WO2022219751A1 - 電池パックの熱連鎖判定方法及び熱連鎖検知システム - Google Patents

電池パックの熱連鎖判定方法及び熱連鎖検知システム Download PDF

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鮎華 松山
康平 加世堂
▲チイ▼曄 楊
徐斌 周
智一 小林
洸 三宅
宏士 小川
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日産自動車株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a battery pack thermal chain determination method and a thermal chain detection system.
  • thermo chain reaction thermal runaway
  • Vehicles such as electric vehicles and hybrid vehicles equipped with battery packs are required to have a system for early and accurate detection of thermal chain (thermal runaway) from the standpoint of safety.
  • thermal chain when thermal chain is detected by detecting temperature, for example, there is a time lag between the occurrence of an abnormality in one battery cell and the rise in temperature inside the battery pack due to thermal chain. cannot be detected.
  • JP2011-060755A discloses a system that detects the pressure inside the battery pack and detects thermal chain (thermal runaway) based on changes in the pressure inside the battery pack. Since this system detects thermal chain based on pressure, the problem of time lag can be eliminated.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a battery pack thermal chain determination method and a thermal chain detection system that can quickly and accurately detect the occurrence of thermal chain.
  • a plurality of cells inside a battery pack a pressure contributing component that contributes to pressure changes in the battery pack, at least one pressure sensor that detects the pressure in the battery pack, and At least one voltage sensor for sensing voltage and a thermal chain determination method for a battery pack.
  • the pressure sensor detects the pressure in the battery pack
  • the voltage sensor detects the cell voltage. If the amount of change or the rate of change in the detected pressure in the battery pack is greater than a predetermined value, it is determined that the pressure in the battery pack is abnormal, and the amount of change or the rate of change in the detected cell voltage is determined to be abnormal. or when the cell voltage value is greater than a predetermined value, it is determined that the cell voltage is abnormal. Then, when both the pressure in the battery pack and the voltage of the cell are abnormal, it is determined that a thermal chain has occurred.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing the main configuration of a thermal chain detection system for a battery pack according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating the control configuration of the thermal chain detection system.
  • FIG. 3 is a timing chart for explaining the thermal chain detection method.
  • FIG. 4 is a flow chart illustrating the thermal chain detection method.
  • FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing the main configuration of the thermal chain detection system for battery packs according to the second embodiment.
  • FIG. 6 is a block diagram for explaining the control configuration of the thermal chain detection system of the second embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a battery pack thermal chain detection system (hereinafter referred to as a thermal chain detection system) 100 according to a first embodiment of the present invention.
  • a thermal chain detection system 100 is mounted on a vehicle such as an electric vehicle or a hybrid vehicle.
  • the thermal chain detection system 100 includes a battery pack 1 , a plurality of battery modules 10 housed in the battery pack 1 , refrigerant gas flow paths 20 for cooling the battery modules 10 , pressure inside the battery pack 1 is composed of a plurality of pressure sensors 30, a controller 40, and the like.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of the battery pack 1 viewed from above. Although not shown, the upper surface of the battery pack 1 is covered with a cover. That is, the battery pack 1 is a so-called closed battery pack.
  • the battery module 10 is a cell stack (cell) formed by stacking a plurality of unit cells (not shown), and the battery pack 1 is configured by housing the plurality of battery modules 10 .
  • the unit cell in this embodiment is a lithium ion secondary battery, it is not necessarily limited to this.
  • the battery modules 10 are electrically connected to an external load via lead wires or the like, and each of the plurality of battery modules 10 is also electrically connected via lead wires or the like.
  • the number and arrangement of the battery modules 10 in the battery pack 1 are arbitrary, and are not limited to those shown in FIG.
  • the refrigerant gas flow path 20 is a flow path through which a refrigerant gas for cooling the battery modules 10 circulates, and is formed so as to pass through each battery module 10 .
  • the refrigerant gas leaks into the battery pack 1 from the refrigerant gas channel 20, the pressure inside the battery pack 1 increases. That is, the refrigerant gas flow path 20 is a pressure contributing component that contributes to pressure changes within the battery pack 1 .
  • the shape and arrangement of the refrigerant gas flow path 20 are not limited to those shown in FIG. 1 as long as the configuration can cool the battery pack 1 .
  • the pressure sensor 30 includes a first pressure sensor 30a and a second pressure sensor 30b, each of which detects the pressure P within the battery pack 1.
  • the pressure sensor 30 is provided under a shielding plate 31 made of a metal plate or the like, and the pressure measuring portion of the pressure sensor 30 faces toward the bottom of the battery pack 1 .
  • the pressure sensor 30 is protected by the shielding plate 31 even when a thermal chain described later occurs in the battery pack and high-temperature, high-pressure gas blows out from the cell. be. That is, the pressure sensor 30 is provided at a position where it will not be affected even if a thermal chain occurs, so it operates normally even if a thermal chain occurs.
  • the pressure P detected by the pressure sensor 30 is transmitted to the controller 40, which will be described later.
  • the controller 40 is composed of a computer having a central processing unit (CPU), a read only memory (ROM), a random access memory (RAM) and an input/output interface (I/O interface), and is an integral part of the thermal chain detection system 100. control. It is also possible to configure the controller 40 with a plurality of microcomputers. The controller 40 performs processing for controlling the thermal chain detection system 100 by executing a specific program. The controller 40 executes thermal chain detection control, which will be described later, for example.
  • CPU central processing unit
  • ROM read only memory
  • RAM random access memory
  • I/O interface input/output interface
  • the controller 40 also includes a battery controller (LBC) 41 and a vehicle control module (VCM) 42.
  • LBC battery controller
  • VCM vehicle control module
  • the LBC 41 and the VCM 42 are communicably connected to each other via a communication line such as CAN.
  • the LBC 41 is provided inside the battery pack 1 and electrically connected to each battery module 10 .
  • the LBC 41 includes a plurality of voltage sensors that measure voltage V of the cells of each battery module 10 (hereinafter referred to as voltage of the battery module 10 or cell voltage).
  • the cell voltage V obtained by the LBC is sent to VCM 42 .
  • the VCM 42 controls the entire system of the vehicle in which the thermal chain detection system 100 is installed. As will be described later, the VCM 42 determines, for example, whether or not the acquired pressure P and cell voltage V in the battery pack 1 are abnormal, and whether or not thermal chaining has occurred in the battery pack 1 .
  • thermo chain reaction thermal runaway
  • thermal chain when thermal chain is detected by detecting temperature, for example, there is a time lag between the occurrence of an abnormality in one cell and the rise in temperature inside the battery pack due to thermal chain. cannot be detected.
  • a system that detects the pressure inside the battery pack and detects thermal chain based on changes in the pressure inside the battery pack can solve the problem of time lag.
  • a battery pack equipped with a cooling system (refrigerant gas flow path 20) using a gaseous refrigerant as in the present embodiment, if the refrigerant gas leaks into the battery pack, the inside of the battery pack will be damaged regardless of the thermal chain. pressure rises.
  • the influence of the gas discharge channel that connects to the outside of the battery pack The pressure within the battery pack may change independently of the thermal chain. In such a battery pack that includes a pressure contributing component that contributes to pressure changes within the battery pack, it is not possible to accurately detect the occurrence of thermal chainring simply by detecting the pressure within the battery pack. may be erroneously detected.
  • thermal chain it is determined that a thermal chain has occurred when both the pressure P within the battery pack 1 and the cell voltage V within the battery pack are abnormal.
  • the pressure P in the battery pack 1 becomes abnormal due to a pressure contributing component that contributes to the pressure change in the battery pack, such as the refrigerant gas flow path 20, the voltage V of the battery module 10 becomes abnormal. Otherwise, it is not determined that thermal chain has occurred.
  • thermal chain can be quickly detected. That is, the occurrence of thermal chain can be detected quickly and accurately.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating the control configuration of the thermal chain detection system 100.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating the control configuration of the thermal chain detection system 100.
  • the thermal chain detection system 100 includes a voltage detection unit 11B and a pressure detection unit 12B in the battery pack 1, a cell voltage abnormality determination unit 21B and a pressure abnormality determination unit 22B that constitute a part of the VCM 42, It is composed of a running state determination unit 23B, a thermal chain occurrence determination unit 24B, and a display unit 31B.
  • the voltage detection unit 11B is composed of an LBC 41 equipped with a voltage sensor for measuring the cell voltage V of each battery module 10.
  • the cell voltage V detected by the LBC 41 is input to the cell voltage abnormality determination section 21B of the VCM 42 at predetermined time intervals or continuously.
  • the pressure detection unit 12B is composed of first and second pressure sensors 30a and 30b that detect the pressure P inside the battery pack 1. As shown in FIG. The pressure P1 detected by the first pressure sensor 30a is sent to the first pressure abnormality determination section 221B, and the pressure P2 detected by the second pressure sensor 30b is sent to the second pressure abnormality determination section 222B of the VCM 42 at predetermined time intervals. Or always continuously input.
  • the cell voltage abnormality determination section 21B determines whether or not the cell voltage V input from the voltage detection section 11B is abnormal. Specifically, whether or not the amount of change or the rate of change ⁇ V (hereinafter referred to as the amount (rate) of change ⁇ V) of the cell voltage V input at predetermined time intervals or continuously is greater than a predetermined value ⁇ V th , and whether or not the absolute value of the cell voltage V is smaller than a predetermined value Vth .
  • the cell voltage abnormality determination unit 21B determines whether the cell voltage It is determined that V is abnormal.
  • the predetermined value ⁇ V th here is, for example, a voltage change amount (rate) at which the cell can be regarded as being over-discharged.
  • the predetermined value V th is such that the cell can be considered to be in an over-discharged state when the absolute value of the cell voltage V is smaller than V th .
  • the cell voltage abnormality determination unit 21B detects an internal short circuit from the input cell voltage V, or when the cell voltage V is an invalid value (Invalid value), or when communication between the LBC 41 and the VCM 42 is defective. Also in the case of , it is determined that the cell voltage V is abnormal. If an internal short circuit of the cell is detected, the cell is in an over-discharged state. Further, when an abnormality occurs in the cell due to thermal chain and an abnormality such as breakage occurs in the voltage sensor, the cell voltage V becomes an invalid value.
  • the cell voltage abnormality determination unit 21B determines whether the change amount (rate) ⁇ V of the cell voltage V is larger than a predetermined value ⁇ Vth or the absolute value of the cell voltage V is smaller than a predetermined value Vth . and determine that the cell voltage V is abnormal.
  • the cell voltage abnormality determination unit 21B determines that the cell voltage V is abnormal. For example, if it is determined that the cell voltage V is abnormal only when the values of all the voltage sensors of the LBC 41 are abnormal, it may be possible that some of the voltage sensors of the LBC 41 are out of order, or that some If the cell voltage is not detected accurately, there is a possibility that the abnormality of the cell voltage V will not be detected. In such a case, there is a possibility that the occurrence of thermal chain cannot be detected. In contrast, in the present embodiment, if at least one cell voltage V is abnormal, it is determined that the cell voltage V is abnormal. can be detected.
  • the VCM 42 including the cell voltage abnormality determination unit 21B is provided outside the battery pack 1, the VCM 42 is not affected by the high-temperature, high-pressure gas ejected from the cells even when a thermal chain occurs. Therefore, even if the voltage detection unit 11B (LBC 41) or the communication line between the LBC 41 and the VCM 42 is damaged due to high temperature and high pressure gas at the time of thermal chain, the VCM 42 cannot communicate with the LBC 41. can be detected. That is, even if the LBC 41 or the like is damaged by thermal chain, the VCM 42 can detect an abnormality in the cell voltage V.
  • the cell voltage abnormality determination unit 21B determines that there is an abnormality
  • a signal indicating that the cell voltage is abnormal is input from the cell voltage abnormality determination unit 21B to the thermal chain occurrence determination unit 24B.
