JP2016081638A - Battery system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電池システムに関し、より特定的には、電池の劣化状態を判定する電池システムに関する。 The present invention relates to a battery system, and more particularly to a battery system that determines a deterioration state of a battery.
電池の劣化が進行した場合には、電池の充放電を制限したり、劣化した電池を交換するようにユーザに通知したりすることが望ましい。そのため、電池の劣化状態の判定に関する各種技術が提案されている。たとえば特開2012−127938号公報(特許文献1)は、電池の充電電流値、充電時間、および電池温度に基づいて、電池へのダメージ量の演算処理を行なう電池の劣化監視方法を開示する。 When battery deterioration progresses, it is desirable to limit charging / discharging of the battery or notify the user to replace the deteriorated battery. Therefore, various techniques relating to the determination of the deterioration state of the battery have been proposed. For example, Japanese Patent Laying-Open No. 2012-127938 (Patent Document 1) discloses a battery deterioration monitoring method that performs an operation for calculating the amount of damage to a battery based on the charging current value, charging time, and battery temperature of the battery.
密閉型電池は、電池内部に蓄積されたガスの圧力(内圧)を受ける耐圧部材として、ケースと蓋部との溶接部、シール部、または圧力式電流遮断機構(CID:Current Interrupt Device)などを備える。 Sealed batteries have a pressure-resistant member that receives the pressure (internal pressure) of gas accumulated inside the battery, and includes a welded part between the case and the lid, a seal part, or a pressure-type current interrupt device (CID: Current Interrupt Device). Prepare.
密閉型電池の電池温度が上昇すると、内圧が上昇して耐圧部材およびその周辺部材が膨張する一方で、電池温度が低下した場合には、内圧が低下して耐圧部材およびその周辺部材が収縮する。内圧変化に伴う膨張および収縮による応力(ストレス)が耐圧部材に加わると、ストレスによるダメージが耐圧部材に蓄積されることで、電池の劣化が進行し得る。しかしながら、特許文献1は、内圧変化による電池劣化の可能性について開示しておらず、したがって、内圧変化による電池の劣化状態の具体的な判定手法も開示していない。そのため、電池の劣化状態の判定精度には向上の余地があった。 When the battery temperature of the sealed battery increases, the internal pressure increases and the pressure-resistant member and its peripheral members expand. On the other hand, when the battery temperature decreases, the internal pressure decreases and the pressure-resistant member and its peripheral members contract. . When stress (stress) due to expansion and contraction accompanying the change in internal pressure is applied to the pressure resistant member, the damage due to the stress is accumulated in the pressure resistant member, so that deterioration of the battery can proceed. However, Patent Document 1 does not disclose the possibility of battery deterioration due to a change in internal pressure, and therefore does not disclose a specific determination method for the deterioration state of the battery due to a change in internal pressure. Therefore, there is room for improvement in the determination accuracy of the deterioration state of the battery.
本発明者らは、電池温度が所定の低温領域内(たとえば0℃以下の温度領域)にあり、かつ、ある程度以上の急激な温度変化が生じた場合に電池の劣化の進行が大きいことに着目し、内圧変化による電池の劣化状態の判定手法を見出した。 The present inventors pay attention to the fact that the battery is greatly deteriorated when the battery temperature is within a predetermined low temperature range (for example, a temperature range of 0 ° C. or lower) and a sudden temperature change of a certain level or more occurs. The present inventors have found a method for determining the deterioration state of a battery due to a change in internal pressure.
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、電池の劣化状態の判定精度を向上させることである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to improve the determination accuracy of the deterioration state of the battery.
本発明のある局面に従う電池システムは、電池の温度を測定する温度センサと、温度センサの測定結果に基づいて、電池の劣化状態を判定する判定装置とを備える。判定装置は、電池の温度を取得し、取得した電池の温度が所定の低温領域内にあり、かつ電池の単位時間当たりの温度変化量が所定値を上回る場合に、単位時間当たりの温度変化量と、電池が不良状態に至るまでの電池の温度変化回数との相関関係を利用して、単位時間当たりの温度変化量に基づいて電池へのダメージ量を算出する。判定装置は、さらに、ダメージ量の積算値が所定の基準値を上回る場合、電池が劣化していると判定する。 A battery system according to an aspect of the present invention includes a temperature sensor that measures the temperature of the battery, and a determination device that determines the deterioration state of the battery based on the measurement result of the temperature sensor. The determination device acquires the temperature of the battery, and when the acquired battery temperature is within a predetermined low temperature range and the temperature change amount per unit time of the battery exceeds a predetermined value, the temperature change amount per unit time The amount of damage to the battery is calculated based on the amount of temperature change per unit time using the correlation between the temperature change count of the battery until the battery reaches a defective state. The determination device further determines that the battery has deteriorated when the integrated value of the damage amount exceeds a predetermined reference value.
電池の単位時間当たりの温度変化量(言い換えれば単位時間当たりの内圧変化量)が所定値を上回る場合に、内圧変化による耐圧部材の劣化は進行しやすい。また、耐圧部材の材料に応じて低温領域を適宜定めると、低温領域においては、高温領域に比べて、内圧変化による耐圧部材の劣化が進行しやすい。そのため、上記構成によれば、温度センサを用いて取得された電池温度が低温領域内にあり、かつ電池の単位時間当たりの温度変化量が所定値を上回る場合に、単位時間当たりの温度変化量に基づいて電池へのダメージ量が算出される。この算出に際しては、単位時間当たりの温度変化量と、電池が不良状態(たとえば電池交換が必要な状態)に至るまでの電池温度の変化回数との相関関係が利用される。このように、内圧変化による耐圧部材の劣化を考慮することにより、電池の劣化状態の判定精度を向上させることができる。 When the amount of change in temperature per unit time of the battery (in other words, the amount of change in internal pressure per unit time) exceeds a predetermined value, deterioration of the pressure-resistant member due to the change in internal pressure tends to proceed. Further, if the low temperature region is appropriately determined according to the material of the pressure member, the deterioration of the pressure member due to the change in internal pressure is more likely to proceed in the low temperature region than in the high temperature region. Therefore, according to the above configuration, when the battery temperature obtained using the temperature sensor is in the low temperature range and the temperature change amount per unit time of the battery exceeds a predetermined value, the temperature change amount per unit time Based on the above, the amount of damage to the battery is calculated. In this calculation, a correlation between the amount of change in temperature per unit time and the number of changes in battery temperature until the battery reaches a defective state (for example, a state where battery replacement is required) is used. Thus, by considering the deterioration of the pressure-resistant member due to the change in internal pressure, it is possible to improve the determination accuracy of the deterioration state of the battery.
本発明によれば、電池の劣化状態の判定精度を向上させることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the determination precision of the deterioration state of a battery can be improved.
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.
以下に示す実施の形態においては、電池システムの一例として、電気自動車に搭載される構成を例に説明する。しかし、本発明に係る電池システムの用途は車両に限定されるものではない。 In the embodiment described below, a configuration mounted on an electric vehicle will be described as an example of a battery system. However, the use of the battery system according to the present invention is not limited to vehicles.
<車両の全体構成>
図1は、本実施の形態に係る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、電池システム100と、システムメインリレー(SMR:System Main Relay)210と、パワーコントロールユニット(PCU:Power Control Unit)220と、モータジェネレータ(MG:Motor Generator)230と、駆動輪240とを備える。電池システム100は、蓄電装置150と、電圧センサ152と、電流センサ154と、温度センサ156と、制御装置(ECU:Electronic Control Unit)300とを含む。
<Overall configuration of vehicle>
FIG. 1 is a block diagram schematically showing the configuration of a vehicle equipped with a battery system according to the present embodiment. Referring to FIG. 1, a vehicle 1 includes a
蓄電装置150は、SMR210を介してPCU220に電気的に接続される。蓄電装置150は、充放電が可能に構成された直流電源であり、代表的にはリチウムイオン電池もしくはニッケル水素電池などの二次電池、または電気二重層キャパシタなどのキャパシタを含んで構成される。本実施の形態では、リチウムイオン電池が採用される例について説明する。蓄電装置150は、車両1の走行時には車両1の駆動力を発生させるための電力をPCU220に供給する一方で、車両1の回生制動時にはMG230による発電電力を蓄電する。
SMR210は、蓄電装置150とPCU220とを結ぶ経路に電気的に接続される。SMR210は、ECU300からの制御信号に基づいて、蓄電装置150とPCU220との間の導通と遮断とを切り替える。
SMR 210 is electrically connected to a path connecting
PCU220は、MG230と、SMR210を介して蓄電装置150とに電気的に接続される。PCU220は、たとえばインバータおよび三相インバータを含んで構成される。PCU220は、ECU300からの制御信号に基づいて、蓄電装置150からの放電電力をMG230を駆動するための電力に変換する。また、PCU220は、MG230からの供給電力を蓄電装置150を充電するための電力に変換することも可能である。
PCU 220 is electrically connected to MG 230 and
MG230は、PCU220に電気的に接続されるとともに、駆動輪240に連結される。MG230は、たとえば永久磁石がロータに埋設された三相交流回転電機である。MG230は、PCU220からの供給電力を受けて、車両1を走行させるための駆動力を発生する。また、MG230は、駆動輪240からの回転力を受けて交流電力を発生するとともに、ECU300からの回生トルク指令によって回生制動力を発生する。
MG 230 is electrically connected to PCU 220 and coupled to drive
電圧センサ152は、蓄電装置150の電圧VBを検出する。電流センサ154は、蓄電装置150に入出力される電流IBを検出する。温度センサ156は、蓄電装置150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蓄電装置150のSOC(State Of Charge)を算出し、その算出結果に応じてSMR210およびPCU220を制御する。また、ECU300は、温度センサ156の検出結果に基づいて、蓄電装置150の劣化状態を判定する。この判定手法については後に詳細に説明する。
ECU300は、CPU(Central Processing Unit)と、メモリと、バッファ(いずれも図示せず)とを含む。ECU300は、メモリに格納されたマップおよびプログラムに基づいて、各センサからの信号を用いた演算処理を実行し、演算処理結果に応じた制御信号を出力する。なお、これらの制御については、ソフトウェア処理に限られず、専用の電子回路によるハードウェア処理とすることも可能である。なお、ECU300は、本発明に係る「判定装置」に対応する。
ECU 300 includes a CPU (Central Processing Unit), a memory, and a buffer (all not shown).
<蓄電装置の構成>
図2は、図1に示す蓄電装置150の構成を概略的に示す図である。図2を参照して、蓄電装置150は電池パック10を含んで構成される。車載用の蓄電装置では、一般に、数十〜100個程度の電池セルを含む電池パックが採用されることが多い。そのため、図2においては30個の電池セル101〜130が配列された構成が示されているが、電池パック10内の電池セルの数は特に限定されるものではない。
<Configuration of power storage device>
FIG. 2 schematically shows a configuration of
図示しないが、電池パック10には電池セル101〜130を冷却するための送風機構が設けられている。送風機構から電池セル101〜130へと送られた空気は、矢印AR1,AR2で示すように、電池セル101〜130の配列方向に沿って流通する。これにより、電池パック10内の各電池セルが冷却される。
Although not shown, the
このように構成された電池パックにおいては、送風機構の吸気側(矢印AR1で示す)に設けられた電池セルに対する冷却効果の方が、排気側(矢印AR2で示す)に設けられた電池セルに対する冷却効果に比べて高くなる。言い換えれば、空気の流れの上流側に設けられた電池セル(たとえば電池セル101)では、下流側に設けられた電池セル(たとえば電池セル130)に比べて、温度変化量が大きくなる。そのため、温度変化に起因する劣化は、電池パック10内の全ての電池セル101〜130のうち最上流の電池セル101において最も生じやすい。したがって、温度センサ156(図1および図3参照)は、電池セル101に設けることが好ましい。そうすることにより、他の電池セル102〜130の劣化が過度に進行する前に電池パック10の劣化を確実に検出することが可能になるためである。
In the battery pack configured as described above, the cooling effect on the battery cell provided on the intake side (indicated by the arrow AR1) of the air blowing mechanism is more effective than the battery cell provided on the exhaust side (indicated by the arrow AR2). Higher than the cooling effect. In other words, the battery cell (for example, battery cell 101) provided on the upstream side of the air flow has a larger amount of temperature change than the battery cell (for example, battery cell 130) provided on the downstream side. Therefore, deterioration due to temperature change is most likely to occur in the most
以下、電池セル101の構成について代表的に説明する。なお、他の電池セル102〜130の構成は、温度センサ156が設けられていない点を除けば電池セル101の構成と同等である。
Hereinafter, the configuration of the
図3は、図2に示す電池セル101の構成を示す斜視図である。図3を参照して、電池セル101は、そのケース21が蓋部22によって封止された密閉型のセルである。ケース21と蓋部22とは、蓋部22の外周に沿う溶接部221においてレーザ溶接によって接合されている。本実施の形態では、ケース21および蓋部22の材料として、アルミニウム合金等のアルミニウム系金属材料が採用される構成について説明する。
3 is a perspective view showing the configuration of the
図4は、図3に示す電池セル101の蓋部22の拡大図である。図3および図4を参照して、蓋部22には、各々が略直方体形状の正極端子23および負極端子24が設けられている。正極端子23は、端子板231と、ボルト232とを含む。図示しないが、正極端子23の下方(図中z軸の負方向)には圧力式電流遮断機構(CID:Current Interrupt Device)が設けられており、端子板231は、CIDの上部に配置された蓋としての役割を果たしている。ボルト232には、電池セル101の電圧を伝達するための配線233が電気的に接続されている。負極端子24の構成は、CIDが設けられていない点において正極端子23の構成と異なるが、それ以外の構成は正極端子23の構成と同等であるため、詳細な説明は繰り返さない。
4 is an enlarged view of the
ケース21内には、いずれも図示しないが、正極と負極とがセパレータを介して捲回された電極体が電解液とともに収容されている。充放電サイクル数の増加あるいは時間の経過に伴って電解液が分解されてガスが発生すると、そのガスはケース21内に蓄積される。蓋部22には、ケース21内に蓄積された過剰なガスを排出するための排出弁25がさらに設けられている。
Although not shown in the figure, an electrode body in which a positive electrode and a negative electrode are wound through a separator is accommodated in the
次に、温度センサ156(156A,156B)の設置箇所について説明する。本発明者らは、電池セル101に対して耐圧試験(電池セル外部から内部へと徐々に気体を送り込み、溶接部が破断した際の内圧および破断箇所を調べる試験)を実施した。その結果、蓋部22の外周に沿った溶接部221のうち、正極端子23の短辺の溶接部23Aまたは負極端子24の短辺の溶接部24Aにおいて破断が生じやすいことが判明した。
Next, the installation location of the temperature sensor 156 (156A, 156B) will be described. The present inventors performed a pressure resistance test (a test for examining the internal pressure and the fracture location when a weld is fractured by gradually feeding gas from the outside to the interior of the battery cell 101). As a result, it has been found that among the welded
この試験結果に基づき、本実施の形態においては、正極端子23の溶接部23Aに温度センサ156Aが設けられるとともに、負極端子24の溶接部24Aに温度センサ156Bが設けられる。このように最も破断が生じやすい箇所に温度センサを設け、その温度を正確に測定することにより、劣化状態の判定精度が向上するので確実に破断を防止することが可能になる。温度センサ156A,156Bからの出力信号は、それぞれ配線234,244を介してECU300へと伝達される。なお、温度センサを2箇所に設けることは必須の構成ではなく、1箇所のみであってもよく、3箇所以上であってもよい。
Based on this test result, in the present embodiment, a
ここで、ケース21内にガスが蓄積された状態においては、電池温度TBの変化に伴って、ケース21内の圧力(内圧)が変化する。内圧が上昇すると、ケース21および蓋部22が膨張することにより、溶接部221に応力(ストレス)が加わる。一方、内圧が低下した場合にも、ケース21および蓋部22が収縮することにより、溶接部221にストレスが加わる。このようなストレスが溶接部221に繰り返し加わると、ストレスによるダメージが溶接部221に蓄積され、最終的には溶接部221(特に溶接部23A,24A)の破断に至る可能性がある。
Here, in a state where gas is accumulated in the
電池の劣化状態の判定に関しては、上述の特許文献1に開示の劣化監視手法のように、各種技術が提案されている。しかしながら、従来、溶接部等の耐圧部材の内圧変化による劣化の可能性については特に考慮されてこなかった。電池の劣化状態の判定精度を向上させるためには、劣化要因の一つとして内圧変化による劣化も考慮に入れ、より総合的に劣化判定を行なうことが望ましい。 Regarding the determination of the deterioration state of the battery, various techniques have been proposed like the deterioration monitoring method disclosed in Patent Document 1 described above. However, the possibility of deterioration due to a change in internal pressure of a pressure-resistant member such as a welded part has not been considered in the past. In order to improve the determination accuracy of the deterioration state of the battery, it is desirable to perform deterioration determination more comprehensively taking into account deterioration due to a change in internal pressure as one of deterioration factors.
そこで、本発明者らは、溶接部221の材料(本実施の形態ではアルミニウム系金属材料)に応じて定められる所定の低温領域(本実施の形態では0℃以下の温度領域)においては、高温領域(0℃よりも高い温度領域)に比べて、内圧変化による耐圧部材の劣化が進行しやすい点、および、単位時間当たりの電池温度TBの変化量(言い換えれば単位時間当たりの内圧変化量)が所定値を上回る場合に、内圧変化による耐圧部材の劣化が進行しやすい点に着目した。 Therefore, the present inventors have a high temperature in a predetermined low temperature range (temperature range of 0 ° C. or lower in the present embodiment) determined according to the material of the welded portion 221 (in this embodiment, an aluminum-based metal material). Compared to the region (temperature region higher than 0 ° C.), the pressure-resistant member is more likely to deteriorate due to the change in internal pressure, and the amount of change in battery temperature TB per unit time (in other words, the amount of change in internal pressure per unit time) When the value exceeds a predetermined value, attention was paid to the point that the deterioration of the pressure-resistant member due to the change in internal pressure tends to proceed.
より詳細に説明すると、一般に、アルミニウム系金属材料の強度は低温領域において高まる。一方で、本発明者らは、形状の異なる部材が溶接された状態(特に図4に示すように蓋部22とケース21とが略90°に溶接された状態)では、低温領域において、電池温度TBの変化に起因する内圧変動による応力が溶接部221にかかると、電池セル101の劣化が進行しやすいことを見出した。
More specifically, in general, the strength of an aluminum-based metal material increases in a low temperature region. On the other hand, in the state where members having different shapes are welded (particularly, the state where the
そして、本発明者らは、低温領域下における単位時間当たりの電池温度TBの変化量およびその変化回数に応じて、溶接部221へのダメージ量を数値化することにより、電池セル101の劣化状態を判定する手法を見出した。このように内圧変化に伴う溶接部221の劣化を考慮することにより、電池パック10が劣化しているか否かの判定精度を向上させることができる。
Then, the present inventors digitize the amount of damage to the welded
<電池パックの劣化状態の判定手法>
図5は、電池パック10へのダメージ量の算出手法を説明するための図である。図5において、縦軸には、単位時間(たとえば1時間)当たりの電池温度TBの変化量の絶対値(以下、変化速度と略す)ΔTが示される。横軸には電池温度TBの変化回数、すなわち内圧変化による溶接部221へのダメージ回数が示される。一例として、電池温度TB=0℃の状態から1時間経過後に電池温度TB=30℃の状態へと変化した場合、変化速度ΔT=30(単位:℃/h)と算出される。
<Method for determining the deterioration state of the battery pack>
FIG. 5 is a diagram for explaining a method for calculating the amount of damage to the
図4および図5を参照して、曲線Cは、溶接部221が破断して電池パック10が不良状態に至るまでのダメージ回数と変化速度ΔTとの関係を示す。より具体的には、変化速度ΔT=T1のダメージの場合、ダメージ回数がたとえば80回に到達すると、電池パック10は不良状態に至り得る。同様に、変化速度ΔT=T2(<T1)のダメージの場合、ダメージ回数がたとえば100回に到達すると、電池パック10は不良状態に至り得る。その一方で、変化速度ΔTがT0(たとえば20℃/h)未満のダメージの場合には、ダメージ回数にかかわらず、電池パック10が不良状態に至る可能性は低い。
Referring to FIGS. 4 and 5, curve C shows the relationship between the number of damages and change rate ΔT until welded
なお、曲線Cは、電池パック10および電池セル101の設計データに基づいてシミュレーションにより求めてもよいし、評価試験結果に基づいて実験的に求めてもよい。図5に示す関係は、本発明に係る「相関関係」に対応する。
The curve C may be obtained by simulation based on the design data of the
本実施の形態によれば、曲線Cを利用して電池パック10へのダメージ量が数値化される。すなわち、変化速度T1のストレスが80回加えられた場合のダメージ量が100と定義される。そのため、変化速度T1のストレスの1回当たりのダメージ量ΔZは、ΔZ=1/80×100=1.25と算出される。同様に、変化速度T2のストレスが100回加えられた場合のダメージ量が100と定義される。そのため、変化速度T2のストレスの1回当たりのダメージ量ΔZは、ΔZ=1/100×100=1.00と算出される。
According to the present embodiment, the amount of damage to the
