(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池の内部温度を検出する内部温度検出装置であって、
前記電池の電槽表面の温度を検出する電槽表面温度検出手段と、
前記電池に流れる電流を検出する電流検出手段と、
該検出された電流の所定時間の平均値を演算し、該演算された平均値に基づいて前記電池の内部における発熱量を推定する発熱量推定手段と、
該推定された発熱量と前記電槽表面温度検出手段により検出された電槽表面の温度とに基づいて前記電池の内部温度を推定する内部温度推定手段とを備え、
前記内部温度推定手段は、前記発熱量推定手段により推定された発熱量に基づいて電槽表面の温度と内部温度との偏差としての補正値を決定する補正値決定手段と、該決定した補正値を前記電槽表面温度検出手段により検出された電槽表面の温度に加算して前記内部温度とする補正値加算手段とを備え、
装置はさらに、
前記電池の冷却条件を判定する冷却条件判定手段を備え、
前記内部温度推定手段は、前記冷却条件判定手段により判定された冷却条件に基づいて前記電池の内部温度を推定する手段である
内部温度検出装置。
【請求項２】
電池の内部温度を検出する内部温度検出装置であって、
前記電池の電槽表面の温度を検出する電槽表面温度検出手段と、
該検出された電槽表面の温度の時間変化率を演算する変化率演算手段と、
該演算された電槽温度の時間変化率に基づいて前記電池の内部における発熱量を推定する発熱量推定手段と、
該推定された発熱量と前記電槽表面温度検出手段により検出された電槽表面の温度とに基づいて前記電池の内部温度を推定する内部温度推定手段とを備え、
前記内部温度推定手段は、前記発熱量推定手段により推定された発熱量に基づいて電槽表面の温度と内部温度との偏差としての補正値を決定する補正値決定手段と、該決定した補正値を前記電槽表面温度検出手段により検出された電槽表面の温度に加算して前記内部温度とする補正値加算手段とを備え、
装置はさらに、
前記電池の冷却条件を判定する冷却条件判定手段を備え、
前記内部温度推定手段は、前記冷却条件判定手段により判定された冷却条件に基づいて前記電池の内部温度を推定する手段である
内部温度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池の内部温度検出装置に関し、詳しくは、電池の内部温度を検出する内部温度検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の電池の内部温度検出装置としては、正極と負極とセパレータと共に熱電対を積層して非水電解液二次電池を構成するものが提案されている（例えば、特開平１０−５５８２５号公報など）。この装置では、電池表面に熱電対からの端子を取り付け、この端子間電圧に基づいて電池内部の温度を検出している。
【０００３】
また、電池の冷却風を制御するものとして、電池の端子間電圧と電池に流れる電流とに基づいて電池内部の発熱量を推定し、この推定された発熱量と電池表面の温度とに基づいて冷却風の風速を求めるものが提案されている（例えば、特開平９−９２３４７号公報など）。なお、この公報には、「電池内部の発熱量と電池表面の温度とに基づいて電池の内部温度を推定し」と記載されているが、電池内部の発熱量と電池表面の温度とに基づいて冷却風の風速を求めているだけで、どのように電池の内部温度を推定するかについては何ら記載されていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、こうした装置は、非水電解液二次電池以外の電池には適用できない場合がある。即ち、熱電対が電解液などにより腐食するような熱電対を内部に取り付けることができないタイプの電池には適用できない。この場合、電池表面、即ち電槽表面の温度を代用することも考えられるが、電槽表面の温度と内部の温度とには偏差が生じるため、電池の充放電の制御の的確性を欠くものとなってしまう。電槽が樹脂などの断熱性を有する材料により形成されているときには、この傾向がクローズアップされる。
【０００５】
本発明の電池の内部温度検出装置は、電池の内部の温度を検出することを目的の一つとする。また、本発明の電池の内部温度検出装置は、電池の内部に直接センサを取り付けることなく電池の内部の温度を精度よく検出することを目的の一つとする。
【０００６】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
本発明の電池の内部温度検出装置は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。
【０００７】
本発明の第１の電池の内部温度検出装置は、
電池の内部温度を検出する内部温度検出装置であって、
前記電池の電槽表面の温度を検出する電槽表面温度検出手段と、
前記電池に流れる電流を検出する電流検出手段と、
該検出された電流の所定時間の平均値を演算し、該演算された平均値に基づいて前記電池の内部における発熱量を推定する発熱量推定手段と、
該推定された発熱量と前記電槽表面温度検出手段により検出された電槽表面の温度とに基づいて前記電池の内部温度を推定する内部温度推定手段とを備え、
前記内部温度推定手段は、前記発熱量推定手段により推定された発熱量に基づいて電槽表面の温度と内部温度との偏差としての補正値を決定する補正値決定手段と、該決定した補正値を前記電槽表面温度検出手段により検出された電槽表面の温度に加算して前記内部温度とする補正値加算手段とを備え、
装置はさらに、
前記電池の冷却条件を判定する冷却条件判定手段を備え、
前記内部温度推定手段は、前記冷却条件判定手段により判定された冷却条件に基づいて前記電池の内部温度を推定する手段であることを要旨とする。
【０００８】
この本発明の第１の電池の内部温度検出装置では、発熱量推定手段が、電流検出手段により検出された電池に流れる電流の所定時間の平均値を演算し、該演算された平均値に基づいて電池の内部における発熱量を推定し、内部温度推定手段が、この推定された発熱量と電槽表面温度検出手段により検出された電槽表面の温度とに基づいて電池の内部温度を推定する。更に、内部温度推定手段は、冷却条件に基づいて補正値を決定して電池の内部温度を推定するので、冷却状態を加味した内部温度の推定が可能となる。こうした本発明の第１の電池の内部温度検出装置によれば、電池内部に直接センサを設けることなく電池の内部温度を検出することができる。
【０００９】
こうした本発明の第１の電池の内部温度検出装置において、前記発熱量推定手段は、前記電流検出手段により検出された電流の所定時間の平均値を演算し、該演算された平均値に基づいて発熱量を推定するので、電池に流れる電流が頻繁に変化する場合であっても電池の内部温度を検出することができる。
【００１０】
本発明の第２の電池の内部温度検出装置は、
電池の内部温度を検出する内部温度検出装置であって、
前記電池の電槽表面の温度を検出する電槽表面温度検出手段と、
該検出された電槽表面の温度の時間変化率を演算する変化率演算手段と、
該演算された電槽温度の時間変化率に基づいて前記電池の内部における発熱量を推定する発熱量推定手段と、
該推定された発熱量と前記電槽表面温度検出手段により検出された電槽表面の温度とに基づいて前記電池の内部温度を推定する内部温度推定手段とを備え、
前記内部温度推定手段は、前記発熱量推定手段により推定された発熱量に基づいて電槽表面の温度と内部温度との偏差としての補正値を決定する補正値決定手段と、該決定した補正値を前記電槽表面温度検出手段により検出された電槽表面の温度に加算して前記内部温度とする補正値加算手段とを備え、
装置はさらに、
前記電池の冷却条件を判定する冷却条件判定手段を備え、
前記内部温度推定手段は、前記冷却条件判定手段により判定された冷却条件に基づいて前記電池の内部温度を推定する手段であることを要旨とする。
【００１１】
この本発明の第２の内部温度検出装置では、変化率演算手段が、電槽表面温度検出手段により検出された電池の電槽表面の温度の時間変化率を演算し、発熱量推定手段が、この演算された電槽表面の温度の時間変化率に基づいて電池の内部における発熱量を推定する。そして、内部温度推定手段が、この推定された発熱量と電槽表面温度検出手段により検出された電槽表面の温度とに基づいて電池の内部温度を推定する。こうした本発明の第２の内部温度検出装置によれば、電池内部に直接センサを設けることなく、電槽表面の温度に基づいて電池の内部温度を検出することができる。
【００１２】
これら本発明の第１または第２の電池の内部温度検出装置において、前記内部温度推定手段は、前記発熱量推定手段により推定された発熱量に基づいて電槽表面の温度と内部温度との偏差としての補正値を決定する補正値決定手段と、該決定した補正値を前記電槽表面温度検出手段により検出された電槽表面の温度に加算して前記内部温度とする補正値加算手段とを備える。
【００１３】
また、本発明の第１または第２の電池の内部温度検出装置において、前記電池の冷却条件を判定する冷却条件判定手段を備え、前記内部温度推定手段は、前記冷却条件判定手段により判定された冷却条件に基づいて前記電池の内部温度を推定する手段であるものとする。こうすれば、より正確に電池の内部温度を検出することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例を用いて説明する。図１は、本発明の一実施例である電池の内部温度検出装置２０の構成の概略を示す構成図である。実施例の電池の内部温度検出装置２０は、図示するように、負荷１８に接続された二次電池１２の電槽表面の温度Ｔｏを検出する温度センサ２２と、二次電池１２に流れる電流Ｉを検出する電流センサ２４と、温度センサ２２により検出される電槽表面の温度Ｔｏや電流センサ２４により検出される電流Ｉなどに基づいて二次電池１２の内部温度Ｔｉを演算する電子制御ユニット３０とを備える。
【００１５】
負荷１８は、実施例では、単に電力を消費する機器を意味するのではなく、二次電池１２を充電する機器なども含まれる。したがって、電流センサ２４によって検出される電流Ｉは、放電電流として検出されたり充電電流として検出される。
【００１６】
二次電池１２には、二次電池１２を冷却する冷却装置１４が併設されている。冷却装置１４による冷却は制御装置１６により制御されており、制御装置１６からは冷却装置１４の冷却状態が電子制御ユニット３０に向けて出力されている。
【００１７】
電子制御ユニット３０は、ＣＰＵ３２を中心として構成されたマイクロプロセッサとして構成されており、処理プログラムを記憶したＲＯＭ３４と、一時的にデータを記憶するＲＡＭ３６と、入出力ポート（図示せず）とを備える。この電子制御ユニット３０には、温度センサ２２からの電槽表面の温度Ｔｏや電流センサ２４からの電流Ｉ，制御装置１６からの冷却装置１４の冷却状態などが入力ポートを介して入力されている。
【００１８】
次に、こうして構成された実施例の電池の内部温度検出装置２０により二次電池１２の内部温度Ｔｉが検出される様子について説明する。図２は、電子制御ユニット３０により実行される内部温度検出処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。なお、このルーチンは、所定時間毎（例えば、５分毎）に繰り返し実行される。
【００１９】
内部温度検出処理ルーチンが実行されると、電子制御ユニット３０のＣＰＵ３２は、まず、電流センサ２４により検出される電流Ｉを読み込む処理を実行する（ステップＳ１００）。続いて、読み込んだ電流Ｉに基づいて二次電池１２の内部の発熱量Ｑを次式（１）により演算する（ステップＳ１０２）。ここでＲは二次電池１２の内部抵抗である。二次電池１２の内部抵抗Ｒは、予め設定しておいてもよいし、二次電池１２の端子間電圧と充放電電流とにより求めるものとしてもよい。なお、実施例では、二次電池１２の内部の発熱量Ｑが内部抵抗Ｒによるジュール発熱量に等しいとした。
【００２０】
Ｑ＝ＩＲ2        （１）
【００２１】
発熱量Ｑを演算すると、これをＲＡＭ３６の所定アドレスに格納し（ステップＳ１０４）、所定時間経過したかを判定する（ステップＳ１０６）。実施例では、所定時間として４分としたが、このルーチンを繰り返し実行する際の間隔未満であれば如何なる時間でもよい。所定時間経過していないときにはステップＳ１００に戻り、ステップＳ１００ないしＳ１０４の処理を繰り返し行なう。
【００２２】
