JP2011239573A

JP2011239573A - 二次電池の充電制御方法及び充電制御装置

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Publication number: JP2011239573A
Application number: JP2010109096A
Authority: JP
Inventors: Yoshiteru Kikuchi; 義晃菊池
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-05-11
Filing date: 2010-05-11
Publication date: 2011-11-24
Anticipated expiration: 2030-05-11
Also published as: JP5527001B2

Abstract

【課題】二次電池の内圧上昇を緩和・抑制することができる二次電池の充電制御方法及び充電制御装置を提供する。
【解決手段】二次電池の充電制御方法は、二次電池の極板間電圧に基づいて、二次電池内でガスが発生するガス発生電位まで電圧上昇しないように設定される第１の充電電力制限値を算出するステップと、二次電池の内圧に基づいて、二次電池の安全弁が作動する内圧まで上昇しないように設定される第２の充電電力制限値を算出するステップと、前記二次電池の内圧に応じて、前記第１の充電電力制限値又は前記第２の充電電力制限値を選択し、二次電池の充電電力を制限するステップと、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、二次電池の充電制御方法及び充電制御装置の技術に関する。

電動機を搭載した電気自動車（ハイブリッド自動車等も含む）は、二次電池に蓄えられた電力により、電動機を駆動している。このような電気自動車の特有な機能として、回生制動がある。回生制動は、車両制動時、電動機を発電機として機能させることにより、車両の運動エネルギーを電気エネルギーに変換し、制動を行うものである。また、得られた電気エネルギーは二次電池に充電され、加速等を行う時に再利用される。

二次電池は、充電の際の電圧上昇に伴い充電の副反応でガスが発生し、二次電池の内圧が上昇する。例えば、ニッケル水素二次電池では主に酸素ガスが発生し、内圧が上昇する。

従来から、このような二次電池の内圧上昇に伴って充電制御を行い、二次電池を保護する技術が開示されている。

例えば、特許文献１には、二次電池の内圧に影響を与える二次電池の物理量と、該物理量に基づいて算出される二次電池の内圧特性の変化を表す指数（特性変化指数）から二次電池の内圧を推定し、その推定した二次電池の内圧に基づいて二次電池の充電制御を行う技術が開示されている。

また、例えば、特許文献２には、二次電池の充電の際に発生する振動を測定し、その測定値が予め定めた値より大きい時に、二次電池内でガスが発生したと判定し、二次電池の充電を停止する、又は二次電池の充電電流値を下げる制御を行う技術が開示されている。

また、例えば、特許文献３には、二次電池の内圧が上昇するまでは、第１の電流によって第１のレートで二次電池を充電し、二次電池の内圧が上昇を開始した後に、第１の電流より低い第２の電流によって第１のレートより低い第２のレートで二次電池の充電を行う制御技術が開示されている。

特開２００７−５３０５８号公報特開平１１−３２９５１０号公報特開２００２−２７６８１号公報

ところで、通常二次電池内で発生したガスはガス発生する電極と反対側の極に吸収される。例えば、ニッケル水素二次電池は、正極で酸素ガスが発生し、発生した酸素ガスは負極の水素との再結合反応により水に戻り、上昇した二次電池の内圧は低下する。

しかし、上記のような再結合反応等のガス吸収反応は、二次電池の内圧と温度に依存し、二次電池の温度が低いとその反応は遅くなる。したがって、推定した二次電池の内圧に基づいて二次電池の充電電力を制限する制御を行う方法では、上昇した二次電池の内圧を低下させることは可能であるが、上昇した二次電池の内圧が回復するまで時間が掛かるため、長時間に亘って二次電池の充電電力を制限する制御が行われ、回生制動による電気エネルギーの回収率が低下する場合がある。

そこで、本発明は、二次電池の内圧上昇を緩和・抑制することができる二次電池の充電制御方法及び充電制御装置を提供することにある。

本発明の二次電池の充電制御方法は、二次電池の極板間電圧に基づいて、二次電池内でガスが発生するガス発生電位まで電圧上昇しないように設定される第１の充電電力制限値を算出するステップと、二次電池の内圧に基づいて、二次電池の安全弁が作動する内圧まで上昇しないように設定される第２の充電電力制限値を算出するステップと、前記二次電池の内圧に応じて、前記第１の充電電力制限値又は前記第２の充電電力制限値を選択し、二次電池の充電電力を制限するステップと、を備える。

