JP2022080183A - 電池モジュール - Google Patents
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Abstract
【課題】
複数の電池セル30を含む組電池において、充電深度が他の電池セルよりも大きい第1の電池セルが他の電池セルよりも劣化度が大きいことを検出する電池モジュール1を提供する。
【解決手段】
電池モジュール1は、複数の電池セル30が直列接続されている組電池3と、複数の電池セル30の充電深度を均等化処理するBMS4と、を含む組電池システム2と、均等化処理前の組電池3の第1のインピーダンス特性と、均等化処理後の基準電池セル32の第2の基準インピーダンス特性と、を測定するための測定回路5と、第1のインピーダンス特性と第2の基準インピーダンス特性と、を用いて充電深度が他の電池セルよりも大きい第1の電池セルが他の電池セルよりも劣化度が大きいことを、検出するプロセッサと、を具備する。
【選択図】図1
複数の電池セル30を含む組電池において、充電深度が他の電池セルよりも大きい第1の電池セルが他の電池セルよりも劣化度が大きいことを検出する電池モジュール1を提供する。
【解決手段】
電池モジュール1は、複数の電池セル30が直列接続されている組電池3と、複数の電池セル30の充電深度を均等化処理するBMS4と、を含む組電池システム2と、均等化処理前の組電池3の第1のインピーダンス特性と、均等化処理後の基準電池セル32の第2の基準インピーダンス特性と、を測定するための測定回路5と、第1のインピーダンス特性と第2の基準インピーダンス特性と、を用いて充電深度が他の電池セルよりも大きい第1の電池セルが他の電池セルよりも劣化度が大きいことを、検出するプロセッサと、を具備する。
【選択図】図1
Description
本発明の実施形態は、複数の電池セルが直列接続されている組電池を具備する電池モジュールに関する。
携帯機器、電動工具および電気自動車等に、充放電可能な二次電池を含む電池モジュールが用いられている。二次電池として、小型で大容量のリチウムイオン電池等が注目されている。
電池モジュールは、複数の電池セルを直列に接続した組電池とすることで、所望の出力電圧を得ている。さらに、所定の出力電圧が得られる組電池を並列接続することで、所望の電流容量を得ている。また、所望の電流容量が得られるように複数の電池セルを並列接続した電池セットを、直列に接続し所望の出力電圧を得ている組電池もある。
組電池を構成する複数の電池セルは、時間経過および充放電の繰り返しにより劣化するが、それぞれの電池セルの劣化度を示す容量維持率(SOH: State Of Health)は、同じではない。組電池の充電時にSOHが小さい(劣化度が大きい)電池セルは、他の電池セルよりも早く、充電深度(SOC:Stake Of Charge)が大きくなるために、過充電されるおそれがある。
このため、複数の電池セルのそれぞれのSOCを測定し、例えば、SOCの大きな電池セルの電荷を放電することによって、複数の電池セルのSOCを均等化処理するバランサーを含む組電池が用いられている。
ここで、ある電池セルの充電深度が他の電池セルよりも大きくなる原因は、劣化度が大きいことだけでなく、他の要因も考えられる。このため、SOCが大きい電池セルの劣化度異常を検出することが重要である。
特開2013-29411号公報には、組電池の複数の電池セルの劣化度を評価するために、それぞれの電池セルを、それぞれのインピーダンス演算部と接続した測定装置が開示されている。
しかし、複数の電池セルのそれぞれに対応した複数のインピーダンス演算部を具備する測定装置は、構成が複雑となるために高価である。
本発明の実施形態は、複数の電池セルを含む組電池において、充電深度が他の電池セルよりも大きい電池セルの劣化度が他の電池セルよりも大きいことを検出する簡単な構成の電池モジュールを提供することを目的とする。
