二次电池的异常判断装置的制作方法

相关申请的援引

本申请以2018年2月14日申请的日本专利申请2018-24388号的申请为基础，在此援引其记载内容。

本公开涉及二次电池的异常判断装置。

背景技术：

以往，要求高精度地对二次电池的异常进行判断。例如，专利文献1公开了对镍氢电池的异常进行判断的装置，上述装置对频率不同的两个以上的复阻抗的直线或近似直线的倾斜角度进行检测，并且根据上述倾斜来对该电池的异常进行判断。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特许第5873113号公报

技术实现要素：

在专利文献1所公开的装置中，存在需要用于对二次电池的复阻抗进行检测的相对昂贵的特别装置，成本较高，并且对复阻抗进行检测需要相对长的时间的问题。因此，在以简单的结构低成本且短时间实现高精度的异常判断方面存在改善的余地。

本公开提供一种能够以简单的结构低成本且短时间对异常进行判断的二次电池的异常判断装置。

本公开的一个方面是二次电池的异常判断装置，包括：

内部电阻计算部，上述内部电阻计算部对在上述二次电池的充放电反应中负极的反应电阻起支配作用的负极反应电阻支配区域中的内部电阻进行计算；

阈值存储部，上述阈值存储部存储有容量平衡阈值，上述容量平衡阈值是用于对上述二次电池中的正极的容量与负极的容量之间的平衡是否异常进行判断的基准；

容量平衡比较部，上述容量平衡比较部对由上述内部电阻计算部检测出的内部电阻与存储在上述阈值存储部中的容量平衡阈值进行比较；以及

异常判断部，上述异常判断部基于上述容量平衡比较部的比较结果，对上述二次电池中的容量平衡的异常进行判断。

作为二次电池中的容量平衡的异常的主要原因中的一个，可以列举设置于负极活性物质的能放电的预备容量的消失。而且，在该预备容量消失时，负极反应电阻支配区域中的内部电阻发生变化。在上述二次电池的异常判断装置中构成为，在容量平衡比较部中，将由内部电阻计算部计算出的负极反应电阻支配区域中的内部电阻与存储在阈值存储部中的容量平衡阈值进行比较，并且异常判断部基于该比较结果，对二次电池中的容量平衡的异常进行判断。由此，由于在该异常判断装置中能够对负极反应电阻支配区域中的内部电阻进行检测来对容量平衡的异常进行判断，因此，与对复阻抗进行检测的情况相比，能够在短时间内高精度地对异常进行判断。而且，由于该异常判断装置不需要用于对复阻抗进行检测的昂贵装置，从而能够形成比较简单的结构，因此，可以实现低成本化。

如上所述，根据本公开，提供能够以简单的结构低成本且短时间对异常进行判断的二次电池的异常判断装置。

另外，权利要求书中记载的括号内的符号表示与后述实施方式中记载的具体元件的对应关系，并不对本公开的技术范围进行限定。

附图说明

参照附图和以下详细的记述，可以更明确本公开的上述目的、其它目的、特征和优点。附图如下所述。

图1是表示实施方式1中的二次电池的异常判断装置的结构的框图。

图2的(a)是表示实施方式1中的容量平衡为正常的状态的概念图，图2的(b)是表示容量平衡为异常的状态的概念图，图2的(c)是表示记忆效应发生的状态的概念图。

图3是表示实施方式1中的负极soc与负极电阻的关系的概念图。

图4是表示实施方式1中的施加电流与施加电压的关系的概念图。

图5是表示实施方式1中对二次电池的异常进行推定的工序的流程图。

图6是表示实施方式2中的二次电池的异常判断装置的结构的框图。

图7的(a)是表示实施方式2中的负极soc与负极电阻的关系的概念图，图7的(b)是图7的(a)的局部放大图(b)。

图8是表示实施方式2中的对二次电池的异常进行推定的工序的流程图。

图9是表示变形方式1中的对二次电池的异常进行推定的工序的流程图。

图10是表示实施方式3中的二次电池的异常判断装置的结构的框图。

图11是表示实施方式3中的温度与反应电阻的关系的概念图。

图12是表示实施方式3的对二次电池的异常进行判断的工序的流程图。

具体实施方式

(实施方式1)

