(57)【要約】【課題】特別な温度調整機構を用いることなく電池セルの温度を均一にする。【解決手段】電池パック１０は、複数の電池モジュール４００から構成され、電池パック１０の両端部にはシステムメインリレー２００，３００が設けられる。電池ＥＣＵ１００は、電池パック１０に複数設けられた温度センサ４２０，４３０，４４０からの信号に基づいて電池温度を検出する回路と、検出された電池温度に基づいて、電池温度が高い側のシステムメインリレーのソレノイドコイルへの印加電流のデューティ比を低くし、電池温度が低い側のシステムメインリレーのソレノイドコイルへの印加電流のデューティ比を高くするように制御する回路とを含む。【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構成される電池パックに用いられる温度差低減装置であって、
２以上の電池セルのそれぞれの近傍に設けられた発熱手段と、
前記電池セルの温度を検知するための検知手段と、
前記検知された電池セルの温度に基づいて、前記２以上の電池セルの温度差を減少させるように、前記発熱手段を制御するための制御手段とを含む、温度差低減装置。
【請求項２】
前記検知手段は、２以上の電池セルの温度を測定するための手段を含む、請求項１に記載の温度差低減装置。
【請求項３】
前記発熱手段は、ソレノイド式のシステムメインリレーであって、
前記制御手段は、前記ソレノイドへの印加電流のデューティ比を変化させることにより、前記システムメインリレーを制御するための手段を含む、請求項１または２に記載の温度差低減装置。
【請求項４】
前記電池は、ニッケル水素電池である、請求項１〜３のいずれかに記載の温度差低減装置。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれかに記載の温度差低減装置を備えた電池パック。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド車（ＨＶ）等に用いられる二次電池に関し、特に、温度による電池性能の低下を防止する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動機により車両の駆動力を得る、電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池車は、二次電池を搭載している。電気自動車は、この二次電池に蓄えられた電力を用いて電動機を駆動して車両を駆動する。ハイブリッド自動車は、この二次電池に蓄えられた電力を用いて電動機を駆動して車両を駆動したり、電動機によりエンジンをアシストして車両を駆動したりする。燃料電池車は、燃料電池による電力を用いて電動機を駆動して車両を駆動したり、この燃料電池による電力に加えて二次電池に蓄えられた電力を用いて電動機を駆動して車両を駆動したりする。
【０００３】
これらの二次電池は、高電圧高出力を必要とするため、１．２Ｖ程度の電池セルを６個程度直列に接続した電池モジュールを、３０個程度直列に接続して電池パックを形成している。このような構成を有する電池パックにおいては、充放電時に発生する化学反応により発熱する。このような発熱に対して、空気などにより冷却するようになっている。しかし、電池パックの大きさなどによっては、均一に冷却されずに電池セル間で温度差が発生する。
【０００４】
一方、電池パックにおいて、電池セルの温度差が発生すると、一様な温度である場合に比較して、電池セルの使用領域（たとえば、ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅｓ  Ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）で定義される電池の使用が可能とされる領域）が狭まる可能性がある。このように、電池パックの温度については、電池性能に密接な関係を有する。
【０００５】
特開２００２−２６０７４５号公報（特許文献１）は、端子台や接続かんを加温することにより、発電要素内部を迅速かつ均一に温めることができる電池を開示する。この電池は、電池ケースの外部に突出した端子、または、接続かんに取り付けられ、電池から電源を供給することによって電熱により発熱する発熱体と、電池の温度または電池の環境温度を計測する温度センサと、温度センサが計測した温度に基づいて発熱体の発熱を制御する加温制御装置とを含む。
【０００６】
この電池によると、端子や接続かんに取り付けられた発熱体の発熱によって発電要素の内部を迅速かつ均一に温めることができるので、温度が低い場合にも電池の出力特性を速やかに向上させることができるようになる。また、発電要素内部の一部だけが温められることによって、電極の一部の劣化が早まり電池の寿命が短くなるようなおそれもなくなる。
【０００７】
特開２００２−１７１６８５号公報（特許文献２）は、急速充電を行なう際にバッテリに生じる温度のばらつきを抑えることで、寿命低下を防止することができるバッテリ充電装置を開示する。このバッテリ充電装置は、バッテリと、前記バッテリを充電する充電回路と、前記充電回路による前記バッテリへの充電動作を制御する充電制御回路と、前記バッテリの複数箇所の温度を検出する温度検出部と、バッテリを冷媒により冷却する冷却部とを含み、前記充電制御回路は、前記温度検出部により検出された前記バッテリの複数箇所の温度差が第１の所定値より大きくなったときに、前記温度差が第２の所定値以内になるように制御する温度制御回路を備え、温度制御回路は、前記冷却手段による冷媒の前記バッテリにおける進行方向を逆転させる。
【０００８】
このバッテリ充電装置によると、温度検出部により検出されたバッテリの複数箇所の温度差が第１の所定値より大きくなったときに、温度差が第２の所定値以内になるように温度制御回路が制御するため、急速充電を行なう際にバッテリに生じる温度のばらつきを抑え、容量のばらつきを抑えることになる。したがって、バッテリの寿命低下を防止することができる。さらに、温度検出部により検出されたバッテリの複数箇所の温度差が第１の所定値より大きくなったときに、温度制御回路が、冷却部による冷媒のバッテリにおける進行方向を逆転させることにより、冷媒の温度のばらつきを抑える。その結果、急速充電を行なう際にバッテリに生じる温度のばらつきを抑え、容量のばらつきを抑えることになる。したがって、複雑な制御等を必要とすることなくバッテリの寿命低下を防止することができる。
【０００９】
特開平７−１５８８４号公報（特許文献３）は、ニッケル−カドミウム電池、ニッケル−水素電池等の二次電池において、電池内部圧力、電池温度の上昇をおさえ、最適な充電を行なうことができる充電装置を開示する。この充電装置は、二次電池をパルス波形をなす電流により充電する充電装置であって、二次電池の温度を測定する温度測定部と、この温度測定部により測定された電池温度が１０℃以下の時はデューティ比Ｑを０．５０≦Ｑ＜０．６５に、電池温度が１０〜４０℃の時は０．６５≦Ｑ＜０．８５に、４０℃以上の時は０．８５＜Ｑ≦０．９５と変化させ、かつ前記温度測定部によって測定された電池温度の変化が、１０〜２０℃の時は、充電電流を充電開始時の電流を１００％（１．０〜５．０ＣｍＡ）としたときの９０％に、電池温度の変化が２０〜４０℃の時は５０〜９０％に、電池温度の変化が４０℃以上の時は５０％以下と変化させる制御部とを含む。
【００１０】
この充電装置によると、周囲温度の変化、電池の状態に関係なく、つねに最適な充電をすることができ、電池内部圧力、電池温度の上昇をおさえる充電装置を提供することができる。すなわち、二次電池の温度あるいは温度変化によりデューティ比、充電電流を変化させて充電するようにしたので、二次電池の内部圧力、電池温度を上昇させず二次電池を充電することができる。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００２−２６０７４５号公報
【００１２】
【特許文献２】
特開２００２−１７１６８５号公報
【００１３】
【特許文献３】
特開平７−１５８８４号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に開示された電池では、電池から電源が供給されて発熱する発熱体が必要になる。このような発熱体を別途設ける必要に加えて、電池の電力を発熱体の電源として使用しなければならないという問題点がある。
【００１５】
また、特許文献２に開示されたバッテリ充電装置では、バッテリを冷却する冷却部（冷却媒体と、その冷媒通路）が必要になる。
【００１６】
さらに、特許文献３に開示された充電装置では、充電中にガス発生、電池温度の上昇がおこることにより充電効率が下がることに鑑み、特に低温では高温に比べて電池の内部圧力が高くなるので、充電ＯＦＦ時間を長くしてガスの吸収時間を設けている。すなわち、低温では充電ＯＦＦ時間を長くしデューティ比Ｑを小さくしてやり、高温では逆に充電ＯＦＦ時間を短くしデューティ比Ｑを大きくしている。電池セルの間の温度差に着目したものでもなく、デューティ比やさらに充電電流を変化させて充電して、二次電池の内部圧力、電池温度を上昇させず二次電池を充電するものに過ぎず、電池セルの間に温度差が発生した場合にその温度差を緩和するものでもない。
【００１７】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、複数の電池セルから構成される電池パックにおいて、特別な温度調整装置を用いることなく、電池セルの温度を均一にしてセルの間の温度差を低減せしめて電池の使用領域の低下を防止する電池パックの温度差低減装置および電池パックを提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係る温度差低減装置は、複数の電池セルから構成される電池パックに用いられる。この温度差低減装置は、２以上の電池セルのそれぞれの近傍に設けられた発熱手段と、電池セルの温度を検知するための検知手段と、検知された電池セルの温度に基づいて、２以上の電池セルの温度差を減少させるように、発熱手段を制御するための制御手段とを含む。この電池セルは、電池パックを構成する最小の単電池であっても、この単電池を６個程度直列に接続した電池モジュールであってもよい。すなわち、第１の発明における電池セルとは、最小単位である１個の単電池も、この単電池を複数接続した電池モジュールも含む概念である。
【００１９】
第１の発明によると、たとえば、直列に接続された複数の電池セルの両端部に発熱手段としてシステムメインリレーを設ける。このシステムメインリレーは、コンピュータからの指令により、電池パックから高電圧回路への電源の接続および遮断を行なうリレーである。このシステムメインリレーとして、ソレノイドコイルを励磁して接続および遮断を行なうものを用いれば、制御手段は、検知手段により検知された両端部の電池セルの温度に基づいて、温度を上昇させたい電池セル側のシステムメインリレーのソレノイドコイルへの印加電流のデューティ比を高くしてコイルの発熱量を上げて、電池セルの温度を上昇させる。制御手段は、温度を上昇させたくない電池セル側のシステムメインリレーのソレノイドコイルへの印加電流のデューティ比を低くしてコイルの発熱量を下げて、電池セルの温度を上昇させることを避ける。その結果、特別な温度調整装置を用いることなく、電池セルの温度を均一にしてセルの間の温度差を低減せしめて電池の使用領域の低下を防止する電池パックの温度差低減装置を提供することができる。
【００２０】
第２の発明に係る温度差低減装置においては、第１の発明の構成に加えて、検知手段は、２以上の電池セルの温度を測定するための手段を含む。
【００２１】
第２の発明によると、直列に接続された複数の電池セルの少なくとも両端部の２つの電池セルの温度を測定すると、２つの電池セルの温度差を低減せしめて、２つの電池セルの温度が均一になるようにして電池の使用領域の低下を防止することができる。
【００２２】
第３の発明に係る温度差低減装置においては、第１または２の発明の構成に加えて、発熱手段は、ソレノイド式のシステムメインリレーである。制御手段は、ソレノイドへの印加電流のデューティ比を変化させることにより、システムメインリレーを制御するための手段を含む。
【００２３】
第３の発明によると、システムメインリレーのソレノイドコイルへの印加電流のデューティ比を変化させることにより、システムメインリレーを正常に機能させるとともに、ソレノイドコイルの発熱量を制御できる。
【００２４】
第４の発明に係る温度差低減装置においては、第１〜３のいずれかの発明の構成に加えて、対象とする電池は、ニッケル水素電池である。
【００２５】
第４の発明によると、充電時の発熱量が大きいニッケル水素電池においては、電池セル間の温度差がより大きくでやすい。このようなニッケル水素電池において、特別な温度調整装置を用いることなく、ニッケル水素電池セルの温度を均一にしてセルの間の温度差を低減せしめて、ニッケル水素電池の使用領域の低下を防止する電池パックの温度差低減装置を提供することができる。
【００２６】
第５の発明に係る電池パックは、第１〜３のいずれかに記載の温度差低減装置を備えた電池パックである。
【００２７】
第５の発明によると、特別な温度調整装置を用いることなく、電池セルの温度を均一にしてセルの間の温度差を低減せしめて電池の使用領域の低下を防止する電池パックを提供することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。
【００２９】
電池パック１０の外観について説明する。図１に示すように、この電池パック１０は、複数の電池モジュール４００を、所定の個数積層したものである。所定の個数積層された電池モジュール４００は、その電池パック１０の両端部に設けられた拘束プレート４５０を２以上の拘束ロッド４６０により接続することにより固定されている。
【００３０】
なお、電池モジュール４００は、６個の電池セルから構成されている。この電池セルはニッケル水素電池であって定格電圧が１．２Ｖであり、電池モジュール４００は、この電池セルを６個直列に接続している。電池モジュール４００はたとえば１０個直列に接続され電池パック１０を形成する。ただし、本発明はこのような構成に限定されるものではなく、これ以外の種類の二次電池であってもよいし、これとは異なる電池の構成であってよい。
【００３１】
電池パック１０の所定の電池モジュール４００には、温度センサ４２０，４３０，４４０が取付けられる。図１に示すように、電池パック１０のほぼ中央部に温度センサ４３０が、電池パック１０の両端部にそれぞれ温度センサ４２０，４４０が設けられている。
【００３２】
また、電池パック１０の両端部には、それぞれ第１のシステムメインリレー２００および第２のシステムメインリレー３００が設けられる。第１のシステムメインリレー２００に最も近い電池モジュール４００には温度センサ４２０が、第２のシステムメインリレー３００に最も近い電池モジュール４００には温度センサ４４０が取付けられている。
【００３３】
図２を参照して、図１に示す電池パック１０の制御ブロック図について説明する。
【００３４】
図２に示すように、この電池パック１０は、電池ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）１００により制御される。電池ＥＣＵ１００は、その内部に、温度センサ４２０，４３０，４４０および第１のシステムメインリレー２００および第２のシステムメインリレー３００との接続部である入出力インターフェイス１４０と、プログラムを実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）１２０と、ＣＰＵ１２０で実行されるプログラムなどを記憶するメモリ１１０と、メモリ１１０、ＣＰＵ１２０および入出力インターフェイス１４０を接続するバス１３０とを含む。
【００３５】
入出力インターフェイス１４０は、前述のとおり、電池パック１０に設けられた温度センサ４２０，４３０，４４０からの信号を受信し、バス１３０を介してＣＰＵ１２０がそれぞれの電池モジュール４００の温度を検知する。また、ＣＰＵ１２０は、入出力インターフェイス１４０を介して制御信号を第１のシステムメインリレー２００および第２のシステムメインリレー３００に送信することにより、第１のシステムメインリレー２００の第１のソレノイドコイル２１０または第２のシステムメインリレー３００の第２のソレノイドコイル３１０に電流を印加して、システムメインリレーを動作させる。
【００３６】
第１のシステムメインリレー２００および第２のシステムメインリレー３００は、電池ＥＣＵ１００の指令により、高電圧回路の電源の接続および遮断を行なうリレーであって、たとえば、確実な作動を実行させるために、複数設けられているものである。
【００３７】
電池ＥＣＵ１００のＣＰＵ１２０は、入出力インターフェイス１４０を介して第１のシステムメインリレー２００および第２のシステムメインリレー３００に対して印加する電流のデューティ比を制御する。第１のシステムメインリレー２００の第１のソレノイドコイル２１０および第２のシステムメインリレー３００の第２のソレノイドコイル３１０への印加電流のデューティ比を変えることにより、デューティ比が高いとソレノイドコイル２１０，３１０の発熱量が上昇し、デューティ比が低いとソレノイドコイル２１０，３１０の発熱量が低下する。このようにＣＰＵ１２０は、デューティ比を介して、ソレノイドコイル２１０，３１０の発熱量を制御する。
【００３８】
図３を参照して、図２の電池ＥＣＵ１００のＣＰＵ１２０で実行されるプログラムの制御構造について説明する。
【００３９】
ステップ（以下、ステップをＳと略す。）１００にて、ＣＰＵ１２０は、電池温度を検知する。このとき、電池パック１０の電池モジュール４００に設けられた温度センサ４２０により検知された温度をＴＢ（１）と、温度センサ４３０により検知された温度ＴＢ（２）と、温度センサ４４０により検知された温度をＴＢ（３）とする。
【００４０】
Ｓ２００にて、ＣＰＵ１２０は、温度のばらつきがあるか否かを判断する。この判断は、ＴＢ（１）とＴＢ（３）との差が予め定められたしきい値以上であるか否かを判断したり、ＴＢ（１）とＴＢ（２）との差が予め定められたしきい値以上であるか否かを判断したり、ＴＢ（２）とＴＢ（３）との差が予め定められたしきい値以上であるか否かを判断したり、またはそれらの組合せにより、温度のばらつきがあるか否かを判断する。なお、この温度のばらつきの判断についてはこのような方法に限定されず、他の方法であってもよい。たとえば、平均値を求め、その平均値との差に基づいて判断するようにしてもよい。温度のばらつきがあると判断されると（Ｓ２００にてＹＥＳ）、処理はＳ３００へ移される。もしそうでないと（Ｓ２００にてＮＯ）、この処理は終了する。
【００４１】
Ｓ３００にて、ＣＰＵ１２０は、電池温度が高い側のシステムメインリレーのソレノイドの印加電流のデューティ比を低下させる。Ｓ４００にて、ＣＰＵ１２０は、電池温度が低い側のシステムメインリレーのソレノイドの印加電流のデューティ比を上昇させる。
【００４２】
以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る電池パック１０および電池ＥＣＵ１００の動作について説明する。
【００４３】
電池パック１０および電池ＥＣＵ１００が車両に搭載されて、その車両が走行することにより、電池パック１０に対して充放電が繰返し実行される。このような状態において、電池ＥＣＵ１００のＣＰＵ１２０は、電池パック１０の所定の位置の電池モジュール４００に設けられた温度センサ４２０，４３０，４４０からの信号に基づいて、電池の温度ＴＢ（１）、ＴＢ（２）、ＴＢ（３）を検知する（Ｓ１００）。
【００４４】
たとえば、ＴＢ（１）とＴＢ（３）との差が予め定められた第１のしきい値よりも大きく、ＴＢ（１）とＴＢ（２）との差が予め定められた第２のしきい値よりも大きく、ＴＢ（２）とＴＢ（３）との差が予め定められた第３のしきい値よりも大きい場合には、温度のばらつきがあると判断され（Ｓ２００にてＹＥＳ）、電池温度が高い側のシステムメインリレーのソレノイドの印加電流のデューティ比を低下させる（Ｓ３００）。また、電池温度が低い側のシステムメインリレーのソレノイドの印加電流のデューティ比を上昇させる（Ｓ４００）。
【００４５】
システムメインリレーのソレノイドの印加電流のデューティ比を上昇させた場合には、図４に示すように印加電流がシステムメインリレーのソレノイドコイルに印加され、印加電流のデューティ比を低下させた場合には、図５に示すようにシステムメインリレーのソレノイドコイルに電流が印加される。このように図４および図５に示すように、システムメインリレーへの印加電流のデューティ比を変更することにより、デューティ比が高い場合にはシステムメインリレーのソレノイドコイルの発熱量を大きく、デューティ比が低い場合には、システムメインリレーのソレノイドコイルの発熱量を低くすることができる。
【００４６】
以上のようにして、本実施の形態に係る電池パックおよび電池ＥＣＵによると、電池パックの温度のばらつきがある（電池モジュールの温度に差がある）場合には、温度が高い側のシステムメインリレーのソレノイドへの印加電流のデューティ比を低下させて、温度が低い側のシステムメインリレーのソレノイドへの印加電流のデューティ比を上昇させる。このようにシステムメインリレーのソレノイドへの印加電流のデューティ比を制御することにより、ソレノイドコイルにおける発熱量を制御することができる。このように制御するため、電池温度が高い側のシステムメインリレーのソレノイドコイルによる発熱量は小さく、温度が低い側のシステムメインリレーのソレノイドにおける発熱量を大きくするため、全体として電池の温度を一様にすることができ、その結果、電池の使用領域を狭めることを防止できる。
【００４７】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】電池パックの外観図である。
【図２】図１に示す電池パックの制御ブロック図である。
【図３】図２の電池ＥＣＵで実行されるプログラムの制御構造を示す図である。
【図４】ソレノイドコイルへの印加電流のデューティ比を説明するための図（その１）である。
【図５】ソレノイドコイルへの印加電流のデューティ比を説明するための図（その２）である。
【符号の説明】
１０  電池パック、１００  電池ＥＣＵ、１１０  メモリ、１２０  ＣＰＵ、１３０  バス、１４０  入出力インターフェイス、２００  第１のシステムメインリレー、２１０  第１のソレノイドコイル、３００  第２のシステムメインリレー、３１０  第２のソレノイドコイル、４００  電池モジュール、４２０，４３０，４４０  温度センサ、４５０  拘束プレート、４６０  拘束ロッド。
【図１】
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【図２】
2004311290.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004311290.tif 000006
【図５】
2004311290.tif 000007