本発明の実施形態の電池モジュールは、複数の電池セルが直列接続されている組電池と、前記複数の電池セルの充電深度を均等化処理するバランサーと、を含む組電池システムと、前記均等化処理の前の前記組電池の第1のインピーダンス特性または前記均等化処理の後の前記組電池の第2のインピーダンス特性と、前記均等化処理の前の前記組電池のいずれかの電池セルである基準電池セルの第1の基準インピーダンス特性または前記均等化処理の後の前記基準電池セルの第2の基準インピーダンス特性と、を測定するための測定回路と、前記第1のインピーダンス特性または前記第2のインピーダンス特性と、前記第1の基準インピーダンス特性または前記第2の基準インピーダンス特性と、を用いて、前記複数の電池セルのうち充電深度が他の電池セルよりも大きい第1の電池セルが、前記他の電池セルよりも劣化度が大きいことを検出するプロセッサと、を具備する。
本発明の実施形態によれば、複数の電池セルを含む組電池において、充電深度が他の電池セルよりも大きい電池セルの劣化度が他の電池セルよりも大きいことを検出する簡単な構成の電池モジュールを提供できる。
<第1実施形態>
<電池モジュールの構成>
図1に示すように、本実施形態の電池モジュール1は、組電池システム2と、測定回路5と、PCS(パワーコンディショニングシステム)7と、EMS(エネルギーマネジメントシステム)6と、を具備する。電池モジュール1は、図示しない負荷、例えば、電気自動車の駆動回路と接続され、駆動電力を出力する。
<電池モジュールの構成>
図1に示すように、本実施形態の電池モジュール1は、組電池システム2と、測定回路5と、PCS(パワーコンディショニングシステム)7と、EMS(エネルギーマネジメントシステム)6と、を具備する。電池モジュール1は、図示しない負荷、例えば、電気自動車の駆動回路と接続され、駆動電力を出力する。
以下の説明において、各実施形態に基づく図面は、模式的なものであり構成要素の図示を省略することがある。例えば、組電池システム2、および測定回路5の、内部配線の一部は図示していない。
PCS7は、組電池システム2に電力を供給する。EMS6は、電池モジュール1を制御するプロセッサである。BMS4は、組電池システム2を制御する。
組電池システム2は、組電池3と、バランサーを含むBMS(バッテリマネジメントシステム)4を有する。組電池3は、4個の電池セル31~23が直列接続されて構成されている。以下、複数の電池セル31~34のそれぞれを電池セル30という。電池セル30は、リチウムイオン電池セルであり、リチウムイオンを吸蔵/放出する正極と、電解質と、セパレータと、リチウムイオンを吸蔵/放出する負極と、を有する。
BMS4のバランサーは、複数の電池セル30のそれぞれの充電深度を測定するとともに、複数の電池セル30の充電深度(SOC)を均等化処理する。バランサーは、それぞれの電池セル30の電圧を測定する電圧計41と、それぞれの電池セル30の電荷を放電するための抵抗42と、放電スイッチ43と、を有する。図示しないBMS4のプロセッサは、均等化処理の制御も行う。抵抗42には、一般的な抵抗や電子負荷装置を用いる。
測定回路5は、組電池3のインピーダンス特性、および、複数の電池セル30の1つである電池セル32のインピーダンス特性を測定するために用いられる。以下、インピーダンスが測定される電池セルを基準電池セルという。基準電池セルは、電池セル31~34のいずれでもよい。測定回路5は、交流電圧信号を出力する高周波電源59と、組電池3に印加される電圧を測定する電圧計51と、電池セル32に印加される電圧を測定する電圧計53と電流を測定する電流計52と、を含む。インピーダンス特性を測定するための電圧計51、53は、充電深度を取得するための電圧を測定する電圧計41よりも高精度である。PCS7がインピーダンス特性の測定に使用可能な高周波電流を出力可能な場合には、高周波電源59は不要である。また、BMS4がEMS6の行う制御の一部をおこなってもよい。逆に、EMS6がBMSの行う制御の少なくとも一部をおこなってもよい。
<インピーダンス測定>
