JP2020140884A - 監視装置および監視方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(1):この発明の一態様に係る監視装置は、二次電池からの荷重を検出する荷重センサと、前記二次電池の充電率を算出する算出部と、前記二次電池の使用度合いに関する指標値を検出する検出部と、前記指標値に対する、所定の充電率での前記二次電池の前記荷重の変化に基づいて、前記二次電池にリチウムが析出していることを検知する検知部と、を備える、ものである。
図1は、第1実施形態の充電監視システム1の構成の一例を示す図である。充電監視システム1は、例えば、非水二次電池(二次電池の一例)2と、荷重センサ3と、筐体バインドバー4と、温度センサ5と、電流センサ6と、第1電圧センサ7と、第2電圧センサ8と、ECU(Electronic Control Unit)100とを備える。
図2は、ECU100の構成の一例を示す図である。ECU100は、例えば、総充放電電気量算出部110と、SOC算出部120と、荷重取得部130と、第1傾向算出部140と、第1検知部150と、報知部160と、記憶部190とを備える。記憶部190を除くこれらの構成要素は、例えば、CPU(Central Processing Unit)等のコンピュータプロセッサがプログラム(ソフトウェア)を実行することにより実現される。また、これらの構成要素のうち一部または全部は、LSI(Large Scale Integration)やASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field-Programmable Gate Array)、GPU(Graphics Processing Unit)等のハードウェア(回路部;circuitryを含む)によって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。プログラムは、予め記憶部190に格納されていてもよいし、DVDやCD−ROM等の着脱可能な記憶媒体に格納されており、記憶媒体がドライブ装置に装着されることで記憶部190にインストールされてもよい。
{(yk−yk−1)/(xk−xk−1)+(yk+1−yk)/(xk+1−xk)}/2
図5は、ECU100のよる処理の一例を示すフローチャートである。まず、ECU100が搭載されている電気自動車のイグニッションがオンされる(ステップS101)。総充放電電気量算出部110は、電流センサ6、第1電圧センサ7、および第2電圧センサ8からの出力に基づいて、総充放電電力量を算出し(ステップS103)、総充放電電力量情報191を更新する。荷重取得部130は、荷重センサ3の出力に基づいて、非水二次電池2からの荷重を取得する(ステップS105)。そして、第1傾向算出部140は、総充放電電力量と非水二次電池2からの荷重とに基づいて、荷重と総充放電電気量との関係の図に示すグラフの第1傾きを算出する(ステップS107)。
図6は、ECU102の構成の一例を示す図である。ECU102は、一部の構成が以下の点でECU100と異なる。ECU100と同様の構成について、同一の符号を付して、詳細な説明は省略する。
ECU102は、例えば、サイクル数算出部112と、SOC算出部120と、荷重取得部130と、第2傾向算出部142と、第2検知部152と、報知部160と、記憶部190とを備える。
図8は、ECU102のよる処理の一例を示すフローチャートである。まず、ECU102が搭載されている電気自動車のイグニッションがオンされる(ステップS201)。サイクル数算出部112は、電流センサ6からの出力に基づいて、サイクル数を算出し(ステップS203)、サイクル数情報194を更新する。荷重取得部130は、荷重センサ3の出力に基づいて、非水二次電池2からの荷重を取得する(ステップS205)。そして、第2傾向算出部142は、サイクル数と非水二次電池2からの荷重とに基づいて、荷重とサイクル数との関係の図に示すグラフの第2傾きを算出する(ステップS207)。
図9は、ECU103の構成の一例を示す図である。ECU103は、一部の構成が以下の点でECU100と異なる。ECU100と同様の構成について、同一の符号を付して、詳細な説明は省略する。
ECU103は、例えば、使用時間算出部114と、SOC算出部120と、荷重取得部130と、第3傾向算出部144と、第3検知部154と、報知部160と、記憶部190とを備える。
図11は、ECU103のよる処理の一例を示すフローチャートである。まず、ECU103が搭載されている電気自動車のイグニッションがオンされる(ステップS301)。使用時間算出部114は、日時管理部9からの出力に基づいて、累積使用時間を算出し(ステップS303)、累積使用時間情報197を更新する。荷重取得部130は、荷重センサ3の出力に基づいて、非水二次電池2からの荷重を取得する(ステップS305)。そして、第3傾向算出部144は、累積使用時間と非水二次電池2からの荷重とに基づいて、荷重と累積使用時間との関係の図に示すグラフの第3傾きを算出する(ステップS307)。
次に、本発明のECU100,102,103による各処理の原理について説明する。図12は、以下に説明する数式に含まれる各パラメータの一例を示す図である。荷重センサ3により検出される荷重Fは、受信部のバネ定数をkspとしたとき、以下の式(1)で表現される。
1.初期荷重
二次電池もしくは二次電池積層モジュールは、初期に適当な荷重で拘束されているものとする。
2.筐体バインドバーの熱ひずみ
筐体後足部バインドバー長の歪みは、以下の式(2)で表現される。ここで、αf、ΔTfは、それぞれ筐体材の線膨張率、筐体基準温度からのズレである。
二次電池積層方向(Y方向)のYoung率の温度依存性を、以下の式(3)の二次式で近似する。
二次電池からはSOCzに応じた膨張にともないSOC固有の荷重が生じる。SOCによる歪みをεLi(z)とする。充電にともない正極・負極ともに膨張するが、負極材料の膨張が正極材よりも大きいことが知られている。また、二次電池の線膨張率をαL、基準温度と二次電池の温度差をΔTbとすると二次電池積層方向の歪みは、以下の式(4)で表される。
継続的な二次電池の充放電反応や長時間保管に伴い二次電池内では以下現象が生じる。
a.正極活物質割れ
b.SEI(Li2CO3, LiF他)の生成
c.負極への金属Li析出
いずれも二次電池の体積膨張の要因となるが、a.は特に二次電池の経年膨張の主要因とされてきた。c.は容量劣化を促進するだけでなく、二次電池の安全性影響も生じる懸念から、Li析出が起こらないように車両での充電電力・電流が制御されている。簡便のため、上記の現象が二次電池積層面の面積Aで、全面にわたって均一に生じるものとする。さらに簡便のため、厳密さは欠くが正極活物質割れも堆積物と同様の議論で扱う。この時のそれぞれの現象(成分)による厚さ増加をLi, 生成物重量をwi, 密度をρiとすると、生成体積物による厚さ変化は、以下の式(5)で表現される。
継続的な二次電池の充放電反応や長時間保管に伴い二次電池内では電解液分解が生じる。これにより炭酸ガスを主成分とするガスが二次電池ケース内で生じ、膨張の要因となる。一方で、気体の体積弾性率は10^5程度であり、固体の10^9〜11に比べて小さいため、ここの議論ではガスの発生による計測荷重への影響を無視する。
Tf=Tref、Tb=Tref、よりΔTb=0、ΔTf=0となるので、式(8)は、式(9)のようになる。
Claims (9)
- 二次電池からの荷重を検出する荷重センサと、
前記二次電池の充電率を算出する算出部と、
前記二次電池の使用度合いに関する指標値を検出する検出部と、
前記指標値に対する、所定の充電率での前記二次電池の前記荷重の変化に基づいて、前記二次電池にリチウムが析出していることを検知する検知部と、
を備える監視装置。 - 前記検出部は、前記二次電池の総充放電電気量を前記指標値として検出する、
請求項1に記載の監視装置。 - 前記検出部は、前記二次電池のサイクル数を前記指標値として検出する、
請求項1に記載の監視装置。 - 前記検出部は、前記二次電池の累積使用時間を前記指標値として検出する、
請求項1に記載の監視装置。 - 前記検知部は、前記荷重と前記指標値との関係を示す近似直線又は近似曲線からの前記荷重の乖離量が所定値以上となった際に、前記二次電池にリチウムが析出していることを検知する、
請求項1から4のうちいずれか一項に記載の監視装置。 - 前記検知部は、前記荷重と前記指標値の累乗根との関係を示す近似直線からの前記荷重の乖離量が所定値以上となった際に、前記二次電池にリチウムが析出していることを検知する、
請求項1から4のうちいずれか一項に記載の監視装置。 - 前記検知部は、
所定値以上の充電率における前記二次電池の荷重と前記指標値との関係に基づいて、前記二次電池にリチウムが析出していることを検知する、
請求項1から6のうちいずれか一項に記載の監視装置。 - 前記検知部は、
それぞれ異なる値の前記所定の充電率における前記関係に基づいて、前記二次電池にリチウムが析出していることを検知する、
請求項5から7のうちいずれか一項に記載の監視装置。 - コンピュータが、
荷重センサにより検出された二次電池からの荷重を取得し、
前記二次電池の充電率を算出し、
前記二次電池の使用度合いに関する指標値を検出し、
前記指標値に対する、所定の充電率での前記二次電池の前記荷重の変化に基づいて、前記二次電池にリチウムが析出していることを検知する、
監視方法。
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