(57)【要約】【課題】電池装置の低コスト化およびコンパクト化を図りつつ、複数の電池セルからなる二次電池が過充電状態にあることを早期かつ精度よく判定可能とする。【解決手段】複数の電池セル５５の中の一部である監視対象セル５５ｘは、電解液に所定の添加剤を添加することによりバッテリ５１が過充電状態にあるときに他の通常の電池セル５５に比べて早期にセル内圧が上昇するように構成されており、監視対象セル５５ｘには、セル内圧Ｐｃｅｌｌを検出する圧力センサ５６が設けられている。そして、電池装置５０では、圧力センサ５６により検出されたセル内圧Ｐｃｅｌｌが基準圧力Ｐｒｅｆを連続的に超えたときにバッテリ５１が過充電状態にあると判断される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池セルからなる二次電池と、該二次電池が過充電状態にあるか否かを判定する判定手段とを備えた電池装置であって、
前記複数の電池セルの中の一部は、前記二次電池が過充電状態にあるときに他の電池セルに比べて早期にセル内圧が上昇するように構成されており、前記一部の電池セルには、セル内圧を検出する圧力センサが設けられており、前記判定手段は、前記圧力センサの検出値が所定圧力を連続的に超えたときに前記二次電池が過充電状態にあると判断することを特徴とする電池装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の電池セルからなる二次電池と、この二次電池が過充電状態にあるか否かを判定する判定手段とを備えた電池装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、多数個のモノブロック式電池がシリーズまたはパラレルに接続された組電池用の劣化電池検出装置として、各電池の蓋上または電槽壁に少なくとも１つの温度検出センサを有し、この温度検出センサによる検出温度が、あらかじめ設定した値以上、または全検出温度の平均値と比較してあらかじめ設定した値以上に達した場合に、異常警報を出すものが知られている（例えば、特許文献１参照）。また、従来、二次電池の充電方法として、二次電池の電槽または当該電槽に付随する部材の少なくとも一部位に応力検出装置の検出センサを付着し、応力検出装置により、電池の充電に伴って生じる電池の内圧の増加による電槽または電槽に付随する部材の応力変化を検知し、応力が所定の値に達した時に電池の充電が完了したと判断して充電を終了するものも知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−００３７３２号公報
【特許文献２】特開平０５−３２６０２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、複数の電池セルからなる二次電池の劣化を抑制するためには、二次電池が過充電状態にあることを早期かつ精度よく検出して速やかに過充電状態を解消することが重要となる。ただし、二次電池の充電状態を精度よく把握可能とするために複数の電池セルのそれぞれに電圧センサ等を設けたのでは、電池装置の低コスト化およびコンパクト化が妨げられてしまう。
【０００５】
そこで、本発明は、電池装置の低コスト化およびコンパクト化を図りつつ、複数の電池セルからなる二次電池が過充電状態にあることを早期かつ精度よく判定可能とすることを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による電池装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採っている。
【０００７】
本発明による電池装置は、
複数の電池セルからなる二次電池と、該二次電池が過充電状態にあるか否かを判定する判定手段とを備えた電池装置であって、
前記複数の電池セルの中の一部は、前記二次電池が過充電状態にあるときに他の電池セルに比べて早期にセル内圧が上昇するように構成されており、前記一部の電池セルには、セル内圧を検出する圧力センサが設けられており、前記判定手段は、前記圧力センサの検出値が所定圧力を連続的に超えたときに前記二次電池が過充電状態にあると判断することを特徴とする。
【０００８】
