JP2004311290A - Temperature difference reduction device for battery pack, and battery pack - Google Patents

Temperature difference reduction device for battery pack, and battery pack Download PDF

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JP2004311290A
JP2004311290A JP2003105289A JP2003105289A JP2004311290A JP 2004311290 A JP2004311290 A JP 2004311290A JP 2003105289 A JP2003105289 A JP 2003105289A JP 2003105289 A JP2003105289 A JP 2003105289A JP 2004311290 A JP2004311290 A JP 2004311290A
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battery
temperature
battery pack
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main relay
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Hiroshi Demura
洋志 出村
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Toyota Motor Corp
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Toyota Motor Corp
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

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  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Mounting, Suspending (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To make uniform the temperature of battery cells without using a special temperature control mechanism. <P>SOLUTION: A battery pack 10 is constructed of a plurality of battery modules 400, and system main relays 200, 300 are provided at both ends of the battery pack 10. A battery ECU (electronic control unit) 100 includes a circuit for detecting the battery temperature based on a signal from a plurality of temperature sensors 420, 430, 440 provided in the battery pack 10; and a circuit controlling so as to lower the duty ratio of the impressing current on the solenoid coil of the system main relay on the high temperature side of the battery and to increase the duty ratio of the impressing current on the solenoid coil of the system main relay on the low temperature side of the battery, basing on the detected temperature of the battery. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド車（ＨＶ）等に用いられる二次電池に関し、特に、温度による電池性能の低下を防止する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動機により車両の駆動力を得る、電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池車は、二次電池を搭載している。電気自動車は、この二次電池に蓄えられた電力を用いて電動機を駆動して車両を駆動する。ハイブリッド自動車は、この二次電池に蓄えられた電力を用いて電動機を駆動して車両を駆動したり、電動機によりエンジンをアシストして車両を駆動したりする。燃料電池車は、燃料電池による電力を用いて電動機を駆動して車両を駆動したり、この燃料電池による電力に加えて二次電池に蓄えられた電力を用いて電動機を駆動して車両を駆動したりする。
【０００３】
これらの二次電池は、高電圧高出力を必要とするため、１．２Ｖ程度の電池セルを６個程度直列に接続した電池モジュールを、３０個程度直列に接続して電池パックを形成している。このような構成を有する電池パックにおいては、充放電時に発生する化学反応により発熱する。このような発熱に対して、空気などにより冷却するようになっている。しかし、電池パックの大きさなどによっては、均一に冷却されずに電池セル間で温度差が発生する。
【０００４】
一方、電池パックにおいて、電池セルの温度差が発生すると、一様な温度である場合に比較して、電池セルの使用領域（たとえば、ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅｓ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）で定義される電池の使用が可能とされる領域）が狭まる可能性がある。このように、電池パックの温度については、電池性能に密接な関係を有する。
