JP2017016821A - 二次電池システムおよびそれを備える車両、ならびに二次電池の制御方法 - Google Patents
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Abstract
Description
<車両構成>
図1は、本実施の形態に係る二次電池システムが搭載される車両の構成を概略的に示すブロック図である。図1には、車両内の電気系統の充放電制御に関連するシステム構成が主に示されている。
図2は、図1に示すバッテリ100に含まれるセル110の側面図である。図3は、図2に示すIII−III線に沿うセル110の断面図である。
正極活物質層144、負極活物質層154、およびセパレータシート160の各々は多孔質材料であるため、その内部は電解液により浸漬されている。電池温度TBの変化またはSOCの変化が生じると、電解液の体積変化および電極体130の体積変化が起こることにより、各シートの内部に電解液の流れ(以下、「液流れ」とも称する)が発生し得る。そうすると、電解液中の塩(本実施の形態ではリチウム塩)の濃度分布が初期状態から変化することになるので、塩濃度に偏りが生じる可能性がある。
このような塩濃度分布は、正極シート140、負極シート150、およびセパレータシート160の各々について、流体力学に基づいて電解液の流れを規定する液流れ方程式を解くことにより算出される。
たとえば所定の演算周期で塩濃度分布が算出され、算出された塩濃度分布に基づいて流速ujが算出される場合、演算の度に体積分率εe,jが更新される。体積分率εe,jは、以下に説明するような力学モデルを用いて、活物質層の積層方向(動径方向)の厚さの変化量を算出することにより算出される。以下、本実施の形態において円筒形セルに適用される力学モデルについて詳細に説明する。
このようにして算出された電極体130の半径の変化量から体積分率εe、jを算出することができる。以下、体積分率εe、jの算出手法の一例を説明する。
図9は、本実施の形態におけるバッテリ100の内部抵抗の算出処理を説明するためのフローチャートである。図9に示すフローチャートによる制御は、所定の条件成立時(たとえば充放電開始時)あるいは所定の演算周期毎にECU300によってメインルーチンから呼び出されて実行される。なお、各ステップ(以下、Sと略す)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、ハードウェア処理によって実現されてもよい。
上述の実施の形態においては、正極シート140および負極シート150において、活物質層の厚さが変化する一方で集電箔の厚さは変化しないと仮定する構成を例に説明した。しかし、電解液の流速ujの算出精度をより向上させたい場合には、集電箔についても活物質層と同様に厚さの変化量Δyiを算出することが望ましい。また、ただし、集電箔は活物質層とは異なる性質を有するので、式(5)〜式(18)を下記(A)〜(C)のように修正することを要する。
式(6)〜式(8)にて説明したように、電極体130の各層の厚さの変化量は、力の釣り合いの関係式を用いて算出することができる。しかしながら、車載用の典型的な電子制御装置では演算能力が不足するので、全ての層について式を立てて解くことが困難となる場合がある。このような場合には、複数の層の各々について上記式(8)を立てるのに代えて、複数の層のうちの幾つかの層を1つの層として扱うことが望ましい。この場合には、シートの張力、バネ定数、およびヤング率として、幾つかの層を統合した値を用いることができる。これにより、演算量を低減することができるので、演算能力が比較的低い電子制御装置であっても体積分率εe,jの算出精度を向上させ、それにより流速ujの算出精度を向上させることが可能になる。
Claims (4)
- 正極シート、負極シート、およびセパレータシートが捲回されることにより略円筒形に形成された電極体と、電解液とを含む二次電池と、
前記電極体の内部における前記電解液の流れを規定する液流れ方程式を用いて前記電解液の流速を算出し、算出された流速に基づいて、前記電解液中の塩濃度分布を算出し、算出された塩濃度分布に基づいて、前記二次電池の劣化度を推定する制御装置とを備え、
前記液流れ方程式は、前記電極体の体積に対する前記電極体の内部に含まれる前記電解液の体積の割合を示す体積分率をパラメータとして含み、
前記制御装置は、前記正極シートおよび前記負極シートの各シートについて、前記各シートの内部における前記電解液の圧力と、前記各シートの弾性応力と、前記各シートの円周方向に生じる張力との間に成立する力の釣り合いの関係を用いて、前記各シートの動径方向の厚さの変化量を算出し、算出された厚さの変化量から前記体積分率を算出する、二次電池システム。 - 前記圧力は、前回の演算にて算出された体積分率を用いることにより、前記液流れ方程式に基づき算出され、
前記弾性応力は、前記各シートの前記動径方向の厚さの変化量により規定され、
前記張力は、前記各シートの前記円周方向の長さの変化量により規定される、請求項1に記載の二次電池システム。 - 請求項1または2に記載の二次電池システムと、
前記二次電池システムからの電力を用いて駆動力を発生させる駆動装置とを備える、車両。 - 正極シート、負極シート、およびセパレータシートが捲回されることにより略円筒形に形成された電極体と、電解液とを含む二次電池の制御方法であって、
前記電極体の内部における前記電解液の流速を規定する液流れ方程式を用いて、前記電解液の流速を算出するステップと、
算出された流速に基づいて、前記電解液中の塩濃度分布を算出するステップと、
算出された塩濃度分布に基づいて、前記二次電池の劣化度を推定するステップとを含み、
前記液流れ方程式は、前記電極体の体積に対する前記電極体の内部に含まれる前記電解液の体積の割合を示す体積分率をパラメータとして含み、
前記流速を算出するステップは、前記正極シートおよび前記負極シートの各シートについて、
前記各シートの内部における前記電解液の圧力と、前記各シートの弾性応力と、前記各シートの円周方向に生じる張力との間に成立する力の釣り合いの関係を用いて、前記各シートの動径方向の厚さの変化量を算出するステップと、
算出された厚さの変化量から前記体積分率を算出するステップとを含む、二次電池の制御方法。
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