二次电池系统技术方案

本发明专利技术涉及二次电池系统。一种二次电池系统包括：电池(100)，其具有被含有锂离子的电解质浸渍的电极体(115)；以及ECU(300)，其被配置为，当电池温度(TB)等于或高于阈值温度(Tth)时允许所述电池(100)的充电和放电，以及当所述电池温度(TB)低于所述阈值温度(Tth)时限制所述电池(100)的充电和放电。所述ECU(300)被配置为，获取与由所述电极体(115)中的所述锂离子的浓度分布偏差导致的所述锂离子的最小浓度(最小盐浓度(Cmin))相关的值，以及将所述阈值温度(Tth)设定为随着所述最小浓度(Cmin)的减小量变大而变高，所述减小量由所述相关的值表示。

【技术实现步骤摘要】
二次电池系统
本专利技术涉及二次电池系统，更特别地，涉及对二次电池系统的充电和放电控制，该二次电池系统包括具有被含有锂离子的电解质浸渍的电极体的二次电池(锂离子二次电池)。
技术介绍
近年来，包含作为电池的锂离子二次电池的二次电池系统已广泛普及。在这样的二次电池系统中，电池的电解质可以在非常低的温度环境下凝固(冻结)。当电解质凝固时，为了保护电池，期望限制电池的充电和放电。例如，在公开号为2013-183523的日本专利申请中公开的电动车辆中，继电器在等于或低于电解质的凝固点的温度下被打开，以便断开电池与外部电源和电负荷的电连接。
技术实现思路
作为保护电池的措施，考虑设定“阈值温度”，并且基于电池的温度与阈值温度之间的比较而判定是否限制电池的充电和放电。也就是，当电池的温度等于或高于阈值温度时，判定电解质未凝固，因此允许电池的充电和放电，而当电池的温度低于阈值温度时，判定电解质的至少一部分凝固，因此限制电池的充电和放电。通常，在被配置为包括锂离子二次电池的电池中，当持续进行大电流充电和放电时，电解质中的锂离子的浓度分布可能出现偏差。在设定阈值温度时，可以使用固定值(根据电池配置而预设的值)而不考虑锂离子的浓度分布的偏差。然而，在使用固定值并且阈值温度被设定得过高的情况下，存在这样的可能性：尽管电解质完全不凝固，但是仍不允许电池的充电和放电(即，可能过度地限制电池的充电和放电的可能性)。反之，当阈值温度被设定得过低时，存在这样的可能性：尽管电解质具有凝固区域，但仍可以进行电池的充电和放电，这可能导致电池的进一步劣化。本专利技术提供了一种用于包括被配置为包含锂离子二次电池的电池的二次电池系统的技术，该技术被配置为在避免对电池的充电和放电的过度限制的同时抑制电池的劣化。本专利技术的一方面涉及一种二次电池系统，包括：二次电池，其具有被含有锂离子的电解质浸渍的电极体；以及控制单元，其被配置为，当所述二次电池的温度等于或高于阈值温度时允许所述二次电池的充电和放电，以及当所述二次电池的温度低于所述阈值温度时限制所述二次电池的充电和放电。所述控制单元被配置为，获取与由所述电极体中的所述锂离子的浓度分布偏差导致的所述锂离子的最小浓度相关的值，以及将所述阈值温度设定为随着所述最小浓度的减小量变大而变高，所述减小量由所述相关的值表示。所述控制单元可以被配置为，基于所述二次电池的充电和放电历史计算评价值，以及将所述阈值温度设定为随着所述评价值变大而变高，所述评价值表示起因于由所述二次电池的充电和放电导致的所述浓度分布偏差的所述二次电池的劣化程度。所述二次电池可以进一步包括：电池壳，其容纳所述电极体；以及表面压力传感器，其测量所述电池壳的表面上的表面压力。所述控制单元可以被配置为，将所述阈值温度设定为随着所述表面压力变高而变高。所述控制单元可以被配置为，使用规定(define)电解质的流动的液体流动方程计算所述电解质的流速，根据所述流速计算所述浓度分布，以及根据所计算的浓度分布计算所述最小浓度。根据该配置，计算表示二次电池的劣化程度(所谓的高速率劣化的程度)的评价值或由表面压力传感器测量的表面压力作为与最小浓度相关的值。或者使用液体流动方程直接计算最小浓度。随着最小浓度变低，阈值温度被设定为变高。根据凝固点降低的原理，当被添加到溶剂中的溶质的浓度变高时，凝固点的降低量变大，凝固点变低。因此，当电解质中的锂离子的浓度(盐浓度)分布产生偏差时，电解质的每个区域的凝固点可能不同。也就是，具有增加的盐浓度的区域的凝固点降低，而具有降低的盐浓度的区域的凝固点升高。因此，随着二次电池的温度下降，电解质可能在盐浓度相对低的区域开始局部凝固。根据该配置，阈值温度根据最小浓度而被设定，该最小浓度是最容易发生电解质凝固的区域的浓度。当阈值温度等于或高于二次电池的温度时，判定电解质完全不凝固，因此允许二次电池的充电和放电。因此，可以避免对电池的充电和放电的过度限制。相反地，当二次电池的温度低于阈值温度(即，根据最容易发生电解质凝固的区域的浓度而设定的温度)时，判定电解质至少一部分可能凝固，因此限制(例如，禁止)二次电池的充电和放电。结果，可以抑制二次电池的劣化。附图说明下面将参考附图描述本专利技术的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，在附图中，相同的参考标号表示相同的部件，其中：图1是示意性地示例出包含根据第一实施例的二次电池系统的车辆的整体配置的框图；图2更详细地示例出电池的配置；图3更详细地示例出每个电池单体(cell)的配置；图4更详细地示例出电极体的配置；图5示例出在电极体的面内方向上的盐浓度分布的一个例子；图6示例出用于计算遗忘系数的图(map)的一个例子；图7是电解质的盐浓度与凝固点之间的关系的说明图；图8是用于设定与高速率劣化的累积评价值对应的阈值温度的方法的说明图；图9是用于描述在第一实施例中的电池的充电和放电控制的流程图；图10示例出规定内部电阻与阈值温度之间的相关性的图的一个例子；图11是用于描述在第一实施例的变型例中的电池的充电和放电控制的流程图；图12示例出在第二实施例中的电池的配置；图13示例出由表面压力传感器测量的表面压力分布的一个例子；图14是用于校正表面压力的方法的说明图；图15示例出规定校正后的表面压力与阈值温度之间的相关性的图的一个例子；图16是用于描述在第二实施例中的电池的充电和放电控制的流程图；图17是示例出电极体的模型的一个例子的说明图；图18示例出规定最小盐浓度与阈值温度之间的相关性的图的一个例子；以及图19是用于描述在第三实施例中的电池的充电和放电控制的流程图。具体实施方式在下文中，将参考附图详细地描述本专利技术的实施例。应注意，相同或相似的组成部件由相同的参考标号表示，以避免重复对其的描述。在下面描述的本专利技术的实施例中，将描述其中二次电池系统被包含在混合动力车辆中的配置作为例子。然而，可以包含根据本专利技术的二次电池系统的车辆不限于混合动力车辆，也可以是电动车辆或燃料电池车辆。根据本专利技术的二次电池系统不仅可以被应用作为车辆的系统，而且可以被应用作为定置(stationary)系统。[第一实施例]<混合动力车辆的配置>图1是示意性地示例出包含根据第一实施例的二次电池系统的混合动力车辆的整体配置的框图。车辆1包括二次电池系统2、电动发电机(MG)10、20、动力分割机构30、引擎40和驱动轮50。二次电池系统2包括电池100、系统主继电器(SMR)150、电力控制单元(PCU)200和电子控制单元(ECU)300。电动发电机10、20分别是三相AC旋转电机。电动发电机10通过动力分割机构30而与引擎40的曲轴耦接。在起动引擎40时，电动发电机10使用电池100的电力而使引擎40的曲轴旋转。电动发电机10也可以使用引擎40的动力而产生电力。由电动发电机10产生的AC电力被PCU200变换为DC电力，并且用于给电池100充电。由电动发电机10产生的AC电力可以被提供给电动发电机20。电动发电机20使用来自电池100的电力和由电动发电机10产生的电力中的至少一者而使驱动轴旋转。电动发电机20还可以通过再生制动而产生电力。由电动发电机20产生的AC电力被PCU200变换为DC电力，并且用于给电池100充电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二次电池系统，包括：二次电池，其具有被含有锂离子的电解质浸渍的电极体；以及控制单元，其被配置为，当所述二次电池的温度等于或高于阈值温度时允许所述二次电池的充电和放电，以及当所述二次电池的温度低于所述阈值温度时限制所述二次电池的充电和放电，所述二次电池系统的特征在于所述控制单元被配置为，获取与由所述电极体中的所述锂离子的浓度分布偏差导致的所述锂离子的最小浓度相关的值，以及将所述阈值温度设定为随着所述最小浓度的减小量变大而变高，所述减小量由所述相关的值表示。

【技术特征摘要】
2016.02.26 JP 2016-0356191.一种二次电池系统，包括：二次电池，其具有被含有锂离子的电解质浸渍的电极体；以及控制单元，其被配置为，当所述二次电池的温度等于或高于阈值温度时允许所述二次电池的充电和放电，以及当所述二次电池的温度低于所述阈值温度时限制所述二次电池的充电和放电，所述二次电池系统的特征在于所述控制单元被配置为，获取与由所述电极体中的所述锂离子的浓度分布偏差导致的所述锂离子的最小浓度相关的值，以及将所述阈值温度设定为随着所述最小浓度的减小量变大而变高，所述减小量由所述相关的值表示。2.根据权利要求1所述的二次电池系统，其中所述控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：金田亮，松冈祥平，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP