(57)【要約】【課題】内部短絡時の短絡電流及び容量を適正に算出する。【解決手段】内部短絡電流の推算方法は、短絡試験装置１０によって内部短絡された電池１１において検出された電圧降下の時間経過に応じた変化のデータと、電池１１と電池１１に接続された外部抵抗とを備える閉回路において検出された外部抵抗の電圧降下の時間経過に応じた変化と外部抵抗の抵抗値との対応関係のマップとにより、電池１１の内部短絡抵抗値Ｒｓを取得するステップと、電池１１の起電力Ｅ、内部抵抗値Ｒｉ及び内部短絡抵抗値Ｒｓに基づいて、電池１１の内部短絡時に流れる内部短絡電流Ｉを算出するステップとを含む。短絡セル容量の推算方法は、電池１１の内部短絡により失活した失活容量及び電池１１の放電に伴う放電容量を、電池１１の初期容量から減じることによって電池１１の内部短絡時の残容量を算出する。【選択図】図１
2020167050.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
短絡試験装置によって内部短絡されたセルにおいて検出された電圧降下の時間経過に応じた変化のデータと、前記セルと前記セルに接続された外部抵抗とを備える閉回路において検出された前記外部抵抗の電圧降下の時間経過に応じた変化と前記外部抵抗の抵抗値との対応関係のマップとにより、前記セルの内部短絡抵抗値を取得するステップと、
前記セルの起電力Ｅ、内部抵抗値Ｒｉ及び内部短絡抵抗値Ｒｓによる下記数式（１）に基づいて、前記セルの内部短絡時に流れる内部短絡電流Ｉを算出するステップと
を含む
ことを特徴とする内部短絡電流の推算方法。
【数１】
2020167050.tif 000015
【請求項２】
セルの内部短絡により失活した失活容量及び前記セルの放電に伴う放電容量を、前記セルの初期容量から減じることによって前記セルの内部短絡時の残容量を算出する短絡セル容量算出ステップを含む
ことを特徴とする短絡セル容量の推算方法。
【請求項３】
前記セルの内部短絡時に逐次に前記残容量を算出する際に、前記残容量の前回値Ｑｎ−１と、前記残容量の前回算出時から今回算出時までの期間に亘る前記セルの失活に伴う失活容量Ｑｄｅａｄｎと、前記期間に亘る前記セルの放電に伴う放電容量Ｑｄｉｓｎとによる下記数式（２）に基づいて、前記残容量の今回値Ｑｎを算出する
ことを特徴とする請求項２に記載の短絡セル容量の推算方法。
【数２】
2020167050.tif 000016
【請求項４】
前記セルの内部短絡部位を中心とする円筒体を複数の同芯の円筒体領域に区分して、前記セルの内部短絡時における各前記円筒体領域の温度の時間経過に応じた変化の温度データを、前記セルを内部短絡させる短絡部材に設けられた温度センサから出力される温度検出値に基づいて取得する温度データ取得ステップと、
前記温度データに基づいて、前記複数の前記円筒体領域のうち前記温度が所定温度以上に到達した前記円筒体領域を失活とみなすことによって、前記失活容量を算出する失活容量算出ステップとを含む
ことを特徴とする請求項３に記載の短絡セル容量の推算方法。
【請求項５】
前記温度データ取得ステップは、前記内部短絡部位から前記複数の前記円筒体領域の各々への伝熱をモデル化した円筒伝熱モデルにより、前記セルの内部短絡時における各前記円筒体領域の温度の時間経過に応じた変化を取得する
ことを特徴とする請求項４に記載の短絡セル容量の推算方法。
【請求項６】
前記セルの内部短絡電流の時間積分によって前記放電容量を算出する放電容量算出ステップを含む
ことを特徴とする請求項２から請求項５のいずれか１項に記載の短絡セル容量の推算方法。
【請求項７】
前記セルの内部抵抗、温度及び容量の対応関係のマップと、前記短絡セル容量算出ステップにより算出された前記残容量及び前記セルにおいて検出された温度とにより、前記セルの内部短絡時の内部抵抗値を取得する内部抵抗値取得ステップを含む
ことを特徴とする請求項５に従属する請求項６に記載の短絡セル容量の推算方法。
【請求項８】
前記セルの起電力及び容量の対応関係のマップと、前記短絡セル容量算出ステップにより算出された前記残容量とにより、前記セルの内部短絡時の起電力を取得する起電力取得ステップを含む
ことを特徴とする請求項５に従属する請求項６又は請求項７に記載の短絡セル容量の推算方法。
【請求項９】
内部短絡された前記セルにおいて検出された電圧降下の時間経過に応じた変化のデータと、前記セルと前記セルに接続された外部抵抗とを備える閉回路において検出された前記外部抵抗の電圧降下の時間経過に応じた変化と前記外部抵抗の抵抗値との対応関係のマップとにより、前記セルの内部短絡抵抗値を取得する内部短絡抵抗値取得ステップと、
前記起電力取得ステップにより取得された起電力Ｅ、前記内部抵抗値取得ステップにより取得された内部抵抗値Ｒｉ及び前記内部短絡抵抗値取得ステップにより取得された内部短絡抵抗値Ｒｓによる下記数式（３）に基づいて、内部短絡電流Ｉを算出する内部短絡電流算出ステップと
を含む
ことを特徴とする請求項７に従属する請求項８に記載の短絡セル容量の推算方法。
【数３】
2020167050.tif 000017
【請求項１０】
前記セルの内部短絡時に逐次に前記短絡セル容量算出ステップにより前記残容量を算出する際に、
前記失活容量算出ステップは、前記残容量の前回算出時から今回算出時までの期間に亘って失活とみなされた前記円筒体領域によって前記失活容量を算出し、
