JP2019185906A - 電池モジュール - Google Patents
電池モジュール Download PDFInfo
- Publication number
- JP2019185906A JP2019185906A JP2018072223A JP2018072223A JP2019185906A JP 2019185906 A JP2019185906 A JP 2019185906A JP 2018072223 A JP2018072223 A JP 2018072223A JP 2018072223 A JP2018072223 A JP 2018072223A JP 2019185906 A JP2019185906 A JP 2019185906A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- battery
- pressing force
- current value
- charging
- pressing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Mounting, Suspending (AREA)
Abstract
【課題】充電電流値が小さい場合に、負極板の表面近傍で金属Liが析出するのを抑制する一方、充電電流値が大きい場合に、金属Liのデンドライトが生長するのを抑制できる電池モジュールを提供すること。【解決手段】電池モジュール1は、電池10と、押圧部材50,55と、押圧力Faを検知する荷重センサ40と、押圧部材50,55の少なくとも一方を移動させる移動装置60と、制御装置80とを備える。制御装置80は、充電電流値Iaが許容電流値Ikを越えた場合に、当該充電が終了するまでの間、押圧力FaがFcから0.9×Fc以下に下がるように、移動装置60により押圧部材50を移動させ、当該充電が終了した後に、押圧力FaがFcに戻るように、移動装置60により押圧部材50を移動させる。【選択図】図1
Description
本発明は、リチウムイオン二次電池と、このリチウムイオン二次電池を挟持して押圧する一対の押圧部材とを備える電池モジュールに関する。
リチウムイオン二次電池(以下、単に「電池」ともいう)においては、電極体の極板間距離(正極板と負極板の間隙)が広いと、充電時に負極板の表面近傍で金属Liが析出し易くなる。このような金属Liの析出が生じる電池では、電池の使用に伴って電池容量の低下が進行し易い。この問題を解決するべく、極板間距離が適切な距離となるように電池を押圧しつつ拘束した電池モジュールが知られている。例えば特許文献1に、このような電池モジュールが開示されている(特許文献1の図1等を参照)。
この特許文献1の電池モジュールでは、複数の電池を列置して、その列置方向の両側に一対の押圧部材を配置し、電池群を列置方向に押圧した状態で電池群を拘束している。また、この電池モジュールは、押圧部材同士の間の距離を変えて、電池群を列置方向に押圧する押圧力を変更可能に構成されている。そして、電池モジュールの使用に伴って、電池の抵抗値が予め定めた抵抗値以上となった場合に、電池群を押圧する押圧力を小さくし、これ以降は、この押圧力を小さくしたままの状態でこの電池モジュールを使用する。これにより、電池容量の劣化を抑制することが記載されている。
ところで、拘束された電池群を有する電池モジュールをなす電池の充電時において、充電電流値が大き過ぎると、負極板の表面から正極板に向けて金属Liのデンドライトが生長することが判ってきた。負極板からデンドライトが生長してセパレータを突き破り正極板に達すると、微小な内部短絡が生じるため、デンドライトの生長を抑制したい。
一方で、電池を押圧する押圧力を小さくして極板間距離を広くすれば、前述のように、負極板の表面近傍で金属Liが析出し易くなる。但し、この金属Liの析出は、主に負極板とセパレータとの間で生じるだけで、負極板からセパレータを突き破って正極板に到達するようなデンドライトの生長は抑制されることが判ってきた。
一方で、電池を押圧する押圧力を小さくして極板間距離を広くすれば、前述のように、負極板の表面近傍で金属Liが析出し易くなる。但し、この金属Liの析出は、主に負極板とセパレータとの間で生じるだけで、負極板からセパレータを突き破って正極板に到達するようなデンドライトの生長は抑制されることが判ってきた。
つまり、充電電流値が小さい場合には、電池を押圧する押圧力を大きくして極板間距離を狭くし、負極板の表面近傍で金属Liが析出するのを抑制するのが好ましい。一方、充電電流値が大きい場合には、電池を押圧する押圧力を小さくして極板間距離を広くし、金属Liのデンドライトが生長するのを抑制するのが好ましい。
