JP5692047B2 - 蓄電システム - Google Patents
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Description
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。
(式1)Q=(I/N)2×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)2×R×θ
となる。
(式3)ΔT´=(I/(N―x))2×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)。
(式4)ΔT´=(I/(N―x))2×R×θ=(N/(N−x))2×(I/N)2×R×θ
=(N/(N−x))2ΔT
(式5)ΔT´/ΔT=(N/(N−x))2
(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。
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。
(式8)
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。
(式9) R1=(N/I1)2×(ΔT1/θ)
(式10)R2=(N/I2)2×(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。
(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13)ΔT1=Q1×θ=(I1/N)2×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))2×R2×θ
となる。
(式15)ΔT2=(I2/(N−x))2×R2×θ
=(N/(N−x))2×(I2/I1)2×(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))2×(I2/I1)2×(R2/R1)倍となる。
(式16)ΔT2/ΔT1=(N/(N−x))2×(I2/I1)2×(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))2×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。
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)
- 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。 - 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1に記載の蓄電システム。 - 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1に記載の蓄電システム。 - 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1に記載の蓄電システム。 - 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4に記載の蓄電システム。 - 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5のいずれか1つに記載の蓄電システム。
- 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6のいずれか1つに記載の蓄電システム。
- 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。
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