前記放電容量算出ステップは、前記残容量の前回値に基づいて前記内部抵抗値取得ステップにより取得された前記内部抵抗値と前記残容量の前回値に基づいて前記起電力取得ステップにより取得された前記起電力とを用いて前記内部短絡電流算出ステップにより算出された内部短絡電流を、前記期間に亘って時間積分することによって前記放電容量を算出する
ことを特徴とする請求項９に記載の短絡セル容量の推算方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内部短絡電流の推算方法及び短絡セル容量の推算方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電池等を想定した試験用デバイスを用いて、内部短絡時における短絡部の電気抵抗を算出する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。この算出方法は、先ず、試験用デバイスの内部短絡時に計測されたＡＣインピーダンスと周波数との対応関係から短絡時の内部抵抗を取得する。次に、内部抵抗と短絡時に計測された電圧降下とからオームの法則により短絡電流を算出する。次に、短絡電流と短絡時に計測された電圧とからオームの法則により短絡部の電気抵抗を算出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１０６４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記従来技術に係る算出方法によれば、ＡＣインピーダンスに基づいて内部抵抗を取得している。しかしながら、内部短絡の発熱又は破損等による突発的な内部抵抗の変化は考慮されておらず、適正な内部抵抗を取得することは困難である。これにより、短絡電流及び短絡部の電気抵抗を適正に算出することができないおそれがある。
また、上記従来技術に係る算出方法によれば、試験用デバイスの構成部材における電気抵抗の最大値を短絡部の電気抵抗に近似している。しかしながら、短絡部の大きさ（断面積及び長さ等）は、内部短絡時の発熱又は破損等により不規則に変化するので、構成部材の抵抗値が既知であっても、短絡部の電気抵抗を適正に算出することができないおそれがある。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、内部短絡時の短絡電流及び容量を適正に算出することが可能な内部短絡電流の推算方法及び短絡セル容量の推算方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明は以下の態様を採用した。
（１）本発明の一態様に係る内部短絡電流の推算方法は、短絡試験装置（例えば、実施形態での短絡試験装置１０）によって内部短絡されたセル（例えば、実施形態での電池１１、セル１９）において検出された電圧降下の時間経過に応じた変化のデータと、前記セルと前記セルに接続された外部抵抗（例えば、実施形態での外部抵抗３２）とを備える閉回路において検出された前記外部抵抗の電圧降下の時間経過に応じた変化と前記外部抵抗の抵抗値（例えば、実施形態での抵抗値Ｒ）との対応関係のマップとにより、前記セルの内部短絡抵抗値（例えば、実施形態での内部短絡抵抗値Ｒｓ）を取得するステップ（例えば、実施形態でのステップＳ０１）と、前記セルの起電力Ｅ、内部抵抗値Ｒｉ及び内部短絡抵抗値Ｒｓによる下記数式（１）に基づいて、前記セルの内部短絡時に流れる内部短絡電流Ｉを算出するステップ（例えば、実施形態でのステップＳ０２）とを含む。
【０００７】
【数１】
2020167050.tif 000003
【０００８】
（２）本発明の一態様に係る短絡セル容量の推算方法は、セル（例えば、実施形態での電池１１）の内部短絡により失活した失活容量（例えば、実施形態での失活容量Ｑｄｅａｄ）及び前記セルの放電に伴う放電容量（例えば、実施形態での放電容量（Ｉｓ×ｔ））を、前記セルの初期容量から減じることによって前記セルの内部短絡時の残容量（例えば、実施形態での残容量Ｑ）を算出する短絡セル容量算出ステップ（例えば、実施形態でのステップＳ０４）を含む。
【０００９】
（３）上記（２）に記載の短絡セル容量の推算方法は、前記セルの内部短絡時に逐次に前記残容量を算出する際に、前記残容量の前回値Ｑｎ−１と、前記残容量の前回算出時から今回算出時までの期間に亘る前記セルの失活に伴う失活容量Ｑｄｅａｄｎと、前記期間に亘る前記セルの放電に伴う放電容量Ｑｄｉｓｎとによる下記数式（２）に基づいて、前記残容量の今回値Ｑｎを算出してもよい。
【００１０】
【数２】
2020167050.tif 000004
【００１１】
（４）上記（３）に記載の短絡セル容量の推算方法は、前記セルの内部短絡部位（例えば、実施形態での短絡部材１５及び短絡領域４１）を中心とする円筒体（例えば、実施形態での円筒体４０）を複数の同芯の円筒体領域（例えば、実施形態での短絡領域４１及び複数の円筒体４２（１），…，４２（ｍ））に区分して、前記セルの内部短絡時における各前記円筒体領域の温度の時間経過に応じた変化の温度データを、前記セルを内部短絡させる短絡部材に設けられた温度センサから出力される温度検出値に基づいて取得する温度データ取得ステップ（例えば、実施形態でのステップＳ０４）と、前記温度データに基づいて、前記複数の前記円筒体領域のうち前記温度が所定温度以上に到達した前記円筒体領域を失活とみなすことによって、前記失活容量を算出する失活容量算出ステップ（例えば、実施形態でのステップＳ０４）とを含んでもよい。
