(57)【要約】【課題】相互に電気的に接続された複数の蓄電装置を有する蓄電装置モジュールの状態を簡便に判定できる状態判定方法を提供すること。【解決手段】相互に電気的に接続されたセルを有する蓄電装置モジュールの状態判定方法であって、第１周波数における第１抵抗Ｒ１と第２周波数における第２抵抗Ｒ２を測定（ステップＳ１，Ｓ２）し、測定した抵抗Ｒ１，Ｒ２と所定のパラメータＰ１，Ｐ２とに基づいて、蓄電装置モジュールの反応抵抗Ｒａと純抵抗Ｒｂとを推定する（ステップＳ３）。そして、推定した反応抵抗Ｒａと純抵抗Ｒｂがそれぞれ規定範囲内であるか否かを判定（ステップＳ４，Ｓ５，Ｓ８）し、該判定結果に基づいて蓄電装置モジュールの状態を判定する（ステップＳ６，Ｓ７，Ｓ９，Ｓ１０）。【選択図】図２
2015152318.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相互に電気的に接続された複数の蓄電装置を有する蓄電装置モジュールの状態判定方法であって、
第１周波数における第１抵抗を測定する第１測定工程と、
前記第１周波数とは異なる第２周波数における第２抵抗を測定する第２測定工程と、
前記第１抵抗と前記第２抵抗と所定のパラメータとに基づいて、前記蓄電装置モジュールの反応抵抗と純抵抗とを推定する推定工程と、
推定した反応抵抗が第１範囲内であるか否かを判定する第１判定工程と、
推定した純抵抗が第２範囲内であるか否かを判定する第２判定工程と、
前記第１判定工程における判定結果、及び前記第２判定工程における判定結果に基づいて、前記蓄電装置モジュールの状態を判定する第３判定工程と、を含む、
蓄電装置モジュールの状態判定方法。
【請求項２】
前記第３判定工程では、前記第１判定工程における判定結果が肯定であって、且つ前記第２判定工程における判定結果が否定の場合、前記蓄電装置モジュールの配線に異常がある状態であると判定する請求項１に記載の状態判定方法。
【請求項３】
前記第３判定工程では、前記第１判定工程における判定結果が否定である場合、前記蓄電装置に異常がある状態であると判定する請求項１又は２に記載の状態判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、相互に電気的に接続された複数の蓄電装置を有する蓄電装置モジュールの状態判定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、車両には、電動機などへの供給電力を蓄える装置として、相互に電気的に接続された複数の蓄電装置（セル）を有する蓄電装置モジュールが搭載されている。なお、蓄電装置としては、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池などが採用されている。
【０００３】
そして、例えば特許文献１には、蓄電装置モジュールに異常が発生しているか否かを判定可能に構成された蓄電装置システムが開示されている。特許文献１では、蓄電装置モジュールの全体の電圧と、各蓄電装置の電圧と、負荷に流れる電流などとから、蓄電装置モジュールの配線に緩み等の異常が発生しているか否かを判定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１９５７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１では、蓄電装置毎に電圧を測定していることから、より簡便な構成によって蓄電装置モジュールの状態を判定することが期待されている。
この発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであり、その目的は、相互に電気的に接続された複数の蓄電装置を有する蓄電装置モジュールの状態を簡便に判定できる状態判定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決する状態判定方法は、相互に電気的に接続された複数の蓄電装置を有する蓄電装置モジュールの状態判定方法であって、第１周波数における第１抵抗を測定する第１測定工程と、前記第１周波数とは異なる第２周波数における第２抵抗を測定する第２測定工程と、前記第１抵抗と前記第２抵抗と所定のパラメータとに基づいて、前記蓄電装置モジュールの反応抵抗と純抵抗とを推定する推定工程と、推定した反応抵抗が第１範囲内であるか否かを判定する第１判定工程と、推定した純抵抗が第２範囲内であるか否かを判定する第２判定工程と、前記第１判定工程における判定結果、及び前記第２判定工程における判定結果に基づいて、前記蓄電装置モジュールの状態を判定する第３判定工程と、を含むことを要旨とする。
【０００７】
この構成によれば、蓄電装置モジュールの第１周波数における第１抵抗と、第２周波数における第２抵抗とを測定することで、蓄電装置モジュールの状態を判定することが可能となる。したがって、相互に電気的に接続された複数の蓄電装置を有する蓄電装置モジュールの状態を簡便に判定できる。
【０００８】
上記状態判定方法について、前記第３判定工程では、前記第１判定工程における判定結果が肯定であって、且つ前記第２判定工程における判定結果が否定の場合、前記蓄電装置モジュールの配線に異常がある状態であると判定することが好ましい。
【０００９】
この構成によれば、測定した第１抵抗と第２抵抗とに基づいて推定した反応抵抗及び純抵抗に基づいて、蓄電装置モジュールの配線に異常がある状態であるか否かを判定できる。したがって、蓄電装置モジュールの状態を簡便に判定できる。
【００１０】
上記状態検知方法について、前記第３判定工程では、前記第１判定工程における判定結果が否定である場合、前記蓄電装置に異常がある状態であると判定することが好ましい。
この構成によれば、測定した第１抵抗と第２抵抗とに基づいて推定した反応抵抗に基づいて、蓄電装置モジュールを構成する蓄電装置そのものに異常がある状態であるか否かを判定できる。したがって、蓄電装置モジュールの状態を簡便に判定できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、相互に電気的に接続された複数の蓄電装置を有する蓄電装置モジュールの状態を簡便に検知できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】（ａ）は、蓄電装置モジュールを模式的に示す平面図、（ｂ）は、蓄電装置モジュールを模式的に示す右側面図、（ｃ）は、蓄電装置モジュールを模式的に示す正面図。
【図２】状態判定方法の手順を示すフローチャート。
【図３】コールコールプロットの具体的な一例を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、蓄電装置モジュールの状態判定方法の一実施形態について説明する。
最初に判定対象となる蓄電装置モジュール１１について説明する。
図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、蓄電装置モジュール１１は、蓄電装置としてのセルＣ１〜Ｃ９を有する。セルＣ１〜Ｃ９は、直線状かつ一列に並ぶように配置されている。各セルＣ１〜Ｃ９は、例えばリチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池、及び電気二重層キャパシタなどの蓄電装置である。
【００１４】
各セルＣ１〜Ｃ９は、ケース１３と、ケース１３に収容されている不図示の電極組立体と、ケース１３に充填されている電解液（電解質）とを有する。ケース１３は、電極組立体を収容する有底四角筒状のケース本体と、ケース本体の開口部を封止する蓋とを有する。本実施形態のセルＣ１〜Ｃ９は、ケース１３が扁平な略直方体状である角型の蓄電装置である。セルＣ１〜Ｃ９の電極組立体は、活物質層を有するシート状の電極（正極及び負極）が間にセパレータを介在させた状態で層状に重なる構造を有している。
【００１５】
また、各セルＣ１〜Ｃ９は、ケース１３の外部に突出する金属製の正極端子２２と、負極端子２３とを有する。正極端子２２及び負極端子２３は、何れも中央にネジ穴を有する円柱状の端子である。正極端子２２及び負極端子２３は、ケース１３に収容された電極組立体と電気的に接続されている。また、正極端子２２及び負極端子２３は、ケース１３に対して絶縁された状態で金属製のナット２４により固定されている。
【００１６】
蓄電装置モジュール１１において、隣り合うセル同士は、正極端子２２と負極端子２３とが金属製である矩形平板状のバスバー３０によって連結されることにより、相互に電気的に接続されている。各バスバー３０は、両端に図示しない挿通孔を有しているとともに、該各挿通孔に正極端子２２と負極端子２３とをそれぞれ挿通した状態で、金属製のボルト４０を各端子２２，２３のネジ穴に螺入させて固定されている。本実施形態の蓄電装置モジュール１１では、バスバー３０によって、セルＣ１〜Ｃ９を直列に接続する配線が形成されている。
【００１７】
次に、蓄電装置モジュール１１の状態判定方法について説明する。
図２に示すように、第１周波数における蓄電装置モジュール１１の第１抵抗Ｒ１を測定する（ステップＳ１）。第１周波数は、例えば１ｋＨｚである。第１抵抗Ｒ１の測定には、任意の抵抗測定器を用いることができる。なお、ステップＳ１では、蓄電装置モジュール１１を構成するセルＣ１〜Ｃ９のうち、セルＣ１の負極端子２３とセルＣ９の正極端子２２との間で、蓄電装置モジュール１１の全体の抵抗を測定する。本実施形態では、ステップＳ１が第１測定工程となる。
【００１８】
次に、第１周波数とは異なる第２周波数における蓄電装置モジュール１１の第２抵抗Ｒ２を測定する（ステップＳ２）。第２周波数は、第１周波数より低い（小さい）周波数に設定されており、例えば１０Ｈｚである。第２抵抗Ｒ２の測定には、ステップＳ１と同様に任意の抵抗測定器を用いることができる。なお、ステップＳ２では、蓄電装置モジュール１１を構成するセルＣ１〜Ｃ９のうち、セルＣ１の負極端子２３とセルＣ９の正極端子２２との間で、蓄電装置モジュール１１の全体の抵抗を測定する。本実施形態では、ステップＳ２が第２測定工程となる。
【００１９】
次に、測定した第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２と所定のパラメータとに基づいて、蓄電装置モジュール１１の反応抵抗Ｒａと純抵抗Ｒｂとを演算し推定する（ステップＳ３）。本実施形態では、ステップＳ３が推定工程となる。
【００２０】
ステップＳ３では、以下に示す関係式（１）により反応抵抗Ｒａを演算して推定する。但し、「Ｐ１」は、反応抵抗Ｒａの推定に用いる第１パラメータである。
Ｒａ＝（Ｒ２−Ｒ１）×Ｐ１  …（１）
また、ステップＳ３では、以下に示す関係式（２）により純抵抗Ｒｂを演算して推定する。但し、「Ｐ２」は、純抵抗Ｒｂの推定に用いる第２パラメータである。
【００２１】
Ｒｂ＝Ｒ１−Ｒａ×Ｐ２  …（２）
ここで、第１パラメータＰ１及び第２パラメータＰ２には、予め実験やシミュレーションによって求めた数値が設定されている。詳しく説明すると、本実施形態の各パラメータＰ１，Ｐ２は、異常がない蓄電装置モジュール１１のコールコールプロットを、予備実験を行って作成することで、該コールコールプロットの結果から求められる。コールコールプロットは、所定の測定温度において、周波数毎に測定した蓄電装置モジュール１１の抵抗（インピーダンス）について、縦軸に虚数部を、横軸に実数部を設定してそれぞれプロットしたものである。
【００２２】
図３は、蓄電装置モジュール１１について作成したコールコールプロットの具体的な一例を示す図である。本実施形態の第１パラメータＰ１は、以下に示す関係式（３）によって求められる。また、本実施形態の第２パラメータＰ２は、以下に示す関係式（４）によって求められる。
【００２３】
Ｐ１＝（ａ＋ｂ）÷ｂ  …（３）
Ｐ２＝ａ÷（ａ＋ｂ）  …（４）
関係式（３）及び関係式（４）における「ａ」は、第１周波数（図３の例では１ｋＨｚ）における第１抵抗Ｒ１ｐと、プロットにより作成された曲線と横軸との交点における抵抗Ｒ３ｐとの差である。また、関係式（３）及び関係式（４）における「ｂ」は、第２周波数（図３の例では１０Ｈｚ）における第２抵抗Ｒ２ｐと、第１周波数（図３の例では１ｋＨｚ）における第１抵抗Ｒ１ｐとの差である。
【００２４】
次に、図２に示すように、ステップＳ３において推定した反応抵抗Ｒａが予め定めた規定範囲（第１範囲）内であるか否かを判定する（ステップＳ４）。ステップＳ４における規定範囲には、予め実験やシミュレーションなどによって、異常がない蓄電装置モジュール１１における反応抵抗の数値が設定されている。本実施形態では、ステップＳ４が第１判定工程となる。
【００２５】
反応抵抗Ｒａが規定範囲内である場合（ステップＳ４：ＹＥＳ）、ステップＳ３において推定した純抵抗Ｒｂが予め定めた規定範囲（第２範囲）内であるか否かを判定する（ステップＳ５）。ステップＳ５における規定範囲には、予め実験やシミュレーションなどによって、異常がない蓄電装置モジュール１１における純抵抗の数値が設定されている。本実施形態では、ステップＳ５が第２判定工程となる。
【００２６】
純抵抗Ｒｂが規定範囲内である場合（ステップＳ５：ＹＥＳ）、蓄電装置モジュール１１には異常がないと判定し、状態判定を終了する（ステップＳ６）。一方、純抵抗Ｒｂが規定範囲内ではない場合（ステップＳ５：ＮＯ）、蓄電装置モジュール１１の配線に異常があると判定し、状態判定を終了する（ステップＳ７）。ここで、蓄電装置モジュール１１における配線の異常には、バスバー３０と正極端子２２や負極端子２３との接触不良や、バスバー３０の破断に加えて、蓄電装置モジュール１１を構成するセルＣ１〜Ｃ９の内部的な接触不良なども含まれる。
【００２７】
一方、反応抵抗Ｒａが規定範囲内ではない場合（ステップＳ４：ＮＯ）、ステップＳ５と同様にして、ステップＳ３において推定した純抵抗Ｒｂが予め定めた規定範囲（第２範囲）内であるか否かを判定する（ステップＳ８）。本実施形態では、ステップＳ８が第２判定工程となる。
【００２８】
純抵抗Ｒｂが規定範囲内である場合（ステップＳ８：ＹＥＳ）、蓄電装置モジュール１１を構成するセルＣ１〜Ｃ９の一部又は全部について異常があると判定し、状態判定を終了する（ステップＳ９）。ここで、ステップＳ９で判定できるセルＣ１〜Ｃ９の異常には、電解液の減少や電極組立体（正極及び負極）の劣化などが含まれる。例えば、正常か否かの検査に合格したセルのみを用いて蓄電装置モジュール１１を構成している場合、ステップＳ９で検出できる異常は、原則として後発的に発生したものとなる。
【００２９】
純抵抗Ｒｂが規定範囲内ではない場合（ステップＳ８：ＮＯ）、蓄電装置モジュール１１の配線、及び蓄電装置モジュール１１を構成するセルＣ１〜Ｃ９の一部又は全部について異常があると判定し、状態判定を終了する（ステップＳ１０）。本実施形態では、ステップＳ６，Ｓ７，Ｓ９，Ｓ１０が蓄電装置モジュール１１の状態を判定する第３判定工程となる。
【００３０】
上記実施形態によれば、以下に示す作用効果を奏する。
（１）蓄電装置モジュール１１の第１周波数における第１抵抗Ｒ１と、第２周波数における第２抵抗Ｒ２とを測定することで、蓄電装置モジュール１１の状態を判定することが可能となる。したがって、相互に電気的に接続されたセルＣ１〜Ｃ９を有する蓄電装置モジュール１１の状態を簡便に判定できる。
【００３１】
（２）特に、判定対象とする蓄電装置モジュール１１ごとにコールコールプロットを作成して状態を判定したり、セルＣ１〜Ｃ９毎に電圧などを測定した結果をもとに状態を判定したりする構成と比較して、簡易な手順や設備で異常の有無を判定できる。
【００３２】
（３）測定した第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２とに基づいて推定した反応抵抗Ｒａ及び純抵抗Ｒｂに基づいて、蓄電装置モジュール１１の配線に異常がある状態であるか否かを判定できる。したがって、蓄電装置モジュール１１の状態を簡便に判定できる。
【００３３】
（４）測定した第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２とに基づいて推定した反応抵抗Ｒａに基づいて、蓄電装置モジュール１１を構成するセルＣ１〜Ｃ９そのものに異常がある状態であるか否かを判定できる。したがって、蓄電装置モジュール１１の状態を簡便に判定できる。
【００３４】
（５）特に、実施形態では、反応抵抗Ｒａ及び純抵抗Ｒｂの判定結果の組み合わせによって、蓄電装置モジュール１１の配線及びセルＣ１〜Ｃ９の何れに異常が発生しているかを区別して検知できる。
【００３５】
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○  蓄電装置モジュール１１を構成するセルの個数は適宜変更してもよい。
○  セルＣ１〜Ｃ９は、ケース１３の形状を適宜変更できる。例えば、セルＣ１〜Ｃ９は円柱状であってもよい。
【００３６】
○  蓄電装置モジュール１１は、セルＣ１の負極端子２３及びセルＣ９の正極端子２２に、例えば電動機などの他の機器と接続するための端子付き配線が接続されていてもよい。この場合、端子付き配線を含めて、配線に異常があるか否かを判定できる。
【００３７】
○  蓄電装置モジュール１１において、セルＣ１〜Ｃ９同士は銅線などで電気的に接続されていてもよい。
○  蓄電装置モジュール１１において、セルＣ１〜Ｃ９は、その一部又は全部について並列に接続されていてもよい。
【００３８】
○  ステップＳ１の処理とステップＳ２の処理の順序を入れ替えてもよい。
○  ステップＳ４の処理とステップＳ５，Ｓ８の処理の順序を入れ替えてもよい。
○  ステップＳ３において、反応抵抗Ｒａと純抵抗Ｒｂを推定する順序を入れ替えてもよい。
【００３９】
○  実施形態で説明した状態判定方法を実行可能な状態判定装置としてもよい。この場合、状態判定装置は、第１抵抗Ｒ１及び第２抵抗Ｒ２を測定する抵抗測定部と、パラメータＰ１，Ｐ２及びステップＳ４，Ｓ５，Ｓ８で用いる規定範囲の数値を記憶するメモリなどの記憶部を有するとよい。そして、状態判定装置は、測定された抵抗Ｒ１，Ｒ２とパラメータＰ１，Ｐ２とに基づき各抵抗Ｒａ，Ｒｂを推定する推定部と、推定した各抵抗Ｒａ，Ｒｂが規定範囲内であるか否かを判定し、その判定結果に基づき蓄電装置モジュール１１の状態を判定する状態判定部とを有するとよい。なお、推定部や状態判定部は、メモリに記憶されたプログラムに従って処理を実行する演算装置などによって構成できる。
【００４０】
○  蓄電装置モジュール１１と、上記状態判定装置とを備えた蓄電装置システムとしてもよい。
上記実施形態から把握できる技術的思想を以下に記載する。
【００４１】
（イ）前記推定工程では、以下の関係式により反応抵抗を演算して推定することが好ましい。但し、Ｒａ＝反応抵抗、Ｒ１＝第１抵抗、Ｒ２＝第２抵抗、Ｐ１＝第１パラメータである。
【００４２】
Ｒａ＝（Ｒ２−Ｒ１）×Ｐ１
（ロ）前記推定工程では、以下の関係式により純抵抗を演算して推定することが好ましい。但し、Ｒａ＝反応抵抗、Ｒｂ＝純抵抗、Ｒ１＝第１抵抗、Ｐ２＝パラメータである。
【００４３】
Ｒｂ＝Ｒ１−Ｒａ×Ｐ２
（ハ）前記パラメータは、前記蓄電装置モジュールについてコールコールプロットして予め定められていることが好ましい。
【符号の説明】
【００４４】
Ｓ１…ステップ（第１測定工程）、Ｓ２…ステップ（第２測定工程）、Ｓ３…ステップ（推定工程）、Ｓ４…ステップ（第１判定工程）、Ｓ５，Ｓ８…ステップ（第２判定工程）、Ｓ６，Ｓ７，Ｓ９，Ｓ１０…ステップ（第３判定工程）、Ｃ１〜Ｃ９…セル（蓄電装置）、１１…蓄電装置モジュール。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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