JP2016126943A - 蓄電装置および蓄電システム - Google Patents

Abstract

【課題】組立作業やメンテナンス性に優れた蓄電装置および蓄電システムの提供。【解決手段】蓄電装置３０は、積層された複数のリチウムイオン二次電池セル３と、複数のリチウムイオン二次電池セル３をセル積層方向に挟持する一対の固縛板２０を有して、複数のリチウムイオン二次電池セル３を固縛する固縛装置２と、一対の固縛板２０で固縛された複数のリチウムイオン二次電池セル３のセル積層方向の膨張量を検出するための変位センサ１と、を備え、変位センサ１は、一対の固縛板２０で固縛された複数のリチウムイオン二次電池セル３の外側に配置される。【選択図】図１

Description

本発明は、蓄電装置および蓄電システムに関する。

リチウムイオン電池やキャパシタなどの蓄電装置を車載用や産業用に広く普及させていくためには、長寿命化が必須である。リチウムイオン電池やキャパシタを長期間充放電すると、電池材料の劣化により抵抗が増加し、所定の出力および容量が得られなくなって電池寿命となる。目標寿命を超えて二次電池を使用するには、電池の劣化状態を検知し、劣化状態に応じて充放電条件を調整することが有効な対策の１つである。

特許文献１に記載の技術では、複数のセル（単電池）とバッテリコンピュータから構成される電源装置において、セルと固縛板の間に圧力センサを取り付け、セルが劣化により膨張した場合には、圧力上昇として検知できるシステムが提案されている。

特開２００６−２４４４５号公報

しかしながら、圧力センサをセルとセルの間、あるいはセルと固縛板の間に挿入する構成の場合、電池組立作業が複雑になり作業性に劣る。また、センサから誤信号が発信された可能性の有無をチェックしたり、センサの校正が必要となったりした場合は、その都度電池モジュールの解体が必要となり、作業に時間がかかるという課題がある。

請求項１の発明に係る蓄電装置は、積層された複数の蓄電セルと、前記複数の蓄電セルをセル積層方向に挟持する第１および第２の固縛部材を有して、前記複数のセルを固縛する固縛装置と、前記第１および第２の固縛部材で固縛された前記複数の蓄電セルの前記セル積層方向の膨張量を検出するための変位センサと、を備え、前記変位センサは前記固縛装置で固縛された前記複数の蓄電セルの外側に配置される。
請求項６の発明に係る蓄電システムは、請求項１に記載の蓄電装置と、前記蓄電セルの電流値および電圧値に基づいて前記複数の蓄電セルの劣化状態を推定する第１の推定部と、前記膨張量に基づいて前記複数の蓄電セルの劣化状態を推定する第２の推定部と、前記第２の推定部で推定された劣化状態に基づいて、前記第１の推定部で推定された劣化状態の信頼性を判定する判定部と、を備える。
請求項８の発明に係る蓄電システムは、電動車両の車両駆動用電源に用いられる請求項１に記載の蓄電装置と、前記蓄電セルの電流値および電圧値に基づいて前記複数の蓄電セルの劣化状態を推定する第１の推定部と、前記複数の蓄電セルを所定温度かつ所定充電状態に保持して計測された該複数の蓄電セルの基準膨張量が記憶される記憶部と、前記基準膨張量に基づいて前記複数の蓄電セルの劣化状態を推定する第２の推定部と、前記第１の推定部で推定された劣化状態と前記第２の推定部で推定された劣化状態とに基づいて、前記蓄電モジュールの充放電条件を変更する充放電制御部と、を備える。

本発明によれば、組立作業やメンテナンス性に優れた蓄電装置および蓄電システムを提供することができる。

図１は、蓄電システムの第１の実施の形態を説明する図である。 図２は、劣化状態推定の判定処理の一例を示すフローチャートである。 図３は、膨張量補正を説明する図である。 図４は、充放電時間と電池抵抗および膨張量との関係を示す図である。 図５は、蓄電システムの第２の実施の形態を説明する図である。 図６は、第３の実施の形態を説明する図である。 図７は、荷重と電池モジュールの積層方向の寸法との関係の一例を示す図である。 図８は、変位センサ配置の第１の変形例を示す図である。 図９は、変位センサ配置の第２の変形例を示す図である。 図１０は、変位センサとしてリニアエンコーダを用いる場合の模式図である。 図１１は、差動変圧器式の変位センサを用いる場合の模式図である。