【００１２】
（５）上記（４）に記載の短絡セル容量の推算方法では、前記温度データ取得ステップは、円筒体前記内部短絡部位から前記複数の前記円筒体領域の各々への伝熱をモデル化した円筒伝熱モデルにより、前記セルの内部短絡時における各前記円筒体領域の温度の時間経過に応じた変化を取得してもよい。
【００１３】
（６）上記（２）から（５）のいずれか１つに記載の短絡セル容量の推算方法は、前記セルの内部短絡電流の時間積分によって前記放電容量を算出する放電容量算出ステップ（例えば、実施形態でのステップＳ０４）を含んでもよい。
【００１４】
（７）上記（５）に従属する（６）に記載の短絡セル容量の推算方法は、前記セルの内部抵抗、温度及び容量の対応関係のマップと、前記短絡セル容量算出ステップにより算出された前記残容量及び前記セルにおいて検出された温度とにより、前記セルの内部短絡時の内部抵抗値（例えば、実施形態での内部抵抗値Ｒｉ）を取得する内部抵抗値取得ステップ（例えば、実施形態でのステップＳ０６）を含んでもよい。
【００１５】
（８）上記（５）に従属する（６）又は（７）に記載の短絡セル容量の推算方法は、前記セルの起電力及び容量の対応関係のマップと、前記短絡セル容量算出ステップにより算出された前記残容量とにより、前記セルの内部短絡時の起電力（例えば、実施形態での起電力Ｅ）を取得する起電力取得ステップ（例えば、実施形態でのステップＳ０６）を含んでもよい。
【００１６】
（９）上記（７）に従属する（８）に記載の短絡セル容量の推算方法は、内部短絡された前記セルにおいて検出された電圧降下の時間経過に応じた変化のデータと、前記セルと前記セルに接続された外部抵抗（例えば、実施形態での外部抵抗３２）とを備える閉回路において検出された前記外部抵抗の電圧降下の時間経過に応じた変化と前記外部抵抗の抵抗値（例えば、実施形態での抵抗値Ｒ）との対応関係のマップとにより、前記セルの内部短絡抵抗値（例えば、実施形態での内部短絡抵抗値Ｒｓ）を取得する内部短絡抵抗値取得ステップ（例えば、実施形態でのステップＳ０１）と、前記起電力取得ステップにより取得された起電力Ｅ、前記内部抵抗値取得ステップにより取得された内部抵抗値Ｒｉ及び前記内部短絡抵抗値取得ステップにより取得された内部短絡抵抗値Ｒｓによる下記数式（３）に基づいて、内部短絡電流Ｉを算出する内部短絡電流算出ステップ（例えば、実施形態でのステップＳ０２）とを含んでもよい。
【００１７】
【数３】
2020167050.tif 000005
【００１８】
（１０）上記（９）に記載の短絡セル容量の推算方法は、前記セルの内部短絡時に逐次に前記短絡セル容量算出ステップにより前記残容量を算出する際に、前記失活容量算出ステップは、前記残容量の前回算出時から今回算出時までの期間に亘って失活とみなされた前記円筒体領域によって前記失活容量を算出し、前記放電容量算出ステップは、前記残容量の前回値に基づいて前記内部抵抗値取得ステップにより取得された前記内部抵抗値と前記残容量の前回値に基づいて前記起電力取得ステップにより取得された前記起電力とを用いて前記内部短絡電流算出ステップにより算出された内部短絡電流を、前記期間に亘って時間積分することによって前記放電容量を算出してもよい。
【発明の効果】
【００１９】
上記（１）によれば、内部短絡及び外部短絡において等価回路が同一であることに基づいて、予め記憶又は測定により取得された外部抵抗の電圧降下と抵抗値との対応関係のマップを参照して、内部短絡時に検出された電圧降下に対応する内部短絡抵抗値を取得する。これにより、内部短絡時の適正な内部抵抗値及び内部短絡抵抗値を直接的に検出することができない場合であっても、内部短絡時の発熱又は発生ガスによる破損等に応じた不規則な内部状態の変化を包含する電圧挙動に基づいて、適正な内部短絡抵抗値を間接的に取得することができる。
また、内部短絡抵抗値に基づいて算出される内部短絡電流を用いて、内部短絡時のジュール熱を算出することができる。これにより、内部短絡時の総熱量において、例えば内部の燃焼及び分解に伴う発熱などの反応熱と区別してジュール熱を把握することができる。
【００２０】
上記（２）によれば、内部短絡時の失活容量及び放電容量に基づいて残容量を算出する。これにより、適正な残容量の算出精度を向上させることができる。
【００２１】
さらに、上記（３）の場合、内部短絡時の失活容量及び放電容量に基づいて残容量を逐次に算出するので、適正な残容量の算出精度を向上させることができる。
【００２２】
さらに、上記（４）の場合、短絡部材に設けられた温度センサの温度検出値に基づいて各円筒体領域の温度を精度良く取得することができ、失活容量の算出精度を向上させることができる。
【００２３】
さらに、上記（５）の場合、セルにおいて所定温度以上の領域を失活とみなすことにより、内部短絡時の発熱に起因するセルの破損に伴う失活容量を適正に算出して、残容量の算出精度を向上させることができる。
【００２４】
さらに、上記（６）の場合、内部短絡時にセルに局所的に流れる内部短絡電流に基づいて放電容量を精度良く算出することができる。
【００２５】
さらに、上記（７）の場合、内部短絡時の失活及び放電を考慮した残容量に基づいて内部抵抗値を取得するので、内部抵抗値の精度を向上させることができる。
【００２６】
