JP7444016B2 - Energy storage module - Google Patents
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Description
本開示は、蓄電モジュールに関する。 The present disclosure relates to a power storage module.
蓄電モジュールとしては、例えば、特許文献1に記載されている。特許文献1に記載の蓄電モジュールは、複数の蓄電セルが積層されてなるセルスタックと、セルスタックに隣接する通電板と、を備える。蓄電セルはそれぞれ、正極と、負極と、電解液と、電解液を正極と負極の間に封止する封止材と、を備える。負極は、負極集電体と、負極集電体に設けられた負極活物質層と、を備える。複数の蓄電セルは、セルスタックの最外層に位置する負極集電体を備える第1蓄電セルと、第1蓄電セル以外の第2蓄電セルと、を含む。最外層に位置する負極集電体は、積層方向においてセルスタックの一端に配置されるとともに、通電板と接触する。 The power storage module is described in Patent Document 1, for example. The power storage module described in Patent Document 1 includes a cell stack in which a plurality of power storage cells are stacked, and a current-carrying plate adjacent to the cell stack. Each of the power storage cells includes a positive electrode, a negative electrode, an electrolytic solution, and a sealing material that seals the electrolytic solution between the positive electrode and the negative electrode. The negative electrode includes a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer provided on the negative electrode current collector. The plurality of power storage cells include a first power storage cell including a negative electrode current collector located in the outermost layer of the cell stack, and a second power storage cell other than the first power storage cell. The negative electrode current collector located at the outermost layer is disposed at one end of the cell stack in the stacking direction and is in contact with the current-carrying plate.
ところで、蓄電セルとしてリチウムイオン電池からなるリチウムイオン蓄電セルを用いた場合、リチウムイオン蓄電セルは、負極活物質層に蓄えられた電荷キャリアを放出することで、電池として機能する。特に銅製の負極集電体が用いられる場合、負極活物質層の電荷キャリアが欠乏している状態、すなわち、過放電状態でリチウムイオン蓄電セルが放電すると、負極集電体の銅がイオン化して電解液中に溶出する。セルスタックの最外層に位置する負極集電体が溶出した場合、蓄電モジュールの外部へセルスタックから電解液の液漏れが生じる虞がある。 By the way, when a lithium ion storage cell made of a lithium ion battery is used as the storage cell, the lithium ion storage cell functions as a battery by releasing charge carriers stored in the negative electrode active material layer. In particular, when a copper negative electrode current collector is used, when a lithium ion storage cell is discharged in a state where the negative electrode active material layer is deficient in charge carriers, that is, in an overdischarge state, the copper in the negative electrode current collector becomes ionized. Dissolves in electrolyte. If the negative electrode current collector located at the outermost layer of the cell stack elutes, there is a possibility that the electrolyte solution may leak from the cell stack to the outside of the electricity storage module.
上記課題を解決する蓄電モジュールは、複数のリチウムイオン蓄電セルを積層したセルスタックと、前記リチウムイオン蓄電セルが過放電か否かを判定するように構成された判定部と、前記リチウムイオン蓄電セルのいずれか1つが過放電であると前記判定部が判定した場合に前記セルスタックの放電を禁止するように構成された過放電制御部と、を備えた蓄電モジュールであって、前記リチウムイオン蓄電セルはそれぞれ、正極と、負極と、電解液と、前記電解液を前記正極と前記負極の間に封止する封止材と、を備え、前記負極は、銅製の負極集電体と、前記負極集電体に設けられる負極活物質層と、を備え、前記リチウムイオン蓄電セルは、前記セルスタックの最外層に位置する前記負極集電体を備える第1蓄電セルと、前記第1蓄電セル以外の第2蓄電セルと、を含み、前記蓄電モジュールは、前記第2蓄電セルを放電させる放電回路と、前記放電回路に少なくとも1つの前記第2蓄電セルの放電を行わせることで、当該第2蓄電セルの電圧を前記第1蓄電セルの電圧よりも低くするように構成された電圧制御部と、を備える。 A power storage module that solves the above problem includes a cell stack in which a plurality of lithium ion power storage cells are stacked, a determination unit configured to determine whether or not the lithium ion power storage cell is overdischarged, and the lithium ion power storage cell an overdischarge control section configured to prohibit discharging of the cell stack when the determination section determines that any one of the lithium ion storage cells is overdischarged, the lithium ion storage module comprising: Each cell includes a positive electrode, a negative electrode, an electrolytic solution, and a sealing material that seals the electrolytic solution between the positive electrode and the negative electrode, and the negative electrode includes a negative electrode current collector made of copper, and a negative electrode current collector made of copper; a negative electrode active material layer provided on a negative electrode current collector, and the lithium ion storage cell includes a first storage cell provided with the negative electrode current collector located at the outermost layer of the cell stack, and the first storage cell. The electricity storage module includes a discharge circuit that discharges the second electricity storage cell, and a discharge circuit that discharges at least one of the second electricity storage cells. and a voltage control section configured to make the voltage of the second storage cell lower than the voltage of the first storage cell.
電圧制御部は、第2蓄電セルの電圧が第1蓄電セルの電圧より低くなるように放電回路によって第2蓄電セルを放電する。判定部は、第1蓄電セルが過放電となる前に第2蓄電セルが過放電であると判定しやすくなる。第2蓄電セルが過放電と判定されると、過放電制御部は、セルスタックの放電を禁止する。セルスタックの放電が禁止されることで、過放電となる前に第1蓄電セルの放電が抑制される。そのため、セルスタックの最外層に位置する負極集電体の溶出が抑制される。したがって、電解液の液漏れを抑制することができる。 The voltage control unit discharges the second power storage cell using the discharge circuit so that the voltage of the second power storage cell becomes lower than the voltage of the first power storage cell. The determination unit can easily determine that the second power storage cell is over-discharged before the first power storage cell becomes over-discharged. When it is determined that the second storage cell is over-discharged, the over-discharge control section prohibits discharging of the cell stack. By prohibiting the discharge of the cell stack, the discharge of the first power storage cell is suppressed before overdischarge occurs. Therefore, elution of the negative electrode current collector located at the outermost layer of the cell stack is suppressed. Therefore, leakage of the electrolytic solution can be suppressed.
上記蓄電モジュールについて、前記電圧制御部は、前記リチウムイオン蓄電セルが過放電でないと前記判定部が判定している場合に前記第2蓄電セルの電圧を前記第1蓄電セルの電圧より低くしてもよい。 Regarding the electricity storage module, the voltage control unit lowers the voltage of the second electricity storage cell below the voltage of the first electricity storage cell when the determination unit judges that the lithium ion electricity storage cell is not over-discharged. Good too.
上記蓄電モジュールについて、前記判定部は、前記リチウムイオン蓄電セルの電圧が所定の過放電閾値以下の場合に前記リチウムイオン蓄電セルが過放電であると判定し、前記電圧制御部は、いずれかの前記リチウムイオン蓄電セルの電圧が前記過放電閾値より大きく、かつ、前記過放電閾値よりも大きい所定の閾値より小さい場合に前記第2蓄電セルの電圧を前記第1蓄電セルの電圧より低くしてもよい。 Regarding the electricity storage module, the determination unit determines that the lithium ion storage cell is overdischarged when the voltage of the lithium ion storage cell is equal to or lower than a predetermined overdischarge threshold, and the voltage control unit determines that the lithium ion storage cell is overdischarged. When the voltage of the lithium ion storage cell is higher than the overdischarge threshold and lower than a predetermined threshold larger than the overdischarge threshold, the voltage of the second storage cell is lowered than the voltage of the first storage cell. Good too.
上記蓄電モジュールについて、前記所定の閾値は、前記セルスタックの放電が制限される制限閾値であってもよい。
上記蓄電モジュールについて、前記電圧制御部は、前記セルスタックの電力が機器に供給されていない場合において、前記第2蓄電セルの電圧を前記第1蓄電セルの電圧より低くしてもよい。
Regarding the electricity storage module, the predetermined threshold value may be a limiting threshold value at which discharging of the cell stack is limited.
Regarding the power storage module, the voltage control unit may set the voltage of the second power storage cell to be lower than the voltage of the first power storage cell when power from the cell stack is not being supplied to a device.
前記蓄電モジュールは、前記第1蓄電セルに設けられる充電回路を備え、前記充電回路は、前記第2蓄電セルから放電される電力によって前記第1蓄電セルを充電するようにしてもよい。 The power storage module may include a charging circuit provided in the first power storage cell, and the charging circuit may charge the first power storage cell with power discharged from the second power storage cell.
上記蓄電モジュールについて、前記充電回路は、前記第1蓄電セルにのみ設けられていてもよい。
上記蓄電モジュールについて、前記放電回路は、前記リチウムイオン蓄電セルのセルバランスを行うセルバランス回路であってもよい。
Regarding the electricity storage module, the charging circuit may be provided only in the first electricity storage cell.
Regarding the above-described power storage module, the discharge circuit may be a cell balance circuit that performs cell balance of the lithium ion power storage cell.
上記蓄電モジュールについて、前記電圧制御部は、前記リチウムイオン蓄電セルに目標電圧を設定し、前記リチウムイオン蓄電セルが前記目標電圧になるように前記リチウムイオン蓄電セルのセルバランスを行い、前記第2蓄電セルに設定される前記目標電圧は、前記第1蓄電セルに設定される前記目標電圧よりも所定値低くしてもよい。 Regarding the electricity storage module, the voltage control unit sets a target voltage to the lithium ion electricity storage cell, performs cell balancing of the lithium ion electricity storage cell so that the lithium ion electricity storage cell reaches the target voltage, and controls the second The target voltage set to the power storage cell may be lower by a predetermined value than the target voltage set to the first power storage cell.
上記蓄電モジュールについて、前記リチウムイオン蓄電セル同士の間を封止するセル間封止材を備えていてもよい。 The electricity storage module may include an inter-cell sealing material that seals between the lithium ion storage cells.
本開示によれば、電解液の液漏れを抑制することができる。 According to the present disclosure, leakage of electrolyte solution can be suppressed.
(第1実施形態)
以下、蓄電モジュールの第1実施形態について説明する。本実施形態の蓄電モジュールは、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車のような車両に用いられる。
(First embodiment)
A first embodiment of the power storage module will be described below. The power storage module of this embodiment is used, for example, in a vehicle such as an electric vehicle or a hybrid vehicle.
図1に示すように、車両Veは、蓄電モジュール10と、インバータ100と、モータ110と、車両ECU120と、を備える。車両Veは、フォークリフトやトーイングトラクタ等の産業車両であってもよいし、乗用車であってもよい。 As shown in FIG. 1, vehicle Ve includes a power storage module 10, an inverter 100, a motor 110, and a vehicle ECU 120. The vehicle Ve may be an industrial vehicle such as a forklift or a towing tractor, or may be a passenger car.
蓄電モジュール10は、例えば、モータ110に電力を供給するための電力源である。インバータ100は、スイッチング素子101を備える。インバータ100は、スイッチング素子101を所定のデューティ比でスイッチング動作させることで、蓄電モジュール10からの直流電力を交流電力に変換する。モータ110は、インバータ100が出力する電力を用いて車両Veを駆動する。モータ110は、蓄電モジュール10から供給される電力で駆動する機器である。車両ECU120は、蓄電モジュール10の放電に関する制御等を行うものである。車両ECU120は、インバータ100のデューティ比を制御することにより、インバータ100への入力電力、すなわち、蓄電モジュール10の放電を制御する。 The power storage module 10 is, for example, a power source for supplying power to the motor 110. Inverter 100 includes switching element 101 . Inverter 100 converts DC power from power storage module 10 into AC power by switching switching element 101 at a predetermined duty ratio. Motor 110 drives vehicle Ve using the electric power output by inverter 100. Motor 110 is a device driven by power supplied from power storage module 10. Vehicle ECU 120 controls the discharge of power storage module 10 and the like. Vehicle ECU 120 controls the input power to inverter 100, that is, the discharge of power storage module 10, by controlling the duty ratio of inverter 100.
図1及び図2に示すように、蓄電モジュール10は、組電池20と、正極通電板40と、負極通電板50と、リレースイッチ70と、セルバランス回路80と、電圧センサ85と、制御装置90と、を備える。 As shown in FIGS. 1 and 2, the power storage module 10 includes a battery pack 20, a positive current-carrying plate 40, a negative current-carrying plate 50, a relay switch 70, a cell balance circuit 80, a voltage sensor 85, and a control device. 90.
