(57)【要約】【課題】電池セルの異常（安全弁の開弁）を適切に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】内圧の上昇により開弁する安全弁３５が設けられた電池セル３０を複数備える電池パック１０において、電池セル３０の異常を検出する異常検出装置１００であって、各電池セル３０に取り付けられて、各々の前記電池セルの振動を検出する振動センサ１１０と、振動センサ１１０の検出結果に基づいて安全弁３５の開弁を判定する開弁判定手段１２１と、を備えている構成とする。【選択図】図５
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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電池セルを複数備える電池パックにおいて、前記電池セルの異常を検出する異常検出装置であって、
各電池セルに取り付けられて、各々の前記電池セルの振動を検出する振動検出手段と、
前記振動検出手段の検出結果に基づいて前記安全弁の開弁を検出する開弁判定手段と、を備えている
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であって、
各電池セルには複数の前記振動検出手段が取り付けられ、
複数の前記振動検出手段は、前記安全弁からの距離が等しくなるように配置されている
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又は２に記載の電池パックの異常検出装置であって、
前記開弁判定手段は、前記振動検出手段の検出結果と予め記憶されている前記安全弁の開弁時の振動波形とが近似していることを条件に、前記安全弁が開弁したと判定する
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３に記載の電池パックの異常検出装置であって、
各電池セルの電圧を検出する電圧検出手段を備え、
前記開弁判定手段は、さらに、前記電池セルの電圧が所定値以下まで低下していることを条件に、前記安全弁が開弁したと判定する
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、車両が備える電池パックの異常（特に、熱連鎖）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】
電池セルにおける安全弁の開弁（内部圧力の上昇）を検出するための技術は様々提案されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に記載の技術では、電池セルの容器（外装）の一部（例えば、安全弁）に薄肉部が設けられており、容器内の圧力上昇に伴い変形する薄肉部の変形を歪みセンサ等によって検知している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１４−１９２１０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に記載のように安全弁（薄肉部）の変形を歪みセンサ等で検出することにより、内圧の上昇を検出することができ、さらには安全弁の開弁も検出することはできる。しかしながら、例えば、電池パック（電池セル）の構造によっては、安全弁に対して歪みセンサ等を設けることができない場合もあり、安全弁の開弁をより適切に検出できる技術の開発が望まれている。
【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（安全弁の開弁）を適切に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一つの態様は、内圧の上昇により開弁する安全弁が設けられた電池セルを複数備える電池パックにおいて、前記電池セルの異常を検出する異常検出装置であって、各電池セルに取り付けられて、各々の前記電池セルの振動を検出する振動検出手段と、前記振動検出手段の検出結果に基づいて前記安全弁の開弁を判定する開弁判定手段と、を備えてい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】
かかる本発明の電池パックの異常検出装置によれば、安全弁自体の変形を検出することなく、安全弁から離れた位置で振動を検出することで、安全弁の開弁を適切に検出することができる。
【００１２】
ここで、各電池セルには複数の前記振動検出手段が取り付けられ、複数の前記振動検出手段は、前記安全弁からの距離が等しくなるように配置されていることが好ましい。これら複数の振動検出手段によって検出された振動波形に基づいて安全弁の開弁を判定することで、安全弁の開弁をより正確に判定することができる。
【００１３】
また前記開弁判定手段は、前記振動検出手段の検出結果と予め記憶されている前記安全弁の開弁時の振動波形とが近似していることを条件に、前記安全弁が開弁したと判定することが好ましい。これにより、安全弁の開弁をより正確に判定することができる。
【００１４】