以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
−第１の実施の形態−
図１は、本発明に係る蓄電システムの第１の実施の形態を説明する図である。図１に示す蓄電システム１００は車載用の蓄電システムであり、蓄電装置３０、セルコントローラ８、記憶回路９およびバッテリーコントローラ１０を備えている。

蓄電装置３０は、電池モジュールＭＤ、電池モジュールＭＤが載置されるベース７、ベース７に固定された基準板６を備えている。電池モジュールＭＤは、図示左右方向に積層された複数のリチウムイオン二次電池セル３と、それらのリチウムイオン二次電池セル３を固縛する固縛装置２と、一対の変位センサ１とを備えている。固縛装置２は、積層されたリチウムイオン二次電池セル３の左右両端に配置される一対の固縛板２０と、固縛板２０同士を連結するサイドプレート２１とを備えている。サイドプレート２１は両サイドに設けられている。固縛板２０にサイドプレート２１を取り付けることによって、リチウムイオン二次電池セル３の積層体は一対の固縛板２０によってセル積層方向に挟持されることになる。

リチウムイオン二次電池セル３は角型の電池セルであって、例えば、電気絶縁用のセパレータを介して正極と負極を積層または捲回し、非水溶性電解液を含浸させた状態で電池容器内に封入したものである。正極はアルミ箔上にＬｉＣｏＯ_２の粒子を導電剤および結着剤と混合し塗布したものである。なお、正極活物質としては、ＬｉＣｏＯ_２の他に、ＬｉＮｉＯ_２、ＬｉＭｎＯ_２、ＬｉＮｉＣｏＭｎＯ_２などのリチウム金属遷移酸化物を用いることができる。負極は銅箔上に黒鉛の粒子を結着剤と混合し塗布したものである。黒鉛の他にＳｉ、ＳｉＯと黒鉛の混合材などを負極活物質に用いることができる。電気絶縁用のセパレータにはＰＰ、ＰＥ材を積層した微多孔膜が用いられるが、不織布、セルロースなども代用可能である。非水溶性電解液の電解質にはＬｉＰＦ_６が用いられるが、ＬiＢＦ_４でも代用できる。電解液の溶媒にはＥＣ、ＤＭＣ、ＥＭＣの３種類を混合したものを用いた。

リチウムイオン二次電池セル３は、充放電サイクルの増加と共に電池容量が低下する。電池容量の低下は、リチウムイオン二次電池セル３の充放電における膨張が要因の一つと考えられている。膨張量は、リチウムイオン二次電池セル３の劣化状態によって異なり、また、リチウムイオン二次電池セル３の充電状態（ＳＯＣ：state of charge）によっても異なる。図１に示す電池モジュールＭＤでは、電池モジュールＭＤの膨張を抑制し電池容量の低下を抑えるために、電池モジュールＭＤを積層方向に固縛する固縛装置２を備えている。

固縛装置２は、リチウムイオン二次電池セル３の膨張を抑制するために設けられたものである。固縛板２０は、複数のリチウムイオン二次電池セル３（以下では、セル積層体と呼ぶ場合もある）のセル積層方向の両端に設けられ、それを挟持している。一対の固縛板２０には、所定の圧力でセル積層体が挟持されるようにサイドプレート２１で連結されている。固縛装置２により固縛された状態の電池モジュールＭＤは、ベース７上に固定されている。充放電および電池劣化によってリチウムイオン二次電池セル３が膨張すると、固縛された状態においても固縛板２０間の距離が変化する。

各固縛板２０には、セル積層体を挟持する面とは反対側の面（以下では、非挟持面と呼ぶ）２０ａには、変位センサ１が設けられている。変位センサ１と対向する位置には基準板６が設けられている。基準板６は、電池モジュールＭＤが載置されるベース７に固定されている。変位センサ１は、基準板６と固縛板２０との距離を測定するためのセンサである。変位センサ１には、例えば、赤色発光ダイオード（ＬＥＤ）変位センサが用いられる。より高精度の測定が必要な場合にはレーザー変位センサを用いると良い。

各リチウムイオン二次電池セル３は、電流線４を介して接続されたバッテリーコントローラ１０により、所定の条件で充放電される。リチウムイオン二次電池セル３の充放電条件は、セルコントローラ８および車両コントローラ１１からの情報に基づいてバッテリーコントローラ１０で調整される。セルコントローラ８には、電圧線５を介して各リチウムイオン二次電池セル３のセル電圧が入力される。さらに、セルコントローラ８には、各固縛板２０に取り付けた変位センサ１から距離情報（検出信号）が入力される。セルコントローラ８は、入力された距離情報（固縛板２０の距離情報）に基づいて電池モジュールＭＤの膨張量を求める。記憶回路９は、セルコントローラ８からの入力信号をログとして記憶する。バッテリーコントローラ１０から出力される電池モジュールＭＤの充放電条件は、車両全体を制御する車両コントローラ１１に入力される。

次に、電池モジュールＭＤに設けられたリチウムイオン二次電池セル３の劣化状態の推定方法について説明する。リチウムイオン二次電池セル３はリチウムイオンが正極と負極間を移動し、挿入、脱離を繰り返すことにより充放電する。リチウムイオン二次電池セル３を長期間充放電運転すると、電極材や電解液などの劣化により、単位時間に移動できるリチウムイオン量や所定の電圧範囲で移動できる総リチウムイオン量が低下し、電池の出力や容量が低下してくる。リチウムイオン二次電池セル３を目標寿命まで使用するためには、このような電池の劣化状況を把握し、劣化状況に応じて充放電条件を調整する必要がある。

前述したように、電圧値および電流値から算出される電池抵抗値から劣化状態を推定する従来の推定方法では、電圧値や電流値に測定誤差が生じた場合、劣化状態を誤って判断してしまうおそれがあった。

リチウムイオン二次電池セル３の劣化を示す指標の一つとして、電極活物質の割れや活物質内でのリチウムイオンの残留などによる電極の膨張がある。そこで、本実施の形態では、変位センサ１の検出データに基づいて得られた電池モジュールＭＤの膨張量を劣化状態判定に利用することで、劣化状態推定の信頼性向上を図るようにした。

上述したように、本実施の形態では、変位センサ１で測定した基準板６および固縛板２０間の距離情報を電圧値としてセルコントローラ８に入力し、電池モジュールＭＤの膨張量を把握するようにしている。しかし、膨張量は電池モジュールＭＤのＳＯＣによっても変化するため、膨張量を精度良く評価するには電池モジュールＭＤを所定ＳＯＣに調整した後、変位センサ１で測定することが望ましい。なお、所定ＳＯＣとしては特に決まった値はなく、例えば、ＳＯＣ＝５０％を所定ＳＯＣとすれば良い。

車両運転時には、リチウムイオン二次電池セル３の充放電状態は時間に対して急激に変化することが多いため、所定のＳＯＣに調整して膨張量を測定するのは困難である。また、電池モジュールＭＤの膨張量は雰囲気温度により影響を受け、車載用の場合、温度変化が大きくなるため測定精度が低下する可能性がある。

そこで、車検や定期点検時などの際に、電池モジュールＭＤを車両から取り外し、以下のような手順で膨張量を正確に測定する。まず、蓄電装置３０を車両から取り外したならば、充放電装置を用いて電池モジュールＭＤのＳＯＣを所定ＳＯＣに調整する。次いで、電池モジュールＭＤの温度を所定温度に保持して、電池モジュールＭＤの膨張量を測定する。膨張量測定は、蓄電装置３０に設けられている変位センサ１を用いて行う。そして、測定された膨張量Ｅ０は、所定ＳＯＣおよび所定温度における基準膨張量として、記憶回路９に記憶させる。

図２は、劣化状態推定の判定処理の一例を示すフローチャートである。図２に示す一連の処理は、車両使用状況の特定のタイミング（例えば、車両検査直後や車両起動のタイミングなど）においてバッテリーコントローラ１０で実行される。

ステップＳ１０では、リチウムイオン二次電池セル３の電流値、電圧値および膨張量Ｅを測定し、その測定データを記憶回路９に記憶する。ステップＳ２０では、記憶回路９に記憶された電流値、電圧値の測定データに基づいて電池抵抗Ｒ１を算出する。ステップＳ３０では、膨張量測定値Ｅと測定時の電池温度およびＳＯＣに基づいて、所定温度かつ所定ＳＯＣの膨張量Ｅ１＝Ｅ(SOC,T)×Ｋ(SOC,T)を算出する。なお、電池モジュールＭＤには温度センサが設けられており、温度検出信号はバッテリーコントローラ１０に入力される。膨張量は電池温度とＳＯＣに依存するので、上述のように換算係数Ｋ(SOC,T)を用いて所定温度かつ所定ＳＯＣにおける膨張量Ｅ１に換算する。換算係数Ｋ(SOC,T)は、予めマップデータとして記憶回路９に記憶されている。

