JP6731159B2

JP6731159B2 - Battery control device

Info

Publication number: JP6731159B2
Application number: JP2017042034A
Authority: JP
Inventors: 政裕吉岡
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-03-06
Filing date: 2017-03-06
Publication date: 2020-07-29
Anticipated expiration: 2037-03-06
Also published as: JP2018147742A

Description

本発明は、電池制御装置に関する。 The present invention relates to a battery control device.

特開２０１６−０９３０６６号公報には、二次電池の状態をモニタリングし、二次電池の状態の履歴に基づいて電池ケース内でのガス発生量に相関した係数を取得し、当該係数と履歴とから二次電池の劣化量を算出することが開示されている。 In Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2016-093066, the state of the secondary battery is monitored, a coefficient correlated with the amount of gas generated in the battery case is acquired based on the history of the state of the secondary battery, and the coefficient and the history are recorded. It is disclosed that the deterioration amount of the secondary battery is calculated from.

特開２０１４−１４３１３８号公報には、電池内部への水分透過を要因とする電池劣化を考慮し、非水二次電池を適切に保護する電池システムに関する発明が開示されている。 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-143138 discloses an invention relating to a battery system that appropriately protects a non-aqueous secondary battery in consideration of battery deterioration caused by moisture permeation into the battery.

特開２０１６−０９３０６６号公報JP, 2016-093066, A 特開２０１４−１４３１３８号公報JP, 2014-143138, A

ところで、本発明者の知見では、リチウムイオン二次電池などでは、充放電において、電池ケース内でガスが発生しうる。電池ケース内で発生するガスの一部は、電池ケース内の電極体内に滞留する場合がある。ガスが電極体に滞留すると、リチウムが析出しやすくなる場合がある。これに対して電極体内にどの程度ガスが滞留しているかを推定する手段は確立されていない。 By the way, according to the knowledge of the present inventor, in a lithium ion secondary battery or the like, gas may be generated in the battery case during charging and discharging. A part of the gas generated in the battery case may stay in the electrode body in the battery case. When the gas stays in the electrode body, lithium may be easily deposited. On the other hand, no means has been established for estimating how much gas remains in the electrode body.

ここで提案される電池制御装置は、電池の内圧を検知する第１検知部と、電池に流れた電流値を検知する第２検知部と、電池を拘束する拘束荷重を検知する第３検知部と、ガス量算出部と、上限電流値算出部とを備えている。
ガス量算出部は、第１検知部で検知された内圧と、電池に電流が流れた際に第２検知部で検知された電流値と、第３検知部で検知された拘束荷重の変化速度とに基づいて、電極体内に滞留するガス量の推定値を算出する。
上限電流値算出部は、ガス量算出部によって算出されたガス量の推定値に基づいて上限電流値を算出する。
かかる電池制御装置によれば、電極体内にどの程度のガスが滞留しているかが推定され、それに基づいて適切に上限電流値が設定される。これにより、リチウムが析出するのが抑制される。 The battery control device proposed here has a first detection unit that detects the internal pressure of the battery, a second detection unit that detects the value of the current that has flowed into the battery, and a third detection unit that detects the restraint load that restrains the battery. And a gas amount calculation unit and an upper limit current value calculation unit.
The gas amount calculation unit calculates the internal pressure detected by the first detection unit, the current value detected by the second detection unit when a current flows through the battery, and the changing speed of the restraint load detected by the third detection unit. The estimated value of the amount of gas staying in the electrode body is calculated based on
The upper limit current value calculation unit calculates the upper limit current value based on the estimated value of the gas amount calculated by the gas amount calculation unit.
According to such a battery control device, it is estimated how much gas remains in the electrode body, and the upper limit current value is appropriately set based on that. This suppresses the deposition of lithium.

図１は、ここで提案される電池制御装置を模式的に示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram schematically showing the battery control device proposed here. 図２は、電池内の総ガス量と圧力センサの圧力との関係が示されたグラフである。FIG. 2 is a graph showing the relationship between the total gas amount in the battery and the pressure of the pressure sensor. 図３は、電極体内に滞留しているガス量の比率を導出するための算出マップの一例である。FIG. 3 is an example of a calculation map for deriving the ratio of the amount of gas staying in the electrode body. 図４は、電極体内に滞留しているガス量とリチウムが析出しない電流値との相関関係が示されたグラフである。FIG. 4 is a graph showing the correlation between the amount of gas staying in the electrode body and the current value at which lithium does not precipitate. 図５は、電池制御装置１０の制御による効果を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing the effect of the control of the battery control device 10.

以下、ここで提案される電池制御装置の一実施形態を説明する。ここで説明される実施形態は、当然ながら特に本発明を限定することを意図したものではない。本発明は、特に言及されない限りにおいて、ここで説明される実施形態に限定されない。 Hereinafter, an embodiment of the battery control device proposed here will be described. The embodiments described herein are, of course, not intended to specifically limit the invention. The invention is not limited to the embodiments described herein unless otherwise stated.

図１は、ここで提案される電池制御装置１０を模式的に示す模式図である。
図１に示す例では、電池制御装置１０によって制御される電池は、例えば、組電池として構成された複数の単電池４１である。単電池４１の電池ケース４１ｃ内には、図示は省略するが、電極体および電解質（電解液）が収容されている。ここで、電極体は、正極シートと、負極シートとを、樹脂製の多孔質膜からなるセパレータを介在させて積層し、かつ、捲回した捲回電極体でありうる。 FIG. 1 is a schematic diagram schematically showing a battery control device 10 proposed here.
In the example shown in FIG. 1, the battery controlled by the battery control device 10 is, for example, a plurality of unit cells 41 configured as an assembled battery. Although not shown, an electrode body and an electrolyte (electrolyte solution) are housed in the battery case 41c of the unit cell 41. Here, the electrode body may be a wound electrode body in which a positive electrode sheet and a negative electrode sheet are laminated with a separator made of a resin porous film interposed therebetween and wound.

ここで、正極シートは、例えば、集電箔に正極活物質を含む正極活物質層が形成されたシートである。負極シートは、例えば、集電箔に負極活物質を含む負極活物質層が形成されたシートである。セパレータは、例えば、所要の耐熱性を有する電解質が通過しうる多孔質の樹脂シートである。電解質には、例えば、有機溶媒にリチウム塩が溶解した電解液が用いられる。 Here, the positive electrode sheet is, for example, a sheet in which a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material is formed on a collector foil. The negative electrode sheet is, for example, a sheet in which a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material is formed on a collector foil. The separator is, for example, a porous resin sheet through which an electrolyte having a required heat resistance can pass. As the electrolyte, for example, an electrolytic solution in which a lithium salt is dissolved in an organic solvent is used.

正極活物質は、例えば、リチウムイオン二次電池では、リチウム遷移金属複合材料のように、充電時にリチウムイオンを放出し、放電時にリチウムイオンを吸収しうる材料である。正極活物質は、リチウム遷移金属複合材料以外にも種々提案されており、特に限定されない。
負極活物質は、例えば、リチウムイオン二次電池では、天然黒鉛のように、充電時にリチウムイオンを吸蔵し、充電時に吸蔵したリチウムイオンを放電時に放出しうる材料である。負極活物質は、天然黒鉛以外にも種々提案されており、特に限定されない。
電解液には、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）とジメチルカーボネート（ＤＭＣ）とエチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）との混合溶媒にＬｉＰＦ_６を含有させた非水電解液などが挙げられる。 The positive electrode active material is, for example, in a lithium ion secondary battery, a material capable of releasing lithium ions during charging and absorbing lithium ions during discharging, such as a lithium transition metal composite material. Various positive electrode active materials have been proposed in addition to the lithium-transition metal composite material, and are not particularly limited.
The negative electrode active material is, for example, in a lithium ion secondary battery, a material capable of absorbing lithium ions during charging and releasing the lithium ions absorbed during charging, such as natural graphite. Various negative electrode active materials have been proposed other than natural graphite, and are not particularly limited.
Examples of the electrolytic solution include a nonaqueous electrolytic solution in which LiPF ₆ is contained in a mixed solvent of ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC), and ethylmethyl carbonate (EMC).

この実施形態では、電池ケース４１ｃには、上面が開放された扁平な角型のケース本体と、当該ケース本体の上面を塞ぐ蓋体とで構成された、いわゆる角型の電池ケースが採用されている。特に言及されない限りにおいて電池の構造は限定されない。 In this embodiment, as the battery case 41c, a so-called rectangular battery case including a flat rectangular case body with an open upper surface and a lid that closes the upper surface of the case body is adopted. There is. The structure of the battery is not limited unless otherwise specified.

この実施形態では、複数の単電池４１は、拘束部材４３によって拘束されている。拘束部材４３は、一対のエンドプレート４３ａと拘束ベルト４３ｂとを備えている。一対のエンドプレート４３ａは、対向するように置かれ、拘束ベルト４３ｂによって保持されている。そして拘束ベルト４３ｂによって間隔が定められた一対のエンドプレート４３ａの間に、複数の単電池４１がスペーサ４３ｃを挟んで並べられている。このように、図１に示す例では、複数の単電池４１の正極端子４１ａおよび負極端子４１ｂがバスバー４２によって並列または直列に接続されている。なお、図１では、単電池４１は３つしか図示されていないが、組電池４０としては、より多くの単電池４１が組み合わされているとよい。単電池４１には、電池制御装置１０が取り付けられている。ここで、単電池４１は、適宜に「電池」と称されうる。 In this embodiment, the plurality of unit cells 41 are constrained by the constraining member 43. The restraint member 43 includes a pair of end plates 43a and a restraint belt 43b. The pair of end plates 43a are placed so as to face each other and are held by the restraining belt 43b. A plurality of unit cells 41 are arranged with a spacer 43c interposed between a pair of end plates 43a whose intervals are defined by a restraint belt 43b. As described above, in the example shown in FIG. 1, the positive electrode terminals 41 a and the negative electrode terminals 41 b of the plurality of unit cells 41 are connected in parallel or in series by the bus bar 42. Although only three unit cells 41 are shown in FIG. 1, it is preferable that a larger number of unit cells 41 are combined in the assembled battery 40. The battery control device 10 is attached to the unit cell 41. Here, the unit cell 41 may be appropriately referred to as a “battery”.

ここで、例えば、リチウムイオン二次電池では、充電の条件によっては、電極表面にリチウムが析出する場合がある。電極上にリチウムが析出すると、電池反応に寄与するリチウムイオンが減少するため、電池容量が劣化する原因となりうる。また、リチウムが析出するのを抑制するためには、充電時の電流値を低く抑えるとよい。しかし、充電時の電流値を低く抑えると、例えば、ハイブリッド車両などの車両用の電池として用いられている場合には、車両の燃費性能が低下する要因となる。 Here, for example, in a lithium ion secondary battery, lithium may be deposited on the electrode surface depending on charging conditions. When lithium is deposited on the electrodes, lithium ions that contribute to the battery reaction are reduced, which may cause deterioration of battery capacity. Further, in order to prevent lithium from being deposited, it is preferable to keep the current value during charging low. However, if the current value at the time of charging is suppressed to be low, for example, when it is used as a battery for a vehicle such as a hybrid vehicle, the fuel efficiency of the vehicle is reduced.

電池４１は、充電が進むと電圧が高くなる傾向がある。充電が進み電圧が所定の電圧よりも高くなると、いわゆる過充電の状態となる。過充電状態になると、電解液が分解されてガスが発生するなどの事象が生じうる。本発明者の観察によれば、リチウムイオン二次電池は使用される際に、温度が高ければ高いほど、また、電圧が高ければ高いほど、電解液が分解されやすい状態となり、電極体内でガスが発生しやすい状況になる。例えば、比較的高い温度環境で、予め定められた上限電圧を超えて充電される場合などでは、電極体内にガスが発生しやすい。発生したガスの一部は、電極体内（正極と負極の間）に滞留する場合がある。本発明者は、電極表面にリチウムが析出する事象について、電極体内にガスが滞留している場合にリチウムが析出しやすいとの知見を得た。 The voltage of the battery 41 tends to increase as charging proceeds. When charging progresses and the voltage becomes higher than a predetermined voltage, a so-called overcharged state occurs. When in an overcharged state, an event such as decomposition of the electrolytic solution to generate gas may occur. According to the observation of the present inventor, when the lithium ion secondary battery is used, the higher the temperature and the higher the voltage, the more easily the electrolyte is decomposed, and the gas inside the electrode body Is likely to occur. For example, when the battery is charged in a relatively high temperature environment by exceeding a predetermined upper limit voltage, gas is likely to be generated in the electrode body. A part of the generated gas may stay in the electrode body (between the positive electrode and the negative electrode). The present inventor has found that lithium is likely to be deposited on the electrode surface when the gas is retained in the electrode body.

つまり、電極体内にガスが滞留している状況では、例えば、正極と負極の間隔が広くなる傾向がある。そして、正極と負極の間隔が広くなると、電極表面などにリチウムが析出しやすくなる。なお、ガスが電極体から排出されると、正極と負極の間隔が適切な状態になる。このため、ガスが発生しても電極体の外に排出されていれば、電極表面にリチウムが析出する事象は抑制されうる。 That is, when the gas remains in the electrode body, for example, the distance between the positive electrode and the negative electrode tends to be wide. When the distance between the positive electrode and the negative electrode becomes wide, lithium is likely to be deposited on the surface of the electrode or the like. When the gas is discharged from the electrode body, the gap between the positive electrode and the negative electrode becomes appropriate. Therefore, even if the gas is generated, if it is discharged to the outside of the electrode body, the phenomenon that lithium is deposited on the electrode surface can be suppressed.

