JP2022016773A - 電力制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリの異常発生時に安全にバッテリの入出力電流を遮断する。【解決手段】電力制御システム１は、複数のバッテリセル３１０を含むバッテリ３１と、バッテリ３１と直列に接続されるシステムメインリレー３２（リレー）と、バッテリ３１およびシステムメインリレー３２を収容するケース３３と、ケース３３に設けられるファン３４（換気部）とを有するバッテリパック３０と、複数のバッテリセル３１０の少なくとも１つから可燃性ガスが排出されるバッテリ３１の異常発生時において、ケース３３内の可燃性ガスの濃度が基準範囲内である場合にはシステムメインリレー３２を閉状態に維持した状態でファン３４を駆動させ、ケース３３内の可燃性ガスの濃度が基準範囲外である場合にはシステムメインリレー３２を開状態にする制御部を有する制御装置と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、電力制御システムに関する。

従来、電動車両等の種々の装置において、電力源としてバッテリが用いられている。充放電可能なバッテリでは、バッテリセルの内部で、充放電に伴う化学反応によって、可燃性ガス（例えば、水素またはメタン等）が生じ得る。ここで、過充電または過放電等に起因して、バッテリセルの内部で可燃性ガスが大量に発生することがある。バッテリセルには、このように可燃性ガスが大量に発生してバッテリセルの内圧が過度に上昇した際に開弁する安全弁が設けられることがある（例えば、特許文献１を参照）。安全弁が開弁することによって、バッテリセルの内部から外部へ可燃性ガスが排出され、バッテリセルの破損が抑制される。

特開２００９－２８４７３１号公報

上記のように、過充電または過放電等に起因して、複数のバッテリセルの少なくとも１つから可燃性ガスが排出されるバッテリの異常発生時には、可燃性ガスのさらなる排出、および、漏電の発生等を抑制するために、安全にバッテリの入出力電流（つまり、バッテリに入力される電流、および、バッテリから出力される電流）を遮断することが求められる。例えば、バッテリの入出力電流を遮断するために、バッテリと直列に接続されるリレーを開状態にすることが考えられる。ここで、リレーを閉状態から開状態に切り替えることに伴ってアークが発生する場合がある。ゆえに、バッテリおよびリレーを収容するケース内の可燃性ガスにアークが引火することを抑制し、安全性を確保することが望まれる。

そこで、本発明は、このような課題に鑑み、バッテリの異常発生時に安全にバッテリの入出力電流を遮断することが可能な電力制御システムを提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の電力制御システムは、複数のバッテリセルを含むバッテリと、バッテリと直列に接続されるリレーと、バッテリおよびリレーを収容するケースと、ケースに設けられる換気部とを有するバッテリパックと、複数のバッテリセルの少なくとも１つから可燃性ガスが排出されるバッテリの異常発生時において、ケース内の可燃性ガスの濃度が基準範囲内である場合にはリレーを閉状態に維持した状態で換気部を駆動させ、ケース内の可燃性ガスの濃度が基準範囲外である場合にはリレーを開状態にする制御部を有する制御装置と、を備える。

バッテリパックは、走行用モータから出力される動力を用いて走行可能な車両に搭載され、走行用モータは、バッテリから供給される電力を用いて駆動されてもよい。

制御部は、バッテリの異常発生時において、ケース内の可燃性ガスの濃度が基準範囲内である場合に、走行用モータの駆動を停止させてもよい。

車両には、バッテリから供給される電力を用いて動作する補機が設けられており、制御部は、バッテリの異常発生時において、ケース内の可燃性ガスの濃度が基準範囲内である場合に、バッテリから補機への電力の供給を維持してもよい。

制御部は、バッテリの異常発生時において、ケース内の可燃性ガスの濃度が基準範囲内である場合に、補機への電力の供給によるバッテリの電力の低下分に相当する電力を走行用モータに回生発電させてもよい。

本発明によれば、バッテリの異常発生時に安全にバッテリの入出力電流を遮断することが可能となる。

本発明の実施形態に係る電力制御システムの概略構成を示す模式図である。 本発明の実施形態に係るバッテリパックの概略構成を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る制御装置の機能構成の一例を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る制御装置が行う処理の流れの一例を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係るバッテリパックにおいてバッテリセルから可燃性ガスが排出されている状態を示す図である。 本発明の実施形態に係るバッテリの異常発生時において、ケース内の可燃性ガスの濃度が基準範囲外である場合のバッテリパックの状態を示す図である。 本発明の実施形態に係るバッテリの異常発生時において、ケース内の可燃性ガスの濃度が基準範囲内である場合のバッテリパックの状態を示す図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

<電力制御システムの構成>
図１～図３を参照して、本発明の実施形態に係る電力制御システム１の構成について説明する。

電力制御システム１は、車両２に搭載され、車両２における電力の供給を制御する。なお、車両２は、例えば、電気車両（つまり、動力源としてモータのみを備える車両）であってもよく、ハイブリッド車両（つまり、動力源としてモータおよびエンジンを備える車両）であってもよい。ただし、車両２は、本発明に係る電力制御システムが搭載される装置の一例に過ぎず、本発明に係る電力制御システムは、例えば、車両２以外の車両に搭載されてもよく、車両以外の装置（例えば、船舶等の車両以外の移動体または定置設備）に搭載されてもよい。

図１は、電力制御システム１の概略構成を示す模式図である。図１に示されるように、電力制御システム１は、走行用モータ１０と、インバータ２０と、バッテリ３１を有するバッテリパック３０と、補機４０と、ＤＣＤＣコンバータ５０と、制御装置６０とを備える。

走行用モータ１０は、車両２の駆動輪を駆動するための動力を出力する。走行用モータ１０は、例えば、三相交流モータであり、インバータ２０を介してバッテリ３１と接続されている。走行用モータ１０には、バッテリ３１からインバータ２０を介して電力が供給される。走行用モータ１０は、バッテリ３１から供給される電力を用いて駆動される。

また、走行用モータ１０は、車両２の減速時に、駆動輪の運動エネルギを用いて回生発電する発電機としての機能を有する。走行用モータ１０により回生発電される電力は、インバータ２０を介してバッテリ３１へ供給される。それにより、バッテリ３１が充電される。

インバータ２０は、双方向の電力変換を行う電力変換装置であり、例えば、多相ブリッジ回路を含む。インバータ２０は、バッテリ３１から供給される直流電力を交流電力に変換して走行用モータ１０へ供給可能である。また、インバータ２０は、走行用モータ１０により回生発電された交流電力を直流電力に変換してバッテリ３１へ供給可能である。インバータ２０にはスイッチング素子が設けられ、スイッチング素子の動作が制御されることにより、インバータ２０による電力の変換が制御される。

補機４０は、例えば、車両２に設けられる各種機器（例えば、ヘッドランプ、テールランプ、ワイパー、照明装置、音響装置または空調装置等）を含み得る。補機４０は、ＤＣＤＣコンバータ５０を介してバッテリ３１と接続されている。補機４０には、バッテリ３１からＤＣＤＣコンバータ５０を介して電力が供給される。補機４０は、バッテリ３１から供給される電力を用いて動作する。

ＤＣＤＣコンバータ５０は、電力を降圧する（つまり、当該電力の電圧を下げる）電力変換装置であり、例えば、チョッパ回路を含む。ＤＣＤＣコンバータ５０は、バッテリ３１に蓄電される電力を、補機４０で使用される所定電圧（例えば１２Ｖ）に降圧して補機４０に供給可能である。ＤＣＤＣコンバータ５０にはスイッチング素子が設けられ、スイッチング素子の動作が制御されることにより、ＤＣＤＣコンバータ５０による電力の変換が制御される。

図２は、バッテリパック３０の概略構成を示す模式図である。図２に示されるように、バッテリパック３０は、バッテリ３１と、システムメインリレー３２と、バッテリ３１およびシステムメインリレー３２を収容するケース３３と、ファン３４と、吸排気口３５と、電圧センサ３６とを有する。なお、システムメインリレー３２は、本発明に係るリレーの一例に相当する。また、ファン３４は、本発明に係る換気部の一例に相当する。

バッテリ３１は、電力を充放電可能な電池である。バッテリ３１は、ケース３３に収容されている。バッテリ３１の正極側（図２中のバッテリ３１の右側）は、ケース３３の正極側端子３３１と接続されている。バッテリ３１の負極側（図２中のバッテリ３１の左側）は、ケース３３の負極側端子３３２とシステムメインリレー３２を介して接続されている。上述したインバータ２０は、ケース３３の正極側端子３３１および負極側端子３３２と接続されている。同様に、上述したＤＣＤＣコンバータ５０は、ケース３３の正極側端子３３１および負極側端子３３２と接続されている。

バッテリ３１として、例えば、リチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池または鉛蓄電池が用いられるが、これら以外の電池が用いられてもよい。バッテリ３１の電圧は、例えば、１００Ｖ程度である。

バッテリ３１は、複数のバッテリセル３１０を含む。複数のバッテリセル３１０は、例えば、直列に接続されている。バッテリセル３１０の数は、例えば、数十個程度または数百個程度である。

各バッテリセル３１０には、安全弁３１１が設けられている。ここで、バッテリセル３１０の内部では、充放電に伴う化学反応によって、可燃性ガス（例えば、水素またはメタン等）が生じる。安全弁３１１は、過充電または過放電等に起因して、バッテリセル３１０の内部で可燃性ガスが大量に発生し、バッテリセル３１０の内圧が過度に上昇した際に開弁する。安全弁３１１が開弁することによって、バッテリセル３１０の内部から外部へ可燃性ガスが排出され、バッテリセル３１０の内圧が低下する。それにより、バッテリセル３１０の内圧の過度な上昇によるバッテリセル３１０の破損が抑制される。バッテリ３１はケース３３に収容されているので、安全弁３１１が開弁した際、バッテリセル３１０からケース３３内に可燃性ガスが排出される。なお、後述するように、安全弁３１１が開弁する要因としては、過充電および過放電以外の種々の要因もある。

システムメインリレー３２は、バッテリ３１と直列に接続されるリレーである。図２に示される例では、システムメインリレー３２がバッテリ３１の負極側と接続されている。ただし、システムメインリレー３２はバッテリ３１の正極側と接続されていてもよい。また、２つのシステムメインリレー３２が設けられ、各システムメインリレー３２がバッテリ３１の負極側および正極側とそれぞれ接続されていてもよい。

システムメインリレー３２は、バッテリ３１の入出力電流（つまり、バッテリ３１に入力される電流、および、バッテリ３１から出力される電流）を遮断するために設けられる。システムメインリレー３２の開閉状態が切り替えられることによって、設置部分の通電状態が切り替えられる。システムメインリレー３２が閉状態（例えば、図２に示される状態）となっている場合、システムメインリレー３２の設置部分が通電可能となり、バッテリ３１の入出力電流が通電可能となる。一方、システムメインリレー３２が開状態（例えば、後述する図６に示される状態）となっている場合、システムメインリレー３２の設置部分が通電不可能となり、バッテリ３１の入出力電流が遮断される。車両２の走行中（例えば、イグニッションスイッチがＯＮとなっている時）において、基本的には、システムメインリレー３２が閉状態となっており、バッテリ３１の入出力電流が通電可能となっている。

なお、図２では、システムメインリレー３２が開閉状態を切り替えるために機械的に開閉動作する可動部を有する例が示されているが、システムメインリレー３２は、機械的な可動部を有しないリレー（例えば、半導体リレー）であってもよい。

ファン３４は、ケース３３に設けられ、ケース３３内を換気する換気部である。ファン３４は、例えば、ケース３３の内部と外部とを連通する部分に設けられており、ケース３３の外部から内部に向けて、または、ケース３３の内部から外部に向けて送風する。それにより、ケース３３内が換気される。

吸排気口３５は、ケース３３のうちファン３４の設置位置と異なる位置に設けられており、ケース３３の内部と外部とを連通する。ファン３４がケース３３の外部から内部に向けて送風する場合、吸排気口３５は排気口として機能し、ケース３３の内部の気体が吸排気口３５を介してケース３３の外部へ排出される。一方、ファン３４がケース３３の内部から外部に向けて送風する場合、吸排気口３５は吸気口として機能し、ケース３３の外部の空気が吸排気口３５を介してケース３３の内部へ吸引される。吸排気口３５がケース３３に設けられることによって、ファン３４によるケース３３内の換気が円滑化される。

電圧センサ３６は、各バッテリセル３１０の電圧を検出し、制御装置６０に出力する。

図１に示される制御装置６０は、演算処理装置であるＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＣＰＵが使用するプログラムや演算パラメータ等を記憶する記憶素子であるＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、および、ＣＰＵの実行において適宜変化するパラメータ等を一時記憶する記憶素子であるＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等を含む。

図３は、制御装置６０の機能構成の一例を示すブロック図である。図３に示されるように、制御装置６０は、例えば、取得部６１と、制御部６２とを有する。

取得部６１は、制御部６２が行う処理において用いられる各種情報を取得する。また、取得部６１は、取得した情報を制御部６２へ出力する。例えば、取得部６１は、バッテリパック３０の電圧センサ３６から情報を取得する。

制御部６２は、電力制御システム１内の各装置の動作を制御する。例えば、制御部６２は、リレー制御部６２１と、ファン制御部６２２と、モータ制御部６２３と、コンバータ制御部６２４とを含む。

リレー制御部６２１は、バッテリパック３０のシステムメインリレー３２の動作を制御する。例えば、リレー制御部６２１は、システムメインリレー３２における可動部の動作を制御することによって、システムメインリレー３２の開閉状態を切り替える。

ファン制御部６２２は、バッテリパック３０のファン３４の動作を制御する。例えば、ファン制御部６２２は、ファン３４に設けられる電動モータの動作を制御することによって、ファン３４を駆動させ、または、停止させる。

モータ制御部６２３は、走行用モータ１０の動作を制御する。例えば、モータ制御部６２３は、インバータ２０のスイッチング素子の動作を制御することによって、走行用モータ１０とバッテリ３１との間の電力の供給を制御する。それにより、モータ制御部６２３は、走行用モータ１０による動力の生成および発電を制御することができる。

コンバータ制御部６２４は、ＤＣＤＣコンバータ５０の動作を制御する。例えば、コンバータ制御部６２４は、ＤＣＤＣコンバータ５０のスイッチング素子の動作を制御することによって、補機４０とバッテリ３１との間の電力の供給を制御する。

制御装置６０は、上述したように、電力制御システム１内の各装置と通信を行う。制御装置６０と各装置との通信は、例えば、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）通信を用いて実現される。

なお、本実施形態に係る制御装置６０が有する機能は複数の制御装置により分割されてもよく、複数の機能が１つの制御装置によって実現されてもよい。制御装置６０が有する機能が複数の制御装置により分割される場合、当該複数の制御装置は、ＣＡＮ等の通信バスを介して、互いに接続されてもよい。

例えば、リレー制御部６２１およびファン制御部６２２と、モータ制御部６２３およびコンバータ制御部６２４とが別々の制御装置によって実現されてもよい。この場合、リレー制御部６２１およびファン制御部６２２を有する制御装置がバッテリパック３０内に配置され、モータ制御部６２３およびコンバータ制御部６２４を有する制御装置がバッテリパック３０外に配置されてもよい。

上記のように、制御装置６０の制御部６２は、バッテリパック３０におけるシステムメインリレー３２およびファン３４の動作を制御する。本実施形態では、バッテリ３１の異常発生時（つまり、複数のバッテリセル３１０の少なくとも１つから可燃性ガスが排出される時）において、システムメインリレー３２およびファン３４の動作の制御を工夫することによって、安全にバッテリ３１の入出力電流を遮断することが可能となる。このような、バッテリ３１の異常発生時に制御部６２により行われる処理の詳細については、後述する。

<電力制御システムの動作>
図４～図７を参照して、本発明の実施形態に係る電力制御システム１の動作について説明する。

図４は、制御装置６０が行う処理の流れの一例を示すフローチャートである。なお、図４に示される制御フローは、車両２の走行中において、バッテリ３１の異常が発生していない時に開始される。また、図４に示される制御フローの開始時点において、システムメインリレー３２は閉状態となっている。

図４に示される制御フローが開始されると、まず、ステップＳ１０１において、制御部６２は、バッテリ３１の異常が発生したか否かを判定する。バッテリ３１の異常が発生したと判定された場合（ステップＳ１０１／ＹＥＳ）、ステップＳ１０２に進む。一方、バッテリ３１の異常が発生していないと判定された場合（ステップＳ１０１／ＮＯ）、ステップＳ１０１の判定処理が繰り返される。

上述したように、バッテリ３１の異常発生時は、複数のバッテリセル３１０の少なくとも１つから可燃性ガスが排出される時を意味する。ゆえに、制御部６２は、複数のバッテリセル３１０の少なくとも１つから可燃性ガスが排出されていると判断した場合に、バッテリ３１の異常が発生したと判定する。

図５は、バッテリパック３０においてバッテリセル３１０から可燃性ガスが排出されている状態を示す図である。なお、図５では、複数のバッテリセル３１０のうちの１つのバッテリセル３１０（具体的には、図５中の左から２つ目のバッテリセル３１０）の安全弁３１１が開弁し、当該バッテリセル３１０から可燃性ガスが排出されている例が示されている。なお、後述する図６および図７においても、図５と同様に、各図中の左から２つ目のバッテリセル３１０の安全弁３１１が開弁している例が示されている。ただし、図５～図７の例とは異なり、２つ以上のバッテリセル３１０の安全弁３１１が開弁し、これらのバッテリセル３１０から可燃性ガスが排出される場合もある。

図５に示されるように、バッテリセル３１０の内部で可燃性ガスが大量に発生し、バッテリセル３１０の内圧が過度に上昇した際に、安全弁３１１が開弁する。そして、バッテリセル３１０からケース３３内に可燃性ガスが排出される。図５では、バッテリセル３１０から排出される可燃性ガスの流れが矢印Ａ１によって示されている。このような状態が、バッテリ３１の異常が発生している状態である。

なお、上述したように、バッテリセル３１０の内圧が過度に上昇して安全弁３１１が開弁する要因としては、例えば、バッテリセル３１０において過充電または過放電が生じることが挙げられる。また、安全弁３１１が開弁する要因のうち、過充電および過放電以外の要因としては、例えば、バッテリセル３１０の劣化、内部短絡または機械的破損（例えば、外力による破損）等が挙げられる。

図４中のステップＳ１０１の判定処理では、制御部６２は、例えば、各バッテリセル３１０の電圧に基づいて、バッテリ３１の異常が発生したか否かを判定する。例えば、制御部６２は、少なくとも１つのバッテリセル３１０の電圧が基準電圧より低くなった場合に、バッテリ３１の異常が発生したと判定する。

ここで、バッテリセル３１０から可燃性ガスが排出されると、当該バッテリセル３１０の電気容量の低下、および、内部抵抗の増加が生じることによって、当該バッテリセル３１０の電圧が低下する。基準電圧は、例えば、バッテリセル３１０からの可燃性ガスの排出が生じていると判断し得る程度に低い電圧に設定される。この場合、制御部６２は、電圧が基準電圧より低くなっているバッテリセル３１０の安全弁３１１が開弁しており、当該バッテリセル３１０から可燃性ガスが排出されていると判断することができる。

なお、ステップＳ１０１の判定処理は、上記の例に特に限定されない。例えば、制御部６２は、電圧が基準電圧より低くなっているバッテリセル３１０の数が１つである場合には、バッテリ３１の異常が発生したと判定せず、電圧が基準電圧より低くなっているバッテリセル３１０の数が１より大きな所定の数以上である場合に、バッテリ３１の異常が発生したと判定してもよい。

ステップＳ１０１においてＹＥＳと判定された場合、ステップＳ１０２において、制御部６２は、バッテリ３１からの可燃性ガスの排出量を推定する。

ステップＳ１０２の処理では、制御部６２は、例えば、各バッテリセル３１０の電圧に基づいて、バッテリ３１からの可燃性ガスの排出量を推定する。

例えば、制御部６２は、安全弁３１１が開弁しており可燃性ガスが排出されていると判断されるバッテリセル３１０（例えば、電圧が基準電圧より低くなっているバッテリセル３１０）の電圧に基づいて、バッテリ３１からの可燃性ガスの排出量を推定してもよい。この場合、制御部６２は、例えば、安全弁３１１が開弁しており可燃性ガスが排出されていると判断されるバッテリセル３１０の電圧が低いほど、バッテリ３１からの可燃性ガスの排出量の推定値を大きくする。

また、例えば、制御部６２は、安全弁３１１が開弁しており可燃性ガスが排出されていると判断されるバッテリセル３１０（例えば、電圧が基準電圧より低くなっているバッテリセル３１０）の数に基づいて、バッテリ３１からの可燃性ガスの排出量を推定してもよい。この場合、制御部６２は、例えば、安全弁３１１が開弁しており可燃性ガスが排出されていると判断されるバッテリセル３１０の数が多いほど、バッテリ３１からの可燃性ガスの排出量の推定値を大きくする。

次に、ステップＳ１０３において、制御部６２は、ケース３３内の可燃性ガスの濃度を算出する。なお、ケース３３内の可燃性ガスの濃度は、具体的には、ケース３３の内部空間のうち、バッテリ３１の外部の空間における可燃性ガスの濃度を意味する。

ステップＳ１０３の処理では、制御部６２は、例えば、バッテリ３１からの可燃性ガスの排出量の推定値、および、ケース３３の容積に基づいて、ケース３３内の可燃性ガスの濃度を算出する。例えば、制御部６２は、ステップＳ１０２で推定されたバッテリ３１からの可燃性ガスの排出量をケース３３の容積で除算して得られる値を、ケース３３内の可燃性ガスの濃度として算出する。

次に、ステップＳ１０４において、制御部６２は、ケース３３内の可燃性ガスの濃度が基準範囲内であるか否かを判定する。ケース３３内の可燃性ガスの濃度が基準範囲外であると判定された場合（ステップＳ１０４／ＮＯ）、ステップＳ１０５に進む。一方、ケース３３内の可燃性ガスの濃度が基準範囲内であると判定された場合（ステップＳ１０４／ＹＥＳ）、ステップＳ１０６に進む。

ところで、バッテリ３１の異常発生時には、可燃性ガスのさらなる排出、および、漏電の発生等を抑制するために、バッテリ３１の入出力電流を遮断する必要がある。電力制御システム１では、システムメインリレー３２を開状態にすることによって、バッテリ３１の入出力電流を遮断することができる。ここで、システムメインリレー３２を閉状態から開状態に切り替えることに伴って、システムメインリレー３２の接点間にアークが発生する。このアークにより、ケース３３内に漏出した可燃性ガスが引火してしまうおそれがある。そこで、本実施形態では、ケース３３内の可燃性ガスの濃度が、引火の可能性がある基準範囲内であるか否かに基づいて、システムメインリレー３２の開放動作のタイミングを制御する。

基準範囲は、例えば、ケース３３内でアークが発生した場合に、当該アークによりケース３３内の可燃性ガスが引火する可能性があるような可燃性ガスの濃度範囲である。つまり、ケース３３内の可燃性ガスの濃度が基準範囲内である場合、制御部６２は、ケース３３内で発生するアークがケース３３内の可燃性ガスに引火し得る（つまり、爆発が生じ得る）と判断することができる。一方、ケース３３内の可燃性ガスの濃度が基準範囲外である場合、制御部６２は、ケース３３内で発生するアークがケース３３内の可燃性ガスに引火し得ない（つまり、爆発が生じ得ない）と判断することができる。

以下、基準範囲が、上限値および下限値を有する爆発限界範囲である例を説明する。例えば、可燃性ガスが水素である場合、基準範囲の上限値は７５ｖｏｌ％程度であってもよく、基準範囲の下限値は４ｖｏｌ％程度であってもよい。また、例えば、可燃性ガスがメタンである場合、基準範囲の上限値は１４ｖｏｌ％程度であってもよく、基準範囲の下限値は５．３ｖｏｌ％程度であってもよい。ただし、基準範囲は、例えば、下限値のみを有する数値範囲であってもよい。なお、ケース３３内の可燃性ガスの濃度が基準範囲の下限値より低い場合、ケース３３内の可燃性ガスの濃度が爆発を生じさせるために必要な濃度に対して過度に少ないので、制御部６２は、ケース３３内でのアークの発生に起因する爆発は生じ得ないと判断することができる。また、ケース３３内の可燃性ガスの濃度が基準範囲の上限値より高い場合、ケース３３内の酸素の濃度が爆発を生じさせるために必要な濃度に対して過度に少ないので、制御部６２は、ケース３３内でのアークの発生に起因する爆発は生じ得ないと判断することができる。

なお、ステップＳ１０４の判定処理において、ケース３３内の可燃性ガスの濃度が基準範囲の上限値または下限値と一致する場合、制御部６２は、ＹＥＳと判定してもよく、ＮＯと判定してもよい。また、制御部６２は、基準範囲を各種パラメータ（例えば、ケース３３内の圧力、ケース３３内の温度、または、ケース３３内の酸素の濃度等）に応じて変化させてもよい。

ステップＳ１０４においてＮＯと判定された場合、ステップＳ１０５において、制御部６２は、システムメインリレー３２を開状態にし、図４に示される制御フローは終了する。

図６は、バッテリ３１の異常発生時において、ケース３３内の可燃性ガスの濃度が基準範囲外である場合（つまり、ステップＳ１０４においてＮＯと判定された場合）のバッテリパック３０の状態を示す図である。

図６に示されるように、ケース３３内の可燃性ガスの濃度が基準範囲外である場合には、システムメインリレー３２が閉状態から開状態に切り替えられる。それにより、バッテリ３１の入出力電流が遮断されるので、可燃性ガスのさらなる排出、および、漏電の発生等が抑制される。ここで、ケース３３内の可燃性ガスの濃度が基準範囲外である場合には、上述したように、システムメインリレー３２を閉状態から開状態に切り替えることに伴い、接点間にアークが発生したとしても、当該アークの発生に起因する爆発は生じ得ない。

一方、図４中のステップＳ１０４においてＹＥＳと判定された場合、ステップＳ１０６において、制御部６２は、システムメインリレー３２を閉状態に維持した状態で、ファン３４を駆動させる。

図７は、バッテリ３１の異常発生時において、ケース３３内の可燃性ガスの濃度が基準範囲内である場合（つまり、ステップＳ１０４においてＹＥＳと判定された場合）のバッテリパック３０の状態を示す図である。

図７に示されるように、ケース３３内の可燃性ガスの濃度が基準範囲内である場合には、システムメインリレー３２は、開放されることなく、閉状態のままに維持される。ここで、ケース３３内の可燃性ガスの濃度が基準範囲内である場合には、上述したように、システムメインリレー３２を閉状態から開状態に切り替えることに伴って発生するアークがケース３３内の可燃性ガスに引火し得る（つまり、爆発が生じ得る）。ゆえに、システムメインリレー３２を閉状態に維持することによって、ケース３３内の可燃性ガスへの引火を抑制することができる。

また、図７に示されるように、ケース３３内の可燃性ガスの濃度が基準範囲内である場合には、ファン３４が駆動される。図７では、ファン３４がケース３３の外部から内部に向けて送風する例が示されている。図７に示される例では、ファン３４が駆動されることによって、矢印Ａ２により示されるように、ケース３３の外部の空気がファン３４を介してケース３３の内部へ吸引される。そして、矢印Ａ３により示されるように、ケース３３の内部の気体が吸排気口３５を介してケース３３の外部へ排出される。それにより、ケース３３内が換気される。ゆえに、ケース３３内の可燃性ガスの濃度が低下する。

後述するように、図４中のステップＳ１０４においてＹＥＳと判定された場合、ステップＳ１０６、ステップＳ１０７およびステップＳ１０３の処理が行われた後、再度ステップＳ１０４の判定処理が行われる。そして、ケース３３内の可燃性ガスの濃度が低下して基準範囲の下限値を下回った場合、ステップＳ１０４においてＮＯと判定され、ステップＳ１０５において、システムメインリレー３２が開状態となる。ゆえに、システムメインリレー３２を閉状態から開状態に切り替えることに伴うアークの発生に起因する爆発が生じ得ない状況下において、システムメインリレー３２を開状態にすることができる。よって、ケース３３内の可燃性ガスへの引火を抑制して安全性を確保した上で、バッテリ３１の入出力電流を遮断することができる。上記のように、本実施形態によれば、バッテリ３１の異常発生時に安全にバッテリ３１の入出力電流を遮断することができる。

なお、ステップＳ１０４においてＹＥＳと判定された後、ファン３４が駆動されている状態で再度行われるステップＳ１０４においてＮＯと判定された場合、不要な電力消費を抑制する観点では、ファン３４の駆動は停止されることが好ましい。

ステップＳ１０４においてＹＥＳと判定され、ステップＳ１０６が行われた次に、ステップＳ１０７において、制御部６２は、バッテリ３１から補機４０への電力の供給を維持した状態で、走行用モータ１０の駆動を停止させる。

上述したように、ケース３３内の可燃性ガスの濃度が基準範囲内である場合には、システムメインリレー３２は閉状態に維持される。ゆえに、バッテリ３１の入出力電流が通電可能である状態が維持されるので、制御部６２は、バッテリ３１から補機４０への電力の供給を維持することができる。制御部６２は、例えば、補機４０の要求電力が補機４０へ供給されるように、ＤＣＤＣコンバータ５０の動作を補機４０の要求電力に応じて制御する。それにより、バッテリ３１の異常発生時に、車両２を路肩等に停車させるまでの間、補機４０の動作を継続させることができる。特に、車両２を走行させる上で必要性が高い補機４０（ヘッドランプ、テールランプまたはワイパー等）の動作を継続させることによって、より安全に車両２を停車させることができる。

一方、ケース３３内の可燃性ガスの濃度が基準範囲内である場合には、上記のようにシステムメインリレー３２が閉状態のままで、バッテリ３１の入出力電流が通電可能である状態が維持されているものの、制御部６２は、バッテリ３１から走行用モータ１０へ電力を供給させない。例えば、ドライバがアクセルペダルを踏んだ場合であっても（つまり、走行用モータ１０を駆動させるドライバの要求があった場合であっても）、制御部６２は、走行用モータ１０へ電力を供給させず、走行用モータ１０を駆動させない。それにより、バッテリ３１の異常発生時に、車両２を路肩等に停車させるまでの間、バッテリ３１から走行用モータ１０へ不要に電力が供給されることに起因してバッテリセル３１０から可燃性ガスが排出されることを抑制することができる。

ここで、制御部６２は、補機４０の駆動を適切に継続させる観点では、補機４０への電力の供給によるバッテリ３１の電力の低下分に相当する電力を走行用モータ１０に回生発電させることが好ましい。バッテリ３１から補機４０へ電力が供給されることによって、バッテリ３１に蓄電される電力は低下する。ゆえに、補機４０への電力の供給によるバッテリ３１の電力の低下分に相当する電力を走行用モータ１０に回生発電させることによって、バッテリ３１に蓄電される電力が枯渇して補機４０の動作が停止してしまうことを抑制することができる。よって、バッテリ３１の異常発生時に、車両２を路肩等に停車させるまでの間、補機４０の動作を適切に継続させることができる。

次に、ステップＳ１０３の処理に戻り、制御部６２は、ケース３３内の可燃性ガスの濃度を算出し、その後、ステップＳ１０４の判定処理が再度行われる。

ステップＳ１０４においてＹＥＳと判定された後に行われるステップＳ１０３では、制御部６２は、例えば、ファン３４の駆動を開始した時点からの経過時間に基づいて、ケース３３内の可燃性ガスの濃度を算出する。例えば、制御部６２は、ファン３４により送風される気体の流量、および、上記の経過時間に基づいて、ケース３３内の可燃性ガスの濃度の低下量を算出する。そして、制御部６２は、上記の低下量に基づいて、ケース３３内の可燃性ガスの現在の濃度を算出する。

以上、図４に示される制御フローを参照して、バッテリ３１の異常発生時に制御部６２により行われる処理の一例を説明したが、制御部６２により行われる処理は上記の例に特に限定されない。

上記で図４に示される制御フローを参照して説明した処理以外の処理として、例えば、バッテリパック３０内の可燃性ガスの濃度を検出可能な濃度センサがバッテリパック３０に設けられる場合、制御部６２は、当該濃度センサの検出結果を利用した処理を行ってもよい。

例えば、制御部６２は、ステップＳ１０１の判定処理において、濃度センサの検出結果を利用してもよい。ステップＳ１０１において、制御部６２は、例えば、濃度センサにより検出される可燃性ガスの濃度が所定値より高い場合に、複数のバッテリセル３１０の少なくとも１つから可燃性ガスが排出されていると判断し、バッテリ３１の異常が発生したと判定してもよい。ただし、上記で図４に示される制御フローを参照して説明した処理のように、各バッテリセル３１０の電圧に基づいて、バッテリ３１の異常が発生したか否かを判定することによって、濃度センサの設置を不要とすることができる。

また、例えば、制御部６２は、ステップＳ１０３の処理において、濃度センサの検出結果を利用してもよい。ステップＳ１０３において、制御部６２は、例えば、濃度センサによる検出結果に基づいてケース３３内の可燃性ガスの濃度を決定してもよい。なお、この場合、ステップＳ１０２の処理は省略される。ただし、上記で図４に示される制御フローを参照して説明した処理のように、各バッテリセル３１０の電圧に基づいて、ケース３３内の可燃性ガスの濃度を算出することによって、濃度センサの設置を不要とすることができる。

<電力制御システムの効果>
続いて、本発明の実施形態に係る電力制御システム１の効果について説明する。

本実施形態に係る電力制御システム１では、制御部６２は、バッテリ３１の異常発生時において、ケース３３内の可燃性ガスの濃度が基準範囲内である場合には、システムメインリレー３２を閉状態に維持した状態でファン３４を駆動させる。それにより、システムメインリレー３２を閉状態から開状態に切り替えることに伴って発生するアークがケース３３内の可燃性ガスに引火し得る（つまり、爆発が生じ得る）場合に、ケース３３内の可燃性ガスへの引火を抑制しつつ、ファン３４による換気によってケース３３内の可燃性ガスの濃度を低下させることができる。また、制御部６２は、バッテリ３１の異常発生時において、ケース３３内の可燃性ガスの濃度が基準範囲外である場合には、システムメインリレー３２を開状態にする。それにより、システムメインリレー３２を閉状態から開状態に切り替えることに伴うアークの発生に起因する爆発が生じ得ない状況下において、システムメインリレー３２を開状態にすることができる。

上記のように、本実施形態によれば、ケース３３内の可燃性ガスへの引火を抑制して安全性を確保した上で、バッテリ３１の入出力電流を遮断することができる。ゆえに、バッテリ３１の異常発生時に安全にバッテリ３１の入出力電流を遮断することができる。特に、上記で説明した例のように、バッテリパック３０が走行用モータ１０から出力される動力を用いて走行可能な車両２に搭載され、走行用モータ１０がバッテリ３１から供給される電力を用いて駆動される場合、車両２の走行中にバッテリ３１の異常が発生した時に、安全性を確保した上で、車両２を路肩等に停車させることができる。

また、本実施形態に係る電力制御システム１では、制御部６２は、バッテリ３１の異常発生時において、ケース３３内の可燃性ガスの濃度が基準範囲内である場合に、走行用モータ１０の駆動を停止させることが好ましい。それにより、バッテリ３１の異常発生時に、車両２を路肩等に停車させるまでの間、バッテリ３１から走行用モータ１０へ不要に電力が供給されることに起因してバッテリセル３１０から可燃性ガスが排出されることを抑制することができる。

