锂离子二次电池的劣化判定系统以及劣化判定方法技术方案

MPU通过基于表示锂离子二次电池的开路电压相对于容量的变化而变化的开路电压特性的劣化诊断，取得正极容量维持率（k1）、负极容量维持率（k2）以及电池的偏移容量（ΔQs）（S100）。MPU基于预定的磨损劣化映射，根据正极容量维持率（k1）以及负极容量维持率（k2）来推定因磨损劣化导致的偏移容量（ΔQs（W））（S110），并且将偏移容量（ΔQs）分离成因磨损劣化导致的偏移容量（ΔQs（W））和因锂析出导致的偏移容量（ΔQs（Li））（S120）。MPU至少基于因锂析出导致的偏移容量（ΔQs（Li）），判定作为劣化判定对象的锂离子二次电池能否再使用以及/或者再循环（S200）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及，尤其涉及用于判定锂离子二次电池能否再利用的劣化诊断。
技术介绍
近年来，作为电动汽车以及混合动力汽车的马达驱动用电源或便携设备的电源，正在推进锂离子二次电池的使用。特别是，在用于电动汽车或混合动力汽车等电动车辆的用途中，为了确保所需的输出电压或蓄积电力量，使用将多个单位电池(cell)包装而成的电池组(batterypack:电池包)，所以电池价格比较高。因此，电池的再利用(再使用(reuse)以及再循环(recycle))是成本方面重要的课题，通过对电池的劣化状态进行诊断来判定能否再利用的技术成为重要的事情。例如，在日本特开2003-7348号公报(专利文献I)中，记载了以判别使用完的电池是否已劣化为特征的电池提供系统以及电池提供方法。专利文献I中记载了如下的系统:根据是否已劣化的判别，在能继续使用的情况下二次电池在售货店侧被充电后而被再销售，另一方面，在不能继续使用的情况下二次电池被从售货店侧送到工厂侧而被再循环。另外，在日本特开平9-232008号公报(专利文献2)中，记载了在以锂二次电池为首的各种电池等所使用的非水类电解液的再生方法。专利文献2中记载了如下的再生方法:在非水系电解液中添加活性碳并进行搅拌然后将其放置所需时间之后，对添加液进行过滤来除去活性碳。由此，通过除去活性碳所吸附的添加液中的劣化原因物，从而能够进行已劣化的电解液的再生。作为二次电池的劣化诊断的技术，在日本特开2008-241246号公报(专利文献3)中记载了以在线方式执行基于电池模型公式的状态推定的二次电池的状态推定装置。记载了如下内容:根据该状态推定装置，关于电池模型公式中的参数，预先制作新品时的参数值相对于电池状态的变化而变化的特性映射，并且基于在二次电池使用中基于电池模型公式进行参数确定而确定的参数值与对应于当前电池状态的新品时参数值的比率(变化率)来对劣化进行诊断。关于锂离子二次电池，在日本特开2009-63555号公报(专利文献4)中记载了如下内容:对于搭载于能够外部充电的车辆的锂离子二次电池，基于外部充电时的满充电容量的降低来判定有无锂析出。在专利文献4中还记载了如下内容:在判定为有锂析出的情况下，在限制了锂离子二次电池的充放电之后进行使用。另外，在日本特开2009-199936号公报(专利文献5)中记载了如下内容:基于锂二次电池的充电次数和工作时间这样的使用履历信息，算出负极的锂析出量。在专利文献5中还记载了如下内容:根据所算出的锂析出量来启动用于将树枝状晶体溶解除去的控制。现有技术文献专利文献1:日本特开2003-7348号公报专利文献2:日本特开平9-232008号公报专利文献3:日本特开2008-241246号公报专利文献4:日本特开2009-63555号公报专利文献5:日本特开2009-199936号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题在专利文献I以及2所记载的二次电池的再循环中，并没有言及在单位电池解体前判定该二次电池的劣化状态是否处于能再循环的范围内。因此，劣化至不能再循环的状态的二次电池通过单位电池解体后的化学分析等被初次判别，因此由于无用的解体作业和化学分析，有可能导致再循环成本上升。另外，在锂离子二次电池中，已知金属锂的析出对电池劣化产生很大影响，因此优选将其反映于用于再利用的劣化判定。然而，在专利文献3中，虽然能够对内部电阻的增大和正极以及负极的活性物质的扩散系数的降低(即扩散电阻的增大)进行推定，但无法对锂析出量进行诊断。另外，在专利文献4中，关于定期地通过外部电源成为满充电的锂离子二次电池，记载了通过使满充电容量降低来判定有无锂析出，但对于定量地把握锂析出量的方法并没有记载。