本発明者は、このような知見を基に図１に示す電池制御装置１０を提案する。
電池制御装置１０は、図１に示すように、第１検知部１１と、第２検知部１２と、第３検知部１３と、ガス量算出部１４と、上限電流値算出部１５とを備えている。 The present inventor proposes the battery control device 10 shown in FIG. 1 based on such knowledge.
As shown in FIG. 1, the battery control device 10 includes a first detection unit 11, a second detection unit 12, a third detection unit 13, a gas amount calculation unit 14, and an upper limit current value calculation unit 15. ing.

ここで、電池制御装置１０は、典型的にはコンピュータであり、記憶装置（メモリなど）と、演算装置（ＣＰＵなど）とを備えている。電池制御装置１０の各処理は、予め定められたプログラムよって実行される処理モジュールとして具現化される。電池制御装置１０による各機能は、物理的な構成要素と、予め定められたプログラムに沿って行われた演算結果に基づく制御との協働によって適宜に具現化されうる。 Here, the battery control device 10 is typically a computer and includes a storage device (memory or the like) and an arithmetic device (CPU or the like). Each process of the battery control device 10 is embodied as a processing module executed by a predetermined program. Each function of the battery control device 10 can be appropriately embodied by cooperation between a physical component and control based on a calculation result performed according to a predetermined program.

ここで、第１検知部１１は、電池４１の内圧を検知する処理部である。この実施形態では、電池４１には、内圧を検知するための圧力センサ１１ａが取り付けられている。圧力センサ１１ａは、例えば、電池４１の電池ケース４１ｃに取り付けられているとよい。第１検知部１１は、かかる圧力センサ１１ａから得られた検知信号を基に電池４１の内圧を検知する。 Here, the first detection unit 11 is a processing unit that detects the internal pressure of the battery 41. In this embodiment, the battery 41 is provided with a pressure sensor 11a for detecting the internal pressure. The pressure sensor 11a may be attached to the battery case 41c of the battery 41, for example. The first detection unit 11 detects the internal pressure of the battery 41 based on the detection signal obtained from the pressure sensor 11a.

第２検知部１２は、電池４１に流れた電流値を検知する処理部である。この実施形態では、電池４１には、電流が流れる経路に電流センサ１２ａが取り付けられている。第２検知部１２は、かかる電流センサ１２ａから得られた検知信号を基に電池４１に流れる電流値を検知する。 The second detection unit 12 is a processing unit that detects the value of the current flowing through the battery 41. In this embodiment, a current sensor 12a is attached to the battery 41 in the path through which the current flows. The second detection unit 12 detects the value of the current flowing in the battery 41 based on the detection signal obtained from the current sensor 12a.

第３検知部１３は、電池４１を拘束する拘束荷重を検知する処理部である。この実施形態では、電池４１に取り付けられたスペーサ４３ｃとエンドプレート４３ａとの間に荷重センサ１３ａが取り付けられている。第３検知部１３は、かかる荷重センサ１３ａに基づいて電池４１を拘束する拘束荷重を検知する。 The third detection unit 13 is a processing unit that detects a restraining load that restrains the battery 41. In this embodiment, the load sensor 13a is attached between the spacer 43c attached to the battery 41 and the end plate 43a. The third detection unit 13 detects the restraint load that restrains the battery 41 based on the load sensor 13a.

ガス量算出部１４は、電極体内に滞留するガス量の推定値を算出する処理部である。
ガス量算出部１４は、第１検知部１１で検知された内圧と、電池４１に電流が流れた際に第３検知部１３で検知された電流値と第２検知部１２で検知された拘束荷重の変化速度とに基づいて、電極体内に滞留するガス量の推定値を算出する。 The gas amount calculation unit 14 is a processing unit that calculates an estimated value of the amount of gas accumulated in the electrode body.
The gas amount calculation unit 14 includes an internal pressure detected by the first detection unit 11, a current value detected by the third detection unit 13 when a current flows through the battery 41, and a constraint detected by the second detection unit 12. An estimated value of the amount of gas staying in the electrode body is calculated based on the change rate of the load.

図２は、電池内の総ガス量と圧力センサの圧力との関係が示されたグラフである。
本発明者の知見では、同じ規格の電池４１であれば、電池ケース４１ｃ内の圧力が高ければ高いほど、電池内の総ガス量が高い。このため第１検知部１１で検知された内圧に基づいて、電池４１内の総ガス量が推定される。 FIG. 2 is a graph showing the relationship between the total gas amount in the battery and the pressure of the pressure sensor.
According to the inventor's knowledge, the higher the pressure in the battery case 41c is, the higher the total gas amount in the battery is for the batteries 41 of the same standard. Therefore, the total gas amount in the battery 41 is estimated based on the internal pressure detected by the first detection unit 11.

