JP7363311B2 - Control method, control device, and computer program - Google Patents
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Description
本発明は、蓄電素子の劣化を抑制する制御方法、制御装置、及びコンピュータプログラムに関する。 The present invention relates to a control method, a control device, and a computer program for suppressing deterioration of a power storage element.
電気エネルギーを蓄積し、必要な時にエネルギーを供給できる蓄電素子が利用されている。蓄電素子は、携帯機器、電源装置、自動車や鉄道を含む輸送機器、航空・宇宙・建設用を含む産業用機器等に適用されている。必要な時に必要なだけ蓄積しておいたエネルギーを利用できるよう、蓄電素子の蓄電容量を常時把握することは重要である。蓄電素子は時間、及び使用頻度に応じて主に化学的に劣化することが知られている。そのため、活用できるエネルギーが時間、及び使用頻度に応じて減少する。必要な時に必要なだけエネルギーを利用するために、蓄電素子の劣化状態を把握することは重要である。これまでに、蓄電素子の劣化を推定するための技術が開発されている。 Electric storage elements are used that can store electrical energy and supply energy when needed. Energy storage elements are applied to mobile devices, power supplies, transportation equipment including automobiles and railways, and industrial equipment including aviation, space, and construction equipment. It is important to constantly know the storage capacity of the storage element so that you can use the stored energy as much as you need when you need it. It is known that power storage elements mainly deteriorate chemically depending on time and frequency of use. Therefore, the amount of energy that can be used decreases depending on the time and frequency of use. It is important to understand the state of deterioration of power storage elements in order to use energy as needed and when it is needed. Techniques for estimating deterioration of power storage elements have been developed so far.
蓄電素子としてのリチウムイオン二次電池(以下、電池という)において、負極活物質としてSiOを用いたものが知られている。負極活物質としてSiOを用いた場合、負極の容量が大きくなるため、電池の容量を大きくすることができる。 BACKGROUND ART Lithium ion secondary batteries (hereinafter referred to as batteries) as power storage elements that use SiO as a negative electrode active material are known. When SiO is used as the negative electrode active material, the capacity of the negative electrode increases, so the capacity of the battery can be increased.
SiOのリチウムイオン導電性は、ドープされたリチウム量が大きい程高くなり、負極内で局所的に充放電に伴うリチウムドープ量が偏り易いという問題点がある。リチウムドープ量が偏った状態で充放電が繰り返されると、ドープ量が大きい部分の体積変化が大きくなり、その部分が集電体から剥離して電池容量が低下する。
特許文献1においては、リチウム基準極に対する負極の電位Vの変化dVに対する放電容量Qの変化量dQの割合であるdQ/dVと、電位Vとの関係を示すV-dQ/dVを生成し、V-dQ/dV上の2つのピークの強度比を算出し、強度比に基づいて負極の状態を検出する方法が開示されている。
特許文献2には、負極活物質としてリチウムを含有するケイ素の酸化物を用いた非水電解質を放電させる場合に、リチウム基準極に対する負極電圧が0.6Vを超えない範囲で放電するように制御する放電制御方法が開示されている。
The lithium ion conductivity of SiO increases as the amount of doped lithium increases, and there is a problem in that the amount of lithium doped in the negative electrode tends to be localized due to charging and discharging. When charging and discharging are repeated in a state where the amount of lithium doped is uneven, the volume change in the portion where the amount of doping is large becomes large, and that portion peels off from the current collector, resulting in a decrease in battery capacity.
In Patent Document 1, dQ/dV, which is the ratio of the change dQ in the discharge capacity Q to the change dV in the potential V of the negative electrode with respect to the lithium reference electrode, and V-dQ/dV, which indicates the relationship between the potential V, are generated, A method is disclosed in which the intensity ratio of two peaks on V-dQ/dV is calculated and the state of the negative electrode is detected based on the intensity ratio.
一方、本願発明者等は、Si系の負極を含む電池において、所定のSOC(充電状態)範囲で充放電を繰り返した場合、一時的な電池容量の低下に起因する電池電圧の低下が生じることを見出した。
本願発明者等は、一時的な電池容量の低下の原因を調べた結果、Si系の負極を含む蓄電素子に一過性の電池電圧の低下を引き起こす、結晶性のLi15Si4相が生成することが要因であることを発見した。所定のSOC範囲で充放電を繰り返し、放電が浅い場合、負極にLiが残っている部分と残っていない部分とが存在しており、この状態で充電を行なうとLiが残っている部分に先に充電され、充電深度が深くなり結晶性のLi15Si4 が生成される。Si系の負極において、充放電はアモルファス相で進行すると考えられているが、結晶性のLi15Si4相においては充放電(Liイオンの出入り)過程に寄与しない。従って、結晶性のLi15Si4相が生成することによって、電池容量が低下する。電池容量低下を防ぐには結晶性のLi15Si4相が生成しないように制御する、或いは、生成した結晶性のLi15Si4相を消滅させる処理を行って電池容量を回復させる必要がある。つまり、結晶性のLi15Si4相の生成により生じた電池容量の低下は、回復処理により電池容量を戻すことができ、一過性の電池電圧低下を解消することができる。
特許文献1及び2においては、一過性の電池電圧低下を解消することは課題としていない。
On the other hand, the inventors of the present application have discovered that when a battery including a Si-based negative electrode is repeatedly charged and discharged within a predetermined SOC (state of charge) range, a decrease in battery voltage occurs due to a temporary decrease in battery capacity. I found out.
As a result of investigating the cause of the temporary decrease in battery capacity, the inventors of the present application found that a crystalline Li 15 Si 4 phase was generated that caused a temporary decrease in battery voltage in a storage element containing a Si-based negative electrode. I discovered that this was a factor. When charging and discharging are repeated within a predetermined SOC range and the discharge is shallow, there are parts of the negative electrode where Li remains and parts where no Li remains, and if charging is performed in this state, the parts where Li remains will be charged first. As the charging depth increases, crystalline Li 15 Si 4 is produced. In a Si-based negative electrode, charging and discharging are thought to proceed in an amorphous phase, but the crystalline Li 15 Si 4 phase does not contribute to the charging and discharging process (inflow and outflow of Li ions). Therefore, the battery capacity decreases due to the formation of crystalline Li 15 Si 4 phase. In order to prevent the battery capacity from decreasing, it is necessary to control the generation of the crystalline Li 15 Si 4 phase, or to perform a process to eliminate the generated crystalline Li 15 Si 4 phase to recover the battery capacity. . In other words, the decrease in battery capacity caused by the formation of the crystalline Li 15 Si 4 phase can be restored by the recovery process, and the transient decrease in battery voltage can be resolved.
In
本発明の目的は、蓄電素子の一時的な(一過性の)電池電圧の低下現象を生じさせないための制御方法、制御装置、及びコンピュータプログラムを提供することにある。或いは、蓄電素子の一時的な(一過性の)電池電圧の低下を解消する制御方法、制御装置、及びコンピュータプログラムを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a control method, a control device, and a computer program for preventing a temporary (transient) battery voltage drop phenomenon of a power storage element from occurring. Another object of the present invention is to provide a control method, a control device, and a computer program that eliminate a temporary (transient) drop in battery voltage of a power storage element.