使用图1～图5，对上述二次电池的异常判断装置的实施方式进行说明。

本实施方式的异常判断装置1是二次电池2的异常判断装置1，包括内部电阻计算部71、阈值存储部61、容量平衡比较部72以及异常判断部73。

内部电阻计算部71对在二次电池2的充放电反应中负极21的反应电阻起支配作用的负极反应电阻支配区域中的内部电阻r进行检测。

阈值存储部61存储有容量平衡阈值，上述容量平衡阈值是用于对二次电池2中的正极22的容量与负极21的容量之间的平衡的异常进行判断的基准值。

容量平衡比较部72对由内部电阻计算部71计算出的内部电阻r与存储在阈值存储部61中的容量平衡阈值进行比较。

异常判断部73基于容量平衡比较部72的比较结果，对二次电池2中的容量平衡的异常进行判断。

以下，对本实施方式的异常判断装置1进行详述。

图1所示的二次电池2是镍氢电池。在本实施方式中，二次电池2通过将贮氢合金构成的负极21和氧化氢氧化镍(nio(oh))构成的正极22设置于电槽内来构成电池单元。

如图1所示，异常判断装置1包括检测部4、保存部5、存储部6、运算部7以及控制部8。

检测部4与二次电池2连接。如图1所示，检测部4包括电流值检测部41和电压值检测部42。电流值检测部41由规定的电流计构成，获取施加到二次电池2的电流值。电压值检测部42由规定的电压计构成，并且对施加到二次电池2的电压值进行检测。

图1所示的保存部5由能改写的非易失性存储器构成，包括电流值保存部51、电压值保存部52。在电流值保存部51保存有由电流值检测部41检测出的电流值，而在电压值保存部52保存有由电压值检测部42检测出的电压值。

图1所示的存储部6由非易失性存储器构成，包括阈值存储部61。阈值存储部61存储容量平衡阈值，上述容量平衡阈值是用于对二次电池中的正极的容量与负极的容量之间的平衡是否异常进行判断的基准。此处，如图2的(a)所示，二次电池2的电池容量能够表示为正极的容量即正极soc与负极的容量即负极soc重叠的区域。而且，如图2的(b)所示，在由于设置于负极21中的负极活性物质的能放电的预备容量的消失而产生负极soc相对于正极soc的偏差时，两者重叠的范围变窄。这样，在产生正极soc和负极soc的相对偏差即容量平衡的异常时，电池容量减小。在镍氢电池中，由于负极21的负极活性物质中所包含的氢释放到电槽外部等并产生从反应体系中消失的脱氢，设置于负极活性物质的能放电的预备容量消失，如图2的(b)所示，产生负极soc的偏差，从而产生容量平衡的异常。

存储在阈值存储部61中的容量平衡阈值能够根据负极21的结构来适当地确定，在本实施方式中，设定有表示作为上述基准的负极21的电阻的信息。另外，容量平衡阈值的形式没有特别地限定，例如能够是计算式、映射、图表、表等形式。容量平衡阈值能够通过使用测量用的二次电池2进行加速劣化试验并基于分解调查得到的实验测量值来制定，或者利用二次电池2的模型来逻辑性地导出负极的容量变化的计算式来制定。另外，阈值存储部61也可以存储多个容量平衡阈值。

在本实施方式中，如图3所示，在表示利用测量用的二次电池2进行加速劣化试验并基于分解调查得到的负极soc与负极21的电阻的对应关系的图表中，作为容量平衡阈值的内部电阻r1被设定为规定的电阻值。

图1所示的运算部7由规定的运算装置构成，包括内部电阻计算部71、容量平衡比较部72、异常判断部73。内部电阻计算部71基于由电流值检测部41检测出的电流值和由电压值检测部42检测出的电压值，对二次电池2的内部电阻r进行计算。