図2に示すように、組電池20は、セルスタック30と、セル間封止材37と、を備える。
セルスタック30は、複数のリチウムイオン蓄電セル31を備える。セルスタック30は、複数のリチウムイオン蓄電セル31を積層した積層体である。以下の説明では、リチウムイオン蓄電セル31を蓄電セル31、リチウムイオン蓄電セル31が積層された方向を積層方向と称することがある。以下の説明では、積層方向からセルスタック30を見る平面視を、単に平面視と称することがある。
As shown in FIG. 2, the assembled battery 20 includes a cell stack 30 and an inter-cell sealant 37.
The cell stack 30 includes a plurality of lithium ion storage cells 31. The cell stack 30 is a laminate in which a plurality of lithium ion storage cells 31 are stacked. In the following description, the lithium ion storage cell 31 may be referred to as the storage cell 31, and the direction in which the lithium ion storage cells 31 are stacked may be referred to as a stacking direction. In the following description, a plan view of the cell stack 30 from the stacking direction may be simply referred to as a plan view.
各蓄電セル31は、正極32と、負極33と、セパレータ34と、封止材35と、電解液36と、を備える。
正極32は、正極集電体32aと、正極活物質層32bと、を備える。正極集電体32aは、化学的に不活性な電気伝導帯である。正極集電体32aは、例えばアルミニウム箔である。正極集電体32aは、積層方向に垂直な第1面32cと、積層方向において第1面32cの反対側に位置する第2面32dと、を有する。正極活物質層32bは、正極集電体32aの第1面32cに設けられている。
Each power storage cell 31 includes a positive electrode 32, a negative electrode 33, a separator 34, a sealing material 35, and an electrolyte 36.
The positive electrode 32 includes a positive electrode current collector 32a and a positive electrode active material layer 32b. The positive electrode current collector 32a is a chemically inactive electrically conductive band. The positive electrode current collector 32a is, for example, aluminum foil. The positive electrode current collector 32a has a first surface 32c perpendicular to the stacking direction, and a second surface 32d located on the opposite side of the first surface 32c in the stacking direction. The positive electrode active material layer 32b is provided on the first surface 32c of the positive electrode current collector 32a.
積層方向からセルスタック30を見た平面視において、正極活物質層32bは、正極集電体32aの第1面32cの中央部に形成されている。平面視における正極集電体32aの第1面32cの周縁部は、正極活物質層32bが設けられていない正極未塗工部32eとなっている。正極未塗工部32eは、平面視において正極活物質層32bの周囲を囲むように配置されている。 In a plan view of the cell stack 30 from the stacking direction, the positive electrode active material layer 32b is formed at the center of the first surface 32c of the positive electrode current collector 32a. The peripheral edge of the first surface 32c of the positive electrode current collector 32a in plan view is a positive electrode uncoated portion 32e where the positive electrode active material layer 32b is not provided. The positive electrode uncoated portion 32e is arranged so as to surround the positive electrode active material layer 32b in plan view.
正極活物質層32bは、リチウムイオン等の電荷担体を吸蔵及び放出し得る正極活物質を含む。正極活物質としては、層状岩塩構造を有するリチウム複合金属酸化物、スピネル構造の金属酸化物、及びポリアニオン系化合物等、リチウムイオン二次電池の正極活物質として使用可能なものを採用すればよい。また、2種以上の正極活物質を併用してもよい。 The positive electrode active material layer 32b includes a positive electrode active material that can insert and release charge carriers such as lithium ions. As the positive electrode active material, materials that can be used as positive electrode active materials for lithium ion secondary batteries may be used, such as lithium composite metal oxides having a layered rock salt structure, metal oxides having a spinel structure, and polyanionic compounds. Furthermore, two or more types of positive electrode active materials may be used in combination.
負極33は、銅製の負極集電体33aと、負極活物質層33bと、を備える。負極集電体33aは、銅箔である。負極集電体33aは、積層方向に垂直な第1面33cと、積層方向において第1面33cの反対側に位置する第2面33dと、を有する。負極活物質層33bは、負極集電体33aの第1面33cに設けられている。 The negative electrode 33 includes a negative electrode current collector 33a made of copper and a negative electrode active material layer 33b. The negative electrode current collector 33a is a copper foil. The negative electrode current collector 33a has a first surface 33c perpendicular to the stacking direction, and a second surface 33d located on the opposite side of the first surface 33c in the stacking direction. The negative electrode active material layer 33b is provided on the first surface 33c of the negative electrode current collector 33a.
負極活物質層33bは、平面視において、負極集電体33aの第1面33cの中央部に形成されている。平面視における負極集電体33aの第1面33cの周縁部は、負極活物質層33bが設けられていない負極未塗工部33eとなっている。負極未塗工部33eは、平面視において負極活物質層33bの周囲を囲むように配置されている。 The negative electrode active material layer 33b is formed at the center of the first surface 33c of the negative electrode current collector 33a in plan view. The peripheral edge of the first surface 33c of the negative electrode current collector 33a in plan view is a negative electrode uncoated portion 33e where the negative electrode active material layer 33b is not provided. The negative electrode uncoated portion 33e is arranged so as to surround the negative electrode active material layer 33b in plan view.
負極活物質層33bは、負極活物質を含む。負極活物質には、リチウムイオンなどの電荷担体を吸蔵及び放出可能である単体、合金、又は化合物であれば、特に限定はない。例えば、負極活物質としては、リチウム、炭素、金属化合物、及びリチウムと合金化可能な元素もしくはその化合物等が挙げられる。炭素としては、天然黒鉛、人造黒鉛、ハードカーボン(難黒鉛化性炭素)、及びソフトカーボン(易黒鉛化性炭素)を挙げることができる。人造黒鉛としては、高配向性グラファイト、メソカーボンマイクロビーズ等が挙げられる。リチウムと合金化可能な元素の例としては、シリコン(ケイ素)及びスズが挙げられる。 The negative electrode active material layer 33b contains a negative electrode active material. The negative electrode active material is not particularly limited as long as it is a single substance, alloy, or compound that can insert and release charge carriers such as lithium ions. For example, examples of the negative electrode active material include lithium, carbon, metal compounds, and elements that can be alloyed with lithium or compounds thereof. Examples of carbon include natural graphite, artificial graphite, hard carbon (non-graphitizable carbon), and soft carbon (easily graphitizable carbon). Examples of artificial graphite include highly oriented graphite and mesocarbon microbeads. Examples of elements that can be alloyed with lithium include silicon and tin.
負極33の第1面33cは、積層方向において正極32の第1面32cと向かい合うように配置されている。したがって、負極活物質層33bは正極活物質層32bと向かい合うように配置されている。平面視において、正極活物質層32bの形成領域の全体が負極活物質層33bの形成領域内に位置している。 The first surface 33c of the negative electrode 33 is arranged to face the first surface 32c of the positive electrode 32 in the stacking direction. Therefore, the negative electrode active material layer 33b is arranged to face the positive electrode active material layer 32b. In plan view, the entire formation region of the positive electrode active material layer 32b is located within the formation region of the negative electrode active material layer 33b.
セパレータ34は、リチウムイオンを通過させる部材である。セパレータ34は、正極活物質層32bと負極活物質層33bとの間に配置されている。これにより、セパレータ34は、正極32及び負極33の接触による短絡を防止する。セパレータ34は、例えば、液体電解質を吸収保持するポリマーを含む多孔性シート又は不織布である。セパレータ34を構成する材料としては、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリオレフィン、ポリエステルなどが挙げられる。セパレータ34は、単層構造又は多層構造を有してもよい。多層構造は、例えば、接着層、耐熱層としてのセラミック層等を有してもよい。 The separator 34 is a member that allows lithium ions to pass through. Separator 34 is arranged between positive electrode active material layer 32b and negative electrode active material layer 33b. Thereby, the separator 34 prevents a short circuit due to contact between the positive electrode 32 and the negative electrode 33. The separator 34 is, for example, a porous sheet or nonwoven fabric containing a polymer that absorbs and retains liquid electrolyte. Examples of the material constituting the separator 34 include polypropylene, polyethylene, polyolefin, and polyester. The separator 34 may have a single layer structure or a multilayer structure. The multilayer structure may include, for example, an adhesive layer, a ceramic layer as a heat-resistant layer, and the like.
封止材35は、正極集電体32aと負極集電体33aとの間の距離を保持し、正極集電体32aと負極集電体33aとの短絡を防止している。封止材35は、平面視において、正極集電体32a及び負極集電体33aの周縁部に沿って設けられるとともに、正極活物質層32b及び負極活物質層33bの周囲を取り囲む枠状に形成されている。封止材35は、正極集電体32aの第1面32cの正極未塗工部32eと、負極集電体33aの第1面33cの負極未塗工部33eとの間に配置されている。 The sealing material 35 maintains the distance between the positive electrode current collector 32a and the negative electrode current collector 33a, and prevents a short circuit between the positive electrode current collector 32a and the negative electrode current collector 33a. The sealing material 35 is provided along the peripheral edges of the positive electrode current collector 32a and the negative electrode current collector 33a in a plan view, and is formed in a frame shape surrounding the positive electrode active material layer 32b and the negative electrode active material layer 33b. has been done. The sealing material 35 is disposed between the positive electrode uncoated portion 32e on the first surface 32c of the positive electrode current collector 32a and the negative electrode uncoated portion 33e on the first surface 33c of the negative electrode current collector 33a. .
正極32と負極33との間には、枠状の封止材35、正極32及び負極33によって囲まれた密閉空間Sが形成されている。
密閉空間Sには、セパレータ34及び電解液36が収容されている。したがって、封止材35は、正極32と負極33との間に電解液36を封止するものと言える。電解液36には、例えば、非水溶媒と非水溶媒に溶解した電解質塩とを含む液体電解質が挙げられる。なお、セパレータ34の周縁部分は、封止材35に埋まった状態とされている。
A sealed space S surrounded by a frame-shaped sealing material 35, the positive electrode 32, and the negative electrode 33 is formed between the positive electrode 32 and the negative electrode 33.
The sealed space S accommodates a separator 34 and an electrolytic solution 36. Therefore, it can be said that the sealing material 35 seals the electrolytic solution 36 between the positive electrode 32 and the negative electrode 33. The electrolytic solution 36 includes, for example, a liquid electrolyte containing a non-aqueous solvent and an electrolyte salt dissolved in the non-aqueous solvent. Note that the peripheral edge portion of the separator 34 is buried in the sealing material 35.
封止材35は、正極32及び負極33との間の密閉空間Sを封止することにより、密閉空間Sに収容された電解液36の外部への漏出を抑制し得る。また、封止材35は、セルスタック30の外部から密閉空間S内への水分の侵入を抑制し得る。さらに、封止材35は、例えば、充放電反応等により正極32又は負極33から発生したガスが密閉空間Sの外部に漏れることを抑制し得る。 The sealing material 35 can suppress leakage of the electrolytic solution 36 accommodated in the sealed space S to the outside by sealing the sealed space S between the positive electrode 32 and the negative electrode 33. Further, the sealing material 35 can suppress moisture from entering the sealed space S from the outside of the cell stack 30. Further, the sealing material 35 can suppress leakage of gas generated from the positive electrode 32 or the negative electrode 33 to the outside of the closed space S due to, for example, a charge/discharge reaction.
セルスタック30は、複数の蓄電セル31が、隣り合う一方の蓄電セル31の正極集電体32aの第2面32dと、隣り合う他方の蓄電セル31の負極集電体33aの第2面33dとが接触するように重ね合わされた構造を有する。これにより、セルスタック30を構成する複数の蓄電セル31が直列に接続されている。 In the cell stack 30, a plurality of storage cells 31 have a second surface 32d of a positive electrode current collector 32a of one adjacent storage cell 31 and a second surface 33d of a negative electrode current collector 33a of the other adjacent storage cell 31. It has a structure in which the two are overlapped so that they are in contact with each other. Thereby, the plurality of power storage cells 31 configuring the cell stack 30 are connected in series.
セルスタック30は、バイポーラ電極38を備えている。ここで、セルスタック30においては、積層方向に隣り合う二つの蓄電セル31を積層することにより、互いに接する正極集電体32a及び負極集電体33aを一つの集電体とみなした疑似的なバイポーラ電極38が形成される。疑似的なバイポーラ電極38は、正極集電体32a及び負極集電体33aが重ね合わされた構造の集電体と、その集電体の一方側の面に形成された正極活物質層32bと、他方側の面に形成された負極活物質層33bとを含む。なお、バイポーラ電極38は、正極集電体32a及び負極集電体33aが互いに一体化または接合された構造の集電体を用いて形成されていてもよい。 Cell stack 30 includes bipolar electrodes 38. Here, in the cell stack 30, by stacking two adjacent electricity storage cells 31 in the stacking direction, a pseudo current collector 32a and a negative electrode current collector 33a which are in contact with each other are considered as one current collector. A bipolar electrode 38 is formed. The pseudo bipolar electrode 38 includes a current collector having a structure in which a positive electrode current collector 32a and a negative electrode current collector 33a are stacked, a positive electrode active material layer 32b formed on one surface of the current collector, and a negative electrode active material layer 33b formed on the other surface. Note that the bipolar electrode 38 may be formed using a current collector having a structure in which the positive electrode current collector 32a and the negative electrode current collector 33a are integrated or joined to each other.
セル間封止材37は、積層方向と垂直な方向からセルスタック30の全周を囲むように設けられている。これにより、セル間封止材37が、集電体の外周縁を覆う。セル間封止材37が集電体の外周縁を覆うことにより、隣り合う一方の蓄電セル31の正極集電体32aの第2面32dと、隣り合う他方の蓄電セル31の負極集電体33aの第2面33dとの間がセル間封止材37により封止されている。従って、セル間封止材37は、複数の蓄電セル31同士の間を封止している。 The inter-cell sealing material 37 is provided so as to surround the entire circumference of the cell stack 30 in a direction perpendicular to the stacking direction. Thereby, the inter-cell sealing material 37 covers the outer peripheral edge of the current collector. By covering the outer periphery of the current collector with the inter-cell sealing material 37, the second surface 32d of the positive electrode current collector 32a of one adjacent power storage cell 31 and the negative electrode current collector of the other adjacent power storage cell 31 are separated. 33a and the second surface 33d are sealed with an inter-cell sealing material 37. Therefore, the inter-cell sealing material 37 seals between the plurality of power storage cells 31.
このように積層されたセルスタック30では、積層方向におけるセルスタック30の第1端に正極集電体32aが配置されている。当該正極集電体32aは、積層方向においてセルスタック30の最外層に位置する。また、積層方向におけるセルスタック30の第2端に負極集電体33aが配置されている。当該負極集電体33aもまた、セルスタック30の最外層に位置する。 In the cell stack 30 stacked in this manner, the positive electrode current collector 32a is disposed at the first end of the cell stack 30 in the stacking direction. The positive electrode current collector 32a is located at the outermost layer of the cell stack 30 in the stacking direction. Further, a negative electrode current collector 33a is arranged at the second end of the cell stack 30 in the stacking direction. The negative electrode current collector 33a is also located at the outermost layer of the cell stack 30.
正極通電板40は、セルスタック30の最外層に位置する正極集電体32aの第2面32dに接触している。正極通電板40は金属製の導体で構成されており、例えば、正極集電体32aと同材料の金属で構成される。正極通電板40は、平面視において正極集電体32aよりも小さく形成される。正極通電板40は、蓄電モジュール10の外部へセルスタック30の電力を取り出すために用いられる。したがって、セルスタック30の最外層に位置する正極集電体32aの第2面32dは、セルスタック30の外部への電力取り出し面である。 The positive electrode current-carrying plate 40 is in contact with the second surface 32d of the positive electrode current collector 32a located at the outermost layer of the cell stack 30. The positive electrode current-carrying plate 40 is made of a metal conductor, for example, made of the same metal as the positive electrode current collector 32a. The positive electrode current-carrying plate 40 is formed smaller than the positive electrode current collector 32a in plan view. The positive electrode current-carrying plate 40 is used to take out the electric power of the cell stack 30 to the outside of the power storage module 10. Therefore, the second surface 32d of the positive electrode current collector 32a located at the outermost layer of the cell stack 30 is a surface for extracting power to the outside of the cell stack 30.
負極通電板50は、セルスタック30の最外層に位置する負極集電体33aの第2面33dに接触している。負極通電板50は金属製の導体で構成されており、例えば、負極集電体33aと同材料の金属で構成される。負極通電板50は、平面視において負極集電体33aよりも小さく形成される。負極通電板50は、蓄電モジュール10の外部へセルスタック30の電力を取り出すために用いられる。したがって、セルスタック30の最外層に位置する負極集電体33aの第2面33dは、セルスタック30の外部への電力取り出し面である。 The negative electrode current-carrying plate 50 is in contact with the second surface 33d of the negative electrode current collector 33a located at the outermost layer of the cell stack 30. The negative electrode current-carrying plate 50 is made of a metal conductor, for example, made of the same metal as the negative electrode current collector 33a. The negative electrode current-carrying plate 50 is formed smaller than the negative electrode current collector 33a in plan view. The negative electrode current-carrying plate 50 is used to take out the electric power of the cell stack 30 to the outside of the power storage module 10. Therefore, the second surface 33d of the negative electrode current collector 33a located at the outermost layer of the cell stack 30 is a surface for extracting power to the outside of the cell stack 30.
複数の蓄電セル31は、第1蓄電セル31aと、第2蓄電セル31bと、を含む。第1蓄電セル31aは、セルスタック30の最外層に位置する負極集電体33aを備える。第2蓄電セル31bは、セルスタック30を構成する蓄電セル31のうち、第1蓄電セル31a以外のものである。 The plurality of power storage cells 31 include a first power storage cell 31a and a second power storage cell 31b. The first power storage cell 31a includes a negative electrode current collector 33a located at the outermost layer of the cell stack 30. The second power storage cell 31b is one of the power storage cells 31 constituting the cell stack 30 other than the first power storage cell 31a.
したがって、複数の蓄電セル31は、セルスタック30の最外層に位置する負極集電体33aを備える第1蓄電セル31aと、第1蓄電セル31a以外の第2蓄電セル31bと、を含む。 Therefore, the plurality of power storage cells 31 include a first power storage cell 31a provided with a negative electrode current collector 33a located in the outermost layer of the cell stack 30, and a second power storage cell 31b other than the first power storage cell 31a.
本実施形態では、封止材35が各蓄電セル31の正極32と負極33との間に電解液36を封止しており、電解液36を封止するための筐体をセルスタック30の外部に別途設けていないため、セルスタック30の最外層に位置する負極集電体33aの溶出が、蓄電モジュール10の外部への電解液36の液漏れを引き起こすおそれがある。 In this embodiment, the sealing material 35 seals the electrolytic solution 36 between the positive electrode 32 and the negative electrode 33 of each power storage cell 31, and the casing for sealing the electrolytic solution 36 is used as the casing of the cell stack 30. Since it is not separately provided outside, there is a possibility that elution of the negative electrode current collector 33a located at the outermost layer of the cell stack 30 may cause leakage of the electrolytic solution 36 to the outside of the power storage module 10.
一方、第2蓄電セル31bの負極集電体33aは、隣接する他の蓄電セル31に積層されている。これにより、第2蓄電セル31bの負極集電体33aは、隣接する他の蓄電セル31の正極集電体32aによって覆われている。したがって、第2蓄電セル31bの負極集電体33aが溶出した場合であっても、蓄電モジュール10の外部への電解液36の液漏れが発生しにくい。 On the other hand, the negative electrode current collector 33a of the second power storage cell 31b is stacked on another adjacent power storage cell 31. Thereby, the negative electrode current collector 33a of the second power storage cell 31b is covered by the positive electrode current collector 32a of the other adjacent power storage cell 31. Therefore, even if the negative electrode current collector 33a of the second power storage cell 31b is eluted, leakage of the electrolytic solution 36 to the outside of the power storage module 10 is unlikely to occur.
なお、セルスタック30の最外層に位置する負極集電体33aは負極通電板50に接触し、かつ、負極通電板50に覆われているが、最外層に位置する負極集電体33aが溶出した場合、負極通電板50を伝って蓄電モジュール10の外部へ電解液36の液漏れが発生しやすい。特に、負極通電板50が負極集電体33aと同じく銅製である場合は、最外層に位置する負極集電体33aが溶出したとき、負極通電板50も溶出するおそれがあり、蓄電モジュール10の外部へ電解液36の液漏れがより発生しやすい。さらに、平面視において負極通電板50が負極集電体33aよりも小さく形成される場合は、最外層に位置する負極集電体33aが負極通電板50によって覆われない位置が生じるため、蓄電モジュール10の外部へ電解液36の液漏れがより発生しやすい。 Note that although the negative electrode current collector 33a located at the outermost layer of the cell stack 30 is in contact with the negative electrode current-carrying plate 50 and is covered by the negative electrode current-carrying plate 50, the negative electrode current collector 33a located at the outermost layer is eluted. In this case, the electrolytic solution 36 is likely to leak to the outside of the power storage module 10 along the negative electrode current-carrying plate 50. In particular, when the negative electrode current-carrying plate 50 is made of copper like the negative electrode current collector 33a, when the negative electrode current collector 33a located at the outermost layer elutes, the negative electrode current-carrying plate 50 may also be eluted. Leakage of the electrolytic solution 36 to the outside is more likely to occur. Furthermore, if the negative electrode current-carrying plate 50 is formed smaller than the negative electrode current collector 33a in plan view, there will be a position where the negative electrode current collector 33a located at the outermost layer is not covered by the negative electrode current-carrying plate 50. The electrolytic solution 36 is more likely to leak to the outside of the electrolyte 10.
図1に示すように、リレースイッチ70は、蓄電モジュール10の充電又は放電を禁止するためのスイッチである。リレースイッチ70は、組電池20に直列に接続されている。 As shown in FIG. 1, relay switch 70 is a switch for prohibiting charging or discharging of power storage module 10. Relay switch 70 is connected in series to battery pack 20.
電圧センサ85は、蓄電セル31に並列接続されている。電圧センサ85は、蓄電セル31の電圧を検出する。電圧センサ85は、蓄電セル31毎に個別に設けられている。
セルバランス回路80は、パッシブ方式のセルバランス回路である。セルバランス回路80は、複数の抵抗素子81と、複数のスイッチ82と、を備える。抵抗素子81の数、及びスイッチ82の数は、例えば、蓄電セル31の数と同数である。1つの抵抗素子81と1つのスイッチ82とを直列接続したユニットを直列接続体とする。各蓄電セル31のそれぞれには、直列接続体が1つずつ並列接続されている。スイッチ82のオンとオフとを切り替えることで、蓄電セル31毎に個別に抵抗素子81への接続と非接続とを切り替えることができる。
Voltage sensor 85 is connected in parallel to power storage cell 31 . Voltage sensor 85 detects the voltage of power storage cell 31 . Voltage sensor 85 is provided individually for each power storage cell 31.
The cell balance circuit 80 is a passive type cell balance circuit. The cell balance circuit 80 includes a plurality of resistance elements 81 and a plurality of switches 82. The number of resistance elements 81 and the number of switches 82 are, for example, the same as the number of storage cells 31. A unit in which one resistance element 81 and one switch 82 are connected in series is referred to as a series connection body. One series connection body is connected in parallel to each power storage cell 31 . By turning the switch 82 on and off, connection to and disconnection from the resistance element 81 can be switched individually for each power storage cell 31.
制御装置90は、ハードウェアとしてプロセッサ91と、記憶部92と、を備える。プロセッサ91としては、例えば、CPU(Central Processing Unit)、GPU(Graphics Processing Unit)、又はDSP(Digital Signal Processor)が用いられる。記憶部92は、RAM(Random access memory)及びROM(Read Only Memory)を含む。記憶部92は、処理をプロセッサ91に実行させるように構成されたプログラムコードまたは指令を格納している。記憶部92、即ち、コンピュータ可読媒体は、汎用または専用のコンピュータでアクセスできるあらゆる利用可能な媒体を含む。制御装置90は、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)やFPGA(Field Programmable Gate Array)等のハードウェア回路によって構成されていてもよい。処理回路である制御装置90は、コンピュータプログラムに従って動作する1つ以上のプロセッサ、ASICやFPGA等の1つ以上のハードウェア回路、或いは、それらの組み合わせを含み得る。 The control device 90 includes a processor 91 and a storage section 92 as hardware. As the processor 91, for example, a CPU (Central Processing Unit), a GPU (Graphics Processing Unit), or a DSP (Digital Signal Processor) is used. The storage unit 92 includes a RAM (Random Access Memory) and a ROM (Read Only Memory). The storage unit 92 stores program codes or instructions configured to cause the processor 91 to execute processes. Storage 92, or computer readable media, includes any available media that can be accessed by a general purpose or special purpose computer. The control device 90 may be configured by a hardware circuit such as an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) or an FPGA (Field Programmable Gate Array). The control device 90, which is a processing circuit, may include one or more processors that operate according to a computer program, one or more hardware circuits such as ASIC or FPGA, or a combination thereof.
制御装置90は、プロセッサ91が記憶部92に記憶されたプログラムを実行することで機能する機能要素として取得部93と、セルバランス制御部94と、判定部95と、過放電制御部96と、電圧制御部97と、を備える。 The control device 90 includes an acquisition section 93 , a cell balance control section 94 , a determination section 95 , and an overdischarge control section 96 as functional elements that function when the processor 91 executes a program stored in the storage section 92 . A voltage control section 97 is provided.
制御装置90は、所定の時間間隔で電圧センサ85の検出結果を取得する。これにより、制御装置90は、各蓄電セル31の電圧を示す情報を取得することができる。制御装置90は、電圧センサ85の検出結果を取得する取得部93を備えているといえる。 The control device 90 acquires the detection results of the voltage sensor 85 at predetermined time intervals. Thereby, the control device 90 can acquire information indicating the voltage of each power storage cell 31. It can be said that the control device 90 includes an acquisition unit 93 that acquires the detection result of the voltage sensor 85.
制御装置90は、スイッチ82を制御することでセルバランスを行う。セルバランスは、全ての蓄電セル31の電圧を均一にするために行われる。なお、ここでいう均一とは、誤差を許容するものである。セルバランスは、例えば、蓄電セル31の充放電が行われていない時間が所定時間経過した際に行われる。所定時間としては、例えば、充放電により蓄電セル31に生じる分極を解消できると想定される時間である。 The control device 90 performs cell balancing by controlling the switch 82. Cell balance is performed to equalize the voltages of all storage cells 31. Note that "uniform" here means that an error is allowed. Cell balance is performed, for example, when a predetermined period of time has elapsed during which the storage cells 31 are not being charged or discharged. The predetermined time is, for example, a time during which it is assumed that polarization occurring in the storage cell 31 due to charging and discharging can be eliminated.
制御装置90は、各蓄電セル31の電圧が目標電圧になるようにセルバランスを行う。セルバランスで設定される目標電圧は、全ての蓄電セル31で同一である。目標電圧としては、例えば、各蓄電セル31の電圧のうちセルバランスを開始する前の時点で、最も電圧の低い蓄電セル31の電圧が用いられる。制御装置90は、スイッチ82を制御することで、目標電圧よりも電圧の高い蓄電セル31と抵抗素子81とを接続し、目標電圧よりも電圧の高い蓄電セル31に放電を行わせる。制御装置90は、全ての蓄電セル31の電圧が目標電圧になると、セルバランスを終える。なお、「蓄電セル31の電圧が目標電圧になる」とは、蓄電セル31の電圧と目標電圧とが一致している態様のみでなく、蓄電セル31の電圧と目標電圧に誤差が生じている態様を含む。このように、セルバランスが行われるようにスイッチ82を制御することで、制御装置90は、蓄電セル31のセルバランスを行うセルバランス制御部94を備えているといえる。 Control device 90 performs cell balancing so that the voltage of each power storage cell 31 becomes the target voltage. The target voltage set in cell balance is the same for all power storage cells 31. As the target voltage, for example, among the voltages of each power storage cell 31, the voltage of the power storage cell 31 having the lowest voltage at the time before cell balancing is started is used. By controlling the switch 82, the control device 90 connects the storage cell 31 whose voltage is higher than the target voltage and the resistance element 81, and causes the storage cell 31 whose voltage is higher than the target voltage to discharge. Control device 90 finishes cell balancing when the voltages of all power storage cells 31 reach the target voltage. Note that "the voltage of the electricity storage cell 31 becomes the target voltage" does not only mean that the voltage of the electricity storage cell 31 and the target voltage match, but also that there is an error between the voltage of the electricity storage cell 31 and the target voltage. including aspects. By controlling the switch 82 so that cell balancing is performed in this manner, the control device 90 can be said to include a cell balance control unit 94 that performs cell balancing of the power storage cells 31.
制御装置90は、以下の制御を所定の制御周期で繰り返し行う。以下の制御は、セルスタック30が充放電されているか否かに関わらず行われる。
図3に示すように、ステップS1において、制御装置90は、蓄電セル31の電圧が所定の過放電閾値より大きいか否かを判定する。本実施形態において、制御装置90は、複数の蓄電セル31のうち最も電圧の低い蓄電セル31の電圧が過放電閾値よりも大きいか否かを判定する。蓄電セル31の残容量と蓄電セル31の電圧には相関があり、蓄電セル31の残容量が多いほど蓄電セル31の電圧は高くなる。従って、蓄電セル31の電圧から蓄電セル31が過放電か否かを判定することができる。過放電閾値とは、蓄電セル31が過放電か否かを判定するための閾値である。過放電閾値は予め設定された固定値である。過放電閾値としては、蓄電セル31が過放電の際の電圧であってもよいし、蓄電セル31が過放電の際の電圧にマージンを加えた値であってもよい。蓄電セル31の電圧が過放電閾値以下の場合、蓄電セル31は過放電であると判定される。蓄電セル31の電圧が過放電閾値より大きい場合、蓄電セル31は過放電ではないと判定される。ステップS1の判定結果が否定の場合、制御装置90はステップS2の処理を行う。ステップS1の判定結果が肯定の場合、制御装置90はステップS3の処理を行う。ステップS1の処理を行うことで、制御装置90は、判定部95を備えているといえる。
The control device 90 repeatedly performs the following control at a predetermined control cycle. The following control is performed regardless of whether the cell stack 30 is being charged or discharged.
As shown in FIG. 3, in step S1, control device 90 determines whether the voltage of power storage cell 31 is higher than a predetermined overdischarge threshold. In this embodiment, the control device 90 determines whether the voltage of the electrical storage cell 31 with the lowest voltage among the plurality of electrical storage cells 31 is greater than the overdischarge threshold. There is a correlation between the remaining capacity of the electricity storage cell 31 and the voltage of the electricity storage cell 31, and the voltage of the electricity storage cell 31 becomes higher as the remaining capacity of the electricity storage cell 31 increases. Therefore, it can be determined from the voltage of the power storage cell 31 whether or not the power storage cell 31 is over-discharged. The overdischarge threshold is a threshold for determining whether or not the storage cell 31 is overdischarged. The overdischarge threshold is a preset fixed value. The overdischarge threshold may be the voltage at which the storage cell 31 is overdischarged, or may be a value obtained by adding a margin to the voltage at which the storage cell 31 is overdischarged. When the voltage of the power storage cell 31 is less than or equal to the overdischarge threshold, the power storage cell 31 is determined to be overdischarged. When the voltage of the power storage cell 31 is greater than the overdischarge threshold, it is determined that the power storage cell 31 is not overdischarged. If the determination result in step S1 is negative, the control device 90 performs the process in step S2. If the determination result in step S1 is affirmative, the control device 90 performs the process in step S3. By performing the process of step S1, it can be said that the control device 90 includes the determination section 95.
ステップS2において、制御装置90は、セルスタック30の放電を禁止する。制御装置90は、リレースイッチ70をオフすることで、セルスタック30とモータ110との接続を遮断する。本実施形態のように、車両Veに搭載される蓄電モジュール10であれば、制御装置90は、車両Veを走行不能な状態にするといえる。ステップS2の処理を行うことで、制御装置90は、過放電制御部96を備えているといえる。ステップS1及びステップS2の処理を行うことで、複数の蓄電セル31のうち少なくとも1つが過放電となると、セルスタック30の放電が禁止される。 In step S2, the control device 90 prohibits the cell stack 30 from discharging. Control device 90 cuts off the connection between cell stack 30 and motor 110 by turning off relay switch 70 . If the power storage module 10 is mounted on the vehicle Ve as in this embodiment, it can be said that the control device 90 puts the vehicle Ve in a non-drivable state. By performing the process of step S2, it can be said that the control device 90 includes the overdischarge control section 96. By performing the processing in step S1 and step S2, when at least one of the plurality of power storage cells 31 becomes over-discharged, discharging of the cell stack 30 is prohibited.
制御装置90は、セルスタック30の放電を禁止した場合、その旨の通報をユーザに対して行ってもよい。ユーザへの通報は任意の方法で行うことができる。車両Veに搭乗したユーザに通報を行うことを想定する場合、ユーザの視認可能な位置に設けられた表示部に表示を行ったり、ユーザの視認可能な位置に設けられたランプの点灯や点滅を行うことで通報を行ってもよい。ブザー音や音声による通報など、音を用いて通報を行ってもよい。また、ユーザが車両Veに搭乗していない場合であってもユーザに対して通報を行うことを想定する場合、制御装置90は、通信装置によって無線通信を行うことで、車両Veに登録された携帯通信端末に通報を行ってもよい。例えば、制御装置90は、テレマティクスに関する制御を行う装置に対して指令を送ることで、無線通信を行わせる。 When the control device 90 prohibits discharge of the cell stack 30, the control device 90 may notify the user to that effect. The user can be notified by any method. When it is assumed that a notification is to be sent to a user aboard the vehicle Ve, it is necessary to display a message on a display section installed in a position visible to the user, or to turn on or blink a lamp installed in a position visible to the user. You may report by doing so. The notification may be made using sound, such as a buzzer sound or a voice notification. In addition, when it is assumed that the user is to be notified even when the user is not on board the vehicle Ve, the control device 90 performs wireless communication using the communication device to detect information registered in the vehicle Ve. The notification may also be sent to a mobile communication terminal. For example, the control device 90 causes a device that performs control regarding telematics to perform wireless communication by sending a command.
ステップS3において、制御装置90は、蓄電セル31の電圧が制限閾値より小さいか否かを判定する。本実施形態において、制御装置90は、最も電圧の低い蓄電セル31の電圧が制限閾値より小さいか否かを判定する。制限閾値とは、セルスタック30の放電を制限するための閾値である。蓄電モジュール10では、蓄電セル31の放電時に蓄電セル31が過放電とらないように、蓄電セル31の電圧が制限閾値未満になるとセルスタック30の放電が制限される。制限閾値は、過放電閾値よりも大きい所定の閾値である。ステップS3の判定結果が肯定の場合、制御装置90はステップS4の処理を行う。ステップS3の判定結果が否定の場合、制御装置90は制御を終了する。 In step S3, control device 90 determines whether the voltage of power storage cell 31 is smaller than the limit threshold. In this embodiment, the control device 90 determines whether the voltage of the electricity storage cell 31 with the lowest voltage is lower than the limit threshold. The limiting threshold is a threshold for limiting the discharge of the cell stack 30. In the power storage module 10, the discharge of the cell stack 30 is restricted when the voltage of the power storage cell 31 becomes less than the limit threshold so that the power storage cell 31 is not over-discharged when the power storage cell 31 is discharged. The limit threshold is a predetermined threshold that is larger than the overdischarge threshold. If the determination result in step S3 is affirmative, the control device 90 performs the process in step S4. If the determination result in step S3 is negative, the control device 90 ends the control.
ステップS4において、制御装置90は、放電の制限を行う。放電の制限は、放電時の電圧降下により蓄電セル31の電圧が過放電とならないように行われる。制御装置90は、蓄電セル31の残容量に応じて出力電力指令値を現在の値より小さい値であって0より大きい範囲において制限する。出力電力指令値とは、車両ECU120に対して送られる指令である。車両ECU120は、出力電力指令値に従って蓄電セル31の放電が行われるようにインバータ100のデューティ比を設定する。従って、制御装置90が出力電力指令値を現在の値よりも小さい値にすることで、蓄電セル31からインバータ100に供給される電力が制限される。これにより、蓄電セル31が過放電状態になることを抑制している。 In step S4, the control device 90 limits discharge. The discharge is limited so that the voltage of the storage cell 31 does not become over-discharged due to a voltage drop during discharge. Control device 90 limits the output power command value to a value smaller than the current value and larger than 0 according to the remaining capacity of power storage cell 31 . The output power command value is a command sent to vehicle ECU 120. Vehicle ECU 120 sets the duty ratio of inverter 100 so that power storage cell 31 is discharged according to the output power command value. Therefore, when the control device 90 sets the output power command value to a value smaller than the current value, the power supplied from the power storage cell 31 to the inverter 100 is limited. This suppresses the storage cell 31 from becoming over-discharged.
制御装置90は、以下の放電制御を所定の制御周期で繰り返し行う。以下、放電制御について詳細に説明する。
図4に示すように、ステップS11において、制御装置90は、セルスタック30の電力が機器としてのモータ110に供給されているか否かを判定する。本実施形態のように、車両Veに搭載される蓄電モジュール10であれば、ステップS11では、車両Veがキーオフ状態かキーオン状態かを判定すればよい。キーオフ状態とは、車両Veが走行不可能な状態であり、キーオン状態とは車両Veが走行可能な状態である。車両Veがキーオフ状態の場合、セルスタック30の電力はモータ110に供給されない状態といえる。車両Veがキーオン状態の場合、セルスタック30の電力がモータ110に供給されるといえる。キーオフ状態とキーオン状態は、車両Veの搭乗者による操作によって切り替えることができる。ステップS11の判定結果が肯定の場合、制御装置90は、放電制御を終了する。ステップS11の判定結果が否定の場合、制御装置90はステップS12の処理を行う。
The control device 90 repeatedly performs the following discharge control at a predetermined control cycle. Discharge control will be explained in detail below.
As shown in FIG. 4, in step S11, the control device 90 determines whether power from the cell stack 30 is being supplied to the motor 110 as a device. If the power storage module 10 is mounted on the vehicle Ve as in this embodiment, it is sufficient to determine whether the vehicle Ve is in the key-off state or the key-on state in step S11. The key-off state is a state in which the vehicle Ve cannot travel, and the key-on state is a state in which the vehicle Ve is able to travel. When the vehicle Ve is in the key-off state, it can be said that the electric power of the cell stack 30 is not supplied to the motor 110. When the vehicle Ve is in the key-on state, it can be said that the electric power of the cell stack 30 is supplied to the motor 110. The key-off state and the key-on state can be switched by an operation by a passenger of the vehicle Ve. If the determination result in step S11 is affirmative, the control device 90 ends the discharge control. If the determination result in step S11 is negative, the control device 90 performs the process in step S12.
ステップS12において、制御装置90は、蓄電セル31の電圧が所定の過放電閾値より大きいか否かを判定する。即ち、蓄電セル31が過放電でないか否かを判定する。ステップS12の判定は、ステップS1の判定と同様の処理である。ステップS12の判定結果が肯定の場合、制御装置90はステップS13の処理を行う。ステップS12の判定結果が否定の場合、制御装置90は放電制御を終了する。 In step S12, control device 90 determines whether the voltage of power storage cell 31 is higher than a predetermined overdischarge threshold. That is, it is determined whether or not the storage cell 31 is not over-discharged. The determination in step S12 is the same process as the determination in step S1. If the determination result in step S12 is affirmative, the control device 90 performs the process in step S13. If the determination result in step S12 is negative, the control device 90 ends the discharge control.
ステップS13において、制御装置90は、蓄電セル31の電圧が制限閾値より小さいか否かを判定する。ステップS13の判定は、ステップS3の判定と同様の処理である。ステップS13の判定結果が肯定の場合、制御装置90はステップS14の処理を行う。ステップS13の判定結果が否定の場合、制御装置90は放電制御を終了する。 In step S13, control device 90 determines whether the voltage of power storage cell 31 is smaller than the limit threshold. The determination in step S13 is the same process as the determination in step S3. If the determination result in step S13 is affirmative, the control device 90 performs the process in step S14. If the determination result in step S13 is negative, the control device 90 ends the discharge control.
ステップS14において、制御装置90は、最も電圧の低い蓄電セル31が第1蓄電セル31aか否かを判定する。ステップS14の判定結果が否定の場合、制御装置90はステップS15の処理を行う。ステップS14の判定結果が肯定の場合、制御装置90はステップS16の処理を行う。 In step S14, the control device 90 determines whether the electricity storage cell 31 with the lowest voltage is the first electricity storage cell 31a. If the determination result in step S14 is negative, the control device 90 performs the process in step S15. If the determination result in step S14 is affirmative, the control device 90 performs the process in step S16.
ステップS15において、制御装置90は、第1蓄電セル31aと最も電圧の低い第2蓄電セル31bとの電圧差が所定値以上か否かを判定する。ステップS15の判定は、最も電圧の低い蓄電セル31が第2蓄電セル31bの場合に行われるため、ステップS15では最も電圧の低い第2蓄電セル31bの電圧が第1蓄電セル31aの電圧より所定値以上低いか否かを判定しているといえる。ステップS15の判定結果が肯定の場合、制御装置90は放電制御を終了する。ステップS15の判定結果が否定の場合、制御装置90はステップS16の処理を行う。 In step S15, the control device 90 determines whether the voltage difference between the first power storage cell 31a and the second power storage cell 31b having the lowest voltage is greater than or equal to a predetermined value. Since the determination in step S15 is performed when the electricity storage cell 31 with the lowest voltage is the second electricity storage cell 31b, in step S15, the voltage of the second electricity storage cell 31b with the lowest voltage is a predetermined value higher than the voltage of the first electricity storage cell 31a. It can be said that it is determined whether or not the value is lower than the value. If the determination result in step S15 is affirmative, the control device 90 ends the discharge control. If the determination result in step S15 is negative, the control device 90 performs the process in step S16.
ステップS16において、制御装置90は、第2蓄電セル31bの放電を行うことで、放電が行われる第2蓄電セル31bの電圧を第1蓄電セル31aよりも所定値低くする。本実施形態では、複数の第2蓄電セル31bのうち最も電圧が低い第2蓄電セル31bの放電を行う。 In step S16, the control device 90 discharges the second power storage cell 31b, thereby lowering the voltage of the second power storage cell 31b to be discharged by a predetermined value than that of the first power storage cell 31a. In this embodiment, the second electricity storage cell 31b having the lowest voltage among the plurality of second electricity storage cells 31b is discharged.
制御装置90は、スイッチ82を制御することで、放電を行う対象となる第2蓄電セル31bと抵抗素子81とを接続して放電を行わせる。制御装置90は、放電を行う対象となる第2蓄電セル31bの電圧が第1蓄電セル31aの電圧よりも所定値低くなるように放電を行う。これにより、第2蓄電セル31bの1つが第1蓄電セル31aの電圧よりも所定値低くなる。所定値としては、例えば、ステップS16の処理を行った後から、自然放電により蓄電セル31の電圧が降下した際に、放電を行った第2蓄電セル31bの電圧が第1蓄電セル31aの電圧よりも先に過放電閾値に到達するような値に設定される。所定値としては、例えば、0.1[V]を挙げることができる。なお、この所定値と、ステップS15の判定に用いられる所定値とは同一の値である。ステップS16の処理を行うことで、制御装置90は電圧制御部97を備えているといえる。ステップS11~ステップS13の判定を行うことで、セルスタック30の電力がモータ110に供給されていない場合であって、いずれかの蓄電セル31の電圧が過放電閾値より大きく、かつ、制限閾値より小さい場合に第2蓄電セル31bの放電が行われる。 The control device 90 controls the switch 82 to connect the second storage cell 31b to be discharged and the resistance element 81 to cause discharge to occur. The control device 90 performs discharging so that the voltage of the second power storage cell 31b to be discharged is lower than the voltage of the first power storage cell 31a by a predetermined value. Thereby, the voltage of one of the second power storage cells 31b becomes lower than the voltage of the first power storage cell 31a by a predetermined value. As the predetermined value, for example, when the voltage of the electricity storage cell 31 drops due to natural discharge after performing the process of step S16, the voltage of the second electricity storage cell 31b that has discharged becomes the voltage of the first electricity storage cell 31a. The overdischarge threshold is set to a value that reaches the overdischarge threshold earlier than the overdischarge threshold. The predetermined value may be, for example, 0.1 [V]. Note that this predetermined value and the predetermined value used for the determination in step S15 are the same value. By performing the process of step S16, it can be said that the control device 90 includes the voltage control section 97. By making the determinations in steps S11 to S13, it is determined that the power of the cell stack 30 is not being supplied to the motor 110 and the voltage of any of the storage cells 31 is higher than the overdischarge threshold and lower than the limit threshold. If it is smaller, the second storage cell 31b is discharged.
第1実施形態の作用について説明する。
セルスタック30を充放電しない状態に維持すると、各蓄電セル31の電圧は徐々に低下していく。車両Veに搭載されるセルスタック30であれば、車両Veがキーオフ状態又は充電されない状態に維持されると、各蓄電セル31の電圧は徐々に低下していく。蓄電モジュール10では、第2蓄電セル31bを放電することで第2蓄電セル31bの電圧を第1蓄電セル31aの電圧よりも低くすることができる。
The operation of the first embodiment will be explained.
When the cell stack 30 is maintained in a non-charged/discharged state, the voltage of each storage cell 31 gradually decreases. In the case of the cell stack 30 mounted on the vehicle Ve, when the vehicle Ve is maintained in a key-off state or an uncharged state, the voltage of each power storage cell 31 gradually decreases. In the power storage module 10, by discharging the second power storage cell 31b, the voltage of the second power storage cell 31b can be made lower than the voltage of the first power storage cell 31a.
本実施形態では、蓄電セル31のうちいずれかの蓄電セル31の電圧が制限閾値を下回ると、第2蓄電セル31bの放電を行うか否かの判定が行われる。第1蓄電セル31aの電圧よりも所定値以上電圧の低い第2蓄電セル31bが存在すれば第2蓄電セル31bの放電は行われない。第1蓄電セル31aの電圧よりも所定値以上電圧の低い第2蓄電セル31bが存在しなければ、第2蓄電セル31bの放電を行うことで、当該第2蓄電セル31bの電圧を第1蓄電セル31aの電圧より所定値低くする。蓄電セル31のうちいずれかの蓄電セル31の電圧が制限閾値を下回ると、制限閾値を下回った蓄電セル31が第1蓄電セル31aか第2蓄電セル31bかに関わらず、第2蓄電セル31bの電圧が第1蓄電セル31aの電圧より所定値以上低い状態にされる。この状態で、各蓄電セル31の電圧が更に低下していくことで、いずれかの蓄電セル31の電圧が過放電閾値以下になり、セルスタック30の放電が禁止される。また、セルスタック30の放電を禁止した際に、ユーザに通報を行うこともできる。第2蓄電セル31bを放電させて第1蓄電セル31aの電圧よりも低くすることで、各蓄電セル31で同様に電圧が低下していくとすると、放電を行った第2蓄電セル31bの方が第1蓄電セル31aよりも先に過放電閾値に達する。 In this embodiment, when the voltage of any of the power storage cells 31 falls below the limiting threshold, it is determined whether or not to discharge the second power storage cell 31b. If there is a second electricity storage cell 31b whose voltage is lower than the voltage of the first electricity storage cell 31a by a predetermined value or more, the second electricity storage cell 31b is not discharged. If there is no second electricity storage cell 31b whose voltage is lower than the voltage of the first electricity storage cell 31a by a predetermined value or more, by discharging the second electricity storage cell 31b, the voltage of the second electricity storage cell 31b is changed to the first electricity storage cell 31b. The voltage is set to be a predetermined value lower than the voltage of the cell 31a. When the voltage of any of the electricity storage cells 31 falls below the limit threshold, the voltage of the second electricity storage cell 31b falls below the limit threshold, regardless of whether the electricity storage cell 31 that has fallen below the limit threshold is the first electricity storage cell 31a or the second electricity storage cell 31b. The voltage of the first storage cell 31a is set to be lower than the voltage of the first storage cell 31a by a predetermined value or more. In this state, as the voltage of each power storage cell 31 further decreases, the voltage of any of the power storage cells 31 becomes equal to or less than the overdischarge threshold, and discharging of the cell stack 30 is prohibited. Further, when discharging the cell stack 30 is prohibited, a notification can be given to the user. Assuming that the voltage of each storage cell 31 decreases in the same way by discharging the second storage cell 31b to make it lower than the voltage of the first storage cell 31a, the voltage of the second storage cell 31b that has been discharged is lower than that of the second storage cell 31b. reaches the overdischarge threshold before the first storage cell 31a.
第1実施形態の効果について説明する。
(1-1)制御装置90は、セルバランス回路80を制御することで第2蓄電セル31bの放電を行うことができる。制御装置90は、第2蓄電セル31bの放電を行うことで、第2蓄電セル31bの電圧を第1蓄電セル31aの電圧よりも低くする。第1蓄電セル31aの電圧と第2蓄電セル31bの電圧とが同様に低下していけば、第2蓄電セル31bの電圧は第1蓄電セル31aの電圧よりも先に過放電閾値に達する。このため、第1蓄電セル31aが過放電となる前に第2蓄電セル31bが過放電であると判定されやすく、第1蓄電セル31aが過放電となる前にセルスタック30の放電を禁止することができる。第1蓄電セル31aが過放電になりにくいため、セルスタック30の最外層に位置する負極集電体33aの溶出が抑制される。第2蓄電セル31bの備える負極集電体33aは、隣り合う蓄電セル31の正極集電体32aに重ねて設けられているため、第2蓄電セル31bの備える負極集電体33aが溶出しても、電解液36が漏れにくい。これに対し、セルスタック30の最外層に位置する負極集電体33aには正極集電体32aが重ねられていないため、第2蓄電セル31bの負極集電体33aに比べて、負極集電体33aが溶出した際に蓄電モジュール10の外部に電解液36が漏れやすい。従って、セルスタック30の最外層に位置する負極集電体33aの溶出を抑制することで、電解液36の液漏れを抑制できる。
The effects of the first embodiment will be explained.
(1-1) The control device 90 can discharge the second power storage cell 31b by controlling the cell balance circuit 80. The control device 90 discharges the second power storage cell 31b to make the voltage of the second power storage cell 31b lower than the voltage of the first power storage cell 31a. If the voltage of the first power storage cell 31a and the voltage of the second power storage cell 31b decrease in the same way, the voltage of the second power storage cell 31b reaches the overdischarge threshold earlier than the voltage of the first power storage cell 31a. Therefore, it is easy to determine that the second storage cell 31b is overdischarged before the first storage cell 31a becomes overdischarged, and discharging of the cell stack 30 is prohibited before the first storage cell 31a becomes overdischarged. be able to. Since the first electricity storage cell 31a is less likely to be overdischarged, elution of the negative electrode current collector 33a located at the outermost layer of the cell stack 30 is suppressed. Since the negative electrode current collector 33a of the second power storage cell 31b is provided overlapping the positive electrode current collector 32a of the adjacent power storage cell 31, the negative electrode current collector 33a of the second power storage cell 31b is eluted. Also, the electrolyte 36 is less likely to leak. On the other hand, since the positive electrode current collector 32a is not stacked on the negative electrode current collector 33a located at the outermost layer of the cell stack 30, the negative electrode current collector 33a is larger than the negative electrode current collector 33a of the second storage cell 31b. When body 33a is eluted, electrolytic solution 36 tends to leak to the outside of power storage module 10. Therefore, by suppressing elution of the negative electrode current collector 33a located at the outermost layer of the cell stack 30, leakage of the electrolytic solution 36 can be suppressed.
特に、本実施形態の蓄電モジュール10のように、蓄電モジュール10が電解液36を収容するための筐体を備えていない場合、電解液36の液漏れが生じると、電解液36が蓄電モジュール10の外部に至りやすい。従って、蓄電モジュール10が電解液36を収容するための筐体を備えていない場合、蓄電モジュール10が電解液36を収容するための筐体を備えている場合に比べて、セルスタック30の最外層に位置する負極集電体33aの溶出を抑制することが求められる。本実施形態のように、セルスタック30の最外層に位置する負極集電体33aの溶出を抑制して電解液36の液漏れを抑制することで、電解液36を収容する筐体を備えない蓄電モジュール10であっても、蓄電モジュール10の外部に電解液36が至ることを抑制できる。 In particular, when the power storage module 10 is not provided with a housing for accommodating the electrolytic solution 36 like the power storage module 10 of this embodiment, if the electrolytic solution 36 leaks, the electrolytic solution 36 will be transferred to the power storage module 10. It is easy to reach the outside. Therefore, when the power storage module 10 is not provided with a casing for accommodating the electrolyte 36, compared to a case where the power storage module 10 is provided with a casing for accommodating the electrolyte 36, the cell stack 30 is It is required to suppress elution of the negative electrode current collector 33a located in the outer layer. As in the present embodiment, by suppressing the elution of the negative electrode current collector 33a located at the outermost layer of the cell stack 30 and suppressing the leakage of the electrolytic solution 36, there is no need for a casing for accommodating the electrolytic solution 36. Even in the case of the power storage module 10, it is possible to suppress the electrolytic solution 36 from reaching the outside of the power storage module 10.
また、セルスタック30の放電を禁止した際にユーザに通報を行うことで、蓄電モジュール10の交換等の対応をユーザに促すことができる。自然放電により第1蓄電セル31aが過放電になる前にユーザに通報を行うことで、電解液36の液漏れが生じる前にユーザに対応を促すことができる。 Further, by notifying the user when discharging the cell stack 30 is prohibited, the user can be prompted to take measures such as replacing the power storage module 10. By notifying the user before the first storage cell 31a becomes over-discharged due to natural discharge, the user can be prompted to take measures before the electrolytic solution 36 leaks.
(1-2)制御装置90は、蓄電セル31の電圧が制限閾値よりも小さい場合に、第1蓄電セル31aの電圧よりも第2蓄電セル31bの電圧のほうが低くなるように第2蓄電セル31bの放電を行う。第2蓄電セル31bの電圧を第1蓄電セル31aの電圧よりも低くすると、蓄電セル31間の電圧にアンバランスが生じる。蓄電セル31の電圧が制限閾値よりも小さい場合に第2蓄電セル31bの放電を行うことで、第2蓄電セル31bの電圧が第1蓄電セル31aの電圧より低くなるように放電を行う頻度を低下させることができる。例えば、蓄電セル31のセルバランスを行う度に、第2蓄電セル31bの電圧が第1蓄電セル31aの電圧よりも低くなるように放電を行うとする。蓄電セル31の電圧が制限閾値より低くなる頻度は、セルバランスを行う頻度よりも低い傾向にある。このため、セルバランスを行う度に第2蓄電セル31bの電圧が第1蓄電セル31aの電圧よりも低くなるように放電を行うと、蓄電セル31間の電圧にアンバランスが生じる頻度が高くなる。蓄電セル31の電圧が制限閾値よりも小さい場合に第2蓄電セル31bの放電を行うことで、セルバランスを行う度に第2蓄電セル31bの電圧が第1蓄電セル31aの電圧よりも低くなるように放電を行う場合に比べて、蓄電セル31間の電圧にアンバランスが生じる頻度を低くすることができる。また、制限閾値は、過放電閾値よりも高い値であるため、いずれかの蓄電セル31が過放電に至る前に、第2蓄電セル31bの電圧を第1蓄電セル31aの電圧よりも低くすることができる。従って、蓄電セル31がアンバランスになることを抑制しつつ、第1蓄電セル31aの過放電を抑制することができる。 (1-2) When the voltage of the electricity storage cell 31 is smaller than the limit threshold, the control device 90 controls the second electricity storage cell so that the voltage of the second electricity storage cell 31b is lower than the voltage of the first electricity storage cell 31a. 31b is discharged. When the voltage of the second power storage cell 31b is lower than the voltage of the first power storage cell 31a, an imbalance occurs in the voltage between the power storage cells 31. By discharging the second electricity storage cell 31b when the voltage of the electricity storage cell 31 is lower than the limit threshold, the frequency of discharging is increased so that the voltage of the second electricity storage cell 31b becomes lower than the voltage of the first electricity storage cell 31a. can be lowered. For example, suppose that each time the cell balance of the power storage cell 31 is performed, discharge is performed so that the voltage of the second power storage cell 31b becomes lower than the voltage of the first power storage cell 31a. The frequency with which the voltage of the power storage cell 31 becomes lower than the limiting threshold tends to be lower than the frequency with which cell balancing is performed. For this reason, if discharge is performed so that the voltage of the second power storage cell 31b becomes lower than the voltage of the first power storage cell 31a every time cell balancing is performed, imbalance in the voltage between the power storage cells 31 will occur more frequently. . By discharging the second power storage cell 31b when the voltage of the power storage cell 31 is lower than the limit threshold, the voltage of the second power storage cell 31b becomes lower than the voltage of the first power storage cell 31a every time cell balancing is performed. Compared to the case where discharge is performed in this manner, it is possible to reduce the frequency at which imbalance occurs in the voltage between the electricity storage cells 31. In addition, since the limit threshold is a value higher than the overdischarge threshold, the voltage of the second storage cell 31b is made lower than the voltage of the first storage cell 31a before any of the storage cells 31 reaches overdischarge. be able to. Therefore, it is possible to suppress overdischarge of the first electricity storage cell 31a while suppressing the electricity storage cell 31 from becoming unbalanced.
(1-3)セル間封止材37によって蓄電セル31間を封止している。このため、第2蓄電セル31bの備える負極集電体33aが溶出した際に電解液36が漏れることが更に抑制されている。セル間封止材37によって第2蓄電セル31bの備える負極集電体33aが溶出した際に電解液36が漏れることを抑制しつつ、第2蓄電セル31bの電圧を第1蓄電セル31aの電圧より低くすることで最外層の負極集電体33aが溶出することを抑制することができる。これにより、いずれの蓄電セル31が過放電になっても電解液36が漏れにくい。 (1-3) The storage cells 31 are sealed by the intercell sealing material 37. For this reason, leakage of the electrolytic solution 36 when the negative electrode current collector 33a included in the second power storage cell 31b is eluted is further suppressed. The inter-cell sealing material 37 suppresses leakage of the electrolytic solution 36 when the negative electrode current collector 33a of the second storage cell 31b is eluted, and the voltage of the second storage cell 31b is adjusted to the voltage of the first storage cell 31a. By making it lower, it is possible to suppress the elution of the outermost layer negative electrode current collector 33a. Thereby, even if any of the storage cells 31 becomes over-discharged, the electrolytic solution 36 is unlikely to leak.
(1-4)第2蓄電セル31bの放電を行うための放電回路として、セルバランス回路80を用いている。各蓄電セル31のセルバランスを行うためのセルバランス回路80を放電回路としても兼用できるため、セルバランス回路80と放電回路とを個別に設ける場合に比べて部品点数の削減が図られる。 (1-4) The cell balance circuit 80 is used as a discharge circuit for discharging the second storage cell 31b. Since the cell balance circuit 80 for performing cell balance of each power storage cell 31 can also be used as a discharge circuit, the number of parts can be reduced compared to the case where the cell balance circuit 80 and the discharge circuit are provided separately.
(第2実施形態)
第2実施形態の蓄電モジュールについて説明する。以下の説明において、第1実施形態と同様の部材については説明を省略する。
(Second embodiment)
A power storage module according to a second embodiment will be described. In the following description, description of members similar to those in the first embodiment will be omitted.
図5に示すように、第2実施形態の蓄電モジュール10は、充電回路60を備える。本実施形態では、充電回路60が放電回路である。
充電回路60は、第2蓄電セル31bから放電される電力によって第1蓄電セル31aを充電するものである。本実施形態の充電回路60は、チョッパ方式のDC/DCコンバータである。充電回路60は、トランス61と、スイッチング素子64と、整流素子65と、を備える。トランス61は、1次側巻線62と、2次側巻線63と、を備える。
As shown in FIG. 5, the power storage module 10 of the second embodiment includes a charging circuit 60. In this embodiment, the charging circuit 60 is a discharging circuit.
The charging circuit 60 charges the first power storage cell 31a with the power discharged from the second power storage cell 31b. The charging circuit 60 of this embodiment is a chopper type DC/DC converter. Charging circuit 60 includes a transformer 61, a switching element 64, and a rectifying element 65. The transformer 61 includes a primary winding 62 and a secondary winding 63.
1次側巻線62は、セルスタック30に並列接続されている。詳細にいえば、1次側巻線62の一端は最外層の正極集電体32aを備える蓄電セル31の正極、1次側巻線62の他端は第1蓄電セル31aの負極にそれぞれ電気的に接続されている。 The primary winding 62 is connected to the cell stack 30 in parallel. Specifically, one end of the primary winding 62 is connected to the positive electrode of the power storage cell 31 having the outermost positive electrode current collector 32a, and the other end of the primary winding 62 is connected to the negative electrode of the first power storage cell 31a. connected.
2次側巻線63は、第1蓄電セル31aに並列接続されている。詳細にいえば、2次側巻線63の一端は第1蓄電セル31aの正極、2次側巻線63の他端は第1蓄電セル31aの負極にそれぞれ電気的に接続されている。 The secondary winding 63 is connected in parallel to the first power storage cell 31a. Specifically, one end of the secondary winding 63 is electrically connected to the positive electrode of the first power storage cell 31a, and the other end of the secondary winding 63 is electrically connected to the negative electrode of the first power storage cell 31a.
スイッチング素子64は、1次側巻線62に直列接続されている。スイッチング素子64は、制御装置90によりチョッパ制御される。スイッチング素子64としては、例えば、トランジスタを用いることができる。 The switching element 64 is connected in series to the primary winding 62. The switching element 64 is chopper-controlled by the control device 90. As the switching element 64, for example, a transistor can be used.