【０００５】
特開２００２−２６０７４５号公報（特許文献１）は、端子台や接続かんを加温することにより、発電要素内部を迅速かつ均一に温めることができる電池を開示する。この電池は、電池ケースの外部に突出した端子、または、接続かんに取り付けられ、電池から電源を供給することによって電熱により発熱する発熱体と、電池の温度または電池の環境温度を計測する温度センサと、温度センサが計測した温度に基づいて発熱体の発熱を制御する加温制御装置とを含む。
【０００６】
この電池によると、端子や接続かんに取り付けられた発熱体の発熱によって発電要素の内部を迅速かつ均一に温めることができるので、温度が低い場合にも電池の出力特性を速やかに向上させることができるようになる。また、発電要素内部の一部だけが温められることによって、電極の一部の劣化が早まり電池の寿命が短くなるようなおそれもなくなる。
【０００７】
特開２００２−１７１６８５号公報（特許文献２）は、急速充電を行なう際にバッテリに生じる温度のばらつきを抑えることで、寿命低下を防止することができるバッテリ充電装置を開示する。このバッテリ充電装置は、バッテリと、前記バッテリを充電する充電回路と、前記充電回路による前記バッテリへの充電動作を制御する充電制御回路と、前記バッテリの複数箇所の温度を検出する温度検出部と、バッテリを冷媒により冷却する冷却部とを含み、前記充電制御回路は、前記温度検出部により検出された前記バッテリの複数箇所の温度差が第１の所定値より大きくなったときに、前記温度差が第２の所定値以内になるように制御する温度制御回路を備え、温度制御回路は、前記冷却手段による冷媒の前記バッテリにおける進行方向を逆転させる。
【０００８】
このバッテリ充電装置によると、温度検出部により検出されたバッテリの複数箇所の温度差が第１の所定値より大きくなったときに、温度差が第２の所定値以内になるように温度制御回路が制御するため、急速充電を行なう際にバッテリに生じる温度のばらつきを抑え、容量のばらつきを抑えることになる。したがって、バッテリの寿命低下を防止することができる。さらに、温度検出部により検出されたバッテリの複数箇所の温度差が第１の所定値より大きくなったときに、温度制御回路が、冷却部による冷媒のバッテリにおける進行方向を逆転させることにより、冷媒の温度のばらつきを抑える。その結果、急速充電を行なう際にバッテリに生じる温度のばらつきを抑え、容量のばらつきを抑えることになる。したがって、複雑な制御等を必要とすることなくバッテリの寿命低下を防止することができる。
【０００９】
特開平７−１５８８４号公報（特許文献３）は、ニッケル−カドミウム電池、ニッケル−水素電池等の二次電池において、電池内部圧力、電池温度の上昇をおさえ、最適な充電を行なうことができる充電装置を開示する。この充電装置は、二次電池をパルス波形をなす電流により充電する充電装置であって、二次電池の温度を測定する温度測定部と、この温度測定部により測定された電池温度が１０℃以下の時はデューティ比Ｑを０．５０≦Ｑ＜０．６５に、電池温度が１０〜４０℃の時は０．６５≦Ｑ＜０．８５に、４０℃以上の時は０．８５＜Ｑ≦０．９５と変化させ、かつ前記温度測定部によって測定された電池温度の変化が、１０〜２０℃の時は、充電電流を充電開始時の電流を１００％（１．０〜５．０ＣｍＡ）としたときの９０％に、電池温度の変化が２０〜４０℃の時は５０〜９０％に、電池温度の変化が４０℃以上の時は５０％以下と変化させる制御部とを含む。
【００１０】
この充電装置によると、周囲温度の変化、電池の状態に関係なく、つねに最適な充電をすることができ、電池内部圧力、電池温度の上昇をおさえる充電装置を提供することができる。すなわち、二次電池の温度あるいは温度変化によりデューティ比、充電電流を変化させて充電するようにしたので、二次電池の内部圧力、電池温度を上昇させず二次電池を充電することができる。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００２−２６０７４５号公報
【００１２】
【特許文献２】
特開２００２−１７１６８５号公報
【００１３】
【特許文献３】
特開平７−１５８８４号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に開示された電池では、電池から電源が供給されて発熱する発熱体が必要になる。このような発熱体を別途設ける必要に加えて、電池の電力を発熱体の電源として使用しなければならないという問題点がある。
【００１５】
また、特許文献２に開示されたバッテリ充電装置では、バッテリを冷却する冷却部（冷却媒体と、その冷媒通路）が必要になる。
【００１６】
さらに、特許文献３に開示された充電装置では、充電中にガス発生、電池温度の上昇がおこることにより充電効率が下がることに鑑み、特に低温では高温に比べて電池の内部圧力が高くなるので、充電ＯＦＦ時間を長くしてガスの吸収時間を設けている。すなわち、低温では充電ＯＦＦ時間を長くしデューティ比Ｑを小さくしてやり、高温では逆に充電ＯＦＦ時間を短くしデューティ比Ｑを大きくしている。電池セルの間の温度差に着目したものでもなく、デューティ比やさらに充電電流を変化させて充電して、二次電池の内部圧力、電池温度を上昇させず二次電池を充電するものに過ぎず、電池セルの間に温度差が発生した場合にその温度差を緩和するものでもない。
【００１７】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、複数の電池セルから構成される電池パックにおいて、特別な温度調整装置を用いることなく、電池セルの温度を均一にしてセルの間の温度差を低減せしめて電池の使用領域の低下を防止する電池パックの温度差低減装置および電池パックを提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係る温度差低減装置は、複数の電池セルから構成される電池パックに用いられる。この温度差低減装置は、２以上の電池セルのそれぞれの近傍に設けられた発熱手段と、電池セルの温度を検知するための検知手段と、検知された電池セルの温度に基づいて、２以上の電池セルの温度差を減少させるように、発熱手段を制御するための制御手段とを含む。この電池セルは、電池パックを構成する最小の単電池であっても、この単電池を６個程度直列に接続した電池モジュールであってもよい。すなわち、第１の発明における電池セルとは、最小単位である１個の単電池も、この単電池を複数接続した電池モジュールも含む概念である。