また、前記二次電池の充電制御方法において、前記二次電池の充電電力を制限するステップでは、前記二次電池の内圧が所定値を超えた場合に、前記第１の充電電力制限値及び前記第２の充電電力制限値のうち低い方の充電電力制限値を選択し、二次電池の充電電力を制限することが好ましい。

また、前記二次電池の充電制御方法において、前記所定値は、二次電池の温度に基づいて設定されることが好ましい。

また、前記二次電池の充電制御方法において、前記ガス発生電位は、二次電池の温度に基づいて規定されることが好ましい。

また、前記二次電池の充電制御方法において、二次電池の電流値と充電効率に基づいて、二次電池内の酸素ガス発生量を算出するステップと、二次電池の温度に基づいて、二次電池内の酸素ガス減少量を算出するステップと、前記酸素ガス発生量と前記酸素ガス減少量に基づいて、二次電池の酸素圧を算出するステップと、二次電池の温度に基づいて、二次電池の平衡水素圧を算出するステップと、を備え、前記二次電池の内圧は、前記算出した前記酸素圧と前記平衡水素圧との和により、求められることが好ましい。

また、本発明の二次電池の充電制御装置は、二次電池の極板間電圧に基づいて、二次電池内でガスが発生するガス発生電位まで電圧上昇しないように設定される第１の充電電力制限値を算出する手段と、二次電池の内圧に基づいて、二次電池の安全弁が作動する内圧まで上昇しないように設定される第２の充電電力制限値を算出する手段と、前記二次電池の内圧に応じて、前記第１の充電電力制限値又は前記第２の充電電力制限値を選択し、二次電池の充電電力を制限する手段と、を備える。

また、前記二次電池の充電制御装置において、前記二次電池の充電電力を制限する手段は、前記二次電池の内圧が所定値を超えた場合に、前記第１の充電電力制限値及び前記第２の充電電力制限値のうち低い方の充電電力制限値を選択し、二次電池の充電電力を制限することが好ましい。

また、前記二次電池の充電制御装置において、前記所定値は、二次電池の温度に基づいて設定されることが好ましい。

また、前記二次電池の充電制御装置において、前記ガス発生電位は、二次電池の温度に基づいて規定されることが好ましい。

また、前記二次電池の充電制御装置において、二次電池の電流値と充電効率に基づいて、二次電池内の酸素ガス発生量を算出する手段と、二次電池の温度に基づいて、二次電池内の酸素ガス減少量を算出する手段と、前記酸素ガス発生量と前記酸素ガス減少量に基づいて、二次電池の酸素圧を算出する手段と、二次電池の温度に基づいて、二次電池の平衡水素圧を算出する手段と、を備え、前記二次電池の内圧は、前記算出した前記酸素圧と前記平衡水素圧との和により、求められることが好ましい。

本発明によれば、二次電池の内圧上昇を緩和・抑制することができる二次電池の充電制御方法及び充電制御装置を提供することができる。

本実施形態に係る二次電池の充電制御装置が搭載された車両のパワーユニットの構成の一例を示す模式図である。二次電池の温度とガス発生電位との関係を表すマップである。二次電池の極板間電圧と第１の充電電力制限値との関係を表すマップである。二次電池の内圧と第２の充電電力制限値との関係を表すマップである。二次電池の極板間電圧と充電効率との関係を表すマップである。二次電池内の酸素圧と単位時間当たりの酸素ガス減少量との関係を表すマップである。二次電池の温度と二次電池内の平衡水素圧との関係を表すマップである。本実施形態に係る二次電池の充電制御装置の動作の一例を示すフローチャートである。本実施形態に係る二次電池の内圧の推定方法の一例を示すフローチャートである。

本発明の実施の形態について以下説明する。

図１は、本実施形態に係る二次電池の充電制御装置が搭載された車両のパワーユニットの構成の一例を示す模式図である。本実施形態に係る充電制御装置は、二次電池１４を搭載した電気自動車（ハイブリッド自動車等も含む）等の車両等に適用可能である。図１に示す車両のパワーユニット１は、モータジェネレータ１０、モータジェネレータ１０に接続されたインバータ１２、インバータ１２に接続された二次電池１４、二次電池１４の充電電力を制御するための充電制御装置として機能するＥＣＵ１８を備える。ＥＣＵ１８は、モータジェネレータ１０、インバータ１２及び二次電池１４と電気的に接続されている。

