JP2008288168A

JP2008288168A - 組電池、組電池システム、及び組電池システムの運転方法

Info

Publication number: JP2008288168A
Application number: JP2007134570A
Authority: JP
Inventors: Kazuyoshi Obayashi; 和良大林; Shusuke Takahashi; 秀典高橋
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-05-21
Filing date: 2007-05-21
Publication date: 2008-11-27

Abstract

【課題】積層体に加わる締結荷重の変化に応じて積層体の締結荷重を調整することができる組電池、当該組電池を備える組電池システム、及び組電池システムの運転方法を提供する。
【解決手段】複数個の単電池を積層した積層体を含む組電池であって、前記積層体の積層方向に加わる締結荷重を変える締結荷重可変手段と、前記積層体の締結荷重及び前記積層体の電気特性のうち少なくともいずれか一方を検出する検出手段と、前記検出した締結荷重及び電気特性のうち少なくともいずれか一方の値に基づいて前記締結荷重を制御する制御手段とを備えることを特徴とする組電池。
【選択図】図１

Description

本発明は、組電池、組電池システム、及び組電池システムの運転方法の技術に関する。

二次電池、燃料電池等の単電池を複数積層した組電池及び当該組電池を並列接続させた組電池システムは、電気容量が大きく、かつ高電圧が要求される電気自動車等のエネルギー源として利用されつつある。

図１５は、一般的な組電池システムの構成を説明するための模式図である。図１５に示すように、組電池システム７は、並列接続した複数の組電池８（図１５では、一例として、並列接続した３個の組電池８）と、各組電池８に接続したＤＣＤＣコンバータ４３とを備える。ＤＣＤＣコンバータ４３は、各組電池８の内部抵抗のばらつき等によって、各組電池８に入出力される電流のばらつきを防ぐものである。

図１６は、組電池システムに用いられる組電池の構成を示す側面模式図である。図１６に示すように、組電池８は、単電池４４が複数個積層した積層体４５と、積層体４５の積層方向（矢印Ａ）の両端に配置される拘束板４６と、拘束板４６に固定される連結部材４８とを備える。

連結部材４８は、連結部材４８の端部４８ａをねじ切り加工等して、拘束板４６に設けられた孔部（不図示）に挿通させ、挿通させた連結部材４８の端部４８ａをナット５０により締め付けて、固定されている。

また、ナット５０を締め付けることによって、積層体４５に締結荷重が加わり、積層体４５が固定される。

積層体４５を構成する単電池４４は、使用によって膨張し、締結荷重が必要以上に積層体４５に加わる場合がある。このような場合、積層体４５に必要以上に締結荷重が加わることを防止するために、単電池４４間に波板状のばねにより構成されるスペーサを挟み込んだ組電池が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、積層体４５を固定する方法としては、ナットの締め付けによるものに限られず、例えば、連結部材４８にばね部材を用いて、ばね部材の引張弾性を利用して積層体４５を締め付け固定する組電池が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

しかし、上記一般的な組電池（図１６に示す組電池８）、特許文献２の組電池では、連結部材４８、ばね部材等は、経年変化により劣化して、伸びてしまい、積層体４５を締め付ける圧力、すなわち積層体４５の締結荷重が低下してしまう場合がある。積層体４５の締結荷重が低下すると、積層体４５からの単電池４４の脱落、積層体４５の内部抵抗の増加等、組電池８の電池性能を低下させてしまう場合がある。

また、特許文献１の組電池も、波板状のばねが、経年変化により劣化して、伸びてしまう場合がある。波板状のばねが伸びてしまうと、積層体４５に必要以上に加わる締結荷重を緩和することができない場合がある。締結荷重が必要以上に加わると、連結部材４８等が伸びて、上記説明した、組電池８の電池性能の低下に繋がる場合がある。

特開２０００−４８８６７号公報特開２００５−１１６４２９号公報

本発明は、積層体に加わる締結荷重の変化に応じて積層体の締結荷重を調整することができる組電池、当該組電池を備える組電池システム、及び組電池システムの運転方法である。

本発明は、複数個の単電池を積層した積層体を含む組電池であって、前記積層体の積層方向に加わる締結荷重を変える締結荷重可変手段と、前記積層体の締結荷重及び前記積層体の電気特性のうち少なくともいずれか一方を検出する検出手段と、前記検出した締結荷重及び電気特性のうち少なくともいずれか一方の値に基づいて前記締結荷重を制御する制御手段とを備える。

また、前記組電池において、前記組電池は、前記積層体の積層方向両端に備えられた拘束板に固定される連結部材を含み、前記締結荷重可変手段は、前記連結部材を伸縮させることにより前記締結荷重を変えることが好ましい。

また、前記組電池において、前記締結荷重可変手段は、圧力媒体が供給・排出されることにより膨張・収縮する圧力パックであることが好ましい。

また、前記組電池において、前記締結荷重可変手段は、駆動信号に応じて伸縮する圧電素子であることが好ましい。

また、前記組電池において、前記積層体の電気特性とは、前記積層体の内部抵抗であることが好ましい。

また、前記組電池において、前記積層体の電気特性とは、前記積層体のＳＯＣであることが好ましい。

また、前記組電池において、前記積層体の温度を検出する温度検出手段を備え、前記制御手段は、さらに前記積層体のＳＯＣの値に基づいて制御される締結荷重の値を前記検出した積層体の温度に応じて補正することが好ましい。

