JP2015008040A - Secondary battery device, and module connection discrimination method - Google Patents
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Abstract
Description
この発明の実施形態は二次電池装置及びモジュール接続判別方法に関する。 Embodiments described herein relate generally to a secondary battery device and a module connection determination method.
二次電池装置を使用するシステムにおいては、二次電池を複数収容した電池モジュール(単にモジュールと称してもよい)を複数並列接続して使用する、或いは複数直列接続して使用する、或いは並列接続と直列接続を組み合わせて使用する。 In a system using a secondary battery device, a plurality of battery modules (also referred to simply as modules) containing a plurality of secondary batteries are connected in parallel, used in series, or used in parallel. Used in combination with a series connection.
1つの電池モジュールは、一定の大きさの筐体と、この筐体内に複数の二次電池を直列に収容できる部屋を並列に複数(例えば2つ)有する。各部屋に複数の電池を収容すると、例えば電池が直列接続される。 One battery module has a housing having a certain size and a plurality of (for example, two) rooms in parallel in which a plurality of secondary batteries can be accommodated in series. When a plurality of batteries are accommodated in each room, for example, the batteries are connected in series.
電池モジュール内には、外部のバッテリー管理ユニット(BMU)と相互通信を行うことができるセル制御部(セル監視ユニット(CMU)と称してもよい)が設けられている。 In the battery module, a cell control unit (also referred to as a cell monitoring unit (CMU)) capable of mutual communication with an external battery management unit (BMU) is provided.
セル制御部は、電池電圧を検出する電圧検出器と、温度を検出する温度検出器、電池モジュールの電流を検出する電流検出器、セル電圧を均等化するためのセル均等化回路、電池残容量(SOC)計算部、充放電前後の電池電圧を計測する開放回路電圧(COV)計測部等を有する。さらには、測定した電池電圧情報や、SOC情報を外部のバッテリー管理ユニット(BMU)に伝送する、また外部からの動作指令を受け取るための通信コントローラを含む。 The cell control unit includes a voltage detector that detects the battery voltage, a temperature detector that detects the temperature, a current detector that detects the current of the battery module, a cell equalization circuit for equalizing the cell voltage, and a remaining battery capacity. (SOC) It has a calculation part, an open circuit voltage (COV) measurement part etc. which measure the battery voltage before and behind charging / discharging. Furthermore, a communication controller for transmitting measured battery voltage information and SOC information to an external battery management unit (BMU) and receiving an operation command from the outside is included.
バッテリー管理ユニット(BMU)は、複数の電池モジュールからの情報を受けて、各電池モジュールに対する指令を行うことができる。例えば、情報の送信、充放電の実施、停止などである。この通信規格には例えば、コントロールエリアネットワーク(CAN)が利用されている。 The battery management unit (BMU) can receive information from a plurality of battery modules and give instructions to each battery module. For example, transmission of information, implementation / stop of charge / discharge, and the like. For example, a control area network (CAN) is used for this communication standard.
上記のようにバッテリー管理ユニットが、複数の電池モジュールを管理する場合、各電池モジュールが接続されていることを認識する必要がある。このために、その認識の方法として、複数の電池モジュールに対して、モジュールIDを割り当て、モジュールIDを利用して、相互の通信を行っている。 As described above, when the battery management unit manages a plurality of battery modules, it is necessary to recognize that each battery module is connected. For this reason, as a recognition method, module IDs are assigned to a plurality of battery modules, and mutual communication is performed using the module IDs.
しかし、バッテリー管理ユニットは、モジュールIDの情報のみでは、複数のモジュールの何個が並列接続され、何個が直列接続されているかを把握することはできない。しかし、モジュールへの過電圧、過電流を保護するため、電池の残容量(SOC)を計算するためには、複数の電池モジュールの何個が並列接続され、何個が直列接続されているかを把握する必要がある。これは直列接続されている電池モジュールは、電池モジュール毎に単独で過電圧、過電流を監視する必要があり、また電池の残容量を計算するためには、電池モジュール毎に個別に電池の電圧測定を行う必要があるからである。 However, the battery management unit cannot grasp how many of the plurality of modules are connected in parallel and how many are connected in series only by the module ID information. However, in order to calculate the remaining battery capacity (SOC) in order to protect the module from overvoltage and overcurrent, it is necessary to know how many battery modules are connected in parallel and how many are connected in series. There is a need to. This is because battery modules connected in series need to monitor overvoltage and overcurrent independently for each battery module, and in order to calculate the remaining battery capacity, measure the battery voltage individually for each battery module. Because it is necessary to do.
そこで複数の電池モジュールの何個が並列接続され、何個が直列接続されているかという情報は、予めバッテリー管理ユニット内のメモリに、パラメータとして格納されている。つまり、並列接続されたモジュールID,直列接続されたモジュールIDがテーブルに記述されている。 Therefore, information on how many of the plurality of battery modules are connected in parallel and how many are connected in series is stored in advance in a memory in the battery management unit as a parameter. That is, the module IDs connected in parallel and the module IDs connected in series are described in the table.
しかし、電池モジュールの交換作業などが行われた場合、或いはシステムの変更が行われ、モジュールの直列接続数、並列接続数が変化した場合、その都度パラメータを作成して、バッテリー管理ユニットに入力する必要がある。このような入力処理は、誤入力を生じる可能性を持つし、また、作業も煩雑となる。 However, when the battery module is replaced, or when the system is changed and the number of modules connected in series or parallel changes, parameters are created and input to the battery management unit each time. There is a need. Such an input process has the possibility of causing an erroneous input, and the operation becomes complicated.
そこでこの実施形態では、バッテリー管理ユニットが電池モジュールの並列接続、直列接続状態を自動的に検出できるようにした二次電池装置及びモジュール接続判別方法を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present embodiment is to provide a secondary battery device and a module connection determination method in which the battery management unit can automatically detect the parallel connection and series connection state of the battery modules.
実施形態によれば、複数の電池モジュールと、前記複数の電池モジュールに割り当てた識別子で、個々の電池モジュールを判定するとともに前記個々の電池モジュールと通信系等を介して通信を行うバッテリー管理ユニットと、前記複数の電池モジュールの直列接続状態の区切りを前記バッテリー管理ユニットに通知するために、前記通信系統上で直列接続された最後の電池モジュールに続いて配列されたダミーモジュールと、を有する。 According to the embodiment, a plurality of battery modules, a battery management unit that determines individual battery modules with identifiers assigned to the plurality of battery modules and communicates with the individual battery modules via a communication system or the like. A dummy module arranged subsequent to the last battery module connected in series on the communication system in order to notify the battery management unit of a break in the serial connection state of the plurality of battery modules.
以下、実施の形態について図面を参照して説明する。まず図1Aに実施形態の通信路400を示し、図1Bに電力系統410を示す。
Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. First, FIG. 1A shows a
図1Aには、収納ボックス100に収納された電池モジュール1、2、3、4、5、6を示している。ここで電池モジュール1,2,4,5には、複数の二次電池(以下セルと略する)が収納されている。電池モジュールの接続形態をバッテリー管理ユニット(BMU)300が認識するために、ダミーモジュール3、6が配列される。
FIG. 1A shows
電池モジュール1を代表して説明する。電池モジュール1は、例えば一定の大きさの筐体111と、この筐体111内に複数のセルC1−C12を直列に収容できる部屋を並列に複数(例えば2つ)有する。 The battery module 1 will be described as a representative. The battery module 1 includes, for example, a case 111 having a certain size and a plurality of (for example, two) rooms in parallel in which a plurality of cells C1 to C12 can be accommodated in series.
各部屋に複数のセルC1−C12を収容すると、例えば各セルC1−C12が直列接続される。この例は一例であり、種々のタイプの電池モジュールがあり、セルの接続形態やセルの収納数は、使用するシステムの要求(容量、出力電圧など)に応じて調整される場合がある。 When a plurality of cells C1-C12 are accommodated in each room, for example, the cells C1-C12 are connected in series. This example is an example, and there are various types of battery modules, and the cell connection mode and the number of cells stored may be adjusted according to the requirements (capacity, output voltage, etc.) of the system used.
さらに電池モジュール11内には、外部のバッテリー管理ユニット(BMU)300と相互通信を行うことができるセル制御部(セル監視ユニット(CMU)と称してもよい)120が設けられている。 Further, in the battery module 11, a cell control unit (also referred to as a cell monitoring unit (CMU)) 120 capable of mutual communication with an external battery management unit (BMU) 300 is provided.