この電池装置に含まれる複数の電池セルの中の一部は、二次電池が過充電状態にあるときに他の電池セルに比べて早期にセル内圧が上昇するように構成されており、当該一部の電池セルには、セル内圧を検出する圧力センサが設けられている。そして、この電池装置では、圧力センサの検出値が所定圧力を連続的に超えたときに二次電池が過充電状態にあると判断される。このように、複数の電池セルの中の一部を二次電池が過充電状態にあるときに他の電池セルに比べて早期にセル内圧が上昇するように構成して、当該一部の電池セルのセル内圧を監視すれば、二次電池が過充電状態にあることを早期かつ精度よく判定可能となる。また、圧力センサは、複数の電池セルの中の一部にのみ設けられればよいので、複数の電池セルのそれぞれに監視用のセンサを設ける場合に比べて電池装置の低コスト化およびコンパクト化を図ることができる。従って、本発明によれば、電池装置の低コスト化およびコンパクト化を図りつつ、複数の電池セルからなる二次電池が過充電状態にあることを早期かつ精度よく判定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明による電池装置５０を搭載した車両であるハイブリッド自動車２０の概略構成図である。
【図２】電池装置５０を示す概略構成図である。
【図３】通常の電池セル５５と監視対象セル５５ｘとのセル内圧が変化する様子を示す説明図である。
【図４】過充電判定ルーチン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】
【００１０】
次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。
【実施例】
【００１１】
図１は、本発明による電池装置５０を搭載した車両であるハイブリッド自動車２０の概略構成図である。同図に示すハイブリッド自動車２０は、ガソリンや軽油などを燃料とするエンジン２２と、エンジン２２の出力軸であるクランクシャフト２４に接続されるプラネタリキャリアを有する遊星歯車機構３０と、遊星歯車機構３０のサンギヤに接続される発電可能なモータＭＧ１と、遊星歯車機構３０のリングギヤに接続された駆動軸３２に連結されたモータＭＧ２と、駆動軸３２にデファレンシャルギヤを含むギヤ機構２６や車軸を介して接続された車輪２８ａ，２８ｂと、モータＭＧ１およびＭＧ２を駆動するインバータユニット４０と、電力ライン４１を介してインバータユニット４０に接続されたバッテリ５１や当該バッテリ５１を管理するバッテリ用電子制御ユニット（以下、「バッテリＥＣＵ」という）５２等を含む電池装置５０と、エンジン２２を制御する図示しない電子制御ユニットやインバータユニット４０を制御する図示しない電子制御ユニット、バッテリＥＣＵ５２等と通信しながら車両全体を制御する図示しないハイブリッド用電子制御ユニットとを備える。
【００１２】
電池装置５０は、電力ライン４１およびリレー４５を介してインバータユニット４０と接続されて当該インバータユニット４０を介してモータＭＧ１およびＭＧ２と電力をやり取りする二次電池であるバッテリ５１や、バッテリ５１を管理するバッテリＥＣＵ５２に加えて、バッテリ５１の端子間電圧を検出すると共に検出した電圧ＶｂをバッテリＥＣＵ５２に送信する電圧センサ５３、バッテリ５１を流れる電流を検出すると共に検出した電流ＩｂをバッテリＥＣＵ５２に送信する電流センサ５４、バッテリ５１の温度を検出すると共に検出したバッテリ温度ＴｂをバッテリＥＣＵ５２に送信する図示しない温度センサ等を含む。また、実施例の電池装置５０は、電力ライン４１に接続されてバッテリ５１からの電圧を降圧するＤＣ／ＤＣコンバータ４６や、ＤＣ／ＤＣコンバータ４６に接続された低圧バッテリ６０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ４６あるいは低圧バッテリ６０からの電力により駆動されるモータや当該モータの回転軸に取り付けられた羽根車等を有すると共に車室内または車室外に形成された空気取入口を介して吸い込んだ空気をバッテリ５１に送出して当該バッテリ５１を冷却する冷却ファン７０、低圧バッテリ６０と冷却ファン７０との間に介設されると共にバッテリＥＣＵ５２により制御されるファン駆動回路７２等を含む。
【００１３】
図２に示すように、実施例のバッテリ５１は、それぞれ充放電可能なリチウムイオン二次電池として構成されると共に直列に接続された複数の電池セル５５からなる。実施例の電池装置５０では、複数の電池セル５５の中から選択される任意の１個または数個の電池セル５５が監視対象セル５５ｘとして定められている。なお、監視対象セル５５ｘの個数は、電池セル５５の総数に応じて任意に定めることができる。そして、監視対象セル５５ｘの電解液には、監視対象セル５５ｘ以外の電池セル５５に比べてバッテリ電圧が低いときから電解液の分解反応を促進させる添加剤（例えば、シクロヘキシルベンジン）が添加されている。これにより、監視対象セル５５ｘでは、図３に示すように、バッテリ５１が過充電状態にあるときに他の通常の電池セル５５に比べて早期にセル内圧Ｐｃｅｌｌが上昇することになる。また、監視対象セル５５ｘには、図２に示すように、セル内圧Ｐｃｅｌを検出する圧力センサ５６が設けられており、圧力センサ５６は、検出したセル内圧ＰｃｅｌｌをバッテリＥＣＵ５２に送信する。
