(57)【要約】【課題】温度が最大となる電池を設計的に特定して温度を測定することが可能となり、最大電流値を正確に求めることができる。【解決手段】組電池１０の出力電圧を測定する電圧センサ１０２と、複数の電池１２のうち組電池１０の正極端子Ｔ１と負極端子Ｔ２との間において最も経路が短い電池１２の温度を測定する温度センサ１０４と、出力電圧と温度との関係から複数の電池１２を流れる最大電流を推定する電流推定部１０６と、を備える電流推定装置１００とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池が並列に接続された組電池の電流推定装置であって、
前記組電池の出力電圧を測定する電圧計測手段と、
前記複数の電池のうち前記組電池の正極端子と負極端子との間において最も経路が短い電池の温度を測定する温度計測手段と、
前記出力電圧と前記温度との関係から前記複数の電池を流れる最大電流を推定する電流推定手段と、
を備えることを特徴とする組電池の電流推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、組電池の電流推定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の電池をケースに収めた組電池が知られている。特許文献１には、筐体に複数の電池を収め、蓋体により蓋をした組電池が示されている。このような組電池において出力電圧と電池の温度を測定し、これらの測定値から組電池に含まれる電池を流れる電流が推定できる。電池を流れる電流は、電池の使用状況や劣化状態を把握するために利用することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４８１５０２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、組電池内において各電池の温度にはバラツキがあり、試験評価等により最高温度となる電池を特定し、当該電池にサーミスタ等の温度検出器を装着して電池の温度を測定していた。温度を測定する電池を特定するための試験評価には多大な工数が必要となると共に、電池の製造や使用環境の変化等を考慮して温度測定に基づいて推定される電流値を評価し、それに基づいて電池の設計にも余裕を持たせる必要があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の１つの態様は、複数の電池が並列に接続された組電池と、前記組電池の出力電圧を測定する電圧計測手段と、前記複数の電池のうち前記組電池の正極端子と負極端子との間において最も経路が短い電池の温度を測定する温度計測手段と、前記出力電圧と前記温度との関係から前記複数の電池を流れる最大電流を推定する電流推定手段と、を備えることを特徴とする組電池の電流推定装置である。
【発明の効果】
【０００６】
温度が最大となる電池を設計的に特定することが可能となり、試験評価の工数の削減及び電池の設計における余裕を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施の形態における組電池の電流推定装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態における組電池の外観を示す概略斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態における組電池の要部を示す分解斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態における組電池の長手方向に直交する断面を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態における負極バスバーを示す平面図である。
【図６】電池の温度と内部抵抗との関係を示す図である。
【図７】電池の接続状態を説明する図である。
【図８】本発明の実施の形態において温度センサを設ける電池の特定方法を説明する図である。
【図９】本発明の実施の形態において温度センサを設ける電池の特定方法を説明する図である。
【図１０】本発明の他の実施の形態における組電池の外観を示す概略斜視図である。
【図１１】図１０に示す実施の形態における組電池の正極バスバーを示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。本発明の実施の形態における組電池の電流推定装置１００は、図１に示すように、電圧センサ１０２、温度センサ１０４及び電流推定部１０６を含んで構成される。電流推定装置１００は、組電池１０に接続して使用され、電圧センサ１０２によって測定された組電池１０の出力電圧及び温度センサ１０４によって測定された組電池１０内の電池の温度から組電池１０を流れる電流値を推定するために用いられる。
【０００９】
電圧センサ１０２は、組電池１０内において並列に接続された電池１２の組（セグメント）１０ａ〜１０ｃ毎に設けられ、セグメント１０ａ〜１０ｃの各々の出力電圧を測定して電流推定部１０６へ出力する。
【００１０】
温度センサ１０４は、組電池１０内のセグメント１０ａ〜１０ｃ毎に電池１２のうち１つに設けられ、その電池１２の温度を測定して電流推定部１０６へ出力する。温度センサ１０４は、例えば、サーミスタ等とすることができる。温度センサ１０４を設ける電池の設定方法については後述する。
【００１１】
電流推定部１０６は、電圧センサ１０２及び温度センサ１０４の測定値から組電池１０内のセグメント１０ａ〜１０ｃ毎に電池１２に流れる最大電流値を推定する。最大電流値の推定方法については後述する。
【００１２】
次に、本発明の実施の形態における組電池１０の構成について図を用いて説明する。図２は本実施形態の組電池１０の外観を示す概略斜視図であり、図３は要部構成の分解斜視図であり、図４は図２中のＡ−Ａ線の位置で矢印Ａの方向に見たときの断面図である。以下の説明において、上下左右、側方、手前、奥などの方向を表す語句は、特段の断りがない限り、説明に用いている図における方向を示し、組電池１０が実際に設置される方向とは関連しない。
【００１３】
組電池１０は複数の電池１２を含む。電池１２は略円柱形状であり、円柱の一端に正極が、また他端に負極が設けられている。電池１２は、正極のある端が上に配置され、負極端が下に配置される。電池１２は、例えば、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の二次電池とすることができる。
【００１４】
電池ホルダ１４は略板形状であり、板平面に収容孔１６が二次元的に配置されている。収容孔１６は、奥行方向（右手前から左奥に向う方向）に４列配置され、隣の列の収容孔１６同士は半ピッチずれて配置される。収容孔１６は、電池ホルダ１４をその板厚方向において貫通している。各収容孔１６は、電池１２の円柱形状と嵌まり合う円筒形状である。各電池１２は、その下端部が電池ホルダ１４に設けられた収容孔１６にその下端を下方に露出するように収容され、電池ホルダ１４に保持される。
【００１５】
電池１２を保持する電池ホルダ１４の側方周囲を囲うように側方カバー１８が設けられる。側方カバー１８は、その下端が電池ホルダ１４の上面に当接した状態で電池ホルダ１４に固定される。
【００１６】
電池ホルダ１４の下方には排気室カバー２８が配置され、電池ホルダ１４と排気室カバー２８の間に排気室が形成される。電池ホルダ１４と排気室カバー２８は、負極バスバー３０を挟持している。
【００１７】
負極バスバー３０は、電池ホルダ１４と排気室カバー２８の間に封止される。負極バスバー３０は、導体板により形成された負電極とモールド成形されて一体となった樹脂部分を含んで構成することができる。負極バスバー３０には、電池ホルダ１４に収納された各電池１２にそれぞれ対応する貫通開口３２が設けられる。貫通開口３２は、対応する電池１２の下端の面が排気室に対して露出するように設けられる。貫通開口３２内には、負極バスバー３０の一部である接続片３４が設けられ、貫通開口３２を介して接続片３４が電池１２の下端の負極に接触する。
【００１８】
負極バスバー３０には、更に排気開口３６が設けられる。排気開口３６は、電池１２から排気室内に排出されたガスを電池ホルダ１４に設けられた排気通路３８に送るための開口である。電池１２から排出されたガスは、排気室から排気開口３６および排気通路３８を通って組電池１０の外部に排出される。排気通路３８から排出されたガスは、更に排気管またはダクト（不図示）によって適切な位置に導くようにすることができる。
【００１９】
ここで、負極バスバー３０は、図５に示すように、３枚のバスバーセグメント３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃから構成され、組電池１０に収納される複数の電池１２は３つのセグメントに分けられる。バスバーセグメント３０Ａの接続片３４に接触する電池１２は電気的に接続され、それらの電池１２はバスバーセグメント３０Ａによって並列に接続される。バスバーセグメント３０Ｂ，３０Ｃにおいても同様に電池１２は並列に接続される。
【００２０】
また、側方カバー１８は、その上端近傍に天井板２０を有する。天井板２０には、配列された各電池１２にそれぞれ対応する保持開口２２が設けられる。保持開口２２は、各電池１２の上端の周縁に係合して各電池１２の上端を支持する。
【００２１】
天井板２０の上方には、電池１２の正極同士を接続すると共に、外部への端子に繋がる導電性の正極バスバー２４が配置される。正極バスバー２４には各電池１２の正極に対応する位置に接続片が設けられ、保持開口２２を介して接続片が電池１２の上端の正極に接触する。側方カバー１８の上端は、上方カバー２６で覆われる。正極バスバー２４は、上方カバー２６と、側方カバー１８の天井板２０との間に形成された空間内に配置される。
【００２２】
ここで、正極バスバー２４は、図５に示した負極バスバー３０と同様に、３つのバスバーセグメントから構成される。各バスバーセグメントの接続片に接触する電池１２は電気的に接続され、それらの電池１２はバスバーセグメントによって並列に接続されてセグメント１０ａ〜１０ｃとされる。
【００２３】
また、正極バスバー２４及び負極バスバー３０の各バスバーセグメントによって並列に接続された電池１２のセグメントは、隣り合う別のセグメントと直列に接続される。すなわち、組電池１０の端に配置される負極バスバー３０（３０Ａ）のバスバーセグメントは組電池１０の負極端子に接続され、負極バスバー３０（３０Ａ）の当該バスバーセグメントに対向する正極バスバー２４のバスバーセグメントは隣に配置される負極バスバー３０（３０Ｂ）のバスバーセグメントに導電バー（図示しない）によって接続される。同様に、他の正極バスバー２４も隣り合う負極バスバー３０と導電バー（図示しない）によって接続される。組電池１０の端に配置される正極バスバー２４のバスバーセグメントは組電池１０の正極端子に接続される。このようにして、並列に接続された電池１２の各セグメント１０ａ〜１０ｃが直列に接続される。
【００２４】
また、側方カバー１８の側面には、複数のスリット（開口）４０が切り込まれている。複数のスリット４０は、側方カバー１８の長手方向（前後方向）に沿って側方カバー１８の両側面に複数切り込まれている。側方カバー１８の一方の側面には、送風ダクト板４２が設けられる。左右対称の側方カバー１８を２つ組み合わせて互いの送風ダクト板４２を樹脂等で接着することによって、図４に示すように、冷却空気を送り込むための送風通路４４が形成される。側方カバー１８の一方の側面に設けられたスリット４０は冷却空気の供給側となり、他方の側面に設けられたスリット４０は排出側となる。送風通路４４を通じて冷却空気を供給することにより、供給側のスリット４０を介して冷却空気が側方カバー１８の内部に取り込まれる。また排出側のスリット４０から側方カバー１８内の冷却後の空気が排出される。
【００２５】
［温度センサの取り付け位置］
温度センサ１０４は、電池１２が並列に接続された各セグメント１０ａ〜１０ｃに含まれる電池１２のうち、各セグメント１０ａ〜１０ｃの正極端子Ｔ１と負極端子Ｔ２との間で最も低い抵抗となる電池１２に設ける。例えば、組電池１０は図１に示す等価電気回路で表わされ、各セグメント１０ａ〜１０ｃの正極端子Ｔ１と負極端子Ｔ２とからみて最も電流経路が短い電池１２ｘに温度センサ１０４が配置される。