インピーダンス特性は、例えば、交流インピーダンス法により測定される。交流インピーダンス法では、例えば、電池セル30に対し直流電圧に微小な交流電圧信号(測定信号)を重畳させた信号を印加し、応答信号からインピーダンス特性を測定する。交流インピーダンス測定法は、印加する信号電圧が小さいので、測定対象の電池セル30(組電池3)の状態を変化させることなくインピーダンス特性を測定できる。
インピーダンス特性は、例えば、交流インピーダンス法により測定される。交流インピーダンス法では、例えば、電池セル30に対し直流電圧に微小な交流電圧信号(測定信号)を重畳させた信号を印加し、応答信号からインピーダンス特性を測定する。交流インピーダンス測定法は、印加する信号電圧が小さいので、測定対象の電池セル30(組電池3)の状態を変化させることなくインピーダンス特性を測定できる。
直流電圧成分は、測定する電池セル30の電圧程度に設定される。また、重畳する交流電圧成分は、電池セル30の特性に影響を与えない程度の電圧に設定される。なお重畳する交流電圧成分は、電池セル30の特性に影響を与えない程度の電圧に設定される交流電流を用いても良い。
周波数掃引法では、測定信号の周波数を高い周波数から低い周波数へ掃引し、所定の周波数間隔で、各周波数における電池セル30のインピーダンス特性を測定する。
例えば、インピーダンス特性の測定は以下の条件にて行われる。なお、バイアス電圧は組電池3の電圧である。すなわち、電池モジュール1は組電池システム2の使用時にも交流インピーダンス測定が可能である。
周波数測定範囲:0.01Hz~100kHz
電圧振幅:5mV
バイアス電圧:12V
温度:25℃
電圧振幅:5mV
バイアス電圧:12V
温度:25℃
図2に電池の周波数掃引法によるインピーダンス特性の例を示す。測定されたインピーダンスは、実数軸(Z’)をインダクタンス(抵抗成分)、虚数軸(Z’’)をリアクタンス(通常は容量性)とする複素平面図に表示したナイキストプロット(コールコールプロット)で示される。図2に示すように、測定周波数を高周波から低周波に変化させていくと、時計回りに半円を含むインピーダンス(Z’、Z’’)の軌跡であるナイキストプロットが得られる。
ナイキストプロットは、インダクタンス領域(領域A)と、2つの半円形が重畳した電荷移動反応領域(領域B)と、イオン拡散領域(領域C)とに区分される。インダクタンス領域(領域A)は例えば100kHz以上の高周波領域である。
なお、インピーダンス特性の測定方法は、周波数掃引法に限られるものではない。例えば、測定信号として基本周波数f1の矩形波を用いて、高調波成分(2f1、3f1、、)が含まれている応答信号をフーリエ変換することで、複数の周波数(f1、2f1,3f1、、、)のインピーダンス特性を測定してもよい。または、複数の周波数の信号が重畳された測定信号を用いてインピーダンス特性を測定してもよい。もちろん、周波数の異なる複数の測定信号を用いてインピーダンス特性を測定してもよい。
<電池モジュールの評価方法>
次に、図3に示すフローチャートに沿って、電池モジュール1の評価方法について詳細に説明する。なお、他の電池セルよりもSOCが大きく、均等化処理において放電対象となる電池セルを第1の電池セルという。
次に、図3に示すフローチャートに沿って、電池モジュール1の評価方法について詳細に説明する。なお、他の電池セルよりもSOCが大きく、均等化処理において放電対象となる電池セルを第1の電池セルという。
以下、基準電池セル以外の電池セルが第1の電池セルである組電池A、B、および、基準電池セルが第1の電池セルである組電池C、組電池Dについて、順に、説明する。組電池A、Cは、全ての電池セルのSOHが、いずれも100%である。組電池B、Dは、第1の電池セルのSOHが80%であり、他の電池セルのSOHが100%である。
<組電池A、B>
最初に組電池A、Bについて説明する。
最初に組電池A、Bについて説明する。
<ステップS110>SOC測定ステップ
EMS6の制御によって、PCS7から電力が出力されることによって、組電池3が充電される。充電中、または充電終了後に、BMS4は、複数の電池セル30のSOCを測定する。電池セル30のSOCは、電圧計41を用いて測定される。
