JP6547712B2 - 電池システム - Google Patents

Description

本発明は、電池スタックと、当該電池スタックに設けられた電流遮断機構の劣化の有無を判定する判定装置と、を備えた電池システムに関する。

従来から、電動車両（電気自動車またはハイブリッド自動車）に、複数の電池セルを備えた電池システムを搭載することが提案されている。複数の電池セルは、充放電可能な二次電池であり、他の電池セルと直列または並列に接続されて電池スタックを構成する。

かかる電池セルに誤操作等により過剰な電流が供給されて、電池セルが過充電状態に陥ると、電池セル内の電解液が分解して電池ケース内に多量のガスが発生するおそれがある。そのため、このような問題を未然に防止し、より高い安全性を得る目的で、過充電状態に伴う電池セルの内圧の上昇を検知すると、当該電池セルへの電流を遮断する電流遮断機構（ＣＩＤ）を設けることが提案されている。すなわち、電池セルの内圧が一定以上になった場合に、ＣＩＤの一部が破壊または変形することにより、電池セルへの電流経路が遮断される。

特開２０１５−１４１７９０号公報

ところで、電池セルは、過充電状態でなくても、電池セルを使用している間は、徐々にガスが発生して、ケース内の内圧が上昇する。その結果、使用を続けることで、過充電でなくても、ＣＩＤが作動する。ＣＩＤが作動すると、二次電池に流れる電流が遮断され、車両の快適な走行が妨げられる。そこで、二次電池のケース内の圧力が高まれば、ＣＩＤが作動（二次電池の電流が遮断）する前に、二次電池の交換等を行うことが望ましい。

特許文献１には、単位期間ごとにＣＩＤが受けるダメージ量を算出し、算出されたダメージ量をそれまで算出された過去のダメージ量と積算し、積算ダメージ量が予め規定された閾値を越える場合には、ＣＩＤが劣化していると判断する電池システムが開示されている。この特許文献１では、単位期間中の電池セルの温度およびＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ：充電率）に基づいて、電池セル内に発生するガス量を算出し、さらに、発生ガス量から電池セルの内圧を算出し、電池セルの内圧から単位期間中にＣＩＤが受けるダメージ量を算出している。

特許文献１のような技術によれば、ＣＩＤの劣化の有無を比較的、高精度に判定できる。しかし、特許文献１では、複雑な演算が必要であるため、単位期間毎のデータ処理量が多くなる。また、特許文献１では、ダメージ量を経年で積算していくため、データ記憶量が多くなる。つまり、従来技術では、ＣＩＤの劣化判定に多くの計算資源が必要であった。しかし、電池システムが搭載される電動車両等では、搭載できる計算資源に限りがあるため、ＣＩＤの劣化判定に多くの計算資源を割り当てることは難しかった。

そこで、本発明では、比較的少ない計算資源で、電流遮断機構の劣化を判定できる電池システムを提供することを目的とする。

本発明の電池システムは、複数の電池セルと、前記電池セルの劣化に応じて当該電池セルと外部との間の電流を遮断する電流遮断機構と、を備えた電池スタックと、前記電池スタックの温度である電池温度を検出する温度検出器と、前記電流遮断機構の劣化を判定する判定装置と、を備え、前記判定装置は、複数の温度域ごとの前記電流遮断機構のダメージ速度と、前記ダメージ速度に対する前記電流遮断機構の寿命年数と、前記電池スタックの使用期間と、各温度域ごとの前記電池温度の出現頻度を示す温度頻度分布と、を記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶されている前記電池スタックの使用期間と、各温度域ごとの前記電池温度の出現頻度を示す温度頻度分布と、を随時更新する更新部と、前記温度頻度分布と、前記温度域ごとのダメージ速度と、に基づいて、前記電流遮断機構の現在までの平均ダメージ速度を算出する平均算出部と、前記平均ダメージ速度から前記電流遮断機構の寿命年数を特定する寿命年数特定部と、前記特定された寿命年数と、前記使用期間と、の比較に基づいて、前記電流遮断機構の劣化の有無を判定する判定部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、ダメージ量の積算演算が不要であるため、計算資源を抑えつつ電流遮断機構の劣化を判定できる。

本発明の実施形態である電池システムの構成を示す図である。 電池セルの構成を示す図である。 制御部の機能ブロック図である。 ダメージ速度データの一例を示す図である。 ダメージ速度の一例を示すグラフである。 寿命マップの一例を示す図である。 温度頻度分布データの一例を示す図である。 温度頻度分布の一例を示すグラフである。 ＣＩＤの劣化判定処理の流れを示すフローチャートである。 ＣＩＤの劣化判定処理の他の例の流れを示すフローチャートである。 寿命マップの他の一例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態である電池システム１０の構成を示す図である。また、図２は、この電池システム１０で用いる電池セル３０の構成を示す図である。

この電池システム１０は、ハイブリッド自動車や電気自動車等の電動車両に搭載されるもので、走行用の回転電機に電力を供給する車載バッテリ１２を備えている。車載バッテリ１２は、複数の電池スタック１３を直列に接続して構成されている。また、各電池スタック１３は、複数の電池セル３０を直列に接続して構成されている。電池セル３０および電池スタック１３の個数は、車載バッテリ１２に求められる性能に応じて決定される。また、車載バッテリ１２に要求される性能や、電池セル３０の性能に応じて、複数の電池セルおよび複数の電池スタック１３は、直列ではなく、並列に接続されてもよい。電池セル３０は、充放電可能な二次電池で、例えば、リチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池等の非水電解質二次電池である。各電池セル３０には、後述するように、過充電を防止するために、電池ケース内の内圧が一定以上になれば、当該電池セル３０と外部との間の電流を遮断する電流遮断機構（以下「ＣＩＤ」と呼ぶ）６０が設けられている。

車載バッテリ１２は、システムメインリレー、変圧器、インバータを介して回転電機（いずれも図示せず）に接続されている。回転電機は、車両の走行用動力を出力するモータとして機能するとともに、動力を電力に変換するジェネレータとしても機能する。回転電機で発電された電力は、インバータ、変圧器を介して、車載バッテリ１２に送られ、これにより、車載バッテリ１２が充電される。また、回転電機は、モータとして機能する場合には、車載バッテリ１２から送られた電力で駆動する。

車載バッテリ１２の充放電は、制御部１４により管理制御される。また、制御部１４は、電池セル３０に設けられたＣＩＤの劣化の有無を判定する劣化判定部としても機能する。制御部１４は、各種演算を行うＣＰＵ２２と、各種プログラムやパラメータを記憶する記憶部２４と、電池スタック１３の使用期間Ｂｕｓｅをカウントするカウンタ２６と、を備えている。この制御部１４には、車載バッテリ１２に設けられた電圧センサ、電流センサ（図示せず）、温度センサから、端子間電圧、充放電電流、電池温度Ｔｂなどの情報が入力される。制御部１４は、これらセンサで取得された情報に基づいて車載バッテリ１２のＳＯＣを算出する。また、後に詳説するように、制御部１４は、得られた電池温度Ｔｂおよび使用期間Ｂｕｓeに基づいて、各電池セル３０に設けられた電流遮断機構（以下「ＣＩＤ６０」と略す）の劣化判定を行う。

次に、図２を参照して、車載バッテリ１２を構成する電池セル３０について説明する。本実施形態の電池セル３０は、リチウムイオン二次電池であり、角型のケース３２を有している。このケース３２は、上端が開放された有底の扁平な箱型形状のケース本体３４と、ケース本体３４の開口部を塞ぐ蓋体３６とに大別される。ケース３２内には、非水電解質と共に捲回電極体４０が収容されている。詳細には、シート状の正極４４とシート状の負極４６との間にセパレータを介在させて正極４４と負極４６とを積層した後、当該積層体を扁平に捲回することにより、捲回電極体４０が作製される。蓋体３６には、正極端子５０と負極端子５２とが設けられている。正極端子５０は、捲回電極体４０の正極４４と電気的に接続する端子である。負極端子５２は、捲回電極体４０の負極４６と電気的に接続する端子である。また、蓋体３６には、ケース本体３４内に非水電解質を注入するための注入口が形成されている。その注入口は、非水電解質が注入された後に封止栓５４によって封止される。非水電解質には、過充電時に正極４４において分解反応することでガスを発生させるガス発生添加剤が含まれている。

ケース３２内には、ＣＩＤ６０が設けられている。ＣＩＤ６０は、過充電時にガス発生添加剤が正極４４において分解反応することで発生したガスに応じて電流を遮断する。一例として、ＣＩＤ６０は、過充電時に発生したガス圧によって電池ケース３２内の圧力が予め設定された閾値以上になると、電池セル３０の充電を停止する。ＣＩＤ６０は、ケース３２内の圧力が上昇した場合に、少なくとも一方の電極端子から捲回電極体４０に至る導電経路を切断するように構成されていればよく、特定の形状に限定されない。図２に示す例では、ＣＩＤ６０は、正極端子５０と捲回電極体４０との間に設けられており、電池ケース３２内の圧力が上昇した場合に正極端子５０から捲回電極体４０に至る導電経路を切断するように構成されている。

より具体的には、ＣＩＤ６０は、第１部材６２と第２部材６６とを含む。第１部材６２及び第２部材６６は、いずれも導電性を有した金属板である。第１部材６２は、中央部分が下方へ湾曲したアーチ形状を有しており、その周縁部分がリード端子６８を介して正極端子５０の下面に接続されている。また、第１部材６２の湾曲部分６４の先端が、第２部材６６の上面に接合されている。第２部材６６の下面は、捲回電極体４０の正極４４に接続されている。このようにして、正極端子５０から捲回電極体４０に至る導電経路が形成されている。

また、ＣＩＤ６０は、プラスチック等によって形成された絶縁ケース７２を備えている。絶縁ケース７２は、第１部材６２を囲むように設けられており、第１部材６２の上面を気密に密閉している。この気密に密閉された部分には、ケース３２内の圧力が作用しない。また、絶縁ケース７２には開口部が形成されており、その開口部に、第１部材６２の湾曲部分６４が嵌め込まれている。第１部材６２の周縁部分は、絶縁ケース７２に固定されている。湾曲部分６４の下面は、当該開口部からケース３２の内部に露出している。電池ケース３２内に露出した湾曲部分６４の下面には、ケース３２内の圧力が作用する。

上記の構成を有するＣＩＤ６０において、ケース３２内の圧力が上昇すると、その圧力が第１部材６２の湾曲部分６４の下面に作用し、下方へ湾曲した湾曲部分６４が上方に押し上げられる。湾曲部分６４の上方への押し上げは、ケース３２内の圧力が上昇するに従い増大する。そして、ケース３２内の圧力が閾値以上になると、湾曲部分６４が上下反転し上方へ湾曲するように変形する。この変形によって、第１部材６２と第２部材６６との接合点が切断される。これにより、正極端子５０から捲回電極体４０に至る導電経路が切断され、過充電電流が遮断されるようになっている。なお、ＣＩＤ６０は、正極端子５０側に限らず、負極端子５２側に設けられていてもよい。

ところで、上述したＣＩＤ６０は、その構成上、過充電の時に限らず、ケース３２内の内圧が上昇すれば、作動することになる。そして、電池セル３０は、過充電のときだけでなく、通常の使用の際にも、僅かずつではあるがガスを発生させる。その結果、電池セル３０を長期間使用すると、ケース３２内の圧力Ｐが上昇し、過充電でなくても、ＣＩＤ６０が作動（電流が遮断）することがある。このように、過充電以外の理由で、ＣＩＤ６０が作動して電流が遮断されるタイミングを、以下では、「ＣＩＤ６０の寿命」と称する。

ＣＩＤ６０が寿命を迎えると、当然ながら、当該ＣＩＤ６０を搭載している電池セル３０に流れる電流が遮断され、車両の快適な走行が妨げられるおそれがある。そのため、ＣＩＤ６０の寿命が近づいた段階で、電池セル３０の診断や、必要なら、交換を行うことが望ましい。そこで、本実施形態では、電池スタック１３ごとの電池温度Ｔｂに基づいて、ＣＩＤ６０の劣化の有無を判定している。以下、このＣＩＤ６０の劣化の有無判定について説明する。

図３は、制御部１４の機能ブロック図である。ＣＩＤ６０の劣化判定装置としても機能する制御部１４は、機能的には、記憶部２４とカウンタ２６との他に、更新部８０、平均算出部８２、寿命年数特定部８４、判定部８６を備えている。この各部の説明に先だって、記憶部２４に記憶されているデータの内容について説明する。

ＣＩＤ６０の劣化判定のために、制御部１４の記憶部２４には、予め、ダメージ速度データ９０と、寿命マップ９２と、が記憶されている。また、制御部１４の記憶部２４には、温度頻度分布データ９４および使用期間データ９６も記憶されており、更新部８０は、定期的に、温度頻度分布データ９４および使用期間データ９６の内容を更新している。

はじめに、ダメージ速度データ９０について図４、図５を参照して説明する。図４は、ダメージ速度データ９０の一例を示す図であり、図５は、ダメージ速度ｖｉ（ｉ＝０，１，・・・，ｎ）の一例を示すグラフである。ダメージ速度データ９０は、複数の温度域ＴｂｉごとのＣＩＤ６０のダメージ速度Ｋｉを記録したデータである。ダメージ速度ｖｉとは、単位時間当たりにＣＩＤ６０が受けるダメージ量である。本実施形態では、単位時間√ｄａｙの間における電池ケース内圧の上昇量（ＭＰａ／√ｄａｙ）を、ダメージ速度ｖｉとしている。このダメージ速度ｖｉは、図５に示す通り、電池温度Ｔｂが高いほど、大きくなる傾向がある。そこで、予め、実験やシミュレーションにより、複数の温度域Ｔｂｉごとのダメージ速度ｖｉを取得し、得られたダメージ速度ｖｉを、ダメージ速度データ９０として記憶部２４に記憶している。一度記憶されたダメージ速度データ９０は、原則、更新されることなく、初期の内容が維持される。なお、本実施形態では、温度域Ｔｂｉごとのダメージ速度ｖｉの表を、ダメージ速度データ９０として記憶しているが、温度域Ｔｂｉごとのダメージ速度ｖｉが特定できるのであれば、他の情報を記憶してもよい。例えば、ダメージ速度Ｖｉは、所定の定数ｂと温度域Ｔｂｉ（摂氏温度）の絶対温度変換値Ｋｂｉとを用いて、ｖｉ＝ｅｘｐ［ｂ／Ｋｂｉ］として表すことができるため、この定数ｂのみをダメージ速度データ９０として記憶してもよい。

次に、寿命マップ９２について図６を参照して説明する。図６は、寿命マップ９２の一例を示す図である。寿命マップ９２は、平均ダメージ速度ＶとＣＩＤ６０の寿命年数との対応関係を記録したマップである。すなわち、寿命マップ９２は、ＣＩＤ６０が、平均ダメージ速度Ｖでダメージを受け続けた場合に、当該ＣＩＤ６０が寿命を迎える使用期間（寿命年数Ｂｌｉｆｅ）を示すマップである。ＣＩＤ６０の寿命は、図６に示す通り、平均ダメージ速度Ｖが大きい程、短くなる。こうしたダメージ速度と寿命との関係を、予め、実験やシミュレーションにより取得し、寿命マップ９２として記憶部２４に記憶している。なお、以下では、平均ダメージ速度Ｖと寿命年数Ｂｌｉｆｅとの関係を示す曲線を「寿命曲線」と呼ぶ。

次に、温度頻度分布データ９４について図７、図８を参照して説明する。図７は、温度頻度分布データ９４の一例を示す図であり、図８は、温度頻度分布の一例を示すグラフである。温度頻度分布データ９４は、各温度域Ｔｂｉごとの電池温度Ｔｂの出現頻度（以下「温度頻度Ｐｉ」と呼ぶ）を示すデータである。制御部１４は、所定のサンプリング周期で、この温度頻度Ｐｉを算出し、算出結果に応じて、温度頻度分布データ９４を更新している。

より具体的に説明すると、電池スタック１３を使用開始してからのサンプリング回数をＣｍａｘとし、特定の温度域Ｔｂｉの出現回数をＣｉとした場合、温度頻度Ｐｉは、Ｐｉ＝Ｃｉ／Ｃｍａｘとなる。したがって、全温度域Ｔｂｉの温度頻度Ｐｉの合算値（Ｐ１＋Ｐ２＋・・・＋Ｐｎ）は、常に「１」となる。なお、１サンプリング周期で、温度センサ１６による検出温度が複数取得できる場合がある。例えば、１サンプリング周期内で、温度検出が複数回行われた場合や、一つの電池スタック１３に複数の温度センサ１６が設けられている場合には、１サンプリング周期中に、複数の検出温度が取得できる。この場合には、複数の検出温度の統計値、例えば平均値や最大値、最小値等を電池温度Ｔｂとして扱えばよい。

温度頻度分布データ９４は、全ての温度域Ｔｂｉにおける温度頻度Ｐｉを、電池スタック１３ごとに記録したデータである。制御部１４は、図７に示すように、各電池スタック１３ごとに、複数の温度域Ｔｂｉそれぞれの温度頻度Ｐｉを記録した表を温度頻度分布データ９４として記憶している。なお、図７では、温度頻度Ｐｉの後にスタックナンバーを付して表記しているが、本願明細書中では、原則として、スタックナンバーを示す添字を省略して説明する。

制御部１４の更新部８０は、サンプリング周期ごとに温度頻度分布データ９４を更新するが、この更新の流れについて、説明する。更新部８０は、サンプリング時に出現した温度域Ｔｂｉの温度頻度Ｐｉを｛更新前の温度頻度×（総回数−１）＋１｝／（総回数）の値に更新し、サンプリング時に出現していない温度域Ｔｂｉの温度頻度Ｐｉを｛更新前の温度頻度×（総回数−１）｝／（総回数）の値に更新する。例えば、１０回目のサンプリング時における温度域Ｔｂ１の温度頻度Ｐ１が「０．２」、温度域Ｔｂ２の温度頻度Ｐ２が「０．３」であったとする。この状態で、１１回目のサンプリング時に、温度域Ｔｂ２の温度が出現したとする。この場合、１１回目までの間に温度域Ｔｂ１が検出された回数は、（Ｐ１×１０）＝（０．２×１０）＝２であるため、１１回目における温度域Ｔｂ１の温度頻度Ｐ１は、Ｐ１＝２／１１≒０．１８１８となる。一方、１１回目に温度域Ｔｂ２の温度が新たに検出された場合、１１回目までに温度域Ｔｂ２が検出された回数は、（Ｐ２×１０＋１）＝（０．３×１０＋１）＝４である。したがって、１１回目における温度域Ｔｂ２の温度頻度Ｐ２は、Ｐ２＝４／１１≒０．３６３６となる。更新部８０は、サンプリング周期ごとに、こうした演算を行い、温度頻度分布データ９４を更新している。

更新部８０は、さらに、カウンタ２６でのカウント値に基づいて、各電池スタック１３の使用期間データ９６も随時、更新している。使用期間データ９６は、電池スタック１３の使用期間Ｂｕｓｅを記録したデータである。ここで、使用期間Ｂｕｓｅとは、電池スタック１３を車両に搭載してから現在に至るまでの総期間のことである。したがって、電池スタック１３が負荷（回転電機等）に接続されておらず、電池セル３０に電流が流れていない期間も、使用期間Ｂｕｓｅの一部としてカウントされる。

平均算出部８２は、温度頻度分布データ９４と、ダメージ速度データ９０と、に基づいて、ＣＩＤ６０がこれまで受けたダメージの平均進行速度、すなわち、平均ダメージ速度Ｖを算出する。平均ダメージ速度Ｖは、温度域Ｔｂｉのダメージ速度ｖｉと、温度域Ｔｂｉの温度頻度Ｐｉとの乗算値の積算値である。すなわち、平均ダメージ速度Ｖは、次の式１で表される。平均算出部８２は、この式１に基づいて、平均ダメージ速度Ｖを算出する。

寿命年数特定部８４は、この平均ダメージ速度Ｖを寿命マップ９２に照らしあわせて、現在のＣＩＤ６０の寿命年数Ｂｌｉｆｅを特定する。例えば、図６の例において、平均ダメージ速度Ｖ＝Ｖａであった場合、寿命年数Ｂｌｉｆｅは、Ｂａとなる。

判定部８６は、この寿命年数Ｂｌｉｆｅと、電池スタック１３の使用期間Ｂｕｓｅとを比較する。比較の結果、使用期間Ｂｕｓｅが、寿命年数Ｂｌｉｆｅ以上の場合、判定部８６は、ＣＩＤ６０が劣化していると判断する。この場合は、例えば、電池スタック１３の診断や交換を促すメッセージをユーザに通知する。一方、使用期間Ｂｕｓｅが、寿命年数Ｂｌｉｆｅ未満の場合、判定部８６は、ＣＩＤ６０は劣化しておらず、電池スタック１３の交換は不要と判断する。

次に、こうした電池システム１０におけるＣＩＤ６０の劣化判定の流れについて図９を参照して説明する。図９は、劣化判定処理の流れを示すフローチャートである。このフローチャートは、電池スタック１３が使用開始されてからスタートし、サンプリング周期ごとに繰り返し実行される。また、図９のフローチャートは、一つの電池スタック１３についての処理を示しており、制御部１４は、複数の電池スタック１３それぞれについて、図９に示す処理を実行する。

劣化判定のために、制御部１４は、温度センサ１６での検出値に基づいて、各電池スタック１３の電池温度Ｔｂを取得する（Ｓ１０）。電池温度Ｔｂが得られれば、当該電池温度Ｔｂに基づいて、温度頻度分布データ９４および使用期間データ９６を更新する（Ｓ１２）。具体的には、既述した通り、出現した温度域の温度頻度Ｐｉを｛更新前の温度頻度×（総回数−１）＋１｝／（総回数）の値に更新し、サンプリング時に出現していない温度域の温度頻度Ｐｉを｛更新前の温度頻度×（総回数−１）｝／（総回数）の値に更新する。また、カウンタ２６のカウント値に基づいて、使用期間データ９６も更新する。

次に、更新された温度頻度分布データ９４と、予め記憶されているダメージ速度データ９０と、に基づいて、平均ダメージ速度Ｖを算出する。この平均ダメージ速度Ｖは、既述した通り、式１で算出される（Ｓ１４）。

平均ダメージ速度Ｖが算出できれば、当該平均ダメージ速度Ｖを寿命マップ９２に照らし合わせて、現時点での寿命年数Ｂｌｉｆｅを特定する（Ｓ１６）。そして、この寿命年数Ｂｌｉｆｅと、使用期間Ｂｕｓｅと、を比較する（Ｓ１８）。比較の結果、使用期間Ｂｕｓｅが、寿命年数Ｂｌｉｆｅ以上であれば、ＣＩＤ６０が劣化して寿命を迎えていると判断する（Ｓ２０）。一方、使用期間Ｂｕｓｅが、寿命年数Ｂｌｉｆｅ未満であれば、ＣＩＤ６０は、劣化していないと判断して、ステップＳ１０に戻る。

以上の説明から明らかな通り、本実施形態では、温度頻度分布データ９４およびダメージ速度データ９０に基づいて、平均ダメージ速度Ｖを算出し、この平均ダメージ速度Ｖから求まる寿命年数Ｂｌｉｆｅと使用期間Ｂｕｓｅとの比較に基づいてＣＩＤ６０の劣化有無を判定している。その結果、本実施形態では、従来技術に比べて、ＣＩＤ６０の劣化判定に要する計算資源を大幅に低減できる。

すなわち、従来技術の多くは、各サンプリング周期ごとに、ＣＩＤ６０が受けたダメージ量を算出し、このダメージ量を、随時積算し、その積算値と規定の閾値との比較により劣化の有無を判定している。この場合、ダメージ量を順次、積算していく必要があり、電池スタック１３の使用期間Ｂｕｓｅの増加に伴い、記憶するデータ容量およびデータ処理量が、増加していくため、ＣＩＤ６０の劣化判定に多くの計算資源が必要であった。しかし、電池システム１０が搭載される電動車両では、搭載できる計算資源に限りがあるため、ＣＩＤ６０の劣化判定に多くの計算資源を割り当てることは難しかった。

一方、本実施形態では、ダメージ量は算出せず、サンプリング周期ごとに、温度頻度分布を更新している。温度頻度分布は、使用期間Ｂｕｓeやサンプリング回数に関わらず、常に、その総和（ΣＰｉ）が「１」になるデータである。したがって、経年に伴うデータ増加は、殆どない。また、ダメージ速度ｖｉや、寿命判定マップも、使用期間Ｂｕｓeやサンプリング回数に応じて変化しないデータであるため、経年に伴うデータ増加は、ない。そして、この経年によりデータ増加しないパラメータを用いて、サンプリング周期の度に、新たに、寿命年数Ｂｌｉｆｅを算出し、使用期間Ｂｕｓｅと比較している。したがって、ダメージ量を随時積算していく従来技術と比べて、記憶するデータ容量およびデータ処理量を大幅に低減できる。結果として、ＣＩＤ６０の劣化判定に要する計算資源を大幅に低減しつつも、ＣＩＤ６０の劣化を適切に判定することができる。

次に、制御部１４が途中交換された場合の処理について説明する。これまでの説明では、電池スタック１３を搭載してから現在まで、同一の制御部１４を使用することを前提としていた。しかし、電子部品の劣化等に起因して、電池スタック１３の使用途中で、制御部１４が交換されることがある。このように制御部１４が途中交換された場合には、平均ダメージ速度Vの算出方法が上述の実施形態と異なる。

具体的には、制御部１４が途中交換された場合、交換後の制御部１４には、交換直前に算出された平均ダメージ速度である交換前平均ダメージ速度Ｖｂｅと、交換直前時点での電池スタック１３の使用期間Ｂｂｅと、が記憶される。また、交換後の制御部１４は、交換後に取得された電池温度Ｔｂに基づいて温度頻度分布データ９４を更新するとともに、当該温度頻度分布データ９４や使用期間Ｂａｆ等に基づいて、交換してから現在までの平均ダメージ速度である交換後平均ダメージ速度Ｖａｆを算出する。ここで、使用期間Ｂａｆとは、制御部１４を交換してから現在までの電池スタック１３の使用期間である。したがって、電池スタック１３を使用開始してから現在までの使用期間Ｂｕｓｅは、制御部１４の交換直前までの使用期間Ｂｂｅと、制御部１４を交換してからの使用期間Ｂａｆとの合算値となる（Ｂｕｓｅ＝Ｂｂｅ＋Ｂａｆ）。

交換後の制御部１４は、交換後平均ダメージ速度Ｖａｆが算出できれば、この交換後平均ダメージ速度Ｖａｆと交換前平均ダメージ速度Ｖｂｅと、使用期間Ｂａｆ,Ｂｂｅとに基づいて電池スタック１３の平均ダメージ速度Ｖとして算出する。具体的には、Ｖ＝（Ｖａｆ×Ｂａｆ＋Ｖｂｅ×Ｂｂｅ）／Ｂｕｓｅの演算を行い、平均ダメージ速度Ｖを算出する。平均ダメージ速度Ｖが算出されれば、図９で説明した実施形態と同様に、平均ダメージ速度Ｖを寿命マップ９２に照らし合わせて、現在の電池スタック１３の寿命年数Ｂｌｉｆｅを特定する。そして、特定された寿命年数Ｂｌｉｆｅと使用期間Ｂｕｓｅとの比較結果に基づいて、ＣＩＤ６０の劣化を判定する。

図１０は、制御部１４が途中交換された場合の劣化判定処理の流れを示すフローチャートである。この場合、ステップＳ２２〜Ｓ２６は、図９におけるステップＳ１０〜Ｓ１４とほぼ同じである。すなわち、制御部１４は、電池温度Ｔｂを取得し、取得した電池温度Ｔｂに応じて温度頻度分布データ９４を、カウント値に基づいて使用期間データ９６を更新し、さらに、更新後の温度頻度分布データ９４とダメージ速度データ９０に基づいて交換後平均ダメージ速度Ｖａｆを算出する。続いて、制御部１４は、予め記憶部２４に記憶してある交換前平均ダメージ速度Ｖｂｅと使用期間Ｂｂｅとを読み込む（Ｓ２８）。そして、交換前平均ダメージ速度Ｖｂｅと交換後平均ダメージ速度Ｖａｆと、使用期間Ｂｂｅ，Ｂａｆとに基づいて、平均ダメージ速度Ｖを算出する（Ｓ３０）。平均ダメージ速度Ｖを算出した後のステップＳ３２〜Ｓ３６は、図９におけるステップＳ１６〜Ｓ２０とほぼ同じである。

以上の通り、交換前の平均ダメージ速度Ｖｂｅと使用期間Ｂｂｅとを交換後の制御部１４に記憶しておくことで、制御部１４を途中交換した場合でも、ＣＩＤ６０の平均ダメージ速度を容易に算出でき、ひいては、ＣＩＤ６０の劣化を適切に判定できる。

なお、これまでの説明では、寿命マップ９２の寿命曲線が常に一定であるとして説明したが、電池スタック１３の状況に応じて、寿命マップ９２に記録されている寿命曲線を適宜、変更してもよい。例えば、上述の実施形態では、電池温度Ｔｂの出現頻度に基づいて、平均ダメージ速度Ｖを算出している。しかし、ＣＩＤ６０の平均ダメージ速度Ｖは、電池温度Ｔｂ以外の理由でも変化することがある。例えば、電池スタック１３を構成する電池セル３０において、外部短絡が生じると、ＣＩＤ６０の劣化が進む。この外部短絡に起因するＣＩＤ６０の寿命低下を反映させるために、外部短絡が検知される度に、劣化判定に用いる寿命マップ９２の寿命曲線を、寿命低下側にシフトさせてもよい。

すなわち、上位制御装置、例えば、車両の駆動を制御するハイブリッドＥＣＵ等は、外部短絡の有無を検知している。制御部１４の更新部８０は、この上位制御装置から外部短絡発生を示す信号を受信した場合、寿命マップ９２の記録されている寿命曲線を、寿命低下側、すなわち、左側または下側にシフトさせる。寿命曲線のシフト量は、外部短絡の検出回数に応じて段階的に大きくすることが望ましい。図１１は、寿命曲線のシフトの一例を示す図である。図１１において実線は、初期状態（短絡回数０）の寿命曲線である。一点鎖線は、外部短絡が１回検出された後の寿命曲線を示しており、二点鎖線は、外部短絡が２回検出された後の寿命曲線を示している。このように、外部短絡の発生回数に応じて寿命低下側にシフトされた寿命曲線を用いることで、外部短絡の影響を加味した寿命年数を算出することができ、ＣＩＤ６０の劣化をより正確に判定できる。

１０ 電池システム、１２ 車載バッテリ、１３ 電池スタック、１４ 制御部、１６ 温度センサ、２２ ＣＰＵ、２４ 記憶部、２６ カウンタ、３０ 電池セル、３２ 電池ケース、３４ ケース本体、３６ 蓋体、４０ 捲回電極体、４４ 正極、４６ 負極、５０ 正極端子、５２ 負極端子、５４ 封止栓、６２ 第１部材、６４ 湾曲部分、６６ 第２部材、６８ リード端子、７２ 絶縁ケース、８０ 更新部、８２ 平均算出部、８４ 寿命年数特定部、８６ 判定部、９０ ダメージ速度データ、９２ 寿命マップ、９４ 温度頻度分布データ、９６ 使用期間データ。

Claims (1)

1. 複数の電池セルと、前記電池セルの劣化に応じて当該電池セルと外部との間の電流を遮断する電流遮断機構と、を備えた電池スタックと、
   前記電池スタックの温度である電池温度を検出する温度検出器と、
   前記電流遮断機構の劣化を判定する判定装置と、
   を備え、
   前記判定装置は、
   複数の温度域ごとの前記電流遮断機構のダメージ速度と、前記ダメージ速度に対する前記電流遮断機構の寿命年数と、前記電池スタックの使用期間と、各温度域ごとの前記電池温度の出現頻度を示す温度頻度分布と、を記憶する記憶部と、
   前記記憶部に記憶されている前記電池スタックの使用期間と、各温度域ごとの前記電池温度の出現頻度を示す温度頻度分布と、を随時更新する更新部と、
   前記温度頻度分布と、前記温度域ごとのダメージ速度と、に基づいて、前記電流遮断機構の現在までの平均ダメージ速度を算出する平均算出部と、
   前記平均ダメージ速度から前記電流遮断機構の寿命年数を特定する寿命年数特定部と、
   前記特定された寿命年数と、前記使用期間と、の比較に基づいて、前記電流遮断機構の劣化の有無を判定する判定部と、
   を備えることを特徴とする電池システム。
   

Images