JP2022034380A - 再生二次電池の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】複数の使用済み二次電池を組み合わせて製造する再生二次電池を製品としての用途や保証期間等に適応させることができると共に、再生二次電池を構成する複数の使用済み二次電池の各々の容量を効率良く使って充放電できる再生二次電池を提供できる、再生二次電池の製造方法を提供する。
【解決手段】複数の使用済みの電池セルC1~Cnを組み合わせて再生二次電池10を製造する方法であって、使用済みの電池セルC1~Cnの劣化度を推定し、推定された劣化度に応じて使用済みの電池セルC1~Cnを複数群に分類し、同じ群に分類された複数の使用済みの電池セルC1~Cnを組み合わせることにより複数群の再生二次電池10を製造する。
【選択図】図2
【解決手段】複数の使用済みの電池セルC1~Cnを組み合わせて再生二次電池10を製造する方法であって、使用済みの電池セルC1~Cnの劣化度を推定し、推定された劣化度に応じて使用済みの電池セルC1~Cnを複数群に分類し、同じ群に分類された複数の使用済みの電池セルC1~Cnを組み合わせることにより複数群の再生二次電池10を製造する。
【選択図】図2
Description
本発明は、再生二次電池の製造方法に関する。
使用済み二次電池の再利用方法として種々の方法が知られている(例えば、特許文献1~3参照)。特許文献1~3に記載の方法では、使用済み二次電池の電気特性を試験や使用履歴等から取得し、取得した電気特性に応じて、使用済み二次電池が再利用可能か否かを判定している。
ところで、複数の使用済み二次電池を再利用して組電池を製造する場合、当該組電池の製品としての用途や保証期間等によって当該組電池に要求される性能や品質は異なる。さらに、全ての電池セルの容量を余すことなく放電させることができるように組電池を構成することが要求される。ここで、劣化度の異なる電池セルが混在した組電池においては、充放電時に、劣化の進んだ電池セルが先に満充電または全放電状態になってしまう。この場合、他の電池セルの容量に余裕があったとしても充放電を停止しなければならず、全ての電池セルの容量を余すことなく組電池から放電させることができない。
本発明は上記事情に鑑み、複数の使用済み二次電池を組み合わせて製造する再生二次電池を製品としての用途や保証期間等に適応させることができると共に、再生二次電池を構成する複数の使用済み二次電池の各々の容量を効率良く使って充放電できる再生二次電池を提供できる、再生二次電池の製造方法を提供することを目的とする。
本発明の再生二次電池の製造方法は、複数の使用済み二次電池を組み合わせて再生二次電池を製造する方法であって、前記使用済み二次電池の劣化度を推定し、推定された前記劣化度に応じて前記使用済み二次電池を複数群に分類し、同じ群に分類された複数の前記使用済み二次電池を組み合わせることにより複数群の前記再生二次電池を製造する。
本発明の再生二次電池の製造方法において、前記劣化度は、前記使用済み二次電池の充放電の繰り返し使用による劣化の度合いであるサイクル劣化度と、温度による劣化の度合いである温度劣化度との比であってもよい。
本発明の再生二次電池の製造方法において、前記劣化度は、前記使用済み二次電池の充放電の繰り返し使用による劣化の度合いであるサイクル劣化度と、高温環境に放置されることによる劣化の度合いである放置劣化度との比であってもよい。
本発明によれば、複数の使用済み二次電池を組み合わせて再生二次電池を製造する際に、使用済み二次電池を劣化度に応じて複数群に分類し、同じ群に分類された複数の二次電池を組み合わせて複数群の再生二次電池を製造することにより、各群が製品としての用途や保証期間等に適応する複数群の再生二次電池を提供できると共に、複数の使用済み二次電池の各々の容量を効率良く使って充放電できる再生二次電池を提供できる。
以下、本発明を好適な実施形態に沿って説明する。なお、本発明は以下に示す実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す実施形態においては、一部構成の図示や説明を省略している箇所があるが、省略された技術の詳細については、以下に説明する内容と矛盾点が発生しない範囲内において、適宜公知又は周知の技術が適用されていることはいうまでもない。
