(57)【要約】【課題】互いに並列接続される複数の電池モジュールを備える電源装置に発生する異常の検出精度を向上させる。【解決手段】各電池モジュール３に流れる電流を検出する電流検出部５と、電流検出部５により検出される電流により求められる電流偏差Ｉｄが、各電池モジュール３の電圧差と内部抵抗とにより求められる判定値Ｉｔｈよりも大きい場合、異常を検出する制御部７とを備えて電源装置１を構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに並列接続される複数の電池モジュールを備える電源装置であって、
前記各電池モジュールに流れる電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部により検出される電流により求められる電流偏差が、判定値よりも大きい場合、異常を検出する制御部と、
を備え、
前記判定値は、前記各電池モジュールの電圧差と前記各電池モジュールの内部抵抗とにより求められる
ことを特徴とする電源装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電源装置であって、
前記判定値は、前記各電池モジュールの電圧差と前記各電池モジュールの内部抵抗と配線抵抗とにより求められる
ことを特徴とする電源装置。
【請求項３】
請求項１に記載の電源装置であって、
前記各電池モジュールの温度を検出する温度検出部を備え、
前記判定値は、前記各電池モジュールの電圧と前記各電池モジュールの内部抵抗と前記温度検出部により検出される温度とにより求められる
ことを特徴とする電源装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載の電源装置であって、
前記判定値は、前記各電池モジュールの電圧差の絶対値が大きくなる程、大きくなる
ことを特徴とする電源装置。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載の電源装置であって、
前記電流偏差は、一つの前記電池モジュールに流れる電流と他の前記電池モジュールに流れる電流の差分の絶対値である
ことを特徴とする電源装置。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか１項に記載の電源装置であって、
前記電流偏差は、一つの前記電池モジュールに流れる電流と前記各電池モジュールに流れる電流の平均値との差分の絶対値である
ことを特徴とする電源装置。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか１項に記載の電源装置であって、
前記制御部は、異常を検出すると、前記各電池モジュールから負荷へ供給される電力を制限する
ことを特徴とする電源装置。
【請求項８】
互いに並列接続される複数の電池モジュールを備える電源装置に発生する異常を検出する異常検出方法であって、
前記各電池モジュールに流れる電流を検出し、
検出した電流により求められる電流偏差が、前記各電池モジュールの電圧差と前記各電池モジュールの内部抵抗とにより求められる判定値よりも大きい場合、異常を検出する
ことを特徴とする異常検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、互いに並列接続される複数の電池モジュールを備える電源装置に発生する異常を検出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
電源装置に発生する異常として、例えば、電池モジュールに接続されるスイッチがオープン故障する異常や電池モジュールを構成する複数の電池のうちの一つの電池が短絡する異常が考えられる。
【０００３】
このような異常を検出する方法として、例えば、一つの電池モジュールに流れる電流と他の電池モジュールに流れる電流との電流差が予め決められた閾値よりも大きい場合、異常を検出するものがある。
【０００４】
しかしながら、各電池モジュールの電圧にバラツキがあると、各電池モジュール間に還流電流が流れるため、その還流電流によって異常が発生していないにもかかわらず電流差が閾値よりも大きくなり、異常を誤検出してしまうおそれがある。
【０００５】
そこで、還流電流を考慮して閾値を大きくしておくことが考えられるが、閾値を大きくし過ぎると、実際に異常が発生しているにもかかわらずその異常を検出できないおそれがある。
【０００６】
関連する技術として、互いに並列接続される各二次電池に流れる電流の方向を判定して、各二次電池に循環電流（還流電流）が流れないように、各二次電池に接続される放電用スイッチング素子又は充電用スイッチング素子を導通させるものがある。例えば、特許文献１参照。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１４−０６０８７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、互いに並列接続される複数の電池モジュールを備える電源装置に発生する異常の検出精度を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
実施形態の電源装置は、互いに並列接続される複数の電池モジュールを備える電源装置であって、各電池モジュールに流れる電流を検出する電流検出部と、電流検出部により検出される電流により求められる電流偏差が、各電池モジュールの電圧と各電池モジュールの内部抵抗とにより求められる判定値よりも大きい場合、異常を検出する制御部とを備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、互いに並列接続される複数の電池モジュールを備える電源装置に発生する異常の検出精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態の電源装置の一例を示す図である。
【図２】制御部の動作の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、実施形態の電源装置の一例を示す図である。
図１に示す電源装置１は、フォークリフトやプラグインハイブリッド車などの車両に搭載され、走行用モータや電装機器などの負荷２へ電力を供給する。また、電源装置１は、複数の電池モジュール３（３−１〜３−ｋ）と、複数のスイッチ４（４−１〜４−ｋ）と、複数の電流検出部５（５−１〜５−ｋ）と、温度検出部６と、制御部７と、記憶部８とを備える。
【００１３】
各電池モジュール３は、互いに並列接続されているとともに、負荷２に接続されている。また、各電池モジュール３は、直列接続される一つ以上の電池９により構成される。電池９は、例えば、リチウムイオン電池やニッケル水素電池とする。
【００１４】
各スイッチ４は、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）などのトランジスタやリレーにより構成される。スイッチ４−１は電池モジュール３−１と負荷２との間に設けられ、スイッチ４−２は電池モジュール３−２と負荷２との間に設けられ、・・・、スイッチ４−ｋは電池モジュール３−ｋと負荷２との間に設けられている。
【００１５】
例えば、スイッチ４−１がオンすると、電池モジュール３−１と負荷２とが電気的に接続される。このとき、さらに、スイッチ４−２がオンすると、電池モジュール３−２と負荷２とが電気的に接続されるとともに、電池モジュール３−１と電池モジュール３−２とが電気的に接続される。また、スイッチ４−１、４−２がオンしているとき、電池モジュール３−１の電圧Ｖｍ１が電池モジュール３−２の電圧Ｖｍ２よりも大きいと、電池モジュール３−１から電池モジュール３−２へ還流電流が流れる。なお、還流電流Ｉｒ１２＝｜電圧Ｖｍ１−電圧Ｖｍ２｜／（電池モジュール３−１の内部抵抗Ｒｍ１＋電池モジュール３−２の内部抵抗Ｒｍ２）を計算することにより、正常時に電池モジュール３−１、３−２の間に流れると推定される還流電流Ｉｒ１２を求めることができる。なお、内部抵抗Ｒｍ１は電池モジュール３−１の各電池９の内部抵抗の合計とし、内部抵抗Ｒｍ２は電池モジュール３−２の各電池９の内部抵抗の合計とする。
【００１６】
なお、還流電流を求めるときに、各電池モジュール３の内部抵抗Ｒｍだけでなく、配線抵抗等の電池以外の抵抗Ｒｗを使って求めてもよい。例えば、前述の場合は、正常時に電池モジュール３−１、３−２の間に流れると推定される還流電流はＩｒ１２＝｜電圧Ｖｍ１−電圧Ｖｍ２｜／（電池モジュール３−１の内部抵抗Ｒｍ１＋電池モジュール３−２の内部抵抗Ｒｍ２＋配線抵抗等の電池以外の抵抗Ｒｗ）を計算することにより求めることができる。
【００１７】
各電流検出部５は、例えば、電流計により構成される。電流検出部５−１は電池モジュール３−１に流れる電流Ｉｍ１を検出し、電流検出部５−２は電池モジュール３−２に流れる電流Ｉｍ２を検出し、・・・、電流検出部５−ｋは電池モジュール３−ｋに流れる電流Ｉｍｋを検出する。
【００１８】
温度検出部６は、例えば、サーミスタにより構成され、電池モジュール３−１〜３−ｋの温度Ｔを検出する。
制御部７は、電流検出部５−１〜５−ｋにより検出される電流Ｉｍ１〜Ｉｍｋに基づいて、電流偏差Ｉｄを求める。このとき、電源装置１から負荷２へ電力が供給されていないものとする。
【００１９】
例えば、制御部７は、電流偏差Ｉｄ＝｜電流Ｉｍ１−電流Ｉｍ２｜を計算することにより、電池モジュール３−１又は電池モジュール３−２に対する電流偏差Ｉｄを求める。すなわち、電流偏差Ｉｄは、一つの電池モジュール３に流れる電流Ｉｍと他の電池モジュール３に流れる電流Ｉｍとの差分の絶対値である。
【００２０】
また、例えば、制御部７は、電流偏差Ｉｄ＝｜電流Ｉｍ１−電流Ｉａｖｅ｜を計算することにより、電池モジュール３−１に対する電流偏差Ｉｄを求める。なお、電流Ｉａｖｅは電流Ｉｍ１〜Ｉｍｋの平均値とする。すなわち、電流偏差Ｉｄは、一つの電池モジュール３に流れる電流Ｉｍと各電池モジュール３に流れる電流Ｉｍ１〜Ｉｍｋの平均値との差分の絶対値である。
【００２１】
また、制御部７は、各電池モジュール３の電圧差と、各電池モジュール３の内部抵抗Ｒｍとに基づいて、判定値Ｉｔｈを求める。
例えば、制御部７は、還流電流Ｉｒ＝｜電圧Ｖｍ１−電圧Ｖｍ２｜／（内部抵抗Ｒｍ１＋内部抵抗Ｒｍ２）を計算することにより、正常時に電池モジュール３−１、３−２間に流れると推定される還流電流Ｉｒを求め、その求めた還流電流Ｉｒを判定値Ｉｔｈとする。このように求められる判定値Ｉｔｈは、電池モジュール３−１、３−２の電圧差の絶対値が大きい程、大きくなる。すなわち、判定値Ｉｔｈは、正常時に電池モジュール３−１、３−２間に流れると推定される還流電流Ｉｒに応じて変動する。なお、内部抵抗Ｒｍは、各電池９の劣化度合や各電池９の内部抵抗Ｒｍのバラツキなどに応じて可変してもよい。また、各電池モジュール３の内部抵抗Ｒｍは実験的に求められる値であって、予め記憶部８に記憶されているものとする。また、制御部７は、各電池モジュール３の電圧差の絶対値に対応する判定値Ｉｔｈを記憶部８から取り出すことにより判定値Ｉｔｈを求めてもよい。
【００２２】
また、制御部７は、各電池モジュール３の電圧差と、各電池モジュール３の内部抵抗と、配線抵抗等の電池以外の抵抗Ｒｗとに基づいて、判定値Ｉｔｈを求めてもよい。
例えば、還流電流Ｉｒ＝｜電圧Ｖｍ１−電圧Ｖｍ２｜／（内部抵抗Ｒｍ１＋内部抵抗Ｒｍ２＋抵抗Ｒｗ）を計算することにより、正常時に電池モジュール３−１、３−２間に流れると推定される還流電流Ｉｒを求め、その求めた還流電流Ｉｒを判定値Ｉｔｈとする。このように求められる判定値Ｉｔｈも、電池モジュール３−１、３−２の電圧差の絶対値が大きい程、大きくなる。すなわち、判定値Ｉｔｈは、正常時に電池モジュール３−１、３−２間に流れると推定される還流電流Ｉｒに応じて変動する。
【００２３】
また、制御部７は、各電池モジュール３の電圧差と、各電池モジュール３の内部抵抗と、温度検出部６により検出される温度Ｔとに基づいて、判定値Ｉｔｈを求めてもよい。