なお、本実施の形態では、車両走行時に得られる膨張量Ｅ１を、車両検査時に測定された膨張量Ｅ０を用いて図３のように補正する。図３において、Ｅ(t)は、所定の充放電条件により充放電を行った場合の、充放電時間ｔに対する膨張量の変化を示している。そして、車両点検時に得られる膨張量Ｅ０は正確な測定値なので、曲線Ｅ(t)上に乗っている。そして、車両点検直後の車載状態において膨張量Ｅ１を取得する。この膨張量Ｅ１は所定温度かつ所定ＳＯＣにおける値に換算したものではあるが、車両点検時に得られる膨張量Ｅ０に比べて誤差を含んでいる。そのため、差分＝Ｅ０−Ｅ１を補正値（オフセット値）として記憶回路９に記憶し、その後に取得される膨張量Ｅ１（補正前）に対しては、「膨張量Ｅ１（補正前）＋補正値」を補正後膨張量Ｅ１とする。そのため、補正後膨張量Ｅ１は曲線Ｅ(t)に近い値となる。ステップＳ３０における膨張量Ｅ１には、この補正後膨張量Ｅ１が用いられる。もちろん、多少の誤差を許容するならば、膨張量Ｅ１（補正前）を用いても構わない。

ステップＳ４０では、ステップＳ２０，Ｓ３０で取得された電池抵抗Ｒ１および膨張量Ｅ１に基づいて、充放電時間ｔr1，ｔe1をそれぞれ算出する。記憶回路９には、電池抵抗Ｒ１と充放電時間ｔr1との相関を表すマップデータ、および、所定温度かつ所定ＳＯＣにおける膨張量Ｅ１と充放電時間ｔe1との相関を表すマップデータが、予め記憶されている。これらのマップデータと電池抵抗Ｒ１および膨張量Ｅ１とから充放電時間ｔr1，ｔe1を算出する。

ステップＳ５０では、充放電時間ｔr1，ｔe1の差分＝｜ｔe1−ｔr1｜が、許容値Δｔに対して差分≦Δｔを満足するか否かを判定する。図４は、充放電時間ｔと電池抵抗Ｒおよび膨張量Ｅとの関係を示す図である。相関Ｒ(t)，Ｅ(t)は、予めマップデータまたは相関関数として記憶回路９に記憶されている。図４に示す例では、差分＝｜ｔe1−ｔr1｜は差分≦Δｔを満足している。すなわち、ステップＳ２０で取得された電池抵抗Ｒ１は信頼性があり、電流値および電圧値に関する測定系は正常であると判断することができる（ステップＳ６０）。

一方、電池抵抗が図４のＲ２のような値であった場合、充放電時間ｔr1と充放電時間ｔe1との乖離が大きいので、取得された電池抵抗Ｒ２は信頼性が無いと判定する（ステップＳ７０）。すなわち、電流値および電圧値に関する測定系に異常が生じていると判断することができる。

ステップＳ６０において信頼性有りと判定した場合には、通常通り、電池抵抗Ｒ１を用いて劣化状態の推定を行う。一方、ステップＳ７０において「信頼性無し」と判定した場合には、ステップＳ８０に進んで、電池計測系に異常があることを知らせる警報をバッテリーコントローラ１０から車両コントローラ１１に送信する。

なお、図４に示したＲ(t)およびＥ(t)は、所定の充放電パターンで電池モジュールＭＤを使用した場合の電池抵抗および膨張量の推移を示したものである。そのため、劣化しやすい充放電条件で充放電を行った場合には、ステップＳ４０で算出される充放電時間ｔr1，ｔe1は、実際にタイマでカウントされている充放電時間に比べて長くなる。すなわち、電池モジュールＭＤの残寿命はより短くなっていることになる。

そのような場合、充放電条件を変更して、電池モジュールＭＤ公称の電池保証時間まで使用できるように残寿命を延ばすことが行われる。そのような対策としては、例えば、充電制御時のＳＯＣ上限値を、予め設定されているＳＯＣ上限値よりも低く設定する方法がある。その結果、電池モジュールＭＤのＳＯＣの使用範囲が低めに設定されるため、電池モジュールＭＤの劣化進行の度合いが小さくなり、残寿命の改善を図ることができる。

なお、図２に示す処理では、車載状態における測定系診断について説明した。しかし、車両検査時に蓄電装置３０を車両から取り外して電池モジュールＭＤの膨張量Ｅ０を測定した際に、その充放電の際の電圧および電流から算出される電池抵抗Ｒ１と膨張量Ｅ０とから測定系の状態を診断しても良い。

