JP6955673B2

JP6955673B2 - 電池異常検出システム

Info

Publication number: JP6955673B2
Application number: JP2018008212A
Authority: JP
Inventors: 啓太小宮山
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-01-22
Filing date: 2018-01-22
Publication date: 2021-10-27
Anticipated expiration: 2038-01-22
Also published as: JP2019129003A

Description

本発明は、電池異常検出システムに関する。

リチウムイオン二次電池等の電池は、一般に、複数個の電池を備えた電池スタックや、当該電池スタックを複数個組み合わせた電池パックとして利用される。ここで、同一スタック内で各電池に温度のばらつきが発生すると、電池間で電池性能のばらつきが生じ得る。電池性能にばらつきが生じると、各電池において過充電が発生する可能性が高まる。ここで、電池の温度変化を検出する技術として、例えば、特許文献１には、高負荷走行時において電池に向けて流れる冷却風を利用する技術が開示されている。また、電池の温度に基づく制御技術として特許文献２および特許文献３が挙げられる。

特開２０１５−１２９６７７号公報特開２０１６−１６７４２０号公報特開２０１２−０２９４９１号公報

ところで、特許文献１に記載の技術では、冷却風は高負荷走行時にしか流れず、通常走行時には流れない。また、市場での使用形態として最も頻度が高い駐車中においても冷却風は流れず、電池温度の変化を検出することができない。即ち、駐車中において電池の異常を検出することができない。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、駐車中において電池の異常を検出することができる電池異常検出システムを提供することである。

本発明に係る電池異常検出システムは、車両駆動用電池を含む車両に搭載される。前記電池異常検出システムは、走行終了時の前記車両駆動用電池の温度Ｔｘ０および走行終了時から所定の時間が経過したときの前記車両駆動用電池の温度Ｔｘ１を測定する第１温度検出装置と、走行終了時の前記車両の外気温Ｔｙ０および走行終了時から前記所定の時間が経過したときの前記車両の外気温Ｔｙ１を測定する第２温度検出装置と、制御装置と、を備えている。前記制御装置は、走行終了時の前記車両の外気温Ｔｙ２に関連付けられ、走行終了時の前記車両駆動用電池の温度Ｔｘ２と走行終了時から前記所定の時間が経過したときの前記車両の外気温Ｔｙ３との差（Ｔｘ２−Ｔｙ３）に対する走行終了時から前記所定の時間が経過したときの前記車両駆動用電池の温度Ｔｘ３の比｛Ｔｘ３／（Ｔｘ２−Ｔｙ３）｝である複数の想定適合係数α１を記憶する記憶部と、前記第１温度検出装置によって測定された前記温度Ｔｘ０と、前記第２温度検出装置によって測定された前記外気温Ｔｙ０とに基づいて、前記記憶部に記憶された複数の前記想定適合係数α１から１つの前記想定適合係数α１を選択する選択部と、前記第１温度検出装置によって測定された前記温度Ｔｘ０および前記温度Ｔｘ１と、前記第２温度検出装置によって測定された前記外気温Ｔｙ１とに基づいて、前記温度Ｔｘ０と前記外気温Ｔｙ１との差（Ｔｘ０−Ｔｙ１）に対する前記温度Ｔｘ１の比｛Ｔｘ１／（Ｔｘ０−Ｔｙ１）｝である実測適合係数α２を算出する算出部と、前記選択部によって選択された前記想定適合係数α１が前記実測適合係数α２より大きい場合には異常と判定し、前記想定適合係数α１が前記実測適合係数α２以下の場合には正常と判定する判定部と、を備えている。

本発明に係る電池異常検出システムによれば、予め測定した正常時における走行終了時および走行終了時から所定の時間が経過したときの電池の温度および車両の外気温に基づいて算出される想定適合係数α１と、実際に測定された走行終了時および走行終了時から所定の時間が経過したときの電池の温度および車両の外気温に基づいて算出される実測適合係数α２とを比較することによって、車両駆動用電池の異常を判定することができる。即ち、判定部は、想定適合係数α１が実測適合係数α２より大きい場合には異常と判定し、想定適合係数α１が実測適合係数α２以下の場合には正常と判定する。このように、車両が駐車中であっても、車両駆動用電池の異常が発生しているか否かを精度よく検出することができる。また、車両駆動用電池を使用していない状態で車両駆動用電池の異常の有無を検出することができるため、安全性により優れる。

