JP7225961B2 - Secondary battery system - Google Patents
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Description
本開示は、二次電池システムに関し、より特定的には、リチウムイオン二次電池の劣化を抑制するための充電技術に関する。 TECHNICAL FIELD The present disclosure relates to a secondary battery system, and more particularly to charging technology for suppressing deterioration of a lithium ion secondary battery.
近年、リチウムイオン二次電池からなる組電池が搭載された車両（ハイブリッド車、電気自動車など）の普及が進んでいる。リチウムイオン二次電池の性能を十分に発揮させることを目的に、リチウムイオン二次電池の劣化を抑制するための技術が提案されている。 BACKGROUND ART In recent years, vehicles (hybrid vehicles, electric vehicles, etc.) equipped with assembled batteries composed of lithium-ion secondary batteries have become widespread. Techniques for suppressing deterioration of lithium-ion secondary batteries have been proposed for the purpose of fully exhibiting the performance of lithium-ion secondary batteries.
たとえば、特開２０１６－１２３２５１号公報（特許文献１）によれば、黒鉛負極のリチウムイオンの拡散係数は、０％以上４０％未満のＳＯＣ（State Of Charge）領域で最大値を示し、４０％以上６０％以下のＳＯＣ領域で最小値を示し、６０％を超えるＳＯＣ領域では最大値と最小値との中間値を示す。このため、特許文献１に開示されたリチウムイオン二次電池の充電方法では、ＳＯＣ領域毎に充電電流を増減させる（たとえば特許文献１の表１および表２参照）。これにより、充電によるリチウムイオン二次電池の発熱を最小限にすることができる。その結果、リチウムイオン二次電池の劣化（充放電サイクル特性等の電池特性の低下）を抑制することができる。
For example, according to Japanese Patent Application Laid-Open No. 2016-123251 (Patent Document 1), the lithium ion diffusion coefficient of a graphite negative electrode exhibits a maximum value in the SOC (State Of Charge) region of 0% or more and less than 40%, and is 40%. The minimum value is shown in the SOC region of 60% or less, and the intermediate value between the maximum value and the minimum value is shown in the SOC region of more than 60%. Therefore, in the lithium ion secondary battery charging method disclosed in
一般に、リチウムイオン二次電池において大電流での充電（いわゆるハイレート充電）が行なわれると、電解液中のリチウム塩の濃度（以下、「塩濃度」とも略す）に偏りが生じ得ることが知られている。塩濃度に偏りが生じると、リチウムイオン二次電池の内部抵抗が増加することにより電池特性が低下し得る。一般に、このような劣化は「ハイレート劣化」とも称される。 In general, when a lithium ion secondary battery is charged with a large current (so-called high-rate charging), it is known that the concentration of lithium salt in the electrolyte (hereinafter also abbreviated as "salt concentration") may become uneven. ing. If the salt concentration is uneven, the internal resistance of the lithium-ion secondary battery increases, which can degrade the battery characteristics. Such degradation is also commonly referred to as "high rate degradation".
本発明者は、たとえばソフトカーボンを含む負極を採用したリチウムイオン二次電池では、ハイレート劣化の生じやすさがＳＯＣに依存することを見出した。特許文献１に開示されたリチウムイオン二次電池の充電方法には、ハイレート劣化の生じやすさのＳＯＣ依存性が特に考慮されていない点において改善の余地がある。
The inventors have found that, for example, in a lithium ion secondary battery employing a negative electrode containing soft carbon, the susceptibility to high-rate deterioration depends on the SOC. The lithium-ion secondary battery charging method disclosed in
本開示は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、リチウムイオン二次電池のハイレート劣化を適切に抑制することである。 The present disclosure has been made to solve the above problems, and an object thereof is to appropriately suppress high-rate deterioration of lithium-ion secondary batteries.
本開示のある局面に従う二次電池システムは、複数のセルを含む組電池と、組電池を拘束することで組電池に拘束圧を印可する拘束部材と、拘束圧を調整するように構成された駆動装置と、駆動装置を制御する制御装置とを備える。制御装置は、組電池の充電中に、組電池のＳＯＣが所定領域に含まれる場合には、組電池のＳＯＣが所定領域に含まれない場合と比べて、拘束圧が低くなるように駆動装置を制御する。 A secondary battery system according to one aspect of the present disclosure includes an assembled battery including a plurality of cells, a restraining member that restrains the assembled battery to apply a restraining pressure to the assembled battery, and adjusts the restraining pressure. A driving device and a control device for controlling the driving device are provided. When the SOC of the assembled battery is included in the predetermined region during charging of the assembled battery, the control device controls the driving device so that the constraint pressure is lower than when the SOC of the assembled battery is not included in the predetermined region. to control.
