JP7586753B2 - バッテリユニット - Google Patents

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Description

本発明は、バッテリユニットに関する。
バッテリユニットにおいて、ＳＯＣ（State Of Charge）またはＳＯＨ（State Of Health）等のバッテリセルの状態を推定する技術がある。例えば、ＳＯＣまたはＳＯＨ等のバッテリセルの状態とバッテリセルの電圧とには相関があることが知られている。そこで、バッテリセルの電圧に基づいて、ＳＯＣまたはＳＯＨ等のバッテリセルの状態を推定する技術が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。
特開－５２８７８４４号公報 特開－５０４４５１１号公報
負極の材料としてハードカーボンを用いたリチウムイオンバッテリ（二次電池）のように、容量の変化に対して電圧が傾斜しているバッテリセルでは、バッテリセルの電圧に基づいて、ＳＯＣまたはＳＯＨ等のバッテリセルの状態を精度よく推定することができる。近年、負極の材料としてグラファイトを用いたリチウムイオンバッテリ（二次電池）のように、容量の変化に対して電圧の変化が小さいバッテリセルがある。このようなバッテリセルを備えるバッテリユニットにおいて、バッテリセルの電圧に基づいて、ＳＯＣまたはＳＯＨ等のバッテリセルの状態を推定すると、推定精度が低下することが予想される。
本発明は、バッテリセルの状態の変化に対して電圧の変化が小さいバッテリセルであっても、バッテリセルの状態の推定精度の低下を抑制可能なバッテリユニットを提供することを目的とする。
本願発明者（ら）は、ＳＯＣまたはＳＯＨ等のバッテリセルの状態と電極材料の活物質の相転移に伴うバッテリセルの熱量（Heat Flow）とにも相関があるとの知見を得ている。また、本願発明者（ら）は、ＳＯＣまたはＳＯＨ等のバッテリセルの状態の変化に対して電圧の変化が小さいバッテリセルであっても、ＳＯＣまたはＳＯＨ等のバッテリセルの状態の変化に対して、バッテリセルの熱量の変化が比較的に大きいとの知見を得ている。そこで、本願発明者（ら）は、バッテリセルの熱量に基づいて、ＳＯＣまたはＳＯＨ等のバッテリセルの状態を推定する手法を考案する。
ここで、単にバッテリセルの熱量を検出するだけでは、検出した熱量は、バッテリセルの熱量のみならず、バッテリユニット内の様々な熱量の影響、すなわちノイズの影響を受けていることが予想される。そのため、このように単に検出した熱量に基づいて、ＳＯＣまたはＳＯＨ等のバッテリセルの状態を推定すると、推定精度が低いことが予想される。
（１）そこで、本発明に係るバッテリユニットは、バッテリセルを有するバッテリモジュールを備えるバッテリユニットであって、前記バッテリセルおよび前記バッテリユニットの熱量を検出するバッテリ熱量検出部と、前記バッテリユニットの熱量を基準熱量として検出する基準熱量検出部と、前記バッテリ熱量検出部によって検出された熱量から前記基準熱量検出部によって検出された基準熱量を減算した前記バッテリセルの熱量に基づいて、前記バッテリセルの状態を推定するバッテリ状態推定部と、を備え、前記基準熱量検出部は、前記バッテリユニットにおいて、温度変動が小さくかつ熱容量が大きい箇所に配置されている。
（２）本発明に係るバッテリユニットにおいて、前記バッテリ熱量検出部および前記基準熱量検出部は、熱量として温度を検出する温度センサを含んでもよい。
（３）本発明に係るバッテリユニットにおいて、前記バッテリモジュールは、複数のバッテリセルが積層された積層体と、前記積層体を挟み込むエンドプレートと、を有してもよく、前記バッテリ熱量検出部は、前記複数のバッテリセルのうちの少なくとも１つに配置されていてもよい。
（４）本発明に係るバッテリユニットにおいて、前記基準熱量検出部は、前記エンドプレートに配置されていてもよい。
（５）本発明に係るバッテリユニットにおいて、前記基準熱量検出部は、前記エンドプレートにおいて、前記バッテリセルと対向しない面側に配置されていてもよい。
（６）本発明に係るバッテリユニットは、前記バッテリモジュールを冷却するための冷却プレートを更に備えてもよく、前記基準熱量検出部は、前記冷却プレートに配置されていてもよい。
（７）本発明に係るバッテリユニットにおいて、前記基準熱量検出部は、前記冷却プレートにおいて、前記バッテリセルと対向しない面側に配置されていてもよい。
（８）本発明に係るバッテリユニットにおいて、前記バッテリモジュールは、前記複数のバッテリセルを接続するバスバーを更に有してもよく、前記基準熱量検出部は、前記バスバーに配置されていてもよい。
（９）本発明に係るバッテリユニットにおいて、前記基準熱量検出部は、前記バスバーにおいて、前記バッテリセルと対向しない面側に配置されていてもよい。
（１０）本発明に係るバッテリユニットは、複数の前記バッテリモジュールと、前記複数のバッテリモジュールを接続するバスバーを更に備えてもよく、前記基準熱量検出部は、前記バスバーに配置されていてもよい。
（１１）本発明に係るバッテリユニットにおいて、前記基準熱量検出部は、前記バスバーにおいて、前記バッテリセルと対向しない面側に配置されていてもよい。
（１２）本発明に係るバッテリユニットにおいて、前記基準熱量検出部は、前記バッテリモジュールを固定するフランジに配置されていてもよい。
（１３）本発明に係るバッテリユニットにおいて、前記基準熱量検出部は、前記バッテリユニット内の空間に、浮かした状態で配置されていてもよい。
（１４）本発明に係るバッテリユニットにおいて、前記基準熱量検出部は、高圧導線を保護するパイプの中もしくは外に配置されていてもよい。
（１５）本発明に係るバッテリユニットにおいて、前記バッテリ熱量検出部は、前記複数のバッテリセルのうちの前記エンドプレートに隣接するバッテリセルに配置されていてもよい。
（１６）本発明に係るバッテリユニットにおいて、前記バッテリ熱量検出部は、更に、バッテリモジュールの中心に位置するバッテリセルに配置されていてもよい。
（１７）本発明に係るバッテリユニットにおいて、前記バッテリ熱量検出部は、前記複数のバッテリセルのうちの前記エンドプレートに隣接するバッテリセルに配置されていてもよく、前記基準熱量検出部は、前記複数のバッテリセルのうちの前記バッテリ熱量検出部が配置されたバッテリセル以外のバッテリセルに配置されていてもよい。
（１８）本発明に係るバッテリユニットにおいて、前記バッテリ熱量検出部および前記基準熱量検出部の少なくとも一方が配置される位置には、熱電対が設置されていてもよい。
（１９）本発明に係るバッテリユニットにおいて、前記バッテリセルの状態は、充電状態ＳＯＣまたは劣化状態ＳＯＨであってもよい。
（２０）本発明に係るバッテリユニットにおいて、前記バッテリ熱量検出部および前記基準熱量検出部は、ペルチェ素子であってもよい。
（１）～（１８）に記載の発明によれば、バッテリセルの熱量に基づいて、バッテリセルの状態を推定するので、バッテリセルの状態の変化に対して電圧の変化が小さいバッテリセルであっても、バッテリセルの状態の推定精度の低下を抑制することができる。
また、バッテリ熱量検出部によって検出された熱量から基準熱量検出部によって検出された基準熱量を減算したバッテリセルの熱量に基づいて、バッテリセルの状態を推定するので、バッテリユニット内の様々な熱量の影響、すなわちノイズの影響を除去したバッテリセルの熱量に基づいて、バッテリセルの状態を推定することができる。これにより、バッテリセルの状態の推定精度の低下を抑制することができる。
（４）～（１４）に記載の発明によれば、基準熱量検出部が、バッテリユニットにおいて、温度変動が小さくかつ熱容量が大きい箇所に適切に配置される。
（２０）に記載の発明によれば、バッテリセルの冷却のためのペルチェ素子を、熱量検出と冷却とで兼用することができる。例えば、熱量検出時にはペルチェ素子を熱量センサとして用い、それ以外では冷却として用いることができる。
本実施形態に係るバッテリユニットを分解して示す分解斜視図である。 図１に示すバッテリユニットにおけるバッテリモジュールの一例の側面図である。 図１に示すバッテリユニットにおけるバッテリモジュールの他の一例の側面図である。 本実施形態の熱量ＨＦ－ＳＯＣ特性の一例を示す図である。 本実施形態の基準熱量減算後の熱量ＨＦ－ＳＯＣ特性と基準熱量減算前の熱量ＨＦｘ－ＳＯＣ特性との一例を示す図である。 比較例の閉回路電圧ＣＣＶ－ＳＯＣ特性の一例を示す図である。 比較例の閉回路電圧ＣＣＶ－ＳＯＣの基準特性（例えば初期特性）のテーブルマップの一例を示す図である。
以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態の一例について説明する。なお、各図面において同一または相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
（バッテリユニット）
図１は、本実施形態に係るバッテリユニットを分解して示す分解斜視図であり、図２Ａは、図１に示すバッテリユニットにおけるバッテリモジュールの一例の側面図である。図１に示すバッテリユニット１００は、ハイブリット式電動自動車（Hybrid Electric Vehicle：ＨＥＶ）、外部給電機能付きハイブリット式電動自動車（Plug-in Hybrid Vehicle：ＰＨＥＶ）、または、バッテリ式電動自動車（Battery Electric Vehicle：ＢＥＶ）等の電動車両に搭載されるバッテリパック（Intelligent Power Unit：ＩＰＵともいう。）である。
図１および図２Ａに示すように、バッテリユニット１００は、主に、バッテリモジュール１１０と、バッテリ熱量検出部１２０と、基準熱量検出部１３０と、電圧検出部１４１と、電流検出部１４２と、温度検出部１４３と、バッテリマネジメントシステム（ＢＭＳ）２００とを備える。図１の例では、バッテリユニット１００の構成要素は、ケース１０１に収容されて、カバー１０２で覆われている。
また、図１の例では、バッテリユニット１００は、下部フレーム１０３と上部フレーム１０４とを備えている。また、バッテリユニット１００は、バッテリモジュール１１０を冷却するための下部冷却プレート１０５を備えている。また、バッテリユニット１００は、バッテリモジュール１１０を冷却するために空気を導入する機構（例えば、ファン、導風ダクトおよび吸気ダクト等）１０６を備えている。
図２Ａに示すように、バッテリモジュール１１０は、主に、複数のバッテリセル１１１が積層された積層体１１２と、積層体１１２を積層方向において挟み込む一対のエンドプレート１１３と、複数のバッテリセル１１１を接続するセルバスバー１１４とを有する。なお、図１に示すように、複数のバッテリモジュール１１０がモジュールバスバー１１９によって接続された構成であってもよい。
バッテリセル１１１としては、特に限定されないが、例えばリチウムイオンバッテリが挙げられる。リチウムイオンバッテリの中でも、負極の材料としてグラファイトのような相転移に伴う熱量が生じる材料を用いたリチウムイオンバッテリ、または正極の材料として層状化合物のコバルト酸リチウム（Lithium Cobalt Oxide：ＬＣＯ）またはニッケル酸リチウム（Lithium Nickel Oxide：ＬＮＯ）のような相転移に伴う熱量が生じる材料を用いたリチウムイオンバッテリが好ましい。
バッテリ熱量検出部１２０は、バッテリセル１１１およびバッテリユニット１００の熱量、すなわちバッテリセル１１１の熱量のみならず、バッテリユニット１００内の様々な熱量の影響、すなわちノイズの影響を受けている熱量、を検出する熱量センサである。
熱量センサとしては、特に限定されないが、例えば、ペルチェ素子、サーモパイル、熱電対等の温度センサが挙げられる。これらの中でも、ペルチェ素子が好ましい。図２Ａに示すように、バッテリセル１１１の冷却のために、バッテリセル１１１と冷却プレート１０５との間にペルチェ素子を設けることがある。このような場合に、このペルチェ素子を、熱量検出と冷却とで兼用することができる。例えば、熱量検出時にはペルチェ素子を熱量センサとして用い、それ以外では冷却として用いることができる。
バッテリ熱量検出部１２０は、バッテリモジュール１１０におけるバッテリセル１１１のうちの少なくとも１つに配置されていればよい。なお、図２Ａに示すように、バッテリ熱量検出部１２０は、バッテリセル１１１のうちのエンドプレート１１３に隣接する２つのバッテリセル１１１にそれぞれ配置されてもよい。また、バッテリ熱量検出部１２０は、エンドプレート１１３に隣接する２つのバッテリセル１１１に加え、更にバッテリセル１１１の積層方向における中央に位置するバッテリセル１１１に配置されてもよい。
基準熱量検出部１３０は、バッテリユニット１００の熱量、すなわちバッテリユニット１００内の様々な熱量、すなわちノイズの熱量、を基準熱量として検出する熱量センサである。
上述同様に、熱量センサとしては、特に限定されないが、例えば、ペルチェ素子、サーモパイル、熱電対等の温度センサが挙げられる。これらの中でも、ペルチェ素子が好ましい。これにより、バッテリセル１１１の冷却のためのペルチェ素子を、熱量検出と冷却とで兼用することができる。
基準熱量検出部１３０は、バッテリユニット１００において、温度変動が小さくかつ熱容量が大きい箇所に配置されている。例えば、基準熱量検出部１３０の配置箇所としては、以下の（Ａ）～（Ｆ）のいずれかが挙げられる。
（Ａ）バッテリモジュール１１０を冷却するための冷却プレート１０５
例えば、図１に示すように、冷却プレート１０５はバッテリモジュール１１０の底面に接して配置されており、基準熱量検出部１３０は、冷却プレート１０５において、バッテリセル１１１の底面と対向しない面側に配置されている。複数のバッテリセル１１１に対する配置は、特に限定されないが、例えばバッテリセル１１１の積層方向における中央に位置するバッテリセル１１１に対応して配置されてもよい。
（Ｂ）バッテリモジュール１１０におけるエンドプレート１１３
図２Ｂは、図１に示すバッテリユニットにおけるバッテリモジュールの他の一例の側面図である。図２Ｂに示すように、例えば、基準熱量検出部１３０は、エンドプレート１１３において、バッテリセル１１１と対向しない面側に配置されてもよい。
（Ｃ）バッテリモジュール１１０におけるバスバー１１４，１１９
例えば、基準熱量検出部１３０は、バッテリセル１１１同士を接続するセルバスバー１１４において（図２Ａ参照）、バッテリセル１１１と対向しない面側に配置されてもよい。また、例えば、基準熱量検出部１３０は、バッテリモジュール１１０同士を接続するモジュールバスバー１１９において（図１参照）、バッテリセル１１１と対向しない面側に配置されてもよい。複数のバッテリセル１１１に対する配置は、特に限定されないが、例えばバッテリセル１１１の積層方向における中央に位置するバッテリセル１１１に対応して配置されてもよい。
（Ｄ）バッテリユニット１００内のフランジ
図１に示すように、例えば、基準熱量検出部１３０は、バッテリユニット１００内のバッテリモジュールを固定するフランジ（継ぎ手）に配置されてもよい。
（Ｅ）バッテリユニット１００内の空間
図１に示すように、例えば、基準熱量検出部１３０は、バッテリユニット１００内の空間に、浮かした状態で配置されてもよい。
（Ｆ）高圧導線を保護するパイプ
図１に示すように、例えば、基準熱量検出部１３０は、高圧導線を保護するパイプの中もしくは外（例えば、外気に暴露されていれば中、外気に暴露されていなければ外）に配置されてもよい。
なお、バッテリ熱量検出部１２０が、バッテリセル１１１のうちのエンドプレート１１３に隣接する２つのバッテリセル１１１に配置され、基準熱量検出部１３０が、バッテリセル１１１のうちのバッテリ熱量検出部１２０が配置されたバッテリセル１１１以外のバッテリセル１１１、例えばバッテリセル１１１の積層方向における中央に位置するバッテリセル１１１に配置されてもよい。
電圧検出部１４１は、バッテリセル１１１の閉回路電圧を検出する電圧センサである。電圧検出部１４１の配置は、特に限定されないが、例えば図２Ａに示すように、バッテリモジュール１１０に配置されてもよい。
電流検出部１４２は、バッテリセル１１１の電流を検出する電流センサである。電流検出部１４２の配置は、特に限定されないが、例えば図２Ａに示すように、バッテリモジュール１１０に配置されてもよい。
温度検出部１４３は、各部温度を検出する温度センサである。温度センサとしては、特に限定されないが、例えば熱電対が挙げられる。図２Ａに示すように、温度検出部１４３は、各バッテリセル１１１に配置され、各バッテリセル１１１の温度を検出する。また、温度検出部１４３は、バッテリ熱量検出部１２０が配置された位置に配置され、熱量検出位置の温度を検出する。また、図１および図２Ｂに示すように、温度検出部１４３は、基準熱量検出部１３０が配置された位置に配置され、熱量検出位置の温度を検出する。
（バッテリマネジメントシステム：バッテリ状態推定部）
バッテリマネジメントシステム（ＢＭＳ）２００は、バッテリセル１１１の充放電制御、過充電保護、過放電保護、ＳＯＣ（State Of Charge）またはＳＯＨ（State Of Health）等のバッテリの状態の監視等のバッテリセル１１１の全体制御を行う（Electronic Control Unit：ＥＣＵともいう）。バッテリマネジメントシステム２００は、主に、バッテリ状態推定部２１０と、記憶部２２０とを備える。
バッテリ状態推定部２１０は、例えば、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等の演算プロセッサで構成される。バッテリ状態推定部２１０の各種機能は、例えば記憶部２２０に格納された所定のソフトウェア（プログラム）を実行することで実現される。バッテリ状態推定部２１０の各種機能は、ハードウェアとソフトウェアとの協働で実現されてもよいし、ハードウェア（電子回路）のみで実現されてもよい。
記憶部２２０は、例えばＥＥＰＲＯＭ等の書き換え可能なメモリである。記憶部２２０は、上述したバッテリ状態推定部２１０の各種機能を実行するための所定のソフトウェア（プログラム）を格納する。
また、記憶部２２０は、図３に示すように、バッテリセル１１１の初期状態における熱量ＨＦとＳＯＣとの相関に関する特性（熱量ＨＦ－ＳＯＣの初期特性）であって、バッテリセル１１１の温度ごとおよび電流ごとの複数の特性を、テーブルマップ形式で記憶する（例えば、後述する図３の閉回路電圧ＣＣＶと同様）。
バッテリ状態推定部２１０は、バッテリ熱量検出部１２０によって検出された熱量から基準熱量検出部１３０によって検出された基準熱量を減算したバッテリセル１１１の熱量ＨＦに基づいて、ＳＯＣまたはＳＯＨ等のバッテリセルの状態を推定する。
（ＳＯＣ推定）
まず、バッテリ状態推定部２１０による、バッテリセル１１１の熱量に基づくバッテリセル１１１のＳＯＣ推定の一例について説明する。
バッテリ状態推定部２１０は、バッテリ熱量検出部１２０の検出結果からバッテリセル１１１およびバッテリユニット１００の熱量を算出し、基準熱量検出部１３０の検出結果からバッテリユニット１００の基準熱量を算出する。例えば、ペルチェ素子の場合、ペルチェ素子の感度に基づいて検出電圧（Ｖ）を熱量（Ｗ）に変換する。ペルチェ素子の感度は温度に依存して変動する特性を有するため、対応の温度検出部１４３によって検出された温度に基づいて、適切な感度を選択する。
バッテリ状態推定部２１０は、バッテリセル１１１およびバッテリユニット１００の熱量からバッテリユニット１００の基準熱量を減算して、バッテリセル１１１の熱量ＨＦ（ＨＦｐ、ＨＦｎ）を算出する。これにより、バッテリユニット１００内の様々な熱量の影響、すなわちノイズの影響を除去したバッテリセル１１１の熱量を得ることができる。なお、図３に示すように、正極側のバッテリセル１１１の熱量ＨＦｐと負極側のバッテリ１１１の熱量ＨＦｎとを平均化してバッテリセル１１１の熱量ＨＦとしてもよい。
バッテリ状態推定部２１０は、図３に示すように予め記憶した熱量－ＳＯＣの基準特性（例えば、初期特性）であって、検出した温度および検出した電流に対応する熱量－ＳＯＣの基準特性（テーブルマップ）を参照して、検出した熱量ＨＦに対応するＳＯＣを推定する。なお、図３には、参考のために、閉回路電圧ＣＣＶ－ＳＯＣの基準特性も示されている。また、図４には、バッテリ熱量検出部１２０によって検出されたバッテリセル１１１およびバッテリユニット１００の熱量から基準熱量検出部１３０によって検出されたバッテリユニット１００の基準熱量を減算したバッテリセル１１１の熱量ＨＦ（基準熱量減算後）に関する熱量ＨＦ－ＳＯＣ特性と、バッテリ熱量検出部１２０によって検出されたバッテリセル１１１およびバッテリユニット１００の熱量ＨＦｘそのもの（基準熱量減算前）に関する熱量ＨＦｘ－ＳＯＣ特性とを示している。図４に示すように、基準熱量検出部１３０によって検出されたバッテリユニット１００の基準熱量を減算しないバッテリセル１１１およびバッテリユニット１００の熱量ＨＦｘそのものでは、ベースラインが安定せず正確な値が出力されない。このため、ＣＣＶに対する熱量の形状も異なり、さらにはＳＯＣの検知精度が低下する。
ここで、比較例の閉回路電圧ＣＣＶ－ＳＯＣの基準特性（テーブルマップ）に基づくＳＯＣ推定について説明する。図５は、比較例の閉回路電圧ＣＣＶ－ＳＯＣ特性の一例を示す図であり、図６は、比較例の閉回路電圧ＣＣＶ－ＳＯＣの基準特性のテーブルマップの一例を示す図である。比較例では、図５および図６に示すように予め記憶したＣＣＶ－ＳＯＣの基準特性（例えば、初期特性）であって、検出した温度および検出した電流に対応するＣＣＶ－ＳＯＣの基準特性（テーブルマップ）を参照して、検出した閉回路電圧ＣＣＶに対応するＳＯＣを推定する。
負極の材料としてハードカーボンを用いたリチウムイオンバッテリのように、容量の変化に対して電圧が傾斜しているバッテリセルであれば、比較例のように、バッテリセルの電圧に基づいてＳＯＣを精度よく推定することができる。
近年、負極の材料としてグラファイトを用いたリチウムイオンバッテリのように、容量の変化に対して電圧の変化が小さいバッテリセルがある。このようなバッテリセルを備えるバッテリユニットにおいて、比較例のようにバッテリセルの電圧に基づいてＳＯＣを推定すると、推定精度が低下することが予想される。
本願発明者（ら）は、負極の材料としてグラファイトを用いたリチウムイオンバッテリセルでは、グラファイトの相転移に伴う熱量（Heat Flow）が生じ、ＳＯＣの変化に対してバッテリセルの熱量の変化が比較的に大きいとの知見を得ている。
本実施形態のバッテリユニット１００によれば、バッテリセル１１１の熱量ＨＦに基づいて、ＳＯＣ（バッテリセルの状態）を推定するので、ＳＯＣの変化に対して電圧の変化が小さいバッテリセルであっても、ＳＯＣ（バッテリセルの状態）の推定精度の低下を抑制することができる。
また、バッテリ熱量検出部１２０によって検出された熱量から基準熱量検出部１３０によって検出された基準熱量を減算したバッテリセル１１１の熱量ＨＦに基づいて、ＳＯＣ（バッテリセルの状態）を推定するので、バッテリユニット１００内の様々な熱量の影響、すなわちノイズの影響を除去したバッテリセル１１１の熱量に基づいて、ＳＯＣ（バッテリセルの状態）を推定することができる。これにより、ＳＯＣ（バッテリセルの状態）の推定精度の低下を抑制することができる。
また、本実施形態のバッテリユニット１００によれば、基準熱量検出部１３０が、以下の（Ａ）～（Ｆ）のいずれかに配置される。
（Ａ）バッテリモジュール１１０を冷却するための冷却プレート１０５
（Ｂ）バッテリモジュール１１０におけるエンドプレート１１３
（Ｃ）バッテリモジュール１１０におけるバスバー１１４，１１９
（Ｄ）バッテリユニット１００内のフランジ
（Ｅ）バッテリユニット１００内の空間
（Ｆ）高圧導線を保護するパイプ
これにより、基準熱量検出部１３０が、バッテリユニット１００において、温度変動が小さくかつ熱容量が大きい箇所に適切に配置される。
また、本実施形態のバッテリユニット１００によれば、バッテリセル１１１の冷却のためのペルチェ素子を、熱量検出と冷却とで兼用することができる。例えば、熱量検出時にはペルチェ素子を熱量センサとして用い、それ以外では冷却として用いることができる。
（ＳＯＨ推定）
