管理装置以及蓄电系统的制作方法

本发明涉及用于对蓄电模块进行管理的管理装置以及蓄电系统。

背景技术：

近年来，锂离子电池、镍氢电池等二次电池在各种各样的用途中被使用。例如，被使用于以向ev(electricvehicle；电动汽车)、hev(hybridelectricvehicle；混合动力汽车)、phv(plug-inhybridvehicle；插电式混合动力汽车)的行驶用电动机供给电力为目的的车载用途、以峰值偏移、备份为目的的蓄电用途、以系统的频率稳定化为目的的fr(frequencyregulation；频率调整)用途等。作为被使用于这些用途的蓄电模块，广泛普及的是将并联连接了多个单体的蓄电块以串联的方式连接多个的多并多串的蓄电模块。

在多并多串的蓄电模块中，形成蓄电块的一个单体发生了异常的情况下，难以立即检测到异常。例如，即便是由于熔丝熔断等而单体发生了断线的情况，由于与该单体并联连接的其他单体，蓄电块的电压也不会立即急剧下降。此外，在单体发生了微小短路的情况下，蓄电块的电压也不会立即急剧下降。

作为异常单体的检测方法，有对多个蓄电块的电压进行监视且对于发生了阈值以上的背离的蓄电块判定为发生了异常单体的方法。此外，也有如下方法，即，在各蓄电块的内部电阻与整体的内部电阻的差异超过了阈值的情况下，判定为在该蓄电块发生了异常单体(例如，参照专利文献1)。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2013-195129号公报

技术实现要素：

发明要解决的课题

在上述的判定电压值的差异、内部电阻值的差异是否超过阈值来检测包含异常单体的蓄电块的方法中，为了防止误检测而需要将阈值设定得较大，直到异常检测为止耗费时间。此外，也会发生通过蓄电块间的均等化控制来修正蓄电块间的电压差从而不会达到异常检测的情形。

本发明正是鉴于这样的状况而完成的，其目的在于，提供一种短时间且高精度地检测包含异常单体的蓄电块的技术。

用于解决课题的手段

为了解决上述课题，本发明的某形态的管理装置对串联连接了n(n为2以上的整数)个蓄电块的蓄电模块进行管理，该蓄电块并联连接了m(m为1以上的整数)个蓄电单体，该管理装置具备：电压计测部，计测所述n个蓄电块的n个电压；位次赋予部，针对所述n个蓄电块以计测出的电压值的大小的顺序按从大到小的顺序/从小到大的顺序赋予位次；和判定部，在成为与正常时的位次状态不同的位次状态时进行异常探测。

另外，以上的结构要素的任意组合、本发明的表现在方法、装置、系统等之间变换后的形态作为本发明的形态也是有效的。

发明效果

根据本发明，能够短时间且高精度地检测包含异常单体的蓄电块。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式所涉及的蓄电系统的结构例的图。

图2是表示图1的控制部以及存储部的结构例的图。

图3是表示电池块的状态区分的一例的图。

图4的(a)、(b)是表示包含异常单体的电池块与正常的电池块各自的soc与电压的关系的图。

图5是表示本发明的实施方式所涉及的电池管理装置的动作例的流程图。

具体实施方式

图1是表示本发明的实施方式所涉及的蓄电系统1的结构例的图。蓄电系统1具备蓄电模块20以及电池管理装置10。蓄电模块20是将n(n为2以上的整数)个电池块(第1电池块b1、第2电池块b2、…、第n电池块bn)串联连接而构成的。第1电池块b1是将m(m为1以上的整数)个电池单体s11-s1m并联连接而构成的。第2电池块b2以及第n电池块bn也同样。对于电池单体，能够使用锂离子电池单体、镍氢电池单体、铅电池单体等。以下，在本说明书中，假定使用锂离子电池单体的例子。另外，在图1中，虽然绘制一个蓄电模块20，但也能够将多个蓄电模块进一步串联连接从而使输出电压增加。

与多个电池块b1、b2、…、bn串联连接分流电阻r1来作为电流检测元件。在多个电池块b1、b2、…、bn各自的附近，作为温度检测元件而设置多个热敏电阻t1、t2、…、tn。另外，设置的热敏电阻的数量可以比电池块的数量少，例如也可以对两个电池块设置一个热敏电阻。

电池管理装置10包括电压计测部11、温度计测部12、电流计测部13、控制部14以及存储部15。电压计测部11以给定的取样周期(例如，1秒周期)计测多个电池块b1、b2、…、bn的各电压值，并输出至控制部14。电压计测部11例如构成为包括差动放大器、ad变换器。

温度计测部12基于多个热敏电阻t1、t2、…、tn的各输出值来计测多个电池块b1、b2、…、bn的各温度值，并输出至控制部14。温度计测部12例如构成为包含分压电阻、差动放大器、ad变换器。电流计测部13基于分流电阻r1的两端电压来计测蓄电模块20中流动的电流值，并输出至控制部14。电流计测部13例如构成为包括差动放大器、ad变换器。

图2是表示图1的控制部14以及存储部15的结构例的图。控制部14包括soc(stateofcharge；充电状态)计算部141、状态区分部142、位次赋予部143、频数(frequency)分布信息生成部144、暂时保持部145、基准频数分布信息更新部146、比较部147、异常判定部148。控制部14的结构能够通过硬件资源与软件资源的协作来实现，或者仅通过硬件资源来实现。作为硬件资源，能够利用微型计算机、dsp、fpga、rom、ram、其他lsi。作为软件资源，能够利用固件等的程序。存储部15包括基准频数分布信息保持部151，能够由非易失性存储器实现。

位次赋予部143按照值从大到小的顺序(降序)对由电压计测部11计测出的n个电压值赋予位次。另外，也可以按值从小到大的顺序(升序)赋予位次。在以下的说明中，假定按降序对计测出的n个电压值赋予位次的例子。赋予位次的定时可以与电压计测部11的计测周期同步，也可以与比该计测周期长的周期同步。例如，可以每当电压计测时赋予位次，也可以每隔一次赋予位次。

在并联连接了相同数量的相同容量以及相同规格的电池单体的电池块间，由于电池单体的个体差(例如工艺偏差)、设置位置导致的环境的差异(例如温度偏差)，电压也会发生小的差异。此外，由于电压计测部11内的差动放大器、ad变换器的元件偏差，电池块间的电压也会发生计测误差。这些偏差作为设备的特征量而对各电池块的电压计测值赋予固有的大小关系，进而在正常时和异常时成为不同的关系性。

频数分布信息生成部144按照n个电池块b1、b2、…、bn的每个，合计在设定期间内由位次赋予部143赋予的计测电压的位次，来生成电压位次的频数分布信息。该设定期间例如被设定为10秒钟、1分钟、10分钟等。

soc计算部141通过ocv(opencircuitvoltage；开路电压)法或者电流累积法计算各电池块b1、b2、…、bn的soc，并输出至状态区分部142。在锂离子电池中，由于soc与ocv之间具有稳定的关系，因此能够根据各电池块b1、b2、…、bn的ocv来推定各电池块b1、b2、…、bn的soc。此外，在电流累积法中，也能够推定充放电中的soc。将充放电开始前的soc设为初始值，在该初始值相加通过电流累积而增减的soc的变动量，由此来推定当前的soc。

状态区分部142对电压计测时的各电池块b1、b2、…、bn的状态进行区分。具体而言，从预先设定的多个区分之中选择相应的区分。多个区分是以电池块的soc、电池块的温度、电池块中流动的电流的朝向以及电池块中流动的电流的值当中的至少一个项目为基准而预先分类的区分。

图3是表示电池块的状态区分151a的一例的图。在图3所示的例子中，作为第1层级的区分，将电池块的soc分类为五个区间。作为第2层级的区分，将电池块的温度分类为低温范围和常温范围这两个范围。作为第3层级的区分，将电池块中流动的电流的朝向分类为充电方向和放电方向这两个方向。作为第4层级的区分，将电池块中流动的电流的值分类为两个区间。因此，整体上被区分为40种状态。不进行充放电的状态包含在放电区分之一中。另外，也可以考虑电流计测的误差等，对不进行充放电的状态设定宽度(例如，-100ma～+100ma)。

