JP2020038812A - Method of recycling secondary battery, management device, and computer program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数のセルを有する二次電池の再利用方法、管理装置、及びコンピュータプログラムに関する。本明細書では、複数回数の充放電が可能な蓄電池を「二次電池」と総称し、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池に加え、電気二重層キャパシタ等のキャパシタ(コンデンサ)型の蓄電素子も二次電池に含むものとする。 The present invention relates to a method for reusing a secondary battery having a plurality of cells, a management device, and a computer program. In this specification, a storage battery that can be charged and discharged a plurality of times is collectively referred to as a “secondary battery”. In addition to a nickel-metal hydride battery or a lithium ion battery, a capacitor (capacitor) type storage device such as an electric double layer capacitor is also used. It is included in the next battery
電気自動車(EV)やプラグインハイブリッド電気自動車(PHEV)に搭載される電池パックは、例えば8〜20個の電池セル(以下、セルという)を含む電池モジュール(組電池)を、パックケースの中に複数収容している。 A battery pack mounted on an electric vehicle (EV) or a plug-in hybrid electric vehicle (PHEV) includes, for example, a battery module (assembled battery) including 8 to 20 battery cells (hereinafter, referred to as cells) in a pack case. Are accommodated.
近年、EVやPHEVで数年間使用された車両駆動用の電池パック、電池モジュール、又はセルを、再利用(リサイクル)するための検討が活発化している(例えば特許文献1参照)。極端な環境(例えば過度の高温環境、度重なる過度のハイレート放電)で使われたものを除けば、車両駆動用に電池パックを10年使用しても、満充電容量は新品時の70%程度維持されていると期待される。このような電池パック又は電池モジュールを、再利用のために車両から取り外して、工場に輸送することが考えられる。工場では、例えば電池モジュールにおいてリユースできるセルを選別し、リユースできるセルを用いて、電池モジュールをリビルド(再構成)する。電池パックにおいてリユースできる電池モジュールを選別し、リユースできる電池モジュールを用いて、電池パックをリビルドしてもよい。 2. Description of the Related Art In recent years, studies for reusing (recycling) a battery pack, a battery module, or a cell for driving a vehicle, which has been used for several years in an EV or PHEV, have been actively studied (for example, see Patent Document 1). Except for those used in extreme environments (eg, excessively high temperature environment, repeated excessively high rate discharge), even if the battery pack is used for vehicle driving for 10 years, the full charge capacity is about 70% of that of a new battery. Expected to be maintained. It is conceivable to remove such a battery pack or battery module from the vehicle for reuse and transport it to the factory. In a factory, for example, cells that can be reused in a battery module are selected, and the battery module is rebuilt (reconfigured) using the reusable cells. A battery module that can be reused in the battery pack may be selected, and the battery pack may be rebuilt using the battery module that can be reused.
特許文献1においては、使用履歴のある電池パックを解体して得られる複数のセルの残容量を測定し、残容量が、0よりも大きく電池パックが搭載されていた車両での制御範囲の下限値未満の範囲内に設定された残容量下限値以上である電池モジュールを選別する。選別された電池モジュールを用いて、電池パックを組み立てる。 In Patent Document 1, the remaining capacity of a plurality of cells obtained by disassembling a battery pack having a usage history is measured, and the remaining capacity is larger than 0 and the lower limit of the control range in a vehicle equipped with the battery pack. The battery modules whose remaining capacity is equal to or larger than the remaining capacity lower limit set within the range less than the value are selected. A battery pack is assembled using the selected battery modules.
車両駆動用の電池パックや電池モジュールは、体積及び重量が大きく、かつ注意深く取り扱う必要があり、エンドユーザによってユーザ対応窓口(例えばカーディラー)に持ち込まれた車両から取り外して輸送するには労力及びコストがかかる。車両から取外されて工場に輸送された電池パックや電池モジュールが、極端に劣化していて結局再利用できないという状況を避けることが、コスト抑制のために望まれる。 Battery packs and battery modules for driving vehicles are large in volume and weight, and must be handled with care. The labor and cost to remove and transport from the vehicle brought to the customer service window (for example, a card dealer) by the end user. It takes. It is desired for cost reduction to avoid a situation in which a battery pack or a battery module removed from a vehicle and transported to a factory is extremely deteriorated and cannot be reused after all.
本発明の目的は、再利用に適さない電池を、取り外し前又は輸送前に、検出(選別)することを可能にする二次電池の再利用方法、管理装置、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 secondary battery recycling method, a management device, and a computer program that enable detection (sorting) of a battery that is not suitable for reuse before removal or transportation. is there.
本発明に係る二次電池の再利用方法は、互いに電気的に接続された複数の二次電池セルを含む蓄電装置を放電して、個々のセルの電圧の推移を取得し、前記放電の情報と前記電圧の推移とに基づいて前記複数のセル及び/又は蓄電装置の再利用可能性を評価する。 The method for reusing a secondary battery according to the present invention discharges a power storage device including a plurality of secondary battery cells electrically connected to each other, acquires a change in the voltage of each cell, and obtains information on the discharge. And evaluating the reusability of the plurality of cells and / or the power storage device based on the transition of the voltage.
本発明によれば、再利用に適さないセルを、取り外し前又は輸送前に、検出(選別)することができる。 According to the present invention, cells that are not suitable for reuse can be detected (sorted) before removal or transport.
(実施形態の概要)
実施形態に係る二次電池の再利用方法は、互いに電気的に接続された複数の二次電池セルを含む蓄電装置を放電して、個々のセルの電圧の推移を取得し、前記放電の情報と前記電圧の推移とに基づいて前記複数のセル及び/又は蓄電装置の再利用可能性を評価する。
(Overview of Embodiment)
The method for reusing a secondary battery according to the embodiment discharges a power storage device including a plurality of secondary battery cells electrically connected to each other, acquires a change in voltage of each cell, and obtains information on the discharge. And evaluating the reusability of the plurality of cells and / or the power storage device based on the transition of the voltage.
