JP2020149879A - Secondary battery system - Google Patents
Secondary battery system Download PDFInfo
- Publication number
- JP2020149879A JP2020149879A JP2019046941A JP2019046941A JP2020149879A JP 2020149879 A JP2020149879 A JP 2020149879A JP 2019046941 A JP2019046941 A JP 2019046941A JP 2019046941 A JP2019046941 A JP 2019046941A JP 2020149879 A JP2020149879 A JP 2020149879A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- battery
- soc
- pressure
- ecu
- charging
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000000452 restraining effect Effects 0.000 claims abstract description 14
- 230000009467 reduction Effects 0.000 abstract description 26
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 abstract description 25
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 17
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 abstract description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 description 20
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 14
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 10
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 description 8
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 7
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 7
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 230000004044 response Effects 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 229910021384 soft carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- QHGJSLXSVXVKHZ-UHFFFAOYSA-N dilithium;dioxido(dioxo)manganese Chemical compound [Li+].[Li+].[O-][Mn]([O-])(=O)=O QHGJSLXSVXVKHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000011038 discontinuous diafiltration by volume reduction Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 229910000625 lithium cobalt oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910003002 lithium salt Inorganic materials 0.000 description 1
- 159000000002 lithium salts Chemical class 0.000 description 1
- BFZPBUKRYWOWDV-UHFFFAOYSA-N lithium;oxido(oxo)cobalt Chemical compound [Li+].[O-][Co]=O BFZPBUKRYWOWDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
Landscapes
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Mounting, Suspending (AREA)
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
Abstract
Description
本開示は、二次電池システムに関し、より特定的には、リチウムイオン二次電池の劣化を抑制するための充電技術に関する。 The present disclosure relates to a secondary battery system, and more specifically, to a charging technique for suppressing deterioration of a lithium ion secondary battery.
近年、リチウムイオン二次電池からなる組電池が搭載された車両(ハイブリッド車、電気自動車など)の普及が進んでいる。リチウムイオン二次電池の性能を十分に発揮させることを目的に、リチウムイオン二次電池の劣化を抑制するための技術が提案されている。 In recent years, vehicles (hybrid vehicles, electric vehicles, etc.) equipped with assembled batteries made of lithium-ion secondary batteries have become widespread. For the purpose of fully exerting the performance of the lithium ion secondary battery, a technique for suppressing deterioration of the lithium ion secondary battery has been proposed.
たとえば、特開2016−123251号公報(特許文献1)によれば、黒鉛負極のリチウムイオンの拡散係数は、0%以上40%未満のSOC(State Of Charge)領域で最大値を示し、40%以上60%以下のSOC領域で最小値を示し、60%を超えるSOC領域では最大値と最小値との中間値を示す。このため、特許文献1に開示されたリチウムイオン二次電池の充電方法では、SOC領域毎に充電電流を増減させる(たとえば特許文献1の表1および表2参照)。これにより、充電によるリチウムイオン二次電池の発熱を最小限にすることができる。その結果、リチウムイオン二次電池の劣化(充放電サイクル特性等の電池特性の低下)を抑制することができる。
For example, according to Japanese Patent Application Laid-Open No. 2016-123251 (Patent Document 1), the diffusion coefficient of lithium ions in the graphite negative electrode shows the maximum value in the SOC (State Of Charge) region of 0% or more and less than 40%, and is 40%. The minimum value is shown in the SOC region of 60% or more, and the intermediate value between the maximum value and the minimum value is shown in the SOC region of more than 60%. Therefore, in the method of charging the lithium ion secondary battery disclosed in
一般に、リチウムイオン二次電池において大電流での充電(いわゆるハイレート充電)が行なわれると、電解液中のリチウム塩の濃度(以下、「塩濃度」とも略す)に偏りが生じ得ることが知られている。塩濃度に偏りが生じると、リチウムイオン二次電池の内部抵抗が増加することにより電池特性が低下し得る。一般に、このような劣化は「ハイレート劣化」とも称される。 In general, it is known that when a lithium ion secondary battery is charged with a large current (so-called high-rate charging), the concentration of lithium salt in the electrolytic solution (hereinafter, also abbreviated as "salt concentration") may be biased. ing. If the salt concentration is biased, the internal resistance of the lithium ion secondary battery increases, which may reduce the battery characteristics. Generally, such deterioration is also referred to as "high rate deterioration".
本発明者は、たとえばソフトカーボンを含む負極を採用したリチウムイオン二次電池では、ハイレート劣化の生じやすさがSOCに依存することを見出した。特許文献1に開示されたリチウムイオン二次電池の充電方法には、ハイレート劣化の生じやすさのSOC依存性が特に考慮されていない点において改善の余地がある。
The present inventor has found that, for example, in a lithium ion secondary battery using a negative electrode containing soft carbon, the susceptibility to high-rate deterioration depends on SOC. The method for charging a lithium ion secondary battery disclosed in
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、リチウムイオン二次電池のハイレート劣化を適切に抑制することである。 The present disclosure has been made to solve the above problems, and an object of the present disclosure is to appropriately suppress high-rate deterioration of a lithium ion secondary battery.
