JP5609859B2 - Battery system - Google Patents
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Description
本発明は、電池システム、特に、二次電池の電極体に生じた不均等な充電状態を検知、評価しうる電池システムに関する。 The present invention relates to a battery system, and more particularly to a battery system that can detect and evaluate an uneven charge state generated in an electrode body of a secondary battery.
リチウムイオン二次電池などの二次電池は、ハイブリッド自動車、プラグインハイブリッド自動車、電気自動車などの車両や、ノートパソコンなど家庭用電気機器やインパクトドライバなどの工業機器など他方面に使用されている。
このような二次電池(以下、単に電池ともいう。)の状態を示す指標に、SOC(State of Charge:充電状態)がある。電池は、通常は、SOCで0%(全放電)〜100%(満充電)の状態の範囲内で使用される。そして、電池の充放電制御を行うにあたり、このSOCの値を用いる場合も多い。
そこで、特許文献1では、SOCを正確に推定すべく、電極の活物質内での平均濃度に応じて電池のSOCを推定する手法が開示されている(段落0031参照)。
Secondary batteries such as lithium ion secondary batteries are used on the other side of vehicles such as hybrid vehicles, plug-in hybrid vehicles, and electric vehicles, household electric devices such as laptop computers, and industrial devices such as impact drivers.
An index indicating the state of such a secondary battery (hereinafter also simply referred to as a battery) is SOC (State of Charge). The battery is normally used within the range of 0% (total discharge) to 100% (full charge) in terms of SOC. And in performing charge / discharge control of a battery, this SOC value is often used.
Therefore,
また、電池は、その電極体を押圧(圧縮)しないで使用する場合もあるが、電池特性を安定させるため、扁平捲回型電極体や積層型電極体を有する電池では、圧縮構造体を用いて、これらの電極体をその厚み方向に押圧した状態で、使用する場合が多い。
例えば具体的には、概略直方体形状の電池ケース内に扁平捲回型電極体あるいは積層型電極体を保持し、2つの圧縮板の間に電池を介在させ、圧縮板間の間隔が減少する方向に、圧縮板間に架け渡したボルトで、2つの圧縮板を締め付けることにより、電池ケースの壁部(ケース主面)を通じて、電極体をその厚み方向に押圧する。
また、このような電池を、電極体の厚み方向に複数列置して、電池同士を直接あるいはスペーサを介して当接させた電池群を、それぞれ圧縮した組電池とすることもある。この場合も、2つの圧縮板の間に電池群を介在させ、圧縮板間の間隔が減少する方向に、圧縮板間に架け渡したボルトで、2つの圧縮板を締め付けることにより、各電池それぞれについて、電池ケースの壁部(ケース主面)を通じて、電極体をその厚み方向に押圧する。
The battery may be used without pressing (compressing) the electrode body. However, in order to stabilize battery characteristics, a battery having a flat wound electrode body or a stacked electrode body uses a compression structure. In many cases, these electrode bodies are used while being pressed in the thickness direction.
For example, specifically, a flat wound electrode body or a stacked electrode body is held in a substantially rectangular parallelepiped battery case, a battery is interposed between two compression plates, and the interval between the compression plates is reduced. By tightening the two compression plates with bolts spanning between the compression plates, the electrode body is pressed in the thickness direction through the wall portion (case main surface) of the battery case.
A battery group in which a plurality of such batteries are arranged in the thickness direction of the electrode body and the batteries are brought into contact with each other directly or via a spacer may be used as a compressed assembled battery. Also in this case, by interposing a battery group between the two compression plates and tightening the two compression plates with bolts spanned between the compression plates in a direction in which the interval between the compression plates decreases, for each battery, The electrode body is pressed in the thickness direction through the wall portion (case main surface) of the battery case.
このようにして、電池のケース主面を電極体の厚み方向に圧縮すると、電極体のうち厚み方向に正極板と負極板とがセパレータを介して重なって電池作用を果たす厚み方向電池部が、その厚み方向に圧縮される。即ち、電極体のうち厚み方向電池部には、面圧が掛かる。 Thus, when the case main surface of the battery is compressed in the thickness direction of the electrode body, the thickness direction battery portion in which the positive electrode plate and the negative electrode plate overlap with each other via the separator in the thickness direction of the electrode body, Compressed in the thickness direction. That is, a surface pressure is applied to the thickness direction battery portion of the electrode body.
ところで、このように圧縮された電池においては、電極体の厚み方向電池部に掛かる面圧について、この厚み方向電池部を細分化した各部位が受ける面圧(以下、局所面圧Ppともいう)を考えることができる。
またこれと同じく、電池は、前述の電池全体のSOC(全体SOC:以下、SOChとも表記する。)を考えることができるほか、その電極体の厚み方向電池部を細分化した各部位について、各々の局所電池のSOC(局所SOC:以下、SOCpとも表記する。)を考えることもできる。
By the way, in the battery compressed in this way, with respect to the surface pressure applied to the battery body in the thickness direction of the electrode body, the surface pressure received by each part of the thickness direction battery section (hereinafter also referred to as local surface pressure Pp). Can think.
Similarly to this, the battery can be considered the SOC of the whole battery described above (the whole SOC: hereinafter also referred to as SOCh), and for each part obtained by subdividing the thickness direction battery part of the electrode body, It is also possible to consider the SOC of a local battery (local SOC: hereinafter also referred to as SOCp).
さらに、電池は、充放電(SOCの増減)によって電極体が膨張収縮する。このため、前述のように圧縮構造体を用いて圧縮した、電池あるいは組電池をなす各電池では、電極体の厚み方向電池部内の各部位に掛かる局所面圧も、増減する。
また、電池の充放電によって、電池の全体SOCh及び、電極体の厚み方向電池部内の各部位の局所SOCpも増減する。
Further, in the battery, the electrode body expands and contracts due to charge / discharge (increase / decrease in SOC). For this reason, in each battery constituting a battery or an assembled battery compressed using the compression structure as described above, the local surface pressure applied to each part in the battery portion in the thickness direction of the electrode body also increases or decreases.
In addition, due to charging / discharging of the battery, the overall SOCh of the battery and the local SOCp of each part in the battery portion in the thickness direction of the electrode body also increase or decrease.
但し、電池の使用初期においては、電極体の厚み方向電池部内の各部位に掛かる局所面圧Ppは、当該厚み方向電池部内において、概略均一である。また、厚み方向電池部の各部位の局所SOCpも、当該厚み方向電池部内において、概略均一であり、全体SOChとほぼ同じである。 However, at the initial use of the battery, the local surface pressure Pp applied to each part in the thickness direction battery portion of the electrode body is substantially uniform in the thickness direction battery portion. Further, the local SOCp of each part of the thickness direction battery part is also substantially uniform in the thickness direction battery part, and is substantially the same as the entire SOCh.
