JP2019129004A - 電池異常検出システム - Google Patents

Abstract

【課題】駐車中において電池パックの異常を検出することができる電池異常検出システムを提供する。【解決手段】制御装置３５は、複数の車両駆動用電池２１の推定温度ＴＢｙのうち、最大推定温度ＴＢｙ（ｍａｘ）と最小推定温度ＴＢｙ（ｍｉｎ）との差であるΔＴＢｙを算出する第３算出部４３と、複数の車両駆動用電池２１の温度ＴＢｘのうち、最大実測温度ＴＢｘ（ｍａｘ）と最小実測温度ＴＢｘ（ｍｉｎ）との差であるΔＴＢｘを算出する第４算出部４５と、ΔＴＢｘがΔＴＢｙより大きい場合には異常と判定する判定部４７と、判定部４７によって異常と判定されたとき、推定温度ＴＢｙと温度ＴＢｘとを比較して異常の種類を判断する判断部４９と、を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、電池異常検出システムに関する。

リチウムイオン二次電池等の電池は、一般に、複数個の電池を備えた電池スタックや、当該電池スタックを複数個組み合わせた電池パックとして利用される。ここで、同一スタック内で各電池に温度のばらつきが発生すると、電池間で電池性能のばらつきが生じ得る。電池性能にばらつきが生じると、各電池において過充電が発生する可能性が高まる。ここで、電池の温度変化を検出する技術として、例えば、特許文献１には、高負荷走行時において電池に向けて流れる冷却風を利用する技術が開示されている。また、電池の温度に基づく制御技術として特許文献２および特許文献３が挙げられる。

特開２０１５−１２９６７７号公報 特開２０１６−１６７４２０号公報 特開２０１２−０２９４９１号公報

ところで、特許文献１に記載の技術では、冷却風は高負荷走行時にしか流れず、通常走行時には流れない。また、市場での使用形態として最も頻度が高い駐車中においても冷却風は流れず、電池温度の変化を検出することができない。即ち、駐車中において複数の電池を有する電池パックの異常を検出することができない。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、駐車中において電池パックの異常を検出することができる電池異常検出システムを提供することである。

本発明に係る電池異常検出システムは、複数の車両駆動用電池および複数の前記車両駆動用電池を収容する収容ケースを有する電池パックを含む車両に搭載される電池異常検出システムである。前記電池異常検出システムは、走行終了時の複数の前記車両駆動用電池の温度ＴＢおよび走行終了時から所定の時間が経過したときの複数の前記車両駆動用電池の温度ＴＢｘを測定する第１温度検出装置と、走行終了時の前記収容ケース内の雰囲気温度ＴＡを測定する第２温度検出装置と、走行終了時から前記所定の時間が経過したときの前記車両の外気温ＴＯを測定する第３温度検出装置と、制御装置と、を備えている。前記制御装置は、走行終了時から前記所定の時間が経過したときの前記収容ケース内の推定雰囲気温度ＴＡｙを求めるための第１推定式と、走行終了時から前記所定の時間が経過したときの前記各車両駆動用電池の推定温度ＴＢｙを求めるための第２推定式と、を記憶する記憶部と、前記第１推定式、前記雰囲気温度ＴＡおよび前記外気温ＴＯに基づいて、前記収容ケース内の推定雰囲気温度ＴＡｙを算出する第１算出部と、前記第２推定式、前記推定雰囲気温度ＴＡｙおよび前記温度ＴＢに基づいて、前記各車両駆動用電池の推定温度ＴＢｙを算出する第２算出部と、複数の前記車両駆動用電池の前記推定温度ＴＢｙのうち、最大推定温度ＴＢｙ（ｍａｘ）と最小推定温度ＴＢｙ（ｍｉｎ）との差であるΔＴＢｙを算出する第３算出部と、複数の前記車両駆動用電池の前記温度ＴＢｘのうち、最大実測温度ＴＢｘ（ｍａｘ）と最小実測温度ＴＢｘ（ｍｉｎ）との差であるΔＴＢｘを算出する第４算出部と、前記ΔＴＢｘが前記ΔＴＢｙより大きい場合には異常と判定し、前記ΔＴＢｘが前記ΔＴＢｙ以下の場合には正常と判定する判定部と、前記判定部によって異常と判定されたとき、前記推定温度ＴＢｙと前記温度ＴＢｘとを比較して異常の種類を判断する判断部と、を備えている。

