(57)【要約】      （修正有）【課題】異常が検出された二次電池を取り外す際の取り扱いを容易にする。【解決手段】二次電池の制御装置、複数の二次電池４０を有する組電池１１０と、二次電池４０の異常を検出するバッテリコントローラ４１０と、バッテリコントローラ４１０により二次電池４０の異常が検出された場合に組電池１１０を充放電回路から遮断する遮断器１３０と、充放電回路から遮断された組電池１１０に蓄電された電気エネルギにより駆動され、二次電池４０を冷却する冷却装置１５０と、を備えている。【選択図】図２
2013254664.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相互に電気的に接続された複数の二次電池を有する組電池と、
前記二次電池の異常を検出する異常検出部と、
前記異常検出部により前記二次電池の異常が検出された場合に前記組電池を負荷から遮断する遮断器と、
前記遮断された組電池に蓄電されている電気エネルギにより駆動され、前記二次電池を冷却する冷却装置と、を備えることを特徴とする二次電池の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の二次電池の制御装置において、
前記異常検出部は、前記二次電池の電圧の異常および単位時間当たりの電圧の変化量の異常のいずれか一方の異常の有無を検出することを特徴とする二次電池の制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の二次電池の制御装置において、
前記異常検出部は、前記二次電池の電圧の異常および単位時間当たりの前記二次電池の電圧の変化量の異常の有無をそれぞれ検出することを特徴とする二次電池の制御装置。
【請求項４】
請求項２に記載の二次電池の制御装置において、
前記異常検出部は、前記二次電池の電圧の異常および単位時間当たりの前記二次電池の電圧の変化量の異常のいずれか一方の異常を検出すると共に、前記二次電池の温度の異常および単位時間当たりの前記二次電池の温度の変化量の異常のいずれか一方の異常の有無を検出することを特徴とする二次電池の制御装置。
【請求項５】
請求項３に記載の二次電池の制御装置において、
前記異常検出部は、前記二次電池の電圧の異常および単位時間当たりの前記二次電池の電圧の変化量の異常を検出すると共に、前記二次電池の温度の異常および単位時間当たりの前記二次電池の温度の変化量の異常のいずれか一方の異常の有無を検出することを特徴とする二次電池の制御装置。
【請求項６】
請求項４または５項に記載の二次電池の制御装置において、
前記単位時間当たりの前記二次電池の電圧の変化量の異常は、前記組電池を構成する前記複数の二次電池の複数の電圧変化量のばらつきに基づいて検出し、前記単位時間当たりの前記二次電池の温度の変化量の異常は、前記組電池を構成する前記複数の二次電池の複数の温度変化量のばらつきに基づいて検出することを特徴とする二次電池の制御装置。
【請求項７】
請求項１に記載の二次電池の制御装置において、
前記異常検出部は、二次電池の電圧と予め定めた電圧上限値との比較結果に基づく異常検出、二次電池の電圧と予め定めた電圧下限値との比較結果に基づく異常検出、および、二次電池の温度と予め定めた温度上限値との比較結果に基づく異常検出のいずれか一つを行うことを特徴とする二次電池の制御装置。
【請求項８】
請求項１に記載の二次電池の制御装置において、
前記異常検出部は、二次電池の電圧と予め定めた電圧上限値との比較結果に基づく異常検出、二次電池の電圧と予め定めた電圧下限値との比較結果に基づく異常検出、および、二次電池の温度と予め定めた温度上限値との比較結果に基づく異常検出をそれぞれ行うことを特徴とする二次電池の制御装置。
【請求項９】
請求項１に記載の二次電池の制御装置において、
前記冷却装置は、送風により前記二次電池を冷却するファン、および冷却液を循環して前記二次電池を冷却するポンプのいずれか一方を含むことを特徴とする二次電池の制御装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の二次電池の制御装置において、
前記二次電池の電圧を監視するセルコントローラと、
前記セルコントローラとの間で各種信号を授受して前記二次電池の充電状態を制御するバッテリコントローラとを備え、
前記異常検出部による異常検出、前記遮断器の駆動制御、前記冷却装置の駆動制御は前記バッテリコントローラで行うことを特徴とする二次電池の制御装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の二次電池の制御装置において、
前記二次電池の電圧を監視するセルコントローラと、
前記セルコントローラとの間で各種信号を授受して前記二次電池の充電状態を制御するバッテリコントローラとを備え、
前記異常検出部による異常検出は前記セルコントローラで行うことを特徴とする二次電池の制御装置。
【請求項１２】
請求項１０または１１に記載の二次電池の制御装置において、
複数の組電池を有し、異常検出部は、異常検出された二次電池を有する組電池の遮断器のみを負荷から切り離すことを特徴とする二次電池の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異常が検出された二次電池を負荷から適切に切り離ことができる二次電池の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車やハイブリッド電気自動車の電源として、リチウムイオンバッテリー等の二次電池が使用されている。車両用には、複数の二次電池を電気的に接続して組電池を構成し、この組電池を１つの筐体内に収納した二次電池モジュールとして用いられる。車両用として用いられる二次電池は、特に、大電流の充放電が可能となっており、内部短絡が発生したり、過充電されたりすると、内部に蓄電されている電気エネルギが大きいため、安全性が損なわれる可能性がある。
【０００３】
このため、通常、二次電池モジュールは、二次電池の電圧を監視して、内部状態の異常の有無を検出する電池監視回路を備えている。
また、二次電池モジュールは、電池監視回路により異常が検出された場合、組電池を負荷から遮断し、二次電池モジュールの使用を禁止するために遮断器を備える。
【０００４】
異常が発生し、遮断器を駆動して組電池を負荷から遮断した場合、二次電池に蓄電されている電気エネルギが大きいと、二次電池モジュールの使用を禁止してから廃棄するまでの安全性を確保することができない。このため、遮断器を駆動した後、二次電池に蓄電された電気エネルギを放電するために、放電用抵抗を備えた放電用回路を設けた二次電池モジュールが知れられている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１２６７７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載された二次電池モジュールでは、使用を禁止した後、放電用回路から放電している間の発熱を防ぐことができない。このため、二次電池モジュールを取り外す際の安全性の面において万全ではなく、また、取り外す際の二次電池モジュールの取り扱いが面倒である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による二次電池の制御装置は、相互に電気的に接続された複数の二次電池を有する組電池と、二次電池の異常を検出する異常検出部と、異常検出部により二次電池の異常が検出された場合に組電池を負荷から遮断する遮断器と、遮断された組電池に蓄電されている電気エネルギにより駆動され、二次電池を冷却する冷却装置とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、異常が検出された二次電池を有する組電池に蓄電された電気エネルギを冷却装置の駆動により放出すると共に、冷却装置により二次電池を冷却することができるので、異常発生時における二次電池モジュールの安全性を確保すると共に、取り外し時における二次電池モジュールの取り扱いを容易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施の形態としての二次電池の制御装置を使用するハイブリッド自動車に用いられる車載電機システムのブロック回路図。
【図２】本発明の一実施の形態としての二次電池の制御装置のブロック図。
【図３】二次電池モジュールを構成する二次電池の一例としてのリチウムイオン円筒形二次電池の断面図。
【図４】図３に図示されたリチウムイオン円筒形二次電池の分解斜視図。
【図５】二次電池の異常を監視する処理の手順を示すフローチャート。
【図６】本発明の実施形態２としての二次電池の制御装置のブロック図。
【図７】本発明の実施形態３としての二次電池の異常を監視する処理の手順を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
--実施形態１--
以下、本発明の二次電池の制御装置の一実施の形態を、図面を参照して説明する。
以下では、一実施の形態による二次電池の制御装置を、電動車両、特に電気自動車の車載電源装置に適用した場合を例として説明する。電気自動車は、内燃機関であるエンジンと電動機とを車両の駆動源として備えたハイブリッド電気自動車、および電動機を車両の唯一の駆動源とする純正電気自動車等を含む。
【００１１】
［ハイブリッド自動車駆動システム］
図１は、本発明の一実施の形態としての二次電池の制御装置を有するハイブリッド自動車に用いられる車載電機システムのブロック回路図である。
図１に示すハイブリッド自動車用車載電機システムは、モータジェネレータ２００、インバータ装置３００、車両全体を制御する車両コントローラ５１０、および車載電源装置を構成する二次電池装置４００等を備える。二次電池装置４００は、例えば、リチウムイオンバッテリー等の二次電池４０を備えた二次電池モジュール１００を複数個、例えば２つ備えている。二次電池装置４００は、二次電池モジュール１００を冷却する冷却ファンを有する冷却装置１５０と、冷却装置１５０に給電するためのスイッチ１４１とを備えている。
【００１２】
モータジェネレータ２００は、三相交流同期機である。モータジェネレータ２００は、車両の力行時及び内燃機関であるエンジンを始動する時など、回転動力が必要な運転モードでは、モータ駆動し、発生した回転動力を車輪及びエンジンなどの被駆動体に伝達する。この場合、モータジェネレータ２００に、二次電池装置４００からの直流電力を、インバータ装置３００を介して三相交流電力に変換して供給する。
【００１３】
また、モータジェネレータ２００は、車両の減速時や制動時などの回生時及び二次電池装置４００の充電が必要な時など、発電が必要な運転モードでは、車輪或いはエンジンからの駆動力によって駆動し、ジェネレータとして三相交流電力を発生させる。この場合、モータジェネレータ２００からの三相交流電力を、インバータ装置３００を介して直流電力に変換し、二次電池装置４００に供給する。これにより、二次電池装置４００には電力が充電される。
【００１４】
インバータ装置３００はモータコントローラ３１０を有し、前述した電力変換、すなわち直流電力から三相交流電力への変換、及び三相交流電力から直流電力への変換を、モータコントローラ３１０によりスイッチング半導体素子を作動（オン・オフ）して制御するモータコントローラ３１０は、上位制御装置、例えば車両全体を制御する車両コントローラ５１０から出力されたトルク指令などに基づいて、スイッチング半導体素子に対するスイッチング動作指令信号（例えばＰＷＭ信号）を生成する。
【００１５】
二次電池装置４００は、二次電池モジュール１００の状態を管理及び制御するためのバッテリコントローラ４１０を備えている。
二次電池モジュール１００は、それぞれ、複数のリチウムイオンバッテリー等の二次電池４０が電気的に直列および/または並列に接続されて構成された組電池１１０、組電池１１０に直列に接続された遮断器１３０およびセルコントローラ１２０を有している。
【００１６】
バッテリコントローラ４１０は、二次電池装置４００の状態を管理及び制御すると共に、上位制御装置である車両コントローラ５１０やモータコントローラ３１０に二次電池装置４００の状態や許容充放電電力などの充放電制御指令を通知する。二次電池装置４００の状態の管理及び制御には、二次電池装置４００の電圧及び電流の計測、二次電池装置４００の蓄電状態（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）及び劣化状態（ＳＯＨ：Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｈｅａｌｔｈ）などの演算、各二次電池モジュール１００の温度の計測、セルコントローラ１２０に対する指令（例えば各二次電池４０の電圧を計測するための指令、各二次電池４０の蓄電量を調整するための指令など）の出力などが含まれる。
【００１７】
セルコントローラ１２０は、バッテリコントローラ４１０からの指令によって複数の二次電池４０の状態の管理及び制御を行い、複数の集積回路（ＩＣ）によって構成されている。複数の二次電池４０の状態の管理及び制御には、各二次電池４０の電圧Ｖの計測、温度ｔの計測、および各二次電池４０の蓄電量の調整などが含まれる。
詳細は後述するが、セルコントローラ１２０は、電池監視回路１２５を備えており、組電池１１０を構成する二次電池４０の電圧を監視し、各二次電池１４０の電圧信号をバッテリコントローラ４１０に通信する。バッテリコントローラ４１０は、セルコントローラ１２０からの電圧信号に基づいて異常判定を行う。バッテリコントローラ４１０は、異常判定時、遮断器１３０を駆動して、二次電池モジュール１００を負荷から遮断すると共に冷却装置１５０を駆動して、二次電池４０を冷却する。
【００１８】
各組電池１１０とインバータ装置３００との間には、リレー機構５２１、５２２が介装されている。セルコントローラ１２０および遮断器１３０を有する各二次電池モジュール１００は並列に接続されており、リレー機構５２１は、遮断器１３０を介して組電池１１０の最高電位に、またリレー機構５２２は組電池１１０の最低電位に接続されている。
リレー機構５２１、５２２は、二次電池モジュール１００とインバータ装置３００との間を電気的に導通及び遮断するための開閉部であり、車載電機システムの起動時には二次電池モジュール１００とインバータ装置３００との間を導通する。また、車載電機システムの停止時及び異常時には二次電池モジュール１００とインバータ装置３００との間を遮断する。このように、二次電池装置４００とインバータ装置３００との間をリレー機構５２１、５２２によって制御することにより、車載電機システムの高い安全性を確保できる。
【００１９】
リレー機構５２１、５２２の駆動はモータコントローラ３１０により制御される。モータコントローラ３１０は、車載電機システムの起動時には、二次電池装置４００の起動完了の通知をバッテリコントローラ４１０から受けることにより、リレー機構５２１、５２２に対して導通の指令信号を出力してリレー機構５２１、５２２を駆動させる。また、モータコントローラ３１０は、車載電機システムの停止時にはイグニションキースイッチからオフの出力信号を受けることにより、また、車載電機システムの異常時には車両コントローラからの異常信号を受けることにより、リレー機構５２１、５２２に対して遮断の指令信号を出力してリレー機構を駆動させる。
【００２０】
［二次電池モジュール］
次に、二次電池モジュールについて説明する。
図２は、本発明の一実施の形態としての二次電池モジュールのブロック図である。
各二次電池モジュール１００は、筐体１１１内に収容された組電池１１０、セルコントローラ１２０、遮断器１３０、スイッチ１４１、冷却装置１５０を備えている。
セルコントローラ１２０は、上述した如く、複数の集積回路によって構成されており、電池監視回路１２５を有している。
電池監視回路１２５は、図示はしないが、電圧検出部およびサーミスタ素子等の温度センサからの電圧信号と温度信号とを受信してバッテリコントローラ４１０に送信する。電圧信号は各二次電池４０の電圧Ｖの情報を有し、温度信号は各二次電池４０の温度ｔの情報を有する。
【００２１】
［二次電池］
二次電池モジュール１００を構成する各二次電池４０について説明する。
図３は、二次電池モジュールを構成する二次電池の一例としてのリチウムイオン円筒形二次電池の断面図であり、図４は、図３に図示されたリチウムイオン円筒形二次電池の分解斜視図である。
図３、図４においては、円筒形の二次電池で例示するが、本発明は二次電池であれば、角形等の様々な形状の二次電池に適用可能である。
二次電池４０は、有底円筒状の電池容器１を備えている。電池容器１は、表面にニッケルメッキが施された炭素鋼で構成されており、上端部側に内側に突出した（かしめ）溝が形成されている（図３）。電池容器１内には、発電要素として機能する円柱状の電極群７が収容されている。
【００２２】
電極群７は、樹脂製（例えば、ポリプロピレン製）で中空円筒状の軸芯８の周囲に帯状の正極電極１３、負極電極１４が帯状の第１セパレータ１９、第２セパレータ２０を介して捲回されて構成されている。第１セパレータ１９、第２セパレータ２０は、いずれも、ポリエチレン多孔膜等の多孔質で絶縁性を有する材質で形成されている。軸芯８の外周に接する最内周側に第１および第２のセパレータ１９，２０が捲回されており、その外側に、負極電極１４、第１セパレータ１９および正極電極１３、第２セパレータ２０が積層され捲回されている。
【００２３】
すなわち、第２セパレータ２０と第１セパレータ１９との間に負極電極１４を位置させ、第１セパレータ１９の外側に正極電極１３が、その外側に第２セパレータ２０が捲回されている。電極群７の最外周では、負極電極１４を覆うように第１セパレータ１９が捲回されている。最外周の第１セパレータ１９は、電極群７が捲き解かれないように、巻き止めテープ２１で止められる。但し、図４では、巻き止めテープ２１が開放されている状態で図示されている。
【００２４】
正極電極１３は、アルミニウム等の金属製で薄膜状の正極集電体を有しており、正極集電体の両面に正極合剤が塗布された正極合剤塗布部１５が形成されている。正極合剤は、正極活物質と、正極導電材と、正極バインダ（結着剤）とが混合されて形成されている。本例では、正極活物質としてはリチウム酸化物であるマンガン酸リチウム、正極導電材としては鱗片状黒鉛、正極バインダとしてはポリフッ化ビニリデン（以下、ＰＶＤＦと略記する。）が用いられている。
正極電極１３の長辺部、つまり、長手方向に延在する正極電極１３の一側の側縁部には、正極合剤が塗布されず正極集電体が露出した正極合剤未塗工部が形成されている。この正極合剤未塗工部は、櫛状に切り欠かれ、軸芯８と平行に上方に延出した複数の正極タブ１１が一体的に形成されている。すなわち、正極電極１３には、長手方向と直交する方向に複数の正極タブ１１が突出されている。
【００２５】
負極電極１４は、銅等の金属製で薄膜状の負極集電体を有しており、負極集電体の両面に負極合剤が塗布された負極合剤塗布部１６が形成されている。負極合剤は、負極活物質と、負極バインダとが混合されて形成されている。本例では、負極活物質としては黒鉛炭素、負極バインダとしてはＰＶＤＦが用いられている。
負極電極１４の長辺部、つまり、長手方向に延在する負極電極１４の一側の側縁部には、負極合剤が塗布されず負極集電体が露出した負極合剤未塗工部が形成されている。この負極合剤未塗工部は、櫛状に切り欠かれ、軸芯８と平行に下方に延出した複数の負極タブ１２が一定の間隔で一体的に形成されている。すなわち、負極電極１４には、長手方向と直交する方向に複数の負極タブ１１が突出されている。
【００２６】
上述したように、電極群７では、正極タブ１１および負極タブ１２が電極群７の互いに反対側に突出されている。電極群７の一側（図３、図４の上側）には、円盤状の正極集電部材５が電極群７の端面に対向配置されている。正極電極１３から突出された正極タブ１１は正極集電部材５の外周面に接合されている。正極電極１３からの電流は正極集電部材５から外部へ流れ、外部からの電流は正極集電部材５から正極電極１３に流れる。正極集電部材５は、本例では、アルミニウム（合金）で形成されている。正極集電部材５は外径が、軸芯８の外径より大きく電極群７の外径より小さく形成されており、軸芯８の上端部に圧入され嵌め合いにより固定されている。
【００２７】
正極集電部材５の外周面には複数の正極タブ１１が集められ、正極集電部材５の外周面に集められた正極タブ１１の外周にリボン状でアルミニウム製の正極押さえ部材２２（図３参照）が巻き付けられて接合されている。
電極群７の他側（図１、図２の下側）には、円盤状の負極集電部材６が電極群７の端面に対向配置されている。負極電極１４から突出された負極タブ１２は負極集電部材６の外周面に接合されている。負極電極１４からの電流は負極集電部材６から外部へ流れ、外部からの電流は負極集電部材６から負極電極１４へ流れる。負極集電部材６は、本例では、銅（合金）で形成されている。負極集電部材６は外径が、軸芯８の外径より大きく、電極群７の外径より小さく形成されており、軸芯８の下端部に圧入され嵌め合いにより固定されている。
【００２８】
負極集電部材６の外周面には複数の負極タブ１２が集められ、負極集電部材６に集められた負極タブ１２の外周にリボン状で銅製の負極押さえ部材２３が巻き付けられて接合されている。
【００２９】
正極集電部材５の上方（電極群７と反対側）には、電池容器１の開口部を封止するための蓋体３０が配置され、電池容器１が密閉されている。蓋体３０は、上蓋３と上蓋ケース４とで構成されている。上蓋３は、炭素鋼にニッケルメッキを施して形成され、全体としてハット状を呈している。上蓋ケース４は、アルミニウムまたはアルミニウム合金で形成されている。上蓋３の外周部が上蓋ケース４の外周部でかしめ固定されている。このため、蓋体３０は、電気伝導性を有している。正極集電部材５の上部（電極群７の反対側の面）には、正極リード９の一側端部が接合され、上蓋ケース４の下面（電極群７側の面）には、正極リード９の他端部が接合されている。このため、蓋体３０と電極群７を構成する正極電極１３とが電気的に接続されている。つまり、蓋体３０が正極外部端子を兼ねている。
【００３０】
