(57)【要約】【課題】液漏れの発生している電池モジュールを特定することができる電池システムを提供する。【解決手段】本発明により、複数の電池モジュールと、複数の電池モジュールの間に配置されたガスセンサと、ケーシングとを備える電池パック２０と、ケーシング内に風を送る送風装置３０と、制御装置４０と、を備える電池システム１０が提供される。制御装置４０は、第１送風部４１と、第２送風部４２と、ガス検知部４３と、記憶部４４と、ガスセンサで取得された計測値が記憶部４４に記憶された閾値よりも高い場合に、ガスセンサの上流に配置されている電池モジュールを液漏れありと判定する判定部４５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】
少なくとも第１の方向に配列された複数の電池モジュールと、前記第１の方向において前記複数の電池モジュールの間に配置されたガスセンサと、前記複数の電池モジュールと前記ガスセンサとを収容するケーシングと、を備える電池パックと、
前記第１の方向および前記第１の方向と反対方向の第２の方向から、前記ケーシング内に風を送る送風装置と、
前記ガスセンサと前記送風装置とに電気的に接続された制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記送風装置で前記第１の方向に風を送る第１送風部と、
前記送風装置で前記第２の方向に風を送る第２送風部と、
前記ガスセンサでガスを検知し、計測値を取得するガス検知部と、
前記ガスセンサで取得された計測値と比較するために予め設定された閾値を記憶する記憶部と、
前記ガスセンサで取得された計測値が前記記憶部に記憶された閾値よりも高い場合に、前記ガスセンサの上流に配置されている電池モジュールを液漏れありと判定する判定部と、
を備える、電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン二次電池等の電池は、一般に、複数個の電池を備えた電池モジュールや、当該電池モジュールを複数個組み合わせた電池パックとして利用される。
これに関連する従来技術として、特許文献１、２が挙げられる。例えば特許文献１には、電池モジュールを構築した段階で、電池の液漏れの有無を検査する技術が開示されている。特許文献１の電池モジュールは、複数の電池と、上記複数の電池を収容するケースと、上記ケースの対向する位置に形成された第１および第２の開口部と、を備えている。特許文献１では、液漏れ検査の際、第１の開口部から第２の開口部に向かって強制的に空気を流通させる。そして、第２の開口部に連結されたガスセンサの出力から液漏れの有無を判定するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１２７２８５号公報
【特許文献２】特開２００５−０６３６８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１は、電池モジュールを構築した段階で、単独の電池モジュールを検査する技術である。そのため、例えば車両等に搭載され長期間使用された後に、電食等の予期せぬ現象によって発生する液漏れを検出することは想定されていない。また、特許文献１の技術では、複数の電池モジュールが電池パックとして車両等に搭載されている場合に、何れの電池モジュールで液漏れが発生したかを特定することができない。このため、例えば液漏れの発生した電池モジュールのみを部分的に交換したり、液漏れの発生していない電池モジュールを選別してリユースしたりすることができない。
【０００５】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、液漏れの発生している電池モジュールを特定することができる電池システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明により、少なくとも第１の方向に配列された複数の電池モジュールと、上記第１の方向において上記複数の電池モジュールの間に配置されたガスセンサと、上記複数の電池モジュールと上記ガスセンサとを収容するケーシングと、を備える電池パックと、上記第１の方向および上記第１の方向と反対方向の第２の方向から、上記ケーシング内に風を送る送風装置と、上記ガスセンサと上記送風装置とに電気的に接続された制御装置と、を備える電池システムが提供される。上記制御装置は、上記送風装置で上記第１の方向に風を送る第１送風部と、上記送風装置で上記第２の方向に風を送る第２送風部と、上記ガスセンサでガスを検知し、計測値を取得するガス検知部と、上記ガスセンサで取得された計測値と比較するために予め設定された閾値を記憶する記憶部と、上記ガスセンサで取得された計測値が上記記憶部に記憶された閾値よりも高い場合に、上記ガスセンサの上流に配置されている電池モジュールを液漏れありと判定する判定部と、を備える。
