JP2022087931A - 電池制御システムおよび電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】電池の満充電容量の減少を抑制する技術を提供する。【解決手段】電池１０ｎと、電池１０ｎに圧力を加える制御装置３００とを備え、電池１０ｎの主面は、第１領域と第２領域とを有し、制御装置３００は、第１領域と第２領域とにそれぞれ異なる圧力を加える。【選択図】図１

Description

本実施形態は、電池制御システムおよび電池モジュールに関する。

特許文献１（特開２０２０－１４５０６３号公報）には、バッテリーシステムが開示されている。このバッテリーシステムは、電池セルと、該電池セルを拘束する拘束部材と、該電池セルにかかる拘束圧を調整部とを備える。この調整部は、電池セルの劣化度に基づいて拘束圧を調整する。

特開２０２０－１４５０６３号公報

たとえば、電池に対して充電および放電を行う場合がある。この場合において、大電流で充電し、かつ充電を終了したときから放電を開始したときのとの間の時間および放電を終了したときから充電を開始するまでの時間が短い場合などには、該電池の満充電容量が減少するという問題が生じ得る。

本実施形態は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、電池の満充電容量の減少を抑制する技術を提供することである。

本開示のある局面に従うと、電池制御システムは、電池と、電池に圧力を加える制御装置とを備え、電池の主面は、第１領域と第２領域とを有し、制御装置は、第１領域と第２領域とにそれぞれ異なる圧力を加える。

本開示によれば、電池の満充電容量の減少を抑制することができる。

電池制御システムを説明するための図である。 積層型電池の主面などを示す図である。 第１押圧部材と第２押圧部材とを示す図である。 電池の内部を示す図である。 巻回型電池の主面などを示す図である。 実験結果を示す図である。 実験結果を示す図である。 実験結果を示す図である。

以下、本実施形態の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、図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

図１は、電池制御システム５００を説明するための図である。図１では、電池制御システム５００は、電池モジュール２００と、制御装置３００とを備える。電池モジュール２００には、正極の配線と、負極の配線とが接続されている。電池モジュール２００は、複数の電池１０ｎ（ｎ＝１，．．．，Ｎであり、Ｎは１以上の整数）と、第１プレート３１と、第２プレート３２と、第１押圧部材４１、１４１と、第２押圧部材４２、１４２と、第１油圧シリンダ５１、１５１と、第２油圧シリンダ５２、１５２とを備える。複数の電池１０ｎは、所定の方向において配列されている。以下では、複数の電池の配列方向をＹ軸方向とする。また、複数の電池の各々の高さ方向（電池の接地面と垂直な方向）をＺ軸方向とする。また、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に垂直な方向をＸ軸方向とする。電池１０ｎは、リチウム電池であり、典型的には、パウチ型電池または角形電池である。複数の電池１０ｎのうち電池１０１が本開示の「一端の電池」に対応する。また、複数の電池１０ｎのうち電池１０Ｎが本開示の「他端の電池」に対応する。また、複数の電池１０ｎのうちの１つの電池を「電池１０」と称する場合がある。

第１プレート３１および第２プレート３２は、それぞれが複数の電池１０ｎの配列方向（Ｙ軸方向）の両端に設けられている。図１の例では、第１プレート３１は、電池１０ｎの配列方向の一端に固定されて配置されている。また、第２プレート３２は、電池１０ｎの配列方向の他端に固定されて配置されている。第１プレート３１および第２プレート３２により複数の電池１０ｎは拘束（保持）されている。換言すれば、第１プレート３１および第２プレート３２により複数の電池１０ｎに対して、後述の第１圧力および第２圧力とは別の拘束力（後述の基準圧力Ｘ）が加えられている。第１プレート３１と電池１０１との間に、第１油圧シリンダ５１と、第２油圧シリンダ５２と、第１押圧部材４１と、第２押圧部材４２とが配置されている。第１油圧シリンダ５１および第２油圧シリンダ５２は、Ｙ軸方向の正方向または負方向に移動可能な（伸縮可能な）ロッドを含む。第１油圧シリンダ５１の一端は第１プレート３１に接しており、第１油圧シリンダ５１の他端（第１油圧シリンダ５１のロッド）は第１押圧部材４１に接している。また、第２油圧シリンダ５２の一端は第１プレート３１に接しており、第２油圧シリンダ５２の他端（第２油圧シリンダ５２のロッド）は第２押圧部材４２に接している。

