JP2017162613A - 電池パック - Google Patents

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Abstract

【課題】より簡易に蓄電池の劣化を診断することができる電池パックを提供することである。【解決手段】実施形態の電池パックにおいて、蓄電池と、第1の開閉器と、内部負荷と、第2の開閉器と、電圧検出部と、電流検出部と、制御部とは、筐体内に収容される。第1の開閉器は、蓄電池と、外部装置に接続される端子との間に接続される。第2の開閉器は、蓄電池と内部負荷との間に接続される。制御部は、第1の開閉器および第2の開閉器が遮断状態である場合において電圧検出部により検出された第1の電圧値と、第1の開閉器が遮断状態で且つ第2の開閉器が導通状態である場合において電圧検出部により検出された第2の電圧値および電流検出部により検出された電流値と、に基づいて蓄電池の内部抵抗値を算出し、算出した内部抵抗値と所定値との比に基づいて、蓄電池の容量の低下率を算出する。【選択図】図1

Description

本発明の実施形態は、電池パックに関する。
従来、蓄電池の劣化を診断する劣化診断装置が知られている。劣化診断装置は、例えば、蓄電池の劣化を診断する場合に、蓄電池に充放電装置を接続し、蓄電池に充放電をさせた場合における電流値などに基づいて蓄電池の劣化を診断する。しかしながら、従来の劣化診断装置は、蓄電池に充放電装置を接続して蓄電池の劣化を診断する必要があるため、簡易に蓄電池の劣化を診断したいというユーザのニーズに応えることができない場合があった。
特開2011−91026号公報
本発明が解決しようとする課題は、より簡易に蓄電池の劣化を診断することができる電池パックを提供することである。
実施形態の電池パックは、蓄電池と、第1の開閉器と、内部負荷と、第2の開閉器と、電圧検出部と、電流検出部と、制御部と、を持つ。前記蓄電池と、前記第1の開閉器と、前記内部負荷と、前記第2の開閉器と、前記電圧検出部と、前記電流検出部と、前記制御部とは、筐体内に収容される。前記第1の開閉器は、前記蓄電池と、外部装置に接続される入出力端子との間に接続される。前記内部負荷は、蓄電池に対して前記端子と並列に接続される。前記第2の開閉器は、前記蓄電池と前記内部負荷との間に接続される。前記電圧検出部は、前記蓄電池から放電されている電力の電圧を検出する。前記電流検出部は、蓄電池の充放電電流を検出する。前記制御部は、前記第1の開閉器および前記第2の開閉器が遮断状態である場合において前記電圧検出部により検出された第1の電圧値と、前記第1の開閉器が遮断状態で且つ前記第2の開閉器が導通状態である場合において前記電圧検出部により検出された第2の電圧値および前記電流検出部により検出された電流値と、に基づいて前記蓄電池の内部抵抗値を算出し、算出した内部抵抗値と所定値との比に基づいて、前記蓄電池の容量の低下率を算出する。
実施形態の電池パック100の一例を示すブロック図。 実施形態の制御部150により外部負荷用開閉器120を制御する処理の流れの一例を示すフローチャート。 実施形態の制御部150により内部負荷用開閉器134を制御する処理の流れの一例を示すフローチャート。 実施形態の制御部150において蓄電池112の劣化を診断する処理の流れの一例を示すフローチャート。 内部負荷用開閉器134を導通状態させた場合における蓄電池ユニット110の電圧の変化の一例を示す図。 蓄電池ユニット110の抵抗上昇率と、蓄電池ユニット110の容量との関係の一例を示す図。
以下、実施形態の電池パックを、図面を参照して説明する。
図1は、実施形態の電池パック100の一例を示すブロック図である。電池パック100は、例えば、蓄電池ユニット110と、外部負荷用開閉器120と、内部負荷部130と、電圧検出部140と、電流検出部142と、制御部150と、インジケータ152とを含む。電池パック100は、蓄電池ユニット110、外部負荷用開閉器120、内部負荷部130、電圧検出部140、電流検出部142、および制御部150を筐体100Aに収容している。
筐体100Aには、例えば、正極端子100Bと、負極端子100Cと、信号端子100Dと、が設けられる。正極端子100Bおよび負極端子100Cは、例えば、電池パック100と外部負荷200とを接続する電力線が着脱可能なコネクタを含む。外部負荷200は、蓄電池ユニット110から供給された電力に基づいて動作する電装機器を含む。外部負荷200は、例えば、車両の補機を含む。信号端子100Dは、例えば、電池パック100と外部装置(不図示)とを接続する信号線が着脱可能なコネクタを含む。