また異常検出装置は、各電池セルの電圧を検出する電圧検出手段を備え、前記開弁判定手段は、さらに、前記電池セルの電圧が所定値以下まで低下していることを条件に、前記安全弁が開弁したと判定することが好ましい。これにより、安全弁の開弁をより正確に判定することができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、本発明に係る電池パックの異常検出装置によれば、安全弁の開弁を適切に判定することができる。つまり電池セルの熱暴走（熱連鎖）等の電池パックの異常を適切に検出することができる。したがって、電池パックの異常が発生した場合に、早期に対処することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】電池パックの使用態様の一例を示す図である。
【図２】電池パックの概略構成を示す斜視図である。
【図３】電池パックが備える電池モジュールの概略構成を示す斜視図である。
【図４】電池モジュールを構成する電池セルの外観を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る異常検出装置の概略構成を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る異常検出装置による異常判定制御の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
本発明に係る異常検出装置は、電動車両に搭載された電池パックに設けられて、電池パックの異常を検出する。具体的には、異常検出装置は、電池セルに設けられた安全弁の開弁を検出する。まずは異常検出装置が設けられる電池パックの構成について簡単に説明する。
【００１８】
図１に示す車両１は、例えば、電気自動車やハイブリッド車両等の電動車両であり、図示しないモータ（電動機）に電力を供給するための電池パック１０が搭載されている。
【００１９】
電池パック１０は、図２に示すように、パックトレイ１１及びパックカバー１２とで構成されるパック外装ケース１３と、このパック外装ケース１３内に収容される電池モジュール２０と、を備えている。
【００２０】
電池パック１０（パック外装ケース１３）内には、図２及び図３に示すように、電池モジュール２０が複数収容されており、各電池モジュール２０は、近接して並設された複数の電池セル（二次電池）３０を備えている。これらの電池セル３０は、図示は省略するがバスバー等によって直列に接続されている。なお電池モジュール２０が備える電池セル３０の数は、特に限定されるものではない。
【００２１】
各電池セル３０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り、図４に示すように、容器３１と、容器３１を封止する蓋部材３２と、を備えている。容器３１の内部には、正極板、負極板及びセパレータを含む電極体（発電要素）が電解液と共に収容されている。また電極体は、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３２には、容器３１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部材３３及び負極端子部材３４が設けられている。蓋部材３２にはさらに、これら正極端子部材３３及び負極端子部材３４間に安全弁３５が設けられている。
【００２３】
安全弁３５は、蓋部材３２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３１内で内部短絡（ショート）等が生じた際に、容器３１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３１の内圧が上昇した場合でも、容器３１内のガスが開弁した安全弁３５から外部に噴出する。したがって、内圧の上昇による容器３１の破裂を抑制することができる。
【００２４】
そして、本実施形態に係る異常検出装置１００は、このような電池パック１０に設けられ、各電池セル３０の異常を検出する。異常検出装置１００は、具体的には、電池セル３０の異常として安全弁３５の開弁を検出する。
【００２５】
図５のブロック図に示すように、異常検出装置１００は、各電池セル３０の振動（容器３１や蓋部材３２に伝わる振動）を検出する振動センサ（振動検出手段）１１０と、振動センサ１１０による検出結果に基づいて各種の制御を行う制御部１２０とを備えている。
【００２６】
振動センサ１１０は、安全弁３５が開弁したとき等に電池セル３０の振動（振動波形）を検出するものであり、安全弁３５が形成された蓋部材３２に取り付けられている。本実施形態では、各電池セル３０に対して２つの振動センサ１１０（１１０Ａ，１１０Ｂ）が取り付けられている。
【００２７】
具体的には、第１の振動センサ１１０Ａ及び第２の振動センサ１１０Ｂが、各電池セル３０の蓋部材３２に取り付けられている。つまり第１の振動センサ１１０Ａ及び第２の振動センサ１１０Ｂは、安全弁３５と同一平面である蓋部材３２上に取り付けられている。さらに、第１の振動センサ１１０Ａ及び第２の振動センサ１１０Ｂは、安全弁３５からの距離がほぼ等しくなるように配置されている。図５に示すように、安全弁３５から第１の振動センサ１１０Ａまでの距離ｄ１と、安全弁３５から第２の振動センサ１１０Ｂまでの距離ｄ２とが一致している。
【００２８】
なお第１の振動センサ１１０Ａ及び第２の振動センサ１１０Ｂの取付位置は、安全弁３５の開弁時に生じる振動を検出することができる位置であれば、特に限定されるものではない。例えば、第１の振動センサ１１０Ａ及び第２の振動センサ１１０Ｂは、電池セル３０の容器３１の表面に取り付けられていてもよい。また第１の振動センサ１１０Ａ及び第２の振動センサ１１０Ｂは、安全弁３５からの距離が異なる位置に設けられていてもよい。