しかしながら、電池を使用し続けると、特に、ハイレート放電を繰り返し行わせるなど、偏った充放電を行い続けると、電極体の厚み方向電池部内の各部位における局所SOCpが、次第に不均一に分布する場合のあることが判ってきた。この場合には、全体SOChは、概略、各部位の局所SOCpの平均となるが、各部位の局所SOCpの分布にバラツキ(ムラ)が生じている。
このような状態となった電池に充電すると、局所SOCpの高い部位で、早期に局所SOCpが100%あるいはこれを超えた値となるため、電池全体としても端子間電圧が上昇する。このため、他の部位にはまだ充電が可能であるのに、全体SOChも上限(例えば満充電)であると判断されることとなる。逆に、このような状態となった電池を放電させると、局所SOCpの低い部位で、早期に局所SOCpが0%あるいはこれを下回った値となるため、電池全体としても端子間電圧が低下する、このため、他の部位ではまだ放電が可能であるのに、全体SOChも下限(例えば全放電)であると判断されることとなる。かくして、このような電池では、実際に使用しうる電池容量が減少する不具合が生じる。
However, when the battery continues to be used, particularly when uneven charge / discharge is continued, such as repeatedly performing high-rate discharge, local SOCp in each part of the battery body in the thickness direction of the electrode body is gradually unevenly distributed. It has been found that there is. In this case, the overall SOCh is roughly the average of the local SOCp of each part, but there is variation (unevenness) in the distribution of the local SOCp of each part.
When the battery in such a state is charged, the local SOCp becomes 100% or a value that exceeds this value at an early stage at a portion where the local SOCp is high, so that the inter-terminal voltage also increases as a whole battery. For this reason, although other parts can still be charged, it is determined that the total SOCh is also an upper limit (for example, full charge). On the contrary, when the battery in such a state is discharged, the local SOCp becomes 0% or a value that is lower than the local SOCp at a part where the local SOCp is low. For this reason, it is determined that the total SOCh is also a lower limit (for example, total discharge) even though other parts can still be discharged. Thus, in such a battery, there is a problem that the battery capacity that can actually be used decreases.
一方、このような局所SOCpにバラツキのある電池においては、電極体の厚み方向電池部内の各部位の局所面圧Ppについても、バラツキを生じていることが判ってきた。具体的には、各部位の局所SOCpにバラツキが生じている電池では、局所面圧Ppは、局所SOCpの分布に対して概略反転した分布となることが判ってきた。即ち、局所面圧の高い部位は局所SOCpが低い、逆に局所面圧の低い部位では局所SOCpが高い、という関係となっていることが判ってきた。 On the other hand, it has been found that in such a battery having variations in local SOCp, the local surface pressure Pp of each part in the battery portion in the thickness direction of the electrode body also varies. Specifically, it has been found that in a battery in which the local SOCp of each part varies, the local surface pressure Pp is a distribution that is roughly inverted with respect to the local SOCp distribution. In other words, it has been found that the local SOCp is low in the region where the local surface pressure is high, and conversely, the local SOCp is high in the region where the local surface pressure is low.
本発明は、かかる知見に基づいてなされたものであって、電極体の厚み方向電池部内の各部位における局所面圧Ppのバラツキを検知しうる電池システムを提供することにある。 The present invention has been made on the basis of such knowledge, and it is an object of the present invention to provide a battery system capable of detecting variations in local surface pressure Pp at each part in the battery portion in the thickness direction of the electrode body.
その一態様は、扁平捲回型または積層型の電極体、及び、上記電極体の厚み方向に直交する一対の平板状のケース主面を含み、上記電極体を収容する直方体形状の電池ケースを有する1または複数の二次電池と、1つの上記二次電池について、または各自の上記ケース主面が互いに平行になる形態に列置された複数の上記二次電池の各々について、上記電池ケースの一対の上記ケース主面を介して、上記電極体のうち上記厚み方向に正極板と負極板とがセパレータを介して重なって電池作用を果たす厚み方向電池部を、その厚み方向に圧縮する構成とされた圧縮構造体と、上記1つの二次電池における、または上記複数の二次電池のうちのいずれかの二次電池における、上記電池ケースの上記ケース主面に接して配置され、上記圧縮構造体により、当該ケース主面を通じて、上記電極体の上記厚み方向電池部内の各部位に掛かる局所面圧の大きさをそれぞれ検知する、板状の面圧センサと、上記面圧センサにより検知した、上記電極体の上記厚み方向電池部内の各部位に掛かる上記局所面圧を取得する取得手段と、上記各部位の上記局所面圧について、分布状況を評価する分布評価手段と、を備える電池システムである。 One aspect of the present invention is a rectangular battery case including a flat wound or stacked electrode body and a pair of plate-like case main surfaces orthogonal to the thickness direction of the electrode body and accommodating the electrode body. One or more secondary batteries and one of the secondary batteries, or each of the plurality of secondary batteries arranged in a form in which the main surface of the case is parallel to each other, A configuration in which a positive electrode plate and a negative electrode plate overlap in the thickness direction of the electrode body via the separator through the pair of case main surfaces to perform a battery action, and compress the thickness direction battery portion in the thickness direction. The compressed structure and the one of the secondary batteries, or the secondary battery of any one of the plurality of secondary batteries, disposed in contact with the case main surface of the battery case, and the compressed structure To the body Ri, through the casing main surface, for detecting respectively the magnitude of the local surface pressure applied to each site in the thickness direction battery portion of the electrode body, a plate-shaped surface pressure sensor, detected by the upper Symbol surface pressure sensor, A battery system comprising: an acquisition unit that acquires the local surface pressure applied to each part in the thickness direction battery part of the electrode body; and a distribution evaluation unit that evaluates a distribution situation of the local surface pressure of each part. is there.
この電池システムでは、電極体の厚み方向電池部内の各部位に掛かる局所面圧を取得する取得手段、及び、局所面圧について分布状況を評価する分布評価手段を備えている。
これにより、各部位の局所面圧を取得し、これを用いて、局所面圧の分布状況(例えば、バラツキ発生の有無、バラツキの大小など)を評価することができる。従って、局部面圧の分布状況により、局所SOCpの分布状況を把握することができる。
さらには、局所面圧(従って、局所SOCp)の分布状況に応じた対応、例えば、電池使用時の駆動条件(充放電条件)の変更、局所面圧(局所SOCp)の分布のバラツキを緩和するパターンでの電池に対する充放電操作の実行、警告の発信など、適切な対応を行わせることができる。
This battery system includes an acquisition unit that acquires a local surface pressure applied to each part in the battery portion in the thickness direction of the electrode body, and a distribution evaluation unit that evaluates the distribution state of the local surface pressure.
Thereby, the local surface pressure of each part is acquired, and the distribution situation (for example, the presence or absence of variation, the magnitude of variation, etc.) of local surface pressure can be evaluated using this. Therefore, the distribution state of the local SOCp can be grasped from the distribution state of the local surface pressure.
Furthermore, it responds according to the distribution state of local surface pressure (and therefore local SOCp), for example, changes in driving conditions (charge / discharge conditions) when using the battery, and variations in distribution of local surface pressure (local SOCp) are alleviated. Appropriate measures can be taken, such as performing a charge / discharge operation on the battery with a pattern, and sending a warning.
「厚み方向電池部」とは、扁平捲回型または積層型の電極体のうち、厚み方向に正極板と負極板とがセパレータを介して重なって電池作用を果たす部位をいう。
なお、扁平捲回型電極体では、帯状の正極板及び負極板をセパレータを介して捲回する一方、厚み方向に扁平に押し潰されている。従って、この扁平捲回型電極体において電池作用を果たす部位には、正極板と負極板とがセパレータを介して、厚み方向に重なる部位(厚み方向電池部)のほか、この部位の両側に位置して、半円筒状(R状)に正極板、負極板及びセパレータが湾曲して重なる部位が含まれる。
一方、積層型電極体では、一般的には、電池作用を果たす部位は、正極板と負極板とがセパレータを介して、厚み方向に重なる厚み方向電池部に一致する。
The “thickness direction battery part” refers to a portion of the flat wound type or stacked type electrode body in which the positive electrode plate and the negative electrode plate overlap each other via a separator in the thickness direction to perform a battery action.
