WO2024084259A1 - 圧力制御システム、及び、圧力制御方法 - Google Patents

圧力制御システム、及び、圧力制御方法 Download PDF

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WO2024084259A1
WO2024084259A1 PCT/IB2022/000601 IB2022000601W WO2024084259A1 WO 2024084259 A1 WO2024084259 A1 WO 2024084259A1 IB 2022000601 W IB2022000601 W IB 2022000601W WO 2024084259 A1 WO2024084259 A1 WO 2024084259A1
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pressure
control system
battery
battery module
pressure control
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PCT/IB2022/000601
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Inventor
哲也 青木
Original Assignee
日産自動車株式会社
ルノー エス．ア．エス．
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    • 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
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a pressure control system and a pressure control method.
  • a lithium-ion secondary battery includes an electrode body that includes a positive electrode and a negative electrode that includes a Si-containing negative electrode active material, and a surface pressure control unit that controls the surface pressure applied to the electrode body in a predetermined direction (see, for example, Patent Document 1).
  • the surface pressure control unit of this lithium-ion secondary battery controls the amplitude of the surface pressure that varies with charging and discharging to 3.8 MPa or less.
  • this amplitude is the difference between the maximum and minimum values of the surface pressure observed when charging and discharging from 0% to 100% SOC, and is determined from the resistance increase ratio before and after the charge and discharge cycle of the lithium-ion secondary battery (see, for example, Patent Document 1 (paragraphs [0014] and [0108] to [0114])).
  • the amplitude of the surface pressure is determined by the resistance increase ratio between the resistance before the start of a charge/discharge cycle and the resistance after it ends, but this does not take into account the deterioration of the secondary battery when it is left stopped and not being charged or discharged, which is thought to have a large impact on in-vehicle secondary batteries, nor does it take into account deterioration that does not appear in the resistance value of the secondary battery.
  • the time a vehicle is stopped is longer than the time it is in operation, so vehicle-mounted secondary batteries are left in a pressurized state for long periods of time without charging or discharging.
  • the negative electrode especially the one containing Li, is prone to creep, since it has a relatively low rigidity.
  • the amount of creep per unit time is minute, there is a problem in that if this creep accumulates over a long period of time, it can have a detrimental effect on the secondary battery.
  • the problem that this invention aims to solve is to provide a pressure control system and a pressure control method that can reduce the amount of creep that occurs in the negative electrode.
  • the present invention solves the above problem by reducing the pressure applied to the battery module to a predetermined pressure before stopping the battery control system that controls the charging and discharging of the battery module.
  • the present invention can reduce the amount of creep that occurs in the negative electrode.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a battery control system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a flowchart showing the procedure of the pressure control method when the battery control system according to the embodiment of the present invention is shut down.
  • FIG. 3 is a graph showing the relationship between the pressure applied to the battery cell, the amount of creep of the negative electrode, and the resistance value of the battery cell.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram of creep that occurs in a negative electrode.
  • FIG. 5 is a graph showing the change over time in pressure and resistance value in the pressure control method when it is determined in step S6 of FIG. 2 that T ex >T th.
  • FIG. 6 is a graph showing the change over time in pressure and resistance value in the pressure control method when it is determined in step S6 of FIG. 2 that T ex ⁇ T th .
  • Figure 1 is a block diagram showing a battery control system 1 of this embodiment.
  • the battery control system 1 includes a controller 10, a voltage sensor 11, a current sensor 12, a temperature sensor 13, a DCDC converter 14, a pressure application mechanism 16, and a pressure sensor 17.
  • the controller 10, pressure application mechanism 16, and pressure sensor 17 in this embodiment are elements that make up the pressure control system 15. Therefore, the controller 10 in this embodiment corresponds to an example of the "control means,” “stop time estimation means,” and “SOC estimation means” in the present invention. Also, the temperature sensor 13 in this embodiment corresponds to an example of the "temperature acquisition means” in the present invention.
  • the controller 10 is a battery control unit (BCU).
  • the controller 10 is composed of a memory such as a ROM or RAM, and a processor such as a CPU. This controller 10 manages the state of the battery module 2 based on the detected voltage detected by the voltage sensor 11, the detected current detected by the current sensor 12, the detected temperature detected by the temperature sensor 13, etc., and determines the SOC usage range of the battery module 2 according to the state of the battery module 2.
  • the controller 10 also controls the pressure application mechanism 16 that constitutes the pressure control system 15.
  • the controller 10 adjusts the value of the pressure applied to the battery module 2 by controlling the pressure application mechanism 16.
  • the controller 10 also estimates the downtime (downtime expected value T ex ) until the battery control system 1 is restarted after being stopped.
  • the voltage sensor 11 is a sensor for detecting the voltage between the terminals of the battery module 2.
  • the voltage sensor 11 is connected between the wiring connected to the positive and negative electrodes of the battery module 2.
  • the current sensor 12 is a sensor for detecting the input/output current of the battery module 2.
  • the current sensor 12 is connected to the wiring connected to the positive or negative electrode of the battery module 2.
  • the temperature sensor 13 is provided in the battery module 2.
  • the temperature sensor 13 is a sensor for detecting the temperature of the battery module 2.
  • the DCDC converter 14 is a power conversion device that converts the voltage input from the battery module 2 to a predetermined voltage and outputs power to a load such as a motor.
  • the DCDC converter 14 is also a power conversion device that converts the voltage input from a load such as a motor or a charging device to a predetermined voltage and outputs power to the battery module 2.
  • This DCDC converter 14 is controlled by the controller 10.
  • the battery module 2 is connected to the input side of the DCDC converter 14, and a load is connected to the output side of the DCDC converter 14.
  • the load is a power grid including a motor inverter, etc. That is, the battery module 2 is connected to the load via the DCDC converter 14.
  • the pressure application mechanism 16 applies pressure to the battery module 2 by pressing the battery module 2 along the stacking direction of the battery cells 21 in the battery module 2.
  • the pressure application mechanism 16 has a motor driver circuit 161, a motor 162, a gear box 163, a pressure transmission body 164, a fixed end plate 165, a movable end plate 166, and a number of shafts 167.
  • the movable end plate 166 in this embodiment corresponds to an example of the "pressure application means" in the present invention.
  • the motor driver circuit 161 operates the motor 162.
  • the motor driver circuit 161 controls the operation of the motor 162 based on a control signal from the controller 10.
  • the motor 162 has a first drive shaft 162a. This motor 162 rotates the first drive shaft 162a in response to the output from the motor driver circuit 161.
  • the gear box 163 is connected to the first drive shaft 162a and converts the rotational drive of the first drive shaft 162a into drive of the pressure transmission body 164 in the above-mentioned stacking direction.
  • the pressure transmission body 164 moves up and down due to the driving force transmitted via the gear box 163.
  • This pressure transmission body 164 includes a second drive shaft 164a and a pressure transmission plate 164b.
  • the second drive shaft 164a is connected to the gear box 163, and the rotational drive of the first drive shaft 162a of the motor 162 is transmitted by the gear box 163.
  • the pressure transmission plate 164b is a plate that moves along the stacking direction as the second drive shaft 164a rotates, and in this embodiment, the pressure applied to the battery module 2 can be controlled to increase by the pressure transmission plate 164b moving downward in the figure, and the pressure applied to the battery module 2 can be controlled to decrease by the pressure transmission plate 164b moving upward in the figure.
  • the fixed end plate 165 and the movable end plate 166 are a pair of plate-like members, and are connected to each other by a number of shafts 167.
  • the fixed end plate 165 is fixed to the shaft 167 and supports the battery module 2.
  • the movable end plate 166 is not fixed to the shaft 167, and is movable along the extension direction of the shaft 167, and pressurizes the battery module 2 from above in response to the force transmitted from the pressure transmission body 164.
  • this movable end plate 166 can move along the stacking direction in response to the expansion and contraction of the battery module 2 accompanying charging and discharging, and the expansion and contraction of the battery module 2 accompanying changes in the pressure applied to the battery module 2 by the movable end plate 166.
  • the pressure sensor 17 is a sensor capable of measuring the pressure applied to the battery module 2. This pressure sensor 17 can output the detected pressure to the controller 10.
  • the battery module 2 is electrically connected to a charging device.
  • the charging device connected to the battery cells 21 is, for example, a device for charging the battery module 2 mounted on an electric vehicle or hybrid vehicle. Charging the battery module 2 mounted on the vehicle is performed by removing the charging cable from the charging device, attaching the charging gun at the end of the charging cable to the connector of the vehicle's charging port, and then operating the charging start switch.
  • the controller 10 manages the state of charge (SOC) of the battery cells 21 included in the battery module 2, and controls the DCDC converter 14 and the charging device so that the state of charge of the battery module 2 becomes a target state of charge.
  • SOC state of charge
  • the battery module 2 is electrically connected to a load such as a motor.
  • the load is a device that operates using the power of the battery module 2, such as the motor that drives the vehicle, and auxiliary devices such as an air conditioner and lights.
  • the battery module 2 is discharged under the control of the controller 10 in response to a system request or an external power request.
  • a system request corresponds to a command from an on-board computer such as an ECU while the vehicle is running.
  • a power request from the outside for example, when an external device such as a mobile terminal is used to operate the air conditioner with a timer setting before the vehicle starts running so that the interior of the vehicle is at an appropriate temperature when the vehicle starts running, the command from the external device corresponds to an external power request.
  • the battery module 2 installed in an electric vehicle or hybrid vehicle may also be used for Vehicle Grid Integration (VGI).
  • VGI is a technology that connects an electric vehicle or hybrid vehicle equipped with a battery module 2 to a power grid and supplies the power stored in the battery module 2 to the power grid (load) via the power grid.
  • the battery cells 21 included in the battery module 2 have at least a positive electrode, a solid electrolyte, and a negative electrode.
  • the positive electrode contains at least a positive electrode active material capable of releasing and absorbing an alkali metal such as lithium (Li), sodium (Na), or potassium (K), and preferably contains a positive electrode active material containing sulfur, although it is not particularly limited.
  • a positive electrode active material capable of releasing and absorbing an alkali metal such as lithium (Li), sodium (Na), or potassium (K)
  • the solid electrolyte for example, a sulfide solid electrolyte or an oxide solid electrolyte can be used, but it is preferable to use a sulfide solid electrolyte.
  • the negative electrode may be any one that contains lithium, and preferably contains, for example, lithium metal.
  • FIG. 2 is a flowchart showing the steps of the pressure control method when the battery control system of this embodiment is stopped.
  • the pressure control method shown in Figure 2 is repeatedly executed at predetermined intervals before the battery control system 1 is stopped, that is, when the vehicle is stopped.
  • step S1 the controller 10 determines whether the vehicle is undergoing a stop process.
  • a command is sent to each control system provided in the vehicle (specifically, the battery control system 1, drive motor control system, steering control system, etc.) to start the stop process for each system.
  • step S2 the controller 10 controls the battery module 2 and the DCDC converter 14 to supply power to the actuator operations included in the vehicle stop process and to perform self-diagnosis of the battery module 2 performed by the battery control system 1.
  • An example of an actuator operation is an actuator operation performed by the drive motor control system to return the stepping motor (drive motor) to its initial position.
  • step S2 the vehicle stop process that consumes power is completed, except for the control process performed by the controller 10 of the battery control system 1 from step S3 onwards.
  • step S1 determines in step S1 that the vehicle is not in the process of stopping, it ends the current pressure control and restarts pressure control from step S1 after a predetermined period.
  • step S3 the controller 10 determines whether the stop process that requires charging and discharging in the vehicle (excluding the control process performed by the controller 10 after step S3) has been completed.
  • step S4 the controller 10 determines the stop time expectation value T ex by individually or in combination using the vehicle's past behavior history, map information, SOC, etc. Note that if the controller 10 determines in step S3 that the process requiring charging/discharging has not been completed in the vehicle, the current pressure control is terminated, and the pressure control is restarted from step S1 after a predetermined period.
  • the past behavior history is, for example, a history of the vehicle's stopped and left unattended time for each time period.
  • the controller 10 can predict the stop time expectation value T ex at the current time from the past history of the vehicle's stopped and left unattended time for each time period.
  • the controller 10 can also predict the stop time expectation value T ex at the current position from the position information on the map and the past history of the stopped and left unattended time at a specific position on the map. For example, when the current position is determined to be a company, a home, or the like, or when the current time is determined to be in a time period in which an occupant is staying at a company, a home, or the like, the controller 10 predicts that the stopped and left unattended time will be relatively long.
  • the controller 10 predicts that the stopped and left unattended time will be relatively short.
  • the controller 10 can also predict the stop time expectation value T ex at the current SOC from the past history of the stopped and left unattended time for each SOC of the battery module 2.
  • the SOC can be estimated by a general method using the open circuit voltage of each battery cell 21 or an integrated value of the charge and discharge charge.
  • step S5 the controller 10 determines a stop time threshold TTH .
  • the stop time threshold TTH is a threshold that serves as a reference for determining whether or not to reduce the pressure of the battery module 2 to less than the performance required pressure P1 , as described below. If the stop time expectation value Tex exceeds the stop time threshold TTH , the controller 10 reduces the pressure of the battery module 2 to less than the performance required pressure P1 in a post-process.
  • the stop time threshold TTH in this embodiment corresponds to an example of the "predetermined time" in the present invention.
  • the stop time threshold T th (for example, about 5 to 10 minutes) is determined based on the energy balance between the power consumption of the pressure application mechanism 16 due to the operation of reducing the pressure on the battery module 2 and the amount of discharge power due to self-discharge of the battery module 2 per unit time under the current pressure, and the deformation amount of the negative electrode due to creep per unit time under the current pressure. For example, when the stop left time is short, the power consumption due to the motor operation of the pressure application mechanism 16 may be greater than the amount of power that can be saved by suppressing self-discharge. In addition, when the stop left time is short, it is considered that creep hardly occurs.
  • the stop time threshold T th is set shorter, for example, as the energy balance is better (the amount of discharge power due to self-discharge is greater than the power consumption of the pressure application mechanism 16), and the larger the deformation amount of the negative electrode is, the shorter the stop time threshold T th is set.
  • the energy balance and the deformation amount of the negative electrode can be calculated in advance by experiment, and the time at which the benefits of self-discharge suppression and creep suppression are sufficiently obtained with respect to the power consumption amount of the pressure application mechanism 16 is set as the stop time threshold T TH .
  • the controller 10 in this embodiment shortens the stop time threshold Tth as the temperature of the battery module 2 detected by the temperature sensor 13 increases. This makes it possible to reduce the pressure applied to the battery module 2 in a later process to suppress deformation of the negative electrode, even when the temperature of the battery module 2 is high and deformation of the negative electrode due to creep can be large.
  • the controller 10 in this embodiment shortens the stop time threshold T th as the SOC estimated by the controller 10 based on the temperature of the battery module 2 increases. This makes it possible to reduce the pressure applied to the battery module 2 in the post-process to suppress deformation of the negative electrode, even when the SOC of the battery module 2 is high and deformation of the negative electrode due to creep can be large.
  • step S6 the controller 10 determines whether the stop time expectation value T ex is longer than the stop time threshold value T TH .
  • step S6 determines in step S6 that the stop time expectation value T ex is longer than the stop time threshold value T TH . If the controller 10 determines in step S6 that the stop time expectation value T ex is longer than the stop time threshold value T TH , then in step S7, the controller 10 moves the movable end plate 166 of the pressure application mechanism 16 upward to reduce the pressure applied to the battery module 2 to a predetermined pressure.
  • Figure 3 is a graph showing the relationship between the pressure applied to the battery cell 21 and the resistance value and amount of creep of the negative electrode of the battery cell 21.
  • curve a shows the amount of creep.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram of creep that occurs in the negative electrode.
  • the left diagram in FIG. 4 shows a battery cell 21B that has been left stopped without reducing the pressure applied to the battery module, and the right diagram in FIG. 4 shows a battery cell 21 that has been left stopped after the pressure applied to the battery module 2 has been reduced.
  • the pressure applied to the battery module if the pressure applied to the battery module is not reduced, the pressure causes the negative electrode 21Bc to be compressed in the thickness direction and stretch in the width direction. This creates an extension 22B that extends outward on the side of the negative electrode 21Bc. Because this extension 22B does not face the positive electrode 21Ba, it does not contribute much to charging and discharging, which deteriorates battery performance.
  • the pressure creates a protrusion 23B that protrudes toward the positive electrode 21Ba and solid electrolyte 21Bb. This protrusion 23B is closer to the positive electrode 21Ba and is prone to current concentration, increasing the possibility of short-circuiting the positive electrode 21Ba and the negative electrode 21Bc.
  • step S8 the controller 10 determines whether or not the pressure applied to the battery module 2 has reached a predetermined pressure based on the detection value of the pressure sensor 17.
  • the predetermined pressure in this embodiment is lower than the performance required pressure P1 and higher than the earthquake resistance required pressure P0 . Note that the predetermined pressure may be higher than the performance required pressure P1 .
  • the earthquake-resistant required pressure P0 in this embodiment is the minimum pressure required to maintain contact between the movable end plate 166 and the battery module 2. In this embodiment, this is the minimum pressure at which the battery module 2 will not fall out from between the fixed end plate 165 and the movable end plate 166 even if an external force due to an impact, vibration, or the like is applied to the battery module 2.
  • the pressure higher than the earthquake-resistant required pressure P0 it is possible to prevent the battery module 2 from falling out.
  • the performance required pressure P1 is a pressure at which the electrical resistance of the battery cell 21 becomes equal to a predetermined threshold value, and this threshold value is the maximum electrical resistance within the range of electrical resistance at which the battery cell 21 can input and output the charge/discharge power required to operate the vehicle control system.
  • the performance required pressure P1 is greater than the earthquake resistance required pressure P0 .
  • step S7 by setting the pressure to be less than the performance required pressure P1 , the resistance value is set to a high state, so that even if the battery module 2 is left stopped and left for a long period of time, the amount of self-discharge of the battery module 2 while it is stopped and left can be reduced.
  • Such a performance required pressure P1 can be experimentally obtained as follows. Since the charging/discharging power of a battery cell decreases as the resistance of the battery cell increases, pressure is applied to the battery cell to lower the resistance of the battery cell until the battery cell can output at least the power required to operate the vehicle control system. In this case, the performance required pressure P1 can be obtained by experimentally obtaining the minimum pressure value at which the power required to operate the control system can be output from the relationship between pressure and power.
  • the pressure applied to the battery module 2 (the pressure applied to the battery cell 21) is detected by the pressure sensor 17, but this is not limited to this.
  • the pressure may be estimated without using the pressure sensor 17.
  • the thickness of the battery cell changes approximately in proportion to the SOC. Therefore, the thickness of the battery module changes approximately in proportion to the amount of charge and discharge of the battery module. Furthermore, the amount of change in the thickness of the battery module caused by operating the motor is determined by the gear ratio and screw pitch within the pressure application mechanism and the amount of operation of the motor. Therefore, if the relationship between the difference between the amount of change in the thickness of the battery module caused by the amount of charge and discharge and the amount of change in the thickness of the battery module caused by motor operation and the pressure is experimentally obtained, it is possible to estimate the pressure from the time series changes in the motor command value and SOC based on this relationship.
  • step S9 the controller 10 turns off the power to the pressure application mechanism 16. In other words, pressure control by the pressure control system 15 ends. Note that even if the power to the pressure application mechanism 16 is turned off, the pressure is maintained at the predetermined pressure. Thus, in step S9, the controller 10 stops the battery control system 1 after completing pressure control.
  • step S8 If it is determined in step S8 that the pressure applied to the battery module 2 has not reached the predetermined pressure, the process returns to step S7, and control to reduce the pressure is again performed by the pressure application mechanism 16.
  • Fig. 5 is a graph showing the changes in pressure and resistance over time in the pressure control method when it is determined that T ex >T th in step S6 of Fig. 2.
  • the upper graph in Fig. 5 is a graph showing the changes in pressure over time
  • the lower graph in Fig. 5 is a graph showing the changes in resistance over time.
  • the pressure is maintained at a pressure higher than the performance required pressure P1 .
  • the resistance value of the battery cell 21 is maintained approximately constant, as shown in the lower diagram of Fig. 5.
  • step S6 determines in step S6 that T ex >T th
  • the controller 10 starts reducing the pressure in step S7.
  • the pressure is reduced, the resistance value of the battery cell 21 increases, as shown in the lower diagram of Fig. 5. This reduction in pressure is continued until the pressure reaches a predetermined pressure P2 .
  • step S9 the motor 162 of the pressure application mechanism 16 is powered off, and then the battery control system 1 is stopped. This completes the pressure reduction operation, and the pressure is maintained at a predetermined pressure P2 that is lower than the performance required pressure P1 .
  • step S10 the controller 10 of this embodiment reduces the pressure to a performance required pressure P1 that is greater than a predetermined pressure. That is, in step S10, since it is determined that the stopped and left-alone time is short, the pressure is reduced within a range in which the resistance value at which the battery control system 1 and the like can be operated is maintained. This makes it possible to suppress the occurrence of creep while suppressing power consumption due to the operation of the pressure application mechanism 16 when the stopped and left-alone time is short.
  • step S11 the controller 10 determines whether or not the pressure has reached the performance required pressure P1 .
  • step S9 the controller 10 turns off the power supply to the pressure application mechanism 16. That is, the pressure control by the pressure control system 15 is terminated. Even if the power supply to the pressure application mechanism 16 is turned off, the pressure is maintained at the performance required pressure P1 . Thus, in step S9, the controller 10 stops the battery control system 1 after completing the pressure control. In this way, when the occupant repeatedly starts and stops the vehicle within a short period of time, an increase in power consumption can be suppressed by not lowering the pressure below the performance required pressure P1 .
  • step S11 If it is determined in step S11 that the pressure has not reached the performance required pressure P1 , the process returns to step S10, and the pressure application mechanism 16 is used to control the pressure reduction again.
  • Fig. 6 is a graph showing the changes in pressure and resistance over time in the pressure control method when it is determined that T ex ⁇ T th in step S6 of Fig. 2.
  • the upper graph in Fig. 6 is a graph showing the changes in pressure over time
  • the lower graph in Fig. 6 is a graph showing the changes in resistance over time.
  • the pressure is maintained at a pressure higher than the performance required pressure P1 .
  • the resistance value of the battery cell 21 is maintained approximately constant.
  • step S6 After the controller 10 determines in step S6 that T ex ⁇ T th , the controller 10 starts reducing the pressure in step S10.
  • the pressure is within a range equal to or greater than the performance required pressure P1 , so that the resistance value of the battery cell 21 is maintained approximately constant, as shown in the lower diagram of FIG.
  • step S11 After it is determined in step S11 that the pressure has reached the performance required pressure P1 , the motor 162 of the pressure application mechanism 16 is turned off in step S9. This completes the pressure reduction operation, and the pressure is maintained at the performance required pressure P1 , which is greater than the predetermined pressure P2, as shown in the upper diagram of Fig. 6. Furthermore, the resistance value is maintained approximately constant, as shown in the lower diagram of Fig. 6.
  • the power consumption due to the operation of the pressure application mechanism 16 may be larger than the power saving amount due to the suppression of self-discharge, it is not necessary to reduce the pressure to less than the performance required pressure P1 . Therefore, the increase in power consumption due to the operation of the pressure application mechanism 16 can be suppressed.
  • the controller 10 reduces the pressure to the performance required pressure P1 in step S10, but the controller 10 may reduce the pressure to a pressure higher than the performance required pressure P1 in step S10. Also, in this embodiment, the controller 10 reduces the pressure in step S10, but the controller 10 may maintain the pressure without reducing it in step S10. This prevents power consumption due to the operation of the pressure application mechanism 16. However, since the actual stop time may be longer than the stop time expected value T ex predicted by the controller 10, if the pressure is reduced to a range equal to or higher than the performance required pressure P1 in preparation for such a case, the effect of suppressing the occurrence of creep can be obtained.

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Abstract

固体電解質と、リチウムを含む負極と、を有する複数の電池セル（２１）を積層し た電池モジュール（２）に印加される圧力を制御する圧力制御システム（１５）であ って、圧力制御システム（１５）は、電池セル（２１）の積層方向に沿って電池モジ ュール（２）を押圧することにより電池モジュール（２）に圧力を印加する可動エン ドプレート（１６６）と、可動エンドプレート（１６６）を制御することで圧力の値 を調整するコントローラ（１０）と、を備え、電池モジュール（２）の充放電を制御 する電池制御システム（１）を停止する場合、コントローラ（１０）が圧力を所定圧 力まで低下させた後に、電池制御システム（１）が停止される。

Description

圧力制御システム、及び、圧力制御方法
　本発明は、圧力制御システム、及び、圧力制御方法に関するものである。
　正極及びＳｉ含有負極活物質を含有する負極を備える電極体と、電極体に対し所定方向に加えられる面圧を制御する面圧制御部と、を備えリチウムイオン二次電池が知られている（例えば、特許文献１参照）。このリチウムイオン二次電池の面圧制御部は、充放電に伴い変動する面圧の振れ幅を３．８ＭＰａ以下に制御する。この振れ幅とは、具体的には、ＳＯＣ０％から１００％まで充放電を行ったときに観測される面圧の最大値と最小値との差であって、リチウムイオン二次電池の充放電サイクル前後の抵抗上昇比から決定されたものである（例えば、特許文献１（段落［００１４］、及び、［０１０８］~［０１１４］）参照）。
特開２０１９−６１７４９号公報
　従来技術では、充放電サイクルの開始前の抵抗と終了後の抵抗との抵抗上昇比で面圧の振れ幅を決定しているが、車載用の二次電池に対して影響が大きいと考えられる充放電していない停止放置時の二次電池の劣化については考慮されておらず、また、二次電池の抵抗値に現れない劣化についても考慮されていない。
　一般的に、車両の停止時間は稼働時間よりも長いので、車載用の二次電池は充放電を行わずに加圧された状態で長時間放置される。この際、特に、Ｌｉを含む負極は比較的剛性が低いので、負極にクリープが発生し易い。単位時間当たりのクリープの量は微小であるものの、このクリープが長時間累積すると二次電池に悪影響が生じる場合がある、という問題がある。
　本発明が解決しようとする課題は、負極に生じるクリープの量を低減できる圧力制御システム、及び、圧力制御方法を提供することである。
　本発明は、電池モジュールの充放電を制御する電池制御システムを停止する場合、電池モジュールに印加する圧力を所定圧力まで低下させた後に、電池制御システムを停止することによって上記課題を解決する。
　本発明によれば、負極に生じるクリープの量を低減できる。
図１は、本発明の実施形態の電池制御システムを示すブロック図である。 図２は、本発明の実施形態の電池制御システムを停止する際の圧力制御方法の手順を示すフローチャートである。 図３は、電池セルに印加される圧力と、負極のクリープ量及び電池セルの抵抗値と、の関係を示すグラフである。 図４は、負極において発生するクリープの説明図である。 図５は、図２のステップＳ６において、Ｔｅｘ＞Ｔｔｈと判定された場合の圧力制御方法における圧力及び抵抗値の経時的な変化を示すグラフである。 図６は、図２のステップＳ６において、Ｔｅｘ≦Ｔｔｈと判定された場合の圧力制御方法における圧力及び抵抗値の経時的な変化を示すグラフである。
　以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。図１は、本実施形態の電池制御システム１を示すブロック図である。
　図１に示すように、電池制御システム１は、コントローラ１０、電圧センサ１１、電流センサ１２、温度センサ１３、ＤＣＤＣコンバータ１４、圧力印加機構１６、及び、圧力センサ１７と、を備えている。
　本実施形態におけるコントローラ１０、圧力印加機構１６、及び、圧力センサ１７は、圧力制御システム１５を構成する要素である。よって、本実施形態におけるコントローラ１０は、本発明における「制御手段」、「停止時間推定手段」、及び、「ＳＯＣ推定手段」の一例に相当する。また、本実施形態における温度センサ１３は、本発明における「温度取得手段」の一例に相当する。
　コントローラ１０は、バッテリーコントロールユニット（ＢＣＵ）である。コントローラ１０は、ＲＯＭ又はＲＡＭなどのメモリ、及び、ＣＰＵなどのプロセッサ等により構成されている。このコントローラ１０は、電圧センサ１１により検出された検出電圧、電流センサ１２により検出された検出電流、温度センサ１３により検出された検出温度等に基づき、電池モジュール２の状態を管理しつつ、電池モジュール２の状態に応じて電池モジュール２のＳＯＣ使用範囲を決定する。
　また、このコントローラ１０は、圧力制御システム１５を構成する圧力印加機構１６を制御する。コントローラ１０は、圧力印加機構１６を制御することにより、電池モジュール２に印加する圧力の値を調整する。
　また、このコントローラ１０は、電池制御システム１が停止された後に再度起動されるまでの停止時間（停止時間期待値Ｔｅｘ）を推定する。
　電圧センサ１１は、電池モジュール２の端子間の電圧を検出するためのセンサである。電圧センサ１１は、電池モジュール２の正極と負極に接続された配線の間に接続されている。電流センサ１２は、電池モジュール２の入出力電流を検出するためのセンサである。電流センサ１２は、電池モジュール２の正極又は負極に接続された配線に接続されている。温度センサ１３は、電池モジュール２に設けられている。温度センサ１３は、電池モジュール２の温度を検出するためのセンサである。
　ＤＣＤＣコンバータ１４は、電池モジュール２から入力される電圧を、所定の電圧に変換し、モータ等の負荷に電力を出力する電力変換装置である。また、ＤＣＤＣコンバータ１４は、モータ等の負荷又は充電装置から入力される電圧を、所定の電圧に変換し、電池モジュール２に電力を出力する電力変換装置でもある。このＤＣＤＣコンバータ１４は、コントローラ１０により制御される。ＤＣＤＣコンバータ１４の入力側には電池モジュール２が接続されており、ＤＣＤＣコンバータ１４の出力側には負荷が接続されている。負荷は、モータインバータ等を含む電力網等である。すなわち、電池モジュール２は、ＤＣＤＣコンバータ１４を介して負荷に接続されている。
　圧力印加機構１６は、電池モジュール２における電池セル２１の積層方向に沿って、電池モジュール２を押圧することにより電池モジュール２に圧力を印加する。本実施形態における圧力印加機構１６は、モータドライバ回路１６１と、モータ１６２と、ギヤボックス１６３と、圧力伝達体１６４と、固定エンドプレート１６５と、可動エンドプレート１６６と、複数のシャフト１６７と、を有している。本実施形態における可動エンドプレート１６６は、本発明における「圧力印加手段」の一例に相当する。
　モータドライバ回路１６１は、モータ１６２を動作させる。モータドライバ回路１６１は、コントローラ１０からの制御信号に基づき、モータ１６２を動作の駆動を制御する。
　モータ１６２は、第１駆動軸１６２ａを有している。このモータ１６２は、モータドライバ回路１６１からの出力に応じて第１駆動軸１６２ａを回転駆動させる。
　ギヤボックス１６３は、第１駆動軸１６２ａに接続されており、第１駆動軸１６２ａの回転駆動を圧力伝達体１６４の上記の積層方向への駆動に変換する。
　圧力伝達体１６４は、ギヤボックス１６３を介して伝達された駆動力により上下移動する。この圧力伝達体１６４は、第２駆動軸１６４ａと、圧力伝達板１６４ｂと、を含んでいる。第２駆動軸１６４ａは、ギヤボックス１６３と接続され、ギヤボックス１６３によりモータ１６２の第１駆動軸１６２ａの回転駆動を伝達される。圧力伝達板１６４ｂは、第２駆動軸１６４ａの回転に伴って積層方向に沿って移動する板であり、本実施形態では、圧力伝達板１６４ｂが図中の下方に移動することで電池モジュール２に印加する圧力を増加方向に制御でき、圧力伝達板１６４ｂが図中の上方に移動することで電池モジュール２に印加する圧力を減少方向に制御できる。
　固定エンドプレート１６５と、可動エンドプレート１６６と、は、一対の板状部材であり、複数のシャフト１６７によって相互に接続されている。固定エンドプレート１６５は、シャフト１６７に固定されており、電池モジュール２を支持している。一方で、可動エンドプレート１６６は、シャフト１６７に固定されておらず、シャフト１６７の延在方向に沿って可動であり、圧力伝達体１６４から伝達される力に応じて電池モジュール２を上方から加圧する。また、この可動エンドプレート１６６は、充放電に伴う電池モジュール２の膨張収縮や、可動エンドプレート１６６が電池モジュール２に印加する圧力の変化に伴う電池モジュール２の膨張収縮に応じて、積層方向に沿って移動できる。
　圧力センサ１７は、電池モジュール２に印加されている圧力を計測可能なセンサーである。この圧力センサ１７は、検出圧力をコントローラ１０に出力することができる。
　電池モジュール２は、充電装置に電気的に接続されている。電池セル２１に接続されている充電装置は、たとえば、電気自動車やハイブリッド自動車に搭載された電池モジュール２への充電を行なうための装置である。車載された電池モジュール２への充電は、充電装置の充電ケーブルを取り出し、車両の充電ポートのコネクタに充電ケーブル先端の充電ガンを装着したのち、充電開始スイッチを操作することで行われる。コントローラ１０は、電池モジュール２に含まれる電池セル２１の充電状態（ＳＯＣ）を管理しつつ、電池モジュール２の充電状態が目標となる充電状態になるように、ＤＣＤＣコンバータ１４及び充電装置をそれぞれ制御する。
　電池モジュール２は、上記の通り、モータ等の負荷に電気的に接続されている。負荷は、電池モジュール２の電力を使用して動作する装置であって、車両の駆動源となるモータや、エアーコンディショナーやライトなどの補器類等である。電池モジュール２の放電は、システム要求又は外部からの電力要求により、コントローラ１０の制御の下、実行される。システム要求は、車両走行中に、ＥＣＵなどの車載コンピュータからの指令に相当する。外部からの電力要求について、例えば、車両の走行開始時に車室内が適温になるように、携帯端末などの車外装置からの指令で、タイマー設定で車両走行前にエアーコンディショナーを動作させる場合に、車外装置からの指令が、外部からの電力要求に相当する。
　また、電気自動車やハイブリッド自動車に搭載された電池モジュール２は、Ｖｅｈｉｃｌｅ　Ｇｒｉｄ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ（ＶＧＩ）に利用されてもよい。ＶＧＩは、電池モジュール２を搭載した電気自動車やハイブリッド自動車を系統接続し、電池モジュール２に蓄積した電力を、電力網を介して系統（負荷）に供給する技術である。
　電池モジュール２に含まれている電池セル２１は、正極と、固体電解質と、負極と、を少なくとも有する。正極は、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、又は、カリウム（Ｋ）等のアルカリ金属を放出及び吸蔵可能な正極活物質を少なくとも含有しており、特に限定されないが、硫黄を含む正極活物質を含有することが好ましい。固体電解質としては、例えば、硫化物固体電解質又は酸化物固体電解質等を用いることができるが、硫化物固体電解質を用いることが好ましい。負極は、リチウムを含むものであればよく、例えば、リチウム金属を含むものであることが好ましい。
　以下、このような電池制御システム１に含まれる圧力制御システム１５を使用した電池モジュール２に対する圧力制御方法について説明する。図２は、本実施形態の電池制御システムを停止する際の圧力制御方法の手順を示すフローチャートである。図２に示す圧力制御方法は、電池制御システム１が停止される前、すなわち、車両を停止する際に所定の周期毎に繰り返し実行される。
　この制御方法において、まず、ステップＳ１にて、コントローラ１０は、車両が停止処理中か否かを判定する。車両の停止処理は、一般に、乗員が車両のイグニッションスイッチをオフした時に、車両に設けられた各制御システム（具体的には、電池制御システム１、駆動モータ制御システム、ステアリング制御システム等）に対して、各システムの停止処理を開始する指示が送られる。
　コントローラ１０が、車両に設けられた各制御システムが停止処理中であると判定した場合、ステップＳ２にて、コントローラ１０は、電池モジュール２及びＤＣＤＣコンバータ１４を制御して、車両の停止処理に含まれるアクチュエータ操作への電力供給や、電池制御システム１が実行する電池モジュール２の自己診断等を実行する。なお、アクチュエータ操作の一例としては、駆動モータ制御システムがステッピングモータ（駆動モータ）を初期位置に戻すためのアクチュエータ操作等を挙げることができる。このステップＳ２では、ステップＳ３以降にて電池制御システム１のコントローラ１０が行う制御処理を除き、電力を消費する車両の停止処理を完了させる。
　なお、ステップＳ１にて、コントローラ１０が車両の停止処理中でないと判定した場合、ないと判定した場合、今回の圧力制御を終了し、所定の周期後に、ステップＳ１から圧力制御を再度開始する。
　ステップＳ３にて、コントローラ１０は、車両において充放電が必要な停止処理（ステップＳ３以降にてコントローラ１０が行う制御処理を除く）が完了したか否かを判定する。
　ステップＳ３にて、コントローラ１０が車両において充放電が必要な処理が完了したと判定した場合、ステップＳ４にて、コントローラ１０は、車両の過去の行動履歴、地図情報、ＳＯＣ等を個別に使用するか、又は、組み合わせて使用することにより、停止時間期待値Ｔｅｘを決定する。なお、ステップＳ３にて、コントローラ１０が車両において充放電が必要な処理が完了していないと判定した場合、今回の圧力制御を終了し、所定の周期後に、ステップＳ１から圧力制御を再度開始する。
　過去の行動履歴は、例えば、時間帯ごとの車両の停止放置時間の履歴である。コントローラ１０は、過去の時間帯ごとの車両の停止放置時間の履歴から、現在時刻における停止時間期待値Ｔｅｘを予測することができる。また、コントローラ１０は、地図上の位置情報や過去の地図上の特定の位置における停止放置時間の履歴から、現在位置における停止時間期待値Ｔｅｘを予測することができる。例えば、現在の位置が会社や自宅等であると判定された場合や、現在の時刻が会社や自宅等に乗員が滞在している時間帯に属すると判定された場合等に、コントローラ１０は、停止放置時間が比較的長くなると予測する。一方で、例えば、現在の位置がコンビニエンスストア等であると判定された場合、コントローラ１０は、停止放置時間が比較的短くなると予測する。或いは、コントローラ１０は、過去の電池モジュール２のＳＯＣごとの停止放置時間の履歴から、現在のＳＯＣにおける停止時間期待値Ｔｅｘを予測することもできる。なお、ＳＯＣは、各電池セル２１の開回路電圧や充放電電荷の積算値を用いる一般的な方法により推定できる。
　次に、ステップＳ５にて、コントローラ１０は、停止時間閾値ＴＴＨを決定する。停止時間閾値ＴＴＨは、後述するように、電池モジュール２の圧力を性能要求圧力Ｐ１未満まで低下させるか否かを判断する基準となる閾値である。停止時間期待値Ｔｅｘが停止時間閾値ＴＴＨを超える場合、後工程において、コントローラ１０は電池モジュール２の圧力を性能要求圧力Ｐ１未満まで低下させる。なお、本実施形態における停止時間閾値ＴＴＨは、本発明における「所定時間」の一例に相当する。
　停止時間閾値Ｔｔｈ（例えば、５~１０分程度）は、電池モジュール２に対する圧力を下げる操作による圧力印加機構１６の消費電力量と現在の圧力下での単位時間当たりの電池モジュール２の自己放電による放電電力量とのエネルギー収支と、現在の圧力下での単位時間あたりのクリープによる負極の変形量と、に基づいて決定される。例えば、停止放置時間が短い場合は、自己放電を抑制することにより節電できる電力量よりも、圧力印加機構１６のモータ操作等による消費電力の方が大きくなってしまうことがある。また、停止放置時間が短い場合は、クリープもほとんど発生しないと考えられる。このため、停止時間閾値Ｔｔｈは、例えば、エネルギー収支が良好であるほど（自己放電による放電電力量が圧力印加機構１６の消費電力量より大きいほど）短く設定され、上記負極の変形量が大きいほど短く設定される。上記エネルギー収支と、負極の変形量と、は実験により予め算出でき、圧力印加機構１６の消費電力量に対して、自己放電抑制やクリープ抑制のメリットが十分に得られる時間を停止時間閾値ＴＴＨに設定する。
　また、クリープ量は温度が高いほど大きくなるので、負極の変形量は電池モジュール２の温度が高いほど大きくなる。よって、本実施形態におけるコントローラ１０は、温度センサ１３の検出する電池モジュール２の温度が高いほど停止時間閾値Ｔｔｈを短くする。これにより、電池モジュール２の温度が高く、クリープによる負極の変形が大きく成り得る場合であっても、後工程で電池モジュール２に印加する圧力を下げて負極の変形を抑制できる。
　また、ＳＯＣが高いほど、負極の厚さは厚くなるので、負極におけるクリープの影響がより大きくなる。よって、負極の変形量Ｄは電池モジュール２のＳＯＣが高いほど大きくなる。これに対して、本実施形態におけるコントローラ１０は、電池モジュール２の温度に基づいて、コントローラ１０に推定されたＳＯＣが高いほど停止時間閾値Ｔｔｈを短くする。これにより、電池モジュール２のＳＯＣが高く、クリープによる負極の変形が大きく成り得る場合であっても、後工程で電池モジュール２に印加する圧力を下げて負極の変形を抑制できる。
