JP6711238B2 - Battery pack disconnection detection system - Google Patents
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Description
本発明は、複数の電池セルが並列接続された電池パックの断線検知システムに関する。 The present invention relates to a disconnection detection system for a battery pack in which a plurality of battery cells are connected in parallel.
回転電機を駆動源とするハイブリッド車両や電気自動車には、電源である電池モジュール(バッテリモジュール)が搭載されている。電池モジュールは、直列接続された複数の電池パックから構成される場合がある。個々の電池パックは、例えば数十個単位の電池セル(単電池)が並列接続される。 A hybrid vehicle or an electric vehicle that uses a rotating electric machine as a drive source is equipped with a battery module (battery module) that is a power source. The battery module may be composed of a plurality of battery packs connected in series. For example, several tens of battery cells (unit cells) are connected in parallel to each battery pack.
例えば特許文献1では、電池パックの内部抵抗、つまり並列接続された電池セルの合成内部抵抗に基づいて、電池パックにおける断線の有無を検知している。なお、断線とは電池セルの電極が電池パック内の配線から外れた場合や電池セルの電極間が絶縁状態(非導通状態)となった場合が含まれる。 For example, in Patent Document 1, the presence or absence of disconnection in the battery pack is detected based on the internal resistance of the battery pack, that is, the combined internal resistance of the battery cells connected in parallel. The disconnection includes the case where the electrodes of the battery cells are disengaged from the wiring inside the battery pack and the case where the electrodes of the battery cells are in an insulated state (non-conductive state).
例えば3並列された電池セルの内部抵抗r1、r2、r3の合成抵抗R1は下記数式(1)のように表され、3並列された電池セルのうち一つが断線すると、その合成抵抗R2は下記数式(2)のように表される。 For example, the combined resistance R1 of the internal resistances r1, r2, and r3 of three parallel-connected battery cells is represented by the following formula (1), and when one of the three parallel-connected battery cells is broken, the combined resistance R2 is It is expressed as Equation (2).
両者の比R2/R1(内部抵抗変化率)は、下記数式(3)のように表される。 The ratio R2/R1 (rate of change in internal resistance) between the two is expressed by the following mathematical expression (3).
ここで仮に、全ての内部抵抗が等しい(r1=r2=r3=r)と仮定すると、数式(3)は下記数式(4)のようになる。 Here, assuming that all internal resistances are equal (r1=r2=r3=r), Equation (3) becomes Equation (4) below.
すなわち、内部抵抗変化率(増加率)は、当初電池セル数/(当初電池セル数−断線電池セル数)で表される。特許文献1では、電池パックの内部抵抗値が所定の閾値を超過した場合に、電池パック内に断線が生じたと判定される。 That is, the internal resistance change rate (increase rate) is represented by the initial battery cell number/(initial battery cell number-disconnected battery cell number). In Patent Document 1, when the internal resistance value of the battery pack exceeds a predetermined threshold value, it is determined that a disconnection has occurred in the battery pack.
ところで、電池パック内に並列接続される電池セルの数が多くなるにつれて、内部抵抗に基づく断線検知が困難となる。例えば電池セルが20個並列された場合、一つの電池セルが断線すると、内部抵抗の増加率は20/19≒1.05となり、5%程度の増加率に止まる。このような増加率は、内部抵抗の算出に伴う誤差等と同等またはそれ以下のオーダー(精度)となる場合があり、その結果、断線検知が困難となる。 By the way, as the number of battery cells connected in parallel in the battery pack increases, it becomes more difficult to detect disconnection based on the internal resistance. For example, when 20 battery cells are arranged in parallel, if one battery cell is disconnected, the increase rate of the internal resistance becomes 20/19≈1.05, which is only about 5%. Such an increase rate may be on the order (accuracy) equal to or less than the error associated with the calculation of the internal resistance, and as a result, it becomes difficult to detect the disconnection.
そこで本発明は、従来よりも信頼性の高い断線検知が可能な、電池パックの断線検知システムを提供することを目的とする。 Therefore, it is an object of the present invention to provide a battery pack disconnection detection system capable of more reliable disconnection detection than before.
本発明に係る電池パックの断線検知システムは、断線判定部、電流判定部、タイマー、及び放電時間判定部を備える。断線判定部は、複数の電池セルが並列接続された電池パックの内部抵抗に基づいて当該電池パックの断線有無を判定する。電流判定部は、前記電池パックの放電電流が所定の電流閾値以上となる大電流放電状態であるか否かを判定する。タイマーは、前記大電流放電状態の継続時間を計測する。放電時間判定部は、前記大電流放電状態の継続時間が所定の閾値時間以上となったときに、前記断線判定部に対して前記電池パックの断線有無判定の実行を許可する。 The disconnection detection system for a battery pack according to the present invention includes a disconnection determination unit, a current determination unit, a timer, and a discharge time determination unit. The disconnection determination unit determines the presence or absence of disconnection of the battery pack based on the internal resistance of the battery pack in which a plurality of battery cells are connected in parallel. The current determination unit determines whether or not the discharge current of the battery pack is in a large current discharge state in which the discharge current is equal to or higher than a predetermined current threshold value. The timer measures the duration of the large current discharge state. The discharge time determination unit permits the disconnection determination unit to perform the disconnection presence/absence determination of the battery pack when the duration of the high current discharge state is equal to or longer than a predetermined threshold time.
本発明によれば、大電流放電状態が長期間に亘って継続した場合に、電池パックの断線有無が判定される。大電流放電状態が長期間に亘って継続すると、個々の電池セル内の塩濃度分布が広がり、電池セル内にイオン導電率の低い低濃度領域(いわゆる塩枯れ領域)が生じる。その結果、個々の電池セルの内部抵抗が増加し、電池パックの無断線時と断線発生時との内部抵抗差が、低濃度領域の発生前と比較して大きく表れるようになる。その結果、従来よりも信頼性の高い断線検知が可能となる。 According to the present invention, the presence or absence of disconnection of the battery pack is determined when the high current discharge state continues for a long period of time. When the high-current discharge state continues for a long period of time, the salt concentration distribution in each battery cell spreads, and a low concentration region with low ionic conductivity (so-called salt-dead region) occurs in the battery cell. As a result, the internal resistance of each battery cell increases, and the internal resistance difference between when the battery pack is disconnected and when the disconnection occurs becomes larger than before the low-concentration region occurs. As a result, it becomes possible to detect the disconnection with higher reliability than before.
図1に、本実施形態に係る電池パックの断線検知システム及び当該システムが搭載された車両の構成を例示する。なお、図示を簡略化するために、図1では、本実施形態に係る断線検知システムとの関連性の低い構成については適宜図示を省略している。また、矢印線は信号線を表している。 FIG. 1 illustrates a configuration of a battery pack disconnection detection system according to the present embodiment and a vehicle equipped with the system. Note that, for simplification of the illustration, in FIG. 1, a configuration having a low relevance to the disconnection detection system according to the present embodiment is omitted as appropriate. The arrow lines represent signal lines.
図1に示す車両は、ハイブリッド車両、プラグインハイブリッド車両、及び電気自動車等の、回転電機を駆動源とする車両である。この車両では、電池モジュール10(メインバッテリ)から駆動源である回転電機MG1,MG2等の負荷に電力が供給される。具体的には、電池モジュール10から出力された直流電力は昇降圧DC/DCコンバータ12にて昇圧される。昇圧された直流電力はインバータ14にて直交変換される。変換後の交流電力は回転電機MG1,MG2の少なくとも一方に供給される。回転電機MG1,MG2から車輪16への動力伝達経路については既知であるのでここでは説明を省略する。 The vehicle shown in FIG. 1 is a vehicle that uses a rotating electric machine as a drive source, such as a hybrid vehicle, a plug-in hybrid vehicle, and an electric vehicle. In this vehicle, electric power is supplied from the battery module 10 (main battery) to the loads such as the rotary electric machines MG1 and MG2 that are drive sources. Specifically, the DC power output from the battery module 10 is boosted by the step-up/down DC/DC converter 12. The boosted DC power is orthogonally converted by the inverter 14. The converted AC power is supplied to at least one of the rotary electric machines MG1 and MG2. Since the power transmission path from the rotary electric machines MG1 and MG2 to the wheels 16 is known, the description thereof is omitted here.
ハイブリッド車両やプラグインハイブリッド車両では、車両の走行モードとして、回転電機MG2のみを駆動源とするEV走行モードと、回転電機MG2及び内燃機関17を駆動源とするHV走行モードが選択される。HV走行モードと比較して、EV走行モードでは電池モジュール10から回転電機MG2に大電流が供給される(大電流放電)。後述するように、EV走行モード実行時の大電流放電状態が長時間に亘り継続された場合に、電池パック33の断線有無が判定される。 In the hybrid vehicle and the plug-in hybrid vehicle, an EV traveling mode in which only the rotary electric machine MG2 is used as a drive source and an HV traveling mode in which the rotary electric machine MG2 and the internal combustion engine 17 are used as drive sources are selected as the traveling modes of the vehicle. Compared to the HV traveling mode, a large current is supplied from the battery module 10 to the rotary electric machine MG2 in the EV traveling mode (large current discharging). As will be described later, the presence or absence of disconnection of the battery pack 33 is determined when the large current discharge state during execution of the EV running mode is continued for a long time.
電池モジュール10と昇降圧DC/DCコンバータ12とを繋ぐ電路から分岐して、降圧DC/DCコンバータ18に接続される分岐電路が設けられる。電池モジュール10の高圧電力は降圧DC/DCコンバータ18により降圧されてサブバッテリ20、制御部22、電圧センサユニット24やその他の補機類に供給される。 A branch circuit is provided that branches from a circuit connecting the battery module 10 and the step-up/down DC/DC converter 12 and is connected to the step-down DC/DC converter 18. The high-voltage power of the battery module 10 is stepped down by the step-down DC/DC converter 18 and supplied to the sub-battery 20, the control unit 22, the voltage sensor unit 24, and other accessories.
電池モジュール10と昇降圧DC/DCコンバータ12及び降圧DC/DCコンバータ18との間にはシステムメインリレーSMRが設けられる。システムメインリレーSMRが接続状態となることで、回転電機MG1,MG2等の高電圧系の負荷や、制御部22や補機類等の低電圧系の負荷と、電池モジュール10とが接続状態となる。例えば図示しないスタートスイッチを運転者がオン操作することでシステムメインリレーSMRが遮断状態から接続状態に切り替わる。また、スタートスイッチを運転者がオフ操作することでシステムメインリレーSMRが接続状態から遮断状態に切り替わる。 A system main relay SMR is provided between the battery module 10 and the step-up/down DC/DC converter 12 and the step-down DC/DC converter 18. When the system main relay SMR is brought into the connected state, the high voltage system loads such as the rotary electric machines MG1 and MG2, the low voltage system loads such as the control unit 22 and auxiliary machines, and the battery module 10 are brought into the connected state. Become. For example, when the driver turns on a start switch (not shown), the system main relay SMR is switched from the disconnected state to the connected state. Further, when the driver turns off the start switch, the system main relay SMR is switched from the connected state to the disconnected state.
電池モジュール10は、二次電池の電池セル32が複数積層された積層体を含んで構成される。図1に示す例では、並列接続された複数の電池セル32からなる電池パック33が複数直列接続される。例えば一つの電池パック33当たり数十個の電池セル32が並列接続される。 The battery module 10 is configured to include a laminated body in which a plurality of secondary battery cells 32 are laminated. In the example shown in FIG. 1, a plurality of battery packs 33 including a plurality of battery cells 32 connected in parallel are connected in series. For example, several tens of battery cells 32 are connected in parallel per one battery pack 33.
電池セル32は例えばリチウムイオン電池から構成される。リチウムイオン電池の詳細な構成については既知であるのでここでは簡単に説明する。リチウムイオン電池はコバルト酸リチウム等の材料から構成される正極板、黒鉛等の材料から構成される負極板、及び両者を隔てる絶縁紙(セパレータ)を備える。正極板、絶縁紙、及び負極板を束ねた層は例えば捲回された状態で円筒形状の金属ケース内に収容される。さらに金属ケース内にリチウム塩の有機電解質が充填される。 The battery cell 32 is composed of, for example, a lithium ion battery. Since the detailed structure of the lithium-ion battery is known, it will be briefly described here. A lithium ion battery includes a positive electrode plate made of a material such as lithium cobalt oxide, a negative electrode plate made of a material such as graphite, and an insulating paper (separator) separating the two. The layer in which the positive electrode plate, the insulating paper, and the negative electrode plate are bundled is housed in a cylindrical metal case in a wound state, for example. Further, the metal case is filled with a lithium salt organic electrolyte.
図2には、リチウムイオン電池の電圧特性が例示されている。基本的にリチウムイオン電池は、通電電流とこれによる電圧降下(ΔV)の度合いがおおよそ比例関係となることが知られている。例えば相対的に大電流の実線(B)の電圧降下は、相対的に小電流の破線(A)の電圧降下はよりも大きくなる。 FIG. 2 illustrates the voltage characteristics of the lithium ion battery. Basically, it is known that in a lithium-ion battery, the energizing current and the degree of voltage drop (ΔV) due to the energizing current are approximately in a proportional relationship. For example, the voltage drop of the solid line (B) of relatively large current becomes larger than the voltage drop of the broken line (A) of relatively small current.
また、リチウムイオン電池では通電に伴って塩濃度分布が生じることが知られている。この塩濃度分布の広がりは通電電流に応じて変化する。例えば大電流放電が継続されると、これに伴って塩濃度分布が拡大される。一方、大電流放電の後に大電流充電が行われると、一旦広がった塩濃度分布は狭められる。 Further, it is known that in a lithium ion battery, a salt concentration distribution occurs with energization. The spread of this salt concentration distribution changes according to the applied current. For example, when the large current discharge is continued, the salt concentration distribution is expanded accordingly. On the other hand, when high-current charging is performed after high-current discharging, the once-widened salt concentration distribution is narrowed.
図3には塩濃度に応じたイオン導電率の変化が例示されている。このグラフに示されているように、低濃度側でイオン導電率が急激に減少する。塩濃度分布の広がりに伴い、電池セル32内に低濃度領域(いわゆる塩枯れ領域)が発生すると、当該領域のイオン導電率が低下することから、当該電池セル32の内部抵抗が増加する。これに伴い、図2の破線円で示すように実線(B)の電圧降下が急峻となる。 FIG. 3 illustrates the change in ionic conductivity according to the salt concentration. As shown in this graph, the ionic conductivity sharply decreases on the low concentration side. When a low-concentration region (so-called salt-depleted region) occurs in the battery cell 32 due to the spread of the salt concentration distribution, the ionic conductivity of the region decreases, so that the internal resistance of the battery cell 32 increases. Along with this, the voltage drop of the solid line (B) becomes steep as shown by the broken line circle in FIG.
後述するように本実施形態では、塩枯れ領域の発生に伴い電池セル32の内部抵抗が増加するとの特性に着目し、当該塩枯れ領域の発生時に電池パック33の断線有無を判定する。 As will be described later, in the present embodiment, attention is paid to the characteristic that the internal resistance of the battery cell 32 increases with the occurrence of the salt withdrawal region, and the presence or absence of disconnection of the battery pack 33 is determined when the salt withdrawal region occurs.
<断線検知システム>
本実施形態に係る断線検知システムは、電圧センサユニット24、電流センサ42、タイマー40、及び制御部22を備える。
<Disconnection detection system>
The disconnection detection system according to this embodiment includes a voltage sensor unit 24, a current sensor 42, a timer 40, and a control unit 22.