蓄電池ユニット110は、リチウムイオン電池等の蓄電池112を含む。蓄電池112は、例えば、直列に接続された複数の電池セルを含む。複数の電池セルは、直列に接続されてよいが、これに限定されず、互いに電池セルと並列に接続されていてもよく、さらには、直列に接続された複数の電池セル同士が並列に接続されていてもよい。蓄電池ユニット110は、一方端が正極端子100Bに接続され、他方端が負極端子100Cに接続されている。蓄電池ユニット110は、正極端子100Bおよび負極端子100Cを介して、外部負荷200に電力を供給する。また、蓄電池ユニット110は、正極端子100Bおよび負極端子100Cを介して、充電器(不図示)から電力が供給される。
蓄電池112には、内部抵抗114が直列に接続される。内部抵抗114は、蓄電池112の電極端子および電解質等の抵抗成分により変動する抵抗値を有する。また、蓄電池ユニット110は、温度センサ116を備える。温度センサ116は、蓄電池112の温度を検出する。
外部負荷用開閉器120は、例えば、電力用のリレー回路である。外部負荷用開閉器120は、FET(Field Effect Transistor)スイッチであってもよい。外部負荷用開閉器120は、蓄電池ユニット110と正極端子100Bとの間に設けられている。外部負荷用開閉器120は、制御部150の制御に従って、導通状態と遮断状態との間で状態が切り替えられる。外部負荷用開閉器120は、導通状態において蓄電池ユニット110の電力を外部負荷200に供給可能である。外部負荷用開閉器120は、遮断状態において蓄電池ユニット110と外部負荷200との間を絶縁する。
内部負荷部130は、例えば、内部負荷132と、内部負荷用開閉器134と、を含む。内部負荷132は、筐体100Aに収容された負荷である。内部負荷132は、蓄電池ユニット110に対して正極端子100Bと並列に接続される。内部負荷132は、例えば、電流が流れることによって発熱する電熱ヒータを含む。ヒータは、蓄電池ユニット110を昇温させるためのものである。内部負荷132は、ヒータを含んでよいが、これに限定されない。内部負荷132は、抵抗体であってもよい。さらに、内部負荷132は、内部負荷132は、ヒータに加え、または、ヒータに代えて、筐体100A内の空気を流通させる送風機を含んでいてもよい。
内部負荷用開閉器134は、例えば、電力用のリレー回路である。内部負荷用開閉器134は、FETスイッチであってもよい。内部負荷用開閉器134は、蓄電池ユニット110と内部負荷132との間に設けられている。内部負荷用開閉器134は、制御部150の制御に従って、導通状態と遮断状態との間で状態が切り替えられる。内部負荷用開閉器134は、導通状態において蓄電池ユニット110の電力を内部負荷132に供給する。内部負荷用開閉器134は、遮断状態において蓄電池ユニット110と内部負荷132との間を絶縁する。
電圧検出部140は、蓄電池ユニット110から外部負荷200または内部負荷132に供給される電力の電圧(蓄電池電圧)を検出する電圧計である。電圧検出部140は、検出した電圧値を表す信号を制御部150に出力する。
電流検出部142は、蓄電池ユニット110の充放電電流を検出する電流計である。電流検出部142は、蓄電池ユニット110から外部負荷200または内部負荷132に供給される放電電力の電流を検出する。電流検出部142は、検出した電流値を表す信号を制御部150に出力する。
制御部150は、例えばCPU(Central Processing Unit)等のプロセッサがプログラムメモリに格納されたプログラムを実行することにより実現される。また、制御部150は、LSI(Large Scale Integration)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、またはFPGA(Field-Programmable Gate Array)等のハードウェアにより実現されてもよい。制御部150は、電圧検出部140および電流検出部142から供給された信号に基づいて、蓄電池112の劣化を診断する。
インジケータ152は、例えば、LED(Light Emitting Diode)を含む。インジケータ152は、筐体100Aの外から表示内容が視認可能表示部の一例である。インジケータ152は、制御部150により出力された制御信号に従って、点灯または消灯する。
以下、制御部150により、外部負荷用開閉器120を制御することについて説明する。図2は、実施形態の制御部150により外部負荷用開閉器120を制御する処理の流れの一例を示すフローチャートである。
制御部150は、外部負荷用開閉器120が筐体100Aに接続されているか否かを判定する(ステップS100)。制御部150は、例えば、正極端子100Bまたは負極端子100Cに対して外部負荷200が接続されたことを検知するセンサ(不図示)により接続が検知された場合に、外部負荷用開閉器120が筐体100Aに接続されていると判定する。また、制御部150は、外部負荷用開閉器120が導通状態である場合に、外部負荷200が正極端子100Bに接続されて、外部負荷200から蓄電池ユニット110に流れる電流が電流検出部142により検出された場合に、外部負荷200が筐体100Aに接続されていると判定してもよい。
