(57)【要約】【課題】必要以上に応答性を損なうことなく且つノイズの低減可能な、二次電池の変形検出システムを提供する。【解決手段】二次電池の変形検出システムは、二次電池２の充放電容量Ｑ及び変形量Ｔを表す実測値［Ｖ、ｍＡｈ］を取得する実測値取得部６０と、変形量Ｔを示す値［Ｖ］に対して平滑化処理を実行可能に構成された平滑化処理部６１と、を有する。平滑化処理部６１は、変形量Ｔを示す値（Ｖ）に適用する平滑化処理の種類又は強度の少なくともいずれかを、充放電容量Ｑに応じて変更するように構成されている。【選択図】図１
2019220348.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池の充放電容量及び変形量を表す実測値を取得する実測値取得部と、
前記変形量を示す値に対して平滑化処理を実行可能に構成された平滑化処理部と、を備え、
前記平滑化処理部は、前記変形量を示す値に適用する平滑化処理の種類又は強度の少なくともいずれかを、前記充放電容量に応じて変更するように構成されている、二次電池の変形検出システム。
【請求項２】
前記適用する平滑化処理の種類及び強度と、前記充放電容量とを関連付けた使用フィルタデータを有し、
前記平滑化処理部は、前記使用フィルタデータから、充放電容量に対応する平滑化処理の種類及び強度を取得して平滑化処理を実行する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記充放電容量において第１領域と第２領域とが設定されており、
前記第１領域と前記第２領域とで平滑化処理の強度が互いに異ならせてある、請求項１又は２に記載のシステム。
【請求項４】
前記充放電容量において満充電状態又は完全放電状態のいずれか寄りに第１領域が設定され、前記第１領域よりも中間寄りに第２領域が設定されており、前記第１領域の平滑化処理の強度は前記第２領域の平滑化処理の強度よりも強い、請求項１〜３のいずれかに記載のシステム。
【請求項５】
前記平滑化処理は、平均値フィルタ、中央値フィルタ、最頻値フィルタ、ランクフィルタ、移動平均、又は直線近似のいずれか１つ以上を含む、請求項１〜４のいずれかに記載のシステム。
【請求項６】
二次電池の充放電容量及び変形量を表す実測値を取得するステップと、
前記変形量を示す値に対して平滑化処理を実行するステップと、を含み、
前記平滑化処理を実行するステップは、前記変形量を示す値に適用する平滑化処理の種類又は強度の少なくともいずれかを、前記充放電容量に応じて変更する、二次電池の変形検出方法。
【請求項７】
前記平滑化処理を実行するステップは、前記適用する平滑化処理の種類及び強度と、前記充放電容量とを関連付けた使用フィルタデータから、充放電容量に対応する平滑化処理の種類及び強度を取得して平滑化処理を実行する、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記充放電容量において第１領域と第２領域とが設定されており、
前記第１領域と前記第２領域とで平滑化処理の強度が互いに異ならせてある、請求項６又は７に記載の方法。
【請求項９】
前記充放電容量において満充電状態又は完全放電状態のいずれか寄りに第１領域が設定され、前記第１領域よりも中間寄りに第２領域が設定されており、前記第１領域の平滑化処理の強度は前記第２領域の平滑化処理の強度よりも強い、請求項６〜８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記平滑化処理は、平均値フィルタ、中央値フィルタ、最頻値フィルタ、ランクフィルタ、移動平均、又は直線近似のいずれか１つ以上を含む、請求項６〜９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに記載の方法をコンピュータに実行させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池の変形検出システム、方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、リチウムイオン二次電池に代表される密閉型二次電池（以下、単に「二次電池」と呼ぶことがある）は、携帯電話やノートパソコンなどのモバイル機器だけでなく、電気自動車やハイブリッド車といった電動車両用の電源としても利用されている。二次電池は、充放電サイクルを繰り返すことにより劣化するとともに、その劣化の進行に伴って残容量、電池の劣化容量などの状態の正確な把握が難しくなる。
【０００３】
特許文献１には、電池間の圧力とＳＯＣ（State of charge）の関係から、残容量を推定することが記載されている。しかし、この方法では、満充電から完全放電に近いサイクルの充電挙動を得る必要があり、充電及び放電がランダムに行われる実使用では、推定が困難である。
【０００４】
特許文献２には、二次電池の充放電容量及び二次電池の変形量を計測し、計測した放電容量及び変形量に基づいて、残容量などの二次電池の状態を予測することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−１０１０４８号公報
