JP2013089311A - Controller of laminated lithium ion battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ラミネート型リチウムイオン電池の制御装置に関するものである。 The present invention relates to a control device for a laminated lithium ion battery.
蓄電池内部にガスが発生した場合に電池の内部インピーダンスが急激に上昇するという特性を利用して、単位時間当たりの内部インピーダンス変化量が規定値を超えたとき、これを検出してガス発生を検知する技術が知られている(たとえば、特許文献1参照)。 Utilizing the characteristic that the internal impedance of the battery suddenly increases when gas is generated inside the storage battery, when the amount of change in internal impedance per unit time exceeds the specified value, this is detected to detect gas generation The technique to do is known (for example, refer patent document 1).
ここで、電池劣化の原因の一つである電池内部でのガスの発生は、電池の急速充電時においては特にその現象の発生が急であり、またその現象の促進も急であるため、急速充電を行う際には電池内部のガス発生を早期に検知する必要がある。
しかしながらリチウムイオン電池においては充電状態により、あるいは被膜形成等の反応により内部インピーダンスが大きく変化するため、内部インピーダンスの変化量を測定するだけでは内部インピーダンスの上昇がガス発生のみに起因するものであると特定することができず、上記特許文献1の手法ではガス発生を適切に検出できないという問題があった。さらに上記特許文献1の手法を適用するためには、電池に内部インピーダンスを測定する機器を取り付ける必要があり、その結果電池が大型化してしまうという問題も生じる。
Here, the generation of gas inside the battery, which is one of the causes of battery deterioration, is particularly rapid during rapid charging of the battery, and since the phenomenon is also rapidly accelerated, When charging, it is necessary to detect gas generation inside the battery at an early stage.
However, in a lithium ion battery, the internal impedance changes greatly depending on the state of charge or reaction such as film formation. Therefore, if the amount of change in internal impedance is only measured, the increase in internal impedance is caused only by gas generation. There is a problem that gas generation cannot be properly detected by the method of
一方、電池にガスセンサを取り付ける方法も考えられるが、この方法でも電池にガス発生を検知する機器を取り付ける必要があり、その結果電池が大型化してしまうという問題が生じる。その他、ガスが発生した場合の電池の内圧変化や体積変化を利用してガス発生を検知する方法も考えられる。しかし、内圧変化を検知する方法は、ラミネート型電池においては電池内部にガスが発生しても内圧がほとんど変化しないため、内圧変化を検知することが難しく、ガス発生を適切に検出できないという問題がある。また、体積変化を検知する方法は、電池使用中に高い精度で体積変化を測定することが難しいため、ガス発生を適切に検出できないという問題がある。 On the other hand, a method of attaching a gas sensor to the battery is also conceivable. However, even in this method, it is necessary to attach a device for detecting gas generation to the battery, resulting in a problem that the battery becomes large. In addition, a method of detecting gas generation using a change in internal pressure or volume of a battery when gas is generated is also conceivable. However, the method of detecting the change in internal pressure has a problem that in a laminate type battery, even if gas is generated inside the battery, the internal pressure hardly changes, so it is difficult to detect the change in internal pressure and gas generation cannot be detected properly. is there. In addition, the method for detecting the volume change has a problem in that it is difficult to measure the volume change with high accuracy while using the battery, and thus gas generation cannot be detected appropriately.
本発明が解決しようとする課題は、ラミネート型リチウムイオン電池の急速充電時における電池内部のガス発生を適切に検出可能な電池制御装置を提供することにある。 The problem to be solved by the present invention is to provide a battery control device capable of appropriately detecting gas generation inside a battery during rapid charging of a laminated lithium ion battery.
本発明は、ラミネート型リチウムイオン電池の急速充電時における電池の電圧変化である第1電圧変化値が所定の第1リファレンス値から所定値以上乖離している場合に、ラミネート型リチウムイオン電池に所定の定電流を入力し、その際の電池の電圧変化である第2電圧変化値が所定の第2リファレンス値より大きい場合に、ラミネート型リチウムイオン電池の内部でガスが発生したと診断することにより、上記課題を解決する。 According to the present invention, when a first voltage change value, which is a battery voltage change at the time of rapid charging of a laminated lithium ion battery, deviates from a predetermined first reference value by a predetermined value or more, a predetermined value is applied to the laminated lithium ion battery. When a second voltage change value, which is a voltage change of the battery at that time, is larger than a predetermined second reference value, a diagnosis is made that gas is generated inside the laminated lithium ion battery. Solve the above problems.