本発明の一態様に係る制御方法は、Si系の負極を有する蓄電素子に一過性の電池電圧の低下が生じる領域における負極電位より負極電位が貴(高く)になるように放電する。 In a control method according to one embodiment of the present invention, a power storage element having a Si-based negative electrode is discharged so that the negative electrode potential is nobler (higher) than the negative electrode potential in a region where a temporary decrease in battery voltage occurs.
本発明の一態様に係る制御装置は、Si系負極を有する蓄電素子の一過性の電池電圧の低下が生じる領域における負極電位より負極電位が貴(高く)になるように放電する制御部を備える。 A control device according to one embodiment of the present invention includes a control unit that discharges a power storage element having a Si-based negative electrode so that the negative electrode potential is nobler (higher) than the negative electrode potential in a region where a transient battery voltage drop occurs. Be prepared.
本発明の一態様に係るコンピュータプログラムは、Si系負極を有する蓄電素子の一過性の電池電圧の低下が生じる領域における領域の負極電位より負極電位が貴(高く)になるように放電する処理をコンピュータに実行させる。 A computer program according to one embodiment of the present invention includes a process of discharging a power storage element having a Si-based negative electrode so that the negative electrode potential is nobler (higher) than the negative electrode potential of a region where a transient battery voltage drop occurs. have the computer execute it.
本発明においては、蓄電素子の一時的な電圧の低下現象を生じさせないようにすることができる。また、蓄電素子の一時的な電圧の低下が生じた場合に、該電圧低下を解消することができる。 In the present invention, it is possible to prevent a temporary voltage drop phenomenon of a power storage element from occurring. Further, when a temporary voltage drop in the power storage element occurs, the voltage drop can be eliminated.
(実施形態の概要)
実施形態に係る制御方法は、Si系の負極を有する蓄電素子に一過性の電池電圧の低下が生じる領域における負極電位より負極電位が貴になるように放電する。
また、所定の条件を満たす場合に、前記領域における負極電位より負極電位が貴になるように電圧を制御した状態で放電する。以下、この放電をリセット放電という。
(Summary of embodiment)
In the control method according to the embodiment, a power storage element having a Si-based negative electrode is discharged so that the negative electrode potential becomes nobler than the negative electrode potential in a region where a temporary decrease in battery voltage occurs.
Further, when a predetermined condition is satisfied, discharge is performed while controlling the voltage so that the negative electrode potential is nobler than the negative electrode potential in the region. Hereinafter, this discharge will be referred to as reset discharge.
ここで、Si系の負極とは、Si、Siの化合物を活物質として含む負極をいう。化合物としては、酸化物、窒化物、合金等が挙げられる。
所定の条件を満たす場合としては、所定の時間が経過した場合、SOH(State Of Health)が閾値以下になった場合等が挙げられる。所定の時間は、例えばレート及び下限SOC別に、経時的な容量維持率の変化を示す曲線を求め、容量維持率が閾値以下になり、リセット放電を行う必要がある場合の経過時間として設定する。
Here, the Si-based negative electrode refers to a negative electrode containing Si or a compound of Si as an active material. Examples of the compound include oxides, nitrides, alloys, and the like.
Examples of cases where the predetermined condition is satisfied include a case where a predetermined time has elapsed, a case where the SOH (State of Health) becomes equal to or less than a threshold value, and the like. The predetermined time is set as the elapsed time when, for example, a curve showing the change in the capacity retention rate over time is obtained for each rate and the lower limit SOC, and the capacity retention rate becomes equal to or less than a threshold value, and it is necessary to perform a reset discharge.
上記構成によれば、蓄電素子に一過性の電圧の低下を引き起こす、負極における結晶性のLi15Si4相が生じないように放電することで、一過性の電圧の低下を抑制できる。また、所定の条件を満たす場合にリセット放電を行うことで、Li15Si4相が消失するので、一過性の電圧の低下が解消する。以上より、蓄電素子の容量の低下を抑制できる。出力の低下が抑制され、SOCの検知の精度も良好である。 According to the above configuration, by discharging so as not to generate a crystalline Li 15 Si 4 phase at the negative electrode, which causes a transient voltage drop in the power storage element, it is possible to suppress a transient voltage drop. Furthermore, by performing reset discharge when predetermined conditions are met, the four Li 15 Si phases disappear, thereby eliminating the transient voltage drop. As described above, it is possible to suppress a decrease in the capacity of the power storage element. The decrease in output is suppressed, and the accuracy of SOC detection is also good.
上述の制御方法において、前記負極電位が0.5Vvs.Li/Li+ 以上になるように放電してもよい。 In the above control method, the negative electrode potential may be discharged to be 0.5 V vs. Li/Li + or more.
上記構成によれば、結晶性のLi15Si4相の生成が良好に抑制され、又は良好に消失する。 According to the above configuration, the formation of the crystalline Li 15 Si 4 phase is effectively suppressed or eliminated.
上述の制御方法において、前記負極電位が0.5Vvs.Li/Li+ 以上0.6Vvs.Li/Li+ 以下になるように放電してもよい。 In the above-described control method, the negative electrode potential may be discharged so as to be 0.5 V vs. Li/Li + or more and 0.6 V vs. Li/Li + or less.
上記構成によれば、結晶性のLi15Si4相生成が良好に抑制され、又は良好に消失するとともに、Si系活物質の劣化が抑制される。 According to the above configuration, the formation of the crystalline Li 15 Si 4 phase is effectively suppressed or eliminated, and the deterioration of the Si-based active material is suppressed.
上述の制御方法において、Si系負極を有する蓄電素子を複数直列に接続した蓄電素子モジュールを複数並列に接続してなる蓄電装置における前記蓄電素子モジュール毎に、前記領域における負極電位より負極電位が貴になるように放電してもよい。 In the above-mentioned control method, for each of the power storage device modules in the power storage device including a plurality of power storage device modules each having a Si-based negative electrode connected in series, the negative electrode potential is more noble than the negative electrode potential in the region. You may discharge it so that
上記構成によれば、一過性の電圧の低下が生じた蓄電素子モジュールのみ、放電を行って、電圧の低下を抑制し、又は解消できる。 According to the above configuration, only the power storage element module in which a temporary voltage drop has occurred can be discharged to suppress or eliminate the voltage drop.
実施形態に係る制御装置は、Si系負極を有する蓄電素子の一過性の電圧の低下が生じる領域における負極電位より負極電位が貴になるように放電する制御部を備える。 The control device according to the embodiment includes a control unit that discharges so that the negative electrode potential becomes nobler than the negative electrode potential in a region where a transient voltage drop of a power storage element having a Si-based negative electrode occurs.
上記構成によれば、上記放電により蓄電素子に一過性の電圧の低下を引き起こす、負極における結晶性のLi15Si4相の生成が抑制されるので、一過性の電圧の低下を抑制できる。また、所定の条件を満たす場合にリセット放電を行うことで、Li15Si4相が消失するので、一過性の電圧の低下を解消でき、蓄電素子の容量の低下を抑制できる。出力の低下が抑制され、SOCの検知の精度も良好である。 According to the above configuration, since the generation of crystalline Li 15 Si 4 phase in the negative electrode, which causes a transient voltage drop in the electricity storage element due to the discharge, is suppressed, the transient voltage drop can be suppressed. . Further, by performing reset discharge when predetermined conditions are met, the Li 15 Si 4 phase disappears, so it is possible to eliminate a transient voltage drop and suppress a decrease in the capacity of the power storage element. The decrease in output is suppressed, and the accuracy of SOC detection is also good.