　ステップＳ６にて、コントローラ１０は、停止時間期待値Ｔｅｘが停止時間閾値ＴＴＨより長いか否かを判定する。
　ステップＳ６にて、コントローラ１０が停止時間期待値Ｔｅｘが停止時間閾値ＴＴＨより長いと判定した場合、ステップＳ７にて、コントローラ１０は圧力印加機構１６の可動エンドプレート１６６を上方に移動させることで電池モジュール２に印加する圧力を所定圧力まで低下させる。なお、電池セル２１に印加されている圧力は、電池モジュール２に印加されている圧力と略同等の値となる。
　図３は、電池セル２１に印加される圧力と、電池セル２１の抵抗値及び負極のクリープ量と、の関係を示すグラフである。図３において、曲線ａはクリープ量を示している。図３の曲線ａで示すように、電池モジュール２に印加される圧力が大きくなるほど、電池セル２１の負極におけるクリープ量は増加していく。
　図４は、負極において発生するクリープの説明図である。図４の左図は、電池モジュールに印加する圧力を低下させず停止放置した電池セル２１Ｂを示しており、図４の右図は、電池モジュール２に印加する圧力を低下させてから停止放置した電池セル２１を示している。
　図４の左図に示すように、電池モジュールに印加する圧力を低下させない場合、圧力によって負極２１Ｂｃが厚さ方向に圧縮されて幅方向に向かって延伸する。これにより、負極２１Ｂｃの側部に外方に向かって伸びる延伸部２２Ｂが生じている。この延伸部２２Ｂは正極２１Ｂａと対向していないので、充放電に寄与し難いので電池性能が悪化する。また、圧力によって正極２１Ｂａ及び固体電解質２１Ｂｂに向かって突出する突起部２３Ｂが生じる。この突起部２３Ｂは、正極２１Ｂａにより近いうえに、電流が集中し易いので、正極２１Ｂａと負極２１Ｂｃとを短絡させてしまう可能性が高まってしまう。
　その一方で、本実施形態であれば、電池モジュールに印加する圧力を低下させることで、負極の２１ｃのクリープによる変形を抑制するので、図４の右図に示すように、負極２１ｃにおいて、延伸部２２Ｂや、正極２１ａ及び固体電解質２１ｂに向かって突出する突起部２３Ｂが生じにくい。このため、電池性能の悪化や短絡の発生を抑制することができる。
　図２に戻り、ステップＳ８にて、コントローラ１０は、圧力センサ１７の検出値から、電池モジュール２に印加される圧力が所定圧力に到達したか否かを判定する。本実施形態の所定圧力は、性能要求圧力Ｐ１より小さく、耐震要求圧力Ｐ０より大きい。なお、所定圧力は、性能要求圧力Ｐ１より大きい圧力であってもよい。
　図３に示すように、本実施形態における耐震要求圧力Ｐ０とは、可動エンドプレート１６６と電池モジュール２との接触を維持するために必要な圧力の最低値である。本実施形態では、電池モジュール２に衝撃や振動等による外力が加わったとしても、固定エンドプレート１６５と可動エンドプレート１６６との間から電池モジュール２が脱落しない圧力の最低値である。圧力を耐震要求圧力Ｐ０より大きくすることにより、電池モジュール２の脱落を防止できる。
　図３に示すように、電池モジュール２に印加される圧力が性能要求圧力Ｐ１より小さくなと電池セル２１の抵抗値は増大する。これは、図４の右図に示すように、負極２１ｃの固体電解質２１ｂに対する圧力が低下し、両者の接触面積が小さくなるためであると考えられる。一方で、圧力が性能要求圧力Ｐ１より大きくなると、負極２１ｃと固体電解質２１ｂとの接触面積が一定以上得られるので、抵抗値は略一定の低抵抗値に維持される。
　性能要求圧力Ｐ１は、電池セル２１の電気抵抗が所定の閾値と同じ値となる圧力であり、この閾値は、電池セル２１が車両の制御システムを稼働させるために必要な充放電電力を出入力可能となる電気抵抗の範囲における電気抵抗の最大値である。性能要求圧力Ｐ１は、耐震要求圧力Ｐ０よりも大きい。
　このように、ステップＳ７にて、圧力を性能要求圧力Ｐ１未満とすることにより、抵抗値が高い状態とされるので、電池モジュール２を長時間停止放置したとしても、停止放置中の電池モジュール２の自己放電量を低減することができる。
　このような性能要求圧力Ｐ１は、以下のように実験的に求めることができる。電池セルの抵抗が大きいほど電池セルの充放電電力が減少するため、少なくとも、車両の制御システムを稼働させるために必要な電力が出力できるまで電池セルに圧力をかけて電池セルの抵抗を下げる。この場合の制御システムを稼働させるために必要な電力が出力できる圧力の最低値を、圧力と電力の関係から実験的に求めることにより、性能要求圧力Ｐ１を求めることができる。
　また、本実施形態では、電池モジュール２に印加されている圧力（電池セル２１に印加されている圧力）を圧力センサ１７により検出しているが、これに限定されない。圧力は、圧力センサ１７を使用せずに推定してもよい。
　具体的には、例えば、負極がＬｉ金属負極の場合、ＳＯＣにほぼ比例して電池セルの厚みが変化する。よって、電池モジュールの充放電量にほぼ比例して電池モジュールの厚みが変化する。また、モータを操作することによる電池モジュールの厚みの変化量は、圧力印加機構内のギア比やネジピッチ等と、モータの操作量から決まる。よって、充放電量による電池モジュールの厚みの変化量及びモータ操作による電池モジュールの厚みの変化量の差と、圧力と、の関係を実験的に取得しておけば、この関係に基づいて、モータ指令値とＳＯＣの時系列変化から圧力を推定することができる。
　図２に戻り、ステップＳ８にて、電池モジュール２に印加される圧力が所定圧力に到達したと判定された場合、ステップＳ９にて、コントローラ１０は圧力印加機構１６の電源をＯＦＦにする。つまり、圧力制御システム１５による圧力制御を終了する。なお、圧力印加機構１６の電源をＯＦＦしたとしても、圧力は所定圧力に維持される。このように、ステップＳ９にて、コントローラ１０は圧力制御を完了した後、電池制御システム１を停止する。
　なお、ステップＳ８にて、電池モジュール２に印加される圧力が所定圧力に到達していないと判定された場合、ステップＳ７に戻り、圧力印加機構１６によって圧力を低減させる制御を再度実行する。
　図５は、図２のステップＳ６において、Ｔｅｘ＞Ｔｔｈと判定された場合の圧力制御方法における圧力及び抵抗値の経時的な変化を示すグラフである。図５の上図が圧力の経時的な変化を示すグラフであり、図５の下図が抵抗値の経時的な変化を示すグラフである。
　図５の上図に示すように、図２に示すフローチャートのスタート~ステップＳ６までは、圧力は性能要求圧力Ｐ１よりも高い圧力に維持されている。この時、停止処理において充放電が行われるものの、図５の下図に示すように、電池セル２１の抵抗値はほぼ一定に維持される。
　次いで、ステップＳ６において、コントローラ１０がＴｅｘ＞Ｔｔｈであると判定した後に、ステップＳ７において、コントローラ１０は減圧を開始する。この減圧に伴って、図５の下図に示すように、電池セル２１の抵抗値は上昇する。この減圧操作は、圧力が所定圧力Ｐ２に到達するまで続行される。
　次いで、ステップＳ９において、圧力印加機構１６のモータ１６２の電源をＯＦＦした後、電池制御システム１を停止する。これにより、減圧操作が完了し、圧力は性能要求圧力Ｐ１よりも小さい所定圧力Ｐ２に維持される。
　このように、電池制御システム１を停止した場合、次に、電池制御システム１を再度起動させる際には、電池モジュール２に印加する圧力を少なくとも性能要求圧力Ｐ１まで増加させる。これにより、電池制御システム１を稼働するために必要な電力が不足することを防止できる。
　図２に戻り、ステップＳ６において、Ｔｅｘ≦Ｔｔｈであると判定された場合、ステップＳ１０にて、本実施形態のコントローラ１０は圧力を所定圧力より大きい性能要求圧力Ｐ１まで下げる。つまり、このステップＳ１０では、停止放置時間が短いと判定されたので、電池制御システム１等が動作可能な抵抗値を維持できる範囲で圧力を低下させる。これにより、停止放置時間が短い場合に、圧力印加機構１６の動作による消費電力を抑制しつつ、クリープの発生を抑制できる。
　次いで、ステップＳ１１にて、コントローラ１０は、圧力が性能要求圧力Ｐ１に到達したか否かを判定する。
　コントローラ１０が圧力が性能要求圧力Ｐ１に到達したと判定した場合、ステップＳ９にて、コントローラ１０は圧力印加機構１６の電源をＯＦＦにする。つまり、圧力制御システム１５による圧力制御を終了する。なお、圧力印加機構１６の電源をＯＦＦしたとしても、圧力は性能要求圧力Ｐ１に維持される。このように、ステップＳ９にて、コントローラ１０は圧力制御を完了した後、電池制御システム１を停止する。このように、乗員が車両の起動と停止を短時間の間に繰り返し操作するような場合に、圧力を性能要求圧力Ｐ１未満に低下させないことで、消費電力の増大を抑止することができる。
　なお、ステップＳ１１にて、圧力が性能要求圧力Ｐ１に到達していないと判定された場合、ステップＳ１０に戻り、圧力印加機構１６によって圧力を低減させる制御を再度実行する。
　図６は、図２のステップＳ６において、Ｔｅｘ≦Ｔｔｈと判定された場合の圧力制御方法における圧力及び抵抗値の経時的な変化を示すグラフである。図６の上図が圧力の経時的な変化を示すグラフであり、図６の下図が抵抗値の経時的な変化を示すグラフである。
　図６の上図に示すように、図２に示すフローチャートのスタート~ステップＳ６までは、圧力は性能要求圧力Ｐ１よりも高い圧力に維持されている。図６の下図に示すようにこの時、停止処理において充放電が行われるものの、電池セル２１の抵抗値はほぼ一定に維持される。
　次いで、ステップＳ６において、コントローラ１０がＴｅｘ≦Ｔｔｈであると判定した後に、ステップＳ１０において、コントローラ１０は減圧を開始する。ここでは、圧力は、性能要求圧力Ｐ１以上の範囲内となるので、図６の下図に示すように、電池セル２１の抵抗値はほぼ一定に維持される。
　次いで、ステップＳ１１にて圧力が性能要求圧力Ｐ１に到達したと判定された後、ステップＳ９において、圧力印加機構１６のモータ１６２をＯＦＦする。これにより、減圧操作が完了し、図６の上図に示すように、圧力は所定圧力Ｐ２より大きい性能要求圧力Ｐ１に維持される。また、抵抗値は、図６の下図に示すように、ほぼ一定に維持される。
　このように、停止放置時間が短いと判定される場合、自己放電の抑制及びクリープによる負極の変形を抑制することによるメリットが小さい。つまり、圧力印加機構１６の操作による消費電力が自己放電の抑制による節電量より大きくなる可能性が有るので、圧力を性能要求圧力Ｐ１未満まで下げる必要はない。よって、圧力印加機構１６の操作による消費電力の増加を抑制することができる。
　なお、本実施形態では、ステップＳ１０にてコントローラ１０が性能要求圧力Ｐ１まで圧力を低下させているが、ステップＳ１０にてコントローラ１０は圧力を性能要求圧力Ｐ１より大きい圧力まで低下させてもよい。また、本実施形態では、ステップＳ１０にてコントローラ１０は圧力を低下させているが、ステップＳ１０にてコントローラ１０は圧力を低下させずに維持してもよい。これにより、圧力印加機構１６の操作による消費電力が生じない。但し、実際の停止時間がコントローラ１０の予測する停止時間期待値Ｔｅｘよりも長くなることがあるので、このような場合に備えて圧力を性能要求圧力Ｐ１以上の範囲まで低下させておけば、クリープ発生の抑制効果を得ることができる。
　従来では、車両を停止放置する時に、電池モジュールに性能要求圧力以上の圧力を印加していたので、電池セルの負極にクリープが発生し易く、このクリープにより電池性能の劣化が発生したり、短絡する確率が上昇したりしていた。これに対して本実施形態であれば、車両を停止放置する時に、圧力を性能要求圧力Ｐ１未満まで低減するので、クリープの発生を抑制でき、電池性能の劣化及び短絡する確率の上昇を抑制することができる。
　また、従来では、車両を停止放置する時に、電池モジュールに性能要求圧力以上の圧力を印加していたので、電池モジュールの抵抗値が低く維持され、自己放電量が増加してしまっていた。これに対して、実施形態であれば、車両を停止放置する時に、圧力を性能要求圧力Ｐ１未満まで低減して抵抗値を大きくするので、自己放電量を低減することができる。
１…電池制御システム
　１０…コントローラ
　１１…電圧センサ
　１２…電流センサ
　１３…温度センサ
　１４…ＤＣＤＣコンバータ
　１５…放電手段
　１６…圧力印加機構
　　１６１…モータドライバ回路
　　１６２…モータ
　　　１６２ａ…第１駆動軸
　　１６３…ギヤボックス
　　１６４…圧力伝達体
　　　１６４ａ…第２駆動軸
　　　１６４ｂ…圧力伝達板
　　１６５…固定エンドプレート
　　１６６…可動エンドプレート
　　１６７…シャフト
　１７…圧力センサ
２…電池モジュール
　２１…電池セル
　　２１ａ…正極
　　２１ｂ…固体電解質
　　２１ｃ…負極

Claims (8)

  1. 　固体電解質と、リチウムを含む負極と、を有する複数の電池セルを積層した電池モジュールに印加される圧力を制御する圧力制御システムであって、
    　前記圧力制御システムは、
    　前記電池セルの積層方向に沿って前記電池モジュールを押圧することにより前記電池モジュールに圧力を印加する圧力印加手段と、
    　前記圧力印加手段を制御することで前記圧力の値を調整する制御手段と、を備え、
    　前記電池モジュールの充放電を制御する電池制御システムを停止する場合、前記制御手段が前記圧力を所定圧力まで低下させた後に、前記電池制御システムが停止される圧力制御システム。
  2. 　請求項１に記載の圧力制御システムにおいて、
    　前記所定圧力は、耐震要求圧力より大きく、
    　前記耐震要求圧力は、前記圧力印加手段と前記電池モジュールとの接触を維持するために必要な圧力の最低値である圧力制御システム。
  3. 　請求項１に記載の圧力制御システムにおいて、
    　前記圧力制御システムは、前記電池制御システムが停止された後に再度起動されるまでの停止時間を推定する停止時間推定手段をさらに備え、
    　前記停止時間推定手段により推定された前記停止時間が所定時間より長い場合、前記制御手段は、前記圧力を所定圧力まで低下させ、
    　前記停止時間推定手段により推定された前記停止時間が所定時間以下である場合、前記制御手段は前記圧力を維持するか又は所定圧力より大きい圧力まで低下させる圧力制御システム。
  4. 　請求項３に記載の圧力制御システムにおいて、
    　前記圧力制御システムは、前記電池モジュールの温度を計測又は推定する温度取得手段をさらに備え、
    　前記停止時間推定手段は、前記電池モジュールの温度が高いほど前記所定時間を短く設定する圧力制御システム。
  5. 　請求項３に記載の圧力制御システムにおいて、
    　前記圧力制御システムは、前記電池セルのＳＯＣを推定するＳＯＣ推定手段をさらに備え、
    　前記停止時間推定手段は、前記電池セルのＳＯＣが大きいほど前記所定時間を短く設定する圧力制御システム。
  6. 　請求項１に記載の圧力制御システムにおいて、
    　前記所定圧力は、性能要求圧力より小さく、
    　前記性能要求圧力は、前記電池セルの電気抵抗が閾値と同じ値となる圧力であり、
    　前記閾値は、前記電池セルが車両の制御システムを稼働させるために必要な充放電電力を出入力可能となる前記電池セルの電気抵抗の範囲における、前記電気抵抗の最大値である圧力制御システム。
  7. 　請求項６に記載の圧力制御システムにおいて、
    　前記制御手段は、前記電池制御システムが停止された後に再度起動される時に、前記圧力を少なくとも前記性能要求圧力まで増加させる圧力制御システム。
  8. 　固体電解質と、リチウムを含む負極と、を有する複数の電池セルを積層した電池モジュールに印加される圧力を制御する圧力制御方法であって、
    　前記電池モジュールの充放電を制御する電池制御システムを停止する場合、前記圧力を所定圧力まで低下させた後に、前記電池制御システムを停止する圧力制御方法。
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