図1は、本発明の一実施形態に係る再生二次電池の製造方法を用いて製造される再生二次電池10の概略を示す図である。この図に示すように、再生二次電池10は、直列に接続されたn個(nは2以上の整数)の電池セルC1~Cnを備える車載用あるいは定置用の電源である。電池セルC1~Cnは、例えば、リチウムイオンバッテリ、リチウムイオンキャパシタ等の二次電池であり、不図示の充電回路から電力を供給されて充電され、充電された電力を放電して負荷Lに電力を供給する。
なお、再生二次電池10は、直列に接続されたn個(nは2以上の整数)の電池モジュールを備える車載用あるいは定置用の電源であってもよい。その場合、各電池モジュールは、直列に接続された複数の電池セルを備える。
ここで、再生二次電池10が備えるn個の電池セルC1~Cnの劣化度は、後述する基準で同等に揃えられている。これにより、再生二次電池10の使用中に各電池セルC1~Cnの特性に差異が生じることが抑制される。従って、再生二次電池10は、長期間に亘って全ての電池セルC1~Cnの容量を余すことなく充電され放電する。
図2は、本発明の一実施形態に係る再生二次電池10の製造方法の概略を示す図である。この図に示すように、本実施形態の再生二次電池10の製造方法では、複数の電池セルC1~Cn又は複数の電池モジュール(以下、単に電池セルC1~Cnという)を備える中古二次電池1を解体して複数の使用済みの電池セルC1~Cnを取り出す。その後、取り出した複数の使用済みの電池セルC1~Cnの各々に対して充放電試験を実施して、複数の使用済みの電池セルC1~Cnの各々の劣化度を推定する。その後、推定した劣化度に応じて、複数の使用済みの電池セルC1~Cnを複数群(例えば、図示するようにクラス1~9)に分類(クラス分け)する。その後、同じ群(クラス)に分類された複数の使用済みの電池セルC1~Cnを組み合わせて再生二次電池10を製造する。即ち、複数群の再生二次電池10を製造する際、各群(各クラス)の再生二次電池10を構成する複数の使用済みの電池セルC1~Cnの劣化度を同等に揃える。
電池の劣化度は、公知の方法により規定すればよい。例えば、充放電繰り返し回数と電池の劣化との関係を示すサイクル劣化度や、電池温度又は環境温度と電池の劣化との関係を示す温度劣化度や、放置時間と電池温度又は環境温度と電池の劣化との関係を示す放置劣化度や、電池非使用時の保存時間と電池の劣化との関係を示す保存劣化度や、未劣化時の電池の満充電容量に対する劣化時の満充電容量の割合を示す容量劣化度(SOH:State of Health)や、保存時の充電率SOC(State of Charge)と電池の劣化との関係を示すSOC劣化度等の電池の劣化度を規定する種々のパラメータを少なくとも一つ以上用いて、電池の劣化度を規定すればよい。
本実施形態では、サイクル劣化度Cと温度劣化度Tとの比(以下、C/T比という)により、電池の劣化度を規定する。なお、C/T比は、電池の劣化要因に占めるサイクル劣化度Cと温度劣化度Tとの割合(支配割合)と換言することができる。
ここで、C/T比は、中古二次電池1の使用時の履歴情報を用いて算出してもよく、中古二次電池1から回収した使用済みの電池セルC1~Cnに対して充放電試験をすることにより算出してもよい。回収した使用済みの電池セルC1~Cnに対して充放電をすることにより算出する場合には、予め使用済みの電池セルC1~Cnの特性値(容量劣化度SOHや温度やCレートや周波数やインピーダンスや内部抵抗等)とC/T比との関係を実験により求めてデータベースを作成しておき、充放電試験により得られた使用済みの電池セルC1~Cnの特性値とデータベースの情報とを比較して、C/T比を推定する。以下、C/T比の推定方法の一例について説明する。
まず、C/T比が所定値の使用済みの電池セルC1~Cnにおける内部抵抗と容量劣化度SOHとの関係式を予め求めておく。さらに、C/T比が0.9~1.0の使用済みの電池セルC1~Cn(第1基準電池)とC/T比が0.1~0.2の使用済みの電池セルC1~Cn(第2基準電池)とについて、相互に異なる複数の容量劣化度SOHにおいて充電率SOCと内部抵抗との関係を予め求めておく。
次に、推定対象の使用済みの電池セルC1~Cnの内部抵抗を測定し、上述の内部抵抗と容量劣化度SOHとの関係式に代入することによって、推定対象の使用済みの電池セルC1~Cnの仮の容量劣化度SOHを求める。さらに、第1基準電池及び第2基準電池の充電率SOCと内部抵抗との関係を測定した複数の容量劣化度SOHのうち、仮の容量劣化度SOHと最も近いものを選択する。
