JP2021005456A - Battery system - Google Patents

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Abstract

To provide a battery system suitable for a battery module including an active material which tends to expand.SOLUTION: A battery system comprises a battery module, a measurement device, and a controller. The battery module includes one or more battery cells and a binding member. The binding member serves to add a restraint load to the battery cell. The measurement device serves to measure a reaction force. The reaction force is a force which works from the battery cell to the binding member in an opposite direction to a direction in which the restraint load works. The controller serves to set a first upper limit for a charge current for the battery module when the reaction force is zero. The controller serves to set a second upper limit for the charge current of the battery module when the reaction force is larger than zero. The first upper limit is smaller than the second upper limit.SELECTED DRAWING: Figure 7

Description

本開示は電池システムに関する。 The present disclosure relates to a battery system.

特開２０１４−２０７１０７号公報（特許文献１）は、電池システムを開示している。該電池システムにおいては、電池セル表面の面圧に基づいて、電池セルの充電が制御されている。 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-207107 (Patent Document 1) discloses a battery system. In the battery system, charging of the battery cell is controlled based on the surface pressure of the surface of the battery cell.

特開２０１４−２０７１０７号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-207107

各種の用途において、電池モジュールが使用されている。電池モジュールは、１個以上の電池セル（単セル）と、拘束部材とを含む。拘束部材は、電池モジュールの周囲を物理的に拘束している。拘束部材は、電池セルに拘束荷重を加えている。 Battery modules are used in a variety of applications. The battery module includes one or more battery cells (single cell) and a restraining member. The restraint member physically restrains the periphery of the battery module. The restraint member applies a restraint load to the battery cell.

高容量を有する電池モジュールが求められている。そのため、比容量の大きい活物質（例えば珪素等）が検討されている。しかし比容量が大きい活物質は、概して、充放電サイクルに伴って大きく膨張し得る。活物質が膨張することにより、電池セルも膨張する。電池セルが膨張することにより、電池セルから拘束部材に加わる反力が大きくなる。反力は、充放電サイクル回数に応じて、徐々に増加する。やがて反力が、拘束部材の限界応力を超える可能性がある。 A battery module having a high capacity is required. Therefore, an active material having a large specific capacity (for example, silicon or the like) is being studied. However, active materials with a large specific volume can generally expand significantly with the charge / discharge cycle. As the active material expands, so does the battery cell. As the battery cell expands, the reaction force applied from the battery cell to the restraining member increases. The reaction force gradually increases with the number of charge / discharge cycles. Eventually, the reaction force may exceed the critical stress of the restraining member.

本開示の目的は、膨張しやすい活物質を含む電池モジュールに適した電池システムを提供することである。 An object of the present disclosure is to provide a battery system suitable for a battery module containing an active material that easily expands.

以下、本開示の技術的構成および作用効果が説明される。ただし、本開示の作用メカニズムは推定を含んでいる。作用メカニズムの正否により、特許請求の範囲が限定されるべきではない。 Hereinafter, the technical configuration and the action and effect of the present disclosure will be described. However, the mechanism of action of the present disclosure involves estimation. The scope of claims should not be limited by the correctness of the mechanism of action.

電池システムは、電池モジュール、測定装置、および制御装置を含む。
電池モジュールは、１個以上の電池セルと、拘束部材とを含む。拘束部材は、電池セルに拘束荷重を加えている。
測定装置は、反力を測定する。反力は、拘束荷重の働く方向と逆方向に、電池セルから拘束部材に対して働く力である。
制御装置は、反力がゼロである時、電池モジュールの充電電流に第１上限値を設定する。制御装置は、反力がゼロよりも大きい時、電池モジュールの充電電流に第２上限値を設定する。第１上限値は、第２上限値よりも小さい。 The battery system includes a battery module, a measuring device, and a control device.
The battery module includes one or more battery cells and a restraining member. The restraint member applies a restraint load to the battery cell.
The measuring device measures the reaction force. The reaction force is a force acting on the restraining member from the battery cell in the direction opposite to the direction in which the restraining load acts.
The control device sets the first upper limit value for the charging current of the battery module when the reaction force is zero. The control device sets a second upper limit value for the charging current of the battery module when the reaction force is larger than zero. The first upper limit value is smaller than the second upper limit value.

図１は、充放電サイクル回数と、反力との関係を図解する第１概念図である。
電池セル１０は、筐体１１および電極群１２を含む。筐体１１は電極群１２を収納している。反力は、電極群１２が筐体１１に接触することにより発生する。一般に、電極群１２は、当初より筐体１１に接触している。筐体１１内の余剰空間が小さいことにより、体積あたりの容量が増加するためである。図１のグラフに示されるように、電極群１２が当初より筐体１１に接触している構成においては、充放電サイクルの開始時点から反力が発生している。 FIG. 1 is a first conceptual diagram illustrating the relationship between the number of charge / discharge cycles and the reaction force.
The battery cell 10 includes a housing 11 and an electrode group 12. The housing 11 houses the electrode group 12. The reaction force is generated when the electrode group 12 comes into contact with the housing 11. Generally, the electrode group 12 is in contact with the housing 11 from the beginning. This is because the capacity per volume increases due to the small surplus space in the housing 11. As shown in the graph of FIG. 1, in the configuration in which the electrode group 12 is in contact with the housing 11 from the beginning, a reaction force is generated from the start of the charge / discharge cycle.