車両に搭載されている電池異常検出システムを模式的に示す上面図である。駐車後の車両駆動用電池の状態を確認する手順を示すフローチャートである。車両駆動用電池の駐車後の温度変化を示すグラフである。

以下、本発明の好適な実施形態を説明する。本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。なお、各図面は、模式的に描いており、必ずしも実物を反映しない。また、各図面は、一例を示すのみであり、各図面は、特に言及されない限りにおいて本発明を限定しない。また、図面中の符号Ｆ、Ｒｒ、Ｌ、Ｒは、それぞれ前、後、左、右を意味するものとする。ただし、これらは説明の便宜上の方向であり、電池異常検出システムの設置態様を何ら限定するものではない。

図１に示すように、車両１０は、電池パック２０と、電池異常検出システム３０とを備えている。本実施形態において、電池パック２０は、車両１０の後部座席の下側に配置され、フロアパネルに固定されている。ただし、電池パック２０は、後部座席の下側以外に配置されていてもよい。

電池パック２０は、電池スタック２２と、ケース２３と、を備えている。電池スタック２２は、４つの車両駆動用電池２１を備えている。４つの車両駆動用電池２１は、それぞれ角型の外形を有しており、一対の平坦面が対向するように図１の左右方向に一列に配置されている。４つの車両駆動用電池２１は、バスバーによって相互に直列に電気接続されている。４つの車両駆動用電池２１は、拘束バンド等によって一体的に保持されている。ただし、車両駆動用電池２１の形状や個数、配置等は適宜変更してもよい。車両駆動用電池２１は、典型的には充放電可能な二次電池、例えばリチウムイオン二次電池である。車両駆動用電池２１は、典型的には、正極と負極と電解液と、これらを収容する単電池ケースとを備えている。電解液は、例えばカーボネート類等の非水溶媒と、リチウム塩等の支持塩と、を含んでいる。なお、単電池の構成については従来と同様でよく、特に限定されない。

ケース２３は、電池スタック２２を収容する筐体である。ケース２３の材質は、例えば金属や樹脂である。ケース２３の形状やサイズは、例えば、電池スタック２２のサイズや個数等に応じて、適宜、変更してよい。

図１に示すように、電池異常検出システム３０は、第１温度検出装置３１と、第２温度検出装置３２と、制御装置３５とを備えている。

第１温度検出装置３１は、車両駆動用電池２１の温度を測定する装置である。第１温度検出装置３１としては、例えば、熱電対が挙げられる。第１温度検出装置３１は、各車両駆動用電池２１に設けられている。第１温度検出装置３１は、例えば、車両駆動用電池２１の単電池ケースに取り付けられている。第１温度検出装置３１は、制御装置３５と電気的に接続されている。第１温度検出装置３１において測定された温度情報は、制御装置３５に送信される。

第１温度検出装置３１は、走行終了時の車両駆動用電池２１の温度Ｔｘ０を測定する。第１温度検出装置３１は、走行終了時から所定の時間ｔが経過したとき（即ち駐車後所定の時間ｔが経過したとき）の車両駆動用電池２１の温度Ｔｘ１を測定する。上記所定の時間ｔは、例えば、１０分、３０分または１時間等任意に設定することができる。

第２温度検出装置３２は、車両１０の外気温を測定する装置である。第２温度検出装置３２としては、例えば、サーミスタが挙げられる。第２温度検出装置３２は、例えば、車両１０のフロントバンパーの裏側等に設けられている。第２温度検出装置３２は、制御装置３５と電気的に接続されている。第２温度検出装置３２において測定された温度情報は、制御装置３５に送信される。

第２温度検出装置３２は、走行終了時の車両１０の外気温Ｔｙ０を測定する。第２温度検出装置３２は、走行終了時から所定の時間ｔが経過したとき（即ち駐車後所定の時間ｔが経過したとき）の車両の外気温Ｔｙ１を測定する。

制御装置３５は、制御プログラムの命令を実行する中央演算処理装置（ＣＰＵ）と、ＣＰＵが実行するプログラムを格納したＲＯＭと、プログラムを展開するワーキングエリアとして使用されるＲＡＭと、上記プログラムや各種データを格納するメモリなどの記憶装置とを備えている。制御装置３５は、記憶部３７と、選択部３９と、算出部４１と、判定部４３と、通知部４５とを備えている。これら各部は、プログラムによって実現されている。このプログラムは、インターネットを通じてダウンロードされ得る。また、これら各部は、プロセッサおよび／または回路などによって実現可能なものであってもよい。なお、上述した各部の具体的な制御などについては後述する。

