JP6663572B2 - Control method of battery module - Google Patents
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Description
本発明は、組電池モジュールの制御方法に関する。 The present invention relates to a method for controlling a battery module.
軽量で高エネルギー密度が得られるリチウムイオン二次電池、ニッケル水素電池その他の二次電池あるいはキャパシタ等の蓄電素子を単電池とし、該単電池を複数接続して成る組電池は高出力が得られる電源として、車両搭載用電源、或いはパソコンおよび携帯端末の電源として好ましく用いられている。例えば車両搭載用組電池の一例として特許文献1には、単電池を複数個配列すると共に各単電池をそれぞれ並列に接続することにより構成された蓄電システムが開示されている。 A lithium ion secondary battery, a nickel-metal hydride battery, other secondary batteries, or a storage battery such as a capacitor, which is lightweight and has a high energy density, is a unit cell, and a battery pack formed by connecting a plurality of the unit cells can provide high output. As the power source, it is preferably used as a vehicle-mounted power source or a power source for personal computers and portable terminals. For example, as an example of a vehicle-mounted battery pack, Patent Document 1 discloses a power storage system configured by arranging a plurality of unit cells and connecting the unit cells in parallel.
ところで、組電池を構成する各単電池においては、例えば単電池内に混入した異物がセパレータを貫通して正負極間を架橋することで微小内部短絡が生じる場合がある。かかる短絡時には単電池に電圧降下が生じるため、各単電池が並列に接続されていると、並列接続された他の単電池から内部短絡した単電池へ電流が回り込むことが想定される。かかる回り込み電流(循環電流)は短絡箇所に集中して流れるため、そのまま放置すると、ジュール発熱によってセパレータが溶融収縮し、内部短絡が拡大する要因になり得る。したがって、循環電流を抑制する技術が求められている。
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、複数の単電池が電気的に並列に接続されて構成された組電池において、循環電流を抑制し得る組電池モジュールの制御方法を提供することである。
By the way, in each of the cells constituting the assembled battery, for example, a minute internal short-circuit may occur when foreign matter mixed in the cell penetrates through the separator and bridges between the positive and negative electrodes. At the time of such a short-circuit, a voltage drop occurs in the unit cell. Therefore, when each unit cell is connected in parallel, it is assumed that current flows from the other unit cell connected in parallel to the unit cell internally short-circuited. Since such a sneak current (circulating current) flows intensively at a short-circuited portion, if left as it is, the separator may melt and shrink due to Joule heat, which may be a factor that causes an internal short-circuit to expand. Therefore, a technique for suppressing the circulating current is required.
The present invention has been made in view of such a point, and a main object of the present invention is to provide an assembled battery module in which a plurality of single cells are electrically connected in parallel to each other to suppress a circulating current. The purpose is to provide a control method.
ここで提案される制御方法は、電動モータの動力を用いて走行するバッテリー走行と、前記電動モータの動力を用いずに走行するバッテリーレス走行との切り替えが可能な車両に搭載される組電池モジュールの制御方法である。前記組電池モジュールは、複数の単電池が電気的に並列に接続されて構成されている。前記複数の単電池のそれぞれは、正極と負極とがセパレータを介して積層された電極体と、電解液と、前記電極体と前記電解液とを収容する電池ケースと、前記電池ケースに設けられ、前記電極体に電気的に接続された外部端子と、前記電池ケースの内圧が予め定められた圧力以上に高くなると、前記電極体と前記外部端子との電気的な接続を遮断する電流遮断機構とを備えている。前記制御方法は、前記複数の単電池の何れかにおいて内部短絡が発生したことを検知し、かつ、該内部短絡した単電池の温度が前記セパレータの融点以下である場合に、前記バッテリーレス走行に切り替えたのちに、該内部短絡した単電池を前記電解液の沸点以上かつ前記セパレータの融点以下の温度まで加熱して前記電流遮断機構を作動させる制御を行うことを特徴とする。かかる構成によると、循環電流を効果的に抑制することができる。 The control method proposed here is an assembled battery module mounted on a vehicle capable of switching between battery travel running using the power of an electric motor and batteryless travel running without using the power of the electric motor. Is a control method. The assembled battery module is configured such that a plurality of cells are electrically connected in parallel. Each of the plurality of cells is provided in an electrode body in which a positive electrode and a negative electrode are stacked with a separator interposed therebetween, an electrolytic solution, a battery case containing the electrode body and the electrolytic solution, and provided in the battery case. An external terminal electrically connected to the electrode body, and a current cutoff mechanism for interrupting an electrical connection between the electrode body and the external terminal when an internal pressure of the battery case becomes higher than a predetermined pressure. And The control method detects that an internal short circuit has occurred in any of the plurality of cells, and, when the temperature of the internally short-circuited cell is equal to or lower than the melting point of the separator, the battery-less traveling is performed. After the switching, the internal short-circuited cell is heated to a temperature equal to or higher than the boiling point of the electrolytic solution and equal to or lower than the melting point of the separator to control the current cutoff mechanism to operate. According to such a configuration, the circulating current can be effectively suppressed.