次に、推定対象の使用済みの電池セルC1~Cnの内部抵抗を相互に異なるn種類(nは2以上の整数)の充電率SOCにおいて測定し、各内部抵抗を各軸の座標とする第1点をn次元の座標系にプロットする。選択した容量劣化度SOHにおける第1基準電池についても、n種類の充電率における内部抵抗を各軸の座標とする第2点をn次元空間にプロットし、第2基準電池についても同様に第3点をプロットする。推定対象の使用済みの電池セルC1~CnにおけるC/T比が第1基準電池に近いほど第1点と第2点との間の距離が小さくなり、推定対象の使用済みの電池セルC1~CnにおけるC/T比が第2基準電池に近いほど第1点と第3点との間の距離が小さくなることから、各点間の距離の比を求めることでC/T比を推定することができる。
なお、電池温度又は環境温度と電池の劣化との関係を示す温度劣化度Tに代えて、温度劣化度Tを規定するパラメータに放置時間を加えた上記の放置劣化度Lを用いて、サイクル劣化度Cと放置劣化度Lとの比(以下、C/L比という)により、使用済みの電池セルC1~Cnの劣化度を規定してもよい。ここで、サイクル劣化度Cと放置劣化度Lとについては、一例としてサイクル劣化が支配的な劣化要因の場合、電池の劣化が進行するにしたがって内部抵抗が大きくなっていき、内部抵抗は充電率SOCに依存せずに略一定の値となるのに対して、放置劣化が支配的な劣化要因の場合、電池の劣化が進行するにしたがって内部抵抗が大きくなっていき、内部抵抗は充電率SOCが大きくなるにしたがって高くなっていくという関係があることが知られている(例えば、特開2016-38276号公報参照)。この既知の関係に基づいて、C/L比を推定することができる。
また、サイクル劣化度Cと放置劣化度Lとについては、一例としてサイクル劣化が支配的な劣化要因の場合、劣化が進行するにしたがって低充電率での電圧-充電率曲線が緩やかになり、所定の充電率SOCにおける電圧が低下していき、放電し難くなっていくのに対して、放置劣化が支配的な劣化要因の場合、劣化が進行するにしたがって低充電率での電圧-充電率曲線が急になり、所定の充電率における電圧が上昇していき、放電し易くなっていくという関係があることが知られている(例えば、特開2016-45149号公報参照)。この既知の関係に基づいて、C/L比を推定することができる。
本実施形態では、中古二次電池1から回収した使用済みの電池セルC1~Cnの劣化度(C/T比)を、コンピュータである劣化度解析器5により算出し、その後、回収した複数の使用済みの電池セルC1~Cnを劣化度(C/T比)に応じてクラス分けする。例えば、C/T比が0.9以上1.0未満である使用済みの電池セルC1~Cnをクラス1、C/T比が0.8以上0.9未満である使用済みの電池セルC1~Cnをクラス2、C/T比が0.7以上0.8未満である使用済みの電池セルC1~Cnをクラス3というように、劣化度(C/T比)が0.1変わる毎にクラスが変わるように、回収した複数の使用済みの電池セルC1~Cnをクラス分けする。
図3は、本発明の一実施形態に係る再生二次電池10の製造方法を説明するためのフローチャートである。このフローチャートに示すように、ステップ1において、電気自動車やハイブリッド自動車やアイドリングストップ機能を有する自動車等で使用された中古二次電池1を回収する。次に、ステップ2において、中古二次電池1に対して外観検査等の簡易評価を実施し、凹みがあり電極に不良が生じる虞がある等の再利用に適さない中古二次電池1を除外する。
次に、ステップ3において、再利用に適した中古二次電池1を解体して使用済みの電池セルC1~Cnを回収する。次に、ステップ4において、回収した使用済みの電池セルC1~Cnに対して充放電試験を実施する。本ステップでは、充放電試験器2(図2参照)を用いて使用済みの電池セルC1~Cnに対して充放電を行い、使用済みの電池セルC1~Cnの充放電時の電流値I及び電圧値Vを電流センサ3及び電圧センサ4(共に図2参照)により測定する。本ステップにおける充放電試験では、例えば、充電率SOCとCレートとの組み合わせを変えて各組み合わせでの電流値I及び電圧値Vを測定する。
