專利名稱：電池異常預(yù)測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種搭載了由多個單電池構(gòu)成的電池組的電池異常預(yù)測系統(tǒng)。本申請對2010年11月4日在日本申請的特愿2010 — 247675號主張優(yōu)先權(quán)，在此引用了其內(nèi)容。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中，例如由多個單電池(例如二次電池)構(gòu)成的電池組在電動汽車等電池系統(tǒng)中被使用。在搭載于電池系統(tǒng)的電池組中，對具有預(yù)定電容的各二次電池進(jìn)行充電放電，利用通過該充電放電產(chǎn)生的電力使電力負(fù)載運(yùn)行。但是，重復(fù)該充電放電后的各二次電池的電容(也稱為“殘留電容”)因各二次電池的制造差異、或溫度、濕度等使用環(huán)境不同，存·在各自變?yōu)椴煌档那闆r。因此，對殘留電容不同的二次電池重復(fù)充電放電時，存在特定的二次電池的退化和其他二次電池的退化相比較嚴(yán)重的情況。因此開發(fā)出了下述技術(shù)測定各二次電池的內(nèi)部電阻值，根據(jù)測定的內(nèi)部電阻值，檢測各二次電池的退化的同時，控制充電放電(例如參照下述專利文獻(xiàn)I)。該技術(shù)提高了二次電池、使用多個該二次電池的電池組的性能、可靠性。并且提出了以下方案如果任意一個二次電池發(fā)生異常時，對用戶(單電池的驅(qū)動對象的設(shè)備/系統(tǒng)及其使用者)警告(顯示)該二次電池的異常(例如參照下述專利文獻(xiàn)2)。現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I :日本特開2008 - 118790號公報專利文獻(xiàn)2 日本特開2003 - 125540號公報

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問題 但是，在專利文獻(xiàn)2示例的現(xiàn)有技術(shù)中，在檢測出二次電池為異常狀態(tài)后向用戶發(fā)出警告。因此，在接收到二次電池發(fā)生異常的警告且作為對應(yīng)不得不停止設(shè)備/系統(tǒng)時，雖然有必要在當(dāng)前時刻下使電池系統(tǒng)運(yùn)行，但卻無法運(yùn)行。針對這一點(diǎn)，也可考慮將預(yù)備的二次電池儲備到電池系統(tǒng)中，但對于如何切換控制該儲備的二次電池，需進(jìn)一步繼續(xù)進(jìn)行開發(fā)。這種情況對電池系統(tǒng)而言不利，假設(shè)例如在高速行駛的電動汽車上搭載的電池組中發(fā)生異常的情況，則從安全性的角度出發(fā)，要求進(jìn)一步的改良。本發(fā)明鑒于上述現(xiàn)有問題而出現(xiàn)，其目的在于提供一種進(jìn)一步提高安全性、便利性的電池系統(tǒng)。用于解決問題的手段本發(fā)明的電池異常預(yù)測系統(tǒng)具有正常范圍判定部，取得表示多個單電池各自的狀態(tài)的參數(shù)值，判斷所取得的上述參數(shù)值是否是正常的值；統(tǒng)計處理部，將判斷是上述正常的值的多個參數(shù)值分別分類到以預(yù)定的間隔分割的范圍，進(jìn)行上述分類的上述參數(shù)值的統(tǒng)計處理；狀態(tài)判斷部，根據(jù)通過上述統(tǒng)計處理部統(tǒng)計處理的結(jié)果，判斷上述多個單電池的狀態(tài)，根據(jù)上述判斷的結(jié)果，判斷上述多個單電池的狀態(tài)是否處于可能從通常狀態(tài)轉(zhuǎn)移到異常狀態(tài)的狀態(tài)。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，可抑制判斷所需的處理的負(fù)載，同時在系統(tǒng)中搭載的多個單電池變?yōu)楫惓顟B(tài)前，可預(yù)測到可能陷于該異常狀態(tài)的單電池。因此，可實(shí)現(xiàn)一種具有良好安全性的電池系統(tǒng)。


圖I是表示本實(shí)施方式的二次電池異常預(yù)測系統(tǒng)的構(gòu)成的框圖。
圖2是表示同一實(shí)施方式涉及的各電池單元的連接、電池組和CMU、BMU的連接關(guān)系的功能框圖。圖3是表示同一實(shí)施方式涉及的電壓取得部取得的第I電池單元 第20電池單兀的各電壓值的一例的圖。圖4是表示判斷同一實(shí)施方式涉及的電池組的異常預(yù)測的步驟的流程圖。圖5是在判斷同一實(shí)施方式涉及的電池組的異常預(yù)測的步驟中，對預(yù)測判定進(jìn)行詳述的流程圖。圖6是通過條形圖表示同一實(shí)施方式涉及的電池組的電壓分布的圖(正規(guī)分布的)的一例。圖7是通過條形圖表示同一實(shí)施方式涉及的電池組的電壓分布的圖(具有兩個極大值的分布)的一例。