ここで、図１における「上限ＳＯＣ（ｓｔａｔｅ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ）」は、満充電時に相当する。図１における「下限ＳＯＣ」は、完全放電時に相当する。 Here, the “upper limit SOC (state of charge)” in FIG. 1 corresponds to a fully charged battery. The “lower limit SOC” in FIG. 1 corresponds to a complete discharge.

充放電サイクルの各回において、反力は満充電時に最大であり、完全放電時に最小である。電極群１２が充電により膨張し、放電により収縮するためである。ただし電極群１２の体積は、放電時に収縮するものの、膨張前（充電前）の体積までは戻らない。そのため、電極群１２の体積は、充放電サイクル回数の増加と共に、単調に増加する。その結果、反力も単調に増加することになる。 At each charge / discharge cycle, the reaction force is maximum at full charge and minimum at full discharge. This is because the electrode group 12 expands due to charging and contracts due to discharging. However, although the volume of the electrode group 12 contracts during discharge, it does not return to the volume before expansion (before charging). Therefore, the volume of the electrode group 12 increases monotonically as the number of charge / discharge cycles increases. As a result, the reaction force also increases monotonously.

図１のグラフに示されるように、充放電サイクルに伴って、反力は徐々に増加する。第ｎ回目の充放電サイクルにおいて、上限ＳＯＣにおける反力が、拘束部材の限界応力に達する。上限ＳＯＣにおける反力が、限界応力に達するまでの期間を延ばすため、拘束部材の強度を高める等の対策も考えられる。ただし、拘束部材の強度を高めた結果、コストが増加する可能性もある。 As shown in the graph of FIG. 1, the reaction force gradually increases with the charge / discharge cycle. In the nth charge / discharge cycle, the reaction force at the upper limit SOC reaches the critical stress of the restraining member. In order to extend the period until the reaction force at the upper limit SOC reaches the critical stress, measures such as increasing the strength of the restraining member can be considered. However, as a result of increasing the strength of the restraint member, the cost may increase.

図２は、充放電サイクル回数と、反力との関係を図解する第２概念図である。
例えば、筐体１１と電極群１２との間に空間１３を設けることが考えられる。当初、筐体１１と電極群１２との間に空間１３が存在することにより、充放電サイクルの開始時点における反力が小さくなる。その結果、上限ＳＯＣにおける反力が、限界応力に達するまでの期間が延びることが期待される。 FIG. 2 is a second conceptual diagram illustrating the relationship between the number of charge / discharge cycles and the reaction force.
For example, it is conceivable to provide a space 13 between the housing 11 and the electrode group 12. Initially, the presence of the space 13 between the housing 11 and the electrode group 12 reduces the reaction force at the start of the charge / discharge cycle. As a result, it is expected that the period until the reaction force at the upper limit SOC reaches the critical stress will be extended.

しかし筐体１１と電極群１２との間に空間１３が設けられることにより、不都合も生じ得る。すなわち、初回の充放電サイクルから、第ｍ回目の充放電サイクルまでの間、所定のＳＯＣ範囲において、反力がゼロである。反力がゼロである時、電極群１２は実質的に拘束されていないと考えられる。電極群１２が拘束されていないことにより、正極と負極との間の電極間距離が長くなり得る。電極間距離が長いことにより、抵抗が増加し得る。その結果、充電時に負極側の受入れ性（以下「充電受入性」とも記される）が低下する可能性がある。電池セル１０がリチウムイオン電池である場合、充電受入性が低下することにより、リチウム（Ｌｉ）が析出する可能性もある。 However, inconvenience may occur because the space 13 is provided between the housing 11 and the electrode group 12. That is, the reaction force is zero in the predetermined SOC range from the first charge / discharge cycle to the mth charge / discharge cycle. When the reaction force is zero, it is considered that the electrode group 12 is substantially unconstrained. Since the electrode group 12 is not constrained, the distance between the electrodes between the positive electrode and the negative electrode can be long. The long distance between the electrodes can increase the resistance. As a result, the acceptability on the negative electrode side (hereinafter, also referred to as “charge acceptability”) may decrease during charging. When the battery cell 10 is a lithium ion battery, lithium (Li) may be deposited due to a decrease in charge acceptability.

本開示の電池システムにおいては、上限ＳＯＣにおける反力が、限界応力に達するまでの期間が長く、なおかつ、負極に加わる負荷が軽減され得る。その結果、電池モジュールが長寿命を有し得る。本開示の電池システムにおいては、反力がゼロである時と、反力がゼロよりも大きい時とで、充電制御が変更されるためである。 In the battery system of the present disclosure, the reaction force at the upper limit SOC has a long period until it reaches the critical stress, and the load applied to the negative electrode can be reduced. As a result, the battery module can have a long life. This is because, in the battery system of the present disclosure, the charging control is changed depending on whether the reaction force is zero or the reaction force is larger than zero.

