JP2016031263A

JP2016031263A - 蓄電装置の異常検出方法及び蓄電装置の異常検出装置

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Publication number: JP2016031263A
Application number: JP2014152971A
Authority: JP
Inventors: 中村　知広; Tomohiro Nakamura; 知広中村; 泰有秋山; Yasunari Akiyama
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2014-07-28
Filing date: 2014-07-28
Publication date: 2016-03-07
Anticipated expiration: 2034-07-28
Also published as: JP6409389B2

Abstract

【課題】外部端子とバスバー部材との間の接触抵抗の検査と、蓄電装置の内部抵抗の検査とを一つの工程で実施できる蓄電装置の異常検出方法及び蓄電装置の異常検出装置を提供する。【解決手段】この蓄電装置の異常検出方法では、定電流放電又は定電流充電を開始した直後の瞬間抵抗値を所定の閾値と比較し、蓄電装置１１の正極端子１５及び負極端子１６にバスバー部材６を接続したときの接触抵抗の異常の有無を判定する。内部抵抗の瞬間抵抗値と接触抵抗値との間には、瞬間抵抗値が高くなるほど接触抵抗値が高くなるという相関関係がある。したがって、瞬間抵抗値と閾値とを比較することで、正極端子１５及び負極端子１６とバスバー部材６との間の接触抵抗の検査と、蓄電装置１１の内部抵抗の検査とを一つの工程で実施できる。【選択図】図４

Description

本発明は、蓄電装置の異常検出方法及び蓄電装置の異常検出装置に関する。

例えば自動車等の車両に搭載される蓄電モジュールは、容量の確保のために複数の蓄電装置の外部端子同士をバスバー部材で接続することによって構成されている。かかる蓄電モジュールでは、蓄電装置の外部端子の表面に汚れや酸化被膜などが存在すると、外部端子とバスバー部材との間の接触抵抗が大きくなってしまうおそれがある。蓄電装置の抵抗を検出する技術としては、例えば特許文献１に記載の検査方法がある。この従来の検査方法では、隣接する蓄電装置間で正極端子と負極端子との間の抵抗値を測定し、測定値と閾値との比較によって異常の有無を検査している。

特開２００４−８７４１２号公報

上述のような外部端子とバスバー部材との間の接触抵抗の検査は、通常、個々の蓄電装置の内部抵抗の検査とは別に、蓄電装置のモジュール化の際に実施されている。したがって、検査工程が複雑化しているという問題があった。

本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、外部端子とバスバー部材との間の接触抵抗の検査と、蓄電装置の内部抵抗の検査とを一つの工程で実施できる蓄電装置の異常検出方法及び蓄電装置の異常検出装置を提供することを目的とする。

上記課題の解決のため、本発明の一側面に係る蓄電装置の異常検出方法は、定電流放電又は定電流充電を実施しながら蓄電装置の内部抵抗値を検出する内部抵抗検出工程と、内部抵抗検出工程で検出された内部抵抗値を所定の閾値と比較し、蓄電装置の内部抵抗の異常の有無を判定する内部抵抗判定工程と、内部抵抗検出工程で検出された内部抵抗値のうち、定電流放電又は定電流充電を開始した直後の瞬間抵抗値を所定の閾値と比較し、蓄電装置の外部端子にバスバー部材を接続したときの接触抵抗の異常の有無を判定する接触異常判定工程と、を備える。

この蓄電装置の異常検出方法では、内部抵抗検出工程で検出された内部抵抗値のうち、定電流放電又は定電流充電を開始した直後の瞬間抵抗値を所定の閾値と比較し、蓄電装置の外部端子にバスバー部材を接続したときの接触抵抗の異常の有無を判定する。接触抵抗は、蓄電装置の外部端子とバスバー部材との間の電子抵抗であり、内部抵抗の瞬間抵抗値と接触抵抗値との間には、瞬間抵抗値が高くなるほど接触抵抗値が高くなるという相関関係がある。したがって、瞬間抵抗値と閾値とを比較することで、外部端子とバスバー部材との間の接触抵抗の検査と、蓄電装置の内部抵抗の検査とを一つの工程で実施できる。

また、瞬間抵抗値として、定電流放電又は定電流充電を開始してから０．１秒経過したときの内部抵抗値を用いてもよい。定電流放電又は定電流充電を開始してから０．１秒経過したときの内部抵抗値（０．１秒抵抗値）を瞬間抵抗値として用いることにより、蓄電装置の外部端子にバスバー部材を接続したときの接触抵抗の異常の有無をより精度良く判定できる。また、既存の検出器を用いて瞬間抵抗値を検出できる。

また、本発明の一側面に係る蓄電装置の異常検出装置は、定電流放電又は定電流充電を実施しながら蓄電装置の内部抵抗値を検出する内部抵抗検出部と、内部抵抗検出部で検出された内部抵抗値を所定の閾値と比較し、蓄電装置の内部抵抗の異常の有無を判定する内部抵抗判定部と、内部抵抗検出部で検出された内部抵抗値のうち、定電流放電又は定電流充電を開始した直後の瞬間抵抗値を所定の閾値と比較し、蓄電装置の外部端子にバスバー部材を接続したときの接触抵抗の異常の有無を判定する接触抵抗判定部と、を備える。

この蓄電装置の異常検出装置では、内部抵抗検出部で検出された内部抵抗値のうち、定電流放電又は定電流充電を開始した直後の瞬間抵抗値を所定の閾値と比較し、蓄電装置の外部端子にバスバー部材を接続したときの接触抵抗の異常の有無を判定する。接触抵抗は、蓄電装置の外部端子とバスバー部材との間の電子抵抗であり、内部抵抗の瞬間抵抗値と接触抵抗値との間には、瞬間抵抗値が高くなるほど接触抵抗値が高くなるという相関関係がある。したがって、瞬間抵抗値と閾値とを比較することで、外部端子とバスバー部材との間の接触抵抗の検査と、蓄電装置の内部抵抗の検査とを一つの工程で実施できる。

また、接触抵抗判定部は、瞬間抵抗値として、定電流放電又は定電流充電を開始してから０．１秒経過したときの内部抵抗値を用いてもよい。定電流放電又は定電流充電を開始してから０．１秒経過したときの内部抵抗値（０．１秒抵抗値）を瞬間抵抗値として用いることにより、蓄電装置の外部端子にバスバー部材を接続したときの接触抵抗の異常の有無をより精度良く判定できる。また、既存の検出器を用いて瞬間抵抗値を検出できる。

本発明によれば、外部端子とバスバー部材との間の接触抵抗の検査と、蓄電装置の内部抵抗の検査とを一つの工程で実施できる。

複数の蓄電装置によって構成される蓄電モジュールの一実施形態を示す平面図である。蓄電装置の内部構成の一例を示す断面図である。図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。蓄電装置の異常検出装置の一実施形態を示す概略図である。蓄電装置の異常検出方法の一実施形態を示すフローチャートである。内部抵抗の検出結果の一例を示す図である。０．１秒抵抗値と接触抵抗値との相関関係の検証結果の一例を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る蓄電装置の異常検出方法及び蓄電装置の異常検出装置の好適な実施形態について詳細に説明する。

まず、本発明に係る異常検出方法及び異常検出装置を適用する蓄電装置について説明する。図１は、複数の蓄電装置によって構成される蓄電モジュールの一実施形態を示す平面図である。同図に示すように、蓄電モジュール１は、複数の蓄電装置１１が放熱板２を介して配列されてなる配列体３と、配列体３の配列端にそれぞれ配置された一対のエンドプレート４，４と、エンドプレート４，４同士を連結する連結部材５とを備えている。

蓄電装置１１は、例えばリチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池である。蓄電装置１１のケース１２の頂面には、正極端子１５及び負極端子１６が配置されている。隣接する蓄電装置１１，１１は、正極端子１５と負極端子１６とがバスバー部材６で連結されることにより、電気的に直列に接続されている。

エンドプレート４は、例えば蓄電装置１１を配列方向から見た場合の面積よりも大きい面積を有する略矩形の板状をなしている。また、エンドプレート４の外縁部分は、蓄電装置１１の外縁部分よりも外側に張り出した状態となっている。なお、配列体３の配列端となる蓄電装置１１とエンドプレート４との間に弾性体などを介在させてもよい。