次に、バッテリ状態推定部２１０による、バッテリセル１１１の熱量に基づくバッテリセル１１１のＳＯＨ推定の一例について説明する。このように、上述した熱量ＨＦ－ＳＯＣ特性に基づくバッテリセルの状態の推定は、バッテリセルのＳＯＨ推定に適用可能である。
上述したように、バッテリ状態推定部２１０は、バッテリ熱量検出部１２０の検出結果からバッテリセル１１１およびバッテリユニット１００の熱量を算出し、基準熱量検出部１３０の検出結果からバッテリユニット１００の基準熱量を算出する。バッテリ状態推定部２１０は、バッテリセル１１１およびバッテリユニット１００の熱量からバッテリユニット１００の基準熱量を減算して、図３に示すように、バッテリセル１１１の熱量ＨＦ（ＨＦｐ、ＨＦｎ）を算出する。これにより、バッテリユニット１００内の様々な熱量の影響、すなわちノイズの影響を除去したバッテリセル１１１の熱量を得ることができる。なお、図３に示すように、正極側のバッテリセル１１１の熱量ＨＦｐと負極側のバッテリ１１１の熱量ＨＦｎとを平均化してバッテリセル１１１の熱量ＨＦとしてもよい。
バッテリ状態推定部２１０は、実使用における充電時、定期的に、熱量ＨＦ－ＳＯＣの現在特性を測定し、測定した熱量ＨＦ－ＳＯＣの現在特性と、記憶部２２０に記憶された熱量ＨＦ－ＳＯＣの初期特性とに基づいて、バッテリセルのＳＯＣ推定を行う。
本実施形態のバッテリユニット１００によれば、バッテリセル１１１の熱量ＨＦに基づいて、ＳＯＨ（バッテリセルの状態）を推定するので、ＳＯＨの変化に対して電圧の変化が小さいバッテリセルであっても、ＳＯＨ（バッテリセルの状態）の推定精度の低下を抑制することができる。
また、バッテリ熱量検出部１２０によって検出された熱量から基準熱量検出部１３０によって検出された基準熱量を減算したバッテリセル１１１の熱量ＨＦに基づいて、ＳＯＨ（バッテリセルの状態）を推定するので、バッテリユニット１００内の様々な熱量の影響、すなわちノイズの影響を除去したバッテリセル１１１の熱量に基づいて、ＳＯＨ（バッテリセルの状態）を推定することができる。これにより、ＳＯＨ（バッテリセルの状態）の推定精度の低下を抑制することができる。
また、本実施形態のバッテリユニット１００によれば、基準熱量検出部１３０が、以下の（Ａ）～（Ｆ）のいずれかに配置される。
（Ａ）バッテリモジュール１１０を冷却するための冷却プレート１０５
（Ｂ）バッテリモジュール１１０におけるエンドプレート１１３
（Ｃ）バッテリモジュール１１０におけるバスバー１１４，１１９
（Ｄ）バッテリユニット１００内のフランジ
（Ｅ）バッテリユニット１００内の空間
（Ｆ）高圧導線を保護するパイプ
これにより、基準熱量検出部１３０が、バッテリユニット１００において、温度変動が小さくかつ熱容量が大きい箇所に適切に配置される。
また、本実施形態のバッテリユニット１００によれば、バッテリセル１１１の冷却のためのペルチェ素子を、熱量検出と冷却とで兼用することができる。例えば、熱量検出時にはペルチェ素子を熱量センサとして用い、それ以外では冷却として用いることができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、種々の変更および変形が可能である。
１００ バッテリユニット
１０１ ケース
１０２ カバー
１０３ 下部フレーム
１０４ 上部フレーム
１０５ 冷却プレート
１０６ 空気導入機構
１１０ バッテリモジュール
１１１ バッテリセル
１１２ 積層体
１１３ エンドプレート
１１４ セルバスバー
１１９ モジュールバスバー
１２０ バッテリ熱量検出部
１３０ 基準熱量検出部
１４１ 電圧検出部
１４２ 電流検出部
１４３ 温度検出部
２００ バッテリマネジメントシステム（ＢＭＳ）
２１０ バッテリ状態推定部
２２０ 記憶部

Claims (20)

  1. バッテリセルを有するバッテリモジュールを備えるバッテリユニットであって、
    前記バッテリセルおよび前記バッテリユニットの熱量を検出するバッテリ熱量検出部と、
    前記バッテリユニットの熱量を基準熱量として検出する基準熱量検出部と、
    前記バッテリ熱量検出部によって検出された熱量から前記基準熱量検出部によって検出された基準熱量を減算した前記バッテリセルの熱量に基づいて、前記バッテリセルの状態を推定するバッテリ状態推定部と、
