JP2018102096A

JP2018102096A - 電池装置

Info

Publication number: JP2018102096A
Application number: JP2016248278A
Authority: JP
Inventors: 律夫鈴木; Ritsuo Suzuki; 和孝笹本; Kazutaka Sasamoto; 田中　義則; Yoshinori Tanaka; 田中　　義則
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2016-12-21
Filing date: 2016-12-21
Publication date: 2018-06-28

Abstract

【課題】セルに損傷を与える状況を検出する。【解決手段】電池装置１５は複数のセル１７とリレー１９と電圧センサ２３と制御部２５とを有する。複数のセル１７は第１のセル２６および第２のセル２７を含む。リレー１９は第１のセル２６の正極端子２９と第２のセル２７の負極端子３０とを接続する。電圧センサ２３は電位差を検出する。制御部２５はリレー１９を遮断している状態において電位差の絶対値が閾値未満であるとき２つのセル１７の間で短絡が発生していると判定する。【選択図】図１

Description

本発明は、電池装置に関するものである。

従来、車両の負荷機器に電力を供給するために電池装置が搭載されている。車両の走行中に、電池装置内に水および導電性粉末が浸入し得る。浸入した水および導電性粉末は電池装置を構成する複数のセルケースを短絡させることがあり、セルケースの腐食などのセルの損傷を発生させる可能性がある。そこで、被水検出センサを用いて、二次電池モジュールなどの被水を検出することが提案されている（特許文献１参照）。

特開２０１４−１６１１４５号公報

被水検出センサの種類によっては僅かな水滴をも検出し得るため、セルの損傷に至らない状態をも被水状態と検出し得るため、使用態様によっては、使用者の利便性が低下する。

かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、セルに損傷を与え得る状況を検出する電池装置を提供することにある。

上記課題を解決するために本発明の第１の観点に係る電池装置は、
第１のセルおよび第２のセルを含む複数のセルと、
前記第１のセルの正極端子と前記第２のセルの負極端子とを接続するリレーと、
前記リレーの第１の接点端子および第２の接点端子間の電位差を検出する電圧センサと、
前記リレーの導通および遮断を切替え可能であり、前記リレーを遮断している状態において該電位差の絶対値が閾値未満であるときに前記複数のセルの少なくとも２つのセルの間で短絡が発生していると判定する制御部とを備える
ことを特徴とする。

上記のように構成された本発明に係る電池装置によれば、セルに損傷を与え得る状況を検出可能である。

一実施形態の電池装置の概略構成を示す機能ブロック図である。図１のセルの外観斜視図である。図１の電池装置の内部構成を示すための、筐体の一部を除いた外観斜視図である。第１の実施形態において制御部が実行する短絡判定の制御を示すフローチャートである。図１の電池装置の複数のセルの配置の変形例を示す、電池装置内部の外観斜視図である。

以下、本発明を適用した電池装置の実施形態について、図面を参照して説明する。

図１に示すように、本発明の一実施形態に係る電池装置を含む、電力供給システム１０は、例えば、ガソリン自動車、ディーゼル自動車、およびハイブリッド車などの車両に搭載される。なお、図１において、各機能ブロックを結ぶ実線は、電力の流れを表す。また、図１において、各機能ブロックを結ぶ破線は、制御信号または通信される情報の流れを表す。

電力供給システム１０は、発電機１１、スタータモータ１２、鉛蓄電池１３、負荷１４、および電池装置１５を含んでいる。発電機１１、スタータモータ１２、鉛蓄電池１３、負荷１４、および電池装置１５は、並列に接続される。

発電機１１は、車両のエンジンおよび駆動シャフトの少なくとも一方に直接的または間接的に、機械的に接続される。発電機１１は、エンジンの駆動または駆動シャフトの回転によって発電可能である。発電機１１は発電した電力をレギュレータで出力電圧を調整して、鉛蓄電池１３、負荷１４、および電池装置１５に供給する。

スタータモータ１２は、例えばセルモータを含んで構成され、第１のスイッチ１６が導通するとき鉛蓄電池１３および電池装置１５の少なくとも一方からの電力供給を受けて、エンジンを始動させる。

鉛蓄電池１３は、例えば公称電圧１２Ｖの出力電圧を有する鉛蓄電池であって、スタータモータ１２および負荷１４に対して電力を供給可能である。

負荷１４は、例えば車両に備えられたオーディオ、エアコン、及びナビゲーションシステム等を含む負荷であって、供給された電力を消費して動作する。

電池装置１５は、例えばリチウムイオン電池装置である。電池装置１５は、後述するように、直列に接続される複数のセル１７を含む。本実施形態において、電池装置１５の出力電圧は、鉛蓄電池１３の出力電圧と異なっており、ＤＣ／ＤＣコンバータによって、鉛蓄電池１３の出力電圧と略同一となるように調整される。または、電池装置１５の出力電圧は、鉛蓄電池１３の出力電圧と略同一であってもよい。あるいは、電池装置１５の出力電圧は、電池装置１５は、スタータモータ１２および負荷１４に対して電力を供給可能である。

電池装置１５は、複数のセル１７、第１のリレー１８、第２のリレー１９（リレー）、第１のバスバ２０、第２のバスバ２１、筐体２２、電圧センサ２３、複数のセルバランス回路２４、および制御部２５を含んでいる。

複数のセル１７は、少なくとも第１のセル２６および第２のセル２７を含む。本実施形態において、複数のセル１７は第１のセル２６、第２のセル２７、および３個のそれ以外のセル２８の合計５個であるが、２つ以上であればいくつであってもよい。複数のセル１７は直列に接続されている。

図２に示すように、セル１７は、セルケースが扁平な直方体形状であり、１組の扁平面ＦＳとは異なる端子面ＴＳに正極端子２９および負極端子３０を有する、角型電池である。図３に示すように、筐体２２内で、第１のセル２６の正極端子２９および第２のセル２７の負極端子３０が対向している。したがって、第１のセル２６および第２のセル２７のそれぞれの端子面ＴＳは、第１のセル２６および第２のセル２７が並ぶ配置方向に垂直である。配置方向は、本実施形態においては、第１のセル２６および第２のセル２７の扁平面ＦＳに平行である。筐体２２の下底面部３１は、第１のセル２６および第２のセル２７における、配置方向に垂直な第１の方向側の扁平面ＦＳを覆っている。第１の方向は、電池装置１５の車両などへの搭載時に鉛直下方を向くように設置することが定められている方向であって、本実施形態においては、配置方向および扁平面ＦＳに垂直な方向である。

第１のセル２６および第２のセル２７以外のセル２８の少なくとも一部は、第１の方向とは反対の方向に向かって、第１のセル２６および第２のセル２７の少なくともいずれかに積層されている。本実施形態においては、第１のセル２６および第２のセル２７以外の全セル２８は、第１のセル２６および第２のセル２７に積層されている。

図１において、第１のリレー１８は、例えばリレー回路を含んでおり、直列に接続される複数のセル１７の中の末端のセル１７に直列に接続されている。第１のリレー１８は、制御部２５の駆動に基づいて、導通および遮断を切替える。

第２のリレー１９は、例えば、熱ヒューズが組込まれた、高温で切れて遮断状態となるリレー回路を含んでいる。第２のリレー１９は、第１のセル２６の正極端子２９および第２のセル２７の負極端子３０を接続している。第２のリレー１９は、制御部２５の駆動に基づいて、導通および遮断を切替える。

図３に示すように、第２のリレー１９は、第１のセル２６および第２のセル２７の間に配置されている。また、第２のリレー１９は、第１のセル２６および第２のセル２７と第１の方向における同じ位置、または第１のセル２６および第２のセル２７よりも第１の方向側に配置されている。

図１に示すように、第１のバスバ２０は、第１のセル２６の正極端子２９および第２のリレー１９の第１の接点端子３２を接続している。第２のバスバ２１は、第２のセル２７の負極端子３０および第２のリレー１９の第２の接点端子３３を接続している。

第１のバスバ２０および第１の接点端子３２の少なくともいずれかは、第１のセル２６および第２のセル２７の間に配置されている。また、第１のバスバ２０および第１の接点端子３２の少なくともいずれかは、第１の方向における同じ位置、または第１のセル２６および第２のセル２７よりも第１の方向側に配置されている。また、第１のバスバ２０および第１の接点端子３２の少なくともいずれかは、全体的または部分的に、絶縁体などにより密封されずに露出している。

第２のバスバ２１および第２の接点端子３３の少なくともいずれかは、第１のセル２６および第２のセル２７の間に配置されている。また、第２のバスバ２１および第２の接点端子３３の少なくともいずれかは、第１の方向における同じ位置、または第１のセル２６および第２のセル２７よりも第１の方向側に配置されている。また、第２のバスバ２１および第２の接点端子３３の少なくともいずれかは、全体的または部分的に、絶縁体などにより密封されずに露出している。

筐体２２は、複数のセル１７、第１のリレー１８、第２のリレー１９、第１のバスバ２０、第２のバスバ２１、電圧センサ２３、複数のセルバランス回路２４、および制御部２５を収容する。前述のように、筐体２２は下底面部３１を有する。下底面部３１が鉛直下向きとなるように、電池装置１５が車両に搭載される。

図３に示すように、下底面部３１の、第１のセル２６および第２のセル２７の間の内面に、第１の方向側に陥没している陥凹部３４が形成されている。陥凹部３４内に、第２のリレー１９が設けられている。または、陥凹部３４内に、第１のバスバ２０および第１の接点端子３２の少なくともいずれかが設けられている。さらに、陥凹部３４内に、第２のバスバ２１および第２の接点端子３３の少なくともいずれかが設けられている。

図１において、電圧センサ２３は第２のリレー１９に並列に接続され、第１の接点端子３２および第２の接点端子３３間の電位差を検出する。電圧センサ２３は、検出した電位差を制御部２５に通知する。電圧センサ２３は、種々の構造・形式を有するものを適宜採用できる。

複数のセルバランス回路２４はそれぞれ、複数のセル１７それぞれに並列に接続されている。セルバランス回路２４は、直列に接続された抵抗とスイッチを含んでいる。セルバランス回路２４のスイッチは、制御部２５の駆動に基づいて、導通および遮断を切替える。スイッチを導通するとき、対応するセル１７が放電する。

制御部２５は、専用のマイクロプロセッサまたは特定のプログラムを読込むことにより特定の機能を実行する汎用のプロセスユニットである。制御部２５は、例えば、車両のＥＣＵなどの指令に基づいて、第１のリレー１９８および第２のリレー１９の導通および遮断を切替え可能である。

さらに、制御部２５は、第２のリレー１９を遮断している状態において、電圧センサ２３から取得する第１の接点端子３２および第２の接点端子３３間の電位差の絶対値が閾値未満であるか否かを判定する。閾値は、例えば、両接点端子３２，３３間に電位差が生じていないとみなせる値に予め定められている。制御部２５は、該電位差の絶対値が閾値未満であるとき、複数のセル１７の中の少なくとも２つのセル１７、特に第１のセル２６および第２のセル２７の間で短絡が発生していると判定する。

また、制御部２５は、複数のセル１７の中の少なくとも２つのセル１７間で短絡が発生していると判定するとき、第２のリレー１９の導通を禁止し、遮断を維持する。また、制御部２５は、複数のセル１７の中の少なくとも２つのセル１７間で短絡が発生していると判定するとき、複数のセルバランス回路２４のスイッチを導通させ、対応する複数のセル１７を放電させる。

次に、第１の実施形態において、制御部２５が実行する短絡判定の制御について、図４のフローチャートを用いて説明する。制御部２５は、第２のリレー１９の遮断中における所定の周期で、短絡判定の制御を開始する。

ステップＳ１００において、制御部２５は、電圧センサ２３から第１の接点端子３２および第２の接点端子３３間の電位差を取得する。電位差を取得すると、プロセスはステップＳ１０１に進む。

ステップＳ１０１では、制御部２５は、ステップＳ１００において取得した電位差の絶対値が閾値未満であるか否かを判定する。電位差の絶対値が閾値未満であるとき、プロセスはステップＳ１０２に進む。電位差の絶対値が閾値未満でないとき、短絡判定の制御を終了する。

ステップＳ１０２では、制御部２５は、複数のセル１７のいずれか２つのセル１７の間で短絡が発生していると判断する。短絡発生を判断すると、プロセスはステップＳ１０３に進む。

ステップＳ１０３では、制御部２５は、複数のセルバランス回路２４に対応するセル１７の放電を実行させる。放電を実行させると、プロセスはステップＳ１０４に進む。

ステップＳ１０４では、制御部２５は、第２のリレー１９の導通を禁止して、遮断を維持する。遮断を維持すると、短絡判定の制御を終了する。

以上のような構成の電池装置１５によれば、第２のリレー１９を遮断しているときの第１の接点端子３２および第２の接点端子３３間の電位差に基づいて、２つのセル１７間における短絡の発生が判定される。第１の接点端子３２および第２の接点端子３３間の電位差の絶対値は、第２のリレー１９の遮断時に当該両接点端子３２、３３が短絡しなければ、閾値を超える。したがって、第２のリレー１９の遮断時に当該電位差の絶対値が閾値未満であるときは、単に水滴などが付着している状況でなく、加速化されるセルケース腐食などのセル１７に損傷を与え得る２つのセル１７間の短絡が発生している状況を検出可能である。また、本実施形態の電池装置１５によれば、セル１７への過充電を防ぐために通常設けられる第２のリレー１９の両接点端子３２、３３間の電位差に基づいて、短絡を検出可能である。したがって、専用の被水検出センサが不要であり、電池装置１５を小型化し得、かつ電池装置１５の製造コストを低減し得る。

また、本実施形態の電池装置１５によれば、２つのセル１７間で短絡が発生していると判定するとき、第２のリレー１９の遮断を維持する。したがって、２つのセル１７間で短絡が発生したとしても、当該２つのセル１７間の直列の接続が切離されるので、セルケースなどへの損傷の加速化が低減し得る。

また、本実施形態の電池装置１５によれば、２つのセル１７間で短絡が発生していると判定するとき、セルバランス回路２４により各セル１７を放電させる。したがって、各セル１７が蓄積する電力を放出させることにより、電池装置１５の安全性が向上し得る。

また、本実施形態の電池装置１５によれば、第２のリレー１９が、第１のセル２６および第２のセル２７と第１の方向における同じ位置、または第１の方向側に配置されている。したがって、第１の方向が鉛直下方を向くように、電池装置１５を車両などに搭載することにより、セル１７が被水するとき、または被水以前に、第２のリレー１９を被水させ得る。それゆえ、複数のセル１７の間で短絡が発生するときに短絡発生を検知し得る。または、短絡発生以前に、短絡発生の可能性が高い状況を検知し得る。

また、本実施形態の電池装置１５によれば、陥凹部３４に第２のリレー１９が設けられる。したがって、下底面部３１が鉛直下方を向くように、電池装置１５を車両などに搭載することにより、セル１７が被水する以前に第２のリレー１９を被水させ得る。それゆえ、複数のセル１７の間で短絡が発生する以前に、短絡発生の可能性が高い状況を検知し得る。

また、本実施形態の電池装置１５によれば、第１のバスバ２０および第１の接点端子３２の少なくともいずれかが、第１のセル２６および第２のセル２７と第１の方向における同じ位置、または第１の方向側に配置されている。また、第２のバスバ２１および第２の接点端子３３の少なくともいずれかが、第１のセル２６および第２のセル２７と第１の方向における同じ位置、または第１の方向側に配置されている。したがって、第１の方向が鉛直下方を向くように、電池装置１５を車両などに搭載することにより、セル１７が被水するとき、または被水以前に、第１のバスバ２０および第１の接点端子３２の少なくともいずれかを被水させ得る。同様に、セル１７が被水するとき、または被水以前に、第２のバスバ２１および第２の接点端子３３の少なくともいずれかを被水させ得る。それゆえ、複数のセル１７の間で短絡が発生するときに短絡発生を検知し得る。または、短絡発生以前に、短絡発生の可能性が高い状況を検知し得る。

また、本実施形態の電池装置１５によれば、陥凹部３４に、第１のバスバ２０および第１の接点端子３２の少なくともいずれかと、第２のバスバ２１および第２の接点端子３３の少なくともいずれかとが設けられる。したがって、下底面部３１が鉛直下方を向くように、電池装置１５を車両などに搭載することにより、セル１７が被水する以前に、第１のバスバ２０および第１の接点端子３２の少なくともいずれかを被水させ得る。同様に、セル１７が被水する以前に、第２のバスバ２１および第２の接点端子３３の少なくともいずれかを被水させ得る。それゆえ、複数のセル１７の間で短絡が発生する以前に、複数のセル１７の間の短絡発生の可能性が高い状況を検知し得る。

また、本実施形態の電池装置１５によれば、第１のセル２６および第２のセル２７以外のセル２８の少なくとも一部は、第１の方向とは反対方向に向かって、第１のセル２６および第２のセル２７の少なくとも何れかに積層している。したがって、電池装置１５が３個以上のセル１７を含む構成であっても、第２のリレー１９を、複数のセル１７の第１の方向における端と同じ位置、または第１の方向側に配置可能である。同様に、電池装置１５が３個以上のセル１７を含む構成であっても、第１のバスバ２０および第１の接点端子３２の少なくともいずれかを、複数のセル１７の第１の方向における端と同じ位置、または第１の方向側に配置可能である。同様に、電池装置１５が３個以上のセル１７を含む構成であっても、第２のバスバ２１および第２の接点端子３３の少なくともいずれかを、複数のセル１７の第１の方向における端と同じ位置、または第１の方向側に配置可能である。

また、本実施形態の電池装置１５によれば、第１のセル２６および第２のセル２７は、第１のセル２６の正極端子２９および第２のセル２７の負極端子３０が対向するように、配置される。当該正極端子２９および当該負極端子３０は第２のリレー１９を介して接続されているので、両者を対向させる構成により電池装置１５を小型化し得る。

また、本実施形態の電池装置１５によれば、第２のリレー１９は高温で切れるリレー回路を含んでいる。したがって、電池装置１５が搭載される車両の床下が火災により加熱されるような状況下において、電池装置１５からの電力の出力を停止させ得る。

本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。

例えば、本実施形態において、第１のセル２６および第２のセル２７は、第１のセル２６の正極端子２９および第２のセル２７の負極端子３０が対向するように、配置されている。しかし、図５に示すように、第１のセル２６および第２のセル２７が、第１のセル２６の正極端子２９および第２のセル２７の負極端子３０が配置方向に平行な平面上に並び、互いに隣接するように、配置される構成であってもよい。このような構成においても電池装置１５を小型化し得る。

１０電力供給システム
１１発電機
１２スタータモータ
１３鉛蓄電池
１４負荷
１５電池装置
１６第１のスイッチ
１７セル
１８第１のリレー
１９第２のリレー（リレー）
２０第１のバスバ
２１第２のバスバ
２２筐体
２３電圧センサ
２４セルバランス回路
２５制御部
２６第１のセル
２７第２のセル
２８それ以外のセル
２９正極端子
３０負極端子
３１下底面部
３２第１の接点端子
３３第２の接点端子
３４陥凹部
ＦＳ扁平面
ＴＳ端子面

Claims

第１のセルおよび第２のセルを含む複数のセルと、
前記第１のセルの正極端子と前記第２のセルの負極端子とを接続するリレーと、
前記リレーの第１の接点端子および第２の接点端子間の電位差を検出する電圧センサと、
前記リレーの導通および遮断を切替え可能であり、前記リレーを遮断している状態において該電位差の絶対値が閾値未満であるときに前記複数のセルの少なくとも２つのセルの間で短絡が発生していると判定する制御部とを備える
ことを特徴とする電池装置。
請求項１に記載の電池装置において、
前記制御部は、前記複数のセルの少なくとも２つのセルの間で短絡が発生していると判定するとき、前記リレーの遮断を維持する
ことを特徴とする電池装置。
請求項１または２に記載の電池装置において、
前記複数のセルそれぞれに並列に接続され、前記複数のセルそれぞれを放電させる複数のセルバランス回路を、さらに備え、
前記制御部は、前記複数のセルの少なくとも２つのセルの間で短絡が発生していると判定するとき、前記複数のセルバランス回路に対応する前記複数のセルを放電させる
ことを特徴とする電池装置。
請求項１から３のいずれか１項に記載の電池装置において、
前記リレーは、前記第１のセルおよび前記第２のセルの間で、前記第１のセルおよび前記第２のセルの配置方向と垂直な第１の方向における同じ位置、または前記第１のセルおよび前記第２のセルよりも前記第１の方向側に配置されている
ことを特徴とする電池装置。
請求項４に記載の電池装置において、
前記第１のセルおよび前記第２のセルの前記第１の方向側の面を覆い、前記第１のセルおよび第２のセルの間の内面に陥凹部が形成され、前記陥凹部に前記リレーが設けられる筐体を、さらに備える
ことを特徴とする電池装置。
請求項１から３のいずれか１項に記載の電池装置において、
前記第１のセルの正極端子および前記第１の接点端子を接続する第１のバスバと、
前記第２のセルの負極端子および前記第２の接点端子を接続する第２のバスバと、をさらに備え、
前記第１の接点端子および前記第１のバスバの少なくとも何れかと、前記第２の接点端子および前記第２のバスバの少なくとも何れかとは、前記第１のセルおよび前記第２のセルの間で、前記第１のセルおよび前記第２のセルの配置方向と垂直な第１の方向における同じ位置、または前記第１のセルおよび前記第２のセルよりも前記第１の方向側に配置されている
ことを特徴とする電池装置。
請求項６に記載の電池装置において、
前記第１のセルおよび前記第２のセルの前記第１の方向側の面を覆い、前記第１のセルおよび第２のセルの間の内面に陥凹部が形成され、前記陥凹部に前記第１の接点端子および前記第１のバスバの少なくとも何れかと、前記第２の接点端子および前記第２のバスバの少なくとも何れかとが配置されている筐体を、さらに備える
ことを特徴とする電池装置。
請求項４から７のいずれか１項に記載の電池装置において、
前記第１のセルおよび前記第２のセル以外のセルの少なくとも一部は、前記第１の方向と反対の方向に向かって、前記第１のセルおよび前記第２のセルの少なくとも何れかに積層されている
ことを特徴とする電池装置。
請求項４から８のいずれか１項に記載の電池装置において、
前記第１のセルおよび前記第２のセルは、前記第１のセルの正極端子および前記第２のセルの負極端子が対向するように、配置されている
ことを特徴とする電池装置。
請求項４から８のいずれか１項に記載の電池装置において、
前記第１のセルおよび前記第２のセルは、前記第１のセルの正極端子および前記第２のセルの負極端子が前記配置方向に平行な平面上に並び、互いに隣接するように、配置されている
ことを特徴とする電池装置。