JP2023157422A - battery system - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、電池システムに関し、特に、組電池を備えた電池システムに関する。 The present disclosure relates to a battery system, and particularly to a battery system including an assembled battery.
特開2020-119820号公報(特許文献1)では、積層された複数のセル(単電池)が拘束部材によって拘束された組電池において、組電池の劣化度、温度、SOC(State Of Charge:充電率)を用いて、拘束部材の拘束荷重を推定することにより、拘束部材の疲労故障を判定している。 Japanese Patent Application Publication No. 2020-119820 (Patent Document 1) discloses that in an assembled battery in which a plurality of stacked cells (single cells) are restrained by a restraining member, the degree of deterioration, temperature, and SOC (State of Charge) of the assembled battery are determined. Fatigue failure of the restraining member is determined by estimating the restraining load of the restraining member.
この特許文献1では、拘束部材の拘束荷重を推定することにより、拘束部材の疲労故障を診断している。拘束荷重は、容量維持率から推定した劣化度、温度、SOCを用いて推定している。このため、拘束荷重を精度よく推定するためには、精度の高い容量維持率を算出することが求められる。
In
精度の高い容量維持率を求めるためには、容量維持率を算出するために好適な充放電制御(以下、診断モード用充放電制御とも称する)を行うことが好ましい。しかし、診断モード用充放電制御は、組電池の使用時の充放電制御とは異なる。このため、診断モード用充放電制御を頻繁に実行すると、電力や時間の無駄を招く。 In order to obtain a highly accurate capacity maintenance rate, it is preferable to perform suitable charge/discharge control (hereinafter also referred to as diagnostic mode charge/discharge control) in order to calculate the capacity maintenance rate. However, the charging and discharging control for diagnostic mode is different from the charging and discharging control when the assembled battery is used. For this reason, frequently executing charge/discharge control for diagnostic mode results in waste of power and time.
本開示の目的は、組電池を備えた電池システムにおいて、適切なタイミングで組電池の診断を行うことにより、診断の省力化を図りつつ診断の精度を向上することである。 An object of the present disclosure is to improve diagnostic accuracy while saving labor in diagnosis by diagnosing the assembled battery at appropriate timing in a battery system including assembled batteries.
本開示の電池システムは、積層された複数の単電池が拘束部材によって拘束された組電池と、組電池を制御する制御装置と、を備える。制御装置は、拘束部材による拘束荷重を推定する拘束荷重推定部と、拘束荷重推定部で推定した拘束荷重が所定値以上のとき、組電池の診断を実行する診断モード処理部と、を含む。 The battery system of the present disclosure includes an assembled battery in which a plurality of stacked unit cells are restrained by a restraining member, and a control device that controls the assembled battery. The control device includes a restraint load estimation section that estimates a restraint load due to the restraint member, and a diagnosis mode processing section that performs diagnosis of the assembled battery when the restraint load estimated by the restraint load estimation section is equal to or greater than a predetermined value.
単電池が長期間使用されると、電極が膨張するとともに電池内でガスが発生することにより単電池が膨張する。また、単電池のSOCが大きいとき、電極が膨張して単電池が膨張する。単電池が膨張すると拘束部材の拘束荷重が大きくなり、拘束部材および単電池に加わる力学的負荷(荷重、圧力、応力等)が大きく厳しい環境下のため、組電池の各種不具合を招く可能性が高い。 When a cell is used for a long period of time, the electrode expands and gas is generated within the cell, causing the cell to expand. Further, when the SOC of the unit cell is large, the electrode expands and the unit cell expands. When the cell expands, the restraining load on the restraint member increases, and the mechanical load (load, pressure, stress, etc.) applied to the restraint member and the cell is large, and the harsh environment can lead to various malfunctions of the assembled battery. expensive.
この構成によれば、制御装置の拘束荷重推定部で推定した拘束荷重が所定値以上のとき、制御装置の診断モード処理部が組電池の診断を実行する。したがって、拘束部材の拘束荷重が大きく組電池の各種不具合を招く可能性が高いときに、組電池の診断を実行するので、適切なタイミングで組電池の診断が行われ、診断の省力化が図られる。また、厳しい環境下で組電池の診断を行うので、診断の精度の向上を期待できる。 According to this configuration, when the restraint load estimated by the restraint load estimation section of the control device is equal to or greater than a predetermined value, the diagnosis mode processing section of the control device executes the diagnosis of the assembled battery. Therefore, the assembled battery is diagnosed when the restraining load of the restraining member is large and there is a high possibility that various malfunctions of the assembled battery will occur, so the assembled battery is diagnosed at an appropriate timing and labor-saving in diagnosis is achieved. It will be done. Furthermore, since the assembled battery is diagnosed in a harsh environment, it is expected that the accuracy of diagnosis will improve.
好ましくは、診断モード処理部で実行する診断は、拘束荷重の診断であり、診断モード処理部は、組電池のSOCが第1所定値以下になるよう組電池の放電を実行し、SOCが第1所定値以下の状態において組電池の充放電を第1所定時間休止したときの組電池の電圧である第1電池電圧を取得する第1電圧取得部と、第1電池電圧の取得後、組電池の充電を実行するとともに充電電流を積算する充電電流積算部と、SOCが第2所定値以上になると、充電を停止するとともに組電池の充放電を第2所定時間休止したときの組電池の電圧である第2電池電圧を取得する第2電圧取得部と、充電電流積算部で算出した充電電流積算値と、第1電池電圧と、第2電池電圧とに基づいて、拘束荷重を算出する拘束荷重算出部と、を含んでもよい。 Preferably, the diagnosis executed by the diagnostic mode processing section is a diagnosis of restraint load, and the diagnostic mode processing section discharges the assembled battery so that the SOC of the assembled battery becomes equal to or less than a first predetermined value, and a first voltage acquisition unit that acquires a first battery voltage that is the voltage of the assembled battery when charging and discharging of the assembled battery is stopped for a first predetermined time in a state where the assembled battery is below a predetermined value; A charging current integrating unit that charges the battery and integrates the charging current; and a charging current integrating unit that charges the battery and integrates the charging current; and a charging current integrating unit that charges the battery when the SOC reaches or exceeds a second predetermined value, and stops charging the battery when charging and discharging the assembled battery is stopped for a second predetermined period of time; A restraint load is calculated based on a second voltage acquisition unit that acquires a second battery voltage, a charging current integrated value calculated by a charging current integration unit, the first battery voltage, and the second battery voltage. A restraint load calculation section may also be included.