また、上述の劣化診断に代えて、以下のような診断を行って測定系の診断や劣化状態の判断を、バッテリーコントローラ１０で行うようにしても良い。すなわち、車両点検時に取得された電池抵抗Ｒ１と膨張量Ｅ０が、実際にカウントされた充放電時間と相関Ｒ(t1)，Ｅ(t)とから予測される電池抵抗値および膨張量よりも大きい場合には、電池モジュールＭＤの劣化が予測より進行していると判断される。その場合には、目標寿命を達成できなくなるため、充放電時における電流、電圧の動作範囲を狭くする、あるいは時間当たりの充放電サイクル数を減らすなど緩和した条件に変更し、バッテリーコントローラ１０でセルの充放電を制御する。

一方、電池抵抗は予測値よりも高いが、膨張量が予測値よりも小さい場合には、電解液の劣化や部材と信号線との接触不良あるいは誤信号などの可能性が考えられるため、要因を推定し対策する必要がある。

また、電池抵抗および膨張量の両方とも予測値以下である場合には、電池モジュールＭＤの劣化は予測範囲内であると思われるため、条件を変更せず充放電を行う。

なお、電池寿命の予測には寿命予測式が用いられることが多いが、正負極の活物質、電解液組成、充放電条件、温度などによって予測値が変わる。そのため、事前に実電池にできるだけ近い条件で寿命評価試験を行い、その結果に基づいて作成した予測式を用いる必要がある。

以上説明したように、本実施の形態の蓄電装置３０では、変位センサ１により基準板６を検出することにより、各固縛板２０と対向する基準板６との距離変化がそれぞれ検出される。その結果、固縛板２０で固縛されたセル積層体の、積層方向の膨張量を検出することができる。

変位センサ１は、図１に示すように固縛板２０の非挟持面２０ａに、すなわち、固縛板２０の外側に露出した部分（非挟持面２０ａ）に配置されているので、セル積層体を固縛板２０で固縛した後に、変位センサ１を固縛板２０に取り付けることも可能であり、組立作業性に優れている。また、固縛状態においても非挟持面２０ａへの変位センサ１の着脱ができるので、固縛後の変位センサ１の検査や校正を容易に行うことができると共に、変位センサ１が故障している場合の交換作業も容易に行うことができる。

また、バッテリーコントローラ１０においては、リチウムイオン二次電池セル３の電流値および電圧値に基づいてリチウムイオン二次電池セル３の劣化状態を推定し、電池モジュールＭＤの膨張量に基づいてリチウムイオン二次電池セル３の劣化状態を推定し、膨張量に基づいて推定された劣化状態に基づいて、電流値および電圧値に基づいて推定された劣化状態の信頼性を判定するようにした。これにより、電流値および電圧値の計測系の異常を診断することができ、劣化状態の誤診断を防止することができる。すなわち、劣化状態診断の信頼性向上を図ることができる。

さらに、記憶回路９に、電池モジュールＭＤを所定温度かつ所定充電状態に保持して計測された膨張量Ｅ０を記憶させ、測定された膨張量を基準膨張量Ｅ０に基づいてバッテリーコントローラ１０で補正し、測定された膨張量に代えて前記補正された膨張量に基づいて劣化状態を推定することにより、上述した計測系の異常診断をより正確に行うことができる。

−第２の実施の形態−
図５は、第２の実施の形態を説明する図である。図５は、設置タイプの蓄電システム２００の概略構成を示す模式図であり、図１に示した車載用の蓄電システム１００と比較すると、蓄電コントローラ１２を備え、記憶回路９を備えていない点が異なる。蓄電コントローラ１２は蓄電システム２００の全体の制御を行うものであり、バッテリーコントローラ１０に制御信号を送る。

蓄電システム２００の使用用途は、停電時の非常用電源や電力負荷平準化のためのバックアップ電源などである。上述した車載用の蓄電システム１００では、充電条件や温度などが激しく変化するので、蓄電装置３０を車両から外し、所定温度かつ所定ＳＯＣ状態にして膨張量Ｅ０を計測した。

一方、蓄電システム２００の場合には、車載用の蓄電システム１００と比べて時間に対する充放電状態の変化は小さく、また、周囲温度の変化も少ない。そのため、電池モジュールＭＤの充放電時の電流、電圧、膨張量をオンタイムで連続計測し、所定ＳＯＣに達した時の電流、電圧、膨張量から電池抵抗と膨張量を求めるようにする。なお、電池抵抗と膨張量から電池の劣化状態を把握する過程は車載用の場合と同様である。ただし、蓄電装置３０を取り外して電池モジュールＭＤの膨張量Ｅ０の測定は行われないので、ステップＳ３０における膨張量Ｅ１は計測された膨張量そのものである。

