JP2008041509A

JP2008041509A - 電池の劣化検出装置

Info

Publication number: JP2008041509A
Application number: JP2006216353A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Demura; 洋志出村
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-08-09
Filing date: 2006-08-09
Publication date: 2008-02-21

Abstract

【課題】少ない温度センサを効率よく配置し、電池の劣化を検出する電池の劣化検出装置を提供する。
【解決手段】電池の劣化検出装置は、ケース２０に収納された電池１２と、電池１２を冷却する冷却ファン１８と、冷却ファン１８が送る空気の温度をケース２０の流入口３２で検出する流入温度センサ２２と、ケース２０の流出口３４で検出する流出温度センサ２４を有する。さらに、電池の劣化検出装置は、流入温度センサ２２より検出された温度と流出温度センサ２４より検出された温度の温度差に基づいて、電池１２の劣化を検出する劣化検出部２６を有する。これにより、２つの温度センサ２２，２４を効率よく配置し、電池１２の劣化を検出することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電池の劣化検出装置、特に電池の温度により電池の劣化を検出する装置に関する。

車両を駆動するモータに電力を供給する電力源として、電池が用いられる。この電池は、複数の単電池を直列に接続して構成される組電池を複数有し、これらの組電池を更に直列に接続して構成される。この構成により、電池は、モータが必要とする高電圧を確保し、モータに電力を供給している。

電池は経年劣化すると、モータに供給される電力が不足し、車両の走行性能が低下してしまう。車両の走行性能の低下を防ぐため、電池の状態からこの電池が劣化していることを検出する技術が知られている。

下記特許文献１には、組電池ごとに温度センサを設け、温度センサより検出された組電池の温度に基づいて電池の劣化を検出する技術が開示されている。この技術では、劣化した電池が正常の電池より多くの熱を発生するという特性を活用し、劣化した電池を判断している。すなわち、ある組電池の温度が他の組電池の温度より上昇している場合、温度が上昇している組電池を劣化した電池として判断している。

特開２００１−３１３０８７号公報特開２００４−３１１９２号公報

上記技術では、電池の温度を検出するため、温度センサを組電池ごとに設ける必要がある。このため、例えば組電池の個数が多い場合、それに合わせ温度センサの個数が多くなってしまうという問題があった。

本発明の目的は、少ない温度センサを効率よく配置し、電池の劣化を検出する電池の劣化検出装置を提供することにある。

本発明は、ケースに収納された電池の劣化を検出する電池の劣化検出装置において、前記ケース内に空気を送り、前記電池を冷却する冷却ファンと、前記冷却ファンが送る空気の温度を、前記ケースの流入側で検出する第一温度検出手段と、前記冷却ファンが送る空気の温度を、前記ケースの流出側で検出する第二温度検出手段とを有し、さらに、前記第一温度検出手段より検出された温度と前記第二温度検出手段より検出された温度の温度差に基づいて、前記電池の劣化を検出する電池劣化検出手段を有することを特徴とする。

また、前記電池劣化検出手段は、前記温度差が所定値以上のときに、電池が劣化したと判断することが好適である。

また、前記電池劣化手段は、前記冷却ファンの風量に基づいて、前記所定値を変更することが好適である。

また、前記電池は、複数の単電池を直列に接続して構成される組電池を複数有し、前記組電池は互いに間隔をおいて配置され、当該間隔の間に、前記冷却ファンより送られる空気を通す空間が形成されており、前記第二温度検出手段は、前記組電池の間を通った空気の温度を検出するよう設けられていることが好適である。

さらに、前記電池の充電状態を検出する充電状態検出手段を有し、前記電池劣化検出手段は、前記充電状態検出手段より検出された充電状態が上限値または下限値付近にあるときに、電池の劣化を検出する動作を行なうことが好適である。

本発明の電池の劣化検出装置によれば、少ない温度センサを効率よく配置し、電池の劣化を検出することができる。

以下、本発明の実施形態について、図面に従って説明する。図１は、本実施形態に係る電池パック１０の概略構成を示す図である。本実施形態の電池パック１０は、原動機としてモータ（図示せず）を搭載する自動車、例えばハイブリッド自動車に搭載され、そのモータに電力を供給する装置である。

電池パック１０は、電池１２と、この電池１２を冷却する冷却ファン１８を有している。電池１２は、二次電池、例えばニッケル水素二次電池またはリチウムイオン二次電池であり、電池パック１０のケース２０に収納されている。電池１２は、複数の単電池１４を直列接続して構成される組電池１６を複数有し、これらの組電池１６を直列接続して構成される。この構成により、電池１２は、モータが必要とする高電圧を確保している。

冷却ファン１８は、電池１２を冷却するために、ケース２０に収納されている電池１２に空気（以下、冷却空気という）を送る。冷却空気が電池１２を冷却できるよう、ケース２０には、冷却空気がケース２０に流入するための流入口３２と、ケース２０から流出するための流出口３４が形成されている。また、冷却空気が電池１２を冷却できるよう、ケース２０内の組電池は互いに間隔をおいて配置されている。つまり、それらの組電池１６の間に、冷却空気を通す空間が形成される。これらの構成により、冷却空気は、ケース２０内に配置されている複数の組電池１６の間を、組電池１６を構成する全ての単電池１４に接しながら、図１の矢印方向に流れることができる。よって、冷却空気は、電池１２を構成する全ての単電池１４から発生する熱を除去することができる。

電池パック１０には、電池１２の劣化を検出する劣化検出部２６が設けられている。劣化検出部２６は、流入及び流出温度センサ２２，２４と、冷却ファン制御部２８と、充電状態検出部３０からの各種信号に基づいて、電池１２の劣化を検出する。

流入温度センサ２２は、例えばケース２０の流入口３２に設けられ、電池１２を冷却する前の冷却空気の温度を検出する。流出温度センサ２４は、例えばケース２０の流出口３４に設けられ、電池１２を冷却した後の冷却空気の温度、すなわち電池１２を冷却した結果、温度が上昇した冷却空気の温度を検出する。

冷却ファン制御部２８は、冷却ファン１８の動作を制御する装置であり、例えば冷却ファン１８の回転速度を３段階に制御し、冷却ファン１８の風量を変更する。冷却ファン制御部２８は、その制御により変更された冷却ファン１８の風量に関する信号を劣化検出部２６に送出する。

充電状態検出部３０は、電池１２の充電状態（ＳＯＣ：State of Charge）を検出する装置である。一般に電池の充電状態が０％または１００％に近い状態で電池を使用すると、電池寿命が短くなる。電池寿命を長くするため、電池１２の充電状態は、例えば下限値２０％から上限値８０％の範囲内に保たれている。充電状態検出部３０は、例えば電池１２の電流センサ及び電圧センサ（図示せず）の検出結果に基づいて、電池１２の充電状態を算出する。充電状態検出部３０は、算出された電池１２の充電状態を劣化検出部２６に出力する。

劣化検出部２６は、上記の各種信号に基づいて、電池１２の劣化を検出する。電池１２の劣化を検出するために、劣化検出部２６は、流入及び流出温度センサ２２，２４より検出された冷却空気の温度に基づいて、電池１２が劣化しているかを判断する。一般に劣化した電池から発生する熱は、劣化していない電池のそれより大きい。すなわち、電池１２に劣化した単電池１４が含まれる場合、冷却空気により除去される熱が大きくなる。つまり、流入温度センサ２２より検出された温度と流出温度センサ２４より検出された温度の温度差（以下、冷却空気温度差という）が大きくなる。よって、劣化検出部２６は、冷却空気温度差を算出し、この冷却空気温度差が正常な電池１２であると認められる温度差（以下、許容温度差という）より大きい場合、電池１２が劣化していると判断する。なお、許容温度差は、予め実験により求めることができる。

また、劣化検出部２６は、電池１２の劣化を検出するために、冷却ファン制御部２８より出力された冷却ファン１８の風量に関する信号に基づいて、許容温度差を変更する。冷却ファン１８の風量が異なれば、電池１２から発生する熱が同じでも、冷却空気温度差が異なるからである。劣化検出部２６は、許容温度差を変更するため、冷却ファン１８の風量にそれぞれ対応する許容温度差を記憶したテーブルを有している。このテーブルから、冷却ファン１８の風量に関する信号に対応する許容温度差が設定される。

さらに、劣化検出部２６は、充電状態検出部３０より出力された電池１２の充電状態に基づいて、電池１２の劣化を検出する動作を実行するか判断する。一般に電池の充電状態により、劣化した電池から発生する熱の大きさが異なる。電池の充電状態が５０％付近または２５％〜７５％である場合、劣化した電池から発生する熱は、正常な電池から発生する熱より大きい。これに比べ、電池の充電状態が下限値付近（例えば２０％〜２５％）、及び上限値付近（例えば７５％〜８０％）である場合、電池に含まれる劣化した単電池は既に過充電状態または過放電状態であるため、この単電池から発生する熱がより大きくなる。つまり、本実施形態において、電池１２に劣化した単電池１４が含まれる場合、冷却空気温度差がより大きくなり、冷却空気温度差と許容温度差の違いが明確になる。よって、電池１２の充電状態が上記範囲にあるときに、電池１２の劣化を検出する動作を実行することにより、電池１２の劣化を精度よく、比較的容易に判断することができる。