另一方面，在专利文献5中记载了根据锂离子二次电池的使用履历来算出锂析出量。然而，作为使用履历仅止于使用充电次数信息、高速充电次数信息、满充电次数信息以及工作时间信息，锂析出量通过使这些信息为变量的回归式来算出。因此，不是基于电池的实际的电压、电流、温度等的推定，所以无法充分确保锂析出量的推定精度，有可能无法执行适当的劣化判定。本专利技术是为了解决这样的问题而完成的，本专利技术的目的在于，不必使劣化状态的锂离子二次电池解体，基于锂析出量的推定在非破坏的状态下适当地判定能否再利用(再循环以及再使用)。用于解决问题的技术方案根据本专利技术的一个方式，锂离子二次电池的劣化判定系统具备劣化参数取得部、锂析出量推定部和判定部。劣化参数取得部构成为通过基于开路电压特性的劣化诊断取得锂离子二次电池的正极容量维持率、负极容量维持率以及电池容量变动量，所述开路电压特性是表示锂离子二次电池)的开路电压相对于容量的变化而变化的特性。锂析出量推定部构成为根据正极容量维持率以及负极容量维持率与电池容量变动量中的与磨损劣化对应的第I变动量之间的预先求出的对应关系，基于所取得的正极容量维持率以及负极容量维持率，将所取得的电池容量变动量分离成第I变动量和与由锂析出导致的劣化对应的第2变动量。判定部构成为基于由劣化参数取得部取得的正极容量维持率以及负极容量维持率和由锂析出量推定部求出的第2变动量中的至少一方，判定锂离子二次电池能否再利用。正极容量维持率通过锂离子二次电池的劣化状态的正极容量相对于初始状态的正极容量之比来表示。负极容量维持率通过锂离子二次电池的劣化状态的负极容量相对于初始状态的负极容量之比来表示。电池容量变动量通过劣化状态的负极容量与劣化状态下负极组成轴相对于正极组成轴的偏移量之积来表示。优选，判定部构成为至少基于由锂析出量推定部求出的第2变动量，判定锂离子二次电池的负极能否再利用，并且至少基于由劣化参数取得部取得的正极容量维持率，判定锂离子二次电池的正极能否再利用。进而优选，判定部构成为根据由锂析出量推定部求出的第2变动量与预定的判定值的比较，判定锂离子二次电池的负极材料能否再循环。或者，进而优选，判定部构成为基于正极容量维持率、负极容量维持率以及第2变动量中的至少一方与预定的判定值的比较，判定锂离子二次电池能否再利用。并且，判定值包括:用于判定锂离子二次电池能否再使用的第I判定值；和用于判定锂离子二次电池的电极材料能否再循环的第2判定值。并且，判定部根据使用了第I判定值的能否再利用判定，在判定为正极以及负极双方都能再利用时判定为锂离子二次电池能够再使用，另一方面，根据使用了第2判定值的能否再利用判定，对正极以及负极分别单独判定能否再循环。优选，判定部构成为基于由锂析出量推定部求出的第I变动量和第2变动量的大小关系，生成表示适于再使用锂离子二次电池的气候条件的信息。另外优选，判定部构成为基于由锂析出量推定部求出的第2变动量，生成表示在锂离子二次电池的负极材料的再循环中是否需要所析出的锂的除去工序的信息。优选，劣化参数取得部包括测定部和参数搜索部。测定部构成为通过伴随由锂离子二次电池的充放电引起的容量的变化来检测输出电压以及输出电流，从而测定开路电压特性。参数搜索部构成为通过一边使正极容量维持率、负极容量维持率以及电池容量变动量变化一边确定对于由测定部所测定的开路电压特性而言电压误差以及容量误差成为最小的开路电压特性，从而搜索锂离子二次电池的正极容量维持率、负极容量维持率以及电池容量变动量。进而优选，锂离子二次电池搭载于构成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.06.07 JP 129999/20101.一种锂离子二次电池的劣化判定系统，具备: 劣化参数取得部(40)，用于通过基于开路电压特性的劣化诊断取得所述锂离子二次电池的正极容量维持率(kl)、负极容量维持率(k2)以及电池容量变动量(AQs),所述开路电压特性是表示锂离子二次电池(10)的开路电压相对于容量的变化而变化的特性； 锂析出量推定部(50)，用于根据所述正极容量维持率以及所述负极容量维持率与所述电池容量变动量中的与磨损劣化对应的第I变动量(AQs (W))之间的预先求出的对应关系，基于所取得的所述正极容量维持率以及所述负极容量维持率，将所取得的所述电池容量变动量分离成所述第I变动量和与由锂析出导致的劣化对应的第2变动量(AQs (Li))；以及 判定部(60)，用于基于由所述劣化参数取得部取得的所述正极容量维持率以及所述负极容量维持率和由所述锂析出量推定部求出的所述第2变动量中的至少一方，判定所述锂离子二次电池能否再利用， 所述正极容量维持率，通过所述锂离子二次电池的劣化状态的正极容量相对于初始状态的正极容量之比来表示， 所述负极容量维持率，通过所述锂离子二次电池的所述劣化状态的负极容量相对于所述初始状态的负极容量之比来表示， 所述电池容量变动量，通过所述劣化状态的负极容量与所述劣化状态下负极组成轴相对于正极组成轴的偏移量之积来表不。2.根据权利要求1所述的锂离子二次电池的劣化判定系统， 所述判定部(60)，至少基于由所述锂析出量推定部(50)求出的所述第2变动量(Λ Qs(Li))，判定所述锂离子二次电池(10)的负极能否再利用，并且至少基于由所述劣化参数取得部(40)取得的所述正极容量维持率(kl)，判定所述锂离子二次电池的正极能否再利用。3.根据权利要求2所述的锂离子二次电池的劣化判定系统， 所述判定部(60)，根据由所述锂析出量推定部(50)求出的所述第2变动量(AQs(Li))与预定的判定值(Lmax)的比较，判定所述锂离子二次电池(10)的负极材料能否再循环。4.根据权利要求2所述的锂离子二次电池的劣化判定系统， 所述判定部(60)，基于所述正极容量维持率、所述负极容量维持率以及所述第2变动量中的至少一方与预定的判定值(Lmax、klmin、k2min)的比较,判定所述锂离子二次电池能否再利用， 所述判定值包括:用于判定所述锂离子二次电池(10)能否再使用的第I判定值；和用于判定所述锂离子二次电池的电极材料能否再循环的第2判定值， 所述判定部(60)，根据使用了所述第I判定值的能否再利用判定，在判定为所述正极以及所述负极双方都能再利用时判定为所述锂离子二次电池能够再使用，另一方面，根据使用了所述第2判定值的所述能否再利用判定，对所述正极以及所述负极分别单独判定能否再循环。5.根据权利要求1所述的锂离子二次电池的劣化判定系统， 所述判定部(60)，基于由所述锂析出量推定部求出的所述第I变动量(AQs (W))和所述第2变动量(AQs (Li))的大小关系，生成表示适于再使用所述锂离子二次电池的气候条件的信息。6.根据权利要求1所述的锂离子二次电池的劣化判定系统， 所述判定部(60)，基于由所述锂析出量推定部求出的所述第2变动量(AQs (Li))，生成表示在所述锂离子二次电池(10)的负极材料的再循环中是否需要所析出的锂的除去工序的信息。7.根据权利要求1 6中任一项所述的锂离子二次电池的劣化判定系统， 所述劣化参数取得部(40)包括: 测定部(20、31)，用于通过伴随由所述锂离子二次电池(10)的充放电引起的容量的变化来检测输出电压以及输出电流，从而测定所述开路电压特性；和 参数搜索部(20、31)，用于通过一边使所述正极容量维持率、所述负极容量维持率以及所述电池容量变动量变化一边确定对于由所述测定部所测定的所述开路电压特性而言电压误差以及容量误差成为最小的所述开路电压特性，从而搜索所述锂离子二次电池的所述正极容量维持率(kl)、所述负极容量维持率(k2)以及所述电池容量变动量(AQs)08.根据权利要求7所述的锂离子二次电池的劣化判定系统， 所述锂离子二次电池(10)搭载于构成为能够通过车辆外部的电源进行外部充电的电动车辆， 所述测定部在所述外部充电时测定所述开路电压特性。9.根据权利要求7所述的锂离子二次电池的劣化判定系统， 所述锂离子二次电池(10) 搭载于包括混合动力汽车的电动车辆， 所述测定部，使用在所述锂离子二次电池的每个缓和状态下基于所述输出电压检测出的所述开路电压、和基于每两个相邻的所述缓和状态之间的所述输出电流的累计值检测出的所述容量的变化，测定所述开路电压特性。10.根据权利要求7所述的锂离子二次电池的劣化判定系统， 所述测定部以及所述参数搜索部由搭载于所述电动车辆的用于对所述锂离子二次电池的充放电进行管理以及控制的控制单元(20)构成， 所述劣化参数取得部(40)，通过与所述控制单元之间的通信，取得所述正极容量维持率、所述负极容量维持率以及所述电池容量变动量。11.一种锂离子二次电池的劣化判定方法，包括: 取得步...

【专利技术属性】
技术研发人员：高桥贤司，户村修二，芳贺伸烈，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：
国别省市：