なお、本明細書において「単電池」とは、組電池を構成するために相互に接続され得る個々の蓄電素子を指す用語であり、特に限定しない限り種々の組成の電池、キャパシタを包含する。また、「二次電池」とは、繰り返し充電可能な電池一般をいい、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素電池等のいわゆる蓄電池を包含する。リチウムイオン二次電池を構成する蓄電素子は、ここでいう「単電池」に包含される典型例であり、そのような単電池を複数備えて成る組電池モジュールは、ここで開示される「組電池モジュール」の典型例である。 In this specification, the term “unit cell” is a term indicating individual power storage elements that can be connected to each other to form a battery pack, and includes batteries and capacitors having various compositions unless otherwise limited. Further, the “secondary battery” generally refers to a battery that can be repeatedly charged, and includes a so-called storage battery such as a lithium ion secondary battery and a nickel hydride battery. The power storage element constituting the lithium ion secondary battery is a typical example included in the “unit cell” here, and the assembled battery module including a plurality of such unit cells is referred to as the “assembly unit” disclosed herein. It is a typical example of a "battery module."
以下、図面を参照しながら、本発明による実施の形態を説明する。以下の図面においては、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付して説明している。なお、各図における寸法関係(長さ、幅、厚さ等)は実際の寸法関係を反映するものではない。また、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄(例えば、正極及び負極の構成及び製法、二次電池その他の電池の構築に係る一般的技術等)は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。なお、各図面は、模式的に描いており、必ずしも実物を反映しない。また、各図面は、一例を示すのみであり、各図面は、特に言及されない限りにおいて本発明を限定しない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, members and portions having the same function are described with the same reference numerals. The dimensional relationships (length, width, thickness, etc.) in each drawing do not reflect the actual dimensional relationships. In addition, matters other than those specifically mentioned in the present specification and which are necessary for carrying out the present invention (for example, the structure and manufacturing method of the positive electrode and the negative electrode, general techniques related to the construction of secondary batteries and other batteries) ) Can be understood as a design matter of a person skilled in the art based on the prior art in the field. In addition, each drawing is schematically drawn and does not necessarily reflect the real thing. In addition, each drawing is merely an example, and each drawing does not limit the present invention unless otherwise specified.
図1は、本実施形態に係る組電池モジュール100の構成を示すブロック図である。この組電池モジュール100は、電動モータの動力を用いて走行するバッテリー走行と、電動モータの動力を用いずに走行するバッテリーレス走行(例えばエンジンの動力のみを用いて走行するエンジン走行)との切り替えが可能な車両、典型的にはハイブリッド自動車、プラグインハイブリッド自動車のような電動機を備える自動車に搭載されるモータ(電動機)用電源として特に好適に用いられる。特に限定することを意図したものではないが、以下、ハイブリッド自動車に搭載されるモータ用電源として用いられる組電池モジュール100を例にして本発明を詳細に説明する。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of the
組電池モジュール100は、組電池10と、組電池10に接続された負荷(図示せず)と、組電池10の状態に応じて負荷の作動を調節する電子制御ユニット(ECU)80とを含む構成であり得る。組電池10に接続された負荷は、組電池10に蓄えられた電力を消費する電力消費機を含み得る。該負荷は、組電池10を充電可能な電力を供給する電力供給機を含み得る。この実施形態では、負荷は回生機能付き電動モータである。電動モータは、組電池10から出力された電力を受けて、車両を走行させる動力(エネルギー)を生成する。また、組電池モジュール100は、組電池10および負荷を接続するオン状態と、組電池10および負荷の接続を遮断するオフ状態との間で切り替わるシステムメインリレー(SMR:図示せず)を備えている。ECU80は、SMRをオン状態にしたときに、電動モータを用いて車両を走行させるようになっている(バッテリー走行)。また、組電池モジュール100の外部には、車両の走行に用いられる動力を出力するエンジンが設けられている。ECU80は、SMRをオフ状態にしたときに、エンジンを用いて車両を走行させるようになっている(バッテリーレス走行)。なお、上記バッテリー走行は、電動モータおよびエンジンの双方の動力を用いて走行するモードであっても構わない。
