特許 7567823 電池モジュールの診断システムおよび車両

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-07

(45)【発行日】2024-10-16

(54)【発明の名称】電池モジュールの診断システムおよび車両

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/48 20060101AFI20241008BHJP

   B60L 3/00 20190101ALI20241008BHJP

   B60L 58/10 20190101ALI20241008BHJP

   H01M 10/42 20060101ALI20241008BHJP

【ＦＩ】

H01M10/48 301

B60L3/00 S

B60L58/10

H01M10/42 Z

H01M10/48 Z

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2022016410

(22)【出願日】2022-02-04

(65)【公開番号】P2023114196

(43)【公開日】2023-08-17

【審査請求日】2023-12-19

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】丸山 裕子

(72)【発明者】

【氏名】松岡 祥平

【審査官】宮本 秀一

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２１－１１１５８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／１３８９６９（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ１０／４２－１０／４８

Ｂ６０Ｌ１／００－３／１２

Ｂ６０Ｌ７／００－１３／００

Ｂ６０Ｌ１５／００－５８／４０

Ｈ０２Ｊ７／００－７／１２

Ｈ０２Ｊ７／３４－７／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の単電池から構成された電池モジュールの診断システムであって、
充電時の前記単電池の変位を検出する変位検出部と、
前記電池モジュールが正規品であるか否かを診断する診断装置と、を備え、
前記診断装置は、前記変位検出部で検出した前記変位に基づいて、前記電池モジュールが正規品であるか否かを診断する、電池モジュールの診断システム。

【請求項2】

前記診断装置は、前記変位検出部で検出した前記変位に基づいて、前記単電池の充電時の変位量を算出し、算出した前記変位量が、前記充電時における前記正規品の変位量の大きさを含む設定範囲の範囲内にある場合に、前記電池モジュールが正規品であると診断する、請求項１に記載の電池モジュールの診断システム。

【請求項3】

前記診断装置は、前記変位検出部で検出した前記変位に基づいて、充電電力量に対する変位量の大きさである変位量の傾きを算出し、算出した前記傾きが、前記充電時における前記正規品の変位量の傾きの大きさを含む設定範囲の範囲内にある場合に、前記電池モジュールが正規品であると診断する、請求項１または請求項２に記載の電池モジュールの診断システム。

【請求項4】

前記電池モジュールは、前記複数の単電池を積層した組電池からなり、
前記単電池は、電極体と、前記電極体を収容するケースとから構成されており、
前記変位検出部は、前記単電池の前記ケースの厚さの変化を前記変位として検出する、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電池モジュールの診断システム。

【請求項5】

複数の単電池から構成された電池モジュールと、
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の電池モジュールの診断システムとを備え、
前記電池モジュールは、外部電源から供給される電力を用いて充電を行う外部充電が可能とされており、
前記外部充電が行われているとき、前記診断システムの前記診断装置は、前記電池モジュールが正規品であるか否かを診断する、車両。

【請求項6】

複数の単電池から構成された電池モジュールと、
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の電池モジュールの診断システムと、
前記診断システムの前記診断装置によって前記電池モジュールが正規品でないと診断されたとき、警告を行う手段とを備える、車両。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電池モジュールの診断システムに関し、特に、電池モジュールが正規品か否かを診断するシステム、および、この診断システムを搭載した車両に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、ハイブリッド車または電気自動車などの、電池パックが搭載された車両の普及が進んでいる。車載用の電池パックについて、正規品の製造業者以外によって製造された模倣品が流通する可能性がある。また、正規品に対して改造が行われる可能性もある。これらの非正規品（模倣品またはサードパーティ製品）には、粗悪な電池が使用されていたり、車両側が要求する性能に不備があったりする可能性がある。そのため、電池パック（電池モジュール）が正規品であるか非正規品であるかを診断する技術が提案されている。

【0003】

たとえば、特開２０１２－１７４４８７号公報（特許文献１）は、電池パック（電池モジュール）を開示する。この電池パック内の制御部は、初期状態で測定された電池の重量（第１の重量）と、現在の電池の重量（第２の重量）との差が閾値よりも大きい場合に、電池が正規品でないと診断する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１２－１７４４８７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１では、電池が正規品であるか否かが電池の重量に基づいて診断される。そのため、重量は同等であるが、重量以外の特性（形状、構造および材料などを含み得る）が異なる電池を対象とする場合には、適切に診断できない可能性がある。

【0006】

本開示の目的は、正規品と非正規品とで電池の重量が同等な場合であっても、電池モジュールについて、正規品であるか否かを診断することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示に係る電池モジュールの診断システムは、複数の単電池から構成された電池モジュールの診断システムである。診断システムは、充電時の単電池の変位を検出する変位検出部と、電池モジュールが正規品であるか否かを診断する診断装置とを備える。診断装置は、変位検出部で検出した変位に基づいて、電池モジュールが正規品であるか否かを診断する。

【0008】

好ましくは、診断装置は、変位検出部で検出した変位に基づいて単電池の充電時の変位量を算出し、算出した変位量が、充電時における正規品の変位量の大きさを含む設定範囲の範囲内にある場合に、電池モジュールが正規品であると診断することにより、変位検出部で検出した変位に基づいて、電池モジュールが正規品であるか否かを診断してもよい。