【００２９】
そして、これら第１の振動センサ１１０Ａ及び第２の振動センサ１１０Ｂは、制御部１２０に接続されている。また本実施形態では、異常検出装置１００は、各電池セル３０の電圧（セル電圧）を検出する電圧センサ（電圧検出手段）１１５を備えており、この電圧センサ１１５も制御部１２０に接続されている。
【００３０】
制御部１２０は、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ている。
【００３１】
この制御部１２０は、本実施形態では、開弁判定手段１２１と、報知手段１２２と、を備えている。開弁判定手段１２１は、第１の振動センサ１１０Ａ及び第２の振動センサ１１０Ｂの検出結果に基づいて安全弁３５の開弁を判定する。
【００３２】
制御部１２０には、安全弁３５が開弁した場合の振動波形（基準振動波形）が予め記憶されており、開弁判定手段１２１は、第１の振動センサ１１０Ａ及び第２の振動センサ１１０Ｂによって検出された振動波形を、基準振動波形と比較し、それぞれ基準振動波形に近似していることを条件に、安全弁３５が開弁したと判定する。
【００３３】
安全弁３５が開弁した場合には、かなり大きな振動（音）が発生し、その振動波形は特有の形状を有している。すなわち安全弁３５が開弁した際に生じる振動波形の形状は、電動車両が通常走行している際に外部要因により生じる振動波形の形状とは明らかに異なる。このため、第１の振動センサ１１０Ａ及び第２の振動センサ１１０Ｂによって検出された振動波形を基準振動波形と比較することで、安全弁３５が開弁したか否かを適切に判定することができる。
【００３４】
例えば、開弁判定手段１２１は、第１の振動センサ１１０Ａ及び第２の振動センサ１１０Ｂによって検出された振動波形を基準振動波形と比較し、両者の相似度（相似の程度）を求め、この相似度が予め設定された閾値以上である場合に、安全弁３５が開弁したと判定する。なお、相似度の求め方は、特に限定されるものではなく、任意に決定すればよい。
【００３５】
また開弁判定手段１２１は、振動波形が基準振動波形に近似すると判定した場合、第１の振動センサ１１０Ａ及び第２の振動センサ１１０Ｂによってその振動波形が検出されたタイミングが一致しているか否かをさらに判定する。そして開弁判定手段１２１は、このタイミングが一致していることを条件として、安全弁３５が開弁したと判定する。
【００３６】
第１の振動センサ１１０Ａ及び第２の振動センサ１１０Ｂは、上述のように安全弁３５からの距離が等しくなるように配置されている。このため、安全弁３５が開弁した際に生じる振動波形は、第１の振動センサ１１０Ａ及び第２の振動センサ１１０Ｂによって、実質的に一致するタイミングで検出されることになる。
【００３７】
一方で、第１の振動センサ１１０Ａ及び第２の振動センサ１１０Ｂによって、基準振動波形に近似する振動波形が検出された場合でも、その振動波形が外部要因によるものであれば、第１の振動センサ１１０Ａ及び第２の振動センサ１１０Ｂによって振動波形が検出されるタイミングには時間差が生じるはずである。したがって、第１の振動センサ１１０Ａ及び第２の振動センサ１１０Ｂによる上記タイミングに時間差がある場合には、振動の発生源は安全弁３５ではないと判断できる。
【００３８】
なお第１の振動センサ１１０Ａ及び第２の振動センサ１１０Ｂが、上述のように安全弁３５からの距離が異なる位置に設けられていてもよいが、その場合には、第１の振動センサ１１０Ａ及び第２の振動センサ１１０Ｂによって振動波形が検出されるタイミングが、安全弁３５からの距離の差に応じた所定の時間差が生じている場合に、振動の発生源が安全弁３５ではないと判断できる。
【００３９】
さらに開弁判定手段１２１は、第１の振動センサ１１０Ａ及び第２の振動センサ１１０Ｂによって基準振動波形に近似する振動波形が検出された場合、電圧センサ１１５の検出結果に基づいて、電池セル３０のセル電圧が所定値以下まで低下しているか否かを判定する。そして開弁判定手段１２１は、セル電圧が所定値以下まで低下していることを条件として、安全弁３５が開弁したと判定する。
【００４０】
このように本実施形態では、開弁判定手段１２１は、第１の振動センサ１１０Ａ及び第２の振動センサ１１０Ｂによって検出された振動波形が基準振動波形と近似しており、且つ第１の振動センサ１１０Ａ及び第２の振動センサ１１０Ｂによって実質的に一致するタイミングで基準振動波形に近似した振動波形が検出され、且つ対応する電池セル３０の電圧が所定値以下まで低下している場合に、安全弁３５が開弁したと判定する。これにより、電池セル３０の安全弁３５が開弁したか否かをより適切に判定することができる。
【００４１】
報知手段１２２は、開弁判定手段１２１によって安全弁３５が開弁したと判定された場合に、そのことを運転者に対して報知（警告）する。報知手段１２２は、例えば、警告ランプ１３０を点灯・点滅させることで、電池パック１０の異常が発生したこと、すなわち電池パック１０が備える複数の電池セル３０で熱連鎖が発生している、或いは複数の電池セル３０で熱連鎖が発生する虞があることを、運転者に対して報知する。運転者に対する報知方法は、特に限定されず、例えば、スピーカーから警告音や音声を発するようにしてもよい。
【００４２】
ここで、図６を参照して、本実施形態に係る異常検出装置１００による異常検出制御の一例について説明する。図６は、異常検出装置１００による異常検出制御の一例を示すフローチャートである。
【００４３】
