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CN112470326B - 管理装置以及电源系统 - Google Patents

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CN112470326B
CN112470326B CN201980048848.2A CN201980048848A CN112470326B CN 112470326 B CN112470326 B CN 112470326B CN 201980048848 A CN201980048848 A CN 201980048848A CN 112470326 B CN112470326 B CN 112470326B
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Abstract

控制部执行均等化处理以及单元异常判定处理，所述均等化处理将多个单元间的容量均等化，所述单元异常判定处理在第1时刻和第2时刻分别计算多个单元的检测电压之中、基于作为比较对象的至少一个单元的检测电压的代表电压与作为检测对象的一个单元的检测电压的电压差，在两个的电压差的差分为阈值以上时，将检测对象的单元判定为异常。控制部在均等化处理中执行单元异常判定处理的情况下，对均等化处理的对象单元的检测电压赋予基于从第1时刻至第2时刻的期间的均等化处理所导致的所述对象单元的能量移动的电压变化量所对应的补偿值之后，计算第2时刻的电压差。

Description

管理装置以及电源系统
技术领域
本发明涉及用于对蓄电模块中包含的多个单元进行管理的管理装置以及电源系统。
背景技术
近年来，锂离子电池、镍氢电池等的二次电池在各种用途被使用。例如，被用于以向EV(Electric Vehicle)、HEV(Hybrid Electric Vehicle)、PHV(Plug-in HybridVehicle)的行驶用马达提供电力为目的的车载(包含电动自行车)用途、以峰值移位、备份为目的的蓄电用途、以系统的频率稳定化为目的的FR(Frequency Regulaion)用途等。
一般地，在锂离子电池中，从电力效率的维持以及安全性担保的观点出发，执行在串联连接的多个单元间将容量均等化的均等化处理。作为均等化处理的方式，无源方式是主流。无源方式在串联连接的多个单元分别连接放电电阻，对其他单元进行放电以使得电压最低的单元的电压与其他单元的电压一致。
然而，在锂离子电池等的二次电池中，由于隔板的偏移所导致的正极与负极的接触、异物向电池内的混入所导致的导电路的产生等，可能导致在电池内产生微小短路。微小短路成为过热的原因，由于异物的朝向的变化等，也可能从微小短路的状态移至完全短路的状态。
作为微小短路的检测方法，存在如下方法：在组电池内的全部单元的平均电压与各单元的电压的电压差持续扩大时，将对象的单元判定为异常。但是，均等化处理中，由于单元的放电，上述电压差的扩大被妨碍。根据均等化处理中的放电电流的大小，可能基于微小短路的上述电压差的扩大被全部抵消，不能检测微小短路。
难以区分基于均等化处理所导致的能量移动的单元电压的下降、和基于微小短路的单元电压的下降，一般在均等化处理中使微小短路的检测处理停止。
对此，提出了如下方法：在检测单元的异常的检测装置的停歇期间的前后，容量调整(均等化)时间的变化量大于表示微小短路的阈值的情况下，判定为产生微小短路。即，在检测装置停歇的期间，不能累计充放电电流，不能检测在停歇期间中产生的单元的异常，因此根据停歇前后的容量调整时间的变化量是否超过阈值来判定异常(例如，参照专利文献1)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：JP特开2013-117410号公报
发明内容
-发明要解决的课题-
但是，由于利用基于均等化处理的容量调整时间，因此实施异常判定的定时被限定在均等化处理后，异常判定的定时延迟。因此，从单元的异常产生到异常的检测需要时间。此外，为了检测停歇期间中的微小短路需要专用的运算处理，通过与非停歇期间的判定不同的工序来判定异常。参数、运算量变多并复杂化。
本发明鉴于这种状况而作出，其目的在于，提供一种能够与是否均等化处理中无关地以共用的判定基准高精度地判定单元的异常的技术。
-解决课题的手段-
为了解决上述课题，作为本发明的某个方式的特征的管理装置具备：电压检测部，对被串联连接的多个单元的各自的电压进行检测；和控制部，执行：(1)均等化处理，基于所述多个单元的检测电压，将所述多个单元间的容量均等化；以及(2)单元异常判定处理，在第1时刻和第2时刻分别计算所述多个单元的检测电压之中、基于作为比较对象的至少一个单元的检测电压的代表电压与作为检测对象的一个单元的检测电压的电压差，在两个电压差的差分为阈值以上时，将所述检测对象的单元判定为异常。所述控制部在所述均等化处理中执行所述单元异常判定处理的情况下，对所述均等化处理的对象单元的检测电压赋予基于从所述第1时刻至所述第2时刻的期间的所述均等化处理所导致的所述对象单元的能量移动的电压变化量所对应的补偿值之后，计算所述第2时刻的所述电压差。
-发明效果-
根据本发明，能够与是否均等化处理中无关地，以共用的判定基准高精度地判定单元的异常。
附图说明
图1是用于对本发明的实施方式所涉及的电源系统进行说明的图。
图2的(a)-(b)是对正常单元和微小短路单元进行比较的图。
图3是表示基于本发明的实施方式所涉及的管理装置的、微小短路的检测方法的第1参考例的流程图。
图4是表示基于本发明的实施方式所涉及的管理装置的、微小短路的检测方法的第2参考例的流程图。
图5的(a)、(b)是表示均等化处理与微小短路的检测处理竞争的情况下的第1例的图。
图6的(a)、(b)是表示均等化处理与微小短路的检测处理竞争的情况下的第2例的图。
图7是详细表示图5的(b)的图。
图8是详细表示图6的(b)的图。
图9是用于对根据SOC-OCV曲线、第1单元的检测电压V3以及移动能量Qt来求取补偿值VΔt的处理进行说明的图。
图10是表示基于本发明的实施方式所涉及的管理装置的、微小短路的检测方法的第1实施例的流程图。
图11是表示基于本发明的实施方式所涉及的管理装置的、微小短路的检测方法的第2实施例的流程图。
图12是表示SOH＝80％的SOC-OCV曲线和SOH＝100％的SOC-OCV曲线的一个例子的图。
图13是改变图12的一次直线的位置的图。
图14是表示基于本发明的实施方式所涉及的管理装置的、微小短路的检测方法的第3实施例的流程图。
具体实施方式
图1是用于对本发明的实施方式所涉及的电源系统1进行说明的图。电源系统1例如作为车辆的驱动用电池而被搭载使用于车辆。电源系统1具备蓄电模块M1以及管理装置10。蓄电模块M1包含被串联连接的多个单元C1-C20。在图1中，描绘了20个单元C1-C20被串联连接而形成一个蓄电模块的例子。对于单元(Cell)，能够使用锂离子电池单元、镍氢电池单元、铅电池单元、双电层电容器单元、锂离子电容器单元等。以下，在本说明书中，假定使用锂离子电池单元(标称电压：3.6-3.7V)的例子。
管理装置10具备：放电部11、电压检测部12、温度检测部13、电流检测部14以及控制部15。放电部11包含多个放电开关S1-S20以及多个放电电阻R1-R20。对各单元C1-C20分别并联连接放电电路。具体而言，在第1单元C1的两端串联连接第1放电开关S1和第1放电电阻R1，在第2单元C2的两端串联连接第2放电开关S2和第2放电电阻R2，在第3单元C3的两端串联连接第3放电开关S3和第3放电电阻R3，···，在第19单元C19的两端串联连接第19放电开关(未图示)和第19放电电阻(未图示)，以及在第20单元C20的两端连接第20放电开关S20和第20放电电阻R20。
电压检测部12通过多个电压线而与被串联连接的多个单元C1-C20的各节点连接，通过分别检测相邻的两根电压线间的电压，来检测各单元C1-C20的电压。电压检测部12将检测出的各单元C1-C20的电压发送给控制部15。
电压检测部12相对于控制部15为高压，因此电压检测部12与控制部15之间在被绝缘的状态下，通过通信线来连接。电压检测部12能够包含ASIC(Application SpecificIntegrated Circuit)或者通用的模拟前端IC。电压检测部12包含多工器以及A/D转换器。多工器从上方起依次将相邻的两根电压线间的电压输出给A/D转换器。A/D转换器将从多工器输入的模拟电压转换为数字值。
温度检测部13包含分压电阻以及A/D转换器。A/D转换器将分别被多个温度传感器T1、T2(例如，热敏电阻)和多个分压电阻分压的多个模拟电压依次转换为数字值并输出给控制部15。控制部15基于该数字值来推断多个单元C1-C20的温度。例如控制部15基于通过最接近于各单元C1-C20的温度传感器而检测的值来推断各单元C1-C20的温度。
电流检测部14包含差动放大器以及A/D转换器。差动放大器将分流电阻Rs的两端电压放大并输出给A/D转换器。A/D转换器将从差动放大器输入的电压转换为数字值并输出给控制部15。控制部15基于该数字值来推断流过多个单元C1-C20的电流。另外，也可以取代分流电阻Rs而使用霍尔元件。
另外，在控制部15内搭载A/D转换器，在控制部15设置模拟输入端口的情况下，温度检测部13以及电流检测部14也可以将模拟电压输出给控制部15，通过控制部15内的A/D转换器来转换为数字值。
控制部15基于通过电压检测部12、温度检测部13以及电流检测部14而检测的多个单元C1-C20的电压、温度以及电流来管理多个单元C1-C20的状态。
控制部15能够包含微型计算机以及非易失性存储器(例如，EEPROM、闪存)。在非易失性存储器内，保持SOC-OCV(Open Circuit Voltage：开路电压)图 15a。SOC-OCV图 15a中，记述多个单元C1-C20的SOC-OCV曲线的特性数据。
