組電池システム
【課題】組電池に対する押圧力を制御（調整）できる組電池システムであって、小型で且つ低コストな組電池システムを提供する。
【解決手段】組電池システム６は、複数の単電池５０を列置方向Ｘに列置してなる組電池３０と、組電池３０を列置方向Ｘに挟んで固定し、組電池３０を列置方向Ｘに押圧する第１押圧部材１１及び第２押圧部材１２と、組電池３０に対する押圧力を検知する押圧力検知手段８０と、自身の電圧変化により列置方向Ｘにかかる寸法が増減する電気化学セル１００と、電気化学セル１００の電圧を制御することにより電気化学セル１００の列置方向Ｘにかかる寸法を制御して、組電池３０に対する押圧力を制御する押圧力制御手段７０とを備える。
【解決手段】組電池システム６は、複数の単電池５０を列置方向Ｘに列置してなる組電池３０と、組電池３０を列置方向Ｘに挟んで固定し、組電池３０を列置方向Ｘに押圧する第１押圧部材１１及び第２押圧部材１２と、組電池３０に対する押圧力を検知する押圧力検知手段８０と、自身の電圧変化により列置方向Ｘにかかる寸法が増減する電気化学セル１００と、電気化学セル１００の電圧を制御することにより電気化学セル１００の列置方向Ｘにかかる寸法を制御して、組電池３０に対する押圧力を制御する押圧力制御手段７０とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、組電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、次のような組電池システムが開示されている。複数の単電池を列置方向に列置してなる組電池（積層体）と、組電池を列置方向に挟んで固定し、組電池を押圧する第１押圧部材及び第２押圧部材（拘束板）と、第１押圧部材と第２押圧部材との間に位置し、組電池に対する押圧力を検知する押圧力検知手段（圧力センサ）と、第１押圧部材と第２押圧部材との間に位置し、列置方向について自身の寸法を増減可能とする寸法増減体（締結荷重可変手段）と、押圧力検知手段により検知された押圧力に基づいて押圧力を制御する手段であって、寸法増減体の寸法を変動させることにより押圧力を制御する押圧力制御手段とを備える組電池システムである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２８８１６８号公報
【０００４】
特許文献１の図７には、寸法増減体としてピエゾ素子を用いた組電池システムが開示されている。この組電池システムでは、コントローラの制御によりドライバから発生される駆動信号に応じて、ピエゾ素子が組電池の列置方向に伸縮することで、組電池（積層体）の締結荷重を変えることができると記載されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ピエゾ素子を用いた組電池システムでは、ピエゾ素子を作動させるために、高圧電源や高圧ハーネスなどが必要となる。このため、システムが大型となり、コスト高にもなっていた。
【０００６】
本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、組電池に対する押圧力を制御（調整）できる組電池システムであって、小型で且つ低コストな組電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、複数の単電池を列置方向に列置してなる組電池と、上記組電池を上記列置方向に挟んで押圧する第１押圧部材及び第２押圧部材と、上記第１押圧部材と上記第２押圧部材との間に位置し、上記組電池に対する押圧力を検知する押圧力検知手段と、上記第１押圧部材と上記第２押圧部材との間に位置し、上記列置方向について自身の寸法を増減可能とする寸法増減体と、上記押圧力検知手段により検知された上記押圧力に基づいて上記押圧力を制御する手段であって、上記寸法増減体の寸法を変動させることにより上記押圧力を制御する押圧力制御手段と、を備える組電池システムであって、上記寸法増減体は、自身の電圧変化により上記列置方向にかかる寸法が増減する電気化学セルであり、上記押圧力制御手段は、上記電気化学セルの電圧を制御することにより上記電気化学セルの上記列置方向にかかる寸法を制御して、上記押圧力を制御する組電池システムである。
【０００８】
上述の組電池システムは、寸法増減体として、自身の電圧変化により組電池の列置方向にかかる寸法が増減する電気化学セルを有している。さらに、上述の組電池システムは、押圧力検知手段により検知された押圧力に基づいて電気化学セルの電圧を制御し、これによって電気化学セルの列置方向にかかる寸法を制御して（増減させて）、組電池に対する押圧力を制御（調整）する。
【０００９】
具体的には、例えば、押圧力検知手段により検知された押圧力が基準値（基準範囲）から外れている場合には、押圧力制御手段が、電気化学セルの電圧を制御する（変動させる）ことにより電気化学セルの列置方向にかかる寸法を制御して（変動させて）、組電池に対する押圧力が基準値（基準範囲）となるように調整する。なお、電気化学セルの電圧は、電気化学セルの充放電により制御する（増減させる）ことができる。これにより、例えば、時間の経過に伴って組電池に対する押圧力が基準値（基準範囲）から外れた場合には、適切に、組電池に対する押圧力を基準値（基準範囲）調整することができる。
【００１０】
ところで、電気化学セルは、ピエゾ素子に比べて、低電圧で作動する特性を有している。このため、上述の組電池システムは、高圧電源や高圧ハーネスなどが不要となるので、小型で且つ低コストとなる。
【００１１】
なお、電気化学セルは、１個に限らず、複数個配置するようにしても良い。また、電気化学セルを配置する位置は、第１押圧部材と第２押圧部材との間であればいずれの場所でも良く、第１押圧部材と単電池との間、単電池と単電池との間、第２押圧部材と単電池との間のいずれの位置でも良い。
【００１２】
さらに、上述の組電池システムであって、前記組電池は、主電源であり、前記電気化学セルは、予備電源である組電池システムとすると良い。
【００１３】
上述の組電池システムでは、組電池が主電源であり、電気化学セルが予備電源（非常用電源）である。すなわち、駆動対象物（電子機器やハイブリッド自動車など）の主電源として組電池が用いられ、予備電源として電気化学セルが用いられるように構成されている。このため、上述の組電池システムでは、主電源である組電池が使用できなくなった非常時に（組電池から電力を供給できなくなった場合）、予備電源である電気化学セルを放電させることにより、駆動対象物に電力を供給することが可能となる。
【００１４】
また、上述の組電池システムでは、寸法増減体である電気化学セルを、予備電源（非常用電源）としても用いるようにしている。このため、ピエゾ素子のような寸法増減体とは別に予備電源（非常用電源）を設ける場合に比べて、小型で且つ低コストとなる。
【００１５】
さらに、上記いずれかの組電池システムであって、前記電気化学セルは、正極活物質及び負極活物質を有し、上記正極活物質及び上記負極活物質の少なくとも一方は、比表面積が０．１〜１０００ｍ2／ｇの範囲内で、且つ、炭素層間距離が０．３６〜０．３８ｎｍの範囲内の炭素材料である組電池システムとすると良い。
【００１６】
ピエゾ素子のような圧電素子は、ヒステリシスが大きく、素子に対する駆動電圧値を同等にした場合であっても、昇圧方向で（駆動電圧を上昇させて）当該電圧値にした場合と、降圧方向で（駆動電圧を低下させて）当該電圧値に調整した場合とで、素子の変位が大きく異なってしまう。このため、寸法増減体としてピエゾ素子等の圧電素子を用いた組電池システムでは、組電池に対する押圧力を精度良く制御することができなかった。
【００１７】
これに対し、上述の組電池システムでは、電気化学セルの活物質（正極活物質及び負極活物質の少なくとも一方）として、比表面積が０．１〜１０００ｍ2／ｇの範囲内で、且つ、炭素層間距離が０．３６〜０．３８ｎｍの範囲内である炭素材料を用いている。このような炭素材料を活物質として有する電気化学セルは、ヒステリシスがほとんどなく、電気化学セルの電圧が上昇する場合であっても低下する場合であっても、電気化学セルは同様に変位（列置方向寸法が変化）する。すなわち、電気化学セルの電圧の上昇方向及び低下方向の如何に関わらず、セル電圧とセルの変位（列置方向寸法）とが一対一に対応する。詳細には、電気化学セルの電圧に比例して、電気化学セルの列置方向寸法が変動する。このため、電気化学セルの電圧制御により、組電池に対する押圧力を精度良く制御することができる。
【００１８】
なお、比表面積が０．１ｍ2／ｇより小さい炭素材料を電気化学セルの活物質に用いた場合は、ヒステリシスが大きくなるので、押圧力を精度良く制御することができなくなる虞がある。一方、比表面積が１０００ｍ2／ｇより大きい炭素材料を用いた場合は、電圧変化に伴う列置方向寸法の変化量が小さくなるので、組電池に対する押圧力を調整する能力が低くなる（調整幅が小さくなる）。炭素層間距離が０．３６〜０．３８ｎｍの範囲外である炭素材料を用いた場合も同様に、電圧変化に伴う列置方向寸法の変化量が小さくなるので、組電池に対する押圧力を調整する能力が低くなる。従って、比表面積が０．１〜１０００ｍ2／ｇの範囲内で、且つ、炭素層間距離が０．３６〜０．３８ｎｍの範囲内である炭素材料を用いることで、組電池に対する押圧力の調整幅を大きくすることができ、しかも押圧力を精度良く制御することができる。