また、電池４１に電流が流れると、電極体が膨張あるいは収縮する。例えば、充電時には、負極活物質粒子にリチウムイオンが吸蔵される。このため、電極体は微妙に膨張する傾向がある。また、放電時には、負極活物質粒子に貯えられたリチウムイオンが電解液中に放出される。このため、電極体は微妙に収縮する傾向がある。このため、電池４１に充電電流が流れたり、放電電流が流れたりすると、電極体が膨張と収縮する。この際、電池４１を拘束している拘束部材４３に作用している拘束荷重が増減する。 When a current flows through the battery 41, the electrode body expands or contracts. For example, during charging, lithium ions are occluded in the negative electrode active material particles. Therefore, the electrode body tends to expand delicately. Further, during discharge, lithium ions stored in the negative electrode active material particles are released into the electrolytic solution. Therefore, the electrode body tends to contract slightly. Therefore, when a charging current or a discharging current flows through the battery 41, the electrode body expands and contracts. At this time, the restraint load acting on the restraint member 43 restraining the battery 41 increases or decreases.

電池４１に電流が流れることによって拘束荷重が変化するが、本発明者の知見では、電極体内に滞留しているガスが多いと拘束荷重の変化が遅れて表れる。電極体内に滞留しているガスが多ければ多いほど、拘束荷重が変化する速度が遅くなる。このような事象は、電極体内に滞留しているガスが拘束荷重に対してクッションのように振る舞うことに起因すると、本発明者は考えている。例えば、充電電流が流れると、電極体に含まれる負極活物質粒子が膨張する。電極体内にガスが滞留していると、当該ガスの作用によって充電電流が流れてから拘束荷重が増加するまでに時間が掛かる。電極体内に滞留しているガスが少ないと、充電電流が流れてから拘束荷重が増加するまでの時間が短い。 The restraint load changes due to the flow of current through the battery 41. However, according to the knowledge of the present inventor, the change in the restraint load appears with a delay when the amount of gas staying in the electrode body is large. The more gas that is retained in the electrode body, the slower the rate at which the restraint load changes. The present inventor believes that such a phenomenon is caused by the gas staying in the electrode body behaving like a cushion against a restraining load. For example, when a charging current flows, the negative electrode active material particles contained in the electrode body expand. When the gas remains in the electrode body, it takes time from the charging current flowing by the action of the gas until the restraint load increases. When the amount of gas staying in the electrode body is small, the time from when the charging current flows until the restraint load increases becomes short.

本発明者の知見では、拘束荷重の単位時間当たりの変化量（ここでは、適宜に「荷重変化速度」と称される。）と、電池ケース４１ｃ内の総ガス量に対する電極体内に滞留しているガス量の比率には、相関関係がある。また、拘束荷重の単位時間当たりの変化量は、電流値の大きさと相関関係がある。かかる知見を基に、本発明者は、電流値と、拘束荷重の単位時間当たりの変化量（荷重変化速度）とに基づいて、電池ケース４１ｃ内の総ガス量に対する電極体内に滞留しているガス量の比率を導き出すことを考えた。 According to the knowledge of the present inventor, the amount of change in the restraint load per unit time (herein, appropriately referred to as “load change rate”) and the amount of staying in the electrode body relative to the total gas amount in the battery case 41c are accumulated. There is a correlation between the ratios of the amount of gas present. The amount of change in the restraint load per unit time has a correlation with the magnitude of the current value. Based on such knowledge, the present inventors have accumulated in the electrode body with respect to the total gas amount in the battery case 41c based on the current value and the change amount (load change rate) of the restraint load per unit time. It was considered to derive the ratio of the gas amount.

図３は、電極体内に滞留しているガス量の比率を導出するための算出マップの一例である。図３に示す例では、縦軸に電流が印加された直後における拘束荷重の一秒当たりの変化量（Δ荷重／sec）が荷重変化速度として取られている。横軸に電流値が取られている。算出マップの各マスには、電池ケース４１ｃ内の総ガス量に対する電極体内に滞留しているガス量の比率が記録されているとよい。ここで、総ガス量に対する電極体内に滞留しているガス量の比率は、予め試験を行うことによって得るとよい。本発明者の知見によれば、縦軸の荷重変化速度が遅ければ遅いほど、総ガス量に対する電極体内に滞留しているガス量の比率は大きくなる傾向がある。このため、例えば、図３に示すマップにおいて、電流値が大きく荷重変化速度が遅いとガス量の比率は大きい値になる。電流値が大きくても荷重変化速度が速いとガス量の比率は小さい値になる。このようなマップが予め用意されていることによって、電流値と荷重変化速度との関係から、総ガス量に対する電極体内に滞留しているガス量の比率が推定されうる。 FIG. 3 is an example of a calculation map for deriving the ratio of the amount of gas staying in the electrode body. In the example shown in FIG. 3, the amount of change in the restraint load per second (Δ load/sec) immediately after the current is applied is taken as the load change rate on the vertical axis. The current value is plotted on the horizontal axis. In each cell of the calculation map, the ratio of the amount of gas retained in the electrode body to the total amount of gas in the battery case 41c may be recorded. Here, the ratio of the amount of gas staying in the electrode body to the total amount of gas may be obtained by conducting a test in advance. According to the knowledge of the inventor of the present invention, the slower the rate of change of load on the vertical axis, the larger the ratio of the amount of gas retained in the electrode body to the total amount of gas tends to be. Therefore, for example, in the map shown in FIG. 3, when the current value is large and the load change rate is slow, the gas amount ratio becomes a large value. Even if the current value is large, if the load change speed is fast, the gas amount ratio becomes a small value. By preparing such a map in advance, the ratio of the amount of gas retained in the electrode body to the total amount of gas can be estimated from the relationship between the current value and the load change rate.

この実施形態では、ガス量算出部１４では、図２に示すように、内圧と総ガス量との相関関係が予め用意されている。さらに、図３に示すように、荷重変化速度と電流値とに基づいて総ガス量に対する電極体内に滞留しているガス量の比率を導出するための導出マップが予め用意されている。ガス量算出部１４は、第１検知部１１によって検知された電池ケース４１ｃの内圧と、電池４１に電流が流れた際に第２検知部１２で検知された電流値と、第３検知部１３で検知された拘束荷重の変化速度（荷重変化速度）とに基づいて、電極体内に滞留するガス量の推定値を算出する。 In this embodiment, in the gas amount calculation unit 14, as shown in FIG. 2, the correlation between the internal pressure and the total gas amount is prepared in advance. Furthermore, as shown in FIG. 3, a derivation map for deriving the ratio of the amount of gas retained in the electrode body to the total amount of gas based on the load change rate and the current value is prepared in advance. The gas amount calculation unit 14 detects the internal pressure of the battery case 41c detected by the first detection unit 11, the current value detected by the second detection unit 12 when a current flows through the battery 41, and the third detection unit 13 The estimated value of the amount of gas staying in the electrode body is calculated based on the rate of change of the restraint load (load change rate) detected in step S4.

この実施形態では、第１検知部１１によって検知された電池ケース４１ｃの内圧に基づいて、図２に示された内圧と総ガス量との相関関係から、電池ケース４１ｃ内の総ガス量が導出される。
次に、電池４１に電流が流れた際に第２検知部１２で検知された電流値と、第３検知部１３で検知された拘束荷重の変化速度（荷重変化速度）とに基づいて、図３の導出マップから総ガス量に対する電極体内に滞留しているガス量の比率が導出される。
次に、導出された電池ケース４１ｃ内の総ガス量と、総ガス量に対する電極体内に滞留しているガス量の比率とに基づいて、電極体内に滞留しているガス量が導出される。 In this embodiment, based on the internal pressure of the battery case 41c detected by the first detection unit 11, the total gas amount in the battery case 41c is derived from the correlation between the internal pressure and the total gas amount shown in FIG. To be done.
Next, based on the current value detected by the second detection unit 12 when a current flows through the battery 41 and the change speed (load change speed) of the restraint load detected by the third detection unit 13, From the derivation map of No. 3, the ratio of the amount of gas retained in the electrode body to the total amount of gas is derived.
Next, the amount of gas retained in the electrode body is derived based on the derived total amount of gas in the battery case 41c and the ratio of the amount of gas retained in the electrode body to the total gas amount.

上限電流値算出部１５は、ガス量算出部１４によって算出されたガス量の推定値に基づいて上限電流値を算出する処理部である。本発明者の知見では、上述のように電極体内に滞留しているガス量が多くなればなるほど、リチウムが析出されやすい。リチウムは、充電時に電流値が大きくなればなるほど析出しやすい。このため、電極体内に滞留しているガス量に応じて、充電時の上限電流値を制限するとよい。上限電流値算出部１５は、かかる上限電流値を算出する処理部である。 The upper limit current value calculation unit 15 is a processing unit that calculates the upper limit current value based on the estimated value of the gas amount calculated by the gas amount calculation unit 14. According to the knowledge of the present inventor, as the amount of gas retained in the electrode body increases as described above, lithium is more likely to be deposited. Lithium tends to precipitate as the current value increases during charging. Therefore, it is preferable to limit the upper limit current value during charging according to the amount of gas staying in the electrode body. The upper limit current value calculation unit 15 is a processing unit that calculates the upper limit current value.

