JP2013145638A

JP2013145638A - 電源装置

Info

Publication number: JP2013145638A
Application number: JP2012004697A
Authority: JP
Inventors: Tatsuhiko Umetani; 龍彦梅谷
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2012-01-13
Filing date: 2012-01-13
Publication date: 2013-07-25
Anticipated expiration: 2032-01-13
Also published as: JP5845908B2

Abstract

【課題】電池セルの変形を的確に報知する上で有利な電源装置を提供する。
【解決手段】接触判定手段２６Ａは、隣り合う電池セル１２の対向する２つの側面３４０４が接触したことを判定するものである。接触判定手段２６Ａは、圧力センサ１４からの検出結果に基づいて電池セル１２の対向する２つの側面３４０４が接触したことを判定する。揺れ判定手段２６Ｂは、車両に揺れが生じていないことを判定するものである。制御手段２６Ｃは、揺れ判定手段２６Ｂにより揺れが生じていないと判定されている状態で、接触判定手段２６Ａにより電池セル１２の２つの側面３４０４同士が接触していると判定された場合に電池セル１２に変形が発生したことを報知ランプ２２および報知ブザー２４により報知するものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気自動車やハイブリッド自動車に搭載される電源装置に関する。

モータを駆動源とした電気自動車やハイブリッド自動車においてモータに電力を供給する電源装置が使用されている。
電源装置は、高圧の直流電力をモータに供給することから複数の電池セルを直列に接続した電池モジュール（電池ブロック）をさらに複数個直列に接続して構成されている。
電池セルは、使用状態によっては電極体からガスが発生することで電池セル内の内圧が上昇し、電池セルの側面が膨らむ変形を生じる。変形が許容範囲を超えた電池セルは性能が劣化しているため交換する必要がある。
そこで、電池セルの変形を検出するスイッチや圧力センサなどの検出手段を設ける技術が提案されている（特許文献１、２参照）。

特表２０１１−５０５６５０号公報特開２００６−２４４４５号公報

しかしながら、上記従来技術では、車両の走行時の加減速や振動などによって各電池セルが揺れた場合にスイッチや圧力センサに揺れによる力が作用することによって、電池セルが変形していないにも拘わらず変形が有ると誤検出することが懸念される。
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、電池セルの変形を的確に報知する上で有利な電源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、本発明は、車両に搭載され、複数の電池セルを備える電源装置であって、側面同士が間隔をおいて対向するように並べられる電池セルと隣り合う前記電池セルの側面が接触したことを判定する接触判定手段と、前記車両に揺れが生じていないことを判定する揺れ判定手段と、前記接触判定手段により前記電池セルの２つの側面同士が接触したと判定された場合に前記電池セルに変形が発生したことを報知する報知手段とを備え、前記報知手段は、揺れ判定手段により揺れが生じていないと判定されている時に作動することを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、揺れ判定手段により揺れが生じていないと判定されている状態で、接触判定手段により電池セルの２つの側面同士が接触していると判定された場合に電池セルに変形が発生したことを制御手段が報知するようにした。
したがって、車両の走行に伴う加減速や振動による力によって電池セルが変位する可能性が低い状態で接触判定手段による判定を行うようにしたので、電池セルの変形を的確に報知する上で有利となる。
請求項２記載の発明によれば、電池セルの側面が膨らむ場合、最も大きく変位する側面の中央に圧力センサを取着したので、電池セルの変形を的確に判定する上で有利となる。
請求項３、４記載の発明によれば、車両が完全に停止した状態で接触判定手段による判定を行うので、電池セルの変形を正確に判定する上で有利となる。
請求項５記載の発明によれば、車両が完全に停止している状態、および、車両が等速で走行している状態の双方で接触判定手段による判定を行うので、電池セルの変形を判定する頻度を増やすことができ、電池セルの変形をより早期に判定する上で有利となる。
請求項６記載の発明によれば、特定手段により変形が生じた電池セルを容易に特定することができるため、電池セルの交換作業の効率化を図る上で有利となる。

