(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池を有するパック電池の温度を検出し、検出した電池温度が変化する電池温度変化率で電池の劣化または故障を検出するパック電池の劣化検出方法であって、
パック電池の各々の電池の電池温度変化率を検出し、検出した電池温度変化率を、隣の電池の電池温度変化率に比較して、電池の劣化または故障を検出するパック電池の劣化検出方法。
【請求項２】
複数の電池を有するパック電池の温度を検出し、検出した電池温度が変化する電池温度変化率で電池の劣化または故障を検出するパック電池の劣化検出方法であって、
パック電池の各々の電池の電池温度変化率を検出し、検出した電池温度変化率を、全ての電池の平均電池温度変化率に比較して、電池の劣化または故障を検出するパック電池の劣化検出方法。
【請求項３】
複数の電池を有するパック電池の温度を検出し、検出した電池温度が変化する電池温度変化率で電池の劣化または故障を検出するパック電池の劣化検出方法であって、
複数の電池を有するパック電池を複数の電池ブロックとして、各々の電池ブロックの電池温度変化率を検出し、検出した電池温度変化率を、隣の電池ブロックの電池温度変化率に比較して、電池の劣化または故障を検出するパック電池の劣化検出方法。
【請求項４】
複数の電池を有するパック電池の温度を検出し、検出した電池温度が変化する電池温度変化率で電池の劣化または故障を検出するパック電池の劣化検出方法であって、
複数の電池を有するパック電池を複数の電池ブロックとして、各々の電池ブロックの電池温度変化率を検出し、検出した電池温度変化率を、全ての電池ブロックの平均電池温度変化率に比較して、電池の劣化または故障を検出するパック電池の劣化検出方法。
【請求項５】
複数の電池を有するパック電池の温度を検出し、検出した電池温度が変化する電池温度変化率で電池の劣化または故障を検出するパック電池の劣化検出方法であって、
電池の電池温度変化率を比較した後、さらに、電池温度変化率が大きくなった電池と他の電池との温度差を比較して劣化または故障を検出するパック電池の劣化検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はパック電池の劣化や故障を検出する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パック電池は、複数の電池を直列にあるいは並列に接続している。多数の電池を一緒に充放電して使用するとき、全ての電池が同じ状態で劣化することはない。早く劣化する電池と、劣化しない電池とがあって、これ等が一緒に充放電される。複数の電池を直列に接続しているパック電池を充放電すると、全ての電池に同じ電流が流れる。このパック電池において、いずれかの電池が劣化する状態で放電させると、劣化したひとつの電池がパック電池全体の出力を低下させる原因となる。劣化した電池の内部抵抗が大きくなって、出力電流を制限するからである。この弊害は、たとえば、多数の電池を直列に接続して使用するハイブリッドカー用のパック電池において、致命的な欠陥となる。大電流で放電できないパック電池は、ハイブリッドカーを正常に走行できなくなるからである。とくに、ハイブリッドカーは、パック電池でモーターを駆動して自動車を加速するので、大電流で放電できないと、自動車の加速が著しく制限される。
【０００３】
さらに、複数の電池を並列に接続してなるパック電池も、いずれかの電池が劣化すると、パック電池としての性能が急激に低下する。それは、劣化した電池の充電容量が減少して、この電池と並列に接続している電池の充電量と放電量とが大きくなって、過充電や過放電されやすくなるからである。
【０００４】
以上のように、パック電池は、直列または並列等の接続状態を問わず、いずれかの電池が劣化すると、種々の弊害が発生する。さらに、劣化した電池を一緒に使用するので、劣化電池の性能が急激に低下する欠点もある。
【０００５】
このような弊害を解消するために、いずれかの電池が劣化したとき、その劣化を早期に発見することが大切である。電池の劣化を判別するために、従来は電池の電圧や電流を検出していた。直列に接続しているパック電池は、充電するときに劣化電池の電圧が高くなり、また、放電するときには劣化電池の電圧が低くなるからである。さらに、並列に接続しているパック電池も、充電するときと放電するときに劣化電池の電流が変化する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、パック電池は、電池の電圧や電流を検出して、劣化や故障を検出することができる。しかしながら、電池の電圧は、残容量、電池温度、充放電している電流の大きさ等の要因が複雑に絡み合って変化するので、電池の劣化を正確に判別するのが極めて難しい。
【０００７】
本発明は、この欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、複数の電池を有するパック電池において電池の劣化を確実に、しかも正確に検出できるパック電池の劣化検出方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のパック電池の劣化検出方法は、複数の電池を有するパック電池の温度を検出し、検出した電池温度が変化する電池温度変化率で電池の劣化または故障を検出する。
【０００９】
本発明のパック電池の劣化検出方法は、好ましくは、パック電池の各々の電池の電池温度変化率を検出し、検出した電池温度変化率を、隣の電池の電池温度変化率に比較して電池の劣化または故障を検出する。さらに、本発明のパック電池の劣化検出方法は、検出した電池温度変化率を、全ての電池の平均電池温度変化率に比較して電池の劣化または故障を検出することもできる。
【００１０】
さらに、本発明のパック電池の劣化検出方法は、好ましくは、複数の電池を有するパック電池を複数の電池ブロックとして、各々の電池ブロックの電池温度変化率を検出し、検出した電池温度変化率を、隣の電池ブロックの電池温度変化率に比較して電池の劣化または故障を検出する。さらに、本発明のパック電池の劣化検出方法は、検出した電池温度変化率を、全ての電池ブロックの平均電池温度変化率に比較して電池の劣化または故障を検出することもできる。
【００１１】
さらに、本発明のパック電池の劣化検出方法は、好ましくは、電池の電池温度変化率を比較した後、さらに、電池温度変化率が大きくなった電池と他の電池との温度差を比較して劣化または故障を検出する。この劣化検出方法は、さらに正確に、電池の劣化または故障を検出できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するためのパック電池の劣化検出方法を例示するものであって、本発明はパック電池の劣化検出方法を以下のものに特定しない。
【００１３】
図１は、ハイブリッドカーや電気自動車に使用されるパック電池の劣化検出回路を有する回路を示している。ただし、本発明のパック電池の劣化検出方法は、ハイブリッドカーや電気自動車以外の用途にも使用できる。この図の装置は、温度センサー２を有するパック電池１と、パック電池１の温度を検出して電池の劣化を判定すると共に、パック電池１の充放電を制御する演算回路３と、演算回路３に接続されて自動車の走行状態を制御するエンジンＥＣＵ４と、演算回路３に制御されてパック電池１を冷却するファン５を備える。
【００１４】
パック電池１は、多数の二次電池を直列に接続している。二次電池は、ニッケル−水素電池、ニッケル−カドミウム電池、またはリチウムイオン二次バッテリーパック等である。パック電池１は、電池温度を検出するための温度センサー２を有する。温度センサー２は、温度によって抵抗が変化する素子、たとえば、サーミスター、バリスター、ＰＴＣ等である。
【００１５】
パック電池１は、好ましくは、全ての電池の表面に温度センサー２を固定して、各々の電池温度を独立して検出する。このパック電池１は、電池温度変化率を検出して、どの電池が劣化し、あるいは故障したかを、電池単位で特定できる。ただ、パック電池１は、全体を複数の電池ブロックに分割して、電池ブロックを接続する構造とすることもできる。このパック電池１は、電池単位では劣化や故障を特定できないが、電池ブロックの単位で劣化等を判定できる。
【００１６】
パック電池１を構成する電池ブロックは、複数の電池を直列または並列に接続しているモジュール電池で構成する。このパック電池１は、複数のモジュール電池を直列に、あるいは並列に接続して製作される。ハイブリッドカーに使用されるパック電池１は、電池を直列に接続してモジュール電池とし、さらに、複数のモジュール電池を直列に接続してパック電池１としている。
【００１７】
電池ブロックの単位で温度を検出するパック電池１は、各々の電池ブロックにひとつの温度センサー２を固定する。このパック電池１は、少ない温度センサー２で電池ブロックの劣化等を判別できる。ただ、電池ブロックを構成する全ての電池に温度センサー２を固定して、電池ブロックの温度を検出することもできる。このパック電池１は、複数の温度センサー２を直列に接続する。直列に接続している温度センサー２は、いずれかの電池が劣化して温度が上昇すると、温度が上昇した電池に固定している温度センサー２の抵抗が増加するので、これを直列に接続している温度センサー２のトータルの電気抵抗が増加する。
【００１８】
モジュール電池を接続して、モジュール電池の単位で温度を検出するパック電池１、いいかえると、モジュール電池の温度を検出するパック電池１は、温度を検出するモジュール電池の単位となって数が少なく、モジュール電池の劣化や故障を検出できる。
【００１９】
演算回路３は、温度センサー２から入力される温度信号から、電池温度変化率を検出し、検出した電池温度変化率から電池の劣化や故障を判定する。図２は、Ｄサイズのニッケル−水素電池を６個直列に接続したモジュール電池とし、これを平行に８列に並べたものを２段に重ねて、各々の電池温度を検出したグラフである。このグラフに示すように、劣化した電池は、正常な電池に比較して電池温度変化率が大きくなる。したがって、演算回路３は電池温度変化率を演算して、電池が正常であるか、あるいは劣化または故障しているかを判定する。
【００２０】
全ての電池の電池温度変化率を検出する装置は、隣に隣接して配設している電池の電池温度変化率に電池温度変化率を比較し、あるいは、全ての電池の平均電池温度変化率に電池温度変化率を比較して、電池の劣化や故障を判定する。さらに、複数の電池ブロックの温度を検出する装置は、隣に隣接して配設している電池ブロックの電池温度変化率に電池温度変化率を比較し、あるいは、全ての電池ブロックの平均電池温度変化率に比較して、電池ブロックの劣化や故障を判定する。
【００２１】
この図の装置は、図３のフローチャートで以下のようにして電池の劣化等を検出する。
［ｎ＝１のステップ］
演算回路３は、通常の充放電パターンで、パック電池１を充放電させる。
［ｎ＝２のステップ］
電池の電池温度変化率を検出し、検出した電池温度変化率を隣の電池で比較し、各々の電池の電池温度変化率が、Ｘ倍以上であるかどうかを判定する。電池温度変化率は、単位時間に温度が上昇する割合であるから、たとえば、所定の時間間隔で電池温度を検出し、検出した温度差を時間で割って演算される。電池温度を検出する時間間隔は、たとえば１分間隔とする。ただし、電池温度を検出する時間間隔は、１０秒〜５分間隔とすることもできる。電池温度変化率の差を比較するＸ倍の係数は、電池のタイプ、電池サイズ、電池本数等を考慮して決定する。図２に示すグラフにおいて、劣化した電池は、充電を開始したときに、約２．５℃／分の電池温度変化率で温度が上昇する。これに対して正常な電池の電池温度変化率は、約０．３℃／分以下となる。劣化した電池の隣の電池は、約０．７℃／分の電池温度変化率で温度が上昇する。したがって、このグラフで示すように温度が上昇するパック電池１は、Ｘ倍を３倍に設定して、劣化した電池を判別できる。このステップにおいて、電池温度変化率がＸ倍よりも小さいと、ｎ＝１のステップにループする。
【００２２】
［ｎ＝３のステップ］
比較した電池温度変化率がＸ倍よりも大きいと、Ｙ秒経過後にさらに電池温度を検出し、電池温度変化率がＸ倍よりも大きくなった電池の温度と他の電池の温度とを比較し、温度差が拡大しているかどうかを判定する。温度差を比較するＹ秒も電池のタイプ、電池のサイズ、電池の本数を考慮して最適値に決定する。Ｙ秒はたとえば、１０秒〜５分とする。電池の温度差が拡大しないときは、電池に問題がないとして、ｎ＝１のステップにループする。
［ｎ＝４のステップ］
電池の温度差が拡大する電池は、劣化しあるいは故障した電池と判定する。
【００２３】
以上のステップで、演算回路３が劣化または故障した電池やモジュール電池を検出すると、このことを表示モニタ（図示せず）に表示する。自動車のドライバーは、表示モニタを確認してパック電池１の劣化を確認する。修理工場においては、表示モニタで故障した電池やモジュール電池を確認して、新しいものに交換する。
【００２４】
エンジンＥＣＵ４は、演算回路３からの信号を考慮しながら、エンジン等を制御して自動車を走行させる。たとえば、パック電池１に劣化した電池を検出すると、その劣化の程度によって、パック電池１からの出力電流を制限するなどの制御をして、パック電池１を保護する。
【００２５】
さらに、演算回路３は、電池温度が上昇するとファン５を駆動して、電池を冷却する。本発明の方法は、電池温度の上昇を検出して電池の劣化や故障を検出するので、電池温度が上昇する前、すなわち、ファン５を駆動する前に電池の劣化や故障を検出する。したがって、ファン５で電池を冷却して電池温度が低下しても、このことが劣化した電池の検出を誤らせることはない。
【００２６】
【発明の効果】
本発明のパック電池の劣化検出方法は、複数の電池を有するパック電池において、電池の劣化を確実に、しかも正確に検出できる特長がある。それは、本発明のパック電池の劣化検出方法が、複数の電池を有するパック電池の温度を検出し、検出した電池温度が変化する電池温度変化率で電池の劣化または故障を検出しているからである。本発明のパック電池の劣化検出方法は、劣化した電池の電池温度変化率が、正常な電池に比較して大きくなる特性を利用して、電池の劣化や故障を検出するので、従来のように、電池電圧から電池の劣化を判別する方法に比べて、確実かつ正確に検出できる。このように、電池の劣化や故障を確実かつ正確に検出できる劣化検出方法は、パック電池の信頼性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例のパック電池の劣化検出方法に使用する回路のブロック図
【図２】パック電池の充電時における各々の電池温度を示すグラフ
【図３】図１に示す装置が電池の劣化を検出する工程を示すフローチャート図
【符号の説明】
１…パック電池
２…温度センサー
３…演算回路
４…エンジンＥＣＵ
５…ファン
【図１】
0003913443.tif 000002
【図２】
0003913443.tif 000003
【図３】
0003913443.tif 000004