次に、ステップ5において、ステップ4で測定された電流値I及び電圧値Vに基づいて、電池の劣化度(C/T比)を推定する。電池の劣化度(C/T比)の推定は、劣化度解析器5を用いる。劣化度解析器5は、コンピュータであり、劣化度推定プログラムを実行する。劣化度解析器5は、例えば、上記のように充電率SOCとCレートとの組み合わせを変えて各組み合わせでの電流値I及び電圧値Vが測定された場合、各組み合わせ間での電流値Iの差及び電圧値Vの差に基づいて使用済みの電池セルC1~Cnの内部抵抗の値を算出し、算出した内部抵抗の値に基づいて使用済みの電池セルC1~Cnの劣化度(C/T比)を推定する。なお、劣化度解析器5は、電流センサ3及び電圧センサ4により測定された電流値I及び電圧値Vに加えて、あるいは代えて、中古二次電池1の使用時のサイクル履歴情報や温度履歴情報を用いて、使用済みの電池セルC1~Cnの劣化度(C/T比)を推定してもよい。
次に、ステップ6において、回収した使用済みの電池セルC1~Cnが所定の再利用基準を満足するか否かを判断する。例えば、回収した使用済みの電池セルC1~Cnの内部抵抗や容量劣化度SOHが許容範囲内であるか、回収した使用済みの電池セルC1~Cnの劣化度(C/T比)が、製品として利用できる値であるか等を判断する。ステップ6において再利用基準を満足すると判断された電池については、ステップ7において、劣化度(C/T比)毎にクラス分けして保管する。他方で、ステップ6において再利用基準を満足しないと判断された電池については、ステップ9において、リサイクル用の電池として選別する。
ステップ7に続くステップ8において、各クラス毎に保管した使用済みの電池セルC1~Cnを組み合わせて再生二次電池10を製造する。ここで、例えば、C/T比が0.9以上1.0未満のクラス1の電池で構成された再生二次電池10と、C/T比が0.8以上0.9未満のクラス2の電池で構成された再生二次電池10とを、型式やグレードや保証期間等が相互に異なる再生二次電池10として販売すること等が可能となる。
以上説明したように、本実施形態に係る再生二次電池10の製造方法では、複数の使用済みの電池セルC1~Cnの劣化度を推定し、推定された劣化度に応じて複数の使用済みの電池セルC1~Cnを複数群(クラス1~9)に分類し、同じ群に分類された複数の使用済みの電池セルC1~Cnを組み合わせることにより複数群の再生二次電池10を製造する。これにより、各群が製品としての用途や保証期間等に適応する複数群の再生二次電池10を提供できる。また、再生二次電池10を構成する複数の使用済みの電池セルC1~Cnの各々の特性の差異を抑制できるので、長期間に亘って、全ての使用済み電池セルC1~Cnの各々の容量を余すことなく使って充放電できる再生二次電池10を提供できる。
また、使用済みの電池セルC1~Cnの劣化度に応じて複数群の再生二次電池10を製造することにより、再生二次電池10の劣化を見越して再生二次電池10の容量のマージンを設定したり、再生二次電池10の劣化を見越して再生二次電池10の劣化に対する保証期間を設定したりすることが可能となる。
さらに、使用中の二次電池の使用履歴を必要とせずに、使用済みの電池セルC1~Cnの電池特性を取得して使用済みの電池セルC1~Cnの劣化度(C/T比,C/L比)を推定することが可能である。
以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよいし、適宜公知や周知の技術を組み合わせてもよい。
10 :再生二次電池
C1~Cn :電池セル(使用済み二次電池)
C :サイクル劣化度
T :温度劣化度
L :放置劣化度
C1~Cn :電池セル(使用済み二次電池)
C :サイクル劣化度
T :温度劣化度
L :放置劣化度
Claims (3)
- 複数の使用済み二次電池を組み合わせて再生二次電池を製造する方法であって、
前記使用済み二次電池の劣化度を推定し、
推定された前記劣化度に応じて前記使用済み二次電池を複数群に分類し、
同じ群に分類された複数の前記使用済み二次電池を組み合わせることにより複数群の前記再生二次電池を製造する再生二次電池の製造方法。 - 前記劣化度は、前記使用済み二次電池の充放電の繰り返し使用による劣化の度合いであるサイクル劣化度と、温度による劣化の度合いである温度劣化度との比である請求項1に記載の再生二次電池の製造方法。
- 前記劣化度は、前記使用済み二次電池の充放電の繰り返し使用による劣化の度合いであるサイクル劣化度と、高温環境に放置されることによる劣化の度合いである放置劣化度との比である請求項1に記載の再生二次電池の製造方法。
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