電源装置１０の構成を示すブロック図である。電池セル１２の斜視図である。電池セル１２の正面図である。複数の電池セル１２を直列に接続した電池モジュールの一例を示す斜視図である。（Ａ）は隣り合う２つの電池セル１２の対向する２つの側面３４０４の双方が膨らんだ状態を示す説明図、（Ｂ）は隣り合う２つの電池セル１２の対向する２つの側面３４０４の一方が膨らんだ状態を示す説明図である。圧力センサ識別情報と電池セル識別情報とが対応付けられたデータテーブルの一例を示す説明図である。電源装置１０の動作を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１に示すように、電源装置１０は、モータを駆動源とした電気自動車やハイブリッド自動車などの電動車に搭載され、走行用のモータに電力を供給するものである。
電源装置１０は、複数の電池セル１２と、圧力センサ１４と、車速センサ１６と、シフト位置センサ１８と、加速度センサ２０と、報知ランプ２２と、報知ブザー２４と、ＥＣＵ２６と、インターフェース２８とを含んで構成されている。

まず、電池セル１２の構成について説明する。
電池セル１２は二次電池であり、本実施の形態では、電池セル１２がリチウムイオン二次電池で構成されている場合について説明するが、本発明はリチウムイオン二次電池以外の二次電池にも適用可能である。
図２、図３に示すように、本実施の形態の電池セル１２は、電極体３０と、該電極体３０を収容するケース３２とを備えている。
ケース３２は、横長の矩形板状を呈し、本体部３４と、蓋部３６とを備えている。本体部３４、蓋部３６の材料としては、ステンレス、アルミニウム、スチールなど従来公知の様々な金属材料が使用可能である。
本体部３４は、底面３４０２と、互いに平行する一対の側面３４０４と、互いに平行する一対の端面３４０６とを備え、上部が開放された収容空間を有している。
電極体３０は、本体部３４の収容空間に収容されている。
電極体３０は、正極と負極との間にセパレータが介在された帯体が複数回巻回された巻回体３０Ａで構成されている。
より詳細には、電極体３０は、正極と、負極と、２枚のセパレータとで構成されている。
正極は、幅よりも大きな長さを有する帯状を呈している。
正極は、３層構造であり、厚さ方向の中央に位置する正極集電箔と、その両面に形成された正極活物質とで構成されている。正極集電箔は正側の集電体３０１０を介して後述する正側の電極３８に接続されている。
正極集電箔としてはアルミニウム箔が用いられ、正極活物質としてはコバルト酸リチウムなどが用いられる。

負極は、幅よりも大きな長さを有する帯状を呈している。
負極は、３層構造であり、厚さ方向の中央に位置する負極集電箔と、その両面に形成された負極活物質とで構成されている。負極集電箔は負側の集電体３０１２を介して後述する負側の電極４０に接続されている。
負極集電箔としては銅箔が用いられ、負極活物質としては炭素材料などが用いられる。
なお、図３において、符号３００２は正極あるいは負極を構成する電極板を示し、符号３００４は正極活物質あるいは負極活物質が塗布される活物質塗布部を示す。

２枚のセパレータは、幅よりも大きな長さを有する帯状を呈し、リチウムイオンが移動できる多孔質の絶縁フィルムで構成されている。
電極体３０は、正極と、負極とが、２枚のセパレータを介在させて重ね合わされ複数回巻回され、断面が扁平な長円形状を呈している。
具体的には、セパレータと、正極と、セパレータと、負極とがこの順番で重ね合わされ、セパレータを外側にし、負極を内側にして複数回巻回されている。

蓋部３６は、収容空間を閉塞するように本体部３４に接合されている。
蓋部３６には、電極体３０に接続する正側の電極３８および負側の電極４０が設けられ、正側の電極３８は正側の集電体を介して電極体３０の正極に接続され、負側の電極４０は負側の集電体を介して電極体３０の負極に接続されている。
蓋部３６を電極体３０が収容された本体部３４に接合することにより横長の矩形板状を呈するケース３２を有する電池セル１２が完成する。

