JP7124596B2

JP7124596B2 - 電池温度センサの異常検出装置

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Publication number: JP7124596B2
Application number: JP2018177642A
Authority: JP
Inventors: 祐希村松
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2018-09-21
Filing date: 2018-09-21
Publication date: 2022-08-24
Anticipated expiration: 2038-09-21
Also published as: JP2020047566A

Description

本発明は、二次電池より離間した電池温度センサを検出するための検出部を有する電池温度センサの異常検出装置に関する。

複数の二次電池を有する電池モジュールと、電池モジュールから供給される電力によって駆動する負荷と、を備えた装置では、例えば、二次電池の過充放電の検出や、適切な充放電を行うため、電池温度センサによって二次電池の温度を測定している。電池温度センサは、二次電池や、電池モジュールを構成するための部材に貼り付けられている。

しかし、電池温度センサが貼り付け対象から剥がれて二次電池より離間してしまう場合がある。電池温度センサが二次電池より離間してしまうと、電池温度センサによる温度測定が正確に行えなくなり、好ましくない。そこで、例えば、特許文献１では、複数の電池温度センサの測定値同士を比較し、その差の絶対値を閾値と比較して、電池温度センサが貼り付け対象(二次電池）に適切に接触しているか否かを確認している。

特開２００６－２５３０６６号公報

ところが、特許文献１においては、電池温度センサが貼り付け対象に適切に接触しているか否かを確認しているだけであり、いずれの電池温度センサが貼り付け対象（二次電池）から離間しているかまでは検出していない。

本発明の目的は、二次電池より離間した電池温度センサを検出できる電池温度センサの異常検出装置を提供することにある。

上記問題点を解決するための電池温度センサの異常検出装置は、電池モジュールの二次電池に接触させた複数の電池温度センサのうち、前記二次電池より離間した電池温度センサを検出するための検出部を有する電池温度センサの異常検出装置であって、前記二次電池に接触させた前記電池温度センサと比べて前記二次電池の発熱の影響の小さい場所で測定される温度を基準温度とした場合、前記検出部は、前記電池温度センサのそれぞれによって測定された温度と前記基準温度とを比較し、前記電池温度センサのそれぞれによって測定された前記温度のうち、前記基準温度との差が閾値以下となる温度を測定した前記電池温度センサを、前記二次電池より離間していると判定することを要旨とする。

これによれば、電池温度センサが二次電池に接触していれば、二次電池の充放電に伴う発熱により、電池温度センサによって測定される温度は上昇する。その一方で、電池温度センサが二次電池より離間していると、二次電池の充放電に伴う発熱の影響が小さく、その電池温度センサによって測定される温度は基準温度に近付くことになる。そして、検出部は、基準温度との温度差が閾値以下となる温度を測定した電池温度センサについて二次電池より離間していると判定する。よって、検出部により、複数の電池温度センサの中から、二次電池より離間した電池温度センサを検出できる。

また、電池温度センサの異常検出装置について、前記検出部は、各電池温度センサのそれぞれによって測定された温度のうち、ファンによって前記電池モジュールの冷却が行われているときに前記基準温度に収束する温度を測定した前記電池温度センサを、前記二次電池より離間していると判定してもよい。

これによれば、二次電池に接触した電池温度センサによって測定される温度は、ファンによる二次電池の冷却によって若干低下するが、二次電池の発熱もあるため、基準温度までは低下しない。その一方で、二次電池より離間した電池温度センサによって測定される温度は、二次電池の発熱の影響が小さく、しかもファンによる冷却によって基準温度にまで低下していき、基準温度に収束する。その結果として、基準温度との差に関する閾値を小さく設定しても、二次電池より離間した電池温度センサを精度良く検出できる。

また、電池温度センサの異常検出装置について、いずれかの前記電池温度センサで測定された温度と前記基準温度との差が一定の温度差以上になった場合に前記基準温度と比較する閾値を第１の閾値とし、前記温度と前記基準温度との差が、前記一定の温度差未満の場合の閾値を第２の閾値とし、前記第１の閾値は前記第２の閾値よりも大きく設定されており、前記検出部は、各電池温度センサのそれぞれによって測定された温度に応じて閾値を変更してもよい。

これによれば、二次電池の大きな発熱等により、いずれかの電池温度センサによって測定される温度と基準温度との差が一定の温度差以上になる場合がある。すると、二次電池より離間した電池温度センサであっても、二次電池の発熱を受けて温度上昇する可能性がある。この場合、閾値が、第１の閾値よりも温度の低い第２の閾値に設定されていると、二次電池より離間した電池温度センサであっても、測定された温度と基準温度との差が閾値以下にならない可能性がある。そこで、検出部により、閾値を第２の閾値から第１の閾値に変更することにより、上記のような二次電池の大きな発熱等があった場合でも、二次電池より離間した電池温度センサを検出できる。

また、電池温度センサの異常検出装置について、前記基準温度は、前記電池モジュール周囲の雰囲気温度を測定する雰囲気温度センサが測定した前記雰囲気温度である。
これによれば、雰囲気温度センサは、電池モジュール周囲の雰囲気温度を測定するための既存の構成である場合が多いため、既存の部品を使いながら二次電池より離間した電池温度センサを検出できる。

本発明によれば、二次電池より離間した電池温度センサを検出できる。

実施形態の車両を示す構成図。電池パックを模式的に示す図。電池ＥＣＵが行う処理を示すフローチャート。実施形態の作用を説明するための図。（ａ）は第１の閾値及び第２の閾値と二次電池の温度との関係を示すグラフ、（ｂ）は第２の閾値と二次電池の温度との関係を示すグラフ。別例を説明するための図。

以下、電池温度センサの異常検出装置を具体化した一実施形態を図１～図４にしたがって説明する。
図１に示すように、車両１０は、電池パック１１と、電力変換部３１と、モータＭと、を備える。車両１０は、モータＭの駆動によって走行動作を行う。なお、モータＭは、交流電力によって駆動するモータである。

図１又は図２に示すように、電池パック１１は、複数の二次電池１２を有する電池モジュール１３と、二次電池１２の温度を測定する第１の電池温度センサ１４と、第２の電池温度センサ１５と、第３の電池温度センサ１６と、を備える。また、電池パック１１は、当該電池パック１１内における電池モジュール１３周囲の雰囲気温度を測定する雰囲気温度センサ１７と、電池ＥＣＵ１８と、二次電池１２の冷却を行うファン１９と、ケース２０と、を備える。

電池パック１１は、電池モジュール１３、第１の電池温度センサ１４、第２の電池温度センサ１５、第３の電池温度センサ１６、雰囲気温度センサ１７、電池ＥＣＵ１８、及び、ファン１９をユニット化したものである。電池モジュール１３、第１の電池温度センサ１４、第２の電池温度センサ１５、第３の電池温度センサ１６、雰囲気温度センサ１７、及び、電池ＥＣＵ１８はケース２０に収容され、ファン１９はケース２０の外面に設置されている。ケース２０は、電池パック１１の外郭を構成するものである。なお、電池パック１１の数は、単数でもよいし、複数でもよい。また、ファン１９は、ケース２０の内側に配置されていてもよい。

電池モジュール１３は、リチウムイオン電池やニッケル水素電池などの二次電池１２を直列接続したものである。本実施形態では、二次電池１２のケース１２ａは、扁平な四角箱状である。電池モジュール１３は、二次電池１２の厚さ方向が、電池モジュール１３における二次電池１２の並設方向と一致する状態に並べて一体化されている。本実施形態では、二次電池１２を１３個用いている。

なお、電池モジュール１３としては、複数の二次電池１２を並列接続したものや、複数の二次電池１２を接続してモジュール化したものを直列接続、あるいは、並列接続したものでもよい。

第１～第３の電池温度センサ１４～１６は、電池モジュール１３の一つの側面に纏めて設置されている。第１～第３の電池温度センサ１４～１６は、二次電池１２の並設方向に沿って等間隔おきに設置されている。第１～第３の電池温度センサ１４～１６は、それぞれ二次電池１２のケース１２ａに粘着テープ等により貼り付けられている。第１～第３の電池温度センサ１４～１６は、粘着テープ等を介してケース１２ａに接触している。そして、第１～第３の電池温度センサ１４～１６は、貼り付けられた二次電池１２の温度を測定する。第１～第３の電池温度センサ１４～１６によって測定された二次電池１２の温度に基づき、電池ＥＣＵ１８は、充放電を停止させたり、二次電池１２に流れる電流の大きさを制御する。

雰囲気温度センサ１７は、電池パック１１のケース２０内に配置され、ケース２０内での電池モジュール１３周囲の温度を測定する。雰囲気温度センサ１７は、電池ＥＣＵ１８に一体に設けられている。雰囲気温度センサ１７は、二次電池１２から離れており、二次電池１２に接触させた第１～第３の電池温度センサ１４～１６と比べて二次電池１２の発熱による影響の小さい場所に配置されている。

そして、雰囲気温度センサ１７によって測定される温度は、二次電池１２の発熱による影響が小さい場所で測定される温度であり、大気温度に近い温度である。本実施形態では、雰囲気温度センサ１７によって測定される雰囲気温度が基準温度となる。

電池ＥＣＵ１８は、ＣＰＵと、ＲＡＭ及びＲＯＭ等からなる記憶部と、を備える電子制御ユニットである。記憶部には、電池パック１１を制御するための種々のプログラムが記憶されている。電池ＥＣＵ１８は、各種処理のうち少なくとも一部の処理を実行する専用のハードウェア、例えば、特定用途向け集積回路：ＡＳＩＣを備えていてもよい。電池ＥＣＵ１８は、コンピュータプログラムに従って動作する１つ以上のプロセッサ、ＡＳＩＣ等の１つ以上の専用のハードウェア回路、あるいは、それらの組み合わせを含む回路として構成し得る。プロセッサは、ＣＰＵ、並びに、ＲＡＭ及びＲＯＭ等のメモリを含む。メモリは、処理をＣＰＵに実行させるように構成されたプログラムコードまたは指令を格納している。メモリ、即ち、コンピュータ可読媒体は、汎用または専用のコンピュータでアクセスできるあらゆるものを含む。

電池ＥＣＵ１８には、第１～第３の電池温度センサ１４～１６、及び雰囲気温度センサ１７が信号接続されている。電池ＥＣＵ１８は、第１～第３の電池温度センサ１４～１６の測定値、及び雰囲気温度センサ１７の測定値を取得する。電池ＥＣＵ１８は、第１～第３の電池温度センサ１４～１６の測定値、及び雰囲気温度センサ１７の測定値を電圧信号として取得するが、以下の説明では、第１～第３の電池温度センサ１４～１６の測定値を二次電池１２の温度として記載し、雰囲気温度センサ１７の測定値を基準温度として記載する。そして、電池ＥＣＵ１８は、第１～第３の電池温度センサ１４～１６によって測定された二次電池１２の温度、及び雰囲気温度センサ１７によって測定された基準温度を用いて、第１～第３の電池温度センサ１４～１６のいずれが、二次電池１２より離間したかを判定する。よって、電池ＥＣＵ１８が検出部として機能するとともに、電池ＥＣＵ１８により、電池温度センサの異常検出装置が構成されている。

ファン１９は、二次電池１２の冷却のために、ケース２０内に電池パック１１外の空気を取り込む。ファン１９は、電池ＥＣＵ１８に信号接続され、電池ＥＣＵ１８によって駆動が制御される。なお、ファン１９は電池パック１１内の空気を外に排気するように設けられていてもよい。

電力変換部３１は、インバータ３２と、駆動ＥＣＵ３５と、を備える。インバータ３２は、電池モジュール１３から供給される直流電力を交流電力に変換してモータＭに出力する。駆動ＥＣＵ３５は、ＣＰＵと、ＲＡＭ及びＲＯＭ等からなる記憶部と、を備える電子制御ユニットである。駆動ＥＣＵ３５は、インバータ３２を制御することでモータＭを駆動させる。駆動ＥＣＵ３５と、電池ＥＣＵ１８とは、ＣＡＮやＬＩＮなどの通信プロトコルで通信を行うことが可能である。

次に、電池ＥＣＵ１８による電池温度センサの異常検出処理について図３又は図４を用いて説明する。なお、二次電池１２は充電状態又は放電状態であり、二次電池１２には充電電流又は放電電流が流れているとともに、ファン１９は駆動していないものとする。

図３に示すように、ステップＳ１において、電池ＥＣＵ１８は、第１～第３の電池温度センサ１４～１６から二次電池１２の温度として、各電池温度センサ１４～１６の測定値を取得する。つまり、電池ＥＣＵ１８は、ファン１９を駆動させる前の第１～第３の電池温度センサ１４～１６の測定値を取得する。ステップＳ２において、電池ＥＣＵ１８は、ファン１９を一定時間駆動させ、二次電池１２を冷却する。ステップＳ３において、電池ＥＣＵ１８は、ファン１９を駆動させてから一定時間経過した後に、第１～第３の電池温度センサ１４～１６から二次電池１２の温度として、各電池温度センサ１４～１６の測定値を取得する。つまり、電池ＥＣＵ１８は、ファン１９を駆動させた後の第１～第３の電池温度センサ１４～１６の測定値を取得する。ステップＳ４において、電池ＥＣＵ１８は、第１～第３の電池温度センサ１４～１６から、二次電池１２の温度として、測定値を取得した時点で、雰囲気温度センサ１７から電池パック１１内の雰囲気温度を取得する。

ステップＳ５において、電池ＥＣＵ１８は、取得された雰囲気温度に対する、取得された各二次電池１２の温度との差をそれぞれ算出し、その差が閾値以下か否かを判定する。差が閾値以下の場合（ステップＳ５でＹＥＳ）、電池ＥＣＵ１８は、差が閾値以下となった温度を測定した電池温度センサが、二次電池１２より離間している異常があると判定し（ステップＳ６）、処理を終了する。一方、差が閾値より大きい場合（ステップＳ５でＮＯ）、電池ＥＣＵ１８は、処理を終了する。なお、差が閾値より大きい場合（ステップＳ５でＮＯ）、その温度を測定した電池温度センサは、二次電池１２に接触していることになる。

閾値は、二次電池１２に充電電流又は放電電流を流したときに、実際に二次電池１２より離間した電池温度センサによって測定される温度と、雰囲気温度との温度差を測定し、誤差等のマージンを加味して設定する。このように設定される閾値は、５～１０℃程度であり、小さい値である。これは、電池温度センサが二次電池１２から離間していれば、その電池温度センサによって測定される温度は、雰囲気温度に近付くことから、電池温度センサの測定誤差等を加味する程度で十分判定できるためである。

図４に示すように、二次電池１２に接触している第１及び第２の電池温度センサ１４，１５によって測定される二次電池１２の温度は、ファン１９が駆動されると、ファン１９による冷却によって、ファン１９駆動前（ファンＯＮ前）の温度より若干低下する。しかし、二次電池１２は発熱しているため、二次電池１２の温度は雰囲気温度までは低下しない。よって、第１～第３の電池温度センサ１４～１６が二次電池１２に接触していれば、ファン１９の駆動後（ファンＯＮ後）であっても第１～第３の電池温度センサ１４～１６によって測定される温度は雰囲気温度よりも高くなるはずである。

しかし、第３の電池温度センサ１６が二次電池１２より離間していると、ファン１９の駆動後（ファンＯＮ後）に、その第３の電池温度センサ１６によって測定される温度は、ファン１９による冷却によって第１及び第２の電池温度センサ１４，１５によって測定される温度よりも低くなり、最終的には雰囲気温度に収束する。このため、雰囲気温度と、第１～第３の電池温度センサ１４～１６の測定した温度とを比較し、その差が小さくなるほど、二次電池１２より離間した電池温度センサとしてみなすことができ、差が閾値以下となる電池温度センサを検出することで、二次電池１２より離間した電池温度センサを検出できる。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）電池ＥＣＵ１８は、第１～第３の電池温度センサ１４～１６によって測定される温度を雰囲気温度と比較し、その差が閾値以下の温度を測定した電池温度センサを、二次電池１２より離間した電池温度センサとして検出する。雰囲気温度は、二次電池１２の発熱によって変化しにくいため、電池温度センサの測定した温度が雰囲気温度に近ければ、その温度を測定した電池温度センサは二次電池１２より離間していることとなる。よって、電池ＥＣＵ１８は、雰囲気温度センサ１７によって測定された雰囲気温度を用いて判定することにより、複数の電池温度センサの中から、二次電池１２より離間した電池温度センサを検出できる。

（２）二次電池１２より離間した電池温度センサを検出する方法として、電池温度センサによって測定された温度同士を比較し、温度差が閾値以上になった場合に、電池温度センサが二次電池１２より離間していると判定する方法がある。しかし、この方法では、電池温度センサの製造誤差や、二次電池の温度によっては、温度差が大きく開かない場合があり、閾値を用いて判定できるようにするためには、誤差等を含めて閾値の値を大きく設定する必要がある。すると、二次電池１２がかなりの高温（又は低温）にならなければ、二次電池１２より離間した電池温度センサを検出できない。しかし、本実施形態では、雰囲気温度に対する温度差を閾値とするため、閾値を大きくしなくても、二次電池１２より離間した電池温度センサを検出できる。さらには、電池温度センサによって測定された温度が雰囲気温度に近いほど、二次電池１２より離間した電池温度センサである可能性が高いため、閾値を小さくしても、二次電池１２より離間した電池温度センサを精度良く検出できる。

（３）電池ＥＣＵ１８は、ファン１９による冷却の前後で第１～第３の電池温度センサ１４～１６によって測定された温度を雰囲気温度と比較し、その雰囲気温度に収束する温度を測定した電池温度センサを、二次電池１２より離間していると判定する。二次電池１２より離間している電池温度センサによって測定される温度は、二次電池１２の発熱の影響が小さく、逆に、ファン１９による冷却によって基準温度にまで低下し、最終的には基準温度に収束する。よって、異常判定のための閾値を小さく設定しても、二次電池１２より離間した電池温度センサを精度良く検出できる。

（４）雰囲気温度を測定する雰囲気温度センサ１７は、電池モジュール１３周囲の雰囲気温度を測定するため、電池パック１１に設置されている場合が多い。このため、既存の部品を使いながら二次電池１２より離間した電池温度センサを検出できる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 基準温度を測定する温度センサは、ケース２０の外面に設置されていてもよい。
○ 基準温度を測定する温度センサは、例えば、車両における電池パック１１より外側の温度を測定する車両搭載の温度センサであってもよく、この場合は、電池ＥＣＵ１８は、車両ＥＣＵから電池パック１１周囲の温度を基準温度として取得する。基準温度は、二次電池１２に接触させた第１～第３の電池温度センサ１４～１６と比べて二次電池１２の発熱による影響の小さい場所で測定される温度であれば、その測定場所は適宜変更してもよい。

○ 図５（ａ）に示すように、二次電池１２の温度が大きく上昇している場合、この二次電池１２の温度と、雰囲気温度との間には、一定値以上の第１の温度差ΔＴ１が生じる。この第１の温度差ΔＴ１が生じたときに使用する閾値を第１の閾値Ｋ１とする。

一方、図５（ｂ）に示すように、二次電池１２の温度が、第１の温度差ΔＴ１が生じる温度よりも小さい場合には、二次電池１２の温度と、雰囲気温度との間には、第２の温度差ΔＴ２が生じる。この第２の温度差ΔＴ２が生じたときに使用する閾値を第２の閾値Ｋ２とする。

しかし、第１の温度差ΔＴ１が生じる場合は、二次電池１２の温度が高い。第１～第３の電池温度センサ１４～１６のいずれかが、二次電池１２より離間していた場合、その電池温度センサが測定する温度も、二次電池１２の高い温度の影響を受けて上昇する場合がある。

この場合、閾値が、第１の閾値Ｋ１よりも温度の低い第２の閾値Ｋ２であると、二次電池１２より離間している電池温度センサであっても、測定された温度と雰囲気温度（基準温度）との差が閾値以下にならない可能性がある。そこで、第１の温度差ΔＴ１が生じるような場合、電池ＥＣＵ１８により、閾値を第２の閾値Ｋ２から第１の閾値Ｋ１に変更することにより、上記のような二次電池１２の大きな発熱等があった場合でも、二次電池１２より離間した電池温度センサを検出できる。

○ ファン１９による冷却がない場合であっても、第１～第３の電池温度センサ１４～１６によって測定された温度と、雰囲気温度センサ１７によって測定された雰囲気温度とを比較し、差が閾値以下となった温度を測定した電池温度センサを、二次電池１２より離間していると判定してもよい。

図６に示すように、第１の電池温度センサ１４及び第２の電池温度センサ１５は二次電池１２に接触し、第３の電池温度センサ１６は、二次電池１２より離間しているとする。電池ＥＣＵ１８は、第１～第３の電池温度センサ１４～１６によって測定された温度同士を比較し、差を算出する。センサ間閾値よりも第１及び第２の電池温度センサ１４，１５によって測定される温度同士の差は小さく、しかも、各温度は雰囲気温度から離れている。一方、第１の電池温度センサ１４によって測定される温度と第３の電池温度センサ１６によって測定される温度との差、及び第２の電池温度センサ１５によって測定される温度と第３の電池温度センサ１６によって測定される温度との差はセンサ間閾値よりも大きい。これにより、電池ＥＣＵ１８は、第３の電池温度センサ１６によって測定される温度が、他の電池温度センサ１４，１５によって測定される温度から離れていると判定する。次に、電池ＥＣＵ１８は、第３の電池温度センサ１６によって測定される温度と、雰囲気温度との差が閾値以下か否か判定する。そして、差が閾値以下の場合、電池ＥＣＵ１８は、第３の電池温度センサ１６が、二次電池１２より離間していると判定する。なお、センサ間閾値は、二次電池１２間の温度差や電池温度センサの誤差等のマージンを加味し、雰囲気温度との差の判定に用いられる閾値よりも高く設定され、１５℃程度である。

○ 電池温度センサの数は２つでもよいし、４つ以上でもよい。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
（１）前記検出部は、複数の電池温度センサによって測定された温度同士の差を算出し、前記差に基づいて、測定した温度が他の温度よりも低い温度を測定した電池温度センサを判定し、当該電池温度センサの測定した温度と前記基準温度との差が閾値以下となる場合、当該電池温度センサを前記二次電池より離間していると判定する電池温度センサの異常検出装置。

１２…二次電池、１３…電池モジュール、１４…第１の電池温度センサ、１５…第２の電池温度センサ、１６…第３の電池温度センサ、１７…雰囲気温度センサ、１８…検出部としての電池ＥＣＵ、１９…ファン。

Claims

電池モジュールの二次電池に接触させた複数の電池温度センサのうち、前記二次電池より離間した電池温度センサを検出するための検出部を有する電池温度センサの異常検出装置であって、
前記二次電池に接触させた前記電池温度センサと比べて前記二次電池の発熱の影響の小さい場所で測定される温度を基準温度とした場合、
前記検出部は、前記電池温度センサのそれぞれによって測定された温度と前記基準温度とを比較し、前記電池温度センサのそれぞれによって測定された前記温度のうち、前記基準温度との差が閾値以下となる温度を測定した前記電池温度センサを、前記二次電池より離間していると判定し、
前記基準温度は、前記電池モジュール周囲の雰囲気温度を測定する雰囲気温度センサが測定した前記雰囲気温度であることを特徴とする電池温度センサの異常検出装置。
前記検出部は、各電池温度センサのそれぞれによって測定された温度のうち、ファンによって前記電池モジュールの冷却が行われているときに前記基準温度に収束する温度を測定した前記電池温度センサを、前記二次電池より離間していると判定する請求項１に記載の電池温度センサの異常検出装置。
いずれかの前記電池温度センサで測定された温度と前記基準温度との差が一定の温度差以上になった場合に前記基準温度と比較する閾値を第１の閾値とし、前記温度と前記基準温度との差が、前記一定の温度差未満の場合の閾値を第２の閾値とし、前記第１の閾値は前記第２の閾値よりも大きく設定されており、前記検出部は、各電池温度センサのそれぞれによって測定された温度に応じて閾値を変更する請求項１又は請求項２に記載の電池温度センサの異常検出装置。