【００１９】
第１の発明によると、たとえば、直列に接続された複数の電池セルの両端部に発熱手段としてシステムメインリレーを設ける。このシステムメインリレーは、コンピュータからの指令により、電池パックから高電圧回路への電源の接続および遮断を行なうリレーである。このシステムメインリレーとして、ソレノイドコイルを励磁して接続および遮断を行なうものを用いれば、制御手段は、検知手段により検知された両端部の電池セルの温度に基づいて、温度を上昇させたい電池セル側のシステムメインリレーのソレノイドコイルへの印加電流のデューティ比を高くしてコイルの発熱量を上げて、電池セルの温度を上昇させる。制御手段は、温度を上昇させたくない電池セル側のシステムメインリレーのソレノイドコイルへの印加電流のデューティ比を低くしてコイルの発熱量を下げて、電池セルの温度を上昇させることを避ける。その結果、特別な温度調整装置を用いることなく、電池セルの温度を均一にしてセルの間の温度差を低減せしめて電池の使用領域の低下を防止する電池パックの温度差低減装置を提供することができる。
【００２０】
第２の発明に係る温度差低減装置においては、第１の発明の構成に加えて、検知手段は、２以上の電池セルの温度を測定するための手段を含む。
【００２１】
第２の発明によると、直列に接続された複数の電池セルの少なくとも両端部の２つの電池セルの温度を測定すると、２つの電池セルの温度差を低減せしめて、２つの電池セルの温度が均一になるようにして電池の使用領域の低下を防止することができる。
【００２２】
第３の発明に係る温度差低減装置においては、第１または２の発明の構成に加えて、発熱手段は、ソレノイド式のシステムメインリレーである。制御手段は、ソレノイドへの印加電流のデューティ比を変化させることにより、システムメインリレーを制御するための手段を含む。
【００２３】
第３の発明によると、システムメインリレーのソレノイドコイルへの印加電流のデューティ比を変化させることにより、システムメインリレーを正常に機能させるとともに、ソレノイドコイルの発熱量を制御できる。
【００２４】
第４の発明に係る温度差低減装置においては、第１〜３のいずれかの発明の構成に加えて、対象とする電池は、ニッケル水素電池である。
【００２５】
第４の発明によると、充電時の発熱量が大きいニッケル水素電池においては、電池セル間の温度差がより大きくでやすい。このようなニッケル水素電池において、特別な温度調整装置を用いることなく、ニッケル水素電池セルの温度を均一にしてセルの間の温度差を低減せしめて、ニッケル水素電池の使用領域の低下を防止する電池パックの温度差低減装置を提供することができる。
【００２６】
第５の発明に係る電池パックは、第１〜３のいずれかに記載の温度差低減装置を備えた電池パックである。
【００２７】
第５の発明によると、特別な温度調整装置を用いることなく、電池セルの温度を均一にしてセルの間の温度差を低減せしめて電池の使用領域の低下を防止する電池パックを提供することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。
【００２９】
電池パック１０の外観について説明する。図１に示すように、この電池パック１０は、複数の電池モジュール４００を、所定の個数積層したものである。所定の個数積層された電池モジュール４００は、その電池パック１０の両端部に設けられた拘束プレート４５０を２以上の拘束ロッド４６０により接続することにより固定されている。
【００３０】
なお、電池モジュール４００は、６個の電池セルから構成されている。この電池セルはニッケル水素電池であって定格電圧が１．２Ｖであり、電池モジュール４００は、この電池セルを６個直列に接続している。電池モジュール４００はたとえば１０個直列に接続され電池パック１０を形成する。ただし、本発明はこのような構成に限定されるものではなく、これ以外の種類の二次電池であってもよいし、これとは異なる電池の構成であってよい。
【００３１】
電池パック１０の所定の電池モジュール４００には、温度センサ４２０，４３０，４４０が取付けられる。図１に示すように、電池パック１０のほぼ中央部に温度センサ４３０が、電池パック１０の両端部にそれぞれ温度センサ４２０，４４０が設けられている。
【００３２】
また、電池パック１０の両端部には、それぞれ第１のシステムメインリレー２００および第２のシステムメインリレー３００が設けられる。第１のシステムメインリレー２００に最も近い電池モジュール４００には温度センサ４２０が、第２のシステムメインリレー３００に最も近い電池モジュール４００には温度センサ４４０が取付けられている。
【００３３】
図２を参照して、図１に示す電池パック１０の制御ブロック図について説明する。
【００３４】
図２に示すように、この電池パック１０は、電池ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）１００により制御される。電池ＥＣＵ１００は、その内部に、温度センサ４２０，４３０，４４０および第１のシステムメインリレー２００および第２のシステムメインリレー３００との接続部である入出力インターフェイス１４０と、プログラムを実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１２０と、ＣＰＵ１２０で実行されるプログラムなどを記憶するメモリ１１０と、メモリ１１０、ＣＰＵ１２０および入出力インターフェイス１４０を接続するバス１３０とを含む。
【００３５】
入出力インターフェイス１４０は、前述のとおり、電池パック１０に設けられた温度センサ４２０，４３０，４４０からの信号を受信し、バス１３０を介してＣＰＵ１２０がそれぞれの電池モジュール４００の温度を検知する。また、ＣＰＵ１２０は、入出力インターフェイス１４０を介して制御信号を第１のシステムメインリレー２００および第２のシステムメインリレー３００に送信することにより、第１のシステムメインリレー２００の第１のソレノイドコイル２１０または第２のシステムメインリレー３００の第２のソレノイドコイル３１０に電流を印加して、システムメインリレーを動作させる。
【００３６】
第１のシステムメインリレー２００および第２のシステムメインリレー３００は、電池ＥＣＵ１００の指令により、高電圧回路の電源の接続および遮断を行なうリレーであって、たとえば、確実な作動を実行させるために、複数設けられているものである。
【００３７】
電池ＥＣＵ１００のＣＰＵ１２０は、入出力インターフェイス１４０を介して第１のシステムメインリレー２００および第２のシステムメインリレー３００に対して印加する電流のデューティ比を制御する。第１のシステムメインリレー２００の第１のソレノイドコイル２１０および第２のシステムメインリレー３００の第２のソレノイドコイル３１０への印加電流のデューティ比を変えることにより、デューティ比が高いとソレノイドコイル２１０，３１０の発熱量が上昇し、デューティ比が低いとソレノイドコイル２１０，３１０の発熱量が低下する。このようにＣＰＵ１２０は、デューティ比を介して、ソレノイドコイル２１０，３１０の発熱量を制御する。
【００３８】
図３を参照して、図２の電池ＥＣＵ１００のＣＰＵ１２０で実行されるプログラムの制御構造について説明する。
【００３９】
ステップ（以下、ステップをＳと略す。）１００にて、ＣＰＵ１２０は、電池温度を検知する。このとき、電池パック１０の電池モジュール４００に設けられた温度センサ４２０により検知された温度をＴＢ（１）と、温度センサ４３０により検知された温度ＴＢ（２）と、温度センサ４４０により検知された温度をＴＢ（３）とする。
【００４０】
Ｓ２００にて、ＣＰＵ１２０は、温度のばらつきがあるか否かを判断する。この判断は、ＴＢ（１）とＴＢ（３）との差が予め定められたしきい値以上であるか否かを判断したり、ＴＢ（１）とＴＢ（２）との差が予め定められたしきい値以上であるか否かを判断したり、ＴＢ（２）とＴＢ（３）との差が予め定められたしきい値以上であるか否かを判断したり、またはそれらの組合せにより、温度のばらつきがあるか否かを判断する。なお、この温度のばらつきの判断についてはこのような方法に限定されず、他の方法であってもよい。たとえば、平均値を求め、その平均値との差に基づいて判断するようにしてもよい。温度のばらつきがあると判断されると（Ｓ２００にてＹＥＳ）、処理はＳ３００へ移される。もしそうでないと（Ｓ２００にてＮＯ）、この処理は終了する。
【００４１】
Ｓ３００にて、ＣＰＵ１２０は、電池温度が高い側のシステムメインリレーのソレノイドの印加電流のデューティ比を低下させる。Ｓ４００にて、ＣＰＵ１２０は、電池温度が低い側のシステムメインリレーのソレノイドの印加電流のデューティ比を上昇させる。
【００４２】
以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る電池パック１０および電池ＥＣＵ１００の動作について説明する。
【００４３】
電池パック１０および電池ＥＣＵ１００が車両に搭載されて、その車両が走行することにより、電池パック１０に対して充放電が繰返し実行される。このような状態において、電池ＥＣＵ１００のＣＰＵ１２０は、電池パック１０の所定の位置の電池モジュール４００に設けられた温度センサ４２０，４３０，４４０からの信号に基づいて、電池の温度ＴＢ（１）、ＴＢ（２）、ＴＢ（３）を検知する（Ｓ１００）。
【００４４】
たとえば、ＴＢ（１）とＴＢ（３）との差が予め定められた第１のしきい値よりも大きく、ＴＢ（１）とＴＢ（２）との差が予め定められた第２のしきい値よりも大きく、ＴＢ（２）とＴＢ（３）との差が予め定められた第３のしきい値よりも大きい場合には、温度のばらつきがあると判断され（Ｓ２００にてＹＥＳ）、電池温度が高い側のシステムメインリレーのソレノイドの印加電流のデューティ比を低下させる（Ｓ３００）。また、電池温度が低い側のシステムメインリレーのソレノイドの印加電流のデューティ比を上昇させる（Ｓ４００）。
【００４５】
システムメインリレーのソレノイドの印加電流のデューティ比を上昇させた場合には、図４に示すように印加電流がシステムメインリレーのソレノイドコイルに印加され、印加電流のデューティ比を低下させた場合には、図５に示すようにシステムメインリレーのソレノイドコイルに電流が印加される。このように図４および図５に示すように、システムメインリレーへの印加電流のデューティ比を変更することにより、デューティ比が高い場合にはシステムメインリレーのソレノイドコイルの発熱量を大きく、デューティ比が低い場合には、システムメインリレーのソレノイドコイルの発熱量を低くすることができる。
【００４６】
以上のようにして、本実施の形態に係る電池パックおよび電池ＥＣＵによると、電池パックの温度のばらつきがある（電池モジュールの温度に差がある）場合には、温度が高い側のシステムメインリレーのソレノイドへの印加電流のデューティ比を低下させて、温度が低い側のシステムメインリレーのソレノイドへの印加電流のデューティ比を上昇させる。このようにシステムメインリレーのソレノイドへの印加電流のデューティ比を制御することにより、ソレノイドコイルにおける発熱量を制御することができる。このように制御するため、電池温度が高い側のシステムメインリレーのソレノイドコイルによる発熱量は小さく、温度が低い側のシステムメインリレーのソレノイドにおける発熱量を大きくするため、全体として電池の温度を一様にすることができ、その結果、電池の使用領域を狭めることを防止できる。
【００４７】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】電池パックの外観図である。
【図２】図１に示す電池パックの制御ブロック図である。
【図３】図２の電池ＥＣＵで実行されるプログラムの制御構造を示す図である。
【図４】ソレノイドコイルへの印加電流のデューティ比を説明するための図（その１）である。
【図５】ソレノイドコイルへの印加電流のデューティ比を説明するための図（その２）である。
【符号の説明】
１０ 電池パック、１００ 電池ＥＣＵ、１１０ メモリ、１２０ ＣＰＵ、１３０ バス、１４０ 入出力インターフェイス、２００ 第１のシステムメインリレー、２１０ 第１のソレノイドコイル、３００ 第２のシステムメインリレー、３１０ 第２のソレノイドコイル、４００ 電池モジュール、４２０，４３０，４４０ 温度センサ、４５０ 拘束プレート、４６０ 拘束ロッド。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a secondary battery used for an electric vehicle (EV), a hybrid vehicle (HV), and the like, and particularly to a technique for preventing a decrease in battery performance due to temperature.
[0002]
[Prior art]
Electric vehicles, hybrid vehicles, and fuel cell vehicles that obtain driving force of the vehicle by an electric motor are equipped with a secondary battery. The electric vehicle drives the electric motor using the electric power stored in the secondary battery to drive the vehicle. The hybrid vehicle drives the electric motor using the electric power stored in the secondary battery to drive the vehicle, or assists the engine with the electric motor to drive the vehicle. A fuel cell vehicle drives a vehicle by driving an electric motor using electric power from a fuel cell or drives an electric motor using electric power stored in a secondary battery in addition to electric power from this fuel cell to drive a vehicle. Or
[0003]
Since these secondary batteries require high voltage and high output, a battery pack is formed by connecting about 30 battery modules in which about 1.2 battery cells of about 1.2 V are connected in series, and about 30 battery modules are connected in series. I have. In a battery pack having such a configuration, heat is generated by a chemical reaction that occurs during charging and discharging. Such heat generation is cooled by air or the like. However, depending on the size of the battery pack or the like, a temperature difference occurs between the battery cells without uniform cooling.
[0004]
On the other hand, when a temperature difference occurs between the battery cells in the battery pack, the use of the battery defined by the use area of the battery cells (for example, SOC (States of Charge)) becomes possible as compared with the case where the temperature is uniform. Area) may be narrowed. As described above, the temperature of the battery pack is closely related to the battery performance.
[0005]
Japanese Patent Laying-Open No. 2002-260745 (Patent Document 1) discloses a battery capable of quickly and uniformly heating the inside of a power generation element by heating a terminal block and a connection can. This battery has a heating element that is attached to a terminal or a connecting rod that protrudes outside the battery case and is heated by electric power when power is supplied from the battery, and a temperature sensor that measures the temperature of the battery or the environmental temperature of the battery. And a heating control device that controls heat generation of the heating element based on the temperature measured by the temperature sensor.
[0006]
According to this battery, the inside of the power generation element can be quickly and uniformly heated by the heat generated by the heating element attached to the terminal or the connection can. Therefore, even when the temperature is low, the output characteristics of the battery can be quickly improved. become able to. Further, since only a part of the inside of the power generating element is heated, there is no danger that the deterioration of a part of the electrode is accelerated and the life of the battery is shortened.
[0007]
Japanese Patent Laying-Open No. 2002-171885 (Patent Document 2) discloses a battery charging device capable of preventing a reduction in service life by suppressing a variation in temperature occurring in a battery when performing quick charging. The battery charging device includes a battery, a charging circuit that charges the battery, a charging control circuit that controls a charging operation of the battery by the charging circuit, and a temperature detection unit that detects temperatures at a plurality of locations of the battery. A cooling unit that cools the battery with a refrigerant, wherein the charge control circuit is configured to control the temperature when a temperature difference between a plurality of locations of the battery detected by the temperature detection unit becomes larger than a first predetermined value. A temperature control circuit for controlling the difference to be within a second predetermined value, wherein the temperature control circuit reverses a traveling direction of the refrigerant in the battery by the cooling means.
[0008]
According to this battery charging device, the temperature control circuit is configured such that when the temperature difference between the plurality of locations of the battery detected by the temperature detection unit becomes larger than the first predetermined value, the temperature difference becomes within the second predetermined value. , The variation in the temperature that occurs in the battery during rapid charging is suppressed, and the variation in the capacity is suppressed. Therefore, it is possible to prevent the life of the battery from being shortened. Further, when the temperature difference between the plurality of locations of the battery detected by the temperature detection unit becomes larger than a first predetermined value, the temperature control circuit reverses the direction of travel of the refrigerant by the cooling unit in the battery, so that the refrigerant Temperature variations. As a result, the temperature variation that occurs in the battery during rapid charging is suppressed, and the capacity variation is suppressed. Therefore, it is possible to prevent the life of the battery from being shortened without requiring complicated control or the like.
[0009]
Japanese Patent Application Laid-Open No. H7-15884 (Patent Literature 3) discloses a charge that can suppress an increase in battery internal pressure and battery temperature and perform optimal charge in a secondary battery such as a nickel-cadmium battery and a nickel-hydrogen battery. An apparatus is disclosed. This charging device is a charging device that charges a secondary battery with a current having a pulse waveform, and a temperature measuring unit that measures the temperature of the secondary battery, and a battery temperature measured by the temperature measuring unit is 10 ° C. or less. , The duty ratio Q is set to 0.50 ≦ Q <0.65, when the battery temperature is 10 to 40 ° C., 0.65 ≦ Q <0.85, and when the battery temperature is 40 ° C. or more, 0.85 <Q. ≦ 0.95 and when the change in the battery temperature measured by the temperature measuring section is 10 to 20 ° C., the charging current is increased by 100% (1.0 to 5.0 CmA). ), A control unit that changes the battery temperature to 50 to 90% when the change in battery temperature is 20 to 40 ° C. and 50% or less when the change in battery temperature is 40 ° C. or more.
[0010]
According to this charging device, it is possible to always perform optimal charging regardless of changes in the ambient temperature and the state of the battery, and it is possible to provide a charging device that suppresses increases in battery internal pressure and battery temperature. That is, since the charging is performed by changing the duty ratio and the charging current according to the temperature or the temperature change of the secondary battery, the secondary battery can be charged without increasing the internal pressure and the battery temperature of the secondary battery.
[0011]
[Patent Document 1]
JP 2002-260745 A
[Patent Document 2]
JP-A-2002-171885
[Patent Document 3]
JP-A-7-15884
[Problems to be solved by the invention]
However, the battery disclosed in Patent Literature 1 requires a heating element that is supplied with power from the battery and generates heat. In addition to the necessity of separately providing such a heating element, there is a problem that electric power of a battery must be used as a power source of the heating element.
[0015]
Further, in the battery charging device disclosed in Patent Document 2, a cooling unit (a cooling medium and its refrigerant passage) for cooling the battery is required.
[0016]
Furthermore, in the charging device disclosed in Patent Document 3, in view of the fact that charging efficiency is lowered due to gas generation and a rise in battery temperature during charging, the internal pressure of the battery becomes higher especially at low temperatures than at high temperatures. In addition, the charge OFF time is lengthened to provide a gas absorption time. That is, at a low temperature, the charge OFF time is lengthened and the duty ratio Q is reduced, and at a high temperature, the charge OFF time is shortened and the duty ratio Q is increased. It does not focus on the temperature difference between the battery cells, but only charges the secondary battery without changing the internal pressure and battery temperature of the secondary battery by changing the duty ratio and the charging current. In addition, when a temperature difference occurs between the battery cells, the temperature difference is not reduced.
[0017]
The present invention has been made to solve the above-described problem, and an object of the present invention is to reduce the temperature of a battery cell without using a special temperature control device in a battery pack including a plurality of battery cells. An object of the present invention is to provide a battery pack temperature difference reduction device and a battery pack which are made uniform and reduce the temperature difference between cells to prevent a reduction in the use area of the battery.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
The temperature difference reduction device according to the first invention is used for a battery pack including a plurality of battery cells. The temperature difference reducing device includes a heating unit provided in the vicinity of each of the two or more battery cells, a detecting unit for detecting the temperature of the battery cell, and two or more based on the detected temperature of the battery cell. And control means for controlling the heat generating means so as to reduce the temperature difference between the battery cells. The battery cell may be the smallest unit cell constituting the battery pack or a battery module in which about six unit cells are connected in series. That is, the battery cell in the first aspect of the invention is a concept including both a single cell as a minimum unit and a battery module in which a plurality of the single cells are connected.
[0019]
According to the first invention, for example, a system main relay is provided as a heat generating means at both ends of a plurality of battery cells connected in series. The system main relay is a relay that connects and disconnects power from the battery pack to the high-voltage circuit according to a command from a computer. If a system main relay that connects and disconnects by energizing a solenoid coil is used, the control unit may increase the temperature of the battery cell based on the temperature of the battery cells at both ends detected by the detection unit. The duty ratio of the current applied to the solenoid coil of the system main relay on the side is increased to increase the heat generation of the coil and increase the temperature of the battery cell. The control means avoids raising the temperature of the battery cell by lowering the duty ratio of the current applied to the solenoid coil of the system main relay on the battery cell side that does not want to raise the temperature to lower the heat generation of the coil. As a result, there is provided a battery pack temperature difference reducing device that reduces the temperature difference between cells by making the temperature of the battery cells uniform without using a special temperature adjusting device, thereby preventing a reduction in the use area of the battery. be able to.
[0020]
In the temperature difference reduction device according to the second invention, in addition to the configuration of the first invention, the detection means includes means for measuring the temperatures of two or more battery cells.
[0021]
According to the second aspect, when the temperatures of at least two battery cells at both ends of the plurality of battery cells connected in series are measured, the temperature difference between the two battery cells is reduced, and the temperature of the two battery cells is reduced. It is possible to prevent the use area of the battery from being reduced by making the battery uniform.
[0022]
In the temperature difference reduction device according to a third aspect, in addition to the configuration of the first or second aspect, the heat generating means is a solenoid type system main relay. The control means includes means for controlling the system main relay by changing the duty ratio of the current applied to the solenoid.
[0023]
According to the third aspect, by changing the duty ratio of the current applied to the solenoid coil of the system main relay, the system main relay can function normally and the amount of heat generated by the solenoid coil can be controlled.
[0024]
In the temperature difference reduction device according to the fourth invention, in addition to the configuration of any one of the first to third inventions, the target battery is a nickel-metal hydride battery.
[0025]
According to the fourth aspect, in a nickel-metal hydride battery that generates a large amount of heat during charging, the temperature difference between the battery cells tends to be larger. In such a nickel-metal hydride battery, without using a special temperature control device, the temperature of the nickel-metal hydride battery cells is made uniform to reduce the temperature difference between the cells, thereby preventing a reduction in the use area of the nickel-metal hydride battery. A battery pack temperature difference reduction device can be provided.
[0026]
A battery pack according to a fifth aspect is a battery pack including the temperature difference reducing device according to any one of the first to third aspects.
[0027]
According to the fifth aspect of the present invention, there is provided a battery pack in which the temperature of the battery cells is made uniform, the temperature difference between the cells is reduced, and the use area of the battery is prevented from being reduced without using a special temperature adjusting device. Can be.
[0028]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same components are denoted by the same reference numerals. Their names and functions are the same. Therefore, detailed description thereof will not be repeated.
[0029]
The appearance of the battery pack 10 will be described. As shown in FIG. 1, this battery pack 10 is formed by laminating a plurality of battery modules 400 in a predetermined number. A predetermined number of stacked battery modules 400 are fixed by connecting restraining plates 450 provided at both ends of the battery pack 10 with two or more restraining rods 460.
[0030]
The battery module 400 includes six battery cells. This battery cell is a nickel-metal hydride battery and has a rated voltage of 1.2 V. The battery module 400 has six battery cells connected in series. For example, ten battery modules 400 are connected in series to form the battery pack 10. However, the present invention is not limited to such a configuration, and other types of secondary batteries may be used, or a different battery configuration may be used.
[0031]
Temperature sensors 420, 430, and 440 are attached to a predetermined battery module 400 of the battery pack 10. As shown in FIG. 1, a temperature sensor 430 is provided substantially at the center of the battery pack 10, and temperature sensors 420 and 440 are provided at both ends of the battery pack 10.
[0032]
Further, a first system main relay 200 and a second system main relay 300 are provided at both ends of the battery pack 10, respectively. A temperature sensor 420 is attached to the battery module 400 closest to the first system main relay 200, and a temperature sensor 440 is attached to the battery module 400 closest to the second system main relay 300.
[0033]
The control block diagram of the battery pack 10 shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG.
[0034]
As shown in FIG. 2, the battery pack 10 is controlled by a battery ECU (Electronic Control Unit) 100. Battery ECU 100 includes an input / output interface 140 that is a connection portion between temperature sensors 420, 430, and 440, first system main relay 200, and second system main relay 300, and a CPU (Central) that executes a program. (Processing Unit) 120, a memory 110 that stores programs executed by the CPU 120, and a bus 130 that connects the memory 110, the CPU 120, and the input / output interface 140.
[0035]
As described above, the input / output interface 140 receives signals from the temperature sensors 420, 430, and 440 provided in the battery pack 10, and the CPU 120 detects the temperature of each battery module 400 via the bus 130. The CPU 120 transmits a control signal to the first system main relay 200 and the second system main relay 300 via the input / output interface 140 to thereby control the first solenoid coil 210 of the first system main relay 200. Alternatively, a current is applied to the second solenoid coil 310 of the second system main relay 300 to operate the system main relay.
[0036]
First system main relay 200 and second system main relay 300 are relays for connecting and disconnecting the power supply of the high-voltage circuit in accordance with a command from battery ECU 100. For example, in order to execute a reliable operation, A plurality is provided.
[0037]
CPU 120 of battery ECU 100 controls the duty ratio of the current applied to first system main relay 200 and second system main relay 300 via input / output interface 140. By changing the duty ratio of the current applied to the first solenoid coil 210 of the first system main relay 200 and the second solenoid coil 310 of the second system main relay 300, if the duty ratio is high, the solenoid coils 210, The heat value of 310 increases and the heat value of solenoid coils 210 and 310 decreases when the duty ratio is low. Thus, the CPU 120 controls the amount of heat generated by the solenoid coils 210 and 310 via the duty ratio.
[0038]
Referring to FIG. 3, a control structure of a program executed by CPU 120 of battery ECU 100 in FIG. 2 will be described.
[0039]
In step (hereinafter, step is abbreviated as S) 100, CPU 120 detects the battery temperature. At this time, the temperature detected by temperature sensor 420 provided in battery module 400 of battery pack 10 is TB (1), temperature TB (2) detected by temperature sensor 430, and temperature detected by temperature sensor 440. Let the temperature be TB (3).
[0040]
At S200, CPU 120 determines whether or not there is temperature variation. This determination is made by determining whether the difference between TB (1) and TB (3) is equal to or greater than a predetermined threshold value, or determining the difference between TB (1) and TB (2) in advance. To determine whether the difference between TB (2) and TB (3) is greater than or equal to a predetermined threshold, or to determine whether the difference between TB (2) and TB (3) is greater than or equal to a predetermined threshold. It is determined whether or not the temperature varies depending on the combination. The determination of the temperature variation is not limited to such a method, but may be another method. For example, an average value may be obtained, and the determination may be made based on a difference from the average value. If it is determined that there is a temperature variation (YES in S200), the process proceeds to S300. Otherwise (NO at S200), this process ends.
[0041]
At S300, CPU 120 lowers the duty ratio of the applied current to the solenoid of the system main relay on the higher battery temperature side. In S400, CPU 120 increases the duty ratio of the current applied to the solenoid of the system main relay on the lower battery temperature side.
[0042]
The operation of battery pack 10 and battery ECU 100 according to the present embodiment based on the above structure and flowchart will be described.
[0043]
The battery pack 10 and the battery ECU 100 are mounted on a vehicle, and when the vehicle runs, charging and discharging of the battery pack 10 are repeatedly performed. In such a state, CPU 120 of battery ECU 100 determines battery temperatures TB (1), TB based on signals from temperature sensors 420, 430, 440 provided in battery module 400 at predetermined positions of battery pack 10. (2), TB (3) is detected (S100).
[0044]
For example, the difference between TB (1) and TB (3) is larger than a first predetermined threshold value, and the difference between TB (1) and TB (2) is a second predetermined threshold value. If the difference is larger than the threshold value and the difference between TB (2) and TB (3) is larger than a predetermined third threshold value, it is determined that there is temperature variation (YES in S200). Then, the duty ratio of the current applied to the solenoid of the system main relay having the higher battery temperature is reduced (S300). Further, the duty ratio of the current applied to the solenoid of the system main relay having the lower battery temperature is increased (S400).
[0045]
When the duty ratio of the applied current of the solenoid of the system main relay is increased, as shown in FIG. 4, the applied current is applied to the solenoid coil of the system main relay, and when the duty ratio of the applied current is reduced, As shown in FIG. 5, a current is applied to the solenoid coil of the system main relay. As shown in FIGS. 4 and 5, by changing the duty ratio of the current applied to the system main relay, when the duty ratio is high, the amount of heat generated by the solenoid coil of the system main relay is increased. Is lower, the heat value of the solenoid coil of the system main relay can be reduced.
[0046]
As described above, according to the battery pack and the battery ECU according to the present embodiment, when the temperature of the battery pack varies (the temperature of the battery module differs), the system main relay on the higher temperature side The duty ratio of the current applied to the solenoid of the system main relay on the lower temperature side is increased by reducing the duty ratio of the current applied to the solenoid. By controlling the duty ratio of the current applied to the solenoid of the system main relay in this manner, the amount of heat generated in the solenoid coil can be controlled. With this control, the amount of heat generated by the solenoid coil of the system main relay having the higher battery temperature is small, and the amount of heat generated by the solenoid of the system main relay having the lower temperature is increased. As a result, it is possible to prevent the use area of the battery from being narrowed.
[0047]
The embodiments disclosed this time are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an external view of a battery pack.
FIG. 2 is a control block diagram of the battery pack shown in FIG.
FIG. 3 is a diagram showing a control structure of a program executed by a battery ECU of FIG. 2;
FIG. 4 is a diagram (part 1) for explaining a duty ratio of a current applied to a solenoid coil;
FIG. 5 is a diagram (part 2) for describing the duty ratio of the current applied to the solenoid coil.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 10 battery pack, 100 battery ECU, 110 memory, 120 CPU, 130 bus, 140 input / output interface, 200 first system main relay, 210 first solenoid coil, 300 second system main relay, 310 second solenoid Coil, 400 battery module, 420, 430, 440 Temperature sensor, 450 restraint plate, 460 restraint rod.

Claims (5)

複数の電池セルから構成される電池パックに用いられる温度差低減装置であって、
２以上の電池セルのそれぞれの近傍に設けられた発熱手段と、
前記電池セルの温度を検知するための検知手段と、
前記検知された電池セルの温度に基づいて、前記２以上の電池セルの温度差を減少させるように、前記発熱手段を制御するための制御手段とを含む、温度差低減装置。A temperature difference reduction device used for a battery pack including a plurality of battery cells,
Heating means provided in the vicinity of each of the two or more battery cells;
Detecting means for detecting the temperature of the battery cell,
A control unit for controlling the heat generating unit to reduce a temperature difference between the two or more battery cells based on the detected temperature of the battery cell. 前記検知手段は、２以上の電池セルの温度を測定するための手段を含む、請求項１に記載の温度差低減装置。The temperature difference reducing device according to claim 1, wherein the detection unit includes a unit for measuring a temperature of two or more battery cells. 前記発熱手段は、ソレノイド式のシステムメインリレーであって、
前記制御手段は、前記ソレノイドへの印加電流のデューティ比を変化させることにより、前記システムメインリレーを制御するための手段を含む、請求項１または２に記載の温度差低減装置。The heating means is a solenoid type system main relay,
3. The temperature difference reducing device according to claim 1, wherein the control unit includes a unit for controlling the system main relay by changing a duty ratio of a current applied to the solenoid. 4. 前記電池は、ニッケル水素電池である、請求項１〜３のいずれかに記載の温度差低減装置。The temperature difference reduction device according to claim 1, wherein the battery is a nickel-metal hydride battery. 請求項１〜３のいずれかに記載の温度差低減装置を備えた電池パック。A battery pack comprising the temperature difference reducing device according to claim 1.
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