(57)【要約】【課題】電池の膨張を精度良く判定する。【解決手段】１つの電池Ｂの拘束される面の中心からの距離が互いに異なる位置に配置される温度検出部２１−１、２１−２と、温度検出部２１−１、２１−２により検出される温度Ｔ１、Ｔ２の差ΔＴが閾値ｔｈＴ以上になると、電池Ｂが膨張していると判定する膨張判定部３１とを備えて電池膨張判定装置を構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの電池の拘束部材により拘束される面の中心からの距離が互いに異なる位置に配置される複数の温度検出部と、
前記複数の温度検出部により検出される温度の差が閾値以上になると、前記電池が膨張していると判定する膨張判定部と、
を備えることを特徴とする電池膨張判定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電池膨張判定装置であって、
前記膨張判定部は、前記複数の温度検出部により検出される温度の差が前記閾値以上になる状態で一定期間経過すると、前記電池が膨張していると判定する
ことを特徴とする電池膨張判定装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の電池膨張判定装置であって、
前記複数の温度検出部は、前記１つの電池に配置されている
ことを特徴とする電池膨張判定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池が膨張しているか否かを判定する電池膨張判定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
既存の電池膨張判定装置として、複数の電池にそれぞれ温度検出部を１つずつ配置し、各温度検出部により検出された温度のうちの１つの温度が他の温度よりも高くなると、その温度を検出した温度検出部に対応する電池が膨張していると判定するものがある。例えば、特許文献１参照。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−０７９５０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
通常、電池が膨張すると、その電池の中心付近の温度が最も高くなるため、上述のように、各電池に対して同じ場所に温度検出部を１つずつ配置する場合において、各電池が同じように膨張し、同じように温度が上昇した場合では、電池が膨張しているにもかかわらず、その電池に対応する温度検出部により検出される温度が他の温度検出部により検出される温度よりも高くならないことで、その電池が膨張していることを判定することができないおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明の一側面に係る目的は、電池が膨張しているか否かを精度良く判定することが可能な電池膨張判定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る一つの形態である電池膨張判定装置は、１つの電池の拘束部材により拘束される面の中心からの距離が互いに異なる位置に配置される複数の温度検出部と、複数の温度検出部により検出される温度の差が閾値以上になると、電池が膨張していると判定する膨張判定部とを備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、電池が膨張しているか否かを精度良く判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態の電池膨張判定装置を含む電池パックの一例を示す図である。
【図２】複数の電池の拘束の一例を示す図である。