すなわち、本開示の制御装置は、反力がゼロである時、電池モジュールの充電電流に第１上限値を設定する。本開示の制御装置は、反力がゼロよりも大きい時、電池モジュールの充電電流に第２上限値を設定する。第１上限値は、第２上限値よりも小さい。 That is, the control device of the present disclosure sets the first upper limit value for the charging current of the battery module when the reaction force is zero. The control device of the present disclosure sets a second upper limit value for the charging current of the battery module when the reaction force is larger than zero. The first upper limit value is smaller than the second upper limit value.

本開示の電池システムにおいては、反力がゼロである時（すなわち充電受入性が低い時）、充電電流の上限値が低く設定される。したがって、負極に加わる負荷が軽減され得る。電池セル１０がリチウムイオン電池である場合は、Ｌｉの析出が抑制され得る。 In the battery system of the present disclosure, when the reaction force is zero (that is, when the charge acceptability is low), the upper limit value of the charge current is set low. Therefore, the load applied to the negative electrode can be reduced. When the battery cell 10 is a lithium ion battery, the precipitation of Li can be suppressed.

以上より、本開示の電池システムは、膨張しやすい活物質を含む電池モジュールに適すると考えられる。 Based on the above, the battery system of the present disclosure is considered to be suitable for a battery module containing an active material that easily expands.

リチウムイオン電池においては、膨張しやすい活物質として、例えば合金系負極活物質等が考えられる。合金系負極活物質は、炭素系負極活物質（黒鉛等）に比して、比容量が大きい。しかしその半面、合金系負極活物質は、炭素系負極活物質に比して、充放電サイクルに伴う膨張量が大きい。合金系負極活物質としては、例えば、珪素、酸化珪素、珪素基合金、錫、酸化錫、錫基合金等が挙げられる。すなわち、本開示の電池システムにおいて、負極活物質は、珪素、酸化珪素、珪素基合金、錫、酸化錫および錫基合金からなる群より選択される少なくとも１種を含んでいてもよい。 In a lithium ion battery, an alloy-based negative electrode active material or the like can be considered as an active material that easily expands. The alloy-based negative electrode active material has a larger specific volume than the carbon-based negative electrode active material (graphite or the like). However, on the other hand, the alloy-based negative electrode active material has a larger amount of expansion due to the charge / discharge cycle than the carbon-based negative electrode active material. Examples of the alloy-based negative electrode active material include silicon, silicon oxide, silicon-based alloy, tin, tin oxide, and tin-based alloy. That is, in the battery system of the present disclosure, the negative electrode active material may contain at least one selected from the group consisting of silicon, silicon oxide, silicon-based alloys, tin, tin oxide and tin-based alloys.

図１は、充放電サイクル回数と、反力との関係を図解する第１概念図である。FIG. 1 is a first conceptual diagram illustrating the relationship between the number of charge / discharge cycles and the reaction force. 図２は、充放電サイクル回数と、反力との関係を図解する第２概念図である。FIG. 2 is a second conceptual diagram illustrating the relationship between the number of charge / discharge cycles and the reaction force. 図３は、本実施形態の電池システムを示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing the battery system of the present embodiment. 図４は、電池モジュールを示す概略側面図である。FIG. 4 is a schematic side view showing the battery module. 図５は、電池モジュールに含まれる電池セルを示す第１概略断面図である。FIG. 5 is a first schematic cross-sectional view showing a battery cell included in the battery module. 図６は、電池モジュールに含まれる電池セルを示す第２概略断面図である。FIG. 6 is a second schematic cross-sectional view showing a battery cell included in the battery module. 図７は、制御装置の処理を示すフローチャートである。FIG. 7 is a flowchart showing the processing of the control device. 図８は、電流および反力プロファイルの一例である。FIG. 8 is an example of a current and reaction force profile.

以下、本開示の実施形態（本明細書においては「本実施形態」とも記される）が説明される。ただし、以下の説明は、特許請求の範囲を限定するものではない。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure (also referred to as “the present embodiment” in the present specification) will be described. However, the following description does not limit the scope of claims.

＜電池システム＞
図３は、本実施形態の電池システムを示すブロック図である。
電池システム１００は、例えば、電動車両等に搭載されていてもよい。電動車両は、例えば、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）等であってもよい。電動車両は、例えば、電気自動車（ＥＶ）等であってもよい。電池システム１００は、電池モジュール１０１、測定装置１０２および制御装置１０３を含む。電池システム１００に含まれる各要素は、例えば、所定のケーブル等により互いに接続されていてもよい。電池システム１００に含まれる各要素は、例えば、無線ネットワーク等により互いに接続されていてもよい。 <Battery system>
FIG. 3 is a block diagram showing the battery system of the present embodiment.
The battery system 100 may be mounted on, for example, an electric vehicle. The electric vehicle may be, for example, a hybrid electric vehicle (HEV) or the like. The electric vehicle may be, for example, an electric vehicle (EV) or the like. The battery system 100 includes a battery module 101, a measuring device 102, and a control device 103. Each element included in the battery system 100 may be connected to each other by, for example, a predetermined cable or the like. The elements included in the battery system 100 may be connected to each other by, for example, a wireless network.

《電池モジュール》
図４は、電池モジュールを示す概略側面図である。
電池モジュール１０１は、１個以上の電池セル１０と、拘束部材２０とを含む。電池モジュール１０１は、例えば複数個の電池セル１０を含んでいてもよい。電池モジュール１０１は、例えば２個以上１００個以下の電池セル１０を含んでいてもよい。 《Battery module》
FIG. 4 is a schematic side view showing the battery module.
The battery module 101 includes one or more battery cells 10 and a restraint member 20. The battery module 101 may include, for example, a plurality of battery cells 10. The battery module 101 may include, for example, two or more and 100 or less battery cells 10.

複数個の電池セル１０は、所定の一方向に整列していてもよい。複数個の電池セル１０は、直列に接続されていてもよい。複数個の電池セル１０は、並列に接続されていてもよい。 The plurality of battery cells 10 may be aligned in a predetermined direction. The plurality of battery cells 10 may be connected in series. The plurality of battery cells 10 may be connected in parallel.

（拘束部材）
拘束部材２０は、１個以上の電池セル１０の周囲を物理的に拘束している。拘束部材２０は、複数個の電池セル１０の周囲を拘束していてもよい。拘束部材２０は、電池セル１０に拘束荷重を加えている。拘束荷重は、圧縮荷重であってもよい。拘束部材２０は、１個の電池セル１０に拘束荷重を加えていてもよい。拘束部材２０は、複数個の電池セル１０の各々に拘束荷重を加えていてもよい。拘束部材２０は、複数個の電池セル１０の一部に拘束荷重を加えていてもよい。 (Restriction member)
The restraint member 20 physically restrains the periphery of one or more battery cells 10. The restraint member 20 may restrain the periphery of the plurality of battery cells 10. The restraint member 20 applies a restraint load to the battery cell 10. The restraint load may be a compressive load. The restraint member 20 may apply a restraint load to one battery cell 10. The restraint member 20 may apply a restraint load to each of the plurality of battery cells 10. The restraint member 20 may apply a restraint load to a part of a plurality of battery cells 10.

拘束部材２０は、単一の部材であってもよい。拘束部材２０は、複数の部材を含んでいてもよい。拘束部材２０は、例えば、第１拘束板２１、第２拘束板２２および拘束バンド２３を含んでいてもよい。第１拘束板２１および第２拘束板２２は、電池セル１０の整列方向（図４のｙ軸方向）の両端にそれぞれ配置されている。拘束バンド２３は、第１拘束板２１と第２拘束板２２とを架橋している。拘束バンド２３の締め付けにより、整列方向の両端から、中心に向かって圧縮荷重が発生し得る。第１拘束板２１、第２拘束板２２および拘束バンド２３の各々は、例えば、金属製であってもよい。第１拘束板２１、第２拘束板２２および拘束バンド２３の各々は、例えば、樹脂製であってもよい。 The restraint member 20 may be a single member. The restraint member 20 may include a plurality of members. The restraint member 20 may include, for example, a first restraint plate 21, a second restraint plate 22, and a restraint band 23. The first restraint plate 21 and the second restraint plate 22 are arranged at both ends of the battery cells 10 in the alignment direction (y-axis direction in FIG. 4). The restraint band 23 bridges the first restraint plate 21 and the second restraint plate 22. By tightening the restraint band 23, a compressive load can be generated from both ends in the alignment direction toward the center. Each of the first restraint plate 21, the second restraint plate 22, and the restraint band 23 may be made of metal, for example. Each of the first restraint plate 21, the second restraint plate 22, and the restraint band 23 may be made of, for example, resin.

（電池セル）
図５は、電池モジュールに含まれる電池セルを示す第１概略断面図である。
本実施形態において、電池セル１０（単セル）は、リチウムイオン電池である。ただし反力がゼロである時に、充電受入性が低下する傾向がある限り、電池セル１０はリチウムイオン電池以外の電池系であってもよい。電池セル１０は、いわゆる液系電池であってもよいし、ポリマー電池であってもよいし、全固体電池であってもよい。 (Battery cell)
FIG. 5 is a first schematic cross-sectional view showing a battery cell included in the battery module.
In the present embodiment, the battery cell 10 (single cell) is a lithium ion battery. However, the battery cell 10 may be a battery system other than the lithium ion battery as long as the charge acceptability tends to decrease when the reaction force is zero. The battery cell 10 may be a so-called liquid battery, a polymer battery, or an all-solid-state battery.

