特開 2022-60891 蓄電モジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022060891

(43)【公開日】2022-04-15

(54)【発明の名称】蓄電モジュール

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/48 20060101AFI20220408BHJP

   H01M 10/44 20060101ALI20220408BHJP

   H01M 10/0566 20100101ALI20220408BHJP

   H01M 10/052 20100101ALI20220408BHJP

   H01M 4/66 20060101ALI20220408BHJP

   H01M 50/10 20210101ALI20220408BHJP

   H01M 50/20 20210101ALI20220408BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20220408BHJP

【ＦＩ】

H01M10/48 P

H01M10/44 P

H01M10/0566

H01M10/052

H01M4/66 A

H01M2/02 Z

H01M2/10 E

H02J7/00 302D

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020168646

(22)【出願日】2020-10-05

(71)【出願人】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(72)【発明者】

【氏名】山本 悟士

【テーマコード（参考）】

5G503

5H011

5H017

5H029

5H030

5H040

【Ｆターム（参考）】

5G503BA03

5G503BB02

5G503DA13

5H011AA17

5H011BB03

5H017AA03

5H017AS02

5H017AS10

5H017EE01

5H017HH10

5H029AJ15

5H029AK02

5H029AK03

5H029AK16

5H029AL06

5H029AL07

5H029AL08

5H029AL11

5H029AL12

5H029AM01

5H029BJ06

5H029BJ17

5H029BJ23

5H029BJ27

5H029DJ07

5H029HJ18

5H030AA04

5H030AS06

5H030AS08

5H030BB21

5H030FF44

5H040AA06

5H040AS06

5H040AS07

5H040AT06

5H040AY06

5H040DD08

5H040DD26

5H040JJ03

5H040NN05

(57)【要約】

【課題】電解液の液漏れを抑制すること。
【解決手段】蓄電モジュールは、複数のリチウムイオン蓄電セル３１を積層したセルスタック３０と、制御装置と、を備える。リチウムイオン蓄電セル３１はそれぞれ、正極３２と、負極３３と、電解液３６と、封止材３５と、を備える。負極３３は、銅製の負極集電体３３ａと、負極集電体３３ａに設けられる負極活物質層３３ｂと、を備える。複数のリチウムイオン蓄電セル３１は、セルスタック３０の最外層に位置する負極集電体３３ａを備える第１蓄電セル３１ａと、第１蓄電セル３１ａ以外の第２蓄電セル３１ｂと、を含む。第１蓄電セル３１ａに設定されている第１過放電閾値は、第２蓄電セル３１ｂに設定されている第２過放電閾値より高い。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のリチウムイオン蓄電セルを積層したセルスタックと、
前記リチウムイオン蓄電セルの電圧が所定の過放電閾値より低い場合に前記リチウムイオン蓄電セルは過放電であると判定するように構成された判定部と、
前記リチウムイオン蓄電セルのいずれか１つが過放電であると前記判定部が判定した場合に前記セルスタックの放電を禁止するように構成された過放電制御部と、を備えた蓄電モジュールであって、
前記リチウムイオン蓄電セルはそれぞれ、正極と、負極と、電解液と、前記電解液を前記正極と前記負極の間に封止する封止材と、を備え、
前記負極は、銅製の負極集電体と、前記負極集電体に設けられる負極活物質層と、を備え、
前記複数のリチウムイオン蓄電セルは、前記セルスタックの最外層に位置する前記負極集電体を備える第１蓄電セルと、前記第１蓄電セル以外の第２蓄電セルと、を含み、
前記過放電閾値は、前記第１蓄電セルに設定されている第１過放電閾値と、前記第２蓄電セルに設定されている第２過放電閾値と、を含み、
前記第１過放電閾値は、前記第２過放電閾値より高い蓄電モジュール。

【請求項2】

前記リチウムイオン蓄電セルのいずれか１つの電圧が所定の制限閾値より低い場合に前記セルスタックの放電を制限するように構成された制限制御部を備え、
前記制限閾値は、前記第１蓄電セルに設定されている第１制限閾値と、前記第２蓄電セルに設定されている第２制限閾値と、を含み、
前記第１制限閾値は、前記第１過放電閾値よりも高く、かつ、前記第２制限閾値は前記第２過放電閾値よりも高く、
前記第１制限閾値は、前記第２制限閾値より高い請求項１に記載の蓄電モジュール。

【請求項3】

前記過放電制御部は、
前記第２蓄電セルが過放電であると前記判定部が判定した場合に前記セルスタックの充電及び放電を禁止する第２蓄電セル制御部と、
前記第１蓄電セルが過放電であると前記判定部が判定した場合に前記セルスタックの放電を禁止するとともに前記セルスタックの充電を許容する第１蓄電セル制御部と、を備える請求項１又は請求項２に記載の蓄電モジュール。

【請求項4】

前記複数のリチウムイオン蓄電セル同士の間を封止するセル間封止材を備える請求項１～請求項３のいずれか一項に記載の蓄電モジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、蓄電モジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