【００１９】
なお、比表面積が０．１〜１０００ｍ2／ｇの範囲内で、且つ、炭素層間距離が０．３６〜０．３８ｎｍの範囲内である炭素材料は、電気化学セルの正極活物質及び負極活物質の少なくとも一方として用いれば良い。すなわち、正極活物質としてのみ、負極活物質としてのみ、または、正極活物質及び負極活物質の両活物質して、上記炭素材料を用いることで、組電池に対する押圧力の調整幅を大きくすることができ、しかも押圧力を精度良く制御することができる。
また、炭素層間距離は、ＸＲＤによりｄ００２面のピーク位置から求められる炭素層間距離ｄ002の値である。
【００２０】
さらに、上記の組電池システムであって、前記正極活物質及び前記負極活物質のうち少なくとも上記正極活物質が、前記炭素材料である組電池システムとすると良い。
【００２１】
上述の組電池システムでは、電気化学セルの正極活物質及び負極活物質のうち少なくとも正極活物質が、比表面積が０．１〜１０００ｍ2／ｇの範囲内で、且つ、炭素層間距離が０．３６〜０．３８ｎｍの範囲内である炭素材料である。正極活物質に上記炭素材料を用いた電気化学セルは、蓄電能力が高くなるので、予備電源として好適である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】ハイブリッド自動車の概略図である。
【図２】実施形態にかかる組電池システムの概略図である。
【図３】実施形態にかかる電気化学セルの正面図である。
【図４】同電気化学セルの内部を示す図である。
【図５】同電気化学セルの正極の断面図である。
【図６】同電気化学セルの負極の断面図である。
【図７】同電気化学セルの電圧と押圧力との関係を示すグラフである。
【図８】実施形態にかかる押圧力制御の流れ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】
【００２３】
ハイブリッド自動車１は、図１に示すように、車体２、エンジン３、フロントモータ４、リヤモータ５、組電池システム６、及びケーブル７を有し、エンジン３とフロントモータ４及びリヤモータ５との併用で駆動するハイブリッド自動車である。具体的には、このハイブリッド自動車１は、組電池システム６をフロントモータ４及びリヤモータ５の
駆動用電源（主電源）として、エンジン３とフロントモータ４及びリヤモータ５とを用いて走行できるように構成されている。
【００２４】
このうち、組電池システム６は、ハイブリッド自動車１の車体２に取り付けられており、ケーブル７によりフロントモータ４及びリヤモータ５に接続されている。この組電池システム６は、図２に示すように、組電池３０と、第１押圧部材１１及び第２押圧部材１２と、圧力センサ８０と、電気化学セル１００と、制御装置７０とを備えている。
【００２５】
組電池３０は、複数の単電池５０を列置方向Ｘ（図２において左右方向）に列置してなる。組電池を構成する複数の単電池５０は、電気的に直列に接続されている。なお、単電池５０としては、例えば、リチウムイオン二次電池を用いることができる。
【００２６】
第１押圧部材１１と第２押圧部材１２は、両者の間に、組電池３０、圧力センサ８０、及び電気化学セル１００を、列置方向Ｘ（図２において左右方向）に挟んで押圧している。具体的には、第１押圧部材１１と第２押圧部材１２との間に、組電池３０、圧力センサ８０、及び電気化学セル１００を配置した状態で、第１押圧部材１１と第２押圧部材１２とを、ロッド１３とナット１４を用いて締結する。これにより、第１押圧部材１１と第２押圧部材１２との間に、組電池３０、圧力センサ８０、及び電気化学セル１００を列置方向Ｘに挟んで固定すると共に、所定の押圧力で組電池３０を列置方向Ｘに押圧する。なお、組電池３０に対する押圧力は、組電池システム６を作製する際に、基準値に設定される。
【００２７】
圧力センサ８０は、公知の圧力センサであり、第１押圧部材１１と組電池３０との間に挟まれた位置に配置されている。このため、圧力センサ８０によって、組電池３０に対する押圧力を検知することができる。
【００２８】
電気化学セル１００は、図３に示すように、平面視矩形状のセルケース１１０と、セルケース１１０の内部から外部に延出する正極端子１２０及び負極端子１３０とを備えている。さらに、図４に示すように、セルケース１１０の内部には、電極体１５０及び電解液（図示なし）が収容されている。この電極体１５０は、シート状の正極１５５と負極１５６とセパレータ１５７を積層してなる積層型の電極体である。
【００２９】
セルケース１１０は、内側樹脂フィルムと金属フィルムと外側樹脂フィルムが積層されたラミネートフィルム１０１で形成されている。このセルケース１１０は、収容空間Ｇ１内に電極体１５０を配置させたラミネートフィルム１０１を、折り返し位置１１０ｇで折り返して、フィルム重なり部１１０ｂ（セルケース１１０の周縁部）で重ね合わせた状態で、フィルム重なり部１１０ｂを熱溶着することで、平面視矩形状に成形されている。
【００３０】
また、図５に示すように、正極１５５は、正極集電部材１５１（アルミニウム箔）と、この正極集電部材１５１の表面に形成された正極合材層１５２（正極活物質１５３を含む）を有している。また、図６に示すように、負極１５６は、負極集電部材１５８（アルミニウム箔）と、この負極集電部材１５８の表面に形成された負極合材層１５９（負極活物質１５４を含む）を有している。
【００３１】
なお、本実施形態では、正極集電部材１５１と負極集電部材１５８とは同等のアルミニウム箔を用いている。また、正極活物質１５３として、比表面積が０．１〜１０００ｍ2／ｇの範囲内（例えば、２００ｍ2／ｇ）で、且つ、炭素層間距離ｄ002 が０．３６〜０．３８ｎｍの範囲内（例えば、０．３７ｎｍ）である炭素材料を用いている。負極活物質１５４についても、正極活物質１５３と同等の炭素材料を用いている。
【００３２】
正極合材層１５２は、正極活物質１５３と、アセチレンブラックからなる導電材と、ＰＶｄＦ（結着剤）とを、重量比８：１：１の割合で含んでいる。この正極合材層１５２の塗工量は、５ｍｇ／ｃｍ2 とされている。また、正極合材層１５２の密度は、０．８ｇ／ｃｍ3とされている。負極合材層１５９は、負極活物質１５４と、アセチレンブラックからなる導電材と、ＰＶｄＦ（結着剤）とを、重量比８：１：１の割合で含んでいる。負極合材層１５２の塗工量及び密度は、正極合材層１５２と同等である。従って、本実施形態の正極１５５と負極１５６は、同等の構成となっている。
【００３３】
正極端子１２０は、正極１５５の一端部に位置する正極合材未塗工部１５５ｂ（正極１５５のうち正極合材層１５２が塗工されていない部位）に溶接されている。負極端子１３０は、負極１５６の一端部に位置する負極合材未塗工部１５６ｂ（負極１５６のうち負極合材層１５９が塗工されていない部位）に溶接されている。
【００３４】
本実施形態の電気化学セル１００は、自身の電圧変化に伴って、列置方向Ｘ（図２において左右方向）にかかる自身の寸法（すなわち、電気化学セル１００厚み）が変化する特性を有している。具体的には、電圧が上昇するにしたがって列置方向Ｘにかかる寸法（厚み）が大きくなり、反対に、電圧が降下するにしたがって列置方向Ｘにかかる寸法（厚み）が小さくなる。
【００３５】
このため、後述するように、組電池システム６では、電気化学セル１００の電圧を制御する（変動させる）ことにより、電気化学セル１００の列置方向Ｘにかかる寸法を制御して（変動させて）、組電池３０に対する押圧力を調整することができる。具体的には、電気化学セル１００の電圧を上昇（降下）させることにより、電気化学セル１００の列置方向Ｘにかかる寸法を大きく（小さく）して、組電池３０に対する押圧力を高める（下げる）ことができる。
【００３６】
なお、電気化学セル１００は、充電に伴って電圧が上昇し、一方、放電に伴って電圧が低下する特性を有している。従って、電気化学セル１００の充放電を制御することにより、電気化学セル１００の電圧を制御することができる。
【００３７】
制御装置７０は、図示しないＲＯＭ、ＣＰＵ、ＲＡＭ等を有する制御回路を備えている。この制御装置７０には、圧力センサ８０からの出力信号が入力される。これにより、制御装置７０において、組電池３０に対する押圧力を把握することができる。
【００３８】
さらに、制御装置７０は、圧力センサ８０により検知された押圧力に基づいて、電気化学セル１００の電圧を制御（調整）する。具体的には、電気化学セル１００の充放電を制御することにより、電気化学セル１００の電圧を制御する。これにより、電気化学セル１００の列置方向Ｘにかかる寸法を制御して（変動させて）、組電池３０に対する押圧力を制御（調整）することができる。なお、制御装置７０は、電気化学セル１００の電圧を検出することができる。
【００３９】
具体的には、制御装置７０は、圧力センサ８０により検知された押圧力が基準値（基準範囲）から外れているか否かを判定し、外れていると判定した場合には、電気化学セル１００の電圧を制御する（変動させる）ことにより電気化学セル１００の列置方向Ｘにかかる寸法を制御して（変動させて）、組電池３０に対する押圧力が基準値（基準範囲）となるように調整する。
【００４０】
詳細には、制御装置７０は、例えば、圧力センサ８０により検知された押圧力と基準値との圧力差（基準値からのズレ）を算出する。さらに、制御装置７０は、電気化学セル１００の電圧を検出する。そして、後述するように、予め把握している電気化学セル１００の電圧と押圧力との関係（例えば、後述する押圧力変化率）に基づいて、算出された圧力差から、組電池３０に対する押圧力を基準値にするための電気化学セル１００の電圧値（目標値）を算出する。そして、電気化学セル１００の電圧が、算出された電圧値（目標値）に達するまで、電気化学セル１００を充電または放電させる。これにより、組電池３０に対する押圧力を、基準値に調整することができる。
【００４１】
このようにして、本実施形態の組電池システム６では、例えば、経時変化によって組電池３０に対する押圧力が基準値（基準範囲）から外れた場合には、適切に、組電池３０に対する押圧力を基準値（基準範囲）に調整することができる。
【００４２】
また、本実施形態の組電池システム６では、組電池３０が主電源であり、電気化学セル１００が予備電源（非常用電源）となっている。すなわち、駆動対象物であるハイブリッド自動車１（フロントモータ４及びリヤモータ５）の主電源として組電池３０が用いられ、予備電源として電気化学セル１００が用いられるように構成されている。このため、例えば、主電源である組電池３０が使用できなくなった非常時に（組電池３０から電力を供給できなくなった場合）、予備電源である電気化学セル１００を放電させることにより、駆動対象物に電力を供給することができる。
【００４３】
具体的には、制御装置７０は、組電池３０の充放電を制御する。例えば、ハイブリッド自動車１の運転中は、組電池３０とインバータ（フロントモータ４及びリヤモータ５）との間における電気のやりとりを制御する。また、制御装置７０は、組電池３０の放電期間中に組電池３０から放電される電流を積算し、要求量の電力が放電されたか否かを監視する。要求量の電力が組電池３０から放電されない場合は、非常事態と判断し、予備電源である電気化学セル１００を放電させることにより、駆動対象物に電力を供給する。
【００４４】
本実施形態の組電池システム６では、組電池３０に対する押圧力を調整するための電気化学セル１００（寸法増減体）を、予備電源（非常用電源）としても用いるようにしている。このため、ピエゾ素子のような寸法増減体とは別に予備電源（非常用電源）を設ける場合に比べて、小型で且つ低コストとなる。
【００４５】
（実施例１）
次に、実施例１にかかる電気化学セル１００の製造方法について説明する。
まず、電極体１５０を形成する。具体的には、まず、正極活物質１５３と、アセチレンブラックと、ＰＶｄＦ（結着剤）とを、重量比８：１：１の割合で混合し、これにＮＭＰ（溶媒）を混合して、正極スラリを作製した。次いで、この正極スラリを、アルミニウム箔からなる正極集電部材１５１の表面に塗工し、乾燥させた後、プレス加工を施した。これにより、正極集電部材１５１の表面に正極合材層１５２が塗工された正極１５５を得た。
【００４６】
なお、正極合材層１５２の塗工量は、５ｍｇ／ｃｍ2 とされている。また、正極合材層１５２の密度は、０．８ｇ／ｃｍ3とされている。また、正極活物質１５３として、比表面積が２００ｍ2／ｇで、且つ、炭素層間距離ｄ002 が０．３７ｎｍである炭素材料を用いている。
【００４７】
また、正極１５５と同様にして、負極集電部材１５８の表面に負極合材層１５９が塗工された負極１５６を作製した。なお、負極活物質１５４として、正極活物質１５３と同様に、比表面積が２００ｍ2／ｇで、且つ、炭素層間距離ｄ002 が０．３７ｎｍである炭素材料を用いている。
次いで、正極１５５と負極１５６とセパレータ１５７とを積層して、積層型の電極体１５０を形成する。次に、電極体１５０の正極合材未塗工部１５５ｂに、正極端子１２０を溶接する。同様に、負極合材未塗工部１５６ｂに、負極端子１３０を溶接する。
【００４８】
次に、正極端子１２０及び負極端子１３０を溶接した電極体１５０を、ラミネートフィルム１０１の収容空間Ｇ１内に配置する。さらに、電解液を、ラミネートフィルム１０１の収容空間Ｇ１内に注入する。次いで、ラミネートフィルム１０１を、その折り返し位置１１０ｇで折り返し、フィルム重なり部１１０ｂで重ね合わせて、フィルム重なり部１１０ｂを熱溶着する。このようにして、電気化学セル１００を組み付けた。
【００４９】
次いで、上述のようにして組み付けた電気化学セル１００について、初期充電を行った。具体的には、電気化学セル１００の電圧が３．５Ｖ（充電上限電圧値）に達するまで定電流充電を行い、その後、定電圧充電（電圧を３．５Ｖに保持した充電）を２時間行った。次いで、電気化学セル１００の電圧が１．０Ｖに達するまで定電流放電を行い、その後、定電圧放電（電圧を１．０Ｖに保持した放電）を２時間行った。これにより、電気化学セル１００が完成する。
【００５０】
なお、本実施例１では、セパレータ１５７として、セルロースセパレータを用いている。また、電解液として、プロピレンカーボネートに、四フッ化ホウ酸テトラエチルアンモニウム（以下、ＴＥＡＢＦ４ともいう）を添加した電解液を用いている。なお、電解液中のＴＥＡＢＦ４の濃度は、１ｍｏｌ／Ｌとしている。
【００５１】
（押圧特性評価試験）
次に、本実施例１にかかる電気化学セル１００の押圧特性を評価するために行った試験について説明する。
具体的には、図２に示す組電池システム６を利用して、電気化学セル１００の充放電を行い、充放電期間中、圧力センサ８０によって検知される押圧力を確認した。その結果を図７に示す。なお、図７では、充電によって電圧を調整したとき、すなわち昇圧方向（電圧上昇方向）で電圧を調整したときのデータを○（白丸）で表している。一方、放電によって電圧を調整したとき、すなわち降圧方向（電圧降下方向）で電圧を調整したときのデータを△（白三角）で表している。
【００５２】
図７に示すように、電気化学セル１００は、ヒステリシスがほとんどなく、昇圧方向で電圧を調整したときであっても、降圧方向で電圧を調整したときであっても、同等の電圧値に設定したときには、押圧力を同等の値にすることができる。これは、電気化学セル１００が、セル電圧が上昇する場合であっても低下する場合であっても、ヒステリシスなく同様に変位（列置方向Ｘの寸法が変化）するからである。
【００５３】
詳細には、電気化学セル１００の電圧に比例して、圧力センサ８０によって検知される押圧力（すなわち、組電池３０に対する押圧力）が変動する。このため、電気化学セル１００の電圧制御により、組電池３０に対する押圧力を精度良く制御することができる。
図７より、電気化学セル１００の電圧１Ｖあたりの押圧力の変化量（これを押圧力変化率という、図７のグラフの傾きに相当する）は、０．０８８（ＭＰａ／Ｖ）であった。
【００５４】
従って、組電池システム６では、この押圧力変化率０．０８８（ＭＰａ／Ｖ）に基づいて、組電池３０に対する押圧力を、基準値に調整することができる。具体的には、例えば、圧力センサ８０により検知された押圧力が、基準値よりも０．０４４ＭＰａ小さくなっている場合は、電気化学セル１００の電圧を０．５Ｖ（＝０．０４４／０．０８８）上昇させることで、組電池３０に対する押圧力を基準値に調整することができる。詳細には、電気化学セル１００の電圧を検知しつつ、電気化学セル１００を充電し、充電開始からセル電圧値が０．５Ｖ上昇した時点で充電を終了する。これにより、低下した押圧力を基準値に戻すことができる。
【００５５】
なお、電気化学セル１００の電圧制御は、１．０〜３．５Ｖの範囲内（より好ましくは１．５Ｖ〜２．７５Ｖの範囲内）で行うようにすると良い。組電池３０に対する押圧力を精度良く制御することができるからである。
【００５６】
また、正極活物質または負極活物質のいずれか一方に、比表面積が０．１〜１０００ｍ2／ｇの範囲内で、且つ、炭素層間距離ｄ002が０．３６〜０．３８ｎｍの範囲内である炭素材料を用いた電気化学セルを作製し、これらについても同様に押圧特性評価試験を行った。その結果、実施例１の電気化学セル１００と同様に、ヒステリシスがほどんどなく、押圧力変化率の値も同等の値（０．０８８ＭＰａ／Ｖ）となった。
【００５７】
一方、正極活物質及び負極活物質の少なくとも一方に、比表面積が０．１ｍ2／ｇより小さい炭素材料を用いた電気化学セルを作製し、これらについても同様に押圧特性評価試験を行った。その結果、ヒステリシスが大きくなり、セル電圧に基づいて組電池３０に対する押圧力を精度良く制御することができなかった。
【００５８】
また、正極活物質及び負極活物質の少なくとも一方に、比表面積が１０００ｍ2／ｇより大きい炭素材料を用いた電気化学セルを作製し、これらについても同様に押圧特性評価試験を行った。その結果、電圧変化に伴う列置方向Ｘの寸法の変化量が小さくなり、押圧力変化率の値が０．０５ＭＰａ／Ｖ以下となった。このため、組電池３０に対する押圧力を調整する能力が低くなる（調整幅が小さくなる）。
【００５９】
また、正極活物質及び負極活物質の少なくとも一方に、炭素層間距離ｄ002 が０．３６〜０．３８ｎｍの範囲外である炭素材料を用いた電気化学セルでも、押圧力変化率の値が０．０５ＭＰａ／Ｖ以下となった。
以上の結果より、電気化学セルの正極活物質及び負極活物質の少なくとも一方に、比表面積が０．１〜１０００ｍ2／ｇの範囲内で、且つ、炭素層間距離が０．３６〜０．３８ｎｍの範囲内である炭素材料を用いることにより、組電池３０に対する押圧力の調整幅を大きくすることができ、しかも、押圧力を精度良く制御することができるといえる。
【００６０】
（放電試験）
次に、実施例１の電気化学セル１００について行った放電試験について説明する。
具体的には、まず、実施例１の電気化学セル１００について、その電圧を２．５Ｖに調整し、この状態からセル電圧が１．５Ｖに至るまで放電する。そして、この放電期間中の放電エネルギーを、セル電圧値×放電電流値の積算により算出した。この結果より、電気化学セル１００には、１０Ｗｈ／Ｌのエネルギー（セルの体積１Ｌ当たり１０Ｗｈのエネルギー）が蓄えられていることが判明した。このように、実施例１の電気化学セル１００は、蓄電能力が高いので、予備電源として好適であるといえる。
【００６１】
また、電気化学セルの正極活物質のみに、比表面積が０．１〜１０００ｍ2／ｇの範囲内で、且つ、炭素層間距離が０．３６〜０．３８ｎｍの範囲内である炭素材料を用いた電気化学セルを作製し、これらについても同様に放電試験を行った。その結果、実施例１の電気化学セル１００と同等の蓄電能力（１０Ｗｈ／Ｌ）があることがわかった。
【００６２】
一方、電気化学セルの負極活物質のみに、比表面積が０．１〜１０００ｍ2／ｇの範囲内で、且つ、炭素層間距離が０．３６〜０．３８ｎｍの範囲内である炭素材料を用いた電気化学セルでは、蓄電能力が低下した。
以上の結果より、電気化学セルの少なくとも正極活物質に、比表面積が０．１〜１０００ｍ2／ｇの範囲内で、且つ、炭素層間距離が０．３６〜０．３８ｎｍの範囲内である炭素材料を用いることにより、電気化学セルの蓄電能力を高くすることができ、予備電源として好適となるといえる。
【００６３】
次に、本実施例１にかかる押圧力制御方法について説明する。
図８は、実施例１にかかる押圧力制御の流れを示すフローチャートである。
まず、ステップＳ１において、制御装置７０は、組電池３０にかかる押圧力を測定する。具体的には、制御装置７０は、圧力センサ８０からの出力信号を入力することで、組電池３０に対する押圧力の値を把握する。
【００６４】
次に、ステップＳ２に進み、制御装置７０は、測定した押圧力が、基準値（基準範囲）から外れているか否かを判定する。基準値（基準範囲内）である（Ｎｏ）と判定した場合は、一連の処理を終了する。
【００６５】
一方、基準値（基準範囲）から外れている（Ｙｅｓ）と判定した場合は、ステップＳ３に進み、制御装置７０は、押圧力の基準値と測定値との圧力差（＝基準値−測定値）を算出する。次いで、ステップＳ４に進み、制御装置７０は、電気化学セル１００の電圧値を検出する。
【００６６】
その後、ステップＳ５に進み、制御装置７０は、電気化学セル１００の電圧の目標値を決定する。具体的には、予め把握している電気化学セル１００の押圧力変化率（０．０８８ＭＰａ／Ｖ）に基づいて、算出された圧力差（＝基準値−測定値）から、組電池３０に対する押圧力を基準値にするための電気化学セル１００の電圧値（目標値）を算出する。
【００６７】
例えば、ステップＳ３で算出された圧力差（＝基準値−測定値）が０．０４４ＭＰａとなった場合、すなわち、押圧力の測定値が基準値よりも０．０４４ＭＰａ小さくなっている場合について説明する。この場合、押圧力を基準値に戻すために、押圧力を０．０４４ＭＰａ上昇させる必要があり、制御装置７０は、押圧力変化率（０．０８８ＭＰａ／Ｖ）に基づいて、押圧力を０．０４４ＭＰａ上昇させるために必要な電気化学セル１００の電圧変動量を算出する。具体的には、必要な電圧変動量＝０．０４４／０．０８８＝０．５Ｖと算出する。そして、ステップＳ４で検出された電気化学セル１００の電圧値に、必要な電圧変動量（０．５Ｖ）を加えて、セル電圧の目標値を算出する。例えば、ステップＳ４で検出された電気化学セル１００の電圧値が２．０Ｖであった場合は、目標値＝２．０＋０．５＝２．５Ｖとして算出される。
【００６８】
次いで、ステップＳ６に進み、制御装置７０は、電気化学セル１００の充電または放電を開始する。電気化学セル１００の電圧値を上昇させる場合（押圧力を高める場合）は、電気化学セル１００の充電を開始する。反対に、電気化学セル１００の電圧値を低下させる場合（押圧力を下げる場合）は、電気化学セル１００の放電を開始する。
【００６９】
その後、ステップＳ７に進み、制御装置７０は、電気化学セル１００の電圧値が目標値に達したか否かを判定する。具体的には、ステップＳ６において電気化学セル１００の充電または放電を開始した後、制御装置７０は、継続的に電気化学セル１００の電圧値を検出し、検出された電圧値が目標値に達したか否かを判定する。目標値に達していない（Ｎｏ）と判定された場合は、電気化学セル１００の充電または放電を継続して、ステップＳ７の処理を繰り返す。
【００７０】
一方、目標値に達した（Ｙｅｓ）と判定された場合は、ステップＳ８に進み、制御装置７０は、電気化学セル１００の充電または放電を終了させる。これにより、一連の処理が終了する。以上のように、電気化学セル１００の電圧を制御する（変動させる）ことにより、電気化学セル１００の列置方向Ｘにかかる寸法を制御して（変動させて）、組電池３０に対する押圧力を基準値に調整することができる。
【００７１】
以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。
【００７２】
例えば、実施形態では、組電池システム６に電気化学セル１００を１個だけ配置した。しかしながら、電気化学セルは、１個に限らず、複数個配置するようにしても良い。
また、実施形態では、電気化学セル１００を、第２押圧部材１２と組電池３０（単電池５０）との間に配置した。しかしながら、電気化学セルを配置する位置は、第１押圧部材１１と第２押圧部材１２との間であればいずれの場所でも良く、第１押圧部材１１と組電池３０（単電池５０）との間、あるいは、単電池５０と単電池５０との間としても良い。
【００７３】
また、実施形態では、圧力センサ８０（押圧力検知手段）を、第１押圧部材１１と組電池３０（単電池５０）との間に配置した。しかしながら、圧力センサ８０（押圧力検知手段）を配置する位置は、第１押圧部材１１と第２押圧部材１２との間であればいずれの場所でも良く、第２押圧部材１２と組電池３０（単電池５０）との間、あるいは、単電池５０と単電池５０との間としても良い。
【符号の説明】
【００７４】
１ ハイブリッド自動車
６ 組電池システム
１１ 第１押圧部材
１２ 第２押圧部材
３０ 組電池
５０ 単電池
７０ 制御装置（押圧力制御手段）
８０ 圧力センサ（押圧力検知手段）
１００ 電気化学セル（寸法増減体）
１５０ 電極体
１５３ 正極活物質（炭素材料）
１５４ 負極活物質（炭素材料）
１５５ 正極
１５６ 負極
Ｘ 列置方向
【技術分野】
【０００１】
本発明は、組電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、次のような組電池システムが開示されている。複数の単電池を列置方向に列置してなる組電池（積層体）と、組電池を列置方向に挟んで固定し、組電池を押圧する第１押圧部材及び第２押圧部材（拘束板）と、第１押圧部材と第２押圧部材との間に位置し、組電池に対する押圧力を検知する押圧力検知手段（圧力センサ）と、第１押圧部材と第２押圧部材との間に位置し、列置方向について自身の寸法を増減可能とする寸法増減体（締結荷重可変手段）と、押圧力検知手段により検知された押圧力に基づいて押圧力を制御する手段であって、寸法増減体の寸法を変動させることにより押圧力を制御する押圧力制御手段とを備える組電池システムである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２８８１６８号公報
【０００４】
特許文献１の図７には、寸法増減体としてピエゾ素子を用いた組電池システムが開示されている。この組電池システムでは、コントローラの制御によりドライバから発生される駆動信号に応じて、ピエゾ素子が組電池の列置方向に伸縮することで、組電池（積層体）の締結荷重を変えることができると記載されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ピエゾ素子を用いた組電池システムでは、ピエゾ素子を作動させるために、高圧電源や高圧ハーネスなどが必要となる。このため、システムが大型となり、コスト高にもなっていた。
【０００６】
本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、組電池に対する押圧力を制御（調整）できる組電池システムであって、小型で且つ低コストな組電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、複数の単電池を列置方向に列置してなる組電池と、上記組電池を上記列置方向に挟んで押圧する第１押圧部材及び第２押圧部材と、上記第１押圧部材と上記第２押圧部材との間に位置し、上記組電池に対する押圧力を検知する押圧力検知手段と、上記第１押圧部材と上記第２押圧部材との間に位置し、上記列置方向について自身の寸法を増減可能とする寸法増減体と、上記押圧力検知手段により検知された上記押圧力に基づいて上記押圧力を制御する手段であって、上記寸法増減体の寸法を変動させることにより上記押圧力を制御する押圧力制御手段と、を備える組電池システムであって、上記寸法増減体は、自身の電圧変化により上記列置方向にかかる寸法が増減する電気化学セルであり、上記押圧力制御手段は、上記電気化学セルの電圧を制御することにより上記電気化学セルの上記列置方向にかかる寸法を制御して、上記押圧力を制御する組電池システムである。
【０００８】
上述の組電池システムは、寸法増減体として、自身の電圧変化により組電池の列置方向にかかる寸法が増減する電気化学セルを有している。さらに、上述の組電池システムは、押圧力検知手段により検知された押圧力に基づいて電気化学セルの電圧を制御し、これによって電気化学セルの列置方向にかかる寸法を制御して（増減させて）、組電池に対する押圧力を制御（調整）する。
【０００９】
具体的には、例えば、押圧力検知手段により検知された押圧力が基準値（基準範囲）から外れている場合には、押圧力制御手段が、電気化学セルの電圧を制御する（変動させる）ことにより電気化学セルの列置方向にかかる寸法を制御して（変動させて）、組電池に対する押圧力が基準値（基準範囲）となるように調整する。なお、電気化学セルの電圧は、電気化学セルの充放電により制御する（増減させる）ことができる。これにより、例えば、時間の経過に伴って組電池に対する押圧力が基準値（基準範囲）から外れた場合には、適切に、組電池に対する押圧力を基準値（基準範囲）調整することができる。
【００１０】
ところで、電気化学セルは、ピエゾ素子に比べて、低電圧で作動する特性を有している。このため、上述の組電池システムは、高圧電源や高圧ハーネスなどが不要となるので、小型で且つ低コストとなる。
【００１１】
なお、電気化学セルは、１個に限らず、複数個配置するようにしても良い。また、電気化学セルを配置する位置は、第１押圧部材と第２押圧部材との間であればいずれの場所でも良く、第１押圧部材と単電池との間、単電池と単電池との間、第２押圧部材と単電池との間のいずれの位置でも良い。
【００１２】
さらに、上述の組電池システムであって、前記組電池は、主電源であり、前記電気化学セルは、予備電源である組電池システムとすると良い。
【００１３】
上述の組電池システムでは、組電池が主電源であり、電気化学セルが予備電源（非常用電源）である。すなわち、駆動対象物（電子機器やハイブリッド自動車など）の主電源として組電池が用いられ、予備電源として電気化学セルが用いられるように構成されている。このため、上述の組電池システムでは、主電源である組電池が使用できなくなった非常時に（組電池から電力を供給できなくなった場合）、予備電源である電気化学セルを放電させることにより、駆動対象物に電力を供給することが可能となる。
【００１４】
また、上述の組電池システムでは、寸法増減体である電気化学セルを、予備電源（非常用電源）としても用いるようにしている。このため、ピエゾ素子のような寸法増減体とは別に予備電源（非常用電源）を設ける場合に比べて、小型で且つ低コストとなる。
【００１５】
さらに、上記いずれかの組電池システムであって、前記電気化学セルは、正極活物質及び負極活物質を有し、上記正極活物質及び上記負極活物質の少なくとも一方は、比表面積が０．１〜１０００ｍ2／ｇの範囲内で、且つ、炭素層間距離が０．３６〜０．３８ｎｍの範囲内の炭素材料である組電池システムとすると良い。
【００１６】
ピエゾ素子のような圧電素子は、ヒステリシスが大きく、素子に対する駆動電圧値を同等にした場合であっても、昇圧方向で（駆動電圧を上昇させて）当該電圧値にした場合と、降圧方向で（駆動電圧を低下させて）当該電圧値に調整した場合とで、素子の変位が大きく異なってしまう。このため、寸法増減体としてピエゾ素子等の圧電素子を用いた組電池システムでは、組電池に対する押圧力を精度良く制御することができなかった。
【００１７】
これに対し、上述の組電池システムでは、電気化学セルの活物質（正極活物質及び負極活物質の少なくとも一方）として、比表面積が０．１〜１０００ｍ2／ｇの範囲内で、且つ、炭素層間距離が０．３６〜０．３８ｎｍの範囲内である炭素材料を用いている。このような炭素材料を活物質として有する電気化学セルは、ヒステリシスがほとんどなく、電気化学セルの電圧が上昇する場合であっても低下する場合であっても、電気化学セルは同様に変位（列置方向寸法が変化）する。すなわち、電気化学セルの電圧の上昇方向及び低下方向の如何に関わらず、セル電圧とセルの変位（列置方向寸法）とが一対一に対応する。詳細には、電気化学セルの電圧に比例して、電気化学セルの列置方向寸法が変動する。このため、電気化学セルの電圧制御により、組電池に対する押圧力を精度良く制御することができる。
【００１８】
なお、比表面積が０．１ｍ2／ｇより小さい炭素材料を電気化学セルの活物質に用いた場合は、ヒステリシスが大きくなるので、押圧力を精度良く制御することができなくなる虞がある。一方、比表面積が１０００ｍ2／ｇより大きい炭素材料を用いた場合は、電圧変化に伴う列置方向寸法の変化量が小さくなるので、組電池に対する押圧力を調整する能力が低くなる（調整幅が小さくなる）。炭素層間距離が０．３６〜０．３８ｎｍの範囲外である炭素材料を用いた場合も同様に、電圧変化に伴う列置方向寸法の変化量が小さくなるので、組電池に対する押圧力を調整する能力が低くなる。従って、比表面積が０．１〜１０００ｍ2／ｇの範囲内で、且つ、炭素層間距離が０．３６〜０．３８ｎｍの範囲内である炭素材料を用いることで、組電池に対する押圧力の調整幅を大きくすることができ、しかも押圧力を精度良く制御することができる。
【００１９】
なお、比表面積が０．１〜１０００ｍ2／ｇの範囲内で、且つ、炭素層間距離が０．３６〜０．３８ｎｍの範囲内である炭素材料は、電気化学セルの正極活物質及び負極活物質の少なくとも一方として用いれば良い。すなわち、正極活物質としてのみ、負極活物質としてのみ、または、正極活物質及び負極活物質の両活物質して、上記炭素材料を用いることで、組電池に対する押圧力の調整幅を大きくすることができ、しかも押圧力を精度良く制御することができる。
また、炭素層間距離は、ＸＲＤによりｄ００２面のピーク位置から求められる炭素層間距離ｄ002の値である。
【００２０】
さらに、上記の組電池システムであって、前記正極活物質及び前記負極活物質のうち少なくとも上記正極活物質が、前記炭素材料である組電池システムとすると良い。
【００２１】
上述の組電池システムでは、電気化学セルの正極活物質及び負極活物質のうち少なくとも正極活物質が、比表面積が０．１〜１０００ｍ2／ｇの範囲内で、且つ、炭素層間距離が０．３６〜０．３８ｎｍの範囲内である炭素材料である。正極活物質に上記炭素材料を用いた電気化学セルは、蓄電能力が高くなるので、予備電源として好適である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】ハイブリッド自動車の概略図である。
【図２】実施形態にかかる組電池システムの概略図である。
【図３】実施形態にかかる電気化学セルの正面図である。
【図４】同電気化学セルの内部を示す図である。
【図５】同電気化学セルの正極の断面図である。
【図６】同電気化学セルの負極の断面図である。
【図７】同電気化学セルの電圧と押圧力との関係を示すグラフである。
【図８】実施形態にかかる押圧力制御の流れ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】
【００２３】
ハイブリッド自動車１は、図１に示すように、車体２、エンジン３、フロントモータ４、リヤモータ５、組電池システム６、及びケーブル７を有し、エンジン３とフロントモータ４及びリヤモータ５との併用で駆動するハイブリッド自動車である。具体的には、このハイブリッド自動車１は、組電池システム６をフロントモータ４及びリヤモータ５の
駆動用電源（主電源）として、エンジン３とフロントモータ４及びリヤモータ５とを用いて走行できるように構成されている。
【００２４】
このうち、組電池システム６は、ハイブリッド自動車１の車体２に取り付けられており、ケーブル７によりフロントモータ４及びリヤモータ５に接続されている。この組電池システム６は、図２に示すように、組電池３０と、第１押圧部材１１及び第２押圧部材１２と、圧力センサ８０と、電気化学セル１００と、制御装置７０とを備えている。
【００２５】
組電池３０は、複数の単電池５０を列置方向Ｘ（図２において左右方向）に列置してなる。組電池を構成する複数の単電池５０は、電気的に直列に接続されている。なお、単電池５０としては、例えば、リチウムイオン二次電池を用いることができる。
【００２６】
第１押圧部材１１と第２押圧部材１２は、両者の間に、組電池３０、圧力センサ８０、及び電気化学セル１００を、列置方向Ｘ（図２において左右方向）に挟んで押圧している。具体的には、第１押圧部材１１と第２押圧部材１２との間に、組電池３０、圧力センサ８０、及び電気化学セル１００を配置した状態で、第１押圧部材１１と第２押圧部材１２とを、ロッド１３とナット１４を用いて締結する。これにより、第１押圧部材１１と第２押圧部材１２との間に、組電池３０、圧力センサ８０、及び電気化学セル１００を列置方向Ｘに挟んで固定すると共に、所定の押圧力で組電池３０を列置方向Ｘに押圧する。なお、組電池３０に対する押圧力は、組電池システム６を作製する際に、基準値に設定される。
【００２７】
圧力センサ８０は、公知の圧力センサであり、第１押圧部材１１と組電池３０との間に挟まれた位置に配置されている。このため、圧力センサ８０によって、組電池３０に対する押圧力を検知することができる。
【００２８】
電気化学セル１００は、図３に示すように、平面視矩形状のセルケース１１０と、セルケース１１０の内部から外部に延出する正極端子１２０及び負極端子１３０とを備えている。さらに、図４に示すように、セルケース１１０の内部には、電極体１５０及び電解液（図示なし）が収容されている。この電極体１５０は、シート状の正極１５５と負極１５６とセパレータ１５７を積層してなる積層型の電極体である。
【００２９】
セルケース１１０は、内側樹脂フィルムと金属フィルムと外側樹脂フィルムが積層されたラミネートフィルム１０１で形成されている。このセルケース１１０は、収容空間Ｇ１内に電極体１５０を配置させたラミネートフィルム１０１を、折り返し位置１１０ｇで折り返して、フィルム重なり部１１０ｂ（セルケース１１０の周縁部）で重ね合わせた状態で、フィルム重なり部１１０ｂを熱溶着することで、平面視矩形状に成形されている。
【００３０】
また、図５に示すように、正極１５５は、正極集電部材１５１（アルミニウム箔）と、この正極集電部材１５１の表面に形成された正極合材層１５２（正極活物質１５３を含む）を有している。また、図６に示すように、負極１５６は、負極集電部材１５８（アルミニウム箔）と、この負極集電部材１５８の表面に形成された負極合材層１５９（負極活物質１５４を含む）を有している。
【００３１】
なお、本実施形態では、正極集電部材１５１と負極集電部材１５８とは同等のアルミニウム箔を用いている。また、正極活物質１５３として、比表面積が０．１〜１０００ｍ2／ｇの範囲内（例えば、２００ｍ2／ｇ）で、且つ、炭素層間距離ｄ002 が０．３６〜０．３８ｎｍの範囲内（例えば、０．３７ｎｍ）である炭素材料を用いている。負極活物質１５４についても、正極活物質１５３と同等の炭素材料を用いている。
【００３２】
正極合材層１５２は、正極活物質１５３と、アセチレンブラックからなる導電材と、ＰＶｄＦ（結着剤）とを、重量比８：１：１の割合で含んでいる。この正極合材層１５２の塗工量は、５ｍｇ／ｃｍ2 とされている。また、正極合材層１５２の密度は、０．８ｇ／ｃｍ3とされている。負極合材層１５９は、負極活物質１５４と、アセチレンブラックからなる導電材と、ＰＶｄＦ（結着剤）とを、重量比８：１：１の割合で含んでいる。負極合材層１５２の塗工量及び密度は、正極合材層１５２と同等である。従って、本実施形態の正極１５５と負極１５６は、同等の構成となっている。
【００３３】
正極端子１２０は、正極１５５の一端部に位置する正極合材未塗工部１５５ｂ（正極１５５のうち正極合材層１５２が塗工されていない部位）に溶接されている。負極端子１３０は、負極１５６の一端部に位置する負極合材未塗工部１５６ｂ（負極１５６のうち負極合材層１５９が塗工されていない部位）に溶接されている。
【００３４】
本実施形態の電気化学セル１００は、自身の電圧変化に伴って、列置方向Ｘ（図２において左右方向）にかかる自身の寸法（すなわち、電気化学セル１００厚み）が変化する特性を有している。具体的には、電圧が上昇するにしたがって列置方向Ｘにかかる寸法（厚み）が大きくなり、反対に、電圧が降下するにしたがって列置方向Ｘにかかる寸法（厚み）が小さくなる。
【００３５】
このため、後述するように、組電池システム６では、電気化学セル１００の電圧を制御する（変動させる）ことにより、電気化学セル１００の列置方向Ｘにかかる寸法を制御して（変動させて）、組電池３０に対する押圧力を調整することができる。具体的には、電気化学セル１００の電圧を上昇（降下）させることにより、電気化学セル１００の列置方向Ｘにかかる寸法を大きく（小さく）して、組電池３０に対する押圧力を高める（下げる）ことができる。
【００３６】
なお、電気化学セル１００は、充電に伴って電圧が上昇し、一方、放電に伴って電圧が低下する特性を有している。従って、電気化学セル１００の充放電を制御することにより、電気化学セル１００の電圧を制御することができる。
【００３７】
制御装置７０は、図示しないＲＯＭ、ＣＰＵ、ＲＡＭ等を有する制御回路を備えている。この制御装置７０には、圧力センサ８０からの出力信号が入力される。これにより、制御装置７０において、組電池３０に対する押圧力を把握することができる。
【００３８】
さらに、制御装置７０は、圧力センサ８０により検知された押圧力に基づいて、電気化学セル１００の電圧を制御（調整）する。具体的には、電気化学セル１００の充放電を制御することにより、電気化学セル１００の電圧を制御する。これにより、電気化学セル１００の列置方向Ｘにかかる寸法を制御して（変動させて）、組電池３０に対する押圧力を制御（調整）することができる。なお、制御装置７０は、電気化学セル１００の電圧を検出することができる。
【００３９】
具体的には、制御装置７０は、圧力センサ８０により検知された押圧力が基準値（基準範囲）から外れているか否かを判定し、外れていると判定した場合には、電気化学セル１００の電圧を制御する（変動させる）ことにより電気化学セル１００の列置方向Ｘにかかる寸法を制御して（変動させて）、組電池３０に対する押圧力が基準値（基準範囲）となるように調整する。
【００４０】
詳細には、制御装置７０は、例えば、圧力センサ８０により検知された押圧力と基準値との圧力差（基準値からのズレ）を算出する。さらに、制御装置７０は、電気化学セル１００の電圧を検出する。そして、後述するように、予め把握している電気化学セル１００の電圧と押圧力との関係（例えば、後述する押圧力変化率）に基づいて、算出された圧力差から、組電池３０に対する押圧力を基準値にするための電気化学セル１００の電圧値（目標値）を算出する。そして、電気化学セル１００の電圧が、算出された電圧値（目標値）に達するまで、電気化学セル１００を充電または放電させる。これにより、組電池３０に対する押圧力を、基準値に調整することができる。
【００４１】
このようにして、本実施形態の組電池システム６では、例えば、経時変化によって組電池３０に対する押圧力が基準値（基準範囲）から外れた場合には、適切に、組電池３０に対する押圧力を基準値（基準範囲）に調整することができる。
【００４２】
また、本実施形態の組電池システム６では、組電池３０が主電源であり、電気化学セル１００が予備電源（非常用電源）となっている。すなわち、駆動対象物であるハイブリッド自動車１（フロントモータ４及びリヤモータ５）の主電源として組電池３０が用いられ、予備電源として電気化学セル１００が用いられるように構成されている。このため、例えば、主電源である組電池３０が使用できなくなった非常時に（組電池３０から電力を供給できなくなった場合）、予備電源である電気化学セル１００を放電させることにより、駆動対象物に電力を供給することができる。
【００４３】
具体的には、制御装置７０は、組電池３０の充放電を制御する。例えば、ハイブリッド自動車１の運転中は、組電池３０とインバータ（フロントモータ４及びリヤモータ５）との間における電気のやりとりを制御する。また、制御装置７０は、組電池３０の放電期間中に組電池３０から放電される電流を積算し、要求量の電力が放電されたか否かを監視する。要求量の電力が組電池３０から放電されない場合は、非常事態と判断し、予備電源である電気化学セル１００を放電させることにより、駆動対象物に電力を供給する。
【００４４】
本実施形態の組電池システム６では、組電池３０に対する押圧力を調整するための電気化学セル１００（寸法増減体）を、予備電源（非常用電源）としても用いるようにしている。このため、ピエゾ素子のような寸法増減体とは別に予備電源（非常用電源）を設ける場合に比べて、小型で且つ低コストとなる。