本発明に係る電池異常検出システムによれば、推定された推定温度ＴＢｙから算出されるΔＴＢｙと実際に測定された温度ＴＢｘから算出されるΔＴＢｘとを比較することによって、電池パックの異常を判定することができる。即ち、判定部は、ΔＴＢｘがΔＴＢｙより大きい場合には異常と判定し、ΔＴＢｘがΔＴＢｙ以下の場合には正常と判定する。このように、車両が駐車中であっても、電池パックに異常が発生しているか否かを精度よく検出することができる。また、車両駆動用電池を使用していない状態で電池パックの異常の有無を検出することができるため、安全性により優れる。さらに、判断部は、推定温度ＴＢｙと温度ＴＢｘとを比較することによって、電池パックの異常の種類を判断する。これにより、異常の原因を特定することができる。

車両に搭載されている電池異常検出システムを模式的に示す上面図である。 駐車後の電池パックの状態を確認する手順を示すフローチャートである。 正常状態における車両駆動用電池の駐車後の温度変化を示すグラフである。 異常状態における車両駆動用電池の駐車後の温度変化を示すグラフである。

以下、本発明の好適な実施形態を説明する。本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。なお、各図面は、模式的に描いており、必ずしも実物を反映しない。また、各図面は、一例を示すのみであり、各図面は、特に言及されない限りにおいて本発明を限定しない。また、図面中の符号Ｆ、Ｒｒ、Ｌ、Ｒは、それぞれ前、後、左、右を意味するものとする。ただし、これらは説明の便宜上の方向であり、電池異常検出システムの設置態様を何ら限定するものではない。

図１に示すように、車両１０は、電池パック２０と、電池異常検出システム３０とを備えている。本実施形態において、電池パック２０は、車両１０の後部座席の下側に配置され、フロアパネルに固定されている。ただし、電池パック２０は、後部座席の下側以外に配置されていてもよい。

電池パック２０は、電池スタック２２と、収容ケース２３と、フィルター２４と、を備えている。電池スタック２２は、４つの車両駆動用電池２１を備えている。４つの車両駆動用電池２１は、それぞれ角型の外形を有しており、一対の平坦面が対向するように図１の左右方向に一列に配置されている。４つの車両駆動用電池２１は、バスバーによって相互に直列に電気接続されている。４つの車両駆動用電池２１は、拘束バンド等によって一体的に保持されている。ただし、車両駆動用電池２１の形状や個数、配置等は適宜変更してもよい。車両駆動用電池２１は、典型的には充放電可能な二次電池、例えばリチウムイオン二次電池である。車両駆動用電池２１は、典型的には、正極と負極と電解液と、これらを収容する単電池ケースとを備えている。電解液は、例えばカーボネート類等の非水溶媒と、リチウム塩等の支持塩と、を含んでいる。なお、単電池の構成については従来と同様でよく、特に限定されない。

収容ケース２３は、電池スタック２２を収容する筐体である。収容ケース２３の材質は、例えば金属や樹脂である。収容ケース２３の形状やサイズは、例えば、電池スタック２２のサイズや個数等に応じて、適宜、変更してよい。フィルター２４は、収容ケース２３に着脱自在に設けられている。収容ケース２３の内部と収容ケース２３の外部とはフィルター２４を介して連通している。フィルター２４は、収容ケース２３内に埃が侵入することを抑制する。

図１に示すように、電池異常検出システム３０は、第１温度検出装置３１と、第２温度検出装置３２と、第３温度検出装置３３と、制御装置３５とを備えている。

第１温度検出装置３１は、車両駆動用電池２１の温度を測定する装置である。第１温度検出装置３１としては、例えば、熱電対が挙げられる。第１温度検出装置３１は、各車両駆動用電池２１に設けられている。第１温度検出装置３１は、例えば、車両駆動用電池２１の単電池ケースに取り付けられている。第１温度検出装置３１は、制御装置３５と電気的に接続されている。第１温度検出装置３１において測定された温度情報は、制御装置３５に送信される。

第１温度検出装置３１は、走行終了時の各車両駆動用電池２１の温度ＴＢを測定する。第１温度検出装置３１は、走行終了時から所定の時間ｔが経過したとき（即ち駐車後所定の時間ｔが経過したとき）の各車両駆動用電池２１の温度ＴＢｘを測定する。上記所定の時間ｔは、例えば、１０分、３０分または１時間等任意に設定することができる。

第２温度検出装置３２は、収容ケース２３内の雰囲気温度を測定する装置である。第２温度検出装置３２は、走行終了時の収容ケース２３内の雰囲気温度ＴＡを測定する。第２温度検出装置３２としては、例えば、熱電対が挙げられる。第２温度検出装置３２は、収容ケース２３内に配置されている。第２温度検出装置３２は、制御装置３５と電気的に接続されている。第２温度検出装置３２において測定された温度情報は、制御装置３５に送信される。

第３温度検出装置３３は、車両１０の外気温を測定する装置である。第３温度検出装置３３は、走行終了時から所定の時間ｔが経過したとき即ち駐車後所定の時間ｔが経過したとき）の車両１０の外気温ＴＯを測定する。第３温度検出装置３３としては、例えば、サーミスタが挙げられる。第３温度検出装置３３は、例えば、車両１０のフロントバンパーの裏側等に設けられている。第３温度検出装置３３は、制御装置３５と電気的に接続されている。第３温度検出装置３３において測定された温度情報は、制御装置３５に送信される。

制御装置３５は、制御プログラムの命令を実行する中央演算処理装置（ＣＰＵ）と、ＣＰＵが実行するプログラムを格納したＲＯＭと、プログラムを展開するワーキングエリアとして使用されるＲＡＭと、上記プログラムや各種データを格納するメモリなどの記憶装置とを備えている。制御装置３５は、記憶部３７と、第１算出部３９と、第２算出部４１と、第３算出部４３と、第４算出部４５と、判定部４７と、判断部４９と、通知部５１とを備えている。これら各部は、プログラムによって実現されている。このプログラムは、インターネットを通じてダウンロードされ得る。また、これら各部は、プロセッサおよび／または回路などによって実現可能なものであってもよい。なお、上述した各部の具体的な制御などについては後述する。

記憶部３７は、第１推定式と第２推定式とを記憶する。第１推定式は、走行終了時から所定の時間ｔが経過したときの収容ケース２３内の推定雰囲気温度ＴＡｙを求めるための式であり、下記（１）式によって表される。（１）式中、βは予備実験によって求められる定数である。第２推定式は、走行終了時から所定の時間ｔが経過したときの各車両駆動用電池２１の推定温度ＴＢｙを求めるための式であり、下記（２）式によって表される。（２）式中、αは予備実験によって求められる定数である。Ｃは車両駆動用電池２１の熱容量である。ｔは走行終了時から経過した所定の時間である。

第１算出部３９は、記憶部３７に記憶された第１推定式、第２温度検出装置３２によって測定された雰囲気温度ＴＡおよび第３温度検出装置３３によって測定された外気温ＴＯに基づいて、収容ケース２３内の推定雰囲気温度ＴＡｙを算出する。

第２算出部４１は、記憶部３７に記憶された第２推定式、第１算出部３９によって算出された推定雰囲気温度ＴＡｙおよび第１温度検出装置３１によって測定された温度ＴＢに基づいて、各車両駆動用電池２１の推定温度ＴＢｙを算出する。

