JP5319081B2 - コントローラ付き組電池の製造方法 - Google Patents
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Description
ところで、使用済み二次電池等の二次電池は、使用に伴って徐々に内部抵抗が増大する傾向を有しており、内部抵抗値が大きな二次電池ほど、充電時の電池電圧の一時的な上昇、及び放電時の電池電圧の一時的な低下が大きくなる傾向にある。特に、低温環境下(例えば、氷点下の温度環境下)や、高入出力時(大電流での充放電時)においては、その傾向が大きくなる。
具体的には、例えば、複数の使用済み二次電池を電気的に直列に接続した組電池において、放電時に、組電池全体の電圧が下限電圧値(例えば、組電池を構成する使用済み二次電池の下限電圧値の合計)を上回っていても、内部抵抗値の大きな使用済み二次電池の電池電圧が、一時的に下限電圧値(例えば、1.0V)を下回って過放電となる虞があった。使用済み二次電池の電池電圧が、下限電圧値を下回って過放電となると、正極及び負極から金属成分が溶出し、電池特性が大きく低下してしまう虞がある。このため、内部抵抗値の大きな使用済み二次電池の電池電圧が、早期に寿命に至ってしまう虞があった。
上述の組電池の製造方法は、例えば、寒冷地仕様の電気自動車やハイブリッド自動車等の電源として搭載する組電池の製造に好適である。
本発明の一態様は、複数の使用済み二次電池のみを組み合わせてなる組電池と、電池コントローラと、を有するコントローラ付き組電池の製造方法であって、上記使用済み二次電池は、電気自動車またはハイブリッド自動車の電源として使用された後に回収された二次電池のうち、未だ使用可能な状態にある二次電池であり、複数の上記使用済み二次電池について、再生処理を行うことなく、それぞれの内部抵抗値を知得する知得工程と、上記内部抵抗値を知得した複数の上記使用済み二次電池から、上記内部抵抗値が互いに近い複数の使用済み二次電池のみからなる使用済み二次電池群を選択する選択工程と、選択された上記使用済み二次電池群を、電気的に直列に接続して、上記使用済み二次電池群のみからなる上記組電池を構成する組み付け工程と、上記組電池と電池コントローラとを組み合わせてコントローラ付き組電池を製造する工程と、を備え、上記電池コントローラは、上記組電池を構成する上記使用済み二次電池それぞれの電池電圧に基づいて上記使用済み二次電池の異常を監視する電池コントローラであり、上記選択工程は、選択された上記使用済み二次電池群のうち、内部抵抗値が最も大きなものと内部抵抗値が最も小さなものとの内部抵抗値の差が、上記内部抵抗値が最も小さなものの内部抵抗値の20%以内となるように、上記使用済み二次電池群を選択するコントローラ付き組電池の製造方法である。
上述の組電池では、組電池を構成する使用済み二次電池について、内部抵抗値の最大差を、内部抵抗値が最も小さなものの内部抵抗値の20%以内としている。この組電池では、内部抵抗値の不揃いに起因して、組電池を構成する使用済み二次電池の一部が早期に寿命に至ってしまう不具合を防止することができる。さらには、充放電時(特に、低温環境下での充放電時)における使用済み二次電池の一時的な電池電圧差の拡大を抑制することができる。
上述の組電池は、例えば、寒冷地仕様の電気自動車やハイブリッド自動車等の電源として好適である。
また、既に使用された後の使用済み二次電池のみを、複数組み合わせてなる組電池と、電池コントローラと、を有するコントローラ付き組電池であって、上記電池コントローラは、上記組電池を構成する上記使用済み二次電池それぞれの電池電圧に基づいて上記使用済み二次電池の異常を監視する電池コントローラであり、上記組電池を構成する使用済み二次電池のうち、内部抵抗値が最も大きなものと内部抵抗値が最も小さなものとの内部抵抗値の差を、上記内部抵抗値が最も小さなものの内部抵抗値の20%以内としてなるコントローラ付き組電池が好ましい。
次に、本発明の実施例1について、図面を参照しつつ説明する。