此处，成为二次电池2的电池电压降低的主要原因的内部电阻由电子电阻、反应电阻和内部物质移动的电阻这三个电阻成分的关系性来确定，二次电池2能够视为这三个电阻成分的串联等效电路。一般而言，电子电阻是在刚对电池施加恒定电流之后的时间区域中主要产生的电阻成分。另外，反应电阻是在电子电阻产生的时间区域之后的时间区域中主要产生的电阻成分。另外，内部物质移动的电阻是长时间施加恒定电流时产生的，在反应电阻的时间区域之后的时间区域中主要产生的电阻成分。而且，负极反应电阻支配区域是指在上述三个电阻成分中，放电期间负极21的反应电阻所占的比例最大的时间区域。在该负极反应电阻支配区域中，由于负极21的反应电阻支配性地确定二次电池2的内部电阻，因此，二次电池2的内部电阻能够视为负极21的电阻。在本实施方式中，内部电阻计算部71构成为根据向二次电池2施加脉冲电流而得到的电压响应来对内部电阻进行计算。

图1所示的容量平衡比较部72将由内部电阻计算部71计算出的内部电阻r与存储在阈值存储部61中的容量平衡阈值r1进行比较。异常判断部73基于容量平衡比较部72的比较结果，对二次电池2中的容量平衡的异常进行判断。在本实施方式中，异常判断部73在容量平衡比较部72的比较结果表示为由内部电阻计算部71计算出的内部电阻r比存储在阈值存储部61中的容量平衡阈值r1大时，判断为容量平衡是异常的。

在镍氢电池等二次电池2中，当进行补充充电时，有时会产生放电过程中引起暂时电压下降的记忆效应。如图2的(c)所示，当在二次电池2中产生记忆效应时，在正极22的正极soc的中间位置形成有电位急剧下降的电位降低部22a。其结果是，由于电位降低部22a的电位的降低程度或连接有二次电池2的设备所要求的电压，存在以下情况：在正极22中该电位降低部22a以下的正极soc区域不可利用，电池容量的下限由正极22的电位降低部22a规定。在这种情况下，表观上的电池容量减少，但是与基于负极21中负极soc的偏差引起的容量平衡的异常而导致的电池容量减少不同。

因此，为了更高精度地对容量平衡的异常进行判断，在本实施方式中，在图1所示的控制部8中包括记忆效应解除部81。记忆效应解除部81构成为，能够通过使二次电池2的电池电压放电到规定值以下来解除记忆效应。在本实施方式中，记忆效应解除部81通过使二次电池2的电池电压放电到1.0v以下来解除记忆效应。由记忆效应解除部81实现的记忆效应的解除能够在检测用于内部电阻计算部71对内部电阻r进行计算的电流值和电压值之前进行。

图1所示的控制部8包括恒定电流施加部82。恒定电流施加部82对二次电池2施加恒定电流，从而使二次电池2充放电。在本实施方式中，恒定电流施加部82构成为向二次电池2施加脉冲电流，从而使二次电池2充放电。虽然能够适当地对由恒定电流施加部82施加的电流值进行设定，但是优选地，图4所示的示出施加电流与施加电压之间的关系性的i-v图具有直线性的范围l。另外，恒定电流的施加时间是能够到达负极21的反应电阻起支配作用的时间区域的时间，从用于确保推定精度的观点出发，能够设为0.01～100sec的范围内，更优选设为0.1～10sec的范围内。

接着，使用图5所示的流程图，对异常判断装置1的使用方式进行说明。首先，如图5所示，在步骤s1中，通过记忆效应解除部81来解除二次电池2的记忆效应。在本实施方式中，进行放电，直到由电压值检测部42检测出并存储在电压值保存部52中的二次电池2的电池电压为1.0v以下。之后，在图5所示的步骤s2中，通过恒定电流施加部82向二次电池2施加恒定电流来进行充放电。

之后，在图5所示的步骤s3中，对二次电池2的负极反应电阻支配区域中的内部电阻r进行计算。在步骤s3中，首先，通过电流值检测部41来检测二次电池2的电流值并存储在电流值保存部51中，通过电压值检测部42来检测二次电池2的电压值并存储在电压值保存部52中。然后，由内部电阻计算部71根据保存在电流值保存部51中的电流值和保存在电压值保存部52中的电流值来对内部电阻r进行计算。由内部电阻计算部71计算出的内部电阻r保存在未图示的电阻值保存部中。

接着，在图5所示的步骤s4中，容量平衡比较部72对二次电池2的内部电阻r与容量平衡阈值r1进行比较。从阈值存储部61提取容量平衡阈值r1。在容量平衡比较部72的比较结果表示为内部电阻r大于容量平衡阈值r1的情况下，前进到步骤s4中的“是”，在步骤s5中，异常判断部73判断为二次电池2的容量平衡存在异常，并且结束该控制。

