JP5852087B2 - 使用済み二次電池の選択方法、及び、組電池の製造方法 - Google Patents
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Description
また、特定電池温度としては、例えば、常温よりも低温(例えば、0℃以下の温度)の電池温度が挙げられる。
また、上述の「連続放電」は、電極劣化電池とそうでない電池との間において電圧低下量の差が大きくなる高負荷状態での連続した放電とするのが好ましい。
また、リチウムイオン二次電池を使用済み二次電池として用いる場合、「基準値」は、初期電池の特定内部抵抗値の130%の値に定めるのが好ましい。リチウムイオン二次電池の内部抵抗値は、使用に伴って増大する傾向にある。このような特性を有するリチウムイオン二次電池では、特定内部抵抗値が初期値の130%以下である場合、前述の「電極劣化電池」が存在しないことが経験的に判っているからである。
なお、初期のニッケル水素二次電池とは、新品あるいは新品に等しい(使用時間が極めて短い)ニッケル水素二次電池をいう。
また、上述の「連続放電」は、電極劣化電池とそうでない電池との間において電圧低下量の差が大きくなる高負荷状態での連続した放電とするのが好ましい。
また、リチウムイオン二次電池を使用済み二次電池として用いる場合、「基準値」は、初期電池の第2内部抵抗値の130%の値に定めるのが好ましい。リチウムイオン二次電池の内部抵抗値は、使用に伴って増大する傾向にある。このような特性を有するリチウムイオン二次電池では、第2内部抵抗値が初期値の130%以下である場合、前述の「電極劣化電池」が存在しないことが経験的に判っているからである。
このような判別放電に基づいて閾値を設定することで、第1選択工程において、「電極劣化電池」ではない使用済み二次電池を適切に選択することができる。
なお、負極の放電リザーブ容量が許容値以上であるか否かの判断は、公知の手法により判断すれば良い。また、内部微少短絡が発生しているか否かの判断も、公知の手法により判断すれば良い。
まず、本実施形態にかかる組電池ユニット50について説明する。組電池ユニット50は、図1に示すように、組電池20と、これを制御する制御装置30とを有している。このうち、組電池20は、28個の使用済みニッケル水素二次電池100が、電気的に直列に接続された組電池である。より具体的には、2個の使用済みニッケル水素二次電池100を電気的に接続して電池ブロック10を構成し、14組の電池ブロック10を電気的に直列に接続して組電池20を構成している。
なお、本実施形態の組電池ユニット50は、例えば、ハイブリッド自動車の駆動用電源として利用される。
まず、図6に示すように、ステップS1において、回収された複数の使用済みニッケル水素二次電池から、放電リザーブ容量が許容値以上である電池を選択する。さらに、ステップS2において、ステップS1において選択された電池から、内部微小短絡が発生していない電池を選択する。なお、本実施形態では、以下に説明する手法により、ステップS1及びS2の処理を行っている。
次に、回収した各々の組電池について、電池ブロック毎に、電池ブロックの電圧が下限値(SOC0%に相当する電圧値=6V)となるまで放電し、この放電期間における各々の電池ブロックの放電容量を測定する。そして、各々の組電池毎に、放電容量が最大となった電池ブロックの最大放電容量値を基準として、各々の電池ブロックについて、最大放電容量値から当該放電容量値を差し引いた差分値(この差分値を、電池ブロック間容量差という)を求める。次いで、電池ブロック間容量差が、所定の閾値以下である電池ブロックに含まれる電池を、放電リザーブ容量が許容値以上である電池とみなして選択する。
なお、ステップS1及びS2が、予備選択工程に相当する。
なお、このステップS5が、第1選択工程及び選択工程に相当する。さらに、本実施形態では、第2電池温度が特定電池温度に一致し、第2内部抵抗値R2が特定内部抵抗値に一致している。
まず、閾値設定用の使用済みニッケル水素二次電池100であるサンプル二次電池を多数用意する。次いで、図7に示すように、ステップT1において、各々のサンプル二次電池について、特定条件下での連続放電(以下、これを判別放電と称す)を行い、その期間中に生じる最低電圧値Vminを測定する。具体的には、各々のサンプル二次電池について、「予め定めた期間にわたり放電電流値を予め定めた判別放電電流範囲内とする連続した判別放電」を含む放電を行い、第2電池温度と同等の電池温度(本実施形態では、第2電池温度と同一の−10℃)における最低電圧値Vminを測定する。
また、最低電圧値Vminの測定時の電池温度(すなわち、判別放電期間中の電池温度)は、第2内部抵抗値R2を測定するときの第2電池温度と同等の温度であれば良い。但し「第2電池温度と同等の電池温度」には、第2電池温度と同一の電池温度の他、次のような電池温度も含まれる。具体的には、第2電池温度と同一の電池温度でなくても、第2内部抵抗値と最低電圧値との相関が、第2電池温度と同一の電池温度で測定した場合と同様な相関となる範囲内の電池温度であれば、「第2電池温度と同等の電池温度」に含まれる。最低電圧値と内部抵抗値との間における測定方法の違い等から、最低電圧値を測定するときの電池温度を、特定内部抵抗値を測定するときの第2電池温度と同一とすることが困難な場合もあるからである。
なお、図8では、上方の曲線が電池電圧を示し、下方の曲線が電流値を示している。また、上方の電池電圧を示す曲線において、電極劣化電池(電極劣化あり)の電池電圧を太実線で、電極劣化電池ではない電池(電極劣化なし、正常電池)の電池電圧を細実線で示している。また、電流値は、放電を負の値、充電を正の値で表している。
本実施形態では、各々のサンプル二次電池について、図8に示すパターンの充放電を行い、このうちの経過時間が300〜400秒にわたる連続放電(100秒間の連続放電)を、判別放電としている。この判別放電では、放電電流値を、2〜6C(13〜39A)の範囲内としている。低温の電池温度下において、このような範囲内(判別放電電流範囲内)の放電電流値で放電すると、図8に示すように、電極劣化電池ではない電池(正常電池)では電極の電流密度が限界電流密度に達しないが、電極劣化電池では電極の電流密度が限界電流密度に達し、電極劣化電池の電圧が正常電池の電圧に比べて大きく低下する。図8に示すように、判別放電の期間中に生じる最低電圧値は、電極劣化電池のほうが、そうでない正常電池よりも明らかに小さくなる。
次いで、ステップT3に進み、第2内部抵抗値R2と最低電圧値Vminとを座標軸にした座標平面上に、各々のサンプル二次電池100Sの測定データである第2内部抵抗値及び最低電圧値をそれぞれプロットした相関図を作成する。この相関図を図9に示す。
なお、回帰直線RLは、「電極劣化電池」が存在しないといえる第2内部抵抗値の範囲内のデータに基づいて作成している。従って、回帰直線RLを求めるための「基準値St」は、「電極劣化電池」が存在しないといえる内部抵抗値であり、二次電池の種類に応じて定められる。本実施形態のように、ニッケル水素二次電池を使用済み二次電池として用いる場合、「基準値St」は、初期電池(例えば、未使用の新品電池)の第2内部抵抗値の70%の値に定めるのが好ましい。ニッケル水素二次電池の内部抵抗値は、使用に伴って初期値から低下してゆき、初期値の60%程度まで低下して安定する。その後、使用に伴う劣化が進むにしたがって、内部抵抗値は徐々に上昇する傾向にある。このような特性を有するニッケル水素二次電池では、第2内部抵抗値が初期値の70%以下である場合、前述の「電極劣化電池」が存在しないことが経験的に判っている。
本実施形態では、回帰直線RLと下限直線FLとの間の縦軸方向距離(前記一定値)を、制御装置30において許容される電池100間の許容電圧差dVaの半分の値dVa/2に設定している。これにより、正常電池との電池電圧差が許容電圧差dVaを上回るような電極劣化電池を除くことができる。
なお、回帰直線RLと下限直線FLとの間の縦軸方向距離(前記一定値)は、dVa/2に限らず、dVa/2よりも大きくしても良いし、dVa/2よりも小さくしても良い。但し、dVa/2よりも小さくした場合は、劣化の程度が小さい電極劣化電池も除くことができる。
具体的には、まず、ステップS5で選択された各々の電池100を、自身の第1内部抵抗値R1と第2内部抵抗値R2との組み合わせ(R1,R2)に基づいて、該当するグループに分別する。そして、同一のグループに含まれる電池100を、組電池20を構成するのに必要な数(本実施形態では、28個)だけ選択する。なお、このステップS6が、第2選択工程に相当する。
また、実施形態では、使用済み二次電池としてニッケル水素二次電池を用いる場合について説明したが、本発明は、リチウムイオン二次電池など、他の二次電池についても適用することができる。
また、実施形態では、ステップS2において、放電終了時の電池電圧変化率に基づいて、内部微少短絡が発生しているか否かの判断をした。しかしながら、また、内部微少短絡が発生しているか否かの判断は、公知の手法のいずれを利用しても良い。
20 組電池
30 制御装置
50 組電池ユニット
100 使用済みニッケル水素二次電池(使用済み二次電池)
100A 領域内電池
100B 領域内特定電池
D 領域
dVa 許容電圧差
1/2dVa 許容電圧差の半分の値
RL 回帰直線
FL 下限直線
R1 第1内部抵抗値
R2 第2内部抵抗値(特定内部抵抗値)
St 基準値
Th 閾値
Vmin 最低電圧値
Claims (9)
- 回収された使用済み二次電池の中から再利用可能な使用済み二次電池を選択する選択方法であって、
上記使用済み二次電池について、それぞれ、特定電池温度における特定内部抵抗値を測定する内部抵抗測定工程と、
上記特定内部抵抗値を測定した複数の上記使用済み二次電池から、上記特定内部抵抗値が、予め設定した閾値よりも小さい使用済み二次電池を選択する選択工程と、を備え、
上記閾値は、
閾値設定用の使用済み二次電池である複数のサンプル二次電池について、各々の上記特定内部抵抗値を測定し、且つ、
各々の上記サンプル二次電池について上記特定電池温度と同等の電池温度下で連続放電をさせ、その放電期間中に上記サンプル二次電池に生じる最低電圧値を測定し、
各々の上記サンプル二次電池についての上記特定内部抵抗値と上記最低電圧値とをプロットした相関図において、
上記複数のサンプル二次電池のうち少なくとも上記特定内部抵抗値が基準値以下の上記サンプル二次電池を全て含むサンプル二次電池についての回帰直線を求め、
上記回帰直線に平行で、且つ、上記回帰直線から一定値だけ上記最低電圧値が低い側に離れた下限直線を求め、
複数の上記サンプル二次電池のうち、上記相関図において、上記特定内部抵抗値が上記基準値より大きく且つ上記最低電圧値が上記下限直線以下である領域に含まれる領域内電池について、上記特定内部抵抗値の小さい順に並べた順位を、上記サンプル二次電池の総数で除した演算値を求め、
上記演算値が規定値を上回る上記領域内電池のうち、上記特定内部抵抗値が最も小さい領域内特定電池を特定した場合において、
上記領域内特定電池の上記特定内部抵抗値に設定されている
使用済み二次電池の選択方法。 - 請求項1に記載の使用済み二次電池の選択方法であって、
前記回帰直線は、前記複数のサンプル二次電池のうち前記特定内部抵抗値が前記基準値以下のサンプル二次電池についての回帰直線である
使用済み二次電池の選択方法。 - 請求項1または請求項2に記載の使用済み二次電池の選択方法であって、
前記下限直線を求めるための前記一定値は、
複数の前記使用済み二次電池によって構成される組電池の使用時に、上記組電池の制御装置において許容される上記使用済み二次電池間の許容電圧差の半分の値である
使用済み二次電池の選択方法。 - 請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の使用済み二次電池の選択方法であって、
前記内部抵抗測定工程における前記特定電池温度は、0℃以下の温度である
使用済み二次電池の選択方法。 - 請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の使用済み二次電池の選択方法であって、
前記使用済み二次電池は、使用済みニッケル水素二次電池であり、
前記基準値は、初期のニッケル水素二次電池が有する前記特定内部抵抗値の70%の値である
使用済み二次電池の選択方法。 - 使用済み二次電池を複数組み合わせた組電池の製造方法であって、
請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載の使用済み二次電池の選択方法により選択された複数の前記使用済み二次電池から、前記特定内部抵抗値同士の最大差が許容値以内となるように上記使用済み二次電池を複数選択する工程と、
選択された複数の上記使用済み二次電池を電気的に接続して、組電池を構成する組み付け工程と、備える
組電池の製造方法。 - 使用済み二次電池を複数組み合わせた組電池の製造方法であって、
上記使用済み二次電池について、それぞれ、常温の第1電池温度における第1内部抵抗値を測定する第1内部抵抗測定工程と、
上記使用済み二次電池について、それぞれ、常温よりも低温の第2電池温度における第2内部抵抗値を測定する第2内部抵抗測定工程と、
上記第2内部抵抗値を測定した複数の上記使用済み二次電池から、上記第2内部抵抗値が、予め設定した閾値よりも小さい使用済み二次電池を選択する第1選択工程と、
選択された複数の上記使用済み二次電池から、上記第1内部抵抗値同士の最大差が許容値以内で、且つ、上記第2内部抵抗値同士の最大差も上記許容値以内である使用済み二次電池を複数選択する第2選択工程と、
選択された複数の上記使用済み二次電池を電気的に接続して、上記組電池を構成する組み付け工程と、備え、
上記閾値は、
閾値設定用の使用済み二次電池である複数のサンプル二次電池について、各々の上記第2内部抵抗値を測定し、且つ、
各々の上記サンプル二次電池について上記第2電池温度と同等の電池温度下で連続放電をさせ、その放電期間中に上記サンプル二次電池に生じる最低電圧値を測定し、
各々の上記サンプル二次電池についての上記第2内部抵抗値と上記最低電圧値とをプロットした相関図において、
上記複数のサンプル二次電池のうち少なくとも上記第2内部抵抗値が基準値以下の上記サンプル二次電池を全て含むサンプル二次電池についての回帰直線を求め、
上記回帰直線に平行で、且つ、上記回帰直線から一定値だけ上記最低電圧値が低い側に離れた下限直線を求め、
複数の上記サンプル二次電池のうち、上記相関図において、上記第2内部抵抗値が上記基準値より大きく且つ上記最低電圧値が上記下限直線以下である領域に含まれる領域内電池について、上記第2内部抵抗値の小さい順に並べた順位を、上記サンプル二次電池の総数で除した演算値を求め、
上記演算値が規定値を上回る上記領域内電池のうち、上記第2内部抵抗値が最も小さい領域内特定電池を特定した場合において、
上記領域内特定電池の上記第2内部抵抗値に設定されている
組電池の製造方法。 - 請求項7に記載の組電池の製造方法であって、
前記第2内部抵抗測定工程における前記第2電池温度は、0℃以下の温度である
組電池の製造方法。 - 請求項7または請求項8に記載の組電池の製造方法であって、
前記使用済み二次電池は、使用済みニッケル水素二次電池であり、
前記基準値は、初期のニッケル水素二次電池が有する前記第2内部抵抗値の70%の値である
組電池の製造方法。
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