JP2016201190A - Charging/discharging control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、二次電池の充電および放電を制御する充放電制御装置に関する。 The present invention relates to a charge / discharge control device that controls charging and discharging of a secondary battery.
充放電可能な二次電池によって負荷機器へ電源を供給し、かつ必要に応じて負荷機器の運転中にも二次電池を充電可能な構成とした電源システムが用いられている。代表的には、二次電池によって駆動される電動機を駆動力源の1つとして備えたハイブリッド自動車や電気自動車等がこのような電源システムを搭載している。 2. Description of the Related Art There is used a power supply system in which power is supplied to a load device by a chargeable / dischargeable secondary battery and the secondary battery can be charged even during operation of the load device as necessary. Typically, a hybrid vehicle, an electric vehicle, or the like equipped with an electric motor driven by a secondary battery as one of the driving force sources is equipped with such a power supply system.
ハイブリッド自動車の電源システムでは、二次電池の蓄積電力が駆動力源としてのモータの駆動電力として用いられる他、このモータが回生発電したときの発電電力やエンジンの回転に伴って発電する発電機の発電電力等によってこの二次電池が充電される。このような電源システムでは、二次電池の充電状態、たとえば残量を示すSOC(State of Charge)を把握して、電池の劣化を招くような過酷な使用状況とならないように配慮する必要がある。一般的には、二次電池の入出力可能電力を電池状態に応じて適切に設定することにより、過剰な充放電を制限する制御が行なわれる。 In the power supply system of a hybrid vehicle, the stored power of the secondary battery is used as the driving power of the motor as the driving force source, and the power generated when the motor generates regenerative power or the generator that generates power with the rotation of the engine. The secondary battery is charged by generated power or the like. In such a power supply system, it is necessary to grasp the state of charge of the secondary battery, for example, the SOC (State of Charge) indicating the remaining amount, and take care not to cause a severe use situation that would cause the battery to deteriorate. . In general, control for limiting excessive charging / discharging is performed by appropriately setting the input / output possible power of the secondary battery according to the battery state.
SOCの具体的な算出手法は、二次電池からの入出力電流積算値をベースとして、二次電池全体のマクロ的な残存容量が推定される。また、二次電池の内部状態に基づいてSOCを精度良く推定する手法として、リチウムイオン電池において電池内部の電気化学反応を推定可能な電池モデルにより電池状態を推定するためのモデリングが特許文献1および非特許文献1には開示されている。特許文献1では、内部状態を予測可能な電池モデルに基づいて、電池内部での局所的劣化を防止した二次電池の充放電制御を行なっている。 In a specific SOC calculation method, the macroscopic remaining capacity of the entire secondary battery is estimated based on the integrated input / output current value from the secondary battery. In addition, as a method for accurately estimating the SOC based on the internal state of the secondary battery, modeling for estimating the battery state using a battery model capable of estimating the electrochemical reaction inside the battery in a lithium ion battery is disclosed in Patent Document 1 and Non-Patent Document 1 discloses this. In Patent Document 1, charge / discharge control of a secondary battery in which local deterioration inside the battery is prevented is performed based on a battery model whose internal state can be predicted.
また特許文献2には、車両の動力性能の低下を抑制しつつ、ハイレート放電時に発生する二次電池の劣化を抑制する二次電池の制御装置が開示されている。具体的には、電流履歴による評価値が閾値を超えた場合、最大の電力制限値をベースに、電力制限値を小さい値に変化させている。評価値は電流積算等で算出した活物質の平均的なSOC、温度のマップから算出している。 Patent Document 2 discloses a control device for a secondary battery that suppresses deterioration of a secondary battery that occurs during high-rate discharge while suppressing a decrease in power performance of the vehicle. Specifically, when the evaluation value based on the current history exceeds the threshold value, the power limit value is changed to a small value based on the maximum power limit value. The evaluation value is calculated from an average SOC and temperature map of the active material calculated by current integration or the like.
また特許文献3には、過充電および過放電の発生を防止した上で電池性能を最大限に発揮可能なように充放電制御を実行する充放電制御装置が開示されている。具体的には、過去の充放電履歴、および電池の局所反応を考慮した電池モデルを用いて、入出力可能時間を推定している。 Patent Document 3 discloses a charge / discharge control apparatus that performs charge / discharge control so that battery performance can be maximized while preventing overcharge and overdischarge. Specifically, the input / output possible time is estimated using a battery model that considers past charge / discharge history and local reaction of the battery.