控制部15基于多个单元C1-C20的电压、电流以及温度，推断多个单元C1-C20的SOC(荷电状态)以及SOH(健康状态)。SOC例如能够通过OCV法或者电流累计法来进行推断。OCV法是基于被检测的单元的OCV、非易失性存储器内保持的SOC-OCV曲线的特性数据来推断SOC的方法。电流累计法是基于被检测的单元的充放电开始时的OCV和被检测的电流的累计值来推断SOC的方法。
SOH以当前的满充电容量相对于初始的满充电容量的比率而规定，数值越低(越接近于0％)越表示劣化进行。二次电池的劣化能够通过保存劣化与循环劣化之和来近似。
保存劣化是与是否为充放电中无关地，根据二次电池的各时刻处的温度、各时刻处的SOC来随时间进行的劣化。各时刻处的SOC越高(越接近于100％)，或者各时刻处的温度越高，保存劣化速度越增加。
循环劣化是随着充放电的次数增加而进行的劣化。循环劣化取决于使用SOC范围、温度、电流率。使用SOC范围越宽，温度越高，或者电流率越高，循环劣化速度越增加。这样，二次电池的劣化较大取决于使用环境，随着使用期间变长，多个单元C1-C20的容量的偏差变大。
控制部15基于从电压检测部12接收的多个单元C1-C20的电压，执行多个单元C1-C20间的均等化处理。在一般的无源单元平衡方式中，将多个单元C1-C20之内的其他单元放电，直到容量最少的单元的容量(以下，称为目标值)。另外，目标值也可以通过实际容量、SOC、OCV的任意来规定。在通过OCV来规定的情况下，OCV最低的单元的OCV为目标值。另外，目标值也可以通过可放电量或者可充电量来规定。
控制部15将多个单元C1-C20之内容量最少的单元的检测值设为目标值，分别计算该目标值和其他多个单元的检测值的差分。控制部15基于计算出的各个差分，分别计算该其他多个单元的放电量。控制部15基于计算出的各个放电量来分别计算该其他多个单元的放电时间。控制部15生成包含多个单元C1-C20的放电时间的均等化处理的控制信号，发送给电压检测部12。电压检测部12内的开关控制电路(未图示)基于从控制部15接收的控制信号，将多个放电开关S1-S20以分别被指定的时间控制为接通状态。
在多个单元C1-C20的任意中可能产生微小短路。微小短路成为过热等不安全现象的原因，因此需要在达到不安全现象之前进行检测。
图2的(a)-(b)是对正常单元与微小短路单元进行比较的图。如图2的(a)所示，正常单元Cn通过电动势E1和内部电阻Ri来决定端子电压。另一方面，如图2的(b)所示，微小短路单元Cn在内部形成微小短路路径Ps，微小短路路径Ps中也流过电流。因此，在微小短路单元Cn中，除了基于内部电阻Ri的自己放电，也产生基于微小短路路径Ps的放电。因此，微小短路单元Cn的电压下降比正常单元Cn的电压下降大。
图3是表示基于本发明的实施方式所涉及的管理装置10的、微小短路的检测方法的第1参考例的流程图。电压检测部12对被串联连接的n个单元的电压进行检测并发送给控制部15(S10)。若经过规定的判定周期(例如，10分钟)(S11的是)，则控制部15计算n个单元的检测电压之内的除最大电压和最小电压以外的(n-2)个单元的平均电压(S12)。控制部15对计算出的平均电压与检测对象的一个单元(以下，称为对象单元)的检测电压的电压差进行计算(S13)。
控制部15对本次计算出的当前的电压差与Δt时间(例如，一小时)之前计算的电压差的差分电压ΔV进行计算(S14)。控制部15对计算出的差分电压ΔV与判定阈值进行比较(S15)。判定阈值基于假定的微小短路路径Ps的电阻值和Δt时间而被决定。例如，在将微小短路路径Ps的电阻值假定为100Ω、将Δt时间设定为一小时的情况下，在产生微小短路的锂离子电池单元中，一小时产生4mV左右的电压下降。该情况下，上述判定阈值被设定为4mV。
在计算出的差分电压ΔV为判定阈值以上的情况下(S15的是)，控制部15判定为在对象单元产生微小短路(S16)。在计算出的差分电压ΔV小于判定阈值的情况下(S15的否)，控制部15判定为在对象单元未产生微小短路。以上的处理以蓄电模块M1中包含的全部单元为对象，在电源系统1的运转中(S17的否)被反复执行。
图4是表示基于本发明的实施方式所涉及的管理装置10的、微小短路的检测方法的第2参考例的流程图。到步骤S15为止的处理与图3所示的第1参考例相同，因此省略说明。在步骤S15中计算出的差分电压ΔV为判定阈值以上的情况下(S15的是)，控制部15将变量a加1(S151)。另外，变量a的初始值为0。控制部15基于变量a的值，在过去x(例如，40)次的比较判定中，确定差分电压ΔV为判定阈值以上的次数N(S152)。
在次数N是设定值(例如，30)以上的情况下(S153的是)，控制部15判定为在对象单元产生微小短路(S16)。在次数N小于设定值的情况下(S153的否)，控制部15判定为在对象单元未产生微小短路。通过对上述x的值与上述设定值的值进行调整，能够对微小短路的检测所花费的时间与判定精度的平衡进行调整。两者的关系处于权衡关系，越增大上述x的值，检测所花费的时间越长，判定精度提高。另外，图3所示的第1例为检测所花费的时间最短的例子。
以上的处理以蓄电模块M1中包含的全部单元为对象，在电源系统1的运转中(S17的否)，被反复执行。另外，在图3、图4所示的处理中，对象单元也可以包含计算平均电压的基础数据。此外，从n个单元的检测电压将最大电压和最小电压分别去除了一个，但去除的数量也可以各两个，也可以是0。即，也可以根据n个单元的检测电压直接计算平均电压。此外，也可以取代计算多个检测电压的平均值，而计算多个检测电压的中央值。
以上说明的微小短路的检测方法存在均等化处理中、难以进行基于均等化放电的电压下降和基于微小短路的电压下降的区分的课题。与此相对地，以下说明即使在均等化处理中也能够高精度地检测微小短路的方法。
图5的(a)、(b)表示均等化处理与微小短路的检测处理竞争的情况下的第1例的图。在图5(a)、(b)中，为了将说明简化，假定正常的第1单元与产生微小短路的第2单元这两个单元被串联连接的蓄电模块。另外，正常的第1单元也可以考虑为将作为上述平均电压的计算的基础的多个单元统一的单元。
图5的(a)表示比较例所涉及的第1单元和第2单元的电压推移、第1单元和第2单元的电压差的推移。第1单元是正常的单元，第2单元是产生微小短路的单元。第1单元是电压比第2单元高的状态。由于第2单元产生微小短路，因此随着时间经过而电压降低。正常的第1单元仅在均等化处理的期间电压降低，在通常的期间电压不变化。由于第2单元的电压降低，第1单元与第2单元的电压差扩大，但在第1单元的均等化处理中，电压差缩小。该均等化处理中的电压差的缩小成为针对基于电压差是否产生规定的斜率来检测有无微小短路的处理的阻碍要因。
另外，产生微小短路的单元通常电压比被串联连接的其他单元降低，在本实施方式所示的无源方式的均等化处理的情况下，基本不会成为均等化放电的对象。即使在成为均等化放电的对象的情况下，放电时间也比其他单元短。
图5的(b)表示实施例所涉及的第1单元和第2单元的电压推移、第1单元和第2单元的电压差的推移。基于正常的第1单元的均等化处理的放电时间已知，能够计算基于均等化处理的来自第1单元的移动能量。控制部15通过将基于均等化处理的移动能量所对应的电压补偿值与第1单元的检测电压相加，来消除基于均等化处理的单元电压的变化(降低)的影响。由此，即使在均等化处理中，也能够高精度地判定微小短路的有无。
图6的(a)、(b)是表示均等化处理与微小短路的检测处理竞争的情况下的第2例的图。图6的(a)表示比较例所涉及的第1单元和第2单元的电压推移、第1单元和第2单元的电压差的推移。第1单元和第2单元都是正常的单元，第1单元是电压比第2单元高的状态。第1单元是判定对象的单元。若均等化处理开始，则电压较高的第1单元被均等化放电，第1单元的电压降低。不是均等化放电的对象的第2单元的电压不变化。在均等化处理中，即使在第1单元与第2单元的电压差产生规定的斜率、第1单元未产生微小短路的情况下，也存在误检测为产生微小短路的风险。
图6的(b)表示实施例所涉及的第1单元和第2单元的电压推移、第1单元和第2单元的电压差的推移。基于正常的第1单元的均等化处理的放电时间已知，能够计算通过均等化处理而从第1单元释放的移动能量。控制部15通过对第1单元的检测电压赋予(加上)均等化处理所导致的移动能量所对应的补偿值，从而消除基于均等化处理的电压变化(电压降低)的影响。由此，即使在均等化处理中，也能够高精度地判定微小短路的有无。
图5的(a)、(b)所示的第1例是不能检测产生的微小短路的检测遗漏(假阴性)的例子，图6的(a)、(b)所示的第2例是将正常的单元误检测为产生微小短路的单元的误检测(假阳性)的例子。以下，详细说明图5的(b)以及图6的(b)所示的修正方法。
图7是详细表示图5的(b)的图。图8是详细表示图6的(b)的图。作为前提，将与第1单元并联连接的放电电阻的值记为R。将第1时刻t1处的正常的第1单元的检测电压记为V1，将产生微小短路的第2单元的检测电压记为V2，将从第1单元流向放电电阻的均等化电流记为I1(＝V1/R)。此外，将从第1时刻t1经过了Δt时间的第2时刻t2处的正常的第1单元的检测电压记为V3，将产生微小短路的第2单元的检测电压记为V4，将从第1单元流向放电电阻的均等化电流记为I3(＝V3/R)。另外，V1-V4是检测值，R是已知的电路常数，Δt是已知的判定周期。
第1时刻t1的第1单元与第2单元的相对电压差Vt1被表示为下述式(1)。第2时刻t2的第1单元与第2单元的相对电压差Vt2被表示为下述式(2)。
Vt1＝(V1-V2)···式(1)
Vt2＝((V3+VΔt)-V4)···式(2)
补偿值VΔt能够基于SOC-OCV曲线、第2时刻t2的第1单元的检测电压V3以及均等化处理所导致的移动能量Qt来推断。能够通过下述式(3)来求取均等化处理所导致的移动能量Qt。