このように、本実施の形態では、リチウムイオン二次電池セル３の電流値および電圧値に基づいて電池モジュールＭＤの劣化状態を推定する。そして、推定された劣化状態の信頼性を、変位センサ１の検出値から得られる膨張量に基づいて判定するようにした。蓄電システム２００は一般に車載用と比べて大容量であり、電池モジュールＭＤの数も多くなる。そのため、上述した車載用と同様の方法では、電池の劣化状態の把握および充放電状態の調整に多くの時間が必要となり、ランニングコストの上昇やシステム稼働率の低下を招くことが考えられる。そこで、上述のように電池モジュールＭＤの膨張量をオンタイム計測することで、劣化状態診断の時間を短縮することができる。

−第３の実施の形態−
図６は、第３の実施の形態を説明する図である。図６は、蓄電装置３０を示す図である。なお、図６ではサイドプレート２１の図示を省略した。この蓄電装置３０は、第１の実施の形態に示した車載用の蓄電システム１００にも、第２の実施の形態に示した設置型の蓄電システム２００にも適用することができる。

本実施の形態では、一方の固縛板２０の上端面（すなわち、非挟持面）２０ｂに変位センサ１を設け、他方の固縛板２０の上端面２０ｂにセンサターゲットとしての基準板６を配置するようにした。なお、図６に示す例では、図示右側の固縛板２０に変位センサ１を設け、図示左側の固縛板２０に基準板６を設けているが、逆の配置としても良い。

本実施形態では、変位センサ１は、一方の固縛板２０の外側に露出した上端面２０ｂに配置されているので、第１の実施の形態の場合と同様に、蓄電装置３０の組立作業性に優れている。さらに、固縛状態においても上端面２０ｂへの変位センサ１の着脱ができるので、固縛後の変位センサ１の検査や校正を容易に行うことができると共に、変位センサ１が故障している場合の交換作業も容易に行うことができる。

複数のリチウムイオン二次電池セル３を固縛する場合、リチウムイオン二次電池セル３の積層体の両側に固縛板２０を取り付け、固縛板２０が取り付けられた電池モジュールＭＤを押え板２２ａと荷重板２２ｂとの間に配置する。そして、荷重板２２ｂを固縛板２０方向に押圧して所定の荷重を加え、荷重を加えた状態で固縛板２０に不図示のサイドプレート２１（図１参照）取り付ける。これにより、電池モジュールＭＤは固縛状態となる。

図７は、電池モジュールＭＤに荷重を加えた場合の、荷重と電池モジュールＭＤの積層方向の寸法（ここでは幅寸法と呼ぶ）との関係の一例を示す図である。電池モジュールＭＤの幅寸法は荷重が大きいほど短くなる。また、同一荷重であっても、電池モジュールＭＤのＳＯＣの高低によって幅寸法が異なる。図７ではＳＯＣ１＞ＳＯＣ２＞ＳＯＣ３の関係にある。同一荷重Ｆに対して、ＳＯＣ１，ＳＯＣ２，ＳＯＣ３の場合の各幅寸法Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３は、Ｗ１＞Ｗ２＞Ｗ３となっている。

そのため、同一構成の電池モジュールＭＤを量産する場合、変位センサ１の検出結果を利用して以下のような組み立て作業を行うことができる。まず、使用される電池モジュールＭＤに対して、図７に示すような荷重と幅寸法との相関を事前に求めておく。そして、図６に示すように荷重板２２ｂに荷重を加え、変位センサ１で検出される固縛板２０間の距離（すなわち幅寸法）が所定の寸法となったならば、固縛板２０にサイドプレート２１を固定する。

その結果、電池モジュールＭＤは、固縛の際に固縛荷重を測定しなくても、所定の固縛荷重で固縛されることになる。このような固縛作業では、固縛荷重で管理するよりも変位センサ１で検出される幅寸法で管理する方が作業性に優れ、作業時間の短縮を図ることができる。また、変位センサ１を、固縛作業時の幅寸法管理と充放電に伴う膨張量の検出の両方に兼用して用いることができる。

上述した実施の形態は以下のような作用効果を奏する。蓄電装置３０は、図１に示すように、積層された複数のリチウムイオン二次電池セル３（蓄電セル）と、複数のリチウムイオン二次電池セル３をセル積層方向に挟持する一対の固縛板２０を有する固縛装置２と、一対の固縛板２０で固縛された複数のリチウムイオン二次電池セル３のセル積層方向の膨張量を検出するための変位センサ１と、を備える。変位センサ１は、固縛装置２で固縛された複数のリチウムイオン二次電池セル３の外側に配置される。

