JP6809399B2 - Rechargeable battery system - Google Patents
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Description
本開示は、二次電池システムに関し、より特定的には、リチウムイオン二次電池を備えた二次電池システムに関する。 The present disclosure relates to a secondary battery system, and more specifically to a secondary battery system including a lithium ion secondary battery.
リチウムイオン二次電池が走行用バッテリとして搭載された車両が市販されている。一般に、リチウムイオン二次電池(以下、二次電池とも略す)において大電流での充放電(いわゆるハイレート充放電)が行なわれると、電解液中のリチウム塩の濃度(以下、塩濃度とも略す)に偏りが生じ得ることが知られている。塩濃度に偏りが生じると、二次電池の内部抵抗が増加することにより電池性能(充放電性能)が低下し得る。一般に、このような劣化は「ハイレート劣化」とも称される。 Vehicles equipped with a lithium-ion secondary battery as a traveling battery are commercially available. Generally, when a lithium ion secondary battery (hereinafter, also abbreviated as a secondary battery) is charged and discharged with a large current (so-called high-rate charge / discharge), the concentration of the lithium salt in the electrolytic solution (hereinafter, also abbreviated as the salt concentration). It is known that bias can occur. If the salt concentration is biased, the internal resistance of the secondary battery increases, which may reduce the battery performance (charge / discharge performance). Generally, such deterioration is also referred to as "high rate deterioration".
二次電池の温度が高いほど二次電池のハイレート劣化が進行しやすいことが知られている。したがって、ハイレート劣化の進行度合いを示す評価値を算出するために、温度センサにより二次電池の温度を検出する構成が提案されている(たとえば特開2015−15309号公報(特許文献1)参照)。 It is known that the higher the temperature of the secondary battery, the more likely the high rate deterioration of the secondary battery to progress. Therefore, in order to calculate an evaluation value indicating the degree of progress of high-rate deterioration, a configuration has been proposed in which the temperature of the secondary battery is detected by a temperature sensor (see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2015-15309 (Patent Document 1)). ..
ハイレート劣化の進行に真に影響するパラメータは、二次電池の内部温度(電極体および電解液の温度)である。しかし、製造容易性および保守管理性などの観点から、温度センサは一般に筐体の外部に設けられる。 The parameter that truly affects the progress of high-rate deterioration is the internal temperature of the secondary battery (temperature of the electrode body and the electrolyte). However, from the viewpoint of ease of manufacture and maintainability, the temperature sensor is generally provided outside the housing.
一方で、二次電池が走行用バッテリとして搭載された車両では、二次電池を冷却するための冷却装置(冷却ファンなど)が設けられる場合がある。二次電池のうち冷却装置からの冷却風が直接的に当たっている箇所では、二次電池の筐体の表面温度が二次電池の内部温度よりも低くなり得る。つまり、温度センサにより検出される温度と、検出が望まれる内部温度との間の誤差が大きくなり得る。その結果、ハイレート劣化の進行度合いの判定精度が低下してしまう可能性がある。この点において、温度センサを用いる手法には、ハイレート劣化の判定精度に改善の余地が存在する。 On the other hand, in a vehicle equipped with a secondary battery as a traveling battery, a cooling device (cooling fan or the like) for cooling the secondary battery may be provided. The surface temperature of the housing of the secondary battery may be lower than the internal temperature of the secondary battery at the portion of the secondary battery where the cooling air from the cooling device is directly applied. That is, the error between the temperature detected by the temperature sensor and the internal temperature at which detection is desired can be large. As a result, the accuracy of determining the degree of progress of high-rate deterioration may decrease. In this respect, there is room for improvement in the determination accuracy of high rate deterioration in the method using the temperature sensor.
本開示は上記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、リチウムイオン二次電池を備えた二次電池システムにおいて、ハイレート劣化の判定精度を向上させることである。 The present disclosure has been made to solve the above problems, and an object of the present disclosure is to improve the determination accuracy of high rate deterioration in a secondary battery system including a lithium ion secondary battery.
本開示のある局面に従う二次電池システムは、二次電池と、第1および第2の熱流速センサと、判定装置とを備える。二次電池は、リチウムイオンを含む電解液が含浸された電極体を収容する筐体を有する。第1の熱流速センサは、筐体のうち、「連通領域」に対応する部分に設けられ、連通領域における熱流速を検出する。連通領域とは、電極体のうちの集電体がセパレータから露出して電極体の内部と外部とが連通する領域である。第2の熱流速センサは、筐体のうち、「非連通領域」に対応する部分に設けられ、非連通領域における熱流速を検出する。非連通領域とは、電極体のうちのセパレータにより覆われて電極体の内部と外部とが連通していない領域である。判定装置は、第1の熱流速センサの検出値と第2の熱流速センサの検出値との差が基準値以上である場合に、電極体の内部においてリチウムイオンの濃度分布が偏ることにより生じる劣化であるハイレート劣化が生じていると判定する。 A secondary battery system according to an aspect of the present disclosure includes a secondary battery, first and second heat flow velocity sensors, and a determination device. The secondary battery has a housing that houses an electrode body impregnated with an electrolytic solution containing lithium ions. The first heat flow velocity sensor is provided in a portion of the housing corresponding to the "communication region" and detects the heat flow velocity in the communication region. The communication region is a region in which the current collector of the electrode body is exposed from the separator and the inside and the outside of the electrode body communicate with each other. The second heat flow velocity sensor is provided in a portion of the housing corresponding to the “non-communication region” and detects the heat flow velocity in the non-communication region. The non-communication region is a region of the electrode body that is covered with a separator so that the inside and the outside of the electrode body do not communicate with each other. The determination device is generated because the concentration distribution of lithium ions is biased inside the electrode body when the difference between the detection value of the first heat flow velocity sensor and the detection value of the second heat flow velocity sensor is equal to or more than the reference value. It is determined that high rate deterioration, which is deterioration, has occurred.
上記構成によれば、筐体の2箇所に熱流速センサ(第1および第2の熱流速センサ)が設けられる。詳細は後述するが、ハイレート劣化が生じると、電解液が連通領域から電極体の外部へと流出し、連通領域の近傍に滞留する。そのため、連通領域の熱容量が、電解液の流出が起こらない非連通領域の熱容量よりも高くなる。つまり、連通領域の温度は、非連通領域の温度よりも上昇しにくくなる。したがって、連通領域における熱流速(第1の熱流速センサの検出値)は、非連通領域における熱流速(第2の熱流速センサによる検出値)よりも小さくなる。よって、第1の熱流速センサの検出値と第2の熱流速センサによる検出値との差を算出し、その差が基準値以上である場合には、電解液の流出および滞留が起こっているとして、ハイレート劣化が生じた状態であると判定することができる。 According to the above configuration, heat flow velocity sensors (first and second heat flow velocity sensors) are provided at two locations on the housing. Although details will be described later, when high-rate deterioration occurs, the electrolytic solution flows out from the communication region to the outside of the electrode body and stays in the vicinity of the communication region. Therefore, the heat capacity of the communication region is higher than the heat capacity of the non-communication region where the outflow of the electrolytic solution does not occur. That is, the temperature in the communication region is less likely to rise than the temperature in the non-communication region. Therefore, the heat flow velocity in the communication region (detected value by the first heat flow velocity sensor) is smaller than the heat flow velocity in the non-communication region (detected value by the second heat flow velocity sensor). Therefore, the difference between the value detected by the first heat flow velocity sensor and the value detected by the second heat flow velocity sensor is calculated, and when the difference is equal to or greater than the reference value, the electrolytic solution flows out and stays. Therefore, it can be determined that the high rate deterioration has occurred.
このように熱流速センサを用いた手法は、熱電対等の温度センサを用いた手法と異なり、二次電池の内部における熱流速(熱の出入り)を検出するものであるため、筐体の内部と外部との間の温度差などの影響を受けにくい。したがって、ハイレート劣化を高精度に判定することが可能である。 In this way, unlike the method using a temperature sensor such as a thermoelectric pair, the method using a heat flow velocity sensor detects the heat flow velocity (heat inflow and outflow) inside the secondary battery, so that it is different from the inside of the housing. It is not easily affected by the temperature difference with the outside. Therefore, it is possible to determine the high rate deterioration with high accuracy.
本開示によれば、リチウムイオン二次電池を備えた二次電池システムにおいて、ハイレート劣化の判定精度を向上させることができる。 According to the present disclosure, in a secondary battery system including a lithium ion secondary battery, it is possible to improve the determination accuracy of high rate deterioration.
以下、本開示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 disclosure will be described in detail with reference to the drawings. The same or corresponding parts in the drawings are designated by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.
以下では、本実施の形態に係る二次電池システムがハイブリッド車両に搭載された構成を例に説明するが、本実施の形態に係る二次電池システムは、ハイブリッド車両に限らず、走行用の組電池が搭載される車両全般(たとえばプラグインハイブリッド車両、電気自動車、燃料電池車)に適用可能である。さらに、本実施の形態に係る二次電池システムの用途は車両用に限定されず、たとえば定置用であってもよい。 In the following, a configuration in which the secondary battery system according to the present embodiment is mounted on a hybrid vehicle will be described as an example. However, the secondary battery system according to the present embodiment is not limited to the hybrid vehicle, but is a set for traveling. It can be applied to all vehicles equipped with batteries (for example, plug-in hybrid vehicles, electric vehicles, fuel cell vehicles). Further, the application of the secondary battery system according to the present embodiment is not limited to the vehicle, and may be, for example, stationary.
[実施の形態]
<二次電池システムの構成>
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た車両の全体構成を概略的に示す図である。図1を参照して、車両1は、二次電池システム2と、パワーコントロールユニット(PCU:Power Control Unit)40と、モータジェネレータ51,52と、エンジン60と、動力分割装置70と、駆動軸80と、駆動輪90とを備える。二次電池システム2は、バッテリ10と、監視ユニット20と、冷却装置30と、電子制御装置(ECU:Electronic Control Unit)100とを備える。
[Embodiment]
<Configuration of secondary battery system>
FIG. 1 is a diagram schematically showing an overall configuration of a vehicle equipped with a secondary battery system according to the present embodiment. With reference to FIG. 1, the
バッテリ10は、各々がリチウムイオン二次電池である複数のセル110(図2参照)を含んで構成される。各セル110の詳細な構成については図2にて説明する。バッテリ10は、モータジェネレータ51,52を駆動するための電力を蓄え、PCU50を通じてモータジェネレータ51,52へ電力を供給する。また、バッテリ10は、モータジェネレータ51,52の発電時にPCU40を通じて発電電力を受けて充電される。
The
監視ユニット20は、バッテリ10の状態を監視し、その監視結果をECU100に出力する。監視ユニット20の詳細な構成については後述する。
The
冷却装置30は、たとえば冷却ファンおよび冷却ダクト(いずれも図示せず)を含んで構成された空冷式の冷却装置である。冷却装置30は、バッテリ10(各セル110)を冷却するための冷却風を発生させる。
The
PCU40は、ECU100からの制御信号に従って、バッテリ10とモータジェネレータ51,52との間で双方向の電力変換を実行する。PCU40は、モータジェネレータ51,52の状態をそれぞれ別々に制御可能に構成されており、たとえば、モータジェネレータ51を回生状態(発電状態)にしつつ、モータジェネレータ52を力行状態にすることができる。PCU40は、たとえば、モータジェネレータ51,52に対応して設けられる2つのインバータと、各インバータに供給される直流電圧をバッテリ10の出力電圧以上に昇圧するコンバータ(いずれも図示せず)とを含んで構成される。
The PCU 40 executes bidirectional power conversion between the
モータジェネレータ51,52の各々は、交流回転電機であり、たとえば、ロータに永久磁石が埋設された三相交流同期電動機である。モータジェネレータ51は、主として、動力分割装置70を経由してエンジン60により駆動される発電機として用いられる。モータジェネレータ51が発電した電力は、PCU40を介してモータジェネレータ52またはバッテリ10に供給される。
Each of the
モータジェネレータ52は、主として電動機として動作し、駆動輪90を駆動する。モータジェネレータ52は、バッテリ10からの電力およびモータジェネレータ51の発電電力の少なくとも一方を受けて駆動され、モータジェネレータ52の駆動力は駆動軸80に伝達される。一方、車両の制動時や下り斜面での加速度低減時には、モータジェネレータ52は、発電機として動作して回生発電を行なう。モータジェネレータ52が発電した電力は、PCU40を介してバッテリ10に供給される。
The
エンジン60は、空気と燃料との混合気を燃焼させたときに生じる燃焼エネルギーをピストンやロータなどの運動子の運動エネルギーに変換することによって動力を出力する内燃機関である。
The
動力分割装置70は、たとえば、サンギヤ、キャリア、リングギヤの3つの回転軸を有する遊星歯車機構(図示せず)を含む。動力分割装置70は、エンジン60から出力される動力を、モータジェネレータ51を駆動する動力と、駆動輪90を駆動する動力とに分割する。
The
ECU100は、CPU(Central Processing Unit)100Aと、メモリ(より具体的にはROM(Read Only Memory)およびRAM(Random Access Memory))100Bと、各種信号を入出力するための入出力ポート(図示せず)とを含んで構成される。ECU100は、各センサから受ける信号ならびにメモリ100Bに記憶されたプログラムおよびマップに基づいてエンジン60およびPCU40を制御することにより、バッテリ10の充放電を制御する。また、ECU100は、バッテリ10の劣化の進行度合いを判定する。この判定手法については後述する。なお、ECU100は、本開示に係る「判定装置」に相当する。
The
<ハイレート劣化>
以上のように構成された二次電池システム2において、たとえばバッテリ10の大電流での充放電が継続的に行なわれると、電極体の内部の塩濃度分布の偏りが生じ、各セル110の内部抵抗が増加するハイレート劣化が生じることが知られている。
<High rate deterioration>
In the
ハイレート劣化の進行度合いは、各種の劣化評価値により表すことができる。劣化評価値を算出するために、セル110の温度を検出するための温度センサ(図示しない熱電対など)を設けることも考えられる。その場合、ハイレート劣化の進行に真に影響するパラメータはセル110の内部温度(電極体および電解液の温度)であるが、製造容易性および保守管理性などの観点から、温度センサは、セル110の外部(筐体外部)に設けられることになる。
The degree of progress of high-rate deterioration can be expressed by various deterioration evaluation values. In order to calculate the deterioration evaluation value, it is conceivable to provide a temperature sensor (thermocouple or the like (not shown)) for detecting the temperature of the
一方、セル110のうち冷却装置30からの冷却風が直接的に当たっている箇所では、セル110の筐体の表面温度がセル110の内部温度よりも低くなり得る。つまり、温度センサにより検出される温度と、検出が望まれる内部温度との間の誤差が大きくなり得る。その結果、劣化評価値が正確に算出されず、ハイレート劣化の進行度合いの判定精度が低下してしまう可能性がある。この点において、温度センサを用いる手法には、ハイレート劣化の判定精度に改善の余地が存在する。
On the other hand, the surface temperature of the housing of the
そこで、本実施の形態においては、温度センサに代えて、セル110の筐体のうち、後述する少なくとも2箇所に熱流速センサを設置する構成を採用する。この位置に熱流速センサを設置することにより、以下に説明するように、セル110のハイレート劣化を高精度に推定することが可能になる。
Therefore, in the present embodiment, instead of the temperature sensor, a configuration is adopted in which the heat flow velocity sensor is installed at at least two places described later in the housing of the
<セル構成>
図2は、セル110および監視ユニット20の構成をより詳細に説明するための図である。図2においてセル110は、その内部を透視して示されている。セル110は、電池ケース111と、蓋体112と、正極端子113と、負極端子114と、電極体115(破線で示す)とを含む。
<Cell configuration>
FIG. 2 is a diagram for explaining the configurations of the
電池ケース111は、角型形状(略直方体形状)を有する。以下では、電池ケース111の長辺方向(長さ方向)をx軸方向とし、短辺方向(厚み方向)をy軸方向とし、高さ方向をz軸方向とする。鉛直方向は負のz軸方向であり、水平方向はxy平面方向である。なお、電池ケース111は、本開示に係る「筐体」に相当する。
The
蓋体112は、電池ケース111の上面(鉛直方向上面)を封止する。正極端子113および負極端子114の各々の一方端は、蓋体112から外部に突出している。正極端子113および負極端子114の他方端は、電池ケース111の内部において、内部正極端子および内部負極端子(いずれも図示せず)にそれぞれ電気的に接続されている。
The
電極体115は、正極116と負極117とがセパレータ118を介して積層され、その積層体が捲回されることにより形成されている。電極体115は、その捲回軸が電池ケース111の長辺方向(x軸方向)に延在するように電池ケース111に収容されている。そのため、電極体115のうち活物質層が形成されず、集電体(正極116および負極117)の表面がセパレータ118から露出した領域が電池ケース111の長辺方向の両端に位置している。以下、この領域を「露出領域」Rsとも称する。
The
一方、電極体115のうち活物質層が形成されるとともにセパレータ118により覆われ、集電体表面が露出していない中央の領域を「中央領域」Rcとも称する。露出領域Rsおよび中央領域Rcは、本開示に係る「連通領域」および「非連通領域」にそれぞれ相当する。電解液は、主に電極体115の内部(中央領域Rcおよび露出領域Rs)に保持されている。なお、図2では電極体115が捲回型である例を示すが、電極体115は積層型であってもよい。
On the other hand, the central region of the
正極116、負極117、セパレータ118および電解液には、リチウムイオン二次電池の正極、負極、セパレータおよび電解液として従来公知の構成および材料をそれぞれ用いることができる。一例として、正極には、コバルト酸リチウムの一部がニッケルおよびマンガンにより置換された三元系の材料を用いることができる。負極には、黒鉛(グラファイト)を用いることができる。セパレータには、ポリオレフィン(たとえばポリエチレンまたはポリプロピレン)を用いることができる。電解液は、有機溶媒(たとえばDMC(dimethyl carbonate)とEMC(ethyl methyl carbonate)とEC(ethylene carbonate)との混合溶媒)と、リチウム塩(たとえばLiPF6)と、添加剤(たとえばLiBOB(lithium bis(oxalate)borate)またはLi[PF2(C2O4)2])とを含む。
For the
図1および図2を参照して、監視ユニット20は、電圧センサ21および電流センサ22を含む。電圧センサ21は、各セル110の電圧VBを検出する。電流センサ22は、バッテリ10に入出力される電流IBを検出する。各センサは、その検出結果をECU100に出力する。
With reference to FIGS. 1 and 2, the
<熱流速センサ>
本実施の形態において、監視ユニット20は、電圧センサ21および電流センサ22に加えて、熱流速センサ231〜233をさらに含む。熱流速センサ231〜233は、電池ケース111の設置箇所における熱流速Q1〜Q3をそれぞれ検出する。より詳細には、各熱流速センサ231〜233は、図示しないが、2つの感熱素子(薄膜サーミスタ)を含んで構成される。電池ケース111の材料の熱伝導率をCと表し、電池ケース111の設置箇所の厚みをdと表し、2つの感熱素子間の温度差をΔTと表す場合、これらのパラメータと熱流速Qとの間には、Q=C/d×ΔTとの関係が成立する。熱伝導率Cおよび厚みdは電池ケース111の測定値または仕様値から既知であるため、温度差ΔTの検出値から熱流速Qを算出することができる。
<Heat flow velocity sensor>
In the present embodiment, the
熱流速センサ231は、電池ケース111の底部(電池ケース111の鉛直方向下方の部分)において、互いに向かい合う短辺方向の側面のうちの一方の側面に設けられている。すなわち、熱流速センサ231は、電極体115の露出領域Rsに対応する部分に設けられている。
The heat
熱流速センサ233は、電池ケース111の底部において、互いに向かい合う短辺方向の側面のうちの他方の側面(熱流速センサ231が設けられた側面と向かい合う側面)に設けられている。すなわち、熱流速センサ233も、電極体115の露出領域Rsに対応する部分に設けられている。熱流速センサ231,233は、本開示に係る「第1の流速センサ」に相当する。
The heat
熱流速センサ232は、電池ケース111の底部において、電池ケース111の長辺方向に延在する側面の中央領域に設けられている。すなわち、熱流速センサ232は、電極体115の中央領域Rcに対応する部分に設けられている。熱流速センサ232は、本開示に係る「第2の流速センサ」に相当する。
The heat
以下、このように熱流速センサ231〜233を設置する理由について説明する。なお、熱流速センサ231〜233のセットは、バッテリ10に含まれるすべてのセル110に対して設けられてもよいし、監視単位となる複数個(たとえば数個〜数十個)のセル110毎に設けられてもよい。
Hereinafter, the reason for installing the heat
図3は、ハイレート劣化の前後における熱流速の変化を説明するための図である。図3(A)は、ハイレート劣化前におけるセル110の状態を示し、図3(B)は、ハイレート劣化後におけるセル110の状態を示す。
FIG. 3 is a diagram for explaining the change in the heat flow velocity before and after the high rate deterioration. FIG. 3A shows the state of the
図3(A)を参照して、熱流速センサ231,233は、電池ケース111の短辺方向の側面に設けられている。電池ケース111の短辺方向の側面には、図2にて説明したように、電極体115のうちの露出領域Rsが位置している。そのため、熱流速センサ231,233は、露出領域Rsにおける電解液の移動に伴う熱流速を検出する。
With reference to FIG. 3A, the heat
一方、熱流速センサ232は、電池ケース111の長辺方向に延在する側面の中央の領域に設けられている。そのため、熱流速センサ232は、電極体115のうちの中央領域Rcにおける電解液の移動に伴う熱流速を検出する。
On the other hand, the heat
ハイレート劣化が生じていない場合、電解液は、主に電極体115内に保持された状態であり、電池ケース111の底部には、余剰電解液(電極体115が保持できる量以上の電解液)はあまり存在していない。この場合、電極体115の中央領域Rcにおける熱流速Q2と、露出領域Rsにおける熱流速Q1,Q2とは、ほぼ等しい(Q1≒Q2≒Q3)。
When high-rate deterioration does not occur, the electrolytic solution is mainly held in the
これに対し、ハイレート劣化が生じると、図3(B)に示すように、電極体115の内部と外部とを連通する露出領域Rsから電解液が電極体115の外部へと流出し、電池ケース111の底部に滞留する。そうすると、電解液が滞留した領域(露出領域Rsの近傍の領域)の熱容量が、電解液の流出が起こっていない中央領域Rcの熱容量よりも大きくなる。つまり、露出領域Rsの温度は、中央領域Rcの温度よりも上昇しにくくなる。したがって、露出領域Rsにおける熱流速Q1,Q3(の大きさ)は、中央領域Rcにおける熱流速Q2(の大きさ)よりも小さくなる。よって、熱流速センサ232による検出値(Q2)と熱流速センサ231,233による検出値(Q1,Q3)との差である熱流速差ΔQを算出し、熱流速差ΔQが所定の基準値ΔQref以上である場合には、電解液の流出および滞留が起こっているとして、ハイレート劣化が生じた状態であると判定することができる。
On the other hand, when high-rate deterioration occurs, as shown in FIG. 3B, the electrolytic solution flows out from the exposed region Rs that communicates the inside and the outside of the
熱流速センサ231〜233は、熱電対等の温度センサとは異なり、セル110の内部に収容された電極体115での熱流速を検出するため、外部環境(冷却装置30からの冷却風によるセル110の表面温度と内部温度との温度差など)の影響を受けにくい。したがって、本実施の形態によれば、ハイレート劣化を高精度に判定することが可能である。
Unlike temperature sensors such as thermocouples, the heat
図4は、本実施の形態におけるバッテリ10(あるいはセル110)の劣化状態の判定結果の一例を説明するための図である。図4において、横軸は、経過時間を示し、縦軸は、初期状態を基準としたバッテリ10の内部抵抗の増加率(抵抗増加率)を示す。
FIG. 4 is a diagram for explaining an example of a determination result of a deteriorated state of the battery 10 (or cell 110) in the present embodiment. In FIG. 4, the horizontal axis represents the elapsed time, and the vertical axis represents the rate of increase in the internal resistance (resistance increase rate) of the
図4に示すように、バッテリ10の内部抵抗は、摩耗抵抗と、ハイレート劣化により増加した抵抗とに大別される。摩耗抵抗とは、バッテリ10を構成する材料(たとえば活物質、集電体など)が時間の経過とともに摩耗する(摩耗劣化する)ことによって増加する抵抗成分である。ハイレート劣化による抵抗とは、上述のように、電極体115内部の塩濃度分布の偏りに起因する抵抗成分である。本実施の形態によれば、熱流速センサを用いてハイレート劣化を高精度に判定可能であるため、ハイレート劣化による抵抗とは別に摩耗抵抗を求めることにより、バッテリ10の内部抵抗を高精度に求めることが可能である(たとえば特開2013−247054号公報参照)。
As shown in FIG. 4, the internal resistance of the
<ハイレート劣化の判定フロー>
図5は、本実施の形態におけるハイレート劣化の判定制御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は、所定の条件が成立した場合にメインルーチン(図示せず)から呼び出されて実行される。各ステップ(以下、Sと略す)は、基本的にはECU100によるソフトウェア処理によって実現されるが、ECU100内に作製された電子回路によるハードウェア処理によって実現されてもよい。
<High rate deterioration judgment flow>
FIG. 5 is a flowchart for explaining the determination control of high rate deterioration in the present embodiment. This flowchart is called and executed from the main routine (not shown) when a predetermined condition is satisfied. Each step (hereinafter abbreviated as S) is basically realized by software processing by the
図1、図2および図5を参照して、S10において、ECU100は、熱流速センサ231〜233から熱流速Q1〜Q3をそれぞれ取得する。
With reference to FIGS. 1, 2 and 5, in S10, the
S20において、ECU100は、バッテリ10における熱流速差ΔQを算出する。熱流速差ΔQは、熱流速Q2と熱流速Q1との差(Q2−Q1)であってもよいし、熱流速Q2と熱流速Q3との差(Q2−Q3)であってもよい。あるいは、熱流速差ΔQは、熱流速Q2,Q3の平均値と熱流速Q1との差((Q2+Q3)/2)−Q1)であってもよい。
In S20, the
S30において、ECU100は、S20にて算出した熱流速差ΔQを所定の基準値ΔQrefと比較する。基準値ΔQrefは、電解液の余剰量および電池ケース111の大きさなどに応じて実験的に定めることができ、たとえば熱流速Q2の大きさの10%程度の値に設定することができる。
In S30, the
熱流速差ΔQが基準値ΔQref以上である場合(S30においてYES)、ECU100は、バッテリ10のハイレート劣化が進行していると判定する(S40)。そして、ECU100は、バッテリ10のハイレート劣化を緩和するための「ハイレート劣化緩和制御」を実行する(S50)。ハイレート劣化緩和制御とは、たとえば以下の第1〜第4の制御のうちのいずれかの制御である。ただし、ハイレート劣化緩和制御は、第1〜第4の制御のうちの複数の制御を適宜組合せた制御であってもよい。
When the heat flow velocity difference ΔQ is equal to or greater than the reference value ΔQref (YES in S30), the
第1の制御とは、バッテリ10のSOC(State Of Charge)の上限値および下限値の両方を引き上げる制御である。第2の制御とは、バッテリ10のSOCの制御中心値を上昇させる制御である。第3の制御とは、たとえば冷却装置30を停止させたり冷却装置30の風量を抑制したりすることによってバッテリ10の温度を上昇させる制御である。第4の制御とは、通常時(ハイレート劣化緩和制御の非実行時)と比べて、バッテリ10の充電電力の制御上限値(Win)および放電電力の制御上限値(Wout)を低く設定する制御である。
The first control is a control that raises both the upper limit value and the lower limit value of the SOC (State Of Charge) of the
これに対し、S30にて熱流速差ΔQが基準値ΔQref未満である場合(S30においてNO)には、ECU100は、バッテリ10のハイレート劣化は進行していないと判定する(S60)。この場合には、ECU100は、ハイレート劣化緩和制御は実行しない(S70)。S50,S60の制御が終了すると、処理はメインルーチンへと戻される。
On the other hand, when the heat flow velocity difference ΔQ is less than the reference value ΔQref in S30 (NO in S30), the
以上のように、本実施の形態によれば、電極体115の露出領域Rsに対応する部分に熱流速センサ231,233が設けられるとともに、電極体115の中央領域Rcに対応する部分に熱流速センサ232が設けられる。ハイレート劣化が進行した場合、熱流速センサ232の検出値はあまり変化しないのに対し、電解液の流出および滞留に起因して、熱流速センサ231,233の検出値は変化する(小さくなる)。したがって、熱流速センサ232の検出値と熱流速センサ231,233の検出値とを比較することによって、ハイレート劣化が進行しているか否かを判定することができる。熱流速センサ231〜233を使用することにより、冷却装置30からの冷却風によるセル110の表面温度と内部温度との温度差などの外部環境の影響を低減することができるので、ハイレート劣化の判定精度を向上させることができる。
As described above, according to the present embodiment, the heat
なお、本実施の形態では、温度センサ(図示せず)に代えて熱流速センサ231,232が設けられる構成を例に説明したが、温度センサと熱流速センサ231,232とを併用してもよい。
In the present embodiment, the configuration in which the heat
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。本開示の範囲は、上記した実施の形態の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 embodiments disclosed this time should be considered as exemplary in all respects and not restrictive. The scope of the present disclosure is shown by the claims rather than the description of the embodiments described above, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the claims.
1 車両、2 二次電池システム、10 バッテリ、20 監視ユニット、21 電圧センサ、22 電流センサ、231〜233 熱流速センサ、30 冷却装置、40 PCU、51,52 モータジェネレータ、60 エンジン、70 動力分割装置、80 駆動軸、90 駆動輪、100 ECU、100A CPU、100B メモリ、110 セル、111 電池ケース、112 蓋体、113 正極端子、114 負極端子、115 電極体、116 正極、117 負極、118 セパレータ。 1 vehicle, 2 secondary battery system, 10 battery, 20 monitoring unit, 21 voltage sensor, 22 current sensor, 231 to 233 heat flow sensor, 30 cooling device, 40 PCU, 51, 52 motor generator, 60 engine, 70 power split Device, 80 drive shaft, 90 drive wheel, 100 ECU, 100A CPU, 100B memory, 110 cell, 111 battery case, 112 lid, 113 positive electrode terminal, 114 negative electrode terminal, 115 electrode body, 116 positive electrode, 117 negative electrode, 118 separator ..
Claims (1)
前記筐体のうち、前記電極体のうちの集電体がセパレータから露出して前記電極体の内部と外部とが連通する連通領域に対応する部分に設けられ、前記連通領域における熱流速を検出する第1の熱流速センサと、
前記筐体のうち、前記電極体のうちの前記セパレータにより覆われて前記電極体の内部と外部とが連通していない非連通領域に対応する部分に設けられ、前記非連通領域における熱流速を検出する第2の熱流速センサと、
前記第1の熱流速センサの検出値と前記第2の熱流速センサの検出値との差が基準値以上である場合に、前記電極体の内部において前記リチウムイオンの濃度分布が偏ることにより生じる劣化であるハイレート劣化が生じていると判定する判定装置とを備える、二次電池システム。 A secondary battery having a housing for accommodating an electrode body impregnated with an electrolytic solution containing lithium ions,
In the housing, the current collector of the electrode body is exposed from the separator and is provided in a portion corresponding to the communication region where the inside and the outside of the electrode body communicate with each other, and the heat flow velocity in the communication region is detected. The first heat flow velocity sensor to be
The housing is provided in a portion of the housing that is covered with the separator and corresponds to a non-communication region in which the inside and the outside of the electrode body are not communicated with each other, and the heat flow velocity in the non-communication region is measured. A second heat flow velocity sensor to detect,
When the difference between the detection value of the first heat flow velocity sensor and the detection value of the second heat flow velocity sensor is equal to or larger than the reference value, the concentration distribution of the lithium ions is biased inside the electrode body. A secondary battery system including a determination device for determining that high-rate deterioration, which is deterioration, has occurred.
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