この構成によれば、診断モード処理部は、拘束荷重の診断を実行する。診断モード処理部の第1電圧取得部は、組電池のSOCが第1所定値以下になるよう組電池の放電を実行し、SOCが第1所定値以下の状態において組電池の充放電を第1所定時間休止したときの電圧である第1電池電圧を取得する。充電電流積算部は、第1電池電圧の取得後、組電池の充電を実行するとともに充電電流を積算する。第2電圧取得部は、SOCが第2所定値以上になると、充電を停止するとともに組電池の充放電を第2所定時間休止したときの電圧である第2電池電圧を取得する。拘束荷重算出部は、充電電流積算値と、第1電池電圧と、第2電池電圧とに基づいて、拘束荷重を算出する。 According to this configuration, the diagnosis mode processing section executes the diagnosis of the restraint load. The first voltage acquisition section of the diagnostic mode processing section discharges the assembled battery so that the SOC of the assembled battery becomes equal to or less than a first predetermined value, and performs charging and discharging of the assembled battery in a state where the SOC becomes equal to or less than the first predetermined value. The first battery voltage, which is the voltage when the battery is stopped for one predetermined period of time, is acquired. After acquiring the first battery voltage, the charging current integration unit charges the assembled battery and integrates the charging current. When the SOC becomes equal to or higher than a second predetermined value, the second voltage acquisition unit stops charging and acquires a second battery voltage that is a voltage when charging and discharging of the assembled battery is stopped for a second predetermined period of time. The restraint load calculation unit calculates the restraint load based on the charging current integrated value, the first battery voltage, and the second battery voltage.
診断モード処理部は、拘束荷重を算出するために、診断モード用の充放電制御を行う。そして、診断モード用の充放電制御時における、充電電流積算値と第1電池電圧と第2電池電圧とから拘束荷重を算出する。また、第1電池電圧は、組電池の充放電を第1所定時間休止したときの電圧であり、第2電池電圧は、組電池の充放電を第2所定時間休止したときの電圧であり、分極が解消した後の電圧である。このため、精度よく拘束荷重を算出することができる。また、拘束荷重推定部で推定した拘束荷重が所定値以上になり、拘束部材の破断予知等、精度のよい拘束荷重が必要になったとき、診断モード処理部が診断モード用の充放電制御を行い、拘束荷重を算出するので、電力や時間の無駄を省くことができる。 The diagnostic mode processing section performs charging/discharging control for the diagnostic mode in order to calculate the restraint load. Then, a restraint load is calculated from the charging current integrated value, the first battery voltage, and the second battery voltage during charge/discharge control for the diagnostic mode. Further, the first battery voltage is the voltage when charging and discharging of the assembled battery is stopped for a first predetermined time, and the second battery voltage is the voltage when charging and discharging of the assembled battery is stopped for a second predetermined time, This is the voltage after polarization is eliminated. Therefore, the restraint load can be calculated with high accuracy. In addition, when the restraint load estimated by the restraint load estimating section exceeds a predetermined value and a highly accurate restraint load is required, such as for predicting breakage of a restraint member, the diagnostic mode processing section performs charging/discharging control for the diagnostic mode. Since the restraint load is calculated by performing the following steps, it is possible to avoid wasting power and time.
好ましくは、第1電池電圧および第2電池電圧は、単電池の電圧であり、拘束荷重算出部は、充電電流積算値と、第1電池電圧と、第2電池電圧とに基づいて、単電池の満充電容量を推定し、推定した満充電容量のうち最も小さい値を用いて拘束荷重を算出するようにしてもよい。 Preferably, the first battery voltage and the second battery voltage are the voltages of a single battery, and the restraint load calculation unit calculates the battery voltage based on the charging current integrated value, the first battery voltage, and the second battery voltage. The full charge capacity of the battery may be estimated, and the restraint load may be calculated using the smallest value of the estimated full charge capacities.
この構成によれば、単電池の満充電容量を推定し、推定した満充電容量のうち最も小さい値を用いて拘束荷重を算出するので、最も劣化が進んだ単電池の状態に基づいて、拘束荷重が算出される。拘束部材の破断予知等のために算出する拘束荷重は、条最も厳しい条件における拘束荷重であることが好ましく、組電池の診断精度の向上が期待できる。 According to this configuration, the full charge capacity of the cell is estimated and the restraint load is calculated using the smallest value of the estimated full charge capacity, so the restraint load is calculated based on the state of the cell that has deteriorated the most. The load is calculated. It is preferable that the restraint load calculated for predicting breakage of the restraint member is the restraint load under the most severe condition, and improvement in diagnostic accuracy of the assembled battery can be expected.
好ましくは、診断モード処理部で実行する診断は、組電池の微小短絡の診断であり、診断モード処理部は、拘束荷重が大きいとき、拘束荷重が小さいときに比較して小さな閾値を設定する閾値設定部と、組電池の微小短絡を示すパラメータが閾値以上のとき、微小短絡が発生していると判定する微小短絡検出部を含んでよい。 Preferably, the diagnosis executed by the diagnostic mode processing section is a diagnosis of a minute short circuit in the assembled battery, and the diagnostic mode processing section sets a threshold value that is smaller when the restraining load is large than when the restraining load is small. The battery may include a setting section and a micro short circuit detection section that determines that a micro short circuit has occurred when a parameter indicating a micro short circuit in the assembled battery is equal to or greater than a threshold value.
この構成によれば、診断モード処理部は、組電池の微小短絡の診断を実行する。診断モード処理部の微小短絡検出部は、組電池の微小短絡を示すパラメータが閾値以上のとき、微小短絡が発生していると判定する。閾値設定部は、拘束荷重が大きいとき、拘束荷重が小さいときに比較して小さな閾値を設定するので、拘束荷重が大きいときには、微小短絡の検出感度が高くなる。このため、微小短絡を精度よく検出することができる。また、拘束荷重推定部で推定した拘束荷重が所定値以上になり、微小短絡が発生し易い状況において、診断モード処理部が微小短絡を診断するので、適切なタイミングで組電池の微小短絡の診断を行うことができ、診断の省力化が図られる。 According to this configuration, the diagnostic mode processing section executes diagnosis of a minute short circuit in the assembled battery. The micro short circuit detection section of the diagnostic mode processing section determines that a micro short circuit has occurred when a parameter indicating a micro short circuit in the assembled battery is equal to or greater than a threshold value. The threshold value setting unit sets a smaller threshold value when the restraint load is large than when the restraint load is small, so that when the restraint load is large, the detection sensitivity of micro short circuits becomes high. Therefore, minute short circuits can be detected with high accuracy. In addition, in situations where the restraint load estimated by the restraint load estimator exceeds a predetermined value and a micro short circuit is likely to occur, the diagnostic mode processing unit diagnoses the micro short circuit. This enables labor-saving diagnosis.
本開示によれば、組電池を備えた電池システムにおいて、適切なタイミングで組電池の診断を行うことにより、診断の省力化を図りつつ診断の精度向上を期待できる。 According to the present disclosure, in a battery system including an assembled battery, by diagnosing the assembled battery at an appropriate timing, it is possible to expect an improvement in the accuracy of the diagnosis while saving labor in the diagnosis.
以下、本開示の実施の形態について、図を参照して詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態においては、同一のまたは共通する部分について図中同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。 Embodiments of the present disclosure will be described in detail below with reference to the drawings. In the embodiments described below, the same or common parts are denoted by the same reference numerals in the drawings, and the description thereof will not be repeated.
(実施の形態1)
図1は、本実施の形態に係る電池システムを備えた電力システムの概略構成を示す図である。図1に示すように、電力システム1は、住宅10と、電力網(電力系統)20と、配電用変圧器(柱上変圧器)30と、スマートメータ40と、電池システム50を含む。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a power system including a battery system according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the
電力網20は、発電所、送電線、高圧変電所等からなる電力系統であり、電力小売事業者等によって管理される電力網である。配電変電所によって、たとえば、6.6kVの電圧に降圧された電力網20の電力は、柱上変圧器30によって、たとえば、単相3線式100V/200Vに降圧され、スマートメータ40を介して、宅内電力線4に接続される。スマートメータ40は、通信機能を備えた電子式電力量計であり、所定計測期間(たとえば、30分)に電力網20と住宅10との間で授受される電力量を計測し、所定周期毎(たとえば、60分毎)に、計測した電力量を、電力小売事業者が管轄するサーバへ送信する。
The
スマートメータ40を介して電力網20に接続された住宅10では、HEMS(Home Energy Management Service)対応の分電盤11を介して、たとえば、パワーコンディショナ(PCS)12および太陽光発電装置13、ヒートポンプ式給湯器14、冷蔵庫15、エアコンディショナ(冷暖房装置)16等の各種電気機器(家庭負荷)が宅内電力線を用いて接続されている。また、分電盤11には、宅内電力線を介して、電池システム50が接続されている。これにより、電力網20から供給された電力を消費したり、太陽光発電装置13で発電した電力や電池システム50から放電した電力を電力網20へ供給(逆潮流)したりすることができる。太陽光発電装置13で発電した電力は、家庭負荷で消費されるとともに電池システム50に蓄電される。また、電池システム50から放電した電力は、家庭負荷によって消費される。
In the
住宅10には、HEMSコントローラ60が設けられている。HEMSコントローラ60は、HEMS対応の分電盤11、PCS12、冷蔵庫15、冷暖房装置16等の各電気機器、電池システム50と通信可能に構成されている。HEMSコントローラ60は、各電気機器の情報を取得するとともに、各電気機器の作動を制御する。
The
電池システム50は、バッテリ51、監視ユニット52、充放電器53、および、制御装置55を含む。バッテリ51は、複数の単電池を積層した組電池から構成される。
図2は、本実施の形態に係る組電池の構造を概略的に示す斜視図である。組電池510は、複数のセル(単電池)81と、複数の樹脂枠82と、一対のエンドプレート83と、一対の拘束バンド84とを含む。組電池510では、複数のセル81と複数の樹脂枠82とが積層されることにより積層体が形成されている。
FIG. 2 is a perspective view schematically showing the structure of the assembled battery according to this embodiment. The assembled
複数のセル81の各々は、リチウムイオン電池またはニッケル水素電池などの二次電池である。組電池510に含まれるセルの数は特に限定されるものではない。各セル81の構成は共通であり、積層された各セル81は、電気的に直列接続されている。
Each of the plurality of
複数の樹脂枠82の各々は、積層方向に隣り合う2つのセル81の間に配置されている。一対のエンドプレート83は、積層体の積層方向の一方端と他方端とに配置されている。エンドプレート83は、積層体を積層方向に両側から挟み込むように配置されている。
Each of the plurality of resin frames 82 is arranged between two
複数の拘束バンド(拘束部材)84は、樹脂枠82の上面と下面とに配置されている。拘束バンド84は、積層体を挟み込んだ状態の一対のエンドプレート83を互いに拘束する。
A plurality of restraint bands (restraint members) 84 are arranged on the upper surface and the lower surface of the
バッテリ51は、複数の組電池510を直列接続あるいは並列接続した電池パックであってよく、ひとつの組電池510からなる電池モジュールであってよい。
The
図1を参照し、監視ユニット52は、図示しない、電圧センサと電流センサと温度センサとを含む。電圧センサは、組電池510の電圧(より詳細には、各セル81の電圧)Vbを検出する。電流センサは、組電池510に入出力される電流Ibを検出する。温度センサは、組電池510の温度Tbを検出する。各センサは、その検出結果または測定結果を示す信号を制御装置55に出力する。
Referring to FIG. 1, the
充放電器53は、バッテリ51(組電池510)の充放電を行う。充放電器53は、分電盤11およびPCS12と宅内電力線を介して接続されており、電力経路の接続/遮断を切り替えるリレーと、電力変換回路(たとえば双方向コンバータ)とを含む。充放電器53は、電力網20の電力および太陽光発電装置13で発電した電力を用いて、組電池510の充電を行う(充電モード)。充放電器53は、組電池510に蓄えられた電力を放電することにより、家庭負荷あるいは電力網20へ電力を供給する(放電モード)。充放電器53は、制御装置55におって制御される。
The charger/
制御装置55は、たとえば電子制御ユニット(ECU:Electronic Control Unit)によって構成されており、HEMSコントローラ60と相互に通信可能とされている。制御装置55は、充放電器53を制御して組電池510の充放電を制御するとともに、組電池510の診断を行う。
The
図2に示すように、組電池510は、拘束バンド(拘束部材)84によって拘束されている。セル(単電池)81が長期間使用されると、電極が膨張するとともにセル81内でガスが発生することによりセル81が膨張する。また、セル81のSOCが大きいとき、電極が膨張してセル81が膨張する。セル81が膨張すると拘束バンド84の拘束荷重が大きくなり、拘束バンド84およびセル81に加わる力学的負荷(荷重、圧力、応力等)が大きくなるので、たとえば、拘束バンド84が破断する可能性がある。
As shown in FIG. 2, the assembled
本実施の形態では、拘束バンド84の拘束荷重の診断を行うことにより、拘束バンド84の破断の予知等を可能にする。
In this embodiment, by diagnosing the restraint load of the
図3は、本実施の形態において、制御装置55に構成された機能ブロックを説明する図である。SOC算出部55aは、組電池510のSOCを算出する。SOCの算出方法は、公知の充放電電流を積分するクーロンカウント法であってよく、SOC-OCV(Open Circuit Voltage)特性から算出するものであってよい。また、SOC-OCV特性とクーロンカウント法を組み合わせたものであってよい。
FIG. 3 is a diagram illustrating functional blocks configured in the
拘束荷重推定部55bは、拘束バンド84の拘束荷重(推定拘束荷重Le)を推定する。本実施の形態では、組電池510の使用期間に基づいて推定している。組電池510の使用に伴い、セル(単電池)81の劣化が進行すると、電極が膨張するとともにセル81内でガスが発生することによりセル81が膨張し、拘束荷重が増加する。予め実験、シミュレーション等により、組電池510の使用期間と拘束荷重の関係を求めておく。組電池510の新品時に、初期拘束荷重(設計拘束荷重)が拘束荷重推定部55bへ設定される。そして、拘束荷重推定部55bは、組電池510の使用期間の経過とともに、拘束荷重が増加するよう推定拘束荷重Leを推定する。
The restraint
診断モード処理部55cは、推定拘束荷重Leが所定値X以上になると、拘束バンド84の拘束荷重(拘束荷重Ls)の診断を実行する。診断モード処理部55cは、診断モード用の充放電制御を行うとともに拘束バンド84の拘束荷重Lsを算出する。
The diagnosis
診断モード処理部55cは、第1電圧取得部551、充電電流積算部552、第2電圧取得部553、および、拘束荷重算出部554を備える。第1電圧取得部551は、組電池510のSOCが第1所定値α以下になるまで組電池510の放電を行う。第1所定値αは、たとえば、5%であってよい。充放電器53を放電モードに設定し、組電池510から放電を行う。組電池510から放電された電力は、たとえば、家庭負荷で消費される。第1電圧取得部551は、組電池510のSOCが第1所定値αまで低下すると、組電池510の放電を停止して、充放電を休止する。そして、第1電圧取得部551は、組電池510の放電が停止した状態(充放電が休止した状態)が第1所定時間T1経過したときの電圧Vbである第1電池電圧V1を取得する。本実施の形態において、第1電池電圧V1はセル81毎の電圧である。なお、第1所定時間T1は、たとえば、1時間であってよく、第1電池電圧V1は分極が解消した際の電圧Vbである。
The diagnostic
充電電流積算部552は、第1電圧取得部551で第1電池電圧V1を取得した後、組電池510の充電を行うとともに電流Ib(充電電流)を積算して充電電流積算値ΣIを算出する。充電電流積算部552は、充放電器53を充電モードに設定し、組電池510を充電する。充電電力は、電力網20の電力であってよく、太陽光発電装置13で発電した電力であってもよい。充電電流積算部552は、監視ユニット52から出力された電流Ibを積算することにより、充電電流積算値ΣIを算出する。充電電流積算値ΣIは、電流Ibの時間積分値であり、組電池510(セル81)の容量[Ah]の変化量に相当する。
After the first
第2電圧取得部553は、充電によって組電池510のSOCが第2所定値βまで増大して、SOCが第2所定値β以上になると、充電を停止し、充放電を休止する。第2所定値βは、たとえば、85%であってよい。第2電圧取得部553は、組電池510の充電が停止した状態(充放電が休止した状態)が第2所定時間T2経過したときの電圧Vbである第2電池電圧V2を取得する。本実施の形態において、第2電池電圧V2はセル81毎の電圧である。なお、第2所定時間T2は、たとえば、1時間であってよく、第2電池電圧V2は分極が解消した際の電圧Vbである。充電電流積算部552は、充電が停止すると、電流Ib(充電電流)の積算を停止する。
When the SOC of the assembled
拘束荷重算出部554は、積算電流値ΣI、第1電池電圧V1、および、第2電池電圧V2に基づいて、拘束荷重Lsを算出する。本実施の形態では、積算電流値ΣI、第1電池電圧V1、および、第2電池電圧V2から、各セル81の満充電容量FCを推定する。そして、推定した満充電容量FCの最小値FCminを用いて拘束荷重Lsを求める。たとえば、第1電池電圧V1から求めたセル81のSOCであるSOC1と第2電池電圧V2から求めたセル81のSOCであるSOC2との差であるSOC変化量ΔS(=SOC2-SOC1)を求める。そして、セル81の満充電容量FCを、FC=ΣI/(ΔS/100)として推定する。
The restraint
拘束荷重算出部554は、セル81毎に満充電容量FCを推定し、推定した満充電容量FCの最小値FCminを用いて拘束荷重Lsを求める。たとえば、予め実験等により、満充電容量FCと拘束荷重Lsの関係を求めておき、この関係をマップ化し制御装置55の記憶部に格納しておく。そして、最小値FCminを用いて、マップ検索することにより、拘束荷重Lsを求める。
The restraint
制御装置55は、拘束荷重算出部554で算出した拘束荷重Lsを用いて、拘束バンド84の破断の予知を行ってよい。たとえば、拘束荷重Lsが、予め設定した許容値を超えたとき、拘束バンド84の破断可能性があると判定して、図示しない、MIL(Malfunction Indication Lamp)を点灯してよい。
The
図4は、本実施の形態において、制御装置55で実行される処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートは、所定期間毎に繰り返し処理される。ステップ(以下、ステップを「S」と略す)10では、推定拘束荷重Leを算出する。推定拘束荷重Leは、拘束荷重推定部55bによって、組電池510の使用期間の経過とともに、拘束荷重が増加するよう算出される。続くS11では、推定拘束荷重Leが所定値X以上か否かを藩邸する。推定拘束荷重Leが所定値X未満の場合は、否定判定され今回のルーチンを終了する。推定拘束荷重Leが所定値X以上の場合は、肯定判定されS12へ進む。
FIG. 4 is a flowchart showing an example of processing executed by the
S12では、組電池510の放電を行い、S13へ進む。S13において、組電池510のSOCが所定値α以下か否かを判定する。SOCが所定値αより大きい場合は、否定判定されS12に戻り、組電池510の放電を継続する。組電池510の放電により、SOCが所定値αまで低下すると、SOCが所定値α以下になりS13で肯定判定され、S14へ進む。
In S12, the assembled
S14では、組電池510の放電を停止し、充放電を休止状態とした後、S15へ進む。S15において、組電池510の放電が停止した状態(充放電が休止した状態)が第1所定時間T1経過したか否かを判定する。組電池510の充放電が休止した状態が第1所定時間T1経過すると、S15で肯定判定されS16へ進む。
In S14, discharging of the assembled
S16では、電圧Vbを第1電池電圧V1として取得し、S17へ進む。S17において、組電池510の充電を行うとともに、電流Ibを積算することにより充電電流積算値ΣIを算出する。
In S16, the voltage Vb is acquired as the first battery voltage V1, and the process proceeds to S17. In S17, the assembled
続くS18では、組電池510のSOCが所定β以上であるか否かを判定する。SOCが所定値β未満である場合は、否定判定されS17に戻り、組電池510の充電を継続するとともに充電電流積算値ΣIの算出を継続する。組電池510の充電により、SOCが所定値βまで増加すると、SOCが所定値β以上になりS18で肯定判定され、S19へ進む。
In subsequent S18, it is determined whether the SOC of the assembled
S19では、組電池510の充電を停止し、充放電を休止状態とした後、S20へ進む。S20において、組電池510の充電が停止した状態(充放電が休止した状態)が第2所定時間T2経過したか否かを判定する。組電池510の充放電が休止した状態が第2所定時間T2経過すると、S20で肯定判定されS21へ進む。
In S19, charging of the assembled
S21では、電圧Vbを第2電池電圧V2として取得し、S22へ進む。S22において、上記で説明したように、充電電流積算値ΣI、第1電池電圧V1、および、第2電池電圧V2を用いて各セル81の満充電容量FCを推定する。
In S21, the voltage Vb is acquired as the second battery voltage V2, and the process proceeds to S22. In S22, as explained above, the full charge capacity FC of each
続くS23では、各セル81の満充電容量FCの最小値FCminを用いてマップ検索を行い、拘束荷重Lsを算出した後、今回のルーチンを終了する。
In the following S23, a map search is performed using the minimum value FCmin of the full charge capacity FC of each
本実施の形態によれば、拘束荷重推定部55bで推定した推定拘束荷重Leが所定値X以上のとき、診断モード処理部55cが組電池の診断を実行する。したがって、拘束バンド84の拘束荷重が大きく組電池510の各種不具合を招く可能性が高いときに、組電池510の診断を実行するので、適切なタイミングで組電池510の診断が行われ、診断の省力化が図られる。
According to the present embodiment, when the estimated restraining load Le estimated by the restraining
本実施の形態によれば、診断モード処理部55cは、拘束荷重Lsを算出するために、第1電圧取得部551、充電電流積算部552、および、第2電圧取得部553によって、診断モード用の充放電制御を行う。そして、診断モード用の充放電制御時における、充電電流積算値ΣIと第1電池電圧とV1と第2電池電圧V2とから拘束荷重Lsを算出する。また、第1電池電圧V1は、組電池510の充放電を第1所定時間T1休止したときの電圧であり、第2電池電圧V2は、組電池510の充放電を第2所定時間T2休止したときの電圧であり、分極が解消した後の電圧である。このため、精度よく拘束荷重Lsを算出することができる。また、拘束荷重推定部55bで推定した推定拘束荷重Leが所定値X以上になり、拘束バンド84の破断予知等、精度のよい拘束荷重Lsの算出が必要になったとき、診断モード処理部55cが診断モード用の充放電制御を行い、拘束荷重Lsを算出するので、電力や時間の無駄を省くことができる。
According to the present embodiment, the diagnostic
上記実施の形態において、拘束荷重推定部55bは、組電池510の使用期間に基づいて、推定拘束荷重Leを推定していた。しかし、拘束荷重推定部55bにおいて、上記の特許文献1に記載された手法で、推定拘束荷重Leを算出するようにしてもよい。たとえば、組電池510を成り行きで充放電している際の適当な2点間の電流積算値をその2点間のSOC差で除算することにより、組電池510の容量維持率を求める。そして、容量維持率から組電池510の劣化度を求め、この劣化度とSOCと組電池510の温度Tbから、推定拘束荷重Leを算出するようにしてもよい。また、拘束荷重推定部55bは、組電池510に設けた歪ゲージの出力信号(出力電圧)を用いて、推定拘束荷重Leを算出するようにしてもよい。
In the embodiment described above, the restraining
(実施の形態2)
実施の形態2では、制御装置55の診断モード処理部55cは、組電池510の微小短絡を診断する。実施の形態2における電池システムおよび電力システムの構成は、実施の形態1における電池システムおよび電力システムとの構成と同様であるので、以下、実施の形態1と相違する部分を説明する。
(Embodiment 2)
In the second embodiment, the diagnostic
図5は、実施の形態2において、制御装置に構成された機能ブロックを説明する図である。実施の形態2の制御装置55は、拘束荷重推定部55bと診断モード処理部55cを備える。拘束荷重推定部55bは、上記実施の形態1と同様である。
FIG. 5 is a diagram illustrating functional blocks configured in the control device in the second embodiment. The
実施の形態2の診断モード処理部55cは、推定拘束荷重Leが所定値Y以上になると、組電池510の微小短絡の診断を実行する。診断モード処理部55cは、閾値設定部561、セル電圧取得部562、電圧差算出部563、および、微小短絡検出部564を備える。
The diagnosis
閾値設定部561は、拘束荷重推定部55bで推定した推定拘束荷重Leを用いて閾値Sを設定する。閾値Sは、推定拘束荷重Leが大きいほど、小さな値として設定される。
The threshold value setting unit 561 sets the threshold value S using the estimated restraint load Le estimated by the restraint
セル電圧取得部562は、監視ユニット52から出力される電圧Vbを用いて、各セル81の電圧(セル電圧)を取得する。セル電圧取得部562は、たとえば、組電池510が充電されているときの電圧Vbから、各セル81の電圧を取得する。
The cell
電圧差算出部563は、セル電圧取得部562で取得した各セル81の電圧の最大値と最小値の差である電圧差ΔVbを算出する。
The voltage
微小短絡検出部564は、電圧差ΔVbと閾値Sを比較することにより、組電池510(セル81)の微小短絡を検出する。微小短絡検出部564は、電圧差ΔVbが閾値S以上であるとき(ΔVb≧S)、微小短絡が発生していると判定し、微小短絡を検出する。微小短絡は、セル81の端子間(組電池510の回路内)の微小な短絡、あるいは、セル81内部の微小な短絡であってよい。診断モード処理部55cは、微小短絡検出部564で組電池510の微小短絡が検出されると、MIL57を点灯する。
The micro short
図6は、実施の形態2において、制御装置55で実行される処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートは、所定期間毎に繰り返し処理される。S40では、推定拘束荷重Leを算出する。推定拘束荷重Leは、拘束荷重推定部55bによって、組電池510の使用期間の経過とともに、拘束荷重が増加するよう算出される。続くS41では、推定拘束荷重Leが所定値Y以上か否かを判定する。推定拘束荷重Leが所定値Y未満の場合は、否定判定され今回のルーチンを終了する。推定拘束荷重Leが所定値Y以上の場合は、肯定判定されS42へ進む。
FIG. 6 is a flowchart showing an example of processing executed by the
S42では、閾値Sを設定する。閾値Sは、推定拘束荷重Leが大きいほど、小さな値として設定される。閾値Sが設定されると、S43へ進み、組電池510が充電中であるか否かを判定する。組電池510が充電中でない場合には、組電池510が充電中になるまで待機し、組電池510が充電中になると、S43で肯定判定されS44へ進む。
In S42, a threshold value S is set. The threshold value S is set to a smaller value as the estimated restraint load Le becomes larger. Once the threshold value S is set, the process advances to S43, and it is determined whether the assembled
S44では、監視ユニット52から出力される電圧Vbを用いて、各セル81の電圧(セル電圧)を取得する。なお、組電池510の充電中にセル81の電圧を取得するのは、組電池510の充電時には、CC(Constant Current)充電、あるいは、CCCV(Constant Current、Constant Voltage)充電が行われ、セル81の電圧が急変しないからである。
In S44, the voltage of each cell 81 (cell voltage) is acquired using the voltage Vb output from the
続くS45において、S44で取得した各セル81の電圧の最大値と最小値の差である電圧差ΔVbを算出した後、S46へ進む。S46では、電圧差ΔVbが閾値S以上か否かを判定する。電圧差ΔVbが閾値Sより小さいとき(ΔVb<S)、S46で否定判定され今回のルーチンを終了する。電圧差ΔVbが閾値S以上の場合(ΔVb≧S)、組電池510に微小短絡が発生していると判定し、S47へ進み、MILを点灯した後、今回のルーチンを終了する。
In the following S45, the voltage difference ΔVb, which is the difference between the maximum value and the minimum value of the voltage of each
この実施の形態2によれば、拘束荷重推定部55bで推定した推定拘束荷重Leが所定値Y以上のとき、診断モード処理部55cが組電池の診断を実行する。したがって、拘束バンド84の拘束荷重が大きく組電池510の各種不具合を招く可能性が高いときに、組電池510の診断を実行するので、適切なタイミングで組電池510の診断が行われ、診断の省力化が図られる。
According to the second embodiment, when the estimated restraint load Le estimated by the
この実施の形態2によれば、診断モード処理部55cは、組電池510の微小短絡の診断を実行する。診断モード処理部55cの微小短絡検出部564は、組電池510の微小短絡を示すパラメータ(電圧差算出部563で算出した電圧差ΔVb)が閾値S以上のとき、微小短絡が発生していると判定する。閾値設定部561は、閾値Sを、推定拘束荷重Leが大きいほど、小さな値として設定するので、閾値Sは、推定拘束荷重Leが大きいとき推定拘束荷重Leが小さいときに比較して小さな値になる。このため、拘束バンド84の拘束荷重が大きいときには、微小短絡の検出感度が高くなり、微小短絡を精度よく検出することができる。また、拘束荷重推定部55bで推定した推定拘束荷重Leが所定値Y以上になり、微小短絡が発生し易い状況において、診断モード処理部55cが微小短絡を診断するので、適切なタイミングで組電池510の微小短絡の診断を行うことができ、診断の省力化が図られる。
According to this second embodiment, the diagnostic
この実施の形態2では、電圧差ΔVbを用いて微小短絡を検出している。しかし、組電池510の充放電休止時におけるセル81の電圧降下を監視し、電圧降下量が閾値以上のセル81があった場合に、微小短絡が発生していると判定してもよい。また、組電池510の充放電時における電流と電圧から、各セル81の抵抗値を求め、抵抗値が閾値以上のセル81が存在した場合、微小短絡が発生していると判定してもよい。
In this second embodiment, a minute short circuit is detected using the voltage difference ΔVb. However, it may be possible to monitor the voltage drop of the
この実施の形態2では、組電池510の微小短絡の検出(診断)を、推定拘束荷重Leが所定値Y以上のときに実施している。しかし、推定拘束荷重Leが所定値Yより小さいときに、組電池510の微小短絡を検出するようにしてもよい。この場合、電圧差ΔVbと比較する閾値の大きさを、閾値設定部561で設定される閾値Sの最大値よりも一定量大きな値として、組電池510の微小短絡を検出する。これにより、微小短絡の検出感度を適切に設定でき、誤検出を抑制することができる。