蓄電モジュールとしては、例えば、特許文献１に記載されている。特許文献１に記載の蓄電モジュールは、複数の蓄電セルが積層されてなるセルスタックと、セルスタックに隣接する通電板と、を備える。蓄電セルはそれぞれ、正極と、負極と、電解液と、電解液を正極と負極の間に封止する封止材と、を備える。負極は、負極集電体と、負極集電体に設けられた負極活物質層と、を備える。複数の蓄電セルは、セルスタックの最外層に位置する負極集電体を備える第１蓄電セルと、第１蓄電セル以外の第２蓄電セルと、を含む。最外層に位置する負極集電体は、積層方向においてセルスタックの一端に配置されるとともに、通電板と接触する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－２７６９４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、蓄電セルとしてリチウムイオン電池からなるリチウムイオン蓄電セルを用いた場合、リチウムイオン蓄電セルは、負極活物質層に蓄えられた電荷キャリアを放出することで、電池として機能する。特に銅製の負極集電体が用いられる場合、負極活物質層の電荷キャリアが欠乏している状態、すなわち、過放電状態でリチウムイオン蓄電セルが放電すると、負極集電体の銅がイオン化して電解液中に溶出する。セルスタックの最外層に位置する負極集電体が溶出した場合、蓄電モジュールの外部へ電解液の液漏れが生じる虞がある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記課題を解決する蓄電モジュールは、複数のリチウムイオン蓄電セルを積層したセルスタックと、前記リチウムイオン蓄電セルの電圧が所定の過放電閾値より低い場合に前記リチウムイオン蓄電セルは過放電であると判定するように構成された判定部と、前記リチウムイオン蓄電セルのいずれか１つが過放電であると前記判定部が判定した場合に前記セルスタックの放電を禁止するように構成された過放電制御部と、を備えた蓄電モジュールであって、前記リチウムイオン蓄電セルはそれぞれ、正極と、負極と、電解液と、前記電解液を前記正極と前記負極の間に封止する封止材と、を備え、前記負極は、銅製の負極集電体と、前記負極集電体に設けられる負極活物質層と、を備え、前記複数のリチウムイオン蓄電セルは、前記セルスタックの最外層に位置する前記負極集電体を備える第１蓄電セルと、前記第１蓄電セル以外の第２蓄電セルと、を含み、前記過放電閾値は、前記第１蓄電セルに設定されている第１過放電閾値と、前記第２蓄電セルに設定されている第２過放電閾値と、を含み、前記第１過放電閾値は、前記第２過放電閾値より高い。

【0006】

これによれば、第２蓄電セルの過放電閾値よりも第１蓄電セルの過放電閾値が高いため、判定部が第２蓄電セルを過放電と判定する前に第１蓄電セルを過放電と判定しやすい。第１蓄電セルが過放電と判定されると、過放電制御部は、セルスタックの放電を禁止する。セルスタックの放電が禁止されることで、過放電と判定された状態での第１蓄電セルの放電が抑制される。そのため、セルスタックの最外層に位置する負極集電体の溶出が抑制される。したがって、電解液の液漏れを抑制することができる。

【0007】

上記蓄電モジュールについて、前記リチウムイオン蓄電セルのいずれか１つの電圧が所定の制限閾値より低い場合に前記セルスタックの放電を制限するように構成された制限制御部を備え、前記制限閾値は、前記第１蓄電セルに設定されている第１制限閾値と、前記第２蓄電セルに設定されている第２制限閾値と、を含み、前記第１制限閾値は、前記第１過放電閾値よりも高く、かつ、前記第２制限閾値は前記第２過放電閾値よりも高く、前記第１制限閾値は、前記第２制限閾値より高くてもよい。

【0008】

上記蓄電モジュールについて、前記過放電制御部は、前記第２蓄電セルが過放電であると前記判定部が判定した場合に前記セルスタックの充電及び放電を禁止する第２蓄電セル制御部と、前記第１蓄電セルが過放電であると前記判定部が判定した場合に前記セルスタックの放電を禁止するとともに前記セルスタックの充電を許容する第１蓄電セル制御部と、を備えていてもよい。

【0009】

上記蓄電モジュールについて、前記複数のリチウムイオン蓄電セル同士の間を封止するセル間封止材を備えていてもよい。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、電解液の液漏れを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】蓄電モジュールが適用される一例としての回路図。

【図2】組電池の断面図。

【図3】制御装置が行う制御を示すフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、蓄電モジュールの一実施形態を図１～図３に従って説明する。本実施形態の蓄電モジュールは、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車のような車両に用いられる。
図１に示すように、車両Ｖｅは、蓄電モジュール１０と、インバータ１００と、モータ１１０と、車両ＥＣＵ１２０と、を備える。車両Ｖｅは、フォークリフトやトーイングトラクタ等の産業車両であってもよいし、乗用車であってもよい。

【0013】

蓄電モジュール１０は、車両内のモータ１１０に電力を供給するための電力源である。インバータ１００は、スイッチング素子１０１を備える。インバータ１００は、スイッチング素子１０１を所定のデューティ比でスイッチング動作させることで、蓄電モジュール１０からの直流電力を交流電力に変換する。モータ１１０は、インバータ１００が出力する電力を用いて車両Ｖｅを駆動する。車両ＥＣＵ１２０は、蓄電モジュール１０の放電に関する制御等を行うものである。車両ＥＣＵ１２０は、インバータ１００のデューティ比を制御することにより、インバータ１００への入力電力、すなわち、蓄電モジュール１０の放電を制御する。

【0014】

以下、蓄電モジュール１０の詳細について説明する。
図１及び図２に示すように、蓄電モジュール１０は、組電池２０と、正極通電板４０と、負極通電板５０と、リレースイッチ７０と、セルバランス回路８０と、電圧センサ８５と、制御装置９０と、を備える。蓄電モジュール１０はインバータ１００に放電する。

【0015】

図２に示すように、組電池２０は、セルスタック３０と、セル間封止材３７と、を備える。
セルスタック３０は、複数のリチウムイオン蓄電セル３１を備える。セルスタック３０は、複数のリチウムイオン蓄電セル３１を積層した積層体である。以下の説明では、リチウムイオン蓄電セル３１が積層された方向を積層方向と称することがある。また、以下の説明では、積層方向からセルスタック３０を見る平面視を、単に平面視と称することがある。