実施形態に係るコンピュータプログラムは、Si系負極を有する蓄電素子の一過性の電圧の低下が生じる領域における領域の負極電位の絶対値より負極電位の絶対値が大きくなるように放電する処理をコンピュータに実行させる。 A computer program according to an embodiment includes a computer program that performs a process of discharging a power storage element having a Si-based negative electrode so that the absolute value of the negative electrode potential becomes larger than the absolute value of the negative electrode potential of a region in which a transient voltage drop occurs. have it executed.
上記構成によれば、一過性の電圧の低下を抑制又は解消することができ、蓄電素子の容量の低下を抑制できる。出力の低下が抑制され、SOCの検知の精度も良好である。 According to the above configuration, it is possible to suppress or eliminate a transient voltage drop, and it is possible to suppress a decrease in the capacity of the power storage element. The decrease in output is suppressed, and the accuracy of SOC detection is also good.
以下、具体的に放電の制御方法について説明する。以下、蓄電素子としてリチウムイオン二次電池(電池)を用いる場合につき説明する。
図1は、正極にNCM111を、負極にSiOとGrとを含む電池の充放電サイクル数と容量維持率との関係を示すグラフである。図1において、横軸はサイクル数、縦軸は容量維持率(%)である。NCMはLix (NisCouMnt)O2 (0≦s<1、0≦t<1、0≦u<1、s+t+u=1、0<x≦1.1、s,uは同時に0でない)で表される活物質であり、NCM111の場合、s=t=uである。
図1は、a:SOC10~100%、b:SOC15~100%、c:SOC20~100%、d:SOC25~100%、e:SOC40~100%、f:SOC60~100%の夫々のSOC範囲で充放電を繰り返した場合のサイクル数と、容量維持率との関係を示す。
Hereinafter, a method for controlling discharge will be specifically explained. Hereinafter, a case will be described in which a lithium ion secondary battery (battery) is used as the power storage element.
FIG. 1 is a graph showing the relationship between the number of charge/discharge cycles and the capacity retention rate of a battery containing NCM111 in the positive electrode and SiO and Gr in the negative electrode. In FIG. 1, the horizontal axis is the number of cycles, and the vertical axis is the capacity retention rate (%). NCM is Li x (Ni s Cou Mnt ) O 2 (0≦s<1, 0≦t<1, 0≦u<1, s+t+u=1, 0<x≦1.1, s, u are at the same time In the case of NCM111, s=t=u.
Figure 1 shows the SOC ranges of a: SOC 10-100%, b: SOC 15-100%, c: SOC 20-100%, d: SOC 25-100%, e: SOC 40-100%, and f: SOC 60-100%. The relationship between the number of cycles when charging and discharging is repeated and the capacity retention rate is shown.
充放電サイクル条件は以下の通りである。
試験温度:25℃
充電:1CmAで、4.2VまでCC(定電流)充電、その後CV(定電圧)充電で、電流が0.05CmAになった時点で充電停止
放電:1CmAで、CC放電、各SOCに相当する電圧で放電停止
図1より、前記d及びeのSOC範囲の曲線の場合、容量維持率の低下が大きいことが分かる。即ちSOC20%以下になるまで放電を行う場合と比較して、SOCの下限が25~40%である場合、容量維持率の低下が大きい。
本発明者等は50サイクルの時点で、負極電位が0.5Vvs.Li/Li+ 以上になるように放電することにより、前記a~f全ての曲線の場合で、容量維持率が向上することを見出した。図1に示すように、50サイクル目で上述の放電を行うことにより、容量維持率は向上する。容量維持率低下が解消した後、充放電を繰り返すことで、d及びeの曲線の容量維持率は再度低下する。従って、所定のタイミングで、深い放電(リセット放電)を繰り返してもよい。
The charge/discharge cycle conditions are as follows.
Test temperature: 25℃
Charging: CC (constant current) charging to 4.2V at 1CmA, then CV (constant voltage) charging, stopping charging when the current reaches 0.05CmA Discharging: CC discharge at 1CmA, corresponding to each SOC Discharge is stopped by voltage From FIG. 1, it can be seen that in the case of the curves in the SOC range of d and e, the capacity retention rate decreases greatly. That is, when the lower limit of SOC is 25 to 40%, the capacity retention rate decreases more than when discharging is performed until the SOC reaches 20% or less.
The present inventors have found that by discharging so that the negative electrode potential becomes 0.5 V vs. Li/Li + or higher at the 50th cycle, the capacity retention rate improves in all curves a to f above. I found out. As shown in FIG. 1, the capacity retention rate is improved by performing the above-described discharge at the 50th cycle. After the decrease in capacity retention rate is resolved, by repeating charging and discharging, the capacity retention rate of the curves d and e decreases again. Therefore, deep discharge (reset discharge) may be repeated at predetermined timing.
図2は、SOCの下限値が25%である前記dの場合につき、放電容量と電池電圧との関係を求めた結果を示すグラフである。
図2において、横軸は放電容量(mAh)、縦軸は電池電圧(V)である。放電曲線hは、容量確認時(SOC100%から0%まで放電を行った時)の放電容量と電池電圧との関係を示す。放電曲線i、j、k、l、mは、SOC25~100%の範囲で充放電を1回、10回、20回、30回、40回繰り返した時の放電容量と電池電圧との関係を示す。放電曲線nは、SOC25~100%の範囲で充放電を50回繰り返した後SOC0%まで放電を行った時の放電容量と電池電圧との関係を示す。
図2より、サイクル数が増加するのに従い、電圧3.2~3.5Vの範囲で放電容量が大きく低下することが分かる。
FIG. 2 is a graph showing the results of determining the relationship between discharge capacity and battery voltage for the case d where the lower limit of SOC is 25%.
In FIG. 2, the horizontal axis is discharge capacity (mAh), and the vertical axis is battery voltage (V). The discharge curve h shows the relationship between the discharge capacity and the battery voltage at the time of capacity confirmation (when discharging from
From FIG. 2, it can be seen that as the number of cycles increases, the discharge capacity decreases significantly in the voltage range of 3.2 to 3.5V.
図3は、図1におけるa~fのそれぞれのSOC範囲(SOC10~100%、SOC15~100%、SOC20~100%、SOC25~100%、SOC40~100%、SOC60~100%の範囲)で充放電を繰り返し、100サイクル後の満充電状態から放電した場合のDOD-OCV曲線を示す。
図3において、横軸はDOD(%)、縦軸は電池電圧(V)である。
図3より、SOCの下限値が夫々25%及び40%である、前記d及びeの曲線の場合、電圧3.1~3.7V、特に電圧3.2~3.5Vの範囲で、他のSOC範囲で充放電を繰り返した場合と比較して、同一DODに対する電圧が低くなっていることが分かる。
Figure 3 shows how the SOC is filled in each of the SOC ranges a to f in Figure 1 (ranges of
In FIG. 3, the horizontal axis is DOD (%) and the vertical axis is battery voltage (V).
From FIG. 3, in the case of the curves d and e, where the lower limit of SOC is 25% and 40%, respectively, in the voltage range of 3.1 to 3.7V, especially in the voltage range of 3.2 to 3.5V, the other It can be seen that the voltage for the same DOD is lower than when charging and discharging are repeated in the SOC range of .
図4は、図3の100サイクル充放電を繰り返した各電池につき、完全放電を行い、さらに100サイクル充放電を繰り返した後のSOC-OCV曲線及びDOD-OCV曲線である。図4において、上側がSOC-OCV曲線であり、下側がDOD-OCV曲線である。
図4において、横軸はSOC(DOD)(%)、縦軸は電池電圧(V)である。
図4より、前記d及びeの曲線の場合、上述のリセット放電を行うことにより、SOC-OCV曲線及びDOD-OCV曲線のいずれにおいても、他のSOC範囲の曲線と重なり、容量低下の現象が解消されたことが分かる。
FIG. 4 shows the SOC-OCV curve and the DOD-OCV curve after each battery in FIG. 3 which has been repeatedly charged and discharged for 100 cycles is fully discharged and then further charged and discharged for 100 cycles. In FIG. 4, the upper side is the SOC-OCV curve, and the lower side is the DOD-OCV curve.
In FIG. 4, the horizontal axis is SOC (DOD) (%), and the vertical axis is battery voltage (V).
From FIG. 4, in the case of the curves d and e, by performing the above-mentioned reset discharge, both the SOC-OCV curve and the DOD-OCV curve overlap with the curves of other SOC ranges, and the phenomenon of capacity decrease occurs. I see that it has been resolved.
図5は、SOCの下限値が夫々10%及び25%である、前記aとdの場合につき充放電を50サイクル繰り返した後の負極のDOD-OCPを求めた結果を示すグラフである。図5において、横軸はDOD(%)、縦軸はOCP(Vvs.Li/Li+)である。
図5より、DOD50%以上の領域で、前記dのDOD-OCP曲線の場合、前記aのDOD-OCP曲線と比較して同一DODに対する負極電位が大きく、上に凸状をなしている。同一DODで負極電位が高くなった場合、電池電圧は低下する。
FIG. 5 is a graph showing the results of determining the DOD-OCP of the negative electrode after 50 cycles of charging and discharging in cases a and d, in which the lower limit of SOC is 10% and 25%, respectively. In FIG. 5, the horizontal axis is DOD (%) and the vertical axis is OCP (V vs. Li/Li + ).
From FIG. 5, in the region where the DOD is 50% or more, in the case of the DOD-OCP curve of d, the negative electrode potential for the same DOD is larger than that of the DOD-OCP curve of a, and has an upwardly convex shape. When the negative electrode potential becomes higher with the same DOD, the battery voltage decreases.
図6は、比容量と負極電位との関係を示すグラフである。
図6において、横軸は比容量(mAh/g)、縦軸は負極電位(Vvs.Li/Li+)である。
Si系負極において、0.05Vvs.Li/Li+以下の電位になるような深い充電を行った場合、結晶性のLi15Si4相が形成される。この相が生じた状態で放電を行うと、結晶相とアモルファス相の2相の共存反応に起因し、図5にも示される電位平坦部が略0.4Vvs.Li/Li+の範囲に表れる。電位平坦部が表れた場合、負極の放電電位が高くなるので、電池の放電電圧は低くなる。
FIG. 6 is a graph showing the relationship between specific capacity and negative electrode potential.
In FIG. 6, the horizontal axis is specific capacity (mAh/g), and the vertical axis is negative electrode potential (V vs. Li/Li + ).
When a Si-based negative electrode is deeply charged to a potential of 0.05 V vs. Li/Li + or less, a crystalline Li 15 Si 4 phase is formed. When a discharge is performed in a state where this phase is generated, a potential flattening region shown in Fig. 5 appears in the range of approximately 0.4V vs. Li/Li + due to the coexistence reaction of the two phases, the crystalline phase and the amorphous phase. . When a potential plateau appears, the discharge potential of the negative electrode increases, and therefore the discharge voltage of the battery decreases.
Si系負極を有する電池においては、所定のSOC範囲で充放電を繰り返した場合、一時的な電池容量の低下に起因する電池電圧の低下が生じる。一過性の電圧低下が生じるSOC範囲は、Si系化合物の含有量によって異なる。SiO20%/Gr80%の比率では、SOCの下限値が約25%以上になると上記現象が生じる。SiOの含有量が少ない場合、下限SOCがより低い条件で上記現象が生じ、より低電圧領域にて電圧変化が生じる。
負極電位が0.5Vvs.Li/Li+ 以上になるまで放電しない場合、徐々に結晶性のLi15Si4相の蓄積量が増加するため、サイクル数の増加に伴い、放電電圧が徐々に低下する。一度負極電位が0.5Vvs.Li/Li+ 以上になるように放電した場合、Li15Si4相が完全に消失するため、図4に示すように、DOD-OCV曲線は元の状態にリセットされる。
詳細な理由は明らかではないが、深い放電を行なうと、合剤内のリチウムドープ量の偏りが解消され、その後の充電時に結晶性のLi15Si4 が形成されにくくなるためと考えられる。
In a battery having a Si-based negative electrode, when charging and discharging are repeated within a predetermined SOC range, a decrease in battery voltage occurs due to a temporary decrease in battery capacity. The SOC range in which a transient voltage drop occurs varies depending on the content of the Si-based compound. At a ratio of 20% SiO/80% Gr, the above phenomenon occurs when the lower limit of SOC is about 25% or more. When the content of SiO is small, the above phenomenon occurs under conditions where the lower limit SOC is lower, and a voltage change occurs in a lower voltage region.
If the negative electrode potential is not discharged until it reaches 0.5 V vs. Li/Li + or higher, the amount of crystalline Li 15 Si 4 phase accumulated gradually increases, so the discharge voltage gradually decreases as the number of cycles increases. do. Once the negative electrode potential is discharged to 0.5V vs. Li/Li + or higher, the Li 15 Si 4 phase completely disappears, so the DOD-OCV curve is reset to its original state as shown in Figure 4. be done.
Although the detailed reason is not clear, it is thought that deep discharging eliminates the imbalance in the amount of lithium doped in the mixture, making it difficult to form crystalline Li 15 Si 4 during subsequent charging.
リセット放電は、容量維持率等のSOHが閾値以下になった場合に行う。又は、実験により、SOHが閾値以下になる時間を、充電レート、充放電の範囲(SOCの範囲)毎に求めておき、該時間が経過する都度行う。
リセット放電は、図5に示すように、負極電位が0.5Vvs.Li/Li+ 以上になった場合、前記a及びdの曲線の同一電位におけるDODの差分が小さくなるので、負極電位が0.5Vvs.Li/Li+ 以上になるように行うのが好ましい。
リセット放電は、負極電位が0.5Vvs.Li/Li+ 以上0.6Vvs.Li/Li+ 以下になるように行うのがより好ましい。0.6Vvs.Li/Li+ を超える深い放電を行った場合、Si系の負極の劣化が進行する。
リセット放電は、電池電圧としては、負極電位の0.5Vvs.Li/Li+に対応する電圧以下になるように行うのが好ましい。
リセット放電は、(負極電位の0.6Vvs.Li/Li+に対応する電圧)以上(負極電位の0.5Vvs.Li/Li+に対応する電圧)以下になるように行うのがより好ましい。
Reset discharge is performed when SOH such as capacity retention rate becomes below a threshold value. Alternatively, the time during which the SOH becomes equal to or less than the threshold value is determined by experiment for each charging rate and charge/discharge range (SOC range), and the test is performed each time the time period elapses.
In the reset discharge, as shown in FIG. 5, when the negative electrode potential becomes 0.5 V vs. Li/Li + or more, the difference in DOD at the same potential of the curves a and d becomes small, so the negative electrode potential becomes 0. It is preferable to perform this so that the voltage is .5V vs. Li/Li + or more.
It is more preferable to carry out the reset discharge so that the negative electrode potential becomes 0.5 V vs. Li/Li + or more and 0.6 V vs. Li/Li + or less. When a deep discharge exceeding 0.6V vs. Li/Li + is performed, the Si-based negative electrode deteriorates.
The reset discharge is preferably performed so that the battery voltage is equal to or lower than the voltage corresponding to the negative electrode potential of 0.5 V vs. Li/Li + .
It is more preferable to perform the reset discharge so that the voltage is greater than or equal to (the voltage corresponding to the negative electrode potential of 0.6 V vs. Li/Li + ) and less than (the voltage corresponding to the negative electrode potential of 0.5 V vs. Li/Li + ).
(実施形態1)
以下、蓄電素子がリチウムイオン二次電池である場合を説明する。
図7は、実施形態1に係る充放電システム1及びサーバ9の構成を示すブロック図である。
充放電システム1は、電池モジュール3と、BMU(Battery Management Unit)4と、電圧センサ5と、電流センサ6と、制御装置7とを備える。
(Embodiment 1)
Hereinafter, a case where the electricity storage element is a lithium ion secondary battery will be described.
FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of the charging/discharging system 1 and the
The charging/discharging system 1 includes a
電池モジュール3は、複数の蓄電素子としてのリチウムイオン二次電池(以下、セルという)2が直列に接続されている。制御装置7は、充放電システム1全体を制御する。
サーバ9は、通信部92、及び制御部91を備える。
制御装置7は、制御部71、表示部72、及び通信部73を備える。
制御装置7の制御部71は、通信部73、ネットワーク10、及び通信部92を介し、制御部91と接続されている。
負荷17は、端子11,12を介し電池モジュール3に接続されている。充電する場合は、図14に示すように、電池モジュール3に充電器8が接続される。
In the
The
The control device 7 includes a
The
The
制御部71、91は、例えばCPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)及びRAM(Random Access Memory)等により構成され、制御装置7、及びサーバ9の動作を制御する。
通信部73、及び92は、ネットワークを介して他の装置との間で通信を行う機能を有し、所要の情報の送受信を行うことができる。
制御装置7の表示部72は、液晶パネル又は有機EL(Electro Luminescence)表示パネル等で構成することができる。制御部71は、表示部72に所要の情報を表示するための制御を行う。
The
The
The
本実施形態においては、BMU4、制御装置7、及びサーバ9のいずれかが、本発明の制御装置として機能する。なお、サーバ9が制御装置として機能しない場合、充放電システム1がサーバ9に接続されていなくてもよい。
図7においては、電池モジュール3を一組備える場合を示しているが、電池モジュール3は、複数組、直列に接続してもよい。
BMU4は、電池ECUであってもよい。
In this embodiment, either the
Although FIG. 7 shows a case where one set of
BMU4 may be a battery ECU.
電圧センサ5は、電池モジュール3に並列に接続されており、電池モジュール3の全体の電圧に応じた検出結果を出力する。電圧センサ5は、各セル2の後述する正極の端子23,負極の端子26に接続されており、各セル2の端子23,26間の電圧V1 を測定し、各セル2のV1 の合計値である電池モジュール3の後述する負極のリード33,正極のリード34間の電圧Vを検出する。
電流センサ6は、電池モジュール3に直列に接続されており、電池モジュール3の電流に応じた検出結果を出力する。
The
The
図8は、電池モジュール3の斜視図である。
電池モジュール3は、直方体状のケース31と、ケース31に収容された複数の前記セル2とを備える。
FIG. 8 is a perspective view of the
The
セル2は、直方体状のケース本体21と、蓋板22と、蓋板22に設けられた、端子23,26と、破裂弁24と、電極体25とを備える。電極体25は正極板、セパレータ、及び負極板を積層してなり、ケース本体21に収容されている。
電極体25は、正極板と負極板とをセパレータを介して扁平状に巻回して得られるものであってもよい。
The
The
正極板は、アルミニウムやアルミニウム合金等からなる板状(シート状)又は長尺帯状の金属箔である正極基材箔上に活物質層が形成されたものである。負極板は、銅及び銅合金等からなる板状(シート状)又は長尺帯状の金属箔である負極基材箔上に活物質層が形成されたものである。セパレータは、合成樹脂からなる微多孔性のシートである。 The positive electrode plate has an active material layer formed on a positive electrode base material foil, which is a plate-like (sheet-like) or long strip-like metal foil made of aluminum, an aluminum alloy, or the like. The negative electrode plate has an active material layer formed on a negative electrode base material foil, which is a plate-like (sheet-like) or long strip-like metal foil made of copper, copper alloy, or the like. The separator is a microporous sheet made of synthetic resin.
正極の活物質層に用いられる正極活物質は、例えばLix (NisMntCouMv)O2 (MはLi,Ni,Mn,Co以外の金属元素、0≦s<1、0≦t<1、0≦u<1、s+t+u+v=1、0<x≦1.1、s,uは同時に0でない)で表される層状酸化物である。正極活物質は層状岩塩型の結晶構造を有する。前記aは0.5≦a≦1を満たすものであってもよい。この場合、遷移金属サイトにNiを多く含有する。
正極活物質は、v=0であり、Lix (NisCouMnt)O2 (s+t+u=1)で表されるNCMであるのが好ましい。NCMとしては、上述のNCM11でもよく、Ni含有量が高いNCM523(s:t:u=5:2:3)、NCM622(s:t:u=6:2:2)、NCM811(s:t:u=8:1:1)等でもよい。
正極活物質は、MがAl、t=0であり、Lix (NisCouAlv)O2 で表されるNCAであってもよい(s+u+v=1)。
なお、NCM又はNCAにおいて、Li、Ni以外の金属が夫々2種類の金属からなる場合に限定されず、3種類以上の金属からなるものでもよい。例えば、少量のTi、Nb、B、W、Zr、Ti、Mgなどが含まれてもよい。
The positive electrode active material used in the positive electrode active material layer is, for example, Li x (Ni s Mn t Cou M v )O 2 (M is a metal element other than Li, Ni, Mn, Co, 0≦s<1, 0 ≦t<1, 0≦u<1, s+t+u+v=1, 0<x≦1.1, s and u are not 0 at the same time). The positive electrode active material has a layered rock salt crystal structure. The above a may satisfy 0.5≦a≦1. In this case, transition metal sites contain a large amount of Ni.
The positive electrode active material is preferably NCM, where v=0 and represented by Li x (Ni s Cou Mnt )O 2 (s+t+u=1). As the NCM, the above-mentioned NCM11 may be used, and NCM523 (s:t:u=5:2:3), NCM622 (s:t:u=6:2:2), NCM811 (s:t :u=8:1:1) etc. may be used.
The positive electrode active material may be NCA, where M is Al, t=0, and is represented by Li x (Ni s Cou Al v )O 2 (s+u+v=1).
Note that in NCM or NCA, the metals other than Li and Ni are not limited to two kinds of metals, and may be made of three or more kinds of metals. For example, small amounts of Ti, Nb, B, W, Zr, Ti, Mg, etc. may be included.
正極活物質としては、例えばLiMeO2-Li2MnO3固溶体、Li2O-LiMeO2固溶体、Li3NbO4 -LiMeO2固溶体、Li4 WO5 -LiMeO2固溶体、Li4 TeO5 -LiMeO2固溶体、Li3SbO4 -LiFeO2固溶体、Li2RuO3 -LiMeO2固溶体、Li2RuO3 -Li2 MeO3 固溶体等のLi過剰型活物質であってもよい。
正極活物質は上述の場合に限定されない。
Examples of the positive electrode active material include LiMeO 2 -Li 2 MnO 3 solid solution, Li 2 O-LiMeO 2 solid solution, Li 3 NbO 4 -LiMeO 2 solid solution, Li 4 WO 5 -LiMeO 2 solid solution, Li 4 TeO 5 -LiMeO 2 solid solution. , Li 3 SbO 4 --LiFeO 2 solid solution, Li 2 RuO 3 --LiMeO 2 solid solution, Li 2 RuO 3 --Li 2 MeO 3 solid solution, and other Li-excess type active materials may be used.
The positive electrode active material is not limited to the above case.
負極活物質層に用いられる負極活物質は、Si系の活物質である。Si系としては、Si、Siの化合物が挙げられる。化合物としては、酸化物、窒化物、合金等が挙げられる。負極活物質は、炭素材料を含むことができる。炭素材料としては、黒鉛及び非晶質炭素が挙げられる。非晶質炭素としては、難黒鉛化炭素(アセチレンブラック、ファーネスブラック、ケッチェンブラック等)、易黒鉛化炭素等が挙げられる。炭素材料としては黒鉛が好ましい。Si系の活物質の活物質の総質量に対する割合は5~20質量%であるのが好ましい。 The negative electrode active material used in the negative electrode active material layer is a Si-based active material. Examples of Si-based materials include Si and Si compounds. Examples of the compound include oxides, nitrides, alloys, and the like. The negative electrode active material can include a carbon material. Examples of carbon materials include graphite and amorphous carbon. Examples of amorphous carbon include non-graphitizable carbon (acetylene black, furnace black, Ketjen black, etc.), easily graphitizable carbon, and the like. Graphite is preferred as the carbon material. The ratio of the Si-based active material to the total mass of the active material is preferably 5 to 20% by mass.
電池モジュール3の隣り合うセル2の隣り合う端子23,26がバスバー32により電気的に接続されることで、複数のセル2が直列に接続されている。
電池モジュール3の両端のセル2の、端子23,26には、電力を取り出すためのリード34,33が設けられている。
図9は、BMU4の構成を示すブロック図である。BMU4は、制御部41と、記憶部42と、計時部46と、入力部47と、通信部48とを備える。これらの各部は、バスを介して互いに通信可能に接続されている。
FIG. 9 is a block diagram showing the configuration of the
制御部41は制御部71と同様の構成を有する。
制御部41は、後述する放電プログラム43を読み出して実行することにより、リセット放電の処理を実行する処理部として機能する。
計時部46は、リセット放電を行うタイミングを計時する。
入力部47は、電圧センサ5及び電流センサ6からの検出結果の入力を受け付ける。
The
The
The
The
記憶部42は、例えばハードディスクドライブ(HDD)等により構成され、各種のプログラム及びデータを記憶する。記憶部42には、放電プログラム43が格納されている。放電プログラム43は、例えばCD-ROMやDVD-ROM、USBメモリ等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体50に格納された状態で提供され、BMU4にインストールすることにより記憶部42に格納される。また、通信網に接続されている図示しない外部コンピュータから放電プログラム43を取得し、記憶部42に記憶させることにしてもよい。
The
記憶部42には充放電の履歴データ44も記憶されている。充放電の履歴とは、電池モジュール3の運転履歴であり、電池モジュール3が充電又は放電を行った期間(使用期間)を示す情報、使用期間において電池モジュール3が行った充電又は放電に関する情報等を含む情報である。電池モジュール3の使用期間を示す情報とは、充電又は放電の開始及び終了の時点を示す情報、電池モジュール3が使用された累積使用期間等を含む情報である。電池モジュール3が行った充電又は放電に関する情報とは、電池モジュール3が行った充電時又は放電時の電圧、レート等を示す情報である。
記憶部42には、レート及び下限SOC別に、予め実験により求めたリセット放電時間を設定したリセット放電時間テーブル(以下、テーブルという)45も記憶している。レート及び下限SOC別に、経時的な容量維持率の変化を示す曲線を求め、容量維持率が閾値以下になりリセット放電を行う必要がある場合の、リセット放電時間をテーブル45に記憶している。
なお、SOHとして容量維持率を用いているが、この場合に限定されない。
The
The
Note that although the capacity maintenance rate is used as the SOH, it is not limited to this case.
図10は、実施形態1の制御装置としてのBMU4におけるリセット放電の処理手順を示すフローチャートである。
制御部41は、計時部46を用い、リセット放電時間が経過したか否かを判定する(S1)。制御部41はリセット放電時間が経過していないと判定した場合(S1:NO)、処理を終了する。
制御部41はリセット放電時間が経過したと判定した場合(S1:YES)、放電を開始する(S2)。
FIG. 10 is a flowchart showing a reset discharge processing procedure in the
The
When the
制御部41は放電を終了するか否かを判定する(S3)。制御部41は負極電位が0.5Vvs.Li/Li+ 以上になったか否かを判定する。制御部41は電池電圧が、負極電位の0.5Vvs.Li/Li+ に対応する電圧以下になったか否かを判定してもよい。制御部41は負極電位が0.5Vvs.Li/Li+ 以上になったと判定した場合、電池電圧が負極電位の0.5Vvs.Li/Li+ に対応する電圧以下になったと判定した場合、放電を終了すると判定し(S3:YES)、処理を終了する。制御部41は負極電位が0.5Vvs.Li/Li+ 以上0.6Vvs.Li/Li+ 以下の範囲内で、又は電池電圧が(負極電位の0.6Vvs.Li/Li+ に対応する電圧)以上(負極電位の0.5Vvs.Li/Li+ に対応する電圧)以下である範囲内で放電を終了するのが好ましい。制御部41は放電を終了しない場合(S3:NO)、判定の処理を繰り返す。
以上のリセット放電の処理をリセット放電時間が経過する都度、行う。
The
The above reset discharge process is performed every time the reset discharge time elapses.
本実施形態によれば、上述したように、電池モジュール3に一過性の電圧の低下を引き起こす、負極における結晶性のLi15Si4相が消失するので、一過性の電圧の低下が解消する。従って、電池モジュール3の容量の低下を抑制できる。電池モジュール3の出力の低下が抑制され、SOCの検知の精度も良好である。
なお、BMU4の制御部41がリセット放電を行う場合につき説明したが、リセット放電は制御部71又は制御部91が行うことにしてもよい。
According to this embodiment, as described above, the crystalline Li 15 Si 4 phase at the negative electrode, which causes a transient voltage drop in the
Although the case where the
(変形例1)
図11は、変形例1のBMU4におけるリセット放電の処理手順を示すフローチャートである。変形例1においては、電池モジュール3のSOHを算出し、リセット放電をするか否かを判定する。
まず、制御部41は、SOHとして、例えば容量維持率を算出する(S11)。
制御部41は、SOHが閾値a(%)以下であるか否かを判定する(S12)。制御部41はSOHが閾値a以下でないと判定した場合(S12:NO)、処理を終了する。
制御部41はSOHが閾値a以下であると判定した場合(S12:YES)、放電を開始する(S13)。
(Modification 1)
FIG. 11 is a flowchart showing a reset discharge processing procedure in the
First, the
The
When the
制御部41は放電を終了するか否かを判定する(S14)。放電を終了するか否かの判定は図10のフローチャートの処理と同様にして行う。
制御部41は放電を終了しない場合(S14:NO)、判定の処理を繰り返す。制御部41は放電を終了する場合(S14:YES)、処理を終了する。
変形例1においては、SOHが閾値a以下であると判定する都度、リセット放電を行って、電圧低下を解消することができる。
The
If the
In Modification 1, each time it is determined that the SOH is equal to or less than the threshold value a, a reset discharge can be performed to eliminate the voltage drop.
(変形例2)
図12は変形例2の充放電システム(蓄電装置)1の構成を示すブロック図である。変形例2の充放電システム1においては、電池モジュール35、36、37が並列に接続されている。
電池モジュール3は夫々CMU(Cell Monitoring Unit)14を備える。CMU14は電池モジュール3の各セル2の電圧を検出する電圧センサを備える。BMU4は、各CMU14が検出したセル2の電圧を取得する。各電池モジュール35、36、37にはスイッチ(不図示)が接続され、スイッチのオン/オフにより電池モジュール35、36、37毎に、BMU4が充放電を制御できる。
(Modification 2)
FIG. 12 is a block diagram showing the configuration of a charging/discharging system (power storage device) 1 of a second modification. In the charging/discharging system 1 of the second modification,
Each
図13は、変形例2のBMU4におけるリセット放電の処理手順を示すフローチャートである。
まず、制御部41は、各電池モジュールにつき、SOHとして、例えば容量維持率を算出する(S21)。
制御部41は、SOHが閾値a(%)以下である電池モジュールがあるか否かを判定する(S22)。制御部41はSOHが閾値a以下である電池モジュールがないと判定した場合(S22:NO)、処理を終了する。
制御部41はSOHが閾値a以下である電池モジュールがあると判定した場合(S22:YES)、制御部41はその電池モジュールの放電を開始する(S23)。
制御部41は放電を終了するか否かを判定する(S24)。放電を終了するか否かの判定は図10のフローチャートの処理と同様にして行う。
制御部41は放電を終了しない場合(S24:NO)、判定の処理を繰り返す。制御部41は放電を終了する場合(S24:YES)、処理を終了する。
FIG. 13 is a flowchart showing a reset discharge processing procedure in the
First, the
The
When the
The
If the
(変形例3)
変形例3においては、充電器8の制御部81がリセット放電を行う。
図14は、変形例3の充放電システム1及びサーバ9の構成を示すブロック図である。図14中、図7と同一部分は同一符号を付して詳細な説明を省略する。
充電器8は、端子15,16を介して電池モジュール3に接続されている。
充電器8は、制御部81と、電源部82と、電力供給部83と、通信部84と、記憶部85と、操作部87とを備える。
制御部81は制御部71と同様の構成を有する。
電力供給部83は、制御部81によって制御される電流量(充電電流)を電池モジュール3に供給する電流供給端子を有する。充電器8の電源部82は外部電源に接続されており、制御部81が指示した電流量の電力を電力供給部83を介し、電池モジュール3に対して供給する。電源部82は二次電池を備えてもよい。
記憶部85には、リセット放電を行った上で充電を行うためのプログラム86が格納されている。プログラム86は、例えばCD-ROMやDVD-ROM、USBメモリ等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体52に格納された状態で提供され、充電器8にインストールすることにより記憶部85に格納される。また、通信網に接続されている図示しない外部コンピュータからプログラム86を取得し、記憶部85に記憶させることにしてもよい。
制御部81はプログラム86を読み出して、リセット放電を行った後、充電する処理を実行する
(Modification 3)
In
FIG. 14 is a block diagram showing the configuration of the charging/discharging system 1 and the
The
The
The
The
図15は、変形例3のリセット放電及び充電の処理手順を示すフローチャートである。
制御部81は、BMU4から電池モジュール3の充放電の履歴を取得する(S31)。 制御部81は、リセット放電時間が経過したか否かを判定する(S32)。制御部41はリセット放電時間が経過していないと判定した場合(S32:NO)、処理をS35へ進める。
制御部41はリセット放電時間が経過したと判定した場合(S32:YES)、放電を開始する(S33)。
制御部81は放電を終了するか否かを判定する(S34)。放電を終了するか否かの判定は図10のフローチャートの処理と同様にして行う。
制御部81は放電を終了しない場合(S34:NO)、判定の処理を繰り返す。
FIG. 15 is a flowchart showing the reset discharge and charge processing procedure of
The
When the
The
If the
制御部41は放電を終了する場合(S34:YES)、充電を開始する(S35)。
制御部81は充電を終了するか否かを判定する(S36)。制御部81は操作部87により作業者の充電停止の入力を受け付けたか否かを判定し、充電を終了するか否かを判定する。代替的に、例えばSOCが100%になったか否かに基づき、充電を終了するか否かを制御部81は判定する。制御部81は充電を終了しないと判定した場合(S36:NO)、判定の処理を繰り返す。
制御部81は充電を終了すると判定した場合(S36:YES)、処理を終了する。
When the
The
If the
変形例3によれば、充電器8により電池モジュールをリセット放電をした上で充電するので、電池モジュール3は電池容量を良好に維持する。
According to the third modification, the
図16は、蓄電素子リフレッシュシステムの構成の一例を示す模式図である。
蓄電素子リフレッシュシステムはサーバ9を備え、蓄電素子に対してリセット放電を行い、蓄電素子をリフレッシュする。サーバ9は、図7のサーバ9と同様の構成を有する。
蓄電素子は、物流・運送サービス100に供される電動の移動体としてのバス、トラック、タクシー、ドローン、船舶、バイク等に搭載される。蓄電素子は、蓄電素子交換・充電サービス200に供される電動の移動体としてのバイク、自動車、自転車、ドローン、スマートフォン等のモバイル機器等に搭載される。蓄電素子は、シェアリングサービス300に供される電動の移動体としてのバイク、自動車、自転車等に搭載される。蓄電素子は、据置蓄電素子運用監視サービス400の対象となる発電設備、電力需要設備内で使用されている。
FIG. 16 is a schematic diagram showing an example of the configuration of a power storage element refresh system.
The power storage element refresh system includes a
The power storage element is mounted on buses, trucks, taxis, drones, ships, motorcycles, and the like as electric vehicles provided for the logistics/
物流・運送サービス100、蓄電素子交換・充電サービス200、シェアリングサービス300、及び据置蓄電素子運用監視サービス400は、制御装置13を備える。制御装置13は、制御部131及び通信部132を備える。制御装置13の制御部131は、通信部132、ネットワーク10、及び通信部92を介し、サーバ9の制御部91と接続されている。
上述の移動体、発電設備、電力需要設備は上述の充放電システム1を備え、蓄電素子のリセット放電を行う場合に、制御装置7又はBMU4が制御装置13に接続される。蓄電素子は電池モジュール3である。制御装置13を介さず、制御装置7をネットワーク10を介してサーバ9に接続してもよい。
The logistics/
The above-described moving body, power generation facility, and power demand facility are equipped with the above-described charging/discharging system 1, and the control device 7 or
物流・運送サービス100は、移動体を用いて物流・運送サービスを行う。移動体の蓄電素子は、リセット放電時間が経過した場合、又はSOHが閾値以下になった場合、BMU4により上述の図10又は図11のフローチャートに従ってリセット放電を実施する。リセット放電は、制御装置7、制御装置13、又はサーバ9により実施してもよい。これにより、容量が上昇し、蓄電素子はリフレッシュされる。SOCの検出の誤差も小さくなる。移動体に充電器8を接続し、図15のフローチャートに従って、蓄電素子にリセット放電を行った上で、充電を行ってもよい。
The logistics/
蓄電素子交換・充電サービス200は、ユーザが移動体又はモバイル機器をサービス拠点に持ち込んだ場合に、蓄電素子を新しい蓄電素子と交換する。古い蓄電素子は、リセット放電時間が経過している場合、又はSOHが閾値以下になっている場合、BMU4、制御装置7、制御装置13、又はサーバ9により、上述のようにしてリセット放電を実施し、蓄電素子をリフレッシュする。
The power storage element exchange/
ユーザが持ち込んだ移動体又はモバイル機器を充電する場合、蓄電素子に充電器8を接続し、図15のフローチャートに従って、蓄電素子にリセット放電を行った上で、充電を行う。
When charging a moving object or mobile device brought by a user, the
シェアリングサービス300においては、シェアリングする移動体の蓄電素子に対し、リセット放電時間が経過した場合、又はSOHが閾値以下になった場合、リセット放電が実施された上で充電される。
In the
据置蓄電素子運用監視サービス400においては、発電設備又は電力需要設備の蓄電素子に対し、リセット放電時間が経過した場合、又はSOHが閾値以下になった場合、リセット放電が実施された上で充電される。
本発明の放電の制御方法は、以上の物流・運送サービス100、蓄電素子交換・充電サービス200、シェアリングサービス300、及び据置蓄電素子運用監視サービス400以外のMaaS事業にも適用可能である。
In the stationary power storage element
The discharge control method of the present invention is also applicable to MaaS businesses other than the above-described logistics/
(実施形態2)
図17は、実施形態2の制御装置としてのBMU4における放電の処理手順を示すフローチャートである。実施形態2においては、制御部41は、放電を行う場合、常に、一時的な電池電圧の低下が生じない深さまで放電を行う。
制御部41は、まず、放電中であるか否かを判定する(S41)。制御部41は例えば電池電圧が減少しているか否かを判定する、又は電流が負であるか否かを判定する等により、放電中であるか否かを判定する。制御部41は放電中でない場合(S41:NO)、処理を終了する。
(Embodiment 2)
FIG. 17 is a flowchart showing a discharge processing procedure in the
The
制御部41は放電中である場合(S41:YES)、放電を終了するか否かを判定する(S42)。制御部41は負極電位が0.5Vvs.Li/Li+ 以上になったか否かを判定する。制御部41は、電池電圧が、負極電位の0.5Vvs.Li/Li+ に対応する電圧以下になったか否かを判定してもよい。制御部41は負極電位が0.5Vvs.Li/Li+ 以上になった場合、又は電池電圧が負極電位の0.5Vvs.Li/Li+ に対応する電圧以下になった場合、放電を終了すると判定し(S42:YES)、処理を終了する。制御部41は負極電位が0.5Vvs.Li/Li+ 以上0.6Vvs.Li/Li+ 以下の範囲内で、又は電池電圧が(負極電位の0.6Vvs.Li/Li+ に対応する電圧)以上(負極電位の0.5Vvs.Li/Li+ に対応する電圧)以下の範囲内で、放電を終了するのが好ましい。制御部41は放電を終了しない場合(S42:NO)、判定の処理を繰り返す。
以上の処理を所定のタイミングで行う。
以上の処理は、制御部71、制御部81、又は制御部91により行うことにしてもよい。
If the
The above processing is performed at a predetermined timing.
The above processing may be performed by the
本実施形態によれば、電池モジュール3に一過性の電圧の低下を引き起こす、負極における結晶性のLi15Si4相が生じない領域まで放電することで、一過性の電圧の低下を良好に抑制することができる。
実施形態1の物流・運送サービス100の電動の移動体、蓄電素子交換・充電サービス200の電動の移動体及びモバイル機器等、シェアリングサービス300の電動の移動体、据置蓄電素子運用監視サービス400の発電設備、電力需要設備に用いられる蓄電素子においても、前記領域まで放電し、一過性の電圧の低下を抑制することができる。
According to the present embodiment, by discharging to a region where the crystalline Li 15 Si 4 phase does not occur in the negative electrode, which causes a transient voltage drop in the
Electric mobile objects in the logistics/
前記実施の形態は、制限的なものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲と均等の意味及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 described above are not restrictive. The scope of the present invention is intended to include all changes within the meaning and scope equivalent to the claims.
例えば、本発明に係る制御方法は、移動体、モバイル機器、発電設備、電力需要設備の充放電システムに適用することに限定されず、鉄道用回生電力貯蔵装置等の他の充放電システムにも適用できる。
蓄電素子はリチウムイオン二次電池には限定されない。蓄電素子は、Si系の負極を有する他の二次電池であってもよいし、一次電池であってもよいし、キャパシタ等の電気化学セルであってもよい。
For example, the control method according to the present invention is not limited to application to charging and discharging systems for moving objects, mobile devices, power generation equipment, and power demand equipment, but can also be applied to other charging and discharging systems such as regenerative power storage devices for railways. Applicable.
The power storage element is not limited to a lithium ion secondary battery. The power storage element may be another secondary battery having a Si-based negative electrode, a primary battery, or an electrochemical cell such as a capacitor.
1 充放電システム
2 電池(蓄電素子)
3 電池モジュール(蓄電素子)
4 BMU
41、71、81、91、131 制御部
42、85 記憶部
43 放電プログラム
44 履歴データ
45 リセット放電時間テーブル
46 計時部
47 入力部
48、73、84、92、132 通信部
7 制御装置
72 表示部
8 充電器
86 プログラム
9 サーバ
10 ネットワーク
1 Charging/discharging
3 Battery module (power storage element)
4 BMU
41, 71, 81, 91, 131
Claims (7)
処理をコンピュータに実行させるコンピュータプログラム。 A computer program that causes a computer to perform a process of discharging a power storage element having a Si-based negative electrode so that the negative electrode potential becomes nobler than the negative electrode potential in a region where a transient voltage drop occurs.
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