制御装置３００は、第１油圧シリンダ５１と、第２油圧シリンダ５２とを制御する。制御装置３００は、第１油圧シリンダ５１のロッドをＹ軸方向の正方向を移動させる。これにより、第１油圧シリンダ５１が第１押圧部材４１を介して電池１０１の主面の第１領域（後述の図２参照）に第１圧力Ｆ１を加える。主面は、複数の電池１０ｎの配列方向（Ｙ軸方向）に垂直な面である。また、制御装置３００は、第１油圧シリンダ５１のロッドをＹ軸方向の負方向を移動させる。これにより、電池１０１の第１領域に加えていた第１圧力Ｆ１を弱めることができる。また、制御装置３００は、第２油圧シリンダ５２のロッドをＹ軸方向の正方向を移動させる。これにより、第２油圧シリンダ５２が第２押圧部材４２を介して電池１０１の主面の第２領域（後述の図２参照）に第２圧力Ｆ２を加える。また、制御装置３００は、第２油圧シリンダ５２のロッドをＹ軸方向の負方向を移動させる。これにより、電池１０１の第２領域に加えていた第２圧力Ｆ２を弱めることができる。

また、第２プレート３２と電池１０Ｎとの間に、第１油圧シリンダ１５１と、第２油圧シリンダ１５２と、第１押圧部材１４１と、第２押圧部材１４２とが配置されている。制御装置３００は、第１油圧シリンダ１５１のロッドをＹ軸方向の負方向を移動させる。これにより、第１油圧シリンダ１５１が第１押圧部材１４１を介して電池１０Ｎの主面の第１領域に第１圧力Ｆ１を加える。また、制御装置３００は、第１油圧シリンダ１５１のロッドをＹ軸方向の正方向を移動させる。これにより、電池１０Ｎの第１領域に加えていた第１圧力Ｆ１を弱めることができる。また、制御装置３００は、第２油圧シリンダ１５２のロッドをＹ軸方向の負方向を移動させる。これにより、第２油圧シリンダ１５２が第２押圧部材１４２を介して電池１０Ｎの主面の第２領域に第２圧力Ｆ２を加える。また、制御装置３００は、第２油圧シリンダ１５２のロッドをＹ軸方向の正方向を移動させる。これにより、電池１０Ｎの第２領域に加えていた第２圧力Ｆ２を弱めることができる。

また、一端の電池１０１に加えられた第１圧力Ｆ１および第２圧力Ｆ２が、複数の電池１０ｎのうちの電池１０１以外の全ての電池にも加えられるように、複数の電池１０ｎは配置される。また、他端の電池１０Ｎに加えられた第１圧力Ｆ１および第２圧力Ｆ２が、複数の電池１０ｎのうちの電池１０Ｎ以外の全ての電池に加えられるように、複数の電池１０ｎは配置される。たとえば、一端の電池１０１に対して加えられた第１圧力Ｆ１および第２圧力Ｆ２によって該一端の電池１０１に微小な変形による応力が発生し、該応力が一端の電池１０１に隣接する電池および他の全ての電池にも伝達されるようになっている。また、他端の電池１０Ｎに対して加えられた第１圧力Ｆ１および第２圧力Ｆ２によって該他端の電池１０Ｎに微小な変形による応力が発生し、該応力が他端の電池１０Ｎに隣接する電池および他の全ての電池にも伝達されるようになっている。なお、第１押圧部材４１および第２押圧部材４２により第１圧力Ｆ１および第２圧力Ｆ２が伝達される主面と、第１押圧部材１４１および第２押圧部材１４２により第１圧力Ｆ１および第２圧力Ｆ２が伝達される主面とは互いに対向する面である。

なお、図１では、第１押圧部材１４１からの第１圧力Ｆ１および第２押圧部材１４２からの第２圧力Ｆ２は記載されていない。また、制御装置３００から、油圧シリンダに制御信号を送信するための配線が、第２油圧シリンダ５２、１５２に接続されているが、実際は、他の油圧シリンダ（第１油圧シリンダ５１、１５１）にも接続されている。また、第１油圧シリンダ１５１と、第２油圧シリンダ１５２と、第１押圧部材１４１と、第２押圧部材１４２とはなくてもよい。

また、特に図示しないが、制御装置３００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、油圧シリンダに制御信号を送信するためのインターフェースとを備える。ＣＰＵは、各種処理を行なう。ＲＯＭは、ＣＰＵプログラムおよびデータを記憶する。ＲＡＭは、ＣＰＵの処理結果等を記憶する。

図２は、複数の電池１０ｎのうちの１つの電池１０の主面１０Ａなどを示す図である。主面１０Ａの領域は、第１領域１０Ａ１と、第２領域１０Ａ２とを含む。第１領域１０Ａ１は、主面１０Ａの中央部の領域である。第２領域１０Ａ２は、第１領域１０Ａ１の周辺の領域である。

図３は、第１押圧部材４１と第２押圧部材４２とを示す図である。第２押圧部材４２は、矩形状の薄板部材に、矩形状の貫通穴４５が設けられることにより製造される。第１押圧部材４１は、貫通穴４５を形成する矩形よりも小さい矩形状の薄板部材であり、貫通穴４５内に配置される。

第１油圧シリンダ５１が第１押圧部材４１を押圧することにより、該第１押圧部材４１が第１領域１０Ａ１を押圧する。また、第２油圧シリンダ５２が第２押圧部材４２を押圧することにより、該第２押圧部材４２が第２領域１０Ａ２を押圧する。

ここで、たとえば、大型のリチウムイオン電池に対して、電池に対して充電および放電を行う場合がある。この場合において、大電流で充電し、かつ充電終了と放電開始との間の休止時間および放電終了と充電開始との間の休止時間が短い場合には、該電池の満充電容量が減少するという問題が生じ得る。満充電容量は、たとえば、電池が完全に充電された状態から取り出し可能な容量である。このような問題が生じる理由を説明すると、大電流によって電池の電極内のリチウム濃度、および電解液中の電解質（リチウム塩など）濃度が不均一となる傾向にある。以下では、リチウム濃度および電解液中の電解質（リチウム塩など）濃度を、「電解質などの濃度」と称する。上記の休止時間が短いと、電解質などの濃度の不均一が緩和されずに、充電放電の繰り返しにより、充放電反応が進みにくい領域が増大してしまう。その結果、電池の満充電容量が減少するという問題が生じ得る。

そこで、本実施の形態の制御装置３００は、油圧シリンダおよび押圧部材を用いて第１領域１０Ａ１に第１圧力Ｆ１を加え、かつ第２領域１０Ａ２に第２圧力Ｆ２を加える。これにより、以下に示すように電解質などの濃度を均一にすることができる。

図４は、第１領域１０Ａ１に第１圧力Ｆ１を加え、かつ第２領域１０Ａ２に第２圧力Ｆ２を加えることにより電解質などの濃度が均一になることを説明するための図である。図４（Ａ）～図４（Ｃ）においては、電池１０の内部が示されている。図４の電池１０は、ケース３０５を有し、該ケース３０５の内部で、正極合剤３０１と、セパレータ３０２と、負極合剤３０３との各々が複数積層されている積層型電池である。図４の例では、１組の正極合剤３０１と、セパレータ３０２と、負極合剤３０３とが示されている。

図４（Ａ）は、正極合剤３０１および負極合剤３０３内のリチウムおよび電解質の濃度が不均一であり、かつセパレータ３０２内の電解質の濃度が不均一の状態（初期状態）を示す図である。制御装置３００は、電池１０がこのような初期状態である場合において、後述の第１制御および第２制御を交互に繰り替えすことにより、電解質などの濃度を均一にする。なお、「第１制御および第２制御を交互に繰り返す」とは、第１制御の後に第２制御を実行し、該第２制御の後に第１制御を実行し、該第１制御の後に第２制御を実行し、・・・という制御である。

図４（Ｂ）は、第１制御が実行されているときのケース３０５の内部の状態を示す図である。図４（Ｂ）に示すように、第１制御は、第１領域１０Ａ１と第２領域１０Ａ２とにそれぞれ異なる圧力を加える制御である。図４（Ｂ）の例では、第１領域１０Ａ１に加えられる圧力（強い第１圧力Ｆ１）が、第２領域１０Ａ２に加えられる圧力（弱い第２圧力Ｆ２）よりも大きい例が示されている。また、第１制御においては、第１圧力Ｆ１が第２圧力Ｆ２よりも大きい。

第１圧力Ｆ１が第２圧力Ｆ２よりも大きいことから、正極合剤３０１と、セパレータ３０２と、負極合剤３０３とにおいて、第１領域１０Ａ１に対応する箇所が、第２領域１０Ａ２に対応する箇所よりも大きくへこむ。したがって、正極合剤３０１とセパレータ３０２と負極合剤３０３との第１領域１０Ａ１に対応する内部空間の容積が小さくなる。その結果、該内部空間に含まれていたリチウムおよび電解質などが、第２領域１０Ａ２に対応する電池１０の内部空間に押し出されることになる（図４（Ｂ）の矢印参照）。

図４（Ｃ）は、第２制御が実行されているときのケース３０５の内部の状態を示す図である。図４（Ｃ）に示すように、第２制御は、第１制御で第１領域１０Ａ１に加える第１圧力Ｆ１（強い第１圧力Ｆ１）とは異なる第１圧力Ｆ１（弱い第１圧力Ｆ１）を第１領域１０Ａ１に加える制御である。さらに、第２制御は、第１制御で第２領域１０Ａ２に加える圧力（弱い第２圧力Ｆ２）および第２制御で第１領域１０Ａ１に加える圧力（弱い第１圧力Ｆ１）のいずれとも異なる圧力（強い第２圧力Ｆ２）を前記第２領域に加える制御である。また、第２制御においては、第２圧力Ｆ２が第１圧力Ｆ１よりも大きい。

第２圧力Ｆ２が第１圧力Ｆ１よりも大きいことから、正極合剤３０１と、セパレータ３０２と、負極合剤３０３とにおいて、第２領域１０Ａ２に対応する箇所が、第１領域１０Ａ１に対応する箇所よりも大きくへこむ。したがって、正極合剤３０１とセパレータ３０２と負極合剤３０３との第２領域１０Ａ２に対応する内部空間の容積が小さくなる。その結果、該内部空間に含まれていたリチウムおよび電解質などが、第１領域１０Ａ１に対応する電池１０の内部空間に押し出されることになる（図４（Ｃ）の矢印参照）。なお、上述では、第１領域１０Ａ１および第２領域１０Ａ２は接している例を説明したが、たとえば、電池１０ｎが角形電池の場合には、第１領域と第２領域とが接していない構成が採用されてもよい。また、電池１０ｎがパウチ型電池である場合には、第１領域１０Ａ１および第２領域１０Ａ２は接していることが好ましい。理由を説明すると、電池１０ｎがパウチ型電池である場合には、一般的にケース３０５は柔らかい。第１領域および第２領域が接しておらず、第１領域および第２領域の間に生じる隙間領域が広いと図４（Ｂ）および図４（Ｃ）の状態においては、圧力が加わらない領域が発生してしまう。圧力が加わらない領域が発生すると、効果的に電解質などの濃度を均一にすることができなくなる。よって、電池１０ｎがパウチ型電池である場合には、第１領域１０Ａ１および第２領域１０Ａ２は接していることが好ましい。

また、電池１０ｎが角形電池の場合には、一般的にケース３０５は硬い。第１領域および第２領域が接しておらず、第１領域と第２領域との間に隙間領域が生じていたとしても、図４（Ｂ）および図４（Ｃ）の状態において、隙間領域に第１圧力Ｆ１と第２圧力Ｆ２との間の大きさの圧力が該隙間領域に加わる。したがって、電池１０ｎが角形電池の場合には、第１領域と第２領域とが接していない構成が採用されても特段の問題はない。

また、上述では、主面１０Ａは、２個の領域を含むが、それぞれに異なる圧力が加えられる３個の領域を有してもよい。また、電池の構造に応じて、第１領域および第２領域の場所は適宜変更されてもよい。たとえば、第１領域は、主面の中央部であり、第２領域は第１領域の上限端の領域としてもよい。

上述したように、第１圧力Ｆ１および第２圧力Ｆ２は、直接的または間接的に全ての電池１０ｎに伝達される。したがって、制御装置３００が、第１制御と第２制御とを交互に繰り返して実行することにより、全ての電池１０ｎの正極合剤３０１、負極合剤３０３およびセパレータ３０２に含まれている電解質などを撹拌させることができる。その結果、電解質などの濃度が均一になり、電池の満充電容量の減少を抑制することができる。

電池１０ｎは、積層型電池であり、第１圧力Ｆ１が加えられる第１領域１０Ａ１は、電池１０ｎの中央部の領域である。また、第２圧力Ｆ２が加えられる第２領域１０Ａ２は、第１領域１０Ａ１の周辺の領域である。積層型電池では、電池１０ｎの第１領域１０Ａ１に対応する内部空間と、第２領域１０Ａ２に対応する内部空間とにおいて、電解質などの濃度差が生じ易い。したがって、第１制御と第２制御とを繰り返し実行することにより積層型電池の電池１０ｎの内部の電解質などの濃度を均一にすることができる。

図５は、複数の電池１０ｎが巻回型電池である場合の電池１０の主面１０Ａなどを示す図である。図５の例では、主面１０Ａの中央部の領域が第１領域１０Ａ１である。また、主面１０Ａの巻回軸方向Ｂにおいて第１領域１０Ａ１の外側（第１領域１０Ａ１の両端側（左右側））の領域が第２領域１０Ａ２である。巻回型電池である電池１０は、シート状の電池材料である正極、負極、および２枚のセパレータを重ねて層状に巻回することにより製造される。巻回軸方向Ｂは、正極、負極、および２枚のセパレータが巻回される回転軸方向である。巻回型電池では、電池１０ｎの第１領域１０Ａ１に対応する内部空間と、第２領域１０Ａ２に対応する内部空間とにおいて、電解質などの濃度差が生じ易い。したがって、複数の電池１０ｎが巻回型電池である場合において、第１領域１０Ａ１および第２領域１０Ａ２を図５に示すような領域とし、第１制御と第２制御とを繰り返し実行することにより巻回型電池の電池１０ｎの内部の電解質などの濃度を均一にすることができる。

また、図４で説明した、強いＦ１と強いＦ２との値は同一であり、弱いＦ１と弱いＦ２との値は同一であることが好ましい。このような構成により、制御装置３００の制御を簡素化できる。

また、第１圧力Ｆ１および第２圧力Ｆ２をＸ±Δｘで表現することもできる。Ｘは、基準圧力と称され、第１制御および第２制御が実行されていないときに複数の電池１０ｎに加えられている圧力（拘束圧）である。たとえば、第１制御での第１圧力Ｆ１はＸ＋Δｘと表現し、第１制御での第２圧力Ｆ２はＸ－Δｘと表現し、第２制御での第１圧力Ｆ１はＸ－Δｘと表現し、第２制御での第２圧力Ｆ２はＸ＋Δｘと表現できる。

