(57)【要約】【課題】電池モジュールの充放電を制御する電池システムの停止時における電池のガス噴出を判定することである。【解決手段】複数の電池１２を有する電池モジュール１０における電池状態を監視する電池状態監視装置であって、電池モジュール１０の複数個所の温度をそれぞれ検出する電池サーミスタ５１〜５７と、電池モジュール１０が配設されている環境温度を検出する環境温サーミスタ５８と、電池モジュール１０の充放電を制御する電池システムの停止時に定期的に起動して、電池サーミスタ５１〜５７及び環境サーミスタ５８の各検出温度をそれぞれ取得し、これらの検出温度の温度差をそれぞれ算出して、これら温度差のうち少なくとも一つの温度差が予め設定された所定値よりも大きい場合、電池１２のガス噴出があったと判定する判定部５９とを備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池を有する電池モジュールにおける電池状態を監視する電池状態監視装置であって、
前記電池モジュールの複数個所の温度をそれぞれ検出する複数の電池温度センサと、
前記電池モジュールが配設されている環境温度を検出する環境温度センサと、
前記電池モジュールの充放電を制御する電池システムの停止時に定期的に起動して、複数の前記電池温度センサ及び前記環境温度センサの各検出温度をそれぞれ取得し、複数の前記電池温度センサの各検出温度と前記環境温度センサの検出温度との温度差をそれぞれ算出して、これら温度差のうち少なくとも一つの温度差が予め設定された所定値よりも大きい場合、前記電池のガス噴出があったと判定する判定部と、
を備えることを特徴とする電池状態監視装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池状態監視装置に関し、特に、複数の電池を有する電池モジュールにおける電池状態を監視する電池状態監視装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド自動車や電気自動車等の電動車両には、走行用モータに供給する作動電力を蓄電する電池モジュールが搭載されている。この電池モジュールでは、複数の柱状電池（円柱電池や角柱電池等）を起立保持するとともに、複数の柱状電池の電極端子をバスバーによって電気的に接続している。この電池には、充放電が可能な二次電池、例えば、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等が使用される。このような二次電池は、内部短絡や外部短絡等に起因してガスが噴出することがある。
【０００３】
例えば、特許文献１には、複数の電池を筺体に収容した電池モジュールが記載されている。この特許文献１において、筐体は、複数の電池が配置される第１室と、第１室から隔絶され、電池から噴出したガスが放出される第２室とを備えている。第２室に放出されたガスは外部に放出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１１０１３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した電池のガス噴出は、電池モジュールの充放電を制御する電池システムの停止時でも発生する可能性がある。電池システム停止時には、電池モジュールの充放電も停止しており、電池モジュールの電圧検出も停止しているので、電池のガス噴出が発生しても、そのガス噴出を検出することが困難である。
【０００６】
特に、複数の電池が直列接続されている場合、電池システム停止時に、例えば、一つの電池にガス噴出が発生し、その後、電池システムが起動したときには、ガス噴出した電池において導通が遮断されるので、電池に何らかの異常が発生したことを判定できる。
【０００７】
一方、複数の電池が並列接続されている場合、電池システムの停止時に、例えば、一つの電池にガス噴出が発生し、その後、電池システムが起動したときには、電池モジュールとしては電圧は大きく変化しないので、電池の異常を検出することができず、電池システムの停止時に電池のガス噴出があったことを判定できない。
【０００８】