モータジェネレータ１０は、二次電池１４より供給される電力等により駆動力を発生させる。また、車両が回生制御中である場合は、発電機として作動し、車両の運動エネルギーを電気エネルギーに変換して二次電池１４を充電する。

インバータ１２は、二次電池１４等から供給される直流電流を交流電流に変換し、モータジェネレータ１０を駆動させる。また、モータジェネレータ１０が発電した交流電流を直流電流に変換し、二次電池１４を充電する。

通常、二次電池１４は、ある程度の電圧を確保するために、複数のセルを直列に接続した電池モジュールとして構成されている。本実施形態の充電制御装置によって充電制御される二次電池１４は、どのような用途の二次電池１４であっても適用可能であるが、ニッケル水素二次電池が好適である。ニッケル水素二次電池は、高い電圧及び温度等で充電が行われると、充電反応とは異なる副反応により、ガスが発生し、充電効率が低下してしまう。しかし、本実施形態の充電制御方法では、後述するように二次電池１４の極板間電圧がガス発生電位まで電圧上昇しないように充電電力を制限するため、二次電池１４の内圧上昇を緩和・抑制し、効率的に二次電池１４を充電させることができる。これに対して、推定した二次電池１４の内圧に基づいて二次電池１４の充電電力を制限する等の従来の制御方法では、上昇した二次電池１４の内圧を低下させることは可能であるが、上昇した二次電池１４の内圧が回復するまで時間が掛かるため、長時間に亘って二次電池１４の充電電力を制限する制御が行われ、回生制動による電気エネルギーの回収率が低下する場合等、効率的に二次電池１４を充電させることができない。

二次電池１４には、二次電池１４の端子電圧を検出する電圧センサ２０、二次電池１４に流れる電流を検出する電流センサ２２、二次電池１４の複数箇所に二次電池１４の温度を検出する温度センサ２４が設置されている。また、各センサはＥＣＵ１８に電気的に接続されており、各センサにより検出されたデータがＥＣＵ１８に送信される。

ＥＣＵ１８は、二次電池１４の極板間電圧を算出する。ここで、二次電池１４の極板間電圧とは、二次電池１４の正・負極間電圧であり、電圧センサ２０により検出される二次電池１４の端子電圧から、二次電池１４に流れる電流及び二次電池１４の内部抵抗のＩＲ分を除外することにより求められる（下式（１）参照）。
Ｖ_０＝ＶＢ＋（ＩＢ×Ｒ）（１）
Ｖ_０：二次電池の極板間電圧
ＶＢ：二次電池の端子電圧
ＩＢ：二次電池の電流値（充電側を負とする。）
Ｒ：二次電池の内部抵抗

二次電池１４の内部抵抗の算出は特に制限されるものではないが、例えば、複数の電流値及び電圧値を電圧・電流座標上にプロットし、プロットされた各点に沿って一次近似式を求め、この近似式で表される直線の傾きを内部抵抗として算出する。また、内部抵抗は二次電池１４の温度に依存して変化することから、内部抵抗と二次電池１４の温度との関係を表すマップをＥＣＵ１８に記憶させておき、温度センサ２４により検出された温度データを該マップに当てはめて、内部抵抗を算出してもよい。

そして、極板間電圧は、ＥＣＵ１８により、電流センサ２２及び電圧センサ２０により検出された端子電圧及び電流値、及び上記算出した内部抵抗を上記式（１）に当てはめることにより求められる。極板間電圧を算出する際には、例えば、数秒程度のなまし（フィルター）を各センサ又はＥＣＵ１８に設定して、ノイズ等の影響を除去することが好ましい。また、電圧センサ２０を複数設置する場合には、二次電池１４の充電制御を効率的に行うことができる点で、複数の電圧センサ２０から検出された電圧のうち最も高い電圧を極板間電圧の算出に用いることが好ましい。なお、上記方法が、簡易で精度よく極板間電圧を求めることができるが、必ずしもこれに制限されるものではなく、例えば、正極及び負極に電圧センサ２０を設置し、直接二次電池１４の極板間電圧を検出する等でもよい。