また、「第１制御では第１領域に第１圧力Ｆ１を加え第２領域に第２圧力を加えずに、第２制御では第１領域に第１圧力Ｆ１を加えずに第２領域に第２圧力を加える構成（以下、「比較例の構成」と称する。）」が考えられる。しかし、この比較例の構成では、第１制御および第２制御において、第１領域と第２領域との圧力差はΔｘとなる。

これに対し、本実施形態においては、第１制御および第２制御の各々において第１圧力および第２圧力を加えることから第１領域と第２領域との圧力差、および第２制御での第１領域と第２領域との圧力差をともに２Δｘとすることができる。したがって、比較例の構成と比較して、第１領域と第２領域との圧力差を大きくすることができる。よって、本実施形態の電池制御システム５００は、比較例の構成と比較して、より効率的に上記の濃度を均一にすることができる。なお、比較例の構成では、第１領域と第２領域との圧力差を大きくするために、基準圧力Ｘを大きくすることが考えられる。しかしながら、基準圧力Ｘを過度に大きくすると電池の短絡などが発生する場合がある。本実施形態では、基準圧力Ｘを過度に大きくすることなく、第１領域と第２領域との圧力差を大きくできる。

また、第１押圧部材４１、１４１と、第２押圧部材４２、１４２とにより、Ｙ軸方向において、複数の電池１０ｎの両側から第１圧力および第２圧力を加えることにより、複数の電池１０ｎの位置ずれなどを低減できる。

また、電池制御システム５００は、車両に搭載されることが好ましい。該車両は、油圧制御系（たとえば、油圧ブレーキなど）を備える。したがって、制御装置３００は、電池１０ｎに対する圧力の制御および油圧制御系の制御を、油圧の制御という観点で共通化できる。

次に、第１制御および第２制御を開始する開始条件を説明する。仮に、電池１０ｎの充放電中に、第１制御および第２制御が実行されると、充放電中の電池１０ｎの電流、および電池１０ｎの電圧制御が不安定になる場合がある。そこで、開始条件は、電池１０ｎの充放電が休止しているという条件を含むようにしてもよい。電池１０ｎの充放電の休止とは、たとえば、電池１０ｎが搭載されている機器（たとえば、車両）の動作が停止していることである。また、電池１０ｎのＳＯＣ（State Of Charge）が高い場合には、電池１０ｎが膨張することから、電池１０ｎの膨張圧が大きくなる。したがって、第１制御および第２制御が実行されたとしても、正極合剤３０１と、セパレータ３０２と、負極合剤３０３とを大きくへこますことができない。その結果、電解液などを適切に撹拌させることができない。そこで、開始条件は、電池１０ｎのＳＯＣが低い値になるという条件を含むようにしてもよい。低い値は、たとえば、０～５０％としてもよい。また、電池１０ｎのＳＯＣは、複数の電池１０ｎのＳＯＣの平均値としてもよい。また、制御装置３００が、所定のパラメータに基づいて、開始条件が成立したか否かを判断するようにしてもよい。所定のパラメータは、たとえば、充放電の履歴および電池１０ｎの温度履歴などを含む。

図６～図８は、本実施形態の電池制御システム５００の実験結果を示す図である。図６は、容量５０Ａｈの積層型でありかつ角形のリチウムイオン電池についての実験結果である。この電池のサイズは、Ｗ１４８ｍｍ×Ｈ９１ｍｍ×Ｄ２６．５ｍｍである。図７は、容量３７Ａｈの捲回型でありかつ角形のリチウムイオン電池についての実験結果である。この電池のサイズは、Ｗ１４８ｍｍ×Ｈ９１ｍｍ×Ｄ２６．５ｍｍである。図８は、容量５０Ａｈの積層型でありかつパウチ型電池についての実験結果である。この電池のサイズは、Ｗ２８０ｍｍ×Ｈ９０ｍｍ×Ｄ１６ｍｍである。また、図６～図８に示す実験において、６つの電池が使用された。

図６～図８において、「１サイクル」は、「１回の充放電処理」をいう。「１００サイクル容量維持率」は、第１制御および第２制御を実行せずに、１００回の充放電処理が行われた後の容量維持率である。容量維持率は、電池モジュールの製造時の満充電容量と、現時点での満充電容量との比率である。また、この１００回の充放電処理において、角形電池については０．１～３ＭＰａの拘束圧がかけられており、パウチ型電池については０．０３～１ＭＰａの拘束圧がかけられている。充放電処理において、１つの電池の充電カットオフ電圧が４．２Ｖであり、１つの電池の放電カットオフ電圧が２．５Ｖである。また、充放電処理において、容量５０Ａｈの電池については、電流５０Ａｈとし、容量３７Ａｈの電池については電流３７Ａｈとした。また、「第１領域、第２領域」、「増減範囲（ＭＰａ）」、「増減周期（ｓ）」、および「調整時間（ｓ）」は、１０１～５００サイクルの充放電処理が終了した後の休止時間の情報である。「第１領域、第２領域」は、上述の第１領域１０Ａ１および第２領域１０Ａ２を示す情報である。たとえば、「中央、外周」は、図２に示すように、第１領域１０Ａ１が電池の主面の中央であり、第２領域１０Ａ２が電池の主面の中央の外周の領域である。また、「左、右」は、第１領域が主面において左側の領域であり、第２領域が主面において右側の領域であることを示す。増減範囲は、基準圧力Ｘについての増減範囲をいう。たとえば、「±０．１」は、基準圧力Ｘ±０．１を示し、第１制御の第１圧力は、Ｘ＋０．１ＭＰａであり、第１制御の第２圧力は、Ｘ－０．１ＭＰａであり、第２制御の第１圧力は、Ｘ－０．１ＭＰａであり、第１制御の第２圧力は、Ｘ＋０．１ＭＰａである。また、基準圧力は、上述の拘束圧である。角形電池の基準圧力Ｘを０．１～３ＭＰａとし、パウチ型電池の基準圧力Ｘを０．０３～１ＭＰａとした。「増減周期」は、第１制御および第２制御の合計時間であり、第１制御を行っている時間と第２制御を行っている時間とは同一時間である。「調整時間」は、全ての第１制御および第２制御の実行時間である。たとえば、「増減周期」が３０秒であり、「調整時間」が３００秒であるということは、１回の第１制御が１５秒であり、該第１制御の後に実行される第２制御が１５秒であることを示し、第１制御および第２制御の各々の実行回数が１０回であることを示す。「５００サイクル容量維持率」は、５００サイクルの充放電が実行された後の容量維持率である。図６～図８において、「５００サイクル容量維持率」が高いほど、満充電容量の減少が抑制されていることを示す。

また、比較例１、３、５については、５００サイクル後の休止時間中に圧力を加える制御が行われていない。また、比較例２、４、６については、５００サイクル後休止中に、第１制御および第２制御において同一の領域にそれぞれ異なる圧力を加える制御が行われた。図６～図８に示すように、比較例１～６では、容量維持率が改善されなかった。

また、図６の実施例１～３および図８の実施例１３～１５に示すように、積層型でありかつ角形のリチウムイオン電池では、実施例１および実施例１３のように第１領域が中央部であり第２領域が周辺領域である場合には、第１領域および第２領域が他の領域である場合よりも、容量維持率がより改善されている。また、図７の実施例７～９に示すように、捲回型でありかつ角形のリチウムイオン電池では、実施例７のように第１領域が中央部であり第２領域が主面の巻回軸方向において第１領域の外側の領域である場合には（図７の例では、第１領域が中央部の領域であり第２領域の第１領域の周辺の領域である場合には）、第１領域および第２領域が他の領域である場合よりも、容量維持率がより改善されている。また、実施例４、５、１０、１１、１６、１７に示すように圧力の増減幅が小さい場合には、容量維持率の改善効果は低くなってしまう。