電池セル１０は、筐体１１および電極群１２を含む。筐体１１は電極群１２を収納している。図５のｙ軸方向において、筐体１１と電極群１２との間には、当初、空間１３が設けられている。空間１３が存在する時、反力はゼロである。 The battery cell 10 includes a housing 11 and an electrode group 12. The housing 11 houses the electrode group 12. Initially, a space 13 is provided between the housing 11 and the electrode group 12 in the y-axis direction of FIG. When the space 13 exists, the reaction force is zero.

図６は、電池モジュールに含まれる電池セルを示す第２概略断面図である。
充放電サイクル回数が増加すると共に、電極群１２が膨張する。やがて電極群１２は、筐体１１に接触する。これにより空間１３（図５）が失われる。空間１３が失われることにより、反力はゼロより大きくなる。 FIG. 6 is a second schematic cross-sectional view showing a battery cell included in the battery module.
As the number of charge / discharge cycles increases, the electrode group 12 expands. Eventually, the electrode group 12 comes into contact with the housing 11. As a result, the space 13 (FIG. 5) is lost. Due to the loss of space 13, the reaction force becomes greater than zero.

筐体１１の形状は、例えば角形（扁平直方体）であってもよい。筐体１１は、例えば金属製の容器であってもよい。電極群１２は、正極、負極および電解質を含む。 The shape of the housing 11 may be, for example, a square shape (flat rectangular parallelepiped). The housing 11 may be, for example, a metal container. The electrode group 12 includes a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte.

正極および負極の各々は、例えば、シート状の部材であってもよい。電極群１２は積層型であってもよい。すなわち電極群１２は、正極と負極とが交互にそれぞれ１枚以上積層されることにより形成されていてもよい。正極と負極との間に、樹脂製の多孔質膜（いわゆるセパレータ）が配置されていてもよい。電極群１２は、巻回型であってもよい。すなわち電極群１２は、正極と負極とが渦巻状に巻回されることにより形成されていてもよい。 Each of the positive electrode and the negative electrode may be, for example, a sheet-shaped member. The electrode group 12 may be a laminated type. That is, the electrode group 12 may be formed by alternately stacking one or more positive electrodes and negative electrodes. A resin-made porous film (so-called separator) may be arranged between the positive electrode and the negative electrode. The electrode group 12 may be of a winding type. That is, the electrode group 12 may be formed by spirally winding the positive electrode and the negative electrode.

正極は、少なくとも正極活物質を含む。正極活物質は、例えば、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物等を含んでいてもよい。負極は、少なくとも負極活物質を含む。負極活物質は、例えば、炭素系負極活物質等を含んでいてもよい。負極活物質は、例えば、黒鉛、ソフトカーボンおよびハードカーボンからなる群より選択される少なくとも１種を含んでいてもよい。正極および負極の各々は、例えばバインダ、導電材および集電体等をさらに含んでいてもよい。 The positive electrode contains at least the positive electrode active material. The positive electrode active material may contain, for example, a lithium nickel cobalt manganese composite oxide or the like. The negative electrode contains at least the negative electrode active material. The negative electrode active material may contain, for example, a carbon-based negative electrode active material. The negative electrode active material may contain, for example, at least one selected from the group consisting of graphite, soft carbon and hard carbon. Each of the positive electrode and the negative electrode may further include, for example, a binder, a conductive material, a current collector, and the like.

本実施形態の電池システム１００は、膨張しやすい負極活物質に適している。負極活物質は、例えば、合金系負極活物質等を含んでいてもよい。負極活物質は、例えば、珪素、酸化珪素、珪素基合金、錫、酸化錫および錫基合金からなる群より選択される少なくとも１種を含んでいてもよい。負極活物質は、炭素系負極活物質および合金系負極活物質の両方を含んでいてもよい。 The battery system 100 of the present embodiment is suitable for a negative electrode active material that easily expands. The negative electrode active material may contain, for example, an alloy-based negative electrode active material. The negative electrode active material may contain, for example, at least one selected from the group consisting of silicon, silicon oxide, silicon-based alloys, tin, tin oxide and tin-based alloys. The negative electrode active material may contain both a carbon-based negative electrode active material and an alloy-based negative electrode active material.

電解質は、液体であってもよいし、ゲルであってもよいし、固体であってもよい。電解質は、例えば、カーボネート系溶媒と、リチウム塩とを含んでいてもよい。電解質は、例えば、硫化物系固体電解質等を含んでいてもよい。 The electrolyte may be a liquid, a gel, or a solid. The electrolyte may contain, for example, a carbonate solvent and a lithium salt. The electrolyte may include, for example, a sulfide-based solid electrolyte or the like.

《測定装置》
測定装置１０２は、反力を測定する。測定結果は、制御装置１０３に入力される。反力は、例えば、一定間隔で測定されてもよい。反力は、例えば、ランダムな間隔で測定されてもよい。反力は、例えば、常時測定されてもよい。 "measuring device"
The measuring device 102 measures the reaction force. The measurement result is input to the control device 103. The reaction force may be measured at regular intervals, for example. The reaction force may be measured, for example, at random intervals. The reaction force may be measured at all times, for example.

反力は、拘束荷重の働く方向と逆方向に働く力である。反力は、電池セル１０から拘束部材２０に対して働く。反力は、電極群１２が膨張し、電極群１２が筐体１１に接触することにより発生する。 The reaction force is a force acting in the direction opposite to the direction in which the restraining load acts. The reaction force acts from the battery cell 10 to the restraint member 20. The reaction force is generated when the electrode group 12 expands and the electrode group 12 comes into contact with the housing 11.

測定装置１０２は、例えば、面圧センサ等を含んでいてもよい。反力は、例えば面圧センサ等により測定され得る。面圧センサは、例えばタクタイルセンサ等であってもよい。面圧センサは、例えばセンサシート３０を含む。センサシート３０は、その面内に複数個のセンシングポイントを有する。センサシート３０は、例えば電池セル１０同士の間に挿入され得る。測定装置１０２は、１枚のセンサシート３０を含んでいてもよい。測定装置１０２は、複数枚のセンサシート３０を含んでいてもよい。 The measuring device 102 may include, for example, a surface pressure sensor or the like. The reaction force can be measured by, for example, a surface pressure sensor. The surface pressure sensor may be, for example, a tactile sensor or the like. The surface pressure sensor includes, for example, a sensor sheet 30. The sensor sheet 30 has a plurality of sensing points in its plane. The sensor sheet 30 can be inserted, for example, between the battery cells 10. The measuring device 102 may include one sensor sheet 30. The measuring device 102 may include a plurality of sensor sheets 30.

《制御装置》
制御装置１０３は、少なくとも、電池モジュール１０１の充電電流を制御する。制御装置１０３は、充電電流の制御に加えて、その他の制御を実施してもよい。制御装置１０３は、例えば、放電電流、冷却条件等をさらに制御してもよい。制御装置１０３は、例えば、演算装置、記憶装置、入出力インターフェイス等を含んでいてもよい。 "Control device"
The control device 103 controls at least the charging current of the battery module 101. The control device 103 may perform other control in addition to the control of the charging current. The control device 103 may further control, for example, the discharge current, the cooling conditions, and the like. The control device 103 may include, for example, an arithmetic unit, a storage device, an input / output interface, and the like.

図７は、制御装置の処理を示すフローチャートである。
制御装置１０３は、反力の測定結果に基づいて、充電電流を制御する。反力が０（ゼロ）である時（判断が「ＹＥＳ」である時）、制御装置１０３は、電池モジュール１０１の充電電流に第１上限値を設定する。反力がゼロより大きい時（判断が「ＮＯ」である時）、制御装置１０３は、電池モジュール１０１の充電電流に第２上限値を設定する。第１上限値は、第２上限値よりも小さい。 FIG. 7 is a flowchart showing the processing of the control device.
The control device 103 controls the charging current based on the measurement result of the reaction force. When the reaction force is 0 (zero) (when the determination is “YES”), the control device 103 sets the first upper limit value for the charging current of the battery module 101. When the reaction force is larger than zero (when the determination is "NO"), the control device 103 sets a second upper limit value for the charging current of the battery module 101. The first upper limit value is smaller than the second upper limit value.

反力がゼロである時、充電受入性が低い傾向がある。反力がゼロである時、大電流で充電が行われると、負極にＬｉが析出する可能性がある。第１上限値が小さいことにより、Ｌｉの析出が抑制され得る。第１上限値は、例えば、第２上限値の０．１倍以上０．９９倍以下であってもよい。第１上限値は、例えば、第２上限値の０．２倍以上０．９倍以下であってもよい。第１上限値は、例えば、第２上限値の０．３倍以上０．８倍以下であってもよい。第１上限値は、例えば、第２上限値の０．４倍以上０．７倍以下であってもよい。 When the reaction force is zero, the charge acceptability tends to be low. When charging is performed with a large current when the reaction force is zero, Li may be deposited on the negative electrode. When the first upper limit value is small, the precipitation of Li can be suppressed. The first upper limit value may be, for example, 0.1 times or more and 0.99 times or less of the second upper limit value. The first upper limit value may be, for example, 0.2 times or more and 0.9 times or less of the second upper limit value. The first upper limit value may be, for example, 0.3 times or more and 0.8 times or less of the second upper limit value. The first upper limit value may be, for example, 0.4 times or more and 0.7 times or less of the second upper limit value.

第２上限値は、例えば０．５Ｃ以上５０Ｃ以下であってもよい。第２上限値は、例えば、１Ｃ以上３０Ｃ以下であってもよい。第２上限値は、例えば、５Ｃ以上２０Ｃ以下であってもよい。なお「１Ｃ」の充電電流においては、電池モジュール１０１の定格容量が１時間で充電される。 The second upper limit value may be, for example, 0.5 C or more and 50 C or less. The second upper limit value may be, for example, 1C or more and 30C or less. The second upper limit value may be, for example, 5C or more and 20C or less. At the charging current of "1C", the rated capacity of the battery module 101 is charged in 1 hour.