「蓄電装置」は、電池パックであってもよいし、電池モジュールであってもよい。蓄電装置は、通常の電池パックまたは電池モジュールが備える、個々のセルの電圧を測定する電圧センサ(例えば電圧測定回路、セル監視IC)が、取り外されていないことが好ましい。
「放電の情報」は、放電レート(例えばCレート)、放電時の環境温度等を含んでもよい。「放電の情報」は、少なくともその一部が、一定値に設定されてもよい。
放電は、評価用の負荷に対して行ってもよいし、車両に搭載されている負荷に対して行ってもよい。実質的に一定の条件で放電を行えることから、評価用の負荷に蓄電装置を接続してそれに対して放電を行うことが好ましい。
The “power storage device” may be a battery pack or a battery module. In the power storage device, it is preferable that a voltage sensor (for example, a voltage measurement circuit or a cell monitoring IC) that measures the voltage of each cell included in a normal battery pack or a battery module is not removed.
The “discharge information” may include a discharge rate (for example, C rate), an environmental temperature at the time of discharge, and the like. “Discharge information” may be set at least partially to a constant value.
The discharge may be performed on a load for evaluation, or may be performed on a load mounted on a vehicle. Since discharge can be performed under substantially constant conditions, it is preferable to connect a power storage device to a load for evaluation and discharge the storage device.
「複数のセル及び/又は蓄電装置の再利用可能性の評価」とは、電池モジュールの個々のセルの再利用可能性の評価、複数のセルを有する電池モジュールの再利用可能性の評価、又は複数の電池モジュールを有する電池パックの再利用可能性の評価をいう。 "Evaluation of reusability of a plurality of cells and / or power storage devices" refers to evaluation of reusability of individual cells of a battery module, evaluation of reusability of a battery module having a plurality of cells, or It refers to the evaluation of the reusability of a battery pack having a plurality of battery modules.
車両に搭載されている蓄電装置は、使用履歴(電流履歴、電圧履歴、温度履歴等)が記録されていることが多い。記録された使用履歴に基づいて、セルの健全度(SOH:State Of Health)をおおまかに推定することができる。しかし、このような使用履歴に基づく推定の精度は十分には高くないことがある。そこで、使用履歴に基づくSOH推定によって再利用可能性のプレ評価(一次選別)を行い、更なる評価(二次選別)のために上述の方法を用いてもよい。 Power storage devices mounted on vehicles often record usage histories (current histories, voltage histories, temperature histories, etc.). Based on the recorded usage history, the state of health (SOH: State Of Health) of the cell can be roughly estimated. However, the accuracy of the estimation based on such usage history may not be sufficiently high. Therefore, pre-evaluation (primary sorting) of reusability may be performed by SOH estimation based on usage history, and the above-described method may be used for further evaluation (secondary sorting).
上述の方法によれば、蓄電装置に組まれた状態で個々のセルの電圧挙動を測定することで、より高い精度でSOHを推定できる。
従来、セルのSOHを評価する場合、セルを電池パックや電池モジュールから取り外して(蓄電装置を解体して)、個別のセルについて評価を行うことが一般的である。この従来の評価方法は、労力及びコストの負担が大きい。
本発明者らは、低コストでの再利用可能性の評価という目的に照らして、蓄電装置を解体する前に各セルのSOHを放電の情報と電圧の推移とを用いて検出できる上述の方法を考案した。上述の方法により、再利用に適さないセル及び/又は蓄電装置を、コストが高くかかる解体及び工場への輸送の前に、簡便に検出できる。
According to the above-described method, the SOH can be estimated with higher accuracy by measuring the voltage behavior of each cell in a state where the cell is assembled in the power storage device.
Conventionally, when evaluating the SOH of a cell, it is common to remove the cell from the battery pack or the battery module (disassemble the power storage device) and evaluate each individual cell. This conventional evaluation method has a large labor and cost burden.
In view of the purpose of evaluating the reusability at low cost, the present inventors have found that the above-described method can detect the SOH of each cell using the information on the discharge and the transition of the voltage before dismantling the power storage device. Was devised. With the above-described method, cells and / or power storage devices that are not suitable for reuse can be easily detected before costly disassembly and transportation to a factory.
上述の二次電池の再利用方法において、前記放電の情報と、満充電容量が最も小さいセルの電圧の推移とに基づいて、他のセルの満充電容量を推定し、それらセルの満充電容量に基づいて、再利用可能性を評価してもよい。 In the above-described method for reusing a secondary battery, based on the discharge information and the transition of the voltage of the cell having the smallest full charge capacity, the full charge capacity of the other cells is estimated, and the full charge capacity of those cells is estimated. , The reusability may be evaluated.
二次電池セルは、劣化に伴い、満充電容量が低下する。互いに電気的に接続された複数のセルを含む蓄電装置を放電する場合、満充電容量が最も小さいセル(以下、最小容量セルともいう)が最初に放電下限電圧(更に放電を継続すると過放電に至ることを示す下限電圧)に達する。この最小容量セルについては、この放電プロセスを通じて満充電容量を直接測定できる。他の二次電池セルは未だ放電下限電圧に達していないため満充電容量を直接測定することはできないが、上述の放電プロセスにおける最小容量セルの電圧挙動に基づいて、他の二次電池セルの満充電容量を推定することができる。複数のセル(最小容量セルと、他のセル)の満充電容量に基づいて、再利用可能性を評価することで、セル及び/又は蓄電装置の再利用可能性の評価の精度を高めることができる。 The full charge capacity of the secondary battery cell decreases with deterioration. When discharging a power storage device including a plurality of cells electrically connected to each other, a cell having the smallest full charge capacity (hereinafter, also referred to as a minimum capacity cell) first discharges at a lower voltage limit (overdischarge when discharge is further continued). The lower limit voltage that indicates For this minimum capacity cell, the full charge capacity can be measured directly through this discharging process. Since the other secondary battery cells have not yet reached the lower discharge limit voltage, the full charge capacity cannot be directly measured.However, based on the voltage behavior of the minimum capacity cell in the above-described discharge process, the other secondary battery cells have The full charge capacity can be estimated. By evaluating the reusability based on the full charge capacities of a plurality of cells (minimum capacity cells and other cells), it is possible to improve the accuracy of the reusability evaluation of the cells and / or the power storage device. it can.
上述の二次電池の再利用方法において、前記電圧の推移に基づいて、個々のセルの直流内部抵抗を取得し、取得した直流内部抵抗に基づいて、再利用可能性を評価してもよい。 In the above-described method for reusing a secondary battery, the DC internal resistance of each cell may be acquired based on the transition of the voltage, and the reusability may be evaluated based on the acquired DC internal resistance.
放電プロセスにおける蓄電装置に流れる電流値と、個々のセルの電圧とから、個々のセルの直流内部抵抗を求めることができる。直流内部抵抗も考慮して再利用可能性を評価することで、評価の精度を高めることができる。 The DC internal resistance of each cell can be determined from the current value flowing through the power storage device in the discharging process and the voltage of each cell. The evaluation accuracy can be improved by evaluating the reusability in consideration of the DC internal resistance.
上述の二次電池の再利用方法において、前記蓄電装置が有するバランサを動作させながら前記蓄電装置を充電した後、前記蓄電装置を放電して個々のセルの電圧の推移を取得してもよい。 In the above-described method of reusing a secondary battery, the power storage device may be charged while operating the balancer of the power storage device, and then the power storage device may be discharged to acquire the transition of the voltage of each cell.
再利用可能性の評価対象である蓄電装置は、通常の電池パックまたは電池モジュールが備える、個々のセルに並列接続されたバランサが、取り外されていないことが好ましい。バランサを動作させながら蓄電装置を充電することで、充電終了時の個々のセルの電圧を実質的に揃えることができる。その状態から蓄電装置を放電して、個々のセルの電圧の推移を取得することで、再利用可能性の評価の精度を高めることができる。 In the power storage device to be evaluated for reusability, it is preferable that a balancer included in a normal battery pack or a battery module and connected in parallel to each cell is not removed. By charging the power storage device while operating the balancer, the voltages of the individual cells at the end of charging can be substantially equalized. By discharging the power storage device from that state and acquiring the transition of the voltage of each cell, the accuracy of evaluation of reusability can be improved.
実施形態に係る管理装置は、互いに電気的に接続された複数の二次電池セルを含む蓄電装置を放電して、個々のセルの電圧の推移を取得する取得部と、前記放電の情報と前記電圧の推移とに基づいて前記複数のセル及び/又は蓄電装置の再利用可能性を評価する評価部とを備える。 The management device according to the embodiment discharges a power storage device including a plurality of secondary battery cells electrically connected to each other, an acquisition unit that acquires a change in voltage of each cell, information on the discharge, and An evaluation unit that evaluates the reusability of the plurality of cells and / or the power storage device based on the voltage transition.
上記構成によれば、蓄電装置を解体する前に、各セルのSOHを放電の情報と電圧の推移とを用いて検出でき、再利用に適さないセル及び/又は蓄電装置を、労力及びコストがかかる解体及び工場への輸送の前に、簡便に選別できる。 According to the above configuration, before disassembling the power storage device, the SOH of each cell can be detected using the information on the discharge and the transition of the voltage, and a cell and / or power storage device that is not suitable for reuse can be reduced in labor and cost. Prior to such dismantling and transport to the factory, sorting can be conveniently performed.
実施形態に係るコンピュータプログラムは、互いに電気的に接続された複数の二次電池セルの再利用可能性を評価するコンピュータに、前記セルを含む蓄電装置を放電して、個々のセルの電圧の推移を取得し、前記放電の情報と前記電圧の推移とに基づいて前記複数のセル及び/又は蓄電装置の再利用可能性を評価する処理を実行させる。 The computer program according to the embodiment is a computer that evaluates the reusability of a plurality of rechargeable battery cells electrically connected to each other, discharges a power storage device including the cells, and changes in the voltage of each cell. And performing a process of evaluating the reusability of the plurality of cells and / or the power storage device based on the information on the discharge and the transition of the voltage.
(実施形態1)
車両に搭載される蓄電装置(リチウムイオン二次電池)を例に、再利用方法を説明する。
図1は、車両1(本実施形態では、自動車等の四輪車両)及び管理装置13の構成を示すブロック図である。
車両1は、リチウムイオン二次電池セル2と、CMU(Cell Monitoring Unit)5と、BMU(Battery Management Unit)6と、統括ECU(Electronic Control Unit)7と、通信部8と、負荷9と、電流センサ10と、温度センサ11とを備える。電池パック4は、複数のリチウムイオン二次電池セル2が直列及び/又は並列に接続された電池モジュール3を、複数含む。本実施形態では、複数のリチウムイオン二次電池セル2が直列に接続された電池モジュール3が、複数直列に接続されている。
(Embodiment 1)
A recycling method will be described using a power storage device (lithium ion secondary battery) mounted on a vehicle as an example.
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a vehicle 1 (a four-wheeled vehicle such as an automobile in the present embodiment) and a
The vehicle 1 includes a lithium ion
統括ECU7は、車両1の電源装置全体を制御する。統括ECU7は車両1がHEV車又はガソリン車である場合、エンジンも制御する。統括ECU7とBMU6とは、例えばCAN通信によりデータの送受信を行う。
The supervising ECU 7 controls the entire power supply device of the vehicle 1. When the vehicle 1 is an HEV vehicle or a gasoline vehicle, the supervisor ECU 7 also controls the engine. The supervisor ECU 7 and the
管理装置13は、制御部14、記憶部15、入力部16、インタフェース部17を備える。これらのコンポーネントは、バスを介して互いに通信可能に接続されている。
入力部16は、電流センサ10、温度センサ11の検出結果、後述するSOC−OCVデータ63及び使用履歴64の入力を受け付ける。インタフェース部17は、例えば、LANインタフェース等により構成され、有線又は無線により、例えばLAN等のネットワーク12及び通信部8を介し、統合ECU7との通信を行う。ネットワーク12はインターネットでもよい。インタフェース部17は、LANインタフェースに限定はされない。
代替的に、管理装置13は、通信部8及び統合ECU7を介さずに、BMU6と通信してもよい。
The
The
Alternatively, the
記憶部15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15には、二次電池の再利用可能性を評価するための評価プログラム151が格納されている。評価プログラム151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18に格納された状態で提供され、管理装置13にインストールすることにより記憶部15に格納される。代替的に、ネットワーク12に接続されている図示しない外部コンピュータから評価プログラム151を取得し、記憶部15に記憶させてもよい。
The
制御部14は、例えばCPUやROM、RAM等により構成され、記憶部15から評価プログラム151を読み出して実行することにより、二次電池の再利用可能性の評価処理を実行する処理部として機能する。
The
以下、管理装置13が二次電池の再利用可能性の評価を行う場合につき説明する。(代替的に、BMU6又は統括ECU7が、管理装置として機能してもよい。BMU6又は統括ECU7が管理装置として機能する場合、車両1に管理装置13を接続する必要はない。)本実施形態では、CMU5を含む電池モジュール3が、「蓄電装置」として機能する。
BMU6は、電池ECUであってもよい。
Hereinafter, a case where the
The
CMU5には、電圧ばらつきを解消するためのバランサ(回路)と、各セル2の電圧を検出する電圧センサとが設けられている(不図示)。バランサは、各セル2に対して並列に接続された放電回路であり、スイッチ及び抵抗器を有してもよい。スイッチは、CMU5に含まれる制御回路からの制御信号によってオン/オフされる。電圧センサは、検出したセル2の電圧をBMU6へ伝達する。
The
CMU5は、各セル2の状態を監視する電子制御装置(監視基板)である。
CMU5は、セル2間に電圧ばらつきがある場合に、電圧の高いセル2と、他のセル2とが同等の電圧になるように、電圧の高いセル2を放電させるバランシングを実施する。即ち、放電させるセル2のバランサのスイッチをオンして、該セルの電圧を下げ、他のセルの電圧に一致させる。
The
When there is a voltage variation between the
図2は、BMU6の構成を示すブロック図である。BMU6は、制御部61と、記憶部62と、入力部66と、インタフェース部67とを備える。これらのコンポーネントは、バスを介して互いに通信可能に接続されている。
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the
入力部66は、電流センサ10、温度センサ11、CMU5の電圧センサの検出結果の入力を受け付ける。インタフェース部67は、例えば、CANインタフェース等により構成され、有線又は無線により統合ECU7等の他の装置との通信を行う。インタフェース部67は、LANインタフェース及び/又はUSBインタフェースであってもよい。
The
記憶部62は、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。
The
記憶部62には、予め実験により複数の条件別に求めた、SOC(State Of Charge)とOCV(Open Circuit Voltage)との関係を示すSOC−OCVデータ63が記憶されている。記憶部62には、使用履歴(電流履歴、電圧履歴、温度履歴等)64も記憶されている。
The
制御部61は、例えばCPUやROM、RAM等により構成され、記憶部62から読み出したコンピュータプログラムを実行することにより、BMU6の動作を制御する。
The
図3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、複数のセル2を保持する保持部材31(例えば、直方体状のモジュールケース、セル2を圧迫した状態で拘束する拘束部材)と、複数のセル2と、CMU5とを備える。
FIG. 3 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、極性が異なる一対の端子23,23と、ケース本体21に収容された電極体24とを備える。電極体24は正極板、セパレータ、及び負極板を積層してなる。
電極体24は、長尺帯状の正極板と負極板とをセパレータを介して積層し扁平状に巻回して得られる巻回タイプであってもよいし、長方形板状の正極板と負極板とをセパレータを介して積層したスタックタイプであってもよい。
セル2は、角形セル(prismatic cell)に限らず、円筒形セルやパウチセルであってもよい。再利用の観点からは、堅牢な金属製のケース本外を有して長期寿命を期待できる、角形セルや円筒形セルが好ましい。特に、エネルギー密度を下げることなく(セル間にデッドスペースを生じることなく)個々のセルの容量を大きくできる角形セルが好ましい。角形セルのケース本体の材質としては、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス等を採用できる。再利用の観点からは、電池膨れを生じにくい、ステンレス製のケース本体21及び蓋板22を有する角形セルが好ましい。
The
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。セパレータは、正極板及び負極板とは別個の部材であってもよいし、正極板又は負極板に一体化されていてもよい。 The positive electrode plate is obtained by forming an active material layer on a positive electrode substrate which is a plate-shaped (sheet-shaped) or long strip-shaped metal foil made of aluminum, an aluminum alloy, or the like. The negative electrode plate is obtained by forming an active material layer on a negative electrode substrate which is a plate-shaped (sheet-shaped) or long strip-shaped metal foil made of copper, a copper alloy, or the like. The separator is a microporous sheet made of a synthetic resin. The separator may be a separate member from the positive electrode plate and the negative electrode plate, or may be integrated with the positive electrode plate or the negative electrode plate.
正極板に含まれる正極活物質、又は負極板に用いられる負極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵放出可能な正極活物質又は負極活物質であれば、適宜の公知の材料を使用できる。
正極活物質としては、例えば、LiMPO4 、LiMSiO4 、LiMBO3 (MはFe、Ni、Mn、Co等から選択される1種以上の遷移金属元素)等のポリアニオン化合物、チタン酸リチウム、マンガン酸リチウム等のスピネル化合物、LiMO2 (MはFe、Ni、Mn、Co等から選択される1種以上の遷移金属元素)等のリチウム遷移金属酸化物等を用いることができる。
As the positive electrode active material contained in the positive electrode plate or the negative electrode active material used for the negative electrode plate, any known material can be used as long as it is a positive electrode active material or a negative electrode active material capable of inserting and extracting lithium ions.
Examples of the positive electrode active material include polyanion compounds such as LiMPO 4 , LiMSiO 4 , and LiMBO 3 (M is one or more transition metal elements selected from Fe, Ni, Mn, Co, etc.), lithium titanate, manganese acid A spinel compound such as lithium, a lithium transition metal oxide such as LiMO 2 (M is at least one transition metal element selected from Fe, Ni, Mn, Co, and the like) and the like can be used.
負極活物質としては、ハードカーボン、Si、Sn、Cd、Zn、Al、Bi、Pb、Ge、Ag等の金属若しくは合金、又はこれらを含むカルコゲン化物等が挙げられる。カルコゲン化物の一例として、SiOが挙げられる。 Examples of the negative electrode active material include metals or alloys such as hard carbon, Si, Sn, Cd, Zn, Al, Bi, Pb, Ge, and Ag, and chalcogenides containing these. An example of the chalcogenide is SiO.
電池モジュール3の隣り合うセル2の隣り合う端子23は極性が異なり、これら端子23同士がバスバー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、互いに極性が異なる端子23,23には、隣接する電池モジュール3に電気的に接続するためのリード(外部接続部材)33,33が設けられている。
Leads (external connection members) 33, 33 for electrically connecting to
以下、電池パック4、電池モジュール3又はセル2の再利用について詳述する。
図4は、電池モジュール3又はセル2の再利用の過程を示すフローチャートである。
管理装置13により、統合ECU7から取得した車両の走行距離、BMU6から取得した各電池モジュール3の使用履歴64等に基づいて、一次選別を行う(S1)。管理装置13は例えば電池モジュール3の使用履歴64に基づいて、セル2のSOHを推定し、SOHが閾値以上である電池モジュール3を再利用可能性の評価を行う電池モジュール3として選別する。
Hereinafter, the reuse of the
FIG. 4 is a flowchart showing a process of reusing the
The primary sorting is performed by the
管理装置13により、再利用可能性の評価を行う(S2)。管理装置13は、電池モジュール3がリユース可能であるか否か、又は、電池モジュール3に含まれるセル2がリユース可能であるか否かを評価する。
The
管理装置13が、再利用可能性を満足すると評価した場合、電池パック4又は電池モジュール3が工場へ輸送される(S3)。ここで、電池モジュール3がリユース可能であるセル2を含むと評価された場合、電池モジュール3を輸送してもよいし、リユース可能であるセル2のみを輸送してもよい。電池パック4がリユース可能である電池モジュール3を含むと評価された場合、電池パック4を輸送してもよいし、リユース可能である電池モジュール3のみを輸送してもよい。
When the
工場では、リビルド可能性が評価される(S4)。リユース可能であると評価されたセル2を、リビルト電池モジュールに用いることが可能であるか否かが判定される。セル2に対し回復操作が実施され、容量チェック及び短絡検査等の所定の試験が行われる。
又は、リユース可能であると評価された電池モジュール3を、リビルト電池パックに用いることが可能であるか否かが判定される。電池モジュール3に対し回復操作が実施され、所定の試験が行われる。
At the factory, the possibility of rebuilding is evaluated (S4). It is determined whether the
Alternatively, it is determined whether the
こうして、リユース可能であると評価されたセル2を用いて、例えば初期の用途とは異なる用途の電池モジュールがリビルドされる。又はリユース可能であると評価された電池モジュール3を用いて、例えば初期の用途とは異なる用途の電池パックがリビルドされる(S5)。
In this way, for example, a battery module for an application different from the initial application is rebuilt using the
電池パック4は、多数(例えば8個〜20個)のセル2を含む電池モジュール3を、複数個(例えば10個)有しており、新品の電池パック4の価格は比較的高い。車両に搭載された電池パック4において、空冷の影響等により、個々の電池モジュールの劣化の度合いが異なる。例えば、車両1の前側の電池モジュール3は、後ろ側の電池モジュール3より加温され易く、劣化し易い場合がある。電池パック4全体として満充電容量の維持率が、新品時の70%である場合に、車両前側の電池モジュールの容量維持率は60%で、後ろ側の電池モジュールの容量維持率は75〜80%であることもある。
使用済みの電池パック4全体を材料のリサイクルのために回収し、又は廃棄するのは、経済的に合理的でなく、資源保護の観点からも改善の余地がある。電池モジュール3がリユース可能であるか否かを評価することで、電池パック4全体をリユースしたり、リユースできる電池モジュール3を用いて電池パック4をリビルドできる。電池モジュール3をリユースできない場合、リユース可能と評価されたセル2を用いて電池モジュール3をリビルドできる。リビルト品は新品と比較して低価格にすることができる。
The
It is not economically reasonable to collect or dispose of the entire
図5は、管理装置13の制御部14による、電池モジュール3のセル2の再利用可能性の評価処理の手順を示すフローチャートである。
制御部14は、各CMU5によりバランシング制御を行いながら各電池モジュール3の各セル2の充電を行う(S11)。CMU5(バランサ)を用いながら評価のための充電を行うことで、充電終了時の各セル2の電圧が実質的に揃えられる。
制御部14は、各電池モジュール3を放電して、各セル2の放電電圧の推移をCMU5(電圧センサ)を用いて取得するとともに、放電の条件を取得する(S12)。放電の条件は、入力部16により入力されてもよい。放電の条件としては、放電レート(Cレート)、及び温度センサ11から取得した温度等が挙げられる。放電時の負荷9は、上述したように、評価用の負荷であることが好ましい。
FIG. 5 is a flowchart illustrating a procedure of a process of evaluating the reusability of the
The
The
制御部14は、各セル2の内部抵抗を算出する(S13)。
制御部14は、電流積算法によりセル2のSOCを算出する。制御部14は、BMU6の記憶部62からSOC−OCVデータ63を読み出し、SOCに対応するOCVを取得する。制御部14は、電流センサ10により検出した電流I、及び電圧センサにより検出したセルの電圧Vに基づき、下記の式(1)により内部抵抗Rを算出する。
R=(V−OCV)/I…(1)
内部抵抗の算出方法は、これに限定はされず、他の公知の手法を採用してもよい。
The
The
R = (V−OCV) / I (1)
The method for calculating the internal resistance is not limited to this, and another known method may be employed.
制御部14は、最小容量セルの満充電容量を取得する(S14)。
制御部14は、他のセルの満充電容量を算出する(S15)。
The
The
図6は、最小容量のセル2及び他のセル2の満充電容量の求め方を説明するための説明図である。
ここでは、電池モジュール3が(a)、(b) 、(c)の3つのセル2を含む場合を説明する。
FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining how to obtain the full charge capacity of the
Here, a case where the
セル2が直列に接続された電池モジュール3においては、最小容量のセル(a)が放電下限電圧(ここでは2.8V)に達した場合、他のセル(b)、(c)が下限電圧に達していなくても、それ以上放電を行うことはできない。セル(a)が過放電となってしまうためである。
電池モジュール3で、実際に測定できるのは、個々のセル2の放電電圧の推移と、電池モジュール3全体の放電電気量(Ah)である。3つのセル2を有する電池モジュール3について、セル(a)が放電下限電圧に達するまでに電池モジュール3が87Ahの電気量を放電した場合、一つのセル2は29Ah放電したことになる。
In the
What can be actually measured by the
本発明者らは、セル(b)、(c)の放電曲線は、最小容量セルの放電曲線とほぼ相似な形状(数学的に厳密な相似を意味するものではなく、放電末期の曲線の傾きが各セルでほぼ等しく、最小容量セルの放電曲線をX軸方向に延長した形状)を持つと仮定し、次の算出法を用いることを着想した。
セル(c)のカット電圧(最小容量セル(a)が放電下限電圧に達した時点の電圧)は3.52Vである。最小容量セル(a)において、電圧が3.52VのときのSOCは、91%であったとする。セル(c)の放電曲線はセル(a)の放電曲線と相似な形状を持つと仮定すると、セル(C)においては、29AhがSOC91%に相当するので、SOC100%のときの満充電容量は、29(Ah)/91(%)=31.9(Ah)と算出される。セル(c)の満充電容量を求めるとは、図6のグラフにおいて、セル(c)の放電曲線を放電下限電圧(2.8V)にまで仮想的に延長することを意味する。セル(b)の満充電容量も同様にして求められる。
複数セルの満充電容量の算出方法は、これに限定されない。カット電圧に基づいて、より簡易的に算出してもよい。
The present inventors have found that the discharge curves of the cells (b) and (c) are almost similar in shape to the discharge curve of the minimum capacity cell (this does not mean mathematically exact similarity, but the slope of the curve at the end of discharge). Is substantially equal in each cell and has a shape in which the discharge curve of the minimum capacity cell is extended in the X-axis direction), and the idea of using the following calculation method was conceived.
The cut voltage of the cell (c) (the voltage at the time when the minimum capacity cell (a) reaches the lower discharge limit voltage) is 3.52V. In the minimum capacity cell (a), it is assumed that the SOC when the voltage is 3.52 V is 91%. Assuming that the discharge curve of the cell (c) has a shape similar to the discharge curve of the cell (a), in the cell (C), 29Ah corresponds to the SOC of 91%. , 29 (Ah) / 91 (%) = 31.9 (Ah). Determining the full charge capacity of the cell (c) means virtually extending the discharge curve of the cell (c) to the lower discharge limit voltage (2.8 V) in the graph of FIG. The full charge capacity of the cell (b) is similarly obtained.
The method of calculating the full charge capacity of a plurality of cells is not limited to this. It may be calculated more simply based on the cut voltage.
制御部14は、電池モジュール3内に、上述のようにして求めた満充電容量がa1 (Ah)以上であるセル(以下、高容量セルという)2が存在するか否かを判定する(S16)。
制御部14は、高容量セルが存在しないと判定した場合(S16:NO)、セル2の材料をリサイクルすると判定し(S17)、処理を終了する。S17において、制御部14は、セル2を廃棄すると判定してもよい。
The
When determining that there is no high-capacity cell (S16: NO), the
制御部14は高容量セルが存在すると判定した場合(S16:YES)、該高容量セルの内部抵抗がc1 (Ω)以下であるか否かを判定する(S18)。制御部14は高容量セルの内部抵抗がc1 以下でないと判定した場合(S18:NO)、処理をS17へ進める。
制御部14は該高容量セルの内部抵抗がc1 以下であると判定した場合(S18:YES)、高容量セルはリユース可と評価し(S19)、処理を終了する。
When it is determined that the high-capacity cell exists (S16: YES), the
When the
本実施形態によれば、電池モジュール3を解体しなくても、個々のセル2を放電させてその電圧の推移を測定することで、高い精度でSOHを推定できる。セル2を電池パック4や電池モジュール3から取り外し、個別のセル2について評価を行う場合、労力及びコストの負担が大きい。本実施形態によれば、再利用に適さないセル2を含む電池モジュール3を、コストが高くかかる解体及び工場への輸送の前に、簡便に選別できる。
According to the present embodiment, even if the
本実施形態においては、S11においてバランシングを行っているが、バランシングを行わずに充電してもよい。但し、バランシングを行い、充電終了時の各セル2の電圧を揃えた方が、再利用可能性の評価の精度が高くなる。S12で放電条件を取得しているが、放電レートが一定であり、温度が略一定である場合等は、放電条件を取得しなくてもよい。
満充電容量が高いと判定された場合(S16:YES)、内部抵抗はチェックせずにセルのリユース可能と判定してもよい。但し、高容量セルの内部抵抗がc1 以下であるか否かを判定することにより、セル2の評価の精度が向上する。
In the present embodiment, the balancing is performed in S11, but the charging may be performed without performing the balancing. However, the accuracy of reusability evaluation becomes higher when balancing is performed and the voltages of the
When it is determined that the full charge capacity is high (S16: YES), it may be determined that the cell can be reused without checking the internal resistance. However, by determining whether or not the internal resistance of the high capacity cell is equal to or less than c1, the accuracy of the evaluation of the
(変形例)
変形例においては、電池モジュール3及びセル2の再利用可能性の評価を行う。
図7は、管理装置13の制御部14による電池モジュール3及びセル2の再利用可能性の評価処理の手順を示すフローチャートである。
制御部14は、各CMU5によりバランシング制御を行いながら各電池モジュール3のセル2の充電を行う(S21)。
制御部14は、電池モジュール3を放電して、セル2の放電電圧の推移、及び放電条件を取得する(S22)。
制御部14は、内部抵抗を算出する(S23)。
制御部14は、最小容量セルの満充電容量を取得する(S24)。
制御部14は、他のセルの満充電容量を算出する(S25)。
(Modification)
In the modified example, the reusability of the
FIG. 7 is a flowchart illustrating a procedure of a process of evaluating the reusability of the
The
The
The
The
The
制御部14は、最小容量のセル2及び他のセル2の容量に基づいて、電池モジュール3のセル2の容量のばらつき(σ)を算出する(S26)。
The
制御部14は、最小容量セルの満充電容量がa1 (Ah)以上であるか否かを判定する(S27)。
制御部14は、最小容量セルの満充電容量がa1 以上であると判定した場合(S27:YES)、電池モジュール3のセル2の容量のばらつきがb1 以下であるか否かを判定する(S28)。制御部14は、電池モジュール3のセルの容量のばらつきがb1 以下でないと判定した場合(S28:NO)、処理をS33へ進める。
The
When the
制御部14は、電池モジュール3のセルの容量のばらつきがb1 以下であると判定した場合(S28:YES)、内部抵抗>c1 のセルがあるか否かを判定する(S29)。制御部14は、内部抵抗>c1 のセルがあると判定した場合(S29:YES)、処理をS33へ進める。
制御部14は、内部抵抗>c1 のセルがないと判定した場合(S29:NO)、電池モジュール3のリユースが可能と評価し(S30)、処理を終了する。
When the
When it is determined that there is no cell having an internal resistance> c1 (S29: NO), the
最小容量セルの満充電容量がa1 以上でないと判定した場合(S27:NO)、電池モジュール3内に、容量がa1 以上であるセル(高容量セル)が存在するか否かを判定する(S31)。制御部14は高容量セルが存在しないと判定した場合(S31:NO)、セル2の材料をリサイクルすると判定し(S32)、処理を終了する。制御部14はセル2を廃棄すると判定してもよい。
When it is determined that the full charge capacity of the minimum capacity cell is not equal to or larger than a1 (S27: NO), it is determined whether or not there is a cell (high capacity cell) whose capacity is equal to or larger than a1 in the battery module 3 (S31). ). When the
制御部14は高容量セルが存在すると判定した場合(S31:YES)、該高容量セルの内部抵抗がc1 以下であるか否かを判定する(S33)。
制御部14は高容量セルの内部抵抗がc1 以下でないと判定した場合(S33:NO)、処理をS32へ進める。
制御部14は該高容量セルの内部抵抗がc1 以下であると判定した場合(S33:YES)、高容量セルはリユース可と評価し(S34)、処理を終了する。
When determining that the high-capacity cell exists (S31: YES), the
When the
When the
図8は、電池パック4における各電池モジュール3の各セル2の満充電容量を示すグラフである。各電池モジュール3が8個のセル2を有する場合を示す。図8においては、電池モジュール(a)、(b)、(c)の各セル2の満充電容量のみを示している。
図8に示すように、電池モジュール3内で、8つのセル2の容量にばらつきがあり、電池パック4内においても、電池モジュール3間で容量のばらつきがあることが分かる。
FIG. 8 is a graph showing the full charge capacity of each
As shown in FIG. 8, it can be seen that the capacities of the eight
図9は、電池パック4における各電池モジュール3の各セル2の内部抵抗(直流内部抵抗)を示すグラフである。図9においては、電池モジュール(a)、(b)、(c)の内部抵抗のみを示している。
図9に示すように、電池モジュール3内で、8つのセル2の内部抵抗にばらつきがあり、電池パック4内においても、電池モジュール3間で内部抵抗のばらつきがあることが分かる。
FIG. 9 is a graph showing the internal resistance (DC internal resistance) of each
As shown in FIG. 9, it can be seen that the internal resistance of the eight
本実施形態においては、S27で、最小容量のセル2の容量がa1 以上と判定された場合に、セル2の容量のばらつきがb1 より大きいときに、電池モジュール3をリユースせず、高容量のセル2のみをリユースする。電池モジュール3が、容量が平均値より大きく離れたセル2を含む場合、工場へ輸送した後、セル2の容量を揃えて電池モジュール3をリユースすることができず、電池パック4にリビルドできないためである。
In the present embodiment, when the capacity of the
S28で、容量のばらつきがb1 以下であると判定された場合に、内部抵抗がc1 より大きいセル2を含むときに、電池モジュール3をリユースせず、高容量のセル2のみをリユースする。電池モジュール3が、内部抵抗が大きいセル2を含む場合、該セル2の劣化度が高く、リビルドした電池パック4の寿命が短くなるためである。
In S28, when it is determined that the variation in capacity is equal to or less than b1, when the
上述したように、車両1の後ろ側の電池モジュール3は、前側の電池モジュール3より劣化し難いので、容量が高い。このような電池モジュール3を選び出し、リユースできる電池モジュール3を用いて電池パック4をリビルドしてもよい。
As described above, the
本発明は上述した実施の形態の内容に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。即ち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the contents of the above-described embodiment, and various changes can be made within the scope shown in the claims. That is, embodiments obtained by combining technical means appropriately changed within the scope of the claims are also included in the technical scope of the present invention.
本発明に係る二次電池の再利用方法は、車載用に限定されず、鉄道用回生電力貯蔵装置、太陽光発電システム等の分散電源装置に用いられる二次電池にも適用できる。
管理装置も、車載用に限定はされない。管理装置は、ユーザ対応窓口(エンドユーザが蓄電装置を持ち込むサイト)に設置されるか持ち込まれて、そこで二次電池の再利用可能性の評価を行うことが好ましい。管理装置は、ユーザ対応窓口に設置された情報端末であってもよい。
管理装置は、可搬型の情報端末であってもよい。管理装置は、車両に接続するためのプローブ又はケーブルを有してもよい。管理装置は、可搬型の情報端末であって、車両と無線通信(例えば近距離無線通信)を行い、二次電池の再利用可能性を評価することが好ましい。
二次電池はリチウムイオン二次電池に限定はされず、ニッケル水素電池、電気二重層キャパシタ等のキャパシタ(コンデンサ)型の蓄電素子等の他の二次電池であってもよい。
The method for recycling a secondary battery according to the present invention is not limited to a vehicle-mounted one, and can also be applied to a secondary battery used in a distributed power supply device such as a regenerative power storage device for a railway or a solar power generation system.
The management device is not limited to a vehicle. It is preferable that the management device is installed or brought in at a window corresponding to a user (a site where an end user brings a power storage device), and it is preferable to evaluate the reusability of the secondary battery there. The management device may be an information terminal installed at a window corresponding to the user.
The management device may be a portable information terminal. The management device may include a probe or a cable for connecting to the vehicle. The management device is a portable information terminal, and preferably performs wireless communication (for example, short-range wireless communication) with the vehicle to evaluate the reusability of the secondary battery.
The secondary battery is not limited to a lithium ion secondary battery, and may be another secondary battery such as a nickel-metal hydride battery or a capacitor (capacitor) type power storage element such as an electric double layer capacitor.
本発明は、リチウムイオン二次電池等の二次電池セル及び/又はそのようなセルが複数組まれた蓄電装置の再利用可能性の評価に適用できる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be applied to evaluation of reusability of a secondary battery cell such as a lithium ion secondary battery and / or a power storage device including a plurality of such cells.
1 車両
2 セル
3 電池モジュール(蓄電装置)
4 電池パック(蓄電装置)
5 CMU
6 BMU
14 制御部(取得部、評価部)
61 制御部
15、62 記憶部
151 評価プログラム
63 SOC−OCVデータ
64 使用履歴
16、66 入力部
17、67 インタフェース部
7 統合ECU
8 通信部
10 電流センサ
11 温度センサ
13 管理装置
1
4 Battery pack (power storage device)
5 CMU
6 BMU
14 control unit (acquisition unit, evaluation unit)
61
8
Claims (6)
前記放電の情報と前記電圧の推移とに基づいて前記複数のセル及び/又は蓄電装置の再利用可能性を評価する、二次電池の再利用方法。 Discharging the power storage device including a plurality of secondary battery cells electrically connected to each other to obtain the transition of the voltage of each cell,
A method for reusing a secondary battery, wherein the reusability of the plurality of cells and / or the power storage device is evaluated based on the information on the discharge and the transition of the voltage.
それらセルの満充電容量に基づいて、再利用可能性を評価する、請求項1に記載の二次電池の再利用方法。 Based on the information on the discharge and the transition of the voltage of the cell with the smallest full charge capacity, the full charge capacity of the other cells is estimated,
The method for reusing a secondary battery according to claim 1, wherein reusability is evaluated based on the full charge capacity of the cells.
取得した直流内部抵抗に基づいて、再利用可能性を評価する、請求項1又は2に記載の二次電池の再利用方法。 Based on the voltage transition, obtain the DC internal resistance of each cell,
The method for reusing a secondary battery according to claim 1, wherein the reusability is evaluated based on the acquired DC internal resistance.
前記放電の情報と前記電圧の推移とに基づいて前記複数のセル及び/又は蓄電装置の再利用可能性を評価する評価部と
を備える管理装置。 An acquisition unit that discharges a power storage device including a plurality of secondary battery cells that are electrically connected to each other, and acquires a change in voltage of each cell,
An evaluation unit configured to evaluate reusability of the plurality of cells and / or the power storage device based on the information on the discharge and the transition of the voltage.
前記セルを含む蓄電装置を放電して、個々のセルの電圧の推移を取得し、
前記放電の情報と前記電圧の推移とに基づいて前記複数のセル及び/又は蓄電装置の再利用可能性を評価する
処理を実行させる、コンピュータプログラム。
A computer that evaluates the reusability of a plurality of secondary battery cells electrically connected to each other,
Discharging the power storage device including the cell, to obtain the transition of the voltage of each cell,
A computer program for executing processing for evaluating reusability of the plurality of cells and / or power storage devices based on the information on the discharge and the transition of the voltage.
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