  • the pressure abnormality determination section 22B is composed of a first pressure abnormality determination section 221B and a second pressure abnormality determination section 222B, and determines whether or not the pressure P in the battery pack 1 input from the pressure detection section 12B is abnormal. do.
  • the pressure P1 detected by the first pressure sensor 30a is supplied to the first pressure abnormality determination unit 221B, and the pressure P2 detected by the second pressure sensor 30b is supplied to the second pressure abnormality determination unit 222B at predetermined time intervals. Or always continuously input.
  • the first pressure abnormality determination unit 221B and the second pressure abnormality determination unit 222B determine the amount of change or the rate of change ⁇ P (hereinafter referred to as the amount of change (rate)) of the pressures P 1 and P 2 that are input at predetermined time intervals or continuously.
  • ⁇ P is greater than a predetermined value ⁇ P th .
  • the predetermined value ⁇ P th here is a value corresponding to the amount or rate of change in pressure when thermal chain occurs, for example, and can be set in advance based on experiments, common technical knowledge, and the like.
  • the first pressure abnormality determination section 221B and the second pressure abnormality determination section 222B determine the pressures P 1 and 222B, respectively. P2 is determined to be abnormal.
  • the pressure abnormality determination section 22B sends a signal to the thermal chain generation determination section 24B to the effect that the pressure P in the battery pack 1 is abnormal. is entered.
  • the running state determination unit 23B determines whether the vehicle is in a running state or in a stopped state based on the driver's accelerator operation or the like.
  • the determination result of the running state determination section 23B is input to the thermal chain occurrence determination section 24B.
  • the thermal chain occurrence determining unit 24B determines that thermal chaining has occurred when it receives an abnormality occurrence signal from both the cell voltage abnormality determining unit 21B and the pressure abnormality determining unit 22B. That is, the thermal chain occurrence determination unit 24B determines that thermal chain has occurred only when both the pressure P in the battery pack and the cell voltage V are abnormal.
  • the abnormality occurrence signal input from the pressure abnormality determination section 22B referred to here is an abnormality occurrence signal input from either or both of the first pressure abnormality determination section 221B and the second pressure abnormality determination section 222B. Therefore, the thermal chain occurrence determination unit 24B determines that thermal chain has occurred when at least one of the cell voltage V and the pressures P 1 and P 2 in the battery pack is abnormal.
  • the thermal chain occurrence determination unit 24B determines that thermal chain has occurred, a warning command is transmitted from the thermal chain occurrence determination unit 24B to the display unit 31B. At this time, the thermal chain occurrence determination unit 24B transmits a warning command to the display unit 31B together with the determination result input from the running state determination unit 23B.
  • the display unit 31B is, for example, a meter display provided on the dashboard of the vehicle, and upon receiving a warning command from the thermal chain occurrence determination unit 24B, notifies and warns the occupants of the occurrence of thermal chain.
  • the display unit 31B displays, for example, a notification to the occupants of the occurrence of thermal chain reaction, a warning to stop the vehicle, and a warning to urge them to evacuate to a safe place outside the vehicle. to display.
  • a warning is displayed on the display to notify the occupants of the occurrence of thermal chain reaction and to urge them to evacuate to a safe place outside the vehicle.
  • the method of notification and warning of the occurrence of thermal chain is not limited to display on the display, and may be performed, for example, by sound of a speaker.
  • the thermal chain detection system 100 detects the occurrence of thermal chain based on the pressure P in the battery pack 1 and the cell voltage V, so it is possible to quickly detect the thermal chain. In addition, when both the pressure P in the battery pack 1 and the cell voltage V are abnormal, it is determined that thermal chain has occurred, so erroneous detection of the occurrence of thermal chain can be prevented.
  • FIG. 3 is a timing chart explaining the thermal chain detection method.
  • the cell voltage V is equal to or lower than the predetermined value V th between time t 0 and time t 1 , and the first pressure sensor 30a and the amount of change (rate) ⁇ P 1 , ⁇ P 2 of the pressures P 1 , P 2 detected by the second pressure sensor 30b are both less than or equal to a predetermined value ⁇ P th .
  • the cell voltage abnormality determination unit 21B, the pressure abnormality determination unit 22B, and the thermal chain occurrence determination unit 24B all maintain the abnormality flag (0: normal, 1: abnormal) at 0 (normal).
  • the cell voltage abnormality determination unit 21B sets the abnormality flag of the cell voltage to 1 (abnormal). do.
  • the reason why the abnormality flag is set to 1 (abnormal) at time t2 instead of at time t1 is that if the cell voltage V momentarily falls below a predetermined value Vth for some reason, the cell voltage V is set to be abnormal. This is to avoid the determination that That is, when the cell voltage V returns to the predetermined value Vth or higher between time t1 and time t2, the cell voltage abnormality determination unit 21B keeps the abnormality flag at 0 (normal).
  • the cell voltage abnormality determination unit 21B continuously maintains the abnormality flag at 1 (abnormal) while the cell voltage V is lower than the predetermined value Vth . .
  • the cell voltage abnormality determination unit 21B determines the cell voltage even when an internal short circuit is detected from the cell voltage V, when the cell voltage V is an invalid value, or when communication between the LBC 41 and the VCM 42 is defective. Set the abnormal flag to 1 (abnormal).
  • the first The 1-pressure abnormality determination unit 221B sets the abnormality flag of the pressure P1 to 1 (abnormal).
  • the predetermined period of time is a period of time during which it can be determined that the pressure in the battery pack 1 has not changed accidentally for a short period of time, and can be set in advance through experiments or the like.
  • the thermal chain occurrence determination section 24B sets the abnormality flag to 1 (abnormal). That is, a thermal chain is detected.
  • the change amount (rate) ⁇ P 1 of the pressure P 1 detected by the first pressure sensor 30a becomes 0 at time t 5 after exceeding a predetermined value ⁇ P th and then decreases to a negative value (the pressure increases decrease). That is, after time t5, the change amount ( rate) ⁇ P1 of the pressure P1 becomes equal to or less than the predetermined value ⁇ Pth .
  • the first pressure abnormality determination unit 221B sets the change amount (rate) ⁇ P1 of the pressure P1 to a predetermined value ⁇ Pth or less. During the time, the abnormality flag is maintained at 1 (abnormal) to continue the abnormality determination state.
  • pressure abnormality determination unit 22B determines that pressure P in battery pack 1 is abnormal, and then changes amount (rate) ⁇ P of pressure P in battery pack 1. becomes equal to or less than the predetermined value Pth , the pressure abnormality determination state is continued for a predetermined time.
  • the predetermined time is a time enough to determine that no thermal chain has occurred, and can be set in advance through experiments or the like.
  • the display on the meter display and the like switches to a notification of thermal chain generation to the passengers and a warning to urge them to evacuate to a safe place outside the vehicle.
  • FIG. 3 describes the case where the change amount (rate) ⁇ P 1 of the pressure P 1 detected by the first pressure sensor 30a exceeds the predetermined value ⁇ P th , but the pressure detected by the second pressure sensor 30b
  • a similar thermal chain detection method can be used when the change amount (rate) ⁇ P 2 of P 2 exceeds a predetermined value ⁇ P th . That is, when the change amount (rate) ⁇ P 2 of the pressure P 2 exceeds the predetermined value ⁇ P th , the second pressure abnormality determination section 222B sets the abnormality flag to 1 (abnormal). When the abnormality flags of the cell voltage abnormality determination section 21B and the second pressure abnormality determination section 222B become 1 (abnormal), the thermal chain occurrence determination section 24B sets the abnormality flag to 1 (abnormal), and thermal chain is detected.
  • the cell voltage abnormality determination unit 21B sets the abnormality flag to 1 (abnormal). Furthermore, as described above, when an internal short circuit is detected from the cell voltage V, when the cell voltage V is an invalid value, or when communication between the LBC 41 and the VCM 42 is defective, the cell voltage abnormality determination unit 21B It is assumed that the change amount (rate) ⁇ V of the cell voltage V is greater than the predetermined value ⁇ V th or the absolute value of the cell voltage V is greater than the predetermined value V th , and the abnormality flag is set to 1 (abnormal).
  • FIG. 4 is a flowchart for explaining the thermal chain detection method for the battery pack 1.
  • FIG. All of the following controls are repeatedly executed by the controller 40 at predetermined time intervals.
  • the controller 40 When the thermal chain detection system 100 is activated by, for example, pressing the ignition switch of the vehicle, the controller 40 starts thermal chain detection control. Note that the controller 40 detects the pressures P 1 and P 2 in the battery pack 1 detected by the first and second pressure sensors 30a and 30b and the voltage sensor of the LBC 41 from the start to the end of the thermal chain detection control. The cell voltage V to be applied and information on the running state of the vehicle are acquired constantly or at predetermined time intervals.
  • step S101 the controller 40 determines whether the pressure P in the battery pack 1 is abnormal.
  • the controller 40 sets the change amount (rate) ⁇ P1 of the pressure P1 detected by the first pressure sensor 30a and the change amount ( rate) ⁇ P2 of the pressure P2 detected by the second pressure sensor 30b to predetermined values. It is determined whether or not it is greater than ⁇ P th . Then, if one or both of the change amount (rate) ⁇ P 1 of the pressure P 1 and the change amount (rate) ⁇ P 2 of the pressure P 2 are larger than a predetermined value ⁇ P th , the controller 40 1 is determined to be abnormal.
  • the controller 40 determines that the pressure P is abnormal when the pressure P in the battery pack 1 is abnormal within a predetermined period of time. That is, when the amount of change (rate) ⁇ P of the pressure P in the battery pack 1 becomes larger than the predetermined value ⁇ Pth , the controller 40 controls the amount of change (rate) ⁇ P of the pressure P to increase to the predetermined value ⁇ P Even if the pressure becomes equal to or less than th , it is determined that the pressure P is abnormal within a predetermined time.
  • the controller 40 executes the process of step S102. On the other hand, if there is no abnormality in the pressure P in the battery pack 1, the controller 40 ends the thermal chain detection control assuming that the thermal chain has not occurred.
  • step S102 the controller 40 determines whether the cell voltage V is abnormal.
  • the controller 40 detects when the amount of change or the rate of change ⁇ V of the cell voltage V detected by the voltage sensor of the LBC 41 is greater than a predetermined value ⁇ Vth, or when the absolute value of the cell voltage V is less than a predetermined value Vth . , it is determined that the cell voltage V is abnormal.
  • the controller 40 may determine whether the cell voltage V is abnormal based on both the change amount (rate) ⁇ V of the cell voltage V and the absolute value of the cell voltage V. Abnormality determination may be performed. Further, when at least one of the cell voltages V detected by the plurality of voltage sensors of the LBC 41 is abnormal, the controller 40 determines that the cell voltage V is abnormal.
  • the controller 40 If the cell voltage V is abnormal, the controller 40 assumes that the occurrence of thermal chain has been detected, and executes the process of step S103. On the other hand, if there is no abnormality in the cell voltage V, the controller 40 terminates the thermal chain detection control assuming that the thermal chain has not occurred.
  • step S103 the controller 40 determines whether the vehicle is in a stopped state based on the driver's accelerator operation. When the vehicle is running, the controller 40 executes the process of step S104. On the other hand, when the vehicle is stopped, the controller 40 executes the process of step S105.
  • step S104 the controller 40 notifies the occupants of the occurrence of thermal chain and warns them to stop the vehicle and evacuate to a safe place outside the vehicle. Notifications and warnings are carried out by means of indications on meter displays or the like. After executing the notification and warning, the controller 40 returns to step S103. In step S103, if the vehicle is still running, the notification of the occurrence of thermal chain and the warning to stop the vehicle and to evacuate to a safe place outside the vehicle are continued. On the other hand, when the vehicle is stopped, the controller 40 executes the process of step S105.