このように、変位センサ１を、固縛装置２で固縛された複数のリチウムイオン二次電池セル３の外側に配置したので、組立作業性に優れる。さらに、固縛状態においても、変位センサ１の校正や修理、交換等を容易に行うことができる。

なお、固縛装置２で固縛された複数のリチウムイオン二次電池セル３の外側に配置する方法としては、例えば、図１に示す構成のように、一対の固縛板２０の各々の非挟持面２０ａに変位センサ１を設け、各変位センサ１と対向配置された基準板６を被検出部として使用する。

また、図６に示す構成のように、変位センサ１を一方の固縛板２０の上端面２０ｂに設け、被検出部としての基準板６を他方の固縛板２０の上端面２０ｂに設けるようにしても良い。このような構成とすることで、変位センサ１の個数を減らすことができる。なお、固縛板２０の上端面２０ｂに設ける代わりに、固縛板２０をリチウムイオン二次電池セル３の上方に延ばし、その固縛板２０の非挟持面を被検出部としても良い。

また、図８に示すように、変位センサ１を、固縛板２０の非挟持面２０ａと離間して対向配置された基準板６に設けるようにしても良い。この場合、固縛板２０の非挟持面２０ａが変位センサ１の被検出部として機能する。このような構成とすることにより、変位センサ１が取り付けられていない電池モジュールＭＤ（例えば、既存の車載用あるいは蓄電用の電池モジュールＭＤ）についても、膨張量を測定することが可能となる。

また、図９に示すように、変位センサ１を、リチウムイオン二次電池セル３間に挿入された金属板３１の、外側に露出している部分に取り付けるような構成としても良い。変位センサ１が固縛板２０や基準板６に取り付けることができない場合には、このような構成とすることにより、電池モジュールＭＤの膨張量を測定することが可能となる。図９に示す例では、一対の金属板３１間には５個のリチウムイオン二次電池セル３が設けられているので、検出される膨張量Ｅは５個分の膨張量となる。そのため、電池モジュールＭＤの膨張量は（Ｅ／５）×７と推定される。

なお、上述した実施形態では、変位センサ１に光学式の変位センサ（赤色発光ダイオード（ＬＥＤ）変位センサ、レーザー変位センサ）を用いる例を示したが、他の方式の変位センサを用いても構わない。例えば、非接触式の変位センサとしては例えばリニアエンコーダ等があり、接触式であれば差動変圧器式の変位センサ等が上げられる。

図１０はリニアエンコーダを用いる場合の模式図であり、図１０（ａ）は平面図、図１０（ｂ）は側面図である。図１０に示す例では、両方の固縛板２０に対してリニアエンコーダ４０が設けられており、各固縛板２０のセル積層方向の位置（変位）は、各々に設けられたリニアエンコーダ４０によって検出される。なお、図１０（ａ）では、図示下側のサイドプレート２１は、二点鎖線で示した。

リニアエンコーダ４０には、検出部４０ａとメインスケール４０ｂとが設けられている。メインスケール４０ｂは、固縛板２０の露出部である側面２０ｃに設けられている。検出ヘッド４０ａには、メインスケール４０ｂを挟んで光源４０２と受光部４０１とが設けられている。受光部４０１には、図示していないがインデックススケールと受光素子とが設けられている。電池モジュールＭＤが膨張して固縛板２０がセル積層方向（図示左右方向）に移動すると、検出ヘッド４０ａに対してメインスケール４０ｂが相対移動し、リニアエンコーダ４０によって移動量が検出される。各リニアエンコーダ４０の移動量から、電池モジュールＭＤの膨張量を算出することができる。

図１１は、差動変圧器式の変位センサを用いる場合の模式図である。変位センサ５０には可動鉄心５１が設けられている。可動鉄心５１は図示左右方向に移動する構成となっており、この移動量を差動変圧器によって検出する。変位センサ５０は、可動鉄心５１の先端が固縛板２０の非挟持面２０ａと接触するように設けられている。そのため、電池モジュールＭＤが膨張して固縛板２０がセル積層方向（図示左右方向）に移動すると、可動鉄心５１が左右方向に移動し、各固縛板２０の移動量が検出される。各変位センサ５０で検出された移動量から、電池モジュールＭＤの膨張量を算出することができる。

なお、上述した計測系の診断や充放電条件の変更に関する内容は、上述した変位センサ１を設ける構成ではなく、圧力センサを電池セル間や電池セルと固縛板２０との間に設ける従来の構成においても適用することができる。

