JP2014109477A - Deterioration state detector for power storage element, deterioration state detection method and power storage system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、蓄電素子の劣化状態を検出する劣化状態検出装置、劣化状態検出方法、及び蓄電素子と劣化状態検出装置とを備える蓄電システムに関する。 The present invention relates to a deterioration state detection device that detects a deterioration state of a power storage element, a deterioration state detection method, and a power storage system including a power storage element and a deterioration state detection device.
リチウムイオン二次電池などの蓄電素子は、ノートパソコンや携帯電話などのモバイル機器の電源として用いられてきたが、近年、電気自動車の電源など、幅広い分野で使用されるようになってきた。特に、蓄電素子を電気自動車の電源として使用する場合には、長期の寿命性能が要求されている。また、このような蓄電素子は、電気自動車の電源として使用された後に、ロードレベリング(電力負荷平準化)用の電源として二次使用されることが期待されている。 Power storage elements such as lithium ion secondary batteries have been used as power sources for mobile devices such as notebook computers and mobile phones, but have recently been used in a wide range of fields such as power sources for electric vehicles. In particular, when the power storage element is used as a power source for an electric vehicle, long-term life performance is required. In addition, such a storage element is expected to be used as a power source for load leveling (power load leveling) after being used as a power source for an electric vehicle.
このため、蓄電素子の寿命を把握することが重要であり、従来、蓄電素子の劣化状態を検出するための技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。この技術では、電池を一定の電力値で放電した場合の電圧変化を取得し、電圧値と閾値とを比較することで当該電池の劣化状態を判定する。 For this reason, it is important to grasp the lifetime of the power storage element, and conventionally, a technique for detecting the deterioration state of the power storage element has been proposed (see, for example, Patent Document 1). In this technique, a change in voltage when a battery is discharged at a constant power value is acquired, and the deterioration state of the battery is determined by comparing the voltage value with a threshold value.
しかしながら、上記従来の技術においては、蓄電素子の劣化状態を精度良く検出することができないという問題がある。 However, the above-described conventional technique has a problem that the deterioration state of the power storage element cannot be detected with high accuracy.
すなわち、特にハイブリッド自動車や電気自動車用途で使用されるリチウムイオン二次電池では、寿命末期に電池容量が急激に低下するなど電池が急激に劣化するが、特許文献1に開示された技術では、当該急激な劣化を精度良く検出することは困難である。
That is, in particular, in lithium ion secondary batteries used in hybrid vehicles and electric vehicle applications, the battery capacity deteriorates abruptly, such as a sudden drop in battery capacity at the end of the life, but the technique disclosed in
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、蓄電素子の劣化状態を精度良く検出することができる劣化状態検出装置、劣化状態検出方法及び蓄電システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problem, and an object of the present invention is to provide a deterioration state detection device, a deterioration state detection method, and a power storage system that can accurately detect the deterioration state of a power storage element. .
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る蓄電素子の劣化状態検出装置は、蓄電素子の劣化状態を検出する劣化状態検出装置であって、前記蓄電素子を充電または放電した場合の前記蓄電素子の電圧に対する通電容量の変化の大きさを第一容量変化量とし、前記第一容量変化量に対する前記通電容量の変化の大きさである第二容量変化量を取得する取得部と、取得された前記第二容量変化量と所定の閾値とを比較することにより、前記蓄電素子の劣化状態を検出する検出部とを備える。 In order to achieve the above object, a storage element deterioration state detection device according to an aspect of the present invention is a deterioration state detection device that detects a deterioration state of a storage element, wherein the storage element is charged or discharged. An acquisition unit that obtains a second capacity change amount that is a magnitude of a change in the current-carrying capacity with respect to the first capacity change amount, with a magnitude of a change in the current-carrying capacity with respect to the voltage of the storage element as a first capacity change amount; A detector that detects a deterioration state of the power storage element by comparing the acquired second capacitance change amount with a predetermined threshold value;
これによれば、劣化状態検出装置は、蓄電素子の電圧に対する通電容量の変化の大きさである第一容量変化量に対する通電容量の変化の大きさである第二容量変化量を所定の閾値と比較して、蓄電素子の劣化状態を検出する。ここで、本願発明者らは、鋭意検討と実験の結果、当該第二容量変化量の大きさを閾値と比較することにより、蓄電素子の劣化状態を精度良く検出することができることを見出した。このため、当該劣化状態検出装置によれば、蓄電素子の劣化状態を精度良く検出することができる。 According to this, the deterioration state detection device sets the second capacity change amount, which is the magnitude of the change in the energization capacity with respect to the first capacity change amount, which is the magnitude of the change in the energization capacity with respect to the voltage of the storage element, as the predetermined threshold value. In comparison, the deterioration state of the power storage element is detected. Here, as a result of intensive studies and experiments, the inventors of the present application have found that the deterioration state of the power storage element can be detected with high accuracy by comparing the magnitude of the second capacity change amount with a threshold value. For this reason, according to the degradation state detection device, it is possible to accurately detect the degradation state of the power storage element.
また、前記取得部は、前記蓄電素子を一定電流で一定期間充電または放電させる充放電制御部と、前記充放電制御部が前記蓄電素子を充電または放電させた場合の前記蓄電素子の通電期間と前記通電期間での電圧とを取得する充放電情報取得部と、取得された前記通電期間と前記電圧とを用いて、前記一定期間経過時点での前記第二容量変化量を算出する容量変化量算出部とを備えることにしてもよい。 The acquisition unit includes: a charge / discharge control unit that charges or discharges the power storage element with a constant current for a predetermined period; and an energization period of the power storage element when the charge / discharge control unit charges or discharges the power storage element. Using the charge / discharge information acquisition unit that acquires the voltage during the energization period and the acquired energization period and the voltage, the capacity change amount that calculates the second capacity change amount when the fixed period has elapsed You may decide to provide a calculation part.
これによれば、劣化状態検出装置は、蓄電素子を一定電流で一定期間充電または放電させて、通電期間と電圧とを取得し、当該通電期間と電圧とを用いて、一定期間経過時点での第二容量変化量を算出する。このように、劣化状態検出装置は、第二容量変化量を容易に算出して、蓄電素子の劣化状態を精度良く検出することができる。 According to this, the deterioration state detection device charges or discharges the storage element with a constant current for a certain period, obtains the energization period and the voltage, and uses the energization period and the voltage, at the time when the certain period has elapsed. The second capacity change amount is calculated. Thus, the deterioration state detection device can easily calculate the second capacity change amount and accurately detect the deterioration state of the power storage element.
また、前記充放電制御部は、60秒以下の期間を前記一定期間として、前記蓄電素子を充電または放電させることにしてもよい。 The charge / discharge control unit may charge or discharge the power storage element with the period of 60 seconds or less as the fixed period.
ここで、本願発明者らは、鋭意検討と実験の結果、蓄電素子を一定電流で60秒以下の一定期間充電または放電させることで、蓄電素子の劣化状態を精度良く検出することができることを見出した。このため、当該劣化状態検出装置によれば、実使用中に長時間の充放電試験を行うことなく、短時間で蓄電素子の劣化状態を精度良く検出することができる。 Here, as a result of intensive studies and experiments, the inventors of the present application have found that the deterioration state of the power storage element can be accurately detected by charging or discharging the power storage element at a constant current for 60 seconds or less. It was. For this reason, according to the said degradation state detection apparatus, the degradation state of an electrical storage element can be detected accurately in a short time, without performing a long-time charge / discharge test during actual use.
また、前記容量変化量算出部は、前記一定電流に前記通電期間を乗じることで前記通電容量を算出し、算出した前記通電容量を前記電圧で微分することで前記第一容量変化量を算出し、前記通電容量を前記第一容量変化量で微分することで前記一定期間経過時点での前記第二容量変化量を算出することにしてもよい。 Further, the capacity change amount calculation unit calculates the energization capacity by multiplying the constant current by the energization period, and calculates the first capacity change amount by differentiating the calculated energization capacity with the voltage. The second capacity change amount at the time when the predetermined period has elapsed may be calculated by differentiating the energization capacity with the first capacity change amount.
