蓄電素子の状態判別システム
【課題】 ヒータを用いることにより、蓄電素子を温めるだけではなく、蓄電素子の状態も判別することができる状態判別システムを提供する。
【解決手段】 一方向に並んで配置された複数の蓄電素子（１０）と、複数の蓄電素子の配列方向に作用する荷重を加えて複数の蓄電素子を拘束する拘束機構（４１，４２，４３）と、蓄電素子のうち配列方向と直交する面に接触し、温度変化に応じて電気抵抗が変化するヒータ（５０）と、蓄電素子の状態を判別するためのコントローラ（１０５）と、を有する。コントローラは、ヒータへの通電によってヒータの抵抗測定値（Ｒａ）を算出し、ヒータに対する荷重およびヒータの抵抗値の対応関係を示す情報を用いて、抵抗測定値に対応した荷重を特定して、蓄電素子の拘束状態を判別する。
【解決手段】 一方向に並んで配置された複数の蓄電素子（１０）と、複数の蓄電素子の配列方向に作用する荷重を加えて複数の蓄電素子を拘束する拘束機構（４１，４２，４３）と、蓄電素子のうち配列方向と直交する面に接触し、温度変化に応じて電気抵抗が変化するヒータ（５０）と、蓄電素子の状態を判別するためのコントローラ（１０５）と、を有する。コントローラは、ヒータへの通電によってヒータの抵抗測定値（Ｒａ）を算出し、ヒータに対する荷重およびヒータの抵抗値の対応関係を示す情報を用いて、抵抗測定値に対応した荷重を特定して、蓄電素子の拘束状態を判別する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の蓄電素子が一方向に並んで配置され、配列方向の拘束力が与えられた構造において、蓄電素子の状態を判別する状態判別システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電池パックには、複数の単電池が一方向に並べて配置され、配列方向における両端から、複数の単電池を拘束しているものがある（例えば、特許文献１，２参照）。単電池に拘束力（荷重）を与えることにより、発熱等による単電池の膨張を抑制でき、単電池の入出力特性の劣化を抑制することができる。
【０００３】
一方、単電池は、所定の温度範囲内において所望の入出力特性を示すことが知られており、単電池が過度に冷却された場合には、単電池を温める必要がある。具体的には、ヒータを設け、ヒータの熱によって単電池を温めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−０２４４４５号公報（図１，２）
【特許文献２】特開２００９−０８７５８３号公報（図１）
【特許文献３】特開２００９−０７６２６５号公報
【特許文献４】特開２００８−２０４７６４号公報
【特許文献５】特開２００８−２８２６９９号公報
【特許文献６】特開２００８−２５１４７０号公報
【特許文献７】特開２００９−０８７５８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
複数の単電池を拘束する構造では、各単電池に対して所望の荷重が作用していることを検出する必要があり、例えば、圧力センサを用いて単電池に作用する荷重を検出することができる。一方、単電池が過度に冷却又は加熱されていることを検出するためには、温度センサを配置することが考えられる。
【０００６】
この場合には、電池パックには、圧力センサや温度センサが配置されることになり、検出機能を増やす分だけ、部品点数が増加してしまう。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、ヒータを用いることにより、蓄電素子を温めるだけではなく、蓄電素子の状態も判別することができる状態判別システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明である蓄電素子の状態判別システムは、一方向に並んで配置された複数の蓄電素子と、複数の蓄電素子の配列方向に作用する荷重を加えて複数の蓄電素子を拘束する拘束機構と、蓄電素子のうち配列方向と直交する面に接触し、温度変化に応じて電気抵抗が変化するヒータと、蓄電素子の状態を判別するためのコントローラと、を有する。コントローラは、ヒータへの通電によってヒータの抵抗測定値を算出し、ヒータに対する荷重およびヒータの抵抗値の対応関係を示す情報を用いて、抵抗測定値に対応した荷重を特定して、蓄電素子の拘束状態を判別する。本発明において、蓄電素子の状態には、蓄電素子の温度や、拘束機構の拘束力によって蓄電素子に作用している荷重が含まれる。
【０００９】
コントローラは、抵抗測定値に対応した荷重が上限設定値よりも高いときには、蓄電素子の充放電を制限することができる。また、コントローラは、抵抗測定値に対応した荷重が下限設定値よりも低いときには、蓄電素子の充放電を制限することができる。ここで、充放電の制限には、充放電を禁止する場合と、充電量や放電量を低減させる場合とが含まれる。
【００１０】
コントローラは、抵抗測定値に対応した荷重における基準温度での抵抗基準値を特定して、抵抗測定値および抵抗基準値の比率を算出し、基準温度からの温度変化に対する、温度変化の前後における抵抗値の比率を示す情報を用いて、抵抗測定値および抵抗基準値の比率に対応した温度を特定する。これにより、ヒータの抵抗測定値に基づいて、ヒータの温度を特定することができるとともに、ヒータと接触する蓄電素子の温度を推定することができる。
【００１１】
ここで、コントローラは、特定した温度（抵抗測定値および抵抗基準値の比率に対応した温度）が所定の温度範囲を超えているときには、蓄電素子の充放電を制限することができる。これにより、蓄電素子の入出力特性が劣化していることを判断することができ、充放電を制限しないことによる蓄電素子の更なる劣化を抑制することができる。
【００１２】
蓄電素子の温度を検出するための温度センサを配置することもできる。この場合には、温度センサによる検出温度と、ヒータの抵抗測定値に対応した温度との差を監視することができる。そして、温度差が閾値よりも大きいときには、蓄電素子の充放電を制限することができる。
【００１３】
蓄電素子の冷却に用いられる熱交換媒体を移動させるスペースを形成する仕切り板を、隣り合って配置された２つの蓄電素子の間に配置することができる。ここで、仕切り板は、一方の蓄電素子と対向して、上記スペースを形成するための凹凸面と、他方の蓄電素子と対向する平面とを有しており、ヒータは、仕切り板の平面に沿って配置することができる。これにより、仕切り板に対して一方の側では、熱交換媒体を用いて蓄電素子を冷却することができ、仕切り板に対して他方の側では、ヒータを用いて蓄電素子を温めることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ヒータを用いるだけで、蓄電素子を温めるだけでなく、ヒータの抵抗測定値に基づいて蓄電素子の拘束状態を判別することができる。すなわち、ヒータに対して、２つの機能（加温機能および荷重検出機能）を持たせることができ、部品点数を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例１における電池パックの側面図である。
【図２】実施例１における仕切り板の正面図である。
【図３】実施例１におけるフィルムヒータの正面図である。
【図４】実施例１において、仕切り板およびフィルムヒータを重ねた状態を示す図である。
【図５】実施例１において、電池パックを備えた車両における一部のシステムを示す回路図である。
【図６】実施例１において、フィルムヒータの駆動回路を示す図である。
【図７】実施例１において、温度検出および荷重検出の処理を示すフローチャートである。
【図８】フィルムヒータの荷重および抵抗値の関係と、フィルムヒータの温度および抵抗値の関係を示す概略図である。
【図９】フィルムヒータの抵抗値および温度の関係を示す図である。
【図１０】温度および抵抗比率の関係を示す図である。
【図１１Ａ】フィルムヒータの通電部と仕切り板の突起部との重なり状態を示す図である。
【図１１Ｂ】フィルムヒータの通電部と仕切り板の突起部との重なり状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１７】
本発明の実施例１における電池パックについて説明する。図１は、本実施例における電池パック１の側面図である。図１において、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、互いに直交する軸であり、本実施例では、鉛直方向に相当する軸をＺ軸としている。Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の関係は、他の図面においても同様である。