具體實(shí)施例方式以下參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明涉及的電池系統(tǒng)。(第I實(shí)施方式)圖I是表示本實(shí)施方式的電池系統(tǒng)的構(gòu)成的框圖。本實(shí)施方式的電池系統(tǒng)具有以下功能在構(gòu)成電池組的單電池(例如二次電池)產(chǎn)生異常前，表示(預(yù)測)該單電池的狀態(tài)處于可能從通常狀態(tài)向異常狀態(tài)轉(zhuǎn)移的狀態(tài)。以下將具有該功能的電池系統(tǒng)稱為“電池異常預(yù)測系統(tǒng)”，其中以搭載了二次電池的二次電池異常預(yù)測系統(tǒng)為例，說明其具體構(gòu)成。圖I是表示本實(shí)施方式的二次電池異常預(yù)測系統(tǒng)I的構(gòu)成的框圖。二次電池異常預(yù)測系統(tǒng)I例如是電動汽車。該二次電池異常預(yù)測系統(tǒng)I的構(gòu)成包括電池組10、上位控制裝置18、顯示部40、電力負(fù)載50、及BMS (Battery ManagementSystem/電池管理系統(tǒng))25。電池組10和作為該電池組的監(jiān)視控制裝置的BMS25可作為一個電池模塊(省略圖示)構(gòu)成，從二次電池異常預(yù)測系統(tǒng)I的外部嵌入到二次電池異常預(yù)測系統(tǒng)I的內(nèi)部。通過上述電池模塊，可從二次電池異常預(yù)測系統(tǒng)I的外部容易地更換該電池模塊。電力負(fù)載50、上位控制裝置18、及顯示部40預(yù)先組裝到二次電池異常預(yù)測系統(tǒng)I。并且，也存在將二次電池異常預(yù)測系統(tǒng)I中的上位控制裝置18及BMS25統(tǒng)一稱為控制裝置的情況。其中，本發(fā)明的二次電池異常預(yù)測系統(tǒng)I (電池系統(tǒng))除了電動汽車外，例如也可是叉車等工業(yè)車輛、電車、在作為電力負(fù)載50的電動機(jī)上連接了推進(jìn)器或螺旋槳的飛行設(shè)備或船等移動體。進(jìn)一步，二次電池異常預(yù)測系統(tǒng)I例如也可是家庭用電力儲存系統(tǒng)、和風(fēng)車、太陽光這樣的自然能發(fā)電組合的電網(wǎng)穩(wěn)定蓄電系統(tǒng)(系統(tǒng)連系円滑化蓄電'>/Grid-stabilization Power-storage System)等固定用的系統(tǒng)。S卩，二次電池異常預(yù)測系統(tǒng)I是對利用構(gòu)成電池組10的多個二次電池的電力的充電放電的系統(tǒng)的總稱。電池組10中，作為多個單電池包括二次電池lla llh，向二次電池異常預(yù)測系統(tǒng)I的電力負(fù)載50提供電力。在本實(shí)施方式中，多個二次電池Ila lId、lle^lIh分別串聯(lián)(分別稱為“電池串”)，并且該電池串進(jìn)一步并聯(lián)，從而構(gòu)成電池組10。以下將二次電池Ilallh統(tǒng)稱為“二次電池11”。此時，并列相鄰的電池串之間例如經(jīng)由開關(guān)彼此連接，在進(jìn)行下述預(yù)測判定處理時，BMU30中的狀態(tài)判斷部33 (后述)為排除其他串的影響進(jìn)行適 當(dāng)分串，從而可按照各電池串逐個進(jìn)行預(yù)測判定。各二次電池11上安裝有測量溫度值、電壓值、電流值等測量信息的各種傳感器，通過該傳感器測量并輸出的測量信息輸入到稍后詳述的BMS25中。以下對二次電池11，以多個正極板和多個負(fù)極板經(jīng)由隔膜交互層壓并容納到電池容器的層壓型鋰離子二次電池為例進(jìn)行說明。但不限于該層壓型鋰離子二次電池，也可分別使用帶狀的正極板和負(fù)極板經(jīng)由隔膜在電池容器內(nèi)纏繞的纏繞型鋰離子二次電池、或包括一次電池的其他電池。上位控制裝置18對應(yīng)用戶的指示(例如用戶對油門的踩踏量)控制電力負(fù)載50，并且接收從BMS25發(fā)送的電池組10的相關(guān)信息(是和上述測量信息相關(guān)的信息，包括通過BMS25計算的各二次電池11的充電率SOC等)，控制顯示部40，適當(dāng)將相關(guān)信息顯示到顯示部40。上位控制裝置18為了使BMS25進(jìn)行下述預(yù)測判定處理，以預(yù)定的時序向BMS25輸出判定開始信號。該預(yù)定的時序例如可以是每幾秒、每幾分鐘、或者每I小時、每24小時等每預(yù)定時間，也可不定期(例如由用戶進(jìn)行退化判定開始的指示時)地輸出上述判定開始信號。并且，上位控制裝置18在判斷上述相關(guān)信息的至少一部分是異常值時，對用戶提示警告。具體而言，使顯示部40中內(nèi)置的異常燈亮燈等(光學(xué)性的顯示即可，因此也可在下述監(jiān)視器的畫面中進(jìn)行表示其為異常的顯示)，并且使顯示部40中內(nèi)置的蜂鳴器等音響裝置運(yùn)行，發(fā)出警報，通過光和聲音刺激視覺及聽覺，引起用戶注意。顯示部40例如是具有上述音響裝置的液晶面板等監(jiān)視器，根據(jù)來自上位控制裝置18的控制，進(jìn)行構(gòu)成電池組10的二次電池11的上述相關(guān)信息的顯示等。此外，該顯示部40是在本說明書中使用的“提示部”的一例，作為提示部的其他例子，例如包括上述蜂鳴器、下述揚(yáng)聲器等。電力負(fù)載50是和電動汽車的車輪連接的電動機(jī)、換流器等電力變換器。電力負(fù)載50也可是驅(qū)動雨刮器等電動機(jī)。接著參照圖2詳述構(gòu)成BMS25的CMU (Cell Monitor Unit/電池監(jiān)測單元)20和BMU3O (Battery Management Unit/電池管理單兀)的連接關(guān)系、及二次電池11和CMU20的連接關(guān)系。在本實(shí)施方式中，如圖I所示，在上述各電池串上分別設(shè)置CMU20 — 1、20 — 2。以下在統(tǒng)稱CMU20 - 1,20 - 2時記載為“CMU20”。