CN102859836A - 二次电池的充电控制方法及控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明的二次电池的充电控制装置具备：基于二次电池的极板间电压、内部电阻、电流值、充电效率来算出二次电池的发热量的步骤；基于对二次电池进行冷却的冷却单元的冷却能力和二次电池的温度来算出二次电池的发热允许量的步骤；及在所述发热量大于所述发热允许量时限制二次电池的充电电力的步骤。

Description

二次电池的充电控制方法及控制装置

技术领域

本发明涉及二次电池的充电控制方法及控制装置的技术。

背景技术

搭载有电动机的电动车（也包括混合动力车等）通过蓄积在二次电池中的电力来驱动电动机。作为这种电动车的特有的功能，有再生制动的功能。再生制动在车辆制动时，使电动机作为发电机发挥功能，由此将车辆的动能转换成电能，进行制动。另外，将得到的电能向二次电池充电，在进行加速等时再利用。

这里，为了将再生制动时产生的电力有效地蓄积在二次电池中，二次电池需要相应的余量。蓄积在二次电池中的电力优选控制成能接受再生电力，而且，若要求的话能够立即对电动机供给电力。

例如，在专利文献1中公开了一种二次电池的充放电控制装置，包括：检测二次电池的温度的温度检测部；及充放电电力控制部，其在检测到的温度为规定的温度以下时，控制充放电电力以避免超过根据预先确定的温度而变化的充放电电力上限值。

另外，例如，在专利文献2中公开了一种二次电池的充放电控制装置，具有：检测二次电池的温度的温度检测单元；检测二次电池的蓄电量的蓄电量检测单元；及充放电电力限制单元，其基于检测到的温度和检测到的蓄电量来控制充放电电力以不超过预先确定的充放电电力上限值。

另外，例如，在专利文献3中公开有一种二次电池的充放电控制装置，包括：用于推定二次电池的温度的推定单元；及用于基于推定到的二次电池的温度来限制二次电池的充放电电力的控制单元。

另外，例如，在专利文献4中公开有一种具备充放电抑制单元的充放电控制装置，该充放电抑制单元基于向电池组流动的充放电电流而推定各单电池的规定时间经过后的发热量，判断该推定的发热量是否超过预先确定的设定值，在判断为超过设定值时，抑制向电池组流动的充放电电流。

另外，例如，在专利文献5中公开有一种充放电控制装置，包括：检测在电池的温度调节中使用的空调装置的工作状态的检测部；及根据工作状态而设定对电池的充电量或放电量的限制值的设定部。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2003-101674号公报

专利文献2：日本特开平11-187577号公报

专利文献3：日本特开2006-101674号公报

专利文献4：日本特开2009-81958号公报

专利文献5：日本特开2006-172931号公报

发明内容

然而，专利文献1~5均未将充电效率下降的状况下充电时的二次电池的发热量反映给充电控制，因此有时会过度地限制充电电力或无法充分地抑制二次电池的温度上升。

本发明提供一种即使在二次电池的充电效率下降的状况下也能够进行适当的充电的管理的二次电池的充电控制方法及充电控制装置。

本发明的二次电池的充电控制方法具备：基于二次电池的极板间电压、内部电阻、电流值、充电效率来算出二次电池的发热量的步骤；基于对二次电池进行冷却的冷却单元的冷却能力和二次电池的温度来算出二次电池的发热允许量的步骤；及在所述发热量大于所述发热允许量时限制二次电池的充电电力的步骤。

另外，在所述二次电池的充电控制方法中，优选的是，所述充电效率基于所述温度和所述极板间电压来算出，或者基于所述电流值和所述极板间电压来算出。

另外，在所述二次电池的充电控制方法中，优选的是，在限制所述二次电池的充电电力的步骤中，以使所述发热量成为所述发热允许量的方式限制二次电池的充电电力。

另外，在所述二次电池的充电控制方法中，优选的是，具备如下步骤：在所述发热量小于所述发热允许量时，以使所述发热量成为所述发热允许量的方式来规定二次电池的充电电力。

另外，在所述二次电池的充电控制方法中，优选的是，所述冷却单元的冷却能力是由所述冷却单元供给的冷却介质的温度或供给流量中的任一个。

另外，本发明的二次电池的充电控制装置具备：基于二次电池的极板间电压、内部电阻、电流值、充电效率来算出二次电池的发热量的单元；基于对二次电池进行冷却的冷却单元的冷却能力和二次电池的温度来算出二次电池的发热允许量的单元；及在所述发热量大于所述发热允许量时限制二次电池的充电电力的单元。

