(57)【要約】【課題】電池セルの異常をより簡易な構成で検出することができる電池パックの異常検出装置を提供する。【解決手段】電池セル３の重量を計測する重量センサー１３と、重量センサー１３により計測された重量が所定の閾値以下であるときに電池セル３の重量変化を検出する重量変化検出部１２と、重量変化検出部１２で検出された重量変化に基づいて電池セル３の異常を検出する異常検出部１４と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内圧の上昇により開弁する安全弁が設けられた複数の電池セルが電池ケースの内部に収容された電池パックにおける異常を検出する異常検出装置であって、
前記電池セルの重量変化を検出する重量変化検出手段と、
前記重量変化検出手段で検出された重量変化に基づいて前記電池セルの異常を検出する異常検出手段と、を備える
ことを特徴とする電池パックの異常検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電池パックの異常検出装置において、
前記重量変化検出手段は、
前記電池セルの重量を計測する重量センサーと、
前記重量センサーにより計測された重量が所定の閾値以下であるときに前記電池セルの重量変化を検出する重量変化検出部と、を備える
ことを特徴とする電池パックの異常検出装置。
【請求項３】
請求項１に記載の電池パックの異常検出装置において、
前記重量変化検出手段は、
前記電池セルを含む前記電池パックの重量を計測する重量センサーと、
前記重量センサーにより計測された重量が所定の閾値以下であるときに前記電池セルの重量変化を検出する重量変化検出部と、を備える
ことを特徴とする電池パックの異常検出装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３の何れか一項に記載の電池パックの異常検出装置において、
前記重量変化検出手段は、
前記電池セルに設けられた振動センサーと、
前記電池セルを振動させるアクチュエーターと、
前記アクチュエーターにより前記電池セルをその固有振動数で振動させたときに前記振動センサーから得られる前記電池セルの共振周波数が、前記電池セルの固有振動数と異なるとき、前記電池セルの重量変化を検出する重量変化検出部と、を備える
ことを特徴とする電池パックの異常検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の電池パックの異常を検出する電池パックの異常検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動機（モータ）を動力源として備える電気自動車やハイブリッド車等の電動車両には、電動機に電力を供給するための電池パックが搭載されている。電池パックは、複数の電池セルと、これら複数の電池セルを収容するケースとを備えており、各電池セルはケース内で電気的に接続されている。
【０００３】
各電池セルの構造は様々あるが、例えば、正極板、負極板及びセパレータを含む発電要素を電解液と共に容器内に収容し、この容器を蓋部材によって密閉するようにしたものがある。このような電池セルにおいては、例えば、容器内に金属ごみ等の異物が混入していると、この異物によって内部短絡（ショート）が発生してしまう虞がある。
【０００４】
内部短絡が生じると、容器内の温度が上昇すると共にガスが発生し、容器内の圧力が上昇してしまうことがある。このため電池セルには、一般的に、容器内の圧力が所定値まで上昇すると開弁する安全弁が設けられ、圧力上昇による破裂を抑制している。
【０００５】
また、複数の電池セルが容器内に密封されている電池パックにおいては、内部短絡に伴い安全弁が開弁すると、その電池セルの熱の影響を受けて、隣接する正常な電池セルでも内圧が上昇して安全弁が開弁してしまうといった状況（いわゆる熱連鎖）に陥る虞がある。このため、電池パックにおいては各電池セルの異常（安全弁の開弁）を適切に検出し、早期に対処することが好ましい。
【０００６】
特許文献１で提案されている技術は、電池の劣化や短絡等の異常が生じた際に、電池セルの内部圧力が上昇するが、この内部圧力を監視することにより電池の異常を検出する。
【０００７】
しかしながら、内部圧力を検出するためのセンサーを電池セルの内部に配置しなければならず、構成が複雑化してしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−２８９２６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、電池セルの異常をより簡易な構成で検出することができる電池パックの異常検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決する本発明の第１の態様は、内圧の上昇により開弁する安全弁が設けられた複数の電池セルが電池ケースの内部に収容された電池パックにおける異常を検出する異常検出装置であって、前記電池セルの重量変化を検出する重量変化検出手段と、前記重量変化検出手段で検出された重量変化に基づいて前記電池セルの異常を検出する異常検出手段と、を備えることを特徴とする電池パックの異常検出装置にある。