次に、劣化検出部２６の制御動作を図に従って説明する。図２は、図１に示す劣化検出部２６の制御動作例を示すフローチャート図である。

ステップＳ０１において、充電状態検出部３０により電池１２の充電状態Ｖが検出される。

ステップＳ０２では、充電状態Ｖが劣化検出部２６に予め記憶されている二つの領域に属するか否かが判定され、これらの領域に充電状態Ｖが属する場合、ステップＳ０３が実行される。すなわち、充電状態Ｖが、例えば２０％以上、２５％以下、または７５％以上、８０％以下に属する場合、ステップＳ０３が実行される。また、これらの領域に充電状態Ｖが属さない場合、本制御動作は終了する。

ステップＳ０３では、冷却ファン１８が動作しているか否かが判定される。冷却ファン１８が動作している場合、ステップＳ０４が実行される。また、冷却ファン１８が動作していない場合、後のステップにおいて冷却空気の温度差ｔ_２−ｔ_１を算出することができないため、本制御動作は終了する。

ステップＳ０４では、冷却ファン１８の風量に基づいて、許容温度差ΔＴが設定される。劣化検出部２６は、冷却ファン１８の各風量、すなわち強・中・弱運転時の風量にそれぞれ対応する許容温度差ΔＴ_１，ΔＴ_２，ΔＴ_３を記憶したテーブルを有している。このテーブルから、現状の冷却ファン１８の風量に対応する許容温度差ΔＴ_１〜ΔＴ_３のいずれか１つが設定される。

ステップＳ０５において、流入温度センサ２２と流出温度センサ２４により冷却空気の温度ｔ_１，ｔ_２が検出される。

ステップＳ０６において、ステップＳ０５で検出された冷却空気の温度ｔ_１，ｔ_２から冷却温度差ｔ_２−ｔ_１が算出される。そして、この冷却空気温度差ｔ_２−ｔ_１とステップ０４で設定された許容温度差ΔＴが比較される。比較された結果、冷却空気温度差ｔ_２−ｔ_１が許容温度差ΔＴ以上の場合、劣化検出部２６は、電池１２に劣化した単電池１４が含まれていると判断する。そして、ステップＳ０７が実行され、劣化検出部２６は電池１２の劣化を検出し、本制御動作は終了する。また、ステップＳ０６において、比較された結果、冷却空気温度差ｔ_２−ｔ_１が許容温度差ΔＴ未満の場合、劣化検出部２６は、電池１２に劣化した単電池１４が含まれていないと判断し、本制御動作は終了する。

以上の構成によれば、流入及び流出温度センサ２２，２４という２つの温度センサを配置するだけで電池１２から発生する熱の状況を把握でき、電池１２の劣化を検出することができる。つまり、組電池１６の個数に関係なく、上記２つの温度センサを配置することにより、電池１２の劣化を検出することができる。

次に、上記実施形態の構成より更に精度良く電池の劣化を検出することができる構成を図に従って説明する。図３は、本実施形態に係る別の電池パック１０の概略構成を示す図である。

図３に示されるように、流出温度センサ２４以外については上記実施形態の構成と変わらないので説明を省略する。冷却空気は、組電池１６の間を、これらの組電池１６を構成する全ての単電池１４に接しながら、単電池１４から発生する熱を除去するように流れる。本実施形態の流出温度センサ２４は、各組電池１６の間を通過した冷却空気ごとに温度を検出できるよう配置されている。本実施形態では、組電池１６が４列並んでいるため、流出温度センサ２４は３個配置される。

劣化検出部２６は、流入及び流出温度センサ２２，２４より検出された冷却空気の温度から冷却温度差を算出し、この冷却温度差に基づいて、電池１２が劣化しているかを判断する。つまり、劣化検出部２６は、流入温度センサ２２より検出された冷却空気の温度と各流出温度センサ２４より検出された３箇所の冷却空気の温度から３つの冷却空気温度差を算出する。そして、これらの冷却空気温度差のうち少なくとも１つが許容温度差より大きい場合、電池１２が劣化していると判断する。

次に、劣化検出部２６の制御動作について説明する。なお、上記実施形態における劣化検出部２６の制御動作と変わらない点については説明を省略する。

ステップＳ０５において、流出温度センサ２４より３箇所の冷却空気の温度が検出され、ステップＳ０６が実行される。ステップＳ０６において、ステップＳ０５で検出された冷却空気の温度ｔ_１，ｔ_２から３つの冷却温度差ｔ_２−ｔ_１が算出される。そして、これら３つの冷却空気温度差ｔ_２−ｔ_１とステップＳ０４で設定された許容温度差ΔＴが比較される。比較された結果、これらの冷却空気温度差ｔ_２−ｔ_１のうち少なくとも１つが許容温度差ΔＴ以上の場合、劣化検出部２６は、該当する冷却空気温度差ｔ_２−ｔ_１の流出温度センサ２４が対象とする組電池１６に劣化した単電池１４が含まれていると判断する。つまり、劣化検出部２６は、電池１２に劣化した単電池１４が含まれていると判断する。そして、ステップＳ０７が実行され、劣化検出部２６は電池１２の劣化を検出し、本制御動作は終了する。

このように流出温度センサ２４を複数配置する構成によれば、冷却空気が通った両脇の組電池ごとに発生する熱の状況を把握することができるため、精度よく電池１２の劣化を検出することができる。つまり、流出温度センサ２４一個あたりが対象とする単電池１４が少なくなるため、劣化した単電池１４の数が少なくても、その劣化により発生する熱が冷却空気の温度として流出温度センサ２４に検出され易くなる。よって、精度よく電池１２の劣化を検出することができる。

この実施形態では、複数の冷却空気温度差と許容温度差を比較して電池１２の劣化を判断しているが、この構成に限定されるものではない。複数の冷却空気温度差について互いに比較し、冷却空気温度差の変化率に基づいて、電池１２が劣化していると判断してもよい。すなわち、ある冷却空気温度差の変化率が他の冷却空気温度差の変化率より大きい場合、変化率の大きい冷却空気温度差となった組電池１６に劣化した単電池１４が含まれると判断してもよい。一般に劣化した電池は、正常の電池に比べ温度の上昇が著しいため、この温度の上昇が冷却温度差の変化率として現れるからである。

本実施形態に係る電池パックの概略構成を示す図である。図１に示す劣化検出部の制御動作例を示すフローチャート図である。本実施形態に係る別の電池パックの概略構成を示す図である。

符号の説明

１０電池パック、１２電池、１４単電池、１６組電池、１８冷却ファン、２０ケース、２２流入温度センサ、２４流出温度センサ、２６劣化検出部、２８冷却ファン制御部、３０充電状態検出部、３２流入口、３４流出口。

Claims

ケースに収納された電池の劣化を検出する電池の劣化検出装置において、
前記ケース内に空気を送り、前記電池を冷却する冷却ファンと、
前記冷却ファンが送る空気の温度を、前記ケースの流入側で検出する第一温度検出手段と、
前記冷却ファンが送る空気の温度を、前記ケースの流出側で検出する第二温度検出手段と、
を有し、
さらに、前記第一温度検出手段より検出された温度と前記第二温度検出手段より検出された温度の温度差に基づいて、前記電池の劣化を検出する電池劣化検出手段を有する、
ことを特徴とする電池の劣化検出装置。
請求項１記載の電池の劣化検出装置において、
前記電池劣化検出手段は、前記温度差が所定値以上のときに、電池が劣化したと判断する、
ことを特徴とする電池の劣化検出装置。
請求項２に記載の電池の劣化検出装置において、
前記電池劣化手段は、前記冷却ファンの風量に基づいて、前記所定値を変更する、
ことを特徴とする電池の劣化検出装置。
請求項１から３のいずれか１に記載の電池の劣化検出装置において、
前記電池は、複数の単電池を直列に接続して構成される組電池を複数有し、
前記組電池は互いに間隔をおいて配置され、当該組電池の間に、前記冷却ファンより送られる空気を通す空間が形成されており、
前記第二温度検出手段は、前記組電池の間を通った空気の温度を検出するよう設けられている、
ことを特徴とする電池の劣化検出装置。
請求項１から４のいずれか１に記載の電池の劣化検出装置において、
前記電池の充電状態を検出する充電状態検出手段を有し、
前記電池劣化検出手段は、前記充電状態検出手段より検出された充電状態が上限値または下限値付近にあるときに、電池の劣化を検出する動作を行なう、
ことを特徴とする電池の劣化検出装置。