JP7171491B2 - Measuring device and measuring method for internal short-circuit state quantity - Google Patents
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Description
本発明は、内部短絡状態量の計測装置及び計測方法に関する。 The present invention relates to an internal short-circuit state quantity measuring device and measuring method.
従来、電池を加圧する加圧平板と、加圧平板から所定長さだけ突出して電池に突き刺さる突出部とを備える内部短絡試験装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, there has been known an internal short-circuit testing device that includes a pressurizing plate that pressurizes a battery and a projecting portion that protrudes from the pressurizing plate by a predetermined length and pierces the battery (see, for example, Patent Document 1).
ところで、上記従来技術に係る内部短絡試験装置は、電池の内部短絡の発生有無を判定するために、電池に突出部を突き刺しながら電池の電圧降下を検出する。しかしながら、電圧降下を検出するだけでは、内部短絡時の短絡特性及び短絡挙動を詳細に解析することは困難である。 By the way, the internal short-circuit testing apparatus according to the conventional technology detects the voltage drop of the battery while piercing the battery with the projecting portion in order to determine whether or not an internal short-circuit has occurred in the battery. However, it is difficult to analyze the short-circuit characteristics and short-circuit behavior in detail only by detecting the voltage drop.
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、電池の内部短絡時の状態量を精度良く再現し、内部短絡による発熱現象を精度良く計測することが可能な内部短絡状態量の計測装置及び計測方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances. The purpose is to provide a method.
上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明は以下の態様を採用した。
(1)本発明の一態様に係る内部短絡状態量の計測装置(例えば、実施形態での内部短絡状態量の計測装置10)は、電池(例えば、実施形態での電池20)を形成する複数のセル(例えば、実施形態でのセル21)を分割することによって得られたようにモデル化された複数のセル(例えば、実施形態でのセル21)から成る複数の分割体(例えば、実施形態での分割体11)と、前記複数の分割体を電気的に接続する閉回路(例えば、実施形態での閉回路12)と、前記複数の分割体の各々に設けられる熱量センサ(例えば、実施形態での熱量センサ15)と、前記閉回路において隣り合う適宜の2つの前記分割体の間に設けられる電流センサ(例えば、実施形態での電流センサ13)と、前記複数の分割体のいずれか1つを短絡させる短絡部材(例えば、実施形態での短絡部材17)とを備える。
In order to solve the above problems and achieve the object, the present invention employs the following aspects.
(1) An internal short-circuit state quantity measuring device according to one aspect of the present invention (for example, the internal short-circuit state
(2)本発明の一態様に係る内部短絡状態量の計測装置(例えば、実施形態での内部短絡状態量の計測装置10)は、電池モジュールを形成する複数の組電池を分割することによって得られたようにモデル化された複数の組電池から成る複数の分割体(例えば、実施形態での分割体11)と、前記複数の組電池を電気的に接続する閉回路(例えば、実施形態での閉回路12)と、前記分割体の各々に設けられる熱量センサ(例えば、実施形態での熱量センサ15)と、前記閉回路において隣り合う適宜の2つの前記分割体の間に設けられる電流センサ(例えば、実施形態での電流センサ13)と、前記複数の分割体のいずれか1つを短絡させる短絡部材(例えば、実施形態での短絡部材17)とを備える。
(2) An internal short-circuit state quantity measuring device according to an aspect of the present invention (for example, the internal short-circuit state
(3)上記(1)又は(2)に記載の内部短絡状態量の計測装置は、前記複数の分割体の各々に設けられる電圧センサ(例えば、実施形態での電圧センサ14)を備えてもよい。
(3) The internal short-circuit state quantity measuring device according to (1) or (2) above may include a voltage sensor (for example, the
(4)上記(1)から(3)のいずれか1つに記載の内部短絡状態量の計測装置は、前記複数の分割体の各々の表面に設けられる温度センサ(例えば、実施形態での温度センサ18)と、前記温度センサによって検出された温度に基づいて熱流を計測する熱流計測部(例えば、実施形態での処理装置19)とを備えてもよい。
(4) The internal short-circuit state quantity measuring device according to any one of (1) to (3) above includes a temperature sensor (for example, a temperature sensor in the embodiment) provided on each surface of the plurality of divided bodies. sensor 18) and a heat flow measuring unit (for example, the
(5)上記(1)から(4)のいずれか1つに記載の内部短絡状態量の計測装置では、前記複数の分割体は、短絡位置に対応する容量比を有してもよい。 (5) In the internal short-circuit state quantity measuring device according to any one of (1) to (4) above, the plurality of divided bodies may have a capacity ratio corresponding to a short-circuit position.
(6)上記(1)から(5)のいずれか1つに記載の内部短絡状態量の計測装置では、前記電流センサは、非接触型電流センサであってもよい。 (6) In the internal short-circuit state quantity measuring device according to any one of (1) to (5) above, the current sensor may be a non-contact current sensor.
(7)上記(1)から(6)のいずれか1つに記載の内部短絡状態量の計測装置では、前記短絡部材は、前記複数の分割体のいずれか1つを貫通することによって短絡させてもよい。 (7) In the internal short-circuit state quantity measuring device according to any one of (1) to (6) above, the short-circuit member causes a short-circuit by penetrating any one of the plurality of divided bodies. may
(8)上記(7)に記載の内部短絡状態量の計測装置では、前記短絡部材は、前記複数の分割体のいずれか1つを貫通するように差し込まれる棒状部材(例えば、実施形態での短絡部材17)であってもよい。 (8) In the internal short-circuit state quantity measuring device described in (7) above, the short-circuiting member is a rod-shaped member inserted so as to penetrate any one of the plurality of divided bodies (for example, It may be a short circuit member 17).
(9)上記(1)から(8)のいずれか1つに記載の内部短絡状態量の計測装置では、前記複数の分割体の各々を断熱状態に維持する断熱部材(例えば、実施形態での断熱部材16)を備えてもよい。 (9) In the internal short-circuit state quantity measuring device according to any one of (1) to (8) above, a heat insulating member (for example, the A heat insulating member 16) may be provided.
(10)本発明の一態様に係る内部短絡状態量の計測方法は、上記(1)から(9)のいずれか1つに記載の内部短絡状態量の計測装置における前記複数の分割体のうち前記短絡部材によって短絡された短絡分割体(例えば、実施形態での短絡分割体23)に局所的に流れる内部短絡電流(例えば、実施形態での内部短絡電流Is)を取得するステップ(例えば、実施形態でのステップS02)と、前記複数の分割体のうち前記短絡分割体以外から前記短絡分割体に流れる電流(例えば、実施形態での第1電流I1及び第2電流I2)を前記電流センサによって検出するステップ(例えば、実施形態でのステップS05)と、前記内部短絡電流と、前記電流センサによって検出された電流とを加算することによって、前記短絡分割体に流れる総電流(例えば、実施形態での短絡電流I)を算出するステップ(例えば、実施形態でのステップS05)と、前記総電流によるジュール熱(例えば、実施形態でのジュール熱(∫Wj・dt))を算出するステップ(例えば、実施形態でのステップS06)と、前記熱量センサによって検出された前記短絡分割体の熱量(例えば、実施形態での発熱量(∫Wc・dt))から前記ジュール熱を減じることによって、反応熱(例えば、実施形態での化学反応熱(∫Wchem・dt))を算出するステップ(例えば、実施形態でのステップS06)とを含む。
(10) A method for measuring an internal short-circuit state quantity according to an aspect of the present invention includes: A step of obtaining an internal short-circuit current (e.g., internal short-circuit current Is in the embodiment) locally flowing in the short-circuited division body (e.g., the short-
(11)本発明の一態様に係る内部短絡状態量の計測方法は、上記(3)に記載の内部短絡状態量の計測装置における前記複数の分割体のうち前記短絡部材によって短絡された短絡分割体(例えば、実施形態での短絡分割体23)の電圧降下を前記電圧センサによって検出するステップ(例えば、実施形態でのステップS01)と、前記短絡分割体と前記短絡分割体に接続された外部抵抗(例えば、実施形態での外部抵抗32)とを備える閉回路(例えば、実施形態での閉回路12)において検出された前記外部抵抗の電圧降下の時間経過に応じた変化と前記外部抵抗の抵抗値(例えば、実施形態での抵抗値R)との対応関係のマップと、前記電圧センサによって検出された前記電圧降下の時間経過に応じた変化のデータとにより、前記短絡分割体の内部短絡抵抗値を取得するステップ(例えば、実施形態でのステップS01)と、前記短絡分割体の起電力E、内部抵抗値Ri及び内部短絡抵抗値Rsによる下記数式(1)に基づいて、前記短絡分割体に局所的に流れる内部短絡電流Isを算出するステップ(例えば、実施形態でのステップS02)とを含む。
(11) A method for measuring an internal short-circuit state quantity according to an aspect of the present invention is a short-circuit division short-circuited by the short-circuit member among the plurality of divided bodies in the internal short-circuit state quantity measuring device according to (3) above. a step (for example, step S01 in the embodiment) of detecting a voltage drop across a body (for example, the short-
上記(1)によれば、複数の分割体は電池を形成する複数のセルを分割することによって得られたようにモデル化されている。これにより、仮想的な電池の所望の位置における所望のセル数分のみを独立的に的確に短絡させることができる。例えば複数のセルが積層配置されて形成された電池の場合、面内方向及び積層方向の各位置における所望のセル層数分のみを短絡させることができる。さらに、短絡させるセルの容量、厚み、表面積、体積及び密度等を任意に設定することができるとともに、再現性のよい短絡試験を実施することができる。
さらに、隣り合う分割体間に配置される電流センサを備えることによって、短絡した分割体に対して他の分割体から流れる電流を検出することができる。さらに、各分割体に設けられる熱量センサを備えることによって、短絡した分割体に発生する総熱量を検出することができる。
これらにより、電池の内部短絡時の状態量を精度良く再現し、内部短絡による発熱現象を精度良く計測することができる。
According to (1) above, the plurality of division bodies are modeled as obtained by dividing a plurality of cells forming a battery. As a result, only the desired number of cells at the desired position of the virtual battery can be short-circuited independently and accurately. For example, in the case of a battery formed by stacking a plurality of cells, it is possible to short-circuit only the desired number of cell layers at each position in the in-plane direction and the stacking direction. Furthermore, the capacity, thickness, surface area, volume, density, etc. of the short-circuited cell can be arbitrarily set, and a short-circuit test with good reproducibility can be performed.
Furthermore, by providing a current sensor arranged between adjacent split bodies, it is possible to detect the current flowing from the other split body to the short-circuited split body. Furthermore, by providing a calorific value sensor provided in each divided body, it is possible to detect the total amount of heat generated in the short-circuited divided body.
As a result, the state quantity of the battery at the time of internal short circuit can be accurately reproduced, and the heat generation phenomenon caused by the internal short circuit can be accurately measured.
上記(2)によれば、複数の分割体は電池モジュールを形成する複数の組電池を分割することによって得られたようにモデル化されている。これにより、仮想的な電池モジュールの所望の位置における所望の組電池数分のみを独立的に的確に短絡させることができる。さらに、短絡させる組電池の容量、厚み、表面積、体積及び密度等を任意に設定することができるとともに、再現性のよい短絡試験を実施することができる。
さらに、隣り合う分割体間に配置される電流センサを備えることによって、短絡した分割体に対して他の分割体から流れる電流を検出することができる。さらに、各分割体に設けられる熱量センサを備えることによって、短絡した分割体に発生する総熱量を検出することができる。
これらにより、電池モジュールの内部短絡時の状態量を精度良く再現し、内部短絡による発熱現象を精度良く計測することができる。
According to (2) above, the plurality of divided bodies are modeled as obtained by dividing a plurality of assembled batteries forming a battery module. As a result, only the desired number of assembled batteries at desired positions of the virtual battery module can be short-circuited independently and accurately. Furthermore, the capacity, thickness, surface area, volume, density, etc. of the assembled battery to be short-circuited can be arbitrarily set, and a short-circuit test with good reproducibility can be performed.
Furthermore, by providing a current sensor arranged between adjacent split bodies, it is possible to detect the current flowing from the other split body to the short-circuited split body. Furthermore, by providing a calorific value sensor provided in each divided body, it is possible to detect the total amount of heat generated in the short-circuited divided body.
As a result, it is possible to accurately reproduce the state quantity of the battery module at the time of the internal short circuit, and accurately measure the heat generation phenomenon caused by the internal short circuit.
さらに、上記(3)の場合、各分割体に設けられる電圧センサを備えることによって、短絡した分割体の電圧降下を検出することができる。 Furthermore, in the case of (3) above, the voltage drop in the short-circuited divided body can be detected by providing a voltage sensor provided for each divided body.
さらに、上記(4)の場合、隣り合う分割体の境界面を流れる熱流を計測することができ、内部短絡時の温度分布を精度良く推定することができる。 Furthermore, in the case of (4) above, it is possible to measure the heat flow flowing on the boundary surface of the adjacent divided bodies, and to accurately estimate the temperature distribution at the time of the internal short circuit.
さらに、上記(5)の場合、複数の分割体(例えば、3分割された分割体など)の容量比に応じて任意の短絡位置を容易にモデル化することができる。 Furthermore, in the case of (5) above, an arbitrary short-circuit position can be easily modeled according to the capacity ratio of a plurality of divided bodies (for example, a divided body divided into three).
さらに、上記(6)の場合、非接触型電流センサ、例えば磁場変換型の電流センサなどを備えることによって、抵抗を挿入する必要無しに電流を精度良く計測することができる。 Furthermore, in the case of (6) above, by providing a non-contact type current sensor, for example, a magnetic field conversion type current sensor, the current can be accurately measured without inserting a resistor.
さらに、上記(7)の場合、短絡部材を貫通させることによって所望の分割体を的確に再現性良く短絡させることができる。 Furthermore, in the case of (7) above, the desired divided body can be accurately short-circuited with good reproducibility by penetrating the short-circuit member.
さらに、上記(8)の場合、棒状部材によって、所望の分割体を的確に貫通させ、再現性良く短絡させることができる。 Furthermore, in the case of (8) above, the rod-shaped member can accurately penetrate the desired divided body and short-circuit with good reproducibility.
さらに、上記(9)の場合、各分割体に設けられる断熱部材を備えることによって、短絡した分割体に発生する総熱量の検出精度を向上させることができる。 Furthermore, in the case of (9) above, by providing a heat insulating member provided in each split body, it is possible to improve the detection accuracy of the total amount of heat generated in the short-circuited split body.
上記(10)によれば、短絡分割体に流れる総電流によってジュール熱を算出するとともに、熱量センサによって検出された短絡分割体の熱量からジュール熱を減じることによって、反応熱を算出する。これにより、内部短絡時の総熱量において、ジュール熱と、例えば内部の燃焼及び分解に伴う発熱などの反応熱とを区別して把握することができ、内部短絡時の短絡特性及び短絡挙動を詳細に解析することができる。 According to (10) above, the Joule heat is calculated from the total current flowing through the short-circuit divided body, and the reaction heat is calculated by subtracting the Joule heat from the heat amount of the short-circuit divided body detected by the calorific value sensor. As a result, in the total heat amount at the time of internal short circuit, it is possible to distinguish between Joule heat and reaction heat such as heat generated by internal combustion and decomposition, and to understand the short circuit characteristics and short circuit behavior at the time of internal short circuit in detail. can be analyzed.
上記(11)によれば、内部短絡及び外部短絡において等価回路が同一であることに基づいて、予め記憶又は測定により取得された外部抵抗の電圧降下と抵抗値との対応関係のマップを参照して、内部短絡時に検出された電圧降下に対応する内部短絡抵抗値を取得する。これにより、内部短絡時の適正な内部抵抗値及び内部短絡抵抗値を直接的に検出することができない場合であっても、内部短絡時の発熱又は発生ガスによる破損等に応じた不規則な内部状態の変化を包含する電圧挙動に基づいて、適正な内部短絡抵抗値を間接的に取得することができる。
また、内部短絡抵抗値に基づいて算出される内部短絡電流を用いて、ジュール熱の算出精度を向上させることができる。
According to (11) above, based on the fact that the equivalent circuit is the same for the internal short circuit and the external short circuit, a map of the correspondence relationship between the voltage drop of the external resistance and the resistance value obtained in advance by storage or measurement is referred to. to obtain the internal short circuit resistance value corresponding to the voltage drop detected at the time of internal short circuit. As a result, even if it is not possible to directly detect the appropriate internal resistance value and internal short-circuit resistance value at the time of an internal short circuit, irregular internal An appropriate internal short circuit resistance value can be indirectly obtained based on the voltage behavior including the change of state.
Moreover, the accuracy of Joule heat calculation can be improved by using the internal short-circuit current calculated based on the internal short-circuit resistance value.
以下、本発明の内部短絡状態量の計測装置及び計測方向の一実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
図1は、実施形態に係る内部短絡状態量の計測装置の構成を模式的に示す図である。図2は、実施形態に係る内部短絡状態量の計測装置における複数の分割体によって仮想的に構成される電池を模式的に示す断面図である。
図1に示すように、内部短絡状態量の計測装置10は、複数の分割体11と、閉回路12と、複数の電流センサ13と、複数の電圧センサ14と、複数の熱量センサ15と、複数の断熱部材16と、短絡部材17と、複数の温度センサ18と、処理装置19とを備える。
An embodiment of an internal short-circuit state quantity measuring apparatus and measuring direction of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a diagram schematically showing the configuration of an internal short-circuit state quantity measuring device according to an embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a battery virtually configured by a plurality of divided bodies in the internal short-circuit state quantity measuring device according to the embodiment.
As shown in FIG. 1, an internal short-circuit state
複数の分割体11は、例えば図2に示す仮想的な電池20を構成する複数のセル21を備える。複数の分割体11は、電池20において積層配置された複数のセル21を積層方向Sに分割することによって得られたようにモデル化されている。
複数の分割体11は、例えば3つの分割体11である。3つの分割体11は、仮想的な電池20において積層方向Sに順次に配置される第1分割体22と、第2分割体23と、第3分割体24とである。3つの分割体11のうち、例えば、第2分割体23は短絡部材17によって短絡される短絡分割体である。
複数の分割体11の各々の初期容量は既知であり、短絡される分割体11の初期容量と他の分割体11の初期容量との比に基づいて、仮想的な電池20の厚さ方向における短絡位置が設定されている。
The plurality of divided
The plurality of
The initial capacity of each of the plurality of
複数のセル21の各々は、例えばラミネートセルなどである。各セル21は、例えば、セパレータ及び電解液から成る電解質層と、電解質層を厚さ方向の両側から挟み込む正極板及び負極板と、電解質層、正極板及び負極板から成る積層体を内部に収容するラミネートフィルムから成るケースとを備える。
各分割体11は、1つのセル21又は厚さ方向に積層されるとともに電気的に並列に接続された複数のセル21を備える。
閉回路12は、第1分割体22と、第2分割体(短絡分割体)23と、第3分割体24とを、仮想的な電池20において想定されている電気的接続(直列接続又は並列接続など)と同一の電気的接続によって接続する。閉回路12は、各分割体11よりも導電性が高い材料(例えば、Al、Cu、Agなどの金属)によって各分割体11を接続する。
Each of the plurality of
Each divided
The
複数の電流センサ13は、閉回路12において隣り合う適宜の2つの分割体11の間に設けられている。各電流センサ13は、例えば、非接触型電流センサである。例えば、ホール素子等の磁場-電流変換素子を用いた非接触型電流センサによれば、回路中に抵抗を挿入する必要がなく、短絡電流が大電流の場合であっても、精度良く電流を計測することができる。例えば、複数の電流センサ13は、第1電流センサ13a及び第2電流センサ13bである。
第1電流センサ13aは、第1分割体22と短絡分割体23との間に配置されている。第1電流センサ13aは、短絡分割体23の短絡時に第1分割体22から短絡分割体23に流れる電流(第1電流)I1を検出する。
第2電流センサ13bは、第3分割体24と短絡分割体23との間に配置されている。第2電流センサ13bは、短絡分割体23の短絡時に第3分割体24から短絡分割体23に流れる電流(第2電流)I2を検出する。
A plurality of
The first
The second
複数の電圧センサ14は、複数の分割体11に設けられている。例えば、複数の電圧センサ14は、第1電圧センサ14a、第2電圧センサ14b及び第3電圧センサ14cである。
第1電圧センサ14aは、第1分割体22に接続されている。第1電圧センサ14aは、第1分割体22の端子電圧V1を検出する。
第2電圧センサ14bは、短絡分割体23に接続されている。第2電圧センサ14bは、短絡分割体23の端子電圧V2を検出する。
第3電圧センサ14cは、第3分割体24に接続されている。第3電圧センサ14cは、第3分割体24の端子電圧V3を検出する。
A plurality of
The
The
The
複数の熱量センサ15の各々は、例えばサーモパイル又はペルチェ素子等を備える熱流センサである。複数の熱量センサ15は、複数の分割体11に設けられている。例えば、複数の熱量センサ15は、第1熱量センサ15a、第2電熱量センサ15b及び第3熱量センサ15cである。
第1熱量センサ15aは、例えばサーモパイルを備える相対的に低温用の熱量計であって、第1分割体22の表面に配置されている。第2熱量センサ15bは、例えばペルチェ素子を備える相対的に高温用の熱量計であって、短絡分割体23の表面に配置されている。第3熱量センサ15cは、例えばサーモパイルを備える相対的に低温用の熱量計であって、第3分割体24の表面に配置されている。
Each of the plurality of
The first
複数の断熱部材16は、複数の分割体11の各々を取り囲むように配置され、各分割体11を独立的に断熱状態に維持する。例えば、複数の断熱部材16は、各分割体11の熱量計設置面を除く分割体表面と、隣り合う適宜の2つの分割体11の間とに配置されている。
短絡部材17は、例えば、短絡分割体23を厚さ方向に貫通することによって短絡分割体23を内部短絡させる釘状部材である。短絡部材17は、例えば熱電対等の温度センサ17aを備える。
A plurality of
The short-
複数の温度センサ18の各々は、例えば、熱電対、サーミスタ又は測温抵抗体等の接触型温度センサである。複数の温度センサ18は、複数の分割体11の各々に配置されている。複数の温度センサ18は、例えば、各分割体11において熱量センサ15が配置される側の表面と断熱部材16が配置される側の表面とに配置されている。各分割体11において複数の温度センサ18が配置される表面は、例えば図2に示す各分割体11の仮想的な分割面を含む。仮想的な分割面は、例えば図2に示す第1分割体22と第2分割体23との境界面及び第2分割体23と第3分割体24との境界面である。
Each of the plurality of
処理装置19は、CPU(Central Processing Unit)等のプロセッサによって所定のプログラムが実行されることにより機能する。処理装置19は、CPU(Central Processing Unit)等のプロセッサ、プログラムを格納するROM(Read Only Memory)、データを一時的に記憶するRAM(Random Access Memory)及びタイマー等の電子回路を備える。なお、処理装置19の少なくとも一部は、LSI(Large Scale Integration)等の集積回路であってもよい。
処理装置19は、各電流センサ13、各電圧センサ14、各熱量センサ15及び温度センサ17aから出力される検出値の信号に基づいて、後述する内部短絡状態量の計測方法の処理を実行する。また、処理装置19は、適宜の駆動機構を制御することによって短絡部材17を駆動制御してもよい。
The
The
本実施形態による内部短絡状態量の計測装置10は上記構成を備えており、次に、内部短絡状態量の計測装置の動作、つまり内部短絡状態量の計測方法について説明する。
The internal short-circuit state
<内部短絡抵抗値Rsの取得>
以下に、短絡部材17によって短絡された短絡分割体23の内部短絡抵抗値Rs(内部短絡抵抗31の抵抗値Rs)を取得する方法について説明する。
図3は、実施形態に係る内部短絡状態量の計測方法における短絡分割体23の内部短絡及び外部短絡において同一となる等価回路を示す図である。図4は、実施形態に係る内部短絡状態量の計測装置10によって取得された短絡分割体23の外部抵抗32における電圧降下の時間変化と外部抵抗32の抵抗値Rとの対応関係の例を示すグラフ図である。図5は、実施形態に係る内部短絡状態量の計測装置10によって取得された短絡分割体23の外部抵抗32における電圧降下速度と外部抵抗32の抵抗値Rとの対応関係の例を示すグラフ図である。
<Acquisition of internal short-circuit resistance value Rs>
A method of obtaining the internal short-circuit resistance value Rs of the short-circuited divided
FIG. 3 is a diagram showing an equivalent circuit that is the same in the internal short circuit and the external short circuit of the short-circuit divided
短絡部材17によって内部短絡された短絡分割体23の内部短絡抵抗値Rsは、例えば短絡部位の温度、面積及び接触抵抗などに応じて変化する。処理装置19は、短絡部材17によって内部短絡された短絡分割体23の内部短絡抵抗値Rsを、第2電圧センサ14bによって検出された短絡分割体23の端子電圧V2に基づいて取得する。処理装置19は、短絡分割体23の端子電圧V2による電圧降下の時間変化のデータに基づき、予め記憶している短絡抵抗値と電圧降下のマップを参照して、内部短絡抵抗値Rsを取得する。予め記憶している短絡抵抗値と電圧降下のマップは、短絡分割体23に接続された外部抵抗32の抵抗値Rと、外部抵抗32における電圧降下の経過時間に応じた変化との対応関係のマップである。
The internal short-circuit resistance value Rs of the short-circuit divided
処理装置19は、短絡分割体23の内部短絡及び外部短絡において等価回路が同一であるとみなして、短絡分割体23における短絡抵抗値と電圧降下のマップを取得する。
図3に示すように、処理装置19は、短絡部材17によって内部短絡された短絡分割体23の等価回路を、短絡分割体23の起電力Eと、内部短絡抵抗31と、内部抵抗33とによって構成する。処理装置19は、外部抵抗32によって外部短絡された短絡分割体23の等価回路を、短絡分割体23の起電力Eと、外部抵抗32と、内部抵抗33とによって構成する。つまり、処理装置19は、内部短絡抵抗31の抵抗値(内部短絡抵抗値)Rsと外部抵抗32の抵抗値Rとを同一であるとみなす。
The
As shown in FIG. 3, the
処理装置19は、マップ取得のための計測時に外部抵抗32の抵抗値Rが適宜に変更される場合毎に、第2電圧センサ14bによって検出される端子電圧V2に基づき、外部抵抗32の電圧降下を計測する。図4に示すように、例えば外部抵抗32の抵抗値Rが第1抵抗値R1から第3抵抗値R2に向かって増大することに伴い、外部抵抗32の電圧降下速度は低下傾向に変化する。図5に示すように、処理装置19は、短絡分割体23における短絡抵抗値(外部抵抗32の抵抗値R)と電圧降下速度の対応関係のマップを取得して、ROMなどに記憶する。
The
処理装置19は、短絡部材17により内部短絡された短絡分割体23の電圧降下の計測時に第2電圧センサ14bによって検出される端子電圧V2に基づき、内部短絡抵抗31の電圧降下を計測する。処理装置19は、内部短絡抵抗31の電圧降下のデータに基づいて、短絡抵抗値(外部抵抗32の抵抗値R)と電圧降下速度の対応関係のマップを参照して、内部短絡抵抗31の電圧降下に対応する短絡抵抗値を取得する。処理装置19は、マップから取得した短絡抵抗値を内部短絡抵抗値Rsとする。
The
<内部短絡電流Isの算出>
以下に、短絡部材17によって内部短絡された短絡分割体23に局所的に流れる内部短絡電流Isを算出する方法について説明する。
処理装置19は、下記数式(2)に基づいて、短絡部材17により内部短絡された短絡分割体23に流れる内部短絡電流Isを算出する。下記数式(2)において、内部短絡電流Isは、短絡分割体23の起電力Eと、内部抵抗値Riと、内部短絡抵抗値Rsとによって記述されている。短絡分割体23の内部短絡時の起電力Eは、後述するように短絡分割体23の残容量及び温度に基づいて取得される。短絡分割体23の内部抵抗値Riは、後述するように短絡分割体23の残容量及び温度に基づいて取得される。
<Calculation of internal short-circuit current Is>
A method of calculating the internal short-circuit current Is that locally flows through the short-circuited divided
The
処理装置19は、例えば、逐次に内部短絡電流Isを算出する場合には、今回の処理において取得した内部短絡抵抗値Rsnと、後述するように前回の処理において取得された今回の起電力En及び内部抵抗Rinとに基づいて、今回の内部短絡電流Isnを算出する。
For example, when sequentially calculating the internal short-circuit current Is, the
<放電可能容量Qeffの算出>
以下に、短絡部材17によって短絡された短絡分割体23の放電可能容量Qeffを算出する方法について説明する。
図6は、実施形態に係る内部短絡状態量の計測方法における円筒伝熱モデルの短絡部材17及び複数の円筒体領域を示す断面図である。図7は、実施形態に係る内部短絡状態量の計測方法における円筒伝熱モデルによって取得された温度データ(複数の円筒体領域の温度変化データ)の例を示すグラフ図である。図8は、実施形態に係る内部短絡状態量の計測方法における短絡分割体23の放電試験によって得られた放電容量及び試験温度の対応関係の例を示すグラフ図である。
<Calculation of Dischargeable Capacity Qeff>
A method for calculating the dischargeable capacity Qeff of the short-circuited divided
FIG. 6 is a cross-sectional view showing the short-
処理装置19は、短絡部材17によって短絡された短絡分割体23に対して円筒伝熱モデルを用いて時間経過に応じた内部温度の変化のデータ(温度データ)を取得する。図6に示すように、円筒伝熱モデルは、短絡部材17によって短絡された短絡分割体23を、短絡部材17を中心とする円筒体40にモデル化する。円筒体40の体積は短絡分割体23の体積と同一である。円筒体40は、複数の同芯の円筒体領域に区分されている。複数の円筒体領域の各々の径方向厚みHは同一である。複数の円筒体領域は、短絡部材17に接する短絡領域41と、短絡領域41から径方向外方に向かって順次に配置される複数の円筒体42(1),…,42(m)とを備える。なお、mは所定の自然数である。短絡領域41は、短絡に伴って発熱する。短絡領域41に発生した熱は、短絡部材17及び複数の円筒体42(1),…,42(m)へと伝わる。
The
処理装置19は、温度センサ17aによって検出された短絡部材17の温度Tpと、下記数式(2)とに基づいて、短絡領域41から短絡部材17へ伝熱した熱量Ppを算出する。なお、下記数式(3)において、短絡部材17の温度Tpは、短絡領域41から短絡部材17へ伝熱した熱量Ppと、時間間隔Δtと、短絡部材17の比熱Cpと、短絡部材17の重量Mpとによって記述されている。
The
処理装置19は、算出した熱量Ppと、下記数式(4)とに基づいて、短絡領域41の温度Tsを算出する。なお、下記数式(4)において、短絡領域41から短絡部材17へ伝熱した熱量Ppは、所定の自然数mと、短絡領域41の熱伝導率λs、温度Ts、径方向厚みH及び半径Lsと、短絡部材17の半径Lpとによって記述されている。
The
処理装置19は、短絡領域41から第1の円筒体42(1)へ伝熱した熱量P1を、下記数式(5)に示すように記述する。なお、下記数式(5)において、熱量P1は、所定の自然数mと、短絡領域41の熱伝導率λs、温度Ts、径方向厚みH及び半径Lsと、第1の円筒体42(1)の温度T1、径方向厚みH及び半径Ls1と、第2の円筒体42(2)の温度T2及び半径Ls2とによって記述されている。
The
処理装置19は、短絡領域41から第kの円筒体42(k)へ伝熱した熱量Pkを、下記数式(6)に示すように記述する。なお、kは2以上かつ(m-1)以下の任意の自然数である。下記数式(6)において、熱量Pkは、所定の自然数mと、短絡領域41の熱伝導率λsと、第k-1の円筒体42(k-1)の温度Tk-1及び半径Lsk-1と、第kの円筒体42(k)の温度Tk、径方向厚みH及び半径Lskと、第k+1の円筒体42(k+1)の温度Tk+1及び半径Lsk+1とによって記述されている。
The
処理装置19は、第jの円筒体42(j)の温度Tjを、下記数式(7)に示すように記述する。なお、jは所定の自然数m以下の任意の自然数である。なお、下記数式(7)において、温度Tjは、短絡領域41から第jの円筒体42(j)へ伝熱した熱量Pjと、時間間隔Δtと、第jの円筒体42(j)の比熱Cc及び重量Msとによって記述されている。
The
処理装置19は、上記数式(3)~(7)と、短絡部材17に設けられた温度センサ17aによって検出される短絡部材17の温度Tpの検出値と、温度センサ(図示略)によって検出される短絡分割体23の表面温度の検出値とを用いて、円筒体40の内周側から外周側に向かって順次に第jの円筒体42(j)の温度Tjを算出する。
The
なお、処理装置19は、上記数式(5)~(7)と、温度センサ(図示略)によって検出される短絡分割体23の表面温度の検出値と、短絡部材17に設けられた温度センサ17aによって検出される短絡部材17の温度Tpの検出値とを用いて、円筒体40の外周側から内周側に向かって順次に第jの円筒体42(j)の温度Tjを算出してもよい。
この場合、先ず、処理装置19は、上記数式(7)において、円筒体40の最外層となる第mの円筒体42(m)の温度Tmとして短絡分割体23の表面温度の検出値を用いることによって、短絡領域41から第mの円筒体42(m)へ伝熱した熱量Pmを算出する。
次に、処理装置19は、温度Tm及び熱量Pmと、上記数式(6)の第1項とに基づいて、第(m-1)の円筒体42(m-1)の温度Tm-1を算出する。そして、処理装置19は、温度Tm-1と上記数式(7)とに基づいて、短絡領域41から第(m-1)の円筒体42(m-1)へ伝熱した熱量Pm-1を算出する。
次に、処理装置19は、温度Tm-1及び熱量Pm-1と、温度Tmと、上記数式(6)とに基づいて、第(m-2)の円筒体42(m-2)の温度Tm-2を算出する。そして、処理装置19は、温度Tm-2と上記数式(7)とに基づいて、短絡領域41から第(m-2)の円筒体42(m-2)へ伝熱した熱量Pm-2を算出する。
処理装置19は、第(m-2)の円筒体42(m-2)の温度Tm-2を算出する場合と同様の処理を繰り返し実行することによって、第(m-3)の円筒体42(m-3)から第1の円筒体42(1)に向かって順次に各温度Tm-3,…,T1を算出する。
The
In this case, first, the
Next, the
Next, the
The
図7に示すように、処理装置19は、算出した各温度Tp,Ts,T1,…,Tmの時間経過に応じた変化の温度データを取得する。例えば図7においては、短絡領域41からの熱伝導によって短絡部材17の温度Tp及び第1から第4の円筒体42(1),…,42(4)の温度T1,…,T4が増大傾向に変化することが認められる。
処理装置19は、取得した温度データにおいて、所定温度Taを超える領域を放電不能な失活状態とする。所定温度Taは、例えば120℃などである。所定温度Taは、例えば図8に示すように、各種の試験温度毎に短絡分割体23の放電容量を測定した試験結果に基づいて設定されている。図8に示す試験結果によれば、所定温度Taを超える温度領域において放電容量がゼロに向かって低下していることが認められる。
処理装置19は、円筒体40における失活状態の領域の体積を容量に換算することによって失活容量Qdeadを算出する。処理装置19は、予め既知である短絡分割体23の初期容量から失活容量Qdeadを減じることによって放電可能容量Qeffを算出する。処理装置19は、例えば、逐次に放電可能容量Qeffを算出する場合には、下記数式(8)に示すように、短絡分割体23の前回の残容量Qn-1から今回までに新たに失活した失活容量Qdeadnを減じることによって、今回の放電可能容量Qeffnを算出する。なお、nは任意の自然数である。
As shown in FIG. 7, the
In the acquired temperature data, the
The
<残容量Qの算出>
以下に、短絡部材17によって短絡された短絡分割体23の残容量Qを算出する方法について説明する。
処理装置19は、放電可能容量Qeffから放電容量を減じることによって残容量Qを算出する。処理装置19は、例えば、逐次に残容量Qを算出する場合には、下記数式(9)に示すように、短絡分割体23の今回の放電可能容量Qeffnから、前回から今回までに新たに放電により失われた放電容量を減じることによって、今回の残容量Qnを算出する。前回から今回までの新たな放電容量は、今回の内部短絡電流Isnを前回から今回までの経過時間tに亘って時間積分することによって算出される。
<Calculation of remaining capacity Q>
A method for calculating the remaining capacity Q of the short-circuited divided
The
<内部抵抗値Ri及び起電力Eの取得>
以下に、短絡部材17によって短絡された短絡分割体23の内部抵抗値Ri及び起電力Eを取得する方法について説明する。
図9は、実施形態に係る内部短絡状態量の計測方法における短絡分割体23の内部抵抗値、温度及び容量の対応関係の例を示すグラフ図である。図10は、実施形態に係る内部短絡状態量の計測方法における短絡分割体23の起電力及び容量の対応関係の例を示すグラフ図である。
<Acquisition of internal resistance value Ri and electromotive force E>
A method of obtaining the internal resistance value Ri and the electromotive force E of the short-circuited divided
FIG. 9 is a graph showing an example of the correspondence between the internal resistance value, the temperature and the capacity of the short-
図9に示すように、処理装置19は、短絡分割体23の内部抵抗値、温度及び残容量の対応関係のマップを予め記憶している。図9に示すマップは、複数の異なる残容量Q1,…,Q8の各々における内部抵抗値と温度との対応関係を示す。例えば図9においては、各残容量Q1,…,Q8において、温度の増大に伴い、内部抵抗値が減少傾向に変化することが認められる。
処理装置19は、短絡部材17により内部短絡された短絡分割体23に対して算出した残容量Qと短絡分割体23の表面温度の検出値とに基づき、短絡分割体23の内部抵抗値、温度及び残容量の対応関係のマップを参照して、残容量Q及び表面温度の検出値に対応する内部抵抗値Riを取得する。
処理装置19は、例えば、逐次に残容量Qnを算出する場合には、今回に算出した残容量Qnに基づいて、次回までの内部抵抗値Rin+1を取得する。
As shown in FIG. 9, the
The
For example, when calculating the remaining capacity Qn successively, the
図10に示すように、処理装置19は、短絡分割体23の起電力、温度及び残容量の対応関係のマップを予め記憶している。図10に示すマップは、適宜の温度(例えば、25℃など)における起電力と残容量の対応関係を示す。例えば図10においては、残容量の増大に伴い、起電力が増大傾向に変化することが認められる。
処理装置19は、短絡部材17により内部短絡された短絡分割体23に対して算出した残容量Qと短絡分割体23の表面温度の検出値とに基づき、短絡分割体23の起電力、温度及び残容量の対応関係のマップを参照して、残容量Q及び表面温度の検出値に対応する起電力Eを取得する。なお、処理装置19は、起電力及び残容量の温度依存性が無視できる場合などにおいては、適宜の温度における起電力と残容量の対応関係のマップに基づいて、残容量Qに対応する起電力Eを取得してもよい。
処理装置19は、例えば、逐次に残容量Qnを算出する場合には、今回に算出した残容量Qnに基づいて、次回までの起電力En+1を取得する。
As shown in FIG. 10, the
The
For example, when calculating the remaining capacity Qn successively, the
<ジュール熱の算出>
以下に、短絡部材17によって短絡された短絡分割体23のジュール熱及び化学反応熱を算出する方法について説明する。
処理装置19は、短絡部材17によって内部短絡された短絡分割体23に局所的に流れる内部短絡電流Isと、第1電流センサ13a及び第2電流センサ13bによって検出される第1電流I1及び第2電流I2とを加算することによって、短絡分割体23に流れる短絡電流Iを算出する。処理装置19は、例えば、逐次に短絡電流Iを算出する場合には、下記数式(10)に示すように、短絡分割体23の今回の内部短絡電流Isnと、第1電流I1及び第2電流I2と加算することによって、今回の短絡電流Inを算出する。
<Calculation of Joule heat>
A method of calculating the Joule heat and the heat of chemical reaction of the short-circuited divided
The
処理装置19は、第2電圧センサ14bによって検出された短絡分割体23の端子電圧V2と、短絡電流Iとを積算して得られる仕事Wjを所定時間に亘って時間積分することによってジュール熱(∫Wj・dt)を算出する。
処理装置19は、第2熱量センサ15bによって検出された短絡分割体23の熱量Wcを所定時間に亘って時間積分することによって発熱量(∫Wc・dt)を算出する。
処理装置19は、ジュール熱(∫Wj・dt)及び発熱量(∫Wc・dt)と、下記数式(11)とに基づき、発熱量(∫Wc・dt)からジュール熱(∫Wj・dt)を減じて得られる化学反応熱(∫Wchem・dt)を算出する。
The
The
The
<内部短絡状態量の計測方法>
以下に、短絡部材17によって短絡された短絡分割体23の内部短絡状態量を逐次に計測する方法について説明する。
図11は、実施形態に係る内部短絡状態量の計測方法のフローチャートである。処理装置19は、ステップS01からステップS08の一連の処理を所定時間毎に繰り返し実行する。所定時間は、例えば1msから10ms程度である。
先ず、ステップS01において、処理装置19は、第2電圧センサ14bによって検出された短絡分割体23の端子電圧V2による電圧降下速度のデータに基づき、予め記憶している短絡抵抗値と電圧降下速度のマップを参照して、今回の処理における短絡分割体23の内部短絡抵抗値Rsnを取得する。
<Method for measuring internal short-circuit state quantity>
A method for sequentially measuring the internal short-circuit state quantity of the short-circuited divided
FIG. 11 is a flowchart of a method for measuring an internal short-circuit state quantity according to the embodiment. The
First, in step S01, the
次に、ステップS02において、処理装置19は、前回の処理において取得した短絡分割体23の起電力En及び内部抵抗値Rinと、ステップS01において算出した内部短絡抵抗値Rsnと、上記数式(2)とに基づいて、今回の処理における内部短絡電流Isnを算出する。
次に、ステップS03において、処理装置19は、円筒伝熱モデルによって取得した温度データに基づいて、前回の処理から今回の処理に亘って円筒体40において新たに所定温度Taを超える失活状態の領域を取得する。処理装置19は、新たに失活状態となった領域の体積を容量に換算することによって、今回の処理における短絡分割体23の失活容量Qdeadnを算出する。処理装置19は、前回の処理において算出された残容量Qn-1から今回の失活容量Qdeadnを減じることによって、今回の処理における短絡分割体23の放電可能容量Qeffnを算出する。
Next, in step S02, the
Next, in step S03, based on the temperature data obtained by the cylindrical heat transfer model, the
次に、ステップS04において、処理装置19は、ステップS02において算出した内部短絡電流Isnを前回の処理から今回の処理までの経過時間tに亘って時間積分することによって放電容量を算出する。処理装置19は、ステップS03において算出した放電可能容量Qeffnから放電容量を減じることによって、今回の残容量Qnを算出する。
次に、ステップS05において、処理装置19は、ステップS02において算出した内部短絡電流Isnと、第1電流センサ13a及び第2電流センサ13bによって検出された第1電流I1及び第2電流I2とを加算することによって、短絡分割体23に流れる短絡電流Inを算出する。
Next, in step S04, the
Next, in step S05, the
次に、ステップS06において、処理装置19は、第2電圧センサ14bによって検出された短絡分割体23の端子電圧V2と、短絡電流Inとを積算して得られる仕事Wjnを所定時間に亘って時間積分することによってジュール熱(∫Wjn・dt)を算出する。また、処理装置19は、第2熱量センサ15bによって検出された短絡分割体23の熱量Wcnを所定時間に亘って時間積分することによって発熱量(∫Wcn・dt)を算出する。
処理装置19は、発熱量(∫Wcn・dt)からジュール熱(∫Wjn・dt)を減じることによって化学反応熱(∫Wchemn・dt)を算出する。
Next, in step S06, the
The
次に、ステップS07において、処理装置19は、ステップS04において算出した残容量Qnは所定容量以下であるか否かを判定する。所定容量は、例えばゼロなどである。
この判定結果が「YES」の場合、処理装置19は処理をエンドに進める。一方、この判定結果が「NO」の場合、処理装置19は処理をステップS08に進める。
次に、ステップS08において、処理装置19は、ステップS04において算出した残容量Qn及び短絡分割体23の表面温度の検出値に基づき、短絡分割体23の内部抵抗値、温度及び残容量の対応関係のマップを参照することによって、次回の処理までの内部抵抗値Rin+1を取得する。また、処理装置19は、ステップS04において算出した残容量Qn及び短絡分割体23の表面温度の検出値に基づき、短絡分割体23の起電力、温度及び残容量の対応関係のマップを参照することによって、次回の処理までの起電力En+1を取得する。そして、処理装置19は、処理を上記のステップS01に戻す。
Next, in step S07, the
If the determination result is "YES", the
Next, in step S08, the
<熱流の算出>
以下に、複数の温度センサ18によって検出された各分割体11の表面の温度に基づいて内部短絡時の熱流を算出する方法について説明する。
処理装置19は、複数の温度センサ18から出力される温度の検出値に基づいて、各分割体11における熱流を算出する。例えば図2に示す仮想的な電池20の場合、処理装置19は、短絡分割体23と第1分割体22との境界面及び短絡分割体23と第3分割体24との境界面の各々において、短絡分割体23に発生した熱が流れる方向及び熱流を複数の温度センサ18の出力に基づいて取得する。
<Calculation of heat flow>
A method of calculating the heat flow during an internal short circuit based on the temperature of the surface of each divided
The
<実施例>
以下に、内部短絡状態量の計測装置10の実施例について説明する。
図12は、実施形態に係る内部短絡状態量の計測装置10によって取得された短絡分割体23の端子電圧V2と各分割体22,23,24の熱流との時間経過に応じた変化の例を示すグラフ図である。図13は、実施形態に係る内部短絡状態量の計測装置10によって取得された短絡分割体23の端子電圧V2と各分割体22,24から短絡分割体23に流れる電流I1,I2との時間経過に応じた変化の例を示すグラフ図である。図14は、実施形態に係る内部短絡状態量の計測装置10によって取得された短絡分割体23の端子電圧V2と短絡部材17及び各分割体22,23,24の温度との時間経過に応じた変化の例を示すグラフ図である。
<Example>
An embodiment of the internal short-circuit state
FIG. 12 shows an example of changes over time in the terminal voltage V2 of the short circuit divided
実施例の内部短絡状態量の計測装置10は、3Ah級のラミネートセルを3つの1Ah級のラミネートセルに分割して得られる各分割体22,23,24を備える。短絡部材17は直径3mmの針である。実施例は、電池(3Ah級のラミネートセル)の中心における50層分のセルが内部短絡した状態をモデル化している。
図12に示すように、時刻t0において短絡部材17によって短絡分割体23が内部短絡されると、第1分割体22及び第3分割体24の熱量はほぼ変化無しであることに対して、短絡分割体23の熱流は増大傾向に変化することが認められる。
また、図13に示すように、内部短絡が生じた時刻t0以降において、第1分割体22及び第3分割体24から短絡分割体23に流れる第1電流I1及び第2電流I2が増大していることが認められる。なお、第1電流I1及び第2電流I2は、微小な内部抵抗の差などに応じて、いずれか流れやすい方でより大きいことが認められる。
また、図14に示すように、内部短絡が生じた時刻t0以降において、短絡分割体23の温度が適宜の温度T2bに向かって増大傾向に変化することに対して、第1分割体22及び第3分割体24の温度は適宜の温度T1bを維持するようにほぼ変化せず、短絡分割体23が発熱源となっていることが認められる。
例えば、図13に示す時刻taにおける第1電流I1a及び第2電流I2aと短絡分割体23の端子電圧Vaとによるジュール熱Wj0は、Wj0=(I1a+I2a)×Vaとなる。
The internal short-circuit state
As shown in FIG. 12, when the short-
Further, as shown in FIG. 13, after time t0 when an internal short circuit occurs, the first current I1 and the second current I2 flowing from the first divided
Further, as shown in FIG. 14, after the time t0 when the internal short circuit occurs, the temperature of the short-circuited divided
For example, the Joule heat Wj0 due to the first current I1a and the second current I2a at the time ta shown in FIG.
上述したように、本実施形態の内部短絡状態量の計測装置10によれば、複数の分割体11は積層配置された複数のセル21を積層方向に分割することによって得られたようにモデル化されている。これにより、仮想的な電池20の所望の位置(面内方向及び積層方向の各位置)における所望のセル層数分のみを独立的に的確に短絡させることができる。さらに、短絡させるセル21の容量、厚み、表面積、体積及び密度等を任意に設定することができるとともに、再現性のよい短絡試験を実施することができる。
さらに、隣り合う分割体11間に配置される電流センサ13を備えることによって、短絡分割体23に対して他の第1及び第3分割体22,24から流れる第1電流I1及び第2電流I2を検出することができる。さらに、各分割体11に設けられる熱量センサ15を備えることによって、短絡分割体23に発生する熱量を検出することができる。
これらにより、仮想的な電池20の内部短絡時の状態量を精度良く再現し、内部短絡による発熱現象を精度良く計測することができる。
As described above, according to the internal short-circuit state
Furthermore, by providing the
As a result, the state quantity of the
さらに、各分割体11に設けられる電圧センサ14を備えることによって、短絡分割体23の電圧降下を検出することができる。
さらに、隣り合う分割体11の仮想的な境界面を流れる熱流を計測することができ、内部短絡時の温度分布を精度良く推定することができる。
さらに、複数の分割体11(例えば、3分割された分割体11)は、容量比に応じて短絡位置が設定されるので、任意の短絡位置を容易にモデル化することができる。
さらに、非接触型電流センサ、例えば磁場変換型の電流センサ13を備えることによって、抵抗を挿入する必要無しに電流を精度良く計測することができる。
さらに、短絡部材17を貫通させることによって所望の分割体11を的確に再現性良く短絡させることができる。
さらに、棒状の短絡部材17を備えることによって、所望のセル層数分の分割体11を的確に貫通させ、再現性良く短絡させることができる。
さらに、各分割体11に設けられる断熱部材16を備えることによって、短絡分割体23に発生する熱量の検出精度を向上させることができる。
Furthermore, by providing the
Furthermore, it is possible to measure the heat flow flowing through the virtual boundary surface of the adjacent divided
Furthermore, since the short-circuit positions are set according to the capacity ratios of the plurality of divided bodies 11 (for example, the divided
Furthermore, by providing a non-contact type current sensor, for example, a magnetic field conversion type
Further, by penetrating the short-circuiting
Furthermore, by providing the rod-shaped short-circuiting
Furthermore, by providing the
また、本実施形態の内部短絡状態量の計測方法によれば、短絡分割体23に流れる短絡電流Iによってジュール熱を算出するとともに、熱量センサ15によって検出された短絡分割体23の熱量からジュール熱を減じることによって、化学反応熱を算出する。これにより、内部短絡時の熱量において、ジュール熱と、例えば内部の燃焼及び分解に伴う発熱などの化学反応熱とを区別して把握することができ、内部短絡時の短絡特性及び短絡挙動を詳細に解析することができる。
Further, according to the method for measuring the internal short-circuit state quantity of the present embodiment, the Joule heat is calculated from the short-circuit current I flowing through the short-circuit divided
さらに、内部短絡及び外部短絡において等価回路が同一であることに基づいて、予め記憶又は測定により取得された外部抵抗32の電圧降下と抵抗値Rとの対応関係のマップを参照して、内部短絡時に検出された電圧降下に対応する内部短絡抵抗値Rsを取得する。これにより、内部短絡時の適正な内部抵抗値Ri及び内部短絡抵抗値Rsを直接的に検出することができない場合であっても、内部短絡時の発熱又は発生ガスによる破損等に応じた不規則な内部状態の変化を包含する電圧挙動に基づいて、適正な内部短絡抵抗値Rsを間接的に取得することができる。
また、内部短絡抵抗値Rsに基づいて算出される内部短絡電流Isを用いて、ジュール熱の算出精度を向上させることができる。
Furthermore, based on the fact that the equivalent circuit is the same for the internal short circuit and the external short circuit, referring to a map of the correspondence relationship between the voltage drop of the
Moreover, the accuracy of Joule heat calculation can be improved by using the internal short-circuit current Is calculated based on the internal short-circuit resistance value Rs.
以下に、上述した実施形態の変形例について説明する。
上述した実施形態において、複数の分割体11は、電池20において積層配置された複数のセル21を積層方向Sに分割することによって得られたようにモデル化されているとしたが、これに限定されない。複数のセル21は、積層配置以外の他の配置によって電池20を形成していてもよい。
また、複数の分割体11は、電池モジュールを形成する複数の組電池を分割することによって得られたようにモデル化されてもよい。この場合、例えば上述した図1及び図2において、セル21を組電池とし、電池20を電池モジュールとしてもよい。
上述した実施形態において、各分割体11において断熱部材16は1つの表面に配置されるとしたが、これに限定されず、各分割体11を厚さ方向の両側から挟み込む2つの断熱部材16を備えてもよい。
Modifications of the above embodiment will be described below.
In the above-described embodiment, the plurality of divided
Alternatively, the plurality of divided
In the above-described embodiment, the
本発明の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 Embodiments of the invention are provided by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and modifications can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and spirit of the invention, as well as the scope of the invention described in the claims and equivalents thereof.
10…内部短絡状態量の計測装置、11…分割体、12…閉回路、13…電流センサ、14…電圧センサ、15…熱量センサ、16…断熱部材、17…短絡部材(釘状部材)、18…温度センサ、19…処理装置、20…電池、21…セル、31…内部短絡抵抗、32…外部抵抗、33…内部抵抗、E…起電力、I1…第1電流、I2…第2電流、Is…内部短絡電流、R…抵抗値、Ri…内部抵抗値、Rs…内部短絡抵抗値、Qeff…放電可能容量、Q…残容量
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記複数の分割体を電気的に接続する閉回路と、
前記複数の分割体の各々に設けられる熱量センサと、
前記閉回路において隣り合う適宜の2つの前記分割体の間に設けられる電流センサと、 前記複数の分割体のいずれか1つを短絡させる短絡部材と、
前記複数の分割体のうち前記短絡部材によって短絡された短絡分割体に局所的に流れる内部短絡電流を取得し、前記複数の分割体のうち前記短絡分割体以外から前記短絡分割体に流れる電流を前記電流センサによって検出し、前記内部短絡電流と、前記電流センサによって検出された電流とを加算することによって、前記短絡分割体に流れる総電流を算出し、前記総電流によるジュール熱を算出し、前記熱量センサによって検出された前記短絡分割体の熱量から前記ジュール熱を減じることによって、反応熱を算出する処理部と、
を備えることを特徴とする内部短絡状態量の計測装置。 a plurality of divisions of cells modeled as obtained by dividing the cells forming the battery;
a closed circuit electrically connecting the plurality of divided bodies;
a calorie sensor provided in each of the plurality of divided bodies;
a current sensor provided between any two of the divided bodies adjacent to each other in the closed circuit; a short-circuiting member that short-circuits any one of the plurality of divided bodies ;
Obtaining an internal short-circuit current that locally flows in a short-circuited divided body among the plurality of divided bodies short-circuited by the short-circuit member, and obtaining a current that flows to the short-circuited divided body from other than the short-circuited divided body among the plurality of divided bodies By adding the internal short-circuit current detected by the current sensor and the current detected by the current sensor, the total current flowing through the short-circuit divided body is calculated, and the Joule heat due to the total current is calculated; a processing unit that calculates reaction heat by subtracting the Joule heat from the heat quantity of the short-circuited divided body detected by the heat quantity sensor;
A measuring device for an internal short-circuit state quantity, comprising:
前記複数の組電池を電気的に接続する閉回路と、
前記分割体の各々に設けられる熱量センサと、
前記閉回路において隣り合う適宜の2つの前記分割体の間に設けられる電流センサと、 前記複数の分割体のいずれか1つを短絡させる短絡部材と、
前記複数の分割体のうち前記短絡部材によって短絡された短絡分割体に局所的に流れる内部短絡電流を取得し、前記複数の分割体のうち前記短絡分割体以外から前記短絡分割体に流れる電流を前記電流センサによって検出し、前記内部短絡電流と、前記電流センサによって検出された電流とを加算することによって、前記短絡分割体に流れる総電流を算出し、前記総電流によるジュール熱を算出し、前記熱量センサによって検出された前記短絡分割体の熱量から前記ジュール熱を減じることによって、反応熱を算出する処理部と、
を備えることを特徴とする内部短絡状態量の計測装置。 a plurality of divisions composed of a plurality of assembled batteries modeled as obtained by dividing a plurality of assembled batteries forming a battery module;
a closed circuit electrically connecting the plurality of assembled batteries;
a calorie sensor provided in each of the divided bodies;
a current sensor provided between any two of the divided bodies adjacent to each other in the closed circuit; a short-circuiting member that short-circuits any one of the plurality of divided bodies ;
Obtaining an internal short-circuit current that locally flows in a short-circuited divided body among the plurality of divided bodies short-circuited by the short-circuit member, and obtaining a current that flows to the short-circuited divided body from other than the short-circuited divided body among the plurality of divided bodies By adding the internal short-circuit current detected by the current sensor and the current detected by the current sensor, the total current flowing through the short-circuit divided body is calculated, and the Joule heat due to the total current is calculated; a processing unit that calculates reaction heat by subtracting the Joule heat from the heat quantity of the short-circuited divided body detected by the heat quantity sensor;
A measuring device for an internal short-circuit state quantity, comprising:
前記複数の分割体を電気的に接続する閉回路と、
前記複数の分割体の各々に設けられる熱量センサと、
前記閉回路において隣り合う適宜の2つの前記分割体の間に設けられる電流センサと、 前記複数の分割体のいずれか1つを短絡させる短絡部材と、
前記複数の分割体の各々に設けられる電圧センサと、
前記複数の分割体のうち前記短絡部材によって短絡された短絡分割体の電圧降下を前記電圧センサによって検出し、前記短絡分割体と前記短絡分割体に接続された外部抵抗とを備える閉回路において検出された前記外部抵抗の電圧降下の時間経過に応じた変化と前記外部抵抗の抵抗値との対応関係のマップと、前記電圧センサによって検出された前記電圧降下の時間経過に応じた変化のデータとにより、前記短絡分割体の内部短絡抵抗値を取得し、前記短絡分割体の起電力E、内部抵抗値Ri及び内部短絡抵抗値Rsによる下記数式(1)に基づいて、前記短絡分割体に局所的に流れる内部短絡電流Isを算出する処理部と、
を備えることを特徴とする内部短絡状態量の計測装置。
a closed circuit electrically connecting the plurality of divided bodies;
a calorie sensor provided in each of the plurality of divided bodies;
a current sensor provided between any two of the divided bodies adjacent to each other in the closed circuit; a short-circuiting member that short-circuits any one of the plurality of divided bodies;
a voltage sensor provided in each of the plurality of divided bodies ;
The voltage sensor detects a voltage drop in a short-circuited divided body among the plurality of divided bodies short-circuited by the short-circuiting member, and detected in a closed circuit including the short-circuited divided body and an external resistor connected to the short-circuited divided body. a map of a correspondence relationship between a change in the voltage drop of the external resistor over time and the resistance value of the external resistor detected by the voltage sensor, and data of a change in the voltage drop over time detected by the voltage sensor; to obtain the internal short-circuit resistance value of the short-circuit segment, and based on the following formula (1) based on the electromotive force E, the internal resistance value Ri, and the internal short-circuit resistance value Rs of the short-circuit segment, local to the short-circuit segment a processing unit that calculates an internal short-circuit current Is that flows
A measuring device for an internal short-circuit state quantity, comprising:
前記複数の組電池を電気的に接続する閉回路と、
前記分割体の各々に設けられる熱量センサと、
前記閉回路において隣り合う適宜の2つの前記分割体の間に設けられる電流センサと、 前記複数の分割体のいずれか1つを短絡させる短絡部材と、
前記複数の分割体の各々に設けられる電圧センサと、
前記複数の分割体のうち前記短絡部材によって短絡された短絡分割体の電圧降下を前記電圧センサによって検出し、前記短絡分割体と前記短絡分割体に接続された外部抵抗とを備える閉回路において検出された前記外部抵抗の電圧降下の時間経過に応じた変化と前記外部抵抗の抵抗値との対応関係のマップと、前記電圧センサによって検出された前記電圧降下の時間経過に応じた変化のデータとにより、前記短絡分割体の内部短絡抵抗値を取得し、前記短絡分割体の起電力E、内部抵抗値Ri及び内部短絡抵抗値Rsによる下記数式(1)に基づいて、前記短絡分割体に局所的に流れる内部短絡電流Isを算出する処理部と、
を備えることを特徴とする内部短絡状態量の計測装置。
a closed circuit electrically connecting the plurality of assembled batteries;
a calorie sensor provided in each of the divided bodies;
a current sensor provided between any two of the divided bodies adjacent to each other in the closed circuit; a short-circuiting member that short-circuits any one of the plurality of divided bodies;
a voltage sensor provided in each of the plurality of divided bodies ;
The voltage sensor detects a voltage drop in a short-circuited divided body among the plurality of divided bodies short-circuited by the short-circuiting member, and detected in a closed circuit including the short-circuited divided body and an external resistor connected to the short-circuited divided body. a map of a correspondence relationship between a change in the voltage drop of the external resistor over time and the resistance value of the external resistor detected by the voltage sensor, and data of a change in the voltage drop over time detected by the voltage sensor; to obtain the internal short-circuit resistance value of the short-circuit segment, and based on the following formula (1) based on the electromotive force E, the internal resistance value Ri, and the internal short-circuit resistance value Rs of the short-circuit segment, local to the short-circuit segment a processing unit that calculates an internal short-circuit current Is that flows
A measuring device for an internal short-circuit state quantity, comprising:
前記温度センサによって検出された温度に基づいて熱流を計測する熱流計測部と、
を備えることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の内部短絡状態量の計測装置。 a temperature sensor provided on the surface of each of the plurality of divided bodies;
a heat flow measurement unit that measures heat flow based on the temperature detected by the temperature sensor ;
The internal short-circuit state quantity measuring device according to any one of claims 1 to 4 , characterized by comprising:
前記複数の分割体のうち前記短絡分割体以外から前記短絡分割体に流れる電流を前記電流センサによって検出するステップと、
前記内部短絡電流と、前記電流センサによって検出された電流とを加算することによって、前記短絡分割体に流れる総電流を算出するステップと、
前記総電流によるジュール熱を算出するステップと、
前記熱量センサによって検出された前記短絡分割体の熱量から前記ジュール熱を減じることによって、反応熱を算出するステップとを含むことを特徴とする内部短絡状態量の計測方法。 obtaining an internal short-circuit current that locally flows in a short-circuit divided body short-circuited by the short-circuit member among the plurality of divided bodies in the internal short-circuit state quantity measuring device according to claim 1 or 2 ;
a step of detecting, by the current sensor, a current flowing through the short-circuited divided body from among the plurality of divided bodies other than the short-circuited divided body;
calculating a total current flowing through the short-circuit segment by adding the internal short-circuit current and the current detected by the current sensor;
calculating Joule heat due to the total current;
and calculating reaction heat by subtracting the Joule heat from the heat quantity of the short-circuited divided body detected by the heat quantity sensor.
前記短絡分割体と前記短絡分割体に接続された外部抵抗とを備える閉回路において検出された前記外部抵抗の電圧降下の時間経過に応じた変化と前記外部抵抗の抵抗値との対応関係のマップと、前記電圧センサによって検出された前記電圧降下の時間経過に応じた変化のデータとにより、前記短絡分割体の内部短絡抵抗値を取得するステップと、
前記短絡分割体の起電力E、内部抵抗値Ri及び内部短絡抵抗値Rsによる下記数式(1)に基づいて、前記短絡分割体に局所的に流れる内部短絡電流Isを算出するステップとを含むことを特徴とする内部短絡状態量の計測方法。
A map of a correspondence relationship between a change over time in the voltage drop of the external resistor detected in a closed circuit comprising the short-circuited segment and an external resistor connected to the short-circuited segment and the resistance value of the external resistor. and obtaining an internal short-circuit resistance value of the short-circuit partition from the data of the change in the voltage drop over time detected by the voltage sensor;
and calculating an internal short-circuit current Is that locally flows through the short-circuit segment based on the following formula (1) based on the electromotive force E of the short-circuit segment, the internal resistance value Ri, and the internal short-circuit resistance value Rs. A method for measuring an internal short-circuit state quantity, characterized by:
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