(57)【要約】【課題】電池スタックを分解することなく（非破壊により）、拘束バンドによる拘束力を正確に測定できる拘束力検査方法を提供するものである。【解決手段】複数の単電池を積層してなる積層体と、この積層体の両端に位置する一対のエンドプレートと、前記一対のエンドプレートに取り付けられることにより前記積層体を拘束する拘束バンドとを備えた電池スタックにおける前記拘束バンドの拘束力を検査する電池スタックの拘束力検査方法であって、前記積層体を加振して振動周波数を取得する取得ステップと、前記取得ステップによる取得結果に基づき、前記拘束バンドによる拘束力を判定する判定ステップと、を有することを特徴とする電池スタックの拘束力検査方法。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の単電池を積層してなる積層体と、この積層体の両端に位置する一対のエンドプレートと、前記一対のエンドプレートに取り付けられることにより前記積層体を拘束する拘束バンドと、を備えた電池スタックにおける前記拘束バンドの拘束力を検査する電池スタックの拘束力検査方法であって、
前記積層体を加振して振動周波数を取得する取得ステップと、
前記取得ステップによる取得結果に基づき、前記拘束バンドによる拘束力を判定する判定ステップと、
を有することを特徴とする電池スタックの拘束力検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の単電池を積層した積層体を拘束バンドにより拘束してなる電池スタックにおける拘束バンドの拘束力を検査する拘束力検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、電気自動車では、モータを駆動させる電源として、電池スタックが使用されている。この電池スタックは、複数の単電池およびスペーサ部材を交互に積層し、この積層体の両端に一対のエンドプレートを配置することにより構成される。積層体は、エンドプレートに取り付けられた拘束バンドにより拘束される。リチウムイオン電池としての単電池は、一定以上の圧力で加圧することにより所望の出力が得られるため、拘束バンドによる拘束力を検査することは非常に重要である。
【０００３】
特許文献１は、拘束バンドに振動を与えて、この振動状態を測定するだけで、拘束バンドによる拘束力を非破壊により測定して検査する技術を開示する。
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３０５３２０号公報
【発明の開示】
【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の測定方法では、拘束バンドを加振することにより得られる振動周波数に基づき、拘束バンドの拘束力を計測するため、他の構成要素、すなわち、単電池、スペーサ部材およびエンドプレートなどの影響を受けてしまい、拘束バンドの拘束力を正確に測定することができなかった。具体的には、本出願人が実験したところ、周波数と拘束力との関係が、実際の拘束バンドの拘束力の曲線に対して、特許文献１の測定方法による拘束バンドの拘束力の曲線が大きくずれていた。特に大きな拘束力の測定については、周波数に対する拘束力の関係が、特許文献１に記載の測定方法では、実際の拘束力よりも高く測定されていた。このように、実際の拘束力よりも測定値が高いと、所定の拘束力よりも高いと判定された場合においても、実際には所定の拘束力よりも拘束力が小さいことがあった。
【０００６】
そこで、本願発明は、電池スタックを分解することなく（非破壊により）、拘束バンドによる拘束力を正確に測定できる拘束力検査方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の拘束力検査方法は、複数の単電池を積層してなる積層体と、この積層体の両端に位置する一対のエンドプレートと、前記一対のエンドプレートに取り付けられることにより前記積層体を拘束する拘束バンドとを備えた電池スタックにおける前記拘束バンドの拘束力を検査する電池スタックの拘束力検査方法であって、
前記積層体を加振して振動周波数を取得する取得ステップと、前記取得ステップによる取得結果に基づき、前記拘束バンドによる拘束力を判定する判定ステップと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、電池スタックを分解することなく（非破壊により）、拘束バンドによる拘束力を正確に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】電池スタックの斜視図である。
【図２】電池スタックの分解斜視図である。
【図３】本発明の第１実施形態における検査方法の概略図である。
【図４】本発明の拘束力検査方法における制御フローチャートである。
【図５】荷重と周波数の関係を示した関係図である。
【図６】電池スタックにおけるモデリング図である。
【図７】拘束バンドおよび積層体における荷重と周波数の関係を示した関係図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
（第１実施形態）
以下、本発明の電池スタックにおける拘束バンドの拘束力検査方法の一実施形態について説明する。ここで、図１は電池スタックの斜視図であり、図２は電池スタックの分解斜視図である。図１における矢印は、吸気方向及び排気方向を示している。図２では、吸気チャンバ、排気チャンバ及び拘束バンドを省略している。
【００１１】
図１に示すように、電池スタック１は、底板１１と、底板１１の上に２列に載置された積層体１２と、積層体１２の一方の側面から空気を吸気する吸気チャンバ１３と、吸気チャンバ１３により積層体１２内に吸気された空気を吸気チャンバ１３の取り付け面に対向する側から排気する排気チャンバ１４と、各積層体１２の上下外周を拘束する拘束バンド１５からなる。
【００１２】
積層体１２は、図２に示すように複数の単電池１２１および複数のスペーサ部材１２２をｘ軸方向に交互に積層し、その積層方向の端部をエンドプレート１２３により挟持したものである。ここで、単電池１２１は、リチウムイオン電池であり、内部に発電要素を収容している。単電池１２１の上端面側には、Ｙ軸方向に並んで正極端子及び負極端子が設けられている。Ｘ軸方向に隣接する単電池１２１は、バスバー（不図示）を介して直列に接続されている。
【００１３】
拘束バンド１５は、電池スタック１の上端面及び下端面に沿ってＸ軸方向に延びており、その両端部は下方に折れ曲がっている。この曲げ部をエンドプレート１２３に固定することにより、一対のエンドプレート１２３が互いに接近する方向に加圧される。この拘束バンド１５をエンドプレート１２３のＹ−Ｚ断面における４隅の計４カ所に取り付ける。このようにエンドプレート１２３の４隅を拘束バンド１５で拘束することにより、積層体１２を圧縮している。これにより、積層された複数の単電池１２１における性能を維持することができる。ここで、各拘束バンド１５の電池スタック１に対する拘束力は、拘束バンド締付け装置（不図示）により、積層体１２に対して必要十分な拘束力（設計値）を備えるように設定する。
【００１４】
この必要十分な拘束力よりも低い拘束力で積層体１２を拘束すると、単電池１２１の所望の入出力特性が得られなくなるおそれがある。そのため、積層体１２が所定の拘束力で拘束されているか否かを確認することが必要である。
【００１５】
そこで、次に拘束バンド１５の拘束力を検査する測定方法について以下に説明する。
【００１６】
図３に、第１の実施形態の測定方法についての概念図を示す。この測定装置は、ハンマリング法を用いた測定方法による装置であって、積層体１２をハンマリング（打撃）するためのインパクトハンマ２と、このインパクトハンマ２を駆動するためのアクチュエータ駆動装置（不図示）と、積層体１２の振動状態を示す振動波形の周波数を測定するための加速度ピック３と、この加速度ピック３の測定結果に基づき周波数を分析するための周波数分析装置４とを備える。なお、インパクトハンマ２をアクチュエータ駆動装置で駆動することで、常に所定の力により積層体１２を叩くことができる。
【００１７】
図４に、拘束力検査方法をフローチャートで示す。先ず、ステップＳ１０１の加振測定工程では、ハンマリングを行うと共に、拘束バンド１５の振動波形を加速度ピック３により測定する。すなわち、アクチュエータ駆動装置によりインパクトハンマ２を駆動させて、積層体１２を叩くことで、積層体１２に振動を与える。ここで、積層体１２をインパクトハンマ２で叩く位置はどこでもよいが、振動の発生しやすさから積層体１２のＸ軸方向中央が効果的である。このように積層体１２をインパクトハンマ２で叩くことで、積層体１２に様々な周波数の振動を一時に与えたのと同じ状態にすることができる。この加振された積層体１２において生じた振動波形の周波数を加速度ピック３により測定する。
【００１８】
次に加速度ピック３により測定された測定結果は、周波数分析装置４に送られる。この分析判定工程Ｓ１０２（判定工程）では、加速度ピック３により測定された周波数をＦＦＴ解析して、積層体１２における周波数を分析する。この分析された周波数（ｆ）が、予め定められた所定の範囲内（Ａ≦ｆ≦Ｂ）であるか否かの判定を行う。この所定の範囲の設定は、図５に示されるような拘束力（荷重）と周波数との関係から、設計荷重（設計拘束力）の上限値から下限値に対応する周波数とする。
【００１９】
この分析判定工程において、加速度ピック３により測定された周波数が所定の範囲内にあると判定された場合は、周波数分析装置４においてＯＫを表示させて、周波数分析装置４の操作者に対して設計基準を満たした電池スタック１であることを報知する。反対に、分析判定工程で、加速度ピック３により測定された周波数が所定の範囲内にないと判定された場合は、周波数分析装置４においてＮＧを表示させる。
【００２０】
ところで、本発明における拘束バンド１５の拘束力の測定は、拘束バンド１５の振動波形ではなく、積層体１２の振動波形を測定する。この理由としては、拘束バンド１５自体を測定する場合、その他の部材である積層体１２（単電池１２１、スペーサ部材１２２、エンドプレート１２３など）や底板１１の振動による影響を受けるためである。このため、単に拘束バンド１５の振動波形を加速度ピック３により測定するだけでは、正確な拘束バンド１５の拘束力を測定することはできない。
【００２１】
これに対して、積層体１２はエンドプレート１２３を介して拘束バンド１５により互いに接近するように圧力がかけられているため、他の部材、例えば、拘束バンド１５や底板１１の影響を受けにくい。このため、積層体１２の振動波形における周波数を測定する場合は、特に積層体１２以外の部材の振動を考慮することなく、測定することができる。
【００２２】
また、積層体１２の膨出力は、拘束バンド１５の拘束力と常につり合った状態にあるため、積層体１２の膨出力を測定することで、拘束バンド１５の拘束力を算出することができる。これを具体的に説明するために、次に拘束バンド１５および積層体１２をバネに仮定したモデリングとして説明する。積層体１２の膨出力をバネ定数ｋ１、拘束バンド１５の拘束力をバネ定数ｋ２とする。積層体１２の変位量および拘束バンド１５の変位量は、それぞれｘ１、ｘ２とする。
【００２３】
積層体１２は、上部および下部を拘束バンド１５により拘束されているため、Ｘ−Ｚ断面において、図６のように積層体１２を中央にして上下に拘束バンド１５が位置している。ここで、拘束バンド１５の拘束力をＦ２とし、積層体１２の膨出力をＦ１とすると、これらの力（Ｆ１、Ｆ２）は、以下の式（１）および（２）で表される。
2013026201.tif 000003
積層体１２は、Ｘ−Ｚ断面における４隅の計４カ所において拘束バンド１５で拘束されている。そして、この積層体１２の膨出力と拘束バンド１５の拘束力は釣り合っており、この関係は式（３）のように表す。さらに、この式（３）に式（１）および（２）の関係を考慮して整理すると、式（４）のようになる。
2013026201.tif 000004
このように、拘束バンド１５の拘束力は、積層体１２の膨出力の１／４に相当することが分かる。この関係から、単に積層体１２の膨出力を算出するだけで、拘束バンド１５の拘束力も算出することができる。
【００２４】
さらに、本出願人が実験したところ、積層体１２における周波数と荷重との関係についての曲線は、拘束バンド１５における周波数と荷重との関係の曲線に比べて緩やかな曲線となった。このように周波数と荷重との関係の曲線の傾きが緩やかであると、加速度ピック３により測定された周波数が実際の積層体１２の周波数からずれた周波数となった場合においても、周波数分析装置４により算出される荷重が実際に積層体１２に働く荷重（拘束力）から大きくずれることはない。すなわち、拘束バンド１５における周波数測定に比べて、積層体１２における周波数測定が他の部材の振動の影響を受けてずれた周波数を測定したとしても、積層体１２における実際の荷重（拘束力）から大きくずれた荷重（拘束力）を周波数分析装置４により算出することはない。
【００２５】
以上のように、本実施形態の測定方法は、インパクトハンマ２で加振された積層体１２における周波数を測定するだけで、拘束バンド１５の拘束力を正確に算出することができる。また、単にインパクトハンマ２で積層体１２を加振して、加振された積層体１２の振動を加速度ピック３で計測するだけのため、電池スタック１を特に分解せずに（非破壊で）拘束バンド１５の拘束力を測定することができる。
【００２６】
さらに、本実施形態の測定方法は、電池スタック１を非破壊により拘束バンド１５の拘束力を測定することができるため、電池スタック１を車両に搭載した状態においても簡単に拘束バンド１５の拘束力を測定することができる。これにより、電池スタック１が使用期間の長期化に伴う経年劣化の度合いについても正確に確認することができる。
【００２７】
（第２実施形態）
第１実施形態では、アクチュエータ駆動装置によりインパクトハンマ２で電池スタック１を加振させるものとして説明したが、特にこれに限られることはなく、例えば、図７のように電池スタック１を加振機５により加振させる構成としても良い。このように加振機５を用いることで、積層体１２に加速度ピック３を当接させるのみで、拘束バンド１５の拘束力を測定することができる。
【００２８】
本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他の様々な形で実施することができる。そのため、前述の実施の形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する全ての変形、様々な改良、代替および改質は、すべて本発明の範囲内のものである。
【符号の説明】
【００２９】
１      電池スタック
１１    底板
１２    積層体
１２１  単電池
１２２  スペーサ部材
１２３  エンドプレート
１３    吸気チャンバ
１４    排気チャンバ
１５    拘束バンド
２      インパクトハンマ
３      加速度ピック
４      周波数分析装置
５      加振機
【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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