また、本発明は、複数個の単電池を積層した積層体を含む組電池が、複数個並列接続した組電池システムであって、前記積層体の積層方向に加わる締結荷重を変える締結荷重可変手段と、前記積層体の締結荷重及び前記積層体の電気特性のうち少なくともいずれか一方を検出する検出手段と、前記検出した締結荷重及び電気特性のうち少なくともいずれか一方の値に基づいて前記締結荷重を制御する制御手段とを備える。

また、前記組電池システムにおいて、前記組電池システムは、前記積層体の積層方向両端に備えられた拘束板に固定される連結部材を含み、前記締結荷重可変手段は、前記連結部材を伸縮させることにより前記締結荷重を変えることが好ましい。

また、前記組電池システムにおいて、前記締結荷重可変手段は、圧力媒体が供給・排出されることにより膨張・収縮する圧力パックであることが好ましい。

また、前記組電池システムにおいて、前記締結荷重可変手段は、駆動信号に応じて伸縮する圧電素子であることが好ましい。

また、前記組電池システムにおいて、前記積層体の電気特性とは、前記積層体の内部抵抗であることが好ましい。

また、前記組電池システムにおいて、前記積層体の電気特性とは、前記積層体のＳＯＣであることが好ましい。

また、前記組電池システムにおいて、前記積層体の温度を検出する温度検出手段を備え、前記制御手段は、さらに前記積層体のＳＯＣの値に基づいて制御される締結荷重の値を前記検出した積層体の温度に応じて補正することが好ましい。

また、本発明は、複数個の単電池を積層した積層体を含む組電池が、複数個並列接続した組電池システムの運転方法であって、前記積層体の積層方向に加わる締結荷重を変える締結荷重可変ステップと、前記積層体の締結荷重を検出する検出ステップと、前記検出した締結荷重の値に基づいて前記締結荷重を制御する制御ステップとを備える。

また、本発明は、複数個の単電池を積層した積層体を含む組電池が、複数個並列接続した組電池システムの運転方法であって、前記積層体の積層方向に加わる締結荷重を変える締結荷重可変ステップと、前記積層体の内部抵抗を検出する検出ステップと、前記検出した内部抵抗の値に基づいて前記締結荷重を制御する制御ステップとを備える。

また、本発明は、複数個の単電池を積層した積層体を含む組電池が、複数個並列接続した組電池システムの運転方法であって、前記積層体の積層方向に加わる締結荷重を変える締結荷重可変ステップと、前記積層体の内部抵抗を検出する検出ステップと、前記組電池システムの発電時に要求される充放電量から組電池毎の充放電割合を決定し、前記検出した内部抵抗及び前記決定した充放電割合に基づいて前記締結荷重を制御する締結荷重制御ステップとを備える。

また、本発明は、複数個の単電池を積層した積層体を含む組電池が、複数個並列接続した組電池システムの運転方法であって、前記積層体の積層方向に加わる締結荷重を変える締結荷重可変ステップと、前記積層体のＳＯＣを検出する検出ステップと、前記検出した積層体のＳＯＣの値に基づいて前記締結荷重を制御する制御ステップとを備える。

また、組電池システムの運転方法において、前記積層体の温度を検出する温度検出ステップを有し、前記制御ステップは、さらに前記積層体のＳＯＣに基づいて制御する締結荷重を前記検出した積層体の温度に応じて補正することが好ましい。

本発明によれば、積層体の積層方向に加わる締結荷重を変える締結荷重可変手段と、積層体の締結荷重及び積層体の電気特性のうち少なくともいずれか一方を検出する検出手段と、検出した締結荷重及び電気特性のうち少なくともいずれか一方の値に基づいて締結荷重を制御する制御手段とを備えることにより、積層体に加わる締結荷重の変化に応じて積層体の締結荷重を調整することができる組電池及び当該組電池を備える組電池システムを提供することができる。

また、本発明によれば、積層体の積層方向に加わる締結荷重を変える締結荷重可変ステップと、積層体の締結荷重を検出する検出ステップと、検出した締結荷重の値に基づいて締結荷重を制御する制御ステップとを備えることにより、積層体に加わる締結荷重の変化に応じて積層体の締結荷重を調整することができる組電池システムの運転方法を提供することができる。

本発明の実施の形態について以下説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る組電池システムの構成の一例を説明するための模式図である。図１に示すように、組電池システム１は、組電池２を並列接続させたものである。なお、図１に示す組電池システム１は、３個の組電池２を並列接続させているが、組電池２の個数は、特に限定されるものではない。

図２は、本発明の実施形態に係る組電池の構成の一例を示す側面模式図である。図２に示すように、組電池２は、単電池３を積層した積層体４と、モータ１０と、積層体の締結荷重を検出する検出手段としての圧力センサ１２と、制御手段としてのコントローラ１４と、拘束板１６と、連結部材１８とを備えるものである。図２に示す積層体４は、６個の単電池３を積層したものを例としているが、単電池３の個数は特に限定されるものではない。本実施形態に用いられる単電池３は、二次電池、キャパシタ等の蓄電体や、燃料電池等の発電体等であれば特に制限されるものではない。

拘束板１６は、積層体４の積層方向（矢印Ａ）の端部に配置されるものである。拘束板１６の材質は、積層体４に加わる締結荷重に耐える強度を有するものであれば特に制限されるものではなく、例えば、ステンレス、チタン等の金属等が挙げられる。

連結部材１８は、連結部材１８の両端部１８ａをねじ切り加工等して、拘束板１６に設けられた孔部（不図示）に挿通させ、挿通させた連結部材１８の両端部１８ａをナット２０により締め付けて、固定されている。また、組電池２の製造時には、ナット２０の締め付けによって、積層体４に締結荷重を加え、積層体４を固定することができる。

連結部材１８の固定は、ナット２０に限定されるものではなく、例えば、上記拘束板１６に設けられている孔部にねじきり加工等を施し、連結部材１８が、直接拘束板１６に設けられる孔部によって締め付け固定できるものでもよい。

本実施形態に用いられる締結加重可変手段は、積層体４の積層方向に加わる締結荷重を変えることができるものであれば特に制限されるものではなく、図２に示すモータ１０及び連結部材１８、又は後述する圧力パック、ピエゾ（ＰＺＴ）素子（圧電素子）等を用いることができる。特に、積層体４に加わる締結荷重を細かく変えることができる点、荷重保持力を小さくすることができる点等から、締結荷重可変手段としては、モータ１０（及び連結部材１８）を用いることが好ましく、面で均一の荷重を掛け易い点等から、後述する圧力パック、ピエゾ（ＰＺＴ）素子等を用いることが好ましい。

図２に示すように、モータ１０は、各連結部材１８に取り付けられ、コントローラ１４と電気的に接続されている。モータ１０の稼動に応じて、連結部材１８を伸縮させることにより、締結荷重を変えることができる。この場合、モータ１０及び連結部材１８が、締結荷重可変手段として機能する。以下に、連結部材１８の伸縮方法の一例を説明する。

図３は、連結部材の伸縮方法の一例を説明するための本実施形態の組電池の一部拡大模式図である。図３に示すように、連結部材１８は、一方の拘束板１６に固定された連結部材１８ｂと他方の拘束板１６に固定された連結部材１８ｃとを締結する締結部材２２を備える。締結部材２２は、連結部材１８ｂ，１８ｃが挿通する孔部２４が設けられている。また孔部２４及び連結部材１８ｂ，１８ｃは、ねじ構造（不図示）になっている。そして、締結部材２２は、モータ１０の稼動に応じて回転する。すなわち、締結部材２２の回転方向によって連結部材１８を伸ばしたり、縮めたりすることができる。したがって、モータ１０の稼動に応じて連結部材１８を伸縮させることにより、拘束板１６間の距離（図３に示すＬ）を伸縮させることができるため、拘束板１６の間にある積層体４の締結荷重を可変させることができる（すなわち、モータ１０及び連結部材１８が締結荷重可変手段として機能する）。

積層体４の締結荷重を可変させるには、必ずしも上記に限定されるものではない。図４は、本発明の実施形態に係る組電池の他の構成の一例を示す側面模式図である。図４に示すように、組電池２ａは、単電池３を積層した積層体４と、モータ１０ａと、積層体の締結荷重を検出する検出手段としての圧力センサ１２と、制御手段としてのコントローラ１４と、拘束板１６と、連結部材１９と、ドライバ２１とを備えるものである。図４に示す組電池２ａにおいて、図２に示す組電池２と同様の構成については同一の符号を付してある。モータ１０ａは、各連結部材１９の一端に取り付けられ、ドライバ２１を介してコントローラ１４と電気的に接続されている。ドライバ２１は、モータ１０ａの駆動信号を発生するものであり、モータ１０ａに組付けられるものであってもよい。各連結部材１９は、直接拘束板１６に設けられる孔部によって締め付け固定されているものであり、モータ１０ａの稼動により回転する。各連結部材１９が回転することによって、拘束板１６同士の距離を伸縮させ、積層体４の締結荷重を可変させることができる（同様にモータ１０ａ及び連結部材１９が締結荷重可変手段として機能する）。

圧力検出手段は、積層体４に加えられている締結荷重を検出し、締結荷重データを出力するものであれば、特に制限されるものではなく、圧力センサ等を用いることができる。圧力センサ１２は、積層体４の端部の単電池３と拘束板１６との間に設けられているものであるが、積層体４に加えられている締結荷重を検出することができれば、どの位置（例えば、単電池３同士間）に設けられていてもよい。また、本実施形態では、積層体４の締結荷重を検出する検出手段（圧力センサ１２等）の代わりに、積層体４の電気特性を検出する電気特性検出手段としての電気特性検出器を用いてもよいし、それらを組み合わせて用いてもよい。圧力センサ及び電気特性検出器を併用することは、検出精度を高める点等で好ましい。図５は、電気特性検出器を用いた本発明の他の実施形態に係る組電池の構成の一例を示す側面模式図である。図５に示す電気特性検出器２６は、積層体４の端子電圧を検出する電圧検出器、積層体４を流れる電流を検出する電流検出器、積層体４の内部抵抗を検出する内部抵抗検出器、積層体４のＳＯＣ（Ｓｔａｔｅｏｆｃｈａｒｇｅ：充電量）を検出するＳＯＣ検出器のうち少なくともいずれか１つを備えるものである。上記でも説明したように、組電池システム１の電池性能は、並列接続された組電池２を構成する積層体４の内部抵抗の影響を受ける点で、電気特性検出器２６としては、内部抵抗検出器を備えることが好ましい。

