JP2005063736A - 薄型電池の異常検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】組電池の小型軽量化を図ると共に、当該組電池のコストダウンを図ることが可能な薄型電池の異常検出装置を提供する。
【解決手段】並列接続された４つの薄型電池１０ａ〜１０ｄを有するバッテリ２０は、対向する第１の片２１ａ及び第２の片２１ｂと当該第１及び第２の片２１ａ、２１ｂに交わる第３の片２１ｃとを有し、各薄型電池１０ａ〜１０ｄの各正極端子１０４が接続されたバスバー２１と、当該バスバー２１の第１の片２１ａからの距離Ｌ_ａと、第２の片２１ｂからの距離Ｌ_ａとが実質的に同一となり、且つ、第３の片２１ｃからの距離Ｌ_ｂが前記距離Ｌ_ａより長くなるように設けられ、バスバー２１により囲まれた空間の磁力を検出する磁気センサ２２と、を備え、車輌のメインコントローラが、磁気センサ２２により検出された磁力に基づいて、各薄型電池１０ａ〜１０ｄの異常を検出する。
【選択図】図２

Description

本発明は、並列接続された複数の薄型電池を有する組電池において、薄型電池の異常を検出するための薄型電池の異常検出装置に関する。

従来から、並列接続された複数の薄型電池を有する組電池における薄型電池の故障（異常）を検出する技術として、当該組電池を構成する各薄型電池に流れる電流を電流検出器で個別に検出して、当該検出された電流値を所定の基準値と比較することにより、内部の短絡等による薄型電池の故障を検出するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、このような検出方法では、一つの薄型電池の故障を検出するのに一つの電流検出器を必要とし、組電池を構成する各薄型電池に個別に電流検出器を設ける必要があり、組電池における部品点数が多くなるため、組電池の小型軽量化の弊害になると共に当該組電池のコストダウンを十分に図ることが出来ない。
特開２０００−１３３３１８号公報

本発明は、組電池における薄型電池の異常を検出するための薄型電池の異常検出装置に関し、特に、組電池の小型軽量化を図ると共に、当該組電池のコストダウンを図ることが可能な薄型電池の異常検出装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明によれば、並列接続された２以上の薄型電池を有する組電池において、薄型電池の異常を検出するための薄型電池の異常検出装置であって、２以上の前記薄型電池の各同極端子が接続されたバスバーと、前記バスバーにより囲まれた空間の磁力を検出する磁力検出手段と、前記磁力検出手段により検出された磁力に基づいて、前記組電池が有する薄型電池の異常を検出する異常検出手段と、を少なくとも備えた薄型電池の異常検出装置が提供される。

本発明では、２以上の薄型電池を並列接続して構成される組電池において、各薄型電池の同極端子同士を接続するバスバーに囲まれる空間に磁力検出手段を設け、バスバーを流れる電流により生じる磁力を当該磁力検出手段が検出し、異常検出手段が、当該検出された磁力に基づいて、組電池が有する薄型電池の異常を検出する。

これにより、組電池における薄型電池の異常検出に際して、一つの磁力検出手段により前記２以上の薄型電池の異常を検出することが可能となり、当該組電池を構成する全ての薄型電池に個別に電流検出器を設ける必要がなくなるので、その簡易な構造により組電池の小型軽量化を図ることが可能になると共に、当該組電池のコストダウンを図ることが可能となる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

先ず、本発明の実施形態に係る車輌３０について説明する。図１は本発明の実施形態に係る車輌の全体構成を示す概念図である。

本発明の実施形態に係る車輌３０は、例えば電気自動車であり、図１に示すように、並列接続された４つの薄型電池１０ａ〜１０ｄを有するバッテリ２０（組電池）と、当該バッテリ２０全体に流れる総電流を検出する電流センサ３１（電流検出手段）と、当該車輌３０の駆動力を発生させるモータ３２（発電手段）と、バッテリ２０とモータ３２との間で直流／交流電力を変換するインバータ３３と、車輌３０の駆動力と制動力とを制御するメインコントローラ４０（異常検出手段、発電制御手段）と、各車輪３６ａ〜３６ｄに内蔵されている機械式ブレーキ（不図示）による機械式制動力を制御するブレーキコントローラ４１と、を備えている。なお、図１では、駆動用電流の流れを実線で示し、制御信号の流れを一点鎖線で示している。

本実施形態の車輌３０のモータ３２は、例えば３相交流モータであり、車輌３０の力行時には、インバータ３３を介してバッテリ２０から供給される電力により駆動して、変減速機３４及びドライブシャフト３５を介して、駆動輪３６ｃ、３６ｄに当該駆動力を伝達して車輌３０を走行させることが可能となっており、また、車輌３０の制動時には、回生制動力を発生して車輌３０を制動すると共に回生電力を発生することが可能となっている。

この車輌３０のインバータ３３は、バッテリ２０とモータ３２との間に設けられており、車輌３０の力行時には、バッテリ２０からの直流電力を交流電力に変換してモータ３２に供給することが可能となっており、車輌３０の制動時には、モータ３２で発生した回生電力を直流電力に変換してバッテリ２０に充電することが可能となっている。

また、この車輌３０のブレーキコントローラ４１は、メインコントローラ４０からの指令信号に基づいて、必要に応じて、各車輪３６ａ〜３６ｄに内蔵されている機械式ブレーキ（不図示）に供給されるブレーキ液圧を制御し、機械式制動力を調整することが可能となっている。

本実施形態の車輌３０のメインコントローラ４０は、アクセルペダル（不図示）の踏み込み量Ａｃ（以下、単に「アクセル操作量Ａｃ」とも称する。）を検出するアクセルセンサ４２と、ブレーキペダル（不図示）の踏み込み量Ｂｒ（以下、単に「ブレーキ操作量Ｂｒ」とも称する。）を検出するブレーキセンサ４３と、当該電気自動車３０の走行速度Ｖｓ（以下、単に「車速度Ｖｓ」とも称する。）を検出する車速センサ４４とから、それぞれ検出結果Ａｃ、Ｂｒ及びＶｓを入力可能に接続されていると共に、モータ３２、インバータ３３、及び、ブレーキコントローラ４１に各種制御指令を出力可能なように接続されている。そして、このメインコントローラ４０は、各センサ４２〜４４から入力された検出結果Ａｃ、Ｂｒ及びＶｓに基づいて、モータ３２、インバータ３３、及び、ブレーキコントローラ４１を制御して、車輌３０の駆動力と制動力とを制御可能となっている。