Qt＝((I1+I3)/2)×Δt＝(((V1+V3)/R)/2)×Δt···式(3)
图9是用于对根据SOC-OCV曲线、第1单元的检测电压V3以及移动能量Qt来求取补偿值VΔt的处理进行说明的图。控制部15通过对第1单元的检测电压V3所对应的SOC赋予(加上)均等化处理所导致的移动能量Qt，来推断均等化处理前的第1单元的SOC。控制部15确定该SOC所对应的第1单元的电压，将确定的电压与第1单元的检测电压V3的差分计算为补偿值VΔt。
控制部15如下述式(4)所示，通过对Δt时间经过前后的相对电压差的差分电压ΔV与判定阈值E进行比较来判定微小短路的有无。
ΔV＝Vt2-Vt1＝((V3+VΔt)-V4)-(V1-V2)≥E···式(4)
在图7所示的例子中，Δt时间经过前后的相对电压差的差分电压ΔV超过判定阈值E，判定为在第2单元产生微小短路。另外，未加上补偿值VΔt的情况下的相对电压差V的推移为虚线那样。该情况下，差分电压ΔV未超过判定阈值E，判定为在第2单元未产生微小短路。即，产生检测遗漏。
在图8所示的例子中，Δt时间经过前后的相对电压差的差分电压ΔV未超过判定阈值E，判定为在第1单元未产生微小短路。在图8所示的例子中，差分电压ΔV大致为0。另外，未加上补偿值VΔt的情况下的相对电压差V的推移为虚线那样。该情况下，差分电压ΔV超过判定阈值E，判定为在第1单元产生微小短路。即，产生误检测。
图10是表示基于本发明的实施方式所涉及的管理装置10的、微小短路的检测方法的第1实施例的流程图。电压检测部12对被串联连接的n个单元的电压进行检测并发送给控制部15(S10)。若经过规定的判定周期(例如，10分钟)(S11的是)，则控制部15判定包含被串联连接的n个单元的蓄电模块M1是否为均等化处理中(Si11)。
在是均等化处理中的情况下(S111的是)，控制部15推断Δt时间(例如，一小时)处的均等化放电单元的电压降低量(S112)。控制部15将推断出的电压降低量作为补偿值VΔt，与该均等化放电单元的检测电压相加(S113)。在步骤S111中，在不是均等化处理中的情况下(S111的否)，步骤S112以及步骤S113的处理被跳过。
控制部15计算n个单元的检测电压之内、将最大电压和最小电压去除的(n-2)个单元的平均电压(S12)。控制部15对计算出的平均电压与对象单元的检测电压的电压差进行计算(S13)。
控制部15对这次计算出的当前的电压差与Δt时间前计算出的电压差的差分电压ΔV进行计算(S14)。控制部15对计算出的差分电压ΔV与判定阈值进行比较(S15)。在计算出的差分电压ΔV为判定阈值以上的情况下(S15的是)，控制部15判定为在对象单元产生微小短路(S16)。在计算出的差分电压ΔV小于判定阈值的情况下(S15的否)，控制部15判定为在对象单元未产生微小短路。以上的处理以蓄电模块M1中包含的全部单元为对象，在电源系统1的运转中(S17的否)，被反复执行。
控制部15对这次计算出的当前的电压差与Δt时间(例如，一小时)前计算出的电压差的差分电压ΔV进行计算(S14)。控制部15对计算出的差分电压ΔV与判定阈值进行比较(S1S)。判定阈值被设定为与一次函数的斜率的值相应的值。在一次函数的斜率被陡峭设定的情况下，差分电压ΔV的值被较大计算，因此判定阈值也需要较大设定。
在计算出的差分电压ΔV为判定阈值以上的情况下(S15的是)，控制部15判定为在对象单元产生微小短路(S16)。在计算出的差分电压ΔV小于判定阈值的情况下(S15的否)，控制部15判定为在对象单元未产生微小短路。以上的处理以蓄电模块M1中包含的全部单元为对象，在电源系统1的运转中(S17的否)，被反复执行。
图11是表示基于本发明的实施方式所涉及的管理装置10的微小短路的检测方法的第2实施例的流程图。到步骤S15为止的处理与图10所示的第1实施例相同，因此省略说明。在步骤S15中计算出的差分电压ΔV为判定阈值以上的情况下(S15的是)，控制部15将变量a加1(S151)。另外，变量a的初始值为0。控制部15基于变量a的值，在过去x(例如，40)次的比较判定中，确定差分电压ΔV为判定阈值以上的次数N(S152)。
在次数N是设定值(例如，30)以上的情况下(S153的是)，控制部15判定为在对象单元产生微小短路(S16)。在次数N小于设定值的情况下(S153的否)，控制部15判定为在对象单元未产生微小短路。以上的处理以蓄电模块M1中包含的全部单元为对象，在电源系统1的运转中(S17的否)，被反复执行。
以上说明的微小短路的检测方法若多个单元C1-C20的SOC以及SOH齐整，则能够高精度地检测微小短路。但是，在多个单元C1-C20的SOC或者SOH散乱的状态下，不能均匀地检测平均电压与对象单元之间的电压差的变动，微小短路的检测精度降低。因此，以下说明如下方法：为了均匀地检测电压差的变动，通过将单元的检测电压根据SOC以及SOH而映射到规定的一次直线，从而均匀地评价电压差。
图12是表示SOH＝80％的SOC-OCV曲线与SOH＝100％的SOC-OCV曲线的一个例子的图。图12的横轴是初始容量基准的SOC，纵轴是OCV。初始容量基准的SOC通过当前SOC/初始FCC(Full Charge Capacity：满充电容量)而被规定。即，初始容量基准的SOC是通过初始的满充电容量来将当前SOC标准化的SOC。
也可以在SOC-OCV图 15a，预先登记蓄电模块M1中使用的单元的SOH1％刻度、SOH5％刻度或者SOH10％刻度的多个SOC-OCV曲线。此外，在SOC-OCV图 15a仅登记SOH＝100％的SOC-OCV曲线的情况下，控制部15基于各单元的SOH，修正SOH＝100％的SOC-OCV曲线，导出各单元的近似的SOC-OCV曲线。具体而言，通过根据单元的SOH来将SOH＝100％的SOC-OCV曲线在X轴方向缩小，能够导出与各单元的SOH相应的SOC-OCV曲线的近似曲线。
如图12所示，存在SOH＝80％而初始容量基准的SOC为0.1的第1单元、和SOH＝100％而初始容量基准的SOC为0.2的第2单元。此时，第1单元的OCV是3.39V，第2单元的OCV是3.46V。若对被串联连接的第1单元和第2单元实施相当于初始容量基准的SOC＝0.5的充电，则第1单元的初始容量基准的SOC增加到0.6，第2单元的初始容量基准的SOC增加到0.7。此时，第1单元的OCV上升到3.93V，第2单元的OCV上升到3.89V。
充电前，第2单元的OCV比第1单元的OCV高，充电后，第1单元的OCV比第2单元的OCV高。即，两者的电压差的符号反转。这导致第1单元与第2单元的SOH差。为此，将SOH差标准化。
导入将初始容量基准的SOC作为输入变量、将OCV作为输出变量、将斜率设为正的一次函数(一次直线)。在图12所示的例子中，将通过SOH＝100％的SOC-OCV曲线的初始容量基准的SOC为0.5的地点的切线作为一次直线而导入。
控制部15参照与各单元的SOH相应的SOC-OCV曲线，推断各单元的检测电压所对应的初始容量基准的SOC。另外，在单元的电压检测时，蓄电模块M1为充放电中的情况下，检测电压不是OCV，而是CCV(Closed Circuit Voltage)。作为简易的方法，存在将CCV通过噪声除去滤波器、将噪声除去后的CCV处理为OCV的方法。作为更加精确的方法，存在基于电流和内部电阻来修正CCV并推断OCV的方法。此时，通过根据温度、SOC以及SOH来修正内部电阻，能够更加提高精度。
控制部15将各单元的检测电压所对应的初始容量基准的SOC应用于上述一次函数来导出代替OCV。控制部15基于代替OCV，计算标准化后的电压差。在图12中，使SOH＝80％的SOC-OCV曲线中的初始容量基准的SOC为0.6时的OCV向下方移动，转换为一次直线中的初始容量基准的SOC为0.6时的OCV。此外，使SOH＝100％的SOC-OCV曲线中的初始容量基准的SOC为0.7时的OCV向下方移动，转换为一次直线中的初始容量基准的SOC为0.7时的OCV。并且，将一次直线上转换的两个OCV的电压差计算为标准化后的电压差。
在图12所示的例子中，能够评价为充电前的标准化后电压差与充电后的标准化后电压差没有差异，因此判定为未产生微小短路。另一方面，在不进行SOH的标准化的情况下，充电前的电压差与充电后的电压差产生差异，因此与未产生微小短路无关地，也误判定为产生微小短路。
对放电前的电压差与放电后的电压差进行比较的情况也相同。这样，通过将充放电前的电压差和充放电后的电压差映射在直线上，能够吸收第1单元与第2单元之间的SOH的差异所导致的SOC-OCV曲线的差异。即，能够将基于针对被串联连接的多个单元的充放电的多个单元的SOC的变化置换为维持了多个单元间的SOC的比率的线性变化。若未产生微小短路，则无论取直线上的任何区间，多个单元的电压差均一定。
图13是改变了图12的一次直线的位置的图。一次直线若具有比电压检测部12的最低检测单位大的值的斜率，则也可以在任何位置被导入。另外，在斜率比电压检测部12的最低检测单位小的情况下，不能高精度地检测多个单元间的电压差的变化。
图14是表示基于本发明的实施方式所涉及的管理装置10的微小短路的检测方法的第3实施例的流程图。电压检测部12对被串联连接的n个单元的电压进行检测并发送给控制部15(S10)。若规定的判定周期(例如，10分钟)经过(S11的是)，则控制部15判定包含被串联连接的n个单元的蓄电模块M1是否为均等化处理中(S111)。
在均等化处理中的情况下(S111的是)，控制部15推断Δt时间(例如，一小时)中的均等化放电单元的电压降低量(S112)。控制部15将推断的电压降低量作为补偿值VΔt，与该均等化放电单元的检测电压相加(S113)。在步骤S111中，在不是均等化处理中的情况下(S111的否)，步骤S112以及步骤S113的处理被跳过。
