JP2016091909A - 蓄電モジュールの交換方法 - Google Patents

Abstract

【課題】交換された蓄電モジュールと交換されない蓄電モジュールとの温度差による劣化を良好に抑制することを可能にする。【解決手段】サーミスタ２２が搭載された蓄電モジュール１２Ａを交換するか否かを判断する交換判定工程と、交換要と判断された前記蓄電モジュール１２Ａを他の蓄電モジュールと交換する蓄電モジュール交換工程とを有する。この交換方法は、さらに交換されない蓄電モジュール１２Ｂにサーミスタ２２を搭載する温度センサ搭載工程を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、複数の蓄電池が積層された蓄電モジュールを複数組み備えるとともに、少なくとも１組の前記蓄電モジュールに温度センサが搭載された蓄電装置において、前記蓄電モジュールを交換する蓄電モジュールの交換方法に関する。

一般的に、複数の蓄電池（バッテリセル）が積層された蓄電モジュールが知られている。この蓄電モジュールは、例えば、ハイブリッド車両やＥＶ等の電動車両に搭載されるため、多数組みの前記蓄電モジュールを備える蓄電装置を構成している。

この場合、蓄電装置では、蓄電池の発電性能の低下が検知されると、不具合を有する前記蓄電池が組み込まれている蓄電モジュールを、不具合の無い新規又は使用途中の蓄電モジュールと交換する作業が行われている。その際、手間がかからなく、容易に組電池の電池状態を診断することを目的として、特許文献１の組電池の電池状態診断装置が提案されている。

この電池状態診断装置は、単位電池の無負荷電圧を算出する無負荷電圧算出手段と、第１判定手段及び第２判定手段とを備えている。第１判定手段は、無負荷電圧算出手段により算出された単位電池無負荷電圧に基づいて、各単位電池の電池状態の正常・異常をそれぞれ判定している。第２判定手段は、第１の判定手段により異常と判定された単位電池を含むモジュール電池を、交換が必要とされる異常モジュール電池と判定している。

従って、組電池を構成するモジュール電池のどれが異常であるかを、自動的に判定している。これにより、従来のようにモジュール電池のそれぞれを人手によって検査する方式に比べて、異常モジュール電池の交換作業が非常に簡便化される、としている。

特開平１１−１４９９４４号公報

ところで、蓄電池装置は、蓄電池の温度に基づいて、出力制御及び温度制御が行われている。蓄電池は、高温になると劣化し易いため、温度制御が必要であるからである。

一方、蓄電池は、使用期間に起因して内部抵抗が上昇している。このため、所定期間に亘って使用された蓄電池では、内部抵抗が相当に上昇しており、新規の蓄電池に比べて発熱量が多く、温度が上がり易くなっている。従って、交換された新たなモジュール電池と、使用されている他のモジュール電池とでは、運転時の温度が変動してしまう。

しかしながら、上記の特許文献１では、交換されたモジュール電池と、使用されている他のモジュール電池とに基づいた温度管理がなされていない。これにより、比較的低温の新たなモジュール電池の温度に基づいた出力制御が行われると、高温になっている他のモジュール電池が劣化するという問題がある。

本発明は、この種の問題を解決するものであり、交換された蓄電モジュールと交換されない蓄電モジュールとの温度差による劣化を良好に抑制することが可能な蓄電モジュールの交換方法を提供することを目的とする。

本発明は、複数の蓄電池が積層された蓄電モジュールを複数組み備えるとともに、少なくとも１組の前記蓄電モジュールに温度センサが搭載された蓄電装置において、前記蓄電モジュールを交換する方法に関するものである。

この交換方法は、温度センサが搭載された蓄電モジュールを交換するか否かを判断する交換判定工程と、交換要と判断された前記蓄電モジュールを、上記蓄電装置外の他の蓄電モジュールと交換する蓄電モジュール交換工程とを有している。この交換方法は、さらに交換されない蓄電モジュールに、上記温度センサ又は別の温度センサを交換温度センサとして搭載する温度センサ搭載工程を有している。

また、この交換方法では、交換温度センサは、交換された蓄電モジュールに隣接する交換されない蓄電モジュールに搭載されることが好ましい。

さらに、この交換方法では、交換温度センサは、交換された蓄電モジュールに搭載されていた温度センサの配置位置と同一の配置位置に搭載されることが好ましい。

さらにまた、本発明の交換方法は、温度センサが搭載されない蓄電モジュールを交換するか否かを判断する交換判定工程を有している。この交換方法は、さらに交換要と判断された蓄電モジュールを、上記蓄電装置外の他の蓄電モジュールと交換する蓄電モジュール交換工程と、交換された前記他の蓄電モジュールに別の温度センサを搭載する温度センサ搭載工程とを有している。

本発明によれば、温度センサが搭載された蓄電モジュールが交換される一方、交換されない蓄電モジュールには、新たに温度センサが搭載されている。このため、交換された蓄電モジュールよりも発熱量の多い交換されない蓄電モジュールの温度に基づいて、出力制御及び温度制御が行われている。従って、交換されない蓄電モジュールは、制御範囲を超える温度及び出力で制御されることがなく、劣化の発生を可及的に抑制することができる。

また、本発明によれば、温度センサが搭載されない蓄電モジュールが交換されるとともに、交換された他の蓄電モジュールには、新たに温度センサが搭載されている。これにより、交換されない蓄電モジュールよりも発熱量の少ない交換された他の蓄電モジュールの温度を検出することが可能になる。このため、交換された他の蓄電モジュールは、低温時に過剰な出力で制御されることがなく、劣化を確実に抑制することができる。

従って、交換された蓄電モジュール及び交換されない蓄電モジュールは、温度差による劣化を良好に抑制することが可能になり、簡単な工程で、高品質な蓄電装置を得ることができる。

本発明の実施形態に係る蓄電モジュールの交換方法が適用される蓄電装置の概略構成説明図である。 前記蓄電モジュールの要部分解斜視説明図である。 前記交換方法を説明するフローチャートである。 使用期間による容量劣化及び抵抗上昇の説明図である。 使用期間による温度差の説明図である。 温度センサが搭載された蓄電モジュールを交換する際の説明図である。 温度センサが搭載されない蓄電モジュールを交換する際の説明図である。

図１に示すように、本発明の実施形態に係る蓄電モジュールの交換方法が適用される蓄電装置１０は、例えば、図示しないハイブリッド自動車又はＥＶ等の電動車両に搭載される。

蓄電装置１０は、電気的に直列に接続される複数組み、例えば、４組の蓄電モジュール１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ及び１２Ｄを備える。蓄電モジュール１２Ａは、一対のエンドプレート１４ａ、１４ｂ間に複数の蓄電池（バッテリセル）１６が水平方向（又は重力方向）に積層される。図２に示すように、蓄電池１６は、矩形状を有するとともに、立位姿勢に配置された状態で、絶縁性を有するセパレータ（ホルダ）１８と交互に積層される。

蓄電池１６は、例えば、リチウムイオンバッテリからなり、長方形（又は正方形）を有する。各蓄電池１６の上面には、プラス極（又はマイナス極）の端子２０ａとマイナス極（又はプラス極）の端子２０ｂとが設けられる。互いに隣接する蓄電池１６の端子２０ａと端子２０ｂとは、バスバー（図示せず）により電気的に接続される。

セパレータ１８は、樹脂薄板を波形状に折り曲げることにより、側面視で上下方向に沿って波状に屈曲形成される。セパレータ１８と蓄電池１６との間に、冷却風通路を形成するためである。セパレータ１８の各角部には、蓄電池１６の各角部に係合して前記蓄電池１６を支持する支持部１８ａが設けられる。セパレータ１８の下部中央には、積層方向一方に突出する一対のサーミスタ保持部１８ｂ、１８ｂが設けられる。

図１に示すように、蓄電モジュール１２Ａでは、最も温度が低くなる蓄電池１６及び最も温度が高くなる蓄電池１６に対応して温度センサ、例えば、サーミスタ２２が配置される。具体的には、積層方向両端に配置される蓄電池１６（ａ）、１６（ｂ）と、積層方向中央に配置される蓄電池１６（ｃ）とをそれぞれ支持するセパレータ１８には、サーミスタ保持部１８ｂを介してサーミスタ２２が取り付けられる。

サーミスタ２２は、図２に示すように、自己の弾性で開閉可能な一対の弾性爪２２ａ、２２ｂを備え、前記弾性爪２２ａ、２２ｂは、サーミスタ保持部１８ｂ、１８ｂに係合する。サーミスタ２２は、図１に示すように、コントローラ２４に接続されており、前記コントローラ２４に検出された温度情報を送る。

蓄電モジュール１２Ａには、各蓄電池１６のセル電圧を検出する電圧センサ２６Ａが接続される。電圧センサ２６Ａは、電圧センシング回路を構成しており、コントローラ２４に各セル電圧を送る。

蓄電モジュール１２Ｂ、１２Ｃ及び１２Ｄは、上記の蓄電モジュール１２Ａと同様に構成されており、同一の構成要素には、同一の参照符号を付してその詳細な説明は省略する。

蓄電モジュール１２Ｂは、配線２８ａを介して蓄電モジュール１２Ａと電気的に直列に接続される。各蓄電池１６のセル電圧を検出する電圧センサ（電圧センシング回路）２６Ｂは、コントローラ２４に接続される。

蓄電モジュール１２Ｃは、配線２８ｂを介して蓄電モジュール１２Ｂと電気的に直列に接続される。各蓄電池１６のセル電圧を検出する電圧センサ（電圧センシング回路）２６Ｃは、コントローラ２４に接続される。

蓄電モジュール１２Ｄは、配線２８ｃを介して蓄電モジュール１２Ｃと電気的に直列に接続される。各蓄電池１６のセル電圧を検出する電圧センサ（電圧センシング回路）２６Ｄは、コントローラ２４に接続される。なお、蓄電モジュール１２Ｂ、１２Ｃ及び１２Ｄの少なくともいずれかにも、サーミスタ２２を配置してもよい。

このように構成される蓄電装置１０において、本実施形態に係る蓄電モジュールの交換方法について、図３に示すフローチャートに沿って、以下に説明する。

先ず、ステップＳ１では、蓄電モジュール１２Ａ〜１２Ｄにおいて、蓄電モジュール交換の要否が判断される。具体的には、蓄電モジュール１２Ａ〜１２Ｄを構成する各蓄電池１６の容量劣化が検出される。図４に示すように、蓄電池１６は、使用される年数により容量が劣化しており、この容量が所定の規定値、すなわち、劣化閾値以下になると、前記蓄電池１６を交換する必要があると判断される。容量は、例えば、蓄電池１６を満充電した後に完全に放電し、その放電量を測定することで検出することができる。

また、ステップＳ１では、蓄電池１６の抵抗値（内部抵抗）が、上昇閾値以上であるか否かが判断される。図４に示すように、蓄電池１６は、使用される年数により抵抗値が上昇しており、この抵抗値が所定の規定値、すなわち、上昇閾値以上となると、前記蓄電池１６を交換する必要があると判断される。抵抗値は、公知の測定器を用いることにより検出することができる。あるいは、抵抗は、ＩＶ特性のグラフの傾きを求めることにより検出することができる。

さらにまた、ステップＳ１では、各蓄電池１６において、最高温度と最低温度との温度差が、温度差閾値以上であるか否かが判断される。図５に示すように、蓄電池１６は、使用される年数により温度差が大きくなっており、この温度差が所定の規定値、すなわち、温度差閾値以上となると、前記蓄電池１６を交換する必要があると判断される。

そして、いずれかの蓄電池１６の容量が、劣化閾値以下であると判断された際、いずれかの蓄電池１６の抵抗値が、上昇閾値以上であると判断された際、又は、最高温度と最低温度との温度差が、温度差閾値以上であると判断された際、交換要蓄電モジュールがあると判断される。

交換要蓄電モジュールがあると判断されると（ステップＳ１中、ＹＥＳ）、ステップＳ２に進んで、前記交換要蓄電モジュールが、サーミスタ２２を搭載する蓄電モジュール１２Ａであるか否かが判断される（交換判断工程）。交換要蓄電モジュールが、蓄電モジュール１２Ａであると判断されると（ステップＳ２中、ＹＥＳ）、ステップＳ３に進んで、前記蓄電モジュール１２Ａと新たな蓄電モジュール１２Ａａとが交換される（蓄電モジュール交換工程）（図６参照）。

ステップＳ４では、サーミスタ２２の位置を、新たな蓄電モジュール１２Ａａに搭載するか、交換されない蓄電モジュール１２Ｂ（又は蓄電モジュール１２Ｃあるいは、蓄電モジュール１２Ｄ）に搭載するかが判断される。

このステップＳ４において、例えば、交換により取り出される蓄電モジュール１２Ａの容量劣化（％）の平均値と、交換により組み込まれる新たな蓄電モジュール１２Ａａの容量劣化の平均値とが比較される。そして、平均値の差が、規定値以上でありサーミスタ位置変更要であると判断されると（ステップＳ４中、ＹＥＳ）、ステップＳ５に進んで、交換温度センサであるサーミスタ２２の配置作業が行われる（温度センサ搭載工程）。

具体的には、図６に示すように、交換された蓄電モジュール１２Ａに隣接する交換されない蓄電モジュール１２Ｂに、前記蓄電モジュール１２Ａに搭載されていたサーミスタ２２の配置位置と同一の配置位置にサーミスタ２２が搭載される。一方、交換された新たな蓄電モジュール１２Ａａには、サーミスタ２２が搭載されていない。

なお、蓄電モジュール１２Ｂに搭載されるサーミスタ２２は、交換された蓄電モジュール１２Ａに搭載されていたサーミスタ２２を用いてもよく、又は、新たなサーミスタ２２を用いてもよい。

ところで、新たな蓄電モジュール１２Ａａは、新規なものでなく他の燃料電池電気自動車に搭載されて使用されていた際には、蓄電池１６の劣化が進んでいる。このため、蓄電モジュール１２Ａａでは、蓄電モジュール１２Ａとの容量劣化の平均値の差が規定値未満となり、サーミスタ位置変更が不要になる（ステップＳ４中、ＮＯ）。従って、ステップＳ６に進んで、新たな蓄電モジュール１２Ａａには、交換された蓄電モジュール１２Ａと同一の配置位置に、前記蓄電モジュール１２Ａに搭載されていたサーミスタ２２、又は、別のサーミスタ２２が搭載される。

この場合、本実施形態では、サーミスタ２２が搭載された蓄電モジュール１２Ａが、別の蓄電モジュール１２Ａａと交換される一方、交換されない蓄電モジュール１２Ｂには、前記サーミスタ２２又は新たなサーミスタ２２が搭載されている。これにより、交換された蓄電モジュール１２Ａａよりも発熱量の多い交換されない蓄電モジュール１２Ｂの温度に基づいて、出力制御及び温度制御を行うことが可能になる。

このため、交換されない蓄電モジュール１２Ｂは、制御範囲を超える温度及び出力で制御されることがなく、劣化の発生を可及的に抑制することができる。

従って、交換された蓄電モジュール１２Ａａ及び交換されない蓄電モジュール１２Ｂ（１２Ｃ及び１２Ｄ）は、温度差による劣化を良好に抑制することが可能になる。これにより、簡単な工程で、高品質な蓄電装置１０を確実に得ることができるという効果が得られる。

次いで、ステップＳ２において、交換蓄電モジュールがサーミスタ２２を搭載していない、例えば、蓄電モジュール１２Ｂであると判断されると、ステップＳ７に進む。このステップＳ７では、図７に示すように、蓄電モジュール１２Ｂに代えて新たな蓄電モジュール１２Ｂａが組み込まれる（蓄電モジュール交換工程）。

そして、ステップＳ８に進んで、交換された蓄電モジュール１２Ｂａには、所定の蓄電池１６、例えば、外側の蓄電池１６（ｄ）に対応してサーミスタ２２が搭載される（温度センサ搭載工程）。

このように、本実施形態では、蓄電モジュール１２Ｂａは、他の蓄電モジュール１２Ａに比べて温度が上昇し難い。このため、蓄電モジュール１２Ａの温度情報に基づいて出力制御が行われると、蓄電モジュール１２Ｂａは、低い温度で過剰な出力をすることになり、劣化が惹起し易い。このため、蓄電モジュール１２Ｂａの温度情報を取得して制御することにより、前記蓄電モジュール１２Ｂａが低温時に過剰に出力することを防止することができる。これにより、蓄電モジュール１２Ｂａの劣化を可及的に阻止することが可能になるという効果が得られる。

なお、交換された蓄電モジュール１２Ｂａの内部抵抗（劣化度）が、蓄電モジュール１２Ａの内部抵抗よりも大きい場合には、サーミスタ２２を前記蓄電モジュール１２Ｂａに設ける必要はない。内部抵抗の高い蓄電モジュール１２Ｂａの方が発熱量が高くなるため、交換前と同様に、蓄電モジュール１２Ａに設けられたサーミスタ２２の温度に基づいて制御すれば、上記のような劣化現象を防ぐことができるからである。

１０…蓄電装置
１２Ａ、１２Ａａ、１２Ｂ、１２Ｂａ、１２Ｃ、１２Ｄ…蓄電モジュール
１６…蓄電池 １８…セパレータ
２２…サーミスタ ２４…コントローラ
２６Ａ〜２６Ｄ…電圧センサ

Claims (4)

1. 複数の蓄電池が積層された蓄電モジュールを複数組み備えるとともに、少なくとも１組の前記蓄電モジュールに温度センサが搭載された蓄電装置において、前記温度センサが搭載された前記蓄電モジュールを交換する蓄電モジュールの交換方法であって、
   前記温度センサが搭載された前記蓄電モジュールを交換するか否かを判断する交換判定工程と、
   交換要と判断された前記蓄電モジュールを、前記蓄電装置外の他の蓄電モジュールと交換する蓄電モジュール交換工程と、
   交換されない前記蓄電モジュールに、前記温度センサ又は別の温度センサを交換温度センサとして搭載する温度センサ搭載工程と、
   を有することを特徴とする蓄電モジュールの交換方法。
2. 請求項１記載の交換方法において、前記交換温度センサは、交換された前記蓄電モジュールに隣接する交換されない前記蓄電モジュールに搭載されることを特徴とする蓄電モジュールの交換方法。
3. 請求項２記載の交換方法において、前記交換温度センサは、前記交換された前記蓄電モジュールに搭載されていた前記温度センサの配置位置と同一の配置位置に搭載されることを特徴とする蓄電モジュールの交換方法。
4. 複数の蓄電池が積層された蓄電モジュールを複数組み備えるとともに、少なくとも１組の前記蓄電モジュールに温度センサが搭載された蓄電装置において、前記温度センサが搭載されない前記蓄電モジュールを交換する蓄電モジュールの交換方法であって、
   前記温度センサが搭載されない前記蓄電モジュールを交換するか否かを判断する交換判定工程と、
   交換要と判断された前記蓄電モジュールを、前記蓄電装置外の他の蓄電モジュールと交換する蓄電モジュール交換工程と、
   交換された前記他の蓄電モジュールに別の温度センサを搭載する温度センサ搭載工程と、
   を有することを特徴とする蓄電モジュールの交換方法。

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