  • step S103 if the vehicle is in a stopped state, in step S105, the controller 40 notifies the occupants of the occurrence of thermal chain and warns them to evacuate to a safe place outside the vehicle. Notifications and warnings are carried out by means of indications on meter displays or the like. After executing the notification and warning, the controller 40 terminates the thermal chain detection control.
  • the thermal chain determination method for the battery pack 1 it is determined that the pressure P within the battery pack 1 is abnormal when the amount of change or rate of change ⁇ P of the pressure P within the battery pack 1 is greater than a predetermined value ⁇ Pth . do. Further, when the change amount or change rate ⁇ V of the cell voltage V is larger than a predetermined value ⁇ Vth, or when the absolute value of the cell voltage V is smaller than a predetermined value Vth , the cell voltage V is determined to be abnormal. judge. Then, when both the pressure P in the battery pack 1 and the cell voltage V are abnormal, it is determined that a thermal chain has occurred.
  • the pressure P in the battery pack 1 becomes abnormal due to a pressure-contributing component that contributes to the pressure change in the battery pack 1, such as the refrigerant gas flow path 20, the voltage V of the battery module 10 is maintained. If there is no abnormality, it is not determined that thermal chain has occurred. Therefore, when the pressure P in the battery pack 1 changes regardless of the thermal chain, erroneous detection of occurrence of the thermal chain is prevented. Moreover, since the presence or absence of thermal chain is determined based on the pressure P and the cell voltage V in the battery pack 1, the thermal chain can be quickly detected. That is, the occurrence of thermal chain can be detected quickly and accurately.
  • battery pack 1 includes a plurality of pressure sensors 30a and 30b.
  • a predetermined value ⁇ Pth it is determined that the pressure P in the battery pack 1 is abnormal.
  • the pressure in the battery pack 1 can be detected. Abnormality of P can be detected. Therefore, thermal chain can be detected even when some of the pressure sensors 30 are out of order.
  • the battery pack 1 includes a plurality of voltage sensors that detect voltages V of different cells. Then, when the change amount or change rate ⁇ V of the cell voltage detected by at least one voltage sensor is larger than a predetermined value ⁇ V th , or when the absolute value of the cell voltage V is smaller than a predetermined value V th , the cell It is determined that the voltage V is abnormal. As a result, an abnormality in the cell voltage V can be detected even when some voltage sensors are out of order, or when the value of the voltage V is not accurately detected by some of the voltage sensors for some reason. be able to. Therefore, thermal chain can be detected even when some voltage sensors are out of order.
  • the thermal chain determination method for the battery pack 1 after it is determined that the pressure P in the battery pack 1 is abnormal, the amount of change or the rate of change ⁇ P of the pressure P in the battery pack 1 is reduced to a predetermined value ⁇ P th or less. Even if it becomes, the pressure abnormality determination state is continued for a predetermined period of time. As a result, even if the pressure P in the battery pack 1 drops in a short time after the occurrence of thermal chain, thermal chain can be detected.
  • the thermal chain determination method of the battery pack 1 when an internal short circuit is detected from the cell voltage V detected by the voltage sensor, when the cell voltage V detected by the voltage sensor is an invalid value, or when the battery controller ( If the communication between the LBC) 41 and the vehicle controller (VCM) 42 is defective, it is determined that the cell voltage V is abnormal. That is, in these cases, it can be considered that the change amount or change rate ⁇ V of the cell voltage V is larger than the predetermined value ⁇ V th , or the absolute value of the cell voltage V is smaller than the predetermined value V th . Therefore, by determining that the cell voltage V is abnormal even in such a case, the thermal chain can be detected more accurately in each situation.
  • the controller 40 determines that thermal chain has occurred when both the pressure P within the battery pack 1 and the cell voltage V are abnormal. This prevents erroneous detection of the occurrence of thermal chain when the pressure P in the battery pack 1 changes regardless of the thermal chain. Moreover, since the presence or absence of thermal chain is determined based on the pressure P and the cell voltage V in the battery pack 1, the thermal chain can be quickly detected. That is, the occurrence of thermal chain can be detected quickly and accurately.
  • the controller 40 detects an internal short circuit, the cell voltage V is an invalid value, or the battery controller (LBC) 41 and the vehicle controller (VCM) 42 If the communication between is defective, it is determined that the cell voltage V is abnormal. That is, in these cases, it can be considered that the change amount or change rate ⁇ V of the cell voltage V is larger than the predetermined value ⁇ Vth, or the cell voltage V is larger than the predetermined value Vth. Therefore, by determining that the cell voltage V is abnormal even in such a case, the thermal chain can be detected more accurately in each situation.
  • the pressure sensor 30 is provided at a position within the battery pack 1 that is not affected by the thermal chain when thermal chain occurs in the battery pack 1 .
  • the pressure sensor 30 can operate normally and detect changes in the pressure P within the battery pack 1 even when a thermal chain occurs within the battery pack 1 .
  • the voltage sensor is provided inside the battery pack 1 and the vehicle controller (VCM) 42 is provided outside the battery pack 1 .
  • VCM vehicle controller
  • the two pressure sensors 30a and 30b are provided, but the number of pressure sensors 30 is arbitrary and not limited to this. Although it is preferable to provide a plurality of pressure sensors 30, only one pressure sensor may be provided. Even in this case, it is possible to prevent erroneous detection of the occurrence of thermal chain by determining that thermal chain has occurred when both the pressure P and the cell voltage V in the battery pack 1 are abnormal. Further, for example, a configuration in which three or more pressure sensors 30 are provided may be employed. In this case, when the change amount (rate) ⁇ P of the pressure P detected by at least one pressure sensor 30 is larger than a predetermined value ⁇ Pth , it is determined that the pressure P in the battery pack 1 is abnormal.
  • the pressure sensor 30 is preferably provided at a position that is not affected even if a thermal chain occurs, as in the present embodiment. good.
  • the battery pack 1 is of a closed type, but is not limited to this, and may be an open type battery pack whose upper surface is not covered with a cover portion.
  • the cell voltage abnormality determination unit 21B and the pressure abnormality determination unit 22B are configured to transmit a signal to the thermal chain occurrence determination unit 24B only in the case of an abnormality.
  • the configuration may be such that the determination result (that is, a signal indicating abnormal or normal) is transmitted.
  • the thermal chain occurrence determining unit 24B determines that thermal chaining has occurred when both the determination results of the cell voltage abnormality determining unit 21B and the pressure abnormality determining unit 22B are abnormal.
  • FIG. 5 A thermal chain detection system 200 for a battery pack according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 5 and 6.
  • FIG. Elements similar to those of the first embodiment are assigned the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
  • FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a thermal chain detection system 200 according to the second embodiment. This embodiment differs from the first embodiment in that the battery pack 2 is an open type, and that the pressure contributing component is the gas discharge channel 50 .
  • the thermal chain detection system 200 includes a battery pack 2, a battery module 10 in the battery pack 2, a gas discharge channel 50 through which exhaust gas from the cells constituting the battery module 10 flows, a controller 40, and the like. be done.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the battery pack 2 viewed from above, and the upper surface of the battery pack 2 is not covered. That is, the battery pack 2 is a so-called open battery pack.
  • the gas discharge channel 50 is a channel for discharging exhaust gas from the cells, and is connected to the outside of the battery module 10 (cell) and the battery pack 2 .
  • the upstream end 51 of the gas discharge channel 50 is closed, and exhaust gas from each cell flows toward the downstream end 52 of the gas discharge channel 50 .
  • the gas discharge channel 50 is connected to one from each cell in the battery pack 2 , and the pressure of the battery pack 2 is detected in the gas discharge channel 50 on the downstream side of the connected part.
  • One pressure sensor 30 is provided. In this way, the gas discharge passage 50 is connected to one from each cell, and the pressure sensor 30 is provided downstream of the connecting portion. can be reduced.
  • the arrangement and number of battery modules 10 (cells) in the battery pack 2 are arbitrary, and are not limited to those shown in FIG.
  • the positions of the gas discharge channels 50 connected to each cell also vary.
  • a position variation absorption structure such as a bellows may be provided in the portion to widen the floating range of the gas discharge flow path 50 . That is, by providing the positional variation absorption structure in the gas discharge channel 50, the layout flexibility of the battery module 10 can be increased.
  • the pressure sensor 30 is provided at a position closer to the battery module 10 (cell) on the downstream side than the connecting portion of the gas discharge channel 50 .
  • the pressure sensor 30 is arranged at the most appropriate position determined by tests, experiments, etc., taking into account the relationship between the device's detectability and the device's pressure resistance and heat resistance.
  • the pressure sensor 30 is more likely to detect changes in pressure as the pressure change in the gas discharge passage 50 becomes more pronounced. may be damaged. Therefore, the internal hydraulic diameter of the gas discharge channel 50 is adjusted to the most appropriate value determined by tests, experiments, etc., considering the relationship between the detectability of the pressure sensor 30 and the pressure resistance of the gas discharge channel 50. .
  • the downstream end 52 of the gas discharge channel 50 is closed by a respiratory membrane (not shown) that adjusts the pressure inside the gas discharge channel 50 .
  • the respiratory membrane is a pressure regulating mechanism that allows air to permeate or impermeate depending on the pressure difference between the inside and outside of the gas discharge channel 50 and adjusts the pressure inside the gas discharge channel 50 .
  • the pressure regulator is not limited to the respiratory membrane, and may be any known device that can adjust the pressure in the gas discharge channel 50 .
  • the pressure P in the battery pack 2 detected by the pressure sensor 30 is transmitted to the LBC 41.
  • the controller 40 includes an LBC 41 and a VCM 42, and the LBC 41 and the VCM 42 are communicably connected to each other via a communication line such as CAN.
  • a communication line such as CAN.
  • the LBC 41 and the VCM 42 are exposed to high-temperature, high-pressure gas ejected from the cells when thermal chain occurs. Insensitive. Therefore, both the LBC 41 and the VCM 42 are provided within the battery pack 2 . This makes the thermal chain detection system 100 compact.
  • the LBC 41 has a plurality of voltage sensors (not shown) for measuring the cell voltage V of each battery module 10. The LBC 41 also determines whether the pressure P in the battery pack 2 received from the pressure sensor 30 and the voltage V of each battery module 10 (cell) obtained by the voltage sensor are abnormal.
  • the VCM 42 controls the entire vehicle system.
  • the VCM 42 determines whether or not thermal chaining has occurred in the battery pack 2, and transmits a command to notify the occurrence of thermal chaining and display a warning on the display unit 31B.
  • FIG. 6 is a block diagram illustrating the control configuration of the battery pack thermal chain detection system 200 of the second embodiment.
  • the thermal chain detection system 200 includes a voltage detection unit 11B, a pressure detection unit 12B, a cell voltage abnormality determination unit 21B, a pressure abnormality determination unit 22B, a running state determination unit 23B, and a thermal chain detection unit 23B in the battery pack 2. It is composed of an occurrence determination section 24B and a display section 31B.
  • the voltage detection unit 11B, the cell voltage abnormality determination unit 21B, and the pressure abnormality determination unit 22B constitute a part of the LBC 41
  • the running state determination unit 23B and the thermal chain occurrence determination unit 24B constitute a part of the VCM 42. do.
  • the voltage detection unit 11B is composed of a voltage sensor for measuring the cell voltage V of each cell provided in the LBC 41.
  • the cell voltage V detected by the voltage sensor is input to the cell voltage abnormality determination section 21B at predetermined time intervals or continuously.
  • the pressure detection unit 12B is composed of a pressure sensor 30 that detects the pressure P in the battery pack 2.
  • the pressure P in the battery pack 2 detected by the pressure sensor 30 is detected by the pressure abnormality determination unit 22B of the LBC 41 for a predetermined time. input every time or continuously.
  • the cell voltage abnormality determination unit 21B determines whether the cell voltage V input from the voltage detection unit 11B is abnormal. Since the specific determination method is the same as that of the first embodiment, etc., it will be omitted.
  • the cell voltage abnormality determination unit 21B determines that there is an abnormality
  • a signal indicating that the cell voltage is abnormal is input from the cell voltage abnormality determination unit 21B to the thermal chain occurrence determination unit 24B.
  • the pressure abnormality determination unit 22B determines whether the pressure P in the battery pack 2 input from the pressure detection unit 12B is abnormal. Since the specific determination method is the same as that of the first embodiment, it is omitted.
  • the pressure abnormality determination unit 22B determines that the change amount (rate) ⁇ P of the pressure P in the battery pack 2 becomes equal to or less than the predetermined value ⁇ P th . However, the pressure abnormality determination state is continued for a predetermined period of time.
  • the running state determination unit 23B determines whether the vehicle is in a running state or in a stopped state based on the driver's accelerator operation or the like.
  • the determination result of the running state determination section 23B is input to the thermal chain occurrence determination section 24B.
  • the thermal chain occurrence determination unit 24B When the thermal chain occurrence determination unit 24B receives the input abnormality occurrence signals from both the cell voltage abnormality determination unit 21B and the pressure abnormality determination unit 22B, it determines that thermal chain has occurred, and transmits a warning command to the display unit 31B. do. As in the first embodiment, at this time, the thermal chain occurrence determination unit 24B transmits a warning command to the display unit 31B together with the determination result input from the running state determination unit 23B.
  • the display unit 31B When the display unit 31B receives a warning command from the thermal chain occurrence determination unit 24B, it notifies and warns the occupants of the thermal chain occurrence.
  • the notification and warning methods are the same as those in the first embodiment, and therefore are omitted.
  • thermal chain determination method and thermal chain detection system 200 for the battery pack 2 of the second embodiment described above the following effects can be obtained.
  • the thermal chain determination method for the battery pack 2 even if the amount of change or the rate of change ⁇ P of the pressure P becomes equal to or less than the predetermined value ⁇ P th after it is determined that the pressure P in the battery pack 2 is abnormal. , the pressure abnormality determination state is continued for a predetermined time. As a result, after the amount of change or the rate of change ⁇ P of the pressure P in the battery pack 2 exceeds the predetermined value ⁇ P th , the amount of change or the rate of change ⁇ P of the pressure P in the battery pack 2 is reduced by the action of the pressure adjustment mechanism or the like. Even if the pressure becomes equal to or less than the predetermined value ⁇ P th , it can be detected as an abnormality of the pressure P. That is, thermal chains can be accurately detected.
  • the gas discharge channel 50 connecting the battery module 10 (cell) and the outside of the battery pack 2 is included, and the gas discharge channel 50 adjusts the pressure in the gas discharge channel 50. It has an adjustment mechanism. As a result, even if the pressure in the gas discharge channel 50 changes regardless of thermal chain, the pressure in the gas discharge channel 50 is adjusted by the pressure adjustment mechanism, so that erroneous detection of thermal chain can be further prevented. can.
  • the gas discharge channel 50 is connected to one from each battery module 10 (cell) in the battery pack 2, and the pressure sensor 30 is connected to one gas discharge channel 50. Only one is provided on the downstream side of the part where the Since the gas discharge passage 50 is connected to each cell in this manner, there is no need to provide a pressure sensor 30 for each cell, and only one pressure sensor 30 is provided downstream of the connecting portion. should be provided. That is, the number of parts of the thermal chain detection system 200 can be reduced.
  • the battery pack 2 is an open battery pack, and the voltage sensor (LBC 41 ) and controller 40 (LBC 41 and VCM 42 ) are provided inside the battery pack 2 . Since both the voltage sensor (LBC 41) and the controller 40 (LBC 41 and VCM 42) are provided in the battery pack 2 in this manner, the thermal chain detection system 200 is made compact.
  • the cell voltage abnormality determination unit 21B and the pressure abnormality determination unit 22B are included in the VCM 42, and in the second embodiment, the LBC 41 is configured to be included.
  • LBC 41 and VCM 42 is arbitrary.
  • the LBC 41 is configured to include a voltage sensor, but the LBC 41 and the voltage sensor may be configured separately to transmit the cell voltage V detected by the voltage sensor to the controller 40. .
  • the pressure contributing parts that contribute to the pressure change in the battery packs 1 and 2 are the refrigerant gas flow path 20 in the first embodiment and the gas discharge flow path 50 in the second embodiment, but the pressure contributing parts are limited to these. It may be any component that contributes to pressure changes within the battery packs 1 and 2 without causing damage.
  • the battery pack 1 may be further provided with the gas discharge channel 50 and the battery pack 2 may be further provided with the refrigerant gas channel 20 .

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Abstract

電池パックの内部に複数のセルと、電池パック内の圧力変化に寄与する圧力寄与部品と、電池パック内の圧力を検知する少なくとも1つの圧力センサと、セルの電圧を検知する少なくとも1つの電圧センサとを備える電池パックの熱連鎖判定方法が提供される。この熱連鎖判定方法では、圧力センサにより電池パック内の圧力を検知し、電圧センサによりセルの電圧を検知する。検知された電池パック内の圧力の変化量または変化率が所定の値よりも大きい場合に電池パック内の圧力が異常であると判定し、検知されたセルの電圧の変化量または変化率が所定の値よりも大きい場合、またはセルの電圧値が所定の値よりも大きい場合にセルの電圧が異常であると判定する。そして、電池パック内の圧力及びセルの電圧の両方が異常である場合に、熱連鎖が発生したと判定する。

