JP6360008B2 - Secondary battery system, vehicle including the same, and secondary battery control method - Google Patents
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Description
本発明は、二次電池システムおよびそれを備える車両、ならびに二次電池の制御方法に関し、より特定的には、二次電池の電解液中の塩濃度分布を算出する技術に関する。 The present invention relates to a secondary battery system, a vehicle including the same, and a control method for the secondary battery, and more particularly to a technique for calculating a salt concentration distribution in an electrolyte solution of the secondary battery.
二次電池において大電流での充放電が繰り返されると、内部抵抗が増加する現象が知られている。内部抵抗の増加量は、電解液中の塩濃度分布(塩濃度の偏り)に依存する。塩濃度の偏りが大きくなるほど内部抵抗の増加量は大きくなる。 It is known that the internal resistance increases when charging and discharging with a large current are repeated in a secondary battery. The amount of increase in internal resistance depends on the salt concentration distribution (salt concentration deviation) in the electrolyte. The amount of increase in internal resistance increases as the salt concentration bias increases.
内部抵抗の増加は電池性能の低下を招くので、内部抵抗の増加量を把握するために電解液中の塩濃度分布を算出するための構成が提案されている。たとえば特開2010−60406号公報(特許文献1)は、リチウムイオン二次電池において、負極および正極毎に活物質モデル内のリチウム塩の濃度分布を算出する構成を開示する(たとえば特許文献1の段落[0119]参照)。 Since the increase in internal resistance causes a decrease in battery performance, a configuration for calculating the salt concentration distribution in the electrolyte has been proposed in order to grasp the amount of increase in internal resistance. For example, Japanese Patent Laying-Open No. 2010-60406 (Patent Document 1) discloses a configuration for calculating a concentration distribution of a lithium salt in an active material model for each of a negative electrode and a positive electrode in a lithium ion secondary battery (for example, Patent Document 1). Paragraph [0119]).
多くの場合、二次電池の電極体は、正極シート、負極シート、およびセパレータシートを含んで構成される。二次電池の温度またはSOC(State Of Charge)が変化すると、各シートの体積変化(特に正極シートおよび負極シートの活物質層の体積変化)が起こり得る。たとえばシートが膨張してシートの厚さが厚くなると、電解液がシート内部を流れやすくなり、電解液の流速が速くなり得る。その結果、シート内部の塩濃度分布が変化することになる。 In many cases, the electrode body of the secondary battery includes a positive electrode sheet, a negative electrode sheet, and a separator sheet. When the temperature of the secondary battery or SOC (State Of Charge) changes, the volume change of each sheet (particularly the volume change of the active material layer of the positive electrode sheet and the negative electrode sheet) may occur. For example, when the sheet expands and the thickness of the sheet increases, the electrolytic solution easily flows inside the sheet, and the flow rate of the electrolytic solution can be increased. As a result, the salt concentration distribution inside the sheet changes.
電解液の流速は、流体力学に基づいて電解液の流れを規定する方程式(液流れ方程式)を解くことによって算出される。さらに、電解液の流速を考慮しつつ塩の拡散による塩濃度の時間変化を規定する方程式(移流拡散方程式)に、液流れ方程式から算出された流速を代入することにより、電極体内の各位置における塩濃度が算出される。これにより、電解液中の塩濃度分布を算出することができる。 The flow rate of the electrolytic solution is calculated by solving an equation (liquid flow equation) that defines the flow of the electrolytic solution based on fluid dynamics. Furthermore, by substituting the flow rate calculated from the liquid flow equation into the equation (advection diffusion equation) that regulates the time change of the salt concentration due to salt diffusion while considering the flow rate of the electrolyte, The salt concentration is calculated. Thereby, the salt concentration distribution in the electrolytic solution can be calculated.
上記のように電解液の流速とシートの厚さとの間には相関関係が存在するので、電解液の流速は、シートの厚さに応じて決まる。シートの厚さは、シートをバネに近似することにより、シートに作用する力の釣り合いの関係を考慮して算出することができる。 As described above, since there is a correlation between the flow rate of the electrolytic solution and the thickness of the sheet, the flow rate of the electrolytic solution is determined according to the thickness of the sheet. The thickness of the sheet can be calculated in consideration of the balance of forces acting on the sheet by approximating the sheet to a spring.
一般に二次電池は、その形状に応じて角形二次電池、円筒形二次電池、およびラミネート型二次電池に分類される。このうち円筒形二次電池についても、上述の力の釣り合いの関係を考慮して電解液の流速を算出することが望ましい。しかしながら、従来、円筒形二次電池においては電解液の流速を算出する際に力の釣り合いの関係は考慮されていなかった。よって、塩濃度分布の算出精度を向上させる余地が存在する。 Generally, a secondary battery is classified into a square secondary battery, a cylindrical secondary battery, and a laminate type secondary battery according to its shape. Among these, it is desirable to calculate the flow rate of the electrolyte also for the cylindrical secondary battery in consideration of the above-described balance of forces. However, conventionally, in the cylindrical secondary battery, the relationship of force balance has not been considered when calculating the flow rate of the electrolyte. Therefore, there is room for improving the calculation accuracy of the salt concentration distribution.
本発明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、円筒形二次電池を採用する二次電池システムにおいて、電解液中の塩濃度分布の算出精度を向上させることである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to improve the calculation accuracy of the salt concentration distribution in the electrolytic solution in a secondary battery system employing a cylindrical secondary battery. .
本発明のある局面に従う二次電池システムは、二次電池と、二次電池の制御装置とを備える。二次電池は、正極シート、負極シート、およびセパレータシートが捲回されることにより略円筒形に形成された電極体と、電解液とを含む。制御装置は、電極体の内部における電解液の流れを規定する液流れ方程式を用いて電解液の流速を算出し、算出された流速に基づいて、電解液中の塩濃度分布を算出し、算出された塩濃度分布に基づいて、二次電池の劣化度を推定する。液流れ方程式は、電極体の体積に対する電極体の内部に含まれる電解液の体積の割合を示す体積分率をパラメータとして含む。制御装置は、正極シートおよび負極シートの各シートについて、各シートの内部における電解液の圧力と、各シートの弾性応力と、各シートの円周方向に生じる張力との間に成立する力の釣り合いの関係を用いて、各シートの動径方向の厚さの変化量を算出する。さらに、制御装置は、算出された厚さの変化量から体積分率を算出する。 A secondary battery system according to an aspect of the present invention includes a secondary battery and a secondary battery control device. The secondary battery includes an electrode body that is formed in a substantially cylindrical shape by winding a positive electrode sheet, a negative electrode sheet, and a separator sheet, and an electrolytic solution. The control device calculates the flow rate of the electrolytic solution using a liquid flow equation that defines the flow of the electrolytic solution inside the electrode body, and calculates and calculates the salt concentration distribution in the electrolytic solution based on the calculated flow rate. The degree of deterioration of the secondary battery is estimated based on the distribution of the salt concentration. The liquid flow equation includes, as a parameter, a volume fraction indicating the ratio of the volume of the electrolyte contained in the electrode body to the volume of the electrode body. For each sheet of the positive electrode sheet and the negative electrode sheet, the control device balances the force established between the electrolyte pressure in each sheet, the elastic stress of each sheet, and the tension generated in the circumferential direction of each sheet. Using this relationship, the amount of change in the thickness in the radial direction of each sheet is calculated. Further, the control device calculates a volume fraction from the calculated amount of change in thickness.