記憶部３７は、複数の想定適合係数α１を記憶する。想定適合係数α１は、走行終了時の車両駆動用電池２１の温度Ｔｘ２と走行終了時から所定の時間ｔが経過したときの車両１０の外気温Ｔｙ３との差（Ｔｘ２−Ｔｙ３）に対する走行終了時から所定の時間ｔが経過したときの車両駆動用電池２１の温度Ｔｘ３の比｛Ｔｘ３／（Ｔｘ２−Ｔｙ３）｝である。想定適合係数α１は、走行終了時の前記車両の外気温Ｔｙ２に関連付けられている。即ち、外気温Ｔｙ２および温度Ｔｘ２が決まれば、想定適合係数α１が一義的に決まる。想定適合係数α１は、予備実験によって求められた想定値である。

選択部３９は、第１温度検出装置３１によって測定された温度Ｔｘ０と、第２温度検出装置３２によって測定された外気温Ｔｙ０とに基づいて、記憶部３７に記憶された複数の想定適合係数α１から１つの想定適合係数α１を選択する。即ち、選択部３９は、温度Ｔｘ０を温度Ｔｘ２に置き換え、かつ、外気温Ｔｙ０を外気温Ｔｙ２に置き換えることで、想定適合係数α１を一義的に選択する。

算出部４１は、第１温度検出装置３１によって測定された温度Ｔｘ０および温度Ｔｘ１と、第２温度検出装置３２によって測定された外気温Ｔｙ１とに基づいて、温度Ｔｘ０と外気温Ｔｙ１との差（Ｔｘ０−Ｔｙ１）に対する温度Ｔｘ１の比｛Ｔｘ１／（Ｔｘ０−Ｔｙ１）｝である実測適合係数α２を算出する。実測適合係数α２は、実際に測定された温度および外気温に基づいて算出された実測値である。

判定部４３は、選択部３９によって選択された想定適合係数α１が算出部４１によって算出された実測適合係数α２より大きい場合には異常と判定する。判定部４３は、選択部３９によって選択された想定適合係数α１が算出部４１によって算出された実測適合係数α２以下の場合には正常と判定する。

通知部４５は、車両駆動用電池２１の異常をユーザーに通知する。なお、通知方法は特に限定されず、例えば、視覚的な表示、音声等による通知が挙げられる。本実施形態では、車両１０に設けられた表示パネル（図示せず）を通じて視覚的に作業者に対する通知を行う。

次に、駐車後の車両駆動用電池２１の状態を確認する方法について説明する。図２は、一実施形態に係るフローチャートである。車両１０の出荷時には、想定適合係数α１が記憶部３７に記憶されている。車両１０の駐車時には、車両駆動用電池２１の充放電は行われない。

まず、車両１０の走行が終了すると（即ち車両１０が駐車されると）、ステップＳ１０において、第１温度検出装置３１は、走行終了時の車両駆動用電池２１の温度Ｔｘ０を測定する。また、第２温度検出装置３２は、走行終了時の車両１０の外気温Ｔｙ０を測定する。

次に、所定の時間ｔが経過すると、ステップＳ２０において、第１温度検出装置３１は、走行終了時から所定の時間ｔが経過したときの車両駆動用電池２１の温度Ｔｘ１を測定する。また、第２温度検出装置３２は、走行終了時から所定の時間ｔが経過したときの車両１０の外気温Ｔｙ１を測定する。

ステップＳ３０において、選択部３９は、ステップＳ１０において測定された温度Ｔｘ０および外気温Ｔｙ０に基づいて、記憶部３７に記憶された複数の想定適合係数α１から１つの想定適合係数α１を選択する。

ステップＳ４０において、算出部４１は、ステップＳ１０において測定された温度Ｔｘ０と、ステップＳ２０において測定された温度Ｔｘ１および外気温Ｔｙ１とに基づいて、実測適合係数α２を算出する。