本開示のある局面に従う二次電池システムは、複数のセルを含む組電池と、組電池を拘束することで組電池に拘束圧を印可する拘束部材と、拘束圧を調整するように構成された駆動装置と、駆動装置を制御する制御装置とを備える。制御装置は、組電池の充電中に、組電池のSOCが所定領域に含まれる場合には、組電池のSOCが所定領域に含まれない場合と比べて、拘束圧が低くなるように駆動装置を制御する。 The secondary battery system according to a certain aspect of the present disclosure is configured to adjust the restraint pressure with a battery pack containing a plurality of cells, a restraint member that applies a restraint pressure to the battery pack by restraining the battery pack. It includes a drive device and a control device that controls the drive device. The control device is a drive device so that when the SOC of the assembled battery is included in the predetermined region during charging of the assembled battery, the restraining pressure is lower than when the SOC of the assembled battery is not included in the predetermined region. To control.
組電池のハイレート充電が行われると、電極体内部の電解液中に塩濃度分布の偏りが生じ、組電池の内部抵抗が上昇する。一方、詳細は後述するが、組電池の拘束圧が低くするほど、電極体が膨張しやすくなるので、電極体の内部において電解液が流れやすくなる。電解液の流動により塩の拡散が促進されると、電解液中の塩濃度分布の偏りが緩和されやすくなる。その結果、組電池の内部抵抗の上昇が抑制される。したがって、上記構成によれば、リチウムイオン二次電池からなる組電池のハイレート劣化を適切に抑制することができる。 When the assembled battery is charged at a high rate, the salt concentration distribution is biased in the electrolytic solution inside the electrode body, and the internal resistance of the assembled battery increases. On the other hand, as will be described in detail later, the lower the restraining pressure of the assembled battery, the easier it is for the electrode body to expand, so that the electrolytic solution easily flows inside the electrode body. When the diffusion of salt is promoted by the flow of the electrolytic solution, the bias of the salt concentration distribution in the electrolytic solution is easily alleviated. As a result, an increase in the internal resistance of the assembled battery is suppressed. Therefore, according to the above configuration, high-rate deterioration of the assembled battery made of a lithium ion secondary battery can be appropriately suppressed.
本開示によれば、リチウムイオン二次電池のハイレート劣化を適切に抑制することができる。 According to the present disclosure, high-rate deterioration of a lithium ion secondary battery can be appropriately suppressed.
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. The same or corresponding parts in the drawings are designated by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.
[実施の形態]
<充電システムの全体構成>
図1は、本開示の実施の形態に係る充電システムの全体構成を概略的に示す図である。図1を参照して、充電システム100は、車両1と、充電器5とを備える。図1には、車両1と充電器5とが充電ケーブル6により電気的に接続され、充電器5から車両1へ電力を供給する外部充電制御時の状況が示されている。
[Embodiment]
<Overall configuration of charging system>
FIG. 1 is a diagram schematically showing an overall configuration of a charging system according to an embodiment of the present disclosure. With reference to FIG. 1, the
車両1は、たとえば電気自動車である。ただし、車両1は、外部充電が可能に構成された車両であれば、たとえばプラグインハイブリッド車であってもよい。充電器5は、ユーザの家庭等に設けられた専用の充電器であってもよいし、公共の充電スタンド(充電ステーションとも呼ばれる)に設けられた充電器であってよい。
The
図2は、車両1および充電器5の構成を概略的に示すブロック図である。図2を参照して、充電器5は、直流(DC:Direct Current)充電器であって、系統電源7からの供給電力(交流電力)を、車両1に搭載されたバッテリ21の充電電力(直流電力)に変換する。充電器5は、電力線ACLと、AC/DC変換器51と、電圧センサ52と、給電線PL0,NL0と、制御回路50とを含む。
FIG. 2 is a block diagram schematically showing the configurations of the
電力線ACLは、系統電源7に電気的に接続されている。電力線ACLは、系統電源7からの交流電力をAC/DC変換器51へ伝送する。
The power line ACL is electrically connected to the
AC/DC変換器51は、電力線ACL上の交流電力を、車両1に搭載されたバッテリ21を充電するための直流電力に変換する。AC/DC変換器51による電力変換は、力率改善のためのAC/DC変換と、電圧レベル調整のためのDC/DC変換との組み合わせによって実行されてもよい。AC/DC変換器51から出力された直流電力は、正極側の給電線PL0および負極側の給電線NL0によって供給される。
The AC /
電圧センサ52は、給電線PL0と給電線NL0との間に電気的に接続されている。電圧センサ52は、給電線PL0と給電線NL0との間の電圧を検出し、その検出結果を制御回路50に出力する。
The
制御回路50は、CPUと、メモリと、入出力ポート(いずれも図示せず)とを含んで構成されている。制御回路50は、電圧センサ52により検出された電圧、車両1からの信号、ならびに、メモリに記憶されたマップおよびプログラムに基づいて、AC/DC変換器51による電力変換動作を制御する。
The
車両1は、インレット11と、充電線PL1,NL1と、電圧センサ121と、電流センサ122と、充電リレー131,132と、システムメインリレー(SMR:System Main Relay)141,142と、電力線PL2,NL2と、PCU(Power Control Unit)16と、モータジェネレータ17と、動力伝達ギヤ18と、駆動輪19と、二次電池システム2とを備える。二次電池システム2は、バッテリ21と、電圧センサ221と、電流センサ222と、温度センサ223と、拘束部材23と、ダンパアクチュエータ24と、ECU(Electronic Control Unit)20とを備える。
The
インレット(充電ポート)11は、嵌合等の機械的な連結を伴って充電ケーブル6のコネクタ61を挿入することが可能に構成されている。コネクタ61の挿入に伴い、給電線PL0とインレット11の正極側の接点との間の電気的な接続が確保されるとともに、給電線NL0とインレット11の負極側の接点との間の電気的な接続が確保される。また、インレット11とコネクタ61とが充電ケーブル6により接続されることで、車両1のECU20と充電器5の制御回路50とがCAN(Controller Area Network)等の通信規格に従う通信により、信号、指令、メッセージまたはデータ等の各種情報を相互に送受信することが可能になる。
The inlet (charging port) 11 is configured so that the
電圧センサ121は、充電リレー131,132よりもインレット11側において、充電線PL1と充電線NL1との間に電気的に接続されている。電圧センサ121は、充電線PL1と充電線NL1との間の直流電圧を検出し、その検出結果をECU20に出力する。電流センサ122は、充電線PL1に設けられている。電流センサ122は、充電線PL1を流れる電流を検出し、その検出結果をECU20に出力する。ECU20は、電圧センサ121および電流センサ122による検出結果に基づき、充電器5からの供給電力(バッテリ21の充電量)を算出することもできる。
The
充電リレー131は充電線PL1に接続され、充電リレー132は充電線NL1に接続されている。充電リレー131,132の閉成/開放は、ECU20からの指令に応じて制御される。充電リレー131,132が閉成され、かつSMR141,142が閉成されると、インレット11とバッテリ21との間での電力伝送が可能な状態となる。
The charging
バッテリ21は、複数のセル3を含んで構成された組電池である。バッテリ21は、車両1の駆動力を発生させるための電力を供給する。また、バッテリ21は、モータジェネレータ17により発電された電力を蓄える。
The
バッテリ21の正極は、SMR141を経由してノードND1に電気的に接続されている。ノードND1は、充電線PL1および電力線PL2に電気的に接続されている。同様に、バッテリ21の負極は、SMR142を経由してノードND2に電気的に接続されている。ノードND2は、充電線NL1および電力線NL2に電気的に接続されている。SMR141,142の閉成/開放は、ECU20からの指令に応じて制御される。
The positive electrode of the
電圧センサ221は、バッテリ21の電圧を検出する。電流センサ222は、バッテリ21に入出力される電流を検出する。温度センサ223は、バッテリ21の温度を検出する。各センサは、その検出結果をECU20に出力する。ECU20は、電圧センサ221および/または電流センサ222による検出結果に基づいて、バッテリ21のSOCを推定することができる。
The
PCU16は、電力線PL2,NL2とモータジェネレータ17との間に電気的に接続されている。PCU16は、コンバータおよびインバータ(いずれも図示せず)を含んで構成され、ECU20からの指令に従ってモータジェネレータ17を駆動する。
The
モータジェネレータ17は、交流回転電機であり、たとえば、永久磁石が埋設されたロータを備える永久磁石型同期電動機である。モータジェネレータ17の出力トルクは、動力伝達ギヤ18を通じて駆動輪19に伝達され、車両1を走行させる。また、モータジェネレータ17は、車両1の制動動作時には、駆動輪19の回転力によって発電することができる。モータジェネレータ17による発電電力は、PCU16によってバッテリ21の充電電力に変換される。
The
ECU20は、制御回路50と同様に、CPU201と、ROM(Read Only Memory)およびRAM(Random Access Memory)などのメモリ202と、入出力ポート203とを含んで構成されている。ECU20は、各センサ等からの信号に応じて、車両1が所望の状態となるように機器類を制御する。なお、ECU20は、機能毎に複数のECUに分割して構成されていてもよい。
Like the
本実施の形態においてECU20により実行される主要な制御として、充電器5から供給される電力により車載のバッテリ21を充電する「外部充電制御」と、拘束部材23によりバッテリ21に印可される拘束圧Pを制御する「拘束圧制御」とが挙げられる。本実施の形態では、拘束圧制御は外部充電制御中に実行される。拘束圧制御については後に詳細に説明する。
In the present embodiment, the main controls executed by the
図3は、二次電池システム2の構成をより詳細に示す図である。図3を参照して、拘束部材23は、一対のエンドプレート231と、拘束バンド232と、複数のボルト233と、複数のナット(図示せず)と、複数のバスバー234とを含む。
FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the secondary battery system 2 in more detail. With reference to FIG. 3, the
各セル3は、正極端子43および負極端子44(図3参照)を有する。あるセルの正極端子43と隣接するセルの負極端子44とは、バスバー234によって締結されるとともに電気的に接続されている。これにより、複数のセル3が直列に接続されている。ただし、複数のセル3が直列に接続された構成は必須ではない。たとえば複数のセル3が並列接続されてブロックが構成され、そのブロック同士が直列接続されてバッテリ21が構成されていてもよい。
Each
図3では、複数のセル3が積層されることより形成された積層体のうち、積層方向(x軸方向)の一方端が部分的に示されている。積層体の一方端および積層方向の他方端にそれぞれ対向するように、一対のエンドプレート231が配置されている。一対のエンドプレート231は、すべてのセル3を挟み込んだ状態で拘束バンド232によって拘束されている。
In FIG. 3, one end of the stacking direction (x-axis direction) of the laminated body formed by stacking the plurality of
また、一対のエンドプレート231は、ボルト233およびナット(図示せず)により互いに締め付けられている。エンドプレート231、拘束バンド232、ボルト233およびナットにより、各セル3には拘束圧P[単位:Pa]が印加されている。
Further, the pair of
ダンパアクチュエータ24は、ECU20からの制御信号に従って一対のエンドプレート231間の間隔を制御することにより、拘束圧Pを調整することが可能に構成されている。より詳細には、拘束圧Pは、圧力センサ(図示せず)をセル3間に設置することにより測定可能である。そのため、エンドプレート231間の間隔と拘束圧Pとの相関関係を予め求めておくことにより、所望の拘束圧Pを発生させるための間隔を算出することができる。あるいは、ダンパアクチュエータ24は、ECU20からの制御信号に従ってボルト233の締め付け量を制御することにより、拘束圧Pを調整することが可能に構成されていてもよい。この場合にも事前の実験結果に基づき、所望の拘束圧Pを発生させるためのボルト233の締め付け量を算出することができる。なお、ダンパアクチュエータ24は、本開示に係る「駆動装置」に相当する。
The
ただし、図3に示した構成は、バッテリ21に拘束圧Pを印可するための構成の一例に過ぎない。本開示に係る「拘束部材」および「駆動装置」は、バッテリ21への拘束圧Pを調整可能に構成されていれば、その機械的な構成は特に限定されるものではない。
However, the configuration shown in FIG. 3 is only an example of a configuration for applying the restraint pressure P to the
<セル構成>
図4は、各セル3の構成をより詳細に説明するための図である。図4において、セル3は、その内部を透視して示されている。セル3は、略直方体形状の電池ケース41を有する。電池ケース41の上面は蓋体42によって封じられている。正極端子43および負極端子44の各々の一方端は、蓋体42から外部に突出している。正極端子43および負極端子44の他方端は、電池ケース41内部において、内部正極端子および内部負極端子(いずれも図示せず)にそれぞれ接続されている。
<Cell configuration>
FIG. 4 is a diagram for explaining the configuration of each
電池ケース41の内部には電極体45が収容されている。電極体45は、正極46と負極47とがセパレータ48を介して積層され、その積層体が捲回されることにより形成されている。電解液(図示せず)は、正極46、負極47およびセパレータ48等に保持されている。
The
負極47にはソフトカーボン(易黒鉛化炭素)が用いられる。正極46、セパレータ48および電解液の材料としては、従来公知の各種材料を用いることができる。一例として、正極46には、コバルト酸リチウムまたはマンガン酸リチウムが用いられる。セパレータ48にはポリオレフィンが用いられる。電解液は、有機溶媒と、リチウムイオンと、添加剤とを含む。なお、電極体45を捲回体にすることは必須ではなく、電極体45は捲回されていない積層体であってもよい。
Soft carbon (easily graphitized carbon) is used for the
<ハイレート劣化のSOC依存性>
本発明者は、バッテリ21におけるハイレートの生じやすさのSOC依存性を調査するため、以下のような測定を実施した。バッテリ21と同型のバッテリを準備し、隣接する2つのセル間に面圧センサ(図示せず)を設置した。そして、これらのセルのSOCを様々な値に調整し、定常状態としてからセル間の面圧を測定した。
<SOC dependency of high rate deterioration>
The present inventor carried out the following measurements in order to investigate the SOC dependence of the likelihood of high rates occurring in the
図5は、セル間の面圧のSOC依存性を示す図である。図5において、横軸は、バッテリ21のSOCを表す。縦軸は、セル間の面圧[単位:Pa(=N/m2)]を表す。
FIG. 5 is a diagram showing the SOC dependence of the surface pressure between cells. In FIG. 5, the horizontal axis represents the SOC of the
図5に示す例では、20%以下の低SOC領域または60%以上の高SOC領域では、20%超かつ60%未満の中間SOC領域と比べて、セル間の面圧が大きい。セル間の面圧が大きいということは、各セルの体積が大きいことを意味する。つまり、低SOC領域または高SOC領域では、中間SOC領域と比べて、充電中でなくても各セルが膨張している。 In the example shown in FIG. 5, in the low SOC region of 20% or less or the high SOC region of 60% or more, the surface pressure between cells is larger than that in the intermediate SOC region of more than 20% and less than 60%. A large surface pressure between cells means that the volume of each cell is large. That is, in the low SOC region or the high SOC region, each cell expands even when it is not being charged, as compared with the intermediate SOC region.
バッテリ21のハイレート充電を行うと、電極体45が膨張する。しかし、バッテリ21の低SOC領域または高SOC領域では、中間SOC領域と比べて、ハイレート充電の開始前から各セル3が膨張しているため、ハイレート充電に伴って電極体45が膨張する余地が小さい。電極体45の膨張が妨げられると、ハイレート充電に伴って電極体45の内部の電解液中に塩濃度分布の偏りが生じやすくなり、それによりバッテリ21の内部抵抗Rが上昇しやすくなる。すなわち、バッテリ21のハイレート劣化が生じやすくなる。そのため、図5に示す測定結果は、低SOC領域または高SOC領域では、中間SOC領域と比べて、ハイレート劣化に対するバッテリ21の耐性が低いことを意味している。よって、以下では、SOCが20%以下の低SOC領域とSOCが60%以上の高SOC領域とを「耐性低下領域」とも記載する。なお、耐性低下領域は本開示に係る「所定領域」に相当する。
When the
本実施の形態においては、図5に示すようにハイレート劣化の進行のしやすさがSOC依存性を示すことに鑑み、バッテリ21のSOCが耐性低下領域に含まれる場合と、バッテリ21のSOCが耐性低下領域に含まれない場合とで、拘束部材23によるバッテリ21の拘束圧Pの印可態様を異ならせる。より具体的には、本実施の形態では以下に説明するように、隣接するセル3間の面圧と逆相関するようにバッテリ21の拘束圧Pを変化させる。
In the present embodiment, in view of the fact that the ease of progress of high-rate deterioration shows SOC dependence as shown in FIG. 5, the SOC of the
図6は、本実施の形態におけるバッテリ21の拘束圧Pの印可手法を説明するための図である。図6において、横軸はバッテリのSOCを表す。縦軸は、上から順に、セル間の面圧[単位:Pa]およびバッテリ21の拘束圧P[単位:Pa]を表す。なお、各セル3の電池ケース41の表面積(拘束圧Pが印可される側面の面積)は既知であるため、電池ケース41の表面積を用いて拘束圧Pをセル3に印可される荷重[単位:N]に換算し、荷重を縦軸に表してもよい。
FIG. 6 is a diagram for explaining a method of applying the restraint pressure P of the
図6を参照して、本実施の形態では、バッテリ21のSOCが耐性低下領域に含まる場合には、バッテリ21のSOCが耐性低下領域に含まれない場合と比べて、ダンパアクチュエータ24を制御することでバッテリ21の拘束圧Pを低くする。
With reference to FIG. 6, in the present embodiment, when the SOC of the
耐性低下領域においてバッテリ21の拘束圧Pを低下させることで、ハイレート充電に伴う電極体45の膨張が阻害されにくくなる。電極体45が膨張しやすくなると、電極体45の内部において電解液が流れやすくなる。そうすると、電解液中の塩が拡散しやすくなり、電解液中の塩濃度分布の偏りが緩和(最終的には解消)される。その結果、バッテリ21の内部抵抗Rの上昇が抑制される。つまり、バッテリ21のハイレート劣化を抑制することが可能になる。
By lowering the restraining pressure P of the
<拘束圧制御フロー>
図7は、本実施の形態における拘束圧制御を説明するためのフローチャートである。図7および後述する図9に示すフローチャートに含まれる処理は、車両1の外部充電制御中に所定の制御周期が経過する度にメインルーチン(図示せず)から呼び出されて実行される。また、このフローチャートに含まれる各ステップ(以下、「S」と略す)は、基本的にはECU20によるソフトウェア処理によって実現されるが、ECU20内に作製された専用のハードウェア(電気回路)によって実現されてもよい。
<Constriction pressure control flow>
FIG. 7 is a flowchart for explaining the restraint pressure control in the present embodiment. The processes included in the flowcharts shown in FIGS. 7 and 9 described later are called and executed from the main routine (not shown) every time a predetermined control cycle elapses during the external charge control of the
図7を参照して、S11において、ECU20は、バッテリ21のSOCを推定する。SOC推定には、OCV−SOCカーブを参照する手法または電流積算法などの各種公知の手法を用いることができる。
With reference to FIG. 7, in S11, the
S12において、ECU20は、S11にて推定されたバッテリ21のSOCが耐性低下領域内であるかどうかを判定する。バッテリ21のSOCが耐性低下領域内である場合、すなわち、バッテリ21のSOCが20%以下または60%以上である場合(S12においてYES)、ECU20は、処理をS13に進める。これに対し、バッテリ21のSOCが耐性低下領域外である場合、すなわち、バッテリ21のSOCが20%超かつ60%未満である場合(S12においてNO)には、ECU20は、処理をS14に進める。
In S12, the
S13において、ECU20は、バッテリ21のSOCが60%であるときの拘束圧P(基準拘束圧P0と記載する)を基準として、バッテリ21の拘束圧Pが低下するようにダンパアクチュエータ24を制御する。一方、S14において、ECU20は、基準拘束圧P0に対してバッテリ21の拘束圧Pが上昇するようにダンパアクチュエータ24を制御する。S13,S14の処理が終了するとメインルーチンに処理が戻され、次の制御周期が来ると一連の処理が再び実行される。
In S13, the
なお、図7に示す例ではバッテリ21のSOCが60%であるときの拘束圧Pを基準拘束圧P0に設定したが、これは拘束圧Pの基準の設定手法の一例に過ぎない。バッテリ21のSOCが耐性低下領域外である場合(たとえばSOC=40%の場合)の拘束圧Pを基準拘束圧P0に設定してもよい。この場合、ECU20は、バッテリ21のSOCが耐性低下領域内である場合にはバッテリ21の拘束圧Pが基準拘束圧P0よりも低くなるようにダンパアクチュエータ24を制御する一方で(S13)、バッテリ21のSOCが耐性低下領域外である場合には拘束圧Pを特に低下させない(S14)。
In the example shown in FIG. 7, the restraint pressure P when the SOC of the
以上のように、本実施の形態においては、セル3間の面圧により指標されるハイレート劣化の進行のしやすさがSOC依存性を有することを考慮し、バッテリ21のSOCが耐性低下領域内である場合のバッテリ21の拘束圧Pを、バッテリ21のSOCが耐性低下領域外である場合のバッテリ21の拘束圧Pよりも低くする。バッテリ21の拘束圧Pを低下させることで電極体45の膨張が許容されることになり、電極体45の内部における電解液の流動が促進される。これにより、電解液中の塩の拡散が速められるので、塩濃度分布の偏りが解消されやすくなる。その結果、本実施の形態によれば、バッテリ21の内部抵抗Rの上昇を抑制することができる。言い換えると、バッテリ21のハイレート劣化を適切に抑制することができる。
As described above, in the present embodiment, considering that the ease of progress of high-rate deterioration indexed by the surface pressure between the
[変形例]
バッテリ21のハイレート劣化の進行を拘束圧制御により抑制したとしても、バッテリ21の経年劣化は進行するので、バッテリ21の容量が減少し得る。本変形例においては、バッテリの容量減少に伴い、耐性低下領域として規定するSOC領域についても適宜変更する構成について説明する。
[Modification example]
Even if the progress of the high rate deterioration of the
図8は、変形例におけるバッテリ21の拘束圧Pの印可手法を説明するための図である。図8において、横軸は、バッテリ21のSOCを表す。縦軸は、バッテリ21の拘束圧Pを表す。図8には、初期状態でのバッテリ21に印可される拘束圧Pが対比のため1点鎖線により示されるとともに、容量減少後(この例では初期状態と比べて10%の容量減少後)のバッテリ21に印可される拘束圧Pが実線により示されている。
FIG. 8 is a diagram for explaining a method of applying the restraint pressure P of the
図8を参照すると、初期状態では、SOCが20%以下のSOC領域とSOCが60%以上のSOC領域とが耐性低下領域であるのに対し、容量減少後の耐性低下領域は、SOCが30%以下のSOC領域とSOCが70%以上のSOC領域とである。このことから、容量減少後のバッテリ21に印可される拘束圧Pは、初期状態でのバッテリ21に印可される拘束圧Pよりも高SOC側にシフトすることが理解される。バッテリ21の容量減少量が大きくなるほど、拘束圧Pの高SOC側へのシフト量も大きくなる。このようなバッテリ21の容量減少量と拘束圧Pのシフト量との間の対応関係が事前実験により求められ、ECU20のメモリ(図示せず)にたとえばマップとして予め格納されている。
Referring to FIG. 8, in the initial state, the SOC region having an SOC of 20% or less and the SOC region having an SOC of 60% or more are resistance-decreasing regions, whereas the resistance-decreasing region after volume reduction has an SOC of 30. The SOC region is 70% or less and the SOC region is 70% or more. From this, it is understood that the restraint pressure P applied to the
図9は、変形例における拘束圧制御を説明するためのフローチャートである。図9を参照して、まずS21において、ECU20は、外部充電制御の実行開始に伴いバッテリ21の容量(満充電容量)を算出済みであるかどうかを判定する。
FIG. 9 is a flowchart for explaining the restraint pressure control in the modified example. With reference to FIG. 9, first, in S21, the
外部充電制御の実行開始時にバッテリ21の容量を算出していない場合(S21においてNO)。ECU20は、バッテリ21の容量(満充電容量)を算出する(S22)。具体的には、ECU20は、車両1の外部充電制御中に、バッテリ21のSOCを2回推定するとともに、その2回のSOC推定の間にバッテリ21に充電された電力量ΔAhを電流センサ122を用いた電流積算により測定する。ECU20は、2回のSOC推定処理の推定結果であるS1,S2と充電電力量ΔAhとを用いて、バッテリ21の容量Cを下記式(1)に従って算出する。
C=ΔAh/(S1−S2)×100 ・・・(1)
When the capacity of the
C = ΔAh / (S1-S2) × 100 ... (1)
その後、ECU20は、S22にて算出された容量Cに基づき耐性低下領域を決定する(S23)。より具体的には、ECU20は、初期状態におけるバッテリ21の容量C0からのバッテリ21の容量Cの容量減少量(前述の例では10%)を算出する。そして、ECU20は、図8にて説明したようなマップを参照することによって、バッテリ21の容量減少量から耐性低下領域を決定する。なお、外部充電制御の実行開始時にバッテリ21の容量を既に算出している場合(S21においてYES)には、ECU20は、S22,S23の処理をスキップして処理をS24に進める。
After that, the
S24〜S28の処理は、本実施の形態におけるS11〜S14の処理(図7参照)とそれぞれ同様であるため、詳細な説明は繰り返さない。 Since the processes of S24 to S28 are the same as the processes of S11 to S14 (see FIG. 7) in the present embodiment, detailed description will not be repeated.
以上のように、本変形例によれば、前述した実施の形態と同様に、バッテリ21のハイレート劣化を適切に抑制することができる。さらに、本変形例によれば、耐性低下領域の決定に際してバッテリ21の経年劣化の影響が反映される。言い換えると、バッテリ21の経年劣化に伴う容量減少量に基づいて耐性低下領域が補正される。これにより、バッテリ21のハイレート劣化を一層適切に抑制することが可能になる。
As described above, according to the present modification, the high rate deterioration 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 should be considered as exemplary in all respects and not restrictive. The scope of the present disclosure is shown by the scope of claims rather than the description of the embodiment described above, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.
100 充電システム、1 車両、11 インレット、12 AC/DC変換器、121 電圧センサ、122 電流センサ、131,132 SMR、141,142 充電リレー、15 PCU、16 モータジェネレータ、17 動力伝達ギヤ、18 駆動輪、2 二次電池システム、20 ECU、201 CPU、202 メモリ、203 入出力ポート、21 バッテリ、221 電圧センサ、222 電流センサ、223 温度センサ、23 拘束部材、231 エンドプレート、232 拘束バンド、233 ボルト、234 バスバー、24 ダンパアクチュエータ、3 セル、41 電池ケース、42 蓋体、43 正極端子、44 負極端子、45 電極体、46 正極、47 負極、48 セパレータ、5 充電器、50 制御回路、51 AC/DC変換器、52 電圧センサ、6 充電ケーブル、61 コネクタ、7 系統電源、ACL,NL2,PL2 電力線、ND1,ND2 ノード、NL0,PL0 給電線、NL1,PL1 充電線。 100 charging system, 1 vehicle, 11 inlets, 12 AC / DC converters, 121 voltage sensors, 122 current sensors, 131, 132 SMRs, 141,142 charging relays, 15 PCUs, 16 motor generators, 17 power transmission gears, 18 drives Wheel, 2 Secondary battery system, 20 ECU, 201 CPU, 202 memory, 203 input / output port, 21 battery, 221 voltage sensor, 222 current sensor, 223 temperature sensor, 23 restraint member, 231 end plate, 232 restraint band, 233 Bolt, 234 bus bar, 24 damper actuator, 3 cells, 41 battery case, 42 lid, 43 positive electrode terminal, 44 negative electrode terminal, 45 electrode body, 46 positive electrode, 47 negative electrode, 48 separator, 5 charger, 50 control circuit, 51 AC / DC converter, 52 voltage sensor, 6 charging cable, 61 connector, 7 system power supply, ACL, NL2, PL2 power line, ND1, ND2 node, NL0, PL0 power supply line, NL1, PL1 charging line.
Claims (1)
前記組電池を拘束することで前記組電池に拘束圧を印可する拘束部材と、
前記拘束圧を調整するように構成された駆動装置と、
前記駆動装置を制御する制御装置とを備え、
前記組電池は、前記複数のセルの各々のSOCが所定領域内である場合に、前記複数のセルの各々のSOCが前記所定領域外である場合と比べて膨張し、
前記制御装置は、前記組電池の充電中に、前記組電池のSOCが前記所定領域内である場合には、前記組電池のSOCが前記所定領域外である場合と比べて、前記拘束圧が低くなるように前記駆動装置を制御する、二次電池システム。 An assembled battery containing multiple cells and
A restraining member that applies a restraining pressure to the assembled battery by restraining the assembled battery,
A drive device configured to adjust the restraint pressure and
A control device for controlling the drive device is provided.
When each SOC of the plurality of cells is within a predetermined region, the assembled battery expands as compared with a case where each SOC of the plurality of cells is outside the predetermined region.