此外，為簡化說明，二次電池Ile Ilh及CMU20 - 2相關(guān)的記載分別和二次電池Ilalld及CMU20 — I相同，因此省略，對二次電池Ila Ild及CMU20 — I繼續(xù)進(jìn)行說明。CMU20具有未圖不的ADC(Analog Digital Converter/模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器),將各二次電池11上設(shè)置的上述各種傳感器檢測并輸出的多個上述測量信息分別作為模擬信號接收。并且，CMU20將這些模擬信號通過ADC變換為分別對應(yīng)的數(shù)字信號后，作為用于計算上述相關(guān)信息、預(yù)測判定(后述)的多個參數(shù)值，輸出到BMU30。接著說明各種傳感器的設(shè)置方式。如圖2所示，和二次電池Ilalld—一對應(yīng)，分別設(shè)置電壓計VaH具體而言，在對應(yīng)的二次電池11的正極端子和負(fù)極端子之間分別連接各電壓計Va Vd，該電壓計Va Vd分別測量對應(yīng)的二次電池11的電壓值。并且，和二次電池Ilalld —一對應(yīng)，如圖I所示分別設(shè)置溫度計TaH具體而
言，在對應(yīng)的二次電池11的電池容器的外表面(設(shè)置位置可任意選擇)上分別設(shè)置各溫度計Ta Td，各溫度計Ta Td分別測量對應(yīng)的二次電池11的溫度值。進(jìn)一步，為測定可施加到電力負(fù)載50的最大電壓，在電池組10的正極端子和負(fù)極端子之間連接電壓計24。在本實(shí)施方式中，例如在存在于預(yù)定的電池串(二次電池Ila Ild通過總線12串聯(lián)的構(gòu)成)的兩端的二次電池Ila的正極端子和二次電池Ild的負(fù)極端子之間，連接電壓計24。并且，測量在電池組10中流動的電流值的電流計Ia設(shè)置在電池組10和電力負(fù)載50之間。此外，上述電流計Ia及電壓計24也是上述各種傳感器的一例。此外，也可將二次電池11中的電池容器的電位作為上述測量信息測定。具體而言，將各二次電池11的正極端子和電池容器經(jīng)由預(yù)定的電阻電連接。另一方面，將容器電壓測定用的電壓計分別連接到各二次電池11的負(fù)極端子和電池容器。這樣一來，可測定各二次電池11中的電池容器的電位(稱為“容器電位(缶電位)”)。和各二次電池11連接的CMU20的構(gòu)成包括參數(shù)值輸出部21。參數(shù)值輸出部21檢測上述各二次電池11的電壓值、溫度值和容器電位、及從電壓計24取得的電池組10整體的電壓值、從電流計Ia取得的電流值等上述測量信息。并且，參數(shù)值輸出部21包括上述ADC，將檢測出的上述測量信息通過ADC變換為數(shù)字信號后，作為參數(shù)值輸出到BMU30。BMU30根據(jù)從CMU20輸入的電池組10及各二次電池11各自的上述參數(shù)值，每當(dāng)從上位控制裝置18輸入上述判定開始信號時，進(jìn)行下述預(yù)測判定處理，將該判定結(jié)果輸出到上位控制裝置18。如圖2所示，BMU30的構(gòu)成包括正常范圍判定部31、統(tǒng)計處理部32、狀態(tài)判斷部33及輸出部34。BMU30經(jīng)由收發(fā)數(shù)據(jù)的未圖示的總線和CMU20及上位控制裝置18連接，對應(yīng)該上位控制裝置18的指令，控制對電力負(fù)載50的供電的開始、停止。 接著詳述使用BMU30的各構(gòu)成由BMS25執(zhí)行的預(yù)測判定處理。此外，以下作為BMS25 (在本實(shí)施方式中是構(gòu)成BMS25的BMU30)進(jìn)行的預(yù)測判定的一例，說明根據(jù)本實(shí)施方式涉及的電池組10的電壓值的狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測判定的步驟。此夕卜，BMS25也可根據(jù)其他種類的參數(shù)值(各二次電池11的溫度值、容器電位等)進(jìn)行預(yù)測判定，但和電壓值時一樣，因此省略其說明。并且，為易于理解本實(shí)施方式的主旨，在電池組10中，使20個(η = 20)二次電池
11(第I 二次電池IIa 第20 二次電池lit)串聯(lián)，對該電池組10連接一個CMU20。并且，在第I 二次電池Ila 第20 二次電池Ilt上分別連接作為各種傳感器的一例的第I電壓計Va 第20電壓計Vt。圖3是表示CMU20的參數(shù)值輸出部21取得的第I 二次電池I Ia 第20 二次電池Ilt的各電壓值的一例的圖。參數(shù)值輸出部21以預(yù)先確定的預(yù)定周期、例如I秒間隔，取得第I 二次電池IIa 第20 二次電池Ilt的各電壓值。在本實(shí)施方式中，如圖3所示，將二次電池11的號碼和該二次電池11的電壓值建立關(guān)聯(lián)。具體而言，電池組10串聯(lián)，因此例如通過測定第20 二次電池Ilt的負(fù)極和與預(yù)定號碼對應(yīng)的二次電池11的正極之間的電壓值，可確定該預(yù)定號碼的二次電池11的位置。因此，BMS25可使二次電池11的位置(與預(yù)定的號碼對應(yīng))和與該位置對應(yīng)的二次電池11的電壓值建立關(guān)聯(lián)。 正常范圍判定部31根據(jù)從參數(shù)值輸出部21輸出的多個參數(shù)值(上述溫度值、容器電壓等，在本實(shí)施方式中是多個電壓值)，判斷各參數(shù)值是否處于預(yù)先確定的預(yù)定范圍內(nèi)。具體的判斷方式如下。即，如圖4所示，參數(shù)值輸出部21取得構(gòu)成電池組10的各二次電池11的電壓值(步驟SI)。