【0009】

好ましくは、診断装置は、変位検出部で検出した変位に基づいて、充電電力量に対する変位量の大きさである変位量の傾きを算出し、算出した傾きが、充電時における正規品の変位量の傾きの大きさを含む設定範囲の範囲内である場合に、電池モジュールが正規品であると診断することにより、変位検出部で検出した変位に基づいて、電池モジュールが正規品であるか否かを診断してもよい。

【0010】

上記の構成によれば、充電時の単電池の変位に基づいて、電池モジュールが正規品であるか否かを診断するので、正規品と非正規品とで重量が同等な場合であっても、電池モジュールについて、正規品であるか否かを診断することができる。

【0011】

本開示の電池モジュールは、複数の単電池を積層した組電池からなり、単電池は、電極体と電極体を収容するケースとから構成され、変位検出部は、単電池のケースの厚さの変化を、単電池の変位として検出するものであってよい。

【0012】

この構成によれば、単電池のケースの厚さの変化を単電池の変位として検出するので、充電時の単電池の変位を精度よく検出できる。

【0013】

本開示に係る車両は、複数の単電池から構成された電池モジュールと、上記の電池モジュールの診断システムを搭載した車両である。車両に搭載された電池モジュールは、外部電源から供給される電力を用い充電を行う外部充電が可能とされており、外部充電が行われているとき、診断装置が、電池モジュールが正規品であるか否かを診断する。

【0014】

この構成によれば、車両に搭載された電池モジュールが外部充電を行う際に、診断装置によって、電池モジュールが正規品であるか否かを診断するので、定期的に診断を実行でき、より確実に電池モジュールが正規品であるか否を診断することができる。

【0015】

本開示に係る車両は、複数の単電池から構成された電池モジュールと、上記の電池モジュールの診断システムを搭載した車両である。車両は、診断装置によって電池モジュールが正規品でないと診断されたとき、警告を行う手段を備える。

【0016】

この構成によれば、車両のユーザに、非正規品の電池モジュールが搭載されていることを、知らせることができる。

【発明の効果】

【0017】

本開示によれば、正規品と非正規品とで電池の重量が同等な場合であっても、電池モジュールについて、正規品であるか否かを診断することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本実施の形態に係る電池モジュールの診断システムが搭載された車両の全体構成を概略的に示す図である。

【図2】本実施の形態における組電池の構造を概略的に示す斜視図である。

【図3】セルの構成の一例を示す斜視図である。

【図4】充電時におけるセルの変位を説明する図である。

【図5】本実施の形態における診断処理を示すフローチャートである。

【図6】本実施の形態における診断処理を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。

【0020】

以下の実施の形態では、本開示に係る「電池モジュールの診断システム」が車両に搭載された構成を例に説明する。しかし、本開示に係る「電池モジュールの診断システム」の用途は、車両用に限定されず、たとえば定置用であってもよい。

【0021】

＜システム構成＞
図１は、本実施の形態に係る電池モジュールの診断システムが搭載された車両の全体構成を概略的に示す図である。車両１は、本実施の形態では電気自動車（ＢＥＶ：Battery Electric Vehicle）である。ただし、車両１の種類は、電池パックが搭載された車両であれば、これに限定されるものではない。車両１は、ハイブリッド車（ＨＥＶ：Hybrid Electric Vehicle）であってもよいし、プラグインハイブリッド車（ＰＨＥＶ：Plug-in Hybrid Electric Vehicle）であってもよいし、燃料電池車（ＦＣＥＶ：Fuel Cell Electric Vehicle）であってもよい。

【0022】

車両１は、インレット１０と、ＡＣ／ＤＣコンバータ２０と、充電リレー（ＣＨＲ：Charge Relay）３０と、電池パック４０と、電力制御装置（ＰＣＵ：Power Control Unit）５０と、モータジェネレータ（ＭＧ：Motor Generator）６０と、統合電子制御装置（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）７０とを備える。電池パック４０は、組電池４１と、監視ユニット４２と、変位測定装置４３と、電池ＥＣＵ４４とを備える。電池パック４０は、本開示に係る「電池モジュールの診断システム」に相当する。また、電池ＥＣＵ４４は、本開示の「診断装置」に相当する。

【0023】

インレット１０は、充電ケーブル９１の先端に設けられた充電コネクタを挿入可能に構成されている。充電ケーブル９１を介して、車両１と、車両１の外部に設置された外部電源（たとえば系統電源）９２とが電気的に接続される。車両１は、外部電源９２から供給される電力を用いて組電池４１を充電する「外部充電」が可能に構成されている。

【0024】

ＡＣ／ＤＣコンバータ２０は、インレット１０と充電リレー３０との間に電気的に接続されている。ＡＣ／ＤＣコンバータ２０は、外部電源９２からインレット１０を介して供給される交流電力を直流電力に変換し、その直流電力を充電リレー３０に出力する。また、ＡＣ／ＤＣコンバータ２０は、組電池４１（またはＰＣＵ５０）から充電リレー３０を介して供給される直流電力を交流電力に変換し、その交流電力をインレット１０に出力する。

【0025】

充電リレー３０は、ＡＣ／ＤＣコンバータ２０と組電池４１とを結ぶ電力線に電気的に接続されている。充電リレー３０は、統合ＥＣＵ７０からの制御信号に応じて開放／閉成される。

【0026】

組電池４１は、モータジェネレータ６０を駆動するための電力を蓄え、ＰＣＵ５０を通じてモータジェネレータ６０へ電力を供給する。また、組電池４１は、外部充電時にはＡＣ／ＤＣコンバータ２０から出力された電力により充電される。さらに、組電池４１は、モータジェネレータ６０の発電時（回生発電時など）にもＰＣＵ５０を通じて発電電力を受けて充電される。

【0027】

監視ユニット４２は、電圧センサ４２１と、電流センサ４２２と、温度センサ４２３とを含む。電圧センサ４２１は、組電池４１の電圧（より詳細には、後述する各セル８１の電圧）Ｖを検出する。電流センサ４２２は、組電池４１に入出力される電流Ｉを検出する。温度センサ４２３は、組電池４１の温度ＴＢを検出する。各センサは、その検出結果または測定結果を示す信号を電池ＥＣＵ４４に出力する。

【0028】

電池ＥＣＵ４４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサ４４１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）およびＲＡＭ（Random Access Memory）などのメモリ４４２と、各種信号を入出力する入出力ポート（図示せず）とを含む。

【0029】

電池ＥＣＵ４４は、監視ユニット４２の各センサからの信号の入力ならびにメモリ４４２に記憶されたマップおよびプログラムに基づいて、統合ＥＣＵ７０と協調しながら組電池４１を管理する。本実施の形態において電池ＥＣＵ４４により実行される主要な処理としては、組電池４１が正規品であるかどうかを診断する「診断処理」が挙げられる。電池ＥＣＵ４４による診断処理については後述する。

【0030】

ＰＣＵ５０は、たとえば、インバータと、コンバータ（いずれも図示せず）とを含む。ＰＣＵ５０は、統合ＥＣＵ７０からの制御信号に従って、組電池４１とモータジェネレータ６０との間で双方向の電力変換を実行する。

【0031】

モータジェネレータ６０は、たとえば永久磁石がロータ（図示せず）に埋設された三相交流回転電機である。モータジェネレータ６０は、組電池４１からの供給電力を用いて駆動軸を回転させる。また、モータジェネレータ６０は、回生制動によって発電することも可能である。モータジェネレータ６０によって発電された交流電力は、ＰＣＵ５０により直流電力に変換されて組電池４１に充電される。

【0032】

統合ＥＣＵ７０は、電池ＥＣＵ４４と同様に、プロセッサと、メモリと、入出力ポート（いずれも図示せず）とを含む。統合ＥＣＵ７０は、車両１に設けられた各センサからの信号の入力ならびにメモリに記憶されたマップおよびプログラムに基づいて、車両１が所望の状態となるように機器類（ＡＣ／ＤＣコンバータ２０、充電リレー３０およびＰＣＵ５０）を制御する。統合ＥＣＵ７０は、たとえば、ＡＣ／ＤＣコンバータ２０および／またはＰＣＵ５０を制御することによって組電池４１の充放電を制御する。なお、車両１に搭載されるＥＣＵは、適宜、統合して構成されていてもよいし機能毎に分割して構成されていてもよい。

【0033】

＜組電池の構造＞
図２は、本実施の形態における組電池４１の構造を概略的に示す斜視図である。組電池４１は、複数のスタック４１０（電池ジュール）を含む。複数のスタック４１０は、互いに直列接続されていてもよいし並列接続されていてもよい。図１には複数のスタック４１０うちの１つが代表的に示されている。なお、組電池４１は、ひとつのスタック４１０から構成されてもよい。

【0034】

スタック４１０（電池モジュール）は、複数のセル（単電池）８１と、複数の樹脂枠８２と、一対のエンドプレート８３と、一対の拘束バンド８４とを含む。スタック４１０では、複数のセル８１と複数の樹脂枠８２とが積層されることにより積層体が形成されている。

【0035】

複数のセル８１の各々は、リチウムイオン電池またはニッケル水素電池などの二次電池である。スタック４１０に含まれるセルの数は特に限定されるものではない。各セル８１の構成は共通であり、積層された各セル８１は、電気的に直列接続されている。

【0036】

複数の樹脂枠８２の各々は、積層方向に隣り合う２つのセル８１の間に配置されている。一対のエンドプレート８３は、積層体の積層方向の一方端と他方端とに配置されている。エンドプレート８３は、積層体を積層方向に両側から挟み込むように配置されている。

【0037】

一対の拘束バンド８４は、樹脂枠８２の上面と下面とに配置されている。拘束バンド８４は、積層体を挟み込んだ状態の一対のエンドプレート８３を互いに拘束する。

【0038】

図３は、セル８１の構成の一例を示す斜視図である。この例では、セル８１はリチウムイオン電池である。

【0039】

セル（単電池）８１は、略直方体形状を有する角型セルである。セル８１は、電極体８１２を収容するケース８１３とケース８１３の上面を封止する蓋体８１４を含む。蓋体８１４には、正極端子８１５および負極端子８１６が設けられている。正極端子８１５および負極端子８１６の各々の一方端は、蓋体８１４から外部に突出している。正極端子８１５および負極端子８１６の各々の他方端は、ケース８１３内部において、内部正極端子および内部負極端子（いずれも図示せず）にそれぞれ電気的に接続されている。なお、図示しないが、隣り合う２つのセル８１は、バスバーにより互いに電気的に直列に接続されている。

【0040】

ケース８１３内部には電極体８１２が収容されている。電極体８１２は、たとえば、正極シートと負極シートとがセパレータを介して積層され、さらに筒状に捲回され形成されている。電解液は、正極シート、負極シートおよびセパレータ等に保持されている。なお、電極体８１２として捲回体に代えて積層体を採用することも可能である。

【0041】

図１を参照して、電池パック４０には、変位測定装置４３が設けられている。変位測定装置４３は、たとえば、レーザ変位計であってよく、積層されたセル８１のケース８１３の厚さｔ（図３参照）方向の変位（厚みｔの変化）を検出し、その検出結果を電池ＥＣＵ４４に出力する。

【0042】

＜セル（単電池）８１の変位＞
以上のように構成された車両１において、電池パック４０内の組電池４１は、その使用に伴い、または時間の経過とともに劣化する。組電池４１の劣化が相当程度進んだ場合には、組電池４１を新たな組電池（または劣化が比較的進行していない中古品の組電池）に置き換えることが考えられる。その際に、模倣品またはサードパーティ製品などの非正規の組電池が選択される可能性がある。

【0043】

特許文献１のように、組電池４１が正規品であるかどうかを組電池４１の重量に基づいて診断することも考えられる。しかし、そうすると、重量は同等であるものの、重量以外の特性（セルの外形形状もしくは構造、または、電池材料など）が異なる組電池４１に置き換えられた場合には、その組電池４１が正規品であるかどうかを適切に診断できない可能性がある。

【0044】

組電池４１の充電を行う際、充電によってセル８１（ケース８１３）の厚みｔが増大する。充電による厚みｔの増大量は、セル（単電池）の電極体（正極、負極）の材料やケース構造の相違によって異なる。このため、充電時における、正規品と非正規品の厚みｔの増大量は相違する。本実施の形態においては、充電時のセル８１（ケース８１３）の変位（厚みｔの変化）を用いて、組電池４１が正規品であるか非正規品であるかを診断する。

【0045】

図４は、充電時におけるセル８１の変位を説明する図である。図４（Ａ）はセル８１の変位量δを示しており、図４（Ｂ）は変位量の傾きθを示している。図４（Ａ）において、縦軸は変位量δであり、横軸はセル８１（組電池４１）のＳＯＣ（State Of Charge）である。図４（Ａ）に示すように、組電池４１の充電に伴い、ＳＯＣの上昇とともにセル８１の変位量δが大きくなる。これは、充電によって蓄電量が増加するに従い、セル８１（ケース８１３）の厚みｔが増大（ケース８１３が膨らむ）からである。

【0046】

図４（Ａ）において、実線は、正規品の新品時と劣化時の変位量δを示している。本実施の形態において、正規品の劣化時の変化量は、新品時に比較して小さくなっているが、その変位量δとＳＯＣの関係（軌跡）は、ほぼ相似となっている。一点鎖線は、非正規品の新品時と劣化時の変位量δの一例を示している。非正規品の劣化時の変化量は、新品時および劣化時とも、正規品に比較して小さくなっている。これは、正規品と非正規品において、電極体（正極、負極）の材料やケース構造が相違するからである。

【0047】

図４（Ａ）に示すように、組電池４１（セル８１）を、ＳＯＣ＝０％から満充電（たとえば、ＳＯＣ＝９５％）まで充電したとき、正規品であれば、変位量δ（０～９５％）が、Ｂ１～Ａ１の範囲内に含まれる。したがって、部品や測定精度のばらつきを考慮して、設定範囲Ｔｈ１を、「（Ｂ１－α）～（Ａ１＋α）」に設定し、組電池４１をＳＯＣ＝０％から満充電まで充電したときの変位量δ（０～９５％）が、設定範囲Ｔｈ１の範囲内にある場合（（Ｂ１－α）≦δ（０～９５％）≦（Ａ１＋α））には、組電池４１が正規品であると診断できる。他方、組電池４１をＳＯＣ＝０％から満充電まで充電したときの変位量δ（０～９５％）が、設定範囲Ｔｈ１の範囲から外れる場合（δ（０～９５％）＜（Ｂ１－α）、あるいは、（Ａ１＋α）＜δ（０～９５％））には、組電池４１が非正規品であると診断できる。なお、αは、ばらつきを考慮したマージン（許容値）である。

【0048】

さらに、図４（Ａ）に示すように、組電池４１をＳＯＣ＝５０％から満充電まで充電したとき、正規品であれば、変位量δ（５０～９５％）が、（Ｂ１－Ｂ２）～（Ａ１－Ａ２）の範囲内に含まれる。したがって、部品や測定精度のばらつきを考慮して、設定範囲Ｔｈ２を、「（Ｂ１－Ｂ２－α）～（Ａ１－Ａ２＋α）」に設定し、組電池４１をＳＯＣ＝５０％から満充電まで充電したときの変位量δ（５０～９５％）が、設定範囲Ｔｈ２の範囲内にある場合（（Ｂ１－Ｂ２－α）≦δ（５０～９５％）≦（Ａ１－Ａ２＋α））には、組電池４１が正規品であると診断できる。他方、組電池４１をＳＯＣ＝５０％から満充電まで充電したときの変位量δ（５０～９５％）が、設定範囲Ｔｈ２の範囲から外れる場合（δ（５０～９５％）＜（Ｂ１－Ｂ２－α）、あるいは、（Ａ１－Ａ２＋α）＜δ（５０～９５％））には、組電池４１が非正規品であると診断できる。

【0049】

図４（Ｂ）において、縦軸は変位量の傾きθであり、横軸はセル８１（組電池４１）のＳＯＣである。変位量の傾きθ［ｍｍ／ＳＯＣ］は、図４（Ａ）に示した変位量δの勾配（単位ＳＯＣ当たりの変位量δの大きさ）であり、充電電力量に対する変位量δの大きさに相当する。図４（Ｂ）において、実線は、図４（Ａ）に実線で示した正規品の新品時と劣化時における変位量の傾きの平均値を示しており、一点鎖線は、図４（Ａ）に一点鎖線で示した非正規品の新品時と劣化時における変位量の傾きの平均値を示している。図４（Ｂ）に示すように、変位量δと同様に、変位量の傾きθも正規品と非正規品では相違する。

【0050】

本実施の形態の正規品では、図４（Ｂ）に示すように、ＳＯＣ＝０％からＳＯＣ＝Ｓ１までの充電時における変化量の傾きθは、Ｃ２～Ｃ１であり、また、ＳＯＣ＝Ｓ２からＳＯＣ＝Ｓ３までの充電における変化量の傾きθは、Ｃ４～Ｃ３であり、他のＳＯＣの範囲より、変位量の傾きθが大きな値を示している。したがって、これらのＳＯＣの範囲における充電時の変位量の傾きθを用いて、正規品であるか非正規品であるかを診断することにより、精度よく診断することが可能である。

【0051】

たとえば、設定範囲Ｔｈ３を、「（Ｃ２－β）～（Ｃ１＋β）」に設定し、組電池４１をＳＯＣ＝０％からＳＯＣ＝Ｓ１まで充電したとき、変位量の傾きθが設定範囲Ｔｈ３の範囲内である場合（（Ｃ２－β）≦θ≦（Ｃ１＋β））には、組電池４１が正規品であると診断できる。また、組電池４１をＳＯＣ＝０％からＳＯＣ＝Ｓ１まで充電したとき、変位量の傾きθが設定範囲Ｔｈ３の範囲から外れる場合（θ＜（Ｃ２－β）、あるいは、（Ｃ１＋β）＜θ）には、組電池４１は非正規品であると診断できる。

【0052】

さらに、たとえば、設定範囲Ｔｈ４を、「（Ｃ４－β）～（Ｃ３＋β）」に設定し、組電池４１をＳＯＣ＝Ｓ２からＳＯＣ＝Ｓ３まで充電したとき、変位量の傾きθが設定範囲Ｔｈ４の範囲内である場合（（Ｃ４－β）≦θ≦（Ｃ３＋β））には、組電池４１が正規品であると診断できる。また、組電池４１をＳＯＣ＝Ｓ２からＳＯＣ＝Ｓ３まで充電したとき、変位量の傾きθが設定範囲Ｔｈ４の範囲から外れる場合（θ＜（Ｃ４－β）、あるいは、（Ｃ３＋β）＜θ）には、組電池４１は非正規品であると診断できる。なお、βは、ばらつきを考慮したマージン（許容値）である。

【0053】

このように、組電池４１の充電時に変位測定装置４３で検出した、充電時のセル８１の変位に基づいて、組電池４１が正規品／非正規品のどちらであるかを診断できる。

【0054】

＜診断処理＞
図５および図６は、本実施の形態における診断処理を示すフローチャートである。このフローチャートは、組電池４１（スタック４１０）が交換された場合に実行される。たとえば、組電池４１が交換された際に、電池ＥＣＵ４４の初期化（イニシャライズ）処理とともに実行されてよい。各ステップは、電池ＥＣＵ４４によるソフトウェア処理により実現されるが、電池ＥＣＵ４４内に作製されたハードウェア（電気回路）により実現されてもよい。以下、ステップをＳと略す。

【0055】

図５を参照して、Ｓ１において、電池ＥＣＵ４４は、重量センサ（図示せず）を用いて組電池４１の重量Ｗを測定する。電池ＥＣＵ４４のメモリ４４２には、電池パック４０の初期状態（工場出荷時の状態など）での組電池４１（正規品）の重量Ｗ０が不揮発的に記憶されている。続くＳ２で、電池ＥＣＵ４４は、Ｓ１にて測定された重量Ｗと、初期状態での重量Ｗ０との重量差ΔＷ（＝Ｗ－Ｗ０）を算出する。そして、電池ＥＣＵ４４は、重量差ΔＷが予め定められた閾値ＴＨ未満であるどうかを判定する（Ｓ３）。重量差ΔＷが閾値ＴＨ以上である場合、Ｓ３において否定判定され、電池ＥＣＵ４４は、対象組電池が非正規品であると診断する（図６：Ｓ１７）。一方、重量差ΔＷが閾値ＴＨ未満である場合、Ｓ３において肯定判定され、電池ＥＣＵ４４は、処理をＳ４に進める。なお、Ｓ１～Ｓ３の処理の詳細については特許文献１を参照できる。

【0056】

Ｓ４では、組電池４１の外部充電を開始する。充電ケーブル９１の充電コネクタがインレット１０に接続されると、電池ＥＣＵ４４は、充電リレー３０を閉成し、ＡＣ／ＤＣコンバータ２０の作動を開始して、外部充電を開始する。なお、組電池４１が交換された際には、組電池４１（セル８１）の初回の充電であるので、ＳＯＣがほぼ０％の状態から充電が行われる可能性が高い。

【0057】

続くＳ５で、電池ＥＣＵ４４は、外部充電中のＳＯＣおよびセル８１の変位を取得し、メモリ４４２に記憶する。ＳＯＣは、ＳＯＣ－ＯＣＶ（Open Circuit Voltage：開回路電圧）曲線を用いた「ＯＣＶ法」を用いて、あるいは、充放電電流を積算する「電流積算法」を用いて、算出してよい。また、「ＯＣＶ法」と「電流積算法」を組み合わせて、ＳＯＣを取得してもよい。セル８１の変位は、たとえば、外部充電を開始したときのセル８１のケース８１３の位置を基準として、ケース８１３厚さｔ方向の変位（厚さｔの変化）を検出し、ＳＯＣと変位を紐付けして、メモリ４４２に記憶する。

【0058】

Ｓ６では、満充電になり外部充電が終了したか否かを判定する。たとえば、組電池４１のＳＯＣが９５％以上になり、満充電になると、外部充電が終了したと判定する。満充電でない場合は、否定判定されＳ５へ戻って、外部充電を継続するとともに、ＳＯＣおよびセル８１の変位を取得する。満充電になり、外部充電が終了すると、肯定判定されＳ７へ進む。なお、電池ＥＣＵ４４は、満充電になると、充電リレー３０を開放し、ＡＣ／ＤＣコンバータ２０の作動を停止して、外部充電を終了する。

【0059】

続くＳ７では、メモリ４４２に記憶された、外部充電中のＳＯＣおよびセル８１の変位に基づいて、変位量δと変位量の傾きθを算出する。本実施の形態では、変位測定装置４３により、スタック４１０（電池モジュール）に含まれるすべてのセル８１の変位を検出しており、すべてのセル８１に対して、ＳＯＣと変位が紐付けされメモリ４４２に格納されている。本実施の形態では、すべてのセル８１の変位量の平均値を、変位量δとして算出する。

【0060】

本実施の形態では、ＳＯＣ＝０％から満充電まで充電したときの変位量δ（０～９５％）と、ＳＯＣ＝５０％から満充電まで充電したときの変位量δ（５０～９５％）を算出する。たとえば、変位量δ（０～９５％）は、満充電（ＳＯＣ＝９５％）時の変位測定装置４３の検出値からＳＯＣ＝０％のときの検出値を減算することにより算出される。また、変位量δ（５０～９５％）は、満充電時の変位測定装置４３の検出値からＳＯＣ＝５０％のときの検出値を減算することにより算出される。したがって、外部充電の開始時のＳＯＣが、たとえば、２０％のときには、変位量（０～９５％）は算出されない。

【0061】

変位量の傾きθは、たとえば、すべてのセル８１の変位量の平均値である変位量δを算出し、ＳＯＣに対する変位量δの軌跡を求め、変位量δの勾配（単位ＳＯＣ当たりの変位量δの大きさ）を算出し、各ＳＯＣにおける変位量δの傾きθを算出する。したがって、外部充電の開始時のＳＯＣが、たとえば、２０％のときには、２０％より小さいＳＯＣにおける傾きθは算出されない。

【0062】

Ｓ８では、Ｓ７において変位量δ（０～９５％）が算出されたか否かを判定する。変位量（０～９５％）が算出されている場合は、肯定判定されＳ９へ進み、変位量（０～９５％）が算出されていない場合は、否定判定されＳ１０へ進む。

【0063】

Ｓ９において、変位量δ（０～９５％）が設定範囲Ｔｈ１の範囲内にあるか否かを判定する。変位量δ（０～９５％）が設定範囲Ｔｈ１の範囲内にある場合（（Ｂ１－α）≦δ（０～９５％）≦（Ａ１＋α））には、肯定判定されＳ１６（図６）に進み、組電池４１（スタック４１０）は正規品であると判定される。変位量δ（０～９５％）が設定範囲Ｔｈ１から外れている場合（δ（０～９５％）＜（Ｂ１－α）、あるいは、（Ａ１＋α）＜δ（０～９５％））には、否定判定されＳ１２（図６）に進む。

【0064】

Ｓ１０では、Ｓ７において変位量δ（５０～９５％）が算出されたか否かを判定する。変位量（５０～９５％）が算出されている場合は、肯定判定されＳ１１へ進み、変位量（５０～９５％）が算出されていない場合は、否定判定されＳ１２（図６）へ進む。

【0065】

Ｓ１１において、変位量δ（５０～９５％）が設定範囲Ｔｈ２の範囲内にあるか否かを判定する。変位量δ（５０～９５％）が設定範囲Ｔｈ２の範囲内にある場合（（Ｂ１－Ｂ２－α）≦δ（５０～９５％）≦（Ａ１－Ａ２＋α））には、肯定判定されＳ１６（図６）に進み、組電池４１（スタック４１０）は正規品であると判定される。変位量δ（５０～９５％）が設定範囲Ｔｈ２から外れている場合（δ（５０～９５％）＜（Ｂ１－Ｂ２－α）、あるいは、（Ａ１－Ａ２＋α）＜δ（５０～９５％））には、否定判定されＳ１２（図６）に進む。

【0066】

図６を参照して、Ｓ１２では、Ｓ７においてＳＯＣが０％～Ｓ１における傾きθが算出されたか否かを判定する。ＳＯＣが０％～Ｓ１における傾きθが算出されている場合は、肯定判定されＳ１３へ進み、ＳＯＣが０％～Ｓ１における傾きθが算出されていない場合は、否定判定されＳ１４へ進む。

【0067】

Ｓ１３では、ＳＯＣが０％～Ｓ１における傾きθのすべてが、設定範囲Ｔｈ３の範囲内にあるか否かを判定する。ＳＯＣが０％～Ｓ１における傾きθのすべてが、設定範囲Ｔｈ３の範囲内にある場合（（Ｃ２－β）≦θ≦（Ｃ１＋β））には、肯定判定されＳ１６へ進み、組電池４１（スタック４１０）は正規品であると判定される。ＳＯＣが０％～Ｓ１における傾きθの一部あるいはすべてが、設定範囲Ｔｈ３から外れている場合（θ＜（Ｃ２－β）、あるいは、（Ｃ１＋β）＜θ）には、否定判定されＳ１７へ進んで、組電池４１（スタック４１０）は非正規品であると判定される。

【0068】

Ｓ１４では、Ｓ７においてＳＯＣがＳ２～Ｓ３における傾きθが算出されたか否かを判定する。ＳＯＣがＳ２～Ｓ３における傾きθが算出されている場合は、肯定判定されＳ１５へ進み、ＳＯＣがＳ２～Ｓ３における傾きθが算出されていない場合は、否定判定されＳ１９へ進む。

【0069】

Ｓ１５では、ＳＯＣがＳ２～Ｓ３における傾きθのすべてが、設定範囲Ｔｈ４の範囲内にあるか否かを判定する。ＳＯＣがＳ２～Ｓ３における傾きθのすべてが、設定範囲Ｔｈ４の範囲内にある場合（（Ｃ４－β）≦θ≦（Ｃ３＋β））には、肯定判定されＳ１６へ進み、組電池４１（スタック４１０）は正規品であると判定される。ＳＯＣがＳ２～Ｓ３における傾きθの一部あるいはすべてが、設定範囲Ｔｈ４から外れている場合（θ＜（Ｃ４－β）、あるいは、（Ｃ３＋β）＜θ）には、否定判定されＳ１７へ進んで、組電池４１（スタック４１０）は非正規品であると判定される。

【0070】

Ｓ１９では、Ｓ７で算出した変位量δおよび傾きθのデータが、正規品／非正規品のどちらであるかを診断するのに十分でないため、診断を保留し今回の処理を終了する。なお、この場合、車両１の走行終了後、組電池４１の外部充電を行う際に、図５および図６に示した診断処理を実行するようにしてよい。

【0071】

Ｓ１７に続くＳ１８では、電池ＥＣＵ４４は、車載ディスプレイなどのＨＭＩ（Human Machine Interface）に警告メッセージを表示して車両１のユーザ（ドライバ）に警告を行った後、処理を終了する。なお、ＭＩＬ（Malfunction Indication Lamp）を点灯するとともに、組電池４１が非正規品であることを示す診断コード（ダイアグノーシスコード）を統合ＥＣＵ７０のメモリに書き込んでもよい。また、この際、統合ＥＣＵ７０は、車両１の走行を禁止してもよい。

【0072】

本実施の形態では、組電池４１（スタック４１０（電池モジュール））の外部充電時に、変位測定装置４３でセル８１（単電池）の変位を検出し、充電時のセル８１の変位に基づいて、組電池４１が正規品であるか否かを診断する。したがって、正規品と非正規品とで重量が同等な場合であっても、組電池４１について、正規品であるか否かを適切に診断することができる。