好ましくは、上記圧力は、前回の演算にて算出された体積分率を用いることにより、液流れ方程式に基づき算出される。上記弾性応力は、各シートの動径方向の厚さの変化量により規定される。上記張力は、各シートの円周方向の長さの変化量により規定される。 Preferably, the pressure is calculated based on the liquid flow equation by using the volume fraction calculated in the previous calculation. The elastic stress is defined by the amount of change in thickness in the radial direction of each sheet. The tension is defined by the amount of change in the circumferential length of each sheet.
本発明の他の局面に従う車両は、上記二次電池システムと、二次電池システムからの電力を用いて駆動力を発生させる駆動装置とを備える。 A vehicle according to another aspect of the present invention includes the above-described secondary battery system and a driving device that generates driving force using electric power from the secondary battery system.
本発明のさらに他の局面に従う二次電池の制御方法において、二次電池は、正極シート、負極シート、およびセパレータシートが捲回されることにより略円筒形に形成された電極体と、電解液とを含む。制御方法は、電極体の内部における電解液の流速を規定する液流れ方程式を用いて、電解液の流速を算出するステップと、算出された流速に基づいて、電解液中の塩濃度分布を算出するステップと、算出された塩濃度分布に基づいて、二次電池の劣化度を推定するステップとを含む。液流れ方程式は、電極体の体積に対する電極体の内部に含まれる電解液の体積の割合を示す体積分率をパラメータとして含む。流速を算出するステップは、正極シートおよび負極シートの各シートについて、各シートの内部における電解液の圧力と、各シートの弾性応力と、各シートの円周方向に生じる張力との間に成立する力の釣り合いの関係を用いて、各シートの動径方向の厚さの変化量を算出するステップと、算出された厚さの変化量から体積分率を算出するステップとを含む。 In the control method of a secondary battery according to still another aspect of the present invention, the secondary battery includes an electrode body formed in a substantially cylindrical shape by winding a positive electrode sheet, a negative electrode sheet, and a separator sheet, and an electrolytic solution Including. The control method uses a liquid flow equation that defines the flow rate of the electrolytic solution inside the electrode body, and calculates a flow rate of the electrolytic solution, and calculates a salt concentration distribution in the electrolytic solution based on the calculated flow rate. And estimating the degree of deterioration of the secondary battery based on the calculated salt concentration distribution. The liquid flow equation includes, as a parameter, a volume fraction indicating the ratio of the volume of the electrolyte contained in the electrode body to the volume of the electrode body. The step of calculating the flow velocity is established for each sheet of the positive electrode sheet and the negative electrode sheet between the pressure of the electrolytic solution in each sheet, the elastic stress of each sheet, and the tension generated in the circumferential direction of each sheet. The method includes a step of calculating a thickness change amount of each sheet in the radial direction using a force balance relationship, and a step of calculating a volume fraction from the calculated thickness change amount.
上記構成または方法によれば、略円筒形の二次電池において各シートをバネに近似することにより、電解液の圧力と、各シートの弾性応力と、各シートに生じる張力との釣り合いの関係を考慮して流速が算出される。これにより、力の釣り合い関係を考慮しない場合と比べて、電解液中の塩濃度分布の算出精度を向上させることができる。 According to the above configuration or method, by approximating each sheet to a spring in a substantially cylindrical secondary battery, the relationship between the pressure of the electrolyte, the elastic stress of each sheet, and the tension generated in each sheet is balanced. The flow velocity is calculated in consideration. Thereby, the calculation accuracy of the salt concentration distribution in the electrolytic solution can be improved as compared with the case where the force balance relationship is not considered.
本発明によれば、円筒形二次電池を採用する二次電池システムにおいて、電解液中の塩濃度分布の算出精度を向上させることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the calculation accuracy of the salt concentration distribution in electrolyte solution can be improved in the secondary battery system which employ | adopts a cylindrical secondary battery.
以下、本発明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, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.
以下においては、本発明の一実施の形態として、本発明に係る二次電池システムが電気自動車に搭載される構成について説明する。しかし、本発明に係る二次電池システムは、電気自動車に限らず、ハイブリッド車および燃料電池車など二次電池を搭載する任意の電動車両に適用可能である。また、本発明に係る二次電池システムの用途は車両用に限定されるものではない。 Hereinafter, a configuration in which the secondary battery system according to the present invention is mounted on an electric vehicle will be described as an embodiment of the present invention. However, the secondary battery system according to the present invention is not limited to an electric vehicle, and can be applied to any electric vehicle equipped with a secondary battery such as a hybrid vehicle and a fuel cell vehicle. Moreover, the use of the secondary battery system according to the present invention is not limited to vehicles.
[実施の形態]
<車両構成>
図1は、本実施の形態に係る二次電池システムが搭載される車両の構成を概略的に示すブロック図である。図1には、車両内の電気系統の充放電制御に関連するシステム構成が主に示されている。
[Embodiment]
<Vehicle configuration>
FIG. 1 is a block diagram schematically showing a configuration of a vehicle on which the secondary battery system according to the present embodiment is mounted. FIG. 1 mainly shows a system configuration related to charge / discharge control of an electric system in a vehicle.