また、組電池システム１の性能を十分に発揮することができる点で、電気特性検出器２６としては、ＳＯＣ検出器を備えることが好ましい。例えば、単電池３がＬｉイオン電池である場合、Ｌｉイオン電池のＳＯＣが低い状態では、Ｌｉイオン電池内の極板間距離が開いてしまい、その空間に析出物が発生してしまう場合がある。一方、Ｌｉイオン電池のＳＯＣが高い状態では、Ｌｉイオン電池の極板間が膨張することで、極板間に存在するセパレータが圧縮され、内部抵抗の上昇、セパレータのイオン透過率の減少等が起こり電池として機能しなくなる場合がある。したがって、ＳＯＣ検出器によって検出された電池のＳＯＣに基づいて、その後の制御手段としてのコントローラ１４により、締結荷重を制御することができれば、組電池システムの性能を十分に発揮させることができる。ＳＯＣ検出器は、積層体４のＳＯＣを検出することができるものであれば特に制限されるものではない。

制御手段としてのコントローラ１４は、モータ１０と、図２，４に示す圧力センサ１２、図５に示す電気特性検出器２６と電気的に接続されている。コントローラ１４は、図２，４に示す圧力センサ１２に検出された締結荷重、図５に示す電気特性検出器２６により検出された電気特性の値に基づいてモータ１０により加えられる締結荷重を制御することができるものである。また、コントローラ１４は、組電池システムを構成する組電池毎に備えるものであってもよいし、組電池システム全体で１つ備えるものでもよいし、その数については特に制限されるものではない。なお、締結荷重の制御の詳細については後述するが、例えば、コントローラ１４は、拘束板１６間の距離と締結荷重との関係、必要締結荷重と電気特性（内部抵抗、ＳＯＣ）の関係等を表す制御マップと、圧力センサ１２に検出された締結荷重、電気特性検出器２６により検出された電気特性（内部抵抗、ＳＯＣ等）とから、積層体４に加える締結荷重値等を決定し、決定した締結荷重値等となるようにモータ１０により加えられる締結荷重を制御する。

図６は、締結荷重可変手段として圧力パックを用いた本実施形態に係る組電池の構成の一例を示す側面模式図である。図６に示すように、組電池５は、単電池３を積層した積層体４と、締結荷重可変手段としての圧力パック２８と、レギュレータ３０と、圧力ポンプ３２と、油圧配管３４と、制御手段としてのコントローラ１４と、拘束板１６と、連結部材１８とを備えるものである。なお、図１に示す組電池２を構成する部材と同様のものは同一の符号を付している。

油圧配管３４は、レギュレータ３０を介して圧力ポンプ３２の吐出側と圧力パック２８の供給口（不図示）とを接続させるものである。

圧力パック２８は、圧力パック２８中に圧力媒体が供給又は排出されることにより、圧力パック２８が膨張・収縮し、積層体の締結荷重を変えることができるものである。圧力パック２８の配置、個数は特に制限されるものではなく、例えば、積層体４の一端に設けてもよいし、両端に設けてもよいし、単電池３同士間に設けてもよい。圧力パック２８に供給される圧力媒体は、水、オイル等の液体、空気等の液体等を用いることができる。

レギュレータ３０は、圧力ポンプ３２から圧力パック２８へ供給される圧力媒体の流れを停止又は開放等の制御を行うものであり、例えば、減圧バルブや、リリーフバルブ等のバルブ等を用いることができる。また、圧力媒体の流れの停止又は開放時間等は、コントローラ１４によって、制御されている。

本実施形態において、圧力センサを用いる場合には、上記説明したように積層体４の端部に配置してもよいが、図６に示すようにレギュレータ３０に圧力センサ１２ａを備えるものであってもよい。

圧力ポンプ３２は、圧力パック２８に圧力媒体を供給するものである。

図７は、締結荷重可変手段としてピエゾ（ＰＺＴ）素子を用いた本実施形態に係る組電池の構成の一例を示す側面模式図である。図７に示すように、組電池６は、単電池３を積層した積層体４と、締結荷重可変手段としてのピエゾ素子３６と、ドライバ３８と、電源４０と、制御手段としてのコントローラ１４と、圧力検出手段としての圧力センサ１２と、拘束板１６と、連結部材１８とを備えるものである。なお、図１に示す組電池２を構成する部材と同様のものは同一の符号を付している。

ピエゾ素子３６、ドライバ３８、電源４０は、電気的に接続されているものであればよいが、接続には、高圧ハーネス４２を用いることが好ましい。

本実施形態に用いられるピエゾ素子（圧電素子）３６は、ドライバ３８から発生する駆動信号に応じて伸縮することにより、積層体４の締結荷重を変えることができるものである。ピエゾ素子３６の配置、個数は特に制限されるものではなく、例えば、積層体４の一端に設けてもよいし、両端に設けてもよいし、単電池３同士間に設けてもよい。また、ドライバ３８の信号発生時間等は、コントローラ１４によって制御されている。

図８は、本実施形態に係る組電池の他の構成の一例を示す側面模式図である。図８に示すように、組電池２ｂは、単電池３を積層した積層体４と、モータ１０ａと、圧力センサ１２と、制御手段としてのコントローラ１４ａと、拘束板１６と、連結部材１９と、ドライバ２１と、電気特性検出器としてのＳＯＣ検出器２６とを備えるものである。

コントローラ１４ａは、モータ１０ａ、圧力センサ１２、ＳＯＣ検出器２６と電気的に接続されている。コントローラ１４ａは、ＳＯＣ検出器２６により検出されたＳＯＣの値に基づいてドライバ２１を介してモータ１０ａに加えられる締結荷重を制御するものである。締結荷重の制御の詳細については後述するが、例えば、コントローラ１４ａは、締結荷重とＳＯＣとの関係を表す制御マップから、検出したＳＯＣをあてはめて、積層体に加える締結荷重値を決定し、決定した締結荷重値となるようにモータ１０ａにより加えられる締結荷重を制御する。このように、積層体４のＳＯＣに基づいて、締結荷重を制御することができれば、上記でも説明したように、単電池３内の極板間の膨張等による電池性能の低下を抑制することができるため、組電池システムの性能を十分に発揮させることができる。

図９は、本実施形態に係る組電池の他の構成の一例を示す側面模式図である。図９に示す組電池２ｃは、図８に示す組電池２ｂの構成に加え、積層体４の温度を検出する温度検出手段としての温度センサ２３を備えるものである。

温度センサ２３は、コントローラ１４ａと電気的に接続されている。温度センサ２３は、積層体４の端部の単電池３に設けられているが、積層体４の温度を検出することができれば、個数、位置等特に制限されるものではなく、単電池３それぞれに設けられていてもよい。温度センサ２３は、コントローラ１４ａと電気的に接続されている。詳細は後述するが、コントローラ１４ａは、温度センサ２３により検出した温度に応じて、上記決定した締結荷重値を補正する。単電池３の充放電時においては、自身の熱の影響により単電池３が膨張収縮する場合がある。したがって、温度センサ２３により積層体４の温度を検出し、コントローラ１４ａにより積層体４の温度に応じて、上記決定した締結荷重を補正することにより、より精度のよい締結荷重を設定することができる。

以上のように、本実施形態に係る組電池システム及び組電池は、上記締結荷重可変手段、検出手段、制御手段を備えることにより、組電池システムを構成する部材の経年変化等から積層体に加わる締結荷重が変化しても、その変化に応じて積層体の締結荷重を調整することができる。したがって、積層体からの単電池の脱落、積層体の内部抵抗の増加等、組電池の電池性能の低下を抑制することができる。

さらに、図１５に示すような通常の組電池システム７では、各組電池８の内部抵抗のばらつきによって一部の組電池（内部抵抗の低い組電池等）から集中的に充放電することを防ぐために、ＤＣＤＣコンバータ４３を備えている。しかし、ＤＣＤＣコンバータ４３を備えることにより、組電池システム全体の電力効率が損なわれる場合がある。一方、本実施形態では、積層体の締結荷重を調整することによって、積層体の内部抵抗も制御できるため、ＤＣＤＣコンバータを必要とせず、組電池システム全体の電力効率のロスを抑えることができる。

また、積層体の内部抵抗を検出する内部抵抗検出器を用いて検出した内部抵抗の値に基づいて締結荷重を制御することにより、各組電池の内部抵抗のばらつきを制御し、入出力される電流のばらつきを制御することができる。また、積層体のＳＯＣを検出するＳＯＣ検出器を用いて検出したＳＯＣの値に基づいて締結荷重を制御することにより、ＳＯＣの値による電極板間距離の膨張収縮を抑え、組電池の性能を十分に発揮させることができる。

次に、本実施形態に係る組電池システムの運転方法について説明する。図１０は、検出した締結荷重に基づいて積層体の締結荷重を制御する場合の本実施形態に係る組電池システムの運転方法の一例を説明するためのフロー図である。図１０に示す組電池システムの運転方法においては、図１に示す組電池システム１、及び図２に示す組電池２を用いて説明する。

図１０に示すように、まず、ステップＳ１０では、圧力センサ１２により積層体４に加わる締結荷重が検出される（Ｓ１０：検出ステップ）。ステップＳ１２では、コントローラ１４により、基準締結荷重値が設定される。基準締結荷重値は、組電池システムの充放電時に要求される締結荷重値であり、例えば、締結荷重と内部抵抗との関係を表す制御マップから求められる。制御マップは、上記に限られるものではなく、締結荷重値と相関関係を示すものであれば特に制限されるものではない。また、本実施形態では、制御マップにより基準締結荷重値が設定されるが、予め所定の基準締結荷重値が設定されているものであってもよい。

ステップＳ１４では、コントローラ１４によって、上記検出された締結荷重が、上記設定された基準締結荷重値（予め規定した所定の基準締結荷重値も含む）の所定の範囲内となるように、各組電池の積層体４に加える（又は抜く）締結荷重調整値が決定される。ステップＳ１６では、コントローラ１４によって、決定した締結荷重値になるようにモータ１０を制御し（Ｓ１２〜Ｓ１６：制御ステップ）、ステップＳ１８では、モータ１０により連結部材１８を伸縮させ（圧力パック等を用いる場合は油圧パックに供給される圧力媒体の圧力を変える）、締結荷重が変えられる(Ｓ１８：締結荷重可変ステップ)。以上により、検出した締結荷重に基づいて積層体の締結荷重を制御する組電池システムの運転方法が終了する。

次に、本実施形態に係る組電池の運転方法の他の一例について説明する。図１１は、検出した内部抵抗に基づいて積層体の締結荷重を制御する場合の本実施形態に係る組電池システムの運転方法の一例を説明するためのフロー図である。図１１に示す組電池システムの運転方法においては、図１に示す組電池システム１、及び図５に示す組電池２を用いて説明する。

図１１に示すように、まず、ステップＳ２０では、内部抵抗検出器２６により積層体４の内部抵抗が検出される（Ｓ２０：検出ステップ）。ステップＳ２２では、コントローラ１４により、基準内部抵抗値が設定される。基準内部抵抗値は、組電池システムの充放電時に要求される内部抵抗値であり、例えば、締結荷重と内部抵抗との関係を表す制御マップから求められる。制御マップは、上記に限られるものではなく、内部抵抗値と相関関係を示すものであれば特に制限されるものではない。また、本実施形態では、内部抵抗値を例としているが、上記例示したように、端子電圧、電流値等でもよい。しかし、上記説明したように、組電池システムの電池性能は、内部抵抗の影響を受ける点で、必要締結荷重と内部抵抗の関係を表す制御マップから、基準内部抵抗値が設定されることが好ましい。さらに、本実施形態では、制御マップにより基準内部抵抗値が設定されているが、予め所定の基準内部抵抗値が設定されているものであってもよい。

ステップＳ２４では、コントローラ１４によって、上記検出された内部抵抗が、上記設定された基準内部抵抗値（予め規定した所定の基準内部抵抗値も含む）の所定の範囲となるように、各組電池の積層体の内部抵抗調整値が決定される。ステップＳ２６では、コントローラ１４によって、決定された締結荷重になるようにモータ１０を制御し（Ｓ２２〜Ｓ２６：制御ステップ）、ステップＳ２８では、モータ１０により連結部材１８を伸縮させ、各積層体４の締結荷重が変えられる（Ｓ２８：締結荷重可変ステップ）。以上により、検出した内部抵抗に基づいて積層体の締結荷重を制御する組電池システムの運転方法が終了する。

図１２は、各組電池の充放電割合に基づいて締結荷重を制御する場合の本実施形態に係る組電池システムの運転方法の一例を説明するためのフロー図である。図１２に示す組電池システムの運転方法においては、図１に示す組電池システム１、及び図５に示す組電池２を用いて説明する。

図１２に示すように、まず、ステップＳ３０では、内部抵抗検出器２６により、積層体４の内部抵抗が検出される（Ｓ３０：検出ステップ）。ステップ３２では、コントローラ１４により、発電時等により要求される組電池システム全体の充放電量から各組電池の充放電割合が決定される。ステップＳ３４では、コントローラ１４によって、上記決定された充放電割合の範囲となるように、検出された内部抵抗値から内部抵抗値調整値が決定される。充放電割合は、例えば、充放電割合と内部抵抗との関係を組電池の電圧を振りながら求めることができる。

ステップＳ３６では、コントローラ１４によって、決定された内部抵抗調整値となるようにモータ１０を制御し（Ｓ３２〜Ｓ３６：制御ステップ）、ステップＳ３８では、モータ１０により連結部材１８を伸縮させ、締結荷重が変えられる(Ｓ３８：締結荷重可変ステップ)。以上により、充放電割合に基づいて積層体の締結荷重を制御する組電池システムの運転方法が終了する。

図１３は、検出した積層体のＳＯＣに基づいて積層体の締結荷重を制御する場合の本実施形態に係る組電池システムの運転方法の一例を説明するためのフロー図である。図１３に示す組電池システムの運転方法においては、図１に示す組電池システム１、及び図８に示す組電池２ｂを用いて説明する。

図１３に示すように、まず、ステップＳ４０では、ＳＯＣ検出器２６により、積層体４のＳＯＣが検出される（Ｓ４０：検出ステップ）。ステップＳ４２では、コントローラ１４ａにより、基準締結荷重値が設定される。基準締結荷重値は、例えば、締結荷重値と積層体のＳＯＣとの関係を表す制御マップに検出した積層体４のＳＯＣを当てはめることにより算出される。

ステップＳ４４では、圧力センサ１２により、積層体４のＳＯＣ検出時の締結荷重が検出される。ステップＳ４６では、検出された締結荷重が、上記設定した基準締結荷重値の所定の範囲内となるように、各組電池の積層体４に加える（又は抜く）締結荷重調整値が決定される。ステップＳ４８では、コントローラ１４ａによって、決定された締結荷重値となるようにモータを制御し（Ｓ４２〜Ｓ４８：制御ステップ）、ステップＳ５０では、モータ１０ａにより連結部材１９を伸縮させ、締結荷重が変えられる（Ｓ５０：締結荷重可変ステップ）。以上により、検出した積層体のＳＯＣに基づいて積層体の締結荷重を制御する組電池システムの運転方法が終了する。