另外，层级数以及层级的分割数只是一例。越是增加层级数以及/或者各层级的分割数，则越能够提高电池单体的异常检测的精度，但处理负荷会变大。设计者考虑电池单体的规格、用途、设置环境、成本等来决定电池块的状态区分的层级数以及各层级的分割数。

图2的基准频数分布信息保持部151将n个电池块b1、b2、…、bn的正常时的电压位次的频数分布信息作为基准频数分布信息来保持。更具体而言，基准频数分布信息保持部151按照电池块b1、b2、…、bn的每个，保持按电池块的多个状态区分的每个生成的多个基准频数分布信息。在符合图3的状态区分151a的情况下，按照电池块b1、b2、…、bn的每个来保持40种基准频数分布信息。

基准频数分布信息保持部151可以预先保持每个电池块b1、b2、…、bn的多个状态区分的基准频数分布信息的初始值，也可以在运用开始后用实际的测定值埋没该基准频数分布信息。在前者的情况下，将预先在各状态区分的环境下实测或者仿真的值作为初始值而保持至基准频数分布信息保持部151。在后者的情况下，也会发生不会埋没所有状态区分的基准频数分布信息的情况，但只要埋没在该设置环境下必要的状态区分的基准频数分布信息，在实际运用上就没有间题。

频数分布信息生成部144将生成的各电池块b1、b2、…、bn的电压位次的频数分布信息、和从状态区分部142获取到的各电池块b1、b2、…、bn的电压计测时的状态区分建立关联地暂时保持至暂时保持部145。

基准频数分布信息更新部146每当经过给定的更新期间时，使用暂时保持部145中保持的频数分布信息，来更新按基准频数分布信息保持部151中保持的状态区分分类的各电池块b1、b2、…、bn的基准频数分布信息内的能够更新的基准频数分布信息。给定的更新期间例如被设定为10分钟、1小时、1天等。

能够更新的基准频数分布信息是与状态区分对应地保持于暂时保持部145的频数分布信息。另外，相同电池块的相同状态区分的基准频数分布信息的更新只要是在后述的比较处理中电压位次的频数分布信息观察不到显著差异的状态，就能够用暂时保持部145中保持的频数分布信息来置换该基准频数分布信息。通过短期间更新基准频数分布信息，从而能够在后述的比较处理中除去电池单体的劣化的影响。

针对相同电池块的相同状态区分的基准频数分布信息，在后述的比较处理中电压位次的频数分布信息有显著差异的情况下，不更新该基准频数分布信息。有可能发生大的环境变化、电池块有可能发生异常，故需要无条件地不进行更新来确认当前的电池块的状况。

此外，基准频数分布信息更新部146在n个电池块b1、b2、…、bn的均等化控制的结束时，也使用暂时保持部145中保持的频数分布信息，来更新按基准频数分布信息保持部151中保持的状态区分分类的各电池块b1、b2、…、bn的基准频数分布信息内的能够更新的基准频数分布信息。

均等化控制是使被串联连接的n个电池块b1、b2、…、bn的电压或者soc一致的控制。例如，若n个电池块b1、b2、…、bn的电压或者soc间的偏差变为给定值以上，则使剩余的电池块放电以与电压或者soc最低的电池块的电压或者soc一致。均等化控制根据n个电池块b1、b2、…、bn的电压或者soc间的偏差而不定期地执行，因此以均等化控制的结束为触发的基准频数分布信息的更新处理不定期地发生。

比较部147对由频数分布信息生成部144生成的电池块的频数分布信息、和与该电池块的电压计测时的状态区分对应的状态区分的该电池块的保持于基准频数分布信息保持部151的基准频数分布信息进行比较。作为比较处理，检验在统计上母组的“中央值”、“最大频数的位次”是否有显著差异。也可以简单地比较标本组的频数分布的“中央值”、“最大频数的位次”是否一致。此外，也可以比较对频数分布的各频数进行加权相加而导出的代表值是否大致一致。