In the flat wound electrode body, the belt-like positive electrode plate and the negative electrode plate are wound through a separator, while being flattened in the thickness direction. Therefore, in this flat wound electrode body, there are parts that perform the battery action in addition to the part where the positive electrode plate and the negative electrode plate overlap each other in the thickness direction via the separator (thickness direction battery part). Thus, a portion where the positive electrode plate, the negative electrode plate and the separator are curved and overlapped is included in a semi-cylindrical shape (R shape).
On the other hand, in the laminated electrode body, generally, the portion that performs the battery action coincides with the thickness direction battery portion in which the positive electrode plate and the negative electrode plate overlap in the thickness direction via the separator.
圧縮構造体としては、例えば、2つの板状部材で、1または列置された複数の二次電池を挟み、板状部材間を架け渡したボルト、ボルトとナット、あるいは金属結束バンドなどで板状部材間を押し縮めるように締め付けて、各二次電池について、厚み方向電池部をその厚み方向に圧縮する構成としたものが挙げられる。なお、複数の二次電池を挟む場合において、二次電池同士の間に、スペーサを介在させてもよい。
また、面圧センサは、電池ケースの一方のケース主面を介して、厚み方向電池部表面の各部位に掛かる局所面圧の大きさを、それぞれ独立して測定可能に面圧センサを多重化したものである。この面圧センサを用いて局所面圧を測定する、厚み方向電池部の計測位置としては、厚み方向電池部の表面内の多数の部位について局所面圧を計測すると良い。例えば、厚み方向電池部の表面全体に亘り、縦横格子状に配置された各計測位置について、各々局所面圧を計測すると良い。また、捲回型電極体の軸線に沿う直線上に並ぶ複数の計測位置について、各々局所面圧を計測しても良い。
As the compression structure, for example, two plate-shaped members sandwich one or a plurality of secondary batteries arranged in a row, and a plate with bolts, bolts and nuts, or a metal binding band that spans between the plate-shaped members. For example, each secondary battery may be configured to compress the thickness direction battery portion in the thickness direction by tightening so as to compress between the members. In addition, when sandwiching a plurality of secondary batteries, a spacer may be interposed between the secondary batteries.
The surface pressure sensors, via one of the case main face of the battery case, the magnitude of the local surface pressure applied to each portion in the thickness direction battery unit surface, measurably multiplexing the surface pressure sensors independently It is a thing. Measuring local surface pressure by using a surface pressure sensor this, as the measurement position in the thickness direction battery unit, it is preferable to measure the local surface pressure for a number of sites within the surface in the thickness direction battery unit. For example, the local surface pressure may be measured for each measurement position arranged in the form of a vertical and horizontal grid over the entire surface of the thickness direction battery unit. Further, the local surface pressure may be measured for each of a plurality of measurement positions arranged on a straight line along the axis of the wound electrode body.
さらに、上述のいずれかに記載の電池システムであって、前記分布評価手段は、前記局所面圧の分布のバラツキの大小を判断する判断手段であり、上記判断手段において、上記局所面圧の分布のバラツキが大きいと判断された場合に、上記局所面圧の分布のバラツキを緩和するパターンでの前記二次電池に対する充放電を行わせる緩和充放電手段を有する電池システムとすると良い。 Furthermore, in the battery system according to any one of the above, the distribution evaluation unit is a determination unit that determines the size of the variation in the distribution of the local surface pressure. In the determination unit, the distribution of the local surface pressure is When it is determined that the variation of the local battery is large, the battery system may include a relaxation charging / discharging unit that charges and discharges the secondary battery in a pattern that relaxes the variation of the local surface pressure distribution.
前述したように、厚み方向電池部内の各部位における局所面圧の分布について、そのバラツキが大きい(ムラが大きい。即ち、局所面圧の大きさが均一でなく、場所により大きく変動している。)場合には、局所SOCpの分布もバラツキが大きいと推定される。この場合には、電池の実質的な容量が低下するなど、好ましくない。 As described above, the distribution of the local surface pressure in each part in the thickness direction battery portion has a large variation (the unevenness is large. That is, the size of the local surface pressure is not uniform and varies greatly depending on the location. ), It is estimated that the distribution of local SOCp also varies greatly. In this case, the substantial capacity of the battery is not preferable.
これに対し、上述の電池システムでは、判断手段で局所面圧の分布のバラツキが大きいと判断された場合に、緩和充放電手段により、局所面圧の分布のバラツキを緩和するパターンでの充放電を行わせる。
このため、電池の局所面圧の分布のバラツキが緩和され、これと共に、電池の局所SOCpの分布のバラツキも緩和され、電池の容量も回復させることができる。
On the other hand, in the battery system described above, when the determination means determines that the variation in local surface pressure distribution is large, charging / discharging in a pattern that reduces the variation in local surface pressure distribution by the relaxation charging / discharging means. To do.
For this reason, the variation in the local surface pressure distribution of the battery is alleviated. At the same time, the variation in the local SOCp distribution of the battery is also alleviated, and the capacity of the battery can be recovered.
さらに上述の電池システムであって、前記判断手段は、取得された前記局所面圧の最大値から最小値を差し引いた変動幅が、しきい値を越えた場合に、上記局所面圧の分布のバラツキが大きいと判断する変動幅判断手段である電池システムとすると良い。 Furthermore, in the battery system described above, the determination unit determines the distribution of the local surface pressure when the fluctuation range obtained by subtracting the minimum value from the acquired maximum value of the local surface pressure exceeds a threshold value. It is preferable to use a battery system which is a fluctuation range judging means for judging that the variation is large.
この電池システムでは、変動幅判断手段で、局所面圧の変動幅がしきい値を越えた場合に、局所面圧の分布のバラツキが大きいと判断する。このようにすると、変動幅を得るための処理が容易である上、局所面圧の分布のバラツキの大小を容易かつ確実に判断できる。 In this battery system, the variation range determination means determines that the variation in the distribution of the local surface pressure is large when the variation range of the local surface pressure exceeds a threshold value. In this way, the process for obtaining the fluctuation range is easy, and the variation in the local surface pressure distribution can be easily and reliably determined.
さらに、上記2項に記載の電池システムであって、前記緩和充放電手段は、前記二次電池を、SOC=20〜50%の範囲内で予め定めた開始SOCから、2C以下の放電電流で、SOC=0〜−30%の範囲内の下限放電SOCまで過放電させ、その後、2C以下の充電電流で、上記開始SOCまで充電する過放電充電手段である電池システムとすると良い。 Further, in the battery system according to the above item 2, the relaxation charging / discharging unit causes the secondary battery to be discharged at a discharge current of 2 C or less from a predetermined starting SOC within a range of SOC = 20 to 50%. The battery system may be an overdischarge charging unit that performs overdischarge to the lower limit discharge SOC within the range of SOC = 0 to −30%, and then charges to the start SOC with a charging current of 2C or less.
この電池システムでは、緩和充電手段である過放電充電手段により、比較的小電流で過放電の状態まで放電させ、さらに、比較的小電流で開始SOCまで充電を行う。このため、電極体に生じた局所面圧の分布のバラツキを確実に緩和させ均一化させて、局所SOCpの分布のバラツキをも緩和させ、電池容量を回復させることができる。 In this battery system, the overdischarge charging means, which is a relaxation charging means, is discharged to a state of overdischarge with a relatively small current, and further charged to a starting SOC with a relatively small current. For this reason, the variation in local surface pressure distribution generated in the electrode body can be reliably relaxed and uniformed, the variation in local SOCp distribution can also be alleviated, and the battery capacity can be recovered.
さらに上述のいずれか1項に記載の電池システムであって、前記取得手段による前記局所面圧の取得に先立って、前記二次電池のSOCを、SOC=20〜50%の範囲内で予め定めた基準SOCとする基準化手段を備える電池システムとすると良い。 Furthermore, in the battery system according to any one of the above, the SOC of the secondary battery is determined in advance within a range of SOC = 20 to 50% prior to the acquisition of the local surface pressure by the acquisition unit. It is preferable that the battery system includes a standardization unit that sets the standard SOC.
この電池システムでは、基準化手段により、局所面圧の取得に先立って、電池のSOCを基準SOCとするので、同じ電池状態での局所面圧を取得でき、局所面圧の分布状況の評価を容易にできる。 In this battery system, since the SOC of the battery is set as the reference SOC prior to the acquisition of the local surface pressure by the standardization means, the local surface pressure in the same battery state can be acquired, and the evaluation of the distribution state of the local surface pressure can be performed. Easy to do.
本発明の電池システムをプラグインハイブリッド自動車(PHEV)に適用した実施の形態について、図面を参照して説明する。先ず、図1、図2を参照して、本実施形態に係る電池システム300を搭載したプラグインハイブリッド自動車(以下、単に車両という)100について説明する。車両100は、エンジン110、発電機120、PCU(Power Control Unit)130、組電池10、モータ140、及び、これらと通信可能に接続されたECU(Electronic Control Unit)150を備える。このうちPCU130は、ECU150の指示により、発電機120及びモータ140と、組電池10との間の充放電を制御するものであり、インバータ131及びコンバータ132を含む。また、PCU130は、外部電源(商用電源)から供給された電力を組電池10に充電する充電装置133も含んでいる。なお、組電池10は、後述するように、多数の電池1を直列に接続してなる。
An embodiment in which a battery system of the present invention is applied to a plug-in hybrid vehicle (PHEV) will be described with reference to the drawings. First, a plug-in hybrid vehicle (hereinafter simply referred to as a vehicle) 100 equipped with the
この車両100においては、エンジン110が発生する動力は、遊星歯車ギアから構成された動力分配機構180により、2つの経路に分割される。一方は減速機190を経由して車輪200を駆動する経路である。もう一方は、発電機120を駆動して発電する経路である。この発電機120は、動力分配機構180により分配されたエンジン110の動力により発電するが、発電機120で発電された電力は、車両100の運転状態や、組電池10のSOCの値に応じて使い分けられる。たとえば、通常走行時や急加速時では、発電機120により発電された電力は、そのままモータ140を駆動する電力とされる。一方、組電池10のSOCが予め定めた値よりも低い場合、発電機120で発電された電力は、PCU130のインバータ131により交流電力から直流電力に変換され、コンバータ132によって電圧が調整された後、組電池10に充電される。
In this
モータ140は、三相交流モータであり、組電池10に蓄えられた電力および発電機120で発電された電力のうち少なくともいずれか一方の電力により駆動される。このモータ140の駆動力は、減速機190を経由して車輪200に伝えられる。これにより、モータ140は、エンジン110をアシストして車両100を走行させたり、モータ140の駆動力のみで車両100を走行させる。
The
一方、車両100の回生制動時には、減速機190を介して車輪200でモータ140が駆動され、このモータ140が発電機として作動させられる。これによりモータ140は、制動エネルギーを電力に変換する回生ブレーキとして作用する。モータ140で発電された電力は、PCU130のインバータ131及びコンバータ132を経由して組電池10に充電される。
On the other hand, at the time of regenerative braking of
ECU150は、CPU(Central Processing Unit)151及びメモリ152を含む。CPU151は、車両100の運転状態や、ドライブスイッチ220から入力されるON/OFF信号、アクセル開度センサ210により検出されたアクセル開度、アクセル開度の変化率、シフトポジション、組電池10(これをなす電池1)のSOC、メモリ152に保存されたマップおよびプログラムなどに基づいて演算処理を行なう。これにより、ECU150は、車両100が所望の運転状態となるように、車両100に搭載された各種の機器類を制御する。ECU150は、車両100の運転時はもちろん、運転終了時(ドライブスイッチOFF期間)にも、組電池10の状態、その他、各種機器の状態を監視している。このECU150、組電池10(電池1)、多重面圧センサ30、及びセンサコネクタ31は、電池システム300をなす。
図2に示すように、車両100には、さらに、組電池10の充放電電圧値Vbを逐次測定する電圧計160、及び、組電池10の充放電電流値Ibを逐次測定する電流計170を有する。ECU150は、電圧計160で測定した電圧値Vbと電流計170で測定した充放電電流値Ibとを取得(検知)し、充放電電流値を積算して、組電池10(これをなす電池1)のSOCを算出する。
As shown in FIG. 2, the
組電池10は、図3に示すように、自身の厚み方向(図3中、左右方向)に積層された直方体形状の電池1,1,…と、電池1に積層された概略板状の多重面圧センサ30と、これらの積層方向(図中左右方向)に、これらを挟持して各電池1を圧縮する圧縮構造体20と、を備える。互いに隣り合う電池1,1同士は、バスバ11を介して電気的に接続されて、各電池1は電気的に直列に接続されている。
As shown in FIG. 3, the assembled
まず電池1について説明する。図4に示すように、電池1は、電極体2、この電極体2等を収容する直方体形状の電池ケース3、一方端が電極体2に溶接されている一方、他端が電池ケース3の外部に延出してなる正極端子部材4及び負極端子部材5を有している。
このうち、電極体2は、帯状の正極板6と帯状の負極板7とを、同じく帯状のセパレータ8を介して,軸線2Xの周りに捲回し、その後、圧縮して扁平形状に形成した扁平捲回型の電極体である。正極板6には、リチウムイオンを可逆的に吸蔵/放出可能な正極活物質(例えば、リチウム含有酸化物)からなる正極活物質層(図示しない)が形成されている。また、負極板7には、リチウムイオンを可逆的に吸蔵/放出可能な負極活物質(例えば、黒鉛)からなる負極活物質層(図示しない)が形成されている。
First, the
Of these, the electrode body 2 is a flat plate formed by winding a belt-like positive electrode plate 6 and a belt-like negative electrode plate 7 around the
この電極体2は、電池ケース3に収容されている。この電池ケース3は、アルミニウムからなる直方体状であり、上端が開口した直方体形状のケース本体3Hと、レーザ溶接により、上記開口を気密に閉塞する蓋体3Fとからなる。蓋体3Fには、正極端子部材4及び負極端子部材5が貫通している。なお、蓋体3Fと、正極端子部材4及び負極端子部材5との間には、シール絶縁体9が介在して、気密にされている。また、電池ケース3内には、LiPF6などのリチウム化合物を含む非水系の電解液が保持されている。
この電池ケース3のうち、電極体2の厚み方向DTに直交する、一対の平板状のケース主面3A,3Bには、電極体2のうち、厚み方向DTに正極板6と負極板7とがセパレータ8を介して重なって電池作用を果たす厚み方向電池部2Bが、内側から接している。
The electrode body 2 is accommodated in the
In the
次に、圧縮構造体20について説明する(図3参照)。この圧縮構造体20は、一対の、概ね矩形平板形状の圧縮板21,21と、これらを結ぶ複数の拘束ボルト22,22と、ナット24,24とからなる。圧縮板21,21は、各々の電池1のケース主面3A,3Bが互いに平行になる形態に列置された複数の電池1,1の両側にそれぞれ配置され、各電池1,1を間に挟んでいる。圧縮ボルト22,22とナット24,24を用いて、圧縮板21,21同士の間隔が狭くなるように圧縮板21,21を締め付けて、電池1,1をもその厚み方向(図2中、左右方向)に圧縮している。これにより、各電池1,1内の電極体20,20のうち、厚み方向電池部3Bもその厚み方向DT(図3中、左右方向)にそれぞれ圧縮されている。
Next, the
次いで、多重面圧センサ30について説明する(図3参照)。この多重面圧センサ30は、電池1(具体的には、図3中、左端に位置する電池1)と、圧縮板21(具体的には、図3中、右側の圧縮板21)との間に配置されている。この多重面圧センサ30(ニッタ株式会社製センサシートModel 5101)は、概ね矩形板状の検知部から帯状のリードが延出した形状とされている。この多重面圧センサは、44×44mmの計測範囲内に、1.0mm間隔で格子状に多数(44×44=1936ヶ)の面圧センサを設けてなり、電池1のケース主面3Aを介して、電極体2の厚み方向電池部2Bの各部位に掛かる面圧(局所面圧Pp)を検知する。
なお、図1に示すように、多重面圧センサ30は、センサコネクタ(Versa Tek Handles)31を介して、多数の計測位置についての局所面圧Ppの計測結果が、ECU150に入力される。かくして、ECU150において、多数の局所面圧Ppの測定結果が利用できる。
Next, the multiple
As shown in FIG. 1, in the multiple
次いで、単一の電池1に多重面圧センサ30を重ね、前述の圧縮構造体20で圧縮したもの(図3に示す組電池10を構成する電池の数を1ヶとしたもの)について、ハイレートサイクル放電試験を行って、電池1を劣化させた。なお、このハイレートサイクル放電試験の試験条件は、25℃の環境下で、組電池10(あるいは電池1)に、30C10秒放電、5C60秒充電を1サイクルとして、10000サイクル行う。
Next, a high rate is applied to a
この劣化状態の電池1について、全体SOChをSOCh=30%とした状態で、電極体2の厚み方向電池部2Bの各部位に掛かる局所面圧Ppの分布を調査した結果を、図5に示す。なお、図5においては、取得した多数の局所面圧Ppの中でも、電極体2の厚み方向電池部2Bの、軸線2Xが通る軸線上部位(図示しない)のうち、軸線2Xに沿う軸線方向DX(図4参照)についての軸線方向位置X毎(範囲X1〜X2)の、局所面圧Ppを示す。なお、軸線方向位置Xのうち、位置X1及びX2は、厚み方向電池部2Bの、軸線方向DXの端部に相当する。また、位置X3は、厚み方向電池部2Bの、軸線方向DXの中央部に相当する。
FIG. 5 shows the result of investigating the distribution of the local surface pressure Pp applied to each part of the thickness direction battery part 2B of the electrode body 2 with the overall SOCh being SOCh = 30% for the
この図5のグラフから、ハイレートサイクル放電試験により劣化させた電池1では、電極体2の厚み方向電池部2Bの各部位に掛かる局所面圧Ppが、軸線方DXの両端部(位置X1,X2)付近及び中央部(位置X3)付近で高く、これらの間で低い、概略W字状の分布となることが判る。なお、劣化させる前の初期状態での電池1では、局所面圧Ppは、軸線方向DXにほぼ均一であった。従って、ハイレートサイクル放電試験により劣化させたことにより、電池1についての局所面圧Ppが上述のように変化したことになる。
From the graph of FIG. 5, in the
次いで、このSOCh=30%とした電池1について、これを分解して、局所SOCpを計測した。その結果を、図6に示す。なお、この図6でも、局所SOCpの中でも、軸線方向位置X毎(範囲X1〜X2)の局所SOCpを示す。
Next, the
この図6のグラフから、ハイレートサイクル放電試験により劣化させた電池1では、電極体2の厚み方向電池部2Bの各部位における局所SOCpは、軸線方DXの両端部(位置X1,X2)付近及び中央部(位置X3)付近で低く、これらの間で高い、概略M字状の分布となることが判る。即ち、局所面圧Ppとは、上下逆転した分布となることが判る。なお、劣化させる前の初期状態での電池1では、局所SOCpも、軸線方向DXにほぼ均一であることが判っている。従って、ハイレートサイクル放電試験により劣化させたことにより、電池1についての局所SOCpが上述のように変化したことになる。
From the graph of FIG. 6, in the
そしてこのことから、ハイレートサイクル放電試験により劣化させた電池1においては、局所面圧Ppの分布と局所SOCpの分布とには、逆の相関があることが判る。従って、電池1について、ひいてはこれを用いた組電池10(図3参照)について、局所面圧Ppの分布にバラツキ(たとえば、W字状の分布)が生じている場合には、その電池1において、局所SOCpの分布についても、バラツキ(例えば、M字状の分布)が生じていることが推測できる。
なお、このように局所SOCpの分布に大きなバラツキが生じている場合、前述したように、このような電池では、実際に使用しうる電池容量(SOCh=0%〜100%まで変化させた場合に、実際に充電あるいは放電される電気量)が減少する不具合が生じる。
From this, it can be seen that in the
When there is a large variation in the distribution of local SOCp in this way, as described above, in such a battery, when the battery capacity that can be actually used (SOCh = 0% to 100%) is changed. , The amount of electricity that is actually charged or discharged) is reduced.
一方、このように局所面圧Pp(局所SOCp)の分布に大きなバラツキが生じている電池1について、この局所面圧Pp(局所SOCp)の分布を、均一となる方向に回復(緩和)させる手法が判ってきた。
具体的には、電池1の全体SOChを、まず、比較的に低い値(20〜50%、例えば30%)の値とし、その後、2C以下の放電電流でゆっくり放電させて、全体SOChを、0%〜−30%、例えば、−20%の過放電状態まで放電させる。その後、2C以下の充電電流でゆっくり充電し、全体SOChを、20〜50%の状態まで戻す。なお、以下では、このような充放電を、緩和充放電という場合がある。
このようにすることで、局所面圧Ppの分布に(例えばW字状に)バラツキが生じていた、従って、局所面圧Ppの分布に(例えばM字状)バラツキが生じていた電池1について、そのバラツキの大きさを減少させることができる。
On the other hand, a technique for recovering (relaxing) the distribution of the local surface pressure Pp (local SOCp) in a uniform direction with respect to the
Specifically, first, the overall SOCh of the
In this way, the
例えば、図9に、ハイレートサイクル放電試験により劣化させた別の電池1について、全体SOChをSOCh=30%とした状態における、軸線上部位のうち軸線方向位置X毎(範囲X1〜X2)の局所面圧Ppの分布を、細線で結んだグラフで示す。
一方、この電池1について、その後に、緩和充放電を施した。具体的には、SOCh=30%とし、その後、放電電流Id=1Cで放電させて、全体SOChを、SOCh=−20%の過放電状態まで放電させる。その後、充電電流Ic=1Cの充電電流で充電し、全体SOChを、SOCh=30%の状態まで戻す。その後の局所面圧Ppの分布を、同じく図9に、太線で結んだグラフで示す。
For example, in FIG. 9, for another
On the other hand, this
この図9によれば、緩和充放電を行う前(細線)に比して、緩和充放電を行った後(太線)では、局所面圧Ppの分布のバラツキが緩和され、均一の面圧分布に近づいていることが判る。加えて、緩和充放電を行った後の電池では、実際に使用しうる電池容量が増加(回復)することが判っている。
これは、緩和充放電により、図9に示すように、局所面圧Ppの分布を均一に近づけることができるのみならず、局所SOCpの分布も均一に近づいたために、実際に使用しうる電池容量が回復したと考えられる。
なお、図5、図6及び図9に示したグラフは、単一の電池1を圧縮構造体20で圧縮した場合の結果である。しかし、図3に示す、複数の電池1,1を用いた組電池10における各電池1についても、同様な傾向を示すことも判った。
According to FIG. 9, after the relaxation charge / discharge (thick line), compared with before the relaxation charge / discharge (thin line), the variation in the distribution of the local surface pressure Pp is alleviated, and the uniform surface pressure distribution is achieved. It turns out that it is approaching. In addition, it has been found that the battery capacity that can be actually used increases (recovers) in the battery after the relaxation charge / discharge.