此時，CMU20使構(gòu)成電池組10的各二次電池11的位置、和對應(yīng)的二次電池11的電壓值建立關(guān)聯(lián)(參照圖3)。并且，參數(shù)值輸出部21對第I 二次電池Ila 第20 二次電池Ilt判斷是否取得了所有的電壓值(步驟S2)。未取得所有電壓值時(步驟S2 :否)，直到取得所有電壓值為止，重復(fù)步驟S I和步驟S2。另一方面，當(dāng)取得了所有電壓值時(步驟S2 :是)，參數(shù)值輸出部21將取得的上述電壓值(電壓值V1I2tl)分別變換為作為數(shù)字信號的參數(shù)值后，將該參數(shù)值輸出到BMU30的正常范圍判定部31。正常范圍判定部31判斷輸入的所有參數(shù)值是否在正常范圍(是否處于預(yù)定范圍內(nèi))(步驟S3)。其中，“處于預(yù)定范圍內(nèi)”是指，構(gòu)成電池組10的各二次電池11處于滿足設(shè)想的規(guī)格的充分狀態(tài)，變?yōu)橛啥坞姵?1的制造商預(yù)先設(shè)定的值。表示該預(yù)定范圍的信息(電壓的上限值Vp及下限值Vs)例如預(yù)先記錄到BMU30的存儲器(省略圖示)內(nèi)。因此，正常范圍判定部31讀取該上限值Vp和下限值Vs，判定所有二次電池Ilallt的電壓值(V廣V2tl)是否在該下限值Vs以上、且在上限值Vp以下。并且，正常范圍判定部31在判定所有二次電池11的電壓值為下限值Vs以上、且上限值Vp以下時，判定構(gòu)成電池組10的所有二次電池11的電壓值為正常的狀態(tài)。并且，當(dāng)電壓值V廣V2tl全部在正常范圍內(nèi)時(步驟S3 :是)，正常范圍判定部31將該電壓值V廣V2tl輸出到統(tǒng)計處理部32。并且，根據(jù)該電壓值V1I2tl, BMS25進(jìn)行下述預(yù)測判定(步驟S5)。另一方面，電壓值V廣V2tl中只要有一個在正常范圍外(步驟S3 :否)，BMU30進(jìn)行以下控制(步驟S4):將對應(yīng)的二次電池11在正常范圍外有電壓電平(即是異常電壓)的判定結(jié)果，作為警告顯示輸出到顯示部40。此時，BMU30也可進(jìn)行限制電池組10的輸出的控制(例如將來自電池組10的輸出限制為50%，或逐漸使輸出為零等)。并且，BMU30也可代替警告顯示或在其基礎(chǔ)上增加從電動汽車等具有的揚(yáng)聲器等進(jìn)行聲音警告。
接著參照圖5等繼續(xù)說明BMS25進(jìn)行的預(yù)測判定。在本實(shí)施方式中，BMS25根據(jù)判定在正常范圍內(nèi)的上述多個參數(shù)值(電壓值)，生成次數(shù)分布，通過簡單地判定該次數(shù)分布是否是正規(guī)分布，來預(yù)測電池組10的異常。以下詳述該預(yù)測判定。統(tǒng)計處理部32從正常范圍判定部31輸入各二次電池11的參數(shù)值(各二次電池11的溫度值、電壓值、容器電位、或電池組10整體的電壓值、電流值等)。統(tǒng)計處理部32例如根據(jù)輸入的各電壓值進(jìn)行統(tǒng)計處理(生成次數(shù)分布)，將統(tǒng)計處理的信息輸出到狀態(tài)判斷部33。此外，統(tǒng)計處理部32也可對其他參數(shù)值也同樣進(jìn)行統(tǒng)計處理，將統(tǒng)計處理的信息(后述)輸出到狀態(tài)判斷部33。具體的統(tǒng)計處理如下進(jìn)行。即，首先，統(tǒng)計處理部32設(shè)定用于將輸入的所有電壓值V1I^1分類的分割數(shù)N (步驟S 101)。分割數(shù)N是正的整數(shù)，例如根據(jù)下式(I)設(shè)定。·(Vp-Vs) Wl=N: I ...... (I)其中，Wl是下述次數(shù)分布中的預(yù)定大小的電壓值，通過實(shí)驗(yàn)等預(yù)先計算。如公式
(I)所示，該Wl由上述上限值Vp和下限值Vs的幅度比規(guī)定，作為用于判定上述次數(shù)分布是否是正規(guī)分布的指標(biāo)使用。此外，如減小該Wl的值，則分割數(shù)N變大，分割為較細(xì)小的范圍并分類多個參數(shù)值。本實(shí)施方式的主旨是，抑制BMS25的處理負(fù)載的同時，簡單地進(jìn)行電池組10的異常預(yù)測(稍后詳述)。從這樣的角度出發(fā)，在本實(shí)施方式中，將Wi的值設(shè)定得較大。例如，使上述上限值Vp、下限值Vs分別為4. 2V、2. 7V，使Wl為O. 3V時，根據(jù)公式(1)，分割數(shù)N為5。以下以分割為5進(jìn)行說明，但上述上限值\、下限值VS、W1及分割數(shù)N的值是一例，當(dāng)然可根據(jù)二次電池11、二次電池異常預(yù)測系統(tǒng)的規(guī)格適當(dāng)設(shè)定。此外，也可將和電壓值的上限值Vp及下限值入的差分對應(yīng)的分割數(shù)與該差分建立關(guān)聯(lián)，并預(yù)先存儲到存儲器(未圖示)中。此時，例如差分Λ Tl時的分割數(shù)為5、差分Λ Τ2時的分割數(shù)為7，預(yù)先存儲到上述BMU30內(nèi)的存儲器(省略圖示)中。統(tǒng)計處理部32根據(jù)計算出的分割數(shù)(采樣數(shù))N,以橫軸為電壓值、縱軸為次數(shù)，將取得的電壓值分別作為次數(shù)分布進(jìn)行分類(步驟S102)。圖6表示上述次數(shù)分布的一例。在圖6所示的條形圖中，縱軸是次數(shù)，橫軸是電壓值。其中，條g401表示作為第I范圍提取的電壓值的次數(shù)。條g402表示作為第2范圍提取的電壓值的次數(shù)。