(57)【要約】【課題】本発明は、捲回体内部の発熱分布変化を検知することにより、従来の温度計測による異常検知方法よりも早期に異常を検知する方法を提供することを目的とする。【解決手段】本発明の二次電池システムは、捲回体内部の中心部近傍及び外周側近傍の温度計測手段を有し、その温度差ΔＴ及び、電池周囲雰囲気の温度計測手段を有し、前記捲回体外周側近傍と電池周囲雰囲気との温度差ΔＴｃを用いて運転開始初期からある任意の運転期間の間に生じたΔＴ及びΔＴｃの経時変化量、すなわちΔＴＴ及びΔＴＴｃを計算し、それらの値と、場合によっては、それらの値の比ΔＴＴ／ΔＴＴｃをも用いて発熱分布変化の有無と発熱分布の変化を検出することを特徴とする。【選択図】  図９
2012074328.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
捲回体を有する二次電池の充放電を制御する二次電池システムであって、
前記捲回体の中心部の温度を計測する第１の温度計測部と、
前記捲回体の外周部の温度を計測する第２の温度計測部と、
前記第１の温度計測部及び前記第２の温度計測部により、前記捲回体の中心部と外周部との温度差ΔＴを算出する温度差演算部と、
前記捲回体の中心部と外周部との温度差ΔＴに関し、前記二次電池の使用開始時の温度差ΔＴ（１）と、前記使用開始時から所定期間経過時の温度差ΔＴ（２）とにより表される変化量ΔＴＴ（＝ΔＴ（２）−ΔＴ（１））を算出する変化量演算部と、
前記変化量ΔＴＴに基づいて、捲回群の発熱分布を検出する発熱分布検出部と、を有することを特徴とする二次電池システム。
【請求項２】
請求項１に記載の二次電池システムであって
前記発熱分布検出部は、前記変化量ΔＴＴが第１の閾値より小さい場合には、前記捲回群の半径方向の中央より外周側の発熱密度が大きくなっていると検出することを特徴とする二次電池システム。
【請求項３】
請求項１に記載の二次電池システムであって、
前記発熱分布検出部は、前記変化量ΔＴＴが第２の閾値より大きい場合には、前記捲回群の半径方向の中央より中心側の発熱密度が大きくなっていると検出することを特徴とする二次電池システム。
【請求項４】
請求項１に記載の二次電池システムであって、
前記発熱分布検出部は、前記変化量ΔＴＴの第１の閾値以上であって第２の閾値以下である場合には、均一に発熱密度が分布している、または前記捲回群の半径方向の中央の発熱密度が大きくなっていると検出することを特徴とする二次電池システム。
【請求項５】
請求項１に記載の二次電池システムであって、
前記二次電池の周囲の温度を計測する第３の温度計測部を有し、
前記温度差演算部は、前記第２の温度計測部及び第３の温度計測部により、前記捲回体の外周部と二次電池の周囲との温度差ΔＴｃを算出し、
前記変化量演算部は、前記捲回体の外周部と二次電池の周囲との温度差ΔＴｃに関し、前記二次電池の使用開始時の温度差ΔＴｃ（１）と、前記使用開始時から所定期間経過時の温度差ΔＴｃ（２）とにより表される変化量ΔＴＴｃ（＝ΔＴｃ（２）−ΔＴｃ（１））を算出し、
前記発熱分布検出部は、前記変化量ΔＴＴｃの絶対値が所定の値よりも小さい場合には、前記検出の結果が正しいと判定することを特徴とする二次電池システム。
【請求項６】
請求項１に記載の二次電池システムであって、
前記二次電池の周囲の温度を計測する第３の温度計測部を有し、
前記温度差演算部は、前記第２の温度計測部及び第３の温度計測部により、前記捲回体の外周部と二次電池の周囲との温度差ΔＴｃを算出し、
前記変化量演算部は、前記捲回体の外周部と二次電池の周囲との温度差ΔＴｃに関し、前記二次電池の使用開始時の温度差ΔＴｃ（１）と、前記使用開始時から所定期間経過時の温度差ΔＴｃ（２）とにより表される変化量ΔＴＴｃ（＝ΔＴｃ（２）−ΔＴｃ（１））を算出し、
前記発熱分布検出部は、前記変化量ΔＴＴと前記変化量ΔＴＴｃの比α（＝ΔＴＴ／ΔＴＴｃ）に基づいて、捲回群の発熱分布を検出することを特徴とする二次電池システム。
【請求項７】
請求項６に記載の二次電池システムであって
前記発熱分布検出部は、前記変化量ΔＴＴと前記変化量ΔＴＴｃの比αが第３の閾値よりも小さい場合には、前記捲回群の半径方向の中央より外周側の発熱密度が大きくなっていると検出することを特徴とする二次電池システム。
【請求項８】
請求項６に記載の二次電池システムであって、
前記発熱分布検出部は、前記変化量ΔＴＴと前記変化量ΔＴＴｃの比αが第４の閾値よりも大きい場合には、前記捲回群の半径方向の中央より中心側の発熱密度が大きくなっていると検出することを特徴とする二次電池システム。
【請求項９】
請求項６に記載の二次電池システムであって、
前記発熱分布検出部は、前記変化量ΔＴＴと前記変化量ΔＴＴｃの比αが第３の閾値以上であって第４の閾値以下である場合には、均一に発熱密度が分布している、または前記捲回群の半径方向の中央の発熱密度が大きくなっていると検出することを特徴とする二次電池システム。
【請求項１０】
請求項１に記載の二次電池システムであって、
前記第１の温度計測部は、前記捲回体の中心部に配置された軸芯の表面に設けられていることを特徴とする二次電池システム。
【請求項１１】
請求項１に記載の二次電池システムであって、
前記第２の温度計測部は、前記捲回体が封入される電池缶の表面に設けられていることを特徴とする二次電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉛電池，ニッケル水素電池，リチウムイオン電池などの蓄電池の状態を検知する検出方法及び検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ハイブリッド自動車や電気自動車、およびハイブリッド鉄道車両などの電源として、また電力貯蔵などの産業用蓄電池として、特にリチウムイオン電池に代表される二次電池の開発に注目が集まっている。このように、二次電池の用途が広がるにつれ、より一層の大充放電容量化の要求が強まり、二次電池の大型化が必要不可欠になってきている。
【０００３】
ところで、二次電池の構造はリチウムイオン電池を例にとれば、正極と負極とをセパレータを介して渦巻状あるいは角型の状態に捲回して成る捲回体，電解液、及びこれらを収容する電池ケースを有する。
【０００４】
このようなリチウムイオン電池を大型化すると、充放電時に伴う発熱量が増加し、熱の放散が悪くなるため、充放電時の電池の温度上昇が大きくなり、捲回体の温度分布も大きくなることから、局所劣化や性能低下の問題が発生し易くなるといわれている。
【０００５】
従って、安全かつ長寿命で信頼性の高い二次電池の運転あるいは運用を行うには、セルの内部状態をできるだけ詳細に知り、それを運転の方法や制御あるいは電池の保守・管理に生かしていくことが必要になってくる。
【０００６】
二次電池の温度状態把握として最も多くみられるのは、例えば、特許文献１のように、セル表面に温度センサーを固定し、温度計測を行うものである。それ以外としては、特許文献２に記載のように、セルの表面ではなくセル捲回体内部に温度センサーを挿入した二次電池の構造や、特許文献３にあるように、複数の温度センサーを電池内部に配し、それらの温度情報に基づくセル温度管理方法が開示されている。
【０００７】
その中でも特許文献１には、温度計測に基づくセルの劣化検出方法が開示されており、セル表面温度の変化率が他のセルと異なる場合や、あるいは過去の履歴と比較して異なる場合にセルの劣化や故障といった異常に関する検出方法が述べられている。
【０００８】
特許文献２，３ではセルの異常検出は目的とはなっておらず、いずれも電池の運転制御に関わるものである。
【０００９】
すなわち、特許文献２の二次電池では、捲回体内部のたとえば最も温度が高くなると想定される位置に温度センサーを配し、更に温度制御手段を有している。そこでは、セルの大型化に伴うセル内外温度差増大に対応するため、これまでのセルの表面温度計測ではなく、セルの内部温度を計測することにより、正確な温度制御を行うものである。
【００１０】
また、特許文献３に開示された二次電池では、複数個所、特に捲回体の温度の最も高くなる箇所と最も低くなる箇所に温度センサーが配され、各位置での温度が検出され、その温度と許容温度との差異に関する比較判定により、適切なセル温度にするためセル冷却操作あるいは充放電制御といった運転に関わる判断が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００１−３１３０８７号公報
【特許文献２】特開平１０−０５５８２５号公報
【特許文献３】特開２００７−１６５２１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかし、セルの発熱がセル劣化、すなわち電池の内部抵抗増加に係わる因子の一つであり、長寿命運転や異常検知の面からも重要な項目であるにもかかわらず、セル内部の発熱状態やその変化の様相を把握しようとする動きはこれまで殆どみられなかった。
【００１３】
たとえば特許文献１に開示された異常検出手段においても、セルの温度変化率が発熱量の増加に基づくという前提に立ってはいるが、表面温度計測のため、セル内部の状態変化、例えば発熱分布の変化についての情報は得られない。
【００１４】
特許文献２，３にいたっては内部温度計測に焦点を当てているものの、あくまで温度の高低比較とその結果を充放電操作に役立てることに主眼が置かれ、セルの劣化・異常の診断方法については触れられていない。
【００１５】
実際のセルでは、セル全体の総発熱量変化が小さくても、何らかの原因、例えば反応分極や拡散分極の増大による内部抵抗変化によって内部で大きな局所発熱や発熱分布変化が生じる場合がありうる。しかしながら、特許文献２，３ではセル内部の温度情報しか得られず、また、特許文献１でも先述のように発熱分布変化の有無が検知できないため、発熱量変化に伴う表面温度上昇が顕著に現れるまでは異常は検知できない。
【００１６】
そこで本発明は、従来の温度計測に基づく異常検知法にかわり、発熱分布変化の有無や変化の様相の把握により、異常をより早期に発見できる検知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】
【００１７】
本発明の一実施形態である充放電可能な二次電池システムは、内部に備わる捲回体軸方向の中央部近傍において、捲回体内部に温度計測部が複数個設けられ、少なくとも捲回体の中心部近傍と外周側近傍に温度計測部が設けられ、さらに電池周囲雰囲気の温度を同時測定する温度計測手段を有する。
【００１８】
また、捲回体中心部近傍と外周側近傍との温度差ΔＴ、あるいは、これに加えて前記捲回体内部の中心部近傍と外周側近傍の中間に設けた温度計測部と外周側近傍との温度差ΔＴｍ、及び捲回体外周側近傍と電池周囲雰囲気との温度差ΔＴｃに関するデータから、電池運転開始初期からある任意の運転期間の間に生じた前記ΔＴ，ΔＴｍ及びΔＴｃの変化量、すなわちΔＴＴ，ΔＴＴｍ及びΔＴＴｃをそれぞれ計算し、該変化量ΔＴＴ，ΔＴＴｍ，ΔＴＴｃを用い、あるいは該変化量に加えて、該変化量ΔＴＴあるいはΔＴＴｍとΔＴＴｃの比（＝ΔＴＴ／ΔＴＴｃ，ΔＴＴｍ／ΔＴＴｃ）を用いることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
こうして本発明は、セル内の発熱分布変化の有無や変化の様相を検知できるので、従来の発熱量検知方法よりも早期に異常を発見できることから、より信頼性の高い電池運転制御や電池の保守・管理が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施例の対象となった円筒形電池捲回体の外観の斜視図である。
【図２ａ】本発明の第一実施例を示すもので各発熱分布パターンを示すグラフである。
【図２ｂ】上記発熱分布パターンに基づいて解析した捲回体半径方向温度分布の比較を示すグラフである。
【図３ａ】本発明の第二実施例を示すもので各局所発熱位置を示す捲回体横断面図である。
【図３ｂ】上記の各局所発熱位置での局所発熱時における捲回体半径方向温度分布の解析結果の比較を示すグラフである。
【図４ａ】本発明の第二実施例に示す検出方法に使われる電流パターンを示すグラフである。
【図４ｂ】上記電流パターンにおける捲回体温度を示すグラフである。
【図５ａ】本発明の第四実施例に示す検出方法に使われる電流パターンを示すグラフである。
【図５ｂ】上記電流パターンにおける捲回体温度を示すグラフである。
【図６】本発明の第五実施例を示すもので、計測点位置を示した、円筒型電池の捲回軸方向中央近傍の縦断面図である。
【図７】本発明の第六実施例を示すもので電池モジュールでの検出システムを示す概略系統図である。
【図８】本発明の第六実施例を示すもので通常運転時における演算手段の演算処理フロー図である。
【図９】本発明の第六実施例を示すもので診断時における演算手段の演算処理フロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００２２】
図１，図２を用いて、本発明の第１の実施例によるリチウムイオン電池の発熱密度分布変化の有無ならびに変化の様相を検知する基本的な検出原理を説明する。
【００２３】
図１は円筒型電池の捲回体１であり、捲回体１は図示しないが正極板と負極板とがセパレータを介して捲回されながら積層された構造体である。捲回体の中心部２は空洞になっており、この部分には捲回するための捲回軸芯が配される部分である。この捲回体の内部では充放電に伴う電流が流れており発熱現象が生じており、円筒型電池の構造上、発生した熱は捲回体最外側４を通過して外気に放熱される。
【００２４】
従って、捲回体１の温度分布４０は、熱の流れ５に示すように内側から外側に向かって熱が流れることから最内側温度をＴｉ、最外側温度をＴｏとすると必ず温度差ΔＴ（＝Ｔｉ−Ｔｏ）が発生する。
【００２５】
図２ａには捲回体内部の単位体積当たりの発熱量すなわち発熱密度が捲回体の半径方向において均一な場合の温度分布（ケース１）と、不均一な場合については２ケース示しており、発熱密度分布が捲回体内側で大きく、外側に向かうに従って小さくなるケース２とそれとは分布が全く逆なケース３である。
【００２６】
このような特徴を持つ３ケースの発熱密度分布に対する捲回体の捲回体軸方向の中央付近における半径方向温度分布を解析した結果をそれぞれ比較して図２ｂに示す。なお、捲回部で発生する総発熱量は３ケースとも同じである。
【００２７】
電池トータルでみた発生熱量は同じであるため、３ケースとも捲回体最外側温度Ｔｏは殆ど差はなく、僅かに均一発熱のケース１に対して、ケース３が高く、ケース２は低くなる傾向を示す。それに対して捲回体最内側温度Ｔｉにはより顕著な差が表れ、捲回体外側とは逆に、ケース１に比べてケース２は高く、ケース３は低くなる特性を示す。すなわち、捲回体の内側での発熱密度が相対的に高くなるほど捲回体最内側の温度が高くなり、その結果、捲回体中心部近傍と外周側近傍との温度差ΔＴが大きくなることがわかる。
【００２８】
発熱密度に変化が生じる理由としては、電流集中や内部抵抗に変化が生じているためであり、変化前と比べて何らかの劣化現象あるいは異常が生じていると考えられる。
【００２９】
以上、説明した発熱分布と温度分布との関係から、捲回体の最内側と最外側の温度ＴｉとＴｏを計測することにより、捲回体内部で生じた発熱密度の変化をとらえることができ、ひいては異常の検知につなげることができる。
【００３０】
次にその具体的な方法を説明する。まず、運転初期においてある運転モードにおける捲回体の最内側と最外側の温度ＴｉとＴｏをそれぞれ計測し、その温度差をΔＴ（１）とし、Ｔｉ（１），Ｔｏ（１），ΔＴ（１）を温度データとして記憶しておく。
【００３１】
次に、任意の時間が経過した後、同じ運転モード時に、捲回体の最内側と最外側の温度Ｔｉ（２）とＴｏ（２）を計測し、その温度差ΔＴ（２）を求め、温度データとして記憶しておく。
【００３２】
ただし、電池運転時における環境温度が変化すると、全く同じ運転モードでも上記Ｔｉ，Ｔｏは変化する。従って、環境変化の影響を取り除くため、同時に環境温度Ｔ∞も計測し、ＴｏとＴ∞との差ΔＴｃを求め、ΔＴｃ（１），ΔＴｃ（２）として記憶しておく。
【００３３】
そして、診断時にΔＴおよびΔＴｃの変化量、すなわちΔＴＴ（＝ΔＴ（２）−ΔＴ（１）），ΔＴＴｃ（＝ΔＴｃ（２）−ΔＴｃ（１））を計算し、上記のΔＴＴｃおよびΔＴＴから下記のような判定を行う。
ΔＴＴｃが変化無し、または微増、かつΔＴＴ＜０
⇒電池の発熱量の変化は小さいが、半径方向中央より表面側の方は発熱密度がより
大きくなっている
ΔＴＴｃが変化無し、または微減、かつΔＴＴ＞０
⇒電池の発熱量の変化は小さいが、半径方向中央より中心側の方は発熱密度がより
大きくなっている
ΔＴＴｃの変化が小さく、かつΔＴＴ≒０
⇒電池の発熱量の変化は小さく、発熱密度の変化もないか、中央付近に発熱が偏っ
ている可能性が残る。
【００３４】
以上の判定プロセスにより、発熱分布変化有りと判定されたセルに対して運転負荷を軽減できるような充放電制御を行うことや、セル交換時期を予定より早めに設定し直すといった処置を施すことにより、より信頼性の高い運転および保守が可能となる。
【実施例２】
【００３５】
蓄電池の使われ方は様々であり、充放電電流は必ずしも一定ではなく、電流がいくつも不定形に変化したり、休止を挟んで充放電をサイクリックに繰り返すこともある。その場合、発熱量も一定ではなく電流値により変化することになり、温度も複雑に変化することになる。また、健全性を保った電池でも経年劣化等により一般に蓄電池の内部抵抗は増加の傾向を示し、徐々に発熱量も増加傾向となり、その結果、蓄電池の温度も上昇傾向となる。
【００３６】
本実施例は電池としては健全性を保っているものの充放電電流操作や経年劣化によって発熱量が増加する場合、すなわち、電池捲回体全体が比較的均一に増加する場合と、何らかの異常によりセルが局所的に異常発熱した場合の区別をし、異常な局所発熱の有無を検知する基本的な検出原理を説明する。
【００３７】
図３ａは捲回体の横断面図であり、３か所の局所発熱部のそれぞれの位置を示している。中心側局所発熱部６，中央部局所発熱部７，表面側局所発熱部８である。
【００３８】
図３ｂは発熱増加前の捲回体半径方向の温度分布と上記３か所の局所発熱部でそれぞれが発熱した３ケースの温度分布解析結果を比較して示す。また、局所的な発熱ではなく全体が均一に発熱した場合の解析結果も合わせて示す。
【００３９】
同図に示す各温度分布を比較すると、発熱増加前に比べて、発熱量が増加したことにより、いずれのケースにおいても全体的に温度分布が上にシフトしていることが判る。しかしながら、中心側局所発熱の場合は均一な発熱増加の温度分布と比べて、捲回最外温度は低くなり、最内側温度は高くなる。
【００４０】
表面側局所発熱の場合は、これと全く逆の温度分布傾向を示し、また、中央部局所発熱の場合は均一な発熱増加と殆ど一致する傾向を示した。すなわち、局所発熱の位置が捲回体の内側にいくほど、均一な発熱に比べて捲回体最内側の温度が高くなり、最外側温度は低くなる。すなわち、局所発熱の位置が捲回体の内側にいくほど、前記ΔＴが大きくなる特性を示す。
【００４１】
以上、上記の局所発熱位置と温度分布との関係から、捲回体の最内側と最外側の温度ＴｉとＴｏ、および環境温度Ｔ∞を計測することにより、捲回体内部で生じた局所発熱の有無をとらえることができ、ひいては異常の検知につなげることができる。
【００４２】
次にその具体的な方法を説明する。まず、セルの健全性が保たれており、内部抵抗，充電状態も比較的均一な運転初期において、図４ａに示す２種類の電流値Ｉ1，Ｉ2で充電あるいは放電を行わせる。また、このときの捲回体最内側，最外側及び環境温度を図４ｂに示す。
【００４３】
そして、温度が定常になったところで、電流値Ｉ1での捲回体の最内側と最外側の温度Ｔｉ（１），Ｔｏ（１）及び環境温度Ｔ∞（１）を計測し、前記で定義した温度差ΔＴ（１）とΔＴｃ（１）を求める。同様にして、電流値Ｉ2での捲回体の最内側と最外側の温度Ｔｉ（２），Ｔｏ（２）及び環境温度Ｔ∞（２）を計測し、ΔＴ（２）とΔＴｃ（２）を求める。
【００４４】
運転初期では電流値がＩ1からＩ2に変化する際、ほぼ均一に発熱密度が増加すると考えられる。そこで、この均一発熱増加時のΔＴおよびΔＴｃの変化量、すなわちΔＴＴ（＝ΔＴ（２）−ΔＴ（１）），ΔＴＴｃ（＝ΔＴｃ（２）−ΔＴｃ（１））を計算し、以下の演算式で表わされるαを求め、その値をαｏとして記憶しておく。
α＝ΔＴＴ／ΔＴＴｃ
【００４５】
なお、このαは捲回体全体で均一に発熱密度が増加する場合は発熱量の大小にかかわらず一定の値を示すことを解析により見出したことから、指標として用いることとした。
【００４６】
そして、運転中は常時あるいは間欠的に前記Ｔｉ，Ｔｏ，Ｔ∞を測定し、前記ΔＴ，ΔＴｃを計算し、それらの各温度データを記憶させておく。
【００４７】
次に、ある一定の運転期間を経て診断時になったら、発熱量変化が発生した時のデータを選ぶ手段として、電流データもしくは前記温度データから前記ΔＴｃができれば大きく変化している前後のデータを選び出し、前述したΔＴＴｃおよびΔＴＴを求め、前記α（＝ΔＴＴ／ΔＴＴｃ）を計算し、前記αｏと下記のような比較判定を行う。
・α＜αｏ  ⇒半径方向中央より外側で発熱密度が大きい（局所発熱が生じている）
・α＞αｏ  ⇒半径方向中央より内側で発熱密度が大きい（局所発熱が生じている）
・α≒αｏ  ⇒均一に発熱密度が分布している、または半径方向中央の発熱密度が大き
い（半径方向中央部で局所発熱かあるいは全体的な発熱が生じている）
【００４８】
以上の判定プロセスにより、局所的な発熱分布変化有りと判定されたセルに対して運転負荷を軽減できるような充放電制御を行うことや、セル交換時期を予定より早めに設定し直すといった処置を施すことにより、より信頼性の高い運転および保守が可能となる。なお、発熱密度が大きいことと、局所発熱が生じていることは同じことを指している。
【実施例３】
【００４９】
なお、上記の判定プロセスでは、α≒αｏの場合、中央部局所発熱と均一発熱の区別がつかない。先の図３ｂで中央部局所発熱の場合と均一な発熱増加の場合の温度分布を比較すると、殆ど一致する傾向を示しているが、詳細にみると中央部局所発熱の場合は半径方向中央部で均一発熱と比べて高くなることが判る。
【００５０】
そこで、本実施例では温度計測点をもう一点増やし、捲回体中央部の温度測定を行わせることにより、中央部局所発熱の検知も可能にする方法を示す。
【００５１】
前記温度Ｔｉ，Ｔｏ，Ｔ∞に半径方向中央近傍の温度Ｔｍを温度計測として加える。実施例２と全く同様な方法でΔＴＴ，ΔＴＴｃに加えて、以下の演算式で表わされるΔＴＴｍを計算する。
ΔＴＴｍ＝ΔＴｍ（２）−ΔＴｍ（１）
【００５２】
ここで、温度差ΔＴｍはΔＴｍ＝Ｔｍ−Ｔｏで定義される。また、実施例２で示した指標αに相当するものとして、以下の演算式で表わされるβを第２の指標として用いる。
β＝ΔＴＴｍ／ΔＴＴｃ
【００５３】
実施例２の判定でα≒αｏとなった場合は、更に以下の判定を続けて行う。すなわち、
・β＞βｏ  ⇒半径方向中央部で局所発熱の可能性あり
と判定する。なお、βｏは実施例２のαｏと同様な方法で求められた運転初期における前記βの値を意味する。
【００５４】
本方法を加えることにより、中央部局所発熱の有無が判定でき、更に詳細で確度の高い検知手段が得られる。
【実施例４】
【００５５】
本実施例では蓄電池で使われる運転パターンの例として、充放電を周期的に繰り返すサイクル運転時における発熱分布変化検知方法について示す。
【００５６】
図５ａの左図にサイクル運転パターンの一例を示す。充電⇒休止⇒放電⇒休止、という一連の操作を繰り返す運転パターンである。右図は運転を開始してからＸ時間経過後のサイクルパターンを示すが、充放電の電流値Ｉｃ，Ｉｄ、充放電時間ｔｃ，ｔｄ、休止時間ｔｂ１，ｔｂ２は全く運転開始時と同じとする。
【００５７】
図５ｂは図５ａの電流変化に対応して、この時の捲回体の最内側，最外側及び環境の温度変化をそれぞれ示すものであり、左図が開始初期であり、右図がＸ時間経過後の温度変化を示す。
【００５８】
捲回体の最内，最外とも同じような温度プロファイルを示しており、充放電が開始されると同時に温度が上昇し、休止に入ると温度が降下する。そのタイミングは最内，最外でほとんど時間差はない。また、充放電時間が短いため、両温度ともサイクルを通して先の図４ｂのような温度が定常状態に達する様子は見られない。そして、右図のＸ時間後の温度プロファイルはＴｉ，Ｔｏとも開始初期に比べて劣化等により発熱量が増えるため、全体的に温度が高くなる傾向を示すのが普通である。
【００５９】
このように１サイクル内で温度変化が生じている場合は、以下の方法によりＸ時間後の発熱分布変化の有無を検知する。
【００６０】
まず、実施例２で述べたような方法で事前にαｏを求めるが、このような充電と放電を繰り返す運転パターンの場合には、充電時と放電時においてそれぞれ先の図４ａに示すような電流変化により充電時のαｏ、放電時のαｏを求めておく。そのときの値をそれぞれαｃ，αｄとする。
【００６１】
運転開始初期時にまず図５ｂ左図に示す充電終了時のＡ点において、前記Ｔｉ，Ｔｏ，Ｔ∞を計測し、同時に前記ΔＴ（１），ΔＴｃ（１）を求め、記憶しておく。同様に放電終了時のＢ点においても、前記Ｔｉ，Ｔｏ，Ｔ∞を計測し、同時に前記ΔＴ，ΔＴｃを求め、記憶しておく。
【００６２】
次にＸ時間経過後において、Ａ点，Ｂ点で運転開始初期と同じ手順で温度計測を行い、前記ΔＴ（２），ΔＴｃ（２）を求める。
【００６３】
次に判定方法であるが、充電時でも放電時でも方法は全く同じであるため、ここでは充電時の発熱分布変化の検知について示す。
｛１｝ΔＴｃ（２）とΔＴｃ（１）の差、すなわちΔＴＴｃが小さい場合は、発熱量の
変化は小さいと判断し、前記実施例１に示されたΔＴＴの正負判定により行う。
｛２｝明らかにΔＴＴｃが大きい場合は、Ｘ時間経過中に明らかに発熱量増加があった
と判断し、前記実施例２に示されたα（＝ΔＴＴ／ΔＴＴｃ）と前記αｃとの比
較判定により行う。
【００６４】
本実施例により、温度が非定常なサイクル運転時においても発熱密度分布変化の有無を判定でき、運用面において本検出方法の適用範囲が拡大する。
【実施例５】
【００６５】
第５の実施例として、実電池に取り付ける温度センサーの取り付け位置について説明する。図６は円筒型電池の捲回軸方向中央近傍の縦断面であり、温度計測点は計測点＜１＞１２，計測点＜２＞１３の２箇所であり、それぞれ、軸方向中央近傍の電池缶１１の外表面と捲回体１の中心部に備わる捲回体軸芯９の内表面１０に取り付けられる。温度センサーは熱電対あるいはサーミスターとした。
【００６６】
一般に、セル内部へのセンサー挿入は、場合によっては絶縁が損なわれ、最悪の場合、内部短絡することも考えられる。本実施例はその点に留意したもので、いずれの測定位置も絶縁的に問題の少ない計測位置を選んでいる。また、軸方向については最も温度が高くなる中央近傍が信頼性の面から好ましい位置である。
【００６７】
しかし、半径方向のセンサー取り付け位置に関しては本実施例の位置に限定されるものでなく、捲回体側内部に取り付けても検出方法に影響を及ぼすものではない。
【実施例６】
【００６８】
図７に第６の実施例として複数個の二次電池からなる蓄電池モジュールにおける検出システムを示す。蓄電池モジュール３０には複数の単電池２０が収められている。
【００６９】
検出システムは温度計測部３１，演算手段３２，データ記録用メモリー３３，運転モニター画面３４，データ送信手段３５，モジュールの電流・電圧計測装置３６および温度センサーである熱電対１００，１０１，１０２，モジュールの電流・電圧計測線１０４から構成される。
【００７０】
蓄電池モジュール３０の内部には単電池２０が複数本配置されている。本実施例では、その中の一本の単電池２０Ａに対して先の図６に記載の計測点＜１＞１２，計測点＜２＞１３に熱電対１００および１０１が取り付けられ、温度計測部３１に接続され、該計測部に３１に温度信号が取り込まれる。
【００７１】
また、蓄電池モジュール３０内空間部の計測点＜３＞１４に熱電対１０２が取り付けられ、温度計測部３１に接続され、該計測部に３１に温度信号が取り込まれる。なお、温度センサーは熱電対に限らず、サーミスターその他の温度センサーでも問題ない。
【００７２】
前記温度計測部３１に取り込まれた前記の各温度データは温度データ信号５１として演算手段３２に送られる。また、電流・電圧計測線１０４を通じてモジュールの電流，電圧計測装置３６に取り込まれた電流・電圧データも該電流・電圧計測装置により電流・電圧信号５４として演算手段３２に送られる。
【００７３】
演算手段３２とデータ記録用メモリー３３との間にはデータ信号５２のやり取りが行われ、演算手段３２で作成されたデータがデータ信号５２としてデータ記録用メモリー３３に送られたり、逆にデータ記録用メモリー３３内のデータがデータ信号５２としてデータ演算手段３２に送られたりする。また、演算手段で出力される検出結果は検出結果信号５３として電池運転者の運転モニター画面３４に出力される。なお、検出結果信号５３はデータ送信手段３５を有することにより、さらに関係部署、例えば保守・管理会社等へも送信されることも可能である。
【００７４】
次に、前記演算手段３２で行われる処理内容を図７，図８及び図９にて説明する。
【００７５】
まず、通常時の運転中での演算内容について図７，図８を用いて説明する。演算手段３２は、温度計測部３１から計測点＜１＞１２の捲回体中央部温度Ｔｉ、計測点＜２＞１３の電池缶表面温度Ｔｓ、計測点＜３＞１４の環境温度Ｔ∞を受け取り、また、電流・電圧計測装置３６から電流及び電圧データを受け取る。なお、温度計測部３１に関して計測点＜１＞の温度を計測する機能・部位を第１の温度測定部と、温度計測部３１に関して計測点＜２＞の温度を計測する機能・部位を第２の温度測定部と、温度計測部３１に関して計測点＜３＞の温度を計測する機能・部位を第３の温度測定部と定義する。
【００７６】
次に、上記演算手段３２に入力された計測点＜１＞１２の捲回体中央部温度Ｔｉ、計測点＜２＞１３の電池缶表面温度Ｔｓ、計測点＜３＞１４の環境温度Ｔ∞からΔＴ（＝Ｔｉ−Ｔｓ）、及びΔＴｃ（＝Ｔｓ−Ｔ∞）が上記演算手段３２にて計算される。そして、演算手段３２は前記各温度とΔＴ，ΔＴｃ、さらには前記電流及び電圧データをデータ信号５２としてデータ記録用メモリー３３に送る。なお、データ記録用メモリー３３は送られてきた前記データをメモリーに記憶する。通常時は上記の処理内容をある時間間隔をあけて繰り返すことになる。ここで、演算手段３２に関して、２つの計測点の温度から温度差を算出する機能，部位を温度差演算部という。
【００７７】
次に、診断時の演算処理内容について図７と図９を用いて説明する。診断時期が来ると、前記演算手段３２は前記データ記録用メモリー３３に保存されたデータの中から診断に必要なデータセットを決定する。ここでいう必要なデータセットとは前記ΔＴ，ΔＴｃであり、変化前のΔＴ（１），ΔＴｃ（１）、及び変化後のΔＴ（２），ΔＴｃ（２）を決定する。基本的に変化前のデータΔＴ（１），ΔＴｃ（１）は運転開始初期の、変化後のデータΔＴ（２），ΔＴｃ（２）は診断直前のデータが好ましい。あるいは診断直前のデータの中で、ΔＴＴｃが大きく変化している箇所があれば、その箇所の変化前ΔＴ（１），ΔＴｃ（１）、変化後ΔＴ（２），ΔＴｃ（２）を用いることも診断精度の面から有力である。ここで、演算手段３２に関して、２つの計測点の温度差について、変化前と変化後とで変化量を算出する機能，部位を変化量演算部という。
【００７８】
データセットが決まったらデータ記録用メモリー３３から演算手段３２に必要なデータセットをデータ信号５２として取り込む。そして前記データセットからΔＴＴ（＝ΔＴ（２）−ΔＴ（１））とΔＴＴｃ（＝ΔＴｃ（２）−ΔＴｃ（１））を計算する。
【００７９】
次に、前記ΔＴＴｃの絶対値をとり、絶対値がゼロに近いか明らかにゼロでないかを判定する。この判定が難しい場合には、前記データセットに電流や電圧のデータも加え、明らかに発熱量の増減があったかどうかを判定する。例えば、もし電流が増加していれば、当然発熱量変化ありと判断できる。逆に電流変化がなく、｜ΔＴＴｃ｜が完全にゼロでない場合には小さいながらも電流増減以外の理由で発熱量変化の可能性ありと判断することができる。
【００８０】
図９の左側のフローは｜ΔＴＴｃ｜が小（ゼロに近い）の場合を示し、この場合の判定は先の実施例１で示した判定方法が使われる。すなわち、下記のとおりである。
［１］ΔＴＴｃ≧０かつΔＴＴ＜０の場合
発熱量の変化は小さいが、半径方向中央より外側で発熱密度がより大きい。
［２］ΔＴＴｃ≦０かつΔＴＴ＞０の場合
発熱量の変化は小さいが、半径方向中央より中心側で発熱密度がより大きい。
［３］ΔＴＴ≒０の場合
発熱量の変化は小さく、発熱密度変化もないか、中央付近に偏る可能性あり。
【００８１】
なお、上述の判定には以下のような判定方法を使うことも可能である。ΔＴＴｃの絶対値が所定の値よりも小さい（ゼロに近い）のであれば、ΔＴＴの検出結果の正当性を担保でき、ΔＴＴの値の大きさのみに基づいて捲回群の発熱密度分布を検出することができる。
［１−１］ΔＴＴ＜Ａの場合
半径方向中央より外側で発熱密度がより大きい。
［２−１］ΔＴＴ＞Ｂの場合
半径方向中央より中心側で発熱密度がより大きい。
［３−１］Ａ≦ΔＴＴ≦Ｂの場合
均一に発熱密度が分布している、または半径方向中央の発熱密度が大きい。
ここで、Ａは第１の閾値といい、Ｂは第２の閾値という。
【００８２】
｜ΔＴＴｃ｜が大きい場合には明らかに発熱量が変化していると判定される。特に、ΔＴＴｃが正の値をとる場合が発熱量増加を生じているので診断上問題となるケースである。この場合には図９の右側のフローに進み、演算３として、α＝ΔＴＴ／ΔＴＴｃの計算が行われる。
【００８３】
そして、この場合の判定は、このαを用いて先の実施例２で示した判定方法が使われる。すなわち、下記のとおりである。
［４］α＜αｏの場合
半径方向中央より外側で発熱密度がより大きい。
［５］α＞αｏの場合
半径方向中央より内側で発熱密度がより大きい。
［６］α≒αｏの場合
均一に発熱密度が分布している、または半径方向中央の発熱密度が大きい。
【００８４】
なお、αｏは先の実施例２で述べたように、運転初期におけるαのことを意味する。
【００８５】
なお、上述の判定には以下のような判定方法を使うことも可能である。上述のαｏにある一定の値の幅をもたせるのであれば、［４］〜［６］の式を以下のように変更して表現することができる。
［４−１］α＜Ｃの場合
半径方向中央より外側で発熱密度がより大きい。
［５−１］α＞Ｄの場合
半径方向中央より中心側で発熱密度がより大きい。
［６−１］Ｃ≦α≦Ｄの場合
均一に発熱密度が分布している、または半径方向中央の発熱密度が大きい。
ここで、Ｃは第３の閾値といい、Ｄは第４の閾値という。
【００８６】
こうして得られた上記の［１］〜［６］までの判定結果すなわち、発熱量変化の有無，発熱分布変化の有無とその様相に関する検出結果が検出結果信号５３として演算手段３２から出力される。ここで、演算手段３２に関して、発熱分布を検出する機能，部位を発熱分布検出部という。
【００８７】
なお、演算処理の中では上記データ記録用メモリー３３に保存された電流・電圧データを分析することにより、充放電時の電圧変化の異常や内部抵抗の算定などを行うことにより、発熱分布変化の有無及び様相について更に確度の高い診断判定を行うことができる。
【００８８】
本実施例ではモジュール内の特定の電池たとえば最も環境温度が厳しくなるところに位置する電池、あるいは直並列に配置された電池群において直列セル群単位に一個の検出用電池を組み込むことにより、最小限の検出用電池数でモジュール全体の運転制御，保守・管理を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
本発明は、二次電池の内部で生じる異常を検知する方法に関するものであり、ハイブリッド自動車や電気自動車、および、ハイブリッド鉄道車両、更には、電力貯蔵などの産業用蓄電池などに用いられる二次電池や二次電池モジュールや電池パックの状態診断方法及び状態診断システムとして利用可能である。
【符号の説明】
【００９０】
１  捲回体
１０  捲回体軸芯内表面
１１  電池缶
１２  計測点＜１＞
１３  計測点＜２＞
１４  計測点＜３＞
２０  単電池
３０  蓄電池モジュール
３１  温度計測部
３２  演算手段
３３  データ記録用メモリー
４０  温度分布
５１  温度データ信号
５２  データ信号
１００〜１０２  熱電対
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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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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