制御部150は、外部負荷200が筐体100Aに接続されていない場合、外部負荷用開閉器120を遮断状態に制御する(ステップS106)。制御部150は、外部負荷200が筐体100Aに接続されている場合、外部負荷200から要求があるか否かを判定する(ステップS102)。このとき、制御部150は、例えば信号端子100Dから蓄電池ユニット110から外部負荷200に電力を供給する要求を受信した場合、外部負荷200から要求があると判定する。
制御部150は、外部負荷200から要求がある場合、外部負荷用開閉器120を導通状態に制御する(ステップS104)。制御部150は、外部負荷200から要求がない場合、外部負荷用開閉器120を遮断状態に制御する(ステップS106)。
なお、制御部150は、外部負荷200が筐体100Aに接続されていない場合、または外部負荷200から要求がない場合に外部負荷用開閉器120を遮断状態に制御してもよいが、これに限定されない。制御部150は、蓄電池ユニット110から外部負荷用開閉器120に電力を供給している場合、または充電器から蓄電池ユニット110に電力が供給されている場合において、過電流を検出した場合に外部負荷用開閉器120を導通状態から遮断状態に切り替えてもよい。
以下、制御部150により、内部負荷用開閉器134を制御することについて説明する。図3は、実施形態の制御部150により内部負荷用開閉器134を制御する処理の流れの一例を示すフローチャートである。図3に示す処理は、図2に示した外部負荷用開閉器120を制御する処理と並行して行われる。
制御部150は、温度センサ116により検出されている温度値が閾値Tth以下であるか否かを判定する(ステップS200)。閾値Tthは、蓄電池112の特性に基づいて蓄電池112を暖機する必要がある温度値であって、予め制御部150の内部メモリ(不図示)に記憶されている。
制御部150は、温度センサ116により検出されている温度値が閾値Tth以下ではない場合、内部負荷用開閉器134を遮断状態に制御する(ステップS206)。制御部150は、温度センサ116により検出されている温度値が閾値Tth以下である場合、電流検出部142により検出されている電流値が閾値Ith以下であるか否かを判定する(ステップS202)。閾値Ithは、蓄電池112が動作することで発熱していることを判定するための電流値であって、予め制御部150の内部メモリ(不図示)に記憶されている。
制御部150は、電流検出部142により検出されている電流値が閾値Ith以下である場合、内部負荷用開閉器134を導通状態に制御する(ステップS204)。制御部150は、電流検出部142により検出されている電流値が閾値Ith以下ではない場合、内部負荷用開閉器134を遮断状態に制御する(ステップS206)。
以下、制御部150により、電圧検出部140により検出された電圧および電流検出部142により検出された電流に基づいて蓄電池112の劣化を診断することについて説明する。図4は、実施形態の制御部150において蓄電池112の劣化を診断する処理の流れの一例を示すフローチャートである。図4に示す処理は、図2に示した外部負荷用開閉器120を制御する処理および図3に示した内部負荷用開閉器134を制御する処理と並行して行われる。
まず、制御部150は、外部負荷用開閉器120および内部負荷用開閉器134の双方の開閉器が遮断状態であるか否かを判定する(ステップS300)。制御部150は、外部負荷用開閉器120および内部負荷用開閉器134の双方の開閉器が遮断状態ではない場合、処理を終了する。
制御部150は、外部負荷用開閉器120および内部負荷用開閉器134の双方が遮断状態である場合、電圧検出部140を用いて、蓄電池ユニット110の電圧(V1)を測定する(ステップS302)。次に、制御部150は、内部負荷用開閉器134を導通状態に制御する(ステップS304)。ここで、制御部150は、外部負荷用開閉器120が遮断状態で維持されている状態で、内部負荷用開閉器134を導通状態に制御する。なお、制御部150は、内部負荷用開閉器134を導通状態に制御する前に外部負荷用開閉器120を導通状態に制御する場合には、処理を中止してもよい。
次に、制御部150は、内部負荷用開閉器134を導通状態に制御した時刻から所定時間Tが経過したか否かを判定する(ステップS306)。制御部150は、内部負荷用開閉器134を導通状態に制御した時刻から所定時間Tが経過していない場合には待機する。制御部150は、内部負荷用開閉器134を導通状態に制御した時刻から所定時間Tが経過した場合、電圧検出部140を用いて、蓄電池ユニット110の電圧(V2)を測定する(ステップS308)。次に、制御部150は、電流検出部142を用いて、蓄電池ユニット110の電流(I)を測定する(ステップS310)。