さらに、上記（８）の場合、内部短絡時の失活及び放電を考慮した残容量に基づいて起電力を取得するので、起電力の精度を向上させることができる。
【００２７】
さらに、上記（９）の場合、内部短絡時の失活及び放電を考慮した残容量に基づく内部抵抗値及び起電力によって内部短絡電流の算出精度を向上させることができる。
【００２８】
さらに、上記（１０）の場合、セルの内部短絡時の残容量を逐次に算出することによって短絡特性及び短絡挙動の定量的な評価精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施形態に係る短絡試験装置の構成を模式的に示す図。
【図２】本発明の実施形態に係る内部短絡電流の推算方法における電池の内部短絡及び外部短絡において同一となる等価回路を示す図。
【図３】本発明の実施形態に係る内部短絡電流の推算方法によって取得された電池の外部抵抗における電圧降下の時間変化と外部抵抗の抵抗値との対応関係の例を示すグラフ図。
【図４】本発明の実施形態に係る内部短絡電流の推算方法によって取得された短絡分割体の外部抵抗における電圧降下速度と外部抵抗の抵抗値との対応関係の例を示すグラフ図。
【図５】本発明の実施形態に係る短絡セル容量の推算方法における円筒伝熱モデルの短絡部材及び複数の円筒体領域を示す断面図。
【図６】本発明の実施形態に係る短絡セル容量の推算方法における円筒伝熱モデルによって取得された温度データ（複数の円筒体領域の温度変化データ）の例を示すグラフ図。
【図７】本発明の実施形態に係る短絡セル容量の推算方法における電池の放電試験によって得られた放電容量及び試験温度の対応関係の例を示すグラフ図。
【図８】本発明の実施形態に係る短絡セル容量の推算方法における電池の内部抵抗、温度及び容量の対応関係の例を示すグラフ図。
【図９】本発明の実施形態に係る短絡セル容量の推算方法における電池の起電力及び容量の対応関係の例を示すグラフ図。
【図１０】本発明の実施形態に係る内部短絡電流の推算方法及び短絡セル容量の推算方法のフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の内部短絡電流の推算方法及び短絡セル容量の推算方法の一実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
図１は、実施形態に係る短絡試験装置１０の構成を模式的に示す図である。
図１に示すように、短絡試験装置１０は、電池１１と、電圧センサ１３と、熱量センサ１４と、短絡部材１５と、断熱部材１６と、処理装置１７とを備える。
【００３１】
電池１１は、例えば積層配置された１つ又は複数のセル１９を備える。セル１９は、例えばラミネートセルなどである。セル１９は、例えば、セパレータ及び電解液から成る電解質層と、電解質層を厚さ方向の両側から挟み込む正極板及び負極板と、電解質層、正極板及び負極板から成る積層体を内部に収容するラミネートフィルムから成るケースとを備える。積層配置される複数のセル１９は、電気的に直列又は並列に接続されている。
電圧センサ１３は、電池１１の端子電圧Ｖを検出する。
熱量センサ１４は、例えばサーモパイル又はペルチェ素子等を備える熱流センサである。熱量センサ１４は、例えばペルチェ素子を備える相対的に高温用の熱量計であって、電池１１の設置底面側に配置されている。
短絡部材１５は、例えば、電池１１を厚さ方向（つまり複数のセル１９の積層方向）に貫通することによって電池１１を内部短絡させる棒状部材（例えば、先端が錐状の釘状部材など又は丸い先端の棒状部材など）である。短絡部材１５は、例えば熱電対等の温度センサ１５ａを備える。
断熱部材１６は、電池１１を断熱状態に維持する。例えば、断熱部材１６は、電池１１の設置上面側に配置されている。
【００３２】
処理装置１７は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサによって所定のプログラムが実行されることにより機能する。処理装置１７は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサ、プログラムを格納するＲＯＭ（Read Only Memory）、データを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）及びタイマー等の電子回路を備える。なお、処理装置１７の少なくとも一部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）等の集積回路であってもよい。
処理装置１７は、電圧センサ１３及び温度センサ１５ａから出力される検出値の信号に基づいて、後述する内部短絡電流の推算方法及び短絡セル容量の推算方法の処理を実行する。また、処理装置１７は、適宜の駆動機構を制御することによって短絡部材１５を駆動制御してもよい。
【００３３】
＜内部短絡抵抗値Ｒｓの取得＞
以下に、短絡部材１５によって短絡された電池１１の内部短絡抵抗値Ｒｓ（内部短絡抵抗３１の抵抗値Ｒｓ）を取得する方法について説明する。
図２は、実施形態に係る内部短絡電流の推算方法における電池１１の内部短絡及び外部短絡において同一となる等価回路を示す図である。図３は、実施形態に係る内部短絡電流の推算方法によって取得された電池１１の外部抵抗３２における電圧降下の時間変化と外部抵抗３２の抵抗値Ｒとの対応関係の例を示すグラフ図である。図４は、実施形態に係る内部短絡電流の推算方法によって取得された電池１１の外部抵抗３２における電圧降下速度と外部抵抗３２の抵抗値Ｒとの対応関係の例を示すグラフ図である。
