JP2014143138A - Battery system and method for controlling input to nonaqueous secondary battery - Google Patents
Battery system and method for controlling input to nonaqueous secondary battery Download PDFInfo
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Abstract
Description
本発明は、リチウムイオン二次電池等の非水二次電池の充電を制御する技術に関する。 The present invention relates to a technique for controlling charging of a non-aqueous secondary battery such as a lithium ion secondary battery.
特許文献1では、リチウムイオン二次電池を充電するときに、リチウム金属の析出を抑制するために、許容入力電流値を設定している。ここで、許容入力電流値は、二次電池の経年劣化を考慮し、電池の劣化度に応じて許容入力電流値を補正している。 In patent document 1, when charging a lithium ion secondary battery, in order to suppress precipitation of lithium metal, the allowable input current value is set. Here, the allowable input current value is corrected in accordance with the degree of deterioration of the battery in consideration of the aging deterioration of the secondary battery.
電解質が非水電解質で構成される非水二次電池は、電池内部への水分(水蒸気)の透過により、電池特性が劣化することが知られているが、特許文献1に記載の技術では、電池容量、電池の内部抵抗、電池の起電圧に基づく充放電履歴の劣化度を推定(算出)しているものの、電池内部への水分透過を要因とする劣化度が考慮されていない。 The nonaqueous secondary battery in which the electrolyte is composed of a nonaqueous electrolyte is known to deteriorate battery characteristics due to the permeation of moisture (water vapor) into the battery, but in the technique described in Patent Document 1, Although the deterioration degree of the charge / discharge history based on the battery capacity, the internal resistance of the battery, and the electromotive voltage of the battery is estimated (calculated), the deterioration degree due to moisture permeation into the battery is not taken into consideration.
そこで、本発明では、電池内部への水分透過を要因とする電池劣化を考慮し、非水二次電池を適切に保護することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to appropriately protect a non-aqueous secondary battery in consideration of battery degradation caused by moisture permeation into the battery.
本願第1の発明の電池システムは、非水二次電池の入力を許容する最大の電流値である許容入力電流値を、非水二次電池の劣化状態に応じて低下させながら、非水二次電池の入力を制御するコントローラを有する。コントローラは、非水二次電池の充放電履歴に基づく第1劣化度と、非水二次電池内部への水分透過履歴に基づく第2劣化度とに応じて、許容入力電流値を低下させるときの低下率を変更する。 The battery system according to the first aspect of the present invention reduces the allowable input current value, which is the maximum current value allowing the input of the non-aqueous secondary battery, in accordance with the deterioration state of the non-aqueous secondary battery. A controller for controlling the input of the secondary battery; When the controller decreases the allowable input current value according to the first deterioration degree based on the charge / discharge history of the non-aqueous secondary battery and the second deterioration degree based on the moisture permeation history into the non-aqueous secondary battery. Change the rate of decline.
本願第1の発明によれば、非水二次電池内部への水分透過を考慮して電池劣化に応じた許容入力電流値の低下率を変更しているので、過充電を抑制し、非水二次電池を適切に保護することができる。 According to the first invention of the present application, since the rate of decrease in the allowable input current value corresponding to the battery deterioration is changed in consideration of moisture permeation into the non-aqueous secondary battery, overcharge is suppressed, The secondary battery can be appropriately protected.
ここで、水分透過履歴は、非水二次電池の電池温度及び周囲の湿度に依存しており、電池システムは、非水二次電池の電池温度を検出する温度センサと、非水二次電池周囲の湿度を検出する湿度センサと、をさらに有することができる。そして、コントローラは、所定のタイミング毎に、検出された電池温度に依存する非水二次電池内部への水分透過率に基づいて、検出された湿度に応じた水分透過量を算出するとともに、各タイミングで算出された水分透過量を積算した水分透過量積算値を水分透過履歴として算出することができる。 Here, the moisture permeation history depends on the battery temperature of the non-aqueous secondary battery and the ambient humidity, and the battery system includes a temperature sensor that detects the battery temperature of the non-aqueous secondary battery, and a non-aqueous secondary battery. And a humidity sensor that detects ambient humidity. The controller calculates the amount of moisture permeation according to the detected humidity based on the moisture permeability into the non-aqueous secondary battery depending on the detected battery temperature at each predetermined timing, and A moisture permeation integrated value obtained by integrating the moisture permeation calculated at the timing can be calculated as a moisture permeation history.
また、コントローラは、第2劣化度に応じて第1劣化度を補正し、補正された第1劣化度に基づいて、低下率を変更するように構成することができる。 In addition, the controller can be configured to correct the first deterioration degree according to the second deterioration degree and change the reduction rate based on the corrected first deterioration degree.
また、電池システムは、非水二次電池の電流値を検出する電流センサと、非水二次電池の電圧値を検出する電圧センサと、をさらに有することができ、コントローラは、検出された電流値及び電圧値に基づく非水二次電池の充放電履歴に応じた第1劣化度が、非水二次電池に対して予め設定される予測劣化度よりも小さい場合、第1劣化度のみに応じて許容入力電流値を低下させるときの低下率を変更することができる。 The battery system may further include a current sensor that detects a current value of the non-aqueous secondary battery and a voltage sensor that detects a voltage value of the non-aqueous secondary battery, and the controller detects the detected current. When the first deterioration degree corresponding to the charge / discharge history of the non-aqueous secondary battery based on the value and the voltage value is smaller than the predicted deterioration degree set in advance for the non-aqueous secondary battery, only the first deterioration degree Accordingly, the reduction rate when the allowable input current value is reduced can be changed.
非水二次電池として、リチウムイオン二次電池を用いることができる。この場合、コントローラは、リチウムイオン二次電池の負極電位が、リチウム金属の析出を規定する基準電位以下とならないように、許容入力電流値を設定するように非水二次電池の入力を制御する。 As the non-aqueous secondary battery, a lithium ion secondary battery can be used. In this case, the controller controls the input of the non-aqueous secondary battery so as to set the allowable input current value so that the negative electrode potential of the lithium ion secondary battery does not become lower than the reference potential that regulates the deposition of lithium metal. .
本願第2の発明の制御方法は、非水二次電池の入力を許容する最大の電流値である許容入力電流値を、非水二次電池の劣化状態に応じて低下させながら、非水二次電池の入力を制御する制御方法であり、非水二次電池の充放電履歴に基づく第1劣化度と、非水二次電池内部への水分透過履歴に基づく第2劣化度とに応じて、許容入力電流値を低下させるときの低下率を変更する。本願第2の発明によれば、上記本願第1の発明と同様の効果が奏される。 The control method according to the second invention of the present application is to reduce the allowable input current value, which is the maximum current value allowing the input of the non-aqueous secondary battery, according to the deterioration state of the non-aqueous secondary battery. A control method for controlling the input of the secondary battery according to a first deterioration degree based on a charge / discharge history of the non-aqueous secondary battery and a second deterioration degree based on moisture permeation history into the non-aqueous secondary battery. The rate of decrease when the allowable input current value is decreased is changed. According to the second invention of the present application, the same effects as those of the first invention of the present application are exhibited.
以下、本発明の実施例について説明する。 Examples of the present invention will be described below.
本発明の実施例1である電池システムについて説明する。図1は、本実施例の電池システムの構成を示す図である。本実施例の電池システムは、車両に搭載することができる。車両としては、ハイブリッド自動車や電気自動車がある。ハイブリッド自動車は、車両を走行させるための動力源として、後述する組電池に加えて、エンジン又は燃料電池を備えている。電気自動車は、車両を走行させるための動力源として、後述する組電池だけを備えている。 A battery system that is Embodiment 1 of the present invention will be described. FIG. 1 is a diagram showing the configuration of the battery system of this example. The battery system of the present embodiment can be mounted on a vehicle. Vehicles include hybrid cars and electric cars. The hybrid vehicle includes an engine or a fuel cell as a power source for running the vehicle, in addition to the assembled battery described later. The electric vehicle includes only an assembled battery, which will be described later, as a power source for running the vehicle.
組電池10は、直列に接続された複数の単電池11を有する。単電池11としては、リチウムイオン二次電池などの非水電解質二次電池を用いることができる。組電池10を構成する単電池11の数は、組電池10の要求出力などを考慮して、適宜設定することができる。本実施例では、すべての単電池11を直列に接続して組電池10を構成しているが、組電池10は、並列に接続された複数の単電池11を含んでいてもよい。
The assembled
例えば、単電池11の正極は、イオン(例えば、リチウムイオン)を吸蔵および放出できる材料で形成される。正極の材料としては、例えば、コバルト酸リチウムやマンガン酸リチウムを用いることができる。単電池11の負極は、イオン(例えば、リチウムイオン)を吸蔵および放出できる材料で形成される。負極の材料としては、例えば、カーボンを用いることができる。単電池11を充電するとき、正極は、イオンを電解液中に放出し、負極は、電解液中のイオンを吸蔵する。また、単電池11を放電するとき、正極は、電解液中のイオンを吸蔵し、負極は、イオンを電解液中に放出する。
For example, the positive electrode of the
監視ユニット21は、組電池10の端子間電圧VBを検出したり、単電池11の端子間電圧VBを検出したりし、検出結果をコントローラ30に出力する。組電池10を構成する複数の単電池11が複数の電池ブロックに分けられているとき、監視ユニット21は、各電池ブロックの端子間電圧を検出することもできる。例えば、各電池ブロックは、直列又は並列に接続された複数の単電池11によって構成することができ、複数の電池ブロックが直列に接続されることにより、組電池10が構成される。
The
電流センサ22は、組電池10に流れる電流値IBを検出し、検出結果をコントローラ30に出力する。本実施例において、組電池10を充電しているときに電流センサ22によって検出された電流値IBとして、負の値(IB<0)を用いている。また、組電池10を放電しているときに電流センサ22によって検出された電流値IBとして、正の値(IB>0)を用いている。
The
本実施例では、組電池10の正極端子と接続された正極ラインPLに電流センサ22が設けられているが、これに限るものではない。すなわち、電流センサ22は、組電池10に流れる電流値IBを検出できればよい。例えば、組電池10の負極端子と接続された負極ラインNLに電流センサ22を設けることができる。また、複数の電流センサ22を用いることもできる。
In the present embodiment, the
温度センサ23は、組電池10(単電池11)の温度TBを検出し、検出結果をコントローラ30に出力する。温度センサ23の数は、適宜設定することができる。複数の温度センサ23を用いるときには、組電池10に対して、互いに異なる位置に温度センサ23を配置することができる。複数の温度センサ23による検出結果にバラツキが発生しているときには、いずれかの検出結果を電池温度TBとして用いたり、複数の検出結果の平均値を電池温度TBとして用いたりすることができる。
The
湿度センサ24は、組電池10(単電池11)の周囲の湿度WBを検出し、検出結果をコントローラ30に出力する。湿度センサ24は、温度センサ23同様、その数は適宜設定することができ、また、組電池10に対して互いに異なる位置に複数の湿度センサ24を配置することができる。複数の温度センサ24による検出結果にバラツキが発生しているときには、いずれかの検出結果を湿度WBとして用いたり、複数の検出結果の平均値を湿度WBとして用いたりすることができる。
The
組電池10は、正極ラインPLおよび負極ラインNLを介してインバータ24と接続されている。正極ラインPLには、システムメインリレーSMR−Bが設けられ、負極ラインNLには、システムメインリレーSMR−Gが設けられている。システムメインリレーSMR−B,SMR−Gは、コントローラ30からの制御信号を受けて、オンおよびオフの間で切り替わる。
The assembled
システムメインリレーSMR−Gには、システムメインリレーSMR−Pおよび電流制限抵抗Rが並列に接続されている。ここで、システムメインリレーSMR−Pおよび電流制限抵抗Rは、直列に接続されている。システムメインリレーSMR−Pは、コントローラ30からの制御信号を受けて、オンおよびオフの間で切り替わる。
A system main relay SMR-P and a current limiting resistor R are connected in parallel to the system main relay SMR-G. Here, the system main relay SMR-P and the current limiting resistor R are connected in series. System main relay SMR-P is switched between on and off in response to a control signal from
電流制限抵抗Rは、コンデンサCに突入電流が流れることを抑制するために用いられる。コンデンサCは、正極ラインPLおよび負極ラインNLに接続されており、正極ラインPLおよび負極ラインNLの間における電圧変動を平滑化するために用いられる。 The current limiting resistor R is used to suppress the inrush current from flowing through the capacitor C. Capacitor C is connected to positive electrode line PL and negative electrode line NL, and is used to smooth voltage fluctuations between positive electrode line PL and negative electrode line NL.
組電池10をインバータ24と接続するとき、コントローラ30は、まず、システムメインリレーSMR−B,SMR−Pをオフからオンに切り替える。これにより、電流制限抵抗Rに電流を流すことができる。次に、コントローラ30は、システムメインリレーSMR−Gをオフからオンに切り替えるとともに、システムメインリレーSMR−Pをオンからオフに切り替える。
When connecting the assembled
これにより、組電池10およびインバータ24の接続が完了し、図1に示す電池システムは、起動状態(Ready-On)となる。コントローラ30には、車両のイグニッションスイッチのオン/オフに関する情報が入力され、イグニッションスイッチがオフからオンに切り替わったとき、コントローラ30は、図1に示す電池システムを起動状態とする。一方、イグニッションスイッチがオンからオフに切り替わったとき、コントローラ30は、システムメインリレーSMR−B,SMR−Gをオンからオフに切り替える。これにより、組電池10およびインバータ24の接続が遮断され、図1に示す電池システムは、停止状態(Ready-Off)となる。
Thereby, the connection between the assembled
インバータ24は、組電池10から出力された直流電力を交流電力に変換して、交流電力をモータ・ジェネレータ(MG)25に出力する。モータ・ジェネレータ25としては、例えば、三相交流モータを用いることができる。モータ・ジェネレータ25は、インバータ24からの交流電力を受けて、車両を走行させるための運動エネルギを生成する。モータ・ジェネレータ25は、車輪と接続されており、モータ・ジェネレータ25によって生成された運動エネルギは、車輪に伝達される。これにより、車両を走行させることができる。
The
車両を減速させたり、停止させたりするとき、モータ・ジェネレータ25は、車両の制動時に発生する運動エネルギを電気エネルギ(交流電力)に変換する。インバータ24は、モータ・ジェネレータ25から出力された交流電力を直流電力に変換して、直流電力を組電池10に出力する。これにより、回生電力を組電池10に蓄えることができる。
When the vehicle is decelerated or stopped, the motor /
コントローラ30は、メモリ31を有しており、メモリ31には、コントローラ30が特定の処理(特に、本実施例で説明する処理)を実行するための情報が記憶されている。本実施例では、メモリ31がコントローラ30に内蔵されているが、コントローラ30の外部にメモリ31を設けることもできる。
The
本実施例の電池システムでは、組電池10をインバータ24と接続しているが、これに限るものではない。具体的には、組電池10およびインバータ24の間の電流経路に、昇圧回路を設けることができる。昇圧回路を用いれば、組電池10の出力電圧を昇圧し、昇圧後の電力をインバータ24に出力することができる。また、昇圧回路を用いることにより、インバータ24の出力電圧を降圧し、降圧後の電力を組電池10に出力することができる。
In the battery system of the present embodiment, the assembled
単電池11を充電すると、単電池11の電圧値VBが上昇する。図2に示すように、単電池11の電圧値VBは、正極電位および負極電位の差になるため、単電池11の充電が進むと、正極電位が上昇するとともに、負極電位が低下する。ここで、負極電位が基準電位(例えば、0[V])よりも低下すると、負極の表面にリチウム金属が析出してしまうことがある。
When the
単電池11が通電状態にあるとき、過電圧が発生する。過電圧は、単電池11の内部抵抗に伴う電圧変化量であり、単電池11の通電を停止すれば、過電圧は低下する。単電池11を充電したとき、単電池11の電圧値VB(CCV:Closed Circuit Voltage)は、単電池11の開放電圧値(OCV:Open Circuit Voltage)に対して過電圧の分だけ上昇する。このため、過電圧によっては、負極電位が基準電位よりも低下してしまうおそれがある。
When the
そこで、本実施例では、リチウム金属の析出を抑制するために、許容入力電流値を設定し、単電池11(組電池10)の入力電流値(充電電流値)が許容入力電流値を超えないようにしている。許容入力電流値とは、単電池11を充電するときに、許容される最大の電流値である。
Therefore, in this embodiment, in order to suppress the deposition of lithium metal, an allowable input current value is set, and the input current value (charging current value) of the single battery 11 (the assembled battery 10) does not exceed the allowable input current value. I am doing so. The allowable input current value is the maximum current value allowed when the
許容入力電流値が上昇するときには、単電池11を充電するときの電流値を上昇させることができ、単電池11の入力性能を向上させることができる。一方、許容入力電流値が低下するときには、単電池11を充電するときの電流値を上昇させることができず、単電池11の充電が制限されやすくなる。
When the allowable input current value increases, the current value when charging the
許容入力電流値は、以下に説明するように設定され、許容入力電流値の設定処理は、コントローラ30によって行われる。
The allowable input current value is set as described below, and the setting process of the allowable input current value is performed by the
組電池10の充放電履歴が無いとき、言い換えれば、組電池10の充放電を初めて行うとき、許容入力電流値Ilim[t]は、下記式(1)に基づいて算出される。
When there is no charge / discharge history of the assembled
上記式(1)において、Ilim[0]は、充放電履歴が無い状態から充電したときにおいて、単位時間以内でのリチウム金属の析出を抑制できる最大の許容入力電流値である。許容入力電流値Ilim[0]は、実験などによって予め求めておくことができ、許容入力電流値Ilim[0]に関する情報は、メモリ31に記憶しておくことができる。
In the above formula (1), Ilim [0] is the maximum allowable input current value that can suppress deposition of lithium metal within a unit time when charging is performed from a state where there is no charge / discharge history. The allowable input current value Ilim [0] can be obtained in advance by experiments or the like, and information on the allowable input current value Ilim [0] can be stored in the
上記式(1)の右辺第2項は、電流値IB、電池温度TBおよびSOC(State of Charge)の関数Fとして表される。このため、電流値IB、電池温度TBおよびSOCを特定することにより、関数Fの値が算出される。ここで、電流値IB、電池温度TBおよびSOCとしては、時間tにおける値がそれぞれ用いられる。また、SOCとは、満充電容量に対する、現在の充電容量の割合を示す。 The second term on the right side of the formula (1) is expressed as a function F of the current value IB, the battery temperature TB, and the SOC (State of Charge). For this reason, the value of the function F is calculated by specifying the current value IB, the battery temperature TB, and the SOC. Here, as current value IB, battery temperature TB, and SOC, values at time t are used, respectively. Moreover, SOC shows the ratio of the present charge capacity with respect to a full charge capacity.
組電池10や単電池11のSOCは、公知の手法を用いて推定することができる。例えば、組電池10(単電池11)を充放電したときの電流値IBを積算することにより、組電池10(単電池11)のSOCを推定することができる。一方、OCVおよびSOCは、所定の対応関係にあるため、この対応関係を予め求めておけば、組電池10(単電池11)のOCVを測定することにより、OCVに対応したSOCを特定することができる。
The SOC of the assembled
充放電履歴が無い状態から時間tまで充電が継続されたとき、上記式(1)の右辺第2項の値は、単位時間当たりにおいて、許容入力電流値Ilimを減少させる量を示し、許容入力電流値Ilim[0]から減算される。一方、充放電履歴が無い状態から時間tまで放電が継続されたとき、上記式(1)の右辺第2項の値は、単位時間当たりにおいて、許容入力電流値Ilimを増加(回復)させる量を示し、許容入力電流値Ilim[0]に加算される。 When charging is continued from a state where there is no charge / discharge history until time t, the value of the second term on the right side of the above equation (1) indicates the amount by which the allowable input current value Ilim is decreased per unit time. Subtracted from the current value Ilim [0]. On the other hand, when the discharge is continued from the state where there is no charge / discharge history until time t, the value of the second term on the right side of the above equation (1) is the amount by which the allowable input current value Ilim is increased (recovered) per unit time. And is added to the allowable input current value Ilim [0].
上記式(1)の右辺第3項は、時間t、電池温度TBおよびSOCの関数Gとして表される。このため、時間t、電池温度TBおよびSOCを特定することにより、関数Gの値が算出される。ここで、電池温度TBおよびSOCとしては、時間tにおける値がそれぞれ用いられる。上記式(1)の右辺第3項の値は、組電池10を放置し続けているときに、単位時間当たりにおいて、許容入力電流値Ilimを増加(回復)させる量を示す。ここで、組電池10の放置とは、組電池10の充放電を停止している状態(非通電状態)である。
The third term on the right side of the above equation (1) is expressed as a function G of time t, battery temperature TB, and SOC. For this reason, the value of the function G is calculated by specifying the time t, the battery temperature TB, and the SOC. Here, values at time t are used as the battery temperature TB and SOC, respectively. The value of the third term on the right side of the above formula (1) indicates the amount by which the allowable input current value Ilim is increased (recovered) per unit time when the assembled
一方、組電池10の充放電履歴があるとき、言い換えれば、組電池10を充放電した後では、許容入力電流値Ilim[t]は、下記式(2)に基づいて算出される。
On the other hand, when there is a charging / discharging history of the assembled
上記式(2)において、Ilim[t]は、時間t(今回)における許容入力電流値であり、Ilim[t−1]は、時間「t−1」(前回)における許容入力電流値である。上記式(2)の右辺第2項は、電流値IB、電池温度TBおよびSOCの関数fとして表される。 In the above equation (2), Ilim [t] is an allowable input current value at time t (current), and Ilim [t−1] is an allowable input current value at time “t−1” (previous). . The second term on the right side of the equation (2) is expressed as a function f of the current value IB, the battery temperature TB, and the SOC.
関数fは、電流値IB、電池温度TBおよびSOCに依存する。すなわち、上記式(2)の右辺第2項の値は、電流値IB、電池温度TBおよびSOCを特定することによって算出することができる。ここで、電流値IB、電池温度TBおよびSOCとしては、時間tにおける値がそれぞれ用いられる。 The function f depends on the current value IB, the battery temperature TB, and the SOC. That is, the value of the second term on the right side of the formula (2) can be calculated by specifying the current value IB, the battery temperature TB, and the SOC. Here, as current value IB, battery temperature TB, and SOC, values at time t are used, respectively.
組電池10を充電したとき、上記式(2)の右辺第2項の値は、単位時間当たりにおいて、許容入力電流値Ilimを減少させる量(減少量)を示し、許容入力電流値Ilim[t−1]から減算される。上述したように、充電時の電流値IBは負の値となるため、許容入力電流値Ilimを減少させたときには、許容入力電流値Ilimが0[A]に近づく。
When the assembled
一方、組電池10を放電したとき、上記式(2)の右辺第2項の値は、単位時間当たりにおいて、許容入力電流値Ilimを増加(回復)させる量(回復量)を示し、許容入力電流値Ilim[t−1]に加算される。ここで、許容入力電流値Ilimを増加させたときには、許容入力電流値Ilimが0[A]から離れる。
On the other hand, when the
上記式(2)の右辺第3項は、電池温度TBおよびSOCの関数gと、許容入力電流値Ilim[0],Ilim[t−1]とによって表される。また、上記式(3)に示すように、関数gは係数βとして表され、係数βは、電池温度TBおよびSOCに依存する。このため、係数β、電池温度TBおよびSOCの対応関係を示すマップを予め求めておくことにより、電池温度TBおよびSOCに対応した係数βを特定することができる。電池温度TBおよびSOCとしては、時間tにおける値がそれぞれ用いられる。 The third term on the right side of the above equation (2) is represented by the function g of the battery temperature TB and the SOC and the allowable input current values Ilim [0], Ilim [t−1]. Further, as shown in the above equation (3), the function g is expressed as a coefficient β, and the coefficient β depends on the battery temperature TB and the SOC. For this reason, the coefficient β corresponding to the battery temperature TB and the SOC can be specified by obtaining in advance a map showing the correspondence relationship between the coefficient β and the battery temperature TB and the SOC. As battery temperature TB and SOC, values at time t are used, respectively.
ここで、係数β、電池温度TBおよびSOCの対応関係を示すマップは、メモリ31に記憶しておくことができる。上記式(2)の右辺第3項の値は、組電池10を放置し続けたとき、単位時間当たりにおいて、許容入力電流値Ilimを増加(回復)させる量(回復量)を示す。上記式(2)の右辺第3項の値は、許容入力電流値Ilim[t−1]に対して加算される。
Here, a map indicating the correspondence relationship between the coefficient β, the battery temperature TB, and the SOC can be stored in the
許容入力電流値Ilim[t]が0[A]であるときには、単電池11における負極活物質内のリチウムイオンが飽和状態となる。このため、「Ilim[0]−Ilim[t]」の値は、負極活物質内のリチウムイオンの量を示す。ここで、負極活物質中におけるリチウムイオンの量が減少することに応じて、上述した回復量を増加させることができる。
When the allowable input current value Ilim [t] is 0 [A], the lithium ions in the negative electrode active material in the
時間tにおける回復量は、時間「t−1」における回復量に依存し、時間「t−1」における回復量は、「Ilim[0]−Ilim[t−1]」で表される。ここで、上記式(2)の右辺第3項では、「Ilim[0]−Ilim[t−1]」の値を無次元化するために、「Ilim[0]−Ilim[t−1]」をIlim[0]で除算している。この除算した値に係数βを乗算することにより、単位時間当たりの回復量を得ることができる。 The recovery amount at time t depends on the recovery amount at time “t−1”, and the recovery amount at time “t−1” is represented by “Ilim [0] −Ilim [t−1]”. Here, in the third term on the right side of the above formula (2), in order to make the value of “Ilim [0] −Ilim [t−1]” dimensionless, “Ilim [0] −Ilim [t−1] Is divided by Ilim [0]. By multiplying this divided value by a coefficient β, a recovery amount per unit time can be obtained.
上記式(1),(2)は、単電池11の劣化を考慮しないときの許容入力電流値Ilim[t]を示す。ここで、単電池11は、使用(充放電)によって劣化することが知られているため、単電池11の劣化を考慮して、許容入力電流値Ilim[t]を設定することが好ましい。単電池11の劣化を考慮した許容入力電流値Ilim_d[t]は、下記式(4)に基づいて算出することができる。
The above formulas (1) and (2) indicate the allowable input current value Ilim [t] when the deterioration of the
上記式(4)において、ηは劣化係数を示す。上記式(1),(2)に示す許容入力電流値Ilim[t]に劣化係数ηを乗算することにより、単電池11の劣化を考慮した許容入力電流値Ilim_d[t]を特定することができる。ここで、劣化係数ηは、予め設定しておき、劣化係数ηに関する情報をメモリ31に記憶しておくことができる。
In the above equation (4), η represents a deterioration coefficient. The allowable input current value Ilim_d [t] taking into account the deterioration of the
劣化係数ηは、許容入力電流値Ilim[t]を電池の劣化度に応じて補正する補正係数であり、例えば、単電池11の劣化度を示す劣化パラメータDを用いて算出することができる。
The deterioration coefficient η is a correction coefficient for correcting the allowable input current value Ilim [t] according to the degree of deterioration of the battery, and can be calculated using, for example, a deterioration parameter D indicating the degree of deterioration of the
図3は、劣化係数ηと劣化パラメータDとの関係を示す図である。図3において、劣化パラメータDに対して付与される数字は、単電池11(組電池10)の使用年数を示している。D0は、単電池11の使用期間が0年(例えば、製造初期)の場合、D10は、使用期間10年の場合、D25は、使用期間25年の場合の単電池11の状態における劣化度である。
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the degradation coefficient η and the degradation parameter D. In FIG. 3, the number given to the deterioration parameter D indicates the service life of the unit cell 11 (the assembled battery 10). D0 is the degree of deterioration in the state of the
劣化係数ηとしては、例えば、1よりも小さい値を用いることができる。単電池11の劣化が進行すると、リチウム金属が析出しやすくなることがあるため、単電池11の入力を制限することが好ましい。1よりも小さい値である劣化係数ηを用いれば、許容入力電流値Ilim_d[t]を許容入力電流値Ilim[t]よりも小さくすることができ、単電池11の入力を制限することができる。許容入力電流値Ilim_d[t]に基づいて、単電池11(組電池10)の入力を制御することにより、リチウム金属の析出を抑制しやすくなる。
As the degradation coefficient η, for example, a value smaller than 1 can be used. As the deterioration of the
図3の例では、劣化係数ηは、使用年数が10年までは一定値の劣化係数η1(<1)とし、使用年数11年以降は、使用年数に応じて徐々に値が低くなるように設定している(η2<η1<1)。また、使用年数が25年以降は、劣化係数ηを、劣化係数η2で一定値とすることができる。使用年数に応じた劣化係数ηと劣化パラメータDとの対応関係は、実測値や実験による測定値などに基づいて決定することができる。 In the example of FIG. 3, the deterioration coefficient η is a constant deterioration coefficient η1 (<1) until the use years are 10 years, and after 11 years of use, the value gradually decreases according to the use years. It is set (η2 <η1 <1). In addition, after 25 years of use, the deterioration coefficient η can be a constant value with the deterioration coefficient η2. The correspondence relationship between the degradation coefficient η and the degradation parameter D according to the years of use can be determined based on actual measurement values, experimental measurement values, or the like.
本実施例では、劣化係数ηが大きい値程、電池劣化が小さく、劣化係数ηが小さい値程、電池劣化が大きくなる対応関係に設定されており、上記式(4)における、単電池11の劣化を考慮した許容入力電流値Ilim_d[t]は、電池劣化が小さい程、大きい値の劣化係数ηが適用されて値が大きくなり、電池劣化が大きい程、小さな値の劣化係数ηが適用されて値が小さくなる。 In this embodiment, the relationship is set such that the larger the deterioration coefficient η, the smaller the battery deterioration, and the smaller the deterioration coefficient η, the larger the battery deterioration. The allowable input current value Ilim_d [t] in consideration of deterioration increases as the battery deterioration is smaller and the larger value of the deterioration coefficient η is applied, and as the battery deterioration is larger, the smaller value of the deterioration coefficient η is applied. The value becomes smaller.
次に、劣化パラメータDの算出方法について説明する。劣化パラメータDは、単電池11の劣化状態を特定するパラメータであり、単電池11(組電池10)の充放電履歴に応じた劣化度を示す。このパラメータは、例えば、単電池11の内部抵抗や満充電容量を用いて算出することができる。なお、充放電履歴に基づく単電池11の劣化状態(劣化度)を特定する方法は、様々提案されており、これらの方法を適宜採用して、単電池11の劣化度を規定することができる。
Next, a method for calculating the deterioration parameter D will be described. The deterioration parameter D is a parameter for specifying the deterioration state of the
単電池11の内部抵抗Rは、単電池11の電流値IBおよび電圧値VBを検出することにより、推定することができる。具体的には、電流値IBおよび電圧値VBを検出し、電流値および電圧値を座標軸とした座標系に、検出した電流値IBおよび電圧値VBをプロットする。そして、複数のプロットに近似する直線を算出すれば、この近似直線の傾きを単電池11の内部抵抗(内部抵抗算出値)Rとして算出することができる。
The internal resistance R of the
単電池11は劣化すると、内部抵抗Rが増加することが知られており、例えば、使用年数0年の製造初期の状態における内部抵抗R0を基準とし、使用年数に応じた内部抵抗Rの増加と劣化度とを相関させることができる。図4は、内部抵抗Rと劣化パラメータDとの対応関係を示す図である。内部抵抗Rに対して付与される数字は、図3の例と同様、組電池10の使用期間を示している。
It is known that when the
図4の例において、内部抵抗Rが増加するにつれて、劣化パラメータDも増加するように、例えば、各使用年数毎の内部抵抗Rそれぞれに対し、劣化パラメータDを関連付けた劣化パラメータマップを作成することができる。 In the example of FIG. 4, for example, a deterioration parameter map in which the deterioration parameter D is associated with each internal resistance R for each service life is created so that the deterioration parameter D increases as the internal resistance R increases. Can do.
単電池11の満充電容量は、例えば、単電池11のSOCを0[%]および100[%]の間で変化させたときにおいて、このときの電流値IBを積算することにより算出することができる。また、単電池11のSOCを所定範囲内で変化させたときにおいて、このときの電流値IBを積算することによっても、単電池11の満充電容量を算出することができる。
The full charge capacity of the
単電池11は劣化すると、満充電容量が小さくなるので、図4の例と同様に、使用年数0年の初期状態における満充電容量を基準として、満充電容量の低下と劣化度とを相関させ、劣化パラメータDを算出することができる。例えば、満充電容量が低下するにつれて、劣化パラメータDが増加するように、各使用年数毎の満充電容量それぞれに対し、劣化パラメータDを関連付けた劣化パラメータマップを作成することができる。
When the
また、単電池11は劣化すると、充電又は放電におけるSOC(電流積算値)の同一変動幅(同一電流積算変動幅)に対する単電池11のOCV変動幅が異なり、SOC変動に対する単電池11のOCV変動が大きくなる。したがって、図4の例と同様に、使用年数0年の初期状態におけるOCV変動幅を基準として、SOCの同一変動幅に対するOCV変動幅の増加と劣化度とを相関させ、劣化パラメータDを算出することができる。
In addition, when the
例えば、SOCの変動幅に対するOCV変動の割合が増加するにつれて、劣化パラメータDが増加するように、各使用年数毎のSOCの変動幅に対するOCV変動の割合それぞれに対し、劣化パラメータDを関連付けた劣化パラメータマップを作成することができる。 For example, the deterioration in which the deterioration parameter D is associated with each ratio of the OCV fluctuation to the SOC fluctuation width for each service life so that the deterioration parameter D increases as the ratio of the OCV fluctuation to the SOC fluctuation width increases. A parameter map can be created.
このように、劣化度を示す劣化パラメータDおよび劣化係数ηの対応関係を予め求めておけば、劣化パラメータDを算出(推定)することにより、単電池11の劣化に対応した劣化係数ηを特定することができる。劣化パラメータDおよび劣化係数ηの対応関係を示す情報は、メモリ31に記憶しておくことができる。
As described above, if the correspondence relationship between the deterioration parameter D indicating the degree of deterioration and the deterioration coefficient η is obtained in advance, the deterioration parameter η corresponding to the deterioration of the
ここで、本実施例では、単電池11の内部抵抗R、満充電容量、OCV(SOC変動に対する単電池11のOCV変動)などに基づいて算出される充放電履歴に基づく劣化パラメータDを、単電池11内部に透過した水分透過履歴に基づく劣化パラメータD´を用いて補正し、補正された劣化パラメータD(Dh)を用いて、図3に示したマップから劣化係数ηを算出する。
In this embodiment, the deterioration parameter D based on the charge / discharge history calculated based on the internal resistance R, the full charge capacity, the OCV (OCV fluctuation of the
以下の説明では、組電池10(単電池11)の内部抵抗Rに基づく劣化パラメータDを補正する場合を一例に説明するが、上述した様々な手法で推定(算出)された劣化パラメータDに対しても同様に適用可能である。 In the following description, a case where the deterioration parameter D based on the internal resistance R of the assembled battery 10 (unit cell 11) is corrected will be described as an example. However, with respect to the deterioration parameter D estimated (calculated) by the various methods described above. However, the same applies.
電解液が非水電解質で構成される非水二次電池は、電池内部への水分(水蒸気)の透過により、電池特性が劣化することが知られており、単電池11の内部構造やシール性能に応じて内部に微量ながらも水分が透過する。このため、単電池11の劣化要因として、考慮する必要がある。
It is known that the non-aqueous secondary battery in which the electrolytic solution is composed of a non-aqueous electrolyte deteriorates the battery characteristics due to the permeation of moisture (water vapor) into the inside of the battery. Depending on the amount, moisture permeates into the inside though a small amount. For this reason, it is necessary to consider as a deterioration factor of the
単電池11は、図5に示すように、直方体に形成された電池ケース110の内部に、発電要素200を収容することで構成することができる。金属等で形成される電池ケース110は、ケース本体111および蓋112を有している。ケース本体111は、発電要素200を組み込むための開口部を有しており、蓋111は、ケース本体111の開口部を塞ぐ蓋体である。
As shown in FIG. 5, the
正極端子120および負極端子130は、蓋111に対して固定されている。正極端子120は、電池ケース110に収容された正極集電体140と電気的に接続されており、正極集電体140は、発電要素200と電気的に接続されている。負極端子130は、電池ケース110に収容された負極集電体150と電気的に接続されており、負極集電体150は、発電要素200と電気的に接続されている。
The
蓋112には、弁113が設けられている。弁113は、電池ケース110の内部でガスが発生したときに、電池ケース110の外部にガスを排出するために用いられる。具体的には、ガスの発生に伴って電池ケース110の内圧が弁113の作動圧に到達すると、弁113は、閉じ状態から開き状態に変化することにより、電池ケース110の外部にガスを排出させる。弁111は、破壊型の弁や復帰型の弁を用いることができる。
The
また、蓋112には、弁113と隣り合う位置に、注液口114が形成されている。注液口114は、電池ケース110の内部に電解液を注入するために用いられる。ここで、発電要素200をケース本体111に収容した後に、蓋112がケース本体111に固定される。この状態において、注液口114から、電池ケース110の内部に電解液が注入される。電池ケース110の内部に電解液を注入した後は、注液口114が注液栓115によって塞がれる。
Further, a
図5の例において、例えば、ケース本体111及び蓋112の接続部分、蓋111に設けられる正極端子120及び負極端子130の接続部分、弁113や注液口114などの各所において、単電池11内部への水分透過や単電池11外部への電解液透過を考慮したシール構造の設計/シール材料の使用がなされている。しかしながら、微量ながらもシール構造又は/及びシール材料に応じて、又は高温多湿の環境下では、単電池11内部に水分が透過してしまうことがある。
In the example of FIG. 5, for example, inside the
一方で、単電池11内部への水分の透過に対し、単電池11の内部抵抗R、満充電容量、OCVが大きく変化しないことがあり、これら内部抵抗R等から単電池11内部に透過した水分量を検出できないため、劣化パラメータDだけでは、単電池11の劣化度を精度良く評価(把握)できないおそれがある。
On the other hand, the internal resistance R, the full charge capacity, and the OCV of the
そこで、本実施例では、単電池11のシール構造(密閉構造)及び接続部分や開口部分に使用されるシール材料に対応する単電池11全体の水分透過率(水分透過性能)を予め設定しておき、単電気11(組電池10)の温度TB及び湿度WBから電池内部への水分透過量Dw(水分透過量)を算出する。そして、算出された水分透過量Dwに対する単電池11の劣化度として劣化パラメータD´を個別に求めて劣化パラメータDを補正し、補正された劣化パラメータDhに基づいて、劣化係数ηを算出する。
Therefore, in this embodiment, the moisture permeability (moisture permeation performance) of the
図6は、単位時間あたりの単電池11内部への水分透過性能と温度との関係を示す図である。図6に示すように、単電池11の水分透過性能は、温度TBに依存し、温度TBが高いほど大きくなり、温度TBに依存する関数α(TB)として表すことができる。
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the performance of moisture permeation into the
また、図7は、図6に示した単電池11の水分透過性能α(TB)に基づく単電池11内部への水分透過量Dwと湿度WBとの関係を示す図である。図7に示すように、水分透過量Dwは、湿度WBに依存し、湿度WBが高いほど、多くなる。
FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the moisture permeation amount Dw into the
つまり、単電池11内部への水分透過量Dwは、温度TB、湿度WB及び時間Dtに依存する関数wとして表すことができる。
また、図7に示すように、水分透過性能α(TB)に対する湿度の下限値WB0を設定することができる。すなわち、水分透過性能α(TB)に対して湿度の下限値WB0以下では、単電池11内部に水分が透過しないものとして、水分透過量Dwを0として算出することができる。水分透過性能α(TB)に対する湿度の下限値WB0は、固定値であってもよく、また、水分透過性能α(TB)に応じた可変値であってもよい。
Further, as shown in FIG. 7, a lower limit value WB0 of humidity for the moisture permeation performance α (TB) can be set. That is, when the humidity permeation performance α (TB) is equal to or lower than the lower limit value WB0 of the humidity, the moisture permeation amount Dw can be calculated as 0, assuming that the moisture does not permeate into the
したがって、温度センサ23によって検出された電池温度TBから、図6に示した水分透過性能α(TB)と温度との対応関係に基づいて、単電池11内部への水分透過性能を算出(特定)するとともに、算出された水分透過性能α(TB)、湿度センサ24によって検出された湿度WB、及び単電池11内部への水分透過量Dwを算出する期間に対応する時間Dtに基づいて、図7に示した水分透過性能α(TB)に基づく単電池11内部への水分透過量Dwと湿度WBとの関係から、単電池11内部への水分透過量Dwを算出することができる。
Therefore, the water permeation performance into the
また、本実施例では、各期間において算出された水分透過量Dwを積算し、積算された水分透過量ΣDwを用いて、単電池11内部への水分透過に対する劣化パラメータD´を算出する。図8は、水分透過量ΣDwと劣化パラメータD´との関係を示す図である。単電池11内部への水分透過量が増加すると、電池劣化が高くなるので、使用年数0年の初期状態(例えば、製造初期)における水分透過量Dw0を基準として、水分透過量Dwの増加と劣化度とを相関させ、劣化パラメータD´を算出することができる。なお、本実施例では、単電池11内部から外部への水分透過量については考慮せずに、水分透過量の積算値であるΣDwは、低下しない値、すなわち、劣化パラメータD´(第2劣化度)は、回復しない劣化度として把握される。
Further, in this embodiment, the moisture permeation amount Dw calculated in each period is integrated, and the deterioration parameter D ′ for the water permeation into the
また、温度TBに依存する水分透過性能α(TB)、水分透過性能α(TB)に対する湿度の下限値WB0、湿度WBに依存する水分透過量Dw、水分透過量Dwの積算値ΣDwに関する情報は、メモリ31に記憶しておくことができる。
Further, the information on the moisture permeation performance α (TB) depending on the temperature TB, the lower limit value WB0 of the humidity with respect to the water permeation performance α (TB), the water permeation amount Dw depending on the humidity WB, and the integrated value ΣDw of the water permeation amount Dw Can be stored in the
図9は、充放電履歴に基づく内部抵抗Rの増加に対応する劣化パラメータDに対し、劣化パラメータD´が加算された劣化パラメータDhと内部抵抗Rとの関係を示す図である。図9に示すように、単電池11内部への水分透過量Dwに基づく劣化パラメータD´分、劣化度が大きく反映され、例えば、使用年数15年の劣化パラメータD15は、内部抵抗Rの増加が同じであっても、水分透過量Dwの劣化度分、大きくなり、劣化パラメータDh15となる。
FIG. 9 is a diagram illustrating a relationship between the deterioration parameter Dh obtained by adding the deterioration parameter D ′ to the deterioration parameter D corresponding to the increase in the internal resistance R based on the charge / discharge history and the internal resistance R. As shown in FIG. 9, the degree of deterioration is largely reflected by the deterioration parameter D ′ based on the moisture permeation amount Dw to the inside of the
このように単電池11内部への水分透過履歴(水分透過量Dw)に応じた劣化パラメータD´を求め、劣化パラメータDに加算することにより、水分透過による電池劣化が考慮された劣化パラメータDhを算出(補正)し、劣化パラメータDhに基づいて劣化係数ηを算出する。
In this way, the deterioration parameter D ′ corresponding to the moisture permeation history (water permeation amount Dw) into the
つまり、本実施例では、許容入力電流値Ilim[t]を更新する際に、組電池10の劣化状態に応じて劣化係数η(<1)を適用して許容入力電流値Ilim[t]を低下させながら組電池10の充電(入力)を制御しつつ、充放電履歴に基づく劣化度(第1劣化度に相当する)と、水分透過履歴に基づく劣化度(第2劣化度)とに応じて、許容入力電流値Ilim[t]を低下させるときの低下率(劣化係数η)を変更することができる。
That is, in this embodiment, when the allowable input current value Ilim [t] is updated, the allowable input current value Ilim [t] is applied by applying the deterioration coefficient η (<1) according to the deterioration state of the
したがって、式(4)において電池内部への水分透過による電池劣化が考慮された劣化係数ηによって許容入力電流値Ilim[t]を補正することができる。言い換えれば、水分透過による電池劣化が考慮された許容入力電流値Ilim_d[t]を算出することができる。 Therefore, the allowable input current value Ilim [t] can be corrected by the deterioration coefficient η in consideration of the battery deterioration due to moisture permeation into the battery in Expression (4). In other words, it is possible to calculate the allowable input current value Ilim_d [t] in consideration of battery deterioration due to moisture permeation.
なお、単電池11内部への水分透過履歴に応じた劣化パラメータD´が小さい場合、充放電履歴に応じた劣化パラメータDにあまり影響を与えない場合もある。この場合、劣化パラメータD´を用いて劣化パラメータDを補正しても、補正前の劣化パラメータDに対応する同じ劣化係数ηが算出される。
In addition, when the deterioration parameter D ′ according to the moisture permeation history into the
また、本実施例では、劣化パラメータD´を用いて劣化パラメータDを補正した後に、補正後の劣化係数ηを図3の例のように算出しているが、例えば、劣化パラメータDと関連する劣化係数ηとは別に、劣化パラメータD´に対する劣化係数η´を算出するように構成することができる。この場合、劣化係数ηに劣化係数η´を加減算したり、乗算することで、補正された劣化係数ηhを算出し、式(4)において劣化係数ηhを適用した水分透過による電池劣化が考慮された許容入力電流値Ilim_d[t]を算出するようにしてもよい。 Further, in this embodiment, after the deterioration parameter D ′ is corrected using the deterioration parameter D ′, the corrected deterioration coefficient η is calculated as in the example of FIG. Apart from the degradation coefficient η, the degradation coefficient η ′ for the degradation parameter D ′ can be calculated. In this case, the deterioration factor η ′ is added to, subtracted from, or multiplied by the deterioration factor η to calculate the corrected deterioration factor ηh, and the battery deterioration due to moisture permeation to which the deterioration factor ηh is applied in the equation (4) is taken into consideration. The allowable input current value Ilim_d [t] may be calculated.
図10は、本実施例の電池システムにおいて、単電池11(組電池10)内部への水分透過量Dwを算出する水分透過量算出処理フローを示す図であり、水分透過量算出処理は、コントローラ30によって実行される。 FIG. 10 is a diagram showing a moisture permeation amount calculation process flow for calculating the moisture permeation amount Dw into the single cell 11 (the assembled battery 10) in the battery system of the present embodiment. 30.
水分透過量算出処理は、例えば、所定の時間間隔で行うことができ、車両のイグニッションスイッチがオンされてからオフされるまでの期間及びイグニッションスイッチのオフされた後からオンされるまでの期間それぞれにおいて、所定の時間間隔で行うことができる。また、後述する組電池10の充放電を制御する処理とは、独立して実行される。
The moisture permeation amount calculation process can be performed, for example, at a predetermined time interval. Each of the period from when the ignition switch of the vehicle is turned on to when it is turned off, and the period after the ignition switch is turned off until it is turned on, respectively. In the above, it can be performed at predetermined time intervals. Moreover, the process which controls charging / discharging of the assembled
ステップS101において、コントローラ30は、温度センサ23の出力に基づいて、組電池10(単電池11)の電池温度TBを検出する。また、湿度センサ24の出力に基づいて、組電池10(単電池11)の周囲の湿度WBを検出する。
In step S <b> 101, the
ステップS102において、コントローラ30は、検出された湿度WBに対応する組電池10の水分透過性能α(TB)を算出する。上述のように、水分透過性能α(TB)は、図6に示すように、単電池11のシール構造/シール材料に応じて予め設定されているので、ステップS101で検出された電池温度TBを用いて算出することができる。
In step S102, the
コントローラ30は、ステップS103において、算出された水分透過性能α(TB)と、湿度WB及び時間(前回の算出タイミングから今回の算出タイミングまでの経過時間)を用いて、単電池11内部に透過した水分透過量Dwを算出する。
In step S103, the
コントローラ30は、ステップS103において算出した水分透過量Dw(n)を前回算出した水分透過量Dw(n−1)に加算し、水分透過量積算値ΣDw(n)を算出する。nは、算出回数を示す。
The
次に、本実施例の電池システムにおいて、組電池10の充放電を制御する処理について説明する。図11は、許容入力電流値Ilimを設定する処理を説明するフローチャートである。図11に示す処理は、コントローラ30によって実行される。
Next, a process for controlling charging / discharging of the assembled
ステップS301において、コントローラ30は、電流センサ22の出力に基づいて、組電池10の電流値IBを検出する。また、コントローラ30は、温度センサ23の出力に基づいて、組電池10の温度TBを検出する。さらに、コントローラ30は、監視ユニット21の出力に基づいて、組電池10の電圧VBを検出する。ステップS302において、コントローラ30は、組電池10のSOCを推定する。SOCを推定する方法は、上述した通りである。
In step S <b> 301, the
ステップS303において、コントローラ30は、組電池10の使用年数を算出する。組電池10の使用年数は、例えば、使用年数0年(製造初期段階)を基準とし、コントローラ30に内蔵又は外付けされたシステムタイマー等によって計時することができ、使用年数に関する情報は、適宜メモリ31に記憶(更新)することができる。コントローラ30は、メモリ31から使用年数(例えば、年単位)を取得する。
In step S <b> 303, the
ステップS304において、コントローラ30は、検出された電流値IBおよび電圧値VBに基づいて、単電池11の内部抵抗Rを算出する。内部抵抗Rを算出する方法は、上述した通りである。
In step S304, the
次に、コントローラ30は、ステップS305において、劣化パラメータDを算出する。コントローラ30は、算出された内部抵抗Rを用いて、図4に示した劣化パラメータDと内部抵抗Rとの対応関係から劣化パラメータDを算出する。
Next, the
ステップS306において、コントローラ30は。組電池10内部への水分透過量Dwに対する劣化パラメータD´を算出するために、メモリ31に記憶されている最新の水分透過量の積算値ΣDwを取得する。ここで、コントローラ30は、本処理と独立して実行される水分透過量算出処理において、直近の算出タイミングまでに算出された水分透過量の積算値ΣDwを取得することができる。
In step S306, the
コントローラ30は、ステップS307において、取得した水分透過量の積算値ΣDwを用いて、図8に示した劣化パラメータD´と水分透過量積算値ΣDwとの対応関係から劣化パラメータD´を算出する。
In step S307, the
コントローラ30は、ステップS308において、算出された劣化パラメータD´を用いて、内部抵抗Rに基づく組電池10の劣化パラメータDを補正し、補正後の劣化パラメータDhを算出する。例えば、劣化パラメータDに劣化パラメータD´を加算することで、劣化パラメータDhを算出することができる。なお、使用年数0の組電池10の初期状態における劣化パラメータD´は、組電池10内部への水分透過量に対する電池劣化がないものとして0に設定することができる。このため、劣化パラメータD´を加算しても劣化パラメータDと劣化パラメータDhとが等しい場合もある。
In step S308, the
ステップS309において、コントローラ30は、劣化パラメータDhを用いて、電池内部への水分透過を考慮した組電池10の劣化係数ηを算出する。
In step S309, the
ステップS310において、コントローラ30は、上記式(2)に基づいて、許容入力電流値Ilim[t]を算出する。
In step S310, the
許容入力電流値Ilim[t]は、組電池10を充放電しているときや、組電池10を放置しているときに、所定の周期で算出される。すなわち、時間tおよび時間「t−1」の間隔に相当する所定時間が経過するたびに、許容入力電流値Ilim[t]が更新されることになる。ここで、許容入力電流値Ilim[t]は、組電池10の充電を制御するときだけに用いられる。
The allowable input current value Ilim [t] is calculated at a predetermined cycle when the assembled
ステップS311において、コントローラ30は、上記式(4)に基づいて、許容入力電流値Ilim_d[t]を算出する。ここで、上記式(4)に示す許容入力電流値Ilim[t]としては、ステップS310の処理で算出された許容入力電流値Ilim[t]が用いられる。また、劣化係数ηは、ステップS309で算出されたものが用いられる。
In step S311, the
許容入力電流値Ilim_d[t]を算出した後、コントローラ30は、許容入力電流値Ilim_d[t]に基づいて、組電池10の入出力(充放電)を制御する。ここで、組電池10の入力を制御するときには、入力制限値(電力)Win[t]が設定され、組電池10の入力電力が入力制限値Win[t]を超えないように、組電池10の入力が制御される。入力制限値Win[t]は、例えば、以下に説明するように設定することができる。
After calculating the allowable input current value Ilim_d [t], the
まず、コントローラ30は、許容入力電流値Ilim_d[t]に基づいて、入力電流制限値Itagを算出する。入力電流制限値Itagは、入力制限値Win[t]を特定するための値である。具体的には、コントローラ30は、許容入力電流値Ilim_d[t]を所定量だけ、0[A]の側にオフセットさせることにより、入力電流制限値Itagを算出する。これにより、入力電流制限値Itagは、許容入力電流値Ilim_d[t]よりも0[A]に近い値となり、組電池10の入力が制限されやすくなる。
First, the
許容入力電流値Ilim_d[t]および入力電流制限値Itagの間にマージンを持たせることにより、電流値IBが許容入力電流値Ilim_d[t]を超えにくくすることができる。入力電流制限値Itagに基づいて、組電池10の入力を制御するときには、電流値IBが入力電流制限値Itagに到達したときに、組電池10の入力制限が開始される。ここで、制御遅れなどにより、電流値IBが入力電流制限値Itagを超えてしまっても、電流値IBが許容入力電流値Ilim_d[t]に到達することを抑制できる。
By providing a margin between the allowable input current value Ilim_d [t] and the input current limit value Itag, it is possible to make it difficult for the current value IB to exceed the allowable input current value Ilim_d [t]. When controlling the input of the assembled
次に、コントローラ30は、入力電流制限値Itagに基づいて、入力制限値Win[t]を算出する。入力電流制限値Itagを設定すれば、入力制限値Win[t]を設定することができる。入力制限値Win[t]を設定したとき、コントローラ30は、組電池10の入力電力が入力制限値Win[t]以下となるように、モータ・ジェネレータ25のトルク指令を調整する。
Next, the
例えば、入力制限値Win[t]は、下記式(6)に基づいて算出することができる。 For example, the input limit value Win [t] can be calculated based on the following formula (6).
上記式(6)において、SWin[t]は、組電池10の入力特性などを考慮して予め設定された入力制限値Winである。入力制限値SWin[t]に関する情報は、メモリ31に記憶しておくことができる。
In the above equation (6), SWin [t] is an input limit value Win set in advance in consideration of the input characteristics of the assembled
入力制限値SWin[t]は、例えば、電池温度TBやSOCに応じて変更することができる。具体的には、電池温度TBが上昇するほど、入力制限値SWin[t]を低下させたり、電池温度TBが低下するほど、入力制限値SWin[t]を低下させたりすることができる。また、SOCが上昇するほど、入力制限値SWin[t]を低下させることができる。入力制限値SWin[t]と、電池温度TB(又は/及びSOC)との対応関係を予め求めておけば、電池温度TB(又は/及びSOC)を検出することにより、入力制限値SWin[t]を特定することができる。 The input limit value SWin [t] can be changed according to the battery temperature TB or SOC, for example. Specifically, the input limit value SWin [t] can be decreased as the battery temperature TB increases, or the input limit value SWin [t] can be decreased as the battery temperature TB decreases. Further, the input limit value SWin [t] can be decreased as the SOC increases. If the correspondence between the input limit value SWin [t] and the battery temperature TB (or / and SOC) is obtained in advance, the input limit value SWin [t is detected by detecting the battery temperature TB (or / and SOC). ] Can be specified.
上記式(6)において、Kp,Kiは、予め設定されたゲインを示す。Itag1,Itag2は、入力電流制限値を示し、上述した入力電流制限値Itagに相当する。上記式(5)では、入力電流制限値Itagとして、2つの入力電流制限値Itag1,Itag2を設定している。ここで、入力電流制限値Itag1,Itag2は、互いに等しくてもよいし、互いに異ならせてもよい。 In the above equation (6), Kp and Ki indicate preset gains. Itag1 and Itag2 indicate input current limit values and correspond to the above-described input current limit value Itag. In the above equation (5), two input current limit values Itag1, Itag2 are set as the input current limit value Itag. Here, the input current limit values Itag1 and Itag2 may be equal to each other or different from each other.
上述した説明では、入力電流制限値Itagを設定しているが、これに限るものではない。具体的には、入力電流制限値Itagを設定せずに、許容入力電流値Ilim_d[t]に基づいて、入力制限値Win[t]を設定することもできる。 In the above description, the input current limit value Itag is set, but the present invention is not limited to this. Specifically, the input limit value Win [t] can be set based on the allowable input current value Ilim_d [t] without setting the input current limit value Itag.