前述の特許文献1に記載の技術では、活物質のLi濃度、端子間電圧にのみ注目し電力制限実施している。電池の充放電中には、電解液中のLiイオンの濃度に偏りが発生し、それに伴い内部抵抗が上昇する。電池劣化を抑制するためには、電解液中のLiイオン濃度が上下限の閾値を超えない保護を実施する必要がある。したがって特許文献1に記載の技術では、局所的な電池反応を再現しているが、電解液濃度の保護に対応していないという問題がある。 In the technique described in Patent Document 1 described above, power limitation is performed by paying attention only to the Li concentration of the active material and the voltage between terminals. During charging / discharging of the battery, the concentration of Li ions in the electrolytic solution is biased, and the internal resistance increases accordingly. In order to suppress battery deterioration, it is necessary to implement protection that prevents the Li ion concentration in the electrolyte from exceeding the upper and lower thresholds. Therefore, the technique described in Patent Document 1 reproduces a local battery reaction, but has a problem that it does not support protection of the electrolyte concentration.
また前述の特許文献2に記載の技術では、評価値は電流積算等で算出した活物質の平均的なSOCおよび温度のマップから算出される。しかしながら、実際の充放電では活物質最表面が電解液と局所的に反応しており、活物質の平均的なSOCからは電解液の状態は正確に再現できない。さらに、同じSOC状態で同じ電流を流した場合において、現時点の充電、放電および休止の充放電状態によって、電池反応は異なる。そのため、単に電流履歴を積算しただけでは電解液の状態が正確に表現できない。また電力制限値の算出には、電流履歴によって算出された評価値を活用しており、直接電解液の濃度を用いている訳ではないので、算出した電力制限値にはマージンを持たせる必要があり、入出力電力を必要以上に制限してしまうおそれがある。したがって特許文献2に記載の技術では、電解液濃度の保護を目的としているが、局所的な反応を考慮しておらず、入出力電力を必要以上に制限をかけるという問題がある。 In the technique described in Patent Document 2, the evaluation value is calculated from an average SOC and temperature map of the active material calculated by current integration or the like. However, in actual charging / discharging, the outermost surface of the active material reacts locally with the electrolytic solution, and the state of the electrolytic solution cannot be accurately reproduced from the average SOC of the active material. Furthermore, when the same current flows in the same SOC state, the battery reaction differs depending on the current charge, discharge, and rest charge / discharge states. For this reason, the state of the electrolyte cannot be accurately expressed simply by accumulating the current history. The power limit value is calculated using the evaluation value calculated from the current history and does not directly use the concentration of the electrolyte, so the calculated power limit value must have a margin. Yes, there is a risk of limiting input / output power more than necessary. Therefore, the technique described in Patent Document 2 aims to protect the electrolyte concentration, but does not consider local reactions, and has a problem of restricting input / output power more than necessary.
さらに前述の特許文献3に記載の技術では、過去の充放電履歴、電池の局所反応を考慮した電池モデルを使って、入出力可能時間を推定している。しかしながら上位システムからは入出力可能時間より、一定時間、たとえば5秒流し続けられる入出力可能電力値(電流値)の情報が要求される。電池モデルに、様々な電力値を仮想的に入力し、電力と入出力可能時間のマップを作成することで入出力可能電力は算出可能であるが、電池モデルでの計算負荷は非常に大きい。したがって特許文献3に記載の技術では、局所的な電池反応を再現しているが、繰り返し電池モデルを活用することで、計算負荷の観点から、逐次予測が困難であるという問題がある。 Further, in the technique described in Patent Document 3 described above, the input / output possible time is estimated using a battery model in consideration of past charge / discharge history and local reaction of the battery. However, the host system requires information on the input / output possible electric power value (current value) that can flow for a fixed time, for example, 5 seconds, from the input / output available time. Virtually input various electric power values into the battery model and create a map of electric power and input / output possible time can calculate the input / output possible power, but the calculation load on the battery model is very large. Therefore, although the technique described in Patent Document 3 reproduces a local battery reaction, there is a problem that sequential prediction is difficult from the viewpoint of calculation load by repeatedly using a battery model.