EMS6の制御によって、PCS7から電力が出力されることによって、組電池3が充電される。充電中、または充電終了後に、BMS4は、複数の電池セル30のSOCを測定する。電池セル30のSOCは、電圧計41を用いて測定される。
<ステップS120>SOCばらつき判定ステップ
BMS4は、複数の電池セル30のSOCのばらつきが、予め定められている所定範囲を超えているか判定する。例えば、電池セル31のSOCが100%であり、電池セル32、33、34のSOCが80%であり、所定範囲が15%だった場合には、BMS4は、「ばらつきあり(YES)」と判定する。そして、電池セル32が第1の電池セルとなる。
BMS4は、複数の電池セル30のSOCのばらつきが、予め定められている所定範囲を超えているか判定する。例えば、電池セル31のSOCが100%であり、電池セル32、33、34のSOCが80%であり、所定範囲が15%だった場合には、BMS4は、「ばらつきあり(YES)」と判定する。そして、電池セル32が第1の電池セルとなる。
ばらつきが所定範囲内の場合(NO)には、組電池3は、通常の放電処理に移行する。
<ステップS130>第1のインピーダンス測定ステップ
測定回路5の高周波電源59が、組電池3に所定の周波数、例えば、100kHz~0.01Hzの正弦波の測定信号を印加し、インピーダンス特性(第1のインピーダンス特性)を取得する。インピーダンス特性は、測定回路5の電圧計51、電流計52を用いて行われる。第1のインピーダンス特性は、均等化処理前の組電池のインピーダンス特性である。
測定回路5の高周波電源59が、組電池3に所定の周波数、例えば、100kHz~0.01Hzの正弦波の測定信号を印加し、インピーダンス特性(第1のインピーダンス特性)を取得する。インピーダンス特性は、測定回路5の電圧計51、電流計52を用いて行われる。第1のインピーダンス特性は、均等化処理前の組電池のインピーダンス特性である。
インピーダンス特性は温度の影響が大きいため、測定回路5は、組電池3に配設されている温度センサ(不図示)により測定温度も取得することが好ましい。そして、測定回路5のデータを処理するプロセッサであるEMS6は、温度によってインピーダンス特性を補正することが好ましい。
<ステップS140>均等化処理ステップ
BMS4は、第1の電池セルである電池セル31(SOC100%)の電荷を放電することによって、複数の電池セル30のSOCを均等化処理する。
BMS4は、第1の電池セルである電池セル31(SOC100%)の電荷を放電することによって、複数の電池セル30のSOCを均等化処理する。
BMS4は、電池セル31に接続されているスイッチ43をON(導通)とし、電池セル32から抵抗42に電流を流す。電池セル31の電荷は、抵抗42の熱エネルギーに変換される。電池セル31のSOCが、他の電池セル32、33、34のSOCと同じ(80%)になるまで、電池セル31の電荷が放電される。
<ステップS150>第2の基準(2nd ref.)インピーダンス測定ステップ
測定回路5の高周波電源59が基準電池セルである電池セル32に測定信号を印加し、EMS6はインピーダンス特性(第2の基準インピーダンス特性)を取得する。第2の基準インピーダンス特性は、均等化処理後の基準電池セルのインピーダンス特性である。
<ステップS60>インピーダンス特性の変化検出ステップ
測定回路5の高周波電源59が基準電池セルである電池セル32に測定信号を印加し、EMS6はインピーダンス特性(第2の基準インピーダンス特性)を取得する。第2の基準インピーダンス特性は、均等化処理後の基準電池セルのインピーダンス特性である。
<ステップS60>インピーダンス特性の変化検出ステップ
図4に、組電池Aのナイキストプロット(第1のインピーダンス特性)と、基準電池セル(電池セル31)の第2の基準インピーダンス特性を4倍したナイキストプロットと、を示す。
