JP2015230742A - Lithium ion battery system - Google Patents

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秀渡 三橋
泰弘 大塚
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泰弘 大塚
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique that enhances the detection precision of deposition of lithium.SOLUTION: In a lithium ion battery system, the absolute humidity in a battery case in which a battery cell is mounted is calculated from the temperature and humidity in the battery case by temperature and humidity measuring processing S2 and absolute humidity calculation processing S4 in battery deterioration monitoring processing executed by a battery monitoring ECU, and the integration amount of a water amount infiltrated into the battery case is calculated on the basis of predetermined relationship between the water amount infiltrated into the battery case per unit time and the absolute humidity in the battery case by water infiltration amount calculation processing S6 and water infiltration amount integration processing S8. Determination processing S10 based on the infiltration amount integration value compares the integration amount of the infiltrated water amount with a permissible limit amount over which lithium will deposit, and estimates that lithium deposits when the integration amount exceeds the permissible limit amount.

Description

本明細書が開示する技術は、リチウムイオン電池セルのリチウム析出を推定する電池システムに関する。   The technology disclosed in this specification relates to a battery system that estimates lithium deposition of a lithium ion battery cell.

ハイブリッド車を含む電動車両では、走行用モータに電力を供給するために駆動力源用のバッテリ(二次電池)を搭載している。バッテリの出力電力は、電力変換装置によりモータ駆動に適した電力に変換して走行用モータに供給されて、走行用モータが駆動力を発生する。また、制動時には、発電機として機能する走行用モータから、回生電力の供給を受けて電力変換装置によりバッテリが充電される。バッテリは、このように充放電が繰り返され、それに伴い劣化する。バッテリを管理するシステムとして、下記、特許文献1には、電池セルに接続された管理ユニットから電池のパラメータを取得し、取得したパラメータを用いて電池セルの劣化状態値を算出する技術が開示されている。   In an electric vehicle including a hybrid vehicle, a battery (secondary battery) for driving force source is mounted in order to supply electric power to a traveling motor. The output power of the battery is converted into electric power suitable for motor driving by the power conversion device and supplied to the traveling motor, and the traveling motor generates driving force. Further, at the time of braking, the battery is charged by the power converter upon receiving regenerative power from a traveling motor that functions as a generator. The battery is repeatedly charged and discharged in this manner, and deteriorates accordingly. As a system for managing a battery, Patent Document 1 below discloses a technique for acquiring a battery parameter from a management unit connected to a battery cell and calculating a deterioration state value of the battery cell using the acquired parameter. ing.

特開2011−67047号公報JP 2011-67047 A

ところで、現在、電動車両に搭載されるバッテリとして、リチウムイオン電池が普及している。リチウムイオン電池は、充放電の繰り返しにより、負極(黒鉛)の表面に金属リチウムが析出する虞がある。金属リチウムが析出すると充放電時に使用されるリチウムイオンが減少して電池性能(例えばサイクル特性)が低下する。そのため、リチウムイオン電池を管理する電池システムにおいては、リチウムの析出についても管理すべきであるが、上記特許文献1にはリチウムの析出に関しては言及されていない。本明細書は、リチウム析出が生じたことを精度高く推定する技術を提供する。   By the way, at present, lithium ion batteries are widely used as batteries mounted on electric vehicles. Lithium ion batteries may deposit metallic lithium on the surface of the negative electrode (graphite) due to repeated charge and discharge. When metallic lithium is deposited, lithium ions used during charging and discharging are reduced, and battery performance (for example, cycle characteristics) is lowered. Therefore, in a battery system that manages lithium ion batteries, lithium deposition should be managed, but the above-mentioned Patent Document 1 does not mention lithium deposition. The present specification provides a technique for accurately estimating that lithium deposition has occurred.

本明細書が開示するリチウムイオン電池システムは、絶対湿度算出部、水分浸入量算出部、および、リチウム析出推定部を備える。そして、絶対湿度算出部により、リチウムイオン電池セルを収容する電池パック内の温度及び湿度から電池パック内の絶対湿度を算出する。次いで、水分浸入量算出部により、電池パック内の絶対湿度と単位時間当たりに電池パック内に浸入する水分量(水分浸入量)との予め求められた関係に基づいて、算出された絶対湿度から電池パック内に浸入した水分量の積算量を算出する。最後に、リチウム析出推定部により、電池パック内に浸入した水分量の積算量を、それを超えるとリチウム析出に至る許容限界量と比較して積算量が許容限界量を超えた場合にリチウムが析出したと推定する。「電池パック内の絶対湿度と単位時間当たりに電池パック内に浸入する水分量との関係」、及び、「それを超えるとリチウム析出に至る許容限界量」は、予め求められており、このリチウムイオン電池システムの管理コントローラに記憶されている。   The lithium ion battery system disclosed in this specification includes an absolute humidity calculation unit, a moisture intrusion amount calculation unit, and a lithium deposition estimation unit. Then, the absolute humidity calculation unit calculates the absolute humidity in the battery pack from the temperature and humidity in the battery pack housing the lithium ion battery cell. Next, from the absolute humidity calculated by the moisture intrusion amount calculation unit based on a predetermined relationship between the absolute humidity in the battery pack and the amount of moisture that enters the battery pack per unit time (moisture intrusion amount). The integrated amount of moisture that has entered the battery pack is calculated. Finally, the lithium deposition estimation unit compares the accumulated amount of moisture that has entered the battery pack with the allowable limit amount that would lead to lithium deposition, and if the integrated amount exceeds the allowable limit amount, Presumed to have precipitated. The relationship between the absolute humidity in the battery pack and the amount of moisture that permeates into the battery pack per unit time, and the “allowable limit amount that leads to lithium deposition beyond that” have been determined in advance. It is stored in the management controller of the ion battery system.

リチウムイオン電池は、水分が多くなるほど、また温度が低いほどリチウムが析出し易いことが知られている。これにより、電池パック内の水分量(水分浸入量)に基づいてその積算量が許容限界量を超えた場合にリチウムが析出したと推定する。したがって、電流や電圧等のパラメータに基づく検出よりも、リチウム析出の検出精度が向上する。   Lithium ion batteries are known to be liable to deposit lithium as the moisture content increases and the temperature decreases. Accordingly, it is estimated that lithium is deposited when the integrated amount exceeds the allowable limit amount based on the amount of water in the battery pack (water intrusion amount). Therefore, the detection accuracy of lithium deposition is improved as compared with detection based on parameters such as current and voltage.

本明細書が開示する技術は、リチウム析出が生じた推定する精度の高いリチウムイオン電池システムを提供する。本明細書が開示する技術の詳細、及び、さらなる改良は、発明の実施の形態で説明する。   The technology disclosed in the present specification provides a lithium ion battery system with high accuracy for estimating the occurrence of lithium deposition. Details of the technology disclosed in this specification and further improvements will be described in the embodiments of the present invention.

ハイブリッド車の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of a hybrid vehicle. バッテリの構成例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structural example of a battery. バッテリ劣化監視処理のフローチャートである。It is a flowchart of a battery deterioration monitoring process. 温湿度と絶対湿度の関係例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of a relationship between temperature / humidity and absolute humidity. (A)は絶対湿度に対する水分浸入量の関係例を示す説明図、(B)は単位時間当たりにおける絶対湿度と水分浸入量の関係例を示す説明図である。(A) is explanatory drawing which shows the example of a relationship of the water permeation amount with respect to absolute humidity, (B) is explanatory drawing which shows the example of the relationship between the absolute humidity per unit time and a water permeation amount.

図面を参照して実施例のリチウムイオン電池システムを説明する。この実施例は、電池システムを、電動車両に搭載されるバッテリの監視システムに適用したものである。電動車両には、走行用のモータを備えるがエンジンは備えない電気自動車、及び、走行用のモータとエンジンを共に備えるハイブリッド車が含まれる。本実施例では、ハイブリッド車を例に挙げて説明する。   A lithium ion battery system according to an embodiment will be described with reference to the drawings. In this embodiment, the battery system is applied to a battery monitoring system mounted on an electric vehicle. The electric vehicle includes an electric vehicle including a traveling motor but not including an engine, and a hybrid vehicle including both a traveling motor and an engine. In this embodiment, a hybrid vehicle will be described as an example.

まず、図1を参照してハイブリッド車1の構成を簡単に説明する。図1に、ハイブリッド車1の構成例を表すブロック図を示す。ハイブリッド車1は、走行用の駆動源として、モータ8とエンジン6を備える。モータ8の出力トルクとエンジンの出力トルクは、動力分配機構7で適宜に分配/合成されて、車軸9(即ち車輪)へ伝達される。なお、図1は、本明細書の説明に要する部品だけを表しており、説明に関係のない一部の部品は図示を省略していることに留意されたい。   First, the configuration of the hybrid vehicle 1 will be briefly described with reference to FIG. FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of the hybrid vehicle 1. The hybrid vehicle 1 includes a motor 8 and an engine 6 as a driving source for traveling. The output torque of the motor 8 and the output torque of the engine are appropriately distributed / combined by the power distribution mechanism 7 and transmitted to the axle 9 (that is, the wheel). It should be noted that FIG. 1 shows only parts necessary for the description of the present specification, and some parts not related to the description are not shown.

モータ8を駆動するための電力は、パワーコントロールユニット(以下、PCUと称する)5を介してバッテリ2から供給される。即ち、バッテリ2から供給される直流電力を、電圧コンバータやインバータ等を備えたPCU5がモータ駆動に適した交流電力に変換してモータ8に供給する。また、減速時の制動力やエンジン6の駆動力により発電したモータ8の交流電力をPCU5がバッテリ2の充電に適した直流電力に変換してバッテリ2に供給する。即ち、回生電力によってバッテリ2が充電される。電圧コンバータやインバータは、PCU5が備える専用のコントローラにより制御されている。   Electric power for driving the motor 8 is supplied from the battery 2 via a power control unit (hereinafter referred to as PCU) 5. That is, the DCU supplied from the battery 2 is converted into AC power suitable for driving the motor by the PCU 5 provided with a voltage converter, an inverter and the like, and supplied to the motor 8. Further, the ACU of the motor 8 generated by the braking force at the time of deceleration or the driving force of the engine 6 is converted into DC power suitable for charging the battery 2 and supplied to the battery 2. That is, the battery 2 is charged with regenerative power. The voltage converter and the inverter are controlled by a dedicated controller provided in the PCU 5.

