JP2016197955A - 電池制御装置、電池制御方法及び下限電圧の決定方法 - Google Patents
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Abstract
Description
ただし近年、二次電池の蓄電量をより有効に利用することが求められている。このとき、必要以上に下限電圧を低く設定してしまうと、急激な放電などが生じたときなどに電池が急激に劣化してしまうおそれが高まる。そこで、放電をより適切に規制することが求められている。
還元した金属化合物は不活性になり充放電に寄与できなくなるため電池の性能が劣化する。よって、このような構成によれば、二次電池の放電を、電池の発電要素の正極に含まれる金属化合物の還元反応に対応して制御することができる。
このような構成によれば、二次電池の放電が制御されることにより、ニッケル水素二次電池において、正極のコバルト化合物の還元反応が抑制されるようになる。
このような構成によれば、劣化量が通知用閾値を超えることによって二次電池の劣化が通知されるため、二次電池の劣化への対応を可能にすることができる。
こうした単電池100は、出荷時の状態である初期状態では、負極容量が正極容量よりも大きい正極規制とされている。このため、負極容量には、正極容量に対して余分に設けられた容量としての充電リザーブ及び放電リザーブが含まれている。
電池モジュール10には、電池の放電を制御する電池制御装置としての制御装置50が接続されている。制御装置50は、下限電圧を電池モジュール10の電池状態に応じて設定する。そして、制御装置50は、電動モータなどの放電回路(図示略)による大電流の放電によっても電池モジュール10の端子間電圧が、設定されている電池モジュール10用の下限電圧未満に低下することを抑制させるように電池モジュール10からの放電を規制する。
電池モジュール10を充放電する制御が開始されると、制御装置50では、周期的又は所定の間隔で下限電圧を決定する処理が開始される。なお当初、マップデータL11が下限電圧の決定に用いるデータとして選択される。
以上のように、本実施形態によれば、パラメータに「温度」、「電圧」及び「時間」を含み、「電流」を含まない構成によって劣化量を算出し、こうして算出した劣化量に基づいて二次電池の放電に関する制御について下限値電圧の決定及び劣化している旨の通知を行うことができる。
図5〜図12を参照して、劣化量を算出するための関係式の作成について説明する。
図5には、電池モジュール10から取得した「温度」、「電圧」及び「時間」と、劣化量との関係式を生成する測定装置30が示されている。測定装置30には、電池モジュール10の温度を測定する温度計20と、電池モジュール10の端子間電圧を測定する電圧計23と、電池を放電させる放電回路26及び該放電回路26に流れる電流を測定する電流計25を直列接続させた回路とが接続されている。
図10に示すように、測定電位と劣化速度との関係がグラフL30に示される。このグラフL30は、次式(5)のように表される。グラフL30に示すように、測定電位が低いほど深放電になる、及び、測定電位が低いほど劣化に要する時間が短くなり劣化が早まる。ここでも特定の温度に対してグラフL30のような関係を得ることを示したが、こうした関係は温度毎に得ることができる。
図11には、温度が「0℃」のときの測定電位と劣化速度との定式がグラフL31として示され、温度が「25℃」のときの測定電位と劣化速度との定式がグラフL32として示され、温度が「45℃」のときの測定電位と劣化速度との定式がグラフL33として示されている。例えば、上記式(4)において、グラフL31の傾きを「b1」、切片を「c1」とし、グラフL32の傾きを「b2」、切片を「c2」とし、グラフL33の傾きを「b3」、切片を「c3」とする。このとき、温度が異なる各グラフL31〜L33における傾きはマイナスの値であり、各傾きの大きさの関係は「b1>b2>b3」の関係となり、絶対値の大きさでは「|b1|<|b2|<|b3|」の関係となる。また、同じく各グラフL31〜L33における切片はプラスの値であり、各切片の大きさの関係は「c1<c2<c3」の関係となる。
図12(a)は、温度とグラフL31〜L33の切片との関係をグラフL34として示し、図12(b)は、温度とグラフL31〜L33の傾きの関係をグラフL35として示す。よって、グラフL34によれば切片cの温度との関係が下記式(6)として得られ、グラフL35によれば傾きbの温度との関係が下記式(7)として得られる。
続いて、図13〜図15を参照して、下限電圧の決定に用いるマップデータの作成について説明する。測定装置30は、式(9)に基づいて各温度に対応する下限電圧を決定できるマップデータを下限電圧マップ作成部34にて作成する。マップ作成用パラメータ35には、上記算出された各種データなどが含まれている。
図14には、二次電池を特定の態様で充放電したとき、その二次電池に対して変化する電圧について各電圧範囲に滞在した時間を割合で示すグラフである。本実施形態では、特定の態様の充放電とは、特定の試験用の走行パターンで特定時間走行する車両に搭載された二次電池に生じる充放電である。この充放電によれば、二次電池の電圧が各電圧範囲に滞在した時間の累計の分布が得られる。まず、この特定の態様での充放電を、現実に許容し得る充放電であるとする。そして、この充放電中に既定の制限電圧を下回ることになった時間を、当該既定の制限電圧未満の電圧への滞在が許容される時間である許容時間として取得する。例えば、既定の制限電圧を電圧分布の「−3δ」に対応する電圧としてもよいし、単電池の端子間電圧「1」[V]としてもよい。本実施形態では、許容時間を、例えば「10」[時間]として取得する。
(1)二次電池の劣化状態を決定するときのパラメータとしては「電流」が考えられる。しかし、本実施形態によれば、パラメータに「温度」、「電圧」、ある電圧に滞在することができた「時間」の累積値を含み、「電流」を含まない構成によって劣化量の算出がなされて放電に関する制御が行われることにより、放電をより適切に規制することができる。また、劣化量に応じて二次電池の放電に関する制御を行うことで、適切な制御を行えるので、電池の放電を過度に規制することが抑制され、電池性能が十分に発揮されるようになる。
(7)二次電池の温度、電圧、及び時間の累積値をパラメータとして用いて劣化量を算出するための関係式などの関係が作成され、この作成された関係に基づき取得される劣化量から下限電圧を決定することができるようになる。つまり、下限電圧を「電流」を用いないで得られる劣化状態を示す関係から決定することができる。
なお上記実施形態は、以下の態様で実施することもできる。
・上記実施形態では、2つのマップデータL11,L12が第1閾値TH1により切り換えられる場合について例示した。しかしこれに限らず、dQ/dV値以外の要素を考慮して2つのマップデータの切り換えを判断してもよい。
Claims (9)
- 二次電池の電圧が下限電圧未満にならないように当該二次電池の放電を制御する電池制御装置であって、
前記二次電池の温度及び電圧をそれぞれ取得する状態取得部と、
前記取得される各温度下で測定される電圧毎に当該電圧値に滞在した時間の累積値を取得する累積時間取得部と、
前記取得される温度、電圧及び時間の累積値をパラメータとして用いて前記二次電池の劣化量を算出する劣化量算出部と、
前記算出される劣化量に応じて前記二次電池の放電に関する制御を行う制御部とを備える
ことを特徴とする電池制御装置。 - 前記二次電池は、主活物質と添加物としての金属化合物とを含む正極を有し、
前記劣化量は、前記金属化合物の還元反応に起因して算出される量である
請求項1に記載の電池制御装置。 - 前記二次電池はニッケル水素二次電池であり、前記主活物質がニッケル酸化物であり、前記金属化合物がコバルト化合物である
請求項2に記載の電池制御装置。 - 前記制御部は、前記下限電圧の高さを決定する下限電圧決定部を備え、
前記下限電圧決定部は、前記劣化量が大きくなることに応じて前記下限電圧を高い値に決定する
請求項1〜3のいずれか一項に記載の電池制御装置。 - 前記下限電圧決定部は、前記下限電圧に決定する電圧として第1規制電圧と該第1規制電圧よりも高い電圧である第2規制電圧とを有し、前記劣化量が所定の閾値以下のときは前記第1規制電圧を前記下限電圧に決定し、前記第1規制電圧を前記下限電圧に決定しないときは前記第2規制電圧を前記下限電圧に決定する
請求項4に記載の電池制御装置。 - 前記劣化量が前記所定の閾値になるまでに要すると予測される期間又は走行距離が予め定められており、
前記下限電圧決定部はさらに、前記劣化量が前記所定の閾値になるまでに要した期間又は走行距離が、前記予測される期間又は走行距離よりも一定以上小さい場合、前記第1規制電圧を前記下限電圧に決定する
請求項5に記載の電池制御装置。 - 前記制御部は、前記劣化量と比較する通知用閾値を有し、前記劣化量が前記通知用閾値を超えるとき、その旨を示す情報を出力する
請求項1〜6のいずれか一項に記載の電池制御装置。 - 二次電池の電圧が下限電圧未満にならないように当該二次電池の放電を制御する電池制御方法であって、
前記二次電池の温度及び電圧をそれぞれ取得する状態取得工程と、
前記取得した各温度下で測定される電圧毎に当該電圧値に滞在した時間の累積値を取得する累積時間取得工程と、
前記取得した温度、電圧及び時間の累積値をパラメータとして用いて前記二次電池の劣化量を算出する劣化量算出工程と、
前記算出した劣化量に応じて前記二次電池の放電に関する制御を行う制御部とを備える
ことを特徴とする電池制御方法。 - 二次電池の放電電圧の下限値とする下限電圧を決定する方法であって、
前記二次電池の温度と、電圧と、各温度下で測定される電圧毎に当該電圧に滞在した時間を累積した時間の累積値とをパラメータとして用いて前記二次電池の劣化量を表す関係を作成する関係作成工程と、
前記二次電池の電池状態の良否を前記作成した関係に基づいて算出した劣化量に基づいて区分する境界値を設定する境界値設定工程と、
前記二次電池の電圧が特定の態様の充放電中に規定の制限電圧を下回る値に滞在していることが許容される時間を許容時間として推定する許容時間推定工程と、
前記二次電池を前記許容時間だけ放電させたときに前記作成した関係に基づいて算出した劣化量が前記境界値に到達する電圧を温度毎に算出し、該算出した電圧をその都度の温度に対応する下限電圧として決定する下限電圧決定工程とを備える
ことを特徴とする下限電圧の決定方法。
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