図１４は、検出した積層体の温度に応じて、積層体のＳＯＣに基づいて制御される締結荷重の値を補正する場合の組電池システムの運転方法の一例を説明するためのフロー図である。図１４に示す組電池システムの運転方法においては、図１に示す組電池システム１及び図９に示す組電池２ｃを用いて説明する。

図１４に示すように、まず、ステップＳ６０では、ＳＯＣ検出器２６により、積層体４のＳＯＣが検出される（Ｓ６０：検出ステップ）。ステップＳ６２では、温度センサ２３により、積層体４の温度が検出される（Ｓ６２：温度検出ステップ）。

ステップＳ６４では、コントローラ１４ａにより、基準締結荷重値が設定される。基準締結荷重値は、例えば、締結荷重値と積層体４のＳＯＣとの関係を表す制御マップに、検出された積層体４のＳＯＣをあてはめることにより算出されるものである。ステップＳ６６では、コントローラ１４ａにより、上記検出された温度に応じて上記設定された基準締結荷重値が補正される。同じ締結荷重でも温度により内部抵抗等は変化するため、温度係数補正マップを用いて基準締結荷重値が補正される。ステップＳ６８では、圧力センサ１２により、検出された積層体４のＳＯＣ時の締結荷重が検出される。ステップＳ７０では、検出された締結荷重が、上記補正された基準締結荷重値の所定の範囲内となるように、各組電池の積層体４に加える（又は抜く）締結荷重調整値が決定される。ステップＳ７２では、コントローラ１４ａによって、決定された締結荷重調整値となるようにモータ１０ａを制御し（Ｓ６４〜Ｓ７２：制御ステップ）、ステップＳ７４では、モータ１０ａにより連結部材１９を伸縮させ、締結荷重が変えられる（Ｓ７４：締結荷重可変ステップ）。以上により、積層体４のＳＯＣに基づいて積層体４の締結荷重を制御する組電池システムの運転方法が終了する。

以上のように、本実施形態に係る組電池システムの運転方法は、上記検出ステップ、制御ステップ、締結荷重可変ステップを備えることにより、組電池システムを構成する部材の経年変化等から積層体に加わる締結荷重が変化しても、その変化に応じて積層体の締結荷重を調整することができる。積層体の内部抵抗を調整。したがって、積層体からの単電池の脱落、積層体の内部抵抗の増加等、組電池の電池性能の低下を抑制することができる。また、積層体の締結荷重を調整することができれば、発電時に要求される充放電量から、各組電池の充放電割合を決定することも可能である。

上記本実施形態に係る組電池及び組電池システムは、例えば、自動車用電源、家庭用電源等として用いることができる。

本発明の実施形態に係る組電池システムの構成の一例を説明するための模式図である。本発明の実施形態に係る組電池の構成の一例を示す側面模式図である。連結部材の伸縮方法の一例を説明するための本実施形態の組電池の一部拡大模式図である。本発明の実施形態に係る組電池の他の構成の一例を示す側面模式図である。電気特性検出器を用いた本発明の他の実施形態に係る組電池の構成の一例を示す側面模式図である。締結荷重可変手段として圧力パックを用いた本実施形態に係る組電池の構成の一例を示す側面模式図である。締結荷重可変手段としてピエゾ（ＰＺＴ）素子を用いた本実施形態に係る組電池の構成の一例を示す側面模式図である。本実施形態に係る組電池の他の構成の一例を示す側面模式図である。本実施形態に係る組電池の他の構成の一例を示す側面模式図である。検出した締結荷重に基づいて積層体の締結荷重を制御する場合の本実施形態に係る組電池システムの運転方法の一例を説明するためのフロー図である。検出した内部抵抗に基づいて積層体の締結荷重を制御する場合の本実施形態に係る組電池システムの運転方法の一例を説明するためのフロー図である。各組電池の充放電割合に基づいて締結荷重を制御する場合の本実施形態に係る組電池システムの運転方法の一例を説明するためのフロー図である。検出した積層体のＳＯＣに基づいて積層体の締結荷重を制御する場合の本実施形態に係る組電池システムの運転方法の一例を説明するためのフロー図である。検出した積層体の温度に応じて、積層体のＳＯＣに基づいて制御される締結荷重の値を補正する場合の組電池システムの運転方法の一例を説明するためのフロー図である。一般的な組電池システムの構成を説明するための模式図である。組電池システムに用いられる組電池の構成を示す側面模式図である。

符号の説明

１，７組電池システム、２，２ａ〜２ｃ，５，６，８組電池、３，４４単電池、４，４５積層体、１０，１０ａモータ、１２，１２ａ圧力センサ、１４，１４ａコントローラ、１６，４６拘束板、１８，１８ｂ〜１８ｃ，１９，４８連結部材、１８ａ，４８ａ端部、２０，５０ナット、２１ドライバ、２２締結部材、２３温度センサ、２４孔部、２６電気特性検出器（内部抵抗検出器、ＳＯＣ検出器）、２８圧力パック、３０レギュレータ、３２圧力ポンプ、３４油圧配管、３６ピエゾ素子、３８ドライバ、４０電源、４２高圧ハーネス、４３ＤＣＤＣコンバータ。

