JP6149022B2 - How to replace the storage module - Google Patents
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Description
本発明は、複数の蓄電池が積層された蓄電モジュールを複数組み備えるとともに、少なくとも1組の前記蓄電モジュールに温度センサが搭載された蓄電装置において、前記蓄電モジュールを交換する蓄電モジュールの交換方法に関する。 The present invention relates to a method for replacing a power storage module in which a plurality of power storage modules in which a plurality of storage batteries are stacked are provided and a temperature sensor is mounted on at least one set of the power storage modules.
一般的に、複数の蓄電池(バッテリセル)が積層された蓄電モジュールが知られている。この蓄電モジュールは、例えば、ハイブリッド車両やEV等の電動車両に搭載されるため、多数組みの前記蓄電モジュールを備える蓄電装置を構成している。 Generally, a power storage module in which a plurality of storage batteries (battery cells) are stacked is known. For example, since this power storage module is mounted on an electric vehicle such as a hybrid vehicle or an EV, a power storage device including a large number of sets of the power storage modules is configured.
この場合、蓄電装置では、蓄電池の発電性能の低下が検知されると、不具合を有する前記蓄電池が組み込まれている蓄電モジュールを、不具合の無い新規又は使用途中の蓄電モジュールと交換する作業が行われている。その際、手間がかからなく、容易に組電池の電池状態を診断することを目的として、特許文献1の組電池の電池状態診断装置が提案されている。 In this case, in the power storage device, when a decrease in the power generation performance of the storage battery is detected, an operation of replacing the storage module in which the storage battery having a defect is incorporated with a new or in-use storage module without a defect is performed. ing. In this case, the battery state diagnosis device for an assembled battery of Patent Document 1 has been proposed for the purpose of easily diagnosing the battery state of the assembled battery without much effort.
この電池状態診断装置は、単位電池の無負荷電圧を算出する無負荷電圧算出手段と、第1判定手段及び第2判定手段とを備えている。第1判定手段は、無負荷電圧算出手段により算出された単位電池無負荷電圧に基づいて、各単位電池の電池状態の正常・異常をそれぞれ判定している。第2判定手段は、第1の判定手段により異常と判定された単位電池を含むモジュール電池を、交換が必要とされる異常モジュール電池と判定している。 The battery state diagnosis apparatus includes a no-load voltage calculation unit that calculates a no-load voltage of a unit battery, a first determination unit, and a second determination unit. The first determination means determines whether the battery state of each unit battery is normal or abnormal based on the unit battery no-load voltage calculated by the no-load voltage calculation means. The second determination unit determines that the module battery including the unit battery determined to be abnormal by the first determination unit is an abnormal module battery that needs to be replaced.
従って、組電池を構成するモジュール電池のどれが異常であるかを、自動的に判定している。これにより、従来のようにモジュール電池のそれぞれを人手によって検査する方式に比べて、異常モジュール電池の交換作業が非常に簡便化される、としている。 Accordingly, it is automatically determined which of the module batteries constituting the assembled battery is abnormal. Thereby, it is said that the replacement operation of the abnormal module battery is greatly simplified as compared with the conventional method in which each of the module batteries is manually inspected.
ところで、蓄電池装置は、蓄電池の温度に基づいて、出力制御及び温度制御が行われている。蓄電池は、高温になると劣化し易いため、温度制御が必要であるからである。 By the way, as for the storage battery apparatus, output control and temperature control are performed based on the temperature of a storage battery. This is because the storage battery needs to be temperature controlled because it easily deteriorates at a high temperature.
一方、蓄電池は、使用期間に起因して内部抵抗が上昇している。このため、所定期間に亘って使用された蓄電池では、内部抵抗が相当に上昇しており、新規の蓄電池に比べて発熱量が多く、温度が上がり易くなっている。従って、交換された新たなモジュール電池と、使用されている他のモジュール電池とでは、運転時の温度が変動してしまう。 On the other hand, the internal resistance of the storage battery is increased due to the period of use. For this reason, in the storage battery used over a predetermined period, the internal resistance is considerably increased, and the amount of heat generation is larger than that of the new storage battery, and the temperature is easily increased. Therefore, the temperature at the time of operation will fluctuate between a new module battery that has been replaced and another module battery that is being used.
しかしながら、上記の特許文献1では、交換されたモジュール電池と、使用されている他のモジュール電池とに基づいた温度管理がなされていない。これにより、比較的低温の新たなモジュール電池の温度に基づいた出力制御が行われると、高温になっている他のモジュール電池が劣化するという問題がある。 However, in said patent document 1, temperature management based on the replaced module battery and the other module battery currently used is not made | formed. Accordingly, when output control based on the temperature of a new module battery having a relatively low temperature is performed, there is a problem that other module batteries that are at a high temperature deteriorate.