バッテリ2は、複数のリチウムイオンタイプの電池セル10を直列に接続した二次電池であり、電池パックや電池スタックとも称される。本実施例では、例えば、バッテリ2の出力電圧(公称電圧)が300ボルトに設定されている。バッテリ2は、システムメインリレー4を介してPCU5に接続される。システムメインリレー4は、車両制御ECU30に接続されてオンオフ制御される。本実施例では、バッテリ2の出力電流は、例えば、図示を省略した電流センサにより計測される。また、バッテリ2のバッテリケース3(後述)内の温度や湿度は、温湿度センサ21により計測される。これらのセンサは、後述するバッテリ監視ECU20にそれぞれ接続されている。   The battery 2 is a secondary battery in which a plurality of lithium ion type battery cells 10 are connected in series, and is also referred to as a battery pack or a battery stack. In the present embodiment, for example, the output voltage (nominal voltage) of the battery 2 is set to 300 volts. The battery 2 is connected to the PCU 5 via the system main relay 4. The system main relay 4 is connected to the vehicle control ECU 30 and is on / off controlled. In the present embodiment, the output current of the battery 2 is measured by, for example, a current sensor not shown. Further, the temperature and humidity in the battery case 3 (described later) of the battery 2 are measured by the temperature / humidity sensor 21. These sensors are connected to a battery monitoring ECU 20 described later.

温湿度センサ21は、熱電対やサーミスタマウント等の温度センサと、静電容量変化式や抵抗変化式等の湿度センサを組み合わせた複合タイプのセンサであり、計測した温度データと湿度データをバッテリ監視ECU20に出力する。温度データはセルシウス度[℃]で表し、また湿度データは相対湿度[%]で表す。本実施例では、温度センサと湿度センサをワンチップ化した複合タイプのものを用いたが、それぞれを別個に構成したものを用いてバッテリケース3内に個別に設けても良い。   The temperature / humidity sensor 21 is a combined sensor combining a temperature sensor such as a thermocouple or a thermistor mount and a humidity sensor such as a capacitance change type or a resistance change type, and the measured temperature data and humidity data are monitored by a battery. It outputs to ECU20. Temperature data is expressed in degrees Celsius [° C.], and humidity data is expressed in relative humidity [%]. In the present embodiment, a composite type in which the temperature sensor and the humidity sensor are integrated into one chip is used. However, they may be individually provided in the battery case 3 by using separate components.

バッテリ監視ECU20及び車両制御ECU30は、マイクロコンピュータを中心にメモリ、入出力インタフェース等の電子部品により構成されるコントローラである。これらのECU20、30は相互に接続される。また、車両制御ECU30は、システムメインリレー4やPCU5に接続される。これにより、バッテリ監視ECU20からは、バッテリ2のダイアグ情報(診断情報)が車両制御ECU30に出力される。また、車両制御ECU30からは、運転状況に応じたデータ(例えば、アクセルペダルやブレーキペダルの踏込量等)がPCU5のコントローラに出力される。なお、ハイブリッド車1では、図示しないが、バッテリ2のほかに補機用バッテリ(例えば12ボルト)も備えており、バッテリ監視ECU20や車両制御ECU30はこの補機用バッテリから駆動電力の供給を受ける。   The battery monitoring ECU 20 and the vehicle control ECU 30 are controllers composed of electronic components such as a memory and an input / output interface with a microcomputer as a center. These ECUs 20 and 30 are connected to each other. The vehicle control ECU 30 is connected to the system main relay 4 and the PCU 5. As a result, the battery monitoring ECU 20 outputs diagnostic information (diagnosis information) of the battery 2 to the vehicle control ECU 30. Further, the vehicle control ECU 30 outputs data corresponding to the driving situation (for example, the amount of depression of an accelerator pedal or a brake pedal) to the controller of the PCU 5. Although not shown, the hybrid vehicle 1 includes an auxiliary battery (for example, 12 volts) in addition to the battery 2, and the battery monitoring ECU 20 and the vehicle control ECU 30 are supplied with driving power from the auxiliary battery. .

次に、バッテリ2の構成を図2を参照して説明する。図2に、バッテリ2の構成例を表す斜視図を示す。バッテリ2は、角柱形状のバッテリケース3を備えており、この中に複数の電池セル10を積層して収容している。本実施例では、バッテリケース3の長手方向(図1に示す座標系のY軸方向)の一端側に通気口3aが形成されている。通気口3aから外気を取り入れて内部の電池セル10を冷却する。本実施例では、バッテリケース3内の通気口3a付近に温湿度センサ21を装着している。温湿度センサ21は、バッテリケース3の内気の温度や湿度を計測してバッテリ監視ECU20に計測したデータを出力する。これにより、温湿度センサ21から得られる温湿度データから、バッテリケース3内に浸入する水分の浸入量(以下、単に「水分浸入量」と称する)を後述するバッテリ劣化監視処理において算出する。   Next, the configuration of the battery 2 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a perspective view illustrating a configuration example of the battery 2. The battery 2 includes a prismatic battery case 3 in which a plurality of battery cells 10 are stacked and accommodated. In this embodiment, a vent 3a is formed on one end side of the battery case 3 in the longitudinal direction (Y-axis direction of the coordinate system shown in FIG. 1). Outside air is taken in from the vent 3a to cool the internal battery cell 10. In the present embodiment, a temperature / humidity sensor 21 is mounted in the vicinity of the vent 3 a in the battery case 3. The temperature / humidity sensor 21 measures the temperature and humidity of the inside air of the battery case 3 and outputs the measured data to the battery monitoring ECU 20. Thereby, from the temperature / humidity data obtained from the temperature / humidity sensor 21, the amount of moisture permeating into the battery case 3 (hereinafter, simply referred to as “water permeation amount”) is calculated in the battery deterioration monitoring process described later.

電池セル10は、角形密閉式のリチウムイオン電池である。電池セル10には正電極端子と負電極端子が設けられており、隣り合う一方の電池セル10の正電極端子と隣り合う他方の電池セル10の負電極端子が図示しないバスバにより電気的に接続されている。これにより、全ての電池セル10を直列に接続して300ボルトの出力電圧を得ている。電池セル10は、発電要素として、例えば、セパレータを介在させた正極シートと負極シートの積層体を扁平形状に巻回した積層巻回体、つまり電極体を備えている。なお、図2に示す二点鎖線部分は、積層された複数の電池セル10の一部を簡略化して表現したものである。   The battery cell 10 is a square sealed lithium ion battery. The battery cell 10 is provided with a positive electrode terminal and a negative electrode terminal, and the positive electrode terminal of one adjacent battery cell 10 and the negative electrode terminal of the other adjacent battery cell 10 are electrically connected by a bus bar (not shown). Has been. Thereby, all the battery cells 10 are connected in series to obtain an output voltage of 300 volts. The battery cell 10 includes, for example, a laminated wound body in which a laminated body of a positive electrode sheet and a negative electrode sheet with a separator interposed therebetween is wound as a power generation element, that is, an electrode body. Note that the two-dot chain line portion shown in FIG. 2 is a simplified representation of a part of the plurality of stacked battery cells 10.

ところで、リチウムイオン電池は、充放電の繰り返しにより、例えば、負極の表面に金属リチウムが析出する場合がある。「発明が解決しようとする課題」の欄で述べたように、金属リチウムの析出は、水分が多くなるほど、また温度が低いほど生じ易いことが知られている。金属リチウムの析出は、リチウムイオンを減少させて電池性能(例えばサイクル特性)の低下に直結する。そのため、金属リチウムが析出したバッテリ2は、交換する必要が生ずる。   By the way, a lithium ion battery may deposit metal lithium on the surface of a negative electrode by repetition of charging / discharging, for example. As described in the section “Problems to be Solved by the Invention”, it is known that precipitation of metallic lithium is more likely to occur as the moisture content increases and the temperature decreases. The deposition of metallic lithium directly decreases the battery performance (for example, cycle characteristics) by reducing lithium ions. Therefore, it is necessary to replace the battery 2 on which metallic lithium is deposited.

そこで、本実施例では、バッテリ2において金属リチウムが析出したと推定される状態を検知するため、図3に示すバッテリ劣化監視処理を行う。このバッテリ劣化監視処理は、例えば、バッテリ監視ECU20がバッテリ劣化監視プログラムを所定周期で実行することにより実現される。バッテリ監視ECU20は、例えば、1時間ごとに(1時間周期で)バッテリ劣化監視処理を実行する。図3に、バッテリ劣化監視処理のフローチャートを示す。   Therefore, in this embodiment, the battery deterioration monitoring process shown in FIG. 3 is performed in order to detect a state where metallic lithium is estimated to be deposited in the battery 2. This battery deterioration monitoring process is realized by, for example, the battery monitoring ECU 20 executing a battery deterioration monitoring program at a predetermined cycle. For example, the battery monitoring ECU 20 executes a battery deterioration monitoring process every hour (in one hour cycle). FIG. 3 shows a flowchart of the battery deterioration monitoring process.

図3に示すように、バッテリ劣化監視処理では、まずステップS2により温湿度計測処理を行った後、ステップS4により絶対湿度算出処理を行う。温湿度計測処理(S2)では、前述した温湿度センサ21から送られてくるバッテリ2のバッテリケース3内の温度データ及び湿度データを取得して、続く絶対湿度算出処理(S4)ではこれらのデータに基づいて絶対湿度を算出する。ここでいう絶対湿度とは、容積絶対湿度のことであり、大気の単位容積に含まれる水蒸気の量を重量で表したもの(単位はg/m)である。 As shown in FIG. 3, in the battery deterioration monitoring process, first, a temperature / humidity measurement process is performed in step S2, and then an absolute humidity calculation process is performed in step S4. In the temperature / humidity measurement process (S2), temperature data and humidity data in the battery case 3 of the battery 2 sent from the temperature / humidity sensor 21 described above are acquired, and in the subsequent absolute humidity calculation process (S4), these data are acquired. Calculate the absolute humidity based on The absolute humidity referred to here is absolute volumetric humidity, and represents the amount of water vapor contained in the unit volume of the atmosphere by weight (unit: g / m 3 ).

例えば、本実施例では、図4に示すように、温度[℃]に対する絶対湿度[g/m]の関係を相対湿度[%]の比で表した絶対湿度算出マップから、絶対湿度を算出する。図4に、温湿度と絶対湿度の関係例を表した説明図を示す。このような絶対湿度算出マップは、本実施例では、予め求められてバッテリ監視ECU20のメモリ等に記憶されている。この図4の例では、温度40℃、湿度50%の場合、絶対湿度は25.6g/mになることが示されている。なお、絶対湿度は、このような算出マップを用いることなく、予めバッテリ監視ECU20に記憶した所定の演算式を用いて算出しても良い。例えば、温度から飽和水蒸気圧を求め、飽和水蒸気圧に相対湿度を乗じて測定空気の水蒸気圧を求めて、さらにこれに基づいて容積絶対湿度を算出する。 For example, in the present embodiment, as shown in FIG. 4, the absolute humidity is calculated from an absolute humidity calculation map in which the relationship between the absolute humidity [g / m 3 ] and the temperature [° C.] is expressed by the ratio of the relative humidity [%]. To do. FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of the relationship between temperature and humidity and absolute humidity. In this embodiment, such an absolute humidity calculation map is obtained in advance and stored in the memory or the like of the battery monitoring ECU 20. In the example of FIG. 4, it is shown that the absolute humidity is 25.6 g / m 3 when the temperature is 40 ° C. and the humidity is 50%. The absolute humidity may be calculated using a predetermined arithmetic expression stored in advance in the battery monitoring ECU 20 without using such a calculation map. For example, the saturated water vapor pressure is obtained from the temperature, the saturated water vapor pressure is multiplied by the relative humidity to obtain the water vapor pressure of the measurement air, and the volumetric absolute humidity is further calculated based on this.

続くステップS6では水分浸入量算出処理を行う。この処理は、主に、通気口3aからバッテリケース3内に入り込んだ空気に含まれる水分量を算出するもので、これも予めバッテリ監視ECU20のメモリ等に記憶されている水分浸入量算出マップを用いて求める。例えば、図5(A)に示すように、バッテリケース3内に入り込む水分量(水分浸入量)[mg]は、絶対湿度ごとに異なる傾きで時間の経過とともに比例関係で増加することが本願発明者らの実験やコンピュータシミュレーションにより明かになっている。そのため、絶対湿度[g/m]に対する単位時間(例えば1時間)当たりの水分浸入量[mg]は、図5(B)に示すような関係にあることがわかる。 In the subsequent step S6, a moisture intrusion amount calculation process is performed. This process mainly calculates the amount of water contained in the air that has entered the battery case 3 from the vent 3a, and this also uses a moisture intrusion amount calculation map that is stored in advance in the memory of the battery monitoring ECU 20 or the like. Use to find. For example, as shown in FIG. 5A, the amount of moisture (water intrusion amount) [mg] entering the battery case 3 increases proportionally with time with a different slope for each absolute humidity. It is revealed by their experiments and computer simulations. Therefore, it can be seen that the moisture intrusion amount [mg] per unit time (for example, 1 hour) with respect to the absolute humidity [g / m 3 ] has a relationship as shown in FIG.

したがって、ステップS6では、本バッテリ劣化監視処理を1時間ごとに実行することによって、ステップS4により算出した絶対湿度[g/m]に基づいて、前回実行時から1時間経過後までに浸入した水分浸入量[mg]を、図5(B)に示す関係マップ(水分浸入量算出マップ)から得る。なお、図5(B)に示す絶対湿度[g/m]に対する単位時間当たりの水分浸入量[mg]の関係を表す関係式が得られる場合には、この関係式を予めバッテリ監視ECU20に記憶しそれを用いて水分浸入量[mg]を算出しても良い。 Therefore, in step S6, the battery deterioration monitoring process is executed every hour, and based on the absolute humidity [g / m 3 ] calculated in step S4, the battery entered after 1 hour from the previous execution. The moisture intrusion amount [mg] is obtained from the relationship map (moisture intrusion amount calculation map) shown in FIG. In addition, when the relational expression showing the relation of the moisture intrusion amount [mg] per unit time with respect to the absolute humidity [g / m 3 ] shown in FIG. 5B is obtained, this relational expression is previously stored in the battery monitoring ECU 20. You may memorize | store and use it, and you may calculate the amount of water penetration [mg].

次のステップS8では水分浸入量積算処理を行う。即ち、ステップS8では、これまでに算出した水分浸入量[mg]の積算値を算出する。例えば、5時間前から本バッテリ劣化監視処理を実行している場合には、5時間前から直近の1時間前までに算出した値にさらに今回算出した値を加えてすべてを合計する。これにより得られた積算値がそれまでにバッテリケース3内に浸入した水分の総量になる。なお、今回算出した積算値をバッテリ監視ECU20のメモリ等に記憶し、それを次回の実行時に読み出して積算値の演算に使用しても良い。   In the next step S8, moisture intrusion amount integration processing is performed. That is, in step S8, an integrated value of the moisture intrusion amount [mg] calculated so far is calculated. For example, when the battery deterioration monitoring process has been executed from 5 hours ago, the value calculated this time is further added to the values calculated from 5 hours ago to the most recent 1 hour ago, and all are totaled. The integrated value thus obtained is the total amount of moisture that has entered the battery case 3 so far. Note that the integrated value calculated this time may be stored in the memory or the like of the battery monitoring ECU 20, and may be read out at the next execution and used for the calculation of the integrated value.

ステップS10では、ステップS8により算出した水分浸入量積算値(バッテリケース3内に浸入した水分の総量)に基づいて、バッテリ2の電池セル10にリチウムが析出している可能性があるか否かを判定する。つまり、バッテリ2のリチウムの析出を推定する。例えば、リチウムの析出が低確率で想定される最小の水分量を僅かに下回る水分量を許容水分量Xに設定し、リチウムの析出が高確率で想定される限界水分量を許容水分量Xの例えば1.1倍(=1.1X)に設定する。この倍率は、実験やコンピュータシミュレーションの結果に基づいてバッテリ2に最適な値が設定される。この場合、水分浸入量積算値が許容水分量X以下であるときには(S10:「許容水分量以下」)、バッテリケース3内に浸入した水分の総量はまだリチウムの析出につながる量に達していないため、リチウムの析出は生じていないと推定して、本バッテリ劣化監視処理を終了する(エンド)。そして、次回の処理の実行に備える。   In step S10, based on the water intrusion amount integrated value calculated in step S8 (total amount of water intruded into the battery case 3), it is determined whether or not there is a possibility that lithium has precipitated in the battery cell 10 of the battery 2. Determine. That is, the deposition of lithium in the battery 2 is estimated. For example, the allowable moisture amount X is set to a moisture amount slightly lower than the minimum moisture amount assumed to be lithium precipitation with a low probability, and the limit moisture amount assumed to be lithium precipitation is set to the allowable moisture amount X. For example, it is set to 1.1 times (= 1.1X). This magnification is set to an optimum value for the battery 2 based on the results of experiments and computer simulations. In this case, when the moisture penetration amount integrated value is equal to or less than the allowable moisture amount X (S10: “allowable moisture amount or less”), the total amount of moisture that has entered the battery case 3 has not yet reached an amount that leads to precipitation of lithium. Therefore, it is estimated that lithium deposition has not occurred, and the battery deterioration monitoring process is terminated (end). And it prepares for execution of the next processing.

これに対して、水分浸入量積算値が許容水分量Xを上回っており、かつ、限界水分量(=1.1X)を下回るときには(S10:「許容水分量超過/限界水分量未満」)、リチウム析出が低確率で想定される。そのため、リチウムの析出が生じ得る、又は、生じたと推定して、次のステップS12に処理を移行する。ステップS12では温度計測処理を行う。そして、温湿度センサ21から送られてくる温度データを取得して、続くステップS14によりその温度が−30℃以下であるか否かを判定する。これは、一般的に、リチウムイオン電池は、−30℃以下の環境下においてリチウムが析出し易いため、バッテリケース3内に浸入した水分の総量が許容水分量Xを上回っており、かつ、バッテリケース3内の温度が−30℃以下である場合には、電池セル10にリチウムの析出が生じる可能性が高いからである。   On the other hand, when the integrated value of the water intrusion amount exceeds the allowable water amount X and falls below the limit water amount (= 1.1X) (S10: “exceeding the allowable water amount / less than the limit water amount”), Lithium precipitation is assumed with low probability. Therefore, it is estimated that lithium deposition may or may have occurred, and the process proceeds to the next step S12. In step S12, temperature measurement processing is performed. And the temperature data sent from the temperature / humidity sensor 21 is acquired, and it is determined by the following step S14 whether the temperature is -30 degrees C or less. In general, a lithium ion battery is liable to deposit lithium in an environment of −30 ° C. or lower. Therefore, the total amount of moisture that has entered the battery case 3 exceeds the allowable moisture amount X, and the battery This is because when the temperature in the case 3 is −30 ° C. or lower, there is a high possibility that lithium deposition will occur in the battery cell 10.

そして、この処理により温度が−30℃以下であると判定したときには(S14:YES)、リチウムが析出したと推定されるため、ステップS16の警告灯点灯処理によって、バッテリ2が劣化状態にある旨を報知する情報をハイブリッド車1のインストルメントパネル(インパネ)を介して運転者に知らせる。一方、温度が−30℃以下でないと判定したときには(S14:NO)、リチウムは析出していないと推定されるため、本バッテリ劣化監視処理を終了する(エンド)。そして、次回の処理の実行に備える。   When it is determined that the temperature is −30 ° C. or lower by this process (S14: YES), it is estimated that lithium has precipitated, so that the battery 2 is in a deteriorated state by the warning lamp lighting process in step S16. Is notified to the driver via the instrument panel (instrument panel) of the hybrid vehicle 1. On the other hand, when it is determined that the temperature is not −30 ° C. or lower (S14: NO), it is presumed that lithium is not deposited, and thus the battery deterioration monitoring process is terminated (end). And it prepares for execution of the next processing.

他方、水分浸入量積算値が限界水分量以上であるときには(S10:「限界水分量以上」)、リチウム析出が高確率で想定される。即ち、このステップS10により水分浸入量積算値が限界水分量以上であると判定した場合には、前回(1時間前に)、本バッテリ劣化監視処理が実行された際に、バッテリ2が劣化状態にある旨の情報がステップS16によりインストルメントパネルを介して運転者に既に報知されており、現在も当該ハイブリッド車1が走行を続けている状態であることが予想される。この場合には、リチウムの析出が生じている可能性が高いため、次のステップS21により温度計測処理を行い、続くステップS23によりその温度が−20℃以下であるか否かを判定する。これは、リチウムイオン電池は、−20℃を上回る温度環境下においてはリチウムが析出し難いためであり、バッテリケース3内に浸入した水分の総量に関わらず温度を調べる。   On the other hand, when the water penetration amount integrated value is not less than the limit moisture amount (S10: “not less than the limit moisture amount”), lithium deposition is assumed with high probability. That is, when it is determined in step S10 that the integrated value of the water intrusion amount is equal to or greater than the limit water amount, the battery 2 is in a deteriorated state when the battery deterioration monitoring process is executed last time (one hour ago). Is informed to the driver through the instrument panel in step S16, and it is expected that the hybrid vehicle 1 is still running. In this case, since there is a high possibility that lithium deposition has occurred, temperature measurement processing is performed in the next step S21, and it is determined whether or not the temperature is −20 ° C. or lower in the subsequent step S23. This is because the lithium ion battery is unlikely to deposit lithium in a temperature environment exceeding −20 ° C., and the temperature is examined regardless of the total amount of moisture that has entered the battery case 3.

そして、この処理により温度が−20℃以下であると判定したときには(S23:YES)、続くステップS25によりエンジン6の運転状態を取得する。エンジン6の運転状態は、例えば、車両制御ECU30を介して上位システムからその情報を得る。そして、ステップS27によりエンジン6が停止していると判定した場合には(S27:YES)、続くステップS29のダイアグ出力処理によって、リチウムの析出に起因したバッテリ2の交換時期である旨をダイアグ情報として車両制御ECU30に出力する。これにより、車両制御ECU30では、例えば、このダイアグ情報に基づいて当該バッテリ2の交換が必要である旨の情報をハイブリッド車1のインストルメントパネルを介して運転者に知らせる。一方、エンジン6が停止していない、つまり運転中であると判定した場合には(S27:NO)、リチウムの析出はエンジン6の運転に影響していないため、本バッテリ劣化監視処理を終了する(エンド)。そして、次回の処理の実行に備える。   And when it determines with temperature being -20 degrees C or less by this process (S23: YES), the driving | running state of the engine 6 is acquired by subsequent step S25. For example, the operating state of the engine 6 is obtained from the host system via the vehicle control ECU 30. If it is determined in step S27 that the engine 6 is stopped (S27: YES), the diagnosis information indicating that it is time to replace the battery 2 due to lithium deposition by the diagnosis output process in step S29. Is output to the vehicle control ECU 30. Accordingly, the vehicle control ECU 30 notifies the driver of information indicating that the battery 2 needs to be replaced, for example, via the instrument panel of the hybrid vehicle 1 based on the diagnosis information. On the other hand, if it is determined that the engine 6 has not stopped, that is, is in operation (S27: NO), the deposition of lithium does not affect the operation of the engine 6, and thus the battery deterioration monitoring process is terminated. (End). And it prepares for execution of the next processing.

以上説明したようにバッテリ監視ECU20が実行するバッテリ劣化監視処理では、温湿度計測処理S2及び絶対湿度算出処理S4により、電池セル10を収容するバッテリケース3(バッテリ2)内の温度及び湿度からバッテリケース3内の絶対湿度を算出し、水分浸入量算出処理S6及び水分浸入量積算処理S8により、単位時間当たりにバッテリ2内に浸入する水分量とバッテリ2内の絶対湿度との予め求められた関係に基づいてバッテリ2内に浸入した水分量の積算量を算出し、浸入量積算値に基づく判定処理S10により、バッテリ2内に浸入した水分量の積算量を、それを超えるとリチウム析出に至る許容限界量と比較して積算量が許容限界量を超えた場合にリチウムが析出したと推定する。これにより、バッテリ監視ECU20は、バッテリ2内の水分量に基づいてその積算量が許容限界量を超えた場合にリチウムが析出したと推定する。したがって、電流や電圧等のパラメータに基づく検出よりも、リチウム析出が生じたことを高い精度で推定することができる。   As described above, in the battery deterioration monitoring process executed by the battery monitoring ECU 20, the battery is detected from the temperature and humidity in the battery case 3 (battery 2) housing the battery cell 10 by the temperature / humidity measurement process S2 and the absolute humidity calculation process S4. The absolute humidity in the case 3 is calculated, and the amount of moisture entering the battery 2 per unit time and the absolute humidity in the battery 2 are obtained in advance by the moisture intrusion amount calculation process S6 and the moisture intrusion amount integration process S8. Based on the relationship, the integrated amount of moisture that has entered the battery 2 is calculated, and if the integrated amount of moisture that has entered the battery 2 is exceeded by the determination processing S10 based on the integrated amount of penetration, lithium deposition occurs. It is estimated that lithium was deposited when the integrated amount exceeded the allowable limit amount compared to the allowable limit amount. Thereby, the battery monitoring ECU 20 estimates that lithium is deposited when the integrated amount exceeds the allowable limit amount based on the moisture content in the battery 2. Therefore, it is possible to estimate with high accuracy that lithium deposition has occurred, compared to detection based on parameters such as current and voltage.

なお、上述したバッテリ劣化監視処理は、1時間周期で実行したが、実行周期は、実験やコンピュータシミュレーションの結果に応じて適宜設定される。また、上述したバッテリ2では、バッテリケース3の通気口3aの近傍に温湿度センサ21を装着して通気口3a付近の内気温度や湿度を計測するように構成したが、通気口3aの付近以外の内気温度や湿度を計測するように、通気口3aから離れたバッテリケース3内に別の温湿度センサ21を装着しても良い。この場合には、各温湿度センサ21ごとに上述したバッテリ劣化監視処理を適用することで、リチウム析出の推定精度が一層向上する。また、上述した各温度(−30℃、−20℃)は一例に過ぎず、バッテリ2を構成する電池セル10の個別具体的な特性や実験若しくはコンピュータシミュレーションの結果に基づいて最適値が設定される。   Note that the battery deterioration monitoring process described above is executed in one-hour cycles, but the execution cycle is appropriately set according to the results of experiments and computer simulations. In the battery 2 described above, the temperature / humidity sensor 21 is mounted in the vicinity of the vent 3a of the battery case 3 to measure the inside air temperature and humidity in the vicinity of the vent 3a. Another temperature / humidity sensor 21 may be mounted in the battery case 3 away from the vent 3a so as to measure the inside air temperature and humidity. In this case, by applying the battery deterioration monitoring process described above for each temperature / humidity sensor 21, the estimation accuracy of lithium deposition is further improved. Moreover, each temperature (-30 degreeC, -20 degreeC) mentioned above is only an example, and an optimal value is set based on the result of the individual specific characteristic of the battery cell 10 which comprises the battery 2, or experiment or computer simulation. The

実施例技術に関する留意点を述べる。バッテリ2が電池パックの一例に相当する。バッテリ監視ECU20が、絶対湿度算出部、水分浸入量算出部及びリチウム析出推定部の一例に相当する。温湿度計測処理S2及び絶対湿度算出処理S4が、絶対湿度算出部の一例に相当する。水分浸入量算出処理S6及び水分浸入量積算処理S8が、水分浸入量算出部の一例に相当する。浸入量積算値に基づく判断処理S10がリチウム析出推定部の一例に相当する。許容水分量又は限界水分量が、許容限界量の一例に相当する。   Points to be noted regarding the example technology will be described. The battery 2 corresponds to an example of a battery pack. The battery monitoring ECU 20 corresponds to an example of an absolute humidity calculation unit, a moisture intrusion amount calculation unit, and a lithium deposition estimation unit. The temperature / humidity measurement process S2 and the absolute humidity calculation process S4 correspond to an example of an absolute humidity calculation unit. The moisture intrusion amount calculation process S6 and the moisture intrusion amount integration process S8 correspond to an example of a moisture intrusion amount calculation unit. The determination process S10 based on the penetration amount integrated value corresponds to an example of a lithium deposition estimation unit. The allowable moisture amount or the limit moisture amount corresponds to an example of the allowable limit amount.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書又は図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書又は図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。   Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. Further, the technical elements described in the present specification or drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. Moreover, the technique illustrated in this specification or the drawings achieves a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of the objects.

1:ハイブリッド車
2:バッテリ
3:バッテリケース
3a:通気口
4:システムメインリレー
5:PCU
6:エンジン
8:モータ
9:車軸
10:電池セル
20:バッテリ監視ECU
21:温湿度センサ
30:車両制御ECU
1: Hybrid vehicle 2: Battery 3: Battery case 3a: Vent 4: System main relay 5: PCU
6: Engine 8: Motor 9: Axle 10: Battery cell 20: Battery monitoring ECU
21: Temperature / humidity sensor 30: Vehicle control ECU

Claims (1)

リチウムイオン電池セルのリチウムの析出を推定するリチウムイオン電池システムであり、
前記リチウムイオン電池セルを収容する電池パック内の温度及び湿度から前記電池パック内の絶対湿度を算出する絶対湿度算出部と、
前記電池パック内の絶対湿度と単位時間当たりに前記電池パック内に浸入する水分量との予め求められた関係に基づいて、算出された絶対湿度から前記電池パック内に浸入した水分量の積算量を算出する水分浸入量算出部と、
前記電池パック内に浸入した水分量の積算量を、それを超えるとリチウム析出に至る許容限界量と比較して前記積算量が前記許容限界量を超えた場合にリチウムが析出したと推定するリチウム析出推定部と、
を備えることを特徴とするリチウムイオン電池システム。
It is a lithium ion battery system that estimates lithium deposition in lithium ion battery cells,
An absolute humidity calculator that calculates the absolute humidity in the battery pack from the temperature and humidity in the battery pack that houses the lithium ion battery cell;
Based on a predetermined relationship between the absolute humidity in the battery pack and the amount of moisture that permeates into the battery pack per unit time, the integrated amount of moisture that has entered the battery pack from the calculated absolute humidity A moisture intrusion amount calculating unit for calculating
Lithium that estimates the deposition of lithium when the cumulative amount exceeds the allowable limit amount by comparing the cumulative amount of moisture that has penetrated into the battery pack with the allowable limit amount that would lead to lithium deposition. A precipitation estimator;
A lithium ion battery system comprising:
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019175094A (en) * 2018-03-28 2019-10-10 トヨタ自動車株式会社 Battery information processing device
US11495841B2 (en) * 2018-11-13 2022-11-08 Robert Bosch Gmbh Method for detecting a water ingress into a housing, electronic circuit for carrying out the method, housing including the electronic circuit and vehicle including the housing

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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