條g403表示作為第3范圍提取的電壓值的次數(shù)。條g404表示作為第4范圍提取的電壓值的次數(shù)。條g405表示作為第5范圍提取的電壓值的次數(shù)。在本實(shí)施方式中，上限值Vp為4. 2V，下限值Vs為2. 7V，分割數(shù)為5。因此，上述第I范圍是2. 7V含第I范圍〈3. 0V，上述第2范圍是3. OV蘭第2范圍〈3. 3V，上述第3范圍是3. 3V蘭第3范圍<3. 6V，上述第4范圍是3. 6V蘭第4范圍〈3. 9V，上述第5范圍是3. 9V蘭第5范圍〈4. 2V。接著，統(tǒng)計處理部32計數(shù)取得的各電壓值在各范圍內(nèi)有幾個(計數(shù)次數(shù)P)。并且，統(tǒng)計處理部32使計算出的各范圍(第I范圍 第N范圍(N在本實(shí)施方式中是“5”))各自的次數(shù)Pn (I ^ n ^ N)，與計算各次數(shù)Pn的范圍的范圍號碼對應(yīng)，輸出到狀態(tài)判斷部33。接著，狀態(tài)判斷部33根據(jù)通過統(tǒng)計處理部32做成的次數(shù)分布，計算出該次數(shù)分布的峰值(步驟S 103)。具體而言，接收到各范圍的次數(shù)的狀態(tài)判斷部33，首先對分類為N個的相鄰的范圍間的第η個范圍和第η — I個范圍的次數(shù)的差分Ζη(η是正的整數(shù)，且I = N)，按照電壓值從低到高依次計算，判定計算出的次數(shù)的差分Zn是正值、負(fù)值還是O。S卩，次數(shù)分布中存在的各范圍中，設(shè)從電壓值低的范圍開始屬于第η個范圍的次數(shù)為Pn時，狀態(tài)判斷部33使用下述通式(2)求出次數(shù)的差分Zn。Z (η) = P (η) — P (η_0 (I = η = N) ...... (2)其中，ρ(。)=O。例如，在圖6所示的例子中，分成5個的各范圍間的次數(shù)的差分Zn的計算如下所示。即，左端Ζω成為“屬于第I范圍的次數(shù)P1 - O =正值”，Z⑵成為“屬于第2范圍的次數(shù)P2 —屬于第I范圍的次數(shù)P1 =正值”，Z⑶成為“屬于第3范圍的次數(shù)P3 —屬于第2范圍的次數(shù)P2 =正值”，Z⑷成為“屬于第4范圍的次數(shù)P4 —屬于第3范圍的次數(shù)P3 =負(fù)值”，Z⑸成為“屬于第5范圍的次數(shù)P5 —屬于第4范圍的次數(shù)P4 =負(fù)值”。
并且，狀態(tài)判斷部33確定在第I范圍 第N范圍中上述計算出的次數(shù)的差分Zn的值拐點(diǎn)的地方、例如上述差分值從正變負(fù)的相鄰的兩個范圍。并且，狀態(tài)判斷部33在由第I范圍 第N范圍的條形圖構(gòu)成的組看上去像山形時，認(rèn)為該兩個范圍中、范圍號碼較小的范圍的條形圖相當(dāng)于該山形的峰值，并存儲。例如在圖6所示的次數(shù)分布的例子中，次數(shù)的差分Z⑶和Z⑷中，差分值從正變?yōu)樨?fù)，上述確定的范圍是第3范圍和第4范圍。因此，狀態(tài)判斷部33在由第I范圍 第N范圍的條形圖(g40fg405)構(gòu)成的組看上去像山形時，計算出在第3范圍內(nèi)存在該山形的峰值，進(jìn)行在第3范圍內(nèi)存在該峰值為主旨的存儲處理。接著，狀態(tài)判斷部33判斷在從統(tǒng)計處理部32輸入的次數(shù)分布中，是否存在表示相同次數(shù)的峰值(步驟S 104)。此時，在由第I范圍 第N范圍的條形圖構(gòu)成的組看上去像山形時，在該山形存在相同高度的多個峰值，因此該次數(shù)分布不是正規(guī)分布，BMS25判定是電池組10預(yù)測異常的狀態(tài)(步驟S 105)，將該判定結(jié)果輸出到輸出部34 (步驟S108)。另一方面，在步驟S104中，在上述次數(shù)分布中不存在相同值的峰值時(即在各范圍間最大峰值有一個時)，狀態(tài)判斷部33判定(a)無其他峰值，或(b)其他峰值所屬的范圍的次數(shù)相對于最大峰值所屬的范圍的次數(shù)的比例(比)為預(yù)定值以下(步驟S 106)。具體而言，對上述(b)，設(shè)最大峰值所屬的范圍的次數(shù)為Pm、其他峰值所屬的范圍的次數(shù)為Pc Cm和c為正整數(shù)，均為N以下的數(shù)，m古c)時，狀態(tài)判斷部33判斷是否滿足下式(3)。Pc 芻 Pm/T...... (3)其中，T是正整數(shù)，是規(guī)定最大峰值的高度相對其他峰值的高度以某程度突出的數(shù)值。如何設(shè)定該T值，根據(jù)二次電池11、二次電池異常預(yù)測系統(tǒng)的規(guī)格，通過實(shí)驗(yàn)等預(yù)先規(guī)定，但如果其他峰值的高度是最大峰值高度的25%左右,則一般情況下上述山形的峰值實(shí)質(zhì)上可視為一個，因此優(yōu)選4蘭T。如上所述，當(dāng)滿足公式(3)時，判定(視作)該次數(shù)分布為正規(guī)分布。并且，當(dāng)不存在其他峰值、或滿足公式(3)時(步驟S106中“是”)，BMS25判定電池組10為正常狀態(tài)(步驟S 107)，將該判定結(jié)果輸出到輸出部34 (步驟S108)。在本實(shí)施方式中，例如設(shè)T = 7，繼續(xù)進(jìn)行下述說明。例如，在圖6所示的次數(shù)分布中，在條g403的范圍內(nèi)有拐點(diǎn)的地方存在一個，表示最大峰值的范圍的次數(shù)是條g403的范圍的次數(shù)。另一方面，因不存在其他峰值，所以公式(3)的判斷未實(shí)施，可判斷該次數(shù)分布是正規(guī)分布。