(57)【要約】【課題】電池パックの耐久試験の信頼性を向上させる。【解決手段】電池パック１０を恒温槽３０内に収容した状態で、外部電源３４からリレー２１，２３（コイル２１ａ，２３ａ）に設定電圧Ｖｓｅｔを印加しながら、高圧バッテリ２４の充放電を設定された電流パターンで行う試験条件で、リレー２１，２３（コイル２１ａ，２３ａ）の温度を計測して熱害評価を行う。設定電圧Ｖｓｅｔは、車両搭載使用時のコイル２１ａ，２３ａへの印加電圧を基に設定される。高圧バッテリ２４の電流パターンは、車両搭載使用時の高圧バッテリ２４の出力最大値を基に設定される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池本体及びその周辺機器部品を含み、車両に搭載されて使用される電池パックの耐久試験方法であって、
電池パックを恒温槽内に収容した状態で、周辺機器部品に設定電圧を印加しながら、電池本体の充放電を設定された電流パターンで行う試験条件で、周辺機器部品の熱害評価を行い、
前記設定電圧は、車両搭載使用時の周辺機器部品への印加電圧を基に設定され、
前記電流パターンは、車両搭載使用時の電池本体の出力最大値を基に設定される、電池パックの耐久試験方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池本体及びその周辺機器部品を含み、車両に搭載されて使用される電池パックの耐久試験方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１の電池パックの耐久試験装置では、実車走行時の状態を模擬して設定された充放電条件、及び実車走行箇所の環境条件（温度、湿度、冷却条件）を、恒温恒湿槽、冷却装置、及び充放電装置に設定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２９２６５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電池本体及びその周辺機器部品を含む電池パックにおいて、車両搭載使用時の周辺機器部品の温度は、電池本体の充放電電流や周辺機器部品への印加電圧の影響を受ける。電池パックを車両に搭載しない状態で電池パック単体で耐久試験を行う際に、周辺機器部品の熱害評価の信頼性を向上させるためには、周辺機器部品にとって最も熱的に厳しい車両走行条件を模擬できるような電池本体の充放電電流パターン及び周辺機器部品への印加電圧を考慮した試験条件で周辺機器部品の熱害評価を行うことが望ましい。
【０００５】
本発明は、電池パックの耐久試験の信頼性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る電池パックの耐久試験方法は、上述した目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００７】
本発明に係る電池パックの耐久試験方法は、電池本体及びその周辺機器部品を含み、車両に搭載されて使用される電池パックの耐久試験方法であって、電池パックを恒温槽内に収容した状態で、周辺機器部品に設定電圧を印加しながら、電池本体の充放電を設定された電流パターンで行う試験条件で、周辺機器部品の熱害評価を行い、前記設定電圧は、車両搭載使用時の周辺機器部品への印加電圧を基に設定され、前記電流パターンは、車両搭載使用時の電池本体の出力最大値を基に設定されることを要旨とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、周辺機器部品にとって最も熱的に厳しい車両走行条件を模擬して周辺機器部品の熱害評価を行うことができるため、電池パックの耐久試験の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】電池パックを備える電動機駆動システムの構成例を示す図である。
【図２】電池パックの耐久試験装置の構成例を示す図である。
【図３】高圧バッテリの電流−電圧特性の一例を示す図である。
【図４】高圧バッテリの電流パターンの一例を示す図である。
【図５】降圧コンバータからリレーのコイルへ電圧を印加する構成例を示す図である。
【図６】本発明の実施形態に係る電池パックの耐久試験方法の一例を説明するフローチャートである。
【図７】高圧バッテリのＳＯＣの時間変化を計測した結果の一例を示す図である。
【図８】耐久試験時に周辺機器部品の温度の時間変化を計測した結果の一例を示す図である。
【図９】耐久試験時に周辺機器部品の温度の時間変化を計測した結果の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための形態（以下実施形態という）を図面に従って説明する。
【００１１】
図１は、本発明の実施形態に係る耐久試験方法の試験対象である電池パック１０を備える電動機駆動システムの構成例を示す図である。電動機駆動システムは、例えば車両の駆動システムに用いることができ、電池パック１０と昇圧コンバータ（ＤＣ−ＤＣコンバータ）１５とインバータ１６とモータジェネレータ（回転電機）１８と降圧コンバータ（ＤＣ−ＤＣコンバータ）１３と補機バッテリ１４と電子制御装置（ＥＣＵ）５０とを車両に備える。
【００１２】
電池パック１０は、電池本体である充放電可能な高圧バッテリ２４と、その周辺機器部品であるリレー２１，２２，２３及び制限抵抗２５とを含んで構成される。リレー２１，２３は高圧バッテリ２４と昇圧コンバータ１５間に設けられており、さらに、高圧バッテリ２４と昇圧コンバータ１５間には、リレー２２及び制限抵抗２５がリレー２１と並列に設けられている。リレー２１はコイル２１ａを有し、コイル２１ａに電圧が印加されることでリレー２１がオンとなる。同様に、リレー２２，２３はコイル２２ａ，２３ａをそれぞれ有し、コイル２２ａ，２３ａに電圧が印加されることでリレー２２，２３がそれぞれオンとなる。システムの起動時には、リレー２１をオフしたままリレー２２，２３をオンし、高圧バッテリ２４からの電流が制限抵抗２５を流れることで、高圧バッテリ２４からの電流が過大にならないよう制限される。その後は、リレー２１をオンしてリレー２２をオフする。
【００１３】
リレー２１，２３のオン状態において、昇圧コンバータ１５は、スイッチング素子のスイッチング駆動により、高圧バッテリ２４からの直流電圧を昇圧する電力変換を行ってインバータ１６へ出力することが可能である。インバータ１６の正側ライン（電源ライン）ＰＬと負側ライン（グランドライン）ＳＬ間にはコンデンサ１２が設けられており、昇圧コンバータ１５からの出力電力はコンデンサ１２に蓄えられる。一方、昇圧コンバータ１５のスイッチング駆動により、コンデンサ１２に蓄えられた電力を用いて高圧バッテリ２４の充電を行うことも可能である。
【００１４】
インバータ１６は、スイッチング素子のスイッチング駆動により、昇圧コンバータ１５からの直流電圧を１２０°ずつ位相が異なる三相交流に変換する電力変換を行ってモータジェネレータ１８の三相コイルへ供給することが可能である。モータジェネレータ１８は、インバータ１６からの交流電力を受けて回転駆動可能であり、モータジェネレータ１８の動力は車両の走行に用いられる。一方、インバータ１６のスイッチング駆動により、モータジェネレータ１８の三相コイルの交流電圧を直流に変換する電力変換を行って昇圧コンバータ１５へ供給することも可能である。
【００１５】
リレー２１，２３のオン状態において、降圧コンバータ１３は、スイッチング素子のスイッチング駆動により、高圧バッテリ２４からの直流電圧を降圧する電力変換を行って補機バッテリ１４へ出力することが可能である。これによって、補機バッテリ１４の充電を行うことが可能である。その際に、降圧コンバータ１３の出力電圧は、補機バッテリ１４の定格電圧より若干高くなるように設定される。補機バッテリ１４や降圧コンバータ１３からの出力電力は、図示しない補機の駆動に用いられる。