そこで、本発明は前述の問題点を鑑みてなされたものであり、電池モデルを用いて二次電池内部の局所的な反応状態を計算し、低い計算負荷で電解液の保護電流を算出することができる充放電制御装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of the above-described problems, and calculates a local reaction state inside a secondary battery using a battery model, and calculates a protection current for the electrolyte with a low calculation load. It aims at providing the charging / discharging control apparatus which can do.
本発明は前述の目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。 The present invention employs the following technical means in order to achieve the aforementioned object.
本発明は、検出手段(20,30)によって検出された電池情報を用いた電池モデルに従って、二次電池(10)の内部状態を推定する推定手段(42)と、推定手段が推定した内部状態を用いて、予め定める時間経過後に二次電池の電解液の濃度が予め設定した上限濃度または下限濃度に到達する予測電流または予測電力を算出する算出手段(42)と、を含み、推定手段は、算出手段が予測電流または予測電力を算出する毎に、一度だけ電池モデルに従って内部状態を推定することを特徴とする充放電制御装置である。 The present invention provides an estimation means (42) for estimating the internal state of the secondary battery (10) according to the battery model using the battery information detected by the detection means (20, 30), and the internal state estimated by the estimation means. And calculating means (42) for calculating a predicted current or predicted power at which the concentration of the electrolyte of the secondary battery reaches a preset upper limit concentration or lower limit concentration after elapse of a predetermined time. The charge / discharge control apparatus is characterized in that the internal state is estimated according to the battery model only once each time the calculation means calculates the predicted current or the predicted power.
このような本発明に従えば、推定手段によって、電池モデルに従って、二次電池の内部状態を推定している。したがって二次電池の内部状態を充放電制御に反映することができる。また算出手段によって、推定した内部状態を用いて、予め定める時間経過後に二次電池の電解液の濃度が上限濃度または下限濃度に到達する予測電流または予測電力を算出している。電解液の濃度は、充放電の時間および電流に応じて変化する。したがって設定した上限濃度および下限濃度に到達する予測電流または予測電力を算出することができる。このように算出した予測電流または予測電力を用いて、制御手段は二次電池の充放電状態を制御する。したがって電解液の上限濃度または下限濃度に到達することを防ぐことができる。これによって二次電池の過剰な充放電を抑制することができ、二次電池の劣化を抑制することができる。 According to the present invention as described above, the internal state of the secondary battery is estimated by the estimating means according to the battery model. Therefore, the internal state of the secondary battery can be reflected in the charge / discharge control. Further, the calculation means calculates the predicted current or the predicted power at which the concentration of the electrolyte solution of the secondary battery reaches the upper limit concentration or the lower limit concentration after elapse of a predetermined time, using the estimated internal state. The concentration of the electrolyte varies depending on the charge / discharge time and current. Therefore, the predicted current or predicted power that reaches the set upper limit concentration and lower limit concentration can be calculated. Using the predicted current or predicted power calculated in this way, the control means controls the charge / discharge state of the secondary battery. Therefore, reaching the upper limit concentration or lower limit concentration of the electrolytic solution can be prevented. Thereby, excessive charge / discharge of the secondary battery can be suppressed, and deterioration of the secondary battery can be suppressed.
このように電池モデルを活用することで二次電池の内部の局所的な反応状態まで忠実に計算し、電池状態に基づいた電解液の保護電流値を算出している。また推定手段は、算出手段が予測電流または予測電力を算出する毎に、一度だけ電池モデルに従って内部状態を推定する。したがって一度の予測電力または予測電流の算出で、充放電制御を実施することができるので、逐次演算する従来技術よりも計算負荷を低減することができる。したがって本発明では、電池モデルを用いて二次電池内部の局所的な反応状態を計算し、低い計算負荷で電池状態に基づいて電解液の保護電流値を算出することができる充放電制御装置を実現することができる。 Thus, by utilizing the battery model, the local reaction state inside the secondary battery is faithfully calculated, and the protection current value of the electrolytic solution based on the battery state is calculated. The estimation means estimates the internal state only once according to the battery model every time the calculation means calculates the predicted current or the predicted power. Therefore, since charge / discharge control can be performed by calculating the predicted power or the predicted current once, the calculation load can be reduced as compared with the conventional technique that performs the sequential calculation. Therefore, in the present invention, a charge / discharge control device capable of calculating a local reaction state inside a secondary battery using a battery model and calculating a protection current value of the electrolyte based on the battery state with a low calculation load. Can be realized.
なお、前述の各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each above-mentioned means is an example which shows a corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later.
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態に関して、図1〜図7を用いて説明する。組電池1は、複数のリチウムイオン二次電池の電池セル10を直列接続して構成されている。組電池1は、たとえば電動機のみによって走行する電気自動車(EV)、電動機と内燃機関とを併用して走行駆動力とするプラグインハイブリッド自動車(PHV)等に搭載される車両用蓄電池として用いることができる。また組電池1は、住宅における蓄電池用の定置用蓄電池として用いることができる。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The assembled battery 1 is configured by connecting
組電池システム100は、ハイブリッド自動車に搭載され、走行のための電動機と接続されている。この組電池システム100は、図1に示すように、組電池1と、電流検出装置30と、電圧検出装置20と、充放電制御装置40とを備えている。組電池1は、ここでは、その一例として複数個の電池セル10を含んでいる。組電池1は、複数の電池セル10を直列接続して構成される。電池セル10は、複数の電池セルを並列に接続した構成でもよい。
The assembled
充放電制御装置40は、入力部41、電池モデル部42、入出力電力演算部43、出力部44等を備えている。電流検出装置30は、組電池1を構成する複数の電池セル10を流れる電流値を検出する。電圧検出装置20は、各々の電池セル10の端子間電圧を検出する。電圧検出装置20は、組電池1の充電時や放電時に、所定の条件を満たす場合には、1つの電池セル10の端子間電圧を検出して、組電池1のSOCを算出するために使用する。
The charge /
充電時や放電時に、電流検出装置30が検出する電流値や、電圧検出装置20が検出する端子間電圧は、入力部41に入力される。組電池1におけるSOCの状態は、例えば入出力電力演算部43に記憶されたプログラム等を用いて電池モデル部42によって演算される。プログラムは、例えば、電池セル10の固有の充放電特性を表す電池モデルを用いた演算プログラムである。電池モデル部42は、たとえば電池セル10のそれぞれについて、電圧検出装置20によって検出された内部状態端子間電圧からの各セルのSOCを算出し、組電池1全体のSOCを算出することができる。
The current value detected by the
出力部44は、演算結果に基づいて組電池1の充放電を制御する。したがって、充放電制御装置40は、電流検出装置30が検出する電流値や、電圧検出装置20が検出する端子間電圧を用いて、組電池1の充放電を制御する。充放電制御装置40は、電圧検出装置20が検出する端子間電圧と電池モデルを用いた充放電特性を用いて、組電池1の充電容量または放電容量を算出し、組電池1に蓄えられている電気容量を求める。
The
電池セル10は、正極活物質を含む正極と、ハードカーボン、ソフトカーボン、またはこれらの活物質と黒鉛を混合した材料を主成分とする負極活物質を含む負極と、正極と負極の間に介在する媒体である電解質とを含む。さらに電池セル10は、正極と負極の間に介在して、これらが電気的に短絡しないように配されるセパレータと、正極、負極、電解質およびセパレータを内部に含む外装ケースと、を備えている。
The
次に、電流値と電解液濃度との関係に関して説明する。図2〜図4は、SOC85%の電池モデルに対して1A/m2(図2)、10A/m2(図3)、100A/m2(図4)の電流値を電池セル10秒、20秒、30秒、40秒および50秒流した後の電解液の濃度分布を示している。縦軸は、カチオン濃度を示し、横軸は電池セル10の内部の位置を示す。位置のうち、0〜70が負極であり、70〜90がセパレータであり、90〜185が正極である。またこれらの数値は、後述する電池モデルを用いて演算した結果である。
Next, the relationship between the current value and the electrolyte concentration will be described. 2 to 4 show a current value of 1 A / m 2 (FIG. 2), 10 A / m 2 (FIG. 3), and 100 A / m 2 (FIG. 4) for a battery model of SOC 85% for 10 seconds, The concentration distribution of the electrolytic solution after flowing for 20 seconds, 30 seconds, 40 seconds, and 50 seconds is shown. The vertical axis represents the cation concentration, and the horizontal axis represents the position inside the
電流を流す前は、カチオン濃度はどの位置でも1000μmで一定である。電流を流した後は、図2から図4に示すように、それぞれの電流値に対してカチオン濃度分布の絶対値は異なるが、どの電流値でも同じような分布であり、セパレータを中心に負極側(左側)に向かうにつれてカチオン濃度が増加する。セパレータを中心に正極側(右側)に向かうにつれてカチオン濃度が減少する。また時間が短い方が、カチオン濃度の最大値と最小値との差が小さい。また電流値を大きくすると、カチオン濃度の変化幅は大きくなる。 Before the current is applied, the cation concentration is constant at 1000 μm at any position. As shown in FIGS. 2 to 4, after the current is passed, the absolute value of the cation concentration distribution is different for each current value, but any current value has the same distribution, and the negative electrode centering on the separator. The cation concentration increases toward the side (left side). The cation concentration decreases toward the positive electrode side (right side) centering on the separator. Moreover, the shorter the time, the smaller the difference between the maximum value and the minimum value of the cation concentration. Further, when the current value is increased, the change width of the cation concentration is increased.
次に、1Aと100Aにおけるカチオン濃度の波形を比較した結果について図5を用いて説明する。図5では、1Aでのカチオン濃度の分布を左軸を用いて示し、100Aでのカチオン濃度分布を右軸を用いて示している。また左右の軸を初期濃度1000mol/m3の高さで揃えている。また1Aの右軸の1目盛は、100Aの左軸の100倍としている。時刻ごとの曲線は1A、100Aでよく重なっている。したがって電流値にかかわらず、どの電極位置においても濃度の変化の傾向が似ていることがわかる。 Next, the result of comparing the cation concentration waveforms in 1A and 100A will be described with reference to FIG. In FIG. 5, the cation concentration distribution at 1A is shown using the left axis, and the cation concentration distribution at 100A is shown using the right axis. The left and right axes are aligned at a height of an initial concentration of 1000 mol / m 3 . One scale on the right axis of 1A is 100 times the left axis of 100A. The curves for each time are well overlapped at 1A and 100A. Therefore, it can be seen that the tendency of change in concentration is similar at any electrode position regardless of the current value.
次に、カチオン濃度の変化と電流値との関係について、図6を用いて説明する。図6では、10秒後、位置=0における電流と電解液の濃度変化の関係を示している。また図6では、縦軸に濃度変化を示し、横軸は、電流値を示している。図6に示すように、電解液の濃度変化、すなわちカチオン濃度−初期濃度は全ての時間において電流値に比例していることがわかる。この関係を次式(1)によって示すことができる。
式(1)の左辺は、t秒間の濃度変化ΔClを、t秒間の平均電流Iavで除している。式(1)の右辺は、電解液の上限濃度Clmaxから現時点の濃度Clを減算した値を、予測電流Isimで除している。 The left side of Equation (1) divides the concentration change ΔCl for t seconds by the average current Iav for t seconds. The right side of Equation (1) is obtained by dividing the value obtained by subtracting the current concentration Cl from the upper limit concentration Clmax of the electrolyte by the predicted current Isim.
前述の図6にて示したように、電解液の濃度変化は電流値に比例しているので、式(1)における分子の濃度変化を電流で除した値である変化率は等しくなる。電池モデルに従って演算する毎に、入出力電力演算部43には演算結果を記憶されている。したがって過去t秒間の濃度変化を入出力電力演算部43から情報を読み出して求めることができる。同様に、過去t間の平均電流は、電流検出装置によって検出することができる。したがって式(1)の左辺を検出および算出によって、求めることができる。
As shown in FIG. 6 described above, since the concentration change of the electrolyte is proportional to the current value, the rate of change, which is the value obtained by dividing the concentration change of the molecule in equation (1) by the current, is equal. Every time calculation is performed according to the battery model, the input / output
また右辺の分子は、予め設定される電解液の上限濃度である。これによって予測電流Isimで式(1)を解くことによって、上限濃度の予測電流Isimを求めることができる。同様に下限濃度の予測電流を求める場合には、式(1)の右辺においては、電解液の現時点の濃度Clから下限濃度Clminを減算した値を、予測電流Isimで除せばよい。このような算出は演算部によって行われる。したがって演算部は、算出手段として機能し、電解液の濃度変化と電流値との関係を定式化した算出式を用いて予測電流を算出する。 Moreover, the molecule | numerator of a right side is the upper limit density | concentration of the electrolyte solution set beforehand. Thus, the upper limit concentration predicted current Isim can be obtained by solving the equation (1) with the predicted current Isim. Similarly, when obtaining the predicted current of the lower limit concentration, on the right side of the equation (1), the value obtained by subtracting the lower limit concentration Clmin from the current concentration Cl of the electrolytic solution may be divided by the predicted current Isim. Such calculation is performed by the calculation unit. Accordingly, the calculation unit functions as a calculation unit, and calculates the predicted current using a calculation formula that formulates the relationship between the concentration change of the electrolytic solution and the current value.