另一方面，在容量平衡比较部72的比较结果表示为内部电阻r不大于容量平衡阈值r1的情况下，前进到步骤s4中的“否”。在步骤s6中，异常判断部73判断为二次电池2的容量平衡是正常的，并且结束该控制。

接着，对本实施方式的二次电池的异常判断装置1的作用效果进行详述。

根据该异常判断装置1，构成为在容量平衡比较部72中，将由内部电阻计算部71计算出的负极反应电阻支配区域中的内部电阻r与存储在阈值存储部61中的容量平衡阈值r1进行比较，并且异常判断部73基于该比较结果，对二次电池2中的容量平衡的异常进行判断。由此，由于在该异常判断装置1中能够基于负极反应电阻支配区域中的内部电阻r来对容量平衡的异常进行判断，因此，与对复阻抗进行检测的情况相比，能够在短时间内对异常进行判断。而且，由于该异常判断装置1不需要用于对复阻抗进行检测的昂贵装置，能够形成比较简单的结构，因此，可以实现低成本化。

另外，在本实施方式中，异常判断部73在容量平衡比较部72的比较结果表示为由内部电阻计算部71计算出的内部电阻r比存储在阈值存储部61中的容量平衡阈值r1大时，判断为容量平衡是异常的。由此，基于负极反应电阻支配区域中的内部电阻r，能够高精度地在更短时间内高精度地对容量平衡的异常进行判断。

另外，在本实施方式中，包括：恒定电流施加部82，上述恒定电流施加部82对二次电池2施加脉冲电流并使二次电池2充放电；电流值检测部41，上述电流值检测部41对二次电池2中的电流值进行检测；以及电压值检测部42，上述电压值检测部42对二次电池2中的电压值进行检测，内部电阻计算部71基于由电流值检测部41检测出的电流值和由电压值检测部42检测出的电压值，对负极反应电阻支配区域中的内部电阻r进行计算。由此，与对复阻抗进行检测的情况相比，能够在更短的时间内高精度地对异常进行判断。

另外，在本实施方式中，通过记忆效应解除部81，在对容量平衡的异常进行判断之前，进行二次电池2中的记忆效应的解除。由此，能够从二次电池2中排除记忆效应，并且对容量平衡的异常进行判断，因此，能够更高精度地进行异常判断。

另外，在本实施方式中，通过记忆效应解除部81，在对容量平衡的异常进行判断之前，进行二次电池2中的记忆效应的解除，但是，除此之外，也可以构成为不具有记忆效应解除部81，不进行二次电池2中的记忆效应的解除。

如上所述，根据本实施方式，可以提供一种能够以简单的结构低成本且短时间内对异常进行判断的二次电池的异常判断装置1。

(实施方式2)

如图6所示，除了图1所示的实施方式1的结构以外，本实施方式的二次电池的异常判断装置1在存储部6中具有要否基准值存储部62，并且在运算部7中具有记忆效应比较部74和记忆效应判断部75。其他结构与实施方式1相同，标注与实施方式1的情况相同的符号并省略其说明。

在图1所示的要否基准值存储部62中存储有要否基准值，上述要否基准值为用于对是否需要解除二次电池2中的记忆效应进行判断的基准。在本实施方式中，要否基准值是表示作为上述基准的负极21的电阻的信息。另外，要否基准值的形式没有特别地限定，例如能够是计算式、映射、表等形式。要否基准值能够通过使用测量用的二次电池2进行加速劣化试验并基于分解调查得到的实验测量值来制定，或者利用二次电池2的模型来逻辑性地导出记忆效应的产生的计算式来制定。另外，在要否基准值存储部62中也可以存储多个要否基准值。

图1所示的记忆效应比较部74对由内部电阻计算部71计算出的内部电阻r与存储在要否基准值存储部62中的要否基准值r2进行比较。记忆效应判断部75基于记忆效应比较部74的比较结果，对是否需要解除二次电池2中的记忆效应进行判断。

在本实施方式中，记忆效应判断部75在记忆效应比较部74的比较结果表示为由内部电阻计算部71计算出的内部电阻r比存储在要否基准值存储部61中的要否基准值r2小时，判断为需要解除二次电池2中的记忆效应。如图2的(c)所示，在产生记忆效应的情况下，即使在二次电池2的低soc区域中，负极soc也表示相对较高的值。而且，如图7的(a)和图7的(a)的区域p的放大图即图7(b)所示，负极soc处于相对较高的值时，负极电阻为相对较小的值。因此，在由内部电阻计算部71计算出的内部电阻r小于要否基准值r2的情况下，能够判断为负极soc相对较大，并产生记忆效应。另外，如图7的(a)和图7的(b)所示，要否基准值r2的值小于容量平衡阈值r1。

在本实施方式中，记忆效应解除部81在由内部电阻计算部71检测出内部电阻r之前进行记忆效应的解除，并且基于记忆效应判断部75的判断结果来进行记忆效应的解除。另外，记忆效应判断部75也可以在由记忆效应解除部81实施记忆效应的解除之后，再次对是否需要解除二次电池2中的记忆效应进行判断。

使用图8所示的流程图，对本实施方式中的异常判断装置1的使用方式进行说明。首先，与图5所示的实施方式1的情况相同，执行步骤s1～s6。然后，在步骤s6中，在判断为容量平衡为正常之后，前进到图8所示的步骤s7，通过记忆效应比较部74，对内部电阻r与存储在要否基准值存储部62中的要否基准值r2进行比较。然后，在步骤s7中记忆效应比较部74的比较结果表示为内部电阻r小于要否基准值r2的情况下，前进到图8所示的步骤s7中的“是”。在步骤s8中，通过记忆效应判断部75判断为需要解除记忆效应，并且再次返回到步骤s1。另一方面，在步骤s7中记忆效应比较部74的比较结果表示为内部电阻r不小于要否基准值r2的情况下，前进到图8所示的步骤s7中的“否”。然后，在步骤s9中，记忆效应判断部75判断为不需要解除记忆效应，并且结束该控制。

接着，对本实施方式的二次电池的异常判断装置1的作用效果进行详述。

在本实施方式中，具有：要否基准值存储部62，上述要否基准值存储部62存储有用于对是否需要解除记忆效应进行判断的基准即要否基准值r2；记忆效应比较部74，上述记忆效应比较部74将由内部电阻计算部71计算出的内部电阻r与存储在要否基准值存储部62中的要否基准值r2进行比较；记忆效应判断部75，上述记忆效应判断部75基于记忆效应比较部74的比较结果，对是否需要解除二次电池2中的记忆效应进行判断；以及记忆效应解除部81，上述记忆效应解除部81对二次电池2的记忆效应进行解除。而且，记忆效应解除部81在记忆效应判断部75判断为需要解除记忆效应的情况下，在异常判断部73对异常进行判断之前解除二次电池2的记忆效应。由此，在二次电池2产生记忆效应的情况下，在进行容量平衡的异常判断之前能够解除记忆效应，并且能够高精度地对容量平衡的异常进行判断。

另外，在本实施方式中，记忆效应判断部75在记忆效应比较部74的比较结果表示为由内部电阻计算部71计算出的内部电阻r比存储在要否基准值存储部61中的要否基准值r2小时，判断为需要解除二次电池2中的记忆效应。由此，能够高精度地对有无发生记忆效应进行检测。

另外，在本实施方式中，记忆效应判断部75构成为在由记忆效应解除部81实施了记忆效应的解除之后，再次对是否需要解除二次电池2中的记忆效应进行判断。由此，通过在二次电池2中的记忆效应的解除不充分的情况下等再次进行记忆效应的解除，能够更高精度地对容量平衡的异常进行判断。

另外，在本实施方式中，记忆效应解除部81构成为，使二次电池2放电到二次电池2的电池电压为规定值以下以解除记忆效应。由此，能够可靠地解除二次电池2的记忆效应，并且有助于容量平衡的异常的判断的高精度化。

另外，在本实施方式中，在步骤s8中，在判断为需要解除记忆效应的情况下再次返回到步骤s1，但是，除此之外，也可以如图9所示的变形方式1所示，在前进到步骤s7的“是”之后，在步骤s81中，记忆效应判断部75对在上次是否判断为需要解除记忆效应进行判断。在判断为上次判断为需要解除记忆效应的情况下，前进到步骤s81的“是”，在步骤s82中，记忆效应判断部75判断为二次电池2的记忆效应的解除存在异常，并且结束控制流程。另一方面，在记忆效应判断部75判断为上次没有判断为需要解除记忆效应的情况下，前进到步骤s8，并且返回到图8所示的步骤s1。根据该变形方式1，在二次电池2中记忆效应的解除发现异常的情况下，结束该控制流程，并且能够防止该控制流程被无用地重复执行。

另外，在该变形方式1中，在步骤s81中对上次是否判断为需要解除记忆效应进行判断，但是不限于此，也可以对过去是否规定次数判断为需要解除记忆效应进行判断。

(实施方式3)

如图10所示，除了图1所示的实施方式1的结构之外，本实施方式的二次电池的异常判断装置1还包括阈值校正部76，上述阈值校正部76基于由温度检测部43检测出的温度，对存储在阈值存储部61中的容量平衡阈值进行校正。此外，在检测部4中包括对二次电池2的温度进行检测的温度检测部43，并且在保存部5中包括对由温度检测部43检测出的温度进行存储的温度保存部53。其他结构与实施方式1相同，标注与实施方式1的情况相同的符号并且省略其说明。

图7所示的阈值校正部76基于由温度检测部43检测出的温度，对存储在阈值存储部61中的容量平衡阈值r1进行校正并对校正容量平衡阈值r1’进行计算。例如，阈值校正部76预先获取内部电阻r与温度之间的对应关系，并且基于该对应关系和由温度检测部43检测出的温度，能够对存储在阈值存储部61中的容量平衡阈值r1进行校正并对校正容量平衡阈值r1’进行计算。在本实施方式中，如图11所示，预先获取负极21的反应电阻与温度的对应关系并存储在未图示的存储部中，阈值校正部76基于该对应关系和由温度检测部43检测出的温度，对容量平衡阈值r1进行校正并对校正容量平衡阈值r1’进行计算。

使用图12所示的流程图，对本实施方式中的异常判断装置1的使用方式进行说明。首先，与图5所示的实施方式1的情况相同，执行步骤s1～s3。然后，在步骤s3之后，如图12所示，前进到步骤s40，阈值校正部76基于由温度检测部43检测出的温度，对存储在阈值存储部61中的容量平衡阈值r1进行校正并对校正容量平衡阈值r1’进行计算。然后，前进到步骤s41。在步骤s41中，对内部电阻r和校正容量平衡阈值r1’进行比较。

在容量平衡比较部72的比较结果表示为内部电阻r大于校正容量平衡阈值r1的情况下，前进到图12所示的步骤s41中的“是”，在步骤s5中，异常判断部73判断为二次电池2的容量平衡存在异常，并且结束该控制。另一方面，在容量平衡比较部72的比较结果表示为内部电阻r不大于校正容量平衡阈值r1’的情况下，前进到步骤s4中的“否”。在步骤s6中，异常判断部73判断为二次电池2的容量平衡是正常的，并且结束该控制。

在本实施方式的异常判断装置1中，具有温度检测部43和阈值校正部76，上述温度检测部43对二次电池2的温度进行检测，上述阈值校正部76基于由温度检测部43检测出的温度，对存储在阈值存储部61中的容量平衡阈值r1进行校正并对校正容量平衡阈值r1’进行计算，容量平衡比较部72将校正容量平衡阈值r1’与内部电阻r进行比较。根据本实施方式，由于内部电阻r依赖于温度而变化，使用基于二次电池2的温度来进行校正的校正容量平衡阈值r1’来进行异常判断，由此，能够更高精度地对容量平衡的异常进行判断。另外，在本实施方式中也起到与实施方式1的情况相同的作用效果。

本公开并不限定于上述各实施方式，能在不脱离其主旨的范围中应用于各种实施方式。例如，也可以将实施方式2中的要否基准值存储部62、记忆效应比较部74、记忆效应判断部75的结构组合到实施方式3中具有阈值校正部76的结构。

虽然根据实施方式对本公开进行了记述，但是应当理解为本公开并不限定于该实施方式、结构。本公开也包含各种各样的变形例、等同范围内的变形。除此之外，各种各样的组合、方式、进一步包含有仅一个要素、一个以上或一个以下的其他组合、方式也属于本公开的范畴、思想范围。