This is because, as shown in FIG. 9, the distribution of the local surface pressure Pp can be made closer to uniform by relaxation charging / discharging, and the distribution of the local SOCp is also made closer to uniform, so that the battery capacity that can actually be used is Seems to have recovered.
In addition, the graph shown in FIG.5, FIG6 and FIG.9 is a result at the time of compressing the
そこで、本実施形態の電池システム300では、ECU150において、以下の局所面圧Ppの分布の検知及び緩和充放電の実行、制御を行う(図7,図8参照)。
車両100を駆動すべく、ドライブスイッチ220がオフにされると、ECU150は、図7に示す面圧分布評価−緩和充放電のルーチンを、他の制御と並行に実行を開始する。
まず、ステップS1において、外部充電を開始したか否かを判断する。具体的には、運転者が、充電装置133をプラグ134を通じて外部電源GDに接続し、いわゆるプラグイン充電を開始したか否かを判断する。ここでNoの場合には、ステップS1を繰り返し行う。
Therefore, in the
When
First, in step S1, it is determined whether or not external charging has started. Specifically, the driver determines whether or not the so-called plug-in charging is started by connecting the
一方、ステップS1でYesと判断された場合には、ステップS2に進み、局所面圧Ppの分布を検査するタイミングが到来しているか否かを判断する。具体的には、前回の分布検査タイミングを行った時点から、3ヶ月経過しているか否かを判断する。なお、この検査タイミングとしては、前回の検査を起点とした経過時間、走行距離、組電池10(電池1)に充電された(あるいは放電した)累積電気量などを基準として判断しても良い。
ステップS2で、No(検査タイミングが到来していない)の場合には、ステップS14に進む。後述する局所面圧Ppの分布を測定する必要がないからである。一方、Yes(検査タイミングが到来している)の場合には、ステップS3に進む。
On the other hand, if it is determined Yes in step S1, the process proceeds to step S2, and it is determined whether or not it is time to inspect the distribution of the local surface pressure Pp. Specifically, it is determined whether or not three months have passed since the previous distribution inspection timing was performed. Note that the inspection timing may be determined based on the elapsed time from the previous inspection, the travel distance, the accumulated amount of electricity charged (or discharged) in the assembled battery 10 (battery 1), and the like.
In step S2, if No (inspection timing has not arrived), the process proceeds to step S14. This is because it is not necessary to measure the distribution of the local surface pressure Pp described later. On the other hand, if Yes (inspection timing has arrived), the process proceeds to step S3.
ステップS3では、繰り返し数nを、n=0に初期化する。次いで、ステップS4,S5では、組電池10(電池1)の全体SOChが基準SOChとなるように調整する。具体的には、組電池10(電池1)を充電するあるいは放電させ、組電池10の全体SOChを基準SOChに揃える。基準SOChとしては、SOCh=20〜50%の範囲内の値とすると良く、本実施形態では、SOCh=30%とした。
ステップS5において、組電池10(電池1)の全体SOChが、基準SOChとなった場合(Yes)には、ステップS6に進み、センサコネクタ31を通じて、多重面圧センサ30に対して、電池1の厚み方向電池部2Bの各部位における局所面圧Ppを測定する指示を出力する。ステップS7では、ECU150において、センサコネクタ31を通じて、多重面圧センサ30の測定した各部位の局所面圧Ppを取得し、ステップS8に進む。
In step S3, the repetition number n is initialized to n = 0. Next, in steps S4 and S5, adjustment is made so that the total SOCh of the assembled battery 10 (battery 1) becomes the reference SOCh. Specifically, the assembled battery 10 (battery 1) is charged or discharged, and the entire SOCh of the assembled
In step S5, when the total SOCh of the assembled battery 10 (battery 1) becomes the reference SOCh (Yes), the process proceeds to step S6, and the multiple
ステップS8では、取得した局所面圧Ppの分布について評価する。評価手法としては、取得した局所面圧Ppの分布のバラツキが、大きいか否かで、良否(OK/NG)を評価する。さらに具体的には、取得した各局所面圧Ppのうち、最大値Ppmaxと最小値Ppminとを選択し、両者の差である変動幅Dp(=Pmax−Pmin)がしきい値Dptより小さい場合(Dp<Dpt)には、OKとする。一方、しきい値以上の大きさの場合(Dp≧Dpt)には、NGと判定する。ここで、OKと判定された場合には、ステップS14に進む。
なお、S8における評価手法としては、そのほか、取得した各局所面圧Ppのバラツキの標準偏差σ(あるいは分散σ2)を取得し、この標準偏差σが所定のしきい値よりも小さい場合にOKと判断することもできる。
In step S8, the distribution of the acquired local surface pressure Pp is evaluated. As an evaluation method, pass / fail (OK / NG) is evaluated based on whether or not the variation in the distribution of the acquired local surface pressure Pp is large. More specifically, the maximum value Ppmax and the minimum value Ppmin are selected from the acquired local surface pressures Pp, and the fluctuation range Dp (= Pmax−Pmin), which is the difference between the two, is smaller than the threshold value Dpt. (Dp <Dpt) is OK. On the other hand, when the magnitude is greater than or equal to the threshold (Dp ≧ Dpt), it is determined as NG. Here, when it determines with OK, it progresses to step S14.
In addition, as an evaluation method in S8, in addition, the standard deviation σ (or variance σ 2 ) of variation of each acquired local surface pressure Pp is acquired, and OK when this standard deviation σ is smaller than a predetermined threshold value. It can also be judged.
一方、ステップS8でNGと判定された場合には、ステップS9に進み、繰り返し数nを1つインクリメントし、さらに、ステップS10で、繰り返し数nが3以上であるか否かを判断する。
此処で、n<3の場合(No)には、ステップS11の緩和充放電のサブルーチンに進む。一方、n≧3の場合、即ち、後述する緩和充放電を3回行っても、局所面圧Ppの分布がNG(バラツキが大きい)の場合には、ステップS13に進み、局所面圧Ppの分布の異常を警告する信号を出力し、運転者に車載している組電池10の異常(劣化)を警告するランプ等を点灯させた上で、ステップS14に進む。
On the other hand, if it is determined as NG in step S8, the process proceeds to step S9, where the repetition number n is incremented by one, and further, in step S10, it is determined whether the repetition number n is 3 or more.
