KR20100130943A - 2차 전지 이상 검출 장치 - Google Patents

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토시히데 타나카
토시야 심포
쇼지 나리타
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미쯔비시 지도샤 고교 가부시끼가이샤
미츠비시 지도샤 엔지니어링 가부시키가이샤
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Abstract

[과제]
간단한 구성으로 체결 부재의 풀림을 검출하는 것이 가능한 2차 전지 이상 검출 장치를 제공한다.
[해결 수단]
복수의 전지 셀(11)의 전극 단자(12)끼리를 연결하는 도전성을 갖는 접속판 (14)과, 접속판과 전극 단자를 체결하는 체결 부재(16)와, 체결 부재에 의한 접속판과 전극 단자의 체결부에 근접하여 설치되고, 체결부 주위의 온도를 검출하는 온도 검출 수단(32)과, 온도 검출 수단의 온도 검출치에 근거하여 전지 셀 또는 체결 부재의 이상을 판정하는 이상 판정 수단(40)을 구비한다.

Description

2차 전지 이상 검출 장치{DEVICE FOR DETECTING ABNORMALITY IN A SECONDARY BATTERY}
본 발명은, 2차 전지 이상 검출 장치에 관한 것으로, 특히 전지 셀을 연결하는 접속판 및 전지 셀의 단자를 체결하는 체결 부재의 풀림을 검출하는 기술에 관한 것이다.
종래, 전기 자동차에 탑재되는 리튬 이온 전지는, 복수의 전지 셀로 구성된 전지 모듈을 병렬 또는 직렬로 접속한 구조이고, 차량에 전력을 공급하도록 구성되어 있다.
이와 같이, 복수의 전지 셀을 접속하기 때문에, 전지 셀의 단자 사이를 버스 바 등의 도전성이 있는 접속판을 이용하여 체결 부재로 체결하고, 배치하는 구조가 일반적으로 사용되고 있다.
그렇지만, 접속판 및 단자를 체결하는 체결 부재는 진동 등에 의해 느슨해지는 경우가 있고, 체결 부재가 느슨해지는 것에 의해 단자와 접속판의 접촉 저항이 증대하기 때문에 에너지의 손실을 초래한다는 문제가 있다.
이로부터, 종래, 각 체결 부재에 압력 센서를 설치하여 체결 부재의 풀림을 검출하는 방법이 알려져 있다(특허문헌1 참조).
특허문헌1 : 특개평9-306468호 공보
그런데, 전기 자동차에는 다수의 전지 모듈을 탑재하고 있고, 그것에 수반하여 다수의 체결부가 존재한다. 복수의 전지 셀을 접속하여 구성되는 전지 팩도 마찬가지로 다수의 체결부가 존재한다.
상기 특허문헌1에 개시된 종래 기술에서는, 각 체결 부재에 압력 센서를 설치하는 구성이기 때문에, 압력 센서의 수도 많아지고, 부품 비용이 증대한다는 문제가 있다. 또한, 다량의 배선을 전지 팩 안에 수용하게 되어, 정비성이 뒤떨어져서 바람직한 것은 아니다.
본 발명은, 상술한 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 그 목적은, 간단한 구성으로 하여 체결 부재의 풀림을 검출하는 것이 가능한 2차 전지 이상 검출 장치를 제공한 것에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위해, 청구항1의 2차 전지 이상 검출 장치는, 복수의 전지 셀의 전극 단자 사이를 연결하는 도전성을 갖는 접속판과, 그 접속판과 그 전극 단자를 체결하는 체결 부재와, 그 체결 부재에 의한 상기 접속판과 상기 전극 단자의 체결부에 근접하여 설치되고, 그 체결부 주위의 온도를 검출하는 온도 검출 수단과, 그 온도 검출 수단의 온도 검출치에 근거하여 상기 전지 셀 또는 상기 체결 부재의 이상을 판정하는 이상 판정 수단을 구비한 것을 특징으로 한다.
청구항2의 2차 전지 이상 검출 장치에서는, 청구항1에 있어서, 상기 이상 판정 수단은, 상기 전극 단자로부터 상기 접속판에 소정 이상의 부하 전류가 흐르고 있을 때, 상기 온도 검출 수단의 온도 검출치에 근거하여 상기 체결 부재의 풀림을 검출하여 판정하는 것을 특징으로 한다.