Description

電池パックの熱連鎖判定方法及び熱連鎖検知システム
 本発明は、電池パックの熱連鎖判定方法及び熱連鎖検知システムに関する。
 複数の電池セルを収容した電池パックにおいては、電池セルに内部短絡等の異常が生じると、その電池セルの発熱がさらに他の電池セルの発熱を引き起こし、熱連鎖(熱暴走)に至る虞がある。電池パックを搭載する電気自動車やハイブリッド車等の車両においては、安全性の見地から、熱連鎖(熱暴走)を早めに且つ正確に検知するためのシステムを備えることが要求される。
 しかしながら、例えば温度を検知することで熱連鎖を検知する場合、1つの電池セルの異常の発生から、熱連鎖による電池パック内の温度上昇に至るまでの間にタイムラグがあるため、熱連鎖を迅速に検知することはできない。
 これに対し、JP2011-060755Aには、電池パック内の圧力を検出し、電池パック内の圧力の変化に基づき熱連鎖(熱暴走)を検知するシステムが開示されている。このシステムでは、圧力に基づき熱連鎖を検知しているため、タイムラグの問題は解消し得る。
 ところで、近年、気体冷媒を用いた冷却システムや、電池セルと電池パック外部とを繋ぐ電池セルの排ガス通路等を備える電池パックが増加している。このような電池パックでは、冷媒ガスが電池パック内に漏れると、熱連鎖とは関係なく電池パック内の圧力が上昇する。また、電池パック外部に連結する排ガス通路の影響によっても、熱連鎖とは関係なく電池パック内の圧力が変化し得る。このような、電池パック内の圧力変化に寄与する圧力寄与部品を備える電池パックにおいては、JP2011-060755Aに記載の技術のように、電池パック内の圧力を検出するだけでは、熱連鎖の発生を正確に検知することができず、熱連鎖を誤検知する虞がある。
 本発明は上記課題に鑑みたものであり、熱連鎖の発生を迅速かつ正確に検知することができる電池パックの熱連鎖判定方法及び熱連鎖検知システムを提供することを目的とする。
 本発明の一態様によれば、電池パックの内部に複数のセルと、電池パック内の圧力変化に寄与する圧力寄与部品と、電池パック内の圧力を検知する少なくとも1つの圧力センサと、セルの電圧を検知する少なくとも1つの電圧センサとを備える電池パックの熱連鎖判定方法が提供される。この熱連鎖判定方法では、圧力センサにより電池パック内の圧力を検知し、電圧センサによりセルの電圧を検知する。検知された電池パック内の圧力の変化量または変化率が所定の値よりも大きい場合に電池パック内の圧力が異常であると判定し、検知されたセルの電圧の変化量または変化率が所定の値よりも大きい場合、またはセルの電圧値が所定の値よりも大きい場合にセルの電圧が異常であると判定する。そして、電池パック内の圧力及びセルの電圧の両方が異常である場合に、熱連鎖が発生したと判定する。
図1は、本発明の第1実施形態による電池パックの熱連鎖検知システムの主要構成を示す概略構成図である。 図2は、熱連鎖検知システムの制御構成を説明するブロック図である。 図3は、熱連鎖検知方法を説明するタイミングチャートである。 図4は、熱連鎖検知方法を説明するフローチャートである。 図5は、第2実施形態による電池パックの熱連鎖検知システムの主要構成を示す概略構成図である。 図6は、第2実施形態の熱連鎖検知システムの制御構成を説明するブロック図である。
 以下、図面等を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
 (第1実施形態)
 図1は、本発明の第1実施形態による電池パックの熱連鎖検知システム(以下、熱連鎖検知システムとする)100の概略構成図である。熱連鎖検知システム100は、電気自動車やハイブリッド車等の車両等に搭載される。
 図1に示すように、熱連鎖検知システム100は、電池パック1、電池パック1内に収納される複数の電池モジュール10、電池モジュール10を冷却する冷媒ガス流路20、電池パック1内の圧力を検知する複数の圧力センサ30、コントローラ40等から構成される。図1は上面方向から見た電池パック1の断面図であり、図示しないが、電池パック1の上面はカバー部に覆われている。即ち、電池パック1はいわゆる閉鎖型の電池パックである。
 電池モジュール10は、不図示の単位セルを複数積層してなるセルスタック(セル)であり、電池パック1は、複数の電池モジュール10を収納して構成される。本実施形態における単位セルはリチウムイオン二次電池であるが、必ずしもこれに限られない。図示しないが、電池モジュール10はリード線等により外部負荷と電気的に接続されており、複数の電池モジュール10の各々も、リード線等により電気的に接続されている。なお、電池パック1内の電池モジュール10の個数や配置は任意であり、図1に示されるものに限られない。
 冷媒ガス流路20は、電池モジュール10を冷却するための冷媒ガスが循環する流路であり、各電池モジュール10内を通るように形成されている。冷媒ガス流路20から冷媒ガスが電池パック1内に漏れると、電池パック1内の圧力は上昇する。即ち、冷媒ガス流路20は、電池パック1内の圧力変化に寄与する圧力寄与部品である。なお、冷媒ガス流路20の形状や配置は、電池パック1を冷却できる構成であれば図1のものに限られない。
 圧力センサ30は、第1圧力センサ30a及び第2圧力センサ30bを含み、それぞれ電池パック1内の圧力Pを検知する。圧力センサ30は、金属板等からなる遮蔽板31の下に設けられ、圧力センサ30の圧力測定部は電池パック1の底部方向を向いている。このように圧力センサ30を遮蔽板31により覆うことで、電池パック内で後述する熱連鎖が発生し、セルから高温、高圧ガスが噴出した場合にも、圧力センサ30は遮蔽板31により保護される。即ち、圧力センサ30は、熱連鎖が発生した場合にもその影響を受けない位置に設けられているため、熱連鎖が発生した場合にも正常に作動する。なお、圧力センサ30により検知された圧力Pは、後述のコントローラ40に送信される。
 コントローラ40は、中央演算装置(CPU)、読み出し専用メモリ(ROM)、ランダムアクセスメモリ(RΑM)及び入出力インタフェース(I/Oインタフェース)を備えたコンピュータで構成され、熱連鎖検知システム100の統合的な制御を行う。コントローラ40を複数のマイクロコンピュータで構成することも可能である。コントローラ40は、特定のプログラムを実行することにより、熱連鎖検知システム100の制御のための処理を実行する。コントローラ40は、例えば後述する熱連鎖検知制御を実行する。
 また、コントローラ40は、バッテリコントローラ(LBC)41と、車両コントロールモジュール(VCM)42とを含む。LBC41とVCM42とは、通信線であるCAN等により互いに通信可能に接続されている。
 LBC41は電池パック1内に備えられ、各電池モジュール10と電気的に接続されている。LBC41は、各電池モジュール10のセルの電圧(以下、電池モジュール10の電圧、またはセル電圧とする)Vを測定する複数の電圧センサを備える。LBCにより取得されたセル電圧VはVCM42に送信される。
 VCM42は、熱連鎖検知システム100が搭載される車両のシステム全体を制御する。VCM42は、後述するように、例えば、取得した電池パック1内の圧力Pとセル電圧Vが異常であるか否かの判定及び電池パック1内の熱連鎖発生の有無の判定を行う。
 ところで、電池パック1のように複数のセルを収容した電池パックにおいては、セルに内部短絡等の異常が生じると、そのセルの発熱がさらに他のセルの発熱を引き起こし、熱連鎖(熱暴走)に至る虞がある。このため、電池パックを搭載する車両においては、安全性の見地から、熱連鎖(熱暴走)を早め且つ正確に検知するシステムを備えることが要求される(例えばEVS-GTRなど)。
 しかしながら、例えば温度を検知することで熱連鎖を検知する場合、1つのセルにおける異常の発生から、熱連鎖による電池パック内の温度上昇に至るまでの間にタイムラグがあるため、熱連鎖を迅速に検知することはできない。
 一方、電池パック内の圧力を検出し、電池パック内の圧力の変化に基づき熱連鎖を検知するシステムでは、タイムラグと言う問題は解消し得る。しかしながら、本実施形態のように、気体冷媒を用いた冷却システム(冷媒ガス流路20)を備える電池パックにおいては、冷媒ガスが電池パック内に漏れると、熱連鎖とは関係なく電池パック内の圧力が上昇する。また、例えば、電池セルと電池パック外部とを繋ぐ、電池セルの排ガスを排出するためのガス排出流路等を備える電池パックにおいては、電池パック外部に連結するガス排出流路の影響によっても、熱連鎖とは関係なく電池パック内の圧力が変化し得る。このような、電池パック内の圧力変化に寄与する圧力寄与部品を備える電池パックにおいては、電池パック内の圧力を検出するだけでは、熱連鎖の発生を正確に検知することができず、熱連鎖を誤検知する虞がある。
 そこで、本実施形態では、電池パック1内の圧力Pと、電池パック内のセル電圧Vの両方が異常である場合に、熱連鎖が発生したと判定することとした。これにより、冷媒ガス流路20のような電池パック内の圧力変化に寄与する圧力寄与部品に起因して電池パック1内の圧力Pが異常になった場合でも、電池モジュール10の電圧Vが異常でなければ熱連鎖が発生したとは判定されない。また、圧力Pと電圧Vに基づいて熱連鎖の発生の有無を判定するため、熱連鎖を迅速に検知することができる。即ち、熱連鎖の発生を迅速かつ正確に検知できる。
 なお、近年のセルの安全性の向上に伴い、内部短絡等によりセル電圧に異常が生じた場合でも熱連鎖に至らないケースが多く、セル電圧を検知するだけでは熱連鎖を誤検知する虞がある。これに対し、本実施形態では、電池パック1内の圧力Pと、セル電圧Vの両方が異常である場合にのみ、熱連鎖が発生したと判定するため、誤検知が防止される。
 図2は、熱連鎖検知システム100の制御構成を説明するブロック図である。
 図2に示すように、熱連鎖検知システム100は、電池パック1内の電圧検出部11B及び圧力検知部12Bと、VCM42の一部を構成するセル電圧異常判定部21B、圧力異常判定部22B、走行状態判定部23B及び熱連鎖発生判定部24Bと、表示部31Bとから構成される。
 電圧検出部11Bは、各電池モジュール10のセル電圧Vを測定するための電圧センサを備えたLBC41により構成される。LBC41により検出されたセル電圧Vは、所定時間ごとまたは常に継続してVCM42のセル電圧異常判定部21Bに入力される。
 圧力検知部12Bは、電池パック1内の圧力Pを検知する第1及び第2圧力センサ30a,30bにより構成される。第1圧力センサ30aにより検知された圧力Pは第1圧力異常判定部221Bに、第2圧力センサ30bにより検知された圧力PはVCM42の第2圧力異常判定部222Bに、それぞれ所定時間ごとまたは常に継続して入力される。
 セル電圧異常判定部21Bは、電圧検出部11Bから入力されたセル電圧Vが異常であるか否かを判定する。具体的には、所定時間ごとまたは継続して入力されるセル電圧Vの変化量または変化率ΔV(以下、変化量(率)ΔVとする)が所定の値ΔVthよりも大きいか否か、及びセル電圧Vの絶対値が所定の値Vthよりも小さいか否かを判断する。セル電圧Vの変化量(率)ΔVが所定の値ΔVthよりも大きい場合、またはセル電圧Vの絶対値が所定の値Vthよりも小さい場合に、セル電圧異常判定部21Bは、セル電圧Vが異常であると判定する。ここでの所定の値ΔVthは、例えばセルが過放電であるとみなすことのできるような電圧の変化量(率)の値である。同様に所定の値Vthは、セル電圧Vの絶対値がVthよりも小さい場合にはセルが過放電状態であるとみなすことのできるような値である。これら所定の値ΔVthまたはVthは、予め実験や技術常識等に基づき設定しておくことができる。
 また、セル電圧異常判定部21Bは、入力されたセル電圧Vから内部短絡が検知された場合またはセル電圧Vが無効値(Invalid値)である場合、若しくはLBC41とVCM42との間の通信が不良の場合にもセル電圧Vが異常であると判定する。セルの内部短絡が検知された場合、セルは過放電の状態にある。また、熱連鎖によりセルに異常が発生し電圧センサに破損等の異常が生じた場合には、セル電圧Vは無効値となる。さらに、熱連鎖によりセルに異常が発生し、LBC41またはLBC41とVCM42との間の通信線CAN等に破損等の異常が生じた場合、LBC41とVCM42との間の通信が不良となる。このような場合、セル電圧異常判定部21Bは、セル電圧Vの変化量(率)ΔVが所定の値ΔVthよりも大きい、またはセル電圧Vの絶対値が所定の値Vthよりも小さいものと見なして、セル電圧Vが異常であると判定する。
 なお、セル電圧異常判定部21Bは、各電池モジュール10のセル電圧Vのうち、少なくとも一つのセル電圧Vに異常がある場合、セル電圧Vが異常であると判定する。例えばLBC41のすべての電圧センサの値が異常の場合にのみセル電圧Vが異常であると判定するものとすると、LBC41の電圧センサの一部が故障している場合や、何らかの要因で一部のセル電圧が正確に検出されないような場合に、セル電圧Vの異常が検知されない虞がある。このような場合、熱連鎖の発生を検知できなくなる虞がある。これに対し、本実施形態では、少なくとも一つのセル電圧Vに異常がある場合、セル電圧Vが異常であると判定するため、電圧センサの一部が故障している場合等においても熱連鎖を検知することができる。