次數(shù)分布的其他例如圖7所示。該圖7所示的次數(shù)分布的各范圍間的次數(shù)的差分Zn的計算結(jié)果如下所示。即，Z⑴成為“屬于第I范圍的次數(shù)P1 - O =正值”，Z⑵成為“屬于第2范圍的次數(shù)P2 —屬于第I范圍的次數(shù)P1 =負(fù)值”，Z⑶成為“屬于第3范圍的次數(shù)P3 一屬于第2范圍的次數(shù)P2 =正值”，Z⑷成為“屬于第4范圍的次數(shù)P4 —屬于第3范圍的次數(shù)P3 =負(fù)值”，Z⑸成為“屬于第5范圍的次數(shù)P5 —屬于第4范圍的次數(shù)P4=負(fù)值”，峰值在條g411和條g513中共存在兩個。并且如上所述，狀態(tài)判斷部33中，各峰值所屬的范圍的次數(shù)也和各自的范圍對應(yīng)輸入(即，和計算出各次數(shù)Pn的范圍的范圍號碼對應(yīng)，輸入各次數(shù)Pn)，因此可判斷哪個范圍是最大峰值，從而將條g413的次數(shù)判定為最大峰值。接著，狀態(tài)判斷部33根據(jù)上述公式(3)，判斷是否滿足其他峰值(條g411)的次數(shù)
^ (作為最大峰值的條g413的次數(shù))/7的關(guān)系。并且，當(dāng)滿足公式(3)的關(guān)系時，雖然存在多個峰值，但該次數(shù)分布視為正規(guī)分布，因此判定電池組10是正常的狀態(tài)。另一方面，當(dāng)不滿足公式(3)的關(guān)系時，即除了最大峰值外存在無法忽略的其他峰值時，該次數(shù)分布不視為正規(guī)分布，判定電池組10預(yù)測異常。此外，在圖7所示的例子中，以峰值存在共兩個的情況為例，但當(dāng)存在3個以上時也可進(jìn)行同樣的判定，這是不言自明的，因此省略說明。進(jìn)行了以上所述的預(yù)測判定的處理后，狀態(tài)判斷部33將判定結(jié)果輸出到輸出部34，從而結(jié)束圖4的步驟S5的預(yù)測判定。此外，第I 二次電池I Ia 第20 二次電池Ilt中，在幾個二次電池11使用開始后更換時，也存在判斷是圖7的分布的情況。這種情況下，用戶意識到產(chǎn)生了退化狀態(tài)的不均，BMS25將該更換相關(guān)的信息保持到存儲器(省略圖示)，并且在預(yù)定時間經(jīng)過后(例如通過未圖示的平衡電路以一定程度使電壓均等化后)，可開始預(yù)測判定的處理?；氐綀D4，輸出部34根據(jù)狀態(tài)判斷部33中的預(yù)測判定的結(jié)果，在未預(yù)測到異常(即，狀態(tài)判斷部33判定電池組10是正常狀態(tài))時，直接結(jié)束處理。此外，這種情況下，輸出部34也可經(jīng)由上位控制裝置18在顯示部40上進(jìn)行以電池組10正常為主旨的顯示。另一方面，在步驟S6中預(yù)測電池組10異常時，輸出部34進(jìn)行以下控制(步驟S7):經(jīng)由上位控制裝置18在提示部(例如顯示部40)上進(jìn)行預(yù)測到異常的提示。作為預(yù)測到異常的提示，例如可在顯示部40上顯示包括預(yù)測到異常的內(nèi)容在內(nèi)的文字串、標(biāo)記等。并且，除了顯示到顯示部40的上述顯示外，也可替代或進(jìn)一步通過聲音進(jìn)行預(yù)測到異常的輸出，或使安裝在電動汽車上的危險警示燈閃爍。并且，預(yù)測到異常的顯示例如也可使次數(shù)分布的形狀圖表化(例如條形圖化)并顯示。進(jìn)一步，例如也可顯示所顯示的條形圖中的各條g中含有的電壓值V廣V2tl所對應(yīng)的第I二次電池Ila 第20 二次電池Ilt的號碼，或者可識別第I 二次電池Ila 第20 二次電池Ilt的其他信息。此外，在本實(shí)施方式中，說明了使用電池組10的第I 二次電池IIa 第20 二次電池I It的電壓值V廣V2tl預(yù)測異常的例子，也可根據(jù)不同的多種參數(shù)值(例如電壓值和溫度值)進(jìn)行異常預(yù)測的處理，同時顯示這些判定結(jié)果。例如，使用兩種參數(shù)值進(jìn)行預(yù)測判定時，在至少一個參數(shù)值的預(yù)測判定中預(yù)測到異常時，在提示部進(jìn)行提示預(yù)測到異常的提示即可。這樣一來，可進(jìn)行提高了精度的預(yù)測判定，實(shí)現(xiàn)提高了安全性的二次電池異常預(yù)測系統(tǒng)(電池系統(tǒng))。接著說明以上說明的第I實(shí)施方式的作用、效果。如上所述，在現(xiàn)有技術(shù)中，單電池(例如二次電池)變?yōu)楫惓顟B(tài)后通知用戶該二次單電池變?yōu)楫惓?。因此，根?jù)情況不同，雖然當(dāng)前時刻下需要使電池系統(tǒng)運(yùn)行，但卻無法運(yùn)行。在以該問題為一例而做出的本實(shí)施方式中，第一特征在于，在二次電池發(fā)生異常之前，根據(jù)從各二次電池獲得的參數(shù)值進(jìn)行統(tǒng)計處理并進(jìn)行狀態(tài)判斷，從而進(jìn)行該二次電池將來會變得異常的預(yù)測。因此，根據(jù)本實(shí)施方式，例如可事先更換預(yù)測異常的二次電池，可實(shí)現(xiàn)提高了安全性的二次電池預(yù)測系統(tǒng)。其中，上述統(tǒng)計處理的方法例如包括計算標(biāo)準(zhǔn)偏差、分散等的各種方法，但在導(dǎo)入復(fù)雜的計算處理等情況下，BMS25的處理負(fù)載增大。電池系統(tǒng)中搭載的BMS25還計算上述SOC運(yùn)算等、和電池組10相關(guān)的重要信息，因此希望統(tǒng)計處理的負(fù)載較小。并且，根據(jù)本實(shí)施方式，將由各二次電池11獲得的參數(shù)值按照各預(yù)定范圍分類并生成次數(shù)分布，通過計算相鄰的范圍間的次數(shù)，預(yù)測各二次電池11的異常。因此，能夠以較少的處理負(fù)載判斷各二次電池11的異常預(yù)測，可抑制對其他重要信息的運(yùn)算處理造成不良影響。如上所述，本實(shí)施方式的二次電池異常預(yù)測系統(tǒng)I根據(jù)表示二次電池的狀態(tài)的參數(shù)值(上述電壓、溫度及容器電壓等)進(jìn)行統(tǒng)計處理后，根據(jù)各參數(shù)值的狀態(tài)預(yù)測電池組10的異常。其結(jié)果是，二次電池異常預(yù)測系統(tǒng)I在二次電池變?yōu)楫惓顟B(tài)前，可對于其有可能陷入異常狀態(tài)或該二次電池進(jìn)行提示等。此外，在本實(shí)施方式中，說明了狀態(tài)判斷部33計數(shù)極大值的個數(shù)、判斷極大值是 否存在多個的例子，但也可計數(shù)極小值的個數(shù)。本發(fā)明不限于上述第I實(shí)施方式所示的內(nèi)容，在不脫離本發(fā)明主旨的范圍內(nèi)可進(jìn)行各種變更。以下說明本發(fā)明的其他實(shí)施方式。(第2實(shí)施方式)以下說明第2實(shí)施方式。本實(shí)施方式的第I實(shí)施方式的不同點(diǎn)是，根據(jù)參數(shù)值的分布狀態(tài)推測特定設(shè)備(例如冷卻裝置等)的異常(例如故障)，其他方面和第I實(shí)施方式相同。因此，和第I實(shí)施方式重復(fù)的點(diǎn)適當(dāng)省略其說明，對作為特征的不同點(diǎn)加大說明比重。在本實(shí)施方式中，說明以下情況作為參數(shù)值使用溫度值進(jìn)行上述判斷處理的結(jié)果，獲得具有圖7所示的兩個極大值、即兩個峰值的分布。狀態(tài)判斷部33判斷條g411中分類的多個二次電池11 (各二次電池11對應(yīng)的號碼預(yù)先設(shè)定這一點(diǎn)如上所述)的號碼是否集中在電池組10中的二次電池11實(shí)際配置的特定位置。例如，在模塊箱(Modulecase)中容納多個二次電池以構(gòu)成電池組10的情況下，判斷配置在模塊箱所具有的冷卻裝置(省略圖示)附近的多個二次電池的溫度值是否均分類在條g411中。判定結(jié)果并非分類為具有最大峰值的條g413、而是分類為具有其他峰值的條g411的各二次電池集中在特定位置時(例如上述冷卻裝置附近)，該冷卻裝置可能發(fā)生故障。因此，BMS25 (狀態(tài)判斷部33及輸出部34)除了和第I實(shí)施方式一樣，對構(gòu)成電池組10的二次電池11進(jìn)行顯示預(yù)測到異常的控制外，還進(jìn)行將有可能發(fā)生故障的冷卻裝置的信息提示到提示部的控制。根據(jù)本實(shí)施方式，除了第I實(shí)施方式中的效果外，可確定有可能產(chǎn)生問題的裝置(例如如果參數(shù)值為溫度值則是冷卻裝置)，可實(shí)現(xiàn)提高了安全性和可靠性的二次電池異常預(yù)測系統(tǒng)。并且優(yōu)選對發(fā)生上述異常、故障事例時的參數(shù)分布的狀態(tài)，預(yù)先由二次電池異常預(yù)測系統(tǒng)制造者取得，或者通過模擬等算出，將各分布的狀態(tài)和參數(shù)建立關(guān)聯(lián)，存儲到狀態(tài)判斷部33。因此，預(yù)先使分布狀態(tài)和參數(shù)建立關(guān)聯(lián)并存儲，進(jìn)一步與此次測定的參數(shù)的分布狀態(tài)進(jìn)行比較，從而在之后可高精度地判斷其處于可能發(fā)生該異常、故障的狀態(tài)。
此外，在本實(shí)施方式中，說明了圖I所示的、作為BMS25具有CMU20和BMU30的例子，但不限于此，也可將CMU20的功能組裝到BMU30而一體化。并且，也可使上位控制裝置18適當(dāng)進(jìn)行BMU30進(jìn)行的預(yù)測判定處理的一部分，作為控制裝置進(jìn)行預(yù)測判定。統(tǒng)計處理部32在不對BMS25進(jìn)行的其他處理/運(yùn)算造成影響的范圍內(nèi)，也可根據(jù)取得的多個參數(shù)值，對該參數(shù)值進(jìn)行其他公知的統(tǒng)計處理。作為其他統(tǒng)計處理的例子，包括計算取得的各參數(shù)值的平均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差值、或者分散值。也可將用于實(shí)現(xiàn)實(shí)施方式的圖I所示的CMU20、及BMU30的各部件的功能的程序記錄到計算機(jī)可讀取的記錄介質(zhì)中，使計算機(jī)系統(tǒng)讀入該記錄介質(zhì)中記錄的程序并執(zhí)行，從而進(jìn)行各部件的處理。此外，這里的“計算機(jī)系統(tǒng)”包括OS、外圍設(shè)備等硬件。并且，“計算機(jī)系統(tǒng)”如使用Wffff系統(tǒng)，則也包括主頁提供環(huán)境(或顯示環(huán)境)。并且，“計算機(jī)可讀取的記錄介質(zhì)”是指軟碟、光磁盤、ROM (只讀存儲器)、⑶一 ROM等可移動介質(zhì)、經(jīng)由USB (通用串行總線)、I/F (接口)連接的USB存儲器、計算機(jī)系統(tǒng)中內(nèi)置的硬盤等存儲裝置。