    を備え、
    前記基準熱量検出部は、前記バッテリユニットにおいて、温度変動が小さくかつ熱容量が大きい箇所に配置されている、
    バッテリユニット。
  2. 前記バッテリ熱量検出部および前記基準熱量検出部は、熱量として温度を検出する温度センサを含む、請求項１に記載のバッテリユニット。
  3. 前記バッテリモジュールは、
    複数のバッテリセルが積層された積層体と、
    前記積層体を挟み込むエンドプレートと、
    を有し、
    前記バッテリ熱量検出部は、前記複数のバッテリセルのうちの少なくとも１つに配置されている、
    請求項１または２に記載のバッテリユニット。
  4. 前記基準熱量検出部は、前記エンドプレートに配置されている、請求項３に記載のバッテリユニット。
  5. 前記基準熱量検出部は、前記エンドプレートにおいて、前記バッテリセルと対向しない面側に配置されている、請求項４に記載のバッテリユニット。
  6. 前記バッテリモジュールを冷却するための冷却プレートを更に備え、
    前記基準熱量検出部は、前記冷却プレートに配置されている、請求項３に記載のバッテリユニット。
  7. 前記基準熱量検出部は、前記冷却プレートにおいて、前記バッテリセルと対向しない面側に配置されている、請求項６に記載のバッテリユニット。
  8. 前記バッテリモジュールは、前記複数のバッテリセルを接続するバスバーを更に有し、
    前記基準熱量検出部は、前記バスバーに配置されている、請求項３に記載のバッテリユニット。
  9. 前記基準熱量検出部は、前記バスバーにおいて、前記バッテリセルと対向しない面側に配置されている、請求項８に記載のバッテリユニット。
  10. 複数の前記バッテリモジュールと、前記複数のバッテリモジュールを接続するバスバーを更に備え、
    前記基準熱量検出部は、前記バスバーに配置されている、請求項３に記載のバッテリユニット。
  11. 前記基準熱量検出部は、前記バスバーにおいて、前記バッテリセルと対向しない面側に配置されている、請求項１０に記載のバッテリユニット。
  12. 前記基準熱量検出部は、前記バッテリモジュールを固定するフランジに配置されている、請求項１～３のいずれか１項に記載のバッテリユニット。
  13. 前記基準熱量検出部は、前記バッテリユニット内の空間に、浮かした状態で配置されている、請求項１～３のいずれか１項に記載のバッテリユニット。
  14. 前記基準熱量検出部は、高圧導線を保護するパイプの中もしくは外に配置されている、請求項１～３のいずれか１項に記載のバッテリユニット。
  15. 前記バッテリ熱量検出部は、前記複数のバッテリセルのうちの前記エンドプレートに隣接するバッテリセルに配置されている、請求項３に記載のバッテリユニット。
  16. 前記バッテリ熱量検出部は、更に、バッテリモジュールの中心に位置するバッテリセルに配置されている、請求項１５に記載のバッテリユニット。
  17. 前記バッテリ熱量検出部は、前記複数のバッテリセルのうちの前記エンドプレートに隣接するバッテリセルに配置されており、
    前記基準熱量検出部は、前記複数のバッテリセルのうちの前記バッテリ熱量検出部が配置されたバッテリセル以外のバッテリセルに配置されている、
    請求項３に記載のバッテリユニット。
  18. 前記バッテリ熱量検出部および前記基準熱量検出部の少なくとも一方が配置される位置には、熱電対が設置されている、請求項１～１７のいずれか１項に記載のバッテリユニット。
  19. 前記バッテリセルの状態は、充電状態ＳＯＣまたは劣化状態ＳＯＨである、請求項１～１８のいずれか１項に記載のバッテリユニット。
  20. 前記バッテリ熱量検出部および前記基準熱量検出部は、ペルチェ素子である、請求項１～５および１５～１７のいずれか１項に記載のバッテリユニット。
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