(57)【要約】【課題】電池パック内のセルの温度が異常に上昇した場合において、その異常を早期に検出する。【解決手段】電池パックと、制御部と、を具備する電池システムであって、電池パックは、複数個の単電池と、隣り合う単電池の間に配置された吸熱部材と、単電池又は吸熱部材の温度を計測する温度センサと、を含み、吸熱部材は、電池パックの使用条件で相変化をする相変化材料を含み、制御部は、温度センサが計測した温度の経時変化から、単電池又は吸熱部材の温度が異常に上昇しているか否かについての判定をする。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池パックと、
制御部と、を具備し、
前記電池パックは、複数個の単電池と、隣り合う前記単電池の間に配置された吸熱部材と、前記単電池又は前記吸熱部材の温度を計測する温度センサと、を含み、
前記吸熱部材は、前記電池パックの使用条件で相変化をする相変化材料を含み、
前記制御部は、前記温度センサが計測した前記温度の経時変化から、前記単電池又は前記吸熱部材の前記温度が異常に上昇しているか否かについての判定をする、電池システム。
【請求項２】
前記制御部は、前記相変化材料の相変化時間を算出し、前記相変化時間を用いて前記判定をする、請求項１記載の電池システム。
【請求項３】
前記相変化材料は、所定の温度域で吸熱量が大きくなる性質を有し、
当該温度域は、環境温度よりも高く、かつ、前記単電池の許容最高温度よりも低い温度範囲に含まれる、請求項１記載の電池システム。
【請求項４】
前記相変化材料は、所定の温度域で固体から液体に相変化する性質を有し、
当該温度域は、４０℃以上６５℃未満の温度範囲に含まれる、請求項１記載の電池システム。
【請求項５】
前記判定は、前記相変化時間の値について、通常の状態における前記相変化時間の値に対する割合が閾値未満となった場合に、前記温度が異常に上昇しているとするものである、請求項２記載の電池システム。
【請求項６】
前記温度センサは、複数であり、
前記判定は、前記温度センサのうちのいずれか二つで計測した前記相変化時間の値に一定以上の差が生じた場合に、前記温度が局所的に異常に上昇しているとするものである、請求項２記載の電池システム。
【請求項７】
前記温度センサは、複数であり、
前記判定は、前記温度センサのうちのいずれか二つで計測した前記相変化時間の値の比が閾値未満となった場合に、前記温度が異常に上昇しているとするものである、請求項２記載の電池システム。
【請求項８】
前記制御部は、前記温度センサの数に応じて、前記相変化時間の前記閾値を異なる値に設定する、請求項７記載の電池システム。
【請求項９】
前記相変化時間は、前記温度センサが計測した前記温度が所定の温度範囲を経過する時間である、請求項２記載の電池システム。
【請求項１０】
前記相変化時間は、前記温度センサが計測した前記温度の経時変化を示す曲線の変曲点における前記曲線の接線に平行でかつ切片が小さい第一の直線と前記接線に平行でかつ前記切片が大きい第二の直線との間に挟まれた領域に、前記曲線が含まれる時間軸の範囲に対応する時間である、請求項２記載の電池システム。
【請求項１１】
前記相変化材料は、袋又はケースに封入されている、請求項１記載の電池システム。
【請求項１２】
前記判定により、前記温度が異常に上昇しているとの結果が得られた場合には、前記制御部は、前記単電池又は前記吸熱部材を強制的に冷却する、請求項１記載の電池システム。
【請求項１３】
前記判定により、前記温度が異常に上昇しているとの結果が得られた場合には、前記制御部は、前記単電池への通電を停止する、請求項１記載の電池システム。
【請求項１４】
前記判定により、前記温度が異常に上昇しているとの結果が得られた場合には、前記制御部は、前記単電池への通電における許容電流値を低くする、請求項１記載の電池システム。
【請求項１５】
前記判定により、前記温度が異常に上昇しているとの結果が得られた場合には、前記制御部は、前記結果に関する警報を上位システムに通知する、請求項１記載の電池システム。
【請求項１６】
