を行うことができる。
コントローラ40は、時刻t1の単電池12の温度変化量ΔT1(電流遮断器12bが動作していない時刻t1での単電池12の温度変化量)に対する時刻t2の単電池12の温度変化量ΔT2の上昇率を算出し、電流遮断器12bが作動したことによる温度上場率に基づく作動数xを算出することで、算出された作動数xが1以上であるか否か(作動数xが1以上を満たす上昇率であるか否か)を判別し、時刻t2における電池ブロック11に含まれる単電池12の電流遮断器12bが作動している状態であることを検出するとともに、算出された作動数xを、電流経路が遮断されている単電池12の遮断数m(=x)として特定することができる。
なお、上記実施例1から3において、電流遮断器作動検出処理は、組電池10を構成する複数の電池ブロック11それぞれに対して行われる。このとき、少なくとも2つ以上の電池ブロック11に電流遮断器12bの作動が検出された場合、図7に示した電流遮断器作動検出処理後の充放電制御の処理において、コントローラ40は、電流遮断器12bの作動が検出された各電池ブロック11の中から最大の遮断数m(作動数x)を特定し、特定された最大遮断数に基づいて電流指令値を設定するように充放電制御を行うことができる。
10:組電池
11:電池ブロック
12:単電池
12b:電流遮断器
20:監視ユニット
21:温度センサ
31:電流センサ
32:昇圧回路
33:インバータ
34:モータ・ジェネレータ
40:コントローラ
41:メモリ

Claims (8)

  1. 並列に接続された複数の蓄電素子をそれぞれ有し、直列に接続された複数の蓄電ブロックと、
    前記蓄電ブロックの温度及び前記蓄電素子の周辺温度を検出する温度センサと、
    前記周辺温度と前記蓄電ブロックの検出温度との温度差に応じた前記蓄電素子の温度変化量を用いて、前記各蓄電ブロックの状態を判別するコントローラと、を有し、
    前記各蓄電素子は、前記蓄電素子の内部における電流経路を遮断する電流遮断器を有しており、
    前記コントローラは、全ての蓄電素子の各電流遮断器が遮断状態にない前記蓄電ブロックの前記蓄電素子に流れる電流値に対し、前記電流遮断器が遮断状態にある前記蓄電素子に並列に接続される残りの前記蓄電素子に流れる電流値が前記電流遮断器の遮断数に応じて増加する関係に基づいて前記蓄電ブロックに流れる電流に応じた前記蓄電素子の第1温度変化量が、並列に接続される全ての蓄電素子の各電流遮断器が遮断状態にない前記蓄電ブロックに流れる電流に応じた前記蓄電素子の第2温度変化量と相違し、前記第1温度変化量が前記遮断数が1以上となる前記第2温度変化量に対する温度変化量の上昇率を有する場合、前記蓄電ブロックに含まれる蓄電素子の前記電流遮断器が遮断状態にあると検出することを特徴とする蓄電システム。
  2. 前記コントローラは、
    並列に接続される全ての蓄電素子の各電流遮断器が遮断状態にない前記蓄電ブロックに流れる電流値に応じた前記蓄電素子の温度変化量を予め規定した電流−温度変化マップから、電流センサによって検出される前記蓄電ブロックを流れる検出電流に対応する温度変化量を前記第2温度変化量として算出し、
    前記第1温度変化量と、前記電流−温度変化マップに基づく前記第2温度変化量を比較することを特徴とする請求項に記載の蓄電システム。
  3. 前記コントローラは、
    前記第1温度変化量に対応する第1蓄電ブロックとは異なる第2蓄電ブロックに流れる電流に応じた前記蓄電素子の温度変化量を、前記第2温度変化量として取得し、
    異なる前記蓄電ブロック間それぞれの各蓄電素子の温度変化量を比較することを特徴とする請求項に記載の蓄電システム。
  4. 前記コントローラは、
    前記蓄電ブロックに流れる電流に応じた前記蓄電素子の温度変化量を時系列で取得し、
    現在の温度変化量を前記第1温度変化量、過去の温度変化量を前記第2温度変化量として、同じ蓄電ブロックの前記蓄電素子の現在の温度変化量および過去の温度変化量を比較することを特徴とする請求項に記載の蓄電システム。
  5. 前記コントローラは、
    前記過去の温度変化量に対応する第1時刻における電流センサの第1検出電流及び前記過去の温度変化量を用いて、前記第1時刻の前記蓄電素子の第1内部抵抗を算出するとともに、前記現在の温度変化量に対応する前記第1時刻から一定時間経過した後の第2時刻における電流センサの第2検出電流及び前記現在の温度変化量を用いて、前記第2時刻の前記蓄電素子の第2内部抵抗を算出し、
    前記第1時刻および第2時刻での前記蓄電素子の各温度変化量に対する前記第1内部抵抗と第2内部抵抗とが相違する場合、前記蓄電ブロックに含まれる蓄電素子の前記電流遮断器が遮断状態にあると検出することを特徴とする請求項に記載の蓄電システム。
  6. 前記コントローラは、前記第1温度変化量と前記第2温度変化量との間の、前記第2温度変化量に対する前記第1温度変化量の上昇率を用いて、前記蓄電ブロックに含まれる前記電流遮断器が遮断状態にある蓄電素子の数を特定することを特徴とする請求項1からのいずれか1つに記載の蓄電システム。
  7. 前記電流遮断器は、溶断によって前記電流経路を遮断するヒューズ、温度上昇に伴う抵抗の上昇によって前記電流経路を遮断するPTC素子又は、前記蓄電素子の内圧が上昇することに応じて変形し、前記電流経路を遮断する電流遮断弁であることを特徴とする請求項1からのいずれか1つに記載の蓄電システム。
  8. 電流経路を遮断する電流遮断器を有する蓄電素子が複数並列に接続される蓄電ブロックを、複数直列に接続して構成された蓄電システムの前記蓄電ブロックの状態判別方法であって、
    前記蓄電ブロックの温度及び前記蓄電素子の周辺温度を温度センサで検出し、前記周辺温度と前記蓄電ブロックの検出温度との温度差に応じた前記蓄電素子の温度変化量を算出するとともに、
    全ての蓄電素子の各電流遮断器が遮断状態にない前記蓄電ブロックの前記蓄電素子に流れる電流値に対し、前記電流遮断器が遮断状態にある前記蓄電素子に並列に接続される残りの前記蓄電素子に流れる電流値が前記電流遮断器の遮断数に応じて増加する関係に基づいて、前記蓄電ブロックに流れる電流に応じた前記蓄電素子の第1温度変化量が、並列に接続される全ての蓄電素子の各電流遮断器が遮断状態にない前記蓄電ブロックに流れる電流に応じた前記蓄電素子の第2温度変化量と相違し、前記第1温度変化量が前記遮断数が1以上となる前記第2温度変化量に対する温度変化量の上昇率を有する場合、前記蓄電ブロックに含まれる蓄電素子の前記電流遮断器が遮断状態にあると検出することを特徴とする判別方法。
JP2011280476A 2011-12-21 2011-12-21 蓄電システム Expired - Fee Related JP5692047B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011280476A JP5692047B2 (ja) 2011-12-21 2011-12-21 蓄電システム

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011280476A JP5692047B2 (ja) 2011-12-21 2011-12-21 蓄電システム

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2013132142A JP2013132142A (ja) 2013-07-04
JP5692047B2 true JP5692047B2 (ja) 2015-04-01

Family

ID=48909310

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011280476A Expired - Fee Related JP5692047B2 (ja) 2011-12-21 2011-12-21 蓄電システム

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5692047B2 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102409424B1 (ko) 2017-08-29 2022-06-15 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 모듈 및 그 제조 방법

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IL59777A (en) * 1980-04-04 1983-05-15 Israel Aircraft Ind Ltd Temperature-regulated multiplebattery charging system
JP2996240B1 (ja) * 1998-10-16 1999-12-27 トヨタ自動車株式会社 時間変化率検査方法及び装置
JP4057193B2 (ja) * 1999-05-28 2008-03-05 松下電器産業株式会社 電池並列使用時の異常検出方法
JP4049959B2 (ja) * 1999-11-11 2008-02-20 本田技研工業株式会社 バッテリ充電方法
JP2009049005A (ja) * 2007-07-26 2009-03-05 Panasonic Corp 電池の内部短絡検知装置および方法、電池パック並びに電子機器システム
DE102009000676A1 (de) * 2009-02-06 2010-08-12 Robert Bosch Gmbh Traktionsbatterie mit erhöhter Zuverlässigkeit
CN102472802A (zh) * 2010-03-26 2012-05-23 松下电器产业株式会社 充电状态检测电路、电池电源装置以及电池信息监视装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP2013132142A (ja) 2013-07-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5811193B2 (ja) 蓄電システム
JP5682708B2 (ja) 蓄電システム
JP5962762B2 (ja) 蓄電システム
WO2015011534A2 (en) Control device and control method for electrical storage device
WO2013061358A1 (ja) 蓄電システム
JP2013145175A (ja) 電池システムおよび短絡検出方法
JP2016005304A (ja) 車両
JP5692040B2 (ja) 蓄電システム
WO2013176085A1 (ja) 電池状態判定方法、電池制御装置、及び電池パック
JP5626190B2 (ja) 蓄電システム
JP5626195B2 (ja) 蓄電システム
JP5472472B2 (ja) 蓄電システムおよび蓄電ブロックの状態を判別する方法
JP6017790B2 (ja) 蓄電システム
JP5949146B2 (ja) 電池状態判定方法、電池制御装置、及び電池パック
JP5928385B2 (ja) 蓄電システム
JP5692047B2 (ja) 蓄電システム
JP2014186007A (ja) 蓄電システム、制御装置及び異常検出方法
JP5737200B2 (ja) 蓄電システム
JP2015061505A (ja) 蓄電システム
JP5870907B2 (ja) 蓄電システム
JP2015109191A (ja) 蓄電システム
WO2013114467A1 (ja) 蓄電システム
JP5733238B2 (ja) 蓄電システム
JP5678879B2 (ja) 蓄電システムおよび異常判定方法
JP2014023278A (ja) 蓄電システム

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20140117

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20140926

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20141007

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20141201

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20150106

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20150119

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 5692047

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees