JP2018098032A

JP2018098032A - 電池システム

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Publication number: JP2018098032A
Application number: JP2016241272A
Authority: JP
Inventors: 里紗新子; Risa Shinko; 達哉古賀; Tatsuya Koga
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-12-13
Filing date: 2016-12-13
Publication date: 2018-06-21
Anticipated expiration: 2036-12-13
Also published as: JP6743671B2

Abstract

【課題】電池システムにおいて、車両の使用環境における外気圧を考慮して電流遮断機構の経時劣化を適切に判断する。【解決手段】電池システム１は、電池ケース内の内圧に応じて電流を遮断する電流遮断機構を有する電池セル１０と、電池セル１０の温度を取得する温度取得部６１と、電池セル１０の充電状態を示すＳＯＣを取得するＳＯＣ取得部６２と、電池セル１０の周囲の外気圧を取得する外気圧取得部６３と、温度、ＳＯＣ及び外気圧に基づいて電流遮断機構の積算ダメージ量を算出し、積算ダメージ量と電流遮断機構の経時劣化を判断する時点における外気圧とから電流遮断機構の経時劣化を判断する、判断部６５と、を備える。【選択図】図４

Description

本発明は、電池システムに係り、特に、電池に設けられた電流遮断機構の経時劣化を判断する電池システムに関する。

従来、密閉型の電池では、充放電などによって電池内にガスが発生し、電池内圧が上昇することがある。電池内圧が上昇しすぎると、電池ケースが破損したりするおそれがある。

そのため、密閉型電池には、圧力型の電流遮断機構（ＣＩＤ：ＣｕｒｒｅｎｔＩｎｔｅｒｒｕｐｔＤｅｖｉｃｅ）が用いられる。電流遮断機構は、電池の一方の電極に接続される集電板と、外部端子に接続される反転板とを含む。通常、集電板と反転板とは導通状態にあり、外部端子と電極との間に電流が流れる。電池の内圧が上昇すると、電流遮断機構を構成する集電板が反転板との接続部周縁で破断し、反転板が集電板の残部から離れる。これにより、反転板と集電板とが非導通状態になり、外部端子と電池との間の電流が遮断される。このようにして電流が遮断されることによって、更なる内圧の上昇が抑えられ、電池ケースの破損などを防止することができる。

例えば、特許文献１には、車両に搭載される電池システムにおいて、電池温度およびＳＯＣ（ＳｔａｔｅＯｆＣｈａｒｇｅ）から算出される電池内圧と時間量とから内圧ダメージ量を算出し、このダメージ量に基づいて電流遮断機構の経時劣化を判断する（すなわち電流遮断機構の破断の可能性を判断する）ことが記載されている。電流遮断機構が経時劣化していると判断された場合には、ユーザに通知（警告）が行われ、電池の交換などが促される。

特開２０１５−１４１７９０号公報

上記のように電池に設けられた電流遮断機構において、これを搭載した車両が外気圧の低い高地で使用された場合、平地使用の場合と比べて内外圧力差がより大きくなる。特許文献１に記載される電池システムでは、外気圧を考慮せずに電流遮断機構の経時劣化を判断しているため、上記のような高地使用における内外圧力差の拡大によって電流遮断機構の破断がより早く生じる可能性がある。すなわち、ユーザに警告が行われる前に、電流遮断機構の破断が生じる可能性がある。

そこで、本発明の目的は、車両の使用環境における外気圧を考慮して電流遮断機構の経時劣化を判断することで、適切に電流遮断機構の経時劣化を判断することができる電池システムを提供することである。

本発明の電池システムは、電池ケース内の内圧に応じて電流を遮断する電流遮断機構を有する電池と、前記電池の温度を取得する温度取得部と、前記電池の充電状態を示すＳＯＣを取得するＳＯＣ取得部と、前記電池の周囲の外気圧を取得する外気圧取得部と、前記温度と前記ＳＯＣと前記外気圧とに基づいて前記電流遮断機構の積算ダメージ量を算出し、当該積算ダメージ量と前記電流遮断機構の経時劣化を判断する時点における前記外気圧とから、前記電流遮断機構の前記経時劣化を判断する、判断部と、を備える。

本発明の電池システムにおいて、前記判断部は、前記積算ダメージ量と前記電流遮断機構の経時劣化を判断する時点における前記外気圧とから前記電池の使用可能年数を求め、当該使用可能年数が前記電池を使用し始めてから経過した年数である電池経過年数よりも短い場合に、前記電流遮断機構が劣化破断する可能性があると判断する、としても好適である。

本発明の電池システムにおいて、警告部をさらに備え、前記警告部は、前記判断部により前記電流遮断機構が劣化破断する可能性があると判断された場合に、警告を行う、としても好適である。