청구항3의 2차 전지 이상 검출 장치에서는, 청구항1 또는 청구항2에 있어서, 상기 전극 단자는 상기 전지 셀마다 각각 복수 설치되고, 상기 이상 판정 수단은, 상기 온도 검출 수단에 의해 상기 전지 셀마다 검출된 상기 체결부의 복수의 온도 검출치 중, 어느 하나가 소정의 온도를 상회한 때, 상기 체결 부재가 느슨해져 있다라고 판정하는 것을 특징으로 한다.
청구항4의 2차 전지 이상 검출 장치에서는, 청구항1 내지 청구항3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 온도 검출 수단은, 서미스터인 것을 특징으로 한다.
청구항5의 2차 전지 이상 검출 장치에서는, 청구항1 내지 청구항4의 어느 한 항에 있어서, 상기 전극 단자에는 도전성 및 열전달성을 갖는 금속판의 한 끝이 접속되고, 그 금속판의 다른 한 끝은 상기 전지 셀의 상태를 감시하는 전지 감시 장치의 기판에 접속되고 있고, 상기 온도 검출 수단은, 상기 금속판에 근접하여 상기 전지 감시 장치의 기판에 설치되고 있는 것을 특징으로 한다.
청구항1의 2차 전지 이상 검출 장치에 의하면, 전지 셀의 전극 단자와 접속판의 체결 부재에 의한 체결부의 부근에 온도 검출 수단을 설치하고, 체결부 주위의 온도를 검출한다.
이와 같이, 체결부 부근에 온도 검출 수단을 배치하여 체결부 주위의 온도를 검출하는 것에 의해, 체결 부재가 느슨해지면 접촉 저항의 증대에 따라 발열하여 체결부의 온도가 상승하는 것이지만, 전지 셀의 온도 및 이러한 체결 부재의 풀림에 의한 온도 상승의 양쪽을 검출하여, 전지 셀 또는 체결 부재의 이상을 판정할 수 있다.
또한, 이와 같이 전지 셀의 온도 및 체결 부재의 풀림에 의한 온도 상승의 검출에 온도 검출 수단을 공용하기 때문에, 비용을 억제할 수 있다.
또한, 체결부 부근에 온도 검출 수단을 설치하는 것에 의해 온도 이상의 발생 위치를 용이하게 특정할 수 있기 때문에, 정비에 필요한 시간을 절감하고, 작업 효율을 향상시킬 수 있다.
청구항2 및 청구항3의 2차 전지 이상 검출 장치에 의하면, 이상 판정 수단은, 접속판에 소정 이상의 부하 전류가 흐르고 있는 경우에 체결 부재의 풀림을 검출하고, 또는, 온도 검출 수단에 의해 전지 셀마다 검출된 체결부의 복수의 온도 검출치 중, 어느 하나가 소정의 온도를 상회한 때, 체결 부재가 느슨해져 있다라고 판정하기 때문에, 전지 셀의 온도 이상과 체결 부재의 풀림에 의한 온도 이상을 구별할 수 있다.
청구항4의 2차 전지 이상 검출 장치에 의하면, 온도 검출 수단은 값이 싼 서미스터이기 때문에, 부품 비용을 억제할 수 있다.
청구항5의 2차 전지 이상 검출 장치에 의하면, 온도 검출 수단은 전지 감시 장치 기판에 설치되기 때문에, 온도 검출 수단을 전지 감시 장치 기판에 일체화하는 것으로 복잡한 배선이 불필요하게 되고, 온도 검출 수단의 좁은 공간에서의 설치가 가능하다.
도 1은 본 발명에 관한 2차 전지 이상 검출 장치의 대략 구성을 나타내는 시스템도.
도 2는 본 발명에 관계된 2차 전지 이상 검출 장치의 대략 구성도.
도 3은 도 2의 상면도.
도 4는 도 2에 나타내는 2차 전지 이상 검출 장치에서 행해지는 전지 셀 이상 검출 처리 루틴을 나타내는 플로차트.
이하, 본 발명의 한 실시 형태에 관하여 도면을 참조하면서 설명한다.