【0016】

各リチウムイオン蓄電セル３１は、正極３２と、負極３３と、セパレータ３４と、封止材３５と、電解液３６と、を備える。
正極３２は、正極集電体３２ａと、正極活物質層３２ｂと、を備える。正極集電体３２ａは、化学的に不活性な電気伝導帯である。正極集電体３２ａは、例えばアルミニウム箔である。正極集電体３２ａは、積層方向に垂直な第１面３２ｃと、積層方向において第１面３２ｃの反対側に位置する第２面３２ｄと、を有する。正極活物質層３２ｂは、正極集電体３２ａの第１面３２ｃに設けられている。

【0017】

積層方向からセルスタック３０を見た平面視において、正極活物質層３２ｂは、正極集電体３２ａの第１面３２ｃの中央部に形成されている。平面視における正極集電体３２ａの第１面３２ｃの周縁部は、正極活物質層３２ｂが設けられていない正極未塗工部３２ｅとなっている。正極未塗工部３２ｅは、平面視において正極活物質層３２ｂの周囲を囲むように配置されている。

【0018】

正極活物質層３２ｂは、リチウムイオン等の電荷担体を吸蔵及び放出し得る正極活物質を含む。正極活物質としては、層状岩塩構造を有するリチウム複合金属酸化物、スピネル構造の金属酸化物、及びポリアニオン系化合物等、リチウムイオン二次電池の正極活物質として使用可能なものを採用すればよい。また、２種以上の正極活物質を併用してもよい。

【0019】

負極３３は、銅製の負極集電体３３ａと、負極活物質層３３ｂと、を備える。負極集電体３３ａは、銅箔である。負極集電体３３ａは、積層方向に垂直な第１面３３ｃと、積層方向において第１面３３ｃの反対側に位置する第２面３３ｄと、を有する。負極活物質層３３ｂは、負極集電体３３ａの第１面３３ｃに設けられている。

【0020】

負極活物質層３３ｂは、平面視において、負極集電体３３ａの第１面３３ｃの中央部に形成されている。平面視における負極集電体３３ａの第１面３３ｃの周縁部は、負極活物質層３３ｂが設けられていない負極未塗工部３３ｅとなっている。負極未塗工部３３ｅは、平面視において負極活物質層３３ｂの周囲を囲むように配置されている。

【0021】

負極活物質層３３ｂは、負極活物質を含む。負極活物質には、リチウムイオンなどの電荷担体を吸蔵及び放出可能である単体、合金、又は化合物であれば、特に限定はない。例えば、負極活物質としては、リチウム、炭素、金属化合物、及びリチウムと合金化可能な元素もしくはその化合物等が挙げられる。炭素としては、天然黒鉛、人造黒鉛、ハードカーボン（難黒鉛化性炭素）、及びソフトカーボン（易黒鉛化性炭素）を挙げることができる。人造黒鉛としては、高配向性グラファイト、メソカーボンマイクロビーズ等が挙げられる。リチウムと合金化可能な元素の例としては、シリコン（ケイ素）及びスズが挙げられる。

【0022】

負極３３の第１面３３ｃは、積層方向において正極３２の第１面３２ｃと向かい合うように配置されている。したがって、負極活物質層３３ｂは正極活物質層３２ｂと向かい合うように配置されている。平面視において、正極活物質層３２ｂの形成領域の全体が負極活物質層３３ｂの形成領域内に位置している。

【0023】

セパレータ３４は、リチウムイオンを通過させる部材である。セパレータ３４は、正極活物質層３２ｂと負極活物質層３３ｂとの間に配置されている。これにより、セパレータ３４は、正極３２及び負極３３の接触による短絡を防止する。セパレータ３４は、例えば、液体電解質を吸収保持するポリマーを含む多孔性シート又は不織布である。セパレータ３４を構成する材料としては、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリオレフィン、ポリエステルなどが挙げられる。セパレータ３４は、単層構造又は多層構造を有してもよい。多層構造は、例えば、接着層、耐熱層としてのセラミック層等を有してもよい。

【0024】

封止材３５は、正極集電体３２ａと負極集電体３３ａとの間の距離を保持し、正極集電体３２ａと負極集電体３３ａとの短絡を防止している。封止材３５は、平面視において、正極集電体３２ａ及び負極集電体３３ａの周縁部に沿って設けられるとともに、正極活物質層３２ｂ及び負極活物質層３３ｂの周囲を取り囲む枠状に形成されている。封止材３５は、正極集電体３２ａの第１面３２ｃの正極未塗工部３２ｅと、負極集電体３３ａの第１面３３ｃの負極未塗工部３３ｅとの間に配置されている。

【0025】

正極３２と負極３３との間には、枠状の封止材３５、正極３２及び負極３３によって囲まれた密閉空間Ｓが形成されている。
密閉空間Ｓには、セパレータ３４及び電解液３６が収容されている。したがって、封止材３５は、正極３２と負極３３との間に電解液３６を封止するものと言える。電解液３６には、例えば、非水溶媒と非水溶媒に溶解した電解質塩とを含む液体電解質が挙げられる。なお、セパレータ３４の周縁部分は、封止材３５に埋まった状態とされている。

【0026】

封止材３５は、正極３２及び負極３３との間の密閉空間Ｓを封止することにより、密閉空間Ｓに収容された電解液３６の外部への漏出を抑制し得る。また、封止材３５は、セルスタック３０の外部から密閉空間Ｓ内への水分の侵入を抑制し得る。さらに、封止材３５は、例えば、充放電反応等により正極３２又は負極３３から発生したガスが密閉空間Ｓの外部に漏れることを抑制し得る。

【0027】

セルスタック３０は、複数のリチウムイオン蓄電セル３１が、隣り合う一方のリチウムイオン蓄電セル３１の正極集電体３２ａの第２面３２ｄと、隣り合う他方のリチウムイオン蓄電セル３１の負極集電体３３ａの第２面３３ｄとが接触するように重ね合わされた構造を有する。これにより、セルスタック３０を構成する複数のリチウムイオン蓄電セル３１が直列に接続されている。

【0028】

セルスタック３０は、バイポーラ電極３８を備えている。ここで、セルスタック３０においては、積層方向に隣り合う二つのリチウムイオン蓄電セル３１を積層することにより、互いに接する正極集電体３２ａ及び負極集電体３３ａを一つの集電体とみなした疑似的なバイポーラ電極３８が形成される。疑似的なバイポーラ電極３８は、正極集電体３２ａ及び負極集電体３３ａが重ね合わされた構造の集電体と、その集電体の一方側の面に形成された正極活物質層３２ｂと、他方側の面に形成された負極活物質層３３ｂとを含む。なお、バイポーラ電極３８は、正極集電体３２ａ及び負極集電体３３ａが互いに一体化または接合された構造の集電体を用いて形成されていてもよい。

【0029】

セル間封止材３７は、積層方向と垂直な方向からセルスタック３０の全周を囲むように設けられている。これにより、セル間封止材３７が、集電体の外周を覆う。セル間封止材３７が集電体の外周を覆うことにより、隣り合う一方のリチウムイオン蓄電セル３１の正極集電体３２ａの第２面３２ｄと、隣り合う他方のリチウムイオン蓄電セル３１の負極集電体３３ａの第２面３３ｄとの間がセル間封止材３７により封止されている。従って、セル間封止材３７は、複数のリチウムイオン蓄電セル３１同士の間を封止している。

【0030】

このように積層されたセルスタック３０では、積層方向におけるセルスタック３０の第１端に正極集電体３２ａが配置されている。当該正極集電体３２ａは、積層方向においてセルスタック３０の最外層に位置する。また、積層方向におけるセルスタック３０の第２端に負極集電体３３ａが配置されている。当該負極集電体３３ａもまた、セルスタック３０の最外層に位置する。

【0031】

正極通電板４０は、セルスタック３０の最外層に位置する正極集電体３２ａの第２面３２ｄに接触している。正極通電板４０は金属製の導体で構成されており、例えば、正極集電体３２ａと同材料の金属で構成され、平面視において正極集電体３２ａよりも小さく形成される。正極通電板４０は、蓄電モジュール１０の外部へセルスタック３０の電力を取り出すために用いられる。したがって、セルスタック３０の最外層に位置する正極集電体３２ａの第２面３２ｄは、セルスタック３０の外部への電力取り出し面である。

【0032】

負極通電板５０は、セルスタック３０の最外層に位置する負極集電体３３ａの第２面３３ｄに接触している。負極通電板５０は金属製の導体で構成されており、例えば、負極集電体３３ａと同材料の金属で構成され、平面視において負極集電体３３ａよりも小さく形成される。負極通電板５０は、蓄電モジュール１０の外部へセルスタック３０の電力を取り出すために用いられる。したがって、セルスタック３０の最外層に位置する負極集電体３３ａの第２面３３ｄは、セルスタック３０の外部への電力取り出し面である。

【0033】

複数のリチウムイオン蓄電セル３１は、第１蓄電セル３１ａと、第２蓄電セル３１ｂと、を含む。第１蓄電セル３１ａは、セルスタック３０の最外層に位置する負極集電体３３ａを備える。第２蓄電セル３１ｂは、セルスタック３０を構成するリチウムイオン蓄電セル３１のうち、第１蓄電セル３１ａ以外のものである。

【0034】

したがって、複数のリチウムイオン蓄電セル３１は、セルスタック３０の最外層に位置する負極集電体３３ａを備える第１蓄電セル３１ａと、第１蓄電セル３１ａ以外の第２蓄電セル３１ｂと、を含む。

【0035】

本実施形態では、封止材３５が各リチウムイオン蓄電セル３１の正極３２と負極３３との間に電解液３６を封止しており、電解液３６を封止するための筐体をセルスタック３０の外部に別途設けていないため、セルスタック３０の最外層に位置する負極集電体３３ａの溶出が、蓄電モジュール１０の外部への電解液３６の液漏れを引き起こすおそれがある。

【0036】

一方、第２蓄電セル３１ｂの負極集電体３３ａは、隣接する他のリチウムイオン蓄電セル３１に積層されている。これにより、第２蓄電セル３１ｂの負極集電体３３ａは、隣接する他のリチウムイオン蓄電セル３１の正極集電体３２ａによって覆われている。したがって、第２蓄電セル３１ｂの負極集電体３３ａが溶出した場合であっても、蓄電モジュール１０の外部への電解液の液漏れが発生しにくい。

【0037】

なお、セルスタック３０の最外層に位置する負極集電体３３ａは負極通電板５０に接触し、かつ、覆われているが、最外層に位置する負極集電体３３ａが溶出した場合、負極通電板５０を伝って蓄電モジュール１０の外部へ電解液３６の液漏れが発生しやすい。特に、負極通電板５０が負極集電体３３ａと同じく銅製である場合は、最外層に位置する負極集電体３３ａが溶出したとき、負極通電板５０も溶出するおそれがあり、蓄電モジュール１０の外部へ電解液３６の液漏れがより発生しやすい。さらに、平面視において負極通電板５０が負極集電体３３ａよりも小さく形成される場合は、最外層に位置する負極集電体３３ａが負極通電板５０によって覆われない位置が生じるため、蓄電モジュール１０の外部へ電解液３６の液漏れがより発生しやすい。

【0038】

図１に示すように、リレースイッチ７０は、蓄電モジュール１０の充電又は放電を禁止するためのスイッチである。リレースイッチ７０は、組電池２０に直列に接続されている。

【0039】

セルバランス回路８０は、セルバランス抵抗８１とスイッチ８２とが直列に接続された複数の直列接続体を備える。直列接続体は、それぞれのリチウムイオン蓄電セル３１に対して並列接続されている。スイッチ８２がオン状態の場合、リチウムイオン蓄電セル３１とセルバランス抵抗８１とが接続され、リチウムイオン蓄電セル３１からセルバランス抵抗８１に電流が流れる。これにより、リチウムイオン蓄電セル３１の放電が行われる。そして、セルバランス回路８０により、放電させるリチウムイオン蓄電セル３１の残量を、目標とするリチウムイオン蓄電セル３１の残量へ均等化させるセルバランスが行われる。目標とする残量は、例えば、複数のリチウムイオン蓄電セル３１のそれぞれの残量のうち、最も低い残量に設定することができる。本実施形態のセルバランス回路８０は、パッシブ方式のセルバランスを行う。

【0040】

電圧センサ８５は、各リチウムイオン蓄電セル３１の電圧を検出するためのセンサである。電圧センサ８５は、各リチウムイオン蓄電セル３１に対して並列に接続されている。
制御装置９０は、プロセッサと、記憶部と、を備える。プロセッサとしては、例えば、CPU（Central Processing Unit）、GPU（Graphics Processing Unit）、又はDSP（Digital Signal Processor）が用いられる。記憶部は、RAM（Random access memory）及びROM（Read Only Memory）を含む。記憶部は、処理をプロセッサに実行させるように構成されたプログラムコードまたは指令を格納している。記憶部、即ち、コンピュータ可読媒体は、汎用または専用のコンピュータでアクセスできるあらゆる利用可能な媒体を含む。制御装置９０は、ASIC（Application Specific Integrated Circuit）やFPGA（Field Programmable Gate Array）等のハードウェア回路によって構成されていてもよい。処理回路である制御装置９０は、コンピュータプログラムに従って動作する１つ以上のプロセッサ、ASICやFPGA等の１つ以上のハードウェア回路、或いは、それらの組み合わせを含み得る。

【0041】

制御装置９０は、リレースイッチ７０と、スイッチ８２と、を制御する。制御装置９０は、リレースイッチ７０を制御することでセルスタック３０の充電又は放電を禁止する。また、制御装置９０は、スイッチ８２を制御することで、各リチウムイオン蓄電セル３１に対してセルバランスを行う。制御装置９０は、電圧センサ８５の検出結果を取得可能である。さらに、制御装置９０は、セルスタック３０の残量に応じて、インバータ１００のデューティ比を制限するように車両ＥＣＵ１２０に制限指令を送る。制限指令を受け取った車両ＥＣＵ１２０は、スイッチング素子１０１を制御することで、インバータ１００の入力電力が０より大きくかつ現在の入力電力より小さくなるようにインバータ１００のデューティ比を下げる。これにより、制御装置９０は、インバータ１００の入力電力、すなわち、セルスタック３０の出力電力を制限する。したがって、セルスタック３０が過放電状態になることを抑制することができる。

【0042】

なお、以下の説明では、各リチウムイオン蓄電セル３１の電圧を総称して「電圧Ｖｉ」と称することがある。電圧Ｖｉの中でも特に、第１蓄電セル３１ａの電圧を表すときは「電圧Ｖ１」と称し、各第２蓄電セル３１ｂの電圧を総称するときは「電圧Ｖ２」と称することがある。

【0043】

制御装置９０は、第１過放電閾値Ｖａと、第２過放電閾値Ｖｂと、第１制限閾値Ｖｃと、第２制限閾値Ｖｄと、を記憶部に記憶している。第１過放電閾値Ｖａは、第１蓄電セル３１ａが過放電か否かを判定する際に用いられる値である。第２過放電閾値Ｖｂは、第２蓄電セル３１ｂが過放電か否かを判定する際に用いられる値である。第１蓄電セル３１ａに設定された第１過放電閾値Ｖａは、第２蓄電セル３１ｂに設定された第２過放電閾値Ｖｂよりも高い。第１過放電閾値Ｖａと第２過放電閾値Ｖｂとの差は任意であるが、例えば、電圧センサ８５の計測誤差よりも高い。第２過放電閾値Ｖｂとしては、例えば、リチウムイオン蓄電セル３１が実際に負極集電体３３ａの溶出が発生するような過放電状態となるよりも高い電圧値が設定される。

【0044】

いずれかのリチウムイオン蓄電セル３１の電圧Ｖｉが設定された過放電閾値を下回るとき、制御装置９０は、当該リチウムイオン蓄電セル３１を過放電と判定し、リレースイッチ７０をＯＦＦにすることで、セルスタック３０の放電を禁止する。しかしながら、過放電と判定されたリチウムイオン蓄電セル３１が自然放電等により放電が続いた場合、当該リチウムイオン蓄電セル３１は、負極集電体３３ａの溶出が発生するような過放電状態となる。

【0045】

一方、第１過放電閾値Ｖａは、第２過放電閾値Ｖｂより高く設定されている。このため、第１蓄電セルの電圧Ｖ１が第１過放電閾値Ｖａのとき、第１蓄電セル３１ａの残量は、過放電状態に至ったときの残量よりも大きい。したがって、制御装置９０が第１蓄電セル３１ａが過放電と判定し、セルスタック３０の放電を禁止した場合、第１蓄電セル３１ａが実際に負極集電体３３ａの溶出が発生するような過放電状態となるまでの期間を延ばすことができる。

【0046】

第１制限閾値Ｖｃ及び第２制限閾値Ｖｄは、セルスタック３０の放電を制限するか否かを判定する際に用いられる値である。第１制限閾値Ｖｃは、第１蓄電セル３１ａに対して設定されている。第２制限閾値Ｖｄは、第２蓄電セル３１ｂに対して設定されている。第１制限閾値Ｖｃ及び第２制限閾値Ｖｄは、ともに第２過放電閾値Ｖｂよりも高い。なお、第１制限閾値Ｖｃは、第２制限閾値Ｖｄ及び第１過放電閾値Ｖａよりも高い。したがって、第１制限閾値Ｖｃは第１過放電閾値Ｖａよりも高く、かつ、第２制限閾値Ｖｄは第２過放電閾値Ｖｂよりも高い。第１制限閾値Ｖｃと第２制限閾値Ｖｄとの差は、例えば、電圧センサ８５の計測誤差よりも大きい。

【0047】

以下、制御装置９０が行う制御について図１及び図３を用いて説明する。図１及び図３に示すように、ステップＳ１０において、制御装置９０は、電圧センサ８５が検出した検出結果を示す情報を取得する。

【0048】

次に、ステップＳ１１において、制御装置９０は、全ての第２蓄電セル３１ｂの電圧Ｖ２中で最小の電圧Ｖｍｉｎを算出する。以下の説明では、全ての第２蓄電セル３１ｂの電圧Ｖ２の中で最小の電圧Ｖｍｉｎを、単に「最小電圧Ｖｍｉｎ」と称することがある。

【0049】

次に、ステップＳ１２において、制御装置９０は、最小電圧Ｖｍｉｎが、第２蓄電セルに設定された第２過放電閾値Ｖｂより低いか否かを判定する。最小電圧Ｖｍｉｎが第２過放電閾値Ｖｂより低い場合、制御装置９０は、第２蓄電セル３１ｂが過放電であると判定する。最小電圧Ｖｍｉｎが第２過放電閾値Ｖｂ以上である場合、制御装置９０は、第２蓄電セル３１ｂが過放電でないと判定する。

【0050】

第２蓄電セル３１ｂが過放電であると制御装置９０が判定した場合、制御装置９０は、ステップＳ１３に進み、リレースイッチ７０をＯＦＦにすることで、セルスタック３０の充電及び放電を禁止する。

【0051】

第２蓄電セル３１ｂが過放電でないと制御装置９０が判定した場合、制御装置９０は、ステップＳ１４に進み、第１蓄電セル３１ａの電圧Ｖ１が、第１蓄電セル３１ａに設定された第１過放電閾値Ｖａより低いか否かを判定する。第１蓄電セル３１ａの電圧Ｖ１が第１過放電閾値Ｖａより低い場合、制御装置９０は、第１蓄電セル３１ａが過放電であると判定する。第１蓄電セル３１ａの電圧Ｖ１が第１過放電閾値Ｖａ以上である場合、制御装置９０は、第１蓄電セル３１ａが過放電でないと判定する。したがって、制御装置９０は、リチウムイオン蓄電セル３１ごとの電圧Ｖｉがリチウムイオン蓄電セル３１ごとに設定されている過放電閾値Ｖａ，Ｖｂより低い場合にリチウムイオン蓄電セル３１は過放電であると判定するように構成された判定部９１を含む。また、当該過放電閾値は、第１蓄電セル３１ａに設定されている第１過放電閾値Ｖａと、第２蓄電セル３１ｂに設定されている第２過放電閾値Ｖｂと、を含む。さらに、制御装置９０は、第２蓄電セル３１ｂが過放電であると判定部９１が判定した場合にセルスタック３０の充電及び放電を禁止する第２蓄電セル制御部９３を含む。

【0052】

第１蓄電セル３１ａが過放電であると制御装置９０が判定した場合、制御装置９０は、ステップＳ１５に進み、リレースイッチ７０をＯＦＦにすることでセルスタック３０の放電を禁止するとともに、セルスタック３０が充電装置に接続されたときにリレースイッチ７０をＯＮにすることでセルスタック３０の充電を許容する。したがって、制御装置９０は、第１蓄電セル３１ａが過放電であると判定部９１が判定した場合にセルスタック３０の放電を禁止するとともにセルスタック３０の充電を許容する第１蓄電セル制御部９２を含む。

【0053】

また、これにより、制御装置９０は、第１蓄電セル３１ａ又は第２蓄電セル３１ｂのいずれか１つが過放電であると判定した場合にセルスタック３０の放電を禁止する。したがって、制御装置９０は、リチウムイオン蓄電セル３１のいずれか１つが過放電であると判定部９１が判定した場合にセルスタック３０の放電を禁止するように構成された過放電制御部９４を含む。

【0054】

第１蓄電セル３１ａも過放電でないと制御装置９０が判定した場合、制御装置９０は、ステップＳ１６に進み、第１蓄電セル３１ａの電圧Ｖ１が第１制限閾値Ｖｃより低いか否か、及び、最小電圧Ｖｍｉｎが第２制限閾値Ｖｄより低いか否かを判定する。

【0055】

第１蓄電セル３１ａの電圧Ｖ１が第１制限閾値Ｖｃより低い、又は、最小電圧Ｖｍｉｎが第２制限閾値Ｖｄより低い場合、制御装置９０は、ステップＳ１７に進み、セルスタック３０の放電を制限する。したがって、制御装置９０は、リチウムイオン蓄電セル３１のいずれか１つの電圧Ｖｉが所定の制限閾値Ｖｃ，Ｖｄより低い場合にセルスタック３０の放電を制限するように構成された制限制御部９５を備え、当該制限閾値Ｖｃ，Ｖｄは、第１蓄電セル３１ａに設定されている第１制限閾値Ｖｃと、第２蓄電セル３１ｂに設定されている第２制限閾値Ｖｄと、を含む。

【0056】

第１蓄電セル３１ａの電圧Ｖ１が第１制限閾値Ｖｃ以上であり、かつ、最小電圧Ｖｍｉｎが第２制限閾値Ｖｄ以上である場合、制御装置９０は、ステップＳ１８に進み、セルスタック３０の放電を制限しない。

【0057】

本実施形態の作用について説明する。
セルスタック３０の放電が行われるにつれて、リチウムイオン蓄電セル３１の電圧Ｖｉが低下する。各リチウムイオン蓄電セル３１の電圧Ｖｉの低下は、各リチウムイオン蓄電セル３１の劣化の度合いに依存する。しかし、制御装置９０がスイッチ８２を制御することで、セルバランス回路８０は、各リチウムイオン蓄電セル３１に対してセルバランスを行う。これにより、各リチウムイオン蓄電セル３１の電圧Ｖｉは、互いに誤差の範囲内で一致する。

【0058】

第１蓄電セル３１ａの電圧Ｖ１が第１過放電閾値Ｖａより低い場合、もしくは、第２蓄電セル３１ｂの最小電圧Ｖｍｉｎが第２過放電閾値Ｖｂより低い場合に、制御装置９０は、リチウムイオン蓄電セル３１が過放電であると判定し、セルスタック３０の放電を禁止する。

【0059】

仮に、第１蓄電セル３１ａの電圧が最も低く、かつ、第１過放電閾値Ｖａが第２過放電閾値Ｖｂと等しい場合、セルスタック３０（第１蓄電セル３１ａ）の放電は、第１蓄電セル３１ａの電圧Ｖ１が第２過放電閾値Ｖｂと等しい第１過放電閾値Ｖａより低くなったときに禁止される。この場合、第１蓄電セル３１ａは自然放電等により放電が続くと、負極集電体３３ａの溶出が発生するような過放電状態になりやすい。第１蓄電セル３１ａの負極集電体３３ａはセルスタック３０の最外層に位置するため、当該負極集電体３３ａの溶出が電解液３６の液漏れを引き起こすおそれがある。

【0060】

一方、本実施形態では、第１過放電閾値Ｖａは、第２過放電閾値Ｖｂより高い。そのため、第１蓄電セル３１ａが実際に負極集電体３３ａの溶出が発生するような過放電状態に至る前に、余裕をもってセルスタック３０（第１蓄電セル３１ａ）の放電が禁止される。したがって、第１蓄電セル３１ａが過放電状態に至ることが抑制される。よって、第１蓄電セル３１ａの負極集電体３３ａの溶出が抑制される。また、これに伴い、当該負極集電体３３ａの溶出による電解液３６の液漏れが抑制される。

【0061】

以下、本実施形態の効果について説明する。
（１）第１蓄電セル３１ａの電圧Ｖ１が第２過放電閾値Ｖｂより低いとき、第１蓄電セル３１ａは過放電と判定される。しかし、本実施形態では、第１蓄電セル３１ａに設定されている過放電閾値Ｖａは、第２蓄電セル３１ｂに設定されている過放電閾値Ｖｂより高い。これにより、制御装置９０が第２蓄電セル３１ｂを過放電と判定する前に第１蓄電セル３１ａを過放電と判定しやすい。第１蓄電セル３１ａが過放電と判定されると、制御装置９０は、セルスタック３０の放電を禁止する。セルスタック３０の放電が禁止されることで、過放電と判定された状態での第１蓄電セル３１ａの放電が抑制される。そのため、セルスタック３０の最外層に位置する負極集電体３３ａの溶出が抑制される。したがって、電解液３６の液漏れを抑制することができる。

【0062】

特に、本実施形態の蓄電モジュール１０のように、蓄電モジュール１０が電解液３６を収容するための筐体を備えていない場合に電解液３６の液漏れが生じると、電解液３６が蓄電モジュール１０の外部まで漏れ出るおそれがある。したがって、蓄電モジュール１０が電解液３６を収容するための筐体を備えていない場合は、蓄電モジュール１０が電解液３６を備えている場合に比べて、セルスタック３０の最外層に位置する負極集電体３３ａの溶出を抑制することが求められる。セルスタック３０の最外層に位置する負極集電体３３ａの溶出及びこれによる電解液３６の液漏れを抑制することで、電解液３６を収容する筐体を備えない蓄電モジュール１０であっても、電解液３６が蓄電モジュール１０の外部に漏れ出ることを抑制することができる。

【0063】

（２）第１蓄電セル３１ａに設定されている第１制限閾値Ｖｃは、第２蓄電セル３１ｂに設定されている第２制限閾値Ｖｄより高い。これにより、制御装置９０は、第２蓄電セル３１ｂの電圧Ｖ２が第２制限閾値Ｖｄを下回っていると判定する前に、第１蓄電セル３１ａの電圧Ｖ１が第１制限閾値Ｖｃを下回っていると判定する。制御装置９０は、第１蓄電セル３１ａの電圧Ｖ１が第１制限閾値Ｖｃを下回っていると判定したとき、セルスタック３０の放電を制限する。よって、電圧センサ８５が第１蓄電セル３１ａの電圧Ｖ１を測定する際に、第１蓄電セル３１ａの内部抵抗による電圧降下が低減される。そして、第１蓄電セル３１ａの電圧Ｖ１が第１過放電閾値Ｖａに近づいている場合に、電圧センサ８５がより高精度に第１蓄電セル３１ａの電圧Ｖ１を測定することができる。したがって、制御装置９０は、第１蓄電セル３１ａが過放電か否かをより高い精度で判定することができる。そのため、セルスタック３０の最外層に位置する負極集電体３３ａの溶出が抑制される。したがって、電解液３６の液漏れをより抑制することができる。

【0064】

（３）制御装置９０は、第２蓄電セル３１ｂが過放電であると判定した場合にセルスタック３０の充電及び放電を禁止する。これにより、放電によって第２蓄電セル３１ｂが過放電状態となり、第２蓄電セル３１ｂの負極集電体３３ａの溶出を引き起こすことを抑制することができる。また、過放電状態での第２蓄電セル３１ｂの充電が第２蓄電セル３１ｂの負極集電体３３ａの再析出を引き起こすことを抑制することができる。したがって、セルスタック３０の劣化を抑制することができる。

【0065】

（４）制御装置９０は、第１蓄電セル３１ａが過放電であると判定した場合にセルスタック３０の放電を禁止するとともにセルスタック３０の充電を許容する。第１過放電閾値Ｖａは、第２過放電閾値Ｖｂよりも高いため、第１蓄電セル３１ａが過放電であると制御装置９０が判定した場合であっても、第１蓄電セル３１ａおよび第２蓄電セル３１ｂは実際に過放電状態となりにくく、負極集電体３３ａの再析出が起こりにくい。そのため、過放電であると判定された状態からセルスタック３０を充電した場合であっても第１蓄電セル３１ａおよび第２蓄電セル３１ｂの劣化を促進させることなく、蓄電モジュール１０を充電し、再使用することができる。

【0066】

（５）蓄電モジュール１０は、複数のリチウムイオン蓄電セル３１同士の間を封止するセル間封止材３７を備えている。セル間封止材３７は、各リチウムイオン蓄電セル３１同士の間に介在している正極集電体３２ａの第２面３２ｄと負極集電体３３ａの第２面３３ｄとの間を封止している。このため、第２蓄電セル３１ｂの負極集電体３３ａが各リチウムイオン蓄電セル３１の過放電により溶出した場合であっても、セル間封止材３７は、負極集電体３３ａの溶出箇所からセルスタック３０の外に電解液３６が漏れることを抑制する。したがって、電解液３６の液漏れをより好適に抑制することができる。

【0067】

なお、上記実施例は、以下のように変更して実施することができる。上記の各実施例及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

【0068】

○セル間封止材３７は、封止材３５と一体であっても、別体であってもよい。
○制御装置９０が行う制御は、本実施形態のものに限られず、任意である。例えば、リチウムイオン蓄電セル３１の電圧Ｖｉではなく、リチウムイオン蓄電セル３１の残量をもとに制御を行ってもよい。

【0069】

○制御装置９０の行う制御は単一の制御装置９０によって行われてもよいし、シーケンスＳ１０～Ｓ１８ごとに別個の制御装置によって行われてもよい。
○判定部９１としての制御装置９０は、第２蓄電セル３１ｂが過放電であるか否かを判定するに際し、最小電圧Ｖｍｉｎを用いて判定しなくてもよい。例えば、制御装置９０は、第２蓄電セル３１ｂごとに電圧Ｖ２が第２過放電閾値Ｖｂより低いか否かを判定することにより、第２蓄電セル３１ｂが過放電であるか否かを第２蓄電セル３１ｂごとに判定してもよい。

【0070】

○リレースイッチ７０は、ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴなどの種々のスイッチによって置き換えてもよい。
○過放電制御部９４としての制御装置９０は、リレースイッチ７０をＯＦＦにすることによりセルスタック３０の充放電の禁止を実現しなくてもよい。例えば、制御装置９０は、インバータ１００の出力を制御してセルスタック３０の充放電を禁止してもよい。

【0071】

○セルバランス回路８０は、本実施形態のようなパッシブ方式のセルバランスを行うものに限られない。例えば、セルバランス回路８０は、セルスタック３０の放出した電力を各リチウムイオン蓄電セル３１に還元するアクティブ方式のセルバランスを行うものであってもよいし、パッシブ方式及びアクティブ方式の両セルバランスを行うものであってもよい。具体的なアクティブセルバランス回路の構成は、任意であるが、例えば、フライバックコンバータ型が挙げられる。

【0072】

○蓄電モジュール１０は、セル間封止材３７を備えていなくてもよい。
○制御装置９０は第１蓄電セル３１ａが過放電と判定されたときに充電を許容せず、充電および放電を禁止してもよい。また、第２蓄電セル３１ｂが過放電と判定されたときに充電を許容し、放電のみを許容してもよい。すなわち、制御装置９０は、第１蓄電セル制御部９２及び第２蓄電セル制御部９３としての機能を有しておらず、リチウムイオン蓄電セル３１が過放電と判定されたときに少なくともセルスタック３０の放電を禁止する蓄電セル制御部を有していればよい。

【0073】

○第１制限閾値Ｖｃは、第２制限閾値Ｖｄ以下であってもよい。また、第１制限閾値Ｖｃ及び第２制限閾値Ｖｄは、制御装置９０に設定されていなくてもよい。すなわち、制御装置９０は、制限制御部９５としての機能を有していなくてもよい。

【0074】

○第１蓄電セル３１ａは、１つとは限らない。例えば、２つのセルスタック３０を最外層の正極３２が互いに向き合うよう積層した組電池２０を構成する場合、蓄電モジュール１０は、２つの第１蓄電セル３１ａを有することとなる。

【符号の説明】

【0075】

１０…蓄電モジュール、３０…セルスタック、３１…リチウムイオン蓄電セル、３１ａ…第１蓄電セル、３１ｂ…第２蓄電セル、３２…正極、３３…負極、３３ａ…負極集電体、３３ｂ…負極活物質層、３５…封止材、３６…電解液、３７…セル間封止材、９１…判定部、９２…第１蓄電セル制御部、９３…第２蓄電セル制御部、９４…過放電制御部、９５…制限制御部、Ｖａ…第１過放電閾値、Ｖｂ…第２過放電閾値、Ｖｃ…第１制限閾値、Ｖｄ…第２制限閾値。

【図1】

【図2】

【図3】