JP2010218877A - Lithium ion secondary battery, battery system and hybrid automobile - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、リチウムイオン二次電池、このリチウムイオン二次電池を備えた電池システム、及び、この電池システムを備えたハイブリッド自動車に関する。 The present invention relates to a lithium ion secondary battery, a battery system including the lithium ion secondary battery, and a hybrid vehicle including the battery system.
リチウムイオン二次電池は、携帯機器の電源として、また、電気自動車やハイブリッド自動車などの電源として注目されている。近年、リチウムイオン二次電池として、第1電極板(例えば正極板)、第2電極板(例えば負極板)、及びセパレータを捲回してなる電極体であって、第1電極板の活物質塗工部と第2電極板の活物質塗工部とセパレータとが重なり合う発電部を有する電極体と、これを収容する電池ケースとを備えるリチウムイオン二次電池が提案されている(例えば、特許文献1〜3参照)。 Lithium ion secondary batteries are attracting attention as power sources for portable devices and as power sources for electric vehicles and hybrid vehicles. In recent years, as a lithium ion secondary battery, an electrode body formed by winding a first electrode plate (for example, a positive electrode plate), a second electrode plate (for example, a negative electrode plate), and a separator, A lithium ion secondary battery has been proposed that includes an electrode body having a power generation section in which a working section, an active material coating section of a second electrode plate, and a separator overlap each other, and a battery case that accommodates the electrode body (for example, Patent Documents). 1-3).
ところで、特許文献1〜3のリチウムイオン二次電池では、その使用(充放電)に伴って、発電部において、非水電解液のLiイオン濃度に偏りが生じることがあった。具体的には、例えば、放電電流値に比べて充電電流値を大きくして(充電電流をハイレートにして)充放電を繰り返すと、電極体をその軸線方向について見たとき、発電部の一端部及び他端部に含まれる非水電解液のLiイオン濃度が上昇し、一方、発電部の中央部に含まれる非水電解液のLiイオン濃度が低下し、発電部において非水電解液のLiイオン濃度に偏りが生じてしまう。反対に、充電電流値に比べて放電電流値を大きくして(放電電流をハイレートにして)充放電を繰り返すと、電極体をその軸線方向について見たとき、発電部の一端部及び他端部に含まれる非水電解液のLiイオン濃度が低下し、一方、発電部の中央部に含まれる非水電解液のLiイオン濃度が上昇し、発電部において非水電解液のLiイオン濃度に偏りが生じてしまう。 By the way, in the lithium ion secondary battery of patent documents 1-3, with the use (charging / discharging), in the electric power generation part, the non-aqueous electrolyte Li ion concentration might be biased. Specifically, for example, when charging / discharging is repeated with a charging current value larger than the discharging current value (with a high charging current), when the electrode body is viewed in its axial direction, one end of the power generation unit And the Li ion concentration of the non-aqueous electrolyte contained in the other end increases, while the Li ion concentration of the non-aqueous electrolyte contained in the central portion of the power generation unit decreases, and the Li ion of the non-aqueous electrolyte in the power generation unit The ion concentration is biased. Conversely, when the discharge current value is made larger than the charge current value (with the discharge current at a high rate) and charging and discharging are repeated, when the electrode body is viewed in its axial direction, one end and the other end of the power generation unit The Li ion concentration of the non-aqueous electrolyte contained in the non-aqueous electrolyte is decreased, while the Li ion concentration of the non-aqueous electrolyte contained in the central portion of the power generation unit is increased and biased to the Li ion concentration of the non-aqueous electrolyte in the power generation unit. Will occur.
このように、発電部において非水電解液のLiイオン濃度に偏りが生じると、リチウムイオン二次電池の内部抵抗が上昇してしまう。詳細には、電極体の軸線方向について発電部の一端部及び他端部に含まれる非水電解液のLiイオン濃度と、電極体の軸線方向について発電部の中央部に含まれる非水電解液のLiイオン濃度との濃度差が大きくなるにしたがって、リチウムイオン二次電池の内部抵抗が上昇してしまう。このため、リチウムイオン二次電池の使用に伴って、発電部の一端部及び他端部に含まれる非水電解液のLiイオン濃度と、発電部の中央部に含まれる非水電解液のLiイオン濃度との濃度差が大きくなり、リチウムイオン二次電池の出力が大きく低下してしまうことがあった。 As described above, when the Li ion concentration of the non-aqueous electrolyte is biased in the power generation unit, the internal resistance of the lithium ion secondary battery is increased. Specifically, the Li ion concentration of the nonaqueous electrolyte contained in one end and the other end of the power generation unit in the axial direction of the electrode body, and the nonaqueous electrolyte contained in the central portion of the power generation unit in the axial direction of the electrode body As the concentration difference from the Li ion concentration increases, the internal resistance of the lithium ion secondary battery increases. For this reason, with the use of a lithium ion secondary battery, the Li ion concentration of the non-aqueous electrolyte contained in one end and the other end of the power generation unit and the Li ion of the non-aqueous electrolyte contained in the center of the power generation unit The concentration difference with the ion concentration becomes large, and the output of the lithium ion secondary battery may be greatly reduced.
本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、発電部における非水電解液のLiイオン濃度の偏りを抑制し、電池の内部抵抗の上昇を抑制することができるリチウムイオン二次電池、電池システム、及びハイブリッド自動車を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the present situation, and is a lithium ion secondary battery that can suppress a deviation in the Li ion concentration of the non-aqueous electrolyte in the power generation unit and suppress an increase in the internal resistance of the battery. An object is to provide a battery system and a hybrid vehicle.
本発明の一態様は、第1電極板、第2電極板、及びセパレータを捲回してなる電極体であって、上記第1電極板の活物質塗工部と上記第2電極板の活物質塗工部と上記セパレータとが重なり合う発電部を有する電極体と、Li塩を含有する非水電解液であって、上記発電部の内部に含まれる非水電解液と、上記電極体の軸線方向について上記発電部の一端部に配置され、上記発電部の上記一端部に含まれる上記非水電解液に接触する第1の測定電極と、上記軸線方向について上記発電部の中央部に配置され、上記発電部の上記中央部に含まれる上記非水電解液に接触する第2の測定電極と、を備えるリチウムイオン二次電池である。 One aspect of the present invention is an electrode body formed by winding a first electrode plate, a second electrode plate, and a separator, wherein the active material coating portion of the first electrode plate and the active material of the second electrode plate An electrode body having a power generation section in which a coating section and the separator overlap, a non-aqueous electrolyte containing a Li salt, and a non-aqueous electrolyte contained inside the power generation section, and an axial direction of the electrode body A first measuring electrode that is disposed at one end of the power generation unit and is in contact with the non-aqueous electrolyte contained in the one end of the power generation unit, and a central portion of the power generation unit with respect to the axial direction, A lithium ion secondary battery comprising: a second measurement electrode in contact with the non-aqueous electrolyte contained in the central portion of the power generation unit.
上述のリチウムイオン二次電池は、電極体の軸線方向(軸線が延びる方向)について発電部の一端部に配置されて、発電部の一端部に含まれる非水電解液に接触する第1の測定電極を有している。従って、第1の測定電極によって、発電部の一端部に含まれる非水電解液のLiイオン濃度に応じた電位を測定することができる。さらに、上述のリチウムイオン二次電池は、電極体の軸線方向について発電部の中央部に配置されて、発電部の中央部に含まれる非水電解液に接触する第2の測定電極を有している。従って、第2の測定電極において、発電部の中央部に含まれる非水電解液のLiイオン濃度に応じた電位を測定することができる。 The above-described lithium ion secondary battery is arranged at one end of the power generation unit in the axial direction of the electrode body (the direction in which the axis extends), and is in contact with the nonaqueous electrolyte contained in the one end of the power generation unit. It has an electrode. Therefore, the potential according to the Li ion concentration of the non-aqueous electrolyte contained in one end of the power generation unit can be measured by the first measurement electrode. Furthermore, the above-described lithium ion secondary battery has a second measurement electrode that is disposed in the central portion of the power generation unit in the axial direction of the electrode body and contacts the non-aqueous electrolyte contained in the central portion of the power generation unit. ing. Therefore, in the second measurement electrode, the potential according to the Li ion concentration of the non-aqueous electrolyte contained in the central portion of the power generation unit can be measured.
このため、第2の測定電極と第1の測定電極との間の電位差ΔV21は、発電部の一端部に含まれる非水電解液のLiイオン濃度(以下、第1濃度ともいう)と発電部の中央部に含まれる非水電解液のLiイオン濃度(以下、第2濃度ともいう)との濃度差に応じた電位差になる。従って、上述のリチウムイオン二次電池について、電位差ΔV21を測定し、この電位差ΔV21に基づいて、リチウムイオン二次電池の充電電流及び放電電流を制御することで、発電部における非水電解液のLiイオン濃度の偏りを抑制することが可能になる。これにより、リチウムイオン二次電池の内部抵抗の上昇を抑制し、電池の出力低下を抑制することができる。 For this reason, the potential difference ΔV21 between the second measurement electrode and the first measurement electrode is the Li ion concentration (hereinafter also referred to as the first concentration) of the non-aqueous electrolyte contained in one end of the power generation unit and the power generation unit. The potential difference according to the concentration difference from the Li ion concentration (hereinafter also referred to as the second concentration) of the non-aqueous electrolyte contained in the central portion of the electrode. Therefore, for the above-described lithium ion secondary battery, the potential difference ΔV21 is measured, and based on the potential difference ΔV21, the charging current and the discharging current of the lithium ion secondary battery are controlled. It becomes possible to suppress the deviation of the ion concentration. Thereby, the raise of the internal resistance of a lithium ion secondary battery can be suppressed, and the output fall of a battery can be suppressed.
例えば、上述のリチウムイオン二次電池について、以下のように充放電制御すると良い。まず、第2の測定電極と第1の測定電極との間の電位差ΔV21を測定する。次いで、この電位差ΔV21が、第1濃度と第2濃度との濃度差(以下、濃度差ΔC21ともいう)が閾値(例えば0.6mol/L)を上回っているときに得られる電位差値であるか否かを判断する。さらに、電位差ΔV21に基づいて、第1濃度が第2濃度より高いか否かを判断する。なお、電位差ΔV21と濃度差ΔC21(第1濃度と第2濃度との濃度差)との相関を、実験等により予め把握しておくことで、濃度差ΔC21が閾値(例えば0.6mol/L)を上回っているときに得られる電位差ΔV21を把握することができる。 For example, the above-described lithium ion secondary battery may be subjected to charge / discharge control as follows. First, the potential difference ΔV21 between the second measurement electrode and the first measurement electrode is measured. Next, whether this potential difference ΔV21 is a potential difference value obtained when the concentration difference between the first concentration and the second concentration (hereinafter also referred to as concentration difference ΔC21) exceeds a threshold value (for example, 0.6 mol / L). Judge whether or not. Further, based on the potential difference ΔV21, it is determined whether or not the first concentration is higher than the second concentration. The correlation between the potential difference ΔV21 and the concentration difference ΔC21 (concentration difference between the first concentration and the second concentration) is obtained in advance through experiments or the like, so that the concentration difference ΔC21 is a threshold value (for example, 0.6 mol / L). It is possible to grasp the potential difference ΔV21 obtained when the value exceeds.
電位差ΔV21が、濃度差ΔC21が閾値(例えば0.6mol/L)を上回っているときに得られる電位差値であると判断し、且つ、第1濃度が第2濃度よりも高いと判断した場合は、リチウムイオン二次電池の放電時における放電電流の上限値を低減させる制御を行う。このように、放電電流値を抑制する(すなわち、相対的に充電電流値を大きくする)制御を行うことで、第1濃度を低下させ、第2濃度を上昇させることができる。これにより、濃度差ΔC21を閾値(例えば0.6mol/L)以下とし、発電部における非水電解液のLiイオン濃度の偏りを抑制することができる。従って、リチウムイオン二次電池の内部抵抗の上昇を抑制し、電池の出力低下を抑制することができる。 When it is determined that the potential difference ΔV21 is a potential difference value obtained when the concentration difference ΔC21 exceeds a threshold (for example, 0.6 mol / L), and the first concentration is determined to be higher than the second concentration Then, control is performed to reduce the upper limit value of the discharge current when discharging the lithium ion secondary battery. Thus, by controlling the discharge current value (that is, relatively increasing the charging current value), the first concentration can be lowered and the second concentration can be raised. Thereby, concentration difference (DELTA) C21 can be made into a threshold value (for example, 0.6 mol / L) or less, and the deviation of Li ion concentration of the nonaqueous electrolyte in a power generation part can be suppressed. Therefore, an increase in internal resistance of the lithium ion secondary battery can be suppressed, and a decrease in battery output can be suppressed.
一方、電位差ΔV21が、濃度差ΔC21が閾値(例えば0.6mol/L)を上回っているときに得られる電位差値であると判断し、且つ、第1濃度が第2濃度よりも低いと判断した場合は、リチウムイオン二次電池の充電時における充電電流の上限値を低減させる制御を行う。このように、充電電流値を抑制する(すなわち、相対的に放電電流値を大きくする)制御を行うことで、第1濃度を上昇させ、第2濃度を低下させることができる。これにより、濃度差ΔC21を閾値(例えば0.6mol/L)以下とし、発電部における非水電解液のLiイオン濃度の偏りを抑制することができる。従って、リチウムイオン二次電池の内部抵抗の上昇を抑制し、電池の出力低下を抑制することができる。 On the other hand, the potential difference ΔV21 is determined to be a potential difference value obtained when the concentration difference ΔC21 exceeds a threshold value (for example, 0.6 mol / L), and the first concentration is determined to be lower than the second concentration. In this case, control is performed to reduce the upper limit value of the charging current when the lithium ion secondary battery is charged. Thus, by controlling the charging current value (that is, relatively increasing the discharging current value), the first concentration can be increased and the second concentration can be decreased. Thereby, concentration difference (DELTA) C21 can be made into a threshold value (for example, 0.6 mol / L) or less, and the deviation of Li ion concentration of the nonaqueous electrolyte in a power generation part can be suppressed. Therefore, an increase in internal resistance of the lithium ion secondary battery can be suppressed, and a decrease in battery output can be suppressed.
なお、第1の測定電極及び第2の測定電極としては、LiFePO4、LiMnPO4、LiCoPO4、Li4Ti5O12等の活物質を有する測定電極や、Li金属からなる測定電極などを用いることができる。
また、第1の測定電極及び第2の測定電極は、発電部の内部(例えば、第2電極板とセパレータとの間)に配置しても良いし、発電部の外周面上に配置しても良い。
As the first measurement electrode and the second measurement electrode, a measurement electrode having an active material such as LiFePO 4 , LiMnPO 4 , LiCoPO 4 , Li 4 Ti 5 O 12 , a measurement electrode made of Li metal, or the like is used. be able to.
In addition, the first measurement electrode and the second measurement electrode may be arranged inside the power generation unit (for example, between the second electrode plate and the separator) or on the outer peripheral surface of the power generation unit. Also good.
さらに、上記のリチウムイオン二次電池であって、前記軸線方向について前記発電部の他端部に配置され、上記発電部の上記他端部に含まれる上記非水電解液に接触する第3の測定電極、を備えるリチウムイオン二次電池とすると良い。 Further, in the lithium ion secondary battery according to the third aspect, the lithium ion secondary battery is disposed at the other end of the power generation unit with respect to the axial direction, and is in contact with the non-aqueous electrolyte contained in the other end of the power generation unit. A lithium ion secondary battery including a measurement electrode is preferable.
上述のリチウムイオン二次電池は、第1の測定電極及び第2の測定電極に加えて、軸線方向について発電部の他端部(一端部と反対側の部位)に配置され、発電部の他端部に含まれる非水電解液に接触する第3の測定電極を備えている。 In addition to the first measurement electrode and the second measurement electrode, the above-described lithium ion secondary battery is disposed at the other end of the power generation unit in the axial direction (site opposite to the one end). A third measurement electrode is provided in contact with the non-aqueous electrolyte contained in the end.
このため、上述のリチウムイオン二次電池について、第2の測定電極と第1の測定電極との間の電位差ΔV21を測定すると共に、第2の測定電極と第3の測定電極との間の電位差ΔV23を測定し、電位差ΔV21と電位差ΔV23とに基づいて、発電部における非水電解液のLiイオン濃度の偏りを判断することで、電位差ΔV21のみに基づいて発電部における非水電解液のLiイオン濃度の偏りを判断する場合に比べて、判断の精度を高めることができる。この判断に基づいて、リチウムイオン二次電池の充電電流及び放電電流を制御することで、発電部における非水電解液のLiイオン濃度の偏りを適切に抑制することができる。これにより、リチウムイオン二次電池の内部抵抗の上昇を抑制し、電池の出力低下を抑制することができる。 Therefore, for the above-described lithium ion secondary battery, the potential difference ΔV21 between the second measurement electrode and the first measurement electrode is measured, and the potential difference between the second measurement electrode and the third measurement electrode is measured. By measuring ΔV23 and determining the deviation of the Li ion concentration of the non-aqueous electrolyte in the power generation unit based on the potential difference ΔV21 and the potential difference ΔV23, the Li ion of the non-aqueous electrolyte in the power generation unit based only on the potential difference ΔV21 Compared with the case of determining the density deviation, the accuracy of the determination can be increased. Based on this determination, by controlling the charging current and discharging current of the lithium ion secondary battery, it is possible to appropriately suppress the deviation of the Li ion concentration of the non-aqueous electrolyte in the power generation unit. Thereby, the raise of the internal resistance of a lithium ion secondary battery can be suppressed, and the output fall of a battery can be suppressed.
例えば、上述のリチウムイオン二次電池について、以下のように充放電制御すると良い。まず、電位差ΔV21及び電位差ΔV23を測定する。次いで、電位差ΔV21が、濃度差ΔC21が閾値(例えば0.6mol/L)を上回っているときに得られる電位差値であるか否かを判断する。さらに、電位差ΔV21に基づいて、第1濃度が第2濃度より高いか否かを判断する。さらに、電位差ΔV23が、発電部の他端部に含まれる非水電解液のLiイオン濃度である第3濃度と前記第2濃度との濃度差(以下、濃度差ΔC23ともいう)が上記閾値(例えば0.6mol/L)を上回っているときに得られる電位差値であるか否かを判断する。電位差ΔV21が、濃度差ΔC21が閾値(例えば0.6mol/L)を上回っているときに得られる電位差値であり、且つ、電位差ΔV23が、濃度差ΔC23が閾値(例えば0.6mol/L)を上回っているときに得られる電位差値である場合に限り、以下のようにして充電電流または放電電流を制御する。 For example, the above-described lithium ion secondary battery may be subjected to charge / discharge control as follows. First, the potential difference ΔV21 and the potential difference ΔV23 are measured. Next, it is determined whether or not the potential difference ΔV21 is a potential difference value obtained when the concentration difference ΔC21 exceeds a threshold value (for example, 0.6 mol / L). Further, based on the potential difference ΔV21, it is determined whether or not the first concentration is higher than the second concentration. Further, the potential difference ΔV23 is the concentration difference between the third concentration, which is the Li ion concentration of the non-aqueous electrolyte contained in the other end of the power generation unit, and the second concentration (hereinafter also referred to as the concentration difference ΔC23). For example, it is determined whether or not the potential difference value is obtained when it exceeds 0.6 mol / L). The potential difference ΔV21 is a potential difference value obtained when the concentration difference ΔC21 exceeds a threshold value (for example, 0.6 mol / L), and the potential difference ΔV23 has a concentration difference ΔC23 that exceeds the threshold value (for example, 0.6 mol / L). Only when the potential difference value is obtained when the value exceeds the value, the charging current or discharging current is controlled as follows.
第1濃度が第2濃度よりも高い場合は、リチウムイオン二次電池の放電時における放電電流の上限値を低減させる制御を行う。このように、放電電流値を抑制する(すなわち、相対的に充電電流値を大きくする)制御を行うことで、第1濃度及び第3濃度を低下させ、第2濃度を上昇させることができる。これにより、濃度差ΔC21及び濃度差ΔC23を閾値(例えば0.6mol/L)以下とし、発電部における非水電解液のLiイオン濃度の偏りを抑制することができる。従って、リチウムイオン二次電池の内部抵抗の上昇を抑制し、電池の出力低下を抑制することができる。 When the first concentration is higher than the second concentration, control is performed to reduce the upper limit value of the discharge current when the lithium ion secondary battery is discharged. Thus, by controlling the discharge current value (that is, relatively increasing the charging current value), the first concentration and the third concentration can be decreased and the second concentration can be increased. Thereby, concentration difference (DELTA) C21 and concentration difference (DELTA) C23 can be made into a threshold value (for example, 0.6 mol / L) or less, and the deviation of Li ion concentration of the nonaqueous electrolyte in a power generation part can be suppressed. Therefore, an increase in internal resistance of the lithium ion secondary battery can be suppressed, and a decrease in battery output can be suppressed.
一方、第1濃度が第2濃度よりも低いと判断した場合は、リチウムイオン二次電池の充電時における充電電流の上限値を低減させる制御を行う。このように、充電電流値を抑制する(すなわち、相対的に放電電流値を大きくする)制御を行うことで、第1濃度及び第3濃度を上昇させ、第2濃度を低下させることができる。これにより、濃度差ΔC21及び濃度差ΔC23を閾値(例えば0.6mol/L)以下とし、発電部における非水電解液のLiイオン濃度の偏りを抑制することができる。従って、リチウムイオン二次電池の内部抵抗の上昇を抑制し、電池の出力低下を抑制することができる。 On the other hand, when it is determined that the first concentration is lower than the second concentration, control is performed to reduce the upper limit value of the charging current during charging of the lithium ion secondary battery. As described above, by controlling the charging current value (that is, relatively increasing the discharging current value), the first concentration and the third concentration can be increased, and the second concentration can be decreased. Thereby, concentration difference (DELTA) C21 and concentration difference (DELTA) C23 can be made into a threshold value (for example, 0.6 mol / L) or less, and the deviation of Li ion concentration of the nonaqueous electrolyte in a power generation part can be suppressed. Therefore, an increase in internal resistance of the lithium ion secondary battery can be suppressed, and a decrease in battery output can be suppressed.
なお、第3の測定電極としては、LiFePO4、LiMnPO4、LiCoPO4、Li4Ti5O12等の活物質を有する測定電極や、Li金属からなる測定電極などを用いることができる。
また、第3の測定電極は、発電部の内部(例えば、第2電極板とセパレータとの間)に配置しても良いし、発電部の外周面上に配置しても良い。
As the third measurement electrode, a measurement electrode having an active material such as LiFePO 4 , LiMnPO 4 , LiCoPO 4 , Li 4 Ti 5 O 12 , a measurement electrode made of Li metal, or the like can be used.
Further, the third measurement electrode may be disposed inside the power generation unit (for example, between the second electrode plate and the separator) or may be disposed on the outer peripheral surface of the power generation unit.
さらに、上記いずれかのリチウムイオン二次電池であって、前記測定電極は、LiFePO4、LiMnPO4、LiCoPO4、及びLi4Ti5O12のいずれかで表される活物質を有する測定電極であるリチウムイオン二次電池とすると良い。 Furthermore, in any one of the above lithium ion secondary batteries, the measurement electrode is a measurement electrode having an active material represented by any one of LiFePO 4 , LiMnPO 4 , LiCoPO 4 , and Li 4 Ti 5 O 12. A lithium ion secondary battery is preferable.
上述のリチウムイオン二次電池では、測定電極として、LiFePO4、LiMnPO4、LiCoPO4、及びLi4Ti5O12のいずれかで表される活物質を有する測定電極を用いている。ここで、「測定電極」とは、当該リチウムイオン二次電池に設けられている全ての測定電極をいい、第1の測定電極及び第2の測定電極を含み、さらに第3の測定電極を有する場合はこれも含む。 In the above-described lithium ion secondary battery, a measurement electrode having an active material represented by any one of LiFePO 4 , LiMnPO 4 , LiCoPO 4 , and Li 4 Ti 5 O 12 is used as a measurement electrode. Here, “measurement electrode” refers to all measurement electrodes provided in the lithium ion secondary battery, and includes a first measurement electrode and a second measurement electrode, and further includes a third measurement electrode. This is also included in cases.
LiFePO4、LiMnPO4、LiCoPO4、及びLi4Ti5O12のいずれかで表される活物質を有する測定電極(例えば、アルミニウム箔の表面にLiFePO4を含む電極合剤を積層したもの)では、Liに対する電位が、SOC(State Of Charge)20〜80%の範囲にわたって一定となる。このように、SOCの変動に拘わらず広いSOC範囲にわたってLiに対する電位が一定である測定電極を用いることで、電位差ΔV21(電位差ΔV23)を精度良く測定することができる。測定精度の高い電位差ΔV21(電位差ΔV23)に基づいて、前述のようにしてリチウムイオン二次電池の充電電流及び放電電流を制御することで、発電部における非水電解液のLiイオン濃度の偏りを適切に抑制することができる。 In a measurement electrode having an active material represented by any one of LiFePO 4 , LiMnPO 4 , LiCoPO 4 , and Li 4 Ti 5 O 12 (for example, an electrode mixture containing LiFePO 4 on the surface of an aluminum foil) , The potential with respect to Li becomes constant over a range of SOC (State Of Charge) of 20 to 80%. As described above, by using the measurement electrode in which the potential with respect to Li is constant over a wide SOC range regardless of the variation of the SOC, the potential difference ΔV21 (potential difference ΔV23) can be accurately measured. By controlling the charging current and discharging current of the lithium ion secondary battery as described above on the basis of the potential difference ΔV21 (potential difference ΔV23) with high measurement accuracy, the deviation of the Li ion concentration of the non-aqueous electrolyte in the power generation unit is controlled. It can be suppressed appropriately.
具体的には、例えば、この測定電極をSOC40〜60%(好ましくはSOC50%)の充電状態に設定しておけば、仮に、リチウムイオン二次電池の使用に伴って測定電極のSOCが多少変動したとしても、SOCの範囲が20〜80%の範囲から外れることはない。従って、当該測定電極の電位が当該測定電極のSOC変動の影響を受けることがないので、非水電解液のLiイオン濃度差に応じた電位差ΔV21(電位差ΔV23)を精度良く測定することができる。
Specifically, for example, if the measurement electrode is set to a charge state of SOC 40 to 60% (preferably
さらに、上記のリチウムイオン二次電池であって、前記測定電極は、SOC50%の充電状態に設定されてなるリチウムイオン二次電池とすると良い。
Furthermore, in the above lithium ion secondary battery, the measurement electrode may be a lithium ion secondary battery set in a
上述のリチウムイオン二次電池では、前記測定電極(LiFePO4、LiMnPO4、LiCoPO4、及びLi4Ti5O12のいずれかで表される活物質を有する測定電極)として、SOC50%の充電状態に設定された測定電極を用いている。このため、前述のように、電位差ΔV21(電位差ΔV23)を精度良く測定することができる。
なお、上述のリチウムイオン二次電池において、「測定電極」とは、当該リチウムイオン二次電池に設けられている全ての測定電極をいい、第1の測定電極及び第2の測定電極を含み、さらに第3の測定電極を有する場合はこれも含む。
In the above-described lithium ion secondary battery, the measurement electrode (measurement electrode having an active material represented by any one of LiFePO 4 , LiMnPO 4 , LiCoPO 4 , and Li 4 Ti 5 O 12 ) has a SOC of 50%. The measurement electrode set to is used. For this reason, as described above, the potential difference ΔV21 (potential difference ΔV23) can be accurately measured.
In the above lithium ion secondary battery, the “measurement electrode” refers to all measurement electrodes provided in the lithium ion secondary battery, and includes the first measurement electrode and the second measurement electrode. In addition, this includes a third measurement electrode.
さらに、上記いずれかのリチウムイオン二次電池であって、前記測定電極は、前記発電部の外周面上に配置されてなり、前記発電部は、各々の上記測定電極と対向する位置に、前記第1電極板と前記第2電極板との間に挟まれた前記セパレータのうち最も上記外周面側に位置する外周面側セパレータを、上記測定電極に向けて露出させる露出穴を構成する形態を有し、上記測定電極は、それぞれ、上記露出穴を通じて前記非水電解液と接触してなるリチウムイオン二次電池とすると良い。 Furthermore, in any one of the above lithium ion secondary batteries, the measurement electrode is disposed on an outer peripheral surface of the power generation unit, and the power generation unit is located at a position facing each of the measurement electrodes. A configuration in which an exposure hole is formed to expose an outer peripheral surface side separator located closest to the outer peripheral surface side of the separator sandwiched between the first electrode plate and the second electrode plate toward the measurement electrode. Each of the measurement electrodes may be a lithium ion secondary battery in contact with the non-aqueous electrolyte through the exposed hole.
上述のリチウムイオン二次電池では、測定電極を、発電部の外周面上に配置している。このように、測定電極を発電部の外周面上に配置するのは、測定電極を発電部の内部(例えば、第1電極板とセパレータとの間)に配置する場合に比べて、測定電極の配置が容易であるため、リチウムイオン二次電池の製造が容易となり、低コストとなる。 In the above-described lithium ion secondary battery, the measurement electrode is disposed on the outer peripheral surface of the power generation unit. As described above, the measurement electrode is disposed on the outer peripheral surface of the power generation unit as compared with the case where the measurement electrode is disposed inside the power generation unit (for example, between the first electrode plate and the separator). Since arrangement is easy, manufacture of a lithium ion secondary battery becomes easy and it becomes low cost.
また、上述のリチウムイオン二次電池では、発電部のうち測定電極と対向する位置に、外周面側セパレータを測定電極に向けて露出させる露出穴を設け、この露出穴を通じて、各々の測定電極を、発電部の内部に含まれる非水電解液と接触させている。具体的には、第1の測定電極は、露出穴(第1の露出穴とする)を通じて、発電部の一端部に含まれる非水電解液に接触する。また、第2の測定電極は、露出穴(第2の露出穴とする)を通じて、発電部の中央部に含まれる非水電解液に接触する。第3の測定電極を有する場合、第3の測定電極は、露出穴(第3の露出穴とする)を通じて、発電部の他端部に含まれる非水電解液に接触する。これにより、発電部の外周面上に設けた各測定電極によって、各部位(一端部、中央部、他端部)における非水電解液のLiイオン濃度に応じた電位を適切に測定することができる。 Further, in the above-described lithium ion secondary battery, an exposure hole that exposes the outer peripheral separator toward the measurement electrode is provided at a position facing the measurement electrode in the power generation unit, and each measurement electrode is passed through the exposure hole. The non-aqueous electrolyte contained in the power generation unit is contacted. Specifically, the first measurement electrode is in contact with the nonaqueous electrolyte contained in one end of the power generation unit through the exposure hole (referred to as the first exposure hole). Further, the second measurement electrode comes into contact with the non-aqueous electrolyte contained in the central portion of the power generation unit through the exposure hole (referred to as the second exposure hole). When it has a 3rd measurement electrode, a 3rd measurement electrode contacts the non-aqueous electrolyte contained in the other end part of an electric power generation part through an exposure hole (it is set as the 3rd exposure hole). Thereby, the electric potential according to the Li ion concentration of the non-aqueous electrolyte in each part (one end part, the center part, the other end part) can be appropriately measured by each measurement electrode provided on the outer peripheral surface of the power generation part. it can.
なお、上述のリチウムイオン二次電池において、「測定電極」とは、当該リチウムイオン二次電池に設けられている全ての測定電極をいい、第1の測定電極及び第2の測定電極を含み、さらに第3の測定電極を有する場合はこれも含む。 In the above lithium ion secondary battery, the “measurement electrode” refers to all measurement electrodes provided in the lithium ion secondary battery, and includes the first measurement electrode and the second measurement electrode. In addition, this includes a third measurement electrode.
さらに、上記のリチウムイオン二次電池であって、前記リチウムイオン二次電池は、前記電極体、前記非水電解液、及び前記測定電極を収容する直方体形状の電池ケースを有し、上記電池ケースは、上記電極体を挟んで対向する第1内側面及び第2内側面を有し、前記発電部は、前記軸線方向に直交する方向に切断した断面が長円状をなす扁平捲回型の発電部であり、上記発電部の前記外周面は、上記電池ケースの上記第1内側面と対向する平坦状の第1平坦部と、上記電池ケースの上記第2内側面と対向する平坦状の第2平坦部と、を有し、上記リチウムイオン二次電池に配置される全ての前記測定電極は、電気絶縁性を有する絶縁シートの間に挟まれて一体化され、厚み均一な1枚のシート状をなす一体型測定電極シートであって、上記発電部の上記第1平坦部の全面を覆うことが可能な形状の一体型測定電極シートを構成してなり、上記一体型測定電極シートは、上記発電部の上記第1平坦部の全面を覆って配置されてなるリチウムイオン二次電池とすると良い。 Furthermore, it is said lithium ion secondary battery, Comprising: The said lithium ion secondary battery has a rectangular parallelepiped battery case which accommodates the said electrode body, the said non-aqueous electrolyte, and the said measurement electrode, The said battery case Has a first inner surface and a second inner surface that face each other with the electrode body interposed therebetween, and the power generation unit is a flat wound type whose cross section cut in a direction perpendicular to the axial direction forms an oval shape. A power generation unit, and the outer peripheral surface of the power generation unit has a flat first surface that faces the first inner surface of the battery case and a flat surface that faces the second inner surface of the battery case. All the measurement electrodes arranged in the lithium ion secondary battery are sandwiched and integrated between insulating sheets having electrical insulation properties, and have a uniform thickness. An integrated measurement electrode sheet having a sheet shape, An integrated measurement electrode sheet having a shape capable of covering the entire surface of the first flat portion of the electric part is configured, and the integrated measurement electrode sheet covers the entire surface of the first flat portion of the power generation unit. The lithium ion secondary battery is preferably arranged.
上述のリチウムイオン二次電池は、直方体形状の電池ケース内に、断面長円状の扁平捲回型の発電部を有する電極体が収容され、発電部の第1平坦部が電池ケースの第1内側面と対向し、発電部の第2平坦部が電池ケースの第2内側面と対向しているリチウムイオン二次電池である。このようなリチウムイオン二次電池では、充電時に電極体が膨張すると、発電部の第1平坦部が電池ケースの第1内側面によって押圧されると共に、発電部の第2平坦部が電池ケースの第2内側面によって押圧される。 In the above-described lithium ion secondary battery, a rectangular parallelepiped battery case contains an electrode body having a flat wound type power generation unit with an elliptical cross section, and the first flat part of the power generation unit is the first of the battery case. The lithium ion secondary battery is opposed to the inner side surface, and the second flat portion of the power generation unit is opposed to the second inner side surface of the battery case. In such a lithium ion secondary battery, when the electrode body expands during charging, the first flat part of the power generation unit is pressed by the first inner surface of the battery case, and the second flat part of the power generation unit is It is pressed by the second inner surface.
このため、電極体の第1平坦部に部分的(一端部、中央部、他端部)に測定電極を配置して、第1平坦部のうち測定電極を配置しない部分については何も配置せずに露出させる形態とした場合、充電時に電極体が膨張したとき、電池ケースの第1内側面による発電部の第1平坦部への押圧力が不均一となる。具体的には、第1平坦部のうち測定電極を配置していない部分は、測定電極を配置している部分に比べて、測定電極の厚みの分だけ電池ケースの第1内側面から遠ざかっているので、第1平坦部のうち測定電極を配置していない部分では、測定電極を配置している部分に比べて押圧力が小さくなる。この影響で、充電ムラ等が生じ、電池の出力特性が低下する虞があった。 For this reason, the measurement electrode is partially disposed on the first flat portion of the electrode body (one end portion, the central portion, the other end portion), and nothing is disposed on the portion of the first flat portion where the measurement electrode is not disposed. When the electrode body is exposed without charging, when the electrode body expands during charging, the pressing force to the first flat portion of the power generation unit by the first inner surface of the battery case becomes non-uniform. Specifically, the portion of the first flat portion where the measurement electrode is not disposed is further away from the first inner surface of the battery case by the thickness of the measurement electrode than the portion where the measurement electrode is disposed. Therefore, in the portion where the measurement electrode is not disposed in the first flat portion, the pressing force is smaller than the portion where the measurement electrode is disposed. Due to this influence, charging unevenness and the like may occur, and the output characteristics of the battery may be deteriorated.
これに対し、上述のリチウムイオン二次電池では、リチウムイオン二次電池に配置される全ての測定電極を、厚み均一な1枚のシート状をなし、発電部の第1平坦部の全面を覆うことが可能な形状の一体型測定電極シートとして一体化させている。そして、この一体型測定電極シートを、発電部の第1平坦部の全面を覆うように配置している。これにより、充電時に電極体が膨張したとき、電池ケースの第1内側面による発電部の第1平坦部への押圧力を均一にすることができる。これにより、充電ムラ等を抑制し、電池の出力特性を良好にすることができる。 On the other hand, in the above-described lithium ion secondary battery, all the measurement electrodes arranged in the lithium ion secondary battery have a single sheet shape with a uniform thickness, and cover the entire surface of the first flat portion of the power generation unit. It is integrated as an integrated measurement electrode sheet having a shape that can be used. And this integrated measurement electrode sheet is arrange | positioned so that the whole surface of the 1st flat part of an electric power generation part may be covered. Thereby, when an electrode body expand | swells at the time of charge, the pressing force to the 1st flat part of the electric power generation part by the 1st inner surface of a battery case can be made uniform. Thereby, charging unevenness etc. can be suppressed and the output characteristic of a battery can be made favorable.
また、本発明の他の態様は、第1電極板、第2電極板、及びセパレータを捲回してなる電極体であって、上記第1電極板の活物質塗工部と上記第2電極板の活物質塗工部と上記セパレータとが重なり合う発電部を有する電極体と、Li塩を含有する非水電解液であって、上記発電部の内部に含まれる非水電解液と、上記電極体の軸線方向について上記発電部の一端部に配置され、上記発電部の上記一端部に含まれる上記非水電解液に接触する第1の測定電極と、上記軸線方向について上記発電部の中央部に配置され、上記発電部の上記中央部に含まれる上記非水電解液に接触する第2の測定電極と、を有するリチウムイオン二次電池と、上記第2の測定電極と上記第1の測定電極との間の電位差ΔV21を測定する電位差測定装置と、上記電位差ΔV21に基づいて、上記リチウムイオン二次電池の充電電流及び放電電流を制御する制御装置であって、上記電位差ΔV21が、上記発電部の上記一端部に含まれる上記非水電解液のLiイオン濃度である第1濃度と上記発電部の上記中央部に含まれる上記非水電解液のLiイオン濃度である第2濃度との濃度差が閾値を上回っているときに得られる電位差値である場合において、上記第1濃度が上記第2濃度よりも高いとき、上記リチウムイオン二次電池の放電時における放電電流の上限値を低減させる制御を行い、上記第1濃度が上記第2濃度よりも低いとき、上記リチウムイオン二次電池の充電時における充電電流の上限値を低減させる制御を行う制御装置と、を備える電池システムである。 Another aspect of the present invention is an electrode body formed by winding a first electrode plate, a second electrode plate, and a separator, wherein the active material coating portion of the first electrode plate and the second electrode plate An electrode body having a power generation section in which the active material coating section and the separator overlap, a non-aqueous electrolyte containing a Li salt, the non-aqueous electrolyte contained in the power generation section, and the electrode body A first measuring electrode that is disposed at one end of the power generation unit with respect to the axial direction and is in contact with the non-aqueous electrolyte contained in the one end of the power generation unit, and a central portion of the power generation unit with respect to the axial direction. A second measurement electrode that is disposed and contacts the non-aqueous electrolyte contained in the central portion of the power generation unit, a lithium ion secondary battery, the second measurement electrode, and the first measurement electrode A potential difference measuring device for measuring the potential difference ΔV21 between A control device that controls charging current and discharging current of the lithium ion secondary battery based on the difference ΔV21, wherein the potential difference ΔV21 is Li ion of the non-aqueous electrolyte contained in the one end of the power generation unit. A potential difference value obtained when the concentration difference between the first concentration, which is the concentration, and the second concentration, which is the Li ion concentration of the nonaqueous electrolyte contained in the central portion of the power generation unit, exceeds a threshold value When the first concentration is higher than the second concentration, control is performed to reduce the upper limit value of the discharge current during the discharge of the lithium ion secondary battery, and the first concentration is lower than the second concentration. And a control device that performs control to reduce the upper limit value of the charging current during charging of the lithium ion secondary battery.
上述の電池システムでは、リチウムイオン二次電池が、電極体の軸線方向について発電部の一端部に配置されて、発電部の一端部に含まれる非水電解液に接触する第1の測定電極を有している。さらに、このリチウムイオン二次電池は、電極体の軸線方向について発電部の中央部に配置されて、発電部の中央部に含まれる非水電解液に接触する第2の測定電極を有している。 In the battery system described above, the lithium ion secondary battery is disposed at one end of the power generation unit in the axial direction of the electrode body, and the first measurement electrode in contact with the non-aqueous electrolyte contained in the one end of the power generation unit is provided. Have. Furthermore, the lithium ion secondary battery includes a second measurement electrode that is disposed in the central portion of the power generation unit with respect to the axial direction of the electrode body and contacts the non-aqueous electrolyte contained in the central portion of the power generation unit. Yes.
さらに、上述の電池システムは、第2の測定電極と第1の測定電極との間の電位差ΔV21を測定する電位差測定装置と、電位差ΔV21に基づいてリチウムイオン二次電池の充電電流及び放電電流を制御する制御装置とを備えている。
具体的には、制御装置は、電位差ΔV21が、第1濃度と第2濃度との濃度差が閾値(例えば0.6mol/L)を上回っているときに得られる電位差値であり、且つ、第1濃度が第2濃度よりも高い場合は、リチウムイオン二次電池の放電時における放電電流の上限値を低減させる制御を行う。このように、放電電流値を抑制する(すなわち、相対的に充電電流値を大きくする)制御を行うことで、第1濃度を低下させ、第2濃度を上昇させることができる。これにより、第1濃度と第2濃度との濃度差を閾値(例えば0.6mol/L)以下とし、発電部における非水電解液のLiイオン濃度の偏りを抑制することができる。従って、リチウムイオン二次電池の内部抵抗の上昇を抑制し、電池の出力低下を抑制することができる。
Furthermore, the battery system described above includes a potential difference measuring device that measures the potential difference ΔV21 between the second measurement electrode and the first measurement electrode, and charging and discharging currents of the lithium ion secondary battery based on the potential difference ΔV21. And a control device for controlling.
Specifically, the control device is a potential difference value obtained when the potential difference ΔV21 is greater than a threshold value (eg, 0.6 mol / L) between the first concentration and the second concentration, and When 1 density | concentration is higher than 2nd density | concentration, control which reduces the upper limit of the discharge current at the time of discharge of a lithium ion secondary battery is performed. Thus, by controlling the discharge current value (that is, relatively increasing the charging current value), the first concentration can be lowered and the second concentration can be raised. Thereby, the concentration difference between the first concentration and the second concentration can be set to a threshold value (for example, 0.6 mol / L) or less, and the deviation of the Li ion concentration of the nonaqueous electrolyte in the power generation unit can be suppressed. Therefore, an increase in internal resistance of the lithium ion secondary battery can be suppressed, and a decrease in battery output can be suppressed.
一方、電位差ΔV21が、第1濃度と第2濃度との濃度差が閾値(例えば0.6mol/L)を上回っているときに得られる電位差値であり、且つ、第1濃度が第2濃度よりも低い場合は、リチウムイオン二次電池の充電時における充電電流の上限値を低減させる制御を行う。このように、充電電流値を抑制する(すなわち、相対的に放電電流値を大きくする)制御を行うことで、第1濃度を上昇させ、第2濃度を低下させることができる。これにより、第1濃度と第2濃度との濃度差を閾値(例えば0.6mol/L)以下とし、発電部における非水電解液のLiイオン濃度の偏りを抑制することができる。従って、リチウムイオン二次電池の内部抵抗の上昇を抑制し、電池の出力低下を抑制することができる。 On the other hand, the potential difference ΔV21 is a potential difference value obtained when the concentration difference between the first concentration and the second concentration exceeds a threshold (for example, 0.6 mol / L), and the first concentration is higher than the second concentration. If it is too low, control is performed to reduce the upper limit value of the charging current when charging the lithium ion secondary battery. Thus, by controlling the charging current value (that is, relatively increasing the discharging current value), the first concentration can be increased and the second concentration can be decreased. Thereby, the concentration difference between the first concentration and the second concentration can be set to a threshold value (for example, 0.6 mol / L) or less, and the deviation of the Li ion concentration of the non-aqueous electrolyte in the power generation unit can be suppressed. Therefore, an increase in internal resistance of the lithium ion secondary battery can be suppressed, and a decrease in battery output can be suppressed.
なお、電位差ΔV21と濃度差ΔC21(第1濃度と第2濃度との濃度差)との相関を、実験等により予め把握しておくことで、濃度差ΔC21が閾値(例えば0.6mol/L)を上回っているときに得られる電位差ΔV21を把握しておくことができる。 The correlation between the potential difference ΔV21 and the concentration difference ΔC21 (concentration difference between the first concentration and the second concentration) is obtained in advance through experiments or the like, so that the concentration difference ΔC21 is a threshold value (for example, 0.6 mol / L). It is possible to grasp the potential difference ΔV21 obtained when the value exceeds.
また、本発明の一態様をなす上述の電池システムには、複数のリチウムイオン二次電池が電気的に直列に接続して組電池を構成してなる電池システムも含まれる。この電池システムでは、組電池を構成する全てのリチウムイオン二次電池が同様に充放電される。このため、組電池を構成するリチウムイオン二次電池では、発電部における非水電解液のLiイオン濃度の偏りも同様になる。この電池システムの場合、組電池を構成する複数のリチウムイオン二次電池のうち少なくともいずれか1つのリチウムイオン二次電池が、「第1の測定電極及び第2の測定電極を有するリチウムイオン二次電池」であれば良い。組電池を構成するリチウムイオン二次電池は全て電気的に直列に接続されているので、少なくとも1つの「第1の測定電極及び第2の測定電極を有するリチウムイオン二次電池」について上述の電流制御を行うことは、組電池を構成する全てのリチウムイオン二次電池について、上述の電流制御を行うことになる。従って、この電池システムでは、組電池を構成する全てのリチウムイオン二次電池について、発電部における非水電解液のLiイオン濃度の偏りを抑制し、内部抵抗の上昇を抑制することができる。 In addition, the above battery system that constitutes one embodiment of the present invention includes a battery system in which a plurality of lithium ion secondary batteries are electrically connected in series to form a battery pack. In this battery system, all the lithium ion secondary batteries which comprise an assembled battery are charged / discharged similarly. For this reason, in the lithium ion secondary battery which comprises an assembled battery, the deviation of Li ion concentration of the nonaqueous electrolyte in a power generation part becomes the same. In the case of this battery system, at least one of the plurality of lithium ion secondary batteries constituting the assembled battery is “a lithium ion secondary battery having a first measurement electrode and a second measurement electrode”. A battery is sufficient. Since all the lithium ion secondary batteries constituting the assembled battery are electrically connected in series, the current described above for at least one “lithium ion secondary battery having the first measurement electrode and the second measurement electrode” is used. Performing the control performs the above-described current control for all the lithium ion secondary batteries constituting the assembled battery. Therefore, in this battery system, for all lithium ion secondary batteries constituting the assembled battery, it is possible to suppress the deviation of the Li ion concentration of the non-aqueous electrolyte in the power generation unit and to suppress the increase in internal resistance.
さらに、上記の電池システムであって、前記リチウムイオン二次電池は、前記軸線方向について前記発電部の他端部に配置され、上記発電部の上記他端部に含まれる上記非水電解液に接触する第3の測定電極を有し、前記電位差測定装置は、前記電位差ΔV21、及び、上記第2の測定電極と上記第3の測定電極との間の電位差ΔV23を測定し、前記制御装置は、上記電位差ΔV21が、前記第1濃度と前記第2濃度との濃度差が前記閾値を上回っているときに得られる電位差値である場合で、且つ、上記電位差ΔV23が、上記発電部の上記他端部に含まれる上記非水電解液のLiイオン濃度である第3濃度と前記第2濃度との濃度差が前記閾値を上回っているときに得られる電位差値である場合において、上記第1濃度が上記第2濃度よりも高いとき、上記リチウムイオン二次電池の放電時における放電電流の上限値を低減させる制御を行い、上記第1濃度が上記第2濃度よりも低いとき、上記リチウムイオン二次電池の充電時における充電電流の上限値を低減させる制御を行う電池システムとすると良い。 Furthermore, in the above battery system, the lithium ion secondary battery is disposed at the other end portion of the power generation unit in the axial direction, and the non-aqueous electrolyte contained in the other end portion of the power generation unit. A third measuring electrode in contact therewith, wherein the potentiometric device measures the potential difference ΔV21 and a potential difference ΔV23 between the second measuring electrode and the third measuring electrode; The potential difference ΔV21 is a potential difference value obtained when the concentration difference between the first concentration and the second concentration exceeds the threshold value, and the potential difference ΔV23 is the other of the power generation unit. In the case where the concentration difference between the third concentration, which is the Li ion concentration of the non-aqueous electrolyte contained in the end portion, and the second concentration is a potential difference value obtained when it exceeds the threshold value, the first concentration Is the second concentration If the first concentration is lower than the second concentration, the lithium ion secondary battery is charged when the lithium ion secondary battery is discharged. A battery system that performs control to reduce the upper limit value of the charging current is preferable.
上述の電池システムでは、リチウムイオン二次電池が、第1の測定電極及び第2の測定電極に加えて、軸線方向について発電部の他端部(一端部と反対側の部位)に配置され、発電部の他端部に含まれる非水電解液に接触する第3の測定電極を備えている。さらに、電位差測定装置が、前記電位差ΔV21、及び、第2の測定電極と第3の測定電極との間の電位差ΔV23を測定する。そして、制御装置が、電位差ΔV21及び電位差ΔV23に基づいて、リチウムイオン二次電池の充電電流及び放電電流を制御する。 In the above battery system, in addition to the first measurement electrode and the second measurement electrode, the lithium ion secondary battery is arranged at the other end of the power generation unit in the axial direction (site opposite to the one end), A third measurement electrode is provided in contact with the non-aqueous electrolyte contained in the other end of the power generation unit. Further, the potential difference measuring device measures the potential difference ΔV21 and the potential difference ΔV23 between the second measurement electrode and the third measurement electrode. Then, the control device controls the charging current and discharging current of the lithium ion secondary battery based on the potential difference ΔV21 and the potential difference ΔV23.
具体的には、制御装置は、電位差ΔV21が、第1濃度と第2濃度との濃度差が閾値(例えば0.6mol/L)を上回っているときに得られる電位差値であり、且つ、電位差ΔV23が、第3濃度と第2濃度との濃度差が閾値(例えば0.6mol/L)を上回っているときに得られる電位差値である場合に限り、以下のようにして充電電流または放電電流を制御する。 Specifically, the control device is a potential difference value obtained when the potential difference ΔV21 is greater than a threshold value (eg, 0.6 mol / L) between the first concentration and the second concentration, and the potential difference Only when ΔV23 is a potential difference value obtained when the concentration difference between the third concentration and the second concentration exceeds a threshold value (for example, 0.6 mol / L), the charging current or discharging current is as follows. To control.