【０００７】
上記構成によれば、電池パックに含まれる複数の電池モジュールの中から、液漏れの発生している電池モジュールを特定することができる。このため、液漏れの発生している電池モジュールのみを部分的に交換したり、液漏れの発生していない電池モジュールを選別してリユースしたりすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】車両に搭載されている電池システムの上面図であり、（ａ）は第１の方向に送風する場合、（ｂ）は第２の方向に送風する場合である。
【図２】図１の電池パックの模式的な拡大図である。
【図３】液漏れの発生している電池モジュールを特定する特定方法を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、適宜図面を参照しながら、ここで開示される電池システムの一実施形態について説明する。なお、ここで説明される実施形態は、当然ながら特に本発明を限定することを意図したものではない。また、図面中の符号Ｆ、Ｒｒ、Ｌ、Ｒは、それぞれ前、後、左、右を意味するものとする。ただし、これらは説明の便宜上の方向であり、電池システムの設置態様を何ら限定するものではない。
【００１０】
図１（ａ）、（ｂ）は、車両１に搭載されている電池システム１０の上面図である。なお、図１（ａ）は第１の方向に送風する場合を、図１（ｂ）は第２の方向に送風する場合をそれぞれ表している。本実施形態の電池システム１０は、電池パック２０と、送風装置３０と、液漏れ検知ユニット４０とを備えている。液漏れ検知ユニット４０は、制御装置の一例である。本実施形態において、電池パック２０は車両１の後部座席の下側に配置され、フロアパネルに固定されている。ただし、電池パック２０は、車両１の後部座席の下側以外に配置されていてもよい。
【００１１】
図２は、図１の電池パック２０を示す模式的な拡大図である。電池パック２０は、４つの電池モジュール２１Ａ〜２１Ｄと、２つのガスセンサ２２、２３と、ケーシング２４と、を備えている。
【００１２】
電池モジュール２１Ａ〜２１Ｄは、例えば車両駆動用の電力を貯める蓄電装置である。電池モジュール２１Ａ〜２１Ｄは、第１の方向（図２の左右方向）に２行、第１の方向と垂直な方向（図２の前後方向）に２列、並んで配置されている。電池モジュール２１Ａ〜２１Ｄは、相互に直列に電気接続されている。ただし、電池モジュール２１Ａ〜２１Ｄの個数や配置、接続方法は特に限定されず、適宜決定することができる。
【００１３】
電池モジュール２１Ａ〜２１Ｄは、それぞれ６つの単電池を備えている。６つの単電池は、それぞれ角型の外形を有しており、一対の平坦面が対向するように第１の方向（図２の左右方向）に一列に配置されている。６つの単電池は、バスバーによって相互に直列に電気接続されている。６つの単電池は、拘束バンド等によって一体的に保持されている。ただし、単電池の形状や個数、配置等は適宜変更してもよい。単電池は、典型的には充放電可能な二次電池、例えばリチウムイオン二次電池である。単電池は、典型的には、正極と負極と電解液とを含む発電要素と、当該発電要素を収容する単電池ケースと、を備えている。電解液は、例えばカーボネート類等の非水溶媒と、リチウム塩（例えばフッ素含有リチウム塩）等の支持塩と、を含んでいる。なお、単電池の構成については従来と同様でよく、特に限定されない。
【００１４】
ガスセンサ２２、２３は、電池内で発生したガス成分を検知するセンサである。ガスセンサ２２、２３は、図２の前後方向の各列において、複数の電池モジュール２１Ａ〜２１Ｄの間に配置されている。詳しくは、電池モジュール２１Ａ、２１Ｂの間にガスセンサ２２が配置され、電池モジュール２１Ｃ、２１Ｄの間にガスセンサ２３が配置されている。液漏れが発生している電池モジュールの特定精度を高める観点からは、ガスセンサの個数が、各列において、（電池モジュールの個数−１）個であるとよい。ガスセンサ２２、２３は、それぞれ液漏れ検知ユニット４０と電気的に接続されている。ガスセンサ２２、２３で検知された信号（計測値）は、液漏れ検知ユニット４０に送られる。
