JP7235553B2

JP7235553B2 - 車載用バッテリの異常検出装置

Info

Publication number: JP7235553B2
Application number: JP2019059066A
Authority: JP
Inventors: 律夫鈴木
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2019-03-26
Filing date: 2019-03-26
Publication date: 2023-03-08
Anticipated expiration: 2039-03-26
Also published as: JP2020161315A

Description

本発明は、車載用バッテリの異常検出装置に関し、特に、車載用バッテリのバスバー抵抗値を算出し、上記バスバー抵抗値と予め設定された抵抗閾値とを比較することで、車載用バッテリの異常を精度良く検出する車載用バッテリの異常検出装置に関する。

特許文献１には、従来の蓄電装置の異常検出装置が開示されている。蓄電装置は、例えば、リチウムイオン二次電池等であり、隣接する蓄電装置の正極端子と負極端子とが、バスバーを介して直列に接続されている。

また、蓄電装置の異常検出装置は、主に、内部抵抗検出部と、内部抵抗判定部と、接触抵抗判定部と、を備えている。内部抵抗検出部は、定電流放電又は定電流充電を実施しながら、蓄電装置の内部抵抗値を検出する。そして、内部抵抗検出部は、検出結果情報を内部抵抗判定部と接触抵抗判定部とにそれぞれ出力する。

内部抵抗判定部は、上記検出結果情報から、例えば、内部抵抗値（１０秒抵抗値）を抽出し、上記内部抵抗値と予め設定された閾値とを比較し、蓄電装置の内部抵抗の異常の有無を判定する。

接触抵抗判定部は、蓄電装置の正極端子及び負極端子にバスバーを接続したときの接触抵抗の異常の有無を判定する。そして、接触抵抗判定部は、上記検出結果情報から、例えば、瞬間抵抗値（０．１秒の抵抗値）を抽出し、上記瞬間抵抗値と予め設定された閾値とを比較し、接触抵抗の異常の有無を判定する。

特許第６４０９３８９号公報

特許文献１に開示した蓄電装置の異常検出装置では、内部抵抗の瞬間抵抗値と接触抵抗値との間には、瞬間抵抗値が高くなるほど接触抵抗値が高くなるという相関関係に着目している。そして、上記瞬間抵抗値と上記閾値とを比較することで、接触抵抗を検査する工程を省略し、検査工程の簡略化を実現している。

しかしながら、近年、ＥＶ（ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＶｅｈｉｃｌｅ）等の車両では、車両に搭載される車載用バッテリの大容量化に伴い、車載用バッテリの発熱量が増大している。そして、車載用バッテリの各電池モジュール同士を電気的に接続させるバスバーは、電池よりも熱伝導率が高く、熱容量が低いため、車載用バッテリの稼働開始後、直ぐに高温状態となる。その結果、バスバーの発熱により、バスバーの締結箇所だけでなく、バスバー自体の耐熱特性や締結部材等、バスバー近傍に配設される周辺部品の耐熱特性等も考慮しなければ、車載用バッテリを安全に制御し難いという課題がある。

更には、バスバーにて発生した上記熱が、各電池モジュールに伝わることで、各電池モジュールが高温状態となり、暴走モードに陥る恐れもある。上述したように、バスバーの材料特性上、バスバーは、各電池モジュールよりも早期に発熱するため、バスバーの発熱状態を監視し、各電池モジュールの異常を検知することが、今後、車両の安全性を高める上で非常に重要になると推測される。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、車載用バッテリのバスバー抵抗値を算出し、上記バスバー抵抗値と予め設定された抵抗閾値とを比較することで、車載用バッテリの異常を精度良く検出する車載用バッテリの異常検出装置を提供することにある。

本発明の車載用バッテリの異常検出装置では、複数の電池モジュール間がバスバーを介して直列に接続されていると共に車両に搭載される車載用バッテリの異常を検出する車載用バッテリの異常検出装置であって、前記車載用バッテリを流れる電流を測定する電流測定手段と、前記電池モジュール間の前記バスバーに印加される電圧を測定する電圧測定手段と、前記電流測定手段にて測定した第１の電流値と前記電圧測定手段にて測定した第１の電圧値とを用いて、前記バスバーの第１のバスバー抵抗値を算出するバスバー抵抗算出手段と、前記バスバーの抵抗閾値を記憶する記憶手段と、前記第１のバスバー抵抗値と前記抵抗閾値とを比較し、前記車載用バッテリの異常を判定する異常判定手段と、前記異常判定手段にて前記車載用バッテリを異常と判定した場合に、前記車載用バッテリの入出力を制限する入出力制限手段と、前記車両の乗員に報知する報知手段と、を有し、前記入出力制限手段にて前記車載用バッテリの入出力が制限された場合に、前記バスバー抵抗算出手段では、更に、前記電流測定手段にて測定した第２の電流値と前記電圧測定手段にて測定した第２の電圧値とを用いて、第２のバスバー抵抗値を算出し、前記異常判定手段では、更に、前記第２のバスバー抵抗値と前記抵抗閾値とを比較し、前記車載用バッテリの異常を判定し、前記報知手段では、前記異常判定手段にて、再度、前記車載用バッテリが異常であると判定された場合に、前記乗員に前記車載用バッテリの異常を報知することを特徴とする。

また、本発明の車載用バッテリの異常検出装置では、前記記憶手段では、前記抵抗閾値として、少なくとも前記バスバーの状態を判定する第１の導体抵抗閾値または前記バスバー近傍に配設される周辺部品の状態を判定する第２の導体抵抗閾値を記憶することを特徴とする。