図８は、電流および反力プロファイルの一例である。
図８のプロファイルは、例えば、電動車両において測定される。電動車両においては、電池モジュール１０１の放電により、モータが駆動する。回生ブレーキにより、電池モジュール１０１が充電される。図８の左側の縦軸は、電流を示す。「電流＝０」の線より上方の領域に、放電電流が示される。上方の領域においては、上方にいく程、放電電流が大きいことを示す。「電流＝０」の線より下方の領域に、充電電流が示される。下方の領域においては、下方にいく程、充電電流が大きいことを示す。 FIG. 8 is an example of a current and reaction force profile.
The profile of FIG. 8 is measured, for example, in an electric vehicle. In an electric vehicle, the motor is driven by the discharge of the battery module 101. The regenerative brake charges the battery module 101. The vertical axis on the left side of FIG. 8 shows the current. The discharge current is shown in the region above the "current = 0" line. In the upper region, it is shown that the discharge current is larger toward the upper side. The charging current is shown in the region below the "current = 0" line. In the lower region, the lower the region, the larger the charging current.

図８の右側の縦軸は、反力を示す。図８において、反力は、時間の経過と共に減少している。図８の大部分において、電流が上方の領域で推移している。すなわち、充電容量よりも放電容量が多い。そのため、ＳＯＣは徐々に低下している。ＳＯＣの低下により、電極群１２が収縮し、反力が小さくなる。 The vertical axis on the right side of FIG. 8 shows the reaction force. In FIG. 8, the reaction force decreases with the passage of time. In most of FIG. 8, the current changes in the upper region. That is, the discharge capacity is larger than the charge capacity. Therefore, SOC is gradually decreasing. Due to the decrease in SOC, the electrode group 12 contracts and the reaction force becomes smaller.

反力がゼロより大きい領域においては、第２上限値までの充電電流が許容される。他方、反力がゼロである領域においては、充電電流に第１上限値が設定される。すなわち、第１上限値を超える充電電流による充電が禁止されるように、充電条件が変更される。第１上限値は、第２上限値よりも小さい。よって、負極に加わる負荷が軽減され得ると考えられる。ひいては、電池モジュール１０１が長寿命を有し得ると考えられる。 In the region where the reaction force is larger than zero, the charging current up to the second upper limit value is allowed. On the other hand, in the region where the reaction force is zero, the first upper limit value is set for the charging current. That is, the charging conditions are changed so that charging with a charging current exceeding the first upper limit value is prohibited. The first upper limit value is smaller than the second upper limit value. Therefore, it is considered that the load applied to the negative electrode can be reduced. As a result, it is considered that the battery module 101 can have a long life.

以下、本開示の実施例（本明細書においては「本実施例」とも記される）が説明される。ただし、以下の説明は、特許請求の範囲を限定するものではない。 Hereinafter, examples of the present disclosure (also referred to as “the present examples” in the present specification) will be described. However, the following description does not limit the scope of claims.

＜充放電サイクル試験＞
下記表１に示される供試システム１から３が作製された。供試システム１から３において、充放電サイクル試験が実施された。 <Charge / discharge cycle test>
Test systems 1 to 3 shown in Table 1 below were prepared. A charge / discharge cycle test was carried out in the test systems 1 to 3.

《供試システム１》
供試システム１は、実施例に相当する。供試システム１においては、当初、筐体１１と電極群１２との間に空間１３が設けられた。供試システム１においては、反力がゼロである時、充電電流に第１上限値が設定された。反力がゼロよりも大きい時、充電電流に第２上限値が設定された。第１上限値は、第２上限値よりも小さかった。 《Test system 1》
The test system 1 corresponds to an embodiment. In the test system 1, a space 13 was initially provided between the housing 11 and the electrode group 12. In the test system 1, when the reaction force is zero, the first upper limit value is set for the charging current. When the reaction force was greater than zero, a second upper limit was set for the charging current. The first upper limit was smaller than the second upper limit.

《供試システム２》
供試システム２は、比較例に相当する。供試システム２においても、当初、筐体１１と電極群１２との間に空間１３が設けられた。しかし供試システム２においては、反力の大きさにかかわらず、常時、充電電流に第２上限値が設定されていた。 《Test system 2》
The test system 2 corresponds to a comparative example. In the test system 2, a space 13 was initially provided between the housing 11 and the electrode group 12. However, in the test system 2, the second upper limit value is always set for the charging current regardless of the magnitude of the reaction force.

《供試システム３》
供試システム３は、比較例に相当する。供試システム３においては、筐体１１と電極群１２との間に空間１３が設けられなかった。供試システム３においては、常時、充電電流に第２上限値が設定されていた。 《Test system 3》
The test system 3 corresponds to a comparative example. In the test system 3, no space 13 was provided between the housing 11 and the electrode group 12. In the test system 3, a second upper limit value was always set for the charging current.

