JP5874560B2 - Battery temperature calculation device - Google Patents
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Description
本発明は、組電池モジュールにおける各単電池の温度を算出する電池温度算出装置に関するものである。 The present invention relates to a battery temperature calculation device that calculates the temperature of each unit cell in an assembled battery module.
従来から、組電池モジュールを構成する複数の単電池のうち少なくとも１つの単電池に温度センサ（サーミスタ）を設け、その温度センサの検出値に基づいて他の単電池（センサによる温度検出していない単電池）の温度を推定する技術が提案されている。例えば特許文献１の技術では、温度センサにより検出した単電池の温度と、組電池モジュールの各単電池の配置に関する情報とを用いることで、他の単電池の温度を推定するようにしていた。 Conventionally, a temperature sensor (thermistor) is provided in at least one single cell among a plurality of single cells constituting the assembled battery module, and other single cells (the temperature is not detected by the sensor) based on the detection value of the temperature sensor. A technique for estimating the temperature of a single cell) has been proposed. For example, in the technique of Patent Document 1, the temperature of the other unit cell is estimated by using the temperature of the unit cell detected by the temperature sensor and information on the arrangement of each unit cell of the assembled battery module.
しかしながら、各単電池を個々に見た場合、単電池の各部でも温度の違いが生じ、温度センサを取り付けた部位とそれ以外の部位とで温度差が生じると考えられる。この点について、上記の従来技術では、温度センサを取り付けた部位とそれ以外の部位との温度差は考慮されておらず、それに起因して単電池ごとの温度推定の精度が低下すると考えられる。また、各単電池では、それぞれ個体差を有するとともに、劣化状態が個々に相違することから、それに起因してやはり単電池ごとの温度推定の精度が低下すると考えられる。 However, when each unit cell is viewed individually, a temperature difference occurs in each part of the unit cell, and it is considered that a temperature difference is generated between the part where the temperature sensor is attached and the other part. In this regard, in the above-described conventional technology, the temperature difference between the part where the temperature sensor is attached and the other part is not considered, and it is considered that the accuracy of temperature estimation for each unit cell is lowered due to this. In addition, each unit cell has individual differences, and since the deterioration state is individually different, it is considered that the accuracy of temperature estimation for each unit cell is also lowered due to this.
本発明は、複数の単電池を有する組電池モジュールにおいて各単電池の温度を適正に算出することができる電池温度算出装置を提供することを主たる目的とするものである。 The main object of the present invention is to provide a battery temperature calculation device capable of appropriately calculating the temperature of each unit cell in an assembled battery module having a plurality of unit cells.
以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について説明する。 Hereinafter, means for solving the above-described problems and the effects thereof will be described.
請求項１に記載の発明は、複数の単電池（１６）を有する組電池モジュール（１３）と、前記複数の単電池のうちいずれかを温度測定対象の単電池である対象単電池としてその単電池に取り付けられる温度センサ（３３）と、を有し、前記組電池モジュールが収容ケース（３１）内に収容されてなる電池ユニット（１４）に適用される。そして、前記各単電池において温度推定位置が各々定めてられており、前記収容ケース内の温度の情報であるケース内温度情報を取得する取得手段と、前記対象単電池における前記温度推定位置の温度（ＴａＭＡＸ）と、前記温度センサの取付位置の温度（Ｔａ）と、前記組電池モジュールの通電時における前記ケース内温度情報（Ｔｍ）との関係をあらかじめ定めておき、前記温度センサの検出温度と、前記取得手段により取得した前記ケース内温度情報とに基づいて、前記対象単電池における温度推定位置とセンサ取付位置との温度差（ΔＴ）を算出する第１算出手段と、前記複数の単電池のうち前記対象単電池でない非対象単電池について前記対象単電池に対する内部抵抗の比を算出する第２算出手段と、前記第１算出手段により算出された前記温度差と、前記第２算出手段により算出された内部抵抗の比とに基づいて、前記非対象単電池における温度推定位置の温度を算出する第３算出手段と、を備えることを特徴とする。 The invention described in claim 1 is an assembled battery module (13) having a plurality of single cells (16), and any one of the plurality of single cells as a target single cell that is a temperature measurement target single cell. And a temperature sensor (33) attached to the battery, and is applied to a battery unit (14) in which the assembled battery module is housed in a housing case (31). An estimated temperature position is determined for each unit cell, an acquisition means for acquiring in-case temperature information, which is information on the temperature in the housing case, and a temperature at the estimated temperature position in the target cell. (TaMAX), the temperature (Ta) at the mounting position of the temperature sensor, and the temperature information (Tm) in the case when the assembled battery module is energized are determined in advance, and the detected temperature of the temperature sensor First calculation means for calculating a temperature difference (ΔT) between a temperature estimated position and a sensor mounting position in the target unit cell based on the in-case temperature information acquired by the acquisition unit, and the plurality of unit cells. Of the non-target single cell that is not the target single cell, the second calculation means for calculating the ratio of the internal resistance to the target single battery, and the first calculation means And third calculating means for calculating a temperature at a temperature estimated position in the non-target cell based on the temperature difference and the internal resistance ratio calculated by the second calculating means. And
複数の単電池を有する組電池モジュールでは、各単電池の温度を温度センサで検出する場合、各単電池において所定の温度推定位置（例えば最高温度となる位置）で温度検出を直接行い、その検出結果から、単電池ごとに温度推定位置の温度を把握することが望ましい。ただし、各単電池において所望とする温度推定位置に温度センサを設けられない、又は設けにくいこともある。例えば、温度推定位置を、各単電池で最高温度となる位置とする場合、その位置は、例えば単電池同士が対向する部位であったりして温度センサを取り付けるには不都合となる。こうした場合に、センサ取り付けが容易な場所に温度センサを取り付け、その温度センサの検出値から、温度推定位置の温度を推定することが考えられる。 In an assembled battery module having a plurality of unit cells, when the temperature of each unit cell is detected by a temperature sensor, the temperature is detected directly at a predetermined temperature estimation position (for example, the position where the maximum temperature is reached) in each unit cell, and the detection is performed. From the results, it is desirable to grasp the temperature at the temperature estimation position for each cell. However, it may be difficult to provide a temperature sensor at a desired temperature estimation position in each unit cell. For example, when the temperature estimation position is set to a position where the maximum temperature is obtained in each unit cell, the position is inconvenient for attaching the temperature sensor, for example, because the unit cell is opposed to each other. In such a case, it is conceivable to attach a temperature sensor to a place where the sensor can be easily attached and to estimate the temperature at the temperature estimation position from the detection value of the temperature sensor.
