CN109511281A - 二次电池控制装置 - Google Patents

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Abstract

无法根据二次电池的老化来延长二次电池的寿命。在步骤(S17)，判定在步骤(S15)计算出的负极容量偏离dn1的平均值与在步骤(S16)计算出的负极容量偏离(dn2)的差是否大于预先决定的值(D)。实际测量到的负极容量偏离(dn1)的平均值比理想的负极容量偏离(dn2)要大，当负极容量偏离(dn1)的老化加剧时，在接下来的步骤(S18)控制二次电池(10)以高电压工作。由此，抑制负极容量偏离(dn1)的老化来延长二次电池(10)的寿命。另外，实际测量到的正极利用率(mp1)的平均值低于理想的正极利用率(mp2)，当正极利用率(mp1)的老化急剧时，在步骤(S20)进行控制以降低二次电池(10)的上限电流来使二次电池(10)工作。由此，抑制正极利用率(mp1)的老化来延长二次电池(10)的寿命。

Description

二次电池控制装置
技术领域
本发明涉及二次电池控制装置。
背景技术
近年来，谋求开发一种延长二次电池的寿命和预测寿命的技术。这是因为在将二次电池用作车辆行驶电动机的电源的电动车辆等中，需要准确地掌握二次电池的老化状态，并在产生由于二次电池老化造成的故障之前更换二次电池。
作为预测二次电池寿命的技术，专利文献1中记载有通过非破坏方式来获知二次电池内部的正极整体的充放电曲线和负极整体的充放电曲线的状况的技术。根据该技术，通过有效正极活性物质量、有效负极活性物质量、正极和负极的位置关系等部件要因来决定电池的放电容量，通过分别将使用期间、温度、电压等设为变量的函数来表示这些值。根据该函数来推定二次电池的各个部件要因的老化状态。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-80093号公报
发明内容
发明要解决的课题
在上述的专利文献1记载的装置中，无法根据二次电池的老化来延长二次电池的寿命。
用于解决课题的手段
本发明的二次电池控制装置具备：老化度计算部，其按照二次电池的每个部件要因来计算二次电池的老化度；判定部，其根据上述老化度计算部的计算结果来判定上述二次电池的部件要因中老化的部件要因；以及控制部，其根据上述老化的部件要因来变更上述二次电池的工作条件。
发明的效果
根据本发明，通过进行与二次电池的老化对应的控制，能够实现二次电池的长寿命化。
附图说明
图1表示二次电池系统。
图2的(a)是表示二次电池的电流测量例的图形，(b)是表示二次电池的温度测量例的图形，(c)是表示二次电池的电压测量例的图形。
图3是表示正极利用率mp1的推移的一例的图形。
图4的(a)是表示正极利用率mp的图形，(b)是表示负极利用率mn的图形，(c)是表示负极容量偏离dn的图形。
图5是表示电池控制部的处理动作的流程图。
具体实施方式
参照附图说明本发明的实施方式。
另外，如专利文献1所记载的那样，在以微小的电流进行二次电池的充放电时得到的二次电池的充放电曲线能够通过将另外测量到的正极单独以及负极单独的充放电曲线进行重叠计算而良好再现。而且，决定对充放电做出贡献的正极活性物质量、对充放电做出贡献的负极活性物质量、关于正极和负极的充放电曲线的位置关系的指标作为该计算所使用的参数。在本实施方式中将正极活性物质量的利用率记为正极利用率，将负极活性物质量的利用率记为负极利用率，将正极和负极的充放电曲线的位置关系的指标记为负极容量偏离。
图1表示二次电池系统。二次电池系统具备二次电池10、检测部20、电池控制部30以及上位控制部40。
二次电池10将多个单元串联连接而构成。另外，图1中，表示了串联连接了多个单元的例子，但是也可以将串联连接的单元进一步并联。该二次电池10例如被用作车辆行驶电动机的电源。
检测部20具备检测流过二次电池10的电流的电流检测部21、检测二次电池10的电压的电压检测部22以及检测二次电池10的温度的温度检测部23。
电池控制部30具备计时器31、运算部32、判定部33、控制部34、存储部35。通过电流检测部21检测出的电流、通过电压检测部22检测出的电压、通过温度检测部23检测出的温度被输入到电池控制部30。另外，电池控制部30根据预定的工作条件来控制二次电池10的充放电状态。
计时器31设定检测二次电池10的电流、电压、温度的时间间隔。运算部32根据后述的第一预测公式来计算二次电池10的每个部件要因的老化度，例如正极利用率、负极利用率、负极容量偏离。判定部32根据运算部32的计算结果来判定老化的二次电池10的部件要因。
控制部34根据老化的部件要因来变更二次电池的工作条件。作为工作条件的变更例如使二次电池10以高电压工作，或者降低二次电池10的上限电流来工作。控制部34按照工作条件来控制二次电池10的充放电状态。
存储部35将二次电池10的使用时间和理想的老化度的函数存储为第二预测式。该第二预测式表示二次电池10的理想老化度的推移，是配合二次电池的使用方式而预先定义的函数。另外，不限于函数，也可以将二次电池10的使用时间和老化度的关系预先存储为表。
上位控制部40与电池控制部30连接，对电池控制部30指示充放电等指令。
图2用图形表示检测部20进行的二次电池10的测量例。图2的(a)表示电流，如2的(b)表示温度，图2的(c)表示电压。各个图形的横轴表示时间，将以时间t1刻度测量到的各值进行图形化。
如图2的(a)所示，流过二次电池10的电流I最初为0，之后，在急剧流到正向后，慢慢减少。之后，流过负向，慢慢接近0。
如图2的(b)所示，二次电池10的温度T和时间都略微上升。如图2的(c)所示，二次电池10的电压V最初高，之后变低，再次向高推移。另外，图2的(a)、(b)、(c)所示的各个图形是为了说明本实施方式而表示了一例的图形，也可以是其它测量值。按照通过电池控制部30的计时器31规定的每个时间t1，通过电流检测部21、电压检测部22、温度检测部23来检测这些测量值，该值被发送给电池控制部30。
电池控制部30的运算部32通过以下的第一预测公式(1)～(3)来运算正极利用率mp1、负极利用率mn1以及负极容量偏离dn1。
mp1＝f1(I，V，T，t) (1)
mn1＝g1(I，V，T，t) (2)
dn1＝h1(I，V，T，t) (3)
这里，f1、g1、h1是将电流I、电压V、温度T、时间t设为变量的函数。电流I、电压V、温度T是分别通过电流检测部21、电压检测部22、温度检测部23检测出的值。通过第一预测式(1)～(3)来求出每个时间t1的正极利用率mp1、负极利用率mn1、负极容量偏离dn1。
图3是表示按照每个时间t1计算出的正极利用率mp1的推移一例的图形。
图3的横轴是时间，时间t2是比时间t1更长的时间间隔。在该例子中，表示正极利用率mp1慢慢下降(老化)的情况。虽然省略了表示负极利用率mn1、负极容量偏离dn1的推移的图形，但是负极利用率mn1随着时间的经过慢慢下降(老化)，并且负极容量偏离dn1随着时间经过慢慢上升(老化)。
图4的(a)是表示每个时间t2的正极利用率mp推移的一例的图形，图4的(b)是表示负极利用率mn推移的一例的图形，图4的(c)是表示负极容量偏离dn推移的一例的图形。在各图中，各图中的圆圈(○)标记分别表示通过第一预测式计算出的基于实际测量值的时间t2间隔的老化度、即正极利用率mp1、负极利用率mn1、负极容量偏离dn1，各图中的实线表示基于第二预测式的理想的老化度的推移。
理想的老化度是通过以下的第二预测式(4)～(6)来定义的。
mp2＝f2(t) (4)
mn2＝g2(t) (5)
dn2＝h2(t) (6)
这里，f2、g2、h2是将时间t设为变量的函数。通过第二预测式(4)～(6)来求出表示每个时间t2的理想老化度的正极利用率mp2、负极利用率mn2、负极容量偏离dn2。通过第二预测式(4)～(6)例如表示在时间t3中成为希望老化度的理想的老化推移。其中，t2<时间t3。
参照图4的(a)进行说明。由第一预测式计算出的基于实际测量值的正极利用率mp1的老化度变得比基于第二预测式的理想的正极利用率mp2的老化度要大。另外，如图4的(b)所示，由第一预测式计算出的基于实际测量值的负极利用率mn1的老化度变得比基于第二预测式的理想的负极利用率mn2的老化度要大。另外，如图4的(c)所示，由第一预测式计算出的基于实际测量值的负极容量偏离dn1的老化度变得比基于第二预测式的理想的负极容量偏离dn2的老化度要大。在本实施方式中，如后述那样，当由第一预测式计算出的基于实际测量值的老化度背离基于第二预测式的理想的老化度时，根据老化的部件要因，例如正极利用率、负极利用率、负极容量偏离来变更二次电池10的工作条件。
接着，参照图5的流程图说明本实施方式的动作。图5的流程图表示电池控制部30定期执行的处理动作。另外，也可以在上位控制部40进行该流程图所示的处理动作的一部分。
在图5的步骤S11中，以时间t1秒间隔检测二次电池10的状态。具体地说，如果通过计时器31从上次的检测经过t1秒，则通过电流检测部21检测电流，通过电压检测部22检测电压，通过温度检测部23检测温度。
在步骤S12中，通过第一预测式(1)～(3)计算时间t1的老化度。具体地说，基于在步骤S11检测出的电流、电压、温度，通过第一预测式(1)～(3)来运算正极利用率mp1、负极利用率mn1、负极容量偏离dn1。在步骤S12，以时间t1秒间隔运算的各个老化度被保存在存储部35中。
在步骤S13，判别i×t1是否大于t2。其中，i是正整数。
即，判别时间t1秒间隔的运算是否进行了i次并经过了时间t2。如果没有经过时间t2，则在步骤S14将i进行+1更新，并返回步骤S11。如果经过了时间t2，则进入步骤S15。
在步骤S15，在达到时间t2之前以时间t1秒间隔运算，计算保存在存储部35中的各个老化度的平均值。即，计算正极利用率mp1、负极利用率mn1、负极容量偏离dn1的各个平均值。
在步骤S16，将i更新为零。并且，通过第二预测式(4)～(6)来计算时间t2的老化度。具体地说，根据第二预测式(4)～(6)来运算时间t2的正极利用率mp2、负极利用率mn2、负极容量偏离dn2。运算出的各个老化度被保存在存储部35中。
在步骤S17，通过判定部33判定在步骤S15计算出的负极容量偏离dn1的平均值与和在步骤S16计算出的负极容量偏离dn2之间的差是否比预先决定的值D要大。图4的(c)所示的例子是负极容量偏离dn1的老化度变大的情况。这样，实际测量到的负极容量偏离dn1的平均值比理想的负极容量偏离dn2大，当负极容量偏离dn1的老化加剧时，判断在二次电池10中主要老化的部件要因是负极容量偏离，进入下一个步骤S18。
在步骤S18，通过控制部34控制二次电池10以高电压来工作。由此，抑制负极容量偏离dn1的老化来延长二次电池10的寿命。在步骤S17中，当判定为负极容量偏离dn1的平均值与负极容量偏离dn2的差不大于D时，进入步骤S19。
在步骤S19，通过判定部33判定在步骤S16计算出的正极利用率mp2与在步骤S15计算出的正极利用率mp1的平均值之间的差是否大于预先决定的值A。图4的(a)所示的例子为正极利用率mp1的老化度变大的情况。这样，在实际测量到的正极利用率mp1的平均值比理想的正极利用率mp2低，正极利用率mp1的老化加剧时，判断为在二次电池10中主要老化的部件要因是正极利用率，并进入下一个步骤S20。
在步骤S20，通过控制部34进行控制以降低二次电池10的上限电流来使二次电池工作。由此，抑制正极利用率mp1的老化来延长二次电池10的寿命。在步骤S19中，当判定为正极利用率mp2与正极利用率mp1的平均值之间的差不大于值A时，进入步骤S21。
在步骤S21，通过判定部33判定在步骤S16计算出的负极利用率mn2与在步骤S15计算出的负极利用率mn1的平均值之间的差是否大于预先决定的值B。图4的(b)所示的例子为负极利用率mn1的老化度变大的情况。这样，在实际测量到的负极利用率mn1的平均值比理想的负极利用率mn2低，负极利用率mn1的老化加剧时，判断为在二次电池10中主要老化的部件要因是负极利用率，并进入下一个步骤S22。
在步骤S22中，通过控制部34进行控制以降低二次电池10的上限电流来使二次电池工作。进一步，通过控制部34控制二次电池10以高电压来工作。由此，抑制负极利用率mn1的老化来延长二次电池10的寿命。在步骤S21中，当判定为负极利用率mn2与负极利用率mn1的平均值之间的差不大于值B时，以及在结束了步骤S18、S20、S22的处理时结束图5所示的流程图。
另外，在步骤S15计算正极利用率mp1、负极利用率mn1以及负极容量偏离dn1的各个平均值，在步骤S17、S19、S21中比较这些平均值与正极利用率mp2、负极利用率mn2以及负极容量偏离dn2。但是，也可以不计算平均值而通过第一预测式(1)～(3)计算时间t2的老化度，并将该值与正极利用率mp2、负极利用率mn2以及负极容量偏离dn2进行比较。
根据以上说明的实施方式，得到以下的作用效果。
(1)电池控制部30具备：运算部32，其按照二次电池10的部件要因，例如正极利用率、负极利用率、负极容量偏离来计算二次电池的老化度；判定部33，其根据运算部32的计算结果来判定二次电池10的部件要因中老化的部件要因；以及控制部34，其根据老化的部件要因来变更二次电池10的工作条件。由此，通过进行与二次电池10的老化对应的控制，能够实现二次电池10的长寿化。
(变形例)
本发明能够如以下那样进行变形来实施以上说明的实施方式。
(1)作为二次电池的部件要因，以正极利用率、负极利用率、负极容量偏离为例进行了说明。但是不限于此，也可以将正极电压的偏离量、与二次电池正极电阻相关的参数即系数、与二次电池的负极电阻相关的参数即系数、与其他电阻分量相关的系数作为二次电池的部件要因。
(2)作为二次电池的工作条件，说明了使二次电池以高电压工作，降低二次电池的上限电流使二次电池工作的例子。但是不限于此，也可以将开始电压、结束电压、最大电压、最低电压、环境温度、充电容量、放电容量、每单位时间的电量变动、最大电流、平均电流、下限电流、工作中心电压、各个电压区域的滞留时间比率、每个单位时间的通电极性比率、通电时间比率、修止时间比率、上下限电压、SOC变动宽度、通电时间等作为工作条件。
本发明不限于上述实施方式，只要不损害本发明的特征，关于在本发明技术思想的范围内考虑到的其他方式也包括在本发明的范围内。另外，也可以是将上述实施方式和多个变形例组合而得的结构。
附图标记的说明
10：二次电池、20：检测部、21：电流检测部、22：电压检测部、23：温度检测部、30：电池控制部、31：计时器、32：运算部、33：判定部、34：控制部、35：存储部、40：上位控制部。

Claims (7)

1.一种二次电池控制装置，其特征在于，具备：
老化度计算部，其按照二次电池的每个部件要因来计算二次电池的老化度；
判定部，其根据上述老化度计算部的计算结果来判定上述二次电池的部件要因中老化的部件要因；以及
控制部，其根据上述老化的部件要因来变更上述二次电池的工作条件。
2.根据权利要求1所述的二次电池控制装置，其特征在于，
上述二次电池的部件要因包括负极容量偏离，
在上述老化的部件要因是上述负极容量偏离的情况下，作为上述二次电池的工作条件，上述控制部使上述二次电池以高电压来工作。
3.根据权利要求1或2所述的二次电池控制装置，其特征在于，
上述二次电池的部件要因包括正极利用率，
在上述老化的部件要因是上述正极利用率的情况下，上述控制部降低作为上述二次电池的工作条件的上限电流值来工作。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的二次电池控制装置，其特征在于，
上述二次电池的部件要因包括负极利用率，
在上述老化的部件要因是上述负极利用率的情况下，作为上述二次电池的工作条件，上述控制部降低上述二次电池的上限电流值来进行工作，并且使上述二次电池以高电压来工作。
5.根据权利要求1所述的二次电池控制装置，其特征在于，
上述老化度计算部按照上述二次电池的每个部件要因来计算当前的老化度和预先定义的老化度之间的差，
上述判定部将上述当前的老化度和上述预先定义的老化度之间的差超过预定值的部件要因判定为上述老化的部件要因。
6.根据权利要求5所述的二次电池控制装置，其特征在于，
上述老化度计算部根据上述二次电池的使用时间和上述二次电池的电流值、电压值、温度来计算上述当前的老化度。
7.根据权利要求5或6所述的二次电池控制装置，其特征在于，
上述老化度计算部将上述预先定义的老化度定义为上述二次电池的使用时间和老化度的函数。
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