本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、充電電流値が小さい場合に、負極板の表面近傍で金属Liが析出するのを抑制する一方、充電電流値が大きい場合に、金属Liのデンドライトが生長するのを抑制できる電池モジュールを提供することを目的とする。
上記課題を解決するための本発明の一態様は、正極板及び負極板がセパレータを介して平板状に重なった電極体平板部を含む電極体を有するリチウムイオン二次電池と、上記電極体平板部が積層方向に押圧される形態に、上記リチウムイオン二次電池を挟持して押圧する一対の押圧部材と、を備える電池モジュールであって、上記押圧部材が上記リチウムイオン二次電池を押圧する押圧力Faを検知する荷重センサと、上記一対の押圧部材の少なくとも一方を上記積層方向に移動させて、上記押圧力Faを変化させる移動装置と、上記移動装置を制御する制御装置と、を備え、上記制御装置は、上記リチウムイオン二次電池の充電時の充電電流値Iaが予め定めた許容電流値Ikを越えた場合(Ia>Ik)に、当該充電が終了するまでの間、上記荷重センサで検知される上記押圧力Faが、予め定めた押圧力Fa=Fcから、Fa=0.9×Fc以下に下がるように、上記移動装置により上記押圧部材を移動させ、当該充電が終了した後に、上記荷重センサで検知される上記押圧力Faが、Fa=Fcに戻るように、上記移動装置により上記押圧部材を移動させる電池モジュールである。
上述の電池モジュールでは、リチウムイオン二次電池の充電時において、充電電流値Iaが許容電流値Ikを越えた場合(Ia>Ik)に、当該充電が終了するまでの間、押圧部材が電池を押圧する押圧力Faを、Fa=Fcから、Fa=0.9×Fc以下に下げる。このように押圧力Faを小さくすると、セパレータの弾性力によって、極板間距離(電極体平板部における正極板と負極板の間隙)が広がるため、許容電流値Ikを超える大きな充電電流値Iaで充電しているにも拘わらず、金属Liのデンドライトが生長するのを抑制できる。
一方、一旦、Fa=0.9×Fc以下に下げた押圧力Faは、この充電が終了した後にFa=Fcに戻すため、極板間距離を元に戻す(適切に狭める)ことができる。従って、その後の充電時(充電電流値Iaが許容電流値Ik以下(Ia≦Ik)の充電時)に、負極板の表面近傍で金属Liが析出するのを抑制できる。
一方、一旦、Fa=0.9×Fc以下に下げた押圧力Faは、この充電が終了した後にFa=Fcに戻すため、極板間距離を元に戻す(適切に狭める)ことができる。従って、その後の充電時(充電電流値Iaが許容電流値Ik以下(Ia≦Ik)の充電時)に、負極板の表面近傍で金属Liが析出するのを抑制できる。
なお、充電電流値Iaの大きさに基づいた押圧力Faの制御としては、充電電流値Iaが許容電流値Ikを越えて押圧力FaをFa=0.9×Fc以下に下げた後、その充電中に充電電流値Iaが下がって許容電流値Ik以下になった場合に、充電が終了するのを待つことなく速やかに、押圧力FaをFa=Fcに戻す制御も考えられる。しかし、このような制御では、充電電流値Iaが短時間で頻繁に許容電流値Ikを跨いで上がったり下がったりすると、それに伴って押圧力Faも短時間で頻繁に変更されることとなるため、電池モジュールの耐久性が低くなる。
これに対し、本発明では、前述のように、充電電流値Iaが許容電流値Ikを越えて押圧力FaをFa=0.9×Fc以下に下げた場合、当該充電が終了するまでの間は押圧力FaをFa=0.9×Fc以下とし、当該充電が終了した後に押圧力FaをFa=Fcに戻す。このため、充電の途中で押圧力Faが頻繁に変更されることがなく、電池モジュールの耐久性を良好にできる。
これに対し、本発明では、前述のように、充電電流値Iaが許容電流値Ikを越えて押圧力FaをFa=0.9×Fc以下に下げた場合、当該充電が終了するまでの間は押圧力FaをFa=0.9×Fc以下とし、当該充電が終了した後に押圧力FaをFa=Fcに戻す。このため、充電の途中で押圧力Faが頻繁に変更されることがなく、電池モジュールの耐久性を良好にできる。
なお、「電極体」としては、例えば、帯状の正極板と帯状の負極板とを一対の帯状のセパレータを介して重ねて、軸線周りに扁平状に捲回した扁平状捲回型の電極体や、それぞれ矩形状等をなす複数の正極板及び複数の負極板を、セパレータを介して交互に複数積層した積層型の電極体が挙げられる。
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。図1に、本実施形態に係る電池モジュール1を示す。また、図2に、電池モジュール1に含まれる電池集合体5を示す。また、図3及び図4に、リチウムイオン二次電池(以下、単に「電池」ともいう)10の斜視図及び縦断面図を示す。なお、以下では、電池10の縦方向BH、横方向CH及び厚み方向DHを、図1〜図4に示す方向と定めて説明する。
この電池モジュール1は、電気自動車やプラグインハイブリッドカーなどの車両に搭載される車載用の電池モジュールである。電池モジュール1は、電池10、スペーサ30及び荷重センサ40を列置してなる電池集合体5と、この電池集合体5を列置方向EHに押圧する一対の押圧部材(第1押圧部材50及び第2押圧部材55)と、第1押圧部材50を列置方向EHに移動させる移動装置60と、この移動装置60を制御する制御装置80とを備える。
このうち電池集合体5は、複数の角型の電池10と複数の板状のスペーサ30とが交互に列置され、この列置方向EHの一方(図1及び図2中、右方)に、板状の荷重センサ40が配置されている。
このうち電池集合体5は、複数の角型の電池10と複数の板状のスペーサ30とが交互に列置され、この列置方向EHの一方(図1及び図2中、右方)に、板状の荷重センサ40が配置されている。
電池10は、直方体状で密閉型のリチウムイオン二次電池である。電池集合体5に含まれる複数の電池10は、その厚み方向DHに列置されている。電池10同士は、バスバ25を介して直列に接続されている。電池10は、直方体箱状で金属(本実施形態ではアルミニウム)からなる電池ケース11の内部に、電極体15が電解液13と共に収容されている。電極体15は、帯状の正極板16と帯状の負極板17とを一対の帯状のセパレータ18,18を介して互いに重ねて扁平状に捲回したものである。
電極体15のうち、正極板16、負極板17及びセパレータ18,18が平板状に重なった部位が、電極体平板部15fである。電極体平板部15fの積層方向FHは、電池10の厚み方向DHと同じである。一方、電極体15のうち、電極体平板部15fの両端(図3及び図4中、上端及び下端)にそれぞれ位置し、正極板16、負極板17及びセパレータ18,18が半円筒状に曲げられた部位が、電極体R部15r,15rである。
電池ケース11の上面には、アルミニウムからなる正極端子部材21、及び、銅からなる負極端子部材23が、それぞれ電池ケース11と絶縁された状態で凸設されている。正極端子部材21は、電池ケース11内で電極体15の正極板16に接続し導通する一方、電池ケース11の上面を貫通して電池外部まで延びている。また、負極端子部材23は、電池ケース11内で電極体15の負極板17に接続し導通する一方、電池ケース11の上面を貫通して電池外部まで延びている。
スペーサ30は、矩形板状で絶縁性の樹脂からなる。このスペーサ30は、電池集合体5を構成した状態で、隣り合う電池10同士の間にそれぞれ介在するほか、第2押圧部材55と電池10との間、及び、荷重センサ40と電池10との間にもそれぞれ介在する。
荷重センサ40は、矩形板状の荷重センサである。この荷重センサ40は、電池集合体5の列置方向EHの一方(図1及び図2中、右方)の端に配置されている。この荷重センサ40の外側(図1及び図2中、右方)には、後述する第1押圧部材50が配置される。これにより、荷重センサ40は、電池10をその厚み方向DHに押圧する押圧力Faを検知できる。また、荷重センサ40は、検知した荷重に応じた電気信号を後述する制御装置80に送信可能に制御装置80に接続されている。
第1押圧部材50及び第2押圧部材55は、それぞれ矩形板状で金属(本実施形態ではアルミニウム)からなる。第1押圧部材50及び第2押圧部材55は、電池集合体5の列置方向EHの両端に配置され、電池10を含む電池集合体5を挟持して押圧力Faで列置方向EHに押圧する。これにより、電池10は、その厚み方向DHに押圧力Faで押圧され、電池ケース11内に収容された電極体15の電極体平板部15fは、その積層方向FHに押圧される。なお、一対の第1押圧部材50及び第2押圧部材55のうち、一方(図1及び図2中、右方)の第1押圧部材50は、後述する移動装置60によって列置方向EHに移動可能に構成されている。
次に、移動装置60について説明する。この移動装置60は、第1押圧部材50を列置方向EH(積層方向FH)に移動させて、電池10を押圧する押圧力Faを変化させる装置である。移動装置60は、複数の拘束ロッド61と複数の駆動モータ63とを有する。