The assembled
図2は、本実施形態に係る組電池10の構成を模式的に示す斜視図である。図3は、組電池10の回路を模式的に示す図である。ここで開示される組電池10は、図1〜図3に示すように、複数の充放電可能な単電池20が電気的に並列に接続されて構成されている。この実施形態では、複数の単電池20は、単電池20A群と、単電池20B群とから構成されている。図示した例では、同形状の3個の単電池20Aからなる単電池20A群と、同形状の3個の単電池20Bからなる単電池20B群とが一定の間隔で配列されている。単電池20A群を構成する各単電池20Aは、電気的に並列に接続されている。単電池20B群を構成する各単電池20Bは、電気的に並列接続されている。また、単電池20A群と単電池20B群とは、電気的に直列に接続されている。
FIG. 2 is a perspective view schematically illustrating the configuration of the
ここに開示される組電池10は、単電池(典型的には、扁平形状の外形を有する単電池)20を電気的に並列に接続してなる組電池であればよく、単電池20の構成は特に制限されない。この実施形態では、扁平形状のリチウムイオン二次電池を単電池20とし、該単電池20の複数個を並列に接続してなる組電池10が採用されている。
The
複数の単電池20は、それぞれ図示しない電極体と、図示しない電解液と、該電極体および電解液を収容する電池ケース30とを備えている。本実施形態の電極体は、典型的な組電池10に装備される単電池と同様、正極と負極とがセパレータを介して積層されて構成されている。正極は、正極集電体上に正極活物質(例えばLiNi1/3Co1/3Mn1/3O2等のリチウム遷移金属複合酸化物)が保持された構造であり得る。負極は、負極集電体上に負極活物質(例えば炭素材料)が保持された構造であり得る。
Each of the plurality of
セパレータは、正極と負極とを隔てる部材である。この実施形態では、セパレータは、微小な孔を複数有する所定幅のシート材で構成されている。セパレータには、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリエステル、セルロース、ポリアミド等の樹脂からなる多孔質シートを用いることができる。例えば、PE、PPなどの多孔質ポリオレフィン系樹脂で構成された単層構造のセパレータあるいは積層構造のセパレータを好適に使用し得る。 The separator is a member that separates the positive electrode and the negative electrode. In this embodiment, the separator is formed of a sheet material having a predetermined width and having a plurality of minute holes. As the separator, a porous sheet made of a resin such as polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyester, cellulose, or polyamide can be used. For example, a separator having a single-layer structure or a separator having a laminated structure made of a porous polyolefin-based resin such as PE or PP can be suitably used.
電解液は、典型的には常温(例えば25℃)において液状を呈し、好ましくは使用温度域内(例えば−20℃〜60℃)において常に液状を呈する。電解液としては、非水溶媒中に支持塩(例えば、リチウム塩、ナトリウム塩、マグネシウム塩など。リチウムイオン二次電池ではリチウム塩。)を溶解または分散させたものを好適に採用し得る。支持塩としては、一般的なリチウムイオン二次電池と同様のものを適宜選択して採用し得、例えば、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、Li(CF3SO2)2N、LiCF3SO3などのリチウム塩を用いることができる。なかでもLiPF6を好適に採用し得る。非水溶媒としては、一般的なリチウムイオン二次電池に用いられる各種のカーボネート類、エーテル類、エステル類、ニトリル類、スルホン類、ラクトン類などの有機溶媒を特に限定なく用いることができる。具体例として、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ジエチルカーボネート(DEC)、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)などが挙げられる。 The electrolytic solution typically exhibits a liquid state at normal temperature (for example, 25 ° C.), and preferably always exhibits a liquid state within a use temperature range (for example, −20 ° C. to 60 ° C.). As the electrolytic solution, a solution obtained by dissolving or dispersing a supporting salt (for example, a lithium salt, a sodium salt, a magnesium salt, or the like; a lithium salt in a lithium ion secondary battery) in a nonaqueous solvent can be suitably used. As the supporting salt, one similar to a general lithium ion secondary battery can be appropriately selected and employed. For example, LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, A lithium salt such as LiCF 3 SO 3 can be used. Among them, LiPF 6 can be suitably used. As the non-aqueous solvent, various kinds of organic solvents such as carbonates, ethers, esters, nitriles, sulfones, and lactones used in general lithium ion secondary batteries can be used without any particular limitation. Specific examples include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), and ethyl methyl carbonate (EMC).
電池ケース30の材質は、従来のリチウムイオン二次電池で使用されるものと同じであればよく、特に制限はない。軽量で熱伝導性の良い金属材料を主体に構成された電池ケース30が好ましく、このような金属製材料としてアルミニウム等が例示される。電池ケース30の上面には、電極体の正極と電気的に接続する正極端子(正極側の外部端子)40および負極と電気的に接続する負極端子(負極側の外部端子)42が設けられている。
The material of the
組電池10を構成する各単電池20は、図示しない電流遮断機構(CID:Current Interrupt Device)を備えている。電流遮断機構は、電池ケース内の圧力が異常に高くなった場合に、電流経路を遮断する機構である。この実施形態では、電流遮断機構は、正極における電池電流の導通経路が遮断されるように、正極端子40の内側に構築されている。電流遮断機構は、電池ケース30の内圧が予め定められた圧力以上に高くなると、正極と正極端子40との電気的な接続を遮断するように構成されている。電流遮断機構は導通経路が遮断できればよく、正極側に限らず、負極側に設けてもよい。
Each of the
組電池10を構築するに際しては、単電池20A群を構成する各単電池20Aは、それぞれの正極端子40同士および負極端子42同士が隣接して配置されるように向きを揃えて配置される。そして、隣接する各単電池20A間において正極端子40同士および負極端子42同士が端子間接続具44によって電気的に接続される。また、単電池20B群を構成する各単電池20Bは、それぞれの正極端子40同士および負極端子42同士が隣接して配置されるように向きを揃えて配置される。そして、隣接する各単電池20B間において正極端子40同士および負極端子42同士が端子間接続具44によって電気的に接続される。また、単電池20A群を構成する単電池20Aと、単電池20B群を構成する単電池20Bとは、互いの正極端子40と負極端子42とが対向するように向きを反転させて配置される。そして、隣接する単電池20Aと単電池20B間において、一方の正極端子40と他方の負極端子42とが端子間接続具44によって電気的に接続される。このように単電池20A群を構成する各単電池20Aを並列に接続し、単電池20B群を構成する各単電池20Bを並列に接続し、単電池20A群と単電池20B群とを直列に接続することにより、所望する電圧の組電池10が構築される。
When constructing the assembled
ここで、組電池10を構成する各単電池20においては、例えば単電池20内に混入した異物がセパレータを貫通して正負極間を架橋することで微小内部短絡が生じる場合がある。かかる微小内部短絡が発生すると、数時間にわたって電池温度が徐々に上昇していく。その際、内部短絡した単電池に電圧降下が生じるため、各単電池20が並列に接続されていると、並列に接続された他の単電池20から内部短絡した単電池20へ電流が回り込むことが想定される。かかる回り込み電流(循環電流)は短絡箇所に集中して流れるため、そのまま放置すると、ジュール発熱によってセパレータが溶融収縮し、内部短絡が拡大する要因になり得る。
Here, in each of the
ここで開示される組電池モジュール100においては、このような各単電池20を並列に接続した場合に生じ得る循環電流に着目し、この循環電流が遮断されるように内部短絡した単電池20の電流遮断機構を作動させることで、内部短絡の拡大を抑制するようにしている。
In the assembled
すなわち、ここで開示される組電池モジュール100は、複数の単電池20の何れかにおいて内部短絡が発生したことを検知し、かつ、該内部短絡した単電池20の温度がセパレータの融点以下である場合に、バッテリーレス走行に切り替えたのちに、該内部短絡した単電池20を電解液の沸点以上かつセパレータの融点以下の温度まで加熱して電流遮断機構を作動させる制御を行うように構成されている。
That is, the assembled
ECU80の典型的な構成には、少なくとも、かかる制御を行うためのプログラムを記憶したROM(Read Only Memory)と、そのプログラムを実行可能なCPU(Central Processing Unit)と、一時的にデータを記憶するRAM(random access memory)と、図示しない入出力ポートとが含まれる。組電池10を構成する各単電池20には、電圧センサ50と温度センサ70とヒータ60とが取り付けられている。
A typical configuration of the
電圧センサ50は、組電池10を構成する各単電池20の電圧を検出するものとして構成されている。ECU80には、入力ポートを介して電圧センサ50の出力信号が入力される。そして、ECU80は、電圧センサ50からの出力信号に基づいて、組電池10を構成する各単電池20の電圧の情報を取得するようになっている。
The
温度センサ70は、組電池10を構成する各単電池20のセル温度を検出するものとして構成されている。ECU80には、入力ポートを介して温度センサ70の出力信号が入力される。そして、ECU80は、温度センサ70からの出力信号に基づいて、組電池10を構成する各単電池20のセル温度の情報を取得するようになっている。
The
ヒータ60は、内部短絡した単電池20を加熱するものとして構成されている。この実施形態では、ヒータ60は、組電池10の底面に配置されている。ヒータ60は、内部短絡した単電池20を含む組電池10全体(組電池10を構成する全ての単電池20)を加熱するものとして構成されている。ヒータ60を駆動する電力は、組電池10から供給してもよく、組電池10以外の外部電源(例えば組電池モジュール100に搭載された鉛蓄電池)から供給してもよい。ヒータ60は、ECU80に電気的に接続されている。ECU80は、内部短絡した単電池20の温度がセパレータの融点以下である場合、該単電池20の加熱制御に関する指令を、ヒータ60に送信する。ヒータ60は、ECU80からの指令に基づいて、内部短絡した単電池20を所定のセル温度となるように加熱する。
The
ヒータ60による加熱温度は、電解液の沸点以上の温度に設定され得る。内部短絡した単電池20を電解液の沸点以上の温度となるように加熱することで、単電池20内の電解液が揮発して電池ケース30の内圧が上昇する。これにより、電流遮断機構を作動させることができる。特に限定されるものではないが、電解液の沸点は、例えば80℃〜100℃(典型的には90℃±5℃)であり得る。かかる電解液の沸点は、ROM等の記憶部に予め記憶しておくとよい。また、ヒータ60による加熱温度は、セパレータの融点以下の温度に設定され得る。ヒータ60による加熱温度をセパレータの融点以下とすることで、加熱によるセパレータの溶融収縮(ひいては内部短絡の拡大)を抑制することができる。特に限定されるものではないが、セパレータの融点は、例えば120℃〜150℃(典型的には130℃±10℃)であり得る。かかるセパレータの融点は、ROM等の記憶部に予め記憶しておくとよい。
The heating temperature by the
ヒータ60による加熱時間は特に限定されないが、内部短絡した単電池20の電流遮断機構が作動し得るまでの時間であればよい。好ましい一態様では、ヒータ60による加熱時間は、概ね3分〜800分(例えば5分〜700分、典型的には10分〜500分)であり得る。上記加熱時間は、30分〜300分であってもよく、60分〜100分であってもよい。このような加熱時間の範囲内であると、単電池20に損傷を与えることなく、電流遮断機構を適切に作動させることができる。ヒータ60の電力は、単電池の比熱によっても異なり得るが、好ましくは3W以上(例えば3W〜600W)、より好ましくは5W以上(例えば5W〜500W)、さらに好ましくは10W以上(例えば10W〜30W)である。このようなヒータ60の電力の範囲内であると、電流遮断機構をより短時間で作動させることができる。
The heating time by the
内部短絡を検知する方法は特に限定されない。例えば内部短絡が生じると、単電池20に電圧降下が生じる。そのため、ECU80は、電圧センサ50で検出した各単電池20の電圧の情報から、単電池20に内部短絡が生じているか否かを判断することができる。具体的には、以下の(A)〜(C)のうちの少なくとも1つの条件を満たす場合、単電池に内部短絡が生じていると判断することができる。
(A)充放電を実施していない状態において、単電池に所定値(例えば1時間当たり0.2V/h)以上の電圧降下が生じる。
(B)単電池が所定値(例えば3.0V)以下の電圧状態を所定時間(例えば1秒)以上継続する。
(C)単電池の電圧が、該単電池と並列接続されていない他の単電池群と比較して、所定値(例えば0.3V)以上低い。
The method for detecting an internal short circuit is not particularly limited. For example, when an internal short circuit occurs, a voltage drop occurs in the
(A) In a state where charging / discharging is not performed, a voltage drop of a predetermined value (for example, 0.2 V / h per hour) or more occurs in the unit cell.
(B) The cell keeps a voltage state equal to or lower than a predetermined value (for example, 3.0 V) for a predetermined time (for example, 1 second) or more.
(C) The voltage of the unit cell is lower by a predetermined value (for example, 0.3 V) or more than other unit cells not connected in parallel with the unit cell.
あるいは、ECU80は、単電池20のセル温度の情報に基づき、内部短絡を検知してもよい。すなわち、内部短絡が生じると、単電池20に発熱が生じる。そのため、ECU80は、温度センサ70で検出した各単電池20のセル温度の情報に基づき、各単電池20に内部短絡が生じているか否かを判断することができる。かかる温度情報に基づく検知と、上述した電圧情報に基づく検知とを組み合わせて実行してもよい。これにより、内部短絡した単電池20をより高精度に検知することができる。
Alternatively, the
このように構成された制御装置1の動作について、図1〜図4を参照しつつ説明する。図4は、組電池モジュール100のECU80により実行される処理ルーチンを示すフローチャートである。このルーチンは、組電池10を構成する各単電池20の何れかにおいて内部短絡が発生したことを検知したときに実行される(ステップS10)。
The operation of the control device 1 configured as described above will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a flowchart showing a processing routine executed by
ECU80は、ステップS10で各単電池20の何れかにおいて内部短絡が発生したことを検知すると、先ず、バッテリーレス走行に切り替える(ステップS20)。例えば、前述したSMRをオフ状態にしてエンジンの動力のみを用いたバッテリーレス走行に切り替えるとよい。
When the
次いで、ECU80は、ステップS30において、温度センサ70で検出したセル温度の情報から、内部短絡が発生した単電池20のセル温度がセパレータの融点以下の温度であるか否かを判定する。ECU80は、内部短絡した単電池20の温度がセパレータの融点を上回る場合(NO)、加熱処理を行う必要がないと判断して、この処理ルーチンを終了する。一方、内部短絡した単電池20の温度がセパレータの融点以下の場合(YES)、加熱処理を行う必要があると判断して次のステップS40に進む。
Next, in step S30, the
ステップS40では、ECU80は、単電池20の加熱に関する指令を、ヒータ60に送信する。この指令には、前述した単電池20の加熱温度に関する情報が含まれる。すなわち、ECU80は、内部短絡した単電池20が電解液の沸点以上かつセパレータの融点以下の温度まで加熱されるように、ヒータ60を駆動制御する。このようにヒータ60を駆動制御して、内部短絡した単電池20を電解液の沸点以上かつセパレータの融点以下の温度まで加熱することにより、単電池20内の電解液が揮発して電池ケース30の内圧が上昇する。
In step S40,
次いで、ECU80は、ステップS50において、内部短絡した単電池20の電流遮断機構が作動したか否かを判断する。電流遮断機構が作動していない場合(NO)には、ステップS40に戻って、内部短絡した単電池20の加熱処理を続行する。一方、電流遮断機構が作動した場合(YES)には、ステップS60に進んで、内部短絡した単電池20の加熱処理を停止する。組電池モジュール100は、必要に応じて、内部短絡した単電池20を冷却する冷却機構を備えてもよい。ECU80は、上記加熱処理を停止した後、内部短絡した単電池20を冷却するための指令を、冷却機構に送信してもよい。これにより、電流遮断機構の作動後に、単電池20が発熱してセパレータの融点を上回る(ひいてはセパレータが熱収縮して内部短絡が拡大する)ことを抑制することができる。
Next, in step S50, the
上記実施形態によると、組電池10を構成する各単電池20の何れかにおいて内部短絡が発生した場合に、該内部短絡した単電池を電解液の沸点以上かつセパレータの融点以下の温度まで加熱して電流遮断機構を作動させることにより、他の単電池20から内部短絡した単電池20へ電流が回り込む事象(循環電流)を抑制することができる。そのため、循環電流に起因してセパレータが溶融収縮するといった事態が生じ難く、内部短絡の拡大を抑制することが可能となる。
According to the above-described embodiment, when an internal short circuit occurs in any of the
以下、本発明に関する試験例を説明するが、本発明を以下の試験例に示すものに限定することを意図したものではない。 Hereinafter, test examples according to the present invention will be described, but the present invention is not intended to be limited to those shown in the following test examples.
シート状の正極集電体および負極集電体にそれぞれ正極活物質および負極活物質が保持された正負の電極シートがセパレータを介して捲回され、電解液とともにケースに収容された構成の3つのリチウムイオン二次電池を電気的に並列に接続して組電池を構築した。セパレータとしては、ポリプロピレン(PP)/ポリエチレン(PE)/ポリプロピレン(PP)の3層構造の多孔質シートを使用した。電解液としては、エチレンカーボネート(EC)とジメチルカーボネート(DMC)とエチルメチルカーボネート(EMC)とを30:40:30の体積比で含む混合溶媒に、支持塩としてのLiPF6を約1mol/リットルの濃度で含有させたものを用いた。また、各リチウムイオン二次電池の正極側に電流遮断機構(CID)を設置した。各リチウムイオン二次電池の容量は25Ahとした。上記セパレータの融点は130℃、上記電解液の沸点は90℃である。 Positive and negative electrode sheets holding a positive electrode active material and a negative electrode active material respectively on a sheet-like positive electrode current collector and a negative electrode current collector are wound through a separator, and are housed in a case together with an electrolyte. A battery pack was constructed by electrically connecting lithium ion secondary batteries in parallel. As the separator, a porous sheet having a three-layer structure of polypropylene (PP) / polyethylene (PE) / polypropylene (PP) was used. As an electrolytic solution, a mixed solvent containing ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC) and ethyl methyl carbonate (EMC) in a volume ratio of 30:40:30, and LiPF 6 as a supporting salt at about 1 mol / liter. Used at a concentration of. In addition, a current interruption mechanism (CID) was installed on the positive electrode side of each lithium ion secondary battery. The capacity of each lithium ion secondary battery was 25 Ah. The melting point of the separator is 130 ° C., and the boiling point of the electrolytic solution is 90 ° C.
上記組電池に対して短絡試験を行った。短絡試験は、25℃の温度環境下において、各単電池の電圧を4.1Vに調整した後、1つの単電池に、セパレータを1層分のみ貫通するようにステンレス製の釘(直径3mm、先端角度30度)を刺すことにより行った。また、上記短絡試験後の組電池にヒータを巻き付けて所定温度まで加熱した後、その温度で15分間保持する加熱試験を行った。ここでは、加熱温度、ヒータの電力、昇温に要した時間の条件を異ならせて加熱試験を実施した(例1〜例6)。各例における加熱温度、ヒータの電力および昇温時間を表1に纏めて示す。
A short circuit test was performed on the above assembled battery. In the short-circuit test, under a temperature environment of 25 ° C., the voltage of each cell was adjusted to 4.1 V, and then a stainless steel nail (diameter 3 mm, (
上記加熱試験後、各例の組電池を室温で24時間放冷し、CIDの作動の有無を確認した。また、内部短絡した単電池の電圧(残電圧)を測定した。CIDが作動した単電池は、電池ケースを解体し、内部端子により残電圧を測定した。結果を表1に示す。ここでは残電圧が高いほど内部短絡の拡大が抑制されたことを示唆している。 After the heating test, the assembled batteries of each example were allowed to cool at room temperature for 24 hours, and it was confirmed whether or not the CID was activated. Further, the voltage (remaining voltage) of the unit cell that was internally short-circuited was measured. For the unit cell in which the CID was activated, the battery case was disassembled, and the residual voltage was measured using the internal terminal. Table 1 shows the results. Here, it is suggested that the higher the residual voltage, the more the expansion of the internal short circuit was suppressed.