前記電池パックの充放電履歴及び温度履歴のうち少なくともいずれか一つを参照して、前記判定をする、請求項１記載の電池システム。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれか一項に記載の電池システムを構成する前記電池パックであって、
前記温度センサが計測した前記温度が前記判定に用いられる、電池パック。
【請求項１８】
前記相変化材料は、所定の温度域で吸熱量が大きくなる性質を有し、
当該温度域は、環境温度よりも高く、かつ、前記単電池の許容最高温度よりも低い温度範囲に含まれる、請求項１７記載の電池パック。
【請求項１９】
前記温度センサは、複数である、請求項１７記載の電池パック。
【請求項２０】
電流センサと、前記単電池への通電のオンオフに用いられるリレーと、を更に含む、請求項１７記載の電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池システム及び電池パックに関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン電池、ニッケル水素電池その他の二次電池あるいはキャパシタ等の蓄電素子を単電池とし、該単電池を複数直列接続して成る組電池は、高出力が得られる電池システムとして、車両搭載用電池システム、風力や太陽光発電の変動抑制用電池システムとして重要性が高まっている。特に、軽量で高エネルギー密度が得られるリチウムイオン電池を単電池として複数直列に接続した組電池（電池パック）は、車両搭載用高出力電池システムとして好ましく用いられるものとして期待されている。
【０００３】
ところで、この種の複数の単電池から構成された組電池においては、不良単電池の存在や充電装置の故障による誤作動があった場合、単電池に通常以上の電流が供給され、単電池内で異常な発熱が生じることが想定される。また、自動車等の車両に搭載される組電池は、設置スペースが制限されることに加えて、振動が発生する状態での使用が前提となることから、多数の単電池を配列し且つ拘束した状態（即ち各単電池を相互に固定した状態）の組電池が構築される。
【０００４】
このように個々の単電池を相互に固定した組電池において、上記のように単電池の一部に異常発熱が生じると、最初に発熱した異常単電池からの熱によって隣接する正常な単電池も次第に熱せられ、正常な単電池も連鎖的に発熱に至るケースが考えられる。安全性や信頼性の観点から、そのような単電池間の連鎖発熱を抑制・遅延して、発熱した異常単電池を速やかに回収して処理することが望ましい。このため、一部の単電池に熱異常が発生した際に、それを早期に検知できる仕組みが重要である。
【０００５】
特許文献１には、アルミニウムから成る冷却器内に配置されている少なくとも１つのセルを有する電池パック内の温度測定のための測定装置であって、温度センサが冷却器と熱接続されているものが記載されている。また、特許文献１には、冷却器が温度センサのための差込口を有している構成により、温度センサが、表面温度よりも高い電池パックの中心部温度を実際に測定できることも記載されている。
【０００６】
特許文献２には、電池パックの構成要素である複数の単電池の間に、荷重が加えられた状態で拘束される冷却用スペーサーが配置され、冷却用スペーサーは、相変化物質からなる媒体を有しており、媒体は、固体時に冷却用スペーサーに保持されるとともに、該固体から液体に相変化したときに冷却用スペーサーから外部へ流れ出す構成が記載されている。特許文献２においては、この構成により、異常発熱電池に隣接する単電池の温度上昇を抑制することができることも記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−３１５１６１号公報
【特許文献２】特開２０１０−１９２３３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に記載の測定装置を用いれば、電池パック内の温度の測定精度を向上することができる。しかしながら、当該測定装置を設置した箇所が温度の異常が生じている部分から離れている場合、異常検知を必ずしも適切に行うことができない点で改善の余地があると考えられる。
【０００９】
特許文献２に記載の電池パックは、相変化物質からなる媒体が液体となって流れ出す構成となっているため、流れ出た媒体を回収し、電池パックを使用可能な状態に戻す作業が必要である点で改善の余地があると考えられる。
【００１０】
本発明は、電池パック内のセルの温度が異常に上昇した場合において、その異常を早期に検出することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の電池システムは、電池パックと、制御部と、を具備し、電池パックは、複数個の単電池と、隣り合う単電池の間に配置された吸熱部材と、単電池又は吸熱部材の温度を計測する温度センサと、を含み、吸熱部材は、電池パックの使用条件で相変化をする相変化材料を含み、制御部は、温度センサが計測した温度の経時変化から、単電池又は吸熱部材の温度が異常に上昇しているか否かについての判定をする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、電池パック内のセルの温度が異常に上昇した場合において、その異常を早期に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る電池システムを示す概略構成図である。
【図２】図１の電池パック１００を示す模式構成図である。
【図３】図２の電池パック１００を構成するセル１１０を示す斜視図である。
【図４】図１の電池パック１００における３箇所の温度センサを示す模式構成図である。
【図５】図４の温度センサ１３２で計測した通常の状態における温度の経時変化を示すグラフである。
【図６】図４の電池パック１００内のセル１個が異常発熱した場合を示す模式構成図である。
【図７】図６の温度センサ１３２で計測した異常発熱した状態における温度の経時変化を示すグラフである。
【図８】本発明の一実施形態に係る電池パックの制御部における演算処理の一例を示すフローチャートである。
【図９】本発明の一実施形態に係る電池パック内の３箇所に温度センサを設置した構成において、異常発熱が発生した場合を示す模式構成図である。
【図１０】図９の電池パック内の３箇所の温度センサで計測した通常の状態における温度の経時変化を示すグラフである。
【図１１】図９の電池パック内の３箇所の温度センサで計測した異常発熱が発生した状態における温度の経時変化を示すグラフである。
【図１２】電池パック内の３箇所に温度センサを設置した構成において、異常発熱が発生した場合を示す模式構成図である。
【図１３】電池パック内の５箇所に温度センサを設置した構成において、異常発熱が発生した場合を示す模式構成図である。
【図１４】電池パック内の７箇所に温度センサを設置した構成において、異常発熱が発生した場合を示す模式構成図である。
【図１５】電池パック内の温度センサの数と温度異常の検出精度に対応する閾値との関係を示すグラフである。
【図１６】本発明の別法による相変化時間の定義を説明するためのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明は、複数のセル（単電池）を含む電池パック及びこれを構成要素の一つとする電池システムに関するものである。電池システムは、セルの温度異常検知機能を備えた電池パックに関するものである。
【００１５】
本発明の電池パックは、複数個の単電池と、隣り合う単電池の間に配置された複数の吸熱材と、温度センサと、を具備する。
【００１６】
本発明の電池システムは、温度センサが検知する吸熱材の相変化時間をもとに電池パックの局所的な異常温度上昇の有無を判定する手段を有する。
【００１７】
本発明の電池パックに用いる相変化材料（ＰＣＭ：Ｐｈａｓｅ  Ｃｈａｎｇｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）は、所望の温度を境に相変化または相転移する材料である。この材料の例として、固体から液体、液体から固体に変化する特性を持つ材料がある。ＰＣＭは、固体から液体へ、液体から固体へ、物質が変化する際に大きなエネルギー（潜熱（ｋＪ／ｋｇ））の出入りがある。このエネルギーの出入りを利用して、セルの温度上昇を特定の温度域（相変化温度近辺）で抑えることが可能である。以下では、固体から液体、液体から固体に変化する相変化材料を例として説明するが、潜熱を利用して所望の温度で熱を出し入れするものであればよく、例えば、相転移による結晶構造の変化を利用した材料も適用できる。
【００１８】
もし、電池パック内の一部セルの発熱量が著しく上昇した場合、相変化材料が固体から液体へ相変化するのに要する時間が減少する。この相変化時間の減少を温度センサが検知することにより、電池パック内でセルの温度異常が生じていると判定することができる。
【００１９】
本発明に用いるＰＣＭの相変化温度の望ましい範囲は、環境温度よりも高く、通常使用時の最高温度（許容最高温度）よりも低い温度に設定する。なお、環境温度とは、電池パックが設置されている場所の温度をいい、充放電等に伴い、熱が溜まるため、気温より若干高い温度となる。よって、環境温度の最高値は、日本国内の夏季を想定した場合、４０℃程度である。このため、相変化温度は、４０℃以上に設定することが好ましい。また、一般的なリチウムイオン電池の場合は、通常使用時の温度範囲は、−３０℃〜６５℃程度である。よって、相変化温度は、６５℃未満に設定することが好ましい。
【００２０】
まとめると、相変化材料は、所定の温度域で吸熱量が大きくなる性質を有することが望ましい。そして、当該温度域は、環境温度よりも高く、かつ、単電池の許容最高温度よりも低い温度範囲に含まれることが望ましい。
【００２１】
また、相変化材料は、所定の温度域で固体から液体に相変化する性質を有することが望ましい。そして、当該温度域は、４０℃以上６５℃未満の温度範囲に含まれることが望ましい。
【００２２】
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。
【００２３】
図１は、本発明の一実施形態に係る電池システムの概略を示したものである。
【００２４】
本図において、電池システム１は、セル１１０（単電池）を直列に組み合わせた電池パック１００と、電池パック１００に取り付けた温度センサ１３０等の情報を収集する電池制御装置２００と、から構成されている。電池制御装置２００は、車両制御装置等の上位システム３００と情報のやりとりをする機能を有する。このような電池システム１は、例えば、ハイブリッドカー（ＨＥＶ）、電気自動車（ＥＶ）等の動力源、太陽光発電、風力発電等の変動抑制やピークシフトのための蓄電装置として使用される。
【００２５】
なお、本図においては、セル１１０を直列に組み合わせた電池パック１００について示しているが、セル１１０を並列に接続した電池パックや、セル１１０を直列に接続したものを並列に接続して電池パックとしたものを用いてもよい。
【００２６】
電池パック１００は、セル１１０と、相変化材料１２０（ＰＣＭ）と、温度センサ１３０と、セル１１０の端子同士を接続する金属バスバー１４０と、電流センサ１５０と、リレー１６０とを含む。セル１１０は、＋印で示す正極端子と、−印で示す負極端子と、を有する。そして、隣接するセル１１０は、その端子に設置された金属バスバー１４０を介して接続されている。セル１１０及び相変化材料１２０の詳細については、後述する。
【００２７】
電池制御装置２００は、セル電圧を計測する電圧検出部２１０と、温度センサ１３０と接続して電池パック１００の温度情報を取得する温度情報検出部２２０と、電流センサ１５０と接続して電池パック１００の通電電流の情報を取得する電流情報検出部２３０と、リレー１６０に接続して電池パック１００への通電をオンオフさせるリレー制御部２４０と、電池パック１００又はセル１１０の状態を演算し必要な指令を出す演算制御部２５０と、電池パック１００又はセル１１０に関連する情報を格納する情報記録部２６０と、から構成されている。演算制御部２５０は、リレー制御部２４０を介して電池パック１００に接続されたリレー１６０のオンオフを指令する機能も有する。この機能は、上位システム３００によるリレー１６０のオンオフ指令や、演算制御部２５０が過充電や過昇温を検知しリレー１６０のオフが必要と判定した場合に用いられる。
【００２８】
なお、本明細書においては、リレー制御部２４０及び演算制御部２５０をまとめて「制御部」とも呼ぶ。
【００２９】
図２は、セル１１０及び相変化材料１２０の詳細を示したものである。
【００３０】
本図において、相変化材料１２０は、アルミニウム箔などの袋又はケースの中に入っている。相変化材料１２０は、袋又はケースから漏れ出ないように封入されていることが望ましい。相変化材料１２０及び袋又はケース等が全体として吸熱部材を構成する。相変化材料１２０は、電池パック１００の使用条件で相変化をする。
【００３１】
相変化材料１２０の具体例としては、環境温度よりも少し高い４０℃程度で相変化をする日本ブロアー株式会社製のＰＣＭ−Ｃ４８や、セル１１０の通常使用時における許容最高温度（６０℃）よりも少し低いおよそ５５℃以上６０℃未満で相変化をする日本ブロアー株式会社製のＰＣＭ−Ｃ５８等が挙げられる。
【００３２】
セル１１０と相変化材料１２０とは、それぞれが密着するように、拘束バントなどで固縛することが望ましい。その場合に、複数のセル１１０を一単位としてまとめて拘束バントなどで固縛し、それを複数合わせて一つの電池パック１００としてもよい。また、電池パック１００全体を一つにまとめて拘束バントなどで固縛してもよい。
【００３３】
図３は、図２の電池パック１００を構成するセル１１０を示したものである。
【００３４】
本図においては、セル１１０は、直方体状をなす角形のリチウムイオン電池（リチウムイオン二次電池）である。もちろん、セル１１０は、リチウムイオン電池に限ることはなく、鉛蓄電池やニッケル水素電池等であってもよい。また、電池の形状も角型に限られるものではなく、円筒形やラミネート型であってもよい。
【００３５】
セル１１０は、上面部１１０ａ、下面部１１０ｂ、及び側壁部１１０ｃ、１１０ｄ、１１０ｅ、１１０ｆを有する。このうち、最も面積が大きい側壁部１１０ｃ、１１０ｄが相変化材料１２０に接触するように配置される。また、セル１１０は、正極端子１１１及び負極端子１１２を有している。本図には示していない金属バスバーなどを介して、隣り合うセルの正極端子が負極端子１１２に電気的に接続される。セル１１０の通常使用時の温度域、すなわち、電池パックの動作温度範囲は、−３０℃〜６５℃程度である。
【００３６】
温度センサ１３０（図１）は、セル１１０或いは相変化材料１２０に接触するように配置されている。温度センサとしては、サーミスタや熱電対等を用いることができるが、本実施形態においては、サーミスタを用いている。
【００３７】
以下、電池システムを電気自動車（ＥＶ）に設置して急速充電させる例について説明する。
【００３８】
図４は、電池パックの３箇所に温度センサを設置した例を示したものである。
【００３９】
本図においては、セル１１０と相変化材料１２０との間に温度センサ１３１、１３２、１３３を配置している。ここで、温度センサ１３１、１３２、１３３の感温部の位置は、●印で表している。温度センサ１３１、１３３は、電池パックの角部近傍に設置されている。温度センサ１３２は、電池パックの中央部に設置されている。
【００４０】
図５は、図４の温度センサ１３２で計測した温度の経時変化を示したものである。
【００４１】
図５に示すように、電池パックの内部において異常な発熱が起こらない通常の状態においては、温度センサ１３２で計測した温度は、電池パックの充電を開始すると、ほぼ一定の速度で上昇し、相変化材料１２０の相変化温度付近に到達すると、変化が小さくなる。温度変化が小さい時間帯においては、相変化材料１２０が固体から液体に相変化している。相変化に必要な時間は、隣接するセル１１０から相変化材料１２０に流入する熱量によって定まる。温度センサ１３２付近の相変化材料１２０のほぼすべてが液体となると、温度センサ１３２で計測される温度は、再びほぼ一定の速度で上昇する。
【００４２】