連結部材５は、例えば長尺のボルト７と、ボルト７に螺合されるナット８とによって構成されている。ボルト７は、例えばエンドプレート４の外縁部分において、配列体３の四隅に対応する位置でエンドプレート４に挿通されている。ナット８は、各ボルト７の両端にエンドプレート４の外側から螺合されている。これにより、蓄電装置１１及び放熱板２が挟持されてモジュール化されると共に、配列体３に対する拘束荷重が付加されている。

図２は、蓄電装置の内部構成の一例を示す断面図である。また、図３は、図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。図２及び図３に示すように、蓄電装置１１は、例えば略直方体形状をなす中空のケース１２と、ケース１２内に収容された電極組立体１３とを備えている。ケース１２は、例えばアルミニウム等の金属によって形成されている。ケース１２の内部には、例えば有機溶媒系又は非水系の電解液が収容されている。ケース１２の頂面には、図２に示すように、上述した正極端子１５と負極端子１６とが互いに離間して配置されている。正極端子１５は、絶縁部材１７を介してケース１２の頂面に固定され、負極端子１６は、絶縁部材１８を介してケース１２の頂面に固定されている。

電極組立体１３は、図３に示すように、正極２１と、負極２２と、正極２１と負極２２との間に配置された袋状のセパレータ２３とによって構成されている。電極組立体１３では、セパレータ２３内に正極２１が収容されており、この状態で正極２１と負極２２とがセパレータ２３を介して交互に積層された状態となっている。

正極２１は、例えばアルミニウム箔からなる金属箔２１ａと、金属箔２１ａの両面に形成された正極活物質層２１ｂとを有している。正極活物質層２１ｂは、正極活物質とバインダとを含んで形成されている。正極活物質としては、例えば複合酸化物、金属リチウム、硫黄等が挙げられる。複合酸化物には、例えばマンガン、ニッケル、コバルト及びアルミニウムの少なくとも１つと、リチウムとが含まれる。また、正極２１の上縁部には、正極端子１５の位置に対応してタブ２１ｃが形成されている。タブ２１ｃは、正極２１の上縁部から上方に延び、導電部材２４を介して正極端子１５に接続されている。

一方、負極２２は、例えば銅箔からなる金属箔２２ａと、金属箔２２ａの両面に形成された負極活物質層２２ｂとを有している。負極活物質層２２ｂは、負極活物質とバインダとを含んで形成されている。負極活物質としては、例えば黒鉛、高配向性グラファイト、メソカーボンマイクロビーズ、ハードカーボン、ソフトカーボン等のカーボン、リチウム、ナトリウム等のアルカリ金属、金属化合物、ＳｉＯｘ（０．５≦ｘ≦１．５）等の金属酸化物、ホウ素添加炭素等が挙げられる。また、負極２２の上縁部には、負極端子１６の位置に対応してタブ２２ｃが形成されている。タブ２２ｃは、負極２２の上縁部から上方に延び、導電部材２５を介して負極端子１６に接続されている。

セパレータ２３は、例えば袋状に形成され、内部に正極２１のみを収容している。セパレータ２３の形成材料としては、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等のポリオレフィン系樹脂からなる多孔質フィルム、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、メチルセルロース等からなる織布又は不織布等が例示される。なお、セパレータ２３は、袋状に限られず、シート状のものを用いてもよい。

次に、上述した蓄電装置１１の異常検出に用いる異常検出装置３１について説明する。

図４は、蓄電装置の異常検出装置の一実施形態を示す概略図である。異常検出装置３１は、物理的には、ＣＰＵ、メモリ、通信インタフェイス、ハードディスクといった格納部、ディスプレイといった表示部などを備えたコンピュータシステムである。異常検出装置３１は、図４に示すように、機能的な構成要素として、内部抵抗検出部３２と、内部抵抗判定部３３と、接触抵抗判定部３４とを備えている。

内部抵抗検出部３２は、定電流放電又は定電流充電を実施しながら蓄電装置１１の内部抵抗値を検出する部分である。内部抵抗値の検出にあたっては、蓄電装置１１の正極端子１５及び負極端子１６を充放電器３５に接続すると共に、正極端子１５と負極端子１６との間に電圧計３６を接続する。内部抵抗検出部３２は、電圧計３６から取得した電圧値と、定電流放電又は定電流充電によって蓄電装置１１に流れる電流値とに基づいて、蓄電装置１１の内部抵抗値を所定の時間にわたって検出する。内部抵抗検出部３２は、検出結果を示す検出結果情報を内部抵抗判定部３３と接触抵抗判定部３４とにそれぞれ出力する。

