JP2013247023A - 温度推定装置及び温度推定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、前回制御周期におけるセルブロック間の温度差を反映でき、より正確に絶対温度分布を推定できる温度推定装置及び温度推定方法を提供することを目的とするものである。
【解決手段】本発明による温度推定装置及び温度推定方法は、相対温度分布を推定する際に、相対温度分布を少なくとも１回既に推定しているか否かを判定し、既に推定していると判定した場合、前回推定した相対温度分布により示される各セルブロックＣＢ１〜ＣＢ４の相対温度を各セルブロックＣＢ１〜ＣＢ４の上昇温度に加算した上で、電池パック２内の相対温度分布を推定する構成である。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数のセルブロックからなる電池パックの絶対温度分布を推定する温度推定装置及び温度推定方法に関する。

従来用いられていたこの種の温度推定装置及び温度推定方法としては、例えば下記の特許文献１等に示されている構成を挙げることができる。すなわち、従来構成では、電池パックを構成する複数のセルブロックのうち、少なくとも１つのセルブロックの温度を温度センサにより測定する。また、各セルブロックの電流値に基づいて各セルブロックの上昇温度を求めるとともに、温度測定位置のセルブロックの上昇温度と非測定位置の各セルブロックの上昇温度との差分を求める。そして、他の発熱機器から発生した熱の影響を考慮した熱係数を前述の上昇温度の差分に乗算するとともに、その乗算後の値にセンサ温度を加算することで、非測定位置の各セルブロックの温度を推定する（電池パックの絶対温度分布を推定する）。これらの処理は、１制御周期毎に繰り返し行われる。

特開２００９−９９３７５号公報

上記のような従来構成では、１制御周期毎に同じ処理を繰り返し行うのみなので、以下の問題が生じる。すなわち、ある制御周期において各セルブロックの電流値が０の場合、すべてのセルブロックの上昇温度が０となり上昇温度の差が無いため、すべてのセルブロックの温度が等しいと見なされる。しかしながら、ある制御周期においてすべてのセルブロックの上昇温度が０であっても、実際にはそれまでの動作によりセルブロック間に温度差が生じているはずであり、上記の演算結果は誤っていると考えられる。すなわち、温度推定装置では、前回制御周期におけるセルブロック間の温度差を考慮できておらず、絶対温度分布の推定が不正確である。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、前回制御周期におけるセルブロック間の温度差を反映でき、より正確に絶対温度分布を推定できる温度推定装置及び温度推定方法を提供することである。

本発明に係る温度推定装置は、少なくとも１つの電池セルをそれぞれ含む複数のセルブロックからなる電池パックの絶対温度分布を推定する温度推定装置であって、複数のセルブロックのうち、少なくとも１つのセルブロックの温度を検出する温度センサと、各セルブロックの電流値を測定する電流測定部と、電流測定部により測定された電流値に基づいて各セルブロックの上昇温度を算出するとともに、各セルブロックの上昇温度に基づいて電池パック内の相対温度分布を推定し、温度センサにより検出された温度を相対温度分布に適用することで絶対温度分布を推定する演算部とを備え、演算部は、相対温度分布を推定する際に、相対温度分布を少なくとも１回既に推定しているか否かを判定し、既に推定していると判定した場合、前回推定した相対温度分布により示される各セルブロックの相対温度を各セルブロックの上昇温度に加算した上で、電池パック内の相対温度分布を推定する。

本発明に係る温度推定方法は、少なくとも１つの電池セルをそれぞれ含む複数のセルブロックからなる電池パックの絶対温度分布を推定する温度推定方法であって、測定された各セルブロックの電流値に基づいて各セルブロックの上昇温度を算出するとともに、各セルブロックの上昇温度に基づいて電池パック内の相対温度分布を推定し、複数のセルブロックのうち、少なくとも１つのセルブロックの温度を相対温度分布に適用することで絶対温度分布を推定する温度推定方法であり、相対温度分布を推定する際に、相対温度分布を少なくとも１回既に推定しているか否かを判定し、既に推定していると判定した場合、前回推定した相対温度分布により示される各セルブロックの相対温度を各セルブロックの上昇温度に加算した上で、電池パック内の相対温度分布を推定する。