また、本発明の車載用バッテリの異常検出装置では、前記車両の状態を判定する車両状態判定手段と、を更に有し、前記車両状態判定手段にて少なくとも前記車両が走行状態であると判定した場合に、前記異常判定手段では、前記第１のバスバー抵抗値が前記第１の導体抵抗閾値以上となることで、前記車載用バッテリが異常であると判定することを特徴とする。

また、本発明の車載用バッテリの異常検出装置では、前記異常判定手段では、前記第２のバスバー抵抗値が前記第２の導体抵抗閾値以上となることで、前記車載用バッテリが異常であると判定することを特徴とする。

また、本発明の車載用バッテリの異常検出装置では、前記車両状態判定手段では、少なくとも前記車両の速度、前記車両のアクセル開度または前記第１の電流値を用いて、前記車両の状態を判定することを特徴とする。

また、本発明の車載用バッテリの異常検出装置では、前記車両の状態を判定する車両状態判定手段と、を更に有し、前記記憶手段では、前記抵抗閾値として、少なくとも前記バスバーの接続状態を判定する接触抵抗閾値を記憶し、前記車両状態判定手段にて少なくとも前記車両が停止状態であると判定した場合に、前記異常判定手段では、前記第１のバスバー抵抗値が前記接触抵抗閾値以上となることで、前記車載用バッテリが異常であると判定することを特徴とする。

本発明の車載用バッテリの異常検出装置は、車載用バッテリを流れる電流を測定する電流測定手段と、電池モジュール間のバスバーに印加される電圧を測定する電圧測定手段と、電流測定手段にて測定した電流値と電圧測定手段にて測定した電圧値とを用いて、バスバーのバスバー抵抗値を算出するバスバー抵抗算出手段と、バスバーの抵抗閾値を記憶する記憶手段と、バスバー抵抗値と抵抗閾値とを比較し、車載用バッテリの異常を判定する異常判定手段と、車両の乗員に報知する報知手段と、を有し、報知手段では、異常判定手段にて車載用バッテリが異常であると判定した場合に、乗員に車載用バッテリの異常を報知する。この構造により、車両の乗員は、直ぐに、報知手段を介して車載用バッテリの異常を知ることで、出来る限り早いタイミングにて、車載用バッテリの異常に対処することができ、車両の安全走行が実現される。

また、本発明の車載用バッテリの異常検出装置では、記憶手段にて、抵抗閾値として、少なくともバスバーの接続状態を判定する接触抵抗閾値を記憶する。この構造により、異常判定手段では、接触抵抗閾値を用いて車載用バッテリの異常を判定することで、バスバーの締結箇所の異常を見つけることができる。

また、本発明の車載用バッテリの異常検出装置は、車両の状態を判定する車両状態判定手段と、を更に有し、車両状態判定手段にて少なくとも車両が停止状態であると判定した場合に、異常判定手段では、バスバー抵抗値が接触抵抗閾値以上となることで、車載用バッテリが異常であると判定する。この構造により、車両の停車状態等、車載用バッテリに流れる電流量が少ない状態においては、異常判定手段では、接触抵抗閾値を用いて車載用バッテリの異常を判定することができる。

また、本発明の車載用バッテリの異常検出装置では、車両状態判定手段にて、少なくとも車両の速度、車両のアクセル開度または電流値を用いて、車両の状態を判定する。この構造により、異常検出装置は、車両の状態に応じて精度良く車載用バッテリの異常検出を行うことができる。

また、本発明の車載用バッテリの異常検出装置では、車載用バッテリを流れる電流を測定する電流測定手段と、電池モジュール間のバスバーに印加される電圧を測定する電圧測定手段と、電流測定手段にて測定した第１の電流値と電圧測定手段にて測定した第１の電圧値とを用いて、バスバーの第１のバスバー抵抗値を算出するバスバー抵抗算出手段と、バスバーの抵抗閾値を記憶する記憶手段と、第１のバスバー抵抗値と抵抗閾値とを比較し、車載用バッテリの異常を判定する異常判定手段と、異常判定手段にて車載用バッテリを異常と判定した場合に、車載用バッテリの入出力を制限する入出力制限手段と、車両の乗員に報知する報知手段と、を有し、入出力制限手段にて車載用バッテリの入出力が制限された場合に、バスバー抵抗算出手段では、更に、電流測定手段にて測定した第２の電流値と電圧測定手段にて測定した第２の電圧値とを用いて、第２のバスバー抵抗値を算出し、異常判定手段では、更に、第２のバスバー抵抗値と抵抗閾値とを比較し、車載用バッテリの異常を判定し、報知手段では、異常判定手段にて、再度、車載用バッテリが異常であると判定された場合に、乗員に車載用バッテリの異常を報知する。この構造により、入出力制限手段にて車載用バッテリの異常状態を解消した後、再度、異常判定手段にて車載用バッテリの異常を判定することで、接触抵抗閾値を用いることなく、締結箇所の異常を発見することができる。

また、本発明の車載用バッテリの異常検出装置は、車両の状態を判定する車両状態判定手段と、を更に有し、車両状態判定手段にて少なくとも車両が走行状態であると判定した場合に、異常判定手段では、第１のバスバー抵抗値が抵抗閾値以上となることで、車載用バッテリが異常であると判定する。この構造により、異常検出装置は、車両の状態に応じて精度良く車載用バッテリの異常検出を行うと共に、バスバー近傍の周辺部品も適切に保護することができる。

