JP2014127341A - Battery state detection system and battery state detection method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電池の状態を検知する電池状態検知システム及び電池状態検知方法に関するものである。 The present invention relates to a battery state detection system and a battery state detection method for detecting the state of a battery.
二次電池の筐体内に格納された正極及び負極の電極の体積変化を検知し、電極の温度を検知し、検知された体積変化及び温度に基づいて、予め設定された相関関係により、電池の劣化度合いを反映して変化する状態量である、二次電池の入出力可能電力及び満充電容量を推定する二次電池の状態推定システムが開示されている(例えば特許文献1参照)。 The volume change of the positive electrode and the negative electrode stored in the case of the secondary battery is detected, the temperature of the electrode is detected, and based on the detected volume change and temperature, the correlation of the battery is set in advance. A state estimation system for a secondary battery that estimates the input / output possible power of the secondary battery and the full charge capacity, which are state quantities that reflect the degree of deterioration, is disclosed (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、上記二次電池の状態推定システムでは、電極の体積変化を検知するのみであって、二次電池内で発生するガスの体積変化を測定するものではないため、電池状態の検知精度が低い、という問題があった。 However, since the state estimation system of the secondary battery only detects the volume change of the electrode and does not measure the volume change of the gas generated in the secondary battery, the battery state detection accuracy is low. There was a problem.
本発明が解決しようとする課題は、電池状態の検知精度を高めた電池状態検知ステム及び電池状態検知方法を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a battery state detection stem and a battery state detection method with improved battery state detection accuracy.
本発明は、外装部材により形成された内部空間内の気体の体積を測定し、測定された気体の体積から電池の状態を検知することにより、上記課題を解決する。 This invention solves the said subject by measuring the volume of the gas in the internal space formed of the exterior member, and detecting the state of a battery from the measured volume of the gas.
本発明は、電池状態と相関性のある電池の内部空間の気体の体積変化を測定しているため、例えば電池が劣化した場合に生じる電池状態の変化を正確に把握することができ、その結果として、電池状態の検知精度を高めることができる。 Since the present invention measures the volume change of the gas in the internal space of the battery, which has a correlation with the battery state, for example, it is possible to accurately grasp the change in the battery state that occurs when the battery deteriorates. As a result, the detection accuracy of the battery state can be increased.
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.
《第1実施形態》
図1は、本発明の実施形態に係る電池状態検知システムのブロック図である。本例の電池状態検知システムは、例えば電気自動車やハイブリッド自動車などの車両に搭載され、車両の電池状態を検知するシステムである。なお、本例の電池状態検知システムは、電気自動車以外の車両に搭載されてもよく、また車両以外の装置に搭載されてもよい。
<< First Embodiment >>
FIG. 1 is a block diagram of a battery state detection system according to an embodiment of the present invention. The battery state detection system of this example is a system that is mounted on a vehicle such as an electric vehicle or a hybrid vehicle and detects the battery state of the vehicle. In addition, the battery state detection system of this example may be mounted on a vehicle other than the electric vehicle, or may be mounted on a device other than the vehicle.
図1に示すように、本例の電池状態検知システムは、組電池1と、コントローラ2とを備えている。組電池1は、車両に搭載されたモータの動力源であって、複数の二次電池により構成されている。コントローラ2は、組電池の電池状態を検知するためのコントローラである。
As shown in FIG. 1, the battery state detection system of this example includes an assembled
図2〜図6を用いて、組電池1の構成について説明する。図2は組電池1の断面図、図3は電池モジュールの断面図、図4はセル(単電池)の完成状態を示す斜視図、図5は当該セルの主たる構成部材に分解した状態を示す分解斜視図である。図6は図4のVI-VI線に沿う断面図である。
The structure of the assembled
図2に示すように、組電池1は、複数の電池モジュール10と、拘束板14と、センサ15と、ボルト16と、ナット17とを備えている。
As shown in FIG. 2, the assembled
まず、図3を用いて電池モジュール10の構成を説明する。電池モジュール10は、複数のセル11と、ケース13とを備えている。セル11は、それぞれ板状に形成されたラミネート電池(扁平形電池)である。複数のセル11は、互いに積層されることで、積層体を構成している。なお、セル11は、必ずしも4個にする必要はなく、1個でもよい。
First, the configuration of the
ケース13は、複数のセル11を収容するための筐体である。ケース13は、金属等で形成されている。複数のセル11の積層方向(図3のZ方向)に対して、平行な面に沿う側面と、積層方向に対して垂直方向(図3のY方向)に沿う面であって、積層方向で互いに対向する主面を上下に有している。
The
ケース13の主面は、当該主面の中央部に、外方からセル11に向かって突出させることで形成された突出部131を有している。言い換えると、ケース13の主面は、中央部を、セル11に向かって窪んだ凹状の突出部131を有している。なお、図3では、ケース13の上下の主面に、突出部131をそれぞれ形成しているが、上下面のいずれか一方に形成すればよい。
The main surface of the
突出部131は、ケース13の主面の剛性を高めつつ、セル11の膨脹を抑制するために形成されている。本例の電池モジュール10は、扁平形のセル11を複数積層することで構成されている。セル11内でガスが発生した場合に、セル11は、積層方向に膨れやすい。そのため、本例は、複数のセル11を、ケース13の主面で狭持させつつ、突出部131によって、積層方向でセル11に向かうようにケース13表面を突出させることで、複数のセル11の膨脹を抑制している。
The
次に、図4〜図6を用いて、セル11の構成を説明する。本例のセル11は、薄型扁平状の電池本体110と、スペーサ120とを備える。
Next, the configuration of the
電池本体110は、ラミネートフィルム製外装部材111の内部に発電要素112が収容され、当該外装部材111の外周部113が封止されたものである。なお、発電要素112の詳細な構成は図4に示す。外装部材111を構成するラミネートフィルムは、複数の層状の構造で、樹脂−金属薄膜ラミネート材等の可撓性を有するラミネートフィルム(フィルム状部材)で形成されている。