所定時間経過しているときには、それまでに格納した発熱量Ｑに基づいてその平均値としての平均発熱量Ｑａｖｅを計算する処理を行なう（ステップＳ１０８）。次に、冷却条件Ｃを読み込む処理を行なう（ステップＳ１１０）。ここで、冷却条件Ｃは、電子制御ユニット３０が実行する図示しない冷却条件設定処理ルーチンにより冷却装置１４の制御装置１６から出力される冷却装置１４の状態に基づいて設定される。例えば、冷却装置１４が二次電池１２に冷却風を供給する装置であり、制御装置１６が冷却風を発生させるファンの回転数を制御するものであれば、電子制御ユニット３０は、制御装置１６から出力されるファンの回転数に基づいて冷却条件として「良い」，「普通」，「悪い」などのように３段階或いはそれより多い複数段に設定するものとすることができる。そして、設定した冷却条件をＲＡＭ３６の所定アドレスに記憶するものとすれば、ステップＳ１１０の処理はＲＡＭ３６の所定アドレスを読み込む処理となる。なお、制御装置１６から冷却条件Ｃを出力するものとしてもよく、この場合、単に制御装置１６からの冷却条件Ｃを読み込む処理となる。
【００２３】
冷却条件Ｃを読み込むと、平均発熱量Ｑａｖｅと冷却条件Ｃとに基づいて補正値Ｔ１を決定する処理を行なう（ステップＳ１１２）。補正値Ｔ１を決定する際に用いるマップの一例を図３に示す。図３中、曲線Ａは冷却条件Ｃが「良い」の場合の平均発熱量Ｑａｖｅと補正値Ｔ１との関係であり、曲線Ｂは冷却条件Ｃが「普通」の場合の平均発熱量Ｑａｖｅと補正値Ｔ１との関係であり、曲線Ｃは冷却条件Ｃが「悪い」の場合の平均発熱量Ｑａｖｅと補正値Ｔ１との関係である。これら曲線Ａ〜Ｃの各関係は、実験などにより求めることができる。この曲線に影響を与える因子としては、二次電池１２の電槽の材質や厚みなどがある。こうした関係を用いることにより、ステップＳ１１２の処理は、一例として、まず、冷却条件Ｃにより曲線を決定し、決定した曲線に対して平均発熱量Ｑａｖｅを用いることにより補正値Ｔ１を決定するものとすることができる。なお、実施例では、こうした冷却条件Ｃと平均発熱量Ｑａｖｅと補正値Ｔ１との関係をマップとして予めＲＯＭ３４に記憶しておき、冷却条件Ｃと平均発熱量Ｑａｖｅとが与えられると、この冷却条件Ｃと平均発熱量Ｑａｖｅとに対応する補正値Ｔ１を導出するものとした。
【００２４】
補正値Ｔ１が決定されると、温度センサ２２により検出される二次電池１２の電槽表面の温度Ｔｏを読み込み（ステップＳ１１４）、決定した補正値Ｔ１を読み込んだ電槽表面の温度Ｔｏに加えて内部温度Ｔｉを計算する（ステップＳ１１６）。そして、計算した内部温度ＴｉをＲＡＭ３６の所定アドレスに格納して（ステップＳ１１８）、本ルーチンを終了する。図４に、二次電池１２の充放電の電流Ｉと電槽表面の温度Ｔｏと平均発熱量Ｑａｖｅと検出された内部温度Ｔｉの時間変化の一例を示す。
【００２５】
以上説明した実施例の電池の内部温度検出装置２０によれば、二次電池１２の内部に温度センサを設けることなく内部温度Ｔｉを検出することができる。しかも、冷却装置１４による冷却状態をも加味して内部温度Ｔｉを検出することができる。実施例の電池の内部温度検出装置２０によれば、所定時間の平均発熱量Ｑａｖｅを計算し、これに基づいて内部温度Ｔｉを演算するから、充放電電流が著しく変化する使用態様、例えばハイブリッド車に搭載された二次電池などであっても、より正確な内部温度Ｔｉを検出することができる。
【００２６】
実施例の電池の内部温度検出装置２０では、冷却条件Ｃに基づいて補正値Ｔ１を決定するものとしたが、冷却装置１４を備えない構成や、冷却装置１４を備えるが冷却条件Ｃを変更しない構成、例えば一定の回転数で冷却ファンを常に駆動する構成などの場合には、冷却条件Ｃを加味しないものとしてもよい。この場合図３に例示するマップは、単一の曲線だけとなる。
【００２７】
次に、本発明の第２の実施例としての電池の内部温度検出装置２０Ｂについて説明する。第２実施例の電池の内部温度検出装置２０Ｂは、電流センサ２４を備えない点を除いて図１に例示した第１実施例の電池の内部温度検出装置２０と同一のハード構成をしている。したがって、第２実施例の電池の内部温度検出装置２０Ｂのハード構成についての説明は省略する。
【００２８】