第1のインピーダンス特性と(第2の基準インピーダンス特性×4)との間に大きな相違は見られない。
次に、図5に、組電池3Bのナイキストプロット(第1のインピーダンス特性)と、基準電池セル(電池セル31)の第2の基準インピーダンス特性を4倍したナイキストプロットと、を示す。
第1のインピーダンス特性と(第2の基準インピーダンス特性×4)とは、周波数10Hz以下において、顕著に異なっている。
図4および図5から明らかなように、第1のインピーダンス特性と、第2の基準インピーダンス特性とを比較することによって、SOCが100%だった第1の電池セル(電池セル31)が、他の電池セル32、33、34よりもSOHも小さいか(劣化度が大きいか)否かが検出できる。
例えば、EMS6は、第1のインピーダンス特性、第2の基準インピーダンス特性、および、SOHデータを、それぞれが含む複数の組電池の過去履歴データを用いて、AIにマシーンラーニングを行い、AI判定を行ってもよい。
EMS6は、第1のインピーダンス特性、第2の基準インピーダンス特性、および、SOHデータを、それぞれが含む複数の組電池のビッグデータを用いて、AIに、ニューラルネットワークよるディープラーニングを行い、AI判定を行う。
AI判定よりも簡単に定量的に検出するためには、インピーダンス特性変化率、例えば、第1のインピーダンス特性に対する第2の基準インピーダンス特性の相違率を取得することが好ましい。もちろん、第2の基準インピーダンス特性に対する第1のインピーダンス特性の相違率を取得してもよい。
インピーダンス特性としてリアクタンスZ``を用いる場合には、例えば、以下の式を用いて、リアクタンス相違率を取得する。均等化処理前の組電池のリアクタンスが、第1のリアクタンスであり、均等化処理後の基準電池セルのリアクタンスが、第2の基準リアクタンスである。ABSは絶対値を示す。
リアクタンス相違率(%) = ABS((第1のリアクタンス-第2の基準リアクタンス×4)/第1のリアクタンス)×100
図6に均等化処理前後の組電池A、組電池Bのリアクタンス相違率を示す。
組電池Bは組電池Aと異なり、電荷移動領域である周波数10Hzにおいて、リアクタンス相違率が大きなピークを有している。
<ステップS70、S80>SOH判定ステップ、警告ステップ
EMS6は、インピーダンス特性の相違が所定範囲以上であるかを判定する。組電池Bは、第1の電池セル(電池セル32)のSOHが80%であったため、電荷移動領域(10Hz)におけるリアクタンス相違率Mが、イオン拡散領域(0.1Hz)におけるリアクタンス相違率Dの500%以上であった。
EMS6は、インピーダンス特性の相違が所定範囲以上であるかを判定する。組電池Bは、第1の電池セル(電池セル32)のSOHが80%であったため、電荷移動領域(10Hz)におけるリアクタンス相違率Mが、イオン拡散領域(0.1Hz)におけるリアクタンス相違率Dの500%以上であった。
例えば、EMS6は、リアクタンス相違率Mが、リアクタンス相違率Dの200%以上の場合に、第1の電池セル(電池セル32)の劣化度が、他の電池セル31、33、24の劣化度よりも大きいことを警告する。警告は、音、表示、または、ランプの点灯等によって行われる。
ランプの点灯によって警告する場合、リアクタンス相違率Mとリアクタンス相違率Dとの比に基づいて、ンプの色を変えてもよい。例えば、第1の電池セル(電池セル32)の劣化度が使用上、問題の無いレベルの場合には、緑色のランプを点灯し、第1の電池セルの少しの劣化が確認された場合には黄色のランプを点灯し、第1の電池セルの交換が必要なレベルの場合には、赤色のランプを点灯する。
例えば、EMS6が、BMSに警告信号を送って、組電池ステム2に警告が表示されてもよい。
なお、インピーダンス特性としては、実数成分(レジスタンス)Z’、虚数成分(リアクタンス)Z’’、位相角θ、および、インピーダンス絶対値|Z|の少なくともいずれかである。
インピーダンス特性として位相角(偏角)θを用いる場合には、例えば、以下の式を用いて、位相角変化率を取得する。均等化処理前の組電池の位相角が、第1の位相角であり、均等化処理後の基準電池セルの位相角が、第2の基準位相角である。ABSは絶対値を示す。