本発明における上記構成では、対象単電池における温度推定位置の温度（ＴａＭＡＸ）と、温度センサの取付位置の温度（Ｔａ）と、組電池モジュールの通電時におけるケース内温度情報（Ｔｍ）との関係をあらかじめ定めておき、温度センサの検出温度とケース内温度情報（取得情報）とに基づいて、対象単電池において温度推定位置とセンサ取付位置との温度差（ΔＴ）を算出するようにした。これにより、単電池において温度センサの取付位置と温度推定位置とで温度差が生じることを前提としつつ、その温度差の把握が可能となる。この場合、組電池モジュールの通電の状態や電池ユニットの周辺温度などに応じて収容ケース内の温度が変化すると、単電池の温度にも影響が及ぶと考えられるが、その収容ケース内の温度情報を用いて温度の算出を行うため、対象単電池における温度差（温度推定位置とセンサ取付位置との温度差）を精度良く算出できる。 In the above configuration of the present invention, the relationship between the temperature (TaMAX) at the estimated temperature position of the target cell, the temperature (Ta) at the mounting position of the temperature sensor, and the in-case temperature information (Tm) when the battery module is energized. Is determined in advance, and the temperature difference (ΔT) between the temperature estimated position and the sensor mounting position in the target cell is calculated based on the temperature detected by the temperature sensor and the temperature information (acquired information) in the case. This makes it possible to grasp the temperature difference on the premise that a temperature difference occurs between the temperature sensor mounting position and the temperature estimation position in the unit cell. In this case, if the temperature inside the storage case changes according to the energization state of the battery module or the ambient temperature of the battery unit, it is considered that the temperature of the unit cell is also affected. Therefore, the temperature difference (temperature difference between the estimated temperature position and the sensor mounting position) in the target cell can be calculated with high accuracy.
また、複数の単電池のうち非対象単電池について対象単電池に対する内部抵抗の比を算出し、その内部抵抗の比と対象単電池における温度差とに基づいて、非対象単電池における温度推定位置の温度を算出するようにした。そのため、仮に各単電池の劣化度合いの違いや温度の違い等により、各単電池で内部抵抗が互いに相違していても、更に言えば内部抵抗の差により発熱量が互いに相違していても、それを考慮して任意の単電池の温度（例えば最高温度）を算出することができる。以上により、複数の単電池を有する組電池モジュールにおいて各単電池の温度を好適に把握することができる。 Further, the ratio of the internal resistance to the target cell is calculated for the non-target cell among the plurality of cells, and the estimated temperature position in the non-target cell is calculated based on the ratio of the internal resistance and the temperature difference in the target cell. The temperature was calculated. Therefore, even if the internal resistances of the individual cells are different from each other due to the difference in the degree of deterioration of each unit cell or the temperature, for example, even if the heating values are different from each other due to the difference in internal resistance, Considering this, the temperature (for example, the maximum temperature) of an arbitrary unit cell can be calculated. By the above, the temperature of each single battery can be grasped suitably in the assembled battery module which has a plurality of single batteries.
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、車両に搭載される電源システムに具体化した場合を想定しており、本電源システムは、車載の各種電気負荷に電力を供給するための蓄電部（電源部）において充電や放電を逐次制御するものとなっている。車両は、内燃機関であるエンジンと、エンジンやその他各部を制御する車載ＥＣＵと、エンジンにより駆動されて発電する発電機（オルタネータ）と、発電機の発電電力により充電される蓄電部とを備えるものであり、特に蓄電部として、鉛蓄電池とリチウムイオン蓄電池とを用いる構成としている。以下に、具体的な構成を説明する。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of the invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, it is assumed that the power supply system is embodied in a vehicle, and this power supply system is charged and discharged in a power storage unit (power supply unit) for supplying electric power to various on-vehicle electric loads. Are sequentially controlled. The vehicle includes an engine that is an internal combustion engine, an in-vehicle ECU that controls the engine and other units, a generator (alternator) that is driven by the engine to generate power, and a power storage unit that is charged by the power generated by the generator. In particular, a lead storage battery and a lithium ion storage battery are used as the power storage unit. Hereinafter, a specific configuration will be described.
