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JP7521335B2 - DETECTION APPARATUS, DETECTION METHOD, AND COMPUTER PROGRAM - Google Patents

DETECTION APPARATUS, DETECTION METHOD, AND COMPUTER PROGRAM Download PDF

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JP7521335B2
JP7521335B2 JP2020146189A JP2020146189A JP7521335B2 JP 7521335 B2 JP7521335 B2 JP 7521335B2 JP 2020146189 A JP2020146189 A JP 2020146189A JP 2020146189 A JP2020146189 A JP 2020146189A JP 7521335 B2 JP7521335 B2 JP 7521335B2
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翔太 山内
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Description

本発明は、検出装置、検出方法及びコンピュータプログラムに関する。 The present invention relates to a detection device, a detection method, and a computer program.

近年、リチウムイオン電池などの蓄電素子は、ノート型パーソナルコンピュータ、スマートフォンなどの携帯端末の電源、再生可能エネルギー蓄電システム、IoTデバイス電源など、幅広い分野において使用されている。 In recent years, energy storage elements such as lithium-ion batteries have been used in a wide range of fields, including power sources for notebook personal computers, smartphones and other mobile devices, renewable energy storage systems, and power sources for IoT devices.

例えば、リチウムイオン電池の正極と負極との間には、電解液が満たされており、イオンが移動できる多孔質のセパレータが挟まれている。当該セパレータによって、正極及び負極が接触することが回避され、正極と負極との間で短絡(内部短絡)が発生することが防止されている(例えば、特許文献1を参照)。リチウムイオン電池に限らず、蓄電素子に内部短絡が発生すると、電池内部に熱が発生し、電池が故障する可能性がある。 For example, a porous separator that is filled with electrolyte and allows ions to move is sandwiched between the positive and negative electrodes of a lithium-ion battery. The separator prevents the positive and negative electrodes from coming into contact with each other, and prevents a short circuit (internal short circuit) from occurring between the positive and negative electrodes (see, for example, Patent Document 1). When an internal short circuit occurs in any storage element, not just in lithium-ion batteries, heat is generated inside the battery, which can cause the battery to break down.

特開2019-140100号公報JP 2019-140100 A

内部短絡によって電池内部に熱が発生するので、例えば電池表面の温度を計測し、電池表面の温度上昇を検知すれば、内部短絡を検出することは可能である。しかしながら、内部短絡によって発生した熱が電池表面に伝わるのには一定の時間が掛かるので、この手法ではリアルタイムに内部短絡を検出することは困難である。 Since an internal short circuit generates heat inside the battery, it is possible to detect an internal short circuit, for example, by measuring the temperature of the battery surface and detecting a rise in temperature on the battery surface. However, it takes a certain amount of time for the heat generated by an internal short circuit to be transferred to the battery surface, making it difficult to detect an internal short circuit in real time using this method.

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、内部短絡を早期に検出できる検出装置、検出方法及びコンピュータプログラムを提供することを目的とする。 The present invention was made in consideration of the above circumstances, and aims to provide a detection device, detection method, and computer program that can detect an internal short circuit at an early stage.

検出装置は、電極端子と、導電性タブを有する電極体とを備え、前記導電性タブを介して前記電極体を前記電極端子に接続してある蓄電素子に関して、前記導電性タブの温度を計測する温度センサからセンサ出力を取得する取得部と、取得したセンサ出力に基づき、前記電極体における内部短絡を検出する検出部とを備える。 The detection device includes an electrode terminal and an electrode body having a conductive tab, and for an energy storage element in which the electrode body is connected to the electrode terminal via the conductive tab, an acquisition unit that acquires a sensor output from a temperature sensor that measures the temperature of the conductive tab, and a detection unit that detects an internal short circuit in the electrode body based on the acquired sensor output.

検出方法は、コンピュータを用いて、電極端子と、導電性タブを有する電極体とを備え、前記導電性タブを介して前記電極体を前記電極端子に接続してある蓄電素子に関して、前記導電性タブの温度を計測する温度センサからセンサ出力を取得し、取得したセンサ出力に基づき、前記電極体における内部短絡を検出する。 The detection method uses a computer to obtain a sensor output from a temperature sensor that measures the temperature of the conductive tab for an energy storage element that includes an electrode terminal and an electrode body having a conductive tab, the electrode body being connected to the electrode terminal via the conductive tab, and detects an internal short circuit in the electrode body based on the obtained sensor output.

コンピュータプログラムは、コンピュータに、電極端子と、導電性タブを有する電極体とを備え、前記導電性タブを介して前記電極体を前記電極端子に接続してある蓄電素子に関して、前記導電性タブの温度を計測する温度センサからセンサ出力を取得し、取得したセンサ出力に基づき、前記電極体における内部短絡を検出する処理を実行させる。 The computer program causes the computer to execute a process for detecting an internal short circuit in an electrode body having an electrode terminal and a conductive tab, the process acquiring a sensor output from a temperature sensor that measures the temperature of the conductive tab for an energy storage element in which the electrode body is connected to the electrode terminal via the conductive tab, and the process detecting an internal short circuit in the electrode body based on the acquired sensor output.

本願によれば、従来は把握が困難であった内部短絡の抵抗値を推定することができるので、内部短絡を早期に検出できる。 This application makes it possible to estimate the resistance value of an internal short circuit, which was previously difficult to grasp, and therefore allows for early detection of an internal short circuit.

蓄電素子の外観斜視図である。FIG. 2 is an external perspective view of the energy storage element. 蓄電素子の分解斜視図である。FIG. 蓄電素子を構成する電極体の分解斜視図である。FIG. 2 is an exploded perspective view of an electrode body constituting an electricity storage element. 端子付近の部分断面図である。FIG. 検出装置の内部構成を説明するブロック図である。FIG. 2 is a block diagram illustrating an internal configuration of a detection device. 蓄電素子の等価回路を表す回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of a storage element. 内部短絡が発生した状態の蓄電素子の等価回路を表す回路図である。1 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of an energy storage element in a state in which an internal short circuit has occurred. 合成後の蓄電素子の等価回路を表す回路図である。FIG. 11 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of the combined energy storage elements. 実施の形態1における熱回路モデルの構成例を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a configuration example of a thermal circuit model in the first embodiment. 実施の形態1における内部短絡の検出手順を説明するフローチャートである。4 is a flowchart illustrating a procedure for detecting an internal short circuit in the first embodiment. 実施の形態2における熱回路モデルの構成例を示す模式図である。FIG. 11 is a schematic diagram showing a configuration example of a thermal circuit model in the second embodiment. 実施の形態3における内部短絡の検出手順を説明するフローチャートである。13 is a flowchart illustrating a procedure for detecting an internal short circuit in the third embodiment. 実施の形態4における内部短絡の検出手順を説明するフローチャートである。13 is a flowchart illustrating a procedure for detecting an internal short circuit in the fourth embodiment. 実施の形態5における内部短絡の検出手順を説明するフローチャートである。13 is a flowchart illustrating a procedure for detecting an internal short circuit in the fifth embodiment. 内部短絡の予兆の検出手順を説明するフローチャートである。10 is a flowchart illustrating a procedure for detecting a sign of an internal short circuit. 実施の形態7における蓄電素子の部分断面図である。A partial cross-sectional view of a storage element in embodiment 7. 遮断器の実装例を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing an example of mounting a circuit breaker. 制御回路が実行する処理の手順を説明するフローチャートである。4 is a flowchart illustrating a procedure of a process executed by a control circuit. ラミネート型の蓄電素子を示す外観斜視図である。FIG. 2 is an external perspective view showing a laminate type energy storage element. ラミネート型の蓄電素子を示す分解斜視図である。FIG. 2 is an exploded perspective view showing a laminate type energy storage element.

検出装置は、電極端子と、導電性タブを有する電極体とを備え、前記導電性タブを介して前記電極体を前記電極端子に接続してある蓄電素子に関して、前記導電性タブの温度を計測する温度センサからセンサ出力を取得する取得部と、取得したセンサ出力に基づき、前記電極体における内部短絡を検出する検出部とを備える。
蓄電素子において内部短絡が発生した場合、導電性タブは電極体や電極体を収容する容器と比較して速やかに昇温する。検出装置は、導電性タブの温度を参照することによって、内部短絡を早期に検出できる。
The detection device comprises an electrode terminal and an electrode body having a conductive tab, and for an energy storage element in which the electrode body is connected to the electrode terminal via the conductive tab, an acquisition unit that acquires a sensor output from a temperature sensor that measures the temperature of the conductive tab, and a detection unit that detects an internal short circuit in the electrode body based on the acquired sensor output.
When an internal short circuit occurs in the energy storage element, the conductive tab heats up more quickly than the electrode assembly and the container that houses the electrode assembly. The detection device can detect the internal short circuit at an early stage by referring to the temperature of the conductive tab.

検出装置において、前記検出部は、前記センサ出力に基づき、前記内部短絡の短絡抵抗を推定するオブザーバを備えてもよい。この構成によれば、オブザーバから得られる状態変数を通じて、直接的に観測することができない内部抵抗の短絡抵抗を推定できる。 In the detection device, the detection unit may include an observer that estimates the short-circuit resistance of the internal short circuit based on the sensor output. With this configuration, the short-circuit resistance of the internal resistance that cannot be directly observed can be estimated through the state variables obtained from the observer.

検出装置において、前記検出部は、前記センサ出力と前記蓄電素子の熱現象を模擬する熱回路モデルとに基づく状態推定アルゴリズムを用いて、前記内部抵抗の短絡抵抗を推定してもよい。この構成によれば、状態推定アルゴリズムを用いて、直接的に観測することができない内部抵抗の短絡抵抗を推定できる。 In the detection device, the detection unit may estimate the short-circuit resistance of the internal resistor using a state estimation algorithm based on the sensor output and a thermal circuit model that simulates the thermal phenomenon of the storage element. With this configuration, the short-circuit resistance of the internal resistor that cannot be directly observed can be estimated using the state estimation algorithm.

検出装置において、前記熱回路モデルは、前記電極体、前記導電性タブ、及び短絡部位を節点に含み、各節点における温度及び熱容量、並びに節点間の熱抵抗をパラメータに含むモデルであってもよい。この構成によれば、簡易なモデルを用いて蓄電素子における熱現象を記述できる。 In the detection device, the thermal circuit model may be a model that includes the electrode body, the conductive tab, and the short circuit portion as nodes, and includes the temperature and heat capacity at each node, as well as the thermal resistance between the nodes as parameters. With this configuration, it is possible to describe the thermal phenomenon in the energy storage element using a simple model.

検出装置において、前記状態推定アルゴリズムは、各節点の温度及び短絡抵抗を含む状態変数の時間遷移を表す状態方程式を用いて、各状態変数の時間遷移を求め、前記状態変数と前記温度センサによる観測温度を含む観測量との関係を記述する観測方程式を用いて、状態推定の尤度を求め、求めた状態推定の尤度に応じて、状態変数の推定値を更新する手順を含んでもよい。この構成によれば、逐次更新される状態変数を通じて、直接的に観測することができない内部抵抗の短絡抵抗を時系列的に推定できる。 In the detection device, the state estimation algorithm may include a procedure for determining the time transition of each state variable using a state equation that represents the time transition of state variables including the temperature and short-circuit resistance of each node, determining the likelihood of state estimation using an observation equation that describes the relationship between the state variables and observation quantities including the temperature observed by the temperature sensor, and updating the estimated value of the state variable according to the determined likelihood of state estimation. With this configuration, the short-circuit resistance of the internal resistance that cannot be directly observed can be estimated in a time series manner through the state variables that are successively updated.

検出装置において、前記状態推定アルゴリズムは、粒子フィルタ、アンサンブルカルマンフィルタ、拡張カルマンフィルタ、又は無香料カルマンフィルタを含んでもよい。この構成によれば、粒子フィルタ、アンサンブルカルマンフィルタ、拡張カルマンフィルタ、又は無香料カルマンフィルタを用いて、状態変数を逐次更新し、直接的に観測することができない内部抵抗の短絡抵抗を時系列的に推定できる。 In the detection device, the state estimation algorithm may include a particle filter, an ensemble Kalman filter, an extended Kalman filter, or an unscented Kalman filter. With this configuration, the state variables are successively updated using the particle filter, the ensemble Kalman filter, the extended Kalman filter, or the unscented Kalman filter, and the short-circuit resistance of an internal resistance that cannot be directly observed can be estimated in a time series manner.

検出装置において、前記検出部による検出結果を出力する出力部を備えてもよい。この構成によれば、検出結果を出力する出力部を備えるので、例えば内部短絡を検出した場合において蓄電素子の使用停止や交換を提案できる。 The detection device may include an output unit that outputs the detection result by the detection unit. With this configuration, since the output unit that outputs the detection result is provided, it is possible to suggest, for example, stopping the use of the storage element or replacing it when an internal short circuit is detected.

検出装置において、前記電極体は積層型の電極体であってもよい。この構成によれば、蓄電素子の正極板同士(又は負極板同士)は導電性タブのみを介して接続されているので、内部短絡が発生した場合、導電性タブの温度は速やかに上昇する。検出装置は、導電性タブの温度を計測する温度センサからのセンサ出力に基づき、内部短絡を早期に検出できる。 In the detection device, the electrode body may be a laminated electrode body. With this configuration, the positive electrode plates (or negative electrode plates) of the storage elements are connected only via the conductive tab, so that if an internal short circuit occurs, the temperature of the conductive tab rises quickly. The detection device can detect an internal short circuit early on based on the sensor output from a temperature sensor that measures the temperature of the conductive tab.

検出方法は、コンピュータを用いて、電極端子と、導電性タブを有する電極体とを備え、前記導電性タブを介して前記電極体を前記電極端子に接続してある蓄電素子に関して、前記導電性タブの温度を計測する温度センサからセンサ出力を取得し、取得したセンサ出力に基づき、前記電極体における内部短絡を検出する。この検出方法によれば、導電性タブの温度を参照することによって、内部短絡を早期に検出できる。 The detection method uses a computer to obtain a sensor output from a temperature sensor that measures the temperature of an electrode terminal and an electrode body having a conductive tab, with the electrode body being connected to the electrode terminal via the conductive tab, and detects an internal short circuit in the electrode body based on the obtained sensor output for an energy storage element. According to this detection method, an internal short circuit can be detected early by referring to the temperature of the conductive tab.

コンピュータプログラムは、コンピュータに、電極端子と、導電性タブを有する電極体とを備え、前記導電性タブを介して前記電極体を前記電極端子に接続してある蓄電素子に関して、前記導電性タブの温度を計測する温度センサからセンサ出力を取得し、取得したセンサ出力に基づき、前記電極体における内部短絡を検出する処理を実行させる。このコンピュータプログラムによれば、導電性タブの温度を参照することによって、内部短絡を早期に検出できる。 The computer program causes a computer to execute a process for detecting an internal short circuit in an electric storage element that includes an electrode terminal and an electrode body having a conductive tab, the electrode body being connected to the electrode terminal via the conductive tab, by acquiring a sensor output from a temperature sensor that measures the temperature of the conductive tab and based on the acquired sensor output. According to this computer program, an internal short circuit can be detected early by referring to the temperature of the conductive tab.

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
(実施の形態1)
図1は蓄電素子100の外観斜視図、図2は蓄電素子100の分解斜視図、図3は蓄電素子100を構成する電極体200の分解斜視図、図4は端子付近の部分断面図である。蓄電素子100は、例えばリチウムイオン二次電池である。蓄電素子100は、外部の充電装置から供給される電力を蓄電し、蓄電した電力を所定の負荷に対して供給する。蓄電素子100は、電気自動車(EV)、ハイブリッド電気自動車(HEV)、プラグインハイブリッド電気自動車(PHEV)等の自動車用(又は移動体用)電源、航空用電源、宇宙用電源、電子機器用電源、電力貯蔵用電源などに利用される。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings showing embodiments thereof.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is an external perspective view of the energy storage element 100, FIG. 2 is an exploded perspective view of the energy storage element 100, FIG. 3 is an exploded perspective view of an electrode body 200 constituting the energy storage element 100, and FIG. 4 is a partial cross-sectional view of the vicinity of the terminal. The energy storage element 100 is, for example, a lithium ion secondary battery. The energy storage element 100 stores power supplied from an external charging device and supplies the stored power to a predetermined load. The energy storage element 100 is used as a power source for automobiles (or mobile objects) such as electric vehicles (EVs), hybrid electric vehicles (HEVs), and plug-in hybrid electric vehicles (PHEVs), an aviation power source, a space power source, a power source for electronic devices, a power source for power storage, and the like.

蓄電素子100は、容器110に収容される電極体200(図2を参照)、及び外部の充電装置や負荷に接続される電極端子310,320を備える。一方の電極端子310は正極端子であり、他方の電極端子320は負極端子である。電極体200は、導電性タブ(後述する正極タブ211,負極タブ221)を介して、電極端子310,320に電気的に接続される。 The energy storage element 100 includes an electrode body 200 (see FIG. 2) housed in a container 110, and electrode terminals 310, 320 connected to an external charging device or load. One electrode terminal 310 is a positive electrode terminal, and the other electrode terminal 320 is a negative electrode terminal. The electrode body 200 is electrically connected to the electrode terminals 310, 320 via conductive tabs (a positive electrode tab 211 and a negative electrode tab 221, described below).

容器110は、直方体形状の容器本体111と、容器本体111の開口を閉塞する蓋体112とにより構成される。容器本体111及び蓋体112は、例えばステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金など溶接可能な金属によって形成される。代替的に、容器本体111及び蓋体112は、樹脂によって形成されてもよい。容器本体111は、電極体200などを収容した後、蓋体112によって密閉される。容器110の内部には電解液(不図示)が封入される。電解質として、例えば有機溶媒中に支持塩を含有させた電解質が用いられる。有機溶媒として、例えばカーボネート類、エステル類、エーテル類等の非プロトン性溶媒が用いられる。支持塩として、例えば、LiPF6 、LiBF4 、LiClO4 等のリチウム塩が好適に用いられる。電解質は、例えば、ガス発生剤、被膜形成剤、分散剤、増粘剤等の各種添加剤を含んでもよい。蓋体112は、容器110の内部に電解液を注入するための注入口、容器110の内圧が上昇したときに容器内部のガスを排出するガス排出弁等を備えてもよい。 The container 110 is composed of a rectangular parallelepiped container body 111 and a lid 112 that closes the opening of the container body 111. The container body 111 and the lid 112 are formed of a weldable metal such as stainless steel, aluminum, or an aluminum alloy. Alternatively, the container body 111 and the lid 112 may be formed of a resin. The container body 111 is sealed by the lid 112 after accommodating the electrode body 200 and the like. An electrolyte (not shown) is sealed inside the container 110. As the electrolyte, for example, an electrolyte containing a supporting salt in an organic solvent is used. As the organic solvent, for example, an aprotic solvent such as carbonates, esters, or ethers is used. As the supporting salt, for example, a lithium salt such as LiPF 6 , LiBF 4 , or LiClO 4 is preferably used. The electrolyte may include various additives such as a gas generating agent, a film forming agent, a dispersant, and a thickener. The lid 112 may include an inlet for injecting an electrolyte into the container 110, a gas exhaust valve for exhausting gas from inside the container when the internal pressure of the container 110 increases, and the like.

蓄電素子100の電極端子310,320は、かしめ等によって、容器110の蓋体112に取り付けられる。具体的には、電極端子310,320は、それぞれ下方に延びる軸部(リベット部)を有しており、この軸部が、上部ガスケット120、蓋体112、下部ガスケット130、及び集電体140の貫通孔に挿通されて、かしめられる。これにより、電極端子310,320は、上部ガスケット120、蓋体112、下部ガスケット130、及び集電体140と共に、容器110の蓋体112に取り付けられる。 The electrode terminals 310, 320 of the energy storage element 100 are attached to the lid 112 of the container 110 by crimping or the like. Specifically, the electrode terminals 310, 320 each have an axial portion (rivet portion) extending downward, and this axial portion is inserted into the through holes of the upper gasket 120, the lid 112, the lower gasket 130, and the current collector 140 and crimped. In this way, the electrode terminals 310, 320 are attached to the lid 112 of the container 110 together with the upper gasket 120, the lid 112, the lower gasket 130, and the current collector 140.

ここで、上部ガスケット120は、容器110の蓋体112と電極端子310,320との間に配置される平板状の封止部材である。下部ガスケット130は、容器110の蓋体112と集電体140との間に配置される封止部材である。上部ガスケット120及び下部ガスケット130は、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、ポリフェニレンサルファイド樹脂(PPS)等の絶縁性を有する樹脂材料によって形成される。 Here, the upper gasket 120 is a flat sealing member disposed between the lid 112 of the container 110 and the electrode terminals 310, 320. The lower gasket 130 is a sealing member disposed between the lid 112 of the container 110 and the current collector 140. The upper gasket 120 and the lower gasket 130 are formed from an insulating resin material such as polypropylene (PP), polyethylene (PE), polyphenylene sulfide resin (PPS), etc.

集電体140は、電極端子310,320と電極体200の導電性タブ(正極タブ211及び負極タブ221)とを電気的に接続する矩形平板状の導電部材である。集電体140は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅または銅合金等の金属等の材料によって形成される。正極側の集電体140は、かしめ等によって電極端子310に接続されると共に、溶接等によって電極体200が備える正極タブ211に接続される。同様に、負極側の集電体140は、かしめ等によって電極端子320に接続されると共に、溶接等によって電極体が備える負極タブ221に接続される。代替的に、集電体140は、溶接やネジ締結などの手法を用いて電極端子310,320に接続されてもよく、かしめやネジ締結などの手法を用いて、正極タブ211及び負極タブ221に接続されてもよい。 The current collector 140 is a rectangular flat conductive member that electrically connects the electrode terminals 310, 320 and the conductive tabs (positive electrode tab 211 and negative electrode tab 221) of the electrode body 200. The current collector 140 is formed of a material such as a metal, such as aluminum, an aluminum alloy, copper, or a copper alloy. The positive electrode side current collector 140 is connected to the electrode terminal 310 by crimping or the like, and is connected to the positive electrode tab 211 provided on the electrode body 200 by welding or the like. Similarly, the negative electrode side current collector 140 is connected to the electrode terminal 320 by crimping or the like, and is connected to the negative electrode tab 221 provided on the electrode body by welding or the like. Alternatively, the current collector 140 may be connected to the electrode terminals 310, 320 by a method such as welding or screw fastening, or may be connected to the positive electrode tab 211 and the negative electrode tab 221 by a method such as crimping or screw fastening.

電極体200は、正極板210、負極板220、及びセパレータ230の積層体である。図3に一例として示す電極体200は、セパレータ230、負極板220、セパレータ230、正極板210、…の順に繰り返し積層された積層体からなることを示している。 The electrode body 200 is a laminate of a positive electrode plate 210, a negative electrode plate 220, and a separator 230. The electrode body 200 shown as an example in FIG. 3 is made up of a laminate in which a separator 230, a negative electrode plate 220, a separator 230, a positive electrode plate 210, ... are repeatedly laminated in this order.

正極板210は、基材と、基材上に形成される正極活物質層とにより構成される。正極板210の基材は集電箔である。集電箔は、ニッケル、鉄、ステンレス鋼、チタン、焼成炭素、導電性高分子、導電性ガラス、Al-Cd合金など公知の材料によって形成される。正極活物質層は、正極活物質、導電助剤、及びバインダを含む。正極活物質には、リチウムイオンを吸蔵・放出できる物質が用いられる。正極活物質として、LiMPO4 、LiMSiO4 、LiMBO3 (MはFe、Ni、Mn、Co等から選択される1種または2種以上の遷移金属元素)等のポリアニオン化合物、LiMn24 やLiMn1.5Ni0.54 等のスピネル型リチウムマンガン酸化物、LiMO2 (MはFe、Ni、Mn、Co等から選択される1種又は2種以上の遷移金属元素、リチウム過剰型の複合酸化物を含む)等のリチウム遷移金属酸化物などが用いられる。導電助剤には、例えばアセチレンブラック(AB)等のカーボンブラックやその他(グラファイト等)の炭素材料が好適に用いられる。バインダには、例えばポリフッ化ビニリデン(PVDF)等の材料が用いられる。 The positive electrode plate 210 is composed of a substrate and a positive electrode active material layer formed on the substrate. The substrate of the positive electrode plate 210 is a current collector foil. The current collector foil is made of a known material such as nickel, iron, stainless steel, titanium, baked carbon, conductive polymer, conductive glass, or Al-Cd alloy. The positive electrode active material layer includes a positive electrode active material, a conductive assistant, and a binder. For the positive electrode active material, a material capable of absorbing and releasing lithium ions is used. As the positive electrode active material, polyanion compounds such as LiMPO4 , LiMSiO4 , LiMBO3 (M is one or more transition metal elements selected from Fe, Ni, Mn, Co , etc.), spinel-type lithium manganese oxides such as LiMn2O4 and LiMn1.5Ni0.5O4 , and lithium transition metal oxides such as LiMO2 (M is one or more transition metal elements selected from Fe, Ni, Mn, Co, etc., including lithium-excess composite oxides) are used. As the conductive assistant, for example, carbon black such as acetylene black (AB) and other carbon materials (graphite, etc.) are preferably used. As the binder, for example, a material such as polyvinylidene fluoride (PVDF) is used.

正極板210は正極タブ211を備える。正極タブ211は、正極板210の一辺から突出する矩形状の導電性タブである。正極タブ211は、基材(集電箔)と一体的に形成される。各正極板210の正極タブ211は1つに束ねられてタブ束を形成する。 The positive electrode plate 210 has a positive electrode tab 211. The positive electrode tab 211 is a rectangular conductive tab that protrudes from one side of the positive electrode plate 210. The positive electrode tab 211 is formed integrally with the substrate (current collector foil). The positive electrode tabs 211 of each positive electrode plate 210 are bundled together to form a tab bundle.

負極板220は、基材と、基材上に形成される負極活物質層とにより構成される。負極板220の基材は集電箔である。集電箔には、正極板210の基材を構成する集電箔と同様の材料が用いられる。負極活物質層は、負極活物質、導電助剤、及びバインダを含む。負極活物質には、リチウムイオンを吸蔵・放出できる物質が用いられる。負極活物質として、リチウム金属、リチウム合金(リチウム-ケイ素、リチウム-アルミニウム、リチウム-鉛、リチウム-錫、リチウム-アルミニウム-錫、リチウム-ガリウム、及びウッド合金等のリチウム金属含有合金)の他、リチウムを吸蔵・放出可能な合金、炭素材料(例えば黒鉛、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、低温焼成炭素、非晶質カーボン等)、ケイ素酸化物、金属酸化物、リチウム金属酸化物(Li4 Ti512等)、ポリリン酸化合物、一般にコンバージョン負極と呼ばれるCo34 やFe2 P等の遷移金属と第14族~第16族元素との化合物などが挙げられる。導電助剤及びバインダには、正極活物質層を構成する導電助剤及びバインダと同様の材料が用いられる。 The negative electrode plate 220 is composed of a substrate and a negative electrode active material layer formed on the substrate. The substrate of the negative electrode plate 220 is a current collector foil. The current collector foil is made of the same material as the current collector foil constituting the substrate of the positive electrode plate 210. The negative electrode active material layer includes a negative electrode active material, a conductive assistant, and a binder. The negative electrode active material is made of a material capable of absorbing and releasing lithium ions. Examples of the negative electrode active material include lithium metal, lithium alloys (lithium-silicon, lithium-aluminum, lithium-lead, lithium-tin, lithium-aluminum-tin, lithium-gallium, and lithium metal-containing alloys such as Wood's alloy), alloys capable of absorbing and releasing lithium, carbon materials (e.g., graphite, difficult-to-graphitize carbon, easy-to-graphitize carbon, low-temperature fired carbon, amorphous carbon, etc.), silicon oxides, metal oxides, lithium metal oxides (Li 4 Ti 5 O 12 , etc.), polyphosphate compounds, and compounds of transition metals such as Co 3 O 4 and Fe 2 P, which are generally called conversion negative electrodes, and elements of Groups 14 to 16. The conductive assistant and binder are the same materials as the conductive assistant and binder constituting the positive electrode active material layer.

負極板220は負極タブ221を備える。負極タブ221は、正極タブ211と重ならないような位置にて負極板220の一辺から突出する矩形状の導電性タブである。負極タブ221は、基材(集電箔)と一体的に形成される。各負極板220の負極タブ221は1つに束ねられてタブ束を形成する。 The negative electrode plate 220 has a negative electrode tab 221. The negative electrode tab 221 is a rectangular conductive tab that protrudes from one side of the negative electrode plate 220 at a position that does not overlap with the positive electrode tab 211. The negative electrode tab 221 is formed integrally with the substrate (current collector foil). The negative electrode tabs 221 of each negative electrode plate 220 are bundled together to form a tab bundle.

セパレータ230は、微多孔性を有する矩形状のシートである。セパレータ230の素材として、例えば、有機溶剤に不溶な織布、不織布、ポリエチレンなどのポリオレフィン樹脂からなる合成樹脂微多孔膜などが用いられる。セパレータ230は、材料、重量平均分子量、空孔率などが異なる複数の微多孔膜を積層した構成であってもよく、これらの微多孔膜に各種の可塑剤、酸化防止剤、難燃剤などの添加剤を適量含有する構成であってもよく、これらの微多孔膜の片面又は両面にシリカなどの無機酸化物を塗布したものであってもよい。 The separator 230 is a rectangular sheet having microporosity. For example, a woven fabric or nonwoven fabric insoluble in organic solvents, or a synthetic resin microporous film made of a polyolefin resin such as polyethylene, is used as the material for the separator 230. The separator 230 may be configured by laminating a plurality of microporous films having different materials, weight average molecular weights, porosities, etc., and may be configured such that these microporous films contain appropriate amounts of additives such as various plasticizers, antioxidants, and flame retardants, or may have inorganic oxides such as silica applied to one or both sides of these microporous films.

実施の形態1では、蓄電素子100として、積層型の電極体200を有するリチウムイオン二次電池について説明した。代替的に、蓄電素子100は、巻回電極体を有するリチウムイオン二次電池であってもよい。また、蓄電素子100は、円筒形リチウムイオン電池であってもよく、ラミネート型リチウムイオン電池であってもよい。また、蓄電素子100は、電解質に固体を用いた全固体リチウムイオン電池、負極に金属リチウムを用いた金属リチウム二次電池であってもよい。更に、蓄電素子100は、亜鉛空気電池、ナトリウムイオン電池、鉛電池などのリチウムイオン二次電池以外の電池、又は電気二重層キャパシタなどのキャパシタであってもよい。 In the first embodiment, a lithium ion secondary battery having a laminated electrode body 200 has been described as the energy storage element 100. Alternatively, the energy storage element 100 may be a lithium ion secondary battery having a wound electrode body. The energy storage element 100 may be a cylindrical lithium ion battery or a laminated lithium ion battery. The energy storage element 100 may be an all-solid-state lithium ion battery using a solid electrolyte, or a metallic lithium secondary battery using metallic lithium as the negative electrode. Furthermore, the energy storage element 100 may be a battery other than a lithium ion secondary battery, such as a zinc-air battery, a sodium ion battery, or a lead battery, or a capacitor such as an electric double layer capacitor.

上述した蓄電素子100に限らず、蓄電素子における正負の極板は互いに接触しないように離隔して設けられる。その結果、正負極板間の短絡(内部短絡)が回避されている。このような蓄電素子では、容器内部に異物が混入した場合、セパレータが破損した場合などにおいて、正負極板間の絶縁が保たれなくなり、内部短絡が発生することがある。蓄電素子に内部短絡が発生すると、電池内部に熱が発生し、電池の故障に繋がる。 Not limited to the above-mentioned energy storage element 100, the positive and negative plates in the energy storage element are spaced apart so as not to come into contact with each other. As a result, short circuits (internal short circuits) between the positive and negative plates are avoided. In such energy storage elements, if a foreign object gets into the container or if the separator is damaged, insulation between the positive and negative plates can no longer be maintained, and an internal short circuit can occur. If an internal short circuit occurs in the energy storage element, heat is generated inside the battery, leading to battery failure.

内部短絡によって電池内部に熱が発生するので、例えば電池表面の温度を計測し、電池表面の温度上昇を検知すれば、内部短絡を検出することは可能である。しかしながら、内部短絡によって発生した熱が電池表面に伝わるのには一定の時間が掛かるので、この手法ではリアルタイムに内部短絡を検出することは困難である。また、内部短絡の抵抗を実測することは困難であり、内部短絡の抵抗を把握する技術は存在しなかった。 Because an internal short circuit generates heat inside the battery, it is possible to detect an internal short circuit, for example, by measuring the temperature of the battery surface and detecting a rise in temperature on the battery surface. However, it takes a certain amount of time for the heat generated by an internal short circuit to be transferred to the battery surface, making it difficult to detect an internal short circuit in real time using this method. In addition, it is difficult to actually measure the resistance of an internal short circuit, and no technology existed to grasp the resistance of an internal short circuit.

そこで、実施の形態1では、以下で説明する検出装置10において、蓄電素子100の電極体200が備える導電性タブの温度を参照したシミュレーションを実行し、シミュレーションの実行結果に基づき、蓄電素子100における内部短絡を検出する。例えば、検出装置10は、シミュレーションによって内部短絡の短絡抵抗を推定し、推定した短絡抵抗が閾値未満である場合、蓄電素子10における内部短絡を検出したと判断する。代替的に、事前に想定される種々の使用条件(充電又は放電時の電流値、通電時間など)にて、導電性タブの最高到達温度を求めておき、実際の運転時のタブ温度が予め求めておいた最高到達温度よりも一定割合又は一定温度以上高くなった場合、検出装置10は、内部短絡を検出したと判断してもよい。更に、事前に想定される種々の使用条件(充電又は放電時の電流値、通電時間など)での導電性タブの温度を実験又はシミュレーションにより求めて、使用条件とタブ温度との関係を予め明確にしておき、実際の運転時のタブ温度が該当する使用条件下でのタブ温度よりも一定割合又は一定温度以上高くなった場合、検出装置10は、内部短絡を検出したと判断してもよい。 Therefore, in the first embodiment, the detection device 10 described below performs a simulation with reference to the temperature of the conductive tab provided on the electrode body 200 of the energy storage element 100, and detects an internal short circuit in the energy storage element 100 based on the results of the simulation. For example, the detection device 10 estimates the short circuit resistance of the internal short circuit by simulation, and if the estimated short circuit resistance is less than a threshold value, it determines that an internal short circuit in the energy storage element 10 has been detected. Alternatively, the maximum temperature of the conductive tab may be obtained under various usage conditions (current value during charging or discharging, current flow time, etc.) that are expected in advance, and if the tab temperature during actual operation is higher than the previously obtained maximum temperature by a certain percentage or by a certain temperature or more, the detection device 10 may determine that an internal short circuit has been detected. Furthermore, the temperature of the conductive tab under various assumed usage conditions (such as the current value during charging or discharging and the duration of current flow) may be determined by experiment or simulation to clarify the relationship between the usage conditions and the tab temperature in advance, and if the tab temperature during actual operation is higher than the tab temperature under the corresponding usage conditions by a certain percentage or by a certain temperature, the detection device 10 may determine that an internal short circuit has been detected.

以下、シミュレーションを実行する検出装置10の構成について説明する。
図5は検出装置10の内部構成を説明するブロック図である。検出装置10は、演算部11、記憶部12、入力部13、及び出力部14を備える専用又は汎用のコンピュータである。図5の例では、検出装置10は蓄電素子100の外部に設けられている。具体的には、検出装置10は、蓄電素子100の外側に設けられる蓄電素子監視装置(BMU : Battery Management Unit)であってもよく、遠隔地に設置されるサーバなどの計算機であってもよい。代替的に、検出装置10は蓄電素子100に内蔵されてもよい。
The configuration of the detection device 10 that executes the simulation will be described below.
FIG. 5 is a block diagram for explaining the internal configuration of the detection device 10. The detection device 10 is a dedicated or general-purpose computer including a calculation unit 11, a storage unit 12, an input unit 13, and an output unit 14. In the example of FIG. 5, the detection device 10 is provided outside the energy storage element 100. Specifically, the detection device 10 may be a battery management unit (BMU) that is provided outside the energy storage element 100, or may be a computer such as a server that is installed in a remote location. Alternatively, the detection device 10 may be built into the energy storage element 100.

演算部11は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)などを備える演算回路である。演算部11が備えるCPUは、ROMや記憶部12に格納された各種コンピュータプログラムを実行し、上述したハードウェア各部の動作を制御することによって、装置全体を本願の検出装置として機能させる。具体的には、演算部11は、導電性タブ(正極タブ211,負極タブ221)の温度を計測する温度センサ250のセンサ出力と、蓄電素子100の熱現象を模擬する熱回路モデルMD1とに基づく状態推定アルゴリズムを用いて、蓄電素子100における短絡抵抗を推定する。演算部11は、短絡抵抗の推定結果に基づき、蓄電素子100の内部短絡を検出する。 The calculation unit 11 is a calculation circuit including a central processing unit (CPU), a read only memory (ROM), a random access memory (RAM), etc. The CPU included in the calculation unit 11 executes various computer programs stored in the ROM and the storage unit 12, and controls the operation of each of the above-mentioned hardware components, thereby causing the entire device to function as the detection device of the present application. Specifically, the calculation unit 11 estimates the short-circuit resistance in the energy storage element 100 using a state estimation algorithm based on the sensor output of the temperature sensor 250 that measures the temperature of the conductive tabs (positive electrode tab 211, negative electrode tab 221) and a thermal circuit model MD1 that simulates the thermal phenomenon of the energy storage element 100. The calculation unit 11 detects an internal short circuit in the energy storage element 100 based on the estimated short-circuit resistance.

演算部11は、上記の構成に限定されるものではなく、複数のCPU、マルチコアCPU、GPU(Graphics Processing Unit)、マイコン、揮発性または不揮発性のメモリ等を備える任意の処理回路または演算回路であってもよい。また、演算部11は、計測開始指示を与えてから計測終了指示を与えるまでの経過時間を計測するタイマ、数をカウントするカウンタ、日時情報を出力するクロック等の機能を備えていてもよい。 The calculation unit 11 is not limited to the above configuration, and may be any processing circuit or calculation circuit equipped with multiple CPUs, a multi-core CPU, a GPU (Graphics Processing Unit), a microcomputer, a volatile or non-volatile memory, etc. The calculation unit 11 may also have functions such as a timer that measures the elapsed time from when an instruction to start measurement is given to when an instruction to end measurement is given, a counter that counts numbers, and a clock that outputs date and time information.

記憶部12は、フラッシュメモリなどの記憶装置である。記憶部12には各種のコンピュータプログラム及びデータが記憶される。記憶部12に記憶されるコンピュータプログラムには、例えば、状態推定アルゴリズムに基づく演算を演算部11に実行させるための状態推定プログラムPGが含まれる。記憶部12に記憶されるデータには、状態推定プログラムPGにおいて用いられるパラメータ、後述する短絡の等価回路モデルや熱回路モデルMD1において用いられるパラメータ、演算部11による演算によって一時的に生成されるデータなどが含まれる。状態推定プログラムPGは、例えば、コンピュータプログラムを読み取り可能に記録した非一時的な記録媒体Mにより提供される。記録媒体Mは、CD-ROM、USBメモリ、SD(Secure Digital)カードなどの可搬型メモリである。演算部11は、図に示していない読取装置を用いて、記録媒体Mから所望のコンピュータプログラムを読み取り、読み取ったコンピュータプログラムを記憶部12に記憶させる。代替的に、上記コンピュータプログラムは通信により提供されてもよい。 The memory unit 12 is a storage device such as a flash memory. Various computer programs and data are stored in the memory unit 12. The computer programs stored in the memory unit 12 include, for example, a state estimation program PG for causing the calculation unit 11 to execute calculations based on a state estimation algorithm. The data stored in the memory unit 12 include parameters used in the state estimation program PG, parameters used in a short-circuit equivalent circuit model and a thermal circuit model MD1 described below, and data temporarily generated by calculations by the calculation unit 11. The state estimation program PG is provided, for example, by a non-transient recording medium M on which the computer program is recorded in a readable manner. The recording medium M is a portable memory such as a CD-ROM, a USB memory, or an SD (Secure Digital) card. The calculation unit 11 reads a desired computer program from the recording medium M using a reading device not shown in the figure, and stores the read computer program in the memory unit 12. Alternatively, the computer program may be provided by communication.

入力部13は、温度センサ250を接続するためのインタフェースを備え、温度センサ250からのセンサ出力を取得する。温度センサ250は、熱電対、サーミスタなどの既存のセンサである。温度センサ250は、導電性タブを構成する正極タブ211又は負極タブ221の何れか1つ若しくは複数に接続される。代替的に、温度センサ250は、導電性タブが接合されている集電体140に接続されてもよい。実施の形態1において、温度センサ250の個数は1個である。代替的に、温度センサ250の個数は複数個であってもよい。温度センサ250は、有線によって入力部13に接続されてもよく、無線によって入力部13に接続されてもよい。 The input unit 13 includes an interface for connecting the temperature sensor 250 and acquires the sensor output from the temperature sensor 250. The temperature sensor 250 is an existing sensor such as a thermocouple or a thermistor. The temperature sensor 250 is connected to one or more of the positive electrode tab 211 or the negative electrode tab 221 constituting the conductive tab. Alternatively, the temperature sensor 250 may be connected to the current collector 140 to which the conductive tab is joined. In the first embodiment, the number of the temperature sensors 250 is one. Alternatively, the number of the temperature sensors 250 may be multiple. The temperature sensor 250 may be connected to the input unit 13 by wire or wirelessly.

出力部14は、外部装置を接続するインタフェースを備える。外部装置の一例は液晶ディスプレイなどの表示装置20である。代替的に、外部装置は、ユーザが使用するコンピュータやスマートフォンなどの端末装置(不図示)であってもよい。演算部11は、内部短絡の検出結果を出力部14より外部装置へ出力する。演算部11は、内部短絡の検出結果に加え、短絡抵抗の推定値を出力部14より外部装置へ出力してもよい。 The output unit 14 has an interface for connecting an external device. One example of an external device is a display device 20 such as a liquid crystal display. Alternatively, the external device may be a terminal device (not shown) such as a computer or smartphone used by a user. The calculation unit 11 outputs the detection result of the internal short circuit to the external device from the output unit 14. The calculation unit 11 may output an estimated value of the short circuit resistance to the external device from the output unit 14 in addition to the detection result of the internal short circuit.

検出装置10は、内部短絡の検出結果をユーザに報知するために、LEDランプやブザー等の報知部を備えてもよい。 The detection device 10 may be equipped with an alarm unit such as an LED lamp or a buzzer to notify the user of the detection result of an internal short circuit.

以下、検出装置10が実行する演算処理の内容について説明する。
実施の形態1では、内部短絡時における電流を計算するために、蓄電素子100の等価回路を導入する。図6は蓄電素子100の等価回路を表す回路図である。一般的な積層液系リチウムイオン電池は、各層が電気的に並列に接続される。よって、蓄電素子100の等価回路は、例えば図6に示すような並列回路によって表される。図6に示す等価回路は5層の積層電池を表す。層の数は、蓄電素子100の電極体200が備える正極板210及び負極板の数に応じて適宜設定される。
The content of the calculation process executed by the detection device 10 will be described below.
In the first embodiment, an equivalent circuit of the energy storage element 100 is introduced to calculate the current during an internal short circuit. FIG. 6 is a circuit diagram showing the equivalent circuit of the energy storage element 100. In a typical laminated liquid type lithium ion battery, each layer is electrically connected in parallel. Therefore, the equivalent circuit of the energy storage element 100 is represented by, for example, a parallel circuit as shown in FIG. 6. The equivalent circuit shown in FIG. 6 represents a five-layer laminated battery. The number of layers is set appropriately depending on the number of positive electrode plates 210 and negative electrode plates provided in the electrode body 200 of the energy storage element 100.

蓄電素子100の各層は、正極タブ211、電池部、及び負極タブ221に区分される。電池部は、正極板210、セパレータ230、負極板220、電解液などを含む。等価回路において、正極タブ211は、正極タブ抵抗(抵抗値rptab)として表され、負極タブ221は、負極タブ抵抗(抵抗値rntab)として表される。電池部は、平衡電位(電圧値Eeq)と、内部抵抗(抵抗値re )とによって表される。ここで、電池部の内部抵抗は、電極のオーム抵抗、電極の反応抵抗、及び電解質のオーム抵抗を含む。 Each layer of the energy storage element 100 is divided into a positive electrode tab 211, a battery section, and a negative electrode tab 221. The battery section includes a positive electrode plate 210, a separator 230, a negative electrode plate 220, an electrolyte, etc. In the equivalent circuit, the positive electrode tab 211 is represented as a positive electrode tab resistance (resistance value r ptab ), and the negative electrode tab 221 is represented as a negative electrode tab resistance (resistance value r ntab ). The battery section is represented by an equilibrium potential (voltage value E eq ) and an internal resistance (resistance value r e ). Here, the internal resistance of the battery section includes the ohmic resistance of the electrodes, the reaction resistance of the electrodes, and the ohmic resistance of the electrolyte.

図6に示す等価回路では、簡略化のために、蓄電素子100の各層を、正極タブ211、電池部、及び負極タブ221の3つ部位に区分したが、更に細かく区分してもよい。また、図6の等価回路では、外部短絡層が同じ状態にあることを仮定しているが、外部短絡層毎に異なる状態を設定してもよい。 In the equivalent circuit shown in FIG. 6, for simplification, each layer of the energy storage element 100 is divided into three parts: the positive electrode tab 211, the battery portion, and the negative electrode tab 221, but it may be divided into more fine parts. Also, in the equivalent circuit in FIG. 6, it is assumed that the external short-circuit layers are in the same state, but different states may be set for each external short-circuit layer.

図7は内部短絡が発生した状態の蓄電素子100の等価回路を表す回路図である。図7に一例として示す等価回路は、5層目を内部短絡層とし、1~4層目を外部短絡層とした等価回路を表している。内部短絡は、電池部に並列に接続される短絡抵抗(抵抗値Rs )によって表される。他の層において内部短絡が発生した場合についても同様である。 Fig. 7 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of the energy storage element 100 in a state where an internal short circuit has occurred. The equivalent circuit shown as an example in Fig. 7 shows an equivalent circuit in which the fifth layer is an internal short circuit layer and the first to fourth layers are external short circuit layers. The internal short circuit is represented by a short circuit resistor (resistance value Rs ) connected in parallel to the battery portion. The same applies when an internal short circuit has occurred in the other layers.

等価回路において、外部短絡層の各層(1~4層目)は同一とみなせるので、外部短絡層の各素子は合成して記述できる。図8は合成後の蓄電素子100の等価回路を表す回路図である。外部短絡層における合成正極タブ抵抗(rptab,ex )、合成内部抵抗(re,ex)、合成負極タブ抵抗(rntab,ex )は、数1のように記述される。 In the equivalent circuit, each layer (1st to 4th layers) of the external short circuit layer can be regarded as the same, so each element of the external short circuit layer can be described by combining them. Fig. 8 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of the storage element 100 after combining. The combined positive electrode tab resistance (r ptab,ex ), combined internal resistance (r e,ex ), and combined negative electrode tab resistance (r ntab,ex ) in the external short circuit layer are described as in Equation 1.

Figure 0007521335000001
Figure 0007521335000001

ここで、nは層の総数を表す。この例では、n=5である。各層は並列であるため、平衡電位はEeqである。 where n represents the total number of layers. In this example, n=5. Since the layers are in parallel, the equilibrium potential is Eeq .

外部短絡層を流れる電流をIex、内部短絡層を流れる電流をIin、短絡部を流れる電流をIs とする。Iexは全ての外部短絡層を流れる電流の総和であり、一層あたりの電流はIex/(n-1)である。図8の例では、内部短絡層における電池の内部抵抗を、外部短絡層における電池の内部抵抗(re,ex)と区別するために、re,inと表記している。 The current flowing through the external short-circuit layer is I ex , the current flowing through the internal short-circuit layer is I in , and the current flowing through the short circuit portion is I s . I ex is the sum of the currents flowing through all the external short-circuit layers, and the current per layer is I ex /(n-1). In the example of Fig. 8, the internal resistance of the battery in the internal short-circuit layer is denoted as r e ,in to distinguish it from the internal resistance of the battery in the external short-circuit layer (r e,ex ).

図8に示す等価回路において、電流の保存則を適用した場合、数2が得られる。 When the law of conservation of current is applied to the equivalent circuit shown in Figure 8, we obtain Equation 2.

Figure 0007521335000002
Figure 0007521335000002

外部短絡層と、内部短絡層のタブ部分と、短絡部とからなる閉回路において、キルヒホッフの法則を適用した場合、数3が得られる。 When Kirchhoff's law is applied to a closed circuit consisting of the external short circuit layer, the tab portion of the internal short circuit layer, and the short circuit portion, we obtain Equation 3.

Figure 0007521335000003
Figure 0007521335000003

内部短絡層と短絡部とからなる閉回路において、キルヒホッフの法則を適用した場合、数4が得られる。 When Kirchhoff's law is applied to a closed circuit consisting of an internal short circuit layer and a short circuit, we obtain Equation 4.

Figure 0007521335000004
Figure 0007521335000004

数2~数4を解くと、内部短絡層に流れる電流Iin、外部短絡層に流れる電流Iex、短絡部に流れる電流Is は、それぞれ数5~数7のように得られる。 By solving equations 2 to 4, the current I in flowing through the internal short-circuit layer, the current I ex flowing through the external short-circuit layer, and the current I s flowing through the short circuit portion can be obtained as equations 5 to 7, respectively.

Figure 0007521335000005
Figure 0007521335000005

Figure 0007521335000006
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Figure 0007521335000007
Figure 0007521335000007

数5~数7において、短絡抵抗Rs 以外の全ての抵抗は、設計値(材料物性、形状)によって定まるため、既知である。一方、短絡抵抗Rs については、設計により定めることはできず、計測することも不可能である。 In Equations 5 to 7, all resistances other than the short-circuit resistance Rs are known because they are determined by design values (material properties, shape). On the other hand, the short-circuit resistance Rs cannot be determined by design, and cannot be measured.

実施の形態1では、内部短絡時における温度を計算するために、蓄電素子100の熱現象を模擬する熱回路モデルMD1を導入する。図9は実施の形態1における熱回路モデルMD1の構成例を示す模式図である。熱回路モデルMD1は、蓄電素子100を区分する複数の領域の温度と、領域間の熱抵抗とをパラメータに用いて、蓄電素子100の熱現象を模擬するためのモデルである。図9に例示する熱回路モデルMD1は、蓄電素子100を7つの領域(領域1~領域7)に区分している。領域1~領域7は、内部短絡層、外部短絡層、内部短絡層に連なる正極タブ、外部短絡層に連なる正極タブ、内部短絡層に連なる負極タブ、外部短絡層に連なる負極タブ、及び短絡部にそれぞれ対応する。熱回路モデルMD1において、領域1~領域7の温度をT1 ~T7 と表記し、領域iと領域jとの間の熱抵抗をRij(i,j=1~7)と表記する。例えば、温度T1 は内部短絡層の温度(電池温度)、温度T2 は外部短絡層の温度(電池温度)、熱抵抗R12は内部短絡層と外部短絡層との間の熱抵抗を表す。他の領域の温度、他の領域間の熱抵抗についても図9に示した通りである。 In the first embodiment, a thermal circuit model MD1 that simulates the thermal phenomenon of the energy storage element 100 is introduced to calculate the temperature during an internal short circuit. FIG. 9 is a schematic diagram showing an example of the configuration of the thermal circuit model MD1 in the first embodiment. The thermal circuit model MD1 is a model for simulating the thermal phenomenon of the energy storage element 100 by using the temperatures of a plurality of regions that divide the energy storage element 100 and the thermal resistance between the regions as parameters. The thermal circuit model MD1 illustrated in FIG. 9 divides the energy storage element 100 into seven regions (regions 1 to 7). Regions 1 to 7 correspond to the internal short circuit layer, the external short circuit layer, the positive electrode tab connected to the internal short circuit layer, the positive electrode tab connected to the external short circuit layer, the negative electrode tab connected to the internal short circuit layer, the negative electrode tab connected to the external short circuit layer, and the short circuit portion, respectively. In the thermal circuit model MD1, the temperatures of regions 1 to 7 are denoted as T 1 to T 7 , and the thermal resistance between regions i and j is denoted as R ij (i, j = 1 to 7). For example, temperature T 1 represents the temperature of the internal short circuit layer (battery temperature), temperature T 2 represents the temperature of the external short circuit layer (battery temperature), and thermal resistance R 12 represents the thermal resistance between the internal short circuit layer and the external short circuit layer. The temperatures of the other regions and the thermal resistance between the other regions are also as shown in FIG. 9.

図9に示した熱回路モデルMD1から、温度T1 ~T7 の熱伝導方程式は数8のように表される。 From the thermal circuit model MD1 shown in FIG. 9, the heat conduction equation for temperatures T 1 to T 7 is expressed as in Equation 8.

Figure 0007521335000008
Figure 0007521335000008

ここで、Cpiは領域iの比熱、Vi は領域iの体積、ρi は領域iの密度である。Q1 ~Q7 は通電による発熱(ジュール発熱及び電気化学反応熱)を表す。数8に示す熱伝導方程式では、簡略化のために、電池外部への熱放出はなく、短絡電流によって生じた熱は全て電池の温度上昇に使われると仮定した。代替的に、電池外部への熱放出を考慮した熱伝導方程式を用いてもよい。 Here, C pi is the specific heat of region i, V i is the volume of region i, and ρ i is the density of region i. Q 1 to Q 7 represent heat generated by current flow (Joule heat and electrochemical reaction heat). For simplification, in the heat conduction equation shown in Equation 8, it is assumed that there is no heat release to the outside of the battery, and all heat generated by the short circuit current is used to increase the temperature of the battery. Alternatively, a heat conduction equation considering heat release to the outside of the battery may be used.

数8の項を整理し、左辺の時間微分を差分に書き換えることによって、数9が得られる。数9において、Δtは計算の時間刻み幅を表し、上付き添え字のk,k+1はステップ数(時間ステップ)を表す。 Equation 9 can be obtained by rearranging the terms in equation 8 and rewriting the time derivative on the left side as a difference. In equation 9, Δt represents the time step size of the calculation, and the superscripts k and k+1 represent the number of steps (time steps).

Figure 0007521335000009
Figure 0007521335000009

数9において、αj =Δt/ρjpjj とおき、整理すると、数10が得られる。 In the formula 9, by setting α j =Δt/ρ j C pj V j and rearranging, the formula 10 is obtained.

Figure 0007521335000010
Figure 0007521335000010

数10において、各領域における発熱量Q1 k~Q7 kは、以下のように表される。 In the formula 10, the heat generation amounts Q 1 k to Q 7 k in each region are expressed as follows:

Figure 0007521335000011
Figure 0007521335000011

ここで、内部短絡層に流れる電流Iin、外部短絡層に流れる電流Iex、短絡部に流れる電流Is は、それぞれ数5~数7のように記述されている。数5~7及び数11において、未知のパラメータは短絡抵抗Rs のみである。発熱量Q1 k~Q7 kが短絡抵抗Rsの関数であることを明示するために、Qi k=Qi k(Rs )と表記すると、数10は以下のように書き換えられる。 Here, the current I in flowing through the internal short-circuit layer, the current I ex flowing through the external short-circuit layer, and the current I s flowing through the short circuit portion are described as in Equations 5 to 7, respectively. In Equations 5 to 7 and Equation 11, the only unknown parameter is the short-circuit resistance R s . In order to clearly show that the heat amounts Q 1 k to Q 7 k are functions of the short-circuit resistance R s , if we write Q i k =Q i k (R s ), Equation 10 can be rewritten as follows:

Figure 0007521335000012
Figure 0007521335000012

短絡抵抗Rs を推定するために、数12に対して、短絡抵抗Rs を状態量(=潜在変数)として付加する。検出装置10は、演算部11をオブザーバとして機能させ、数13に示す8つの状態変数を8つの方程式によって解けばよい。 In order to estimate the short-circuit resistance Rs , the short-circuit resistance Rs is added as a state quantity (=latent variable) to Expression 12. The detection device 10 has the calculation unit 11 function as an observer, and solves the eight state variables shown in Expression 13 using eight equations.

Figure 0007521335000013
Figure 0007521335000013

また、系や観測の外乱を抑えながら状態推定を行うために、外乱項を加えてもよい。外乱項は必須ではないが、計算の進みを良くするために、与えることが好ましい場合がある。外乱項を加えた式は数14に示すように記述される。数14において、vT1 k~vT7 k ,vRs k は外乱項である。 Also, a disturbance term may be added to perform state estimation while suppressing disturbances of the system and observation. Although the disturbance term is not essential, it may be preferable to add it in order to improve the progress of calculations. The equation with the disturbance term added is written as shown in Equation 14. In Equation 14, v T1 k to v T7 k , v Rs k are disturbance terms.

Figure 0007521335000014
Figure 0007521335000014

数14は次式のように書き換えられる。 Equation 14 can be rewritten as follows:

Figure 0007521335000015
Figure 0007521335000015

ここで、xk は状態量を要素に持つベクトル(状態ベクトル)であり、vk は外乱量を要素に持つベクトル(外乱ベクトル)である。fは数14に示す非線形の差分式を表す。 Here, x k is a vector (state vector) having state quantities as elements, v k is a vector (disturbance vector) having disturbance quantities as elements, and f represents a nonlinear differential equation shown in Equation 14.

実施の形態1では、温度センサ250は正極タブ211に取り付けられているとする。ただし、内部短絡が発生したとしても、どの層において内部短絡が発生したのかを把握することはできない。よって、内部短絡が発生したとしても、温度センサ250の計測値が内部短絡層に繋がる正極タブ211の温度を表しているのか、外部短絡層に繋がる正極タブ211の温度を表しているのかは分からない。しかしながら、外部短絡層のタブの昇温は内部短絡層のタブの昇温よりも穏やかであるため、温度センサ250の計測値は外部短絡層に繋がる正極タブ211の温度とみなした方が安全性マージンを確保できる。以下では、温度センサ250の計測値は外部短絡層に繋がる正極タブ211の温度であると仮定する。 In the first embodiment, the temperature sensor 250 is attached to the positive electrode tab 211. However, even if an internal short circuit occurs, it is not possible to know in which layer the internal short circuit has occurred. Therefore, even if an internal short circuit occurs, it is not possible to know whether the measurement value of the temperature sensor 250 represents the temperature of the positive electrode tab 211 connected to the internal short circuit layer or the temperature of the positive electrode tab 211 connected to the external short circuit layer. However, since the temperature rise of the tab of the external short circuit layer is more gradual than the temperature rise of the tab of the internal short circuit layer, a safety margin can be ensured by considering the measurement value of the temperature sensor 250 as the temperature of the positive electrode tab 211 connected to the external short circuit layer. In the following, it is assumed that the measurement value of the temperature sensor 250 is the temperature of the positive electrode tab 211 connected to the external short circuit layer.

観測方程式は数16のように表される。 The observation equation is expressed as in Equation 16.

Figure 0007521335000016
Figure 0007521335000016

ここで、yk は観測値、cT は観測ベクトル、wk は観測外乱である。外部短絡層に繋がる正極タブ211の温度T4 kはxk の4番目の成分であるから、cT は次式のように表される。cの右肩のTは転置を表す。 Here, y k is the observed value, c T is the observed vector, and w k is the observed disturbance. Since the temperature T 4 k of the positive electrode tab 211 connected to the external short circuit layer is the fourth component of x k , c T is expressed as follows. The T on the right shoulder of c represents transposition.

Figure 0007521335000017
Figure 0007521335000017

上述した観測方程式において、観測値は1つだけであるとした。代替的に、観測値は複数であってもよい。 In the observation equation above, we have assumed that there is only one observation. Alternatively, there may be multiple observations.

実施の形態1に係る検出装置10は、粒子フィルタを利用して、数15の状態方程式及び数16の観測方程式によって表される時系列モデルの時間更新を逐次計算し、内部抵抗Rs を求める。検出装置10は、求めた内部抵抗Rs に基づき、蓄電素子100における内部短絡を検出する。 The detection device 10 according to the first embodiment utilizes a particle filter to sequentially calculate time updates of a time series model represented by the state equation of Expression 15 and the observation equation of Expression 16 to obtain the internal resistance Rs . The detection device 10 detects an internal short circuit in the energy storage element 100 based on the obtained internal resistance Rs .

以下、内部短絡の検出手順について説明する。
図10は実施の形態1における内部短絡の検出手順を説明するフローチャートである。検出装置10の演算部11は、k=1の初期値を与える(ステップS101)。演算部11は、温度の初期値として環境温度を与え、短絡抵抗の初期値として予め設定した仮の値を与えればよい。
The procedure for detecting an internal short circuit will now be described.
10 is a flowchart illustrating the procedure for detecting an internal short circuit in the embodiment 1. The calculation unit 11 of the detection device 10 provides an initial value of k=1 (step S101). The calculation unit 11 may provide the environmental temperature as the initial value of the temperature, and a provisional value set in advance as the initial value of the short circuit resistance.

次いで、演算部11は、各状態変数について、N個の粒子を発生させる(ステップS102)。ここで、Nは、102 ~106 程度の数が通常用いられる。 Next, the calculation unit 11 generates N particles for each state variable (step S102), where N is usually a number between 10 2 and 10 6 .

次いで、演算部11は、i=1,2,…,Nについて、vk に相当する乱数を発生させる(ステップS103)。 Next, the calculation unit 11 generates random numbers corresponding to v k for i=1, 2, . . . , N (step S103).

演算部11は、全てのN個の粒子について、数18に基づく演算を実行することによって、粒子の状態を次の時間ステップにおける粒子の状態に更新する(ステップS104)。 The calculation unit 11 updates the particle states to the particle states at the next time step by performing calculations based on equation 18 for all N particles (step S104).

Figure 0007521335000018
Figure 0007521335000018

演算部11は、入力部13を通じて温度センサ250のセンサ出力を取得し(ステップS105)、全てのN個の粒子について、観測方程式に基づき粒子の重みPk (i)を算出する(ステップS106)。粒子の重みは、粒子iの状態ベクトルxk を得たときに、観測値yk が観測される確率(尤度)であり、次式によって記述される。 The calculation unit 11 acquires the sensor output of the temperature sensor 250 through the input unit 13 (step S105), and calculates particle weights Pk (i) for all N particles based on the observation equation (step S106). The particle weight is the probability (likelihood) that the observation value yk is observed when the state vector xk of the particle i is obtained, and is described by the following equation.

Figure 0007521335000019
Figure 0007521335000019

演算部11は、ステップS106において算出した粒子の重みPk (i)を、次式に基づいて規格化する(ステップS107)。 The calculation unit 11 normalizes the particle weight P k (i) calculated in step S106 based on the following equation (step S107).

Figure 0007521335000020
Figure 0007521335000020

演算部11は、粒子の重みと状態ベクトルとの加重平均をとったベクトルを、粒子フィルタによる推定値として算出する(ステップS108)。演算式は、数21に示す通りである。この演算により、各領域の温度の推定値、及び短絡抵抗の推定値が得られる。 The calculation unit 11 calculates a vector that is a weighted average of the particle weights and the state vector as an estimate by the particle filter (step S108). The calculation formula is as shown in Equation 21. This calculation provides an estimate of the temperature of each region and an estimate of the short-circuit resistance.

Figure 0007521335000021
Figure 0007521335000021

次いで、演算部11は、短絡抵抗の推定値に基づき、蓄電素子100における内部短絡の有無を推定する。例えば、演算部11は、短絡抵抗の推定値が閾値未満であるか否かを判断する(ステップS109)。閾値は、任意に設定される。 Next, the calculation unit 11 estimates the presence or absence of an internal short circuit in the energy storage element 100 based on the estimated value of the short circuit resistance. For example, the calculation unit 11 determines whether or not the estimated value of the short circuit resistance is less than a threshold value (step S109). The threshold value is set arbitrarily.

短絡抵抗の推定値が閾値未満でない場合(S109:NO)、蓄電素子100において内部短絡は生じていないと推定される。内部短絡が生じていないと推定した場合、演算部11は、次の時間ステップの推定のために粒子をリサンプリング(層化サンプリング)する(ステップS110)。演算部11は、時間ステップkの状態ベクトルxk (i)はpk (i)に比例して復元抽出されるとし、時間ステップk+1での状態ベクトルを定めればよい。演算部11は、粒子をリサンプリングした後、処理をステップS102へ戻す。 If the estimated value of the short-circuit resistance is not less than the threshold value (S109: NO), it is estimated that no internal short circuit has occurred in the energy storage element 100. If it is estimated that no internal short circuit has occurred, the calculation unit 11 resamples the particles (stratified sampling) for estimation of the next time step (step S110). The calculation unit 11 determines that the state vector x k (i) at time step k is restored and sampled in proportion to p k (i) , and determines the state vector at time step k+1. After resampling the particles, the calculation unit 11 returns the process to step S102.

短絡抵抗の推定値が閾値未満である場合(S109:YES)、蓄電素子100において内部短絡が生じていると推定される。内部短絡が生じていると推定した場合、演算部11は、内部短絡の発生を報知する(ステップS111)。例えば、演算部11は、内部短絡が発生した旨の文字情報を生成し、出力部14より表示装置20へ出力することによって、表示装置20に表示させる。代替的に、演算部11は、内部短絡が発生した旨の文字情報を出力部14より端末装置(不図示)に通知してもよい。また、演算部11は、蓄電素子100の使用停止若しくは交換を促してもよく、使用停止若しくは交換の判断をユーザに仰いでもよい。 If the estimated short-circuit resistance is less than the threshold value (S109: YES), it is estimated that an internal short circuit has occurred in the energy storage element 100. If it is estimated that an internal short circuit has occurred, the calculation unit 11 notifies the occurrence of an internal short circuit (step S111). For example, the calculation unit 11 generates text information indicating that an internal short circuit has occurred, and outputs the text information to the display device 20 from the output unit 14, thereby causing the display device 20 to display the text information. Alternatively, the calculation unit 11 may notify a terminal device (not shown) of the text information indicating that an internal short circuit has occurred from the output unit 14. The calculation unit 11 may also urge the user to stop using or replace the energy storage element 100, or may ask the user to decide whether to stop using or replace the energy storage element 100.

以上のように、実施の形態1における検出装置10は、導電性タブの温度を計測する温度センサ250のセンサ出力に基づき、蓄電素子100の内部短絡を検出する。蓄電素子100において内部短絡が発生した場合、導電性タブは容器110や電極体200と比較して速やかに昇温するので、検出装置10は、導電性タブの温度に基づき短絡抵抗を推定することによって、内部短絡を早期に検出できる。 As described above, the detection device 10 in the first embodiment detects an internal short circuit in the energy storage element 100 based on the sensor output of the temperature sensor 250 that measures the temperature of the conductive tab. When an internal short circuit occurs in the energy storage element 100, the conductive tab heats up more quickly than the container 110 and the electrode body 200, and therefore the detection device 10 can detect the internal short circuit early by estimating the short circuit resistance based on the temperature of the conductive tab.