電圧センサユニット24は電池モジュール10のそれぞれの電池パック33の電圧(端子間電圧)を測定する。言い換えると、電池パック33内の並列接続された電池セル32の合成電圧を測定する。この電池パック33の電圧(CCV)と、予め検出した開回路電圧(OCV)との差が、内部抵抗による電圧降下となる。この内部抵抗は、並列接続された複数の電池セル32の合成内部抵抗となる。測定された各電池パック33の電圧は制御部22に送られる。 The voltage sensor unit 24 measures the voltage (voltage between terminals) of each battery pack 33 of the battery module 10. In other words, the combined voltage of the battery cells 32 connected in parallel in the battery pack 33 is measured. The difference between the voltage (CCV) of the battery pack 33 and the previously detected open circuit voltage (OCV) becomes the voltage drop due to the internal resistance. This internal resistance becomes a combined internal resistance of the plurality of battery cells 32 connected in parallel. The measured voltage of each battery pack 33 is sent to the control unit 22.
制御部22は、例えばコンピュータから構成され、演算回路であるCPU36、及び記憶部38を備える。制御部22は、主に電池モジュール10の管理を行ういわゆる電池ECUであってよい。記憶部38はSRAM等の揮発性メモリ及びROMやハードディスク等の不揮発性メモリを含んで構成される。記憶部38には後述する断線検知プロセスや断線判定許可フローを実行するためのプログラム等が記憶されている。 The control unit 22 is configured by a computer, for example, and includes a CPU 36 that is an arithmetic circuit and a storage unit 38. The control unit 22 may be a so-called battery ECU that mainly manages the battery module 10. The storage unit 38 includes a volatile memory such as SRAM and a non-volatile memory such as ROM and hard disk. The storage unit 38 stores a program for executing a disconnection detection process and a disconnection determination permission flow which will be described later.
また制御部22は、車両に搭載された各種センサから検出値を受信する。具体的には電流センサ42及び温度センサ44から、それぞれ電池モジュール10の電流値Ib及び温度Tbを受信する。また電圧センサユニット24から各電池パック33の電圧値Vbを受信する。 The control unit 22 also receives detection values from various sensors mounted on the vehicle. Specifically, the current value Ib and the temperature Tb of the battery module 10 are received from the current sensor 42 and the temperature sensor 44, respectively. Also, the voltage value Vb of each battery pack 33 is received from the voltage sensor unit 24.
制御部22の記憶部38に記憶された断線検知プロセスや断線判定許可フローのプログラムを実行することで、制御部22は、図4に示すような複数の機能部を備える。すなわち、制御部22は、電流判定部52、放電時間判定部54、及び断線判定部56を備える。 By executing the disconnection detection process and the disconnection determination permission flow program stored in the storage unit 38 of the control unit 22, the control unit 22 includes a plurality of functional units as illustrated in FIG. 4. That is, the control unit 22 includes a current determination unit 52, a discharge time determination unit 54, and a disconnection determination unit 56.
断線判定部56は、電池パック33の断線有無を判定する断線有無判定(断線判定)を実行する。断線判定部56は、電圧センサユニット24から取得した電池パック33の電圧Vb(=CCV)、電流センサ42から取得した電流値Ib、及び、予め車両休止時等に測定した電池パック33の開回路電圧(OCV)に応じて、断線判定を行う。 The disconnection determination unit 56 executes a disconnection presence/absence determination (disconnection determination) that determines whether or not the battery pack 33 is disconnected. The disconnection determination unit 56 uses the voltage Vb (=CCV) of the battery pack 33 acquired from the voltage sensor unit 24, the current value Ib acquired from the current sensor 42, and the open circuit of the battery pack 33 previously measured when the vehicle is stopped. The disconnection determination is performed according to the voltage (OCV).
具体的には、断線判定部56は、予め取得した電池パック33の開回路電圧(OCV)から現在時の電池パック33の電圧(CCV)を差し引いて内部抵抗に基づく電圧降下ΔVを求める。さらに断線判定部56は、電流センサ42から現在時の電流値Ibを取得して、電圧降下ΔVを電流値Ibで除することで、内部抵抗rを求める。求めた内部抵抗rが、予め定めた抵抗閾値以上である場合に、断線判定部56は電池パック33に断線有りと判定し、断線警告信号を出力する。例えば、車両内のディスプレイにディーラーでの点検を促すメッセージを表示させる。 Specifically, the disconnection determination unit 56 subtracts the current voltage (CCV) of the battery pack 33 from the previously obtained open circuit voltage (OCV) of the battery pack 33 to obtain the voltage drop ΔV based on the internal resistance. Further, the disconnection determination unit 56 obtains the current value Ib from the current sensor 42 and divides the voltage drop ΔV by the current value Ib to obtain the internal resistance r. When the calculated internal resistance r is equal to or higher than a predetermined resistance threshold, the disconnection determination unit 56 determines that the battery pack 33 has disconnection and outputs a disconnection warning signal. For example, a message urging the dealer to inspect is displayed on the display in the vehicle.
一般的に、電池パック33内でいずれかの電池セル32に断線が生じると、一個の電池セル32当たりの電流密度が増加して、電池パック33全体の内部抵抗が増加する。加えて上述したように、電池セル32に塩枯れ領域が発生すると、当該電池セル32の内部抵抗が増加する。塩枯れ領域の発生により個々の電池セル32の内部抵抗が増加することで、断線の無い正常時と断線発生時との電池パック33の内部抵抗差は、塩枯れ領域発生前の内部抵抗差よりも大きくなる。これを踏まえ、本実施形態に係る断線検知システムは、電池セル32に塩枯れ領域が発生したタイミングを狙って、断線の有無を判定している。 Generally, when a disconnection occurs in any of the battery cells 32 in the battery pack 33, the current density per one battery cell 32 increases and the internal resistance of the entire battery pack 33 increases. In addition, as described above, when the salt withdrawal region occurs in the battery cell 32, the internal resistance of the battery cell 32 increases. Since the internal resistance of each battery cell 32 increases due to the occurrence of the salt withdrawal region, the difference in the internal resistance of the battery pack 33 between when there is no disconnection and when the disconnection occurs is greater than the internal resistance difference before the salt withdrawal region occurs. Also grows. Based on this, the disconnection detection system according to the present embodiment determines the presence/absence of a disconnection, aiming at the timing when the salt withered region occurs in the battery cell 32.
<第1の断線判定許可フロー>
電流判定部52及び放電時間判定部54は、タイマー40と協働して、断線判定部56による断線判定の実行可否を判定する。図5には、断線判定の実行可否を判定するフロー(断線判定許可フロー)が例示されている。
<First disconnection determination permission flow>
The current determination unit 52 and the discharge time determination unit 54 cooperate with the timer 40 to determine whether the disconnection determination unit 56 can execute the disconnection determination. FIG. 5 exemplifies a flow for determining whether or not to execute the disconnection determination (disconnection determination permission flow).
車両内のスタートボタン(図示せず)がオン操作され、システムメインリレーSMRが遮断状態から導通状態に切り替わると、電池モジュール10と回転電機MG1,MG2等の負荷とが接続される。電流判定部52は、スタートボタンのオン操作に応じて図5のフローを起動させる。 When the start button (not shown) in the vehicle is turned on and the system main relay SMR is switched from the cut-off state to the conductive state, the battery module 10 and the loads of the rotary electric machines MG1, MG2, etc. are connected. The current determination unit 52 activates the flow of FIG. 5 according to the ON operation of the start button.
なお、図5のフロー起動時の放電時間tは初期値t=0に設定される。また、図5のフローはスタートボタンのオフ操作によって終了するものとする。 The discharge time t at the time of starting the flow of FIG. 5 is set to an initial value t=0. Further, the flow of FIG. 5 is terminated by turning off the start button.
電流判定部52は、車両の図示しない上位制御部からEV走行モードのオン/オフ指令を受信し、車両がEV走行モード実施中であるか否かを判定する(S10)。EV走行モードが実行されていない場合、放電時間tは0にリセットされる(S20)。なお、車両が電気自動車である場合はステップS10は省略される。 The current determination unit 52 receives an EV traveling mode on/off command from a host controller (not shown) of the vehicle and determines whether the vehicle is in the EV traveling mode implementation (S10). When the EV traveling mode is not executed, the discharge time t is reset to 0 (S20). If the vehicle is an electric vehicle, step S10 is omitted.
EV走行モードの実施中であるとき、電流判定部52は、電池パック33の通電状態が大電流放電状態であるか否かを判定する。すなわち電流判定部52は、電流センサ42から電池モジュール10の(したがって電池パック33の)電流Ibを取得して、これが所定の電流閾値Ib_th以上であるか否かを判定する(S12)。電流Ibが電流閾値Ib_th未満である場合は放電時間tは0にリセットされる(S20)。 When the EV traveling mode is being executed, the current determination unit 52 determines whether the energized state of the battery pack 33 is the large current discharge state. That is, the current determination unit 52 acquires the current Ib of the battery module 10 (hence the battery pack 33) from the current sensor 42 and determines whether or not the current Ib is greater than or equal to a predetermined current threshold Ib_th (S12). When the current Ib is less than the current threshold value Ib_th, the discharge time t is reset to 0 (S20).
電流Ibが電流閾値Ib_th以上である場合、電流判定部52は、大電流放電状態の継続時間(放電時間t)の計測を開始させるカウント指令をタイマー40に出力する。これにより放電時間tがカウントアップされる(S14)。 When the current Ib is greater than or equal to the current threshold Ib_th, the current determination unit 52 outputs to the timer 40 a count command to start measuring the duration of the large current discharge state (discharge time t). As a result, the discharge time t is counted up (S14).
次に、放電時間判定部54は、電池パック33にいわゆる塩枯れ領域が発生したか否かを判定する。すなわち、放電時間判定部54は、タイマー40がカウントした放電時間tが所定の閾値時間t_th以上となったか否かを判定する(S16)。放電時間tが閾値時間t_th未満である場合は、断線判定部56に対して、断線判定(断線有無判定)の実行を留保させる(S22)。例えば断線判定部56に対して、電圧センサユニット24及び電流センサ42からの計測値の取得を許可しない。 Next, the discharge time determination unit 54 determines whether or not a so-called salt-dead region has occurred in the battery pack 33. That is, the discharge time determination unit 54 determines whether the discharge time t counted by the timer 40 is equal to or longer than a predetermined threshold time t_th (S16). When the discharge time t is less than the threshold time t_th, the disconnection determination unit 56 is caused to suspend the execution of the disconnection determination (disconnection presence determination) (S22). For example, the disconnection determination unit 56 is not permitted to acquire measurement values from the voltage sensor unit 24 and the current sensor 42.
ステップS16にて放電時間tが閾値時間t_th以上である場合、放電時間判定部54は、断線判定部56に対して断線判定(断線有無判定)の実行を許可する(S18)。これを受けて断線判定部56は上述したように電池パック33の断線有無を判定する。 When the discharge time t is equal to or longer than the threshold time t_th in step S16, the discharge time determination unit 54 permits the disconnection determination unit 56 to perform the disconnection determination (disconnection presence determination) (S18). In response to this, the disconnection determination unit 56 determines whether or not the battery pack 33 is disconnected as described above.
