JP2021097009A - 車両用電池パックの安全監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】乗員の避難を要するような電池セルの熱暴走を迅速かつ確実に判定できる車両用電池パックの安全監視装置を提供する。【解決手段】車両用電池パックの安全監視装置は、車両用電池パック内に設置され、前記車両用電池パック内の気圧を検出する気圧センサと、前記気圧センサで検出された気圧の変化を演算する気圧変化演算部と、前記気圧変化演算部によって演算された気圧の変化に基づいて前記車両用電池パック内に収容された電池セルが異常であるか否かを判定する異常判定部とを備える。【選択図】 図１

Description

本開示は、車両用電池パックの安全監視装置に関する。

特許文献１には、現在利用可能な電池診断ツールとして、電池セルの定常動作電流及び電圧、温度を測定するものが例示されている。

特表２０１８−５２４７９２号公報

ところで、電池セルの定常動作電流及び電圧を測定するものは、過充電／過放電等を検出可能であるが、電池セルが熱暴走に到っているか否かは検出できない。電池セルの温度を測定するものは、温度センサを熱源の近くに設置するとセル又は電池から噴出されたガスにより故障する可能性が高く、温度センサを熱源から遠くに設置すると温度が伝わるまでに時間がかかり検出が遅れる。

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、乗員の避難を要する電池セルの熱暴走を迅速かつ確実に判定できる車両用電池パックの安全監視装置を提供することを目的とする。

少なくとも一実施形態に係る車両用電池パックの安全監視装置は、車両用電池パック内に設置され、前記車両用電池パック内の気圧を検出する気圧センサと、前記気圧センサで検出された気圧の変化を演算する気圧変化演算部と、前記気圧変化演算部によって演算された気圧の変化に基づいて前記車両用電池パック内に収容された電池セルが異常であるか否かを判定する異常判定部とを備える。

上記の構成によれば、異常判定部は、気圧センサで検出され、気圧変換演算部で演算された気圧の変化に基づいて車両用電池パック内に収容された電池セルが異常であるか否かを判定するので、電池セルの熱暴走により電池セルからガスが噴出するような乗員の避難を要する電池セルの熱暴走（異常）を迅速かつ確実に判定できる。

一実施形態では、上記の構成において、前記異常判定部は、前記気圧変化演算部によって演算された気圧の変化量が予め設定された閾値を超える場合に前記電池セルが異常であると判定する。

上記の構成によれば、異常判定部は、気圧変化演算部によって演算された気力の変化量が予め設定された閾値を超える場合に電池セルが異常であると判定するので、電池セルの熱暴走（異常）を定量的に判定できる。

一実施形態では、上記の構成において、前記異常判定部は、前記気圧変化演算部によって演算された気圧の変化速度に基づいて前記電池セルが異常であるか否かを判定する。

上記の構成によれば、異常判定部は、気圧変化演算部によって演算された気圧の変化速度に基づいて電池セルが異常であるか否かを判定するので、車両用電池パック内の気圧が急激に上昇する電池セルの熱暴走（異常）を正確に判定できる。

一実施形態では、上記の構成において、前記異常判定部は、前記車両用電池パックの外部に設置される。

上記の構成によれば、異常判定部は、車両用電池パックの外部に設置されるので、電池セルから噴出したガスによる異常判定部の故障を防止できる。

一実施形態では、上記の構成において、前記気圧センサは、前記電池セルの安全弁の位置から予測されるガスの噴出方向から外れた位置に設置される。

上記の構成によれば、気圧センサは、電池セルの安全弁の位置から予測されるガスの噴出方向から外れた位置に設置されるので、電池セルの安全弁から噴出されたガスが気圧センサに吹き付けられるのを防止できる。これにより、電池セルの安全弁から噴出されたガスによる気圧センサの故障を防止できる。

一実施形態では、上記の構成において、前記車両用電池パック内に設置され、前記電池セルの電圧を監視する監視装置を更に備え、前記異常判定部は、前記電池セルの電圧が低下し、又は前記監視装置が故障した場合に異常であると判定する。

