JP7264082B2 - BATTERY PACK AND POWER SYSTEM INCLUDING THE SAME - Google Patents
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Description
本明細書に記載の開示は、筐体に収納された電池を絶縁性の冷却液体で冷却する電池パック、および、それを含む電力システムに関するものである。 The disclosure described herein relates to a battery pack that cools a battery housed in a housing with an insulating cooling liquid, and a power system including the same.
特許文献１に示されるように、冷媒で満たされた容器に複数の単電池の収納されたリチウム二次電池装置が知られている。
As shown in
特許文献１に記載のリチウム二次電池装置において、容器内の冷媒の水位が液漏れなどによって低下すると、単電池（電池セル）が冷却されがたくなる。
In the lithium secondary battery device described in
そこで本明細書に記載の開示は、電池セルが冷却されがたくなったか否かを検出することのできる電池パック、および、それを含む電力システムを提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the disclosure described in this specification is to provide a battery pack and a power system including the same that can detect whether or not a battery cell has become difficult to cool.
開示の１つは、高さ方向まわりで環状を成す側壁（２２）、側壁の備える２つの開口のうち高さ方向において下側に位置する開口を閉塞する底壁（２１）、および、２つの開口のうち高さ方向において上側に位置する開口を閉塞する天壁（２３）を備え、底壁と天壁との間の側壁で囲まれた内部空間に絶縁性の冷却液体が流入される筐体（２０）と、
内部空間に収納された複数の電池セル（１１）と、
複数の電池セルそれぞれの天壁側の上端面（１２ａ）に形成された電極端子（１３，１４）に接続される通電用部材（１５）と、
上端面よりも天壁側の冷却液体の有無を検出する上側センサ（７１）と、
上端面よりも底壁側の冷却液体の有無を検出する下側センサ（７２）と、を有する。
One of the disclosures is a side wall (22) that is annular in the height direction, a bottom wall (21) that closes the lower one of the two openings provided in the side wall (21), and two A housing provided with a ceiling wall (23) that closes an opening located on the upper side in the height direction, and an insulating cooling liquid flows into an internal space surrounded by side walls between the bottom wall and the ceiling wall. a body (20);
a plurality of battery cells (11) housed in the internal space;
a current-carrying member (15) connected to electrode terminals (13, 14) formed on the upper end surface (12a) of each of the plurality of battery cells;
an upper sensor (71) for detecting the presence or absence of the cooling liquid on the ceiling wall side of the upper end face;
a lower sensor (72) for detecting the presence or absence of cooling liquid on the bottom wall side of the upper end surface.
ほかの開示の１つは、上記の構成要素を備える電池パック（１００）と、上側センサと下側センサの検出結果に基づいて車両動力源（１２０）の駆動制限を行う制御部（１３０）と、を有する。 Another disclosure is a battery pack (100) including the above components, and a control unit (130) that limits driving of a vehicle power source (120) based on detection results of an upper sensor and a lower sensor. , has
これによれば、通電によってジュール熱の発生する通電用部材（１５）と電極端子（１３，１４）が冷却液体から露出されたか否かを検出することができる。電極端子（１３，１４）の形成された電池セル（１１）の上端面（１２ａ）側が冷却液体から露出されたか否かを検出することができる。これにより電池セル（１１）の通電によって昇温しやすい箇所が冷却液体に浸漬されているか否かを検出することができる。電池セル（１１）が冷却液体によって冷却されがたくなったか否かを検出することができる。 According to this, it is possible to detect whether or not the conducting member (15) and the electrode terminals (13, 14), which generate Joule heat when energized, are exposed from the cooling liquid. It can be detected whether or not the upper end surface (12a) side of the battery cell (11) on which the electrode terminals (13, 14) are formed is exposed from the cooling liquid. Thereby, it is possible to detect whether or not a portion of the battery cell (11) whose temperature is likely to rise due to the energization of the battery cell (11) is immersed in the cooling liquid. It is possible to detect whether the battery cell (11) is hard to be cooled by the cooling liquid.
なお、上記の括弧内の参照番号は、後述の実施形態に記載の構成との対応関係を示すものに過ぎず、技術的範囲を何ら制限するものではない。 It should be noted that the reference numbers in parentheses above merely indicate the correspondence with the configurations described in the embodiments described later, and do not limit the technical scope in any way.
以下、本開示の実施形態と変形例を図に基づいて説明する。これら実施形態と変形例それぞれには共通要素が含まれている。この共通要素をある実施形態で説明した場合、その共通要素の説明を他の実施形態と変形例では省略する。この共通要素には複数の実施形態と変形例それぞれで同一の符号を付与する。 Hereinafter, embodiments and modifications of the present disclosure will be described based on the drawings. Each of these embodiments and variations includes common elements. When this common element is described in one embodiment, the description of that common element is omitted in other embodiments and variations. The common elements are given the same reference numerals in each of the multiple embodiments and modifications.
（第１実施形態）
図１～図６に基づいて本実施形態に係る電池パック１００、および、それを含む電力システム２００を説明する。なお、図１では冷却水の図示を省略している。図１と図２では直列バスバ１５と外部接続端子１６の図示を省略している。図２～図４では冷却水をハッチングで示している。
(First embodiment)
A
＜電力システムの概要＞
電力システム２００はプラグインハイブリッド自動車や電気自動車などの電動車両に搭載される。図１に示すように電力システム２００は、電池パック１００、電力変換装置１１０、モータ１２０、ＰＣＵ１３０、第１負荷１４０、ＤＣＤＣコンバータ１５０、第２負荷１６０、および、ボディＥＣＵ１７０を有する。ＰＣＵはパワーコントロールユニットの略である。
<Overview of power system>
The
電池パック１００は電池１０とＳＭＲ８０を備えている。この電池１０の負極と正極とがＳＭＲ８０を介して電力変換装置１１０と電気的に接続されている。そして電力変換装置１１０の備えるインバータがモータ１２０のステータコイルに接続されている。ＳＭＲはシステムメインリレーの略である。
電力変換装置１１０の備えるインバータは、電池１０の負極と電気的に接続されたＮバスバと、電池１０の正極と電気的に接続されたＰバスバとの間で並列接続された３相以上のレグを備えている。各相のレグはＮバスバとＰバスバとの間で直列接続された複数のスイッチ素子を備えている。これら各相のレグそれぞれの備える複数のスイッチ素子がＰＣＵ１３０によってＰＷＭ制御される。なお電力変換装置１１０は、インバータの他に、入力される直流電力の電圧を昇圧若しくは昇降圧するコンバータを備えてもよい。
The inverter provided in the
電池１０から電力変換装置１１０に直流電力が供給される。電力変換装置１１０は供給された直流電力を交流電力に変換する。この交流電力がモータ１２０に供給される。これによりモータ１２０が力行する。モータ１２０は車両動力源である。モータ１２０の力行によって電動車両に推進力が付与される。
DC power is supplied from the
逆に、モータ１２０での発電で生じた交流電力が電力変換装置１１０に供給される。電力変換装置１１０は供給された交流電力を直流電力に変換する。この直流電力が電池１０に供給される。これにより電池１０が充電される。
Conversely, AC power generated by power generation by the
なお、電池１０から出力された直流電力、および、電力変換装置１１０から出力された直流電力は、第１負荷１４０とＤＣＤＣコンバータ１５０にも供給される。第１負荷１４０はこの直流電力によって駆動する。ＤＣＤＣコンバータ１５０は供給された直流電力を１２Ｖの直流電力に電力変換する。そしてこの１２Ｖの直流電力が第２負荷１６０に供給される。ＤＣＤＣコンバータ１５０の駆動はボディＥＣＵ１７０によって制御される。
The DC power output from
＜電池パック＞
次に電池パック１００を説明する。電池パック１００はフロアパネルなどの車両の床上に設けられる。電池パック１００は上記した電池１０とＳＭＲ８０の他に、筐体２０、配管３０、開閉弁４０、供給ポンプ５０、熱交換器６０、センサ７０、および、ＢＭＵ９０を有する。
<Battery pack>
Next, the
筐体２０は電池１０を収納する。配管３０は筐体２０に冷却水を供給するための通路を構成する。開閉弁４０は筐体２０内の冷却水の流動を制御する。供給ポンプ５０は冷却水を流動させる。熱交換器６０は冷却水の温度を調整する。
The
センサ７０は冷却水や電池１０の状態に関わる物理量を検出する。このセンサ７０で検出された信号（検出信号）はＢＭＵ９０に入力される。またこの検出信号はＢＭＵ９０からＰＣＵ１３０に入力される。ＢＭＵ９０およびＰＣＵ１３０の少なくとも一方は、入力される検出信号に基づいて供給ポンプ５０と熱交換器６０の駆動を制御する。
The
以下、電池パック１００の機械的構成を説明するため、直交の関係にある３方向を、ｘ方向、ｙ方向、および、ｚ方向と示す。ｚ方向は、車両が水平面に停車している際に鉛直方向に沿っている。ｚ方向が高さ方向に相当する。
Hereinafter, in order to describe the mechanical configuration of the
＜電池＞
電池１０は複数の電池セル１１を有する。図２および図３に示すように複数の電池セル１１はｙ方向に離間して並んでいる。
<Battery>
電池セル１１は具体的にはリチウムイオン二次電池である。リチウムイオン二次電池は化学反応によって起電圧を生成する。なお、電池セル１１としては、ニッケル水素二次電池、有機ラジカル電池などの二次電池を採用することもできる。
The
電池セル１１は、図示しない発電要素と、この発電要素を収納する電池ケース１２と、電池ケース１２から突出した負極端子１３および正極端子１４と、を有する。
The
発電要素はプラス電極、セパレータ、マイナス電極、および、電解液を有する。プラス電極とマイナス電極とがセパレータを介して積層されている。これら３層が電解液で濡れている。セパレータは電子を通すが分子を通さない性質を有する。セパレータを介してプラス電極とマイナス電極との間で電子（電流）の流れる構成になっている。 A power generation element has a positive electrode, a separator, a negative electrode, and an electrolyte. A positive electrode and a negative electrode are laminated via a separator. These three layers are wet with electrolyte. The separator has the property of allowing electrons to pass but not to molecules. Electrons (current) flow between the positive electrode and the negative electrode via the separator.
発電要素を収納する電池ケース１２は直方体形状を成している。図２および図３に示すように、電池ケース１２はｚ方向に並ぶ上端面１２ａと下端面１２ｂを有する。電池ケース１２はｘ方向に並ぶ第１側面１２ｃと第２側面１２ｄを有する。電池ケース１２はｙ方向に並ぶ第１主面１２ｅと第２主面１２ｆを有する。
A
これら電池ケース１２の備える６面のうち第１主面１２ｅと第２主面１２ｆは他の４面よりも面積が大きくなっている。そして電池セル１１は第１主面１２ｅと第２主面１２ｆとの間の長さ（厚さ）の薄い扁平形状を成している。
Of the six surfaces of the
電池ケース１２の上端面１２ａに負極端子１３と正極端子１４が形成されている。負極端子１３と正極端子１４は電池ケース１２から離れるように上端面１２ａからｚ方向に沿って突起している。負極端子１３と正極端子１４が電極端子に相当する。
A
負極端子１３と正極端子１４はｘ方向に離間して並んでいる。負極端子１３は第１側面１２ｃ側に位置している。正極端子１４は第２側面１２ｄ側に位置している。
The
なお、図示しないが、ｙ方向に並ぶ複数の電池セル１１の間には絶縁性の介在部材が設けられている。この介在部材によって、ｙ方向で隣り合って並ぶ２つの電池セル１１の隣接間隔が規定されている。
Although not shown, insulating intervening members are provided between the plurality of
図２および図３に示すように、ｙ方向で隣り合って並ぶ２つの電池セル１１は、第１主面１２ｅ同士若しくは第２主面１２ｆ同士がｙ方向で対向している。そのため、ｙ方向で並ぶ２つの電池セル１１のうちの一方の備える負極端子１３と他方の備える正極端子１４とがｙ方向で並んでいる。電池１０の備える複数の電池セル１１では、負極端子１３と正極端子１４とがｙ方向で交互に並んでいる。
As shown in FIGS. 2 and 3, two
ｙ方向で隣り合って並ぶ２つの電池セル１１のうちの一方の備える負極端子１３と他方の備える正極端子１４とにｙ方向に延びる直列バスバ１５が接続される。これにより複数の電池セル１１が直列接続されている。直列バスバ１５が通電用部材に相当する。
A
これら直列接続された複数の電池セル１１のうちの最低電位の電池セル１１の負極端子１３と最高電位の電池セル１１の正極端子１４それぞれに外部接続端子１６が接続されている。これら２つの外部接続端子１６が電池１０の負極と正極に相当する。これら２つの外部接続端子１６がＳＭＲ８０に接続される。
An
なお、複数の電池パック１００が車両に搭載されてもよい。この場合、これら複数の電池パック１００の外部接続端子１６同士が接続される。これにより複数の電池パック１００が電気的に直列接続、若しくは、並列接続される。
Note that a plurality of battery packs 100 may be mounted on the vehicle. In this case, the
＜筐体＞
筐体２０は底壁２１、側壁２２、および、天壁２３を有する。底壁２１はｚ方向に並ぶ内底面２１ａとその裏側の外底面２１ｂを有する。側壁２２は内底面２１ａから環状に起立している。側壁２２の先端側で開口が区画されている。この開口が天壁２３によって閉塞されている。
<Case>
The
底壁２１と側壁２２は例えばアルミダイカストなどによって一体的に製造される。細分化して説明すると、図２および図３に示すように側壁２２は、ｙ方向で離間して並ぶ左壁２４と右壁２５、および、ｘ方向に離間して並ぶ前壁２６と後壁２７を有する。ｚ方向まわりの周方向で左壁２４、後壁２７、右壁２５、および、前壁２６が順に連結されている。これにより側壁２２はｚ方向まわりの周方向で環状を成している。
The
この側壁２２の先端側で区画される開口を介して、その内部へと電池１０が収納される。そして側壁２２の開口が閉塞される態様で、天壁２３が側壁２２に連結される。天壁２３は例えば溶接やボルト止めなどによって側壁２２に連結される。これにより電池１０は筐体２０の内部空間に収納される。
The
筐体２０の内部空間に収納された状態で、複数の電池セル１１それぞれの下端面１２ｂ側はｚ方向において底壁２１側に位置している。複数の電池セル１１それぞれの上端面１２ａ側はｚ方向において天壁２３側に位置している。
When housed in the internal space of the
これら複数の電池セル１１は筐体２０に固定されるが、その固定形態は特に限定されない。例えば、間に介在部の設けられた複数の電池セル１１がｙ方向に縮んだバネ体の付勢力によって筐体２０に固定されてもよい。複数の電池セル１１それぞれの下端面１２ｂ側が、底壁２１に設けられた固定部材の複数の挿入孔に圧入固定される構成を採用することもできる。
The plurality of
図２に示すように筐体２０には、筐体２０の内部空間と配管３０の中空とを連通するための孔が形成されている。すなわち、天壁２３の左壁２４側には内天面２３ａと外天面２３ｂとに開口する流入孔２８が形成されている。右壁２５には内側面２２ａと外側面２２ｂとに開口する流出孔２９が形成されている。
As shown in FIG. 2 , the
本実施形態では、流出孔２９はｚ方向において底壁２１よりも天壁２３側に位置している。流出孔２９のｚ方向の位置（高さ位置）は、電池セル１１の第１主面１２ｅおよび第２主面１２ｆそれぞれの上端面１２ａ側の高さ位置と同等になっている。
In this embodiment, the
なお、流入孔２８と流出孔２９の両方が側壁２２に形成される構成を採用することもできる。この場合、流出孔２９は流入孔２８と高さ位置が同等であればよい。若しくは、流出孔２９は流入孔２８よりも高さ位置が天壁２３側であればよい。
A configuration in which both the
＜配管＞
配管３０は筐体２０の内部空間の外に配置される。配管３０の中空と流出孔２９の外側面２２ｂ側の開口とが連通する態様で、配管３０の一端が右壁２５に連結される。配管３０の中空と流入孔２８の外天面２３ｂ側の開口とが連通する態様で、配管３０の他端が天壁２３に連結される。これにより配管３０の中空と筐体２０の内部空間とが連通している。配管３０の中空と筐体２０の内部空間とによって環状の空間が構成されている。
<Piping>
The
＜開閉弁＞
開閉弁４０は配管３０の一端側に設けられる。開閉弁４０はＰＣＵ１３０若しくはＢＭＵ９０によって開閉制御される。開閉弁４０が開状態になることで、配管３０の中空が連通状態になる。これにより内部空間の冷却水が配管３０に流出可能になる。
<On-off valve>
The on-off
開閉弁４０が閉状態になることで、配管３０の中空が閉塞状態になる。これにより内部空間に冷却水が貯留される。内部空間の水位を流出孔２９よりも天壁２３側にすることができる。通常、内部空間が冷却水で満たされる程度まで冷却水の水位が調整された状態で、開閉弁４０が開状態に制御される。
By closing the on-off
＜供給ポンプ＞
供給ポンプ５０は配管３０に連結される。供給ポンプ５０は配管３０内の冷却水を流出孔２９から流入孔２８側へと向かって流動させる機能を果たす。供給ポンプ５０の駆動制御はＰＣＵ１３０によってなされる。
<Supply pump>
A
供給ポンプ５０には、筐体２０内で電池１０と熱交換した冷却水が流入する。この電池１０との熱交換によって昇温した冷却水が、供給ポンプ５０によって流入孔２８側へと流れる。
Cooling water that has undergone heat exchange with the
＜熱交換器＞
熱交換器６０は配管３０を流れる冷却水と熱交換することで、冷却水の温度を調整する機能を果たす。熱交換器６０の駆動制御はＰＣＵ１３０によってなされる。
<Heat exchanger>
The
熱交換器６０は配管３０における供給ポンプ５０と配管３０の他端側との間に設けられる。そのために熱交換器６０には、電池１０との熱交換によって昇温した冷却水が流入する。熱交換器６０はこの冷却水の温度をＰＣＵ１３０によって定められた目標温度まで低下する。この温度の低まった冷却水が熱交換器６０から流入孔２８へと向かって流動する。温度の低まった冷却水が筐体２０に供給される。
The
筐体２０に供給された冷却水は電池１０の備える複数の電池セル１１それぞれと熱交換しながら流出孔２９へと向かって流れる。流出孔２９から配管３０へと流出した冷却水は再び供給ポンプ５０によって熱交換器６０へと供給される。
The cooling water supplied to the
＜冷却水＞
筐体２０と配管３０とを流動する冷却水は絶縁性を備えている。そのために冷却水を介して複数の電池セル１１が漏電することが避けられている。係る性質を備える冷却水としては、例えば、アルカンなどの炭化水素、ケトン類、シリコーン系油などの非プロトン性の非水溶液体を採用することができる。また、この冷却水としては、例えば、メタノール、エタノール、エチレングリコールなどのマイナス電極に含まれる負極活物質と穏やかに反応して、反応性の低い物質へと変換する液体を採用することができる。冷却水が冷却液体に相当する。
<Cooling water>
The cooling water flowing through the
なお、電池１０や筐体２０などから冷却水に電界物質の溶け出す可能性がある。そのため、この電解物質を捉えるためのフィルタが筐体２０および配管３０のうちの少なくとも一方に設けられた構成を採用することもできる。
It should be noted that there is a possibility that an electrolytic substance will dissolve into the cooling water from the
＜センサ＞
センサ７０は、冷却水と電池セル１１のうちの少なくとも一方に関連する物理量を検出する。冷却水に関連する物理量としては、例えば、冷却水の水量、温度、導電率などがある。電池セル１１に関連する物理量としては、例えば、電池セル１１の温度、電流、電圧などがある。センサ７０で検出された信号（検出信号）がＢＭＵ９０に入力される。この検出信号がＢＭＵ９０からＰＣＵ１３０に出力される。
<Sensor>
＜ＳＭＲ＞
ＳＭＲ８０は電流の通電と遮断とを切り換える機械式のスイッチである。ＳＭＲ８０による電流の通電と遮断の切り換えがＰＣＵ１３０によって制御される。図１に示すようにＳＭＲ８０は筐体２０に設けられている。
<SMR>
The
＜ＢＭＵ＞
ＢＭＵ９０はバッテリーマネージメントユニットである。ＢＭＵ９０は主として電池１０のＳＯＣを管理する。ＳＯＣはstate of chargeの略である。図１に示すようにＢＭＵ９０は筐体２０に設けられている。
<BMU>
ＢＭＵ９０にセンサ７０の検出信号が入力される。ＢＭＵ９０はその検出信号に基づいた判定信号を生成する。ＢＭＵ９０からＰＣＵ１３０に検出信号と判定信号それぞれが入力される。
A detection signal from the
ＰＣＵ１３０は入力された検出信号と判定信号とに基づいて、複数の電池セル１１それぞれのＳＯＣの均等化を判断する。そしてＰＣＵ１３０はその判断結果に基づく均等化処理の指示をＢＭＵ９０に出力する。
ＢＭＵ９０は、複数の電池セル１１それぞれを個別に充放電するためのスイッチを備えている。ＢＭＵ９０はＰＣＵ１３０から入力された指示にしたがってスイッチを開閉制御する。これによって複数の電池セル１１が個別に充放電される。この結果、複数の電池セル１１のＳＯＣが均等化される。
The
＜上側センサと下側センサ＞
センサ７０は、流量、温度、導電率などの冷却水に関連する物理量を検出するセンサとして、上側センサ７１と下側センサ７２を有する。本実施形態では説明を簡便とするため、冷却水の温度を検出する温度センサを上側センサ７１と下側センサ７２に採用した形態を説明する。
<Upper sensor and lower sensor>
The
筐体２０の内部空間において、上側センサ７１は下側センサ７２よりもｚ方向において天壁２３側に位置している。上側センサ７１は電池セル１１の上端面１２ａよりも天壁２３側に位置している。下側センサ７２は上端面１２ａよりも底壁２１側に位置している。
In the internal space of the
図４に、上端面１２ａに形成された負極端子１３と正極端子１４に連結される直列バスバ１５の天壁２３側の最上部のｚ方向の位置（高さ位置）、上端面１２ａの高さ位置、および、流出孔２９の天壁２３側の最上部の高さ位置それぞれを破線で示す。
FIG. 4 shows the z-direction position (height position) of the uppermost part of the
以下においては表記を簡便とするため、天壁２３と直列バスバ１５の天壁２３側の最上部との間の高さ位置を通常水位と示す。直列バスバ１５の最上部と上端面１２ａとの間の高さ位置を第１水位と示す。上端面１２ａと流出孔２９の天壁２３側の最上部との間の高さ位置を第２水位と示す。また、上端面１２ａと電池セル１１の中央側との間の高さ位置を第３水位と示す。
In the following description, the height between the
上側センサ７１の高さ位置としては通常水位か第１水位を選択することができる。下側センサ７２の高さ位置としては第２水位かそれよりも底壁２１側の水位を選択することができる。また、下側センサ７２の高さ位置としては流出孔２９の高さ位置に関係なく選択することができる。例えば下側センサ７２の高さ位置として第３水位を選択することができる。
As the height position of the
本実施形態において上側センサ７１の高さ位置は第１水位になっている。詳しく言えば、上側センサ７１の天壁２３側の最上部の高さ位置と直列バスバ１５の最上部の高さ位置が同等になっている。上側センサ７１の最下部の高さ位置は負極端子１３および正極端子１４の高さ位置と同等になっている。
In this embodiment, the height position of the
本実施形態において下側センサ７２の高さ位置は第２水位になっている。詳しく言えば、下側センサ７２の最上部の高さ位置は上端面１２ａよりも底壁２１側になっている。下側センサ７２の最下部の高さ位置は流出孔２９の最上部の高さ位置と同等になっている。
In this embodiment, the height position of the
これら上側センサ７１と下側センサ７２それぞれは流出孔２９の形成された右壁２５の内側面２２ａに設けられている。ただし、これら上側センサ７１と下側センサ７２は、例えば左壁２４、前壁２６、および、後壁２７のいずれかの内側面２２ａに取り付けられてもよい。若しくは、筐体２０に支持されて内部空間に起立した支持部に上側センサ７１と下側センサ７２が設けられてもよい。上側センサ７１と下側センサ７２の一方が側壁２２に設けられ、他方が支持部に設けられてもよい。
These
図４の（ａ）欄に示すように、筐体２０内の冷却水の水位が通常水位の場合、上側センサ７１と下側センサ７２それぞれの全てが冷却水に浸漬されている。そのために上側センサ７１と下側センサ７２それぞれで、電池１０との熱交換によって熱交換器６０の目標温度から多少温度の高められた温度が検出されることが期待される。上側センサ７１と下側センサ７２とで検出される温度が同等になることが期待される。
As shown in column (a) of FIG. 4, when the water level of the cooling water in the
しかしながら、筐体２０内の冷却水の水位が漏れなどのために低下すると、上側センサ７１は下側センサ７２よりも冷却水から露出されやすくなり始める。そのため、上側センサ７１で検出される温度は下側センサ７２で検出される温度よりも高くなりやすくなる。
However, when the water level of the cooling water in the
図４の（ｂ）欄に示すように、直列バスバ１５が冷却水から露出されるほどに筐体２０内の冷却水の水位が低下して、筐体２０内の冷却水の水位が第１水位になると、上側センサ７１が冷却水から露出される。この結果、上側センサ７１と下側センサ７２とで検出される温度の差が大きくなるとともに、上側センサ７１の出力が変化しがたくなる。若しくは、冷却水の水位の低下による電池１０の温度上昇によって、上側センサ７１の出力変化が急激に増大し始める。
As shown in column (b) of FIG. 4, the water level of the cooling water in the
図４の（ｃ）欄に示すように、電池セル１１の上端面１２ａ側が冷却水から露出されるほどに筐体２０内の冷却水の水位が低下して、筐体２０内の冷却水の水位が第２水位になると、下側センサ７２が冷却水から露出され始める。この結果、下側センサ７２で検出される温度が高くなり始める。下側センサ７２と上側センサ７１とで検出される温度の差が縮まり始める。
As shown in column (c) of FIG. 4, the water level of the cooling water in the
さらに水位が低下して下側センサ７２の全てが露出されると、流出孔２９に流入する冷却水の量が低減し始める。そのために供給ポンプ５０による冷却水の流動が妨げられ始める。筐体２０内の冷却水の流速が遅くなる。それによって冷却水と電池１０との熱交換が行われがたくなる。下側センサ７２と上側センサ７１それぞれで検出される温度にほとんど差がなくなる。
When the water level further drops and all of the
これら上側センサ７１と下側センサ７２それぞれの出力がＢＭＵ９０を介してＰＣＵ１３０に入力される。
Each output of these
ＰＣＵ１３０は上記した冷却水の水位の低下を判断するための閾値を予め保有している。ＰＣＵ１３０は上側センサ７１と下側センサ７２それぞれの出力、それぞれの出力の時間変化、両者の差分値、および、差分値の時間変化の少なくとも１つを算出する。そしてＰＣＵ１３０はその算出した値と保有している閾値とを比較する。
The
ＰＣＵ１３０は異常カウンターを保有している。ＰＣＵ１３０は算出した値を閾値が上回る度に、異常カウンターをインクリメントする。この異常カウンターの数値が限界値を超えると、ＰＣＵ１３０は冷却水の水位が低下していると判断する。
The
なお、上記した冷却水の水位の低下を判断するための閾値は予め実験やシミュレーションなどによって適宜求めておくことができる。限界値は設計者が適宜設定することができる。 It should be noted that the threshold value for judging whether the cooling water level has decreased can be appropriately determined in advance through experiments, simulations, or the like. The limit value can be appropriately set by the designer.
ＰＣＵ１３０は、上側センサ７１と下側センサ７２それぞれが冷却水に漬かっていると判断すると、筐体２０内の水位が通常水位にあると判断する。このように判断した場合、ＰＣＵ１３０は電力変換装置１１０を通常モードで駆動制御する。具体的に言えば、ＰＣＵ１３０は駆動制限をかけずに、電力変換装置１１０を駆動制御する。
When
ＰＣＵ１３０は、上側センサ７１が冷却水から露出され、下側センサ７２が冷却水に漬かっていると判断すると、筐体２０内の水位が第１水位にあると判断する。このように判断した場合、ＰＣＵ１３０は電力変換装置１１０を第１制限モードで駆動制御する。具体的に言えば、ＰＣＵ１３０は電力変換装置１１０に出力している制御信号に含まれるパルスのオンデューティ比の上限を第１レベルに制限する。そしてＰＣＵ１３０は、電動車両に搭乗しているドライバーに制限走行に移行することを通知するとともに、車両の走行を一度止めると車両の再度の走行を禁止する。
When
ＰＣＵ１３０は、上側センサ７１と下側センサ７２それぞれが冷却水から露出されていると判断すると、筐体２０内の水位が第２水位以下にあると判断する。このように判断した場合、ＰＣＵ１３０は電力変換装置１１０を第２制限モードで駆動制御する。具体的に言えば、ＰＣＵ１３０は電力変換装置１１０に出力している制御信号に含まれるパルスのオンデューティ比の上限を、第１レベルよりも低い第２レベルに制限する。そしてＰＣＵ１３０は、電動車両に搭乗しているドライバーに退避走行に移行することを通知するとともに、電動車両の走行停止要求を通知する。またＰＣＵ１３０は、電動車両の走行を一度止めると車両の再度の走行を禁止する。
When
ＰＣＵ１３０が制御部に相当する。通常モードが第１モードに相当する。第１制限モードが第２モードに相当する。第２制限モードが第３モードに相当する。
以上に示したオンデューティ比の制限によって電力変換装置１１０に流れる電流量が低減される。この結果、電池１０に入出力する電流量が低減する。電池１０の充放電量が低減する。これにより電池１０の発熱が抑えられる。
By limiting the on-duty ratio as described above, the amount of current flowing through the
なお、第１レベルと第２レベルの具体的な値を一例として示すと、第１レベルとしては７５％～５０％を採用することができる。第２レベルとしては５０％～２５％を採用することができる As an example of specific values of the first level and the second level, 75% to 50% can be adopted as the first level. 50% to 25% can be adopted as the second level
＜温度センサ＞
センサ７０は、電池セル１１に関連する物理量を検出するセンサとして、温度センサ７３を有する。この温度センサ７３の出力がＢＭＵ９０を介してＰＣＵ１３０に入力される。
<Temperature sensor>
The
ＰＣＵ１３０は温度センサ７３の出力が電池セル１１の動作保証温度に基づく判定温度を上回るほどに高温状態であると判断すると、冷却水の水位の判断結果によらずに、ＳＭＲ８０を通電状態から遮断状態に切り換える。これによって電池１０の充放電が停止するとともに、電動車両の走行が禁止状態になる。電池１０の発熱が抑制される。
When the
＜駆動制御＞
次に、ＰＣＵ１３０による電力変換装置１１０の駆動制御を図４～図６に基づいて説明する。なお、図６において上側センサ７１と下側センサ７２が冷却水に浸漬されている状態であることを丸記号〇、冷却水から露出されていることをバツ記号×で示している。これらセンサが冷却水に浸漬されている若しくは冷却水から露出されていることを○／×で示している。また、温度センサ７３の検出温度が判定温度よりも低いことを〇、判定温度以上であることを×で示している。
<Drive control>
Next, drive control of the
ＰＣＵ１３０は図５に示す駆動制御を所定周期毎に繰り返し実行している。先ず、ステップＳ１０においてＰＣＵ１３０は、電池１０に含まれる電池セル１１が判定温度を上回るほどに高温であるか否かを判定する。ＰＣＵ１３０は電池セル１１が高温状態であると判定すると、ステップＳ２０へ進む。ＰＣＵ１３０は電池セル１１が高温状態ではないと判定すると、ステップＳ３０へ進む。
The
ステップＳ２０へ進むとＰＣＵ１３０は、ＳＭＲ８０を通電状態から遮断状態に切り換える。これによって電動車両の走行が禁止状態になる。
When proceeding to step S20,
ステップＳ３０へ進むとＰＣＵ１３０は、冷却水の水位が通常水位であるか否かを判定する。ＰＣＵ１３０は冷却水の水位が通常水位であると判定すると、ステップＳ４０へ進む。ＰＣＵ１３０は冷却水の水位が通常水位ではないと判定すると、ステップＳ５０へ進む。
When proceeding to step S30,
ステップＳ４０へ進むとＰＣＵ１３０は、通常モードで電力変換装置１１０を駆動制御する。これによって電動車両は通常走行状態になる。
When proceeding to step S40, the
ステップＳ５０へ進むとＰＣＵ１３０は、冷却水の水位が第１水位であるか否かを判定する。ＰＣＵ１３０は冷却水の水位が第１水位であると判定すると、ステップＳ６０へ進む。ＰＣＵ１３０は冷却水の水位が第１水位ではないと判定すると、ステップＳ７０へ進む。
When proceeding to step S50,
ステップＳ６０へ進むとＰＣＵ１３０は、第１制限モードで電力変換装置１１０を駆動制御する。これによって電動車両は制限走行状態になる。
When proceeding to step S60, the
ステップＳ７０へ進むとＰＣＵ１３０は、第２制限モードで電力変換装置１１０を駆動制御する。これによって電動車両は退避走行状態になる。
When proceeding to step S70, the
＜作用効果＞
上記したように、上端面１２ａよりも天壁２３側に上側センサ７１が設けられている。上端面１２ａよりも底壁２１側に下側センサ７２が設けられている。
<Effect>
As described above, the
これによれば、上側センサ７１と下側センサ７２の検出結果に基づいて、通電によってジュール熱の発生する直列バスバ１５、および、負極端子１３と正極端子１４が冷却水から露出されたか否かを検出することができる。負極端子１３と正極端子１４の形成された電池セル１１の上端面１２ａ側が冷却水から露出されたか否かを検出することができる。
According to this, based on the detection results of the
これにより、電池セル１１の通電によって昇温しやすい箇所が冷却水に浸漬されているか否かを検出することができる。電池セル１１が冷却液体によって冷却されがたくなったか否かを検出することができる。
Accordingly, it is possible to detect whether or not a portion of the
上側センサ７１は直列バスバ１５の天壁２３側の最上部と上端面１２ａとの間の第１水位に位置している。これによれば、上側センサ７１が冷却水から露出されたか否かに基づいて、直列バスバ１５、および、これに接続される負極端子１３と正極端子１４が冷却水から露出され始めたか否かを判定することができる。
The
特に、本実施形態では、上側センサ７１の最も天壁２３側の最上部は、直列バスバ１５の天壁２３側の最上部と同等の高さ位置になっている。そのため、直列バスバ１５の天壁２３側が冷却水から露出されるほどに筐体２０内の冷却水の水位が低下すると、上側センサ７１が冷却水から露出され始める。上側センサ７１で検出される温度が高くなるとともに、変化しがたくなる。若しくは、冷却水の水位の低下による電池１０の温度上昇によって、上側センサ７１の出力変化が急激に増大し始める。この温度変化をＰＣＵ１３０で検出することで、直列バスバ１５が冷却水に浸漬されている状態と、電池１０の温度上昇とを検出することができる。
In particular, in the present embodiment, the uppermost portion of the
下側センサ７２は上端面１２ａと流出孔２９との間の第２水位に位置している。これによれば、下側センサ７２が冷却水から露出されたか否かに基づいて、流出孔２９に流入する冷却水の量が低減し始めるか否かを判定することができる。冷却水の流動による電池１０を冷却する性能が低下し始めるか否かを判定することができる。
The
特に、本実施形態では、下側センサ７２の最も底壁２１側の最下部は、流出孔２９の最も天壁２３側の最上部と同等の高さ位置になっている。そのため、流出孔２９の天壁２３側が冷却水から露出されるほどに筐体２０内の冷却水の水位が低下すると、下側センサ７２の全てが冷却水から露出される。下側センサ７２で検出される温度が高くなるとともに、変化しがたくなる。若しくは、冷却水の水位の低下による電池１０の温度上昇によって、下側センサ７２の出力変化が急激に増大し始める。この温度変化をＰＣＵ１３０で検出することで、流出孔２９に流入する冷却水の量の低減と、電池１０の温度上昇とを検出することができる。
In particular, in the present embodiment, the lowest portion of the
流出孔２９の形成された右壁２５の内側面２２ａに上側センサ７１と下側センサ７２が取り付けられている。これによれば、例えば車両が坂道を走行している際に、車体が鉛直方向に対して傾いた結果、左壁２４の内側面２２ａが右壁２５の内側面２２ａよりも冷却水から露出されやすくなったとしても、これらセンサの冷却水からの露出が抑制される。これにより、冷却水が減っていないにもかかわらずに、冷却水が減少したと誤判定することが抑制される。
An
（第２実施形態）
次に、第２実施形態を図７に基づいて説明する。
(Second embodiment)
Next, a second embodiment will be described with reference to FIG.
第１実施形態では、流出孔２９が上側センサ７１および下側センサ７２それぞれよりもｚ方向において底壁２１側に位置する例を示した。これに対して本実施形態では、流出孔２９がｚ方向において上側センサ７１と下側センサ７２との間に位置している。
In the first embodiment, an example in which the
図７の（ａ）欄に示すように、筐体２０内の冷却水の水位が通常水位の場合、上側センサ７１と下側センサ７２それぞれの全てが冷却水に浸漬されている。流出孔２９に流入する冷却水の量が低減していない。この場合、ＰＣＵ１３０は通常モードで電力変換装置１１０を駆動制御する。
As shown in column (a) of FIG. 7, when the water level of the cooling water in the
しかしながら、例えば図７の（ｂ）欄に示すように、筐体２０内の冷却水の水位が第１水位になると、上側センサ７１が冷却水から露出され、上側センサ７１と下側センサ７２とで検出される温度の差が大きくなる。また、流出孔２９に流入する冷却水の量が低減し始める。この場合、ＰＣＵ１３０は第１制限モードで電力変換装置１１０を駆動制御する。
However, as shown in column (b) of FIG. 7, for example, when the water level of the cooling water in the
図７の（ｃ）欄に示すように、流出孔２９よりも水位が低下すると、流出孔２９に冷却水が流入されなくなる。下側センサ７２が冷却水から露出され始める。下側センサ７２で検出される温度が高くなり、下側センサ７２と上側センサ７１とで検出される温度の差が縮まり始める。この場合、ＰＣＵ１３０は第２制限モードで電力変換装置１１０を駆動制御する。若しくは、ＰＣＵ１３０は電動車両の走行を禁止状態にする。
As shown in column (c) of FIG. 7, cooling water does not flow into the
（第３実施形態）
次に、第３実施形態を図８に基づいて説明する。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment will be described with reference to FIG.
第１実施形態では、流出孔２９が上側センサ７１と下側センサ７２それぞれよりもｚ方向において底壁２１側に位置する例を示した。これに対して本実施形態では、流出孔２９がｚ方向において上側センサ７１と下側センサ７２それぞれよりもｚ方向において天壁２３側に位置している。
In the first embodiment, an example was shown in which the
図８の（ａ）欄に示すように、筐体２０内の冷却水の水位が通常水位の場合、流出孔２９に流入する冷却水の量が低減していない。そして上側センサ７１と下側センサ７２それぞれの全てが冷却水に浸漬されている。この場合にＰＣＵ１３０は通常モードで電力変換装置１１０を駆動制御する。
As shown in column (a) of FIG. 8, when the water level of the cooling water in the
しかしながら、例えば図８の（ｂ）欄に示すように、筐体２０内の冷却水の水位が第１水位になると、流出孔２９に冷却水が流入されなくなる。上側センサ７１が冷却水から露出され始める。上側センサ７１で検出される温度が高くなり、上側センサ７１と下側センサ７２とで検出される温度の差が大きくなる。この場合にＰＣＵ１３０は第１制限モードで電力変換装置１１０を駆動制御する。
However, when the water level of the cooling water in the
図８の（ｃ）欄に示すように、下側センサ７２よりも水位が低下すると、下側センサ７２で検出される温度が高くなり、下側センサ７２と上側センサ７１とで検出される温度の差が縮まり始める。この場合にＰＣＵ１３０は第２制限モードで電力変換装置１１０を駆動制御する。
As shown in column (c) of FIG. 8, when the water level drops below the
なお、図８の（ｂ）欄に示す冷却水の水位が検出された場合、ＰＣＵ１３０は第２制限モードで電力変換装置１１０を駆動制御してもよい。そして図８の（ｃ）欄に示す冷却水の水位が検出された場合、ＰＣＵ１３０は電動車両の走行を禁止してもよい。
In addition, when the water level of the cooling water shown in the column (b) of FIG. 8 is detected, the
以上、本開示の好ましい実施形態について説明したが、本開示は上記した実施形態になんら制限されることなく、本開示の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。 Although the preferred embodiments of the present disclosure have been described above, the present disclosure is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the present disclosure.
（第１の変形例）
各実施形態では、上側センサ７１と下側センサ７２のｘ方向の位置を特定していなかった。しかしながら、これら上側センサ７１と下側センサ７２のｘ方向の位置は特に限定されない。また、これら上側センサ７１と下側センサ７２のｙ方向の位置も特に限定されない。
(First modification)
In each embodiment, the x-direction positions of the
（第２の変形例）
各実施形態では、上側センサ７１と下側センサ７２とに温度センサを採用した例を示した。すなわち、上側センサ７１と下側センサ７２それぞれが冷却水に関連する同一の物理量を検出する例を示した。しかしながら、上側センサ７１と下側センサ７２それぞれが冷却水に関連する異なる物理量を検出してもよい。例えば、上側センサ７１が導電率を検出し、下側センサ７２が流量を検出してもよい。
(Second modification)
Each embodiment has shown an example in which temperature sensors are employed as the
（その他の変形例）
各実施形態では、電池パック１００が上側センサ７１と下側センサ７２それぞれを１つずつ有する例を示した。しかしながら冷却水の水位を詳細に検出するために、電池パック１００が上側センサ７１と下側センサ７２の少なくとも一方を複数有する構成を採用することができる。
(Other modifications)
In each embodiment, the example in which the
各実施形態では、流入孔２８と流出孔２９がｙ方向で離間し、複数の電池セル１１がｙ方向に並んでいる例を示した。しかしながら、ｙ方向に離間している流入孔２８と流出孔２９との間で、複数の電池セル１１がｘ方向に並ぶ構成を採用することもできる。
In each embodiment, the example in which the
各実施形態では筐体２０に流入孔２８と流出孔２９の形成された構成を示した。しかしながら筐体２０にこれら孔が形成されていない構成を採用することもできる。
In each embodiment, the structure in which the
１１…電池セル、１２ａ…上端面、１３…負極端子、１４…正極端子、１５…直列バスバ、２０…筐体、２１…底壁、…２２…側壁、２３…天壁、２８…流入孔、２９…流出孔、７１…上側センサ、７２…下側センサ、７３…温度センサ、１００…電池パック、１２０…モータ、１３０…ＰＣＵ、２００…電力システム
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記内部空間に収納された複数の電池セル（１１）と、
複数の前記電池セルそれぞれの前記天壁側の上端面（１２ａ）に形成された電極端子（１３，１４）に接続される通電用部材（１５）と、
前記上端面よりも前記天壁側の前記冷却液体の有無を検出する上側センサ（７１）と、
前記上端面よりも前記底壁側の前記冷却液体の有無を検出する下側センサ（７２）と、を有する電池パック。 A side wall (22) that forms a ring around the height direction, a bottom wall (21) that closes the lower one of the two openings provided in the side wall in the height direction, and two of the openings. A ceiling wall (23) for closing the opening located on the upper side in the height direction is provided, and an insulating cooling liquid flows into an internal space surrounded by the side walls between the bottom wall and the ceiling wall. a housing (20) to
a plurality of battery cells (11) housed in the internal space;
a conducting member (15) connected to electrode terminals (13, 14) formed on the upper end surface (12a) of each of the plurality of battery cells on the ceiling wall side;
an upper sensor (71) for detecting the presence or absence of the cooling liquid on the ceiling wall side of the upper end face;
a lower sensor (72) for detecting the presence or absence of the cooling liquid on the bottom wall side of the upper end surface.
前記内部空間に収納された複数の電池セル（１１）と、
複数の前記電池セルそれぞれの前記天壁側の上端面（１２ａ）に形成された電極端子（１３，１４）に接続される通電用部材（１５）と、
前記上端面よりも前記天壁側の前記冷却液体の有無を検出する上側センサ（７１）と、
前記上端面よりも前記底壁側の前記冷却液体の有無を検出する下側センサ（７２）と、を備える電池パック（１００）と、
前記上側センサと前記下側センサの検出結果に基づいて車両動力源（１２０）の駆動制限を行う制御部（１３０）と、を有する電力システム。 A side wall (22) that forms a ring around the height direction, a bottom wall (21) that closes the lower one of the two openings provided in the side wall in the height direction, and two of the openings. A ceiling wall (23) for closing the opening located on the upper side in the height direction is provided, and an insulating cooling liquid flows into an internal space surrounded by the side walls between the bottom wall and the ceiling wall. a housing (20) to
a plurality of battery cells (11) housed in the internal space;
a conducting member (15) connected to electrode terminals (13, 14) formed on the upper end surface (12a) of each of the plurality of battery cells on the ceiling wall side;
an upper sensor (71) for detecting the presence or absence of the cooling liquid on the ceiling wall side of the upper end face;
a battery pack (100) comprising a lower sensor (72) that detects the presence or absence of the cooling liquid on the bottom wall side of the upper end face;
A power system comprising: a control unit (130) that limits driving of a vehicle power source (120) based on detection results of the upper sensor and the lower sensor.
前記上側センサと前記下側センサそれぞれで前記冷却液体が検出された場合に前記車両動力源を第１モードで駆動制御し、
前記上側センサで前記冷却液体が検出されず、前記下側センサで前記冷却液体が検出された場合に前記車両動力源を前記第１モードよりも駆動制限の厳しい第２モードで駆動制御し、
前記上側センサと前記下側センサそれぞれで前記冷却液体が検出されなかった場合に前記車両動力源を前記第２モードよりも駆動制限の厳しい第３モードで駆動制御する請求項７に記載の電力システム。 The control unit
driving and controlling the vehicle power source in a first mode when the cooling liquid is detected by each of the upper sensor and the lower sensor;
when the cooling liquid is not detected by the upper sensor and the cooling liquid is detected by the lower sensor, driving and controlling the vehicle power source in a second mode having a stricter driving restriction than in the first mode;
8. The electric power system according to claim 7, wherein when the cooling liquid is not detected by each of the upper sensor and the lower sensor, the vehicle power source is driven and controlled in a third mode having a stricter driving restriction than the second mode. .
前記制御部は前記温度センサで検出された温度が閾値を超えた場合に前記車両動力源の駆動を停止する請求項７または請求項８に記載の電力システム。 The battery pack includes a temperature sensor (73) that detects the temperature of the battery cells,
9. The electric power system according to claim 7, wherein said control unit stops driving said vehicle power source when the temperature detected by said temperature sensor exceeds a threshold value.
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