【００４５】
（実施例１）
次に、実施例１にかかる電気化学セル１００の製造方法について説明する。
まず、電極体１５０を形成する。具体的には、まず、正極活物質１５３と、アセチレンブラックと、ＰＶｄＦ（結着剤）とを、重量比８：１：１の割合で混合し、これにＮＭＰ（溶媒）を混合して、正極スラリを作製した。次いで、この正極スラリを、アルミニウム箔からなる正極集電部材１５１の表面に塗工し、乾燥させた後、プレス加工を施した。これにより、正極集電部材１５１の表面に正極合材層１５２が塗工された正極１５５を得た。
【００４６】
なお、正極合材層１５２の塗工量は、５ｍｇ／ｃｍ2 とされている。また、正極合材層１５２の密度は、０．８ｇ／ｃｍ3とされている。また、正極活物質１５３として、比表面積が２００ｍ2／ｇで、且つ、炭素層間距離ｄ002 が０．３７ｎｍである炭素材料を用いている。
【００４７】
また、正極１５５と同様にして、負極集電部材１５８の表面に負極合材層１５９が塗工された負極１５６を作製した。なお、負極活物質１５４として、正極活物質１５３と同様に、比表面積が２００ｍ2／ｇで、且つ、炭素層間距離ｄ002 が０．３７ｎｍである炭素材料を用いている。
次いで、正極１５５と負極１５６とセパレータ１５７とを積層して、積層型の電極体１５０を形成する。次に、電極体１５０の正極合材未塗工部１５５ｂに、正極端子１２０を溶接する。同様に、負極合材未塗工部１５６ｂに、負極端子１３０を溶接する。
【００４８】
次に、正極端子１２０及び負極端子１３０を溶接した電極体１５０を、ラミネートフィルム１０１の収容空間Ｇ１内に配置する。さらに、電解液を、ラミネートフィルム１０１の収容空間Ｇ１内に注入する。次いで、ラミネートフィルム１０１を、その折り返し位置１１０ｇで折り返し、フィルム重なり部１１０ｂで重ね合わせて、フィルム重なり部１１０ｂを熱溶着する。このようにして、電気化学セル１００を組み付けた。
【００４９】
次いで、上述のようにして組み付けた電気化学セル１００について、初期充電を行った。具体的には、電気化学セル１００の電圧が３．５Ｖ（充電上限電圧値）に達するまで定電流充電を行い、その後、定電圧充電（電圧を３．５Ｖに保持した充電）を２時間行った。次いで、電気化学セル１００の電圧が１．０Ｖに達するまで定電流放電を行い、その後、定電圧放電（電圧を１．０Ｖに保持した放電）を２時間行った。これにより、電気化学セル１００が完成する。
【００５０】
なお、本実施例１では、セパレータ１５７として、セルロースセパレータを用いている。また、電解液として、プロピレンカーボネートに、四フッ化ホウ酸テトラエチルアンモニウム（以下、ＴＥＡＢＦ４ともいう）を添加した電解液を用いている。なお、電解液中のＴＥＡＢＦ４の濃度は、１ｍｏｌ／Ｌとしている。
【００５１】
（押圧特性評価試験）
次に、本実施例１にかかる電気化学セル１００の押圧特性を評価するために行った試験について説明する。
具体的には、図２に示す組電池システム６を利用して、電気化学セル１００の充放電を行い、充放電期間中、圧力センサ８０によって検知される押圧力を確認した。その結果を図７に示す。なお、図７では、充電によって電圧を調整したとき、すなわち昇圧方向（電圧上昇方向）で電圧を調整したときのデータを○（白丸）で表している。一方、放電によって電圧を調整したとき、すなわち降圧方向（電圧降下方向）で電圧を調整したときのデータを△（白三角）で表している。
【００５２】
図７に示すように、電気化学セル１００は、ヒステリシスがほとんどなく、昇圧方向で電圧を調整したときであっても、降圧方向で電圧を調整したときであっても、同等の電圧値に設定したときには、押圧力を同等の値にすることができる。これは、電気化学セル１００が、セル電圧が上昇する場合であっても低下する場合であっても、ヒステリシスなく同様に変位（列置方向Ｘの寸法が変化）するからである。
【００５３】
詳細には、電気化学セル１００の電圧に比例して、圧力センサ８０によって検知される押圧力（すなわち、組電池３０に対する押圧力）が変動する。このため、電気化学セル１００の電圧制御により、組電池３０に対する押圧力を精度良く制御することができる。
図７より、電気化学セル１００の電圧１Ｖあたりの押圧力の変化量（これを押圧力変化率という、図７のグラフの傾きに相当する）は、０．０８８（ＭＰａ／Ｖ）であった。
【００５４】
従って、組電池システム６では、この押圧力変化率０．０８８（ＭＰａ／Ｖ）に基づいて、組電池３０に対する押圧力を、基準値に調整することができる。具体的には、例えば、圧力センサ８０により検知された押圧力が、基準値よりも０．０４４ＭＰａ小さくなっている場合は、電気化学セル１００の電圧を０．５Ｖ（＝０．０４４／０．０８８）上昇させることで、組電池３０に対する押圧力を基準値に調整することができる。詳細には、電気化学セル１００の電圧を検知しつつ、電気化学セル１００を充電し、充電開始からセル電圧値が０．５Ｖ上昇した時点で充電を終了する。これにより、低下した押圧力を基準値に戻すことができる。
【００５５】
なお、電気化学セル１００の電圧制御は、１．０〜３．５Ｖの範囲内（より好ましくは１．５Ｖ〜２．７５Ｖの範囲内）で行うようにすると良い。組電池３０に対する押圧力を精度良く制御することができるからである。
【００５６】
また、正極活物質または負極活物質のいずれか一方に、比表面積が０．１〜１０００ｍ2／ｇの範囲内で、且つ、炭素層間距離ｄ002が０．３６〜０．３８ｎｍの範囲内である炭素材料を用いた電気化学セルを作製し、これらについても同様に押圧特性評価試験を行った。その結果、実施例１の電気化学セル１００と同様に、ヒステリシスがほどんどなく、押圧力変化率の値も同等の値（０．０８８ＭＰａ／Ｖ）となった。
【００５７】
一方、正極活物質及び負極活物質の少なくとも一方に、比表面積が０．１ｍ2／ｇより小さい炭素材料を用いた電気化学セルを作製し、これらについても同様に押圧特性評価試験を行った。その結果、ヒステリシスが大きくなり、セル電圧に基づいて組電池３０に対する押圧力を精度良く制御することができなかった。
【００５８】
また、正極活物質及び負極活物質の少なくとも一方に、比表面積が１０００ｍ2／ｇより大きい炭素材料を用いた電気化学セルを作製し、これらについても同様に押圧特性評価試験を行った。その結果、電圧変化に伴う列置方向Ｘの寸法の変化量が小さくなり、押圧力変化率の値が０．０５ＭＰａ／Ｖ以下となった。このため、組電池３０に対する押圧力を調整する能力が低くなる（調整幅が小さくなる）。
【００５９】
また、正極活物質及び負極活物質の少なくとも一方に、炭素層間距離ｄ002 が０．３６〜０．３８ｎｍの範囲外である炭素材料を用いた電気化学セルでも、押圧力変化率の値が０．０５ＭＰａ／Ｖ以下となった。
以上の結果より、電気化学セルの正極活物質及び負極活物質の少なくとも一方に、比表面積が０．１〜１０００ｍ2／ｇの範囲内で、且つ、炭素層間距離が０．３６〜０．３８ｎｍの範囲内である炭素材料を用いることにより、組電池３０に対する押圧力の調整幅を大きくすることができ、しかも、押圧力を精度良く制御することができるといえる。
【００６０】
（放電試験）
次に、実施例１の電気化学セル１００について行った放電試験について説明する。
具体的には、まず、実施例１の電気化学セル１００について、その電圧を２．５Ｖに調整し、この状態からセル電圧が１．５Ｖに至るまで放電する。そして、この放電期間中の放電エネルギーを、セル電圧値×放電電流値の積算により算出した。この結果より、電気化学セル１００には、１０Ｗｈ／Ｌのエネルギー（セルの体積１Ｌ当たり１０Ｗｈのエネルギー）が蓄えられていることが判明した。このように、実施例１の電気化学セル１００は、蓄電能力が高いので、予備電源として好適であるといえる。
【００６１】
また、電気化学セルの正極活物質のみに、比表面積が０．１〜１０００ｍ2／ｇの範囲内で、且つ、炭素層間距離が０．３６〜０．３８ｎｍの範囲内である炭素材料を用いた電気化学セルを作製し、これらについても同様に放電試験を行った。その結果、実施例１の電気化学セル１００と同等の蓄電能力（１０Ｗｈ／Ｌ）があることがわかった。
【００６２】
一方、電気化学セルの負極活物質のみに、比表面積が０．１〜１０００ｍ2／ｇの範囲内で、且つ、炭素層間距離が０．３６〜０．３８ｎｍの範囲内である炭素材料を用いた電気化学セルでは、蓄電能力が低下した。
以上の結果より、電気化学セルの少なくとも正極活物質に、比表面積が０．１〜１０００ｍ2／ｇの範囲内で、且つ、炭素層間距離が０．３６〜０．３８ｎｍの範囲内である炭素材料を用いることにより、電気化学セルの蓄電能力を高くすることができ、予備電源として好適となるといえる。
【００６３】
次に、本実施例１にかかる押圧力制御方法について説明する。
図８は、実施例１にかかる押圧力制御の流れを示すフローチャートである。