上記の構成によれば、異常判定部は、電池セルの電圧が低下し、又は監視装置が故障した場合に異常であると判定するので、車両用電池パック内に設置された熱交換器から漏れた冷媒によって電池セルの電圧が低下し、又は監視装置が故障した場合に異常であると判定する。

一実施形態では、上記の構成において、前記異常判定部は、車両の衝突を判定するための衝突判定部を更に備え、前記異常判定部は、前記衝突判定部が前記車両の衝突を判定した場合に、前記電池セルが異常であるか否かの判定を中止する。

上記の構成によれば、異常判定部は、衝突判定部が車両の衝突を判定した場合に、電池セルが異常であるか否かの判定を中止する。

一実施形態では、上記の構成において、車速情報と前記異常判定部の判断情報とに基づき車両の走行中の異常であるか停車中の異常であるかを判定する表示判定部を更に備え、前記表示判定部が走行中の異常であると判定した場合に前記車両の停車を促し、停車中の異常であると判定した場合に前記車両からの避難を促す。

上記の構成によれば、表示判定部が車速情報と異常判定部の判断情報とに基づき車両の走行中の異常であると判定した場合に車両の停車を促し、停車中の異常であると判定した場合に車両からの避難を促す。これにより、車両の走行中の異常か停車中の異常かによって、乗員が適切な行動を採ることができる。

少なくとも一実施形態によれば、電池セルの熱暴走により電池セルからガスが噴出するような乗員の避難を要する電池セルの熱暴走（異常）を迅速かつ確実に検出できる。

車両用電池パックの構成を概略的に示す図である。 車両用電池パックの安全監視装置の構成を概略的に示す図である。 車両用電池パック内の異常時の気圧変化を示す図である。

以下、添付図面を参照して幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

いくつかの実施形態に係る車両用電池パック２は、電気自動車（ＥＶ自動車）、ハイブリッド自動車（ＨＶ）、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＶ，ＰＨＥＶ）等の電動車両に搭載される。図１に示すように、車両用電池パック２には複数の電池セル２３１が収容されている。例えば、車両用電池パック２は、トレイ２１とカバー（図示せず）で構成される容器に複数の電池セル２３１が一塊となった電池モジュール２３が複数収容されて構成される。

図２に示すように、いくつかの実施形態に係る車両用電池パックの安全監視装置１は、気圧センサ１１と異常判定装置１２とを備える。

気圧センサ１１は、車両用電池パック内に設置され、車両用電池パック内の気圧（気体の圧力）を検出する。気圧センサ１１は、車両用電池パック２に収容された電池セル２３１から噴出されたガスによる車両用電池パック内の気圧変化を検出可能である。

異常判定装置１２は、気圧センサ１１で検出された気圧の変化に基づいて車両用電池パック内に収容された電池セル２３１が異常であるか否かを判定する。例えば、異常判定装置１２は、制御装置や演算装置を含むプロセッサ、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）やＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等のメモリ、及び入力ポートや出力ポートを含むインターフェイスを備える制御装置によって構成される。

上述した一実施形態に係る車両用電池パックの安全監視装置１によれば、気圧センサ１１で検出された気圧の変化に基づいて車両用電池パック内に収容された電池セル２３１が異常であるか否かを判定するので、電池セル２３１の熱暴走により電池セル２３１からガスが噴出するような乗員の避難を要する電池セル２３１の熱暴走（異常）を安全かつ確実に検出できる。

図３に示すように、一実施形態に係る車両用電池パックの安全監視装置１Ａは、上述した一実施形態に係る車両用電池パックの安全監視装置１において、異常判定装置１２Ａは、気圧センサ１１で検出された気圧の変化量が予め設定された閾値を超える場合に電池セル２３１が異常であると判定する。

例えば、異常判定装置１２Ａは、気圧変化演算部１２１Ａと異常判定部１２２Ａとを備える。気圧変化演算部１２１Ａは、気圧センサ１１で検出された気圧の変化量を演算する部分であり、異常判定部１２２Ａは、気圧変化演算部１２１Ａで演算された気圧の変化量が予め設定された閾値を超える場合に電池セル２３１が異常と判定する部分である。

上述した一実施形態に係る車両用電池パックの安全監視装置１Ａによれば、異常判定装置１２Ａは、気圧センサ１１で検出された気圧の変化量が予め設定された閾値を超える場合に電池セル２３１が異常であると判定するので、電池セル２３１の熱暴走（異常）を定量的に判定できる。

図２に示すように、一実施形態に係る車両用電池パックの安全監視装置１Ｂは、上述した一実施形態に係る車両用電池パックの安全監視装置１，１Ａにおいて、異常判定装置１２Ｂは、気圧センサ１１で検出された気圧の変化速度に基づいて電池セル２３１が異常であるか否かを判定する。

例えば、異常判定装置１２Ｂは、気圧変化演算部１２１Ｂと異常判定部１２２Ｂとを備える。気圧変化演算部１２１Ｂは、気圧センサ１１で検出された気圧の変化速度を演算する部分であり、異常判定部１２２Ｂは、気圧変化演算部１２１Ｂで演算された気圧の変化速度が予め設定された閾値を超える場合に電池セル２３１が異常と判定する部分である。

上述した一実施形態に係る車両用電池パックの安全監視装置１Ｂによれば、異常判定装置１２Ｂは、気圧センサ１１で検出された気圧の変化速度に基づいて電池セル２３１が異常であるか否かを算出するので、図３に示すように、低気圧環境でも、車両用電池パック内の気圧が急激に上昇する電池セル２３１の熱暴走（異常）を正確に判定できる。

また、異常判定装置１２Ｂは、上述した一実施形態に係る車両用電池パックの安全監視装置１Ａにおいて、異常判定装置１２Ｂは気圧センサ１１で検出された気圧の変化速度に基づいて電池セル２３１が異常であるか否かを判定する。したがって、異常判定装置１２Ｂは、気圧センサ１１で検出された気圧の変化量が予め設定された閾値を超える場合、又は気圧変化演算部１２１Ｂで演算された気圧の変化速度が予め設定された閾値を超える場合のいずれの場合にも電池セル２３１が異常と判定するので、電池セル２３１の熱暴走（異常）をより安全側に判定できる（フェールセーフ）。

図２に示すように、いくつかの実施形態に係る車両用電池パックの安全監視装置１Ｃは、上述したいくつかの実施形態に係る車両用電池パックの安全監視装置１，１Ａ，１Ｂにおいて、異常判定装置１２Ｃは、車両用電池パック２の外部に設置されている。

上述したいくつかの実施形態に係る車両用電池パックの安全監視装置１Ｃによれば、異常判定装置１２Ｃは、車両用電池パック２の外部に設置されるので、電池セル２３１から噴出したガスによる異常判定装置１２Ｃの故障を防止できる。

図１に示すように、いくつかの実施形態に係る車両用電池パックの安全監視装置１Ｄは、上述したいくつかの実施形態に係る車両用電池パックの安全監視装置１，１Ａ，〜１Ｃにおいて、気圧センサ１１は、電池セル２３１から噴出されるガスの予測される噴出方向から外れた位置に設置される。

例えば、電池セル２３１は、リチウムイオン電池であり、電池セル２３１の異常によって電池セル２３１の内部に発生したガスを逃がすための安全弁を有している。これにより、電池セル２３１から噴出されるガスの噴出方向が予測可能であり、気圧センサ１１は電池セル２３１から噴出されるガスの予測される噴出方向又は安全弁の近傍から外れた位置に設置される。

また、例えば、気圧センサ１１は、電池セル２３１から噴出されるガスが直接当たらないように気圧センサ１１を隔離する一方、電池セル２３１から噴出されるガスによって気圧上昇が見込まれる隔壁の内側に設置するものとしてもよい。

上述したいくつかの実施形態に係る車両用電池パックの安全監視装置１Ｄによれば、気圧センサ１１は、電池セル２３１から噴出されるガスの予測される噴出方向から外れた位置に設置されるので、電池セル２３１から噴出されたガスが気圧センサ１１に吹き付けられるのを防止できる。これにより、電池セル２３１から噴出されたガスによる気圧センサ１１の故障を防止できる。

図２に示すように、いくつかの実施形態に係る車両用電池パックの安全監視装置１Ｅは、上述したいくつかの実施形態に係る車両用電池パックの安全監視装置１，１Ａ〜１Ｄにおいて、更に、監視装置１３を備える。監視装置１３は、車両用電池パック内に設置され、電池セル２３１の電圧を、電圧センサ１４を通じて監視する。そして、異常判定装置１２Ｅは、電池セル２３１の電圧が低下し、又は監視装置１３若しくは電圧センサ１４が故障した場合に異常であると判定する。

図１に示すように、例えば、電池モジュール２３ごと、又は電池セル２３１ごとに設けられた温度センサ１５が監視装置１３に接続され、監視装置１３において各電池モジュール２３、又は電池セル２３１の電圧を監視する。そして、異常判定装置１２Ｅでは、監視装置１３で監視された電圧が低下し、又は監視装置１３が故障した場合に異常であると判定する。

監視装置１３は、更に、電池セル２３１の温度を監視するものであってもよい。そして、監視装置１３が電池セル２３１の温度を監視する場合に、異常判定装置１２Ｅは、電池セル２３１の温度が予め設定された閾値を超える場合に異常であると判断する。

図１に示すように、例えば、電池モジュール２３ごと、又は電池セルごとに設けられた温度センサ１５が監視装置１３に接続され、監視装置１３において各電池モジュール２３、又は電池セル２３１の温度を監視する。そして、異常判定装置１２Ｅでは、監視装置１３で監視された温度が予め設定された閾値を超える場合に異常であると判定する。

また、例えば、電池モジュール２３ごと、又は電池セルごとに設けられた監視装置１３にはその一部としての電圧センサ１４が接続され、監視装置１３において各電池モジュール２３、又は電池セル２３１の電圧を監視する。

上述したいくつかの実施形態に係る電池パックの安全監視装置１Ｅによれば、異常判定装置１２Ｅは、電池セル２３１の電圧が低下し、又は監視装置１３若しくは電圧センサ１４が故障した場合に異常と判定するので、車両電池パック内に設置された熱交換器から漏れた冷媒によって電池セル２３１の電圧が低下し、又は監視装置１３若しくは電圧センサ１４が故障した場合に異常であると判定する。

図２に示すように、いくつかの実施形態に係る車両用電池パックの安全監視装置１Ｆは、上述したいくつかの実施形態に係る車両用電池パックの安全監視装置１，１Ａ〜１Ｅにおいて、異常判定装置１２Ｆは、衝突判定部１２３を有する。衝突判定部１２３は、車両の衝突を判定するためのものである。例えば、衝突判定部は、車両に設けられた加速度センサ３（Ｇセンサ）によって検出された加速度が予め定めた閾値を超える場合に車両の衝突を判定してもよいし、車両に設けられたエアバッグ制御装置４（以下「エアバッグＥＣＵ４」という）によってエアバッグが展開された場合に車両の衝突を判定してもよい。

異常判定装置１２は、衝突判定部１２３において車両の衝突を判定した場合に、電池セル２３１が異常であるか否かの判定を中止する。

上述したいくつかの実施形態に係る車両用電池パックの安全監視装置１Ｆによれば、異常判定装置１２Ｆは、衝突判定部１２３において車両の衝突を判定した場合に、電池セル２３１が異常であるか否かの判定を中止する。

図２に示すように、いくつかの実施形態に係る車両用電池パックの安全監視装置１Ｇは、上述したいくつかの実施形態に係る車両用電池パックの安全監視装置１，１Ａ〜１Ｆにおいて、更に、警告表示装置１６を備える。警告表示装置１６は車両の停車又は車両からの避難を促す表示を択一的に表示する。また、車両用電池パックの安全監視装置１Ｇでは、異常判定装置１２Ｇは、表示判定部１２４を有する。表示判定部１２４は、車両の走行中の異常であるか停車中の異常であるかを判定する部分である。例えば、表示判定部１２４は、異常判定部で異常であると判定された場合に、車両の設けられた車速演算装置５（以下「車速演算ＥＣＵ５」という）から入力された車速に基づいて車両の走行中の異常であるか停車中の異常であるか判定する。そして、警告表示装置１６は、表示判定部１２４で車両の走行中の異常であると判定された場合に車両の停止を促し、車両の停車中の異常であると判定した場合に車両からの避難を促す。

警告表示装置１６は、例えば、速度メータの中に設けられ、表示判定部１２４で車両の走行中であると判定された場合に車両の停止を促す表示を表示し、車両の停車中の異常であると判定した場合に車両からの避難を促す表示を表示する。

上述したいくつかの実施形態に係る車両用電池パックの安全監視装置１Ｇによれば、警告表示装置１６は、表示判定部１２４が車両の走行中の異常であると判定した場合に車両の停車を促し、停車中の異常であると判定した場合に車両からの避難を促す。これにより、車両の走行中の異常か停車中の異常かによって乗員が適切な行動を採ることができる。

本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。

上述した実施形態では、車両の停車、又は車両からの避難を促す警告手段として、警告表示装置１６を用いているが、警告の手段はこれに限らず、乗員に対して警告の内容を認識させることができればよく、例えば音声で報知するようにしてもよい。

１，１Ａ〜１Ｇ 安全監視装置
１１ 気圧センサ
１２，１２Ａ〜１２Ｇ 異常判定装置
１２１Ａ，１２２Ｂ 気圧変化演算部
１２２Ａ，１２２Ｂ 異常判定部
１２３ 衝突判定部
１２４ 表示判定部
１３ 監視装置
１４ 電圧センサ
１５ 温度センサ
１６ 警告表示装置
２ 車両用電池パック
２１ トレイ
２３ 電池モジュール
２３１ 電池セル
３ 加速度センサ
４ エアバッグ制御装置（エアバッグＥＣＵ）
５ 車速演算装置（車速演算ＥＣＵ）

Claims (8)

1. 車両用電池パック内に設置され、前記車両用電池パック内の気圧を検出する気圧センサと、
   前記気圧センサで検出された気圧の変化を演算する気圧変化演算部と、
   前記気圧変化演算部によって演算された気圧の変化に基づいて前記車両用電池パック内に収容された電池セルが異常であるか否かを判定する異常判定部と
   を備える車両用電池パックの安全監視装置。
2. 前記異常判定部は、前記気圧変化演算部によって演算された気圧の変化量が予め設定された閾値を超える場合に前記電池セルが異常であると判定する請求項１に記載の車両用電池パックの安全監視装置。
3. 前記異常判定部は、前記気圧変化演算部によって演算された気圧の変化速度に基づいて前記電池セルが異常であるか否かを判定する請求項１または２に記載の車両用電池パックの安全監視装置。
4. 前記異常判定部は、前記車両用電池パックの外部に設置された請求項１から３のいずれか一項に記載の車両用電池パックの安全監視装置。
5. 前記気圧センサは、前記電池セルの安全弁の位置から予測されるガスの噴出方向から外れた位置に設置された請求項１から４のいずれか一項に記載の車両用電池パックの安全監視装置。
6. 前記車両用電池パック内に設置され、前記電池セルの電圧を監視する監視装置を更に備え、
   前記異常判定部は、前記電池セルの電圧が低下し、又は前記監視装置が故障した場合に異常であると判定する請求項１から５のいずれか一項に記載の車両用電池パックの安全監視装置。
7. 前記異常判定部は、
   車両の衝突を判定するための衝突判定部を更に備え、
   前記衝突判定部が前記車両の衝突を判定した場合に前記電池セルが異常であるか否かの判定を中止する請求項１から６のいずれか一項に記載の車両用電池パックの安全監視装置。
8. 車速情報と前記異常判定部の判断情報とに基づき車両の走行中の異常であるか停車中の異常であるかを判定する表示判定部を更に備え、
   前記表示判定部が走行中の異常であると判定した場合に前記車両の停車を促し、停車中の異常であると判定した場合に前記車両からの避難を促す、請求項１から７のいずれか一項に記載の車両用電池パックの安全監視装置。

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