図４に示すように複数の電池セル１２は、ケース３２の側面３４０４同士が平行して間隔をおいて対向するように並べられた状態でトレー３５に収容保持され、トレー３５は不図示のフレームを介して車体に取着されている。
トレー３５に収容された複数の電池セル１２が直列に接続されることで１つの電池モジュールが構成されている。実際の電源装置１０では、複数の電池モジュールが直列に接続されている。
各電池セル１２は、トレー３５に固定されているが、車両の走行に伴う加減速や振動による力がフレームおよびトレー３５を介して電池セル１２に作用すると、隣り合う電池セル１２の対向する側面３４０４同士が互いに離間接近する方向に一時的に変位する可能性がある。このような電池セル１２の変位は、電池セル１２のケース３２とトレー３５との間の隙間やトレー３５の弾性変形などによって発生する。

圧力センサ１４は、図３、図４に示すように、フィルム状を呈し、隣り合う電池セル１２のケース３２の対向する２つの側面３４０４のうち何れか一方の側面３４０４の中央に取着されている。
圧力センサ１４は、加えられる圧力の大きさを検出し、その検出結果をＥＣＵ２６に供給する。
圧力センサ１４としては、圧力の大きさに応じて変化する抵抗値を電気信号に変換するものなど従来公知の様々な圧力センサ１４が使用可能である。
図５（Ａ）に二点鎖線で示すように、隣り合う２つの電池セル１２の双方のケース３２が膨らんで側面３４０４同士が接触した場合に圧力センサ１４は２つの側面３４０４から押圧されることで圧力を検出する。
また、図５（Ｂ）二点鎖線で示すように、隣り合う２つの電池セル１２のうちの一方のケース３２が膨らまないが、他方のケース３２が膨らんで、側面３４０４同士が接触した場合にも圧力センサ１４は２つの側面３４０４から押圧されることで圧力を検出する。
なお、圧力センサ１４は電池セル１２の側面３４０４の中央以外の箇所に取着してもよい。
しかしながら、電池セル１２の側面３４０４が膨らむ場合、側面３４０４の中央が最も顕著に変位するので、本実施の形態のように、圧力センサ１４を電池セル１２の側面３４０４の中央に取着すると、電池セル１２の変形を的確に判定する上で有利となる。

図１に示すように、車速センサ１６は、車両の走行速度を検出し、その検出結果をＥＣＵ２６に供給するものである。
シフト位置センサ１８は、シフトレンジの位置を検出し、その検出結果をＥＣＵ２６に供給するものである。
加速度センサ２０は、車両に加わる加速度を検出し、その検出結果をＥＣＵ２６に供給するものである。このような加速度センサ２０は、車両の振動や加速度を検出するために車両に搭載されている既設の加速度センサを用いてもよいし、新たに設けても良い。
報知ランプ２２は、例えば、インストルメントパネルに組み込まれ、ＥＣＵ２６からの指示により点灯（点滅）することで、電池セル１２に変形が発生したことを運転者に報知するものである。
報知ブザー２４は、ＥＣＵ２６からの指示により鳴動することで、電池セル１２に変形が発生したことを運転者に報知するものである。
したがって、報知ランプ２２および報知ブザー２４は、電池セル１２に変形が発生したことを報知する報知手段として機能する。

ＥＣＵ２６は、圧力センサ１４、車速センサ１６、シフト位置センサ１８、加速度センサ２０からの検出結果を受け付けると共に、報知ランプ２２、報知ブザー２４の動作を制御するものである。
ＥＣＵ２６は、ＣＰＵと、バスラインを介して接続されたＲＯＭ、ＲＡＭ、インターフェース２８などを含んで構成されている。ＲＯＭはＣＰＵが実行する制御プログラムなどを格納し、ＲＡＭはワーキングエリアを提供する。そして、ＣＰＵが前記の制御プログラムを実行することにより、接触判定手段２６Ａ、揺れ判定手段２８Ｂ、制御手段２６Ｃを実現する。