図1を参照して、車両1は、二次電池システム10と、システムメインリレー(SMR:System Main Relay)20と、パワーコントロールユニット(PCU:Power Control Unit)30と、モータジェネレータ(MG:Motor Generator)40と、駆動輪50とを備える。二次電池システム10は、バッテリ100と、監視ユニット200と、電子制御装置(ECU:Electronic Control Unit)300とを備える。
Referring to FIG. 1, a
バッテリ100は、互いに直列に接続された複数のセル110(図2および図3参照)を含む。各セルには、代表的にはリチウムイオン二次電池またはニッケル水素二次電池などの非水電解質二次電池が適用される。本実施の形態ではリチウムイオン二次電池が適用される構成を例に説明する。
監視ユニット200は、電圧センサ210と、電流センサ220と、温度センサ230とを含む。電圧センサ210は、バッテリ100内の各セルの電圧VBを検出する。電流センサ220は、バッテリ100に入出力される電流IBを検出する。温度センサ230は、バッテリ100の温度(電池温度)TBを検出する。各センサは、その検出結果を示す信号をECU300に出力する。ECU300は、各センサからの信号に基づいて、バッテリ100のSOC(State Of Charge)を算出する。
SMR20は、バッテリ100とPCU30との間に電気的に接続されている。SMR20は、ECU300からの制御信号に応答してオンオフされる。これにより、バッテリ100とPCU30との間の導通および遮断が切り替えられる。
The
PCU30は、たとえばコンバータと、インバータ(いずれも図示せず)とを含む。PCU30は、ECU300からのスイッチング指令に従って、バッテリ100とMG40との間で双方向に電力変換が可能に構成されている。コンバータは、バッテリ100とインバータとの間で双方向の直流電圧変換を実行するように構成されている。インバータは、直流電力とMG40に入出力される交流電力との間の双方向の電力変換を実行するように構成されている。
より具体的には、インバータは、バッテリ100からコンバータを経由して供給される直流電力を交流電力に変換してMG40に供給する。これにより、MG40は駆動輪50の駆動力を発生する。一方、車両1の回生制動時には、インバータは、MG40が発生する交流電力(回生電力)を直流電力に変換してコンバータに供給する。これにより、バッテリ100が充電される。
More specifically, the inverter converts DC power supplied from the
ECU300は、CPU(Central Processing Unit)(図示せず)と、RAM(Random Access Memory)およびROM(Read Only Memory)などのメモリ310と、入出力インターフェイス(図示せず)とを含んで構成される。ECU300は、各センサからの信号に基づき、ROMに予め格納されたプログラムをCPUがRAMに読み出して実行することによって、車両1の走行制御およびバッテリ100の充放電制御を実行する。なお、ECU300の少なくとも一部は、電子回路等のハードウェアにより構成されてもよい。
<バッテリ構成>
図2は、図1に示すバッテリ100に含まれるセル110の側面図である。図3は、図2に示すIII−III線に沿うセル110の断面図である。
<Battery configuration>
FIG. 2 is a side view of
図2および図3を参照して、電池ケース120は、上端(図中z軸に沿って正方向の一端)が開口された円筒状のケース本体122と、ケース本体122の開口を塞ぐ蓋体124とを含む。電池ケース120の上面には正極端子126が設けられおり、電池ケース120の下面には負極端子128が設けられている。電池ケース120の内部には、電極体130が図示しない電解液とともに収容されている。
2 and 3, a
図4は、図3に示す電極体130の構成を説明するための図である。図2〜図4を参照して、電極体130は、正極シート140と負極シート150とがセパレータシート160を介して略円筒形に捲回されることにより形成されている。
FIG. 4 is a view for explaining the configuration of the
正極シート140は、正極集電箔142と、正極集電箔142の表面に形成された正極活物質層144とを含む。正極集電箔142としては、アルミニウム箔等の金属箔を用いることができる。正極活物質層144は、いずれも図示しないが、正極活物質と、導電材と、バインダとを含む。正極活物質としては、リチウムと遷移金属元素とを含む酸化物(リチウムニッケル酸化物、リチウムコバルト酸化物、またはリチウムマンガン酸化物等)を用いることができる。
The
負極シート150は、負極集電箔152と、負極集電箔152の表面に形成された負極活物質層154とを含む。負極集電箔152としては、銅箔等の金属箔を用いることができる。負極活物質層154は、負極活物質と、導電材と、バインダ(いずれも図示せず)とを含む。負極活物質としては、たとえば炭素系材料(グラファイトカーボン、アモルファスカーボン等)またはリチウムと遷移金属元素とを含む酸化物を用いることができる。
The
セパレータシート160としては、たとえば合成樹脂(ポリエチレン等のポリオレフィン)の多孔質シートを用いることができる。
As the
電極体130の中心軸Azに沿う方向(以下、「幅方向」と称する)おける中央付近にはコア領域Zcが形成されている。コア領域Zcとは、正極活物質層144と負極活物質層154とセパレータシート160とが密に積層された領域である。
A core region Zc is formed in the vicinity of the center of the
正極シート140と負極シート150とは、電極体130の幅方向にややずらして重ね合わされている。セパレータシート160の幅方向の一方側からは、正極シート140のうち正極活物質層144が形成されていない領域がはみ出している。この正極側のはみ出し領域Zpには、正極端子126に電気的に接続された正極リード端子125(図3参照)が設けられている。同様に、セパレータシート160の幅方向の他方側からは、負極シート150のうち負極活物質層154が形成されていない領域がはみ出している。この負極側のはみ出し領域Znには、負極端子128に電気的に接続された負極リード端子127(図3参照)が設けられている。
The
<塩濃度分布>
正極活物質層144、負極活物質層154、およびセパレータシート160の各々は多孔質材料であるため、その内部は電解液により浸漬されている。電池温度TBの変化またはSOCの変化が生じると、電解液の体積変化および電極体130の体積変化が起こることにより、各シートの内部に電解液の流れ(以下、「液流れ」とも称する)が発生し得る。そうすると、電解液中の塩(本実施の形態ではリチウム塩)の濃度分布が初期状態から変化することになるので、塩濃度に偏りが生じる可能性がある。
<Salt concentration distribution>
Since each of the positive electrode
図5は、電解液中の塩濃度の偏りを説明するための概念図である。図5(A)は、各シートの積層方向(各シートが捲回されることにより形成された捲回体の動径方向:図4の直線Lθに沿う方向)における塩濃度分布の一例を示す。縦軸は塩濃度を表す。図5(A)において、横軸は電極体130の積層方向の位置を表し、図5(A)を参照して、バッテリ100が充電されている場合(たとえば充電途中あるいは充電終了直後)には、曲線CHGに示すように、負極シート150付近の塩濃度が正極シート140付近の塩濃度よりも高くなる。反対に、バッテリ100が放電されている場合(たとえば放電途中あるいは放電終了直後)には、曲線DCHに示すように、正極シート140付近の塩濃度が負極シート150付近の塩濃度よりも高くなる。
FIG. 5 is a conceptual diagram for explaining the uneven concentration of salt in the electrolytic solution. FIG. 5A shows an example of a salt concentration distribution in the stacking direction of each sheet (the radial direction of the wound body formed by winding each sheet: the direction along the straight line Lθ in FIG. 4). . The vertical axis represents the salt concentration. In FIG. 5A, the horizontal axis represents the position of the
図5(B)は、各シートの幅方向における塩濃度分布の一例を示す。図5(B)において、横軸は電極体130の捲回方向の位置を表し、縦軸は塩濃度を表す。図5(B)を参照して、バッテリ100が充電されている場合には、曲線CHGに示すように、コア領域Zcの中央の塩濃度が両端の塩濃度よりも高くなる。反対に、セル110が放電されている場合には、曲線DCHに示すように、コア領域Zcの中央の塩濃度が両端の塩濃度よりも低くなる。
FIG. 5B shows an example of the salt concentration distribution in the width direction of each sheet. In FIG. 5B, the horizontal axis represents the position of the
<塩濃度分布の算出>
このような塩濃度分布は、正極シート140、負極シート150、およびセパレータシート160の各々について、流体力学に基づいて電解液の流れを規定する液流れ方程式を解くことにより算出される。
<Calculation of salt concentration distribution>
Such a salt concentration distribution is calculated by solving a liquid flow equation that defines the flow of the electrolytic solution based on fluid dynamics for each of the
図6は、塩濃度分布の算出手法を説明するための図である。図6を参照して、正極活物質層144、負極活物質層154、およびセパレータシート160の各々は、面内方向に沿って複数の微小領域Sに仮想的に分割される。複数の微小領域Sの各々について、下記式(1)および式(2)に基づき流速が算出される。
FIG. 6 is a diagram for explaining a method for calculating a salt concentration distribution. Referring to FIG. 6, each of positive electrode
式(1)は、時刻tにおける液流れを記述する方程式であり、ナヴィエ−ストークス(Navier−Stokes)方程式として知られている。式(2)は、電解液の質量保存則に関する連続方程式である。式(1)および式(2)において、電解液の流速をujで表し、電解液の密度をρで表し、電解液の粘度をμで表し、透過係数をKjで表し、電解液の体積分率をεe,jで表し、電解液の圧力をPで表す。未知数は流速ujおよび圧力Pである。 Equation (1) is an equation describing the liquid flow at time t, and is known as the Navier-Stokes equation. Equation (2) is a continuous equation regarding the law of conservation of mass of the electrolyte. In Formula (1) and Formula (2), the flow rate of the electrolytic solution is represented by u j , the density of the electrolytic solution is represented by ρ, the viscosity of the electrolytic solution is represented by μ, the permeability coefficient is represented by K j , The volume fraction is represented by ε e, j and the electrolyte pressure is represented by P. The unknowns are the flow velocity u j and the pressure P.
流速uj、透過係数Kj、および体積分率εe,jの各パラメータに付された添字であるjは、正極シート140、負極シート150、およびセパレータシート160を区別するために用いられる。すなわち、j=pの場合、そのパラメータが正極シート140に関するものであることを示す。j=nの場合、そのパラメータが負極シート150に関するものであることを示す。j=sの場合、そのパラメータがセパレータシート160に関するものであることを示す。成分jは、後述するパラメータ(塩濃度ce,j等)にも用いられるが、その意味は同等である。なお、体積分率εe,jは、成分j(たとえばj=pの場合、正極活物質層144)の体積全体に対する成分j中の空隙(言い換えると空隙を浸漬する電解液)の体積の割合を意味する。
The subscript j attached to each parameter of the flow velocity u j , the transmission coefficient K j , and the volume fraction ε e, j is used to distinguish the
電極体130では、電池温度TBまたはSOCに応じて活物質(正極活物質または負極活物質)の体積が変化するのに伴い、活物質層(正極活物質層144または負極活物質層154)の体積が変化し得る。そうすると、活物質層内部の電解液の体積分率εe,jが変化することになる。体積分率εe,jの変化量Δεe,jは、成分jの体積膨張率βjを用いて下記式(3)のように表される。
In the
詳細については後述するが、体積分率εe,jを算出し、算出された体積分率εe,jを上記式(1)および式(2)に代入することにより、流速ujを算出することができる。 Although described later in detail, to calculate the volume fraction epsilon e, j, the calculated volume fraction epsilon e, j by substituting the above equation (1) and (2), calculates the flow velocity u j can do.
さらに、流速ujが算出されれば、下記式(4)に基づいて電解液中の塩濃度ce,jを算出することができる。式(4)は移流拡散方程式として知られている。式(4)において、左辺第1項は、所定時刻における塩濃度の変化を規定する。左辺第2項は、電解液の流速ujに依存する塩濃度の変化を規定する。右辺第1項は、電解液中の塩の拡散状態を規定する。電解液の実効拡散係数をDe,j effで表す。右辺第2項は、電解液中の塩の生成量を規定する。電解液中の塩の輸率をt+ 0で表す。各シートの厚さをLjで表す。Fはファラデー定数である。 Furthermore, if the flow velocity u j is calculated, the salt concentration c e, j in the electrolytic solution can be calculated based on the following equation (4). Equation (4) is known as the advection diffusion equation. In Equation (4), the first term on the left side defines the change in salt concentration at a predetermined time. The second term on the left side defines the change in salt concentration depending on the flow rate u j of the electrolyte. The first term on the right side defines the diffusion state of the salt in the electrolyte. It represents the effective diffusion coefficient of the electrolyte solution D e, in j eff. The second term on the right side defines the amount of salt produced in the electrolyte. The transport number of the salt in the electrolytic solution is represented by t + 0 . The thickness of each sheet represented by L j. F is a Faraday constant.
式(4)に基づき、複数の微小領域Sの塩濃度ce,jを算出することにより、塩濃度分布(塩濃度ce,jの偏り)を求めることができる。 By calculating the salt concentrations c e, j of the plurality of microregions S based on the equation (4), the salt concentration distribution (the bias of the salt concentration c e, j ) can be obtained.
<力学モデル>
たとえば所定の演算周期で塩濃度分布が算出され、算出された塩濃度分布に基づいて流速ujが算出される場合、演算の度に体積分率εe,jが更新される。体積分率εe,jは、以下に説明するような力学モデルを用いて、活物質層の積層方向(動径方向)の厚さの変化量を算出することにより算出される。以下、本実施の形態において円筒形セルに適用される力学モデルについて詳細に説明する。
<Mechanical model>
For example, when the salt concentration distribution is calculated at a predetermined calculation cycle, and the flow velocity u j is calculated based on the calculated salt concentration distribution, the volume fraction ε e, j is updated for each calculation. The volume fraction ε e, j is calculated by calculating the amount of change in the thickness of the active material layer in the stacking direction (radial direction) using a dynamic model as described below. Hereinafter, the dynamic model applied to the cylindrical cell in the present embodiment will be described in detail.
図7は、図2に示すVII−VII線に沿うセル110の断面図である。図7を参照して、正極シート140、負極シート150、およびセパレータシート160が捲回することにより形成された電極体130の層数(シート数)をN(Nは3以上の整数)とする。以下、最も外側の層(たとえば負極シート150)を第1層と称する。第1層の内側に接する層(たとえばセパレータシート160)を第2層と称し、第2層の内側に接する層(たとえば正極シート140)を第3層と称する。最も内側の層は第N層である。
FIG. 7 is a cross-sectional view of the
円筒形の電池ケース120の内部において電極体130に作用する力としては、電解液の圧力Pnと、各シートの弾性応力Fnと、各シートが捲回されたことにより生じる張力Tnとが挙げられる。添字n(nは1以上N以下の整数)は、第n層に関する力であることを示す。定常状態においては以下に説明するように、第1層〜第N層の各層について、圧力Pnと弾性応力Fnと張力Tnとの間に力の釣り合いの関係が成立する。
The force acting on the
図8は、各層における力の釣り合いの関係を説明するための図である。図8を参照して、以下では、電極体130の断面のうち図中左半分の領域(点A−点Bを通る直線よりも左側の領域)における力の釣り合いを詳細説明する。なお、電極体130は複数のシートが捲回されることにより形成されているので、第1層〜第N層の各シートの中心Oからの距離は実際には円周方向の位置(図8では極座標を用いて中心Oからの距離および角度θで表す)に応じて変化する。しかし、ここでは第1層〜第N層の各シートを同心円に近似する。
FIG. 8 is a diagram for explaining the relationship of force balance in each layer. With reference to FIG. 8, the balance of force in the left half region in the drawing (region on the left side of the straight line passing through point A-point B) in the cross section of
まず、第1層における力の釣り合いの関係を説明する。電極体130は、点Aにて図中右方向への接線方向に張力T1が作用し、かつ点Bにて図中右方向への接線方向に張力T1が作用している。このように張力T1が作用することは、古典力学にて滑車に作用する張力のアナロジーから理解することができる。
First, the relationship of force balance in the first layer will be described.
一方、点(r1,θ)には活物質層の弾性応力F1および電解液の圧力P1が作用する。点Aから第1層の円周に沿って点Bへと至る各点に作用する力の和は、弾性応力F1および圧力P1を角度θ=0からθ=πまで積分することにより算出される。本実施の形態では、弾性応力F1のうち図中左方向への成分と、圧力P1のうち図中左方向への成分との和が、図中右方向への張力T1と釣り合う。よって、下記式(5)が成立する。 On the other hand, the elastic stress F 1 of the active material layer and the pressure P 1 of the electrolyte act on the point (r 1 , θ). The sum of forces acting on each point from point A to point B along the circumference of the first layer is calculated by integrating elastic stress F 1 and pressure P 1 from angle θ = 0 to θ = π. Is done. In this embodiment, the components of the out of view the left direction of the elastic stress F 1, the sum of the components into out in view left direction of the pressure P 1, balanced with the tension T 1 of the rightward in the drawing. Therefore, the following formula (5) is established.
次に、第2層における力の釣り合いの関係を説明する。第2層における力の釣り合いにて考慮すべき張力は、第1層および第2層に作用する力、すなわち第1層に作用して第2層を外側から締め付ける張力T1、および第2層自身に生じる張力T2である。第2層よりも内側の層の張力は考慮しなくてよい。したがって、第2層における力の釣り合いに影響する張力は、2(T1+T2)と表される。 Next, the relationship of force balance in the second layer will be described. The tensions to be considered in the balance of forces in the second layer are the force acting on the first layer and the second layer, that is, the tension T 1 acting on the first layer and tightening the second layer from the outside, and the second layer. This is the tension T 2 generated in itself. It is not necessary to consider the tension of the layer inside the second layer. Therefore, the tension that affects the balance of forces in the second layer is expressed as 2 (T 1 + T 2 ).
同様に、第2層における力の釣り合いにて考慮すべき弾性応力および圧力は、第1層および第2層に作用する力である。しかし、第1層に生じる弾性応力F1および圧力P1は、作用・反作用の法則により動径方向内側と動径方向外側とで打ち消し合う。したがって、第2層自身の弾性応力F2および圧力P2のみを考慮すればよい。以上より、第2層における力の釣り合いは下記式(6)のように表される。 Similarly, the elastic stress and pressure to be considered in the balance of forces in the second layer are forces acting on the first layer and the second layer. However, the elastic stress F 1 and the pressure P 1 generated in the first layer cancel each other on the inner side in the radial direction and the outer side in the radial direction by the law of action / reaction. Therefore, only the elastic stress F 2 and pressure P 2 of the second layer itself need be considered. From the above, the balance of forces in the second layer is expressed as the following formula (6).
同様にして、第i層(iは2以上N以下の整数)の力の釣り合いは下記式(7)のように表すことができる。 Similarly, the balance of forces of the i-th layer (i is an integer of 2 or more and N or less) can be expressed as the following formula (7).
電池温度TBまたはSOCの変化に伴い活物質層の体積が変化すると、各層の弾性応力Fiが変化するとともに電解液の圧力Piも変化し得る。また、活物質層の体積が変化すると、各層の円周方向の長さも変化することになるので、各層に生じる張力Tiも変化し得る。第i層における弾性応力Fiの変化量をΔFiと表し、圧力Piの変化量をΔPiと表し、張力Tiの変化量をΔTiと表すと、式(7)より、各変化量の間に成立する式として下記式(8)が導出される。 When the volume of the active material layer changes with the change in battery temperature TB or SOC, the elastic stress F i of each layer changes and the pressure P i of the electrolytic solution can also change. Further, when a change in volume of the active material layer, it means that changing the length of each layer in the circumferential direction, the tension T i generated in each layer can also vary. The variation of the elastic stress F i in the i-th layer represents the [Delta] F i, expressed as [Delta] P i the variation of the pressure P i, to represent the variation of tension T i and [Delta] T i, the equation (7), each change The following equation (8) is derived as an equation that holds between the quantities.
以下、活物質層の厚さの変化量(合計量)をΔyiと表す。電池温度TBまたはSOCの変化に伴う活物質層の厚さの変化量(膨張量)をΔy0iと表す。各シートが捲回されることによる活物質層の厚さの変化量(張力Tiで締めつけられることによる収縮量)をΔysiと表す。 Hereinafter, the amount of change (total amount) in the thickness of the active material layer is represented by Δy i . The amount of change (expansion amount) in the thickness of the active material layer accompanying the change in battery temperature TB or SOC is represented by Δy 0i . Variation of thickness of the active material layer due to the sheet is wound (the amount of contraction due to tightening in the tension T i) represents the [Delta] y si.
上記した各変化量の間には下記式(9)が成立する。式(9)において、電池温度TBまたはSOCの変化に伴う活物質層の厚さの変化量Δy0iは、たとえば電池温度TBとSOCと変化量Δyoiとの間のマップを予め準備することにより、電池温度TBおよびSOCから算出可能である。よって、式(9)に含まれる未知数は、ΔysiおよびΔyiである。 The following formula (9) is established between the above-described change amounts. In equation (9), the amount of change Δy 0i in the thickness of the active material layer accompanying the change in battery temperature TB or SOC is obtained by, for example, preparing a map between battery temperature TB, SOC, and amount of change Δy oi in advance. It can be calculated from the battery temperature TB and SOC. Therefore, the unknowns included in Equation (9) are Δy si and Δy i .
ここで、上記式(8)に含まれる変数をより詳細に検討する。各シートの弾性応力Fiの変化量ΔFiは、各シートの厚さの変化量(収縮量)Δysiに比例する。そのため、弾性応力Fiの変化量ΔFiは、バネ定数kiを用いて下記式(10)のように表される。 Here, the variables included in the above equation (8) will be examined in more detail. The change amount ΔF i of the elastic stress F i of each sheet is proportional to the change amount (shrinkage amount) Δy si of the thickness of each sheet. Therefore, the change amount [Delta] F i of the elastic stress F i, using the spring constant k i is expressed by the following equation (10).
また、張力Tmの変化量ΔTmは、各シートの円周方向の長さの変化量に比例する。そのため、張力Tmの変化量ΔTmは、各シートのヤング率Emおよび半径rmの変化量Δrmを用いて下記式(11)のように表される。なお、バネ定数kiおよびヤング率Emとしては、シミュレーションまたは実験により決定された値が与えられる。 Moreover, the variation [Delta] T m of the tension T m is proportional to the amount of change in the circumferential direction of the length of each sheet. Therefore, variation ΔTm tension Tm, using the change amount [Delta] r m of the Young's modulus E m and the radius r m of each sheet is expressed by the following equation (11). As the spring constant k i and Young's modulus Em, value determined by simulation or experiment is given.
式(11)において、半径rmの変化量Δrmは、第N層から第m層までの各シートの厚さの変化量(合計量)Δymの和として表される(下記式(12)参照)。 In the formula (11), the change amount [Delta] r m of radius r m is expressed as the sum of the amount of change in the thickness of each sheet from the N layer to the m-th layer (the total amount) [Delta] y m (formula (12 )reference).
したがって、式(8)に式(10)〜式(12)を代入することにより、下記式(13)が導かれる。式(13)において、電解液の圧力の変化量ΔPiは、液流れ方程式(式(1))から算出可能である。よって、式(13)に含まれる未知数は、ΔysiおよびΔyiである。 Therefore, the following formula (13) is derived by substituting the formulas (10) to (12) into the formula (8). In Expression (13), the amount of change ΔP i in the electrolyte pressure can be calculated from the liquid flow equation (Expression (1)). Therefore, the unknowns included in Equation (13) are Δy si and Δy i .
以上より、式(9)および式(13)を連立することにより、未知数である厚さの変化量Δysi,Δyiを算出することができる。さらに、各シートの厚さの変化量Δyiが算出されれば、上記式(12)より、電極体130の半径の変化量を算出することができる。
From the above, by providing the equations (9) and (13) simultaneously, it is possible to calculate the unknown thickness variations Δy si and Δy i . Furthermore, if the change amount Δy i of the thickness of each sheet is calculated, the change amount of the radius of the
<体積分率の算出>
このようにして算出された電極体130の半径の変化量から体積分率εe、jを算出することができる。以下、体積分率εe、jの算出手法の一例を説明する。
<Calculation of volume fraction>
The volume fraction ε e, j can be calculated from the amount of change in the radius of the
電極体130全体の半径rは、電極体130の第1層の半径r1に等しい。そのため、半径rの変化量Δrは、下記式(14)のように表される。
The radius r of the
体積分率εe、jの演算は、たとえば所定の演算周期毎に繰り返し行なわれる。q回目(qは自然数)の演算における電極体130の体積をVall(q)と表す。そうすると、q回目の演算における電極体130の体積変化量ΔVall(q)は、下記式(15)のように表される。
The calculation of the volume fraction ε e, j is repeated, for example, every predetermined calculation cycle. The volume of the
体積変化量ΔVall(q)は、(q−1)回目の演算結果である体積変化量ΔVall(q−1)と、電極体130の半径r1(q−1)と、半径r1の変化量Δr1(q)とを用いて、下記式(16)のように表すことができる。
Volume change ΔV all (q) is the (q-1) th calculation result and the volume change amount ΔV all (q-1) is, the
また、活物質層を構成する活物質および空隙のうち、活物質の体積変化量をΔVsと表し、空隙の体積変化量をΔVeと表すと、活物質の体積変化量ΔVsと空隙の体積変化量ΔVeとの和が活物質層の体積変化量ΔVallに等しいので、下記式(17)が成立する。式(17)において、活物質の体積変化量ΔVsは、たとえば電池温度TBとSOCと体積変化量ΔVsとの間のマップを予め準備することにより、電池温度TBおよびSOCから算出可能である。一方、活物質層の体積変化量ΔVallは、初期値が与えられれば上記式(15)および式(16)から順次算出可能である。よって、式(17)より空隙の体積変化量ΔVe(q)が求められる。 Further, among the active material and voids constituting the active material layer, when the volume change amount of the active material is expressed as ΔV s and the volume change amount of the void is expressed as ΔV e , the volume change amount ΔV s of the active material and the void volume Since the sum of the volume change amount ΔV e is equal to the volume change amount ΔV all of the active material layer, the following formula (17) is established. In the equation (17), the volume change amount ΔV s of the active material can be calculated from the battery temperature TB and the SOC by preparing a map between the battery temperature TB, the SOC, and the volume change amount ΔV s in advance. . On the other hand, the volume change amount ΔV all of the active material layer can be sequentially calculated from the above equations (15) and (16) if an initial value is given. Therefore, the volume change amount ΔV e (q) of the void is obtained from the equation (17).
体積分率εe,jは、空隙の体積Ve(q)と、空隙の体積変化量ΔVe(q)とを用いて、下記式(18)のように表される。このようにして算出された体積分率εeを液流れ方程式(式(1))に代入することにより、電解液の流速ujを算出することができる。 The volume fraction ε e, j is expressed by the following formula (18) using the void volume V e (q) and the void volume change ΔV e (q). By substituting the volume fraction ε e calculated in this way into the liquid flow equation (formula (1)), the flow rate u j of the electrolyte can be calculated.
<内部抵抗の増加量の算出>
図9は、本実施の形態におけるバッテリ100の内部抵抗の算出処理を説明するためのフローチャートである。図9に示すフローチャートによる制御は、所定の条件成立時(たとえば充放電開始時)あるいは所定の演算周期毎にECU300によってメインルーチンから呼び出されて実行される。なお、各ステップ(以下、Sと略す)は、基本的にはECU300によるソフトウェア処理によって実現されるが、ハードウェア処理によって実現されてもよい。
<Calculation of increase in internal resistance>
FIG. 9 is a flowchart for explaining the calculation process of the internal resistance of
図1〜図4、図8および図9を参照して、S10において、ECU300は、電極体130および電解液の各パラメータを決定する。より具体的には、ECU300は、透過係数Kj、電解液の密度ρおよび粘度μをメモリ310から読み込む。なお、各パラメータとしては、予め定められた固定値を用いてもよいし、たとえば電池温度TBまたはSOCに応じた可変値を用いてもよい。
1 to 4, 8, and 9, in S <b> 10,
S20において、ECU300は、式(1)および式(2)に基づいて、電解液の圧力Pを算出する。このときの体積分率εe,jとしては前回の演算にて算出された値を用いることができる。
In S20,
S30において、ECU300は、各層の厚さの変化量の間に成立する式(8)と、力の釣り合いの関係を規定する式(13)とに基づいて、電極体130の各層の厚さの変化量Δyiを算出する。
In S30, the
S40において、ECU300は、S30にて算出された厚さの変化量Δyiを体積分率εe,jの変化量Δεe,jに変換する(式(14)〜式(18)参照)。
In S40, the
S50において、ECU300は、式(1)および式(2)に基づいて、今回の演算における電解液の流速ujを算出する。
In S50, the
S60において、ECU300は、S50にて算出された流速ujを式(4)に代入することにより、各微小領域Sの塩濃度ce,jを算出する。さらに、ECU300は、塩濃度ce,jから塩濃度分布を算出する。
In S60, the
S70において、ECU300は、S60にて算出された塩濃度分布に基づいて、バッテリ100の内部抵抗Rの増加量ΔRを算出する。内部抵抗Rの増加量ΔRは、バッテリ100の劣化度(ハイレート劣化の進行度)を示す指標値であるため、この処理はバッテリ100の劣化度を推定する処理に対応する。内部抵抗Rの増加量ΔRは、たとえば以下のようにして算出することができる。
In S70,
図10は、塩濃度ce,jの偏りと内部抵抗Rの増加量ΔRとの対応関係の一例を示す図である。図10において、横軸は、塩濃度ce,jの偏りを示す一指標値として、複数の微小領域Sにおける塩濃度ce,jの最大値と最小値との差を表す。縦軸は、内部抵抗Rの増加量ΔRを表す。 FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a correspondence relationship between the deviation of the salt concentration c e, j and the increase amount ΔR of the internal resistance R. 10, the horizontal axis represents the difference in salt concentration ce, as an index value indicating the deviation of the j, salts of a plurality of microscopic regions S concentration c e, the maximum value and the minimum value of j. The vertical axis represents the increase amount ΔR of the internal resistance R.
図10を参照して、塩濃度ce,jの差が大きくなるに従って内部抵抗Rの増加量ΔRは大きくなる。このような対応関係を予めマップ(または演算式)としてECU300のメモリ310に記憶させておくことにより、塩濃度ce,jの差に応じて内部抵抗Rの増加量ΔRを算出することができる。これにより、大電流での充放電による劣化(ハイレート劣化)に起因する内部抵抗Rの増加を検出することが可能になる。
Referring to FIG. 10, the amount of increase ΔR of internal resistance R increases as the difference in salt concentration c e, j increases. By storing such a correspondence relationship in advance in the
図9に戻り、S80において、ECU300は、内部抵抗Rの増加量ΔRが所定のしきい値Rc以上であるか否かを判定する。内部抵抗Rの増加量ΔRがしきい値Rc以上の場合(S80においてYES)、ECU300は、ハイレート劣化がある程度進行しているとして処理をS90に進める。S90において、ECU300は、バッテリ100のさらなるハイレート劣化を抑制する観点から、バッテリ100の充放電を制限する。具体的には、ECU300は、内部抵抗Rの増加量ΔRがしきい値Rc未満の場合には、内部抵抗Rの増加量ΔRがしきい値Rc以上の場合と比べて、充電電力上限値Winおよび放電電力上限値Woutを低下させる。その後、処理はメインルーチンへと戻される。
Returning to FIG. 9, in S80, the
一方、内部抵抗Rの増加量ΔRがしきい値Rc未満の場合(S80においてNO)、ECU300は、ハイレート劣化はあまり進行していないとして、S90をスキップして処理をメインルーチンへと戻す。
On the other hand, if increase amount ΔR of internal resistance R is less than threshold value Rc (NO in S80),
以上のように、本実施の形態によれば、円筒形セルにて電極体130に作用する力の釣り合いの関係を考慮して体積分率εe,jを算出することにより、力の釣り合いの関係を考慮しない場合(たとえば体積分率εe,jとして固定値を用いる場合)と比べて、流速ujの算出精度を向上させることができる。その結果、塩濃度分布の算出精度を向上することができる。これにより、内部抵抗Rの増加量ΔRを算出精度が向上するので、ハイレート劣化からバッテリ100を適切に保護することが可能になる。
As described above, according to the present embodiment, the force balance is calculated by calculating the volume fraction ε e, j in consideration of the balance of the forces acting on the
[変形例1]
上述の実施の形態においては、正極シート140および負極シート150において、活物質層の厚さが変化する一方で集電箔の厚さは変化しないと仮定する構成を例に説明した。しかし、電解液の流速ujの算出精度をより向上させたい場合には、集電箔についても活物質層と同様に厚さの変化量Δyiを算出することが望ましい。また、ただし、集電箔は活物質層とは異なる性質を有するので、式(5)〜式(18)を下記(A)〜(C)のように修正することを要する。
[Modification 1]
In the above-described embodiment, the configuration in which the thickness of the active material layer in the
(A)集電箔の内部は電解液に浸漬されないので、集電箔の内部の電解液の圧力Pは0に設定する。 (A) Since the inside of the current collector foil is not immersed in the electrolyte solution, the pressure P of the electrolyte solution inside the current collector foil is set to zero.
(B)集電箔の膨張および収縮は、活物質層の膨張および収縮と比べると非常に小さい。そのため、上記式(9)および式(10)において、電池温度TBまたはSOCの変化に伴う厚さの変化量Δy0は0に設定する。 (B) The expansion and contraction of the current collector foil are much smaller than the expansion and contraction of the active material layer. Therefore, in the above formulas (9) and (10), the amount of change Δy 0 in thickness accompanying the change in battery temperature TB or SOC is set to zero.
(C)集電箔の内部は電解液に浸漬されないので、上記式(14)〜式(18)に基づいて電極体130の体積変化量ΔVallを算出する際には、集電箔の体積変化量は含めない。
(C) Since the inside of the current collector foil is not immersed in the electrolytic solution, when calculating the volume change ΔV all of the
[変形例2]
式(6)〜式(8)にて説明したように、電極体130の各層の厚さの変化量は、力の釣り合いの関係式を用いて算出することができる。しかしながら、車載用の典型的な電子制御装置では演算能力が不足するので、全ての層について式を立てて解くことが困難となる場合がある。このような場合には、複数の層の各々について上記式(8)を立てるのに代えて、複数の層のうちの幾つかの層を1つの層として扱うことが望ましい。この場合には、シートの張力、バネ定数、およびヤング率として、幾つかの層を統合した値を用いることができる。これにより、演算量を低減することができるので、演算能力が比較的低い電子制御装置であっても体積分率εe,jの算出精度を向上させ、それにより流速ujの算出精度を向上させることが可能になる。
[Modification 2]
As described in Expression (6) to Expression (8), the amount of change in the thickness of each layer 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。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、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 embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 車両、10 二次電池システム、20 システムメインリレー(SMR)、30 パワーコントロールユニット(PCU)、40 モータジェネレータ(MG)、50 駆動輪、60 加速度センサ、100 バッテリ、110 セル、120 電池ケース、122 ケース本体、124 蓋体、125 正極リード端子、126 正極端子、127 負極リード端子、128 負極端子、130 電極体、132 コア部分、134,136 部分、140 正極シート、142 正極集電箔、144 正極活物質層、150 負極シート、152 負極集電箔、154 負極活物質層、160 セパレータシート、200 監視ユニット、210 電圧センサ、220 電流センサ、230 温度センサ、300 電子制御ユニット(ECU)、310 メモリ。 1 vehicle, 10 secondary battery system, 20 system main relay (SMR), 30 power control unit (PCU), 40 motor generator (MG), 50 drive wheel, 60 acceleration sensor, 100 battery, 110 cell, 120 battery case, 122 case body, 124 lid body, 125 positive electrode lead terminal, 126 positive electrode terminal, 127 negative electrode lead terminal, 128 negative electrode terminal, 130 electrode body, 132 core part, 134, 136 part, 140 positive electrode sheet, 142 positive electrode current collector foil, 144 Positive electrode active material layer, 150 negative electrode sheet, 152 negative electrode current collector foil, 154 negative electrode active material layer, 160 separator sheet, 200 monitoring unit, 210 voltage sensor, 220 current sensor, 230 temperature sensor, 300 electronic control unit (ECU), 310 Me Mori.
Claims (4)
前記電極体の内部における前記電解液の流れを規定する液流れ方程式を用いて前記電解液の流速を算出し、算出された流速に基づいて、前記電解液中の塩濃度分布を算出し、算出された塩濃度分布に基づいて、前記二次電池の劣化度を推定する制御装置とを備え、
前記液流れ方程式は、前記電極体の体積に対する前記電極体の内部に含まれる前記電解液の体積の割合を示す体積分率をパラメータとして含み、
前記制御装置は、前記正極シートおよび前記負極シートの各シートについて、前記各シートの内部における前記電解液の圧力と、前記各シートの弾性応力と、前記各シートの円周方向に生じる張力との間に成立する力の釣り合いの関係を用いて、前記各シートの動径方向の厚さの変化量を算出し、算出された厚さの変化量から前記体積分率を算出する、二次電池システム。 A secondary battery comprising an electrode body formed into a substantially cylindrical shape by winding a positive electrode sheet, a negative electrode sheet, and a separator sheet; and an electrolyte solution;
Calculate the flow rate of the electrolytic solution using a liquid flow equation that defines the flow of the electrolytic solution inside the electrode body, and calculate and calculate the salt concentration distribution in the electrolytic solution based on the calculated flow rate A controller for estimating a deterioration degree of the secondary battery based on the salt concentration distribution,
The liquid flow equation includes, as a parameter, a volume fraction indicating the ratio of the volume of the electrolyte contained in the electrode body to the volume of the electrode body,
The control device includes, for each sheet of the positive electrode sheet and the negative electrode sheet, a pressure of the electrolytic solution inside each sheet, an elastic stress of each sheet, and a tension generated in a circumferential direction of each sheet. A secondary battery that calculates the amount of change in thickness in the radial direction of each sheet using the balance of force balances between them, and calculates the volume fraction from the calculated amount of change in thickness system.
前記弾性応力は、前記各シートの前記動径方向の厚さの変化量により規定され、
前記張力は、前記各シートの前記円周方向の長さの変化量により規定される、請求項1に記載の二次電池システム。 The pressure is calculated based on the liquid flow equation by using the volume fraction calculated in the previous calculation,
The elastic stress is defined by the amount of change in thickness in the radial direction of each sheet,
The secondary battery system according to claim 1, wherein the tension is defined by a change amount of a length of each sheet in the circumferential direction.
前記二次電池システムからの電力を用いて駆動力を発生させる駆動装置とを備える、車両。 The secondary battery system according to claim 1 or 2,
A vehicle comprising: a driving device that generates driving force using electric power from the secondary battery system.
前記電極体の内部における前記電解液の流速を規定する液流れ方程式を用いて、前記電解液の流速を算出するステップと、
算出された流速に基づいて、前記電解液中の塩濃度分布を算出するステップと、
算出された塩濃度分布に基づいて、前記二次電池の劣化度を推定するステップとを含み、
前記液流れ方程式は、前記電極体の体積に対する前記電極体の内部に含まれる前記電解液の体積の割合を示す体積分率をパラメータとして含み、
前記流速を算出するステップは、前記正極シートおよび前記負極シートの各シートについて、
前記各シートの内部における前記電解液の圧力と、前記各シートの弾性応力と、前記各シートの円周方向に生じる張力との間に成立する力の釣り合いの関係を用いて、前記各シートの動径方向の厚さの変化量を算出するステップと、
算出された厚さの変化量から前記体積分率を算出するステップとを含む、二次電池の制御方法。 A method for controlling a secondary battery comprising an electrode body formed into a substantially cylindrical shape by winding a positive electrode sheet, a negative electrode sheet, and a separator sheet, and an electrolyte solution,
Calculating the flow rate of the electrolytic solution using a liquid flow equation defining the flow rate of the electrolytic solution inside the electrode body;
Calculating a salt concentration distribution in the electrolyte based on the calculated flow rate;
Estimating the degree of deterioration of the secondary battery based on the calculated salt concentration distribution,
The liquid flow equation includes, as a parameter, a volume fraction indicating the ratio of the volume of the electrolyte contained in the electrode body to the volume of the electrode body,
The step of calculating the flow velocity is performed for each sheet of the positive electrode sheet and the negative electrode sheet.
Using the relationship of the balance of forces established between the pressure of the electrolytic solution inside each sheet, the elastic stress of each sheet, and the tension generated in the circumferential direction of each sheet, Calculating the amount of change in thickness in the radial direction;
Calculating the volume fraction from the calculated amount of change in thickness.
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