本発明は、この種の問題を解決するものであり、交換された蓄電モジュールと交換されない蓄電モジュールとの温度差による劣化を良好に抑制することが可能な蓄電モジュールの交換方法を提供することを目的とする。 The present invention solves this type of problem, and provides a method for replacing a power storage module that can satisfactorily suppress deterioration due to a temperature difference between a replaced power storage module and a power storage module that is not replaced. Objective.
本発明は、複数の蓄電池が積層された蓄電モジュールを複数組み備えるとともに、少なくとも1組の前記蓄電モジュールに温度センサが搭載された蓄電装置において、前記蓄電モジュールを交換する方法に関するものである。 The present invention relates to a method of replacing the power storage module in a power storage device including a plurality of power storage modules each having a plurality of storage batteries stacked and having a temperature sensor mounted on at least one set of the power storage modules.
この交換方法は、温度センサが搭載された蓄電モジュールを交換するか否かを判断する交換判定工程と、交換要と判断された前記蓄電モジュールを、上記蓄電装置外の他の蓄電モジュールと交換する蓄電モジュール交換工程とを有している。この交換方法は、さらに交換された蓄電モジュールの容量劣化の平均値と他の蓄電モジュールの容量劣化の平均値との差が規定値以上である場合には、交換されない蓄電モジュールに、上記温度センサ又は別の温度センサを交換温度センサとして搭載し、交換された蓄電モジュールの容量劣化の平均値と他の蓄電モジュールの容量劣化の平均値との差が規定値未満である場合には、他の蓄電モジュールに、上記温度センサ又は別の温度センサを交換温度センサとして搭載する温度センサ搭載工程を有している。 The replacement method includes a replacement determination step for determining whether or not to replace a power storage module on which a temperature sensor is mounted, and replacing the power storage module determined to be replaced with another power storage module outside the power storage device. A storage module replacement step. In this replacement method, when the difference between the average value of the capacity deterioration of the replaced power storage module and the average value of the capacity deterioration of the other power storage modules is equal to or greater than a specified value , the temperature sensor is connected to the power storage module that is not replaced. Alternatively, when another temperature sensor is mounted as a replacement temperature sensor and the difference between the average value of the capacity deterioration of the replaced power storage module and the average value of the capacity deterioration of the other power storage module is less than the specified value, The power storage module includes a temperature sensor mounting step in which the temperature sensor or another temperature sensor is mounted as a replacement temperature sensor .
また、この交換方法では、交換されない蓄電モジュールに交換温度センサを搭載する場合には、交換された蓄電モジュールに隣接する交換されない蓄電モジュールに交換温度センサが搭載されることが好ましい。 In this replacement method, when the replacement temperature sensor is mounted on the non- replaceable power storage module, the replacement temperature sensor is preferably mounted on the non-replaceable power storage module adjacent to the replaced power storage module.
さらに、この交換方法では、交換温度センサは、交換された蓄電モジュールに搭載されていた温度センサの配置位置と同一の配置位置に搭載されることが好ましい。 Further, in this replacement method, it is preferable that the replacement temperature sensor is mounted at the same position as the position of the temperature sensor mounted on the replaced power storage module.
本発明によれば、温度センサが搭載された蓄電モジュールが交換される一方、交換された蓄電モジュールの容量劣化の平均値と他の蓄電モジュールの容量劣化の平均値との差が規定値以上である場合、交換されない蓄電モジュールには、新たに温度センサが搭載されている。このため、交換により組み込まれた他の蓄電モジュールよりも発熱量の多い交換されない蓄電モジュールの温度に基づいて、出力制御及び温度制御が行われている。従って、交換されない蓄電モジュールは、制御範囲を超える温度及び出力で制御されることがなく、劣化の発生を可及的に抑制することができる。 According to the present invention, while the power storage module on which the temperature sensor is mounted is replaced , the difference between the average value of the capacity deterioration of the replaced power storage module and the average value of the capacity deterioration of the other power storage modules is equal to or greater than a specified value. In some cases, a temperature sensor is newly mounted on the power storage module that is not replaced. For this reason, output control and temperature control are performed based on the temperature of the power storage module that is not replaced and has a larger amount of heat generation than other power storage modules incorporated by replacement. Therefore, the storage module that is not replaced is not controlled at a temperature and output exceeding the control range, and the occurrence of deterioration can be suppressed as much as possible.
また、交換された蓄電モジュール及び交換されない蓄電モジュールは、温度差による劣化を良好に抑制することが可能になり、簡単な工程で、高品質な蓄電装置を得ることができる。 In addition , the exchanged power storage module and the non-exchanged power storage module can satisfactorily suppress deterioration due to a temperature difference, and a high-quality power storage device can be obtained through a simple process.
図1に示すように、本発明の実施形態に係る蓄電モジュールの交換方法が適用される蓄電装置10は、例えば、図示しないハイブリッド自動車又はEV等の電動車両に搭載される。
As shown in FIG. 1, a
蓄電装置10は、電気的に直列に接続される複数組み、例えば、4組の蓄電モジュール12A、12B、12C及び12Dを備える。蓄電モジュール12Aは、一対のエンドプレート14a、14b間に複数の蓄電池(バッテリセル)16が水平方向(又は重力方向)に積層される。図2に示すように、蓄電池16は、矩形状を有するとともに、立位姿勢に配置された状態で、絶縁性を有するセパレータ(ホルダ)18と交互に積層される。
The
蓄電池16は、例えば、リチウムイオンバッテリからなり、長方形(又は正方形)を有する。各蓄電池16の上面には、プラス極(又はマイナス極)の端子20aとマイナス極(又はプラス極)の端子20bとが設けられる。互いに隣接する蓄電池16の端子20aと端子20bとは、バスバー(図示せず)により電気的に接続される。
The
セパレータ18は、樹脂薄板を波形状に折り曲げることにより、側面視で上下方向に沿って波状に屈曲形成される。セパレータ18と蓄電池16との間に、冷却風通路を形成するためである。セパレータ18の各角部には、蓄電池16の各角部に係合して前記蓄電池16を支持する支持部18aが設けられる。セパレータ18の下部中央には、積層方向一方に突出する一対のサーミスタ保持部18b、18bが設けられる。
The
図1に示すように、蓄電モジュール12Aでは、最も温度が低くなる蓄電池16及び最も温度が高くなる蓄電池16に対応して温度センサ、例えば、サーミスタ22が配置される。具体的には、積層方向両端に配置される蓄電池16(a)、16(b)と、積層方向中央に配置される蓄電池16(c)とをそれぞれ支持するセパレータ18には、サーミスタ保持部18bを介してサーミスタ22が取り付けられる。
As shown in FIG. 1, in the power storage module 12 </ b> A, a temperature sensor, for example, a
サーミスタ22は、図2に示すように、自己の弾性で開閉可能な一対の弾性爪22a、22bを備え、前記弾性爪22a、22bは、サーミスタ保持部18b、18bに係合する。サーミスタ22は、図1に示すように、コントローラ24に接続されており、前記コントローラ24に検出された温度情報を送る。
As shown in FIG. 2, the
蓄電モジュール12Aには、各蓄電池16のセル電圧を検出する電圧センサ26Aが接続される。電圧センサ26Aは、電圧センシング回路を構成しており、コントローラ24に各セル電圧を送る。
A
蓄電モジュール12B、12C及び12Dは、上記の蓄電モジュール12Aと同様に構成されており、同一の構成要素には、同一の参照符号を付してその詳細な説明は省略する。
The
蓄電モジュール12Bは、配線28aを介して蓄電モジュール12Aと電気的に直列に接続される。各蓄電池16のセル電圧を検出する電圧センサ(電圧センシング回路)26Bは、コントローラ24に接続される。
The
蓄電モジュール12Cは、配線28bを介して蓄電モジュール12Bと電気的に直列に接続される。各蓄電池16のセル電圧を検出する電圧センサ(電圧センシング回路)26Cは、コントローラ24に接続される。
The power storage module 12C is electrically connected in series with the
蓄電モジュール12Dは、配線28cを介して蓄電モジュール12Cと電気的に直列に接続される。各蓄電池16のセル電圧を検出する電圧センサ(電圧センシング回路)26Dは、コントローラ24に接続される。なお、蓄電モジュール12B、12C及び12Dの少なくともいずれかにも、サーミスタ22を配置してもよい。
The
このように構成される蓄電装置10において、本実施形態に係る蓄電モジュールの交換方法について、図3に示すフローチャートに沿って、以下に説明する。
In the
先ず、ステップS1では、蓄電モジュール12A〜12Dにおいて、蓄電モジュール交換の要否が判断される。具体的には、蓄電モジュール12A〜12Dを構成する各蓄電池16の容量劣化が検出される。図4に示すように、蓄電池16は、使用される年数により容量が劣化しており、この容量が所定の規定値、すなわち、劣化閾値以下になると、前記蓄電池16を交換する必要があると判断される。容量は、例えば、蓄電池16を満充電した後に完全に放電し、その放電量を測定することで検出することができる。
First, in step S1, it is determined whether or not the power storage modules need to be replaced in the
また、ステップS1では、蓄電池16の抵抗値(内部抵抗)が、上昇閾値以上であるか否かが判断される。図4に示すように、蓄電池16は、使用される年数により抵抗値が上昇しており、この抵抗値が所定の規定値、すなわち、上昇閾値以上となると、前記蓄電池16を交換する必要があると判断される。抵抗値は、公知の測定器を用いることにより検出することができる。あるいは、抵抗は、IV特性のグラフの傾きを求めることにより検出することができる。
In step S1, it is determined whether or not the resistance value (internal resistance) of the
さらにまた、ステップS1では、各蓄電池16において、最高温度と最低温度との温度差が、温度差閾値以上であるか否かが判断される。図5に示すように、蓄電池16は、使用される年数により温度差が大きくなっており、この温度差が所定の規定値、すなわち、温度差閾値以上となると、前記蓄電池16を交換する必要があると判断される。
Furthermore, in step S1, it is determined in each
そして、いずれかの蓄電池16の容量が、劣化閾値以下であると判断された際、いずれかの蓄電池16の抵抗値が、上昇閾値以上であると判断された際、又は、最高温度と最低温度との温度差が、温度差閾値以上であると判断された際、交換要蓄電モジュールがあると判断される。
And when it is judged that the capacity | capacitance of any
交換要蓄電モジュールがあると判断されると(ステップS1中、YES)、ステップS2に進んで、前記交換要蓄電モジュールが、サーミスタ22を搭載する蓄電モジュール12Aであるか否かが判断される(交換判断工程)。交換要蓄電モジュールが、蓄電モジュール12Aであると判断されると(ステップS2中、YES)、ステップS3に進んで、前記蓄電モジュール12Aと新たな蓄電モジュール12Aaとが交換される(蓄電モジュール交換工程)(図6参照)。
If it is determined that there is a power storage module requiring replacement (YES in step S1), the process proceeds to step S2, and it is determined whether or not the power storage module requiring replacement is a
ステップS4では、サーミスタ22の位置を、新たな蓄電モジュール12Aaに搭載するか、交換されない蓄電モジュール12B(又は蓄電モジュール12Cあるいは、蓄電モジュール12D)に搭載するかが判断される。
In step S4, it is determined whether the position of the
このステップS4において、例えば、交換により取り出される蓄電モジュール12Aの容量劣化(%)の平均値と、交換により組み込まれる新たな蓄電モジュール12Aaの容量劣化の平均値とが比較される。そして、平均値の差が、規定値以上でありサーミスタ位置変更要であると判断されると(ステップS4中、YES)、ステップS5に進んで、交換温度センサであるサーミスタ22の配置作業が行われる(温度センサ搭載工程)。
In this step S4, for example, the average value of capacity deterioration (%) of the
具体的には、図6に示すように、交換された蓄電モジュール12Aに隣接する交換されない蓄電モジュール12Bに、前記蓄電モジュール12Aに搭載されていたサーミスタ22の配置位置と同一の配置位置にサーミスタ22が搭載される。一方、交換された新たな蓄電モジュール12Aaには、サーミスタ22が搭載されていない。
Specifically, as shown in FIG. 6, the
なお、蓄電モジュール12Bに搭載されるサーミスタ22は、交換された蓄電モジュール12Aに搭載されていたサーミスタ22を用いてもよく、又は、新たなサーミスタ22を用いてもよい。
As the
ところで、新たな蓄電モジュール12Aaは、新規なものでなく他の燃料電池電気自動車に搭載されて使用されていた際には、蓄電池16の劣化が進んでいる。このため、蓄電モジュール12Aaでは、蓄電モジュール12Aとの容量劣化の平均値の差が規定値未満となり、サーミスタ位置変更が不要になる(ステップS4中、NO)。従って、ステップS6に進んで、新たな蓄電モジュール12Aaには、交換された蓄電モジュール12Aと同一の配置位置に、前記蓄電モジュール12Aに搭載されていたサーミスタ22、又は、別のサーミスタ22が搭載される。
By the way, when the new power storage module 12Aa is not a new one and is mounted and used in another fuel cell electric vehicle, the
この場合、本実施形態では、サーミスタ22が搭載された蓄電モジュール12Aが、別の蓄電モジュール12Aaと交換される一方、交換されない蓄電モジュール12Bには、前記サーミスタ22又は新たなサーミスタ22が搭載されている。これにより、交換により組み込まれた蓄電モジュール12Aaよりも発熱量の多い交換されない蓄電モジュール12Bの温度に基づいて、出力制御及び温度制御を行うことが可能になる。
In this case, in this embodiment, the
このため、交換されない蓄電モジュール12Bは、制御範囲を超える温度及び出力で制御されることがなく、劣化の発生を可及的に抑制することができる。
For this reason, the
従って、交換された蓄電モジュール12Aa及び交換されない蓄電モジュール12B(12C及び12D)は、温度差による劣化を良好に抑制することが可能になる。これにより、簡単な工程で、高品質な蓄電装置10を確実に得ることができるという効果が得られる。
Therefore, the replaced power storage module 12Aa and the non-replaced
次いで、ステップS2において、交換蓄電モジュールがサーミスタ22を搭載していない、例えば、蓄電モジュール12Bであると判断されると、ステップS7に進む。このステップS7では、図7に示すように、蓄電モジュール12Bに代えて新たな蓄電モジュール12Baが組み込まれる(蓄電モジュール交換工程)。
Next, when it is determined in step S2 that the replacement power storage module is not mounted with the
そして、ステップS8に進んで、交換された蓄電モジュール12Baには、所定の蓄電池16、例えば、外側の蓄電池16(d)に対応してサーミスタ22が搭載される(温度センサ搭載工程)。
And it progresses to step S8 and the
このように、本実施形態では、蓄電モジュール12Baは、他の蓄電モジュール12Aに比べて温度が上昇し難い。このため、蓄電モジュール12Aの温度情報に基づいて出力制御が行われると、蓄電モジュール12Baは、低い温度で過剰な出力をすることになり、劣化が惹起し易い。このため、蓄電モジュール12Baの温度情報を取得して制御することにより、前記蓄電モジュール12Baが低温時に過剰に出力することを防止することができる。これにより、蓄電モジュール12Baの劣化を可及的に阻止することが可能になるという効果が得られる。
Thus, in the present embodiment, the temperature of the power storage module 12Ba is less likely to increase than that of the other
なお、交換された蓄電モジュール12Baの内部抵抗(劣化度)が、蓄電モジュール12Aの内部抵抗よりも大きい場合には、サーミスタ22を前記蓄電モジュール12Baに設ける必要はない。内部抵抗の高い蓄電モジュール12Baの方が発熱量が高くなるため、交換前と同様に、蓄電モジュール12Aに設けられたサーミスタ22の温度に基づいて制御すれば、上記のような劣化現象を防ぐことができるからである。
When the internal resistance (deterioration degree) of the replaced power storage module 12Ba is larger than the internal resistance of the
10…蓄電装置
12A、12Aa、12B、12Ba、12C、12D…蓄電モジュール
16…蓄電池 18…セパレータ
22…サーミスタ 24…コントローラ
26A〜26D…電圧センサ
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記温度センサが搭載された前記蓄電モジュールを交換するか否かを判断する交換判定工程と、
交換要と判断された前記蓄電モジュールを、前記蓄電装置外の他の蓄電モジュールと交換する蓄電モジュール交換工程と、
交換された前記蓄電モジュールの容量劣化の平均値と前記他の蓄電モジュールの容量劣化の平均値との差が規定値以上である場合には、交換されない前記蓄電モジュールに、前記温度センサ又は別の温度センサを交換温度センサとして搭載し、交換された前記蓄電モジュールの容量劣化の平均値と前記他の蓄電モジュールの容量劣化の平均値との差が規定値未満である場合には、前記他の蓄電モジュールに、前記温度センサ又は前記別の温度センサを前記交換温度センサとして搭載する温度センサ搭載工程と、
を有することを特徴とする蓄電モジュールの交換方法。 Replacing a power storage module including a plurality of power storage modules in which a plurality of storage batteries are stacked and replacing the power storage module in which the temperature sensor is mounted in a power storage device in which the temperature sensor is mounted in at least one set of the power storage modules A method,
A replacement determination step of determining whether to replace the power storage module on which the temperature sensor is mounted;
A power storage module replacement step of replacing the power storage module determined to be replaced with another power storage module outside the power storage device;
When the difference between the average value of the capacity deterioration of the replaced power storage module and the average value of the capacity deterioration of the other power storage module is equal to or greater than a specified value , the temperature sensor or another When the temperature sensor is mounted as a replacement temperature sensor and the difference between the average value of capacity deterioration of the replaced power storage module and the average value of capacity deterioration of the other power storage module is less than a specified value, A temperature sensor mounting step of mounting the temperature sensor or the other temperature sensor as the replacement temperature sensor on a power storage module ;
A method for replacing a power storage module, comprising:
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