控制部15参照与各单元的SOH相应的SOC-OCV曲线，推断各单元的初始容量基准的SOC(S114)。控制部15基于各单元的初始容量基准的SOC，在一次函数映射各单元的检测电压(S115)。控制部15计算n个被映射的检测电压之内将最大电压和最小电压去除的(n-2)个单元的平均电压(S12a)。控制部15对计算出的平均电压与对象单元的被映射的电压的电压差进行计算(S13a)。
控制部15对这次计算出的当前的电压差与Δt时间前计算出的电压差的差分电压ΔV进行计算(S14)。控制部15对计算出的差分电压ΔV与判定阈值进行比较(S15)。判定阈值被设定为与一次函数的斜率的值相应的值。在一次函数的斜率被陡峭设定的情况下，差分电压ΔV的值被较大计算，因此判定阈值也需要被较大设定。
在计算出的差分电压ΔV为判定阈值以上的情况下(S15的是)，控制部15判定为在对象单元产生微小短路(S16)。在计算出的差分电压ΔV小于判定阈值的情况下(S15的否)，控制部15判定为在对象单元未产生微小短路。以上的处理以蓄电模块M1中包含的全部单元为对象，在电源系统1的运转中(S17的否)，被反复执行。
基于本发明的实施方式所涉及的管理装置10的微小短路的检测方法的第4实施例在图14的流程图的步骤S15与步骤S16之间，追加了图4或者图11所示的步骤S151、S152、S153的处理。
如以上说明那样，在本实施方式中，基于多个单元间的电压差的斜率(每单位时间的电压差的扩大量)，判定微小短路的有无。此时，基于单元的均等化放电的时间，计算均等化放电的容量，基于该容量，修正均等化放电单元的检测电压。由此，与均等化处理的有无无关地，能够一直实施微小短路的检测处理。能够不选择能够判定微小短路的有无的定时地，无论何时都能够进行判定。因此，能够防止由于基于与均等化处理的竞争的、微小短路的检测处理的中断从而导致从微小短路的产生到检测的时间变长。即，能够抑制基于微小短路的检测延迟的不安全现象的产生。此外，不需要根据是否为均等化处理中来变更对微小短路的有无进行判定的工序，能够将判定工序简化。
此外，通过将各单元的检测电压转换为直线上的值，能够与SOC或者SOH的状态无关地，以共用的指标来评价微小短路的有无。更具体而言，将初始容量基准的SOC作为横轴，导入单调增加的一次直线，根据SOC以及SOH来将单元的检测电压转换为该一次直线上的值，计算多个单元间的电压差。这样被标准化的电压差在未产生微小短路的情况下不变化。在产生微小短路的情况下，被标准化的电压差与SOC或者SOH无关地一律扩大。
此外，能够不根据SOC或者SOH来变更判定阈值而一律地判定微小短路的有无。
这样，不变更判定阈值、判定条件，将检测电压从单元的SOC、SOH以及检测电压的有限的信息转换为能够一律判定微小短路的有无的值。由此，能够不将判定条件细分化，在长期运用的任何阶段都均匀地精度良好地判定微小短路的有无。
以上，基于实施方式对本发明进行了说明。实施方式是示例，本领域技术人员可理解，能够对这些各结构要素、各处理工序的组合进行各种变形例、并且这种变形例也属于本发明的范围。
在上述图12、图13中，表示了使用斜率为正的一次函数的例子，但也可以使用斜率为负的一次函数。该情况下，将差分电压与判定阈值的大小关系翻转来进行判定即可。
在上述的实施方式中，说明了应用于无源方式的均等化处理的例子，但也能够将本发明应用于有源方式的均等化处理。有源方式的均等化处理是从容量较大的单元向容量较小的单元进行能量移动来使多个单元间的容量一致的方式。有源方式的均等化处理电路构成为包含：例如可蓄电的无源元件即电容器、电感器或者变压器；和选择地将所述无源元件和被串联连接的多个单元之中的规定的单元连接的多工器。
在有源方式的均等化处理的情况下，通过减法来对作为能量的移动源的放电侧单元的检测电压赋予移动的能量所对应的电压补偿值，通过加法来对作为能量的移动目标的充电侧单元的检测电压赋予移动的能量所对应的电压补偿值，将均等化处理所导致的单元电压的变化的影响消除。由此，即使在均等化处理中，也能够高精度地判定微小短路的有无。
在上述的实施方式中，说明了对车载用途的电源系统1应用本发明的例子，也能够将本发明应用于固定型蓄电用途的电源系统。此外，也能够将本发明应用于笔记本型PC、智能电话等的电子设备用途的电源系统。
另外，实施方式也可以通过以下的项目来确定。
[项目1]
一种管理装置(10)，其特征在于，具备：
电压检测部(12)，对被串联连接的多个单元(C1-C20)的各自的电压进行检测；和
控制部(15)，执行：(1)均等化处理，基于所述多个单元(C1-C20)的检测电压，将所述多个单元(C1-C20)间的容量均等化；以及(2)单元异常判定处理，在第1时刻和第2时刻分别计算所述多个单元(C1-C20)的检测电压之中、基于作为比较对象的至少一个单元的检测电压的代表电压与作为检测对象的一个单元的检测电压的电压差，在两个电压差的差分为阈值以上时，将所述检测对象的单元判定为异常，
所述控制部(15)在所述均等化处理中执行所述单元异常判定处理的情况下，对所述均等化处理的对象单元的检测电压赋予基于从所述第1时刻至所述第2时刻的期间的所述均等化处理所导致的所述对象单元的能量移动的电压变化量所对应的补偿值之后，计算所述第2时刻的所述电压差。
由此，能够与是否均等化处理中无关地，以共用的判定基准来高精度地判定单元(Cn)的异常。
[项目2]
根据权利要求1所述的管理装置(10)，其特征在于，所述管理装置(10)具备：多个放电电路(R1-R20、S1-S20)，分别与所述多个单元(C1-C20)并联连接，
所述控制部(15)控制所述多个放电电路(R1-R20、S1-S20)来执行所述均等化处理，针对所述均等化处理的对象单元的检测电压，基于被所述多个放电电路(R1-R20、S1-S20)之中的所述对象单元所对应的放电电路消耗的能量，计算所述对象单元的检测电压的电压变化量所对应的补偿值。
由此，能够容易推断与无源方式的均等化处理所导致的电压变化量对应的补偿值。
[项目3]
根据项目1所述的管理装置(10)，其特征在于，所述控制部(15)基于所述第1时刻的所述单元(Cn)的电压、与所述单元(Cn)并联连接的放电电路(Rn、Sn)的电路常数、放电时间以及所述单元(Cn)的SOC(State Of Charge)-OCV(Open Circuit Voltage)曲线，推断所述补偿值。
由此，能够高精度地推断与均等化处理所导致的电压变化量对应的补偿值。
[项目4]
根据项目1或者2所述的管理装置(10)，其特征在于，所述控制部(15)将所述多个单元(C1-C20)的检测电压之中的最大电压和最小电压去除，将剩余的多个单元的检测电压平均化，来计算所述代表电压。
由此，能够生成高品质的比较对象的电压。
[项目5]
根据项目1至3的任意一项所述的管理装置(10)，其特征在于，所述控制部(15)每当经过规定时间则计算所述两个电压差的差分，分别对计算的电压差的差分与所述阈值进行比较，在过去x(x为2以上的整数)次的比较中，有N(N为2以上的整数)次以上所述差分为所述阈值以上时，则将所述检测对象的单元判定为异常。
由此，能够适当地调整微小短路的检测所花费的时间和判定精度的平衡。
[项目6]
一种电源系统(1)，其特征在于，具备：
被串联连接的多个单元(C1-C20)；和
对所述被串联连接的多个单元(C1-C20)进行管理的项目1至4的任意一项所述的管理装置(10)。
由此，能够构建能够与是否均等化处理中无关地、以共用的判定基准高精度地判定单元(Cn)的异常的电源系统(1)。
-符号说明-
1电源系统，M1蓄电模块，C1-C20单元，Rs分流电阻，E1电动势，Ri内部电阻，R1-R20放电电阻，S1-S20放电开关，Ps微小短路路径，10管理装置，11放电部，12电压检测部，13温度检测部，14电流检测部，15控制部，15a SOC-OCV图。

Claims (6)

1.一种管理装置，具备：
电压检测部，对被串联连接的多个单元各自的电压进行检测；和
控制部，执行：(1)均等化处理，基于所述多个单元的检测电压，将所述多个单元间的容量均等化；以及(2)单元异常判定处理，在第1时刻和第2时刻，分别计算所述多个单元的检测电压之中的、基于作为比较对象的至少一个单元的检测电压的代表电压与作为检测对象的一个单元的检测电压的电压差，在两个电压差的差分为阈值以上时，将所述检测对象的单元判定为异常，
所述控制部在所述均等化处理中执行所述单元异常判定处理的情况下，对所述均等化处理的对象单元的检测电压赋予基于从所述第1时刻至所述第2时刻的期间的所述均等化处理所导致的所述对象单元的能量移动的电压变化量所对应的补偿值之后，计算所述第2时刻的所述电压差。
2.根据权利要求1所述的管理装置，其中，
所述管理装置具备：多个放电电路，分别与所述多个单元并联连接，
所述控制部控制所述多个放电电路来执行所述均等化处理，针对所述均等化处理的对象单元的检测电压，基于被所述多个放电电路之中所述对象单元所对应的放电电路消耗的能量来计算所述对象单元的检测电压的电压变化量所对应的补偿值。
3.根据权利要求1或者2所述的管理装置，其中，
所述控制部基于所述第1时刻的所述单元的电压、与所述单元并联连接的放电电路的电路常数、放电时间以及所述单元的荷电状态SOC-开路电压OCV曲线，推断所述补偿值。
4.根据权利要求1至3的任一项所述的管理装置，其中，
所述控制部将所述多个单元的检测电压之中的最大电压和最小电压去除，将剩余的多个单元的检测电压平均化，来计算所述代表电压。
5.根据权利要求1至4的任一项所述的管理装置，其中，
所述控制部每当经过规定时间来计算所述两个电压差的差分，分别比较计算出的电压差的差分与所述阈值，在过去x次的比较中，有N次以上所述差分是所述阈值以上时，将所述检测对象的单元判定为异常，其中，x为2以上的整数，N为2以上的整数。
6.一种电源系统，具备：
被串联连接的多个单元；和
对被串联连接的所述多个单元进行管理的权利要求1至5的任意一项所述的管理装置。
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