また、角形電池の場合、圧力の増減幅を１ＭＰａ以上にすると、電池の内部構造（電極など）の変形が戻らず、後の充放電が不安定になったり、短絡の原因となることがあるので好ましくない。また、パウチ電池の場合、外装体が角形電池のような硬い金属板でなく、柔軟なラミネートなので、拘束圧による電極変形によって充放電が不安定になりやすい。そのため、拘束圧増減幅を０．３ＭＰａ以上にすると、電池の内部構造（電極など）の変形が戻らず、後の充放電が不安定になったり、短絡の原因となることがあるので好ましくない。

また、発明者の度重なる実験により増減周期は、１秒～１時間の間であることが好ましいことが判明している。また、基準圧力は、１ＭＰａ以下であることが好ましいことが判明している。また、角形電池に対する圧力変動幅は、±の値において、０．０１ＭＰａ以上であり１ＭＰａ以下であることが好ましい。また、パウチ形電池に対する圧力変動幅は、±の値において、０．００３ＭＰａ以上であり０．３ＭＰａ以下であることが好ましい。第１制御および第２制御を１回の制御とすると、該制御の回数は、１～１００回であることが好ましい。該制御の価数が過度に多いと、電池の部材の疲労が生じてしまう。また、上述の実施例では、第１制御および第２制御を交互に繰返し実行する構成を説明したが、たとえば、第１制御を１回実行する構成が採用されてもよい。

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。本実施形態の範囲は上記した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及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。

制御装置 ３００、電池制御システム５００。

Claims (6)

1. 電池と、
   前記電池に圧力を加える制御装置とを備え、
   前記電池の主面は、第１領域と第２領域とを有し、
   前記制御装置は、前記第１領域と前記第２領域とにそれぞれ異なる圧力を加える、電池制御システム。
2. 前記制御装置は、第１制御と第２制御とを交互に繰返し実行し、
   前記第１制御は、前記第１領域と前記第２領域とにそれぞれ異なる圧力を加える制御であり、
   前記第２制御は、前記第１制御で前記第１領域に加える圧力とは異なる圧力を前記第１領域に加えるとともに、前記第１制御で前記第２領域に加える圧力および前記第２制御で前記第１領域に加える圧力のいずれとも異なる圧力を前記第２領域に加える制御である、請求項１に記載の電池制御システム。
3. １以上の電池を含む電池モジュールであって、
   前記１以上の電池の主面は、第１領域と第２領域とを有し、
   前記第１領域と前記第２領域とにそれぞれ異なる圧力が加えられる、電池モジュール。
4. 前記１以上の電池は、積層型電池であり、
   前記第２領域は、前記主面において前記第１領域の周辺の領域である、請求項３に記載の電池モジュール。
5. 前記１以上の電池は、巻回型電池であり、
   前記第２領域は、前記主面の巻回軸方向において前記第１領域の外側の領域である、請求項３に記載の電池モジュール。
6. 前記電池モジュールは、複数の電池を含み、
   前記電池モジュールは、さらに、
   それぞれが前記複数の電池の配列方向の両端に設けられかつ前記複数の電池を保持する第１プレートおよび第２プレートと、
   前記第１プレートと前記複数の電池との間に配置され、かつ前記複数の電池のうちの一端の電池の前記第１領域に圧力を加える第１押圧部材と、
   前記第１プレートと前記複数の電池との間に配置され、かつ前記一端の電池の前記第２領域に圧力を加える第２押圧部材とを備え、
   前記複数の電池は、前記一端の電池の前記第１領域に加えられた圧力が他の電池の前記第１領域に加えられ、かつ前記一端の電池の前記第２領域に加えられた圧力が他の電池の前記第２領域に加えられるように、配置される、請求項３～請求項５のいずれか１項に記載の電池モジュール。

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