本発明に係る電池システムによれば、外気圧が考慮された積算ダメージ量と、電流遮断機構の経時劣化を判断する時点における外気圧とから電流遮断機構の経時劣化を判断する、すなわち、車両の使用環境における外気圧を考慮して電流遮断機構の経時劣化を判断するため、適切に電流遮断機構の経時劣化を判断することができる。

実施の形態に係る電池システムに含まれる電池セルを示す斜視図である。図１に示した電池セルの上部を示す拡大斜視図である。図２に示した電池セルに含まれる電流遮断機構を示す、図２中のＡ−Ａ線断面図である。実施の形態に係る電池システムの概略構成を説明するための図である。図４に示した監視ユニットの記憶部にそれぞれ記憶されているマップの一例を示す図であり、（ａ）は電池セルの温度／ＳＯＣ／外気圧とダメージ値との関係を示すマップであり、（ｂ）は温度／ＳＯＣ／外気圧頻度分布をカウントするためのマップである。図４に示した監視ユニットの記憶部に記憶されている、積算ダメージ量／外気圧と使用可能年数との関係を示すマップである。図４に示した監視ユニットの判断部において実行される処理の一例を示すフローチャートである。

以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。

以下では、実施の形態に係る電池システムに含まれる電池セルについてまず説明し、次いで、当該電池セルによって構成される電池スタックを備える電池システムについて説明する。

図１は、電池システムに含まれる電池セル（電池）１０を示す斜視図である。電池セル１０は、例えば、密閉型の角形二次電池であり、リチウムイオン電池などが用いられる。

図１に示すように、電池セル１０は、電池ケース１２を備える。電池ケース１２には、電池要素が電解液と共に収容されて封止されている。電池要素は、例えば、セパレータを挟んで正極電極および負極電極が巻回または積層されて構成される。

電池ケース１２の上部には、外部端子１４，１７が設けられる。例えば、外部端子１４はプラス端子であり、外部端子１７はマイナス端子である。外部端子１４は、端子板１５と、突起１６とを含む。端子板１５は、後述する電流遮断機構（以下、適宜に「ＣＩＤ」という）の上方に配置される蓋としての役割を果たす。また、端子板１５には、貫通孔１５ａが形成されている。この貫通孔１５ａは、後述するＣＩＤの反転板の上方に形成される空間に連通する。外部端子１４の突起１６は、例えば、ボルトで構成され、外部端子１４に連結されている。外部端子１７も、外部端子１４と同様に、端子板１８と突起１９とを含む。

電池セル１０は、さらにガス排出弁１３を含む。ガス排出弁１３は、電池セル１０内に発生したガスによる電池内圧が高くなると開放してガスを排出する。

電池セル１０は、例えば、車両に搭載される組電池（電池パック）に組み込まれて使用される。実施の形態において、電池セル１０の温度とＳＯＣとが取得されて、ＣＩＤの経時劣化の判断に利用される。

図２は、図１に示した電池セルの上部を示す拡大斜視図である。図２に示すように、端子板１５の上面に、温度センサ２０が設けられる。温度センサ２０が検知する温度Ｔは、後述する電池システムの監視ユニットにおいてＣＩＤの経時劣化の判断に利用される。

また、外部端子１４の突起１６には電圧検出線２２Ｐが接続され、外部端子１７の突起１９には電圧検出線２２Ｎが接続されている。電圧検出線２２Ｐ，２２Ｎを利用して、電池セル１０の電圧が検出される。後述する電池システムの監視ユニットでは、電池セル１０の電圧からＳＯＣが算出されて、ＣＩＤの経時劣化の判断に利用される。

図３は、図２に示した電池セル１０に含まれる電流遮断機構（ＣＩＤ）３０を示す、図２中のＡ−Ａ線断面図である。実施の形態では、ＣＩＤ３０は、一方の外部端子１４の下方に設けられる。

ＣＩＤ３０は、圧力型の電流遮断機構である。具体的に、ＣＩＤ３０は、電池セル１０の内圧（電池ケース１２内の圧力）が上昇した場合に、電池要素と外部端子１４との間の電流を遮断する機能を有する。ＣＩＤ３０は、インシュレータ３２と、封口体３４と、シール部材３６と、接続部材３８と、反転板４０と、集電板４２と、ホルダ部材４４とを含む。

封口体３４は、電池ケース１２の開口部を塞ぐように設けられる。封口体３４には、貫通孔３５が形成される。貫通孔３５は、電池ケース１２の内外の空間を連通させるように形成される。

インシュレータ３２は、絶縁性材料で形成される。インシュレータ３２は、封口体３４と外部端子１４との間に介挿され、両者を電気的に絶縁する。

接続部材３８は、例えば銅やアルミニウムなどの導電性材料で形成される。接続部材３８は、封口体３４の貫通孔３５に挿通される。接続部材３８は、電池ケース１２の外部で外部端子１４に接続され、電池ケース１２の内部で反転板４０に接続される。つまり、接続部材３８は、外部端子１４と反転板４０とを電気的に接続する。

また、接続部材３８は、外部端子１４に接続される上端部と反転板４０に接続される下端部との間に、中間部３９を有する。この中間部３９内には、貫通孔３９ａが形成されている。中間部３９の貫通孔３９ａは、外部端子１４の端子板１５に形成された貫通孔１５ａに連通している。これにより、接続部材３８の下端部に接続された反転板４０の上方の空間４９が、接続部材３８の貫通孔３９ａおよび端子板１５の貫通孔１５ａを介して、電池セル１０の周囲の外気に連通する。したがって、実施の形態の電池システム１では、電池セル１０のＣＩＤ３０に含まれる反転板４０に電池セル１０の周囲の外気圧が作用する構成となっている。

シール部材３６は、封口体３４と接続部材３８との間に介挿される。シール部材３６は、例えば樹脂性のガスケットである。電池ケース１２内は、例えばヘリウム（Ｈｅ）などの不活性ガスで満たされており、シール部材３６はＨｅを密閉する機能を果たす。

反転板４０は、例えば金属板などの導電材料から形成される。反転板４０は、接続部材３８および集電板４２に例えば溶接などによって接続され、両者の間に配置される。反転板４０は、接続部材３８と集電板４２とを電気的に接続する。反転板４０は、通常、接続部材３８側に凹形状になり、集電板４２側で凸形状になる。

反転板４０の両端部分は、接続部材３８に接続される。反転板４０の中央部分は、集電板４２の中央部分に例えば溶接などによって接続される。

ホルダ部材４４は、電池ケース１２の内部において、封口体３４の直下に設けられる。ホルダ部材４４は、封口体３４および接続部材３８によって支持されるとともに、電池ケース１２の内部で集電板４２を保持する。また、ホルダ部材４４は、かしめ部４６を含む。集電板４２は、かしめ部４６に加締められ、ホルダ部材４４によって保持される。

集電板４２は、図示しない電池要素の電極に接続される。これにより、電池要素からの電力（電流）が、集電板４２、反転板４０、接続部材３８、および、外部端子１４を通して取り出される。

集電板４２の中央には、例えば平面視で円形状をなす溝４８（ノッチ）が形成される。電池セル１０の（電池ケース１２の）内圧が上昇すると、反転板４０が、集電板４２から離れる方向に変形する。つまり、反転板４０が、接続部材３８側で凸となり、集電板４２側で凹となるように反転する。このとき、集電板４２と反転板４０との間の溶接部が破断するか又は集電板４２の溝４８が破断して、反転板４０と集電板４２との接続が解除される。これによって、電池ケース１２内の電池要素と外部端子１４との間の電流が遮断される。

密閉型電池では、電解液の分解反応などに伴ってガスが発生する。そのため、時間経過とともに内圧が上昇する傾向にある。内圧が上昇すると、反転板４０や集電板４２などの疲労蓄積によって、ＣＩＤ３０が経時劣化する。ＣＩＤ３０の劣化がさらに進むと、上述のように溝４８が破断して電流が遮断される。溝４８が破断した後は、ＣＩＤ３０としては不良状態になる。こうなると電池は車両に電力を利用できなくなる。そうなる前に、車両用の電池の交換作業などを行なうことが好ましい。

電池の劣化の仕方は、内圧がどの程度上昇したかによって異なる。車両に搭載した電池のＣＩＤ３０がどの程度劣化するかは、その車両における電池の使われ方にも依存する。したがって、車両でのリアルタイムな使用状況を考慮して、ＣＩＤ３０の経時劣化を判断することが好ましい。また、この場合、電池が搭載された車両が高地で使用される場合、外気圧が平地に比べて低くなるため、外気圧の影響を受けるＣＩＤ３０の経時劣化は外気圧も考慮して判断することがより好ましい。そこで、実施の形態では、例えば、電池の温度と、ＳＯＣと、電池の周囲の外気圧とを考慮して、電池のＣＩＤ３０の経時劣化を判断する。その詳細は、後に図５〜図７を参照して説明する。

図４は、実施の形態に係る電池システム１の概略構成を説明するための図である。電池システム１は、一例として、車両に搭載される電池パック５０に適用される。

図４に示すように、電池パック５０は、４つの電池スタック５１〜５４を含む。電池スタック５１〜５４は、パックケース５５内に並んで収容されている。電池スタック５１〜５４の各々は、複数の電池セル１０を含む。例えば、電池スタック５１〜５４は、それぞれ、１４個の電池セル１０−１〜１０−１４を含む。電池セル１０−１〜１０−１４の各々は、図１〜図３を参照して説明した電池セル１０と同様の構成とすることができる。