<第2の断線判定許可フロー>
上述したように、塩濃度分布の広がり方は、通電電流の大きさに応じて変化する。具体的には大電流であるほど塩枯れ領域は早期に発生する。そこで、電流値と放電時間のペアを複数設定して、多段階的に断線判定の可否を決定してもよい。
<Second disconnection determination permission flow>
As described above, the way the salt concentration distribution spreads changes depending on the magnitude of the energizing current. Specifically, the salt withered region is generated earlier as the current is larger. Therefore, a plurality of pairs of current value and discharge time may be set to determine the possibility of disconnection determination in multiple stages.
図6には第2の断線判定許可フローを実行する、制御部22の機能ブロック図が例示されている。図4の機能ブロック図と比較して、タイマー40(第1タイマー)に加えて第2タイマー58が追加されている。 FIG. 6 illustrates a functional block diagram of the control unit 22 that executes the second disconnection determination permission flow. Compared with the functional block diagram of FIG. 4, a second timer 58 is added in addition to the timer 40 (first timer).
また、電流判定部52には、大電流放電の閾値として、第1電流閾値Ib_th1及び第2電流閾値Ib_th2が記憶されている。また放電時間判定部54には、第1閾値時間t_th1及び第2閾値時間t_th2が記憶されている。これら閾値の大小関係は、Ib_th1>Ib_th2であり、t_th1<t_th2である。 The current determination unit 52 also stores a first current threshold value Ib_th1 and a second current threshold value Ib_th2 as threshold values for large current discharge. Further, the discharge time determination unit 54 stores a first threshold time t_th1 and a second threshold time t_th2. The magnitude relationship between these thresholds is Ib_th1>Ib_th2 and t_th1<t_th2.
図7には第2の断線判定許可フローが例示されている。図5のフローと同様に、車両内のスタートボタン(図示せず)がオン操作されると図7のフローが起動される。なお、フロー起動時の放電時間tは初期値t=0に設定される。また、図7のフローはスタートボタンのオフ操作によって終了するものとする。 FIG. 7 illustrates the second disconnection determination permission flow. Similar to the flow of FIG. 5, when the start button (not shown) in the vehicle is turned on, the flow of FIG. 7 is activated. The discharge time t at the start of the flow is set to the initial value t=0. The flow of FIG. 7 is terminated by turning off the start button.
電流判定部52は、車両の図示しない上位制御部からEV走行モードのオン/オフ指令を受信し、車両がEV走行モード実施中であるか否かを判定する(S30)。EV走行モードが実行されていない場合、大電流放電状態の継続時間である第1放電時間t1及び第2放電時間t2は0にリセットされる(S52,S54)。さらに断線判定(断線有無判定)の実行が留保される(S50)。なお、車両が電気自動車である場合はステップS30は省略される。 The current determination unit 52 receives an ON/OFF command for the EV traveling mode from a host controller (not shown) of the vehicle and determines whether the vehicle is in the EV traveling mode implementation (S30). When the EV traveling mode is not executed, the first discharge time t1 and the second discharge time t2, which are the durations of the large current discharge state, are reset to 0 (S52, S54). Further, the execution of the disconnection determination (determination of presence or absence of disconnection) is suspended (S50). If the vehicle is an electric vehicle, step S30 is omitted.
EV走行モードの実施中であるとき、電流判定部52は、電流センサ42から電池モジュール10の電流Ibを取得して、これが第1電流閾値Ib_th1以上であるか否かを判定する(S32)。 When the EV traveling mode is being performed, the current determination unit 52 acquires the current Ib of the battery module 10 from the current sensor 42 and determines whether or not the current Ib is the first current threshold value Ib_th1 or more (S32).
電流Ibが第1電流閾値Ib_th1以上である場合、電流判定部52は、大電流放電状態の継続時間の計測を開始させるカウント指令をタイマー40(第1タイマー)に出力する。これにより放電時間t1がカウントアップされる(S34)。 When the current Ib is equal to or greater than the first current threshold value Ib_th1, the current determination unit 52 outputs a count command to start measuring the duration of the large current discharge state to the timer 40 (first timer). As a result, the discharge time t1 is counted up (S34).
放電時間判定部54は、タイマー40がカウントした放電時間t1が第1閾値時間t_th1以上となったか否かを判定する(S36)。放電時間t1が第1閾値時間t_th1未満である場合は、断線判定部56に対して、断線判定(断線有無判定)の実行を留保させる(S50)。放電時間t1が第1閾値時間t_th1以上である場合、放電時間判定部54は、断線判定部56に対して断線判定の実行を許可する(S38)。 The discharge time determination unit 54 determines whether the discharge time t1 counted by the timer 40 is equal to or longer than the first threshold time t_th1 (S36). If the discharge time t1 is less than the first threshold time t_th1, the disconnection determination unit 56 is made to suspend the execution of the disconnection determination (disconnection presence determination) (S50). When the discharge time t1 is the first threshold time t_th1 or more, the discharge time determination unit 54 permits the disconnection determination unit 56 to execute the disconnection determination (S38).
