JP2015072830A - 温度異常検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電池セルにおける温度異常の誤検出を抑制すること。【解決手段】電池パック３０は、ケース３１に電池モジュール５１が収容されている。ケース３１は、カウンタウェイト３２を有している。カウンタウェイト３２には、カウンタウェイト３２の温度を検出する第１の温度センサ６１が設けられている。各電池モジュール５１には、電池セル５２の温度を検出する第２の温度センサ６２が設けられている。第１の温度センサ６１と第２の温度センサ６２は制御装置４１に接続されている。制御装置４１は、電池セル５２の温度とカウンタウェイト３２の温度の温度差が閾値以上の場合、電池セル５２が異常と判断する。【選択図】図２

Description

本発明は、電池セルの温度異常を検出する温度異常検出装置に関する。

電池セルに異常が生じると、電池セルの温度が過剰に上昇し、故障の原因となる。このため、特許文献１に記載の電池温度自動調整充電装置では、電池セルの温度異常を検出した場合、電池セルの充電を中止している。

特許文献１に記載の電池温度自動調整充電装置では、二次電池（電池セル）の温度と、周囲温度を検出し、両者の温度差により異常を検出している。二次電池の温度は、周囲との熱交換によって変動するため、二次電池と周囲温度の温度差によって二次電池の異常を検出している。

特開平１１−５５８６９号公報

ところで、周囲温度が急激に変動すると、周囲温度は急激に変動する一方で、二次電池の温度は周囲との熱交換によって緩やかに変動するため周囲温度と二次電池との温度差が大きくなる。すると、電池温度自動調整充電装置が、二次電池に異常が生じていないにも関わらず、二次電池に異常が生じていると判断するおそれがある。

本発明はこのような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、電池セルにおける温度異常の誤検出を抑制することができる温度異常検出装置を提供することにある。

上記課題を解決する温度異常検出装置は、被結合部材に熱的に結合された電池セルの温度異常を検出する制御装置を備えた温度異常検出装置であって、前記被結合部材の温度を検出する被結合部材用温度センサと、前記電池セルの温度を検出する電池セル用温度センサと、を備え、前記制御装置は、前記電池セルの温度と、前記被結合部材の温度の温度差が閾値以上のときに前記電池セルの温度が異常と判断することを要旨とする。

電池セルと熱的に結合される被結合部材の温度は、外気温が変動すると、外気との熱交換によって外気温に近づいていく。このため、外気温が変動したときの被結合部材の温度変動は、外気温の変動に比べて緩やかである。電池セルの温度と被結合部材の温度の温度差によって電池セルの温度異常を判断しているため、外気温が急激に変動しても、被結合部材の温度と電池セルの温度がともに緩やかに外気温に近づいていくため、電池セルの温度と被結合部材の温度の温度差が過剰に大きくなりにくい。このため、電池セルにおける温度異常の誤検出を抑制することができる。

上記温度異常検出装置について、前記被結合部材は、前記電池セルを収容するケースであることが好ましい。
これによれば、電池セルが収容されるケースを利用して、電池セルの温度異常を検出することができる。

上記温度異常検出装置について、前記被結合部材は、積荷を搬送する産業車両に搭載されるカウンタウェイトであることが好ましい。
カウンタウェイトは、積荷とつりあいをとるための部材であり、重量が重い。このため、体積が大きく、熱容量が大きい。外気温が急激に変動したときに、カウンタウェイトの温度の変動は緩やかであり、電池セルの温度と被結合部材の温度の温度差が過剰に大きくなることをより抑制することができる。

本発明によれば、電池セルにおける温度異常の誤検出を抑制することができる。

フォークリフトを示す概略側面図。 電池パックを示す斜視図。 温度異常検出装置の構成を示すブロック図。 制御装置が行う処理を示すフローチャート。 温度異常検出装置の作用を説明するための図。

以下、温度異常検出装置を具体化した一実施形態について説明する。
本実施形態において、温度異常検出装置は、フォークリフトに搭載される電池パックに設けられている。以下の説明において「前」「後」「左」「右」「上」「下」は、フォークリフトの運転者がフォークリフトの前方を向いた状態を基準とした場合の「前」「後」「左」「右」「上」「下」を示すものとする。

図１に示すように、産業車両としてのフォークリフト１０の車体１１の前下部には駆動輪１２が設けられているとともに、車体１１の後下部には操舵輪１３が設けられている。また、車体１１の前部には、荷役装置が設けられている。荷役装置を構成するマスト１４は、車体１１の前部に立設されているとともに、当該マスト１４にはリフトブラケット１５を介して左右一対のフォーク１６が設けられている。フォーク１６には、積荷１９が搭載される。車体１１には、駆動輪１２の駆動源となる走行用モータＭ１と、フォーク１６の駆動源となる荷役用モータＭ２が搭載されている。車体１１の下部には、電池パック３０が搭載されている。以下、電池パック３０について詳細に説明を行う。

図２に示すように、電池パック３０は、ケース３１を備え、そのケース３１には、電池モジュール５１が収容されている。ケース３１は、フォーク１６に搭載される積荷１９とつりあいをとるためのカウンタウェイト３２を備えている。カウンタウェイト３２は、矩形板状をなすウェイト部３３と、ウェイト部３３の短手方向一端３３ａからウェイト部３３の厚み方向に立設されるとともに、ウェイト部３３の長手方向一端３３ｃから長手方向他端３３ｄに亘って延びる矩形板状のウェイト本体３４とからなる。換言すれば、ウェイト部３３は、ウェイト本体３４の基端からウェイト本体３４の厚み方向に立設されている。ウェイト本体３４の先端（ウェイト本体３４の基端とは反対側の端部）には、ウェイト本体３４を該ウェイト本体３４の厚み方向に切り欠いた切欠部３５が形成されている。カウンタウェイト３２は、鉄などの金属材料からなる。切欠部３５には、矩形平板状をなす載置板３６が固定されている。載置板３６上には、電池モジュール５１の制御を行う制御装置４１（電池ＥＣＵ）及びリレーや配線などが収容されるジャンクションボックス４２が配設されている。

ウェイト部３３の長手方向両端及びウェイト部３３の短手方向他端３３ｂ（短手方向一端３３ａとは反対側の端部）には、それぞれ、矩形平板状の蓋部材３７，３８，３９が設けられている。また、ウェイト本体３４の先端と、各蓋部材３７，３８，３９には、天板４０が支持されている。そして、カウンタウェイト３２、蓋部材３７，３８，３９及び天板４０によって四角箱状のケース３１が構成されている。

電池モジュール５１は、ウェイト本体３４の厚み方向一面に固定されており、これにより電池モジュール５１とウェイト本体３４は熱的に結合されている。電池モジュール５１は、複数の電池セル５２を有している。したがって、本実施形態において、電池セル５２が固定される被結合部材は、カウンタウェイト３２である。また、カウンタウェイト３２は、ケース３１の一部を構成するため、ケース３１が被結合部材であるともいえる。

上記した電池パック３０には、温度異常検出装置６０が設けられ、電池セル５２に異常が生じた場合には、温度異常検出装置６０によって異常が検出される。以下、具体的に説明を行う。

図３に示すように、カウンタウェイト３２には、カウンタウェイト３２の温度を検出する被結合部材用温度センサとして機能する第１の温度センサ６１が設けられている。第１の温度センサ６１は、ウェイト部３３や、ウェイト本体３４に取り付けられることで、直接カウンタウェイト３２の温度を検出してもよいし、周囲温度の影響が少ない場合にはカウンタウェイト３２から若干離間した状態で取り付けられて、カウンタウェイト３２から伝わる熱からカウンタウェイト３２の温度を推測してもよい。また、ケース３１の内側に設けられていてもよいし、ケース３１の外側に設けられていてもよい。

