JP2019110675A - Discharge control device, power storage system, and discharge control method for power storage elements - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、放電制御装置、蓄電システム及び蓄電素子の放電制御方法に関する。 The present invention relates to a discharge control device, a storage system, and a discharge control method of a storage element.
携帯電話、自動車等の様々な機器に、充放電可能な蓄電素子が使用されている。中でも電気自動車(EV)やプラグインハイブリッド電気自動車(PHEV)等の電気エネルギーを動力源とする移動体は、大きなエネルギーを必要とするため、複数の蓄電素子を備える大容量の蓄電モジュールを搭載している。 A chargeable / dischargeable storage element is used in various devices such as mobile phones and automobiles. Above all, mobile objects powered by electrical energy such as electric vehicles (EVs) and plug-in hybrid electric vehicles (PHEVs) require large amounts of energy, so a large-capacity storage module equipped with a plurality of storage elements is mounted. ing.
蓄電モジュールを搭載する移動体は、通常予見される使用形態ではない特異な状況において、異常が検出される場合がある。例えば、高エネルギー密度を有する電池において、電池の内部短絡や外部短絡に起因し異常発熱を生じる可能性がある。また、移動体の衝突時に、蓄電素子に他の物体が当接することによって蓄電素子が損傷して短絡し、漏電により乗員の救出作業に支障をきたす可能性がある。 In the mobile unit carrying the storage module, an abnormality may be detected in a unique situation other than the normally expected use form. For example, in a battery having a high energy density, abnormal heat generation may occur due to an internal short circuit or an external short circuit of the battery. In addition, when a moving object collides, another object abuts on the storage element, causing damage to the storage element and causing a short circuit, which may cause an obstacle to the rescue operation of the occupant due to the electric leakage.
このため、車両(移動体)の衝突時に、電池(蓄電素子)を急速に放電して安全を確保することが提案されている。国際公開WO2014/057538A1号公報には、車両の衝突を検知して電池を放電する場合、電池の充電状態が過放電とならない所定値以下となったときに電池の放電を停止することで、損傷のない電池を再利用可能とすることが開示されている。米国公開2016/0377667A1号公報には、短絡を迅速に検出する技術が開示されている。 For this reason, it has been proposed to discharge the battery (storage element) rapidly to ensure safety in the event of a collision of a vehicle (moving body). According to International Publication WO 2014/057538 A1, when the battery is discharged by detecting a collision of the vehicle, the battery is damaged by stopping the discharge of the battery when the state of charge of the battery becomes equal to or less than a predetermined value which does not become an overdischarge. It has been disclosed that batteries without batteries can be reused. U.S. Patent Publication No. 2016 / 0377667A1 discloses a technique for detecting a short circuit quickly.
このように、車両の衝突や電池の異常を検知した場合に、直ぐに蓄電素子を放電することによって電池を安全化させる試みはあるものの、車両の損傷が軽微であったとしても車両の走行機能が喪失してしまう。このため、車両を自走させて事故現場から移動することが困難となり、他の走行車両が追突する等の二次災害を引き起こす可能性がある。 As described above, when a collision of a vehicle or an abnormality of a battery is detected, although there is an attempt to make the battery safe by discharging the storage element immediately, the traveling function of the vehicle is It will be lost. For this reason, it becomes difficult to move the vehicle by itself and to move from the accident site, which may cause a secondary disaster such as a collision of another traveling vehicle.
本発明は、移動体の緊急時に移動体を安全に停止可能とする放電制御装置、蓄電システム及び蓄電素子の放電制御方法を提供することを課題とする。 An object of the present invention is to provide a discharge control device, a storage system, and a discharge control method of storage devices capable of safely stopping the moving body in an emergency of the moving body.
本発明の一態様に係る放電制御装置は、移動体に駆動エネルギー源として搭載され、複数の蓄電素子を有する蓄電モジュールに接続され、前記蓄電素子を前記移動体の駆動が可能な第一蓄電量になるまで強制放電させる第一放電制御部と、前記蓄電素子を前記第一蓄電量まで放電させた後に前記移動体が停止した場合に、前記蓄電素子を前記第一蓄電量よりも低位の第二蓄電量になるまで放電させる第二放電制御部とを備える。 A discharge control device according to an aspect of the present invention is mounted on a moving body as a drive energy source, is connected to a storage module having a plurality of storage elements, and has a first storage capacity capable of driving the storage body as the moving body A first discharge control unit that forcibly discharges the battery until the charge storage device is discharged to the first storage amount, and when the mobile body stops after discharging the storage device to the first storage amount, And a second discharge control unit that discharges the battery to a storage amount.
本発明の別の態様に係る蓄電素子の放電制御方法は、複数の蓄電素子を有する蓄電モジュールを駆動エネルギー源として搭載する移動体の、前記蓄電素子を前記移動体の駆動が可能な第一蓄電量になるまで強制放電させることと、前記蓄電素子を前記第一蓄電量まで放電させた後に前記移動体が停止した場合に、前記蓄電素子を前記第一蓄電量よりも低位の第二蓄電量になるまで放電させることとを備える。 A discharge control method of a storage element according to another aspect of the present invention is a first storage capable of driving the storage element of a movable body mounted with a storage module having a plurality of storage elements as a drive energy source. When the moving body is stopped after discharging the storage element to the first storage amount by forcibly discharging the storage element to the amount, the second storage amount lower than the first storage amount And discharging until it becomes.
当該放電制御装置及び当該蓄電素子の放電制御方法は、移動体の緊急時に移動体を安全に停止することができる。 According to the discharge control device and the discharge control method of the storage element, the moving body can be safely stopped when the moving body is in an emergency.
以下、適宜図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を詳説する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate.
本発明に係る放電制御装置の一態様は、移動体に駆動エネルギー源として搭載され、複数の蓄電素子を有する蓄電モジュールに接続され、前記蓄電素子を前記移動体の駆動が可能な第一蓄電量になるまで強制放電させる第一放電制御部と、前記蓄電素子を前記第一蓄電量まで放電させた後に前記移動体が停止した場合に、前記蓄電素子を前記第一蓄電量よりも低位の第二蓄電量になるまで放電させる第二放電制御部とを備える。 One aspect of the discharge control device according to the present invention is mounted on a mobile body as a drive energy source, connected to a storage module having a plurality of storage elements, and the first storage amount capable of driving the storage body as the storage body A first discharge control unit that forcibly discharges the battery until the charge storage device is discharged to the first storage amount, and when the mobile body stops after discharging the storage device to the first storage amount, And a second discharge control unit that discharges the battery to a storage amount.
当該放電制御装置は、前記移動体又は前記蓄電素子の異常が検出された場合に、前記蓄電素子を前記移動体の駆動が可能な第一蓄電量になるまで強制放電させる第一放電制御部を備える。そのため、移動体又は蓄電素子の異常時に前記第一放電制御部が前記蓄電素子を前記第一蓄電量まで放電して不安全状態を低減しつつ、移動体を安全な位置まで移動することができる。当該放電制御装置は、前記蓄電素子を前記第一蓄電量まで放電させた後に前記移動体が停止した場合に、前記蓄電素子を前記第一蓄電量よりも低位の第二蓄電量になるまで放電させる第二放電制御部を備える。そのため、移動体を安全な位置まで移動した後に前記蓄電素子をさらに放電することによって、停止した移動体をより安全な状態にすることができる。 The said discharge control apparatus makes the 1st discharge control part which carries out the forced discharge of the said electrical storage element until it becomes the 1st electrical storage amount which can drive the said mobile body, when the abnormality of the said mobile body or the said electrical storage element is detected. Prepare. Therefore, the mobile body can be moved to a safe position while the first discharge control unit discharges the storage element to the first storage amount to reduce the unsafe state when the mobile body or the storage element is abnormal. . The discharge control device discharges the storage element to a second storage amount lower than the first storage amount when the movable body stops after discharging the storage element to the first storage amount. And a second discharge control unit. Therefore, by stopping the storage element after moving the moving body to a safe position, the stopped moving body can be put in a safer state.
当該放電制御装置において、前記第一蓄電量が前記蓄電素子の蓄電容量の5%以上25%以下であることが好ましい。この構成によれば、蓄電素子の不安全状態を低減でき、且つ移動体の短距離の移動を可能にすることができる。 In the discharge control device, the first storage amount is preferably 5% or more and 25% or less of the storage capacity of the storage element. According to this configuration, the unsafe state of the storage element can be reduced, and the short distance movement of the movable body can be enabled.
当該放電制御装置において、前記複数の蓄電素子間の電位差が所定の閾値以上となったことを検知する異常検知部をさらに備えてもよい。この構成によれば、蓄電素子の内部短絡や漏電の蓋然性を示す一部の蓄電素子の電圧降下を検知するので、蓄電素子の放電の必要性をより正確に判断することができる。 The discharge control device may further include an abnormality detection unit that detects that the potential difference between the plurality of storage elements is equal to or more than a predetermined threshold. According to this configuration, since the voltage drop of a part of the storage elements is detected, which indicates the possibility of internal short circuit or leakage of the storage elements, the necessity of discharging the storage elements can be determined more accurately.
当該放電制御装置において、前記第一放電制御部又は前記第二放電制御部が、前記蓄電素子を放電させるために、前記移動体のブレーキと駆動モーターの少なくともいずれかを動作させるよう構成されてもよい。この構成によれば、前記蓄電素子を放電するための構成が比較的簡単であり、且つ蓄電素子を再使用することができる。 In the discharge control device, the first discharge control unit or the second discharge control unit may be configured to operate at least one of the brake of the movable body and the drive motor in order to discharge the storage element. Good. According to this configuration, the configuration for discharging the storage element is relatively simple, and the storage element can be reused.
当該放電制御装置において、前記第一放電制御部又は前記第二放電制御部が、内部に冷却流体が通る冷却部材を介して前記蓄電素子を短絡させるよう構成されてもよい。この構成によれば、放電により放出される熱エネルギーを冷却流体で奪うことができるので、より迅速な放電が可能である。 In the discharge control device, the first discharge control unit or the second discharge control unit may be configured to short the storage element via a cooling member through which a cooling fluid passes. According to this configuration, since the heat energy released by the discharge can be taken away by the cooling fluid, more rapid discharge is possible.
本発明に係る蓄電素子の放電制御方法の一態様は、複数の蓄電素子を有する蓄電モジュールを駆動エネルギー源として搭載する移動体の、前記蓄電素子を前記移動体の駆動が可能な第一蓄電量になるまで強制放電させることと、前記蓄電素子を前記第一蓄電量まで放電させた後に前記移動体が停止した場合に、前記蓄電素子を前記第一蓄電量よりも低位の第二蓄電量になるまで放電させることとを備える。 One aspect of the discharge control method of a storage element according to the present invention is a mobile object equipped with a storage module having a plurality of storage elements as a driving energy source, wherein the first storage amount capable of driving the storage element with the storage element When the moving body is stopped after discharging the storage element to the first storage amount, the storage element is set to a second storage amount lower than the first storage amount. And discharging until it becomes.
当該蓄電素子の放電制御方法は、移動体又は蓄電素子の異常時に前記蓄電素子を前記移動体の駆動が可能な第一蓄電量になるまで放電させることで、前記蓄電素子を放電して不安全状態を低減しつつ、移動体を安全な位置まで移動することができる。また、当該蓄電素子の放電制御方法は、前記蓄電素子を前記第一蓄電量まで放電させた後に前記移動体が停止した場合に、前記蓄電素子を前記第一蓄電量よりも低位の第二蓄電量になるまで放電させるので、停止した移動体をより安全な状態にすることができる。 The discharge control method of the storage element discharges the storage element by discharging the storage element to a first storage amount capable of driving the moving body when the moving body or the storage element is abnormal. The mobile can be moved to a safe position while reducing the condition. Further, in the method of controlling discharge of the storage element, the second storage of the storage element lower than the first storage amount is performed when the moving body is stopped after the storage element is discharged to the first storage amount. Since the discharge is performed until the amount is reached, the stopped mobile unit can be put in a safer state.
以下、図面を参照しながら、本発明の各実施形態について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings with reference to the drawings.
図1に、本発明の一実施形態に係る蓄電システム1を備える移動体(自動車)Vを示す。この移動体Vは、例えば電気自動車(EV)、ハイブリッド電機自動車(HEV)、プラグインハイブリッド電機自動車(PHEV)等の電気自動車とすることができる。また、移動体Vは、乗用車に限られず、貨物車であってもよい。
FIG. 1 shows a mobile unit (car) V provided with a
蓄電システム1は、移動体Vに駆動エネルギー源として搭載される蓄電モジュール2と、この蓄電モジュール2に接続される放電制御装置3とを備える。
The
蓄電モジュール2は、図2に示すように、それぞれ複数の蓄電素子4を有する。移動体Vの蓄電システム1は、図3に示すように、複数の蓄電モジュール2を有する蓄電パック5を用いてもよい。蓄電モジュール2(蓄電パック5)は、典型的には、移動体Vの座席の下に設けられる空間内に収容することができる。
Each
放電制御装置3は、図4に示すように、移動体V又は蓄電素子4の異常が検出された場合に、蓄電素子4を移動体Vの駆動が可能な第一蓄電量になるまで強制放電させる第一放電制御部6と、蓄電素子4を第一蓄電量まで放電させた後に移動体Vが停止した場合に、蓄電素子4を第一蓄電量よりも低位の第二蓄電量になるまで放電させる第二放電制御部7と、移動体V又は蓄電素子4の異常を検出する異常検知部8と、移動体V作動後の移動体Vの停止を検知する停止検知部9と備える。
As shown in FIG. 4, the
放電制御装置3は、移動体V又は蓄電素子4の異常が検出された場合に、第一放電制御部6が蓄電素子4を移動体Vの駆動が可能な第一蓄電量になるまで強制放電させる。蓄電素子4を第一蓄電量まで放電して不安全状態を低減しつつ、移動体Vの安全な位置までの最低限度の移動を可能とする。これにより、例えば移動体Vが路上で交通事故に遭った場合、直ちに蓄電素子4の異常発熱を防止すると共に、移動体Vを路肩等に移動させてさらなる追突事故等のリスクを低減することができる。
さらに、放電制御装置3は、蓄電素子4を第一蓄電量まで放電させた後に移動体Vが停止した場合に、第二放電制御部7が蓄電素子4を第一蓄電量よりも低位の第二蓄電量になるまで放電させるので、移動体Vを安全な場所に移動させた後、蓄電素子4の漏電による感電事故を防止することができる。
Furthermore, in the
第一放電制御部6は、蓄電素子4の蓄電量を算出する手段を有する。具体的には、蓄電素子4(蓄電モジュール2)からの放電電流を積算して残存蓄電量を算出する機構を有することが好ましい。つまり、第一放電制御部6は、移動体Vの通常の使用時から蓄電素子4の残存蓄電量を把握し、移動体V又は蓄電素子4の異常が検出時の放電電流をさらに減算して、蓄電素子4の蓄電量が所定の第一蓄電量となった時点で放電(移動体Vの通常の機能による電力消費を除く)を停止するよう構成される。
The first discharge control unit 6 has means for calculating the storage amount of the
前記第一蓄電量としては、移動体Vの僅かな距離の移動(自走)を可能としながら、蓄電素子4が短絡(微短絡、ハードショート)しても異常発熱しない程度の蓄電量が設定される。
As the first storage amount, it is possible to move (self-travel) a small distance of the moving body V, and set the storage amount that does not generate abnormal heat even if the
具体的には、第一蓄電量の下限としては、蓄電素子4の蓄電容量の5%が好ましく、10%がより好ましい。一方、第一蓄電量の上限としては、蓄電素子4の蓄電容量の25%が好ましく、20%がより好ましい。第一蓄電量を下限以上とすることによって、移動体Vを安全な場所まで移動するために十分なエネルギーを確保することができる。また、第一蓄電量を上限以下とすることによって、蓄電素子4の活物質として例えばNiCoMn(Ni:Co:Mn=8:1:1)、NiCoAl等の比較的発熱しやすい材料を使用する場合に蓄電素子4が損傷して内部短絡しても異常発熱に至ることを抑制することができる。蓄電素子4の活物質として例えばNiCoMn(Ni:Co:Mn=1:1:1)、マンガンスピネル等の比較的発熱しにくい材料を使用する場合には、第一蓄電量を例えば蓄電容量の40%程度としてもよい。
Specifically, the lower limit of the first storage amount is preferably 5% of the storage capacity of the
蓄電素子4の蓄電量を満充電状態から第一蓄電量まで低下させるのに要する時間の下限としては、60秒が好ましく、300秒がより好ましい。一方、蓄電素子4の蓄電量を第一蓄電量まで低下させるのに要する時間の上限としては、25分が好ましく、15分がより好ましい。蓄電素子4の蓄電量を第一蓄電量まで低下させるのに要する時間を前記下限以上とすることによって、放電のための構成をシンプルにすることができる。また、蓄電素子4の蓄電量を第一蓄電量まで低下させるのに要する時間を前記上限以下とすることによって、蓄電素子4の異常発熱、白煙の発生を確実に防止することができる。
As a lower limit of the time required to reduce the storage amount of the
前記第二蓄電量は、蓄電素子4に人が感電しても危害が及ばない程度、好ましくは殆ど認識できない程度の電圧に相当する蓄電量とされる。
The second storage amount is a storage amount corresponding to a voltage at which the
具体的には、第2蓄電量は、理論的下限である0Vに近いほど好ましい。一方、第二蓄電量の上限としては、50Vが好ましい。第二蓄電量を上限以下とすることによって、万一蓄電素子4から漏電して人体に感電した場合にも危険がなく、移動体Vの乗員の救護活動等に支障をきたすことを防止することができる。
Specifically, it is preferable that the second charge amount be closer to 0 V, which is the theoretical lower limit. On the other hand, 50 V is preferable as the upper limit of the second charge amount. By setting the second storage amount equal to or less than the upper limit, there is no danger even in the event of an electrical leakage from the
蓄電素子4の蓄電量を第一蓄電量から第二蓄電量まで低下させるのに要する時間の下限は特に限低されず、放電のための回路(以下、放電回路という)の電気抵抗を可能な限り小さくして蓄電素子4の内部抵抗に依存する時間としてもよい。一方、蓄電素子4の蓄電量を第一蓄電量から第二蓄電量まで低下させるのに要する時間の上限としては、6分が好ましく、4分がより好ましい。蓄電素子4の蓄電量を第一蓄電量から第二蓄電量まで低下させるのに要する時間を前記上限以下とすることによって、救急隊員等の第三者が移動体Vに触れる前に放電を完了できる蓋然性が高くなり、感電事故をより確実に防止できる。
The lower limit of the time required to reduce the storage amount of the
第一放電制御部6、第二放電制御部7及び異常検知部8は、独立した制御装置であってもよいが、単一の制御装置によって実現されてもよい。つまり、第一放電制御部6、第二放電制御部7及び異常検知部8は単一又は複数のコンピューターによって実行される異なる制御プログラム、サブプログラム、サブルーチン等であってもよく、それらが混在して記述されていてもよい。
The first discharge control unit 6, the second
また、第一放電制御部6、第二放電制御部7及び異常検知部8は、それぞれ独自に、例えば放電回路、センサー、スイッチ等の物理的に機能する構成要素を有してもよい。代替的に、移動体V又は蓄電素子モジュール2との間の信号の入出力インターフェイスを有し、それぞれの物理的な機能を移動体Vは蓄電素子モジュール2が有する構成要素によって行うよう構成されてもよい。
Each of the first discharge control unit 6, the second
例えば、第一放電制御部6又は第二放電制御部7は、蓄電素子4を放電させるために、移動体Vのブレーキと駆動モーターとを同時に動作させるよう構成されてもよい。この構成によれば、蓄電素子4を放電するための専用の放電回路が必要ないため、構成が比較的簡単であり、且つ繰り返し使用することができる。
For example, the first discharge control unit 6 or the second
また、第一放電制御部6又は第二放電制御部7は、内部に冷却水が通る冷却部材を介して蓄電素子4を短絡させるよう構成されてもよい。つまり、内部に冷却水が通る冷却部材を放電抵抗として用いる放電回路を用いることによって、放電により放出される熱エネルギーを冷却水で奪うことができるので、迅速な放電を安全に行うことができる。前記冷却部材としては、蓄電素子4を冷却する水冷プレートを用いることができる。つまり、水冷プレートのケーシングに電流を流し、発生する熱を冷却水で奪うことで、安全に蓄電素子4を放電することができる。
Further, the first discharge control unit 6 or the second
第一放電制御部6は、放電を適切な蓄電量で停止する必要があるのに対し、第二放電制御部7は、放電を停止する必要がない。このため、第一放電制御部6は、蓄電素子4を電気負荷又は抵抗体を用いて放電させるよう構成することが好ましい。第二放電制御部7は、蓄電素子4を短絡状態とするよう構成することができる。
While the first discharge control unit 6 needs to stop the discharge with an appropriate storage amount, the second
第二放電制御部7は、蓄電素子4が温度上昇等を検知して放電する急速放電デバイスを有する場合には、蓄電素子4の急速放電デバイスを強制的に動作させるよう構成されてもよい。
The second
第一放電制御部6及び第二放電制御部7は、複数の蓄電素子4を個別に放電できるよう構成されてもよく、蓄電モジュール2内の複数の蓄電素子4をまとめて放電するよう構成されてもよい。
The first discharge control unit 6 and the second
異常検知部8は、例えばエアバッグ作動のための検出機構等の移動体Vが備える機構やセンサーの信号によって移動体Vの異常を検知してもよく、独自に移動体V又は蓄電素子4の異常を検出するために、例えば加速度センサー、衝撃センサー等のセンサーや検出機構を有してもよい。 The abnormality detection unit 8 may detect an abnormality of the movable body V by a signal of a mechanism or sensor provided in the movable body V such as a detection mechanism for operating the air bag, for example. In order to detect an abnormality, for example, a sensor such as an acceleration sensor or an impact sensor or a detection mechanism may be provided.
異常検知部8は、蓄電素子4の異常を検出する検出機構として、複数の蓄電素子4間の電位差を監視する機構を有してもよい。この場合、異常検知部8は、複数の蓄電素子4間の電位差が所定の閾値以上となった場合に蓄電素子4の異常と判定するよう構成されることが好ましい。つまり、異常検知部8は、蓄電素子4の内部短絡や漏電の蓋然性を示す一部の蓄電素子4の電圧降下を検知するよう構成されることで、蓄電素子4の放電の必要性をより正確に判断することができる。
The abnormality detection unit 8 may have a mechanism that monitors the potential difference between the plurality of
以下、蓄電システム1の例示的な構成について詳述する。
Hereinafter, an exemplary configuration of
蓄電モジュール2は、図2に示すように、複数の蓄電素子4と、蓄電素子4の間に1つずつ配置される仕切部材10とを備える。また、蓄電モジュール2は、蓄電素子4及び仕切部材10を保持する保持部材11と、複数の蓄電素子4を電気的に接続するバスバー12と、複数の蓄電素子4を冷却する冷却部材13とをさらに備える。
As illustrated in FIG. 2, the
各蓄電素子4は、ケース14の中に、正極板及び負極板をセパレータを介して積層して形成される電極体が電解液に浸漬される状態で封入される。
Each
ケース14は、例えば金属箔と樹脂フィルムとを接合したラミネートシートから形成される可撓性の袋体であってもよいし、樹脂や金属から形成される堅固な容器であってもよい。図示するように、ケース14は、強度に優れると共にデッドスペースを小さくできる箱型(直方体形状)の金属製容器であってもよい。
The
ケース14には、一対の外部端子(正極外部端子15及び負極外部端子16)が設けられる。正極外部端子15は電極体の正極板に電気的に接続され、負極外部端子16は、電極体の負極板に電気的に接続される。
The
電極体としては、平板状の複数の正極板、負極板及びセパレータを積層して形成される積層タイプのものを用いることが、空間効率を向上してエネルギー密度を大きくできることから好ましい。代替的に、電極体として、長尺の正極板、負極板及びセパレータを断面視扁平状に巻回して形成される巻回タイプのものを用いてもよい。 It is preferable to use, as the electrode body, a laminate-type electrode body formed by laminating a plurality of flat positive electrode plates, a negative electrode plate and a separator, since the space efficiency can be improved and the energy density can be increased. Alternatively, as the electrode body, a winding type may be used, which is formed by winding a long positive electrode plate, a negative electrode plate and a separator in a flat shape in a sectional view.
積層タイプの電極体において積層される正極板の枚数は、蓄電素子4を高容量化するために、例えば40乃至60枚とすることができる。積層タイプの電極体では、電析による内部短絡を抑制するために、積層方向両側において正極板よりも外側に負極板が配置されることが好ましい。従って、負極板の枚数は、正極板の枚数よりも1枚多いことが好ましい。
The number of positive electrode plates stacked in the stacked type electrode body can be, for example, 40 to 60 in order to increase the capacity of the
電極体の正極板は、導電性を有する箔状乃至シート状の正極基材と、この正極基材の両面に積層される正極活物質層とを有する構成とすることができる。 The positive electrode plate of the electrode body can be configured to have a conductive foil- or sheet-like positive electrode base material and a positive electrode active material layer laminated on both sides of the positive electrode base material.
正極板の正極基材の材質としては、アルミニウム、銅、鉄、ニッケル等の金属又はそれらの合金が用いられる。これらの中でも、導電性の高さとコストとのバランスからアルミニウム、アルミニウム合金、銅及び銅合金が好ましく、アルミニウム及びアルミニウム合金がより好ましい。また、正極基材の形状としては、箔、蒸着膜等が挙げられ、コストの面から箔が好ましい。つまり、正極基材としてはアルミニウム箔が好ましい。なお、アルミニウム又はアルミニウム合金としては、JIS−H4000(2014)に規定されるA1085P、A3003P等が例示できる。 As a material of the positive electrode substrate of the positive electrode plate, a metal such as aluminum, copper, iron, nickel or an alloy thereof is used. Among these, aluminum, an aluminum alloy, copper and a copper alloy are preferable, and aluminum and an aluminum alloy are more preferable, from the balance of the height of conductivity and the cost. Moreover, as a shape of a positive electrode base material, foil, a vapor deposition film, etc. are mentioned, From the surface of cost, foil is preferable. That is, an aluminum foil is preferable as the positive electrode substrate. In addition, as aluminum or aluminum alloy, A1085P, A3003P etc. which are prescribed | regulated to JIS-H4000 (2014) can be illustrated.
正極板の正極活物質層は、正極活物質を含むいわゆる合材から形成される多孔性の層である。また、正極活物質層を形成する合材は、必要に応じて導電剤、結着剤(バインダ)、増粘剤、フィラー等の任意成分を含む。 The positive electrode active material layer of the positive electrode plate is a porous layer formed of a so-called mixture containing a positive electrode active material. Moreover, the composite material which forms a positive electrode active material layer contains arbitrary components, such as a electrically conductive agent, a binder (binder), a thickener, a filler, as needed.
前記正極活物質としては、例えばLixMOy(Mは少なくとも一種の遷移金属を表す)で表される複合酸化物(LixCoO2、LixNiO2、LixMn2O4、LixMnO3、LixNiαCo(1−α)O2、LixNiαMnβCo(1−α−β)O2、LixNiαMn(2−α)O4等)、LiwMex(XOy)z(Meは少なくとも一種の遷移金属を表し、Xは例えばP、Si、B、V等を表す)で表されるポリアニオン化合物(LiFePO4、LiMnPO4、LiNiPO4、LiCoPO4、Li3V2(PO4)3、Li2MnSiO4、Li2CoPO4F等)が挙げられる。これらの化合物中の元素又はポリアニオンは他の元素又はアニオン種で一部が置換されていてもよい。正極活物質層においては、これら化合物の一種を単独で用いてもよく、二種以上を混合して用いてもよい。また、正極活物質の結晶構造は、層状構造又はスピネル構造であることが好ましい。
As the positive electrode active material, for example, Li x MO y composite oxide (M is at least representative of a kind of transition metal) represented by (Li x CoO 2, Li x
負極板は、導電性を有する箔状乃至シート状の負極基材と、この負極基材の両面に積層される多孔性の負極活物質層とを有する。 The negative electrode plate has a conductive foil-like to sheet-like negative electrode base material and a porous negative electrode active material layer laminated on both sides of the negative electrode base material.
負極板の負極基材の材質としては、銅又は銅合金が好ましい。また、負極基材の形状としては、箔が好ましい。つまり、負極板の負極基材としては銅箔が好ましい。負極基材として用いられる銅箔としては、例えば圧延銅箔、電解銅箔等が例示される。 As a material of the negative electrode substrate of the negative electrode plate, copper or a copper alloy is preferable. Moreover, as a shape of a negative electrode base material, foil is preferable. That is, copper foil is preferable as the negative electrode substrate of the negative electrode plate. As a copper foil used as a negative electrode base material, a rolled copper foil, an electrolytic copper foil, etc. are illustrated, for example.
負極活物質層は、負極活物質を含むいわゆる合材から形成される多孔性の層である。また、負極活物質層を形成する合材は、必要に応じて導電剤、結着剤(バインダ)、増粘剤、フィラー等の任意成分を含む。 The negative electrode active material layer is a porous layer formed of a so-called mixture containing a negative electrode active material. Moreover, the composite material which forms a negative electrode active material layer contains arbitrary components, such as a conductive agent, a binder (binder), a thickener, and a filler, as needed.
負極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵及び放出することができる材質が好適に用いられる。具体的な負極活物質としては、例えばリチウム、リチウム合金等の金属、金属酸化物、ポリリン酸化合物、例えば黒鉛、非晶質炭素(易黒鉛化性炭素又は難黒鉛化性炭素)等の炭素材料などが挙げられる。 As the negative electrode active material, a material capable of inserting and extracting lithium ions is preferably used. Specific negative electrode active materials include, for example, metals such as lithium and lithium alloy, metal oxides, polyphosphate compounds, and carbon materials such as graphite and amorphous carbon (graphitizable carbon or non-graphitizable carbon). Etc.
前記負極活物質の中でも、正極板と負極板との単位対向面積当たりの放電容量を好適な範囲とする観点から、Si、Si酸化物、Sn、Sn酸化物又はこれらの組み合わせを用いることが好ましく、Si酸化物を用いることが特に好ましい。なお、SiとSnとは、酸化物にした際に、黒鉛の3倍程度の放電容量を持つことができる。 Among the above-mentioned negative electrode active materials, it is preferable to use Si, Si oxide, Sn, Sn oxide or a combination of these, from the viewpoint of setting the discharge capacity per unit opposing area between the positive electrode plate and the negative electrode plate to a suitable range. It is particularly preferable to use Si oxide. In addition, when made into an oxide, Si and Sn can have about 3 times the discharge capacity of graphite.
セパレータは、電解液が浸潤するシート状乃至フィルム状の材料から形成される。セパレータを形成する材料としては、例えば織布、不織布等を用いることもできるが、典型的には多孔性を有するシート状乃至フィルム状の樹脂が用いられる。このセパレータは、正極板と負極板とを隔離すると共に、正極板と負極板との間に電解液を保持する。 The separator is formed of a sheet-like or film-like material to which the electrolytic solution infiltrates. As a material for forming the separator, for example, woven fabric, non-woven fabric or the like can be used, but typically, a sheet-like or film-like resin having porosity is used. The separator separates the positive electrode plate and the negative electrode plate, and holds the electrolytic solution between the positive electrode plate and the negative electrode plate.
このセパレータの主成分としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−メチルアクリレート共重合体、エチレン−エチルアクリレート共重合体、塩素化ポリエチレン等のポリオレフィン誘導体、エチレン−プロピレン共重合体等のポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレートや共重合ポリエステル等のポリエステルなどを採用することができる。中でも、セパレータの主成分としては、耐電解液性、耐久性及び溶着性に優れるポリエチレン及びポリプロピレンが好適に用いられる。 As a main component of this separator, for example, polyethylene, polypropylene, ethylene-vinyl acetate copolymer, ethylene-methyl acrylate copolymer, ethylene-ethyl acrylate copolymer, polyolefin derivatives such as chlorinated polyethylene, ethylene-propylene copolymer Polyolefins such as coalescing, and polyesters such as polyethylene terephthalate and copolyester can be employed. Among them, polyethylene and polypropylene, which are excellent in electrolytic solution resistance, durability and weldability, are preferably used as the main component of the separator.
セパレータは、両面又は片面(好ましくは正極板に対向する面)に耐熱層又は耐酸化層を有することが好ましい。なお、「耐熱層」は、セパレータの熱による破損を防止して、正極板と負極板との短絡をより確実に防止するものを意味する。一方、「耐酸化層」は、高電圧環境下でセパレータを保護するが、セパレータに十分な耐熱性を与えないものを意味する。 The separator preferably has a heat resistant layer or an oxidation resistant layer on both sides or one side (preferably, the side facing the positive electrode plate). In addition, the "heat-resistant layer" means what prevents the failure | damage by the heat of a separator, and prevents a short circuit with a positive electrode plate and a negative electrode plate more reliably. On the other hand, "the oxidation resistant layer" means a layer which protects the separator under a high voltage environment but does not give the separator sufficient heat resistance.
セパレータの耐熱層又は耐酸化層は、多数の無機粒子と、この無機粒子間を接続するバインダとを含む構成とすることができる。 The heat-resistant layer or the oxidation resistant layer of the separator can be configured to include a large number of inorganic particles and a binder for connecting the inorganic particles.
無機粒子の主成分としては、例えばアルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニア、マグネシア、セリア、イットリア、酸化亜鉛、酸化鉄等の酸化物、窒化ケイ素、窒化チタン、窒化ホウ素等の窒化物、シリコンカーバイド、炭酸カルシウム、硫酸アルミニウム、水酸化アルミニウム、チタン酸カリウム、タルク、カオリンクレイ、カオリナイト、ハロイサイト、パイロフィライト、モンモリロナイト、セリサイト、マイカ、アメサイト、ベントナイト、アスベスト、ゼオライト、ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウムなどが挙げられる。中でも、耐熱層又は耐酸化層の無機粒子の主成分としては、アルミナ、シリカ及びチタニアが特に好ましい。 As a main component of the inorganic particles, for example, oxides such as alumina, silica, zirconia, titania, magnesia, ceria, yttria, zinc oxide, iron oxide, nitrides such as silicon nitride, titanium nitride, boron nitride, silicon carbide, carbonate Calcium, aluminum sulfate, aluminum hydroxide, potassium titanate, talc, kaolin clay, kaolinite, halloysite, pyrophyllite, montmorillonite, sericite, mica, amesite, bentonite, asbestos, zeolite, calcium silicate, magnesium silicate Etc. Among them, as a main component of the inorganic particles of the heat-resistant layer or the oxidation resistant layer, alumina, silica and titania are particularly preferable.
電極体と共にケース14に封入される電解液としては、蓄電素子に通常用いられる公知の電解液が使用でき、例えばエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート等の環状カーボネート、又はジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート等の鎖状カーボネートを含有する溶媒に、リチウムヘキサフルオロホスフェート(LiPF6)等を溶解した溶液を用いることができる。
As an electrolytic solution to be enclosed in the
仕切部材10は、蓄電素子4間に配置され、いずれかの蓄電素子4が通常の使用状態ではないが、移動体Vの衝突事故等で損傷して内部短絡により過熱状態となった場合に、隣接する蓄電素子4が加熱されて連鎖的に過熱状態に陥ることを防止する。
The
仕切部材10としては、例えばマイカ集成材、真空断熱材(多孔性の芯材を収容する袋体の内部を真空引きしたもの)等の熱伝導率が小さい板状乃至シート状の材料が用いられる。また、仕切部材10は、絶縁性を有することが好ましい。
As the
保持部材11は、複数の蓄電素子4、複数の仕切部材10及び冷却部材13を保持する。この保持部材11は、例えばラック状、フレーム状、ボックス状等の構成とすることができる。
The holding
保持部材11は、複数の蓄電素子4を互いの長側面が対向するよう並べ、蓄電素子4の長側面間に仕切部材10を配置するよう保持することが好ましい。また、保持部材11は、図2に示すように蓄電素子4の仕切部材10に対向する面(長側面)とは異なる面に隣接するよう冷却部材13を保持することが好ましい。
Preferably, the holding
保持部材11は、蓄電素子4及び仕切部材10を配列方向に圧迫して保持することが好ましい。蓄電素子4及び仕切部材10を圧迫保持するための構成としては、例えば、図示するように蓄電素子4を圧迫する圧迫板17を押し込みボルト18によって押圧する構成、ばね等の弾性部材を用いる構成等を採用することができる。このように、蓄電素子4及び仕切部材10を圧迫保持することで、蓄電素子4及び仕切部材10間にデッドスペースを形成せず、当該蓄電モジュール2のエネルギー密度を大きくすることができると共に、個々の蓄電素子4及び仕切部材10を保持しないでよいことから保持部材11の構成を簡素化することができる。
The holding
バスバー12は、蓄電素子4の正極外部端子15と隣接する蓄電素子4の負極外部端子16とを接続し、複数の蓄電素子4を電気的に直列に接続してもよい。バスバー12は、複数の蓄電素子4を並列に接続してもよい。
The
冷却部材13は、複数の蓄電素子4に隣接するよう、複数の蓄電素子4の配列方向に延びるよう配置され、各蓄電素子4の熱を奪う。この冷却部材13は、蓄電素子4を冷却して、通常の使用状態で蓄電素子4に熱が蓄積されることを抑制する。
Cooling
また、この冷却部材13は、第一放電制御部6又は第二放電制御部7が蓄電素子4を放電する際に、蓄電素子4を短絡させる導電体として利用するために、不図示の配線が接続されてもよい。
Further, the cooling
冷却部材13は空冷式のものでもよいが、特に蓄電素子の放電時に熱を効率よく蓄電モジュール2の外に移動させられるよう、内部に冷却水等の冷媒が通されるよう構成されるものが好ましい。
The cooling
冷却部材13と各蓄電素子4との間には、隙間の形成を防止して熱伝導を効率化するために、例えば樹脂、ゲル等から形成される伝熱シートを配置してもよい。
A heat transfer sheet formed of, for example, a resin, a gel, or the like may be disposed between the cooling
蓄電システム1では、放電制御装置3を用いて、本発明の一実施形態に係る蓄電素子の放電制御方法を実施することができる。
In the
当該放電制御方法は、図5に示すように、移動体V及び蓄電素子4の異常を検出すること(ステップS1:異常検出工程)と、移動体Vの異常又は蓄電素子4の異常が検出された場合に蓄電素子4を移動体Vの駆動が可能な第一蓄電量になるまで強制放電させること(ステップS2:第一放電工程)と、蓄電素子4を第一蓄電量まで放電させた後に移動体Vの停止を検出すること(ステップS3:停止検出工程)と、移動体が停止した場合に蓄電素子4を第一蓄電量よりも低位の第二蓄電量になるまで放電させること(ステップS4:第二放電工程)とを備える。
In the discharge control method, as shown in FIG. 5, an abnormality of the moving body V and the
ステップS1の異常検出工程では、異常検知部8によって、移動体Vの異常又は蓄電素子4の異常の発生の有無を監視する。
In the abnormality detection step of step S <b> 1, the abnormality detection unit 8 monitors the presence or absence of the abnormality of the mobile body V or the abnormality of the
なお、移動体Vの異常としては、移動体の衝突事故等の蓄電モジュール2を損傷し得るような事象が例示される。このため、移動体Vの負の加速度(減速)が一定の閾値を超える場合、移動体Vの前部に一定の力が作用する場合等に、移動体Vの異常と判断することができる。このような移動体Vの異常の検出は、異常検知部8が移動体Vの検出機構の検出信号を受け取ることによって検知してもよい。
In addition, as abnormality of the mobile body V, the event which may damage the
また、蓄電素子4の異常としては、蓄電素子4に内部短絡、外部短絡又は漏電が発生している蓋然性が高い事象が例示される。このため、内部短絡又は漏電が発生した蓄電素子4の電圧が他の蓄電素子4の電圧よりも急激に降下することで生じる蓄電素子4間の電圧差を監視し、蓄電素子4間の電圧差が一定の閾値(例えば100mV)を超える場合に、蓄電素子4の異常と判断することができる。また、例えば蓄電素子4の内圧、温度等によって、蓄電素子4の異常を判定してもよい。
Further, as an abnormality of the
ステップS2の第一放電工程では、第一放電制御部6によって、蓄電素子4を前記第一蓄電量まで放電する。具体例としては、蓄電素子4を専用の放電回路(例えば正極外部端子15及び負極外部端子16間を冷却部材13等を介して短絡させる回路)に接続するスイッチの開閉により蓄電素子4を放電することができる。
In the first discharge step of step S2, the first discharge control unit 6 discharges the
ステップS3の停止検出工程では、前記第一放電工程の後の移動体Vの完全な停止を確認する。具体的には、パーキングプレーキを作動したことで判断する。なお、前記第一放電工程終了後に、移動体Vが所定の猶予時間以上移動しない場合、及び移動体Vが移動してから所定の停止時間以上停止した場合に移動体Vが完全に停止したと判断することもできる。 In the stop detection step of step S3, the complete stop of the movable body V after the first discharge step is confirmed. Specifically, this determination is made by activating the parking brake. It should be noted that after the end of the first discharge step, when the moving body V does not move for a predetermined grace period or longer, and when the moving body V stops and then stops for a predetermined stop time or more, It can also be judged.
前記第一放電工程終了後の移動及び停止により停止を検出する場合の前記猶予時間の下限としては、2分が好ましく、3分がより好ましい。一方、猶予時間の上限としては、10分が好ましく、8分がより好ましい。猶予時間を前記下限以上とすることによって、移動体Vの運転者に移動体Vを安全な場所に退避させることに思い至るまでの十分な時間的猶予を与えられる。また、猶予時間を前記上限以下とすることによって、救急隊員等の第三者が感電することを効果的に抑制することができる。 As a lower limit of the said grace period in the case of detecting a stop by movement and stop after the end of the said 1st discharge process, 2 minutes are preferable and 3 minutes are more preferable. On the other hand, as a maximum of grace period, 10 minutes are preferred and 8 minutes are more preferred. By setting the grace time to the above-mentioned lower limit or more, it is possible to give the driver of the mobile V a sufficient time until it thinks of evacuating the mobile V to a safe place. In addition, by setting the grace period to the upper limit or less, it is possible to effectively suppress the electric shock of a third party such as a rescue worker.
前記第一放電工程終了後の移動及び停止により停止を検出する場合の前記停止時間の下限としては、30秒が好ましく、60秒がより好ましい。一方、停止時間の上限としては、5分が好ましく、3分がより好ましい。停止時間を前記下限以上とすることによって、移動体Vを切り返ししたり、一度道路脇に移動してからさらに安全な場所を探して退避することが可能になる。また、停止時間を前記上限以下とすることによって、救急隊員等の第三者が感電することを効果的に抑制することができる。 As a lower limit of the said stop time in the case of detecting a stop by the movement and the stop after completion | finish of a said 1st discharge process, 30 seconds are preferable and 60 seconds are more preferable. On the other hand, as an upper limit of stop time, 5 minutes are preferable and 3 minutes are more preferable. By making the stop time equal to or more than the lower limit, it becomes possible to switch back the mobile unit V or move to the side of the road once and then search for a safer place and evacuate. In addition, by setting the stop time to the upper limit or less, it is possible to effectively suppress an electric shock from a third party such as a rescue worker.
ステップS4の第二放電工程では、第二放電制御部7によって、蓄電素子4を前記第二蓄電量まで放電する。具体例としては、第一放電制御部6は、蓄電素子4の正極外部端子15と負極外部端子16との間を短絡したり、移動体Vの駆動モーターとブレーキとを同時に動作させたりすることができる。
In the second discharge step of step S4, the second
以上のように、当該放電制御方法は、移動体V又は蓄電素子4の異常が検出された場合に、蓄電素子4を第一蓄電量まで放電して不安全状態を低減しつつ、移動体Vの安全な位置までの最低限度の移動を可能とする。これにより、蓄電素子4の異常発熱を防止すると共に、移動体Vを移動して他の移動体の事故を防止することができる
As described above, in the discharge control method, when abnormality of the mobile unit V or the
さらに、当該放電制御方法は、第一放電工程後に移動体Vが停止した場合に、蓄電素子4を第二蓄電量まで放電させるので、蓄電素子4の漏電による感電事故を防止することができる。
Furthermore, since the
[その他の実施形態]
前記実施形態は、本発明の構成を限定するものではない。従って、前記実施形態は、本明細書の記載及び技術常識に基づいて前記実施形態各部の構成要素の省略、置換又は追加が可能であり、それらは全て本発明の範囲に属するものと解釈されるべきである。
上記実施形態において、放電制御装置3は蓄電モジュール2に接続される(移動体Vに搭載される)構成としたが、これに限定されない。放電制御装置は、遠隔監視装置であってもよい。放電制御装置は、遠隔地に設置されるサーバ(例えば、クラウドコンピュータ)と、移動体に搭載されるセルモニタリングユニット(CMU)を含むバッテリマネジメントシステム(BMS)とにより実現されてもよい。
Other Embodiments
The embodiment does not limit the configuration of the present invention. Therefore, the embodiment can omit, substitute, or add the components of each part of the embodiment based on the description of the present specification and common technical knowledge, and all of them can be construed as belonging to the scope of the present invention. It should.
Although the
本発明に係る放電制御装置及び蓄電システム並びに蓄電素子の放電制御方法は、例えば電気自動車(EV)、プラグインハイブリッド電気自動車(PHEV)等の車両に特に好適に利用することができる。 The discharge control device, the storage system and the storage device discharge control method according to the present invention can be particularly suitably applied to vehicles such as electric vehicles (EVs) and plug-in hybrid electric vehicles (PHEVs).
1 蓄電システム
2 蓄電モジュール
3 放電制御装置
4 蓄電素子
5 蓄電パック
6 第一放電制御部
7 第二放電制御部
8 異常検知部
9 停止検知部
10 仕切部材
11 保持部材
12 バスバー
13 冷却部材
14 ケース
15 正極外部端子
16 負極外部端子
17 圧迫板
18 押し込みボルト
V 移動体
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記蓄電素子を前記移動体の駆動が可能な第一蓄電量になるまで強制放電させる第一放電制御部と、
前記蓄電素子を前記第一蓄電量まで放電させた後に前記移動体が停止した場合に、前記蓄電素子を前記第一蓄電量よりも低位の第二蓄電量になるまで放電させる第二放電制御部と
を備える
放電制御装置。 Mounted on a mobile body as a drive energy source and connected to a storage module having a plurality of storage elements,
A first discharge control unit that forcibly discharges the storage element to a first storage amount capable of driving the movable body;
A second discharge control unit that discharges the storage element to a second storage amount lower than the first storage amount when the movable body stops after discharging the storage element to the first storage amount And a discharge control device.
請求項1に記載の放電制御装置。 The discharge control device according to claim 1, wherein the first storage amount is 5% or more and 25% or less of the storage capacity of the storage element.
請求項1又は請求項2に記載の放電制御装置。 The discharge control device according to claim 1, further comprising: an abnormality detection unit that detects that a potential difference between the plurality of storage elements is equal to or more than a predetermined threshold value.
請求項1、請求項2又は請求項3に記載の放電制御装置。 The first discharge control unit or the second discharge control unit is configured to operate at least one of a brake and a drive motor of the moving body in order to discharge the storage element. Or the discharge control apparatus of Claim 3.
請求項1、請求項2又は請求項3に記載の放電制御装置。 The said 1st electric discharge control part or the said 2nd electric discharge control part is comprised so that the said electrical storage element may be short-circuited via the cooling member which a cooling fluid passes in an inside. Discharge control device.
前記放電制御装置が接続される複数の蓄電素子を有する蓄電モジュールと
を備える蓄電システム。 A discharge control device according to any one of claims 1 to 5;
A storage module having a plurality of storage elements to which the discharge control device is connected.
前記蓄電素子を前記第一蓄電量まで放電させた後に前記移動体が停止した場合に、前記蓄電素子を前記第一蓄電量よりも低位の第二蓄電量になるまで放電させることと
を備える
蓄電素子の放電制御方法。 Forcibly discharging the storage element to a first storage amount capable of driving the moving body in a moving body mounted with a storage module having a plurality of storage elements as a driving energy source;
Discharging the storage element to a second storage amount lower than the first storage amount when the mobile body is stopped after discharging the storage element to the first storage amount. Device discharge control method.
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