Here, if n <3 (No), the process proceeds to the relaxation charge / discharge subroutine of step S11. On the other hand, if n ≧ 3, that is, if the distribution of local surface pressure Pp is NG (large variation) even after three times of relaxation charge / discharge described later, the process proceeds to step S13 and the local surface pressure Pp is increased. A signal for warning the distribution abnormality is output, and a lamp or the like for warning the abnormality (deterioration) of the assembled
次いで、ステップS11のサブルーチンについて、図8を参照して説明する。まず、ステップS111では、10分経過したか否かを判断する。即ち、組電池10の全体SOChが、基準SOCh(本実施形態では、基準SOCh=30%)とされてから、10分経過するのを待つ。
組電池10(電池1)の状態を、一旦、落ち着かせるためである。
Next, the subroutine of step S11 will be described with reference to FIG. First, in step S111, it is determined whether 10 minutes have elapsed. That is, it waits for 10 minutes after the entire SOCh of the assembled
This is to temporarily settle the state of the assembled battery 10 (battery 1).
次いで、ステップS112では、開始SOCh=30%の状態から、組電池10(電池1)を放電電流IdをId=1Cの大きさで、定電流放電をさせる。なお、1Cは、定格容量(SOCh=100〜0%まで)の電気量を1時間で放電(あるいは充電)できる放電電流Id(あるいは充電電流Ic)の大きさを指す。
ステップS113では、組電池10の全体SOChが、過放電のSOCh=0〜−30%の値(本実施形態では、具体的には、−20%)に相当する電池1の電圧値Vbとなったか否かを調べ、Noの場合には、ステップS112に戻り、組電池10の全体SOChが、下限放電SOCh=−20%になるまで、組電池10を過放電させる。
Next, in step S112, from the state of the starting SOCh = 30%, the battery pack 10 (battery 1) is discharged at a constant current with a discharge current Id of Id = 1C. 1C indicates the magnitude of the discharge current Id (or charge current Ic) that can discharge (or charge) the amount of electricity of the rated capacity (SOCh = 100 to 0%) in one hour.
In step S113, the total SOCh of the assembled
その後、ステップS114では、組電池10を充電電流IcをIc=1Cの大きさで、定電流充電をさせる。さらに、ステップS115では、組電池10の全体SOChが、SOCh=20〜50%の値(本実施形態では、具体的には、30%)に相当する電池1の電圧値Vbとなったか否かを調べる。Noの場合には、ステップS114に戻り、組電池10の全体SOChが開始SOCh=30%になるまで、組電池10に定電流充電を行う。
Thereafter, in step S114, the
この緩和充放電のサブルーチンS11では、組電池10(電池1)を、比較的低い放電電流Idで、一旦、過放電の状態(下限放電SOCh)まで放電させ、その後、比較的低い充電電流Icで、一旦、元の充電状態(開始SOCh)まで戻す、緩和充放電を行わせている。
これにより、組電池10の各電池1について、局所面圧Ppの分布のバラツキを、均一な状態に近づけることができる(図9参照)。
In this relaxation charging / discharging subroutine S11, the assembled battery 10 (battery 1) is once discharged to a state of overdischarge (lower limit discharge SOCh) with a relatively low discharge current Id, and thereafter with a relatively low charge current Ic. , Temporarily charge / discharge is performed to return to the original state of charge (start SOCh).
Thereby, about each
なお、このステップS11のサブルーチンを終えたら、ステップS6に戻り、再び局所面圧Ppを測定し(ステップS7)、その分布を評価する(ステップS8)。このステップS8で、NGと判定された場合には、前述したように、3回まで、前述の緩和充放電を行う。一方、前述したように、ステップS8において、評価がOK(局所面圧のバラツキが小さい)と判断された場合には、ステップS14に進む。 When the subroutine of step S11 is completed, the process returns to step S6, the local surface pressure Pp is measured again (step S7), and the distribution is evaluated (step S8). If it is determined as NG in step S8, as described above, the above-described relaxation charge / discharge is performed up to three times. On the other hand, as described above, if it is determined in step S8 that the evaluation is OK (local surface pressure variation is small), the process proceeds to step S14.
ステップS14では、通常の外部充電を行う。即ち、車両100はプラグインハイブリッド自動車であることから、SOCh=100%となるまで、充電を行う。
なお本実施形態において、ステップS4,5を実行するECU150が、基準化手段に相当する。また、ステップS7を実行するECU150が、取得手段に相当する。加えて、ステップS8を実行するECU150が、分布評価手段、判断手段、変動幅判断手段に相当する。さらに、ステップS11(ステップS111〜S115)を実行するECU150が、緩和充放電手段、過放電充電手段に相当する。
In step S14, normal external charging is performed. That is, since the
In the present embodiment, the
このように、この電池システム300では、厚み方向電池部2B内の各部位に掛かる局所面圧Ppを取得する取得手段S7、及び、局所面圧Ppについて分布状況を評価する分布評価手段S8を備えている。
これにより、各部位の局所面圧Ppを取得し、これを用いて、局所面圧Ppの分布状況(例えば、バラツキ発生の有無、バラツキの大小など)を評価することができる。従って、局部面圧Ppの分布状況により、局所SOCpの分布状況を把握することができる。
さらには、局所面圧Pp(従って、局所SOCp)の分布状況に応じた対応、例えば、ステップS11に記載する緩和充放電や、ステップS13に記載する分布異常警告の出力など、適切な対応を行うことができる。
なお、対応としてはそのほか、以降の組電池10(電池1)使用時の駆動条件(充放電条件)を、局所面圧Ppの分布のバラツキが進行しにくいパターンや、バラツキが回復するパターンに変更することも挙げられる。
As described above, the
Thereby, the local surface pressure Pp of each site | part can be acquired, and the distribution condition (for example, the presence or absence of variation, the magnitude of variation etc.) of local surface pressure Pp can be evaluated using this. Therefore, the distribution state of the local SOCp can be grasped from the distribution state of the local surface pressure Pp.
Furthermore, appropriate measures such as a response according to the distribution state of the local surface pressure Pp (therefore, the local SOCp), for example, relaxation charging / discharging described in step S11 and a distribution abnormality warning described in step S13 are taken. be able to.
In addition, as a countermeasure, the drive condition (charge / discharge condition) when using the assembled battery 10 (battery 1) is changed to a pattern in which the variation in the distribution of the local surface pressure Pp is difficult to progress or a pattern in which the variation is recovered. It is also possible to do.