In the second embodiment, detection (diagnosis) of a minute short circuit in the assembled
制御装置55は、実施の形態1における拘束荷重の診断と実施の形態2における微小短絡の診断を行ってもよい。この場合、所定値Yを所定値Xより大きく設定してよい。この構成によれば、閾値設定部561で、拘束荷重算出部554(図3:実施の形態1)で算出した拘束荷重Lsを用いて閾値Sを設定でき、精度の高い拘束荷重によって閾値Sを設定することが可能になる。
The
(変形例)
上記各実施の形態では、電池システム50(組電池510)は、住宅10に設置された定置電池である。しかし、電池システム(組電池)は、車両に搭載されたものであってよい。
(Modified example)
In each of the above embodiments, the battery system 50 (battery assembly 510) is a stationary battery installed in the
図7は、変形例における電池システムを搭載した電動車両の概略構成を示す図である。この変形例において、電動車両100が電気自動車(BEV:Battery Electric Vehicle)である例について説明するが、電動車両100はBEVであることに限られるものではなく、たとえば、プラグインハイブリッド自動車(PHEV:Plug-in Hybrid Electric Vehicle)、外部充電可能な燃料電池自動車(FCEV:Fuel Cell Electric Vehicle)などであってもよい。
FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of an electric vehicle equipped with a battery system according to a modified example. In this modification, an example will be described in which the
電動車両100は、バッテリパック101と、昇圧コンバータ102と、インバータ103と、モータジェネレータ104と、伝達ギヤ105と、駆動輪106と、制御装置200とを備える。
バッテリパック101は、電動車両100の駆動電源(すなわち動力源)として電動車両100に搭載される。バッテリパック101は、上記実施の形態における組電池510と同様な組電池を直列接続あるいは並列接続した電池パックである。バッテリパック101には、監視ユニット107が配置されており、組電池の電圧(各セルの電圧)Vb、組電池に入出力される電流Ib、温度Tbを検出する。
バッテリパック101は、システムメインリレー108a、108bを経由して昇圧コンバータ102に接続される。昇圧コンバータ102は、インバータ103と接続されており、インバータ103は、昇圧コンバータ102からの直流電力を交流電力に変換する。
モータジェネレータ(三相交流モータ)104は、インバータ103からの交流電力を受けることにより、電動車両100を走行させるための運動エネルギーを生成する。モータジェネレータ104によって生成された運動エネルギーは、駆動輪106に伝達される。一方で、電動車両100を減速させるときや、電動車両100を停止させるとき、モータジェネレータ104は、電動車両100の運動エネルギーを電気エネルギーに変換する。モータジェネレータ104で生成された交流電力は、インバータ103によって直流電力に変換され、昇圧コンバータ102を通じてバッテリパック101に供給される。これにより、回生電力をバッテリパック101に蓄えることができる。
Motor generator (three-phase AC motor) 104 generates kinetic energy for driving
電動車両100は、外部電源90によってバッテリパック101を充電するための外部充電機能を具備するように構成される。電動車両100は、充電器109および充電リレー110a、110bを備える。外部電源90は、車両の外部に設けられた電源であり、外部電源90としては、たとえば商用電源である。充電器109は、外部電源90からの電力をバッテリパック101の充電電力に変換する。充電器109は、充電リレー110a、110bを経由してバッテリパック101に接続されている。充電リレー110a、110bがオンであるとき、外部電源90からの電力によってバッテリパック101を充電することができる。
バッテリパック101は、DC/DCコンバータ111を介して、補機バッテリ112および補機負荷113へ接続される。バッテリパック101に蓄えられた電力は、DC/DCコンバータ111によって降圧され、補機バッテリ112を充電するとともに補機負荷113を駆動する。
制御装置200は、電池ECU201と車両ECU202から構成される。電池ECU201あるいは車両ECU202のいずれか一方に、上記実施の形態の制御装置55に構成された機能ブロックと同様な機能ブロックが構成される。たとえば、SOC算出部55aおよび拘束荷重推定部55bは、電池ECU201に構成されてよく、診断モード処理部55cは、車両ECU202に構成されてよい。
The
変形例では、制御装置200に構成された拘束荷重推定部55bで推定した推定拘束荷重Leが所定値X以上のとき、制御装置200に構成された診断モード処理部55cにおいて、拘束部材(拘束バンド)の拘束荷重Lsの診断を行う。この場合、S12(図4)以降の処理は、電動車両100の停車時(駐車時)に実行されることが好ましい。たとえば、電動車両100が停車(駐車)し、外部電源90が接続されたとき、補機バッテリ112への充電および補機負荷113を駆動することにより放電を行い、S12~S16までの処理を実行する。その後、外部電源90による充電を実行して、S17~S23の処理を実行する。なお、充電器109に代えて充放電器を設け、電動車両100の外部への給電(放電)を可能として外部給電による放電を行い、S12~S16の処理を実行するようにしてもよい。
In the modified example, when the estimated restraint load Le estimated by the restraint
変形例では、制御装置200に構成された拘束荷重推定部55bで推定した推定拘束荷重Leが所定値Y以上のとき、制御装置200に構成された診断モード処理部55cにおいて、組電池の微小短絡の診断を行う。この場合、S42(図6)以降の処理は、外部電源90による外部充電が行われているときに実行することが好ましい。電動車両100の走行時の充電時(たとえば、回生電力による充電時)には、バッテリパック101(組電池)の電圧変動が大きくなる可能性があるが、電動車両100の外部充電は、CC充電、あるいは、CCCV充電が行われ、組電池の電圧が急変しないからである。
In the modified example, when the estimated restraint load Le estimated by the restraint
以上、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本開示の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。 As described above, the embodiments disclosed herein are illustrative in all respects and are not restrictive. The scope of the present disclosure is indicated by the claims, and includes all changes within the meaning and range equivalent to the claims.
1 電力システム、4 宅内電力線、10 住宅、11 分電盤、12 パワーコンディショナ、13 太陽光発電装置、14 ヒートポンプ式給湯器、15 冷蔵庫、16 エアコンディショナ、20 電力網、30 柱上変圧器、40 スマートメータ、50 電池システム、51 バッテリ、52 監視ユニット、53 充放電器、55 制御装置、55a SOC算出部、55b 拘束荷重推定部、55c 診断モード処理部、60 HEMSコントローラ、57 MIL、81 セル(単電池)、82 樹脂枠、83 エンドプレート、84 拘束バンド、90 外部電源、100 電動車両、101 バッテリパック、102 昇圧コンバータ、103 インバータ、104 モータジェネレータ、105 伝達ギヤ、106 駆動輪、107 監視ユニット、108a,108b システムメインリレー、109 充電器、110a,110b 充電リレー、111 DC/DCコンバータ、112 補機バッテリ、113 補機負荷、200 制御装置、201 電池ECU、202 車両ECU、510 組電池、551 第1電圧取得部、552 充電電流積算部、553 第2電圧取得部、554 拘束荷重算出部、561 閾値設定部、562 セル電圧取得部、563 電圧差算出部、564 微小短絡検出部。 1 Power system, 4 In-home power line, 10 House, 11 Distribution board, 12 Power conditioner, 13 Solar power generation device, 14 Heat pump water heater, 15 Refrigerator, 16 Air conditioner, 20 Power grid, 30 Pole transformer, 40 smart meter, 50 battery system, 51 battery, 52 monitoring unit, 53 charger/discharger, 55 control device, 55a SOC calculation unit, 55b restraint load estimation unit, 55c diagnostic mode processing unit, 60 HEMS controller, 57 MIL, 81 cell (cell), 82 resin frame, 83 end plate, 84 restraint band, 90 external power supply, 100 electric vehicle, 101 battery pack, 102 boost converter, 103 inverter, 104 motor generator, 105 transmission gear, 106 drive wheel, 107 monitoring unit, 108a, 108b system main relay, 109 charger, 110a, 110b charging relay, 111 DC/DC converter, 112 auxiliary battery, 113 auxiliary load, 200 control device, 201 battery ECU, 202 vehicle ECU, 510 assembled battery , 551 first voltage acquisition section, 552 charging current integration section, 553 second voltage acquisition section, 554 restraint load calculation section, 561 threshold setting section, 562 cell voltage acquisition section, 563 voltage difference calculation section, 564 minute short circuit detection section.
Claims (5)
前記組電池を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記拘束部材による拘束荷重を推定する拘束荷重推定部と、
前記拘束荷重推定部で推定した前記拘束荷重が所定値以上のとき、前記組電池の診断を実行する診断モード処理部と、を含む、電池システム。 An assembled battery in which a plurality of stacked single cells are restrained by a restraining member;
A control device that controls the assembled battery,
The control device includes:
a restraint load estimation unit that estimates a restraint load by the restraint member;
A battery system comprising: a diagnosis mode processing unit that executes diagnosis of the assembled battery when the restraint load estimated by the restraint load estimation unit is equal to or greater than a predetermined value.
前記診断モード処理部は、
前記組電池のSOCが第1所定値以下になるよう前記組電池の放電を実行し、前記SOCが前記第1所定値以下の状態において前記組電池の充放電を第1所定時間休止したときの電圧である第1電池電圧を取得する、第1電圧取得部と、
前記第1電池電圧の取得後、前記組電池の充電を実行するとともに充電電流を積算する充電電流積算部と、
前記SOCが第2所定値以上になると、前記充電を停止するとともに前記組電池の充放電を第2所定時間休止したときの電圧である第2電池電圧を取得する、第2電圧取得部と、
前記充電電流積算部で算出した充電電流積算値と、前記第1電池電圧と、前記第2電池電圧とに基づいて、前記拘束荷重を算出する拘束荷重算出部と、を含む、請求項1に記載の電池システム。 The diagnosis executed by the diagnosis mode processing unit is a diagnosis of the restraint load,
The diagnostic mode processing section includes:
When discharging the assembled battery so that the SOC of the assembled battery becomes equal to or less than a first predetermined value, and suspending charging and discharging of the assembled battery for a first predetermined period when the SOC is equal to or less than the first predetermined value; a first voltage acquisition unit that acquires a first battery voltage, which is a voltage;
a charging current integration unit that charges the assembled battery and integrates the charging current after acquiring the first battery voltage;
a second voltage acquisition unit that stops the charging and acquires a second battery voltage that is a voltage when charging and discharging of the assembled battery is stopped for a second predetermined time when the SOC becomes a second predetermined value or more;
2. The method according to claim 1, further comprising: a restraining load calculating section that calculates the restraining load based on the charging current integrated value calculated by the charging current integrating section, the first battery voltage, and the second battery voltage. Battery system as described.
前記拘束荷重算出部は、前記充電電流積算値と、前記第1電池電圧と、前記第2電池電圧とに基づいて、前記単電池の満充電容量を推定し、推定した前記満充電容量のうち最も小さい値を用いて前記拘束荷重を算出する、請求項2に記載の電池システム。 The first battery voltage and the second battery voltage are voltages of the unit cell,
The restraint load calculation unit estimates the full charge capacity of the unit cell based on the charging current integrated value, the first battery voltage, and the second battery voltage, and calculates a full charge capacity of the estimated full charge capacity. The battery system according to claim 2, wherein the restraint load is calculated using the smallest value.
前記診断モード処理部は、
前記拘束荷重が大きいとき、前記拘束荷重が小さいときに比較して小さな閾値を設定する閾値設定部と、
前記組電池の微小短絡を示すパラメータが前記閾値以上のとき、前記微小短絡が発生していると判定する微小短絡検出部と、を含む、請求項1に記載の電池システム。 The diagnosis executed by the diagnosis mode processing unit is a diagnosis of a micro short circuit in the assembled battery,
The diagnostic mode processing section includes:
a threshold setting unit that sets a smaller threshold when the restraint load is large compared to when the restraint load is small;
The battery system according to claim 1, further comprising: a micro short circuit detection unit that determines that the micro short circuit has occurred when a parameter indicating the micro short circuit of the assembled battery is equal to or greater than the threshold value.
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