電池モジュール1の構成を示したが、他の電池モジュール2,4,5も同様な構成である。さらに本装置においては、ダミーモジュール3,6が設けられる。このダミーモジュール3,6は、電池モジュール1,2,4,5の電力系統の接続形態を、バッテリー管理ユニット300が判別するために利用される。図1Aは、バッテリー管理ユニット(BMU)300と各モジュール1−6内のセル制御部とが相互通信を行うための通信路400を示している。
Although the configuration of the battery module 1 is shown, the
図1Bは、電池モジュール11−14の電力接続系統410を示している。バッテリー管理ユニット300内には、各モジュールからのデータの収集、各電池モジュールに対する指令などを送るプロセッサが内蔵されている。また、各電池モジュールへの充放電を行うための端子盤なども含まれるものとする。なお各電池モジュールへの充放電系統(電力系統)は、別途配備される場合もある。
FIG. 1B shows a
この例では、電池モジュール1,2が直列接続、電池モジュール4,5が直列接続され、電池モジュール1,2の直列回路と電池モジュール4,5の直列回路が並列接続されている。電池モジュールを直列接続とするか並列接続とするかは、筐体100に取り付けられている端子とスイッチの選択或いは切り替え、或いは配線を行うことにより任意に選択できる。
In this example, the
ここでダミーモジュール3と6は、それぞれ複数の電池モジュールの直列接続の終端に続いて配置される。またはダミーモジュール3と6は、それぞれ複数の電池モジュールの直列接続のすぐ下流に配置される。つまり電池モジュールの直列接続の終わりを識別させるために、ダミーモジュールが利用されている。
Here, the
このダミーのジュールが存在することの判定手法については、さらに後で説明する。このダミーモジュールは、本物のセルを持たず、基板に設けたメモリに電池データとしてのダミーデータを有するものであり、サイズは、電池モジュールに対して極めて微小なサイズである。したがって、ダミーモジュールは安価に製造することができる。図1Bでは分かり易くするために、電池モジュールと同じ大きさでしめしているが、ダミーモジュールの大きさは微小なサイズでよい。 A method for determining the presence of the dummy joule will be described later. This dummy module does not have a real cell, and has dummy data as battery data in a memory provided on the substrate, and the size is extremely small compared to the battery module. Therefore, the dummy module can be manufactured at low cost. In FIG. 1B, for ease of understanding, the size is the same as that of the battery module, but the size of the dummy module may be small.
図1A、図1Bに示すように、ダミーモジュール3、6は、バッテリー管理ユニット(BMU)と通信系統では接続されるが、電力接続系統では、非接続である。
As shown in FIGS. 1A and 1B, the
図2は、電池モジュール1の内部の構成部品の一例を示すブロック図である。直列接続されたセルC1−C12のプラス側は、プラス端子101を介して電力接続系統としてバッテリー管理ユニット200内の端子盤に接続される。このプラス側端子は、例えば負荷(図示せず)のプラス端子に接続することができる。また負荷から回生電流が流れるときは、充電側端子となることができる。
FIG. 2 is a block diagram illustrating an example of components inside the battery module 1. The plus side of the cells C1-C12 connected in series is connected to the terminal board in the battery management unit 200 as a power connection system via the
直列接続されたセルC1−C12のマイナス側は、電流検出器134を介してマイナス端子102に接続される。このマイナス端子102は、負荷のマイナス端子(グランドとも称される)に接続される。
The minus side of the series-connected cells C1 to C12 is connected to the
セルC1−C12の端子には、スイッチを介して電圧検出器131が接続されることができる。タイミング制御回路(図示せず)の制御に基づいて、電圧検出器131は、各セルの電圧を測定する。また温度検出器132は、セルC1−C12の一部若しくは全体の温度を測定する。測定されたセル電圧、温度は、マイクロプロセッサ(MPU)135において収集され、電池の残容量(SOC)の推定、セル間電圧の均等化処理の要否などが判定される。
The
マイクロプロセッサ135は、収集したセル電圧を、モジュール識別子(モジュールID)とともに通信コントローラ136を介してバッテリー管理ユニット300に送信することができる。この場合に利用される通式方式は、例えばコントロールエリアネットワーク(CAN)が利用されている。またマイクロプロセッサ135は、電池の残容量(SOC)も通信コントローラ136を介してバッテリー管理ユニット300に送信することができる。
The
バッテリー管理ユニット300は、セル電圧、SOCなどの情報に基づいて、電池モジュール111に対して充放電制御指令及び又は均等化処理指令を送信することができる。バッテリー管理ユニット300は、その他のモジュールからもセル電圧のデータ、SOCなどを受信することができ、システム全体の動作状態を制御することができる。
The
なお図2では、電池モジュール1を代表して示しているが、他の電池モジュール2,3、・・・も通信系統によりバッテリー管理ユニット300に接続されている。
2, the battery module 1 is shown as a representative, but the
図3は、例えば電池モジュール1のセル電圧の測定データが、BMU300に送信される際のフォーマットの一例を示している。この通信規格では、1フレームが例えばCANIDと8バイトのデータ領域で構成される。したがって、1つのセルのセル電圧を現すのに、2バイトを使うとすると、12個のセルの測定データを伝送するためには、24バイトが必要である。よって、1フレームが8バイトであるから、12個のセルの測定データを伝送するためには、各フレームCANIDが付された3フレーム(第1、第2、第3フレーム)が必要である。
FIG. 3 shows an example of a format when, for example, cell voltage measurement data of the battery module 1 is transmitted to the
第1フレームには、セル電圧1−セル電圧4が割り当てられ、第2フレームにはセル電圧5−セル電圧8が割り当てられ、第3フレームにはセル電圧9−セル電圧12が割り当てられる。
Cell voltage 1-cell voltage 4 is assigned to the first frame, cell voltage 5-
セル電圧は0〜3V前後の値をとり、16進数では、0x0000(0000mV)〜0x0BB8(3000mV)で表すことができ、2バイトの情報を必要とする。よって1つのセルで電圧の領域として上記のように2バイトが割り当てられる。 The cell voltage takes a value of around 0 to 3 V, and can be expressed in hexadecimal by 0x0000 (0000 mV) to 0x0BB8 (3000 mV), and requires 2 bytes of information. Therefore, 2 bytes are allocated as a voltage region in one cell as described above.
図4は、図1Aに示した4つの電池モジュール1,2、4,5のセル電圧データをBMU300に送信するために必要な全フレーム数(12フレーム)の一例を示している。各フレームは、各モジュールに割り当てられたCANIDにより識別される。これに対して、ダミーモジュールの情報は次のようになる。
FIG. 4 shows an example of the total number of frames (12 frames) necessary for transmitting the cell voltage data of the four
図5は、ダミーモジュール3、6の各フレームにおけるセル電圧の例を示している。ダミーモジュール3、6のためのフレームの構造は、他の電池モジュールのためのフレームの構造と同じある。しかし、ダミーモジュール3、6のためのセル電圧のデータは、本物のセルが絶対にとりえない数値、すなわちダミーモジュールであることが確実に分かる数値に設定される。例えば0xCCCC(52428mV)であれば、本物のセルは絶対に取り得ない値である。
FIG. 5 shows an example of the cell voltage in each frame of the
またセル監視ユニット(CMU)がセル電圧情報を取得できなかったなど、異常が存在することを示す数値が同じく本物のセルが絶対に取りえない値を用いて設定されている場合は、ダミーモジュールであることを示す数値と、上記異常が存在することを示す数値と、を異なる値とすることが好適である。これにより「ダミーモジュールの存在」と、「異常が存在する場合」を区別して検出することができる。 If the cell monitoring unit (CMU) cannot acquire cell voltage information and the numerical value indicating the presence of an abnormality is set using a value that cannot be taken by a real cell, the dummy module It is preferable that the numerical value indicating that the value is different from the numerical value indicating that the abnormality exists. This makes it possible to distinguish and detect “the presence of a dummy module” and “when there is an abnormality”.
図6は、図1Aに示すようなモジュール配列において、バッテリー管理ユニット(BMU)300が、各モジュールからのセル電圧データを受信して、テーブルを作成した一例を示している。 FIG. 6 shows an example in which a battery management unit (BMU) 300 receives cell voltage data from each module and creates a table in the module arrangement shown in FIG. 1A.
まず、モジュールの取替え、点検などが行われた後、或いは工場出荷時に点検作業において、バッテリー管理ユニット(BMU)300は、モジュールの接続状態のチェックを行う。 First, after replacement or inspection of a module is performed, or in an inspection operation at the time of factory shipment, the battery management unit (BMU) 300 checks the connection state of the module.
バッテリー管理ユニット(BMU)300は、各モジュールからのセル電圧データを収集する場合、各モジュールに対して順番に3フレーム分ずつのCANID(モジュールID)を割り付ける。次に、各モジュールのMPUに対して、セル電圧の収集、並びにセル電圧データの送信を指令する。 When the battery management unit (BMU) 300 collects cell voltage data from each module, the battery management unit (BMU) 300 assigns CANIDs (module IDs) for three frames in order to each module. Next, the MPU of each module is instructed to collect cell voltages and transmit cell voltage data.
これによりバッテリー管理ユニット(BMU)300は、少なくとも18フレームを受信し、各モジュール1−6の全セル電圧データのテーブルを構築することができる。 This allows the battery management unit (BMU) 300 to receive at least 18 frames and build a table of all cell voltage data for each module 1-6.
このテーブルから分かるように、バッテリー管理ユニット(BMU)300は、第3番目と、第6番目のモジュールがダミーモジュールであることが直ぐに判定できる。 As can be seen from this table, the battery management unit (BMU) 300 can immediately determine that the third and sixth modules are dummy modules.
ここで、モジュール1、2が直列接続されていること、モジュール4,5が直列接続されていること、モジュール1,2の直列回路と、モジュール4,5の直列回路が並列接続されていることを判断する。これは、本システムでは、セル電圧データがセル電圧の範囲を除く通知値(上記した0xCCCC(52428mV)のような値)を示す場合、通知値を送信した電池モジュールをダミーモジュールと判定し、ダミーモジュールの識別子が、複数の電池モジュールの直列接続の終端を示す識別子であると判定するからである。
Here,
図7は、他の実施形態を示している。この例は、電池モジュール1、3、5が電力接続系統410で見ると並列である。そしてダミーモジュール2、4,6は、それぞれの電池モジュール1、3、5に続いて(それぞれの電池モジュール1,3,5の下流に)配置されている。
FIG. 7 shows another embodiment. In this example, the
BMU300は、通信系統400を利用して、各モジュール1−6に順次(上流から下流に向けて)IDを割り当てる。次に、各モジュールにCANのフォーマットに基づいて、電圧データを送信するように指令する。BMU300は、各モジュールの電圧データのテーブルを構築する。これにより、規定外の電圧データを有するモジュールをダミーモジュールであると判定する。図7の例であるとモジュール2、4、6がダミーモジュールであると判定される。これにより、BMU300は、ダミーモジュールの1つ上流のモジュールが、電力接続系統に関しては、直列接続の最後の電池モジュールであると判定する。
The
図8は、さらに他の実施形態を示している。この例は、電池モジュール1、2、3が電力接続系統410で見ると直列である。そしてダミーモジュール4は、電池モジュール3に続いて(それぞれの電池モジュール3の下流に)配置されている。
FIG. 8 shows still another embodiment. In this example, the
BMU300は、通信系統400を利用して、各モジュール1−4に順次(上流から下流に向けて)IDを割り当てる。次に、各モジュールにCANのフォーマットに基づいて、電圧データを送信するように指令する。BMU300は、各モジュールの電圧データのテーブルを構築する。これにより、規定外の電圧データを有するモジュールをダミーモジュールであると判定する。図8の例であるとモジュール4がダミーモジュールであると判定される。これにより、BMU300は、ダミーモジュールより上流のモジュール1,2,3が、電力接続系統に関しては、直列接続の電池モジュールであると判定する。
The
図9は、バッテリー管理ユニット(BMU)内における動作例を示すフローチャートである。バッテリー管理ユニット(BMU)300は、モジュールの取替え、点検などが行われた後、或いは工場出荷時の点検作業において、モジュールの接続状態のチェックを行う。この動作は、外部から利用者が操作してもよいし、ソフトウエアに基づいて自動的に起動してもよい。 FIG. 9 is a flowchart showing an operation example in the battery management unit (BMU). The battery management unit (BMU) 300 checks the module connection state after module replacement, inspection, etc., or in inspection work at the time of factory shipment. This operation may be operated by a user from the outside, or may be automatically activated based on software.
バッテリー管理ユニット(BMU)300は、通信系統の各モジュールに対して上流から順番にIDを割り当てる(ステップSA1)。ID割り当てに応じて、各モジュールから応答があった後、各モジュールに対して電圧データの送信を要求する。 The battery management unit (BMU) 300 assigns IDs in order from the upstream to each module of the communication system (step SA1). In response to the ID assignment, after receiving a response from each module, the module is requested to transmit voltage data.
バッテリー管理ユニット(BMU)300は、送られて来たデータを順次テーブルに格納する。また、バッテリー管理ユニット(BMU)300は、送られてきた各フレームの電圧データを検出し、ダミーモジュールからの通知値を持つデータであるかどうかを判断する。 The battery management unit (BMU) 300 sequentially stores the received data in a table. In addition, the battery management unit (BMU) 300 detects the voltage data of each frame that has been sent, and determines whether the data has the notification value from the dummy module.
ダミーモジュールからの通知値を持つデータであった場合は(ステップSA3,SA4)、接続形態イメージ用テーブルに区切り目を記録する(ステップSA5)。 If the data has a notification value from the dummy module (steps SA3 and SA4), a break is recorded in the connection form image table (step SA5).
全てのモジュールからの電圧データを取得すると(ステップSA6)、図6で示したようなテーブルが構築される。このテーブルに基づいて、モジュール接続形態を判定し(ステップSA7)、処理を終了する。 When the voltage data from all modules is acquired (step SA6), a table as shown in FIG. 6 is constructed. Based on this table, the module connection form is determined (step SA7), and the process is terminated.
上記したように、複数の電池モジュールと、前記複数の電池モジュールに割り当てた識別子で、個々の電池モジュールを判定するとともに前記個々の電池モジュールと通信系等を介して通信を行うバッテリー管理ユニットとを有するシステムである。そしてダミーモジュールは、前記複数の電池モジュールの直列接続状態の区切りを前記バッテリー管理ユニットに通知するために、前記通信系統上で直列接続された最後の電池モジュールに続いて配列されている。 As described above, a plurality of battery modules and a battery management unit that determines individual battery modules with identifiers assigned to the plurality of battery modules and communicates with the individual battery modules via a communication system or the like. It is a system that has. The dummy module is arranged following the last battery module connected in series on the communication system in order to notify the battery management unit of a break in the serial connection state of the plurality of battery modules.
上記の説明では、説明を分かり易くするためにモジュール数を少ない数で説明したが、実際にはシステムの要求に応じてさらに多数のモジュールが使用される。また、実施形態によると、電池モジュールとダミーモジュールとは規則性をもって配置されている。したがって、ダミーモジュールの接続箇所の誤り、或いは電池モジュールの並列接続と直列接続の接続ミスがあると、この規則性が成立しなくなる。したがって、接続の規則性を判定するプログラムがBMUに設けられることにより、配線誤り或いは接続誤りを検出することが可能である。 In the above description, the number of modules has been described as a small number in order to make the description easy to understand. However, in actuality, a larger number of modules are used according to the requirements of the system. According to the embodiment, the battery module and the dummy module are arranged with regularity. Therefore, if there is an error in the connection location of the dummy module or a connection error between the parallel connection and the series connection of the battery modules, this regularity cannot be established. Therefore, it is possible to detect a wiring error or a connection error by providing a program for determining the regularity of connection in the BMU.
本実施形態が適用される二次電池としては、特定されるわけではないが、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、など各種開発されており、いずれの電池が使用されても可能である。またSOCの変化に対してOCVの変化も追従するような特性の場合、OCVからSOCの推定が比較的精度良くできる。 Various secondary batteries such as a lithium ion battery and a nickel metal hydride battery have been developed as secondary batteries to which the present embodiment is applied, and any battery can be used. In addition, in the case of a characteristic in which the change in the OCV follows the change in the SOC, the SOC can be estimated from the OCV with relatively high accuracy.
以下二次電池の負極、正極、電解液などの材料の例を示す。 Examples of materials such as the negative electrode, the positive electrode, and the electrolyte of the secondary battery are shown below.
1)負極・・・負極は、負極集電体と、負極活物質含有層とを有する。負極活物質含有層は、負極活物質、導電剤および結着剤を含む。負極集電体は、アルミニウム合金箔等の金属箔を用いることができる。アルミニウム合金としては、アルミニウムの他に、例えば、Al−Fe合金、Al−Mn系合金およびAl−Mg系合金である。 1) Negative electrode: The negative electrode has a negative electrode current collector and a negative electrode active material-containing layer. The negative electrode active material-containing layer includes a negative electrode active material, a conductive agent, and a binder. A metal foil such as an aluminum alloy foil can be used for the negative electrode current collector. Examples of the aluminum alloy include, in addition to aluminum, an Al—Fe alloy, an Al—Mn alloy, and an Al—Mg alloy.
負極活物質としては、リチウムを吸蔵放出する物質を使用することができ、中でも、金属酸化物、金属硫化物、金属窒化物、合金などが挙げられる。負極活物質のリチウム吸蔵電位は、リチウム金属の開回路電位に対して開回路電位で0.4V以上であることが好ましい。これにより、負極集電体のアルミニウム成分とリチウムとの合金化反応の進行および負極集電体の微紛化を抑制できる。さらに、リチウム吸蔵電位は、リチウム金属の開回路電位に対して開回路電位で0.4V以上、3V以下の範囲であることが好ましい。これにより、電池電圧を向上させることができる。さらに好ましい電位範囲は、0.4V以上、2V以下である。0.4V以上、3V以下の範囲でリチウムを吸蔵することが可能な金属酸化物としては、チタン酸化物、例えばリチウムチタン酸化物、タングステン酸化物、アモルファススズ酸化物、スズ珪素酸化物、酸化珪素などが挙げられる。中でも、リチウムチタン酸化物が好ましい。 As the negative electrode active material, a material that occludes and releases lithium can be used. Among them, metal oxides, metal sulfides, metal nitrides, alloys, and the like can be given. The lithium occlusion potential of the negative electrode active material is preferably 0.4 V or more in terms of open circuit potential relative to the open circuit potential of lithium metal. Thereby, the progress of the alloying reaction between the aluminum component of the negative electrode current collector and lithium and the pulverization of the negative electrode current collector can be suppressed. Furthermore, the lithium occlusion potential is preferably in the range of 0.4 V or more and 3 V or less in terms of open circuit potential with respect to the open circuit potential of lithium metal. Thereby, a battery voltage can be improved. A more preferable potential range is 0.4 V or more and 2 V or less. Examples of the metal oxide capable of occluding lithium in the range of 0.4 V or more and 3 V or less include titanium oxide, such as lithium titanium oxide, tungsten oxide, amorphous tin oxide, tin silicon oxide, and silicon oxide. Etc. Among these, lithium titanium oxide is preferable.