ＥＣＵ１８は、二次電池１４内でガスが発生するガス発生電位を算出する。ガス発生電位は二次電池１４の温度に依存するため、図２に示すように、二次電池１４の温度とガス発生電位との関係を表すマップを用意することが望ましい。例えば、ＥＣＵ１８により、二次電池１４の温度とガス発生電位との関係を表すマップに温度センサ２４により検出された二次電池１４の温度を当てはめることにより、ガス発生電位を算出する。ガス発生電位は二次電池１４の温度に依存するため、上記方法で算出することが望ましいが、必ずしも温度に基づいてガス発生電位を設定することに制限されるものではなく、ガス発生電位を予め定めた所定値（固定値）、例えば、二次電池１４の使用温度から予想される最も低いガス発生電位を予め定めた所定値（固定値）として用いてもよい。

ＥＣＵ１８は、二次電池１４の極板間電圧に基づいて、二次電池１４内でガスが発生するガス発生電位まで二次電池１４の電圧が上昇しないように設定される第１の充電電力制限値を算出する。具体的には、図３に示すマップのように、二次電池１４の極板間電圧が、上記算出又は規定したガス発生電位から所定値（Ｙ_１）を引いた値に達してから充電電力を減少させ（充電電力を制限し）、また、二次電池１４の極板間電圧が、ガス発生電位から所定値（Ｘ_１）を引いた値に達した場合に、充電電力を零にするマップを用意し、該マップに二次電池１４の極板間電圧を当てはめて、第１の充電電力制限値を算出する。また、本実施形態では、二次電池１４の極板間電圧が充電によってガス発生電位まで上昇しない充電電力制限値が規定されるものであれば、図３に示すマップに制限されるものではない。また、例えば、低温域（例えば０℃以下）では所定値Ｘ_１が大きくなるように、高温域（例えば４０℃以上）では所定値Ｘ_１が小さくなるように、二次電池１４の温度に応じて、マップを変更してもよい。

ＥＣＵ１８は、二次電池１４の内圧に基づいて、二次電池１４の内圧を緩和するために取り付けられる二次電池１４の安全弁が作動する内圧まで、二次電池１４の内圧が上昇しないように設定される第２の充電電力制限値を算出する。具体的には、図４に示すマップのように、検出又は算出した二次電池１４の内圧が、二次電池１４の安全弁が作動する内圧から所定値（Ｙ_２）を引いた値（Ｐ_Ｂ）に達してから充電電力を減少させ（充電電力を制限し）、また、二次電池１４の安全弁が作動する二次電池１４の内圧から所定値（Ｘ_２）を引いた値（Ｐ_０）に達した場合に、充電電力を零にするマップを用意し、該マップに二次電池１４の内圧を当てはめて、第２の充電電力制限値を算出する。また、本実施形態では、二次電池１４の内圧が充電によって安全弁が作動する内圧まで上昇しない充電電力制限値が規定されるものであれば、図４に示すマップに制限されるものではない。また、例えば、低温域（例えば０℃以下）では所定値Ｘ_２が大きくなるように、高温域（例えば４０℃以上）では所定値Ｘ_２が小さくなるように、二次電池１４の温度に応じて、マップを変更してもよい。

次に、ＥＣＵ１８は、二次電池１４の内圧に応じて、上記算出した第１の充電電力制限値及び第２の充電電力制限値を選択し、二次電池１４の充電電力を制限する。例えば、図４に示すマップにおいて、二次電池１４の内圧が所定値Ｐ_Ａ未満の場合には、充電電力の制限を掛けず、二次電池１４の内圧が所定値Ｐ_Ａ以上となった場合に、第１の充電電力制限値及び第２の充電電力制限値のうち低い方の充電電力制限値を選択し、その充電電力制限値に基づいて二次電池１４の充電電力を制限する。

また、二次電池１４の内圧が所定値Ｐ_Ａ以上となった場合には、第１の充電電力制限値を選択し、二次電池１４の充電電力を制限してもよい。この場合、所定値Ｐ_Ａの時には、図３に示すマップにおいて充電電力が制限される領域（ガス発生電位から所定値（Ｙ_１）を引いた値以降の領域）に達している必要がある。