これによれば、劣化状態検出装置は、通電容量を電圧で微分して第一容量変化量を算出し、通電容量を第一容量変化量で微分して第二容量変化量を算出する。このように、劣化状態検出装置は、第二容量変化量を容易に算出して、蓄電素子の劣化状態を精度良く検出することができる。 According to this, the deterioration state detection device calculates the first capacity change amount by differentiating the energization capacity with the voltage, and calculates the second capacity change amount by differentiating the energization capacity with the first capacity change amount. Thus, the deterioration state detection device can easily calculate the second capacity change amount and accurately detect the deterioration state of the power storage element.
また、前記検出部は、前記第二容量変化量が前記閾値よりも大きいか否かを判断し、前記第二容量変化量が前記閾値よりも大きいと判断した場合に、前記蓄電素子の劣化状態が、劣化が緩やかな第一劣化状態から劣化が急激な第二劣化状態に移行する直前の状態である、または移行した状態であると検出することにしてもよい。 In addition, when the detection unit determines whether the second capacitance change amount is larger than the threshold value and determines that the second capacitance change amount is larger than the threshold value, the deterioration state of the storage element However, it may be detected that the state is a state immediately before the transition from the first deterioration state where the deterioration is slow to the second deterioration state where the deterioration is abrupt or a state where the deterioration has occurred.
ここで、本願発明者らは、鋭意検討と実験の結果、第二容量変化量が閾値よりも大きい場合に、蓄電素子の劣化状態が、劣化が緩やかな状態から劣化が急激な状態に移行する直前または移行した状態になっていることを見出した。このため、劣化状態検出装置は、第二容量変化量の大きさを閾値と比較することにより、蓄電素子が急激に劣化する直前または劣化したことを精度良く検出することができる。 Here, as a result of intensive studies and experiments, the inventors of the present application transition from a slow deterioration state to a rapid deterioration state when the second capacity change amount is larger than the threshold value. It was found that it was in the state just before or moved. For this reason, the deterioration state detection device can accurately detect that the power storage element has deteriorated rapidly or has deteriorated by comparing the magnitude of the second capacitance change amount with the threshold value.
また、前記検出部は、前記第二容量変化量が前記閾値よりも大きいか否かを判断し、前記第二容量変化量が前記閾値よりも大きいと判断した場合に、前記蓄電素子の充電上限電圧を制限することにしてもよい。 In addition, when the detection unit determines whether the second capacity change amount is larger than the threshold value, and determines that the second capacity change amount is larger than the threshold value, the charging upper limit of the power storage element is determined. The voltage may be limited.
これによれば、劣化状態検出装置は、第二容量変化量が閾値よりも大きいと判定した場合に、蓄電素子の充電上限電圧を制限することで、蓄電素子の急激な劣化を抑制することができ、寿命延命措置をとることができる。 According to this, when it is determined that the second capacity change amount is larger than the threshold, the deterioration state detection device can suppress rapid deterioration of the power storage element by limiting the charging upper limit voltage of the power storage element. Yes, life-long life can be taken.
また、記検出部は、前記第二容量変化量が前記閾値よりも大きいか否かを判断し、前記第二容量変化量が前記閾値よりも大きいと判断した場合に、前記蓄電素子への通電最大電流を制限することにしてもよい。 In addition, the detection unit determines whether or not the second capacity change amount is larger than the threshold value, and when it is determined that the second capacity change amount is larger than the threshold value, energization of the power storage element is performed. The maximum current may be limited.
これによれば、劣化状態検出装置は、第二容量変化量が閾値よりも大きいと判定した場合に、蓄電素子への通電最大電流を制限することで、蓄電素子の急激な劣化を抑制することができ、寿命延命措置をとることができる。 According to this, when it is determined that the second capacity change amount is larger than the threshold, the deterioration state detection device suppresses rapid deterioration of the power storage element by limiting the maximum energization current to the power storage element. Can take measures to prolong life.
また、前記蓄電素子は、正極活物質として層状構造のリチウム遷移金属酸化物を含むリチウムイオン二次電池であり、前記取得部は、前記リチウムイオン二次電池についての前記第二容量変化量を取得し、前記検出部は、前記リチウムイオン二次電池についての前記劣化状態を検出することにしてもよい。 The power storage element is a lithium ion secondary battery including a layered lithium transition metal oxide as a positive electrode active material, and the acquisition unit acquires the second capacity change amount of the lithium ion secondary battery. The detection unit may detect the deterioration state of the lithium ion secondary battery.
これによれば、蓄電素子は、正極活物質として層状構造のリチウム遷移金属酸化物を含むリチウムイオン二次電池である。ここで、本願発明者らは、鋭意検討と実験の結果、蓄電素子が当該リチウムイオン二次電池の場合に、上記の方法によって蓄電素子の劣化状態を精度良く検出できることを見出した。このため、劣化状態検出装置は、当該リチウムイオン二次電池の劣化状態を精度良く検出することができる。 According to this, the electric storage element is a lithium ion secondary battery including a lithium transition metal oxide having a layered structure as a positive electrode active material. Here, as a result of intensive studies and experiments, the inventors of the present application have found that when the power storage element is the lithium ion secondary battery, the deterioration state of the power storage element can be accurately detected by the above method. For this reason, the deterioration state detection apparatus can accurately detect the deterioration state of the lithium ion secondary battery.
なお、本発明は、このような蓄電素子の劣化状態検出装置として実現することができるだけでなく、蓄電素子と、当該蓄電素子の劣化状態をする劣化状態検出装置とを備える蓄電システムとしても実現することができる。また、本発明は、劣化状態検出装置が行う特徴的な処理をステップとする劣化状態検出方法としても実現することができる。また、本発明は、劣化状態検出装置に含まれる特徴的な処理部を備える集積回路としても実現することができる。また、本発明は、劣化状態検出方法に含まれる特徴的な処理をコンピュータに実行させるプログラムとして実現したり、当該プログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能なCD−ROM(Compact Disc−Read Only Memory)などの記録媒体として実現したりすることもできる。そして、そのようなプログラムは、CD−ROM等の記録媒体及びインターネット等の伝送媒体を介して流通させることができるのは言うまでもない。 The present invention can be realized not only as such a storage element deterioration state detection device but also as a storage system including a storage element and a deterioration state detection device that indicates the deterioration state of the storage element. be able to. In addition, the present invention can also be realized as a degradation state detection method in which a characteristic process performed by the degradation state detection apparatus is a step. The present invention can also be realized as an integrated circuit including a characteristic processing unit included in the deterioration state detection apparatus. Further, the present invention is realized as a program for causing a computer to execute characteristic processing included in the degradation state detection method, or a computer-readable CD-ROM (Compact Disc-Read Only Memory) on which the program is recorded. It can also be realized as a recording medium. Needless to say, such a program can be distributed via a recording medium such as a CD-ROM and a transmission medium such as the Internet.
本発明によると、リチウムイオン二次電池などの蓄電素子において、蓄電素子の劣化状態を精度良く検出することができる。 According to the present invention, in a power storage element such as a lithium ion secondary battery, it is possible to accurately detect the deterioration state of the power storage element.
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態に係る劣化状態検出装置、及び当該劣化状態検出装置を備える蓄電システムについて説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、より好ましい形態を構成する任意の構成要素として説明される。 Hereinafter, a deterioration state detection device according to an embodiment of the present invention and a power storage system including the deterioration state detection device will be described with reference to the drawings. Each of the embodiments described below shows a preferred specific example of the present invention. The numerical values, shapes, materials, constituent elements, arrangement positions and connecting forms of the constituent elements, steps, order of steps, and the like shown in the following embodiments are merely examples, and are not intended to limit the present invention. In addition, among the constituent elements in the following embodiments, constituent elements that are not described in the independent claims indicating the highest concept of the present invention are described as optional constituent elements that constitute a more preferable embodiment.
まず、蓄電システム10の構成について、説明する。
First, the configuration of the
図1は、本発明の実施の形態に係る劣化状態検出装置100を備える蓄電システム10の外観図である。
FIG. 1 is an external view of a
同図に示すように、蓄電システム10は、劣化状態検出装置100と、複数(同図では6個)の蓄電素子200と、劣化状態検出装置100及び複数の蓄電素子200を収容する収容ケース300とを備えている。
As shown in the figure, the
劣化状態検出装置100は、複数の蓄電素子200の上方に配置され、複数の蓄電素子200の劣化状態を検出する回路を搭載した回路基板である。具体的には、劣化状態検出装置100は、複数の蓄電素子200に接続されており、複数の蓄電素子200から情報を取得して、複数の蓄電素子200の劣化状態を検出する。
Degradation
なお、ここでは、劣化状態検出装置100は複数の蓄電素子200の上方に配置されているが、劣化状態検出装置100はどこに配置されていてもよい。この劣化状態検出装置100の詳細な機能構成の説明については、後述する。
Here, although degradation
蓄電素子200は、正極と負極とを有する非水電解質二次電池などの二次電池である。また、同図では6個の矩形状の蓄電素子200が直列に配置されて組電池を構成している。なお、蓄電素子200の個数は6個に限定されず、他の複数個数または1個であってもよい。また蓄電素子200の形状も特に限定されない。
The
蓄電素子200は、アルミニウムやアルミニウム合金などからなる長尺帯状の正極基材箔上に正極活物質層が形成された正極と、銅や銅合金などからなる長尺帯状の負極基材箔上に負極活物質層が形成された負極とを有している。ここで、正極活物質層に用いられる正極活物質、または負極活物質層に用いられる負極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵放出可能な正極活物質または負極活物質であれば、適宜公知の材料を使用できる。
The
ここで、蓄電素子200は、正極活物質として層状構造のリチウム遷移金属酸化物を含むリチウムイオン二次電池であるのが好ましい。具体的には、正極活物質として、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2など、Li1+xM1−yO2(MはFe、Ni、Mn、Co等から選択される1種または2種以上の遷移金属元素、0≦x<1/3、0≦y<1/3)等の層状構造のリチウム遷移金属酸化物等を用いるのが好ましい。なお、当該正極活物質として、LiMn2O4やLiMn1.5Ni0.5O4等のスピネル型リチウムマンガン酸化物や、LiFePO4等のオリビン型正極活物質等と、上記層状構造のリチウム遷移金属酸化物とを混合して用いてもよい。
Here, the
また、負極活物質としては、例えば、リチウム金属、リチウム合金(リチウム−ケイ素、リチウム−アルミニウム、リチウム−鉛、リチウム−錫、リチウム−アルミニウム−錫、リチウム−ガリウム、及びウッド合金等のリチウム金属含有合金)の他、リチウムを吸蔵・放出可能な合金、炭素材料(例えば黒鉛、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、低温焼成炭素、非晶質カーボン等)、ケイ素酸化物、金属酸化物、リチウム金属酸化物(Li4Ti6O12等)、ポリリン酸化合物などが挙げられる。 Examples of the negative electrode active material include lithium metal, lithium alloy (lithium metal such as lithium-silicon, lithium-aluminum, lithium-lead, lithium-tin, lithium-aluminum-tin, lithium-gallium, and wood alloy). Alloys), alloys capable of inserting and extracting lithium, carbon materials (eg, graphite, non-graphitizable carbon, graphitizable carbon, low-temperature calcined carbon, amorphous carbon, etc.), silicon oxide, metal oxide, lithium metal oxides (Li 4 Ti 6 O 12, etc.), and the like polyphosphoric acid compound.
次に、劣化状態検出装置100の詳細な機能構成について、説明する。
Next, a detailed functional configuration of the deterioration
図2は、本発明の実施の形態に係る劣化状態検出装置100の機能的な構成を示すブロック図である。図3は、本発明の実施の形態に係る記憶部150の検出用データ151の一例を示す図である。
FIG. 2 is a block diagram showing a functional configuration of degradation
劣化状態検出装置100は、蓄電素子200の劣化状態を検出する装置である。具体的には、劣化状態検出装置100は、蓄電素子200の劣化状態が、劣化が緩やかな状態から劣化が急激な状態に移行する直前または移行した状態になったことを検出する。図2に示すように、劣化状態検出装置100は、取得部110、検出部120及び記憶部150を備えている。また、記憶部150は、蓄電素子200の劣化状態を検出するための検出用データ151を記憶している。
The deterioration
取得部110は、第二容量変化量を取得する。ここで、蓄電素子200を充電または放電した場合の蓄電素子200の電圧に対する通電容量の変化の大きさを第一容量変化量と定義した場合に、第二容量変化量は、第一容量変化量に対する通電容量の変化の大きさである。この第一容量変化量及び第二容量変化量の詳細な説明については、後述する。また、取得部110は、充放電制御部111と充放電情報取得部112と容量変化量算出部113とを備えている。
The
充放電制御部111は、蓄電素子200を一定電流で一定期間充電または放電させる。つまり、充放電制御部111は、蓄電素子200に一定電流で一定期間充電または放電を行うよう指示し、蓄電素子200は、当該指示に従って、充電または放電を行う。具体的には、充放電制御部111は、60秒以下の期間を一定期間として、蓄電素子200を充電または放電させるのが好ましい。
The charge /
なお、当該一定電流(通電電流)及び一定期間は、図3に示すように、記憶部150の検出用データ151に予め書き込まれて記憶されている。そして、充放電制御部111は、検出用データ151から当該一定電流及び一定期間を読み出して、蓄電素子200を充電または放電させる。なお、充放電制御部111は、所定の計算式に基づいて当該一定電流及び一定期間の値を算出し、蓄電素子200を充電または放電させることにしてもよい。
The constant current (energization current) and the constant period are previously written and stored in the
充放電情報取得部112は、充放電制御部111が蓄電素子200を充電または放電させた場合の蓄電素子200の通電期間と当該通電期間での電圧とを取得する。つまり、充放電情報取得部112は、上記の一定期間が経過するまでの間、当該通電期間ごとに蓄電素子200の電圧を計測し、当該通電期間と計測した電圧とを取得する。なお、当該通電期間は、例えば1秒間や0.1秒間などの時間間隔で増加する期間であり、ユーザによって任意に定められてもよいし、充放電情報取得部112が所定の計算式に基づいて算出することにしてもよい。そして、充放電情報取得部112は、図3に示すように、当該通電期間と電圧とを検出用データ151に書き込み、記憶させる。
The charge / discharge
容量変化量算出部113は、充放電情報取得部112が取得した通電期間と電圧とを用いて、一定期間経過時点での第二容量変化量を算出する。具体的には、容量変化量算出部113は、検出用データ151から一定電流及び通電期間を読み出して、当該一定電流に通電期間を乗じることで通電容量を算出する。
The capacity change
そして、容量変化量算出部113は、算出した通電容量を電圧で微分することで第一容量変化量を算出する。具体的には、容量変化量算出部113は、検出用データ151から電圧を読み出して、通電容量と電圧との関係から、第一容量変化量を算出する。
And the capacity | capacitance
そして、容量変化量算出部113は、通電容量を第一容量変化量で微分することで一定期間経過時点での第二容量変化量を算出する。つまり、容量変化量算出部113は、通電容量と第一容量変化量との関係から、一定期間経過時点での第二容量変化量を算出する。
And the capacity | capacitance change
検出部120は、取得部110が取得した第二容量変化量と所定の閾値とを比較することにより、蓄電素子200の劣化状態を検出する。ここで、当該閾値は、図3に示すように、記憶部150の検出用データ151に予め書き込まれて記憶されている。そして、検出部120は、検出用データ151から当該閾値を読み出して、第二容量変化量と当該閾値とを比較することにより、蓄電素子200の劣化状態を検出する。なお、検出部120は、所定の計算式に基づいて当該閾値を算出し、蓄電素子200の劣化状態を検出することにしてもよい。また、検出部120は、他の機器から当該閾値を取得することにしてもよいし、当該閾値の値がプログラムや回路構成などによって検出部120に組み込まれていたりしていてもかまわない。
The
具体的には、検出部120は、第二容量変化量が閾値よりも大きいか否かを判断する。そして、検出部120は、第二容量変化量が閾値よりも大きいと判断した場合に、蓄電素子200の劣化状態が、劣化が緩やかな第一劣化状態から劣化が急激な第二劣化状態に移行する直前の状態である、または移行した状態であると検出する。この第一劣化状態及び第二劣化状態の詳細な説明については、後述する。
Specifically, the
また、検出部120は、第二容量変化量が閾値よりも大きいと判断した場合に、蓄電素子200の充電上限電圧を制限する。つまり、検出部120は、この場合には、蓄電素子200の充電上限電圧を制限する信号を発して、蓄電素子200が満充電になる前に蓄電素子200の充電を停止させる。
Moreover, the
また、検出部120は、第二容量変化量が閾値よりも大きいと判断した場合に、蓄電素子200への通電最大電流を制限することにしてもよい。つまり、検出部120は、この場合には、蓄電素子200への通電最大電流を制限する信号を発して、蓄電素子200に流れる電流値が過剰になるのを抑える。
In addition, when the
なお、検出部120は、充電上限電圧や通電最大電流を制限する前に、または制限するのに代えて、警告を行ったりしてもよいし、第二容量変化量が閾値よりも大きいと判断した場合に、蓄電素子200への充電を停止させることにしてもよい。
The
なお、劣化状態検出装置100は、記憶部150を備えておらず、検出用データ151に含まれるデータを他の機器のメモリに記憶させて、当該他の機器から当該データを読み出すことで蓄電素子200の劣化状態を検出することにしてもよい。
Note that the degradation
次に、劣化状態検出装置100が蓄電素子200の劣化状態を検出する処理について、説明する。
Next, the process in which the deterioration
図4は、本発明の実施の形態に係る劣化状態検出装置100が蓄電素子200の劣化状態を検出する処理の一例を示すフローチャートである。
FIG. 4 is a flowchart illustrating an example of processing in which the deterioration
同図に示すように、まず、取得部110は、第二容量変化量を取得する(S102)。つまり、取得部110は、蓄電素子200の電圧に対する通電容量の変化の大きさである第一容量変化量に対する通電容量の変化の大きさである第二容量変化量を取得する。この取得部110が第二容量変化量を取得する処理の詳細な説明については、後述する。
As shown in the figure, first, the
次に、検出部120は、取得部110が取得した第二容量変化量と所定の閾値とを比較することにより、蓄電素子200の劣化状態を検出する(S104)。この検出部120が蓄電素子200の劣化状態を検出する処理の詳細な説明については、後述する。
Next, the
以上により、劣化状態検出装置100が蓄電素子200の劣化状態を検出する処理は、終了する。
Thus, the process of detecting the deterioration state of the
次に、取得部110が第二容量変化量を取得する処理(図4のS102)について、詳細に説明する。
Next, the process in which the
図5は、本発明の実施の形態に係る取得部110が第二容量変化量を取得する処理の一例を示すフローチャートである。
FIG. 5 is a flowchart illustrating an example of processing in which the
同図に示すように、まず、充放電制御部111は、蓄電素子200を一定電流で一定期間充電または放電させる(S202)。具体的には、充放電制御部111は、60秒以下の期間を一定期間として、蓄電素子200を充電または放電させる。例えば、充放電制御部111は、1CmAの一定電流で24秒間、蓄電素子200を充電または放電させる。
As shown in the figure, first, the charge /
なお、充放電制御部111は、ユーザからの要求などに従って、蓄電素子200の劣化状態を検出したい場合に、蓄電素子200が充放電を停止している状態から一定期間、蓄電素子200を充電または放電させる。例えば、充放電制御部111は、蓄電素子200の満充電時に蓄電素子200を放電させたり、蓄電素子200の完全放電時に蓄電素子200を充電させたりする。また、充放電制御部111は、蓄電素子200が満充電または完全放電ではないときに充電または放電させることにしてもよい。
Note that the charge /
そして、充放電情報取得部112は、充放電制御部111が蓄電素子200を充電または放電させた場合の蓄電素子200の通電期間と当該通電期間での電圧とを取得する(S204)。具体的には、充放電情報取得部112は、蓄電素子200を一定電流Iで充電または放電させ、一定期間Tまでの間に通電期間tにおける電圧V(t)を取得し、通電期間tと電圧V(t)とを検出用データ151に書き込んでいく。
Then, the charge / discharge
そして、容量変化量算出部113は、上記の一定電流に通電期間を乗じることで通電容量を算出する(S206)。つまり、容量変化量算出部113は、検出用データ151から一定電流I及び通電期間tを読み出して、以下の式1により通電期間tにおける通電容量Q(t)を算出する。
Then, the capacity change
Q(t)=I×t (式1) Q (t) = I × t (Formula 1)
そして、容量変化量算出部113は、算出した通電容量を電圧で微分することで第一容量変化量を算出する(S208)。つまり、容量変化量算出部113は、検出用データ151から通電期間tにおける電圧V(t)を読み出して、通電期間tにおける通電容量Q(t)との関係から、以下の式2により通電期間tにおける第一容量変化量R(t)を算出する。
Then, the capacity change
R(t)=dQ(t)/dV(t) (式2) R (t) = dQ (t) / dV (t) (Formula 2)
そして、容量変化量算出部113は、通電容量を第一容量変化量で微分することで一定期間経過時点での第二容量変化量を算出する(S210)。つまり、容量変化量算出部113は、通電期間tにおける通電容量Q(t)と第一容量変化量R(t)との関係から、以下の式3により通電期間tにおける第二容量変化量S(t)を算出する。
And the capacity | capacitance
S(t)=dQ(t)/dR(t)
=dQ(t)/d(dQ(t)/dV(t)) (式3)
S (t) = dQ (t) / dR (t)
= DQ (t) / d (dQ (t) / dV (t)) (Formula 3)
そして、容量変化量算出部113は、通電期間tに一定期間Tを代入して、一定期間Tの時点での第二容量変化量S(T)を算出する。
Then, the capacity change
以上により、取得部110が第二容量変化量を取得する処理(図4のS102)は、終了する。 Thus, the process of acquiring the second capacity change amount by the acquisition unit 110 (S102 in FIG. 4) ends.
次に、検出部120が蓄電素子200の劣化状態を検出する処理(図4のS104)について、詳細に説明する。
Next, a process (S104 in FIG. 4) in which the
図6は、本発明の実施の形態に係る検出部120が蓄電素子200の劣化状態を検出する処理の一例を示すフローチャートである。また、図7は、本発明の実施の形態に係る検出部120が蓄電素子200の劣化状態を検出する処理を説明するための図である。
FIG. 6 is a flowchart illustrating an example of processing in which the
同図に示すように、まず、検出部120は、第二容量変化量が閾値よりも大きいか否かを判断する(S302)。
As shown in the figure, first, the
そして、検出部120は、第二容量変化量が閾値よりも大きいと判断した場合に(S302でYes)、蓄電素子200の劣化状態が、第一劣化状態から第二劣化状態に移行する直前の状態である、または移行した状態であると検出する(S304)。
When the
ここで、図7に示すように、第一劣化状態とは、蓄電素子200の劣化が緩やかな状態であり、第二劣化状態とは、蓄電素子200の劣化が急激な状態である。また、同図において、第一劣化状態から第二劣化状態に移行する直前の状態を急激劣化直前状態Pとして示し、第一劣化状態から第二劣化状態に移行した状態を急激劣化状態Qとして示している。つまり、検出部120は、第二容量変化量が閾値よりも大きいと判断した場合に、蓄電素子200の劣化状態が急激劣化直前状態Pまたは急激劣化状態Qであると検出する。
Here, as shown in FIG. 7, the first deterioration state is a state in which the
そして、図6に戻り、検出部120は、蓄電素子200の充電上限電圧を制限する、または蓄電素子200への通電最大電流を制限する(S306)。つまり、検出部120は、蓄電素子200の劣化状態が急激劣化直前状態Pまたは急激劣化状態Qであると検出した場合に、蓄電素子200の急激な劣化を抑制するように制御を行う。
Then, returning to FIG. 6, the
以上により、検出部120が蓄電素子200の劣化状態を検出する処理(図4のS104)は、終了する。
Thus, the process of detecting the deterioration state of the
次に、劣化状態検出装置100が蓄電素子200の劣化状態を精度良く検出できることについて、説明する。
Next, the fact that the degradation
まず、劣化状態検出装置100が蓄電素子200の劣化状態として急激劣化直前状態を検出することができることについて、電池系Aを用いた試験結果を用いて説明する。
First, the fact that the deterioration
図8〜図10Bは、本発明の実施の形態に係る劣化状態検出装置100が蓄電素子200の急激劣化直前状態を検出することができることを説明するための図である。具体的には、図8は、電池系Aにおける蓄電素子200の劣化状態を示すグラフであり、図9は、劣化状態検出装置100が蓄電素子200の劣化状態を精度良く検出できることを説明するための図であり、図10A及び図10Bは、従来の蓄電素子200の劣化状態を検出する手法を説明するための図である。
8 to 10B are diagrams for explaining that the deterioration
なお、以下の説明では、蓄電素子200の使用の程度を連続的に進行させるために、一定の条件下での充放電を繰り返す充放電サイクル試験を行い、これにより取得されたデータに基づき、また、使用の程度を表す指標として前記充放電サイクル試験におけるサイクル数を用いて示しているが、実際の実施態様においては充放電、特に放電の条件は一定ではないから、サイクル数に相当するパラメータは通常取得し得ないことはいうまでもない。従って、以下の説明において「サイクル数が○○のときに」の部分は、実際の実施に即して「蓄電池200の使用の程度が、前記充放電サイクル試験においてサイクル数が○○のときに相当するときに」と読み替えて解釈されるべきである。
In the following description, a charge / discharge cycle test that repeats charge / discharge under certain conditions is performed in order to continuously advance the degree of use of the
まず、図8においては、具体例として、以下に示す電池系Aの蓄電素子200において、以下に示す45℃、1Cサイクル試験を行った後に、蓄電素子200の可逆容量を取得した結果を示している。
First, in FIG. 8, as a specific example, the results of obtaining the reversible capacity of the
つまり、以下の試験では、電池系Aの蓄電素子200として、アルミニウム箔上に正極合剤が形成された正極と、銅箔上に負極合剤が形成された負極とを有するリチウムイオン二次電池を用いた。ここで、正極合剤は、正極活物質と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデンと、導電材としてのアセチレンブラックとを含み、正極活物質は、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2で表される層状構造のリチウム遷移金属酸化物である。また、負極合剤は、負極活物質である黒鉛質炭素材料と、結着剤としてのスチレンブタジエンゴム及びカルボキシメチルセルロースとを含む。 That is, in the following tests, a lithium ion secondary battery having a positive electrode in which a positive electrode mixture is formed on an aluminum foil and a negative electrode in which a negative electrode mixture is formed on a copper foil as the battery element A of the battery system A Was used. Here, the positive electrode mixture includes a positive electrode active material, polyvinylidene fluoride as a binder, and acetylene black as a conductive material. The positive electrode active material is LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3. It is a lithium transition metal oxide having a layered structure represented by O 2 . The negative electrode mixture includes a graphitic carbon material which is a negative electrode active material, and styrene butadiene rubber and carboxymethyl cellulose as a binder.
そして、45℃、1Cサイクル試験においては、充電は、45℃、電流1CmA(=700mA)、電圧4.2V、充電時間3時間の定電流定電圧充電とし、放電は、45℃、電流1CmA(=700mA)、終止電圧2.85Vの定電流放電とした。また、放電容量確認試験時には、充電は、25℃、電流1CmA(=700mA)、電圧4.2V、充電時間3時間の定電流定電圧充電とし、放電は、25℃、電流1CmA(=700mA)、終止電圧2.85Vの定電流放電とした。なお、充電と放電の間、及び、放電と充電の間にはそれぞれ10分間の休止時間を設けた。休止時間は電池を開回路状態とした。即ち、充電、休止、放電、休止の4工程を1サイクルとする。 In the 45 ° C., 1C cycle test, the charging is 45 ° C., the current is 1 CmA (= 700 mA), the voltage is 4.2 V, and the charging time is 3 hours. The discharging is 45 ° C., the current is 1 CmA ( = 700 mA) and a constant current discharge with a final voltage of 2.85V. In the discharge capacity confirmation test, charging is a constant current and constant voltage charging at 25 ° C., current 1 CmA (= 700 mA), voltage 4.2 V, charging time 3 hours, and discharging is 25 ° C., current 1 CmA (= 700 mA). A constant current discharge with a final voltage of 2.85V was used. In addition, a 10-minute rest period was provided between charging and discharging and between discharging and charging. During the downtime, the battery was in an open circuit state. That is, four steps of charging, resting, discharging, and resting are defined as one cycle.
同図から、サイクル数が700サイクルのときに急激劣化直前状態P1になり、サイクル数が900サイクルのときに急激劣化状態Q1になっていることが分かる。 From the figure, it can be seen that when the number of cycles is 700 cycles, the state is immediately before the rapid deterioration P1, and when the number of cycles is 900 cycles, the state is the rapid deterioration state Q1.
また、図9は、蓄電素子200の使用の程度(サイクル数)と第二容量変化量(dQ/d(dQ/dV))との関係を示すグラフであり、上記の1Cサイクル試験を行った後に、上記の一定期間を24秒間として第二容量変化量をプロットした結果を示している。つまり、同図は、上記の1Cサイクル試験を行った後に、25℃、電流1CmA(=700mA)で定電流放電を行い、24秒目の第二容量変化量を示したグラフである。 FIG. 9 is a graph showing the relationship between the degree of use of the storage element 200 (number of cycles) and the second capacity change amount (dQ / d (dQ / dV)), and the 1C cycle test described above was performed. Later, the result of plotting the second capacity change amount with the above-mentioned fixed period as 24 seconds is shown. That is, the figure is a graph showing the second capacity change amount at 24 seconds after constant current discharge at 25 ° C. and a current of 1 CmA (= 700 mA) after performing the 1C cycle test.
なお、同図では、蓄電素子200を放電した場合についてのグラフを示したが、蓄電素子200を充電した場合についても同様のグラフが得られる。このため、蓄電素子200を充電した場合についても放電した場合と同様に、取得部110は、第二容量変化量を取得することができる。以下についても、同様である。
In addition, although the graph about the case where the
そして、同図に示すように、図8で示したサイクル数が700サイクルの急激劣化直前状態P1のときに、第二容量変化量が閾値A1を超えている(閾値A1〜B1の範囲から外れている)。この場合、検出部120は、第二容量変化量が閾値よりも大きいと判断し、サイクル数が700サイクルのときに蓄電素子200の劣化状態が急激劣化直前状態P1であると検出する。このように、劣化状態検出装置100は、蓄電素子200の劣化状態として、蓄電素子200が急激劣化直前状態P1であることを精度良く検出することができている。
As shown in FIG. 8, when the number of cycles shown in FIG. 8 is 700 immediately before the rapid deterioration state P1, the second capacity change amount exceeds the threshold A1 (out of the range of the thresholds A1 to B1). ing). In this case,
なお、同図では、縦軸はマイナスの値であるが、第二容量変化量及び閾値を正の値(絶対値)としているため、同図の場合であっても、検出部120は、サイクル数が700サイクルのときに第二容量変化量が閾値よりも大きいと判断する。なお、当該閾値は、蓄電素子200の種別ごとに任意に決定される。
In the figure, the vertical axis is a negative value. However, since the second capacity change amount and the threshold value are positive values (absolute values), even in the case of FIG. When the number is 700 cycles, it is determined that the second capacity change amount is larger than the threshold value. Note that the threshold is arbitrarily determined for each type of
また、図10Aは、使用の程度(サイクル数)と1kHzの電池抵抗(インピーダンス)との関係を示すグラフであり、インピーダンスの増加傾向によって劣化を推定する従来の手法を示している。同図に示すように、インピーダンスの増加傾向によって、サイクル数が900サイクルのときに急激劣化状態Q1になっていることは検出可能であるが、サイクル数が700サイクルのときに蓄電素子200が急激劣化直前状態P1であることを検出するのは困難である。
FIG. 10A is a graph showing the relationship between the degree of use (number of cycles) and the battery resistance (impedance) of 1 kHz, and shows a conventional method for estimating deterioration based on an increasing tendency of impedance. As shown in the figure, it is possible to detect that the rapid deterioration state Q1 is reached when the number of cycles is 900 due to the increasing tendency of the impedance. However, when the number of cycles is 700, the
また、図10Bは、使用の程度(サイクル数)と24秒目の電圧との関係を示すグラフであり、電圧の減少傾向によって劣化を推定する従来の手法を示している。同図に示すように、電圧の減少傾向によって、サイクル数が900サイクルのときに急激劣化状態Q1になっていることは検出可能であるが、サイクル数が700サイクルのときに蓄電素子200が急激劣化直前状態P1であることを検出するのは困難である。 FIG. 10B is a graph showing the relationship between the degree of use (number of cycles) and the voltage at the 24th second, and shows a conventional method for estimating deterioration based on a decreasing tendency of the voltage. As shown in the figure, it is possible to detect the rapid deterioration state Q1 when the cycle number is 900 cycles due to the decreasing tendency of the voltage, but when the cycle number is 700 cycles, It is difficult to detect the state P1 just before the deterioration.
次に、電池系Aについて、蓄電素子200を60秒以下の一定期間で充電または放電させて、第二容量変化量を取得するのが好ましいことについて、説明する。
Next, with respect to the battery system A, it will be described that it is preferable to charge or discharge the
図11A〜図11Cは、本発明の実施の形態に係る取得部110が60秒以下の一定期間充電または放電させて第二容量変化量を取得するのが好ましいことを説明するための図である。
11A to 11C are diagrams for explaining that the
具体的には、図11Aは、放電開始6秒目の第二容量変化量の変化を示すグラフであり、図11Bは、放電開始12秒目の第二容量変化量の変化を示すグラフであり、図11Cは、放電開始60秒目の第二容量変化量の変化を示すグラフである。なお、これらの図では、蓄電素子200を放電した場合について説明しているが、上述の通り、蓄電素子200を充電した場合についても同様であるため、説明を省略する。
Specifically, FIG. 11A is a graph showing changes in the second capacity change amount at 6 seconds after the start of discharge, and FIG. 11B is a graph showing changes in the second capacity change amount at 12 seconds after the start of discharge. FIG. 11C is a graph showing changes in the second capacity change amount 60 seconds after the start of discharge. In addition, in these figures, although the case where the
これらの図に示すように、サイクル数が700サイクルの急激劣化直前状態P1のときに、第二容量変化量が閾値A2、A3またはA4を超えている(閾値A2〜B2、A3〜B3またはA4〜B4の範囲から外れている)。この場合、検出部120は、第二容量変化量が閾値よりも大きいと判断し、サイクル数が700サイクルのときに蓄電素子200の劣化状態が急激劣化直前状態P1であると検出する。このように、劣化状態検出装置100は、蓄電素子200の劣化状態として、蓄電素子200が急激劣化直前状態P1であることを精度良く検出することができている。
As shown in these figures, when the number of cycles is 700 immediately before the rapid deterioration state P1, the second capacity change amount exceeds the threshold value A2, A3, or A4 (threshold value A2-B2, A3-B3, or A4). Is out of the range of ~ B4). In this case,
以上により、蓄電素子200を60秒以下の一定期間で充電または放電させて、第二容量変化量を取得することで、蓄電素子200が急激劣化直前状態または急激劣化状態であることを精度良く検出することができている。なお、これは、充電または放電を開始しておよそ60秒程度経過すると正負極間での反応状態に変化が生じると考えられ、当該60秒経過前での反応状態が蓄電素子200の劣化状態に深く関係していると推察される。このため、充電または放電を開始して60秒が経過する前の第二容量変化量を閾値と比較することで、蓄電素子200の劣化状態を精度良く検出することができるものと考えられる。
As described above, the
次に、劣化状態検出装置100が蓄電素子200の劣化状態として急激劣化状態を検出することができることについて、電池系Bを用いた試験結果を用いて説明する。なお、以下では、上記の図8〜図11Cにおいて行った試験と同様の試験を、上記の電池系Aと異なる種類の電池系Bを用いて行っている。
Next, the fact that the deterioration
図12〜図14は、本発明の実施の形態に係る劣化状態検出装置100が蓄電素子200の急激劣化状態を検出することができることを説明するための図である。具体的には、図12は、蓄電素子200の劣化状態を示すグラフであり、図13は、劣化状態検出装置100が蓄電素子200の劣化状態を精度良く検出できることを説明するための図であり、図14は、従来の蓄電素子200の劣化状態を検出する手法を説明するための図である。
12-14 is a figure for demonstrating that the degradation
まず、図12においては、図8の電池系Aの電池に代えて、以下に示す電池系Bの電池を用い、以下に示す45℃、1Cサイクル試験を行った後に、可逆容量を取得した結果を示している。 First, in FIG. 12, instead of the battery of the battery system A of FIG. 8, the battery system B shown below was used, and after performing the 45 ° C., 1C cycle test shown below, the reversible capacity was obtained. Is shown.
つまり、以下の試験では、電池系Bの正極活物質として、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2で表される層状構造のリチウム遷移金属酸化物とスピネル型リチウムマンガン酸化物との混合物(質量比7:3)を用いている。 That is, in the following test, a lithium transition metal oxide having a layered structure represented by LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 and a spinel-type lithium manganese oxide were used as positive electrode active materials for battery system B. (Mass ratio 7: 3).
そして、1Cサイクル試験及び放電容量確認試験においては、充電は、電流1CmA(=650mA)の定電流定電圧充電とし、放電は、電流1CmA(=650mA)の定電流放電とした。なお、1Cサイクル試験及び放電容量確認試験についてのその他の条件は図8での説明と同様であるため、詳細な説明は省略する。 In the 1C cycle test and the discharge capacity confirmation test, charging was constant current constant voltage charging with a current of 1 CmA (= 650 mA), and discharging was constant current discharging with a current of 1 CmA (= 650 mA). The other conditions for the 1C cycle test and the discharge capacity confirmation test are the same as those described with reference to FIG.
同図から、サイクル数が300サイクルのときに急激劣化直前状態P2になり、サイクル数が500サイクルのときに急激劣化状態Q2になっていることが分かる。 From the figure, it can be seen that when the number of cycles is 300 cycles, the state immediately before the rapid deterioration P2 is obtained, and when the number of cycles is 500 cycles, the sudden deterioration state Q2 is obtained.
また、図13に示すように、図12で示したサイクル数が500サイクルの急激劣化状態Q2のときに、第二容量変化量が閾値A5を超えている(閾値A5〜B5の範囲から外れている)。なお、図13は、図9と同様に、上記の1Cサイクル試験を行った後に、25℃、電流1CmA(=650mA)で定電流放電を行い、24秒目の第二容量変化量を示したグラフである。 Further, as shown in FIG. 13, when the number of cycles shown in FIG. 12 is the rapid deterioration state Q2 of 500 cycles, the second capacity change amount exceeds the threshold A5 (out of the range of the thresholds A5 to B5). ) In addition, like FIG. 9, after performing said 1C cycle test, FIG. 13 performed the constant current discharge at 25 degreeC and electric current 1CmA (= 650mA), and showed the 2nd capacity | capacitance change amount of 24 seconds. It is a graph.
この場合、検出部120は、第二容量変化量が閾値よりも大きいと判断し、サイクル数が500サイクルのときに蓄電素子200の劣化状態が急激劣化状態Q2であると検出する。このように、劣化状態検出装置100は、蓄電素子200の劣化状態として、蓄電素子200が急激劣化状態Q2であることを精度良く検出することができている。
In this case,
なお、同図では、蓄電素子200を放電した場合について説明しているが、上述の通り、蓄電素子200を充電した場合についても同様であるため、説明を省略する。また、第二容量変化量及び閾値を正の値(絶対値)とすることも、上記と同様である。
In addition, although the case where the
また、図14に示すように、インピーダンスの増加傾向によって劣化を推定する従来の手法では、サイクル数が500サイクルのときに急激劣化状態Q2であることを検出するのは困難である。このため、電池系Bにおいては、劣化状態検出装置100は、蓄電素子200の急激劣化直前状態P2は検出できていないが、従来の手法が検出困難な急激劣化状態Q2は検出できている。
Further, as shown in FIG. 14, it is difficult to detect the rapid deterioration state Q2 when the number of cycles is 500 with the conventional method of estimating the deterioration based on the increasing tendency of the impedance. For this reason, in the battery system B, the deterioration
次に、電池系Bについて、蓄電素子200を60秒以下の一定期間で充電または放電させて、第二容量変化量を取得するのが好ましいことについて、説明する。
Next, with respect to the battery system B, it will be described that it is preferable to charge or discharge the
図15A〜図15Cは、本発明の実施の形態に係る取得部110が60秒以下の一定期間充電または放電させて第二容量変化量を取得するのが好ましいことを説明するための図である。
FIGS. 15A to 15C are diagrams for explaining that the
具体的には、図15Aは、放電開始6秒目の第二容量変化量の変化を示すグラフであり、図15Bは、放電開始12秒目の第二容量変化量の変化を示すグラフであり、図15Cは、放電開始60秒目の第二容量変化量の変化を示すグラフである。なお、これらの図では、蓄電素子200を放電した場合について説明しているが、上述の通り、蓄電素子200を充電した場合についても同様であるため、説明を省略する。
Specifically, FIG. 15A is a graph showing changes in the second capacity change amount at 6 seconds after the start of discharge, and FIG. 15B is a graph showing changes in the second capacity change amount at 12 seconds after the start of discharge. FIG. 15C is a graph showing changes in the second capacity change amount 60 seconds after the start of discharge. In addition, in these figures, although the case where the
これらの図に示すように、サイクル数が500サイクルの急激劣化状態Q2のときに、第二容量変化量が閾値A6、A7またはA8を超えている(閾値A6〜B6、A7〜B7またはA8〜B8の範囲から外れている)。この場合、検出部120は、第二容量変化量が閾値よりも大きいと判断し、サイクル数が500サイクルのときに蓄電素子200の劣化状態が急激劣化状態Q2であると検出する。このように、劣化状態検出装置100は、蓄電素子200の劣化状態として、蓄電素子200が急激劣化状態Q2であることを精度良く検出することができている。
As shown in these figures, when the number of cycles is 500, the second capacity change amount exceeds the threshold value A6, A7 or A8 (threshold values A6 to B6, A7 to B7 or A8 to A8). Out of the range of B8). In this case,
以上により、蓄電素子200を60秒以下の一定期間で充電または放電させて、第二容量変化量を取得することで、蓄電素子200が急激劣化直前状態または急激劣化状態であることを精度良く検出することができている。
As described above, the
以上のように、本発明の実施の形態に係る劣化状態検出装置100によれば、蓄電素子200の電圧に対する通電容量の変化の大きさである第一容量変化量に対する通電容量の変化の大きさである第二容量変化量を所定の閾値と比較して、蓄電素子200の劣化状態を検出する。ここで、本願発明者らは、鋭意検討と実験の結果、当該第二容量変化量の大きさを閾値と比較することにより、蓄電素子200の劣化状態を精度良く検出することができることを見出した。このため、劣化状態検出装置100によれば、蓄電素子200の劣化状態を精度良く検出することができる。
As described above, according to deterioration
また、劣化状態検出装置100は、蓄電素子200を一定電流で一定期間充電または放電させて、通電期間と電圧とを取得し、当該通電期間と電圧とを用いて、一定期間経過時点での第二容量変化量を算出する。このように、劣化状態検出装置100は、第二容量変化量を容易に算出して、蓄電素子200の劣化状態を精度良く検出することができる。
In addition, the deterioration
また、本願発明者らは、鋭意検討と実験の結果、蓄電素子200を一定電流で60秒以下の一定期間充電または放電させることで、蓄電素子200の劣化状態を精度良く検出することができることを見出した。このため、劣化状態検出装置100によれば、実使用中に長時間の充放電試験を行うことなく、短時間で蓄電素子200の劣化状態を精度良く検出することができる。
In addition, as a result of intensive studies and experiments, the inventors of the present application can accurately detect the deterioration state of the
また、劣化状態検出装置100は、通電容量を電圧で微分して第一容量変化量を算出し、通電容量を第一容量変化量で微分して第二容量変化量を算出する。このように、劣化状態検出装置100は、第二容量変化量を容易に算出して、蓄電素子200の劣化状態を精度良く検出することができる。
In addition, the deterioration
また、本願発明者らは、鋭意検討と実験の結果、第二容量変化量が閾値よりも大きい場合に、蓄電素子200の劣化状態が、劣化が緩やかな状態から劣化が急激な状態に移行する直前または移行した状態になっていることを見出した。このため、劣化状態検出装置100は、第二容量変化量の大きさを閾値と比較することにより、蓄電素子200が急激に劣化する直前または劣化したことを精度良く検出することができる。
Further, as a result of intensive studies and experiments, the inventors of the present application have made the deterioration state of the
また、劣化状態検出装置100は、第二容量変化量が閾値よりも大きいと判定した場合に、蓄電素子200の充電上限電圧を制限することで、蓄電素子200の急激な劣化を抑制することができ、寿命延命措置をとることができる。
Further, when the deterioration
また、劣化状態検出装置100は、第二容量変化量が閾値よりも大きいと判定した場合に、蓄電素子200への通電最大電流を制限することで、蓄電素子200の急激な劣化を抑制することができ、寿命延命措置をとることができる。
In addition, when the deterioration
また、蓄電素子200は、正極活物質として層状構造のリチウム遷移金属酸化物を含むリチウムイオン二次電池である。ここで、本願発明者らは、鋭意検討と実験の結果、蓄電素子200が当該リチウムイオン二次電池の場合に、上記の方法によって蓄電素子200の劣化状態を精度良く検出できることを見出した。このため、劣化状態検出装置100は、当該リチウムイオン二次電池の劣化状態を精度良く検出することができる。
The
以上、本発明の実施の形態に係る蓄電システム10及び劣化状態検出装置100について説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。つまり、今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
The
また、本発明は、このような蓄電システム10または劣化状態検出装置100として実現することができるだけでなく、劣化状態検出装置100に含まれる特徴的な処理部をステップとする劣化状態検出方法としても実現することができる。
In addition, the present invention can be realized not only as the
また、本発明に係る劣化状態検出装置100が備える各処理部は、集積回路であるLSI(Large Scale Integration)として実現されてもよい。例えば、図16に示すように、本発明は、取得部110及び検出部120を備える集積回路160として実現することができる。図16は、本発明の実施の形態に係る劣化状態検出装置100を集積回路で実現する構成を示すブロック図である。
Each processing unit included in the degradation
なお、集積回路160が備える各処理部は、個別に1チップ化されても良いし、一部または全てを含むように1チップ化されても良い。ここでは、LSIとしたが、集積度の違いにより、IC、システムLSI、スーパーLSI、ウルトラLSIと呼称されることもある。
Note that each processing unit included in the
また、集積回路化の手法はLSIに限るものではなく、専用回路または汎用プロセッサで実現してもよい。LSI製造後に、プログラムすることが可能なFPGA(Field Programmable Gate Array)や、LSI内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用しても良い。 Further, the method of circuit integration is not limited to LSI's, and implementation using dedicated circuitry or general purpose processors is also possible. An FPGA (Field Programmable Gate Array) that can be programmed after manufacturing the LSI, or a reconfigurable processor that can reconfigure the connection and setting of circuit cells inside the LSI may be used.
さらには、半導体技術の進歩または派生する別技術によりLSIに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適応等が可能性としてあり得る。 Furthermore, if integrated circuit technology comes out to replace LSI's as a result of the advancement of semiconductor technology or a derivative other technology, it is naturally also possible to carry out function block integration using this technology. There is a possibility of adaptation of biotechnology.
また、本発明は、劣化状態検出方法に含まれる特徴的な処理をコンピュータに実行させるプログラムとして実現したり、当該プログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な非一時的な記録媒体、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、CD−ROM、MO、DVD、DVD−ROM、DVD−RAM、BD(Blu−ray Disc(登録商標))、半導体メモリとして実現したりすることもできる。そして、そのようなプログラムは、CD−ROM等の記録媒体及びインターネット等の伝送媒体を介して流通させることができるのは言うまでもない。 Further, the present invention can be realized as a program for causing a computer to execute characteristic processing included in the degradation state detection method, or a computer-readable non-transitory recording medium in which the program is recorded, for example, a flexible disk, It can also be realized as a hard disk, CD-ROM, MO, DVD, DVD-ROM, DVD-RAM, BD (Blu-ray Disc (registered trademark)), or semiconductor memory. Needless to say, such a program can be distributed via a recording medium such as a CD-ROM and a transmission medium such as the Internet.
本発明は、リチウムイオン二次電池などの蓄電素子において、蓄電素子の劣化状態を精度良く検出することができる劣化状態検出装置等に適用できる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be applied to a deterioration state detection device that can accurately detect a deterioration state of a power storage element in a power storage element such as a lithium ion secondary battery.
10 蓄電システム
100 劣化状態検出装置
110 取得部
111 充放電制御部
112 充放電情報取得部
113 容量変化量算出部
120 検出部
150 記憶部
151 検出用データ
160 集積回路
200 蓄電素子
300 収容ケース
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記蓄電素子を充電または放電した場合の前記蓄電素子の電圧に対する通電容量の変化の大きさを第一容量変化量とし、前記第一容量変化量に対する前記通電容量の変化の大きさである第二容量変化量を取得する取得部と、
取得された前記第二容量変化量と所定の閾値とを比較することにより、前記蓄電素子の劣化状態を検出する検出部と
を備える劣化状態検出装置。 A deterioration state detection device for detecting a deterioration state of a storage element,
The magnitude of the change in energization capacity with respect to the voltage of the electricity storage element when the electricity storage element is charged or discharged is defined as the first capacity change amount, and the second is the magnitude of the change in the energization capacity with respect to the first capacity change amount. An acquisition unit for acquiring a capacity change amount;
A deterioration state detection apparatus comprising: a detection unit that detects a deterioration state of the power storage element by comparing the acquired second capacitance change amount with a predetermined threshold value.
前記蓄電素子を一定電流で一定期間充電または放電させる充放電制御部と、
前記充放電制御部が前記蓄電素子を充電または放電させた場合の前記蓄電素子の通電期間と前記通電期間での電圧とを取得する充放電情報取得部と、
取得された前記通電期間と前記電圧とを用いて、前記一定期間経過時点での前記第二容量変化量を算出する容量変化量算出部とを備える
請求項1に記載の劣化状態検出装置。 The acquisition unit
A charge / discharge control unit that charges or discharges the storage element with a constant current for a fixed period;
A charge / discharge information acquisition unit that acquires an energization period of the power storage element and a voltage in the energization period when the charge / discharge control unit charges or discharges the power storage element;
The deterioration state detection apparatus according to claim 1, further comprising: a capacity change amount calculation unit that calculates the second capacity change amount when the certain period has elapsed using the acquired energization period and the voltage.
請求項2に記載の劣化状態検出装置。 The deterioration state detection apparatus according to claim 2, wherein the charge / discharge control unit charges or discharges the power storage element with a period of 60 seconds or less as the fixed period.
請求項2または3に記載の劣化状態検出装置。 The capacity change amount calculation unit calculates the energization capacity by multiplying the constant current by the energization period, calculates the first capacity change amount by differentiating the calculated energization capacity with the voltage, The deterioration state detection apparatus according to claim 2 or 3, wherein the second capacity change amount at the time when the predetermined period has elapsed is calculated by differentiating an energization capacity with the first capacity change amount.
前記第二容量変化量が前記閾値よりも大きいか否かを判断し、
前記第二容量変化量が前記閾値よりも大きいと判断した場合に、前記蓄電素子の劣化状態が、劣化が緩やかな第一劣化状態から劣化が急激な第二劣化状態に移行する直前の状態である、または移行した状態であると検出する
請求項1〜4のいずれか1項に記載の劣化状態検出装置。 The detector is
Determining whether the second capacity change amount is greater than the threshold;
When it is determined that the second capacity change amount is larger than the threshold value, the deterioration state of the power storage element is a state immediately before the transition from the first deterioration state where the deterioration is gradual to the second deterioration state where the deterioration is abrupt. The deterioration state detection device according to any one of claims 1 to 4, wherein the deterioration state detection device detects that the state is present or has been shifted.
前記第二容量変化量が前記閾値よりも大きいか否かを判断し、
前記第二容量変化量が前記閾値よりも大きいと判断した場合に、前記蓄電素子の充電上限電圧を制限する
請求項1〜5のいずれか1項に記載の劣化状態検出装置。 The detector is
Determining whether the second capacity change amount is greater than the threshold;
The deterioration state detection device according to any one of claims 1 to 5, wherein when the second capacity change amount is determined to be larger than the threshold value, a charging upper limit voltage of the power storage element is limited.
前記第二容量変化量が前記閾値よりも大きいか否かを判断し、
前記第二容量変化量が前記閾値よりも大きいと判断した場合に、前記蓄電素子への通電最大電流を制限する
請求項1〜6のいずれか1項に記載の劣化状態検出装置。 The detector is
Determining whether the second capacity change amount is greater than the threshold;
The degradation state detection apparatus of any one of Claims 1-6 which restrict | limit the energization maximum current to the said electrical storage element, when it is judged that said 2nd capacity | capacitance change amount is larger than the said threshold value.
前記取得部は、前記リチウムイオン二次電池についての前記第二容量変化量を取得し、
前記検出部は、前記リチウムイオン二次電池についての前記劣化状態を検出する
請求項1〜7のいずれか1項に記載の劣化状態検出装置。 The power storage element is a lithium ion secondary battery including a lithium transition metal oxide having a layered structure as a positive electrode active material,
The acquisition unit acquires the second capacity change amount for the lithium ion secondary battery,
The deterioration state detection device according to claim 1, wherein the detection unit detects the deterioration state of the lithium ion secondary battery.
前記蓄電素子の劣化状態を検出する請求項1〜8のいずれか1項に記載の劣化状態検出装置と
を備える蓄電システム。 A storage element;
A power storage system comprising: the deterioration state detection device according to any one of claims 1 to 8 that detects a deterioration state of the power storage element.
前記蓄電素子を充電または放電した場合の前記蓄電素子の電圧に対する通電容量の変化の大きさを第一容量変化量とし、前記第一容量変化量に対する前記通電容量の変化の大きさである第二容量変化量を取得する取得ステップと、
取得された前記第二容量変化量と所定の閾値とを比較することにより、前記蓄電素子の劣化状態を検出する検出ステップと
を含む劣化状態検出方法。 A computer is a deterioration state detection method for detecting a deterioration state of a storage element,
The magnitude of the change in energization capacity with respect to the voltage of the electricity storage element when the electricity storage element is charged or discharged is defined as the first capacity change amount, and the second is the magnitude of the change in the energization capacity with respect to the first capacity change amount. An acquisition step for acquiring a capacity change amount;
A degradation state detection method comprising: a detection step of detecting a degradation state of the power storage element by comparing the acquired second capacitance change amount with a predetermined threshold value.
前記蓄電素子を充電または放電した場合の前記蓄電素子の電圧に対する通電容量の変化の大きさを第一容量変化量とし、前記第一容量変化量に対する前記通電容量の変化の大きさである第二容量変化量を取得する取得部と、
取得された前記第二容量変化量と所定の閾値とを比較することにより、前記蓄電素子の劣化状態を検出する検出部と
を備える集積回路。 An integrated circuit for detecting a deterioration state of a storage element,
The magnitude of the change in energization capacity with respect to the voltage of the electricity storage element when the electricity storage element is charged or discharged is defined as the first capacity change amount, and the second is the magnitude of the change in the energization capacity with respect to the first capacity change amount. An acquisition unit for acquiring a capacity change amount;
An integrated circuit comprising: a detection unit that detects a deterioration state of the power storage element by comparing the acquired second capacitance change amount with a predetermined threshold value.
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