接触判定手段２６Ａは、隣り合う電池セル１２の対向する２つの側面３４０４が接触したことを判定するものである。
本実施の形態では、接触判定手段２６Ａは、圧力センサ１４からの検出結果に基づいて電池セル１２の対向する２つの側面３４０４が接触したことを判定する。
具体的には、圧力センサ１４で検出された圧力が予め定められた基準値以上であった場合に電池セル１２の対向する２つの側面３４０４が接触したと判定する。

揺れ判定手段２６Ｂは、車両に揺れが生じていないことを判定するものである。
揺れ判定手段２６Ｂによる判定動作として以下のように３種類の動作が例示される。
１）揺れ判定手段２６Ｂは、シフト位置センサ１８によって検出されるシフトレンジがパーキングポジションであるときに車両に揺れが生じていないと判定する。
この場合、車両が完全に停止した状態となったときに揺れが生じていないと判定される。
２）揺れ判定手段２６Ｂは、車速センサ１６によって検出される車両の車速がゼロであるときに車両に揺れが生じていないと判定する。
この場合も１）と同様に車両が完全に停止した状態となったときに揺れが生じていないと判定する。
３）揺れ判定手段２６Ｂは、加速度センサ２０によって検出された加速度が予め定められた閾値以下であるときに車両に揺れが生じていないと判定する。
この場合、車両が完全に停止している場合、等速で走行している場合の何れの場合であっても車両に揺れが生じていないと判定する。

制御手段２６Ｃは、揺れ判定手段２６Ｂにより揺れが生じていないと判定されている状態で、接触判定手段２６Ａにより電池セル１２の２つの側面３４０４同士が接触していると判定された場合に電池セル１２に変形が発生したことを報知ランプ２２および報知ブザー２４により報知するものである。
例えば、電池セル１２の側面３４０４の膨らみが小さく、電池セル１２の劣化度合いが軽微であり、電池セル１２の変形を報知する必要がない場合について考える。
この場合、車両の揺れが無い状態では、側面３４０４によって圧力センサ１４に押圧力が作用することがないが、車両の揺れが生じると、電池セル１２が一時的に変位して圧力センサ１４に側面３４０４が接触する。そして、接触判定手段２６Ａにより電池セル１２の２つの側面３４０４同士が接触していると判定され、制御手段２６Ｃは、電池セル１２の変形が発生したと誤検出し、誤報知をする不都合が生じる。
したがって、本実施の形態のように、揺れが生じていないと判定されている状態で、電池セル１２の２つの側面３４０４同士が接触していると判定された場合に電池セル１２に変形が発生したことを検出するようにすれば、上記のような誤検出、誤報知を回避することが可能となる。

また、制御手段２６Ｃは、識別手段２６Ｄと特定手段２６Ｅとを備えている。
識別手段２６Ｄは個々の電池セル１２を識別した識別情報を保有し、特定手段２６Ｅは前記の報知手段により電池セル１２の変形を報知した場合に、接触判定手段２６Ａによって２つの側面３４０４が接触したと判定された２つの電池セル１２を、２つの電池セル１２の電池セル識別情報を用いて特定するものである。
より詳細には、各電池セル１２にはそれぞれ個別の電池セル識別情報が割り当てられおり、電池セル識別情報に基づいて電池セル１２を特定することができるように構成されている。
具体的には、各電池セル１２に電池セル識別情報が表記されている。あるいは、電池セル１２の配置位置が電池セル識別情報に基づいて特定できるように設定されている。
また、各圧力センサ１４にはそれぞれ個別の圧力センサ識別情報が割り当てられている。

識別手段２６Ｄは、図６に示すようなデータテーブルを有している。
すなわち、第１〜第ｎのｎ個の圧力センサ１４の圧力センサ識別情報をＰ１〜Ｐｎとする。また、第１〜第ｍのｍ個の電池セル１２の電池セル識別情報をＣ１〜Ｃｍとする。なお、ｎ、ｍは１以上の整数であり、ｍ＝２ｎである。
例えば、第１の圧力センサ１４（Ｐ１）が第１、第２の電池セル１２（Ｃ１、Ｃ２）の対向する２つの側面３４０４のうちの一方の側面３４０４に設けられている。
第２の圧力センサ１４（Ｐ２）が第２、第３の電池セル１２（Ｃ２、Ｃ３）の対向する２つの側面３４０４のうちの一方の側面３４０４に設けられている。
第３の圧力センサ１４（Ｐ３）が第３、第４の電池セル１２（Ｃ３、Ｃ４）の対向する２つの側面３４０４のうちの一方の側面３４０４に設けられている。
以下、第ｎの圧力センサ１４（Ｐｎ）、第ｍ−１、第ｍの電池セル１２まで上記と同様である。
すなわち、１つの圧力センサ識別情報について、２つ電池セル識別情報が対応付けて記憶されている。
識別手段２６Ｄは、各圧力センサ１４から受け付けた検出結果から圧力センサ識別情報Ｐ１〜Ｐｎを識別するように構成されている。
特定手段２６Ｅは、制御手段２６Ｃが、電池セル１２の変形を報知ランプ２２、報知ブザー２４により報知した場合に、検出結果を受け付けた圧力センサ１４の圧力センサ識別情報から図６のデータテーブルに基づいて２つの電池セル識別情報を特定する。
特定手段２６Ｅは、特定した電池セル識別情報をＲＯＭあるいはＲＡＭなどの記憶手段に記憶させておく。

インターフェース２８は、ＥＣＵ２６と、修理工場などに設置されている外部装置との間で情報の授受を行うものであり、本実施の形態では、インターフェース２８は、前記の記憶手段に記憶されている電池セル識別情報を外部装置に提供する。これにより外部装置のディスプレイなどによって電池セル識別情報を得ることができる。

次に電源装置１０の動作について図７のフローチャートを参照して説明する。
電源装置１０が起動されることで図７の処理が開始される。
まず、接触判定手段２６Ａは、各圧力センサ１４からの検出結果に基づいて各電池セル１２の側面３４０２同士の接触が有るかを判定する（ステップＳ１０）。
ステップＳ１０が否定ならばステップＳ１０に戻る。
ステップＳ１０が肯定ならば、揺れ判定手段２６Ｂは、車両に揺れが生じていないかを判定する（ステップＳ１２）。
ステップＳ１２が否定ならばステップＳ１０に戻る。
ステップＳ１２が肯定ならば、制御手段２６Ｃは、電池セル１２の変形を報知ランプ２２、報知ブザー２４により報知する（ステップＳ１４）。
そして、特定手段２６Ｅは、圧力センサ１４から受け付けた検出結果から圧力センサ識別情報を特定し、特定した圧力センサ識別情報から図６のデータテーブルに基づいて電池セル識別情報を特定し、記憶手段に記憶し（ステップＳ１６）、ステップＳ１０に戻る。

以上説明したように本実施の形態によれば、揺れ判定手段２６Ｂにより揺れが生じていないと判定されている状態で、接触判定手段２６Ａにより電池セル１２の２つの側面３４０４同士が接触していると判定された場合に電池セル１２に変形が発生したことを制御手段２６Ｃが報知ランプ２２、報知ブザー２４によって報知するようにした。
したがって、車両の走行に伴う加減速や振動による力によって電池セル１２が変位する可能性が低い状態で接触判定手段２６Ａによる判定を行うようにしたので、電池セル１２の変形を的確に報知する上で有利となる。
そして、このように電池セル１２の変形が的確に報知されることで、運転者は車両を修理工場に走行させて電池セル１２の交換を行うことができる。

また、揺れ判定手段２６Ｂが、シフト位置センサ１８によって検出されるシフトレンジがパーキングポジションであるときに車両に揺れが生じていないと判定するようにした場合、および、車速センサ１６によって検出される車両の車速がゼロであるときに車両に揺れが生じていないと判定するようにした場合は、車両が完全に停止した状態で、すなわち、電池セル１２の揺れがゼロの状態で接触判定手段２６Ａによる判定を行うので、電池セル１２の変形を正確に判定する上で有利となる。
また、揺れ判定手段２６Ｂが、加速度センサ２０によって検出された加速度が予め定められた閾値以下であるときに車両に揺れが生じていないと判定するようにした場合は、車両が完全に停止している状態、および、車両が等速で走行している状態の双方で接触判定手段２６Ａによる判定を行うので、電池セル１２の変形を判定する頻度を増やすことができ、電池セル１２の変形をより早期に判定する上で有利となる。

また、本実施の形態では、制御手段２６Ｃは、報知ランプ２２、報知ブザー２４により電池セル１２の変形を報知した場合に、接触判定手段２６Ａによって２つの側面３４０４が接触したと判定された２つの電池セル１２を特定し、該特定した２つの電池セル１２の電池セル識別情報を特定するようにした。
したがって、特定された電池セル識別情報に基づいて変形が生じた電池セル１２を容易に特定することができるため、電池セル１２の交換作業の効率化を図る上で有利となる。

なお、前述したように、揺れ判定手段２６Ｂが、加速度センサ２０によって検出された加速度が予め定められた閾値以下であるときに車両に揺れが生じていないと判定するようにした場合は、車両が等速で走行している状態においても接触判定手段２６Ａによる判定を行うことができる。
この場合、車両が等速で走行している状態において接触判定手段２６Ａによって２つの側面３４０４が接触したと判定され、制御手段２６Ｃによって電池セル１２の変形が報知された場合、車両の走行モードをリンプフォーム走行に切り替えるようにしてもよい。リンプフォーム走行は、車両の走行速度を予め定められた規制速度以下に制限する走行モードである。
電池セル１２が変形しているということは、電池セル１２の性能が低下して走行用モータに供給する電池容量が不足するおそれがあることになる。
したがって、リンプフォーム走行に切り替えることによって、電力消費量を抑制して車両の走行距離を確保することができ、修理工場まで車両を緊急的に走行させて電池セル１２の交換を行うことができる。

１０……電源装置、１２……電池セル、１４……圧力センサ、１６……車速センサ、１８……シフト位置センサ、２０……加速度センサ、２２……報知ランプ、２４……報知ブザー、２６……ＥＣＵ、２６Ａ……接触判定手段、２８Ｂ……揺れ判定手段、２６Ｃ……制御手段、２６Ｄ……識別手段、２６Ｅ……特定手段、２８……インターフェース、３０……電極体、３２……ケース、３４……本体部、３４０２……底面、３４０４……側面、３４０６……端面、３６……蓋部、３５……トレー、３８……正側の電極、４０……負側の電極。

Claims

車両に搭載され、複数の電池セルを備える電源装置であって、
側面同士が間隔をおいて対向するように並べられる電池セルと、
隣り合う前記電池セルの側面が接触したことを判定する接触判定手段と、
前記車両に揺れが生じていないことを判定する揺れ判定手段と、
前記接触判定手段により前記電池セルの２つの側面同士が接触したと判定された場合に前記電池セルに変形が発生したことを報知する報知手段と、
を備え、
前記報知手段は、揺れ判定手段により揺れが生じていないと判定されている時に作動することを特徴とする電源装置。
前記複数の電池セルの各電池セル側面の略中央に圧力センサが取着され、
前記接触判定手段は、前記圧力センサの検出結果に基づいて前記２つの側面の接触を判定する、
ことを特徴とする請求項１記載の電源装置。
前記揺れ判定手段は、前記車両のシフトレンジがパーキングポジションであるときに前記車両に揺れが生じていないと判定する、
ことを特徴とする請求項１または２記載の電源装置。
前記揺れ判定手段は、前記車両の車速がゼロであるときに前記車両に揺れが生じていないと判定する、
ことを特徴とする請求項１または２記載の電源装置。
前記揺れ判定手段は、前記車両に設けられた加速度センサによって検出された加速度が予め定められた閾値以下であるときに前記車両に揺れが生じていないと判定する、
ことを特徴とする請求項１または２記載の電源装置。
前記電源装置は、
個々の電池セルを識別する識別手段と、
前記識別手段により識別された電池セルから、前記接触判定手段による接触判定がされている電池セルを特定する特定手段とを備えることを特徴とする、
１から５に何れか１項記載の電源装置。