組電池のハイレート充電が行われると、電極体内部の電解液中に塩濃度分布の偏りが生じ、組電池の内部抵抗が上昇する。一方、詳細は後述するが、組電池の拘束圧が低くするほど、電極体が膨張しやすくなるので、電極体の内部において電解液が流れやすくなる。電解液の流動により塩の拡散が促進されると、電解液中の塩濃度分布の偏りが緩和されやすくなる。その結果、組電池の内部抵抗の上昇が抑制される。したがって、上記構成によれば、リチウムイオン二次電池からなる組電池のハイレート劣化を適切に抑制することができる。 When the assembled battery is charged at a high rate, the salt concentration distribution becomes uneven in the electrolyte inside the electrode assembly, and the internal resistance of the assembled battery increases. On the other hand, although the details will be described later, the lower the restraining pressure of the assembled battery, the easier it is for the electrode assembly to expand, so that the electrolyte solution flows more easily inside the electrode assembly. When the diffusion of the salt is promoted by the flow of the electrolytic solution, the unevenness of the salt concentration distribution in the electrolytic solution is easily alleviated. As a result, an increase in the internal resistance of the assembled battery is suppressed. Therefore, according to the above configuration, it is possible to appropriately suppress high-rate deterioration of the assembled battery composed of the lithium-ion secondary batteries.
本開示によれば、リチウムイオン二次電池のハイレート劣化を適切に抑制することができる。 According to the present disclosure, it is possible to appropriately suppress high-rate deterioration of a lithium-ion secondary battery.
以下、本実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。 Hereinafter, this embodiment will be described in detail with reference to the drawings. The same or corresponding parts in the drawings are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.
［実施の形態］
＜充電システムの全体構成＞
図１は、本開示の実施の形態に係る充電システムの全体構成を概略的に示す図である。図１を参照して、充電システム１００は、車両１と、充電器５とを備える。図１には、車両１と充電器５とが充電ケーブル６により電気的に接続され、充電器５から車両１へ電力を供給する外部充電制御時の状況が示されている。
[Embodiment]
<Overall configuration of charging system>
FIG. 1 is a diagram schematically showing the overall configuration of a charging system according to an embodiment of the present disclosure. Referring to FIG. 1 ,
車両１は、たとえば電気自動車である。ただし、車両１は、外部充電が可能に構成された車両であれば、たとえばプラグインハイブリッド車であってもよい。充電器５は、ユーザの家庭等に設けられた専用の充電器であってもよいし、公共の充電スタンド（充電ステーションとも呼ばれる）に設けられた充電器であってよい。
図２は、車両１および充電器５の構成を概略的に示すブロック図である。図２を参照して、充電器５は、直流（ＤＣ：Direct Current）充電器であって、系統電源７からの供給電力（交流電力）を、車両１に搭載されたバッテリ２１の充電電力（直流電力）に変換する。充電器５は、電力線ＡＣＬと、ＡＣ／ＤＣ変換器５１と、電圧センサ５２と、給電線ＰＬ０，ＮＬ０と、制御回路５０とを含む。
FIG. 2 is a block diagram schematically showing configurations of
電力線ＡＣＬは、系統電源７に電気的に接続されている。電力線ＡＣＬは、系統電源７からの交流電力をＡＣ／ＤＣ変換器５１へ伝送する。
Power line ACL is electrically connected to
ＡＣ／ＤＣ変換器５１は、電力線ＡＣＬ上の交流電力を、車両１に搭載されたバッテリ２１を充電するための直流電力に変換する。ＡＣ／ＤＣ変換器５１による電力変換は、力率改善のためのＡＣ／ＤＣ変換と、電圧レベル調整のためのＤＣ／ＤＣ変換との組み合わせによって実行されてもよい。ＡＣ／ＤＣ変換器５１から出力された直流電力は、正極側の給電線ＰＬ０および負極側の給電線ＮＬ０によって供給される。
AC/
電圧センサ５２は、給電線ＰＬ０と給電線ＮＬ０との間に電気的に接続されている。電圧センサ５２は、給電線ＰＬ０と給電線ＮＬ０との間の電圧を検出し、その検出結果を制御回路５０に出力する。
制御回路５０は、ＣＰＵと、メモリと、入出力ポート（いずれも図示せず）とを含んで構成されている。制御回路５０は、電圧センサ５２により検出された電圧、車両１からの信号、ならびに、メモリに記憶されたマップおよびプログラムに基づいて、ＡＣ／ＤＣ変換器５１による電力変換動作を制御する。
The
車両１は、インレット１１と、充電線ＰＬ１，ＮＬ１と、電圧センサ１２１と、電流センサ１２２と、充電リレー１３１，１３２と、システムメインリレー（ＳＭＲ：System Main Relay）１４１，１４２と、電力線ＰＬ２，ＮＬ２と、ＰＣＵ（Power Control Unit）１６と、モータジェネレータ１７と、動力伝達ギヤ１８と、駆動輪１９と、二次電池システム２とを備える。二次電池システム２は、バッテリ２１と、電圧センサ２２１と、電流センサ２２２と、温度センサ２２３と、拘束部材２３と、ダンパアクチュエータ２４と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）２０とを備える。
The
インレット（充電ポート）１１は、嵌合等の機械的な連結を伴って充電ケーブル６のコネクタ６１を挿入することが可能に構成されている。コネクタ６１の挿入に伴い、給電線ＰＬ０とインレット１１の正極側の接点との間の電気的な接続が確保されるとともに、給電線ＮＬ０とインレット１１の負極側の接点との間の電気的な接続が確保される。また、インレット１１とコネクタ６１とが充電ケーブル６により接続されることで、車両１のＥＣＵ２０と充電器５の制御回路５０とがＣＡＮ（Controller Area Network）等の通信規格に従う通信により、信号、指令、メッセージまたはデータ等の各種情報を相互に送受信することが可能になる。
The inlet (charging port) 11 is configured so that the
電圧センサ１２１は、充電リレー１３１，１３２よりもインレット１１側において、充電線ＰＬ１と充電線ＮＬ１との間に電気的に接続されている。電圧センサ１２１は、充電線ＰＬ１と充電線ＮＬ１との間の直流電圧を検出し、その検出結果をＥＣＵ２０に出力する。電流センサ１２２は、充電線ＰＬ１に設けられている。電流センサ１２２は、充電線ＰＬ１を流れる電流を検出し、その検出結果をＥＣＵ２０に出力する。ＥＣＵ２０は、電圧センサ１２１および電流センサ１２２による検出結果に基づき、充電器５からの供給電力（バッテリ２１の充電量）を算出することもできる。
充電リレー１３１は充電線ＰＬ１に接続され、充電リレー１３２は充電線ＮＬ１に接続されている。充電リレー１３１，１３２の閉成／開放は、ＥＣＵ２０からの指令に応じて制御される。充電リレー１３１，１３２が閉成され、かつＳＭＲ１４１，１４２が閉成されると、インレット１１とバッテリ２１との間での電力伝送が可能な状態となる。
Charging
バッテリ２１は、複数のセル３を含んで構成された組電池である。バッテリ２１は、車両１の駆動力を発生させるための電力を供給する。また、バッテリ２１は、モータジェネレータ１７により発電された電力を蓄える。
The
バッテリ２１の正極は、ＳＭＲ１４１を経由してノードＮＤ１に電気的に接続されている。ノードＮＤ１は、充電線ＰＬ１および電力線ＰＬ２に電気的に接続されている。同様に、バッテリ２１の負極は、ＳＭＲ１４２を経由してノードＮＤ２に電気的に接続されている。ノードＮＤ２は、充電線ＮＬ１および電力線ＮＬ２に電気的に接続されている。ＳＭＲ１４１，１４２の閉成／開放は、ＥＣＵ２０からの指令に応じて制御される。
The positive electrode of
電圧センサ２２１は、バッテリ２１の電圧を検出する。電流センサ２２２は、バッテリ２１に入出力される電流を検出する。温度センサ２２３は、バッテリ２１の温度を検出する。各センサは、その検出結果をＥＣＵ２０に出力する。ＥＣＵ２０は、電圧センサ２２１および／または電流センサ２２２による検出結果に基づいて、バッテリ２１のＳＯＣを推定することができる。
ＰＣＵ１６は、電力線ＰＬ２，ＮＬ２とモータジェネレータ１７との間に電気的に接続されている。ＰＣＵ１６は、コンバータおよびインバータ（いずれも図示せず）を含んで構成され、ＥＣＵ２０からの指令に従ってモータジェネレータ１７を駆動する。
モータジェネレータ１７は、交流回転電機であり、たとえば、永久磁石が埋設されたロータを備える永久磁石型同期電動機である。モータジェネレータ１７の出力トルクは、動力伝達ギヤ１８を通じて駆動輪１９に伝達され、車両１を走行させる。また、モータジェネレータ１７は、車両１の制動動作時には、駆動輪１９の回転力によって発電することができる。モータジェネレータ１７による発電電力は、ＰＣＵ１６によってバッテリ２１の充電電力に変換される。
ＥＣＵ２０は、制御回路５０と同様に、ＣＰＵ２０１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）およびＲＡＭ（Random Access Memory）などのメモリ２０２と、入出力ポート２０３とを含んで構成されている。ＥＣＵ２０は、各センサ等からの信号に応じて、車両１が所望の状態となるように機器類を制御する。なお、ＥＣＵ２０は、機能毎に複数のＥＣＵに分割して構成されていてもよい。
As with the
本実施の形態においてＥＣＵ２０により実行される主要な制御として、充電器５から供給される電力により車載のバッテリ２１を充電する「外部充電制御」と、拘束部材２３によりバッテリ２１に印可される拘束圧Ｐを制御する「拘束圧制御」とが挙げられる。本実施の形態では、拘束圧制御は外部充電制御中に実行される。拘束圧制御については後に詳細に説明する。
The main controls executed by the
図３は、二次電池システム２の構成をより詳細に示す図である。図３を参照して、拘束部材２３は、一対のエンドプレート２３１と、拘束バンド２３２と、複数のボルト２３３と、複数のナット（図示せず）と、複数のバスバー２３４とを含む。
FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the
各セル３は、正極端子４３および負極端子４４（図３参照）を有する。あるセルの正極端子４３と隣接するセルの負極端子４４とは、バスバー２３４によって締結されるとともに電気的に接続されている。これにより、複数のセル３が直列に接続されている。ただし、複数のセル３が直列に接続された構成は必須ではない。たとえば複数のセル３が並列接続されてブロックが構成され、そのブロック同士が直列接続されてバッテリ２１が構成されていてもよい。
Each
図３では、複数のセル３が積層されることより形成された積層体のうち、積層方向（ｘ軸方向）の一方端が部分的に示されている。積層体の一方端および積層方向の他方端にそれぞれ対向するように、一対のエンドプレート２３１が配置されている。一対のエンドプレート２３１は、すべてのセル３を挟み込んだ状態で拘束バンド２３２によって拘束されている。
FIG. 3 partially shows one end in the stacking direction (x-axis direction) of a stack formed by stacking a plurality of
また、一対のエンドプレート２３１は、ボルト２３３およびナット（図示せず）により互いに締め付けられている。エンドプレート２３１、拘束バンド２３２、ボルト２３３およびナットにより、各セル３には拘束圧Ｐ［単位：Ｐａ］が印加されている。
Also, the pair of
ダンパアクチュエータ２４は、ＥＣＵ２０からの制御信号に従って一対のエンドプレート２３１間の間隔を制御することにより、拘束圧Ｐを調整することが可能に構成されている。より詳細には、拘束圧Ｐは、圧力センサ（図示せず）をセル３間に設置することにより測定可能である。そのため、エンドプレート２３１間の間隔と拘束圧Ｐとの相関関係を予め求めておくことにより、所望の拘束圧Ｐを発生させるための間隔を算出することができる。あるいは、ダンパアクチュエータ２４は、ＥＣＵ２０からの制御信号に従ってボルト２３３の締め付け量を制御することにより、拘束圧Ｐを調整することが可能に構成されていてもよい。この場合にも事前の実験結果に基づき、所望の拘束圧Ｐを発生させるためのボルト２３３の締め付け量を算出することができる。なお、ダンパアクチュエータ２４は、本開示に係る「駆動装置」に相当する。
The
ただし、図３に示した構成は、バッテリ２１に拘束圧Ｐを印可するための構成の一例に過ぎない。本開示に係る「拘束部材」および「駆動装置」は、バッテリ２１への拘束圧Ｐを調整可能に構成されていれば、その機械的な構成は特に限定されるものではない。
However, the configuration shown in FIG. 3 is merely an example of the configuration for applying the restraining pressure P to the
＜セル構成＞
図４は、各セル３の構成をより詳細に説明するための図である。図４において、セル３は、その内部を透視して示されている。セル３は、略直方体形状の電池ケース４１を有する。電池ケース４１の上面は蓋体４２によって封じられている。正極端子４３および負極端子４４の各々の一方端は、蓋体４２から外部に突出している。正極端子４３および負極端子４４の他方端は、電池ケース４１内部において、内部正極端子および内部負極端子（いずれも図示せず）にそれぞれ接続されている。
<Cell configuration>
FIG. 4 is a diagram for explaining the configuration of each
電池ケース４１の内部には電極体４５が収容されている。電極体４５は、正極４６と負極４７とがセパレータ４８を介して積層され、その積層体が捲回されることにより形成されている。電解液（図示せず）は、正極４６、負極４７およびセパレータ４８等に保持されている。
An
負極４７にはソフトカーボン（易黒鉛化炭素）が用いられる。正極４６、セパレータ４８および電解液の材料としては、従来公知の各種材料を用いることができる。一例として、正極４６には、コバルト酸リチウムまたはマンガン酸リチウムが用いられる。セパレータ４８にはポリオレフィンが用いられる。電解液は、有機溶媒と、リチウムイオンと、添加剤とを含む。なお、電極体４５を捲回体にすることは必須ではなく、電極体４５は捲回されていない積層体であってもよい。
Soft carbon (easily graphitizable carbon) is used for the
＜ハイレート劣化のＳＯＣ依存性＞
本発明者は、バッテリ２１におけるハイレートの生じやすさのＳＯＣ依存性を調査するため、以下のような測定を実施した。バッテリ２１と同型のバッテリを準備し、隣接する２つのセル間に面圧センサ（図示せず）を設置した。そして、これらのセルのＳＯＣを様々な値に調整し、定常状態としてからセル間の面圧を測定した。
<SOC dependency of high-rate deterioration>
The inventor conducted the following measurements to investigate the SOC dependence of the likelihood of occurrence of a high rate in the
図５は、セル間の面圧のＳＯＣ依存性を示す図である。図５において、横軸は、バッテリ２１のＳＯＣを表す。縦軸は、セル間の面圧［単位：Ｐａ（＝Ｎ／ｍ２）］を表す。
FIG. 5 is a diagram showing SOC dependence of surface pressure between cells. In FIG. 5 , the horizontal axis represents the SOC of
図５に示す例では、２０％以下の低ＳＯＣ領域または６０％以上の高ＳＯＣ領域では、２０％超かつ６０％未満の中間ＳＯＣ領域と比べて、セル間の面圧が大きい。セル間の面圧が大きいということは、各セルの体積が大きいことを意味する。つまり、低ＳＯＣ領域または高ＳＯＣ領域では、中間ＳＯＣ領域と比べて、充電中でなくても各セルが膨張している。 In the example shown in FIG. 5, the surface pressure between cells is greater in the low SOC region of 20% or less or the high SOC region of 60% or more than in the intermediate SOC region of more than 20% and less than 60%. A large surface pressure between cells means that each cell has a large volume. That is, in the low SOC region or high SOC region, each cell expands more than in the intermediate SOC region even when not being charged.
バッテリ２１のハイレート充電を行うと、電極体４５が膨張する。しかし、バッテリ２１の低ＳＯＣ領域または高ＳＯＣ領域では、中間ＳＯＣ領域と比べて、ハイレート充電の開始前から各セル３が膨張しているため、ハイレート充電に伴って電極体４５が膨張する余地が小さい。電極体４５の膨張が妨げられると、ハイレート充電に伴って電極体４５の内部の電解液中に塩濃度分布の偏りが生じやすくなり、それによりバッテリ２１の内部抵抗Ｒが上昇しやすくなる。すなわち、バッテリ２１のハイレート劣化が生じやすくなる。そのため、図５に示す測定結果は、低ＳＯＣ領域または高ＳＯＣ領域では、中間ＳＯＣ領域と比べて、ハイレート劣化に対するバッテリ２１の耐性が低いことを意味している。よって、以下では、ＳＯＣが２０％以下の低ＳＯＣ領域とＳＯＣが６０％以上の高ＳＯＣ領域とを「耐性低下領域」とも記載する。なお、耐性低下領域は本開示に係る「所定領域」に相当する。
When the
本実施の形態においては、図５に示すようにハイレート劣化の進行のしやすさがＳＯＣ依存性を示すことに鑑み、バッテリ２１のＳＯＣが耐性低下領域に含まれる場合と、バッテリ２１のＳＯＣが耐性低下領域に含まれない場合とで、拘束部材２３によるバッテリ２１の拘束圧Ｐの印可態様を異ならせる。より具体的には、本実施の形態では以下に説明するように、隣接するセル３間の面圧と逆相関するようにバッテリ２１の拘束圧Ｐを変化させる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 5, in view of the fact that the progress of high-rate deterioration is dependent on the SOC, the SOC of the
図６は、本実施の形態におけるバッテリ２１の拘束圧Ｐの印可手法を説明するための図である。図６において、横軸はバッテリのＳＯＣを表す。縦軸は、上から順に、セル間の面圧［単位：Ｐａ］およびバッテリ２１の拘束圧Ｐ［単位：Ｐａ］を表す。なお、各セル３の電池ケース４１の表面積（拘束圧Ｐが印可される側面の面積）は既知であるため、電池ケース４１の表面積を用いて拘束圧Ｐをセル３に印可される荷重［単位：Ｎ］に換算し、荷重を縦軸に表してもよい。
FIG. 6 is a diagram for explaining a method of applying the constraint pressure P of the
図６を参照して、本実施の形態では、バッテリ２１のＳＯＣが耐性低下領域に含まる場合には、バッテリ２１のＳＯＣが耐性低下領域に含まれない場合と比べて、ダンパアクチュエータ２４を制御することでバッテリ２１の拘束圧Ｐを低くする。
Referring to FIG. 6, in the present embodiment, when the SOC of
耐性低下領域においてバッテリ２１の拘束圧Ｐを低下させることで、ハイレート充電に伴う電極体４５の膨張が阻害されにくくなる。電極体４５が膨張しやすくなると、電極体４５の内部において電解液が流れやすくなる。そうすると、電解液中の塩が拡散しやすくなり、電解液中の塩濃度分布の偏りが緩和（最終的には解消）される。その結果、バッテリ２１の内部抵抗Ｒの上昇が抑制される。つまり、バッテリ２１のハイレート劣化を抑制することが可能になる。
By reducing the confining pressure P of the
＜拘束圧制御フロー＞
図７は、本実施の形態における拘束圧制御を説明するためのフローチャートである。図７および後述する図９に示すフローチャートに含まれる処理は、車両１の外部充電制御中に所定の制御周期が経過する度にメインルーチン（図示せず）から呼び出されて実行される。また、このフローチャートに含まれる各ステップ（以下、「Ｓ」と略す）は、基本的にはＥＣＵ２０によるソフトウェア処理によって実現されるが、ＥＣＵ２０内に作製された専用のハードウェア（電気回路）によって実現されてもよい。
<Confining pressure control flow>
FIG. 7 is a flow chart for explaining the confining pressure control in this embodiment. The processing included in the flow charts shown in FIG. 7 and FIG. 9, which will be described later, is called from a main routine (not shown) and executed each time a predetermined control cycle elapses during external charging control of the
図７を参照して、Ｓ１１において、ＥＣＵ２０は、バッテリ２１のＳＯＣを推定する。ＳＯＣ推定には、ＯＣＶ－ＳＯＣカーブを参照する手法または電流積算法などの各種公知の手法を用いることができる。
Referring to FIG. 7,
Ｓ１２において、ＥＣＵ２０は、Ｓ１１にて推定されたバッテリ２１のＳＯＣが耐性低下領域内であるかどうかを判定する。バッテリ２１のＳＯＣが耐性低下領域内である場合、すなわち、バッテリ２１のＳＯＣが２０％以下または６０％以上である場合（Ｓ１２においてＹＥＳ）、ＥＣＵ２０は、処理をＳ１３に進める。これに対し、バッテリ２１のＳＯＣが耐性低下領域外である場合、すなわち、バッテリ２１のＳＯＣが２０％超かつ６０％未満である場合（Ｓ１２においてＮＯ）には、ＥＣＵ２０は、処理をＳ１４に進める。
At S12, the
Ｓ１３において、ＥＣＵ２０は、バッテリ２１のＳＯＣが６０％であるときの拘束圧Ｐ（基準拘束圧Ｐ０と記載する）を基準として、バッテリ２１の拘束圧Ｐが低下するようにダンパアクチュエータ２４を制御する。一方、Ｓ１４において、ＥＣＵ２０は、基準拘束圧Ｐ０に対してバッテリ２１の拘束圧Ｐが上昇するようにダンパアクチュエータ２４を制御する。Ｓ１３，Ｓ１４の処理が終了するとメインルーチンに処理が戻され、次の制御周期が来ると一連の処理が再び実行される。
In S13, the
なお、図７に示す例ではバッテリ２１のＳＯＣが６０％であるときの拘束圧Ｐを基準拘束圧Ｐ０に設定したが、これは拘束圧Ｐの基準の設定手法の一例に過ぎない。バッテリ２１のＳＯＣが耐性低下領域外である場合（たとえばＳＯＣ＝４０％の場合）の拘束圧Ｐを基準拘束圧Ｐ０に設定してもよい。この場合、ＥＣＵ２０は、バッテリ２１のＳＯＣが耐性低下領域内である場合にはバッテリ２１の拘束圧Ｐが基準拘束圧Ｐ０よりも低くなるようにダンパアクチュエータ２４を制御する一方で（Ｓ１３）、バッテリ２１のＳＯＣが耐性低下領域外である場合には拘束圧Ｐを特に低下させない（Ｓ１４）。
In the example shown in FIG. 7, the confining pressure P when the SOC of the
以上のように、本実施の形態においては、セル３間の面圧により指標されるハイレート劣化の進行のしやすさがＳＯＣ依存性を有することを考慮し、バッテリ２１のＳＯＣが耐性低下領域内である場合のバッテリ２１の拘束圧Ｐを、バッテリ２１のＳＯＣが耐性低下領域外である場合のバッテリ２１の拘束圧Ｐよりも低くする。バッテリ２１の拘束圧Ｐを低下させることで電極体４５の膨張が許容されることになり、電極体４５の内部における電解液の流動が促進される。これにより、電解液中の塩の拡散が速められるので、塩濃度分布の偏りが解消されやすくなる。その結果、本実施の形態によれば、バッテリ２１の内部抵抗Ｒの上昇を抑制することができる。言い換えると、バッテリ２１のハイレート劣化を適切に抑制することができる。
As described above, in the present embodiment, considering that the susceptibility of high-rate deterioration, which is indicated by the contact pressure between the
［変形例］
バッテリ２１のハイレート劣化の進行を拘束圧制御により抑制したとしても、バッテリ２１の経年劣化は進行するので、バッテリ２１の容量が減少し得る。本変形例においては、バッテリの容量減少に伴い、耐性低下領域として規定するＳＯＣ領域についても適宜変更する構成について説明する。
[Modification]
Even if the progress of high-rate deterioration of the
図８は、変形例におけるバッテリ２１の拘束圧Ｐの印可手法を説明するための図である。図８において、横軸は、バッテリ２１のＳＯＣを表す。縦軸は、バッテリ２１の拘束圧Ｐを表す。図８には、初期状態でのバッテリ２１に印可される拘束圧Ｐが対比のため１点鎖線により示されるとともに、容量減少後（この例では初期状態と比べて１０％の容量減少後）のバッテリ２１に印可される拘束圧Ｐが実線により示されている。
FIG. 8 is a diagram for explaining a method of applying the constraint pressure P of the
図８を参照すると、初期状態では、ＳＯＣが２０％以下のＳＯＣ領域とＳＯＣが６０％以上のＳＯＣ領域とが耐性低下領域であるのに対し、容量減少後の耐性低下領域は、ＳＯＣが３０％以下のＳＯＣ領域とＳＯＣが７０％以上のＳＯＣ領域とである。このことから、容量減少後のバッテリ２１に印可される拘束圧Ｐは、初期状態でのバッテリ２１に印可される拘束圧Ｐよりも高ＳＯＣ側にシフトすることが理解される。バッテリ２１の容量減少量が大きくなるほど、拘束圧Ｐの高ＳＯＣ側へのシフト量も大きくなる。このようなバッテリ２１の容量減少量と拘束圧Ｐのシフト量との間の対応関係が事前実験により求められ、ＥＣＵ２０のメモリ（図示せず）にたとえばマップとして予め格納されている。
Referring to FIG. 8, in the initial state, the SOC region with an SOC of 20% or less and the SOC region with an SOC of 60% or more are the resistance reduction regions, whereas the resistance reduction region after the capacity reduction has an SOC of 30%. % or less and an SOC range of 70% or more. From this, it is understood that the confining pressure P applied to the
図９は、変形例における拘束圧制御を説明するためのフローチャートである。図９を参照して、まずＳ２１において、ＥＣＵ２０は、外部充電制御の実行開始に伴いバッテリ２１の容量（満充電容量）を算出済みであるかどうかを判定する。
FIG. 9 is a flow chart for explaining confining pressure control in a modified example. Referring to FIG. 9, first, in S21,
外部充電制御の実行開始時にバッテリ２１の容量を算出していない場合（Ｓ２１においてＮＯ）、ＥＣＵ２０は、バッテリ２１の容量（満充電容量）を算出する（Ｓ２２）。具体的には、ＥＣＵ２０は、車両１の外部充電制御中に、バッテリ２１のＳＯＣを２回推定するとともに、その２回のＳＯＣ推定の間にバッテリ２１に充電された電力量ΔＡｈを電流センサ１２２を用いた電流積算により測定する。ＥＣＵ２０は、２回のＳＯＣ推定処理の推定結果であるＳ１，Ｓ２と充電電力量ΔＡｈとを用いて、バッテリ２１の容量Ｃを下記式（１）に従って算出する。
Ｃ＝ΔＡｈ／（Ｓ１－Ｓ２）×１００ ・・・（１）
If the capacity of
C=ΔAh/(S1−S2)×100 (1)
その後、ＥＣＵ２０は、Ｓ２２にて算出された容量Ｃに基づき耐性低下領域を決定する（Ｓ２３）。より具体的には、ＥＣＵ２０は、初期状態におけるバッテリ２１の容量Ｃ０からのバッテリ２１の容量Ｃの容量減少量（前述の例では１０％）を算出する。そして、ＥＣＵ２０は、図８にて説明したようなマップを参照することによって、バッテリ２１の容量減少量から耐性低下領域を決定する。なお、外部充電制御の実行開始時にバッテリ２１の容量を既に算出している場合（Ｓ２１においてＹＥＳ）には、ＥＣＵ２０は、Ｓ２２，Ｓ２３の処理をスキップして処理をＳ２４に進める。
After that, the
Ｓ２４～Ｓ２８の処理は、本実施の形態におけるＳ１１～Ｓ１４の処理（図７参照）とそれぞれ同様であるため、詳細な説明は繰り返さない。 The processing of S24 to S28 is the same as the processing of S11 to S14 (see FIG. 7) in the present embodiment, respectively, so detailed description will not be repeated.
以上のように、本変形例によれば、前述した実施の形態と同様に、バッテリ２１のハイレート劣化を適切に抑制することができる。さらに、本変形例によれば、耐性低下領域の決定に際してバッテリ２１の経年劣化の影響が反映される。言い換えると、バッテリ２１の経年劣化に伴う容量減少量に基づいて耐性低下領域が補正される。これにより、バッテリ２１のハイレート劣化を一層適切に抑制することが可能になる。
As described above, according to the present modification, high-rate deterioration of
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiments disclosed this time should be considered as examples and not restrictive in all respects. The scope of the present disclosure is indicated by the scope of claims rather than the description of the above-described embodiments, and is intended to include all modifications within the scope and meaning equivalent to the scope of the claims.
１００ 充電システム、１ 車両、１１ インレット、１２ ＡＣ／ＤＣ変換器、１２１ 電圧センサ、１２２ 電流センサ、１３１，１３２ ＳＭＲ、１４１，１４２ 充電リレー、１５ ＰＣＵ、１６ モータジェネレータ、１７ 動力伝達ギヤ、１８ 駆動輪、２ 二次電池システム、２０ ＥＣＵ、２０１ ＣＰＵ、２０２ メモリ、２０３ 入出力ポート、２１ バッテリ、２２１ 電圧センサ、２２２ 電流センサ、２２３ 温度センサ、２３ 拘束部材、２３１ エンドプレート、２３２ 拘束バンド、２３３ ボルト、２３４ バスバー、２４ ダンパアクチュエータ、３ セル、４１ 電池ケース、４２ 蓋体、４３ 正極端子、４４ 負極端子、４５ 電極体、４６ 正極、４７ 負極、４８ セパレータ、５ 充電器、５０ 制御回路、５１ ＡＣ／ＤＣ変換器、５２ 電圧センサ、６ 充電ケーブル、６１ コネクタ、７ 系統電源、ＡＣＬ，ＮＬ２，ＰＬ２ 電力線、ＮＤ１，ＮＤ２ ノード、ＮＬ０，ＰＬ０ 給電線、ＮＬ１，ＰＬ１ 充電線。
100
Claims (2)
前記組電池を拘束することで前記組電池に拘束圧を印可する拘束部材と、
前記拘束圧を調整するように構成された駆動装置と、
前記駆動装置を制御する制御装置とを備え、
前記組電池は、前記複数のセルの各々のＳＯＣが所定領域内である場合に、前記複数のセルの各々のＳＯＣが前記所定領域外である場合と比べて膨張し、
前記制御装置は、
前記組電池の満充電容量に基づいて前記所定領域を補正し、
前記組電池の充電中に、前記組電池のＳＯＣが前記所定領域内である場合には、前記組電池のＳＯＣが前記所定領域外である場合と比べて、前記拘束圧が低くなるように前記駆動装置を制御する、二次電池システム。 an assembled battery including a plurality of cells;
a restraining member that restrains the assembled battery to apply a restraining pressure to the assembled battery;
a driving device configured to adjust the confining pressure;
A control device that controls the drive device,
When the SOC of each of the plurality of cells is within a predetermined region, the assembled battery expands more than when the SOC of each of the plurality of cells is outside the predetermined region,
The control device is
correcting the predetermined region based on the full charge capacity of the assembled battery;
During charging of the assembled battery, when the SOC of the assembled battery is within the predetermined range, the constraint pressure is lower than when the SOC of the assembled battery is outside the predetermined range. A secondary battery system that controls the driving device.
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