【００３４】
短絡部材１５によって内部短絡された電池１１の内部短絡抵抗値Ｒｓは、例えば短絡部位の温度、面積及び接触抵抗などに応じて変化する。処理装置１７は、短絡部材１５によって内部短絡された電池１１の内部短絡抵抗値Ｒｓを、電圧センサ１３によって検出された電池１１の端子電圧Ｖに基づいて取得する。処理装置１７は、電池１１の端子電圧Ｖによる電圧降下の時間変化のデータに基づき、予め記憶している短絡抵抗値と電圧降下のマップを参照して、内部短絡抵抗値Ｒｓを取得する。予め記憶している短絡抵抗値と電圧降下のマップは、電池１１に接続された外部抵抗３２の抵抗値Ｒと、外部抵抗３２における電圧降下の経過時間に応じた変化との対応関係のマップである。
【００３５】
処理装置１７は、電池１１の内部短絡及び外部短絡において等価回路が同一であるとみなして、電池１１における短絡抵抗値と電圧降下のマップを取得する。
図２に示すように、処理装置１７は、短絡部材１５によって内部短絡された電池１１の等価回路を、電池１１の起電力Ｅと、内部短絡抵抗３１と、内部抵抗３３とによって構成する。処理装置１７は、外部抵抗３２によって外部短絡された電池１１の等価回路を、電池１１の起電力Ｅと、外部抵抗３２と、内部抵抗３３とによって構成する。つまり、処理装置１７は、内部短絡抵抗３１の抵抗値（内部短絡抵抗値）Ｒｓと外部抵抗３２の抵抗値Ｒとを同一であるとみなす。
【００３６】
処理装置１７は、マップ取得のための計測時に外部抵抗３２の抵抗値Ｒが適宜に変更される場合毎に、電圧センサ１３によって検出される端子電圧Ｖに基づき、外部抵抗３２の電圧降下を計測する。図３に示すように、例えば外部抵抗３２の抵抗値Ｒが第１抵抗値Ｒ１から第３抵抗値Ｒ２に向かって増大することに伴い、外部抵抗３２の電圧降下速度は低下傾向に変化する。図４に示すように、処理装置１７は、電池１１における短絡抵抗値（外部抵抗３２の抵抗値Ｒ）と電圧降下速度の対応関係のマップを取得して、ＲＯＭなどに記憶する。
【００３７】
処理装置１７は、短絡部材１５により内部短絡された電池１１の電圧降下の計測時に電圧センサ１３によって検出される端子電圧Ｖに基づき、内部短絡抵抗３１の電圧降下を計測する。処理装置１７は、内部短絡抵抗３１の電圧降下のデータに基づいて、短絡抵抗値（外部抵抗３２の抵抗値Ｒ）と電圧降下速度の対応関係のマップを参照して、内部短絡抵抗３１の電圧降下に対応する短絡抵抗値を取得する。処理装置１７は、マップから取得した短絡抵抗値を内部短絡抵抗値Ｒｓとする。
【００３８】
＜内部短絡電流Ｉｓの算出＞
以下に、短絡部材１５によって内部短絡された電池１１に局所的に流れる内部短絡電流Ｉｓを算出する方法について説明する。
処理装置１７は、下記数式（４）に基づいて、短絡部材１５により内部短絡された電池１１に流れる内部短絡電流Ｉｓを算出する。下記数式（４）において、内部短絡電流Ｉｓは、電池１１の起電力Ｅと、内部抵抗値Ｒｉと、内部短絡抵抗値Ｒｓとによって記述されている。電池１１の内部短絡時の起電力Ｅは、後述するように電池１１の残容量及び温度に基づいて取得される。電池１１の内部抵抗値Ｒｉは、後述するように電池１１の残容量及び温度に基づいて取得される。
【００３９】
【数４】
2020167050.tif 000006
【００４０】
処理装置１７は、例えば、逐次に内部短絡電流Ｉｓを算出する場合には、今回の処理において取得した内部短絡抵抗値Ｒｓｎと、後述するように前回の処理において取得された今回の起電力Ｅｎ及び内部抵抗Ｒｉｎとに基づいて、今回の内部短絡電流Ｉｓｎを算出する。
【００４１】
＜放電可能容量Ｑｅｆｆの算出＞
以下に、短絡部材１５によって短絡された電池１１の放電可能容量Ｑｅｆｆを算出する方法について説明する。
図５は、実施形態に係る短絡セル容量の推算方法における円筒伝熱モデルの短絡部材１５及び複数の円筒体領域を示す断面図である。図６は、実施形態に係る短絡セル容量の推算方法における円筒伝熱モデルによって取得された温度データ（複数の円筒体領域の温度変化データ）の例を示すグラフ図である。図７は、実施形態に係る短絡セル容量の推算方法における電池１１の放電試験によって得られた放電容量及び試験温度の対応関係の例を示すグラフ図である。
【００４２】
処理装置１７は、短絡部材１５によって短絡された電池１１に対して円筒伝熱モデルを用いて時間経過に応じた内部温度の変化のデータ（温度データ）を取得する。図５に示すように、円筒伝熱モデルは、短絡部材１５によって短絡された電池１１を、短絡部材１５を中心とする円筒体４０にモデル化する。円筒体４０の体積は電池１１の体積と同一である。円筒体４０は、複数の同芯の円筒体領域に区分されている。複数の円筒体領域の各々の径方向厚みＨは同一である。複数の円筒体領域は、短絡部材１５に接する短絡領域４１と、短絡領域４１から径方向外方に向かって順次に配置される複数の円筒体４２（１），…，４２（ｍ）とを備える。なお、ｍは所定の自然数である。短絡領域４１は、短絡に伴って発熱する。短絡領域４１に発生した熱は、短絡部材１５及び複数の円筒体４２（１），…，４２（ｍ）へと伝わる。
【００４３】
処理装置１７は、温度センサ１５ａによって検出された短絡部材１５の温度Ｔｐと、下記数式（５）とに基づいて、短絡領域４１から短絡部材１５へ伝熱した熱量Ｐｐを算出する。なお、下記数式（５）において、短絡部材１５の温度Ｔｐは、短絡領域４１から短絡部材１５へ伝熱した熱量Ｐｐと、時間間隔Δｔと、短絡部材１５の比熱Ｃｐと、短絡部材１５の重量Ｍｐとによって記述されている。
【００４４】
【数５】
2020167050.tif 000007
【００４５】
処理装置１７は、算出した熱量Ｐｐと、下記数式（６）とに基づいて、短絡領域４１の温度Ｔｓを算出する。なお、下記数式（６）において、短絡領域４１から短絡部材１５へ伝熱した熱量Ｐｐは、所定の自然数ｍと、短絡領域４１の熱伝導率λｓ、温度Ｔｓ、径方向厚みＨ及び半径Ｌｓと、短絡部材１５の半径Ｌｐとによって記述されている。
【００４６】
【数６】
2020167050.tif 000008
【００４７】
処理装置１７は、短絡領域４１から第１の円筒体４２（１）へ伝熱した熱量Ｐ１を、下記数式（７）に示すように記述する。なお、下記数式（７）において、熱量Ｐ１は、所定の自然数ｍと、短絡領域４１の熱伝導率λｓ、温度Ｔｓ、径方向厚みＨ及び半径Ｌｓと、第１の円筒体４２（１）の温度Ｔ１、径方向厚みＨ及び半径Ｌｓ１と、第２の円筒体４２（２）の温度Ｔ２及び半径Ｌｓ２とによって記述されている。
【００４８】
【数７】
2020167050.tif 000009
【００４９】
処理装置１７は、短絡領域４１から第ｋの円筒体４２（ｋ）へ伝熱した熱量Ｐｋを、下記数式（８）に示すように記述する。なお、ｋは２以上かつ（ｍ−１）以下の任意の自然数である。下記数式（８）において、熱量Ｐｋは、所定の自然数ｍと、短絡領域４１の熱伝導率λｓと、第ｋ−１の円筒体４２（ｋ−１）の温度Ｔｋ−１及び半径Ｌｓｋ−１と、第ｋの円筒体４２（ｋ）の温度Ｔｋ、径方向厚みＨ及び半径Ｌｓｋと、第ｋ＋１の円筒体４２（ｋ＋１）の温度Ｔｋ＋１及び半径Ｌｓｋ＋１とによって記述されている。
【００５０】
【数８】
2020167050.tif 000010
【００５１】
処理装置１７は、第ｊの円筒体４２（ｊ）の温度Ｔｊを、下記数式（９）に示すように記述する。なお、ｊは所定の自然数ｍ以下の任意の自然数である。なお、下記数式（９）において、温度Ｔｊは、短絡領域４１から第ｊの円筒体４２（ｊ）へ伝熱した熱量Ｐｊと、時間間隔Δｔと、第ｊの円筒体４２（ｊ）の比熱Ｃｃ及び重量Ｍｓとによって記述されている。
【００５２】
【数９】
2020167050.tif 000011
【００５３】
処理装置１７は、上記数式（５）〜（９）と、短絡部材１５に設けられた温度センサ１５ａによって検出される短絡部材１５の温度Ｔｐの検出値と、温度センサ（図示略）によって検出される電池１１の表面温度の検出値とを用いて、円筒体４０の内周側から外周側に向かって順次に第ｊの円筒体４２（ｊ）の温度Ｔｊを算出する。
【００５４】
なお、処理装置１７は、上記数式（７）〜（９）と、温度センサ（図示略）によって検出される電池１１の表面温度の検出値と、短絡部材１５に設けられた温度センサ１５ａによって検出される短絡部材１５の温度Ｔｐの検出値とを用いて、円筒体４０の外周側から内周側に向かって順次に第ｊの円筒体４２（ｊ）の温度Ｔｊを算出してもよい。
この場合、先ず、処理装置１７は、上記数式（９）において、円筒体４０の最外層となる第ｍの円筒体４２（ｍ）の温度Ｔｍとして電池１１の表面温度の検出値を用いることによって、短絡領域４１から第ｍの円筒体４２（ｍ）へ伝熱した熱量Ｐｍを算出する。
次に、処理装置１７は、温度Ｔｍ及び熱量Ｐｍと、上記数式（８）の第１項とに基づいて、第（ｍ−１）の円筒体４２（ｍ−１）の温度Ｔｍ−１を算出する。そして、処理装置１７は、温度Ｔｍ−１と上記数式（９）とに基づいて、短絡領域４１から第（ｍ−１）の円筒体４２（ｍ−１）へ伝熱した熱量Ｐｍ−１を算出する。
次に、処理装置１７は、温度Ｔｍ−１及び熱量Ｐｍ−１と、温度Ｔｍと、上記数式（８）とに基づいて、第（ｍ−２）の円筒体４２（ｍ−２）の温度Ｔｍ−２を算出する。そして、処理装置１７は、温度Ｔｍ−２と上記数式（９）とに基づいて、短絡領域４１から第（ｍ−２）の円筒体４２（ｍ−２）へ伝熱した熱量Ｐｍ−２を算出する。
処理装置１７は、第（ｍ−２）の円筒体４２（ｍ−２）の温度Ｔｍ−２を算出する場合と同様の処理を繰り返し実行することによって、第（ｍ−３）の円筒体４２（ｍ−３）から第１の円筒体４２（１）に向かって順次に各温度Ｔｍ−３，…，Ｔ１を算出する。
【００５５】
図６に示すように、処理装置１７は、算出した各温度Ｔｐ，Ｔｓ，Ｔ１，…，Ｔｍの時間経過に応じた変化の温度データを取得する。例えば図６においては、短絡領域４１からの熱伝導によって短絡部材１５の温度Ｔｐ及び第１から第４の円筒体４２（１），…，４２（４）の温度Ｔ１，…，Ｔ４が増大傾向に変化することが認められる。
処理装置１７は、取得した温度データにおいて、所定温度Ｔａを超える領域を放電不能な失活状態とする。所定温度Ｔａは、例えば１２０℃などである。所定温度Ｔａは、例えば図７に示すように、各種の試験温度毎に電池１１の放電容量を測定した試験結果に基づいて設定されている。図７に示す試験結果によれば、所定温度Ｔａを超える温度領域において放電容量がゼロに向かって低下していることが認められる。