整流素子65としては、ダイオードを用いることができる。ダイオードのアノードは2次側巻線63、ダイオードのカソードは第1蓄電セル31aの正極にそれぞれ接続されている。 A diode can be used as the rectifying element 65. The anode of the diode is connected to the secondary winding 63, and the cathode of the diode is connected to the positive electrode of the first power storage cell 31a.
スイッチング素子64がチョッパ制御されることで、1次側巻線62から2次側巻線63に電力が伝送される。2次側巻線63に伝送された電力は、整流素子65によって整流される。なお、充電回路60は、2次側巻線63の両端に接続される平滑コンデンサを備えていてもよい。 By subjecting the switching element 64 to chopper control, power is transmitted from the primary winding 62 to the secondary winding 63. The power transmitted to the secondary winding 63 is rectified by the rectifying element 65. Note that the charging circuit 60 may include a smoothing capacitor connected to both ends of the secondary winding 63.
2次側巻線63の両端に生じる電圧は第1蓄電セル31aに印加される。これにより、第2蓄電セル31bは放電され、第1蓄電セル31aは第2蓄電セル31bから放電された電力によって充電される。充電回路60は、第1蓄電セル31aのみを充電可能なため、充電回路60は第1蓄電セル31aのみに設けられていると捉えることができる。 The voltage generated across the secondary winding 63 is applied to the first power storage cell 31a. As a result, the second power storage cell 31b is discharged, and the first power storage cell 31a is charged by the power discharged from the second power storage cell 31b. Since the charging circuit 60 can charge only the first power storage cell 31a, it can be considered that the charging circuit 60 is provided only in the first power storage cell 31a.
第2実施形態では、ステップS16で第2蓄電セル31bの放電を行う際に、充電回路60を用いて放電を行う。制御装置90は、いずれかの第2蓄電セル31bの電圧が第1蓄電セル31aの電圧よりも所定値低くなるように、充電回路60の制御を行う。 In the second embodiment, when discharging the second power storage cell 31b in step S16, the charging circuit 60 is used to perform the discharge. The control device 90 controls the charging circuit 60 so that the voltage of one of the second power storage cells 31b is lower than the voltage of the first power storage cell 31a by a predetermined value.
第2実施形態の効果について説明する。第2実施形態では、第1実施形態の効果に加えて以下の効果を得ることができる。
(2-1)充電回路60により第2蓄電セル31bを放電できるようにしている。第2蓄電セル31bが放電した電力を用いて第1蓄電セル31aを充電できるため、第2蓄電セル31bの電力を有効活用できる。
The effects of the second embodiment will be explained. In the second embodiment, the following effects can be obtained in addition to the effects of the first embodiment.
(2-1) The charging circuit 60 allows the second storage cell 31b to be discharged. Since the first power storage cell 31a can be charged using the power discharged by the second power storage cell 31b, the power of the second power storage cell 31b can be effectively utilized.
(2-2)充電回路60は、第1蓄電セル31aにのみ設けられている。全ての蓄電セル31を充電できるように充電回路60を設ける場合に比べて、製造コストの低減を図ることができる。 (2-2) The charging circuit 60 is provided only in the first storage cell 31a. Compared to the case where charging circuit 60 is provided so that all storage cells 31 can be charged, manufacturing cost can be reduced.
各実施形態は、以下のように変更して実施することができる。各実施形態及び以下の変形例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
○各実施形態において、セルバランス回路80は、アクティブ方式のセルバランス回路であってもよい。複数の蓄電セル31のうち一部の蓄電セル31の電力を用いて、一部の蓄電セル31を充電することができれば、アクティブ方式のセルバランス回路の回路構成は任意である。アクティブ方式のセルバランス回路の一例としては、図5に示す充電回路60に選択回路を追加したものを挙げることができる。選択回路は、複数のスイッチを備え、スイッチによって2次側巻線63の両端が接続される蓄電セル31を選択可能にするものである。これにより、任意の蓄電セル31の充電を行うことができる。なお、アクティブ方式のセルバランス回路は、充電回路としても機能する。従って、アクティブ方式のセルバランス回路を用いることで、蓄電セル31毎に充電回路が設けられているといえる。充電回路60は、少なくとも第1蓄電セル31aのみに設けられていればよく、第2蓄電セル31bに設けられていても、設けられていなくてもよい。
Each embodiment can be modified and implemented as follows. Each embodiment and the following modified examples can be implemented in combination with each other within a technically consistent range.
In each embodiment, the cell balance circuit 80 may be an active type cell balance circuit. The circuit configuration of the active type cell balance circuit is arbitrary as long as some of the power storage cells 31 among the plurality of power storage cells 31 can be charged using the power of some of the power storage cells 31. An example of an active type cell balance circuit is one in which a selection circuit is added to the charging circuit 60 shown in FIG. 5. The selection circuit includes a plurality of switches, and the switches enable selection of the storage cell 31 to which both ends of the secondary winding 63 are connected. Thereby, any power storage cell 31 can be charged. Note that the active type cell balance circuit also functions as a charging circuit. Therefore, by using an active type cell balance circuit, it can be said that a charging circuit is provided for each power storage cell 31. The charging circuit 60 only needs to be provided at least in the first power storage cell 31a, and may or may not be provided in the second power storage cell 31b.
○第2実施形態において、蓄電モジュール10は、セルバランス回路80を備えていなくてもよい。
○第2実施形態において、第1蓄電セル31aの電圧よりも低くなるように第2蓄電セル31bを放電する際に、セルバランス回路80と充電回路60とを併用してもよい。例えば、充電回路60によって第2蓄電セル31bの電力を用いて第1蓄電セル31aを充電した後に、セルバランス回路80により第2蓄電セル31bのセルバランスを行うことで更に第2蓄電セル31bの放電を行ってもよい。この場合、放電回路は、充電回路60と、セルバランス回路80と、を備える。
In the second embodiment, the power storage module 10 does not need to include the cell balance circuit 80.
In the second embodiment, the cell balance circuit 80 and the charging circuit 60 may be used together when discharging the second power storage cell 31b so that the voltage becomes lower than the voltage of the first power storage cell 31a. For example, after the charging circuit 60 charges the first power storage cell 31a using the power of the second power storage cell 31b, the cell balance circuit 80 performs cell balancing of the second power storage cell 31b, thereby further increasing the power of the second power storage cell 31b. Electric discharge may also be performed. In this case, the discharge circuit includes a charging circuit 60 and a cell balance circuit 80.
○各実施形態において、放電回路としては、第2蓄電セル31bの放電を行えればよく、回路構成は任意である。例えば、抵抗素子81及びスイッチ82のうち第1蓄電セル31aに並列接続された抵抗素子81及びスイッチ82を省略し、第1蓄電セル31aの放電を行えないような放電回路にしてもよい。 In each embodiment, the discharge circuit may have any circuit configuration as long as it can discharge the second power storage cell 31b. For example, of the resistive element 81 and switch 82, the resistive element 81 and switch 82 connected in parallel to the first electrical storage cell 31a may be omitted, and the discharge circuit may be configured such that the first electrical storage cell 31a cannot be discharged.
○各実施形態において、制御装置90は、ステップS1で複数の蓄電セル31に過放電の蓄電セル31が存在しているか否かを判定できればよく、最も電圧の低い蓄電セル31以外の蓄電セル31についても過放電か否かを判定してもよい。例えば、制御装置90は、全ての蓄電セル31について過放電か否かを判定してもよい。この場合、制御装置90は、少なくとも1つの蓄電セル31が過放電の場合にはステップS2の処理を行い、過放電の蓄電セル31が存在しない場合にはステップS3の処理を行う。同様に、制御装置90は、ステップS12で複数の蓄電セル31に過放電の蓄電セル31が存在しているか否かを判定できればよい。 In each embodiment, the control device 90 only needs to be able to determine in step S1 whether or not there is an over-discharged storage cell 31 among the plurality of storage cells 31, and the control device 90 only needs to be able to determine whether or not an over-discharged storage cell 31 exists among the plurality of storage cells 31. It may also be determined whether or not there is overdischarge. For example, the control device 90 may determine whether or not all the storage cells 31 are over-discharged. In this case, the control device 90 performs the process of step S2 when at least one storage cell 31 is over-discharged, and performs the process of step S3 when there is no over-discharged storage cell 31. Similarly, the control device 90 only needs to be able to determine whether or not there is an over-discharged power storage cell 31 among the plurality of power storage cells 31 in step S12.
○各実施形態において、制御装置90は、ステップS1及びステップS12の少なくとも一方で蓄電セル31のSOC(State of Charge)から蓄電セル31が過放電か否かを判定してもよい。SOCとしては、例えば、充電率[%]及び残容量[Ah]を挙げることができる。この場合、過放電閾値は、SOCに対して設定される。蓄電セル31のSOCは、蓄電セル31の電圧との相関から導出することができる。 In each embodiment, the control device 90 may determine whether or not the storage cell 31 is over-discharged based on the SOC (State of Charge) of the storage cell 31 in at least one of step S1 and step S12. Examples of the SOC include charging rate [%] and remaining capacity [Ah]. In this case, the overdischarge threshold is set for SOC. The SOC of the power storage cell 31 can be derived from the correlation with the voltage of the power storage cell 31.
○各実施形態において、制御装置90は、ステップS3及びステップS13の少なくとも一方で蓄電セル31のSOCが制限閾値より小さいか否かを判定してもよい。
○第1実施形態において、ステップS16では、各蓄電セル31に目標電圧を設定し、各蓄電セル31が目標電圧になるように各蓄電セル31のセルバランスを行うことで第2蓄電セル31bの放電を行ってもよい。以下、ステップS16で行われる処理について詳細に説明を行う。
In each embodiment, the control device 90 may determine whether the SOC of the power storage cell 31 is smaller than the limit threshold in at least one of step S3 and step S13.
In the first embodiment, in step S16, a target voltage is set for each power storage cell 31, and the cell balance of each power storage cell 31 is performed so that each power storage cell 31 reaches the target voltage, thereby increasing the voltage of the second power storage cell 31b. Electric discharge may also be performed. The process performed in step S16 will be described in detail below.
図6に示すように、ステップS21において、制御装置90は、第1蓄電セル31a及び第2蓄電セル31bのそれぞれに目標電圧を設定する。第1蓄電セル31aに設定される目標電圧を第1目標電圧、第2蓄電セル31bに設定される目標電圧を第2目標電圧とすると、第2目標電圧は第1目標電圧よりも所定値低い。なお、第2目標電圧は、全ての第2蓄電セル31bに設定される。ステップS21の処理を行うことで、電圧制御部97は、第2蓄電セル31bの目標電圧を第1蓄電セル31aの目標電圧よりも所定値低く設定する設定部を備えているといえる。 As shown in FIG. 6, in step S21, the control device 90 sets a target voltage for each of the first power storage cell 31a and the second power storage cell 31b. If the target voltage set to the first electricity storage cell 31a is the first target voltage, and the target voltage set to the second electricity storage cell 31b is the second target voltage, the second target voltage is lower by a predetermined value than the first target voltage. . Note that the second target voltage is set for all second storage cells 31b. By performing the process of step S21, it can be said that the voltage control unit 97 includes a setting unit that sets the target voltage of the second power storage cell 31b to be lower by a predetermined value than the target voltage of the first power storage cell 31a.
次に、ステップS22において、制御装置90は、各蓄電セル31の電圧が目標電圧になるようにスイッチ82を制御する。全ての第2蓄電セル31bの電圧は第2目標電圧、第1蓄電セル31aの電圧は第1目標電圧になるようにセルバランスが行われることになる。これにより、第2蓄電セル31bの電圧が第1蓄電セル31aの電圧よりも低くなるように第2蓄電セル31bの放電が行われる。ステップS22の処理を行うことで、電圧制御部97は、目標電圧となるように蓄電セル31の電圧を制御する目標電圧制御部を備えているといえる。 Next, in step S22, control device 90 controls switch 82 so that the voltage of each storage cell 31 becomes the target voltage. Cell balancing is performed so that the voltage of all the second power storage cells 31b becomes the second target voltage and the voltage of the first power storage cell 31a becomes the first target voltage. Thereby, the second power storage cell 31b is discharged such that the voltage of the second power storage cell 31b becomes lower than the voltage of the first power storage cell 31a. By performing the process of step S22, it can be said that the voltage control unit 97 includes a target voltage control unit that controls the voltage of the storage cell 31 to reach the target voltage.
上記したように第2蓄電セル31bの放電を行うことで、第2蓄電セル31bの電圧が第1蓄電セル31aの電圧よりも低くなるように第2蓄電セル31bの放電を行いつつ、蓄電セル31間のセルバランスを行うことができる。第1蓄電セル31aの電圧と第2蓄電セル31bの電圧には所定値の差が生じるが、上記したセルバランスを行わない場合に比べて、第2蓄電セル31b間の電圧差を小さくすることができる。制御装置90は、セルバランス制御部94が行うセルバランス、及び第2蓄電セル31bの電圧を第1蓄電セル31aの電圧よりも低くするためのセルバランスの2種類のセルバランスを行うといえる。 By discharging the second electricity storage cell 31b as described above, while discharging the second electricity storage cell 31b so that the voltage of the second electricity storage cell 31b becomes lower than the voltage of the first electricity storage cell 31a, Cell balance between 31 and 31 cells can be performed. Although a predetermined difference occurs between the voltage of the first power storage cell 31a and the voltage of the second power storage cell 31b, the voltage difference between the second power storage cells 31b can be made smaller than in the case where the above cell balancing is not performed. I can do it. It can be said that the control device 90 performs two types of cell balancing: a cell balance performed by the cell balance control unit 94, and a cell balance for making the voltage of the second power storage cell 31b lower than the voltage of the first power storage cell 31a.
また、セルバランス制御部94によるセルバランスを、上記したセルバランスに置き換えて、セルバランス制御部94によるセルバランスを行う際に、第1蓄電セル31aには第1目標電圧が、第2蓄電セル31bには第2目標電圧がそれぞれ設定されるようにしてもよい。 Further, when the cell balance by the cell balance control unit 94 is replaced with the cell balance described above and the cell balance by the cell balance control unit 94 is performed, the first target voltage is applied to the first power storage cell 31a, and the first target voltage is applied to the second power storage cell. A second target voltage may be set in each of the voltages 31b.
○第1実施形態において、ステップS16では、少なくとも1つの第2蓄電セル31bの電圧を第1蓄電セル31aの電圧より低くできればよく、放電の行われる第2蓄電セル31bは、任意である。例えば、第2蓄電セル31bのうち最も電圧の高い第2蓄電セル31bを放電させることで、当該第2蓄電セル31bの電圧を第1蓄電セル31aの電圧よりも所定値低くしてもよい。 In the first embodiment, in step S16, it is sufficient that the voltage of at least one second power storage cell 31b can be made lower than the voltage of the first power storage cell 31a, and the second power storage cell 31b to be discharged is arbitrary. For example, by discharging the second electricity storage cell 31b with the highest voltage among the second electricity storage cells 31b, the voltage of the second electricity storage cell 31b may be lowered by a predetermined value than the voltage of the first electricity storage cell 31a.
○第1実施形態において、ステップS16では、複数の第2蓄電セル31bの放電を行ってもよい。例えば、2つの第2蓄電セル31bの電圧が第1蓄電セル31aの電圧より所定値低くなるように第2蓄電セル31bの放電を行ってもよいし、全ての第2蓄電セル31bの電圧が第1蓄電セル31aの電圧より所定値低くなるように第2蓄電セル31bの放電を行ってもよい。 In the first embodiment, the plurality of second storage cells 31b may be discharged in step S16. For example, the second power storage cells 31b may be discharged such that the voltage of the two second power storage cells 31b is lower than the voltage of the first power storage cell 31a by a predetermined value, or the voltage of all the second power storage cells 31b may be lowered by a predetermined value. The second power storage cell 31b may be discharged so that the voltage becomes a predetermined value lower than the voltage of the first power storage cell 31a.
○各実施形態において、第1蓄電セル31aの電圧よりも第2蓄電セル31bの電圧のほうが低くなるように第2蓄電セル31bの放電を行うタイミングは任意である。例えば、セルスタック30の充放電が予め定められた時間以上継続して行われなかった場合に、第2蓄電セル31bの放電を行ってもよいし、車両Veのキーオフが行われた場合に第2蓄電セル31bの放電を行ってもよい。これらの場合、セルスタック30の電力が機器に供給されていない場合に第2蓄電セル31bの放電が行われるといえる。また、制限閾値よりも値の大きく満充電電圧よりも小さい所定の閾値、又は過放電閾値よりも大きく制御閾値よりも小さい所定の閾値を設定し、いずれかの蓄電セル31の電圧がこの所定の閾値を下回った場合に第2蓄電セル31bの放電を行ってもよい。満充電電圧とは、蓄電セル31が満充電の際の電圧である。所定の閾値を過放電閾値より大きい値とすることで、いずれかの蓄電セル31が過放電に至る前に、第2蓄電セル31bの電圧を第1蓄電セル31aの電圧よりも低くすることができる。また、所定の閾値は小さく設定すればするほど、蓄電セル31間の電圧にアンバランスが生じる頻度を低くすることができる。 In each embodiment, the timing of discharging the second power storage cell 31b is arbitrary so that the voltage of the second power storage cell 31b is lower than the voltage of the first power storage cell 31a. For example, the second storage cell 31b may be discharged when the cell stack 30 is not charged or discharged for a predetermined period of time or more, or the second storage cell 31b may be discharged when the key of the vehicle Ve is turned off. Two storage cells 31b may be discharged. In these cases, it can be said that the second power storage cell 31b is discharged when power from the cell stack 30 is not being supplied to the device. Further, a predetermined threshold value that is larger than the limit threshold value and smaller than the full charge voltage, or a predetermined threshold value that is larger than the overdischarge threshold value and smaller than the control threshold value is set, and the voltage of any of the storage cells 31 is set to this predetermined threshold value. The second storage cell 31b may be discharged when the voltage falls below a threshold value. The full charge voltage is the voltage when the storage cell 31 is fully charged. By setting the predetermined threshold to a value larger than the overdischarge threshold, the voltage of the second storage cell 31b can be made lower than the voltage of the first storage cell 31a before any of the storage cells 31 reaches overdischarge. can. Moreover, the smaller the predetermined threshold value is set, the lower the frequency at which imbalance occurs in the voltage between the storage cells 31 can be reduced.
○各実施形態において、第1蓄電セル31aは、1つとは限らない。例えば、2つのセルスタック30を最外層の正極32が互いに向き合うよう積層したセルスタック30のように、2以上の第1蓄電セル31aを備えていてもよい。 - In each embodiment, the number of first power storage cells 31a is not limited to one. For example, two or more first power storage cells 31a may be provided, such as a cell stack 30 in which two cell stacks 30 are stacked such that the outermost layer positive electrodes 32 face each other.
○各実施形態において、蓄電モジュール10は、セル間封止材37を備えていなくてもよい。
○各実施形態において、セル間封止材37は、封止材35と一体であっても、別体であってもよい。
In each embodiment, the power storage module 10 does not need to include the inter-cell sealing material 37.
In each embodiment, the inter-cell sealing material 37 may be integrated with the sealing material 35 or may be separate.
○各実施形態において、取得部93、セルバランス制御部94、判定部95、過放電制御部96、及び電圧制御部97はそれぞれ個別の装置によって構成されていてもよい。
○各実施形態において、蓄電モジュール10から電力を供給される機器としては、電力により駆動する装置であれば、どのようなものであってもよい。車両Veであれば、例えば、補機等の電装品であってもよい。
In each embodiment, the acquisition section 93, the cell balance control section 94, the determination section 95, the overdischarge control section 96, and the voltage control section 97 may each be configured as separate devices.
In each embodiment, the device supplied with power from the power storage module 10 may be any device as long as it is driven by electric power. As long as it is a vehicle Ve, it may be an electrical component such as an auxiliary machine.
○各実施形態において、蓄電モジュール10は、車両Ve以外の装置に搭載されてもよい。 In each embodiment, the power storage module 10 may be mounted on a device other than the vehicle Ve.
10…蓄電モジュール、30…セルスタック、31…リチウムイオン蓄電セル、31a…第1蓄電セル、31b…第2蓄電セル、32…正極、33…負極、33a…負極集電体、33b…負極活物質層、35…封止材、36…電解液、37…セル間封止材、60…放電回路としての充電回路、80…放電回路としてのセルバランス回路、95…判定部、96…過放電制御部、97…電圧制御部、110…機器としてのモータ。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10... Electricity storage module, 30... Cell stack, 31... Lithium ion electricity storage cell, 31a... First electricity storage cell, 31b... Second electricity storage cell, 32... Positive electrode, 33... Negative electrode, 33a... Negative electrode current collector, 33b... Negative electrode active Substance layer, 35... Sealing material, 36... Electrolyte, 37... Inter-cell sealing material, 60... Charging circuit as a discharge circuit, 80... Cell balance circuit as a discharge circuit, 95... Judgment unit, 96... Overdischarge Control unit, 97... Voltage control unit, 110... Motor as a device.
Claims (10)
前記リチウムイオン蓄電セルが過放電か否かを判定するように構成された判定部と、
前記リチウムイオン蓄電セルのいずれか1つが過放電であると前記判定部が判定した場合に前記セルスタックの放電を禁止するように構成された過放電制御部と、を備えた蓄電モジュールであって、
前記リチウムイオン蓄電セルはそれぞれ、正極と、負極と、電解液と、前記電解液を前記正極と前記負極の間に封止する封止材と、を備え、
前記負極は、銅製の負極集電体と、前記負極集電体に設けられる負極活物質層と、を備え、
前記リチウムイオン蓄電セルは、前記セルスタックの最外層に位置する前記負極集電体を備える第1蓄電セルと、前記第1蓄電セル以外の第2蓄電セルと、を含み、
前記蓄電モジュールは、
前記第2蓄電セルを放電させる放電回路と、
前記放電回路に少なくとも1つの前記第2蓄電セルの放電を行わせることで、当該第2蓄電セルの電圧を前記第1蓄電セルの電圧よりも低くするように構成された電圧制御部と、を備える蓄電モジュール。 A cell stack consisting of multiple lithium ion storage cells,
a determination unit configured to determine whether the lithium ion storage cell is over-discharged;
an overdischarge control section configured to prohibit discharging of the cell stack when the determination section determines that any one of the lithium ion storage cells is overdischarged; ,
Each of the lithium ion storage cells includes a positive electrode, a negative electrode, an electrolytic solution, and a sealing material that seals the electrolytic solution between the positive electrode and the negative electrode,
The negative electrode includes a negative electrode current collector made of copper, and a negative electrode active material layer provided on the negative electrode current collector,
The lithium ion storage cell includes a first storage cell including the negative electrode current collector located at the outermost layer of the cell stack, and a second storage cell other than the first storage cell,
The electricity storage module is
a discharge circuit that discharges the second storage cell;
a voltage control unit configured to make the voltage of the second storage cell lower than the voltage of the first storage cell by causing the discharge circuit to discharge at least one of the second storage cells; Equipped with an electricity storage module.
前記電圧制御部は、いずれかの前記リチウムイオン蓄電セルの電圧が前記過放電閾値より大きく、かつ、前記過放電閾値よりも大きい所定の閾値より小さい場合に前記第2蓄電セルの電圧を前記第1蓄電セルの電圧より低くする請求項1又は請求項2に記載の蓄電モジュール。 The determination unit determines that the lithium ion storage cell is overdischarged when the voltage of the lithium ion storage cell is equal to or lower than a predetermined overdischarge threshold;
The voltage control unit is configured to control the voltage of the second storage cell when the voltage of any of the lithium ion storage cells is higher than the overdischarge threshold and lower than a predetermined threshold larger than the overdischarge threshold. The electricity storage module according to claim 1 or 2, wherein the voltage is lower than that of one electricity storage cell.
前記充電回路は、前記第2蓄電セルから放電される電力によって前記第1蓄電セルを充電する請求項1~請求項5のいずれか一項に記載の蓄電モジュール。 The power storage module includes a charging circuit provided in the first power storage cell,
The power storage module according to any one of claims 1 to 5, wherein the charging circuit charges the first power storage cell with the power discharged from the second power storage cell.
前記第2蓄電セルに設定される前記目標電圧は、前記第1蓄電セルに設定される前記目標電圧よりも所定値低い請求項8に記載の蓄電モジュール。 The voltage control unit sets a target voltage for the lithium ion storage cell, and performs cell balancing of the lithium ion storage cell so that the lithium ion storage cell reaches the target voltage,
The power storage module according to claim 8, wherein the target voltage set to the second power storage cell is lower by a predetermined value than the target voltage set to the first power storage cell.
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