進(jìn)一步，“計算機(jī)可讀取的記錄介質(zhì)”也包括成為服務(wù)器、客戶端的計算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部的易失性存儲器這樣的、一定時間保持程序的裝置。并且，上述程序可用于實(shí)現(xiàn)上述功能的一部分，進(jìn)一步也可通過與計算機(jī)系統(tǒng)中已經(jīng)記錄的程序的組合實(shí)現(xiàn)上述功能。產(chǎn)業(yè)上的可利用性本發(fā)明涉及一種電池異常預(yù)測系統(tǒng)，具有正常范圍判定部，取得表示多個單電池各自的狀態(tài)的參數(shù)值，判斷所取得的上述參數(shù)值是否是正常的值；統(tǒng)計處理部，將判斷是上述正常的值的多個參數(shù)值分別分類到以預(yù)定的間隔分割的范圍，進(jìn)行上述分類的上述參數(shù)值的統(tǒng)計處理；狀態(tài)判斷部，根據(jù)通過上述統(tǒng)計處理部統(tǒng)計處理的結(jié)果，判斷上述多個單電池的狀態(tài)，根據(jù)上述判斷的結(jié)果，判斷上述多個單電池的狀態(tài)是否處于可能從通常狀態(tài)轉(zhuǎn)移到異常狀態(tài)的狀態(tài)。根據(jù)本發(fā)明，可抑制判斷所需的處理的負(fù)載，同時在系統(tǒng)中搭載的多個單電池變?yōu)楫惓顟B(tài)前，可預(yù)測到可能陷于該異常狀態(tài)的單電池。因此，可實(shí)現(xiàn)一種具有良好安全性的電池系統(tǒng)。附圖標(biāo)記I 二次電池異常預(yù)測系統(tǒng)10電池組I Ia I It 次電池2OCMU (Cell Monitor Unit/ 電池監(jiān)測單兀)
21參數(shù)值輸出部la、Ib 電流計Va^Vh>24 電壓計30BMU (Battery Management Unit/ 電池管理單兀)40顯示部50電力負(fù)載Ta Th溫度計
31正常范圍判定部32統(tǒng)計處理部33狀態(tài)判斷部34輸出部
權(quán)利要求
1.一種電池異常預(yù)測系統(tǒng)，具有 正常范圍判定部，取得表示多個單電池各自的狀態(tài)的參數(shù)值，判斷所取得的上述參數(shù)值是否是正常的值； 統(tǒng)計處理部，將判斷是上述正常的值的多個參數(shù)值分別分類到以預(yù)定的間隔分割的范圍，進(jìn)行上述分類的上述參數(shù)值的統(tǒng)計處理； 狀態(tài)判斷部，根據(jù)通過上述統(tǒng)計處理部統(tǒng)計處理的結(jié)果，判斷上述多個單電池的狀態(tài)，根據(jù)上述判斷的結(jié)果，判斷上述多個單電池的狀態(tài)是否處于可能從通常狀 態(tài)轉(zhuǎn)移到異常狀態(tài)的狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電池異常預(yù)測系統(tǒng)， 上述統(tǒng)計處理部根據(jù)取得的上述多個參數(shù)值及上述分割的各范圍，生成次數(shù)分布， 上述狀態(tài)判斷部根據(jù)上述分割的各范圍中相鄰的范圍間的次數(shù)的差分，判斷上述次數(shù)分布的狀態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電池異常預(yù)測系統(tǒng)， 上述統(tǒng)計處理部根據(jù)規(guī)定上述正常的值的參數(shù)值的上限值和下限值的差分、和上述預(yù)定的間隔的比例，設(shè)定分割數(shù)， 上述狀態(tài)判斷部在上述次數(shù)分布中存在多個峰值時，根據(jù)最大峰值對應(yīng)的次數(shù)和其他峰值對應(yīng)的次數(shù)的比，判斷是否處于可能從上述通常狀態(tài)轉(zhuǎn)移到異常狀態(tài)的狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電池異常預(yù)測系統(tǒng)， 進(jìn)一步具有特定設(shè)備， 上述狀態(tài)判斷部在存在上述多個峰值的情況下，當(dāng)分類為存在上述其他峰值的上述范圍的上述單電池配置在上述特定設(shè)備的附近時，判斷上述特定設(shè)備異常。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電池異常預(yù)測系統(tǒng)， 進(jìn)一步具有提示部，提示上述狀態(tài)判斷部判斷的結(jié)果。
全文摘要
本發(fā)明的電池異常預(yù)測系統(tǒng)具有正常范圍判定部，取得表示多個單電池(11a~11－n(n是2以上的自然數(shù))各自的狀態(tài)的參數(shù)值，判斷所取得的參數(shù)值是否是正常的值；統(tǒng)計處理部，將判斷是正常的值的多個參數(shù)值分別分類到以預(yù)定的間隔分割的范圍，進(jìn)行分類的參數(shù)值的統(tǒng)計處理；狀態(tài)判斷部，根據(jù)通過統(tǒng)計處理部統(tǒng)計處理的結(jié)果，判斷多個單電池的狀態(tài)，根據(jù)判斷的結(jié)果，判斷多個單電池的狀態(tài)是否處于可能從通常狀態(tài)轉(zhuǎn)移到異常狀態(tài)的狀態(tài)。
文檔編號G01R31/36GK102959420SQ20118003172
公開日2013年3月6日 申請日期2011年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月4日
發(fā)明者內(nèi)田正隆 申請人:三菱重工業(yè)株式會社