电池组系统以及电池组的控制基板的制作方法

本发明的实施方式涉及电池组系统以及电池组的控制基板。

背景技术：

以往，已知连接有多个电池的电池组。在导出各电池的状态的基础上，获知构成电池组的各电池的温度很重要。然而，难以直接地并且个别地测定构成电池组的各电池的温度。另外，在以往的技术中，存在无法根据间接测定的温度适当地导出各电池的温度的情况。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010-220323号公报

技术实现要素：

发明所要解决的技术问题

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够导出构成电池组的各电池的温度的电池组系统以及电池组的控制基板。

用于解决技术问题的方案

本发明的实施方式的电池组系统具有电池组、温度测定部以及监视部。电池组串联连接有多个电池。温度测定部测定对所述电池组中包含的各电池的电极间进行连接的连接部的温度。监视部根据由所述温度测定部测定的温度，导出所述各电池的温度。

附图说明

图1是示出第一实施方式所涉及的电池组系统1的整体结构的分解立体图。

图2是示出一个电池10的图。

图3是电池组5的俯视图。

图4是示出汇流条20、螺钉32、温度传感器34的位置关系的一例的剖面图。

图5是对电池组系统1的结构进行了简化的图。

图6是示出设置于第三实施方式所涉及的控制基板30的构成要素的一部分的结构图。

图7是示出设置于第四实施方式所涉及的控制基板30的构成要素的一部分的结构图。

图8是简易示出温度上升的影响的图。

具体实施方式

下面，参照附图，对实施方式的电池组系统以及电池组的控制基板进行说明。

(第一实施方式)

图1是示出第一实施方式所涉及的电池组系统1的整体结构的分解立体图。另外，图2是示出一个电池10的图。另外，图3是电池组5的俯视图(以俯视图的方式仅示出了作为电池组5整体的正极7p以及负极7m)。

电池组系统1具备电池组5以及控制基板30，所述电池组5例如包含电池(电池单元)10-1L、10-1R～10-12L、10-12R。在电池组5中，以电池10-1L与电池10-1R、电池10-2L与电池10-2R的方式，并联连接使用连字符后面的数字相同而文字部分L与R不同的电池。下面，在不区分电池时，仅表述为电池10。

电池10例如优选为分别在正极侧使用锰、在负极侧使用钛酸锂的锂离子电池。通过以这种形式构成电池10，能够提升充电的接收速度，并能够降低由于锂的析出而产生内部短路的可能性。电池10层叠有多个正极与负极夹着隔离物相对置的结构，如图2所示，与多个正极连接的正极端子P、与多个负极连接的负极端子N以及气体排出阀设置在箱体表面。另外，电池10也可以是在正极使用锂金属氧化物、在负极使用石墨等碳材料的锂离子电池，还可以是铅蓄电池等其他形式的电池。

电池10之间通过汇流条(连接部)连接。汇流条20-0连接作为电池组5整体的正极7p(正极侧的电压取出部)与电池10-1L以及电池10-1R的正极。汇流条20-1连接电池10-1L以及电池10-1R的负极与电池10-2L以及电池10-2R的正极。汇流条20-2连接电池10-2L以及电池10-2R的负极与电池10-3L以及电池10-3R的正极。汇流条20-3连接电池10-3L以及电池10-3R的负极与电池10-4L以及电池10-4R的正极。汇流条20-4连接电池10-4L以及电池10-4R的负极与电池10-5L以及电池10-5R的正极。汇流条20-5连接电池10-5L以及电池10-5R的负极与电池10-6L以及电池10-6R的正极。汇流条20-6连接电池10-6L以及电池10-6R的负极与电池10-7L以及电池10-7R的正极。汇流条20-7连接电池10-7L以及电池10-7R的负极与电池10-8L以及电池10-8R的正极。汇流条20-8连接电池10-8L以及电池10-8R的负极与电池10-9L以及电池10-9R的正极。汇流条20-9连接电池10-9L以及电池10-9R的负极与电池10-10L以及电池10-10R的正极。汇流条20-10连接电池10-10L以及电池10-10R的负极与电池10-11L以及电池10-11R的正极。汇流条20-11连接电池10-11L以及电池10-11R的负极与电池10-12L以及电池10-12R的正极。汇流条20-12连接电池10-12L以及电池10-12R的负极与作为电池组5整体的负极7m(负极侧的电压取出部)。通过这样的连接结构，电池组5构成为2并联12串联的电池组。下面，在不区分汇流条时，仅表述为汇流条20。