【図３】温度検出部の配置の一例を示す図である。
【図４】膨張判定部の動作の一例を示すフローチャートである。
【図５】膨張判定部の動作の他の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】
【０００９】
以下図面に基づいて実施形態について詳細を説明する。
図１は、実施形態の電池膨張判定装置を含む電池パックの一例を示す図である。
図１に示す電池パック１は、電池モジュール２と、制御部３とを備え、例えば、電動フォークリフトやハイブリッドカーなどの車両に搭載され、充電器や走行モータを駆動するインバータなどの負荷との間で電力の授受を行う。なお、電池パック１に複数の電池モジュール２が備えられ、各電池モジュール２が互いに並列接続されていてもよい。
【００１０】
電池モジュール２は、直列接続される複数の電池Ｂ（Ｂ−１〜Ｂ−６）と、リレーＲと、複数の温度検出部２１（２１−１、２１−２）と、監視部２２とを備えている。
各電池Ｂは、例えば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、または電気二重層コンデンサにより構成されている。充電器または負荷から各電池Ｂへ電力が供給されているときや各電池Ｂから負荷へ電力が供給されているとき、各電池Ｂの温度が上昇する。また、電池Ｂが膨張している状態のとき、電池Ｂの中心部分の抵抗値がその電池Ｂの他の部分に比べて大きくなるため、電池Ｂが膨張している状態のとき、電池Ｂに電流が流れると、電池Ｂの中心部分の温度がその電池Ｂの他の部分の温度よりも高くなる。また、各電池Ｂの容量維持率の低下を抑制するために、例えば、図２に示すように、一方向に配列される電池Ｂ−１〜電池Ｂ−６の両端を２枚の板状部材（拘束部材）６で挟み、その板状部材６の間隔をボルト７とナット８を用いて狭くすることで、拘束力Ｆを電池Ｂ−１〜電池Ｂ−６それぞれに与えている。なお、電池Ｂ−１〜電池Ｂ−６の膨張による板状部材６やボルト７などの破断を抑制するために、電池Ｂ−１〜電池Ｂ−６の一方端と一方の板状部材６との間にゴムなどで構成される板状弾性部材９が配置されていてもよい。また、特許請求の範囲に記載される「電池の拘束される面」とは、電池Ｂの筐体の各面のうち、板状部材６、ボルト７、及びナット８によって生じる拘束力Ｆがかかる面とする。つまり、電池Ｂの筐体の各面のうち、板状部材６により拘束される方向の面が電池の拘束される面となる。なお、電池の拘束される面は、電池Ｂの筐体内に収納される電極組立体を構成する、正極と、セパレータと、負極とが積層される方向（積層方向）に向かい合う面でもある。
【００１１】
また、図１に示すリレーＲは、例えば、電磁式リレーまたはＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）などの半導体リレーにより構成され、各電池Ｂの一方端に位置する電池Ｂのマイナス端子に接続されている。リレーＲが導通すると、電池モジュール２は、充電器または負荷と電気的に接続され、リレーＲが遮断すると、電池モジュール２は、充電器または負荷から電気的に切り離される。電池モジュール２が充電器または負荷と電気的に接続されているとき、充電器または負荷から各電池Ｂへの電力供給や各電池Ｂから負荷への電力供給が可能になる。なお、リレーＲは、各電池Ｂの他方端に位置する電池Ｂのプラス端子に接続されていてもよい。
【００１２】