【００１５】
ガスセンサ２２、２３としては、電池構築時に単電池の内部に含まれるガス成分、あるいは単電池内の成分が分解されて発生するガス成分を検知可能なものであればよい。ガスセンサ２２、２３は、例えば電解液、具体的には非水溶媒や支持塩が分解して生じるガス成分を検知可能なものであってもよい。ガスセンサ２２、２３は、例えば、電池構築時に単電池内に含まれる成分等に応じて、適宜に選択すればよい。ガスセンサ２２、２３の一好適例として、例えば、Ｎ2センサ、ＣＯセンサ、ＣＯ２センサ、ＣＨ４センサ、Ｃ２Ｈ４センサ、非水溶媒（例えばカーボネート類）を検出する臭気センサ、支持塩（例えばフッ素含有リチウム塩）の分解によって生じるフッ化水素を検出するフッ化水素センサが挙げられる。ガスセンサ２２、２３の一具体例として、国際公開２０１６／０４７２３２号に記載されるようなガス検知材が挙げられる。
【００１６】
ガスセンサ２２、２３の検出感度は、例えば、単電池ケースに開いた穴をΦ１０μｍとし、電池から漏れ出すガスの量を０．００１ｍ３／ｓｅｃ（大気圧）とし、電池パック２０のケーシング２４の容積を１００ｍ３（つまり、１つの電池モジュールあたり２５ｍ３）としたときに、０．００１ｍ３／２５ｍ３＝４ｐｐｍよりも高感度であることが好ましい。
【００１７】
ケーシング２４は、電池モジュール２１Ａ〜２１Ｄとガスセンサ２２、２３とを収容する筐体である。ケーシング２４の材質は、例えば金属や樹脂である。ケーシング２４の形状やサイズは、例えば、電池モジュール２１Ａ〜２１Ｄのサイズや個数等に応じて、適宜、変更してよい。
【００１８】
ケーシング２４の左右の端部には、それぞれ開口部２５、２６が設けられている。左側の開口部２５は、後部座席の左下に開口された左側の吸気通路に連通されている。右側の開口部２６は、後部座席の右下に開口された右側の吸気通路に連通されている。このような構成により、ケーシング２４の内部には、左側あるいは右側の吸気通路を通じて、車内の空気が流通する。
また、左側の吸気通路と電池パック２０との間、および、右側の吸気通路と電池パック２０との間には、排気通路が連通されている。排気通路は、車両１の後方に設けられたダクトで外部に連通されている。
【００１９】
吸気通路と排気通路とが連通される位置には、それぞれ弁部材３２、３４が配置されている。弁部材３２、３４は、例えば方向切換弁や三方弁である。弁部材３２、３４は、液漏れ検知ユニット４０と電気的に接続されている。弁部材３２、３４は、液漏れ検知ユニット４０によって切り替えられる。弁部材３２、３４によって、吸気通路と排気通路と電池パック２０との連通状態が切り換えられる。
【００２０】
送風装置３０は、電池パック２０の左から右に向かって、第１の方向に（図１（ａ）参照）、あるいは、電池パック２０の右から左に向かって、第２の方向に（図１（ｂ）参照）、空気を流通させるためのものである。送風装置３０は、電池パック２０の外部にある排気通路の途中に配置されている。送風装置３０は図示しないモータを備え、液漏れ検知ユニット４０と電気的に接続されている。
【００２１】
本実施形態において、送風装置３０は１つの排気ファンであり、負圧を発生させることによってケーシング２４の内部から空気を吸い出すように構成されている。ただし、送風装置３０は、左側および右側の吸気通路に配置され、ケーシング２４の内部に強制的に空気を送り込むように構成されている吸気ファンであってもよい。また、送風装置３０は、１つではなく複数であってもよい。
【００２２】
なお、一般に、電池モジュール２１Ａ〜２１Ｄは、温度が高くなると性能が低下する等、劣化を生じ易い。このため、従来、車両１の走行時にケーシング２４の内部に冷媒（典型的には冷やした空気）を送り、電池モジュール２１Ａ〜２１Ｄを冷却することがなされている。ここに開示される技術では、送風装置３０として、この冷却機構を利用することもできる。
【００２３】