位相角変化率(%) = ABS((第1の位相角-第2の基準位相角)/第1の位相角)×100
図7に示すように、組電池Bは組電池Aと異なり、周波数1Hz以上10Hz以下の電荷移動領域において、位相角変化率が大きなピークを有している。
<組電池C、組電池D>
次に、基準電池セル32が他の電池セル31、33、34よりもSOCが大きい第1の電池セルであった組電池C、組電池Dについて説明する。
次に、基準電池セル32が他の電池セル31、33、34よりもSOCが大きい第1の電池セルであった組電池C、組電池Dについて説明する。
組電池C、Dは、組電池A、Bと、評価方法が同じである。
図8に示す組電池Cの2つのナイキストプロットは、図9に示す組電池Dの2つのナイキストプロットよりも、大きな相違がある。
図10に示すように、リアクタンス相違率を用いた検出方法でも、組電池C、Dの相違は顕著である。
組電池C、組電池Dにおいても、組電池A、組電池Bと同じ方法を用いることによって、第1の電池セル(電池セル32)の劣化度が、他の電池セル31、33、24の劣化度よりも大きいことを、検出できる。
以上の説明のように、ナイキストプロットによる評価方法では、インピーダンス特性は、レジスタンスZ’およびリアクタンスZ’’である。リアクタンス変化率による評価方法では、インピーダンス特性は、測定周波数に対応したリアクタンスである。3つ以上のインピーダンス特性を組み合わせてもよい。もちろん、2つ以上の評価方法を組み合わせてもよい。インピーダンスの逆数であるアドミッタンスを用いて評価してもよい。
バランサーの動作は、SOCが大きい電池セル30の電荷を抵抗42によって放電するパッシブ方式だけでなく、SOCが大きい電池セル30の電荷をSOCが小さい電池セルに回生するアクティブ方式でもよい。
なお、電荷移動領域における1つの第1の測定周波数およびイオン拡散領域における1つの第2の測定周波数のインピーダンス特性だけが測定されてもよい。例えば、電荷移動領域である周波数が5Hzのインピーダンス特性およびイオン拡散領域である周波数が0.1Hzのインピーダンス特性だけを用いても、SOHが他の電池セルよりも大きかった第1の電池セル(電池セル32)が、他の電池セル31、33、34よりもSOHも小さいか(劣化度が大きいか)否かが検出できる。
<第1実施形態の変形例1>
図11は、本変形の電池モジュールの評価方法のフローチャートである。図3のフローチャートと同じ動作のステップ(例えば、S210)の説明は省略する。
図11は、本変形の電池モジュールの評価方法のフローチャートである。図3のフローチャートと同じ動作のステップ(例えば、S210)の説明は省略する。
本変形例の電池モジュールでは、EMS6は、測定回路5を用いて、第2のインピーダンス特性と第1の基準(1st ref.)インピーダンス特性とを測定する。ステップS230において測定される第1の基準インピーダンス特性は、均等化処理(S240)前の基準電池セルのインピーダンス特性である。ステップS250において測定される第2のインピーダンス特性は、均等化処理後の組電池のインピーダンス特性である。
ステップS260において、プロセッサであるEMS6は、第2のインピーダンス特性と第1の基準インピーダンス特性とを用いて、SOCが他の電池セルよりも大きい電池セルの劣化度が他の電池セルよりも大きいことを検出する。
変形例1の電池モジュールが、第1実施形態の電池モジュールと同じ方法を用いることによって、第1の電池セルの劣化度が、他の電池セルの劣化度よりも大きいことを、検出できることは言うまでも無い。
<第1実施形態の変形例2>
図12は、本変形の電池モジュールの評価方法のフローチャートである。図3のフローチャートと同じ動作のステップ(例えばS310)の説明は省略する。
図12は、本変形の電池モジュールの評価方法のフローチャートである。図3のフローチャートと同じ動作のステップ(例えばS310)の説明は省略する。
