(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0011】
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。
【0012】
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。
【0013】
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。
【0014】
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。
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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)。
【0022】
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)。
【0023】
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)。
【0024】
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)。
【0025】
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)。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
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。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
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。
【0045】
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。