本実施例によれば、上記式(2)に示すように、単位時間当たりの減少量や、単位時間当たりの回復量を考慮して、許容入力電流値Ilim[t]を設定している。これにより、現在までの単電池10の充放電履歴を考慮した許容入力電流値Ilim[t]を設定することができる。そして、許容入力電流値Ilim[t]に基づいて、組電池10の入力を制御することにより、負極電位が基準電池よりも低下してしまうことを抑制できる。
According to the present embodiment, the allowable input current value Ilim [t] is set in consideration of the decrease amount per unit time and the recovery amount per unit time as shown in the above formula (2). Thereby, the allowable input current value Ilim [t] can be set in consideration of the charge / discharge history of the
また、本実施例では、充放電履歴に基づいて組電池10の劣化度を表す劣化パラメータDとは個別に、組電池10内部への水分透過履歴に基づく劣化度を評価する劣化パラメータD´を算出し、劣化パラメータDを補正している。このため、充放電履歴に基づく電池劣化に加えて、組電池10内部への水分透過を考慮した電池劣化に応じた劣化係数ηを用いて許容入力電流値Ilim_d[t]を設定することができ、過充電を抑制して組電池10を適切に保護することができる。
In the present embodiment, the deterioration parameter D ′ for evaluating the deterioration degree based on the moisture permeation history into the assembled
言い換えれば、組電池10の充放電履歴のみの電池劣化に応じた許容入力電流の低下率よりも、組電池10内部への水分透過を考慮して低い低下率に変更されるので、電池劣化に応じた過充電の抑制を適切に行うことができ、負極電位が基準電池よりも低下してしまうことを抑制できる。逆に、組電池10内部への水分透過が十分小さければ、組電池10の充放電履歴のみの電池劣化に応じた許容入力電流の低下率で許容入力電流値Ilim_d[t]を設定することができ、例えば、高温多湿の環境下以外では、組電池10の入力を過度に抑制しないように制御することができる。
In other words, the rate of change of the allowable input current corresponding to the battery deterioration of only the charging / discharging history of the assembled
図12及び図13は、本実施例の変形例を示す図である。図12は、許容入力電流値Ilimを設定する処理を説明するフローチャートであり、図11に示す処理に対し、組電池10内部への水分透過量Dwに基づく劣化パラメータD´を適用した補正を、内部抵抗Rに応じて可変にしている。
12 and 13 are diagrams showing a modification of the present embodiment. FIG. 12 is a flowchart for explaining the process of setting the allowable input current value Ilim. In the process shown in FIG. 11, correction by applying the deterioration parameter D ′ based on the moisture permeation amount Dw into the assembled
組電池10(単電池11)の内部抵抗Rは、充放電の継続によって摩耗劣化し、その値は増加する。この内部抵抗Rの摩耗劣化の経年変化は、組電池10の使用時間に応じて実測や計算に基づいて予め予測することができる。図13は、使用時間と内部抵抗Rの経年変化の予測値の関係を示す図である。
The internal resistance R of the assembled battery 10 (unit cell 11) is worn out and deteriorated as charging / discharging continues, and its value increases. The secular change of wear deterioration of the internal resistance R can be predicted in advance based on actual measurement or calculation according to the usage time of the assembled
そこで、本変形例では、ステップS3051において、組電池10の使用時間に応じた内部抵抗の予測値Rfを、図13の対応関係から算出するとともに、ステップS3052において、ステップS304で算出される実測値である内部抵抗Rと比較する。
Therefore, in the present modification, the predicted value Rf of the internal resistance corresponding to the usage time of the assembled
コントローラ50は、実測値である内部抵抗Rが予測値Rfよりも大きい場合、ステップS306に進み、組電池10内部への水分透過量Dwに基づく劣化パラメータD´を適用した補正を行い、劣化係数ηを算出する。一方、実測値である内部抵抗Rが予測値Rfよりも小さい場合は、組電池10内部への水分透過量Dwに基づく劣化パラメータD´を適用せずに(補正せずに)、劣化パラメータDのみに基づく劣化係数ηを算出する。
When the internal resistance R, which is an actually measured value, is larger than the predicted value Rf, the controller 50 proceeds to step S306, performs correction using the deterioration parameter D ′ based on the moisture permeation amount Dw into the assembled
このように構成することで、内部抵抗Rの劣化度が予測値Rfよりも小さい場合、すなわち、電池劣化が小さいと判断される場合には、水分透過量Dwに基づく許容入力電流値Ilim[t]の制限を緩和して、過剰な制限を抑制することができる。言い換えれば、内部抵抗Rの劣化度が予測値Rfよりも大きい場合に、水分透過量Dwに基づく許容入力電流値Ilim[t]の制限を実施することで、組電池10の電池劣化に対して適切な入力制限を行うことができる。
With this configuration, when the degree of deterioration of the internal resistance R is smaller than the predicted value Rf, that is, when it is determined that the battery deterioration is small, the allowable input current value Ilim [t based on the moisture permeation amount Dw ] Can be relaxed and excessive restrictions can be suppressed. In other words, when the degree of deterioration of the internal resistance R is larger than the predicted value Rf, by limiting the allowable input current value Ilim [t] based on the moisture permeation amount Dw, the battery deterioration of the assembled
なお、本実施例では、組電池10を車両に搭載しているが、これに限るものではない。すなわち、リチウム金属の析出を抑制するために、リチウムイオン二次電池の充電を制御するシステムであれば、本発明を適用することができる。
In the present embodiment, the assembled
10:組電池
11:単電池
21:監視ユニット、
22:電流センサ
23:温度センサ
24:インバータ、
25:モータ・ジェネレータ
30:コントローラ
31:メモリ
PL:正極ライン、NL:負極ライン
C:コンデンサ
SMR−B,SMR−G,SMR−P:システムメインリレー
R:電流制限抵抗
10: assembled battery 11: single cell 21: monitoring unit,
22: current sensor 23: temperature sensor 24: inverter
25: Motor generator 30: Controller 31: Memory PL: Positive line, NL: Negative line C: Capacitors SMR-B, SMR-G, SMR-P: System main relay R: Current limiting resistor
Claims (7)
前記コントローラは、
前記非水二次電池の充放電履歴に基づく第1劣化度と、前記非水二次電池内部への水分透過履歴に基づく第2劣化度とに応じて、前記許容入力電流値を低下させるときの低下率を変更することを特徴とする電池システム。 A controller that controls the input of the non-aqueous secondary battery while lowering the allowable input current value, which is the maximum current value allowing the input of the non-aqueous secondary battery, according to the deterioration state of the non-aqueous secondary battery. Have
The controller is
When the allowable input current value is decreased according to the first deterioration degree based on the charge / discharge history of the non-aqueous secondary battery and the second deterioration degree based on the moisture permeation history into the non-aqueous secondary battery. A battery system characterized by changing the rate of decrease of the battery.
前記非水二次電池周囲の湿度を検出する湿度センサと、をさらに有し、
前記コントローラは、所定のタイミング毎に、検出された電池温度に依存する前記非水二次電池内部への水分透過率に基づいて、検出された湿度に応じた前記水分透過量を算出するとともに、各タイミングで算出された水分透過量を積算した水分透過量積算値を前記水分透過履歴として算出することを特徴とする請求項2に記載の電池システム。 A temperature sensor for detecting a battery temperature of the non-aqueous secondary battery;
A humidity sensor for detecting the humidity around the non-aqueous secondary battery,
The controller calculates the moisture permeation amount according to the detected humidity based on the moisture permeability into the non-aqueous secondary battery depending on the detected battery temperature at a predetermined timing, The battery system according to claim 2, wherein a moisture permeation amount integrated value obtained by integrating the moisture permeation amount calculated at each timing is calculated as the moisture permeation history.
前記非水二次電池の電圧値を検出する電圧センサと、をさらに有し、
前記コントローラは、
検出された電流値及び電圧値に基づく前記非水二次電池の充放電履歴に応じた前記第1劣化度が、前記非水二次電池に対して予め設定される予測劣化度よりも小さい場合、前記第1劣化度のみに応じて、前記許容入力電流値を低下させるときの低下率を変更することを特徴とする請求項1から4のいずれか1つに記載の電池システム。 A current sensor for detecting a current value of the non-aqueous secondary battery;
A voltage sensor for detecting a voltage value of the non-aqueous secondary battery,
The controller is
When the first deterioration degree corresponding to the charge / discharge history of the non-aqueous secondary battery based on the detected current value and voltage value is smaller than a predicted deterioration degree preset for the non-aqueous secondary battery 5. The battery system according to claim 1, wherein a rate of decrease when the allowable input current value is decreased is changed according to only the first deterioration level. 6.
前記コントローラは、前記リチウムイオン二次電池の負極電位が、リチウム金属の析出を規定する基準電位以下とならないように、前記許容入力電流値を設定することを特徴とする請求項1から5のいずれか1つに記載の電池システム。 The non-aqueous secondary battery is a lithium ion secondary battery,
6. The controller according to claim 1, wherein the controller sets the allowable input current value so that a negative electrode potential of the lithium ion secondary battery does not fall below a reference potential that regulates lithium metal deposition. The battery system as described in any one.
前記非水二次電池の充放電履歴に基づく第1劣化度と、前記非水二次電池内部への水分透過履歴に基づく第2劣化度とに応じて、前記許容入力電流値を低下させるときの低下率を変更することを特徴とする制御方法。 Control for controlling the input of the non-aqueous secondary battery while lowering the allowable input current value, which is the maximum current value allowing the input of the non-aqueous secondary battery, according to the deterioration state of the non-aqueous secondary battery A method,
When the allowable input current value is decreased according to the first deterioration degree based on the charge / discharge history of the non-aqueous secondary battery and the second deterioration degree based on the moisture permeation history into the non-aqueous secondary battery. A control method characterized by changing the rate of decrease of the above.
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