例如，汇流条20-0～20-12通过对应的螺钉(或者螺栓等)32-0～32-12紧固在控制基板30上。在各螺钉32-0～32-12上安装有作为温度测定部的温度传感器34-0～34-12。下面，在不区分螺钉时表述为螺钉32，在不区分温度传感器时表述为温度传感器34。图4是示出汇流条20、螺钉32、温度传感器34的位置关系的一例的剖面图。通过该结构，温度传感器34测定从汇流条20经螺钉32传递过来的温度、即能够视为汇流条20的温度的温度，并向监视部36输出测定结果。此外，图4中示出的位置关系只是一个例子，也可以设置成通过其他结构测定各汇流条20的温度。

监视部36例如是微型计算机。向监视部36输入由各温度传感器34测定的温度的信息。监视部36根据由各温度传感器14测定的温度，导出各电池10的温度。

下面，对监视部36的温度监视方法进行说明。图5是对电池组系统1的结构进行了简化的图。下面，将由温度传感器34-k(k＝0～12)测定的温度表述为Tk(k＝0～12)。在此，当将电池组5的正极7p的温度设为Ttp，将负极7m的温度设为Ttm，将电池10-nL与电池10-nR(n＝1～12)的平均温度设为Tcn，并假设汇流条20的温度达到均等地反映出与自身连接的电池10的温度时，推定以下的联立方程式成立。

T0＝0.5×(Ttp+Tc1)

T1＝0.5×(Tc1+Tc2)

T2＝0.5×(Tc2+Tc3)

T3＝0.5×(Tc3+Tc4)

T4＝0.5×(Tc4+Tc5)

T5＝0.5×(Tc5+Tc6)

T6＝0.5×(Tc6+Tc7)

T7＝0.5×(Tc7+Tc8)

T8＝0.5×(Tc8+Tc9)

T9＝0.5×(Tc9+Tc10)

T10＝0.5×(Tc10+Tc11)

T11＝0.5×(Tc11+Tc12)

T12＝0.5×(Tc12+Ttm)

在此，如果电池组5中不存在特别的异常，则电池组5的正极7p的温度Ttp与负极7m的温度Ttm为依存于电池组5充放电的电流的温度，因而能够视为相等。当设温度Ttp＝Ttm＝Ttave时，上述联立方程式中的未知数为12个，因此能够计算出温度Tcn。另外，能够用式(1)的特征矩阵表示联立方程式。

[数学式1]

监视部36通过进行由式(2)表示的、特征矩阵的逆矩阵运算，从而根据由温度传感器34-k测定的温度Tk计算出电池组5的正极7p和负极7m的温度Ttave、以及电池10-nL与电池10-nR的平均温度Tcn。例如，作为操作数，监视部36对预先在监视部36的存储装置中以函数或者表格等形式准备好的、与逆矩阵运算相关的软件信息，输入由温度传感器34-k测定的温度Tk，从而进行上述逆矩阵运算。

[数学式2]

此外，在温度传感器34中的某一个发生异常的情况下，会出现“Ttp与Ttm的值存在较大差异”或者“Tc1或Tc12的计算值为异常值”等现象，因此还能够检测温度传感器34的异常。

根据上述说明的第一实施方式所涉及的电池组系统以及电池组的控制基板，具备：温度传感器34，测定对电池组5中包含的各电池10的电极间进行连接的汇流条20的温度、和对电池10与电池组5的电压取出部之间进行连接的汇流条20的温度；以及监视部36，根据由温度传感器34测定的温度，导出各电池10的温度，由此，能够导出各电池10的温度。

