JP2018116884A - Battery system - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、電池システムに関し、より特定的には、積層型電池の内部抵抗を推定する技術に関する。 The present disclosure relates to a battery system, and more specifically to a technique for estimating an internal resistance of a stacked battery.
一般に、電池の異常検出やSOC(State Of Charge)推定には、電池の内部抵抗が用いられる。電池の異常検出精度やSOC推定精度を向上させるためには、電池の内部抵抗を高精度に推定することが要求される。 Generally, the internal resistance of a battery is used for battery abnormality detection and SOC (State Of Charge) estimation. In order to improve battery abnormality detection accuracy and SOC estimation accuracy, it is required to estimate the internal resistance of the battery with high accuracy.
電池の内部抵抗と温度との間には相関関係が存在するため、電池の温度から内部抵抗を推定することができる。たとえば特開2007−311065号公報(特許文献1)に開示された電池装置は、複数の電池セルと、複数の温度センサとを備える。この電池装置によれば、電池セルおよび温度センサの各々を少なくとも1個ずつ含むように区分けされた複数のエリア毎に、温度センサにより検出された温度に基づいて、電池セルの内部抵抗が取得される(たとえば特許文献1の図4参照)。これにより、複数の電池セル間での温度バラつきを考慮した上で内部抵抗を推定することが可能になる。 Since there is a correlation between the internal resistance of the battery and the temperature, the internal resistance can be estimated from the temperature of the battery. For example, a battery device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-311065 (Patent Document 1) includes a plurality of battery cells and a plurality of temperature sensors. According to this battery device, the internal resistance of the battery cell is acquired based on the temperature detected by the temperature sensor for each of a plurality of areas divided so as to include at least one of each of the battery cell and the temperature sensor. (For example, refer to FIG. 4 of Patent Document 1). Thereby, it is possible to estimate the internal resistance in consideration of the temperature variation between the plurality of battery cells.
近年、たとえば車両駆動用の電池システムとして、積層型電池を備えた電池システムを使用することが提案されている。積層型電池は、たとえばバイポーラ電池であって、正極板と負極板とがセパレータを介して積層方向に積層された複数の電池セルを含む。 In recent years, for example, it has been proposed to use a battery system including a stacked battery as a battery system for driving a vehicle. The stacked battery is, for example, a bipolar battery, and includes a plurality of battery cells in which a positive electrode plate and a negative electrode plate are stacked in a stacking direction via separators.
特許文献1では、一般的な(すなわち、積層構造を有するものではない)リチウムイオン二次電池が採用される。この場合、複数のセル間で発生する温度バラつきの影響が顕著である。したがって、各電池セルの温度に基づいて、電池セルの内部抵抗を推定することは有効である。 In Patent Document 1, a general lithium ion secondary battery (that is, not having a laminated structure) is employed. In this case, the influence of temperature variation generated between a plurality of cells is significant. Therefore, it is effective to estimate the internal resistance of the battery cell based on the temperature of each battery cell.
これに対し、多くの場合、積層型電池においては、一般的な電池と比べて、電池セルの面積が大きく、たとえば数十cm四方になり得る。そのため、同一の電池セル内において温度分布(温度バラつき)が生じ得る。このような積層型電池において生じ得る温度分布の影響について、特許文献1に開示の電池装置では何ら考慮されていない。 On the other hand, in many cases, in the stacked battery, the area of the battery cell is larger than that of a general battery, and can be, for example, several tens of cm square. Therefore, temperature distribution (temperature variation) may occur in the same battery cell. In the battery device disclosed in Patent Document 1, no consideration is given to the influence of the temperature distribution that may occur in such a stacked battery.
本開示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、積層型電池を備えた電池システムにおいて、内部抵抗の推定精度を向上させることが可能な技術を提供することである。 The present disclosure has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide a technique capable of improving the estimation accuracy of internal resistance in a battery system including a stacked battery.
本開示のある局面に従う電池システムは、積層型電池と、推定装置とを備える。積層型電池は、正極板と負極板とがセパレータを介して積層方向に積層された複数の電池セルを含む。推定装置は、積層方向に沿って電池セルを仮想的に分割した複数の領域毎に当該領域の温度から当該領域の内部抵抗を算出し、算出された複数の領域の内部抵抗を合成することによって電池セルの内部抵抗を推定するように構成される。 A battery system according to an aspect of the present disclosure includes a stacked battery and an estimation device. A stacked battery includes a plurality of battery cells in which a positive electrode plate and a negative electrode plate are stacked in a stacking direction via a separator. The estimation device calculates the internal resistance of the region from the temperature of the region for each of the plurality of regions obtained by virtually dividing the battery cell along the stacking direction, and combines the calculated internal resistances of the plurality of regions. It is configured to estimate the internal resistance of the battery cell.
上記構成によれば、電池セルが複数の領域に仮想的に分割され、各領域の温度が求められる。そして、各領域について、温度から内部抵抗が算出され、複数の領域(たとえば、すべての領域)の内部抵抗を合成することによって、電池セル全体での内部抵抗が推定される。このように、電池セル内での温度分布を考慮することで、電池セルの内部抵抗の推定精度を向上させることができる。 According to the above configuration, the battery cell is virtually divided into a plurality of regions, and the temperature of each region is obtained. For each region, the internal resistance is calculated from the temperature, and the internal resistance of the entire battery cell is estimated by combining the internal resistances of a plurality of regions (for example, all regions). Thus, the estimation accuracy of the internal resistance of the battery cell can be improved by considering the temperature distribution in the battery cell.
本開示によれば、積層型電池を備えた電池システムにおいて、内部抵抗の推定精度を向上させることができる。 According to the present disclosure, it is possible to improve the estimation accuracy of internal resistance in a battery system including a stacked battery.
以下、本開示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 disclosure 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.
以下では、積層型電池の一例としてバイポーラ電池を備えた電池システムが電動車両に搭載される構成を例に説明する。電動車両とは、ハイブリッド車両、電気自動車または燃料電池車を意味する。しかし、電池システムの用途は車両用に限定されるものではなく、定置用であってもよい。 Hereinafter, a configuration in which a battery system including a bipolar battery as an example of a stacked battery is mounted on an electric vehicle will be described as an example. An electric vehicle means a hybrid vehicle, an electric vehicle, or a fuel cell vehicle. However, the use of the battery system is not limited to vehicles, and may be stationary.
[実施の形態]
<電動車両の全体構成>
図1は、本実施の形態に係る電池システムが搭載された電動車両を模式的に示す図である。車両9には、電池システム90が搭載される。電池システム90は、複数のバイポーラ電池1と、複数のバイポーラ電池1を収容する電池ケース2と、電池ケース2内に冷却風を供給するファン3と、複数のバイポーラ電池1の充放電を制御する電子制御装置(ECU:Electronic Control Unit)100とを備える。
[Embodiment]
<Overall configuration of electric vehicle>
FIG. 1 is a diagram schematically showing an electric vehicle equipped with the battery system according to the present embodiment. A battery system 90 is mounted on the vehicle 9. The battery system 90 controls a plurality of bipolar batteries 1, a battery case 2 that houses the plurality of bipolar batteries 1, a fan 3 that supplies cooling air into the battery case 2, and charging / discharging of the plurality of bipolar batteries 1. An electronic control unit (ECU) 100 is provided.
複数のバイポーラ電池1の各々は、たとえばニッケル水素電池の複数のセル10(図2参照)を含む。各バイポーラ電池1は、車両9の走行に用いられる電力を蓄え、その電力を必要に応じてモータジェネレータの電力制御装置(いずれも図示せず)に供給する。 Each of the plurality of bipolar batteries 1 includes, for example, a plurality of cells 10 (see FIG. 2) of nickel metal hydride batteries. Each bipolar battery 1 stores electric power used for running the vehicle 9 and supplies the electric power to a power control device (not shown) of the motor generator as required.
ECU100は、CPU(Central Processing Unit)と、メモリと、入出力バッファ(いずれも図示せず)とを含んで構成される。ECU100は、電圧センサ、電流センサおよび温度センサを含む各種センサ(いずれも図示せず)から受ける信号、ならびに、メモリに記憶されたマップおよびプログラムに基づいて、車両9が所望の状態となるように各機器を制御する。ECU100により実行される主要な処理として、複数のバイポーラ電池1の内部抵抗を推定する処理が挙げられる。この「内部抵抗推定処理」については後に詳細に説明する。なお、ECU100は、本開示に係る「推定装置」に相当する。 ECU 100 includes a CPU (Central Processing Unit), a memory, and an input / output buffer (none of which are shown). ECU 100 causes vehicle 9 to be in a desired state based on signals received from various sensors (all not shown) including a voltage sensor, a current sensor, and a temperature sensor, and a map and a program stored in memory. Control each device. A main process executed by the ECU 100 includes a process for estimating internal resistances of the plurality of bipolar batteries 1. This “internal resistance estimation process” will be described in detail later. The ECU 100 corresponds to an “estimation device” according to the present disclosure.
<バイポーラ電池の概略構成>
各バイポーラ電池1の構成は同等であるため、以下では、1つのバイポーラ電池1について代表的に説明する。
<Schematic configuration of bipolar battery>
Since each bipolar battery 1 has the same configuration, one bipolar battery 1 will be representatively described below.
図2は、バイポーラ電池1の断面図である。図3は、バイポーラ電池1の分解斜視図である。図2を参照して、バイポーラ電池1は、積層体11と、拘束具12とを含む。 FIG. 2 is a cross-sectional view of the bipolar battery 1. FIG. 3 is an exploded perspective view of the bipolar battery 1. Referring to FIG. 2, bipolar battery 1 includes a stacked body 11 and a restraining tool 12.
積層体11は、複数のセル(電池セル)10が積層方向Zに積層されることによって形成される。積層体11は、積層方向Zに配列する端面13および端面14を含む。セル10の積層数は、たとえば約50である。 The stacked body 11 is formed by stacking a plurality of cells (battery cells) 10 in the stacking direction Z. The stacked body 11 includes an end surface 13 and an end surface 14 arranged in the stacking direction Z. The number of stacked cells 10 is, for example, about 50.
拘束具12は、積層体11を積層方向Zに拘束する。拘束具12は、端面13を押圧する金属製の押圧板20と、端面14を押圧する金属製の押圧板21と、押圧板20および押圧板21を接続する複数の接続部材23とを含む。 The restraining tool 12 restrains the stacked body 11 in the stacking direction Z. The restraining tool 12 includes a metal pressing plate 20 that presses the end surface 13, a metal pressing plate 21 that presses the end surface 14, and a plurality of connection members 23 that connect the pressing plate 20 and the pressing plate 21.
押圧板20には複数の貫通孔24が形成されており、押圧板21にも複数の貫通孔25が形成されている。 A plurality of through holes 24 are formed in the pressing plate 20, and a plurality of through holes 25 are also formed in the pressing plate 21.
接続部材23は、押圧板20および押圧板21の間に配置された接続軸26と、接続軸26の一端を押圧板20に連結するボルト27と、接続軸26の他端を押圧板21に連結するボルト28と、絶縁部材29,30とを含む。 The connecting member 23 includes a connecting shaft 26 disposed between the pressing plate 20 and the pressing plate 21, a bolt 27 that connects one end of the connecting shaft 26 to the pressing plate 20, and the other end of the connecting shaft 26 to the pressing plate 21. A bolt 28 to be connected and insulating members 29 and 30 are included.
絶縁部材29には、ボルト27の軸部が挿入される貫通孔が形成されている。絶縁部材29は、貫通孔24内に挿入される筒状の筒部31と、筒部31の下端部に形成された鍔部32とを含む。鍔部32は、押圧板20の下面に配置されている。 The insulating member 29 is formed with a through hole into which the shaft portion of the bolt 27 is inserted. The insulating member 29 includes a cylindrical tube portion 31 that is inserted into the through hole 24, and a flange portion 32 that is formed at the lower end portion of the tube portion 31. The collar portion 32 is disposed on the lower surface of the pressing plate 20.
絶縁部材29は、押圧板20とボルト27とを絶縁する部材であり、鍔部32は、押圧板20とボルト27のヘッド部とを絶縁し、筒部31は押圧板20とボルト27の軸部との間を絶縁する。絶縁部材30も、絶縁部材29と同様に構成されており、貫通孔25に挿入される筒部33と、押圧板21の上面に配置される鍔部34とを含む。絶縁部材30は、押圧板21とボルト28とを絶縁する。 The insulating member 29 is a member that insulates the pressing plate 20 and the bolt 27, the flange portion 32 insulates the pressing plate 20 and the head portion of the bolt 27, and the cylindrical portion 31 is the shaft of the pressing plate 20 and the bolt 27. Insulate between parts. The insulating member 30 is also configured in the same manner as the insulating member 29, and includes a cylindrical portion 33 that is inserted into the through hole 25 and a flange portion 34 that is disposed on the upper surface of the pressing plate 21. The insulating member 30 insulates the pressing plate 21 and the bolt 28.
接続軸26の一端には、ボルト27の軸部と螺合する雌ねじ部が形成されている。接続軸26の他端には、ボルト28の軸部と螺合する雌ねじ部が形成されている。ボルト27,28を接続軸26に螺合させて、ボルト27,28を巻き締めることで、押圧板20,21が積層体11の端面13,14を押圧する。 At one end of the connection shaft 26, a female screw portion that is screwed with the shaft portion of the bolt 27 is formed. At the other end of the connecting shaft 26, a female screw portion that is screwed with the shaft portion of the bolt 28 is formed. The pressing plates 20 and 21 press the end surfaces 13 and 14 of the laminated body 11 by screwing the bolts 27 and 28 to the connecting shaft 26 and tightening the bolts 27 and 28.
絶縁部材29,30が押圧板20,21およびボルト27,28を絶縁するため、接続軸26は押圧板20,21から絶縁される。押圧板20および押圧板21は、積層体11と電気的に接続されている一方で、接続軸26が押圧板20,21から絶縁されている。そのため、押圧板20と押圧板21との間の短絡が抑制されている。また、押圧板20および押圧板21を集電端子として利用することが可能になる。 Since the insulating members 29 and 30 insulate the pressing plates 20 and 21 and the bolts 27 and 28, the connecting shaft 26 is insulated from the pressing plates 20 and 21. The pressing plate 20 and the pressing plate 21 are electrically connected to the laminate 11, while the connection shaft 26 is insulated from the pressing plates 20 and 21. Therefore, a short circuit between the pressing plate 20 and the pressing plate 21 is suppressed. In addition, the pressing plate 20 and the pressing plate 21 can be used as current collecting terminals.
図3を参照して、接続軸26は、積層体11の周囲を取り囲むように間隔をあけて配置されている。このため、ファン3からの冷却風は、接続軸26の間を通って積層体11に達し、積層体11を冷却する。すなわち、積層体11は、外気に曝されており、積層体11の熱を外気に直接放熱することができる。 With reference to FIG. 3, the connection shafts 26 are arranged at intervals so as to surround the periphery of the stacked body 11. For this reason, the cooling air from the fan 3 passes between the connecting shafts 26 and reaches the laminated body 11 to cool the laminated body 11. That is, the laminate 11 is exposed to the outside air, and the heat of the laminate 11 can be directly radiated to the outside air.
図2に戻り、セル10は、積層方向Zに配列する上面35および下面36を含む集電板40と、集電板40の上面35に配置された電極層41と、上面35に配置されるとともに電極層41の周囲を取り囲むように形成されたシール部材42とを含む。セル10は、シール部材42の外周面に形成されたシール部材53,54と、シール部材42の内側に形成された疎水性絶縁膜55,56とをさらに含む。 Returning to FIG. 2, the cell 10 is disposed on the current collector plate 40 including the upper surface 35 and the lower surface 36 arranged in the stacking direction Z, the electrode layer 41 disposed on the upper surface 35 of the current collector plate 40, and the upper surface 35. And a seal member 42 formed so as to surround the periphery of the electrode layer 41. The cell 10 further includes seal members 53 and 54 formed on the outer peripheral surface of the seal member 42 and hydrophobic insulating films 55 and 56 formed inside the seal member 42.
集電板40は、たとえば、ニッケル板およびニッケルメッキ鋼板等の金属板である。集電板40がある程度の厚みを有するため、複数の集電板40を互いに間隔をあけて配置したとしても、集電板40の外周縁部が撓むことが抑制されている。 The current collector plate 40 is, for example, a metal plate such as a nickel plate or a nickel-plated steel plate. Since the current collecting plate 40 has a certain thickness, even when the plurality of current collecting plates 40 are arranged at intervals, the outer peripheral edge portion of the current collecting plate 40 is suppressed from being bent.
電極層41は、積層方向Zに配列する上面46および下面47を含むセパレータ44と、上面46に配置された負極45と、下面47に配置された正極43とを含む。 The electrode layer 41 includes a separator 44 including an upper surface 46 and a lower surface 47 arranged in the stacking direction Z, a negative electrode 45 disposed on the upper surface 46, and a positive electrode 43 disposed on the lower surface 47.
図4は、積層体11の組み立て過程を模式的に示す図である。図4に示すように、積層体11は、バイポーラ電極17とセパレータ44とを交互に積層することで形成されている。バイポーラ電極17は、集電板40と、集電板40の上面35に形成された正極43と、集電板40の下面36に形成された負極45とを含む。また、各集電板40の上面35には、シール部材42および疎水性絶縁膜55が形成されている。各集電板40の下面36には、疎水性絶縁膜56が形成されている。 FIG. 4 is a diagram schematically showing an assembly process of the laminate 11. As shown in FIG. 4, the laminate 11 is formed by alternately laminating bipolar electrodes 17 and separators 44. The bipolar electrode 17 includes a current collector plate 40, a positive electrode 43 formed on the upper surface 35 of the current collector plate 40, and a negative electrode 45 formed on the lower surface 36 of the current collector plate 40. Further, a seal member 42 and a hydrophobic insulating film 55 are formed on the upper surface 35 of each current collector plate 40. A hydrophobic insulating film 56 is formed on the lower surface 36 of each current collector plate 40.
バイポーラ電極17およびセパレータ44を順次積層すると、積層方向Zに隣り合う集電板40の間において、正極43と、正極43の上面に配置されたセパレータ44と、セパレータ44の上面に配置される負極45とによって電極層41が形成される。また、電極層41と、シール部材42と、疎水性絶縁膜55と、疎水性絶縁膜56とによって、セル10が形成される。 When the bipolar electrode 17 and the separator 44 are sequentially laminated, the positive electrode 43, the separator 44 disposed on the upper surface of the positive electrode 43, and the negative electrode disposed on the upper surface of the separator 44 between the current collecting plates 40 adjacent in the stacking direction Z. 45, the electrode layer 41 is formed. The cell 10 is formed by the electrode layer 41, the seal member 42, the hydrophobic insulating film 55, and the hydrophobic insulating film 56.
正極43は、正極活物質と、導電材と、バインダとを含む。正極活物質は、たとえば水酸化ニッケル(Ni(OH)2)である。導電材は、たとえば、酸化コバルト(CoO)、水酸化コバルト(Co(OH)2)である。バインダは、たとえばカルボキシメチルセルロース(CMC)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)である。負極45は、水素吸蔵合金を含む。セパレータ44は、たとえば、ポリオレフィン製の不織布等である。セパレータ44には、電解液が含浸されている。電解液は、たとえば水酸化カリウム(KOH)水溶液等である。 The positive electrode 43 includes a positive electrode active material, a conductive material, and a binder. The positive electrode active material is, for example, nickel hydroxide (Ni (OH) 2 ). The conductive material is, for example, cobalt oxide (CoO) or cobalt hydroxide (Co (OH) 2 ). The binder is, for example, carboxymethyl cellulose (CMC), styrene butadiene rubber (SBR), or polytetrafluoroethylene (PTFE). The negative electrode 45 includes a hydrogen storage alloy. The separator 44 is, for example, a polyolefin nonwoven fabric. The separator 44 is impregnated with an electrolytic solution. The electrolytic solution is, for example, a potassium hydroxide (KOH) aqueous solution.
図5は、セル10を示す斜視図である。図5に示すように、電極層41のうち、セパレータ44が最も大きく、セパレータ44の外周縁部の全周は、正極43および負極45の外周縁部よりも外側に張り出している。 FIG. 5 is a perspective view showing the cell 10. As shown in FIG. 5, the separator 44 is the largest in the electrode layer 41, and the entire outer periphery of the separator 44 protrudes outward from the outer periphery of the positive electrode 43 and the negative electrode 45.
シール部材42は、セル10の周囲を取り囲むようにループ状に形成されている。シール部材42は、ループ状の樹脂枠50と、樹脂枠50の内側に配置されたループ状の樹脂枠51と、樹脂枠50および樹脂枠51の間に配置されたガスケット52とを含む。 The seal member 42 is formed in a loop shape so as to surround the periphery of the cell 10. The seal member 42 includes a loop-shaped resin frame 50, a loop-shaped resin frame 51 disposed inside the resin frame 50, and a gasket 52 disposed between the resin frame 50 and the resin frame 51.
ガスケット52は、長期的な高い気密性、優れた耐熱性、耐薬品性、電気的絶縁性を有する樹脂で形成されている。そのような樹脂としては、たとえば、ポリアリーレンサルファイド樹脂、熱可塑性エラストマーまたはポリアリーレンスルフィド樹脂などが挙げられる。 The gasket 52 is formed of a resin having long-term high airtightness, excellent heat resistance, chemical resistance, and electrical insulation. Examples of such a resin include a polyarylene sulfide resin, a thermoplastic elastomer, or a polyarylene sulfide resin.
図2にて説明したように、拘束具12が積層体11に加える押圧力によって、シール部材42は積層方向Zに隣り合う2つの集電板40によって挟み込まれている。ガスケット52の高さは、2つの集電板40から加えられる挟持力によって、自然状態のときの高さよりも低くなっており、ガスケット52は、積層方向Zに隣り合う集電板40に密着している。これにより、電極層41の電解液が外部に漏れることが抑制されている。 As described with reference to FIG. 2, the sealing member 42 is sandwiched between the two current collector plates 40 adjacent to each other in the stacking direction Z by the pressing force applied to the stacked body 11 by the restraining tool 12. The height of the gasket 52 is lower than the height in the natural state due to the clamping force applied from the two current collector plates 40, and the gasket 52 is in close contact with the current collector plates 40 adjacent in the stacking direction Z. ing. Thereby, it is suppressed that the electrolyte solution of the electrode layer 41 leaks outside.
さらに、セル10は、樹脂枠50の外周面に形成されたシール部材53,54を含む。樹脂枠50は、積層方向Zに隣り合う2つの集電板40によって挟まれており、シール部材53は、一方の集電板40と樹脂枠50とによって形成される角部を埋めるようにループ状に形成されている。シール部材54は、他方の集電板40と樹脂枠50とによって形成される角部を埋めるように形成されている。これにより、電解液の封止性の向上が図られている。 Further, the cell 10 includes seal members 53 and 54 formed on the outer peripheral surface of the resin frame 50. The resin frame 50 is sandwiched between two current collector plates 40 adjacent to each other in the stacking direction Z, and the seal member 53 is looped so as to fill a corner formed by the one current collector plate 40 and the resin frame 50. It is formed in a shape. The seal member 54 is formed so as to fill a corner formed by the other current collector plate 40 and the resin frame 50. Thereby, the sealing property of electrolyte solution is improved.
図6は、セル10を示す平面図である。より具体的には、集電板40およびシール部材42などを積層方向Zに離れた位置から視たときの平面図が図6に示されている。なお、図6においては、負極45の図示を省略している。セル10のX方向の長さは、たとえば約40cmであり、Y方向の長さは、たとえば約30cmである。 FIG. 6 is a plan view showing the cell 10. More specifically, FIG. 6 shows a plan view when the current collector plate 40, the seal member 42, and the like are viewed from positions separated in the stacking direction Z. In FIG. 6, the negative electrode 45 is not shown. The length of the cell 10 in the X direction is, for example, about 40 cm, and the length in the Y direction is, for example, about 30 cm.
図6に示すように、セル10は、電極層41の周囲を取り囲むように、上面35に形成された疎水性絶縁膜55を含む。疎水性絶縁膜55は、フルオロポリマーまたは類似の材料などの疎水性材料によって形成されている。 As shown in FIG. 6, the cell 10 includes a hydrophobic insulating film 55 formed on the upper surface 35 so as to surround the electrode layer 41. The hydrophobic insulating film 55 is made of a hydrophobic material such as a fluoropolymer or a similar material.
疎水性絶縁膜55の外周縁部は、セパレータ44の外周縁部よりも外側に位置しており、セパレータ44の外周縁部が疎水性絶縁膜55上に位置している。このため、セパレータ44の外周縁部から電解液が疎水性絶縁膜55上に染み出ようとしても、疎水性を有する疎水性絶縁膜55によって弾かれる。その結果、セパレータ44に含浸した電解液がセパレータ44から漏れ難くなり、電解液がシール部材42に達することを抑制することができる。これによって、電解液が外部に漏れることを抑制することができる。 The outer peripheral edge portion of the hydrophobic insulating film 55 is located outside the outer peripheral edge portion of the separator 44, and the outer peripheral edge portion of the separator 44 is located on the hydrophobic insulating film 55. For this reason, even if the electrolytic solution oozes out from the outer peripheral edge of the separator 44 onto the hydrophobic insulating film 55, it is repelled by the hydrophobic insulating film 55 having hydrophobicity. As a result, the electrolyte impregnated in the separator 44 is difficult to leak from the separator 44, and the electrolyte can be prevented from reaching the seal member 42. Thereby, it can suppress that electrolyte solution leaks outside.
シール部材42は、方形形状に形成されており、Y方向に配列する側面60および側面61と、X方向に配列する側面62および側面63とを含む。集電板40は、側面60に沿って延びる近接部分70と、側面61に沿って延びる近接部分71とを含む。さらに、集電板40は、側面62から外方向に張り出す張出部72と、側面63から外方向に張り出す張出部73とを含む。 The seal member 42 is formed in a square shape, and includes a side surface 60 and a side surface 61 arranged in the Y direction, and a side surface 62 and a side surface 63 arranged in the X direction. The current collector plate 40 includes a proximity portion 70 that extends along the side surface 60 and a proximity portion 71 that extends along the side surface 61. Furthermore, the current collector plate 40 includes an overhang portion 72 that projects outward from the side surface 62 and an overhang portion 73 that projects outward from the side surface 63.
<内部抵抗推定処理>
以上のように構成されたバイポーラ電池1においては、一般的な電池と比べて、セル10の面積が大きい。そのため、複数のセル10間での温度分布(温度バラつき)だけでなく、同一のセル10内においても温度分布の影響が生じ得る。
<Internal resistance estimation processing>
In the bipolar battery 1 configured as described above, the area of the cell 10 is larger than that of a general battery. For this reason, not only the temperature distribution (temperature variation) among the plurality of cells 10 but also the influence of the temperature distribution can occur in the same cell 10.
そこで、本実施の形態においては、このようなバイポーラ電池に特有の温度分布の影響を考慮した上でバイポーラ電池1(あるいはセル10)の内部抵抗を推定する「内部抵抗推定処理」が実行される。以下、本実施の形態における内部抵抗推定処理について、詳細に説明する。 Therefore, in the present embodiment, “internal resistance estimation processing” for estimating the internal resistance of bipolar battery 1 (or cell 10) in consideration of the influence of the temperature distribution peculiar to such a bipolar battery is executed. . Hereinafter, the internal resistance estimation process in the present embodiment will be described in detail.
図7は、本実施の形態における内部抵抗推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、所定の条件が成立する毎あるいは所定の演算周期が経過する毎にメインルーチン(図示せず)から呼び出されて実行される。また、このフローチャートに含まれる各ステップ(以下「S」と略す)は、基本的にはECU100によるソフトウェア処理によって実現されるが、ECU100内に作製された専用のハードウェア(電気回路)によって実現されてもよい。 FIG. 7 is a flowchart for explaining the internal resistance estimation processing in the present embodiment. This flowchart is called from a main routine (not shown) and executed every time a predetermined condition is satisfied or every time a predetermined calculation cycle elapses. Each step (hereinafter abbreviated as “S”) included in this flowchart is basically realized by software processing by the ECU 100, but is realized by dedicated hardware (electric circuit) produced in the ECU 100. May be.
S10において、ECU100は、積層方向Zに沿ってセル10(あるいは電極層41)を複数の領域に仮想的に分割する。セル10をどのように分割するかは、実験またはシミュレーションの結果に基づき、予め定められている。 In S10, the ECU 100 virtually divides the cell 10 (or the electrode layer 41) into a plurality of regions along the stacking direction Z. How to divide the cell 10 is determined in advance based on the results of experiments or simulations.
図8は、本実施の形態におけるセル10の分割手法を説明するための模式図である。本実施の形態では、Z方向に沿って延びX方向に並ぶ複数の平面(図示せず)により、セル10が10個の領域に仮想的に分割される例について説明する。図8に示すように領域番号(X1〜X10)を付すことにより、分割された領域が互いに区別される。本実施の形態では、領域X1〜X10は、すべての領域X1〜X10の体積が等しくなるように分割される。なお、領域の分割数は10に限定されるものではなく、2以上の任意の数を採用することができる。 FIG. 8 is a schematic diagram for explaining a cell 10 division method according to the present embodiment. In the present embodiment, an example will be described in which the cell 10 is virtually divided into 10 regions by a plurality of planes (not shown) extending in the Z direction and arranged in the X direction. As shown in FIG. 8, by assigning region numbers (X1 to X10), the divided regions are distinguished from each other. In the present embodiment, the regions X1 to X10 are divided so that all the regions X1 to X10 have the same volume. Note that the number of divisions of the region is not limited to 10, and any number of 2 or more can be adopted.
図7に戻り、S20において、ECU100は、各領域X1〜X10の温度を取得する。この温度の取得手法について、より詳細に説明する。 Returning to FIG. 7, in S20, the ECU 100 acquires the temperatures of the respective regions X1 to X10. This temperature acquisition method will be described in more detail.
電極層41の領域X1〜X10には、温度が変化しやすい領域と、温度が変化しにくい領域とが存在する。たとえば、電極層41の端部に位置する領域(たとえばX1,X10)では、外気に直接放熱することができ外部との熱交換が生じやすい。そのため、電極層41の端部に位置する領域では、内部に位置する領域(たとえばX5,X6)と比べて、温度変化が生じやすい。このような領域X1〜X10間での相対的な温度の関係を予め実験等により求めておくことができる。その上で、数箇所程度の領域(たとえば端部の領域X1,X10と中央の領域X5)の温度を実際に温度センサ(図示せず)により測定することで、測定された領域の温度から、残りの領域の温度を推定することができる。なお、たとえば、すべての領域X1〜X10に1個ずつ温度センサを設け、各領域X1〜X10の温度を直接的に測定してもよい。 In the regions X1 to X10 of the electrode layer 41, there are a region where the temperature easily changes and a region where the temperature hardly changes. For example, in a region (for example, X1 and X10) located at the end of the electrode layer 41, heat can be directly radiated to the outside air, and heat exchange with the outside tends to occur. Therefore, a temperature change is more likely to occur in the region located at the end of the electrode layer 41 than in the region located inside (for example, X5 and X6). Such a relative temperature relationship between the regions X1 to X10 can be obtained in advance by experiments or the like. Then, by actually measuring the temperature of several regions (for example, the end regions X1 and X10 and the central region X5) with a temperature sensor (not shown), The temperature of the remaining area can be estimated. For example, one temperature sensor may be provided for each of the regions X1 to X10, and the temperature of each region X1 to X10 may be directly measured.
図9は、セル10の領域X1〜X10の温度の取得結果の一例を示す図である。図9において、横軸は領域番号(X1〜X10)を示し、縦軸は各領域X1〜X10の温度を示す。たとえば図9に示すように、各領域X1〜X10の温度分布を取得することができる。 FIG. 9 is a diagram illustrating an example of an acquisition result of the temperatures of the regions X1 to X10 of the cell 10. In FIG. 9, the horizontal axis indicates region numbers (X1 to X10), and the vertical axis indicates the temperature of each region X1 to X10. For example, as shown in FIG. 9, the temperature distribution of each area | region X1-X10 is acquirable.
図7に戻り、S30において、ECU100は、各領域X1〜X10の温度から、各領域X1〜X10の内部抵抗Raを推定する。この推定には、温度と内部抵抗との間に成立する相関関係を実験等により予め求めたマップを用いることができる。図10に、温度と温度抵抗との間に成立する相関関係の一例を示す。 Returning to FIG. 7, in S30, the ECU 100 estimates the internal resistance Ra of each of the regions X1 to X10 from the temperature of each of the regions X1 to X10. For this estimation, a map in which a correlation established between the temperature and the internal resistance is obtained in advance by experiments or the like can be used. FIG. 10 shows an example of a correlation established between temperature and temperature resistance.
図11は、セル10の領域X1〜X10の内部抵抗Raの推定結果の一例を示す図である。図11において、横軸は領域番号(X1〜X10)を示し、縦軸は各領域X1〜X10の内部抵抗を示す。図9に示した温度分布と、図10に示した相関関係とから、図11に示すように各領域X1〜X10の内部抵抗Raの分布を推定することができる。 FIG. 11 is a diagram illustrating an example of an estimation result of the internal resistance Ra of the regions X1 to X10 of the cell 10. As illustrated in FIG. In FIG. 11, the horizontal axis represents region numbers (X1 to X10), and the vertical axis represents the internal resistance of each region X1 to X10. From the temperature distribution shown in FIG. 9 and the correlation shown in FIG. 10, the distribution of the internal resistance Ra in each of the regions X1 to X10 can be estimated as shown in FIG.
図7に戻り、セル10全体での内部抵抗(合成抵抗)Rbは、すべての領域X1〜X10の内部抵抗R1が互いに並列に接続されたものと考えることができる。したがって、S40において、ECU100は、S30にて算出された各領域X1〜X10の内部抵抗Raを合成する(より詳細には、公知の公式に従って各領域の内部抵抗の逆数を足し合わせ、さらにその逆数を取る)ことにより、セル10の内部抵抗Rbを算出する。 Returning to FIG. 7, the internal resistance (synthetic resistance) Rb of the entire cell 10 can be considered as the internal resistances R1 of all the regions X1 to X10 being connected in parallel to each other. Therefore, in S40, the ECU 100 synthesizes the internal resistance Ra of each of the regions X1 to X10 calculated in S30 (more specifically, the reciprocal of the internal resistance of each region is added according to a known formula, and the reciprocal thereof The internal resistance Rb of the cell 10 is calculated.
S50において、ECU100は、S40にて算出した内部抵抗Rbに基づいて、セル10の内部抵抗Rbの異常が発生しているか否かを判定する。具体的には、ECU100は、S40にて算出した内部抵抗Rbが所定のしきい値Rth未満である場合(S50においてNO)、セル10は正常であると判定し(S70)、内部抵抗Rbがしきい値Rth以上である場合(S50においてYES)には、セル10に異常が生じていると判定する(S60)。 In S50, the ECU 100 determines whether an abnormality in the internal resistance Rb of the cell 10 has occurred based on the internal resistance Rb calculated in S40. Specifically, ECU 100 determines that cell 10 is normal (S70) when internal resistance Rb calculated in S40 is less than a predetermined threshold value Rth (NO in S50), and internal resistance Rb is If it is equal to or greater than threshold value Rth (YES in S50), it is determined that an abnormality has occurred in cell 10 (S60).
以上のように、本実施の形態によれば、セル10(電極層41)が複数の領域X1〜X10に分割され、セル10内での温度分布が求められる。その温度分布から、さらに各領域X1〜X10の内部抵抗Raが算出され、すべての領域X1〜X10の内部抵抗を合成することでセル10全体での内部抵抗Rbが推定される。このように、セル10内での温度分布を考慮することで、セル10(ひいてはバイポーラ電池1)の内部抵抗の推定精度を向上させることができる。 As described above, according to the present embodiment, the cell 10 (electrode layer 41) is divided into the plurality of regions X1 to X10, and the temperature distribution in the cell 10 is obtained. From the temperature distribution, the internal resistance Ra of each of the regions X1 to X10 is further calculated, and the internal resistance Rb of the entire cell 10 is estimated by combining the internal resistances of all the regions X1 to X10. Thus, the estimation accuracy of the internal resistance of the cell 10 (and consequently the bipolar battery 1) can be improved by taking into account the temperature distribution in the cell 10.
なお、電池の開回路電圧(OCV:Open Circuit Voltage)からSOCを推定する手法が広く用いられており、この手法では、電圧センサにより測定された端子間電圧と過電圧との差分を取ることによりOCVが算出される。過電圧は、電流と内部抵抗との積により求められる。S50においては、セル10の異常検出に代えて、セル10のSOCを推定してもよい。すなわち、電流センサにより測定された入出力電流と、S40にて算出した内部抵抗Rbとから過電圧を算出し、それによりOCVを算出してもよい。OCVとSOCとの相関関係を示すマップを予め準備しておくことにより、OCVからSOCを推定することができる。 In addition, a technique for estimating the SOC from the open circuit voltage (OCV) of the battery is widely used. In this technique, the OCV is obtained by taking the difference between the terminal voltage measured by the voltage sensor and the overvoltage. Is calculated. The overvoltage is obtained by the product of current and internal resistance. In S50, the SOC of the cell 10 may be estimated instead of detecting the abnormality of the cell 10. That is, the overvoltage may be calculated from the input / output current measured by the current sensor and the internal resistance Rb calculated in S40, thereby calculating the OCV. The SOC can be estimated from the OCV by preparing a map showing the correlation between the OCV and the SOC in advance.
[変形例]
図8では、すべての領域X1〜X10の体積が等しくなるようにセル10を仮想的に等しく分割する例を説明したが、セルの分割手法は、これに限定されるものではない。
[Modification]
Although FIG. 8 illustrates an example in which the cell 10 is virtually divided equally so that the volumes of all the regions X1 to X10 are equal, the cell dividing method is not limited to this.
図12は、変形例におけるセル10Aの分割手法を説明するための図である。上述のように、端部に位置する領域(X1またはX10)では、中央部に位置する領域(たとえばX5,X10)と比べて、外部との熱交換が生じやすいため、温度変化が生じやすい(温度勾配が生じやすい)。よって、変形例においては、中央部から端部に行くに従って、領域の体積が小さくなるようにセル10Aが分割される。 FIG. 12 is a diagram for explaining a cell 10A division method according to the modification. As described above, in the region (X1 or X10) located at the end portion, heat exchange with the outside is likely to occur compared to the region (eg, X5, X10) located in the center portion, and thus a temperature change is likely to occur ( A temperature gradient is likely to occur). Therefore, in the modified example, the cell 10A is divided so that the volume of the region becomes smaller from the center to the end.
本変形例においては、図12に示すように、温度変化が生じやすい端部に位置する1または複数の領域の体積を相対的に小さくする、言い換えれば、領域毎の温度分布を示す図(図9参照)の目盛りを端部ほど小さくする。これにより、当該領域の温度変化を、より詳細に全領域の温度分布に反映させることが可能になる。その結果、温度の推定精度が向上し、ひいては内部抵抗の推定精度を向上することができる。 In this modification, as shown in FIG. 12, the volume of one or a plurality of regions located at the end where temperature change is likely to occur is relatively reduced, in other words, a diagram showing the temperature distribution for each region (FIG. 9) is made smaller toward the end. Thereby, it becomes possible to reflect the temperature change of the said area | region in the temperature distribution of the whole area | region in detail. As a result, the temperature estimation accuracy can be improved, and consequently the internal resistance estimation accuracy can be improved.
別の観点から説明すると、図8にて説明した分割手法と比べて内部抵抗の推定精度が向上するということは、同等の内部抵抗の推定精度を実現するために必要な分割数を少なくすることが可能であることを意味する。したがって、ECU100の演算負荷を低減することができる。 From another point of view, the improvement in the estimation accuracy of the internal resistance compared to the division method described in FIG. 8 means that the number of divisions required to achieve the equivalent estimation accuracy of the internal resistance is reduced. Means that it is possible. Therefore, the calculation load on the ECU 100 can be reduced.
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。本開示の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて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 disclosure is shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.
1 バイポーラ電池、2 電池ケース、3 ファン、9 車両、10 セル、11 積層体、12 拘束具、13,14 端面、17 バイポーラ電極、20,21 押圧板、23 接続部材、24,25 貫通孔、26 接続軸、27,28 ボルト、29,30 絶縁部材、31,33 筒部、32,34 鍔部、35,46 上面、36,47 下面、40 集電板、41 電極層、42,53,54 シール部材、43 正極、44 セパレータ、45 負極、50,51 樹脂枠、52 ガスケット、55,56 疎水性絶縁膜、60〜63 側面、70,71 近接部分、72,73 張出部、90 電池システム。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Bipolar battery, 2 Battery case, 3 Fan, 9 Vehicle, 10 cell, 11 Laminated body, 12 Restraint tool, 13, 14 End surface, 17 Bipolar electrode, 20, 21 Press plate, 23 Connection member, 24, 25 Through-hole, 26, connecting shaft, 27, 28 bolt, 29, 30 insulating member, 31, 33 tube, 32, 34 collar, 35, 46 upper surface, 36, 47 lower surface, 40 current collector plate, 41 electrode layer, 42, 53, 54 Seal member, 43 Positive electrode, 44 Separator, 45 Negative electrode, 50, 51 Resin frame, 52 Gasket, 55, 56 Hydrophobic insulating film, 60-63 Side surface, 70, 71 Proximity part, 72, 73 Overhang part, 90 Battery system.
Claims (1)
前記積層方向に沿って前記電池セルを仮想的に分割した複数の領域毎に当該領域の温度から当該領域の内部抵抗を算出し、算出された前記複数の領域の内部抵抗を合成することによって前記電池セルの内部抵抗を推定するように構成された推定装置とを備える、電池システム。 A stacked battery including a plurality of battery cells in which a positive electrode plate and a negative electrode plate are stacked in a stacking direction via a separator;
By calculating the internal resistance of the region from the temperature of the region for each of a plurality of regions virtually divided the battery cells along the stacking direction, and by combining the calculated internal resistance of the plurality of regions A battery system comprising: an estimation device configured to estimate an internal resistance of a battery cell.
Priority Applications (1)
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WO2023190642A1 (en) * | 2022-03-29 | 2023-10-05 | Apb株式会社 | Battery system and method for connecting battery module |
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