具体的には、車輌３０の力行時には、メインコントローラ４０が、アクセルセンサ４２により検出されたアクセル操作量Ａｃと、車速センサ４４により検出された車速度Ｖｓとを読み取り、当該検出結果Ａｃ、Ｖｓに基づいて必要な力行トルクを演算する。そして、この演算結果に基づいて、メインコントローラ４０は、当該力行トルクをモータ３２に発生させるのに必要な交流電力を供給するようにインバータ３３を制御し、当該制御指令に基づいて、インバータ３３がバッテリ２０から供給された直流電力を交流電力に変換してモータ３２に供給し、当該交流電力が供給されたモータ３２が必要な力行トルクを発生させる。

これに対し、車輌３０の制動時には、メインコントローラ４０が、アクセルセンサ４２、ブレーキセンサ４３及び車速センサ４４によりそれぞれ検出されたアクセル操作量Ａｃ、ブレーキ操作量Ｂｒ及び車速度Ｖｓをそれぞれ読み取り、当該検出結果Ａｃ、Ｂｒ及びＶｓに基づいて必要な制動力を演算する。

この際、例えばアクセルペダルの踏み込みが緩められて力行動作が解除された場合のような、モータ３２による回生制動力以下の比較的小さな制動力が要求される場合には、メインコントローラ４０は、減少したアクセル操作量Ａｃ及び車速度Ｖｓに基づいて、モータ３２の回生トルク指令値及びインバータ３３のみを制御することにより、モータ３２による回生制動力のみにより必要な制動力を発生させる。

これに対し、例えば、アクセルペダルの踏み込みが完全になくなり、ブレーキペダルが踏み込まれた場合のような、モータ３２による回生制動力より大きな制動力が要求される場合には、メインコントローラ４０は、モータ３２の回生トルク指令値及びインバータ３３を制御して、モータ３２による回生制動力を発生させると共に、ブレーキコントローラ４１の油圧指令値を制御して、各車輪３６ａ〜３６ｄに設けられた機械式ブレーキによる制動を行うことにより、回生制動力では不足する制動力を機械式ブレーキで補うように制御する。

上記の車輌３０の何れの制動時においても、モータ３２の回生制動により発生した回生電力（交流電力）は、インバータ３３により直流電力に変換され、バッテリ２０に充電される。

さらに、本実施形態の車輌３０のメインコントローラ４０は、それぞれ異なる電流域Ｉ_ａ、Ｉ_ｂにおいて、薄型電池１０ａ〜１０ｄの故障状態を磁力の強さに対応付けた２つのスケールＳ_ａ、Ｓ_ｂ（図６参照）が記憶部（不図示）に予め記憶されていると共に、バッテリ２０に流れている電流Ｉ_０を検出する電流センサ３１と、バッテリ２０の磁力Ｂ_０を検出する後述の磁気センサ２２とからそれぞれ検出結果Ｉ_０、Ｂ_０を入力可能に接続されている。そして、このメインコントローラ４０は、電流センサ３１により検出された電流値Ｉ_０が属する電流域Ｉ_ａ又はＩ_ｂに適合するスケールＳ_ａ又はＳ_ｂを選択し、磁気センサ２２により検出された磁力Ｂ_０を当該選択されたスケールＳ_ａ又はＳ_ｂに対して照会し、バッテリ２０内に発生した故障（異常）を検出すると共に、バッテリ２０の故障の程度を判断したり、故障した薄型電池１０を特定することが可能となっている。

このメインコントローラ４０が有する各スケールＳ_ａ、Ｓ_ｂは、後に詳述するが、図６に示すように、磁力の強さと薄型電池１０ａ〜１０ｄの故障状態とを対応付けており、磁束密度［Ｔ］を軸として、当該軸上に、バッテリ２０を構成する各薄型電池１０ａ〜１０ｄがいずれも正常状態にある第１の磁力範囲Ｂ_１と、各薄型電池１０ａ〜１０ｄが異常状態にある第２〜第７の磁力範囲Ｂ_２〜Ｂ_７と、バッテリ２０の劣化を示す第８及び第９の磁力範囲Ｂ_８、Ｂ_９とが割り振られている。なお、第１及び第２の電流域Ｉ_ａ、Ｉ_ｂは、何れも所定の電流値の範囲であり、本実施形態においては、図６に示すように、第１のスケールＳ_ａが対応する第１の電流域Ｉ_ａより、第２のスケールＳ_ｂが対応する第２の電流域Ｉ_ｂの方が強い電流域となっており（Ｉ_ａ＞Ｉ_ｂ）、弱い電流域Ｉ_ｂに生じる磁力は、強い電流域Ｉ_ａに生じる磁力に対して相対的に弱くなるため、第２のスケールＳ_ｂの割り振られた磁力範囲Ｂ_１〜Ｂ_９が、第１のスケールＳ_ａと比較して全体的に狭くなっている。

また、本実施形態のメインコントローラ４０は、例えば、当該電気自動車３０のインストルメントパネル（不図示）等に設置されたインジケータ４５及びブザー４６（報知手段）にそれぞれ接続されており、電流センサ３１及び磁気センサ２２による検出結果Ｉ_０、Ｂ_０に基づいて、バッテリ２０の故障が検出された場合に、電気自動車３０の運転者に対して視覚的及び聴覚的にその旨を報知可能となっている。

さらに、例えば、メインコントローラ４０による検出により、バッテリ２０の薄型電池の軽度の異常（劣化）が検出された場合には、上述のモータ３２の回生制動時に、バッテリ２０への充電を制限するためにモータ３２の回生電力を抑えるように、インバータ３３、モータ３２及びブレーキコントローラ４１を制御することが可能となっている。