另外，在所述二次电池的充电控制装置中，优选的是，具备基于所述温度和所述极板间电压来算出二次电池的充电效率，或者基于所述电流值和所述极板间电压来算出二次电池的充电效率的单元。

另外，在所述二次电池的充电控制装置中，优选的是，限制所述二次电池的充电电力的单元以使所述发热量成为所述发热允许量的方式限制二次电池的充电电力。

另外，在所述二次电池的充电控制装置中，优选的是，具备在所述发热量小于所述发热允许量时以使所述发热量成为所述发热允许量的方式规定二次电池的充电电力的单元。

另外，在所述二次电池的充电控制装置中，优选的是，所述冷却单元的冷却能力是由所述冷却单元供给的冷却介质的温度或供给流量中的任一个。

发明效果

根据本发明，能够提供一种即使在二次电池的充电效率下降的状况下也能够进行适当的充电的管理的二次电池的充电控制方法及充电控制装置。

附图说明

图1是表示搭载有本实施方式的二次电池的充电控制装置的车辆的功率单元的结构的一例的示意图。

图2是表示二次电池的极板间电压与充电效率之间的关系的映射。

图3是表示二次电池的电路模型的图。

图4是表示二次电池的温度与发热允许量之间的关系的映射。

图5是表示本实施方式的二次电池的充电控制装置的动作的一例的流程图。

具体实施方式

以下，说明本发明的实施方式。

图1是表示搭载有本实施方式的二次电池的充电控制装置的车辆的功率单元的结构的一例的示意图。本实施方式的充电控制装置能够适用于搭载有二次电池的电动车（也包括混合动力车等）等的车辆等。图1所示的车辆的功率单元1具备电动发电机10、与电动发电机10连接的逆变器12、与逆变器12连接的二次电池14、在二次电池14的冷却中使用的作为冷却单元的空调装置16、及用于控制二次电池14的充电电力的作为充电控制装置发挥功能的ECU18。ECU18与电动发电机10、逆变器12及二次电池14电连接。

电动发电机10通过由二次电池14供给的电力等而产生驱动力。另外，在车辆为再生控制中时，作为发电机而工作，将车辆的动能转换成电能而对二次电池14进行充电。

逆变器12将从二次电池14等供给的直流电流转换成交流电流，来驱动电动发电机10。另外，将电动发电机10发电的交流电流转换成直流电流，对二次电池14进行充电。

通常，二次电池14为了确保某种程度的电压，而作为将多个电池串联连接的电池模块构成。由本实施方式的充电控制装置进行充电控制的二次电池14为怎样用途的二次电池均能够适用，但优选镍氢二次电池。镍氢二次电池以高电压及温度等进行充电时，通过与充电反应不同的副反应，产生气体，充电效率下降。然而，在本实施方式的充电控制方法中，如后述那样考虑充电效率的下降产生的发热量，对充电电力进行限制，因此即使在充电效率下降那样的状况下也能够管理镍氢二次电池的适当的充电。相对于此，在基于二次电池的蓄电量和温度来限制充电电力等的现有的控制方法中，蓄电量与充电效率之间的相关性低，另外，不能准确地推定蓄电量，此外，也未考虑存储器效果引起的充电效率的下降，因此在充电效率下降那样的状况下，有时过度地限制充电电力或不能充分地抑制电池温度的上升。

在二次电池14设置有检测二次电池14的端子电压的电压传感器20、检测向二次电池14流动的电流的电流传感器22、在二次电池14的多个部位检测二次电池14的温度的温度传感器24。另外，各传感器与ECU18电连接，将由各传感器检测到的数据向ECU18发送。

在二次电池14的冷却中使用的空调装置16可以利用搭载于车辆的空气调节器等。为了将从空气调节器等供给的冷却介质经由机室向二次电池14供给，而在冷却介质通过的冷却通路设置风扇（未图示）。在本实施方式中，作为在二次电池14的冷却中使用的空调装置16，并未限定为空气调节器，也可以将冷却二次电池14的专用的空调装置16另外设置。

ECU18基于二次电池14的温度或电流值、二次电池14的极板间电压而算出二次电池14的充电效率。这里，二次电池14的极板间电压是指二次电池14的正/负极间电压，通过从由电压传感器20检测到的二次电池14的端子电压将向二次电池14流动的电流及二次电池14的内部电阻的IR部分排除，由此求出（参照下式（1））。

V₀=VB+（IB×R）    （1）

V₀：二次电池的极板间电压

VB：二次电池的端子电压

IB：二次电池的电流值（以充电侧为负）

R：二次电池的内部电阻

二次电池14的内部电阻的算出并未特别受到限制，但例如将多个电流值及电压值标绘在电压/电流坐标上，按照标绘的各点，求出一次近似式，算出由该近似式表示的直线的斜率作为内部电阻。另外，也可以是内部电阻依赖于二次电池14的温度而变化，因此将表示内部电阻与二次电池14的温度的关系的映射预先存储在ECU18中，将由温度传感器24检测到的温度数据应用于该映射，算出内部电阻。

并且，极板间电压利用ECU18，将由电流传感器22及电压传感器20检测到的端子电压及电流值以及上述算出的内部电阻应用于上式（1）来求出。在算出极板间电压时，例如，优选对各传感器或ECU18设定几秒左右的退火(なまし)（滤波），除去噪声等的影响。另外，在设置多个电压传感器20时，在能够有效地进行二次电池14的充电控制的方面上，优选将由多个电压传感器20检测到的电压中的最高的电压使用在极板间电压的计算中。需要说明的是，上述方法能够简单且高精度地求出极板间电压，但未必限制于此，例如，也可以在正极及负极设置电压传感器20，而直接检测二次电池14的极板间电压等。

ECU18基于二次电池14的温度或电流值、极板间电压，算出二次电池14的充电效率。在二次电池14的充电效率的计算中，例如使用图2所示那样的表示二次电池14的极板间电压与充电效率之间的关系的映射。这里，充电效率是指实际蓄积的电量相对于充电电荷量之比（η）或因气体发生等而无法蓄积的电量之比（β=1-η）。

二次电池14的极板间电压与充电效率的关系依赖于二次电池14的温度或电流值，因此，优选如图2（A）所示，准备例如二次电池14的温度为40℃、50℃、60℃时等那样表示几个二次电池温度时的极板间电压与充电效率的关系的映射，或如图2（B）所示准备例如二次电池14的电流值为5A、25A、50A时等那样表示几个二次电池14的电流值时的极板间电压与充电效率的关系的映射。

例如，由温度传感器24检测到的温度为40℃时，利用ECU18将上述算出的极板间电压应用于表示40℃时的极板间电压与充电效率的关系的映射（参照图2（A）），由此，算出充电效率。另外，例如在由电流传感器22检测到的电流值为5A时，利用ECU18将上述算出的极板间电压应用于表示5A时的极板间电压与充电效率的关系的映射（参照图2（B）），由此算出充电效率。另外，在由温度传感器24检测到的温度、由电流传感器22检测到的电流值为该映射的温度或电流值以外时，例如通过直线插补法等对映射进行校正等，能够求出充电效率。另外，在更准确地算出充电效率时，也可以准备表示将温度或电流值的间隔较细地设定的（例如，每1℃，每1A）极板间电压与充电效率的关系的映射。

另外，在设置多个温度传感器24时，在能够有效地进行二次电池14的充电控制的方面上，优选算出由各温度传感器24检测到的温度时的充电效率，并采用其中最大的充电效率。需要说明的是，充电效率的算出方法未必限制为上述方法，可以采用以往已知的全部的算出方法或检测方法。

ECU18基于二次电池14的极板间电压、电流值、内部电阻及充电效率，算出充电时的二次电池14的发热量。图3是表示二次电池的电路模型的图。充电时的二次电池14的发热量（W）是充电时产生的焦耳热与伴随着充电效率的下降的二次电池14的发热之和，由下式（2）或（3）表示。

W=IB²×R+（IB×V₀×β）        （2）

W=IB²×R+（IB×V₀×（1-η））  （3）

W：二次电池的发热量

IB：二次电池的电流（设充电侧为负）

R：二次电池的内部电阻

V₀：二次电池的极板间电压

β、η：充电效率

ECU18基于对二次电池14进行冷却的空调装置16的冷却性能、二次电池14的温度，而算出充电时的二次电池14的发热允许量。由ECU18算出的二次电池14的发热允许量例如使用图4所示的表示二次电池14的温度与发热允许量的关系的映射。二次电池14的发热允许量是指某温度的二次电池14因充电而发热时的发热量的上限值。

并且，二次电池14的温度与发热允许量的关系依赖于对二次电池14进行冷却的空调装置16的冷却性能，因此如图4（A）所示，优选准备例如从空调装置16供给的冷却介质的温度为25℃、30℃时等那样表示几个冷却介质温度下的二次电池14的温度与发热允许量之间的关系的映射，或如图4（B）所示，准备例如从空调装置16供给的冷却介质的流量为70m³/h、100m³/h时等那样表示几个冷却介质流量中的二次电池14的温度与发热允许量之间的关系的映射。