The battery
外装部材111は一対のラミネートフィルムで構成され、一対のラミネートフィルムの一方を発電要素112が収容できるように矩形状平板を浅い椀型(皿型)に成形した形状とし、内部に発電要素112と電解液を入れたのち、他方のラミネートフィルムを被せてそれぞれの外周部113を重ね合わせ、当該外周部113の全周が熱融着や接着剤により接合されて接合部を形成している。
The
本例のセル11は、リチウムイオン二次電池であり、図6に示すように、発電要素112は正極板112aと負極板112bとの間にセパレータ112cを積層して構成されている。本例の発電要素112は、3枚の正極板112aと、5枚のセパレータ112cと、3枚の負極板112bと、特に図示しない電解液(電解質)とを有している。なお、本発明に係るセル11はリチウムイオン二次電池に限定されず、他の電池であってもよい。また、電極板112a、bの積層方向と、セル11の積層方向は同一方向となる。
The
発電要素112を構成する正極板112aは、正極端子114まで伸びている正極側集電体112dと、正極側集電体112dの一部の両主面(集電体112dの積層方向を法線とする面)にそれぞれ形成された正極層112e,112fとを有する。
The
正極板112aの正極側集電体112dは、アルミニウム等の金属箔により形成されている。また正極板112aの正極層112e,112fは、ニッケル酸マンガン(LiNn2O4)等の正極活物質を含み、正極集電板112dの両主面に形成されている。
The positive electrode side
発電要素112を構成する負極板112bは、負極端子115まで伸びている負極側集電体112gと、当該負極側集電体112gの一部の両主面にそれぞれ形成された負極層112h,112iとを有する。
The
負極板112bの負極側集電体112gは、銅等の金属箔により形成されている。また、負極板112bの負極層112h,112iは、天然黒鉛等の負極活物質を含み、負極集電板112gの両主面に形成されている。
The negative electrode side
正極板112aと負極板112bとの間に積層されるセパレータ112cは、正極板112aと負極板112bとの短絡を防止するものであり、電解液を保持する機能を備えてもよい。セパレータ112cは、たとえばポリプロピレンなどで形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。
The
以上の発電要素112は、セパレータ112cを介して正極板112aと負極板112bとが交互に積層されてなる。そして、3枚の正極板112aは、金属箔製の正極端子114にそれぞれ接続される。また、図5では図示されていないが、3枚の負極板112bは金属箔製の負極端子115にそれぞれ接続されている。
The above
図6に示すように、発電要素112の正極板112a及び負極板112bのそれぞれから外装部材111の外部へ正極端子114と負極端子115とが導出されている。本例の二次電池1では、外装部材111の一辺(図1の手前の短辺)の外周部113から正極端子114と負極端子115とが並んで導出されている。正極端子114及び負極端子115は正極タブ114及び負極タブ115とも称される。
As shown in FIG. 6, a
本例の二次電池1は、外装部材111の一つの辺の外周部から正極端子114と負極端子115とが並んで導出されている。図4には発電要素112の正極板112aから正極端子114に至る断面図を図示し、発電要素112の負極板112bから負極端子115に至る断面を省略するが、負極板112b及び負極端子115も図3の断面図に示す正極板112a及び正極端子114と同様の構造とされている。
In the
すなわち、電池本体110は、正極板112aと負極板112bとをセパレータ11cを介して主面同士重なるように積層する。そして、電池本体110は平面視において長方形とされており、当該長方形の外周部113を、外装部材111における一対のラミネートフィルム(アルミラミネート外装体)で接合して内部を封止している。これにより、二次電池1はラミネート側電池となる。なお、電池本体11の外形形状は長方形にのみ限定されず、正方形や他の多角形に形成することも可能である。
That is, the battery
以上のように構成された電池本体110は、他の一または複数の二次電池と接続して組み合わせ、所望の出力、容量の二次電池として使用される。
The
本例のスペーサ120は、図4及び図5に示すように隣接する電池本体110の互いの外周部113の間に配置されるとともに、隣接する電池本体11の互いの外周部113の間から電池の外周方向に向かって突出し、電池本体11を、他の電池本体11と固定するための固定部121を有する。
As shown in FIGS. 4 and 5, the
スペーサ120は、ポリブチレンテレフタレート(PBT)などの剛性を有する絶縁性樹脂材料で形成され、電池本体11の外周部の短辺の長さ以上の長さを有する長尺状に形成されている。スペーサ120の両端のそれぞれに鞘状の通孔からなる固定部121が形成されている。
The
各セル11の固定部121に形成されている挿入孔に、ネジ等の締結部材を挿通して、締結させることで、図3に示すように、複数のセル11が連結されて、複数のセル11の積層体が構成される。なお、複数のセル11を固定させる構成は、必ずしもスペーサ120に固定部121を設けて締結部材で締結させる構成に限らず、他の構成であってもよい。そして、このセル11の積層体を、ケース13に収容することで、電池モジュール10が構成される。
By inserting a fastening member such as a screw into the insertion hole formed in the fixing
図2に戻り、電池モジュール10は、ケース13の主面同士が重なるように、複数積層されている。複数の電池モジュール10を積層すると、突出部131は、複数の電池モジュール間で空間を形成する。この空間が、積層方向へのセル11の膨れを吸収する空間となる。なお、図2では、電池モジュール10を4個積層しているが、必ずしも複数の電池モジュールを積層させなくてよく、また積層する際の電池モジュール10の個数は任意の個数でよい。
Returning to FIG. 2, a plurality of
拘束板14は、一対の板状に形成され、電池モジュール10の積層体を拘束するための部材である。拘束板14は、複数の電池モジュール10のうち、積層方向への最上段の電池モジュール10の主面と、最下段の電池モジュール10の主面に、それぞれ配置され、電池モジュール10の積層体を狭持するように、配置されている。
The
各電池モジュール10のケース13及び拘束板14には、ボルト16を通すための通孔がそれぞれ形成されている。そして、当該通孔にボルト16を通して、ボルト16の先端より、ナット17を締結することで、複数の電池モジュール10及び拘束板14が固定されている。
Through holes for passing
また、ボルト16の頭部と拘束板14との間には、センサ15が設けられている。センサ15は、セル11の変位を計測するためのセンサであって、センサ15には、例えば歪みセンサや圧力センサが用いられる。また、センサ15は、ゴム等の弾性材で覆われることで、セル11の変位により伸縮しやすいように形成されている。
A
図7を用いて、センサ15に加わる力について説明する。図7は、図2に示す組電池1の断面図のうち、センサ15を設けた部分を拡大した断面図である。
The force applied to the
電池モジュール10は、電池の劣化に伴う電極の膨脹及びガスの発生により、主に積層方向(図7のZ方向)に膨脹する。また、電池モジュール10内のセル11の異常によってもガスが発生して、電池モジュール10が膨脹する場合がある。
The
電池モジュール10が膨脹すると、セル11の積層方向への厚さが増す。ケース13の主面では、突出部131がセル11に押し出され、拘束板14に対して、Z方向への応力を加える。拘束板14は当該応力を受けて、外方に押し出される。このとき、センサ15はボルト16の頭部と拘束板14との間に狭持されているため、拘束板14の外方への応力により、センサ15は拘束板14から圧力を受けて、圧縮する。センサ15は、拘束板14からの圧力による、歪みを検出し、検出値を電気信号でコントローラユニット2に送信する。
When the
図1に戻り、コントローラユニット2の構成を説明する。コントローラユニット2は、システム全体を統合的に制御するコントローラであって、電池厚さ測定部21と、電池状態検知部22と、残容量測定部23とを有している。
Returning to FIG. 1, the configuration of the
電池厚さ測定部21は、センサ15の検出値により、セル11の厚さを測定する。拘束板14からセンサ15に加わる圧力の大きさは、セル11の積層方向への膨脹、言い換えると、セル11の厚さと相関性をもっている。そのため、電池厚さ測定部21は、センサ15の検出値(センサ15の歪み量)、ボルト16の頭部と拘束板14との間の締結による圧力、及び、セル11の厚さの増加量の関係を、設計段階で予め把握することで、センサ15の検出値からセル11の厚さを測定することができる。
The battery
また、上記のとおり、セル11の膨脹は、主に積層方向への膨脹である。そして、ガスが発生し、セル11が膨脹した場合には、セル11の主面方向へのセル11の大きさは変わらない。そのため、電池厚さ測定部21は、セル11の厚さを測定することで、セル11内の気体の体積を測定していることにもなる。また、電池厚さ測定部21は、センサ15の検出値の変化から、セル11内で発生するガスの体積変化を測定することにもなる。
Further, as described above, the expansion of the
電池状態検知部22は、電池厚さ測定部21により測定された厚さから、セル11の状態を検知する。残容量測定部23は、組電池1に設けられたセル11の各電圧または電流を検出するセンサ(図示しない)の検出値から、セル11の残容量を測定する。残容量測定部23は、例えば、組電池1への入出力電流を積算することで、各セル11に充電されている充電容量を演算し、各セル11の残容量を演算する。なお、残容量測定部23は、セル11の電圧から、残容量を測定してもよい。
The battery
次に、セル11の厚さと、セル11の電池状態について説明する。セル11は、正常な状態であっても、経時的に劣化する。しかしながら、セル11の劣化傾向が正常な劣化傾向より大きい場合や、セル11に異常が発生した場合には、セル11の厚さが正常時のセル11の厚さより大きくなるように、セル11は膨脹する。そのため、本例は、セル11の厚さを測定することで、セル11の異常劣化による不良状態、あるいは、セル11の微小短絡等の異常による不良状態を検知することができる。
Next, the thickness of the
また、セル11の厚さと残容量との相関関係ついて説明する。セル11の特性として、セル11の厚さと残容量との間には、図8に示すような相関性がある。図8は、セル11の残容量に対する厚さの特性を示すグラフである。
A correlation between the thickness of the
なお、図8のグラフは以下の方法で導出した。まず、同一の形状のセル11で、残容量の異なる電池を用意した。電池の残容量を測定した上で、残容量の測定時のセル11の厚さを測定した。そして、それぞれ測定結果をプロットした。これにより、本発明者は、セル11の厚さと、セル11の残容量との間に、図8の比例関係で示す相関関係があることを見出した。
The graph of FIG. 8 was derived by the following method. First, batteries having different remaining capacities were prepared with the
すなわち、セル11の厚さはセル11の残容量に応じて変化するため、本例は、セル11の厚さに加えて、セル11の残容量を用いることで、電池状態を検知する。以下、電池状態検知部22の具体的な制御を説明する。
That is, since the thickness of the
電池状態検知部22には、セル1の不良状態を示す第1判定閾値が予め記憶されており、第1判定閾値と、電池厚さ測定部21で測定されたセル11の厚さとを比較することで、セル11の異常を検知する。
The battery
第1判定閾値は、セル11の劣化に対する使用の限界値を示す閾値であって、セル11の劣化度の下限値に相当する。本例のように、組電池1を車両の動力源として用いた場合に、車両運転の際、セル11からは、電力を安定して出力させる必要がある。そのため、セル11には、必要な残容量の下限値(Qlim)が予め決まっている。
The first determination threshold value is a threshold value that indicates a use limit value for the deterioration of the
図9は、図8と同様な、セル11の残容量に対する厚さの特性を示すグラフであって、第1判定閾値を説明するためのグラフである。上記に示すように、セル11の残容量と厚さとの間には相対関係があるため、図9に示すように、残容量の下限値(Qlim)に対応する厚さが、第1判定閾値となる。
FIG. 9 is a graph similar to FIG. 8, showing a characteristic of thickness with respect to the remaining capacity of the
セル11が正常に使用され、劣化が進むと、セル11は膨脹する。そして、セル11が過度に劣化し、残容量が下限値(Qlim)以下になると、セル11の厚さは第1判定閾値以上になる。そのため、セル11の厚さが、第1判定閾値で規定する厚さより大きい場合には、セル11が過度な劣化状態であり、セル11の電池状態が不良な状態(使用不可の状態)であると、判定することができる。
When the
電池状態検知部22は、電池厚さ測定部21で測定されたセル11の厚さが第1判定閾値より大きい場合には、セル11の電池状態を過度な劣化による不良状態として判定する。電池状態検知部22によりセル11の不良状態を判定した場合には、コントローラユニット2は、車両内のランプ(図示しない)等を表示させることで、ユーザに警告して、セル11の不良状態を報知する。
When the thickness of the
一方、電池厚さ測定部21で測定されたセル11の厚さが第1判定閾値より小さい場合には、電池状態検知部22は、セル11の厚さと、セル11の実際の残容量とを用いて、セル11の電池状態を検知する。
On the other hand, when the thickness of the
セル11が正常な状態である場合には、残容量測定部23で測定された残容量と、電池厚さ測定部21で測定された厚さは、図8に示すグラフ上、若しくは、グラフに近い値をとる。一方、セル11に異常が発生し、セル11が膨脹した場合には、残容量測定部23で測定された残容量と、電池厚さ測定部21で測定された厚さは、図8のグラフから大きく外れた値となる。そのため、本例では、電池厚さ測定部21でセル11の厚さを測定し、測定された厚さと相対関係にある、正常なセル11の電池容量と、残容量測定部23で測定された実際のセル11の残容量とを比較することで、セル11の状態を検知する。
When the
電池状態検知部22には、図8のグラフで表されるマップ、言い換えると、セル11の残容量とセルの厚さとの相関性を示すマップが予め記憶されている。電池状態検知部22は、当該マップを参照し、電池厚さ測定部21により測定されたセル11の厚さに対応する、セル11の残容量(Qb)を演算する。電池状態検知部22は、残容量測定部23で測定された実際のセル11の残容量(Qa)と、残容量(Qb)との差分を演算する。なお、差分は絶対値でもよい。
The battery
電池状態検知部22には、第2判定閾値が予め設定されている。第2判定閾値は、セル11の不良状態を判定するための閾値であって、セル11の厚さに対して、正常なセル11の取り得る残容量の上限値が設定されている。セル11の取りうる残容量の範囲は、セル11の特性に応じて規定される範囲であって、正常なセル11の劣化を考慮した上で設定される範囲である。すなわち、第2判定閾値は、正常なセル11の厚さの許容範囲に相当する。また、第2判定閾値は、第1判定閾値と異なり、電池の容量で定めている。
A second determination threshold is preset in the battery
そして、電池状態検知部22は、残容量の差分(Qa−Qb)と、第2判定閾値とを比較する。差分が第2判定閾値より大きい場合には、電池状態検知部22は、セル11の電池状態が不良状態である、と判定する。そして、電池状態が不良状態である場合には、コントローラユニット2は、上記と同様に、ユーザに対して警告する。
And the battery
また、セル11が正常な範囲内で劣化している場合には、残容量の差分(Qa−Qb)は第2判定閾値以下になる。そのため、残容量の差分が第2判定閾値より小さい場合には、電池状態検知部22は、セル11の電池状態を正常として判定する。
When the
次に、図10を用いて、コントローラユニット2の制御手順を説明する。図10は、コントローラユニット2の制御手順を示すフローチャートである。なお、コントロールユニット2は、以下の制御手順を所定の周期で繰り返し行っている。
Next, the control procedure of the
ステップS11にて、電池厚さ測定部21は、センサ15の検出値からセル11の厚さを測定し、電池状態検知部22に出力する。ステップS12にて、電池状態検知部22は、電池厚さ測定部21の測定値(厚さ)と、第1判定閾値とを比較する。
In step S <b> 11, the battery
電池厚さ測定部21の測定値が第1判定閾値より小さい場合には、ステップS13にて、残容量測定部23は、セル11の残容量(Qa)を測定し、電池状態検知部22に出力する。ステップS14にて、電池状態検知部22は、セル11の残容量と厚さとの相関関係を示すマップを参照し、ステップS11で測定した厚さに対応する残容量(Qb)を演算する。
If the measured value of the battery
ステップS15にて、電池状態検知部22は、残容量(Qa)と残容量(Qb)との差分を演算する。また電池状態検知部22は、残容量の差分(Qa−Qb)と、第2判定閾値とを比較する。
In step S15, the battery
残容量の差分(Qa−Qb)が第2判定閾値より小さい場合には、ステップS16にて、電池状態検知部22は、セル11を正常状態として判定し、図9の制御を終了する。一方、残容量の差分(Qa−Qb)が第2判定閾値以上である場合には、ステップS17にて、電池状態検知部22は、セル11を不良状態として判定する。そして、コントローラユニット2は、ランプの点滅などで、セル11の不良状態をユーザに警告し、本例の制御を終了する。
When the difference (Qa−Qb) in the remaining capacity is smaller than the second determination threshold value, in step S16, the battery
また、ステップS12に戻り、電池厚さ測定部21の測定値が第1判定閾値以上である場合には、ステップS17にて、電池状態検知部22は、セル11の電池状態を過度な劣化による不良状態として判定し、コントローラユニット2は警告を行い、本例の制御を終了する。
Returning to step S12, if the measurement value of the battery
上記のように、本例は、セル11の厚さを測定することで、セル11の内部空間内の気体(ガス)の体積変化を測定し、測定された体積変化から、セル11の電池状を検知する。これにより、電池状態と相関性のある体積変化から、電池の状態を検知することができるため、電池状態の変化を正確に把握することができ、その結果として、電池状態の検知精度を高めることができる。
As described above, this example measures the volume change of the gas (gas) in the internal space of the
また、本例は、電池の残容量の下限値と対応する第1判定閾値と、電池厚さ測定部21で測定されたセル11の厚さとの比較により、セル11の劣化の状態を検知する。これにより、セル11が劣化することで、電池性能が十分に低下した状態を示すセル11の厚さ(セル11内の気体の体積)を第1判定閾値として予め設定することで、セル11が使用できる状態にあるか、あるいは、セル11が劣化により使用不可能な状態であるかを判定することができる。
Further, in this example, the state of deterioration of the
また、本例は、図8に示すマップを参照し、電池厚さ測定部21で測定されたセル11の厚さに対応する残容量をマップ上で演算し、マップ上で演算された残容量と、残容量測定部23で測定された残容量との比較により、セル11の状態を検知する。これにより、正常な電池を用いて予め測定した、セル11の厚さと残容量の線形性を示すマップを利用することで、セルの残容量に応じて変化する厚さの要因を分離した上で、セル11の状態を検知することができる。また、本例は、セル11の正常な使用により想定される劣化状態か、あるいは、ガス発生等の特異的な電池内部の異常による不良状態かを判別した上で、セル11の状態を検知することができる。
Further, in this example, with reference to the map shown in FIG. 8, the remaining capacity corresponding to the thickness of the
また、本例は、残容量の差分(Qa−Qb)と第2判定閾値とを比較することで、残容量測定部23で演算された残容量(Qa)が許容範囲内であるか否かを判定し、残容量(Qa)が当該許容範囲外である場合には、セル11の電池状態が不良状態であると判定する。これにより、正常なセルで発生する厚さの変化の要因を踏まえて、電池状態を検知することができるため、検知精度を高めることができる。
Further, in this example, whether the remaining capacity (Qa) calculated by the remaining
また、本例は、セル11に扁平形形状の電池を用いている。これにより、セル11は、セル11の主面の法線方向に対して膨脹し易く、センサ15はセル11の形態変化を検知しやすいため、電池状態の検知精度を高めることができる。
In this example, a flat battery is used for the
なお、本例では、セル11の厚さを測定し、測定された厚さに基づいて、電池状を検知したが、セル11内の気体の体積に基づいて、電池状態を検知してもよい。セル11内の気体の体積に基づいて電池状態を検知する際には、上記の電池状態検知部22の制御において、セル11の厚さを、セル11内の気体の体積に置きかえればよい。すなわち、本例では、薄型形状のラミネート電池を用いており、セル11の膨脹時には、セル11の主面に沿う方向には膨脹し難い。そのため、セル11の膨脹時の厚さに対して、セル11の主面の面積を乗算すれば、実質的にセル11内の気体体積を測定できる。あるいは、セル11の厚さの変化量を測定することで、ガスの増減によるセル11内の気体の体積変化を測定することができる。そのため、上記の電池状態検知部22の制御において、セル11の厚さを、セル11内の気体の体積に置きかえることで、セル11の電池状態を上記と同様に検知することができる。
In this example, the thickness of the
また、本例は、電池状態の検知精度をより高めるために、残容量測定部23の残容量の測定値を用いたが、残容量を用いることなく、電池状態を検知してもよい。上記のように、ガス発生等の特異的な電池内部の異常、又は、電池の過度な劣化異常が生じた場合には、セル11の厚さは、正常なセル11の厚さよりも大きくなる。また、正常なセル11の厚さは、電池特性により予め決まっている。そのため、電池状態検知部22は、正常なセル11の厚さに相当する判定閾値を予め記録しておき、当該判定閾値と、電池厚さ測定部21で測定された厚さを比較する。そして、電池状態検知部22は、電池厚さ測定部21で測定された厚さが判定閾値より大きい場合には、セル11に異常が生じている、あるいは、過渡な劣化状態であると判定し、電池状態を不良状態として判定する。これにより、本例は、精度の高い、電池状態の検知システムを実現することができる。
Further, in this example, the measured value of the remaining capacity of the remaining
また、本例は、図8に示すマップ上で、残容量測定部23で測定された残容量に対応する、セル11の厚さを演算し、この演算値と、電池厚さ測定部21で測定された測定値(厚さ)とを比較することで、電池状態を検知してもよい。また、本例は、マップ上で演算されたセル11の厚さ(演算値)を含む許容範囲と、電池厚さ測定部21で想定されたセル11の厚さとを比較することで、電池状態を検知してもよい。
Further, in this example, the thickness of the
また、本例では、残容量の差分(Qa−Qb)と第2判定閾値とを比較したが、残容量(Qa)と残容量(Qb)とを比較することで、電池状態を検知してもよい。 Further, in this example, the difference between the remaining capacities (Qa−Qb) and the second determination threshold are compared, but by comparing the remaining capacities (Qa) and the remaining capacities (Qb), the battery state is detected. Also good.
上記のセル11が本発明の「電池」に相当し、電池厚さ測定部21が本発明の「体積変化測定手段」に、電池状態検知部22が本発明の「検知手段」に、残容量測定部23が「残容量測定手段」に相当する。
The
《第2実施形態》
発明の他の実施形態に係る電池状検知システムを説明する。本例では上述した第1実施形態に対して、コントローラユニット2の一部の制御が異なる。これ以外の構成は上述した第1実施形態と同じであるため、その記載を適宜、援用する。
<< Second Embodiment >>
A battery state detection system according to another embodiment of the invention will be described. In this example, the control of a part of the
コントローラユニット2は、セル11の電圧を検出する電圧センサ(図示しない)の検出電圧から、セル11の充電状態(SOC)を測定する。
The
二次電池の特性として、電極が、充放電に伴う正負極間の活物質の移動により膨脹及び収縮することで、セル11は膨脹及び収縮する。そのため、セル11の厚さは、劣化の程度と異なる要因で変化する。
As a characteristic of the secondary battery, the
本例では、上記のように、充放電に伴う電極の体積変化に対して、電池状態の検知条件を同一にするために、閾値となる判定SOCを設定し、セル11のSOCが判定SOCに達した時に電池状態の検知を行う。これにより、充放電によるセル11の膨脹、収縮の要因を排除した上で、電池状態の検知を行うことができる。
In this example, as described above, in order to make the detection condition of the battery state the same with respect to the volume change of the electrode due to charging / discharging, the determination SOC serving as a threshold is set, and the SOC of the
コントローラユニット2は、所定の周期で、セル11のSOCを測定し、測定したSOCと判定SOCとを比較する。そして、測定SOCと判定SOCが等しい場合に、電池状態検知部22は、電池厚さ測定部21で測定されたセル11の厚さ、及び、残容量測定部23で測定された残容量に基づいて、セル11の電池状態を検知する。なお、電池状態の検知方法は、第1実施形態と同様であるため、説明を省略する。
The
以下、本例のコントローラユニット2の制御手順を、図11を用いて説明する。ステップS21にて、コントローラユニット2は、セル11のSOCを測定する。ステップS22にて、コントローラユニット2は、測定したSOCと、予め設定されている判定SOCとを比較する。
Hereinafter, the control procedure of the
測定SOCが判定SOCと等しくない場合には、ステップS21に戻る。一方、測定SOCが判定SOCと等しい場合には、ステップS23に遷り、ステップS23以降で、電池状態の検知制御の制御フローを実行する。なお、ステップS23〜ステップS29までの制御処理は、図10のステップS11〜ステップS17の制御処理と同様であるため、説明を省略する。 If the measured SOC is not equal to the determination SOC, the process returns to step S21. On the other hand, when the measured SOC is equal to the determination SOC, the process proceeds to step S23, and the control flow of the battery state detection control is executed after step S23. Note that the control processing from step S23 to step S29 is the same as the control processing from step S11 to step S17 in FIG.
上記のように、本例は、セル11のSOCが判定SOCに達した場合に、電池状態の検知制御を実行する。これにより、本例は、セル11の充放電による電池の膨張収縮の影響を排除し、精度よく電池の厚さを測定し、電池状態を把握することができる。
As described above, in this example, when the SOC of the
《第3実施形態》
図12は、発明の他の実施形態に係る電池状態検知システムの組電池1の断面図である。本例は上述した第1実施形態に対して、センサの構成、及び、コントローラ2の一部の制御が異なる。これ以外の構成は上述した第1実施形態と同じであり、第1、第2実施形態の記載を適宜、援用する。なお、図12は、センサ18、19を設けた部分の拡大図である。
<< Third Embodiment >>
FIG. 12 is a cross-sectional view of an assembled
ケース13の上下の主面に設けられる突出部131は、平坦部131aと傾斜部131bを有している。平坦部131aは、セル11の積層方向に対して垂直面に沿う板状の部材である。傾斜部131bは、積層方向に垂直な面に対して傾斜した板状の部材である。
The protruding
ケース13の上下の主面のうち、突出部131が設けられていない、当該主面の外周部には、平坦部132が形成されている。平坦部132は、拘束板14と当接している。また平坦部131a及び平坦部132は、セル11の積層方向で、互いに高さが異なっている。そして、傾斜部131bは、平坦部131aの一端と、平坦部132の一端を連結している。
The
センサ18は、セル11の変位を検出するためのセンサであり、突出部131に設けられている。具体的には、センサ18は、突出部131により形成される、拘束板14とケース13の表面との間の空間内で、拘束板14と平坦部131aとの間に設けられる。
The
センサ19は、セル11の変位を検出するためのセンサであり、ケース13のうち突出部131以外の部分に設けられている。具体的には、センサ19は、突出部131により形成される、ケース13の表面とセル11の主面(ケース13の平坦部132と対向する対向面)と間の空間内で、ケース13とセル11との間に設けられている。
The
センサ18、19は、ゴム等の弾性材で覆われることで、セル11の変位により伸縮しやすいように形成されている。またセンサ18、19は、円柱状に形成され、表面に歪みゲージを有している。そして、センサ18、19は、円柱状の上下面の間の距離を測定することで、変位を検知する。センサ18、19の検出値は、電池厚さ測定部21に出力される。
The
次に、図13を用いて、セル11の電池状態と、セル11の変位との関係について説明する。図13は、図12と同様な組電池1の一部の断面図であって、(a)は電池の劣化によりセル11が膨張した状態を示し、(b)はガスの発生によりセル11が膨脹した状態を示す。
Next, the relationship between the battery state of the
セル11の膨脹の要因として、電池の劣化による膨脹と、ガスの発生による膨脹がある。また、セル11の膨脹は、いずれか一方の要因により生じることもあれば、両方の要因で生じることもある。図13に示すように、セル11に膨脹が発生した場合には、膨脹の発生要因によって、セル11は異なった形状に変形する。
As factors of the expansion of the
電池の劣化によりセル11が膨張する場合には、セル11は、主に電極の劣化による膨脹によって、膨れあがる。そして、セル11の電極は、図6に示すように、セル11の主面に沿う電極板で形成されている。そのため、セル11の主面の全体にわたって、ほぼ均一に厚みが増す。
When the
すなわち、図13(a)に示すように、セル11の主面の全体が拘束板14に向かって押し上がる。この時、突出部131と当接するセル11の部分の変位(Δd1)は、平坦部132と対向する部分の変位(Δd2)と、大きく変わらない。そのため、センサ18で検出される変位(Δd1)とセンサ19で検出される変位(Δd2)との変位差(Δd2−Δd1)は小さい値となる。
That is, as shown in FIG. 13A, the entire main surface of the
一方、ガスの発生によりセル11が膨脹する場合には、ガスは、セル11の内部のうち、突出部131で押さえつけられていない部分であって、平坦部132と対向する部分に集まる。そして、平坦部132と対向するセル11の部分には、ケース13との間に空間が形成されているため、この部分が大きく膨脹する。一方、突出部131と当接する部分には、ガスが集まっておらず、突出部131による応力を受けるため、この部分の膨脹は小さくなる。
On the other hand, when the
すなわち、図13(b)に示すように、突出部131と当接していない部分が拘束板14に向かって押し上がる。この時、平坦部132と対向する部分の変位(Δd2)は、突出部131と当接する部分の変位(Δd1)よりも大きく上昇する。そのため、センサ18で検出される変位(Δd1)とセンサ18で検出される変位(Δd2)との変位差(Δd2−Δd1)は、図13(a)の場合の変位差よりも、大きな値となる。
That is, as shown in FIG. 13B, the portion that is not in contact with the protruding
本例は、センサ18の検出値とセンサ19の検出値との差分をとることで、突出部131と当接する部分のセル11の変位(Δd1)と、突出部131と当接しない部分のセル11の変位(Δd2)との変位差から、セル11が、ガスの発生による不良状態であるか否かを検知する。
In this example, by taking the difference between the detection value of the
電池厚さ測定部21は、センサ18の検出値とセンサ19の検出値の差分を演算することで、セル11のうち、突出部131と当接する部分の厚さと、突出部131と当接しない部分の厚さの変位差(Δd2−Δd1)を演算し、電池状態検知部22に出力する。
The battery
なお、上記のとおり、変位差(Δd2−Δd1)は、ガスの発生量に応じて変わる。そのため、電池厚さ測定部21が、センサ18、19の検出値から変位差(Δd2−Δd1)を演算することは、セル11内の気体(ガス)の体積を測定することにもなる。また、電池厚さ測定部21は、変位差(Δd2−Δd1)を時系列で演算することで、変位差(Δd2−Δd1)の変化量を演算することになる。そして、セル11内でガスの体積が変化した場合には、変位差(Δd2−Δd1)も変化する。そのため、電池厚さ測定部21が、センサ18、19の検出値から変位差(Δd2−Δd1)の変化を測定することは、セル11内の気体の体積変化を測定することにもなる。
As described above, the displacement difference (Δd 2 −Δd 1 ) varies depending on the amount of gas generated. Therefore, when the battery
電池状態検知部22には、ガス発生による電池の不良状態を判定するための第3判定閾値が予め設定されている。第3判定閾値は、ガスが発生した場合のセル11の形状に応じて設定される値である。
The battery
そして、電池状態検知部22は、電池厚さ測定部21で測定された変位差(Δd2−Δd1)と第3判定閾値とを比較する。変位差(Δd2−Δd1)が第3判定閾値より大きい場合には、電池状態検知部22は、セル11の電池状態をガス発生による不良状態として判定する。一方、変位差(Δd2−Δd1)が第3判定閾値より小さい場合には、電池状態検知部22は、セル11の電池状態を正常状態として判定する。
Then, the battery
次に、図14を用いて、コントローラユニット2の制御手順を説明する。図14は、コントローラユニット2の制御手順を示すフローチャートである。なお、コントロールユニット2は、以下の制御手順を所定の周期で繰り返し行っている。
Next, the control procedure of the
ステップS31にて、電池厚さ測定部21は、センサ18、19の検出値から、セル11の変位(Δd1、Δd2)を測定する。ステップS32にて、電池厚さ測定部21は、変位差(Δd2−Δd1)を演算し、電池状態検知部22に出力する。また、電池状態検知部22は、変位差(Δd2−Δd1)と第3判定閾値とを比較する。
In step S < b > 31, the battery
変位差(Δd2−Δd1)が第3判定閾値以下である場合には、ステップS33にて、電池状態検知部22は、セル11の電池状態を、正常な状態として判定し、本例の制御を終了する。一方、変位差(Δd2−Δd1)が第3判定閾値より大きい場合には、ステップS34にて、電池状態検知部22は、セル11の電池状態を、ガス発生による不良状態として判定し、本例の制御を終了する。
When the displacement difference (Δd 2 −Δd 1 ) is equal to or smaller than the third determination threshold value, in step S33, the battery
上記のように、本例は、ケース13の突出部131に設けられたセンサ18の検出値と、ケース13のうち突出部131以外の部分に設けられたセンサ19の検出値から、セル11内の気体の体積変化を測定する。ガスが発生した場合には、突出部131により押圧されている部分は膨脹せずに、突出部131により押圧されていない部分が膨脹する。そして、本例は、ガス発生時に、膨脹しやすい部分と膨脹しにくい部分に、それぞれセンサ18、19を設けているため、セル11内で発生するガスの測定精度を高めることができる。
As described above, in this example, the inside of the
また、本例は、センサ18、19の検出値の差分により、セル11内の体積変化を測定し、測定された体積変化(変位差(Δd2−Δd1)に相当)が第3の判定閾値より大きい場合には、セル11が、ガス発生による異常状態である、と判定する。これにより、電池劣化による膨脹要因を分離した上で、セル11でガスが発生していることを検知することができる。
Further, in this example, the volume change in the
上記のセンサ18が本発明の「第1センサ」に相当し、センサ19が本発明の「第2センサ」に相当する。
The
《第4実施形態》
発明の他の実施形態に係る電池状検知システムを説明する。本例では上述した第3実施形態に対して、コントローラユニット2の一部の制御が異なる。これ以外の構成は上述した第3実施形態と同じであるため、その記載を適宜、援用する。
<< 4th Embodiment >>
A battery state detection system according to another embodiment of the invention will be described. In this example, the control of a part of the
第3実施形態では、変位差(Δd2−Δd1)が第3判定閾値以下である場合には、ステップS33にて、セル11の電池状態を、正常な状態として判定したが、本例では、さらに、セル11の電池状態が、過度な劣化によって不良状態であるか否かを判定する。
In the third embodiment, when the displacement difference (Δd 2 −Δd 1 ) is equal to or smaller than the third determination threshold value, the battery state of the
電池状態検知部22には、図15に示す、セル11の残容量とセル11の変位との相関性を示すマップが予め記憶されている。図15は、セル11の残容量と変位との関係を示すグラフである。
The battery
図15のグラフAに示すように、正常なセル11の変位と残容量との間には相関性があり、セル11の残容量が少なくなるほど、セル11の変位は大きくなる。なお、セル11の変位は、セル11の厚さに相当するため、図15に示す相関性は、図8に示す相関性と対応している。
As shown in graph A of FIG. 15, there is a correlation between the displacement of the
また、電池状態検知部22は、マップ上で、ある残容量に対して許容されるセル11の変位の範囲を規定している。図15の領域1で示される範囲が、変位の許容範囲になる。セル11の厚さと残容量との関係は、理想的にはグラフA上の特性を示すが、セル11の経時的な劣化により、正常な電池でも、グラフAに対して多少のバラツキがある。そのため、本例では、正常な劣化の範囲を示す許容範囲として、領域1をマップ上に設定している。
Moreover, the battery
一方、セル11の劣化が過度に進んでいる場合、又は、セル11に何らかの異常が生じた場合には、残容量に対するセル11の変位は、領域1より外側の領域2又は領域3の値となる。
On the other hand, when the deterioration of the
電池状態検知部22は、図15に示すマップ上で、残容量測定部23により測定された残容量(Qa)に対応するセル11の変位を演算する。電池状態検知部22は、センサ18で検出された検出値、すなわち突出部31と当接する部分のセル11の変位と、残容量(Qa)を含み、図15のマップ上で示される許容範囲(領域1)とを比較する。
The battery
そして、セル11の変位が許容範囲内である場合には、電池状態検知部22は、セル11の電池状態を、正常な状態として判定する。一方、セル11の変位が許容範囲外である場合には、変位(Δd2−Δd1)が第3判定閾値よりも小さいが、セル11の全体が膨脹していることを示すことになる。そのため、電池状態検知部22は、ガス発生以外の原因により、電池に異常が生じていると判定し、セル11の電池状態を不良状態として判定する。
When the displacement of the
次に、図16を用いて、コントローラユニット2の制御手順を説明する。図16は、コントローラユニット2の制御手順を示すフローチャートである。なお、コントロールユニット2は、以下の制御手順を所定の周期で繰り返し行っている。
Next, the control procedure of the
ステップS41及びステップS42の制御処理は、図14のステップS31及びステップS32の制御処理と同様であるため、説明を省略する。 The control processes in steps S41 and S42 are the same as the control processes in steps S31 and S32 in FIG.
変位差(Δd2−Δd1)が第3判定閾値以下である場合には、ステップS43にて、残容量測定部23はセル11の残容量(Qa)を測定する。ステップS44にて、電池状態検知部22は、図15のマップ上で、当該残容量(Qa)に対応するセル11の変位を演算する。また、電池状態検知部22は、マップ上で演算された変位を含む許容範囲を設定する。
If the displacement difference (Δd 2 −Δd 1 ) is equal to or smaller than the third determination threshold value, the remaining
ステップS45にて、電池状態検知部22は、センサ18の検出値に基づく、セル11の変位(Δd1)と許容範囲とを比較する。セル11の変位(Δd1)が許容範囲内である場合には、ステップS46にて、電池状態検知部22は、セル11の電池状態を、正常な状態として判定し、本例の制御を終了する。一方、セル11の変位(Δd1)が許容範囲外である場合には、ステップS47にて、電池状態検知部22は、セル11の電池状態を不良状態として判定し、本例の制御を終了する。
In step S45, the battery
上記のように、本例は、変位差(Δd2−Δd1)が第3判定閾値より小さい場合には、図15に示すマップを参照し、マップ上における電池の変位を演算し、演算されたセル11の変位と、センサ18で検出されたセル11の変位との比較により、セル11の状態を検知する。これにより、ガス発生による電池の不良状態と、ガス発生以外の原因による電池の不良状態とを区別して検知することができ、その結果として、電池状態の検知精度を高めることができる。
As described above, in this example, when the displacement difference (Δd 2 −Δd 1 ) is smaller than the third determination threshold value, the displacement of the battery on the map is calculated by referring to the map shown in FIG. The state of the
また本例は、センサ18で検出されたセル11の変位が、マップ上で示される許容範囲外である場合には、セル11の電池の状態を、ガス発生以外の原因による電池の不良状態として検知する。これにより、正常なセルで発生するセル11の変位の要因を踏まえて、電池状態を検知することができるため、検知精度を高めることができる。
Further, in this example, when the displacement of the
また、本例は、図15に示すマップ上で、センサ18で検出された変位に対応する、セル11の残容量を演算し、この演算値と、残容量測定部23で測定された残容量とを比較することで、電池状態を判定してもよい。また、本例は、マップ上で演算された残容量(演算値)を含む許容範囲と、残容量測定部23の残容量とを比較することで、電池状態を検知してもよい。
Further, in this example, the remaining capacity of the
《第5実施形態》
図17は、発明の他の実施形態に係る電池状態検知システムのブロック図である。本例は上述した第1実施形態に対して、センサ31を設ける位置、及び、セル11とセンサ31の接触面積からセル11内の気体の体積を測定する点が異なる。これ以外の構成は上述した第1実施形態と同じであり、第1〜第4実施形態の記載を適宜、援用する。
<< 5th Embodiment >>
FIG. 17 is a block diagram of a battery state detection system according to another embodiment of the invention. This example is different from the above-described first embodiment in that the gas volume in the
本例の電池状態検知システムの構成の一つであるコントローラユニット2は、電池状態検知部22と、残容量測定部23と、体積測定部24とを有している。体積測定部24は、組電池1に設けられたセンサ31の検出値から、セル11内の気体の体積を測定する。センサ31には、例えば圧力センサが用いられる。
The
図18及び図19を用いて、センサ31の設置位置を説明する。図18は、電池モジュール10の断面図であり、図19は、図18の断面図のうち、センサ31の周囲を拡大した断面図である。
The installation position of the
本例のケース13は、図12で示したケース13と同様に、突出部131を、平坦部131aと傾斜部131bで形成している。なお、本例の平坦部131a、傾斜部131b及び平坦部132の構成は、第3実施形態に係る平坦部131a、傾斜部131b及び平坦部132の構成と同様であるため、説明を省略する。
Similar to the
センサ31は、セル11の主面を臨むように、傾斜部131に設けられている。また、センサ31は、傾斜部131の両表面のうち、セル11側に対向する表面に沿って設けられている。
The
セル11が膨脹していない場合には、セル11の主面はセンサ31と接触していない。一方、セル11が膨脹した場合には、セル11の主面のうち、平坦部131aと当接していない部分は、ケース13に向かって膨脹し、セル11の主面とセンサ31が接触する。
When the
セル11とセンサ31との接触部分について、図20及び図21を用いて、説明する。図20、21は、セル11とセンサ31との接触部分を説明するための、セル11の平面図である。図20は正常時のセル11の状態を示し、図21はセル膨脹時のセル11の状態を示す。また、図20、21において、領域11aは、セル11の主面うち、平坦部131aと当接している部分を示し、領域11bは傾斜部131bと対向する部分を示し、領域11cは平坦部132と対向する部分を示す(図19を参照)。また、領域11bのうち、センサ13と接触する部分を、領域11dで示している。
A contact portion between the
セル11が、正常であり、膨脹していない場合には、領域11bはセンサ11と接触しないため、図20に示すように、領域11dは存在しない。一方、セル11が膨脹した場合には、領域11bがセンサ31に向かって押し上げられて、領域11bがセンサ31と接触する。そのため、図21に示すように、領域11dのように接触部分が表れる。
When the
そして、体積測定部24は、センサ31の検出値に基づいて、セル11内の気体の体積を測定している。図19を用いて、体積測定部24による気体の体積の測定方法について説明する。図19のPで示されるように、セル11が膨脹したと仮定する。
The
図19に示すように、セル11の体積増加領域(P)に対して、セル11とセンサ31が接触する接触幅(x)が対応している。そして、接触幅(x)はセル11とセンサ31との接触面積と等価である。
As shown in FIG. 19, the contact width (x) where the
セル11内でガスが発生した場合に、セル11内の全体の体積が大きいほど、セル11の膨脹によるセル11の変位は大きくなるため、接触面積も大きくなる。そして、セルの膨脹による、セルの変位と接触面積の相関性は、セル11の電池特性、セル11及びケース31の形状、及び、センサ31の設置位置が決まれば、設計段階で導出される。すなわち、領域11で示されるセル11とセンサ31との接触面積は、セル11内の気体の体積(図19のPで示される増加分の体積)と相関性を有している。
When gas is generated in the
体積測定部24には、セル11とセンサ31との接触面積とセル11内の気体の体積との相関性を示すマップが予め記録されている。体積測定部24は、センサ31の検出値である接触幅(x)から接触面積を演算する。そして、体積測定部24は、当該マップを参照し、演算した接触面積に対応する体積を、セル11内の気体の体積として測定する。なお、体積測定部24は、セル11の膨脹によりケース13が、セル11の積層方向に歪む場合には、歪み量に応じて補正項をいれて、体積を測定してもよい。
In the
電池状態検知部22は、残容量測定部23により測定されたセル11の残容量から、セル11内の気体の体積の許容範囲を設定する。第1実施形態では、図8用いて、セル11の厚さとセル11の残容量との相関性を示したが、セル11内の気体の体積とセル11の残容量との間にも、同様の相関性がある。
The battery
電池状態検知部22には、セル11内の気体の体積と、セル11の残容量との相関性を示すマップが予め記録されている。そして、電池状態検知部22は、当該マップを参照し、残容量測定部23で測定された残容量に対応する気体の体積を演算する。
In the battery
さらに、電池状態検知部22は、マップ上で演算された気体の体積を中心とした所定の範囲内を、体積の許容範囲として設定する。セル11が正常な状態であっても、セル11の劣化により、残容量に対するセル内の気体の体積は、相関性で示される値と異なる場合がある。そのため、本例では、正常なセル11の劣化を加味して、許容範囲を設定している。
Furthermore, the battery
そして、電池状態検知部22は、体積測定部24で測定された気体の体積と、許容範囲とを比較する。測定された気体の体積が許容範囲外である場合には、電池状態検知部22は、セル11の電池状態を、不良状態として検知する。一方、測定された気体の体積が許容範囲内である場合には、電池状態検知部22は、セル11の電池状態を正常状態として検知する。
Then, the battery
次に、図22を用いて、コントローラユニット2の制御手順を説明する。図22は、コントローラユニット2の制御手順を示すフローチャートである。なお、コントロールユニット2は、以下の制御手順を所定の周期で繰り返し行っている。
Next, the control procedure of the
ステップS51にて、体積測定部24は、センサ31の検出値からセンサ31とセル11との接触面積を測定する。ステップS52にて、体積測定部24は、接触面積と気体の体積との相関性を示すマップを参照して、セル11内の気体の体積を測定する。
In step S <b> 51, the
ステップS53にて、残容量測定部23は、セル11の残容量を測定する。ステップS54にて、電池状態検知部22は、残容量測定部23で測定された残容量に基づいて、気体の体積の許容範囲を設定する。ステップS55にて、電池状態検知部22は、体積測定部24で測定された気体の体積と、許容範囲とを比較する。
In step S53, the remaining
測定された気体の体積が許容範囲内である場合には、ステップS56にて、残容量測定部23は、セル11の電池状態を、正常状態として検知し、本例の制御を終了する。一方、測定された気体の体積が許容範囲外である場合には、ステップS57にて、残容量測定部23は、セル11の電池状態を、不良状態として検知し、本例の制御を終了する。
If the measured gas volume is within the allowable range, in step S56, the remaining
上記のように、本例は傾斜部131bにセンサ31を設け、センサ31の検出値からセル11内の気体の体積を演算する。これにより、セル11の形態を把握することができるため、セル11内の体積を精度よく測定することができる。
As described above, in this example, the
また、本例は、セル11の積層方向で、高さが互いに異なる平坦部131a及び平坦部132をケース13の主面に設け、傾斜部131bを、平坦部131aと平坦部132との間の位置に設け、センサ31を傾斜部131bに設ける。これにより、ガスの発生によりセル11が膨らむ空間を、傾斜部131b、平坦部132と、セル11との間に形成した上で、セルが膨脹しやすい傾斜部131bにセンサ31を設けているため、セル11内の体積を精度よく測定することができる。
Further, in this example, in the stacking direction of the
また、本例は、積層方向で、平坦部132よりもセル11側の位置に平坦部131aを設け、平坦部131aとセル11とを当接させている。これにより、ガス発生時に、膨脹する部分と膨脹しにくい部分とを区別させることができ、膨脹する部分にセンサ131を設けることができるため、セル11内の体積を精度よく測定することができる。
In this example, a
上記の体積測定部24が本発明の「体積変化測定手段」に相当し、センサ31が本発明の「第3センサ」に相当する。
The
1…組電池
10…電池モジュール
11…セル
111…外装部材
111a…内側樹脂層
111b…中間金属層
111c…外側樹脂層
112…発電要素
112a…正極板
112b…負極板
112c…セパレータ
112d…正極側集電体
112e,112f…正極層
112g…負極側集電体
112h,112i…負極層
113…外周部
114…正極端子
115…負極端子
120…スペーサ
121…固定部
13…ケース
131…突起部
131a…平坦部
131b…傾斜部
132…平坦部
14…拘束板
15、18、19、31…センサ
16…ボルト
17…ナット
2…コントローラユニット
21…電池厚さ測定部
22…電池状態検知部
23…残容量測定部
24…体積測定部
DESCRIPTION OF
Claims (15)
前記内部空間の気体の体積変化を測定する体積変化測定手段と、
前記体積変化測定手段により測定された前記体積変化から前記電池の状態を検知する検知手段とを備える
ことを特徴とする電池状態検知システム。 In the internal space formed by sealing with the exterior member, a battery that houses the power generation element,
Volume change measuring means for measuring the volume change of the gas in the internal space;
A battery state detection system comprising: detection means for detecting the state of the battery from the volume change measured by the volume change measurement means.
前記検知手段は、
前記電池の残容量の下限値と対応する劣化判定閾値と、前記体積変化測定手段により測定された前記気体の体積との比較により、前記電池の劣化状態を検知する
ことを特徴とする電池状態検知システム。 The battery state detection system according to claim 1,
The detection means includes
A battery state detection, wherein a deterioration state of the battery is detected by comparing a deterioration determination threshold corresponding to a lower limit value of the remaining capacity of the battery and a volume of the gas measured by the volume change measuring unit. system.
前記電池の残容量を測定する残容量測定手段をさらに備え、
前記検知手段は、
前記気体の体積と前記残容量との相関性を示すマップを参照し、前記マップ上における、前記気体の体積又は前記残容量を演算値として演算し、
前記体積変化測定手段により測定された測定値又は前記残容量測定手段により測定された測定値と前記演算値との比較により、前記電池の状態を検知する
ことを特徴とする電池状態検知システム。 The battery state detection system according to claim 1 or 2,
Further comprising a remaining capacity measuring means for measuring the remaining capacity of the battery,
The detection means includes
With reference to a map showing the correlation between the volume of the gas and the remaining capacity, the volume of the gas or the remaining capacity on the map is calculated as a calculated value,
A battery state detection system that detects the state of the battery by comparing the measured value measured by the volume change measuring unit or the measured value measured by the remaining capacity measuring unit with the calculated value.
前記電池を収容し、外方から前記電池に向かって突出する突出部を有するケースと、
前記突出部に設けられ、前記電池の変位を検出する第1センサと、
前記ケースのうち前記突出部以外の部分に設けられ、前記電池の変位を検出する第2センサとをさらに備え、
前記体積変化測定手段は、
前記第1センサの検出値及び前記第2センサの検出値から、前記体積変化を測定する
ことを特徴とする電池状態検知システム。 The battery state detection system according to any one of claims 1 to 3,
A case containing the battery and having a protrusion protruding from the outside toward the battery;
A first sensor provided on the projecting portion for detecting displacement of the battery;
A second sensor that is provided in a portion of the case other than the protruding portion and detects a displacement of the battery;
The volume change measuring means includes
The battery state detection system, wherein the volume change is measured from a detection value of the first sensor and a detection value of the second sensor.
前記体積変化測定手段は、
前記第1センサの検出値と前記第2センサの検出値との差分により前記体積変化を測定し、
前記検知手段は、
前記差分に相当する前記体積変化が所定の閾値より大きい場合に、前記電池が不良状態である、と判定する
ことを特徴とする電池状態検知システム。 The battery state detection system according to claim 4,
The volume change measuring means includes
Measuring the volume change by the difference between the detection value of the first sensor and the detection value of the second sensor;
The detection means includes
A battery state detection system that determines that the battery is in a defective state when the volume change corresponding to the difference is greater than a predetermined threshold.
前記電池の残容量を測定する残容量測定手段をさらに備え、
前記検知手段は、
前記差分に相当する前記体積変化が所定の閾値より小さい場合には、前記電池の変位と前記残容量との相関性を示すマップを参照し、前記マップ上における、前記電池の変位又は前記残容量を演算値として演算し、
前記第1センサにより検出された前記電池の変位又は前記残容量測定手段により測定された測定値と前記演算値との比較により、前記電池の状態を検知する
ことを特徴とする電池状態検知システム。 The battery state detection system according to claim 5,
Further comprising a remaining capacity measuring means for measuring the remaining capacity of the battery,
The detection means includes
When the volume change corresponding to the difference is smaller than a predetermined threshold, a map showing the correlation between the displacement of the battery and the remaining capacity is referred to, and the displacement of the battery or the remaining capacity on the map As a computed value,
A battery state detection system that detects the state of the battery by comparing the calculated value with the displacement of the battery detected by the first sensor or the measured value measured by the remaining capacity measuring means.
前記検知手段は、
前記測定値が前記演算値を含む所定の許容範囲外である場合には、前記電池が不良状態である、と判定する
ことを特徴とする電池状態検知システム。 The battery state detection system according to claim 3 or 6,
The detection means includes
When the measured value is outside a predetermined allowable range including the calculated value, it is determined that the battery is in a defective state.
前記検知手段は、
前記電池の変位が前記演算値を含む所定の許容範囲外である場合には、前記電池が不良状態である、と判定する
ことを特徴とする電池状態検知システム。 The battery state detection system according to claim 6,
The detection means includes
A battery state detection system that determines that the battery is in a defective state when the displacement of the battery is outside a predetermined allowable range including the calculated value.
前記電池を収容するケースと、
第3センサとをさらに備え、
前記ケースは、
前記電池に含まれる電極板の積層方向に垂直な面に対して傾斜する傾斜部を、前記ケースの表面に有し、
前記第3センサは、前記傾斜部に設けられ、前記電池の変位を検出し、
前記体積変化測定手段は、
前記第3センサの検出値から、前記気体の体積を測定する
ことを特徴とする電池状態検知システム。 The battery state detection system according to any one of claims 1 to 3,
A case for housing the battery;
A third sensor,
The case is
The surface of the case has an inclined portion that is inclined with respect to a plane perpendicular to the stacking direction of the electrode plates included in the battery,
The third sensor is provided in the inclined portion, detects displacement of the battery,
The volume change measuring means includes
The battery state detection system, wherein the gas volume is measured from a detection value of the third sensor.
前記ケースは、
前記垂直な面に沿って平坦で、前記積層方向で互いに高さが異なる第1平坦部及び第2平坦部を、前記ケースの表面に有し、
前記傾斜部は、前記第1平坦部と前記第2平坦部との間に位置する
ことを特徴とする電池状態検知システム。 The battery state detection system according to claim 9,
The case is
A first flat portion and a second flat portion that are flat along the vertical plane and have different heights in the stacking direction on the surface of the case;
The battery state detection system, wherein the inclined part is located between the first flat part and the second flat part.
前記第1平坦部は、前記積層方向で、前記第2平坦部よりも前記電池側に位置し、かつ、前記電池と当接する
ことを特徴とする電池状態検知システム。 The battery state detection system according to claim 10,
The battery state detection system, wherein the first flat portion is positioned closer to the battery than the second flat portion in the stacking direction, and is in contact with the battery.
前記体積変化測定手段は、
前記第3の検出値から前記傾斜部と前記外装部材との接触面積を演算し、前記接触面積から前記体積変化を測定する、
ことを特徴とする電池状態検知システム。 In the battery state detection system according to any one of claims 9 to 11,
The volume change measuring means includes
Calculating a contact area between the inclined portion and the exterior member from the third detection value, and measuring the volume change from the contact area;
A battery state detection system characterized by that.
前記内部空間の気体の体積変化を測定する体積変化測定ステップと、
前記体積変化測定ステップにより測定された前記体積変化から前記電池状態を検知する検知ステップとを含む
ことを特徴とする電池状態検知方法。 In the detection method of detecting the battery state of the battery that houses the power generation element in the internal space formed by sealing with the exterior member,
A volume change measuring step for measuring a volume change of the gas in the internal space;
And a detecting step of detecting the battery state from the volume change measured by the volume change measuring step.
前記体積変化測定ステップは、
前記電池を収容するケースの外方から前記電池に向かって突出する突出部に設けられ、前記電池の変位を検出する第1センサの検出値、及び、前記突出部以外の前記ケースに設けられ、前記電池の変位を検出する第2センサの検出値から、前記気体の体積変化を測定する
ことを特徴とする電池状態検知方法。 The battery state detection method according to claim 13,
The volume change measuring step includes
Provided in a protrusion that protrudes from the outside of the case housing the battery toward the battery, the detection value of the first sensor that detects the displacement of the battery, and provided in the case other than the protrusion, A battery state detection method comprising measuring a volume change of the gas from a detection value of a second sensor for detecting displacement of the battery.
前記体積変化測定ステップは、
前記電池を収容するケースの表面で、かつ、前記電池に含まれる電極板の積層方向に垂直な面に対して傾斜する傾斜部に設けられ、前記電池の変位を検出する第3センサの検出値から前記気体の体積を測定する
ことを特徴とする電池状態検知方法。 The battery state detection method according to claim 13,
The volume change measuring step includes
A detection value of a third sensor that is provided on a surface of a case housing the battery and is inclined with respect to a surface perpendicular to a stacking direction of electrode plates included in the battery, and detects displacement of the battery. A battery state detection method comprising measuring the volume of the gas.
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