【００１６】
電子制御装置５０は、昇圧コンバータ１５、インバータ１６、及び降圧コンバータ１３の各スイッチング駆動を制御する。さらに、電子制御装置５０は、コイル２１ａ，２２ａ，２３ａへの印加電圧を制御することで、リレー２１，２２，２３のオンオフを制御する。
【００１７】
次に、車両（例えば車室内等）に搭載されて使用される電池パック１０の耐久試験方法について説明する。電池パック１０の耐久試験装置の構成例を図２に示す。本実施形態では、電池パック１０（高圧バッテリ２４とリレー２１，２２，２３と制限抵抗２５）を車両に搭載した状態ではなく恒温槽３０内に収容した状態で、電池パック１０の耐久試験を行う。その際には、電池パック１０を車両に搭載した状態を模擬するために、冷風発生機３１から吸気ダクト３２を介して恒温槽３０内の電池パック１０に冷却風を送ることで、電池パック１０の冷却を行う。また、周辺の風の影響で電池パック１０の温度が変化するのを抑えるために、恒温槽３０内の電池パック１０は模擬内装３３で覆われている。電池パック１０の情報（温度やＳＯＣ）をＣＡＮ（コントローラエリアネットワーク）３５にて読み出して恒温槽３０に通信することで、電池温度やＳＯＣの変化に応じて電池パック１０に流れる電流値を自動的に変化させることが可能である。
【００１８】
電池パック１０の耐久試験においては、電池パック１０に昇圧コンバータ１５とほぼ等価の模擬負荷を接続し、外部電源３４から周辺機器部品であるリレー２１，２３（コイル２１ａ，２３ａ）に設定電圧を印加しながら、高圧バッテリ２４の充放電を設定された電流パターンで行う試験条件で、周辺機器部品であるリレー２１，２３（コイル２１ａ，２３ａ）の温度を計測して熱害評価を行う。以下、試験条件の詳細について説明する。
【００１９】
高圧バッテリ２４の電流パターンは、車両搭載使用時の高圧バッテリ２４の出力最大値を基に設定される。高圧バッテリ２４の充電パワーＷｉｎ、放電パワーＷｏｕｔを最大限に使用することで、高圧バッテリ２４にかかる負荷が大きくなり、高圧バッテリ２４及びその周辺機器部品であるリレー２１，２３の温度上昇が大きくなることから、高圧バッテリ２４の充放電マップより車両搭載使用時の高圧バッテリ２４の充電パワー最大値Ｗｉｎｍａｘ及び放電パワー最大値Ｗｏｕｔｍａｘを算出する。そして、例えば図３に示すような、高圧バッテリ２４の電流−電圧特性（Ｉ−Ｖ特性）において、電流Ｉ×電圧Ｖが充電パワー最大値Ｗｉｎｍａｘになるように電流パターンの充電電流最大値Ｉｉｎｍａｘを決定し、電流Ｉ×電圧Ｖが放電パワー最大値Ｗｏｕｔｍａｘになるように電流パターンの放電電流最大値Ｉｏｕｔｍａｘを決定する。決定した電流パターンの一例を図４に示す。１回あたりの充電期間ｔｉｎ及び放電期間ｔｏｕｔについては、高圧バッテリ２４のＳＯＣ収支が合うように設定される。充電期間ｔｉｎと放電期間ｔｏｕｔとの間のレスト期間（電流０の期間）ｔｒについては、任意に設定可能である。周辺機器部品にとって最も熱的に厳しい使用条件を考慮して電流パターンを決定することで、車両搭載時の使用パターンをほぼ網羅する試験条件とすることができる。
【００２０】
また、外部電源３４からコイル２１ａ，２３ａに印加される設定電圧Ｖｓｅｔは、車両搭載使用時のコイル２１ａ，２３ａへの印加電圧を基に設定される。例えば図５に示すような、車両搭載使用時に降圧コンバータ１３からリレー２１，２３のコイル２１ａ，２３ａへ電圧を印加する構成例では、以下の（１）式により設定電圧Ｖｓｅｔを決定する。（１）式において、Ｖｄｃは車両搭載使用時の降圧コンバータ１３の出力電圧、Ｒａは降圧コンバータ１３と電子制御装置５０間の配線２６の抵抗、Ｒｂは電子制御装置５０とコイル２１ａ，２３ａ間の配線２７の抵抗、Ｉｃは車両搭載使用時に降圧コンバータ１３からコイル２１ａ，２３ａへの印加電圧によりコイル２１ａ，２３ａに流れる電流である。
【００２１】
Ｖｓｅｔ＝Ｖｄｃ−（Ｒａ＋Ｒｂ）×Ｉｃ      （１）
【００２２】
車両搭載使用時には、降圧コンバータ１３で変換された電圧がリレー２１，２３のコイル２１ａ，２３ａに印加されることで、周辺機器部品（リレー２１，２３）の温度に影響を与えるが、コイル２１ａ，２３ａに印加される設定電圧Ｖｓｅｔを試験条件のパラメータとして考慮することで、車両搭載使用時の環境を忠実に再現した試験条件となる。その際には、降圧コンバータ１３の電圧公差や配線２６，２７の抵抗Ｒａ，Ｒｂを考慮して設定電圧Ｖｓｅｔを決定することで、車両搭載使用時の環境をより正確に模擬することができる。
【００２３】
また、電池パック１０の周辺環境温度は、過去の実車評価で得られた周辺機器部品の雰囲気温度を基に設定される。その際には、電池パック１０の搭載位置や搭載構造を考慮して電池パック１０の周辺環境温度を決定することが好ましい。また、電池パック１０の冷却温度については、過去の実車評価結果より電池吸気温度がわかっている場合は、その値を採用し、電池吸気温度がわかっていない場合は、過去のデータ分析結果を引用するか任意の値を設定する。
【００２４】
電池パック１０の耐久試験を行う手順の一例を図６のフローチャートに示す。まずステップＳ１０１では、車両搭載使用時の高圧バッテリ２４の充放電マップを参照し、ステップＳ１０２では、車両搭載使用時の高圧バッテリ２４の充電パワー最大値Ｗｉｎｍａｘ及び放電パワー最大値Ｗｏｕｔｍａｘと、高圧バッテリ２４の電流−電圧特性より、充電電流最大値Ｉｉｎｍａｘ及び放電電流最大値Ｉｏｕｔｍａｘを決定する。そして、ステップＳ１０３では、高圧バッテリ２４の電流パターンを作成する。
【００２５】
ステップＳ１０４では、車両搭載使用時の降圧コンバータ１３の出力電圧Ｖｄｃを参照し、ステップＳ１０５では、降圧コンバータ１３とコイル２１ａ，２３ａ間の配線２６，２７の抵抗Ｒａ，Ｒｂを参照し、ステップＳ１０６では、配線２６，２７の抵抗Ｒａ，Ｒｂによる電圧降下分（Ｒａ＋Ｒｂ）×Ｉｃを算出する。そして、ステップＳ１０７では、外部電源３４からコイル２１ａ，２３ａに印加される設定電圧Ｖｓｅｔを（１）式により決定する。
【００２６】
ステップＳ１０８では、過去の周辺機器部品の温度データの有無が判定され、温度データが有る場合は、ステップＳ１０９において、実車データより周辺機器部品の温度分布を作成してからステップＳ１１０に進み、温度データが無い場合は、ステップＳ１１０に進む。ステップＳ１１０では、電池パック１０が晒される環境温度を予測し、ステップＳ１１１では、電池パック１０の周辺環境温度を決定する。
【００２７】
ステップＳ１１２では、過去の電池パック１０の冷却温度データの有無が判定され、冷却温度データが有る場合は、ステップＳ１１３において、実車データより電池パック１０の冷却温度分布を作成してからステップＳ１１５に進み、冷却温度データが無い場合は、ステップＳ１１４において、電池パック１０の冷却温度を予測し、ステップＳ１１５に進む。ステップＳ１１５では、電池パック１０の冷却温度を決定する。
【００２８】
ステップＳ１１６では、電池パック１０を恒温槽３０内に収容し、ステップＳ１１７では、試験条件の各パラメータを入力し、ステップＳ１１８では、電流パターンを入力する。ステップＳ１１９では、設備エラーの有無が判定され、設備エラーが有る場合は、ステップＳ１２０において設備接続を確認し、ステップＳ１２１において電流パターンを確認してからステップＳ１２２に進み、設備エラーが無い場合は、ステップＳ１２２に進む。ステップＳ１２２では、電池パック１０の耐久試験（周辺機器部品の熱害評価）を開始する。
【００２９】
ステップＳ１２３では、耐久試験時における周辺機器部品（コイル２１ａ，２３ａ）の温度が判定される。コイル２１ａ，２３ａの温度の時間上昇率が１℃／１５分以上である場合は、ステップＳ１２４において電池パック１０の耐久試験（周辺機器部品の熱害評価）を継続する。一方、コイル２１ａ，２３ａの温度の時間上昇率が１℃／１５分より小さい場合は、ステップＳ１２５において電池パック１０の耐久試験（周辺機器部品の熱害評価）を終了する。
【００３０】
車両搭載使用時に高圧バッテリ２４のＳＯＣの時間変化を計測した結果の一例を図７（ａ）に示し、耐久試験時に高圧バッテリ２４のＳＯＣの時間変化を計測した結果の一例を図７（ｂ）に示す。図７（ａ）、（ｂ）に示すように、高圧バッテリ２４のＳＯＣの波形が耐久試験時と車両搭載使用時とで近い傾向となっており、耐久試験時における高圧バッテリ２４の使われ方が車両搭載使用時における高圧バッテリ２４の使われ方に近いものとなっている。
【００３１】
また、耐久試験時にリレー２１（コイル２１ａ）の温度の時間変化を計測した結果の一例を車両搭載使用時と比較して図８に示す。図８に示すように、コイル２１ａの温度の上がり方が耐久試験時と車両搭載使用時とで同様の傾向となっている。値としては耐久試験時の方が車両搭載使用時よりも厳しくなるような条件を選択している。
【００３２】
また、耐久試験時に、外部電源３４からコイル２１ａに印加される設定電圧Ｖｓｅｔを変更しながら、コイル２１ａの温度の時間変化を計測した結果の一例を車両搭載使用時と比較して図９に示す。図９に示すように、コイル２１ａに印加される設定電圧Ｖｓｅｔを変えると、周辺機器部品（コイル２１ａ）の温度結果が変わるため、試験条件のパラメータを変えるだけで車両搭載使用時と整合性のとれた結果が得られる。
【００３３】
以上説明した本実施形態によれば、実車で行われていた周辺機器部品の熱害評価を電池パック１０単体で行うことで、実車で運転者がアクセルとブレーキを操作することによる試験条件のばらつきを防ぐことができるとともに、車両準備による開発工数の増大を抑制することができる。周辺機器部品の熱害評価を電池パック１０単体で行う際には、市場で起こりうる状態を模擬するために、なるべく車両搭載使用時に近い試験条件で耐久試験を行うことが望ましいが、高圧バッテリ２４の電流パターン、周辺機器部品に印加される設定電圧Ｖｓｅｔ、電池パック１０の周辺環境温度、及び電池パック１０の冷却温度のパラメータを設定し、パラメータを変えるだけで如何なる電池パック１０でも車両搭載使用時を模擬した評価が可能となる。さらに、外部電源３４から周辺機器部品（コイル２１ａ，２３ａ）に印加する設定電圧Ｖｓｅｔを車両搭載使用時のコイル２１ａ，２３ａへの印加電圧に基づき設定し、高圧バッテリ２４の電流パターンを車両搭載使用時の高圧バッテリ２４の出力最大値に基づき設定することで、周辺機器部品にとって最も熱的に厳しい車両走行条件を模擬して周辺機器部品の熱害評価を行うことができる。その結果、電池パック１０の耐久試験の信頼性を向上させることができる。
【００３４】
以上の実施形態では、周辺機器部品としてリレー２１，２２（コイル２１ａ，２２ａ）の熱害評価を行う例について説明した。ただし、本実施形態では、例えば充放電制御回路等、リレー２１，２２以外の周辺機器部品の熱害評価を行うことも可能である。
【００３５】
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００３６】
１０  電池パック、１２  コンデンサ、１３  降圧コンバータ、１４  補機バッテリ、１５  昇圧コンバータ、１６  インバータ、１８  モータジェネレータ、２１，２２，２３  リレー、２１ａ，２２ａ，２３ａ  コイル、２４  高圧バッテリ、２５  制限抵抗、３０  恒温槽、３１  冷風発生機、３２  吸気ダクト、３３  模擬内装、３４  外部電源、５０  電子制御装置。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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