拘束ロッド61は、それぞれ、ボールネジであり、第1押圧部材50と第2押圧部材55を連結して電池集合体5を拘束する。拘束ロッド61は、それぞれ、電池集合体5の列置方向EHに延出する形態で配置され、拘束ロッド61の一方端部61aが、第2押圧部材55に回転可能に保持されている。また、拘束ロッド61は、第1押圧部材50を貫通し、拘束ロッド61の他方端部61bは、駆動モータ63の出力軸と連結されている。
拘束ロッド61は、それぞれ、ボールネジであり、第1押圧部材50と第2押圧部材55を連結して電池集合体5を拘束する。拘束ロッド61は、それぞれ、電池集合体5の列置方向EHに延出する形態で配置され、拘束ロッド61の一方端部61aが、第2押圧部材55に回転可能に保持されている。また、拘束ロッド61は、第1押圧部材50を貫通し、拘束ロッド61の他方端部61bは、駆動モータ63の出力軸と連結されている。
一方、第1押圧部材50には、この第1押圧部材50を貫通する形態に複数の移動ナット56が設けられており、これらの移動ナット56に、ボールネジである拘束ロッド61がそれぞれ螺合している。これにより、駆動モータ63によって拘束ロッド61がそれぞれ回転すると、第1押圧部材50は、列置方向EH(積層方向FH)に移動する。
駆動モータ63は、上述のように、拘束ロッド61を回転させる駆動源であり、本実施形態では、拘束ロッド61毎に設けられている。各駆動モータ63は、後述する制御装置80に接続されており、制御装置80からの出力信号により駆動される。
このような移動装置60によって、第1押圧部材50を第2押圧部材55に近づける方向(積層方向FHの第1方向FH1)に移動させることで、電池10を押圧する押圧力Faを大きくできる。逆に、第1押圧部材50を第2押圧部材55から遠ざける方向(積層方向FHの第2方向FH2)に移動させることで、電池10を押圧する押圧力Faを小さくできる。
このような移動装置60によって、第1押圧部材50を第2押圧部材55に近づける方向(積層方向FHの第1方向FH1)に移動させることで、電池10を押圧する押圧力Faを大きくできる。逆に、第1押圧部材50を第2押圧部材55から遠ざける方向(積層方向FHの第2方向FH2)に移動させることで、電池10を押圧する押圧力Faを小さくできる。
次に、制御装置80について説明する。この制御装置80は、移動装置60を制御する装置であり、記憶部や演算部を備える。制御装置80には、前述のように、荷重センサ40及び移動装置60の駆動モータ63が接続されている。また、電池モジュール1は、直列に接続された電池10を流れる電流を検知する電流計90を有し、この電流計90も制御装置80に接続されている。そして、制御装置80は、後述するように、電流計90により検知された電流値、及び、荷重センサ40により検知された押圧力Faに基づいて、移動装置60の駆動モータ63を制御する。
次いで、例えばハイブリッドカーに搭載した電池モジュール1の制御方法について、図5を参照しつつ説明する。運転者が車両のキースイッチをオン位置にすると、制御装置80に電源が投入され、制御装置80が所定の手順で作動し始める。まずステップS1において、制御装置80のプログラムの初期化を行う。なお、電池モジュール1をなす各電池10は、運転者がキースイッチをオン位置にする以前から、予め定められた押圧力Fa=Fcで押圧されている。なお、この押圧力Fa=Fcを「初期押圧力」ともいう。
初期押圧力Fa=Fcの値として、本実施形態では、以下のようにして得た値を用いた。即ち、電池モジュール1に充放電装置を接続して、「充放電サイクル試験」を行う。具体的には、環境温度−10℃下において、開始SOCをSOC50%とし、所定の充電電流値(許容電流値Ik)で10sec充電した後、5分間休止する。その後、充電電流値と同じ大きさの放電電流値で10sec放電する。この充放電を1サイクルとして、充放電サイクルを5000回行う。この充放電サイクル試験を、電池10を押圧する押圧力Faを変更して多数の電池モジュール1で行った。
その後、各電池モジュール1をなす電池10をそれぞれ解体して、負極板17を取り出し、負極板17の表面に金属Liの析出があるか否かを目視にて調査した。そして、押圧力Faを変更した多数の電池モジュール1についての調査結果から、負極板17の表面に金属Liの析出が生じない限界の押圧力Faを求め、これを初期押圧力Fa=Fcとした。
その後、各電池モジュール1をなす電池10をそれぞれ解体して、負極板17を取り出し、負極板17の表面に金属Liの析出があるか否かを目視にて調査した。そして、押圧力Faを変更した多数の電池モジュール1についての調査結果から、負極板17の表面に金属Liの析出が生じない限界の押圧力Faを求め、これを初期押圧力Fa=Fcとした。