また、本実施形態に係る電力制御システム１では、制御部６２は、バッテリ３１の異常発生時において、ケース３３内の可燃性ガスの濃度が基準範囲内である場合に、バッテリ３１から補機４０への電力の供給を維持することが好ましい。それにより、バッテリ３１の異常発生時に、車両２を路肩等に停車させるまでの間、補機４０の動作を継続させることができる。特に、車両２を走行させる上で必要性が高い補機４０（ヘッドランプ、テールランプまたはワイパー等）の動作を継続させることによって、より安全に車両２を停車させることができる。

また、本実施形態に係る電力制御システム１では、制御部６２は、バッテリ３１の異常発生時において、ケース３３内の可燃性ガスの濃度が基準範囲内である場合に、補機４０への電力の供給によるバッテリ３１の電力の低下分に相当する電力を走行用モータ１０に回生発電させることが好ましい。それにより、バッテリ３１の異常発生時に、車両２を路肩等に停車させるまでの間、補機４０の動作を適切に継続させることができる。

以上、添付図面を参照しつつ本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されないことは勿論であり、特許請求の範囲に記載された範疇における各種の変更例または修正例についても、本発明の技術的範囲に属することは言うまでもない。

例えば、上記では、図２を参照して、バッテリパック３０の構成について説明したが、本発明に係るバッテリパックの構成は、上記の例に限定されない。本発明に係るバッテリパックは、例えば、図２に示されるバッテリパック３０に対して一部の構成要素の削除、追加または変更を加えたものであってもよい。例えば、本発明に係るバッテリパックは、図２に示されるバッテリパック３０から吸排気口３５を省略したバッテリパックであってもよい。また、例えば、本発明に係るバッテリパックは、図２に示されるバッテリパック３０のファン３４を他の換気部に置き換えたバッテリパックであってもよい。他の換気部としては、例えば、ケース３３に設けられる貫通孔と、当該貫通孔を開閉可能な扉部とを有する換気部が挙げられる。このような換気部によれば、扉部を動作させて貫通孔を開閉することによって、ケース３３が気密である状態とケース３３の内部と外部との間で気体が流通可能な状態とを切り替えることができる。

また、例えば、上記では、車両２の走行用モータ１０に供給される電力を蓄電するバッテリ３１について説明したが、本発明に係るバッテリは、上記の例に特に限定されない。例えば、本発明に係るバッテリは、バッテリ３１よりも低電圧の補機用バッテリであってもよい。また、例えば、本発明に係る電力制御システムが車両以外の装置（例えば、船舶等の車両以外の移動体または定置設備）に搭載される場合、本発明に係るバッテリの電力の供給先としては、当該装置における各種機器が採用され得る。

本発明は、電力制御システムに利用できる。

１ 電力制御システム
２ 車両
１０ 走行用モータ
２０ インバータ
３０ バッテリパック
３１ バッテリ
３２ システムメインリレー（リレー）
３３ ケース
３４ ファン（換気部）
３５ 吸排気口
３６ 電圧センサ
４０ 補機
５０ ＤＣＤＣコンバータ
６０ 制御装置
６１ 取得部
６２ 制御部
３１０ バッテリセル
３１１ 安全弁
３３１ 正極側端子
３３２ 負極側端子
６２１ リレー制御部
６２２ ファン制御部
６２３ モータ制御部
６２４ コンバータ制御部

Claims (5)

1. 複数のバッテリセルを含むバッテリと、前記バッテリと直列に接続されるリレーと、前記バッテリおよび前記リレーを収容するケースと、前記ケースに設けられる換気部とを有するバッテリパックと、
   前記複数のバッテリセルの少なくとも１つから可燃性ガスが排出される前記バッテリの異常発生時において、前記ケース内の可燃性ガスの濃度が基準範囲内である場合には前記リレーを閉状態に維持した状態で前記換気部を駆動させ、前記ケース内の可燃性ガスの濃度が前記基準範囲外である場合には前記リレーを開状態にする制御部を有する制御装置と、
   を備える、
   電力制御システム。
2. 前記バッテリパックは、走行用モータから出力される動力を用いて走行可能な車両に搭載され、
   前記走行用モータは、前記バッテリから供給される電力を用いて駆動される、
   請求項１に記載の電力制御システム。
3. 前記制御部は、前記バッテリの異常発生時において、前記ケース内の可燃性ガスの濃度が前記基準範囲内である場合に、前記走行用モータの駆動を停止させる、
   請求項２に記載の電力制御システム。
4. 前記車両には、前記バッテリから供給される電力を用いて動作する補機が設けられており、
   前記制御部は、前記バッテリの異常発生時において、前記ケース内の可燃性ガスの濃度が前記基準範囲内である場合に、前記バッテリから前記補機への電力の供給を維持する、
   請求項２または３に記載の電力制御システム。
5. 前記制御部は、前記バッテリの異常発生時において、前記ケース内の可燃性ガスの濃度が前記基準範囲内である場合に、前記補機への電力の供給による前記バッテリの電力の低下分に相当する電力を前記走行用モータに回生発電させる、
   請求項４に記載の電力制御システム。

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