また、本発明の車載用バッテリの異常検出装置では、異常判定手段にて、第２のバスバー抵抗値が抵抗閾値以上となることで、車載用バッテリが異常であると判定する。この構造により、車両の走行状態では、バスバー抵抗値は直ぐに接触抵抗閾値よりも高くなるが、接触抵抗閾値を用いることなく、締結箇所の異常を発見することができる。

また、本発明の車載用バッテリの異常検出装置では、前記記憶手段にて、抵抗閾値として、少なくともバスバーの状態を判定する第１の導体抵抗閾値またはバスバー近傍に配設される周辺部品の状態を判定する第２の導体抵抗閾値を記憶する。この構造により、異常検出装置は、第２の導体抵抗閾値を用いて、バスバー近傍の周辺部品を適切に保護すると共に、第１の導体抵抗閾値を用いて、車両を緊急停止させ、乗員の安全を確実に守ることもできる。

また、本発明の車載用バッテリの異常検出装置では、異常判定手段では、抵抗閾値として第２の導体抵抗閾値を用いる。バスバー近傍の周辺部品は、通常、バスバーよりもその耐熱温度が低くなるが、異常判定手段では、第２の導体抵抗閾値を用いて異常判定を行うことで、バスバー近傍の周辺部品も適切に保護することができる。

また、本発明の車載用バッテリの異常検出装置では、車両状態判定手段にて、少なくとも車両の速度、車両のアクセル開度または第１の電流値を用いて、車両の状態を判定する。この構造により、異常検出装置は、車両の状態に応じて精度良く車載用バッテリの異常検出を行うことができる。

本発明の一実施形態である車載用バッテリの異常検出装置を備えた車両を説明する（Ａ）斜視図、（Ｂ）平面図である。本発明の一実施形態である車載用バッテリの異常検出装置を説明するブロック図である。本発明の一実施形態である車載用バッテリを説明する上面図である。本発明の一実施形態である車載用バッテリの異常検出装置を説明するタイミングチャートである。本発明の一実施形態である車載用バッテリの異常検出装置での制御方法を説明するフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態に係る車載用バッテリ１２の異常検出装置１０（以下、「異常検出装置１０」と呼ぶ。）を図面に基づき詳細に説明する。尚、本実施形態の説明の際には、同一の部材には原則として同一の符番を用い、繰り返しの説明は省略する。

図１（Ａ）は、本実施形態の異常検出装置１０（図２参照）を搭載した車両１１を説明する斜視図である。図１（Ｂ）は、本実施形態の車載用バッテリ１２の配設状態を説明する平面図である。図２は、本実施形態の異常検出装置１０を説明するブロック図である。図３は、本実施形態の車載用バッテリ１２を説明する上面図である。

図１（Ａ）に示す如く、自動車や電車等の車両１１には、モータや様々の電装部品に電力を供給するための車載用バッテリ１２（図１（Ｂ）参照）が搭載されている。車両１１が自動車の場合には、近年、ＥＶ（ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＶｅｈｉｃｌｅ）、ＨＥＶ（ＨｙｂｒｉｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＶｅｈｉｃｌｅ）やＰＨＥＶ（Ｐｌｕｇ－ｉｎＨｙｂｒｉｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＶｅｈｉｃｌｅ）等が普及している。そして、これらの車両１１には、高い蓄電機能を有した車載用バッテリ１２が搭載されている。

図１（Ａ）は、車載用バッテリ１２を備えた車両１１を下方から見た状態を示している。車両１１は、主に、車体１３と、車両１１の底面１４近傍のバッテリ配置領域１５には、複数の電池モジュール１２Ａが直列接続された車載用バッテリ１２と、車載用バッテリ１２から供給される電力により駆動する駆動モータ３１（図２参照）と、駆動モータ３１の駆動力で回転するタイヤ（図示せず）と、を有している。

図１（Ｂ）に示す如く、車両１１のバッテリ配置領域１５には、行列状に車載用バッテリ１２の各電池モジュール１２Ａが配設されている。電池モジュール１２Ａは、例えば、直方体形状であり、車両１１の前後方向に沿ってその長手方向が配置されている。そして、多数の電池モジュール１２Ａが、バッテリ配置領域１５に効率良く配置されることで、車両１１の連続走行距離を伸ばすことができる。

図２に示す如く、異常検出装置１０は、電子制御ユニット２１と、電流測定手段２２と、電圧測定手段２３と、記憶手段２４と、バスバー抵抗算出手段２５と、異常判定手段２６と、入出力制限手段２７と、車両状態判定手段２８と、報知手段２９と、を有している。そして、異常検出装置１０は、車載用バッテリ１２を安全に制御すると共に、車載用バッテリ１２の異常を検出した際には、車両１１の乗員にその異常を速やかに報知することで、乗員は、早期に車載用バッテリ１２の修理対応等を行うことができ、車両１１の安全走行が実現される。

車載用バッテリ１２を構成する個々の電池モジュール１２Ａ（図１（Ｂ）参照）は、例えば、３５０Ｖの高電圧の電力供給源である。車載用バッテリ１２は、インバータ３０を介して駆動モータ３１と接続し、駆動モータ３１へと電力を供給する。尚、駆動モータ３１は、車両１１の駆動輪（図示せず）を駆動するための動力を出力する。

電子制御ユニット２１は、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）等を有して構成され、車両制御のための各種の演算等を実行する。そして、電子制御ユニット２１は、例えば、運転手がブレーキ（図示せず）を踏んだ状態にて、車両１１のイグニッションスイッチ３２を押下することで始動する。

電流測定手段２２は、例えば、図示しないＢＣＵ（ＢａｔｔｅｒｙＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）内に配設された電流センサであり、車載用バッテリ１２全体を流れる電流値を測定する。そして、電流測定手段２２は、定期的に上記電流値の測定を繰り返し、その測定データを記憶手段２４へと入力する。

電圧測定手段２３は、例えば、各電池モジュール１２Ａ間に配設される各バスバー４１（図３参照）の両端部の締結箇所近傍に接続された電圧検出回路である。電圧測定手段２３では、車載用バッテリ１２に電流が流れた際の各電池モジュール１２Ａ間の電位差を各バスバー４１の電圧値として測定する。そして、電圧測定手段２３は、定期的に上記電圧値の測定を繰り返し、その測定データを記憶手段２４へと入力する。

記憶手段２４は、例えば、ＥＥＰＲＯＭ（ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙＥｒａｓａｂｌｅＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＲｅａｄ－ｏｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）等の不揮発性メモリにて構成され、車両１１の制御に必要な各種データが記憶されている。そして、上記各種データの１つとして、記憶手段２４には、異常判定手段２６にて、車載用バッテリ１２の異常を判定する際に用いる抵抗閾値が記憶されている。

詳細は後述するが、抵抗閾値としては、バスバー４１の状態を判定する際に用いる第１の導体抵抗閾値と、バスバー４１近傍に配設される周辺部品の状態を判定する際に用いる第２の導体抵抗閾値と、バスバー４１の接続状態を判定する際に用いる接続抵抗閾値と、を記憶している。

また、記憶手段２４では、電流測定手段２２及び電圧測定手段２３から入力された電流値や電圧値を測定毎に記憶すると共に、バスバー抵抗算出手段２５にて算出されたバスバー抵抗値等も記憶する。

バスバー抵抗算出手段２５は、記憶手段２４に記憶された上記電流値及び電圧値を用いて、各バスバー４１のバスバー抵抗値を算出する。そして、バスバー抵抗算出手段２５は、算出した上記バスバー抵抗値を記憶手段２４へと入力する。

異常判定手段２６は、記憶手段２４に記憶された上記抵抗閾値と上記バスバー抵抗値とを用いて、車載用バッテリ１２が異常状態であるか、否かを判定する。そして、異常判定手段２６は、その判定結果を記憶手段２４へと入力する。

入出力制限手段２７は、異常判定手段２６にて車載用バッテリ１２が異常状態であると判定した場合に、車載用バッテリ１２の入出力を制限する。例えば、車載用バッテリ１２から駆動モータ３１へと電力を出力中に、バスバー４１が過熱状態となり、上記異常判定が成された場合には、入出力制限手段２７は、車載用バッテリ１２から駆動モータ３１への電力の出力量を制限する。同様に、車載用バッテリ１２の回生時に、上記異常判定が成された場合には、入出力制限手段２７は、駆動モータ３１から車載用バッテリ１２への電力の入力量を制限する。

車両状態判定手段２８は、例えば、車両１１の速度を測定する速度センサ３３や車両１１のアクセル（図示せず）の開度を測定するアクセル開度センサ３４である。また、車両状態判定手段２８としては、記憶手段２４に記憶される電流測定手段２２にて測定された電流値を用いる場合でも良い。そして、車両状態判定手段２８は、その判定結果を記憶手段２４へと入力する。

報知手段２９は、例えば、車両１１の乗員の聴覚に報知する音声や乗員の視覚に報知する画像や警告ランプ等である。そして、音声は、車両１１に配設されるスピーカ（図示せず）を利用して報知される。画像は、車両１１に配設されるナビゲーション装置（図示せず）の画面等を利用して報知される。また、警告ランプは、車両１１のインストルメントパネル（図示せず）に表示して報知される。

図３は、車載用バッテリ１２の一部を示し、各電池モジュール１２Ａが、バスバー４１を介して直列接続している状態を示している。電池モジュール１２Ａの収納ケース４２内には、複数の電池セル４３が、小さな隙間を有した状態にて等間隔に配列されている。電池セル４３は、例えば、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池等の２次電池である。そして、電池セル４３の上面には、それぞれ正極側端子４４と負極側端子４５とが配設され、隣接する電池セル４３同士が、接続板４６にて電気的に接続されている。尚、接続板４６は、例えば、導電率に優れた銅板から形成され、ナット（図示せず）等を介して正極側端子４４や負極側端子４５と締結されている。

図示したように、紙面上段の電池モジュール１２Ａでは、紙面左側端部から正極側端子４４と接続した接続板４６が収納ケース４２の外側まで導出し、紙面右側端部から負極側端子４５と接続した接続板４６が収納ケース４２の外側まで導出している。また、紙面中段の電池モジュール１２Ａでは、紙面左側端部から負極側端子４５と接続した接続板４６が収納ケース４２の外側まで導出し、紙面右側端部から正極側端子４４と接続した接続板４６が収納ケース４２の外側まで導出している。また、紙面下段の電池モジュール１２Ａでは、紙面左側端部から正極側端子４４と接続した接続板４６が収納ケース４２の外側まで導出し、紙面右側端部から負極側端子４５と接続した接続板４６が収納ケース４２の外側まで導出している。

つまり、電池モジュール１２Ａの紙面左右両側には、正極側端子４４または負極側端子４５と接続した接続板４６が、それぞれ紙面上下方向へと交互に導出している。そして、バスバー４１が、隣接する電池モジュール１２Ａ間の接続板４６と接続することで、車載用バッテリ１２の直列接続構造を実現している。尚、収納ケース４２の外側まで導出した接続板４６とバスバー４１とは、ボルトとナット等の締結部材４７を介して締結している。

ここで、バスバー４１は、例えば、導電率に優れた銅材から形成され、電池モジュール１２Ａ内の電池セル４３よりも熱伝導率が高く、熱容量が低いため、車載用バッテリ１２の稼働開始後、電池セル４３よりも先に高温状態となる。特に、丸印４８にて示すバスバー４１の締結領域及びその周辺領域では、バスバー４１が、接続板４６、樹脂または鋼板等から形成されるエンドプレート４９や収納ケース４２の蓋部（図示せず）と接触し、あるいは、狭い間隔にて配設されている。

詳細は後述するが、上記接続板４６、エンドプレート４９や収納ケース４２の蓋部等の周辺部品は、バスバー４１よりも耐熱温度が低く、バスバー４１の発熱に影響を受け易い。そして、これらの周辺部品が、バスバー４１から伝わる熱により変形し、破壊されることで、電池モジュール１２Ａの安全性が損なわれる恐れがある。そのため、バスバー４１の発熱温度が、これらの周辺部品の耐熱温度を超えないように制御することで、車載用バッテリ１２を安全に稼働させることができる。尚、接続板４６の上面に示す丸印５０は、電圧測定箇所を示している。

次に、図４は、本実施形態の異常検出装置１０（図２参照）にて、車両１１の状態に応じたバスバー抵抗値等の変移を説明するタイミングチャートである。図５は、本実施形態の異常検出装置１０での制御方法の一例を説明するフローチャートである。

図４では、車両１１の状態に応じて変移する車載用バッテリ１２の電流値、バスバー４１（図３参照）の温度及びバスバー抵抗値を示している。

上述したように、本実施形態では、バスバー抵抗算出手段２５（図２参照）にて各バスバー４１のバスバー抵抗値を算出するが、バスバー抵抗値には、導体抵抗値と接触抵抗値とが含まれている。

導体抵抗値とは、バスバー４１を構成する金属の有する電気抵抗率及び形状に依存する抵抗値であり、温度依存性が高く、バスバー４１自体の抵抗値である。そして、バスバー４１に電流が流れ、バスバー４１の温度が上昇した場合には、導体抵抗値も高くなる特性を有する。

一方、接触抵抗値とは、金属同士を締結した時に発生する抵抗値であり、本実施形態では、図３の丸印４８にて示すバスバー４１と接続板４６との締結箇所の抵抗値である。そして、車載用バッテリ１２の経時劣化や製造時等に締結箇所に異物が混入した場合には、バスバー４１に電流が流れることで、接触抵抗値も高くなる特性を有する。

図示したように、先ず、車両１１の停車時には、車載用バッテリ１２には電流が流れることはなく、バスバー４１の温度及びバスバー抵抗値も低い状態である。次に、車両１１のイグニッション・オン時には、引き続き、車載用バッテリ１２には電流が流れることはなく、バスバー４１の温度及びバスバー抵抗値も低い状態である。次に、車両１１の走行準備時には、車載用バッテリ１２には多少の電流が流れることで、バスバー４１の温度及びバスバー抵抗値も若干上昇した状態である。

仮に、上記車両１１の停車状態にて、バスバー抵抗値が、予め設定された抵抗閾値以上に急上昇する場合には、その原因は接触抵抗値に大きく起因することとなり、バスバー４１と接続板４６との締結箇所の異常と見なすことができる。そのため、詳細は図５を用いて後述するが、車両状態判定手段２８（図２参照）が、車両１１が停車状態であると判定した場合には、異常検出装置１０では、接触抵抗閾値を用いた異常検出方法（ステップＳ１１からステップＳ１６）にて、車載用バッテリ１２の異常検出を行う。

次に、車両１１の通常走行時には、車両１１の走行準備時よりも電流が流れることで、バスバー４１の温度及びバスバー抵抗値も上昇した状態となる。次に、車両１１の急加速走行時には、車両１１の通常走行時よりも更に電流が流れることで、バスバー４１の温度及びバスバー抵抗値も更に上昇した状態となる。

仮に、上記車両１１の走行状態にて、バスバー抵抗値が、予め設定された抵抗閾値以上に急上昇する場合には、その原因は接触抵抗値または導体抵抗値の両方またはどちらか一方に大きく起因することととなり、上記締結箇所の異常やバスバー４１またはバスバー４１の周辺部品の異常と見なすことができる。そのため、詳細は図５を用いて後述するが、車両状態判定手段２８（図２参照）が、車両１１が上記走行状態であると判定した場合には、異常検出装置１０では、第１の導体抵抗閾値または第２の導体抵抗閾値を用いた異常検出方法（ステップＳ１１からステップＳ２１）にて、車載用バッテリ１２の異常検出を行う。

次に、車両１１の減速走行時には、車両１１の急加速時や通常走行時よりも電流が低減することで、バスバー４１の温度及びバスバー抵抗値も、上記車両１１の急加速走行時よりも低下する。

最後に、車両１１の走行後の停車時には、車載用バッテリ１２には電流が流れることはなく、バスバー４１の温度及びバスバー抵抗値も徐々に低下し、低い状態となる。

尚、図４に示すタイミングチャートでは、車両状態判定手段２８（図２参照）が、車載用バッテリ１２に流れる電流値から車両１１の状態を判定する場合について説明したが、この場合に限定するものではない。例えば、車両状態判定手段２８が、速度センサ３３（図２参照）を用いて車両１１の状態を判定する場合でも良く、アクセル開度センサ３４（図２参照）を用いて車両１１の状態を判定する場合でも良い。また、本実施形態では、車両１１の停車状態と走行状態にて、相違する異常検出方法が用いられるが、更に、詳細に車両１１の状態を区分して、車載用バッテリ１２の異常検出を行う場合でも良い。

図５に示す如く、先ず、ステップＳ１１において、運転手等の乗員が車両１１に搭乗し、イグニッションスイッチ３２を押下すると、車両１１は、イグニッション・オン状態となる。このとき、車両１１の異常検出装置１０（図２参照）もオン状態となる。

次に、ステップＳ１２において、電子制御ユニット２１（図２参照）は電流測定手段２２、電圧測定手段２３及び記憶手段２４（図２参照）を制御し、電流測定手段２２は、車載用バッテリ１２を流れる電流値を測定し、記憶手段２４へと入力する。一方、電圧測定手段２３は、各電池モジュール１２Ａ（図３参照）間の各バスバー４１（図３参照）に印加される電圧値を測定し、記憶手段２４へと入力する。そして、記憶手段２４では、電流測定手段２２及び電圧測定手段２３から入力された電流値及び電圧値を記憶する。尚、上記電流値及び電圧値は、特許請求の範囲に記載した第１の電流値及び第１の電圧値にも対応している。

次に、ステップＳ１３において、電子制御ユニット２１はバスバー抵抗算出手段２５及び記憶手段２４を制御し、バスバー抵抗算出手段２５は、記憶手段２４に記憶された上記電流値及び電圧値を用いて、各バスバー４１のバスバー抵抗値を算出し、記憶手段２４へと入力する。そして、記憶手段２４では、バスバー抵抗算出手段２５から入力されたバスバー抵抗値を記憶する。尚、上記バスバー抵抗値は、特許請求の範囲に記載した第１のバスバー抵抗値にも対応している。

次に、ステップＳ１４において、電子制御ユニット２１は車両状態判定手段２８及び記憶手段２４を制御し、車両状態判定手段２８は、図４を用いて上述したように、例えば、記憶手段２４に記憶された電流値を用いて、車両１１の状態を判定する。

そして、ステップＳ１４のＹＥＳにおいて、車両状態判定手段２８が、車両１１が停車状態であると判定した場合には、ステップＳ１５において、電子制御ユニット２１は異常判定手段２６及び記憶手段２４を制御し、異常判定手段２６は、記憶手段２４に記憶されたバスバー抵抗値及び抵抗閾値の１つである接触抵抗閾値を用いて、車載用バッテリ１２が異常であるか、否かを判定する。

ここで、本実施形態では、抵抗閾値として、バスバー４１自体の耐熱温度から設定される第１の導体抵抗閾値と、バスバー４１の周辺部品の耐熱温度から設定される第２の導体抵抗閾値と、接触抵抗閾値とが、記憶手段２４に記憶されている。そして、第１の導体抵抗閾値は、バスバー４１の材質及びその形状に応じて設定される数値であり、本実施形態では３００μΩと設定している。第２の導体抵抗閾値は、図３の丸印４８にて示す領域に配設される、例えば、接続板４６、締結部材４７、エンドプレート４９や収納ケース４２の蓋部等の周辺部品の材質及びその形状に応じて設定される数値であり、本実施形態では１００μΩと設定している。接触抵抗閾値は、図３の丸印４８にて示すバスバー４１と接続板４６との締結箇所の抵抗値であり、本実施形態では５０μΩと設定している。尚、抵抗閾値は、バスバー４１やその周辺部品の材質等に応じて、任意の設計変更が可能である。

そして、ステップＳ１５のＹＥＳにおいて、上記バスバー抵抗値が、接触抵抗閾値である５０μΩ以上である場合には、異常判定手段２６は、上記締結箇所への異物混入等により、車載用バッテリ１２に異常が発生していると判定する。

次に、ステップＳ１６において、電子制御ユニット２１は報知手段２９を制御し、報知手段２９は、車両１１のインストルメントパネル（図示せず）に警告ランプを表示し、車両１１の乗員に車載用バッテリ１２に異常が発生していることを報知する。その後、報知を受けた乗員は、車両１１をディーラへと持ち込み、適切な対応を受けることで、警告ランプは消灯する。

尚、ステップＳ１５のＮＯにおいて、上記バスバー抵抗値が、接触抵抗閾値である５０μΩより小さい場合には、異常判定手段２６は、上記締結箇所への異物混入等はなく、車載用バッテリ１２に異常が発生していないと判定する。その後、ステップＳ１２へと戻り、所定の間隔にて、上述した異常検出方法を繰り返す。

次に、ステップＳ１４のＮＯにおいて、車両状態判定手段２８が、車両１１が車両状態であると判定した場合には、ステップＳ１７において、電子制御ユニット２１は異常判定手段２６及び記憶手段２４を制御し、異常判定手段２６は、記憶手段２４に記憶されたバスバー抵抗値及び抵抗閾値の１つである第２の導体抵抗閾値を用いて、車載用バッテリ１２が異常であるか、否かを判定する。

そして、ステップＳ１７のＹＥＳにおいて、上記バスバー抵抗値が、第２の導体抵抗閾値である１００μΩ以上である場合には、異常判定手段２６は、バスバー４１やその周辺部品での異常の発生や上記締結箇所への異物混入等により、車載用バッテリ１２に異常が発生していると判定する。

尚、ステップＳ１７のＮＯにおいて、上記バスバー抵抗値が、第２の導体抵抗閾値である１００μΩより小さい場合には、異常判定手段２６は、バスバー４１やその周辺部品での異常の発生や上記締結箇所への異物混入等はなく、車載用バッテリ１２に異常が発生していないと判定する。その後、ステップＳ１２へと戻り、所定の間隔にて、上述した異常検出方法を繰り返す。

次に、ステップＳ１８において、電子制御ユニット２１は入出力制限手段２７を制御し、入出力制限手段２７は、車載用バッテリ１２の入出力を制限する。例えば、車載用バッテリ１２から駆動モータ３１へと電力を出力している場合には、その出力量を低減し、車載用バッテリ１２を流れる電流量を低減させ、バスバー４１の発熱温度を所望の温度まで低下させる。

次に、ステップＳ１９において、電子制御ユニット２１は電流測定手段２２、電圧測定手段２３及び記憶手段２４を制御し、電流測定手段２２は、上記入出力制限後の車載用バッテリ１２を流れる電流値を測定し、記憶手段２４へと入力する。一方、電圧測定手段２３も、上記入出力制限後の各電池モジュール１２Ａ間の各バスバー４１に印加される電圧値を測定し、記憶手段２４へと入力する。そして、記憶手段２４では、電流測定手段２２及び電圧測定手段２３から入力された電流値及び電圧値を記憶する。尚、上記入出力制限後に測定された電流値及び電圧値は、特許請求の範囲に記載した第２の電流値及び第２の電圧値に対応している。

次に、ステップＳ２０において、電子制御ユニット２１はバスバー抵抗算出手段２５及び記憶手段２４を制御し、バスバー抵抗算出手段２５は、記憶手段２４に記憶された上記入出力制限後の電流値及び電圧値を用いて、各バスバー４１の上記入出力制限後のバスバー抵抗値を算出し、記憶手段２４へと入力する。そして、記憶手段２４では、バスバー抵抗算出手段２５から入力されたバスバー抵抗値を記憶する。尚、上記入出力制限後に算出されたバスバー抵抗値は、特許請求の範囲に記載した第２のバスバー抵抗値に対応している。

次に、ステップＳ２１において、電子制御ユニット２１は異常判定手段２６及び記憶手段２４を制御し、異常判定手段２６は、記憶手段２４に記憶されたバスバー抵抗値及び第２の導体抵抗閾値を用いて、車載用バッテリ１２が異常であるか、否かを判定する。

そして、ステップＳ２１のＹＥＳにおいて、上記バスバー抵抗値が、再び、第２の導体抵抗閾値である１００μΩ以上である場合には、異常判定手段２６は、バスバー４１やその周辺部品での異常の発生や上記締結箇所への異物混入等により、車載用バッテリ１２に異常が発生していると判定する。

尚、ステップＳ２１のＮＯにおいて、上記バスバー抵抗値が、第２の導体抵抗閾値である１００μΩより小さい場合には、異常判定手段２６は、バスバー４１やその周辺部品での異常の発生や上記締結箇所への異物混入等はなく、車載用バッテリ１２に異常が発生していないと判定する。その後、ステップＳ１２へと戻り、所定の間隔にて、上述した異常検出方法を繰り返す。

上述したように、車両１１の停車状態では、車載用バッテリ１２に電流が流れないか、あるいは車載用バッテリ１２に流れる電流量が少ないため、バスバー抵抗値は接触抵抗値の影響を大きく受ける。そこで、本実施形態の異常検出装置１０では、車両１１の停車状態時には、接触抵抗閾値を用いて判定することで、車載用バッテリ１２の異常は、上記締結箇所への異物混入等による異常と見なすこができる。そして、異常検出装置１０では、直ぐに、報知手段２９を介して車両１１の乗員に車載用バッテリ１２の異常を報知することで、乗員は、出来る限り早いタイミングにて、上記締結箇所の異常に対処することができ、車両１１の安全走行が実現される。

一方、車両１１の走行状態では、車載用バッテリ１２に流れる電流量が大きくなり、バスバー４１は、早期に高温状態となる。そして、導体抵抗値は温度依存性が高いため、直ぐに、バスバー抵抗値も上昇する。

そこで、本実施形態の異常検出装置１０では、車両１１の走行状態時には、バスバー４１近傍の周辺部品の耐熱温度から導いた第２の導体抵抗閾値を用いて、車載用バッテリ１２の異常を判定している。つまり、バスバー４１近傍の周辺部品は、通常、バスバー４１よりも耐熱温度が低く、バスバー４１での耐熱温度の状況下に長時間晒されることで、変形し、破壊される恐れもある。そのため、異常検出装置１０では、上記第２の導体抵抗閾値を用いて異常検出を行うことで、バスバー４１の温度が、上記第２の導体抵抗閾値による温度以上となることが防止され、バスバー４１近傍の周辺部品が、変形し、破壊されることが防止される。

更には、バスバー４１の温度が、上記第２の導体抵抗閾値による温度以上となることを防止することで、バスバー４１にて発生した熱が、各電池モジュール１２Ａの電池セル４３に伝わり、各電池セル４３が暴走モードに陥ることも防止される。

また、上述したように、車両１１の走行状態では、直ぐに、バスバー抵抗値が急上昇するため、異常判定手段２６では、接触抵抗閾値を用いて判定することができず、上記締結箇所の異常を発見し難くなる。

そこで、異常検出装置１０では、車両１１の走行状態時には、異常判定手段２６が、一度、車載用バッテリ１２の異常を判定した後、入出力制限手段２７により車載用バッテリ１２の入出力を制限する。そして、入出力制限手段２７にて上記車載用バッテリ１２の異常状態を解消した後、再度、異常判定手段２６にて車載用バッテリ１２の異常を判定することで、接触抵抗閾値を用いることなく、締結箇所の異常を発見することができる。つまり、入出力制限手段２７により車載用バッテリ１２の入出力を制限しても、異常判定手段２６にて車載用バッテリ１２が異常であると判定する場合には、接触抵抗値が高いために、上記締結箇所に異常があると見なすことができるからである。

