JP2011220917A - リチウムイオン二次電池の劣化判定装置および劣化判定方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】リチウムイオン二次電池の容量対開放電圧特性を測定する測定部と開放電圧特性を特定するためのパラメータを設定可能であり、測定部によって測定された開放電圧特性と略一致する開放電圧特性を特定するパラメータを用いて摩耗およびリチウム析出による劣化状態を判定する判定部とを有する。パラメータは下記式(I)及び(II)で示され、摩耗による劣化に応じて変化する単極の容量維持率と、下記式(III)で示され、摩耗およびリチウム析出による劣化に応じて変化する電池容量の変動量とを含む。(I)正極の容量維持率=劣化状態の正極の容量/初期状態の正極の容量;(II)負極の容量維持率=劣化状態の負極の容量/初期状態の負極の容量;(III)電池容量の変動量=劣化状態の負極の容量×正極組成軸に対する負極組成軸のずれ量。
【選択図】図4
Description
負極の容量維持率=劣化状態の負極の容量/初期状態の負極の容量 ・・・(II)
電池容量の変動量=劣化状態の負極の容量×正極組成軸に対する負極組成軸のずれ量
・・・(III)
負極の容量維持率=劣化状態の負極の容量/初期状態の負極の容量 ・・・(V)
電池容量の変動量=劣化状態の負極の容量×正極組成軸に対する負極組成軸のずれ量
・・・(VI)
ここで、OCVは、リチウムイオン二次電池の開放電圧、Rは、リチウムイオン二次電池の全体における抵抗、Iは、リチウムイオン二次電池に流れる電流である。抵抗Rは、負極および正極で電子の移動に対する純電気的な抵抗と、活物質界面での反応電流発生時に等価的に電気抵抗として作用する電荷移動抵抗とが含まれる。
ここで、Cse,iは、活物質(正極又は負極)の界面におけるリチウム濃度(平均値)であり、Cs,i,maxは、活物質(正極又は負極)における限界リチウム濃度である。限界リチウム濃度とは、正極や負極におけるリチウム濃度の上限値である。
ここで、(1−θ1fix)の値は、リチウムイオン二次電池の劣化による正極組成の変化分を示し、(k1×Q1_ini)の値は、リチウムイオン二次電池の劣化後における正極容量を示している。
ここで、(k2×Q2_ini)の値は、リチウムイオン二次電池の劣化後における負極容量を示している。
30:負荷 40:電源
51:電圧センサ 52:電流センサ
53:温度センサ 60:コントローラ
Claims (13)
- リチウムイオン二次電池の劣化状態を判定する劣化判定装置であって、
リチウムイオン二次電池の容量の変化に対する開放電圧の変化を示す開放電圧特性を測定する測定部と、
前記開放電圧特性を特定するためのパラメータを設定可能であり、前記測定部によって測定された前記開放電圧特性と略一致する前記開放電圧特性を特定する前記パラメータを用いて、摩耗およびリチウム析出による劣化状態を判定する判定部と、を有し、
前記パラメータは、下記式(I)及び(II)で示され、前記摩耗による劣化に応じて変化する単極の容量維持率と、下記式(III)で示され、前記摩耗および前記リチウム析出による劣化に応じて変化する電池容量の変動量とを含む、
正極の容量維持率=劣化状態の正極の容量/初期状態の正極の容量 ・・・(I)
負極の容量維持率=劣化状態の負極の容量/初期状態の負極の容量 ・・・(II)
電池容量の変動量=劣化状態の負極の容量×正極組成軸に対する負極組成軸のずれ量
・・・(III)
ことを特徴とする劣化判定装置。 - 前記電池容量の変動量は、前記摩耗による劣化に対応した第1変動量と、前記リチウム析出による劣化に対応した第2変動量とを含み、
前記判定部は、前記第2変動量を用いて、前記リチウムの析出状態を判定することを特徴とする請求項1に記載の劣化判定装置。 - 前記判定部は、前記リチウムの析出状態に応じて、リチウムイオン二次電池の充電を制限又は禁止することを特徴とする請求項2に記載の劣化判定装置。
- 前記判定部は、前記第1変動量と、前記正極および前記負極における前記容量維持率との対応関係を示すマップを用いて、前記第1変動量を特定することを特徴とする請求項2に記載の劣化判定装置。
- 前記判定部は、前記測定部によって測定された前記開放電圧特性に対して電圧誤差および容量誤差が最小となる前記開放電圧特性を、前記パラメータを変化させながら特定することを特徴とする請求項1から4のいずれか1つに記載の劣化判定装置。
- 前記判定部は、前記電圧誤差が許容範囲を超えているときには、析出したリチウムが電池反応に寄与する状態に戻っている途中であると判断することを特徴とする請求項5に記載の劣化判定装置。
- 前記判定部は、前記電圧誤差が許容範囲内であるときに、前記劣化状態の判定を行うことを特徴とする請求項6に記載の劣化判定装置。
- リチウムイオン二次電池の劣化状態を判定する劣化判定方法であって、
リチウムイオン二次電池の容量の変化に対する開放電圧の変化を示す開放電圧特性を測定する測定ステップと、
前記開放電圧特性を特定するためのパラメータを設定可能であり、前記測定ステップで測定された前記開放電圧特性と略一致する前記開放電圧特性を特定する前記パラメータを用いて、摩耗およびリチウム析出による劣化状態を判定する判定ステップと、を有し、
前記パラメータは、下記式(IV)及び(V)で示され、前記摩耗による劣化に応じて変化する単極の容量維持率と、下記式(VI)で示され、前記摩耗および前記リチウム析出による劣化に応じて変化する電池容量の変動量とを含む、
正極の容量維持率=劣化状態の正極の容量/初期状態の正極の容量 ・・・(IV)
負極の容量維持率=劣化状態の負極の容量/初期状態の負極の容量 ・・・(V)
電池容量の変動量=劣化状態の負極の容量×正極組成軸に対する負極組成軸のずれ量
・・・(VI)
ことを特徴とする劣化判定方法。 - 前記電池容量の変動量は、前記摩耗による劣化に対応した第1変動量と、前記リチウム析出による劣化に対応した第2変動量とを含み、
前記判定ステップにおいて、前記第2変動量を用いて、前記リチウムの析出状態を判定することを特徴とする請求項8に記載の劣化判定方法。 - 前記判定ステップにおいて、前記第1変動量と、前記正極および前記負極における前記容量維持率との対応関係を示すマップを用いて、前記第1変動量を特定することを特徴とする請求項9に記載の劣化判定方法。
- 前記判定ステップにおいて、前記測定ステップで測定された前記開放電圧特性に対して電圧誤差および容量誤差が最小となる前記開放電圧特性を、前記パラメータを変化させながら特定することを特徴とする請求項8から10のいずれか1つに記載の劣化判定方法。
- 前記判定ステップにおいて、前記電圧誤差が許容範囲を超えているときには、析出したリチウムが電池反応に寄与する状態に戻っている途中であると判断することを特徴とする請求項11に記載の劣化判定方法。
- 前記判定ステップにおいて、前記電圧誤差が許容範囲内であるときに、前記劣化状態の判定を行うことを特徴とする請求項12に記載の劣化判定方法。
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