Claims

複数個の単電池を積層した積層体を含む組電池であって、
前記積層体の積層方向に加わる締結荷重を変える締結荷重可変手段と、前記積層体の締結荷重及び前記積層体の電気特性のうち少なくともいずれか一方を検出する検出手段と、前記検出した締結荷重及び電気特性のうち少なくともいずれか一方の値に基づいて前記締結荷重を制御する制御手段とを備えることを特徴とする組電池。
請求項１記載の組電池であって、前記組電池は、前記積層体の積層方向両端に備えられた拘束板に固定される連結部材を含み、前記締結荷重可変手段は、前記連結部材を伸縮させることにより前記締結荷重を変えることを特徴とする組電池。
請求項１記載の組電池であって、前記締結荷重可変手段は、圧力媒体が供給・排出されることにより膨張・収縮する圧力パックであることを特徴とする組電池。
請求項１記載の組電池であって、前記締結荷重可変手段は、駆動信号に応じて伸縮する圧電素子であることを特徴とする組電池。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の組電池であって、前記積層体の電気特性とは、前記積層体の内部抵抗であることを特徴とする組電池。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の組電池であって、前記積層体の電気特性とは、前記積層体のＳＯＣであることを特徴とする組電池。
請求項６記載の組電池であって、前記積層体の温度を検出する温度検出手段を備え、前記制御手段は、さらに前記積層体のＳＯＣの値に基づいて制御される締結荷重の値を前記検出した積層体の温度に応じて補正することを特徴とする組電池。
複数個の単電池を積層した積層体を含む組電池が、複数個並列接続した組電池システムであって、
前記積層体の積層方向に加わる締結荷重を変える締結荷重可変手段と、前記積層体の締結荷重及び前記積層体の電気特性のうち少なくともいずれか一方を検出する検出手段と、前記検出した締結荷重及び電気特性のうち少なくともいずれか一方の値に基づいて前記締結荷重を制御する制御手段とを備えることを特徴とする組電池システム。
請求項８記載の組電池システムであって、前記組電池システムは、前記積層体の積層方向両端に備えられた拘束板に固定される連結部材を含み、前記締結荷重可変手段は、前記連結部材を伸縮させることにより前記締結荷重を変えることを特徴とする組電池システム。
請求項８記載の組電池システムであって、前記締結荷重可変手段は、圧力媒体が供給・排出されることにより膨張・収縮する圧力パックであることを特徴とする組電池システム。
請求項８記載の組電池システムであって、前記締結荷重可変手段は、駆動信号に応じて伸縮する圧電素子であることを特徴とする組電池システム。
請求項８〜１１のいずれか１項に記載の組電池システムであって、前記積層体の電気特性とは、前記積層体の内部抵抗であることを特徴とする組電池システム。
請求項８〜１１のいずれか１項に記載の組電池システムであって、前記積層体の電気特性とは、前記積層体のＳＯＣであることを特徴とする組電池システム。
請求項１３記載の組電池システムであって、前記積層体の温度を検出する温度検出手段を備え、前記制御手段は、さらに前記積層体のＳＯＣの値に基づいて制御される締結荷重の値を前記検出した積層体の温度に応じて補正することを特徴とする組電池システム。
複数個の単電池を積層した積層体を含む組電池が、複数個並列接続した組電池システムの運転方法であって、
前記積層体の積層方向に加わる締結荷重を変える締結荷重可変ステップと、前記積層体の締結荷重を検出する検出ステップと、前記検出した締結荷重の値に基づいて前記締結荷重を制御する制御ステップとを備えることを特徴とする組電池システムの運転方法。
複数個の単電池を積層した積層体を含む組電池が、複数個並列接続した組電池システムの運転方法であって、
前記積層体の積層方向に加わる締結荷重を変える締結荷重可変ステップと、前記積層体の内部抵抗を検出する検出ステップと、前記検出した内部抵抗の値に基づいて前記締結荷重を制御する制御ステップとを備えることを特徴とする組電池システムの運転方法。
複数個の単電池を積層した積層体を含む組電池が、複数個並列接続した組電池システムの運転方法であって、
前記積層体の積層方向に加わる締結荷重を変える締結荷重可変ステップと、前記積層体の内部抵抗を検出する検出ステップと、前記組電池システムの発電時に要求される充放電量から組電池毎の充放電割合を決定し、前記検出した内部抵抗及び前記決定した充放電割合に基づいて前記締結荷重を制御する締結荷重制御ステップとを備えることを特徴とする組電池システムの運転方法。
複数個の単電池を積層した積層体を含む組電池が、複数個並列接続した組電池システムの運転方法であって、
前記積層体の積層方向に加わる締結荷重を変える締結荷重可変ステップと、前記積層体のＳＯＣを検出する検出ステップと、前記検出したＳＯＣの値に基づいて前記締結荷重を制御する制御ステップとを備えることを特徴とする組電池システムの運転方法。
請求項１８記載の組電池システムの運転方法であって、前記積層体の温度を検出する温度検出ステップを有し、前記制御ステップは、さらに前記積層体のＳＯＣに基づいて制御される締結荷重の値を前記検出した積層体の温度に応じて補正することを特徴とする組電池システムの運転方法。