JP6589669B2

JP6589669B2 - 温度監視装置

Info

Publication number: JP6589669B2
Application number: JP2016019683A
Authority: JP
Inventors: 裕人佐藤; 西垣　研治; 研治西垣; 筒井　雄介; 雄介筒井
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2016-02-04
Filing date: 2016-02-04
Publication date: 2019-10-16
Anticipated expiration: 2036-02-04
Also published as: JP2017139153A

Description

本発明は、温度監視装置に関する。

既存の温度監視装置として、温度検出部により検出される温度が閾値以上であると、その温度検出部の温度検出対象に高温異常が発生したと判断するものがある。
このように構成される温度監視装置を含む既存の電池パックとして、例えば、互いに並列接続される複数の電池モジュールのうちのある電池モジュールに有する電池に高温異常が発生したと温度監視装置により判断されると、その電池モジュールを他の電池モジュールから電気的に切り離したり、電池パックの動作を停止すものがある。

また、上記温度監視装置を含む既存の電池パックとして、例えば、ある温度検出部が故障すると、その故障した温度検出部を有する電池モジュールを他の電池モジュールから切り離すものがある。関連する技術として、例えば、特許文献１〜３がある。

特開２０１０−０５７２９２号公報特開平１１−１７８２３１号公報特開２００６−０７４８６９号公報

しかしながら、故障した温度検出部の温度検出対象である電池に高温異常が必ずしも発生するとは限らないため、温度検出部が故障しても、その故障した温度検出部の温度検出対象である電池の温度を検出することができれば、故障した温度検出部を有する電池モジュールを継続して使用したいという要望がある。

そこで、本発明の一側面に係る目的は、ある温度検出部が故障しても、その故障した温度検出部を有する電池モジュールを継続して使用することが可能な温度監視装置を提供することを目的とする。

本発明に係る一つの形態である温度監視装置は、複数の温度検出部と、高温異常判断部と、閾値変更部とを備える。
高温異常判断部は、複数の温度検出部のうちの少なくとも１つの温度検出部により検出される温度が閾値以上になると、その温度検出部の温度検出範囲内の各温度検出対象のうちの少なくとも１つの温度検出対象に高温異常が発生したと判断する。

閾値変更部は、複数の温度検出部のうちの少なくとも１つの温度検出部が故障すると、故障していない温度検出部の温度検出範囲が故障した温度検出部の温度検出範囲まで広がるように、上記閾値を下げる。

本発明によれば、ある温度検出部が故障しても、その故障した温度検出部を備える電池モジュールを継続して使用することができる。

実施形態の温度監視装置を含む電池パックの一例を示す図である。制御部の動作例を示すフローチャートである。温度検出部の温度検出範囲の一例を示す図である。閾値の一例を示す図である。

以下図面に基づいて実施形態について詳細を説明する。
図１は、実施形態の温度監視装置を含む電池パックの一例を示す図である。
図１に示す電池パック１は、互いに並列接続される複数の電池モジュール２と、制御部３とを備えている。なお、電池パック１は、例えば、電動フォークリフトやハイブリッドカーなどの車両に搭載され、走行モータを駆動するインバータなどの負荷や充電器との間で電力の授受を行う。

各電池モジュール２は、直列接続される複数の電池Ｂと、スイッチＳＷと、３つの温度検出部２１（温度検出部２１−１〜２１−３）と、監視部２２とを備えている。
各電池Ｂは、例えば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、または電気二重層コンデンサにより構成されている。負荷または充電器から各電池Ｂへ電力が供給されているときや各電池Ｂから負荷へ電力が供給されているとき、各電池Ｂの温度が上昇する。

スイッチＳＷは、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）などの半導体リレーや電磁式リレーにより構成され、一方の端に位置する電池Ｂのマイナス端子に接続されている。スイッチＳＷがオンすると、そのスイッチＳＷを有する電池モジュール２は、スイッチＳＷがオンしている他の電池モジュール２や負荷または充電器と電気的に接続され、そのオンされたスイッチＳＷを有する電池モジュール２の使用が継続される。また、スイッチＳＷがオフすると、そのスイッチＳＷを有する電池モジュール２はスイッチＳＷがオンしている他の電池モジュール２や負荷または充電器から電気的に切り離され、そのオフされたスイッチＳＷを有する電池モジュール２の使用が禁止される。なお、図１に示す例では、スイッチＳＷが、一方の端に位置する電池Ｂのマイナス端子に接続されているが、他方の端に位置する電池Ｂのプラス端子に接続されていてもよい。

温度検出部２１−１〜２１−３は、例えば、サーミスタにより構成され、同一直線上に並ぶ複数の電池Ｂに所定数の電池Ｂ間隔で設置されている。温度検出部２１−１は、温度検出範囲Ｒ１内の各電池Ｂの温度を検出し、温度検出部２１−２は、温度検出範囲Ｒ２内の各電池Ｂの温度を検出し、温度検出部２１−３は、温度検出範囲Ｒ３内の各電池Ｂの温度を検出する。なお、各電池モジュール２に備えられる温度検出部２１の数は３つに限定されない。

監視部２２は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やプログラマブルディバイスにより構成され、制御部３から送られてくる指示により、スイッチＳＷのオン、オフを制御する。また、監視部２２は、温度検出部２１−１〜２１−３により検出される各温度を示す温度情報を制御部３に送る。

制御部３は、高温異常判断部３１と、故障判断部３２と、遮断制御部３３と、閾値変更部３４とを備える。なお、制御部３は、例えば、ＣＰＵやプログラマブルディバイスにより構成され、ＣＰＵやプログラマブルディバイスが不図示の記憶部に記憶されているプログラムを読み出し実行することによって高温異常判断部３１、故障判断部３２、遮断制御部３３、閾値変更部３４などが実現される。また、実施形態の温度監視装置は、例えば、温度検出部２１−１〜２１−３と、高温異常判断部３１と、閾値変更部３４とを備えて構成されるものとする。

高温異常判断部３１は、温度情報に示される各温度のうちの少なくとも１つの温度が閾値以上になると、その温度を検出した温度検出部２１の温度検出範囲内の各電池Ｂのうちの少なくとも１つの電池Ｂに高温異常が発生したと判断する。すなわち、高温異常判断部３１は、複数の温度検出部２１のうちの少なくとも１つの温度検出部２１により検出される温度が閾値以上になると、その温度を検出した温度検出部２１の温度検出範囲内の各温度検出対象のうちの少なくとも１つの温度検出対象に高温異常が発生したと判断する。また、高温異常判断部３１は、温度情報に示される各温度がすべて閾値よりも小さいと、その温度情報の送り元の電池モジュール２に有するすべての電池Ｂに高温異常が発生していないと判断する。

故障判断部３２は、例えば、温度情報に示される各温度のうちの少なくとも１つの温度が、温度検出部２１が故障していることを示す値になると、その温度を検出した温度検出部２１が故障したと判断する。また、故障判断部３２は、例えば、温度情報に示される各温度が、温度検出部２１が故障していることを示す値になっていないと、温度情報の送り元の電池モジュール２に有するすべての温度検出部２１−１〜２１−３が故障していないと判断する。

遮断制御部３３は、高温異常が発生した電池Ｂを有する電池モジュール２のスイッチＳＷをオフさせる。
閾値変更部３４は、温度検出部２１−１〜２１−３のうちの少なくとも１つの温度検出部２１が故障すると、故障していない温度検出部２１の温度検出範囲が故障した温度検出部２１の温度検出範囲まで広がるように、高温異常判断部３１で使用される閾値を下げる。

このように、実施形態の温度監視装置では、温度検出部２１−１〜２１−３のうちの少なくとも１つの温度検出部２１が故障すると、故障していない温度検出部２１の温度検出範囲が故障した温度検出部２１の温度検出範囲まで広がるように、高温異常判断部３１で使用される閾値を下げる。これにより、故障していない温度検出部２１の温度検出範囲内の各電池Ｂだけでなく、故障した温度検出部２１の温度検出範囲内の各電池Ｂに対しても高温異常が発生したか否かを判断することができるようになるため、ある温度検出部２１が故障しても、その故障した温度検出部２１を備える電池モジュール２を継続して使用することができる。

図２は、制御部３の動作例を示すフローチャートである。
まず、制御部３の故障判断部３２は、温度検出部２１が故障していないと判断しているとき（Ｓ２１：Ｎｏ）、現在の状態を維持し、少なくとも１つの温度検出部２１が故障したと判断すると（Ｓ２１：Ｙｅｓ）、現在故障している温度検出部２１が１つのみであるか否かを判断する（Ｓ２２）。

次に、制御部３の閾値変更部３４は、１つの温度検出部２１のみが故障していると判断されると（Ｓ２２：Ｙｅｓ）、故障していない温度検出部２１の温度検出範囲が故障した温度検出部２１の温度検出範囲まで広がるように、高温異常判断部３１で使用される閾値を下げる（Ｓ２３）。

また、制御部３の故障判断部３２は、現在故障している温度検出部２１が１つのみでないと判断すると（Ｓ２２：Ｎｏ）、真ん中に位置する温度検出部２１−２を除く２つの温度検出部２１−１、２１−３が故障しているか否かを判断する（Ｓ２４）。

次に、制御部３の閾値変更部３４は、真ん中に位置する温度検出部２１−２を除く２つの温度検出部２１−１、２１−３が故障していると判断されると（Ｓ２４：Ｙｅｓ）、故障していない温度検出部２１の温度検出範囲が故障した温度検出部２１の温度検出範囲まで広がるように、高温異常判断部３１で使用される閾値を下げる（Ｓ２３）。

また、制御部３の遮断制御部３３は、真ん中に位置する温度検出部２１−２を除く２つの温度検出部２１−１、２１−３が故障していないと判断されると、すなわち、隣り合う２つの温度検出部２１が故障していると判断されると（Ｓ２４：Ｎｏ）、その２つの温度検出部２１を有する電池モジュール２のスイッチＳＷをオフさせる（Ｓ２５）。

すなわち、電池モジュール２に有する各電池Ｂは、その電池モジュール２に有する温度検出部２１−１〜２１−３のうち、隣り合う２つの温度検出部２１が故障すると、使用が禁止され、その電池モジュール２に有する温度検出部２１−１〜２１−３のうち、真ん中に位置する温度検出部２１−２を除く２つの温度検出部２１−１、２１−３が故障すると、使用が継続される。

ここで、図３に示すように、電池モジュール２に有する１５個の電池Ｂ１〜Ｂ１５のうちの電池Ｂ３に温度検出部２１−１が設置され、電池Ｂ８に温度検出部２１−２が設置され、電池Ｂ１３に温度検出部２１−３が設置されている場合を想定する。

なお、図３（ａ）には、温度検出部２１−１〜２１−３が故障していない場合の温度検出部２１−１の温度検出範囲Ｒ１、温度検出部２１−２の温度検出範囲Ｒ２、及び温度検出部２１−３の温度検出範囲Ｒ３を示している。また、図３（ｂ）には、１つの温度検出部２１−２のみが故障した場合の温度検出部２１−１の温度検出範囲Ｒ１及び温度検出部２１−３の温度検出範囲Ｒ３を示している。また、図３（ｃ）には、真ん中に位置する温度検出部２１−２を除く２つの温度検出部２１−１、２１−３が故障した場合の温度検出部２１−２の温度検出範囲Ｒ２を示している。

まず、温度検出部２１−１〜２１−３が故障していない場合の閾値について説明する。
図４（ａ）は、温度検出部２１−１〜２１−３が故障していない場合の閾値の一例を示す図である。

図４（ａ）では、電池Ｂが劣化するときの電池Ｂの温度である劣化温度（８０℃）から所定の誤差（２０℃）を引いた値を閾値（６０℃）としている。
なお、所定の誤差には、電池内外温度差（例えば、電池Ｂ内部の発熱源の温度とその電池Ｂの外部表面の温度との差）、電池間温度差（例えば、故障していない温度検出部２１の温度検出範囲内の各電池Ｂの数で決まる値）、検出誤差（例えば、電池Ｂと温度検出部２１との密着度による温度検出部２１の検出値の誤差）、及び温度検出部公差（例えば、製造バラツキによる温度検出部２１の検出値の誤差）が含まれているものとする。このように電池間温度差が考慮されて閾値が設定されるため、温度検出部２１から離れている電池Ｂに高温異常が発生しているか否かを判断することができる。これにより、各電池Ｂにそれぞれ温度検出部２１を設置する場合に比べて、温度検出部２１の数を低減するこができ、その分製造コストを下げることができる。

図４（ａ）に示す電池間温度差は、故障していない温度検出部２１−１〜２１−３のそれぞれの温度検出範囲内の各電池Ｂの数で決まる値であり、それら電池Ｂの数を３つとしている。

この電池間温度差が含まれるように閾値が設定されると、図３（ａ）に示すように、温度検出部２１−１によって温度検出範囲Ｒ１内の３つの電池Ｂ１〜Ｂ３の温度や温度検出範囲Ｒ１内の３つの電池Ｂ３〜Ｂ５の温度を検出することが可能になり、温度検出部２１−２によって温度検出範囲Ｒ２内の３つの電池Ｂ６〜Ｂ８の温度や温度検出範囲Ｒ２内の３つの電池Ｂ８〜Ｂ１０の温度を検出することが可能になり、温度検出部２１−３によって温度検出範囲Ｒ３内の３つの電池Ｂ１１〜Ｂ１３の温度や温度検出範囲Ｒ３内の３つの電池Ｂ１３〜Ｂ１５の温度を検出することが可能になる。

次に、１つの温度検出部２１−２のみが故障した場合の閾値について説明する。
図４（ｂ）は、１つの温度検出部２１−２のみが故障した場合の閾値の一例を示すである。

図４（ｂ）に示す電池間温度差は、故障していない温度検出部２１−１、２１−３のそれぞれの温度検出範囲内の各電池Ｂの数で決まる値であり、それら電池Ｂの数を６つとしている。

すなわち、閾値変更部３４は、１つの温度検出部２１−２のみが故障すると、故障していない温度検出部２１−１、２１−３のそれぞれの温度検出範囲内の各電池Ｂの数が３つから６つに多くなることに応じて、図４（ａ）に示す３つの電池Ｂで決まる電池間温度差を、図４（ｂ）に示す６つの電池Ｂで決まる電池間温度差まで大きくすることにより、図４（ａ）に示す６０℃の閾値を、図４（ｂ）に示す５０℃の閾値に下げる。なお、図４（ｂ）に示す電池内外温度差、検出誤差、及び温度検出部公差は、図４（ａ）に示す電池内外温度差、検出誤差、及び温度検出部公差と比べて変化しないものとする。

また、１つの温度検出部２１−２のみが故障しているとき、３つの電池Ｂで決まる電池間温度差を、６つの電池Ｂで決まる電池間温度差まで大きくすることにより、閾値を下げることは、故障していない温度検出部２１−１、２１−３の温度検出範囲Ｒ１、Ｒ３が故障した温度検出部２１−２の温度検出範囲Ｒ２まで広がるように、閾値を下げることに相当する。

これにより、１つの温度検出部２１−２のみが故障しても、故障していない温度検出部２１−１、２１−３の温度検出範囲Ｒ１、Ｒ３を、故障した温度検出部２１−２の温度検出範囲Ｒ２まで広げることができるため、図３（ｂ）に示すように、温度検出部２１−１によって温度検出範囲Ｒ１内の３つの電池Ｂ１〜Ｂ３の温度や温度検出範囲Ｒ１内の６つの電池Ｂ３〜Ｂ８の温度を検出することが可能になり、温度検出部２１−３によって温度検出範囲Ｒ３内の６つの電池Ｂ８〜Ｂ１３の温度や温度検出範囲Ｒ３内の３つの電池Ｂ１３〜Ｂ１５の温度を検出することが可能になる。

次に、真ん中に位置する温度検出部２１−２を除く２つの温度検出部２１−１、２１−３が故障した場合の閾値について説明する。
図４（ｃ）は、真ん中に位置する温度検出部２１−２を除く２つの温度検出部２１−１、２１−３が故障した場合の閾値の一例を示すである。

図４（ｃ）に示す電池間温度差は、故障していない温度検出部２１−２の温度検出範囲内の各電池Ｂの数で決まる値であり、それら電池Ｂの数を８つとしている。
すなわち、閾値変更部３４は、真ん中に位置する温度検出部２１−２を除く２つの温度検出部２１−１、２１−３が故障すると、故障していない温度検出部２１−２の温度検出範囲内の各電池Ｂの数が３つから８つに多くなることに応じて、図４（ａ）に示す３つの電池Ｂで決まる電池間温度差を、図４（ｃ）に示す８つの電池Ｂで決まる電池間温度差まで大きくすることにより、図４（ａ）に示す６０℃の閾値を、図４（ｃ）に示す４０℃の閾値に下げる。なお、図４（ｃ）に示す電池内外温度差、検出誤差、及び温度検出部公差は、図４（ａ）に示す電池内外温度差、検出誤差、及び温度検出部公差と比べて変化しないものとする。

また、真ん中に位置する温度検出部２１−２を除く２つの温度検出部２１−１、２１−３が故障しているとき、３つの電池Ｂで決まる電池間温度差を、８つの電池Ｂで決まる電池間温度差まで大きくすることにより、閾値を下げることは、故障していない温度検出部２１−２の温度検出範囲Ｒ２が故障した温度検出部２１−１、２１−３の温度検出範囲Ｒ１、Ｒ３まで広がるように、閾値を下げることに相当する。

これにより、真ん中に位置する温度検出部２１−２を除く２つの温度検出部２１−１、２１−３が故障しても、故障していない温度検出部２１−２の温度検出範囲Ｒ２を、故障した温度検出部２１−１、２１−３の温度検出範囲Ｒ１、Ｒ３まで広げることができるため、図３（ｃ）に示すように、温度検出部２１−２によって温度検出範囲Ｒ２内の８つの電池Ｂ１〜Ｂ８の温度や温度検出範囲Ｒ２内の８つの電池Ｂ８〜Ｂ１５の温度を検出することが可能になる。

なお、閾値変更部３４は、１つの温度検出部２１のみが故障すると、または、真ん中に位置する温度検出部２１−２を除く２つの温度検出部２１−１、２１−３が故障すると、故障していない温度検出部２１とその温度検出部２１の温度検出範囲内の各電池Ｂとの距離が長くなるに応じて、電池間温度差を大きくすることにより、閾値を下げるように構成してもよい。このように構成する場合、電池間温度差は、例えば、故障していない温度検出部２１とその温度検出部２１の温度検出範囲内の各電池Ｂとの距離で決まる値とする。

次に、隣り合う２つの温度検出部２１−１、２１−２が故障した場合について説明する。
この場合において、故障していない温度検出部２１−３の温度検出範囲Ｒ３が、故障した温度検出部２１−１、２１−２の温度検出範囲Ｒ１、Ｒ２まで広がるように、閾値を下げても、故障していない温度検出部２１−３が電池Ｂ６〜Ｂ１３の温度までしか正確に検出することができないと、電池Ｂ１〜Ｂ５の温度を正確に検出することができない。

そこで、遮断制御部３３は、隣り合う２つの温度検出部２１−１、２１−２が故障すると、それら温度検出部２１−１、２１−２を有する電池モジュール２のスイッチＳＷをオフさせることにより、その電池モジュール２を他の電池モジュール２から電気的に切り離している。これにより、電池Ｂ１〜Ｂ５に高温異常が発生している状態が続いて、電池Ｂ１〜Ｂ５が劣化してしまうことを防止することができる。

このように、図２に示す動作例では、１つの温度検出部２１のみが故障すると、または、真ん中に位置する温度検出部２１−２を除く２つの温度検出部２１−１、２１−３が故障すると、故障していない温度検出部２１の温度検出範囲が故障した温度検出部２１の温度検出範囲まで広がるように、閾値を下げる。これにより、温度検出部２１−１〜２１−３のうち、１つの温度検出部２１のみが故障した場合、または、真ん中に位置する温度検出部２１−２を除く２つの温度検出部２１−１、２１−３が故障した場合、その故障した温度検出部２１を備える電池モジュール２を他の電池モジュール２から切り離さないようにすることができる。すなわち、電池パック１において、ある温度検出部２１が故障しても、その故障した温度検出部２１を備える電池モジュール２を他の電池モジュール２からできるだけ切り離さないようにすることができる。なお、電池モジュール２を電気的に切り離すかわりに、全ての電池モジュール２から出力される電力を制限または停止してもよい。また、本発明は、上記実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。

１電池パック
２電池モジュール
３制御部
２１温度検出部
２２監視部
３１高温異常判断部
３２故障判断部
３３遮断制御部
３４閾値変更部

Claims

複数の温度検出部と、
前記複数の温度検出部のうちの少なくとも１つの温度検出部により検出される温度が閾値以上になると、その温度検出部の温度検出範囲内の各温度検出対象のうちの少なくとも１つの温度検出対象に高温異常が発生したと判断する高温異常判断部と、
前記複数の温度検出部のうちの少なくとも１つの温度検出部が故障すると、故障していない温度検出部の温度検出範囲が故障した温度検出部の温度検出範囲まで広がるように、前記閾値を下げる閾値変更部と、
を備えることを特徴とする温度監視装置。
請求項１に記載の温度監視装置であって、
前記閾値変更部は、前記複数の温度検出部のうちの少なくとも１つの温度検出部が故障すると、故障していない温度検出部の温度検出範囲内の各電池の数が多くなることに応じて、または、前記故障していない温度検出部とその温度検出部の温度検出範囲内の各電池との距離が長くなることに応じて、前記故障していない温度検出部の温度検出範囲内の各電池の数または前記故障していない温度検出部とその温度検出部の温度検出範囲内の各電池との距離で決まる電池間温度差を大きくすることにより、前記閾値を下げる
ことを特徴とする温度監視装置。
請求項１または請求項２に記載の温度監視装置であって、
３つの前記温度検出部は、同一直線上に並ぶ複数の電池に所定数の電池間隔で設置され、
前記各電池は、前記３つの温度検出部のうち、隣り合う２つの温度検出部が故障すると、使用が禁止され、前記３つの温度検出部のうち、真ん中に位置する温度検出部を除く２つの温度検出部が故障すると、使用が継続される
ことを特徴とする温度監視装置。