処理装置１７は、円筒体４０における失活状態の領域の体積を容量に換算することによって失活容量Ｑｄｅａｄを算出する。処理装置１７は、予め既知である電池１１の初期容量から失活容量Ｑｄｅａｄを減じることによって放電可能容量Ｑｅｆｆを算出する。処理装置１７は、例えば、逐次に放電可能容量Ｑｅｆｆを算出する場合には、下記数式（１０）に示すように、電池１１の前回の残容量Ｑｎ−１から今回までに新たに失活した失活容量Ｑｄｅａｄｎを減じることによって、今回の放電可能容量Ｑｅｆｆｎを算出する。なお、ｎは任意の自然数である。
【００５６】
【数１０】
2020167050.tif 000012
【００５７】
＜残容量Ｑの算出＞
以下に、短絡部材１５によって短絡された電池１１の残容量Ｑを算出する方法について説明する。
処理装置１７は、放電可能容量Ｑｅｆｆから放電容量を減じることによって残容量Ｑを算出する。処理装置１７は、例えば、逐次に残容量Ｑを算出する場合には、下記数式（１１）に示すように、電池１１の今回の放電可能容量Ｑｅｆｆｎから、前回から今回までに新たに放電により失われた放電容量を減じることによって、今回の残容量Ｑｎを算出する。前回から今回までの新たな放電容量は、今回の内部短絡電流Ｉｓｎを前回から今回までの経過時間ｔに亘って時間積分することによって算出される。
【００５８】
【数１１】
2020167050.tif 000013
【００５９】
＜内部抵抗値Ｒｉ及び起電力Ｅの取得＞
以下に、短絡部材１５によって短絡された電池１１の内部抵抗値Ｒｉ及び起電力Ｅを取得する方法について説明する。
図８は、実施形態に係る短絡セル容量の推算方法における電池１１の内部抵抗値、温度及び容量の対応関係の例を示すグラフ図である。図９は、実施形態に係る短絡セル容量の推算方法における電池１１の起電力及び容量の対応関係の例を示すグラフ図である。
【００６０】
図８に示すように、処理装置１７は、電池１１の内部抵抗値、温度及び残容量の対応関係のマップを予め記憶している。図８に示すマップは、複数の異なる残容量Ｑ１，…，Ｑ８の各々における内部抵抗値と温度との対応関係を示す。例えば図８においては、各残容量Ｑ１，…，Ｑ８において、温度の増大に伴い、内部抵抗値が減少傾向に変化することが認められる。
処理装置１７は、短絡部材１５により内部短絡された電池１１に対して算出した残容量Ｑと電池１１の表面温度の検出値とに基づき、電池１１の内部抵抗値、温度及び残容量の対応関係のマップを参照して、残容量Ｑ及び表面温度の検出値に対応する内部抵抗値Ｒｉを取得する。
処理装置１７は、例えば、逐次に残容量Ｑｎを算出する場合には、今回に算出した残容量Ｑｎに基づいて、次回までの内部抵抗値Ｒｉｎ＋１を取得する。
【００６１】
図９に示すように、処理装置１７は、電池１１の起電力、温度及び残容量の対応関係のマップを予め記憶している。図９に示すマップは、適宜の温度（例えば、２５℃など）における起電力と残容量の対応関係を示す。例えば図９においては、残容量の増大に伴い、起電力が増大傾向に変化することが認められる。
処理装置１７は、短絡部材１５により内部短絡された電池１１に対して算出した残容量Ｑと電池１１の表面温度の検出値とに基づき、電池１１の起電力、温度及び残容量の対応関係のマップを参照して、残容量Ｑ及び表面温度の検出値に対応する起電力Ｅを取得する。なお、処理装置１７は、起電力及び残容量の温度依存性が無視できる場合などにおいては、適宜の温度における起電力と残容量の対応関係のマップに基づいて、残容量Ｑに対応する起電力Ｅを取得してもよい。
処理装置１７は、例えば、逐次に残容量Ｑｎを算出する場合には、今回に算出した残容量Ｑｎに基づいて、次回までの起電力Ｅｎ＋１を取得する。
【００６２】
＜ジュール熱の算出＞
以下に、短絡部材１５によって短絡された電池１１のジュール熱及び化学反応熱を算出する方法について説明する。
処理装置１７は、短絡部材１５によって内部短絡された電池１１に対して算出した内部短絡電流Ｉｓと、電圧センサ１３によって検出された電池１１の端子電圧Ｖとを積算して得られる仕事Ｗｊを所定時間に亘って時間積分することによってジュール熱（∫Ｗｊ・ｄｔ）を算出する。
処理装置１７は、熱量センサ１４によって検出された電池１１の熱量Ｗｃを所定時間に亘って時間積分することによって発熱量（∫Ｗｃ・ｄｔ）を算出する。
処理装置１７は、ジュール熱（∫Ｗｊ・ｄｔ）及び発熱量（∫Ｗｃ・ｄｔ）と、下記数式（１２）とに基づき、発熱量（∫Ｗｃ・ｄｔ）からジュール熱（∫Ｗｊ・ｄｔ）を減じて得られる化学反応熱（∫Ｗｃｈｅｍ・ｄｔ）を算出する。
【００６３】
【数１２】
2020167050.tif 000014
【００６４】
＜内部短絡電流及び短絡セル容量の推算方法＞
以下に、短絡部材１５によって短絡された電池１１の内部短絡状態量を逐次に計測する方法について説明する。
図１０は、実施形態に係る内部短絡電流及び短絡セル容量の推算方法のフローチャートである。処理装置１７は、ステップＳ０１からステップＳ０６の一連の処理を所定時間毎に繰り返し実行する。所定時間は、例えば１ｍｓから１０ｍｓ程度である。
先ず、ステップＳ０１において、処理装置１７は、電圧センサ１３によって検出された電池１１の端子電圧Ｖによる電圧降下速度のデータに基づき、予め記憶している短絡抵抗値と電圧降下速度のマップを参照して、今回の処理における電池１１の内部短絡抵抗値Ｒｓｎを取得する。
【００６５】
次に、ステップＳ０２において、処理装置１７は、前回の処理において取得した電池１１の起電力Ｅｎ及び内部抵抗値Ｒｉｎと、ステップＳ０１において算出した内部短絡抵抗値Ｒｓｎと、上記数式（３）とに基づいて、今回の処理における内部短絡電流Ｉｓｎを算出する。
次に、ステップＳ０３において、処理装置１７は、円筒伝熱モデルによって取得した温度データに基づいて、前回の処理から今回の処理に亘って円筒体４０において新たに所定温度Ｔａ以上となる失活状態の領域を取得する。処理装置１７は、新たに失活状態となった領域の体積を容量に換算することによって、今回の処理における電池１１の失活容量Ｑｄｅａｄｎを算出する。処理装置１７は、前回の処理において算出された残容量Ｑｎ−１から今回の失活容量Ｑｄｅａｄｎを減じることによって、今回の処理における電池１１の放電可能容量Ｑｅｆｆｎを算出する。
【００６６】
次に、ステップＳ０４において、処理装置１７は、ステップＳ０２において算出した内部短絡電流Ｉｓｎを前回の処理から今回の処理までの経過時間ｔに亘って時間積分することによって放電容量を算出する。処理装置１７は、ステップＳ０３において算出した放電可能容量Ｑｅｆｆｎから放電容量を減じることによって、今回の残容量Ｑｎを算出する。
次に、ステップＳ０５において、処理装置１７は、ステップＳ０４において算出した残容量Ｑｎは所定容量以下であるか否かを判定する。所定容量は、例えばゼロなどである。
この判定結果が「ＹＥＳ」の場合、処理装置１７は処理をエンドに進める。一方、この判定結果が「ＮＯ」の場合、処理装置１７は処理をステップＳ０６に進める。
【００６７】
次に、ステップＳ０６において、処理装置１７は、ステップＳ０４において算出した残容量Ｑｎ及び電池１１の表面温度の検出値に基づき、電池１１の内部抵抗値、温度及び残容量の対応関係のマップを参照することによって、次回の処理までの内部抵抗値Ｒｉｎ＋１を取得する。また、処理装置１７は、ステップＳ０４において算出した残容量Ｑｎ及び電池１１の表面温度の検出値に基づき、電池１１の起電力、温度及び残容量の対応関係のマップを参照することによって、次回の処理までの起電力Ｅｎ＋１を取得する。そして、処理装置１７は、処理を上記のステップＳ０１に戻す。
【００６８】
上述したように、本実施形態の内部短絡電流の推算方法及び短絡セル容量の推算方法によれば、電池１１の内部短絡及び外部短絡において等価回路が同一であることに基づいて、予め記憶又は測定により取得された外部抵抗３２の電圧降下と抵抗値Ｒとの対応関係のマップを参照して、内部短絡時に検出された電圧降下に対応する内部短絡抵抗値Ｒｓを取得する。これにより、内部短絡時の適正な内部抵抗値Ｒｉ及び内部短絡抵抗値Ｒｓを直接的に検出することができない場合であっても、内部短絡時の発熱又は発生ガスによる破損等に応じた不規則な内部状態の変化を包含する電圧挙動に基づいて、適正な内部短絡抵抗値Ｒｓを間接的に取得することができる。
また、内部短絡抵抗値ＲＳに基づいて算出される内部短絡電流Ｉｓを用いて、内部短絡時のジュール熱を算出することができる。これにより、内部短絡時の総熱量において、例えば内部の燃焼及び分解に伴う発熱などの化学反応熱と区別してジュール熱を把握することができる。
【００６９】
また、内部短絡時の失活容量及び放電容量に基づいて残容量を算出する。これにより、適正な残容量Ｑの算出精度を向上させることができる。
また、電池１１において所定温度以上の領域を失活とみなすことにより、内部短絡時の発熱に起因するセル１９の破損に伴う失活容量を適正に算出して、残容量の算出精度を向上させることができる。
また、内部短絡時に電池１１に局所的に流れる内部短絡電流Ｉｓに基づいて放電容量を精度良く算出することができる。
【００７０】
また、内部短絡時の電池１１の失活及び放電を考慮した残容量に基づいて内部抵抗値Ｒｉを取得するので、内部抵抗値Ｒｉの精度を向上させることができる。
また、内部短絡時の電池１１の失活及び放電を考慮した残容量に基づいて起電力Ｅを取得するので、起電力Ｅの精度を向上させることができる。
また、内部短絡時の失活及び放電を考慮した残容量Ｑに基づく内部抵抗値Ｒｉ及び起電力Ｅによって内部短絡電流Ｉｓの算出精度を向上させることができる。
また、電池１１の内部短絡時の残容量Ｑｎを逐次に算出することによって短絡特性及び短絡挙動の定量的な評価精度を向上させることができる。
【００７１】
以下に、上述した実施形態の変形例について説明する。
上述した実施形態において、電池１１は、複数のセル１９を備えるとしたが、これに限定されず、単一のセル１９のみを備えてもよい。
上述した実施形態において、短絡試験装置１０の構成は、上記に限定されず、他の構成であってもよい。
【００７２】
本発明の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００７３】
１０…短絡試験装置、１１…電池（セル）、１３…電圧センサ、１４…熱量センサ、１５…短絡部材、１６…断熱部材、１７…処理装置、１９…セル、３１…内部短絡抵抗、３２…外部抵抗、３３…内部抵抗、４０…円筒体、４１…短絡領域（円筒体領域）、４２（１），…，４２（ｍ）…円筒体（円筒体領域）、Ｅ…起電力、Ｉｓ…内部短絡電流、Ｒ…抵抗値、Ｒｉ…内部抵抗値、Ｒｓ…内部短絡抵抗値、Ｑｅｆｆ…放電可能容量、Ｑ…残容量
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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