In the control device, when the SOC of the assembled battery is within the predetermined region during charging of the assembled battery, the restraining pressure is increased as compared with the case where the SOC of the assembled battery is outside the predetermined region. A secondary battery system that controls the drive so that it is low.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019046941A JP7225961B2 (en) | 2019-03-14 | 2019-03-14 | Secondary battery system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019046941A JP7225961B2 (en) | 2019-03-14 | 2019-03-14 | Secondary battery system |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020149879A true JP2020149879A (en) | 2020-09-17 |
JP7225961B2 JP7225961B2 (en) | 2023-02-21 |
Family
ID=72429789
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019046941A Active JP7225961B2 (en) | 2019-03-14 | 2019-03-14 | Secondary battery system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7225961B2 (en) |
Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS371076B1 (en) * | 1957-05-28 | 1962-04-30 | Gould National Batteries Inc | Battery cell spacer |
JPS62184782A (en) * | 1986-02-04 | 1987-08-13 | サ−ブ ニフエ ア−ベ− | Charging method of electrochemical source and apparatus of the source |
JP2010080279A (en) * | 2008-09-26 | 2010-04-08 | Nissan Motor Co Ltd | Secondary battery system and vehicle using the same |
JP2012124060A (en) * | 2010-12-09 | 2012-06-28 | Toyota Motor Corp | Charge/discharge control method of battery pack |
JP2013045556A (en) * | 2011-08-23 | 2013-03-04 | Toyota Motor Corp | Secondary battery system |
JP2014232665A (en) * | 2013-05-29 | 2014-12-11 | トヨタ自動車株式会社 | Battery holding device, battery heating device, battery drying device, battery cooling device and manufacturing method of battery |
JP2015095281A (en) * | 2013-11-08 | 2015-05-18 | トヨタ自動車株式会社 | Charging system of solid state battery |
JP2016123251A (en) * | 2014-12-25 | 2016-07-07 | 日立マクセル株式会社 | Method for charging lithium ion secondary battery, and charge control system therefor |
US20180019455A1 (en) * | 2016-07-13 | 2018-01-18 | Contemporary Amperex Technology Co., Limited | Battery module |
JP2018206644A (en) * | 2017-06-06 | 2018-12-27 | 日産自動車株式会社 | Charging method of lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery system |
JP2020537309A (en) * | 2018-02-07 | 2020-12-17 | エルジー・ケム・リミテッド | Lithium metal secondary battery and battery module containing it |
-
2019
- 2019-03-14 JP JP2019046941A patent/JP7225961B2/en active Active
Patent Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS371076B1 (en) * | 1957-05-28 | 1962-04-30 | Gould National Batteries Inc | Battery cell spacer |
JPS62184782A (en) * | 1986-02-04 | 1987-08-13 | サ−ブ ニフエ ア−ベ− | Charging method of electrochemical source and apparatus of the source |
JP2010080279A (en) * | 2008-09-26 | 2010-04-08 | Nissan Motor Co Ltd | Secondary battery system and vehicle using the same |
JP2012124060A (en) * | 2010-12-09 | 2012-06-28 | Toyota Motor Corp | Charge/discharge control method of battery pack |
JP2013045556A (en) * | 2011-08-23 | 2013-03-04 | Toyota Motor Corp | Secondary battery system |
JP2014232665A (en) * | 2013-05-29 | 2014-12-11 | トヨタ自動車株式会社 | Battery holding device, battery heating device, battery drying device, battery cooling device and manufacturing method of battery |
JP2015095281A (en) * | 2013-11-08 | 2015-05-18 | トヨタ自動車株式会社 | Charging system of solid state battery |
JP2016123251A (en) * | 2014-12-25 | 2016-07-07 | 日立マクセル株式会社 | Method for charging lithium ion secondary battery, and charge control system therefor |
US20180019455A1 (en) * | 2016-07-13 | 2018-01-18 | Contemporary Amperex Technology Co., Limited | Battery module |
JP2018206644A (en) * | 2017-06-06 | 2018-12-27 | 日産自動車株式会社 | Charging method of lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery system |
JP2020537309A (en) * | 2018-02-07 | 2020-12-17 | エルジー・ケム・リミテッド | Lithium metal secondary battery and battery module containing it |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP7225961B2 (en) | 2023-02-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN108075199B (en) | Battery system for vehicle and control method thereof | |
JP4118035B2 (en) | Battery control device | |
WO2011135701A1 (en) | Device for controlling and method for controlling charging of secondary battery | |
US9263906B2 (en) | Control apparatus and control method for lithium-ion secondary battery | |
JP2013165635A (en) | Electric vehicle | |
EP3823065A1 (en) | Method for charging battery and charging system | |
US10158246B2 (en) | Energy storage device, transport apparatus, and control method | |
US11884180B2 (en) | Battery system and method of controlling battery system | |
US11495981B2 (en) | Method for charging battery and charging system | |
JP2019050094A (en) | Charge/discharge control device for secondary battery | |
JP6760241B2 (en) | Rechargeable battery system | |
JP7131444B2 (en) | Secondary battery system | |
JP7087400B2 (en) | Solar power generation system | |
JP7225961B2 (en) | Secondary battery system | |
JP2023046517A (en) | Vehicle and method for charging vehicle | |
CN112820957B (en) | Method and system for charging battery | |
JP7120938B2 (en) | BATTERY SYSTEM AND SECONDARY BATTERY CONTROL METHOD | |
JP7259719B2 (en) | battery system | |
JP7226201B2 (en) | charging control system | |
US11189865B2 (en) | Deterioration estimation device for secondary battery, and deterioration estimation method for secondary battery | |
JP6627669B2 (en) | Battery system | |
JP2021180122A (en) | vehicle | |
WO2012172592A1 (en) | Battery system and method for controlling battery device | |
JP2022147323A (en) | charging controller | |
JP2021089801A (en) | vehicle |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20210624 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20220830 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20220912 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20230110 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20230123 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 7225961 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |