JP2015153509A - secondary battery system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、二次電池システムに関し、特に、セルの劣化を判定するための二次電池システムに関する。 The present invention relates to a secondary battery system, and more particularly to a secondary battery system for determining cell deterioration.
一般に、ハイブリッド車または電気自動車などに搭載されるバッテリは、複数のセルを含む。これらのセルでは、電極体の劣化に伴なって各セルの内部抵抗が増加する。このような内部抵抗の増加を引き起こす要因の1つとして、ハイレート劣化が知られている。ハイレート劣化は、主に電解液中の塩濃度の偏りにより生じる現象であり、たとえば充放電電流が比較的大きい場合に生じ易い。 Generally, a battery mounted on a hybrid vehicle or an electric vehicle includes a plurality of cells. In these cells, the internal resistance of each cell increases as the electrode body deteriorates. As one of the factors that cause such an increase in internal resistance, high-rate degradation is known. High-rate degradation is a phenomenon that occurs mainly due to uneven salt concentration in the electrolyte, and is likely to occur, for example, when the charge / discharge current is relatively large.
ハイレート劣化では、充放電が繰り返されるに従ってセル内の圧力が上昇して、セルが膨張する場合がある。ハイレート劣化が生じているか否かを判定するために、セルに面圧センサを設置して、セルの膨らみを検出することが提案されている。たとえば特開2013−122907号公報(特許文献1)に開示された電池システムでは、セル内の電極体の中央部の面圧および端部の面圧に基づいて、内部抵抗の増加が引き起こされているか否かが判定される。 In high-rate degradation, the pressure in the cell increases as the charge and discharge are repeated, and the cell may expand. In order to determine whether or not high-rate deterioration has occurred, it has been proposed to install a surface pressure sensor in the cell and detect the swelling of the cell. For example, in the battery system disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2013-122907 (Patent Document 1), an increase in internal resistance is caused based on the surface pressure at the center and the surface pressure at the end of the electrode body in the cell. It is determined whether or not there is.
特許文献1に開示された電池システムでは、中央部の面圧および端部の面圧の双方が測定される。そのため、特許文献1には、中央部および端部全体の圧力分布を測定可能な大型の面圧センサを設置することが記載されている。しかしながら、一般に面圧センサは高価であるため、大型の面圧センサを設置するとコストが増大してしまう。
In the battery system disclosed in
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、セルの劣化を判定するための二次電池システムのコストを低減する技術を提供することである。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a technique for reducing the cost of a secondary battery system for determining cell deterioration.
本発明のある局面に従う二次電池システムは、セルの劣化を判定するためのシステムである。セルは、正極と、負極と、非水電解液とを有する電極体を含む。二次電池システムは、電極体の中央部における第1の圧力、および電極体の端部における第2の圧力のうちの一方を測定する測定部と、第1および第2の圧力に基づいて、セルの劣化を判定する判定部とを備える。判定部は、セルの温度およびセルの充電状態から定まる電極体全体の圧力と、測定部により測定された圧力とから、第1および第2の圧力のうちの他方を推定して、第1の圧力と第2の圧力とを比較することにより、セルの劣化を判定する。 A secondary battery system according to an aspect of the present invention is a system for determining cell deterioration. The cell includes an electrode body having a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte. The secondary battery system is based on the measurement unit that measures one of the first pressure at the center of the electrode body and the second pressure at the end of the electrode body, and the first and second pressures. And a determination unit that determines cell deterioration. The determination unit estimates the other of the first and second pressures from the pressure of the entire electrode body determined from the temperature of the cell and the state of charge of the cell, and the pressure measured by the measurement unit. The deterioration of the cell is determined by comparing the pressure with the second pressure.
上記構成によれば、電極体全体の圧力は、セルの温度およびセルの充電状態から算出される。たとえば矩形平面の電極体を3等分した場合には、中央部の第1の圧力と、端部の第2の圧力の2倍とを加算すると、電極体全体の圧力となるという関係が成立する。そのため、第1および第2の圧力のうちの一方が測定されると、上記の関係から他方を推定することができる。たとえば第1の圧力が測定される場合には、その測定値と電極体全体の圧力の算出値とから、第2の圧力を推定することができる。あるいは、第2の圧力が測定される場合には、その測定値と電極体全体の圧力の算出値とから、第1の圧力を推定することができる。セルが膨張すると第1の圧力と第2の圧力とが異なるので、その圧力差を求めることで劣化を判定することが可能である。上記の構成によれば、劣化判定のための測定部は中央部および端部のいずれか一方のみに設ければよいので、測定部のサイズを小さくできる。したがって、コストを低減することができる。 According to the above configuration, the pressure of the entire electrode body is calculated from the cell temperature and the charged state of the cell. For example, when a rectangular flat electrode body is divided into three equal parts, the relationship is established by adding the first pressure at the center and twice the second pressure at the end to obtain the pressure of the entire electrode body. To do. Therefore, when one of the first and second pressures is measured, the other can be estimated from the above relationship. For example, when the first pressure is measured, the second pressure can be estimated from the measured value and the calculated value of the pressure of the entire electrode body. Alternatively, when the second pressure is measured, the first pressure can be estimated from the measured value and the calculated value of the pressure of the entire electrode body. When the cell expands, the first pressure and the second pressure are different. Therefore, it is possible to determine the deterioration by obtaining the pressure difference. According to said structure, since the measurement part for deterioration determination should just be provided only in any one of a center part and an edge part, the size of a measurement part can be made small. Therefore, cost can be reduced.