Figure 2021005456
Figure 2021005456

＜結果＞
上記表１に、１００サイクル（１００ｃｙｃ）時の反力が示される。上記表１の「反力」の欄に示される値は、供試システム１における反力を１００とする、相対値である。 <Result>
Table 1 above shows the reaction force at 100 cycles (100 cyc). The values shown in the “reaction force” column of Table 1 above are relative values, where the reaction force in the test system 1 is 100.

１００サイクル時に、電池セル１０が解体され、負極の表面において、Ｌｉの析出の有無が確認された。確認結果は上記表１に示される。 After 100 cycles, the battery cell 10 was disassembled, and the presence or absence of Li precipitation was confirmed on the surface of the negative electrode. The confirmation results are shown in Table 1 above.

供試システム２における１００サイクル時の反力は、供試システム１における１００サイクル時の反力と同等である。しかし、供試システム２においては、Ｌｉの析出が確認された。反力がゼロである時（すなわち充電受入性が低い時）、充電電流の上限値を小さくする制御が実施されていないためと考えられる。 The reaction force at 100 cycles in the test system 2 is equivalent to the reaction force at 100 cycles in the test system 1. However, in the test system 2, the precipitation of Li was confirmed. When the reaction force is zero (that is, when the charge acceptability is low), it is considered that the control for reducing the upper limit value of the charge current is not implemented.

供試システム３においては、Ｌｉの析出が確認されなかった。しかし供試システム３においては、１００サイクル時の反力が大きくなった。供試システム３においては、当初より、電極群１２が筐体１１に接触しており、反力がゼロである期間が無いためと考えられる。 No precipitation of Li was confirmed in the test system 3. However, in the test system 3, the reaction force at 100 cycles became large. It is considered that in the test system 3, the electrode group 12 is in contact with the housing 11 from the beginning, and there is no period during which the reaction force is zero.

供試システム１は、１００サイクル時の反力が小さかった。なおかつ、供試システム１は、１００サイクル時にＬｉの析出が確認されなかった。供試システム１においては、反力がゼロである時、充電電流の上限値を小さくする制御が実施されたためと考えられる。 The test system 1 had a small reaction force at 100 cycles. Moreover, in the test system 1, no precipitation of Li was confirmed after 100 cycles. It is probable that in the test system 1, when the reaction force was zero, control was performed to reduce the upper limit of the charging current.

本実施形態および本実施例は、すべての点で例示である。本実施形態および本実施例は、制限的なものではない。特許請求の範囲の記載によって確定される技術的範囲は、特許請求の範囲と均等の意味でのすべての変更を含む。特許請求の範囲の記載によって確定される技術的範囲は、特許請求の範囲と均等の範囲内におけるすべての変更も含む。 The present embodiment and the present embodiment are exemplary in all respects. The present embodiment and the present embodiment are not restrictive. The technical scope defined by the description of the scope of claims includes all changes in the same sense as the scope of claims. The technical scope defined by the description of the scope of claims includes all changes within the scope equivalent to the scope of claims.

１０ 電池セル、１１ 筐体、１２ 電極群、１３ 空間、２０ 拘束部材、２１ 第１拘束板、２２ 第２拘束板、２３ 拘束バンド、３０ センサシート、１００ 電池システム、１０１ 電池モジュール、１０２ 測定装置、１０３ 制御装置。 10 battery cell, 11 housing, 12 electrode group, 13 space, 20 restraint member, 21 first restraint plate, 22 second restraint plate, 23 restraint band, 30 sensor sheet, 100 battery system, 101 battery module, 102 measuring device , 103 Control device.

Claims (1)

電池モジュール、
測定装置、および
制御装置
を含み、
前記電池モジュールは、１個以上の電池セルと、拘束部材とを含み、
前記拘束部材は、前記電池セルに拘束荷重を加えており、
前記測定装置は、反力を測定し、
前記反力は、前記拘束荷重の働く方向と逆方向に、前記電池セルから前記拘束部材に対して働く力であり、
前記制御装置は、
前記反力がゼロである時、前記電池モジュールの充電電流に第１上限値を設定し、
前記反力がゼロよりも大きい時、前記電池モジュールの前記充電電流に第２上限値を設定し、
前記第１上限値は、前記第２上限値よりも小さい、
電池システム。 Battery module,
Including measuring device and control device
The battery module includes one or more battery cells and a restraining member.
The restraint member applies a restraint load to the battery cell and
The measuring device measures the reaction force and
The reaction force is a force acting from the battery cell to the restraining member in the direction opposite to the direction in which the restraining load acts.
The control device is
When the reaction force is zero, the first upper limit value is set for the charging current of the battery module.
When the reaction force is larger than zero, a second upper limit value is set for the charging current of the battery module.
The first upper limit value is smaller than the second upper limit value.
Battery system.
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