図5は、内部負荷用開閉器134を導通状態させた場合における蓄電池ユニット110の電圧の変化の一例を示す図である。時刻t1において内部負荷用開閉器134を遮断状態から導通状態に切り替えた場合、蓄電池ユニット110の電圧(電池電圧)は、内部負荷用開閉器134を導通させる前に計測されたV1から低下し、時刻t1から所定時間T後の時刻t2においてV2になる。なお、時刻t2において電流検出部142を用いて計測された電流は、Iとなる。所定時間Tは、1秒であってもよいが、これに限定されず、内部負荷用開閉器134を導通させた後に電圧が安定する期間であればよい。
次に、制御部150は、蓄電池ユニット110の内部抵抗値を算出する(ステップS312)。このとき、制御部150は、下記の式に従って、内部抵抗値R1を算出する。
R1=(V1−V2)/I
次に、制御部150は、内部抵抗R1に基づいて、蓄電池ユニット110の容量劣化率を算出する(ステップS314)。このとき、制御部150は、蓄電池ユニット110の使用初期の抵抗値R0と、ステップS312において算出した内部抵抗値R1との比を算出する。蓄電池ユニット110の使用初期の抵抗値R0は、制御部150に記憶された所定値の一例である。使用初期の抵抗値R0と内部抵抗値R1との比は、内部抵抗114の抵抗上昇率を表す。制御部150は、抵抗上昇率に基づいて、蓄電池ユニット110の容量劣化率を算出する。
図6は、蓄電池ユニット110の抵抗上昇率と、蓄電池ユニット110の容量との関係の一例を示す図である。蓄電池ユニット110の使用初期の容量は、100%である。蓄電池ユニット110の使用初期の抵抗上昇率は、100%である。蓄電池ユニット110の容量は、抵抗上昇率が上昇するほど、下降する。制御部150は、例えば、図6に示すような抵抗上昇率と蓄電池ユニット110の容量との対応関係を表すテーブルデータを記憶している。制御部150は、算出した抵抗上昇率に対応する蓄電池ユニット110の容量を取得する。これにより、制御部150は、蓄電池ユニット110の容量劣化率を算出することができる。また、制御部150は、抵抗上昇率に基づいて蓄電池ユニット110の容量を導出する変換関数の演算を行うことで、蓄電池ユニット110の容量を導出し、蓄電池ユニット110の容量劣化率を算出してもよい。
制御部150は、蓄電池ユニット110の交換時期であるか否かを判定する(ステップS316)。制御部150は、蓄電池ユニット110の容量劣化率が閾値を超えている場合、蓄電池ユニット110の交換時期であると判定する。容量劣化率の閾値は、予め制御部150に記憶されている。容量劣化率の閾値は、例えば、70%であってもよいが、これに限定されない。制御部150は、蓄電池ユニット110の交換時期ではない場合、ステップS300に処理を戻す。
制御部150は、蓄電池ユニット110の交換時期である場合、インジケータ152を点灯させる(ステップS320)。なお、電池パック100は、インジケータ152を点灯させることに加え、蓄電池ユニット110の交換時期を通知する情報を、信号端子100Dを介して外部装置に送信してもよい。
以上説明した実施形態の電池パック100は、蓄電池ユニット110から供給された電力を内部負荷132に供給した場合に蓄電池ユニット110の容量劣化率を算出する。これにより、実施形態の電池パック100によれば、蓄電池ユニット110の容量劣化を算出するために、例えば電池パック100に外部負荷を接続して外部負荷に電力を供給することなく、より簡易に蓄電池ユニット110の劣化を診断することができる。
また、実施形態の電池パック100によれば、電池パック100に外部装置を接続することなく、電池パック100単体で蓄電池ユニット110の容量劣化を診断することができるので、装置の大型化を抑制することができ、さらには、実施形態の電池パック100によれば、蓄電池ユニット110の容量劣化を診断する手間を削減することができる。
さらに、実施形態の電池パック100によれば、内部負荷132として蓄電池ユニット110を暖機するヒータを筐体100A内に備え、ヒータに電圧を印加すると共に、第2の電圧値および電流値を取得する。これにより、実施形態の電池パック100によれば、蓄電池ユニット110の劣化を診断することができる。この結果、実施形態の電池パック100によれば、蓄電池ユニット110の劣化診断のために専用の抵抗器などを追加して備える必要が無く、追加のコストを抑制することができる。
さらに、実施形態の電池パック100は、温度センサ116により検出された温度が閾値以下である場合に、外部負荷用開閉器120および内部負荷用開閉器134が遮断状態である場合において第1の電圧値(V1)を検出させた後に、内部負荷用開閉器134を導通状態に制御することでヒータに印加された第2の電圧(V2)、およびヒータに流れた電流値(I)に基づいて蓄電池ユニット110の内部抵抗値を算出する。これにより、実施形態の電池パック100によれば、蓄電池ユニット110が外部負荷200に接続されていなく、ヒータを動作させるタイミングで、蓄電池ユニット110の容量劣化を診断することができる。これにより、実施形態の電池パック100によれば、ヒータを動作させるたびに蓄電池ユニット110の容量劣化を診断することができ、利便性を向上させることができる。また、実施形態の電池パック100によれば、蓄電池ユニット110の容量劣化のためだけにヒータに電力を供給することなく、蓄電池ユニット110の電力消費を抑制することができる。
さらに、実施形態の電池パック100によれば、蓄電池ユニット110の容量劣化がある場合にインジケータ152を点灯させるので、電池パック100の利用者に電池パック100の交換時期を提示することができる。また、実施形態の電池パック100によれば、多数の電池パック100を含む蓄電池システムにおいて、多数の電池パック100のうち、蓄電池ユニット110の容量劣化がある電池パック100を簡単に見つけることができ、利便性を向上させることができる。
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、蓄電池ユニット110と、外部負荷200に接続される外部負荷用開閉器120と、蓄電池ユニット110に接続された内部負荷132と、蓄電池ユニット110と内部負荷132との間に接続された内部負荷用開閉器134と、蓄電池ユニット110から放電されている電力の電圧を検出する電圧検出部140と、蓄電池ユニット110から放電されている電力の電流を検出する電流検出部142と、外部負荷用開閉器120および内部負荷用開閉器134が遮断状態である場合において電圧検出部140により検出された第1の電圧値と、外部負荷用開閉器120が遮断状態であることが維持されている状態で内部負荷用開閉器134を導通状態に制御した場合において電圧検出部140により検出された第2の電圧値および電流検出部142により検出された電流値と、に基づいて蓄電池ユニット110の内部抵抗値を算出し、算出した内部抵抗値と所定値との比に基づいて、蓄電池ユニット110の容量の低下率を算出する制御部150とを、筐体100A内に収容することにより、より簡易に蓄電池ユニット110の劣化を診断することができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
100…電池パック、100A…筐体、100B…正極端子、100C…負極端子、100D…信号端子、110…蓄電池ユニット、112…蓄電池、114…内部抵抗、116…温度センサ、120…外部負荷用開閉器、130…内部負荷部、132…内部負荷、134…内部負荷用開閉器、140…電圧検出部、142…電流検出部、150…制御部、152…インジケータ

Claims (4)

  1. 蓄電池と、
    前記蓄電池と、外部装置に接続される端子との間に接続された第1の開閉器と、
    前記蓄電池に対して前記端子と並列に接続された内部負荷と、
    前記蓄電池と前記内部負荷との間に接続された第2の開閉器と、
    前記蓄電池の電圧を検出する電圧検出部と、
    前記蓄電池の充放電電流を検出する電流検出部と、
    前記第1の開閉器および前記第2の開閉器が遮断状態である場合において前記電圧検出部により検出された第1の電圧値と、前記第1の開閉器が遮断状態で且つ前記第2の開閉器が導通状態である場合において前記電圧検出部により検出された第2の電圧値および前記電流検出部により検出された電流値と、に基づいて前記蓄電池の内部抵抗値を算出し、算出した内部抵抗値と所定値との比に基づいて、前記蓄電池の容量の低下率を算出する制御部と、を筐体内に収容した電池パック。
  2. 前記内部負荷は、前記蓄電池を昇温させるためのヒータを含む、
    請求項1に記載の電池パック。
  3. 前記蓄電池の温度を検出する温度検出部を前記筐体内に収容し、
    前記制御部は、前記温度検出部により検出された温度が閾値以下である場合に、前記第2の開閉器を導通状態に制御することで前記ヒータに電圧を印加すると共に、前記第2の電圧値および前記電流値を取得する、
    請求項2に記載の電池パック。
  4. 前記筐体の外から表示内容が視認可能な表示部を備え、
    前記制御部は、算出した前記蓄電池の容量の低下率に基づいて、前記表示部を制御する、
    請求項1から3のうち何れか1項に記載の電池パック。
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