本発明の温度推定装置及び温度推定方法によれば、相対温度分布を推定する際に、相対温度分布を少なくとも１回既に推定しているか否かを判定し、既に推定していると判定した場合、前回推定した相対温度分布により示される各セルブロックの相対温度を各セルブロックの上昇温度に加算した上で、電池パック内の相対温度分布を推定するので、前回制御周期におけるセルブロック間の温度差を反映でき、より正確に絶対温度分布を推定できる。

本発明の実施の形態１による温度推定装置を示す説明図である。 図１の温度推定装置により実施される温度推定方法を示すフローチャートである。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による温度推定装置１を示す説明図である。図において、温度推定装置１は、複数のセルブロックＣＢ１〜ＣＢ４からなる電池パック２の絶対温度分布を推定するものである。セルブロックＣＢ１〜ＣＢ４は、少なくとも１つの電池セル２ａを含むものであり、温度管理の単位となるものである。本実施の形態では説明が複雑になることを避けるため、１つの電池セル２ａをそれぞれ含む第１〜４セルブロックＣＢ１〜ＣＢ４により電池パック２が構成されているとする。各セルブロックＣＢ１〜ＣＢ４の電池セル２ａは、互いに直列に接続されている。絶対温度分布とは、例えば第１セルブロックＣＢ１が３０℃であり第２セルブロックＣＢ２が３２℃である等の電池パック２に含まれる各セルブロックＣＢ１〜ＣＢ４の温度を示すものである。なお、電池パック２を構成するセルブロックの数、並びにセルブロックに含まれる電池セルの数及びその接続態様は任意である。

温度推定装置１には、温度センサ１０、電流測定部１１、及び演算部１２が設けられている。温度センサ１０は、第１セルブロックＣＢ１の温度を検出するものである。すなわち、本実施の形態では、第１セルブロックＣＢ１以外の第２〜４セルブロックＣＢ２〜ＣＢ４の温度は、温度センサ１０によって検出されない。

電流測定部１１は、各セルブロックＣＢ１〜ＣＢ４の電流値を測定するものである。本実施の形態の場合、各セルブロックＣＢ１〜ＣＢ４に含まれる電池セル２ａが直列に接続されているので、各セルブロックＣＢ１〜ＣＢ４の電流値は同じである。

演算部１２は、後に詳しく説明するように、電流測定部１１によって測定された各セルブロックＣＢ１〜ＣＢ４の電流値に基づいて各セルブロックＣＢ１〜ＣＢ４の上昇温度をそれぞれ算出するとともに、各セルブロックＣＢ１〜ＣＢ４の上昇温度に基づいて電池パック２内の相対温度分布を推定する。相対温度分布とは、例えば第２セルブロックＣＢ２が第１セルブロックＣＢ１よりも２℃高い等の電池パック２に含まれる各セルブロックＣＢ１〜ＣＢ４間の相対温度（温度差）を示すものである。より具体的には、相対温度分布とは、温度センサ１０により温度が検出される第１セルブロックＣＢ１の上昇温度と、第１セルブロックＣＢ１以外の第２〜４セルブロックＣＢ２〜ＣＢ４の上昇温度との差を示すものである。

また、演算部１２は、温度センサ１０により検出された温度を相対温度分布に適用することで、電池パック２の絶対温度分布を推定する。例えば、温度センサ１０により検出された第１セルブロックＣＢ１が３０℃であるとともに、第２セルブロックＣＢ２が第１セルブロックＣＢ１よりも２℃高いと推定されている場合、第２セルブロックＣＢ２の温度が３２℃であると推定される。すなわち、温度センサ１０により検出された温度を相対温度分布に適用することで、温度センサ１０により温度が直接検出されない第２〜４セルブロックＣＢ２〜ＣＢ４の温度が推定される。このように温度センサ１０により温度が直接検出されない第２〜４セルブロックＣＢ２〜ＣＢ４の温度を推定することで、温度センサ１０の数を少なくしている。