電池内部の温度をほぼタイムラグなく正確に計測できるのであれば、温度センサ250の取付位置は導電性タブ上に限定されない。例えば、温度センサ250は、電極端子310,320(より好ましくは電極端子310,320のリベット部)に取り付けられてもよい。代替的に、温度センサ250は、集電体140やバスバー(不図示)に取り付けられてもよい。代替的に、温度センサ250は、電極体200を収容する容器110の外側表面に取り付けられてもよい。電極体200が絶縁袋に覆われた状態で容器110の内面と接触している場合、容器110の温度は、電極体200の温度上昇と共に速やかに上昇する。このため、容器110の温度に基づき短絡抵抗を推定することによって、内部短絡を早期に検出できる。特に、電極体200が絶縁袋を介して容器110の内側の長側面に接触している場合、温度センサ250は、容器110の外側の長側面に取り付けられるとよい。 As long as the temperature inside the battery can be accurately measured with almost no time lag, the installation position of the temperature sensor 250 is not limited to the conductive tab. For example, the temperature sensor 250 may be attached to the electrode terminals 310, 320 (more preferably, the rivet portion of the electrode terminals 310, 320). Alternatively, the temperature sensor 250 may be attached to the current collector 140 or a bus bar (not shown). Alternatively, the temperature sensor 250 may be attached to the outer surface of the container 110 that contains the electrode body 200. When the electrode body 200 is covered with an insulating bag and in contact with the inner surface of the container 110, the temperature of the container 110 rises quickly with the temperature rise of the electrode body 200. For this reason, an internal short circuit can be detected early by estimating the short circuit resistance based on the temperature of the container 110. In particular, when the electrode body 200 is in contact with the inner long side of the container 110 via the insulating bag, the temperature sensor 250 may be attached to the outer long side of the container 110.

実施の形態1における検出装置10は、粒子フィルタを利用して短絡抵抗を推定する。粒子フィルタは、非線形性や非ガウス性を有する状態空間モデルを対象としたフィルタ手法であり、線形性やガウス性を仮定せずに、より一般的な状態空間モデルを対象とすることができる。また、粒子フィルタは、アルゴリズムが比較的単純であり、検出装置10に容易に実装できる。 The detection device 10 in the first embodiment estimates the short-circuit resistance using a particle filter. A particle filter is a filter method that targets state space models that have nonlinearity and non-Gaussianity, and can target more general state space models without assuming linearity or Gaussianity. In addition, the particle filter has a relatively simple algorithm and can be easily implemented in the detection device 10.

(実施の形態2)
実施の形態2では、複数の正極タブ211(又は複数の負極タブ221)が束ねられたタブ結束部に温度センサ250を取り付け、この温度センサ250のセンサ出力に基づき内部短絡を検出する構成について説明する。
(Embodiment 2)
In the second embodiment, a configuration will be described in which a temperature sensor 250 is attached to a tab bundling section where a plurality of positive electrode tabs 211 (or a plurality of negative electrode tabs 221) are bundled, and an internal short circuit is detected based on the sensor output of this temperature sensor 250.

実施の形態2において、温度センサ250は、複数の正極タブ211(又は複数の負極タブ221)が束ねられたタブ結束部に取り付けられる。実施の形態2では、内部短絡層のタブの温度と、外部短絡層のタブの温度とが同一であると仮定する。 In the second embodiment, the temperature sensor 250 is attached to a tab bundling section where multiple positive electrode tabs 211 (or multiple negative electrode tabs 221) are bundled. In the second embodiment, it is assumed that the temperature of the tab of the internal short circuit layer is the same as the temperature of the tab of the external short circuit layer.

図11は実施の形態2における熱回路モデルMD2の構成例を示す模式図である。熱回路モデルMD2は、蓄電素子100を区分する複数の領域の温度と、領域間の熱抵抗とをパラメータに用いて、蓄電素子100の熱現象を模擬するためのモデルである。図11に例示する熱回路モデルMD2は、蓄電素子100を5つの領域(領域1~領域5)に区分している。領域1~領域5は、内部短絡層、外部短絡層、正極タブ、負極タブ、及び短絡部にそれぞれ対応する。熱回路モデルMD2において、領域1~領域5の温度をT1 ~T5 と表記し、領域iと領域jとの間の熱抵抗をRij(i,j=1~5)と表記する。例えば、温度T1 は内部短絡層の温度(電池温度)、温度T2 は外部短絡層の温度(電池温度)、熱抵抗R12は内部短絡層と外部短絡層との間の熱抵抗を表す。他の領域の温度、他の領域間の熱抵抗についても図11に示した通りである。 FIG. 11 is a schematic diagram showing a configuration example of a thermal circuit model MD2 in the second embodiment. The thermal circuit model MD2 is a model for simulating a thermal phenomenon of the energy storage element 100 by using the temperatures of a plurality of regions that divide the energy storage element 100 and the thermal resistance between the regions as parameters. The thermal circuit model MD2 shown in FIG. 11 divides the energy storage element 100 into five regions (regions 1 to 5). Regions 1 to 5 correspond to the internal short-circuit layer, the external short-circuit layer, the positive electrode tab, the negative electrode tab, and the short circuit portion, respectively. In the thermal circuit model MD2, the temperatures of regions 1 to 5 are represented as T 1 to T 5 , and the thermal resistance between region i and region j is represented as R ij (i, j = 1 to 5). For example, temperature T 1 represents the temperature of the internal short-circuit layer (battery temperature), temperature T 2 represents the temperature of the external short-circuit layer (battery temperature), and thermal resistance R 12 represents the thermal resistance between the internal short-circuit layer and the external short-circuit layer. The temperatures in the other regions and the thermal resistances between the other regions are also as shown in FIG.

図11に示した熱回路モデルMD2から、温度T1 ~T5 の熱伝導方程式は数22のように表される。 From the thermal circuit model MD2 shown in FIG. 11, the heat conduction equation for temperatures T 1 to T 5 is expressed as in Equation 22.

Figure 0007521335000022
Figure 0007521335000022

ここで、Cpiは領域iの比熱、Vi は領域iの体積、ρi は領域iの密度である。Q1 ~Q5 は通電による発熱(ジュール発熱及び電気化学反応熱)を表す。数22に示す熱伝導方程式では、簡略化のために、電池外部への熱放出はなく、短絡電流によって生じた熱は全て電池の温度上昇に使われると仮定した。代替的に、電池外部への熱放出を考慮した熱伝導方程式を用いてもよい。 Here, C pi is the specific heat of region i, V i is the volume of region i, and ρ i is the density of region i. Q 1 to Q 5 represent heat generated by current flow (Joule heat and electrochemical reaction heat). For simplification, in the heat conduction equation shown in Equation 22, it is assumed that there is no heat release to the outside of the battery, and all heat generated by the short circuit current is used to increase the temperature of the battery. Alternatively, a heat conduction equation considering heat release to the outside of the battery may be used.

数22の項を整理し、左辺の時間微分を差分に書き換えることによって、数23が得られる。数23において、Δtは計算の時間刻み幅を表し、上付き添え字のk,k+1はステップ数(時間ステップ)を表す。 By rearranging the terms in Equation 22 and rewriting the time derivative on the left side as a difference, we obtain Equation 23. In Equation 23, Δt represents the time step size of the calculation, and the superscripts k and k+1 represent the number of steps (time steps).

Figure 0007521335000023
Figure 0007521335000023

数23において、αj =Δt/ρjpjj とおき、整理すると、数24が得られる。 In formula 23, by setting α j =Δt/ρ j C pj V j and rearranging, formula 24 is obtained.

Figure 0007521335000024
Figure 0007521335000024

数24において、各領域における発熱量Q1 k~Q5 kは、以下のように表される。 In equation 24, the heat generation amounts Q 1 k to Q 5 k in each region are expressed as follows:

Figure 0007521335000025
Figure 0007521335000025

ここで、内部短絡層に流れる電流Iin、外部短絡層に流れる電流Iex、短絡部に流れる電流Is は、実施の形態1において説明したように、それぞれ数5~数7のように記述される。数5~7及び数25において、未知のパラメータは短絡抵抗Rs のみである。発熱量Q1 k~Q5 kが短絡抵抗Rsの関数であることを明示するために、Qi k=Qi k(Rs )と表記すると、数24は以下のように書き換えられる。 Here, the current I in flowing through the internal short-circuit layer, the current I ex flowing through the external short-circuit layer, and the current I s flowing through the short circuit portion are written as in Equations 5 to 7, respectively, as described in the first embodiment. In Equations 5 to 7 and Equation 25, the only unknown parameter is the short-circuit resistance R s . In order to clearly show that the heat amounts Q 1 k to Q 5 k are functions of the short-circuit resistance R s , if Q i k =Q i k (R s ) is written, Equation 24 can be rewritten as follows:

Figure 0007521335000026
Figure 0007521335000026

短絡抵抗Rs を推定するために、数26に対して、短絡抵抗Rs を状態量(=潜在変数)として付加する。検出装置10は、演算部11をオブザーバとして機能させ、数27に示す6つの状態変数を6つの方程式によって解けばよい。 In order to estimate the short-circuit resistance Rs , the short-circuit resistance Rs is added as a state quantity (=latent variable) to Expression 26. The detection device 10 causes the calculation unit 11 to function as an observer, and solves the six state variables shown in Expression 27 using six equations.

Figure 0007521335000027
Figure 0007521335000027

また、系や観測の外乱を抑えるために、外乱項を加えてもよい。外乱項は必須ではないが、計算の進みを良くするために、与えることが好ましい。外乱項を加えた式は数28に示すように記述される。数28において、vT1 k~vT5 k ,vRs k は外乱項である。 Moreover, a disturbance term may be added to suppress disturbances in the system or observation. Although the disturbance term is not essential, it is preferable to add it in order to improve the progress of the calculation. The equation with the disturbance term added is written as shown in Equation 28. In Equation 28, v T1 k to v T5 k , v Rs k are disturbance terms.

Figure 0007521335000028
Figure 0007521335000028

数28は次式のように書き換えられる。 Number 28 can be rewritten as follows:

Figure 0007521335000029
Figure 0007521335000029

ここで、xk は状態量を要素に持つベクトル(状態ベクトル)であり、vk は外乱量を要素に持つベクトル(外乱ベクトル)である。fは数28に示す非線形の差分式を表す。 Here, x k is a vector (state vector) having state quantities as elements, v k is a vector (disturbance vector) having disturbance quantities as elements, and f represents a nonlinear differential equation shown in Equation 28.

観測においては、状態量のうち一部が観測される。以下では、温度センサ250の計測値は正極タブ211を束ねた結束部の温度であると仮定する。 In the observation, only a portion of the state quantities are observed. In the following, it is assumed that the measurement value of the temperature sensor 250 is the temperature of the bundling part where the positive electrode tabs 211 are bundled.

観測方程式は数30のように表される。 The observation equation is expressed as in equation 30.

Figure 0007521335000030
Figure 0007521335000030

ここで、yk は観測値、cT は観測ベクトル、wk は観測外乱である。正極タブ211の結束部の温度T3 kはxk の3番目の成分であるから、cT は次式のように表される。cの右肩のTは転置を表す。 Here, y k is the observed value, c T is the observed vector, and w k is the observed disturbance. Since the temperature T 3 k of the binding portion of the positive electrode tab 211 is the third component of x k , c T is expressed as follows. The T on the right shoulder of c represents transposition.

Figure 0007521335000031
Figure 0007521335000031

上述した観測方程式において、観測値は1つだけであるとした。代替的に、観測値は複数であってもよい。 In the observation equation above, we have assumed that there is only one observation. Alternatively, there may be multiple observations.

検出装置10は、実施の形態1と同様に、粒子フィルタを利用して数29の状態方程式及び数30の観測方程式によって表される時系列モデルの時間更新を逐次計算し、内部抵抗Rs を求める。検出装置10は、求めた内部抵抗Rs に基づき、蓄電素子100における内部短絡を検出する。 As in the first embodiment, the detection device 10 uses a particle filter to sequentially calculate time updates of a time series model represented by the state equation of Expression 29 and the observation equation of Expression 30 to obtain the internal resistance Rs . The detection device 10 detects an internal short circuit in the energy storage element 100 based on the obtained internal resistance Rs .

以上のように、実施の形態2では、複数の正極タブ211(又は複数の負極タブ221)が束ねられたタブ結束部に温度センサ250を設けるので、温度センサ250の取り付けが容易である。実施の形態2では、熱回路モデルMD2が簡略化され、パラメータの数が減少するので、計算が容易となる。 As described above, in the second embodiment, the temperature sensor 250 is provided at the tab bundling section where multiple positive electrode tabs 211 (or multiple negative electrode tabs 221) are bundled, so that the temperature sensor 250 can be easily attached. In the second embodiment, the thermal circuit model MD2 is simplified and the number of parameters is reduced, making calculations easier.

(実施の形態3)
実施の形態3では、アンサンブルカルマンフィルタを用いた状態推定アルゴリズムについて説明する。すなわち、実施の形態3における検出装置10は、アンサンブルカルマンフィルタを用いて、数15の状態方程式及び数16の観測方程式によって表される時系列モデルの時間更新を逐次計算し、内部抵抗Rs を求める。検出装置10は、求めた内部抵抗Rs に基づき、蓄電素子100の内部短絡を検出する。
(Embodiment 3)
In the third embodiment, a state estimation algorithm using an ensemble Kalman filter will be described. That is, the detection device 10 in the third embodiment uses the ensemble Kalman filter to sequentially calculate time updates of a time series model represented by the state equation of Expression 15 and the observation equation of Expression 16 to obtain the internal resistance Rs . The detection device 10 detects an internal short circuit in the energy storage element 100 based on the obtained internal resistance Rs .

図12は実施の形態3における内部短絡の検出手順を説明するフローチャートである。検出装置10の演算部11は、k=1の初期値を与える(ステップS121)。演算部11は、温度の初期値として環境温度を与え、短絡抵抗の初期値として予め設定した仮の値を与えればよい。状態方程式における外乱項vk 及び観測方程式における外乱項wk の分散をそれぞれQk 及びRk とする。 12 is a flow chart for explaining the procedure for detecting an internal short circuit in the third embodiment. The calculation unit 11 of the detection device 10 provides an initial value of k=1 (step S121). The calculation unit 11 may provide the ambient temperature as the initial value of the temperature, and a provisional value set in advance as the initial value of the short circuit resistance. The variances of the disturbance term vk in the state equation and the disturbance term wk in the observation equation are respectively Qk and Rk .

次いで、演算部11は、各状態変数について、N個の粒子を発生させる(ステップS122)。ここで、Nは、102 ~106 程度の数が通常用いられる。 Next, the calculation unit 11 generates N particles for each state variable (step S122), where N is usually a number between 10 2 and 10 6 .

次いで、演算部11は、i=1,2,…,Nについて、vk に相当する乱数を発生させる(ステップS123)。vk は正規分布に従うものとし、分散は既知とする。 Next, the calculation unit 11 generates random numbers corresponding to vk for i = 1, 2, ..., N (step S123). It is assumed that vk follows a normal distribution and that the variance is known.

演算部11は、全てのN個の粒子について、数18に基づく演算を実行することによって、粒子の状態を次の時間ステップにおける粒子の状態に更新する(ステップS124)。 The calculation unit 11 updates the particle states to the particle states at the next time step by performing calculations based on equation 18 for all N particles (step S124).

Figure 0007521335000032
Figure 0007521335000032

演算部11は、i=1,2,…,Nの各粒子の状態ベクトルと、全粒子の状態ベクトルの平均値との差xk (i)_barを算出する(ステップS125)。xk (i)_barは、数33によって表される。 The calculation unit 11 calculates the difference x k (i) — bar between the state vector of each particle where i=1, 2, . . . , N and the average value of the state vectors of all the particles (step S125). x k (i) — bar is expressed by Equation 33.

Figure 0007521335000033
Figure 0007521335000033

演算部11は、全ての粒子に関する状態量予測値の共分散行列Pk を算出する(ステップS126)。共分散行列Pk は、数34によって表される。 The calculation unit 11 calculates the covariance matrix P k of the state quantity predicted values for all particles (step S126). The covariance matrix P k is expressed by Equation 34.

Figure 0007521335000034
Figure 0007521335000034

演算部11は、入力部13を通じて温度センサ250のセンサ出力を取得する(ステップS127)。取得した温度センサ250のセンサ出力は、時間ステップkにおける各粒子の観測値yk iを与える。 The calculation unit 11 acquires the sensor output of the temperature sensor 250 through the input unit 13 (step S127). The acquired sensor output of the temperature sensor 250 gives the observed value y k i of each particle at time step k.

演算部11は、i番目の粒子の時間ステップkにおける観測誤差rk iを算出する(ステップS128)。ここで、wk は観測外乱である。観測誤差rk iは、数35によって表される。 The calculation unit 11 calculates the measurement error r k i of the i-th particle at the time step k (step S128), where w k is the observed disturbance. The measurement error r k i is expressed by Equation 35.

Figure 0007521335000035
Figure 0007521335000035

演算部11は、時間ステップkにおけるカルマンゲインKk を算出する(ステップS129)。カルマンゲインKk は、数36によって表される。 The calculation unit 11 calculates the Kalman gain K k at the time step k (step S129). The Kalman gain K k is expressed by Equation 36.

Figure 0007521335000036
Figure 0007521335000036

演算部11は、i番目の粒子の推定値xk (i)_hatを算出する(ステップS130)。推定値xk (i)_hatは、数37によって表される。すなわち、演算部11は、数32の最初の予測値を、数35の観測誤差rk iと数36のカルマンゲインKk とを用いて修正する。 The calculation unit 11 calculates an estimate x k (i) _hat of the i-th particle (step S130). The estimate x k (i) _hat is expressed by Equation 37. That is, the calculation unit 11 corrects the initial prediction value of Equation 32 using the observation error r k i of Equation 35 and the Kalman gain K k of Equation 36.

Figure 0007521335000037
Figure 0007521335000037

演算部11は、各粒子の平均値xk _hatを算出する(ステップS131)。各粒子の平均値xk _hatは、アンサンブルカルマンフィルタによって得られる状態ベクトル推定値を表し、次式によって算出される。 The calculation unit 11 calculates the average value x k _hat of each particle (step S131). The average value x k _hat of each particle represents a state vector estimate obtained by the ensemble Kalman filter, and is calculated by the following formula.

Figure 0007521335000038
Figure 0007521335000038

数38によって得られる推定値(各粒子の平均値xk _hat)には、各領域の温度の推定値、及び短絡抵抗の推定値が含まれる。演算部11は、短絡抵抗の推定値に基づき、蓄電素子100における内部短絡の有無を推定する。例えば、演算部11は、短絡抵抗の推定値が閾値未満であるか否かを判断する(ステップS132)。閾値は、任意に設定される。 The estimated value (average value x k _hat of each particle) obtained by Equation 38 includes an estimated value of the temperature of each region and an estimated value of the short-circuit resistance. The calculation unit 11 estimates the presence or absence of an internal short circuit in the energy storage element 100 based on the estimated value of the short-circuit resistance. For example, the calculation unit 11 determines whether or not the estimated value of the short-circuit resistance is less than a threshold value (step S132). The threshold value is set arbitrarily.

短絡抵抗の推定値が閾値未満でない場合(S132:NO)、蓄電素子100において内部短絡は生じていないと推定される。内部短絡が生じていないと推定した場合、演算部11は、処理をステップS122へ戻し、次の時間ステップにおける演算を実行する。 If the estimated short-circuit resistance is not less than the threshold value (S132: NO), it is estimated that no internal short circuit has occurred in the energy storage element 100. If it is estimated that no internal short circuit has occurred, the calculation unit 11 returns the process to step S122 and executes the calculation for the next time step.

短絡抵抗の推定値が閾値未満である場合(S132:YES)、蓄電素子100において内部短絡が生じていると推定される。内部短絡が生じていると推定した場合、演算部11は、内部短絡の発生を報知する(ステップS133)。例えば、演算部11は、内部短絡が発生した旨の文字情報を生成し、出力部14より表示装置20へ出力することによって、表示装置20に表示させる。代替的に、演算部11は、内部短絡が発生した旨の文字情報を出力部14より端末装置(不図示)に通知してもよい。また、演算部11は、蓄電素子100の使用停止若しくは交換を促してもよく、使用停止若しくは交換の判断をユーザに仰いでもよい。 If the estimated short-circuit resistance is less than the threshold value (S132: YES), it is estimated that an internal short circuit has occurred in the energy storage element 100. If it is estimated that an internal short circuit has occurred, the calculation unit 11 notifies the occurrence of an internal short circuit (step S133). For example, the calculation unit 11 generates text information indicating that an internal short circuit has occurred, and outputs the text information to the display device 20 from the output unit 14, thereby causing the display device 20 to display the text information. Alternatively, the calculation unit 11 may notify a terminal device (not shown) of the text information indicating that an internal short circuit has occurred from the output unit 14. The calculation unit 11 may also urge the user to stop using or replace the energy storage element 100, or may ask the user to decide whether to stop using or replace the energy storage element 100.

実施の形態3における検出装置10は、アンサンブルカルマンフィルタを利用して短絡抵抗を推定する。アンサンブルカルマンフィルタは、非線形性や非ガウス性を有する状態空間モデルを対象としたフィルタ手法であり、より一般的な状態空間モデルを対象とすることができる。アンサンブルカルマンフィルタは、アルゴリズムが比較的単純であり、検出装置10に容易に実装できる。 The detection device 10 in the third embodiment estimates the short-circuit resistance using an ensemble Kalman filter. The ensemble Kalman filter is a filter method targeted at state space models that have nonlinearity and non-Gaussianity, and can be used for more general state space models. The ensemble Kalman filter has a relatively simple algorithm and can be easily implemented in the detection device 10.

(実施の形態4)
実施の形態4では、拡張カルマンフィルタを用いた状態推定アルゴリズムについて説明する。すなわち、実施の形態4における検出装置10は、拡張カルマンフィルタを用いて、数15の状態方程式及び数16の観測方程式によって表される時系列モデルの時間更新を逐次計算し、内部抵抗Rs を求める。検出装置10は、求めた内部抵抗Rs に基づき、蓄電素子100の内部短絡を検出する。
(Embodiment 4)
In the fourth embodiment, a state estimation algorithm using an extended Kalman filter will be described. That is, the detection device 10 in the fourth embodiment uses an extended Kalman filter to sequentially calculate time updates of a time series model represented by the state equation of Expression 15 and the observation equation of Expression 16 to obtain the internal resistance Rs . The detection device 10 detects an internal short circuit in the energy storage element 100 based on the obtained internal resistance Rs .

図13は実施の形態4における内部短絡の検出手順を説明するフローチャートである。検出装置10の演算部11は、k=1の初期値を与える(ステップS141)。演算部11は、温度の初期値として環境温度を与え、短絡抵抗の初期値として予め設定した仮の値を与えればよい。状態方程式における外乱項vk 及び観測方程式における外乱項wk の分散をそれぞれQk 及びRk とする。初期の分散共分散行列Pを仮定する。 13 is a flow chart for explaining the procedure for detecting an internal short circuit in the fourth embodiment. The calculation unit 11 of the detection device 10 provides an initial value of k=1 (step S141). The calculation unit 11 may provide the ambient temperature as the initial value of the temperature, and a provisional value set in advance as the initial value of the short circuit resistance. The variances of the disturbance term vk in the state equation and the disturbance term wk in the observation equation are respectively Qk and Rk . An initial variance-covariance matrix P is assumed.

演算部11は、事前状態推定値x- k+1 _hatを次式により算出する(ステップS142)。 The calculator 11 calculates the prior state estimate x k+1 _hat by the following equation (step S142).

Figure 0007521335000039
Figure 0007521335000039

演算部11は、非線形変換fのヤコビアン行列を以下の手順によって導出する(ステップS143)。例えば、数40によって表される3成分ベクトルに対し、非線形変換fを数41のように表した場合、ヤコビアンは数42によって算出される。演算部11は、ヤコビアンを事前に導出し、記憶部12に記憶させておいてもよい。 The calculation unit 11 derives the Jacobian matrix of the nonlinear transformation f by the following procedure (step S143). For example, for a three-component vector represented by equation 40, if the nonlinear transformation f is expressed as equation 41, the Jacobian is calculated by equation 42. The calculation unit 11 may derive the Jacobian in advance and store it in the storage unit 12.

Figure 0007521335000040
Figure 0007521335000040

Figure 0007521335000041
Figure 0007521335000041

Figure 0007521335000042
Figure 0007521335000042

演算部11は、事前誤差共分散行列P- k+1を次式により算出する(ステップS144)。ここで、状態遷移行列Ak は数44により表される。 The calculation unit 11 calculates the a priori error covariance matrix P k+1 by the following equation (step S144): Here, the state transition matrix A k is expressed by equation 44.

Figure 0007521335000043
Figure 0007521335000043

Figure 0007521335000044
Figure 0007521335000044

演算部11は、カルマンゲインgk を算出する(ステップS145)。カルマンゲインgk は、数45によって表される。 The calculation unit 11 calculates the Kalman gain g k (step S145). The Kalman gain g k is expressed by Equation 45.

Figure 0007521335000045
Figure 0007521335000045

演算部11は、入力部13を通じて温度センサ250のセンサ出力を取得する(ステップS146)。取得した温度センサ250のセンサ出力は、時間ステップkの観測値yk を与える。 The calculation unit 11 acquires the sensor output of the temperature sensor 250 through the input unit 13 (step S146). The acquired sensor output of the temperature sensor 250 gives the observed value y k at the time step k.

演算部11は、事後状態推定値xk+1 _hat、及び事後誤差共分散行列Pk を次式により算出する(ステップS147)。 The calculator 11 calculates the a posteriori state estimate x k+1 —hat and the a posteriori error covariance matrix P k by the following equations (step S147).

Figure 0007521335000046
Figure 0007521335000046

数46によって得られる推定値(事後状態推定値xk+1 _hat)には、各領域の温度の推定値、及び短絡抵抗の推定値が含まれる。演算部11は、短絡抵抗の推定値に基づき、蓄電素子100における内部短絡の有無を推定する。例えば、演算部11は、短絡抵抗の推定値が閾値未満であるか否かを判断する(ステップS148)。閾値は、任意に設定される。 The estimate (post-state estimate x k+1 _hat) obtained by Equation 46 includes an estimate of the temperature of each region and an estimate of the short-circuit resistance. The calculation unit 11 estimates the presence or absence of an internal short circuit in the energy storage element 100 based on the estimate of the short-circuit resistance. For example, the calculation unit 11 determines whether the estimate of the short-circuit resistance is less than a threshold value (step S148). The threshold value is set arbitrarily.

短絡抵抗の推定値が閾値未満でない場合(S148:NO)、蓄電素子100において内部短絡は生じていないと推定される。内部短絡が生じていないと推定した場合、演算部11は、処理をステップS142へ戻し、次の時間ステップにおける演算を実行する。 If the estimated short-circuit resistance is not less than the threshold value (S148: NO), it is estimated that no internal short circuit has occurred in the energy storage element 100. If it is estimated that no internal short circuit has occurred, the calculation unit 11 returns the process to step S142 and executes the calculation for the next time step.

短絡抵抗の推定値が閾値未満である場合(S148:YES)、蓄電素子100において内部短絡が生じていると推定される。内部短絡が生じていると推定した場合、演算部11は、内部短絡の発生を報知する(ステップS149)。例えば、演算部11は、内部短絡が発生した旨の文字情報を生成し、出力部14より表示装置20へ出力することによって、表示装置20に表示させる。代替的に、演算部11は、内部短絡が発生した旨の文字情報を出力部14より端末装置(不図示)に通知してもよい。また、演算部11は、蓄電素子100の使用停止若しくは交換を促してもよく、使用停止若しくは交換の判断をユーザに仰いでもよい。 If the estimated short-circuit resistance is less than the threshold value (S148: YES), it is estimated that an internal short circuit has occurred in the energy storage element 100. If it is estimated that an internal short circuit has occurred, the calculation unit 11 notifies the occurrence of an internal short circuit (step S149). For example, the calculation unit 11 generates text information indicating that an internal short circuit has occurred, and outputs the text information to the display device 20 from the output unit 14, thereby causing the display device 20 to display the text information. Alternatively, the calculation unit 11 may notify a terminal device (not shown) of the text information indicating that an internal short circuit has occurred from the output unit 14. The calculation unit 11 may also urge the user to stop using or replace the energy storage element 100, or may ask the user to decide whether to stop using or replace the energy storage element 100.

実施の形態4における検出装置10は、拡張カルマンフィルタを利用して短絡抵抗を推定する。拡張カルマンフィルタは、非線形モデルを平均値等の代表値付近で線形近似することにより、カルマンフィルタの適用を可能にする手法である。拡張カルマンフィルタは、計算負荷が小さく、安価な装置にて実現可能である。 The detection device 10 in the fourth embodiment estimates the short-circuit resistance using an extended Kalman filter. The extended Kalman filter is a method that enables the application of a Kalman filter by linearly approximating a nonlinear model near a representative value such as the average value. The extended Kalman filter has a small computational load and can be realized by an inexpensive device.

(実施の形態5)
実施の形態5では、無香料カルマンフィルタを用いた状態推定アルゴリズムについて説明する。すなわち、実施の形態5における検出装置10は、無香料カルマンフィルタを用いて、数15の状態方程式及び数16の観測方程式によって表される時系列モデルの時間更新を逐次計算し、内部抵抗Rs を求める。検出装置10は、求めた内部抵抗Rs に基づき、蓄電素子100の内部短絡を検出する。
(Embodiment 5)
In the fifth embodiment, a state estimation algorithm using an unscented Kalman filter will be described. That is, the detection device 10 in the fifth embodiment uses the unscented Kalman filter to sequentially calculate time updates of a time series model represented by the state equation of Expression 15 and the observation equation of Expression 16, and obtains the internal resistance Rs . The detection device 10 detects an internal short circuit in the energy storage element 100 based on the obtained internal resistance Rs .

図14は実施の形態5における内部短絡の検出手順を説明するフローチャートである。検出装置10の演算部11は、k=1の初期値を与える(ステップS161)。演算部11は、温度の初期値として環境温度を与え、短絡抵抗の初期値として予め設定した仮の値を与えればよい。状態方程式における外乱項vk 及び観測方程式における外乱項wk の分散をそれぞれQk 及びRk とする。初期の分散共分散行列Pを仮定する。 14 is a flow chart for explaining the procedure for detecting an internal short circuit in the fifth embodiment. The calculation unit 11 of the detection device 10 provides an initial value of k=1 (step S161). The calculation unit 11 may provide the ambient temperature as the initial value of the temperature, and a provisional value set in advance as the initial value of the short circuit resistance. The variances of the disturbance term vk in the state equation and the disturbance term wk in the observation equation are respectively Qk and Rk . An initial variance-covariance matrix P is assumed.

演算部11は、ある計算ステップにて得られた推定値x- kと分散共分散行列Pk を用いて、シグマポイントと呼ばれる計算点を生成する(ステップS162)。生成される(2n+1)個のシグマポイントを数47のように付番すると、j(jは-n≦j≦nを満たす整数)番目のシグマポイントは、数48のように表される。 The calculation unit 11 generates calculation points called sigma points by using the estimated value x k obtained in a certain calculation step and the variance-covariance matrix P k (step S162). If the (2n+1) generated sigma points are numbered as in Expression 47, the jth sigma point (j is an integer satisfying −n≦j≦n) is expressed as in Expression 48.

Figure 0007521335000047
Figure 0007521335000047

Figure 0007521335000048
Figure 0007521335000048

ただし、sig(j)は、j<0のとき-1、j=0のとき0、0<jのとき+1を与える関数である。κは正の調整パラメータである。 where sig(j) is a function that gives -1 when j<0, 0 when j=0, and +1 when 0<j. κ is a positive adjustment parameter.

各々のシグマポイントの重みwj を、j≠0のときwj =κ/2(n+κ)、j=0のときw0 =κ/(n+κ)とする。 The weight w j of each sigma point is expressed as w j =κ/2(n+κ) when j≠0, and as w 0 =κ/(n+κ) when j=0.

演算部11は、次式のように、全てのシグマポイントの状態、事前状態推定値、事前誤差共分散行列を更新する(ステップS163)。 The calculation unit 11 updates the states, prior state estimates, and prior error covariance matrix of all sigma points as follows (step S163).

Figure 0007521335000049
Figure 0007521335000049

演算部11は、事前状態推定値と事前誤差共分散行列とを更新したため、次式によりシグマポイントを再計算する(ステップS164)。 Since the calculation unit 11 has updated the prior state estimate and the prior error covariance matrix, it recalculates the sigma point using the following formula (step S164).

Figure 0007521335000050
Figure 0007521335000050

演算部11は、観測のシグマポイントを次式に従って更新する(ステップS165)。 The calculation unit 11 updates the observed sigma point according to the following formula (step S165).

Figure 0007521335000051
Figure 0007521335000051

演算部11は、事前観測推定値y- k+1_hatを次式により算出する(ステップS166)。 The calculator 11 calculates the prior observation estimated value y k+1 _hat by the following equation (step S166).

Figure 0007521335000052
Figure 0007521335000052

演算部11は、事前観測誤差の共分散行列P- yy,k+1 を次式により算出する(ステップS167)。 The calculation unit 11 calculates the covariance matrix P yy,k+1 of the prior observation errors by the following equation (step S167).

Figure 0007521335000053
Figure 0007521335000053

演算部11は、事前状態・観測誤差の共分散行列P- xy,k+1 を次式により算出する(ステップS168)。 The calculation unit 11 calculates the covariance matrix P xy,k+1 of the prior state and observation errors by the following equation (step S168).

Figure 0007521335000054
Figure 0007521335000054

演算部11は、カルマンゲインgk を次式により算出する(ステップS169)。 The calculation unit 11 calculates the Kalman gain g k by the following equation (step S169).

Figure 0007521335000055
Figure 0007521335000055

演算部11は、入力部13を通じて温度センサ250のセンサ出力を取得する(ステップS170)。取得した温度センサ250のセンサ出力は、時間ステップk+1における観測値yk+1 を与える。 The calculation unit 11 acquires the sensor output of the temperature sensor 250 through the input unit 13 (step S170). The acquired sensor output of the temperature sensor 250 gives the observed value y k+1 at time step k+1.

演算部11は、カルマンゲインgk を観測値yk+1と事前観測推定値y- k+1_hatとの差に乗じ、時間ステップk+1における状態推定を行う(ステップS171)。 The calculator 11 multiplies the difference between the observed value y k+1 and the prior observed estimated value y k+1 _hat by the Kalman gain g k to perform state estimation at time step k+1 (step S171).

Figure 0007521335000056
Figure 0007521335000056

演算部11は、事後観測誤差の共分散行列Pk+1 を次式により算出する(ステップS172)。 The calculation unit 11 calculates the covariance matrix P k+1 of the a posteriori observation errors by the following equation (step S172).

Figure 0007521335000057
Figure 0007521335000057

数56によって得られる事後観測推定値(xk+1 _hat)には、各領域の温度の推定値、及び短絡抵抗の推定値が含まれる。演算部11は、短絡抵抗の推定値に基づき、蓄電素子100における内部短絡の有無を推定する。例えば、演算部11は、短絡抵抗の推定値が閾値未満であるか否かを判断する(ステップS173)。閾値は、任意に設定される。 The posterior observation estimate (x k+1 _hat) obtained by Equation 56 includes an estimate of the temperature of each region and an estimate of the short-circuit resistance. The calculation unit 11 estimates the presence or absence of an internal short circuit in the energy storage element 100 based on the estimate of the short-circuit resistance. For example, the calculation unit 11 determines whether the estimate of the short-circuit resistance is less than a threshold value (step S173). The threshold value is set arbitrarily.

短絡抵抗の推定値が閾値未満でない場合(S173:NO)、蓄電素子100において内部短絡は生じていないと推定される。内部短絡が生じていないと推定した場合、演算部11は、処理をステップS162へ戻し、次の時間ステップにおける演算を実行する。 If the estimated short-circuit resistance is not less than the threshold value (S173: NO), it is estimated that no internal short circuit has occurred in the energy storage element 100. If it is estimated that no internal short circuit has occurred, the calculation unit 11 returns the process to step S162 and executes the calculation for the next time step.

短絡抵抗の推定値が閾値未満である場合(S173:YES)、蓄電素子100において内部短絡が生じていると推定される。内部短絡が生じていると推定した場合、演算部11は、内部短絡の発生を報知する(ステップS174)。例えば、演算部11は、内部短絡が発生した旨の文字情報を生成し、出力部14より表示装置20へ出力することによって、表示装置20に表示させる。代替的に、演算部11は、内部短絡が発生した旨の文字情報を出力部14より端末装置(不図示)に通知してもよい。また、演算部11は、蓄電素子100の使用停止若しくは交換を促してもよく、使用停止若しくは交換の判断をユーザに仰いでもよい。 If the estimated short-circuit resistance is less than the threshold value (S173: YES), it is estimated that an internal short circuit has occurred in the energy storage element 100. If it is estimated that an internal short circuit has occurred, the calculation unit 11 notifies the occurrence of an internal short circuit (step S174). For example, the calculation unit 11 generates text information indicating that an internal short circuit has occurred, and outputs the text information to the display device 20 from the output unit 14, thereby causing the display device 20 to display the text information. Alternatively, the calculation unit 11 may notify a terminal device (not shown) of the text information indicating that an internal short circuit has occurred from the output unit 14. The calculation unit 11 may also urge the user to stop using or replace the energy storage element 100, or may ask the user to decide whether to stop using or replace the energy storage element 100.

実施の形態5における検出装置10は、無香料カルマンフィルタを利用して短絡抵抗を推定する。無香料カルマンフィルタは、平均値周りにシグマポイントと呼ばれる複数のサンプル点を設け、これらの統計的性質に基づいて共分散行列を推定する。無香料カルマンフィルタは、非線形性が強い問題においては、拡張カルマンフィルタよりも良好な性能を示す。 The detection device 10 in the fifth embodiment estimates the short-circuit resistance using an unscented Kalman filter. The unscented Kalman filter sets multiple sample points called sigma points around the mean value and estimates the covariance matrix based on the statistical properties of these points. The unscented Kalman filter performs better than the extended Kalman filter in problems with strong nonlinearity.

(実施の形態6)
実施の形態6では、検出装置10が短絡抵抗Rs に基づき内部短絡の予兆を検出する構成について説明する。
(Embodiment 6)
In the sixth embodiment, a configuration will be described in which the detection device 10 detects a sign of an internal short circuit based on the short-circuit resistance Rs .

図15は内部短絡の予兆の検出手順を説明するフローチャートである。検出装置10の演算部11は、実施の形態1~5と同様の手順を用いて、蓄電素子100における短絡抵抗Rs を逐次推定する(ステップS201)。 15 is a flow chart for explaining the procedure for detecting a sign of an internal short circuit. The calculation unit 11 of the detection device 10 sequentially estimates the short circuit resistance Rs in the energy storage element 100 using the same procedure as in the first to fifth embodiments (step S201).

演算部11は、推定した短絡抵抗Rs が基準値より所定割合低下したか否かを判断する(ステップS202)。基準値には、内部短絡が生じていない状態における短絡抵抗Rs の平均値などが設定される。閾値として設定する割合は適宜設定される。例えば、短絡抵抗Rs が基準値より10%以上低下した場合に内部短絡の予兆を検出したとする場合、閾値には10%が設定される。 The calculation unit 11 judges whether the estimated short-circuit resistance Rs has decreased by a predetermined percentage from a reference value (step S202). The reference value is set to an average value of the short-circuit resistance Rs in a state where no internal short circuit has occurred. The percentage set as the threshold is set appropriately. For example, if a sign of an internal short circuit is detected when the short-circuit resistance Rs has decreased by 10% or more from the reference value, the threshold is set to 10%.

演算部11は、推定した短絡抵抗Rs が基準値より所定割合低下していない場合(S202:NO)、処理をステップS201へ戻し、短絡抵抗Rs の推定を継続する。 When the estimated short-circuit resistance R s has not decreased by a predetermined percentage from the reference value (S202: NO), the calculation unit 11 returns the process to step S201 and continues estimating the short-circuit resistance R s .

演算部11は、推定した短絡抵抗Rs が基準値より所定割合低下した場合(S202:YES)、内部短絡の予兆が発生していると推定する。演算部11は、内部短絡の予兆が発生していると判断した場合、内部短絡の予兆を報知する(ステップS203)。例えば、演算部11は、内部短絡の予兆を検出した旨の文字情報を生成し、出力部14より表示装置20へ出力することによって、表示装置20に表示させる。代替的に、演算部11は、内部短絡の予兆を検出した旨の文字情報を出力部14より端末装置(不図示)に通知してもよい。また、演算部11は、蓄電素子100の使用停止若しくは交換を促してもよく、使用停止若しくは交換の判断をユーザに仰いでもよい。 When the estimated short-circuit resistance R s is lower than the reference value by a predetermined percentage (S202: YES), the calculation unit 11 estimates that a sign of an internal short circuit has occurred. When the calculation unit 11 determines that a sign of an internal short circuit has occurred, it notifies the user of the sign of an internal short circuit (step S203). For example, the calculation unit 11 generates text information indicating that a sign of an internal short circuit has been detected, and outputs the text information to the display device 20 from the output unit 14, thereby causing the display device 20 to display the text information. Alternatively, the calculation unit 11 may notify a terminal device (not shown) of the text information indicating that a sign of an internal short circuit has been detected from the output unit 14. In addition, the calculation unit 11 may urge the user to stop using or replace the energy storage element 100, or may ask the user to decide whether to stop using or replace the energy storage element 100.

実施の形態6では、推定した内部抵抗Rs が基準値より所定割合低下したか否かを判断することによって、内部短絡の予兆を検出する構成とした。代替的に、演算部11は、推定した内部抵抗Rs が設定回数(例えば5回)連続して低下したか否かを判断基準として、内部短絡の予兆を検出してもよい。 In the sixth embodiment, the sign of an internal short circuit is detected by determining whether the estimated internal resistance Rs has decreased by a predetermined percentage from the reference value. Alternatively, the calculation unit 11 may detect the sign of an internal short circuit based on the determination criterion of whether the estimated internal resistance Rs has decreased a set number of times (e.g., five times).

実施の形態1~6では、導電性タブの温度を計測する温度センサ250のセンサ出力に基づき、予兆を含む内部短絡を検出する構成としたが、モータスポーツ車の走行時や重機を大トルクで使用する場合など、蓄電素子100から大電流を出力する場合には導電性タブが高温に至る可能性がある。この場合、導電性タブは高温に至るものの、正常な使用の範囲内であって、内部短絡などの異常ではない。正常な使用により導電性タブが高温に至った場合と、内部短絡により導電性タブが高温に至った場合とを区別するために、蓄電素子100に流れる電流に基づいた伝熱計算が同時に実施されてもよい。検出装置10は、温度センサ250によって計測される導電性タブの温度と、蓄電素子100の電流から推定される導電性タブの温度とを比較し、両者の値が近ければ、内部短絡による昇温ではなく、正常使用時の昇温であると判断できる。一方、蓄電素子100に流れる電流からは起こり得ないような昇温が測定された場合、検出装置10は、内部短絡が発生している可能性があると判断すればよい。 In the first to sixth embodiments, the configuration is such that an internal short circuit, including a precursor, is detected based on the sensor output of the temperature sensor 250 that measures the temperature of the conductive tab. However, when a large current is output from the energy storage element 100, such as when a motor sports car is running or heavy machinery is used with a large torque, the conductive tab may reach a high temperature. In this case, the conductive tab reaches a high temperature, but this is within the range of normal use and is not an abnormality such as an internal short circuit. In order to distinguish between a case in which the conductive tab reaches a high temperature due to normal use and a case in which the conductive tab reaches a high temperature due to an internal short circuit, a heat transfer calculation based on the current flowing through the energy storage element 100 may be performed at the same time. The detection device 10 compares the temperature of the conductive tab measured by the temperature sensor 250 with the temperature of the conductive tab estimated from the current of the energy storage element 100, and if the two values are close, it can be determined that the temperature rise is not due to an internal short circuit but is due to normal use. On the other hand, if a temperature rise that cannot be caused by the current flowing through the energy storage element 100 is measured, the detection device 10 may determine that an internal short circuit may have occurred.

(実施の形態7)
実施の形態7では、蓄電素子100の内部短絡が検出された場合、電極端子310と導電性タブ(正極タブ211又は負極タブ221)との間の電流経路を遮断する構成について説明する。
(Seventh embodiment)
In the seventh embodiment, a configuration is described in which, when an internal short circuit of the energy storage element 100 is detected, the current path between the electrode terminal 310 and the conductive tab (the positive electrode tab 211 or the negative electrode tab 221) is cut off.

実施の形態7における蓄電素子100は、検出装置10によって蓄電素子100の内部短絡が検出された場合、電極端子310と導電性タブ(正極タブ211又は負極タブ221)との間の電流経路を遮断する遮断器を備える。 The energy storage element 100 in embodiment 7 is equipped with a circuit breaker that cuts off the current path between the electrode terminal 310 and the conductive tab (positive electrode tab 211 or negative electrode tab 221) when an internal short circuit in the energy storage element 100 is detected by the detection device 10.

図16は実施の形態7における蓄電素子100の部分断面図、図17は遮断器の実装例を示す斜視図である。蓄電素子100は、実施の形態1において説明した構成に加え、制御基板150、制御回路151、及び半導体スイッチング素子152(以下、FET152と称する)を備える。これらは例えば蓄電素子100の蓋体112と集電体140との間に設けたスペースに実装される。実施の形態7では、集電体140は、第1集電体140aと第2集電体140bとに分かれる。第1集電体140a及び第2集電体140bは、間隙を設けて配置される。第1集電体140aには正極タブ211が接続され、第2集電体140bには端子電極310が接続される。 Figure 16 is a partial cross-sectional view of the energy storage element 100 in the seventh embodiment, and Figure 17 is a perspective view showing an example of the implementation of a circuit breaker. In addition to the configuration described in the first embodiment, the energy storage element 100 includes a control board 150, a control circuit 151, and a semiconductor switching element 152 (hereinafter referred to as FET 152). These are mounted, for example, in a space provided between the cover 112 of the energy storage element 100 and the current collector 140. In the seventh embodiment, the current collector 140 is divided into a first current collector 140a and a second current collector 140b. The first current collector 140a and the second current collector 140b are arranged with a gap provided between them. A positive electrode tab 211 is connected to the first current collector 140a, and a terminal electrode 310 is connected to the second current collector 140b.

制御基板150は、第1集電体140a及び第2集電体140b上に設けられる。制御基板150には、矩形状の切欠部150a,150bが設けられている。制御回路151は、制御基板150上に実装される。FET152は、切欠部150aより露出する第1集電体140aの露出面上に実装される。 The control board 150 is provided on the first current collector 140a and the second current collector 140b. The control board 150 is provided with rectangular cutouts 150a and 150b. The control circuit 151 is mounted on the control board 150. The FET 152 is mounted on the exposed surface of the first current collector 140a exposed from the cutout 150a.

制御回路151は、上述した検出装置10より検出結果を取得し、取得した検出結果に応じてFET152をオン/オフする。実施の形態7では、便宜的に制御回路151と検出装置10とを別体とした。代替的に、制御回路151と検出装置10とは一体であってもよい。 The control circuit 151 acquires the detection result from the above-mentioned detection device 10, and turns on/off the FET 152 according to the acquired detection result. In the seventh embodiment, for convenience, the control circuit 151 and the detection device 10 are separate entities. Alternatively, the control circuit 151 and the detection device 10 may be integrated.

FET152は、例えば、スイッチング用のパワーMOSFET(Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor)である。FET152のゲート端子152Gは、制御基板150に形成されたプリント配線(不図示)を介して制御回路151に接続される。ドレイン端子152Dは、切欠部150aより露出する第1集電体140aの露出面上に接続される。ソース端子152Sは、第1集電体140aと第2集電体140bとの間の間隙を跨いで、制御基板150の切欠部150bより露出する第2集電体140bの露出面に接続される。 The FET 152 is, for example, a power MOSFET (Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor) for switching. The gate terminal 152G of the FET 152 is connected to the control circuit 151 via a printed wiring (not shown) formed on the control board 150. The drain terminal 152D is connected to the exposed surface of the first current collector 140a exposed from the notch 150a. The source terminal 152S is connected to the exposed surface of the second current collector 140b exposed from the notch 150b of the control board 150, across the gap between the first current collector 140a and the second current collector 140b.

制御回路151は、FET152のゲート端子152Gに所定の電圧(ゲート電圧)を印加することによって、ドレイン端子152D及びソース端子152S間を接続できる。この結果、電極端子310と正極タブ211との間の電流経路が接続される。一方、制御回路151は、ゲート電圧をゼロにすれば、ドレイン端子152D及びソース端子152S間を遮断できる。この結果、電極端子310と正極タブ211との間の電流経路が遮断される。 The control circuit 151 can connect the drain terminal 152D and the source terminal 152S by applying a predetermined voltage (gate voltage) to the gate terminal 152G of the FET 152. As a result, the current path between the electrode terminal 310 and the positive electrode tab 211 is connected. On the other hand, the control circuit 151 can cut off the connection between the drain terminal 152D and the source terminal 152S by setting the gate voltage to zero. As a result, the current path between the electrode terminal 310 and the positive electrode tab 211 is cut off.

実施の形態7では、電極端子310と正極タブ211との間の電流経路にFET152を介装する構成とした。代替的に、FET152は、電極端子320と負極タブ221との間の電流経路に介装されてもよい。 In the seventh embodiment, the FET 152 is disposed in the current path between the electrode terminal 310 and the positive electrode tab 211. Alternatively, the FET 152 may be disposed in the current path between the electrode terminal 320 and the negative electrode tab 221.

実施の形態7では、簡略化のために、FET152を1つだけ実装した構成について説明した。代替的に、蓄電素子100は、ドレイン端子152Dが第2集電体140bに接続され、ソース端子152Sが第1集電体140aに接続されたFET152を更に備えてもよい。 In the seventh embodiment, for the sake of simplicity, a configuration in which only one FET 152 is implemented has been described. Alternatively, the energy storage element 100 may further include an FET 152 in which the drain terminal 152D is connected to the second current collector 140b and the source terminal 152S is connected to the first current collector 140a.

実施の形態7では、電極端子310と導電性タブ(正極タブ211又は負極タブ221)との間の電流経路を遮断する遮断器として、蓄電素子100がFET152を備える構成について説明した。代替的に、制御回路151によりオン/オフが制御される機械式スイッチ、制御回路151より昇温させることによって変形するバイメタルを用いたスイッチ、制御回路151より昇温させることによって溶断するヒューズなどの任意の遮断器を用いてもよい。また、蓄電素子100が複数の電極体200を備える場合、制御回路151は、内部短絡が発生した電極体200に繋がる電流経路のみを遮断してもよい。 In the seventh embodiment, the configuration in which the energy storage element 100 includes an FET 152 as a circuit breaker that breaks the current path between the electrode terminal 310 and the conductive tab (positive electrode tab 211 or negative electrode tab 221) has been described. Alternatively, any circuit breaker may be used, such as a mechanical switch that is turned on/off by the control circuit 151, a switch using a bimetal that is deformed by heating by the control circuit 151, or a fuse that melts by heating by the control circuit 151. In addition, when the energy storage element 100 includes multiple electrode bodies 200, the control circuit 151 may break only the current path leading to the electrode body 200 in which an internal short circuit has occurred.

図18は制御回路151が実行する処理の手順を説明するフローチャートである。制御回路151は、検出装置10から検出結果を取得し、蓄電素子100に内部短絡が発生したか否かを判断する(ステップS301)。 Figure 18 is a flowchart explaining the procedure of the process executed by the control circuit 151. The control circuit 151 obtains the detection result from the detection device 10 and determines whether or not an internal short circuit has occurred in the storage element 100 (step S301).

制御回路151は、蓄電素子100に内部短絡が発生していないと判断した場合(S301:NO)、FET152のオン状態を維持し(ステップS302)、処理をステップS301へ戻す。 If the control circuit 151 determines that no internal short circuit has occurred in the storage element 100 (S301: NO), it maintains the on state of the FET 152 (step S302) and returns the process to step S301.

制御回路151は、蓄電素子100に内部短絡が発生したと判断した場合(S301:YES)、制御回路151は、FET152をオフすることによって、電極端子310と正極タブ211との間の電流経路を遮断する(ステップS303)。 When the control circuit 151 determines that an internal short circuit has occurred in the storage element 100 (S301: YES), the control circuit 151 turns off the FET 152 to interrupt the current path between the electrode terminal 310 and the positive electrode tab 211 (step S303).

以上のように、実施の形態7では、検出装置10において蓄電素子100の内部短絡が検出された場合、制御回路151は、電極端子310と導電性タブ(正極タブ211又は負極タブ221)との間の電流経路を遮断するので、蓄電素子100が高温になることを防止できる。 As described above, in embodiment 7, when an internal short circuit of the energy storage element 100 is detected by the detection device 10, the control circuit 151 cuts off the current path between the electrode terminal 310 and the conductive tab (positive electrode tab 211 or negative electrode tab 221), thereby preventing the energy storage element 100 from becoming too hot.

実施の形態7では、FET152を用いて電流経路を遮断する構成について説明した。代替的に、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、サイリスタ、バイポーラトランジスタなどの半導体素子が用いられてもよい。また、導電性タブにバイメタルを用い、昇温により導電性タブが歪んで切断されるようにしてもよい。更に、機械バネによる拘束を外すことによって電流経路を遮断する構成としてもよい。更に、溶断によって電流経路を遮断する構成としてもよい。 In the seventh embodiment, a configuration in which a current path is interrupted using a FET 152 has been described. Alternatively, a semiconductor element such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), a thyristor, or a bipolar transistor may be used. Also, a bimetal may be used for the conductive tab, and the conductive tab may be distorted and cut off due to an increase in temperature. Furthermore, a configuration in which a current path is interrupted by removing the constraint of a mechanical spring may be used. Furthermore, a configuration in which a current path is interrupted by melting may be used.

実施の形態7では、検出装置10において蓄電素子100の内部短絡が検出された場合、制御回路151が電流経路を遮断する構成とした。代替的に、検出装置10において蓄電素子100の内部短絡の予兆を検出した場合、制御回路151が電流経路を遮断してもよい。電流経路を遮断することによって動作中の装置や走行中の車両が急停止する場合があるため、制御回路151は、蓄電素子100を搭載する装置や車両の停止を確認した後に電流経路を遮断してもよい。 In the seventh embodiment, when the detection device 10 detects an internal short circuit in the energy storage element 100, the control circuit 151 is configured to cut off the current path. Alternatively, when the detection device 10 detects a sign of an internal short circuit in the energy storage element 100, the control circuit 151 may cut off the current path. Since cutting off the current path may cause an operating device or a traveling vehicle to suddenly stop, the control circuit 151 may cut off the current path after confirming that the device or vehicle in which the energy storage element 100 is mounted has stopped.

今回開示された実施形態は、全ての点において例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。 The embodiments disclosed herein are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive. The scope of the present invention is indicated by the claims, not by the above meaning, and is intended to include all modifications within the meaning and scope of the claims.

例えば、実施の形態1から7では、積層型の電極体200を備えた蓄電素子100を例に挙げて内部短絡の検出手法等を説明したが、内部短絡の検出対象は、巻回型の電極体を備えた蓄電素子であってもよい。ただし、積層型の電極体200では、正極タブ211(又は負極タブ221)のみを介して正極板同士(又は負極板同士)が電気的に接続されるのに対し、巻回型の電極体では、タブだけでなく巻回部を介して正極板同士(又は負極板同士)が接続されている。このため、巻回型の電極体では、導電性タブを切断したとしても、巻回部を介して短絡が継続するという側面を有する。本願の効果は、巻回型の電極体を備えた蓄電素子よりも、積層型の電極体200を備えた蓄電素子100において、効果的に発揮される。 For example, in the first to seventh embodiments, the detection method of an internal short circuit is described using the storage element 100 having the stacked electrode body 200 as an example, but the detection target for an internal short circuit may be a storage element having a wound electrode body. However, in the stacked electrode body 200, the positive electrode plates (or the negative electrode plates) are electrically connected to each other only through the positive electrode tab 211 (or the negative electrode tab 221), whereas in the wound electrode body, the positive electrode plates (or the negative electrode plates) are connected to each other not only through the tab but also through the winding part. Therefore, in the wound electrode body, even if the conductive tab is cut, the short circuit continues through the winding part. The effect of the present application is more effectively exerted in the storage element 100 having the stacked electrode body 200 than in the storage element having the wound electrode body.

実施の形態における蓄電素子はラミネート型の蓄電素子であってもよい。図19はラミネート型の蓄電素子500を示す外観斜視図であり、図20はラミネート型の蓄電素子500を示す分解斜視図である。蓄電素子500は、ラミネートフィルムからなる外装体510、並びに、蓄電素子500の長手方向の両端部からそれぞれ外側に突出する正極リード端子520及び負極リード端子530を備える。外装体1の内部には、発電要素540と電解液(不図示)とが収納されている。図20に一例として示す発電要素540は、帯状の正極と負極とを巻回し長円筒形とした構造を有する。 The energy storage element in the embodiment may be a laminated type energy storage element. FIG. 19 is an external perspective view showing a laminated type energy storage element 500, and FIG. 20 is an exploded perspective view showing the laminated type energy storage element 500. The energy storage element 500 includes an exterior body 510 made of a laminate film, and a positive electrode lead terminal 520 and a negative electrode lead terminal 530 that protrude outward from both ends of the energy storage element 500 in the longitudinal direction. A power generation element 540 and an electrolyte (not shown) are stored inside the exterior body 1. The power generation element 540 shown as an example in FIG. 20 has a structure in which strip-shaped positive and negative electrodes are wound into an elongated cylindrical shape.

外装体510は、2枚のラミネートフィルムが互いに対向した状態で重ねられ、それぞの端部にて溶着されて筒状に形成されている。蓄電素子500の両端部の溶着部は、それぞれ、正極リード端子520及び負極リード端子530を挟み込んだ状態で溶着されている。外装体510は、例えば、PE(polyethylene)溶着層、PET(polyethylene terephthalate)層、アルミニウム層、PET層、PE層がこの順に積層されたラミネート構造を有する。 The exterior body 510 is formed into a cylindrical shape by stacking two laminate films facing each other and welding their ends. The welding parts at both ends of the energy storage element 500 are welded while sandwiching the positive electrode lead terminal 520 and the negative electrode lead terminal 530, respectively. The exterior body 510 has a laminate structure in which, for example, a PE (polyethylene) welding layer, a PET (polyethylene terephthalate) layer, an aluminum layer, a PET layer, and a PE layer are stacked in this order.

正極リード端子520は、外装体510の内部において、発電要素540の正極に接合されている。正極リード端子520は、例えば、アルミニウム層とチタン層とが圧延接合されたクラッド材(積層体)によって構成される。 The positive electrode lead terminal 520 is joined to the positive electrode of the power generating element 540 inside the exterior body 510. The positive electrode lead terminal 520 is made of, for example, a clad material (laminate) in which an aluminum layer and a titanium layer are roll-bonded.

負極リード端子530は、外装体510の内部において、発電要素540の負極に接合されている。負極リード端子530は、例えば、銅層と、銅層の両面に設けられたチタン層とを備える積層体によって構成される。 The negative electrode lead terminal 530 is joined to the negative electrode of the power generating element 540 inside the exterior body 510. The negative electrode lead terminal 530 is composed of a laminate including, for example, a copper layer and titanium layers provided on both sides of the copper layer.

上述した蓄電素子500において、温度センサ250は、正極リード端子520(又は負極リード端子)に取り付けられる。検出装置10は、温度センサ250のセンサ出力を取得し、取得したセンサ出力に基づき、蓄電素子500の内部短絡を検出すればよい。内部短絡の検出方法は、実施の形態1~6において説明した検出方法と同様である。蓄電素子は、実施の形態7と同様に、蓄電素子500の内部短絡が検出された場合、正極リード端子520(又は負極リード端子530)を介した電流経路を遮断する遮断器を備えてもよい。 In the above-described energy storage element 500, the temperature sensor 250 is attached to the positive electrode lead terminal 520 (or the negative electrode lead terminal). The detection device 10 acquires the sensor output of the temperature sensor 250 and detects an internal short circuit of the energy storage element 500 based on the acquired sensor output. The method of detecting an internal short circuit is the same as the detection method described in the first to sixth embodiments. As in the seventh embodiment, the energy storage element may be provided with a circuit breaker that interrupts the current path via the positive electrode lead terminal 520 (or the negative electrode lead terminal 530) when an internal short circuit of the energy storage element 500 is detected.

10 検出装置
11 演算部
12 記憶部
13 入力部
14 出力部
100 蓄電素子
110 容器
150 制御基板
151 制御回路
152 半導体スイッチング素子
200 電極体
210 正極板
211 正極タブ
220 負極板
221 負極タブ
250 温度センサ
230 セパレータ
310 電極端子
320 電極端子
PG 状態推定プログラム
MD1,MD2 熱回路モデル
REFERENCE SIGNS LIST 10 Detection device 11 Calculation unit 12 Memory unit 13 Input unit 14 Output unit 100 Energy storage element 110 Container 150 Control board 151 Control circuit 152 Semiconductor switching element 200 Electrode body 210 Positive electrode plate 211 Positive electrode tab 220 Negative electrode plate 221 Negative electrode tab 250 Temperature sensor 230 Separator 310 Electrode terminal 320 Electrode terminal PG State estimation program MD1, MD2 Thermal circuit model

Claims (9)

電極端子と、導電性タブを有する電極体とを備え、前記導電性タブを介して前記電極体を前記電極端子に接続してある蓄電素子に関して、前記導電性タブの温度を計測する温度センサからセンサ出力を取得する取得部と、
取得したセンサ出力に基づき、前記電極体における内部短絡を検出する検出部と
を備え
前記検出部は、前記センサ出力に基づき、前記内部短絡の短絡抵抗を推定するオブザーバを備える検出装置。
an acquisition unit that acquires a sensor output from a temperature sensor that measures a temperature of an electrode terminal and an electrode body having a conductive tab, the electrode body being connected to the electrode terminal via the conductive tab, for an energy storage element;
A detection unit that detects an internal short circuit in the electrode body based on the acquired sensor output ,
The detection unit is a detection device including an observer that estimates a short-circuit resistance of the internal short circuit based on the sensor output .
前記検出部は、前記センサ出力と前記蓄電素子の熱現象を模擬する熱回路モデルとに基づく状態推定アルゴリズムを用いて、前記内部短絡の短絡抵抗を推定する
請求項1に記載の検出装置。
The detection device according to claim 1 , wherein the detection unit estimates the short-circuit resistance of the internal short circuit by using a state estimation algorithm based on the sensor output and a thermal circuit model that simulates a thermal phenomenon of the energy storage element.
前記熱回路モデルは、前記電極体、前記導電性タブ、及び短絡部位を節点に含み、各節点における温度及び熱容量、並びに節点間の熱抵抗をパラメータに含むモデルである
請求項に記載の検出装置。
The detection device according to claim 2 , wherein the thermal circuit model includes the electrode body, the conductive tab, and the short circuit portion as nodes, and includes parameters including temperature and heat capacity at each node, and thermal resistance between the nodes.
前記状態推定アルゴリズムは、
各節点の温度及び短絡抵抗を含む状態変数の時間遷移を表す状態方程式を用いて、各状態変数の時間遷移を求め、
前記状態変数と前記温度センサによる観測温度を含む観測量との関係を記述する観測方程式を用いて、状態推定の尤度を求め、
求めた状態推定の尤度に応じて、状態変数の推定値を更新する
手順を含む、請求項に記載の検出装置。
The state estimation algorithm comprises:
Using a state equation expressing the time transition of state variables including the temperature and short circuit resistance of each node, the time transition of each state variable is calculated;
calculating a likelihood of a state estimation using an observation equation describing a relationship between the state variables and an observation amount including an observation temperature by the temperature sensor;
The detection apparatus according to claim 3 , further comprising the step of updating the estimates of the state variables in accordance with the likelihood of the determined state estimate.
前記状態推定アルゴリズムは、粒子フィルタ、アンサンブルカルマンフィルタ、拡張カルマンフィルタ、又は無香料カルマンフィルタを含む
請求項から請求項の何れか1つに記載の検出装置。
The detection device according to claim 2 , wherein the state estimation algorithm comprises a particle filter, an ensemble Kalman filter, an extended Kalman filter, or an unscented Kalman filter.
前記検出部による検出結果を出力する出力部
を備える請求項1から請求項の何れか1つに記載の検出装置。
The detection device according to claim 1 , further comprising: an output unit that outputs a detection result by the detection unit.
前記電極体は巻回電極体である
請求項1から請求項の何れか1つに記載の検出装置。
The detection device according to claim 1 , wherein the electrode body is a wound electrode body.
コンピュータ
電極端子と、導電性タブを有する電極体とを備え、前記導電性タブを介して前記電極体を前記電極端子に接続してある蓄電素子に関して、前記導電性タブの温度を計測する温度センサからセンサ出力を取得し、
取得したセンサ出力に基づき、前記電極体における内部短絡の短絡抵抗を推定するオブザーバを用いて、前記電極体における内部短絡を検出する
検出方法。
The computer
a temperature sensor for measuring a temperature of an electric storage element including an electrode terminal and an electrode body having a conductive tab, the electrode body being connected to the electrode terminal via the conductive tab, the temperature sensor acquiring a sensor output from the temperature sensor measuring a temperature of the conductive tab;
A detection method for detecting an internal short circuit in the electrode assembly using an observer that estimates a short circuit resistance of the internal short circuit in the electrode assembly based on an acquired sensor output.
コンピュータに、
電極端子と、導電性タブを有する電極体とを備え、前記導電性タブを介して前記電極体を前記電極端子に接続してある蓄電素子に関して、前記導電性タブの温度を計測する温度センサからセンサ出力を取得し、
取得したセンサ出力に基づき、前記電極体における内部短絡の短絡抵抗を推定するオブザーバを用いて、前記電極体における内部短絡を検出する
処理を実行させるためのコンピュータプログラム。
On the computer,
a temperature sensor for measuring a temperature of an electric storage element including an electrode terminal and an electrode body having a conductive tab, the electrode body being connected to the electrode terminal via the conductive tab, the temperature sensor acquiring a sensor output from the temperature sensor measuring a temperature of the conductive tab;
A computer program for executing a process of detecting an internal short circuit in the electrode assembly using an observer that estimates a short circuit resistance of the internal short circuit in the electrode assembly based on the acquired sensor output.
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