まず、本実施例1にかかるコントローラ付き組電池50について説明する。コントローラ付き組電池50は、図1に示すように、組電池20と、電池コントローラ30とを有している。このうち、組電池20は、図2に示すように、5ヶの使用済み二次電池(使用済み二次電池1〜5)が、一列に列置されて、接続部材11を通じて電気的に直列に接続されて構成されている。
なお、本実施例1のコントローラ付き組電池50は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車などに搭載され、これらの電源として利用される。
(知得工程)
まず、図3に示すように、ステップS1において、市場から回収された使用済み二次電池1〜8の内部抵抗を測定する。具体的には、まず、SOCが50%になるまで使用済み二次電池1を充電した後、3時間放置する。その後、25℃の恒温環境下において、「所定の電流値で5秒間だけ放電させ、次いで、60秒間放置した後、所定の電流値で5秒間だけ充電し、その後60秒間放置する」充放電サイクルを5サイクル行う。本実施例1では、所定の電流値を、1C,2C,5C,10C,15Cの順に、1サイクル毎に異ならせて、計5サイクルの充放電を行った。各充放電サイクルにおいて、5秒間充電した直後の電池電圧を測定する。
なお、使用済み二次電池1〜8の公称容量(例えば、6.5Ah)を満たす充電状態をSOC100%としている。
また、本実施例1では、このステップS1が知得工程に相当する。
次に、ステップS2(図3参照)に進み、内部抵抗値を知得した使用済み二次電池1〜8の群の中から、内部抵抗値が互いに近いものを、組電池20を構成するのに必要な所定数だけ(本実施例1では5ヶ)選択する。本実施例1では、内部抵抗値が2.6mΩである使用済み二次電池1,5と、内部抵抗値が2.5mΩである使用済み二次電池2〜4とを選択することができる。
なお、本実施例1では、このステップS2が選択工程に相当する。
次に、ステップS3に進み、図2に示すように、選択した使用済み二次電池1〜5を一列に列置した。具体的には、使用済み二次電池1〜5の中で内部抵抗値が最も大きな使用済み二次電池1,5のうち、使用済み二次電池1を組電池20の列の一方端(図2において左端)に配置し、使用済み二次電池5を組電池20の列の他方端(図2において右端)した。そして、これらより内部抵抗値の小さな使用済み二次電池2〜4を、これらの間に配置することにした。
なお、本実施例1では、ステップS3が、組み付け工程に相当する。
その後、上述のようにして製造した組電池20と、電池コントローラ30とを組み合わせて、コントローラ付き組電池50(図1参照)を製造した。
本比較例1の組電池320は、図2に示すように、実施例1の組電池20と比較して、使用済み二次電池1,5を使用済み二次電池6,8に置き換えた点のみが異なり、その他については同様である。なお、使用済み二次電池6,8は、表1に示すように、内部抵抗値が3.2mΩであり、使用済み二次電池1,5(内部抵抗値が2.6mΩ)に比べて内部抵抗値が大きくなっている。従って、本比較例1の組電池320を構成する使用済み二次電池2〜4,6,8の内部抵抗値の最大差が、0.7mΩ(=3.2mΩ−2.5mΩ)と大きくなる。すなわち、内部抵抗値の最大差(0.7mΩ)が、内部抵抗値が最も小さなもの(使用済み二次電池2〜4)の内部抵抗値(2.5mΩ)の28%と大きくなっている。
まず、25℃の温度環境下において、実施例1のコントローラ付き組電池50と、比較例1のコントローラ付き組電池を使用した場合について説明する。例えば、電気自動車等の各種制御を行うコントロールユニット70(図1参照)から放電の指令がなされ、放電時間t1の間だけ、組電池20を構成する使用済み二次電池1〜5、及び組電池320を構成する使用済み二次電池2〜4,6,8を放電させた場合を考える。
−30℃の低温環境下において、比較例1の組電池320を、所定の電流値I1で放電時間t1の間だけ放電させると、図9に示すように、放電時間t1の間、使用済み二次電池2〜4,6,8の電池電圧V2〜V4,V6,V8は、25℃の温度環境下において放電させた場合に比べて、一時的に大きく低下する。しかも、内部抵抗値が大きな使用済み二次電池6,8(図9に破線で示す)は、内部抵抗が小さな使用済み二次電池2〜4(図9に実線で示す)に比べて、放電時の電池電圧の低下量が大きくなる。このため、使用済み二次電池2〜4,6,8の最大電池電圧差ΔVが、25℃の温度環境下において放電させたとき(図4参照)に比べて、一時的に大きくなる。このため、最大電池電圧差ΔVが許容範囲(例えば、0.3V)を上回ってしまい、電池コントローラ30において、電池電圧の異常が検出される。
次に、参考例1のコントローラ付き組電池150について説明する。本参考例1のコントローラ付き組電池150は、実施例1のコントローラ付き組電池50と比較して、電池コントローラに内蔵された処理プログラム(図示なし)のみが異なり、その他については同様である。
具体的には、本参考例1の電池コントローラ130では、図1にカッコ書きで示すように、組電池20を構成する使用済み二次電池1〜5の全体の電圧(組電池電圧V20)を検知する。さらに、検知した組電池電圧V20に、異常がないかどうかを判断する。具体的には、例えば、組電池電圧V20が下限値を下回っている場合に、組電池電圧の異常と判定する。
そこで、本参考例1では、組電池電圧V20の下限値を、組電池20を構成する使用済み二次電池1〜5の下限電圧値の合計値(例えば5.0V=1.0V×5ヶ)に設定した。これにより、組電池電圧V20が下限電圧値を下回った場合には、電池コントローラ130においてこれを検知し、放電を強制的に停止させれば、上述の不具合を抑制することができる。
ここでは、組電池20の組電池電圧V20及び組電池320の組電池電圧V320が、下限電圧値(5.0V)を下回らない範囲で、所定の環境温度T1において、組電池20及び組電池320を、所定の電流値I2で放電時間t2の間だけ放電させた場合を考える。
すると、比較例2の組電池320では、図11に示すように、内部抵抗の小さな使用済み二次電池2〜4の電池電圧V2〜V4(図11において実線で示す)は、下限電圧値(1.0V)を大きく上回っていたが、内部抵抗の大きな使用済み二次電池6,8の電池電圧V6,V8(図11において破線で示す)は、下限電圧値(1.0V)を下回って過放電となっていた。このことから、組電池320では、使用済み二次電池6,8において、正極及び負極から金属成分が溶出し、電池特性が大きく低下してしまう虞があった。このため、組電池320を構成する使用済み二次電池2〜4,6,8のうち、使用済み二次電池6,8のみが早期に寿命に至ってしまう虞があった。
例えば、実施例1では、5ヶの使用済み二次電池(使用済み二次電池1〜5)により組電池20を構成したが、組電池を構成する使用済み二次電池の数は、複数であれば、いくつであっても良い。
20 組電池
30,130 電池コントローラ
50,150 コントローラ付き組電池
Claims (1)
- 複数の使用済み二次電池のみを組み合わせてなる組電池と、電池コントローラと、を有するコントローラ付き組電池の製造方法であって、
上記使用済み二次電池は、電気自動車またはハイブリッド自動車の電源として使用された後に回収された二次電池のうち、未だ使用可能な状態にある二次電池であり、
複数の上記使用済み二次電池について、再生処理を行うことなく、それぞれの内部抵抗値を知得する知得工程と、
上記内部抵抗値を知得した複数の上記使用済み二次電池から、上記内部抵抗値が互いに近い複数の使用済み二次電池のみからなる使用済み二次電池群を選択する選択工程と、
選択された上記使用済み二次電池群を、電気的に直列に接続して、上記使用済み二次電池群のみからなる上記組電池を構成する組み付け工程と、
上記組電池と電池コントローラとを組み合わせてコントローラ付き組電池を製造する工程と、を備え、
上記電池コントローラは、上記組電池を構成する上記使用済み二次電池それぞれの電池電圧に基づいて上記使用済み二次電池の異常を監視する電池コントローラであり、
上記選択工程は、
選択された上記使用済み二次電池群のうち、内部抵抗値が最も大きなものと内部抵抗値が最も小さなものとの内部抵抗値の差が、上記内部抵抗値が最も小さなものの内部抵抗値の20%以内となるように、上記使用済み二次電池群を選択する
コントローラ付き組電池の製造方法。
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