JP2020085653A - Battery information processing system - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、電池情報処理システムに関し、より特定的には、リチウムイオン二次電池の再利用の可否を判定するための電池情報処理システムに関する。 The present disclosure relates to a battery information processing system, and more specifically, to a battery information processing system for determining whether or not a lithium ion secondary battery can be reused.
二次電池が搭載された車両の普及が進んでいる。これらの車両が市場で使用されると、時間の経過とともに、あるいは使用に伴い、二次電池が劣化する。そして、車両が廃車される際などに二次電池が回収される。環境保護の観点からは、回収された二次電池を再利用することが望ましい。そのため、二次電池の再利用の可否を判定するための技術が提案されている。 Vehicles equipped with secondary batteries are becoming widespread. When these vehicles are used on the market, the secondary battery deteriorates with time or with use. Then, the secondary battery is collected when the vehicle is scrapped. From the viewpoint of environmental protection, it is desirable to reuse the recovered secondary battery. Therefore, a technique for determining whether or not the secondary battery can be reused has been proposed.
たとえば特開2014−20818号公報(特許文献1)に開示された組電池の制御装置は、各電池の開放電圧値と、内部抵抗値と、満充電容量値とを評価パラメータとして、組電池の再利用が可能であるか否かを判定する。 For example, the battery pack control device disclosed in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2014-20818 (Patent Document 1) uses the open circuit voltage value, the internal resistance value, and the full charge capacity value of each battery as an evaluation parameter. It is determined whether it can be reused.
一般的に、リチウムイオン二次電池の劣化には、磨耗による劣化(摩耗劣化)と、リチウムの析出による劣化(リチウム析出劣化)とが含まれる。磨耗劣化とは、通電や放置によって正極および負極の性能(リチウムの受け入れ能力)が低下することである。磨耗劣化の原因としては、たとえば、正極の活物質や負極の活物質が磨耗することが挙げられる。一方、リチウム析出劣化とは、電池反応に用いられるリチウムイオンが負極表面に金属リチウムとして析出するなどして、リチウムイオンが電池反応に寄与しなくなる劣化をいう。 Generally, deterioration of a lithium ion secondary battery includes deterioration due to wear (wear deterioration) and deterioration due to lithium precipitation (lithium precipitation deterioration). The wear deterioration means that the performance of the positive electrode and the negative electrode (capacity for receiving lithium) is deteriorated by energization and leaving. As a cause of wear deterioration, for example, wear of the positive electrode active material and the negative electrode active material can be mentioned. On the other hand, lithium deposition deterioration refers to deterioration in which lithium ions used for a battery reaction do not contribute to the battery reaction due to the deposition as metallic lithium on the surface of the negative electrode.
リチウムイオン二次電池を再利用可能かどうかの判定に際しては、摩耗劣化を考慮するだけでなく、特に、リチウム析出劣化の進行度合いを考慮することが好ましい。 In determining whether or not the lithium ion secondary battery can be reused, it is preferable to consider not only wear deterioration but also the degree of progress of lithium deposition deterioration.
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、リチウム析出劣化の進行度合いを考慮してリチウムイオン二次電池が再利用可能かどうかを判定することである。 The present disclosure has been made to solve the above problems, and an object thereof is to determine whether or not a lithium ion secondary battery can be reused in consideration of the degree of progress of lithium deposition deterioration.
本開示のある局面に従う電池情報処理システムは、リチウムイオン二次電池である対象電池の再利用の可否を判定する。電池情報処理システムは、記憶装置と、判定装置とを備える。記憶装置は、リチウムイオン二次電池の内部抵抗軸と摩耗劣化が生じたリチウムイオン二次電池の満充電容量である摩耗劣化軸とにより規定される平面上に定められた第1および第2の劣化曲線を記憶する。第1の劣化曲線は、磨耗劣化が生じたリチウムイオン二次電池の内部抵抗と摩耗容量との間の相関関係を示す曲線である。第2の劣化曲線は、摩耗劣化に加えてリチウム析出に起因する劣化が生じたリチウムイオン二次電池の内部抵抗と摩耗容量との間の相関関係を示す曲線である。判定装置は、対象電池の内部抵抗および摩耗容量を平面上にプロットした場合に、当該プロットが第1の劣化曲線と第2の劣化曲線との間に定められる曲線よりも高抵側の領域に含まれるときには、対象電池の再利用が可能と判定する。 A battery information processing system according to an aspect of the present disclosure determines whether a target battery, which is a lithium-ion secondary battery, can be reused. The battery information processing system includes a storage device and a determination device. The memory device has first and second storage axes defined on a plane defined by the internal resistance axis of the lithium-ion secondary battery and the wear-deterioration axis that is the full charge capacity of the lithium-ion secondary battery in which wear and deterioration have occurred. Memorize the deterioration curve. The first deterioration curve is a curve showing the correlation between the internal resistance and the wear capacity of the lithium ion secondary battery in which wear deterioration has occurred. The second deterioration curve is a curve showing the correlation between the internal resistance and the wear capacity of the lithium-ion secondary battery that has deteriorated due to lithium deposition in addition to wear deterioration. When the internal resistance and the wear capacity of the target battery are plotted on a plane, the determination device indicates that the plot is in a region on the higher resistance side than the curve defined between the first deterioration curve and the second deterioration curve. When included, it is determined that the target battery can be reused.
詳細は後述するが、対象電池の内部抵抗および摩耗容量のプロットが第1の劣化曲線と第2の劣化曲線との間に定められる曲線よりも第1の劣化曲線に近い領域に含まれるときには、負極表面へのリチウム析出は比較的進行していない。したがって、その対象電池を再利用可能と判定することができる。このように、上記構成によれば、リチウム析出劣化の進行度合いを考慮してリチウムイオン二次電池が再利用可能かどうかを判定することができる。 Although details will be described later, when the plot of the internal resistance and the wear capacity of the target battery is included in a region closer to the first deterioration curve than the curve defined between the first deterioration curve and the second deterioration curve, Lithium deposition on the surface of the negative electrode has not proceeded relatively. Therefore, the target battery can be determined to be reusable. As described above, according to the above configuration, it is possible to determine whether or not the lithium ion secondary battery can be reused in consideration of the degree of progress of lithium deposition deterioration.
本開示によれば、リチウム析出劣化の進行度合いを考慮してリチウムイオン二次電池が再利用可能かどうかを判定することができる。 According to the present disclosure, it is possible to determine whether a lithium-ion secondary battery can be reused in consideration of the degree of progress of lithium deposition deterioration.
以下、本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, the present embodiment will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are designated by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.
本開示において、組電池は、複数のモジュール(あるいはブロックとも呼ばれる)を含んで構成される。複数のモジュールは、直列接続されていてもよいし、互いに並列に接続されていてもよい。複数のモジュールの各々は、直列に接続された複数のセル(単電池)を含む。 In the present disclosure, the assembled battery includes a plurality of modules (also called blocks). The plurality of modules may be connected in series, or may be connected in parallel with each other. Each of the plurality of modules includes a plurality of cells (unit cells) connected in series.
本開示において、組電池の「製造」とは、組電池を構成する複数のモジュールのうちの少なくとも一部を別のモジュール(交換用モジュール)に交換して組電池を製造することを意味する。交換用モジュールは、基本的には、回収された組電池から取り出された再利用可能なモジュールであるが、新品のモジュールであってもよい。 In the present disclosure, “manufacturing” of an assembled battery means that at least a part of a plurality of modules constituting the assembled battery is replaced with another module (replacement module) to manufacture the assembled battery. The replacement module is basically a reusable module taken out from the assembled battery, but may be a new module.
一般に、組電池の「再利用」は、リユース、リビルドおよびリサイクルに大別される。リユースの場合、回収された組電池は、必要な出荷検査を経て、そのままリユース品として出荷される。リビルトの場合、回収された組電池は、たとえば一旦、モジュール(セルであってもよい)に分解される。そして、分解されたモジュールのうち、性能回復後に利用可能となるモジュール(そのままで利用可能なモジュールであってもよい)が組み合わされ、新たな組電池が製造される。新たに製造された組電池は、出荷検査を経て、リビルト品として出荷される。これに対し、リサイクル(資源リサイクル)では、各セルから再生可能な材料が取り出されるため、回収された組電池が他の組電池として使用されることはない。 Generally, "reuse" of an assembled battery is roughly divided into reuse, rebuild and recycling. In the case of reuse, the collected battery pack undergoes necessary shipping inspection and is shipped as it is as a reused product. In the case of rebuild, the collected battery pack is once disassembled into modules (may be cells). Then, among the disassembled modules, the modules that can be used after the performance is restored (may be the modules that can be used as they are) are combined to manufacture a new assembled battery. The newly manufactured assembled battery undergoes a shipping inspection and is shipped as a rebuilt product. On the other hand, in recycling (resource recycling), since the renewable material is taken out from each cell, the collected battery pack is not used as another battery pack.
以下に説明する実施の形態においては、車両から回収された組電池は、一旦モジュールに分解された後、モジュール単位で性能検査が行なわれる。性能検査の結果、再利用可能と判定されたモジュールから組電池が製造される。したがって、以下では、再利用が可能なモジュールとは、リビルトが可能なモジュールを意味する。しかしながら、組電池の構成によっては、組電池をモジュールに分解することなく、組電池のまま性能検査を行うことも可能である。そのような場合の「再利用」は、リユースおよびリビルドの両方を包含し得る。 In the embodiments described below, the assembled battery collected from the vehicle is once disassembled into modules, and then the performance inspection is performed in module units. As a result of the performance inspection, the assembled battery is manufactured from the module determined to be reusable. Therefore, in the following, a reusable module means a module that can be rebuilt. However, depending on the configuration of the assembled battery, it is possible to perform the performance inspection on the assembled battery without disassembling the assembled battery into modules. “Reuse” in such cases may include both reuse and rebuild.
また、本実施の形態において、モジュールに含まれる各セルは、リチウムイオン二次電池である。正極、セパレータおよび電解液には、リチウムイオン二次電池の正極、セパレータおよび電解液として従来公知の構成および材料をそれぞれ用いることができる。一例として、正極は、コバルト酸リチウムの一部がニッケルおよびマンガンにより置換された三元系の材料である。負極は、グラファイト等の炭素系材料である。セパレータは、ポリオレフィン(たとえばポリエチレンまたはポリプロピレン)である。電解液は、有機溶媒(たとえばDMC(dimethyl carbonate)とEMC(ethyl methyl carbonate)とEC(ethylene carbonate)との混合溶媒)と、リチウム塩(たとえばLiPF6)と、添加剤(たとえばLiBOB(lithium bis(oxalate)borate)またはLi[PF2(C2O4)2])等を含む。しかし、これは具体的なセル構成の例示に過ぎず、本開示が適用可能なセル構成は、これに限定されるものではない。 In addition, in the present embodiment, each cell included in the module is a lithium ion secondary battery. For the positive electrode, the separator and the electrolytic solution, the conventionally known constitutions and materials for the positive electrode, the separator and the electrolytic solution of the lithium ion secondary battery can be used. As an example, the positive electrode is a ternary material in which a part of lithium cobalt oxide is replaced with nickel and manganese. The negative electrode is a carbon-based material such as graphite. The separator is a polyolefin (eg polyethylene or polypropylene). The electrolytic solution contains an organic solvent (for example, a mixed solvent of DMC (dimethyl carbonate), EMC (ethyl methyl carbonate), and EC (ethylene carbonate)), a lithium salt (for example, LiPF 6 ), and an additive (for example, LiBOB (lithium bis). (oxalate)borate) or Li[PF 2 (C2O4) 2 ]) and the like. However, this is merely an example of a specific cell configuration, and the cell configuration to which the present disclosure is applicable is not limited to this.
なお、本開示における「リチウムイオン二次電池」は、リチウムを電荷担体として充放電を行う二次電池であり、液体電解質(たとえば有機溶媒)を使用した一般的なリチウムイオン二次電池(電解液式リチウムイオン二次電池)だけでなく、固体電解質を使用した全固体電池(全固体式リチウムイオン二次電池)も含み得る。 The “lithium ion secondary battery” in the present disclosure is a secondary battery that charges and discharges with lithium as a charge carrier, and is a general lithium ion secondary battery (electrolyte solution) using a liquid electrolyte (for example, an organic solvent). Type lithium-ion secondary battery), but may also include an all-solid-state battery using a solid electrolyte (all-solid-state lithium-ion secondary battery).
[実施の形態1]
<電池物流モデル>
図1は、実施の形態1における組電池の回収から製造・販売までの物流の一態様を示す図である。以下では、図1に示される物流の態様を「電池物流モデル」と称する。図2は、図1に示した電池物流モデルにおける処理の流れを示すフローチャートである。
[Embodiment 1]
<Battery logistics model>
FIG. 1 is a diagram showing an aspect of physical distribution from collection of assembled batteries to manufacturing/sales according to the first embodiment. Hereinafter, the physical distribution mode shown in FIG. 1 is referred to as a “battery physical distribution model”. FIG. 2 is a flowchart showing the flow of processing in the battery physical distribution model shown in FIG.
図1および図2を参照して、この電池物流モデルでは、組電池が搭載された複数の車両から使用済みの組電池が回収され、回収された組電池に含まれる再利用可能なモジュールを用いて組電池が製造・販売される。そして、あるユーザの車両90に搭載された組電池が交換される。
Referring to FIGS. 1 and 2, in this battery distribution model, used battery packs are collected from a plurality of vehicles equipped with the battery packs, and a reusable module included in the collected battery packs is used. Assembled batteries are manufactured and sold. Then, the battery pack mounted on the
回収業者10は、車両91〜93から使用済みの組電池を回収する。車両91〜93には、組電池910〜930がそれぞれ搭載されている。なお、図1では、紙面の都合上、3台の車両のみを示すが、実際には、より多くの車両から組電池が回収される。回収業者10は、回収された組電池を分解し、組電池から複数のモジュールを取り出す(ステップS1、以下、ステップを「S」と略す)。
The
この電池物流モデルでは、モジュール毎に当該モジュールを特定するための識別情報(ID)が付与されており、各モジュールの情報が管理サーバ80によって管理されている。そのため、回収業者10は、組電池から取り出された各モジュールのIDを、端末71(図3参照)を用いて管理サーバ80へ送信する。
In this battery distribution model, identification information (ID) for identifying the module is given to each module, and the information of each module is managed by the
検査業者20は、回収業者10によって回収された各モジュールの性能検査を行う(S2)。具体的には、検査業者20は、回収されたモジュールの特性を検査する。たとえば、検査業者20は、満充電容量、抵抗値、OCV(Open Circuit Voltage)、SOC(State Of Charge)等の電気的特性を検査する。そして、検査業者20は、検査結果に基づいて、再利用可能なモジュールと再利用不可能なモジュールとを分別し、再利用可能なモジュールについては性能回復業者30へ引き渡し、再利用不可能なモジュールについてはリサイクル業者60へ引き渡す。なお、各モジュールの検査結果は、検査業者20の端末72(図3参照)を用いて管理サーバ80へ送信される。
The
性能回復業者30は、検査業者20によって再利用可能とされたモジュールの性能を回復させるための処理を行う(S3)。一例として、性能回復業者30は、過充電状態までモジュールを充電することによって、モジュールの満充電容量を回復させる。ただし、検査業者20による検査において性能低下が小さいと判断されたモジュールについては、性能回復業者30による性能回復処理を省略してもよい。各モジュールの性能回復結果は、性能回復業者30の端末73(図3参照)を用いて管理サーバ80へ送信される。
The
製造業者40は、性能回復業者30によって性能が回復されたモジュールを用いて組電池を製造する(S4)。実施の形態1では、組電池を製造するための情報(組立情報)が管理サーバ80において生成され、製造業者40の端末74(図3参照)へ送信される。製造業者40は、その組立情報に従って、車両90の組電池に含まれるモジュールを交換して、車両90の組電池を製造(リビルド)する。
The
販売店50は、製造業者40によって製造された組電池を車両用として販売したり、住宅等で利用可能な定置用として販売したりする(S5)。実施の形態1では、車両90が販売店50に持ち込まれ、販売店50において、車両90の組電池が製造業者40により製造されたリユース品またはリビルド品に交換される。
The
リサイクル業者60は、検査業者20によって再利用不可能とされたモジュールを解体し、新たなセルやその他製品の原料として利用するための再資源化を行う。
The
なお、図1では、回収業者10、検査業者20、性能回復業者30、製造業者40および販売店50は、互いに異なる業者としたが、業者の区分はこれに限定されるものではない。たとえば、検査業者20と性能回復業者30とが一の業者であってもよい。あるいは、回収業者10は、組電池を回収する業者と、回収された組電池を解体する業者とに分かれていてもよい。また、各業者および販売店の拠点は、特に限定されるものではない。各業者および販売店の拠点は別々であってもよいし、複数の業者あるいは販売店が同一拠点にあってもよい。
In FIG. 1, the
図3は、図1に示した電池物流モデルに適用される電池管理システムの構成例を示す図である。図3を参照して、電池管理システム100は、端末71〜75と、管理サーバ80と、通信ネットワーク81と、基地局82とを備える。
FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of a battery management system applied to the battery physical distribution model shown in FIG. Referring to FIG. 3, battery management system 100 includes
端末71は、回収業者10の端末である。端末72は、検査業者20の端末である。端末73は、性能回復業者30の端末である。端末74は、製造業者40の端末である。端末75は、販売店50の端末である。
The terminal 71 is the terminal of the
管理サーバ80と各端末71〜75とは、インターネットまたは電話回線等である通信ネットワーク81を介して互いに通信可能に構成されている。通信ネットワーク81の基地局82は、車両90と無線通信によって情報の授受が可能に構成されている。
The
検査業者20には、各モジュールの交流インピーダンスを測定し、その測定結果に当該モジュールの再利用態様(リビルドまたはリサイクル)を判定するための電池情報システム(以下、「処理システム」と略す場合がある)200が設置されている。処理システム200により判定されたモジュールの再利用態様は、たとえば端末72を介して管理サーバ80に送信される。
The
以下では、車両91から取り出された組電池910に含まれる複数のモジュールのうち、あるモジュール(以下では「モジュールM」とも記載する)の劣化状態が処理システム200により推定される。さらに、モジュールMの劣化状態の推定結果に基づき、モジュールMの再利用の可否(再利用態様)が判定される。モジュールMは、本開示に係る「対象電池」に相当する。
Hereinafter, the deterioration state of a certain module (hereinafter, also referred to as “module M”) among the plurality of modules included in the assembled
<リチウムイオン二次電池の劣化>
リチウムイオン二次電池の劣化には、磨耗による劣化と、リチウムの析出による劣化とが含ま得る。以下では、リチウムイオン二次電池の磨耗による劣化を「磨耗劣化」と称し、リチウム析出による劣化を「リチウム析出劣化」と称する場合がある。
<Deterioration of lithium-ion secondary battery>
The deterioration of the lithium-ion secondary battery may include deterioration due to wear and deterioration due to precipitation of lithium. Hereinafter, deterioration due to wear of the lithium ion secondary battery may be referred to as “wear deterioration”, and deterioration due to lithium precipitation may be referred to as “lithium precipitation deterioration”.
磨耗劣化とは、通電や放置によって正極および負極の性能(リチウムの受け入れ能力)が低下することである。磨耗劣化の原因としては、たとえば、正極の活物質や負極の活物質が磨耗することが挙げられる。一方、リチウムの析出による劣化とは、電池反応に用いられるリチウムイオンが負極表面に金属リチウムとして析出するなど、リチウムイオンが副生成物に変化して、リチウムイオンが電池反応に寄与しなくなる劣化をいう。 The wear deterioration means that the performance of the positive electrode and the negative electrode (capacity of lithium) is lowered by energization or leaving. As a cause of wear deterioration, for example, wear of the positive electrode active material and the negative electrode active material can be mentioned. On the other hand, the deterioration due to the deposition of lithium means that the lithium ions used for the battery reaction are deposited as metallic lithium on the surface of the negative electrode, and the lithium ions change into by-products to prevent the lithium ions from contributing to the battery reaction. Say.
実施の形態1に係る処理システム200は、磨耗劣化とリチウム析出劣化とを区別することによって、リチウムイオン二次電池の劣化状態を詳しく判定することができる。
The
<電池情報処理システムの機能ブロック>
図4は、実施の形態1に係る処理システム200の機能ブロック図である。図4を参照して、処理システム200は、容量算出装置210と、抵抗測定装置220と、判定装置230と、記憶装置240と、表示装置250とを備える。なお、これらの装置は、互いに独立した装置として構成されていてもよいが、1台の装置として構成されていてもよい。
<Functional block of battery information processing system>
FIG. 4 is a functional block diagram of the
容量算出装置210は、モジュールMの容量を算出する。ここでの「容量」とは、後述する磨耗容量C(W)である。算出されたモジュールMの磨耗容量C(W)は、判定装置230(プロット部231)に出力される。
The
抵抗測定装置220は、モジュールMの全体における内部抵抗Rを測定する。内部抵抗Rには、負極および正極での電子の移動に対する純電気学的な抵抗と、活物質界面での反応電流発生時に等価的に電気抵抗として作用する電荷移動抵抗とが含まれる。測定されたモジュールMの内部抵抗Rは、判定装置230(プロット部231)に出力される。
The
判定装置230は、モジュールの容量−抵抗特性図(以下、単に「特性図」とも略す)を用いてモジュールMの劣化状態を推定し、その推定結果に基づいてモジュールMの再利用の可否を判定する。判定装置230は、プロット部231と、領域判定部232と、再利用判定部233とを含む。なお、特性図(図5参照)は、本開示に係る「平面」に相当する。
The
記憶装置240は、特性図上に表される磨耗劣化曲線LPとリチウム析出劣化曲線LQ(詳細は後述)とを予め記憶している。記憶装置240は、各曲線LP,LQをプロット部231に出力する。
The
図5は、実施の形態1における特性図の一例を示す図である。図5および後述する図11においては、横軸にモジュールの磨耗容量を表す。縦軸は、モジュールの内部抵抗を表す。 FIG. 5 is a diagram showing an example of a characteristic diagram in the first embodiment. In FIG. 5 and FIG. 11 described later, the horizontal axis represents the wear capacity of the module. The vertical axis represents the internal resistance of the module.
図4および図5を参照して、一般に、バッテリの満充電容量は、磨耗劣化により低下するとともにリチウム析出劣化により低下する。磨耗容量とは、リチウム析出劣化による容量低下量は考慮せず、磨耗劣化のみにより低下した満充電容量である。劣化後のモジュールの満充電容量Cは、モジュールの初期容量(たとえばモジュールの製造直後における満充電容量)をC0と表し、磨耗劣化による容量低下量をΔC(W)と表し、リチウム析出劣化による容量低下量をΔC(Li)と表す場合に、下記式(1)のように表される。
C=C0−ΔC(W)−ΔC(Li) ・・・(1)
Referring to FIGS. 4 and 5, in general, the full charge capacity of a battery decreases due to wear deterioration and also due to lithium precipitation deterioration. The wear capacity is the full charge capacity that is decreased only by wear deterioration without considering the amount of capacity decrease due to lithium precipitation deterioration. The full charge capacity C of the module after deterioration is represented by C0 indicating the initial capacity of the module (for example, the full charge capacity immediately after the module is manufactured), ΔC(W) indicating the capacity decrease due to wear deterioration, and the capacity due to lithium precipitation deterioration. When the reduction amount is represented by ΔC(Li), it is represented by the following formula (1).
C=C0-ΔC(W)-ΔC(Li) (1)
これに対し、磨耗容量C(W)は、リチウム析出劣化による容量低下量ΔC(Li)が含まれていないため、下記式(2)のように表されることになる。
C(W)=C0−ΔC(W) ・・・(2)
On the other hand, the wear capacity C(W) does not include the capacity decrease amount ΔC(Li) due to the lithium precipitation deterioration, and thus is expressed by the following formula (2).
C(W)=C0−ΔC(W) (2)
なお、モジュールの初期容量C0は、モジュールの仕様から既知である。あるいは、たとえば車両製造時にモジュールの初期容量C0を測定しておくこともできる。一方、磨耗劣化は高温環境下ほど進行しやすい。そのため、磨耗劣化による容量低下量ΔC(W)は、車載時(車両から取り出される前)にモジュールが置かれた温度環境を取得することによって算出可能である。したがって、上記式(2)に従って磨耗容量C(W)を算出することができる。 The initial capacity C0 of the module is known from the specifications of the module. Alternatively, for example, the initial capacity C0 of the module can be measured at the time of manufacturing the vehicle. On the other hand, wear deterioration is more likely to proceed in a high temperature environment. Therefore, the capacity reduction amount ΔC(W) due to wear deterioration can be calculated by acquiring the temperature environment in which the module is placed when the vehicle is mounted (before being taken out of the vehicle). Therefore, the wear capacity C(W) can be calculated according to the above equation (2).
プロット部231は、記憶装置240から受けた磨耗劣化曲線LPおよびリチウム析出劣化曲線LQを特性図上にプロットする。また、プロット部231は、モジュールMの磨耗容量C(W)の算出結果と内部抵抗Rの測定結果とを特性図上にプロットする。
The plotting
磨耗劣化曲線LPとは、モジュールの磨耗劣化のみが生じた場合(言い換えると、好ましくはリチウム析出劣化がほとんど生じていない場合、より好ましくはリチウム析出劣化が全く生じていない場合)のモジュールの磨耗容量と内部抵抗との相関関係を表す曲線である。リチウム析出劣化曲線LQとは、モジュールの磨耗劣化に加えて、過度のリチウム析出劣化が生じた場合のモジュールの磨耗容量と内部抵抗との相関関係を表す曲線である。なお、磨耗劣化曲線LPは本開示に係る「第1の劣化曲線」に相当し、リチウム析出劣化曲線LQは本開示に係る「第2の劣化曲線」に相当する。 The wear deterioration curve LP is the wear capacity of the module when only the wear deterioration of the module occurs (in other words, when the lithium precipitation deterioration hardly occurs, more preferably, the lithium precipitation deterioration does not occur at all). It is a curve showing a correlation between and internal resistance. The lithium precipitation deterioration curve LQ is a curve representing the correlation between the wear capacity of the module and the internal resistance when excessive lithium precipitation deterioration occurs in addition to the wear deterioration of the module. The wear deterioration curve LP corresponds to the “first deterioration curve” according to the present disclosure, and the lithium precipitation deterioration curve LQ corresponds to the “second deterioration curve” according to the present disclosure.
各曲線LP,LQは以下のように定めることができる。一般に、リチウムイオン二次電池を高温状態に維持すれば、リチウム析出を抑制することができ、リチウム析出を抑制した状態で磨耗劣化だけを発生させることができる。複数の温度条件のもとでリチウムが析出するか否かの実験を行うことにより、リチウムイオン二次電池を高温状態とするときの設定温度を決定することができる。一方、リチウムイオン二次電池を低温状態に維持すれば、磨耗劣化を抑制することができ、磨耗劣化を抑制した状態でリチウムの析出だけを行なわせることができる。複数の温度条件のもとで磨耗劣化が発生するか否かの実験を行うことにより、リチウムイオン二次電池を低温状態とするときの設定温度を決定することができる。 Each curve LP, LQ can be defined as follows. Generally, if the lithium ion secondary battery is maintained at a high temperature, lithium deposition can be suppressed, and only wear deterioration can be generated while lithium deposition is suppressed. By performing an experiment on whether or not lithium is deposited under a plurality of temperature conditions, the set temperature when the lithium ion secondary battery is brought to a high temperature state can be determined. On the other hand, if the lithium ion secondary battery is maintained at a low temperature, wear deterioration can be suppressed, and only lithium can be deposited in the wear deterioration suppressed state. By performing an experiment as to whether wear deterioration occurs under a plurality of temperature conditions, it is possible to determine the set temperature when the lithium ion secondary battery is brought into a low temperature state.
たとえば、モジュールを高温の恒温槽内に設置し、モジュールの磨耗劣化を段階的に進行させることにより、モジュールの満充電容量を所定量だけ段階的に減少させる。そして、モジュールの満充電容量を減少させるたびに、モジュールの内部抵抗を測定する。これにより、リチウム析出の非発生時におけるモジュールの容量変化に対する内部抵抗の変化を示すデータ(磨耗劣化曲線LP)を定めることができる。 For example, the module is installed in a high temperature thermostatic chamber, and the wear and deterioration of the module is gradually progressed to gradually reduce the full charge capacity of the module by a predetermined amount. Then, each time the full charge capacity of the module is reduced, the internal resistance of the module is measured. This makes it possible to determine data (wear deterioration curve LP) showing a change in internal resistance with respect to a change in the capacity of the module when lithium deposition is not occurring.
また、モジュールを低温の恒温槽内に設置することで、モジュールのリチウム析出劣化を過度に進行させる。その後、モジュールを高温の恒温槽に移し(あるいは恒温槽の温度を上昇させ)、モジュールの磨耗劣化を段階的に進行させることにより、モジュールの満充電容量を段階的に減少させる。このときの内部抵抗を上記と同様に測定する。これにより、リチウム析出の発生時におけるモジュールの容量変化に対する内部抵抗の変化を示すデータ(リチウム析出劣化曲線LQ)を定めることができる。 Also, by installing the module in a low temperature constant temperature bath, the lithium deposition deterioration of the module is excessively advanced. After that, the module is transferred to a high temperature constant temperature tank (or the temperature of the constant temperature tank is raised), and the wear deterioration of the module is gradually advanced to gradually reduce the full charge capacity of the module. The internal resistance at this time is measured in the same manner as above. This makes it possible to determine data (lithium deposition deterioration curve LQ) showing a change in internal resistance with respect to a change in the capacity of the module when lithium deposition occurs.
図5には、さらに、磨耗劣化曲線LPとリチウム析出劣化曲線LQとの間に位置する判定曲線LDが示されている。判定曲線LDは、モジュールの再利用に許容されるリチウム析出劣化の進行度合いを考慮して定められる。なお、判定曲線LDは、本開示に係る「第1の劣化曲線と第2の劣化曲線との間に定められる曲線」に相当する。 FIG. 5 further shows a determination curve LD located between the wear deterioration curve LP and the lithium precipitation deterioration curve LQ. The determination curve LD is determined in consideration of the degree of progress of lithium deposition deterioration that is allowed for reuse of the module. The determination curve LD corresponds to the “curve defined between the first deterioration curve and the second deterioration curve” according to the present disclosure.
磨耗劣化曲線LPと判定曲線LDとにより挟まれた領域を「領域X」と記載し、斜線を付して示す。また、再利用の可否の判定対象であるモジュールMの磨耗容量C(W)の算出結果および内部抵抗Rの測定結果によるプロットの一例を(C(W),R)で示す。図5では、プロット(C(W),R)が領域Xに含まれる例が示されている。 A region sandwiched between the wear deterioration curve LP and the determination curve LD is referred to as “region X” and is indicated by hatching. Further, an example of a plot based on the calculation result of the wear capacity C(W) and the measurement result of the internal resistance R of the module M, which is the determination target of reusability, is shown as (C(W), R). FIG. 5 shows an example in which the plot (C(W), R) is included in the region X.
領域Xは、磨耗劣化曲線LPに比較的近い領域であることから、負極表面へのリチウム析出が全く、あるいはほとんど進行していない領域であると言える。これに対し、領域X以外の領域、すなわち、判定曲線LDとリチウム析出劣化曲線LQとの間に位置する領域(後述する領域Y)は、リチウム析出劣化曲線LQに比較的近い領域であることから、リチウム析出がある程度進行している領域であると言える。 Since the region X is a region relatively close to the wear deterioration curve LP, it can be said that lithium deposition on the surface of the negative electrode does not occur at all or hardly progresses. On the other hand, a region other than the region X, that is, a region located between the determination curve LD and the lithium precipitation deterioration curve LQ (a region Y described later) is a region relatively close to the lithium precipitation deterioration curve LQ. It can be said that this is a region where lithium deposition has progressed to some extent.
領域判定部232は、判定対象のモジュールMのプロット(C(W),R)が領域Xに含まれているか否かを判定する。領域判定部232による判定結果は、再利用判定部233に出力される。
The
再利用判定部233は、領域判定部232による判定結果に基づき、モジュールMの再利用の可否を判定する。詳細には、再利用判定部233は、モジュールMのプロット(C(W),R)が領域Xに含まれている場合(判定曲線LDよりも高抵抗側である場合)、モジュールMにおけるリチウム析出劣化の進行度合いが再利用に許容されるリチウム析出劣化の進行度合い(以下、「許容進行度合い」とも記載する)よりも小さいとして、モジュールMは再利用可能、すなわちモジュールMもリビルドが可能であると判定する。
The reuse determination unit 233 determines whether or not the module M can be reused based on the determination result by the
一方、モジュールMのプロット(C(W),R)が領域Xに含まれていない場合(判定曲線LDよりも低抵抗側である場合)には、モジュールMにおけるリチウム析出劣化の進行度合いが許容進行度合いよりも大きい。この場合、再利用判定部233は、モジュールMは再利用不可、すなわちモジュールMはリビルドできず、モジュールMをリサイクル(資源または材料のリサイクル)に回すべきであると判定する。再利用判定部233による判定結果は、表示装置250に出力される。
On the other hand, when the plot (C(W), R) of the module M is not included in the region X (when it is on the lower resistance side than the determination curve LD), the degree of progress of lithium precipitation deterioration in the module M is allowable. Greater than progress. In this case, the reuse determination unit 233 determines that the module M cannot be reused, that is, the module M cannot be rebuilt, and the module M should be recycled (recycling of resources or materials). The determination result by the reuse determination unit 233 is output to the
表示装置250は、たとえば液晶ディスプレイであり、再利用判定部233による判定結果を表示する。これにより、検査業者は、モジュールMをその後、どのように取り扱えば良いかを判断することができる。なお、表示装置250は、再利用判定部233による判定結果に加えて、図5に示したような特性図上のプロットを表示してもよい。
The
<劣化推定の原理>
次に、実施の形態1におけるモジュールの劣化状態推定の概要について説明する。特に、図5に示した特性図上において、リチウム析出劣化曲線LQの方が磨耗劣化曲線LPよりも図中下方(低抵抗側)に表される理由について説明する。
<Principle of deterioration estimation>
Next, an outline of the deterioration state estimation of the module according to the first embodiment will be described. In particular, the reason why the lithium deposition deterioration curve LQ is shown below the wear deterioration curve LP (on the low resistance side) in the characteristic diagram shown in FIG. 5 will be described.
実施の形態1における劣化推定の考え方においては、ある活物質モデル(電池モデル)が用いられる。この活物質モデルでは、モジュールの正極に含まれる正極活物質を1粒子として模式的に表すとともに、負極活物質を別の1粒子として模式的に表す。 A certain active material model (battery model) is used in the idea of deterioration estimation in the first embodiment. In this active material model, the positive electrode active material contained in the positive electrode of the module is schematically represented as one particle, and the negative electrode active material is schematically represented as another particle.
図6は、実施の形態1における活物質モデルを説明するための概念図である。図6を参照して、実施の形態1では、球状の正極粒子の内部において、極座標の周方向のリチウム濃度分布は一様と仮定され、極座標の径方向のリチウム濃度分布のみが考慮される。言い換えると、正極粒子の内部モデルは、リチウムの移動方向を径方向に限定した1次元モデルである。 FIG. 6 is a conceptual diagram for explaining the active material model in the first embodiment. Referring to FIG. 6, in the first embodiment, the lithium concentration distribution in the polar coordinate circumferential direction is assumed to be uniform inside the spherical positive electrode particle, and only the radial lithium concentration distribution in the polar coordinate is considered. In other words, the internal model of the positive electrode particles is a one-dimensional model in which the moving direction of lithium is limited to the radial direction.
正極粒子は、その径方向にN個(N:2以上の自然数)の領域に仮想的に分割される。各領域は、添字k(k=1〜N)により互いに区別される。領域kにおけるリチウム濃度c1kは、正極粒子の径方向における領域kの位置r1kと、時間tとの関数として表される(下記式(3)参照)。
本実施の形態では、各領域kのリチウム濃度cs1kが規格化される。具体的には、下記式(4)に示すように、リチウム濃度の最大値(限界リチウム濃度)c1,maxに対するリチウム濃度c1kの比率を領域k毎に算出することができる。限界リチウム濃度c1,maxは、正極活物質の種類に応じて定まる濃度であり、文献により既知である。
以下では、規格化後の値であるθ1kを領域kの「局所リチウム量」と称する。局所リチウム量θ1kは、正極粒子の領域kに含まれるリチウム量に応じて0〜1の範囲内の値を取る。また、k=Nである最外周領域N(すなわち正極粒子の表面)における局所リチウム量θ1Nを正極の「局所SOC」と称し、θ1で表す。なお、図6では正極粒子を例に説明したが、負極粒子についても同様である。負極粒子の表面における局所SOCθ2Nを負極の「局所SOC」と称し、θ2で表す。 Hereinafter, the normalized value of θ 1k will be referred to as the “local lithium amount” of the region k. The local lithium amount θ 1k takes a value within the range of 0 to 1 depending on the amount of lithium contained in the region k of the positive electrode particles. Further, the local lithium amount θ 1N in the outermost peripheral region N where k=N (that is, the surface of the positive electrode particle) is referred to as the “local SOC” of the positive electrode and is represented by θ 1 . In addition, although the positive electrode particles are described as an example in FIG. 6, the same applies to the negative electrode particles. The local SOC θ 2 N on the surface of the negative electrode particle is referred to as the “local SOC” of the negative electrode and is represented by θ 2 .
また、以下では、モジュールが非通電状態(無負荷状態)にあるとき、正極の電位を正極開放電位(OCP:Open Circuit Potential)U1と言い、負極の電位を負極開放電位U2と言う。これらの電位の基準となる電位(0V)は任意に設定可能であるが、たとえば金属リチウムの電位が基準に定めることができる。 Further, hereinafter, when the module is in a non-energized state (no load state), the positive electrode potential is referred to as a positive electrode open potential (OCP: Open Circuit Potential) U 1 and the negative electrode potential is referred to as a negative electrode open potential U 2 . The potential (0 V) that is the reference of these potentials can be set arbitrarily, but for example, the potential of metallic lithium can be set as the reference.
図7は、正極の局所SOCθ1と正極開放電位U1との関係、および、負極の局所SOCθ2と負極開放電位U2との関係を模式的に示す図である。図7に示された局所SOCθ1と正極開放電位U1との関係は、モジュールの初期状態(たとえばモジュールの製造直後など、モジュールの劣化が生じていない状態)におけるものである。局所SOCθ2と負極開放電位U2との関係も同様に、モジュールの初期状態のものである。 FIG. 7 is a diagram schematically showing a relationship between the local SOC θ 1 of the positive electrode and the positive electrode open potential U 1, and a relationship between the local SOC θ 2 of the negative electrode and the negative electrode open potential U 2 . The relationship between the local SOC θ 1 and the positive electrode open potential U 1 shown in FIG. 7 is in the initial state of the module (for example, immediately after the module is manufactured, and the module is not deteriorated). Similarly, the relationship between the local SOC θ 2 and the negative electrode open potential U 2 is in the initial state of the module.
正極開放電位U1と負極開放電位U2との差がモジュールの開放電位(OCV:Open Circuit Voltage)に相当する。図7に示されるように、モジュールのOCVは、局所SOCθ2が図中右方向に向かうにつれて大きくなる。図中右方向がモジュールの充電方向(SOC増加方向)であり、図中左方向がモジュールの放電方向(SOCの減少方向)である。 The difference between the positive electrode open potential U 1 and the negative electrode open potential U 2 corresponds to the open circuit potential (OCV: Open Circuit Voltage) of the module. As shown in FIG. 7, the OCV of the module increases as the local SOC θ 2 moves to the right in the figure. The right direction in the drawing is the charging direction of the module (SOC increasing direction), and the left direction in the drawing is the discharging direction of the module (SOC decreasing direction).
一般に、リチウムイオン二次電池の満充電容量の減少は、主に、正極および負極における「単極容量の減少」と、正極と負極との間の「組成対応ずれ」とによって発生する。単極容量の減少とは、正極および負極の各々におけるリチウムイオンの受け入れ能力の減少である。リチウムの受け入れ能力が減少することは、充放電に有効に機能する活物質等が減少することを意味している。組成対応ずれとは、以下に説明するように、正極の局所SOCθ1(いわば正極の組成)と負極の局所SOCθ2(負極の組成)との対応関係(組合せ)がモジュールの初期状態での対応関係からずれることをいう。 Generally, the decrease in the full charge capacity of a lithium ion secondary battery mainly occurs due to “a decrease in the single electrode capacity” in the positive electrode and the negative electrode and “a deviation in composition correspondence” between the positive electrode and the negative electrode. The decrease in the single electrode capacity is a decrease in the lithium ion acceptance capacity of each of the positive electrode and the negative electrode. A decrease in lithium receiving capacity means a decrease in active materials and the like that effectively function for charge and discharge. As described below, the composition correspondence shift corresponds to the correspondence relationship (combination) between the local SOC θ 1 of the positive electrode (so-called positive electrode composition) and the local SOC θ 2 of the negative electrode (negative electrode composition) in the initial state of the module. It means being out of relationship.
図8は、正極と負極との間の組成対応ずれを説明するための図である。図8において、縦軸は電位を表す。横軸は、上から順に、正極の局所SOCθ1、初期状態における負極の局所SOCθ2、正極の局所SOCθ1、および、劣化後の負極の局所SOCθ2を表す。 FIG. 8 is a diagram for explaining a composition correspondence shift between the positive electrode and the negative electrode. In FIG. 8, the vertical axis represents the electric potential. The horizontal axis represents, in order from the top, the local SOCθ 1 of the positive electrode, the local SOCθ 2 of the negative electrode in the initial state, the local SOCθ 1 of the positive electrode, and the local SOCθ 2 of the negative electrode after deterioration.
モジュールが初期状態である場合には、正極および負極のうちの一方から放出されるリチウムイオンの量と、他方で受け取られるリチウムイオンの量とは、互いに等しい。この場合には、局所SOCθ1と局所SOCθ2とは正確に対応している。しかし、モジュールが劣化すると、以下の2つの要因により、局所SOCθ1と局所SOCθ2との対応関係がずれる可能性がある。 When the module is in the initial state, the amount of lithium ions emitted from one of the positive electrode and the negative electrode is equal to the amount of lithium ions received by the other. In this case, the local SOC θ 1 and the local SOC θ 2 correspond exactly. However, if the module deteriorates, the correspondence between the local SOC θ 1 and the local SOC θ 2 may shift due to the following two factors.
第1の要因は、負極から放出されたリチウムイオンにより負極表面に被膜が形成されることである。被膜形成に用いられたリチウムイオンは、不活性になり、その後の充放電に寄与しなくなる。第2の要因は、正極から放出されたリチウムイオンが負極に取り込まれずに負極表面に金属リチウムとして析出することである。この場合にも、金属リチウムとして析出したリチウムイオンも、その後の充放電に寄与しなくなる。第1および第2の要因による劣化が進行すると、負極からのリチウムイオンの放出に伴い、負極粒子の局所SOCθ2が低下する一方で、放出されたリチウムイオンは正極に取り込まれないため、正極粒子の局所SOCθ1は増加しない。その結果、局所SOCθ1と局所SOCθ2との対応関係がモジュールの初期状態での対応関係からずれる。すなわち、組成対応ずれが生じる。 The first factor is that a film is formed on the surface of the negative electrode by the lithium ions released from the negative electrode. The lithium ions used for forming the film become inactive and do not contribute to subsequent charge/discharge. The second factor is that lithium ions released from the positive electrode are not taken into the negative electrode and are deposited as metallic lithium on the surface of the negative electrode. Also in this case, the lithium ions deposited as metallic lithium do not contribute to the subsequent charge/discharge. As the deterioration due to the first and second factors progresses, the local SOC θ 2 of the negative electrode particles decreases with the release of lithium ions from the negative electrode, but the released lithium ions are not incorporated into the positive electrode, so that the positive electrode particles Does not increase the local SOC θ 1 of the. As a result, the correspondence between the local SOC θ 1 and the local SOC θ 2 deviates from the correspondence in the initial state of the module. That is, a composition correspondence shift occurs.
モジュールにおいて組成対応ずれが生じると、モジュールの初期状態と比べて、負極の局所SOCθ2を表す横軸が図中右方向(正極の局所SOCθ1が小さくなる方向)にΔθ2だけシフトする。そうすると、劣化後の局所SOCθ2と負極開放電位U2との関係を示す曲線(U2Bで表す)も、初期状態での局所SOCθ2と負極開放電位U2との関係を示す曲線(U2Aで表す)と比べて、図中右方向にΔθ2だけシフトすることとなる。なお、モジュールが劣化して正極と負極との間の組成対応ずれが生じた場合であっても、正極の局所SOCθ1を表す横軸はシフトしない。 When the composition correspondence shift occurs in the module, the abscissa representing the local SOCθ 2 of the negative electrode shifts by Δθ 2 in the right direction in the figure (the direction in which the local SOCθ 1 of the positive electrode decreases) in comparison with the initial state of the module. Then, a curve (represented by U 2B ) showing the relationship between the local SOC θ 2 after deterioration and the negative electrode open potential U 2 is also a curve (U 2A) showing the relationship between the local SOC θ 2 and the negative electrode open potential U 2 in the initial state. (Represented by ), the shift is to the right in the figure by Δθ 2 . Even if the module deteriorates and the composition correspondence shift between the positive electrode and the negative electrode occurs, the horizontal axis representing the local SOC θ 1 of the positive electrode does not shift.
モジュールの充放電時にモジュールのOCVがある値(Vと記載する)になる場合を想定する。初期状態のモジュールでは、正極の局所SOCθ1=θ1Aと負極の局所SOCθ2=θ2Aとが対応する。これに対し、劣化後のモジュールでは、組成対応ずれが生じた結果、局所SOCθ1=θ1Bと局所SOCθ2=θ2Bとが対応することとなる。つまり、モジュールが劣化すると、モジュールのOCVがVになる局所SOCθ1と局所SOCθ2との組合せが図中右方向にシフトする。図7にて説明したように図中右方向がモジュールの充電方向であるため、図中右方向へのシフトは、初期状態のモジュールと劣化後のモジュールとでは、OCVが共通の値VであってもSOCが高くなることを意味する。 Assume that the OCV of the module reaches a certain value (denoted as V) when the module is charged and discharged. In the module in the initial state, the local SOC of the positive electrode θ 1 =θ 1A corresponds to the local SOC of the negative electrode θ 2 =θ 2A . On the other hand, in the deteriorated module, as a result of the composition correspondence deviation, the local SOC θ 1 =θ 1B and the local SOC θ 2 =θ 2B correspond to each other. That is, when the module deteriorates, the combination of the local SOC θ 1 and the local SOC θ 2 at which the OCV of the module becomes V shifts to the right in the figure. As described with reference to FIG. 7, the rightward direction in the figure is the charging direction of the module. Therefore, the rightward shift in the figure shows that the OCV is the common value V between the module in the initial state and the deteriorated module. However, it means that the SOC becomes high.
図9は、モジュールのSOCと抵抗との間の相関関係を示す図である。図9において、横軸はモジュールのSOCを表し、縦軸はモジュールの内部抵抗を表す。 FIG. 9 is a diagram showing the correlation between the SOC of the module and the resistance. In FIG. 9, the horizontal axis represents the SOC of the module and the vertical axis represents the internal resistance of the module.
図9に示すように、一般に、リチウムイオン二次電池は、SOCが低いほど内部抵抗が高いという特性を有する。そのため、正極と負極との間の組成対応ずれに起因して、共通のOCVに対応するSOCがS1からS2に増加すると、内部抵抗はR1からR2に減少することとなる。 As shown in FIG. 9, a lithium ion secondary battery generally has a characteristic that the lower the SOC, the higher the internal resistance. Therefore, when the SOC corresponding to the common OCV increases from S1 to S2 due to the compositional correspondence deviation between the positive electrode and the negative electrode, the internal resistance decreases from R1 to R2.
モジュールに磨耗劣化しか生じていない場合と、その磨耗劣化に加えてリチウム析出劣化が生じている場合とでは、後者の方が前者よりも組成対応ずれが大きい。したがって、後者の方が相対的にSOCが高くなり、それにより後者の方が相対的に内部抵抗が低くなる。その結果として、図5においてリチウム析出劣化曲線LQの方が磨耗劣化曲線LPよりも図中下方に表されるようになる。 In the case where only the module deteriorates due to wear and the case where the deterioration due to lithium precipitation occurs in addition to the deterioration due to wear, the latter has a larger compositional deviation than the former. Therefore, the latter has a relatively high SOC, and the latter has a relatively low internal resistance. As a result, in FIG. 5, the lithium precipitation deterioration curve LQ becomes lower than the wear deterioration curve LP in the figure.
<劣化判定フロー>
図10は、実施の形態1における劣化判定処理を示すフローチャートである。このフローチャートは、たとえば、検査業者が処理システム200にモジュールMを設置し、図示しない操作部(開始ボタンなど)を操作した場合に処理システム200により実行される。
<Degradation determination flow>
FIG. 10 is a flowchart showing the deterioration determination process in the first embodiment. This flowchart is executed by the
なお、以下では、各処理の実行主体としての処理システム200の構成要素(図2に示した容量算出装置210、抵抗測定装置220、判定装置230など)を特に区別せず、包括的に「処理システム200」と記載する。各ステップは、基本的には処理システム200によるソフトウェア処理により実現されるが、その一部または全部が処理システム200内に作製されたハードウェア(電気回路)により実現されてもよい。
In the following description, the components of the processing system 200 (the
図10を参照して、S11において、処理システム200は、再利用可否の判定対象であるモジュールMの初期容量C0を取得する。前述のように、モジュールの初期容量C0は、モジュールMの仕様から既知であるか車両製造時等に測定済みであるため、この値を処理システム200と車両(あるいは外部の管理サーバ80)との通信により取得することが可能である。
With reference to FIG. 10, in S11, the
S12において、処理システム200は、車両使用時(モジュールMが車両に搭載されていたとき)に収集されたモジュールMの温度履歴(熱履歴)を当該車両(あるいは管理サーバ80)から取得する。具体的には、処理システム200は、モジュールMに設けられた温度センサ(図示せず)により検出されたモジュールMの温度頻度分布を取得することができる。処理システム200は、単位時間毎に、モジュールMの磨耗劣化の進行度合い(容量低下量)をモジュールの温度から算出する。そして、処理システム200は、単位時間毎の容量低下量を現時点まで積算することによって、モジュールMの容量低下量ΔC(W)を算出する。
In S12, the
S13において、処理システム200は、上記式(2)に従い、モジュールMの初期容量C0および容量低下量ΔC(W)から磨耗容量C(W)を算出する。
In S13, the
S14において、処理システム200は、モジュールMの内部抵抗Rを取得する。処理システム200は、DC/DCコンバータ等の充放電装置(図示せず)を用いてモジュールMを充放電させ、そのときの電圧値および電流値から内部抵抗Rを算出することができる。あるいは、処理システム200は、処理システム200の外部において測定された内部抵抗Rの値を外部との通信により取得してもよい。
In S14, the
S15において、処理システム200は、S13にて算出された磨耗容量C(W)と、S14にて取得された内部抵抗Rとを特性図上にプロットする(図5参照)。
In S15, the
S16において、処理システム200は、S15におけるプロット(C(W),R)が領域X内に含まれるか否かを判定する。プロット(C(W),R)が領域X内である場合(S16においてYES)、処理システム200は、モジュールMの再利用が可能であると判定し、モジュールMをリビルド用途に分類する(S17)。一方、プロット(C(W),R)が領域X外である場合(S16においてNO)、処理システム200は、モジュールMは再利用に適さない(再利用不可)と判定し、モジュールMをリサイクル用途に分類する(S18)。その後、一連の処理が終了する。
In S16, the
以上のように、実施の形態1においては、特性図(図5参照)上における、磨耗劣化曲線LPとリチウム析出劣化曲線LQとの間の判定曲線Dと、モジュールMのプロット(C(W),R)との位置関係がモジュールMの再利用可否の判定に用いられる。プロット(C(W),R)が判定曲線Dよりも磨耗劣化曲線LPに近い領域Xに含まれる場合に、モジュールMは再利用(リビルド)が可能であると判定される。 As described above, in the first embodiment, the determination curve D between the wear deterioration curve LP and the lithium precipitation deterioration curve LQ on the characteristic diagram (see FIG. 5) and the plot of the module M (C(W)). , R) is used to determine whether or not the module M can be reused. When the plot (C(W), R) is included in the region X closer to the wear deterioration curve LP than the determination curve D, the module M is determined to be reusable (rebuild).
判定曲線Dは、モジュールの再利用に許容されるリチウム析出劣化の進行度合い(許容進行度合い)を考慮して定められるものである。つまり、許容進行度合いが小さいほど判定曲線Dは磨耗劣化曲線LPに近く、逆に、許容進行度合いが大きいほどリチウム析出劣化曲線LQに近く定められる。このように、本実施の形態によれば、リチウム析出劣化の進行度合いを考慮して、モジュールMが再利用可能かどうかを判定することができる。 The determination curve D is determined in consideration of the degree of progress of lithium deposition deterioration (allowable degree of progress) that is allowed for reuse of the module. That is, the smaller the allowable progress degree is, the closer the determination curve D is to the wear deterioration curve LP, and conversely, the larger the allowable progress degree, the closer to the lithium precipitation deterioration curve LQ. As described above, according to the present embodiment, it is possible to determine whether or not the module M can be reused in consideration of the degree of progress of lithium deposition deterioration.
また、本実施の形態によれば、モジュールMに生じた劣化を摩耗劣化とリチウム析出劣化とに区別するための複雑な演算を行うことなく、モジュールMの特性を特性図にプロットするだけで、モジュールMの再利用可否を容易に判定することができる。 Further, according to the present embodiment, the characteristics of the module M can be simply plotted in the characteristic diagram without performing a complicated calculation for distinguishing the deterioration caused in the module M into wear deterioration and lithium precipitation deterioration. Whether or not the module M can be reused can be easily determined.
[実施の形態2]
実施の形態1では、モジュールMのプロット(C(W),R)が領域X内であるか否かに応じてモジュールMの再利用の可否を判定する構成について説明した。実施の形態2においては、モジュールMの劣化状態の推定をより詳細に行うための構成について説明する。なお、実施の形態2に係る処理システムの構成は、実施の形態1に係る処理システム200の構成(図4参照)と同様であるため、詳細な説明は繰り返さない。
[Embodiment 2]
In the first embodiment, the configuration for determining whether or not the module M can be reused depending on whether or not the plot (C(W), R) of the module M is within the region X has been described. In the second embodiment, a configuration for estimating the deterioration state of the module M in more detail will be described. Since the configuration of the processing system according to the second embodiment is the same as the configuration of
図11は、実施の形態2における特性図の一例を示す図である。図11を参照して、実施の形態2では、磨耗容量が高い方から低い方に向けて、磨耗容量が3つの範囲A〜Cに分割されている。実施の形態2では、判定曲線LDとリチウム析出劣化曲線LQとにより挟まれた領域を「領域Y」と記載する。 FIG. 11 is a diagram showing an example of a characteristic diagram in the second embodiment. Referring to FIG. 11, in the second embodiment, the wear capacity is divided into three ranges A to C from the higher wear capacity to the lower wear capacity. In the second embodiment, a region sandwiched between the determination curve LD and the lithium precipitation deterioration curve LQ is referred to as “region Y”.
磨耗容量が最も高い範囲Aでは、モジュールMのプロット(C(W),R)が領域Xに含まれる場合、および、プロット(C(W),R)が領域Yに含まれる場合のいずれであっても、そのモジュールMの再利用が可能であると判定される。 In the range A in which the wear capacity is the highest, the plot (C(W), R) of the module M is included in the region X and the plot (C(W), R) is included in the region Y. Even if there is, it is determined that the module M can be reused.
磨耗容量が中程度の範囲Bでは、モジュールMのプロット(C(W),R)が領域Xに含まれる場合には、モジュールMの再利用が可能であると判定される。その一方で、プロット(C(W),R)が領域Yに含まれる場合には、モジュールMは再利用できないと判定される。 In the range B in which the wear capacity is medium, if the plot (C(W), R) of the module M is included in the area X, it is determined that the module M can be reused. On the other hand, when the plot (C(W), R) is included in the area Y, it is determined that the module M cannot be reused.
磨耗容量が最も低い範囲Cでは、モジュールMのプロット(C(W),R)が含まれる領域に拘らず(すなわち、内部抵抗Rの高低に拘らず)、モジュールMは再利用できないと判定される。 In the range C in which the wear capacity is the lowest, it is determined that the module M cannot be reused regardless of the region including the plot (C(W), R) of the module M (that is, regardless of whether the internal resistance R is high or low). It
このように、実施の形態2においては、図中右上に近くモジュールM全体としての劣化が最も進行していない範囲Aでは、領域Y(言い換えると、多少のリチウム析出の発生)は許容し、モジュールMの再利用が可能と判定される。モジュールM全体としての劣化がある程度進行している範囲Bでは、範囲Aと比べて、リチウム析出の許容量を小さくすべく、領域YではモジュールMの再利用は不可と判定される。図中右上に近くモジュールM全体としての劣化が最も進行している範囲Cでは、リチウム析出量の大小に拘らず、モジュールMの再利用不可と判定される。 As described above, in the second embodiment, the region Y (in other words, the occurrence of some lithium deposition) is allowed in the range A in which the deterioration of the module M as a whole is close to the upper right of the drawing and the deterioration of the module M is not advanced. It is determined that M can be reused. In the range B where the deterioration of the module M as a whole has progressed to some extent, it is determined that the module M cannot be reused in the region Y in order to reduce the allowable amount of lithium deposition as compared with the range A. In the range C near the upper right of the figure where the deterioration of the entire module M is most advanced, it is determined that the module M cannot be reused regardless of the amount of lithium deposition.
なお、範囲Aと範囲Bとの境界とする磨耗容量の値は、以下のように実験的に(あるいはシミュレーションにより)定めることができる。上記式(1)にて説明したように、モジュールMの満充電容量Cは、磨耗容量C(W)からリチウム析出による容量低下量ΔC(Li)を差し引いたものである(C=C(W)−ΔC(Li))。つまり、モジュールMの満充電容量Cは、磨耗容量C(W)よりもさらに小さくなる。範囲Aと範囲Bとの境界とする磨耗容量の値は、リチウム析出による容量低下量ΔC(Li)の存在を考慮した上で、モジュールがリビルドされて新たな車両90に搭載された場合に、車両90において走行に必要な満充電容量Cを確保することができるように定められる。
The value of the wear capacity at the boundary between the range A and the range B can be determined experimentally (or by simulation) as follows. As described in the above formula (1), the full charge capacity C of the module M is obtained by subtracting the capacity decrease amount ΔC(Li) due to lithium deposition from the wear capacity C(W) (C=C(W )-ΔC(Li)). That is, the full charge capacity C of the module M becomes smaller than the wear capacity C(W). The value of the wear capacity at the boundary between the range A and the range B is, when the module is rebuilt and installed in a
図12は、実施の形態2における劣化判定処理を示すフローチャートである。S21〜S25の処理は、実施の形態1におけるS11〜S15の処理(図10参照)とそれぞれ同等であるため、説明は繰り返さない。 FIG. 12 is a flowchart showing the deterioration determination process according to the second embodiment. The processes of S21 to S25 are the same as the processes of S11 to S15 (see FIG. 10) in the first embodiment, and therefore the description will not be repeated.
図12を参照して、S26において、処理システム200は、モジュールMの磨耗容量C(W)が範囲A〜Cのいずれに属するかを判定する。
With reference to FIG. 12, in S26, the
モジュールMの磨耗容量C(W)が範囲Aに属する場合(S26において「範囲A」)、処理システム200は、処理をS28に進め、S25にて特性図上にプロットされたモジュールMの磨耗容量C(W)と内部抵抗Rとの組合せ(C(W),R)が領域Xまたは領域Y内に含まれるか否かを判定する。プロット(C(W),R)が領域Xまたは領域Y内に含まれる場合(S28においてYES)、処理システム200は、モジュールMの再利用が可能であると判定し、モジュールMをリビルド用途に分類する(S29)。一方、プロット(C(W),R)が領域Xおよび領域Y内のいずれにも含まれない場合(S28においてNO)、すなわち、プロット(C(W),R)が領域Yよりも下方に位置する場合には、処理システム200は、モジュールMは再利用不可と判定し、モジュールMをリサイクル用途に分類する(S30)。
When the wear capacity C(W) of the module M belongs to the range A (“range A” in S26), the
モジュールMの磨耗容量C(W)が範囲Bに属する場合(S26において「範囲B」)、処理システム200は、処理をS27に進める。プロット(C(W),R)が領域X内に含まれる場合(S27においてYES)、処理システム200は、モジュールMの再利用が可能であると判定する(S29)。一方、プロット(C(W),R)が領域X内に含まれない場合(S27においてYES)、すなわち、プロット(C(W),R)が領域Yに含まれるか、領域Yよりも下方(低抵抗側)に位置する場合には、処理システム200は、モジュールMの再利用不可と判定する(S30)。
When the wear capacity C(W) of the module M belongs to the range B (“range B” in S26), the
モジュールMの磨耗容量C(W)が範囲Cに属する場合(S26において「範囲C」)には、処理システム200は、モジュールMの内部抵抗Rに拘らず、モジュールMの再利用不可と判定する(S30)。
When the wear capacity C(W) of the module M belongs to the range C (“range C” in S26), the
以上のように、実施の形態2においても実施の形態1と同様に、リチウム析出劣化の進行度合いを考慮して、かつ、複雑な演算を経ることなく、モジュールMの再利用の可否を判定することができる。 As described above, also in the second embodiment, similarly to the first embodiment, it is determined whether or not the module M can be reused in consideration of the degree of progress of lithium deposition deterioration and without performing complicated calculation. be able to.
また、実施の形態2においては、車両90の走行に必要な満充電容量Cを確保することができるように範囲Aと範囲Bとの境界とする磨耗容量の値を定めた上で、モジュールMの磨耗容量C(W)が範囲Aに属する場合には、モジュールMのプロット(C(W),R)が領域Yに含まれる場合であっても、モジュールMは再利用可能と判定される。これにより、走行に必要な満充電容量Cを確保しつつ、実施の形態1と比べて、より多く(高割合)のモジュールを再利用することができる。
Further, in the second embodiment, the value of the wear capacity at the boundary between the range A and the range B is set so that the full charge capacity C required for the traveling of the
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 embodiments disclosed this time are to 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 claims, and is intended to include meanings equivalent to the claims and all modifications within the scope.
10 回収業者、20 検査業者、30 性能回復業者、40 製造業者、50 販売店、60 リサイクル業者、71〜75 端末、80 管理サーバ、81 通信ネットワーク、82 基地局、90,91〜93 車両、100 電池管理システム、200 処理システム、210 容量算出装置、220 抵抗測定装置、230 判定装置、231 プロット部、232 領域判定部、233 再利用判定部、240 記憶装置、250 表示装置、910,920,930 組電池、M モジュール。 10 recovery company, 20 inspection company, 30 performance recovery company, 40 manufacturer, 50 dealer, 60 recycler, 71-75 terminal, 80 management server, 81 communication network, 82 base station, 90, 91-93 vehicle, 100 Battery management system, 200 processing system, 210 capacity calculation device, 220 resistance measurement device, 230 determination device, 231 plotting unit, 232 area determination unit, 233 reuse determination unit, 240 storage device, 250 display device, 910, 920, 930 Battery pack, M module.
Claims (1)
リチウムイオン二次電池の内部抵抗軸と摩耗劣化が生じたリチウムイオン二次電池の満充電容量である摩耗劣化軸とにより規定される平面上に定められた第1および第2の劣化曲線を記憶する記憶装置を備え、
前記第1の劣化曲線は、磨耗劣化が生じたリチウムイオン二次電池の内部抵抗と摩耗容量との間の相関関係を示す曲線であり、
前記第2の劣化曲線は、摩耗劣化に加えてリチウム析出に起因する劣化が生じたリチウムイオン二次電池の内部抵抗と摩耗容量との間の相関関係を示す曲線であり、
前記対象電池の内部抵抗および摩耗容量を前記平面上にプロットした場合に、当該プロットが前記第1の劣化曲線と前記第2の劣化曲線との間に定められる曲線よりも高抵抗側の領域に含まれるときには、前記対象電池の再利用が可能と判定する判定装置をさらに備える、電池情報処理システム。 A battery information processing system for determining whether or not a target battery, which is a lithium-ion secondary battery, can be reused,
Memorizing first and second deterioration curves defined on a plane defined by the internal resistance axis of the lithium ion secondary battery and the wear deterioration axis which is the full charge capacity of the lithium ion secondary battery in which wear deterioration has occurred Equipped with a storage device that
The first deterioration curve is a curve showing a correlation between internal resistance and wear capacity of the lithium ion secondary battery in which wear deterioration has occurred,
The second deterioration curve is a curve showing the correlation between the internal resistance and the wear capacity of the lithium ion secondary battery in which deterioration due to lithium precipitation has occurred in addition to wear deterioration,
When the internal resistance and wear capacity of the target battery are plotted on the plane, the plot is in a region on the higher resistance side than the curve defined between the first deterioration curve and the second deterioration curve. When included, the battery information processing system further comprising a determination device that determines that the target battery can be reused.
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