ステップS1で初期化された後、電池モジュール1をなす各電池10には、充放電が行われる。充電が行われる場合としては、例えば、車両の停止中或いは走行中にエンジンの駆動力でモータにより発電された電気によって、電池モジュール1をなす電池10が充電される場合がある。また、運転者がブレーキを踏んだときに、回生ブレーキにより発電された電気によって、電池モジュール1をなす電池10が充電される場合がある。このうち、回生ブレーキに伴う充電では、運転者がブレーキを強く踏んだときに、充電電流値Iaが、予め定めた許容電流値Ikを越える(Ia>Ik)場合もある。
ステップS2では、電池モジュール1をなす電池10を流れる電流値を電流計90から取り込む。そして、充電電流値Iaが、予め定めた許容電流値Ikを越えている(Ia>Ik)か否かを判断する。運転者がブレーキを強く踏んで、回生ブレーキによる充電電流値Iaが許容電流値Ikを越えた場合(Ia>Ik)には、このステップS2でYESと判断され、ステップS3に進む。一方、電池10が充電中でも放電中でもない場合や、電池10が放電中の場合、或いは、充電中であるが充電電流値Iaが小さく、充電電流値Iaが許容電流値Ik以下(Ia≦Ik)である場合には、ステップS2でNOと判断され、このステップS2を繰り返す。なお、許容電流値Ikの値として、本実施形態では、前述の充放電サイクル試験における充電電流値を用いた。
ステップS2でYESと判断された場合、ステップS3において、電池10を押圧する押圧力Faを、初期押圧力Fa=Fcから、Fa=0.9×Fcに下げる。具体的には、制御装置80は、移動装置60の各駆動モータ63をそれぞれ駆動して、移動装置60により第1押圧部材50を第2押圧部材55から遠ざかる方向(積層方向FHの第2方向FH2)に移動させて、荷重センサ40で検知される押圧力Faが、Fa=0.9×Fcに下がるようにする。
次に、ステップS4において、当該充電が終了したか否か、即ち、電池10に充電電流が流れなくなったか否かを判断する。今回の回生ブレーキに伴う大電流による充電が終了して、電池10に充電電流が流れなくなった場合には、このステップS4でYESと判断され、ステップS5に進む。一方、今回の回生ブレーキに伴う充電が継続中で電池10に充電電流が流れている場合には、このステップS4でNOと判断される。この場合、当該充電が終了して電池10に充電電流が流れなくなるまで、このステップS4を繰り返す。このように、充電電流値Iaが許容電流値Ikを越えて押圧力FaをFa=0.9×Fcに下げた場合には、当該充電中に充電電流値Iaが許容電流値Ik以下に下がったとしても、当該充電中に押圧力FaをFa=Fcに戻すことはしないで、当該充電が終了するまでの間、押圧力FaをFa=0.9×Fcに下げた状態を維持する。
ステップS4でYESと判断された場合、ステップS5において、電池10を押圧する押圧力Faを、Fa=0.9×Fcから、初期押圧力Fa=Fcに戻す。具体的には、制御装置80は、移動装置60の各駆動モータ63をそれぞれ駆動して、移動装置60により第1押圧部材50を第2押圧部材55に近づける方向(積層方向FHの第1方向FH1)に移動させて、荷重センサ40で検知される押圧力Faが、初期押圧力Fa=Fcに戻るようにする。このように、一旦、Fa=0.9×Fcに下げた押圧力Faは、当該充電が終了した後に、Fa=Fcに戻す。その後、ステップS2に戻る。
(実験結果)
次いで、本発明の効果を検証するために行った試験の結果について説明する。実施形態に係る電池モジュール1を5つ用意し、表1に示すように、押圧力Faを変えて(Fa=Fc、0.95×Fc、0.9×Fc、0.8×Fcまたは0.7×Fc)、各電池モジュール1をなす電池10を押圧した。
次いで、本発明の効果を検証するために行った試験の結果について説明する。実施形態に係る電池モジュール1を5つ用意し、表1に示すように、押圧力Faを変えて(Fa=Fc、0.95×Fc、0.9×Fc、0.8×Fcまたは0.7×Fc)、各電池モジュール1をなす電池10を押圧した。
そして、上述の押圧力Faを維持した状態で、各電池モジュール1に充放電装置を接続し、それぞれ「充放電サイクル試験」を行った。この充放電サイクル試験では、充電電流値Iaを前述の許容電流値Ikの1.5倍(Ia=1.5×Ik)とすると共に、放電電流値も許容電流値Ikの1.5倍(1.5×Ik)とした。それ以外は、前述の充放電サイクル試験と同様とした。
また、この充放電サイクル試験後に、各電池モジュール1について「自己放電検査」を行って、電池10に微小な内部短絡が生じたか否かをそれぞれ調査した。即ち、環境温度20℃下において、各電池10をSOC100%まで充電した後、端子開放した状態で5日間放置して、放置前の電池電圧V1と放置後の電池電圧V2とから、自己放電による電圧低下量ΔV=V1−V2を求めた。この電圧低下量ΔVが許容電圧低下量ΔVkよりも大きい場合に、当該電池10に微小な内部短絡が生じていると判定した。
また、この充放電サイクル試験後に、各電池モジュール1について「自己放電検査」を行って、電池10に微小な内部短絡が生じたか否かをそれぞれ調査した。即ち、環境温度20℃下において、各電池10をSOC100%まで充電した後、端子開放した状態で5日間放置して、放置前の電池電圧V1と放置後の電池電圧V2とから、自己放電による電圧低下量ΔV=V1−V2を求めた。この電圧低下量ΔVが許容電圧低下量ΔVkよりも大きい場合に、当該電池10に微小な内部短絡が生じていると判定した。
表1から明らかなように、電池10を押圧する押圧力Faを、Fa=FcまたはFa=0.95×Fcとした電池モジュール1では、大電流(充電電流値Ia=1.5×Ik)による充放電サイクル試験で電池10に微小な内部短絡が生じた。これに対し、押圧力FaをFa=0.9×Fc、Fa=0.8×FcまたはFa=0.7×Fcとした電池モジュール1では、大電流(充電電流値Ia=1.5×Ik)による充放電サイクル試験を行っても、電池10に微小な内部短絡が生じなかった。このような結果が生じた理由は、以下であると考えられる。
押圧力FaをFa=Fcまたは0.95×Fcとした電池モジュール1では、押圧力Faが大きいために、極板間距離(電極体平板部15fにおける正極板16と負極板17の間隙)が狭く、金属Liのデンドライトが生長して、負極板17からセパレータ18を突き破り正極板16に達し易い。このため、金属Liのデンドライトに起因した微小な内部短絡が生じたと考えられる。
一方、押圧力FaをFa=0.9×Fc以下とした電池モジュール1では、押圧力Faが小さいために、極板間距離(電極体平板部15fにおける正極板16と負極板17の間隙)が広く、金属Liのデンドライトが生長し難い。このため、金属Liのデンドライトに起因した微小な内部短絡が生じなかったと考えられる。
一方、押圧力FaをFa=0.9×Fc以下とした電池モジュール1では、押圧力Faが小さいために、極板間距離(電極体平板部15fにおける正極板16と負極板17の間隙)が広く、金属Liのデンドライトが生長し難い。このため、金属Liのデンドライトに起因した微小な内部短絡が生じなかったと考えられる。
以上で説明したように、電池モジュール1では、電池10の充電時において、充電電流値Iaが許容電流値Ikを越えた場合(Ia>Ik)に、当該充電が終了するまでの間、第1押圧部材50及び第2押圧部材55が電池10を押圧する押圧力Faを、Fa=Fcから、Fa=0.9×Fcに下げる。このように押圧力Faを小さくすると、セパレータ18の弾性力によって、極板間距離(電極体平板部15fにおける正極板16と負極板17の間隙)が広がるため、許容電流値Ikを超える大きな充電電流値Iaで充電が行われているにも拘わらず、金属Liのデンドライトが生長するのを抑制できる。
一方、Fa=0.9×Fc以下に下げた押圧力Faは、この充電が終了した後にFa=Fcに戻すため、極板間距離を元に戻す(適切に狭める)ことができる。従って、その後の充電時(充電電流値Iaが許容電流値Ik以下(Ia≦Ik)の充電時)に、負極板17の表面近傍で金属Liが析出するのを抑制できる。
一方、Fa=0.9×Fc以下に下げた押圧力Faは、この充電が終了した後にFa=Fcに戻すため、極板間距離を元に戻す(適切に狭める)ことができる。従って、その後の充電時(充電電流値Iaが許容電流値Ik以下(Ia≦Ik)の充電時)に、負極板17の表面近傍で金属Liが析出するのを抑制できる。
また、上述のように、充電電流値Iaが許容電流値Ikを越えて押圧力FaをFa=0.9×Fc以下に下げた場合、当該充電が終了するまでの間は押圧力FaをFa=0.9×Fc以下とし、当該充電が終了した後に押圧力FaをFa=Fcに戻している。このため、充電の途中で押圧力Faが頻繁に変更されることがなく、充電の途中で押圧力Faを元に戻す制御をする場合に比べて、電池モジュールの耐久性を良好にできる。
以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上述の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言うまでもない。
例えば、実施形態では、電極体として、扁平状捲回型の電極体15を例示したが、電極体の形態はこれに限られない。電極体は、例えば、矩形状をなす複数の正極板及び複数の負極板を、セパレータを介して交互に複数積層した積層型の電極体としてもよい。
例えば、実施形態では、電極体として、扁平状捲回型の電極体15を例示したが、電極体の形態はこれに限られない。電極体は、例えば、矩形状をなす複数の正極板及び複数の負極板を、セパレータを介して交互に複数積層した積層型の電極体としてもよい。
1 電池モジュール
10 リチウムイオン二次電池(電池)
15 電極体
15f 電極体平板部
16 正極板
17 負極板
18 セパレータ
30 スペーサ
40 荷重センサ
50 第1押圧部材
55 第2押圧部材
60 移動装置
80 制御装置
90 電流計
Fa 押圧力
EH 列置方向
FH 積層方向
10 リチウムイオン二次電池(電池)
15 電極体
15f 電極体平板部
16 正極板
17 負極板
18 セパレータ
30 スペーサ
40 荷重センサ
50 第1押圧部材
55 第2押圧部材
60 移動装置
80 制御装置
90 電流計
Fa 押圧力
EH 列置方向
FH 積層方向
Claims (1)
- 正極板及び負極板がセパレータを介して平板状に重なった電極体平板部を含む電極体を有するリチウムイオン二次電池と、
上記電極体平板部が積層方向に押圧される形態に、上記リチウムイオン二次電池を挟持して押圧する一対の押圧部材と、を備える
電池モジュールであって、
上記押圧部材が上記リチウムイオン二次電池を押圧する押圧力Faを検知する荷重センサと、
上記一対の押圧部材の少なくとも一方を上記積層方向に移動させて、上記押圧力Faを変化させる移動装置と、
上記移動装置を制御する制御装置と、を備え、
上記制御装置は、
上記リチウムイオン二次電池の充電時の充電電流値Iaが予め定めた許容電流値Ikを越えた場合(Ia>Ik)に、当該充電が終了するまでの間、上記荷重センサで検知される上記押圧力Faが、予め定めた押圧力Fa=Fcから、Fa=0.9×Fc以下に下がるように、上記移動装置により上記押圧部材を移動させ、
当該充電が終了した後に、上記荷重センサで検知される上記押圧力Faが、Fa=Fcに戻るように、上記移動装置により上記押圧部材を移動させる
電池モジュール。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018072223A JP2019185906A (ja) | 2018-04-04 | 2018-04-04 | 電池モジュール |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018072223A JP2019185906A (ja) | 2018-04-04 | 2018-04-04 | 電池モジュール |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2019185906A true JP2019185906A (ja) | 2019-10-24 |
Family
ID=68341615
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018072223A Pending JP2019185906A (ja) | 2018-04-04 | 2018-04-04 | 電池モジュール |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2019185906A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2022531521A (ja) * | 2019-10-30 | 2022-07-07 | エルジー エナジー ソリューション リミテッド | 順次加圧フォーメーションジグ及びそれを用いたフォーメーション方法 |
JP7437863B2 (ja) | 2022-02-16 | 2024-02-26 | プライムプラネットエナジー&ソリューションズ株式会社 | 蓄電デバイスパック、蓄電デバイスパックの充電方法及び蓄電デバイスパックの充電装置 |
-
2018
- 2018-04-04 JP JP2018072223A patent/JP2019185906A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2022531521A (ja) * | 2019-10-30 | 2022-07-07 | エルジー エナジー ソリューション リミテッド | 順次加圧フォーメーションジグ及びそれを用いたフォーメーション方法 |
JP7151052B2 (ja) | 2019-10-30 | 2022-10-12 | エルジー エナジー ソリューション リミテッド | 順次加圧フォーメーションジグ及びそれを用いたフォーメーション方法 |
JP7437863B2 (ja) | 2022-02-16 | 2024-02-26 | プライムプラネットエナジー&ソリューションズ株式会社 | 蓄電デバイスパック、蓄電デバイスパックの充電方法及び蓄電デバイスパックの充電装置 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6123642B2 (ja) | 全固体電池の充電システム | |
CN108075199B (zh) | 用于车辆的电池***及其控制方法 | |
EP2505419B1 (en) | Battery disconnect unit and method of assembling the battery disconnect unit | |
JP5660003B2 (ja) | 二次電池の劣化状態判別システム及び劣化状態判別方法。 | |
US20150017517A1 (en) | Power storage apparatus and vehicle with power storage apparatus mounted thereon | |
US10971767B2 (en) | Charge voltage controller for energy storage device, energy storage apparatus, battery charger for energy storage device, and charging method for energy storage device | |
CN106257773B (zh) | 包括偏置的汇流条的汇流条总成 | |
US9692027B2 (en) | Electrode assembly and lithium secondary battery including the same | |
EP3154108B1 (en) | Battery module and battery pack including same | |
JP2017084550A (ja) | 組電池 | |
KR102030708B1 (ko) | 복수개의 제거 가능한 셀들을 가지는 모듈, 상기 모듈을 포함하는 배터리 및 상기 배터리를 포함하는 차량 | |
WO2012169066A1 (ja) | 電池の充電方法、及び電池の充電制御装置 | |
JP2019185906A (ja) | 電池モジュール | |
DE102019110961A1 (de) | Zusammengesetzte Batterie, Fahrzeug und Verfahren zur Herstellung einer zusammengesetzten Batterie | |
JP2024071407A (ja) | バッテリーモジュール、それを含むバッテリーパック及び自動車 | |
DE112012005744B4 (de) | Vorrichtung zum Steuern einer Lithium-Ionen-Batterie und Verfahren des Steuerns einer Lithium-Ionen-Batterie | |
CN107031427A (zh) | 蓄电装置、输送设备及控制方法 | |
KR102162723B1 (ko) | 절곡된 한 개의 분리막으로 이루어진 단위셀을 포함하고 있는 전극조립체 | |
JP2013013245A (ja) | 蓄電システム | |
DE112021000781T5 (de) | Sekundärbatterie, elektronische einrichtung und elektrowerkzeug | |
DE112021003195T5 (de) | Sekuntärbatterie, elektronische einrichtung und elektrowerkzeug | |
DE102008004236A1 (de) | Energiespeicher und Bordnetz mit einem solchen Energiespeicher | |
JP6930488B2 (ja) | Li析出評価方法 | |
KR102028055B1 (ko) | 리튬이온 2차전지에 사용되는 집전용 동박 및 그것을 사용한 리튬이온 2차전지 | |
KR101488056B1 (ko) | 안전성이 향상된 전지모듈 |