第２実施例の電池の内部温度検出装置２０Ｂでは、図２の内部温度検出処理ルーチンに代えて図５に例示する内部温度検出処理ルーチンを実行する。このルーチンは、ステップＳ２００〜Ｓ２０２の処理を除いて図２のルーチンと同一の処理を行なう。重複した説明を回避するため、同一処理についての説明は省略する。なお、このルーチンも所定時間毎（例えば５分毎）に繰り返し実行される。
【００２９】
図５の内部温度検出処理ルーチンが実行されると、電子制御ユニット３０のＣＰＵ３２は、まず、温度センサ２２により検出される電槽表面の温度Ｔｏを読み込む処理を実行する（ステップＳ２００）。そして、電槽表面の温度Ｔｏの時間変化率ｄＴ／ｄｔを演算する処理を行なう（ステップＳ２０１）。電槽表面の温度Ｔｏの時間変化率ｄＴ／ｄｔは、ステップＳ２００で読み込んだ電槽表面の温度Ｔｏから前回ステップＳ２００によって読み込んだ電槽表面の温度Ｔｏを減じ、これを前回ステップＳ２００により読み込んだときから今回読み込むまでの間の時間Δｔで割って求める。厳密には、時間変化率ｄＴ／ｄｔは、瞬間的な変化率ではなく平均変化率となる。
【００３０】
そして、求めた時間変化率ｄＴ／ｄｔに基づいて発熱量Ｑを求める処理を行なう（ステップＳ２０２）。通常、電槽表面の温度Ｔｏの時間変化率ｄＴ／ｄｔは発熱量Ｑに比例するから、時間変化率ｄＴ／ｄｔと発熱量Ｑとの関係を実験などにより求めてマップとすれば、時間変化率ｄＴ／ｄｔから発熱量Ｑを求めることができる。実施例では、こうしたマップを予めＲＯＭ３４に記憶しておき、時間変化率ｄＴ／ｄｔが与えられると、このマップから発熱量Ｑを導出するものとした。
【００３１】
そして、求めた発熱量Ｑを格納し（ステップＳ２０４）、所定時間経過したかを判定する（ステップＳ２０６）。以下、ステップＳ２０８以降の処理は、図２に例示する内部温度検出処理ルーチンのステップＳ１０８以降の処理と同一である。
【００３２】
以上説明した第２実施例の電池の内部温度検出装置２０Ｂによれば、電槽表面の温度Ｔｏの時間変化率ｄＴ／ｄｔに基づいて発熱量Ｑを求め、その時間平均値としての平均発熱量Ｑａｖｅと電槽表面の温度Ｔｏとに基づいて内部温度Ｔｉを推定することができる。第２実施例の電池の内部温度検出装置２０Ｂは、発熱量Ｑの求め方以外は第１実施例と同様であるから、第２実施例でも前述した第１実施例の電池の内部温度検出装置２０が奏する効果と同一の効果を奏することができる。
【００３３】
以上、本発明の実施の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例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。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例である電池の内部温度検出装置２０の構成の概略を示す構成図である。
【図２】  電子制御ユニット３０により実行される内部温度検出処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図３】  冷却条件Ｃと平均発熱量Ｑａｖｅと補正値Ｔ１との関係を例示するマップの一例を示す説明図である。
【図４】  二次電池１２の充放電の電流Ｉと電槽表面の温度Ｔｏと平均発熱量Ｑａｖｅと検出された内部温度Ｔｉの時間変化の一例を示す説明図である。
【図５】  第２実施例の電池の内部温度検出装置２０Ｂにより実行される内部温度検出処理ルーチンの一部の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１２  二次電池、１４  冷却装置、１６  制御装置、１８  負荷、２０，２０Ｂ  電池の内部温度検出装置、２２  温度センサ、２４  電流センサ、３０  電子制御ユニット、３２  ＣＰＵ、３４  ＲＯＭ、３６  ＲＡＭ。
【図１】
0004383596.tif 000002
【図２】
0004383596.tif 000003
【図３】
0004383596.tif 000004
【図４】
0004383596.tif 000005
【図５】
0004383596.tif 000006