表1に示すように、例1〜例4は、加熱試験における加熱温度が電解液の沸点以上かつセパレータの融点以下に設定されている。かかる例1〜例4では、加熱試験においてCIDが適切に作動した。また、残電圧についても良好な結果が得られた。これに対し、加熱温度が電解液の沸点を下回った例5は、例1〜例4に比べて残電圧が低くかった。例5では、加熱温度が低いためCIDが作動せず、循環電流により短絡部が加熱され、短絡が拡大したものと推測される。また、加熱温度がセパレータの融点を上回った例6は、加熱試験時にCIDが作動したものの、残電圧の低下が認められた。例6では、加熱温度が高すぎたため、加熱によりセパレータが溶融収縮し、内部短絡が拡大したものと推測される。この結果から、内部短絡した単電池を電解液の沸点以上かつセパレータの融点以下の温度まで加熱して電流遮断機構を作動させることによって、内部短絡の拡大を抑制し得ることが確認された。 As shown in Table 1, in Examples 1 to 4, the heating temperature in the heating test was set to be equal to or higher than the boiling point of the electrolytic solution and equal to or lower than the melting point of the separator. In Examples 1 to 4, the CID operated properly in the heating test. Good results were also obtained for the residual voltage. On the other hand, in Example 5 in which the heating temperature was lower than the boiling point of the electrolytic solution, the residual voltage was lower than in Examples 1 to 4. In Example 5, it is assumed that the CID did not operate because the heating temperature was low, and the short circuit was heated by the circulating current, and the short circuit was enlarged. In Example 6, in which the heating temperature was higher than the melting point of the separator, the CID was activated during the heating test, but a decrease in the residual voltage was observed. In Example 6, since the heating temperature was too high, it is presumed that the separator melted and contracted due to the heating, and the internal short circuit was enlarged. From these results, it was confirmed that the expansion of the internal short-circuit can be suppressed by heating the internal short-circuited cell to a temperature equal to or higher than the boiling point of the electrolytic solution and equal to or lower than the melting point of the separator to operate the current interrupting mechanism.
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。 As mentioned above, although the specific example of this invention was demonstrated in detail, these are only illustrations and do not limit a claim. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
例えば、上述した実施形態では、組電池10の底面にヒータ60を設置して内部短絡した単電池を含む組電池10全体を加熱する場合を例示したが、内部短絡した単電池を加熱する態様はこれに限定されない。例えば、図5に示すように、組電池10を構成する単電池20の各々の底面に、独立したヒータ60を設置してもよい。この場合、内部短絡した単電池20のみを加熱できるので、他の単電池の加熱による損傷を抑制することができる。
あるいは、図6に示すように、単電池20A群および単電池20B群の各々の底面に、独立したヒータ60を設置して、内部短絡した単電池20と並列に接続された単電池群全体を加熱するように構成してもよい。このような場合でも上述した作用効果を得ることができる。
For example, in the above-described embodiment, the case where the
Alternatively, as shown in FIG. 6, an
10 組電池
20 単電池
30 電池ケース
40 正極端子
42 負極端子
44 端子間接続具
50 電圧センサ
60 ヒータ
70 温度センサ
80 ECU
100 組電池モジュール
DESCRIPTION OF
100 battery module
Claims (1)
前記組電池モジュールは、複数の単電池が電気的に並列に接続されて構成されており、
前記複数の単電池のそれぞれは、
正極と負極とがセパレータを介して積層されて構成された電極体と、
電解液と、
前記電極体および前記電解液を収容する電池ケースと、
前記電池ケースに設けられ、前記電極体に電気的に接続された外部端子と、
前記電池ケースの内圧が予め定められた圧力以上に高くなると、前記電極体と前記外部端子との電気的な接続を遮断する電流遮断機構と
を備えており、
ここで、前記複数の単電池の何れかにおいて内部短絡が発生したことを検知し、かつ、該内部短絡した単電池の温度が前記セパレータの融点以下である場合に、前記バッテリーレス走行に切り替えたのちに、該内部短絡した単電池を前記電解液の沸点以上かつ前記セパレータの融点以下の温度まで加熱して前記電流遮断機構を作動させる制御を行う、組電池モジュールの制御方法。 A method for controlling an assembled battery module mounted on a vehicle capable of switching between battery traveling running using the power of an electric motor and batteryless traveling traveling without using the power of the electric motor,
The assembled battery module is configured such that a plurality of cells are electrically connected in parallel,
Each of the plurality of cells is
An electrode body configured by stacking a positive electrode and a negative electrode with a separator interposed therebetween,
An electrolyte,
A battery case containing the electrode body and the electrolytic solution;
An external terminal provided on the battery case and electrically connected to the electrode body;
When the internal pressure of the battery case becomes higher than a predetermined pressure, the battery case includes a current cutoff mechanism that cuts off electrical connection between the electrode body and the external terminal,
Here, it is detected that an internal short circuit has occurred in any of the plurality of cells, and when the temperature of the internally short-circuited cell is equal to or lower than the melting point of the separator, the mode is switched to the battery-less running. A method of controlling the battery module, wherein the internal short-circuited cell is heated to a temperature equal to or higher than the boiling point of the electrolytic solution and equal to or lower than the melting point of the separator to operate the current interrupt mechanism.
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