次に、演算部が予測電流を算出する一連の処理に関して、図7を用いて説明する。図7に示すフローチャートは、演算部によって予め定める制御周期毎に実行される。 Next, a series of processes in which the calculation unit calculates the predicted current will be described with reference to FIG. The flowchart shown in FIG. 7 is executed for each control cycle determined in advance by the calculation unit.
ステップS1では、電圧検出装置20および電流検出装置30が検出した電池状態を用いた電池モデルを使って電解液のカチオン濃度分布を計算し、ステップS2に移る。電池モデルは、バトラーボルマーの式と呼ばれる電極反応を示す式、電界液中でのリチウムイオン保存則、固相中でのリチウムイオン保存則、電界液中での電荷保存則、熱エネルギ保存則などを用いている。このような電池モデルの式は非特許文献1に基づくものであるので、各モデル式の詳細な説明については非特許文献1を援用する。これによって電池セル10内の内部状態の予測値を逐次算出することができる。予測される内部状態としては、電解液中のカチオン濃度の他にも、たとえば電解液中および活物質内の電位分布、絶対温度ならびにカチオン生成量などがある。またステップS1では、全ての電池セル10について電池モデルに従って電解液のカチオン濃度を算出している。
In step S1, the cation concentration distribution of the electrolytic solution is calculated using the battery model using the battery state detected by the
ステップS2では、電池セル10内の各位置について、過去t秒間の濃度変化を算出し、ステップS3に移る。ステップS1での演算結果が入出力電力演算部43に記憶されているので、入出力電力演算部43からt秒前の濃度を読み出し、ステップS1での演算結果と比較することによって、濃度変化を算出することができる。
In step S2, the concentration change for the past t seconds is calculated for each position in the
ステップS3では、過去t秒間の平均電流値を算出し、ステップS4に移る。同様に、入出力電力演算部43には、過去に検出された電流値が時刻と関連付けられて記憶されているので、これらの時系列のデータを読み出すことによって、平均電流値を算出することができる。
In step S3, an average current value for the past t seconds is calculated, and the process proceeds to step S4. Similarly, since the current value detected in the past is stored in the input / output
ステップS4では、濃度変化と電流値が比例する関係を利用してt秒後に上限濃度および下限濃度に達する予測電流を算出し、ステップS5に移る。前述のように濃度変化と電流値とは、比例関係にあるので、式(1)を用いて、予測電流を算出することができる。 In step S4, a predicted current that reaches the upper limit concentration and the lower limit concentration after t seconds is calculated using a relationship in which the density change and the current value are proportional, and the process proceeds to step S5. As described above, since the density change and the current value are in a proportional relationship, the predicted current can be calculated using Equation (1).
ステップS5では、予測電流の情報を用いて電池セル10を保護するように出力部44に情報を送信し、本フローを終了する。
In step S5, information is transmitted to the
これによって出力部44は、予測電流に到達しないように充放電制御を実施する。予測電流に達しなければ、上限濃度を上回ることを抑制するこができ、同様に、下限濃度を下回ることを抑制することができる。
Thus, the
このように電池モデルの電解液の濃度分布を計算しながら、その濃度推移を基に電解液の濃度がt秒後に上限または下限に達するような電流値を算出し、算出した予測電流値を入出力可能電流として電池を保護する。ここでは予測電流を算出しているが、電流ではなく電力を算出して、予測電力として制御してもよい。 In this way, while calculating the concentration distribution of the electrolyte in the battery model, the current value is calculated so that the concentration of the electrolyte reaches the upper limit or the lower limit after t seconds based on the concentration transition, and the calculated predicted current value is input. The battery is protected as a current that can be output. Here, the predicted current is calculated, but power may be calculated instead of current and controlled as predicted power.
以上説明したように本実施形態の電池モデル部42は、推定手段として機能し、電池モデルに従って、電池セル10の内部状態を推定している。したがって電池セル10の内部状態を充放電制御に反映することができる。また電池モデル部42は、算出手段としても機能し、推定した内部状態を用いて、予め定める時間、たとえばt秒経過後に電池セル10の電解液の濃度が上限濃度または下限濃度に到達する予測電流または予測電力を算出している。電解液の濃度は、充放電の時間および電流に応じて変化する。したがって設定した上限濃度および下限濃度に到達する予測電流または予測電力を算出することができる。このように算出した予測電流または予測電力を用いて、制御手段として機能する出力部44は、電池セル10の充放電状態を制御する。したがって電解液の上限濃度または下限濃度に到達することを防ぐことができる。これによって電池セル10の過剰な充放電を抑制することができ、電池セル10の劣化を抑制することができる。
As described above, the
このように電池モデルを活用することで電池セル10の内部の局所的な反応状態まで忠実に計算し、電池セル10の状態に基づいた電解液の保護電流値を算出している。また電池モデル部42は、制御周期毎に図7に示すフローを実行する。したがって予測電流または予測電力を算出する毎に、一度だけ電池モデルに従って内部状態を推定することになる。このように一度の予測電力または予測電力の算出で、出力部44は充放電制御を実施することができるので、逐次演算する従来技術よりも計算負荷を低減することができる。したがって本実施形態では、電池モデルを用いて電池セル10の内部の局所的な反応状態を計算し、低い計算負荷で電池状態に基づいて電解液の保護電流値を算出することができる電池セル10の充放電制御装置を実現することができる。
Thus, by utilizing the battery model, the local reaction state inside the
また本実施形態では、電池モデル部42は、電解液の濃度変化と電流値との関係を定式化した算出式を用いて予測電力または予測電流を算出している。したがって本実施形態では、電解液濃度の上下限を保護する電流値を算出する。また、あらかじめ作成したマップで電流制値を決めるのではなく電流値と電解液推移の特徴を活用し、保護電流算式から保護電流値を決定する。このように電解液濃度から予測電流または予測電力を算出する式を導入することで、計算負荷の低減を実現することができる。
In the present embodiment, the
さらに本実施形態では、電池モデル部42は、電池セル10と同数の電池モデルに従って、複数の電池セル10の内部状態を推定している。これによって高精度にカチオン濃度を算出することができる。これによって電池セル10に過剰な充放電が発生することをさらに抑制することができる。
Further, in the present embodiment, the
(その他の実施形態)
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。
(Other embodiments)
The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
上記実施形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。 The structure of the said embodiment is an illustration to the last, Comprising: The scope of the present invention is not limited to the range of these description. The scope of the present invention is indicated by the description of the scope of claims, and further includes meanings equivalent to the description of the scope of claims and all modifications within the scope.
前述の第1実施形態では、ステップS1では、全ての電池セル10について電池モデルに従って電解液のカチオン濃度を算出しているが、全ての電池セル10についてカチオン濃度を演算しなくてもよい。電池モデル部42は、複数の電池セル10のうち代表的な1つ電池セル10の電池モデルに従って、二次電池の内部状態を推定してもよい。したがって同一の電池モデルが電池セル10の数だけあるとして、二次電池の内部状態を推定する。これによって全ての電池セル10について内部状態を推定するよりも計算負荷を少なくすることができる。
In the first embodiment described above, in step S1, the cation concentration of the electrolytic solution is calculated according to the battery model for all the
前述の第1実施形態では、電池セル10は、リチウムイオン電池であったが、他の二次電池、たとえばニッケル水素電池等で構成してもよい。
In the first embodiment described above, the
また前述の第1実施形態では、検出手段は、電流検出装置30および電圧検出装置20によって実現されているが、両方を用いる必要はなく、いずれか一方であってもよい。換言すると、検出手段は、電池セル10の電池情報のうち、電流および電圧のうち少なくとも一方を検出する装置であればよい。
In the first embodiment described above, the detection means is realized by the
1…組電池 10…電池セル(二次電池)
20…電圧検出装置(検出手段) 30…電流検出装置(検出手段)
40…充放電制御装置 41…入力部
42…電池モデル部(推定手段,算出手段) 43…入出力演算部
44…出力部(制御手段) 100…組電池システム
1 ... assembled
20 ... Voltage detection device (detection means) 30 ... Current detection device (detection means)
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記検出手段によって検出された電池情報を用いた電池モデルに従って、前記二次電池の内部状態を推定する推定手段(42)と、
前記推定手段が推定した前記内部状態を用いて、予め定める時間経過後に前記二次電池の電解液の濃度が予め設定した上限濃度または下限濃度に到達する予測電流または予測電力を算出する算出手段(42)と、
前記算出手段によって算出された前記予測電流または前記予測電力に到達しないように前記二次電池の充放電状態を制御する制御手段(44)と、を含み、
前記推定手段は、前記算出手段が前記予測電流または前記予測電力を算出する毎に、一度だけ前記電池モデルに従って前記内部状態を推定することを特徴とする充放電制御装置。 Detection means (20, 30) for detecting at least one of current and voltage among battery information of the secondary battery (10);
Estimating means (42) for estimating an internal state of the secondary battery according to a battery model using the battery information detected by the detecting means;
A calculating means for calculating a predicted current or a predicted power at which the concentration of the electrolyte of the secondary battery reaches a preset upper limit concentration or lower limit concentration after elapse of a predetermined time, using the internal state estimated by the estimating means. 42)
Control means (44) for controlling the charge / discharge state of the secondary battery so as not to reach the predicted current or the predicted power calculated by the calculating means,
The charging / discharging control apparatus according to claim 1, wherein the estimating unit estimates the internal state only once according to the battery model every time the calculating unit calculates the predicted current or the predicted power.
前記推定手段は、前記電池セルと同数の前記電池モデルに従って、前記二次電池の前記内部状態を推定することを特徴とする請求項1または2に記載の充放電制御装置。 The secondary battery includes a plurality of battery cells (10),
The charge / discharge control apparatus according to claim 1, wherein the estimation unit estimates the internal state of the secondary battery according to the same number of battery models as the battery cells.
前記推定手段は、複数の前記電池セルのうち1つ前記電池セルの前記電池モデルに従って、前記二次電池の前記内部状態を推定することを特徴とする請求項1または2に記載の充放電制御装置。 The secondary battery includes a plurality of battery cells (10),
3. The charge / discharge control according to claim 1, wherein the estimation unit estimates the internal state of the secondary battery according to the battery model of one of the plurality of battery cells. apparatus.
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---|---|---|---|---|
JP2020013634A (en) * | 2018-07-13 | 2020-01-23 | 株式会社デンソー | State estimation device of secondary battery |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008059910A (en) * | 2006-08-31 | 2008-03-13 | Toyota Motor Corp | Control system of secondary battery and hybrid vehicle mounting it |
JP2008241246A (en) * | 2007-03-23 | 2008-10-09 | Toyota Central R&D Labs Inc | Apparatus for estimating state of secondary cell |
JP2008243373A (en) * | 2007-03-23 | 2008-10-09 | Toyota Motor Corp | Device for estimating secondary-battery state |
JP2009100513A (en) * | 2007-10-15 | 2009-05-07 | Toyota Motor Corp | Control system for secondary battery, and electric vehicle mounting it, and control method for secondary battery |
JP2013214372A (en) * | 2012-03-30 | 2013-10-17 | Toyota Motor Corp | Cell system and charge and discharge control method |
WO2014167602A1 (en) * | 2013-04-11 | 2014-10-16 | トヨタ自動車株式会社 | Battery system |
-
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Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008059910A (en) * | 2006-08-31 | 2008-03-13 | Toyota Motor Corp | Control system of secondary battery and hybrid vehicle mounting it |
JP2008241246A (en) * | 2007-03-23 | 2008-10-09 | Toyota Central R&D Labs Inc | Apparatus for estimating state of secondary cell |
JP2008243373A (en) * | 2007-03-23 | 2008-10-09 | Toyota Motor Corp | Device for estimating secondary-battery state |
JP2009100513A (en) * | 2007-10-15 | 2009-05-07 | Toyota Motor Corp | Control system for secondary battery, and electric vehicle mounting it, and control method for secondary battery |
JP2013214372A (en) * | 2012-03-30 | 2013-10-17 | Toyota Motor Corp | Cell system and charge and discharge control method |
WO2014167602A1 (en) * | 2013-04-11 | 2014-10-16 | トヨタ自動車株式会社 | Battery system |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2020013634A (en) * | 2018-07-13 | 2020-01-23 | 株式会社デンソー | State estimation device of secondary battery |
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