なお、上述した実施形態では、リチウムイオン二次電池セル３を蓄電セルの一例として説明したが、リチウムイオンキャパシタ等を蓄電セルに用いた蓄電モジュールを備える蓄電装置にも本発明を適用できる。また、角型のリチウムイオン二次電池セル３に限らず、ラミネート方式の電池セルにも適用することができる。

上記の通り、種々の実施の形態及び変形例について説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

１，５０…変位センサ、２…固縛装置、３…リチウムイオン二次電池セル、６…基準板、７…ベース、８…セルコントローラ、９…記憶回路、１０…バッテリーコントローラ、１１…車両コントローラ、１２…蓄電コントローラ、２０…固縛板、２０ａ…非挟持面、２０ｂ…上端面、２０ｃ…側面、２１…サイドプレート、３０…蓄電装置、３１…金属板、４０…リニアエンコーダ、１００，２００…蓄電システム、ＭＤ…電池モジュール

Claims (8)

1. 積層された複数の蓄電セルと、
   前記複数の蓄電セルをセル積層方向に挟持する第１および第２の固縛部材を有して、前記複数のセルを固縛する固縛装置と、
   前記第１および第２の固縛部材で固縛された前記複数の蓄電セルの前記セル積層方向の膨張量を検出するための変位センサと、を備え、
   前記変位センサは前記固縛装置で固縛された前記複数の蓄電セルの外側に配置される、蓄電装置。
2. 請求項１に記載の蓄電装置において、
   前記変位センサは、前記第１および第２の固縛部材の少なくとも一方の非挟持面に配置される、または、前記第１および第２の固縛部材の少なくとも一方の非挟持面と離間して対向配置され、
   前記変位センサと対向するように配置されて、該変位センサにより検出される被検出部を備える蓄電装置。
3. 請求項２に記載の蓄電装置において、
   前記第１の固縛部材の非挟持面に設けられる第１の変位センサと、
   前記第２の固縛部材の非挟持面に設けられる第２の変位センサと、
   前記第１の変位センサと対向配置され、前記第１の変位センサにより検出される第１の被検出部と、
   前記第２の変位センサと対向配置され、前記第２の変位センサにより検出される第２の被検出部と、を備える蓄電装置。
4. 請求項２に記載の蓄電装置において、
   前記変位センサは前記第１の固縛部材の非挟持面に設けられ、
   前記被検出部は前記第２の固縛部材の非挟持面に設けられる、蓄電装置。
5. 請求項２に記載の蓄電装置において、
   前記第１の固縛部材の非挟持面と対向配置される第１の変位センサと、
   前記第２の固縛部材の非挟持面と対向配置される第２の変位センサと、を備え、
   前記第１の固縛部材の非挟持面は、前記第１の変位センサにより検出される前記被検出部として用いられ、
   前記第２の固縛部材の非挟持面は、前記第２の変位センサにより検出される前記被検出部として用いられる、蓄電装置。
6. 請求項１に記載の蓄電装置と、
   前記蓄電セルの電流値および電圧値に基づいて前記複数の蓄電セルの劣化状態を推定する第１の推定部と、
   前記膨張量に基づいて前記複数の蓄電セルの劣化状態を推定する第２の推定部と、
   前記第２の推定部で推定された劣化状態に基づいて、前記第１の推定部で推定された劣化状態の信頼性を判定する判定部と、を備える蓄電システム。
7. 請求項６に記載の蓄電システムにおいて、
   前記複数の蓄電セルを所定温度かつ所定充電状態に保持して計測された該複数の蓄電セルの基準膨張量が記憶される記憶部と、
   前記膨張量を前記基準膨張量に基づいて補正する補正部と、を備え、
   前記第２の推定部は、前記膨張量に代えて前記補正部で補正された膨張量に基づいて前記複数の蓄電セルの劣化状態を推定する、蓄電システム。
8. 電動車両の車両駆動用電源に用いられる請求項１に記載の蓄電装置と、
   前記蓄電セルの電流値および電圧値に基づいて前記複数の蓄電セルの劣化状態を推定する第１の推定部と、
   前記複数の蓄電セルを所定温度かつ所定充電状態に保持して計測された該複数の蓄電セルの基準膨張量が記憶される記憶部と、
   前記基準膨張量に基づいて前記複数の蓄電セルの劣化状態を推定する第２の推定部と、
   前記第１の推定部で推定された劣化状態と前記第２の推定部で推定された劣化状態とに基づいて、前記蓄電モジュールの充放電条件を変更する充放電制御部と、を備える蓄電システム。

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