温度検出部２１−１、２１−２は、例えば、サーミスタにより構成され、膨張判定対象である１つの電池Ｂの板状部材６により拘束される面の中心からの距離が異なる位置に配置される。なお、図１に示す実施形態では、電池Ｂ−１〜Ｂ−６のうちの１つの電池Ｂを膨張判定対象の電池Ｂとし、その１つの電池Ｂに対応する温度検出部２１−１、２１−２を電池モジュール２に備える構成であるが、電池Ｂ−１〜Ｂ−６をそれぞれ膨張判定対象の電池Ｂとする場合、電池Ｂ−１〜Ｂ−６にそれぞれ対応する温度検出部２１−１、２１−２を電池モジュール２に備えるものとする。すなわち、電池Ｂ−１〜Ｂ−６をそれぞれ膨張判定対象の電池Ｂとする場合、合計１２の温度検出部２１を電池モジュール２に備えるものとする。
【００１３】
図３は、電池Ｂ−３を膨張判定対象の電池Ｂとする場合の温度検出部２１−１、２１−２の配置の一例を示す図である。
例えば、図３（ａ）に示すように、電池Ｂ−３の筐体において拘束力Ｆがかかる面ｆ−３ａの対角線Ｌ１、Ｌ２の交点Ｐ（電池Ｂ−３の拘束される面ｆ−３ａの中心）からの距離がゼロである位置、すなわち、面ｆ−３ａの中心に温度検出部２１−１が配置され、電池Ｂ−３の拘束される面ｆ−３ａにおいて電池Ｂ−３の拘束される面ｆ−３ａの中心からの距離がＤ１である位置に温度検出部２１−２が配置される。なお、電池Ｂ−３の筐体において面ｆ−３ａの反対側の面も、拘束力Ｆがかかるものとする。
【００１４】
例えば、図３（ｂ）に示すように、電池Ｂ−３の拘束される面ｆ−３ａにおいて電池Ｂ−３の拘束される面ｆ−３ａの中心からの距離がＤ２である位置に温度検出部２１−１が配置され、電池Ｂ−３の拘束される面ｆ−３ａにおいて電池Ｂ−３の拘束される面ｆ−３ａの中心からの距離がＤ３である位置に温度検出部２１−２が配置される。なお、Ｄ２＜Ｄ３とする。
【００１５】
例えば、図３（ｃ）に示すように、電池Ｂ−３の拘束される面ｆ−３ａの中心からの距離がゼロである位置に温度検出部２１−１が配置され、電池Ｂ−３の拘束される面ｆ−３ａ以外の電池Ｂ−３の側面ｆ−３ｂにおいて電池Ｂの拘束される面ｆ−３ａの中心からの距離がＤ４である位置に温度検出部２１−２が配置される。
【００１６】
例えば、図３（ｄ）に示すように、電池Ｂ−３の拘束される面ｆ−３ａにおいて電池Ｂ−３の拘束される面ｆ−３ａの中心からの距離がＤ２である位置に温度検出部２１−１が配置され、電池Ｂ−３の側面ｆ−３ｂにおいて電池Ｂ−３の拘束される面ｆ−３ａの中心からの距離がＤ４である位置に温度検出部２１−２が配置される。なお、Ｄ２＜Ｄ４とする。
【００１７】
例えば、図３（ｅ）に示すように、電池Ｂ−３の拘束される面ｆ−３ａの中心からの距離がゼロである位置に温度検出部２１−１が配置され、電池Ｂ−３に隣接する電池Ｂ−２の拘束される面以外の側面ｆ−２ｂにおいて電池Ｂ−３の拘束される面ｆ−３ａの中心からの距離がＤ５である位置に温度検出部２１−２が配置される。
【００１８】
例えば、図３（ｆ）に示すように、電池Ｂ−３の拘束される面ｆ−３ａにおいて電池Ｂ−３の拘束される面ｆ−３ａの中心からの距離がＤ２である位置に温度検出部２１−１が配置され、電池Ｂ−３に隣接する電池Ｂ−２の拘束される面以外の側面ｆ−２ｂにおいて電池Ｂ−３の拘束される面ｆ−３ａの中心からの距離がＤ５である位置に温度検出部２１−２が配置される。なお、Ｄ２＜Ｄ５とする。
【００１９】
図３（ａ）〜図３（ｄ）に示すように、膨張判定対象である１つの電池Ｂ−３に温度検出部２１−１、２１−２が配置される構成は、図３（ｅ）〜図３（ｆ）に示すように、膨張判定対象の電池Ｂ−３に温度検出部２１−１が配置され、膨張判定対象以外の電池Ｂ−２に温度検出部２１−２が配置される構成に比べて、電池Ｂ−３の拘束される面ｆ−３ａの中心付近以外の温度を、電池Ｂ−３の拘束される面ｆ−３ａの中心付近により近い位置で検出することができるため、電池Ｂ−３の拘束される面ｆ−３ａの中心付近以外の温度の信頼性が高くなり、電池Ｂ−３が膨張しているか否かをより精度良く判定することができる。
【００２０】
なお、電池Ｂの拘束される面の中心は、例えば、図３（ｇ）に示すように、電池Ｂ−３の筐体内部の正の電極ｅまたは負の電極ｅにおいて活物質が塗布されている部分の対角線Ｌ１、Ｌ２の交点Ｐとしてもよい。
【００２１】
また、図１に示す監視部２２は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、マルチコアＣＰＵ、またはプログラマブルなデバイス（ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）など）により構成され、制御部３から送られてくる指示により、リレーＲの導通または切断を制御する。また、監視部２２は、温度検出部２１−１により検出される温度Ｔ１及び温度検出部２１−２により検出される温度Ｔ２を示す温度情報を制御部３に送る。
【００２２】
制御部３は、膨張判定部３１と、リレー遮断部３２とを備える。なお、制御部３は、例えば、ＣＰＵ、マルチコアＣＰＵ、またはプログラマブルなデバイスにより構成され、ＣＰＵ、マルチコアＣＰＵ、またはプログラマブルディバイスが不図示の記憶部に記憶されているプログラムを読み出し実行することによって膨張判定部３１及びリレー遮断部３２が実現される。また、実施形態の電池膨張判定装置は、例えば、温度検出部２１−１、２１−２と、膨張判定部３１とを備えて構成される。
【００２３】
膨張判定部３１は、電池Ｂ−１〜Ｂ−６のうちの膨張判定対象の電池Ｂにおいて、電池温度検出部２１−１により検出される温度Ｔ１と温度検出部２１−２により検出される温度Ｔ２との差ΔＴが閾値ｔｈＴ以上になると、膨張判定対象の電池Ｂが膨張していると判定する。または、膨張判定部３１は、電池Ｂ−１〜Ｂ−６のうちの膨張判定対象の電池Ｂにおいて、電池温度検出部２１−１により検出される温度Ｔ１と温度検出部２１−２により検出される温度Ｔ２との差ΔＴが閾値ｔｈＴ以上になる状態で一定期間経過すると、膨張判定対象の電池Ｂが膨張していると判定する。また、膨張判定部３１は、電池Ｂが膨張していると判定すると、その旨を車両側制御部４に送るように構成してもよい。車両側制御部４は、電池Ｂが膨張している旨を受け取ると、その旨を報知部５を用いてユーザに報知する。報知部５は、例えば、ディスプレイやスピーカーなどとする。
【００２４】
リレー遮断部３２は、膨張判定部３１により電池Ｂ−１〜Ｂ−６のうちの少なくとも１つの電池Ｂが膨張していると判定されると、リレーＲを遮断させるための指示を監視部２２に送る。監視部２２は、リレーＲを遮断させるための指示を受け取ると、リレーＲを遮断する。また、リレー遮断部３２は、膨張判定部３１により電池Ｂ−１〜Ｂ−６のうちの少なくとも１つの電池Ｂが膨張していると判定されると、リレーＲを直接遮断するように構成してもよい。
【００２５】
図４は、膨張判定部３１の動作の一例を示すフローチャートである。
まず、膨張判定部３１は、膨張判定対象の電池Ｂの膨張判定タイミングになると、膨張判定対象の電池Ｂに対応する温度検出部２１−１により検出される温度Ｔ１、及び、膨張判定対象の電池Ｂに対応する温度検出部２１−２により検出される温度Ｔ２を取得し（Ｓ１）、温度Ｔ１と温度Ｔ２との差ΔＴを算出する（Ｓ２）。
【００２６】
次に、膨張判定部３１は、差ΔＴが閾値ｔｈＴ以上である場合（Ｓ３：Ｙｅｓ）、膨張判定対象の電池Ｂが膨張していると判定し（Ｓ４）、差ΔＴが閾値ｔｈＴよりも小さい場合（Ｓ３：Ｎｏ）、膨張判定対象の電池Ｂが膨張していないと判定する（Ｓ５）。
【００２７】
図５は、膨張判定部３１の動作の他の例を示すフローチャートである。
まず、膨張判定部３１は、膨張判定対象の電池Ｂの膨張判定タイミングになると、膨張判定対象の電池Ｂに対応する温度検出部２１−１により検出される温度Ｔ１、及び、膨張判定対象の電池Ｂに対応する温度検出部２１−２により検出される温度Ｔ２を取得し（Ｓ１）、温度Ｔ１と温度Ｔ２との差ΔＴを算出する（Ｓ２）。
