JP2011192425A - Memory effect reducing circuit, battery power supply device, battery utilization system, and memory effect reducing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、二次電池のメモリ効果を低減するメモリ効果低減方法、メモリ効果低減回路、このメモリ効果低減回路を用いた電池電源装置、及びこのメモリ効果低減回路を用いた電池利用システムに関する。 The present invention relates to a memory effect reduction method for reducing the memory effect of a secondary battery, a memory effect reduction circuit, a battery power supply device using the memory effect reduction circuit, and a battery utilization system using the memory effect reduction circuit.
二次電池には、鉛蓄電池やアルカリ蓄電池、リチウムイオン二次電池などがある。中でもニッケル水素蓄電池をはじめとするアルカリ蓄電池は、ハイブリッド車(以下HEVと記す)や非常用電源などの産業用途を中心に需要が拡大しつつある。例えば、HEV用途においては、モータを駆動する主電源として使用されている。そして、主電源であるアルカリ蓄電池はモータ駆動(放電)と発電機からの回生電力の貯蓄(充電)との双方を行うようになっている。 Secondary batteries include lead storage batteries, alkaline storage batteries, and lithium ion secondary batteries. Among them, demand for alkaline storage batteries such as nickel metal hydride storage batteries is expanding mainly in industrial applications such as hybrid vehicles (hereinafter referred to as HEV) and emergency power supplies. For example, in HEV applications, it is used as a main power source for driving a motor. And the alkaline storage battery which is a main power supply performs both motor drive (discharge) and storage (charge) of regenerative power from the generator.
上述のHEVのように、蓄電池を、負荷を駆動するための電力供給(放電)と、回生電力の回収、蓄電との両方の用途に用いる場合には、蓄電池が完全放電(SOCがほぼ0%)してしまうと負荷を駆動できなくなる。その一方、完全充電(SOCがほぼ100%)してしまうと回生電力をそれ以上充電できなくなって、エネルギーの無駄が生じてしまう。 When the storage battery is used for both power supply (discharge) for driving a load, recovery of regenerative power, and storage, as in the HEV described above, the storage battery is completely discharged (SOC is almost 0%). ), The load cannot be driven. On the other hand, if the battery is fully charged (SOC is almost 100%), the regenerative power cannot be charged any more, resulting in wasted energy.
そのため、このような用途に用いられる電池電源装置では、蓄電池の完全放電(SOCがほぼ0%)や完全充電(SOCがほぼ100%)を避けて、SOC(State Of Charge)が中間的な値の範囲で維持されるように、蓄電池の充放電を制御している。 Therefore, in a battery power supply device used for such applications, SOC (State Of Charge) is an intermediate value while avoiding complete discharge (SOC is almost 0%) and full charge (SOC is almost 100%) of the storage battery. The charging / discharging of the storage battery is controlled so as to be maintained in the range.
また、HEV用途のような、瞬時に大電流での充放電が絶え間なく行われる電池電源装置では、個々に容量差を有する複数の蓄電池を接続した際に、最も容量の小さい蓄電池が過充電や過放電に入るのを回避するために、これ以上のSOCに至る充電を禁止する上限SOC(例えばSOC80%程度)での終止電圧と、これ以下のSOCに至る放電を禁止する下限SOC(例えばSOC20%程度)での終止電圧を設け、両終止電圧の間で充放電を制御する方法が採用されている。このため、HEVのような用途では、中間的なSOC領域での充放電を繰り返すことになる。 In addition, in battery power supply devices that are continuously charged and discharged with a large current instantaneously, such as in HEV applications, when a plurality of storage batteries having different capacity are connected individually, the storage battery with the smallest capacity is overcharged. In order to avoid overdischarge, the end voltage at the upper limit SOC (for example, about 80% SOC) that prohibits the charge reaching the SOC more than that, and the lower limit SOC (for example, the SOC20, for example) that prohibits the discharge to the SOC lower than this. %), And a method of controlling charging / discharging between the two end voltages is employed. For this reason, in applications such as HEV, charging / discharging in the intermediate SOC region is repeated.
ところで、アルカリ蓄電池、例えば正極活物質に水酸化ニッケルを用いるニッケル水素二次電池や、ニッケルカドミウム二次電池等のアルカリ蓄電池は、完全放電を行わない部分充放電サイクルを繰り返すと、充電電圧の上昇や放電電圧の低下が生じて実際に使用できる充放電容量が減少する、いわゆるメモリ効果が発生することが知られている。 By the way, alkaline storage batteries, such as nickel hydride secondary batteries using nickel hydroxide as the positive electrode active material, and alkaline storage batteries such as nickel cadmium secondary batteries, increase the charge voltage when repeated partial charge / discharge cycles without complete discharge. It is known that a so-called memory effect occurs in which the charge / discharge capacity that can actually be used is reduced due to a decrease in the discharge voltage.
そのため、上述のHEV用途の電池電源装置のように、中間的なSOC領域でアルカリ蓄電池の充放電を繰り返したり、あるいは携帯型パーソナルコンピュータや携帯電話機のような一般的な電池搭載機器においてもユーザが蓄電池を完全放電させる前に充電を繰り返すような使い方をしたりした場合には、メモリ効果が発生して実質的な充放電容量が減少してしまうという不都合があった。 Therefore, as in the above-described battery power supply device for HEV, the user can repeat charging / discharging of the alkaline storage battery in the intermediate SOC region, or the user can use a general battery-equipped device such as a portable personal computer or a mobile phone. When the battery is used for repeated charging before fully discharging the storage battery, there is a disadvantage that the memory effect occurs and the substantial charge / discharge capacity decreases.
このようなメモリ効果の影響を低減させるために種々の技術が提案されている。例えば、浅い充放電の回数をカウントし、規定の回数に到達した時点で電池にメモリ効果が生じたものと判定し、強制的に完全放電させる方法が知られている(例えば、特許文献1参照。)。 Various techniques have been proposed to reduce the influence of the memory effect. For example, a method is known in which the number of shallow charging / discharging times is counted, and when the specified number of times is reached, it is determined that the memory effect has occurred in the battery, and the battery is forcibly completely discharged (see, for example, Patent Document 1). .)
また、上述のHEVのように、アルカリ蓄電池の使用時にSOCを一定の範囲内に維持するように充放電を制御するシステムにおいて、電池の電圧や電流、温度を検出しながらメモリ効果を判定し、メモリ効果が生じたと判定したときに、そのSOCの許容範囲を拡げることで、結果的に完全放電に近い放電を行わせてメモリ効果を低減する方法が知られている(例えば、特許文献2参照。)。 Moreover, in the system which controls charging / discharging so as to maintain the SOC within a certain range when using an alkaline storage battery, such as the HEV described above, the memory effect is determined while detecting the voltage, current, and temperature of the battery, When it is determined that the memory effect has occurred, a method of reducing the memory effect by widening the allowable range of the SOC and consequently causing a discharge close to a complete discharge is known (see, for example, Patent Document 2). .)
しかしながら、特許文献1に記載の方法では、メモリ効果を解消するためにアルカリ蓄電池を完全放電させるので、ユーザは、再び蓄電池が充電されるまでその電池搭載機器を使用できないという、不都合がある。また、メモリ効果を解消するためだけに、アルカリ蓄電池を完全放電させるので、エネルギーの無駄が生じるという不都合もある。
However, in the method described in
また、特許文献2に記載の方法では、使用状態での蓄電池のSOCの許容範囲を拡げることで、結果的に完全放電に近い放電を行わせるので、本来システムが必要としているSOCの許容範囲よりもSOCが小さくなるまで蓄電池を放電させることになって、好ましくない。 Moreover, in the method described in Patent Document 2, since the allowable range of SOC of the storage battery in the use state is expanded, as a result, a discharge close to complete discharge is performed, so that it is more than the allowable range of SOC originally required by the system. However, it is not preferable because the storage battery is discharged until the SOC becomes small.
本発明の目的は、アルカリ蓄電池を放電させることなくメモリ効果を低減することができるメモリ効果低減方法、メモリ効果低減回路、このメモリ効果低減回路を用いた電池電源装置、及びこのメモリ効果低減回路を用いた電池利用システムを提供することである。 An object of the present invention is to provide a memory effect reduction method, a memory effect reduction circuit, a battery power supply device using the memory effect reduction circuit, and a memory effect reduction circuit capable of reducing the memory effect without discharging the alkaline storage battery. It is to provide a used battery utilization system.
本発明に係るメモリ効果低減回路は、アルカリ蓄電池を充電する充電部と、前記アルカリ蓄電池を加熱する加熱部と、前記アルカリ蓄電池のメモリ効果を低減させるメモリ効果低減処理を実行するメモリ効果低減処理部とを備え、前記メモリ効果低減処理は、前記加熱部によって前記アルカリ蓄電池の温度を予め設定された第1温度以上にさせ、かつ前記アルカリ蓄電池の、理論電気容量に対する充電電気量の比率である充電比率が、予め設定された第1比率以上になるまで、前記充電部によって充電させる処理である。 A memory effect reduction circuit according to the present invention includes a charging unit that charges an alkaline storage battery, a heating unit that heats the alkaline storage battery, and a memory effect reduction processing unit that performs a memory effect reduction process that reduces the memory effect of the alkaline storage battery. The memory effect reduction processing is performed by causing the temperature of the alkaline storage battery to be equal to or higher than a preset first temperature by the heating unit, and charging that is a ratio of a charge electricity amount to a theoretical electric capacity of the alkaline storage battery. This is a process of charging by the charging unit until the ratio becomes equal to or higher than a preset first ratio.
また、本発明に係るメモリ効果低減方法は、アルカリ蓄電池を充電する充電工程と、前記アルカリ蓄電池を加熱する加熱工程と、前記アルカリ蓄電池のメモリ効果を低減させるメモリ効果低減処理を実行するメモリ効果低減処理工程とを含み、前記メモリ効果低減処理は、前記アルカリ蓄電池の温度を予め設定された第1温度以上にさせ、かつ前記アルカリ蓄電池の、理論電気容量に対する充電電気量の比率である充電比率が、予め設定された第1比率以上になるまで、前記アルカリ蓄電池を充電する処理である。 In addition, the memory effect reduction method according to the present invention includes a charging step for charging an alkaline storage battery, a heating step for heating the alkaline storage battery, and a memory effect reduction process for executing a memory effect reduction process for reducing the memory effect of the alkaline storage battery. The memory effect reducing process includes a step of causing the temperature of the alkaline storage battery to be equal to or higher than a preset first temperature, and a charge ratio that is a ratio of a charged electricity amount to a theoretical electric capacity of the alkaline storage battery. This is a process of charging the alkaline storage battery until it reaches a preset first ratio or higher.
この構成によれば、アルカリ蓄電池の温度を予め設定された第1温度以上にさせ、かつ前記アルカリ蓄電池の、理論電気容量に対する充電電気量の比率である充電比率が、予め設定された第1比率以上になるまでアルカリ蓄電池を充電するメモリ効果低減処理が実行されて、アルカリ蓄電池のメモリ効果が低減される。本発明者らは、このようなメモリ効果低減処理によって、アルカリ蓄電池のメモリ効果が低減されることを見出した。これにより、アルカリ蓄電池を放電させることなくメモリ効果を低減することができる。 According to this configuration, the temperature of the alkaline storage battery is set to be equal to or higher than a first preset temperature, and the charge ratio that is the ratio of the charge electricity amount to the theoretical electric capacity of the alkaline storage battery is set to a first preset ratio. The memory effect reduction process for charging the alkaline storage battery is executed until the above is reached, and the memory effect of the alkaline storage battery is reduced. The present inventors have found that the memory effect of the alkaline storage battery is reduced by such a memory effect reduction process. Thereby, the memory effect can be reduced without discharging the alkaline storage battery.
また、前記メモリ効果低減処理部は、前記メモリ効果低減処理において、前記アルカリ蓄電池の温度を、前記加熱部によって、前記第1温度以上であってかつ予め設定された第2温度以下の温度にさせることが好ましい。 In the memory effect reduction processing, the memory effect reduction processing unit causes the temperature of the alkaline storage battery to be higher than the first temperature and lower than a preset second temperature by the heating unit. It is preferable.
この構成によれば、前記メモリ効果低減処理において、アルカリ蓄電池の温度が第1温度以上であってかつ第2温度以下の温度範囲にされた状態で、アルカリ蓄電池の充電が行われる。本発明者らは、このようなメモリ効果低減処理によって、アルカリ蓄電池のメモリ効果が低減されることを見出した。これにより、アルカリ蓄電池を放電させることなくメモリ効果を低減することができる。 According to this configuration, in the memory effect reduction process, the alkaline storage battery is charged in a state where the temperature of the alkaline storage battery is equal to or higher than the first temperature and equal to or lower than the second temperature. The present inventors have found that the memory effect of the alkaline storage battery is reduced by such a memory effect reduction process. Thereby, the memory effect can be reduced without discharging the alkaline storage battery.
また、前記第1温度は、40℃であり、前記第2温度は、60℃であることが好ましい。 The first temperature is preferably 40 ° C, and the second temperature is preferably 60 ° C.
この構成によれば、前記メモリ効果低減処理において、アルカリ蓄電池の温度が40℃以上であってかつ60℃以下の温度範囲にされた状態で、アルカリ蓄電池の充電が行われる。本発明者らは、このようなメモリ効果低減処理によって、アルカリ蓄電池のメモリ効果が低減されることを見出した。これにより、アルカリ蓄電池を放電させることなくメモリ効果を低減することができる。 According to this configuration, in the memory effect reduction process, the alkaline storage battery is charged in a state where the temperature of the alkaline storage battery is 40 ° C. or higher and 60 ° C. or lower. The present inventors have found that the memory effect of the alkaline storage battery is reduced by such a memory effect reduction process. Thereby, the memory effect can be reduced without discharging the alkaline storage battery.
また、前記メモリ効果低減処理部は、前記メモリ効果低減処理において、前記充電比率が、前記第1比率以上であってかつ予め設定された第2比率以下の比率になるように、前記充電部によって充電させることが好ましい。 In the memory effect reduction processing, the memory effect reduction processing unit performs the memory effect reduction processing so that the charging ratio is equal to or higher than the first ratio and equal to or lower than a preset second ratio. It is preferable to charge.
この構成によれば、前記メモリ効果低減処理において、充電比率が、第1比率以上であってかつ第2比率以下の比率になるように、アルカリ蓄電池が充電される。本発明者らは、このようなメモリ効果低減処理によって、アルカリ蓄電池のメモリ効果が低減されることを見出した。これにより、アルカリ蓄電池を放電させることなくメモリ効果を低減することができる。 According to this configuration, in the memory effect reduction process, the alkaline storage battery is charged such that the charging ratio is equal to or higher than the first ratio and equal to or lower than the second ratio. The present inventors have found that the memory effect of the alkaline storage battery is reduced by such a memory effect reduction process. Thereby, the memory effect can be reduced without discharging the alkaline storage battery.
また、前記第1比率は、80%であり、前記第2比率は、140%であることが好ましい。 The first ratio is preferably 80%, and the second ratio is preferably 140%.
この構成によれば、前記メモリ効果低減処理において、充電比率が、80%以上であってかつ140%以下の比率になるように、アルカリ蓄電池が充電される。本発明者らは、このようなメモリ効果低減処理によって、アルカリ蓄電池のメモリ効果が低減されることを見出した。これにより、アルカリ蓄電池を放電させることなくメモリ効果を低減することができる。 According to this configuration, in the memory effect reduction process, the alkaline storage battery is charged so that the charging ratio is 80% or more and 140% or less. The present inventors have found that the memory effect of the alkaline storage battery is reduced by such a memory effect reduction process. Thereby, the memory effect can be reduced without discharging the alkaline storage battery.
また、前記アルカリ蓄電池におけるメモリ効果の発生を検出するメモリ効果検出部をさらに備え、前記メモリ効果低減処理部は、前記メモリ効果検出部によって前記メモリ効果の発生が検出されたときに、前記メモリ効果低減処理を実行することが好ましい。 The memory effect detection unit further detects a memory effect occurrence in the alkaline storage battery, and the memory effect reduction processing unit is configured to detect the memory effect when the memory effect detection unit detects the occurrence of the memory effect. It is preferable to perform a reduction process.
この構成によれば、アルカリ蓄電池においてメモリ効果が発生すると、メモリ効果検出部によってメモリ効果の発生が検出される。そして、メモリ効果低減処理部は、メモリ効果検出部によってメモリ効果の発生が検出されたとき、すなわちアルカリ蓄電池においてメモリ効果が発生したときに、自動的にメモリ効果低減処理を実行する結果、アルカリ蓄電池のメモリ効果が低減されるので、ユーザの利便性が向上する。 According to this configuration, when a memory effect occurs in the alkaline storage battery, the memory effect detection unit detects the occurrence of the memory effect. The memory effect reduction processing unit automatically executes the memory effect reduction processing when the memory effect is detected by the memory effect detection unit, that is, when the memory effect occurs in the alkaline storage battery. Since the memory effect is reduced, user convenience is improved.
また、前記アルカリ蓄電池を冷却する冷却部をさらに備え、前記メモリ効果低減処理部は、前記メモリ効果低減処理の終了後、前記冷却部によって、前記アルカリ蓄電池を冷却させることが好ましい。 Moreover, it is preferable to further include a cooling unit that cools the alkaline storage battery, and the memory effect reduction processing unit cools the alkaline storage battery by the cooling unit after the memory effect reduction processing is completed.
アルカリ蓄電池は、メモリ効果低減処理において加熱されて高温状態になったまま、使用されて充放電すると、劣化を生じるおそれがある。そこでこの構成によれば、メモリ効果低減処理が終了すると、冷却部によって、アルカリ蓄電池が冷却されるので、メモリ効果低減処理後に高温状態になったまま、アルカリ蓄電池が使用されるおそれが低減する。従って、アルカリ蓄電池が劣化するおそれを低減することが可能となる。 When the alkaline storage battery is used and charged / discharged while being heated in the memory effect reduction process and in a high temperature state, the alkaline storage battery may be deteriorated. Therefore, according to this configuration, when the memory effect reduction process is completed, the alkaline storage battery is cooled by the cooling unit, so that the possibility that the alkaline storage battery is used while being in a high temperature state after the memory effect reduction process is reduced. Therefore, it is possible to reduce the risk of deterioration of the alkaline storage battery.
また、前記アルカリ蓄電池の充放電電流の電流値を検出する電流検出部と、前記電流検出部によって検出された電流値を積算することにより、前記アルカリ蓄電池に充電されている電気量を前記充電電気量として算出する充電電気量算出部とをさらに備えることが好ましい。 Further, by integrating the current value detected by the current detection unit and the current detection unit that detects the current value of the charge / discharge current of the alkaline storage battery, the amount of electricity charged in the alkaline storage battery is converted into the charge electricity. It is preferable to further include a charge electricity amount calculation unit that calculates the amount.
この構成によれば、電流検出部によって検出されたアルカリ蓄電池の充放電電流の電流値が、充電電気量算出部により積算されて、前記充電電気量が算出されるので、メモリ効果低減処理部は、充電電気量算出部により算出された充電電気量に基づいて、メモリ効果低減処理を実行することができる。 According to this configuration, the current value of the charge / discharge current of the alkaline storage battery detected by the current detection unit is integrated by the charge electricity amount calculation unit, and the charge electricity amount is calculated. The memory effect reduction processing can be executed based on the charge electricity amount calculated by the charge electricity amount calculation unit.
また、前記アルカリ蓄電池は、ニッケル水素二次電池であることが好ましい。 The alkaline storage battery is preferably a nickel hydride secondary battery.
上述のメモリ効果低減処理は、ニッケル水素二次電池に対して好適に適用可能である。 The memory effect reduction process described above can be suitably applied to a nickel metal hydride secondary battery.
また、本発明に係る電池電源装置は、上述のメモリ効果低減回路と、前記アルカリ蓄電池とを備える。 In addition, a battery power supply device according to the present invention includes the above-described memory effect reduction circuit and the alkaline storage battery.
この構成によれば、アルカリ蓄電池を備えた電池電源装置において、アルカリ蓄電池を放電させることなくメモリ効果を低減することができる。 According to this configuration, in the battery power supply device including the alkaline storage battery, the memory effect can be reduced without discharging the alkaline storage battery.
また、本発明に係る電池利用システムは、上述のメモリ効果低減回路と、前記アルカリ蓄電池と、アプリケーションを実現するための駆動部とを備え、前記加熱部は、前記駆動部の動作に伴い排出される廃熱を、前記アルカリ蓄電池まで運ぶことにより、当該アルカリ蓄電池を加熱することが好ましい。 In addition, a battery utilization system according to the present invention includes the above-described memory effect reduction circuit, the alkaline storage battery, and a drive unit for realizing an application, and the heating unit is discharged along with the operation of the drive unit. It is preferable to heat the alkaline storage battery by transporting the waste heat to the alkaline storage battery.
この構成によれば、上述のメモリ効果低減回路と、アルカリ蓄電池と、アプリケーションを実現するための駆動部とを備えた電池利用システムにおいて、アルカリ蓄電池を放電させることなくメモリ効果を低減することができる。また、駆動部の動作に伴い排出される廃熱によって、アルカリ蓄電池を加熱することができるので、アルカリ蓄電池を加熱するためのエネルギーを低減することが容易である。 According to this configuration, in the battery utilization system including the above-described memory effect reduction circuit, the alkaline storage battery, and the driving unit for realizing the application, the memory effect can be reduced without discharging the alkaline storage battery. . Moreover, since the alkaline storage battery can be heated by the waste heat discharged with the operation of the drive unit, it is easy to reduce energy for heating the alkaline storage battery.
このような構成のメモリ効果低減回路、電池電源装置、電池利用システム、及びメモリ効果低減方法は、アルカリ蓄電池を放電させることなくメモリ効果を低減することができる。 The memory effect reduction circuit, the battery power supply device, the battery utilization system, and the memory effect reduction method having such a configuration can reduce the memory effect without discharging the alkaline storage battery.
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。図1は、本発明の一実施形態に係るメモリ効果低減方法を用いるメモリ効果低減回路、電池電源装置、及び電池利用システムの構成の一例を、概念的に示すブロック図である。 Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the structure which attached | subjected the same code | symbol in each figure shows that it is the same structure, The description is abbreviate | omitted. FIG. 1 is a block diagram conceptually showing an example of the configuration of a memory effect reduction circuit, a battery power supply device, and a battery utilization system using a memory effect reduction method according to an embodiment of the present invention.
図1に示す電池利用システム1は、例えばハイブリッド車を簡略化して示したものであり、電池電源装置2と、モータ3と、エンジン4と、ダクト6,7とを備えている。モータ3とエンジン4とは、エンジンルーム5に収容されている。この場合、モータ3とエンジン4とが、ハイブリッド車を実現するための駆動部の一例に相当している。
A
なお、電池利用システムは、ハイブリッド車に限らない。例えば、家庭用コージェネレーションシステムや産業用電源システム等のタフユース、太陽光発電システム、UPS等のバックアップ用電源装置の他、携帯型パーソナルコンピュータ、デジタルカメラ、携帯電話機、電気自動車等、種々の電池駆動機器やシステム等の電池利用システムの電源として、電池電源装置2を用いることができる。 The battery utilization system is not limited to a hybrid vehicle. For example, tough uses such as home cogeneration systems and industrial power systems, solar power generation systems, backup power supply devices such as UPS, portable personal computers, digital cameras, mobile phones, electric vehicles, etc. The battery power supply device 2 can be used as a power source for battery-utilizing systems such as devices and systems.
電池電源装置2は、二次電池21、充放電制御回路22(充電部)、電圧検出部23、電流検出部24、温度検出部25、加熱用ファン26(加熱部)、冷却用ファン27(冷却部)、及び制御部28を備えている。そして、充放電制御回路22には、モータ3が接続されている。この場合、電池電源装置2から二次電池21を除いた残余の部分が、メモリ効果低減回路の一例に相当している。
The battery power supply 2 includes a
また、ダクト6は、エンジンルーム5内の高温の空気を加熱用ファン26へ導くように配設されている。ダクト7は、車外の外気を冷却用ファン27へ導くように配設されている。
The
二次電池21は、アルカリ蓄電池であり、例えばニッケル水素二次電池である。二次電池21は、複数のセルが組み合わされた組電池として構成されていてもよい。そして、二次電池21は、電流検出部24を介して充放電制御回路22と接続されている。
The
充放電制御回路22は、モータ3を駆動する際は、二次電池21を放電させて、その放電電流をモータ3へ供給する。また、充放電制御回路22は、モータ3によって発生する回生電流を二次電池21へ充電する。充放電制御回路22は、制御部28から送信される二次電池21のSOC(State Of Charge)に基づいて、通常、二次電池21のSOCが20〜80%程度の範囲内になるように二次電池21の充放電を制御する。
When the motor 3 is driven, the charge /
なお、電池利用システム1は、モータ3の代わりに、二次電池21からの電力によって駆動される負荷回路と、発電装置とを備えていてもよい。そして、充放電制御回路22は、発電装置からの余剰電力を二次電池21に充電したり、負荷回路の消費電流が急激に増大した場合や発電装置の発電量が低下して負荷装置の要求する電力が発電装置の出力を超えた場合に、二次電池21から不足の電力を負荷装置へ供給したりするものであってもよい。
The
あるいは、充放電制御回路22は、例えば商用電源に接続されて、商用電源から得られた電力によって、二次電池21を充電するようになっていてもよい。
Alternatively, the charge /
電圧検出部23は、例えばアナログデジタルコンバータ等で構成されており、二次電池21の端子電圧を検出する。そして、電圧検出部23は、当該端子電圧の電圧値である端子電圧値Vtを示す信号を制御部28へ出力する。
The
電流検出部24は、例えば、二次電池21と直列接続された抵抗素子や電流変成器、及びアナログデジタルコンバータ等で構成されており、二次電池21を流れる充放電電流を検出する。そして、電流検出部24は、当該検出された充放電電流の電流値Icを示す信号を、制御部28へ出力する。電流検出部24は、例えば、検出された充放電電流が、二次電池21の充電方向であった場合、電流値Icをプラスの値で示し、二次電池21の放電方向であった場合、電流値Icをマイナスの値で示すようになっている。
The
温度検出部25は、例えば熱電対やサーミスタ、アナログデジタルコンバータ等で構成されており、二次電池21の温度tを検出する。そして、温度検出部25は、温度tを示す信号を、制御部28へ出力する。
The
加熱用ファン26は、制御部28からの制御信号に応じて駆動し、エンジンルーム5内の、モータ3やエンジン4の廃熱による高温の空気を、ダクト6を介して吸引し、二次電池21にあてることで、二次電池21を加熱する。なお、加熱部は、駆動部の廃熱により生じた高温の空気を搬送することにより二次電池21を加熱するものに限られず、例えば熱伝導性の材料やヒートパイプを用いて、廃熱を二次電池21まで運ぶことで、二次電池21を加熱するものであってもよい。
The
また、加熱部は、ヒータであってもよい。しかしながら、加熱用ファン26や熱伝導等を利用して廃熱を運ぶ構成を用いて加熱部を構成することにより、ヒータを用いて二次電池21を加熱する場合よりも、加熱に要するエネルギーを低減することが容易である。
The heating unit may be a heater. However, by configuring the heating unit using a configuration that conveys waste heat using the
冷却用ファン27は、制御部28からの制御信号に応じて駆動し、外気を、ダクト7を介して吸引し、二次電池21にあてることで二次電池21を冷却する。なお、冷却部は、例えばペルチェ素子等を用いて二次電池21を冷却するものであってもよく、その冷却手段は限定されない。
The cooling
制御部28は、例えば所定の演算処理を実行するCPU(Central Processing Unit)と、所定の制御プログラムが記憶された不揮発性のROM(Read Only Memory)と、データを一時的に記憶するRAM(Random Access Memory)と、その周辺回路等とを備えて構成されている。
The
また、制御部28は、例えばROMに記憶された制御プログラムを実行することにより、充電電気量算出部281、SOC算出部282、充電比率算出部283、メモリ効果検出部284、及びメモリ効果低減処理部285として機能する。
Further, the
充電電気量算出部281は、電流検出部24から出力された電流値Icを、継続的に、例えば単位時間毎に積算することによって、二次電池21に充電されている電気量である充電電気量Qを算出する。この積算の際、充電電気量算出部281は、例えば、電流値Icが充電方向(+)を示す場合、電流値Icに充電効率(1よりも小さい係数、例えば0.8)を乗算してから積算する。
The charge
SOC算出部282は、充電電気量算出部281により算出された充電電気量Qと、二次電池21の満充電容量FCCとに基づいて、下記の式(1)を用いて二次電池21のSOCを算出し、充放電制御回路22へ送信する。
The
SOC=(Q/FCC)×100 (%) ・・・(1)
ここで、二次電池21の満充電容量FCCは、劣化していない初期状態では、理論電気容量Qsに等しい。しかしながら、二次電池21は、使用に伴い劣化すると、満充電容量FCCが減少し、理論電気容量Qsより少なくなる。
SOC = (Q / FCC) × 100 (%) (1)
Here, the full charge capacity FCC of the
そこで、SOC算出部282は、例えば、二次電池21が満充電状態から端子電圧値Vtが予め設定された放電終止電圧になるまで放電されたときに、電流検出部24で検出された電流値Icを積算することで、満充電状態から完全放電に至るまでの放電電荷量を算出し、この放電電荷量を満充電容量FCCとすることで、劣化に伴う満充電容量FCCの減少を補正するようになっている。
Therefore, the
なお、理論電気容量Qsは、二次電池21の電極に用いられている活物質の組成と、その活物質の量とによって決まる二次電池21の理論上の電池容量である。
The theoretical electric capacity Qs is a theoretical battery capacity of the
充電比率算出部283は、充電電気量算出部281により算出された充電電気量Qと、二次電池21の理論電気容量Qsとに基づいて、例えば下記の式(2)を用いて二次電池21の充電比率Rcを算出する。式(2)では、充電比率Rcを百分率で表す例を示している。
The charge
Rc=(Q/Qs)×100 (%) ・・・(2)
メモリ効果検出部284は、二次電池21におけるメモリ効果の発生を検出する。具体的には、例えば、メモリ効果検出部284は、充電比率算出部283によって算出された充電比率Rcが、予め設定された基準比率Rrefになったときに電圧検出部23により検出される端子電圧値Vtが、予め設定された基準電圧Vrefに満たない場合、二次電池21においてメモリ効果が発生したと判定する。
Rc = (Q / Qs) × 100 (%) (2)
The memory
基準電圧Vrefは、例えば以下のように設定することができる。例えばまだ劣化していない初期状態の二次電池21を、充電比率Rcが基準比率Rrefになるように充電したときの、その端子電圧値Vtにマージンを持たせて端子電圧値Vtより僅かに低い電圧値を、基準電圧Vrefとして設定することができる。
The reference voltage Vref can be set as follows, for example. For example, when the
また、基準比率Rrefとしては、任意の値を選択することができる。しかしながら、二次電池21においてメモリ効果発生を検出する機会を増やす観点から、通常使用状態において、実際になる可能性の高い充電比率Rcの値を基準比率Rrefとして設定することが望ましい。例えば、基準比率Rrefとして50%を用いることができる。
Also, any value can be selected as the reference ratio Rref. However, from the viewpoint of increasing the chance of detecting the occurrence of the memory effect in the
例えば、二次電池21がニッケル水素二次電池の単セルであって、基準比率Rrefが50%であった場合、基準電圧Vrefとして、1.20Vを用いることができる。また、二次電池21がニッケル水素二次電池のセルを複数直列接続した組電池であった場合には、1.20Vにその直列数を乗算した値を、基準電圧Vrefとして用いることができる。
For example, when the
なお、メモリ効果検出部284は、そのメモリ効果の検出方法は特定の方法に限定されない。メモリ効果検出部284は、例えば特開平7−122304号公報に記載の方法や、特開2003−9408号公報に記載の方法、あるいはその他の方法によって、二次電池21におけるメモリ効果の発生を検出するものであってもよい。
The memory
メモリ効果低減処理部285は、メモリ効果検出部284によってメモリ効果の発生が検出されたときにのみ、下記のメモリ効果低減処理を実行する。すなわち、メモリ効果低減処理部285は、加熱用ファン26を駆動させて、温度検出部25により検出される温度tすなわち二次電池21の温度tを、第1温度T1d以上、かつ第2温度T2u以下の温度に上昇させる。
The memory effect
そして、メモリ効果低減処理部285は、温度tが、第1温度T1d以上、かつ第2温度T2u以下の温度範囲内になると、充電比率算出部283により算出される充電比率Rcが、第1比率R1d以上、かつ第2比率R2u以下の比率に予め設定された設定比率Rsになるまで、充放電制御回路22から二次電池21へ充電電流を供給させて、二次電池21を充電させる。
Then, when the temperature t falls within the temperature range of the first temperature T1d and the second temperature T2u, the memory effect
第1温度T1dとしては40℃、第2温度T2uとしては60℃を用いることができる。また、第1比率R1dとしては80%、第2比率R2uとしては140%を用いることができる。なお、第1温度T1d、第2温度T2u、第1比率R1d、及び第2比率R2uは、必ずしも40℃、60℃、80%、及び140%に限られず、後述する実施例で示すような実験を行うことによって、実際に使用する二次電池21の特性に応じて適宜設定することができる。
The first temperature T1d can be 40 ° C., and the second temperature T2u can be 60 ° C. Further, 80% can be used as the first ratio R1d, and 140% can be used as the second ratio R2u. The first temperature T1d, the second temperature T2u, the first ratio R1d, and the second ratio R2u are not necessarily limited to 40 ° C., 60 ° C., 80%, and 140%. By performing the above, it can be appropriately set according to the characteristics of the
次に、上述のように構成されたメモリ効果低減回路を用いた電池電源装置2の動作について説明する。図2、図3は、図1に示す電池電源装置2の動作の一例を示すフローチャートである。 Next, the operation of the battery power supply device 2 using the memory effect reduction circuit configured as described above will be described. 2 and 3 are flowcharts showing an example of the operation of the battery power supply device 2 shown in FIG.
まず、電圧検出部23によって二次電池21の端子電圧値Vtが検出され、電流検出部24によって二次電池21に流れる電流の電流値Icが検出され、温度検出部25によって二次電池21の温度tが検出される(ステップS1)。
First, the
次に、充電電気量算出部281によって、電流検出部24で検出された電流値Icが、例えば単位時間毎に積算されて、充電電気量Qが算出される(ステップS2)。
Next, the charge electricity
そして、充電比率算出部283によって、充電電気量算出部281により算出された充電電気量Qと、二次電池21の理論電気容量Qsとに基づいて、例えば上述の式(2)を用いて二次電池21の充電比率Rcが算出される(ステップS3)。
Then, based on the charge electricity amount Q calculated by the charge electricity
ステップS1〜S3の処理は、常時継続的に実行されて、以下、図3のフローチャートで示す処理と並行して実行される。これにより、端子電圧値Vt、電流値Ic、温度t、及び充電比率Rcが、常時最新の値に更新されるようになっている。 The processes of steps S1 to S3 are always executed continuously, and are executed in parallel with the process shown in the flowchart of FIG. As a result, the terminal voltage value Vt, current value Ic, temperature t, and charge ratio Rc are constantly updated to the latest values.
次に、図3を参照して、メモリ効果検出部284によって、充電比率Rcと基準比率Rrefとが比較される(ステップS11)。そして、メモリ効果検出部284は、放電により充電比率Rcと基準比率Rrefとが等しくなるまでステップS11を繰り返し(ステップS11でNO)、放電により充電比率Rcと基準比率Rrefとが等しくなると(ステップS11でYES)、ステップS12へ移行する。
Next, referring to FIG. 3, the memory
ステップS12において、メモリ効果検出部284によって、端子電圧値Vtと基準電圧Vrefとが比較され(ステップS12)、端子電圧値Vtが基準電圧Vref以上であればメモリ効果は発生していないと判定されて、再びステップS11へ移行する(ステップS12でNO)。
In step S12, the memory
一方、端子電圧値Vtが基準電圧Vrefに満たなければ(ステップS12でYES)、メモリ効果検出部284によって、メモリ効果が発生していると判定されて、以下、ステップS13〜S19のメモリ効果低減処理を実行するべくステップS13へ移行する。
On the other hand, if the terminal voltage value Vt does not satisfy the reference voltage Vref (YES in step S12), the memory
このように、前記アルカリ蓄電池の端子電圧を検出する電圧検出部をさらに備え、前記メモリ効果検出部は、前記アルカリ蓄電池における前記充電比率が予め設定された基準比率になったときに前記電圧検出部により検出される端子電圧が、予め設定された基準電圧に満たない場合、前記アルカリ蓄電池におけるメモリ効果の発生を検出するようになっている。 As described above, the battery detection device further includes a voltage detection unit that detects a terminal voltage of the alkaline storage battery, and the memory effect detection unit is configured to detect the voltage detection unit when the charge ratio of the alkaline storage battery reaches a preset reference ratio. When the terminal voltage detected by the above is less than a preset reference voltage, the occurrence of the memory effect in the alkaline storage battery is detected.
この構成によれば、メモリ効果検出部は、アルカリ蓄電池の充電比率が基準比率になったときの端子電圧が、基準電圧に満たない場合、アルカリ蓄電池におけるメモリ効果の発生を検出することができる。 According to this configuration, the memory effect detection unit can detect the occurrence of the memory effect in the alkaline storage battery when the terminal voltage when the charging ratio of the alkaline storage battery becomes the reference ratio is less than the reference voltage.
以上、ステップS1〜S3、及びステップS11、S12の処理によれば、二次電池21にメモリ効果が発生したことが検出されて、自動的にメモリ効果低減処理が実行されるので、ユーザの利便性が向上する。
As described above, according to the processes of steps S1 to S3 and steps S11 and S12, it is detected that the memory effect has occurred in the
なお、メモリ効果検出部284は、二次電池21の放電時、すなわち電流値Icがマイナスの値であるときのみ、放電電圧である端子電圧値Vtを用いてステップS12を実行するようにしてもよい。二次電池21は、開路電圧(OCV:Open circuit voltage)よりも、電圧の方がメモリ効果による電圧低下が大きくなるので、放電電圧を用いてメモリ効果の発生の有無を判定する方が、開路電圧を用いてメモリ効果の発生の有無を判定するよりもメモリ効果の検出精度が向上する。
Note that the memory
また、メモリ効果検出部284は、二次電池21を、予め設定された基準電流値、例えば1Itで放電させた状態で、その放電電圧である端子電圧値Vtを用いてステップS12を実行するようにしてもよい。この場合、メモリ効果を判定する際における二次電池21の放電電流値が常に一定の値になるので、メモリ効果の発生の有無を判定するための判定条件のバラツキが低減されて、メモリ効果の検出精度が向上する。
In addition, the memory
ここで、1It(電池容量(Ah)/1(h))は、二次電池21の理論電気容量(公称容量)を定電流で放電して、1時間で二次電池21の残容量がゼロとなる電流値である。
Here, 1 It (battery capacity (Ah) / 1 (h)) is a theoretical electric capacity (nominal capacity) of the
次に、メモリ効果低減処理部285によって、加熱用ファン26が駆動されて、エンジンルーム5内の高温の空気がダクト6を介して取り込まれ、二次電池21へ供給される(ステップS13)。これにより、二次電池21が加熱されて温度tが上昇する。
Next, the
次に、メモリ効果低減処理部285によって、温度tと第1温度T1d(例えば40℃)とが比較され(ステップS14)、温度tが第1温度T1dに満たなければ(ステップS14でNO)、ステップS13に戻って二次電池21の加熱が継続される。その一方、温度tが第1温度T1d以上になると(ステップS14でYES)、メモリ効果低減処理部285から充放電制御回路22へ充電を要求する要求信号が出力されて、充放電制御回路22から二次電池21へ充電電流が供給され、二次電池21が充電される(ステップS15)。
Next, the memory effect
次に、メモリ効果低減処理部285によって、充電比率Rcと設定比率Rsとが比較され(ステップS16)、充電比率Rcが設定比率Rsに満たなければ(ステップS16でNO)、ステップS17に移行して温度tと第2温度T2u(例えば60℃)とが比較される(ステップS17)。
Next, the memory effect
そして、温度tが第2温度T2uに満たなければ(ステップS17でNO)、温度tが第1温度T1d以上、かつ第2温度T2u以下の範囲内に入っているから、メモリ効果低減処理部285は、そのままステップS14へ移行して以降の処理を繰り返す。一方、温度tが第2温度T2u以上であれば(ステップS17でYES)、このまま加熱を継続すると温度tが第2温度T2uを超えてしまうから、メモリ効果低減処理部285によって、加熱用ファン26が停止されて、温度tが第1温度T1d以上、かつ第2温度T2u以下の範囲内に維持される(ステップS18)。
If the temperature t does not reach the second temperature T2u (NO in step S17), the temperature t is within the range of the first temperature T1d and the second temperature T2u, and therefore the memory effect
他方、ステップS16において、充電に伴い充電比率Rcが増大し、設定比率Rs以上になったとき(ステップS16でYES)、設定比率Rsは、第1比率R1d以上かつ第2比率R2u以下の範囲内の値に設定されているのであるから、二次電池21の充電比率Rcが第1比率R1d以上かつ第2比率R2u以下の範囲内になったことになる。このとき、本発明の発明者らは、後述する実施例で示すように、二次電池21におけるメモリ効果が解消することを見出した。
On the other hand, in step S16, when the charging ratio Rc increases with charging and becomes equal to or greater than the set ratio Rs (YES in step S16), the set ratio Rs is within the range of the first ratio R1d and the second ratio R2u. Therefore, the charging ratio Rc of the
そこで、充電比率Rcが設定比率Rs以上になると(ステップS16でYES)、二次電池21におけるメモリ効果が解消したものと考えられるので、メモリ効果低減処理部285から充放電制御回路22へ充電の停止を要求する要求信号が出力されて、充放電制御回路22による二次電池21の充電が停止され(ステップS19)、メモリ効果低減処理を終了する。
Therefore, when the charge ratio Rc is equal to or higher than the set ratio Rs (YES in step S16), it is considered that the memory effect in the
そして、メモリ効果低減処理部285は、メモリ効果低減処理の終了後、加熱用ファン26を停止する。そして、メモリ効果低減処理部285は、冷却用ファン27を駆動して、ダクト7を介して低温の外気を吸引し、二次電池21に供給することによって、二次電池21を冷却する(ステップS20)。
And the memory effect
二次電池21は、メモリ効果低減処理中においては、第1温度T1d以上に加熱されている。しかしながら、二次電池21は、第1温度T1d以上の高温状態で使用され、充放電されると、劣化を招くおそれがあり、好ましくない。そこで、メモリ効果低減処理部285は、メモリ効果低減処理の終了後に二次電池21を、使用に適した温度に冷却することで、メモリ効果低減処理の終了後において二次電池21が使用され、充放電する際に劣化するおそれを低減するようになっている。
The
なお、ステップS16において、設定比率Rsの代わりに第1比率R1dを用いてもよい。また、ステップS16において、充電比率Rcと設定比率Rsとを比較する代わりに、直接、充電比率Rcが第1比率R1d以上かつ第2比率R2u以下の範囲内であるか否かを判定し、当該範囲内であればステップS19へ移行し、範囲外であればステップS17へ移行するようにしてもよい。 In step S16, the first ratio R1d may be used instead of the set ratio Rs. In step S16, instead of comparing the charging ratio Rc and the set ratio Rs, it is directly determined whether or not the charging ratio Rc is within the range of the first ratio R1d and the second ratio R2u. If it is within the range, the process may proceed to step S19, and if it is out of the range, the process may proceed to step S17.
しかしながら、例えば、携帯型パーソナルコンピュータ、デジタルカメラ、携帯電話機、電気自動車等、二次電池21に回生電力の受け入れ余地を残しておく必要のない電池利用システムにおいては、例えば設定比率Rsを100%に設定しておくことで、メモリ効果低減処理を終了した際に、二次電池21を満充電にしておくことができるので、ユーザの利便性が向上する。
However, for example, in a battery-based system that does not need to leave room for regenerative power in the
また、ハイブリッド自動車のように、二次電池21に回生電力の受け入れ余地を残しておく必要がある電池利用システムにおいては、設定比率Rsを例えば第1比率R1d(例えば80%)に設定しておくことで、二次電池21が回生電力を受け入れできなくなって、エネルギーを無駄にしてしまうおそれが低減される。
Further, in a battery utilization system that needs to leave room for regenerative power in the
以上、ステップS13〜S19のメモリ効果低減処理によれば、二次電池21は、加熱されて温度tが第1温度T1d以上、かつ第2温度T2u以下の範囲内に維持された状態で、充電比率Rcが、第1比率R1d以上かつ第2比率R2u以下の範囲内になるまで充電される。これにより、メモリ効果を低減することができるので、二次電池21を放電させることなくメモリ効果を低減することができる。
As described above, according to the memory effect reduction processing in steps S13 to S19, the
なお、温度検出部25を備えて、温度検出部25で検出された温度tに基づき、ステップS14、S17の処理によって、二次電池21の温度tを第1温度T1d以上、かつ第2温度T2u以下の範囲内に維持する例を示したが、必ずしも温度検出部25を備える必要はない。
Note that the
例えば、加熱用ファン26やヒータ等の加熱部を用いて、二次電池21の温度tを第1温度T1d以上、かつ第2温度T2u以下の範囲内にするのに必要な加熱時間を予め求めて記憶しておき、ステップS14において、このような加熱時間だけ経過した後にステップS15へ移行するようにしてもよい。
For example, by using a heating unit such as a
また、メモリ効果検出部284、及びステップS11、S12を備えず、任意のタイミングで、例えばユーザの操作指示に応じる等してステップS13以降のメモリ効果低減処理を実行するようにしてもよい。
Further, the memory
図4は、アルカリ蓄電池の一例であるニッケル水素二次電池を用いて、メモリ効果の解消効果を確認するために行った実験結果を示す表である。実験に用いたニッケル水素二次電池は、以下のように作製した。 FIG. 4 is a table showing the results of an experiment conducted to confirm the elimination effect of the memory effect using a nickel hydride secondary battery which is an example of an alkaline storage battery. The nickel hydride secondary battery used in the experiment was manufactured as follows.
まず、水酸化ニッケルに、水酸化コバルト、カルボキシメチルセルロース(CMC、エーテル化度0.7、重合度1600)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)を加え、さらに水を添加して練合し、ペーストを得た。このペーストを、発砲タイプのニッケル基板の両面に塗着した。ペーストの塗膜は、乾燥後、基板とともにローラでプレスした。こうして、厚み0.4mm、幅40mm、長さ850mm、容量5000mAhの正極を得た。なお正極の長手方向に沿う一端部には、リード部を設けた。 First, add nickel hydroxide to cobalt hydroxide, carboxymethylcellulose (CMC, degree of etherification 0.7, degree of polymerization 1600), polytetrafluoroethylene (PTFE), add water and knead, paste Obtained. This paste was applied to both sides of a foam type nickel substrate. The coating film of the paste was pressed with a roller together with the substrate after drying. Thus, a positive electrode having a thickness of 0.4 mm, a width of 40 mm, a length of 850 mm, and a capacity of 5000 mAh was obtained. In addition, the lead part was provided in the one end part along the longitudinal direction of a positive electrode.
そして、長手方向に沿う一端部に露出部を有する、厚み0.3mm、幅40mm、長さ930mm、容量7500mAhのLmNi5系(ここでLmは軽希土類元素すなわちLa、Nd、Ce、Prからなる混合物を示す)の水素吸蔵合金を使用した負極を用い、Dサイズで公称容量(理論電気容量)5000mAhのニッケル水素二次電池を作製した。 An LmNi 5 system having an exposed portion at one end along the longitudinal direction and having a thickness of 0.3 mm, a width of 40 mm, a length of 930 mm, and a capacity of 7500 mAh (where Lm is a light rare earth element, ie, La, Nd, Ce, Pr) A nickel-hydrogen secondary battery having a nominal capacity (theoretical electric capacity) of 5000 mAh in D size was manufactured using a negative electrode using a hydrogen storage alloy of (showing the mixture).
具体的には、正極と負極とを、スルホン化処理したポリプロピレン不織布からなるセパレータ(厚み100μm)を介して捲回し、円柱状の極板群を作製した。極板群では、正極合剤を担持しない正極芯材の露出部と、負極合剤を担持しない負極芯材の露出部とを、それぞれ反対側の端面に露出させた。正極芯材が露出する極板群の端面には正極集電板を溶接した。負極芯材が露出する極板群の端面に負極集電板を溶接する一方、正極集電板と接続された正極タブを封口板と溶接した。 Specifically, the positive electrode and the negative electrode were wound through a separator (thickness: 100 μm) made of a sulfonated polypropylene nonwoven fabric to produce a cylindrical electrode plate group. In the electrode plate group, the exposed portion of the positive electrode core material that does not carry the positive electrode mixture and the exposed portion of the negative electrode core material that does not carry the negative electrode mixture were exposed on the opposite end surfaces. A positive electrode current collector plate was welded to the end face of the electrode plate group from which the positive electrode core material was exposed. The negative electrode current collector plate was welded to the end face of the electrode plate group where the negative electrode core material was exposed, while the positive electrode tab connected to the positive electrode current collector plate was welded to the sealing plate.
そして、負極集電板を下方にして極板群を円筒形の有底缶からなる電池ケースに収容した後、負極集電板と接続された負極タブを電池ケースの底部と溶接した。さらに水酸化カリウムを主成分としたアルカリ電解液を注入した後、周縁にガスケットを具備する封口板にて電池ケースの開口部を封口し、ニッケル水素二次電池を作製した。 Then, after the negative electrode current collector plate was placed downward and the electrode plate group was accommodated in a battery case made of a cylindrical bottomed can, the negative electrode tab connected to the negative electrode current collector plate was welded to the bottom of the battery case. Further, after injecting an alkaline electrolyte mainly composed of potassium hydroxide, the opening of the battery case was sealed with a sealing plate having a gasket on the periphery, and a nickel metal hydride secondary battery was produced.
このようにして作製したニッケル水素二次電池(理論電気容量5000mAh)を25℃雰囲気下、1It(5000mA)の放電電流で、充電比率Rcを30%から70%まで充電し、70%から30%まで放電させる充放電サイクルを50サイクル行った。 The nickel-metal hydride secondary battery (theoretical electric capacity 5000 mAh) produced in this way is charged from 30% to 70% with a discharge current of 1 It (5000 mA) in a 25 ° C. atmosphere and from 70% to 30%. 50 charge / discharge cycles were carried out to discharge until.
このとき、1サイクル目の充放電サイクルにおける放電時において、充電比率Rcが50%となったときの放電電圧は、1.25Vであった。また、メモリ効果が発生したと判定するための基準電圧Vrefとして、1.20Vを用いた。 At this time, during the discharge in the first charge / discharge cycle, the discharge voltage when the charge ratio Rc was 50% was 1.25V. Further, 1.20 V was used as the reference voltage Vref for determining that the memory effect occurred.
そして、50サイクル目の充放電サイクルにおける放電時において、充電比率Rcが50%となったときの放電電圧は、1.14Vであり、基準電圧Vrefを下回った。これにより、試験対象のニッケル水素二次電池に、メモリ効果が発生したことを確認した。 When discharging in the 50th charge / discharge cycle, the discharge voltage when the charge ratio Rc was 50% was 1.14 V, which was lower than the reference voltage Vref. Thereby, it was confirmed that the memory effect occurred in the nickel-hydrogen secondary battery to be tested.
このようにしてメモリ効果を発生させたニッケル水素二次電池を、35℃、40℃、50℃、60℃、70℃の各雰囲気下に置いてニッケル水素二次電池の温度tを、当該各温度にさせた後、各温度において、それぞれ充電比率Rcが75%、80%、110%、140%、150%の各比率になるまで1It(5000mA)の充電電流で充電した。その後、各比率に充電されたニッケル水素二次電池を、1It(5000mA)で放電し、充電比率Rcが50%になったときの放電電圧を測定した。このようにして得られた放電電圧の測定値Vmを、図4の表に示した。 The nickel hydride secondary battery in which the memory effect is generated in this manner is placed in each atmosphere of 35 ° C., 40 ° C., 50 ° C., 60 ° C., and 70 ° C., and the temperature t of the nickel hydride secondary battery is set to After the temperature was reached, charging was performed at a charging current of 1 It (5000 mA) at each temperature until the charging ratio Rc reached 75%, 80%, 110%, 140%, and 150%, respectively. Thereafter, the nickel-hydrogen secondary battery charged at each ratio was discharged at 1 It (5000 mA), and the discharge voltage when the charge ratio Rc was 50% was measured. The measured value Vm of the discharge voltage thus obtained is shown in the table of FIG.
まず、雰囲気温度(温度t)が35℃のときは、充電比率Rcが75%〜150%になるまで充電した全ての場合において、測定値Vmが基準電圧Vrefである1.20Vに満たず、従って、メモリ効果は解消しなかった。 First, when the ambient temperature (temperature t) is 35 ° C., the measured value Vm is less than 1.20 V which is the reference voltage Vref in all cases where the charge ratio Rc is charged to 75% to 150%, Therefore, the memory effect has not been eliminated.
また、雰囲気温度(温度t)が70℃のときは、充電比率Rcが75%、85%の場合、測定値Vmが基準電圧Vrefである1.20Vに満たず、従って、メモリ効果は解消しなかった。さらに、雰囲気温度(温度t)が70℃であって、かつ充電比率Rcが110%以上のときは、酸素過電圧が低下し、電解液の分解、及び酸素発生が過多となって電解液の漏液が発生し、測定値Vmを測定することができなかった。 When the ambient temperature (temperature t) is 70 ° C., the measured value Vm is less than the reference voltage Vref 1.20 V when the charging ratio Rc is 75% or 85%, and therefore the memory effect is eliminated. There wasn't. Further, when the ambient temperature (temperature t) is 70 ° C. and the charging ratio Rc is 110% or more, the oxygen overvoltage decreases, the electrolytic solution is decomposed excessively, and the generation of oxygen is excessive. A liquid was generated, and the measured value Vm could not be measured.
また、充電比率Rcが150%のときは、測定値Vmを測定可能な35℃〜60℃の全ての温度範囲において、測定値Vmが基準電圧Vrefである1.20Vに満たず、従って、メモリ効果は解消しなかった。 When the charging ratio Rc is 150%, the measured value Vm is less than 1.20 V which is the reference voltage Vref in the entire temperature range of 35 ° C. to 60 ° C. in which the measured value Vm can be measured. The effect did not go away.
一方、雰囲気温度(温度t)を40℃以上、60℃以下の温度範囲にした場合において、かつ充電比率Rcが80%以上、140%以下の範囲になるまで充電したときは、全ての測定値Vmが、1.24V〜1.25Vとなり、基準電圧Vrefである1.20Vを超えてメモリ効果が解消することが確認できた。 On the other hand, when the ambient temperature (temperature t) is in the temperature range of 40 ° C. or higher and 60 ° C. or lower, and when the charging ratio Rc is in the range of 80% or higher and 140% or lower, all measured values are obtained. Vm was 1.24 V to 1.25 V, exceeding the reference voltage Vref of 1.20 V, and it was confirmed that the memory effect was eliminated.
特に、実験に用いたニッケル水素二次電池は、1サイクル目の充放電サイクルにおける放電時、すなわち初期状態の、劣化もメモリ効果も発生していないときの測定値Vmが1.25Vである。 In particular, the nickel hydride secondary battery used in the experiment has a measured value Vm of 1.25 V at the time of discharge in the first charge / discharge cycle, that is, when neither deterioration nor memory effect occurs in the initial state.
そうすると、温度範囲を40℃以上、60℃以下とし、かつ充電比率Rcが80%以上、140%以下の範囲になるまで充電したときの測定値Vmが1.24V〜1.25Vであることは、メモリ効果解消処理後の測定値Vmが、初期値である1.25Vの有効数字の誤差範囲内に収まっていることを意味し、ほぼ完全に近い状態でメモリ効果が解消するという、極めて良好な実験結果が得られた。 Then, when the temperature range is 40 ° C. or more and 60 ° C. or less, and the charging ratio Rc is charged until the range is 80% or more and 140% or less, the measured value Vm is 1.24V to 1.25V. This means that the measured value Vm after the memory effect elimination processing is within the error range of the effective number of 1.25 V, which is the initial value, and the memory effect is almost completely eliminated, which is extremely good. The experimental results were obtained.
この実験結果から、第1温度T1dとして40℃が、第2温度T2uとして60℃が、第1比率R1dとして80%が、第2比率R2uとして140%が、それぞれ好適であることが確認できた。 From this experimental result, it was confirmed that 40 ° C. as the first temperature T1d, 60 ° C. as the second temperature T2u, 80% as the first ratio R1d, and 140% as the second ratio R2u were preferable. .
第1比率R1d、第2比率R2u、第1温度T1d、及び第2温度T2uは、同様の実験によって適宜設定することが可能であり、例えば60℃を超えるような温度に加熱したり、あるいは140%を超えるような充電比率に充電しても、メモリ効果の解消効果が得られることが確認できれば、第2比率R2uや第2温度T2uを用いない構成としてもよい。 The first ratio R1d, the second ratio R2u, the first temperature T1d, and the second temperature T2u can be appropriately set by the same experiment, and are heated to a temperature exceeding 60 ° C. If it can be confirmed that the effect of eliminating the memory effect can be obtained even when charging is performed at a charge ratio exceeding%, the second ratio R2u and the second temperature T2u may not be used.
本発明に係るメモリ効果低減回路、電池電源装置、電池利用システム、及びメモリ効果低減方法は、簡易的な構成でメモリ効果を低減させる電源システムが具現化できるので、アルカリ蓄電池の利点であるタフユース(HEV、家庭用コージェネ、産業用)用途での利用可能性は高く、かつその効果が高いと考えられる。また、本発明に係るメモリ効果低減回路、電池電源装置、電池利用システム、及びメモリ効果低減方法は、メモリ効果を生じるアルカリ電池を用いる種々のシステムに、好適に用いることができる。 The memory effect reduction circuit, the battery power supply device, the battery utilization system, and the memory effect reduction method according to the present invention can implement a power supply system that reduces the memory effect with a simple configuration. (HEV, household cogeneration, industrial use) The applicability is high and the effect is considered high. In addition, the memory effect reduction circuit, battery power supply device, battery utilization system, and memory effect reduction method according to the present invention can be suitably used in various systems that use an alkaline battery that produces a memory effect.
1 電池利用システム
2 電池電源装置
3 モータ
4 エンジン
5 エンジンルーム
6,7 ダクト
21 二次電池
22 充放電制御回路
23 電圧検出部
24 電流検出部
25 温度検出部
26 加熱用ファン
27 冷却用ファン
28 制御部
281 充電電気量算出部
282 SOC算出部
283 充電比率算出部
284 メモリ効果検出部
285 メモリ効果低減処理部
Ic 電流値
Q 充電電気量
Qs 理論電気容量
R1d 第1比率
R2u 第2比率
Rc 充電比率
Rref 基準比率
Rs 設定比率
T1d 第1温度
T2u 第2温度
Vm 測定値
Vref 基準電圧
Vt 端子電圧値
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記アルカリ蓄電池を加熱する加熱部と、
前記アルカリ蓄電池のメモリ効果を低減させるメモリ効果低減処理を実行するメモリ効果低減処理部とを備え、
前記メモリ効果低減処理は、
前記加熱部によって前記アルカリ蓄電池の温度を予め設定された第1温度以上にさせ、かつ前記アルカリ蓄電池の、理論電気容量に対する充電電気量の比率である充電比率が、予め設定された第1比率以上になるまで、前記充電部によって充電させる処理であること
を特徴とするメモリ効果低減回路。 A charging unit for charging the alkaline storage battery;
A heating unit for heating the alkaline storage battery;
A memory effect reduction processing unit for executing a memory effect reduction process for reducing the memory effect of the alkaline storage battery,
The memory effect reduction process is:
The heating unit causes the temperature of the alkaline storage battery to be equal to or higher than a preset first temperature, and a charging ratio that is a ratio of the charged electricity amount to the theoretical electric capacity of the alkaline storage battery is equal to or higher than a preset first ratio. The memory effect reduction circuit, which is a process of charging by the charging unit until.
前記メモリ効果低減処理において、
前記アルカリ蓄電池の温度を、前記加熱部によって、前記第1温度以上であってかつ予め設定された第2温度以下の温度にさせること
を特徴とする請求項1記載のメモリ効果低減回路。 The memory effect reduction processing unit
In the memory effect reduction process,
2. The memory effect reduction circuit according to claim 1, wherein the temperature of the alkaline storage battery is set to a temperature not lower than the first temperature and not higher than a preset second temperature by the heating unit.
前記第2温度は、60℃であること
を特徴とする請求項2に記載のメモリ効果低減回路。 The first temperature is 40 ° C.
The memory effect reduction circuit according to claim 2, wherein the second temperature is 60 ° C.
前記メモリ効果低減処理において、
前記充電比率が、前記第1比率以上であってかつ予め設定された第2比率以下の比率になるように、前記充電部によって充電させること
を特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のメモリ効果低減回路。 The memory effect reduction processing unit
In the memory effect reduction process,
The charging part is charged by the charging unit such that the charging ratio is equal to or higher than the first ratio and equal to or lower than a preset second ratio. The memory effect reducing circuit according to 1.
前記第2比率は、140%であること
を特徴とする請求項4記載のメモリ効果低減回路。 The first ratio is 80%;
The memory effect reduction circuit according to claim 4, wherein the second ratio is 140%.
前記メモリ効果低減処理部は、
前記メモリ効果検出部によって前記メモリ効果の発生が検出されたときに、前記メモリ効果低減処理を実行すること
を特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のメモリ効果低減回路。 A memory effect detection unit for detecting occurrence of a memory effect in the alkaline storage battery;
The memory effect reduction processing unit
The memory effect reduction circuit according to claim 1, wherein when the occurrence of the memory effect is detected by the memory effect detection unit, the memory effect reduction process is executed.
前記メモリ効果低減処理部は、
前記メモリ効果低減処理の終了後、前記冷却部によって、前記アルカリ蓄電池を冷却させること
を特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載のメモリ効果低減回路。 A cooling unit for cooling the alkaline storage battery;
The memory effect reduction processing unit
The memory effect reduction circuit according to claim 1, wherein the alkaline storage battery is cooled by the cooling unit after completion of the memory effect reduction process.
前記電流検出部によって検出された電流値を積算することにより、前記アルカリ蓄電池に充電されている電気量を前記充電電気量として算出する充電電気量算出部とをさらに備えること
を特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載のメモリ効果低減回路。 A current detector for detecting a current value of a charge / discharge current of the alkaline storage battery;
The electric charge amount calculation part which calculates the electric charge currently charged in the alkaline storage battery as the charge electric quantity by accumulating the electric current value detected by the current detection part further comprises the above-mentioned. The memory effect reduction circuit according to any one of 1 to 7.
を特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載のメモリ効果低減回路 The memory effect reduction circuit according to claim 1, wherein the alkaline storage battery is a nickel metal hydride secondary battery.
前記アルカリ蓄電池と
を備えることを特徴とする電池電源装置。 The memory effect reduction circuit according to any one of claims 1 to 9,
A battery power supply comprising the alkaline storage battery.
前記アルカリ蓄電池と、
アプリケーションを実現するための駆動部とを備え、
前記加熱部は、
前記駆動部の動作に伴い排出される廃熱を、前記アルカリ蓄電池まで運ぶことにより、当該アルカリ蓄電池を加熱すること
を特徴とする電池利用システム。 The memory effect reduction circuit according to any one of claims 1 to 9,
The alkaline storage battery;
A drive unit for realizing the application,
The heating unit is
A battery utilization system, wherein the alkaline storage battery is heated by carrying waste heat discharged along with the operation of the drive unit to the alkaline storage battery.
前記アルカリ蓄電池を加熱する加熱工程と、
前記アルカリ蓄電池のメモリ効果を低減させるメモリ効果低減処理を実行するメモリ効果低減処理工程とを含み、
前記メモリ効果低減処理は、
前記アルカリ蓄電池の温度を予め設定された第1温度以上にさせ、かつ前記アルカリ蓄電池の、理論電気容量に対する充電電気量の比率である充電比率が、予め設定された第1比率以上になるまで、前記アルカリ蓄電池を充電する処理であること
を特徴とするメモリ効果低減方法。 A charging process for charging the alkaline storage battery;
A heating step of heating the alkaline storage battery;
A memory effect reduction processing step for executing a memory effect reduction process for reducing the memory effect of the alkaline storage battery,
The memory effect reduction process is:
Until the temperature of the alkaline storage battery is equal to or higher than a preset first temperature, and the charge ratio that is the ratio of the amount of charge to the theoretical electrical capacity of the alkaline storage battery is equal to or higher than a preset first ratio, A method for reducing the memory effect, which is a process of charging the alkaline storage battery.
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