そこで、電池システムの停止時における電池のガス噴出を判定することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の電池状態監視装置は、複数の電池を有する電池モジュールにおける電池状態を監視する電池状態監視装置であって、前記電池モジュールの複数個所の温度をそれぞれ検出する複数の電池温度センサと、前記電池モジュールが配設されている環境温度を検出する環境温度センサと、前記電池モジュールの充放電を制御する電池システムの停止時に定期的に起動して、複数の前記電池温度センサ及び前記環境温度センサの各検出温度をそれぞれ取得し、複数の前記電池温度センサの各検出温度と前記環境温度センサの検出温度との温度差をそれぞれ算出して、これら温度差のうち少なくとも一つの温度差が予め設定された所定値よりも大きい場合、前記電池のガス噴出があったと判定する判定部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、電池システムの停止時に定期的に複数の電池の温度を検出することによって、電池システムの停止時における電池のガス噴出が発生したことを判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】電池モジュールの分解斜視図である。
【図２】電池モジュールの図１のＡ方向から見た断面図である。
【図３】電池状態監視装置の概略ブロック図である。
【図４】電池状態監視装置の制御を示すフローチャートである。
【図５】電池ガス噴出時の電池モジュールの温度特性図である。
【図６】電池温度と環境温度の温度差の検出結果の一例を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１、２は本実施形態における電池モジュール１０の要部構成を示す図であり、図１は分解斜視図、図２は図１中のＡ方向から見た断面図である。以下の説明において、上下左右、側方、手前、奥などの方向を表す語句は、特段の断りがない限り、説明に用いている図における方向を示し、電池モジュール１０が実際に設置される方向とは関連しない。
【００１３】
ハイブリッド自動車や電気自動車等の電動車両に搭載される電池モジュール１０は、複数の電池１２を収容する。複数の電池１２は、所定の電気的接続がなされて、組電池を形成している。電池１２の形状は柱状、例えば略円柱状であり、円柱の一端に正極が、他端に負極がそれぞれ設けられている。この電池モジュール１０においては、電池１２は、正極のある端を上にして配置されている。各電池１２は、その下端部が電池ホルダ１４に設けられた収容孔１６に収容されて、電池ホルダ１４に保持される。電池ホルダ１４は略板形状であり、板平面に収容孔１６が二次元的に配置されている。また、電池ホルダ１４は、熱伝導のよい材料、例えば、アルミニウムで形成されている。
【００１４】
この実施形態では、収容孔１６は、図１において右手前から左奥に向けて延びる列が４列配置され、隣の列の収容孔１６同士は、半ピッチずれて配置されている。各収容孔１６は、電池１２の円柱形状と嵌まり合う円筒形状であり、この円筒内に電池１２が挿入され、電池ホルダ１４に保持される。収容孔１６の円筒中心軸線方向の長さは、保持した電池１２がぐらつかないよう十分な長さとなっている。収容孔１６は、電池ホルダ１４を、その板厚方向において貫通しており、電池１２の下端は下方に露出している。
【００１５】
電池ホルダ１４に保持され二次元的に配列された電池１２の集合体の周囲には、この集合体の複数個所、例えば、７カ所の温度を検出する電池温度センサとしての電池サーミスタ５１〜５７がそれぞれ配置されている。電池サーミスタ５１〜５７の検出温度は、後述する電池状態監視装置５０に出力される（図３参照）。
【００１６】
電池１２の集合体は、その側方および上方を囲うように保持ケース１８によって覆われている。保持ケース１８は、断熱性の樹脂材料から形成されている。また、保持ケース１８の内面に断熱材を張り付けてもよい。保持ケース１８は、その下端が電池ホルダ１４の上面に当接した状態で、電池ホルダ１４に固定されている。保持ケース１８は、その上端近傍に天井板２０を有する。天井板２０には、配列された各電池１２にそれぞれ対応する保持開口２２が設けられている。保持開口２２は、図２に示すように周縁に段が形成されており、段の部分が各電池１２の上端の周縁に係合して、各電池１２をその上端にて保持する。
【００１７】