【００１１】
第１の態様では、電池セルの構成を変更せずに、簡易な構成で重量変化を検出して電池セルの異常を検出することができる。
【００１２】
本発明の第２の態様は、第１の態様に記載の電池パックの異常検出装置において、前記重量変化検出手段は、前記電池セルの重量を計測する重量センサーと、前記重量センサーにより計測された重量が所定の閾値以下であるときに前記電池セルの重量変化を検出する重量変化検出部と、を備えることを特徴とする電池パックの異常検出装置にある。
【００１３】
第２の態様では、電池セルの重量を直接計測して、より正確な重量変化を検出することができる。
【００１４】
本発明の第３の態様は、第１の態様に記載の電池パックの異常検出装置において、前記重量変化検出手段は、前記電池セルを含む前記電池パックの重量を計測する重量センサーと、前記重量センサーにより計測された重量が所定の閾値以下であるときに前記電池セルの重量変化を検出する重量変化検出部と、を備えることを特徴とする電池パックの異常検出装置にある。
【００１５】
第３の態様では、個々の電池セルを重量センサーで計測するよりも、重量センサーの個数を減らし、コスト低減を図ることができる。
【００１６】
本発明の第４の態様は、第１から第３の何れか一つの態様に記載の電池パックの異常検出装置において、前記重量変化検出手段は、前記電池セルに設けられた振動センサーと、前記電池セルを振動させるアクチュエーターと、前記アクチュエーターにより前記電池セルをその固有振動数で振動させたときに前記振動センサーから得られる前記電池セルの共振周波数が、前記電池セルの固有振動数と異なるとき、前記電池セルの重量変化を検出する重量変化検出部と、を備えることを特徴とする電池パックの異常検出装置にある。
【００１７】
第４の態様では、重量センサーによる重量変化の検出が困難であっても、共振周波数が固有振動数と異なれば電池セルの重量変化を検出することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、電池セルの異常をより確実に検出することができる電池パックの異常検出装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施形態１に係る異常検出装置の概略図である。
【図２】異常検出装置の動作を示すフローである。
【図３】実施形態２に係る異常検出装置の概略図である。
【図４】実施形態２に係る異常検出装置の概略図である。
【図５】実施形態３に係る異常検出装置の概略図である。
【図６】アクチュエーター及び電池セルの振動数を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
〈実施形態１〉
図１を用いて、電池パックの異常検出装置について説明する。
図１に示すように、本実施形態の異常検出装置１０は、電動車両に搭載された電池パック（図示せず）を異常の検出対象とする。電池パック１は、電動車両（図示せず）の床面の下方にケース（図示せず）と、ケース内に収容された複数の電池セル３（同図には一個の電池セルのみを示している）とを備えている。
【００２１】
各電池セル３は、例えば、リチウムイオン電池等の密閉型の二次電池である。電池セル３は、容器、及び容器を封止する蓋部材を備えており、容器の内部に正極板、負極板及びセパレータを含む電極体（何れも図示せず）が電解液と共に収容されている。電極体は、公知の構造であるため、ここでの説明は省略する。
【００２２】
蓋部材には、容器内に収容された電極体の正極板又は負極板にそれぞれ接続される正極端子及び負極端子（何れも図示せず）が設けられている。蓋部材にはさらに、これら正極端子及び負極端子間に安全弁６が設けられている。
【００２３】
安全弁６は、蓋部材の他の部分よりも相対的に脆弱に形成されており、例えば、容器内で内部短絡（ショート）が生じた際等に、容器の内圧が所定値に達すると開弁するように構成されている。これにより容器の内圧が上昇した場合でも、容器内のガスが開弁した安全弁６から外部に噴出する。したがって、内圧の上昇による容器の破裂を抑制することができる。
【００２４】
異常検出装置１０は、電池セル３の重量変化を検出する重量変化検出手段を備えている。本実施形態では、重量変化検出手段の一例として、制御装置１１に備わる重量変化検出部１２と、電池セル３に設けられた重量センサー１３と、を備えている。
【００２５】
重量センサー１３は、重量を計測するセンサーであり、公知の装置であるので詳細な説明は省略する。重量センサー１３には、電池セル３が載置されている。このような重量センサー１３は、複数の電池セル３ごとに設けられている。もちろん、一個の電池セル３につき一個の重量センサー１３とする必要はなく、複数の電池セル３につき一個の重量センサー１３を設けてもよい。
【００２６】
制御装置１１は、電動車両に搭載されたＥＣＵ（Electronic Control Unit）であり、ＣＰＵ、制御プログラムなどを格納・記憶するＲＯＭ、制御プログラムの作動領域としてのＲＡＭ、各種データを書き換え可能に保持するＥＥＰＲＯＭ、周辺回路等とのインターフェースをとるインターフェース部などを含んで構成される。制御装置１１は、インターフェース部を介して車両の各部を制御することで、電動車両の走行、制動、充放電などの各種制御を実現している。
【００２７】
制御装置１１の一機能として、重量センサー１３で計測された重量の変化を検出するとともに、当該変化に基づいて電池セル３の異常検出が行われる。これらの重量変化の検出、及び異常検出を行う機能は、制御プログラムとして実装された重量変化検出部１２、及び異常検出部１４により実現される。なお、この異常検出部１４は、請求項に記載の異常検出手段の一例である。
【００２８】
重量変化検出部１２は、重量センサー１３から重量を取得し、その重量の変化を検出する。具体的には、制御装置１１の記憶装置に、予め、正常な状態の電池セル３の重量よりも小さい閾値を記憶しておく。重量変化検出部１２は、重量センサー１３から取得した重量が閾値以下であれば、電池セル３の重量の変化を検出する。
【００２９】
重量変化検出部１２に用いられる閾値は、実測により得ることができる。例えば、安全弁６が開くような環境に電池パック１をおき、実際に安全弁６が開いたときの電池セル３の重量を重量センサー１３で計測することによって、当該重量を閾値として用いることができる。
【００３０】
異常検出部１４は、重量変化検出部１２により重量変化が検出されたならば、電池セル３が熱暴走しているという異常を検出する。重量変化から電池セル３の熱暴走を検出することができる機序は次の通りである。電池セル３が熱暴走してガスが生じ、安全弁６から外部へ解放されると、電池セル３はそのガスの分、軽くなる。つまり、熱暴走時の電池セル３は、正常時の電池セル３よりも軽い。したがって、上述したとおり、電池セル３の重量変化に基づいて電池セル３が熱暴走して安全弁６が開いたという異常を検出することができる。
【００３１】
なお、異常検出部１４は、重量変化が検出されたら直ちに異常を検出する、という方法に限定されない。例えば、重量が閾値以下である時間が所定時間続いたら電池セル３に異常が発生したと判定してもよい。これにより、車体の振動が重量センサー１３に及ぼす影響を低減できる。
【００３２】
また、異常検出部１４により電池セル３の異常が検出されたとき、異常が生じた旨を搭乗者に警告する警報システムを異常検出装置１０に設けてもよい。警報システムとしては、例えば、電動車両に備わる液晶ディスプレイやスピーカーなどの情報伝達のための装置と、このような装置に、電池セル３に異常が生じた旨の情報（文字、画像、図形、音声など）を提示させる制御装置１１の一機能（プログラム）とを挙げることができる。
【００３３】
また、異常検出部１４による電池セル３の異常検出は、常時機能していてもよいし、特定の条件が成立しているときに機能するようにしてもよい。異常検出部１４が電池セル３の異常検出を行っている状態を監視モード、異常検出を行っていない状態を非監視モードと称する。図２を用いて、監視モード及び非監視モードを切替える判定について説明する。
【００３４】
まず、異常検出部１４は、車両のイグニッションスイッチがＯＮであるかを判定する（ステップＳ１）。イグニションスイッチがＯＮであるならば（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、異常検出部１４は監視モードに移行する（ステップＳ５）。
【００３５】
イグニションスイッチがオフであるならば（ステップＳ１：Ｎｏ）、車両に乗員が乗車しているかを判定する（ステップＳ２）。乗員が乗車しているか否かは、例えば、乗員が乗車しているかを検出するシートセンサーにより得ることができる。他にも、車内に設けたカメラにより得られた映像を解析することで車内に乗員が乗車しているかを判定することができる。
【００３６】
乗員が乗車している場合（ステップＳ２：Ｙｅｓ）、異常検出部１４は、監視モードに移行する（ステップＳ５）。イグニションスイッチがオフであっても、車内に乗員が乗車していれば、監視モードとなるので、より一層、安全性を高めることができる。
【００３７】
乗員が乗車していないならば（ステップＳ２：Ｎｏ）、異常検出部１４は、マニュアルボタンがオンであるかを判定する（ステップＳ３）。マニュアルボタンは、異常検出部１４に、監視モードに強制的に移行させるためのスイッチである。マニュアルボタンがオンであれば（ステップＳ３：Ｙｅｓ）、異常検出部１４は監視モードに移行する（ステップＳ５）。
【００３８】
マニュアルボタンがオフであれば（ステップＳ３：Ｎｏ）、異常検出部１４は、非監視モードに移行する（ステップＳ４）。
【００３９】
このような特定の条件（ステップＳ１〜ステップＳ３）が成立するときに監視モードとすることにより、乗員に対して安全確保が必要な時に、電池セル３の異常検出を行うことができる。なお、上述のように特定の条件の何れかが成立しているときに監視モードとしてもよいし、特定の条件によらず常時監視モードとしてもよい。
【００４０】
本実施形態の異常検出装置１０は、電池セル３の重量変化に基づいて、電池セル３の異常、すなわち、電池セル３が熱暴走して安全弁６が開いた状態を検出することができる。重量変化は、重量センサー１３により電池セル３の重量を計測してその値を閾値と比較することにより行う。つまり、電池セル３に加工を施したりセンサーを取り付ける必要がない。このように本実施形態の異常検出装置１０は、電池セル３の構成を変更せずに、簡易な構成で重量変化を検出して電池セル３の異常を検出することができる。
【００４１】
また、本実施形態の異常検出装置１０は、電池セル３の重量変化を重量センサー１３と重量変化検出部１２により検出する。このように、電池セル３の重量を直接計測して、より正確な重量変化を検出することができる。
【００４２】
〈実施形態２〉
実施形態１では、電池セル３の重量を計測する重量センサー１３について説明したが、本発明はこのような構成に限定されない。本実施形態では、複数の電池セル３をまとめて重量の計測をする構成について説明する。
【００４３】
図３は、本実施形態に係る異常検出装置１０の概略図である。なお、実施形態１と同一のものには、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００４４】
電動車両の床面２０には、その下方に、電池ケース２が取り付けられている。電池ケース２は、箱状の部材であり、内部には複数の電池セル（図示せず）がモジュール化されて収容されている。具体的には、電池ケース２は、ばねなどの荷重計１５を介して床面２０に取り付けられている。なお、電池ケース２は、荷重計１５のみを介して床面２０に取り付けられている必要はなく、荷重計１５及びステーなどを介して床面２０に取り付けられていてもよい。
【００４５】
荷重計１５は、請求項に記載の重量センサーの一例であり、計測した電池ケース２の重量を制御装置１１に伝達可能である。荷重計１５により計測される重量は、全ての電池セル３を含む電池パック１の重量である。
【００４６】
重量変化検出部１２は、荷重計１５から重量を取得し、その重量の変化を検出する。具体的には、制御装置１１の記憶装置に、予め、正常な状態の電池セル３を収納した電池パック１の重量よりも小さい閾値を記憶しておく。重量変化検出部１２は、荷重計１５から取得した重量が閾値以下であれば、少なくとも一つの電池セル３の重量が変化したことを検出する。
【００４７】
また、重量変化は、複数ある荷重計１５ごとに検出してもよいし、複数ある荷重計１５の合計値について変化を検出してもよい。この場合、重量変化検出部１２は、個々の荷重計１５が得た重量の全てが変化し、かつ合計値も変化しているとき、電池セル３の重量が変化した、と検出することができる。
【００４８】
重量変化検出部１２に用いられる閾値は、実測により得ることができる。例えば、安全弁６が開くような環境に電池パック１をおき、実際に安全弁６が開いたときの電池セル３を含む電池パック１の重量を荷重計１５で計測することで、当該重量を閾値として用いることができる。
【００４９】
異常検出部１４による異常判定は、実施形態１と同様に、重量変化が検出されたら電池セル３の異常を検出する。もちろん、このような方法に限定されない。重量が閾値以下である時間が所定時間続いたら電池セル３に異常が発生したと判定してもよい。これにより、車体の振動が重量センサー１３に及ぼす影響を低減できる。
【００５０】
本実施形態の異常検出装置１０は、電池セル３の重量変化を個別に検出するのではなく、電池パック１の重量変化を検出する。換言すれば、少なくとも一つの電池セル３に重量変化が生じたことを検出することができる。これにより、個々の電池セル３を重量センサーで計測するよりも、重量センサーの個数を減らし、コスト低減を図ることができる。
【００５１】
また、図４に、電池パック１の重量を計測する別態様を例示する。図３に示した重量センサーは、電池パック１を吊り下げるように配置された荷重計１５であったが、図４に示す重量センサーは、感圧シート１６である。具体的には、床面２０には、電池パック１を下面側から支える支持部２１が設けられている。その支持部２１には、感圧シート１６が配置されており、電池パック１は、感圧シート１６に載置されている。
【００５２】
このような構成であっても、図３に示した構成と同様に、電池パック１の重量に基づいて電池セル３の異常を検出することができる。
【００５３】
〈実施形態３〉
実施形態１では、電池セル３の重量変化を重量センサー１３により直接的に検出したが、このような態様に限定されない。
【００５４】
図５は、本実施形態に係る異常検出装置１０の概略図である。実施形態１と同一のものには同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００５５】
本実施形態の異常検出装置１０は、重量変化検出手段として、振動センサー１７、アクチュエーター１８及び重量変化検出部１２を備えている。
【００５６】
振動センサー１７は、電池セル３に取り付けられ、電池セル３の振動を検出する装置である。振動センサー１７により検出された電池セル３の振動は、制御装置１１に伝達される。
【００５７】
アクチュエーター１８は、電池セル３に振動を付与する装置である。アクチュエーター１８は、重量変化検出部１２から与えられる周波数で振動することが可能となっている。アクチュエーター１８が振動することで、アクチュエーター１８に載置された電池セル３を振動させることができる。なお、アクチュエーター１８は、複数の電池セル３をまとめて振動させる構成でもよいし、電池セル３を個別に振動させる構成でもよい。
【００５８】
図６を用いて、異常検出部１４による振動を利用した電池セル３の重量変化の検出について説明する。
図６（ａ）は、アクチュエーター１８の振動とその振幅を示す。異常検出部１４は、アクチュエーター１８を電池セル３の固有振動数ｆ０で振動させる。
【００５９】
図６（ｂ）は、通常時における振動センサー１７により検出された電池セル３の振動を示す。アクチュエーター１８の振動により、電池セル３は共振し、共振が振動センサー１７により検出される。通常時（電池セル３に異常が無い時）では、電池セル３の共振周波数は固有振動数ｆ０である。
【００６０】
図６（ｃ）は、電池セル３の熱暴走時における振動センサー１７により検出された電池セル３の振動を示す。熱暴走時には、電池セル３の安全弁６が開いてガスが放出され、電池セル３の重量が減少する。電池セル３の重量が減少すると、その固有振動数は変化する。変化後の振動数をｆ１とする。したがって、熱暴走時においては、電池セル３の共振周波数は、通常時の固有振動数ｆ０とは異なる振動数ｆ１となり、振幅は通常時よりも小さくなる。
【００６１】
上述した原理に基づけば、電池セル３の振動により間接的に重量変化を検出することができる。具体的には、異常検出部１４は、アクチュエーター１８を通常時の固有振動数ｆ０で振動させ、振動センサー１７から得られる共振周波数と比較する。当該共振周波数が固有振動数ｆ０であれば、電池セル３には重量変化が生じていないと検出する。一方、当該共振周波数が固有振動数ｆ０とは異なるのであれば、電池セル３に重量変化が生じていると検出する。
【００６２】
なお、共振周波数が固有振動数ｆ０と異なるか否かは、例えば、共振周波数が固有振動数ｆ０から所定範囲内にないことを条件とするなど、ある程度の幅を持たせてもよい。このような条件は、実測により得ることができる。
【００６３】
本実施形態の異常検出装置１０は、電池セル３の重量変化を直接的に検出するのではなく、電池セル３の共振周波数に基づいて間接的に検出する。これにより、例えば、重量センサーによる重量変化の検出が困難であっても、共振周波数が固有振動数ｆ０と異なれば電池セル３の重量変化を検出することができる。
【００６４】
〈他の実施形態〉
以上、本発明の一実施形態について説明したが、勿論、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。実施形態１では、重量変化を重量センサーで直接的に検出し、実施形態３では共振周波数を利用して間接的に重量変化を検出したが、それらを併用してもよい。異常検出手段としては、制御装置１１で実行されるプログラムである異常検出部１４を例示したがこれに限定されない。異常検出手段は、例えば、異常検出部１４と同等の機能を実現する電子回路であってもよい。
【符号の説明】
【００６５】
１…電池パック、２…電池ケース、３…電池セル、６…安全弁、１０…異常検出装置、１１…制御装置、１２…重量変化検出部、１３…重量センサー、１４…異常検出部、１５…荷重計、１６…感圧シート、１７…振動センサー、１８…アクチュエーター
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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