ここでは、試験などを通じて、制御対象となる電池について、電極体内に滞留しているガス量に応じて、リチウムが析出しない電流値を調べる。そして、電極体内に滞留しているガス量と、リチウムが析出しない電流値との相関関係を得るとよい。図４は、電極体内に滞留しているガス量とリチウムが析出しない電流値との相関関係が示されたグラフである。図４では、リチウムが析出しない電流値は、ここでは、充電時にリチウムが析出しない上限電流値を意味する。図４では、リチウムが析出しない電流値は、電極体内にガスが滞留していない場合に充電時にリチウムが析出しない上限電流値を１００として、その１００分率で示されている。 Here, through a test or the like, for a battery to be controlled, a current value at which lithium is not deposited is examined according to the amount of gas staying in the electrode body. Then, it is preferable to obtain the correlation between the amount of gas staying in the electrode body and the current value at which lithium does not deposit. FIG. 4 is a graph showing the correlation between the amount of gas staying in the electrode body and the current value at which lithium does not precipitate. In FIG. 4, the current value at which lithium does not deposit means, here, the upper limit current value at which lithium does not deposit during charging. In FIG. 4, the current value at which lithium does not deposit is shown as a 100-percentage, where 100 is the upper limit current value at which lithium does not deposit during charging when gas does not stay in the electrode body.

図４によれば、電極体内に滞留しているガス量が判れば、リチウムが析出しない電流値が導出される。上限電流値算出部１５では、制御対象となる電池について、図４に示されるような、電極体内に滞留しているガス量とリチウムが析出しない電流値との相関関係が予め用意されているとよい。そして、ガス量算出部１４で算出されたガス量の推定値に基づいて、上限電流値が算出されるとよい。この電池制御装置１０では、さらに、上限電流値算出部１５で算出された上限電流値に応じて充電時の上限電流が制限されるように、充電時の電流値が制御されるとよい。 According to FIG. 4, if the amount of gas staying in the electrode body is known, a current value at which lithium is not deposited is derived. In the upper limit current value calculation unit 15, it is assumed that the correlation between the amount of gas staying in the electrode body and the current value at which lithium does not deposit is prepared in advance for the battery to be controlled, as shown in FIG. Good. Then, the upper limit current value may be calculated based on the estimated value of the gas amount calculated by the gas amount calculation unit 14. In the battery control device 10, it is preferable that the current value during charging is further controlled so that the upper limit current during charging is limited according to the upper limit current value calculated by the upper limit current value calculating unit 15.

図５は、電池制御装置１０の制御による効果を示すグラフである。図５に示すグラフにおいて、本発明者は、ハイブリッド車や電気自動車のような電動車両に搭載された電池について走行時に生じうる充放電を想定した予め定められた充放電パターンによって、充電と放電を繰り返す試験を行った。実線Ａでは、電池制御装置１０による電流値を制限する制御が行われた場合のリチウムの析出量が示されている。つまり、上限電流値算出部１５で算出された上限電流値に応じて定められた、充電時の上限電流値に基づいて、充電時の電流値が適宜に制御された場合のリチウムの析出量が示されている。破線Ｂでは、電池制御装置１０による制御がされない場合のリチウムの析出量が示されている。図５に示されているように、電池制御装置１０による制御が実行される場合には、リチウムの析出が抑えられうる。つまり、電池制御装置１０による制御が実行される場合には、電池の走行耐久性能が良くなる。 FIG. 5 is a graph showing the effect of the control of the battery control device 10. In the graph shown in FIG. 5, the inventor charges and discharges a battery mounted on an electric vehicle such as a hybrid vehicle or an electric vehicle according to a predetermined charging/discharging pattern that assumes charging/discharging that may occur during traveling. Repeated tests were conducted. A solid line A indicates the amount of lithium deposited when the battery control device 10 controls the current value. That is, based on the upper limit current value during charging, which is determined according to the upper limit current value calculated by the upper limit current value calculating unit 15, the lithium deposition amount when the current value during charging is appropriately controlled is It is shown. The broken line B shows the amount of lithium deposited when the control by the battery control device 10 is not performed. As shown in FIG. 5, when the control by the battery control device 10 is executed, lithium deposition can be suppressed. That is, when the control by the battery control device 10 is executed, the running durability performance of the battery is improved.

以上、ここで提案される電池制御装置１０について説明したが、電池制御装置１０は、かかる形態に限定されない。 The battery control device 10 proposed here has been described above, but the battery control device 10 is not limited to such a form.