天井板２０の上方には正極バスバー２４が配置されている。正極バスバー２４は各電池１２の正極に電気的に接続している。正極バスバー２４は、４枚設けられている。電池ホルダ１４の下方には、負極バスバーモジュール２８が配置されている。負極バスバーモジュール２８は、４枚の負極バスバー３０を樹脂モールド成形により一体にしたものである。負極バスバー３０は、負極接続線３２を介して各電池１２の負極に電気的に接続している。さらに、正極バスバー２４の３枚と負極バスバー３０の３枚を電気的に接続する群間バスバー３４が保持ケース１８の側面に沿って斜め下方に延びている。各バスバーおよび電池の電気的な接続関係は後に詳述する。
【００１８】
図２に示すように、天井板２０および正極バスバー２４の上方全体は上方カバー３６に覆われ、また保持ケース１８の群間バスバー３４が設けられた側面および群間バスバー３４は側方カバー３８によって覆われている。なお、図１において、上方カバー３６および側方カバー３８は省略されている。電池ホルダ１４の下方には排気室カバー４０が配置され、電池ホルダ１４と排気室カバー４０によって負極バスバーモジュール２８が挟持されている。電池ホルダ１４と排気室カバー４０の間に排気室４２が形成される。
【００１９】
複数の電池１２は、電池モジュール１０の長手方向に関して４つの群に分かれており、これらの群に４枚の正極バスバー２４および４枚の負極バスバー３０が対応している。図１において、４つの群について、右手前の群を第１電池群、第１電池群から左奥に順に第２電池群、第３電池群、第４電池群と記す。第１電池群に対応する正極バスバーおよび負極バスバーを第１正極バスバー２４−１および第１負極バスバー３０−１と記し、第２電池群以降の電池群に対応する正極および負極バスバーについても電池群と同じ序数（第２、第３、第４）を記して説明する。
【００２０】
第１電池群に属する電池１２は、第１正極バスバー２４−１、および第１負極バスバー３０−１により並列接続されている。第２電池群以降の電池群に関しても、その電池群に属する電池は、対応する正極および負極バスバーによって並列接続されている。第１正極バスバー２４−１と第２負極バスバー３０−２が第１群間バスバー３４−１により電気的に接続される。第１群間バスバー３４−１は、第１正極バスバー２４−１と一体に形成されており、その反対側の端において第２負極バスバー３０−２の端子３０ａ−２に電気的に接続されている。これにより、第１電池群と第２電池群が直列接続される。第２正極バスバー２４−２と一体の第２群間バスバー３４−２が第３負極バスバーの端子３０ａ−３に接続され、第２電池群と第３電池群が直列接続される。第３電池群と第４電池群についても同様に第３群間バスバー３４−３により直列接続される。第４正極バスバー２４−４には、電池モジュール１０と外部機器とを接続するための外部接続端子（不図示）が接続されている。第１負極バスバー３０−１の端子３０ａ−１には、もう１つの外部接続端子（不図示）に接続されるバスバー（不図示）が接続されている。以上のように複数の電池は、電気的に並列接続された電池により電池群を形成し、そして各電池群は電気的に直列接続されている。
【００２１】
次に、電池モジュール１０の電池状態を監視する電池状態監視装置５０について説明する。図３に、電池状態監視装置５０の概略ブロック図を示す。図３に示すように、電池状態監視装置５０は、電池モジュール１０の温度、すなわち、電池１２の集合体の周囲の温度を検出する７つの電池サーミスタ５１〜５７と、電池モジュール１０が設置されている環境温度を検出する環境温度センサとしての環境サーミスタ５８と、これら電池サーミスタ５１〜５７と環境サーミスタ５８の検出温度に基づいて、電池モジュール１０における電池異常、特に、電池１２のガス噴出の有無を判定する判定部５９とを備えている。
【００２２】
電池状態監視装置５０は、電動車両の停止時、詳しくは、電池モジュール１０の充放電を制御する電池システムの停止時に定期的に起動する。すなわち、電池システムが起動しているときには、電池システムが、電池モジュール１０の電圧変化やガス噴出を直接検出することによって、電池１２のガス噴出の発生を判定することができる。しかし、電池システムが停止しているときには、電池システムによる電池１２のガス噴出の監視ができなくなるため、電池状態監視装置５０は、電池システムの停止時に定期的に起動して電池状態を監視して、電池システムが起動したときに、電池状態監視装置５０による監視結果を電池システムに出力する。
【００２３】
電池サーミスタ５１〜５７は、電池モジュール１０の長手方向の一側面に５つ配置されており、長手方向の両端部にそれぞれ１つ配置されている。環境サーミスタ５８は、電池モジュール１０から離間した位置に配置されている。例えば、電池モジュール１０は、３列に併設されて、この３列が２段に重ねられて６つの電池モジュール１０により１つの電池パックを構成している。このため、環境サーミスタ５８は、電池モジュール１０に隣接する図示しない電池モジュール１０の近傍に配置されている。自身の電池モジュール１０とは異なる電池モジュール１０の温度を検出することで、隣接する電池モジュール１０が同時にガス噴出する可能性が低いので環境温度を正確に検出することができる。また、各電池モジュール１０間に断熱効果の高い部材を配設する、あるいは、断熱効果の高い部材によって互いに連結することによって、各電池モジュール１０間の熱影響を抑制することができる。
【００２４】
判定部５９には、電池サーミスタ５１〜５７と環境サーミスタ５８とが電気的に接続されており、これらサーミスタ５１〜５８の検出温度が入力される。判定部５９は、電池サーミスタ５１〜５７の検出温度と環境サーミスタ５８の検出温度との温度差ΔＴをそれぞれ算出し、これら温度差ΔＴを後述する所定温度ＳＴと比較する演算部５９ａと、この比較結果や所定温度を記憶する記憶部５９ｂとを備えている。
【００２５】
電池状態監視装置５０の判定部５９の具体的な制御について、図４に示すフローチャートを参照して詳しく説明する。電池状態監視装置５０は、電池システムの停止時に図４のフローチャートを定期的に実行する。図４のステップＳ１において、電池システムが停止しているかを検出する。電池システムが停止している場合（Ｙｅｓ）、ステップＳ２に進む。また、電池システムが停止していない場合（Ｎｏ）、すなわち、電池システムが起動している場合には、電池システムにより電池モジュール１０の電池異常を検出することが可能であるのでエンドに進んでフローチャートを終了する。
【００２６】
ステップＳ２では、電池サーミスタ５１〜５７による検出温度、すなわち、電池温度ＤＴ１〜７及び環境サーミスタ５８による検出温度、すなわち、環境温度ＫＴを取得して、電池温度ＤＴ１〜７と環境温度ＫＴとの各温度差ΔＴ１〜７を算出して、ステップＳ３に進む。温度差ΔＴは、電池温度ＤＴ１〜７−環境温度ＫＴにより算出される。
【００２７】
ステップＳ３では、温度差ΔＴ１〜７と所定温度ＳＴとを比較する。温度差ΔＴ１〜７のうち、少なくとも一つの温度差ΔＴが所定温度ＳＴを超えている場合（Ｙｅｓ）、ステップＳ４に進む。また、全ての温度差ΔＴ１〜７が、所定温度ＳＴを超えていない場合（Ｎｏ）、エンドに進んでフローチャートを終了する。
【００２８】
ここで、電池モジュール１０における電池１２のガス噴出と、電池モジュール１０の温度変化との関係について、図３、５を参照して説明する。図３において、例えば、電池１２ａにおいてガス噴出が発生した場合、この噴出ガスは非常に高温であるため、電池１２ａは、瞬間的に数百度の高温になる。電池１２ａで発生した熱は、周辺の電池１２に伝わり、電池１２ａから離れた電池１２へ熱伝導する。すなわち、図３において、電池１２ａで発生した熱は、位置ＴＡ，ＴＢ，ＴＣ，ＴＤで示すように伝わる。
【００２９】
図５は、位置ＴＡ，ＴＢ，ＴＣ，ＴＤにおける温度変化を示す温度特性図である。位置ＴＡにおける温度変化を図中符号ＦＡで示す。同様に、位置ＴＢの温度変化を符号ＦＢ、位置ＴＣの温度変化を符号ＦＣ、位置ＴＤの位置の温度変化を符号ＦＤでそれぞれ示す。また、図中符号Ｇで示す部分の拡大図も併せて示す。
【００３０】
位置ＴＡ（温度変化ＦＡ）では、電池１２ａのガス噴出時に瞬間的に千度近くまで温度上昇した後、急激に温度低下して、その後、緩やかに温度低下する。位置ＴＢ（温度変化ＦＢ参照）では、電池１２ａのガス噴出時に、ガス噴出の影響により少し温度上昇した後、緩やかに温度低下して、その後、位置ＴＡの温度と略同じ温度になる。位置ＴＣ（温度変化ＦＣ参照）では、電池１２ａのガス噴出時に緩やかに温度上昇した後、緩やかに温度低下して、位置ＴＡ，ＴＢの温度と略同じ温度になる。位置ＴＤ（温度変化ＦＤ参照）では、電池１２ａのガス噴出が発生しても、このガス噴出による熱影響を殆ど受けず、ガス噴出時から殆ど温度変化しない。すなわち、環境温度ＫＴと同じ温度である。
【００３１】