電池システム１は、さらに監視ユニット６０を含む。監視ユニット６０は、温度取得部６１と、ＳＯＣ取得部６２と、外気圧取得部６３と、判断部６５と、記憶部６６とを含む。

温度取得部６１は、少なくとも１つ以上の電池セル（例えば電池セル１０−１４）の温度を取得する。温度取得は、電池セルに設けられた温度センサ（図２に示した温度センサ２０）を利用して行なわれる。

ＳＯＣ取得部６２は、温度取得部６１が温度計測の対象とする電池セル１０のＳＯＣを取得する。ＳＯＣの取得は、電池セル１０の外部端子１４，１７（図２に示した突起１６，１９など）に接続された電圧検出線（図２に示した電圧検出線２２Ｐ，２２Ｎなど）を利用して行なわれる。

外気圧取得部６３は、電池セル１０の周囲の外気圧を取得する。外気圧の取得は、例えば、パックケース５５内に設けた外気圧センサ６４を利用して行われる。なお、外気圧センサは、電池パック内に限定されず、電池システムが搭載された車両のどこかに設けられてもよい。

判断部６５は、電池セル１０の温度、ＳＯＣ及び外気圧に基づいて、電池セル１０が備えるＣＩＤ３０の経時劣化を判断する。記憶部６６は、判断部６５の判断に必要なさまざまな情報を記憶する。一例として、判断部６５の判断に必要な情報には、図５（ａ）に示すようなＣＩＤ３０のダメージ値マップが含まれる。

監視ユニット６０は、通信信号Ｓを介して、電池パック５０が搭載される車両の制御部（図示しない）などと通信できる。この通信により、監視ユニット６０は、例えば、車両の走行距離や走行時間、あるいは車両の動作状態、例えばイグニッション電源（ＩＧ）がオン（ＯＮ）またはオフ（ＯＦＦ）であるか、などのさまざまな情報を取得し、また、その情報を記憶部６６に記憶させる。

パックケース５５内に収容された電池スタック５１〜５４は、温度調整、例えば冷却可能に構成される。温度調整は、例えば空気（冷気など）をパックケース５５の吸気口５６から吸気し、パックケース５５の排気口５７から排気することで実現される。このような冷却においては、吸気口５６側の電池セル１０−１に対する冷却効果が比較的高く、排気口５７側の電池セル１０−１４に対する冷却効果は比較的低くなる。換言すれば、電池セル１０−１〜１０−１４において、吸気口５６側の電池セル（電池セル１０−１など）は比較的低温になり、排気口５７側の電池セル（電池セル１０−１４など）は比較的高温となり易い。

電池セルは高温になるほど内圧が高まるため、その電池セルに含まれるＣＩＤは劣化し易い。そこで、監視ユニット６０は、電池スタック５１〜５４の各々において含まれる電池セルのうち、排気口５７側の電池セル（例えば電池セル１０−１４のみ）の温度やＳＯＣを監視して取得し、ＣＩＤ３０の経時劣化を判断してもよい。これにより、もっとも温度条件の厳しい（温度が高い）電池セルのＣＩＤ３０、すなわちもっとも劣化が進んだＣＩＤ３０の劣化が判断される。ここで、判断部６５は、温度条件の厳しい電池セルのＣＩＤ３０が劣化していると判断した場合に、その電池スタック内の他の電池セルのＣＩＤ３０も劣化していると推測（判断）してもよい。そうすれば、他の電池セルの温度を監視せずとも、電池スタック全体におけるＣＩＤ３０の劣化を判断することが可能になる。

続いて、図５〜図７を参照して、上述した構成を備える電池システム１の監視ユニット６０において実行されるＣＩＤの劣化判断処理について説明する。

図５は、図４に示した監視ユニット６０の記憶部６６にそれぞれ記憶されているマップの一例を示す図であり、（ａ）は電池セルの温度／ＳＯＣ／外気圧とダメージ値との関係を示すマップであり、（ｂ）は温度／ＳＯＣ／外気圧頻度分布をカウントするためのマップである。

図５（ａ）を参照すると、実施の形態では、電池セル１０の温度、ＳＯＣ、および、外気圧とダメージ値との関係を示すマップが、例えば、ダメージ値マップ７０，７１，７２として記憶部６６に予め記憶されている。ダメージ値マップ７０は外気圧が１気圧の場合、ダメージ値マップ７１は外気圧が０．８気圧の場合、ダメージ値マップ７２は外気圧０．６気圧の場合におけるＣＩＤ３０のダメージ値をそれぞれ規定したものである。

代表的に、ダメージ値マップ７０を参照すると、横欄には温度３０℃、３５℃、４０℃、４５℃、５０℃が示され、縦欄にはＳＯＣ３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％が示されている。そして、各温度と各ＳＯＣとによって規定される各欄には、ダメージ値ｄ１〜ｄ３０が規定されている。これらのダメージ値ｄ１〜ｄ３０は、電池セル１０およびＣＩＤ３０の設計データや実験データなどによって得ることができる。ここで、ＣＩＤ３０のダメージ値ｄ１〜ｄ３０は、電池セル１０の温度およびＳＯＣが高くなるほど大きくなる傾向にある。これは、電池セル１０が高温になるほど、また、高ＳＯＣになるほど、電池セル１０の内部でガスが発生しやすくなって内圧が高くなり、その結果、ＣＩＤ３０において集電板４２の溝４８に作用する応力が大きくなって、疲労（またはクリープ）の蓄積によるダメージが大きくなるためである。

図５（ａ）に示す他のダメージ値マップ７１，７２についても、ダメージ値マップ７０の場合と同様に、横欄が温度３０℃、３５℃、４０℃、４５℃、５０℃、縦欄がＳＯＣ３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％をそれぞれ表している。ダメージ値マップ７１，７２については、ダメージ値の図示が省略されているが、ダメージ値マップ７０と同様に各欄にダメージ値が予め設定されている。ここで、外気圧が低くなるほど電池セル１０の内圧との差が大きくなるため、ＣＩＤ３０のダメージ値が大きくなる傾向にある。したがって、外気圧０．８気圧に対応するダメージ値マップ７１に規定される各ダメージ値は外気圧１気圧のダメージ値マップ７０の対応する欄のダメージ値に比べて大きい。同様に、外気圧０．６気圧に対応するダメージ値マップ７２に規定される各ダメージ値は外気圧０．８気圧のダメージ値マップ７１の対応する欄のダメージ値に比べて大きい。

図５（ｂ）を参照すると、監視ユニット６０の記憶部６６には、温度／ＳＯＣ／外気圧頻度分布を示すマップが記憶されている。実施の形態では、図５（ａ）のダメージ値マップに対応する３つの頻度分布マップ７３，７４，７５が記憶されている。頻度分布マップ７３の横欄および縦欄と外気圧（１気圧）は、上記ダメージ値マップ７０に対応する。同様に、頻度分布マップ７４の横欄（温度）および縦欄（ＳＯＣ）と外気圧（０．８気圧）は上記ダメージ値マップ７１に対応し、頻度分布マップ７５の横欄（温度）および縦欄（ＳＯＣ）と外気圧（０．６気圧）は上記ダメージ値マップ７２に対応する。

温度／ＳＯＣ／外気圧頻度分布を示す頻度分布マップ７３，７４，７５の各欄の初期値は「０」に設定されている。監視ユニット６０（の判断部６５）は、電池パック５０が車両に搭載された（電池パック５０を使用し始めた）後、電池セル１０の温度、ＳＯＣ、および、外気圧を監視し、電池セル１０がどのような状態で存在したかを示す時間（電池存在時間）を所定時間ごとに更新する。具体例として、前回の情報取得から所定時間ｔ（例えば１時間）経過した後の外気圧が１気圧、電池セル１０の温度が３０℃、ＳＯＣが７０％であった場合、頻度分布マップ７３において対応する欄の値ｎ１が所定時間ｔだけインクリメントされる。

そして、次のタイミング（所定時間ｔ後）に取得された電池セル１０の情報が１気圧、温度３５℃、ＳＯＣ６０％の場合、頻度分布マップ７３において対応する欄の値ｎ２が所定時間ｔだけインクリメントされる。同様に、次のタイミング（さらに所定時間ｔ後）に取得された電池セル１０の情報が１気圧、温度４０℃、ＳＯＣ５０％の場合、頻度分布マップ７３において対応する欄の値ｎ３が所定時間ｔだけインクリメントされ、次のタイミング（また更に所定時間ｔ後）に取得された電池セル１０の情報が１気圧、温度４５℃、ＳＯＣ４０％の場合、頻度分布マップ７３において対応する欄の値ｎ４が所定時間ｔだけインクリメントされる。このようにして、電池パック５０が車両に搭載された後の電池セル１０の温度／ＳＯＣ／外気圧の状態が電池存在時間として取得され、電池存在時間が更新されていく。

なお、図５（ａ），（ｂ）における温度、ＳＯＣ、外気圧は、温度取得部６１、ＳＯＣ取得部６２および外気圧取得部６３から取得された検出値について、例えば「１」の位の数値を四捨五入するなどによって、どの欄に対応するかを決めてもよい。また、図５（ａ），（ｂ）に示す各マップにおける外気圧、温度、ＳＯＣは例示であり、これらに限定されるものではない。例えば、電池セルの温度は１０℃刻みであってもよいし、ＳＯＣは５％刻みであってもよい。また、例えば、外気圧は０．１気圧ごとにマップが作成されていてもよい。

図６は、図４に示した監視ユニット６０の記憶部６６に記憶されているマップを示す図であり、積算ダメージ量Ｄ／外気圧と使用可能年数との関係を表すマップである。図６に示した使用可能年数は、電池セル１０およびＣＩＤ３０の設計データや実験データなどによって得ることができる。なお、図６に示した使用可能年数は単なる例示であり、これに限定されるものではない。監視ユニット６０は、図５（ａ），（ｂ）に示したマップから算出した積算ダメージ量Ｄと、ＣＩＤ３０の経時劣化を判断する時点における外気圧（図４の外気圧取得部６３によって取得された外気圧）とを用いて図６に示すマップを参照することによって、電池セル１０のＣＩＤ３０の使用可能年数を算出（取得）することができる。例えば、監視ユニット６０の判断部６５は、積算ダメージ量Ｄが０．０２より大きく０．０５以下であり、外気圧が１気圧の場合には使用可能年数を「２０年」と算出し、積算ダメージ量Ｄが０．１より大きく０．２以下であり、外気圧が０．８気圧の場合には使用可能年数を「９年」と算出する。

図７は、監視ユニット６０の判断部６５において実行される処理の一例を示すフローチャートである。図７を参照すると、判断部６５は、ステップＳ１０において、イグニッション電源（ＩＧ）がオフ（ＯＦＦ）中の電池セル１０の温度、ＳＯＣ、外気圧、及び、時
間を所定時間ｔ１ごとに取得する。イグニッション電源は、電池パック５０が搭載された車両のイグニッション電源を意味する。イグニッション電源のオフ中は車両が放置状態にあって走行していないため、電池セル１０の温度等の変化があまり大きくないことが想定される。そのため、上記所定時間ｔ１は、比較的長い時間、例えば１時間に設定することができる。

イグニッション電源がオフされているか否かは、通信信号Ｓに基づいて判断できる。また、温度、ＳＯＣ及び外気圧は、監視ユニット６０の温度取得部６１、ＳＯＣ取得部６２、外気圧取得部６３からそれぞれ取得できる。また、時間は、監視ユニット６０に備えられたタイマー回路(図示せず)から取得することができる。ここでの「時間」は、前回の温度などの情報取得から経過した所定時間ｔ１に相当する。

続いて、判断部６５は、ステップＳ１２において、ステップＳ１０で取得された各情報に基づいて温度／ＳＯＣ／外気圧頻度分布マップを更新する。この更新の仕方は、図５（ｂ）を参照して上述した通りであり、この場合の電池存在時間は「ｔ１」を用いて算出される。

次に、判断部６５は、ステップＳ１４において、イグニッション電源（ＩＧ）がオン（ＯＮ）されたか否かを判定する。イグニッション電源がオンされていれば（Ｓ１４でＹＥＳ）、次のステップＳ１６に進む。そうでなければ（Ｓ１４でＮＯ）、ステップＳ１０に戻って、ステップＳ１０，Ｓ１２の処理を繰り返し実行し、図５（ｂ）に示した頻度分布マップ７３〜７５を更新する。

ステップＳ１４でイグニッション電源がオンされたと判定された場合、判断部６５は、ステップＳ１６において、イグニッション電源（ＩＧ）がオン（ＯＮ）中の電池セル１０の温度、ＳＯＣ、外気圧、及び、時間を所定時間ｔ２ごとに取得する。イグニッション電源のオン中は車両が走行状態にあるため、電池セル１０の温度などの変化が大きくなることが想定される。そのため、上記所定時間ｔ２は、比較的短い時間、例えば１０分に設定することができる。

続いて、判断部６５は、ステップＳ１８において、ステップＳ１６で取得された各情報に基づいて温度／ＳＯＣ／外気圧頻度分布マップを更新する。この更新の仕方は、図５（ｂ）を参照して上述した通りであり、この場合の電池存在時間は「ｔ２」を用いて算出され、イグニッション電源がオフ中に更新された電池存在時間と加算（積算）される。

次に、判断部６５は、ステップＳ２０において、図５（ｂ）の温度／ＳＯＣ／外気圧頻度分布から、ＣＩＤ３０の積算ダメージ量Ｄを算出する。具体的には、図５（ａ）のダメージ値マップに規定される各欄のダメージ値を、図５（ｂ）に示す温度／ＳＯＣ／外気圧頻度分布マップの対応する欄の電池存在時間に乗算する。そして、各欄の乗算結果を合計することによって、積算ダメージ量Ｄが得られる。積算ダメージ量Ｄは、算出されるごとに記憶部６６に記憶されて更新される。

次に、判断部６５は、ステップＳ２１において、積算ダメージ量Ｄと、ステップＳ２１の時点（ＣＩＤ３０の経時劣化を判断する時点）の外気圧とから電池セル１０の使用可能年数を算出する。具体的には、電池セル１０の使用可能年数は、ステップＳ２０で算出された積算ダメージ量Ｄと、ステップＳ２１の時点の外気圧とを用いて図６のマップから算出される。

次に、判断部６５は、ステップＳ２２において、電池セル１０の使用可能年数が、電池経過年数（すなわち電池パック５０が車両に搭載されてからの経過年数（電池パック５０を使用し始めてからの経過年数））より短いか否かを判定する。電池経過年数は、監視ユニット６０に備えられたタイマー回路から得ることができる。ステップＳ２２において肯定判定された場合（Ｓ２２でＹＥＳ）、ステップＳ２４に進む。そうでなければ（Ｓ２２でＮＯ）、ステップＳ２６に進む。

ステップＳ２２で否定判定された場合、すなわち電池使用可能年数が電池経過年数よりも長い場合、ステップＳ２６においてイグニッション電源がオフされたか否かが判定される。イグニッション電源がオフされていれば（Ｓ２６でＹＥＳ）、ステップＳ１０に戻り、再び図７のフローチャートの処理を行う。これに対し、ステップＳ２２で肯定判定された場合、すなわち、電池使用可能年数が電池経過年数よりも短い場合、電池セル１０のＣＩＤ３０の寿命が尽きたと判断される（ＣＩＤ３０が劣化破断する可能性があると判断される）。そのため、監視ユニット６０の警告部（図示せず）は、ステップＳ２４において、電池点検通知（警告）を実行する。具体的には、インストールパネルにあるランプを点灯させるなどによって、ユーザに通知（警告）を行い、電池点検および電池交換を促す。ステップＳ２４の後は、ステップＳ２６においてイグニッション電源がオフされたか否かが判定され、処理が続けられる。以上が、図７のフローチャートの説明である。

電流遮断機構３０が劣化破断する可能性があるか否か、すなわち、電流遮断機構３０の溝４８（ノッチ）が破断する可能性があるか否かは、積算ダメージ量Ｄに加えて、現時点（経時劣化を判断する時点）の外気圧に関係している。溝４８が破断するのは、外気圧と内圧の差分に応じた応力が溝４８の強度を上回った時である。図６のマップに示すように、積算ダメージ量Ｄが同じであっても、現時点の外気圧が低い場合には、電池セル１０の使用可能年数が低くなっている。すなわち、例えば、車両が標高の高い山に登って、現時点の外気圧が低い場合には、より電流遮断機構３０の溝４８が破断する可能性が高まる。特に、電流遮断機構３０の寿命の末期において、例えば、車両が外気圧の低い標高の高い山に登った場合には、電流遮断機構３０の溝４８の破断が生じ、電池セル１０から電力が供給されなくなり、車両が路上で故障する可能性がある。

しかし、本実施の形態の電池システム１は、積算ダメージ量Ｄに加えて、現時点における外気圧から電池セル１０の使用可能年数を精度良く算出するので、例えば、車両が外気圧の低い標高の高い山に登った場合に、適切にユーザに警告が行われ、ユーザに警告が行われる前に電流遮断機構３０の破断が生じてしまう事態を抑制することができる。

また、車両が外気圧の低い高地で使用されることを前提にして、より安全側に電流遮断機構３０の経時劣化の判断がされる場合には、車両が外気圧の高い平地で使用されているケース等において、電流遮断機構３０の破断が生じる可能性が無いにも拘わらず、ユーザに警告が行われ、電池交換が促される（過剰に電池使用が制限される）可能性がある。

しかし、本実施の形態の電池システム１は、外気圧が考慮された積算ダメージ量Ｄと、現時点（電流遮断機構３０の経時劣化を判断する時点）における外気圧とから電流遮断機構３０の経時劣化を判断する、すなわち、車両の使用環境における外気圧を考慮して電流遮断機構３０の経時劣化を判断するため、過剰に電池使用が制限されてしまう事態を抑制することができる。以上説明したように、本実施の形態の電池システム１によれば、適切に電流遮断機構３０の経時劣化の判断を行うことができる。

以上説明した本実施の形態の電池システム１は、電流遮断機構３０が劣化破断する可能性があると判断された場合（図７のＳ２２でＹｅｓ）に、ユーザに警告を行い、電池点検および電池交換を促すとした。しかし、このユーザへの警告は、電池点検および電池交換をすぐに促す警告ではない予備的な警告（予備警告）であっても良い。例えば、車両が日常使用される標高が海抜約０ｍ（外気圧が１気圧）であり、積算ダメージ量Ｄが０．０２であり、電池経過年数が２５年であった場合、図６のマップから電池使用可能年数は３０年であるため、電池使用可能年数（３０年）＞電池経過年数（２５年）となり、電流遮断機構３０が劣化破断する可能性は無いと判断され、ユーザへの警告が行われない。しかし、例えば、同じ車両が標高４０００ｍ（外気圧が０．６気圧）の山へ登った場合には、図６のマップから電池使用可能年数は２４年（積算ダメージ量Ｄが０．０２、外気圧が０．６気圧に対応する電池使用可能年数）となるため、電池使用可能年数（２４年）＜電池経過年数（２５年）となり、電流遮断機構３０が劣化破断する可能性が有ると判断され、ユーザへ警告が行われる。このように、車両が日常使用される標高（海抜約０ｍ）では電流遮断機構３０の劣化破断の可能性が無い場合には、車両が標高が高い山等に登ることによって行われたユーザへの警告は、予備的な警告として扱っても良い。すなわち、ユーザへの警告は、外気圧が低くなる標高が高い山等に登らないようにユーザへ促す警告として扱っても良い。なお、上記の例において、車両が標高４０００ｍ（外気圧が０．６気圧）の山へ登った後、山を下って日常使用される標高（海抜約０ｍ）に戻った場合には、ユーザへの警告を解除するようにしても良い。この場合には、図７に示すフローチャートにおいて、ステップＳ２２でＮｏとなった後の処理として、電池点検通知（警告）の解除の処理が追加されることになる。

以上説明した本実施の形態の電池システム１は、外気圧を、外気圧センサ６４を用いて取得した。しかし、例えば、ＧＰＳ（ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）を用いて車両の位置を取得し、その位置に応じた高度を取得することで、外気圧を得ても良い。

以上説明した本実施の形態の電池システム１は、監視ユニット６０の警告部が、ユーザに通知（警告）を行うとした。しかし、警告部は、電池システム１に設けられていなくても良く、例えば、電池システム１から電流遮断機構３０の経時劣化の判断結果が出力され、外部のシステムにある警告部がそれを受けて、ユーザに警告を行うような形態であっても良い。

以上説明した本実施の形態の電池システム１は、積算ダメージ量Ｄと、電流遮断機構３０の経時劣化を判断する時点における外気圧とから電池セル１０の使用可能年数を算出し、その使用可能年数を、電池経過年数と比較することで電流遮断機構３０の経時劣化を判断した。しかし、例えば、積算ダメージ量Ｄと、電流遮断機構３０の経時劣化を判断する時点における外気圧とから、電流遮断機構３０の劣化度合を算出し、その劣化度合を規定値と比較することで電流遮断機構３０の経時劣化を判断しても良い。この場合には、例えば、劣化度合が、規定値を上回っている際に、電流遮断機構３０が劣化破断する可能性があると判断する。

以上説明した本実施の形態の電池システム１は、電池セル１０の温度およびＳＯＣと、電池周囲の外気圧とに基づいて、ＣＩＤ３０の積算ダメージ量Ｄを算出したが、これに限定されるものではなく、電池セル１０の内圧変動の頻度（回数）をさらに考慮して、ＣＩＤ３０の積算ダメージ量Ｄを算出してもよい。電池セル１０の内圧変動は、温度への依存が大きいことから、例えば、電池セル１０の温度が所定温度（例えば±５℃）だけ変動するごとに内圧変動回数を１回ずつインクリメントする。そして、記憶部６６に予め記憶された内圧変動回数と内圧変動ダメージ量との関係を示すマップから、内圧変動回数に対応する内圧変動ダメージ量を取得し、この内圧変動ダメージ量を上記の積算ダメージ量Ｄに合計する。これにより、内圧変動も考慮した積算ダメージ量Ｄを算出でき、これに基づいてＣＩＤ３０の経時劣化を判断できる。また、内圧変動とともに電池セル１０の周囲の外気圧変動による外気圧変動ダメージ量も同様に取得して積算ダメージ量Ｄに加算することで、外気圧変動も考慮したうえでＣＩＤ３０の経時劣化を判断してもよい。

１電池システム、１０電池セル、１２電池ケース、１３ガス排出弁、１４，１７外部端子、１５，１８端子板、１５ａ，３５，３９ａ貫通孔、１６，１９突起、２０温度センサ、２２Ｎ，２２Ｐ電圧検出線、３０電流遮断機構（ＣＩＤ）、３２インシュレータ、３４封口体、３６シール部材、３８接続部材、３９（接続部材の）中間部、４０反転板、４２集電板、４４ホルダ部材、４６かしめ部、４８溝、４９空間、５０電池パック、５１〜５４電池スタック、５５パックケース、５６吸気口、５７排気口、６０監視ユニット、６１温度取得部、６２ＳＯＣ取得部、６３外気圧取得部、６４外気圧センサ、６５判断部、６６記憶部、７０〜７２ダメージ値マップ、７３〜７５頻度分布マップ、Ｄ積算ダメージ量。

Claims

電池ケース内の内圧に応じて電流を遮断する電流遮断機構を有する電池と、
前記電池の温度を取得する温度取得部と、
前記電池の充電状態を示すＳＯＣを取得するＳＯＣ取得部と、
前記電池の周囲の外気圧を取得する外気圧取得部と、
前記温度と前記ＳＯＣと前記外気圧とに基づいて前記電流遮断機構の積算ダメージ量を算出し、当該積算ダメージ量と前記電流遮断機構の経時劣化を判断する時点における前記外気圧とから、前記電流遮断機構の前記経時劣化を判断する、判断部と、
を備える、電池システム。