特許 7492546 電池システム、および検出方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-05-21

(45)【発行日】2024-05-29

(54)【発明の名称】電池システム、および検出方法

(51)【国際特許分類】

   G01R 31/00 20060101AFI20240522BHJP

   H01M 10/48 20060101ALI20240522BHJP

   G01R 31/50 20200101ALI20240522BHJP

   H02H 7/18 20060101ALI20240522BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20240522BHJP

【ＦＩ】

G01R31/00

H01M10/48 P

H01M10/48 301

G01R31/50

H02H7/18

H02J7/00 Y

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2022043741

(22)【出願日】2022-03-18

(65)【公開番号】P2023137502

(43)【公開日】2023-09-29

【審査請求日】2023-03-20

(73)【特許権者】

【識別番号】520184767

【氏名又は名称】プライムプラネットエナジー＆ソリューションズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】矢野 準也

【審査官】青木 洋平

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－１４５８４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１５１７７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０５９３５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０５９００１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２６２６４２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｒ ３１／００

Ｈ０１Ｍ １０／４８

Ｇ０１Ｒ ３１／５０

Ｈ０２Ｈ ７／１８

Ｈ０２Ｊ ７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電池と、
各々が前記電池のパラメータを検出する複数のセンサと、
コントローラとを備え、
前記複数のセンサは、第１センサ、第２センサ、および第３センサを含み、
前記複数のセンサのうちの各々のセンサにおいて該センサが異常になったことによって残りのセンサは異常にならず、
前記第１センサは、前記第２センサおよび前記第３センサよりも異常が生じやすく、
前記コントローラは、
前記第１センサが異常値を出力しておりかつ前記第２センサおよび前記第３センサの少なくとも一方が異常値を出力した場合に、前記電池が異常であると判断し、
前記第１センサが異常値を出力しておりかつ前記第２センサおよび前記第３センサの双方が正常値を出力した場合に、前記第１センサが異常であると判断する、電池システム。

【請求項2】

前記第１センサは、前記電池の電圧を前記パラメータとして検出するセンサであり、
前記第２センサは、前記電池の温度を前記パラメータとして検出するセンサであり、
前記第３センサは、前記電池の温度を前記パラメータとして検出するセンサである、請求項１に記載の電池システム。

【請求項3】

前記電池システムは、前記電池と前記コントローラとの間に配置された、高難燃性樹脂の防壁をさらに備える、請求項１または請求項２に記載の電池システム。

【請求項4】

電池システムの異常を検出する検出方法であって、
前記電池システムは、
電池と、
各々が前記電池のパラメータを検出する複数のセンサとを備え、
前記複数のセンサは、第１センサ、第２センサ、および第３センサを含み、
前記複数のセンサのうちの各々のセンサにおいて該センサが異常になったことによって残りのセンサは異常にならず、
前記第１センサは、前記第２センサおよび前記第３センサよりも異常が生じやすく、
前記検出方法は、
前記第１センサが異常値を出力しておりかつ前記第２センサおよび前記第３センサの少なくとも一方が異常値を出力した場合に、前記電池が異常であると判断することと、
前記第１センサが異常値を出力しておりかつ前記第２センサおよび前記第３センサの双方が正常値を出力した場合に、前記第１センサが異常であると判断することと、を備える、検出方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電池システム、および検出方法に関する。

【背景技術】

【0002】

たとえば、特開２０２０－１４５８４１号公報（特許文献１）には、電池と、該電池の物理量を計測するセンサとが開示されている。特許文献１記載の技術は、該センサの物理量に基づいて電池の異常の有無を判断する。また、特許文献１においては、該センサの故障の診断方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０２０－１４５８４１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

電池の異常検出の精度を向上させることが要望されている。
本開示は、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、電池の異常検出の精度を向上させる技術を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示による電池システムは、電池と、各々が電池のパラメータを検出する複数のセンサと、コントローラとを備える。複数のセンサのうちの各々のセンサにおいて該センサが異常になったことによって残りのセンサは異常にならない。コントローラは、複数のセンサのうち少なくとも２つのセンサが異常値を出力している場合に、電池が異常であると判断する。

【0006】

本開示の検出方法は、電池システムの異常を検出する検出方法である。電池システムは、電池と、各々が電池のパラメータを検出する複数のセンサとを備える。複数のセンサのうちの各々のセンサにおいて該センサが異常になったことによって残りのセンサは異常にならない。検出方法は、複数のセンサのうち少なくとも２つのセンサが異常値を出力している場合に、電池が異常であると判断することを備える。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、電池の異常検出の精度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本実施の形態の電池システムの構成例を示す図である。

【図2】組電池およびコントローラなどを示す図である。

【図3】コントローラの機能ブロック図である。

【図4】コントローラの処理を示すフローチャートである。

【図5】組電池およびコントローラなどを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

【0010】

［本実施の形態］
図１は、本実施の形態の電池システム１００の構成例を示す図である。電池システム１００は、組電池５０と、複数のセンサと、コントローラ８０と、１以上のリレー９０とを備える。複数のセンサは、電圧センサ１１と、第１温度センサ３１と、第２温度センサ３２とにより構成される。

【0011】

図１の例において、電池システム１００は、３つのリレー９０を有する。リレー９０の一端は、負荷１５０に接続されている。また、リレー９０の他端は、組電池５０に接続されている。また、コントローラ８０は、上位コントローラ１６０に接続されている。

【0012】

組電池５０は、１以上の単位電池５（セル）により構成される。図１の例では、組電池５０は、１以上の単位電池５が直列接続されることにより構成される。組電池５０が、本開示の「電池」に対応する。

【0013】

電圧センサ１１は、組電池５０を構成する１以上の単位電池５のそれぞれの電圧値を検出する。第１温度センサ３１は、組電池５０の第１箇所の温度を検出する。第２温度センサ３２は、組電池５０の第２箇所の温度を検出する。電圧値、第１箇所の温度、および第２箇所の温度はコントローラ８０に出力される。第１箇所の温度は、「第１温度」とも称され、第２箇所の温度は、「第２温度」とも称される。

【0014】

電圧値、第１温度、および第２温度は、本開示の「パラメータ」に対応する。このように、複数のセンサ（本実施の形態では、電圧センサ１１と、第１温度センサ３１と、第２温度センサ３２）の各々は、組電池５０のパラメータを検出する。コントローラ８０は、このパラメータを用いて、所定の処理を実行する。所定の処理は、たとえば、単位電池５のインピーダンスの算出処理などを含む。

【0015】

電圧センサ１１と、第１温度センサ３１と、第２温度センサ３２とは互いに独立して配置されている。ここで、「独立」とは、複数のセンサのうちの各々のセンサにおいて該センサが故障したことによって残りのセンサは故障しないことである。「故障」については後述する。また、「センサの故障」は、「センサの異常」とも称される。

【0016】

本実施の形態においては、電圧センサ１１が故障したことによって、第１温度センサ３１と、第２温度センサ３２とは故障しない。また、第１温度センサ３１が故障したことによって、電圧センサ１１と第２温度センサ３２とは故障しない。第２温度センサ３２が故障したことによって、電圧センサ１１と第１温度センサ３１とは故障しない。

【0017】

各センサの独立の手法の一例として、各センサの検出素子（検出要素）が個別の筐体に収容させる。たとえば、第１温度センサ３１と、第２温度センサ３２とについては、検出素子であるサーミスタが、それぞれ別の筐体に収容されている。なお、上述のように、電圧センサ１１については、複数の個別電圧センサ（図示せず）が１つの筐体に収容されている。個別電圧センサは、１つの単位電池５の電圧を測定するセンサである。したがって、本実施の形態においては、複数の個別電圧センサについては、独立していないとすることができる。

【0018】

コントローラ８０は、後述するように、電圧値、第１温度、および第２温度に基づいて単位電池５の異常、および電圧センサ１１の故障を検出する。単位電池５の異常は、たとえば、単位電池５の過度な温度上昇である。また、単位電池５の異常は、単位電池５の過度な温度上昇による熱が他の単位電池に伝搬することを含むようにしてもよい。

【0019】

また、コントローラ８０は、リレー９０に対して、制御信号を送信する。制御信号は、リレー９０をオン（リレー９０を閉じる）およびリレー９０をオフ（リレー９０を開ける）ための信号である。また、コントローラ８０は、上位コントローラ１６０に対して通知信号を送信する。

【0020】

コントローラ８０は、主たる構成要素として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）８１と、メモリ８２とを有する。メモリ８２は、たとえば、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）とを有する。ＲＯＭには、ＣＰＵ８１が実行するプログラムを格納する。ＲＡＭは、ＣＰＵ８１におけるプログラムの実行により生成されるデータなどを一時的に格納する。コントローラ８０は、制御回路とも称される。

【0021】

図２は、組電池５０と、コントローラ８０などを示す図である。上述のように、単位電池５の異常として、単位電池５の温度は過度に上昇し得る。このような温度上昇により、コントローラ８０は損傷し得る。そこで、本実施の形態においては、コントローラ８０に対する電池異常（たとえば、単位電池５の温度上昇）による影響が低減されるように配置されている。図２の例では、組電池５０と、コントローラ８０との間には、該影響を低減させる低減部材が設けられている。図２の例では、低減部材は、防壁２００である。防壁２００の素材は、たとえば、高難燃性樹脂であり、ＵＬ９４規格に基づくとＶ－０以上の等級が望ましい。このような、防壁２００が設けられていることにより、コントローラ８０に対する単位電池５の異常による影響を低減できる。

【0022】

図３は、コントローラ８０の機能ブロック図である。コントローラ８０は、取得部１０２と、判断部１０４と、出力部１０６と、記憶部１０８とを有する。取得部１０２は、電圧センサ１１からの電圧値、第１温度センサ３１からの第１温度、および第２温度センサ３２からの第２温度を取得する。

【0023】

取得部１０２で取得された電圧値、第１温度、および第２温度は判断部１０４に出力される。判断部１０４は、電圧値、第１温度、および第２温度に基づいて組電池５０の異常、および電圧センサ１１の故障を検出する。

【0024】

ここで、組電池５０の異常、および電圧センサ１１の故障を説明する。電圧値、第１温度、および第２温度には、それぞれ正常範囲および異常範囲とが定められている。電圧値、第１温度、および第２温度のそれぞれの正常範囲および異常範囲は、記憶部１０８に記憶されている。異常範囲に属している電圧値、および第１温度、第２温度は、「異常値」とも称される。また、正常範囲に属している電圧値、および第１温度、第２温度は、「正常値」とも称される。

【0025】

また、電圧センサ１１は故障し得る。ここで、「電圧センサ１１の故障」とは、組電池５０が正常である（組電池５０の異常が発生していない）にもかかわらず、電圧センサ１１が異常値を出力することである。電圧センサ１１の故障の原因は、たとえば、電圧センサ１１の内部での断線、摩耗、および劣化などである。

【0026】

ここで、電圧センサが異常値を出力している状況においては、以下の第１状況および第２状況がある。第１状況は、組電池５０の異常が発生していることから、電圧センサ１１が異常値を出力しているという状況である。第２状況は、組電池５０が正常であるにもかかわらず（組電池５０の異常が発生していないにもかかわらず）、電圧センサ１１が故障していることから、該故障している電圧センサ１１が異常値を出力しているという状況である。

【0027】

第１状況である場合、つまり、組電池５０の異常が発生している場合には、電池システム１００は、組電池５０の出力の緊急停止などを実行することが好ましい。しかしながら、第２状況である場合には、組電池５０の異常が発生していないことから、電池システム１００は、該緊急停止を実行する必要がない。

【0028】

比較例の電池システム（たとえば、上記の特許文献１の電池システム）では、電圧センサが異常値を出力している場合には、第１状況および第２状況にもかかわらず、組電池の異常が発生したと判断する。したがって、比較例の電池システムでは、第２の状況である場合であっても、組電池の異常を検出してしまう。このように、比較例の電池システムでは、電池の異常検出の精度が低い。したがって、比較例の電池システムでは、必要の無い緊急停止を実行する場合があった。

【0029】

そこで、本実施の形態の電池システム１００では、以下のような手法により、組電池５０の異常検出の精度を向上させる。判断部１０４が、電圧センサ１１が異常値を出力していると判断した場合には、他のセンサ（つまり、第１温度センサ３１および第２温度センサ３２）が検出したパラメータが異常値であるか否かを判断する。

【0030】

電圧センサ１１が異常値を出力している場合において、他のセンサも異常値を出力している場合には、組電池５０の異常が発生している可能性が高い（上述の第１の状況である可能性が高い）。したがって、この場合には、コントローラ８０は、組電池５０の異常が発生していると判断する。

【0031】

一方、電圧センサ１１が異常値を出力しているが、他のセンサは異常値を出力していない場合がある。この場合には、電圧センサ１１が故障している可能性が高いことから、コントローラ８０は、電圧センサ１１が故障していると判断する。

【0032】

つまり、判断部１０４は、複数のセンサのうち少なくとも２つのセンサが異常値を出力している場合（第１温度センサ３１および第２温度センサ３２のうち少なくとも一方と、電圧センサ１１とが異常値を出力している場合）に、組電池５０が異常（たとえば、単位電池５の過度な温度上昇）であると判断する。

【0033】

また、判断部１０４は、複数のセンサのうち１つのセンサ（つまり、電圧センサ１１）が異常値を出力している場合に、該１つのセンサが異常（故障）であると判断する。

【0034】

電池システム１００は、判断結果に応じた処理を実行する。判断結果が組電池５０の異常である場合には、電池システム１００は、第１処理を実行する。第１処理は、たとえば、組電池５０の充電または放電の緊急停止、または、上位コントローラ１６０への通知のうち少なくとも一方を含む。

【0035】

具体的には、判断結果が組電池５０の異常である場合には、出力部１０６は、上位コントローラ１６０に対して通知信号を出力する。通知信号は、組電池５０の異常が発生していることを示す信号である。上位コントローラ１６０は、該通知信号を受信すると、電池システム１００を搭載している機器（たとえば、車両）の緊急停止を実行する。また、上位コントローラ１６０は、該機器のユーザに対して、組電池５０の異常が発生していることを通知する。また、出力部１０６は、全てのリレー９０をオフ状態にすることにより、組電池５０の充電または放電を緊急停止させる。

【0036】

また、判断結果が電圧センサ１１の故障である場合には、電池システム１００は、第２処理を実行する。第２処理は、組電池５０の充電または放電の抑制と、電圧センサ１１からの電圧値の破棄とを含む。

【0037】

具体的には、判断結果が電圧センサ１１の故障である場合には、コントローラ８０は、該電圧センサ１１からの電圧値を使用せずに（電圧値を破棄して）、他のセンサ（つまり、第１温度センサ３１および第２温度センサ３２）からのパラメータ（第１温度および第２温度）を用いて、組電池５０に関する処理（たとえば、組電池５０のインピーダンスを算出する処理）を実行する。また、出力部１０６は、全てのリレー９０の少なくとも一部のリレー９０に対して制御信号を出力することにより、組電池５０の充電または放電の抑制を実行する。

【0038】

図４は、コントローラ８０の処理を示すフローチャートである。図４の処理は、コントローラ８０により所定期間（たとえば、０．１秒）毎に実行される。ステップＳ２において、コントローラ８０は、電圧センサ１１が異常値を出力しているか否かを判断する。電圧センサ１１が異常値を出力していない（正常値を出力している）場合には（ステップＳ２でＮＯ）、処理は終了する。

【0039】

一方、ステップＳ２において、電圧センサ１１が異常値を出力している場合には（ステップＳ２でＹＥＳ）、処理は、ステップＳ４に進む。ステップＳ４において、残りのセンサ（つまり、第１温度センサ３１および第２温度センサ３２）で異常値を出力しているセンサがあるか否かを判断する。

【0040】

ステップＳ４において、残りのセンサのうち異常値を出力しているセンサがあると判断された場合には（ステップＳ４でＹＥＳ）、ステップＳ６において、コントローラ８０は、組電池５０が異常であると判断する。一方、ステップＳ４において、残りのセンサのうち異常値を出力しているセンサがないと判断された場合には（ステップＳ４でＮＯ）、ステップＳ６において、コントローラ８０は、電圧センサ１１が異常である（電圧センサ１１が故障している）と判断する。

【0041】

［その他の実施の形態］
（１） 図５は、コントローラ８０に対する組電池５０の異常（たとえば、単位電池５の過度な温度上昇）による影響を低減させる他の手法を説明するための図である。図５の例では、防壁２００を設けるのではなく組電池５０とコントローラ８０との物理的距離Ｌが確保されている構成が示されている。組電池５０とコントローラ８０とが、物理的距離Ｌ離間されている構成であっても、コントローラ８０に対する単位電池５の異常による影響を低減できる。

【0042】

また、防壁２００または物理的距離Ｌは、組電池５０の異常によるコントローラ８０への二次的損傷を第１所定時間保護できるように構成されてもよい。ここで、第１所定時間は、たとえば、組電池５０の異常が発生したときから、組電池５０の異常によって少なくとも２つ以上のセンサが異常となるときまでの時間である。

【0043】

（２） 図４の例では、コントローラ８０は、ステップＳ２でＹＥＳと判断された後、直ぐにステップＳ４の処理を実行する構成を説明した。しかしながら、ステップＳ２でＹＥＳと判断された後、第２所定時間（たとえば、数秒～１時間）が経過した後にステップＳ４の処理を実行するようにしてもよい。

【0044】

（３） また、上述の例では、電圧センサ１１および温度センサが備えられている構成が示された。しかしながら、電池システム１００は、他のセンサを備えていてもよい。他のセンサは、たとえば、電流センサ、圧力センサ、およびガス検知センサの少なくとも１つとしてもよい。電流センサは、パラメータとして、組電池５０の電流値を検出する。圧力センサは、パラメータとして、組電池５０の（単位電池５）の内圧を検出する。ガス検知センサは、パラメータとして、組電池５０から発生するガスの濃度または該ガスの有無を検出する。

【0045】

（４） 以下では、ステップＳ２で異常値を出力しているか否かが判断されるセンサは、「第１センサ」とも称され、ステップＳ４で異常値を出力しているか否かが判断されるセンサは、「第２センサ」とも称される。本実施の形態においては、第１センサは、電圧センサ１１であり、第２センサは、第１温度センサ３１および第２温度センサ３２であると規定されている。この規定は、「第１センサは、第２センサよりも異常を生じさせやすい」という前提に基づいている。つまり、この前提に基づいて、第１センサおよび第２センサが規定されることが好ましい。

【0046】

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。本開示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。

【符号の説明】

【0047】

５ 単位電池、１１ 電圧センサ、３１ 第１温度センサ、３２ 第２温度センサ、５０ 組電池、８０ コントローラ、８２ メモリ、９０ リレー、１００ 電池システム、１０２ 取得部、１０４ 判断部、１０６ 出力部、１０８ 記憶部、１５０ 負荷、１６０ 上位コントローラ、２００ 防壁。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】