このように、ガス噴出が発生した場合、ガス噴出した電池１２ａは高温になり、この電池１２ａの周囲の電池１２も温度上昇する。ガス噴出は、瞬間的に終了するが、ガス噴出による温度変化は、図５に示すように所定時間継続する。そこで、電池システムの停止時に定期的に電池モジュール１０の温度を監視、すなわち、電池モジュール１０の各部の電池温度ＤＴ１〜７と環境温度ＫＴとの温度差ΔＴを監視することによって、ガス噴出の有無を判定する。なお、環境温度ＫＴの影響を除外するために、電池モジュール１０の各部の電池温度ＤＴ１〜７と環境温度ＫＴとの温度差ΔＴを用いている。
【００３２】
図４に戻り、ステップＳ４では、所定温度ＳＴを超えている温度差ΔＴがある場合、電池異常、すなわち、電池１２のガス噴出があったと判定する。所定温度ＳＴとは、電池１２のガス噴出が発生したことを判定するための温度であり、ガス噴出による電池モジュール１０の温度変化の実験結果やシミュレーション結果に基づいて設定されている。
【００３３】
例えば、温度差ΔＴ１〜７と所定温度ＳＴとの比較結果の一例を図６に示す。図６において、ΔＴ１とΔＴ２が所定温度ＳＴを超えているので、電池サーミスタ５１，５２の近傍において電池モジュール１０が高温になっており、電池サーミスタ５１，５２の近傍で電池１２のガス噴出があったと判定することができる。この判定結果は、記憶部５９ｂに記憶されて、電池システムの起動時に当該システムに出力される。
【００３４】
以上説明したように、電池状態監視装置５０によれば、電池システムの停止時に、電池モジュール１０の電池１２のガス噴出の発生を判定することができる。電池状態監視装置５０は、電池システムの起動時に、電池システムの停止期間中に電池１２がガス噴出したことを出力するので、電池システムは、起動時に電池１２のガス噴出が発生したことを警告表示やアラーム等により警報することができる。
【００３５】
特に、電池システム停止中に、並列接続されている第１電極群の電池１２においてガス噴出が発生した場合、電池システムの起動時における電池モジュール１０の電圧変化は小さいため、電池システムでは電池異常を判定することが困難であるが、電池状態監視装置５０によれば電池１２のガス噴出を判定することができ、このような並列接続された電池１２の異常判定には有効である。
【００３６】
また、電池状態監視装置５０による、電池サーミスタ５１〜５７及び環境サーミスタ５８の検出温度の取得間隔、すなわち、電池システムの停止時における電池状態監視装置５０の起動間隔を短くすることによって、電池１２のガス噴出の判定精度を向上することができる。
【００３７】
さらに、電池ホルダ１４を熱伝導のよい材料で形成することにより、電池１２のガス噴出による熱を熱伝導し易くして、電池１２のガス噴出の判定精度を向上することができる。また、保持ケース１８を断熱性の材料で形成することにより、電池１２のガス噴出による熱を電池モジュール１０の外部に伝わりにくくして、電池１２のガス噴出の判定精度を向上することができる。また、電池パックにおける電池モジュール１０間にも断熱性を持たせることが好適である。
【００３８】
なお、上述した実施形態において、電池ホルダ１４は熱伝導のよい材料、例えば、アルミニウムで形成されているので、電池サーミスタ５１〜５７を電池ホルダ１４に設けてもよい。また、電池モジュール１０の電池集合体の周囲に７つの電池サーミスタ５１〜５７を設けて、電池モジュール１０の温度を検出していたが、電池モジュール１０の中央部に１つ、両端部にそれぞれ２つの計３つのサーミスタにより電池モジュール１０の温度を検出してもよい。
【符号の説明】
【００３９】
１０  電池モジュール、１２，１２ａ  電池、１４  電池ホルダ、１６  収容孔、１８  保持ケース、２０  天井板、２２  保持開口、２４  正極バスバー、２４ａ  バスバー本体部、２４ｂ  固着部、２４ｃ  連結部、２８  負極バスバーモジュール、３０  負極バスバー、３２  負極接続線、３４  群間バスバー、３６  上方カバー、３８  側方カバー、４０  排気室カバー、４２  排気室、５０  電池状態監視装置、５１〜５７  電池サーミスタ、５８  環境サーミスタ、５９  判定部、５９ａ  演算部、５９ｂ  記憶部。
【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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