次に、図２は、図１の温度推定装置１により実施される温度推定方法を示すフローチャートである。なお、この温度推定方法の演算動作は、所定の制御周期に従って繰り返し行われる。図において、例えばハイブリッド自動車のスタートスイッチが押される等して温度推定装置１に電力が供給されると、電流測定部１１により各セルブロックＣＢ１〜ＣＢ４の電流値が測定される（ステップＳ１）。

その次に、測定された各セルブロックＣＢ１〜ＣＢ４の電流値に基づいて各セルブロックＣＢ１〜ＣＢ４の上昇温度が演算部１２により算出される（ステップＳ２）。この上昇温度は、例えば以下の方法により算出される。すなわち、各セルブロックＣＢ１〜ＣＢ４の電流値をＩとし、各セルブロックＣＢ１〜ＣＢ４の内部抵抗をＲとしたときに、Ｒ×Ｉ^２により各セルブロックＣＢ１〜ＣＢ４の発熱量Ｑが求められる（Ｑ＝Ｒ×Ｉ^２）。そして、各セルブロックＣＢ１〜ＣＢ４の熱容量をＣとしたときに、Ｑ／Ｃにより各セルブロックＣＢ１〜ＣＢ４の上昇温度Ｔ_ｉｎｃが求められる（Ｔ_ｉｎｃ＝Ｑ／Ｃ）。内部抵抗Ｒは、例えば所定時間内の各セルブロックＣＢ１〜ＣＢ４の電圧変化をΔＶとし、その時間内の各セルブロックＣＢ１〜ＣＢ４の電流変化をΔＩとしたときに、ΔＶ／ΔＩにより求めることができる（Ｒ＝ΔＶ／ΔＩ）。これら電圧変化ΔＶ及び電流変化ΔＩは、上昇温度が算出される前に予め測定される。

その次に、相対温度分布が少なくとも１回既に推定されているか否かが判定される（ステップＳ３）。

このとき、相対温度分布が１回も推定されていないと判定された場合、温度センサ１０により第１セルブロックＣＢ１の温度が検出されるとともに（ステップＳ４）、ステップＳ１で各セルブロックＣＢ１〜ＣＢ４の電流値が測定されてからステップＳ４で温度センサ１０により温度が検出されるまでの間に各セルブロックＣＢ１〜ＣＢ４から移動した熱量が、ステップＳ２で算出された各セルブロックＣＢ１〜ＣＢ４の上昇温度を基準として算出される（ステップＳ５）。

この移動熱量は、例えば以下の方法により求められる。すなわち、ブロックを組み合わせた状態で１つのブロックから周囲のすべてのブロックに対してどの程度の熱移動があるかを予め測定して求めておく。ブロックから環境への移動熱量も、ブロック配置によって変化するため、同様に予め測定して求めておく。こうして求めておいた係数をすべてのブロックからその周囲すべてのブロックに対しての温度差に乗加算することで求める。例をあげると、ブロック１の熱移動計算後の相対温度（Ｔ’１）は、熱移動計算前のブロック１の温度をＴ１とし、ブロック１の周囲のブロックの温度をＴ２〜Ｔ５とし、予め求めておいた係数をｋ２〜ｋ５とし、電池セル２ａ周辺の環境への熱移動係数ｋｅ１とし、電池セル２ａ周辺の環境温度をＴｅとすると、次のように求められる。
Ｔ’１＝ｋ２＊（Ｔ２−Ｔ１）＋ｋ３＊（Ｔ３−Ｔ１）＋ｋ４＊（Ｔ４−Ｔ１）＋ｋ５＊（Ｔ５−Ｔ１）＋ｋｅ１＊（Ｔｅ−Ｔ１）

その次に、ステップＳ５で算出された移動熱量がステップＳ２で算出された各セルブロックＣＢ１〜ＣＢ４の上昇温度に適用された上で、例えば第２セルブロックＣＢ２が第１セルブロックＣＢ１よりも２℃高い等の相対温度分布が推定される（ステップＳ６）。

その次に、ステップＳ４で検出された温度をステップＳ６で推定された相対温度分布に適用することで、例えば第１セルブロックＣＢ１が３０℃であり第２セルブロックＣＢ２が３２℃である等の絶対温度分布が推定され（ステップＳ７）、温度推定方法の演算動作が終了される。上述のように、温度推定方法の演算動作は、所定の制御周期毎に繰り返し行われる。

これに対して、ステップＳ３において相対温度分布が少なくとも１回既に推定されていると判定された場合、相対温度分布を前回推定したときからの経過時間が所定時間以上であるか否かが判定される（ステップＳ８）。この判定の基準として用いられる所定時間は、電流の入出力が無い状態で電池パック２が放置された際に電池パック２内の温度が雰囲気温度まで下がると考えられる時間であり、上述の制御周期よりも長い時間である。

このステップＳ８の判定時に経過時間が所定時間以上ではないと判定された場合、前回推定された相対温度分布により示される各セルブロックＣＢ１〜ＣＢ４の相対温度が各セルブロックＣＢ１〜ＣＢ４の上昇温度に加算される（ステップＳ９）。例えば前回推定された相対温度分布において第２セルブロックＣＢ２が第１セルブロックＣＢ１よりも２℃高いとされている場合、今回算出された第２セルブロックＣＢ２の上昇温度に２℃が加算される。このように前回推定された相対温度が今回算出された上昇温度に加算されることで、今回推定される相対温度分布に、前回制御周期におけるセルブロックＣＢ１〜ＣＢ４間の温度差が反映される。

この後、温度センサ１０により第１セルブロックＣＢ１の温度が検出されるとともに（ステップＳ４）、ステップＳ１で各セルブロックＣＢ１〜ＣＢ４の電流値が測定されてからステップＳ４で温度センサ１０により温度が検出されるまでの間に各セルブロックＣＢ１〜ＣＢ４から移動した熱量が、前回推定された相対温度分布により示される各セルブロックＣＢ１〜ＣＢ４の相対温度がステップＳ９で加算された各セルブロックＣＢ１〜ＣＢ４の上昇温度を基準として算出される（ステップＳ５’）。以降の処理は、ステップＳ３において相対温度分布が１回も推定されていないと判定された場合と同様である。

一方、例えばハイブリッド自動車の電源が長時間ＯＦＦされた場合等において、ステップＳ８の判定時に相対温度分布を前回推定したときからの経過時間が所定時間以上であると判定された場合、ステップＳ９の処理、すなわち前回推定された相対温度分布により示される各セルブロックＣＢ１〜ＣＢ４の相対温度を各セルブロックＣＢ１〜ＣＢ４の上昇温度に加算する処理が省略される。すなわち、相対温度分布を前回推定したときからの経過時間が所定時間以上であると判定された場合、ステップＳ３において相対温度分布が１回も推定されていないと判定された場合と同様の処理となる。このように、前回推定からの経過時間が長い場合に前回推定された相対温度を今回算出された上昇温度に加算することを省略することで、正確性が低い相対温度を相対温度分布に反映させることを回避できる。

このような温度推定装置１及び温度推定方法では、相対温度分布を推定する際に、相対温度分布を少なくとも１回既に推定しているか否かを判定し、既に推定していると判定した場合、前回推定した相対温度分布により示される各セルブロックＣＢ１〜ＣＢ４の相対温度を各セルブロックＣＢ１〜ＣＢ４の上昇温度に加算した上で、電池パック２内の相対温度分布を推定するので、前回制御周期におけるセルブロックＣＢ１〜ＣＢ４間の温度差を反映でき、より正確に絶対温度分布を推定できる。

