JP5935744B2 - 検出装置及び検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、車載電池パックの交換時期を検出する技術に関する。

自動車への電力を供給するために、複数の電池セルを接続してなる電池パックが使用されている。また、特に電動自動車の場合、複数の電池パックをスタックして使用されることがある。電池セルと電池セルを接続する端子として、クランク状の端子（以下「Ｚ端子」ともいう）が知られている。

特許文献１には、複数の電池パックをスタックして使用する際の、該複数の電池パックの端子面圧不良を防止するための防止装置が開示されている。

また、従来において、車載電池パックの端子（例えばＺ端子）の寿命の推定に際して、実車に対する応力測定や電池パックのベンチ試験などからセル端子へ入力するストレスを決定して、耐久試験で判定する手法が用いられている。

特開平９−１９９１０７号公報

しかしながら、車載電池パックのセル端子へ実際に入力されるストレスは、該車載電池パックが実際に搭載された自動車の運転者の運転態様によって異なる。例えば、急加速も急減速もほとんどしない運転者の場合、車載電池パックのセル端子の寿命は、耐久試験による結果により長くなる一方、急加速と急減速を頻繁に行う運転者の場合、車載電池パックのセル端子の寿命は、耐久試験による結果により短くなる可能性が大きい。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、車載電池パックのセル端子の実際の寿命または車載電池パックの交換時期を簡便な手法で検出可能な技術を提供する。
技術を提供する。

本発明の１つの態様は、車載電池パックの交換時期を検出する検出方法である。該検出方法は、前記車載電池パックの総マイナス側に設けられたクランク状の端子上に設けられた加速度センサーにより加速度を測定し、前記クランク状の端子の２つの湾曲部のうちの下方の湾曲部に設けられた歪検出センサーにより、前記加速度センサーにより絶対値が前記所定値より大きい加速度が測定されたときに、歪量を測定する。そして、前記加速度センサーにより絶対値が前記所定値より大きい加速度が測定された回数を計測すると共に、前記歪検出センサーにより検出された歪量を積算して歪量積算値を得、前記回数と前記歪量積算値に基づいて、前記車載電池パックの交換時期を判定する。

なお、上記態様の検出方法を装置やシステムなどに置換えて表現したもの、上記態様の検出方法の一部の処理をコンピュータに実行せしめるプログラムなども、本発明の態様としては、有効である。

本発明にかかる技術によれば、車載電池パックのセル端子の実際の寿命または車載電池パックの交換時期を簡便に検出できる。

本発明の実施の形態にかかる検出装置を示す図である。 図１に示す検出装置における判定部による歪量の積算と回数の計測の実行条件を規定する閾値の意義を説明するための図である。 図１に示す検出装置における判定部による判定処理を説明するための図である。 図１に示す検出装置による処理の流れを示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。

図１は、本発明の実施の形態にかかる検出装置、及び該検出装置と車載電池１０の接続態様を示す。車載電池１０は、負極１２と正極１４を有し、その筐体内部には、車載電池パック２０が設けられている。車載電池パック２０は、複数の電池セルを接続してなるものであり、その総マイナス端子２２と総プラス端子２４は、負極１２と正極１４に夫々接続されている。

本実施の形態にかかる検出装置は、車載電池１０の負極１２側に設けられている。該検出装置は、車載電池１０のセル端子の寿命または交換時期を検出するためのものであり、加速度センサー１０２、歪検出センサー１０４、判定部１０６、判定部１０６を備える。

図示のように、車載電池１０の負極１２側には、クランク状の接続板（以下「Ｚ端子」という）３０が設けられている。該Ｚ端子３０は、総マイナス端子２２と負極１２とを接続するためのものであり、２つの湾曲部３２、３４を有する。以下において、上方の湾曲部３２と下方の湾曲部を夫々「上湾曲部」と「下湾曲部」という。