各電池モジュール５１には、電池セル５２の温度を検出する電池セル用温度センサとして機能する第２の温度センサ６２が設けられている。第２の温度センサ６２は、電池セル５２に取り付けられることで、直接電池セル５２の温度を検出してもよいし、周囲温度の影響が少ない場合には電池セル５２から若干離間した状態で取り付けられて、電池セル５２から伝わる熱から電池セル５２の温度を推測してもよい。また、第２の温度センサ６２は、単数の電池セル５２に取り付けられていてもよいし、複数の電池セル５２に取り付けられていてもよい。複数の電池セル５２に第２の温度センサ６２が取り付けられる場合には、複数の電池セル５２の平均の温度を電池セル５２の温度とする。

第１の温度センサ６１及び第２の温度センサ６２は、制御装置４１に接続されている。これにより、制御装置４１は、カウンタウェイト３２の温度及び電池セル５２の温度を検出することができる。本実施形態では、第１の温度センサ６１、第２の温度センサ６２及び制御装置４１によって温度異常検出装置６０が構成されている。

次に、制御装置４１が行う制御について説明する。
図４に示すように、ステップＳ１において、制御装置４１は、電池セル５２の温度を検出し、ステップＳ２に移行する。ステップＳ２において、制御装置４１は、カウンタウェイト３２の温度を検出し、ステップＳ３に移行する。そして、ステップＳ３において、制御装置４１は、電池セル５２の温度と、カウンタウェイト３２の温度から、電池セル５２の温度とカウンタウェイト３２の温度の温度差を算出し、電池セル５２の温度とカウンタウェイト３２の温度の温度差が閾値以上か否かを判定する。

ステップＳ３の判定結果が肯定の場合、すなわち、電池セル５２の温度とカウンタウェイト３２の温度の温度差が閾値以上の場合、制御装置４１は、ステップＳ４に移行する。ステップ４において、制御装置４１は、電池セル５２の温度が異常と判断し、処理を終了する。制御装置４１は、電池セル５２の温度を異常と判断した場合には、リレーを操作して、電池セル５２の充放電を停止させる。

ステップＳ３の判定結果が否定の場合、すなわち、電池セル５２の温度とカウンタウェイト３２の温度の温度差が閾値未満の場合、制御装置４１は、電池セル５２の温度が正常と判定し、処理を終了する。制御装置４１は、電池セル５２が充放電されている間、図４に示した処理を繰り返し行う。

次に、本実施形態の温度異常検出装置６０の作用について図５にしたがって説明する。図５では、外気温の温度変動を線Ｌ１で示し、電池セル５２の温度変動を線Ｌ２で示し、カウンタウェイト３２の温度変動を線Ｌ３で示す。

図５に示すように、フォークリフト１０が、時刻ｔ１に温度が低い環境（例えば、冷蔵室や冷凍室）に進入すると、外気温は急激に変動する。このとき、外気温の温度を直接検出して、外気温の温度と電池セル５２の温度との閾値によって電池セル５２の温度異常を判定している場合、外気温は急激に低下する一方で、電池セル５２の温度は外気との熱交換によって緩やかに低下する。すると、時刻ｔ１直後の外気温と電池セル５２の温度の温度差ｄ１が閾値以上になりやすく、電池セル５２に異常が生じていないにも関わらず、制御装置４１は電池セル５２の温度が異常と判断するおそれがある。

本実施形態では、カウンタウェイト３２の温度を検出して、カウンタウェイト３２の温度と電池セル５２の温度とを比較している。カウンタウェイト３２及び電池セル５２の温度は、外気温との熱交換によって緩やかに外気温に近づいていく。すなわち、外気温が変動すると、カウンタウェイト３２と電池セル５２は、ともに緩やかに外気温に近づいていくため、外気温が急激に変動したとしても、電池セル５２の温度とカウンタウェイト３２の温度の温度差ｄ２が閾値以上になりにくい。

なお、閾値は、仕様の使用環境温度範囲内で外気温が変動したときの電池セル５２の温度とカウンタウェイト３２の温度の温度差や、仕様の使用環境温度範囲内で電池セル５２に異常が生じたときの電池セル５２の温度とカウンタウェイト３２の温度の温度差などから定められる。閾値としては、上記した条件から、電池セル５２に異常が生じていない状態で外気温が変動したときに電池セル５２が異常と判断されず、かつ、電池セル５２に温度異常が生じたときに電池セル５２が異常と判断される値に設定される。

