JP2016093066A - 二次電池の制御装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1に示すように、本実施形態に係る制御装置は、モジュールケース21内に直列接続された状態で収納される電池セル30(二次電池)に適用される。複数の電池セル30は、隣接するセル同士がほとんど隙間なくモジュールケース21内に配置され、一つの電池モジュール20を構成する。
制御装置1は、CMU8からの情報に基づいて、セルケース31内でのガスの発生に起因した膨らみ量D(劣化量)を所定の取得周期で求め、電池セル30の膨らみ劣化を把握すると共に、把握した膨らみ劣化を用いて様々な制御を行うものである。この取得周期は、膨らみ量Dの算出精度と演算負荷とに応じて設定されるものであり、例えば一日〜数日のように比較的長い時間としてもよいし、数分〜数時間のように一日のうちに何度も取得するように設定してもよい。
D1_(T=55)=K1L×t11+K1M×t12+K1S×t13 (式1)
ここで、K1L,K1M,K1Sは、通電中かつ温度T=55℃の状態であって、電流Aが大電流,中電流,小電流の各状態である場合の厚み増加傾きK1である。また、t11,t12,t13は、通電中かつ温度T=55℃の状態であって、電流Aが大電流,中電流,小電流の各状態における第一滞在時間t1x(積算時間)である。
D1=D1_(T=55)+D1_(T=45)+D1_(T=35)+・・・ (式2)
D2_(T=55)=K210%×t21+K220%×t22+…+K2100%×t210 (式3)
ここで、K210%,K220%,…,K2100%は、保存中かつ温度T=55℃の状態であって、SOCが10%,20%,…,100%の各状態である場合の厚み増加傾きK2である。また、t21,t22,…,t210は、保存中かつ温度T=55℃の状態であって、SOCが10%,20%,…,100%の各状態における第二滞在時間t2x(積算時間)である。
D2=D2_(T=55)+D2_(T=45)+D2_(T=35)+・・・ (式4)
算出部3は、算出した膨らみ量D及び空間減少量Eを、第一制御部4,推定部5及び判定部7にそれぞれ伝達する。
本実施形態の制御装置1は、第一制御部4において膨らみ量Dが第一膨らみ閾値DTH1以上ではないと判定された場合に、推定部5及び第二制御部6によって以下の制御を実施する。
一つ目は、電池モジュール20毎に、算出部3で算出された膨らみ量Dを、その時点までの全ての第一滞在時間t1x及び第二滞在時間t2xを合算した全滞在時間で除することで劣化増加速度を算出し、この劣化増加速度に現時点から将来の所定時点までの時間を乗算して、膨らみ予測量Gを算出(推定)する手法である。この手法の場合、膨らみ予測量Gは、直線補間的に算出(推定)されるため、演算負荷が小さいという利点がある一方で、指数関数的に変化していく場合には、予測結果にずれが生じる可能性がある。
図5は、制御装置1で実施される制御内容の手順の一例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制御装置1において、所定の演算周期(例えば数m秒〜数十m秒)で繰り返し実施される。
図5に示すように、ステップS10では、衝突センサ9から情報が伝達されたか否かが判定される。衝突センサ9から情報が伝達されないときはステップS20へ進み、情報が伝達されたときはステップS110に進む。
上述の制御装置1では、CMU8によって複数の電池セル30の代表値として電池モジュール20の状態がモニタリングされ、モニタリング結果を履歴として記憶部2が記憶する。そして、算出部3が、電池モジュール20(電池セル30)の履歴に基づきガス発生量に相関した厚み増加傾きK(係数)を取得して、この係数と履歴とから電池セル30の膨らみ量D(劣化量)を算出する。そのため、セルケース31内でのガスの発生に起因した膨らみ量Dを求めることができ、これにより電池セル30の膨らみ劣化を正確に把握することができる。したがって、電池セル30の安全性を確保することができ、電池モジュール20,電池パック10の安全性をも確保することができる。
また、上述の制御装置1では、算出部3が、膨らみ量Dに基づいてパックケース11内の空間減少量Eを算出するので、パックケース11内に十分に空間が残っているのかを簡単に判断することができ、電池パック10の安全性を確保することができる。
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
[5−1.変形例]
上記実施形態では、膨らみ劣化によって電池セル30のセルケース31が膨張するものを例示したが、電池セル30や電池モジュール20に対して予め圧力がかけられたものであっても、上述の実施形態と同様の制御を実施することができる。本変形例では、セルケース31やモジュールケース21が膨張しないように圧力がかけられて拘束された電池パック10を挙げ、この電池パック10に設けられた電池セル30に対する演算や制御について説明する。
上記実施形態では、CMU8がSOCをモニタリングする場合を例示したが、SOCの代わりに、電圧値や電力値をモニタリングし、これらの値を用いて劣化量の算出を行う構成としてもよい。例えば、CMU8が電池モジュール20の電圧Vmをモニタリングする構成とし、記憶部2が電池モジュール20の温度T及び電圧Vmを積算時間(第二滞在時間t2x)と共に記憶する構成としてもよい。この場合、算出部3は、温度T及び電圧Vmから係数を取得して、取得した係数と第二滞在時間t2xとから電池パック10の保存時の劣化量を算出すればよい。
例えば、第一制御部4が空間減少量Eを異なる二つの閾値と比較して、上記と同様の制御を行ってもよい。具体的には、第一制御部4は、算出部3で算出された空間減少量Eが所定の第四閾値ETH1未満のときに警告を発し、空間減少量Eが第四閾値ETH1よりも小さい第五閾値ETH2未満のときに電池パック10(電池セル30)の通電を停止させてもよい。これら第四閾値ETH1,第五閾値ETH2は、上記の第一膨らみ閾値DTH1,第二膨らみ閾値DTH2と同様に、電池パック10の安全性確保の観点から予め設定される値であればよい。なお、空間12の減少量E1と空間13の減少量E2とを加算せずに、それぞれの減少量E1,E2を上記の第四閾値ETH1,第五閾値ETH2と比較して判定を行ってもよい。これにより、安全性をより高めることができる。
また、判定部7が、車両の衝突が検出された場合に、衝突量と空間減少量Eとに基づいて電池セル30の使用禁止を判定してもよい。
なお、電池モジュール20や電池パック10の設計段階において、通常の使用条件(温度T,電流A,SOC)を設定し、その値で膨らみ量(空間減少量)を算出することで、設計段階で劣化末期の空間の必要量を的確に確保することが可能となる。
2 記憶部
3 算出部
4 第一制御部
5 推定部
6 第二制御部
7 判定部
8 CMU(監視ユニット)
9 衝突センサ
10 電池パック
20 電池モジュール
30 電池セル(二次電池)
31 セルケース(電池ケース)
Claims (9)
- 密閉式の電池ケースを有する二次電池の制御装置であって、
前記二次電池の状態をモニタリングする監視ユニットと、
前記監視ユニットでモニタリングされた前記二次電池の状態を履歴として記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶された前記履歴に基づき前記電池ケース内でのガス発生量に相関した係数を取得し、前記係数と前記履歴とから前記二次電池の劣化量を算出する算出部と、を備えた
ことを特徴とする、二次電池の制御装置。 - 前記監視ユニットは、前記二次電池の温度と充電率と充放電電流とをモニタリングし、
前記記憶部は、前記監視ユニットでモニタリングされた前記温度と前記充電率と前記充放電電流とを積算時間とともに前記履歴として記憶し、
前記算出部は、前記記憶部に記憶された前記温度と前記充電率と前記充放電電流とに基づいて前記係数を取得し、前記係数と前記記憶部に記憶された前記積算時間とから前記劣化量を算出する
ことを特徴とする、請求項1記載の二次電池の制御装置。 - 前記算出部は、
前記温度と前記充放電電流と前記係数との関係が予め設定された第一マップと、
前記温度と前記充電率と前記係数との関係が予め設定された第二マップと、を有し、
前記二次電池の通電状態では前記第一マップを用いて前記係数を取得し、前記二次電池の保存状態では前記第二マップを用いて前記係数を取得する
ことを特徴とする、請求項2記載の二次電池の制御装置。 - 前記算出部で算出された前記劣化量が所定の第一閾値以上のときに警告を発し、前記劣化量が前記第一閾値よりも大きい第二閾値以上のときに前記二次電池の通電を停止させる第一制御部を備える
ことを特徴とする、請求項1〜3の何れか1項に記載の二次電池の制御装置。 - 前記二次電池は、車両の衝突を検出する衝突センサが設けられた前記車両に搭載されるものであって、
前記衝突センサで前記衝突が検出された場合に、前記衝突によって前記二次電池が受けた衝突量と前記算出部で算出された前記劣化量とに基づいて、前記二次電池の使用を禁止するか否かを判定する判定部と、を備える
ことを特徴とする、請求項1〜4の何れか1項に記載の二次電池の制御装置。 - 前記記憶部に記憶された前記履歴と前記算出部で算出された前記劣化量とに基づいて、将来の所定時点における前記二次電池の劣化量である劣化予測量を推定する推定部と、
前記推定部で推定された前記劣化予測量が所定の第三閾値以上のときに、前記二次電池の劣化量の増大を抑制する劣化抑制制御を実施する第二制御部と、を備える
ことを特徴とする、請求項1〜5の何れか1項に記載の二次電池の制御装置。 - 前記記憶部は、前記積算時間として、前記二次電池の通電状態における第一滞在時間と前記二次電池の保存状態における第二滞在時間とを記憶し、
前記算出部は、前記係数として、前記電池ケースの厚み方向の変化量の増加速度を表す厚み増加傾きを取得し、前記劣化量として前記電池ケースの厚み方向の膨らみ量を算出する
ことを特徴とする、請求項2及び請求項2を引用する請求項3〜6の何れか1項に記載の二次電池の制御装置。 - 前記二次電池は、モジュールケース内に複数収納されて電池モジュールを構成し、
前記電池モジュールは、パックケース内に複数収納されて電池パックを構成し、
前記算出部は、前記膨らみ量に基づいて、前記モジュールケース内の空間減少量及び前記パックケース内の空間減少量のうち少なくとも一方を算出する
ことを特徴とする、請求項7記載の二次電池の制御装置。 - 前記記憶部は、前記積算時間として、前記二次電池の通電状態における第一滞在時間と前記二次電池の保存状態における第二滞在時間とを記憶し、
前記算出部は、前記係数として、前記電池ケース内の圧力の増加する速さとしての内圧増加傾きを取得し、前記劣化量として前記電池ケースの内圧上昇量を算出する
ことを特徴とする、請求項2及び請求項2を引用する請求項3〜6の何れか1項に記載の二次電池の制御装置。
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