 また、セル電圧異常判定部21Bを含むVCM42は、電池パック1の外部に設けられているため、熱連鎖が発生した場合にも、VCM42はセルから噴出する高温、高圧ガスの影響を受けない。このため、熱連鎖発生時の高温、高圧ガスにより電圧検出部11B(LBC41)や、LBC41とVCM42との間の通信線に破損等の異常が生じた場合にも、VCM42はLBC41との通信不良を検知することができる。即ち、熱連鎖によりLBC41等が破損等しても、VCM42によりセル電圧Vの異常を検出することができる。
 セル電圧異常判定部21Bが異常と判定した場合、セル電圧異常判定部21Bから熱連鎖発生判定部24Bにセル電圧が異常である旨の信号が入力される。
 圧力異常判定部22Bは、第1圧力異常判定部221B、第2圧力異常判定部222Bから構成され、圧力検知部12Bから入力された電池パック1内の圧力Pが異常であるか否かを判定する。
 第1圧力異常判定部221Bには、第1圧力センサ30aにより検知された圧力Pが、第2圧力異常判定部222Bには、第2圧力センサ30bにより検知された圧力Pが所定時間ごとまたは常に継続して入力される。
 第1圧力異常判定部221B及び第2圧力異常判定部222Bは、それぞれ所定時間ごと、または継続して入力される圧力P,Pの変化量または変化率ΔP(以下、変化量(率)ΔPとする)が、所定の値ΔPthよりも大きいか否かを判断する。ここでの所定の値ΔPthは、例えば熱連鎖が発生した場合の圧力変化量または変化率に相当する値であり、予め実験や技術常識等に基づき設定しておくことができる。第1圧力異常判定部221B及び第2圧力異常判定部222Bは、入力された圧力P,Pの変化量(率)ΔPが、所定の値ΔPthよりも大きい場合、それぞれ圧力P,Pが異常であると判定する。第1圧力異常判定部221Bまたは第2圧力異常判定部222Bが異常と判定した場合、圧力異常判定部22Bから熱連鎖発生判定部24Bに電池パック1内の圧力Pが異常である旨の信号が入力される。
 このように、第1圧力異常判定部221B及び第2圧力異常判定部222Bの少なくともいずれか一方が異常と判定した場合、熱連鎖発生判定部24Bに圧力Pが異常である旨の信号が入力される。これにより、圧力センサ30a,30bのうちの一方が故障している場合や、何らかの要因で正確に検出されていないような場合にも、電池パック1内の圧力Pの異常を検知することができる。従って、圧力センサ30a,30bの一方が故障している場合等においても熱連鎖を検知することができる。
 走行状態判定部23Bは、ドライバのアクセル操作等に基づき、車両が走行状態であるか、または停止状態であるかを判定する。走行状態判定部23Bの判定結果は熱連鎖発生判定部24Bに入力される。
 熱連鎖発生判定部24Bは、セル電圧異常判定部21Bと圧力異常判定部22Bの両方から異常発生の信号を受信すると、熱連鎖が発生したと判定する。即ち、熱連鎖発生判定部24Bは、電池パック内の圧力P及びセル電圧Vの両方が異常である場合にのみ、熱連鎖が発生したと判定する。ここでいう圧力異常判定部22Bから入力される異常発生の信号とは、第1圧力異常判定部221B及び第2圧力異常判定部222Bのいずれかまたは両方から入力される異常発生の信号である。従って、熱連鎖発生判定部24Bは、セル電圧Vと、電池パック内の圧力P、Pのうちの少なくともいずれか一方が異常である場合に、熱連鎖が発生したと判定する。
 熱連鎖発生判定部24Bにより熱連鎖が発生したと判定された場合、熱連鎖発生判定部24Bから表示部31Bに警告指令が送信される。なお、この時、熱連鎖発生判定部24Bは、表示部31Bに対し、走行状態判定部23Bから入力された判定結果とともに警告指令を送信する。
 表示部31Bは、例えば車両のダッシュボードに備えられるメーターディスプレイ等であり、熱連鎖発生判定部24Bから警告指令を受信すると、乗員等への熱連鎖発生の告知と警告を行う。表示部31Bは、走行状態判定部23Bの判定結果が車両走行状態である場合は、例えば乗員等への熱連鎖発生の告知と車両の停車及び車外の安全な場所への退避を促す警告をディスプレイに表示する。また、走行状態判定部23Bの判定結果が車両停止状態である場合は、例えば、乗員等への熱連鎖発生の告知と車外の安全な場所への退避を促す警告をディスプレイに表示する。なお、熱連鎖発生の告知及び警告方法はディスプレイへの表示に限られず、例えばスピーカーの音声等により行ってもよい。
 以上のように、熱連鎖検知システム100は、電池パック1内の圧力Pと、セル電圧Vに基づき熱連鎖の発生を検知するため、熱連鎖を迅速に検知することができる。また、電池パック1内の圧力Pと、セル電圧Vの両方が異常である場合に、熱連鎖が発生したと判定するため、熱連鎖の発生の誤検知を防止できる。
 図3は、熱連鎖検知方法を説明するタイミングチャートである。
 熱連鎖検知システム100を搭載した車両(以下、単に車両とする)の走行中、時刻t~時刻tの間において、セル電圧Vは所定の値Vth以下であり、第1圧力センサ30a及び第2圧力センサ30bにより検知される圧力P,Pの変化量(率)ΔP,ΔPはいずれも所定の値ΔPth以下である。この場合、セル電圧異常判定部21B、圧力異常判定部22B及び熱連鎖発生判定部24Bはいずれも異常フラグ(0:正常、1:異常)を0(正常)に維持する。
 時刻tにおいて、セル電圧Vが過放電の基準となる所定の値Vthを下回ると、直後の時刻tにおいて、セル電圧異常判定部21Bは、セル電圧の異常フラグを1(異常)にする。時刻tと同時ではなく時刻tにおいて異常フラグを1(異常)にするのは、何かの要因で瞬間的にセル電圧Vが所定の値Vthを下回った場合にセル電圧Vを異常と判定してしまうことを回避するためである。即ち、時刻tと時刻tの間にセル電圧Vが所定の値Vth以上に戻った場合には、セル電圧異常判定部21Bは異常フラグを0(正常)のまま維持する。
 時刻tにおいて異常フラグを1(異常)にすると、セル電圧異常判定部21Bは、セル電圧Vが所定の値Vthを下回っている間は継続して異常フラグを1(異常)に維持する。
 なお、セル電圧異常判定部21Bは、セル電圧Vから内部短絡が検知された場合またはセル電圧Vが無効値である場合、若しくはLBC41とVCM42との間の通信が不良の場合にもセル電圧の異常フラグを1(異常)にする。
 時刻tにおいて、第1圧力センサ30aにより検知される圧力Pの変化量(率)ΔPが所定の値ΔPthを超えると、時刻tから所定時間経過後の時刻tにおいて、第1圧力異常判定部221Bは圧力Pの異常フラグを1(異常)にする。ここでの所定時間は、電池パック1内の圧力が短時間だけ偶発的に変化したのではないことを確定できる程度の時間であり、予め実験等により設定しておくことができる。時刻tから所定時間をおいた時刻tにおいて異常フラグを1(異常)にすることで、圧力異常を誤検知することが防止される。
 時刻tにおいて、セル電圧異常判定部21B及び第1圧力異常判定部221Bの異常フラグが1(異常)になると、熱連鎖発生判定部24Bは異常フラグを1(異常)にする。即ち、熱連鎖が検知される。
 第1圧力センサの30aにより検知される圧力Pの変化量(率)ΔPは、所定の値ΔPthを超えた後、時刻tにおいて0となり、その後、マイナスの値に減少(圧力が減少)していく。即ち、時刻t以降、圧力Pの変化量(率)ΔPは、所定の値ΔPth以下となる。一方、第1圧力異常判定部221Bは、時刻tにおいて異常フラグを1(異常)にした後、圧力Pの変化量(率)ΔPが所定の値ΔPth以下になっても、所定時間の間は異常フラグを1(異常)に維持して異常判定状態を継続する。即ち、時刻t以降も異常フラグを1(異常)に維持する。このように、圧力異常判定部22B(第1圧力異常判定部221B)は、電池パック1内の圧力Pが異常であると判定した後、電池パック1内の圧力Pの変化量(率)ΔPが所定の値Pth以下になった場合も、所定時間の間は圧力異常判定状態を継続する。これにより、熱連鎖発生後に短時間で電池パック1内の圧力Pが下がった場合にも、熱連鎖を検知することができる。なお、ここでの所定時間は、熱連鎖が発生していないことを確定できる程度の時間であり、実験等により予め設定しておくことができる。
 時刻tにおいて、熱連鎖発生判定部24Bの異常フラグが1(異常)になると、同時にメーターディスプレイ等への表示等を通じて、乗員等への熱連鎖発生の告知と車両の停止及び車外の安全な場所への退避を促す警告が行われる。
 時刻tにおいて、車両が停止状態になると、メーターディスプレイ等への表示等が乗員等への熱連鎖発生の告知と車外の安全な場所への退避を促す警告に切り替わる。
 なお、図3では、第1圧力センサ30aにより検知される圧力Pの変化量(率)ΔPが所定の値ΔPthを超える場合について説明したが、第2圧力センサ30bにより検知される圧力Pの変化量(率)ΔPが所定の値ΔPthを超える場合にも同様の熱連鎖検知方法を用いることができる。即ち、圧力Pの変化量(率)ΔPが所定の値ΔPthを超える場合、第2圧力異常判定部222Bが異常フラグを1(異常)にする。セル電圧異常判定部21B及び第2圧力異常判定部222Bの異常フラグが1(異常)になると、熱連鎖発生判定部24Bは、異常フラグを1(異常)にして、熱連鎖が検知される。
 また、図3では、セル電圧Vの絶対値が所定の値Vthを下回った場合について説明したが、セル電圧Vの変化量(率)ΔVが所定の値ΔVthよりも大きい場合にも、同様に、セル電圧異常判定部21Bが異常フラグを1(異常)にする。さらに前述の通り、セル電圧Vから内部短絡が検知された場合またはセル電圧Vが無効値である場合、若しくはLBC41とVCM42との間の通信が不良の場合にも、セル電圧異常判定部21Bはセル電圧Vの変化量(率)ΔVが所定の値ΔVthよりも大きいまたはセル電圧Vの絶対値が所定の値Vthよりも大きいものと見なして、異常フラグを1(異常)にする。
 図4は、電池パック1の熱連鎖検知方法を説明するフローチャートである。なお、以下の制御はいずれもコントローラ40により所定時間ごとに繰り返し実行される。
 車両のイグニッションスイッチが押される等して、熱連鎖検知システム100が起動されると、コントローラ40は熱連鎖検知制御を開始する。なお、コントローラ40は、熱連鎖検知制御の開始から終了までの間、第1及び第2圧力センサ30a,30bにより検知される電池パック1内の圧力P,P、LBC41の電圧センサにより検出されるセル電圧V、及び車両の走行状態の情報を、常にまたは所定時間ごとに取得する。
 ステップS101において、コントローラ40は、電池パック1内の圧力Pが異常であるか否かを判定する。コントローラ40は、第1圧力センサ30aにより検知される圧力Pの変化量(率)ΔP及び第2圧力センサ30bにより検知される圧力Pの変化量(率)ΔPがそれぞれ所定の値ΔPthよりも大きいか否かを判定する。そして、コントローラ40は、圧力Pの変化量(率)ΔP及び圧力Pの変化量(率)ΔPのうち、いずれか一方または両方が所定の値ΔPthよりも大きい場合、電池パック1内の圧力Pが異常であると判定する。なお、コントローラ40は、所定の時間内に電池パック1内の圧力Pが異常であった場合には、圧力Pが異常であると判定する。即ち、コントローラ40は、電池パック1内の圧力Pの変化量(率)ΔPが所定の値ΔPthよりも大きくなった場合には、その後圧力Pの変化量(率)ΔPが所定の値ΔPth以下になっても所定時間内は圧力Pが異常であると判定する。
 電池パック1内の圧力Pが異常である場合、コントローラ40はステップS102の処理を実行する。一方、電池パック1内の圧力Pに異常が無い場合、コントローラ40は、熱連鎖が発生していないものとして、熱連鎖検知制御を終了する。
 ステップS102において、コントローラ40は、セル電圧Vが異常であるか否かを判定する。コントローラ40は、LBC41の電圧センサにより検出されるセル電圧Vの変化量または変化率ΔVが所定の値ΔVthよりも大きい場合、またはセル電圧Vの絶対値が所定の値Vthよりも小さい場合にセル電圧Vが異常であると判定する。なお、コントローラ40は、セル電圧Vの変化量(率)ΔVとセル電圧Vの絶対値の両方からセル電圧Vの異常判定を行ってもよく、また、これらのうちの一方からセル電圧Vの異常判定を行ってもよい。また、コントローラ40は、LBC41の複数の電圧センサにより検出されたセル電圧Vのうちの少なくとも1つが異常である場合、セル電圧Vが異常であると判定する。セル電圧Vが異常である場合、コントローラ40は熱連鎖の発生を検知したものとして、ステップS103の処理を実行する。一方、セル電圧Vに異常が無い場合、コントローラ40は、熱連鎖が発生していないものとして、熱連鎖検知制御を終了する。
 ステップS103において、コントローラ40は、ドライバのアクセル操作等に基づき、車両が停止状態であるか否かを判断する。車両が走行状態である場合、コントローラ40はステップS104の処理を実行する。一方、車両が停止状態である場合、コントローラ40はステップS105の処理を実行する。