【００２８】
次に、膨張判定部３１は、差ΔＴが閾値ｔｈＴ以上になる状態で一定期間経過していないとき（Ｓ３：Ｙｅｓ、Ｓ３ａ：Ｎｏ）、Ｓ１及びＳ２を繰り返し実行し、差ΔＴが閾値ｔｈＴ以上になる状態で一定期間経過すると（Ｓ３：Ｙｅｓ、Ｓ３ａ：Ｙｅｓ）、膨張判定対象の電池Ｂが膨張していると判定する（Ｓ４）。
【００２９】
一方、膨張判定部３１は、膨張判定タイミングになり最初に算出した差ΔＴが閾値ｔｈＴよりも小さい場合、または、差ΔＴが閾値ｔｈＴ以上になる状態で一定期間が経過する前において、差ΔＴが閾値ｔｈＴよりも小さくなると（Ｓ３：Ｎｏ）、膨張判定対象の電池Ｂが膨張していないと判定する（Ｓ５）。
【００３０】
このように、図５に示す動作例では、差ΔＴが閾値ｔｈＴ以上になる状態で一定期間経過すると、膨張判定対象の電池Ｂが膨張していると判定する構成であるため、温度情報に含まれるノイズなどにより、電池Ｂが膨張していないにもかかわらず、一時的に差ΔＴが閾値ｔｈＴ以上になり膨張判定部３１が誤判定することを抑制することができるため、電池Ｂが膨張しているか否かをより精度良く判定することができる。
【００３１】
また、例えば、実験やシミュレーションなどにおいて、電池Ｂが膨張して板状部材６やボルト７などが破断される直前のときに、温度検出部２１−１により検出される温度Ｔ１と、温度検出部２１−２により検出される温度Ｔ２との差を閾値ｔｈＴとする。
【００３２】
このように、実施形態の電池膨張判定装置は、１つの電池Ｂの拘束される面の中心からの距離Ｄが互いに異なる位置に配置される温度検出部２１−１、２１−２により検出される温度Ｔ１、Ｔ２の差ΔＴが閾値ｔｈＴ以上になると、その電池Ｂが膨張していると判定する。すなわち、実施形態の電池膨張判定装置は、電池Ｂの膨張に伴って電池Ｂの中心付近の温度がそれ以外の部分の温度よりも高くなることを考慮して、電池Ｂの膨張を判定しているため、電池Ｂが膨張しているか否かを精度良く判定することができる。
【００３３】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。
例えば、電池モジュール２に３つ以上の温度検出部２１が備えられていてもよい。例えば、電池モジュール２に３つの温度検出部２１−１〜２１−３が備えられている場合、電池Ｂ−３の筐体において拘束力Ｆがかかる面ｆ−３ａの対角線Ｌ１、Ｌ２の交点Ｐ（電池Ｂ−３の拘束される面ｆ−３ａの中心）からの距離がゼロである位置、すなわち、面ｆ−３ａの中心に温度検出部２１−１が配置され、電池Ｂ−３の拘束される面ｆ−３ａにおいて電池Ｂ−３の拘束される面ｆ−３ａの中心からの距離がＤ６である位置に温度検出部２１−２が配置され、電池Ｂ−３の拘束される面ｆ−３ａにおいて電池Ｂ−３の拘束される面ｆ−３ａの中心からの距離がＤ７である位置に温度検出部２１−３が配置される。このように構成される場合、例えば、膨張判定部３１は、温度検出部２１−１により検出される温度Ｔ１、温度検出部２１−２により検出される温度Ｔ２、及び温度検出部２１−３により検出される温度Ｔ３のうち、最も高い温度と最も低い温度との差ΔＴが閾値ｔｈＴ以上になると、電池Ｂ−３が膨張していると判定する。なお、Ｄ６とＤ７は同じ距離でもよいし異なる距離でもよい。
【符号の説明】
【００３４】
１  電池パック
２  電池モジュール
３  制御部
４  車両側制御部
５  報知部
２１  温度検出部
２２  監視部
３１  膨張判定部
３２  リレー遮断部
【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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