例如在冷却介质的温度为25℃时（由设置于空调装置16的温度传感器24等来检测冷却介质的温度），利用ECU18，将由温度传感器24检测到的二次电池14的温度应用于表示冷却介质的温度为25℃时的二次电池14的温度与发热允许量的关系的映射（参照图4（A）），由此算出发热允许量。另外，例如在冷却介质的流量为70m³/h时（由设置于空调装置16的流量传感器等来检测冷却介质的流量），利用ECU18，将由温度传感器24检测到的二次电池14的温度应用于表示冷却介质的流量为70m³/h时的二次电池14的温度与发热允许量之间的关系的映射（参照图4（B）），由此算出发热允许量。另外，在检测到的冷却介质的温度、流量为该映射的温度或流量以外的情况下，例如通过直线插补法等对映射进行校正等，能够求出发热允许量。另外，在更准确地算出发热允许量时，也可以准备将温度或流量的间隔较细地设定（例如，每1℃，每10m³/h）的表示二次电池14的温度与发热允许量之间的关系的映射。本实施方式中的发热允许量的算出并未限制为上述情况，例如在二次电池14的温度为规定温度（T₀）以下时，也可以将由空调装置16能够冷却的二次电池14的发热量（图4所示的Wc（一定值））设定为发热允许量。

ECU18将上述算出的发热量及发热允许量进行比较，在发热量大于发热允许量时，限制向二次电池14充电的充电电力。由此，能抑制充电时的二次电池14的温度上升，能抑制二次电池14的劣化。另一方面，在发热量小于发热允许量时，二次电池14的温度上升引起的劣化的影响少，因此不施加使向二次电池14充电的充电电力减少的限制而进行充电。

在本实施方式中，发热量大于发热允许量时的充电电力只要在不超过算出的发热允许量的范围内决定即可，并未特别受到限制。例如将算出的发热允许量设定为初始Win（初始充电电力），并将从初始Win减去了规定的限制电力（ΔW₁）所得到的值决定作为限制后的充电电力（Win₁）。需要说明的是，初始充电电力（初始Win）例如也可以根据表示为二次电池14的蓄电量、温度等的函数的映射等来求出。另外，上述规定的电力（ΔW₁）优选设定为算出的发热量成为发热允许量那样的值。另一方面，在发热量小于发热允许量时，例如也可以决定作为算出了向二次电池14充电的充电电力的发热允许量，并将算出的发热允许量设定作为初始Win（初始充电电力），也可以将从初始Win加上了规定的电力（ΔW₂）所得到的值决定作为向二次电池14充电的充电电力（Win₂）。另外，上述规定的电力ΔW₂优选设定为使算出的发热量成为发热允许量的值。并且，在本实施方式中，更优选以使发热量成为发热允许量的方式对充电电力（Win₁、Win₂）进行反馈控制。

本实施方式的充电控制方法例如可以与基于二次电池的蓄电量和温度而限制充电电力等的以往的控制方法并用。在与以往的控制方法并用时，优选，例如对在本实施方式中限制的充电电力与以往的控制方法中限制的充电电力进行比较，采用最小的充电电力等而限制充电电力。另外，例如，在某状况下，采用基于二次电池的蓄电量和温度来限制充电电力等的以往的控制方法，在其他的状况下，也能够采用本实施方式的充电控制方法的方法。通过本实施方式的充电控制方法，即使因气体发生等而充电效率下降的状况下，也能适当地管理充电，能够抑制二次电池14的劣化，因此例如在充电效率为规定的值以下或以上（例如η为80%以下或β为20%以上）时，采用本实施方式的充电控制方法，除此以外，也可以采用以往的控制方法等来限制充电电力。此外，在充电效率容易恶化的状况下，例如考虑因下坡时的再生充电而较多的电流向二次电池14流动时、极板间电压（或端子间电压）高时、内部电阻高时、二次电池温度高时，过充电时等，也可以在规定的电流值以上、规定的极板间电压（或端子间电压）以上、规定的内部电阻以上、规定的二次电池温度以上、或规定的蓄电量以上时，采用本实施方式的充电控制方法，而在除此以外，采用以往的控制方法等来限制充电电力。