例えば、制御部７は、温度検出部６により検出される温度Ｔに対応する内部抵抗Ｒｍ１´、Ｒｍ２´を記憶部８から取り出し、還流電流Ｉｒ＝｜電圧Ｖｍ１−電圧Ｖｍ２｜／（内部抵抗Ｒｍ１´＋内部抵抗Ｒｍ２´）を計算することにより、正常時に電池モジュール３−１、３−２間に流れると推定される還流電流Ｉｒを求め、その求めた還流電流Ｉｒを判定値Ｉｔｈとする。このように求められる判定値Ｉｔｈも、電池モジュール３−１、３−２の電圧差の絶対値が大きい程、大きくなる。すなわち、判定値Ｉｔｈは、正常時に電池モジュール３−１、３−２間に流れると推定される還流電流Ｉｒに応じて変動する。なお、内部抵抗Ｒｍ´は、各電池９の劣化度合や各電池９の内部抵抗Ｒｍ´のバラツキなどに応じて可変してもよい。また、制御部７は、各電池モジュール３の電圧差の絶対値及び各電池モジュール３の温度Ｔに対応する判定値Ｉｔｈを記憶部８から取り出すことにより判定値Ｉｔｈを求めてもよい。また、制御部７は、温度検出部６により検出される温度Ｔに基づいて配線抵抗等の電池以外の抵抗Ｒｗ´を使って還流電流Ｉｒを求めてもよい。
【００２４】
また、制御部７は、電流偏差Ｉｄが判定値Ｉｔｈよりも大きい場合、異常を検出する。すなわち、制御部７は、実際に各電池モジュール３間に流れている電流が正常時に各電池モジュール３間に流れると推定される還流電流よりも大きい又は小さい場合（正常時に各電池モジュール３間に流れると推定される還流電流とは異なる大きさの電流が各電池モジュール３間に流れている場合）、異常を検出する。これにより、還流電流の影響を抑えてスイッチ４のオープン故障や電池９の短絡などの異常を検出することができる。
【００２５】
また、制御部７は、異常を検出すると、各スイッチ４をオフにして、電源装置１から負荷２へ供給される電力を制限する。
また、制御部７は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、マルチコアＣＰＵ、又はプログラマブルなディバイス（ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）など）により構成される。
【００２６】
図２は、制御部７の動作の一例を示すフローチャートである。なお、図２に示す異常検出処理（Ｓ１〜Ｓ３）は一定時間経過毎に行われるものとする。
まず、制御部７は、電流偏差Ｉｄ及び判定値Ｉｔｈを求める（Ｓ１）。
【００２７】
次に、制御部７は、電流偏差Ｉｄが判定値Ｉｔｈよりも大きいか否かを判断する（Ｓ２）。
そして、制御部７は、電流偏差Ｉｄが判定値Ｉｔｈよりも大きいと判断すると（Ｓ２：Ｙｅｓ）、異常対処を行い（Ｓ３）、電流偏差Ｉｄが判定値Ｉｔｈ以下であると判断すると（Ｓ２：Ｎｏ）、今回の異常検出処理を終了して次回の異常検出処理の開始タイミングまで待機する。例えば、制御部７は、異常対処として、各スイッチ４をオフすることにより、電源装置１から負荷２へ供給される電力を制限する。
【００２８】
実施形態の電源装置１は、各電池モジュール３の電圧差や内部抵抗などにより判定値Ｉｔｈを求めることで、正常時に各電池モジュール３間に流れると推定される還流電流に応じて判定値Ｉｔｈを変動させている。これにより、還流電流の影響を抑えて異常検出を行うことができるため、異常を誤検出することを抑えることができる。また、還流電流の影響を抑えて異常検出を行うことができるため、還流電流の影響を抑えるための余分なマージンを判定値Ｉｔｈに加える必要がなく、異常の検出漏れを抑えることができる。従って、異常検出の精度を向上させることができる。
【符号の説明】
【００２９】
１  電源装置
２  負荷
３  電池モジュール
４  スイッチ
５  電流検出部
６  温度検出部
７  制御部
８  記憶部
９  電池
【図１】
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【図２】
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