第1濃度が第2濃度よりも高い場合は、リチウムイオン二次電池の放電時における放電電流の上限値を低減させる制御を行う。このように、放電電流値を抑制する(すなわち、相対的に充電電流値を大きくする)制御を行うことで、第1濃度及び第3濃度を低下させ、第2濃度を上昇させることができる。これにより、第1濃度と第2濃度との濃度差及び第3濃度と第2濃度との濃度差を、閾値(例えば0.6mol/L)以下とし、発電部における非水電解液のLiイオン濃度の偏りを抑制することができる。従って、リチウムイオン二次電池の内部抵抗の上昇を抑制し、電池の出力低下を抑制することができる。 When the first concentration is higher than the second concentration, control is performed to reduce the upper limit value of the discharge current when the lithium ion secondary battery is discharged. Thus, by controlling the discharge current value (that is, relatively increasing the charging current value), the first concentration and the third concentration can be decreased and the second concentration can be increased. Accordingly, the concentration difference between the first concentration and the second concentration and the concentration difference between the third concentration and the second concentration are set to a threshold value (for example, 0.6 mol / L) or less, and Li ions of the nonaqueous electrolyte in the power generation unit Density of concentration can be suppressed. Therefore, an increase in internal resistance of the lithium ion secondary battery can be suppressed, and a decrease in battery output can be suppressed.
一方、第1濃度が第2濃度よりも低い場合は、リチウムイオン二次電池の充電時における充電電流の上限値を低減させる制御を行う。このように、充電電流値を抑制する(すなわち、相対的に放電電流値を大きくする)制御を行うことで、第1濃度及び第3濃度を上昇させ、第2濃度を低下させることができる。これにより、第1濃度と第2濃度との濃度差及び第3濃度と第2濃度との濃度差を閾値(例えば0.6mol/L)以下とし、発電部における非水電解液のLiイオン濃度の偏りを抑制することができる。従って、リチウムイオン二次電池の内部抵抗の上昇を抑制し、電池の出力低下を抑制することができる。 On the other hand, when the first concentration is lower than the second concentration, control is performed to reduce the upper limit value of the charging current when the lithium ion secondary battery is charged. As described above, by controlling the charging current value (that is, relatively increasing the discharging current value), the first concentration and the third concentration can be increased, and the second concentration can be decreased. Accordingly, the concentration difference between the first concentration and the second concentration and the concentration difference between the third concentration and the second concentration are set to a threshold value (for example, 0.6 mol / L) or less, and the Li ion concentration of the non-aqueous electrolyte in the power generation unit Can be suppressed. Therefore, an increase in internal resistance of the lithium ion secondary battery can be suppressed, and a decrease in battery output can be suppressed.
このように、電位差ΔV21と電位差ΔV23とに基づいてリチウムイオン二次電池の充電電流及び放電電流を制御することで、電位差ΔV21のみに基づいて制御する場合に比べて、的確な制御を行うことができる。これにより、発電部における非水電解液のLiイオン濃度の偏りを適切に抑制することができる。 In this way, by controlling the charging current and discharging current of the lithium ion secondary battery based on the potential difference ΔV21 and the potential difference ΔV23, it is possible to perform more accurate control than when controlling based on only the potential difference ΔV21. it can. Thereby, the bias | inclination of Li ion concentration of the non-aqueous electrolyte in a power generation part can be suppressed appropriately.
さらに、上記いずれかの電池システムであって、前記閾値は、0.6mol/Lである電池システムとすると良い。 Furthermore, any one of the battery systems described above, wherein the threshold value is preferably 0.6 mol / L.
第1濃度と第2濃度との濃度差が0.6mol/Lより大きくなると、電池の内部抵抗が大きくなり過ぎて、電池の出力が大きく低下する。第3濃度は第1濃度とほぼ等しくなるので、やはり、第3濃度と第2濃度との濃度差が0.6mol/Lより大きくなると、電池の内部抵抗が大きくなり過ぎて、電池の出力が大きく低下する。 When the concentration difference between the first concentration and the second concentration is greater than 0.6 mol / L, the internal resistance of the battery becomes too large and the output of the battery is greatly reduced. Since the third concentration is almost equal to the first concentration, if the concentration difference between the third concentration and the second concentration is greater than 0.6 mol / L, the internal resistance of the battery becomes too large, and the output of the battery is reduced. Decrease significantly.
そこで、上述の電池システムでは、充電電流及び放電電流を制御するか否かの閾値を0.6mol/Lとした。これにより、第1濃度と第2濃度との濃度差が0.6mol/L(第3濃度と第2濃度との濃度差が0.6mol/L)を上回るのを抑制することができるので、電池の内部抵抗が大きくなり過ぎて、電池の出力が大きく低下するのを抑制できる。 Therefore, in the battery system described above, the threshold value for determining whether to control the charging current and the discharging current is set to 0.6 mol / L. As a result, the concentration difference between the first concentration and the second concentration can be suppressed from exceeding 0.6 mol / L (the concentration difference between the third concentration and the second concentration is 0.6 mol / L). It can suppress that the internal resistance of a battery becomes large too much and the output of a battery falls large.
さらに、上記いずれかの電池システムであって、前記測定電極は、LiFePO4、LiMnPO4、LiCoPO4、及びLi4Ti5O12のいずれかで表される活物質を有する測定電極である電池システムとすると良い。 Furthermore, in any one of the battery systems described above, the measurement electrode is a measurement electrode having an active material represented by any of LiFePO 4 , LiMnPO 4 , LiCoPO 4 , and Li 4 Ti 5 O 12. And good.
前述のように、LiFePO4、LiMnPO4、LiCoPO4、及びLi4Ti5O12のいずれかで表される活物質を有する測定電極を用いることで、電位差ΔV21(電位差ΔV23)を精度良く測定することができる。従って、上述の電池システムでは、測定精度の高い電位差ΔV21(電位差ΔV23)に基づいて、リチウムイオン二次電池の充電電流及び放電電流を制御することができるので、発電部における非水電解液のLiイオン濃度の偏りを適切に抑制することができる。 As described above, the potential difference ΔV21 (potential difference ΔV23) is accurately measured by using the measurement electrode having an active material represented by any one of LiFePO 4 , LiMnPO 4 , LiCoPO 4 , and Li 4 Ti 5 O 12. be able to. Therefore, in the battery system described above, the charging current and discharging current of the lithium ion secondary battery can be controlled based on the potential difference ΔV21 (potential difference ΔV23) with high measurement accuracy. Ion concentration deviation can be appropriately suppressed.
なお、上述の電池システムにおいて、「測定電極」とは、リチウムイオン二次電池に設けられている全ての測定電極をいい、第1の測定電極及び第2の測定電極を含み、さらに第3の測定電極を有する場合はこれも含む。 In the battery system described above, the “measurement electrode” refers to all measurement electrodes provided in the lithium ion secondary battery, and includes the first measurement electrode and the second measurement electrode, and further includes a third measurement electrode. If a measurement electrode is provided, this is also included.
さらに、上記の電池システムであって、前記測定電極は、SOC50%の充電状態に設定されてなる電池システムとすると良い。
Furthermore, in the battery system described above, the measurement electrode may be a battery system set to a
前述のように、LiFePO4、LiMnPO4、LiCoPO4、及びLi4Ti5O12のいずれかで表される活物質を有する測定電極として、SOC50%の充電状態に設定された測定電極を用いることで、電位差ΔV21(電位差ΔV23)を精度良く測定することができる。従って、上述の電池システムでは、測定精度の高い電位差ΔV21(電位差ΔV23)に基づいて、リチウムイオン二次電池の充電電流及び放電電流を制御することができるので、発電部における非水電解液のLiイオン濃度の偏りを適切に抑制することができる。
As described above, as a measurement electrode having an active material represented by any one of LiFePO 4 , LiMnPO 4 , LiCoPO 4 , and Li 4 Ti 5 O 12 , a measurement electrode set to a
なお、上述の電池システムにおいて、「測定電極」とは、リチウムイオン二次電池に設けられている全ての測定電極をいい、第1の測定電極及び第2の測定電極を含み、さらに第3の測定電極を有する場合はこれも含む。 In the battery system described above, the “measurement electrode” refers to all measurement electrodes provided in the lithium ion secondary battery, and includes the first measurement electrode and the second measurement electrode, and further includes a third measurement electrode. If a measurement electrode is provided, this is also included.
さらに、上記いずれかの電池システムであって、前記測定電極は、前記発電部の外周面上に配置されてなり、前記発電部は、各々の上記測定電極と対向する位置に、前記第1電極板と前記第2電極板との間に挟まれた前記セパレータのうち最も上記外周面側に位置する外周面側セパレータを、上記測定電極に向けて露出させる露出穴を構成する形態を有し、上記測定電極は、ぞれぞれ、上記露出穴を通じて前記非水電解液と接触してなる電池システムとすると良い。 Furthermore, in any one of the battery systems described above, the measurement electrode is disposed on an outer peripheral surface of the power generation unit, and the power generation unit is located at a position facing each of the measurement electrodes. The outer peripheral surface side separator located most on the outer peripheral surface side among the separators sandwiched between a plate and the second electrode plate has a form that constitutes an exposure hole that exposes toward the measurement electrode; Each of the measurement electrodes may be a battery system in contact with the non-aqueous electrolyte through the exposed hole.
上述の電池システムでは、測定電極を発電部の外周面上に配置したリチウムイオン二次電池を用いている。測定電極を発電部の外周面上に配置するのは、測定電極を発電部の内部(例えば、第2電極板とセパレータとの間)に配置する場合に比べて、測定電極の配置が容易であるため、リチウムイオン二次電池の製造が容易となり、低コストとなる。 In the battery system described above, a lithium ion secondary battery in which the measurement electrode is disposed on the outer peripheral surface of the power generation unit is used. The measurement electrode is arranged on the outer peripheral surface of the power generation unit, as compared with the case where the measurement electrode is arranged inside the power generation unit (for example, between the second electrode plate and the separator). Therefore, it becomes easy to manufacture a lithium ion secondary battery, and the cost is reduced.
また、上述の電池システムでは、リチウムイオン二次電池において、発電部のうち測定電極と対向する位置に、外周面側セパレータを測定電極に向けて露出させる露出穴を設け、この露出穴を通じて、各々の測定電極を、発電部の内部に含まれる非水電解液と接触させている。具体的には、第1の測定電極は、露出穴(第1の露出穴とする)を通じて、発電部の一端部に含まれる非水電解液に接触する。また、第2の測定電極は、露出穴(第2の露出穴とする)を通じて、発電部の中央部に含まれる非水電解液に接触する。第3の測定電極を有する場合、第3の測定電極は、露出穴(第3の露出穴とする)を通じて、発電部の他端部に含まれる非水電解液に接触する。これにより、発電部の外周面上に設けた各測定電極によって、各部位(一端部、中央部、他端部)における非水電解液のLiイオン濃度に応じた電位を適切に測定することができる。 Further, in the battery system described above, in the lithium ion secondary battery, an exposure hole that exposes the outer peripheral surface side separator toward the measurement electrode is provided at a position facing the measurement electrode in the power generation unit, and through the exposure hole, The measurement electrode is in contact with a non-aqueous electrolyte contained in the power generation unit. Specifically, the first measurement electrode is in contact with the nonaqueous electrolyte contained in one end of the power generation unit through the exposure hole (referred to as the first exposure hole). Further, the second measurement electrode comes into contact with the non-aqueous electrolyte contained in the central portion of the power generation unit through the exposure hole (referred to as the second exposure hole). When it has a 3rd measurement electrode, a 3rd measurement electrode contacts the non-aqueous electrolyte contained in the other end part of an electric power generation part through an exposure hole (it is set as the 3rd exposure hole). Thereby, the electric potential according to the Li ion concentration of the non-aqueous electrolyte in each part (one end part, the center part, the other end part) can be appropriately measured by each measurement electrode provided on the outer peripheral surface of the power generation part. it can.
なお、上述の電池システムにおいて、「測定電極」とは、当該リチウムイオン二次電池に設けられている全ての測定電極をいい、第1の測定電極及び第2の測定電極を含み、さらに第3の測定電極を有する場合はこれも含む。 In the battery system described above, “measurement electrode” refers to all measurement electrodes provided in the lithium ion secondary battery, and includes a first measurement electrode and a second measurement electrode, and further includes a third measurement electrode. This is also included when the measurement electrode is provided.
さらに、上記の電池システムであって、前記リチウムイオン二次電池は、前記電極体、前記非水電解液、及び前記測定電極を収容する直方体形状の電池ケースを有し、上記電池ケースは、上記電極体を挟んで対向する第1内側面及び第2内側面を有し、前記発電部は、前記軸線方向に直交する方向に切断した断面が長円状をなす扁平捲回型の発電部であり、上記発電部の前記外周面は、上記電池ケースの上記第1内側面と対向する平坦状の第1平坦部と、上記電池ケースの上記第2内側面と対向する平坦状の第2平坦部と、を有し、上記リチウムイオン二次電池に配置される全ての前記測定電極は、電気絶縁性を有する絶縁シートの間に挟まれて一体化され、厚み均一な1枚のシート状をなす一体型測定電極シートであって、上記発電部の上記第1平坦部の全面を覆うことが可能な形状の一体型測定電極シートを構成してなり、上記一体型測定電極シートは、上記発電部の上記第1平坦部の全面を覆って配置されてなる電池システムとすると良い。 Furthermore, in the above battery system, the lithium ion secondary battery includes a rectangular parallelepiped battery case that accommodates the electrode body, the non-aqueous electrolyte, and the measurement electrode. The power generation unit is a flat wound power generation unit having a first inner surface and a second inner surface facing each other with an electrode body interposed therebetween, and a cross section cut in a direction orthogonal to the axial direction is an oval shape. And the outer peripheral surface of the power generation unit has a flat first flat portion facing the first inner surface of the battery case and a flat second flat surface facing the second inner surface of the battery case. And all the measurement electrodes arranged in the lithium ion secondary battery are sandwiched and integrated between insulating sheets having electrical insulation properties, and form a single sheet with a uniform thickness. An integrated measurement electrode sheet formed above the power generation unit An integrated measurement electrode sheet having a shape capable of covering the entire surface of the first flat part is configured, and the integrated measurement electrode sheet is disposed so as to cover the entire surface of the first flat part of the power generation unit. The battery system is good.
上述の電池システムは、直方体形状の電池ケース内に、断面長円状の扁平捲回型の発電部を有する電極体が収容され、発電部の第1平坦部が電池ケースの第1内側面と対向し、発電部の第2平坦部が電池ケースの第2内側面と対向しているリチウムイオン二次電池を有している。このようなリチウムイオン二次電池では、充電時に電極体が膨張すると、発電部の第1平坦部が電池ケースの第1内側面によって押圧されると共に、発電部の第2平坦部が電池ケースの第2内側面によって押圧される。このため、電極体の第1平坦部に部分的(一端部、中央部、他端部)に測定電極を配置して、平坦部のうち測定電極を配置しない部分については何も配置せずに露出させる形態とした場合、前述のように、電池ケースの第1内側面による発電部の第1平坦部への押圧力が不均一となり、この影響で、充電ムラ等が生じ、電池の出力特性が低下する虞があった。 In the battery system described above, an electrode body having a flat wound type power generation unit with an elliptical cross section is accommodated in a rectangular parallelepiped battery case, and the first flat portion of the power generation unit is connected to the first inner surface of the battery case. Oppositely, the second flat portion of the power generation unit has a lithium ion secondary battery facing the second inner surface of the battery case. In such a lithium ion secondary battery, when the electrode body expands during charging, the first flat part of the power generation unit is pressed by the first inner surface of the battery case, and the second flat part of the power generation unit is It is pressed by the second inner surface. For this reason, the measurement electrode is partially disposed on the first flat portion of the electrode body (one end portion, the central portion, the other end portion), and nothing is disposed on the portion of the flat portion where the measurement electrode is not disposed. In the case of the exposed form, as described above, the pressing force to the first flat part of the power generation part by the first inner side surface of the battery case becomes non-uniform, which causes uneven charging and the output characteristics of the battery. There was a possibility that it might fall.
これに対し、上述の電池システムでは、リチウムイオン二次電池に配置される全ての測定電極を、厚み均一な1枚のシート状をなし、発電部の第1平坦部の全面を覆うことが可能な形状の一体型測定電極シートとして一体化させている。そして、この一体型測定電極シートを、発電部の第1平坦部の全面を覆うように配置している。これにより、充電時に電極体が膨張したとき、電池ケースの第1内側面による発電部の第1平坦部への押圧力を均一にすることができるので、充電ムラ等を抑制し、電池の出力特性を良好にすることができる。 On the other hand, in the battery system described above, all the measurement electrodes arranged in the lithium ion secondary battery can be formed into a single sheet with a uniform thickness and cover the entire surface of the first flat portion of the power generation unit. It is integrated as an integrated measurement electrode sheet having a simple shape. And this integrated measurement electrode sheet is arrange | positioned so that the whole surface of the 1st flat part of an electric power generation part may be covered. Thereby, when the electrode body expands during charging, the pressing force to the first flat portion of the power generation unit by the first inner surface of the battery case can be made uniform, so that charging unevenness and the like are suppressed, and the output of the battery The characteristics can be improved.
また、本発明の他の態様は、ハイブリッド自動車であって、前記いずれかの電池システムを、当該ハイブリッド自動車の駆動用電源システムとして搭載してなるハイブリッド自動車である。 Another aspect of the present invention is a hybrid vehicle, which is a hybrid vehicle in which any one of the battery systems is mounted as a drive power supply system for the hybrid vehicle.
ハイブリッド自動車の駆動用電源として搭載されたリチウムイオン二次電池は、ハイレートで充電または放電が行われることが多いので、発電部における非水電解液のLiイオン濃度の偏りが生じ易く、内部抵抗が上昇し易い環境にある。
これに対し、上述のハイブリッド自動車は、前述の電池システムを、当該ハイブリッド自動車の駆動用電源システムとして搭載している。前述の電池システムでは、リチウムイオン二次電池の内部抵抗の上昇を抑制し、電池の出力低下を抑制することができる。従って、上述のハイブリッド自動車では、走行性能の低下を抑制することができる。
Lithium ion secondary batteries installed as power sources for driving hybrid vehicles are often charged or discharged at a high rate, and thus the Li ion concentration of the nonaqueous electrolyte in the power generation section tends to be uneven and the internal resistance is low. The environment is easy to rise.
On the other hand, the above-described hybrid vehicle is equipped with the above-described battery system as a drive power supply system for the hybrid vehicle. In the battery system described above, an increase in internal resistance of the lithium ion secondary battery can be suppressed, and a decrease in battery output can be suppressed. Therefore, in the above-described hybrid vehicle, it is possible to suppress a decrease in traveling performance.
(実施例1)
次に、本発明の実施例1について、図面を参照しつつ説明する。
本実施例1にかかる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、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、電池システム6(詳細には、電池システム6の組電池10、図2参照)をフロントモータ4及びリヤモータ5の駆動用電源として、公知の手段により、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。
Example 1
Next, Example 1 of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the
このうち、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。この電池システム6は、図2に示すように、複数のリチウムイオン二次電池101及びリチウムイオン二次電池100を互いに電気的に直列に接続した組電池10と、制御装置30と、電位差測定装置50とを備えている。
Among these, the
リチウムイオン二次電池100は、図3に示すように、直方体形状の電池ケース110と、正極外部端子121と、負極外部端子131とを備える、角形密閉式のリチウムイオン二次電池である。このうち、電池ケース110は、直方体形状の収容空間をなす金属製の角形収容部111と金属製の蓋部112とを有するハードケースである。電池ケース110(角形収容部111)の内部には、電極体150などが収容されている。
As shown in FIG. 3, the lithium ion
電極体150は、断面長円状をなし、シート状の正極板155、負極板156、及びセパレータ157を、軸線CLの周りに捲回してなる扁平型の捲回体である(図5,図6参照)。正極板155は、アルミニウム箔からなる正極集電部材151と、その表面に塗工された正極合剤152(正極活物質153を含む合剤)を有している。負極板156は、銅箔からなる負極集電部材158と、その表面に塗工された負極合剤159(負極活物質154を含む合剤)を有している。
The
この電極体150は、図3に示すように、発電部150bと正極捲回部150dと負極捲回部150cとにより構成される。このうち、発電部150bは、正極板155のうち正極集電部材151の表面に正極合剤152が塗工されている正極活物質塗工部155cと、負極板156のうち負極集電部材158の表面に負極合剤159が塗工されている負極活物質塗工部156cと、セパレータ157とが重なり合う部位である(図5,図6参照)。
As shown in FIG. 3, the
負極捲回部150cは、電極体150の軸線方向X(軸線CLが延びる方向、図3において左右方向)について発電部150bの一端部150b1(図3において左端部)に隣り合い、負極板156のうち負極集電部材158の表面に負極合剤159が塗工されていない負極活物質未塗工部156bのみが重なり合う部位である。正極捲回部150dは、電極体150の軸線方向X(図3において左右方向)について発電部150bの他端部150b3(図3において右端部)に隣り合い、正極板155のうち正極集電部材151の表面に正極合剤152が塗工されていない活物質未塗工部155bのみが重なり合う部位である。
The negative
正極捲回部150dは、正極集電部122を通じて、正極外部端子121に電気的に接続されている。負極捲回部150cは、負極集電部132を通じて、負極外部端子131に電気的に接続されている。なお、正極外部端子121と正極集電部122とは一体に形成され、正極集電端子部材120を構成している。また、負極外部端子131と負極集電部132とは一体に形成され、負極集電端子部材130を構成している。
また、発電部150bの内部(主にセパレータ157の内部)には、非水電解液140(図6参照)が含まれている。
The positive
Further, the non-aqueous electrolyte 140 (see FIG. 6) is included in the
リチウムイオン二次電池100では、正極活物質153としてニッケル酸リチウムを用いている。また、負極活物質154として、天然黒鉛を用いている。また、セパレータ157として、ポリプロピレン/ポリエチレン/ポリプロピレン3層構造複合体多孔質シート(厚さ25μm)を用いている。また、非水電解液140として、EC(エチレンカーボネート)とDMC(ジメチルカーボネート)とEMC(エチルメチルカーボネート)とを混合した非水溶媒中に、六フッ化燐酸リチウム(LiPF6)を溶解して、LiPF6の濃度を1.0mol/Lに調整した非水電解液を用いている。
In the lithium ion
さらに、リチウムイオン二次電池100は、電極体150の内部(例えば、負極板156とセパレータ157との間)に、第1測定電極170b、第2測定電極170c、及び第3測定電極170dを有している(図3参照)。第1測定電極170b、第2測定電極170c、及び第3測定電極170dは、図7に示すように、アルミニウム箔からなる集電部材171と、集電部材171の表面に積層された電極合剤172と、これらを覆う袋状の絶縁部材173とを有している。電極合剤172は、LiFePO4で表される活物質172bを含んでいる。また、絶縁部材273は、セパレータ157と同じ素材で形成されている。
Further, the lithium ion
詳細には、第1測定電極170bは、電極体150の内部(例えば、負極板156とセパレータ157との間)のうち、発電部150bの一端部150b1(図3において左端部)に配置されている。これにより、第1測定電極170bは、発電部150bの一端部150b1に含まれる非水電解液140に接触する。第2測定電極170cは、電極体150の内部(例えば、負極板156とセパレータ157との間)のうち、発電部150bの中央部150b2(図3において左右方向中央部)に配置されている。これにより、第2測定電極170cは、発電部150bの中央部150b2に含まれる非水電解液140に接触する。第3測定電極170dは、電極体150の内部(例えば、負極板156とセパレータ157との間)のうち、発電部150bの他端部150b3(図3において右端部)に配置されている。これにより、第3測定電極170dは、発電部150bの他端部150b3に含まれる非水電解液140に接触する。
Specifically, the
第1測定電極170b、第2測定電極170c、及び第3測定電極170dは、LiFePO4で表される活物質172bを有しているため、Liに対する電位が、SOC20〜80%の範囲にわたって一定となる。従って、本実施例1では、第1測定電極170b、第2測定電極170c、及び第3測定電極170dのSOCを50%に設定している。第1測定電極170b、第2測定電極170c、及び第3測定電極170dをSOC50%の充電状態に設定しておけば、仮に、リチウムイオン二次電池100の使用に伴って第1〜第3測定電極170b〜170dのSOCが多少変動したとしても、SOCの範囲が20〜80%の範囲から外れることはない。これにより、第1〜第3測定電極170b〜170dの電位が、第1〜第3測定電極170b〜170dのSOC変動の影響を受けることがない。
Since the
従って、第1測定電極170bでは、発電部150bの一端部150b1に含まれる非水電解液140のLiイオン濃度に応じた電位を、精度良く測定することができる。また、第2測定電極170cでは、発電部150bの中央部150b2に含まれる非水電解液140のLiイオン濃度に応じた電位を、精度良く測定することができる。また、第3測定電極170dでは、発電部150bの他端部150b3に含まれる非水電解液140のLiイオン濃度に応じた電位を、精度良く測定することができる。
Therefore, the
図3に示すように、第1測定電極170bには、導線175bの一端部が電気的に接続されている。第2測定電極170cには、導線175cの一端部が電気的に接続されている。第3測定電極170dには、導線175dの一端部が電気的に接続されている。導線175b,175c,175dは、測定電極と電気的に接続するAg線176と、このAg線176を被覆する絶縁樹脂(例えばPTFE)からなる被覆部材177とを有する。
As shown in FIG. 3, one end of a
導線175cは、蓋部112に設けられている貫通孔を通じて、リチウムイオン二次電池100の外部に引き出され、電位差測定装置50(電圧計)の負極端子に接続される(図2参照)。また、導線175b,175dは、蓋部112に設けられている貫通孔を通じて、リチウムイオン二次電池100の外部に引き出され、スイッチ52(図2参照)を介して電位差測定装置50の正極端子に接続される。
The
リチウムイオン二次電池101は、図4に示すように、上述のリチウムイオン二次電池100と比較して、第1測定電極170b、第2測定電極170c、及び第3測定電極170dと、導線175b,175c,175dとを有していない点のみが異なるリチウムイオン二次電池である。
As shown in FIG. 4, the lithium ion
組電池10は、複数(例えば100個)のリチウムイオン二次電池101と、1個のリチウムイオン二次電池100とを、電気的に直列に接続した組電池である(図2参照)。この組電池10は、制御装置30を通じて、インバータ及びモータ(フロントモータ4及びリヤモータ5)に接続されている。従って、組電池10を構成するリチウムイオン二次電池100,101は、制御装置30を通じて、等しく充放電される。
The assembled
制御装置30は、所定時間毎(例えば、0.1秒毎)に、スイッチ52により、導線175b,175dと電位差測定装置50との接続を切り替える制御を行う。なお、電位差測定装置50の正極端子にはスイッチ52が接続され、電位差測定装置50の負極端子には、第2測定電極170cに接続した導線175cが接続されている。これにより、電位差測定装置50は、所定時間毎(例えば、0.1秒毎)に、第2測定電極170cと第1測定電極170bとの間の電位差ΔV21、及び、第2測定電極170cと第3測定電極170dとの間の電位差ΔV23を測定することができる。
The
なお、本実施例1では、電位差ΔV21=(第1測定電極170bの電位)−(第2測定電極170cの電位)となる。また、電位差ΔV23=(第3測定電極170dの電位)−(第2測定電極170cの電位)となる。
In the first embodiment, the potential difference ΔV21 = (potential of the
制御装置30は、電位差測定装置50によって測定された電位差ΔV21及び電位差ΔV23を、逐次入力する。そして、電位差ΔV21,ΔV23に基づいて、組電池10(リチウムイオン二次電池100,101)の充電電流及び放電電流を制御する。
具体的には、制御装置30は、「電位差ΔV21が、第1濃度と第2濃度との濃度差が閾値(0.6mol/L)を上回っているときに得られる電位差値であるか否か」を判定する。ここで、第1濃度とは、発電部150bの一端部150b1に含まれる非水電解液140のLiイオン濃度である。また、第2濃度は、発電部150bの中央部150b2に含まれる非水電解液140のLiイオン濃度である。
The
Specifically, the
なお、図13に示すように、第1濃度と第2濃度との濃度差が閾値(0.6mol/L)を上回ると、第2測定電極170cと第1測定電極170bとの電位差が33.0mVを上回る。すなわち、第1濃度と第2濃度との濃度差が閾値(0.6mol/L)を上回ると、電位差ΔV21の絶対値(|ΔV21|)が33mVより大きくなる。従って、|ΔV21|>33mVであるか否かを判定することで、「電位差ΔV21が、第1濃度と第2濃度との濃度差が閾値(0.6mol/L)を上回っているときに得られる電位差値であるか否か」を判定することになる。
As shown in FIG. 13, when the concentration difference between the first concentration and the second concentration exceeds a threshold value (0.6 mol / L), the potential difference between the
さらに、制御装置30は、「電位差ΔV23が、第3濃度と第2濃度との濃度差が閾値(0.6mol/L)を上回っているときに得られる電位差値であるか否か」を判定する。ここで、第3濃度とは、発電部150bの他端部150b3に含まれる非水電解液140のLiイオン濃度である。なお、図13に示すように、第3濃度と第2濃度との濃度差が閾値(0.6mol/L)を上回ると、第2測定電極170cと第3測定電極170dとの電位差が33.0mVを上回る。すなわち、第3濃度と第2濃度との濃度差が閾値(0.6mol/L)を上回ると、電位差ΔV23の絶対値(|ΔV23|)が33mVより大きくなる。従って、|ΔV23|>33mVであるか否かを判定することで、「電位差ΔV23が、第3濃度と第2濃度との濃度差が閾値(0.6mol/L)を上回っているときに得られる電位差値であるか否か」を判定することになる。
Further, the
さらに、制御装置30は、|ΔV21|>33mVであり、且つ、|ΔV23|>33mVである場合、ΔV21>0mVであるか否かを判定する。すなわち、第1測定電極170bの電位が、第2測定電極170cの電位より高いか否か(従って、発電部150bの一端部150b1に含まれる非水電解液140の第1濃度が、発電部150bの中央部150b2に含まれる非水電解液140の第2濃度よりも高いか否か)を判定する。第1測定電極170bの電位が第2測定電極170cの電位より高い場合は、ΔV21>0mVとなる。
Further, when | ΔV21 |> 33 mV and | ΔV23 |> 33 mV,
なお、リチウムイオン二次電池100及びリチウムイオン二次電池101は、電気的に直列に接続されているので、同様に充放電される。このため、リチウムイオン二次電池100及びリチウムイオン二次電池101では、発電部150bにおける非水電解液140のLiイオン濃度の偏りも同様になる。従って、リチウムイオン二次電池100において、|ΔV21|>33mVである(第1濃度と第2濃度との濃度差が閾値(0.6mol/L)を上回っている)場合、リチウムイオン二次電池101においても、第1濃度と第2濃度との濃度差が閾値(0.6mol/L)を上回っていると考えられる。さらに、リチウムイオン二次電池100において、|ΔV23|>33mVである(第3濃度と第2濃度との濃度差が閾値(0.6mol/L)を上回っている)場合、リチウムイオン二次電池101においても、第3濃度と第2濃度との濃度差が閾値(0.6mol/L)を上回っていると考えられる。
Since the lithium ion
制御装置30は、ΔV21>0mVであると判定した場合(すなわち、第1濃度が第2濃度よりも高いと判断した場合)、組電池10(リチウムイオン二次電池100,101)の放電時における放電電流の上限値を低減させる制御を行う。例えば、放電電流値の上限値を20Cとしていた場合は、上限値を10Cに低減する。このように、放電電流値を抑制する(すなわち、相対的に充電電流値を大きくする)制御を行うことで、組電池10を構成するリチウムイオン二次電池100,101について、第1濃度及び第3濃度を低下させ、第2濃度を上昇させることができる。これにより、リチウムイオン二次電池100,101について、第1濃度と第2濃度との濃度差及び第3濃度と第2濃度との濃度差を閾値(0.6mol/L)以下とし、発電部150bにおける非水電解液140のLiイオン濃度の偏りを抑制することができる。従って、リチウムイオン二次電池100,101の内部抵抗の上昇を抑制し、電池の出力低下を抑制することができる。
When
なお、1Cの電流値とは、SOC100%の電池を1時間でSOC0%まで定電流放電できる電流値をいう。従って、20Cの電流値は、SOC100%の電池を3分でSOC0%まで放電できる電流値に相当する。リチウムイオン二次電池100,101の電池容量は、15Ahとしている。
Note that the current value of 1C is a current value that allows constant current discharge to a SOC of 0% in one hour. Therefore, the current value of 20C corresponds to a current value that can discharge a battery of
一方、制御装置30は、ΔV21>0mVでないと判定した場合(第1濃度が第2濃度よりも低いと判断した場合)、組電池10(リチウムイオン二次電池100,101)の充電時における充電電流の上限値を低減させる制御を行う。このように、充電電流値を抑制する(すなわち、相対的に放電電流値を大きくする)制御を行うことで、第1濃度及び第3濃度を上昇させ、第2濃度を低下させることができる。これにより、リチウムイオン二次電池100,101について、第1濃度と第2濃度との濃度差及び第3濃度と第2濃度との濃度差を閾値(0.6mol/L)以下とし、発電部150bにおける非水電解液140のLiイオン濃度の偏りを抑制することができる。従って、リチウムイオン二次電池100,101の内部抵抗の上昇を抑制し、電池の出力低下を抑制することができる。
On the other hand, when
なお、閾値(0.6mol/L)は、次のようにして決定した。
まず、リチウムイオン二次電池100について、充放電サイクル試験を行った。具体的には、リチウムイオン二次電池100を多数用意し、充電電流値を20C(ハイレート)、放電電流値を5Cとして、各リチウムイオン二次電池100について、充放電サイクル数を異ならせて充放電サイクル試験を行った。その後、各リチウムイオン二次電池100について、内部抵抗値(具体的には、IV抵抗値)を測定した。なお、リチウムイオン二次電池100の初期のIV抵抗値は、約3.0mΩであった。
The threshold value (0.6 mol / L) was determined as follows.
First, a charge / discharge cycle test was performed on the lithium ion
なお、IV抵抗値は、次のようにして算出した。充放電サイクル試験後の各リチウムイオン二次電池100について、電池電圧(端子間電圧VA)を測定した。その後、各リチウムイオン二次電池100について、60A(4C)の電流値で10秒間定電流放電させ、放電後の電池電圧(端子間電圧VB)を測定した。そして、定電流放電前後の端子間電圧差(VA−VB)を、放電電流値60Aで除して、IV抵抗値を得た。
The IV resistance value was calculated as follows. The battery voltage (inter-terminal voltage VA) was measured for each lithium ion
その後、IV抵抗値が4.2mΩとなったリチウムイオン二次電池100と、IV抵抗値が4.5mΩとなったリチウムイオン二次電池100とを分解し、第1測定電極170bに接触する非水電解液140(発電部150bの一端部150b1に含まれる非水電解液140)と、第2測定電極170cに接触する非水電解液140(発電部150bの中央部150b2に含まれる非水電解液140)と、第3測定電極170dに接触する非水電解液140(発電部150bの他端部150b3に含まれる非水電解液140)について、Liイオン濃度(第1濃度、第2濃度、第3濃度)を測定した。IV抵抗値が4.2mΩとなったリチウムイオン二次電池100の測定結果を図8に、IV抵抗値が4.5mΩとなったリチウムイオン二次電池100の測定結果を図9に示す。なお、非水電解液140のLiイオン濃度(Li塩濃度に一致)は、公知のNMR装置を用いて測定した。
Thereafter, the lithium ion
図8に示すように、IV抵抗値が4.2mΩとなったリチウムイオン二次電池100では、第1濃度(発電部150bの一端部150b1に含まれる非水電解液140のLiイオン濃度)が0.8mol/L、第2濃度(発電部150bの中央部150b2に含まれる非水電解液140のLiイオン濃度)が1.4mol/L、第3濃度(発電部150bの他端部150b3に含まれる非水電解液140のLiイオン濃度)が0.8mol/Lとなった。従って、第1濃度と第2濃度との濃度差が0.6mol/L(=1.4−0.8)となり、第3濃度と第2濃度との濃度差も0.6mol/L(=1.4−0.8)となった。
なお、図8、図9、及び図10では、第1濃度を(1)、第2濃度を(2)、第3濃度を(3)で表している。
As shown in FIG. 8, in the lithium ion
In FIGS. 8, 9, and 10, the first density is represented by (1), the second density is represented by (2), and the third density is represented by (3).
また、図9に示すように、IV抵抗値が4.5mΩとなったリチウムイオン二次電池100では、第1濃度が0.7mol/L、第2濃度が1.5mol/L、第3濃度が0.8mol/Lとなった。従って、第1濃度と第2濃度との濃度差が0.8mol/L(=1.5−0.7)となり、第3濃度と第2濃度との濃度差は0.7mol/L(=1.5−0.8)となった。
Further, as shown in FIG. 9, in the lithium ion
これらの結果(図8及び図9参照)より、第1濃度と第2濃度との濃度差及び第3濃度と第2濃度との濃度差が大きくなるほど、リチウムイオン二次電池100の内部抵抗(IV抵抗値)が大きくなることがわかる。また、放電電流値に比べて充電電流値を大きくして充放電を繰り返し行うと、第1濃度及び第3濃度が低下し、第2濃度が上昇することがわかる。 From these results (see FIG. 8 and FIG. 9), as the concentration difference between the first concentration and the second concentration and the difference between the third concentration and the second concentration are increased, the internal resistance of the lithium ion secondary battery 100 ( It can be seen that the (IV resistance value) increases. It can also be seen that when charging and discharging are repeated with the charging current value made larger than the discharging current value, the first concentration and the third concentration are lowered and the second concentration is raised.
また、リチウムイオン二次電池100について、放電電流値を20C(ハイレート)、充電電流値を5Cとして、充放電サイクル試験を行った。その後、このリチウムイオン二次電池100について内部抵抗値(具体的には、IV抵抗値)を測定したところ、約4.5mΩであった。その後、このリチウムイオン二次電池100についても、前述のようにして、非水電解液140の第1濃度、第2濃度、及び第3濃度を測定した。この結果を図10に示す。
In addition, the lithium ion
図10に示すように、このリチウムイオン二次電池100では、第1濃度が1.3mol/L、第2濃度が0.5mol/L、第3濃度が1.2mol/Lとなった。従って、第1濃度と第2濃度との濃度差が0.8mol/L(=1.3−0.5)となり、第3濃度と第2濃度との濃度差は0.7mol/L(=1.2−0.5)となった。このように、充電電流値に比べて放電電流値を大きくして充放電を繰り返し行うと、放電電流値に比べて充電電流値を大きくして充放電を繰り返し行った場合(図9参照)とは反対に、第1濃度及び第3濃度が上昇し、第2濃度が低下することがわかる。
As shown in FIG. 10, in the lithium ion
また、充電電流値に比べて放電電流値を大きくして充放電を繰り返し行った場合(図10参照)でも、IV抵抗値が4.5mΩとなったリチウムイオン二次電池100では、放電電流値に比べて充電電流値を大きくして充放電を繰り返し行った場合(図9参照)と同様に、第1濃度と第2濃度との濃度差が0.8mol/Lとなり、第3濃度と第2濃度との濃度差が0.7mol/Lとなった。このように、充電電流値に比べて放電電流値を大きくして充放電を繰り返し行った場合でも、放電電流値に比べて充電電流値を大きくして充放電を繰り返し行った場合でも、IV抵抗値が等しくなったリチウムイオン二次電池100では、第1濃度と第2濃度との濃度差及び第3濃度と第2濃度との濃度差が同程度になった。
Further, even when charging / discharging is repeated by increasing the discharging current value compared to the charging current value (see FIG. 10), in the lithium ion
前述のように、リチウムイオン二次電池100の初期のIV抵抗値は約3.0mΩであった。このリチウムイオン二次電池100では、IV抵抗値が4.2mΩを上回ると、内部抵抗が大きくなりすぎて、十分な出力が得られなくなった。
以上の結果より、IV抵抗値が4.2mΩとなったときの、第1濃度と第2濃度との濃度差(第3濃度と第2濃度との濃度差)である0.6mol/Lを、放電電流または放電電流の上限値を低減させる制御を行うか否かの閾値とした。これにより、第1濃度と第2濃度との濃度差(第3濃度と第2濃度との濃度差)が0.6mol/Lを上回るのを抑制し、リチウムイオン二次電池100のIV抵抗値が4.2mΩを上回るのを抑制することができる。
As described above, the initial IV resistance value of the lithium ion
From the above results, 0.6 mol / L, which is the concentration difference between the first concentration and the second concentration (concentration difference between the third concentration and the second concentration) when the IV resistance value becomes 4.2 mΩ. The threshold for determining whether or not to perform control to reduce the discharge current or the upper limit value of the discharge current was used. As a result, the concentration difference between the first concentration and the second concentration (concentration difference between the third concentration and the second concentration) is suppressed from exceeding 0.6 mol / L, and the IV resistance value of the lithium ion
また、図12に示す試験装置60を用いて、測定電極の電位差と非水電解液の濃度差との相関(図13参照)を得た。試験装置60は、非水電解液140bを収容する大型の容器61と、非水電解液140cを収容する小型の容器62とを備えている。非水電解液140cは、LiPF6の濃度を1.0mol/Lにした非水電解液140である。一方、非水電解液140bは、LiPF6の濃度を0.3〜2.0mol/Lの範囲内で変動させる非水電解液140である。
Moreover, the correlation (refer FIG. 13) of the electrical potential difference of a measurement electrode and the density | concentration difference of a non-aqueous electrolyte was obtained using the
容器62は、容器61内に配置されている。また、容器62の底部の一部は、バイコールガラス63によって形成されている。これにより、バイコールガラス63を通じて、容器62内に収容されている非水電解液140cと容器61内に収容されている非水電解液140bとの間で、電気的な導通が得られる。
The
さらに、非水電解液140b中には第1測定電極170bが浸漬され、非水電解液140c中には第2測定電極170cが浸漬されている。第1測定電極170bは、導線175bを通じて電位差測定装置50の正極端子に接続されている。第2測定電極170cは、導線175cを通じて電位差測定装置50の負極端子に接続されている。
Further, the
このような構成の試験装置60を用いて、非水電解液140bのLiPF6の濃度を、0.3mol/Lから2.0mol/Lに至るまで0.1mol/Lずつ上昇させて、非水電解液140bの各濃度ごとに、電位差測定装置50によって、第1測定電極170bと第2測定電極170cとの電位差を測定した。このときの、第1測定電極170bと第2測定電極170cとの電位差(絶対値)と、非水電解液140bと非水電解液140cとの濃度差(絶対値)との関係を図13に示す。
Using the
図13に示すように、非水電解液140bと非水電解液140cとの濃度差が大きくなるにしたがって、第1測定電極170bと第2測定電極170cとの電位差が大きくなった。そして、非水電解液140bと非水電解液140cとの濃度差が0.6mol/Lに達したとき、第1測定電極170bと第2測定電極170cとの電位差が33.0mVになった。この結果より、本実施例1の電池システム6において、第2測定電極170cと第1測定電極170bとの電位差が33.0mVを上回ったとき(すなわち、|ΔV21|>33mVであるとき)、第1濃度と第2濃度との濃度差が閾値(0.6mol/L)に達したと判断することができる。同様に、第2測定電極170cと第3測定電極170dとの電位差が33.0mVを上回ったとき(すなわち、|ΔV23|>33mVであるとき)も、第3濃度と第2濃度との濃度差が閾値(0.6mol/L)に達したと判断することができる。
As shown in FIG. 13, the potential difference between the
次に、本実施例1のハイブリッド自動車1におけるリチウムイオン二次電池の充放電制御について、図11を参照して説明する。
まず、ステップS1において、制御装置30は、組電池10(リチウムイオン二次電池100,101)について、通常充放電モードによる充放電制御を開始する。ここで、通常充放電モードとは、ハイレート充放電(例えば、20Cの電流値での充放電)を許容するモードである。なお、本実施例1の電池システム6では、通常充放電モードにおいて、充電電流値の上限値及び放電電流値の上限値を、共に20C(=300A)に設定している。
Next, charge / discharge control of the lithium ion secondary battery in the
First, in step S1, the
次いで、ステップS2に進み、制御装置30は、電位差測定装置50によって測定された電位差ΔV21及び電位差ΔV23に基づいて、|ΔV21|>33mVであり、且つ、|ΔV23|>33mVであるか否かを判定する。|ΔV21|>33mVであり、且つ、|ΔV23|>33mVである(Yes)と判定した場合は、ステップS3に進み、ΔV21>0mVであるか否かを判定する。すなわち、第1測定電極170bの電位が、第2測定電極170cの電位より高いか否かを判定する。
Next, the process proceeds to step S2, and the
ΔV21>0mVである(Yes)と判定した場合、ステップS4に進み、制御装置30は、組電池10(リチウムイオン二次電池100,101)の放電時における放電電流の上限値を低減させる制御を行う。具体的には、放電電流値の上限値20Cを、例えば、10Cにまで低減する。その後、ステップS5に進み、制御装置30は、放電電流値の上限値を10Cに低減した後に電位差測定装置50によって測定された電位差ΔV21及び電位差ΔV23に基づいて、|ΔV21|≦33mVであり、且つ、|ΔV23|≦33mVであるか否かを判定する。
When it determines with (DELTA) V21> 0mV (Yes), it progresses to step S4 and the
ステップS5において、|ΔV21|及び|ΔV23|の少なくとも一方が33mVより大きい(No)と判定した場合は、ステップS6に進み、制御装置30は、放電電流値の上限値を10Cに低減した後、組電池10(リチウムイオン二次電池100,101)について、所定回数(例えば、50サイクル)充放電が行われたか否かを判定する。所定回数(例えば、50サイクル)充放電が行われていない(No)と判定した場合は、ステップS5に戻り、上述の処理を行う。
If it is determined in step S5 that at least one of | ΔV21 | and | ΔV23 | is greater than 33 mV (No), the process proceeds to step S6, and the
一方、所定回数(例えば、50サイクル)充放電が行われた(Yes)と判定した場合は、ステップS4に戻り、放電電流値の上限値をさらに低減する。例えば、放電電流値の上限値が10Cである場合は、上限値を5Cにまで低減する。このように、放電電流値の上限値を低減してゆくことで、放電電流値に比べて充電電流値をより大きくすることができるので、第1濃度及び第3濃度を低下させ、第2濃度を上昇させることができる(図8参照)。これにより、第1測定電極170b及び第3測定電極170dの電位を低下させ、第2測定電極170cの電位を上昇させることができるので、|ΔV21|及び|ΔV23|を低減することができる。
On the other hand, when it is determined that charging / discharging has been performed a predetermined number of times (for example, 50 cycles) (Yes), the process returns to step S4 to further reduce the upper limit value of the discharge current value. For example, when the upper limit value of the discharge current value is 10C, the upper limit value is reduced to 5C. Thus, by reducing the upper limit value of the discharge current value, the charge current value can be made larger than the discharge current value, so that the first concentration and the third concentration are reduced, and the second concentration is reduced. Can be raised (see FIG. 8). As a result, the potentials of the
その後、ステップS5において、|ΔV21|≦33mVであり、且つ、|ΔV23|≦33mVである(Yes)と判定した場合は、ステップS1に戻り、通常充放電モードによる充放電制御を行う。すなわち、低減した放電電流値の上限値を20Cに戻して、組電池10(リチウムイオン二次電池100,101)の充放電を制御する。
Thereafter, when it is determined in step S5 that | ΔV21 | ≦ 33 mV and | ΔV23 | ≦ 33 mV (Yes), the process returns to step S1 to perform charge / discharge control in the normal charge / discharge mode. That is, the upper limit value of the reduced discharge current value is returned to 20 C, and charging / discharging of the assembled battery 10 (lithium ion
また、ステップS3において、ΔV21>0mVでない(No)と判定した場合は、組電池10(リチウムイオン二次電池100,101)の充電時における充電電流の上限値を低減させる制御を行う。具体的には、充電電流値の上限値20Cを、10Cにまで低減する。その後、ステップS8に進み、制御装置30は、充電電流値の上限値を10Cに低減した後に電位差測定装置50によって測定された電位差ΔV21及び電位差ΔV23に基づいて、|ΔV21|≦33mVであり、且つ、|ΔV23|≦33mVであるか否かを判定する。
If it is determined in step S3 that ΔV21> 0 mV is not satisfied (No), control is performed to reduce the upper limit value of the charging current when charging the assembled battery 10 (lithium ion
ステップS8において、|ΔV21|及び|ΔV23|の少なくとも一方が33mVより大きい(No)と判定した場合は、ステップS9に進み、制御装置30は、充電電流値の上限値を10Cに低減した後、組電池10(リチウムイオン二次電池100,101)について、所定回数(例えば、50サイクル)充放電が行われたか否かを判定する。所定回数(例えば、50サイクル)充放電が行われていない(No)と判定した場合は、ステップS8に戻り、上述の処理を行う。
If it is determined in step S8 that at least one of | ΔV21 | and | ΔV23 | is greater than 33 mV (No), the process proceeds to step S9, and the
一方、所定回数(例えば、50サイクル)充放電が行われた(Yes)と判定した場合は、ステップS7に戻り、充電電流値の上限値をさらに低減する。例えば、充電電流値の上限値が10Cである場合は、上限値を5Cにまで低減する。このように、充電電流値の上限値を低減してゆくことで、充電電流値に比べて放電電流値を大きくしてゆくことができるので、第1濃度及び第3濃度を上昇させ、第2濃度を低下させることができる(図10参照)。これにより、第1測定電極170b及び第3測定電極170dの電位を上昇させ、第2測定電極170cの電位を低下させることができるので、|ΔV21|及び|ΔV23|を低減することができる。
On the other hand, if it is determined that charging / discharging has been performed a predetermined number of times (for example, 50 cycles) (Yes), the process returns to step S7 to further reduce the upper limit value of the charging current value. For example, when the upper limit value of the charging current value is 10C, the upper limit value is reduced to 5C. Thus, by reducing the upper limit value of the charging current value, the discharging current value can be increased compared to the charging current value, so that the first concentration and the third concentration are increased, and the second concentration is increased. The concentration can be reduced (see FIG. 10). As a result, the potentials of the
その後、ステップS8において、|ΔV21|≦33mVであり、且つ、|ΔV23|≦33mVである(Yes)と判定した場合は、ステップS1に戻り、通常充放電モードによる充放電制御を行う。すなわち、低減した充電電流値の上限値を20Cに戻して、組電池10(リチウムイオン二次電池100,101)の充放電を制御する。
Thereafter, when it is determined in step S8 that | ΔV21 | ≦ 33 mV and | ΔV23 | ≦ 33 mV (Yes), the process returns to step S1 to perform charge / discharge control in the normal charge / discharge mode. That is, the upper limit value of the reduced charging current value is returned to 20 C, and charging / discharging of the assembled battery 10 (lithium ion
以上のように制御することで、リチウムイオン二次電池100,101について、第1濃度と第2濃度との濃度差及び第3濃度と第2濃度との濃度差を閾値(0.6mol/L)以下とし、発電部150bにおける非水電解液140のLiイオン濃度の偏りを抑制することができる。従って、リチウムイオン二次電池100,101の内部抵抗の上昇(IV抵抗値が4.2mΩを上回ること)を抑制し、電池の出力低下を抑制することができる。これにより、ハイブリッド自動車1の走行性能の低下を抑制することができる。
By controlling as described above, for the lithium ion
(実施例2)
次に、本発明の実施例2について、図面を参照しつつ説明する。
本実施例2のハイブリッド自動車11は、実施例1のハイブリッド自動車1と比較して、電池システムが異なる(図1参照)。具体的には、本実施例2のハイブリッド自動車11は、電池システム26を備えている。この電池システム26は、実施例1の電池システム6と比較して、組電池及び制御装置が異なる。
(Example 2)
Next,
The hybrid vehicle 11 of the second embodiment is different in battery system from the
本実施例2の電池システム26は、図14に示すように、実施例1の電池システム6と異なり、組電池12と制御装置230を備えている。このうち、組電池12は、実施例1の組電池10と比較して、リチウムイオン二次電池100をリチウムイオン二次電池200に変更した点のみが異なる。リチウムイオン二次電池200は、図15に示すように、実施例1のリチウムイオン二次電池100と比較して、第3測定電極170d及び導線175dを有していない点のみが異なる。
As shown in FIG. 14, the
制御装置230は、電位差測定装置50によって測定された電位差ΔV21を、逐次入力する。なお、本実施例2では、導線175cが、電位差測定装置50の負極端子に接続され、導線175bが、電位差測定装置50の正極端子に接続されている。従って、実施例1と同様に、電位差ΔV21=(第1測定電極170bの電位)−(第2測定電極170cの電位)となる。
The
制御装置230は、電位差ΔV21に基づいて、組電池12(リチウムイオン二次電池200,101)の充電電流及び放電電流を制御する。具体的には、制御装置230は、電位差ΔV21が、第1濃度と第2濃度との濃度差が閾値(0.6mol/L)を上回っているときに得られる電位差値(33mVより大きい値)であるか否かを判定する。詳細には、|ΔV21|>33mVであるか否かを判定する。ここで、第1濃度とは、発電部150bの一端部150b1に含まれる非水電解液140のLiイオン濃度である。また、第2濃度は、発電部150bの中央部150b2に含まれる非水電解液140のLiイオン濃度である。
The
さらに、制御装置230は、|ΔV21|>33mVである場合、ΔV21>0mVであるか否かを判定する。すなわち、第1測定電極170bの電位が、第2測定電極170cの電位より高いか否か(従って、発電部150bの一端部150b1に含まれる非水電解液140の第1濃度が、発電部150bの中央部150b2に含まれる非水電解液140の第2濃度よりも高いか否か)を判定する。
Furthermore, when | ΔV21 |> 33 mV,
ΔV21>0mVであると判定した場合(すなわち、第1濃度が第2濃度よりも高いと判断した場合)は、組電池12(リチウムイオン二次電池200,101)の放電時における放電電流の上限値を低減させる制御を行う。このように、放電電流値を抑制する(すなわち、相対的に充電電流値を大きくする)制御を行うことで、組電池12を構成するリチウムイオン二次電池200,101について、第1濃度及び第3濃度を低下させ、第2濃度を上昇させることができる(図8参照)。これにより、リチウムイオン二次電池200,101について、第1濃度と第2濃度との濃度差及び第3濃度と第2濃度との濃度差を閾値(0.6mol/L)以下とし、発電部150bにおける非水電解液140のLiイオン濃度の偏りを抑制することができる。従って、リチウムイオン二次電池200,101の内部抵抗の上昇を抑制し、電池の出力低下を抑制することができる。
When it is determined that ΔV21> 0 mV (that is, when it is determined that the first concentration is higher than the second concentration), the upper limit of the discharge current during discharge of the assembled battery 12 (lithium ion
一方、ΔV21>0mVでないと判定した場合(第1濃度が第2濃度よりも低いと判断した場合)は、組電池12(リチウムイオン二次電池200,101)の充電時における充電電流の上限値を低減させる制御を行う。このように、充電電流値を抑制する(すなわち、相対的に放電電流値を大きくする)制御を行うことで、第1濃度及び第3濃度を上昇させ、第2濃度を低下させることができる(図10参照)。これにより、リチウムイオン二次電池200,101について、第1濃度と第2濃度との濃度差及び第3濃度と第2濃度との濃度差を閾値(0.6mol/L)以下とし、発電部150bにおける非水電解液140のLiイオン濃度の偏りを抑制することができる。従って、リチウムイオン二次電池100,101の内部抵抗の上昇を抑制し、電池の出力低下を抑制することができる。
On the other hand, when it is determined that ΔV21> 0 mV is not satisfied (when it is determined that the first concentration is lower than the second concentration), the upper limit value of the charging current when charging the assembled battery 12 (lithium ion
なお、図8〜図10に示すように、第1濃度(発電部150bの一端部150b1に含まれる非水電解液140のLiイオン濃度)と第3濃度(発電部150bの他端部150b3に含まれる非水電解液140のLiイオン濃度)は、ほぼ等しい値となる。従って、第1濃度と第2濃度との濃度差を閾値(0.6mol/L)以下とすることで、第3濃度と第2濃度との濃度差も閾値(0.6mol/L)以下とすることが可能となる。
As shown in FIGS. 8 to 10, the first concentration (the Li ion concentration of the
次に、本実施例2のハイブリッド自動車11におけるリチウムイオン二次電池の充放電制御について、図16を参照して説明する。
まず、制御装置230は、ステップT1の処理を、実施例1のステップS1と同様に行う。次いで、ステップT2に進み、制御装置230は、電位差測定装置50によって測定された電位差ΔV21に基づいて、|ΔV21|>33mVであるか否かを判定する。|ΔV21|>33mVである(Yes)と判定した場合は、ステップT3に進み、実施例1のステップS1と同様の処理を行う。
Next, charge / discharge control of the lithium ion secondary battery in the hybrid vehicle 11 of the second embodiment will be described with reference to FIG.
First, the
ステップT3においてΔV21>0mVである(Yes)と判定した場合、ステップT4に進み、制御装置230は、組電池12(リチウムイオン二次電池200,101)の放電時における放電電流の上限値を低減させる制御を、実施例1のステップS4と同様にして行う。その後、ステップT5に進み、制御装置230は、放電電流値の上限値を低減した後に電位差測定装置50によって測定された電位差ΔV21に基づいて、|ΔV21|≦33mVであるか否かを判定する。
When it is determined in Step T3 that ΔV21> 0 mV (Yes), the process proceeds to Step T4, and the
ステップT5において、|ΔV21|≦33mVでない(No)と判定した場合は、ステップT6に進み、制御装置230は、実施例1のステップS6と同様の処理を行う。
ステップT6において所定回数(例えば、50サイクル)充放電が行われた(Yes)と判定した場合は、ステップT4に戻り、放電電流値の上限値をさらに低減する。その後、ステップT5において、|ΔV21|≦33mVである(Yes)と判定した場合は、ステップT1に戻り、通常充放電モードによる充放電制御を行う。すなわち、低減した放電電流値の上限値を20Cに戻して、組電池12(リチウムイオン二次電池200,101)の充放電を制御する。
If it is determined in step T5 that | ΔV21 | ≦ 33 mV is not satisfied (No), the process proceeds to step T6, and the
If it is determined in step T6 that charging / discharging has been performed a predetermined number of times (for example, 50 cycles) (Yes), the process returns to step T4 to further reduce the upper limit value of the discharge current value. Thereafter, when it is determined in step T5 that | ΔV21 | ≦ 33 mV (Yes), the process returns to step T1 to perform charge / discharge control in the normal charge / discharge mode. That is, the upper limit value of the reduced discharge current value is returned to 20 C, and charging / discharging of the assembled battery 12 (lithium ion
一方、ステップT3において、ΔV21>0mVでない(No)と判定した場合は、、組電池12(リチウムイオン二次電池200,101)の充電時における充電電流の上限値を低減させる制御を行う。その後、ステップT8に進み、制御装置230は、充電電流値の上限値を低減した後に電位差測定装置50によって測定された電位差ΔV21に基づいて、|ΔV21|≦33mVであるか否かを判定する。
On the other hand, if it is determined in step T3 that ΔV21> 0 mV is not satisfied (No), control is performed to reduce the upper limit value of the charging current when charging the assembled battery 12 (lithium ion
ステップT8において、|ΔV21|≦33mVでない(No)と判定した場合は、ステップT9に進み、実施例1のステップS9と同様の処理を行う。
ステップT9において所定回数(例えば、50サイクル)充放電が行われた(Yes)と判定した場合は、ステップT7に戻り、充電電流値の上限値をさらに低減する。その後、ステップT8において、|ΔV21|≦33mVである(Yes)と判定した場合は、ステップT1に戻り、通常充放電モードによる充放電制御を行う。すなわち、低減した充電電流値の上限値を20Cに戻して、組電池12(リチウムイオン二次電池200,101)の充放電を制御する。
If it is determined in step T8 that | ΔV21 | ≦ 33 mV is not satisfied (No), the process proceeds to step T9, and the same process as step S9 in the first embodiment is performed.
If it is determined in step T9 that charging / discharging has been performed a predetermined number of times (for example, 50 cycles) (Yes), the process returns to step T7 to further reduce the upper limit value of the charging current value. Thereafter, when it is determined in step T8 that | ΔV21 | ≦ 33 mV (Yes), the process returns to step T1 to perform charge / discharge control in the normal charge / discharge mode. That is, the upper limit value of the reduced charging current value is returned to 20 C, and charging / discharging of the assembled battery 12 (lithium ion
以上のように制御することで、リチウムイオン二次電池200,101について、第1濃度と第2濃度との濃度差及び第3濃度と第2濃度との濃度差を閾値(0.6mol/L)以下とし、発電部150bにおける非水電解液140のLiイオン濃度の偏りを抑制することができる。従って、リチウムイオン二次電池200,101の内部抵抗の上昇(IV抵抗値が4.2mΩを上回ること)を抑制し、電池の出力低下を抑制することができる。これにより、ハイブリッド自動車11の走行性能の低下を抑制することができる。
By controlling as described above, the concentration difference between the first concentration and the second concentration and the concentration difference between the third concentration and the second concentration are set to the threshold (0.6 mol / L) for the lithium ion
(変形例1)
変形例1のハイブリッド自動車21は、実施例1のハイブリッド自動車1と比較して、電池システムが異なる(図1参照)。具体的には、本変形例1のハイブリッド自動車21は、電池システム36を備えている。この電池システム36は、実施例1の電池システム6と比較して、組電池のみが異なる(図2参照)。
(Modification 1)
The hybrid vehicle 21 of the first modification differs from the
本変形例1の電池システム36は、図2に括弧書きで示すように、実施例1の電池システム6と異なり、組電池13を備えている。組電池13は、実施例1の組電池10と比較して、リチウムイオン二次電池100をリチウムイオン二次電池300に変更した点のみが異なる。リチウムイオン二次電池300は、図17に示すように、実施例1のリチウムイオン二次電池100と比較して、第1測定電極170b〜第3測定電極170dに代えて、一体型測定電極シート370を設けた点が大きく異なる。
Unlike the
一体型測定電極シート370は、図19及び図20に示すように、厚み均一な1枚のシート状をなす一体型測定電極シートである。具体的には、一体型測定電極シート370は、電気絶縁性を有する第1絶縁シート374(例えば、ポリプロピレンシート)と、アルミニウム箔からなる配線層371と、電極合剤172からなる電極合剤層372と、電気絶縁性を有する第2絶縁シート373(例えば、ポリプロピレンシート)とが積層されてなる。なお、電極合剤172は、実施例1と同様に、LiFePO4で表される活物質172bを含んでいる。
As shown in FIGS. 19 and 20, the integrated
配線層371は、円形状をなす第1集電部371bと、これに接続する第1配線部371eと、円形状をなす第2集電部371cと、これに接続する第2配線部371fと、円形状をなす第3集電部371dと、これに接続する第3配線部371gとを有している。
電極合材層372は、第1集電部371bの表面と、第2集電部371cの表面と、第3集電部371dの表面とに、それぞれ積層された電極合剤172からなる。
また、第2絶縁シート373のうち電極合剤172と対向する位置には、電極合剤172を外部に露出させる円形状の貫通孔373b,373c,373dが形成されている。
The
The
In addition, circular through
このような一体型測定電極シート370では、第1集電部371bとその表面に積層された電極合剤172とにより、第1測定電極370bが形成される。さらに、第2集電部371cとその表面に積層された電極合剤172とにより、第2測定電極370cが形成される。さらに、第3集電部371dとその表面に積層された電極合剤172とにより、第3測定電極370dが形成される。従って、一体型測定電極シート370は、第1測定電極370b、第2測定電極370c、及び第3測定電極370cが、第1絶縁シート374と第2絶縁シート373との間に挟まれて一体化され、厚み均一な1枚のシート状をなす一体型測定電極シートであるといえる。
In such an integrated
一体型測定電極シート370は、図17、図18、及び図21に示すように、電極体350の発電部350bの外周面350c上に配置(例えば、バインダ樹脂により接着)されている。なお、電極体350は、実施例1の電極体150と比較して、発電部の形態のみが異なる。具体的には、電極体350の発電部350bは、図21に示すように、実施例1の発電部150bと比較して、第2絶縁シート373の貫通孔373b,373c,373dと対向する位置に、外周面側セパレータ157bを、第1測定電極370b、第2測定電極370c、及び第3測定電極370cに向けて露出させる第1露出穴156f、第2露出穴156g、及び第3露出穴156hが形成されている点のみが異なる。ここで、外周面側セパレータ157bとは、正極板155と負極板156との間に挟まれたセパレータ157のうち、最も外周面350c側に位置する部位である。また、本変形例1では、第1露出穴156f、第2露出穴156g、及び第3露出穴156hは、最も外周面350c側に位置する負極板156を貫通する丸穴である。
なお、図21では、発電部350bの第1平坦部350d側のみを示しており、その他の部位は図示を省略している。
The integrated
In FIG. 21, only the first
このような構成のリチウムイオン二次電池300では、一体型測定電極シート370に含まれる第1測定電極370bが、第1露出穴156f及び貫通孔373bを通じて、発電部350bの一端部350b1に含まれる非水電解液140に接触する。さらに、一体型測定電極シート370に含まれる第2測定電極370cが、第2露出穴156g及び貫通孔373cを通じて、発電部350bの中央部350b2に含まれる非水電解液140に接触する。さらに、一体型測定電極シート370に含まれる第3測定電極370dが、第3露出穴156h及び貫通孔373dを通じて、発電部350bの他端部350b3に含まれる非水電解液140に接触する。
In the lithium ion
これにより、一体型測定電極シート370に含まれる第1測定電極370bによって、発電部350bの一端部350b1に含まれる非水電解液140のLiイオン濃度に応じた電位を適切に測定することができる。さらに、一体型測定電極シート370に含まれる第2測定電極370cによって、発電部350bの中央部350b2に含まれる非水電解液140のLiイオン濃度に応じた電位を適切に測定することができる。さらに、一体型測定電極シート370に含まれる第3測定電極370dによって、発電部350bの他端部350b3に含まれる非水電解液140のLiイオン濃度に応じた電位を適切に測定することができる。
Thereby, the electric potential according to Li ion concentration of the
なお、本変形例1では、第1測定電極370bに接続する第1配線部371eに、導線175bの一端部が接続されている。また、第2測定電極370cに接続する第2配線部371fに、導線175cの一端部が接続されている。また、第3測定電極370dに接続する第3配線部371gに、導線175dの一端部が接続されている。
In the first modification, one end portion of the
このような変形例1の電池システム36でも、制御装置30により、実施例1と同様にして(図11参照)、充電電流及び放電電流を制御する。これにより、組電池13を構成するリチウムイオン二次電池300,101について、第1濃度と第2濃度との濃度差及び第3濃度と第2濃度との濃度差を閾値(0.6mol/L)以下とし、発電部における非水電解液140のLiイオン濃度の偏りを抑制することができる。従って、リチウムイオン二次電池300,101の内部抵抗の上昇(IV抵抗値が4.2mΩを上回ること)を抑制し、電池の出力低下を抑制することができる。これにより、ハイブリッド自動車21の走行性能の低下を抑制することができる。
Even in the
ところで、電池ケース110の角形収容部111は、図18に示すように、電極体350を挟んで対向する第1内側面111b及び第2内側面111cを有している。また、発電部350の外周面350cは、角形収容部111の第1内側面111bと対向する平坦状の第1平坦部350dと、角形収容部111の第2内側面111cと対向する平坦状の第2平坦部350eとを有している。
By the way, as shown in FIG. 18, the
このようなリチウムイオン二次電池300では、充電時に電極体350が膨張する(図18において左右方向に膨張する)と、発電部350bの第1平坦部350dが角形収容部111の第1内側面111bによって押圧されると共に、発電部350bの第2平坦部350eが角形収容部111の第2内側面111cによって押圧される。
In such a lithium ion
このため、電極体350の第1平坦部350dに部分的(一端部、中央部、他端部)に測定電極を配置して、第1平坦部350dのうち測定電極を配置しない部分については何も配置せずに露出させる形態とした場合、充電時に電極体350が膨張したとき、角形収容部111の第1内側面111bによる発電部350bの第1平坦部350dへの押圧力が不均一となる。具体的には、第1平坦部350dのうち測定電極を配置していない部分は、測定電極を配置している部分に比べて、測定電極の厚みの分だけ第1内側面111bから遠ざかっているので、第1平坦部350dのうち測定電極を配置していない部分では、測定電極を配置している部分に比べて押圧力が小さくなる。この影響で、充電ムラが生じ、電池の出力特性が低下する虞があった。
For this reason, the measurement electrode is partially disposed on the first
これに対し、本変形例1では、一体型測定電極シート370を、発電部350bの第1平坦部350dの全面を覆うことが可能な形状としている。そして、この一体型測定電極シート370を、発電部350bの第1平坦部350dの全面を覆って配置している(図17、図18、図21参照)。これにより、充電時に電極体350が膨張したとき、角形収容部111の第1内側面111bによる発電部350bの第1平坦部350dへの押圧力を均一にすることができる。これにより、充電ムラを抑制し、電池の出力特性を良好にすることができる。
On the other hand, in the first modification, the integrated
以上において、本発明を実施例1,2及び変形例1に即して説明したが、本発明は上記実施例等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。
例えば、実施例1,2及変形例1では、測定電極として、LiFePO4を有する測定電極を用いた。しかしながら、LiFePO4に代えて、LiMnPO4、LiCoPO4、及びLi4Ti5O12のいずれかを有する測定電極を用いるようにしても良い。あるいは、Li金属からなる測定電極を用いても良い。
In the above, the present invention has been described with reference to the first and second embodiments and the first modification. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments and the like, and can be appropriately changed without departing from the gist thereof. Needless to say, this is applicable.
For example, in Examples 1 and 2 and
また、変形例1では、一体型測定電極シートとして、第1測定電極370b、第2測定電極370c、及び第3測定電極370cを含む一体型測定電極シート370を例示した。しかしながら、第3測定電極370cを有することなく、第1測定電極370b及び第2測定電極370cを有し、外寸法を一体型測定電極シート370と同等にした一体型測定電極シートを用いるようにしても良い。この場合、実施例2と同様にして、充電電流及び放電電流を制御すると良い。
In
1,11,21 ハイブリッド自動車
6,26,36 電池システム
10,12,13 組電池
30,230 制御装置
50 電位差測定装置
100,200,300 リチウムイオン二次電池
110 電池ケース
111b 第1内側面
111c 第2内側面
140 非水電解液
150,350 電極体
150b,350b 発電部
150b1,350b1 発電部の一端部
150b2,350b2 発電部の中央部
150b3,350b3 発電部の他端部
155 正極板(第1電極板)
155c 正極活物質塗工部(第1電極板の活物質塗工部)
156 負極板(第2電極板)
156c 負極活物質塗工部(第2電極板の活物質塗工部)
156f 第1露出穴
156g 第2露出穴
156h 第3露出穴
157 セパレータ
157b 外周面側セパレータ
170b,370b 第1測定電極
170c,370c 第2測定電極
170d,370d 第3測定電極
350c 発電部の外周面
350d 第1平坦部
350e 第2平坦部
370 一体型測定電極シート
373 第2絶縁シート
374 第1絶縁シート
X 電極体の軸線方向
1,11,21
155c Positive electrode active material coating part (active material coating part of the first electrode plate)
156 Negative electrode plate (second electrode plate)
156c Negative electrode active material coating part (active material coating part of second electrode plate)
156f
Claims (14)
Li塩を含有する非水電解液であって、上記発電部の内部に含まれる非水電解液と、
上記電極体の軸線方向について上記発電部の一端部に配置され、上記発電部の上記一端部に含まれる上記非水電解液に接触する第1の測定電極と、
上記軸線方向について上記発電部の中央部に配置され、上記発電部の上記中央部に含まれる上記非水電解液に接触する第2の測定電極と、を備える
リチウムイオン二次電池。 An electrode body formed by winding a first electrode plate, a second electrode plate, and a separator, wherein the active material coating portion of the first electrode plate, the active material coating portion of the second electrode plate, and the separator An electrode body having a power generation unit that overlaps,
A non-aqueous electrolyte containing a Li salt, the non-aqueous electrolyte contained inside the power generation unit;
A first measurement electrode disposed at one end of the power generation unit in the axial direction of the electrode body and in contact with the non-aqueous electrolyte contained in the one end of the power generation unit;
A lithium ion secondary battery comprising: a second measurement electrode that is disposed in a central portion of the power generation unit in the axial direction and contacts the nonaqueous electrolyte solution included in the central portion of the power generation unit.
前記軸線方向について前記発電部の他端部に配置され、上記発電部の上記他端部に含まれる上記非水電解液に接触する第3の測定電極、を備える
リチウムイオン二次電池。 The lithium ion secondary battery according to claim 1,
A lithium ion secondary battery comprising: a third measurement electrode disposed at the other end of the power generation unit in the axial direction and in contact with the non-aqueous electrolyte contained in the other end of the power generation unit.
前記測定電極は、LiFePO4、LiMnPO4、LiCoPO4、及びLi4Ti5O12のいずれかで表される活物質を有する測定電極である
リチウムイオン二次電池。 The lithium ion secondary battery according to claim 1 or 2,
The measuring electrode is, LiFePO 4, LiMnPO 4, LiCoPO 4, and Li 4 Ti 5 lithium ion secondary battery is a measurement electrode having an active material represented by any one of O 12.
前記測定電極は、SOC50%の充電状態に設定されてなる
リチウムイオン二次電池。 The lithium ion secondary battery according to claim 3,
The measurement electrode is a lithium ion secondary battery in which the SOC is set to 50% SOC.
前記測定電極は、前記発電部の外周面上に配置されてなり、
前記発電部は、各々の上記測定電極と対向する位置に、前記第1電極板と前記第2電極板との間に挟まれた前記セパレータのうち最も上記外周面側に位置する外周面側セパレータを、上記測定電極に向けて露出させる露出穴を構成する形態を有し、
上記測定電極は、ぞれぞれ、上記露出穴を通じて前記非水電解液と接触してなる
リチウムイオン二次電池。 The lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 4,
The measurement electrode is disposed on the outer peripheral surface of the power generation unit,
The power generation unit is an outer peripheral surface side separator that is positioned closest to the outer peripheral surface among the separators sandwiched between the first electrode plate and the second electrode plate at a position facing each measurement electrode. Having an exposure hole that exposes the measurement electrode toward the measurement electrode,
Each of the measurement electrodes is a lithium ion secondary battery in contact with the non-aqueous electrolyte through the exposed hole.
前記リチウムイオン二次電池は、前記電極体、前記非水電解液、及び前記測定電極を収容する直方体形状の電池ケースを有し、
上記電池ケースは、上記電極体を挟んで対向する第1内側面及び第2内側面を有し、
前記発電部は、前記軸線方向に直交する方向に切断した断面が長円状をなす扁平捲回型の発電部であり、
上記発電部の前記外周面は、
上記電池ケースの上記第1内側面と対向する平坦状の第1平坦部と、
上記電池ケースの上記第2内側面と対向する平坦状の第2平坦部と、を有し、
上記リチウムイオン二次電池に配置される全ての前記測定電極は、電気絶縁性を有する絶縁シートの間に挟まれて一体化され、厚み均一な1枚のシート状をなす一体型測定電極シートであって、上記発電部の上記第1平坦部の全面を覆うことが可能な形状の一体型測定電極シートを構成してなり、
上記一体型測定電極シートは、上記発電部の上記第1平坦部の全面を覆って配置されてなる
リチウムイオン二次電池。 The lithium ion secondary battery according to claim 5,
The lithium ion secondary battery has a rectangular parallelepiped battery case that houses the electrode body, the non-aqueous electrolyte, and the measurement electrode,
The battery case has a first inner surface and a second inner surface facing each other across the electrode body,
The power generation unit is a flat wound power generation unit in which a cross section cut in a direction orthogonal to the axial direction has an oval shape,
The outer peripheral surface of the power generation unit is
A flat first flat portion facing the first inner surface of the battery case;
A flat second flat portion facing the second inner surface of the battery case,
All the measurement electrodes arranged in the lithium ion secondary battery are integrated and sandwiched between insulating sheets having electrical insulation properties, and are integrated into a single sheet with a uniform thickness. Comprising an integrated measurement electrode sheet having a shape capable of covering the entire surface of the first flat portion of the power generation unit,
The integrated measurement electrode sheet is a lithium ion secondary battery arranged to cover the entire surface of the first flat portion of the power generation unit.
Li塩を含有する非水電解液であって、上記発電部の内部に含まれる非水電解液と、
上記電極体の軸線方向について上記発電部の一端部に配置され、上記発電部の上記一端部に含まれる上記非水電解液に接触する第1の測定電極と、
上記軸線方向について上記発電部の中央部に配置され、上記発電部の上記中央部に含まれる上記非水電解液に接触する第2の測定電極と、を有する
リチウムイオン二次電池と、
上記第2の測定電極と上記第1の測定電極との間の電位差ΔV21を測定する電位差測定装置と、
上記電位差ΔV21に基づいて、上記リチウムイオン二次電池の充電電流及び放電電流を制御する制御装置であって、
上記電位差ΔV21が、上記発電部の上記一端部に含まれる上記非水電解液のLiイオン濃度である第1濃度と上記発電部の上記中央部に含まれる上記非水電解液のLiイオン濃度である第2濃度との濃度差が閾値を上回っているときに得られる電位差値である場合において、
上記第1濃度が上記第2濃度よりも高いとき、上記リチウムイオン二次電池の放電時における放電電流の上限値を低減させる制御を行い、
上記第1濃度が上記第2濃度よりも低いとき、上記リチウムイオン二次電池の充電時における充電電流の上限値を低減させる制御を行う
制御装置と、を備える
電池システム。 An electrode body formed by winding a first electrode plate, a second electrode plate, and a separator, wherein the active material coating portion of the first electrode plate, the active material coating portion of the second electrode plate, and the separator An electrode body having a power generation unit that overlaps,
A non-aqueous electrolyte containing a Li salt, the non-aqueous electrolyte contained inside the power generation unit;
A first measurement electrode disposed at one end of the power generation unit in the axial direction of the electrode body and in contact with the non-aqueous electrolyte contained in the one end of the power generation unit;
A lithium ion secondary battery having a second measurement electrode disposed in the central portion of the power generation unit in the axial direction and in contact with the non-aqueous electrolyte contained in the central portion of the power generation unit;
A potential difference measuring device for measuring a potential difference ΔV21 between the second measurement electrode and the first measurement electrode;
A control device for controlling a charging current and a discharging current of the lithium ion secondary battery based on the potential difference ΔV21;
The potential difference ΔV21 is a first concentration that is a Li ion concentration of the nonaqueous electrolyte contained in the one end of the power generation unit and a Li ion concentration of the nonaqueous electrolyte contained in the center of the power generation unit. In the case of a potential difference value obtained when the concentration difference with a certain second concentration exceeds a threshold value,
When the first concentration is higher than the second concentration, control is performed to reduce the upper limit value of the discharge current when discharging the lithium ion secondary battery,
And a control device that performs control to reduce an upper limit value of a charging current during charging of the lithium ion secondary battery when the first concentration is lower than the second concentration.
前記リチウムイオン二次電池は、
前記軸線方向について前記発電部の他端部に配置され、上記発電部の上記他端部に含まれる上記非水電解液に接触する第3の測定電極を有し、
前記電位差測定装置は、前記電位差ΔV21、及び、上記第2の測定電極と上記第3の測定電極との間の電位差ΔV23を測定し、
前記制御装置は、
上記電位差ΔV21が、前記第1濃度と前記第2濃度との濃度差が前記閾値を上回っているときに得られる電位差値である場合で、且つ、上記電位差ΔV23が、上記発電部の上記他端部に含まれる上記非水電解液のLiイオン濃度である第3濃度と前記第2濃度との濃度差が前記閾値を上回っているときに得られる電位差値である場合において、
上記第1濃度が上記第2濃度よりも高いとき、上記リチウムイオン二次電池の放電時における放電電流の上限値を低減させる制御を行い、
上記第1濃度が上記第2濃度よりも低いとき、上記リチウムイオン二次電池の充電時における充電電流の上限値を低減させる制御を行う
電池システム。 The battery system according to claim 7,
The lithium ion secondary battery is
A third measuring electrode disposed at the other end of the power generation unit in the axial direction and in contact with the non-aqueous electrolyte contained in the other end of the power generation unit;
The potential difference measuring device measures the potential difference ΔV21 and the potential difference ΔV23 between the second measurement electrode and the third measurement electrode,
The control device includes:
The potential difference ΔV21 is a potential difference value obtained when the concentration difference between the first concentration and the second concentration exceeds the threshold value, and the potential difference ΔV23 is the other end of the power generation unit. In the case of the potential difference value obtained when the concentration difference between the third concentration and the second concentration, which is the Li ion concentration of the non-aqueous electrolyte contained in the part, exceeds the threshold value,
When the first concentration is higher than the second concentration, control is performed to reduce the upper limit value of the discharge current when discharging the lithium ion secondary battery,
A battery system that performs control to reduce an upper limit value of a charging current during charging of the lithium ion secondary battery when the first concentration is lower than the second concentration.
前記閾値は、0.6mol/Lである
電池システム。 The battery system according to claim 7 or 8,
The battery system in which the threshold is 0.6 mol / L.
前記測定電極は、LiFePO4、LiMnPO4、LiCoPO4、及びLi4Ti5O12のいずれかで表される活物質を有する測定電極である
電池システム。 The battery system according to any one of claims 7 to 9, wherein
The battery system, wherein the measurement electrode is a measurement electrode having an active material represented by any one of LiFePO 4 , LiMnPO 4 , LiCoPO 4 , and Li 4 Ti 5 O 12 .
前記測定電極は、SOC50%の充電状態に設定されてなる
電池システム。 The battery system according to claim 10,
The measurement electrode is a battery system configured to be in a state of charge of SOC 50%.
前記測定電極は、前記発電部の外周面上に配置されてなり、
前記発電部は、各々の上記測定電極と対向する位置に、前記第1電極板と前記第2電極板との間に挟まれた前記セパレータのうち最も上記外周面側に位置する外周面側セパレータを、上記測定電極に向けて露出させる露出穴を構成する形態を有し、
上記測定電極は、ぞれぞれ、上記露出穴を通じて前記非水電解液と接触してなる
電池システム。 It is a battery system as described in any one of Claims 7-11, Comprising:
The measurement electrode is disposed on the outer peripheral surface of the power generation unit,
The power generation unit is an outer peripheral surface side separator that is positioned closest to the outer peripheral surface among the separators sandwiched between the first electrode plate and the second electrode plate at a position facing each measurement electrode. Having an exposure hole that exposes the measurement electrode toward the measurement electrode,
Each of the measurement electrodes is a battery system in contact with the non-aqueous electrolyte through the exposed hole.
前記リチウムイオン二次電池は、前記電極体、前記非水電解液、及び前記測定電極を収容する直方体形状の電池ケースを有し、
上記電池ケースは、上記電極体を挟んで対向する第1内側面及び第2内側面を有し、
前記発電部は、前記軸線方向に直交する方向に切断した断面が長円状をなす扁平捲回型の発電部であり、
上記発電部の前記外周面は、
上記電池ケースの上記第1内側面と対向する平坦状の第1平坦部と、
上記電池ケースの上記第2内側面と対向する平坦状の第2平坦部と、を有し、
上記リチウムイオン二次電池に配置される全ての前記測定電極は、電気絶縁性を有する絶縁シートの間に挟まれて一体化され、厚み均一な1枚のシート状をなす一体型測定電極シートであって、上記発電部の上記第1平坦部の全面を覆うことが可能な形状の一体型測定電極シートを構成してなり、
上記一体型測定電極シートは、上記発電部の上記第1平坦部の全面を覆って配置されてなる
電池システム。 The battery system according to claim 12,
The lithium ion secondary battery has a rectangular parallelepiped battery case that houses the electrode body, the non-aqueous electrolyte, and the measurement electrode,
The battery case has a first inner surface and a second inner surface facing each other across the electrode body,
The power generation unit is a flat wound power generation unit in which a cross section cut in a direction orthogonal to the axial direction has an oval shape,
The outer peripheral surface of the power generation unit is
A flat first flat portion facing the first inner surface of the battery case;
A flat second flat portion facing the second inner surface of the battery case,
All the measurement electrodes arranged in the lithium ion secondary battery are integrated and sandwiched between insulating sheets having electrical insulation properties, and are integrated into a single sheet with a uniform thickness. Comprising an integrated measurement electrode sheet having a shape capable of covering the entire surface of the first flat portion of the power generation unit,
The integrated measurement electrode sheet is a battery system configured to cover the entire surface of the first flat portion of the power generation unit.
請求項7〜請求項13のいずれか一項に記載の電池システムを、当該ハイブリッド自動車の駆動用電源システムとして搭載してなる
ハイブリッド自動車。 A hybrid car,
A hybrid vehicle comprising the battery system according to any one of claims 7 to 13 mounted as a power supply system for driving the hybrid vehicle.
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