异常判定部148将比较部147的比较结果是判定对象的频数分布信息与基准频数分布信息之间发生了显著差异的电池块判定为异常。异常判定部148能够基于过去多次的判定结果来推定异常的类别。例如，当发生了异常的电池块的频数分布信息中包含的电压位次在充电中向上升方向变化并在放电中向下降方向变化时，异常判定部148推定为该电池块中包含的至少一个电池单体从并联电路脱落。电池单体的脱落是由于该电池单体的断线(熔丝的熔断等)或者不能实现该电池单体自身的动作而发生的。

此外，当发生了异常的电池块的频数分布信息中包含的电压位次在充电中和放电中均向下降方向变化时，异常判定部148规定为该电池块中包含的至少一个电池单体发生了微小短路。微小短路是起因于隔离件的偏离导致的正极与负极的接触、向电池单体内的异物混入导致的导电路径的发生等而发生的。若发生微小短路，则在电池单体的正极与负极之间形成导电路径，因此在发生了微小短路的电池单体中在充放电的停止中也会流动电流，电压以及soc会下降。

图4的(a)、(b)是表示包含异常单体的电池块与正常的电池块各自的soc与电压的关系的图。在发生异常单体之前，所有电池块处于图4的(a)、(b)的正常的电池块的关系状态。图4的(a)表示包含脱落单体的电池块与正常的电池块各自的soc与电压的关系。在包含脱落单体的电池块中，电池单体的并联数减少，电池块整体的容量减少。因此，在充电时/放电时的任意时，电池块整体的内部电阻均增加。因而，包含脱落单体的电池块的电压位次在充电时容易向上升方向变化，在放电时容易向下降方向变化。另外，电流越大以及/或者并联数越少，位次变动越早发生。

图4的(b)表示包含微小短路单体的电池块与正常的电池块各自的soc与电压的关系。在包含微小短路单体的电池块中发生泄漏电流，因此容量减少。因此，电池块整体的内部电阻在放电时增加，在充电时减少。因而，包含微小短路单体的电池块的电压位次在充电时和放电时均容易向下降方向变化。另外，电流越大，位次变动越早发生。

图5是表示本发明的实施方式所涉及的电池管理装置10的动作例的流程图。控制部14从电压计测部11、电流计测部13以及温度计测部12之中获取各电池块b1、b2、…、bn的电压值、电流值、以及温度值(s10)。soc计算部141基于获取到的电压值以及电流值来计算各电池块b1、b2、…、bn的soc(s11)。状态区分部142基于各电池块b1、b2、…、bn的soc、电流值以及温度值来区分各电池块b1、b2、…、bn的状态(s12)。

位次赋予部143按降序对n个电池块b1、b2、…、bn的电压值赋予位次(s13)。若频数分布状态的生成定时到来(s14的是)，则频数分布信息生成部144生成各电池块b1、b2、…、bn的频数分布信息(s15)。在频数分布状态的生成定时未到来的期间(s14的否)，反复执行步骤s10-s13的处理。

若基准频数分布信息的更新定时到来(s16的是)，则基准频数分布信息更新部146利用暂时保持部145中保持的频数分布信息，来更新能够更新的基准频数分布信息(s17)。在基准频数分布状态的更新定时未到来的情况下(s16的否)，跳过步骤s17的处理。基准频数分布信息的更新定时在定期更新的定时和均等化控制结束的定时到来。

比较部147对成为对象的频数分布信息和对应的电池块以及状态区分的基准频数分布信息进行比较(s18)。在两者有显著差异的情况下(s18的是)，异常判定部148将该电池块判定为异常(s19)。在两者无显著差异的情况下(s18的否)，转移至步骤s10。在电池管理装置10的电源接通的期间(s20的否)，反复执行至步骤s10-s19的处理。

如以上说明过的那样，根据本实施方式，通过监视被串联连接的多个电池块b1、b2、…、bn的电压位次的变化，从而能够检测包含异常的电池单体的电池块。通常，多个电池块b1、b2、…、bn的电压位次在电池单体无异常、且以相邻的电池块相同的方式进行温度推移的情况下，不变动而确保为一定的状态。反之，可以说，无论是否以相邻的电池块相同的方式进行温度推移，均能够在电压位次变动的情况下推定为电池单体发生了异常。