另外，根据第一实施方式，通过进行与电池组5的温度传导特性相应的特征矩阵的逆矩阵运算，从而导出各电池10的温度，因此能够简化运算处理，能够减轻处理负荷。

另外，根据第一实施方式，通过利用特征矩阵及其逆矩阵运算，能够抵消温度传感器34的温度计测误差(偏移误差)。

(第二实施方式)

下面，对第二实施方式所涉及的电池组系统以及电池组的控制基板进行说明。在第一实施方式中，在假设汇流条20的温度达到均等地反映出与自身连接的电池10的温度的情况下，进行基于式(1)、(2)等的矩阵的逆矩阵运算，从而求出温度Ttave与Tcn，但是，在第二实施方式中，在汇流条20的温度未达到均等地反映出与自身连接的电池10的温度的情况下，进行基于反映出该偏差的计算式的矩阵的逆矩阵运算，从而求出温度Ttave与Tcn。

例如，由于汇流条20-0的安装位置、大小、形状等，导致与电池10-1L以及电池10-1R相比汇流条20-0的温度受到电池组5的正极7p的温度的影响较大时，其倾向如下式所示。

T0＝0.7×Ttp+0.3×Tc1

同样地，由于各汇流条20的安装位置、大小、形状等，导致各汇流条20的温度受到所连接的电池10中的一部分电池10的温度的影响较大时，推定例如以下的联立方程式成立。

T0＝0.7×Ttp+0.3×Tc1

T1＝0.6×Tc1+0.4×Tc2

T2＝0.6×Tc2+0.4×Tc3

T3＝0.5×Tc3+0.5×Tc4

T4＝0.4×Tc4+0.6×Tc5

T5＝0.4×Tc5+0.6×Tc6

T6＝0.5×Tc6+0.5×Tc7

T7＝0.6×Tc7+0.4×Tc8

T8＝0.6×Tc8+0.4×Tc9

T9＝0.5×Tc9+0.5×Tc10

T10＝0.4×Tc10+0.6×Tc11

T11＝0.4×Tc11+0.6×Tc12

T12＝0.3×Tc12+0.7×Ttm

第二实施方式所涉及的监视部36例如与上述联立方程式相对应地，进行假设Ttp＝Ttm时成立的特性矩阵(3)的逆矩阵运算，从而求出温度Ttave与Tcn。

[数学式3]

此外，在串联数为4的情况下，例如特征矩阵由式(4)表示。特征矩阵(4)的逆矩阵由式(5)表示。

[数学式4]

根据上述说明的第二实施方式所涉及的电池组系统以及电池组的控制基板，能够与第一实施方式同样地导出各电池10的温度。另外，根据第二实施方式，即使在汇流条20的温度未达到均等地反映出与自身连接的电池10的温度的情况下，也能够适当地导出各电池10的温度。

(第三实施方式)

下面，对第三实施方式所涉及的电池组系统以及电池组的控制基板进行说明。在第三实施方式中，具备测定基板温度的温度传感器，并追加考虑由该温度传感器测定的温度来导出各电池10的温度。图6是示出设置于第三实施方式所涉及的控制基板30的构成要素的一部分的结构图。如图所示，在控制基板30上安装有与第一或者第二实施方式相同的温度传感器34-0～34-n(n为串联数)，除此之外还在任意部位安装有测定控制基板30的温度的温度传感器34-amb。温度传感器34-amb测定控制基板30的温度，并向监视部36输出测定结果。

在本实施方式中，像第一实施方式那样，在汇流条20均等地反映与自身连接的电池10的温度的情况下，推定以下联立方程式成立。在式中，α1、α2是通过实验等求得的系数，例如设定为α1+α2＝1。

T0＝α1×0.5×(Ttp+Tc1)+α2×Tamb

T1＝α1×0.5×(Tc1+Tc2)+α2×Tamb

…

Tn-1＝α1×0.5×(Tc(n-1)+Tcn)+α2×Tamb

Tn＝α1×0.5×(Tcn+Ttm)+α2×Tamb

在这种情况下，例如特征矩阵由式(6)表示。第三实施方式所涉及的监视部36例如进行特征矩阵(6)的逆矩阵运算，从而求出温度Ttave与Tcn。

[数学式5]

此外，控制基板30的温度对各电池10造成的影响并不一致，对每个电池10造成的影响可以不同。在串联数为4的情况下，如果控制基板30的温度对各电池10造成的影响不同，则例如特征矩阵由式(7)表示。该情况的逆矩阵由式(8)表示。

[数学式6]

根据上述说明的第三实施方式所涉及的电池组系统以及电池组的控制基板，能够与第一实施方式同样地导出各电池10的温度。另外，根据第三实施方式，剔除控制基板30的温度造成的影响来导出各电池10的温度，因此能够更加准确地导出各电池10的温度。

(第四实施方式)

下面，对第四实施方式所涉及的电池组系统以及电池组的控制基板进行说明。在第四实施方式中，追加考虑流经各汇流条20的电流导致的预想发热量来导出各电池10的温度。

图7是示出设置于第四实施方式所涉及的控制基板30的构成要素的一部分的结构图。电流传感器(电流检测部)38设置在与电池组5的正极7p或者负极7m连接的电力路径的任意部位。此外，电流传感器38也可以不设置在控制基板30上，而设置在其他部位。电流传感器38检测电池组5充放电的电流值，并向监视部36输出检测结果。

在本实施方式中，将流经各汇流条20的电流设为I，像第一实施方式那样在汇流条20均等地反映与自身连接的电池10的温度的情况下，推定以下联立方程式成立。在式中，β0～βn为基于每个汇流条20的电阻值的系数，R为基准电阻值。

T0＝0.5×(Ttp+Tc1)+β0×I2×R

T1＝0.5×(Tc1+Tc2)+β1×I2×R

…

Tn-1＝0.5×(Tc(n-1)+Tcn)+β(n-1)×I2×R

Tn＝0.5×(Tcn+Ttm)+βn×I2×R

在这种情况下，例如特征矩阵由式(9)表示。第三实施方式所涉及的监视部36例如进行特征矩阵(9)的逆矩阵运算，从而求出温度Ttave与Tcn。

[数学式7]

此外，在串联数为4的情况下，例如特征矩阵由式(10)表示。特征矩阵(10)的逆矩阵由式(11)表示。

[数学式8]

根据上述说明的第四实施方式所涉及的电池组系统以及电池组的控制基板，能够与第一实施方式同样地导出各电池10的温度。另外，根据第四实施方式，追加考虑电池组5充放电的电流值对各电池10的温度造成的影响来导出各电池10的温度，因此能够更加准确地导出各电池10的温度。

(第五实施方式)

下面，对第五实施方式所涉及的电池组系统以及电池组的控制基板进行说明。在第五实施方式中，追加考虑用于抑制电池10的电压波动的平衡电阻的电阻值来导出各电池10的温度。平衡电阻例如设置在控制基板30上。另外，平衡电阻的配置与电阻值是已知的，存储在监视部36的存储装置中。

在本实施方式中，像第一实施方式那样在汇流条20均等地反映与自身连接的电池10的温度的情况下，推定以下联立方程式成立。在式中，γ0～γn为平衡放电对汇流条温度的影响系数，Ncell为正在进行平衡放电的电池10的数量。

T0＝0.5×(Ttp+Tc1)+γ0

T1＝0.5×(Tc1+Tc2)+γ1

…

Tn-1＝0.5×(Tc(n-1)+Tcn)+γ(n-1)

Tn＝0.5×(Tcn+Ttm)+γn

在这种情况下，例如特征矩阵由式(12)表示。第五实施方式所涉及的监视部36例如进行特征矩阵(12)的逆矩阵运算，从而求出温度Ttave与Tcn。

[数学式9]

此外，在串联数为4的情况下，例如特征矩阵由式(13)表示。特征矩阵(13)的逆矩阵由式(14)表示。

[数学式10]

另外，在上述例子中，设想了平衡放电电路聚集在一部分的情况，并与进行放电的电池单元数成比例地进行了计算。但是，在平衡放电电路分散于整个电路中的情况下，也能够对每个汇流条20分别讨论放电的影响。例如，在放电部分散的情况下，将各个平衡电阻对汇流条20造成的影响保存为矩阵，由此能够求出温度Ttave与Tcn。例如这种情况的特征矩阵由式(15)表示。另外，特征矩阵(15)的逆矩阵由式(16)表示。

[数学式11]

根据上述说明的第五实施方式所涉及的电池组系统以及电池组的控制基板，能够与第一实施方式同样地导出各电池10的温度。另外，根据第五实施方式，剔除平衡电阻造成的影响来导出各电池10的温度，因此能够更加准确地导出各电池10的温度。

(第六实施方式)

下面，对第六实施方式所涉及的电池组系统以及电池组的控制基板进行说明。在第六实施方式中，根据对彼此相邻的温度监视对象计算出的温度差，提取出作为温度监视对象的电池组5的正极7p和负极7m以及各电池10中发生异常的温度监视对象。在第一至第五实施方式中，在电池组5的正极7p和负极7m的温度相同的前提下进行了处理，在第六实施方式中，能够判断电池组5的正极7p和负极7m中的哪一个发生了异常。

以式(2)的逆矩阵为例进行说明。例如，在电池组5的正极7p由于端子部的松动等而导致温度上升的情况下，该温度上升表现为汇流条20-0的温度上升。在这种情况下，根据式(2)，温度Ttave与Tcl均上升，但是，除发生温度上升的附近部位之外，如温度Tc2下降、温度Tc3上升、温度Tc4下降、温度Tc5上升那样交替地呈现出相反的影响。图8是简易示出温度上升的影响的图。在图8的例子中，假设电池组5的正极7p的温度Ttp上升了20度。特征矩阵的逆矩阵具有在各行中正值与负值交替出现的性质，因此，如图8所示，在其运算结果中，相对于温度变化，表示正的影响的结果与表示负的影响的结果交替出现。而且，只有发生温度变化的附近的运算结果才不会交替呈现出正负的影响。在图8的例子中，只有作为运算结果的温度Ttp以及Tc1的差分在相邻的运算结果之间不产生差分。第六实施方式所涉及的监视部36提取出在相邻的运算结果之间未产生差分的温度Ttp以及Tc1，并判定与它们有关联的电池组5的正极7p、汇流条20-0、电池10-1L和10-1R中的某一个存在异常。监视部36例如以有线或者无线的方式，将用于显示判定为存在异常的部位的信号发送到未图示的显示装置。

根据上述说明的第六实施方式所涉及的电池组系统以及电池组的控制基板，能够适当地提取出发生异常的部位，能够有助于尽早发现异常。

(其他实施方式)

能够适当组合以上说明的各实施方式的处理。例如，在第三实施方式中，可以像第二实施方式那样，进行与汇流条20的温度未达到均等地反映出与自身连接的电池10的温度的情况相应的运算。另外，第六实施方式所涉及的处理不仅能够应用于第一实施方式，也能够应用于第二至第五实施方式的处理。

另外，监视部36在温度传感器34中的某一个发生异常时，也可以降低监视粒度，从而转入粗略的监视处理。

根据以上说明的至少一个实施方式，具有：电池组5，串联连接有多个电池10；温度传感器34，测定对电池组5中包含的各电池10的电极间进行连接的连接部20的温度；以及监视部36，根据由温度传感器34测定的温度，导出各电池10的温度，由此，能够导出构成电池组5的各电池10的温度。

以上，虽然对本发明的几个实施方式进行了说明，但是这些实施方式是作为例子提出的，并非旨在限定发明的保护范围。这些实施方式能够以其他各种方式实施，在不偏离发明宗旨的范围内，可以进行各种省略、替换、变更。这些实施方式或其变形包含在发明的保护范围或宗旨中，并且，包含在权利要求书所记载的发明和其等同的保护范围内。