また、前回推定した相対温度分布により示される各セルブロックＣＢ１〜ＣＢ４の相対温度を各セルブロックＣＢ１〜ＣＢ４の上昇温度に加算した後に、相対温度を加算した後の各セルブロックの上昇温度を基準として、各セルブロックＣＢ１〜ＣＢ４の電流値を測定してから温度センサ１０により温度が検出されるまでの間に各セルブロックＣＢ１〜ＣＢ４から移動した熱量を求め、移動した熱量を各セルブロックＣＢ１〜ＣＢ４の上昇温度に適用して、電池パック２内の相対温度分布を推定するので、より正確な相対温度分布を推定でき、信頼性を向上できる。

さらに、相対温度分布を少なくとも１回既に推定していると判定した場合、相対温度分布を前回推定したときからの経過時間が所定時間以上であるか否かを判定し、経過時間が所定時間以上である場合、各セルブロックＣＢ１〜ＣＢ４の発熱量に前回推定した相対温度分布により示される各セルブロックの相対温度を加算することを省略するので、正確性が低い相対温度を相対温度分布に反映させることを回避でき、信頼性を向上できる。

１ 温度推定装置
２ 電池パック
２ａ 電池セル
１０ 温度センサ
１１ 電流測定部
１２ 演算部
ＣＢ１〜ＣＢ４ セルブロック

Claims (4)

1. 少なくとも１つの電池セルをそれぞれ含む複数のセルブロックからなる電池パックの絶対温度分布を推定する温度推定装置であって、
   前記複数のセルブロックのうち、少なくとも１つのセルブロックの温度を検出する温度センサと、
   各セルブロックの電流値を測定する電流測定部と、
   前記電流測定部により測定された前記電流値に基づいて前記各セルブロックの上昇温度を算出するとともに、前記各セルブロックの上昇温度に基づいて前記電池パック内の相対温度分布を推定し、前記温度センサにより検出された温度を前記相対温度分布に適用することで前記絶対温度分布を推定する演算部と
   を備え、
   前記演算部は、前記相対温度分布を推定する際に、前記相対温度分布を少なくとも１回既に推定しているか否かを判定し、既に推定していると判定した場合、前回推定した相対温度分布により示される前記各セルブロックの相対温度を前記各セルブロックの上昇温度に加算した上で、前記電池パック内の相対温度分布を推定する
   ことを特徴とする温度推定装置。
2. 前記演算部は、前回推定した相対温度分布により示される前記各セルブロックの相対温度を前記各セルブロックの上昇温度に加算した後に、前記相対温度を加算した後の前記各セルブロックの上昇温度を基準として、前記各セルブロックの電流値を測定してから前記温度センサにより温度が検出されるまでの間に前記各セルブロックから移動した熱量を求め、前記移動した熱量を前記各セルブロックの上昇温度に適用することで、前記電池パック内の相対温度分布を推定することを特徴とする請求項１記載の温度推定装置。
3. 前記演算部は、前記相対温度分布を少なくとも１回既に推定していると判定した場合、前記相対温度分布を前回推定したときからの経過時間が所定時間以上であるか否かを判定し、前記経過時間が所定時間以上である場合、前記各セルブロックの発熱量に前回推定した相対温度分布により示される前記各セルブロックの相対温度を加算することを省略することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の温度推定装置。
4. 少なくとも１つの電池セルをそれぞれ含む複数のセルブロックからなる電池パックの絶対温度分布を推定する温度推定方法であって、
   測定された各セルブロックの電流値に基づいて前記各セルブロックの上昇温度を算出するとともに、前記各セルブロックの上昇温度に基づいて前記電池パック内の相対温度分布を推定し、前記複数のセルブロックのうち、少なくとも１つのセルブロックの温度を前記相対温度分布に適用することで前記絶対温度分布を推定する温度推定方法であり、
   前記相対温度分布を推定する際に、前記相対温度分布を少なくとも１回既に推定しているか否かを判定し、既に推定していると判定した場合、前回推定した相対温度分布により示される前記各セルブロックの相対温度を前記各セルブロックの上昇温度に加算した上で、前記電池パック内の相対温度分布を推定する
   ことを特徴とする温度推定方法。

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