ステップS32に戻り、電流Ibが第1電流閾値Ib_th1未満である場合、タイマー40のカウントt1が0にリセットされる(S40)さらに電流判定部52は、電流Ibが第2電流閾値Ib_th2以上であるか否かを判定する(S42)。電流Ibが第2電流閾値Ib_th2未満である場合、第2タイマー58のカウントt2が0にリセットされる(S48)。さらに断線判定の実行が留保される(S50)。 Returning to step S32, when the current Ib is less than the first current threshold value Ib_th1, the count t1 of the timer 40 is reset to 0 (S40). Further, the current determination unit 52 causes the current Ib to be the second current threshold value Ib_th2 or more. It is determined whether or not (S42). When the current Ib is less than the second current threshold value Ib_th2, the count t2 of the second timer 58 is reset to 0 (S48). Further, the execution of the disconnection determination is suspended (S50).
ステップS42にて電流Ibが第2電流閾値Ib_th2以上である場合、電流判定部52は、大電流放電状態の継続時間の計測を開始させるカウント指令を第2タイマー58に出力する。これにより放電時間t2がカウントアップされる(S44)。 When the current Ib is greater than or equal to the second current threshold value Ib_th2 in step S42, the current determination unit 52 outputs to the second timer 58 a count command to start measuring the duration of the large current discharge state. As a result, the discharge time t2 is counted up (S44).
放電時間判定部54は、第2タイマー58がカウントした放電時間t2が第2閾値時間t_th2以上となったか否かを判定する(S46)。放電時間t2が第2閾値時間t_th2未満である場合、断線判定の実行が留保される(S50)。放電時間t2が第2閾値時間t_th2以上である場合、放電時間判定部54は、断線判定部56に対して断線判定の実行を許可する(S38)。 The discharge time determination unit 54 determines whether the discharge time t2 counted by the second timer 58 is equal to or greater than the second threshold time t_th2 (S46). If the discharge time t2 is less than the second threshold time t_th2, the execution of the disconnection determination is suspended (S50). When the discharge time t2 is equal to or longer than the second threshold time t_th2, the discharge time determination unit 54 permits the disconnection determination unit 56 to execute the disconnection determination (S38).
<第3の断線判定許可フロー>
図5、図7のフローでは、放電時間の計測中に一度でも電流Ibが電流閾値(Ib_th,Ib_th1,Ib_th2)を下回れば断線判定の実行が留保される。断線判定の実行機会を増やすために、電流Ibの代わりに積算電流ΣIbをもとに、断線判定の実行可否を判定してもよい。
<Third disconnection determination permission flow>
In the flows of FIGS. 5 and 7, if the current Ib falls below the current threshold value (Ib_th, Ib_th1, Ib_th2) even once during the discharge time measurement, the execution of the disconnection determination is suspended. In order to increase the chances of executing the disconnection determination, whether or not to execute the disconnection determination may be determined based on the integrated current ΣIb instead of the current Ib.
図8には、第3の断線判定許可フローを実行する制御部22の機能ブロック図が例示されている。図4の機能ブロック図と比較して、電流判定部52の前段に電流積算部60が設けられる。加えて、第3タイマー62及び第4タイマー64が設けられる。 FIG. 8 illustrates a functional block diagram of the control unit 22 that executes the third disconnection determination permission flow. Compared to the functional block diagram of FIG. 4, a current accumulating unit 60 is provided in the previous stage of the current determining unit 52. In addition, a third timer 62 and a fourth timer 64 are provided.
図9には第3の断線判定許可フローが例示されている。車両内のスタートボタン(図示せず)がオン操作に応じて図9のフローが起動される。フロー起動時の放電時間t、電流積算時間t_ΣIb、及び電流積算値ΣIbは初期値0に設定される。また、図9のフローはスタートボタンのオフ操作によって終了するものとする。 FIG. 9 illustrates the third disconnection determination permission flow. The flow in FIG. 9 is activated in response to an operation of turning on a start button (not shown) in the vehicle. The discharge time t at the time of starting the flow, the current integration time t_ΣIb, and the current integration value ΣIb are set to the initial value 0. Further, the flow of FIG. 9 is terminated by turning off the start button.
電流積算部60は、車両がEV走行モード実施中であるか否かを判定する(S60)。EV走行モードが実行されていない場合、放電時間t、電流積算時間t_ΣIb、及び電流積算値ΣIbはいずれも0にリセットされる(S80,S82,S84)。さらに断線判定(断線有無判定)の実行が留保される(S86)。なお、車両が電気自動車である場合、ステップS60は省略される。 The current integration unit 60 determines whether the vehicle is in the EV traveling mode (S60). When the EV traveling mode is not executed, the discharge time t, the current integration time t_ΣIb, and the current integration value ΣIb are all reset to 0 (S80, S82, S84). Further, the execution of disconnection determination (disconnection presence/absence determination) is suspended (S86). If the vehicle is an electric vehicle, step S60 is omitted.
ステップS60にてEV走行モードの実施中であるとき、電流積算部60は、電流積算時間t_ΣIbのカウントを開始させるカウント指令を第3タイマー62に出力する。これにより電流積算時間t_ΣIbがカウントアップされる(S62)。また、電流積算部60は電流積算値ΣIbの前回値に現在時の電流Ibを加える(S64)。 When the EV traveling mode is being executed in step S60, the current integration unit 60 outputs a count command to start counting the current integration time t_ΣIb to the third timer 62. As a result, the current integration time t_ΣIb is counted up (S62). Further, the current integration unit 60 adds the current current Ib to the previous value of the current integration value ΣIb (S64).