内部抵抗判定部３３は、蓄電装置１１の内部抵抗の異常の有無を判定する部分である。内部抵抗判定部３３は、内部抵抗検出部３２から検出結果情報を受け取ると、例えば定電流放電又は定電流充電を開始してから１０秒経過したときの内部抵抗値（１０秒抵抗値）を検出結果情報から抽出する。内部抵抗判定部３３は、１０秒抵抗値が予め設定された閾値以下である場合には蓄電装置１１の内部抵抗に異常がないと判定し、１０秒抵抗値が予め設定された閾値を超えている場合には蓄電装置１１の内部抵抗に異常があると判定する。

接触抵抗判定部３４は、蓄電装置１１の正極端子１５及び負極端子１６にバスバー部材６を接続したときの接触抵抗の異常の有無を判定する部分である。内部抵抗判定部３３は、内部抵抗検出部３２から検出結果情報を受け取ると、例えば定電流放電又は定電流充電を開始してから０．１秒経過したときの内部抵抗値（０．１秒抵抗値）を検出結果情報から抽出する。接触抵抗判定部３４は、０．１秒抵抗値が予め設定された閾値以下である場合には蓄電装置１１の接触抵抗に異常がないと判定し、０．１秒抵抗値が予め設定された閾値を超えている場合には蓄電装置１１の接触抵抗に異常があると判定する。

接触抵抗判定部３４による接触抵抗の異常の有無の判定は、蓄電装置１１の正極端子１５及び負極端子１６に実際にバスバー部材６を接続した状態で行われるのではなく、内部抵抗の瞬間抵抗値（すなわち０．１秒抵抗値）と接触抵抗値との間に一定の相関関係が存在することに基づき、内部抵抗の検出結果情報から推定される。瞬間抵抗値と接触抵抗値との相関関係については、後述する。

続いて、上述した異常検出装置３１による蓄電装置１１の異常検出方法について説明する。

図５は、蓄電装置の異常検出方法の一実施形態を示すフローチャートである。同図に示すように、この異常検出方法では、まず、充放電器３５による蓄電装置１１への定電流放電又は定電流充電が開始される（ステップＳ０１）。定電流放電又は定電流充電の開始と共に蓄電装置１１の内部抵抗の検出が所定の時間にわたって行われる（ステップＳ０２）。図６は、内部抵抗の検出結果の一例を示す図である。同図に示す例では、横軸が時間、縦軸が内部抵抗値となっている。この例では、内部抵抗値は、定電流放電又は定電流充電の開始直後に急激に立ち上がり、その後、徐々に傾きが緩やかとなりつつも時間と共に増加している。

内部抵抗の検出結果を取得した後、内部抵抗の異常の有無の判定を行う（ステップＳ０３）。図６の例では、内部抵抗の異常の有無の判定にあたって、定電流放電又は定電流充電を開始してから１０秒経過したときの内部抵抗値（１０秒抵抗値）Ｒ１を抽出する。そして、１０秒抵抗値Ｒ１と所定の閾値との比較に基づいて、内部抵抗の異常の有無の判定を行う。

内部抵抗の異常の有無の判定の後、接触抵抗の異常の有無の判定を行う（ステップＳ０４）。図６の例では、接触抵抗の異常の有無の判定にあたって、定電流放電又は定電流充電を開始してから０．１秒経過したときの内部抵抗値（０．１秒抵抗値）Ｒ２を抽出する。そして、０．１秒抵抗値Ｒ２と所定の閾値との比較に基づいて、接触抵抗の異常の有無の判定を行う。

図７は、０．１秒抵抗値と接触抵抗値との相関関係の検証結果の一例を示す図である。この相関関係は、複数の蓄電装置１１について０．１秒抵抗値をそれぞれ検出した後、正極端子１５及び負極端子１６にバスバー部材６を接続し、接触抵抗を実測して取得したものである。同図では、横軸が接触抵抗値、縦軸が０．１秒抵抗値となっている。検証結果から、接触抵抗値と０．１秒抵抗値との間には比例関係が存在し、０．１秒抵抗値が高くなるほど接触抵抗値が高くなることが確認できる。したがって、この相関関係に基づき、例えば接触抵抗の規格を１．００ｍΩ以下と設定する場合には、０．１秒抵抗値の閾値を２．９０ｍΩと設定すればよい。

以上説明したように、この蓄電装置の異常検出方法では、内部抵抗検出工程で検出された内部抵抗値のうち、定電流放電又は定電流充電を開始した直後の瞬間抵抗値を所定の閾値と比較し、蓄電装置１１の正極端子１５及び負極端子１６にバスバー部材６を接続したときの接触抵抗の異常の有無を判定する。

接触抵抗は、蓄電装置１１の正極端子１５及び負極端子１６とバスバー部材６との間の電子抵抗であり、内部抵抗の瞬間抵抗値と接触抵抗値との間には、瞬間抵抗値が高くなるほど接触抵抗値が高くなるという相関関係がある。したがって、瞬間抵抗値と閾値とを比較することで、正極端子１５及び負極端子１６とバスバー部材６との間の接触抵抗の検査と、蓄電装置１１の内部抵抗の検査とを一つの工程で実施できる。蓄電装置１１のモジュール化の際に接触抵抗を検査する工程を省略できるので、検査工程を簡素化することができる。

また、本実施形態では、瞬間抵抗値として定電流放電又は定電流充電を開始してから０．１秒経過したときの内部抵抗値を用いている。これにより、蓄電装置１１の正極端子１５及び負極端子１６にバスバー部材６を接続したときの接触抵抗の異常の有無をより精度良く判定できる。また、既存の検出器を用いて瞬間抵抗値を検出できる。

本発明は、上記実施形態に限られるものではない。例えば上述した実施形態では、内部抵抗の異常の有無の判定の後に接触抵抗の異常の有無の判定を行っているが、これらの判定の順序はいずれが先であってもよく、同時であってもよい。また、上述した実施形態では、瞬間抵抗値として０．１秒抵抗値を用いているが、瞬間抵抗値は、電子抵抗である接触抵抗とイオン抵抗である内部抵抗とを切り分けられる時間から抽出すればよく、例えば０．５秒未満の範囲で抽出してもよい。

６…バスバー部材、１１…蓄電装置、１５…正極端子（外部端子）、１６…負極端子（外部端子）、３１…異常検出装置、３２…内部抵抗検出部、３３…内部抵抗判定部、３４…接触抵抗判定部。

Claims

定電流放電又は定電流充電を実施しながら蓄電装置の内部抵抗値を検出する内部抵抗検出工程と、
前記内部抵抗検出工程で検出された前記内部抵抗値を所定の閾値と比較し、前記蓄電装置の内部抵抗の異常の有無を判定する内部抵抗判定工程と、
前記内部抵抗検出工程で検出された前記内部抵抗値のうち、前記定電流放電又は前記定電流充電を開始した直後の瞬間抵抗値を所定の閾値と比較し、前記蓄電装置の外部端子にバスバー部材を接続したときの接触抵抗の異常の有無を判定する接触異常判定工程と、を備えた蓄電装置の異常検出方法。
前記瞬間抵抗値として、前記定電流放電又は前記定電流充電を開始してから０．１秒経過したときの内部抵抗値を用いる請求項１記載の異常検出方法。
定電流放電又は定電流充電を実施しながら蓄電装置の内部抵抗値を検出する内部抵抗検出部と、
前記内部抵抗検出部で検出された前記内部抵抗値を所定の閾値と比較し、前記蓄電装置の内部抵抗の異常の有無を判定する内部抵抗判定部と、
前記内部抵抗検出部で検出された前記内部抵抗値のうち、前記定電流放電又は前記定電流充電を開始した直後の瞬間抵抗値を所定の閾値と比較し、前記蓄電装置の外部端子にバスバー部材を接続したときの接触抵抗の異常の有無を判定する接触抵抗判定部と、を備えた蓄電装置の異常検出装置。
前記接触抵抗判定部は、前記瞬間抵抗値として、前記定電流放電又は前記定電流充電を開始してから０．１秒経過したときの内部抵抗値を用いる請求項３記載の蓄電装置の異常検出装置。