【特許文献２】特開２０１７−１６８４２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、充放電容量の変化と共に検出される電池の変形量には、状態予測に悪影響を与えるノイズが含まれる。ノイズは平滑化処理を用いれば低減又は除去が可能であるが、常に一定の大きさのノイズが含まれるわけではない。あらゆるノイズに対応できるよう平滑処理を強くすれば低減は容易であるが、平滑化処理の強度が強くなればなるほど応答性が損なわれてしまうので、実使用においては応答性と検出精度とがトレードオフとなる。
【０００７】
ノイズのバラツキが変化する原因として、例えば、充電又は放電による負極の体積変化が電池の変形量として検出されるが、電池の変形は負極だけではなく正極でも生じる場合があり、正極の体積変化がノイズとして発生する。また、負極の体積変化だけに着目した場合でも、検出値に含まれるノイズが大きくなることや小さくなることがあり、ノイズのバラツキが変化する。これは、例えばリチウムイオン電池における負極の体積変化においては、満充電に近い状態においてリチウムイオンがグラファイトに強制的に充填されることや、完全放電に近い状態においてリチウムイオンの放出によるグラファイト収縮緩和の応答遅れなどが原因であると発明者らは考えている。
【０００８】
本発明は、このような課題に着目してなされたものであり、その目的は、必要以上に応答性を損なうことなく且つノイズの低減可能な、二次電池の変形検出システム、方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の二次電池の変形検出システムは、
二次電池の充放電容量及び変形量を表す実測値を取得する実測値取得部と、
前記変形量を示す値に対して平滑化処理を実行可能に構成された平滑化処理部と、を備え、
前記平滑化処理部は、前記変形量を示す値に適用する平滑化処理の種類又は強度の少なくともいずれかを、前記充放電容量に応じて変更するように構成されている。
【００１０】
このようにすれば、適用する平滑化処理の種類又は強度の少なくともいずれかを充放電容量に応じて変更するので、ノイズの大小などの電池の特性に対応させて、適切な種類又は強度にて平滑化処理を適用することが可能となる。例えばノイズが少ない充放電容量では平滑化処理の強度を抑制することで必要以上に応答性を損なうことがない。よって、必要以上に応答性を損なうことなく且つノイズを低減可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】二次電池の変形検出システムを実行するためのシステムの一例を示すブロック図。
【図２Ａ】密閉型二次電池を模式的に示す斜視図。
【図２Ｂ】図２ＡのＡ−Ａ断面図。
【図３】実測値の時系列データの生データを示す図。
【図４】図５の例よりも弱い平滑化処理を実行した後のデータを示す図。
【図５】図４の例よりも強い平滑化処理を実行した後のデータを示す図。
【図６】上記以外の変形例について平滑化処理を実行した後のデータを示す図。
【図７】本システムが実行する変形検出処理を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００１３】
図１は、電気自動車やハイブリッド車といった電動車両に搭載されるシステムを示している。このシステムは、複数の密閉型二次電池２により構成された組電池を筐体内に収容してなる電池モジュール１を備える。本実施形態では、４つの二次電池２が２並列２直列に接続されているが、電池の数や接続形態はこれに限定されない。図１では電池モジュール１を１つだけ示しているが、実際には複数の電池モジュール１を含んだ電池パックとして装備される。電池パックでは、複数の電池モジュール１が直列に接続され、それらがコントローラなどの諸般の機器と一緒に筐体内に収容される。電池パックの筐体は、車載に適した形状に、例えば車両の床下形状に合わせた形状に形成される。
【００１４】
図２に示した二次電池２は、密閉された外装体２１の内部に電極群２２が収容されたセル（単電池）として構成されている。電極群２２は、正極２３と負極２４がそれらの間にセパレータ２５を介して積層または捲回された構造を有し、セパレータ２５には電解液が保持されている。本実施形態の二次電池２は、外装体２１としてアルミラミネート箔などのラミネートフィルムを用いたラミネート電池であり、具体的には容量１．４４Ａｈのラミネート型リチウムイオン二次電池である。二次電池２は全体として薄型の直方体形状に形成され、Ｘ，Ｙ及びＺ方向は、それぞれ二次電池２の長さ方向，幅方向及び厚み方向に相当する。また、Ｚ方向は、正極２３と負極２４の厚み方向でもある。
【００１５】
二次電池２には、その二次電池２の変形を検出する検出センサ５が取り付けられている。検出センサ５は、二次電池２に貼り付けられる高分子マトリックス層３と、検出部４とを備える。高分子マトリックス層３は、その高分子マトリックス層３の変形に応じて外場に変化を与えるフィラーを分散させて含有している。本実施形態の高分子マトリックス層３は、柔軟な変形が可能なエラストマー素材によりシート状に形成されている。検出部４は、外場の変化を検出する。二次電池２が膨れて変形すると、それに応じて高分子マトリックス層３が変形し、その高分子マトリックス層３の変形に伴う外場の変化が検出部４により検出される。このようにして、二次電池２の変形を高感度に検出できる。
【００１６】
図２の例では、二次電池２の外装体２１に高分子マトリックス層３を貼り付けているため、外装体２１の変形（主に膨れ）に応じて高分子マトリックス層３を変形させることができる。一方、二次電池２の電極群２２に高分子マトリックス層３を貼り付けてもよく、かかる構成によれば、電極群２２の変形（主に膨れ）に応じて高分子マトリックス層３を変形させることができる。検出する二次電池２の変形は、外装体２１及び電極群２２の何れの変形であっても構わない。
【００１７】
検出センサ５によって検出した信号は制御装置６に伝達され、これにより二次電池２の変形に関する情報が制御装置６に供給される。
【００１８】
＜二次電池の変形検出システム＞
図１に示すように、二次電池の変形検出システムは、実測値取得部６０と、平滑化処理部６１と、使用フィルタデータＤ３と、を有する。本実施形態において、各部６０〜６１は、制御装置６で実現されているが、これに限定されない。例えば、通信ネットワークを介して遠方にある情報処理装置で実現されてもよい。
【００１９】
実測値取得部６０は、二次電池２の充放電容量と変形量とを表す実測値を取得する。二次電池の変形量Ｔを表す値は検出センサ５が検出した値である。本実施形態では、電圧又は磁束密度の変化量等で表現しているが、これに限定されず、種々変更可能である。二次電池２の充放電容量は放電容量と充電容量との総称である。本実施形態では放電容量、具体的には満充電時点からの放電容量としているが、これに限定されない。充放電容量を示す値は、積算電流値、充電量又は放電量で表すことができ、種々変更可能である。本実施形態において、充放電容量Ｑは、放電した電流値の積算値［ｍＡｈ］である。検出センサ５が検出した変形量Ｔは、電圧［Ｖ］で表現される。二次電池２の充放電容量Ｑと変形量Ｔとを表す実測値［ｍＡｈ、Ｖ］は、繰り返し取得され、実測値の時系列データＤ１としてメモリやデータベースなどのストレージに記憶される。
【００２０】
図３は、実測値の時系列データの生データを示している。図３の例では、満充電状態から実測を開始して、完全放電状態まで実測した例を示す。図３は、充放電容量Ｑと変形量Ｔの実測値［ｍＡｈ、Ｖ］を１点としてプロットした図である。実測値の時系列データは、複数の実測値を含む離散データである。図３のプロットグラフを見れば、複数点が充放電容量Ｑの軸に沿って一直線に並んでいるように見えるが、これは、変形量Ｔを示す実測値である電圧Ｖが、計測機器の分解能により最小単位（Ｖ０）毎にしか検出できないためである。充放電容量Ｑの変化に伴って変化する変形量Ｔ（電圧Ｖ）を線でつなぐと、変形量Ｔの軸（図中では縦軸）に大きなノイズがあることがわかる。充放電容量Ｑと変形量Ｔとで表される特性曲線Ｌ１の変曲点を検出するためには、傾きを算出する必要がある。しかし、このように変形量Ｔの軸に大きなノイズが含まれていれば、傾きを算出できない。
【００２１】
平滑化処理部６１は、変形量Ｔを示す値（電圧Ｖ）に対して平滑化処理を実行可能に構成されている。平滑化処理としては、平均値フィルタ、中央値フィルタ、最頻値フィルタ、ランクフィルタ、移動平均、直線近似などが挙げられる。平滑化後の実測値の時系列データＤ２は、メモリやデータベースなどのストレージに記憶される。
図３に示すように、平均値フィルタは、充放電容量における一定区間Ｑｔに含まれる複数の変形量Ｔ（電圧Ｖ）の平均値を算出する処理である。
中央値フィルタは、充放電容量における一定区間Ｑｔに含まれる複数の変形量Ｔ（電圧Ｖ）の中央値を算出する処理である。平均値フィルタに比べてノイズに強くなる。
最頻値フィルタは、充放電容量における一定区間Ｑｔに含まれる複数の変形量Ｔ（電圧Ｖ）の最頻値を算出する処理である。
ランクフィルタは、充放電容量における一定区間Ｑｔに含まれる複数の変形量Ｔ（電圧Ｖ）のうち所定の順位の値を算出する処理である。所定順位が半数であれば、中央値フィルタとなる。
移動平均は、充放電容量における一定区間Ｑｔに含まれる複数の変形量Ｔ（電圧Ｖ）の平均値を、区間をずらしながら算出する処理である。ある移動平均の区間と他の移動平均の区間が重複している。複数の実測値の重みづけがない単純移動平均と、複数の実測値に異なる重みをつけ且つ重みを徐々に一定量ずつ減らす線形加重平均と、重みを指数関数的に減少させる指数移動平均と、のいずれを用いてもよい。
直線近似は、充放電容量における一定区間Ｑｔに含まれる複数の変形量Ｔ（電圧Ｖ）に対して最もフィットする直線を算出する処理である。算出方法としては最小二乗法を用いることが可能である。
上記手法にいずれも、一定区間Ｑｔを広くすれば、平滑化処理の強度が強くなり、一定区間Ｑｔを狭くすれば、平滑化処理の強度が弱くなる。
【００２２】
使用フィルタデータＤ３は、適用する平滑化処理の種類及び強度と、充放電容量とを関連付けたデータである。例えば、図４及び図５に示す例では、充放電容量Ｑ［ｍＡｈ］と変形量Ｔ［Ｖ］が示す特性曲線Ｌ１を一点鎖線で示しており、特性曲線の傾き（Ｖ／ｍＡｈ）を実線で示している。図４は、平滑化処理の強度が弱い例を示し、図５は平滑化処理の強度が強い例を示している。図４に示すように、放電容量ＱＰ１よりも放電側の領域では、平滑化処理の強度が足りず、ノイズが大きくなっていることがわかる。図４及び図５では、平滑化処理として平均値フィルタを用いている。
【００２３】
図５に示すように、放電容量ＱＰ１よりも放電側の領域を第１領域Ａｒ１とし、放電容量ＱＰ１よりも充電側の領域を第２領域Ａｒ２と設定し、第１領域Ａｒ１と第２領域Ａｒ２とで平滑化処理の強度が互いに異なるように、使用フィルタデータＤ３を設定している。
【００２４】
図５の例では、第１領域Ａｒ１における平滑化処理の強度が、第２領域Ａｒ２における平滑化処理の強度よりも強い。図５の例でいえば、充放電容量Ｑにおいて満充電状態又は完全放電状態のいずれか寄りに第１領域Ａｒ１が設定され、第１領域Ａｒ１よりも中間寄りに第２領域Ａｒ２が設定されており、第１領域Ａｒ１の平滑化処理の強度は第２領域Ａｒ２の平滑化処理の強度よりも強い。
【００２５】
図６の例は、放電容量ＱＰ１よりも放電側の領域及び放電容量ＱＰ２よりも充電側の領域を第１領域Ａｒ１とし、放電容量ＱＰ１と放電容量ＱＰ２の間の中間領域を第２領域としている。第１領域は、図４に示す平均値フィルタに加えて更に直線近似を行っている。第２領域Ａｒ２は、平均値フィルタだけである。よって、第１領域Ａｒ１の平滑化処理の強度は第２領域Ａｒ２の平滑化処理の強度よりも強い。図４及び図６に示すように、満充電状態に近い領域には、コバルト酸リチウムの正極の体積変化がノイズとなって、検出値である変形量Ｔ（電圧Ｖ）に発生するが、図６に示す例ではこのノイズが低減されている。
【００２６】
＜二次電池の変形検出方法＞
上記システムの動作について、図７を用いて説明する。
【００２７】
まず、ステップＳ１において、実測値取得部６０が、二次電池２の充放電容量Ｑと変形量Ｔとを表す実測値（ｍＡｈ、Ｖ）を取得する。このステップは繰り返し実行されるので、実測値の時系列データが得られる。
【００２８】
次のステップＳ２において、平滑化処理部６１は、使用フィルタデータＤ３を参照し、現在の充放電容量Ｑに対応する平滑化処理の種類及び強度に関する情報を取得する。
【００２９】
次のステップＳ３において、平滑化処理部６１は、取得した平滑化処理の種類及び強度
を用いて平滑化処理を実行する。上記ステップＳ１〜３の処理が繰り返し実行される。
【００３０】
検出部４は、外場の変化を検出可能な箇所に配置され、好ましくは二次電池２の膨れによる影響を受けにくい比較的堅固な箇所に貼り付けられる。本実施形態では、図２Ｂのように、壁部２８ａに対向する電池モジュールの筐体１１の内面に検出部４を貼り付けている。電池モジュールの筐体１１は、例えば金属またはプラスチックにより形成され、ラミネートフィルムが用いられる場合もある。図面上、検出部４は、高分子マトリックス層３と近接して配置されているが、高分子マトリックス層３から離して配置しても構わない。
【００３１】
本実施形態では、高分子マトリックス層３が上記フィラーとしての磁性フィラーを含有し、検出部４が上記外場としての磁場の変化を検出する例を示す。この場合、高分子マトリックス層３は、エラストマー成分からなるマトリックスに磁性フィラーが分散してなる磁性エラストマー層であることが好ましい。
【００３２】
磁性フィラーとしては、希土類系、鉄系、コバルト系、ニッケル系、酸化物系などが挙げられるが、より高い磁力が得られる希土類系が好ましい。磁性フィラーの形状は、特に限定されるものではなく、球状、扁平状、針状、柱状および不定形のいずれであってよい。磁性フィラーの平均粒径は、好ましくは０．０２〜５００μｍ、より好ましくは０．１〜４００μｍ、更に好ましくは０．５〜３００μｍである。平均粒径が０．０２μｍより小さいと、磁性フィラーの磁気特性が低下する傾向にあり、平均粒径が５００μｍを超えると、磁性エラストマー層の機械的特性が低下して脆くなる傾向にある。
【００３３】
磁性フィラーは、着磁後にエラストマー中に導入しても構わないが、エラストマーに導入した後に着磁することが好ましい。エラストマーに導入した後に着磁することで磁石の極性の制御が容易となり、磁場の検出が容易になる。
【００３４】
エラストマー成分には、熱可塑性エラストマー、熱硬化性エラストマーまたはそれらの混合物を用いることができる。熱可塑性エラストマーとしては、例えばスチレン系熱可塑性エラストマー、ポリオレフィン系熱可塑性エラストマー、ポリウレタン系熱可塑性エラストマー、ポリエステル系熱可塑性エラストマー、ポリアミド系熱可塑性エラストマー、ポリブタジエン系熱可塑性エラストマー、ポリイソプレン系熱可塑性エラストマー、フッ素ゴム系熱可塑性エラストマー等を挙げることができる。また、熱硬化性エラストマーとしては、例えばポリイソプレンゴム、ポリブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、ポリクロロプレンゴム、ニトリルゴム、エチレン−プロピレンゴム等のジエン系合成ゴム、エチレン−プロピレンゴム、ブチルゴム、アクリルゴム、ポリウレタンゴム、フッ素ゴム、シリコーンゴム、エピクロルヒドリンゴム等の非ジエン系合成ゴム、および天然ゴム等を挙げることができる。このうち好ましいのは熱硬化性エラストマーであり、これは電池の発熱や過負荷に伴う磁性エラストマーのへたりを抑制できるためである。更に好ましくは、ポリウレタンゴム（ポリウレタンエラストマーともいう）またはシリコーンゴム（シリコーンエラストマーともいう）である。
【００３５】
ポリウレタンエラストマーは、ポリオールとポリイソシアネートとを反応させることにより得られる。ポリウレタンエラストマーをエラストマー成分として用いる場合、活性水素含有化合物と磁性フィラーを混合し、ここにイソシアネート成分を混合させて混合液を得る。また、イソシアネート成分に磁性フィラーを混合し、活性水素含有化合物を混合させることで混合液を得ることも出来る。その混合液を離型処理したモールド内に注型し、その後硬化温度まで加熱して硬化することにより、磁性エラストマーを製造することができる。また、シリコーンエラストマーをエラストマー成分として用いる場合、シリコーンエラストマーの前駆体に磁性フィラーを入れて混合し、型内に入れ、その後加熱して硬化させることにより磁性エラストマーを製造することができる。尚、必要に応じて溶剤を添加してもよい。
【００３６】
ポリウレタンエラストマーに使用できるイソシアネート成分としては、ポリウレタンの分野において公知の化合物を使用できる。例えば、２，４−トルエンジイソシアネート、２，６−トルエンジイソシアネート、２，２’−ジフェニルメタンジイソシアネート、２，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート、４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート、１，５−ナフタレンジイソシアネート、ｐ−フェニレンジイソシアネート、ｍ−フェニレンジイソシアネート、ｐ−キシリレンジイソシアネート、ｍ−キシリレンジイソシアネート等の芳香族ジイソシアネート、エチレンジイソシアネート、２，２，４−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、１，６−ヘキサメチレンジイソシアネート等の脂肪族ジイソシアネート、１，４−シクロヘキサンジイソシアネート、４，４’−ジシクロへキシルメタンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、ノルボルナンジイソシアネート等の脂環式ジイソシアネートを挙げることができる。これらは１種で用いても、２種以上を混合して用いてもよい。また、イソシアネート成分は、ウレタン変性、アロファネート変性、ビウレット変性、及びイソシアヌレート変性等の変性化したものであってもよい。好ましいイソシアネート成分は、２，４−トルエンジイソシアネート、２，６−トルエンジイソシアネート、４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート、より好ましくは２，４−トルエンジイソシアネート、２，６−トルエンジイソシアネートである。
【００３７】
活性水素含有化合物としては、ポリウレタンの技術分野において、通常用いられるものを用いることができる。例えば、ポリテトラメチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレンオキサイドとエチレンオキサイドの共重合体等に代表されるポリエーテルポリオール、ポリブチレンアジペート、ポリエチレンアジペート、３−メチル−１，５−ペンタンアジペートに代表されるポリエステルポリオール、ポリカプロラクトンポリオール、ポリカプロラクトングリコールのようなポリエステルグリコールとアルキレンカーボネートとの反応物などで例示されるポリエステルポリカーボネートポリオール、エチレンカーボネートを多価アルコールと反応させ、次いで得られた反応混合物を有機ジカルボン酸と反応させたポリエステルポリカーボネートポリオール、ポリヒドロキシル化合物とアリールカーボネートとのエステル交換反応により得られるポリカーボネートポリオール等の高分子量ポリオールを挙げることができる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００３８】
活性水素含有化合物として上述した高分子量ポリオール成分の他に、エチレングリコール、１，２−プロピレングリコール、１，３−プロピレングリコール、１，４−ブタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、１，４−シクロヘキサンジメタノール、３−メチル−１，５−ペンタンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、１，４−ビス（２−ヒドロキシエトキシ）ベンゼン、トリメチロールプロパン、グリセリン、１，２，６−ヘキサントリオール、ペンタエリスリトール、テトラメチロールシクロヘキサン、メチルグルコシド、ソルビトール、マンニトール、ズルシトール、スクロース、２，２，６，６−テトラキス（ヒドロキシメチル）シクロヘキサノール、及びトリエタノールアミン等の低分子量ポリオール成分、エチレンジアミン、トリレンジアミン、ジフェニルメタンジアミン、ジエチレントリアミン等の低分子量ポリアミン成分を用いてもよい。これらは１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。更に、４，４’−メチレンビス（ｏ−クロロアニリン）（ＭＯＣＡ）、２，６−ジクロロ−ｐ−フェニレンジアミン、４，４’−メチレンビス（２，３−ジクロロアニリン）、３，５−ビス（メチルチオ）−２，４−トルエンジアミン、３，５−ビス（メチルチオ）−２，６−トルエンジアミン、３，５−ジエチルトルエン−２，４−ジアミン、３，５−ジエチルトルエン−２，６−ジアミン、トリメチレングリコール−ジ−ｐ−アミノベンゾエート、ポリテトラメチレンオキシド−ジ−ｐ−アミノベンゾエート、１，２−ビス（２−アミノフェニルチオ）エタン、４，４’−ジアミノ−３，３’−ジエチル−５，５’−ジメチルジフェニルメタン、Ｎ，Ｎ’−ジ−ｓｅｃ−ブチル−４，４’−ジアミノジフェニルメタン、４，４’−ジアミノ−３，３’−ジエチルジフェニルメタン、４，４’−ジアミノ−３，３’−ジエチル−５，５’−ジメチルジフェニルメタン、４，４’−ジアミノ−３，３’−ジイソプロピル−５，５’−ジメチルジフェニルメタン、４，４’−ジアミノ−３，３’，５，５’−テトラエチルジフェニルメタン、４，４’−ジアミノ−３，３’，５，５’−テトライソプロピルジフェニルメタン、ｍ−キシリレンジアミン、Ｎ，Ｎ’−ジ−ｓｅｃ−ブチル−ｐ−フェニレンジアミン、ｍ−フェニレンジアミン、及びｐ−キシリレンジアミン等に例示されるポリアミン類を混合することもできる。好ましい活性水素含有化合物は、ポリテトラメチレングリコール、ポリプロピレングリコール、プロピレンオキサイドとエチレンオキサイドの共重合体、３−メチル−１，５−ペンタンアジペート、より好ましくはポリプロピレングリコール、プロピレンオキサイドとエチレンオキサイドの共重合体である。
【００３９】
イソシアネート成分と活性水素含有化合物の好ましい組み合わせとしては、イソシアネート成分として、２，４−トルエンジイソシアネート、２，６−トルエンジイソシアネート、および４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネートの１種または２種以上と、活性水素含有化合物として、ポリテトラメチレングリコール、ポリプロピレングリコール、プロピレンオキサイドとエチレンオキサイドの共重合体、および３−メチル−１，５−ペンタンアジペートの１種または２種以上との組み合わせである。より好ましくは、イソシアネート成分として、２，４−トルエンジイソシアネートおよび／または２，６−トルエンジイソシアネートと、活性水素含有化合物として、ポリプロピレングリコール、および／またはプロピレンオキサイドとエチレンオキサイドの共重合体との組み合わせである。
【００４０】
高分子マトリックス層３は、分散したフィラーと気泡を含有する発泡体でもよい。発泡体としては、一般の樹脂フォームを用いることができるが、圧縮永久歪などの特性を考慮すると熱硬化性樹脂フォームを用いることが好ましい。熱硬化性樹脂フォームとしては、ポリウレタン樹脂フォーム、シリコーン樹脂フォームなどが挙げられ、このうちポリウレタン樹脂フォームが好適である。ポリウレタン樹脂フォームには、上掲したイソシアネート成分や活性水素含有化合物を使用できる。
【００４１】
磁性エラストマー中の磁性フィラーの量は、エラストマー成分１００重量部に対して、好ましくは１〜４５０重量部、より好ましくは２〜４００重量部である。これが１重量部より少ないと、磁場の変化を検出することが難しくなる傾向にあり、４５０重量部を超えると、磁性エラストマー自体が脆くなる場合がある。
【００４２】
磁性フィラーの防錆などを目的として、高分子マトリックス層３の柔軟性を損なわない程度に、高分子マトリックス層３を封止する封止材を設けてもよい。封止材には、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂またはそれらの混合物を用いることができる。熱可塑性樹脂としては、例えばスチレン系熱可塑性エラストマー、ポリオレフィン系熱可塑性エラストマー、ポリウレタン系熱可塑性エラストマー、ポリエステル系熱可塑性エラストマー、ポリアミド系熱可塑性エラストマー、ポリブタジエン系熱可塑性エラストマー、ポリイソプレン系熱可塑性エラストマー、フッ素系熱可塑性エラストマー、エチレン・アクリル酸エチルコポリマー、エチレン・酢酸ビニルコポリマー、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、塩素化ポリエチレン、フッ素樹脂、ポリアミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリスチレン、ポリブタジエン等を挙げることができる。また、熱硬化性樹脂としては、例えばポリイソプレンゴム、ポリブタジエンゴム、スチレン・ブタジエンゴム、ポリクロロプレンゴム、アクリロニトリル・ブタジエンゴム等のジエン系合成ゴム、エチレン・プロピレンゴム、エチレン・プロピレン・ジエンゴム、ブチルゴム、アクリルゴム、ポリウレタンゴム、フッ素ゴム、シリコーンゴム、エピクロルヒドリンゴム等の非ジエン系ゴム、天然ゴム、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂等を挙げることができる。これらのフィルムは積層されていてもよく、また、アルミ箔などの金属箔や上記フィルム上に金属が蒸着された金属蒸着膜を含むフィルムであってもよい。
【００４３】
高分子マトリックス層３は、その厚み方向にフィラーが偏在しているものでも構わない。例えば、高分子マトリックス層３が、フィラーが相対的に多い一方側の領域と、フィラーが相対的に少ない他方側の領域との二層からなる構造でもよい。フィラーを多く含有する一方側の領域では、高分子マトリックス層３の小さな変形に対する外場の変化が大きくなるため、低い内圧に対するセンサ感度を高められる。また、フィラーが相対的に少ない他方側の領域は比較的柔軟で動きやすく、この領域を貼り付けることにより、高分子マトリックス層３（特に一方側の領域）が変形しやすくなる。
【００４４】
一方側の領域でのフィラー偏在率は、好ましくは５０を超え、より好ましくは６０以上であり、更に好ましくは７０以上である。この場合、他方側の領域でのフィラー偏在率は５０未満となる。一方側の領域でのフィラー偏在率は最大で１００であり、他方側の領域でのフィラー偏在率は最小で０である。したがって、フィラーを含むエラストマー層と、フィラーを含まないエラストマー層との積層体構造でも構わない。フィラーの偏在には、エラストマー成分にフィラーを導入した後、室温あるいは所定の温度で静置し、そのフィラーの重さにより自然沈降させる方法を使用でき、静置する温度や時間を変化させることでフィラー偏在率を調整できる。遠心力や磁力のような物理的な力を用いて、フィラーを偏在させてもよい。或いは、フィラーの含有量が異なる複数の層からなる積層体により高分子マトリックス層を構成しても構わない。
【００４５】
フィラー偏在率は、以下の方法により測定される。即ち、走査型電子顕微鏡−エネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＳＥＭ−ＥＤＳ）を用いて、高分子マトリックス層の断面を１００倍で観察する。その断面の厚み方向全体の領域と、その断面を厚み方向に二等分した２つの領域に対し、それぞれ元素分析によりフィラー固有の金属元素（本実施形態の磁性フィラーであれば例えばＦｅ元素）の存在量を求める。この存在量について、厚み方向全体の領域に対する一方側の領域の比率を算出し、それを一方側の領域でのフィラー偏在率とする。他方側の領域でのフィラー偏在率も、これと同様である。
【００４６】
フィラーが相対的に少ない他方側の領域は、気泡を含有する発泡体で形成されている構造でも構わない。これにより、高分子マトリックス層３が更に変形しやすくなってセンサ感度が高められる。また、他方側の領域とともに一方側の領域が発泡体で形成されていてもよく、その場合の高分子マトリックス層３は全体が発泡体となる。このような厚み方向の少なくとも一部が発泡体である高分子マトリックス層は、複数の層（例えば、フィラーを含有する無発泡層と、フィラーを含有しない発泡層）からなる積層体により構成されていても構わない。
【００４７】
磁場の変化を検出する検出部４には、例えば、リードスイッチ、磁気抵抗素子、ホール素子、コイル、インダクタ、ＭＩ素子、フラックスゲートセンサなどを用いることができる。磁気抵抗素子としては、半導体化合物磁気抵抗素子、異方性磁気抵抗素子（ＡＭＲ）、巨大磁気抵抗素子（ＧＭＲ）、トンネル磁気抵抗素子（ＴＭＲ）が挙げられる。このうち好ましいのはホール素子であり、これは広範囲にわたって高い感度を有し、検出部４として有用なためである。ホール素子には、例えば旭化成エレクトロニクス株式会社製ＥＱ-４３０Ｌが使用できる。
【００４８】
ガス膨れが進行した二次電池２は発火や破裂などのトラブルに至ることがあるため、本実施形態では、二次電池２が変形したときの膨張量が所定以上である場合に、充放電が遮断されるように構成されている。具体的には、検出センサ５によって検出した信号が制御装置６に伝達され、設定値以上の外場の変化が検出センサ５により検出された場合に、制御装置６がスイッチング回路７へ信号を発信して発電装置（または充電装置）８からの電流を遮断し、電池モジュール１への充放電が遮断される状態にする。これにより、ガス膨れに起因するトラブルを未然に防止することができる。
【００４９】
前述の実施形態では、二次電池がリチウムイオン二次電池である例を示したが、これに限られない。使用される二次電池は、リチウムイオン電池などの非水系電解液二次電池に限られず、ニッケル水素電池などの水系電解液二次電池であっても構わない。
【００５０】
前述の実施形態では、高分子マトリックス層の変形に伴う磁場の変化を検出部により検出する例を示したが、他の外場の変化を検出する構成でもよい。例えば、高分子マトリックス層がフィラーとして金属粒子、カーボンブラック、カーボンナノチューブなどの導電性フィラーを含有し、検出部が外場としての電場の変化（抵抗および誘電率の変化）を検出する構成が考えられる。
【００５１】
以上のように、本実施形態の二次電池の変形検出システムは、
二次電池２の充放電容量Ｑ及び変形量Ｔを表す実測値［ｍＡｈ、Ｖ］を取得する実測値取得部６０と、
変形量Ｔを示す値［Ｖ］に対して平滑化処理を実行可能に構成された平滑化処理部６１と、を備え、
平滑化処理部６１は、変形量Ｔを示す値（Ｖ）に適用する平滑化処理の種類又は強度の少なくともいずれかを、充放電容量Ｑに応じて変更するように構成されている。
【００５２】
本実施形態の二次電池の変形検出方法は、
二次電池２の充放電容量Ｑ及び変形量Ｔを表す実測値［ｍＡｈ、Ｖ］を取得するステップＳ１と、
変形量Ｔを示す値［Ｖ］に対して平滑化処理を実行するステップＳ３と、を含み、
平滑化処理を実行するステップＳ３は、変形量Ｔを示す値［Ｖ］に適用する平滑化処理の種類又は強度の少なくともいずれかを、充放電容量Ｑに応じて変更する。
【００５３】
このようにすれば、適用する平滑化処理の種類又は強度の少なくともいずれかを充放電容量に応じて変更するので、ノイズの大小などの電池の特性に対応させて、適切な種類又は強度にて平滑化処理を適用することが可能となる。例えばノイズが少ない充放電容量では平滑化処理の強度を抑制することで必要以上に応答性を損なうことがない。よって、必要以上に応答性を損なうことなく且つノイズを低減可能となる。
【００５４】
本実施形態のシステムにおいて、適用する平滑化処理の種類及び強度と、充放電容量Ｑとを関連付けた使用フィルタデータＤ３を有する。平滑化処理部６１は、使用フィルタデータＤ３から、充放電容量Ｑに対応する平滑化処理の種類及び強度を取得して平滑化処理を実行する。
本実施形態の方法において、平滑化処理を実行するステップＳ３は、適用する平滑化処理の種類及び強度と、充放電容量Ｑとを関連付けた使用フィルタデータＤ３から、充放電容量Ｑに対応する平滑化処理の種類及び強度を取得して（Ｓ２）、平滑化処理を実行する。
【００５５】
この構成によれば、使用フィルタデータＤ３を用いれば、現在の充放電容量に対応する平滑化処理の種類及び強度に関する情報を取得できるので、充放電容量に応じた平滑化処理を適用可能となる。
【００５６】
本実施形態のシステム及び方法において、充放電容量Ｑにおいて第１領域Ａｒ１と第２領域Ａｒ２とが設定されており、第１領域Ａｒ１と第２領域Ａｒ２とで平滑化処理の強度が互いに異ならせてある。
【００５７】
この構成によれば、二次電池の特性として充放電容量に応じてノイズの大小、特定ノイズの有無が変わることにあわせて、平滑化処理の強度も異ならせることができるので、二次電池に適切な平滑化処理を実行可能となる。
【００５８】
本実施形態のシステム及び方法において、充放電容量Ｑにおいて満充電状態又は完全放電状態のいずれか寄りに第１領域Ａｒ１が設定され、第１領域Ａｒ１よりも中間寄りに第２領域Ａｒ２が設定されており、第１領域Ａｒ１の平滑化処理の強度は第２領域Ａｒ２の平滑化処理の強度よりも強い。
【００５９】
充放電容量において中間寄りの領域は比較的安定しており、ノイズが少なく、満充電状態又は完全放電状態のいずれか寄りの領域にはノイズが多いということが判明した。この知見によれば、中間側の領域である第２領域Ａｒ２において平滑化処理の強度を低くして応答性を高め、満充電状態又は完全放電状態のいずれか寄りの領域である第１領域Ａｒ１では平滑化処理の強度を高めて強いノイズを除去する。よって、平滑化処理を一様に適用するのではないので、必要以上に応答性を損なうことなく且つノイズを低減可能となる。
【００６０】
本実施形態のシステム及び方法において、平滑化処理は、平均値フィルタ、中央値フィルタ、最頻値フィルタ、ランクフィルタ、移動平均、又は直線近似のいずれか１つ以上を含む。
【００６１】
本実施形態に係るプログラムは、上記方法をコンピュータに実行させるプログラムである。
これらプログラムを実行することによっても、上記方法の奏する作用効果を得ることが可能となる。
【００６２】
本発明は上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変更が可能である。例えば、特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現できる。特許請求の範囲、明細書、および図面中のフローに関して、便宜上「まず」、「次に」等を用いて説明したとしても、この順で実行することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【００６３】
６０…実測値取得部
６１…平滑化処理部
Ａｒ１…第１領域
Ａｒ２…第２領域
Ｄ３…使用フィルタデータ
Ｑ…充放電容量
Ｔ…変形量
Ｖ、ｍＡｈ…実測値
【図１】
2019220348.tif 000003
【図２Ａ】
2019220348.tif 000004
【図２Ｂ】
2019220348.tif 000005
【図３】
2019220348.tif 000006
【図４】
2019220348.tif 000007
【図５】
2019220348.tif 000008
【図６】
2019220348.tif 000009
【図７】
2019220348.tif 000010