本図においては、相変化温度に相当する温度（相変化材料１２０の融点）を基準として、温度センサ１３２で計測される温度がその融点から±１℃の範囲となっている時間を相変化時間（ｔ１）と定義している。言い換えると、温度センサ１３２で計測される温度がその融点から１℃低い温度に達し、その後、その融点から１℃高い温度に達するまでの時間を相変化時間（ｔ１）と定義している。よって、ｔ１は、通常の相変化時間である。なお、他の温度センサ１３１、１３３で計測される温度により相変化時間を検出する場合も、同様に定義することができる。また、上述の定義においては、融点から±１℃の範囲としたが、この範囲については、±１℃に限定されるものではなく、相変化に必要な熱量、検出に必要な時間、ＰＣＭの温度以外の要因の影響（例えばセル自体の発熱に伴う伝熱量）等のパラメータを考慮して設定することができる。
【００４３】
まとめると、相変化時間は、温度センサが計測した温度が所定の温度範囲を経過する時間である、ということができる。
【００４４】
図６は、図４と同様に、電池パックの３箇所に温度センサを設置した構成において、図４と同じ条件で充電している状態で、電池パック内のセル１個が異常発熱した場合を示したものである。
【００４５】
図６においては、×印で中心を示す発熱部１７０で異常発熱が生じている。すなわち、局所的な異常発熱である。
【００４６】
本図において発熱部１７０に最も近い温度センサは、温度センサ１３２である。
【００４７】
図７は、図６の状態を温度センサ１３２で計測した温度の経時変化を示したものである。比較のため、図５に示す通常の状態についても示している。異常な状態における相変化時間は、ｔ２で表している。
【００４８】
本図に示すように、異常な状態における相変化時間（ｔ２）は、通常の状態における相変化時間（ｔ１）に比べて短くなっている。このような通常の状態からの変化を利用して、セルの異常発熱を検知することができる。
【００４９】
図８は、電池パックの制御部において行う演算処理の一例であって、セルに異常発熱が生じているかどうかを判定する工程を示したものである。
【００５０】
本図に示すように、まず、温度プロファイルをモニタする（Ｓ１１０）。そして、セルが冷却中でないこと、すなわち、セルに充放電が行われている状態であることを確認する（Ｓ１２０）。これは、セルが冷却中であっても、図５や図７に示す相変化時間が計測され、セルの異常発熱と判定してしまう可能性を排除するためである。冷却中の場合は、異常判定をしない（Ｓ２２０）。
【００５１】
さらに、電池パックの電流の履歴を確認する（Ｓ１３０）。そして、セルの異常を判定するのに適した電流の履歴かどうかを判定する（Ｓ１４０）。これは、大電流で充放電をした後に小電流で充放電をしている場合に、セルが冷却され、相変化時間が変化したと誤って判定する可能性を排除するためである。電流の履歴が判定に適さない場合は、異常判定をしない（Ｓ２２０）。
【００５２】
これらの電流や温度の履歴（電池パックの充放電履歴及び温度履歴のうち少なくともいずれか一つ）を確認したうえで、相変化時間（ｔ）を算出する（Ｓ１５０）。そして、この相変化時間ｔを、事前に設定した通常の状態における相変化時間（ｔ（通常））と比較する（Ｓ１６０）。ここでは、ｔとｔ（通常）との比であるｔ／ｔ（通常）が閾値Ｋより低い値となっているかどうかを判定する。閾値Ｋは、セルの温度異常を判定するために設定する値である。そして、ｔ／ｔ（通常）が閾値Ｋより低い値となっている場合には、セルの温度異常が起こっていると判定する（Ｓ１７０）。例えば、閾値Ｋを０．５すなわち５０％に設定し、ｔ／ｔ（通常）が５０％未満となった場合に、セルの温度異常が起こっていると判定する。一方、ｔ／ｔ（通常）が閾値Ｋ以上の値となっている場合には、異常とは判定しない（Ｓ２２０）。
【００５３】
まとめると、相変化時間の値について、通常の状態における相変化時間の値に対する割合が閾値未満となった場合に、温度が異常に上昇していると判定する。
【００５４】
Ｓ１７０においてセルの温度異常が起こっていると判定した場合、次に示すいずれかのセル温度異常回避工程に移行する。
【００５５】
（１）セルを強制的に冷却する手段（装置）を起動する（Ｓ１８０）。
【００５６】
（２）リレーを起動し、セルへの通電を停止する（Ｓ１９０）。
【００５７】
（３）セルへの通電における許容電流値を低下させる（Ｓ２００）。
【００５８】
（４）上位システムに警報を通知する（Ｓ２１０）。
【００５９】
図８に示す例においては、同じ場所にある温度センサの温度情報をもとにセルの温度異常の有無を判定した場合について示しているが、複数の温度センサで計測した相変化時間の差を判定材料としてもよい。この場合、電池パックの複数箇所に配置されている複数の温度センサのうち、一つの温度センサにおいて相変化時間が他の温度センサよりも相対的に短くなっているとき、当該一つの温度センサの近くでセルの温度異常が発生していると判定する。
【００６０】
このように判定する利点としては、設定した閾値Ｋが５０％であって、ｔ／ｔ（通常）が閾値Ｋ未満とはなっていない場合においても、当該一つの温度センサで計測した相変化時間と他の温度センサで計測した相変化時間との差が、ｔ（通常）の基準となり得る他の温度センサで計測した相変化時間の例えば６０％以下となっているときに、セルに温度異常が発生していると判定することができる。すなわち、図８の例よりも早い段階でセルに温度異常（異常な発熱）が発生していると判定することができる。
【００６１】
この例について、図９〜１１を用いて説明する。
【００６２】
図９は、電池パック内の３箇所に温度センサを設置した構成において、図６と同様の位置で異常発熱が発生した場合を示したものである。
【００６３】
図９においても、温度センサ１３１、１３２、１３３が配置され、×印で示す発熱部１７０を含む領域で異常発熱が生じている状態が示されている。
【００６４】
図１０は、通常の状態を温度センサ１３１、１３２、１３３で計測した温度の経時変化を示したものである。温度センサ１３１で計測した相変化時間をｔ１、温度センサ１３２で計測した相変化時間をｔ２、温度センサ１３３で計測した相変化時間をｔ３で表している。
【００６５】
本図に示すように、通常の状態においては、相変化時間ｔ１、ｔ２、ｔ３はいずれも、ほぼ同じ値となっている。
【００６６】
図１１は、異常発熱が生じている状態を温度センサ１３１、１３２、１３３で計測した温度の経時変化を示したものである。
【００６７】
本図においては、異常発熱が生じている図９の発熱部１７０に近い温度センサ１３２における相変化時間ｔ２は、相変化時間ｔ１、ｔ３に比べて短くなっている。このような通常の状態からの変化を利用して、早い段階でセルの異常発熱を検知することができる。
【００６８】
つぎに、温度センサの数を増加させて温度異常の検出精度を高めた例について、図１２〜１５を用いて説明する。
【００６９】
図１２は、温度センサの数を３つとした場合であり、図９と同様の配置としている。すなわち、本図に示す電池パックの対角線上に３つの温度センサが配置されている。
【００７０】
本図においては、温度センサ１３１、１３２、１３３として示している。また、異常発熱が発生した箇所は、×印で示している。異常発熱が発生した箇所は、温度センサ１３１と温度センサ１３２とを結ぶ線分の中点付近に位置している。
【００７１】
図１３は、温度センサの数を５つとした場合である。すなわち、本図に示す電池パックの対角線上に５つの温度センサが配置されている。
【００７２】
本図においては、温度センサ５３１、５３２、５３３、５３４、５３５として示している。また、異常発熱が発生した箇所は、×印で示している。異常発熱が発生した箇所は、図１２と同じである。
【００７３】
図１４は、温度センサの数を７つとした場合である。すなわち、本図に示す電池パックの対角線付近にほぼ等間隔に７つの温度センサが配置されている。
【００７４】
本図においては、温度センサ７３１、７３２、７３３、７３４、７３５、７３６、７３７として示している。また、異常発熱が発生した箇所は、×印で示している。異常発熱が発生した箇所は、図１２と同じである。
【００７５】
図１２〜１４からわかるように、温度センサの数を増加させることにより、異常発熱が発生した箇所の近くの温度を測定することができる。
【００７６】
図１５は、温度センサの数に対して、温度異常の検出精度に対応する閾値Ｋの最大値を示すグラフである。ここで、閾値Ｋは、図８に示すｔ／ｔ（通常）の閾値Ｋである。図中、■印は、図８に示す判定基準値である閾値Ｋの最大値を示している。
【００７７】
図１５に示すように、温度センサの数を増加させると、閾値Ｋを高くすることができることがわかる。これは、図８のＳ１５０において算出された相変化時間（ｔ）が、事前に設定した通常の状態における相変化時間（ｔ（通常））に比べ、それほど短くなっていない段階であっても、セルの温度異常が起こっていると判定することができることを意味する。
【００７８】
まとめると、相変化時間の閾値は、温度センサの数に応じて、異なる値に設定することができる。相変化時間の閾値の調整は、制御部において行うようにすることが望ましい。制御部は、温度センサの数、通常の状態において計測され蓄積される温度情報等から相変化時間の閾値の最適値を算出し、判定等に適用することが望ましい。
【００７９】
温度センサの数を増加させることにより、温度センサの密度を高くすることができ、各温度センサから異常発熱が発生する箇所までの距離を短くすることができる。これにより、異常発熱が発生した箇所から影響を受けやすい当該箇所の近くに設置されている温度センサにおいては、異常発熱に対する感度が高くなる。異常発熱による熱が拡散する前に当該温度センサに到達するからである。このように、通常の状態からの温度センサの感度の向上を利用して、更に早い段階でセルの異常発熱を検知することができる。
【００８０】
以下、相変化時間の定義に関する変形例について説明する。
【００８１】
図１６は、図５とは異なる方法による相変化時間の定義を説明するためのグラフである。
【００８２】
図１６においては、温度センサが接する部位においてＰＣＭが融解していない状態であって、その温度センサから若干離れた部位においてセルの異常発熱によるＰＣＭの融解が発生した場合の温度の経時変化を示している。すなわち、単電池の温度が局所的に異常に上昇している。
【００８３】
この場合においては、当該温度センサの近傍におけるＰＣＭの融解により、温度変化の緩和が測定されるが、相変化温度が一定となる時間帯が生じるものではなく、相変化温度を通過する際、温度曲線が傾きを有することになる。このような温度曲線は、一般に、変曲点を有する。図中、〇印で示している点が変曲点である。
【００８４】
本図においては、異常発熱が生じていない「通常」の状態と、異常発熱が生じている「異常」な状態とを合わせて示している。二本の曲線は、異なる時刻に変曲点を有している。それぞれの変曲点における曲線の接線を破線で示している。また、これらの接線に平行で、かつ、接線のｙ切片（単に「切片」ともいう。）を基準としてｙ切片を±１℃変化させた直線も破線で示している。そして、一本の曲線に関して、上下の破線で挟まれた範囲に含まれる曲線の時間を「相変化時間」と定義した。すなわち、「通常」の状態における相変化時間はｔ１であり、「異常」な状態における相変化時間はｔ２である。
【００８５】
なお、本図に示す変曲点における曲線の傾きが０の場合が図５に示す相変化時間の定義に対応する。
【００８６】
まとめると、相変化時間は、温度センサが計測した温度の経時変化を示す曲線の変曲点における当該曲線の接線に平行でかつ切片が小さい第一の直線と当該接線に平行でかつ切片が大きい第二の直線との間に挟まれた領域に、当該曲線が含まれる時間軸の範囲に対応する時間である、ということができる。
【符号の説明】
【００８７】
１：電池システム、１００：電池パック、１１０：セル、１１１：正極端子、１１２：負極端子、１２０：相変化材料、１３０：温度センサ、１３１〜１３７：温度センサ、１４０：金属バスバー、１５０：電流センサ、１６０：リレー、１７０：発熱部、２００：電池制御装置、２１０：電圧検出部、２２０：温度情報検出部、２３０：電流情報検出部、２４０：リレー制御部、２５０：演算制御部、２６０：情報記録部、３００：上位システム。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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