電流判定部52は第3タイマー62による電流積算時間t_ΣIbが所定の閾値時間t_ΣIb_th以上となったか否かを判定する(S66)。電流積算時間t_ΣIbが閾値時間t_ΣIb_thに到達していない場合、断線判定の実行が留保される(S86)。 The current determination unit 52 determines whether the current integration time t_ΣIb by the third timer 62 is equal to or longer than the predetermined threshold time t_ΣIb_th (S66). When the current integration time t_ΣIb has not reached the threshold time t_ΣIb_th, the execution of the disconnection determination is suspended (S86).
電流積算時間t_ΣIbが閾値時間t_ΣIb_th以上である場合、電流判定部52は電流積算値ΣIbが所定の積算電流閾値ΣIb_th以上であるか否かを判定する(S68)。電流積算値ΣIbが積算電流閾値ΣIb_th未満である場合、放電時間tが0にリセットされ(S88)、ステップS72に進む。 When the integrated current time t_ΣIb is equal to or longer than the threshold time t_ΣIb_th, the current determination unit 52 determines whether or not the integrated current value ΣIb is equal to or larger than a predetermined integrated current threshold ΣIb_th (S68). When the integrated current value ΣIb is less than the integrated current threshold value ΣIb_th, the discharge time t is reset to 0 (S88), and the process proceeds to step S72.
電流積算値ΣIbが積算電流閾値ΣIb_th以上である場合、電流判定部52は第4タイマー64に放電時間tのカウントを開始させるカウント指令を出力する。これにより、大電流放電状態の継続時間である放電時間tがカウントアップされる(S70)その後、電流積算時間t_ΣIb及び電流積算値ΣIbが0にリセットされる(S72,S74)。 When the integrated current value ΣIb is greater than or equal to the integrated current threshold value ΣIb_th, the current determination unit 52 outputs a count command to the fourth timer 64 to start counting the discharge time t. As a result, the discharge time t, which is the duration of the large current discharge state, is counted up (S70), and then the current integration time t_ΣIb and the current integration value ΣIb are reset to 0 (S72, S74).
放電時間判定部54は、第4タイマー64がカウントする放電時間tが閾値時間t_th以上であるか否かを判定する(S76)。放電時間tが閾値時間t_th未満である場合、断線判定(断線有無判定)の実行が留保される(S86)。放電時間tが閾値時間t_th以上である場合、断線判定の実行が許可される(S78)。 The discharge time determination unit 54 determines whether the discharge time t counted by the fourth timer 64 is the threshold time t_th or more (S76). If the discharge time t is less than the threshold time t_th, the execution of the disconnection determination (disconnection presence determination) is suspended (S86). If the discharge time t is equal to or longer than the threshold time t_th, execution of the disconnection determination is permitted (S78).
このように第3の断線判定許可フローでは、電流値Ibの代わりに電流積算値ΣIbを用いている。これにより、図10に示すように、電流積算時間t_ΣIb中に電流値Ibが、第1の断線判定許可フローにて設定されていた電流閾値Ib_thを下回っても、閾値時間t_ΣIb_th到達時の電流積算値ΣIbが積算電流閾値ΣIb_th以上であれば、放電時間tはリセットされない。その結果、断線判定の実行機会をより多く得ることができる。 As described above, in the third disconnection determination permission flow, the integrated current value ΣIb is used instead of the current value Ib. As a result, as shown in FIG. 10, even if the current value Ib falls below the current threshold value Ib_th set in the first disconnection determination permission flow during the current integration time t_ΣIb, the current integration when the threshold time t_ΣIb_th is reached. If the value ΣIb is greater than or equal to the integrated current threshold value ΣIb_th, the discharge time t is not reset. As a result, it is possible to obtain more opportunities to execute the disconnection determination.
10 電池モジュール、22 制御部、24 電圧センサユニット、32 電池セル、33 電池パック、40 タイマー(第1タイマー)、42 電流センサ、52 電流判定部、54 放電時間判定部、56 断線判定部、58 第2タイマー、60 電流積算部、62 第3タイマー、64 第4タイマー。 10 battery module, 22 control unit, 24 voltage sensor unit, 32 battery cell, 33 battery pack, 40 timer (first timer), 42 current sensor, 52 current determination unit, 54 discharge time determination unit, 56 disconnection determination unit, 58 2nd timer, 60 electric current integration part, 62 3rd timer, 64 4th timer.
Claims (1)
前記電池パックの放電電流が所定の電流閾値以上となる大電流放電状態であるか否かを判定する電流判定部と、
前記大電流放電状態の継続時間を計測するタイマーと、
前記大電流放電状態の継続時間が所定の閾値時間以上となったときに、前記断線判定部に対して前記電池パックの断線有無判定の実行を許可する放電時間判定部と、
を備えることを特徴とする、電池パックの断線検知システム。
A disconnection determination unit that determines the presence or absence of disconnection of the battery pack based on the internal resistance of the battery pack in which a plurality of battery cells are connected in parallel,
A current determination unit that determines whether or not the discharge current of the battery pack is in a high current discharge state that is equal to or greater than a predetermined current threshold value,
A timer for measuring the duration of the high current discharge state,
When the duration of the high-current discharge state is equal to or more than a predetermined threshold time, a discharge time determination unit that permits the disconnection determination unit to perform disconnection presence/absence determination of the battery pack,
A disconnection detection system for a battery pack, comprising:
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