図１に示すように、本電源システムは、その主要な構成として、オルタネータ１１（発電機）と、鉛蓄電池１２と、リチウムイオン蓄電池１３を有する電池ユニット１４とを備えている。鉛蓄電池１２とリチウムイオン蓄電池１３とはオルタネータ１１に対して並列に接続されている。オルタネータ１１は、エンジンのクランク軸（出力軸）に連結されており、そのクランク軸の回転エネルギにより発電する。鉛蓄電池１２は周知の汎用蓄電池である。鉛蓄電池１２には、電気負荷１５としてスタータやヘッドライト等が接続されている。鉛蓄電池１２からの電力供給によりスタータが駆動されることで、エンジンが始動される。
As shown in FIG. 1, the power supply system includes an alternator 11 (generator), a
また、電池ユニット１４において、リチウムイオン蓄電池１３は、鉛蓄電池１２に比べて出力密度、及びエネルギ密度の高い高密度蓄電池である。リチウムイオン蓄電池１３は、複数の単電池１６を直列に接続してなる組電池モジュールにより構成されている。
In the
電池ユニット１４には入力側端子２１と出力側端子２２とが設けられており、それら両端子を接続するようにして給電線２３が設けられている。入力側端子２１にはオルタネータ１１と鉛蓄電池１２とが接続されている。また、出力側端子２２には、リチウムイオン蓄電池１３からの電力供給先である各種の電気負荷２４が接続されている。
The
電池ユニット１４は、上記のリチウムイオン蓄電池１３以外に、ＭＯＳスイッチ２５と、ＳＭＲスイッチ２６と、これらの各スイッチのオン／オフ（導通／遮断）の切替を制御する電池ＥＣＵ２７とを備えている。電池ＥＣＵ２７は、マイクロコンピュータよりなる周知の電子制御装置である。
In addition to the lithium
ＭＯＳスイッチ２５は、ＭＯＳＦＥＴからなる半導体スイッチであり、入力側端子２１と出力側端子２２との間に設けられている。ＭＯＳスイッチ２５は、オルタネータ１１及び鉛蓄電池１２に対するリチウムイオン蓄電池１３の導通（オン）と遮断（オフ）とを切り替えるスイッチとして機能する。
The
また、ＳＭＲスイッチ２６は、ＭＯＳスイッチ２５と同様に、ＭＯＳＦＥＴからなる半導体スイッチにより構成されており、ＭＯＳスイッチ２５及び出力側端子２２の中間点（図のＸ）とリチウムイオン蓄電池１３との間に設けられている。ＳＭＲスイッチ２６は、入力側端子２１と出力側端子２２とを接続する電力経路に対するリチウムイオン蓄電池１３の導通（オン）と遮断（オフ）とを切り替えるスイッチとして機能する。
Similarly to the
ＳＭＲスイッチ２６は非常時用の開閉手段でもあり、非常時でない通常時には、電池ＥＣＵ２７により常時オン状態に保持される。そして、以下に例示する非常時に、ＳＭＲスイッチ２６に対するオン信号の出力が停止されてＳＭＲスイッチ２６がオフ作動される。このＳＭＲスイッチ２６のオフ作動により、リチウムイオン蓄電池１３の過充電及び過放電の回避が図られている。例えば、オルタネータ１１に設けられたレギュレータが故障して設定電圧Ｖｒｅｇが異常に高くなる場合には、リチウムイオン蓄電池１３が過充電の状態になることが懸念される。かかる場合にＳＭＲスイッチ２６をオフ作動させる。また、オルタネータ１１の故障やＭＯＳスイッチ２５の故障によりリチウムイオン蓄電池１３への充電ができなくなる場合には、リチウムイオン蓄電池１３が過放電になることが懸念される。かかる場合にもＳＭＲスイッチ２６をオフ作動させる。
The
電池ＥＣＵ２７は、リチウムイオン蓄電池１３の単電池１６ごとに端子電圧を常時検出するとともに、電流センサ２８からの信号に基づいてリチウムイオン蓄電池１３の電流値（Ｌｉ電流）を常時検出する。
The
オルタネータ１１での発電により生じた電力は、各種の車載電気負荷に供給されるとともに、鉛蓄電池１２及びリチウムイオン蓄電池１３に供給される。エンジンの駆動が停止してオルタネータ１１で発電が実施されていない場合には、鉛蓄電池１２及びリチウムイオン蓄電池１３から車載電気負荷に電力が供給される。鉛蓄電池１２及びリチウムイオン蓄電池１３から車載電気負荷への放電量、及びオルタネータ１１から各蓄電池１２，１３への充電量は、各蓄電池１２，１３のＳＯＣ（State of charge：満充電時の充電量に対する実際の充電量の割合）が過充放電とならない範囲（適正範囲）となるよう制御される。つまり、各蓄電池１２，１３において過剰な充放電とならないように、図示しない別ＥＣＵによりオルタネータ１１の設定電圧Ｖｒｅｇが調整されるとともに、電池ＥＣＵ２７によりＭＯＳスイッチ２５の作動が制御されるようになっている。
The electric power generated by the power generation in the alternator 11 is supplied to various on-vehicle electric loads and is also supplied to the
次に、電池ユニット１４の内部構造について説明する。図２は、電池ユニット１４の構造を模式的に示す図である。
Next, the internal structure of the
図２において、電池ユニット１４は、金属材料や合成樹脂材料よりなる電池ケース３１を有しており、その電池ケース３１内の空間に、リチウムイオン蓄電池１３が収容されている。
In FIG. 2, the
リチウムイオン蓄電池１３は、例えば５個の単電池１６を有している。これら各単電池１６は直方体状をなしており、互いに近接する位置に配置されている。より具体的には、各単電池１６は、２つの積層部に分けて上下に２個ずつ及び３個ずつでそれぞれ積層配置され、その状態で、図示しない電池ラックに収容されている。各単電池１６には、その側面に正側電極と負側電極とがそれぞれ設けられており、各単電池１６の電極同士をバスバー等で接続することにより、それら各単電池１６が直列に電気接続されている。図示の構成では、リチウムイオン蓄電池１３の正極側から負極側にかけて各単電池１６に１６Ａ〜１６Ｅの符号を付しており、１６Ａ−１６Ｂ−１６Ｃ−１６Ｄ−１６Ｅの順に各単電池１６が直列に接続されている。
The lithium
これら各単電池１６Ａ〜１６Ｅは、それぞれに端子電圧が検出されるようになっており、図１に示すように、単電池１６Ａ〜１６Ｅごとに端子電圧が計測されて電池ＥＣＵ２７に取り込まれる。これにより、電池ＥＣＵ２７において、各単電池１６Ａ〜１６Ｅの端子電圧がそれぞれ検出される。
Each of the
また、電池ケース３１内には、各種の電子部品が実装された制御基板３２が収容されている。制御基板３２に実装される電子部品には、リチウムイオン蓄電池１３の充放電制御を実施する電池ＥＣＵ２７（制御演算素子）が含まれている。
Further, a
また、本電池ユニット１４には、温度センサ３３，３４が設けられている。このうち温度センサ３３は、複数の単電池１６のうち１つを温度測定対象の単電池（対象単電池）として、その単電池に取り付けられる温度センサである。本実施形態では、単電池１６Ａを対象単電池としており、温度センサ３３により単電池１６Ａの温度（Ｔａ）が検出される。この温度センサ３３は、単電池１６Ａの上面部に取り付けられている。より詳しくは、単電池１６Ａは、その上面が他の単電池に対向せず、下面が他の単電池１６Ｂに対向（近接）しており、その上面及び下面のうち上面に温度センサ３３が取り付けられている。
The
また、温度センサ３４は制御基板３２の下面側に取り付けられており、その温度センサ３４により制御基板３２付近の温度（Ｔｍ）が検出される。温度センサ３４は、制御基板３２周辺の温度が検出可能な位置に設けられていればよい。これら各温度センサ３３，３４の検出結果は、電池ＥＣＵ２７に逐次入力される（図１参照）。
The
ちなみに、本電源システムが搭載される車両は、イグニッションスイッチがオン状態である場合において車両走行状態に応じてエンジンを自動停止するアイドルストップ機能を有しており、所定の自動停止条件が成立すると、車載ＥＣＵ（アイドルストップＥＣＵ）によりエンジンが自動停止される。また、エンジンの自動停止後に所定の再始動条件が成立すると、車載ＥＣＵによりスタータが駆動されてエンジンが再始動される。自動停止条件としては、例えばアクセルオフであること、ブレーキオンであること、車速が所定以下であること等が含まれる。また、再始動条件としては、例えばアクセルオンであること、ブレーキオフであること等が含まれる。 By the way, the vehicle equipped with this power supply system has an idle stop function that automatically stops the engine according to the vehicle running state when the ignition switch is on, and when a predetermined automatic stop condition is satisfied, The engine is automatically stopped by an in-vehicle ECU (idle stop ECU). Further, when a predetermined restart condition is satisfied after the engine is automatically stopped, the starter is driven by the in-vehicle ECU and the engine is restarted. Examples of the automatic stop condition include that the accelerator is off, that the brake is on, and that the vehicle speed is equal to or lower than a predetermined value. In addition, the restart condition includes, for example, that the accelerator is on, the brake is off, and the like.
本実施形態の電池ユニット１４は、複数の単電池１６のうち対象単電池（温度測定対象の単電池）である単電池１６Ａの温度検出結果に基づいて、非対象単電池である他の単電池１６Ｂ〜１６Ｅの温度を推定する機能を有するものであり、その詳細を以下に説明する。
The
本実施形態では、各単電池１６Ａ〜１６Ｅにおいて通電状態下で最も高温となる位置を「温度推定位置」として各々定めている。そして、対象単電池である単電池１６Ａについては、温度センサ３３，３４の検出値に基づいて単電池１６Ａの最高温度を算出する。また、非対象単電池である単電池１６Ｂ〜１６Ｅについては、単電池１６Ａにおける最高温度とセンサ取付位置（温度センサ３３の取付位置）の温度との温度差に基づいて、各々の最高温度を算出する。なお、単電池１６Ａの場合、最高温度となる場所は単電池下面部（又はその付近）であり、温度センサ３３による温度検出位置（センサ取付位置）とは異なっている。
In the present embodiment, the position at which the
より詳しくは、単電池１６Ａ（対象単電池）における最高温度ＴａＭＡＸと、センサ取付位置温度Ｔａと、リチウムイオン蓄電池１３の通電時におけるケース内温度情報（基板付近温度Ｔｍ）との関係をあらかじめ定めておき、さらに温度センサ３３の検出値Ｔａ’と、ケース内温度情報として取得した温度センサ３４の検出値Ｔｍ’とに基づいて、単電池１６Ａにおける最高温度ＴａＭＡＸとセンサ取付位置の温度Ｔａとの温度差ΔＴを算出するようにしている。単電池１６Ａの最高温度ＴａＭＡＸとセンサ取付位置温度Ｔａと基板付近温度Ｔｍとの関係としては、例えば図３に示す関係を用いるとよい。
More specifically, the relationship between the maximum temperature TaMAX in the
図３では、「最高温度ＴａＭＡＸ−センサ取付位置温度Ｔａ」である温度差ΔＴを縦軸、「センサ取付位置温度Ｔａ−基板付近温度Ｔｍ」を横軸とする関係が定められており、「Ｔａ−Ｔｍ」をパラメータとして温度差ΔＴが算出されるようになっている。この場合、「Ｔａ−Ｔｍ」が大きいほど温度差ΔＴが大きくなる関係が定められている。 In FIG. 3, a relationship in which the temperature difference ΔT, which is “maximum temperature TaMAX−sensor mounting position temperature Ta”, is defined as the vertical axis, and “sensor mounting position temperature Ta−substrate vicinity temperature Tm” is defined as the horizontal axis. The temperature difference ΔT is calculated using “−Tm” as a parameter. In this case, a relationship is defined in which the temperature difference ΔT increases as “Ta−Tm” increases.