【0073】

本実施の形態では、充電時におけるセル８１の変位量δが設定範囲の範囲内である場合、あるいは、充電時におけるセル８１の変位量の傾きθが設定範囲の範囲内である場合に、組電池４１が正規品であると診断している。しかし、変位量δが設定範囲内であり、かつ、変位量の傾きθが設定範囲内である場合に、組電池４１が正規品であると診断してもよい。また、変位量δあるいは傾きθのいずれか一方のみを用いて診断を行ってもよい。

【0074】

本実施の形態では、変位量δとして、ＳＯＣ＝０％から満充電まで充電したときの変位量δ（０～９５％）と、ＳＯＣ＝５０％から満充電まで充電したときの変位量δ（５０～９５％）とを用いていたが、いずれか一方を用いて診断を行ってよい。また、ＳＯＣの範囲は、予め実験等によって、セル（単電池）の特性に応じて適宜設定される。

【0075】

本実施の形態では、変位量の傾きθとして、ＳＯＣが０％～Ｓ１における傾きθと、ＳＯＣがＳ２～Ｓ３における傾きθとを用いていたが、いずれか一方を用いて診断を行ってもよい。また、ＳＯＣの範囲は、予め実験等によって、セル（単電池）の特性に応じて適宜設定される。

【0076】

本実施の形態では、すべてのセル８１の変位量の平均値を、変位量δとして算出していた。しかし、各セル８１の変位量δの中から、最大値δｍａｘ、および、最小値δｍｉｎを選択し、最大値δｍａｘが設定範囲内にあり、かつ、最小値ｍｉｎが設定範囲内にある場合に、組電池４１（スタック４１０（電池モジュール））が正規品であると診断することが望ましい。これにより、スタック４１０（組電池４１）を構成するセル８１の一部が、非正規品である場合であっても、スタック４１０（組電池４１）が非正規品であることを、精度よく診断することができる。

【0077】

同様に、各セル８１における変位量の傾きθを算出し、すべてのセル８１の傾きθが設定範囲内にある場合に、組電池４１が正規品であると診断することが望ましい。これにより、スタック４１０（組電池４１）を構成するセル８１の一部が、非正規品である場合であっても、スタック４１０（組電池４１）が非正規品であることを、精度よく診断することができる。

【0078】

（変形例１）
上記実施の形態では、変位測定装置４３（たとえば、レーザ変位計）を用いて、すべてのセル８１のケース８１３の厚さｔ方向の変位（厚みｔの変化）を検出していた。しかし、セル８１の変位は、歪ゲージ等によって検出するものであってもよい。たとえば、図２および図３に示すように、セル８１のケース８１３に歪ゲージ４２４を貼り付け、歪ゲージ４２４の出力信号（出力電圧）に基づいて、セル８１の変位を検出するようにしてもよい。なお、組電池４１（スタック４１０）を構成するすべてのセル８１に歪ゲージ４２４を設けなくともよい。この場合であっても、歪ゲージ４２４の検出信号を用いて算出した変位量δ、あるいは、傾きθが設定範囲から外れるセル８１を備えたスタック４１０は、非正規品であると診断できるので、スタック４１０の単位で組電池４１が交換された際に、組電池４１が正規品であるか非正規品であるかを適切に診断できる。

【0079】

（変形例２）
上記の実施の形態では、図５および図６の診断処理を、組電池４１が交換された場合に実行している。変形例２では、組電池４１が外部充電される毎に、図５および図６の診断処理を実行する。電池ＥＣＵ４４は、たとえば、充電ケーブル９１の充電コネクタがインレット１０に接続され、充電リレー３０が閉成されて、ＡＣ／ＤＣコンバータ２０が作動を開始して、外部充電が開始された際、図５および図６の診断処理を実行する。

【0080】

この変形例２によれば、組電池４１が外部充電される毎に、組電池４１が正規品であるか非正規品であるかを診断するので、診断頻度が高くなり、より確実に診断を行うことが可能になる。

【0081】

なお、車両１が、内燃機関とモータジェネレータを備え、かつ、外部充電可能なＰＨＥＶである場合、組電池４１の電力を積極的に消費してＳＯＣを低下させるＣＤ（Charge Depleting）モードで走行し、ＳＯＣが低下してＣＤモードによる走行を終了したとき、組電池４１が満充電に至るまで強制充電走行を行い、この強制充電走行時の充電時に、図５および図６の診断処理を実行するようにしてもよい。

【0082】

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0083】

１ 車両、１０ インレット、２０ ＡＣ／ＤＣコンバータ、３０ 充電リレー、４０ 電池パック、４１ 組電池、４１０ スタック、４２ 監視ユニット、４２１ 電圧センサ、４２２ 電流センサ、４２３ 温度センサ、４２４ 歪ゲージ、４３ 変位測定装置、４４ 電池ＥＣＵ、４４１ プロセッサ、４４２ メモリ、６０ モータジェネレータ、７０ 統合ＥＣＵ、８１ セル、８２ 樹脂枠、８３ エンドプレート、８４ 拘束バンド、８１２ 電極体、８１３ ケース、８１４ 蓋体、８１５ 正極端子、 ８１６ 負極端子、９１ 充電ケーブル、９２ 外部電源。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】