好ましくは、判定部は、第1の圧力が第2の圧力よりも大きい場合には、セルに放電過多による劣化が生じていると判定する一方で、第1の圧力が第2の圧力よりも小さい場合には、セルに充電過多による劣化が生じていると判定する。 Preferably, when the first pressure is higher than the second pressure, the determination unit determines that the cell is deteriorated due to excessive discharge, while the first pressure is higher than the second pressure. If it is smaller, it is determined that the cell has deteriorated due to excessive charging.
上記構成によれば、第1および第2の圧力の大小関係を比較することにより、セルの劣化が充電過多により生じたものなのか放電過多により生じたものなのかを判定することができる。この判定結果に基づいて適切な処理をさらに実行することによって、セルのさらなる劣化を抑制することができる。たとえば、セルの劣化が充電過多により生じたものである場合には、セルへの充電電流を制限することにより充電が抑制されるので、セルの劣化を抑制することができる。あるいは、セルの劣化が放電過多により生じたものである場合には、セルからの放電電流を制限することにより放電が抑制されるので、セルの劣化を抑制することができる。 According to the above configuration, by comparing the magnitude relationship between the first and second pressures, it can be determined whether the deterioration of the cell is caused by excessive charging or excessive discharging. Further deterioration of the cell can be suppressed by further executing appropriate processing based on the determination result. For example, when the deterioration of the cell is caused by excessive charging, the charging is suppressed by limiting the charging current to the cell, so that the deterioration of the cell can be suppressed. Alternatively, when the deterioration of the cell is caused by excessive discharge, the discharge is suppressed by limiting the discharge current from the cell, so that the deterioration of the cell can be suppressed.
本発明によれば、セルの劣化を判定するための二次電池システムのコストを低減することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the cost of the secondary battery system for determining deterioration of a cell can be reduced.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.
本実施の形態において、二次電池システムは、たとえばハイブリッド車または電気自動車などの車両に搭載される。ただし、二次電池システムの用途は車両用に限定されるものではない。 In the present embodiment, the secondary battery system is mounted on a vehicle such as a hybrid vehicle or an electric vehicle. However, the use of the secondary battery system is not limited to vehicles.
図1は、本発明の実施の形態に係る二次電池システムを搭載した車両の構成を概略的に示すブロック図である。図1を参照して、車両1は、バッテリ10と、二次電池システム20と、SMR(System Main Relay)31,32と、コンバータ41と、インバータ42と、モータジェネレータ43と、駆動輪44とを備える。二次電池システム20は、電圧センサ21と、電流センサ22と、温度センサ23と、面圧センサ24と、ECU(Electronic Control Unit)300とを含む。
FIG. 1 is a block diagram schematically showing the configuration of a vehicle equipped with a secondary battery system according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1,
ECU300は、CPU(Central Processing Unit、図示せず)と、メモリ310と、バッファ(図示せず)とを有する。ECU300は、各センサから送られる信号、ならびにメモリ310に記憶されたマップおよびプログラムに基づいて、車両1が所望の状態となるように機器類を制御する。
バッテリ10は、モータジェネレータ43に電力を供給する。バッテリ10は、充電可能な二次電池である。本実施の形態では、バッテリ10としてリチウムイオン電池が採用される。
The battery 10 supplies electric power to the
バッテリ10には、電圧センサ21と、電流センサ22と、温度センサ23とが設けられる。電圧センサ21は、バッテリ10の電圧VBを検出する。電流センサ22は、バッテリ10に入出力される電流IBを検出する。温度センサ23は、バッテリ10の温度TBを検出する。各センサは、その検出結果をECU300に出力する。ECU300は、各センサの検出結果に基づいて、バッテリ10の充電状態(SOC:State Of Charge)を推定する。なお、SOCの推定には公知の各種方法を利用できるため、ここでは詳細な説明は繰り返さない。
The battery 10 is provided with a voltage sensor 21, a
バッテリ10には、面圧センサ24(測定部)がさらに設けられる。面圧センサ24は、設置面の圧力(面圧)を検出して、その検出結果をECU300に出力する。面圧センサ24には、たとえばシート状またはフィルム状のタクタイルセンサを採用することができるが、これに限定されるものではない。面圧センサ24の形態および設置箇所については後に詳細に説明する。
The battery 10 is further provided with a surface pressure sensor 24 (measurement unit). The
SMR31は、バッテリ10の正極(図示せず)とコンバータ41とを結ぶ経路に設けられる。SMR32は、バッテリ10の負極(図示せず)とコンバータ41とを結ぶ経路に設けられる。SMR31,32の各々は、ECU300の制御によって、バッテリ10とコンバータ41との間の導通/遮断を切り替える。
コンバータ41は、バッテリ10からの直流電力を昇圧して、インバータ42に供給する。インバータ42は、コンバータ41からの直流電力を交流電力に変換して、モータジェネレータ43に供給する。モータジェネレータ43は、たとえば永久磁石がロータ(いずれも図示せず)に埋設された三相交流電動発電機である。モータジェネレータ43は、インバータ42からの交流電力を用いて、駆動輪44を駆動させるための駆動力を生成する。
また、モータジェネレータ43は、回生制動時には発電することも可能である。モータジェネレータ43で発電された交流電力はインバータ42に供給される。インバータ42は、モータジェネレータ43からの交流電力を直流電力に変換して、コンバータ41に供給する。コンバータ41は、インバータ42からの直流電力を降圧して、バッテリ10に供給する。これにより、バッテリ10が充電される。
The
図2は、図1に示すバッテリ10の構成を概略的に示す図である。図2を参照して、バッテリ10は、たとえば配列されたセル101〜103を含む。セル101〜103の配列方向をy軸に定める。セル101〜103の高さ方向をz軸に定める。y軸およびz軸に直行する方向をx軸に定める。
FIG. 2 schematically shows a configuration of battery 10 shown in FIG. Referring to FIG. 2, battery 10 includes
セル101〜103は一般的には互いに等しく構成されているため、以下では代表的にセル102について説明する。セル102には、セル101に隣接する面に面圧センサ24が設置される。
Since the
なお、図2では3つのセルのみが示されているが、その数は特に限定されない。一般に車両に搭載されるバッテリでは、より多く(たとえば数十〜100個程度)のセルが配列される。ただし、セル数は1であってもよい。 In FIG. 2, only three cells are shown, but the number is not particularly limited. Generally, in a battery mounted on a vehicle, more cells (for example, about several tens to 100 cells) are arranged. However, the number of cells may be one.
図3は、図2に示すセル102の構成をより詳細に説明するための透視斜視図である。図4は、図3に示す電池ケース50内に収容される電極体を示す図である。図5は、図3のV―V線に沿う断面図である。
FIG. 3 is a perspective view for explaining the configuration of the
図3〜図5を参照して、セル102は、略直方体形状の電池ケース50を有する。電池ケース50の上面(z軸方向上方の面)は蓋体52で封じられている。蓋体52には、外部接続用の正極端子60および負極端子62が設けられている。正極端子60および負極端子62の各々の一端は、蓋体52から外部に突出している。正極端子60および負極端子62の各々の他端は、電池ケース50内部において、内部正極端子64および内部負極端子66にそれぞれ電気的に接続されている。
3 to 5, the
電池ケース50の側面は、面54と面56とから構成されている。面54は、セル101〜103の配列方向(y軸方向)に互いに対向する2つの側面である。面54は、相対的に広い幅Wxを有する。一方、面56は、セル101〜103の配列方向および高さ方向に直行する方向(x軸方向)に互いに対向する2つの側面である。面56は、相対的に狭い幅Wyを有する(Wx>Wy)。面圧センサ24は、セル102とセル102に隣接する他のセル(図2のセル101)との間において、セル102の面54上に設置される。
The side surface of the
電池ケース50の内部には電極体70が収容される。電極体70は、セパレータ76を介して積層された正極シート72(正極)および負極シート74(負極)が筒状に捲回された捲回体形状を有する。セパレータ76は、正極シート72に設けられた正極活物質層(図示せず)と、負極シート74に設けられた負極活物質層(図示せず)との双方に接するように設けられている。セパレータ76には空孔が形成されており、この空孔内に電解質(非水電解液)が含浸される。これにより、正極シート72と負極シート74との間に導電経路が生成される。
An
さらに、捲回体形状を有する電極体70は押しつぶされる。これにより、電極体70には平面78(図3および図4に破線で示す)が形成されている。電極体70は、平面78が面54と略平行になるように電池ケース50内に配置されている。
Further, the
図6は、図3に示す平面78について詳細に説明するための図である。図6を参照して、平面78は、平面78に垂直な方向(y軸方向)から平面視したときに、たとえば矩形形状を有する。そのため、平面78は対称軸Lzに関して線対称である。
FIG. 6 is a diagram for explaining the
平面78は、奇数個の領域に仮想的に分割可能である。本実施の形態では、平面78は、中央部C、左端部Lおよび右端部Rの3つの領域に仮想的に分割される。以下、左端部Lおよび右端部Rを包括的に「端部」とも称する。
The
中央部Cは、左端部Lと右端部Rとの間に挟まれた領域である。対称軸Lzは中央部Cを通る。左端部Lおよび右端部Rは、中央部Cよりも端部側の領域であり、対称軸Lzに関して互いに線対称の位置に定められる。そのため、左端部Lの面積と右端部Rの面積とは等しい。なお、図3および図6に示すように、本実施の形態では、各領域の面積は等しい。ただし、中央部Cの面積は、左端部Lおよび右端部Rの面積と異なってもよい。 The central portion C is a region sandwiched between the left end portion L and the right end portion R. The symmetry axis Lz passes through the central portion C. The left end portion L and the right end portion R are regions closer to the end portion than the central portion C, and are defined at positions that are line symmetric with respect to the symmetry axis Lz. Therefore, the area of the left end portion L and the area of the right end portion R are equal. As shown in FIGS. 3 and 6, in this embodiment, the area of each region is equal. However, the area of the central portion C may be different from the areas of the left end L and the right end R.
面圧センサ24は、電池ケース50の面54上に設置される。面圧センサ24の設置箇所は、中央部C、左端部Lおよび右端部Rのうちのいずれか1つに対応する箇所である。本実施の形態では、面圧センサ24(図3に一点鎖線で示す)は、中央部Cに対応する箇所に設置される。
The
平面78は面54と略平行に配置されるので、電極体70が平面78に垂直な方向(y軸方向)に膨張すると、面54も同一方向に膨張する。そのため、面54の圧力分布は、平面78の圧力分布を反映したものになる。したがって、面圧センサ24を面54に設置することにより、中央部Cの圧力分布を取得することができる。このように、面圧センサ24は、中央部C、左端部Lおよび右端部Rの圧力分布のうちのいずれか1つを測定するように設けられる。
Since the
中央部Cの圧力分布の取得方法についてより詳細に説明する。面圧センサ24は、マトリックス状に配置された複数(たとえば数百個程度)のセンサ素子(図示せず)を含む。ECU300は、左端部Lから右端部Rへと向かう方向(x軸方向)に沿って、中央部Cを短冊状の領域C1〜Cnに仮想的にさらに分割する。そして、ECU300は、領域C1〜Cn毎に、その領域内のセンサ素子からの測定値を加算する。これにより、ECU300は、中央部Cのx軸方向に沿った圧力分布を取得することができる。
The method for acquiring the pressure distribution in the central portion C will be described in more detail. The
以上のような構成を有する二次電池システム20において、セル102ではハイレート劣化が生じる場合がある。ハイレート劣化は、充放電電流が比較的大きい場合に生じ易い。充電電流が比較的大きい状態で充電が高頻度に行なわれるか、あるいは長時間行なわれると、充電過多によるハイレート劣化が生じ得る。一方、放電電流が比較的大きい状態でが高頻度に行なわれるか、あるいは長時間行なわれると、放電過多によるハイレート劣化が生じ得る。
In the secondary battery system 20 having the above-described configuration, the
本発明者らが研究したところ以下の現象を見出した。ハイレート劣化状態では、電極体70内に蓄えられた電力量に平面78の領域間で偏り(ムラ)が生じる。本明細書では、電極体70内に局所的な部分の充電状態を「SOC」と称することとする。電力量が相対的に大きい領域のSOCは高くなる一方で、電力量が相対的に小さい領域のSOCは低くなる。さらに、SOCが高い領域では圧力も高くなる一方で、SOCが低い領域では圧力も低くなる。つまり、SOC分布と圧力分布とは一定程度一致する。
As a result of researches by the present inventors, the following phenomenon was found. In the high rate deterioration state, the electric energy stored in the
図7は、正常状態(ハイレート劣化が生じる前の状態)におけるSOC分布および圧力分布を概念的に示す図である。図8は、充電過多によるハイレート劣化が生じている場合におけるSOC分布および圧力分布を概念的に示す図である。図9は、放電過多によるハイレート劣化が生じている場合におけるSOC分布および圧力分布を概念的に示す図である。図7〜図9を参照して、横軸は、x軸方向(図6参照)に沿った平面78上の位置を表わす。縦軸はSOCおよび圧力を表わす。
FIG. 7 is a diagram conceptually showing the SOC distribution and the pressure distribution in a normal state (a state before high-rate deterioration occurs). FIG. 8 is a diagram conceptually showing the SOC distribution and the pressure distribution when high-rate deterioration is caused by excessive charging. FIG. 9 is a diagram conceptually showing the SOC distribution and the pressure distribution when high-rate deterioration is caused by excessive discharge. 7 to 9, the horizontal axis represents a position on the
正常状態(図7参照)では、平面78上で電極体70のSOCの偏りは生じていないので、SOCは領域間でほぼ等しい。そのため、圧力も領域間でほぼ等しい。つまり、平面78上のSOC分布および圧力分布は平坦である。
In the normal state (see FIG. 7), since the SOC of the
これに対し、充電過多によるハイレート劣化が生じている場合(図8参照)には、中央部CのSOCが端部(左端部Lおよび右端部R)のSOCと比べて相対的に低くなる。その結果、中央部Cの圧力は、端部の圧力よりも低くなる。また、図8および図9では、正常状態におけるSOC分布および圧力分布をそれぞれ破線L1,L2で示す。充電過多によるハイレート劣化が生じている場合には、正常状態との比較において、中央部Cの圧力が小さくなっている一方で、端部の圧力は大きくなっていることが分かる。さらに、充電過多によるハイレート劣化が生じている場合のx軸方向に沿った圧力の平均値は、正常状態における圧力とほぼ等しいことが分かる。 On the other hand, when high rate deterioration occurs due to excessive charging (see FIG. 8), the SOC of the central portion C is relatively lower than the SOC of the end portions (left end portion L and right end portion R). As a result, the pressure at the center C is lower than the pressure at the end. 8 and 9, the SOC distribution and pressure distribution in the normal state are indicated by broken lines L1 and L2, respectively. When high rate deterioration occurs due to excessive charging, it can be seen that the pressure at the center portion C is reduced while the pressure at the end portion is increased in comparison with the normal state. Furthermore, it can be seen that the average value of the pressure along the x-axis direction when high-rate deterioration has occurred due to excessive charging is substantially equal to the pressure in the normal state.
一方、放電過多によるハイレート劣化が生じている場合(図9参照)には、中央部CのSOCが端部のSOCと比べて相対的に高くなる。その結果、中央部Cの圧力は、端部の圧力よりも高くなる。また、正常状態との比較において、中央部Cの圧力が大きくなっている一方で、端部の圧力は小さくなっていることが分かる。さらに、放電過多によるハイレート劣化が生じている場合のx軸方向に沿った圧力の平均値は、正常状態における圧力とほぼ等しいことが分かる。 On the other hand, when high-rate deterioration has occurred due to excessive discharge (see FIG. 9), the SOC at the center C is relatively higher than the SOC at the ends. As a result, the pressure at the center C is higher than the pressure at the end. Further, in comparison with the normal state, it can be seen that the pressure at the center portion C is increased while the pressure at the end portion is decreased. Furthermore, it can be seen that the average value of the pressure along the x-axis direction when high-rate deterioration is caused by excessive discharge is substantially equal to the pressure in the normal state.
以上のように、正常状態と、充電過多によるハイレート劣化状態と、放電過多によるハイレート劣化状態とを比較すると、電極体の平面78上の圧力分布が異なる。ECU300(判定部)は、この現象を利用することで、セルにハイレート劣化が生じているか否かを判定することができる。さらに、ECU300は、ハイレート劣化が生じている場合に、圧力分布の形状に基づいて、そのハイレート劣化が充電過多に起因するものなのか放電過多に起因するものなのかを判定することができる。
As described above, when the normal state, the high rate deterioration state due to excessive charge, and the high rate deterioration state due to excessive discharge are compared, the pressure distribution on the
また、電極体における電力量の偏りは、セルの充放電中のみに生じるものでもなく、セルの充放電終了後に直ちに解消されるものでもない。したがって、ECU300は、充放電終了後にある程度の時間が経過した後(たとえば車両1をある程度の時間放置した後)であっても、圧力分布に基づいてセルの劣化を判定することができる。
Further, the bias of the electric energy in the electrode body does not occur only during charging / discharging of the cell, and is not eliminated immediately after completion of charging / discharging of the cell. Therefore,
本実施の形態においては、図3〜図5で説明したように、面圧センサ24は、中央部C、左端部Lおよび右端部Rのうちのいずれか1つの領域(図3では中央部C)のみに設置される。この場合に、面圧センサ24が設置されない領域(図3では左端部Lおよび右端部R)の圧力は、以下のように推定することができる。
In the present embodiment, as described with reference to FIGS. 3 to 5, the
本実施の形態では、面圧センサ24は多数のセンサ素子を含む。中央部C内のすべてのセンサ素子からの測定結果を加算した値を面圧値PCと表わす。また、面圧センサ24と同一の構成を有する面圧センサを左端部Lおよび右端部Rにも設置したと仮定して、左端部L内の全センサ素子からの測定結果の加算値を面圧値PLと表わす。右端部R内の全センサ素子からの測定結果の加算値を面圧値PRと表わす。
In the present embodiment, the
平面78全体の圧力(仮に平面78全体に面圧センサを設置した場合、すべてのセンサ素子からの測定結果の加算値)を全面圧値PTと表すと、全面圧値PTは、面圧値PL,PC,PRの和として表わされる。すなわち、下記の式(1)が成立する。
When the pressure of the entire plane 78 (if a surface pressure sensor is installed on the
PT=PL+PC+PR ・・・(1)
上述のように、左端部Lと右端部Rとは線対称であるため、面圧値PLと面圧値PRとは等しい(PL=PR)。したがって、式(1)から下記の式(2)が導出される。
PT = PL + PC + PR (1)
As described above, since the left end portion L and the right end portion R are line symmetric, the surface pressure value PL and the surface pressure value PR are equal (PL = PR). Therefore, the following formula (2) is derived from the formula (1).
PL=(PT−PC)/2 ・・・(2)
電極体70は、セル102の温度TBおよびSOCの上昇あるいは低下に応じて、膨張したり収縮したりする。そのため、正常状態の全面圧値PTは、セル102の温度TBおよびSOCによって変化する。ECU300のメモリ310は、セル102の温度TBとSOCと全面圧値PTとの間の関係を、たとえばマップとして予め記憶している。
PL = (PT−PC) / 2 (2)
The
図10は、セル102の温度TBとSOCと全面圧値PTとの間の関係を表わすマップの一例を示す図である。ECU300は、温度センサ23からセル102の温度TBを取得するとともに、セル102の電圧VB、電流IBおよび温度TBからSOCを推定する。そして、ECU300は、図10に示すマップに従って、セル102の温度TBおよびSOCから全面圧値PTを算出する。ただし、全面圧値PTの算出方法はマップを用いるものに限られず、たとえば所定の関数を用いて算出してもよい。
FIG. 10 is a diagram showing an example of a map representing the relationship between the temperature TB and SOC of the
このように、ECU300は、面圧センサ24を用いて面圧値PCを測定する。さらに、ECU300は、セル102の温度TBおよびセル102全体のSOCに基づいて、セル102の正常状態における全面圧値PTを算出する。そして、ECU300は、式(2)に従って面圧値PL(および面圧値PR)を算出する。
Thus, the
なお、面圧センサ24を中央部Cに代えて左端部L(または右端部R)に設置してもよい。式(2)から下記の式(3)が導出される。したがって、左端部Lの面圧値PLを測定する場合も、上述の説明と同様に、全面圧値PTおよび面圧値PLに基づいて面圧値PCを推定することができる。
The
PC=PT−2×PL ・・・(3)
図11は、セルのハイレート劣化を判定するための処理を示すフローチャートである。図11を参照して、このフローチャートは、所定の条件成立時あるいは所定の期間経過毎に実行される。なお、このフローチャートの各ステップは、基本的にはECU300によるソフトウェア処理によって実現されるが、ECU300内に作製された電子回路によるハードウェア処理によって実現されてもよい。
PC = PT-2 × PL (3)
FIG. 11 is a flowchart showing a process for determining a high rate deterioration of a cell. Referring to FIG. 11, this flowchart is executed when a predetermined condition is established or every elapse of a predetermined period. Each step of this flowchart is basically realized by software processing by
ステップS10において、ECU300は、面圧センサ24により中央部Cの面圧値PCを測定する。また、ECU300は、温度センサ23からセル102の温度TBを取得するとともに、セル102の電圧VB、電流IBおよび温度TBからセル102のSOCを推定する(ステップS20)。さらに、ECU300は、たとえば図10に示すマップに従って、温度TBおよびSOCから全面圧値PTを算出する(ステップS30)。なお、ステップS10とステップS20,S30とは処理の順序を入れ替えてもよい。
In step S <b> 10, the
ステップS40において、ECU300は、ステップS10で測定した面圧値PC、およびステップS30で算出した全面圧値PTから、式(2)に従って面圧値PLを算出する。
In step S40, the
ステップS50において、ECU300は、面圧値PCと面圧値PLとの大小関係を比較する。面圧値PCが面圧値PL未満の場合(ステップS50においてPC<PL)には、処理はステップS60に進められる。ステップS60において、ECU300は、セル102では充電過多によるハイレート劣化が生じていると判定する(図8参照)。そのため、ECU300は、セル102への充電電流を制限する(ステップS65)。これにより、セル102の充電が抑制されるので、充電過多によるハイレート劣化のさらなる進行を抑制することができる。
In step S50,
これに対し、面圧値PCが面圧値PLよりも大きい場合(ステップS50においてPC>PL)には、処理はステップS70に進められる。ステップS70において、ECU300は、セル102では放電過多によるハイレート劣化が生じていると判定する(図9参照)。そのため、ECU300は、セル102からの放電電流を制限する(ステップS75)。これにより、セル102の放電が抑制されるので、放電過多によるハイレート劣化のさらなる進行を抑制することができる。
In contrast, if surface pressure value PC is greater than surface pressure value PL (PC> PL in step S50), the process proceeds to step S70. In step S70, the
なお、面圧値PCと面圧値PLとが等しい場合(ステップS50においてPC=PL)には、処理はステップS80に進められる。ステップS80において、ECU300は、セル102ではハイレート劣化は生じていないと判定する(図7参照)。ステップS65,S75,S80のいずれかの処理が終わると、図11に示す一連の処理が終了する。
If surface pressure value PC is equal to surface pressure value PL (PC = PL in step S50), the process proceeds to step S80. In step S80,
このように、本実施の形態によれば、面圧センサを中央部C、左端部Lおよび右端部Rのうちのいずれか1つに設置すれば、面圧センサが設置されていない領域についても圧力を推定することができる。そのため、平面全体に面圧センサを設置する場合と比べて、面圧センサのサイズ(または設置数)を小さくすることができる。したがって、コストを低減することができる。 As described above, according to the present embodiment, if the surface pressure sensor is installed in any one of the central portion C, the left end portion L, and the right end portion R, the region where the surface pressure sensor is not installed is also provided. The pressure can be estimated. Therefore, the size (or the number of installations) of the surface pressure sensor can be reduced as compared with the case where the surface pressure sensor is installed on the entire plane. Therefore, cost can be reduced.
なお、面圧値PC,PL,PRの各々は、対応する領域内のすべてのセンサ素子からの測定値の加算値であると説明した。しかし、面圧値PC,PL,PRは、圧力を領域間で比較可能な値であれば、これに限定されるものではない。たとえば、中央部Cの面積と端部の面積とが異なる場合には、面圧値PC,PL,PRの各々は、対応する領域内のセンサ素子からの測定値の平均値または中央値等であることが好ましい。また、センサ素子の数は1であってもよい。 It has been described that each of the surface pressure values PC, PL, PR is an addition value of measured values from all the sensor elements in the corresponding region. However, the surface pressure values PC, PL, and PR are not limited to this as long as the pressure can be compared between the regions. For example, when the area of the central portion C is different from the area of the end portion, each of the surface pressure values PC, PL, PR is an average value or a median value of measured values from the sensor elements in the corresponding region. Preferably there is. The number of sensor elements may be one.