また、各単電池１６Ａ〜１６Ｅで劣化度合いや温度等が相違すると、内部抵抗が各々相違する。そのため、その相違分を補償すべく、各単電池１６Ａ〜１６Ｅの内部抵抗を算出するとともに、単電池１６Ｂ〜１６Ｅ（非対象単電池）について単電池１６Ａに対する内部抵抗の比を算出する。そして、この内部抵抗比を用いて、単電池１６Ｂ〜１６Ｅの温度推定を実施する。
Further, when the degree of deterioration, temperature, and the like are different among the
さらに、電池ユニット１４では、各単電池１６Ａ〜１６Ｅの配置の違いに起因する温度ばらつき（温度分布）が生じる。そのため、その温度ばらつき分を補償すべく、温度分布情報としての構造温度係数を設定している。具体的には、電池ユニット１４において単電池同士の相互の位置関係は図２に示すとおりであり、各単電池１６Ａ〜１６Ｅにおいて互いに近接する単電池の数が相違している。例えば、単電池１６Ａの外周面に近接する他の単電池は１つ（１６Ｂのみ）であり、単電池１６Ｂの外周面に近接する他の単電池は３つ（１６Ａ，１６Ｃ，１６Ｅ）であり、単電池１６Ｃの外周面に近接する他の単電池は２つ（１６Ｂ，１６Ｄ）である、といった具合である。この場合、近接する単電池の数が多いほど、単電池同士の受熱の影響が大きくなり、単電池の最高温度が高くなると考えられる。また、図示は省略しているが、電池ユニット１４には各所に放熱経路が設けられており、例えば電池ケース３１の底部３１ａには放熱フィンが設けられることで、底部３１ａからの放熱量が比較的大きくなっている。この場合、例えば単電池１６Ｃと単電池１６Ｄとは、これらに近接する他の単電池がいずれも２つであるが、それら両者の放熱量の違いにより、（単電池１６Ｃの最高温度）＞（単電池１６Ｄの最高温度）となっている。これらを勘案すると、単電池１６Ａを１とした場合の単電池１６Ｂ〜１６Ｅの構造温度係数は、図４に示すとおりとなる。
Furthermore, in the
図４に示す構造温度係数は、各単電池１６Ａ〜１６Ｅにおいて最高温度となる位置での温度のばらつきに相当するものである。なお、各々最高温度となる位置は、例えば電池外周面で言うと、単電池１６Ａでは電池下面、単電池Ｂでは電池上面、単電池１６Ｃでは電池下面、単電池Ｄでは電池上面、単電池１６Ｅでは電池上面である。
The structure temperature coefficient shown in FIG. 4 corresponds to the temperature variation at the position where the maximum temperature is reached in each of the
なお、各単電池１６Ａ〜１６Ｅについて単電池同士の対向面積を各々求めておき、その対向面積の違いに応じて、各単電池の構造温度係数を設定することも可能である。
In addition, it is also possible to obtain the facing area between the single cells for each of the
そして、単電池１６Ｂ〜１６Ｅのうちいずれかを温度算出対象の単電池Ｘとし、その温度ＴＸを算出する場合には、単電池１６Ａのセンサ取付位置温度Ｔａに対して、温度差ΔＴと温度算出対象の単電池Ｘの内部抵抗比と構造温度係数との積を加算する。そして、その結果を単電池Ｘの温度（最高温度）とする（最高温度＝Ｔａ＋（ΔＴ×内部抵抗比×構造温度係数））。
When any one of the
ここで、単電池１６Ｂ〜１６Ｅ（非対象単電池）について単電池１６Ａ（対象単電池）に対する内部抵抗の比を算出する手法について説明する。本実施形態では、リチウムイオン蓄電池１３が放電状態（すなわち各単電池１６から電流が流れ出る状態）から充電状態（すなわち各単電池１６に電流が流入する状態）に切り替えられる場合に、その切替前後における各単電池１６の端子電圧（Ｌｉ端子電圧）の変化量に基づいて、単電池１６ごとに内部抵抗比を算出することとしている。これを図５を用いて説明する。
Here, a method for calculating the ratio of the internal resistance of the
図５では、リチウムイオン蓄電池１３が放電状態から充電状態に移行する場合のＬｉ電流及びＬｉ端子電圧の推移を示しており、タイミングｔ１で、放電状態から充電状態に移行する。このタイミングｔ１ではＭＯＳスイッチ２５がオンされる。なお、ＳＭＲスイッチ２６はオンのまま保持されることを想定している。タイミングｔ１は、車両の減速に伴いオルタネータ１１で回生発電が開始されるタイミングである。
FIG. 5 shows the transition of the Li current and the Li terminal voltage when the lithium
タイミングｔ１では、Ｌｉ電流が放電電流（負の値）から充電電流（正の値）に変化するとともに、Ｌｉ端子電圧が増加し始める。そして、Ｌｉ端子電圧が安定したタイミングｔ２で、変化後の電流値及び電圧値が各々検出されるとともに、電池ＥＣＵ２７において、タイミングｔ１での切替の前後における電流変化量ΔＩと電圧変化量ΔＶとが算出される。このとき、Ｌｉ端子電圧は単電池１６ごとに異なる値となることが考えられ、単電池１６ごとにＬｉ端子電圧の検出、及び電圧変化量ΔＶの算出が行われる。
At timing t1, the Li current changes from the discharge current (negative value) to the charging current (positive value), and the Li terminal voltage starts to increase. Then, at the timing t2 when the Li terminal voltage is stabilized, the current value and the voltage value after the change are detected, respectively, and in the
上記のように電流変化量ΔＩと電圧変化量ΔＶとが算出されると、電池ＥＣＵ２７において、それら電流変化量ΔＩと電圧変化量ΔＶとから単電池１６ごとに内部抵抗Ｒが算出される（Ｒ＝ΔＶ／ΔＩ）。また、電池ＥＣＵ２７において、単電池１６Ａの内部抵抗Ｒａに対する、これ以外の単電池１６Ｂ〜１６Ｅの内部抵抗Ｒｂ〜Ｒｅの比がそれぞれ算出される。単電池１６Ｂの内部抵抗比はＲｂ／Ｒａで算出され、単電池１６Ｃの内部抵抗比はＲｃ／Ｒａで算出され、単電池１６Ｄの内部抵抗比はＲｄ／Ｒａで算出され、単電池１６Ｅの内部抵抗比はＲｅ／Ｒａで算出される。
When the current change amount ΔI and the voltage change amount ΔV are calculated as described above, the
図６は、温度算出処理の手順を示すフローチャートであり、本処理は電池ＥＣＵ２７により所定の時間周期で繰り返し実施される。
FIG. 6 is a flowchart showing the procedure of the temperature calculation process, and this process is repeatedly performed by the
図６において、ステップＳ１１では、温度センサ３３の検出値Ｔａ’と、温度センサ３４の検出値Ｔｍ’とを取得する。続くステップＳ１２では、図３の関係を用い、（Ｔａ’−Ｔｍ’）に基づいて温度差ΔＴを算出する。またこのとき、その温度差ΔＴに検出値Ｔａ’を加算して単電池１６Ａの最高温度ＴａＭＡＸを算出する。
In FIG. 6, in step S <b> 11, the detection value Ta ′ of the
その後、ステップＳ１３では、単電池１６Ａに対する他の単電池１６Ｂ〜１６Ｅの内部抵抗比をそれぞれ取得し、続くステップＳ１４では、図４の関係を用い、単電池１６Ｂ〜１６Ｅの構造温度係数をそれぞれ設定する。
Thereafter, in step S13, the internal resistance ratios of the
そして最後に、ステップＳ１５では、単電池１６Ａのセンサ取付位置温度Ｔａと、温度差ΔＴと、他の単電池１６Ｂ〜１６Ｅごとの内部抵抗比及び構造温度係数とに基づいて、任意の単電池について最高温度を算出する。
And finally, in step S15, for any single cell based on the sensor mounting position temperature Ta of the
以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。 According to the embodiment described in detail above, the following excellent effects can be obtained.
対象単電池（例えば単電池１６Ａ）の最高温度ＴａＭＡＸと、温度センサ３３の取付位置温度Ｔａと、基板付近温度Ｔｍ（ケース内温度情報）との関係をあらかじめ定めておき、センサ位置温度の検出値Ｔａ’と基板付近温度の検出値Ｔｍ’とに基づいて、対象単電池における温度差ΔＴ（＝ＴａＭＡＸ−Ｔａ）を算出するようにした。これにより、単電池１６Ａにおいて温度センサ３３の取付位置と温度推定位置（最高温度となる位置）とで温度差が生じることを前提としつつ、その温度差の把握が可能となる。この場合、リチウムイオン蓄電池１３の通電状態や電池ユニット１４の周辺温度などに応じてケース内温度が変化すると、単電池１６の温度にも影響が及ぶと考えられるが、そのケース内温度情報である基板付近温度Ｔｍを用いて温度算出を行うため、単電池１６Ａにおける温度差ΔＴ（温度推定位置とセンサ取付位置との温度差）を精度良く算出できる。
The relationship between the maximum temperature TaMAX of the target cell (for example, the
また、単電池１６Ａのセンサ取付位置温度Ｔａと、温度差ΔＴと、内部抵抗比（非対象単電池について対象単電池に対する内部抵抗の比）と、構造温度係数（温度分布情報）とに基づいて、非対象単電池における最高温度を算出するようにした。そのため、仮に各単電池１６の劣化度合いの違いや温度の違い等により各単電池１６で内部抵抗が互いに相違しても（更に言えば内部抵抗の差により発熱量が互いに相違しても）、或いは、各単電池１６の配置の違いに起因する温度ばらつき（温度分布）が生じていても、それらを考慮しつつ任意の単電池の最高温度を算出することができる。以上により、リチウムイオン蓄電池１３において各単電池１６の温度を好適に把握することができる。
Further, based on the sensor mounting position temperature Ta of the
単電池用の温度センサ３３を、単電池１６Ａにおいて他の単電池に対向していない部位に設けた。このため、電池ユニット１４において温度センサ３３を容易に取り付けることができる。この場合、取り付け易さを優先する位置に温度センサ３３を取り付けても、その温度センサ３３の検出値に基づいて、任意の単電池の温度を適正に算出できることとなる。つまり、最高温度となる位置にわざわざ温度センサ３３を取り付けなくてもよく、実用上好都合なものとなる。
The
特に各単電池１６において最も高温となる位置は、単電池同士が対向している位置であってセンサ取り付けが困難になる可能性が高いと考えられるが、その最高温度を推定しようとする場合にも当該温度を精度良く求めることができる。 In particular, the position where the highest temperature in each unit cell 16 is a position where the unit cells face each other, and it is considered that there is a high possibility that it will be difficult to mount the sensor. The temperature can be obtained with high accuracy.
温度測定対象の単電池を、全単電池１６Ａ〜１６Ｅのうち他の単電池からの受熱の影響を最も受けにくい単電池１６Ａとした。そのため、その単電池１６Ａの最高温度を基に、他の単電池１６Ｂ〜１６Ｅの最高温度をそれぞれ算出する場合に、それら各単電池１６Ｂ〜１６Ｅの最高温度について算出誤差を少なくすることができる。
The unit cell for temperature measurement was a
ケース内温度情報として基板付近温度Ｔｍを用いる構成としたため、制御基板３２の電子部品が発熱している場合に、その発熱による温度上昇分も加味して電池ケース３１内の温度状況を把握できる。これにより、単電池１６Ａ（対象単電池）における温度差ΔＴや最高温度ＴａＭＡＸの算出精度を高めることができ、ひいては任意の単電池について最高温度の算出精度を高めることができる。
Since the substrate vicinity temperature Tm is used as the temperature information in the case, when the electronic component of the
リチウムイオン蓄電池１３が放電状態から充電状態に切り替えられる場合に、その切替の前後における電流変化量と電圧変化量とに基づいて内部抵抗比を算出するようにした。一般に、蓄電池への充電を効率よく行わせるには充電電流を放電電流に比べて大きくしており、リチウムイオン蓄電池１３が放電状態から充電状態に切り替えられる場合には、比較的大きな電流が流れる。そのため、放電→充電の切り替わり時に内部抵抗を算出することで、その算出値の精度を高めることができる。
When the lithium
（他の実施形態）
上記実施形態を例えば次のように変更してもよい。
(Other embodiments)
You may change the said embodiment as follows, for example.
・上記実施形態では、単電池１６Ａのセンサ取付位置温度Ｔａと、温度差ΔＴと、内部抵抗比（非対象単電池について対象単電池に対する内部抵抗の比）と、構造温度係数（温度分布情報）とに基づいて、非対象単電池における最高温度を算出する構成としたが、これを変更してもよい。例えば、構造温度係数（温度分布情報）を使わず、単電池１６Ａのセンサ取付位置温度Ｔａと、温度差ΔＴと、内部抵抗比（非対象単電池について対象単電池に対する内部抵抗の比）とに基づいて、非対象単電池における最高温度を算出するようにしてもよい。
In the above embodiment, the sensor mounting position temperature Ta of the
・温度センサ３３を取り付ける温度測定対象の単電池を、単電池１６Ａでなく他の単電池にしてもよい。例えば、リチウムイオン蓄電池１３において２段積み部分の上側の単電池１６Ｃに温度センサ３３を取り付ける構成でもよい。この場合、単電池１６Ｃにおいて、他の単電池と対向していない上面部に温度センサ３３を取り付けるとよい。
The unit cell to which the
・上記実施形態では、各単電池１６Ａ〜１６Ｅにおいて通電状態下で最も高温となる位置を「温度推定位置」として各々定めたが、これを変更してもよい。例えば、各単電池１６Ａ〜１６Ｅにおいて通電状態下で温度中央値となる位置を「温度推定位置」として各々定めておいてもよい。この場合、対象単電池である単電池１６Ａについては、温度センサ３３，３４の検出値に基づいて単電池１６Ａの温度中央値を算出し、非対象単電池である単電池１６Ｂ〜１６Ｅについては、単電池１６Ａの温度中央値に基づいて各々の温度中央値を算出する。又は、各単電池１６Ａ〜１６Ｅの電池外周面における下面位置を「温度推定位置」として各々定めたり、各単電池１６Ａ〜１６Ｅにおける電池内部の中心点を「温度推定位置」として各々定めたりしてもよい。
In the above embodiment, the position at which the
・上記実施形態では、リチウムイオン蓄電池１３が放電状態から充電状態に移行する際の電流変化量と電圧変化量とから単電池１６ごとに内部抵抗を算出する構成としたが、これを変更してもよい。例えば、リチウムイオン蓄電池１３が開放状態（ＳＭＲスイッチ＝オフの状態）から充電状態に移行する際の電流変化量と電圧変化量とから単電池１６ごとに内部抵抗を算出する構成としてもよい。この場合、Ｌｉ電流は０から充電電流（正の値）に変化する。
In the above embodiment, the internal resistance is calculated for each cell 16 from the current change amount and the voltage change amount when the lithium
また、例えば所定時間ごとにＭＯＳスイッチ２５をオフからオンに意図的に切り替えて、その際に各単電池１６の内部抵抗を算出する構成でもよい。
Further, for example, the
・ＭＯＳスイッチ２５がオフからオンに切り替わったことを電池ＥＣＵ２７で判定し、その切り替わり判定時において、スイッチ切り替わり前後における電流変化量と電圧変化量とに基づいて内部抵抗を算出する構成でもよい。
The
・リチウムイオン蓄電池１３の状態移行時おける電流変化量と電圧変化量とから単電池１６の内部抵抗を算出する構成に代えて、リチウムイオン蓄電池１３の状態移行時おける電圧変化量だけから単電池１６の内部抵抗を算出する構成、例えば電圧検出値をそのまま内部抵抗データとして用いる構成としてもよい。
Instead of the configuration in which the internal resistance of the single battery 16 is calculated from the current change amount and the voltage change amount at the time of the state transition of the lithium
・単電池１６ごとの内部抵抗の算出を実施する条件として、リチウムイオン蓄電池１３の状態遷移（放電→充電状態、又は開放→充電状態）に際して所定時間内にＬｉ端子電圧が所定値以上変化することを付加してもよい。この場合、内部抵抗の算出精度が高まり、ひいては単電池１６の温度算出精度が向上する。 As a condition for calculating the internal resistance for each unit cell 16, the Li terminal voltage changes by a predetermined value or more within a predetermined time during the state transition of the lithium ion storage battery 13 (discharge → charge state or open → charge state). May be added. In this case, the calculation accuracy of the internal resistance is increased, and as a result, the temperature calculation accuracy of the unit cell 16 is improved.