液漏れ検知ユニット４０は、ガスセンサ２２、２３と送風装置３０とに電気的に接続されている。液漏れ検知ユニット４０は、ガスセンサ２２、２３と、送風装置３０と、弁部材３２、３４と、を制御する制御装置である。液漏れ検知ユニット４０は、例えば、ＣＰＵ等の電気的な演算装置と、メモリー等の記憶装置と、液漏れ検査の結果を表示する表示パネルと、を備えている。液漏れ検知ユニット４０は、さらに液漏れを検知したときに音響的なアラームを発する報知器を備えていてもよい。なお、液漏れ検知ユニット４０は、車両１の全体を制御するパワーコントロールユニットに組み込まれていてもよい。
【００２４】
液漏れ検知ユニット４０は、第１送風部４１と第２送風部４２とガス検知部４３と記憶部４４と判定部４５とを備えている。第１送風部４１は、送風装置３０を制御して、第１の方向に風を送る。第２送風部４２は、送風装置３０を制御して、第２の方向に風を送る。ガス検知部４３は、ガスセンサ２２、２３を制御してガスを検知し、計測値を取得する。記憶部４４は、ガスセンサ２２、２３で取得された計測値と比較するために予め設定された閾値を記憶する。判定部４５は、ガスセンサ２２、２３で取得された計測値が上記記憶部に記憶された閾値よりも高い場合に、ガスセンサ２２、２３の上流に配置されている電池モジュールを「液漏れあり」と判定する。
【００２５】
次に、電池システム１０を用いて液漏れの発生している電池モジュールを特定する方法について説明する。図３は、一実施形態に係るフローチャートである。車両１の出荷時には、ガスセンサで取得された計測値と比較するための閾値が予め設定されている。当該閾値は、液漏れ検知ユニット４０の記憶部４４に記憶されている。
【００２６】
まず、ユーザーによって車両１の走行が開始されると、ステップＳ１では、液漏れ検知ユニット４０が車両１の走行状態を検知する。
【００２７】
次に、ステップＳ２では、車両１の走行状態の検知に連動して、液漏れ検知ユニット４０の第１送風部４１が送風装置３０を制御して、第１の方向に風を送る。
具体的には、図１（ａ）に示すように、弁部材３２を制御して、左側の吸気通路と電池パック２０とがつながった状態に切り換える。このとき、左側の排気通路と電池パック２０とは閉鎖された状態になる。また、弁部材３４を制御して、右側の排気通路と電池パック２０とがつながった状態に切り換える。このとき、右側の吸気通路と電池パック２０とは閉鎖された状態になる。この状態でモータを駆動させ、送風装置３０を作動させる。すると、開口部２５から開口部２６に向かってケーシング２４の内部を空気が流れる。言い換えれば、電池パック２０の左から右に、空気が流れる。電池パック２０を通過した空気は、開口部２６から排気通路を通り、車両１の後方に設けられたダクトから車両１の外部へと排気される。
なお、第１送風部４１は、例えば、車両１の走行によって単電池が充放電を繰り返したり、車両１の外気温が高くなったりして、電池の温度が上昇した場合に、起動されるように構成されていてもよい。この場合、電池システム１０は、さらに電池モジュール２１Ａ〜２１Ｄの温度を検出する温度センサを備えていてもよい。
【００２８】
次に、ステップＳ３では、液漏れ検知ユニット４０のガス検知部４３がガスセンサ２２、２３を制御して、ケーシング２４内のガスを検知する。これによって、ガスセンサ２２、２３のそれぞれで、計測値を取得する。ガスセンサ２２、２３で取得された計測値は、液漏れ検知ユニット４０に送られる。
【００２９】
次に、ステップＳ４−１，２では、液漏れ検知ユニット４０の判定部４５が、ガスセンサ２２、２３で取得された計測値と、記憶部４４に記憶されている閾値との大小関係を比較する。具体的には、ステップＳ４−１において、ガスセンサ２２の計測値が記憶部４４の閾値よりも高い場合には、第１の方向（風の流れる方向）においてガスセンサ２２の上流に配置されている電池モジュール２１Ａを「液漏れあり」と判定する。また、ステップＳ４−２において、ガスセンサ２３の計測値が記憶部４４の閾値よりも高い場合には、第１の方向（風の流れる方向）においてガスセンサ２３の上流に配置されている電池モジュール２１Ｃを「液漏れあり」と判定する。
液漏れ検知ユニット４０の判定部４５は、その結果をオンボードでユーザーに通知する。例えば、車両１の運転席の表示パネルにコーションマークを点灯させる。一方、ガスセンサ２２、２３の計測値が記憶部４４の閾値以下である場合には、ステップＳ５に進む。
【００３０】