さらに、本実施の形態では平面78を3つの領域に分割したが(図3参照)、平面78の分割数はこれに限定されない。分割数は奇数であれば3以外であってもよい。たとえば、平面78を5つの領域に仮想的に分割する場合には、5つの領域のうちの少なくとも2つの領域(ただし、互いに線対称ではない領域)に面圧センサを設置すればよい。より具体的に説明すると、端部側から順に領域L2,L1,C,R1,R2と表わす場合に、領域L1と領域R1との組合せおよび領域L2と領域R2との組合せを除く、いずれか2つの領域に面圧センサを設置すればよい。
Furthermore, in the present embodiment, the
また、図7ではセルの正常状態では圧力分布が平坦であると説明したが、正常状態であっても圧力分布が完全には平坦でないことも考えられる。そのため、ECU300のメモリ310は、初期状態(たとえばバッテリの製造時の状態)の圧力分布を予め記憶しておいてもよい。測定された圧力分布と初期状態の圧力分布とを比較することにより、初期状態を基準とした測定結果の変化量を算出することができる。これにより、ハイレート劣化の判定精度を向上させることができる。
Further, in FIG. 7, it has been described that the pressure distribution is flat in the normal state of the cell. However, it is conceivable that the pressure distribution is not completely flat even in the normal state. Therefore, the
さらに、面圧値PCと面圧値PLとの大小関係を比較する際には、面圧センサの測定誤差を考慮して、不感帯の範囲を設定してもよい。ECU300は、たとえば面圧値PCが面圧値PLよりも所定値ΔP以上小さい(PC≦PL−ΔP)場合に処理をステップS60に進め、面圧値PCが面圧値PLよりも所定値ΔP以上大きい(PC≧PL+ΔP)場合に処理をステップS70に進める。この場合、面圧値PCが面圧値PLの所定値ΔPで定められる範囲内(PL−ΔP<PC<PL+ΔP)の場合に、処理はステップS80に進められる。
Furthermore, when comparing the magnitude relationship between the surface pressure value PC and the surface pressure value PL, the range of the dead zone may be set in consideration of the measurement error of the surface pressure sensor. For example, when the surface pressure value PC is smaller than the surface pressure value PL by a predetermined value ΔP or more (PC ≦ PL−ΔP), the
最後に、図1を再び参照して、本実施の形態について総括する。二次電池システム20は、セル102の劣化を判定するためのシステムである。セル102は、正極シート72と、負極シート74と、非水電解液(図示せず)とを有する電極体70を含む。二次電池システム20は、電極体70の中央部Cにおける面圧値PC、および電極体の左端部L(または右端部R)における面圧値PL(または面圧値PR)のうちの一方を測定する面圧センサ24と、面圧値PC,PLに基づいて、セル102の劣化を判定するECU300とを備える。ECU300は、セル102の温度TBおよびセル102のSOCから定まる電極体70全体の圧力(全面圧値PT)と、面圧センサ24により測定された圧力とから、面圧値PCおよび面圧値PLのうちの他方を推定して、面圧値PCと面圧値PLとを比較することにより、セル102の劣化を判定する。
Finally, referring to FIG. 1 again, the present embodiment will be summarized. The secondary battery system 20 is a system for determining deterioration of the
好ましくは、ECU300は、面圧値PCが面圧値PLよりも大きい場合には、セル102に放電過多によるハイレート劣化が生じている判定する一方で、面圧値PCが面圧値PLよりも小さい場合には、セル102に充電過多によるハイレート劣化が生じていると判定する。
Preferably, when surface pressure value PC is greater than surface pressure value PL,
今回開示された実施の形態はすべ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、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および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 車両、10 二次電池システム、21 電圧センサ、22 電流センサ、23 温度センサ、24 面圧センサ、41 コンバータ、42 インバータ、43 モータジェネレータ、50 電池ケース、58 蓋体、60, 正極端子、62 負極端子、64 内部正極端子、66 内部負極端子、70 電極体、72 正極シート、74 負極シート、76 セパレータ、78 平面、80 開口端、100 バッテリ、101〜103 セル、300 ECU、310 メモリ。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記セルは、正極と、負極と、非水電解液とを有する電極体を含み、
前記二次電池システムは、
前記電極体の中央部における第1の圧力、および前記電極体の端部における第2の圧力のうちの一方を測定する測定部と、
前記第1および第2の圧力に基づいて、前記セルの劣化を判定する判定部とを備え、
前記判定部は、前記セルの温度および前記セルの充電状態から定まる前記電極体全体の圧力と、前記測定部により測定された圧力とから、前記第1および第2の圧力のうちの他方を推定して、前記第1の圧力と前記第2の圧力とを比較することにより、前記セルの劣化を判定する、二次電池システム。 A secondary battery system for determining cell deterioration,
The cell includes an electrode body having a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte,
The secondary battery system includes:
A measuring unit for measuring one of a first pressure at a central portion of the electrode body and a second pressure at an end of the electrode body;
A determination unit that determines deterioration of the cell based on the first and second pressures,
The determination unit estimates the other of the first and second pressures from the pressure of the entire electrode body determined from the temperature of the cell and the state of charge of the cell, and the pressure measured by the measurement unit. A secondary battery system that determines deterioration of the cell by comparing the first pressure and the second pressure.
前記第1の圧力が前記第2の圧力よりも大きい場合には、前記セルに放電過多による劣化が生じている判定する一方で、
前記第1の圧力が前記第2の圧力よりも小さい場合には、前記セルに充電過多による劣化が生じていると判定する、請求項1に記載の二次電池システム。 The determination unit
If the first pressure is greater than the second pressure, while determining that the cell has deteriorated due to excessive discharge,
The secondary battery system according to claim 1, wherein when the first pressure is smaller than the second pressure, it is determined that the cell has deteriorated due to excessive charging.
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