KR20240102862A - 전지 모듈 - Google Patents

전지 모듈 Download PDF

Info

Publication number
KR20240102862A
KR20240102862A KR1020230186791A KR20230186791A KR20240102862A KR 20240102862 A KR20240102862 A KR 20240102862A KR 1020230186791 A KR1020230186791 A KR 1020230186791A KR 20230186791 A KR20230186791 A KR 20230186791A KR 20240102862 A KR20240102862 A KR 20240102862A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
battery
amount
charging
electrolyte solution
battery module
Prior art date
Application number
KR1020230186791A
Other languages
English (en)
Inventor
다카노리 소에지마
히사타카 후지마키
Original Assignee
프라임 플래닛 에너지 앤드 솔루션즈 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 프라임 플래닛 에너지 앤드 솔루션즈 가부시키가이샤 filed Critical 프라임 플래닛 에너지 앤드 솔루션즈 가부시키가이샤
Publication of KR20240102862A publication Critical patent/KR20240102862A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/007188—Regulation of charging or discharging current or voltage the charge cycle being controlled or terminated in response to non-electric parameters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/02—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material
    • G01N23/04—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and forming images of the material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/4285—Testing apparatus
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/484—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for measuring electrolyte level, electrolyte density or electrolyte conductivity
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/116—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by the material
    • H01M50/117—Inorganic material
    • H01M50/119—Metals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/116—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by the material
    • H01M50/121—Organic material
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Abstract

본 개시에 의하면, 이차 전지의 하이 레이트 열화를 적절하게 억제한 뒤에, 일정 이상의 충전 효율을 유지할 수 있는 전지 모듈이 제공된다. 여기에 개시되는 전지 모듈(1)은 전지 케이스 내에 전극체와 전해액이 수용된 이차 전지(110)를 포함하는 전지 디바이스(100)와, 전지 디바이스(100)의 충방전을 제어하는 제어 장치(200)를 구비하고 있다. 그리고, 제어 장치(200)는 충전 중의 이차 전지(110)의 잉여 전해액의 증가량 LΔ를 측정하는 증가량 측정 수단(210)과, 잉여 전해액의 증가량 LΔ에 기초하여 전지 디바이스(100)에 대한 충전 전류의 전류값을 보정하는 전류 보정 제어를 실시하는 전류값 보정 수단(220)을 포함한다. 이에 의해, 하이 레이트 열화의 정도에 따라서 전류값을 보정하면서 충전을 계속할 수 있기 때문에, 이차 전지의 하이 레이트 열화를 적절하게 억제한 뒤에, 일정 이상의 충전 효율을 유지할 수 있다.

Description

전지 모듈{BATTERY MODULE}
여기에 개시되는 기술은, 전지 모듈에 관한 것이다.
리튬 이온 이차 전지 등의 이차 전지는, 전동 차량이나 휴대 단말기 등의 여러 분야에 있어서 널리 사용되고 있다. 이 이차 전지는, 통상, 제어 장치와 접속된 전지 모듈의 상태로 외부 기기(전동 차량이나 휴대 단말기 등)에 탑재된다. 이 제어 장치는, 이차 전지의 충방전을 적절히 제어한다. 또한, 이차 전지는, 예를 들어 전지 케이스 내에 전해액과 전극체가 수용된 구성을 갖고 있다. 이러한 구성의 이차 전지에서는, 전극체의 내부(정극과 부극의 극간)에 전해액이 침투하고 있다. 또한, 이러한 종류의 이차 전지에서는, 전극체 내부에 침투하지 않는 잉여 전해액을, 전극체의 외부(전극체와 전지 케이스 사이)에 발생시키는 경우가 있다. 이에 의해, 전극체 내부의 전해액이 부족할 때, 당해 전극체 내부에 전해액을 공급할 수 있다.
그런데, 상기 구성의 이차 전지에서는, 급속 충전 중에 전지 저항이 급격하게 증가하는 열화 현상(하이 레이트 열화)이 발생하는 경우가 있다. 이 하이 레이트 열화는, 급속 충전 중의 전극(특히 부극)의 팽창에 의해 전극체 내부의 전해액이 유출됨으로써 발생한다. 이에 대해, 특허문헌 1(일본 출원 공개 제2021-180122호)에 기재된 제어 장치(ECU)는 하이 레이트 열화의 진행을 억제하도록 구성되어 있다. 구체적으로는, 특허문헌 1에 기재된 제어 장치는, 전극체 내부의 염 농도 분포의 치우침에 기초하여 하이 레이트 열화량을 산출한다. 그리고, 이 제어 장치는, 충전 중에 하이 레이트 열화량이 허용값을 상회한 경우에 충전을 중단하며, 또한, 충전 중단 중에 하이 레이트 열화량이 허용값을 하회한 경우에 충전을 재개하도록 구성되어 있다. 또한, 특허문헌 1에 기재된 기술에서는, 이차 전지의 전류값에 기초하여, 상기 염 농도 분포의 치우침을 산출하고 있다.
일본 출원 공개 제2021-180122호
그런데, 근년의 전동 차량이나 휴대 단말기의 보급에 수반하여, 전지 모듈의 성능 향상에 대한 요구가 높아지고 있다. 이에 비해, 특허문헌 1에 기재된 기술은, 하이 레이트 열화가 검출될 때마다 충전을 중단하기 때문에, 높은 충전 효율을 유지하는 것이 곤란하다. 여기에 개시되는 기술은, 이러한 문제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 이차 전지의 하이 레이트 열화를 적절하게 억제한 뒤에, 일정 이상의 충전 효율을 유지할 수 있는 전지 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 여기에 개시되는 기술에 의해 이하의 구성의 전지 모듈이 제공된다.
여기에 개시되는 전지 모듈은, 전지 케이스 내에 전극체와 전해액이 수용된 이차 전지를 포함하는 전지 디바이스와, 전지 디바이스의 충방전을 제어하는 제어 장치를 구비하고 있다. 그리고, 제어 장치는, 충전 중의 이차 전지의 잉여 전해액의 증가량 LΔ를 측정하는 증가량 측정 수단과, 잉여 전해액의 증가량 LΔ에 기초하여 전지 디바이스에 대한 충전 전류의 전류값을 보정하는 전류 보정 제어를 실시하는 전류값 보정 수단을 포함한다.
상술한 바와 같이, 여기에 개시되는 전지 모듈은, 충전 중의 잉여 전해액의 증가량 LΔ를 측정한다. 이 「잉여 전해액의 증가량 LΔ」는, 충전 중의 전극의 팽창에 의해 전극체 외부로 유출된 전해액의 양을 나타내고 있다. 즉, 이 잉여 전해액의 증가량 LΔ가 적은 상태에서는, 하이 레이트 열화가 거의 진행되고 있지 않다고 간주할 수 있다. 한편, 잉여 전해액의 증가량 LΔ가 많아지면, 하이 레이트 열화가 진행되고 있다고 해석된다. 그리고, 상기 구성의 전지 모듈의 전류값 보정 수단은, 잉여 전해액의 증가량 LΔ에 기초한 전류 보정 제어를 실시한다. 이에 의해, 하이 레이트 열화의 정도에 따라서 전류값을 보정하면서 충전을 계속할 수 있기 때문에, 이차 전지의 하이 레이트 열화를 적절하게 억제한 뒤에, 일정 이상의 충전 효율을 유지할 수 있다.
또한, 여기에 개시되는 전지 모듈의 적합한 일 양태에서는, 제어 장치는, 잉여 전해액의 증가량 LΔ가 소정의 역치 LT를 초과한 경우에, 전류 보정 제어의 개시를 전류값 보정 수단에 지시하는 개시 판정 수단을 더 포함한다. 이러한 구성의 전지 모듈에서는, 하이 레이트 열화가 거의 발생하고 있지 않은 상황에서 전류 보정 제어가 행해지지 않는다. 이에 의해, 더욱 높은 충전 효율을 유지할 수 있다.
또한, 여기에 개시되는 전지 모듈의 적합한 일 양태에서는, 증가량 측정 수단은, 소정의 제1 SOC에서의 잉여 전해액의 액량인 제1 액량 L1과, 제1 SOC보다도 고SOC인 제2 SOC에서의 잉여 전해액의 액량인 제2 액량 L2와, 전지 케이스 내에 존재하는 전해액의 총량인 총액량 LT를 취득하는 액량 취득 수단과, 이하의 식 (1)에 기초하여 잉여 전해액의 증가량 LΔ를 산출하는 증가량 산출 수단을 구비하고 있다. 이에 의해, 보다 정확한 잉여 전해액의 증가량 LΔ를 취득할 수 있다.
또한, 여기에 개시되는 전지 모듈의 적합한 일 양태에서는, 제1 SOC는, 10％ 내지 20％의 범위 내에서 설정되어 있다. 이러한 저SOC 영역을 측정의 시기로 함으로써, 보다 정확한 잉여 전해액의 증가량 LΔ를 취득할 수 있다.
또한, 여기에 개시되는 전지 모듈의 적합한 일 양태에서는, 이차 전지의 X선 투과 화상을 촬상하는 X선 화상 촬영 장치를 더 구비하고 있다. 그리고 이러한 양태에 있어서의 액량 취득 수단은, X선 화상 촬영 장치에 X선 투과 화상의 촬상을 지시하는 촬상 지시 수단과, X선 투과 화상의 화상 해석에 기초하여 잉여 전해액의 액량을 측정하는 화상 해석 수단을 구비하고 있다. 이에 의해, 잉여 전해액의 액량을 직접 측정할 수 있기 때문에, 보다 정확한 잉여 전해액의 증가량 LΔ를 취득할 수 있다.
또한, 여기에 개시되는 전지 모듈의 적합한 일 양태에서는, 화상 해석 수단은, 전극체와 전지 케이스 사이의 영역에 전지 케이스의 측면을 따른 측정선을 설정하고, 당해 측정선 상의 휘도의 변화를 해석함으로써, 잉여 전해액의 액량을 측정하도록 구성되어 있다. 이에 의해, 잉여 전해액의 액량을 보다 정확하게 측정할 수 있다.
또한, 여기에 개시되는 전지 모듈의 적합한 일 양태에서는, 증가량 측정 수단은, 이차 전지의 경사 각도 θ를 검출하는 각도 검출 수단을 더 구비하고 있다. 그리고 이러한 양태에 있어서의 촬상 지시 수단은, 경사 각도 θ가 소정의 촬영 각도 θT를 초과하였을 때, X선 화상 촬영 장치에 X선 투과 화상의 촬상을 지시한다. 이에 의해, 잉여 전해액의 액량을 보다 정확하게 측정할 수 있다.
또한, 여기에 개시되는 전지 모듈의 적합한 일 양태에서는, 전지 케이스는, 알루미늄, 수지에 의해 형성되어 있다. 이에 의해, 선명한 X선 투과 화상을 용이하게 취득할 수 있다.
또한, 여기에 개시되는 전지 모듈의 적합한 일 양태에서는, 전지 디바이스는, 복수의 이차 전지를 구비한 조전지를 포함한다. 여기에 개시되는 기술은, 이러한 조전지를 전지 디바이스로서 사용하는 전지 모듈에도 적용할 수 있다.
또한, 여기에 개시되는 전지 모듈의 적합한 일 양태에서는, 제어 장치는, 복수의 이차 전지 중에서 기준 전지를 임의로 선택하는 선택 수단과, 기준 전지의 잉여 전해액의 증가량 LΔ의 측정을 증가량 측정 수단에 지시하는 측정 지시부를 구비하고 있다. 이에 의해, 복수의 이차 전지를 구비한 조전지의 충전 전류를 용이하게 제어할 수 있다.
도 1은, 일 실시 형태에 관한 전지 모듈의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 2는, 도 1 중의 전지 디바이스의 외관을 모식적으로 도시하는 사시도이다.
도 3은, 도 2 중의 이차 전지의 외관을 모식적으로 도시하는 사시도이다.
도 4는, 도 3에 도시하는 이차 전지의 내부 구조를 모식적으로 도시하는 종단면도이다.
도 5는, 일 실시 형태에 관한 전지 모듈의 충전 제어의 처리 스텝의 개요를 나타내는 흐름도이다.
도 6은, 증가량 측정 스텝의 일례를 설명하는 흐름도이다.
도 7은, 이차 전지의 X선 투과 화상의 일례이다.
도 8은, 도 7 중의 측정선(ML) 상의 휘도의 변화를 도시하는 라인 프로파일이다.
도 9는, 잉여 전해액의 증가량 LΔ(％)와 저항 증가율(％)의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 10은, 다른 실시 형태에 관한 전지 모듈의 충전 제어의 처리 스텝의 개요를 나타내는 흐름도이다.
<제1 실시 형태>
이하, 여기에 개시되는 기술의 일 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또한, 본 명세서에 있어서 특별히 언급하고 있는 사항 이외의 사항이며, 여기에 개시되는 기술의 실시에 필요한 사항은, 당해 분야에 있어서의 종래 기술에 기초하는 당업자의 설계 사항으로서 파악될 수 있다. 여기에 개시되는 기술은, 본 명세서에 개시되어 있는 내용과 당해 분야에 있어서의 기술 상식에 기초하여 실시할 수 있다. 또한, 이하의 도면에 있어서는, 동일한 작용을 발휘하는 부재·부위에 동일한 부호를 부여하여 설명하고 있다. 또한, 각 도면에 있어서의 치수 관계(길이, 폭, 두께 등)는 실제의 치수 관계를 반영하는 것은 아니다.
1. 전지 모듈의 주요 구성
도 1은, 본 실시 형태에 관한 전지 모듈의 구성을 도시하는 블록도이다. 도 2는, 도 1 중의 전지 디바이스의 외관을 모식적으로 도시하는 사시도이다. 도 3은, 도 2 중의 이차 전지의 외관을 모식적으로 도시하는 사시도이다. 도 4는, 도 3에 도시하는 이차 전지의 내부 구조를 모식적으로 도시하는 종단면도이다. 또한, 본 명세서에서 설명하는 도면 중의 부호 X는 폭 방향을 나타내고 있고, 부호 Y는 깊이 방향을 나타내고 있고, 부호 Z는 높이 방향을 나타내고 있다. 또한, 부호 L, R, F, Rr, U, D는, 각각, 좌측 방향, 우측 방향, 전방, 후방, 상방, 하방을 나타내고 있다. 단, 이들 방향은, 설명의 편의상 정한 것이며, 제조 후의 이차 전지의 사용 양태를 한정하는 것을 의도한 것은 아니다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 전지 모듈(1)은 전지 디바이스(100)와, 제어 장치(200)를 구비하고 있다. 또한, 본 실시 형태에 관한 전지 모듈(1)에는, 액량 취득 디바이스(300)도 마련되어 있다. 이하, 각각에 대하여 설명한다.
(1) 전지 디바이스
도 1에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태에 있어서의 전지 디바이스(100)는 이차 전지(110)를 구비하고 있다. 이 전지 디바이스(100)의 일례로서, 도 2에 도시하는 구성의 조전지(100A)를 포함하는 구성을 들 수 있다. 이 조전지(100A)는 복수의 이차 전지(110)를 구비하고 있다. 각각의 이차 전지(110)는 후술하는 전지 케이스(10)의 편평면(10f)(도 3 참조)이 서로 대향하도록 배열된다. 또한, 인접한 2개의 이차 전지(110)의 사이에는, 스페이서(120)가 배치되어 있다. 그리고, 이 복수의 이차 전지(110)는 한 쌍의 구속판(130) 사이에 끼워져 있다. 이 한 쌍의 구속판(130)은 배열 방향(도 2 중의 깊이 방향 Y)을 따라 연장되는 가교 부재(140)로 접속되어 있다. 이에 의해, 각각의 이차 전지(110)는 소정의 구속압으로 구속된다. 또한, 도 2에 도시하는 조전지(100A)는 복수의 이차 전지(110)의 각각을 전기적으로 접속하는 접속 부재(150)를 구비하고 있다. 이 접속 부재(150)는 인접하는 이차 전지(110)의 전극 단자(40)를 접속한다. 이에 의해, 복수의 이차 전지(110)를 하나의 전지 디바이스(100)로서 사용할 수 있다. 또한, 도 1에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태에 있어서의 전지 디바이스(100)는 통신부(190)를 구비하고 있다. 이 통신부(190)는 다른 기기(예를 들어 제어 장치(200))와 통신할 수 있도록 구성되어 있다. 또한, 본 명세서에 있어서의 「통신부」에 의한 통신 방법은, 유선 통신이어도 되고, 무선 통신이어도 된다.
다음으로, 전지 디바이스(100) 중의 이차 전지(110)의 구조의 일례를 설명한다. 도 3 및 도 4에 도시하는 바와 같이, 이 이차 전지(110)는 전지 케이스(10) 내에 전극체(20)와 전해액(30)이 수용됨으로써 구성되어 있다.
(1-a) 전지 케이스
전지 케이스(10)는 내부 공간을 갖는 상자 형상의 용기이다. 이 전지 케이스(10)의 내부 공간에는, 전극체(20)와 전해액(30)이 수용된다. 또한, 도 3 및 도 4에 도시하는 전지 케이스(10)는 편평한 직육면체 형상의 용기이다. 구체적으로는, 전지 케이스(10)는 상면 개구를 갖는 상자 형상 부재인 케이스 본체(14)와, 당해 케이스 본체(14)의 상면 개구를 막는 판상 부재인 밀봉판(12)을 구비하고 있다. 또한, 후술하는 증가량 측정 스텝(도 5 중의 S20)에 있어서 X선 투과 화상을 취득하는 경우, 전지 케이스(10)는 알루미늄(알루미늄 합금을 포함)이나 수지 등에 의해 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이들 재료로 형성된 전지 케이스(10)는 X선 투과율이 높기 때문에, 증가량 측정 스텝(S20)에 있어서 선명한 X선 투과 화상을 취득할 수 있다.
또한, 밀봉판(12)에는, 전지 케이스(10)의 내부에 전해액(30)을 주액하기 위한 주액 구멍(12a)이 마련되어 있다. 또한, 이 주액 구멍(12a)은 전해액(30)의 주액 후에 밀봉 부재(16)로 밀봉된다. 또한, 밀봉판(12)에는, 한 쌍의 전극 단자(40)가 설치되어 있다. 각각의 전극 단자(40)는 복수의 도전 부재를 조합한 구조체이며, 높이 방향 Z를 따라 연장되어 있다. 그리고, 전극 단자(40)의 하단부를 구성하는 집전 부재(40a)는 전지 케이스(10)의 내부에서 전극체(20)와 접속된다.
(1-b) 전극체
전극체(20)는 세퍼레이터를 개재하여 정극과 부극이 대향한 부재이다. 이러한 전극체(20)의 구조의 일례로서, 권회 전극체나 적층형 전극체 등을 들 수 있다. 권회 전극체는, 긴 시트상의 정극과 부극과 세퍼레이터를 권회함으로써 형성된다. 한편, 적층형 전극체는, 극간에 세퍼레이터가 개재되도록, 짧은 정극과 부극을 교호로 적층시킴으로써 형성된다. 또한, 전극체(20)의 구성 부재(정극, 부극 및 세퍼레이터 등)는 일반적인 이차 전지에서 사용될 수 있는 재료를 특별히 제한없이 사용할 수 있고, 여기에 개시되는 기술을 한정하는 것은 아니기 때문에 상세한 설명을 생략한다.
(1-c) 전해액
전해액(30)은, 정극과 부극 사이에서 전하 담체를 이동시키는 액상의 전해질이다. 전해액(30)의 대부분은, 전극체(20)의 내부(정극과 부극의 극간)에 침투하고 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 전극체(20) 내부에 침투하지 않는 잉여 전해액(32)이, 전극체(20)의 외부(전극체(20)와 전지 케이스(10) 사이)에 존재하고 있다. 이에 의해, 전극체(20) 내부의 전해액(30)이 부족할 때, 당해 전극체(20) 내부에 전해액(30)을 공급할 수 있다. 또한, 전해액(30)도, 일반적인 이차 전지에서 사용될 수 있는 것을 특별히 제한없이 사용할 수 있다.
(2) 제어 장치
제어 장치(200)는 전지 디바이스(100)의 충방전을 제어하는 기기이다. 이 제어 장치(200)는 각종 제어를 담당하는 컨트롤러(예를 들어 CPU)와, 프로그램이나 데이터 등을 기억하는 기억부를 구비한 컴퓨터이다. 또한, 제어 장치(200)는 외부 기기(차량이나 휴대 단말기 등)의 제어를 담당하는 제어부를 겸하고 있어도 된다. 단, 제어 장치(200)의 하드웨어로서의 구성은, 여기에 개시되는 기술을 한정하는 것은 아니다. 즉, 제어 장치(200)는 후술하는 전류 보정 제어를 실시할 수 있도록 구성되어 있으면 된다.
여기서, 본 실시 형태에 있어서의 제어 장치(200)는 충전 중의 이차 전지(110)의 잉여 전해액의 증가량 LΔ를 측정하는 증가량 측정 수단(210)과, 잉여 전해액의 증가량 LΔ에 기초하여 전지 디바이스(100)에 대한 충전 전류의 전류값을 보정하는 전류 보정 제어를 실시하는 전류값 보정 수단(220)을 구비하고 있다. 또한, 제어 장치(200)는 잉여 전해액의 증가량 LΔ가 소정의 역치 LT를 초과한 경우에 전류 보정 제어의 개시를 전류값 보정 수단(220)에 지시하는 개시 판정 수단(230)과, 다른 기기(예를 들어 전지 디바이스(100))와 통신할 수 있도록 구성된 통신부(250)를 구비하고 있다. 또한, 제어 장치(200)에 포함되는 각 수단에 의한 상세한 처리의 내용은 후술한다.
(3) 액량 취득 디바이스
액량 취득 디바이스(300)는 이차 전지(110)의 잉여 전해액(32)의 액량을 측정하는 장치이다. 본 실시 형태에 관한 전지 모듈(1)에서는, 액량 취득 디바이스(300)로서, 이차 전지(110)의 X선 투과 화상을 촬상하는 X선 화상 촬영 장치가 사용되고 있다. 또한, 본 실시 형태에 있어서의 전지 디바이스(100)는 도 2에 나타내는 조전지(100A)에 포함되지 않고 고립된 이차 전지(촬상용 전지)를 구비하고 있다. 이 촬상용 전지는, 조전지(100A)에 포함되는 이차 전지(110)와 동일한 구성을 갖고 있고, 당해 조전지(100A)에 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 촬상용 전지에는, 조전지(100A)에 포함되는 이차 전지(110)와 대략 동등한 구속압이 가해져 있다. 즉, 촬상용 전지는, 조전지(100A)의 외부에 배치되어 있는 것을 제외하고, 조전지(100A)에 포함되는 이차 전지(110)와 동일 조건에서 충방전이 행해진다. 본 실시 형태에 있어서의 X선 화상 촬영 장치(300)는 이 촬상용 전지의 X선 투과 화상을 취득할 수 있는 위치에 배치되어 있다. 이에 의해, 복수의 이차 전지(110)가 구속된 조전지(100A)가 구축되어 있는 경우에서도, 선명한 X선 투과 화상을 용이하게 취득할 수 있다. 또한, 도 1에 도시하는 바와 같이, 액량 취득 디바이스(300)도, 다른 기기(예를 들어 제어 장치(200))와 통신 가능한 통신부(310)를 구비하고 있다.
(4) 충전 디바이스
또한, 도 1에 도시하는 바와 같이, 전지 디바이스(100)는 충전 디바이스(400)와 접속 가능하게 구성되어 있다. 이 충전 디바이스(400)는 전지 디바이스(100)의 이차 전지(110)에 충전 전류를 공급하는 장치이다. 또한, 충전 디바이스(400)는 전지 모듈(1)에 탑재되어 있어도 되고, 전지 디바이스(100)와 접속 가능한 외부 장치여도 된다. 예를 들어, 여기에 개시되는 기술을 하이브리드 차량에 적용하는 경우에는, 당해 하이브리드 차량의 내연 기관, 모터·제너레이터, DC-DC 컨버터 및 이들의 제어 장치를 포함하는 것이 충전 디바이스(400)로서 기능할 수 있다. 이 경우, 충전 디바이스(400)는 전지 디바이스(100)와 항상 접속된 상태이며, 제어 장치 등에 의한 스위칭 동작의 전환에 의해 충전 상태와 비충전 상태가 전환된다. 한편, 여기에 개시되는 기술을 전기 자동차나 휴대 단말기 등에 적용하는 경우에는, 외부 충전 장치가 충전 디바이스(400)로서 기능한다. 이 경우, 충전 디바이스(외부 충전 장치)(400)는, 전지 디바이스(100)를 충전할 때에 전지 디바이스(100)나 제어 장치(200)와 전기적으로 접속된다. 또한, 도 1에 도시하는 바와 같이, 충전 디바이스(400)도, 다른 기기(예를 들어 제어 장치(200))와 통신 가능한 통신부(410)를 구비하고 있다.
2. 충전 제어의 처리 스텝
이하, 본 실시 형태에 관한 전지 모듈(1)에 있어서 실시되는 충전 제어의 처리 스텝에 대하여 설명한다. 도 5는, 본 실시 형태에 관한 전지 모듈의 충전 제어의 처리 스텝의 개요를 나타내는 흐름도이다. 도 6은, 증가량 측정 스텝의 일례를 설명하는 흐름도이다. 도 7은, 이차 전지의 X선 투과 화상의 일례이다. 도 8은, 도 7 중의 측정선(ML) 상의 휘도의 변화를 도시하는 라인 프로파일이다. 도 9는, 잉여 전해액의 증가량 LΔ(％)와 저항 증가율(％)의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 본 실시 형태에 있어서의 충전 제어의 처리 스텝은, 충전 개시 스텝(S10)과, 증가량 측정 스텝(S20)과, 잉여 전해액의 증가량 판정 스텝(S30)과, 전류값 보정 스텝(S40)을 구비하고 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 전류값 보정 스텝(S40)의 후에, SOC 판정 스텝(S50)이 마련되어 있다. 이하, 각 스텝에 대하여 설명한다.
(1) 충전 개시 스텝(S10)
본 스텝에서는, 전지 디바이스(100)의 충전을 개시한다. 또한, 상세한 충전 조건은, 이차 전지(110)의 치수나 재료 등에 따라서 적절히 설정되는 것이며, 여기에 개시되는 기술을 한정하는 요소는 아니기 때문에 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 실시 형태에 있어서의 충전 제어는, 상시 실시해도 되고, 급속 충전(하이 레이트 충전) 중에만 실시해도 된다. 급속 충전 중에는 특히 하이 레이트 열화가 발생하기 쉽기 때문에, 이 상황으로 좁혀서 본 실시 형태에 있어서의 충전 제어를 실시하면, 충전 효율을 유지하면서, 하이 레이트 열화를 억제하기 쉬워진다.
(2) 증가량 측정 스텝(S20)
본 스텝에서는, 잉여 전해액의 증가량 측정 수단(210)에 의해, 충전 중의 이차 전지(110)의 잉여 전해액의 증가량 LΔ를 측정한다. 이 「잉여 전해액의 증가량 LΔ」는, 충전 중의 전극의 팽창에 의해 전극체(20)의 외부로 유출된 전해액(30)의 양을 나타내고 있다. 즉, 잉여 전해액의 증가량 LΔ가 많아지면, 이차 전지(110)의 하이 레이트 열화가 진행되고 있다고 간주할 수 있다. 한편, 잉여 전해액의 증가량 LΔ가 적은 상태에서는, 하이 레이트 열화가 진행되고 있지 않다고 간주할 수 있다.
이하, 증가량 측정 스텝(S20)에 어서의 「잉여 전해액의 증가량 LΔ」의 측정 수순의 일례를 설명한다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태에 있어서의 증가량 측정 수단(210)은 액량 취득 수단(211)과 산출 수단(212)을 구비하고 있다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 증가량 측정 수단(210)은 액량 취득 수단(211)과 산출 수단(212)의 협동에 의해, L1 측정 스텝(S21)과, L2 측정 스텝(S22)과, LT 취득 스텝(S23)과, LΔ 산출 스텝(S24)을 실시한다.
(2-a) L1 측정 스텝(S21)
본 스텝에 있어서, 액량 취득 수단(211)은 제1 액량 L1을 측정한다. 여기서 측정되는 「제1 액량 L1」이란, 미리 정해진 제1 SOC에 있어서의 잉여 전해액의 액량(ml)이다. 예를 들어, 제1 SOC는, 충전이 필요해지는 저SOC 영역에 설정된다. 예를 들어, 제1 SOC는, 10％ 내지 20％(예를 들어 17％ 정도)의 범위 내에 설정된다. 이러한 저SOC 영역에서는, 전극의 팽창에 의한 전해액(30)의 유출이 거의 발생하고 있지 않다. 이 때문에, 제1 액량 L1을 기준으로 하여, 후술하는 제2 액량 L2와의 차분을 구함으로써, 충전의 진행에 수반되는 전해액(30)의 유출(하이 레이트 열화)을 보다 정확하게 측정할 수 있다.
또한, 「잉여 전해액의 액량(ml)」은, 이차 전지(110)의 X선 투과 화상의 화상 해석에 기초하여 측정하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 잉여 전해액(32)의 실제의 액량을 정확하게 측정할 수 있다. 이러한 X선 투과 화상의 화상 해석을 실시하기 위해, 본 실시 형태에 있어서의 액량 취득 수단(211)은 촬상 지시 수단(211a)과 화상 해석 수단(211b)을 구비하고 있다. 이하, X선 투과 화상을 사용한 잉여 전해액의 액량의 측정에 대하여 구체적으로 설명한다.
잉여 전해액의 액량의 측정에서는, 먼저, 통신부(250)를 통해, 촬상 지시 수단(211a)이 X선 화상 촬영 장치(300)에 X선 투과 화상의 촬상을 지시한다. 그리고, X선 화상 촬영 장치(300)는 촬상 지시 수단(211a)으로부터의 지시에 따라서 이차 전지(110)의 X선 투과 화상을 취득한다. 또한, X선 투과 화상의 촬상 조건은, 잉여 전해액(32)의 액면(32a)을 정확하게 인식할 수 있는 조건으로 적절히 조절하는 것이 바람직하다. 일례로서, 촬영 시의 관 전압은, 125kV 내지 175kV(예를 들어 150kV)의 범위로 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 관전류는, 175μA 내지 225μA(예를 들어 200μA)의 범위로 설정하는 것이 바람직하다. 그리고, X선 화상 촬영 장치(300)는 촬상한 X선 투과 화상을, 통신부(310)를 통해, 제어 장치(200)의 화상 해석 수단(211b)에 송신한다.
또한, 잉여 전해액(32)의 액면(32a)은 이차 전지(110)(전지 셀)가 지면에 대하여 수평 자세인 상태에서는 판별하기 어려운 경우가 있다. 그 경우, 이차 전지(110)가 기운 상태에서 X선 투과 화상을 촬영하는 것이 좋다. 이 경우, 중력 방향의 하방에 있어서의 전지 케이스(10)의 모서리에 잉여 전해액(32)이 모이기 때문에, 도 7에 도시하는 바와 같이 잉여 전해액(32)의 액면(32a)이 비교적 판별하기 쉬워진다. 예를 들어, 자동차에 전지 디바이스(100)를 탑재하는 경우에는, 차량에 대하여 전지 디바이스(100)(예를 들어, 촬상용 전지만)의 자세를 기울이는 장치를 탑재하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 차량 주행 중에 전지 디바이스(100)(이차 전지(110))를 기울여서 잉여 전해액(32)의 액면(32a)을 정확하게 인식할 수 있다. 또한, 충전 디바이스(400)가 외부 충전 장치인 경우에는, 외부 충전 장치에 전지 디바이스(100)의 자세를 기울이는 장치가 설치되어 있는 것이 바람직하다.
다음으로, 화상 해석 수단(211b)은 X선 투과 화상의 화상 해석에 기초하여 잉여 전해액의 액량을 측정한다. 이하, X선 투과 화상을 해석하는 수순의 일례에 대하여 도 7을 참조하면서 설명한다. 화상 해석 수단(211b)은, 먼저, 촬상한 X선 투과 화상의 전극체(20)와 전지 케이스(10) 사이의 영역에, 전지 케이스(10)의 측면(10s)을 따라 연장되는 측정선(ML)을 설정한다. 그리고, 소정의 화상 해석 소프트웨어(Image-J 등)를 사용하여 측정선(ML) 상의 휘도의 변화를 분석한다. 예를 들어, 도 8에 도시하는 분석 결과에서는, 100픽셀 부근에서 휘도값이 급격하게 저하되어 있다. 이것은, 잉여 전해액(32)이 존재하고 있는 영역의 X선 투과율이 낮기 때문이다. 이것에 기초하여, 화상 해석 수단(211b)은 100픽셀 부근의 위치에 잉여 전해액(32)의 액면(32a)이 존재하고 있다고 간주한다. 다음으로, 도 8에서는, 400픽셀 부근의 위치에서 휘도값이 더 저하되어 있다. 이것은, X선 투과성이 거의 없는 전지 케이스(10)의 저면(10b)에 도달했기 때문이다. 이것에 기초하여, 화상 해석 수단(211b)은 100 내지 400픽셀의 영역에 잉여 전해액(32)이 존재하고 있다고 간주한다. 그리고, 본 실시 형태에 있어서의 화상 해석 수단(211b)에는, 예비 시험의 결과에 기초하여, 「X선 투과 화상에 있어서의 잉여 전해액(32)의 존재 영역(픽셀)」과 「실제의 잉여 전해액의 액량(ml)」의 관계식이 기억되어 있다. 화상 해석 수단(211b)은 이 관계식에 기초하여, 도 8 중의 「잉여 전해액의 존재 영역」으로부터 잉여 전해액의 액량(ml)을 산출한다. 그리고, 화상 해석 수단(211b)은, 산출한 잉여 전해액의 액량(본 스텝에서는 제1 액량 L1)을 산출 수단(212)에 송신한다.
(2-b) L2 측정 스텝(S22)
다음으로, 본 스텝에 있어서, 액량 취득 수단(211)은 제2 액량 L2를 측정한다. 여기서 측정되는 「제2 액량 L2」란, 제1 SOC보다도 고SOC인 제2 SOC에서의 잉여 전해액의 액량이다. 예를 들어, 제2 SOC는, 이차 전지(110)의 충전이 어느 정도 진행된 높은 SOC 영역에 설정된다. 이에 의해, 충전이 충분히 진행된 상태의 잉여 전해액의 액량을 「제2 액량 L2」로 할 수 있기 때문에, 이차 전지(110)의 하이 레이트 열화의 정도를 보다 정확하게 평가할 수 있다. 또한, 제1 SOC를 시점으로 하여 SOC가 일정량 상승할 때마다 제2 액량 L2가 측정되도록, 액량 취득 수단(211)에 복수의 제2 SOC가 설정되어 있어도 된다. 이에 의해, 하이 레이트 열화의 진행에 따른 전류 보정 제어를 보다 정밀하게 실시할 수 있다.
또한, 제2 액량 L2는, 제1 SOC보다도 고SOC 영역에서 측정을 행하는 것을 제외하고, 제1 액량 L1과 동일한 수순으로 측정된다. 즉, 제2 액량 L2는, 이차 전지(110)의 X선 투과 화상의 화상 해석에 기초하여 측정할 수 있다. 이 X선 투과 화상에 기초한 제2 액량 L2의 측정은, 중복된 설명이 되므로, 여기에서의 설명을 생략한다. 또한, 측정 후의 제2 액량 L2는, 상기 제1 액량 L1과 마찬가지로, 산출 수단(212)에 송신된다.
(2-c) LT 취득 스텝(S23)
본 스텝에 있어서, 액량 취득 수단(211)은 전지 케이스(10) 내에 존재하는 전해액(30)의 총량(총액량 LT)을 취득한다. 여기에서의 「총액량 LT」란, 전극체(20) 외부에 존재하는 잉여 전해액(32)과, 전극체(20) 내부에 침투하고 있는 전해액(30)의 합계량이다. 후술하는 LΔ 산출 스텝(S24)에 있어서 총액량 LT를 반영 시킴으로써 전해액(30)의 주액량에 좌우되지 않고, 이차 전지(110)의 하이 레이트 내성을 평가할 수 있다. 이 총액량 LT도, 액량 취득 수단(211)으로부터 산출 수단(212)에 송신된다. 또한, 전해액(30)의 총액량 LT는, 제어 장치(200)의 기억부에 미리 기억되어 있다. 이 전해액(30)의 총액량 LT는, 전지 설계 시의 규격값을 사용해도 되고, 이차 전지(110)의 구축 시(전해액(30)의 주액 시)에 측정한 실측값을 사용해도 된다.
(2-d) LΔ 산출 스텝(S24)
본 스텝에서는, 액량 취득 수단(211)이 취득한 각 파라미터에 기초하여 잉여 전해액의 증가량 LΔ를 산출한다. 구체적으로는, 산출 수단(212)은 액량 취득 수단(211)으로부터 송신된 제1 액량 L1과 제2 액량 L2와 총액량 LT를 이하의 식 (1)에 대입함으로써 잉여 전해액의 증가량 LΔ를 산출한다. 이 잉여 전해액의 증가량 LΔ는, 충전 중의 전극의 팽창에 의해 전극체 외부로 유출된 전해액의 양(L2-L1)을 전해액(30)의 총액량 LT으로 규격화한 값이다. 또한, 산출 수단(212)은 산출한 잉여 전해액의 증가량 LΔ를 개시 판정 수단(230)과 전류값 보정 수단(220)에 송신한다.
(3) 증가량 판정 스텝(S30)
본 스텝에서는, 개시 판정 수단(230)에 있어서, 잉여 전해액의 증가량 LΔ와 소정의 역치 LT를 비교 판정하는 증가량 판정 스텝(S30)을 실시한다. 또한, 본 스텝에 있어서의 역치 LT는, 제조 대상의 이차 전지의 규격에 따라서 적절히 설정된다. 예를 들어, 역치 LT는, 0.05％ 내지 10％의 범위 내에서 설정될 수 있다.
그리고, 잉여 전해액의 증가량 LΔ가 역치 LT를 초과한 경우(S30: "예"의 경우)에는, 전극체(20)로부터 전해액(30)이 다량으로 유출되고 있다고 해석된다. 이 경우, 개시 판정 수단(230)은 이차 전지(110)의 하이 레이트 열화가 진행되고 있다고 판단하여, 전류 보정 제어(S40)의 개시를 전류값 보정 수단(220)에 지시한다. 한편, 잉여 전해액의 증가량 LΔ가 역치 LT 이하가 된 경우(S30: "아니오"의 경우)에는, 충전 중의 전해액(30)의 유출량이 적다고 해석된다. 이 경우, 개시 판정 수단(230)은 이차 전지(110)의 하이 레이트 열화가 거의 진행되어 있지 않다고 판단하여, 전류 보정 제어를 행하지 않고 충전을 계속한다는 취지를 전류값 보정 수단(220)에 지시한다.
(4) 증가량 판정 스텝(S30)
본 스텝에 있어서, 전류값 보정 수단(220)은 잉여 전해액의 증가량 LΔ에 기초하여 전지 디바이스(100)에 대한 충전 전류의 전류값을 보정한다. 구체적으로는, 하이 레이트 열화가 진행되고 있다고 판단된(S30: "예"의) 이차 전지(110)에 대하여 전류값이 높은 충전 전류를 계속하여 공급하면, 전극체(20)로부터 더 다량의 전해액(30)이 유출된다. 이 경우, 전극체(20) 내부의 충방전 영역의 분포에 큰 치우침이 발생하여, 전해액(30)이 유입되어도 전지 성능이 충분히 회복되지 않는 항구적인 열화가 될 우려가 있다. 이 때문에, 전류값 보정 수단(220)은 전지 디바이스(100)에 대한 충전 전류의 전류값을 저하시키는 보정 제어를 행한다. 이에 의해, 충전 전류를 정지시키지 않고, 이차 전지(110)의 하이 레이트 열화의 진행을 방지할 수 있다.
또한, 본 스텝에 있어서의 구체적인 보정 조건은, 이차 전지나 외부 기기의 규격에 따라서 적절히 설정할 수 있고, 여기에 개시되는 기술을 한정하는 것은 아니다. 예를 들어, 전류값 보정 수단(220)에는, 「통상의 전류값」과 「하이 레이트 열화 시의 전류값」의 2종류의 전류값이 기억되어 있어도 된다. 이러한 구성의 전류값 보정 수단(220)은 증가량 판정 스텝 S30에서 "아니오"(LΔ≤LT)가 된 경우에 「통상의 전류값」을 채용하고, "예"(LΔ>LT)가 된 경우에 「하이 레이트 열화 시의 전류값」을 채용한다. 이에 의해, 충전 효율의 저하를 억제하면서, 하이 레이트 열화의 진행을 방지할 수 있다. 또한, 다른 예로서, 전류값 보정 수단(220)에는, 잉여 전해액의 증가량 LΔ와 전류값의 관계가 규정된 매트릭스 형상의 데이터베이스가 기억되어 있어도 된다. 이러한 구성의 전류값 보정 수단(220)은 산출 수단(212)으로부터 송신된 잉여 전해액의 증가량 LΔ에 기초하여, 적절한 전류값을 데이터베이스 중에서 선택할 수 있다.
(5) SOC 판정 스텝(S50)
다음으로, 본 실시 형태에 관한 전지 모듈(1)의 제어 장치(200)는 이차 전지의 현재의 SOC와, 미리 정해진 충전 완료 SOCT를 비교하는 SOC 판정 스텝(S50)을 실시한다. 그리고, 현재의 SOC가 충전 완료 SOCT 미만인(S50: "아니오") 경우, 제어 장치(200)는 증가량 측정 스텝(S20)과 증가량 판정 스텝(S30)을 반복해 실시한다. 이에 의해, 하이 레이트 열화의 진행 상황에 따라서 전류값을 적절히 보정하면서 전지 디바이스(100)의 충전을 계속할 수 있다. 한편, 현재의 SOC가 충전 완료 SOCT 이상이 된(S50: "예") 경우, 제어 장치(200)는 충전이 완료되었다고 판단하여 충전 제어 처리를 종료한다("종료").
(6) 정리
이상과 같이, 본 실시 형태에 관한 전지 모듈(1)의 제어 장치(200)는 충전 중의 잉여 전해액의 증가량 LΔ를 측정한다. 이 잉여 전해액의 증가량 LΔ는, 충전 중의 전극의 팽창에 의해 유출된 전해액(30)의 양을 나타내고 있다. 즉, 잉여 전해액의 증가량 LΔ가 많은 이차 전지(110)는 전해액(30)이 다량으로 유출되고 있어, 하이 레이트 열화가 진행되고 있다고 할 수 있다. 이것은, 본 발명자가 실시한 실험에 의해서도 뒷받침되어 있다. 구체적으로는, 도 9에 나타내는 바와 같이, 충전 중의 잉여 전해액의 증가량 LΔ(％)가 커짐에 따라, 충전 중의 저항 증가율이 높아지는 것이 확인되어 있다. 그리고, 본 실시 형태에 관한 전지 모듈(1)의 제어 장치(200)에는, 잉여 전해액의 증가량 LΔ에 기초한 전류 보정 제어를 실시하는 전류값 보정 수단(220)이 마련되어 있다. 이에 의해, 하이 레이트 열화의 정도에 따라서 전류값을 보정하면서 충전을 계속하기 때문에, 하이 레이트 열화를 억제한 뒤에, 일정 이상의 충전 효율을 유지할 수 있다.
2. 전지 모듈의 다른 구성
이상, 본 실시 형태에 관한 전지 모듈(1)의 주요한 구성에 대하여 설명하였다. 또한, 본 실시 형태에 관한 전지 모듈(1)은 상술한 구성 외에, 여기에 개시되는 기술에 의한 효과를 향상시키는 다양한 구성을 갖고 있다. 이하, 이들의 구성에 대하여 설명한다.
(1) 각도 검출 수단
상술한 바와 같이, 이차 전지(110)의 X선 투과 화상은, 도 7에 도시하는 바와 같은 이차 전지(110)가 기운 상태의 화상인 것이 바람직하다. 이에 의해, 높이 방향의 하방에 잉여 전해액(32)이 모아지기 때문에, 잉여 전해액(32)의 액량이 적은 경우에도 정확한 측정을 실시할 수 있다. 그러나, 여기에 개시되는 기술에 있어서, 상술한 전지 디바이스(100)를 기울이는 장치는 필수는 아니다. 예를 들어, 전지 디바이스(100)가 자동차에 탑재되어 있는 경우, 이차 전지(110)가 기운 상태의 X선 투과 화상을 촬영하기 위해서, 이차 전지(110)의 경사 각도 θ를 검출하는 각도 검출 수단(215)을 이용할 수 있다. 예를 들어, 전지 모듈(1)을 하이브리드 차량에 탑재한 경우에는, 당해 차량의 ECU(엔진 컨트롤 유닛)의 각도 검출 수단을 원용하여, 주행 중의 이차 전지(110)의 경사 각도 θ를 검출할 수 있다. 그리고, 각도 검출 수단(215)은 해당 경사 각도 θ를 촬상 지시 수단(211a)에 송신한다. 그리고, 촬상 지시 수단(211a)은 오르막길이나 좌우 경사지를 주행 중에 경사 각도 θ가 소정의 촬영 각도 θT를 초과하였을 때, X선 화상 촬영 장치(300)에 X선 투과 화상의 촬상을 지시한다. 이에 의해, 이차 전지(110)가 기운 X선 투과 화상을 용이하게 취득할 수 있다. 또한, 여기에 개시되는 기술을 한정하는 것은 아니지만, X선 투과 화상의 촬영에 적합한 경사 각도 θ는, 30° 내지 60°이기 때문에, 이러한 경사 각도가 확보되었을 때에 X선 투과 화상을 촬영하는 것이 바람직하다.
(2) 기준 설정 수단
또한, 본 실시 형태에 있어서의 전지 디바이스(100)는 복수의 이차 전지(110)를 구비한 조전지이다. 이러한 조전지를 구비한 전지 모듈(1)에서는, 복수의 이차 전지(110) 중에서 측정 대상(기준 전지)을 임의로 선택하고, 해당 기준 전지의 잉여 전해액의 증가량 LΔ에 기초하여 전지 디바이스(100) 전체의 전류 보정 제어를 행하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 전류 보정 제어가 필요 이상으로 번잡해지는 것을 방지할 수 있다. 구체적으로는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태에 있어서의 제어 장치(200)는 복수의 이차 전지(110) 중에서 기준 전지를 설정하는 기준 설정 수단(240)을 구비하고 있다. 그리고, 이 기준 설정 수단(240)은 복수의 이차 전지(110) 중에서 기준 전지를 임의로 선택하는 선택 수단(241)과, 당해 기준 전지의 잉여 전해액의 증가량 LΔ의 측정을 증가량 측정 수단(210)에 지시하는 측정 지시부(242)를 구비하고 있다. 이에 의해, 원하는 이차 전지(110)를 기준 전지로 하고, 해당 기준 전지의 잉여 전해액의 증가량 LΔ를 측정할 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이, 조전지(100A)로부터 고립된 촬상용 전지가 마련되어 있는 경우, 선택 수단(241)은 당해 촬상용 전지를 기준 전지로서 선택한다. 이에 의해, 선명한 X선 투과 화상을 항상 취득할 수 있다. 또한, 기준 전지의 수는, 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 선택 수단(241)이 복수의 기준 전지를 선택한 경우, 증가량 측정 수단(210)은 복수의 잉여 전해액의 증가량 LΔ를 취득하고, 그 최댓값을 개시 판정 수단(230)에 송신하면 된다. 이에 의해, 가장 하이 레이트 열화가 진행된 이차 전지(110)에 기초하여 전류 보정 제어가 행해지기 때문에, 하이 레이트 열화의 진행을 보다 적절하게 억제할 수 있다.
<다른 실시 형태>
이상, 여기에 개시되는 전지 모듈의 일 실시 형태에 대하여 설명하였다. 또한, 여기에 개시되는 전지 모듈은, 상술한 실시 형태에 한정되지 않고, 다양한 사항을 적절히 변경할 수 있다. 이하, 상술한 실시 형태로부터 변경 가능한 사항의 일례에 대하여 설명한다.
1. 개시 판정 수단의 유무
상술의 실시 형태에 관한 전지 모듈은, 충전 중의 잉여 전해액의 증가량 LΔ와 역치 LT를 비교하고, 전류 보정 제어의 필요 여부를 판정하는 개시 판정 수단(230)을 구비하고 있다. 그러나, 여기에 개시되는 전지 모듈은, 개시 판정 수단(230)을 구비하고 있지 않아도 된다. 예를 들어, 도 10에 나타내는 흐름도에서는, 도 5 중의 증가량 판정 스텝 S30에 상당하는 처리를 실시하고 있지 않고, 잉여 전해액의 증가량 LΔ에 기초한 전류 보정 제어를 항상 실행하고 있다. 이러한 구성을 채용한 경우에도, 하이 레이트 열화의 정도에 따라서 전류값을 보정하면서 충전을 계속할 수 있기 때문에, 하이 레이트 열화의 진행을 적절하게 억제한 뒤에, 일정 이상의 충전 효율을 유지할 수 있다. 단, 이러한 구성의 전지 모듈은, 하이 레이트 열화가 거의 발생하고 있지 않은 상황에서도 전류 보정 제어를 실시하여, 충전 전류의 전류값을 저감한다. 이것에 의한 충전 효율의 저하를 고려하면, 상술한 실시 형태와 같이, 잉여 전해액의 증가량 LΔ가 역치 LT를 초과할 때까지는 전류 보정 제어를 실시하지 않도록, 제어 스텝을 구축하는 편이 바람직하다.
2. 잉여 전해액의 증가량 LΔ의 측정 수단
상술한 실시 형태에서는, X선 투과 화상의 화상 해석에 기초하여 잉여 전해액의 액량(제1 액량 L1, 제2 액량 L2)을 측정하고, 측정 결과에 기초하여 잉여 전해액의 증가량 LΔ를 산출하고 있다. 그러나, 잉여 전해액의 액량을 측정하는 수단은, X선 투과 화상의 화상 해석에 한정되지 않는다. 여기에 개시되는 기술은, 전지 케이스 내의 잉여 전해액의 액량을 파악하기 위하여 사용되는 종래 공지된 수단을 특별히 제한없이 이용할 수 있다. 예를 들어, 잉여 전해액의 액량은, 만충전 시의 전압값이나 충방전 중의 전압의 변화량 등을 이용하여 측정할 수도 있다. 만충전 시의 전압값을 이용하는 수단은, 일본 특허 공개 제2022-44621호 공보에 개시되어 있다. 또한, 충방전 중의 전압의 변화량을 이용하는 수단은, 일본 특허 공개 제2021-182474호 공보에 개시되어 있다. 또한, 일본 특허 공개 제2021-170436호 공보에는, 이차 전지의 초음파 상의 화상 해석에 기초하여 잉여 전해액의 액량을 측정하는 수단이 개시되어 있다. 이때의 초음파 상의 화상 해석은, 상술한 X선 투과 화상의 화상 해석과 마찬가지로, 화상의 휘도 분석을 이용한 방법을 채용할 수 있다. 여기에 개시되는 전지 모듈의 증가량 측정 수단은, 상술한 측정 기술을 이용하여 충전 중의 잉여 전해액의 증가량 LΔ를 측정하는 증가량 측정 수단을 포함한다. 단, 전압 값에 기초한 잉여 전해액의 액량은, 소위 추측값이기 때문에, 실제의 잉여 전해액의 액량과는 다를 가능성이 있다. 따라서, 측정 결과의 정밀성을 고려하면, 잉여 전해액의 액량을 직접 측정 가능한 수단(X선 투과 화상이나 초음파 상의 화상 해석 등)을 이용하는 편이 바람직하다.
이상, 여기에 개시되는 기술의 실시 형태에 대하여 설명하였다. 그러나, 상술한 설명은 예시에 지나지 않고, 청구범위를 한정하는 것은 아니다. 청구범위에 기재되는 기술에는, 상술한 설명에서 예시한 구체예를 다양하게 변형, 변경한 것이 포함된다.
즉, 여기에 개시되는 기술은, 이하의 [항목 1] 내지 [항목 10]에 기재되는 기술을 포함한다.
[항목 1]
전지 케이스 내에 전극체와 전해액이 수용된 이차 전지를 포함하는 전지 디바이스와,
상기 전지 디바이스의 충방전을 제어하는 제어 장치
를 구비하고 있고,
상기 제어 장치는,
충전 중의 상기 이차 전지의 잉여 전해액의 증가량 LΔ를 측정하는 증가량 측정 수단과,
상기 잉여 전해액의 증가량 LΔ에 기초하여 상기 전지 디바이스에 대한 충전 전류의 전류값을 보정하는 전류 보정 제어를 실시하는 전류값 보정 수단
을 포함하는, 전지 모듈.
[항목 2]
상기 제어 장치는, 상기 잉여 전해액의 증가량 LΔ가 소정의 역치 LT를 초과한 경우에, 상기 전류 보정 제어의 개시를 상기 전류값 보정 수단에 지시하는 개시 판정 수단을 더 포함하는, 항목 1에 기재된 전지 모듈.
[항목 3]
상기 증가량 측정 수단은,
소정의 제1 SOC에서의 잉여 전해액의 액량인 제1 액량 L1과, 상기 제1 SOC보다도 고SOC인 제2 SOC에서의 잉여 전해액의 액량인 제2 액량 L2와, 상기 전지 케이스 내에 존재하는 상기 전해액의 총량인 총액량 LT를 취득하는 액량 취득 수단과,
이하의 식 (1)에 기초하여 잉여 전해액의 증가량 LΔ를 산출하는 산출 수단
을 구비하고 있는, 항목 1 또는 2에 기재된 전지 모듈.
[항목 4]
상기 제1 SOC는, 10％ 내지 20％의 범위 내에서 설정되어 있는, 항목 3에 기재된 전지 모듈.
[항목 5]
상기 이차 전지의 X선 투과 화상을 촬상하는 X선 화상 촬영 장치를 더 구비하고 있고,
상기 액량 취득 수단은,
상기 X선 화상 촬영 장치에 상기 X선 투과 화상의 촬상을 지시하는 촬상 지시 수단과,
상기 X선 투과 화상의 화상 해석에 기초하여 상기 잉여 전해액의 액량을 측정하는 화상 해석 수단
을 구비하고 있는, 항목 3 또는 4에 기재된 전지 모듈.
[항목 6]
상기 화상 해석 수단은, 상기 전극체와 상기 전지 케이스 사이의 영역에 상기 전지 케이스의 측면을 따른 측정선을 설정하고, 당해 측정선 상의 휘도의 변화를 해석함으로써, 상기 잉여 전해액의 액량을 측정하도록 구성되어 있는, 항목 5에 기재된 전지 모듈.
[항목 7]
상기 증가량 측정 수단은, 상기 이차 전지의 경사 각도 θ를 검출하는 각도 검출 수단을 더 구비하고 있고,
상기 촬상 지시 수단은, 상기 경사 각도 θ가 소정의 촬영 각도 θT를 초과하였을 때, 상기 X선 화상 촬영 장치에 상기 X선 투과 화상의 촬상을 지시하는, 항목 5 또는 6에 기재된 전지 모듈.
[항목 8]
상기 전지 케이스는, 알루미늄, 수지에 의해 형성되어 있는, 항목 5 내지 7 중 어느 한 항에 기재된 전지 모듈.
[항목 9]
상기 전지 디바이스는, 복수의 상기 이차 전지를 구비한 조전지인, 항목 1 내지 8 중 어느 한 항에 기재된 전지 모듈.
[항목 10]
상기 제어 장치는,
복수의 상기 이차 전지 중에서 기준 전지를 임의로 선택하는 선택 수단과,
상기 기준 전지의 상기 잉여 전해액의 증가량 LΔ의 측정을 상기 증가량 측정 수단에 지시하는 측정 지시부
를 구비하고 있는, 항목 9에 기재된 전지 모듈.
1: 전지 모듈
10: 전지 케이스
20: 전극체
30: 전해액
32: 잉여 전해액
40: 전극 단자
100: 전지 디바이스
100A: 조전지
110: 이차 전지
190: 통신부
200: 제어 장치
210: 증가량 측정 수단
211: 액량 취득 수단
211a: 촬상 지시 수단
211b: 화상 해석 수단
212: 산출 수단
215: 각도 검출 수단
220: 전류값 보정 수단
230: 개시 판정 수단
240: 기준 설정 수단
241: 선택 수단
242: 측정 지시부
250: 통신부
300: 액량 취득 디바이스(X선 화상 촬영 장치)
310: 통신부
400: 충전 디바이스
410: 통신부

Claims (10)

  1. 전지 케이스 내에 전극체와 전해액이 수용된 이차 전지를 포함하는 전지 디바이스와,
    상기 전지 디바이스의 충방전을 제어하는 제어 장치
    를 구비하고 있고,
    상기 제어 장치는,
    충전 중의 상기 이차 전지의 잉여 전해액의 증가량 LΔ를 측정하는 증가량 측정 수단과,
    상기 잉여 전해액의 증가량 LΔ에 기초하여 상기 전지 디바이스에 대한 충전 전류의 전류값을 보정하는 전류 보정 제어를 실시하는 전류값 보정 수단
    을 포함하는, 전지 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어 장치는, 상기 잉여 전해액의 증가량 LΔ가 소정의 역치 LT를 초과한 경우에, 상기 전류 보정 제어의 개시를 상기 전류값 보정 수단에 지시하는 개시 판정 수단을 더 포함하는, 전지 모듈.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 증가량 측정 수단은,
    소정의 제1 SOC에서의 잉여 전해액의 액량인 제1 액량 L1과, 상기 제1 SOC보다도 고SOC인 제2 SOC에서의 잉여 전해액의 액량인 제2 액량 L2와, 상기 전지 케이스 내에 존재하는 상기 전해액의 총량인 총액량 LT를 취득하는 액량 취득 수단과,
    이하의 식 (1)에 기초하여 잉여 전해액의 증가량 LΔ를 산출하는 산출 수단
    을 구비하고 있는, 전지 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 SOC는, 10％ 내지 20％의 범위 내에서 설정되어 있는, 전지 모듈.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 이차 전지의 X선 투과 화상을 촬상하는 X선 화상 촬영 장치를 더 구비하고 있고,
    상기 액량 취득 수단은,
    상기 X선 화상 촬영 장치에 상기 X선 투과 화상의 촬상을 지시하는 촬상 지시 수단과,
    상기 X선 투과 화상의 화상 해석에 기초하여 상기 잉여 전해액의 액량을 측정하는 화상 해석 수단
    을 구비하고 있는, 전지 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 화상 해석 수단은, 상기 전극체와 상기 전지 케이스 사이의 영역에 상기 전지 케이스의 측면을 따른 측정선을 설정하고, 당해 측정선 상의 휘도의 변화를 해석함으로써, 상기 잉여 전해액의 액량을 측정하도록 구성되어 있는, 전지 모듈.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 증가량 측정 수단은, 상기 이차 전지의 경사 각도 θ를 검출하는 각도 검출 수단을 더 구비하고 있고,
    상기 촬상 지시 수단은, 상기 경사 각도 θ가 소정의 촬영 각도 θT를 초과하였을 때, 상기 X선 화상 촬영 장치에 상기 X선 투과 화상의 촬상을 지시하는, 전지 모듈.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 전지 케이스는, 알루미늄, 수지에 의해 형성되어 있는, 전지 모듈.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 전지 디바이스는, 복수의 상기 이차 전지를 구비한 조전지를 포함하는, 전지 모듈.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어 장치는,
    복수의 상기 이차 전지 중에서 기준 전지를 임의로 선택하는 선택 수단과,
    상기 기준 전지의 상기 잉여 전해액의 증가량 LΔ의 측정을 상기 증가량 측정 수단에 지시하는 측정 지시부
    를 구비하고 있는, 전지 모듈.
KR1020230186791A 2022-12-26 2023-12-20 전지 모듈 KR20240102862A (ko)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2022-208370 2022-12-26

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20240102862A true KR20240102862A (ko) 2024-07-03

Family

ID=

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11346887B2 (en) Method and apparatus for calculating SOH of battery power pack, and electric vehicle
KR102082866B1 (ko) 배터리 관리 시스템 및 그 구동방법
KR102169774B1 (ko) 리튬-이온 배터리 시스템의 개개의 전극들의 용량 및 총 용량을 추정하기 위한 방법 및 시스템
US8000915B2 (en) Method for estimating state of charge of a rechargeable battery
US20140347012A1 (en) Battery management system and method of driving the same
US8674659B2 (en) Charge control device and vehicle equipped with the same
CN100464464C (zh) 电池管理系统及其驱动方法
KR101776546B1 (ko) 전지 시스템
US20140217987A1 (en) Battery management system and driving method thereof
US20120112700A1 (en) Circuit for counting number of cycles, battery pack and battery system
CN104364669A (zh) 用于估算包含混合正极材料的二次电池的充电状态的设备和方法
US20160061907A1 (en) Battery state determination device
JPWO2011007805A1 (ja) リチウムイオン二次電池監視システム及びリチウムイオン二次電池監視方法
EP2957921A1 (en) Method and system for estimating soc of battery
US20130181684A1 (en) Battery control system
KR20100098453A (ko) 리튬 이온 2차 전지, 조전지, 차량, 전지 탑재 기기, 전지 시스템 및 리튬 이온 2차 전지의 열화 검지 방법
JP2021182474A (ja) 二次電池の電解液量の減少を判定する判定装置及び判定方法
US20230145602A1 (en) Battery apparatus and method for predicting battery output
KR20180116988A (ko) 자동차용 lfp 전지의 soc 산출 시스템 및 방법
CN110320477B (zh) 动力电池组的soc计算方法、装置和电动汽车
KR102211032B1 (ko) 리튬 이온 전지의 진단 방법 및 리튬 이온 전지의 진단 장치
KR101811952B1 (ko) 재이용 가능한 비수 전해액 이차 전지의 선별 방법
KR20240102862A (ko) 전지 모듈
JP2021163627A (ja) 二次電池の電解液量の減少を判定する判定装置及び判定方法
US20230253812A1 (en) Battery, electronic device and battery charging method