【００１８】
電池パック１は、複数の単電池（蓄電素子）１０を有しており、複数の単電池１０は、Ｘ方向に並んで配置されている。単電池１０は、発電要素（不図示）と、発電要素を収容する電池ケース１１とを有している。発電要素は、充放電を行うことができる要素であり、例えば、正極素子と、負極素子と、正極素子および負極素子の間に配置されたセパレータ（電解液を含む）とで、発電要素を構成することができる。
【００１９】
単電池１０としては、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池といった二次電池を用いることができる。また、二次電池の代わりに、電気二重層キャパシタ（コンデンサ）を用いることもできる。
【００２０】
本実施例では、単電池１０として、いわゆる角型の単電池を用いており、電池ケース１１は、６つの平面で構成されている。具体的には、電池ケース１１は、上面と、底面と、Ｘ方向と直交する２つの側面（第１側面という）と、Ｙ方向と直交する２つの側面（第２側面という）とを有している。
【００２１】
電池ケース１１の上面には、正極端子１２および負極端子１３が設けられている。正極端子１２は、発電要素の正極素子と電気的に接続されており、負極端子１３は、発電要素の負極素子と電気的に接続されている。また、Ｘ方向で隣り合う２つの単電池１０に関して、一方の単電池１０の正極端子１２は、他方の単電池１０の負極端子１３とバスバー２０を介して接続されている。これにより、Ｘ方向で隣り合う２つの単電池１０は、電気的に直列に接続される。
【００２２】
本実施例では、すべての単電池１０が電気的に直列に接続されている。なお、電気的に並列に接続された単電池１０が含まれていてもよい。また、本実施例では、単電池１０をＸ方向に並べて配置しているが、これに限るものではない。具体的には、複数の単電池１０を用いて電池モジュールを構成しておき、複数の電池モジュールをＸ方向に並んで配置することができる。この場合には、電池モジュールが本願発明の蓄電素子に相当する。
【００２３】
電池パック１のうち、Ｘ方向における両端部には、２つのエンドプレート（拘束機構の一部）４１，４２が配置されており、エンドプレート４１，４２は、例えば、樹脂で形成することができる。第１エンドプレート４１は、平板状に形成されており、Ｘ方向で隣り合う単電池１０の第１側面（Ｙ−Ｚ平面）に接触している。第２エンドプレート４２は、Ｙ方向に延びる突起部４２ａを複数有しており、複数の突起部４２ａは、Ｚ方向において所定の間隔を空けた状態で並んで配置されている。
【００２４】
突起部４２ａの先端面は、第２エンドプレート４２とＸ方向で隣り合う単電池１０の第１側面に接触している。これにより、第２エンドプレート４２および単電池１０の間には、スペースＳ１が形成され、スペースＳ１は、後述するように、単電池１０を冷却するための空気が移動する通路となる。なお、単電池１０を冷却するための冷媒としては、空気に限るものではなく、他の気体を用いることもできるし、液体を用いることもできる。
【００２５】
第１エンドプレート４１および第２エンドプレート４２には、Ｘ方向に延びるバンド（拘束機構の一部）４３が接続されている。具体的には、バンド４３の一端部が、ボルト４４によって第１エンドプレート４１に固定されているとともに、バンド４３の他端部が、ボルト４４によって第２エンドプレート４２に固定されている。本実施例では、単電池１０の上面において、２つのバンド４３が配置されているとともに、単電池１０の底面において、２つのバンド４３が配置されている。
【００２６】
これにより、２つのエンドプレート４１，４２によって挟まれた複数の単電池１０（後述する仕切り板３０やフィルムヒータ５０を含む）に対して、拘束力を与えることができる。この拘束力は、Ｘ方向で隣り合う２つの単電池１０を互いに近づける方向の力である。単電池１０に拘束力を与えることにより、熱等による単電池１０の膨張を抑制することができる。なお、バンド４３の数や形状は、単電池１０に与える拘束力等に基づいて適宜設定することができる。
【００２７】
一方、Ｘ方向で隣り合う２つの単電池１０の間には、仕切り板３０が配置されている。仕切り板３０のうち、一方の単電池１０と接触する面は、平面で構成されている。また、仕切り板３０のうち、他方の単電池１０と対向する面には、複数の突起部３１が設けられており、凹凸面が構成されている。図２に示すように、各突起部３１は、Ｙ方向に延びており、複数の突起部３１は、Ｚ方向において所定の間隔を空けた状態で並んで配置されている。
【００２８】
各仕切り板３０において、Ｚ方向で隣り合う２つの突起部３１の間には、スペースＳ２が形成されており、スペースＳ２は、後述するように、単電池１０を冷却するための空気が移動する通路となる。
【００２９】
なお、本実施例では、突起部３１を図２に示す形状に形成しているが、これに限るものではない。すなわち、仕切り板３０を用いることにより、単電池１０（第１側面）の表面に対して、冷却用の空気を移動させるスペースを形成することができればよい。例えば、仕切り板３０をＸ方向から見たときに、複数の突起部をマトリクス状に配置することができる。
【００３０】
仕切り板３０の平面部分と単電池１０との間には、図３に示すフィルムヒータ５０が配置されている。フィルムヒータ５０は、１つだけ用いてもよいし、複数用いても良い。また、特定の仕切り板３０および単電池１０の間に、フィルムヒータ５０を配置することもできるし、すべての仕切り板３０および単電池１０の間や第１エンドプレート４１および単電池１０の間にフィルムヒータ５０を配置することもできる。
【００３１】
なお、本実施例では、仕切り板３０の平面部分と単電池１０との間に、フィルムヒータ５０を配置しているが、これに限るものではない。具体的には、仕切り板３０の突起部３１と単電池１０との間に、フィルムヒータ５０を配置することができる。ただし、本実施例のようにフィルムヒータ５０を配置することにより、仕切り板３０の突起部３１の側では、スペースＳ２を用いて単電池１０の冷却を効率良く行うことができる。しかも、仕切り板３０の平面部分の側では、フィルムヒータ５０による単電池１０の加温を効率良く行うことができる。
【００３２】
また、本実施例では、１つの単電池１０に対してフィルムヒータ５０を接触させているが、これに限るものではない。例えば、仕切り板３０を省略して、隣り合って配置された２つの単電池１０に対してフィルムヒータ５０を接触させることができる。また、複数の単電池１０の配列によっては、３つ以上の単電池１０に対してフィルムヒータ５０を接触させることができる。
【００３３】
フィルムヒータ５０は、フィルム５１と、フィルム５１の表面に形成された通電部５２とを有する。フィルム５１は、例えば、樹脂といった絶縁性を有する材料で形成することができる。また、通電部５２は、温度変化に応じて抵抗値が変化する材料によって形成されており、この材料としては、ＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）を用いることができる。通電部５２は、印刷処理によって、フィルム５１の表面に形成することができる。
【００３４】
なお、通電部５２は、温度変化に応じて抵抗値が変化する材料と、この材料とは電気抵抗の異なる導電性フィラーとで構成することもできる。具体的には、温度変化に応じて抵抗値が変化する材料中に、導電性フィラーを分散させることができる。これにより、フィルムヒータ５０に加えられた圧力に応じて、フィルムヒータ５０の抵抗を変化させることができる。このようなフィルムヒータ５０を用いれば、後述するように、フィルムヒータ５０の抵抗値に基づいて、単電池１０に作用する荷重を特定することができる。
【００３５】
通電部５２の両端部には、端子５３，５４が設けられており、端子５３，５４は、後述するように、電源に接続されている。また、図４に示すように、フィルムヒータ５０の外縁は、Ｘ方向から見たときに、仕切り板３０の外縁と略重なるようになっている。また、フィルムヒータ５０の通電部５２は、一部の領域において、仕切り板３０の突起部３１と重なっている。なお、フィルムヒータ５０の大きさ（Ｙ−Ｚ平面内の面積）は、適宜設定することができる。
【００３６】
本実施例の電池パック１において、上述したスペースＳ１，Ｓ２に対して、冷却用の空気を供給すれば、単電池１０の温度上昇を抑制することができ、温度上昇に伴う単電池１０の劣化を抑制することができる。また、フィルムヒータ５０の通電部５２に電流を流せば、通電部５２の発熱によって、単電池１０を温めることができる。これにより、温度低下に伴う単電池１０の劣化を抑制することができる。
【００３７】
次に、電池パック１の充放電を制御するシステムについて、図５を用いて説明する。図５では、電池パック１を車両に搭載したときのシステムを示す概略図である。電池パック１が搭載される車両としては、電池パック１の出力だけを用いて走行する電気自動車や、電池パック１の出力および内燃機関（又は燃料電池）の出力を用いて走行するハイブリッド自動車がある。
【００３８】
電池パック１は、システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２を介して、昇圧回路１０１に接続されている。昇圧回路１０１は、電池パック１の出力電圧を昇圧してからインバータ１０２に出力する。インバータ１０２は、昇圧回路１０１から出力された直流電力を交流電力に変換して、モータ（例えば、三相交流モータ）１０３に出力する。モータ１０３は、インバータ１０２から供給された電力を用いて、車両の走行に用いられる運動エネルギを発生させる。
【００３９】
一方、車両の制動時には、モータ１０３において電力が生成され、インバータ１０２は、モータ１０３からの交流電力を直流電力に変換する。昇圧回路１０１は、インバータ１０２からの出力電圧を降圧してから電池パック１に供給する。これにより、車両の制動時に発生した運動エネルギを、回生電力として電池パック１に蓄えることができる。なお、車両の外部から、電池パック１に対して電力を供給することもできる。
【００４０】
電池パック１には、温度センサ１０４が設けられており、温度センサ１０４は、単電池１０の温度を直接的又は間接的に検出するために用いられる。温度センサ１０４を単電池１０に接触させておけば、単電池１０の温度を直接的に検出することができる。また、温度センサ１０４を単電池１０から離して配置すれば、単電池１０の温度を間接的に検出することができる。温度センサ１０４としては、例えば、サーミスタを用いることができる。
【００４１】
温度センサ１０４の検出情報は、コントローラ１０５に入力され、コントローラ１０５は、単電池１０の温度を判別する。コントローラ１０５は、システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２のオン／オフを制御する。また、コントローラ１０５には、所定の情報が格納されたメモリ１０５ａが内蔵されている。なお、メモリ１０５ａは、コントローラ１０５の外部に設けられていてもよい。
【００４２】
次に、フィルムヒータ５０の駆動に用いられる回路構成について、図６を用いて説明する。
【００４３】
フィルムヒータ５０の端子５３，５４には、配線を介して電源１０６が接続されており、配線上には、スイッチ１０７が設けられている。電源１０６としては、例えば、車両に搭載された補機バッテリ（電池パック１とは異なる）を用いたり、電池パック１を用いたりすることができる。
【００４４】
スイッチ１０７は、コントローラ１０５からの制御信号に基づいて、オンおよびオフの間で切り替わる。スイッチ１０７がオフからオンに切り替わることにより、フィルムヒータ５０への通電が行われる。電圧センサ１０８は、フィルムヒータ５０の電圧値を検出し、検出結果をコントローラ１０５に出力する。電流センサ１０９は、フィルムヒータ５０に流れる電流値を検出し、検出結果をコントローラ１０５に出力する。
【００４５】
次に、図５および図６に示すシステムの動作（一部）について、図７に示すフローチャートを用いて説明する。
【００４６】
ステップＳ１００において、コントローラ１０５は、温度センサ１０４の出力に基づいて、単電池１０の温度Ｔａを取得する。ステップＳ１０１において、コントローラ１０５は、フィルムヒータ５０への通電を行う。ここでの通電は、後述するように、フィルムヒータ５０の抵抗値（実測値）を算出するための通電であり、単電池１０を温めるためにフィルムヒータ５０を発熱させるものではない。具体的には、コントローラ１０５は、予め定められた時間だけ、フィルムヒータ５０への通電を行わせる。
【００４７】
ステップＳ１０２において、コントローラ１０５は、フィルムヒータ５０に通電している間、電圧センサ１０８および電流センサ１０９の出力に基づいて、フィルムヒータ５０の電流値および電圧値を測定する。そして、測定された電流値および電圧値に基づいて、抵抗値（抵抗測定値という）Ｒａを算出する。なお、本実施例では、電流値および電圧値から抵抗値Ｒａを算出しているが、これに限るものではない。すなわち、フィルムヒータ５０への通電を監視することによって、抵抗値を算出できればよい。
【００４８】
ステップＳ１０３において、コントローラ１０５は、抵抗測定値Ｒａに基づいて、単電池１０に作用する荷重（拘束力）の範囲を特定する。コントローラ１０５に内蔵されたメモリ１０５ａには、図８に示すテーブルデータが格納されている。図８に示すテーブルデータは、フィルムヒータ５０における荷重および抵抗値の関係と、フィルムヒータ５０における温度および抵抗値の関係とを示している。図８に示すテーブルデータは、実験等によって予め求めておくことができる。
【００４９】
コントローラ１０５は、図８に示すテーブルデータを用いて、抵抗測定値Ｒａに対応した荷重を特定する。図８の領域Ａでは、複数の荷重Ｌｋ，Ｌｋ＋１，Ｌｋ＋２における抵抗値が、抵抗測定値Ｒａと同一であることを示している。なお、特定の荷重における抵抗値だけが、抵抗測定値Ｒａと一致する場合もある。
【００５０】
図９には、荷重を変化させたときのフィルムヒータ５０の抵抗値および温度の関係を示している。図９では、３つの荷重Ｌｋ，Ｌｋ＋１，Ｌｋ＋２に対応した曲線（荷重曲線）ＬＣ１〜ＬＣ３が示されている。各荷重曲線ＬＣ１〜ＬＣ３に示すように、フィルムヒータ５０における通電部５２の抵抗値は、通電部５２の温度が上昇するにつれて大きくなる。また、フィルムヒータ５０（通電部５２）に作用する荷重が高くなるほど、通電部５２の抵抗値は大きくなる。
【００５１】
ステップＳ１０３では、抵抗測定値Ｒａのラインと交差する荷重曲線を特定し、特定された複数の荷重曲線に基づいて最大の荷重および最小の荷重を特定する。図９に示す例では、３つの荷重曲線ＬＣ１〜ＬＣ３が抵抗測定値Ｒａのライン（点線）と交差しており、荷重曲線ＬＣ１に対応した荷重Ｌｋ＋２が最大の荷重となり、荷重曲線ＬＣ３に対応した荷重Ｌｋが最小の荷重となる。
【００５２】
ステップＳ１０４では、基準温度Ｔｒｅｆにおいて、ステップＳ１０３で特定された荷重範囲に対応した抵抗値をテーブルデータ（図８）から取得する。具体的には、最大荷重Ｌｋ＋２および最小荷重Ｌｋの間に位置する基準温度Ｔｒｅｆの抵抗値（複数）を取得する。荷重範囲に対応した基準温度Ｔｒｅｆの抵抗値を、抵抗基準値Ｒｒｅｆという。図８の領域Ｂは、抵抗基準値Ｒｒｅｆが存在する範囲を示している。
【００５３】
ステップＳ１０５では、抵抗測定値Ｒａおよび抵抗基準値Ｒｒｅｆの比率（Ｒａ／Ｒｒｅｆ）を算出する。図１０には、基準温度Ｔｒｅｆにおける抵抗値の比率を１としたときの他の温度における抵抗値の比率を示している。図１０に示す温度および抵抗比率の関係は、実験等によって予め取得することができ、このテーブルデータは、メモリ１０５ａに予め格納されている。
【００５４】
図１０に示すテーブルデータを用いれば、抵抗比率（Ｒａ／Ｒｒｅｆ）に対応した温度を特定することができる。すなわち、２つの温度に対応した２つの抵抗値の比率は、荷重に依存しないことが分かったため、抵抗比率を特定できれば、温度を特定することができる。
【００５５】
ここで、抵抗基準値Ｒｒｅｆが複数存在する場合には、これらの抵抗基準値Ｒｒｅｆに対応した複数の抵抗比率を求め、複数の抵抗比率に対応した複数の温度を特定する。そして、特定された複数の温度のうち、最大値を示す温度を、電池温度Ｔｂとして推定する。図１０に示す温度は、ヒータ５０（通電部５２）の温度に対応しているが、ヒータ５０の温度を特定することにより、ヒータ５０に接触する単電池１０の温度を推定することができる。
【００５６】
ステップＳ１０７において、コントローラ１０５は、ステップＳ１００で取得した検出温度Ｔａと、ステップＳ１０６で取得した電池推定温度Ｔｂとの差分が、閾値よりも大きいか否かを判別する。温度Ｔａおよび温度Ｔｂの差分が閾値よりも大きければ、ステップＳ１０８に進み、そうでなければ、ステップＳ１０９に進む。