【００１４】
バッテリ５１を管理するバッテリＥＣＵ５２は、図示しないＣＰＵを中心とするマイクロコンピュータとして構成されており、ＣＰＵの他に処理プログラムなどを記憶するＲＯＭや一時的に各種データ等を記憶するＲＡＭ、計時指令に応じて計時を実行するタイマ、入出力ポート、通信ポート（何れも図示せず）等を備える。バッテリＥＣＵ５２は、電圧センサ５３や電流センサ５４、図示しない温度センサ等からのデータに基づいてバッテリ５１を管理する。例えば、バッテリＥＣＵ５２は、電流センサ５４により検出された電流Ｉｂの積算値に基づく残容量ＳＯＣや、バッテリ温度Ｔｂや残容量ＳＯＣに基づくバッテリ５１の充電許容電力および放電許容電力等を算出し、このようなバッテリ５１等の状態に関するデータを必要に応じてハイブリッド用電子制御ユニットを始めとする他の電子制御ユニットに送信する。また、バッテリＥＣＵ５２は、バッテリ温度Ｔｂが所定のファン起動温度Ｔｆｓになると冷却ファン７０が起動されるようにファン駆動回路７２を制御すると共に、バッテリ温度Ｔｂが例えばファン起動温度Ｔｆｓよりも低いファン停止温度以下になるまで冷却ファン７０からの空気によりバッテリ５１が冷却されるようにファン駆動回路７２を制御する。更に、実施例のバッテリＥＣＵ５２は、監視対象セル５５ｘに設けられた圧力センサ５６からのセル内圧Ｐｃｅｌｌに基づいてバッテリ５１が過充電状態にあるか否かを判定する。
【００１５】
次に、図４を参照しながら、電池装置５０のバッテリ５１が過充電状態にあるか否かを判定する手順について説明する。図４は、実施例のバッテリＥＣＵ５２により実行される過充電判定ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、ハイブリッド自動車２０において図示しないイグニッションスイッチ（スタートスイッチ）がＯＮされると、バッテリＥＣＵ５２により所定時間ごとに繰り返し実行される。なお、ここでは、説明を簡単にするために電池装置５０のバッテリ５１には、監視対象セル５５ｘが１個のみ含まれるものとする。
【００１６】
図４のルーチンの開始に際して、バッテリＥＣＵ５２の図示しないＣＰＵは、監視対象セル５５ｘに設けられた圧力センサ５６からのセル内圧Ｐｃｅｌｌを入力し（ステップＳ１００）、入力したセル内圧Ｐｃｅｌｌが予め定められた基準圧力Ｐｒｅｆ以上であるか否かを判定する（ステップＳ１１０）。ここで、基準圧力Ｐｒｅｆは、バッテリ５１が過充電状態にあるときに監視対象セル５５ｘで発煙が生じない程度の圧力として定められる。そして、ステップＳ１１０にてセル内圧Ｐｃｅｌｌが基準圧力Ｐｒｅｆ未満であると判断された場合には、バッテリ５１が過充電状態にはないとみなして本ルーチンを一旦終了させる。
【００１７】
また、ステップＳ１１０にてセル内圧Ｐｃｅｌｌが基準圧力Ｐｒｅｆ以上であると判断された場合には、更にセル内圧Ｐｃｅｌｌが基準圧力Ｐｒｅｆを連続的に超えているか否かを判定する（ステップＳ１２０）。実施例のステップＳ１２０では、セル内圧Ｐｃｅｌｌが基準圧力Ｐｒｅｆ以上となる状態が所定時間以上継続しているか否かを判定することとした。かかるステップＳ１２０の処理は、圧力センサ５６の誤検出等によりバッテリ５１が過充電状態にあると誤判定するのを抑制するための処理であり、ステップＳ１２０にて否定判断がなされた場合には、バッテリ５１が過充電状態にはないとみなして本ルーチンを一旦終了させる。これに対して、ステップＳ１２０にてセル内圧Ｐｃｅｌｌが基準圧力Ｐｒｅｆを連続的に超えていると判断された場合には、バッテリ５１が過充電状態にあるとみなしてリレー４５を遮断し（ステップＳ１３０）、本ルーチンを一旦終了させる。このように、ステップＳ１２０にて肯定判断がなされた場合には、リレー４５を遮断してバッテリ５１とインバータユニット４０側との接続を断つことにより、特に監視対象セル５５ｘ以外の通常の電池セル５５が過充電によりダメージを受けてしまうことを抑制することが可能となる。
【００１８】