本変形例の電池モジュールでは、EMS6は、測定回路5を用いて、第2のインピーダンス特性と第2の基準インピーダンス特性とを測定する。ステップS340で測定される第2の基準インピーダンス特性は、均等化処理(ステップS330)後の基準電池セルのインピーダンス特性である。ステップS350で測定される第2のインピーダンス特性は、均等化処理後の組電池のインピーダンス特性である。ステップS340とステップS350の順序は逆でもよい。
ステップS360において、プロセッサであるEMS6は、第2のインピーダンス特性と第2の基準インピーダンス特性とを用いて、SOCが他の電池セルよりも大きい電池セルの劣化度が他の電池セルよりも大きいことを検出する。
図13は組電池Aのコールコールプロットであり、図14は組電池Bのコールコールプロットである。
変形例2の電池モジュールは、第1実施形態の電池モジュールと同じ方法を用いることによって、第1の電池セルの劣化度が、他の電池セルの劣化度よりも大きいことを、検出できる。
<第2実施形態>
図15は、本実施形態の電池モジュール1Aの構成図である。
図15は、本実施形態の電池モジュール1Aの構成図である。
電池モジュール1Aでは、基準電池セルは、測定回路5Aに含まれている電池セル35である。電池セル35は、電池セル31~34と略同じ構成である。電池セル35は、電池セル31~34と直列接続されているため、電池セル31~34、35を、電池モジュール1Aでは1つの組電池と見なすことができる。言い替えれば、基準電池セル35は、組電池の基準電池セル35以外の電池セル31~34とは着脱自在の別体である。
電池モジュール1Aは、汎用の組電池システム2の構成を変更することなく、組電池システム2に測定回路5A、EMS6、およびPCS7を接続することによって構成されている。
図示しないが、電池セル35も、EMS6の制御によって、電荷を放電するための抵抗を有している。電池モジュール1Aでは、均等化処理は、EMS6とBMS4との協調制御によって行われる。
また、組電池と基準電池セルとの、例えば、リアクタンスの比較においては、組電池のリアクタンスと(基準電池セルのリアクタンス×5)とが比較されることは言うまでも無い。
実施形態の電池モジュールは、4個または5個の電池セルが直列接続されている組電池を具備していた。しかし、組電池が含む電池セル30の数は、2以上であるが、上限は例えば50である。
なお、実施形態の電池モジュールでは、複数の電池セルが、他の電池セルよりもSOCが大きく、均等化処理において複数の電池セルの電荷が放電された場合であっても、少なくともいずれかの電池セルの劣化度が他の電池セルよりも大きいことを検出できる。
それぞれの電池セル30が、複数の電池セルが並列に接続されて構成されていても良い。この構成では、インピーダンス特性等は、並列接続された電池セルの平均値として測定される。また、それぞれの電池セル30が、複数の電池セルが直列に接続されて構成されていても良い。この場合ではインピーダンス特性等は、直列接続された電池セルの和として測定される。
電圧計41が、すべての電池セルに接続されていなくてもよい。その場合には、電圧計ごとの電圧のみ測定が可能である。
複数の組電池が並列接続されている電池モジュールの場合には、それぞれの組電池のインピーダンス特性を測定するための、回路切替スイッチを有していることが好ましい。
実施形態の電池モジュールの電池セルは、その原理からリチウムイオン電池セルに限られるものではなく、他の二次電池セル、例えば、リチウムポリマー電池セル、または、リチウム硫黄電池セルでもよいし、固体電解質を有する全固体型電池セルでもよい。また、組電池は、隣り合う電池セルが、正極と負極とが共通の集電体を有するバイポーラ電池でもよいし、バイポーラ全固体電池でもよい。
また、組電池の構造は、積層型、巻回型、コイン型、および、ラミネート型のいずれでもよい。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変、例えば、実施形態の構成要素の組み合わせが可能である。