 車両が走行状態である場合、ステップS104において、コントローラ40は、乗員等への熱連鎖発生の告知と車両の停車及び車外の安全な場所への退避を促す警告を行う。告知及び警告は、メーターディスプレイ等への表示等により実行される。告知及び警告を実行すると、コントローラ40はステップS103に戻る。ステップS103において、未だ車両が走行状態である場合、熱連鎖発生の告知と車両の停車及び車外の安全な場所への退避を促す警告を継続する。一方、車両が停止状態である場合、コントローラ40はステップS105の処理を実行する。
 ステップS103において、車両が停止状態である場合、ステップS105において、コントローラ40は、乗員等への熱連鎖発生の告知と車外の安全な場所への退避を促す警告を行う。告知及び警告は、メーターディスプレイ等への表示等により実行される。告知及び警告を実行すると、コントローラ40は熱連鎖検知制御を終了する。
 上記した第1実施形態の電池パック1の熱連鎖判定方法及び熱連鎖検知システム100によれば、以下の効果を得ることができる。
 電池パック1の熱連鎖判定方法によれば、電池パック1内の圧力Pの変化量または変化率ΔPが所定の値ΔPthよりも大きい場合に電池パック1内の圧力Pが異常であると判定する。また、セル電圧Vの変化量または変化率ΔVが所定の値ΔVthよりも大きい場合、またはセル電圧Vの絶対値が所定の値Vthよりも小さい場合にセルの電圧Vが異常であると判定する。そして電池パック1内の圧力P及びセル電圧Vの両方が異常である場合に、熱連鎖が発生したと判定する。これにより、冷媒ガス流路20のような電池パック1内の圧力変化に寄与する圧力寄与部品に起因して電池パック1内の圧力Pが異常になった場合でも、電池モジュール10の電圧Vが異常でなければ熱連鎖が発生したとは判定されない。従って、熱連鎖とは関係なく電池パック1内の圧力Pが変化した場合に、熱連鎖の発生と誤検知することが防止される。また、電池パック1内の圧力P及びセル電圧Vに基づき熱連鎖の発生の有無を判定するため、熱連鎖を迅速に検知することができる。即ち、熱連鎖の発生を迅速かつ正確に検知することができる。
 また、電池パック1内の圧力P及びセル電圧Vの両方が異常である場合に、熱連鎖が発生したと判定するため、内部短絡等によりセル電圧Vに異常が生じた場合であって且つ熱連鎖に至らないケースにおいて、熱連鎖の発生と誤検知することが防止される。
 電池パック1の熱連鎖判定方法によれば、電池パック1は複数の圧力センサ30a,30bを備える。そして、少なくとも1つの圧力センサ30により検知された電池パック1内の圧力の変化量または変化率ΔPが所定の値ΔPthよりも大きい場合、電池パック1内の圧力Pが異常であると判定する。これにより、一部の圧力センサ30が故障している場合や、何らかの要因で一部の圧力センサ30による圧力Pの値が正確に検知されていないような場合にも、電池パック1内の圧力Pの異常を検知することができる。従って、一部の圧力センサ30が故障している場合等においても熱連鎖を検知することができる。
 電池パック1の熱連鎖判定方法によれば、電池パック1はそれぞれ異なるセルの電圧Vを検知する複数の電圧センサを備える。そして、少なくとも1つの電圧センサにより検知されたセル電圧の変化量または変化率ΔVが所定の値ΔVthよりも大きい場合、またはセル電圧Vの絶対値が所定の値Vthよりも小さい場合、セル電圧Vが異常であると判定する。これにより、一部の電圧センサが故障している場合や、何らかの要因で一部の電圧センサによる電圧Vの値が正確に検出されていないような場合にも、セル電圧Vの異常を検知することができる。従って、一部の電圧センサが故障している場合等においても熱連鎖を検知することができる。
 電池パック1の熱連鎖判定方法によれば、電池パック1内の圧力Pが異常であると判定した後、電池パック1内の圧力Pの変化量または変化率ΔPが所定の値ΔPth以下になった場合にも、所定時間の間は圧力異常判定状態を継続する。これにより、熱連鎖発生後に短時間で電池パック1内の圧力Pが下がったような場合にも、熱連鎖を検知することができる。
 電池パック1の熱連鎖判定方法によれば、電圧センサにより検知されたセル電圧Vから内部短絡が検知された場合、電圧センサにより検知されたセル電圧Vが無効値である場合、若しくはバッテリコントローラ(LBC)41と車両コントローラ(VCM)42との間の通信が不良の場合のいずれかの場合には、セル電圧Vが異常であると判定する。即ち、これらの場合はセル電圧Vの変化量または変化率ΔVが所定の値ΔVthよりも大きい、またはセル電圧Vの絶対値が所定の値Vthよりも小さいものと見なすことができる。従って、このような場合にもセル電圧Vが異常であると判定することで、各場面においてより正確に熱連鎖を検知することができる。
 電池パック1の熱連鎖検知システム100によれば、コントローラ40は、電池パック1内の圧力P及びセル電圧Vの両方が異常である場合に、熱連鎖が発生したと判定する。これにより、熱連鎖とは関係なく電池パック1内の圧力Pが変化した場合に熱連鎖の発生であると誤検知することが防止される。また、電池パック1内の圧力P及びセル電圧Vに基づき熱連鎖の発生の有無を判定するため、熱連鎖を迅速に検知することができる。即ち、熱連鎖の発生を迅速かつ正確に検知することができる。
 電池パック1の熱連鎖検知システム100によれば、コントローラ40は、内部短絡が検知された場合、セル電圧Vが無効値である場合、若しくはバッテリコントローラ(LBC)41と車両コントローラ(VCM)42との間の通信が不良の場合のいずれかの場合には、セル電圧Vが異常であると判定する。即ち、これらの場合はセル電圧Vの変化量または変化率ΔVが所定の値ΔVthよりも大きいまたはセルの電圧Vが所定の値Vthよりも大きいものと見なすことができる。従って、このような場合にもセル電圧Vが異常であると判定することで、各場面においてより正確に熱連鎖を検知することができる。
 電池パック1の熱連鎖検知システム100によれば、圧力センサ30は、電池パック1内に熱連鎖が発生した場合に、電池パック1内における当該熱連鎖の影響を受けない位置に設けられる。これにより、電池パック1内で熱連鎖が発生した場合にも、圧力センサ30は正常に作動し、電池パック1内の圧力Pの変化を検知することができる。
 電池パック1の熱連鎖検知システム100によれば、電圧センサは電池パック1内に設けられ、車両コントローラ(VCM)42は電池パック1の外部に設けられる。これにより、熱連鎖が発生した場合にも、電池パック1の外部のVCM42はセルから噴出する高温、高圧ガスの影響を受けない。このため、熱連鎖発生時の高温、高圧ガスにより電圧検出部11B(LBC41)や、LBC41とVCM42との間の通信線に破損等の異常が生じた場合にも、VCM42はLBC41との通信不能を検知し、セル電圧Vの異常を検出することができる。従って、熱連鎖によって電圧検出部11B(LBC41)等が破損等しても、熱連鎖を検知することができる。
 なお、本実施形態においては、2つの圧力センサ30a,30bを備える構成としたが、圧力センサ30の個数は任意であり、これに限られない。圧力センサ30は複数設けることが好ましいが、1つだけ設ける構成であってもよい。この場合でも、電池パック1内の圧力P及びセル電圧Vの両方が異常である場合に、熱連鎖が発生したと判定することにより、熱連鎖の発生の誤検知を防止することができる。また、例えば圧力センサ30を3つ以上設ける構成であってもよい。この場合、少なくとも1つの圧力センサ30により検知された圧力Pの変化量(率)ΔPが所定の値ΔPthよりも大きい場合に、電池パック1内の圧力Pが異常であると判定する。
 また、圧力センサ30は、本実施形態のように、熱連鎖が発生した場合にもその影響を受けない位置に設けることが好ましいが、必ずしもこれに限られず、電池パック1内のどこに設けてもよい。
 また、本実施形態においては、電池パック1は閉鎖型であるが、これに限られず、上面がカバー部に覆われていない開放型の電池パックであってもよい。
 また、本実施形態においては、セル電圧異常判定部21B及び圧力異常判定部22Bは、異常の場合にのみ熱連鎖発生判定部24Bに信号を送信する構成としたが、必ずしもこれに限られず、異常判定の結果(即ち、異常または正常であるとの信号)を送信する構成であってもよい。この場合、熱連鎖発生判定部24Bは、セル電圧異常判定部21B及び圧力異常判定部22Bの判定結果がいずれも異常である場合に、熱連鎖が発生していると判定する。
 (第2実施形態)
 図5及び図6を参照して、第2実施形態の電池パックの熱連鎖検知システム200を説明する。なお、第1実施形態と同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
 図5は、第2実施形態による熱連鎖検知システム200の概略構成図である。本実施形態では、開放型の電池パック2である点、圧力寄与部品がガス排出流路50である点等が第1実施形態と異なる。
 図5に示すように、熱連鎖検知システム200は、電池パック2、電池パック2内の電池モジュール10、電池モジュール10を構成するセルからの排ガスが流れるガス排出流路50、コントローラ40等から構成される。図5は上面方向から見た電池パック2の断面図であり、電池パック2の上面は覆われていない。即ち、電池パック2はいわゆる開放型の電池パックである。
 ガス排出流路50は、セルの排ガスを排出するための流路であり、電池モジュール10(セル)と電池パック2の外部とに連結されている。ガス排出流路50の上流側端部51は閉鎖されており、各セルからの排ガスは、ガス排出流路50の下流側端部52に向かって流れる。ガス排出流路50は、電池パック2内の各セルから1本に連結され、1本に連結された部分よりも下流側のガス排出流路50には、電池パック2の圧力を検知する1つの圧力センサ30が備えられている。このように、ガス排出流路50を各セルから1本に連結し、連結部よりも下流側に圧力センサ30を設けているため、各セルごとに圧力センサ30を設ける必要がなく、部品数を少なくすることができる。
 なお、第1実施形態と同様に、電池パック2内の電池モジュール10(セル)の配置や個数は任意であり、図5のものに限られない。
 また、電池パック2内の電池モジュール10(セル)の配置にばらつきがある場合、各セルに連結するガス排出流路50の位置もばらつくことになるが、この場合、ガス排出流路50の一部に例えば蛇腹等のような位置ばらつき吸収構造を設けて、ガス排出流路50の遊動範囲を広げるようにしてもよい。即ち、ガス排出流路50に位置ばらつき吸収構造を設けることにより、電池モジュール10のレイアウト自由度を高めることができる。
 ここで、圧力センサ30は、ガス排出流路50の連結部よりも下流側の、より電池モジュール10(セル)に近い位置に設けた方が、圧力の変化を検出しやすい。一方、熱連鎖が発生した場合に圧力センサ30がセルから噴出する高温、高圧ガスに曝されると、故障等の不具合が生じる虞がある。従って、圧力センサ30は、装置の検出能と、装置の耐圧、耐熱の関係を考慮し、試験、実験等により決定される最も適切な位置に配置される。
 また、圧力センサ30は、ガス排出流路50内の圧力変化が顕著なほど圧力の変化を検出しやすいが、ガス排出流路50内の圧力が過度に高圧であると、ガス排出流路50が損傷する虞がある。従って、ガス排出流路50の内部水力直径は、圧力センサ30の検出能と、ガス排出流路50の耐圧の関係を考慮し、試験、実験等により決定される最も適切な値に調整される。
 なお、ガス排出流路50の下流側端部52は、ガス排出流路50内の圧力を調整する不図示の呼吸膜により閉栓されている。呼吸膜は、ガス排出流路50の内外の圧力差によって空気を透過または不透過にし、ガス排出流路50内の圧力を調整する圧力調整機構である。但し、熱連鎖が発生した場合のように、ガス排出流路50内の圧力が急激に高圧になる場合においては、当該呼吸膜はガス排出流路50から外れて吹き飛ぶように構成されている。なお、圧力長関港は呼吸膜に限られず、ガス排出流路50内の圧力を調整できれば既知の如何なるものであってもよい。
 圧力センサ30により検知された電池パック2内の圧力Pは、LBC41に送信される。
 コントローラ40は、LBC41及びVCM42を含み、LBC41とVCM42とは、通信線であるCAN等により互いに通信可能に接続されている。本実施形態においては、電池パック2が開放型であるため、LBC41及びVCM42を電池パック2内に配置しても、LBC41及びVCM42は熱連鎖が発生した場合におけるセルから噴出する高温、高圧ガスの影響を受けにくい。従って、LBC41及びVCM42はいずれも電池パック2内に備えられる。これにより、熱連鎖検知システム100がコンパクト化される。
 LBC41は、各電池モジュール10のセル電圧Vを測定するための複数の電圧センサ(不図示)を備える。また、LBC41は、圧力センサ30から受信した電池パック2内の圧力Pと、電圧センサにより取得した各電池モジュール10(セル)の電圧Vが、それぞれ異常であるかの判定を行う。
 VCM42は、車両のシステム全体を制御する。VCM42は、例えば、電池パック2内の熱連鎖発生の有無の判定、及び表示部31Bに熱連鎖発生の告知及び警告を表示する指令の送信を行う。
 図6は、第2実施形態の電池パックの熱連鎖検知システム200の制御構成を説明するブロック図である。