도 1은, 본 발명에 관한 2차 전지 이상 검출 장치의 대략 구성을 나타내는 시스템도이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 전기 자동차에 갖춰진 구동용 배터리(1)는, 전지 모듈(10)을 복수개 직렬에 접속하여 구성되고 있고, 해당 전기 자동차는 외부 전원으로부터의 충전 경로를 구비하며, 해당 충전 경로로부터 전력의 공급을 받아 충전을 행하는 충전기를 이용하여 축전하도록 구성되어 있다.
1개의 전지 모듈(10)은, 복수개의 전지 셀(11)을 구비하여 구성되고 있다. 또한, 전지 모듈(10)에는, 각각의 충전 상태를 감시하는 셀 모니터 유닛(이하, CMU라고 칭함)(30)이 구비되어 있다. 전지 모듈(10)을 직렬로 접속하는 배선(50)에는, 구동용 배터리(1) 전체의 입출력 전류를 검출하는 전류 센서(60)가 마련되어 있다.
CMU(30)는, 배터리 관리 컨트롤 유닛(이상 판정 수단, 이하, BMU라고 칭함)(40)에 접속되어 있다. BMU(40)는, 각 CMU(30)로부터 각 전지 모듈(10)의 충전 상태 정보와, 전류 센서(60)로부터 구동용 배터리(1)의 입출력 전류치를 입력하고, 전자 컨트롤 유닛(ECU)(70)에 배터리 정보를 전달한다.
도 2는, 본 발명에 관한 2차 전지 이상 검출 장치를 구성하는 전지 모듈의 대략 구성도이다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 전지 모듈(10)은, 복수개의 전지 셀(11)의 전극 단자(12) 사이를, 버스 바(접속판)(14)를 사용하여 체결 부재(예를 들면, 너트)(16)로 직렬로 고정하는 것에 의해 구성된 것이다. 전극 단자(12)에는 도전성 및 열전달성을 갖는 금속판(18)의 한 측이 접속되고 있고, 금속판(18)의 다른 측에는 금속 단자(20)가 접합되어 있다. 금속 단자(20)는 금속판(18)을 이용하여 전극 단자(12)에 전기적 및 열적으로 접합되어 있고, 전지 셀(11)의 전압을 검출 가능하다. 또한, 여기에서는 전지 셀(11)의 전극 단자면 측을 상측으로서 정의한다.
또한, 전지 모듈(10)에는, CMU(30)인 전지 감시 장치 기판(31)이 전지 모듈(10)을 구성하는 복수개의 전지 셀(11)에 걸쳐 금속판(18)의 상측에 설치되고, 상기 금속 단자(20)에서 체결되어 있다. 전지 감시 장치 기판(31)에는 서미스터(온도 검출 수단)(32)가 마련되어 있다.
상세하게는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 서미스터(32)는 체결 부재(16)의 체결부에 근접하여 금속판(18)의 부근이 되도록 전지 감시 장치 기판(31)에 금속판(18)과 배선(도시하지 않고)을 통해 설치되고, 후술하는 바와 같이, 전극 단자(12)로부터 금속판(18)을 통해 전해지는 상기 체결부 주위의 열을 검출한다.
도 2로 돌아가서, 전지 감시 장치 기판(31)은 BMU(40)의 입력측에 접속되어 있다. BMU(40)에서는 전지 감시 장치 기판(31)으로부터의 정보에 근거하여 전지 팩을 구성하는 모든 전지 셀(11)의 상태(전압, 온도 등)를 감시한다.
이하, 이와 같이 구성된 본 발명에 관한 2차 전지 이상 검출 장치의 작용에 관하여 설명한다.