【００５７】
ステップＳ１０７からステップＳ１０８に進む場合には、コントローラ１０５は、電池パック１を構成する複数の単電池１０のうち、いずれかの単電池１０が異常発熱していると判断する。ここで、検出温度Ｔａは、温度センサ１０４が設けられた単電池１０の温度を示しており、電池推定温度Ｔｂは、フィルムヒータ５０と接触している単電池１０の温度を示している。
【００５８】
ここで、温度センサ１０４およびフィルムヒータ５０が互いに異なる単電池１０に対して設けられている場合において、温度Ｔａおよび温度Ｔｂの差分が大きすぎると、フィルムヒータ５０を用いた温度推定の対象となった単電池１０が過度に発熱していることが分かる。また、温度センサ１０４およびフィルムヒータ５０が同一の単電池１０に対して設けられている場合には、温度センサ１０４が故障していることを判別することもできる。
【００５９】
なお、本実施例では、温度センサ１０４を設けているが、温度センサ１０４を省略することもできる。この場合には、フィルムヒータ５０の抵抗測定値Ｒａに基づいて、単電池１０の温度を特定（推定）することになる。
【００６０】
そして、単電池１０の推定温度が上限値よりも高くなれば、単電池１０の冷却を行うことができ、単電池１０の推定温度が下限値よりも低ければ、フィルムヒータ５０を発熱させて、単電池１０を温めることができる。ここでいう上限値および下限値は、単電池１０の入出力特性を劣化させない観点から予め定められた温度範囲の上限値および下限値に相当するものである。
【００６１】
ステップＳ１０８において、コントローラ１０５は、システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２をオンからオフに切り替えることにより、電池パック１の充放電を禁止する。これにより、発熱状態と判断した単電池１０がさらに発熱してしまうのを防止することができる。なお、電池パック１の充放電を禁止するのではなく、充放電の量を低減させる制御を行うこともできる。
【００６２】
ステップＳ１０９において、コントローラ１０５は、ステップＳ１０３で特定された荷重下限値Ｌｍｉｎが下限設定値よりも低いか否かを判別する。荷重下限値Ｌｍｉｎが下限設定値よりも低い場合には、ステップＳ１０８に進み、そうでない場合には、ステップＳ１１０に進む。下限設定値とは、単電池１０に作用させる必要最小限の荷重として設定された値であり、単電池１０の特性等に基づいて適宜設定することができる。
【００６３】
ステップＳ１０９からステップＳ１０８に進む場合には、コントローラ１０５は、フィルムヒータ５０と接触する単電池１０に作用する荷重（拘束力）が不十分であると判断する。荷重が不十分となる原因の一例としては、バンド４３が破損していることが挙げられる。この場合にも、コントローラ１０５は、電池パック１の充放電を禁止する。
【００６４】
ステップＳ１１０において、コントローラ１０５は、ステップＳ１０３で特定された荷重上限値Ｌｍａｘが上限設定値よりも高いか否かを判別する。荷重上限値Ｌｍａｘが上限設定値よりも高い場合には、ステップＳ１０８に進み、そうでない場合には、ステップＳ１００に戻る。上限設定値とは、単電池１０に作用させる必要最大限の荷重として設定された値であり、単電池１０の特性等に基づいて適宜設定することができる。
【００６５】
ステップＳ１１０からステップＳ１０８に進む場合には、コントローラ１０５は、フィルムヒータ５０と接触する単電池１０に作用する荷重（拘束力）が過剰であると判断する。荷重が過剰となる原因の一例としては、単電池１０が膨張していることが挙げられる。この場合も、コントローラ１０５は、電池パック１の充放電を禁止する。
【００６６】
本実施例によれば、フィルムヒータ５０を発熱させることにより、単電池１０の温度低下を抑制することができる。また、フィルムヒータ５０における通電部５２の抵抗値（抵抗測定値）に基づいて、通電部５２に作用する荷重（拘束力）、言い換えれば、通電部５２と接触する単電池１０に作用する荷重を特定することができる。これにより、単電池１０に対して適正な荷重が与えられているか否かを判別することができ、荷重の大幅な変動に伴う単電池１０の入出力特性の劣化を抑制することができる。
【００６７】
しかも、通電部５２の抵抗値を用いて、通電部５２の温度、言い換えれば、通電部５２と接触する単電池１０の温度を特定（推定）することができる。これにより、単電池１０の温度制御を行ったり、単電池１０の異常発熱を検出したりすることができる。
【００６８】
本実施例において、フィルムヒータ５０の抵抗値は、図４のＸ方向から見たときに、仕切り板３０の突起部３１と導電部５２とが重なる領域によって変化する。ここで、エンドプレート４１，４２による拘束力は、主に、仕切り板３０の突起部３１を介して、単電池１０やフィルムヒータ５０に作用することになる。そこで、突起部３１および導電部５２が重なる領域を適宜設定することにより、フィルムヒータ５０の抵抗値を変化させることができる。
【００６９】
例えば、図１１Ａに示すように、フィルムヒータ５０の導電部５２のうち、突起部３１と重なる領域における幅Ｗ１を、他の領域（突起部３１と重ならない領域）における幅Ｗ２よりも小さくすることができる。なお、幅Ｗ１を幅Ｗ２よりも大きくすることもできる。また、図１１Ｂに示すように、フィルムヒータ５０の導電部５２の幅を変えるのではなく、突起部３１の幅を変えることもできる。すなわち、突起部３１の幅を大きくしたり、小さくしたりすることができる。
【符号の説明】
【００７０】
１：電池パック １０：単電池（蓄電素子）
１１：電池ケース １２：正極端子
１３：負極端子 ２０：バスバー
３０：仕切り板 ３１：突起部
４１：第１エンドプレート（拘束機構の一部）
４２：第２エンドプレート（拘束機構の一部）
４２ａ：突起部 ４３：バンド（拘束機構の一部）
４４：ボルト ５０：フィルムヒータ
５１：フィルム ５２：通電部
５３，５４：端子 １０１：昇圧回路
１０２：インバータ １０３：モータ
１０４：温度センサ １０５：コントローラ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の蓄電素子が一方向に並んで配置され、配列方向の拘束力が与えられた構造において、蓄電素子の状態を判別する状態判別システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電池パックには、複数の単電池が一方向に並べて配置され、配列方向における両端から、複数の単電池を拘束しているものがある（例えば、特許文献１，２参照）。単電池に拘束力（荷重）を与えることにより、発熱等による単電池の膨張を抑制でき、単電池の入出力特性の劣化を抑制することができる。
【０００３】
一方、単電池は、所定の温度範囲内において所望の入出力特性を示すことが知られており、単電池が過度に冷却された場合には、単電池を温める必要がある。具体的には、ヒータを設け、ヒータの熱によって単電池を温めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−０２４４４５号公報（図１，２）
【特許文献２】特開２００９−０８７５８３号公報（図１）
【特許文献３】特開２００９−０７６２６５号公報
【特許文献４】特開２００８−２０４７６４号公報
【特許文献５】特開２００８−２８２６９９号公報
【特許文献６】特開２００８−２５１４７０号公報
【特許文献７】特開２００９−０８７５８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
複数の単電池を拘束する構造では、各単電池に対して所望の荷重が作用していることを検出する必要があり、例えば、圧力センサを用いて単電池に作用する荷重を検出することができる。一方、単電池が過度に冷却又は加熱されていることを検出するためには、温度センサを配置することが考えられる。
【０００６】
この場合には、電池パックには、圧力センサや温度センサが配置されることになり、検出機能を増やす分だけ、部品点数が増加してしまう。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、ヒータを用いることにより、蓄電素子を温めるだけではなく、蓄電素子の状態も判別することができる状態判別システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明である蓄電素子の状態判別システムは、一方向に並んで配置された複数の蓄電素子と、複数の蓄電素子の配列方向に作用する荷重を加えて複数の蓄電素子を拘束する拘束機構と、蓄電素子のうち配列方向と直交する面に接触し、温度変化に応じて電気抵抗が変化するヒータと、蓄電素子の状態を判別するためのコントローラと、を有する。コントローラは、ヒータへの通電によってヒータの抵抗測定値を算出し、ヒータに対する荷重およびヒータの抵抗値の対応関係を示す情報を用いて、抵抗測定値に対応した荷重を特定して、蓄電素子の拘束状態を判別する。本発明において、蓄電素子の状態には、蓄電素子の温度や、拘束機構の拘束力によって蓄電素子に作用している荷重が含まれる。
【０００９】
コントローラは、抵抗測定値に対応した荷重が上限設定値よりも高いときには、蓄電素子の充放電を制限することができる。また、コントローラは、抵抗測定値に対応した荷重が下限設定値よりも低いときには、蓄電素子の充放電を制限することができる。ここで、充放電の制限には、充放電を禁止する場合と、充電量や放電量を低減させる場合とが含まれる。
【００１０】
コントローラは、抵抗測定値に対応した荷重における基準温度での抵抗基準値を特定して、抵抗測定値および抵抗基準値の比率を算出し、基準温度からの温度変化に対する、温度変化の前後における抵抗値の比率を示す情報を用いて、抵抗測定値および抵抗基準値の比率に対応した温度を特定する。これにより、ヒータの抵抗測定値に基づいて、ヒータの温度を特定することができるとともに、ヒータと接触する蓄電素子の温度を推定することができる。
【００１１】
ここで、コントローラは、特定した温度（抵抗測定値および抵抗基準値の比率に対応した温度）が所定の温度範囲を超えているときには、蓄電素子の充放電を制限することができる。これにより、蓄電素子の入出力特性が劣化していることを判断することができ、充放電を制限しないことによる蓄電素子の更なる劣化を抑制することができる。
【００１２】
蓄電素子の温度を検出するための温度センサを配置することもできる。この場合には、温度センサによる検出温度と、ヒータの抵抗測定値に対応した温度との差を監視することができる。そして、温度差が閾値よりも大きいときには、蓄電素子の充放電を制限することができる。
【００１３】
蓄電素子の冷却に用いられる熱交換媒体を移動させるスペースを形成する仕切り板を、隣り合って配置された２つの蓄電素子の間に配置することができる。ここで、仕切り板は、一方の蓄電素子と対向して、上記スペースを形成するための凹凸面と、他方の蓄電素子と対向する平面とを有しており、ヒータは、仕切り板の平面に沿って配置することができる。これにより、仕切り板に対して一方の側では、熱交換媒体を用いて蓄電素子を冷却することができ、仕切り板に対して他方の側では、ヒータを用いて蓄電素子を温めることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ヒータを用いるだけで、蓄電素子を温めるだけでなく、ヒータの抵抗測定値に基づいて蓄電素子の拘束状態を判別することができる。すなわち、ヒータに対して、２つの機能（加温機能および荷重検出機能）を持たせることができ、部品点数を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例１における電池パックの側面図である。
【図２】実施例１における仕切り板の正面図である。
【図３】実施例１におけるフィルムヒータの正面図である。
【図４】実施例１において、仕切り板およびフィルムヒータを重ねた状態を示す図である。
【図５】実施例１において、電池パックを備えた車両における一部のシステムを示す回路図である。
【図６】実施例１において、フィルムヒータの駆動回路を示す図である。
【図７】実施例１において、温度検出および荷重検出の処理を示すフローチャートである。
【図８】フィルムヒータの荷重および抵抗値の関係と、フィルムヒータの温度および抵抗値の関係を示す概略図である。
【図９】フィルムヒータの抵抗値および温度の関係を示す図である。
【図１０】温度および抵抗比率の関係を示す図である。
【図１１Ａ】フィルムヒータの通電部と仕切り板の突起部との重なり状態を示す図である。
【図１１Ｂ】フィルムヒータの通電部と仕切り板の突起部との重なり状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１７】
本発明の実施例１における電池パックについて説明する。図１は、本実施例における電池パック１の側面図である。図１において、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、互いに直交する軸であり、本実施例では、鉛直方向に相当する軸をＺ軸としている。Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の関係は、他の図面においても同様である。
【００１８】
電池パック１は、複数の単電池（蓄電素子）１０を有しており、複数の単電池１０は、Ｘ方向に並んで配置されている。単電池１０は、発電要素（不図示）と、発電要素を収容する電池ケース１１とを有している。発電要素は、充放電を行うことができる要素であり、例えば、正極素子と、負極素子と、正極素子および負極素子の間に配置されたセパレータ（電解液を含む）とで、発電要素を構成することができる。
【００１９】
単電池１０としては、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池といった二次電池を用いることができる。また、二次電池の代わりに、電気二重層キャパシタ（コンデンサ）を用いることもできる。
【００２０】
本実施例では、単電池１０として、いわゆる角型の単電池を用いており、電池ケース１１は、６つの平面で構成されている。具体的には、電池ケース１１は、上面と、底面と、Ｘ方向と直交する２つの側面（第１側面という）と、Ｙ方向と直交する２つの側面（第２側面という）とを有している。
【００２１】
電池ケース１１の上面には、正極端子１２および負極端子１３が設けられている。正極端子１２は、発電要素の正極素子と電気的に接続されており、負極端子１３は、発電要素の負極素子と電気的に接続されている。また、Ｘ方向で隣り合う２つの単電池１０に関して、一方の単電池１０の正極端子１２は、他方の単電池１０の負極端子１３とバスバー２０を介して接続されている。これにより、Ｘ方向で隣り合う２つの単電池１０は、電気的に直列に接続される。
【００２２】
本実施例では、すべての単電池１０が電気的に直列に接続されている。なお、電気的に並列に接続された単電池１０が含まれていてもよい。また、本実施例では、単電池１０をＸ方向に並べて配置しているが、これに限るものではない。具体的には、複数の単電池１０を用いて電池モジュールを構成しておき、複数の電池モジュールをＸ方向に並んで配置することができる。この場合には、電池モジュールが本願発明の蓄電素子に相当する。
【００２３】
電池パック１のうち、Ｘ方向における両端部には、２つのエンドプレート（拘束機構の一部）４１，４２が配置されており、エンドプレート４１，４２は、例えば、樹脂で形成することができる。第１エンドプレート４１は、平板状に形成されており、Ｘ方向で隣り合う単電池１０の第１側面（Ｙ−Ｚ平面）に接触している。第２エンドプレート４２は、Ｙ方向に延びる突起部４２ａを複数有しており、複数の突起部４２ａは、Ｚ方向において所定の間隔を空けた状態で並んで配置されている。
【００２４】
突起部４２ａの先端面は、第２エンドプレート４２とＸ方向で隣り合う単電池１０の第１側面に接触している。これにより、第２エンドプレート４２および単電池１０の間には、スペースＳ１が形成され、スペースＳ１は、後述するように、単電池１０を冷却するための空気が移動する通路となる。なお、単電池１０を冷却するための冷媒としては、空気に限るものではなく、他の気体を用いることもできるし、液体を用いることもできる。
【００２５】
第１エンドプレート４１および第２エンドプレート４２には、Ｘ方向に延びるバンド（拘束機構の一部）４３が接続されている。具体的には、バンド４３の一端部が、ボルト４４によって第１エンドプレート４１に固定されているとともに、バンド４３の他端部が、ボルト４４によって第２エンドプレート４２に固定されている。本実施例では、単電池１０の上面において、２つのバンド４３が配置されているとともに、単電池１０の底面において、２つのバンド４３が配置されている。
【００２６】
これにより、２つのエンドプレート４１，４２によって挟まれた複数の単電池１０（後述する仕切り板３０やフィルムヒータ５０を含む）に対して、拘束力を与えることができる。この拘束力は、Ｘ方向で隣り合う２つの単電池１０を互いに近づける方向の力である。単電池１０に拘束力を与えることにより、熱等による単電池１０の膨張を抑制することができる。なお、バンド４３の数や形状は、単電池１０に与える拘束力等に基づいて適宜設定することができる。
【００２７】
一方、Ｘ方向で隣り合う２つの単電池１０の間には、仕切り板３０が配置されている。仕切り板３０のうち、一方の単電池１０と接触する面は、平面で構成されている。また、仕切り板３０のうち、他方の単電池１０と対向する面には、複数の突起部３１が設けられており、凹凸面が構成されている。図２に示すように、各突起部３１は、Ｙ方向に延びており、複数の突起部３１は、Ｚ方向において所定の間隔を空けた状態で並んで配置されている。
【００２８】
各仕切り板３０において、Ｚ方向で隣り合う２つの突起部３１の間には、スペースＳ２が形成されており、スペースＳ２は、後述するように、単電池１０を冷却するための空気が移動する通路となる。
【００２９】
なお、本実施例では、突起部３１を図２に示す形状に形成しているが、これに限るものではない。すなわち、仕切り板３０を用いることにより、単電池１０（第１側面）の表面に対して、冷却用の空気を移動させるスペースを形成することができればよい。例えば、仕切り板３０をＸ方向から見たときに、複数の突起部をマトリクス状に配置することができる。
【００３０】
仕切り板３０の平面部分と単電池１０との間には、図３に示すフィルムヒータ５０が配置されている。フィルムヒータ５０は、１つだけ用いてもよいし、複数用いても良い。また、特定の仕切り板３０および単電池１０の間に、フィルムヒータ５０を配置することもできるし、すべての仕切り板３０および単電池１０の間や第１エンドプレート４１および単電池１０の間にフィルムヒータ５０を配置することもできる。
【００３１】
なお、本実施例では、仕切り板３０の平面部分と単電池１０との間に、フィルムヒータ５０を配置しているが、これに限るものではない。具体的には、仕切り板３０の突起部３１と単電池１０との間に、フィルムヒータ５０を配置することができる。ただし、本実施例のようにフィルムヒータ５０を配置することにより、仕切り板３０の突起部３１の側では、スペースＳ２を用いて単電池１０の冷却を効率良く行うことができる。しかも、仕切り板３０の平面部分の側では、フィルムヒータ５０による単電池１０の加温を効率良く行うことができる。
【００３２】
また、本実施例では、１つの単電池１０に対してフィルムヒータ５０を接触させているが、これに限るものではない。例えば、仕切り板３０を省略して、隣り合って配置された２つの単電池１０に対してフィルムヒータ５０を接触させることができる。また、複数の単電池１０の配列によっては、３つ以上の単電池１０に対してフィルムヒータ５０を接触させることができる。
【００３３】
フィルムヒータ５０は、フィルム５１と、フィルム５１の表面に形成された通電部５２とを有する。フィルム５１は、例えば、樹脂といった絶縁性を有する材料で形成することができる。また、通電部５２は、温度変化に応じて抵抗値が変化する材料によって形成されており、この材料としては、ＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）を用いることができる。通電部５２は、印刷処理によって、フィルム５１の表面に形成することができる。
【００３４】
なお、通電部５２は、温度変化に応じて抵抗値が変化する材料と、この材料とは電気抵抗の異なる導電性フィラーとで構成することもできる。具体的には、温度変化に応じて抵抗値が変化する材料中に、導電性フィラーを分散させることができる。これにより、フィルムヒータ５０に加えられた圧力に応じて、フィルムヒータ５０の抵抗を変化させることができる。このようなフィルムヒータ５０を用いれば、後述するように、フィルムヒータ５０の抵抗値に基づいて、単電池１０に作用する荷重を特定することができる。
【００３５】
通電部５２の両端部には、端子５３，５４が設けられており、端子５３，５４は、後述するように、電源に接続されている。また、図４に示すように、フィルムヒータ５０の外縁は、Ｘ方向から見たときに、仕切り板３０の外縁と略重なるようになっている。また、フィルムヒータ５０の通電部５２は、一部の領域において、仕切り板３０の突起部３１と重なっている。なお、フィルムヒータ５０の大きさ（Ｙ−Ｚ平面内の面積）は、適宜設定することができる。
【００３６】
本実施例の電池パック１において、上述したスペースＳ１，Ｓ２に対して、冷却用の空気を供給すれば、単電池１０の温度上昇を抑制することができ、温度上昇に伴う単電池１０の劣化を抑制することができる。また、フィルムヒータ５０の通電部５２に電流を流せば、通電部５２の発熱によって、単電池１０を温めることができる。これにより、温度低下に伴う単電池１０の劣化を抑制することができる。
【００３７】
次に、電池パック１の充放電を制御するシステムについて、図５を用いて説明する。図５では、電池パック１を車両に搭載したときのシステムを示す概略図である。電池パック１が搭載される車両としては、電池パック１の出力だけを用いて走行する電気自動車や、電池パック１の出力および内燃機関（又は燃料電池）の出力を用いて走行するハイブリッド自動車がある。
【００３８】
電池パック１は、システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２を介して、昇圧回路１０１に接続されている。昇圧回路１０１は、電池パック１の出力電圧を昇圧してからインバータ１０２に出力する。インバータ１０２は、昇圧回路１０１から出力された直流電力を交流電力に変換して、モータ（例えば、三相交流モータ）１０３に出力する。モータ１０３は、インバータ１０２から供給された電力を用いて、車両の走行に用いられる運動エネルギを発生させる。
【００３９】
一方、車両の制動時には、モータ１０３において電力が生成され、インバータ１０２は、モータ１０３からの交流電力を直流電力に変換する。昇圧回路１０１は、インバータ１０２からの出力電圧を降圧してから電池パック１に供給する。これにより、車両の制動時に発生した運動エネルギを、回生電力として電池パック１に蓄えることができる。なお、車両の外部から、電池パック１に対して電力を供給することもできる。
【００４０】
電池パック１には、温度センサ１０４が設けられており、温度センサ１０４は、単電池１０の温度を直接的又は間接的に検出するために用いられる。温度センサ１０４を単電池１０に接触させておけば、単電池１０の温度を直接的に検出することができる。また、温度センサ１０４を単電池１０から離して配置すれば、単電池１０の温度を間接的に検出することができる。温度センサ１０４としては、例えば、サーミスタを用いることができる。
【００４１】
温度センサ１０４の検出情報は、コントローラ１０５に入力され、コントローラ１０５は、単電池１０の温度を判別する。コントローラ１０５は、システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２のオン／オフを制御する。また、コントローラ１０５には、所定の情報が格納されたメモリ１０５ａが内蔵されている。なお、メモリ１０５ａは、コントローラ１０５の外部に設けられていてもよい。
【００４２】
次に、フィルムヒータ５０の駆動に用いられる回路構成について、図６を用いて説明する。
【００４３】
フィルムヒータ５０の端子５３，５４には、配線を介して電源１０６が接続されており、配線上には、スイッチ１０７が設けられている。電源１０６としては、例えば、車両に搭載された補機バッテリ（電池パック１とは異なる）を用いたり、電池パック１を用いたりすることができる。
【００４４】
スイッチ１０７は、コントローラ１０５からの制御信号に基づいて、オンおよびオフの間で切り替わる。スイッチ１０７がオフからオンに切り替わることにより、フィルムヒータ５０への通電が行われる。電圧センサ１０８は、フィルムヒータ５０の電圧値を検出し、検出結果をコントローラ１０５に出力する。電流センサ１０９は、フィルムヒータ５０に流れる電流値を検出し、検出結果をコントローラ１０５に出力する。
【００４５】
次に、図５および図６に示すシステムの動作（一部）について、図７に示すフローチャートを用いて説明する。
【００４６】
ステップＳ１００において、コントローラ１０５は、温度センサ１０４の出力に基づいて、単電池１０の温度Ｔａを取得する。ステップＳ１０１において、コントローラ１０５は、フィルムヒータ５０への通電を行う。ここでの通電は、後述するように、フィルムヒータ５０の抵抗値（実測値）を算出するための通電であり、単電池１０を温めるためにフィルムヒータ５０を発熱させるものではない。具体的には、コントローラ１０５は、予め定められた時間だけ、フィルムヒータ５０への通電を行わせる。
【００４７】
ステップＳ１０２において、コントローラ１０５は、フィルムヒータ５０に通電している間、電圧センサ１０８および電流センサ１０９の出力に基づいて、フィルムヒータ５０の電流値および電圧値を測定する。そして、測定された電流値および電圧値に基づいて、抵抗値（抵抗測定値という）Ｒａを算出する。なお、本実施例では、電流値および電圧値から抵抗値Ｒａを算出しているが、これに限るものではない。すなわち、フィルムヒータ５０への通電を監視することによって、抵抗値を算出できればよい。
【００４８】
ステップＳ１０３において、コントローラ１０５は、抵抗測定値Ｒａに基づいて、単電池１０に作用する荷重（拘束力）の範囲を特定する。コントローラ１０５に内蔵されたメモリ１０５ａには、図８に示すテーブルデータが格納されている。図８に示すテーブルデータは、フィルムヒータ５０における荷重および抵抗値の関係と、フィルムヒータ５０における温度および抵抗値の関係とを示している。図８に示すテーブルデータは、実験等によって予め求めておくことができる。
【００４９】
コントローラ１０５は、図８に示すテーブルデータを用いて、抵抗測定値Ｒａに対応した荷重を特定する。図８の領域Ａでは、複数の荷重Ｌｋ，Ｌｋ＋１，Ｌｋ＋２における抵抗値が、抵抗測定値Ｒａと同一であることを示している。なお、特定の荷重における抵抗値だけが、抵抗測定値Ｒａと一致する場合もある。
【００５０】
図９には、荷重を変化させたときのフィルムヒータ５０の抵抗値および温度の関係を示している。図９では、３つの荷重Ｌｋ，Ｌｋ＋１，Ｌｋ＋２に対応した曲線（荷重曲線）ＬＣ１〜ＬＣ３が示されている。各荷重曲線ＬＣ１〜ＬＣ３に示すように、フィルムヒータ５０における通電部５２の抵抗値は、通電部５２の温度が上昇するにつれて大きくなる。また、フィルムヒータ５０（通電部５２）に作用する荷重が高くなるほど、通電部５２の抵抗値は大きくなる。
【００５１】
ステップＳ１０３では、抵抗測定値Ｒａのラインと交差する荷重曲線を特定し、特定された複数の荷重曲線に基づいて最大の荷重および最小の荷重を特定する。図９に示す例では、３つの荷重曲線ＬＣ１〜ＬＣ３が抵抗測定値Ｒａのライン（点線）と交差しており、荷重曲線ＬＣ１に対応した荷重Ｌｋ＋２が最大の荷重となり、荷重曲線ＬＣ３に対応した荷重Ｌｋが最小の荷重となる。
【００５２】
ステップＳ１０４では、基準温度Ｔｒｅｆにおいて、ステップＳ１０３で特定された荷重範囲に対応した抵抗値をテーブルデータ（図８）から取得する。具体的には、最大荷重Ｌｋ＋２および最小荷重Ｌｋの間に位置する基準温度Ｔｒｅｆの抵抗値（複数）を取得する。荷重範囲に対応した基準温度Ｔｒｅｆの抵抗値を、抵抗基準値Ｒｒｅｆという。図８の領域Ｂは、抵抗基準値Ｒｒｅｆが存在する範囲を示している。
【００５３】
ステップＳ１０５では、抵抗測定値Ｒａおよび抵抗基準値Ｒｒｅｆの比率（Ｒａ／Ｒｒｅｆ）を算出する。図１０には、基準温度Ｔｒｅｆにおける抵抗値の比率を１としたときの他の温度における抵抗値の比率を示している。図１０に示す温度および抵抗比率の関係は、実験等によって予め取得することができ、このテーブルデータは、メモリ１０５ａに予め格納されている。
【００５４】
図１０に示すテーブルデータを用いれば、抵抗比率（Ｒａ／Ｒｒｅｆ）に対応した温度を特定することができる。すなわち、２つの温度に対応した２つの抵抗値の比率は、荷重に依存しないことが分かったため、抵抗比率を特定できれば、温度を特定することができる。
【００５５】
ここで、抵抗基準値Ｒｒｅｆが複数存在する場合には、これらの抵抗基準値Ｒｒｅｆに対応した複数の抵抗比率を求め、複数の抵抗比率に対応した複数の温度を特定する。そして、特定された複数の温度のうち、最大値を示す温度を、電池温度Ｔｂとして推定する。図１０に示す温度は、ヒータ５０（通電部５２）の温度に対応しているが、ヒータ５０の温度を特定することにより、ヒータ５０に接触する単電池１０の温度を推定することができる。
【００５６】
ステップＳ１０７において、コントローラ１０５は、ステップＳ１００で取得した検出温度Ｔａと、ステップＳ１０６で取得した電池推定温度Ｔｂとの差分が、閾値よりも大きいか否かを判別する。温度Ｔａおよび温度Ｔｂの差分が閾値よりも大きければ、ステップＳ１０８に進み、そうでなければ、ステップＳ１０９に進む。
【００５７】
ステップＳ１０７からステップＳ１０８に進む場合には、コントローラ１０５は、電池パック１を構成する複数の単電池１０のうち、いずれかの単電池１０が異常発熱していると判断する。ここで、検出温度Ｔａは、温度センサ１０４が設けられた単電池１０の温度を示しており、電池推定温度Ｔｂは、フィルムヒータ５０と接触している単電池１０の温度を示している。
【００５８】
ここで、温度センサ１０４およびフィルムヒータ５０が互いに異なる単電池１０に対して設けられている場合において、温度Ｔａおよび温度Ｔｂの差分が大きすぎると、フィルムヒータ５０を用いた温度推定の対象となった単電池１０が過度に発熱していることが分かる。また、温度センサ１０４およびフィルムヒータ５０が同一の単電池１０に対して設けられている場合には、温度センサ１０４が故障していることを判別することもできる。
【００５９】
なお、本実施例では、温度センサ１０４を設けているが、温度センサ１０４を省略することもできる。この場合には、フィルムヒータ５０の抵抗測定値Ｒａに基づいて、単電池１０の温度を特定（推定）することになる。
【００６０】
そして、単電池１０の推定温度が上限値よりも高くなれば、単電池１０の冷却を行うことができ、単電池１０の推定温度が下限値よりも低ければ、フィルムヒータ５０を発熱させて、単電池１０を温めることができる。ここでいう上限値および下限値は、単電池１０の入出力特性を劣化させない観点から予め定められた温度範囲の上限値および下限値に相当するものである。
【００６１】
ステップＳ１０８において、コントローラ１０５は、システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２をオンからオフに切り替えることにより、電池パック１の充放電を禁止する。これにより、発熱状態と判断した単電池１０がさらに発熱してしまうのを防止することができる。なお、電池パック１の充放電を禁止するのではなく、充放電の量を低減させる制御を行うこともできる。
【００６２】
ステップＳ１０９において、コントローラ１０５は、ステップＳ１０３で特定された荷重下限値Ｌｍｉｎが下限設定値よりも低いか否かを判別する。荷重下限値Ｌｍｉｎが下限設定値よりも低い場合には、ステップＳ１０８に進み、そうでない場合には、ステップＳ１１０に進む。下限設定値とは、単電池１０に作用させる必要最小限の荷重として設定された値であり、単電池１０の特性等に基づいて適宜設定することができる。
【００６３】
ステップＳ１０９からステップＳ１０８に進む場合には、コントローラ１０５は、フィルムヒータ５０と接触する単電池１０に作用する荷重（拘束力）が不十分であると判断する。荷重が不十分となる原因の一例としては、バンド４３が破損していることが挙げられる。この場合にも、コントローラ１０５は、電池パック１の充放電を禁止する。
【００６４】
ステップＳ１１０において、コントローラ１０５は、ステップＳ１０３で特定された荷重上限値Ｌｍａｘが上限設定値よりも高いか否かを判別する。荷重上限値Ｌｍａｘが上限設定値よりも高い場合には、ステップＳ１０８に進み、そうでない場合には、ステップＳ１００に戻る。上限設定値とは、単電池１０に作用させる必要最大限の荷重として設定された値であり、単電池１０の特性等に基づいて適宜設定することができる。
【００６５】
ステップＳ１１０からステップＳ１０８に進む場合には、コントローラ１０５は、フィルムヒータ５０と接触する単電池１０に作用する荷重（拘束力）が過剰であると判断する。荷重が過剰となる原因の一例としては、単電池１０が膨張していることが挙げられる。この場合も、コントローラ１０５は、電池パック１の充放電を禁止する。
【００６６】
本実施例によれば、フィルムヒータ５０を発熱させることにより、単電池１０の温度低下を抑制することができる。また、フィルムヒータ５０における通電部５２の抵抗値（抵抗測定値）に基づいて、通電部５２に作用する荷重（拘束力）、言い換えれば、通電部５２と接触する単電池１０に作用する荷重を特定することができる。これにより、単電池１０に対して適正な荷重が与えられているか否かを判別することができ、荷重の大幅な変動に伴う単電池１０の入出力特性の劣化を抑制することができる。
【００６７】
しかも、通電部５２の抵抗値を用いて、通電部５２の温度、言い換えれば、通電部５２と接触する単電池１０の温度を特定（推定）することができる。これにより、単電池１０の温度制御を行ったり、単電池１０の異常発熱を検出したりすることができる。
【００６８】
本実施例において、フィルムヒータ５０の抵抗値は、図４のＸ方向から見たときに、仕切り板３０の突起部３１と導電部５２とが重なる領域によって変化する。ここで、エンドプレート４１，４２による拘束力は、主に、仕切り板３０の突起部３１を介して、単電池１０やフィルムヒータ５０に作用することになる。そこで、突起部３１および導電部５２が重なる領域を適宜設定することにより、フィルムヒータ５０の抵抗値を変化させることができる。
【００６９】
例えば、図１１Ａに示すように、フィルムヒータ５０の導電部５２のうち、突起部３１と重なる領域における幅Ｗ１を、他の領域（突起部３１と重ならない領域）における幅Ｗ２よりも小さくすることができる。なお、幅Ｗ１を幅Ｗ２よりも大きくすることもできる。また、図１１Ｂに示すように、フィルムヒータ５０の導電部５２の幅を変えるのではなく、突起部３１の幅を変えることもできる。すなわち、突起部３１の幅を大きくしたり、小さくしたりすることができる。
【符号の説明】
【００７０】
１：電池パック １０：単電池（蓄電素子）
１１：電池ケース １２：正極端子
１３：負極端子 ２０：バスバー
３０：仕切り板 ３１：突起部
４１：第１エンドプレート（拘束機構の一部）
４２：第２エンドプレート（拘束機構の一部）
４２ａ：突起部 ４３：バンド（拘束機構の一部）
４４：ボルト ５０：フィルムヒータ
５１：フィルム ５２：通電部
５３，５４：端子 １０１：昇圧回路
１０２：インバータ １０３：モータ
１０４：温度センサ １０５：コントローラ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方向に並んで配置された複数の蓄電素子と、
前記複数の蓄電素子の配列方向に作用する荷重を加えて前記複数の蓄電素子を拘束する拘束機構と、
前記蓄電素子のうち前記配列方向と直交する面に接触し、温度変化に応じて電気抵抗が変化するヒータと、
前記蓄電素子の状態を判別するためのコントローラと、を有し、
前記コントローラは、
前記ヒータへの通電によって前記ヒータの抵抗測定値を算出し、
前記ヒータに対する荷重および前記ヒータの抵抗値の対応関係を示す情報を用いて、前記抵抗測定値に対応した荷重を特定して、前記蓄電素子の拘束状態を判別することを特徴とする蓄電素子の状態判別システム。
【請求項２】
前記コントローラは、前記抵抗測定値に対応した荷重が上限設定値よりも高いときには、前記蓄電素子の充放電を制限することを特徴とする請求項１に記載の蓄電素子の状態判別システム。
【請求項３】
前記コントローラは、前記抵抗測定値に対応した荷重が下限設定値よりも低いときには、前記蓄電素子の充放電を制限することを特徴とする請求項１又は２に記載の蓄電素子の状態判別システム。
【請求項４】
前記コントローラは、
前記抵抗測定値に対応した荷重における基準温度での抵抗基準値を特定して、前記抵抗測定値および前記抵抗基準値の比率を算出し、
前記基準温度からの温度変化に対する、温度変化の前後における抵抗値の比率を示す情報を用いて、前記抵抗測定値および前記抵抗基準値の比率に対応した温度を特定することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の蓄電素子の状態判別システム。
【請求項５】
前記コントローラは、前記特定した温度が所定の温度範囲を超えているときには、前記蓄電素子の充放電を制限することを特徴とする請求項４に記載の蓄電素子の状態判別システム。
【請求項６】
前記蓄電素子の温度を検出するための温度センサを有しており、
前記コントローラは、前記温度センサによる検出温度と、前記抵抗測定値に対応した温度との差が、閾値よりも大きいときには、前記蓄電素子の充放電を制限することを特徴とする請求項４に記載の蓄電素子の状態判別システム。
【請求項７】
隣り合って配置された２つの前記蓄電素子の間に配置され、前記蓄電素子の冷却に用いられる熱交換媒体を移動させるスペースを形成する仕切り板を有しており、
前記仕切り板は、一方の前記蓄電素子と対向して、前記スペースを形成するための凹凸面と、他方の前記蓄電素子と対向する平面とを有し、
前記ヒータは、前記仕切り板の前記平面に沿って配置されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の蓄電素子の状態判別システム。
【請求項１】
一方向に並んで配置された複数の蓄電素子と、
前記複数の蓄電素子の配列方向に作用する荷重を加えて前記複数の蓄電素子を拘束する拘束機構と、
前記蓄電素子のうち前記配列方向と直交する面に接触し、温度変化に応じて電気抵抗が変化するヒータと、
前記蓄電素子の状態を判別するためのコントローラと、を有し、
前記コントローラは、
前記ヒータへの通電によって前記ヒータの抵抗測定値を算出し、
前記ヒータに対する荷重および前記ヒータの抵抗値の対応関係を示す情報を用いて、前記抵抗測定値に対応した荷重を特定して、前記蓄電素子の拘束状態を判別することを特徴とする蓄電素子の状態判別システム。
【請求項２】
前記コントローラは、前記抵抗測定値に対応した荷重が上限設定値よりも高いときには、前記蓄電素子の充放電を制限することを特徴とする請求項１に記載の蓄電素子の状態判別システム。
【請求項３】
前記コントローラは、前記抵抗測定値に対応した荷重が下限設定値よりも低いときには、前記蓄電素子の充放電を制限することを特徴とする請求項１又は２に記載の蓄電素子の状態判別システム。
【請求項４】
前記コントローラは、
前記抵抗測定値に対応した荷重における基準温度での抵抗基準値を特定して、前記抵抗測定値および前記抵抗基準値の比率を算出し、
前記基準温度からの温度変化に対する、温度変化の前後における抵抗値の比率を示す情報を用いて、前記抵抗測定値および前記抵抗基準値の比率に対応した温度を特定することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の蓄電素子の状態判別システム。
【請求項５】
前記コントローラは、前記特定した温度が所定の温度範囲を超えているときには、前記蓄電素子の充放電を制限することを特徴とする請求項４に記載の蓄電素子の状態判別システム。
【請求項６】
前記蓄電素子の温度を検出するための温度センサを有しており、
前記コントローラは、前記温度センサによる検出温度と、前記抵抗測定値に対応した温度との差が、閾値よりも大きいときには、前記蓄電素子の充放電を制限することを特徴とする請求項４に記載の蓄電素子の状態判別システム。
【請求項７】
隣り合って配置された２つの前記蓄電素子の間に配置され、前記蓄電素子の冷却に用いられる熱交換媒体を移動させるスペースを形成する仕切り板を有しており、
前記仕切り板は、一方の前記蓄電素子と対向して、前記スペースを形成するための凹凸面と、他方の前記蓄電素子と対向する平面とを有し、
前記ヒータは、前記仕切り板の前記平面に沿って配置されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の蓄電素子の状態判別システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【公開番号】特開２０１１−１２９４２９（Ｐ２０１１−１２９４２９Ａ）
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２８８１３２（Ｐ２００９−２８８１３２）
【出願日】平成２１年１２月１８日（２００９．１２．１８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月１８日（２００９．１２．１８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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