したがって、上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）制御装置４１は、電池セル５２の温度とカウンタウェイト３２の温度の温度差が閾値以上のときに、電池セル５２に異常が生じていると判断している。カウンタウェイト３２の温度は、外気温が急激に変動しても、緩やかに外気温に近づいていく。このため、外気温が急激に変動しても、電池セル５２の温度とカウンタウェイト３２の温度の温度差が閾値以上になりにくく、温度異常の誤検出を抑制することができる。電池セル５２の異常時には、電池セル５２の発熱によって電池セル５２の温度とカウンタウェイト３２の温度の温度差が閾値以上となり、温度異常が検出される。

（２）被結合部材としてケース３１を用いている。このため、電池セル５２を収容するケース３１を利用して、電池セル５２の温度異常を検出することができる。
（３）ケース３１の一部として、カウンタウェイト３２を用いており、第１の温度センサ６１は、カウンタウェイト３２の温度を検出している。カウンタウェイト３２は、積荷１９とつりあいをとるための部材であり、重量が重い。このため、熱容量が大きく、外気温が急激に変動したときに、カウンタウェイト３２の温度の変動は緩やかである。したがって、外気温が急激に変動しても、電池セル５２の温度とカウンタウェイト３２の温度の温度差が過剰に大きくなりにくい。

なお、実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 被結合部材は、電池セル５２と熱的に結合されている部材であれば、どのような部材であってもよい。例えば、フォークリフト１０の車体１１などを被結合部材としてもよい。なお、電池セル５２と被結合部材が熱的に結合されている状態とは、電池セル５２と被結合部材が直接接触している場合に限られず、電池セル５２と被結合部材が、空間を介して熱交換を行える場合や、介在物を介して熱交換を行えるような状態も含む。

○ 実施形態において、制御装置４１は、電池セル５２の温度異常を検出した後、電池セル５２の充放電を停止させたが、これに限られない。例えば、制御装置４１は、フォークリフト１０の運転者が視認できる表示部に電池セル５２に異常が生じたことを表示して、運転者にフォークリフト１０の停止などを促してもよい。

○ 温度異常検出装置６０は、フォークリフト１０に搭載される電池パック３０（電池セル５２）以外に設けられてもよい。
○ 実施形態では、複数の電池モジュール５１を有する電池パック３０に温度異常検出装置６０を設けたが、温度異常検出装置６０は、単一の電池モジュール５１や、単一の電池セル５２に対して設けてもよい。すなわち、電池セル５２の数は、いくつであってもよい。

○ 産業車両は、パワーショベルなどであってもよい。
○ ステップＳ３で、電池セル５２の温度とカウンタウェイト３２の温度を比較する前に、電池セル５２の温度から、電池セル５２に異常が生じているか否かを判定してもよい。

次に、上記実施形態及び変形例から把握することができる技術的思想について以下に追記する。
（イ）前記ケースの一部は、カウンタウェイトであることを特徴とする請求項２に記載の電池パック。

１０…フォークリフト、３０…電池パック、３１…ケース、３２…カウンタウェイト、４１…制御装置、５２…電池セル、６０…温度異常検出装置、６１…第１の温度センサ、６２…第２の温度センサ。

Claims (3)

1. 被結合部材に熱的に結合された電池セルの温度異常を検出する制御装置を備えた温度異常検出装置であって、
   前記被結合部材の温度を検出する被結合部材用温度センサと、
   前記電池セルの温度を検出する電池セル用温度センサと、を備え、
   前記制御装置は、前記電池セルの温度と、前記被結合部材の温度の温度差が閾値以上のときに前記電池セルの温度が異常と判断することを特徴とする温度異常検出装置。
2. 前記被結合部材は、前記電池セルを収容するケースであることを特徴とする請求項１に記載の温度異常検出装置。
3. 前記被結合部材は、積荷を搬送する産業車両に搭載されるカウンタウェイトであることを特徴とする請求項１に記載の温度異常検出装置。