加速度センサー１０２は、Ｚ端子３０上に設けられており、歪検出センサー１０４は、Ｚ端子３０の下湾曲部３４に設けられている。

判定部１０６は、加速度センサー１０２と歪検出センサー１０４に接続されており、それらの測定結果に基づいて、Ｚ端子３０の寿命すなわち車載電池パック２０の交換時期を判定する。

通知部１０８は、判定部１０６の判定結果が、Ｚ端子３０乃至車載電池パック２０が交換時期になったことを示すときに、その旨を通知する通知信号を出力する。この通信信号は、例えば、電池交換を促すライトを点灯させる信号や、電池交換を促す音声メッセージを出力させる信号などとすることができる。

自動車の加速／減速時に、Ｚ端子３０に負担がかかるため、自動車の加速／減速の回数、及び、加速／減速のときのＺ端子３０の歪量の積算値は、Ｚ端子３０の寿命の指標値になり得ると考えられる。しかし、いかなる加速度での加速／減速時におけるＺ端子３０への負担もＺ端子３０の寿命に同様の影響を与える訳ではなく、Ｚ端子３０の寿命を正確に知るためには、加速／減速の回数の計測及びＺ端子３０の歪量の積算の実行条件を規定する必要がある。

本願発明者は、鋭意研究模索した結果、上記回数の計測及びＺ端子３０の歪量の積算の実行条件が車種によって異なるものの、同じ車種であれば、同一の実行条件を適用することを知見した。これについて、図２を参照して説明する。

図２は、異なる複数の実行条件毎に実験を行って得た、Ｚ端子３０が破断した際の歪量積算値の実測値の例を示す。なお、図示歪量積算値は、Ｚ端子３０の破断する際の歪量積算値の上限値に対するパーセンテージである。

図示のように、該例の車種の場合、「加速度の絶対値＞２Ｇ」を実行条件とした場合に、Ｚ端子３０が破断したときの歪量積算値は、１７３であり、上限値（１００）を遥かに超えている。また、「加速度の絶対値＞４Ｇ」を実行条件とした場合に、Ｚ端子３０が破断したときの歪量積算値は、７８であり、上限値（１００）より大きく下回っている。

すなわち、該車種の場合、実行条件を「加速度の絶対値＞２Ｇ」と「加速度の絶対値＞４Ｇ」のいずれを実行条件としても、Ｚ端子３０が破断したときの歪量積算値は、理想値（１００）から乖離している。

対して、「加速度の絶対値＞３Ｇ」を実行条件とした場合に、Ｚ端子３０が破断したときの歪量積算値は、９８であり、上限値（１００）とほぼ同様である。

すなわち、該車種について、Ｚ端子３０が寿命になったか否かを正確に知るためには、「加速度の絶対値＞３Ｇ」を実行条件とすべきである。

このような、加速／減速の回数の計測及びＺ端子３０の歪量の積算の実行条件は、メーカー側により、車種毎に測定し、出荷時に設定すればよい。

本実施の形態において、加速度センサー１０２は、自動車の加速度を測定し、歪検出センサー１０４は、加速度センサー１０２により絶対値が所定値（例えば３Ｇ）よりも大きい加速度が測定されたときにのみ、Ｚ端子３０の下湾曲部３４の歪量を測定して判定部１０６に出力する。

判定部１０６は、加速度センサー１０２により絶対値が上記所定値より大きい加速度が測定された回数を計測すると共に、歪検出センサー１０４により測定された歪量を積算して歪量積算値を得る。なお、繰り返すが、歪検出センサー１０４により測定された歪量は、加速度センサー１０２により絶対値所定値（ここでは３Ｇ）より大きい加速度が測定されたときの歪量である。

また、通常、車載電池は、総マイナス側の接続板（図１におけるＺ端子３０に該当する）が銅で構成され、総プラス側の接続板（図示せず）がアルミで構成される。アルミよりも銅のほうが破損しやすいため、車載電池パック２０の総マイナス端子２２に接続されるＺ端子３０の寿命を測定したほうが、車載電池パック２０の交換時期をより正確に把握することができる。

そのため、本実施の形態において、加速度センサー１０２と歪検出センサー１０４は、負極１２側すなわち車載電池パック２０の総マイナス端子２２側に設けられている。

判定部１０６は、計測した回数と、算出した歪量積算値とに基づいて、Ｚ端子３０の寿命すなわち車載電池パック２０の交換時期を判定する。判定部１０６による判定処理の詳細は、図３を参照して説明する。

図３において、横軸は、絶対値が３Ｇより大きい加速度が測定された回数Ｔである。また、縦軸は、絶対値が３Ｇより大きい加速度が検出される度に測定された歪量の積算値Ｗである。

また、曲線Ｌ１は、Ｚ端子３０の寿命を規定するものであり、実験などにより得られる。以下、曲線Ｌ１を「限界曲線」という。

例えば、限界曲線Ｌ１の点Ａに注目すると分かるように、加速度の絶対値が３Ｇより大きくなった回数ＮがＮ１回である場合に、歪量積算値ＴがＴ１以下であれば、Ｚ端子３０がまだ破断しない一方、歪量積算値ＴがＴ１より大きければ、Ｚ端子３０が破断する。同様に、歪量積算値ＴがＴ１である場合に、加速度の絶対値が３Ｇより大きくなった回数ＮがＮ１以下であれば、Ｚ端子３０がまだ破断しない一方、加速度の絶対値が３Ｇより大きくなった回数ＮがＮ１以上であれば、Ｚ端子３０が破断する。

本実施の形態において、判定部１０６は、限界曲線Ｌ１に対して安全マージンを設けた曲線Ｌ２を用いてＺ端子３０の寿命または車載電池パック２０の交換時期を判定する。以下、曲線Ｌ２を「判定曲線」という。

判定曲線Ｌ２は、限界曲線Ｌ１が規定する限界の例えば７０％を示すものであ。図示のように、判定曲線Ｌ２によれば、加速度の絶対値が３Ｇより大きくなった回数ＮがＮ１である場合に、歪量積算値Ｔ２がＴ２（Ｔ１×７０％）以下であれば、車載電池パック２０がまだ交換時期ではない一方、歪量積算値ＴがＴ２より大きければ、車載電池パック２０が交換時期になる。同様に、歪量積算値ＴがＴ１である場合に、加速度の絶対値が３Ｇより大きくなった回数ＮがＮ２（Ｎ１×７０％）より少なければ、車載電池パック２０がまだ交換時期ではない一方、加速度の絶対値が３Ｇより大きくなった回数ＮがＮ２以上であれば、車載電池パック２０が交換時期になる。

判定部１０６は、このようにして車載電池パック２０の交換時期を判定する。また、車載電池パック２０が交換時期になったと判定した場合に、判定部１０６は、その旨を通知部１０８に通知する。

図４は、本実施の形態における検出装置により処理の流れを示すフローチャートである。なお、図示のフローチャートは、車載電池１０を搭載した自動車の走行中における検出装置の動作を示すものであり、該検出装置は、自動車の走行中に図４に示す処理を行うと共に、停車する度に、今までに得られた回数Ｎ（加速度の絶対値が３Ｇより大きくなった回数）と、歪量積算値Ｔを保存する。なお、Ｚ端子３０を含むＺ端子３０が交換される度に、加速度の絶対値が３Ｇより大きくなった回数Ｎと歪量積算値Ｔが共にゼロにリセットされる。

図４に示すように、自動車の走行中、加速度センサー１０２が常に加速度を測定する（Ｓ１００）。加速度センサー１０２により測定された加速度の絶対値が３Ｇより大きいときに（Ｓ１０２：Ｙｅｓ）、歪検出センサー１０４は、そのときの歪量Ｘを測定する（Ｓ１０４）。そして、判定部１０６は、現在の、加速度の絶対値が３Ｇより大きくなった回数Ｎに「１」を加算して新たな回数Ｎを得ると共に、現在の歪量積算値Ｔに、ステップＳ１０４で測定した歪量Ｘを加算して新たな歪量積算値Ｔとする（Ｓ１０６）。続いて、判定部１０６は、図３に示す判定曲線Ｌ２を参照して、ステップＳ１０６で得られた回数Ｎと歪量積算値Ｔに基づいて、車載電池パック２０が交換時期になったか否かを判定する（Ｓ１０８）。

判定部１０６により交換時期になったと判定されると（Ｓ１０８：Ｙｅｓ）、通知部１０８は、通知信号を出力（Ｓ１１０）。一方、判定部１０６による判定の結果が、交換時期になっていないことを示す場合には（Ｓ１０８：Ｎｏ）、通知部１０８は、通知信号の出力をせず、検出装置によるステップＳ１００からの処理が繰り返される。

なお、ステップＳ１０２において、加速度センサー１０２により測定された加速度の絶対値が３Ｇ以下である場合には、ステップＳ１０４からの処理が行われず、ステップＳ１００からの処理が繰り返される（Ｓ１０２：Ｎｏ、Ｓ１００〜）。

このように、本実施の形態の検出装置によれば、車載電池パックのセル端子の実際の寿命または車載電池パックの交換時期を簡便な手法で検出することができる。この検出は、自動車の走行中に自動的に行われるため、ユーザが意識する必要がなく、便利である。

以上、実施の形態をもとに本発明を説明した。実施の形態は例示であり、本発明の主旨から逸脱しない限り、上述した各実施の形態に対してさまざまな変更、増減を行ってもよい。これらの変更、増減が行われた変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。

１０ 車載電池
１２ 負極
１４ 正極
２０ 車載電池パック
２２ 総マイナス端子
２４ 総プラス端子
３０ クランク状の端子（Ｚ端子）
３２ 上湾曲部
３４ 下湾曲部
１０２ 加速度センサー
１０４ 歪検出センサー
１０６ 判定部
１０８ 通知部
Ｌ１ 限界曲線
Ｌ２ 判定曲線
Ｎ 絶対値が所定値より大きい加速度が測定された回数
Ｔ 歪量積算値
Ｘ 歪量

Claims (4)

1. 車載電池パックの交換時期を検出する検出装置であって、
   前記車載電池パックの総マイナス側に設けられたクランク状の端子上に設けられた加速度センサーと、
   前記クランク状の端子の２つの湾曲部のうちの下方の湾曲部に設けられた歪検出センサーであって、前記加速度センサーにより絶対値が所定値より大きい加速度が測定されたときにのみ歪量を測定する前記歪検出センサーと、
   前記加速度センサーにより絶対値が前記所定値より大きい加速度が測定された回数を計測すると共に、前記歪検出センサーにより検出された歪量を積算して歪量積算値を得、前記回数と前記歪量積算値に基づいて、前記車載電池パックの交換時期を判定する判定部とを備えることを特徴とする検出装置。
2. 前記判定部により前記車載電池パックの交換時期になったと判定されたときに、通知信号を出力する通知部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の検出装置。
3. 車載電池パックの交換時期を検出する検出方法において、
   前記車載電池パックの総マイナス側に設けられたクランク状の端子上に設けられた加速度センサーにより加速度を測定し、
   前記クランク状の端子の２つの湾曲部のうちの下方の湾曲部に設けられた歪検出センサーにより、前記加速度センサーにより絶対値が所定値より大きい加速度が測定されたときに、歪量を測定し、
   前記加速度センサーにより絶対値が前記所定値より大きい加速度が測定された回数を計測すると共に、前記歪検出センサーにより検出された歪量を積算して歪量積算値を得、前記回数と前記歪量積算値に基づいて、前記車載電池パックの交換時期を判定することを特徴とする検出方法。
4. さらに、前記車載電池パックの交換時期になったと判定されたときに、通知信号を出力することを特徴とする請求項３に記載の検出方法。