第３算出部４３は、第２算出部４１によって算出された複数の車両駆動用電池２１の各推定温度ＴＢｙのうち、最大推定温度ＴＢｙ（ｍａｘ）と最小推定温度ＴＢｙ（ｍｉｎ）との差であるΔＴＢｙを算出する。例えば、第１の車両駆動用電池２１の推定温度ＴＢｙがＸ１℃、第２の車両駆動用電池２１の推定温度ＴＢｙがＸ２℃、第３の車両駆動用電池２１の推定温度ＴＢｙがＸ３℃、第４の車両駆動用電池２１の推定温度ＴＢｙがＸ４℃（Ｘ１＞Ｘ２＞Ｘ３＞Ｘ４）の場合、Ｘ１℃が最大推定温度ＴＢｙ（ｍａｘ）に相当し、Ｘ４℃が最小推定温度ＴＢｙ（ｍｉｎ）に相当する。

第４算出部４５は、第１温度検出装置３１によって実際に測定された複数の車両駆動用電池２１の各温度ＴＢｘのうち、最大実測温度ＴＢｘ（ｍａｘ）と最小実測温度ＴＢｘ（ｍｉｎ）との差であるΔＴＢｘを算出する。例えば、第１の車両駆動用電池２１の温度ＴＢｘがＹ１℃、第２の車両駆動用電池２１の温度ＴＢｘがＹ２℃、第３の車両駆動用電池２１の温度ＴＢｘがＹ３℃、第４の車両駆動用電池２１の温度ＴＢｘがＹ４℃（Ｙ１＞Ｙ２＞Ｙ３＞Ｙ４）の場合、Ｙ１℃が最大実測温度ＴＢｘ（ｍａｘ）に相当し、Ｙ４℃が最小実測温度ＴＢｘ（ｍｉｎ）に相当する。

判定部４７は、第４算出部４５によって算出されたΔＴＢｘが第３算出部４３によって算出されたΔＴＢｙより大きい場合には異常と判定する。即ち、判定部４７は、電池パック２０に異常が発生していると判定する。判定部４７は、ΔＴＢｘがΔＴＢｙ以下の場合には正常と判定する。即ち、判定部４７は、電池パック２０は正常であると判定する。

判断部４９は、判定部４７によって異常と判定されたとき、推定温度ＴＢｙと温度ＴＢｘとを比較して異常の種類を判断する。即ち判断部４９は、各車両駆動用電池２１の推定温度ＴＢｙおよび温度ＴＢｘを比較し、推定温度ＴＢｙと温度ＴＢｘとが実質的に等しい車両駆動用電池２１が存在するかを判断する。

推定温度ＴＢｙと温度ＴＢｘとが実質的に等しい車両駆動用電池２１が存在する場合には、推定温度ＴＢｙと温度ＴＢｘとが実質的に等しくない車両駆動用電池２１に埃が堆積するなどして十分に放熱することができていないことが確認できる。即ち、正常な車両駆動用電池２１では、十分に放熱することができるため推定温度ＴＢｙと温度ＴＢｘとが実質的に等しくなる。

推定温度ＴＢｙと温度ＴＢｘとが実質的に等しい車両駆動用電池２１が存在しない場合には、収容ケース２３に設けられたフィルター２４に目詰まりが発生していることが確認できる。即ち、フィルター２４に目詰まりが発生することによって、収容ケース２３内に熱がこもり、複数の車両駆動用電池２１の全体において温度が高くなっている。

通知部５１は、電池パック２０の異常をユーザーに通知する。通知部５１は、いずれかの車両駆動用電池２１に埃が堆積するなどして放熱が十分でないこと、あるいは、フィルター２４に目詰まりが発生していることを通知する。なお、通知方法は特に限定されず、例えば、視覚的な表示、音声等による通知が挙げられる。本実施形態では、車両１０に設けられた表示パネル（図示せず）を通じて視覚的に作業者に対する通知を行う。

次に、駐車後の電池パック２０の状態を確認する方法について説明する。図２は、一実施形態に係るフローチャートである。車両１０の出荷時には、第１推定式（１）式および第２推定式（２）式が記憶部３７に記憶されている。車両１０の駐車時には、車両駆動用電池２１の充放電は行われない。