1、1A…電池モジュール
2…組電池システム
3…組電池
5、5A…測定回路
6…プロセッサ(EMS)
30(31~34)…電池セル
40…BMS
41…電圧計
42…抵抗
43…スイッチ
51…電圧計
52…電流計
59…高周波電源
2…組電池システム
3…組電池
5、5A…測定回路
6…プロセッサ(EMS)
30(31~34)…電池セル
40…BMS
41…電圧計
42…抵抗
43…スイッチ
51…電圧計
52…電流計
59…高周波電源
Claims (6)
- 複数の電池セルが直列接続されている組電池と、前記複数の電池セルの充電深度を均等化処理するバランサーと、を含む組電池システムと、
前記均等化処理の前の前記組電池の第1のインピーダンス特性または前記均等化処理の後の前記組電池の第2のインピーダンス特性と、前記均等化処理の前の前記組電池のいずれかの電池セルである基準電池セルの第1の基準インピーダンス特性または前記均等化処理の後の前記基準電池セルの第2の基準インピーダンス特性と、を測定するための測定回路と、
前記第1のインピーダンス特性または前記第2のインピーダンス特性と、前記第1の基準インピーダンス特性または前記第2の基準インピーダンス特性と、を用いて、前記複数の電池セルのうち充電深度が他の電池セルよりも大きい第1の電池セルの劣化度が、前記他の電池セルの劣化度よりも大きいことを検出するプロセッサと、を具備することを特徴とする電池モジュール。 - 前記測定回路は、前記第1のインピーダンス特性と前記第2の基準インピーダンス特性とを測定し、
前記プロセッサは、前記第1のインピーダンス特性と前記第2の基準インピーダンス特性とを用いて検出することを特徴とする請求項1に記載の電池モジュール。 - 前記測定回路は、前記第2のインピーダンス特性と前記第1の基準インピーダンス特性とを測定し、
前記プロセッサは、前記第2のインピーダンス特性と前記第1の基準インピーダンス特性とを用いて検出することを特徴とする請求項1に記載の電池モジュール。 - 前記測定回路は、前記第2のインピーダンス特性と前記第2の基準インピーダンス特性とを測定し、
前記プロセッサは、前記第2のインピーダンス特性と前記第2の基準インピーダンス特性とを用いて検出することを特徴とする請求項1に記載の電池モジュール。 - 前記基準電池セルは、前記組電池の前記基準電池セル以外の電池セルとは着脱自在の別体であることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の電池モジュール。
- 前記第1のインピーダンス特性、前記第2のインピーダンス特性、前記第1の基準インピーダンス特性、および、前記第2の基準インピーダンス特性は、レジスタンス、リアクタンス、インピーダンス絶対値および位相角の少なくともいずれかであることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の電池モジュール。
Priority Applications (1)
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JP2020191211A JP2022080183A (ja) | 2020-11-17 | 2020-11-17 | 電池モジュール |
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JP2020191211A Pending JP2022080183A (ja) | 2020-11-17 | 2020-11-17 | 電池モジュール |
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2020
- 2020-11-17 JP JP2020191211A patent/JP2022080183A/ja active Pending
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