まず、ステップＳ１において、制御装置７０は、組電池３０にかかる押圧力を測定する。具体的には、制御装置７０は、圧力センサ８０からの出力信号を入力することで、組電池３０に対する押圧力の値を把握する。
【００６４】
次に、ステップＳ２に進み、制御装置７０は、測定した押圧力が、基準値（基準範囲）から外れているか否かを判定する。基準値（基準範囲内）である（Ｎｏ）と判定した場合は、一連の処理を終了する。
【００６５】
一方、基準値（基準範囲）から外れている（Ｙｅｓ）と判定した場合は、ステップＳ３に進み、制御装置７０は、押圧力の基準値と測定値との圧力差（＝基準値−測定値）を算出する。次いで、ステップＳ４に進み、制御装置７０は、電気化学セル１００の電圧値を検出する。
【００６６】
その後、ステップＳ５に進み、制御装置７０は、電気化学セル１００の電圧の目標値を決定する。具体的には、予め把握している電気化学セル１００の押圧力変化率（０．０８８ＭＰａ／Ｖ）に基づいて、算出された圧力差（＝基準値−測定値）から、組電池３０に対する押圧力を基準値にするための電気化学セル１００の電圧値（目標値）を算出する。
【００６７】
例えば、ステップＳ３で算出された圧力差（＝基準値−測定値）が０．０４４ＭＰａとなった場合、すなわち、押圧力の測定値が基準値よりも０．０４４ＭＰａ小さくなっている場合について説明する。この場合、押圧力を基準値に戻すために、押圧力を０．０４４ＭＰａ上昇させる必要があり、制御装置７０は、押圧力変化率（０．０８８ＭＰａ／Ｖ）に基づいて、押圧力を０．０４４ＭＰａ上昇させるために必要な電気化学セル１００の電圧変動量を算出する。具体的には、必要な電圧変動量＝０．０４４／０．０８８＝０．５Ｖと算出する。そして、ステップＳ４で検出された電気化学セル１００の電圧値に、必要な電圧変動量（０．５Ｖ）を加えて、セル電圧の目標値を算出する。例えば、ステップＳ４で検出された電気化学セル１００の電圧値が２．０Ｖであった場合は、目標値＝２．０＋０．５＝２．５Ｖとして算出される。
【００６８】
次いで、ステップＳ６に進み、制御装置７０は、電気化学セル１００の充電または放電を開始する。電気化学セル１００の電圧値を上昇させる場合（押圧力を高める場合）は、電気化学セル１００の充電を開始する。反対に、電気化学セル１００の電圧値を低下させる場合（押圧力を下げる場合）は、電気化学セル１００の放電を開始する。
【００６９】
その後、ステップＳ７に進み、制御装置７０は、電気化学セル１００の電圧値が目標値に達したか否かを判定する。具体的には、ステップＳ６において電気化学セル１００の充電または放電を開始した後、制御装置７０は、継続的に電気化学セル１００の電圧値を検出し、検出された電圧値が目標値に達したか否かを判定する。目標値に達していない（Ｎｏ）と判定された場合は、電気化学セル１００の充電または放電を継続して、ステップＳ７の処理を繰り返す。
【００７０】
一方、目標値に達した（Ｙｅｓ）と判定された場合は、ステップＳ８に進み、制御装置７０は、電気化学セル１００の充電または放電を終了させる。これにより、一連の処理が終了する。以上のように、電気化学セル１００の電圧を制御する（変動させる）ことにより、電気化学セル１００の列置方向Ｘにかかる寸法を制御して（変動させて）、組電池３０に対する押圧力を基準値に調整することができる。
【００７１】
以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。
【００７２】
例えば、実施形態では、組電池システム６に電気化学セル１００を１個だけ配置した。しかしながら、電気化学セルは、１個に限らず、複数個配置するようにしても良い。
また、実施形態では、電気化学セル１００を、第２押圧部材１２と組電池３０（単電池５０）との間に配置した。しかしながら、電気化学セルを配置する位置は、第１押圧部材１１と第２押圧部材１２との間であればいずれの場所でも良く、第１押圧部材１１と組電池３０（単電池５０）との間、あるいは、単電池５０と単電池５０との間としても良い。
【００７３】
また、実施形態では、圧力センサ８０（押圧力検知手段）を、第１押圧部材１１と組電池３０（単電池５０）との間に配置した。しかしながら、圧力センサ８０（押圧力検知手段）を配置する位置は、第１押圧部材１１と第２押圧部材１２との間であればいずれの場所でも良く、第２押圧部材１２と組電池３０（単電池５０）との間、あるいは、単電池５０と単電池５０との間としても良い。
【符号の説明】
【００７４】
１ ハイブリッド自動車
６ 組電池システム
１１ 第１押圧部材
１２ 第２押圧部材
３０ 組電池
５０ 単電池
７０ 制御装置（押圧力制御手段）
８０ 圧力センサ（押圧力検知手段）
１００ 電気化学セル（寸法増減体）
１５０ 電極体
１５３ 正極活物質（炭素材料）
１５４ 負極活物質（炭素材料）
１５５ 正極
１５６ 負極
Ｘ 列置方向
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の単電池を列置方向に列置してなる組電池と、
上記組電池を上記列置方向に挟んで押圧する第１押圧部材及び第２押圧部材と、
上記第１押圧部材と上記第２押圧部材との間に位置し、上記組電池に対する押圧力を検知する押圧力検知手段と、
上記第１押圧部材と上記第２押圧部材との間に位置し、上記列置方向について自身の寸法を増減可能とする寸法増減体と、
上記押圧力検知手段により検知された上記押圧力に基づいて上記押圧力を制御する手段であって、上記寸法増減体の寸法を変動させることにより上記押圧力を制御する押圧力制御手段と、を備える
組電池システムであって、
上記寸法増減体は、自身の電圧変化により上記列置方向にかかる寸法が増減する電気化学セルであり、
上記押圧力制御手段は、上記電気化学セルの電圧を制御することにより上記電気化学セルの上記列置方向にかかる寸法を制御して、上記押圧力を制御する
組電池システム。
【請求項２】
請求項１に記載の組電池システムであって、
前記組電池は、主電源であり、
前記電気化学セルは、予備電源である
組電池システム。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の組電池システムであって、
前記電気化学セルは、正極活物質及び負極活物質を有し、
上記正極活物質及び上記負極活物質の少なくとも一方は、
比表面積が０．１〜１０００ｍ2／ｇの範囲内で、且つ、炭素層間距離が０．３６〜０．３８ｎｍの範囲内の炭素材料である
組電池システム。
【請求項４】
請求項３に記載の組電池システムであって、
前記正極活物質及び前記負極活物質のうち少なくとも上記正極活物質が、前記炭素材料である
組電池システム。
【請求項１】
複数の単電池を列置方向に列置してなる組電池と、
上記組電池を上記列置方向に挟んで押圧する第１押圧部材及び第２押圧部材と、
上記第１押圧部材と上記第２押圧部材との間に位置し、上記組電池に対する押圧力を検知する押圧力検知手段と、
上記第１押圧部材と上記第２押圧部材との間に位置し、上記列置方向について自身の寸法を増減可能とする寸法増減体と、
上記押圧力検知手段により検知された上記押圧力に基づいて上記押圧力を制御する手段であって、上記寸法増減体の寸法を変動させることにより上記押圧力を制御する押圧力制御手段と、を備える
組電池システムであって、
上記寸法増減体は、自身の電圧変化により上記列置方向にかかる寸法が増減する電気化学セルであり、
上記押圧力制御手段は、上記電気化学セルの電圧を制御することにより上記電気化学セルの上記列置方向にかかる寸法を制御して、上記押圧力を制御する
組電池システム。
【請求項２】
請求項１に記載の組電池システムであって、
前記組電池は、主電源であり、
前記電気化学セルは、予備電源である
組電池システム。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の組電池システムであって、
前記電気化学セルは、正極活物質及び負極活物質を有し、
上記正極活物質及び上記負極活物質の少なくとも一方は、
比表面積が０．１〜１０００ｍ2／ｇの範囲内で、且つ、炭素層間距離が０．３６〜０．３８ｎｍの範囲内の炭素材料である
組電池システム。
【請求項４】
請求項３に記載の組電池システムであって、
前記正極活物質及び前記負極活物質のうち少なくとも上記正極活物質が、前記炭素材料である
組電池システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−２３８５１３（Ｐ２０１２−２３８５１３Ａ）
【公開日】平成２４年１２月６日（２０１２．１２．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０７５４５（Ｐ２０１１−１０７５４５）
【出願日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月６日（２０１２．１２．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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