CN113359041A - 二次电池的诊断装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于，正确地诊断二次电池的劣化主要原因是电极劣化造成的，还是电解质劣化造成的。为了解决上述问题，本发明的二次电池的诊断装置，诊断输送锂离子的电解质由固体形成的全固体电池，具备：切断手段，其切断被连接于充电电路或放电电路上的二次电池的充电电流或放电电流；测量手段，其测量被前述切断手段切断充电电流或放电电流后，随着时间经过的前述二次电池的端子电压的变动特性；及，诊断手段，其对根据由前述测量手段测得的前述二次电池的端子电压的测定值而特定的充放电特性、与以初始值作为标准的二次电池的标准特性的电压的变化速度或变化量进行比较，并诊断前述二次电池的劣化主要原因。

Description

二次电池的诊断装置
技术领域
本发明涉及一种二次电池的诊断装置。
背景技术
在以往的二次电池的诊断装置中，诊断手段基于隔膜的厚度与离子的扩散系数，算出正常的二次电池中的刚刚切断电流后的端子电压的下降速度或上升速度，并对诊断对象也就是二次电池比较实测的刚刚切断电流后的端子电压的下降速度或上升速度，由此，判断是否劣化(例如专利文献1)。
因此，存在以下问题，即为了对二次电池比较实测的刚刚切断电流后的端子电压的下降速度或上升速度，在诊断出二次电池的状态之前需要相当长的时间，虽然是原本必须禁止快速充电的状态，仍继续快速充电作业导致二次电池主体发热并损伤。
[先前技术文献]
(专利文献)
专利文献1：日本特开2014-6189号公报
发明内容
[发明所要解决的问题]
输送锂离子的电解质是由固体形成的全固体电池也就是二次电池，与使用电解液的电池不同，具备不易产生电解质中的离子浓度差的特性。
本发明是鉴于上述背景技术而形成的，其目的在于提供一种装置，能够容易地区分并正确地诊断电解质是由利用固体形成的全固体电池构成的二次电池的劣化主要原因是电极劣化造成的，还是固体的电解质的劣化造成的。
[解决问题的技术手段]
本发明人发现，在切断电解质是由利用固体形成的全固体电池构成的二次电池的充电电流或放电电流之后，在特定时间内收集二次电池的端子电压的变动，且将该变动与预先建模并存储的端子电压的变动特性模型进行比较，由此，可以特定二次电池的劣化主要原因，从而完成本发明。
本发明是一种二次电池的诊断装置，具备：切断手段，其切断被连接于充电电路或放电电路上的二次电池的充电电流或放电电流；测量手段，其测量被前述切断手段切断充电电流或放电电流后，随着时间经过的前述二次电池的端子电压的变动特性；及，诊断手段，其对根据由前述测量手段测得的前述二次电池的端子电压的测定值而特定的充放电特性、与以初始值作为标准的二次电池的标准特性的电压的变化速度或变化量进行比较，并诊断前述二次电池的劣化主要原因。
(发明的效果)
根据本发明，能够正确地诊断二次电池的劣化主要原因是电极劣化造成的，还是电解质劣化造成的。
附图说明
图1是说明本发明的二次电池的诊断装置的结构的方块图。
图2是绘示存储于图1所示的存储部中的劣化诊断模型的特性的图。
图3是说明示出本实施方式的二次电池的劣化状态的诊断处理的流程图。
图4是说明示出本实施方式的二次电池的劣化状态的诊断处理的流程图。
图5是绘示存储于图1所示的存储部中的劣化诊断模型的特性的图。
具体实施方式
[第1实施方式]
图1是说明示出本实施方式的二次电池的诊断装置的结构的特性图。本实施方式中应用的全固体电池是以锂离子电池(以下仅称作二次电池)为例。在本实施方式中，以二次电池是输送锂离子的电解质由固体形成的全固体电池为例进行说明。
在图1中，作为切断手段的电流切断部1，切断被连接于充电电路11或放电电路12上的充电中或放电中的二次电池10的充电电流或放电电流。电压测量部2，将被电流切断部1切断充电电流或放电电流后的二次电池10的端子电压进行A/D转换并持续地测量。充电控制部13，选择充电电路11或放电电路12中的任一个，切换对二次电池10进行充电处理或放电处理。
诊断部3，基于藉由作为测量手段的电压测量部2而测得的端子电压的随时间变动，来诊断该二次电池10的劣化。具体地说，作为诊断手段的诊断部3具备存储部3A，所述存储部3A存储与对未劣化的二次电池充电所获得的充电特性(标准特性)对应的充电数据，所述充电数据用于将时间的经过建模并对比，由此，判断二次电池的劣化主要原因是基于电解质的劣化，还是由电极的劣化造成的。
此外，诊断部3是由微处理器和CPU等的器件构成，诊断程序存储于电可擦可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory；EEPROM)等之中，随机存取存储器(Random Access Memory；RAM)上存储有诊断程序与示出由电压测量部2测得的放电特性的数据。
图2是绘示存储于图1所示的存储部3A中的劣化诊断模型的充放电切断特性的概念的图。此外，图中的时间轴是针对后述的标准特性A、成为诊断的对象的二次电池的电压变动特性B、C，示出共同的情况。另外，本例示出刚刚切断放电电流后的二次电池10的充放电特性。此处，标准特性A是在图中以实线绘示的特性。电压变动特性B是在图中以点划线绘示的特性。电压变动特性C是在图中以虚线绘示的特性。
在图2中，纵轴示出劣化后的二次电池10的端子电压值。
在本实施方式中，劣化前的标准特性A，预先将充电特性加以数据化并蓄积于存储部3A。此外，充电特性构成为可存储多个，以根据电池容量等而优化。
当基于藉由电压测量部2测得的端子电压(充电电压)的随时间变动，来诊断该二次电池10的劣化时，对根据二次电池的端子电压的测定值而特定的充电特性B、与以初始值作为标准的二次电池的标准特性A的充电电压的变化速度进行比较，当判断出在图中的0.1～600sec的充放电特性所示出的充电电压的变化速度(与充放电特性B对应的电压的变化速度)，比标准特性A所示出的充电电压的变化速度缓慢时，将诊断中的二次电池10的劣化的主要原因诊断为是由二次电池10的电极的劣化造成的。
另一方面，对根据二次电池10的端子电压的测定值而特定的充电特性、与以初始值作为标准的二次电池的标准特性A的充电电压的变化速度进行比较，当判断出刚刚切断电流后的电压变动之中的0～0.1sec的变化量(与充放电特性C对应的电压的变化量)，比标准特性A所示出的变化量大时，将诊断中的二次电池10的劣化主要原因诊断为是由电解质的劣化造成的。
此外，二次电池10有时是电极劣化与电解质劣化同时发生，有时是电极劣化与电解质劣化分别发生。具体地说，诊断部3基于后述流程图进行判断。
图3是绘示示出本实施方式的二次电池的劣化诊断装置的控制步骤的流程图。此外，ST1～ST10示出各个步骤，各个步骤是将存储于上述EEPROM中的控制程序加载至RAM中并执行而实现的。以下，对将根据测得的二次电池的端子电压的测定值而特定的充电特性B、与以初始值作为标准的二次电池的标准特性A进行比较并说明诊断二次电池10的劣化主要原因的处理。另外，示出以初始值作为标准的二次电池的标准特性A的电压值的数据，被存储于存储部3A。
开始从充电电路11向二次电池10的充电(ST1)。继续充电，直至电压测量部2测得的二次电池10的端子电压达到充满电的电压(ST2)。而且，当二次电池10充满电时，放电电路12开始二次电池10的放电(ST3)。而且，电压测量部2将二次电池10的端子电压的变动状态的测量数据随着时间经过一起蓄积于存储器2A上(ST4)。接着，电流切断部1控制放电电路12，切断二次电池10的放电电流(ST5)。
接着，利用未图示的计时器等，确认已经过特定时间后(ST6)，诊断部3，对预先存储于存储器3A中的正常的二次电池的标准特性A、根据已蓄积于存储器2A中的示出二次电池10的端子电压的变动状态的二次电池的端子电压的测定值而特定的充电特性B、及以初始值作为标准的二次电池的标准特性A的刚刚切断电流后的电压变化速度进行比较，判断0.1～600sec的电压变化速度(与充放电特性B对应的电压变化速度)是否比标准特性A的变化速度缓慢(ST7)。
此处，诊断部3当判断出充放电特性B的电压的时间变化速度比标准特性A的电压的时间变化速度缓慢时，将二次电池10的劣化主要原因诊断为是由电极劣化造成的(ST8)，结束处理。
另一方面，在ST7中，当诊断部3判断出充放电特性B的电压的时间变化速度不比标准特性A的电压的时间变化速度缓慢时，前进至ST9，诊断部3对以初始值作为标准的二次电池的标准特性A与充放电特性的充电电压的变化量进行比较。在本实施方式中，当诊断部3判断出充放电特性的刚刚切断电流后的电压变动之中的0～0.1sec的电压的变化量(与充电特性C对应的电压的变化量)，比标准特性A所示的电压的变化量大时，前进至ST10，诊断部3将诊断中的二次电池10的劣化主要原因诊断为是由电解质的劣化造成的。接着，在ST11中，将基于充放电特性B或充放电特性C的电压变动的数据容纳于未图示的数据库DB中，结束处理。
在ST9中，诊断部3对以初始值作为标准的二次电池的标准特性A与充放电特性的充电电压的电压变动的变化量进行比较，当判断刚刚切断电流后的电压变动之中的0～0.1sec的变化量比标准特性A所示的电压的变化量小时，结束处理。
此外，当根据充放电特性判断出电解质发生劣化时，此后可能以快速充电模式对充电器充电。
[第1实施方式的效果]
根据本实施方式，对基于根据由全固体电池构成的二次电池的端子电压的测定值而特定的充放电特性的电压变动特性、与以初始值作为标准的二次电池的标准特性进行比较，能够正确地诊断二次电池的劣化主要原因是由二次电池的电极的劣化造成的，还是由电解质的劣化造成的。
[第2实施方式]
在上述实施方式中，对识别诊断二次电池的劣化主要原因是由二次电池的极的劣化造成的，还是由电解质的劣化造成的情况进行了说明，但是当在上述ST8中，诊断部3将二次电池10的劣化主要原因特定为是由二次电池的电极的劣化造成时，可以施加控制将针对该二次电池10的充电模式从快速充电模式切换成一般充电模式。
图4是绘示示出本实施方式的二次电池的劣化诊断装置的控制步骤的流程图。此外，ST1～ST12示出各个步骤，各个步骤是将存储于上述EEPROM中的控制程序加载至RAM中并执行而实现的，对与图4的处理相同的处理，标注相同的步骤编号并省略说明。
在ST8中，当诊断部3将二次电池10的劣化主要原因判断为是由电极劣化造成的时，诊断部3指示充电控制部13禁止快速充电模式作为从下次以后的充电模式(ST12)，并结束本处理。
根据本处理，作为从下次以后的充电模式，充电控制部13可以控制禁止快速充电模式并使一般充电模式优先。
此外，诊断部3可以构成为经由接口(interface)向外部装置或外部的显示装置通知二次电池10的诊断结果。
[第2实施方式的效果]
根据本实施方式，能够在适当的时机避免加重二次电池的劣化的快速充电，延长电池寿命并且继续通常速度的充电。
[第3实施方式]
此外，在本实施方式中，作为使二次电池充电的环境，虽然假设二次电池自身不移动的环境，但也可以构成为能够在将全固体电池也就是二次电池装载在移动体上的环境中实施充电。
[第3实施方式的效果]
根据本实施方式，也可以构成为能够在移动体例如车载的二次电池中应用本发明，限制二次电池劣化的充电，延长二次电池的交换时期。
本实施方式的揭示只是一例，由于可以将本发明应用在使用二次电池的电子设备中，因此，可以假设各种组合。
[第4实施方式]
此外，在上述实施方式中，本实施方式，针对将二次电池10与充电设备等连接且切断放电电流时，对全固体电池也就是二次电池进行诊断的情况进行了说明，但也可以构成为针对将二次电池10与充电设备等连接且切断充电电流时，对全固体电池也就是二次电池进行诊断。
图5是绘示存储于图1所示的存储部3A中的劣化诊断模型的充电时切断特性的概念的图。此外，图中的时间轴是针对后述的标准特性A、成为诊断的对象的二次电池刚刚充电后的充放电特性B、C，示出共同的情况。本例示出刚刚切断充电电流后的二次电池10的充放电特性。此处，标准特性A是在图中以实线绘示的特性。充放电特性B是在图中以点划线绘示的特性。充放电特性C是在图中以虚线绘示的特性。
在图5中，充放电特性B与电极劣化的特性对应，充放电特性C与电解质劣化的特性对应。
此外，在本实施方式的情况下，图3、图4所示的处理中的诊断部3的诊断，进行与充电相反的处理。
[第4实施方式的效果]
根据本实施方式，对基于根据全固体电池也就是二次电池的端子电压的测定值而特定的充放电特性的电压变动特性、与以初始值作为标准的二次电池的标准特性进行比较，能够正确地诊断二次电池的劣化主要原因是由二次电池的电极的劣化造成的，还是由电解质的劣化造成的。
附图标记
1 电流切断部(切断手段)
2 电压测量部(测量手段)
3 诊断部(诊断手段)
10 二次电池
11 充电电路
12 放电电路
13 充电控制部

Claims (8)

1.一种二次电池的诊断装置，特征在于，具备：
切断手段，其切断被连接于充电电路或放电电路上的二次电池的充电电流或放电电流；
测量手段，由测量被前述切断手段切断充电电流或放电电流后，随着时间经过的前述二次电池的端子电压的变动特性；及，
诊断手段，其对根据由前述测量手段测得的前述二次电池的端子电压的测定值而特定的充放电特性、与以初始值作为标准的二次电池的标准特性的电压的变化速度或变化量进行比较，并诊断前述二次电池的劣化主要原因。
2.根据权利要求1所述的二次电池的诊断装置，其中，前述二次电池是输送锂离子的电解质由固体形成的全固体电池。
3.根据权利要求1所述的二次电池的诊断装置，其中，前述诊断手段，对根据前述二次电池的端子电压的测定值而特定的充放电特性、与以初始值作为标准的二次电池的标准特性的电压的变化速度进行比较，当判断出刚刚切断电流后的电压的变化速度比前述标准特性所示出的电压的变化速度缓慢时，将诊断中的前述二次电池的劣化的主要原因诊断为是由前述二次电池的电极的劣化造成的。
4.根据权利要求1所述的二次电池的诊断装置，其中，前述诊断手段，对根据前述二次电池的端子电压的测定值而特定的充放电特性、二次电池的标准特性、及刚刚切断电流后的电压在0.1～600sec的电压变动的变化速度进行比较，当判断出刚刚切断电流后的电压的变化速度比前述标准特性所示出的电压的变化速度缓慢时，将诊断中的前述二次电池的劣化的主要原因诊断为是由前述二次电池的电极的劣化造成的。
5.根据权利要求1所述的二次电池的诊断装置，其中，前述诊断手段，在判断根据前述二次电池的端子电压的测定值而特定的充放电特性、与以初始值作为标准的二次电池的标准特性的电压的刚刚切断电流后的电压变动之中的0～0.1sec的变化量比标准特性所示出的变化量大时，将诊断中的二次电池的劣化主要原因诊断为是由电解质的劣化造成的。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的二次电池的诊断装置，其中，当前述诊断手段将诊断中的前述二次电池的劣化的主要原因诊断为是由前述二次电池的电极的劣化造成时，前述充电电路不对前述二次电池执行快速充电。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的二次电池的诊断装置，其中，前述二次电池是锂离子电池。
8.根据权利要求6所述的二次电池的诊断装置，其中，前述二次电池是锂离子电池。
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