次に、本発明の実施形態に係るバッテリ２０について説明する。図２は本発明の実施形態に係る組電池であり、図２（Ａ）は正面図、図２（Ｂ）は側面図、図２（Ｃ）は平面図、図３は図２に示す等価回路図、図４（Ａ）は本発明の実施形態に係る薄型電池の全体を示す平面図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のIVB-IVB線に沿った断面図である。

本実施形態に係る車輌３０に搭載されたバッテリ２０は、図２（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、４つの薄型電池１０ａ〜１０ｄを２つのバスバー２１で並列接続して構成されており、各薄型電池１０ａ〜１０ｄの同極端子同士が実質的に同一方向に導出するような姿勢で２段２列に配置されている。

このバッテリ２０の各バスバー２１は、第１の片２１ａと、当該第１の片２１ａに対向して平行に配置されている第２の片２１ｂと、第１及び第２の片２１ａ、２１ｂにそれぞれ直交する第３の片２１ｃとから成る略コの字形状を含む略Ｆ字形状を有している。そして、一方のバスバー２１の第１の片２１ａの上面に、２列に並置された第１の薄型電池１０ａ及び第２の薄型電池１０ｂの各正極端子１０４が、例えば、熱溶着等によりそれぞれ電気的に接続されており、当該バスバー２１の第２の片２１ｂの下面に、第３の薄型電池１０ｃ及び第４の薄型電池１０ｄの各正極端子１０４が、例えば、熱溶着等によりそれぞれ電気的に接続されている。

他方のバスバー２１においても同様に、当該他方のバスバー２１の第１の片２１ａの上面に、２列に並置された第１の薄型電池１０ａ及び第２の薄型電池１０ｂの各負極端子１０５が、例えば、熱溶着等によりそれぞれ電気的に接続されており、当該バスバー２１の第２の片２１ｂの下面に、第３の薄型電池１０ｃ及び第４の薄型電池１０ｄの各負極端子１０５が、例えば、熱溶着等によりそれぞれ電気的に接続されている。このように２つのバスバー２１により接続された４つの薄型電池１０ａ〜１０ｄは、図３に示すような４つの薄型電池１０ａ〜１０ｄが並列接続されたバッテリ２０を構成している。

このバッテリ２０を構成する各薄型電池１０ａ〜１０ｄは、例えば、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示すようなリチウム系の薄型二次電池１０であり、例えばニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ_２）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎＯ_２）、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ_２）などのリチウム複合酸化物や、カルコゲン（Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ）化物などの正極活物質を有する２枚の正極板１０１と、例えば非晶質炭素、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、または黒鉛などのように、正極活物質のリチウムイオンを吸蔵および放出する負極活物質を有する２枚の負極板１０３との間に、例えばポリエチレン（ＰＥ）やポリプロピレン（ＰＰ）などのポリオレフィン等から構成される微多孔性膜である５枚のセパレータ１０２を介在させて交互に積層し、正極側集電部１０４ａを介して各正極板１０２にそれぞれ接続された、例えばアルミニウムやアルミニウム合金、銅又はニッケル等の金属箔製の正極端子１０４と、負極側集電部１０５ａを介して各負極板１０３にそれぞれ接続された、例えばニッケル、銅、ステンレス又は鉄等の金属箔製の負極端子１０５とを導出して構成される発電要素１０９を、例えばアルミニウム等の金属箔を耐電解液性及び電気絶縁性に優れた合成樹脂フィルムでラミネートした樹脂−金属薄膜ラミネート材から構成される電池外装部材１０６、１０７に収容し、当該電池外装部材１０６、１０７により形成される空間に、有機液体溶媒に過塩素酸リチウム、ホウフッ化リチウム等のリチウム塩を溶質とした液体電解質を注入した後、電極端子１０４、１０５の一部が電池外装部材１０６、１０７の外部に導出するように、電池外装部材１０６、１０７の外周縁を熱プレスにより熱融着し、封止することにより構成されている。

なお、正極板１０１、セパレータ１０２、負極板１０３の枚数には何ら限定されず、１枚の正極板１０１、３枚のセパレータ１０２、１枚の負極板１０３でも発電要素１０９を構成することができ、必要に応じて正極板、負極板およびセパレータの枚数を選択して構成することができる。また、特に、負極活物質として非晶質炭素や難黒鉛化炭素を用いると、充放電時における電位の平坦特性に乏しく放電量にともなって出力電圧も低下するので、通信機器や事務機器の電源には不向きであるが、電気自動車等の電源として用いると急激な出力低下がないので有利である。

さらに、本実施形態に係るバッテリ２０には、図２（Ａ）〜図２（Ｃ）に示すように、正極端子１０４側のバスバー２１の各片２１ａ〜２１ｃから構成される略コの字形状に囲まれた空間内に磁気センサ２２（磁力検出手段）が配置されており、当該磁気センサ２２は、当該空間における同図のＺ軸方向の磁力を検出することが可能となっている。

この磁気センサ２２は、図２（Ｂ）に示すように、当該磁気センサ２２の中心が、バスバー２１の第１の片２１ａからの距離Ｌ_ａと当該バスバー２１の第２の片２１ｂからの距離Ｌ_ａとが実質的に同一の距離であるように、且つ、当該バスバー２１の第３の片２１からの距離Ｌ_ｂが、前記距離Ｌ_ａより大きくなるような位置で（Ｌ_ａ＜Ｌ_ｂ）、例えばバッテリ２０の筐体（不図示）等により支持されている。なお、負極端子１０５側のバスバー２１の略コの字形状の空間内には磁気センサは設けられていない。