以上説明したように、実施例のハイブリッド自動車２０に搭載された電池装置５０は、直接に接続された複数の電池セル５５を含み、複数の電池セル５５の中の一部である監視対象セル５５ｘは、電解液に所定の添加剤を添加することによりバッテリ５１が過充電状態にあるときに他の通常の電池セル５５に比べて早期にセル内圧が上昇するように構成されている。更に、監視対象セル５５ｘには、セル内圧Ｐｃｅｌｌを検出する圧力センサ５６が設けられている。そして、電池装置５０では、圧力センサ５６により検出されたセル内圧Ｐｃｅｌｌが基準圧力Ｐｒｅｆを連続的に超えたときにバッテリ５１が過充電状態にあると判断される。このように、複数の電池セル５５の中の一部である監視対象セル５５ｘをバッテリ５１が過充電状態にあるときに他の通常の電池セル５５に比べて早期にセル内圧Ｐｃｅｌｌが上昇するように構成すると共に、当該監視対象セル５５ｘのセル内圧Ｐｃｅｌｌを監視すれば、バッテリ５１が過充電状態にあることを早期かつ精度よく判定可能となる。また、圧力センサ５６は、複数の電池セル５５の中の一部である監視対象セル５５ｘにのみ設けられればよいので、複数の電池セル５５のそれぞれに監視用のセンサを設ける場合に比べて電池装置５０の低コスト化およびコンパクト化を図ることができる。従って、本発明によれば、電池装置５０の低コスト化およびコンパクト化を図りつつ、複数の電池セル５５からなるバッテリ５１が過充電状態にあることを早期かつ精度よく判定することが可能となる。
【００１９】
なお、上記実施例のハイブリッド自動車２０において、モータＭＧ２は、減速ギヤ機構や複数段の変速段を有する変速機を介して駆動軸３２に接続されてもよい。また、モータＭＧ２を駆動軸３２に接続する代わりに、車輪２８ａおよび２８ｂ以外の車輪に連結された車軸に直接または減速ギヤ機構や変速機を介して接続してもよい。更に、本発明の電池装置は、電気自動車に搭載されてもよいことはいうまでもない。
【００２０】
ここで、上記実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明しておく。すなわち、上記実施例では、複数の電池セル５５からなると共に複数の電池セル５５の中の一部であって過充電状態にあるときに他の通常の電池セル５５に比べて早期にセル内圧が上昇するように構成された監視対象セル５５ｘを含むバッテリ５１が「二次電池」に相当し、監視対象セル５５ｘに設けられた圧力センサ５６が「圧力センサ」に相当し、図４の過充電判定ルーチンを実行して圧力センサ５６の検出値が基準圧力Ｐｒｅｆを連続的に超えたときにバッテリ５１が過充電状態にあると判断するバッテリＥＣＵ５２が「判定手段」に相当する。
【００２１】
ただし、「二次電池」は、ニッケル水素二次電池といった如何なる形式のものであっても構わない。「圧力センサ」は、二次電池が過充電状態にあるときに他の電池セルに比べて早期にセル内圧が上昇するように構成された上記一部の電池セルのセル内圧を検出可能なものであれば、如何なる形式のものであっても構わない。「判定手段」は、圧力センサの検出値が所定圧力を連続的に超えたときに二次電池が過充電状態にあると判断するものであれば如何なる形式のものであっても構わない。何れにしても、これら実施例および変形例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。すなわち、実施例はあくまで課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎず、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の解釈は、その欄の記載に基づいて行なわれるべきものである。
【００２２】
以上、実施例を用いて本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、様々な変更をなし得ることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明は、電池装置の製造産業等において利用可能である。
【符号の説明】
【００２４】
２０  ハイブリッド自動車、２２  エンジン、２４  クランクシャフト、２６  ギヤ機構、２８ａ，２８ｂ  車輪、３０  遊星歯車機構、３２  駆動軸、４０  インバータユニット、４１  電力ライン、４５  リレー、４６  ＤＣ／ＤＣコンバータ、５０  電池装置、５１  バッテリ、５２  バッテリ用電子制御ユニット（バッテリＥＣＵ）、５３  電圧センサ、５４  電流センサ、５５  電池セル、５５ｘ  監視対象セル、５６  圧力センサ、６０  低圧バッテリ、７０  冷却ファン、７２  ファン駆動回路、ＭＧ１，ＭＧ２  モータ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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