また、例えば、図４に示すマップでは、二次電池１４の内圧が所定値Ｐ_Ａ未満の場合、充電電力を制限していないが、二次電池１４の内圧が所定値Ｐ_Ａ未満から充電電力を制限したマップを用いて、二次電池１４の内圧が所定値Ｐ_Ａ未満の場合には、第２の充電電力制限値を選択し、二次電池１４の内圧が所定値Ｐ_Ａ以上となった場合に、第１の充電電力制限値及び第２の充電電力制限値のうち低い方の充電電力制限値を選択し、充電電力を制限してもよい。この所定値Ｐ_Ａは適宜設定されるものであるが、効率的に二次電池１４の充電制御が行えるように、二次電池１４の温度により変更することが好ましい。

次に、二次電池１４の内圧の推定方法について説明する。なお、本実施形態では、二次電池１４の内圧の推定精度が高い点で以下に説明する内圧の推定方法を採用することが好ましいが、必ずしもこれに限定されるものではなく、二次電池１４の内圧を直接検出することができるセンサにより、二次電池１４の内圧を検出してもよい。

まず、二次電池１４の内圧の推定に当たって、ＥＣＵ１８では、二次電池１４の温度又は電流値と、極板間電圧とに基づいて、二次電池１４の充電効率を算出する。二次電池１４の充電効率の算出には、例えば、図５に示すような二次電池１４の極板間電圧と充電効率との関係を表すマップが用いられる。ここで、充電効率とは充電可能電荷量に対する実際に蓄えられた電気量の比（η）又はガス発生等により蓄えることができなかった電気量の比（β＝１−η）である。

二次電池１４の極板間電圧と充電効率との関係は、二次電池１４の温度又は電流値に依存するため、図５（Ａ）に示すように、例えば、二次電池１４の温度が４０℃、５０℃、６０℃の時等のように、いくつかの二次電池１４の温度の時の極板間電圧と充電効率との関係を表すマップを用意するか、又は図５（Ｂ）に示すように、例えば、二次電池１４の電流値が５Ａ、２５Ａ、５０Ａの時等のように、いくつかの二次電池１４の電流値の時の極板間電圧と充電効率との関係を表すマップを用意することが望ましい。

例えば、温度センサ２４により検出された温度が４０℃の場合、ＥＣＵ１８により４０℃の時の極板間電圧と充電効率との関係を表すマップ（図５（Ａ）参照）に、上記算出した極板間電圧を当てはめることにより、充電効率が算出される。また、例えば、電流センサ２２により検出された電流値が５Ａの場合、ＥＣＵ１８により５Ａの時の極板間電圧と充電効率との関係を表すマップ（図５（Ｂ）参照）に、上記算出した極板間電圧を当てはめることにより、充電効率が算出される。また、温度センサ２４により検出された温度や電流センサ２２により検出された電流値が該マップの温度又は電流値以外の場合には、例えば、直線補間法等によりマップを補正する等して、充電効率を求めることができる。また、より正確に充電効率を算出する場合には、温度又は電流値の間隔を細かく設定した（例えば、１℃毎、１Ａ毎）極板間電圧と充電効率との関係を表すマップを用意してもよい。

また、温度センサ２４を複数設置する場合には、二次電池１４の充電制御を効率的に行うことができる点で、各温度センサ２４から検出された温度の時の充電効率を算出し、そのうち最大の充電効率を採用することが好ましい。なお、充電効率の算出方法は必ずしも上記方法に制限されるものではなく、従来知られている全ての算出方法又は検出方法を採用することができる。

次に、ＥＣＵ１８は、二次電池１４の充電効率と電流値とに基づいて、単位時間当たりの酸素ガス発生量を算出する。具体的には下式（２）又は（３）により算出する。
α＝（−ＩＢ）×β×Ｋ_α （２）
α＝（−ＩＢ）×（１−η）×Ｋ_α （３）
α：単位時間ΔＴ当たりの酸素ガス発生量
ＩＢ：二次電池の電流（充電側を負とする。）
β，η：充電効率
Ｋ_α：所定の定数（αの単位によって適宜選択されるものであり、例えば、αをモル（ｍｏｌ）数で表す場合には、単位時間ΔＴを１ｓｅｃとすればファラデー定数の逆数÷４となる。）

二次電池１４では、充電の際の副反応により酸素ガスが発生するが、その一方でガス発生した電極と反対の電極で酸素ガスが吸収されるため、ＥＣＵ１８では、二次電池１４の温度及び二次電池１４内の酸素圧に基づいて、酸素ガス減少量を算出する。

ＥＣＵ１８により算出される二次電池１４の酸素ガス減少量の算出には、例えば、二次電池１４内の酸素圧と単位時間当たりの酸素ガス減少量との関係を表すマップが用いられる。但し、二次電池１４内の酸素圧と単位時間当たりの酸素ガス減少量との関係は、二次電池１４の温度に依存するため、図６に示すように、例えば、二次電池１４の温度が４０℃、５０℃の時等のように、いくつかの二次電池１４の温度における二次電池１４内の酸素圧と単位時間当たりの酸素ガス減少量との関係を表すマップを用意することが好ましい。

ＥＣＵ１８は、酸素ガス発生量と酸素ガス減少量との差、すなわち二次電池１４内の酸素ガス量に基づく酸素圧を単位時間毎に推定する。具体的には下式（４）により算出する。
Ｐ_０＝Ｐ_ｘ＋Ｋ_ｐ×（α−γ）×ΔＴ（４）
Ｐ_０：酸素圧
Ｐ_ｘ：前回算出した酸素圧
α：酸素ガス発生量
γ：酸素ガス減少量
Ｋ_ｐ：所定の定数（二次電池１４内の酸素ガス量を酸素圧に換算するための定数である。）

ここで、初回の酸素圧Ｐ_０は、前回算出した酸素圧推定値（Ｐ_ｘ）を所定値（例えば、大気圧等）として設定し、また、二次電池１４内の酸素圧と単位時間当たりの酸素ガス減少量との関係を表すマップ（図６参照）に、大気圧等に設定した所定値を当てはめて算出した値を酸素ガス減少量（γ）として、上式（４）により算出される。次に、ΔＴ後の酸素圧Ｐ_０は、前回算出した酸素圧をＰ_ｘとし、また、二次電池１４内の酸素圧と単位時間当たりの酸素ガス減少量との関係を表すマップ（図６参照）に、前回算出した酸素圧（Ｐ_ｘ）を当てはめて算出した値を酸素ガス減少量（γ）として、上式（４）により算出される。

上記例では、二次電池１４の温度に応じた二次電池１４内の酸素圧と単位時間当たりの酸素ガス減少量との関係を表すマップ（図６参照）から、酸素ガス減少量を算出しているが、必ずしもこれに制限されるものではない。酸素ガス減少量は温度に依存するため、二次電池１４の温度と単位時間当たりの酸素ガス減少量との関係を表すマップに二次電池１４の温度を当てはめることにより、酸素ガス減少量を算出するものであってもよい。すなわち、本実施形態では、少なくとも二次電池１４の温度に基づいて酸素ガス減少量が算出されるものであれば特に制限されるものではない。

また、温度センサ２４を複数設置する場合には、二次電池１４の充電制御を効率的に行うことができる点で、各温度センサ２４から検出された温度の時の酸素ガス減少量を算出し、そのうち最小の酸素ガス減少量を採用することが好ましい。

ＥＣＵ１８は、二次電池１４内の平衡水素圧を算出し、算出した平衡水素圧と酸素圧との和により二次電池１４内の内圧を算出する。ここで、二次電池１４内の平衡水素圧は二次電池１４の温度に依存するため、図７に示す二次電池１４の温度と二次電池１４内の平衡水素圧との関係を表すマップに二次電池１４の温度を当てはめることにより、二次電池１４の平衡水素圧を算出する。

本実施形態の充電制御方法は、例えば、二次電池１４の蓄電量と温度に基づいて充電電力を制限する等の従来の制御方法と併用することが可能である。従来の制御方法と併用する場合には、例えば、本実施形態において制限された充電電力と、従来の制御方法において制限された充電電力とを比較して、最も小さい充電電力を採用する等して、充電電力を制限することが好ましい。また、例えば、ある状況では二次電池１４の蓄電量と温度に基づいて充電電力を制限する等の従来の制御方法を採用し、他の状況では本実施形態の充電制御方法を採用する方法も可能である。例えば、ガスが発生してもガス吸収反応が非常に速い状態（例えば二次電池１４の温度が高い状態）では従来の制御方法を採用し、ガス吸収反応が非常に遅い状態（例えば二次電池１４の温度が低い状態）では、本実施形態の充電制御方法を採用する等して充電電力を制限してもよい。具体的には、二次電池１４の温度が所定値以上であれば従来の制御方法を採用し、二次電池１４の温度が所定値未満であれば本実施形態の充電制御方法を採用する。

図８は、本実施形態に係る二次電池１４の充電制御装置の動作の一例を示すフローチャートである。図８に示すように、ステップＳ１０では、電圧センサ２０及び電流センサ２２により、二次電池１４の端子電圧及び電流値を検出し、さらに、端子電圧及び電流値に基づいて内部抵抗を検出する。この際、温度センサ２４による温度データを内部抵抗と温度との関係を表すマップに当てはめて内部抵抗を算出してもよい。ステップＳ１２では、ＥＣＵ１８は、上式（１）に二次電池１４の端子電圧、電流値及び内部抵抗を当てはめて、二次電池１４の極板間電圧を算出する。ステップＳ１４では、ＥＣＵ１８は、二次電池１４の温度とガス発生電位（Ｖ_Ｇ）との関係を表すマップ（図２参照）に、上記検出した二次電池１４の温度を当てはめて、ガス発生電位を算出する。ステップＳ１６では、ＥＣＵ１８は、二次電池１４の極板間電圧とガス発生電位まで二次電池１４の電圧が上昇しないように設定された充電電力制限値との関係を規定したマップ（図３参照）に、算出した二次電池１４の極板間電圧を当てはめて第１の充電電力制限値を算出する。ステップＳ１８では、ＥＣＵ１８は、二次電池１４の内圧を算出する（詳細は後述する）。ステップＳ２０では、二次電池１４の内圧と二次電池１４の安全弁が作動する内圧まで上昇しないように設定された充電電力制限値との関係を規定したマップ（図４参照）に、算出した二次電池１４の内圧を当てはめて第２の充電電力制限値を算出する。

そして、ＥＣＵ１８は、推定した二次電池１４の内圧が所定値Ｐ_Ａ未満の場合には、ステップＳ２２に進み充電電力の制限を掛けず、二次電池１４の内圧が所定値Ｐ_Ａ以上の場合には、ステップＳ２４に進み、第１の充電電力制限値及び第２の充電電力制限値のうち低い方の充電電力制限値を選択し、その充電電力制限値に基づいて二次電池１４の充電電力を制限する。なお、上記でも説明したように、例えば、二次電池１４の内圧が所定値Ｐ_Ａ以上の場合には、第１の充電電力制限値を選択し、二次電池１４の充電電力を制限する等でもよく、二次電池１４の内圧に応じて、上記算出した第１の充電電力制限値及び第２の充電電力制限値を選択し、二次電池１４の充電電力を制限する。

以上のように、二次電池の充電制御を行うことにより、二次電池内の内圧の上昇を緩和・抑制することができるため、二次電池の充電電力の制限は短時間で済み、回生制動による電気エネルギーの回収率を向上させることができる。

図９は、本実施形態に係る二次電池１４の内圧の推定方法の一例を示すフローチャートである。図９に示すように、ステップＳ３０では、ＥＣＵ１８は、二次電池１４の各温度における極板間電圧と充電効率（η又はβ）との関係を表すマップ（図５（Ａ）参照）や二次電池１４の各電流値における極板間電圧と充電効率（η又はβ）との関係を表すマップ（図５（Ｂ）参照）に、上記検出した二次電池１４の温度又は電流値、及び上記算出した極板間電圧を当てはめて、充電効率を算出する。ステップＳ３２では、ＥＣＵ１８は、上式（２）又は（３）に、二次電池１４の充電効率と電流値を当てはめて、単位時間当たりの酸素ガス発生量を算出する。ステップＳ３４では、ＥＣＵ１８は、二次電池１４の各温度における二次電池１４内の酸素圧と単位時間当たりの酸素ガス減少量との関係を表すマップ（図６参照）に、大気圧等の所定値を当てはめて酸素ガス減少量（β）を算出する。ステップＳ３６では、ＥＣＵ１８は、上式（４）に、酸素ガス発生量、酸素ガス減少量及び大気圧等の所定値を当てはめて酸素圧を算出する。なお、これを基に、ＥＣＵ１８は、ステップＳ３０〜Ｓ３６を繰り返して所定時間（ΔＴ）毎の酸素圧を推定する。ステップＳ３８では、ＥＣＵ１８は、二次電池１４の温度と二次電池１４内の平衡水素圧との関係を表すマップ（図７参照）に、検出した二次電池１４の温度を当てはめて二次電池１４内の平衡水素圧を算出する。ステップＳ４０では、ＥＣＵ１８は、算出した平衡水素圧と酸素圧との和により二次電池１４内の内圧を算出する。以上により、二次電池内の内圧を精度よく推定することが可能となる。