次に、バッテリ２０における薄型電池１０ａの異常を磁気センサ２２により検出する原理と、メインコントローラ４０が有するスケールＳ_ａ、Ｓ_ｂについて説明する。図５は本発明の実施形態に係るバッテリにおける異常検出の原理を示す概念図であり、図５（Ａ）は全ての薄型電池が正常な場合を示す概念図、図５（Ｂ）は第１の薄型電池が異常な場合を示す概念図、図５（Ｃ）は第２の薄型電池が異常な場合を示す概念図、図５（Ｄ）は第３の薄型電池が異常な場合を示す概念図、図５（Ｅ）は第４の薄型電池が異常な場合を示す概念図、図６は本発明の本実施形態に係るバッテリにおける薄型電池の異常検出に用いられるスケールの概念図である。なお、図５（Ｂ）〜図５（Ｅ）において、異常が発生している薄型電池１０ａ〜１０ｄはハッチングによりそれぞれ示している。

ここで、図５（Ａ）〜図５（Ｅ）に示すように、バスバー２１の第１の片２１ａを通る電流を第１の電流Ｉ_１とし、当該バスバー２１の第２の片２１ｂを通る電流を第２の電流Ｉ_２とし、当該バスバー２１の第１の片２１ａと第２の片２１ｂとの間の第３の片２１ｃを通る電流を第３の電流Ｉ_３とする。

先ず、全ての薄型電池１０ａ〜１０ｄが正常な状態である場合は、図５（Ａ）に示すように、バスバー２１に囲まれた空間に設けられた磁気センサ２２において、第１の電流Ｉ_１によりＺ軸正方向の磁力を発生し、第２の電流Ｉ_２によりＺ軸負方向の磁力を発生し、第３の電流Ｉ_３によりＺ軸正方向の磁力を発生する。

いずれの薄型電池１０ａ〜１０ｄが正常状態である場合には、各薄型電池１０ａ〜１０ｄに実質的に均等に電力が供給されるため、第１の電流Ｉ_１と第２の電流Ｉ_２とは実質的に同一の大きさであり（Ｉ_１＝Ｉ_２）、しかもバスバー２１の第１の片２１ａからの距離Ｌ_ａと第２の片２１ｂからの距離Ｌ_ａとが実質的に同一となるように磁気センサ２２が配置されているので、第１及び第２の電流Ｉ_１、Ｉ_２により生じる磁力は相殺され、磁気センサ２２における磁力は、第３の電流Ｉ_３により生じるＺ軸正方向の磁力に相当する磁力となる。なお、図５（Ａ）〜図５（Ｅ）中における磁気センサ２２の中心に示される記号の大きさは、磁気センサ２２の中心における磁力の強さのイメージを示しており、各電流Ｉ_１〜Ｉ_３を示す矢印の太さは、各電流Ｉ_１〜Ｉ_３の大きさのイメージを示している。

そこで、本実施形態では、図６に示すように、この正常状態における磁力及び電流変動による誤差を含めた範囲を、各スケールＳ_ａ、Ｓ_ｂ上に第１の磁力範囲Ｂ_１として割り振り、バッテリ２０の正常状態を示す基準としている。

このように、本実施形態では、バスバーの対向する第１の片及び第２の片において、第１の片からの距離と第２の片からの距離とが実質的に同一となるように、磁気センサを設置することにより、組電池が有する薄型電池の異常を容易に検出することが可能となっている。

これに対し、第１の薄型電池１０ａに異常が発生した場合には、当該第１の薄型電池１０ａの内部抵抗が著しく低下したり、当該第１の薄型電池１０ａに内部短絡が生じるので、図５（Ｂ）に示すように、上述の正常状態の場合と比較して、第１及び第３の電流Ｉ_１、Ｉ_３がそれぞれ増加するのに対し、第２の電流Ｉ_２が減少する。これにより、正常状態の場合と比較して、バスバー２１に囲まれた空間に設けられた磁気センサ２２において、第２の電流Ｉ_２により生じるＺ軸負方向の磁力に対して、第１の電流Ｉ_１により生じるＺ軸正方向の磁力が相対的に大きくなると共に、第３の電流Ｉ_３により生じるＺ軸正方向の磁力も大きくなるので、磁気センサ２２における磁力は、上記の正常状態の場合より強いＺ軸正方向の磁力となる。本実施形態では、図６に示すように、この状態の磁力に電流変動の誤差を加えた範囲を、各スケールＳ_ａ、Ｓ_ｂ上に第２の磁力範囲Ｂ_２として割り振っている。

第２の薄型電池１０ｂに異常が発生した場合には、当該第２の薄型電池１０ｂの内部抵抗が著しく低下したり、当該第２の薄型電池１０ｂに内部短絡が生じるので、図５（Ｃ）に示すように、上述の正常状態の場合と比較して、第３の電流Ｉ_３が増加するのに対し、第１及び第２の電流Ｉ_１、Ｉ_２が減少する。これにより、正常状態の場合と比較して、バスバー２１に囲まれた空間において、第１の電流Ｉ_１により生じるＺ軸正方向の磁力と、第２の電流Ｉ_２により生じるＺ軸負方向の磁力が相対的に弱くなるのに対し、第３の電流Ｉ_３により生じるＺ軸正方向の磁力が相対的に強くなる。

ここで、上述のように、磁気センサ２２は、バスバー２１に囲まれた空間において、第３の片２１ｃからの距離Ｌ_ｂが、第１及び第２の片２１ａ、２１ｂからの距離Ｌ_ａよりも長くなるように設けられており（Ｌ_ａ＜Ｌ_ｂ）、当該磁気センサ２２は、各電流Ｉ_１〜Ｉ_３に同一の電流値である場合、第１及び第２の電流Ｉ_１、Ｉ_２により生じる磁力よりも第３の電流Ｉ_３により生じる磁力が弱くなるように設けられている。従って、この場合には、磁気センサ２２における磁力は、上記の正常状態の場合より強いが、第１の薄型電池１０ａに異常が発生した場合より弱いＺ軸正方向の磁力となる。本実施形態では、図６に示すように、この状態の磁力に電流変動の誤差を含めた範囲を、各スケールＳ_ａ、Ｓ_ｂ上に第３の磁力範囲Ｂ_３として割り振っている。なお、図６に示す第４の磁力範囲Ｂ_４は、第２の磁力範囲Ｂ_２と第３の磁力範囲Ｂ_３とが重複する範囲であり、第１の薄型電池１０ａに異常が発生したのか、第２の薄型電池１０ｂに異常が発生したのか判断することが困難な磁力範囲を示す。

このように、本実施形態では、バスバーの第１の片からの距離と第２の片からの距離を実質的に同一の距離とし、当該第１及び第２の片からの距離より第３の片からの距離が長くなるように磁気センサを設け、第１及び第２の電流により生じる磁力と第３の電流により生じる磁力とを差別化することにより、検出される磁力の強弱に基づいて、異常が発生した薄型電池を精度良く特定することが可能となっている。

第３の薄型電池１０ｃに異常が発生した場合には、当該第３の薄型電池１０ｃの内部抵抗が著しく低下したり、当該第３の薄型電池１０ｃに内部短絡が生じるので、図５（Ｄ）に示すように、上述の正常状態の場合と比較して、第１〜第３の電流Ｉ_１〜Ｉ_３の何れもが減少する。これにより、正常状態の場合と比較して、何れも電流Ｉ_１〜Ｉ_３により生じる磁力も相対的に減少するので、磁気センサ２２における磁力は、上記の正常状態より弱いＺ軸正方向又はＺ軸負方向の磁力となる。本実施形態では、図６に示すように、この状態の磁力に電流変動を加えた範囲を、各スケールＳ_ａ、Ｓ_ｂ上に第５の磁力範囲Ｂ_５として割り振っている。

第４の薄型電池１０ｄに異常が発生した場合には、当該第４の薄型電池１０ｄの内部抵抗が著しく低下したり、当該第４の薄型電池１０ｄに内部短絡が生じるので、図５（Ｅ）に示すように、上述の正常状態の場合と比較して、第２の電流Ｉ_２が増加するのに対し、第１及び第３の電流Ｉ_１、Ｉ_３がそれぞれ減少する。これにより、正常状態の場合と比較して、第２の電流Ｉ_２により生じるＺ軸負方向の磁力が、第１の電流Ｉ_１により生じるＺ軸正方向の磁力に対して相対的に強くなると共に、第３の電流Ｉ_３により生じるＺ軸正方向の磁力も相対的に弱くなるので、磁気センサ２２における磁力は、上述の第３の薄型電池１０ｃに異常が発生した場合よりさらに弱いＺ軸負方向の磁力となる。本実施形態では、この状態の磁力に電流変動を加えた範囲を、各スケールＳ_ａ、Ｓ_ｂ上に第６の磁力範囲Ｂ_６として割り振っている。なお、図６に示す第７の磁力範囲Ｂ_７は、第５の磁力範囲Ｂ_５と第６の磁力範囲Ｂ_６とが重複する範囲であり、第３の薄型電池１０ｃに異常が発生したのか、第４の薄型電池１０ｄに異常が発生したのか判断することが困難な範囲を示す。

因みに、上述のバスバー２１に各電流Ｉ_１、Ｉ_２、Ｉ_３をそれぞれ流した場合に発生する、当該バスバー２１に囲まれた空間に設けられた磁気センサ２２における磁力は、透磁率をμ_０とすると、Ｂ［Ｔ］＝μ_０Ｉ_１／２πＬ_ａ＋μ_０Ｉ_２／２πＬ_ａ＋μ_０Ｉ_３／２πＬ_ｂ＝μ_０／２π（Ｉ_１／Ｌ_ａ＋Ｉ_２／Ｌ_ａ＋Ｉ_３／Ｌ_ｂ）により表される。上述の各スケールＳａ、Ｓｂは、例えば、バッテリ２０の製作時等に、上記の式、実測値及び電流変動を踏まえた上で予め設定される。

さらに、本実施形態において磁力の強さと薄型電池１０ａ〜１０ｄの故障状態とを対応付ける各スケールＳ_ａ、Ｓ_ｂには、図６に示すように、正常状態を示す第１の磁力範囲Ｂ_１と第２の薄型電池１０ｂの異常を示す第３の磁力範囲Ｂ_３との間、及び、第１の磁力範囲Ｂ_１と第３の薄型電池１０ｃの異常を示す第５の磁力範囲Ｂ_５との間に、バッテリ２０の劣化等による軽度の異常を示す第８及び第９の磁力範囲Ｂ_８、Ｂ_９が割り当てられている。なお、第３及び第５の磁力範囲Ｂ_３、Ｂ_５に隣接する第９の磁力範囲Ｂ_９に属する場合より、第１の磁力範囲Ｂ_１に隣接する第８の磁力範囲Ｂ_８に属する場合の方が、バッテリ２０の劣化状態は軽症であることを示す。

次に作用について説明する。図７は本発明の実施形態における薄型電池の異常検出のフローチャートである。

先ず、運転者が車輌３０のイグニッションスイッチ（不図示）をオンすると、これをトリガとして、磁気センサ２２に電力の供給が開始される。そして、図７に示すように、電流センサ３１がバッテリ２０全体に流れる電流Ｉ_０を検出する（ステップＳ１０）。

次に、メインコントローラ４０が、電流センサ３１により検出された電流値Ｉ_０を読み込み、バッテリ２０が充電状態又は放電状態にあるかを判断する（ステップＳ２０）。なお、本実施形態では、図１に示すように、電流センサ３１が正の電流値を検出した場合には（Ｉ_０＞０）、バッテリ２０が充電状態にあると判断し、当該電流センサ３１が負の電流値を検出した場合には（Ｉ_０＜０）、バッテリ２０が放電状態にあると判断する。

この判断において、バッテリ２０が充電状態にあると判断した場合（Ｉ_０＞０）にはステップＳ３０に進み（ステップＳ２０にてＹＥＳ）、バッテリ２０が放電状態にあると判断した場合（Ｉ_０＜０）にはステップＳ１０に戻り、バッテリ２０の充電状態が確認されるまで電流センサ３１が電流値Ｉ_０の検出を繰り返す。

ステップＳ２０においてバッテリ２０の充電状態を確認した場合には、次に、メインコントローラ４０は、当該検出された電流値Ｉ_０が第１の電流域Ｉ_ａに含まれるか否かを判断する（ステップＳ３０）。この判断において、検出された電流値Ｉ_０が第１の電流域Ｉ_ａに包含される（Ｉ_０∈Ｉ_ａ）と判断した場合には（ステップＳ３０にてＹＥＳ）、当該メインコントローラ４０が具備するタイマ機能（不図示）により時間Ｔの計時を開始する（ステップＳ４０）。

そして、メインコントローラ４０は、磁気センサ２２により検出される磁力Ｂ_０を例えば１０ｍｓ毎に読み取り、タイマ機能による時間Ｔが、所定の閾値Ｔ_０を計時（Ｔ≧Ｔ_０）するまでの間に（ステップＳ７０にてＮＯ）、当該磁力Ｂ_０をＮ個サンプリングする（ステップＳ５０）。なお、この磁気センサ２２による磁力Ｂ_０の検出の間、メインコントローラ４０は、電流センサ３１により検出される電流値Ｉ_０を読み取り、当該電流値Ｉ_０が第１の電流域Ｉ_ａに含まれているか否か（Ｉ_０∈Ｉ_ａ）の監視を継続する（ステップＳ６０）。この監視によりバッテリ２０に流れている電流値Ｉ_０が第１の電流域Ｉ_ａに含まれない（Ｉ_０≠Ｉ_ａ）と判断した場合には（ステップＳ６０にてＮＯ）、磁力Ｂ_０のサンプリングを中止して、タイマ機能をリセットして（ステップＳ１３０）、ステップＳ１０に戻る。

バッテリ２０に流れている電流値Ｉ_０が第１の電流域Ｉ_ａに含まれた状態が、時間Ｔ_０の間維持されている場合には（ステップＳ６０にてＹＥＳ、及び、ステップＳ７０にてＹＥＳ）、上述のようにＮ個サンプリングされた磁力Ｂ_０の平均値Ｂ_ａｖｅ（Ｂ_ａｖｅ＝１／ＮΣＢ_０）を演算する（ステップＳ８０）。

次に、メインコントローラ４０は、バッテリ２０に流れる電流値Ｉ_０が第１の電流域Ｉ_ａに包含されていることから、当該メインコントローラ４０が有する２つのスケールＳ_ａ、Ｓ_ｂのうち、第１の電流域Ｉ_ａに対応した第１のスケールＳ_ａを選択し（ステップＳ９０）、平均磁力Ｂ_ａｖｅを第１のスケールＳ_ａに対して照会し、当該平均磁力Ｂ_ａｖｅが、当該第１のスケールＳ_ａ上の第１の磁力範囲Ｂ_１に包含されるか否かを判断する（ステップＳ１００）。

この判断において、平均磁力Ｂ_ａｖｅが第１の磁力範囲Ｂ_１に包含される（Ｂ_ａｖｅ∈Ｂ_１）と判断された場合には（ステップＳ１００にてＹＥＳ）、車輌３０のバッテリ２０は正常な状態にあるので、タイマ機能をリセットして（ステップＳ１３０）、ステップＳ１０に戻る。

ステップＳ１００の判断において、平均磁力Ｂ_ａｖｅが第１の磁力範囲Ｂ_１に包含されない（Ｂ_ａｖｅ≠Ｂ_１）と判断された場合には（ステップＳ１００にてＮＯ）、次に、当該平均磁力Ｂ_ａｖｅが、第１のスケールＳ_ａ上の第８の磁力範囲Ｂ_８又は第９の磁力範囲Ｂ_９に包含されるか否かを判断する（ステップＳ１１０）。

この判断において、平均磁力Ｂ_ａｖｅが第８又は第９の磁力範囲Ｂ_８、Ｂ_９に包含されるか（Ｂ_ａｖｅ∈Ｂ_８、Ｂ_９）と判断された場合には（ステップＳ１１０にてＹＥＳ）、バッテリ２０が劣化状態にあると推測されるので、メインコントローラ４０は、例えば、モータ３２の回生制動を制御する回生トルク指令値に１未満の係数を乗じて制御を行うことにより、モータ３２による回生制動を制限する（ステップＳ１２０）。

バッテリ２０が劣化している場合には、当該バッテリ２０の容量が減少しており、モータ３２の回生制動により発生した全ての回生電力を許容することが出来ない場合があるが、このようにバッテリ２０の劣化状態に応じてモータ３２による回生制動を制限することにより、モータ３２による発電量を抑制し、バッテリ２０への充電量を制限することが可能となるので、バッテリ２０の安全性を確保すると共に、車輌３０の走行を継続することが可能となる。

なお、平均磁力Ｂ_ａｖｅが、第８の磁力範囲Ｂ_８に属する場合より第９の磁力範囲Ｂ_９に属する場合の方が劣化の程度が大きいと考えられるので、平均磁力Ｂ_ａｖｅが第８の磁力範囲Ｂ_８に属する場合より、当該平均磁力Ｂ_ａｖｅが第９の磁力範囲Ｂ_９に属する場合に、メインコントローラ４０からモータ３２への回生トルク指令値に乗じる係数を小さくして、モータ３２の回生制動により生じるバッテリ２０への充電量をさらに制限しても良い。

バッテリ２０が劣化状態にある場合（Ｂ_ａｖｅ∈Ｂ_８、Ｂ_９）には、車輌３０は未だ走行可能であるので、タイマ機能をリセットして（ステップＳ１３０）、ステップＳ１０に戻る。なお、この場合に、バッテリ２０が劣化状態にある旨を、インジケータ４５やブザー４６を用いて車輌３０の運転者に対して注意喚起しても良い。