버스 바(14)에 부하 전류가 흐르면, 체결 부재(16)에 의한 체결부 주위, 예를 들면 전극 단자(12)에는 버스 바(14)나 체결 부재(16)의 접촉 저항에 비례하여 발열이 일어난다. 여기에서, 통상 이와 같은 전기 자동차에서는, 차량의 구동용 모터에 이용하는 고전압의 전류와, 차량에 탑재된 보조기 등에 사용되는 저전압의 전류가 있지만, 버스 바(14)에는 전자의 고전압의 부하 전류가 흐른다. 이것에 의해, 전극 단자(12)와 버스 바(14)를 체결하고 있는 체결 부재(16)가 느슨해져 있는 경우에는 접촉 저항은 증대하기 때문에, 발열량도 커진다. 전극 단자(12)에 있어서 발열은, 금속판(18)으로부터 전지 감시 장치 기판(31)의 서미스터(32)에 전해진다. 이와 같이 하여 서미스터(32)는 전극 단자(12)로의 발열을 검출한다. 또한, 발열량은 부하 전류량에도 비례하기 때문에, 부하 전류가 소정(예를 들면 10 암페어) 이상인 때에 서미스터(32)가 검출한 발열에 관하여, 체결 부재(16)의 풀림에 의한 발열인지, 전지 이상에 의한 발열인지를 명확하게 구별할 수 있다.
여기에서, 검출한 온도가 소정 온도 이상이라면 체결 부재(16)의 풀림이라고 판정하는 이상 판정 처리에 관하여 설명한다.
도 4에는, BMU(40)가 실행하는 이상 판정 처리 루틴을 나타내는 플로차트가 나타나 있고, 이하 이 플로차트에 근거하여 설명한다.
스텝 S1에서는, 차량의 전원을 ON하거나, 또는 전원 커넥터를 100V 또는 200V의 외부 전원에 접속하는 것에 의해 충전기가 충전된다.
스텝 S2에서는, 전지 감시 장치 기판(31)에 설치되어 있는 서미스터(32)에 의해 각 전지 셀 온도(Tc)를 검출하고, 수집한다.
스텝 S3에서는, 수집한 전지 셀 온도(Tc)가 소정 온도(Tmax) 이상인지의 여부를 판정한다. 해당 판정 결과가 Yes라고 판정된 경우는 스텝 S4로 진행된다.
스텝 S4에서는, 버스 바(14)에 소정 이상의 부하 전류가 흐르고 있는지의 여부를 판정한다. 해당 판정 결과가 Yes라고 판정된 경우는 스텝 S5로 진행된다.
스텝 S5에서는, 동일한 전지 셀(11)의 온도를 검출하는 서미스터(32) 중, 어느 하나가 소정 온도(Tmax) 이상인지의 여부를 판정한다.
자세하게는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 동일 전지 셀(11)에 있는 전극 단자(12a, 12b)의 온도를 측정하는 서미스터(32a, 32b) 중, 어느 하나가 소정 온도(Tmax) 이상인지의 여부를 판정한다. 해당 판정 결과가 Yes인 경우, 스텝 S6으로 진행된다.
스텝 S6에서는, 버스 바(14)와 전극 단자(12)를 체결하는 체결 부재(16)에 풀림이 있다고 판정한다.
한편, 상기 스텝 S4의 판정 결과가 No, 또는, 스텝 S(5)의 판정 결과가 No인 경우, 스텝 S7로 진행한다.
스텝 S7에서는, 전지 셀(11)의 발열이라고 판단하고 전지 셀(11)의 이상이라고 판정한다.
한편, 상기 스텝 S3의 판정 결과가 No인 경우, 스텝 S8으로 진행한다.
스텝 S8에서는, 전지 셀(11)은 정상이라고 판정하고, 스텝 S9로 진행한다.
스텝 S9에서는, 차량의 전원이 ON, 또는 충전기가 충전되고 있는지의 여부를 판정한다. 해당 판정 결과가 Yes인 경우, 스텝 S2에 돌아오고, 해당 판정 결과가 No인 경우에는 본 전지 셀 이상 검출 처리 루틴을 종료한다.
이처럼, 본 발명의 실시 형태에 의하면, 전지 감시 장치 기판(31)에 있는 서미스터(32)를 금속판(18)의 부근이 되도록 설치하고, 버스 바(14)에 소정 이상의 부하 전류가 흐르고 있는 경우에, 전지 감시 장치 기판(31)에 설치된 서미스터(32)가 소정치 이상의 온도를 검출하고, 또한 동일한 전지 셀(11)의 전극 단자(12a, 12b)의 온도를 검출하는 서미스터(32a, (32b) 중, 어느 하나의 온도가 소정치 이상이면, 전극 단자(12) 및 버스 바(14)를 체결하고 있는 체결 부재(16)가 느슨해져 있다고 판단한다.
이것에 의해, 서미스터(32)는 전지 셀(11)의 온도를 검출하고, 또한 전극 단자(12)와 버스 바(14)를 체결하는 체결 부재(16)의 풀림에 의한 발열도 검출할 수 있다. 이와 같이, 전지 셀이나 체결 부재(16)에 의한 체결부 주위의 온도 검출에 서미스터(32)를 공용하기 때문에, 비용을 억제할 수 있다.
또한, 온도 센서에 값이 싼 서미스터를 사용하는 것으로, 부품 비용을 억제할 수 있다.
그리고, 온도의 이상 부분을 용이하게 특정할 수 있기 때문에, 정비에 필요한 시간을 단축할 수 있고, 작업 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 전지 셀(11)의 이상에 의한 온도 이상과 체결 부재(16)의 풀림에 의한 온도 이상을 구별하고 판정할 수 있다.
또한, 서미스터(32)는 전지 감시 장치 기판(31)에 설치되어 있고, 체결 부재(16)의 풀림에 의한 발열은 금속판(18) 및 전지 감시 장치 기판(31)의 서미스터(32)에 전해지기 때문에 복잡한 배선은 불필요하고, 서미스터(32)의 좁은 공간 에서의 설치가 가능하다.
이상으로 실시 형태의 설명을 마치지만, 본 발명은 상술한 실시 형태로 한정되는 것이 아니다.
예를 들면, 상기 실시 형태에서는, 서미스터(32)를 전지 감시 장치 기판(31)에 설치하고 있지만, 서미스터(32)를 버스 바(14)나 체결 부재(16)에 설치해도 좋다.
또한, 온도 센서로서 서미스터를 사용하고 있지만, 온도를 검출할 수 있으면 특히 서미스터로 한정되는 것이 아니다.
또한, 1개의 전지 셀(11)의 온도 검출에 2개의 서미스터를 이용하고 있지만, 서미스터의 수는 2개로 한정된 것이 아니다.
1 : 구동용 배터리
10 : 전지 모듈
11 : 전지 셀
12 : 전극 단자
14 : 버스 바(접속판)
16 : 체결 부재
18 : 금속판
31 : 전지 감시 장치 기판
32 : 서미스터(온도 검출 수단)
40 : BMU(이상 판정 수단)

Claims (5)

  1. 복수의 전지 셀의 전극 단자 사이를 연결하는 도전성을 갖는 접속판과,
    상기 접속판과 상기 전극 단자를 체결하는 체결 부재와,
    상기 체결 부재에 의한 상기 접속판과 상기 전극 단자의 체결부에 근접하여 설치되고, 상기 체결부 주위의 온도를 검출하는 온도 검출 수단과,
    상기 온도 검출 수단의 온도 검출치에 근거하여 상기 전지 셀 또는 상기 체결 부재의 이상을 판정하는 이상 판정 수단을 구비한 것을 특징으로 한 2차 전지 이상 검출 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 이상 판정 수단은, 상기 전극 단자로부터 상기 접속판에 소정 이상의 부하 전류가 흐르고 있을 때, 상기 온도 검출 수단의 온도 검출치에 근거하여 상기 체결 부재의 풀림을 검출하여 판정하는 것을 특징으로 하는 2차 전지 이상 검출 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 전극 단자는 상기 전지 셀마다 각각 복수 설치되고,
    상기 이상 판정 수단은, 상기 온도 검출 수단에 의해 상기 전지 셀마다 검출된 상기 체결부의 복수의 온도 검출치 중, 어느 하나가 소정의 온도를 상회한 때, 상기 체결 부재가 느슨해져 있다라고 판정하는 것을 특징으로 하는 2차 전지 이상 검출 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 온도 검출 수단은, 서미스터인 것을 특징으로 하는 2차 전지 이상 검출 장치.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전극 단자에는 도전성 및 열전달성을 갖는 금속판의 한 끝이 접속되고, 상기 금속판의 다른 한 끝은 상기 전지 셀의 상태를 감시하는 전지 감시 장치의 기판에 접속되며,
    상기 온도 검출 수단은, 상기 금속판에 근접하여 상기 전지 감시 장치의 기판에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 2차 전지 이상 검출 장치.
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