电池系统以及电池的异常判定方法

技术领域

本公开涉及电池系统以及电池的异常判定方法。

背景技术

层压型电池单元是用外装体膜密封发电元件的电池单元(cell)，通过使用外装体膜来易于实现薄型化以及省空间化。例如，在专利文献1中，公开了一种非水电解质电池，在层压外装体中收纳有具备正极、负极以及电解质的电池元件，其中，与电池元件离开地配设有吸水部件。进而，在专利文献1中，公开了将配置于密封部周围的吸湿剂设为双层而降低向外装体内部的水分浸入。

另外，作为二次电池的异常探测装置，已知利用二次电池的电压值以及电流值的装置。例如，在专利文献2中，公开了一种二次电池的异常探测装置，具有：第1检测单元，检测成为第1观测值的二次电池的电压值；第2检测单元，检测成为第2观测值的二次电池的电流值；计算部，使用回归模型来计算推测电压值；以及判定部，求出第1观测值的电压值和在前面的时刻得到的推测电压值的差分，在超过某个阈值范围时，判定为二次电池异常。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2003-187762号公报

专利文献2：国际公开第2019/138286号

发明内容

由于外装体膜薄，所以例如由于在电池单元制造时混入的异物，有时在外装体膜中产生孔。本公开是鉴于上述实情而完成的，其主要目的在于提供一种能够在早期检测出在外装体膜中产生的孔的电池系统。

为了解决上述课题，在本公开中，提供一种电池系统，具备：电池，具有沿着厚度方向配置并且串联连接的多个层压型电池单元、及配置于一对上述层压型电池单元之间的板；第1电压传感器，测定第1电压，该第1电压是属于上述多个层压型电池单元的基准电池单元的端子和上述板之间的电压；第2电压传感器，测定第2电压，该第2电压是上述基准电池单元的端子和与上述板相向的上述一对层压型电池单元中的上述基准电池单元侧的上述层压型电池单元之间的电压；以及判定装置，上述判定装置具有：第1获取部，从上述第1电压传感器获取上述第1电压；第2获取部，从上述第2电压传感器获取上述第2电压；以及第1判定部，根据上述第1电压及上述第2电压，判定异常。

根据本公开，判定装置根据第1电压及第2电压判定异常，所以能够设为能够在早期检测出在外装体膜中产生的孔的电池系统。

在上述公开中，上述电池系统也可以具备第3电压传感器，该第3电压传感器测定第3电压，该第3电压是上述基准电池单元的端子和与上述板相向的上述一对层压型电池单元中的与上述基准电池单元相反侧的上述层压型电池单元之间的电压，上述判定装置具有：第3获取部，从上述第3电压传感器获取上述第3电压；以及第2判定部，在上述第1判定部判定为异常的情况下，根据上述第1电压及上述第3电压，判定异常。

另外，在本公开中，提供一种电池系统，具备：电池，具有沿着厚度方向配置并且串联连接的多个层压型电池单元、及配置于一对上述层压型电池单元之间的板；第1电压传感器，测定第1电压，该第1电压是属于上述多个层压型电池单元的基准电池单元的端子和上述板之间的电压；第3电压传感器，测定第3电压，该第3电压是上述基准电池单元的端子和与上述板相向的上述一对层压型电池单元中的与上述基准电池单元相反侧的上述层压型电池单元之间的电压；以及判定装置，上述判定装置具有：第1获取部，从上述第1电压传感器获取上述第1电压；第3获取部，从上述第3电压传感器获取上述第3电压；以及第2判定部，根据上述第1电压及上述第3电压，判定异常。

根据本公开，判定装置根据第1电压及第3电压判定异常，所以能够设为能够在早期检测出在外装体膜中产生的孔的电池系统。

在上述公开中，上述电池也可以具有多个上述板，上述第1电压传感器能够从上述多个板选择用于测定上述第1电压的上述板。

另外，在本公开中，提供一种电池的异常判定方法，是具有沿着厚度方向配置并且串联连接的多个层压型电池单元、及配置于一对上述层压型电池单元之间的板的电池的异常判定方法，具有：第1电压测定工序，测定第1电压，该第1电压是属于上述多个层压型电池单元的基准电池单元的端子和上述板之间的电压；第2电压测定工序，测定第2电压，该第2电压是上述基准电池单元的端子和与上述板相向的上述一对层压型电池单元中的上述基准电池单元侧的上述层压型电池单元之间的电压；以及第1判定工序，根据上述第1电压及上述第2电压，判定异常。

根据本公开，根据第1电压及第2电压判定异常，所以能够在早期检测出在外装体膜中产生的孔。

另外，在本公开中，提供一种电池的异常判定方法，是具有沿着厚度方向配置并且串联连接的多个层压型电池单元、及配置于一对上述层压型电池单元之间的板的电池的异常判定方法，具有：第1电压测定工序，测定第1电压，该第1电压是属于上述多个层压型电池单元的基准电池单元的端子和上述板之间的电压；第3电压测定工序，测定第3电压，该第3电压是上述基准电池单元的端子和与上述板相向的上述一对层压型电池单元中的与上述基准电池单元相反侧的上述层压型电池单元之间的电压；以及第2判定工序，根据上述第1电压及上述第3电压，判定异常。

根据本公开，根据第1电压及第3电压判定异常，所以能够在早期检测出在外装体膜中产生的孔。

本公开中的电池系统起到能够在早期检测出在外装体膜中产生的孔这样的效果。

附图说明

图1是概略性地例示本公开中的搭载有电池系统的车辆的整体结构的示意图。

图2是例示本公开中的电池的概略剖面图。

图3是例示本公开中的层压型电池单元的概略剖面图。

图4是说明本公开中的电池系统的示意图。

图5是说明本公开中的电池系统的示意图。

图6是说明本公开中的电池系统的示意图。

图7是例示本公开中的判定装置执行的处理的流程图。

图8是例示本公开中的判定装置执行的处理的流程图。

图9是例示本公开中的判定装置执行的处理的流程图。

(符号说明)

1：正极集电体；2：正极层；3：电解质层；4：负极层；5：负极集电体；6：外装体膜；10：电池；11：板；20：监视组件；30：ECU；100：电池系统。

具体实施方式

以下，详细说明本公开中的电池系统以及电池的异常判定方法。

A.电池系统

图1是概略性地例示本公开中的搭载有电池系统的车辆的整体结构的示意图。车辆200具备电池系统100、功率控制组件(PCU：Power Control Unit)110、电动发电机(MG：Motor Generator)120、以及驱动轮130。电池系统100具备电池10、监视组件20、电子控制装置(ECU：Electronic Control Unit)30。

监视组件20至少具有电压传感器。另外，ECU30进行车辆200的各种电子控制，但还作为判定装置发挥功能。判定装置至少具有获取部以及判定部作为用于实现其功能的处理块，根据第2电压以及第3电压中的至少一方和第1电压，判定异常。

根据本公开，判定装置根据第2电压以及第3电压中的至少一方和第1电压，判定异常，所以能够设为能够在早期检测出在外装体膜中产生的孔的电池系统。在此，如上所述，由于外装体膜薄，所以例如由于在电池单元制造时混入的异物，有时在外装体膜中产生孔。

在产生孔时，存在水分侵入到电池单元内部而产生发电元件的劣化的情况。还存在从劣化的发电元件产生气体的情况。另外，在水分侵入到电池单元内部的情况下，按照由于侵入的水分而发电元件劣化，从劣化的发电元件产生气体这样的顺序，反应持续发展，所以从孔的产生至气体的产生存在时滞。因此，在通过某种外部单元(例如气体传感器)检测到从层压型电池单元产生的气体的情况下，发电元件的劣化已进展的情形较多。

相对于此，在本公开中，判定装置根据第2电压以及第3电压中的至少一方和第1电压，判定异常，所以能够在刚刚产生孔之后(发电元件的劣化进展之前)，检测出异常。

另外，作为由于异物而在外装体膜中产生孔的定时，还设想电池单元的制造时、电池的制造时、以及电池的制造后的任意定时。在电池单元或者电池的制造时，典型地，设想由于挤压而异物刺透外装体膜而产生孔的情况。另一方面，在电池制造后，设想由于充放电而电池单元进行膨胀收缩，从而经时变化而异物刺透外装体膜而产生孔的情况。

另外，特别是在层压型电池单元是全固体电池的情况下，为了得到良好的电池特性，需要对层压型电池单元赋予强约束压力。例如，在使用电解液的液系电池中，电解液具有流动性，所以对层压型电池单元赋予强约束压力的必要性低。相对于此，在使用无机固体电解质等固体电解质的全固体电池中，固体电解质不具有流动性，所以为了使固体彼此良好地接触，需要对层压型电池单元赋予强约束压力。其结果，例如，即便是在液系电池中未产生问题的微小的异物，在全固体电池中也有可能成为使得在外装体膜中产生孔的原因。因此，在层压型电池单元是全固体电池的情况下，易于产生由于异物产生孔这样的课题。

另外，在例如专利文献1中，公开了将配置于密封部周围的吸湿剂设为双层而降低向外装体内部的水分浸入。然而，例如，在电池单元制造时混入的异物并不是在外装体膜的密封部而是使得在平面部(主面部)产生孔的情形较多。在本公开中，判定装置根据第2电压以及第3电压中的至少一方和第1电压判定异常，所以即使在平面部(主面部)产生孔的情况下，也能够迅速地检测出异常。

1.电池

本公开中的电池系统具备电池。电池具有沿着厚度方向配置并且串联连接的多个层压型电池单元、及配置于一对层压型电池单元之间的板。例如在图1中，电池10积蓄用于驱动MG120的电力，通过PCU110向MG120供给电力。另外，电池10在MG120的发电时通过PCU110接受发电电力而充电。

图2是例示本公开中的电池的概略剖面图。图2所示的电池10具有多个层压型电池单元C1～C5。多个层压型电池单元C1～C5以使平面部(主面部)相向的方式，沿着厚度方向D

另外，图2所示的电池10具有配置于一对层压型电池单元之间的板11和端部板12。板通常具有导电性，典型地是金属板。另外，板例如可以是用于冷却层压型电池单元的冷却板。

电池10虽然可以仅具有1个板11，但优选具有多个。这是因为异常的判定精度提高。例如，在图2中，在C1与C2之间、C2与C3之间、C3与C4之间、C4与C5之间，分别配置有板11。板的数量既可以是1，也可以是2以上，还可以是5以上。此外，虽然未特别示出，本公开中的电池也可以具有收纳层压型电池单元以及板的壳体。

图3是例示本公开中的层压型电池单元的概略剖面图。图3所示的层压型电池单元C具有：发电元件P，沿着厚度方向依次配置有正极集电体1、正极层2、电解质层3、负极层4及负极集电体5；外装体膜6，收纳发电元件P；以及绝缘部7，收纳于外装体膜6内，用于防止短路。正极集电体1与正极端子1T连接，负极集电体5与负极端子5T连接。层压型电池单元C的种类没有特别限定，优选为锂离子二次电池。

电解质层既可以含有固体电解质，也可以含有液体电解质(电解液)。此外，全固体电池是指，电解质层为固体电解质层的电池。作为固体电解质，例如，可以举出氧化物固体电解质、硫化物固体电解质等无机固体电解质。另外，全固体电池的约束压例如是0.1MPa以上，也可以是1MPa以上。

另外，外装体膜典型地从发电元件侧具有热熔层、金属层以及树脂层。作为热熔层的材料，例如，可以举出聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)等烯烃系树脂。作为金属层的材料，例如，可以举出铝、铝合金、不锈钢。作为树脂层的材料，例如，可以举出聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、尼龙。外装体膜的厚度例如是50μm以上200μm以下。

2.电压传感器

在本公开中的电池系统中，作为电压传感器，具备第2电压传感器以及第3电压传感器中的至少一方和第1电压传感器。例如，在图1中，监视组件20监视电池10的状态，将其监视结果输出给ECU30。监视组件20至少包括电压传感器，也可以根据需要包括电流传感器以及温度传感器。

第1电压传感器能够测定属于多个层压型电池单元的基准电池单元的端子和板之间的电压即第1电压。例如，在图4中，层压型电池单元C1相当于基准电池单元，其端子T与板11之间的电压相当于第1电压。

作为基准电池单元，能够选择属于多个层压型电池单元的任意的电池单元。基准电池单元例如既可以是在多个层压型电池单元中位于最外侧的电池单元，也可以是不位于最外侧的电池单元(位于内侧的电池单元)。另外，基准电池单元的端子既可以是正极端子，也可以是负极端子。进而，基准电池单元既可以是与板相向的一对层压型电池单元中的任意一个，也可以不是与板相向的一对层压型电池单元。

另外，也可以是，第1电压传感器能够从多个板选择用于测定第1电压的板。例如，在图4中，通过控制开关SW1～SW4的ON/OFF，能够从多个板选择用于测定第1电压的板。这样，本公开中的电池系统也可以具备用于选择板的切换装置。

本公开中的电池系统也可以具备第2电压传感器，该第2电压传感器测定基准电池单元的端子和与板(用于测定第1电压的板)相向的一对层压型电池单元中的基准电池单元侧的层压型电池单元之间的电压即第2电压。此外，“与板相向的一对层压型电池单元中的基准电池单元侧的层压型电池单元”是指，与板相向的一对层压型电池单元中的、与基准电池单元的电压小的层压型电池单元。

本公开中的电池系统也可以具备第3电压传感器，该第3电压传感器测定基准电池单元的端子和与板(用于测定第1电压的板)相向的一对层压型电池单元中的与基准电池单元相反侧的层压型电池单元之间的电压即第3电压。此外，“与板相向的一对层压型电池单元中的与基准电池单元相反侧的层压型电池单元”是指，与板相向的一对层压型电池单元中的、与基准电池单元的电压大的层压型电池单元。此外，第2电压传感器以及第3电压传感器也可以是共用的电压传感器。也可以是，该电压传感器例如能够测定各个层压型电池单元的电压，判定装置具有根据第1电压的测定路径计算第2电压以及第3电压中的至少一方的计算部。

3.判定装置

(1)判定装置的结构

本公开中的电池系统具备判定装置。判定装置构成为能够检测由于异物产生的外装体膜的孔。例如，在图1中，ECU30包括CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)、存储器以及用于输入输出各种信号的输入输出端口。存储器例如包括ROM(Read OnlyMemory，只读存储器)、RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)以及可改写的非易失性存储器。通过由CPU执行存储于存储器的程序，执行各种控制。关于ECU进行的各种控制，不限于利用软件的处理，还能够用专用的硬件(电子电路)处理。

在判定装置中，作为用于实现其功能的处理块，至少具有获取部以及判定部。

第1获取部被设定成从第1电压传感器获取第1电压。例如，如图4所示，在层压型电池单元C3的纸面右侧存在异物X的情况下，在使与配置于层压型电池单元C3和层压型电池单元C4之间的板11连接的开关SW3成为ON时，产生第1电压。第1电压(V

另外，如图5所示，在层压型电池单元C4的纸面左侧存在异物X的情况下，在使与配置于层压型电池单元C3和层压型电池单元C4之间的板11连接的开关SW3成为ON时，产生第1电压。第1电压(V

另外，如图6所示，在层压型电池单元C5的纸面右侧存在异物X的情况下，在使与配置于层压型电池单元C5的一方的面侧的端部板12连接的开关SW5成为ON时，产生第1电压。第1电压(V

本公开中的判定装置也可以具有：第2获取部，从第2电压传感器获取第2电压；以及第1判定部，根据第1电压及第2电压，判定异常。例如，如图4所示，在层压型电池单元C3的纸面右侧存在异物X的情况下，获取第2电压(V

另外，如图5所示，在层压型电池单元C4的纸面左侧存在异物X的情况下，获取第2电压(V

第1判定部被设定成根据第1电压及第2电压，判定异常。如上所述，在第1判定部中，能够根据V

本公开中的判定装置也可以具有：第3获取部，从第3电压传感器获取第3电压；以及第2判定部，在第1判定部判定为异常的情况下，根据第1电压及第3电压，判定异常。如图5所示，在层压型电池单元C4的纸面左侧存在异物X的情况下，获取第3电压(V

如上所述，图5中的第1电压(V

另外，判定装置也可以具有确定部，该确定部在由第1判定部或者第2判定部判定为异常的情况下，根据第1电压确定异常的层压型电池单元。在该情况下，电池系统也可以具备显示部，该显示部通知由确定部确定的异常的层压型电池单元、或者、包括该异常的层压型电池单元的电池的更换。显示部例如是液晶显示器。

(2)判定装置的处理

图7是例示本公开中的判定装置执行的处理的流程图。如图7所示，在步骤S1中，从第1电压传感器获取属于多个层压型电池单元的基准电池单元的端子和板之间的电压即第1电压(V

另一方面，例如如图4所示，在层压型电池单元C3的纸面右侧存在异物X的情况下，在使开关SW3成为ON时，产生第1电压(V

在步骤S5中，判定第1电压(V

图8是例示本公开中的判定装置执行的处理的流程图。图8中的步骤S1～S5与图7中的步骤S1～S5相同。在步骤S6中，从第3电压传感器获取基准电池单元的端子和与板相向的一对层压型电池单元中的与基准电池单元相反侧的层压型电池单元之间的电压即第3电压(V

在步骤S7中，判定第1电压(V

图9是例示本公开中的判定装置执行的处理的流程图。图9中的步骤S1～S3与图7中的步骤S1～S3相同。在步骤S4中，从第3电压传感器获取基准电池单元的端子和与板相向的一对层压型电池单元中的与基准电池单元相反侧的层压型电池单元之间的电压即第3电压(V

在步骤S5中，判定第1电压(V

判定装置优选以预定的间隔反复处理。进而，判定装置既可以固定基准电池单元来反复处理，也可以变更基准电池单元来反复处理。同样地，判定装置既可以固定用于测定第2电压的板来反复处理，也可以变更上述板来反复处理。

B.电池的异常判定方法

电池的异常判定方法的第1方式是具有沿着厚度方向配置并且串联连接的多个层压型电池单元、及配置于一对上述层压型电池单元之间的板的电池的异常判定方法，具有：第1电压测定工序，测定第1电压，该第1电压是属于上述多个层压型电池单元的基准电池单元的端子和上述板之间的电压；第2电压测定工序，测定第2电压，该第2电压是上述基准电池单元的端子和与上述板相向的上述一对层压型电池单元中的上述基准电池单元侧的上述层压型电池单元之间的电压；以及第1判定工序，根据上述第1电压及上述第2电压，判定异常。

根据第1方式，根据第1电压及第2电压判定异常，所以能够在早期检测出在外装体膜中产生的孔。

电池的异常判定方法也可以具有第3电压测定工序，在该第3电压测定工序中，从第3电压传感器测定第3电压，该第3电压是上述基准电池单元的端子和与上述板相向的上述一对层压型电池单元中的与上述基准电池单元相反侧的上述层压型电池单元之间的电压。进而，电池的异常判定方法也可以具有第2判定工序，在该第2判定工序中，当在第1判定工序中判定为异常的情况下，根据第1电压及第3电压判定异常。

电池的异常判定方法的第2方式是具有沿着厚度方向配置并且串联连接的多个层压型电池单元、及配置于一对上述层压型电池单元之间的板的电池的异常判定方法，具有：第1电压测定工序，测定第1电压，该第1电压是属于上述多个层压型电池单元的基准电池单元的端子和上述板之间的电压；第3电压测定工序，测定第3电压，该第3电压是上述基准电池单元的端子和与上述板相向的上述一对层压型电池单元中的与上述基准电池单元相反侧的上述层压型电池单元之间的电压；以及第2判定工序，根据上述第1电压及上述第3电压，判定异常。

根据第2方式，根据第1电压及第3电压判定异常，所以能够在早期检测出在外装体膜中产生的孔。

此外，关于电池的异常判定方法中的各工序的内容，与上述“A.电池系统”记载的内容相同，所以省略此处的记载。

本公开不限定于上述实施方式。上述实施方式是例示，具有与本公开中的权利要求书记载的技术思想实质上相同的结构，起到同样的作用效果的方式都包含于本公开中的技术范围。