JP2017175798A - Control unit of secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、二次電池の充放電を制御する技術に関する。 The present invention relates to a technique for controlling charge / discharge of a secondary battery.
特許第5761378号公報(特許文献1)には、二次電池の充放電を制御するコントローラが開示されている。このコントローラは、二次電池の状態から正極電位および負極電位を推定し、推定された正極電位が正極保護範囲(正極下限電位以上かつ正極上限電位以下の範囲)内に収まり、かつ負極電位が負極保護範囲(負極下限電位以上かつ負極上限電位以下の範囲)内に収まるように、二次電池の充放電を制御する。これにより、正極材料および負極材料の劣化が抑制される。 Japanese Patent No. 576378 (Patent Document 1) discloses a controller that controls charging and discharging of a secondary battery. This controller estimates the positive electrode potential and the negative electrode potential from the state of the secondary battery, and the estimated positive electrode potential falls within the positive electrode protection range (the range between the positive electrode lower limit potential and the positive electrode upper limit potential), and the negative electrode potential is negative. Charging / discharging of the secondary battery is controlled so as to be within the protection range (a range of the negative electrode lower limit potential or higher and the negative electrode upper limit potential or lower). Thereby, deterioration of positive electrode material and negative electrode material is suppressed.
従来よりハイブリッド車両用の二次電池として広く採用されるニッケル水素電池に代表されるように、二次電池には、正極板、セパレータおよび負極板が積層される構造を内部に有するものが存在する。このような積層構造を有する二次電池においては、電池内部の抵抗バランスに応じて電極表面内の反応に偏り(ムラ)が生じる場合がある。電極表面内の反応に偏りが生じると、電池内部において電流が集中する部位が発生し、その部位が局所的に劣化することが懸念される。しかしながら、特許文献1にはこのような問題およびその対策について何ら開示されていない。
As represented by nickel-metal hydride batteries widely used as secondary batteries for hybrid vehicles, some secondary batteries have a structure in which a positive electrode plate, a separator, and a negative electrode plate are laminated. . In a secondary battery having such a laminated structure, the reaction within the electrode surface may be biased (uneven) depending on the resistance balance inside the battery. When the reaction in the electrode surface is biased, there is a concern that a region where current concentrates inside the battery and that the region is locally degraded. However,
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、正極板、セパレータおよび負極板が積層される構造を内部に有する二次電池において、電流が集中する部位の局所的な劣化を適切に抑制することである。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a portion where current is concentrated in a secondary battery having a structure in which a positive electrode plate, a separator, and a negative electrode plate are laminated. It is to appropriately suppress local deterioration.
この発明に係る制御装置は、正極板、セパレータおよび負極板がこの順に積層される構造を内部に有する二次電池の制御装置であって、二次電池の充放電電流を検出する電流検出部と、充放電電流を制御する制御部とを備える。制御部は、二次電池の充放電中において、充放電電流を用いて、二次電池の内部を流れる電流を正極板および負極板の延在方向に並ぶ複数の領域ごとに算出し、複数の領域のうちから最大の電流が流れる最大領域を特定し、正極板の最大領域に含まれる部位である正極最大部位の電位が所定の正極保護範囲内に収まり、かつ負極板の最大領域に含まれる部位である負極最大部位の電位が所定の負極保護範囲内に収まるように、充放電電流を制御する。 A control device according to the present invention is a control device for a secondary battery having a structure in which a positive electrode plate, a separator, and a negative electrode plate are laminated in this order, and a current detection unit that detects a charge / discharge current of the secondary battery; And a control unit for controlling the charge / discharge current. During charging / discharging of the secondary battery, the control unit calculates a current flowing through the secondary battery for each of the plurality of regions arranged in the extending direction of the positive electrode plate and the negative electrode plate using the charge / discharge current, The maximum region in which the maximum current flows is identified from among the regions, and the potential of the positive electrode maximum portion, which is the portion included in the maximum region of the positive electrode plate, is within the predetermined positive electrode protection range and is included in the maximum region of the negative electrode plate The charge / discharge current is controlled so that the potential of the negative electrode maximum part, which is the part, falls within a predetermined negative electrode protection range.
上記構成によれば、制御部は、充放電電流を用いて、二次電池の内部を流れる電流を正極板および負極板の延在方向(電極板表面に沿う方向)に並ぶ複数の領域ごとに算出し、最大の電流が流れる最大領域を特定する。そして、制御部は、各極板の最大領域に含まれる部位(すなわち電流が集中する部位)の電位が各保護範囲内にそれぞれ収まるように、充放電電流を制御する。そのため、電流が集中する部位の劣化が適切に抑制される。その結果、正極板、セパレータおよび負極板が積層される構造を内部に有する二次電池において、電流が集中する部位の局所的な劣化を適切に抑制することができる。 According to the said structure, a control part uses the charging / discharging electric current for every some area | region which arranges the electric current which flows through the inside of a secondary battery in the extension direction (direction along the electrode plate surface) of a positive electrode plate and a negative electrode plate. Calculate and identify the maximum area through which the maximum current flows. And a control part controls charging / discharging electric current so that the electric potential of the site | part (namely, site | part where an electric current concentrates) contained in the maximum area | region of each electrode plate may each fall in each protection range. Therefore, deterioration of the part where current concentrates is appropriately suppressed. As a result, in a secondary battery having a structure in which a positive electrode plate, a separator, and a negative electrode plate are laminated, local deterioration of a portion where current is concentrated can be appropriately suppressed.
好ましくは、制御部は、二次電池の充放電中において、正極板の金属抵抗に由来する正極最大部位の電圧変化量である第1電位変化量を算出し、正極保護範囲または正極最大部位の電位を第1電位変化量を用いて補正するとともに、負極板の金属抵抗に由来する負極最大部位の電圧変化量である第2電位変化量を算出し、負極保護範囲または負極最大部位の電位を第2電位変化量を用いて補正する。 Preferably, the controller calculates a first potential change amount that is a voltage change amount of the maximum positive electrode portion derived from the metal resistance of the positive electrode plate during charging and discharging of the secondary battery, and the positive electrode protection range or the positive electrode maximum portion is calculated. While correcting the potential using the first potential change amount, the second potential change amount, which is the voltage change amount of the negative electrode maximum part derived from the metal resistance of the negative electrode plate, is calculated, and the potential of the negative electrode protection range or the negative electrode maximum part is calculated. Correction is performed using the second potential change amount.
上記構成によれば、金属抵抗由来の電位変化の影響によって充放電が過剰に制限されることを抑制することができる。具体的には、金属抵抗由来の電位変化は劣化に影響しないが、従来においては金属抵抗由来の電位変化量を算出する手段がなかったため、金属抵抗由来の電位変化量に相当するマージン分だけ過剰に各極の保護領域を狭くせざるを得なかった。これに対し、上記構成によれば、電流が集中する部位の金属抵抗由来の電圧変化量を各電極についてそれぞれ算出して、各極の保護領域または電位を補正する。そのため、従来に比べて、金属抵抗由来の電位変化の影響を排除した充放電制御が可能になる。その結果、金属抵抗由来の電位変化の影響によって充放電が過剰に制限されることを抑制することができる。 According to the said structure, it can suppress that charging / discharging is restrict | limited excessively by the influence of the electric potential change derived from metal resistance. Specifically, although the potential change due to the metal resistance does not affect the deterioration, there is no means for calculating the potential change due to the metal resistance in the past, so there is an excess corresponding to the margin corresponding to the potential change due to the metal resistance. However, the protection area of each pole had to be narrowed. On the other hand, according to the above configuration, the voltage change amount derived from the metal resistance at the portion where the current is concentrated is calculated for each electrode, and the protection region or potential of each electrode is corrected. Therefore, charge / discharge control that eliminates the influence of a potential change derived from metal resistance is possible as compared with the conventional case. As a result, it is possible to suppress the charge / discharge from being excessively limited by the influence of the potential change derived from the metal resistance.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.
<車両の構成>
図1は、本実施の形態による二次電池の制御装置が搭載される車両1の構成を概略的に示すブロック図である。図1には、車両1内の電気系統の充放電制御に関連する構成が示されている。なお、図1に示す車両1は電気自動車であるが、本発明を適用可能な車両は電気自動車に限らず、ハイブリッド車などの二次電池を搭載する任意の電動車両に適用可能である。
<Vehicle configuration>
FIG. 1 is a block diagram schematically showing a configuration of a
車両1は、二次電池システム10と、システムメインリレー(SMR:System Main Relay)20と、パワーコントロールユニット(PCU:Power Control Unit)30と、モータジェネレータ(MG:Motor Generator)40と、駆動輪50とを備える。二次電池システム10は、電池ユニット100と、監視ユニット200と、電子制御ユニット(ECU:Electronic Control Unit)300とを備える。
The
電池ユニット100は、直列に接続された複数の電池セル110(図2参照)を含む。各電池セル110として、代表的にはリチウムイオン電池またはニッケル水素電池などの二次電池が適用される。
The
監視ユニット200は、電圧センサ210と、電流センサ220と、温度センサ230とを含む。電圧センサ210は、電池ユニット100内の各セルの電圧(以下「セル電圧VC」ともいう)を検出可能に構成される。電流センサ220は、二次電池システム10の充放電電流Iを検出可能に構成される。温度センサ230は、電池ユニット100内の温度(以下「電池温度T」ともいう)を検出可能に構成される。各センサは、その検出結果を示す信号をECU300に出力する。
なお、以下では、充放電電流Iの符号が正である場合は放電中であることを示し、負である場合は充電中であることを示すものとする。 Hereinafter, when the sign of the charging / discharging current I is positive, it indicates that discharging is in progress, and when it is negative, it indicates that charging is being performed.
SMR20は、電池ユニット100とPCU30との間に電気的に接続されている。SMR20は、ECU300からの制御信号に応答してオンオフされる。これにより、電池ユニット100とPCU30との間の導通および遮断が切り替えられる。
The
PCU30は、たとえばコンバータと、インバータ(いずれも図示せず)とを含む。PCU30は、ECU300からのスイッチング指令に従って、電池ユニット100とMG40との間で双方向に電力変換が可能に構成されている。コンバータは、電池ユニット100とインバータとの間で双方向の直流電圧変換を実行するように構成されている。インバータは、直流電力とMG40に入出力される交流電力との間の双方向の電力変換を実行するように構成されている。
PCU 30 includes, for example, a converter and an inverter (both not shown). The PCU 30 is configured to be capable of bi-directional power conversion between the
より具体的には、インバータは、電池ユニット100からコンバータを経由して供給される直流電力を交流電力に変換してMG40に供給する。これにより、MG40は駆動輪50の駆動力を発生する。一方、車両1の回生制動時には、インバータは、MG40が発生する交流電力(回生電力)を直流電力に変換してコンバータに供給する。これにより、電池ユニット100が充電される。
More specifically, the inverter converts DC power supplied from the
ECU300は、CPU(Central Processing Unit)(図示せず)と、メモリ310と、入出力インターフェイス(図示せず)とを含んで構成される。ECU300は、各センサからの信号およびメモリに記憶された情報に基づいてPCU30を制御することによって、電池ユニット100の充放電を制御する。なお、ECU300の少なくとも一部は、電子回路等のハードウェアにより構成されてもよい。
ECU 300 includes a CPU (Central Processing Unit) (not shown), a
<電池ユニットの構成>
図2は、電池ユニット100の構成を詳細に示す図である。電池ユニット100は、複数の電池セル110と、一対のエンドプレート112と、拘束バンド114と、複数のバスバー116とを含む。セル数は特に限定されない。x軸、y軸およびz軸は互いに直交する。鉛直方向上方をz軸の正方向とする。
<Configuration of battery unit>
FIG. 2 is a diagram illustrating the configuration of the
複数の電池セル110の各々は、たとえば扁平角型の形状を有する。複数の電池セル110は、最も面積が大きい側面が互いに距離を隔てて対向するように、y方向に並べられている。図2では、y方向に並べられた複数の電池セル110の一方端が部分的に示されている。y方向における一方端および他方端にそれぞれ対向するように、一対のエンドプレート112(図2では一方のみを示す)が配置されている。一対のエンドプレート112は、全ての電池セル110を挟み込んだ状態で拘束バンド114によって拘束されている。
Each of the plurality of
各セル110は正極端子および負極端子を有し、その正極端子が隣接するセルの負極端子と対向するように配置されている。あるセルの正極端子と隣接するセルの負極端子とは、ボルトおよびナット(いずれも図示せず)を用いてバスバー116によって締結されることにより電気的に接続されている。これにより、電池ユニット100内において複数の電池セル110は互いに直列に接続されている。
Each
<電池セルの内部構成>
図3は、電池セル110の内部構成を概略的に示す図である。図3に示されるように、電池セル110の内部には、正極板130と、負極板140と、セパレータ150とが収容されている。正極板130および負極板140は、セパレータ150を介して積層される。すなわち、正極板130、セパレータ150および負極板140の順に積層される。
<Internal configuration of battery cell>
FIG. 3 is a diagram schematically showing the internal configuration of the
図3には一組の正極板130、セパレータ150および負極板140が例示的に示されているが、実際には正極板130および負極板140がセパレータ150を挟んで交互に複数積層される。以下では、図3に示すように、正極板130および負極板140が延在する方向を単に「延在方向」ともいう。
FIG. 3 exemplarily shows a pair of
正極板130は、金属製の正極集電体132と、正極集電体132の表面に形成された正極活物質134とを含む。負極板140は、金属製の負極集電体142と、負極集電体142の表面に形成された負極活物質144とを含む。セパレータ150は、電解液に浸された状態で、正極板130と負極板140との間に設けられている。
The
正極板130の延在方向の一方側(図3の例では左側)の端部は正極端子に接続される。負極板140の延在方向の一方側(図3の例では右側)の端部は負極端子に接続される。
One end (left side in the example of FIG. 3) in the extending direction of the
以下では、正極板130の電位を「正極電位V(+)」と記載し、負極板140の電位を「負極電位V(−)」と記載する。また、非通電時の正極板130の電位を「正極開放電位OCP(+)」と記載し、非通電時の負極板140の電位を「負極開放電位OCP(−)」と記載する。
Hereinafter, the potential of the
<正極保護領域および負極保護領域>
図4は、非通電時の正極電位V(+)および負極電位V(−)と、放電時の正極電位V(+)および負極電位V(−)と、充電時の正極電位V(+)および負極電位V(−)とを模式的に示す図である。
<Positive electrode protection region and negative electrode protection region>
4 is not energized when the positive electrode potential V (+) and negative potentials V (-) and, during discharge of the positive electrode potential V (+) and negative potentials V (-) and the positive electrode potential at the time of charging V (+) It is a figure which shows typically negative electrode potential V (-) .
非通電時(充放電電流I=0)においては、正極電位V(+)は正極開放電位OCP(+)となり、負極電位V(−)は負極開放電位OCP(−)となる。負極電位V(−)と正極電位V(+)との差がセル電圧VCである。 During non-energization (charge / discharge current I = 0), the positive electrode potential V (+) becomes the positive electrode open potential OCP (+) , and the negative electrode potential V (−) becomes the negative electrode open potential OCP (−) . The difference between the negative electrode potential V (−) and the positive electrode potential V (+) is the cell voltage VC.
放電時(充放電電流I>0)においては、正極電位V(+)は、正極集電体132の金属抵抗(以下「正極金属抵抗RM(+)」ともいう)および正極活物質134での反応に由来する電荷移動抵抗(以下「正極反応抵抗RC(+)」ともいう)の影響によって、正極開放電位OCP(+)よりも低下する。負極電位V(−)は、負極集電体142の金属抵抗(以下「負極金属抵抗RM(−)」ともいう)および負極活物質144での反応に由来する電荷移動抵抗(以下「負極反応抵抗RC(−)」ともいう)の影響によって、負極開放電位OCP(−)よりも増加する。
During discharging (charging / discharging current I> 0), the positive electrode potential V (+) is determined by the metal resistance of the positive electrode current collector 132 (hereinafter also referred to as “positive electrode metal resistance R M (+) ”) and the positive electrode
充電時(充放電電流I<0)においては、正極電位V(+)は、正極金属抵抗RM(+)および正極反応抵抗RC(+)の影響によって、正極開放電位OCP(+)よりも増加する。負極電位V(−)は、負極金属抵抗RM(−)および負極反応抵抗RC(−)の影響によって、負極開放電位OCP(−)よりも低下する。 At the time of charging (charge / discharge current I <0), the positive electrode potential V (+) is greater than the positive electrode open-circuit potential OCP (+) due to the influence of the positive electrode metal resistance R M (+) and the positive electrode reaction resistance R C (+). Will also increase. The negative electrode potential V (−) is lower than the negative electrode open-circuit potential OCP (−) due to the influence of the negative electrode metal resistance RM (−) and the negative electrode reaction resistance RC (−) .
正極活物質134は、正極電位V(+)が過剰に低下したり過剰に増加したりすると劣化する。すなわち、正極電位V(+)には、正極活物質134が劣化しない正極下限電位V(+)minおよび正極上限電位V(+)maxが存在する。したがって、正極の劣化を防止するためには、正極電位V(+)が正極下限電位V(+)minと正極上限電位V(+)maxとの間の領域(以下「正極保護領域」ともいう)内に収まるように充放電電流Iを制御(制限)することが望ましい。
The positive electrode
負極活物質144は、負極電位V(−)が過剰に低下したり過剰に増加したりすると劣化する。すなわち、負極電位V(−)には、負極活物質144が劣化しない負極下限電位V(−)minおよび負極上限電位V(−)maxが存在する。したがって、負極の劣化を防止するためには、負極電位V(−)が負極下限電位V(−)minと負極上限電位V(−)maxとの間の領域(以下「負極保護領域」ともいう)内に収まるように充放電電流Iを制御(制限)することが望ましい。
The negative electrode
<電流集中部位の劣化抑制>
上述のように、電池セル110は、正極板130、セパレータ150および負極板140の順に積層される構造を内部に有する。このような積層構造を有する電池セル110においては、充放電時において、電池セル110の内部の抵抗バランスに応じて、電極板(正極板130および負極板140)の表面内の反応に偏り(ムラ)が生じる場合がある。
<Deterioration suppression of current concentration parts>
As described above, the
図5は、充放電時における電池セル110内部の電流経路の一例を模式的に示す図である。電池セル110内部における電流は、図5に示すように、正極端子、正極集電体132、正極活物質134、電解液(セパレータ150を含む)、負極活物質144、負極集電体142、負極端子の順に流れる。
FIG. 5 is a diagram schematically illustrating an example of a current path inside the
正極端子と負極端子との間の電流経路は、図5に示すように、電極板表面の各領域に分配される。この際、電池セル110の内部の抵抗バランスに応じて電極板表面内の反応に偏り(ムラ)が生じると、電池セル110の内部において電流が集中する部位が発生し、その部位が局所的に劣化することが懸念される。
As shown in FIG. 5, the current path between the positive electrode terminal and the negative electrode terminal is distributed to each region on the surface of the electrode plate. At this time, if the reaction in the electrode plate surface is biased (uneven) according to the resistance balance inside the
従来においては、電極板表面内の反応分布を定量化する手段がなく、充放電時に電流が集中する部位を特定することができなかった。また、電圧センサ210によって検出されるセル電圧VCは、電流が集中する部位の場所に依らずに一定のため、セル電圧VCからは充放電時の電極板表面の反応分布を検出することはできなかった。
Conventionally, there is no means for quantifying the reaction distribution in the electrode plate surface, and it has not been possible to identify a site where current is concentrated during charging and discharging. In addition, since the cell voltage VC detected by the
そこで、本実施の形態によるECU300は、後述する電流分配推定モデル(図6参照)を予めメモリに記憶しておき、充放電中において充放電電流Iと電流分配推定モデルとを用いて電池内部における電流集中部位を特定する。そして、ECU300は、電流集中部位の正極電位VP(+)および電流集中部位の負極電位VP(−)を推定し、電流集中部位の各電位VP(+),VP(−)がそれぞれ正極保護範囲内および負極保護範囲内に収まるように、充放電電流Iを制御する。これにより、電流集中部位の劣化を適切に抑制することができる。
Therefore,
図6は、電流分配推定モデルの一例を模式的に示す図である。図6に示す電流分配推定モデルは、電池内部を電極板の延在方向(電極板表面に沿う方向)に並ぶN個の領域(1〜N番目の領域、Nは2以上の自然数)に仮想的に分割し、各領域における正極金属抵抗RM(+)1〜RM(+)N、正極反応抵抗RC(+)1〜RC(+)N、電解液抵抗RL1〜RLN、負極反応抵抗RC(−)1〜RC(−)N、および負極金属抵抗RM(−)1〜RM(−)Nをそれぞれ規定した抵抗ラダー回路によって表わされる。ECU300は、電池セル110の充放電中において、電流センサ220が検出した充放電電流Iと図6に示す電流分配推定モデルとを用いて、1〜N番目の領域にそれぞれ分配される分配電流i1〜iNを算出する。なお、図6に示す各抵抗は、たとえば電池温度Tをパラメータとして算出される。
FIG. 6 is a diagram schematically illustrating an example of a current distribution estimation model. The current distribution estimation model shown in FIG. 6 is virtually divided into N regions (1st to Nth regions, where N is a natural number of 2 or more) arranged in the battery in the extending direction of the electrode plate (the direction along the electrode plate surface). to split, the positive electrode metal resistor R M in each region (+) 1 ~R M (+ ) N, the positive electrode reaction resistance R C (+) 1 ~R C (+) N, electrolyte resistance R L1 to R LN , Negative electrode reaction resistances R C (−) 1 to R C (−) N , and negative electrode metal resistances R M (−) 1 to R M (−) N are respectively represented by resistance ladder circuits. The
図7は、ECU300が行なう処理手順を示すフローチャートである。このフローチャートは、電池セル110の充放電中に所定周期で繰り返し実行される。
FIG. 7 is a flowchart showing a processing procedure performed by
ステップ(以下、ステップを「S」と略す)10にて、ECU300は、監視ユニット200から充放電電流Iおよび電池温度Tを取得する。
In step (hereinafter, step is abbreviated as “S”) 10,
S11にて、ECU300は、充放電電流Iと上述の電流分配推定モデル(図6参照)とを用いて上述の分配電流i1〜iNを算出する。分配電流i1〜iNの具体的な算出手法については既に説明したため、詳細な説明はここでは繰り返さない。
In S11,
S12にて、ECU300は、分配電流i1〜iNの間に偏りがあるか否かを判定する。分配電流i1〜iNの間に偏りがない場合(S12にてNO)、ECU300は、処理を終了する。
In S12,
分配電流i1〜iNの間に偏りがある場合(S12にてYES)、ECU300は、S13にて、分配電流i1〜iNのうちの最大値imaxを特定するとともに、最大値imaxが流れる領域(以下「最大領域」ともいう)に含まれる部位を電流集中部位として特定する。
When there is a bias between distribution currents i 1 to i N (YES in S12),
S14にて、ECU300は、S13にて特定された電流集中部位の正極電位VP(+)および負極電位VP(−)をそれぞれ推定する。たとえば、ECU300は、放電中においては、各電位VP(+),VP(−)をそれぞれ下記の式(1),(2)を用いて算出する。
In S14,
VP(+)=OCP(+)−ΔVC(+) …(1)
VP(−)=OCP(−)+ΔVC(−) …(2)
ECU300は、充電中においては、各電位VP(+),VP(−)をそれぞれ下記の式(3),(4)を用いて算出する。
VP (+) = OCP (+) − ΔV C (+) (1)
VP (−) = OCP (−) + ΔV C (−) (2)
The
VP(+)=OCP(+)+ΔVC(+) …(3)
VP(−)=OCP(−)−ΔVC(−) …(4)
式(1),(3)において、「ΔVC(+)」は、電流集中部位の正極反応抵抗に由来する電位変化量である。式(2),(4)において、「ΔVC(−)」は、電流集中部位の負極反応抵抗に由来する電位低下量である。たとえば、図6に示すモデルにおいて3番目の領域が電流集中部位と特定された場合、ΔVC(+)およびΔVC(−)は下記の式(5),(6)を用いて算出することができる。
VP (+) = OCP (+) + ΔV C (+) (3)
VP (−) = OCP (−) −ΔV C (−) (4)
In the expressions (1) and (3), “ΔV C (+) ” is a potential change amount derived from the positive electrode reaction resistance at the current concentration portion. In the expressions (2) and (4), “ΔV C (−) ” is a potential decrease amount derived from the negative electrode reaction resistance at the current concentration site. For example, when the third region in the model shown in FIG. 6 is specified as the current concentration part, ΔV C (+) and ΔV C (−) are calculated using the following equations (5) and (6). Can do.
ΔVC(+)=i3・RC(+)3 …(5)
ΔVC(−)=i3・RC(−)3 …(6)
なお、各電位VP(+),VP(−)の推定手法は上記に限定されず、他の手法を用いて推定するようにしてもよい。
ΔV C (+) = i 3 · R C (+) 3 (5)
ΔV C (−) = i 3 · R C (−) 3 (6)
In addition, the estimation method of each electric potential VP (+) , VP (-) is not limited above, You may make it estimate using another method.
S15にて、ECU300は、S14にて推定された電流集中部位の正極電位VP(+)および電流集中部位の負極電位VP(−)がそれぞれ正極保護範囲内および負極保護範囲内に収まっているか否かを判定する。
In S15,
電流集中部位の正極電位VP(+)および電流集中部位の負極電位VP(−)がそれぞれ正極保護範囲内および負極保護範囲内に収まっている場合(S15にてYES)、ECU300は、処理を終了する。
When positive electrode potential VP (+) at the current concentration portion and negative electrode potential VP (−) at the current concentration portion are within the positive electrode protection range and the negative electrode protection range, respectively (YES in S15),
電流集中部位の正極電位VP(+)が正極保護範囲内に収まっていない場合、あるいは電流集中部位の負極電位VP(−)が負極保護範囲内に収まっていない場合(S15にてNO)、ECU300は、S16にて、電池ユニット100の充放電を制限する。具体的には、ECU300は、充放電電流Iの大きさが現在の値よりも低下するようにPCU30を制御する。これにより、電流集中部位の各電位VP(+),VP(−)がそれぞれ正極保護範囲内および負極保護範囲内に収まるように制御される。
When positive electrode potential VP (+) at the current concentration portion does not fall within the positive electrode protection range, or when negative electrode potential VP (−) at the current concentration portion does not fall within the negative electrode protection range (NO in S15),
以上のように、本実施の形態によるECU300は、電池ユニット100の充放電中において、充放電電流Iと電流分配推定モデル(図6参照)とを用いて電池セル110内部における電流集中部位を特定し、電流集中部位の正極電位VP(+)および電流集中部位の負極電位VP(−)を推定し、電流集中部位の各電位VP(+),VP(−)がそれぞれ正極保護範囲内および負極保護範囲内に収まるように、充放電電流Iを制御する。これにより、電流集中部位の劣化を適切に抑制することができる。その結果、正極板130、セパレータ150および負極板140が積層される構造を内部に有する電池セル110において、電流集中部位の局所的な劣化を適切に抑制することができる。
As described above, the
<変形例>
本来、正極電位V(+)には、正極金属抵抗RM(+)に由来する電位変化量ΔVM(+)が含まれる。この電位変化量ΔVM(+)は、正極活物質134の劣化には影響しない。しかしながら、従来においては、電位変化量ΔVM(+)を算出する手段がなかったため、正極の劣化をより適切に抑制するためには、電位変化量ΔVM(+)に相当するマージン分だけ過剰に正極保護領域を狭くせざるを得なかった。
<Modification>
Originally, the positive electrode potential V (+) includes a potential change amount ΔV M (+) derived from the positive electrode metal resistance R M (+) . This potential change amount ΔVM (+) does not affect the deterioration of the positive electrode
同様に、本来、負極電位V(−)には、負極金属抵抗RM(−)に由来する電位変化量ΔVM(−)が含まれる。この電位変化量ΔVM(−)は、負極活物質144の劣化には影響しない。しかしながら、従来においては、電位変化量ΔVM(−)を算出する手段がなかったため、負極の劣化をより適切に抑制するためには、電位変化量ΔVM(−)に相当するマージン分だけ過剰に負極保護領域を狭くせざるを得なかった。
Similarly, the negative electrode potential V (−) originally includes the potential change amount ΔV M (−) derived from the negative electrode metal resistance R M (−) . This potential change amount ΔV M (−) does not affect the deterioration of the negative electrode
上記の点に鑑み、本変形例では、各極の電流集中部位における金属抵抗に由来する電位変化量ΔVPM(+),ΔVPM(−)を上述の図6に示す電流分配推定モデルを用いて算出し、算出された電位変化量ΔVPM(+),ΔVPM(−)に相当する分だけ各極の保護領域を拡大する。 In view of the above points, in the present modification, the potential change amounts ΔVP M (+) and ΔVP M (−) derived from the metal resistance at the current concentration portion of each pole are used using the current distribution estimation model shown in FIG. The protection area of each pole is expanded by an amount corresponding to the calculated potential change amounts ΔVP M (+) and ΔVP M (−) .
図8は、本変形例によるECU300が行なう処理手順を示すフローチャートである。なお、図8に示したステップのうち、上述の図7に示したステップと同じ番号を付しているステップについては、既に説明したため詳細な説明はここでは繰り返さない。
FIG. 8 is a flowchart showing a processing procedure performed by the
S14にて電流集中部位の正極電位VP(+)および電流集中部位の負極電位VP(−)を推定した後、ECU300は、S20にて、電流集中部位の正極金属抵抗に由来する正極電位変化量ΔVPM(+)および電流集中部位の負極金属抵抗に由来する負極電位変化量ΔVPM(−)を、上述の図6に示す電流分配推定モデルを用いて算出する。正極電位変化量ΔVPM(+)は、正極端子から電流集中部位までの各領域の正極金属抵抗と各領域の正極集電体132を流れる電流との積を合計した値である。たとえば、図6に示すモデルにおいて3番目の領域が電流集中部位である場合、電流集中部位の金属抵抗に由来する正極電位変化量ΔVPM(+)は下記の式(7)を用いて算出される。
After estimating the positive electrode potential VP (+) at the current concentration part and the negative electrode potential VP (−) at the current concentration part in S14, the
ΔVPM(+)=I1・RM(+)1+I2・RM(+)2+I3・RM(+)3 …(7)
なお、負極電位変化量ΔVPM(−)も同様の考え方で算出することができる。
ΔVP M (+) = I 1 · R M (+) 1 + I 2 · R M (+) 2 + I 3 · R M (+) 3 (7)
The negative electrode potential change amount ΔVP M (−) can be calculated based on the same concept.
S21にて、ECU300は、S20にて算出された正極電位変化量ΔVM(+)に相当する分だけ正極保護領域を拡大するとともに、負極電位変化量ΔVM(−)に相当する分だけ負極保護領域を拡大する。具体的には、ECU300は、正極下限電位V(+)min、正極上限電位V(+)max、負極下限電位V(−)min、および負極上限電位V(−)maxを、それれぞ下記の式(8),(9),(10),(11)を用いて補正する。
In S21,
V(+)min=V(+)min−ΔVM(+) …(8)
V(+)max=V(+)max+ΔVM(+) …(9)
V(−)min=V(−)min−ΔVM(−) …(10)
V(−)max=V(−)max+ΔVM(−) …(11)
ECU300は、S14にて推定された電流集中部位の各電位VP(+),VP(−)がそれぞれS21にて拡大された正極保護範囲内および負極保護範囲内に収まるように充放電電流Iを制限する(S15,S16)。
V (+) min = V ( +) min -ΔV M (+) ... (8)
V (+) max = V (+) max + ΔV M (+) (9)
V (-) min = V ( -) min -ΔV M (-) ... (10)
V (−) max = V (−) max + ΔV M (−) (11)
The
このように、本変形例によるECU300は、各極の電流集中部位における金属抵抗に由来する電位変化量ΔVPM(+),ΔVPM(−)に相当する分だけ各極の保護領域を拡大し、電流集中部位における各正極電位VP(+),VP(−)が拡大された各極の保護領域内に収まるように充放電電流Iを制御する。そのため、従来に比べて、金属抵抗由来の電位変化の影響を排除した充放電制御が可能になる。その結果、金属抵抗由来の電位変化の影響によって充放電電流Iが過剰に制限されることを抑制することができる。
As described above, the
なお、本変形例においては、各電位変化量ΔVPM(+),ΔVPM(−)に相当する分だけ各極の保護領域をそれぞれ拡大したが、これに代えて、各電位変化量ΔVPM(+),ΔVPM(−)に相当する分だけ電流集中部位の各電位VP(+),VP(−)を補正するようにしてもよい。たとえば、放電中には電流集中部位の正極電位VP(+)を電位変化量ΔVPM(+)分だけ増加させるとともに電流集中部位の負極電位VP(−)を電位変化量ΔVPM(−)だけ低下させ、充電中には電流集中部位の正極電位VP(+)を電位変化量ΔVPM(+)分だけ低下させるとともに電流集中部位の負極電位VP(−)を電位変化量ΔVPM(−)だけ増加させるようにしてもよい。このようにしても、電流集中部位の各電位VP(+),VP(−)から金属抵抗由来の電位変化の影響を排除することができるため、充放電電流Iを過剰に制限されることを抑制することができる。 In this modification, the protection region of each pole is expanded by an amount corresponding to each potential change amount ΔVP M (+) and ΔVP M (−). Instead, each potential change amount ΔVP M You may make it correct | amend each electric potential VP (+) , VP (-) of an electric current concentration site | part by the part corresponded to (+) , ( DELTA ) VPM (-) . For example, during discharge, the positive electrode potential VP (+) at the current concentration portion is increased by the potential change amount ΔVP M (+) and the negative potential VP (−) at the current concentration portion is increased by the potential change amount ΔVP M (−). During charging, the positive electrode potential VP (+) at the current concentration portion is decreased by the potential change amount ΔVP M (+) and the negative potential VP (−) at the current concentration portion is decreased by the potential change amount ΔVP M (−). You may make it increase only. Even if it does in this way, since the influence of the electric potential change derived from metal resistance can be excluded from each electric potential VP (+) , VP (-) of a current concentration site | part, charging / discharging electric current I is restrict | limited excessively. Can be suppressed.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 車両、10 二次電池システム、50 駆動輪、100 電池ユニット、110 電池セル、112 エンドプレート、114 拘束バンド、116 バスバー、130 正極板、132 正極集電体、134 正極活物質、140 負極板、142 負極集電体、144 負極活物質、150 セパレータ、200 監視ユニット、210 電圧センサ、220 電流センサ、230 温度センサ、300 ECU、310 メモリ。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記二次電池の充放電電流を検出する電流検出部と、
前記充放電電流を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記二次電池の充放電中において、
前記充放電電流を用いて、前記二次電池の内部を流れる電流を前記正極板および前記負極板の延在方向に並ぶ複数の領域ごとに算出し、
前記複数の領域のうちから最大の電流が流れる最大領域を特定し、
前記正極板の前記最大領域に含まれる部位である正極最大部位の電位が所定の正極保護範囲内に収まり、かつ前記負極板の前記最大領域に含まれる部位である負極最大部位の電位が所定の負極保護範囲内に収まるように、前記充放電電流を制御する、二次電池の制御装置。 A control device for a secondary battery having a structure in which a positive electrode plate, a separator and a negative electrode plate are laminated in this order,
A current detector for detecting a charge / discharge current of the secondary battery;
A controller for controlling the charge / discharge current,
The controller is configured to charge / discharge the secondary battery.
Using the charge / discharge current, the current flowing inside the secondary battery is calculated for each of a plurality of regions arranged in the extending direction of the positive electrode plate and the negative electrode plate,
Identify a maximum region through which a maximum current flows from the plurality of regions;
The potential of the positive electrode maximum portion, which is a portion included in the maximum region of the positive electrode plate, falls within a predetermined positive electrode protection range, and the potential of the negative electrode maximum portion, which is a portion included in the maximum region of the negative electrode plate, is predetermined. The control apparatus of a secondary battery which controls the said charging / discharging electric current so that it may be settled in a negative electrode protection range.
前記正極板の金属抵抗に由来する前記正極最大部位の電圧変化量である第1電位変化量を算出し、前記正極最大部位の電位または前記正極保護範囲を前記第1電位変化量を用いて補正するとともに、
前記負極板の金属抵抗に由来する前記負極最大部位の電圧変化量である第2電位変化量を算出し、前記負極最大部位の電位または前記負極保護範囲を前記第2電位変化量を用いて補正する、請求項1に記載の二次電池の制御装置。 The controller is configured to charge / discharge the secondary battery.
A first potential change amount that is a voltage change amount of the maximum positive electrode portion derived from the metal resistance of the positive electrode plate is calculated, and the potential of the positive electrode maximum portion or the positive electrode protection range is corrected using the first potential change amount. And
A second potential change amount that is a voltage change amount of the negative electrode maximum portion derived from the metal resistance of the negative electrode plate is calculated, and the potential of the negative electrode maximum portion or the negative electrode protection range is corrected using the second potential change amount. The control device for a secondary battery according to claim 1.
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