ステップＳ１１０の判断において、平均磁力Ｂ_ａｖｅが第８の磁力範囲Ｂ_８及び第９の磁力範囲Ｂ_９の何れにも包含されない（Ｂ_ａｖｅ≠Ｂ_８、Ｂ_９）と判断された場合には（ステップＳ１１０にてＮＯ）、メインコントローラ４０は、インジケータ４５及びブザー４６に対して、車輌３０のバッテリ２０が故障状態にある旨の報知する制御を行い、当該制御に基づいて、運転者に対して、インジケータ４５により視覚的に及びブザー４６により聴覚的に注意を喚起する（ステップＳ２５０）。この際、バッテリ２０において異常が発生している薄型電池１０ａ〜１０ｄを特定して注意喚起しても良い。

上記のステップＳ３０に戻り、当該ステップＳ３０の判断において、電流センサ３１により検出された電流値Ｉ_０が第１の電流域Ｉ_ａに含まれない（Ｉ_０≠Ｉ_ａ）と判断した場合には（ステップＳ３０にてＮＯ）、メインコントローラ４０は、さらに当該電流値Ｉ_０が第２の電流域Ｉ_ｂに含まれるか否かを判断する（ステップＳ１４０）。

そして、電流値Ｉ_０が第２の電流域Ｉ_ｂに含まれる（Ｉ_０∈Ｉ_ｂ）と判断された場合には（ステップＳ１４０にてＹＥＳ）、上述の電流値Ｉ_０が第１の電流域Ｉ_ａに含まれると判断した場合のステップＳ４０〜ステップＳ１１０と同様に、当該メインコントローラ４０が具備するタイマ機能（不図示）により時間Ｔの計時を開始し（ステップＳ１５０）、当該時間Ｔが閾値Ｔ_０を計時（Ｔ≧Ｔ_０）するまでの間（ステップＳ１８０）、電流値Ｉ_０の監視を継続しながら（ステップＳ１７０）、磁気センサ２２が磁力Ｂ_０のサンプリングを繰り返す（ステップＳ１６０）。なお、ステップＳ１４０、Ｓ１７０において、電流値Ｉ_０が第２の電流域Ｉ_ｂに含まれない（Ｉ_０≠Ｉ_ｂ）と判断された場合には、タイマ機能をリセットして（ステップＳ２４０）、ステップＳ１０に戻る。

そして、メインコントローラ４０は、サンプリングされたＮ個の磁力Ｂ_０の平均値Ｂ_ａｖｅを演算し（ステップＳ１９０）、バッテリ２０に流れる電流値Ｉ_０が第２の電流域Ｉ_ｂに包含されていることから第２の電流域Ｉ_ｂに対応した第２のスケールＳ_ｂを選択し（ステップＳ２００）、演算された平均磁力Ｂ_ａｖｅを当該第２のスケールＳ_ｂに対して照会し、当該平均磁力Ｂ_ａｖｅが第２のスケールＳ_ｂ上の第１の磁力範囲Ｂ_１に包含されるか否かを判断する（ステップ２１０）。

このように、本実施形態では、車輌のメインコントローラに、異なる電流域にそれぞれ対応したスケールを複数具備させることにより、バスバーに流れる電流値の変化に伴って当該電流により生じる磁力が変化したような場合であっても、バッテリが有する薄型電池の異常を適切に検出することが可能となる。

この判断において、平均磁力Ｂ_ａｖｅが当該第２のスケールＳ_ｂ上の第２の磁力範囲Ｂ_１に包含される（Ｂ_ａｖｅ∈Ｂ_１）と判断された場合には（ステップＳ２１０にてＹＥＳ）、タイマ機能をリセットして（ステップＳ２４０）、ステップＳ１０に戻る。これに対し、平均磁力Ｂ_ａｖｅが第１の磁力範囲Ｂ_１に包含されない（Ｂ_ａｖｅ≠Ｂ_１）と判断された場合には（ステップＳ２１０にてＮＯ）、次に、当該平均磁力Ｂ_ａｖｅが第２のスケールＳ_ｂ上の第８の磁力範囲Ｂ_８又は第９の磁力範囲Ｂ_９に包含されるか否かを判断し（ステップＳ２２０）、平均磁力Ｂ_ａｖｅが第８及び第９の磁力範囲Ｂ_８、Ｂ_９に包含される（Ｂ_ａｖｅ∈Ｂ_８、Ｂ_９）と判断された場合には（ステップＳ２２０にてＹＥＳ）、バッテリ２０が劣化状態にあると推測されるので、メインコントローラ４０は、例えば、モータ３３への回生制動の指令値に１未満の係数を乗じて回生電力を制限する制御を行い（ステップＳ２３０）、タイマ機能をリセットして（ステップＳ２４０）、ステップＳ１０に戻る。

これに対し、ステップＳ２２０の判断において、平均磁力Ｂ_ａｖｅが第８の磁力範囲Ｂ_８及び第９の磁力範囲Ｂ_９の何れにも包含されない（Ｂ_ａｖｅ≠Ｂ_８、Ｂ_９）と判断された場合には（ステップＳ２２０にてＮＯ）、メインコントローラ４０は、インジケータ４５及びブザー４６に対して、車輌３０のバッテリ２０が異常状態にある旨の報知する制御を行い、当該制御に基づいて、運転者に対して、インジケータ４５により視覚的に及びブザー４６により聴覚的に注意を喚起する（ステップＳ２５０）。

なお、請求項における組電池は、本実施形態におけるバッテリ２０に相当し、薄型電池が第１〜第４の薄型電池１０ａ〜１０ｄに相当し、バスバーがバスバー２１に相当し、磁力検出手段が磁気センサ２２に相当し、異常検出手段がメインコントローラ４０に相当しており、請求項における薄型電池の異常検出装置は、本実施形態では、車輌３０のバッテリ２０及びメインコントローラ４０に組み込まれた形態となっている。

本実施形態では、並列接続された複数の薄型電池で構成されるバッテリにおいて、バッテリのバスバーに囲まれる空間に磁気センサを設け、この磁気センサによりバスバーを流れる電流により生じる磁力を検出し、当該検出された磁力により薄型電池の異常を検出することにより、各薄型電池に個別の電流検出器を設ける必要がなくなり、その簡易な構造によりバッテリの小型軽量化を図ることが可能になると共に、当該バッテリのコストダウンを図ることが可能となる。