しかも、上述の電池システム300では、判断手段S8において、局所面圧Ppの分布のバラツキが大きいと判断された場合に、緩和充放電手段S11により、局所面圧Ppの分布のバラツキを緩和するパターンでの充放電を行わせる。このため、組電池10(電池1)の局所面圧Ppの分布のバラツキが緩和され、これと共に、電池1の局所SOCpの分布のバラツキも緩和され、組電池10(電池1)の容量も回復させることができる。
In addition, in the
さらに、電池システム300では、変動幅判断手段S8で、局所面圧Ppの変動幅Dpがしきい値Dptを越えた場合に、局所面圧Ppの分布のバラツキが大きいと判断する。このようにすると、変動幅Dpを得るための処理が容易である上、局所面圧Ppの分布のバラツキの大小を容易かつ確実に判断できる。
Furthermore, in the
さらにこの電池システム300では、緩和充電手段である過放電充電手段S11により、比較的小電流の1Cで過放電の状態まで放電させ、さらに、比較的小電流1Cで開始SOChまで充電を行う。このため、電極体2に生じた局所SOCpのバラツキを確実に緩和させ、均一化させて、電池容量を回復させることができる。
Furthermore, in this
この電池システム300では、基準化手段S4,S5により、局所面圧Ppの取得に先立って、電池1のSOChを基準SOChとするので、同じ電池状態での局所面圧Ppを取得でき、局所面圧Ppの分布状況の評価を容易にできる。
In this
加えて、本実施形態に係るプラグインハイブリッド自動車(車両)100は、前述したように、本電池システム300(ECU150等)を備え、組電池10(電池1,1)を搭載し、この組電池10に蓄えた電気エネルギを、駆動源の駆動エネルギの全部または一部として使用するものである(図1参照)。
従って、この車両100では、組電池10(電池1)の局所面圧Ppの分布のバラツキを検知でき、これに対応する緩和充放電や分布異常警告の出力など、適切な対応がされる車両となっている。
In addition, as described above, the plug-in hybrid vehicle (vehicle) 100 according to the present embodiment includes the battery system 300 (
Therefore, in this
以上において、本発明の電子システムを実施形態に即して説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。
例えば、本実施形態では、扁平捲回型の電極体2を有する電池1について示したが、積層型の電池に適用することもできる。
また、本実施形態では、複数の電池1,1を1つの組電池10として構成した例について本発明を適用した例を示したが、単一の電池1について、本発明を適用しても良い。
In the above, the electronic system of the present invention has been described according to the embodiment. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it can be applied as appropriate without departing from the spirit of the present invention. Nor.
For example, in the present embodiment, the
Moreover, in this embodiment, although the example which applied this invention about the example which comprised the some
300 電池システム
1 電池(二次電池、電池システム)
2 電極体
2B 厚み方向電池部
DT (電極体の)厚み方向
DX 軸線方向
3 電池ケース
3A,3B ケース主面
9 シール絶縁体
10 組電池
11 バスバ
20 圧縮構造体
21 圧縮板
22 圧縮ボルト
24 ナット
30 多重面圧センサ(面圧センサ)
31 センサコネクタ
X,X1,X2,X3 軸線方向位置
Pp 局所面圧
Ppmax (局所面圧の)最大値
Ppmin (局所面圧の)最小値
Dp 変動幅
Dpt しきい値
Id 放電電流
Ic 充電電流
100 プラグインハイブリッド自動車(車両)
134 プラグ
150 ECU(電池システム)
153 電圧値検知部(電圧値検知手段)
154 電流値検知部(電流値検知手段)
15C 充放電制御部
160 電圧計
170 電流計
220 ドライブスイッチ
Vb 電圧値
Ib 電流値(充放電電流値)
GD 外部電源
n 繰り返し数
300
2 Electrode body 2B Thickness direction battery portion DT (Electrode body) Thickness direction
31 Sensor connector X, X1, X2, X3 Axial direction position Pp Local surface pressure Ppmax (Local surface pressure) Maximum value Ppmin (Local surface pressure) Minimum value Dp Fluctuation width Dpt Threshold value Id Discharge current Ic Charge current 100 Plug In-hybrid vehicle (vehicle)
153 Voltage value detection unit (voltage value detection means)
154 Current value detection unit (current value detection means)
15C Charge /
GD External power supply n Number of repetitions
Claims (5)
1つの上記二次電池について、または各自の上記ケース主面が互いに平行になる形態に列置された複数の上記二次電池の各々について、上記電池ケースの一対の上記ケース主面を介して、上記電極体のうち上記厚み方向に正極板と負極板とがセパレータを介して重なって電池作用を果たす厚み方向電池部を、その厚み方向に圧縮する構成とされた圧縮構造体と、
上記1つの二次電池における、または上記複数の二次電池のうちのいずれかの二次電池における、上記電池ケースの上記ケース主面に接して配置され、上記圧縮構造体により、当該ケース主面を通じて、上記電極体の上記厚み方向電池部内の各部位に掛かる局所面圧の大きさをそれぞれ検知する、板状の面圧センサと、
上記面圧センサにより検知した、上記電極体の上記厚み方向電池部内の各部位に掛かる上記局所面圧を取得する取得手段と、
上記各部位の上記局所面圧について、分布状況を評価する分布評価手段と、を備える
電池システム。 One or a plurality of flat wound or stacked electrode bodies, and a rectangular parallelepiped battery case containing the electrode bodies, including a pair of flat plate case main surfaces orthogonal to the thickness direction of the electrode bodies A secondary battery,
About one secondary battery or each of the plurality of secondary batteries arranged in a form in which their case main surfaces are parallel to each other, through the pair of case main surfaces of the battery case, A compression structure that is configured to compress the thickness direction battery part that performs the battery action by overlapping the positive electrode plate and the negative electrode plate in the thickness direction through the separator in the thickness direction,
The case main surface is disposed in contact with the case main surface of the battery case in the one secondary battery or in any one of the plurality of secondary batteries, and the compression structure provides the case main surface. A plate-like surface pressure sensor that detects the magnitude of the local surface pressure applied to each part in the thickness direction battery part of the electrode body,
Detected by the upper Symbol surface pressure sensor, and obtaining means for obtaining the local surface pressure applied to each site in the thickness direction battery portion of the electrode body,
A battery evaluation system comprising: a distribution evaluation unit that evaluates a distribution state of the local surface pressure of each part.
前記分布評価手段は、
前記局所面圧のバラツキの大小を判断する判断手段であり、
上記判断手段において、上記局所面圧のバラツキが大きいと判断された場合に、上記局所面圧のバラツキを緩和するパターンでの前記二次電池に対する充放電を行わせる緩和充放電手段を有する
電池システム。 The battery system according to claim 1,
The distribution evaluation means includes
Determining means for determining the variation of the local surface pressure,
A battery system having relaxation charge / discharge means for charging / discharging the secondary battery in a pattern that reduces the variation of the local surface pressure when the determination means determines that the variation of the local surface pressure is large. .
前記判断手段は、
取得された前記局所面圧の最大値から最小値を差し引いた変動幅が、しきい値を越えた場合に、上記局所面圧のバラツキが大きいと判断する
変動幅判断手段である
電池システム。 The battery system according to claim 2,
The determination means includes
A battery system which is a fluctuation range determination unit that determines that the variation of the local surface pressure is large when a fluctuation range obtained by subtracting a minimum value from the maximum value of the acquired local surface pressure exceeds a threshold value.
前記緩和充放電手段は、
前記二次電池を、
SOC=20〜50%の範囲内で予め定めた開始SOCから、
2C以下の放電電流で、SOC=0〜−30%の範囲内の下限放電SOCまで過放電させ、
その後、2C以下の充電電流で、上記開始SOCまで充電する
過放電充電手段である
電池システム。 The battery system according to claim 2 or claim 3,
The relaxation charge / discharge means
The secondary battery,
From a starting SOC predetermined within the range of SOC = 20-50%,
With a discharge current of 2C or less, overdischarge to the lower limit discharge SOC within the range of SOC = 0 to -30%,
Thereafter, the battery system is an overdischarge charging means for charging up to the start SOC with a charging current of 2C or less.
前記取得手段による前記局所面圧の取得に先立って、前記二次電池のSOCを、SOC=20〜50%の範囲内で予め定めた基準SOCとする基準化手段を備える
電池システム。 The battery system according to any one of claims 1 to 4, wherein
Prior to the acquisition of the local surface pressure by the acquisition unit, a battery system including a standardization unit that sets the SOC of the secondary battery to a predetermined reference SOC within a range of SOC = 20 to 50%.
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