图5是表示本实施方式的二次电池的充电控制装置的动作的一例的流程图。如图5所示，在步骤S10中，由电压传感器20及电流传感器22检测二次电池14的端子电压及电流值，进而，基于端子电压及电流值来检测内部电阻。此时，也可以将基于温度传感器24的温度数据应用于表示内部电阻与温度之间的关系的映射中来算出内部电阻。在步骤S12中，ECU18将二次电池14的端子电压、电流值及内部电阻应用于上式（1），算出二次电池14的极板间电压。在步骤S14中，ECU18将上述检测到的二次电池14的温度或电流值及上述算出的极板间电压应用于表示二次电池14的各温度下的极板间电压与充电效率（η或β）之间的关系的映射（参照图2（A））、表示二次电池14的各电流值下的极板间电压与充电效率（η或β）之间的关系的映射（参照图2（B）），而算出充电效率。在步骤S16中，ECU18将二次电池14的极板间电压、电流值、内部电阻、充电效率（η或β）应用于上式（2）或（3），而算出二次电池14的发热量。在步骤S18中，ECU18例如将冷却介质的温度或流量及上述检测到的二次电池14的温度应用于表示从空调装置16供给的冷却介质的各温度下的二次电池14的温度与发热允许量之间的关系的映射（参照图4（A））、表示从空调装置16供给的冷却介质的各流量下的二次电池14的温度与发热允许量之间的关系的映射（参照图4（B）），而算出二次电池14的发热允许量。

并且，ECU18将上述算出的发热量及发热允许量进行比较，在发热量大于发热允许量时，向步骤S20前进，限制向二次电池14充电的充电电力，在发热量小于发热允许量时，向步骤S22前进，不规定使向二次电池14充电的充电电力减少的限制。在本实施方式中，优选的是，当发热量大于发热允许量时，限制充电电力，另外，当发热量小于发热允许量时，反复进行对充电电力施加规定的电力等，以使二次电池14的发热量成为发热允许量的方式对充电电力进行反馈控制。

标号说明

1功率单元，10电动发电机，12逆变器，14二次电池，16空调装置，20电压传感器，22电流传感器，24温度传感器。

Claims (10)

1.一种二次电池的充电控制方法，其特征在于，具备：

基于二次电池的极板间电压、内部电阻、电流值、充电效率来算出二次电池的发热量的步骤；

基于对二次电池进行冷却的冷却单元的冷却能力和二次电池的温度来算出二次电池的发热允许量的步骤；及

在所述发热量大于所述发热允许量时限制二次电池的充电电力的步骤。

2.根据权利要求1所述的二次电池的充电控制方法，其特征在于，

所述充电效率基于所述温度和所述极板间电压来算出，或者基于所述电流值和所述极板间电压来算出。

3.根据权利要求1所述的二次电池的充电控制方法，其特征在于，

在限制所述二次电池的充电电力的步骤中，以使所述发热量成为所述发热允许量的方式限制二次电池的充电电力。

4.根据权利要求1所述的二次电池的充电控制方法，其特征在于，

具备如下步骤：在所述发热量小于所述发热允许量时，以使所述发热量成为所述发热允许量的方式来规定二次电池的充电电力。

5.根据权利要求1所述的二次电池的充电控制方法，其特征在于，

所述冷却单元的冷却能力是由所述冷却单元供给的冷却介质的温度或供给流量中的任一个。

6.一种二次电池的充电控制装置，其特征在于，具备：

基于二次电池的极板间电压、内部电阻、电流值、充电效率来算出二次电池的发热量的单元；

基于对二次电池进行冷却的冷却单元的冷却能力和二次电池的温度来算出二次电池的发热允许量的单元；及

在所述发热量大于所述发热允许量时限制二次电池的充电电力的单元。

7.根据权利要求6所述的二次电池的充电控制装置，其特征在于，

具备基于所述温度和所述极板间电压来算出二次电池的充电效率，或者基于所述电流值和所述极板间电压来算出二次电池的充电效率的单元。

8.根据权利要求6所述的二次电池的充电控制装置，其特征在于，

限制所述二次电池的充电电力的单元以使所述发热量成为所述发热允许量的方式限制二次电池的充电电力。

9.根据权利要求6所述的二次电池的充电控制装置，其特征在于，

具备在所述发热量小于所述发热允许量时以使所述发热量成为所述发热允许量的方式规定二次电池的充电电力的单元。

10.根据权利要求6所述的二次电池的充电控制装置，其特征在于，

所述冷却单元的冷却能力是由所述冷却单元供给的冷却介质的温度或供给流量中的任一个。

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