一方、入出力制限手段２７にて上記車載用バッテリ１２の異常状態を解消した後、異常判定手段２６にて車載用バッテリ１２は異常なしと判定した場合には、上記締結箇所にも異常がなく、更には、バスバー４１の温度もバスバー４１近傍の周辺部品の耐熱温度以下に抑えられ、バスバー４１近傍の周辺部品が変形し、破壊されたりすることもない。

尚、本実施形態では、車両１１の走行状態時において、異常検出装置１０の異常判定手段２６では、第２の導体抵抗閾値を用いて判定する場合について説明したが、この場合に限定するものではない。例えば、図５のステップＳ１７において、更に、抵抗閾値の１つである第１の導体抵抗閾値を用いて、車載用バッテリ１２が異常であるか、否かを判定する場合でも良い。この場合、バスバー抵抗値が、第２の導体抵抗閾値以上第１の導体抵抗閾値以下の場合には、入出力制限手段２７は、車載用バッテリ１２の入出力を制限するが、バスバー抵抗値が、第１の導体抵抗閾値以上の場合には、車両１１を緊急停止させることで、車両１１の乗員の安全を優先させることができる。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲にて種々の変更が可能である。

１０異常検出装置
１１車両
１２車載用バッテリ
１２Ａ電池モジュール
２１電子制御ユニット
２２電流測定手段
２３電圧測定手段
２４記憶手段
２５バスバー抵抗算出手段
２６異常判定手段
２７入出力制限手段
２８車両状態判定手段
２９報知手段
３１駆動モータ
３３速度センサ
３４アクセル開度センサ
４１バスバー
４２収納ケース
４３電池セル
４６接続板
４７締結部材

Claims

複数の電池モジュール間がバスバーを介して直列に接続されていると共に車両に搭載される車載用バッテリの異常を検出する車載用バッテリの異常検出装置であって、
前記車載用バッテリを流れる電流を測定する電流測定手段と、
前記電池モジュール間の前記バスバーに印加される電圧を測定する電圧測定手段と、
前記電流測定手段にて測定した第１の電流値と前記電圧測定手段にて測定した第１の電圧値とを用いて、前記バスバーの第１のバスバー抵抗値を算出するバスバー抵抗算出手段と、
前記バスバーの抵抗閾値を記憶する記憶手段と、
前記第１のバスバー抵抗値と前記抵抗閾値とを比較し、前記車載用バッテリの異常を判定する異常判定手段と、
前記異常判定手段にて前記車載用バッテリを異常と判定した場合に、前記車載用バッテリの入出力を制限する入出力制限手段と、
前記車両の乗員に報知する報知手段と、を有し、
前記入出力制限手段にて前記車載用バッテリの入出力が制限された場合に、
前記バスバー抵抗算出手段では、更に、前記電流測定手段にて測定した第２の電流値と前記電圧測定手段にて測定した第２の電圧値とを用いて、第２のバスバー抵抗値を算出し、
前記異常判定手段では、更に、前記第２のバスバー抵抗値と前記抵抗閾値とを比較し、前記車載用バッテリの異常を判定し、
前記報知手段では、前記異常判定手段にて、再度、前記車載用バッテリが異常であると判定された場合に、前記乗員に前記車載用バッテリの異常を報知することを特徴とする車載用バッテリの異常検出装置。
前記記憶手段では、前記抵抗閾値として、少なくとも前記バスバーの状態を判定する第１の導体抵抗閾値または前記バスバー近傍に配設される周辺部品の状態を判定する第２の導体抵抗閾値を記憶することを特徴とする請求項１に記載の車載用バッテリの異常検出装置。
前記車両の状態を判定する車両状態判定手段と、を更に有し、
前記車両状態判定手段にて少なくとも前記車両が走行状態であると判定した場合に、
前記異常判定手段では、前記第１のバスバー抵抗値が前記第１の導体抵抗閾値以上となることで、前記車載用バッテリが異常であると判定することを特徴とする請求項２に記載の車載用バッテリの異常検出装置。
前記異常判定手段では、前記第２のバスバー抵抗値が前記第２の導体抵抗閾値以上となることで、前記車載用バッテリが異常であると判定することを特徴とする請求項３に記載の車載用バッテリの異常検出装置。
前記車両状態判定手段では、少なくとも前記車両の速度、前記車両のアクセル開度または前記第１の電流値を用いて、前記車両の状態を判定することを特徴とする請求項３または請求項４に記載の車載用バッテリの異常検出装置。
前記車両の状態を判定する車両状態判定手段と、を更に有し、
前記記憶手段では、前記抵抗閾値として、少なくとも前記バスバーの接続状態を判定する接触抵抗閾値を記憶し、
前記車両状態判定手段にて少なくとも前記車両が停止状態であると判定した場合に、
前記異常判定手段では、前記第１のバスバー抵抗値が前記接触抵抗閾値以上となることで、前記車載用バッテリが異常であると判定することを特徴とする請求項１に記載の車載用バッテリの異常検出装置。
前記車両状態判定手段では、少なくとも前記車両の速度、前記車両のアクセル開度または前記第１の電流値を用いて、前記車両の状態を判定することを特徴とする請求項６に記載の車載用バッテリの異常検出装置。