ステップＳ５０において、判定部４３は、ステップＳ３０において選択された想定適合係数α１が実測適合係数α２より大きいか否かを判定する。想定適合係数α１が実測適合係数α２より大きいと判定された場合、ステップＳ６０に進む。一方、想定適合係数α１が実測適合係数α２以下と判定された場合、車両駆動用電池２１は正常状態であるため処理を終了する。

ステップＳ６０において、通知部４５は、車両駆動用電池２１の異常をユーザーに通知し、処理を終了する。

図３は、車両駆動用電池２１の駐車後１時間の温度変化を示すグラフである。図３の実線は、想定適合係数α１が実測適合係数α２と等しい場合（正常状態）の温度変化を示す。図３の破線は、想定適合係数α１が実測適合係数α２より大きい場合（異常状態）の温度変化を示す。図３に示すように、想定適合係数α１が実測適合係数α２に等しい場合には、車両駆動用電池２１の温度が十分に低下している。一方、想定適合係数α１が実測適合係数α２より大きい場合には、車両駆動用電池２１の温度の低下が十分でない。これにより、例えば、車両駆動用電池２１に埃が堆積するなどして十分に放熱することができていないことが確認できる。

以上のように、本実施形態に係る電池異常検出システム３０によれば、想定適合係数α１と、実測適合係数α２とを比較することによって、車両駆動用電池２１の異常を判定することができる。即ち、判定部４３は、想定適合係数α１が実測適合係数α２より大きい場合には異常と判定し、想定適合係数α１が実測適合係数α２以下の場合には正常と判定する。このように、車両１０が駐車中であっても、車両駆動用電池２１の異常が発生しているか否かを精度よく検出することができる。また、車両１０の駐車時には車両駆動用電池２１の充放電は行われておらず、車両駆動用電池２１を使用していない状態で車両駆動用電池２１の異常の有無を検出することができるため、安全性により優れる。

以上、ここで提案される電池異常検出システムについて、種々説明したが、特に言及されない限りにおいて、ここで挙げられた実施形態および実施例は、本発明を限定しない。

例えば、上記したフローチャートでは、ステップＳ２０の後にステップＳ３０の処理を行っているが、ステップＳ２０の前にステップＳ３０を処理してもよい。

１０車両
２１車両駆動用電池
３０電池異常検出システム
３１第１温度検出装置
３２第２温度検出装置
３５制御装置
３７記憶部
３９選択部
４１算出部
４３判定部

Claims

車両駆動用電池を含む車両に搭載される電池異常検出システムであって、
走行終了時の前記車両駆動用電池の温度Ｔｘ０および走行終了時から所定の時間が経過したときの前記車両駆動用電池の温度Ｔｘ１を測定する第１温度検出装置と、
走行終了時の前記車両の外気温Ｔｙ０および走行終了時から前記所定の時間が経過したときの前記車両の外気温Ｔｙ１を測定する第２温度検出装置と、
制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
走行終了時の前記車両の外気温Ｔｙ２に関連付けられ、走行終了時の前記車両駆動用電池の温度Ｔｘ２と走行終了時から前記所定の時間が経過したときの前記車両の外気温Ｔｙ３との差（Ｔｘ２−Ｔｙ３）に対する走行終了時から前記所定の時間が経過したときの前記車両駆動用電池の温度Ｔｘ３の比｛Ｔｘ３／（Ｔｘ２−Ｔｙ３）｝である複数の想定適合係数α１を記憶する記憶部と、
前記第１温度検出装置によって測定された前記温度Ｔｘ０と、前記第２温度検出装置によって測定された前記外気温Ｔｙ０とに基づいて、前記記憶部に記憶された複数の前記想定適合係数α１から１つの前記想定適合係数α１を選択する選択部と、
前記第１温度検出装置によって測定された前記温度Ｔｘ０および前記温度Ｔｘ１と、前記第２温度検出装置によって測定された前記外気温Ｔｙ１とに基づいて、前記温度Ｔｘ０と前記外気温Ｔｙ１との差（Ｔｘ０−Ｔｙ１）に対する前記温度Ｔｘ１の比｛Ｔｘ１／（Ｔｘ０−Ｔｙ１）｝である実測適合係数α２を算出する算出部と、
前記選択部によって選択された前記想定適合係数α１が前記実測適合係数α２より大きい場合には異常と判定し、前記想定適合係数α１が前記実測適合係数α２以下の場合には正常と判定する判定部と、を備えている、電池異常検出システム。