まず、車両１０の走行が終了すると（即ち車両１０が駐車されると）、ステップＳ１０において、第１温度検出装置３１は、走行終了時の車両駆動用電池２１の温度ＴＢを測定する。また、第２温度検出装置３２は、走行終了時の収容ケース２３内の雰囲気温度ＴＡを測定する。

次に、所定の時間ｔが経過すると、ステップＳ２０において、第３温度検出装置３３は、車両１０の外気温ＴＯを測定する。

ステップＳ３０において、第１算出部３９は、記憶部３７に記憶された第１推定式（１）式、ステップＳ１０において測定された雰囲気温度ＴＡおよびステップＳ２０において測定された外気温ＴＯに基づいて、収容ケース２３内の推定雰囲気温度ＴＡｙを算出する。

ステップＳ４０において、第２算出部４１は、記憶部３７に記憶された第２推定式（２）式、ステップＳ３０において算出された推定雰囲気温度ＴＡｙおよびステップＳ１０において測定された温度ＴＢに基づいて、各車両駆動用電池２１の推定温度ＴＢｙを算出する。

ステップＳ５０において、第３算出部４３は、ステップＳ４０において算出された各推定温度ＴＢｙのうち、最大推定温度ＴＢｙ（ｍａｘ）と最小推定温度ＴＢｙ（ｍｉｎ）との差であるΔＴＢｙを算出する。

ステップＳ６０において、第１温度検出装置３１は、走行終了時から所定の時間ｔが経過したときの各車両駆動用電池２１の温度ＴＢｘを測定する。

ステップＳ７０において、第４算出部４５は、ステップＳ６０において算出された各温度ＴＢｘのうち、最大実測温度ＴＢｘ（ｍａｘ）と最小実測温度ＴＢｘ（ｍｉｎ）との差であるΔＴＢｘを算出する。

ステップＳ８０において、判定部４７は、ステップＳ７０において算出されたΔＴＢｘがステップＳ５０において算出されたΔＴＢｙより大きいか否かを判定する。ΔＴＢｘがΔＴＢｙより大きいと判定された場合、ステップＳ９０に進む。一方、ΔＴＢｘがΔＴＢｙ以下と判定された場合、電池パック２０は正常状態であるため処理を終了する。

ステップＳ９０において、判断部４９は、複数の車両駆動用電池２１のうち、推定温度ＴＢｙが温度ＴＢｘと等しい車両駆動用電池２１が存在するか否かを判断する。推定温度ＴＢｙが温度ＴＢｘと等しい車両駆動用電池２１が存在する場合には、ステップＳ１００に進む。一方、推定温度ＴＢｙが温度ＴＢｘと等しい車両駆動用電池２１が存在しない場合には、ステップＳ１１０に進む。

ステップＳ１００において、通知部５１は、複数の車両駆動用電池２１の一部において、埃が堆積していることをユーザーに通知し、処理を終了する。これにより、ユーザーは、電池パック２０内の清掃が必要であることを認識することができる。

ステップＳ１１０において、通知部５１は、フィルター２４に目詰まりが発生していることをユーザーに通知し、処理を終了する。これにより、ユーザーはフィルター２４の清掃または交換が必要であることを認識することができる。

図３および図４は、車両駆動用電池２１の駐車後１時間の温度変化を示すグラフである。図３および図４の破線は、最大推定温度ＴＢｙ（ｍａｘ）の温度変化を示す。図３および図４の一点鎖線は、最大実測温度ＴＢｘ（ｍａｘ）の温度変化を示す。図３および図４の実線は、最小推定温度ＴＢｙ（ｍｉｎ）の温度変化を示す。図３および図４の二点鎖線は、最小実測温度ＴＢｘ（ｍｉｎ）の温度変化を示す。図３に示すように、ΔＴＢｘがΔＴＢｙ以下の場合には、判定部４７によって電池パック２０は正常状態であると判定される。一方、図４に示すように、ΔＴＢｘがΔＴＢｙより大きい場合には、判定部４７によって電池パック２０に異常が発生していると判定される。本実施形態では、環境状態を考慮してΔＴＢｙが設定されるため、従来のように一様にΔＴＢｙを設定する場合と比較して精度よく電池パック２０の状態を検出することができる。

以上のように、本実施形態に係る電池異常検出システム３０によれば、推定された推定温度ＴＢｙから算出されるΔＴＢｙと実際に測定された温度ＴＢｘから算出されるΔＴＢｘとを比較することによって、電池パック２０の異常を判定することができる。即ち、判定部４７は、ΔＴＢｘがΔＴＢｙより大きい場合には電池パック２０に異常が発生していると判定し、ΔＴＢｘがΔＴＢｙ以下の場合には電池パック２０は正常状態であると判定する。このように、車両１０が駐車中であっても、電池パック２０に異常が発生しているか否かを精度よく検出することができる。また、車両駆動用電池２１を使用していない状態で電池パック２０の異常の有無を検出することができるため、安全性により優れる。さらに、判断部４９は、推定温度ＴＢｙと温度ＴＢｘとを比較することによって、電池パック２０の異常の種類を判断する。これにより、異常の原因を特定することができる。

以上、ここで提案される電池異常検出システムについて、種々説明したが、特に言及されない限りにおいて、ここで挙げられた実施形態および実施例は、本発明を限定しない。

例えば、上記したフローチャートでは、ステップＳ２０〜Ｓ５０の後にステップＳ６０〜Ｓ７０の処理を行っているが、ステップＳ２０〜Ｓ５０の前にステップＳ６０〜Ｓ７０を処理してもよい。

１０ 車両
２０ 電池パック
２１ 車両駆動用電池
２３ 収容ケース
２４ フィルター
３０ 電池異常検出システム
３１ 第１温度検出装置
３２ 第２温度検出装置
３３ 第３温度検出装置
３５ 制御装置
３９ 第１算出部
４１ 第２算出部
４３ 第３算出部
４５ 第４算出部
４７ 判定部
４９ 判断部

Claims (1)

1. 複数の車両駆動用電池および複数の前記車両駆動用電池を収容する収容ケースを有する電池パックを含む車両に搭載される電池異常検出システムであって、
   走行終了時の複数の前記車両駆動用電池の温度ＴＢおよび走行終了時から所定の時間が経過したときの複数の前記車両駆動用電池の温度ＴＢｘを測定する第１温度検出装置と、
   走行終了時の前記収容ケース内の雰囲気温度ＴＡを測定する第２温度検出装置と、
   走行終了時から前記所定の時間が経過したときの前記車両の外気温ＴＯを測定する第３温度検出装置と、
   制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、
   走行終了時から前記所定の時間が経過したときの前記収容ケース内の推定雰囲気温度ＴＡｙを求めるための第１推定式と、走行終了時から前記所定の時間が経過したときの前記各車両駆動用電池の推定温度ＴＢｙを求めるための第２推定式と、を記憶する記憶部と、
   前記第１推定式、前記雰囲気温度ＴＡおよび前記外気温ＴＯに基づいて、前記収容ケース内の推定雰囲気温度ＴＡｙを算出する第１算出部と、
   前記第２推定式、前記推定雰囲気温度ＴＡｙおよび前記温度ＴＢに基づいて、前記各車両駆動用電池の推定温度ＴＢｙを算出する第２算出部と、
   複数の前記車両駆動用電池の前記推定温度ＴＢｙのうち、最大推定温度ＴＢｙ（ｍａｘ）と最小推定温度ＴＢｙ（ｍｉｎ）との差であるΔＴＢｙを算出する第３算出部と、
   複数の前記車両駆動用電池の前記温度ＴＢｘのうち、最大実測温度ＴＢｘ（ｍａｘ）と最小実測温度ＴＢｘ（ｍｉｎ）との差であるΔＴＢｘを算出する第４算出部と、
   前記ΔＴＢｘが前記ΔＴＢｙより大きい場合には異常と判定し、前記ΔＴＢｘが前記ΔＴＢｙ以下の場合には正常と判定する判定部と、
   前記判定部によって異常と判定されたとき、前記推定温度ＴＢｙと前記温度ＴＢｘとを比較して異常の種類を判断する判断部と、を備えている、電池異常検出システム。

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