与以往的判定并检测电压值的差异、内部电阻值的差异是否超过阈值的方法相比较，本实施方式所涉及的方法能够短时间且高精度地检测包含异常单体的电池块。在以往的方法中，为了防止误检测而需要将阈值设定得较大，直到异常检测为止耗费时间，但在本实施方式所涉及的方法中，无需将阈值设定得较大，能够以比较短的时间检测异常。此外，由于能够在均等化控制动作之前检测异常，因此能够防止通过均等化控制来修正电池块间的电压差从而异常不被检测。

此外，本实施方式所涉及的方法仅利用电压位次的变化来判定有无异常，因此无需考虑计算内部电阻的情况下的电流、电压等的多个参数的误差。此外，根据本实施方式所涉及的方法，能够根据包含异常单体的电池块的电压位次的变化方向来推定异常的类别。此外，通过以比较短的期间更新基准频数分布信息，从而能够降低电池单体的劣化的影响。

以上，基于实施方式对本发明进行了说明。实施方式只是例示，对于本领域技术人员可理解：能够对这些各结构要素、各处理工艺的组合实施各种变形例，此外，这样得到的变形例也包含在本发明的范围内。

在上述的实施方式中，以构成蓄电模块20的n个电池块b1、b2、…、bn全部为对象而赋予了电压位次。关于这一点，也可以将构成蓄电模块20的n个电池块b1、b2、…、bn分类为温度近似的多个组，按温度近似的每个组来赋予电压位次，以组单位来执行异常检测处理。

此外，在上述的实施方式中，作为蓄电模块而假定了利用包含一个以上的电池单体的电池块的例子，但也可以利用包含一个以上的电容器单体(例如，双电层电容器单体、锂离子电容器单体)的蓄电块。

另外，实施方式可以通过以下的项目来确定。

[项目1]

一种管理装置(10)，对串联连接了n(n为2以上的整数)个蓄电块的蓄电模块进行管理，该蓄电块并联连接了m(m为1以上的整数)个蓄电单体，其特征在于，

所述管理装置(10)具备：

电压计测部(11)，计测所述n个蓄电块(b1-bn)的n个电压；

位次赋予部(143)，针对所述n个蓄电块(b1-bn)，以计测出的电压值的大小的顺序，按从大到小的顺序/从小到大的顺序赋予位次；和

判定部(148)，在成为与正常时的位次状态不同的位次状态时进行异常探测。

由此，能够短时间且高精度地检测包含异常的蓄电单体的蓄电块。

[项目2]

根据项目1所记载的管理装置(10)，其特征在于，

所述位次状态是针对电压值的大小的位次的频数分布、或者与频数分布对应的统计指标值。

作为“统计指标值”，能够使用中央值、最大频度值、平均值、方差、标准偏差等。

[项目3]

根据项目1或2所记载的管理装置(10)，其特征在于，

所述判定部(148)检验所述位次状态的显著差异。

由此，能够进行位次状态的高精度的比较。

[项目4]

根据项目1至3中任一项所记载的管理装置(10)，其特征在于，

还具备：

频数分布信息生成部(144)，按照所述n个蓄电块(b1-bn)的每个，合计在设定期间内赋予的计测电压的位次，来生成电压位次的频数分布信息；

基准频数分布信息保持部(151)，将所述n个蓄电块(b1-bn)的正常时的电压位次的频数分布信息作为基准频数分布信息来保持；和

比较部(147)，对由所述频数分布信息生成部(144)生成的各蓄电块(b1-bn)的频数分布信息、和所述基准频数分布信息保持部(151)中保持的各蓄电块(b1-bn)的基准频数分布信息进行比较，

所述判定部(148)将比较结果是判定对象的频数分布信息与基准频数分布信息之间发生了简单差异或者显著差异的蓄电块判定为异常。

由此，能够短时间且更高精度地检测包含异常的蓄电单体的蓄电块。

[项目5]

根据项目4所记载的管理装置(10)，其特征在于，

所述位次赋予部(143)针对所述n个蓄电块(b1-bn)按值从大到小的顺序赋予位次，

当发生了异常的蓄电块的频数分布信息中包含的电压位次在充电中向上升方向变化时，所述判定部(148)推定为发生了该蓄电块的电池容量的减少、或者内部电阻的增加的异常，

当发生了异常的蓄电块的频数分布信息中包含的电压位次在充电中向下降方向变化时，所述判定部(148)推定为在该蓄电块的内部或外部形成了短路异常的路径。

由此，能够根据电压位次的变化方向来推定异常的类别。

[项目6]

根据项目4所记载的管理装置(10)，其特征在于，

所述位次赋予部(143)针对所述n个蓄电块(b1-bn)按值从大到小的顺序赋予位次，

当发生了异常的蓄电块的频数分布信息中包含的电压位次在充电中向上升方向变化并在放电中向下降方向变化时，所述判定部(148)推定为发生了该蓄电块的电池容量的减少、或者内部电阻的增加的异常，

当发生了异常的蓄电块的频数分布信息中包含的电压位次在充电中和放电中均向下降方向变化时，所述判定部(148)推定为在该蓄电块的内部或外部形成了短路异常的路径。

由此，能够根据电压位次的变化方向来推定异常的类别。

[项目7]

根据项目4至6中任一项所记载的管理装置(10)，其特征在于，

所述基准频数分布信息保持部(151)按照每个所述蓄电块(b1-bn)保持按该蓄电块的多个状态区分的每个状态区分生成的多个基准频数分布信息，

所述比较部(147)对由所述频数分布信息生成部(144)生成的蓄电块的频数分布信息、和与该蓄电块的电压计测时的状态区分对应的状态区分的该蓄电块的基准频数分布信息进行比较。

由此，能够实现考虑到蓄电块的状态的高精度的比较。

[项目8]

根据项目7所记载的管理装置(10)，其特征在于，

所述蓄电块(b1-bn)的多个状态区分是以所述蓄电块的soc(stateofcharge；充电状态)、所述蓄电块的温度、所述蓄电块中流动的电流的朝向以及所述蓄电块中流动的电流的值当中的至少一个项目为基准而分类的状态区分。

由此，能够实现考虑到对蓄电块的电压带来影响的要素的精致的状态区分。

[项目9]

根据项目8所记载的管理装置(10)，其特征在于，

还具备：

暂时保持部(145)，暂时地保持由所述频数分布信息生成部(144)生成的各蓄电块(b1-bn)的频数分布信息和该蓄电块的电压计测时的状态区分；和

基准频数分布信息更新部(146)，每当经过给定的更新期间时，使用所述暂时保持部(145)中保持的频数分布信息，来更新按所述基准频数分布信息保持部(151)中保持的状态区分分类的各蓄电块(b1-bn)的基准频数分布信息内的能够更新的基准频数分布信息。

由此，在与基准频数分布信息的比较中，正常的劣化过程逐渐发展，因此通过设为比劣化推移短的时间间隔的状态比较，从而能够除去蓄电块的正常劣化导致的状态变化的影响。

[项目10]

根据项目9所记载的管理装置(10)，其特征在于，

所述基准频数分布信息更新部(146)进一步在所述n个蓄电块(b1-bn)的均等化控制的结束时，使用所述暂时保持部(145)中保持的频数分布信息，来更新按所述基准频数分布信息保持部(151)中保持的状态区分分类的各蓄电块(b1-bn)的基准频数分布信息内的能够更新的基准频数分布信息。

由此，能够在n个蓄电块(b1-bn)的soc一致的状态下更新基准频数分布信息。

[项目11]

一种蓄电系统(1)，其特征在于，具备：

蓄电模块(20)；和

项目1至10中任一项所记载的管理装置(10)，对所述蓄电模块(20)进行管理。

由此，能够短时间且高精度地检测包含异常的蓄电单体的蓄电块。

符号说明

1蓄电系统、10电池管理装置、11电压计测部、12温度计测部、13电流计测部、14控制部、141soc计算部、142状态区分部、143位次赋予部、144频数分布信息生成部、145暂时保持部、146基准频数分布信息更新部、147比较部、148异常判定部、15存储部、151基准频数分布信息保持部、20蓄电模块、b1第1电池块、b2第2电池块、bn第n电池块、s11电池单体、r1分流电阻、t1第1热敏电阻、t2第2热敏电阻、tn第n热敏电阻。