・上記実施形態では、リチウムイオン蓄電池１３（組電池モジュール）の通電時におけるケース内温度情報として、制御基板３２周辺の温度を検出する温度センサ３４の検出温度（Ｔｍ）を用いたが、これを変更してもよい。例えば、電池ケース３１において制御基板３２からは離間して設けられた温度センサの検出温度を、ケース内温度情報として用いてもよい。又は、ケース内温度情報として、リチウムイオン蓄電池１３の発熱量を用いてもよい。この場合、リチウムイオン蓄電池１３の発熱量は、リチウムイオン蓄電池１３に流れる電池電流に基づいて算出されるとよい。
In the above embodiment, the detected temperature (Tm) of the
・上記実施形態では、リチウムイオン蓄電池１３が、直方体状をなす単電池を複数備える構成としたが、これを変更し、円柱状をなす単電池を複数備える構成であってもよい。
-In above-mentioned embodiment, although the lithium
・上記実施形態では、組電池モジュールとしてリチウムイオン蓄電池を用いる構成としたが、これを変更し、組電池モジュールとしてニカド蓄電池やニッケル水素蓄電池など、他の二次電池を用いる構成としてもよい。 In the above embodiment, the lithium ion storage battery is used as the assembled battery module. However, this may be changed and another secondary battery such as a nickel-cadmium storage battery or a nickel hydride storage battery may be used as the assembled battery module.
１３…リチウムイオン蓄電池（組電池モジュール）、１４…電池ユニット、１６…単電池、２７…電池ＥＣＵ（電池温度算出装置、取得手段、第１〜第３算出手段）、３１…電池ケース（収容ケース）、３３…温度センサ。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記複数の単電池のうちいずれかを温度測定対象の単電池である対象単電池としてその単電池に取り付けられる温度センサ（３３）と、
を有し、前記組電池モジュールが収容ケース（３１）内に収容されてなる電池ユニット（１４）に適用される電池温度算出装置（２７）であって、
前記各単電池において温度推定位置が各々定めてられており、
前記収容ケース内の温度の情報であるケース内温度情報を取得する取得手段と、
前記対象単電池における前記温度推定位置の温度（ＴａＭＡＸ）と、前記温度センサの取付位置の温度（Ｔａ）と、前記組電池モジュールの通電時における前記ケース内温度情報（Ｔｍ）との関係をあらかじめ定めておき、前記温度センサの検出温度と、前記取得手段により取得した前記ケース内温度情報とに基づいて、前記対象単電池における温度推定位置とセンサ取付位置との温度差（ΔＴ）を算出する第１算出手段と、
前記複数の単電池のうち前記対象単電池でない非対象単電池について前記対象単電池に対する内部抵抗の比を算出する第２算出手段と、
前記第１算出手段により算出された前記温度差と、前記第２算出手段により算出された内部抵抗の比とに基づいて、前記非対象単電池における温度推定位置の温度を算出する第３算出手段と、
を備えることを特徴とする電池温度算出装置。 An assembled battery module (13) having a plurality of single cells (16);
A temperature sensor (33) attached to the unit cell as a target unit cell that is one of the plurality of unit cells that is a temperature measurement target; and
A battery temperature calculation device (27) applied to a battery unit (14) in which the assembled battery module is housed in a housing case (31),
A temperature estimation position is determined for each unit cell,
An acquisition means for acquiring temperature information in the case, which is information on the temperature in the housing case;
The relationship between the temperature at the estimated temperature position (TaMAX), the temperature at the mounting position of the temperature sensor (Ta), and the temperature information in the case (Tm) during energization of the assembled battery module is preliminarily determined. The temperature difference (ΔT) between the estimated temperature position of the target cell and the sensor mounting position is calculated based on the temperature detected by the temperature sensor and the in-case temperature information acquired by the acquisition means. First calculating means;
Second calculation means for calculating a ratio of internal resistance to the target cell for the non-target cell that is not the target cell among the plurality of cells;
Third calculation means for calculating the temperature at the temperature estimation position in the non-target cell based on the temperature difference calculated by the first calculation means and the internal resistance ratio calculated by the second calculation means. When,
A battery temperature calculation device comprising:
前記第１算出手段は、前記第２温度センサにより検出された温度情報を前記ケース内温度情報として用いて、前記温度差を算出する請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電池温度算出装置。 In the battery unit, the accommodation case accommodates a control board (32) on which electronic components for battery control are mounted, and a second temperature for detecting the temperature of the control board is located at or near the control board. A sensor (34) is provided;
The battery temperature calculation according to any one of claims 1 to 3, wherein the first calculation unit calculates the temperature difference using temperature information detected by the second temperature sensor as the temperature information in the case. apparatus.
前記複数の単電池について各々の端子電圧を検出する電圧検出手段を備え、
前記第２算出手段は、前記組電池モジュールが放電状態から充電状態に切り替えられる場合に、その切替の前後における前記電圧検出手段の検出電圧の変化量に基づいて、前記内部抵抗の比を算出する請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電池温度算出装置。 In the assembled battery module, a charging state in which a current flows into each unit cell and a discharging state in which a current flows out from each unit cell are switched,
Voltage detecting means for detecting each terminal voltage for the plurality of unit cells,
When the assembled battery module is switched from the discharged state to the charged state, the second calculating unit calculates the ratio of the internal resistance based on the amount of change in the detected voltage of the voltage detecting unit before and after the switching. The battery temperature calculation device according to any one of claims 1 to 4.
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