例えば、電池制御装置１０によって制御される電池について、図１に示すように、単電池４１が組み合わされた組電池４０が例示している。この実施形態では、各単電池４１が、同一規格の電池であり、概ね同一の条件で充電および放電が成されることから、電池ケース４１ｃ内の総ガス量および電極体内に滞留しているガス量が概ね同じものと推定される。このため、また、上述した実施形態では、組電池４０のうち１つの単電池４１に取り付けられた圧力センサ１１ａに基づいて内圧が検知されている。そして、組電池４０のうち拘束部材４３に取り付けられた荷重センサ１３ａに基づいて拘束荷重が得られている。 For example, as a battery controlled by the battery control device 10, an assembled battery 40 in which unit cells 41 are combined is illustrated as shown in FIG. 1. In this embodiment, since the unit cells 41 are batteries of the same standard and are charged and discharged under substantially the same conditions, the total gas amount in the battery case 41c and the gas accumulated in the electrode body are retained. It is estimated that the amount is almost the same. Therefore, in the above-described embodiment, the internal pressure is detected based on the pressure sensor 11a attached to one unit cell 41 of the assembled battery 40. The restraint load is obtained based on the load sensor 13a attached to the restraint member 43 of the assembled battery 40.

電池制御装置１０に利用される各センサの配置は、これに限定されない。図示は省略するが、組電池４０である場合に、内圧を検知するための圧力センサ１１ａと、拘束荷重を検知するための荷重センサ１３ａとは、単電池４１毎に取り付けられていてもよい。この場合、電池制御装置１０は、単電池４１毎に電極体内に滞留しているガス量の推定値が得られるように構成されていてもよい。この場合、電池制御装置１０は、電極体内に滞留しているガス量の推定値が最も大きい単電池４１に合せて、組電池４０に対して充電時の上限電流値を定めても良い。 The arrangement of each sensor used in the battery control device 10 is not limited to this. Although illustration is omitted, in the case of the assembled battery 40, the pressure sensor 11a for detecting the internal pressure and the load sensor 13a for detecting the restraining load may be attached to each single battery 41. In this case, the battery control device 10 may be configured to obtain an estimated value of the amount of gas staying in the electrode body for each single battery 41. In this case, the battery control device 10 may set the upper limit current value at the time of charging the assembled battery 40 in accordance with the unit cell 41 having the largest estimated value of the amount of gas staying in the electrode body.

また、電池制御装置１０は、組電池４０に対して単電池４１毎に充電時の電流値が制御できるように構成されていてもよい。この場合には、電池制御装置１０は、電極体内に滞留しているガス量の推定値を得るとともに、充電時の上限電流値を得る。そして、電池制御装置１０は、単電池４１毎に充電時の上限電流値に基づいて充電時の電流値を制御するように構成されていてもよい。このように、電池制御装置１０によって制御される電池は、組電池として組まれた電池に限定されない。 Further, the battery control device 10 may be configured to control the current value at the time of charging of the assembled battery 40 for each single battery 41. In this case, the battery control device 10 obtains the estimated value of the amount of gas staying in the electrode body and the upper limit current value during charging. Then, the battery control device 10 may be configured to control the current value during charging for each single battery 41 based on the upper limit current value during charging. As described above, the battery controlled by the battery control device 10 is not limited to the battery assembled as the assembled battery.

以上、ここで提案される電池制御装置について、種々説明した。特に言及されない限りにおいて、ここで挙げられた電池制御装置の実施形態などは、本発明を限定しない。 The battery control device proposed here is variously described above. Unless otherwise stated, the battery control device embodiments and the like mentioned here do not limit the present invention.

１０電池制御装置
１１第１検知部
１１ａ圧力センサ
１２第２検知部
１２ａ電流センサ
１３第３検知部
１３ａ荷重センサ
１４ガス量算出部
１５上限電流値算出部
４０組電池
４１単電池（電池）
４１ａ正極端子
４１ｂ負極端子
４１ｃ電池ケース
４２バスバー
４３拘束部材
４３ａエンドプレート
４３ｂ拘束ベルト
４３ｃスペーサ 10 Battery Control Device 11 First Detecting Section 11a Pressure Sensor 12 Second Detecting Section 12a Current Sensor 13 Third Detecting Section 13a Load Sensor 14 Gas Quantity Calculating Section 15 Upper Limit Current Calculating Section 40 Assembly Battery 41 Single Cell (Battery)
41a Positive electrode terminal 41b Negative electrode terminal 41c Battery case 42 Bus bar 43 Restraint member 43a End plate 43b Restraint belt 43c Spacer

Claims

A first detector for detecting the internal pressure of the battery;
A second detection unit that detects a current value flowing through the battery;
A third detector for detecting a restraint load that restrains the battery;
The internal pressure detected by the first detection unit, the current value detected by the second detection unit when a current flows through the battery, and the change speed of the restraint load detected by the third detection unit. Based on the gas amount calculation unit for calculating the estimated value of the amount of gas staying in the electrode body,
A battery control device, comprising: an upper limit current value calculation unit that calculates an upper limit current value based on an estimated value of the gas amount calculated by the gas amount calculation unit.