管理装置以及蓄电系统的制作方法

1.本发明涉及对多串多并的蓄电模块进行管理的管理装置以及蓄电系统。


背景技术：

2.近年来，锂离子电池、镍氢电池等的二次电池被用于各种用途。例如，被用于以向ev(electric vehicle)、hev(hybrid electric vehicle)、phv(plug-in hybrid vehicle)、电动摩托车或者电动自行车的行驶用马达提供电力为目的的车载用途、以峰值偏移、备用为目的的蓄电用途、以系统的频率稳定化为目的的fr(frequency regulation)用途等。作为用于这些用途的蓄电模块，将并联连接有多个单元的单元块串联连接多个的多并多串的蓄电模块正在普及。
3.在多并多串的蓄电模块中，即使在与构成单元块的一个单元连接的保险丝切断的情况下，也难以立刻检测保险丝切断。由于与保险丝切断的单元并联连接的其他单元的容量，单元块的电压不会立即急剧降低。
4.作为在多并多串的蓄电模块中检测保险丝切断的方法，提出以下的方法(例如，参照专利文献1)。求取各单元块相对于放电电流的累计量的电压变化率，求取判断对象单元块的电压变化率与其他单元块组的电压变化率的差。在该差比上次行驶结束时的值大的情况下，判断为产生保险丝切断。
5.在先技术文献
6.专利文献
7.专利文献1：日本特开2018-166388号公报


技术实现要素：

[0008]-发明要解决的课题-[0009]
在上述的方法中，为了求出有意义的电压变化率，需要一定程度的放电电流的累计。在未进行充分的放电的状态下，保险丝切断的判断精度降低。为了防止误判断，设为不实施保险丝切断的判断直到进行了充分的放电为止的设定的情况下，若反复进行放电深度浅的放电，则不能进行保险丝切断的判断的状态持续。
[0010]
本公开鉴于这种状况而作出，其目的在于，提供一种早期检测保险丝切断等到导致的单元从单元块的脱离的技术。
[0011]-解决课题的手段-[0012]
为了解决上述课题，本公开的某个方式的管理装置对串联连接有多个将多个单元并联连接的单元块的蓄电模块进行管理，所述管理装置具备：
[0013]
电压检测部，对串联连接的多个单元块的各电压进行检测；和
[0014]
控制部，计算所述多个单元块的各电压的每一定时间的变化值，按每个所述单元块，对计算出的电压变化值的绝对值进行累计，基于每个所述单元块的电压变化的累计值，判断有无包含电脱离的脱离单元的单元块。
[0015]
另外，以上的结构要素的任意的组合、将本公开的表述在方法、装置、系统等之间转换得到的实施方式也作为本发明的方式有效。
[0016]-发明效果-[0017]
根据本公开，能够早期检测保险丝切断等导致的单元从单元块的脱离。
附图说明
[0018]
图1是用于对实施方式所涉及的蓄电系统进行说明的图。
[0019]
图2是表示实施方式所涉及的判断有无包含脱离单元的单元块的处理的一个例子的流程图。
[0020]
图3是表示单元块的电压推移的一个例子的图。
[0021]
图4是将图3的单元块的电压推移的3700秒-4500秒区间放大的图。
[0022]
图5是表示单元块的电压变化的累计值的推移的一个例子的图。
[0023]
图6是表示单元块的各累计值与最小累计值的差分的推移的一个例子的图。
[0024]
图7是表示第1单元块的电压与n个单元块的平均电压的推移的一个例子的图。
[0025]
图8是将图7的第1单元块的电压与n个单元块的平均电压的推移的1700秒-2000秒区间放大的图。
具体实施方式
[0026]
图1是用于对实施方式所涉及的蓄电系统1进行说明的图。蓄电系统1具备蓄电模块20以及管理部10。蓄电模块20与负载2连接。例如在车载用途的情况下，负载2是行驶用马达。该情况下，在蓄电模块20与负载2之间连接逆变器(未图示)。在动力运行时，从蓄电模块20放电的直流电力通过逆变器而被转换为交流电力并提供给行驶用马达。在再生时，由行驶用马达发电的交流电力通过逆变器而被转换为直流电力并充电至蓄电模块20。另外，也可以是能够从外部充电器通过插件(plugin)而充电的结构。
[0027]
此外，在固定式的削峰/备用用途的蓄电模块20的情况下，负载2是商用电力系统以及交流负载。该情况下，在蓄电模块20与负载2之间连接功率调节器。在蓄电模块20的充电时，从商用电力系统提供的交流电力通过功率调节器而被转换为直流电力并充电至蓄电模块20。在蓄电模块20的放电时，从蓄电模块20放电的直流电力通过功率调节器而被转换为交流电力并提供给交流负载。
[0028]
蓄电模块20通过将并联连接m(m为2以上的整数)个单元e11-1m、e21-2m、
···
、enl-nm的单元块b1、b2、
