JP7259719B2

JP7259719B2 - battery system

Info

Publication number: JP7259719B2
Application number: JP2019218093A
Authority: JP
Inventors: 広規田代; 伸光大坪
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2019-12-02
Filing date: 2019-12-02
Publication date: 2023-04-18
Anticipated expiration: 2039-12-02
Also published as: JP2021089804A

Description

本開示は、電池システムに関し、特に、積層された複数のセルが拘束部材によって積層方向に拘束された組電池を備える電池システムに関する。 TECHNICAL FIELD The present disclosure relates to a battery system, and more particularly to a battery system including an assembled battery in which a plurality of stacked cells are restrained in the stacking direction by a restraining member.

特開２０１２－１２４０６０号公報（特許文献１）は、組電池の充放電の制御方法を開示する。この制御方法における組電池は、積層された複数のセルが拘束部材によって積層方向に拘束されている。この制御方法では、組電池の温度及び蓄電量から拘束部材による拘束荷重が算出され、算出された拘束荷重に基づいて蓄電量の下限値が定められる。そして、組電池の蓄電量が下限値以上となるように充放電が制御される（特許文献１参照）。 Japanese Patent Laying-Open No. 2012-124060 (Patent Document 1) discloses a method for controlling charging and discharging of an assembled battery. In the assembled battery in this control method, a plurality of stacked cells are restrained in the stacking direction by a restraining member. In this control method, the restraining load by the restraining member is calculated from the temperature and the amount of charge of the assembled battery, and the lower limit value of the amount of charge is determined based on the calculated restraining load. Then, charging and discharging are controlled so that the amount of electricity stored in the assembled battery is equal to or higher than the lower limit (see Patent Document 1).

特開２０１２－１２４０６０号公報JP 2012-124060 A

拘束部材により組電池に加えられる拘束荷重が小さいと、拘束部材によりセルを拘束できなくなるため、セルを拘束するのに必要な最低限の拘束荷重が設定されることがある。 If the restraint load applied to the assembled battery by the restraint member is small, the restraint member cannot restrain the cell, so the minimum restraint load necessary to restrain the cell may be set.

セルは、充電状態によって体積が変化することが知られている。具体的には、充電率が低下するほど体積が減少する（言い換えると、充電率が上昇するほど体積が増加する）。体積が減少すると、拘束荷重が低下する。そのため、拘束荷重が最低限の拘束荷重を下回らないように、組電池のＳＯＣ（State Of Charge）に下限値（下限ＳＯＣ）を設けることが行なわれる。 It is known that a cell changes its volume depending on its state of charge. Specifically, the volume decreases as the charging rate decreases (in other words, the volume increases as the charging rate increases). As the volume decreases, the restraint load decreases. Therefore, a lower limit (lower limit SOC) is set for the SOC (State Of Charge) of the assembled battery so that the binding load does not fall below the minimum binding load.

また、セルは、劣化によって体積が減少することが知られている。そのため、下限ＳＯＣが一律に定められている場合には（たとえば、組電池の製造時に定められた値）、セルを拘束するのに必要な拘束荷重を確保できない可能性がある。 Also, cells are known to decrease in volume due to deterioration. Therefore, if the lower limit SOC is uniformly determined (for example, a value determined when the assembled battery is manufactured), there is a possibility that the restraining load required to restrain the cells cannot be ensured.

なお、拘束荷重を予め大きくしておくことも考えられるが、そのためには、各部品の耐荷重性や拘束部材のクリープ特性を高める必要があり、各種部材のコスト増を招く。 Although it is conceivable to increase the restraint load in advance, it is necessary to improve the load resistance of each part and the creep property of the restraint members, which leads to an increase in the cost of various members.

本開示は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、その目的は、積層された複数のセルが拘束部材によって積層方向に拘束された組電池を備える電池システムにおいて、セルを拘束するのに必要な拘束荷重の確保を低コストで実現することである。 The present disclosure has been made to solve the above-described problems, and an object of the present disclosure is to provide a battery system including an assembled battery in which a plurality of stacked cells are constrained in the stacking direction by a constraining member. To secure a restraining load necessary for restraining at a low cost.

本開示の電池システムは、積層された複数のセルが拘束部材によって積層方向に拘束された組電池と、組電池のＳＯＣが下限ＳＯＣを下回らないように組電池の充放電を制御する制御装置とを備える。制御装置は、複数のセルの各々について、セルの容量からセルの体積を算出し、算出された各セルの体積から組電池の体積を算出する。そして、制御装置は、組電池の体積が、拘束部材により組電池に所定の拘束荷重が生じる基準体積を下回る場合に、組電池の体積に基づいて、組電池の体積が基準体積であるときよりも下限ＳＯＣを引き上げる。 The battery system of the present disclosure includes an assembled battery in which a plurality of stacked cells are restrained in the stacking direction by a restraining member, and a control device that controls charging and discharging of the assembled battery so that the SOC of the assembled battery does not fall below the lower limit SOC. Prepare. For each of the plurality of cells, the control device calculates the volume of the cell from the capacity of the cell, and calculates the volume of the assembled battery from the calculated volume of each cell. Then, when the volume of the assembled battery is less than the reference volume at which the restraining member applies a predetermined restraint load to the assembled battery, the control device controls the volume of the assembled battery based on the volume of the assembled battery to be lower than when the volume of the assembled battery is the reference volume. also raises the lower limit SOC.

この電池システムにおいては、各セルの体積から組電池の体積が算出され、組電池の体積が基準体積を下回る場合に、組電池の体積に基づいて、組電池の体積が基準体積であるときよりも下限ＳＯＣが引き上げられる。したがって、セルの劣化に伴なってセルの体積が減少しても、セルを拘束するのに必要な拘束荷重を確保することができる。また、この電池システムによれば、劣化による体積減少を考慮して拘束部材による拘束荷重を予め大きくしておく必要はないので、各部品の耐荷重性や拘束部材のクリープ特性を高める必要はなく、各種部材のコスト増を抑えることができる。 In this battery system, the volume of the assembled battery is calculated from the volume of each cell, and if the volume of the assembled battery is less than the reference volume, based on the volume of the assembled battery, The lower limit SOC is also raised. Therefore, even if the volume of the cell decreases as the cell deteriorates, it is possible to secure the restraining load necessary to restrain the cell. In addition, according to this battery system, it is not necessary to increase the restraining load of the restraining member in advance in consideration of volume reduction due to deterioration. , the cost increase of various members can be suppressed.

本開示の電池システムによれば、セルを拘束するのに必要な拘束荷重の確保を低コストで実現することができる。 According to the battery system of the present disclosure, it is possible to secure the binding load required to bind the cells at low cost.

本開示の実施の形態に従う電池システムが搭載された車両の構成を概略的に示す図である。1 is a diagram schematically showing the configuration of a vehicle equipped with a battery system according to an embodiment of the present disclosure; FIG. 組電池の概略的な構成例を示す図である。It is a figure which shows the schematic structural example of an assembled battery. 各セルの構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a structure of each cell. セルの劣化によりセルの体積が減少した様子の一例を示した図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of a state in which the volume of a cell is reduced due to deterioration of the cell; 必要な拘束荷重と組電池のＳＯＣとの関係の一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of the relationship between a required restraint load and the SOC of an assembled battery; 本実施の形態に従う電池システムにおける下限ＳＯＣの設定手順の一例を示すフローチャートである。4 is a flow chart showing an example of a lower limit SOC setting procedure in the battery system according to the present embodiment; パック体積と下限ＳＯＣ引き上げ量との関係の一例を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an example of the relationship between the pack volume and the lower limit SOC increase amount;

以下、本開示の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、図中同一又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, embodiments of the present disclosure 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.

＜電池システムの構成＞
図１は、本開示の実施の形態に従う電池システムが搭載された車両１の構成を概略的に示す図である。なお、以下では、車両１がハイブリッド車両である場合について代表的に説明するが、本開示に従う電池システムは、ハイブリッド車両に搭載されるものに限定されず、以下に説明される電池システム２を搭載した車両全般に適用可能である。 <Configuration of battery system>
FIG. 1 is a diagram schematically showing the configuration of a vehicle 1 equipped with a battery system according to an embodiment of the present disclosure. In the following description, the case where the vehicle 1 is a hybrid vehicle will be described as a representative example, but the battery system according to the present disclosure is not limited to being installed in a hybrid vehicle, and the battery system 2 described below is installed. It can be applied to vehicles in general.

図１を参照して、車両１は、電池システム２と、パワーコントロールユニット（以下「ＰＣＵ（Power Control Unit）」と称する。）３０と、モータジェネレータ（以下「ＭＧ（Motor Generator）」と称する。）６１，６２と、エンジン６３と、動力分割装置６４と、駆動軸６５と、駆動輪６６とを備える。電池システム２は、組電池１０と、監視ユニット２０と、電子制御装置（以下「ＥＣＵ（Electronic Control Unit）」と称する。）１００とを含む。 Referring to FIG. 1, a vehicle 1 includes a battery system 2, a power control unit (hereinafter referred to as "PCU (Power Control Unit)") 30, and a motor generator (hereinafter referred to as "MG (Motor Generator)"). ) 61 and 62 , an engine 63 , a power split device 64 , a drive shaft 65 and drive wheels 66 . The battery system 2 includes an assembled battery 10 , a monitoring unit 20 , and an electronic control unit (hereinafter referred to as “ECU (Electronic Control Unit)”) 100 .

ＭＧ６１，６２は、交流回転電機であり、たとえば、ロータに永久磁石が埋設された三相交流同期電動機である。ＭＧ６１は、主として、動力分割装置６４を経由してエンジン６３により駆動される発電機として用いられる。ＭＧ６１が発電した電力は、ＰＣＵ３０を通じて組電池１０又はＭＧ６２に供給される。 MGs 61 and 62 are AC rotary electric machines, for example, three-phase AC synchronous motors in which permanent magnets are embedded in their rotors. MG 61 is mainly used as a generator driven by engine 63 via power split device 64 . Electric power generated by MG 61 is supplied to assembled battery 10 or MG 62 through PCU 30 .

ＭＧ６２は、主として電動機として動作し、駆動輪６６を駆動する。ＭＧ６２は、組電池１０からの電力及びＭＧ６１の発電電力の少なくとも一方を受けて駆動力を発生し、ＭＧ６２が発生した駆動力は、駆動軸６５を通じて駆動輪６６へ伝達される。一方、車両の制動時には、ＭＧ６２は、発電機として作動して回生発電を行なう。ＭＧ６２が発電した電力は、ＰＣＵ３０を通じて組電池１０に供給される。 MG 62 mainly operates as an electric motor to drive drive wheels 66 . The MG 62 receives at least one of the power from the assembled battery 10 and the power generated by the MG 61 to generate driving force, and the driving force generated by the MG 62 is transmitted to the drive wheels 66 through the drive shaft 65 . On the other hand, during braking of the vehicle, MG 62 operates as a generator to generate regenerative power. Electric power generated by MG 62 is supplied to assembled battery 10 through PCU 30 .

エンジン６３は、空気と燃料との混合気を燃焼させたときに生じる燃焼エネルギをピストンやロータ等の運動子の運動エネルギに変換することによって動力を発生する内燃機関である。動力分割装置６４は、たとえば、サンギヤ、キャリア、リングギヤの３つの回転軸を有する遊星歯車機構を含む。動力分割装置６４は、エンジン６３から出力される動力を、ＭＧ６１を駆動する動力と、駆動輪６６を駆動する動力とに分割する。 The engine 63 is an internal combustion engine that generates power by converting combustion energy generated when a mixture of air and fuel is burned into kinetic energy of motion elements such as pistons and rotors. The power split device 64 includes, for example, a planetary gear mechanism having three rotating shafts of sun gear, carrier, and ring gear. Power split device 64 splits the power output from engine 63 into power for driving MG 61 and power for driving drive wheels 66 .

組電池１０は、複数の二次電池（セル）を含んで構成される。本実施の形態では、各セルは、リチウムイオン二次電池であるものとするが、ニッケル水素二次電池等であってもよい。リチウムイオン二次電池の電解質は、液体であってもよいし、ポリマーであってもよいし、固体であってもよい。組電池１０は、ＭＧ６１，６２を駆動するための電力を蓄え、ＰＣＵ３０を通じてＭＧ６１，６２へ電力を供給する。また、組電池１０は、ＭＧ６１，６２の発電時にＰＣＵ３０を通じて発電電力を受けて充電される。組電池１０の出力電圧は、たとえば数百Ｖである。 The assembled battery 10 includes a plurality of secondary batteries (cells). Although each cell is assumed to be a lithium-ion secondary battery in the present embodiment, it may be a nickel-hydrogen secondary battery or the like. The electrolyte of the lithium ion secondary battery may be liquid, polymer, or solid. Battery pack 10 stores power for driving MGs 61 and 62 and supplies power to MGs 61 and 62 through PCU 30 . Also, the assembled battery 10 is charged by receiving power generated through the PCU 30 when the MGs 61 and 62 generate power. The output voltage of the assembled battery 10 is several hundred volts, for example.

監視ユニット２０は、電圧センサ２１と、電流センサ２２と、温度センサ２３とを含む。電圧センサ２１は、組電池１０に含まれる各セルの電圧ＶＢｉを検出する。電流センサ２２は、組電池１０に入出力される電流ＩＢを検出する。以下では、充電時の電流ＩＢの符号を負とし、放電時の電流ＩＢの符号を正とする。温度センサ２３は、セル毎の温度ＴＢｉを検出する。各センサは、検出結果をＥＣＵ１００へ出力する。 Monitoring unit 20 includes a voltage sensor 21 , a current sensor 22 and a temperature sensor 23 . Voltage sensor 21 detects voltage VBi of each cell included in assembled battery 10 . Current sensor 22 detects a current IB that is input to and output from assembled battery 10 . Hereinafter, the sign of the current IB during charging is assumed to be negative, and the sign of the current IB during discharging is assumed to be positive. A temperature sensor 23 detects the temperature TBi of each cell. Each sensor outputs a detection result to ECU 100 .

なお、電圧センサ２１は、たとえば直列接続された複数のセルを監視単位として電圧を検出してもよい。また、温度センサ２３は、隣接する複数のセルを監視単位として温度を検出してもよい。本実施の形態では、センサの監視単位は特に限定されない。 Note that the voltage sensor 21 may detect the voltage using, for example, a plurality of cells connected in series as a monitoring unit. Moreover, the temperature sensor 23 may detect the temperature using a plurality of adjacent cells as a monitoring unit. In this embodiment, the monitoring unit of the sensor is not particularly limited.

ＰＣＵ３０は、ＥＣＵ１００からの制御信号に従って、組電池１０とＭＧ６１，６２との間で双方向の電力変換を実行する。ＰＣＵ３０は、ＭＧ６１，６２の状態を個別に制御可能に構成されており、たとえば、ＭＧ６１を回生（発電）状態にしつつ、ＭＧ６２を力行状態にすることができる。ＰＣＵ３０は、たとえば、ＭＧ６１，６２に対応して設けられる２つのインバータと、各インバータに供給される直流電圧を組電池１０の出力電圧以上に昇圧するコンバータとを含んで構成される。 PCU 30 performs bidirectional power conversion between assembled battery 10 and MGs 61 and 62 in accordance with a control signal from ECU 100 . PCU 30 is configured to be able to individually control the states of MGs 61 and 62. For example, MG 61 can be brought into a regenerative (power generation) state while MG 62 is brought into a power running state. PCU 30 includes, for example, two inverters provided corresponding to MGs 61 and 62, and a converter for boosting the DC voltage supplied to each inverter to the output voltage of assembled battery 10 or higher.

ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０２と、メモリ（具体的には、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory））１０４と、各種信号を入出力するための入出力ポート（図示せず）とを含んで構成される。ＣＰＵ１０２は、ＲＯＭに格納されているプログラムをＲＡＭに展開して実行する。ＲＯＭに格納されているプログラムには、ＥＣＵ１００により実行される処理が記されている。 The ECU 100 includes a CPU (Central Processing Unit) 102, memory (specifically, ROM (Read Only Memory) and RAM (Random Access Memory)) 104, and input/output ports (not shown) for inputting and outputting various signals. ) and The CPU 102 expands a program stored in the ROM into the RAM and executes it. A program stored in the ROM describes processes to be executed by the ECU 100 .

ＥＣＵ１００により実行される主要な処理の一つとして、ＥＣＵ１００は、組電池１０のＳＯＣの下限を示す下限ＳＯＣを設定し、ＳＯＣが下限ＳＯＣを下回らないように組電池１０の充放電を制御する。なお、組電池１０の充放電は、ＰＣＵ３０を制御することによって制御される。そして、本実施の形態では、下限ＳＯＣは固定値ではなく、組電池１０の状態に応じて下限ＳＯＣが設定される。下限ＳＯＣの設定方法については、後ほど詳しく説明する。 As one of the main processes executed by the ECU 100, the ECU 100 sets a lower limit SOC indicating the lower limit of the SOC of the assembled battery 10, and controls charging and discharging of the assembled battery 10 so that the SOC does not fall below the lower limit SOC. Note that charging and discharging of the assembled battery 10 is controlled by controlling the PCU 30 . Further, in the present embodiment, the lower limit SOC is not a fixed value, but is set according to the state of the assembled battery 10 . A method for setting the lower limit SOC will be described later in detail.

図２は、組電池１０の概略的な構成例を示す図である。図２を参照して、組電池１０は、複数のセル１１と、エンドプレート１７，１８と、拘束バンド１５とを含む。 FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration example of the assembled battery 10. As shown in FIG. Referring to FIG. 2 , assembled battery 10 includes a plurality of cells 11 , end plates 17 and 18 and binding band 15 .

複数のセル１１は、図中のＸ軸方向に積層され、電気的に直列に接続されている。エンドプレート１７，１８は、積層方向の両端のセル１１の端面に配置される。拘束バンド１５を用いてエンドプレート１７とエンドプレート１８とを連結することによって、複数のセル１１は、積層方向（Ｘ軸方向）に拘束荷重Ｆが加えられた状態でエンドプレート１７，１８及び拘束バンド１５により固定される。 A plurality of cells 11 are stacked in the X-axis direction in the figure and electrically connected in series. The end plates 17 and 18 are arranged on the end faces of the cells 11 at both ends in the stacking direction. By connecting the end plates 17 and the end plates 18 using the restraint bands 15, the plurality of cells 11 can be connected to the end plates 17 and 18 and the restraint load F in the stacking direction (X-axis direction). It is fixed by band 15 .

図３は、各セル１１の構成の一例を示す図である。なお、図３では、セル内部の一部が透視して示されている。図３を参照して、セル１１は、筐体１１１と、正極外部端子１１３と、負極外部端子１１４と、電極体１１５とを含む。筐体１１１は、角型（略直方体形状）であり、筐体１１１の上面は、蓋体１１２によって封じられている。蓋体１１２は、注液孔、ガス排出弁、電流遮断機構（ＣＩＤ：Current Interrupt Device）等を備えていてもよい。なお、筐体１１１の形状は、角型（略直方体形状）に限定されるものではなく、ラミネート型や円筒型等であってもよい。 FIG. 3 is a diagram showing an example of the configuration of each cell 11. As shown in FIG. In addition, in FIG. 3, part of the inside of the cell is seen through. Referring to FIG. 3 , cell 11 includes housing 111 , positive electrode external terminal 113 , negative electrode external terminal 114 and electrode body 115 . The housing 111 is square (substantially rectangular parallelepiped), and the top surface of the housing 111 is closed with a lid 112 . The lid 112 may include an injection hole, a gas discharge valve, a current interrupt device (CID), and the like. The shape of the housing 111 is not limited to a square shape (substantially rectangular parallelepiped shape), and may be a laminated shape, a cylindrical shape, or the like.

正極外部端子１１３及び負極外部端子１１４は、蓋体１１２の上面に設けられている。正極外部端子１１３及び負極外部端子１１４は、筐体１１１の内部においてそれぞれ正極集電端子及び負極集電端子（いずれも図示せず）に接続されている。 The positive external terminal 113 and the negative external terminal 114 are provided on the upper surface of the lid 112 . The positive external terminal 113 and the negative external terminal 114 are connected to a positive collector terminal and a negative collector terminal (both not shown), respectively, inside the housing 111 .

電極体１１５は、正極シートと、負極シートと、セパレータとによって形成されている。電極体１１５は、図示されるような巻回型であってもよいし、積層（スタック）型であってもよい。電極体１１５は、正極部１１６と、負極部１１７とを含む。正極部１１６は、正極シートの未塗布部によって形成される。負極部１１７は、負極シートの未塗布部によって形成される。正極部１１６は、図示しない正極集電端子を通じて正極外部端子１１３に接続され、負極部１１７は、図示しない負極集電端子を通じて負極外部端子１１４に接続される。 The electrode body 115 is formed of a positive electrode sheet, a negative electrode sheet, and a separator. The electrode body 115 may be of a wound type as shown, or may be of a laminated (stacked) type. Electrode body 115 includes positive electrode portion 116 and negative electrode portion 117 . The positive electrode portion 116 is formed by an uncoated portion of the positive electrode sheet. The negative electrode portion 117 is formed by an uncoated portion of the negative electrode sheet. The positive electrode portion 116 is connected to the positive external terminal 113 through a positive collector terminal (not shown), and the negative electrode portion 117 is connected to the negative external terminal 114 through a negative collector terminal (not shown).

電極体１１５の正極シート、セパレータ、及び電解液には、それぞれリチウムイオン二次電池の正極シート、セパレータ、及び電解液として従来公知の構成及び材料を用いることができる。一例として、正極シートには、コバルト酸リチウムの一部がニッケル及びマンガンにより置換された三元系の材料を用いることができる。セパレータには、ポリオレフィン（たとえばポリエチレン又はポリプロピレン）を用いることができる。電解液は、有機溶媒（たとえば、ＤＭＣ（Dimethyl Carbonate）とＥＭＣ（Ethyl Methyl Carbonate）とＥＣ（ethylene carbonate）との混合溶媒）と、リチウム塩（たとえばＬｉＰＦ₆）と、添加剤（たとえば、ＬｉＢＯＢ（lithium bis（oxalate）borate）又はＬｉ［ＰＦ₂（Ｃ₂Ｏ₄）₂］）とを含む。電解液に代えて、ポリマー系電解質を用いてもよいし、酸化物系、硫化物系等の無機系固体電解質を用いてもよい。 The positive electrode sheet, the separator, and the electrolytic solution of the electrode body 115 can use conventionally known configurations and materials for the positive electrode sheet, separator, and electrolytic solution of lithium ion secondary batteries, respectively. As an example, the positive electrode sheet can use a ternary material in which a portion of lithium cobaltate is replaced with nickel and manganese. A polyolefin (eg, polyethylene or polypropylene) can be used for the separator. The electrolytic solution includes an organic solvent (for example, a mixed solvent of DMC (Dimethyl Carbonate), EMC (Ethyl Methyl Carbonate), and EC (ethylene carbonate)), a lithium salt (for example, LiPF ₆ ), and an additive (for example, LiBOB ( lithium bis(oxalate) borate) or Li [PF ₂ (C ₂ O ₄ ) ₂ ]). Instead of the electrolytic solution, a polymer-based electrolyte may be used, or an inorganic solid electrolyte such as an oxide-based or sulfide-based electrolyte may be used.

負極活物質には、典型的には炭素材料（たとえば黒鉛（グラファイト））が用いられる。なお、炭素材料にシリコン系材料（Ｓｉ又はＳｉＯ）を混合した混合材を負極シートの活物質として採用してもよい。シリコン系材料を混合することで、エネルギ密度を増加させて容量を増加させることができる。なお、負極活物質として、シリコン系材料のみを採用してもよい。 A carbon material (for example, graphite) is typically used for the negative electrode active material. A mixed material obtained by mixing a carbon material with a silicon-based material (Si or SiO) may be used as the active material of the negative electrode sheet. By mixing a silicon-based material, the energy density can be increased and the capacity can be increased. In addition, you may employ|adopt only a silicon-type material as a negative electrode active material.

＜下限ＳＯＣの説明＞
拘束バンド１５及びエンドプレート１７，１８（以下、これらを纏めて「拘束部材」とも称する。）により組電池１０に加えられる拘束荷重Ｆが小さいと、拘束部材により複数のセル１１を拘束できなくなるため、本実施の形態では、複数のセル１１を拘束するのに必要な最低限の拘束荷重が設定されている。 <Description of lower limit SOC>
If the binding load F applied to the assembled battery 10 by the binding band 15 and the end plates 17 and 18 (hereinafter collectively referred to as "binding members") is small, the binding members cannot bind the plurality of cells 11. , in the present embodiment, a minimum binding load required to bind the plurality of cells 11 is set.

セル１１は、充電状態によって体積が変化する。具体的には、充電率が低下するほど体積が減少する（言い換えると、充電率が上昇するほど体積が増加する）。体積が減少すると、拘束荷重Ｆが低下する。そのため、本実施の形態では、拘束荷重Ｆが最低限の拘束荷重を下回らないように、組電池１０のＳＯＣに下限ＳＯＣが設けられている。 The volume of the cell 11 changes depending on the state of charge. Specifically, the volume decreases as the charging rate decreases (in other words, the volume increases as the charging rate increases). As the volume decreases, the binding load F decreases. Therefore, in the present embodiment, a lower limit SOC is provided for the SOC of the assembled battery 10 so that the restraint load F does not fall below the minimum restraint load.

また、セル１１は、劣化によって体積が減少する。図４は、セル１１の劣化によりセル１１の体積が減少した様子の一例を示した図である。図４には、新品時と劣化時のセル１１の厚みが対比して分かるように、充電率や温度等が両者で同一とした場合のセル１１の断面が模式的に示されている。 Also, the volume of the cell 11 decreases due to deterioration. FIG. 4 is a diagram showing an example of how the volume of the cell 11 is reduced due to deterioration of the cell 11. As shown in FIG. FIG. 4 schematically shows the cross section of the cell 11 when the charge rate, temperature, etc. are the same for both, so that the thickness of the cell 11 when new and when deteriorated can be compared.

図４を参照して、セル１１は、正極シート１２０と、負極シート１２１と、セパレータ１２２と、正極集電箔１２３と、負極集電箔１２４とを含んで構成される。この例では、負極シート１２１の劣化により負極シート１２１の容量が低下することによって負極シート１２１の体積が減少し、その結果、セル１１の体積が減少している。 Referring to FIG. 4 , cell 11 includes positive electrode sheet 120 , negative electrode sheet 121 , separator 122 , positive current collector foil 123 , and negative current collector foil 124 . In this example, the capacity of the negative electrode sheet 121 decreases due to deterioration of the negative electrode sheet 121, and the volume of the negative electrode sheet 121 decreases. As a result, the volume of the cell 11 decreases.

なお、特に図示していないが、正極についても、劣化により容量が低下することによって正極の体積が減少することが知られている。 Although not shown, it is known that the capacity of the positive electrode also decreases due to deterioration, resulting in a decrease in the volume of the positive electrode.

上記のように、セル１１は、劣化によって体積が減少するため、組電池１０に加えられる拘束荷重Ｆが最低限の拘束荷重を下回らないように設定される下限ＳＯＣが一律に定められている場合には（たとえば、組電池１０の製造時に定められた値）、複数のセル１１を拘束するのに必要な拘束荷重Ｆを確保できない可能性がある。 As described above, since the volume of the cell 11 decreases due to deterioration, when the lower limit SOC is uniformly set so that the binding load F applied to the assembled battery 10 does not fall below the minimum binding load (for example, a value determined when the assembled battery 10 is manufactured), there is a possibility that the binding load F required to bind the plurality of cells 11 cannot be ensured.

なお、拘束荷重Ｆを予め大きくしておくことも考えられるが、そのためには、各部品の耐荷重性やクリープ特性の高い拘束バンド１５を採用する必要があり、各種部材のコスト増を招く。 Although it is conceivable to increase the restraint load F in advance, it is necessary to adopt the restraint band 15 having high load resistance and creep characteristics for each part, which leads to an increase in the cost of various members.

そこで、本実施の形態に従う電池システム２では、セル１１の体積が推定され、各セル１１の体積から組電池１０の体積が算出される。そして、組電池１０の体積が所定の基準体積を下回る場合に、組電池１０の体積に基づいて、組電池１０の体積が基準体積であるときよりも下限ＳＯＣが引き上げられる。これにより、セル１１の劣化に伴なってセル１１の体積が減少しても、セル１１を拘束するのに必要な拘束荷重Ｆを確保することができる。また、このような手法によれば、劣化による体積減少を考慮して拘束部材による拘束荷重Ｆを予め大きくしておく必要はないので、各部品の耐荷重性や拘束バンド１５のクリープ特性を高める必要はなく、各種部材のコスト増を抑えることができる。 Therefore, in battery system 2 according to the present embodiment, the volume of cell 11 is estimated, and the volume of assembled battery 10 is calculated from the volume of each cell 11 . Then, when the volume of the assembled battery 10 is less than the predetermined reference volume, the lower limit SOC is raised based on the volume of the assembled battery 10 than when the volume of the assembled battery 10 is the reference volume. As a result, even if the volume of the cell 11 decreases as the cell 11 deteriorates, the restraining load F necessary to restrain the cell 11 can be ensured. In addition, according to such a method, since it is not necessary to increase the restraining load F by the restraining member in advance in consideration of the volume reduction due to deterioration, the load resistance of each part and the creep characteristic of the restraining band 15 are improved. It is not necessary, and an increase in the cost of various members can be suppressed.

図５は、必要な拘束荷重と組電池１０のＳＯＣとの関係の一例を示す図である。図５において、縦軸は、複数のセル１１を拘束するのに必要な最低限の拘束荷重（以下「要拘束荷重」と称する場合がある。）を示し、横軸は、組電池１０に加えられる拘束荷重Ｆが最低限の拘束荷重を下回らないための下限ＳＯＣを示す。 FIG. 5 is a diagram showing an example of the relationship between the required restraint load and the SOC of the assembled battery 10. As shown in FIG. In FIG. 5 , the vertical axis indicates the minimum binding load required to bind the plurality of cells 11 (hereinafter sometimes referred to as “requiring binding load”), and the horizontal axis indicates the load applied to the assembled battery 10. Shows the lower limit SOC for the restraint load F to be applied does not fall below the minimum restraint load.

図５を参照して、点Ｐ０は、組電池１０（各セル１１）が新品のときの要拘束荷重及び下限ＳＯＣの一例を示し、点Ｐ１は、組電池１０（各セル１１）が劣化したときの要拘束荷重及び下限ＳＯＣの一例を示す。図示のように、劣化時の要拘束荷重Ｌ１は、新品時の要拘束荷重Ｌ０よりも大きい。そのため、劣化時の下限ＳＯＣは、新品時の下限ＳＯＣよりも高い値に設定される。 Referring to FIG. 5, point P0 indicates an example of the required restraint load and lower limit SOC when the assembled battery 10 (each cell 11) is new, and point P1 indicates that the assembled battery 10 (each cell 11) has deteriorated. An example of the required restraint load and the lower limit SOC is shown. As shown in the figure, the required restraint load L1 when deteriorated is greater than the required restraint load L0 when new. Therefore, the lower limit SOC for deterioration is set to a value higher than the lower limit SOC for new.

さらに、上述のように、本実施の形態では、セル１１の劣化に伴なうセル１１の体積減少による拘束荷重の低下を抑制する点からも、下限ＳＯＣが引き上げられる。そのため、劣化時の下限ＳＯＣの値Ｓ１は、劣化に伴なう要拘束荷重の増加分と、劣化に伴なう体積減少による拘束荷重の低下を抑制する分とを考慮したものである。 Furthermore, as described above, in the present embodiment, the lower limit SOC is raised also from the point of suppressing a decrease in the restrained load due to a decrease in the volume of the cell 11 accompanying deterioration of the cell 11 . Therefore, the value S1 of the lower limit SOC at the time of deterioration takes into consideration the increase in the required restraint load due to deterioration and the amount to suppress the decrease in the restraint load due to the volume reduction due to deterioration.

図６は、本実施の形態に従う電池システム２における下限ＳＯＣの設定手順の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに示される一連の処理は、ＥＣＵ１００により所定の周期毎に繰り返し実行される。 FIG. 6 is a flowchart showing an example of a lower limit SOC setting procedure in battery system 2 according to the present embodiment. A series of processes shown in this flowchart are repeatedly executed by the ECU 100 at predetermined intervals.

図６を参照して、ＥＣＵ１００は、組電池１０の各セル１１の電圧ＶＢｉ、電流ＩＢ、温度ＴＢｉを監視ユニット２０から取得する（ステップＳ１０）。次いで、ＥＣＵ１００は、各セル１１のセル容量を算出する（ステップＳ２０）。セル容量の算出は、たとえば以下のようにして行なわれる。すなわち、ある２点の充電率について、その２点間の当該セルに対する充電量又は放電量（Ｗｈ）を充電率差で除算することにより、セル容量を算出することができる。なお、充電量又は放電量は、その間にセルに流れる電流を積算することによって算出される。セル毎の電流は、たとえば、電流センサ２２の検出値を組電池１０の並列セル数で除算することによって算出してもよいし、並列セルにおける温度ばらつきや抵抗ばらつきを考慮して公知の各種手法を用いて算出してもよい。 Referring to FIG. 6, ECU 100 acquires voltage VBi, current IB, and temperature TBi of each cell 11 of assembled battery 10 from monitoring unit 20 (step S10). Next, the ECU 100 calculates the cell capacity of each cell 11 (step S20). Calculation of the cell capacity is performed, for example, as follows. That is, the cell capacity can be calculated by dividing the charge amount or discharge amount (Wh) of the cell between the two points by the charge rate difference. The amount of charge or the amount of discharge is calculated by integrating the current flowing through the cell during that time. The current for each cell may be calculated, for example, by dividing the detected value of the current sensor 22 by the number of parallel cells in the assembled battery 10, or may be calculated by various known methods in consideration of temperature variations and resistance variations in the parallel cells. may be calculated using

次いで、ＥＣＵ１００は、セル１１毎に、算出されたセル容量からセルの体積を算出する（ステップＳ３０）。セル１１の体積の算出は、事前に準備される、セル容量とセルの体積との関係を示すマップやテーブル等を用いて、ステップＳ２０において算出されたセル容量から求められる。セル容量とセルの体積との関係は、電流及び温度の条件を変えて実験等による事前評価により予め求められ、マップやテーブルとしてメモリ１０４のＲＯＭに格納されている。 Next, the ECU 100 calculates the cell volume from the calculated cell capacity for each cell 11 (step S30). The volume of the cell 11 is calculated from the cell capacity calculated in step S20 using a map, table, or the like prepared in advance showing the relationship between the cell capacity and the cell volume. The relationship between the cell capacity and the cell volume is obtained in advance by preliminary evaluation through experiments under different current and temperature conditions, and is stored in the ROM of the memory 104 as a map or table.

続いて、ＥＣＵ１００は、組電池１０の体積（以下「パック体積」と称する。）を算出する（ステップＳ４０）。パック体積は、ステップＳ３０において算出された各セル１１の体積の総和を算出することにより求めることができる。 Subsequently, the ECU 100 calculates the volume of the assembled battery 10 (hereinafter referred to as "pack volume") (step S40). The pack volume can be obtained by calculating the sum of the volumes of the cells 11 calculated in step S30.

パック体積が算出されると、ＥＣＵ１００は、算出されたパック体積が拘束荷重成立体積ＶＬ１よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ５０）。この拘束荷重成立体積ＶＬ１は、セル１１を拘束するのに必要な最低限の拘束荷重が組電池１０に生じるときの組電池１０の体積であり、すなわち、組電池１０の拘束荷重要件（最低限の拘束荷重）を満たすのに必要な組電池１０の体積である。この拘束荷重成立体積ＶＬ１は、実験等による事前評価により予め求められ、メモリ１０４のＲＯＭに格納されている。 When the pack volume is calculated, the ECU 100 determines whether or not the calculated pack volume is smaller than the restricted load volume VL1 (step S50). This binding load establishment volume VL1 is the volume of the assembled battery 10 when the minimum binding load required to bind the cell 11 is generated in the assembled battery 10, that is, the binding load requirement (minimum is the volume of the assembled battery 10 required to satisfy the constraint load). This restrained load volume VL1 is obtained in advance by prior evaluation through experiments or the like, and is stored in the ROM of the memory 104. FIG.

そして、ステップＳ５０において、パック体積が拘束荷重成立体積ＶＬ１よりも小さいと判定されると（ステップＳ５０においてＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、パック体積から、組電池１０の下限ＳＯＣの引き上げ量を算出する（ステップＳ６０）。 Then, when it is determined in step S50 that the pack volume is smaller than the constraint load established volume VL1 (YES in step S50), the ECU 100 calculates the amount by which the lower limit SOC of the assembled battery 10 is raised from the pack volume (step S60).

下限ＳＯＣの引き上げ量の算出は、たとえば、組電池１０の各種条件下（電流、温度、劣化レベル）で事前に取得される、組電池１０の体積（パック体積）とＳＯＣとの関係性を用いて求めることができる。詳しくは、組電池１０の各種条件下（電流、温度、劣化レベル）で、パック体積とＳＯＣとの関係を実験等により予め取得しておき、マップやテーブルとしてメモリ１０４のＲＯＭに格納しておく。そして、演算時における組電池１０の状態（電流、温度、劣化レベル）において、上記マップ等を用いて、パック体積が拘束荷重成立体積ＶＬ１であるときのＳＯＣを算出し、その算出されたＳＯＣを下限ＳＯＣとして、現在設定されている下限ＳＯＣからの引き上げ量が算出される。 The amount of increase in the lower limit SOC is calculated using, for example, the relationship between the volume (pack volume) of the assembled battery 10 and the SOC obtained in advance under various conditions (current, temperature, deterioration level) of the assembled battery 10. can be asked for. Specifically, the relationship between the pack volume and the SOC under various conditions (current, temperature, deterioration level) of the assembled battery 10 is obtained in advance through experiments or the like, and stored in the ROM of the memory 104 as a map or table. . Then, in the state (current, temperature, deterioration level) of the assembled battery 10 at the time of calculation, the SOC when the pack volume is the restrained load effective volume VL1 is calculated using the map or the like, and the calculated SOC is As the lower limit SOC, an increase amount from the currently set lower limit SOC is calculated.

或いは、組電池１０の各種条件下（電流、温度、劣化レベル）で、パック体積と下限ＳＯＣとの関係を実験等により予め取得しておき、ステップＳ４０において算出されたパック体積から下限ＳＯＣを求めてもよい。より詳しくは、組電池１０の各種条件下で事前に取得されたパック体積と下限ＳＯＣとの関係をマップやテーブルとしてメモリ１０４のＲＯＭに格納しておき、演算時における組電池１０の状態（電流、温度、劣化レベル）において、上記マップ等を用いて、ステップＳ４０において算出されたパック体積から下限ＳＯＣを算出してもよい。 Alternatively, the relationship between the pack volume and the lower limit SOC is obtained in advance by experiments or the like under various conditions (current, temperature, deterioration level) of the assembled battery 10, and the lower limit SOC is obtained from the calculated pack volume in step S40. may More specifically, the relationship between the pack volume and the lower limit SOC obtained in advance under various conditions of the assembled battery 10 is stored in the ROM of the memory 104 as a map or table, and the state of the assembled battery 10 (current , temperature, and deterioration level), the lower limit SOC may be calculated from the pack volume calculated in step S40 using the map or the like.

一方、ステップＳ５０において、パック体積が拘束荷重成立体積ＶＬ１以上であると判定されると（ステップＳ５０においてＮＯ）、ＥＣＵ１００は、下限ＳＯＣの引き上げ量を０とする（ステップＳ７０）。パック体積が拘束荷重成立体積ＶＬ１以上であれば、下限ＳＯＣの引き上げを行なわなくても、拘束荷重Ｆが最低限の拘束荷重を下回ることはないため、組電池１０の蓄電能力を十分に活かすために、下限ＳＯＣの引き上げは行なわない。 On the other hand, when it is determined in step S50 that the pack volume is equal to or greater than the restricted load volume VL1 (NO in step S50), ECU 100 sets the amount by which lower limit SOC is increased to 0 (step S70). If the pack volume is equal to or greater than the volume VL1 at which the binding load is established, the binding load F will not fall below the minimum binding load even if the lower limit SOC is not raised. Also, the lower limit SOC is not raised.

そして、ステップＳ６０又はＳ７０が実行されると、ＥＣＵ１００は、下限ＳＯＣ引き上げ量に基づいて下限ＳＯＣを算出する（ステップＳ８０）。具体的には、ＥＣＵ１００は、予め設定されている下限ＳＯＣの初期値（新品時の固定値）に下限ＳＯＣ引き上げ量を加算することによって、下限ＳＯＣを算出する。 Then, when step S60 or S70 is executed, the ECU 100 calculates the lower limit SOC based on the lower limit SOC increase amount (step S80). Specifically, the ECU 100 calculates the lower limit SOC by adding the lower limit SOC increase amount to a preset initial value of the lower limit SOC (fixed value when new).

図７は、パック体積と下限ＳＯＣ引き上げ量との関係の一例を示す図である。なお、この図７には、組電池１０の状態がある一定の条件下（電流、温度、劣化レベル）のときの関係が示されている。 FIG. 7 is a diagram showing an example of the relationship between the pack volume and the amount of raising the lower limit SOC. Note that FIG. 7 shows the relationship when the state of the assembled battery 10 is under certain conditions (current, temperature, deterioration level).

図７を参照して、パック体積が拘束荷重成立体積ＶＬ１以上であるときは（図７のステップＳ５０においてＮＯ）、下限ＳＯＣ引き上げ量は０である（図７のステップＳ７０）。そして、パック体積が拘束荷重成立体積ＶＬ１を下回ると（ステップＳ５０においてＹＥＳ）、下限ＳＯＣが引き上げられる。 Referring to FIG. 7, when the pack volume is equal to or greater than the restrained load volume VL1 (NO in step S50 of FIG. 7), the lower limit SOC raising amount is 0 (step S70 of FIG. 7). Then, when the pack volume falls below the constraint load established volume VL1 (YES in step S50), the lower limit SOC is raised.

この例では、下限ＳＯＣの引き上げ量は、パック体積が小さくなるに従って（拘束荷重成立体積ＶＬ１からの低下量が大きくなるに従って）大きくなる。なお、この例では、パック体積が拘束荷重成立体積ＶＬ１を下回ったときのパック体積と下限ＳＯＣ引き上げ量との関係は、直線的に示されているが、この関係は、必ずしも線形でなくてもよい。 In this example, the amount by which the lower limit SOC is raised increases as the pack volume decreases (as the amount of decrease from the volume VL1 at which the constraint load is established increases). In this example, the relationship between the pack volume when the pack volume falls below the constraint load establishment volume VL1 and the lower limit SOC raising amount is shown linearly, but this relationship is not necessarily linear. good.

以上のように、この実施の形態においては、各セル１１の体積から組電池１０の体積（パック体積）が算出され、パック体積が拘束荷重成立体積ＶＬ１を下回る場合に、パック体積に基づいて、パック体積が拘束荷重成立体積ＶＬ１であるときよりも下限ＳＯＣが引き上げられる。したがって、セル１１の劣化に伴なってセル１１の体積が減少しても、セル１１を拘束するのに必要な拘束荷重を確保することができる。また、この実施の形態によれば、劣化による体積減少を考慮して拘束部材による拘束荷重Ｆを予め大きくしておく必要はないので、各部品の耐荷重性や拘束バンド１５のクリープ特性を高める必要はなく、各種部材のコスト増を抑えることができる。したがって、この実施の形態によれば、セル１１を拘束するのに必要な拘束荷重の確保を低コストで実現することができる。 As described above, in this embodiment, the volume (pack volume) of the assembled battery 10 is calculated from the volume of each cell 11, and when the pack volume is less than the restrained load volume VL1, based on the pack volume, The lower limit SOC is raised more than when the pack volume is the constraint load establishment volume VL1. Therefore, even if the volume of the cell 11 decreases as the cell 11 deteriorates, it is possible to secure the restraining load necessary to restrain the cell 11 . Further, according to this embodiment, it is not necessary to increase the restraining load F by the restraining member in advance in consideration of volume reduction due to deterioration. It is not necessary, and an increase in the cost of various members can be suppressed. Therefore, according to this embodiment, it is possible to secure the binding load required to bind the cells 11 at low cost.

今回開示された実施の形態は、全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。本発明の範囲は、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及び範囲内での全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 to be illustrative in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is indicated by the scope of the claims rather than the description of the above-described embodiments, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of the claims.

１車両、２電池システム、１０組電池、１１セル、１５拘束バンド、１７，１８エンドプレート、２０監視ユニット、２１電圧センサ、２２電流センサ、２３温度センサ、３０ＰＣＵ、６１，６２ＭＧ、６３エンジン、６４動力分割装置、６５駆動軸、６６駆動輪、１００ＥＣＵ、１０２ＣＰＵ、１０４メモリ、１１１，１１２筐体、１１３正極外部端子、１１４負極外部端子、１１５電極体、１１６正極部、１１７負極部、１２０正極シート、１２１負極シート、１２２セパレータ、１２３正極集電箔、１２４負極集電箔。 1 vehicle, 2 battery system, 10 assembled battery, 11 cell, 15 restraint band, 17, 18 end plate, 20 monitoring unit, 21 voltage sensor, 22 current sensor, 23 temperature sensor, 30 PCU, 61, 62 MG, 63 engine , 64 power split device, 65 drive shaft, 66 drive wheel, 100 ECU, 102 CPU, 104 memory, 111, 112 housing, 113 positive electrode external terminal, 114 negative electrode external terminal, 115 electrode body, 116 positive electrode part, 117 negative electrode part , 120 positive electrode sheet, 121 negative electrode sheet, 122 separator, 123 positive current collector foil, 124 negative electrode current collector foil.

Claims

積層された複数のセルが拘束部材によって積層方向に拘束された組電池と、
前記組電池のＳＯＣが下限ＳＯＣを下回らないように前記組電池の充放電を制御する制御装置と、
前記複数のセルの各々の温度および電圧を検出する検出部と、を備え、
前記制御装置は、
前記複数のセルの各々について、セル間の温度および抵抗のばらつきを考慮してセルの容量を算出するとともにセルの容量から前記セルの体積を算出し、
算出された各セルの体積から前記組電池の体積を算出し、
前記組電池の体積が、前記拘束部材により前記組電池に所定の拘束荷重が生じる基準体積を下回る場合に、前記組電池の体積に基づいて、前記組電池の体積が前記基準体積であるときよりも前記下限ＳＯＣを引き上げる、電池システム。 an assembled battery in which a plurality of stacked cells are constrained in a stacking direction by a constraining member;
a control device that controls charging and discharging of the assembled battery so that the SOC of the assembled battery does not fall below the lower limit SOC ;
a detection unit that detects the temperature and voltage of each of the plurality of cells,
The control device is
For each of the plurality of cells, calculating the capacity of the cell in consideration of variations in temperature and resistance among the cells, and calculating the volume of the cell from the capacity of the cell;
Calculate the volume of the assembled battery from the calculated volume of each cell,
When the volume of the assembled battery is less than the reference volume at which the restraint member applies a predetermined restraint load to the assembled battery, based on the volume of the assembled battery, the volume of the assembled battery is the reference volume. also raises the lower limit SOC.