次に、ステップＳ５では、液漏れ検知ユニット４０の第２送風部４２が送風装置３０を制御して、第１の方向と反対方向の第２の方向に風を送る。
具体的には、図１（ｂ）に示すように、弁部材３２を制御して、左側の排気通路と電池パック２０とがつながった状態に切り換える。このとき、左側の吸気通路と電池パック２０とは閉鎖された状態になる。また、弁部材３４を制御して、右側の吸気通路と電池パック２０とがつながった状態に切り換える。このとき、右側の排気通路と電池パック２０とは閉鎖された状態になる。この状態でモータを駆動させ、送風装置３０を作動させる。すると、開口部２６から開口部２５に向かってケーシング２４の内部を空気が流れる。言い換えれば、電池パック２０の右から左に空気が流れる。電池パック２０を通過した空気は、開口部２５から排気通路を通り、車両１の後方に設けられたダクトから車両１の外部へと排気される。
【００３１】
次に、ステップＳ６では、ステップＳ３と同様に、液漏れ検知ユニット４０のガス検知部４３がガスセンサ２２、２３を制御して、ケーシング２４内のガスを検知する。これによって、ガスセンサ２２、２３のそれぞれで、計測値を取得する。ガスセンサ２２、２３で取得された計測値は、液漏れ検知ユニット４０に送られる。
【００３２】
次に、ステップＳ７−１，２では、液漏れ検知ユニット４０の判定部４５が、ガスセンサ２２、２３で取得された計測値と、記憶部４４に記憶されている閾値との大小関係を比較する。具体的には、ステップＳ７−１において、ガスセンサ２２の計測値が記憶部４４の閾値よりも高い場合には、第２の方向（風の流れる方向）においてガスセンサ２２の上流に配置されている電池モジュール２１Ｂを「液漏れあり」と判定する。また、ステップＳ４−２において、ガスセンサ２３の計測値が記憶部４４の閾値よりも高い場合には、第２の方向（風の流れる方向）においてガスセンサ２３の上流に配置されている電池モジュール２１Ｄを「液漏れあり」と判定する。
液漏れ検知ユニット４０の判定部４５は、その結果をオンボードでユーザーに通知する。例えば、車両１の運転席の表示パネルにコーションマークを点灯させる。一方、ガスセンサ２２、２３の計測値が記憶部４４の閾値以下である場合には、コーションマークを点灯させずに、処理を終了する。
【００３３】
以上のように、電池システム１０では、車両１に搭載された電池パック２０に含まれる電池モジュール２１Ａ〜２１Ｄの中から、液漏れの発生している電池モジュールを特定することができる。電池システム１０は、例えば、電池製造時に単電池内に導電性異物が混入し、当該導電性異物を介して電極体と単電池ケースとが短絡することで、電食によって単電池ケースに穴が開いていることを検出するために有用である。電池システム１０によれば、液漏れ（穴あき）の発生している電池モジュールをオンボードで早期に検知し、車両１のユーザーに通知することができる。したがって、例えば単電池に液枯れが生じて電池パック２０の電池性能の低下（例えば、抵抗増加や電圧低下）が顕著になったり、電池パック２０が起動不能となったりする前に、電池モジュール２１Ａ〜２１Ｄの不具合を検出することができる。また、液漏れの発生した電池モジュールのみを部分的に交換したり、液漏れの発生していない電池モジュールを選別してリユースしたりすることができる。
【００３４】
以上、ここで提案される電池システムについて詳細に説明したが、特に言及されない限りにおいて、ここで挙げられた実施形態は、本発明を限定しない。上記実施形態は例示にすぎず、ここで開示される発明には上述の実施形態を様々に変形、変更したものが含まれる。
【００３５】
例えば、上記したフローチャートでは、ステップＳ７−１，２の後に処理を終了していたが、再びステップＳ１に戻り、ステップＳ１〜ステップＳ７−１，２の処理を連続的に行うこともできる。
【符号の説明】
【００３６】
１    車両
１０  電池システム
２０  電池パック
２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄ  電池モジュール
２２、２３  ガスセンサ
２４  ケーシング
３０  送風装置
４０  液漏れ検知ユニット（制御装置）
【図１】
2018133189.tif 000003
【図２】
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【図３】
2018133189.tif 000005