例えば、電池パック１０からモータへの電力供給が開始されると、異常検出装置１００は、各電池セル３０の振動波形の監視を開始する（ステップＳ１）。異常検出装置１００が電池セル３０の振動波形の監視を開始するタイミングは、特に限定されるものではない。例えば、電動車両のイグニッションスイッチがオンになったタイミング、シートセンサー等によって乗員が着座していることが検出されたタイミング等で、監視を開始するようにしてもよい。勿論、乗員が異常検出装置１００を手動により起動させた場合に、監視を開始するようにしてもよい。
【００４４】
次いでステップＳ２で、第１の振動センサ１１０Ａ及び第２の振動センサ１１０Ｂによって検出される振動波形が基準振動波形に近似しているか否かを判定する。ステップＳ２での判定を繰り返し（ステップＳ２：Ｎｏ）、第１の振動センサ１１０Ａ及び第２の振動センサ１１０Ｂによって検出される振動波形が基準振動波形に近似していると判定されると（ステップＳ２：Ｙｅｓ）、ステップＳ３に進む。
【００４５】
ステップＳ３では、第１の振動センサ１１０Ａ及び第２の振動センサ１１０Ｂによって振動波形が検出されたタイミングが一致しているか否かを判定する。検出されたタイミングに時間差がある（時間差が閾値よりも大きい）場合には（ステップＳ３：Ｎｏ）、検出された振動波形は外部要因によるものと判断し、振動波形の監視を継続する（ステップＳ１）。
【００４６】
一方、第１の振動センサ１１０Ａ及び第２の振動センサ１１０Ｂによって振動波形が検出されたタイミングが一致している場合には（ステップＳ３：Ｙｅｓ）、ステップＳ４に進み、さらに対応する電池セル３０の電圧（セル電圧Ｖ１）が、予め設定された所定電圧Ｖ２以下であるか否かを判定する。
【００４７】
安全弁３５が開弁すると、それに伴ってセル電圧が低下する。このため、第１の振動センサ１１０Ａ及び第２の振動センサ１１０Ｂによって検出される振動波形が基準振動波形に近似している場合でも、セル電圧Ｖ１が所定電圧Ｖ２よりも大きい場合には（ステップＳ４：Ｎｏ）、安全弁３５は開弁していないと判定し、振動波形の監視を継続する（ステップＳ１）。またステップＳ４で、セル電圧Ｖ１が所定電圧Ｖ２以下である場合には（ステップＳ４：Ｙｅｓ）、安全弁３５が開弁していると判定し、その旨を、乗員（運転者）に対して報知する（ステップＳ５）。
【００４８】
このように本実施形態に係る異常検出装置１００では、電池パック１０が備える各電池セル３０の振動波形を検出し、その振動波形に基づいて安全弁３５が開弁しているか否かを判定するようにしたので、誤判定を抑制して、電池パック１０の異常（安全弁３５の開弁）を適切に判定することができる。したがって、車両１の乗員（運転者）は、電池パック１０の異常が発生した際に、早期に対処することができるようになる。
【００４９】
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。
【００５０】
上述の実施形態では、第１の振動センサと第２の振動センサとを、安全弁から等距離となる位置に設けるようにしたが、必ずしも等距離でなくてもよい。その場合、安全弁の開弁に伴う振動波形を検出した場合でも、第１の振動センサと第２の振動センサとで振動波形を検出するタイミングには時間差が生じることになる。したがって、この場合には、第１の振動センサと第２の振動センサとで振動波形を検出するタイミングに所定の時間差が生じていることを条件に、安全弁が開弁したと判定すればよい。
【００５１】
また上述の実施形態では、第１の振動センサ及び第２の振動センサを電池セルに設けた構成を例示したが、勿論、電池セルには３つ以上の振動センサが設けられていてもよい。
【００５２】
また電池セルには、１つの振動センサが設けられていてもよい。つまり上述の実施形態では、複数の振動センサによって振動波形が検出されたタイミングが一致していることを条件として、安全弁が開弁したと判定するようにしたが、この条件による判定は行わなくてもよい。
【００５３】
また上述の実施形態では、振動検出手段として振動センサを設けているが、振動検出手段は、電池セルに生じる振動を検出することができるものであれば、その構成は特に限定されず、例えば、歪みゲージ等であってもよい。
【００５４】
さらに電池セルの電圧（セル電圧）が所定値以下まで低下していることを条件として、安全弁が開弁したと判定するようにしたが、この条件による判定も行わなくてもよい。
【００５５】
これらの条件による判定を行うことで、安全弁が開弁したことをより正確に判定することができるが、振動センサによって検出された振動波形が基準振動波形と近似していることを条件として安全弁の開弁を判定することでも、適切な判定を行うことができる。
【符号の説明】
【００５６】
１  車両（電動車両）
１０  電池パック
１１  パックトレイ
１２  パックカバー
１３  パック外装ケース
２０  電池モジュール
３０  電池セル
３１  容器
３１  安全弁
３２  蓋部材
３３  正極端子部材
３４  負極端子部材
３５  安全弁
１００  異常検出装置
１１０  振動センサ（振動検出手段）
１１５  電圧センサ（電圧検出手段）
１２０  制御部
１２１  開弁判定手段
１２２  報知手段
１３０  警告ランプ
【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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