 図6に示すように、熱連鎖検知システム200は、電池パック2内の電圧検出部11B、圧力検知部12B、セル電圧異常判定部21B、圧力異常判定部22B、走行状態判定部23B及び熱連鎖発生判定部24Bと、表示部31Bとから構成される。本実施形態では、電圧検出部11B、セル電圧異常判定部21B及び圧力異常判定部22BがLBC41の一部を構成し、走行状態判定部23B及び熱連鎖発生判定部24BがVCM42の一部を構成する。
 電圧検出部11Bは、LBC41が備える各セルのセル電圧Vを測定するための電圧センサにより構成される。電圧センサにより検出されたセル電圧Vは、所定時間ごとまたは常に継続してセル電圧異常判定部21Bに入力される。
 圧力検知部12Bは、電池パック2内の圧力Pを検知する圧力センサ30により構成され、圧力センサ30により検知された電池パック2内の圧力Pは、LBC41の圧力異常判定部22Bに、所定時間ごとまたは常に継続して入力される。
 セル電圧異常判定部21Bは、電圧検出部11Bから入力されたセル電圧Vが異常であるか否かを判定する。具体的な判定方法は第1実施形態等同様であるため、省略する。
 セル電圧異常判定部21Bが異常と判定した場合、セル電圧異常判定部21Bから熱連鎖発生判定部24Bにセル電圧が異常である旨の信号が入力される。
 圧力異常判定部22Bは、圧力検知部12Bから入力された電池パック2内の圧力Pが異常であるか否かを判定する。具体的な判定方法は第1実施形態と同様であるため省略する。
 なお、電池パック2内の圧力Pは、高圧になるとガス排出流路50の下流側端部52を閉栓する呼吸膜(圧力調整機構)が外れ、ガス排出流路50内の圧力は減圧された後にほぼ一定となる。従って、圧力異常判定部22Bは、電池パック2内の圧力Pが異常であると判定した後、電池パック2の圧力Pの変化量(率)ΔPが所定の値ΔPth以下になった場合にも、所定時間の間は圧力異常判定状態を継続する。これにより、電池パック2内の圧力Pの変化量(率)ΔPが所定の値ΔPthよりも大きくなった後に、圧力調整機構の作用によりΔPが所定の値ΔPth以下になっても、圧力Pの異常として検知することができる。
 走行状態判定部23Bは、ドライバのアクセル操作等に基づき、車両が走行状態であるか、または停止状態であるかを判定する。走行状態判定部23Bの判定結果は熱連鎖発生判定部24Bに入力される。
 熱連鎖発生判定部24Bは、入力されたセル電圧異常判定部21Bと圧力異常判定部22B両方から異常発生の信号を受信すると、熱連鎖が発生したと判定し、表示部31Bに警告指令を送信する。なお、第1実施形態と同様に、この時、熱連鎖発生判定部24Bは、表示部31Bに対し、走行状態判定部23Bから入力された判定結果とともに警告指令を送信する。
 表示部31Bは、熱連鎖発生判定部24Bから警告指令を受信すると、乗員等への熱連鎖発生の告知と警告を行う。告知、警告方法は第1実施形態と同様であるため省略する。
 上記した第2実施形態の電池パック2の熱連鎖判定方法及び熱連鎖検知システム200によれば、さらに以下の効果を得ることができる。
 電池パック2の熱連鎖判定方法によれば、電池パック2内の圧力Pが異常であると判定した後、圧力Pの変化量または変化率ΔPが所定の値ΔPth以下になった場合にも、所定時間の間は圧力異常判定状態を継続する。これにより、電池パック2内の圧力Pの変化量または変化率ΔPが所定の値ΔPthを超えた後、圧力調整機構等の作用によって電池パック2内の圧力Pの変化量または変化率ΔPが所定の値ΔPth以下になったとしても、圧力Pの異常として検知することができる。即ち、熱連鎖を正確に検知することができる。
 熱連鎖検知システム200によれば、電池モジュール10(セル)と電池パック2の外部とを繋ぐガス排出流路50を含み、ガス排出流路50はガス排出流路50内の圧力を調整する圧力調整機構を備える。これにより、熱連鎖に関係なくガス排出流路50内の圧力が変化しても圧力調整機構によりガス排出流路50内の圧力が調整されるため、熱連鎖の誤検知をより防止することができる。
 熱連鎖検知システム200によれば、ガス排出流路50は、電池パック2内の各電池モジュール10(セル)から1本に連結され、圧力センサ30は、ガス排出流路50が1本に連結された部分よりも下流側に1つだけ設けられる。このように、ガス排出流路50を各セルから1本に連結しているため、各セルごとに圧力センサ30を設ける必要がなく、圧力センサ30は、連結部よりも下流側に1つだけ設ければよい。即ち、熱連鎖検知システム200の部品数を少なくすることができる。
 熱連鎖検知システム200によれば、電池パック2は開放型の電池パックであり、電圧センサ(LBC41)及びコントローラ40(LBC41及びVCM42)は、電池パック2内に設けられる。このように、電圧センサ(LBC41)及びコントローラ40(LBC41及びVCM42)がいずれも電池パック2内に備えられるため、熱連鎖検知システム200がコンパクト化される。
 なお、第1実施形態では、セル電圧異常判定部21B及び圧力異常判定部22BをVCM42に、第2実施形態ではLBC41に含める構成としたが、これに限られず、コントローラ40内の機能分担、即ち、LBC41とVCM42のどちらにどの機能を持たせるかは任意である。
 また、いずれの実施形態においても、LBC41が電圧センサを備える構成としたが、LBC41と電圧センサを別構成にして、電圧センサに検出されたセル電圧Vをコントローラ40に送信する構成にしてもよい。
 また、電池パック1,2内の圧力変化に寄与する圧力寄与部品を第1実施形態では冷媒ガス流路20、第2実施形態ではガス排出流路50としたが、圧力寄与部品はこれらに限られず、電池パック1,2内の圧力変化に寄与する如何なる部品であってもよい。また、例えば電池パック1に更にガス排出流路50を設け、電池パック2に更に冷媒ガス流路20を設けた構成であってもよい。
 以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
 上記した各実施形態は、それぞれ単独の実施形態として説明したが、適宜組み合わせてもよい。

Claims (14)

  1.  電池パックの内部に複数のセルと、前記電池パック内の圧力変化に寄与する圧力寄与部品と、前記電池パック内の圧力を検知する少なくとも1つの圧力センサと、前記セルの電圧を検知する少なくとも1つの電圧センサとを備える電池パックの熱連鎖判定方法であって、
     前記圧力センサにより前記電池パック内の圧力を検知し、
     前記電圧センサにより前記セルの電圧を検知し、
     検知された前記電池パック内の圧力の変化量または変化率が所定の値よりも大きい場合に前記電池パック内の圧力が異常であると判定し、
     検知された前記セルの電圧の変化量または変化率が所定の値よりも大きい場合、または前記セルの電圧の絶対値が所定の値よりも小さい場合に前記セルの電圧が異常であると判定し、
     前記電池パック内の圧力及び前記セルの電圧の両方が異常である場合に、熱連鎖が発生したと判定する、
     電池パックの熱連鎖判定方法。
  2.  請求項1に記載の電池パックの熱連鎖判定方法であって、
     前記電池パックは前記圧力センサを複数備え、
     少なくとも1つの前記圧力センサにより検知された前記電池パック内の圧力の変化量または変化率が所定の値よりも大きい場合、前記電池パック内の圧力が異常であると判定する、
     電池パックの熱連鎖判定方法。
  3.  請求項1または2に記載の電池パックの熱連鎖判定方法であって、
     前記電池パックは、それぞれ異なる前記セルの電圧を検知する複数の前記電圧センサを備え、
     少なくとも1つの前記電圧センサにより検知された前記セルの電圧の変化量または変化率が所定の値よりも大きい場合、または前記セルの電圧が所定の値よりも小さい場合、前記セルの電圧が異常であると判定する、
     電池パックの熱連鎖判定方法。
  4.  請求項1から3のいずれか一つに記載の電池パックの熱連鎖判定方法であって、
     前記電池パック内の圧力が異常であると判定した後、前記電池パック内の圧力の変化量または変化率が前記所定の値以下になった場合にも、所定時間の間は圧力異常判定状態を継続する、
     電池パックの熱連鎖判定方法。
  5.  請求項1から4のいずれか一つに記載の電池パックの熱連鎖判定方法であって、
     前記電池パックは前記電池パック外部の車両コントローラと通信可能なバッテリコントローラを備え、
     前記電圧センサにより検知された電圧値から内部短絡が検知された場合、前記電圧センサにより検知された電圧値が無効値である場合、若しくは前記バッテリコントローラと車両コントローラとの間の通信が不良の場合のいずれかの場合には、前記セルの電圧の変化量または変化率が所定の値よりも大きいまたは前記セルの電圧が所定の値よりも小さいものと見なして、前記セルの電圧が異常であると判定する、
     電池パックの熱連鎖判定方法。
  6.  請求項1から5のいずれか一つに記載の電池パックの熱連鎖判定方法であって、
     前記圧力寄与部品は、前記電池パック内を循環する冷媒ガス流路及び前記セルと前記電池パック外部とを繋ぐガス排出流路のうちの少なくともいずれかである、
     電池パックの熱連鎖判定方法。
  7.  複数のセルを収納する電池パックと、
     前記電池パック内の圧力変化に寄与する圧力寄与部品と、
     前記電池パック内の圧力を検知する少なくとも1つの圧力センサと、
     前記セルの電圧を検知する少なくとも1つの電圧センサと、
     前記電池パックにおいて熱連鎖が発生したことを検知するコントローラと、を備える電池パックの熱連鎖検知システムであって、
     前記コントローラは、検知された前記電池パック内の圧力の変化量または変化率が所定の値よりも大きい場合に前記電池パック内の圧力が異常であると判定するとともに、検知された前記セルの電圧の変化量または変化率が所定の値よりも大きい場合、または前記セルの電圧の絶対値が所定の値よりも小さい場合に前記セルの電圧が異常であると判定し、前記電池パック内の圧力及び前記セルの電圧の両方が異常である場合に、熱連鎖が発生したと判定する、
     電池パックの熱連鎖検知システム。
  8.  請求項7に記載の電池パックの熱連鎖検知システムであって、
     前記コントローラは、前記圧力センサにより検知された圧力値及び前記電圧センサにより検知された電圧値の少なくとも一方が入力されるバッテリコントローラと、熱連鎖が発生したか否かを判定する車両コントローラと、を有し、
     前記コントローラは、前記電圧センサが検知した電圧値に基づき前記コントローラが内部短絡であることを検知した場合、前記電圧センサの値が無効値である場合、若しくは前記バッテリコントローラと前記車両コントローラとの間の通信が不良の場合のいずれかの場合には、前記セルの電圧の変化量または変化率が所定の値よりも大きいまたは前記セルの電圧の絶対値が所定の値よりも小さいものと見なして、前記セルの電圧が異常であると判定する、
     電池パックの熱連鎖検知システム。
  9.  請求項7または8に記載の電池パックの熱連鎖検知システムであって、
     前記圧力寄与部品は、前記電池パック内を循環する冷媒ガス流路及び前記セルと前記電池パック外部とを繋ぐガス排出流路のうちの少なくともいずれかである、
     電池パックの熱連鎖検知システム。
  10.  請求項9に記載の電池パックの熱連鎖検知システムであって、
     前記圧力寄与部品は、少なくとも前記セルと前記電池パック外部とを繋ぐ前記ガス排出流路を含み、
     前記ガス排出流路は、前記ガス排出流路内の圧力を調整する圧力調整機構を備える、
     電池パックの熱連鎖検知システム。
  11.  請求項9または10に記載の電池パックの熱連鎖検知システムであって、
     前記圧力寄与部品は、少なくとも前記セルと前記電池パック外部とを繋ぐ前記ガス排出流路を含み、
     前記ガス排出流路は、前記電池パック内の各セルから1本に連結され、
     前記圧力センサは、前記ガス排出流路が1本に連結された部分よりも下流側に1つだけ設けられる、
     電池パックの熱連鎖検知システム。
  12.  請求項7から11のいずれか一つに記載の電池パックの熱連鎖検知システムであって、
     前記圧力センサは、前記電池パック内に熱連鎖が発生した場合に、前記電池パック内における当該熱連鎖の影響を受けない位置に設けられる、
     電池パックの熱連鎖検知システム。
  13.  請求項7から12のいずれか一つに記載の電池パックの熱連鎖検知システムであって、
     前記コントローラは、前記圧力センサにより検知された圧力値及び前記電圧センサにより検知された電圧値の少なくとも一方が入力されるバッテリコントローラと、熱連鎖が発生したか否かを判定する車両コントローラと、を含み、
     前記電圧センサは前記電池パック内に設けられ、
     前記車両コントローラは前記電池パックの外部に設けられる、
     電池パックの熱連鎖検知システム。
  14.  請求項7から12のいずれか一つに記載の電池パックの熱連鎖検知システムであって、
     前記電池パックは開放型の電池パックであり、
     前記電圧センサ及び前記コントローラは、前記電池パック内に設けられる、
     電池パックの熱連鎖検知システム。
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