ダメージ量ΔZは溶接部221に蓄積されるため、ダメージ量ΔZを積算することにより積算ダメージ量Zが算出される。一例として、変化速度T1のストレスが8回加えられ、さらに別途、変化速度T2のストレスが30回加えられた場合、電池パック10の積算ダメージ量Zは、Z=(1.25×8)+(1.00×30)=10.0+30.0=40.0と算出される。
Since the damage amount ΔZ is accumulated in the welded
このようにして算出された積算ダメージ量Zに基づいて、電池セル101の劣化状態が判定される。積算ダメージ量Zが所定の基準値Zc未満の場合、電池セル101は劣化していないと判定される一方で、積算ダメージ量Zが基準値Zc以上の場合には、電池セル101が劣化していると判定される。
Based on the integrated damage amount Z thus calculated, the deterioration state of the
図6は、本実施の形態における電池セル101の劣化状態の判定処理を説明するためのフローチャートである。このフローチャートは、たとえば所定の時間間隔毎にメインルーチンから呼び出されて実行される。なお、このフローチャートに含まれる各ステップは、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内に作製された専用のハードウェアによって実現されてもよい。
FIG. 6 is a flowchart for explaining the determination process of the deterioration state of
ECU300のメモリ(図示せず)には、各変化速度ΔTでのダメージ回数を示すカウント値が記憶されている。つまり、上述のように変化速度ΔT=T1のダメージ回数と、変化速度ΔT=T2のダメージ回数とは別々にカウントする必要があるため、カウント値は変化速度ΔT毎に設けられている。各カウント値は、新品の電池パック10の搭載時(あるいは交換時)に初期値0に設定される。
A count value indicating the number of damages at each change speed ΔT is stored in a memory (not shown) of
図6を参照して、ステップ(以下、Sと略す)10において、ECU300は、車両1のトリップが開始されているか否かを判定する。トリップとは、車両1に設けられた図示しないイグニッションスイッチのオン操作(IG−ON)が行なわれてからオフ操作(IG−OFF)が行なわれるまでの期間を意味する。
Referring to FIG. 6, in step (hereinafter abbreviated as “S”) 10,
トリップが開始されていない場合、すなわちIG−OFF状態の場合(S10においてNO)、ECU300は、以降の処理をスキップして一連の処理を終了する。一方、トリップが開始されている場合、すなわちIG−ON状態の場合(S10においてYES)、ECU300は、電池パック10へのダメージ量を算出するために、処理をS20へと進める。
When the trip is not started, that is, in the IG-OFF state (NO in S10),
S20において、ECU300は、温度センサ156(156A,156B)から電池温度TBの測定値を取得し、その測定値をメモリに記憶する。さらに、ECU300は、単位時間(たとえば1時間)前に取得されメモリに記憶された電池温度TBの測定値を用いて、電池温度TBの変化速度ΔTを算出する。
In S20,
S30において、ECU300は、S20にて新たに取得した電池温度TBが−30℃以上かつ0℃以下の低温領域内にあるか否かを判定する。電池温度TBが−30℃以上かつ0℃以下の場合(S30においてYES)、ECU300は処理をS40に進める。
In S30, the
なお、低温領域の下限値(−30℃)は、−30℃未満の温度領域での車両1の使用が想定されていないため設定されるものであり、車両1の仕様に応じて−30℃よりも小さな値に設定してもよい。一方、低温領域の上限値(0℃)は、ケース21および蓋部22の材料や溶接部221の溶接態様等に応じて、理論的あるいは実験的に決定することが好ましい。
The lower limit value (−30 ° C.) of the low temperature region is set because the use of the vehicle 1 in the temperature region below −30 ° C. is not assumed, and is −30 ° C. according to the specification of the vehicle 1. A smaller value may be set. On the other hand, the upper limit value (0 ° C.) of the low temperature region is preferably determined theoretically or experimentally according to the material of the
S40において、ECU300は、S20にて算出した変化速度ΔTがT0よりも大きいか否かを判定する。変化速度ΔTがT0よりも大きい場合(S40においてYES)、ECU300は、その変化速度ΔTに対応するダメージ回数のカウント値をインクリメントする(S50)。
In S40,
これに対し、電池温度TBが−30℃未満もしくは0℃よりも高い場合(S30においてNO)、または変化速度ΔTがT0以下の場合(S40においてNO)、ECU300は、カウント値をインクリメントすることなく処理をS20へと戻す。
On the other hand, when battery temperature TB is less than −30 ° C. or higher than 0 ° C. (NO in S30), or when change rate ΔT is T0 or less (NO in S40),
トリップが終了するまで(S60においてNO)、所定の時間間隔(たとえば1分間隔)でS20〜S60の処理が繰り返される。トリップが終了すると(S60においてYES)、ECU300は、当該トリップでのダメージ量ΔZを算出する(S70)。この算出方法については図5にて詳細に説明したため、ここでは説明は繰り返さない。さらに、ECU300は、メモリに記憶された前回のトリップ終了時までの積算ダメージ量Zを読み出し、S70にて算出した当該トリップでのダメージ量ΔZを加算することによって、積算ダメージ量Zを更新する(Z=Z+ΔZ)(S80)。
Until the trip is completed (NO in S60), the processes of S20 to S60 are repeated at a predetermined time interval (for example, one minute interval). When the trip ends (YES in S60),
S90において、ECU300は、積算ダメージ量Zが基準値Zc以上であるか否かを判定する。なお、電池パック10の劣化状態を正確に判定するためには基準値Zcを適切な値に設定することが望ましいが、後に図7および図8を参照して説明するように、本実施の形態では基準値Zc=100に設定される。積算ダメージ量Zが基準値Zc未満の場合(S90においてNO)、ECU300は、電池パック10は劣化していないものとして、積算ダメージ量Zをメモリに不揮発的に記憶させ、一連の処理を終了する。
In S90, the
一方、積算ダメージ量Zが基準値Zc以上の場合(S90においてYES)、ECU300は、電池パック10が劣化しているものとして、電池パック10の異常を示すダイアグを発生させるとともに、電池パック10を交換するようにユーザに通知する。ユーザへの通知手法は特に限定されるものではないが、たとえばECU300は、ディーラに車両1を持ち込んで電池パック10の交換を依頼することをユーザに促すメッセージを表示部(図示せず)に表示させる。また、ECU300は、次回IG−ON時においては、電池パック10の充放電が通常走行時と比べて制限される退避走行を行なうようにPCU220を制御してもよい。その後、ECU300は一連の処理を終了する。
On the other hand, when integrated damage amount Z is equal to or greater than reference value Zc (YES in S90),
なお、図6に示すフローチャートでは、トリップ終了後に積算ダメージ量Zを更新する処理について説明したが、積算ダメージ量Zを更新するタイミングは特に限定されるものではない。所定の期間経過毎あるいは所定の走行距離毎に積算ダメージ量Zを更新してもよい。 In the flowchart shown in FIG. 6, the processing for updating the integrated damage amount Z after the end of the trip has been described, but the timing for updating the integrated damage amount Z is not particularly limited. The integrated damage amount Z may be updated every elapse of a predetermined period or every predetermined travel distance.
図7は、積算ダメージ量Zの基準値Zcの設定手法を説明するための図である。図4および図7を参照して、本発明者らが評価試験を行なった結果、積算ダメージ量Zが100以下の場合には、溶接部221(溶接部23A,24A)の破断は確認されなかった。一方、積算ダメージ量Zが103以上の場合に溶接部221の破断が確認された。この試験結果から、積算ダメージ量Zの基準値Zcとしては、100以上かつ103未満の数値範囲に設定することが好ましいこと分かる。そのため、本実施の形態では基準値Zc=100に設定する例について説明する。
FIG. 7 is a diagram for explaining a method for setting the reference value Zc of the integrated damage amount Z. With reference to FIGS. 4 and 7, as a result of the evaluation test conducted by the present inventors, when the integrated damage amount Z is 100 or less, the fracture of the welded part 221 (welded
図8は、図7に示す評価試験結果に基づいて設定された基準値Zc(=100)を用いた場合の車両走行試験の結果を示す図である。この車両走行試験においては、積算ダメージ量Zが基準値Zcに到達した場合に、積算ダメージ量Zのさらなる増加を回避するために車両1の走行を禁止する構成を採用した。3つの電池パック10をサンプルとして準備し、走行試験回数N=3とした。その一方で、図8には、積算ダメージ量Zが基準値Zcに到達しても走行を禁止しない構成についても比較例として併せて記載されている。 FIG. 8 is a diagram showing the results of a vehicle running test when using a reference value Zc (= 100) set based on the evaluation test results shown in FIG. In this vehicle running test, when the integrated damage amount Z reaches the reference value Zc, a configuration is adopted in which traveling of the vehicle 1 is prohibited in order to avoid a further increase in the integrated damage amount Z. Three battery packs 10 were prepared as samples, and the number of running tests was N = 3. On the other hand, FIG. 8 also describes a configuration in which traveling is not prohibited even when the integrated damage amount Z reaches the reference value Zc as a comparative example.
比較例では、積算ダメージ量Zが基準値Zc=100に到達しても走行が禁止されないため、電池パック10の使用が継続され、積算ダメージ量Zが100を上回る。その結果、積算ダメージ量Zが105に到達した時点で溶接部221が破断に至った。
In the comparative example, even if the cumulative damage amount Z reaches the reference value Zc = 100, traveling is not prohibited, so the use of the
これに対し、本実施例によれば、積算ダメージ量Zが100に到達した場合に、電池パック10の異常を示すダイアグが発生し、次回IG−ON時の車両1の走行が禁止される。こうすることにより、積算ダメージ量Zのさらなる増加が回避されるため、3回の走行試験のいずれにおいても溶接部221が破断に至ることはなかった。このように、本走行試験結果によれば、評価試験結果(図7参照)に基づいて、溶接部221が破断に至るまでに十分な余裕代を確保するように基準値Zcを適切に設定することにより、溶接部221の破断を防止できることが確認された。
On the other hand, according to the present embodiment, when the cumulative damage amount Z reaches 100, a diagnosis indicating an abnormality of the
なお、図5および図6にて説明した電池パック10の劣化状態の判定処理は、溶接部221に限らず、内圧変化に伴い劣化し得る他の耐圧部材にも同様に適用可能である。たとえば、ガスを排出するための排出弁25(図4参照)やCID(図示せず)の劣化状態の判定にも適用可能である。この場合、基準値Zcとしては、その耐圧部材に応じた値を別途設定することが好ましい。
The determination process of the deterioration state of the
今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、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 電池パック、100 電池システム、101〜130 電池セル、150 蓄電装置、152 電圧センサ、154 電流センサ、156,156A,156B 温度センサ、21 ケース、22 蓋部、23 正極端子、24 負極端子、231,241 端子板、232,242 ボルト、233,234,243,244 配線線、210 システムメインリレー(SMR)、220 パワーコントロールユニット(PCU)、230 モータジェネレータ(MG)、240 駆動輪、300 制御装置(ECU)。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vehicle, 10 Battery pack, 100 Battery system, 101-130 Battery cell, 150 Power storage device, 152 Voltage sensor, 154 Current sensor, 156, 156A, 156B Temperature sensor, 21 Case, 22 Lid part, 23 Positive electrode terminal, 24 Negative electrode Terminals, 231 and 241 Terminal boards, 232 and 242 bolts, 233, 234, 243 and 244 wiring lines, 210 system main relay (SMR), 220 power control unit (PCU), 230 motor generator (MG), 240 drive wheels, 300 Control unit (ECU).
Claims (1)
前記電池の温度を測定する温度センサと、
前記温度センサの測定結果に基づいて、前記電池の劣化状態を判定する判定装置とを備え、
前記判定装置は、
前記電池の温度を取得し、
取得した前記電池の温度が所定の低温領域内にあり、かつ前記電池の単位時間当たりの温度変化量が所定値を上回る場合に、前記単位時間当たりの温度変化量と、前記電池が不良状態に至るまでの前記電池の温度変化回数との相関関係を利用して、前記単位時間当たりの温度変化量に基づいて前記電池へのダメージ量を算出し、さらに、
前記ダメージ量の積算値が所定の基準値を上回る場合、前記電池が劣化していると判定する、電池システム。 A battery system for determining a deterioration state of a battery,
A temperature sensor for measuring the temperature of the battery;
A determination device for determining a deterioration state of the battery based on a measurement result of the temperature sensor;
The determination device includes:
Obtain the temperature of the battery,
When the obtained temperature of the battery is within a predetermined low temperature range and the temperature change amount per unit time of the battery exceeds a predetermined value, the temperature change amount per unit time and the battery are in a defective state. Using the correlation with the number of temperature changes of the battery until the calculated amount of damage to the battery based on the amount of temperature change per unit time,
The battery system which determines with the said battery having deteriorated when the integrated value of the said damage amount exceeds a predetermined reference value.
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