本発明によれば、ラミネート型リチウムイオン電池の急速充電時におけるガス発生による電圧変化を検知できるため、これにより電池内部のガス発生を適切に検出することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to detect a voltage change due to gas generation at the time of rapid charging of the laminated lithium ion battery, and thus it is possible to appropriately detect gas generation inside the battery.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本実施形態に係るラミネート型リチウムイオン電池の急速充電システムを示す構成図である。図1に示すように、本実施形態に係るラミネート型リチウムイオン電池の急速充電システムは、電気自動車やハイブリッド車などに搭載されるラミネート型リチウムイオン電池10(以下、「電池10」と略記する。)を制御するための装置であり、充電装置20と、バッテリコントローラ30と、電圧計40と、電流計50とを備えている。
FIG. 1 is a configuration diagram showing a rapid charging system for a laminated lithium ion battery according to this embodiment. As shown in FIG. 1, a rapid charging system for a laminated lithium ion battery according to this embodiment is abbreviated as a laminated lithium ion battery 10 (hereinafter, “
電池10は、図2、図3に示すように、3枚の正極板102、7枚のセパレータ103、3枚の負極板104を有する電極積層体101と、当該電極積層体101にそれぞれ接続された正極タブ105および負極タブ106と、これら電極積層体101および正極タブ105、負極タブ106を収容して封止している上部外装部材107および下部外装部材108と、特に図示しない電解液とから構成されている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
なお、正極板102、セパレータ103、負極板104の枚数は特に限定されず、1枚の正極板102、3枚のセパレータ103、1枚の負極板104で、電極積層体101を構成してもよいし、また、必要に応じて正極板102、セパレータ103および負極板104の枚数を適宜選択してもよい。
Note that the number of the
電極積層体101を構成する正極板102は、正極タブ105まで伸びている正極側集電体102a、および正極側集電体102aの一部の両主面にそれぞれ形成された正極活物質層とを有している。正極板102を構成する正極側集電体102aとしては、たとえば、厚さ20μm程度のアルミニウム箔、アルミニウム合金箔、銅箔、または、ニッケル箔等の電気化学的に安定した金属箔で構成することができる。
The
また、この正極板102を構成する正極活物質層は、金属酸化物等の正極活物質と、カーボンブラック等の導電剤と、ポリフッ化ビニリデンや、ポリ四フッ化エチレンの水性ディスパージョン等の接着剤とを混合したものを、正極側集電体104aの一部の主面に塗布し、乾燥および圧延することにより形成されている。正極活物質としては、例えば、ニッケル酸リチウム(LiNiO2)、マンガン酸リチウム(LiMn2O4)、コバルト酸リチウム(LiCoO2)等のリチウム複合酸化物等を挙げることができる。
In addition, the positive electrode active material layer constituting the
そして、これら3枚の正極板102を構成する各正極側集電体102aが、正極タブ105に接合されている。正極タブ105としては、たとえば、厚さ0.2mm程度のアルミニウム箔、アルミニウム合金箔、銅箔、または、ニッケル箔等を用いることができる。
The positive
電極積層体101を構成する負極板104は、負極タブ106まで伸びている負極側集電体104aと、当該負極側集電体104aの一部の両主面にそれぞれ形成された負極活物質層とを有している。
The
電極積層体101のセパレータ103は、上述した正極板102と負極板104との短絡を防止するもので、電解質を保持する機能を備えてもよい。このセパレータ103は、例えば、厚さ25μm程度のポリエチレン(PE)やポリプロピレン(PP)等のポリオレフィン等から構成される微多孔性膜であり、過電流が流れると、その発熱によって、層の空孔が閉塞され、電流を遮断する機能をも有するものである。
The
そして、図3に示すように、正極板102と負極板104とは、セパレータ103を介して、交互に積層され、さらに、その最上層および最下層にセパレータ103がそれぞれ積層されており、これにより、電極積層体101が形成されている。
And as shown in FIG. 3, the
ラミネート型リチウムイオン電池1に含有される電解液は、有機液体溶媒に過塩素酸リチウム(LiClO4)、ホウフッ化リチウム(LiBF4)、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)、六フッ化砒素リチウム(LiAsF6)などのリチウム塩を溶質として溶解させた液体である。電解液を構成する有機液体溶媒としては、たとえば、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)、ブチレンカーボネート(BC)、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、ギ酸メチル(MF)、酢酸メチル(MA)、プロピオン酸メチル(MP)等のエステル系溶媒を挙げることができ、これらは混合して用いることができる。
The electrolyte contained in the laminate-type
以上のように構成されている電極積層体101は、上部外装部材107および下部外装部材108(封止手段)に収容されて封止されている。電極積層体101を封止するための上部外装部材107および下部外装部材108は、たとえば、ポリエチレンやポリプロピレンなどの樹脂フィルムや、アルミニウムなどの金属箔の両面をポリエチレンやポリプロピレンなどの樹脂でラミネートした、樹脂−金属薄膜ラミネート材など、柔軟性を有する材料で形成されており、これら上部外装部材107および下部外装部材108を熱融着することにより、正極タブ105および負極タブ106を外部に導出させた状態で、電極積層体101が封止されることとなる。
The
なお、電極積層体101を、上部外装部材107および下部外装部材108で封止する際に、減圧状態にて、上部外装部材107および下部外装部材108を熱融着することにより、電池10内部に残存する空気を除去した状態で封止することができ、これにより、外圧により圧力が印加された状態とすることができる。
When the
また、正極タブ105および負極タブ106には、上部外装部材107および下部外装部材108と接触する部分に、上部外装部材107および下部外装部材108との密着性を確保するために、シールフィルム109が設けられている。シールフィルム109としては、特に限定されないが、たとえば、ポリエチレン、変性ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリプロピレン、または、アイオノマー等の耐電解液性および熱融着性に優れた合成樹脂材料から構成することができる。
In addition, the
本実施形態の電池10は、以上のように構成される。
The
充電装置20は、電池10の充電を行なうための装置であり、たとえば、電池10およびバッテリコントローラ30が電気自動車やハイブリッド車などに搭載されるものである場合には、外部電源として、これらに接続して用いられる。充電装置20は、バッテリコントローラ30からの急速充電指令に基づき、強電ライン60を介して、電池10の急速充電を実行する。なお、急速充電としては、通常充電と比較して大きな電流にて、電池10の充電を行なうことにより、たとえば、充電開始から30分間で満充電に対して約80%程度まで充電する方法である。また、急速充電の方法としては、たとえば、定電流定電圧充電法や定電力充電法などが挙げられる。
Charging
電圧計40は、電池10の端子電圧を検出するセンサであり、電圧計40により検出された信号はバッテリコントローラ30へ送出される。
The
電流計50は、電池10の電流を検出するセンサであり、電流計50により検出された信号はバッテリコントローラ30へ送出される。
The
バッテリコントローラ30は、電圧計40により検出された電池10の端子電圧、および電流計50により検出された電池10の電流値に基づいて、電池10の急速充電を制御するための装置である。具体的には、バッテリコントローラ30は、充電装置20が、強電ライン60を介して電池10に電気的に接続された状態において、たとえば、ユーザにより急速充電を開始するための操作などが実行された場合に、充電装置20に対し、電池10の急速充電を実行させるための急速充電指令を送出し、これにより充電装置20により急速充電が実行される。
The
また、本実施形態においては、バッテリコントローラ30は、充電装置20により電池10の急速充電が実行されている間に、電池10内部におけるガス発生の有無の診断を行う。
以下、急速充電中における、電池10内部におけるガス発生の有無の具体的な診断方法について説明する。
In the present embodiment, the
Hereinafter, a specific diagnosis method for the presence / absence of gas generation in the
ここで、図4は、電池10の急速充電中における電圧変化の一例を示す図である。図4中においては、電池10内部においてガスが発生していない正常時の電圧変化と、ガス発生が起こった場合における電圧変化をそれぞれ示している。図4に示すように、急速充電時に、電池10内部でガス発生が起こると、ガス発生に起因して、電解液の分解反応や、負極板104上へのLiの析出などの副反応など充電以外の反応が起こり、充電容量に対する、電池10の電圧上昇が不十分となる傾向にある。
Here, FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a voltage change during rapid charging of the
そのため、本実施形態では、このような特性を利用して、急速充電時における電池10内部でガスが発生している可能性があるか否かの判定を行なう。具体的には、バッテリコントローラ30は、急速充電時における電池10の端子電圧を、急速充電時電圧Vbatとして検出するとともに、予め設定されたガスが発生していない正常時の電圧変化であるVref_1から、現在の充電容量における、正常時の電圧である第1リファレンス値Vref_1_Curを算出する。そして、バッテリコントローラ30は、急速充電時電圧Vbatと、第1リファレンス値Vref_1_Curとの差分(Vref_1_Cur−Vbat)を算出し、算出された差分(Vref_1_Cur−Vbat)が、所定の閾値Vα以上であるか否かの判断を行ない、所定の閾値Vα以上である場合に、電池10内部でガスが発生した可能性があると判定する。なお、急速充電時における電池10の現在の充電容量は、たとえば、急速充電開始時の電池10の端子電圧と、端子電圧と充電容量との関係を示すマップを用いて、急速充電開始時の電池10の充電容量を求め、これに、急速充電中における電流値の積算値を加えることで算出することができる。
Therefore, in the present embodiment, it is determined whether or not there is a possibility that gas is generated inside the
また、上記Vref_1としては、電池10のサイクル数ごとに予め設定されたものを用いてもよいし、あるいは、前回急速充電を行なった際における電池10の電圧変化値をVref_1として記憶しておき、これを用いてもよい。
Further, as V ref — 1 , a preset value for each number of cycles of the
さらに、所定の閾値Vαとしては、電池10内部でガスが発生した場合に、このようなガス発生による電圧変化を検出できるような値に設定すればよいが、ガス発生による電圧降下は、通常、5%以上であるため、たとえば、第1リファレンス値Vref_1_Curの5%程度に設定することができる。
Furthermore, the predetermined threshold value Vα may be set to a value that can detect such a voltage change due to gas generation when gas is generated inside the
以上により、バッテリコントローラ30は電池10の急速充電中において、電池内部でのガス発生の可能性を判定することができる。しかし、その一方で、電池10の急速充電時において、たとえば、ガス発生以外の異常モード、具体的には、電池内部で微小短絡が発生した場合にも、図4に示すように、充電容量に対する電池10の電圧上昇が不十分となる傾向にある。
As described above, the
そのため、電池10内部で微小短絡が発生した場合にも、急速充電時電圧Vbatと、第1リファレンス値Vref_1_Curとの差分(Vref_1_Cur−Vbat)が、所定の閾値Vα以上となる場合があり、そのため、この場合には、電池10内部でガス発生が発生しているのか、あるいは、微小短絡が発生しているのかの区別ができない場合がある。
Therefore, even when a micro short-circuit occurs inside the
したがって、本実施形態においては、上述した方法により、電池10内部でガス発生の可能性があると判定した場合には、急速充電を中断し、電池10に対しガス発生有無を診断するための診断用の定電流入力試験を実施する。具体的には、現在の電圧Vbatと、第1リファレンス値Vref_1_Curとの差分(Vref_1_Cur−Vbat)が、所定の閾値Vα以上であると判定された場合、バッテリコントローラ30は、急速充電装置20に、急速充電を中断させるための急速充電中断指令、および、診断用の定電流入力試験を実行させるための診断用入力指令を送出する。そして、これにより、充電装置20により診断用の定電流入力試験が実行される。
Therefore, in this embodiment, when it is determined by the above-described method that there is a possibility of gas generation inside the
ここで、図5に電池10に所定の定電流を入力した際の電圧変化の一例を示す。図5に示すように、電池10の電圧は、所定の定電流を入力直後から、時間t0〜t1と、時間t1〜t2と、時間t2以降とで、各反応の応答速度の相違から、それぞれ異なる傾きで電圧が上昇するという特性を有する。具体的には、定電流の入力を開始した後、時間t0〜t1において、まず、正極板102および負極板104の表面で電荷分離が起こり、電気二重層が形成されることとなる。次いで、時間t1〜t2において、正極板102および負極板104間での電子授受が行われ、続いて、時間t2以降において、正極板102および負極板104間でセパレータ103を介してリチウムイオンの授受が行なわれることとなる。
Here, FIG. 5 shows an example of a voltage change when a predetermined constant current is input to the
そして、このような場合において、電池10内部にガスが発生している場合には、正極板102および負極板104の表面にガスが存在している部分において、正極板102および負極板104の表面に電解液が存在しないこととなり電極反応を行うことができないため、電子授受が行なわれないこととなる。そのため、定電流を入力した際には、正極板102および負極板104の表面において、ガスが存在していない部分において、電子授受が集中して行われることになり、電流密度が上昇してしまうこととなる。
In such a case, when gas is generated inside the
すなわち、電池10内部にガスが発生している場合において、所定の定電流入力を実行した場合には、電子授受の過程で電流密度が上昇することにより、下記式(1)にしたがい、電流値ΔIが上昇し、そのため、ガスが発生していない正常な場合と比較して、電圧変化値ΔVが大きくなることとなる。
ΔV=ΔI・R ・・・(1)
なお、上記式(1)中、Rは電池抵抗である。
That is, when gas is generated in the
ΔV = ΔI · R (1)
In the above formula (1), R is battery resistance.
その一方で、電池10内部において微小短絡が発生した場合には、微小短絡部分において電流が流れることとなるため、電池抵抗Rが低下することとなる。そのため、電池10内部において微小短絡が発生した場合において、所定の定電流入力を実行した場合には、電池抵抗Rが低下しているため、上記式(1)より、微小短絡が発生していない正常な場合と比較して、電圧変化値ΔVが小さくなることとなる。
On the other hand, when a micro short circuit occurs inside the
そのため、本実施形態では、このような特性を利用して、所定の定電流入力を行なった場合における電圧変化値ΔVを検出し、検出した電圧変化値ΔVに基づいて、電池10内部でガスが発生しているのか、あるいは微小短絡が起こっているのかを診断する。
Therefore, in this embodiment, the voltage change value ΔV when a predetermined constant current is input is detected using such characteristics, and the gas is generated inside the
具体的には、電池10について、所定時間tだけ所定の定電流入力を行い、定電流入力を行なった際における電圧変化値をΔVbatとして検出し、検出した電圧変化値ΔVbatが、第2リファレンス値ΔVref_2_Curより大きいか否かを判定する。そして、検出した電圧変化値ΔVbatが第2リファレンス値ΔVref_2_Curより大きければ、電池10内部でガスが発生したと診断し、検出された電圧変化値ΔVbatが第2リファレンス値ΔVref_2_Cur以下であれば、電池10内部で微小短絡が発生したと診断する。
Specifically, for the
ここで、第2リファレンス値ΔVref_2_Curは、ガス発生や微小短絡が起こっていない正常な電池10に所定の定電流入力を行った際における電池10の電圧変化値であり、図6に示すように、電池10の充放電サイクル数に応じて上昇するという性質を有する。そのため、本実施形態では、図6に示すように、ガス発生や微小短絡が起こっていない正常な電池10に所定の定電流入力を行った際における電池10の電圧変化値を、正常時の電圧変化値ΔVref_2として予め記憶しておき、正常時の電圧変化値ΔVref_2と、電池10の現在のサイクル数とから、第2リファレンス値ΔVref_2_Curを算出し、算出した第2リファレンス値ΔVref_2_Curと、電圧変化値ΔVbatとの比較を行う。
Here, the second reference value ΔV ref — 2_Cur is a voltage change value of the
本実施形態では、たとえば、図6に示すように、100サイクル目C100で所定の定電流入力を実施した際の第2リファレンス値ΔVref_2_CurをΔV(C100)とすると、100サイクル目C100における電圧変化値ΔVbatが、第2リファレンス値ΔV(C100)より大きければ電池内部でガスが発生したと診断し、第2リファレンス値ΔV(C100)より小さければ電池内部で微小短絡が発生したと診断する。なお、電池10の充放電サイクル数は、たとえば、電池10に対して急速充電が行われた回数をバッテリコントローラ30によりカウントする方法などを採用することができる。
In the present embodiment, for example, as shown in FIG. 6, when the second reference value [Delta] V Ref_2_Cur when carrying out the predetermined constant current input 100 cycle C 100 and [Delta] V (C 100), 100 cycle C 100 If the voltage change value ΔV bat at is larger than the second reference value ΔV (C 100 ), it is diagnosed that gas is generated inside the battery, and if it is smaller than the second reference value ΔV (C 100 ), a micro short circuit occurs inside the battery. Diagnose. As the number of charge / discharge cycles of the
また、診断用の定電流入力を行う際における定電流を入力するための所定時間tとしては、電池10に所定の定電流を入力してから正極板102および負極板104において、電子授受が行われるまでの時間に基づいて設定すればよいが、電子授受が行われるまでの時間は、通常、1ms程度であるため、たとえば、1msに設定することができる。
In addition, as a predetermined time t for inputting a constant current when inputting a constant current for diagnosis, electrons are transferred between the
さらに、診断用の定電流入力を行う際における定電流としては、正極板102および負極板104において、電子授受が行われた際における電圧変化を適切に検出できる範囲において、任意に設定することができるが、たとえば、電池10の初期状態の0.5Cの電流と設定することができる。
Furthermore, the constant current at the time of inputting a constant current for diagnosis can be arbitrarily set within a range in which a voltage change at the time of electron transfer can be appropriately detected in the
以上により、電池10の急速充電時における電池内部のガス発生の検出を行う。
As described above, the generation of gas inside the battery during the rapid charging of the
次いで、本実施形態の動作例を説明する。図7は本実施形態におけるガス発生の診断方法の一例を示すフローチャートである。 Next, an operation example of this embodiment will be described. FIG. 7 is a flowchart showing an example of a gas generation diagnosis method in the present embodiment.
まず、ステップS1では、バッテリコントローラ30が、充電装置20に対し、電池10の急速充電を実行させるための急速充電指令を送出し、これにより充電装置20により急速充電が実行される。
First, in step S <b> 1, the
ステップS2では、バッテリコントローラ30は、電池10が所定の充電終了条件まで充電されているか否かを判定する。所定の充電終了条件は任意に設定することができ、たとえば、電池10の容量の80%まで充電された状態と設定することができる。電池10が所定の充電終了条件まで充電されていると判定した場合は、バッテリコントローラ30は、急速充電を終了する処理を実行し、本処理を終了する。所定の充電終了条件まで充電がなされていないと判定した場合は、ステップS3に進む。
In step S <b> 2, the
ステップS3では、バッテリコントローラ30により、電池10が、急速充電により、予め定められた所定の充電量だけ充電されたか否かの判定が行なわれる。電池10が所定の充電量充電されていなければステップS2に戻り、電池10の急速充電を継続する。一方、電池10が所定の充電量だけ充電された場合には、急速充電中に電池10内部でガス発生等の異常が発生しているか否かの診断をするため、ステップS4へ進む。なお、この場合における、所定の充電量は任意に設定することができるが、たとえば、電池容量の数%〜10%程度に設定することができ、これにより、後述するステップS4〜S15において説明するガス発生の検出処理を、電池10の急速充電が実行され、電池容量の数%〜10%程度充電されるごとに実行することができる。なお、電池10の充電量は、たとえば、バッテリコントローラ30により、電流計50で検出された電流量を積算することにより求めることができ、この際においては、後述するステップS4〜S15において説明するガス発生の検出処理を行なうたびに、電流量の積算値をリセットするような構成とする。
In step S <b> 3, the
ステップS4では、電池10内部におけるガス発生の可能性の有無を判定するために、急速充電時における電池10の現在の端子電圧値Vbatを検出し、検出した端子電圧値Vbatと第1リファレンス値Vref_1_Curとの差分を算出する処理が行なわれる。具体的には、まず、バッテリコントローラ30は、急速充電時における電池10の現在の端子電圧値Vbatを電圧計40により検出するとともに、ガスが発生していない正常時の電圧変化であるVref_1から、現在の充電容量における、第1リファレンス値Vref_1_Curを算出する。そして、バッテリコントローラ30は、現在の端子電圧値Vbatと、第1リファレンス値Vref_1_Curとの差分(Vref_1_Cur−Vbat)を算出する。
In step S4, the current terminal voltage value V bat of the
そして、ステップS5に進み、上述したステップS4で算出された差分(Vref_1_Cur−Vbat)に基づいて、電池10内部でのガス発生の可能性の有無を判定する。具体的には、差分(Vref_1_Cur−Vbat)が所定の閾値Vα以上であるか否かの判断を行ない、所定の閾値Vα以上である場合に、ガス発生の可能性があると判定してステップS6へ進む。その一方で、差分(Vref_1_Cur−Vbat)が、所定の閾値Vα未満である場合は、電池10内部においてガス発生の可能性がないと判定して、急速充電を継続するためにステップS2に戻る。たとえば、図4に示すように、電池10について急速充電を行なった際に、電池10内部においてガスが発生した場合は、ガスが発生していない正常時の電圧変化と比較して、電圧上昇が不十分となり、そのため、差分(Vref_1_Cur−Vbat)が大きくなる。そして、その結果として、差分(Vref_1_Cur−Vbat)が、所定の閾値Vα以上となった場合には、ガス発生の可能性があると判定してステップS6に進むこととなる。
Then, the process proceeds to step S5, based on the difference calculated in step S4 described above (V ref_1_Cur -V bat), determines the presence or absence of the possibility of gas generation inside the
ステップS6では、急速充電を中断し、電池10に対して、診断用の定電流入力を実行する処理が行なわれる。具体的には、バッテリコントローラ30は、充電装置20に、急速充電を中断させるための急速充電中断指令、および、診断用の定電流入力試験を実行させるための診断用入力指令を送出する。そして、充電装置20は、上記指令に基づいて、電池10に対し、所定時間tだけ診断用の定電流入力試験を実行する。なお、診断用の定電流入力試験は、上述したように、電池10内部でガスが発生しているのか、あるいは微小短絡が起こったのかを診断するための試験である。
In step S6, the quick charging is interrupted, and a process of executing a constant current input for diagnosis is performed on the
ステップS7では、バッテリコントローラ30は、電池10に所定時間tだけ所定の定電流入力を行なった際における電圧変化値ΔVbatの検出を行なう。
In step S7, the
ステップS8では、バッテリコントローラ30により、ステップS7で検出した電圧変化値ΔVbatに基づいて、電池10内部でガスが発生しているのか、あるいは微小短絡が発生しているかの診断が行われる。具体的には、まず、バッテリコントローラ30は、ステップS7で検出した電圧変化値ΔVbatが、第2リファレンス値ΔVref_2_Curより大きいか否かを判定する。そして、ステップS7で検出した電圧変化値ΔVbatが第2リファレンス値ΔVref_2_Curより大きければ、電池内部でガスが発生したと診断し、ステップS10へ進む。一方、ステップS7で検出した電圧変化値ΔVbatが第2リファレンス値ΔVref_2_Cur以下であれば、電池10内部で微小短絡が発生したと診断し、ステップS9へ進む。
In step S8, the
すなわち、たとえば、図6に示す例において、100サイクル目C100において、ステップS7で検出した電圧変化値ΔVbatが、第2リファレンス値ΔV(C100)より大きいと判定された場合には、電池10内部でガスが発生したと診断し、ステップS10へ進む。一方、ステップS7で検出した電圧変化値ΔVbatが、第2リファレンス値ΔV(C100)以下であると判定された場合には、電池10内部で微小短絡が発生したと診断して、ステップS9に進む。
That is, for example, in the example shown in FIG. 6, in the 100th cycle C 100, when the voltage change value [Delta] V bat detected in step S7, it is determined second reference value [Delta] V (C 100) and greater than the
そして、ステップS8において、電池10内部で微小短絡が発生したと診断された場合には、ステップS9に進み、ステップS9では、バッテリコントローラ30は、電池10内部で微小短絡が発生したということをユーザに警告するとともに、電池10の急速充電を終了する処理を実行する。ここで、ユーザに警告する方法としては、たとえば、充電装置20から音声や画面表示で警告する方法が挙げられる。あるいは、電池10が電気自動車やハイブリッド車などの車両に搭載される場合には、車両に搭載されたナビゲーション装置などを介して音声や画面表示で警告する方法や、予め登録されたユーザの携帯端末に警告を送信する方法が挙げられる。なお、ステップS9において、ユーザに警告を行う際には、電池10内部で微小短絡が発生したという情報に代えて、あるいは、このような情報とともに、電池10を交換するよう警告するような構成としてもよい。
If it is determined in step S8 that a micro short circuit has occurred inside the
一方、ステップS8において、電池10内部でガスが発生したと診断された場合には、ステップS10に進み、ステップS10では、バッテリコントローラ30は、ステップS7で検出した電圧変化値ΔVbatと、第2リファレンス値ΔVref_2_Curとの差分(ΔVbat−ΔVref_2_Cur)に基づいて、ガス発生の程度を判定する。ここで、図8に、上記差分(ΔVbat−ΔVref_2_Cur)と、電池10内部で発生したガスの量との関係を示す。図8中において、ΔV5は、電池10のガス発生による電池内部体積増加率が5%である場合の電圧変化値であり、また、ΔV40は電池10のガス発生による電池内部体積増加率が40%である場合の電圧変化値である。そのため、たとえば、上記差分(ΔVbat−ΔVref_2_Cur)がΔV5付近の値であれば、ガス発生による電池内部体積増加率が5%程度と見積もることができ、ΔV40付近の値であれば、ガス発生による電池内部体積増加率が40%程度であると見積もることができる。
On the other hand, if it is determined in step S8 that gas is generated inside the
そして、ステップS10においては、ΔV5を第1閾値とし、ΔV40を第2閾値として、これらと、上記にて算出した差分(ΔVbat−ΔVref_2_Cur)とを比較し、これにより電池10内部におけるガス発生の程度を検出する。具体的には、上記にて算出した差分(ΔVbat−ΔVref_2_Cur)が、第1閾値であるΔV5未満である場合には、ガス発生の程度を「小」とし、第1閾値であるΔV5以上、第2閾値であるΔV40以下である場合には、ガス発生の程度を「中」とし、第2閾値であるΔV40超である場合には、ガス発生の程度を「大」として検出する。 In step S10, ΔV 5 is set as the first threshold value, ΔV 40 is set as the second threshold value, and these are compared with the difference (ΔV bat −ΔV ref — 2_Cur ) calculated above. Detect the degree of gas generation. Specifically, when the difference (ΔV bat −ΔV ref — 2_Cur ) calculated above is less than the first threshold value ΔV 5 , the degree of gas generation is set to “small”, and the first threshold value ΔV 5 above, the case where [Delta] V 40 follows a second threshold value, the degree of gas generation and "medium", in the case of [Delta] V 40 exceeds a second threshold value, the extent of gassing as "large" To detect.
ステップS11では、バッテリコントローラ30は、ステップS10において算出された差分(ΔVbat−ΔVref_2_Cur)が、第2閾値であるΔV40より大きいか否かを判定する。すなわち、ガス発生の程度が「大」であるか否かを判定する。ステップS10において算出された差分(ΔVbat−ΔVref_2_Cur)が、第2閾値であるΔV40より大きい場合には、ステップS12へ進み、一方、第2閾値であるΔV40以下である場合はステップS13へ進む。
In step S11, the
ステップS12では、ガス発生の程度が「大」であると判定されたため、バッテリコントローラ30は、電池10内部でガスが発生したということをユーザに警告するとともに、電池10の急速充電を終了する処理を実行する。ここで、ユーザに警告する方法としては、上述したステップS9で挙げた方法を用いることができる(後述するステップS14、S15においても同様。)。また、ステップS9と同様に、ユーザに警告を行う際には、電池10内部で微小短絡が発生したという情報に代えて、あるいは、このような情報とともに、電池10を交換するよう警告するような構成としてもよい。
In step S <b> 12, since it is determined that the degree of gas generation is “large”, the
一方、ステップS11において、ステップS10において算出された差分(ΔVbat−ΔVref_2_Cur)が、第2閾値であるΔV40以下であると判定された場合には、ステップS13に進み、ステップS13では、バッテリコントローラ30は、ステップS10において算出された差分(ΔVbat−ΔVref_2_Cur)が、第1閾値であるΔV5以上、第2閾値であるΔV40以下であるかを判定する。すなわち、ガス発生の程度が「中」であるか否かを判定する。そして、ステップS10において算出された差分(ΔVbat−ΔVref_2_Cur)が、第1閾値であるΔV5以上、第2閾値であるΔV40以下である場合には、ステップS14に進み、一方、第1閾値であるΔV5未満である場合には、ステップS15に進む。
On the other hand, if it is determined in step S11 that the difference (ΔV bat −ΔV ref — 2_Cur ) calculated in step S10 is equal to or less than the second threshold value ΔV 40 , the process proceeds to step S13, and in step S13, the battery The
ステップS14では、ガス発生の程度が「中」であると判定されたため、バッテリコントローラ30は、電池10内部でガスが発生したということをユーザに警告するとともに、急速充電の充電レートを下げて急速充電を実行するように、充電装置20に指令を送出することで、充電装置20に、充電レートを下げて急速充電を再開させる。
In step S14, since it is determined that the degree of gas generation is “medium”, the
一方、ステップS15では、ガス発生の程度が「小」であると判定されたため、バッテリコントローラ30は、電池10内部でガスが発生したということをユーザに警告するとともに、急速充電の充電条件を変えずに急速充電を実行するように、充電装置20に指令を送出することで、充電装置20に、同じ条件にて急速充電を再開させる。
On the other hand, in step S15, since it is determined that the degree of gas generation is “low”, the
以上のようにして、電池10の急速充電中における、電池10内部でのガス発生の診断が行なわれる。
As described above, the diagnosis of gas generation inside the
本実施形態においては、急速充電時において、電池10の現在の端子電圧値Vbatを検出し、検出した端子電圧値Vbatと第1リファレンス値Vref_1_Curとの差分(Vref_1_Cur−Vbat)を算出し、算出した差分(Vref_1_Cur−Vbat)が、所定の閾値Vα以上であるか否かを判定し、所定の閾値Vα以上であった場合には、診断用の定電流入力を実行し、診断用の定電流入力時の電圧変化値ΔVbatに基づいて、電池10内部でガス発生が起こったのか、あるいは、微小短絡が起こったのかの検出を行う。具体的には、診断用の定電流入力時の電圧変化値ΔVbatが、第2リファレンス値ΔVref_2_Curより大きい場合には、電池内部でガスが発生したと診断し、第2リファレンス値ΔVref_2_Cur以下である場合には、電池10内部で微小短絡が発生したと診断する。そのため、本実施形態によれば、内圧によるガス発生の検知が困難なラミネート型の電池である電池10内部のガス発生を適切に検知することができる。特に、本実施形態によれば、ガスセンサやインピーダンス測定装置などを用いることなく、電池10内部のガス発生を適切に検知することができる。
In the present embodiment, the current terminal voltage value V bat of the
加えて、本実施形態においては、電池10内部におけるガス発生を検知した場合に、定電流入力を行なった際における、電圧変化値ΔVbatと、第2リファレンス値ΔVref_2_Curとの差分(ΔVbat−ΔVref_2_Cur)すなわち、ガス発生に起因する電圧増加量を算出し、算出した電圧増加量(ΔVbat−ΔVref_2_Cur)が、所定の第1閾値および第2閾値と比較することで、ガス発生の程度を検出する。そして、本実施形態では、ガス発生の程度に応じて、急速充電を中止するか、あるいは、急速充電を継続するが充電レートを下げるか、さらには、充電条件を変更せずに急速充電を継続するかの選択を行なう。そのため、本実施形態によれば、ガス発生の程度が大きい場合には、急速充電を中止することで、急速充電中におけるガス発生による電池10の破損を有効に回避することができ、さらには、ガス発生の程度が中程度である場合には、急速充電の充電レートを下げることで、より安全に急速充電を継続することができる。
In addition, in the present embodiment, when gas generation inside the
また、本実施形態によれば、電池10内部におけるガス発生を検知した場合に、ガス発生の程度に拘わらずユーザに対して警告を行うことにより、電池10内部でガス発生が起こっていることを知らせることができ、これにより、ユーザに対して有効に注意喚起することができ、これにより、電池10の破損を未然に防止することが可能となる。
Further, according to the present embodiment, when gas generation inside the
加えて、本実施形態によれば、診断用の定電流入力を実行した結果、ガス発生ではなく、微小短絡が起こっていると診断された場合には、ユーザに対して警告するとともに、急速充電を中止することで、急速充電中における微小短絡による電池10の破損を有効に回避することができ、これにより、急速充電の安全性を高めることができる。
In addition, according to the present embodiment, when it is diagnosed that a short-circuit has occurred rather than gas generation as a result of executing a constant current input for diagnosis, a warning is given to the user and rapid charging is performed. By canceling, it is possible to effectively avoid the damage of the
なお、上述の実施形態において、バッテリコントローラ30は、本発明の第1検出手段、第1判定手段、第2検出手段、第2判定手段、診断手段、ガス発生量検出手段、第1充電制御手段、および第2充電制御手段に相当する。
In the above-described embodiment, the
以上、本発明の実施形態について説明したが、これらの実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, these embodiment was described in order to make an understanding of this invention easy, and was not described in order to limit this invention. Therefore, each element disclosed in the above embodiment is intended to include all design changes and equivalents belonging to the technical scope of the present invention.
たとえば、上述した実施形態においては、電池10内部におけるガス発生の程度を判定するための第1閾値として電池内部体積増加率が5%に相当する電圧変化値であるΔV5を用い、また、第2閾値として電池内部体積増加率が40%に相当する電圧変化値であるΔV40を用いる例を例示したが、第1閾値および第2閾値としてはこのような例に限定されず、適宜設定することができる。
For example, in the above-described embodiment, ΔV 5 that is a voltage change value corresponding to a battery internal volume increase rate of 5% is used as the first threshold value for determining the degree of gas generation inside the
また、上述した実施形態では、単一の電池である電池10を例示して、ガス発生の検知を行なう例を示したが、単一の電池に特に限定されず、複数の電池10からなるモジュール、さらには、複数のモジュールからなる組電池においても、同様にガス発生の検知を行うことができる。
In the above-described embodiment, the
10…ラミネート型リチウムイオン電池
101…電極積層体
102…正極板
103…セパレータ
104…負極板
105…正極タブ
106…負極タブ
20…充電装置
30…バッテリコントローラ
40…電圧計
50…電流計
60…強電ライン
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記ラミネート型リチウムイオン電池について急速充電を行った際における、急速充電時の電圧変化を、第1電圧変化値として検出する第1検出手段と、
前記第1電圧変化値と、所定の第1リファレンス値とを比較し、前記第1電圧変化値が前記第1リファレンス値から所定値以上乖離しているか否かを判定する第1判定手段と、
前記第1判定手段により、前記第1電圧変化値が、前記第1リファレンス値から前記所定値以上乖離していると判定された場合に、前記ラミネート型リチウムイオン電池について所定の定電流を入力し、前記定電流入力を行った際の前記ラミネート型リチウムイオン電池の電圧変化を、第2電圧変化値として検出する第2検出手段と、
前記第2電圧変化値が、前記ラミネート型リチウムイオン電池のサイクル数に応じて設定される所定の第2リファレンス値より大きいか否かを判定する第2判定手段と、
前記第1判定手段により、前記第1電圧変化値が、前記第1リファレンス値から前記所定値以上乖離していると判定され、かつ前記第2判定手段により、前記第2電圧変化値が、前記第2リファレンス値より大きい判定された場合に、前記ラミネート型リチウムイオン電池内部でガスが発生したと診断する診断手段と、
を備えることを特徴とするラミネート型リチウムイオン電池の制御装置。 A control device for a laminate-type lithium ion battery in which a power generation element is sealed with a laminate film,
A first detecting means for detecting a voltage change at the time of rapid charging when the laminate-type lithium ion battery is rapidly charged, as a first voltage change value;
A first determination unit that compares the first voltage change value with a predetermined first reference value, and determines whether the first voltage change value deviates from the first reference value by a predetermined value or more;
When the first determination unit determines that the first voltage change value deviates from the first reference value by the predetermined value or more, a predetermined constant current is input to the laminate type lithium ion battery. A second detecting means for detecting a voltage change of the laminated lithium ion battery when the constant current is input as a second voltage change value;
Second determination means for determining whether or not the second voltage change value is larger than a predetermined second reference value set according to the number of cycles of the laminated lithium ion battery;
The first determination means determines that the first voltage change value has deviated from the first reference value by the predetermined value or more, and the second determination means determines that the second voltage change value is A diagnostic means for diagnosing that gas is generated inside the laminated lithium ion battery when it is determined to be greater than a second reference value;
A laminate type lithium ion battery control apparatus comprising:
前記診断手段は、前記第2電圧変化値が、前記第2リファレンス値未満であると判定された場合に、前記ラミネート型リチウムイオン電池内部で微小短絡が発生したと診断することを特徴とするラミネート型リチウムイオン電池の制御装置。 The control device for a laminated lithium ion battery according to claim 1,
The diagnostic means diagnoses that a micro short circuit has occurred inside the laminated lithium ion battery when it is determined that the second voltage change value is less than the second reference value. Type lithium-ion battery control device.
前記ラミネート型リチウムイオン電池内部でガスが発生したと診断された場合に、前記第2電圧変化値と前記第2リファレンス値との差を演算し、前記差に基づいてガス発生量を検出するガス発生量検出手段をさらに備え、
前記ガス発生量検出手段は前記差が大きいほど前記ラミネート型リチウムイオン電池内部で発生したガスの発生量が多いと判定することを特徴とするラミネート型リチウムイオン電池の制御装置。 In the control apparatus of the laminate type lithium ion battery according to claim 1 or 2,
A gas that calculates the difference between the second voltage change value and the second reference value and detects the amount of gas generation based on the difference when it is diagnosed that gas is generated inside the laminated lithium ion battery Further comprising a generation amount detection means,
The control apparatus for a laminated lithium ion battery, wherein the gas generation amount detecting means determines that the larger the difference is, the more generated gas is generated in the laminated lithium ion battery.
前記ガス発生量検出手段により検出されたガス発生量に応じて充電を制御する第1充電制御手段をさらに備え、
前記第1充電制御手段は
前記ガス発生量検出手段により検出したガスの発生量が所定の第1閾値未満である場合に、前記ラミネート型リチウムイオン電池内部でガスが発生したことをユーザに報知するとともに、前記ラミネート型リチウムイオン電池の急速充電を継続して行い、
前記ガス発生量検出手段により検出したガスの発生量が前記第1閾値以上、かつ所定の第2閾値以下である場合には、前記ラミネート型リチウムイオン電池内部でガスが発生したことをユーザに報知するとともに、前記ラミネート型リチウムイオン電池の急速充電の充電レートを低下させて充電を継続して行い、
前記ガス発生量検出手段により検出したガスの発生量が前記第2閾値より大きい場合には、前記ラミネート型リチウムイオン電池を交換する必要があることをユーザに報知するとともに、前記ラミネート型リチウムイオン電池の充電を中止することを特徴とするラミネート型リチウムイオン電池の制御装置。 In the control apparatus of the laminate type lithium ion battery according to claim 3,
A first charge control means for controlling charging according to the gas generation amount detected by the gas generation amount detection means;
The first charge control means notifies the user that gas has been generated inside the laminated lithium ion battery when the gas generation amount detected by the gas generation amount detection means is less than a predetermined first threshold value. In addition, the laminate-type lithium ion battery is continuously charged rapidly.
When the gas generation amount detected by the gas generation amount detection means is not less than the first threshold value and not more than a predetermined second threshold value, the user is notified that gas has been generated inside the laminated lithium ion battery. In addition, the charging of the quick charge of the laminated lithium ion battery is reduced to continue charging,
When the gas generation amount detected by the gas generation amount detection means is larger than the second threshold, the user is notified that the laminate type lithium ion battery needs to be replaced, and the laminate type lithium ion battery. The laminate type lithium ion battery control device is characterized in that the charging of the battery is stopped.
前記診断手段により、前記ラミネート型リチウムイオン電池内部で微小短絡が発生したと診断された場合に、前記ラミネート型リチウムイオン電池を交換する必要があることをユーザに報知するとともに、前記ラミネート型リチウムイオン電池の充電を中止する第2充電制御手段をさらに備えることを特徴とするラミネート型リチウムイオン電池の制御装置。 In the control apparatus of the laminate type lithium ion battery according to claim 2,
When the diagnostic means diagnoses that a micro short circuit has occurred inside the laminated lithium ion battery, the diagnostic means informs the user that the laminated lithium ion battery needs to be replaced, and the laminated lithium ion A laminate type lithium ion battery control device, further comprising second charge control means for stopping charging of the battery.
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