【００２６】
電流経路が最も短いということは、温度センサ１０４が設けられた電池１２ｘは正極端子Ｔ１と負極端子Ｔ２からみて最も抵抗が低いことになる。したがって、電池１２ｘには同じセグメントセグメントに含まれる電池１２の群のうち最も大きな電流が流れ、電流による発熱量も電池１２ｘにおいて最も大きくなる。電池１２の内部抵抗は、図６に示すように、温度の上昇に伴って低下するので、電池１２ｘは他の電池１２に比べて内部抵抗の低下が大きくなり、より大きな電流が流れる。このように、電池１２ｘでは、同じセグメントに含まれる電池１２の群において最大電流が流れる。
【００２７】
また、図７に示すように、各セグメント１０ａ〜１０ｃに含まれる電池１２の正極端子Ｔ１と負極端子Ｔ２とからみた電流経路が等しい場合、各セグメントにおける電池１２の冷却状態に応じて温度センサ１０４を配置することが好適である。
【００２８】
例えば、組電池１０に冷却空気を流すためのスリット４０が設けられている場合、冷却効果が最も悪化すると考えられる冷却空気の後流側の電池１２に温度センサ１０４を設けることが好適である。具体的には、図８に示すように、各セグメント１０ａ〜１０ｃにおいて冷却空気の流れの最後端に位置する電池１２ｙ（図中、ハッチングで示す）に温度センサ１０４を設けることが好適である。
【００２９】
一方、図９に示すように、組電池１０に冷却空気を流すためのスリット４０が設けられていない場合、各セグメント１０ａ〜１０ｃの中央部に熱がこもるため、中央部に位置する電池１２ｚ（図９の場合、各セグメント１０ａ〜１０ｃの電池１２ｚのいずれか１つ）に温度センサ１０４を設けることが好適である。
【００３０】
［処理］
電流推定部１０６では、電圧センサ１０２によって測定された各セグメント１０ａ〜１０ｃの出力電圧Ｖ（正極端子Ｔ１と負極端子Ｔ２との端子間電圧）と、温度センサ１０４によって測定された電池１２の温度Ｔと、を用いて電池１２に流れる最大電流値Ｉｍａｘを算出する。
【００３１】
具体的には、電池１２の温度Ｔから電池１２の内部抵抗Ｒを求めて次式を用いて最大電流値Ｉｍａｘを算出する。なお、電池１２の温度Ｔと内部抵抗Ｒとの関係は予め求めておき、温度Ｔと内部抵抗Ｒとの関係を示すデータベースとして、又は、温度Ｔを引数とした内部抵抗Ｒを求める関数として電流推定部１０６に記憶させておけばよい。
【数１】
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【００３２】
以上のように、本実施の形態の電流推定装置１００によれば、使用時に温度が最大となる電池を設計的に特定することが可能となり、当該電池の温度を測定することによって最大電流値を正確に求めることができる。また、最大電流値を正確に求めるための試験評価の工数の削減できる。また、最大電流値をより正確に求めることができるので、組電池１０の使用に対して余分な余裕度を持たせる必要がなくなる。
【００３３】
次に図１０、図１１を参照しながら、本発明の他の実施形態について説明する。図１から図９を参照して説明した部分には、同様の符号を付して説明は省略する。図１０、１１に示すように、本実施形態の組電池１１０では、バスバーが４つのセグメントに分割されている。図１１は、組電池１１０の上方に取り付けられる正極バスバー１２０を示している。図１１に示すように、正極バスバー１２０は、Ｙ方向に４つの正極バスバーセグメント１２０Ａ，１２０Ｂ，１２０Ｃ，１２０Ｄに分かれている。図１１に示すように負極側のバスバーも、Ｙ方向に４つの負極バスバーセグメント１３０Ａ，１３０Ｂ，１３０Ｃ，１３０Ｄに分かれている。
【００３４】
図１１に示すように、正極バスバーセグメント１２０Ａは、図１０に示すような上下方向に斜めに延びるセグメント間バスバー１２６Ｂによって負極バスバーセグメント１３０Ｂに接続されている。同様に、正極バスバーセグメント１２０Ｂ，１２０Ｃはそれぞれセグメント間バスバー１２６Ｃ，１２６Ｄによって負極バスバーセグメント１３０Ｃ，１３０Ｄに接続されている。また、図１０の一番左側（Ｙ方向マイナス側）の負極バスバーセグメント１３０Ａは、セグメント間バスバー１２６Ａによって負極端子に接続され、図１０、図１１の一番右側（Ｙ方向プラス側）の正極バスバーセグメント１２０Ｄは、図示しないバスバーによって正極端子に接続されている。
【００３５】
また、本実施形態の正極バスバーセグメント１２０Ａ〜１２０Ｄは、各貫通開口１２２から各接続片１２４をＹ方向に突出させている。
【００３６】
以下、正極バスバーセグメント１２０Ｂを例として電流経路と抵抗の大小について説明する。図１１に示すように、貫通開口１２２と接続片１２４とがＸ方向に４列となっており、一番下側（Ｘ方向マイナス側）にセグメント間バスバー１２６Ｃが接続されている場合、一番下側の貫通開口１２２の近傍が上側の他の列の貫通開口近傍よりも抵抗が小さくなる。
【００３７】
次に、一番下の列の貫通開口１２２ａ〜１２２ｄの近傍の抵抗について説明する。貫通開口１２２ａの接続片１２４ａからセグメント間バスバー１２６Ｃに向かって流れる電流は、図１１の点線９１に示すように、接続片１２４ａの根元から絶縁用隙間８１と貫通開口１２２ａとの間の幅の狭い部分を流れる。このため、接続片１２４ａに接続される電池１２の電流経路の抵抗は大きい。中央の貫通開口１２２ｂ、１２２ｃの接続片１２４ｂ，１２４ｃからセグメント間バスバー１２６Ｃに向かって流れる電流は、図１１の実線９２，９３に示すように、接続片１２４ｂ，１２４ｃから直線状にセグメント間バスバー１２６Ｃに向かって正極バスバーセグメント１２０Ｂの幅の広い部分を流れるので、接続片１２４ａからセグメント間バスバー１２６Ｃへの電流流路よりも抵抗が小さい。次に、一番右（Ｙ方向プラス側）の貫通開口１２２ｄの接続片１２４ｄからセグメント間バスバー１２６Ｃに流れる電流は、接続片１２４ｂ，１２４ｃと同様、図９の矢印９４に示すように正極バスバーセグメント１２０Ｂの幅の広い部分を通っていくと共に、図１１に破線９５で示すように、接続片１２４ｄから絶縁用隙間８１と貫通開口１２２ｄとの間を通って電流が流れる。このため、接続片１２４ｄとセグメント間バスバー１２６Ｃとの間が最も電流流路の幅が広く、抵抗が小さくなる。
【００３８】
このため、接続片１２４ｄに接続される電池１２には同じセグメントに含まれる電池１２の群のうち最も大きな電流が流れ、電流による発熱量も電池１２の群において最も大きくなる。電池１２の内部抵抗は、図６に示すように、温度の上昇に伴って低下するので、接続片１２４ｄに接続される電池１２は群の中の他の電池１２に比べて内部抵抗の低下が大きくなり、同じセグメントに含まれる電池１２の群に中で最大電流が流れる。そこで、本実施形態の組電池１１０では、接続片１２４ｄに接続される電池１２に温度センサ１０４を取り付けて温度の測定を行う。
【００３９】
これにより、組電池１１０の使用に対して余分な余裕度を持たせる必要がなくなる。
【符号の説明】
【００４０】
１０，１１０  組電池、１０ａ-１０ｃ  セグメント、１２（１２ｘ，１２ｙ，１２ｚ）  電池、１４  電池ホルダ、１６  収容孔、１８  側方カバー、２０  天井板、２２  保持開口、２４  正極バスバー、２６  上方カバー、２８  排気室カバー、３０  負極バスバー、３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ  バスバーセグメント、３２，１２２，１２２ａ〜１２２ｄ  貫通開口、３４，１２４，１２４ａ〜１２４ｄ  接続片、３６  排気開口、３８  排気通路、４０  スリット、４２  送風ダクト板、４４  送風通路、１００  電流推定装置、１０２  電圧センサ、８１  絶縁用隙間、１０４  温度センサ、１０６  電流推定部。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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