負極集電部材６の下方（電極群７と反対側）には、負極リード１０（図３参照）が接合されている。
負極リード１０は、電池容器１内に電極群７を収容した後、軸芯８の中央部に溶接治具を通し溶接することで、電池容器１の内底部に接合されている。このため、電池容器１と電極群７を構成する負極電極１４とが電気的に接続されている。つまり、電池容器１が負極外部端子を兼ねている。
【００３１】
電池容器１内には、非水電解液１７が注入されている。非水電解液１７としては、リチウム塩をカーボネート系溶媒に溶解させた溶液を用いることができる。リチウム塩としては、例えば、６フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）、４フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ４）、等を挙げることができる。また、カーボネート系溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、メチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）等、および、これらの溶媒の２種以上を混合した混合溶媒、を挙げることができる。なお、図３では、わかりやすくするために、非水電解液１７の液面が電池容器１の深さに対して半分程度の位置に示されているが、実際には電極群７の全体を浸潤するように非水電解液１７が注入されている。
【００３２】
正極集電部材５、正極押さえ部材２２、負極集電部材６、負極押さえ部材２３が組みつけられた電極群７等が収容された電池容器１の開口部（図３の上部）は、電気絶縁性のガスケット２を介して蓋体３０で封止されている。すなわち、ガスケット２は、上蓋ケース４と電池容器１との間に配置されている。ガスケット２は、樹脂で形成されており、例えば、エチレンプロピレン共重合体（ＥＰＤＭ）を挙げることができる。このため、ガスケット２により、正極外部端子を兼ねる蓋体３０と、負極外部端子を兼ねる電池容器１とが電気的に絶縁されることとなる。
【００３３】
図２の二次電池モジュールのブロック図に戻って説明をする。
セルコントローラ１２０は、通信により、バッテリコントローラ４１０に各二次電池４０の状態を通知し、バッテリコントローラ４１０からの指令により二次電池４０の管理及び制御を行う。バッテリコントローラ４１０は、二次電池４０の電圧Ｖの上限値Ｖα、下限値Ｖβ、および二次電池の温度ｔの上限温度ｔαを記憶する記憶部４１１を有している。また、バッテリコントローラ４１０は、組電池１１０を構成する二次電池４０の単位時間当たりの電圧変化量ΔＶおよび電圧変化量ΔＶのばらつきを演算する演算機能を有している。また、バッテリコントローラ４１０は、二次電池４０の単位時間当たりの温度変化量Δｔおよび温度変化量Δｔのばらつきを演算する演算機能を有している。
【００３４】
さらに、バッテリコントローラ４１０は、二次電池４０の電圧Ｖ、温度ｔ、単位時間当たりの電圧変化量ΔＶおよび単位時間当たりの温度変化量Δｔのいずれかに異常があるか否かを判断する判断機能を有している。
すなわち、バッテリコントローラ４１０は、組電池１１０の二次電池４０の中、１つでも下記の条件に適合するものがあれば組電池１１０に異常があると判断する。
＜異常判定条件＞
（１）いずれかの二次電池４０の電圧Ｖが電圧上限値Ｖαを超えている。
（２）いずれかの二次電池４０の電圧Ｖが電圧下限値Ｖβを下回っている。
（３）いずれかの二次電池４０の温度ｔが上限温度ｔαを超えている。
（４）いずれかの二次電池４０の電圧変化量ΔＶが、組電池１１０を構成する二次電池４０の電圧変化量ΔＶに関するばらつきに対し、異常である。
（５）いずれかの二次電池４０の温度変化量Δｔが、組電池１１０を構成する二次電池４０の温度変化量Δｔに関するばらつきに対し、異常である。
【００３５】
上記（４）、（５）に関しては、例えば、組電池１１０を構成する二次電池４０の標準偏差σを演算し、平均値に対し２σまたは３σを超える値のものがあるか否かにより判断する。
バッテリコントローラ４１０は、異常があると判断された二次電池４０を一つでも検出すると、遮断信号を送出して遮断器１３０を駆動し、組電池１１０をインバータ装置３００、すなわち、充放電回路から遮断する。また、バッテリコントローラ４１０は、スイッチ１４１にオン信号を送出し、冷却装置１５０を駆動する。
【００３６】
次に、図５を参照して、本発明の二次電池の制御装置の電池監視システムの処理について説明する。図５に示す処理は、イグニションキースイッチからのオン信号によりスタートするプログラムにより、バッテリコントローラ４１０のＣＰＵにおいて実行される。
図５の処理がスタートする前に、予め、二次電池４０の電圧上限値Ｖα、電圧下限値Ｖβおよび二次電池４０の上限温度ｔαがバッテリコントローラ４１０の記憶部に設定されている。
電圧上限値Ｖαは、例えば、４．５Ｖ程度であり、電圧下限値Ｖβは、例えば、２．３Ｖ程度である。
【００３７】
ステップＳ１では、各二次電池４０の電圧Ｖが、電池監視回路１２５から送信されてくる電圧信号に基づいて検出される。
ステップＳ２では、検出された各二次電池４０の電圧Ｖが、電圧上限値Ｖαを超えているか否かが判断される。ステップＳ２で肯定されれば、すなわち、二次電池４０の中、１つでも電圧上限値Ｖαを超えているものがあれば、ステップＳ２１の処理を行う。また、ステップＳ２で否定されれば、すなわち、すべての二次電池４０の電圧Ｖが電圧上限値Ｖαを超えていない場合には、ステップＳ３の処理を行う。
【００３８】
ステップＳ３では、検出された各二次電池４０の電圧Ｖが、電圧下限値Ｖβを下回っているか否かが判断される。ステップＳ３で肯定されれば、すなわち、二次電池４０の中、１つでも電圧下限値Ｖβを下回っているものがあれば、ステップＳ２１の処理を行う。また、ステップＳ３で否定されれば、すなわち、すべての二次電池４０の電圧Ｖが電圧下限値Ｖβを下回っていない場合には、ステップＳ４の処理を行う。
【００３９】
ステップＳ４では、各二次電池４０の単位時間当たりの電圧変化量ΔＶを演算する。
ステップＳ５では、組電池１１０を構成するすべての二次電池４０の電圧変化量ΔＶに関するばらつきが演算される。ばらつきは、例えば、組電池１１０を構成するすべての二次電池４０の電圧変化量ΔＶの標準偏差σとして算出される。
【００４０】
ステップＳ６では、各二次電池４０の電圧変化量ΔＶに異常があるか否かが判断される。異常の有無は、例えば、電圧変化量ΔＶが、２σまたは３σを超えているか否かにより判断される。以下では、電圧変化量が３σを超えた場合を異常と判断するとして説明する。ステップＳ６で肯定されれば、すなわち、二次電池４０の中、１つでも電圧変化量ΔＶが３σを超えているものがあれば、ステップＳ２１の処理を行う。また、ステップＳ６で否定されれば、すなわち、すべての二次電池４０の電圧変化量ΔＶが３σを超えていない場合には、ステップＳ７の処理を行う。
【００４１】
ステップＳ７では、各二次電池４０の温度ｔが、電池監視回路１２５から送信されてくる温度信号に基づいて検出される。
ステップＳ８では、検出された各二次電池４０の温度ｔが、上限温度ｔαを超えているか否かが判断される。ステップＳ８で肯定されれば、すなわち、二次電池４０の中、１つでも上限温度ｔαを超えているものがあれば、ステップＳ２１の処理を行う。また、ステップＳ８で否定されれば、すなわち、すべての二次電池４０の温度ｔが上限温度ｔαを超えていない場合には、ステップＳ９の処理を行う。
【００４２】
ステップＳ９では、各二次電池４０の単位時間当たりの温度変化量Δｔを演算する。
ステップＳ１０では、組電池１１０を構成するすべての二次電池４０の温度変化量Δｔに関するばらつきが演算される。温度の場合も、電圧の場合と同様、ばらつきは、例えば、組電池１１０を構成するすべての二次電池４０の温度変化量Δｔの標準偏差σとして算出される。
【００４３】
ステップＳ１１では、各二次電池４０の温度変化量Δｔに異常があるか否かが判断される。ここでは、温度変化量Δｔが、３σを超えている場合に異常と判断するものとする。ステップＳ１１で肯定されれば、すなわち、二次電池４０の中、１つでも温度変化量Δｔが３σを超えているものがあれば、ステップＳ２１の処理を行う。また、ステップＳ１１で否定されれば、すなわち、すべての二次電池４０の温度変化量Δｔが３σを超えていない場合には、ステップＳ１に戻る。
【００４４】
ステップＳ２、Ｓ３、Ｓ６またはＳ８のいずれかにおいて肯定された場合、換言すれば、二次電池４０の中の１つでも、上述した＜異常判定条件＞の（１）〜（４）に適合した場合は、ステップＳ２１の処理を行う。
ステップＳ２１では、セルコントローラ１２０に異常検出信号が送信される。これによりセルコントローラ１２０は異常処理を行う。
ステップＳ２２では、バッテリコントローラ４１０から遮断器１３０に駆動信号が送出され、遮断器が動作して、組電池１１０とインバータ装置３００とが遮断される。
【００４５】
ステップＳ２３では、バッテリコントローラ４１０からスイッチ１４１にオン信号が送出され、スイッチ１４１が閉じる。ステップＳ２２および２３は、同時に実行してもよい。
ステップＳ２４では、スイッチ１４１が閉じることにより、組電池１１０に蓄電されている電気エネルギにより冷却装置１５０が駆動される。冷却装置１５０は、例えば、ファンであり、ファンの回転により冷却風が、組電池１１０が収容された筐体１１１内に送風され、各二次電池４０が冷却される。ファンは、組電池１１０の電気エネルギが消費された時点で自然に停止する。ファンは、筐体１１１に取り付けてもよいし、別部材として、車両のシャーシ等に取り付けてもよい。
【００４６】
以上説明した実施形態の作用効果を説明する。
（１）一実施の形態では、異常検出された二次電池を有する組電池１１０をインバータ装置３００から、換言すれば、負荷から遮断し、すべての二次電池４０が正常である組電池１１０により負荷を駆動できる。このため、異常が生じた二次電池モジュール１００により、車載電機システム全体に電気的な悪影響が生じるのを防ぎ、信頼性を向上する。
【００４７】
（２）上記一実施の形態では、異常検出された二次電池を有する組電池１１０の電気エネルギにより冷却装置を駆動し、負荷から切り離された組電池１１０の各二次電池４０を冷却する。これにより、二次電池４０に蓄電されていた電気エネルギが早期に消尽され、かつ、各二次電池４０の冷却も早められる。このため、二次電池モジュール１００を取り外す際の取り扱いが容易となる。
【００４８】
（３）上記一実施の形態では、二次電池４０の異常を判断する判断情報として、二次電池４０の電圧Ｖのみでなく、二次電池４０の温度ｔ、単位時間当たりの電圧変化量ΔＶおよび単位時間当たりの温度変化量Δｔを用いている。このため、種々の原因により発生する二次電池４０の不具合を確実に検出することができる。
【００４９】
（４）上記一実施の形態では、単位時間当たりの電圧変化量ΔＶおよび単位時間当たりの温度変化量Δｔに基づく異常は、それぞれ、組電池１１０を構成する二次電池４０の電圧変化量ΔＶに関するばらつき、および温度変化量Δｔに関するばらつきに基づいて判断している。このため、車両の走行状態や運転の環境により、大きく変動する二次電池４０の単位時間当たりの電圧変化量ΔＶおよび単位時間当たりの温度変化量Δｔを異常有無の判断情報とすることが可能となる。
【００５０】
--実施形態２--
図６は、本発明の二次電池モジュールの実施形態２のブロック図である。
実施形態２が実施形態１と異なる点は、冷却装置を冷却液により二次電池を冷却するようにした点である。
すなわち、図６に図示された実施形態２では、冷却装置１５０Ａは、ポンプ１５１と冷却用のジャケット１５２を有する。ジャケット１５２は、筐体１１１の内部において、各二次電池４０の表面に、直接、または、冷却用金属部材を介して接触するように配設されている。
【００５１】
バッテリコントローラ４１０により、いずれかの二次電池４０に異常有りと判断され、バッテリコントローラ４１０からのオン信号によりスイッチ１４１が閉じると、ポンプ１５１が駆動される。ポンプ１５１の駆動により、ジャケット１５２内を冷却液が循環し、二次電池４０が冷却される。
冷却液による冷却能力は空気による場合よりも大きいので、二次電池４０の充電容量が大きい場合に好適である。
このような、実施形態２によっても、実施形態１と同様な効果を奏する。
他の構成は、実施形態１の場合と同様であり、対応する部材に同一の符号を付して説明を省略する。
【００５２】
--実施形態３--
図７は、本発明の実施形態３としての二次電池の異常を監視する処理の手順を示すフローチャートである。
図７に示された処理について、図５に示された実施形態１における処理と対比して説明する。
図７の処理がスタートする前に、予め、二次電池４０の電圧上限値Ｖα、電圧下限値Ｖβ、単位時間当たりの最大電圧変化量ΔＶｍａｘ、二次電池４０の上限温度ｔαおよび単位時間当たりの最大温度変化量Δｔｍａｘがバッテリコントローラ４１０の記憶部に設定されている。
【００５３】
図７に示す処理においても、ステップＳ１〜Ｓ４は、実施形態１と同様である。
ステップＳ４の処理が完了すると、ステップＳ１２で、各二次電池４０の単位時間の電圧変化量ΔＶが単位時間当たりの最大電圧変化量ΔＶｍａｘを超えているか否かが判断される。
ステップＳ１２で肯定されれば、すなわち、二次電池４０の中、１つでも単位時間当たりの最大電圧変化量ΔＶｍａｘを超えているものがあれば、ステップＳ２１の処理を行う。また、ステップＳ１２で否定されれば、すなわち、すべての二次電池４０の単位時間の電圧変化量ΔＶが単位時間当たりの最大電圧変化量ΔＶｍａｘを超えていない場合には、ステップＳ１３の処理を行う。
【００５４】
ステップＳ１３では、各二次電池４０の温度ｔが、電池監視回路１２５からの温度信号により検出される。ステップＳ１３は、実施形態１における処理フローのステップＳ７に対応する。
【００５５】
ステップＳ１４では、検出された各二次電池４０の温度ｔが、上限温度ｔαを超えているか否かが判断される。ステップＳ１４で肯定されれば、すなわち、二次電池４０の中、１つでも上限温度ｔαを超えているものがあれば、ステップＳ２１の処理を行う。また、ステップＳ１４で否定されれば、すなわち、すべての二次電池４０の温度ｔが上限温度ｔαを超えていない場合には、ステップＳ１５の処理を行う。ステップＳ１４は、実施形態１の処理フローのステップＳ８に対応する。
【００５６】
ステップＳ１５では、各二次電池４０の単位時間当たりの温度変化量Δｔを演算により算出する。ステップＳ１５は、実施形態１の処理フローのステップＳ９に対応する。
【００５７】
ステップＳ１６では、各二次電池４０の単位時間の温度変化量Δｔが単位時間当たりの最大温度変化量Δｔｍａｘを超えているか否かが判断される。
ステップＳ１２で肯定されれば、すなわち、二次電池４０の中、１つでも単位時間当たりの最大温度変化量Δｔｍａｘを超えているものがあれば、ステップＳ２１の処理を行う。また、ステップＳ１６で否定されれば、すなわち、すべての二次電池４０の単位時間の温度変化量Δｔが単位時間当たりの最大温度変化量Δｔｍａｘを超えていない場合には、ステップＳ１に戻る。
【００５８】
ステップＳ２、Ｓ３、Ｓ１２またはＳ１６のいずれかにおいて肯定された場合は、ステップＳ２１の処理を行う。ステップＳ２１〜Ｓ２４の処理は、実施形態１と同様である。
【００５９】
すなわち、実施形態３の処理は、実施形態１におけるステップＳ６、７をステップＳ１２に、実施形態１におけるステップＳ１０、Ｓ１１をステップＳ１６に置き替えたものである。
換言すれば、実施形態３では、単位時間当たりの電圧変化量ΔＶおよび単位時間当たりの温度変化量Δｔについても、電圧Ｖおよび温度ｔと同様に、予め、設定した限界値を超えたか否かにより、異常の有無を判断するようにしたものである。
【００６０】
単位時間当たりの電圧変化量ΔＶや単位時間当たりの温度変化量Δｔは、車両の走行速度、道路状況、搬送する人・荷役の重量および温度、湿度等の環境により変化する。しかし、実験により、電気エネルギの単位時間当たりの消費量や、単位時間当たりの温度変化に対応して最大電圧変化量ΔＶｍａｘまたは最大温度変化量Δｔｍａｘを定めることができる。
従って、実施形態３においても、実施形態１と同様に、組電池１１０を構成する各二次電池４０の異常の有無を検出することが可能であり、実施形態１と同様な効果を奏する。
特に、実施形態３では、寿命等により、組電池１１０を構成する殆どの二次電池４０が、同時に異常を起こした場合においても、その異常を確実に検出することができる。
【００６１】
なお、上記各実施形態では、二次電池４０の異常を判断する判断情報として、二次電池４０の電圧Ｖ、二次電池４０の温度ｔ、単位時間当たりの電圧変化量ΔＶおよび単位時間当たりの温度変化量Δｔを用いた場合で例示した。しかし、二次電池４０の異常の判断には、必ずしも、上記すべての情報を用いる必要はなく、上記情報の中、１以上を用いて判断するようにすればよい。この異常検出の判断例を例示すると以下のとおりである。
【００６２】
（１）バッテリコントローラ４１０は、二次電池４０の電圧の異常のみを検出し、組電池１１０を負荷から切り離して冷却するように構成してもよい。
（２）バッテリコントローラ４１０は、単位時間当たりの二次電池４０の電圧の変化量に基づく異常のみを検出し、組電池１１０を負荷から切り離して冷却するように構成してもよい。
（３）バッテリコントローラ４１０は、二次電池４０の温度の異常のみを検出し、組電池１１０を負荷から切り離して冷却するように構成してもよい。
（４）バッテリコントローラ４１０は、単位時間当たりの二次電池４０の温度の変化量に基づく異常のみを検出し、組電池１１０を負荷から切り離して冷却するように構成してもよい。
【００６３】
（５）バッテリコントローラ４１０は、以上の（１）〜（４）の組合せによる異常判定処理を行うように構成することができる。一実施形態は、（１）〜（４）のすべての組合せの一例である。
（６）単位時間当たりの二次電池４０の電圧の変化量に基づく異常検出は、組電池１１０を構成する二次電池４０の単位時間当たりの電圧の変化量のばらつきに基づいて行うことができる。
（７）単位時間当たりの二次電池４０の温度の変化量に基づく異常検出は、組電池１１０を構成する二次電池４０の単位時間当たりの温度の変化量のばらつきに基づいて行うことができる。
【００６４】
（８）バッテリコントローラ４１０は、二次電池の電圧と予め定めた電圧上限値との比較結果に基づく異常検出、二次電池の電圧と予め定めた電圧下限値との比較結果に基づく異常検出、および、二次電池の温度と予め定めた温度上限値との比較結果に基づく異常検出のいずれか一つを行い、組電池１１０を負荷から切り離して冷却するように構成してもよい。
（９）バッテリコントローラ４１０は、二次電池の電圧と予め定めた電圧上限値との比較結果に基づく異常検出、二次電池の電圧と予め定めた電圧下限値との比較結果に基づく異常検出、および、二次電池の温度と予め定めた温度上限値との比較結果に基づく異常検出をそれぞれ行い、組電池１１０を負荷から切り離して冷却するように構成してもよい。
【００６５】
二次電池４０の異常を検出する場合、単位時間当たりの電圧変化量ΔＶおよび単位時間当たりの温度変化量Δｔに関しては、実施形態１では、標準偏差（ばらつき）に基づいて、実施形態３では、予め設定した限界値を超えたか否かにより判断する方法で例示した。しかし、単位時間当たりの電圧変化量ΔＶおよび単位時間当たりの温度変化量Δｔのいずれか一方は、ばらつきに基づいて、いずれか他方は限界値を超えたか否かにより判断するようにしてもよい。
【００６６】
以上の各実施形態では、バッテリコントローラ４１０で二次電池４０の異常判定を行ったが、セルコントローラ１２０で異常判断を行ってもよい。電圧変化量ΔＶと温度変化量Δｔをそれぞれ異常判定閾値と比較して異常を判断する処理のみをセルコントローラ１２０で行い、その他の異常判断処理をバッテリコントローラ４１０で行うようにしてもよい。
【００６７】
上記実施形態では、リチウムイオン円筒形二次電池を有する二次電池モジュール１００として例示した。しかし、この発明は、リチウムイオンバッテリーに限られるものではなく、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池など、他の円筒形二次電池を有する二次電池モジュールにも適用をすることができる。また、円筒形に限らず、角形二次電池等、電池缶と蓋体とをかしめ加工により密封構造を形成する電池に対しても適用が可能である。
【００６８】
上記実施形態では、組電池１１０を構成する二次電池４０が、直列に接続されている構成で例示した。しかし、二次電池４０を、並列に接続したり直列および並列に接続したりして組電池を構成するようにしてもよい。
【００６９】
上記実施形態では、並列に接続された二次電池モジュール１００を充放電回路に接続した車載電機システムとして例示した。しかし、二次電池モジュール１００を直列に接続したり、直列および並列に接続したりして車載電機システムを構成するようにしてもよい。
【００７０】
その他、本発明は、発明の趣旨の範囲内において、種々、変形することが可能であり、要は、本発明による二次電池の制御装置は、異常判断部により組電池を構成する二次電池の異常が検出された場合に、組電池を負荷から遮断する遮断器と、負荷から遮断された組電池に蓄電された電気エネルギにより駆動され、二次電池を冷却する冷却装置とを備えたものであればよい。
【符号の説明】
【００７１】
４０      二次電池
１００      二次電池モジュール
１１０      組電池
１１１      筐体
１２０      セルコントローラ
１２５      電池監視回路
１３０      遮断器
１４１      スイッチ
１５０、１５０Ａ      冷却装置
４００      二次電池装置
４１０      バッテリコントローラ
【図１】
2013254664.tif 000003
【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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【図７】
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