···
、bn串联连接n(n为2以上的整数)个而形成。
[0029]
单元e11-1m、e21-2m、
···
、en1-nm是锂离子电池单元、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，在本实施方式中，假定将圆筒型的锂离子电池(标称电压：3.6-3.7v)并联连接20-50个而形成一个单元块的例子。
[0030]
在各单元块b1、b2、
···
、bn的高压侧节点与各单元块b1、b2、
···
、bn中包含的单元e11-1m、e21-2m、
···
、en1-nm的正极端子之间分别串联连接保险丝f11-1m、f21-2m、
···
、fn1-nm。另外，也可以在各单元块b1、b2、
···
、bn的低压侧节点与各单元块b1、b2、
···
、bn中包含的单元e11-1m、e21-2m、
···
、en1-nm的负极端子之间分别串联连接保险丝f11-1m、f21-2m、
···
、fn1-nm。
[0031]
分流电阻rs与串联连接的n个单元块b1-bn串联连接。分流电阻rs作为电流检测元件而发挥功能。另外，也可以取代分流电阻rs而使用霍尔元件。
[0032]
管理部10具备电压检测部11、电流检测部12以及控制部13。被串联连接的n个单元块b1-bn的各节点与电压检测部11之间通过多个电压线而连接。电压检测部11通过分别检测相邻的两根电压线间的电压，从而检测n个单元块b1-bn的各电压。电压检测部11将检测出的各单元块b1-bn的电压发送给控制部13。
[0033]
电压检测部11相对于控制部13为高压，因此在电压检测部11与控制部13之间绝缘的状态下，通过通信线而连接。电压检测部11能够通过asic(application specific integrated circuit，专用集成电路)或者通用的模拟前端ic而构成。电压检测部11包含多路复用器以及a/d转换器。多路复用器将相邻的两根电压线间的电压从上方依次传输给a/d转换器。a/d转换器将从多路复用器输入的模拟电压转换为数字值。
[0034]
电流检测部12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至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至控制部13。控制部13基于该数字值来推断流向n个单元块b1-bn的电流。
[0035]
另外，在控制部13内搭载a/d转换器，在控制部13设置模拟输入端口的情况下，也可以电流检测部12将模拟电压输出至控制部13，通过控制部13内的a/d转换器来转换为数字值。
[0036]
控制部13基于由电压检测部11以及电流检测部12检测出的n个单元块b1-bn的电压以及电流来管理n个单元块b1-bn的状态。控制部13能够包含微型计算机以及非易失性存储器(例如，eeprom(electrically erasable programmable read-only memory)，闪速存储器)。
[0037]
作为单元块b1-bn的状态管理之一，控制部13判断有无包含从构成单元块的多个单元电脱离的单元(以下，称为脱离单元)的单元块。典型地，通过与单元串联连接的保险丝由于过电流等而溶断，由此产生脱离单元。此外，由于点焊的剥离等，特定的单元的布线断线，从而也会产生。产生了脱离单元的单元块相比于其他正常的单元块，容量降低。
[0038]
控制部13计算n个单元块b1-bn的各电压的每一定时间的变化值，按每个单元块b1-bn来累计所计算出的电压变化值的绝对值，基于每个单元块b1-bn的电压变化的累计值，判断有无包含脱离单元的单元块。以下，具体进行说明。
[0039]
图2是表示实施方式所涉及的判断有无包含脱离单元的单元块的处理的一个例子的流程图。在本处理例中，以6个单元块b1-b6被串联连接的蓄电模块20为例来进行说明。
[0040]
电压检测部11对串联连接的6个单元块b1-b6的各电压v1-v6进行检测并发送给控制部13(s10)。控制部13分别检测各单元块b1-b6的电压v1-v6的从上次的检测值起的变化值δv1-δv6(s11)。
[0041]
图3是表示单元块b1-b6的电压推移的一个例子的图。图4是将图3的单元块b1-b6的电压推移的3700秒-4500秒区间放大的图。单元块b1-b6的电压上升的期间是蓄电模块20被充电的期间，单元块b1-b6的电压降低的期间是从蓄电模块20放电的期间。
[0042]
在图3以及图4中，表示在第1单元块b1中产生脱离单元、在第2单元块b2-第6单元块b6中未产生脱离单元的例子。在包含脱离单元的第1单元块b1中，单元的并联数减少，最大容量变小。伴随于此，在包含脱离单元的第1单元块b1中，相比于不包含脱离单元的第2单
元块b2-第6单元块b6，剩余容量变化时的电压变动变大。
[0043]
返回到图2。控制部13分别计算各单元块b1-b6的电压变化值δv1-δv6的绝对值的累计值s1-s6(s12)。控制部13确定各单元块b1-b6的电压变化的累计值s1-s6之中的最小值(s13)。在本流程图所示的例子中，最小累计值是第6单元块b6的累计值s6。控制部13分别计算各单元块b1-b6的累计值s1-s6与最小累计值s6的差分δs1-δs6(s14)。另外，也可以省略第6单元块b6的累计值s6与最小累计值s6的差分δs6的计算。
[0044]
图5是表示单元块b1-b6的电压变化的累计值s1-s6的推移的一个例子的图。随着蓄电模块20的累积充放电期间增加，包含脱离单元的第1单元块b1的电压变化的累计值s1相对于不包含脱离单元的其他第2单元块b2-第6单元块b6的电压变化的累计值s2-s6，逐渐向上方分离。
[0045]
图6是表示单元块b1-b6的各累计值s1-s6与最小累计值s6的差分δs1-δs6的推移的一个例子的图。随着蓄电模块20的累积充放电期间增加，包含脱离单元的第1单元块b1的累计值s1与最小累计值s6的差分δs1相对于其他第2单元块b2-第6单元块b6的累计值s2-s6与最小累计值s6的差分δs2-δs6，逐渐向上方分离。
[0046]
返回到图2。控制部13分别比较各单元块b1-b6的累计值s1-s6与最小累计值s6的差分δsi(i＝1至串联数)和判断阈值(s15)。判断阈值是用于判断是否为包含脱离单元的单元块的阈值。判断阈值的适当值取决于单元的规格、单元的并联数、单元块的串联数、使用条件。设计者基于这些参数，基于实验或模拟，导出所使用的判断阈值。
[0047]
控制部13将与最小累计值s6的差分δsi为判断阈值以上的单元块(s15的是)判断为包含脱离单元的单元块(s16)。控制部13将与最小累计值s6的差分δsi小于判断阈值的单元块(s15的否)判断为不包含脱离单元的单元块(跳过s16)。
[0048]
控制部13判断是否满足单元块b1-b6的累计值s1-s6的复位条件(s17)。在满足复位条件的情况下(s17的是)，控制部13将单元块b1-b6的累计值s1-s6复位(s18)。在不满足复位条件的情况下(s17的否)，跳过步骤s18。
[0049]
复位条件可以是时间条件，也可以是容量条件。例如，可以使用一日一次或者多日一次、在规定的时刻将单元块b1-b6的累计值s1-s6复位的设定。此外，例如，也可以使用在由电流检测部12检测的电流的累计值达到蓄电模块20的soc(state of charge)使用范围(例如，20-80％)所对应的容量的时刻进行复位的设定。
[0050]
控制部13在蓄电系统1的运转结束的情况下(s19的是)，结束包含脱离单元的单元块的判断处理。在蓄电系统1的运转未结束的情况下(s19的否)，若经过一定时间δt(s110的是)，则移至步骤s10，反复步骤s10-步骤s18的处理。一定时间δt例如被设定为1分钟至5分钟之间。若一定时间δt短到小于数百毫秒，则多个单元块的各电压的每一定时间δt计算的变化值的误差的影响变大。若一定时间δt长到一小时以上，则每规定时间的各单元块的电压变化值的累计次数变少，从而得到检测单元的脱离所需的各单元块的电压变化的累计值所需的时间变长。因此，一定时间δt优选设定为几百毫秒至小于一小时之间。
[0051]
如以上说明那样，通过本实施方式，能够早期检测保险丝切断等导致的单元从单元块的脱离。也就是说，通过按每个单元块累计每一定时间的电压变化值，能够强调包含脱离单元的单元块的电压与不包含脱离单元的单元块的电压变化的微小差异。控制部13仅保持1周期前的各单元块的电压值与各单元块的电压变化的累计值即可，对系统的负担轻微，
容易导入。
[0052]
在上述专利文献1中公开的方法中，在保险丝切断的判断中未考虑基于充电的电压变化。因此，在保险丝在刚刚放电结束之前溶断的情况下，在经过了下次充电的下次放电的结束后被检测，保险丝切断的检测延迟。与此相对地，通过本实施方式，以绝对值累计每一定时间的电压变化，因此能够在不区分充电和放电的情况下，早期检测脱离单元的产生。
[0053]
在上述专利文献1中公开的方法中，在行驶结束时求取判断对象的单元块的电压变化率与正常的单元块组的电压变化率之差。基于上次行驶结束时之差和这次行驶结束时之差的变化，判断保险丝切断。在该方法中，为了求取有意义的电压变化率，需要某种程度的放电电流的累计。在未进行充分的放电的状态下，保险丝切断的判断精度降低。为了防止误判断，设定为不实施保险丝切断的判断直到进行充分的放电为止的情况下，若反复进行放电深度浅的放电，则不能进行保险丝切断的判断的状态持续。
[0054]
与此相对地，通过本实施方式，由于每一定时间始终实施包含脱离单元的单元块的判断，因此能够在产生脱离单元之后早期检测脱离单元的产生。此外，即使在反复进行放电深度浅的放电的情况下，若充放电量的累计值达到一定值，则能够检测脱离单元的产生。
[0055]
以上，基于实施方式来对本公开进行说明。实施方式是示例，本领域技术人员可以理解，这些各结构要素、各处理过程的组合可以有各种变形例，此外，这种变形例也属于本公开的范围。
[0056]
在上述实施方式中，说明了作为与n个单元块b1-bn的电压变化的累计值s1-sn进行比较的参照值、使用n个累计值s1-sn内的最小值的例子。这方面，作为参照值，也可以使用n个累计值s1-sn的平均值或者中央值。在计算n个累计值s1-sn的平均值或者中央值时，也可以从n个累计值s1-sn分别除去最大值和最小值。
[0057]
图7是表示第1单元块b1的电压与n个单元块b1-bn的平均电压的推移的一个例子的图。图8是将图7的第1单元块b1的电压和n个单元块b1-bn的平均电压的推移的1700秒-2000秒区间放大的图。
[0058]
在图7以及图8中，表示在第1单元块b1中产生脱离单元、在其他单元块中未产生脱离单元的例子。在正常的单元块中，即使由于充放电而剩余容量变化，与n个单元块b1-bn的平均电压的电压差也不会较大变化。另一方面，在包含脱离单元的单元块中，若剩余容量变化，则与该平均电压的电压差较大变化。
[0059]
另外，实施方式也可以通过以下的项目而确定。
[0060]
[项目1]
[0061]
一种管理装置(10)，对串联连接有多个将多个单元(e11-1m、e21-2m、
···
、en1-nm)并联连接的单元块(b1、b2、
···
、bn)的蓄电模块(20)进行管理，所述管理装置(10)的特征在于，具备：
[0062]
电压检测部(11)，对串联连接的多个单元块(b1、b2、
···
、bn)的各电压进行检测；和
[0063]
控制部(13)，计算所述多个单元块(b1、b2、
···
、bn)的各电压的每一定时间的变化值，按每个所述单元块(b1、b2、
···
、bn)，对计算出的电压变化值的绝对值进行累计，基于每个所述单元块(b1、b2、
···
、bn)的电压变化的累计值，判断有无包含电脱离的脱离单元的单元块(b1)。
[0064]
由此，能够早期检测包含脱离单元的单元块(b1)。
[0065]
[项目2]
[0066]
根据项目1所述的管理装置(10)，其特征在于，所述控制部(13)将具有所述多个单元块(b1、b2、
···
、bn)的累计值之中的与最小值的差为阈值以上的累计值的单元块(b1)判断为包含所述脱离单元的单元块。
[0067]
由此，能够根据单元块间的电压举动的不同来确定包含脱离单元的单元块。
[0068]
[项目3]
[0069]
根据项目1所述的管理装置(10)，其特征在于，所述控制部(13)将具有所述多个单元块(b1、b2、
···
、bn)的累计值之中的与平均值或者中央值的差为阈值以上的累计值的单元块(b1)判断为包含所述脱离单元的单元块。
[0070]
由此，能够根据单元块间的电压举动的不同来确定包含脱离单元的单元块。
[0071]
[项目4]
[0072]
根据项目1至3的任一项所述的管理装置(10)，其特征在于，与构成各单元块(b1、b2、
···
、bn)的多个单元(e11-1m、e21-2m、
···
、enl-nm)分别串联连接多个保险丝(f11-lm、f21-2m、
···
、fn1-nm)，
[0073]
若所述保险丝溶断，则与该保险丝串联连接的单元成为所述脱离单元。
[0074]
由此，能够早期检测保险丝切断。
[0075]
[项目5]
[0076]
一种蓄电系统(1)，其特征在于，具备：
[0077]
串联连接有多个将多个单元(e11-1m、e21-2m、
···
、en1-nm)并联连接的单元块(b1、b2、
···
、bn)的蓄电模块(20)；和
[0078]
对所述蓄电模块(20)进行管理的项目1至4的任意一项所述的管理装置(10)。
[0079]
由此，能够构建能够早期检测包含脱离单元的单元块(b1)的蓄电系统(1)。
[0080]-符号说明-[0081]
1蓄电系统，2负载，10管理部，11电压检测部，12电流检测部，13控制部，20蓄电模块，b1-bn单元块，e11-enm单元，f11-fnm保险丝，rs分流电阻。