また、本実施形態では、当該磁気センサにより検出された磁力の強弱に基づいて、バッテリにおいて異常が発生した薄型電池を特定したり、バッテリに発生した異常の程度を検出することにより、簡易な構造でありながら薄型電池の異常を精度良く検出することが出来る。

なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。本実施形態のバッテリは、４つの薄型電池を並列接続して構成されているが、本発明では特にこれに限定されず、バッテリに要求される電圧や容量に応じて、例えば、並列接続された４つの薄型電池の組合わせ同士をさらに直列接続して組電池を構成しても良い。また、本実施形態では、バッテリの充電時に異常を検出するように説明したが、例えば上述の電流センサにより検出される負の電流値に対応したスケールを設定することにより、バッテリの放電時に異常を検出するようにしても良い。さらに、本実施形態ではメインコントローラが２つのスケールを具備しているものと説明したが、１つ或いは異なる電流域に応じた２つ以上のスケールを具備しても良く、或いは、当該スケールを電流値に連続的に対応させた関数としても良い。

図１は、本発明の実施形態に係る電気自動車の全体構成を示す概念図である。 図２は、本発明の実施形態に係る組電池であり、図２（Ａ）は正面図、図２（Ｂ）は側面図、図２（Ｃ）は平面図である。 図３は、図２に示す組電池の等価回路図である。 図４（Ａ）は、本発明の実施形態に係る薄型電池の全体を示す平面図であり、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）のIVB-IVB線に沿う断面図である。 図５は、本発明の実施形態に係るバッテリにおける異常検出の原理を示す概念図であり、図５（Ａ）は全ての薄型電池が正常な場合を示す概念図であり、図５（Ｂ）は第１の薄型電池が異常な場合を示す概念図であり、図５（Ｃ）は第２の薄型電池が異常な場合を示す概念図であり、図５（Ｄ）は第３の薄型電池が異常な場合を示す概念図であり、図５（Ｅ）は第４の薄型電池が異常な場合を示す概念図である。 図６は、本発明の実施形態に係るバッテリにおける薄型電池の異常検出に用いられるスケールの概念図である。 図７は、本発明の実施形態における薄型電池の異常検出のフローチャートである。

符号の説明

１０…薄型電池
２０…バッテリ
２１…バスバー
２１ａ…第１の片
２１ｂ…第２の片
２１ｃ…第３の片
２２…磁気センサ
３０…車輌
３１…電流センサ
３２…モータ
３３…インバータ
４０…メインコントローラ
４１…ブレーキコントローラ
４２…アクセルセンサ
４３…ブレーキセンサ
４４…車速センサ
４５…インジケータ
４６…ブザー

Claims (11)

1. 並列接続された２以上の薄型電池を有する組電池において、薄型電池の異常を検出するための薄型電池の異常検出装置であって、
   ２以上の前記薄型電池の各同極端子が接続されたバスバーと、
   前記バスバーにより囲まれた空間の磁力を検出する磁力検出手段と、
   前記磁力検出手段により検出された磁力に基づいて、前記組電池が有する薄型電池の異常を検出する異常検出手段と、を少なくとも備えた薄型電池の異常検出装置。
2. 前記異常検出手段は、前記磁力検出手段により検出された磁力の強弱に基づいて、前記組電池において異常が発生した薄型電池を特定する請求項１記載の薄型電池の異常検出装置。
3. 前記異常検出手段は、前記磁力検出手段により検出された磁力の強弱に基づいて、前記組電池に発生した異常の程度を検出する請求項１又は２記載の薄型電池の異常検出装置。
4. 前記バスバーは、対向する第１の片及び第２の片を少なくとも有し、
   前記磁力検出手段は、前記バスバーの第１の片からの距離と、前記第２の片からの距離とが実質的に同一となるように設けられている請求項１〜３の何れかに記載の薄型電池の異常検出装置。
5. 前記バスバーは、前記第１及び第２の片にそれぞれ交わる第３の片をさらに有し、
   前記磁力検出手段は、前記第３の片からの距離が、前記バスバーの第１又は第２の片からの距離より長くなるように設けられている請求項４記載の薄型電池の異常検出装置。
6. 前記異常検出手段は、前記組電池が有する前記薄型電池の異常状態を磁力の強さに対応付けたスケールを有し、
   前記異常検出手段は、前記磁力検出手段が検出した磁力を前記スケールに対して照会することにより、前記組電池において異常が発生した薄型電池を特定する請求項２〜５の何れかに記載の薄型電池の異常検出装置。
7. 前記異常検出手段は、前記組電池が有する前記薄型電池の異常状態を磁力の強さに対応付けたスケールを有し、
   前記異常検出手段は、前記磁力検出手段が検出した磁力を前記スケールに対して照会することにより、前記組電池に発生した異常の程度を検出する請求項３〜６の何れかに記載の薄型電池の異常検出装置。
8. 前記組電池に流れる電流を検出する電流検出手段をさらに備え、
   前記異常検出手段は、電流値に対応した前記スケールを複数有し、
   前記異常検出手段は、前記電流検出手段により検出された電流値に対応する前記スケールを選択し、前記磁力検出手段により検出された磁力を前記選択されたスケールに対して照会する請求項６又は７記載の薄型電池の異常検出装置。
9. 並列接続された２以上の薄型電池を有し、請求項１〜８の何れかに記載の薄型電池の異常検出装置が設けられた組電池と、
   少なくとも発電を行うことにより、前記組電池が有する薄型電池を充電することが可能な発電手段と、を少なくとも備えた車輌。
10. 前記発電手段の発電量を制御する発電制御手段をさらに備え、
    前記異常検出装置により検出された前記組電池の異常の程度に基づいて、前記発電制御手段が前記発電手段による発電量を制御する請求項９記載の車輌。
11. 前記車輌の運転者に報知を行う報知手段をさらに備え、
    前記異常検出装置による検出結果に基づいて、前記報知手段が運転者に対して報知を行う請求項９又は１０記載の車輌。

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