0.4V以上、3V以下の範囲でリチウムを吸蔵することが可能な金属硫化物としては、硫化リチウム、硫化モリブデン、硫化鉄等が挙げられる。 Examples of the metal sulfide that can occlude lithium in the range of 0.4 V or more and 3 V or less include lithium sulfide, molybdenum sulfide, iron sulfide, and the like.
0.4V以上、3V以下の範囲でリチウムを吸蔵することが可能な金属窒化物としては、リチウムコバルト窒化物等が挙げられる。 Examples of the metal nitride capable of occluding lithium in the range of 0.4 V or more and 3 V or less include lithium cobalt nitride.
導電剤として、炭素材料を用いることができる。例えば、アセチレンブラック、カーボンブラック、コークス、炭素繊維、黒鉛等を挙げることができる。 A carbon material can be used as the conductive agent. Examples thereof include acetylene black, carbon black, coke, carbon fiber, and graphite.
2)正極・・・正極は、正極集電体と、正極活物質含有層とを有する。正極活物質含有層は、正極集電体19aの片面もしくは両面に担持され、正極活物質、導電剤および結着剤を含む。 2) Positive electrode: The positive electrode has a positive electrode current collector and a positive electrode active material-containing layer. The positive electrode active material-containing layer is supported on one surface or both surfaces of the positive electrode current collector 19a and includes a positive electrode active material, a conductive agent, and a binder.
正極集電体は、アルミニウム合金箔等の金属箔を用いることができる。正極活物質としては、酸化物、硫化物、ポリマーなどが挙げられる。 A metal foil such as an aluminum alloy foil can be used for the positive electrode current collector. Examples of the positive electrode active material include oxides, sulfides, and polymers.
酸化物として、例えば、二酸化マンガン(MnO2)、酸化鉄、酸化銅、酸化ニッケル、リチウムマンガン複合酸化物、リチウムニッケル複合酸化物、リチウムコバルト複合酸化物、リチウムニッケルコバルト複合酸化物、リチウムマンガンコバルト複合酸化物、スピネル型リチウムマンガンニッケル複合酸化物、オリピン構造を有するリチウムリン酸化物、硫酸鉄、バナジウム酸化物などが挙げられる。 Examples of the oxide include manganese dioxide (MnO 2 ), iron oxide, copper oxide, nickel oxide, lithium manganese composite oxide, lithium nickel composite oxide, lithium cobalt composite oxide, lithium nickel cobalt composite oxide, and lithium manganese cobalt. Examples include composite oxides, spinel-type lithium manganese nickel composite oxides, lithium phosphorus oxides having an olipine structure, iron sulfate, and vanadium oxides.
例えば、ポリマーとしては、ポリアニリンやポリピロールなどの導電性ポリマー材料、ジスルフィド系ポリマー材料などが挙げられる。その他に、イオウ(S)、フッ化カーボンなども使用できる。 Examples of the polymer include conductive polymer materials such as polyaniline and polypyrrole, and disulfide polymer materials. In addition, sulfur (S), carbon fluoride, and the like can be used.
好ましい正極活物質としては、高い正極電圧が得られるため、リチウムマンガン複合酸化物、リチウムニッケル複合酸化物、リチウムコバルト複合酸化物、リチウムニッケルコバルト複合酸化物、スピネル型リチウムマンガンニッケル複合酸化物、リチウムマンガンコバルト複合酸化物、リチウムリン酸鉄などが挙げられる。 As a preferable positive electrode active material, since a high positive electrode voltage can be obtained, lithium manganese composite oxide, lithium nickel composite oxide, lithium cobalt composite oxide, lithium nickel cobalt composite oxide, spinel type lithium manganese nickel composite oxide, lithium Examples thereof include manganese cobalt composite oxide and lithium iron phosphate.
電子伝導性を高め、集電体との接触抵抗を抑えるための導電剤としては、例えば、アセチレンブラック、カーボンブラック、黒鉛等を挙げることができる。 Examples of the conductive agent for increasing the electron conductivity and suppressing the contact resistance with the current collector include acetylene black, carbon black, and graphite.
3)電解液・・・電解液は、電解質を有機溶媒に溶解することにより調製される。電解質濃度は、0.5〜2mol/Lの範囲内にすることができる。 3) Electrolytic solution: The electrolytic solution is prepared by dissolving an electrolyte in an organic solvent. The electrolyte concentration can be in the range of 0.5 to 2 mol / L.
電解質としては、LiBF4が挙げられる。有機溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ビニレンカーボネート(VC)などの環状カーボネート、ジメチルカーボネート(DMC)、メチルエチルカーボネート(MEC)、ジエチルカーボネート(DEC)などの鎖状カーボネート、テトラヒドロフラン(THF)、2メチルテトラヒドロフラン(2MeTHF)などの環状エーテル、ジメトキシエタン(DME)などの鎖状エーテル、γ−ブチロラクトン(BL)、アセトニトリル(AN)、スルホラン(SL)、リン酸エステル等を挙げることができる。これらの有機溶媒は、単独または2種以上の混合物の形態で用いることができる。 Examples of the electrolyte include LiBF 4 . Examples of the organic solvent include cyclic carbonates such as ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), and vinylene carbonate (VC), chains such as dimethyl carbonate (DMC), methyl ethyl carbonate (MEC), and diethyl carbonate (DEC). Carbonates, cyclic ethers such as tetrahydrofuran (THF), 2-methyltetrahydrofuran (2MeTHF), chain ethers such as dimethoxyethane (DME), γ-butyrolactone (BL), acetonitrile (AN), sulfolane (SL), phosphate esters Etc. These organic solvents can be used alone or in the form of a mixture of two or more.
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また本明細書で用いた用語も限定されるものではなく、均等な用語であれば本発明の範疇である。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments have been presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof. Further, terms used in the present specification are not limited, and equivalent terms are within the scope of the present invention.
1−6・・・電池(又はダミー)モジュール、C1−C12・・・セル、20・・・セル制御部、100・・・収納ボックス、300・・・バッテリー管理ユニット(BMU)。 1-6 ... Battery (or dummy) module, C1-C12 ... Cell, 20 ... Cell control unit, 100 ... Storage box, 300 ... Battery management unit (BMU).
Claims (5)
前記複数の電池モジュールに割り当てた識別子で、個々の電池モジュールを判定するとともに前記個々の電池モジュールと通信系等を介して通信を行うバッテリー管理ユニットと、
前記複数の電池モジュールの直列接続状態の区切りを前記バッテリー管理ユニットに通知するために、前記通信系統上で直列接続された最後の電池モジュールに続いて配列されたダミーモジュールと、を有する二次電池装置。 A plurality of battery modules;
A battery management unit that determines individual battery modules and communicates with the individual battery modules via a communication system or the like with identifiers assigned to the plurality of battery modules;
A secondary battery having a dummy module arranged following the last battery module connected in series on the communication system in order to notify the battery management unit of a break in the serial connection state of the plurality of battery modules. apparatus.
前記複数の電池モジュールのうち、電力接続系統が直列接続されて最下流となる電池モジュールの識別子の隣の識別子を有し、前記バッテリー管理ユニットと通信を行う、
請求項1記載の二次電池装置。 The dummy module is
Among the plurality of battery modules, a power connection system is connected in series and has an identifier next to the identifier of the battery module that is the most downstream, and communicates with the battery management unit.
The secondary battery device according to claim 1.
所定の通信方式により、前記複数のモジュールからのそれぞれの識別子とモジュール内のセルの電圧データを受信し、
前記電圧データがセル電圧の範囲を除く通知値を示す場合、前記通知値を送信したモジュールをダミーモジュールと判定し、
前記ダミーモジュールの識別子のすぐ上流にある識別子のモジュールは、電力接続系統が直列の電池モジュールであると判定する、
二次電池のモジュール接続判定方法。 A module connection determination method for a battery management unit that communicates via a communication system with a plurality of modules each having an identifier,
Receiving each identifier from the plurality of modules and voltage data of the cells in the module by a predetermined communication method,
When the voltage data indicates a notification value excluding a cell voltage range, the module that transmitted the notification value is determined as a dummy module;
The identifier module immediately upstream of the dummy module identifier is determined to be a battery module in series with the power connection system.
Secondary battery module connection determination method.
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