１パワーユニット、１０モータジェネレータ、１２インバータ、１４二次電池、１８ＥＣＵ、２０電圧センサ、２２電流センサ、２４温度センサ。

Claims

二次電池の極板間電圧に基づいて、二次電池内でガスが発生するガス発生電位まで電圧上昇しないように設定される第１の充電電力制限値を算出するステップと、
二次電池の内圧に基づいて、二次電池の安全弁が作動する内圧まで上昇しないように設定される第２の充電電力制限値を算出するステップと、
前記二次電池の内圧に応じて、前記第１の充電電力制限値又は前記第２の充電電力制限値を選択し、二次電池の充電電力を制限するステップと、を備えることを特徴とする二次電池の充電制御方法。
請求項１記載の二次電池の充電制御方法であって、前記二次電池の充電電力を制限するステップでは、前記二次電池の内圧が所定値を超えた場合に、前記第１の充電電力制限値及び前記第２の充電電力制限値のうち低い方の充電電力制限値を選択し、二次電池の充電電力を制限することを特徴とする二次電池の充電制御方法。
請求項１又は２記載の二次電池の充電制御方法であって、前記所定値は、二次電池の温度に基づいて設定されることを特徴とする二次電池の充電制御方法。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の二次電池の充電制御方法であって、前記ガス発生電位は、二次電池の温度に基づいて規定されることを特徴とする二次電池の充電制御方法。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の二次電池の充電制御方法であって、二次電池の電流値と充電効率に基づいて、二次電池内の酸素ガス発生量を算出するステップと、二次電池の温度に基づいて、二次電池内の酸素ガス減少量を算出するステップと、前記酸素ガス発生量と前記酸素ガス減少量に基づいて、二次電池の酸素圧を算出するステップと、二次電池の温度に基づいて、二次電池の平衡水素圧を算出するステップと、を備え、前記二次電池の内圧は、前記算出した前記酸素圧と前記平衡水素圧との和により、求められることを特徴とする二次電池の充電制御方法。
二次電池の極板間電圧に基づいて、二次電池内でガスが発生するガス発生電位まで電圧上昇しないように設定される第１の充電電力制限値を算出する手段と、
二次電池の内圧に基づいて、二次電池の安全弁が作動する内圧まで上昇しないように設定される第２の充電電力制限値を算出する手段と、
前記二次電池の内圧に応じて、前記第１の充電電力制限値又は前記第２の充電電力制限値を選択し、二次電池の充電電力を制限する手段と、を備えることを特徴とする二次電池の充電制御装置。
請求項６記載の二次電池の充電制御装置であって、前記二次電池の充電電力を制限する手段は、前記二次電池の内圧が所定値を超えた場合に、前記第１の充電電力制限値及び前記第２の充電電力制限値のうち低い方の充電電力制限値を選択し、二次電池の充電電力を制限することを特徴とする二次電池の充電制御装置。
請求項６又は７記載の二次電池の充電制御装置であって、前記所定値は、二次電池の温度に基づいて設定されることを特徴とする二次電池の充電制御装置。
請求項６〜８のいずれか１項に記載の二次電池の充電制御装置であって、前記ガス発生電位は、二次電池の温度に基づいて規定されることを特徴とする二次電池の充電制御装置。
請求項６〜９のいずれか１項に記載の二次電池の充電制御装置であって、二次電池の電流値と充電効率に基づいて、二次電池内の酸素ガス発生量を算出する手段と、二次電池の温度に基づいて、二次電池内の酸素ガス減少量を算出する手段と、前記酸素ガス発生量と前記酸素ガス減少量に基づいて、二次電池の酸素圧を算出する手段と、二次電池の温度に基づいて、二次電池の平衡水素圧を算出する手段と、を備え、前記二次電池の内圧は、前記算出した前記酸素圧と前記平衡水素圧との和により、求められることを特徴とする二次電池の充電制御装置。