JP2017224522A - Battery system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は電池システムに関し、より特定的には、水素吸蔵合金を負極活物質として含むニッケル水素電池を備えた電池システムに関する。 The present invention relates to a battery system, and more particularly to a battery system including a nickel-metal hydride battery containing a hydrogen storage alloy as a negative electrode active material.
近年、電池システムを搭載した、ハイブリッド車両等の電動車両の普及が進んでいる。これらの電池システムでは、様々な要因によってバッテリの性質(抵抗値、容量値等)が変化し得る。そのため、バッテリの性能の変化の有無(あるいは程度)を判定し、その判定結果に応じて充放電を制御する技術が提案されている。たとえば特開2011−228213号公報(特許文献1)は、リチウムイオン電池の正極板に形成された活物質層中の正極活物質の割れ(クラック)の判定方法を開示する。特許文献1によれば、正極活物質の割れが生じているか否かを、リチウムイオン電池の放電量の積算値の平方根と電池容量との組データをプロットしたグラフを用いて判定する。 In recent years, electric vehicles such as hybrid vehicles equipped with a battery system have been widely used. In these battery systems, the characteristics (resistance value, capacity value, etc.) of the battery can change due to various factors. Therefore, a technique has been proposed in which presence / absence (or degree) of a change in battery performance is determined and charge / discharge is controlled according to the determination result. For example, Japanese Patent Laying-Open No. 2011-228213 (Patent Document 1) discloses a method for determining a crack of a positive electrode active material in an active material layer formed on a positive electrode plate of a lithium ion battery. According to Patent Document 1, whether or not the positive electrode active material is cracked is determined using a graph in which a set data of the square root of the integrated value of the discharge amount of the lithium ion battery and the battery capacity is plotted.
電動車両等に搭載された電池システムでは多くの場合、バッテリを保護するために、バッテリへの充電電力の制御上限値(充電電力上限値)と、バッテリからの放電電力の制御上限値(放電電力上限値)とが定められている。そして、バッテリへの充電電力が充電電力上限値未満となり、かつ、バッテリからの放電電力が放電電力上限値未満となるようにバッテリの充放電が制御される。 In many battery systems installed in electric vehicles, etc., in order to protect the battery, a control upper limit value of charge power to the battery (charge power upper limit value) and a control upper limit value of discharge power from the battery (discharge power) Upper limit value). The charging / discharging of the battery is controlled such that the charging power to the battery is less than the charging power upper limit value and the discharging power from the battery is less than the discharging power upper limit value.
本発明者は、水素吸蔵合金を負極活物質として含むニッケル水素電池では、負極活物質におけるクラックの発生時および進行時の態様が、他の二次電池(たとえばリチウムイオン電池)の負極活物質における態様と異なる点に着目した。詳細は後述するが、本発明者は、負極活物質にクラックが生じ、その量(クラック量)が大きくなるに従ってニッケル水素電池の内部抵抗(より詳細には負極の反応抵抗)が減少することに着目した。 In the nickel-metal hydride battery containing a hydrogen storage alloy as a negative electrode active material, the present inventor determines the mode at the time of occurrence and progress of cracks in the negative electrode active material in the negative electrode active material of another secondary battery (for example, a lithium ion battery). We focused on the differences from the embodiment. Although the details will be described later, the present inventor decided that the internal resistance of the nickel-metal hydride battery (more specifically, the reaction resistance of the negative electrode) decreases as the amount of the negative electrode active material cracks (crack amount) increases. Pay attention.
ニッケル水素電池の内部抵抗が減少すると、充放電時の電圧変化量(たとえば電圧降下量)が小さくなるので、ニッケル水素電池への充電電力が充電電力上限値に到達しにくくなるとともに、ニッケル水素電池からの放電電力が放電電力上限値に到達しにくくなる。負極活物質に生じたクラック量を考慮せずにニッケル水素電池の充放電を行なう場合、各上限値が必要以上に小さく設定されることになり得る。その結果、ニッケル水素電池の充放電が過度に制限され、ニッケル水素電池の性能を十分に発揮させることができない可能性がある。 When the internal resistance of the nickel metal hydride battery decreases, the amount of voltage change during charge / discharge (for example, the amount of voltage drop) decreases, so that the charge power to the nickel metal hydride battery does not easily reach the charge power upper limit, and the nickel metal hydride battery. It becomes difficult for the discharge power from to reach the discharge power upper limit. When charging / discharging a nickel metal hydride battery without considering the amount of cracks generated in the negative electrode active material, each upper limit value may be set to be smaller than necessary. As a result, charging / discharging of the nickel metal hydride battery is excessively limited, and the performance of the nickel metal hydride battery may not be sufficiently exhibited.
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、水素吸蔵合金を負極活物質として含むニッケル水素電池を備えた電池システムにおいて、ニッケル水素電池の性能を発揮させるための技術を提供することである。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and an object thereof is a technique for exerting the performance of a nickel-metal hydride battery in a battery system including a nickel-metal hydride battery containing a hydrogen storage alloy as a negative electrode active material. Is to provide.
本発明のある局面に従う電池システムは、外部機器に電力を供給する。電池システムは、水素吸蔵合金を負極活物質として含むニッケル水素電池と、ニッケル水素電池と外部機器との間で電力を変換する電力変換装置と、ニッケル水素電池への充電電力が充電電力の制御上限値未満となり、かつ、ニッケル水素電池からの放電電力が放電電力の制御上限値未満となるように電力変換装置を制御する制御装置とを備える。制御装置は、ニッケル水素電池に入出力される電流、およびニッケル水素電池の温度から、負極活物質に生じるクラック量に関連する指標値を算出する。制御装置は、指標値が示すクラック量が大きいほど充電電力の制御上限値および放電電力の制御上限値を大きくする。 A battery system according to an aspect of the present invention supplies power to an external device. The battery system includes a nickel metal hydride battery containing a hydrogen storage alloy as a negative electrode active material, a power conversion device that converts electric power between the nickel metal hydride battery and an external device, and a charge power to the nickel metal hydride battery is an upper limit of charge power control. And a control device that controls the power converter so that the discharge power from the nickel metal hydride battery is less than the control upper limit value of the discharge power. The control device calculates an index value related to the amount of cracks generated in the negative electrode active material from the current input to and output from the nickel metal hydride battery and the temperature of the nickel metal hydride battery. The control device increases the control upper limit value of the charging power and the control upper limit value of the discharge power as the crack amount indicated by the index value increases.
上述のようにクラック量が大きいほどニッケル水素電池の内部抵抗が減少するところ、上記構成によれば、クラック量が大きいほど充電電力の制御上限値および放電電力の制御上限値が大きく設定される。これにより、充電電力が充電電力の制御上限値に到達しにくくなるとともに放電電力が放電電力の制御上限値に到達しにくくなるので、ニッケル水素電池の充放電が過度に制限されることが防止される。したがって、ニッケル水素電池の性能を発揮させることができる。 As described above, the internal resistance of the nickel-metal hydride battery decreases as the crack amount increases. According to the above configuration, the control upper limit value of charging power and the control upper limit value of discharge power are set larger as the crack amount increases. This makes it difficult for the charge power to reach the control upper limit value of the charge power and also makes it difficult for the discharge power to reach the control upper limit value of the discharge power, thereby preventing the charge / discharge of the nickel metal hydride battery from being excessively limited. The Therefore, the performance of the nickel metal hydride battery can be exhibited.
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.
以下では、本発明の実施の形態に係る電池システムがハイブリッド車両に搭載される構成を例に説明する。しかし、電池システムの用途は車両用に限定されるものではなく、定置用であってもよい。 Hereinafter, a configuration in which the battery system according to the embodiment of the present invention is mounted on a hybrid vehicle will be described as an example. However, the use of the battery system is not limited to vehicles, and may be stationary.
[本実施の形態]
<電池システムの構成>
図1は、本実施の形態に係る二次電池システムが搭載されたハイブリッド車両の全体構成を概略的に示すブロック図である。車両1は、電池システム2と、モータジェネレータ(MG:Motor Generator)10,20と、動力分割機構30と、エンジン40と、駆動輪50とを備える。電池システム2は、バッテリ100と、システムメインリレー(SMR:System Main Relay)150と、電力制御ユニット(PCU:Power Control Unit)200と、電子制御ユニット(ECU:Electronic Control Unit)300とを備える。
[This embodiment]
<Battery system configuration>
FIG. 1 is a block diagram schematically showing an overall configuration of a hybrid vehicle equipped with a secondary battery system according to the present embodiment. The vehicle 1 includes a battery system 2, motor generators (MG) 10 and 20, a
モータジェネレータ10,20の各々は三相交流回転電機である。モータジェネレータ10は、動力分割機構30を介してエンジン40のクランク軸に連結される。モータジェネレータ10は、エンジン40を始動させる際にはバッテリ100の電力を用いてエンジン40のクランク軸を回転させる。また、モータジェネレータ10はエンジン40の動力を用いて発電することも可能である。モータジェネレータ10によって発電された交流電力は、PCU200により直流電力に変換されてバッテリ100に充電される。また、モータジェネレータ10によって発電された交流電力は、モータジェネレータ20に供給される場合もある。
Each of
モータジェネレータ20は、バッテリ100からの電力およびモータジェネレータ10により発電された電力のうちの少なくとも一方を用いて駆動軸を回転させる。また、モータジェネレータ20は回生制動によって発電することも可能である。モータジェネレータ20によって発電された交流電力は、PCU200により直流電力に変換されてバッテリ100に充電される。
動力分割機構30は、たとえば遊星歯車機構であり、エンジン40のクランク軸、モータジェネレータ10の回転軸、および駆動軸の三要素を機械的に連結する。エンジン40は、ガソリンエンジン等の内燃機関であり、ECU300からの制御信号に応じて車両1が走行するための駆動力を発生する。
PCU200は、バッテリ100とモータジェネレータ10,20との間で電力を変換する。いずれも図示しないが、インバータと、コンバータとを含む。インバータは、一般的な三相インバータである。コンバータは、昇圧動作時にはバッテリ100から供給された電圧を昇圧してインバータに供給する。コンバータは、降圧動作時にはインバータから供給された電圧を降圧してバッテリ100を充電する。SMR150は、バッテリ100とPCU200とを結ぶ電流経路に電気的に接続される。SMR150がECU300からの制御信号に応じて閉成されている場合、バッテリ100とPCU200との間で電力の授受が行なわれ得る。なお、モータジェネレータ10,20は本発明に係る「外部機器」に相当し、PCU200は本発明に係る「電力変換装置」に相当する。
PCU 200 converts electric power between
バッテリ100は、各々がニッケル水素電池である複数のセル101を含む。各セル101の構成については図2にて説明する。バッテリ100には、電圧センサ110と、電流センサ120と、温度センサ130とが設けられる。電圧センサ110は、バッテリ100の電圧Vbを検出する。電流センサ120は、バッテリ100に入出力される電流Ibを検出する。温度センサ130は、バッテリ100の温度Tbを検出する。各センサは、その検出結果をECU300に出力する。ECU300は、各センサによる検出結果に基づいてバッテリ100のSOC(State Of Charge)を算出する。
The
ECU300は、CPU(Central Processing Unit)301と、メモリ302と、入出力バッファ(図示せず)と等を含んで構成される。ECU300は、各センサから受ける信号、ならびにメモリ302に記憶されたマップおよびプログラムに基づいて、車両1が所望の状態となるように各機器を制御する。ECU300により実行される主要な制御としてバッテリ100の充放電制御が挙げられる。たとえば、ECU300は、バッテリ100の保護を目的として、バッテリ100への充電電力が充電電力上限値(制御上限値)Win未満となり、かつバッテリ100からの放電電力が放電電力上限値(制御上限値)Wout未満となるようにバッテリ100の充放電を制御する。この充放電制御については後に詳細に説明する。
The
図2は、バッテリ100に含まれるセル101の構成を示す図である。各セル101の構成は共通であるため、図2では1つのセル101のみを代表的に示す。セル101は、たとえば角形密閉式のセルであり、ケース102と、ケース102に設けられた安全弁103と、ケース102内に収容された電極体104および電解液(図示せず)とを含む。なお、図2ではケース102の一部を透視して電極体104を示す。
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the
ケース102は、いずれも金属からなるケース本体および蓋体を含み、蓋体がケース本の開口部上で全周溶接されることにより密閉される。安全弁103は、ケース102内部の圧力が所定値を超えると、ケース102内部のガス(水素ガス等)の一部を外部に排出する。電極体104は、正極板と、負極板と、セパレータとを含む。正極板は袋状のセパレータ内に挿入されており、セパレータ内に挿入された正極板と、負極板とが交互に積層されている。正極板および負極板は、図示しない正極端子および負極端子にそれぞれ電気的に接続される。
The
電極体104および電解液の材料としては従来公知の各種材料を用いることができる。本実施の形態においては、一例として、正極板には、水酸化ニッケル(Ni(OH)2またはNiOOH)を含む正極活物質層と、発泡ニッケルなどの活物質支持体とを含む電極板が用いられる。負極板には、水素吸蔵合金(たとえばLaNi5またはReNi5)を負極活物質として含む電極板が用いられる。セパレータには、親水化処理された合成繊維からなる不織布が用いられる。電解液には、水酸化カリウム(KOH)または水酸化ナトリウム(NaOH)などを含むアルカリ水溶液が用いられる。
Various conventionally known materials can be used as the material for the
<負極活物質におけるクラックの発生>
ニッケル水素電池の負極活物質として一般的に用いられる水素吸蔵合金では、ニッケル水素電池の充放電に伴って負極活物質内に水素濃度の偏り(分布)が生じ得る。負極活物質内における局所的な水素量(プロトン量)が異なることで、局所的な体積変化量も異なることになり、その結果、結晶格子内に歪みが生じて応力が発生し得る。このように負極活物質内に発生する応力が負極活物質の機械的な限界強度を超過することでクラックが生じ得る。このクラックについて、リチウムイオン電池の負極活物質内に生じるクラックと比較しながら以下に説明する。
<Occurrence of cracks in the negative electrode active material>
In a hydrogen storage alloy that is generally used as a negative electrode active material of a nickel metal hydride battery, an unevenness (distribution) of hydrogen concentration may occur in the negative electrode active material as the nickel hydride battery is charged and discharged. When the local hydrogen amount (proton amount) in the negative electrode active material is different, the local volume change amount is also different. As a result, distortion may occur in the crystal lattice and stress may be generated. As described above, the stress generated in the negative electrode active material exceeds the mechanical limit strength of the negative electrode active material, and thus cracks may occur. This crack will be described below in comparison with a crack generated in the negative electrode active material of the lithium ion battery.
図3は、二次電池の負極活物質内にて生じるクラックを説明するための図である。図3(A)はリチウムイオン電池の負極活物質4(たとえばグラファイトまたはシリコン)を模式的に示し、図3(B)はニッケル水素電池の負極活物質(たとえばLaNi5)を模式的に示す。 FIG. 3 is a diagram for explaining a crack generated in the negative electrode active material of the secondary battery. 3A schematically shows a negative electrode active material 4 (for example, graphite or silicon) of a lithium ion battery, and FIG. 3B schematically shows a negative electrode active material of a nickel metal hydride battery (for example, LaNi 5 ).
図3(A)に示すように、リチウムイオン電池の負極活物質4には被膜(SEI(Solid Electrolyte Interphase)膜)42が形成される。リチウムイオン電池の充放電による負極活物質4内のリチウム濃度の偏りおよび負極活物質4の体積に伴って負極活物質4にクラック41が生じると、新たな表面が露出する。露出した表面には、負極活物質4と電解液との反応により新たな被膜42が形成される。その結果、リチウムイオン電池の内部抵抗(より詳細には負極の反応抵抗)が増加し得る。
As shown in FIG. 3A, a coating (SEI (Solid Electrolyte Interphase) film) 42 is formed on the negative electrode
これに対し、図3(B)に示すように、ニッケル水素電池の負極活物質5にクラック51が生じて新たな表面が露出しても被膜形成の影響は極めて小さい。すなわち、ニッケル水素電池では、単に電池反応に寄与し得る負極活物質5の反応表面積が増加することになるので、内部抵抗(より詳細には負極の反応抵抗)が減少する。
On the other hand, as shown in FIG. 3B, even if a
負極活物質5に生じたクラック51の量(クラック量)は、以下のようにクラック指標値Xを用いて表すことができる。なお、クラック量には、クラック51の数およびクラック51の深さの両方を含み得る。
The amount (crack amount) of the
図4は、クラック指標値Xの算出処理を説明するための図である。図4において、横軸は経過時間を表し、縦軸は負極活物質5内に作用する応力Fsを表す。応力Fsが負極活物質5の機械的な限界強度(典型的には引っ張り限界強度)Flimを上回るとクラック51が発生すると考えられる。したがって、斜線を付して示すように、応力Fsが限界強度Flimを上回った量である超過量(言い換えるとダメージ量)ΔFの時間積分を行なうことにより、所定期間内でのクラックによるダメージの進行度合いを算出することができる。
FIG. 4 is a diagram for explaining a calculation process of the crack index value X. In FIG. 4, the horizontal axis represents elapsed time, and the vertical axis represents stress Fs acting on the negative electrode
より詳細には、下記式(1)に示すように、時刻t1から期間Δtだけ経過した時刻t2におけるクラック指標値X(t2)は、Δtの間に増加したクラック指標値(増加量)ΔXを時刻t1におけるクラック指標値X(t1)に加算することによって算出される。
X(t2)=X(t1)+ΔX ・・・(1)
More specifically, as shown in the following formula (1), the crack index value X (t2) at time t2 after a period Δt from time t1 is the crack index value (increase amount) ΔX increased during Δt. It is calculated by adding to the crack index value X (t1) at time t1.
X (t2) = X (t1) + ΔX (1)
上記式(1)において、増加量ΔXは、時刻t2(または時刻t1)における応力の超過量ΔFに基づく単位時間当たりのクラック発生係数kに期間Δtを乗算することにより算出することができる(下記式(2)参照)。
ΔX=k×Δt ・・・(2)
In the above formula (1), the increase amount ΔX can be calculated by multiplying the crack generation coefficient k per unit time based on the stress excess amount ΔF at time t2 (or time t1) by the period Δt (below). (Refer Formula (2)).
ΔX = k × Δt (2)
応力の超過量ΔFと単位時間当たりのクラック発生係数kとの関係は、バッテリ100の電流Ibと温度Tbとの組合せ(Ib,Tb)が異なる様々な条件下でバッテリ100の耐久試験を事前に実施することにより定量化することができる。以下、この定量化の手法についてより詳細に説明する。
The relationship between the stress excess ΔF and the crack generation coefficient k per unit time is determined in advance by performing an endurance test of the
様々な条件下での耐久試験を実施した後にバッテリ100を解体し、負極活物質5をSEM(Scanning Electron Microscope)を用いて観察したり、種々の画像処理を行なったりすることによって、バッテリ100の条件の組合せ(Ib,Tb)に応じたクラック発生量を定量化することができる。一方、各組合せ(Ib,Tb)における耐久試験中、負極活物質5内に発生する応力Fsは、モデル式の錬成(たとえば拡散方程式での水素濃度分布計算とフックの法則での応力計算とを錬成)などにより算出することが可能である。すなわち、上述の耐久試験後のSEM観察または画像処理などにおけるクラック発生判定結果から限界強度Flimを規定することができ、それにより、応力Fsが限界強度Flimを超過した量(ΔF)と単位時間当たりのクラック発生係数kとの関係を事前に規定することができる。ただし、限界強度Flimは、理論的な材料物性(たとえば引っ張り強度限界)に基づいて決定してもよい。このようにして事前に規定した超過量ΔFと単位時間当たりのクラック発生係数kとの相関関係をマップMP1(または関係式)として予め準備し、メモリ302に記憶させておくことができる。
The
また、上述の物質拡散と応力予測とを錬成させたモデル式をECU300に実装しておくことで、車両1上において、任意の走行条件下で発生した応力Fsを制御周期に合わせて算出することが可能となる。応力Fsと限界強度Flimとの差分である超過量ΔFを逐次算出することで、マップMP1の参照によりクラック発生係数kを算出することができる。応力Fsが限界強度Flim以下の場合、超過量ΔFは0となり、クラック発生係数kも0となるので、クラックの発生は進行していないと判定される。
In addition, a model formula obtained by refining the above-described material diffusion and stress prediction is mounted on the
<クラック指標値に応じた上限値の設定>
バッテリ100の内部抵抗が減少すると、充放電時の電圧変化量が小さくなるので、充電電力が充電電力上限値Winに到達しにくくなるとともに、ニッケル水素電池からの放電電力が放電電力上限値Woutに到達しにくくなる。クラック量を考慮せずにバッテリ100の充放電を行なう場合、各上限値(Win,Wout)が必要以上に小さく設定されることになり得る。その結果、バッテリ100の充放電が過度に制限され、バッテリ100の性能を十分に発揮させることができない可能性がある。
<Setting of upper limit value according to crack index value>
When the internal resistance of the
そこで、本実施の形態においては、以下に説明するように、クラック指標値Xにより示されるクラック量が大きいほど充電電力上限値Winおよび放電電力上限値Woutを大きく設定する。 Therefore, in the present embodiment, as described below, the charging power upper limit Win and the discharging power upper limit Wout are set larger as the crack amount indicated by the crack index value X is larger.
図5は、本実施の形態におけるバッテリ100の充電電力上限値Winおよび放電電力上限値Woutの設定処理を説明するためのタイムチャートである。図5において、横軸は経過時間を示す。初期時刻(0)は、たとえばバッテリ100の製造直後の時刻である。縦軸は、上から順にクラック指標値X、バッテリ100の内部抵抗(より詳細には負極の反応抵抗)、および放電電力上限値Wout(上方が増加方向である)および充電電力上限値Win(下方が増加方向である)を示す。
FIG. 5 is a time chart for explaining the setting processing of charging power upper limit value Win and discharging power upper limit value Wout of
図5に示すように、クラック指標値Xが増加するに従ってバッテリ100の内部抵抗は減少する。したがって、本実施の形態においては、クラック指標値Xが増加するに従って放電電力上限値Woutを増加させるとともに充電電力上限値Winを増加させる。すなわち、負極活物質5におけるクラック量が大きいほど放電電力上限値Wout(の絶対値)および充電電力上限値Win(の絶対値)を大きくする。図5に一例を示すような相関関係がマップMP2としてECU300のメモリ302に記憶される。
As shown in FIG. 5, the internal resistance of the
<充放電制御フロー>
図6は、バッテリ100の充電電力上限値Winおよび放電電力上限値Woutの設定処理を説明するためのフローチャートである。このフローチャートは、所定条件成立時または所定時間間隔毎にメインルーチンから呼び出されて実行される。なお、これらのフローチャートに含まれる各ステップ(以下「S」と略す)は、基本的にはECU300によるソフトウェア処理によって実現されるが、ECU300内に作製された専用のハードウェア(電気回路)によって実現されてもよい。
<Charge / discharge control flow>
FIG. 6 is a flowchart for explaining the setting process of the charging power upper limit value Win and the discharging power upper limit value Wout of the
図6に示すフローチャートの処理が繰り返し実行されることにより、クラック指標値Xが順次更新される。このフローチャートはn回目の演算処理を示し、(n−1)回目(前回)の処理時までのクラック指標値X(n−1)がメモリ302に記憶されているものとする。
The crack index value X is sequentially updated by repeatedly executing the processing of the flowchart shown in FIG. This flowchart shows the nth calculation process, and it is assumed that the crack index value X (n−1) until the (n−1) th (previous) process is stored in the
S10において、ECU300は、バッテリ100に設けられた各センサから電圧Vb、電流Ibおよび温度Tbを取得する。また、ECU300は、電圧VbからOCVを算出する。なお、ここではOCVをパラメータとして含む例について説明するが、OCVは応力推定に必須のパラメータではない。
In S10,
S20において、ECU300は、S10にて取得したOCV、電流Ibおよび温度Tbから上述のモデル式を利用することで応力Fsを算出する。この算出手法については既に説明したため、詳細な説明は繰り返さない。
In S20,
S30において、ECU300は、限界強度Flimに対する応力Fsの超過量ΔFからマップMP1を参照することでクラック発生係数kを算出し、それを用いて今回のクラック発生量ΔX(n)を算出する。上記式(2)にて説明したように、今回のクラック発生量ΔX(n)は、超過量ΔFと超過期間との積として算出することができる。
In S30, the
S40において、今回(n回目)の演算処理までのクラック指標値X(n)を算出する。クラック指標値X(n)は、下記式(3)に示すように、今回の演算処理におけるクラック発生量ΔX(n)を前回((n−1)回目)の演算処理までのクラック指標値X(n−1)に加算することにより算出することができる。
X(n)=X(n−1)+ΔX(n) ・・・(3)
In S40, a crack index value X (n) up to the current (n-th) calculation process is calculated. As shown in the following formula (3), the crack index value X (n) is the crack index value X up to the previous ((n-1) th) calculation process by calculating the crack generation amount ΔX (n) in the current calculation process. It can be calculated by adding to (n-1).
X (n) = X (n−1) + ΔX (n) (3)
S50において、ECU300は、マップMP2(図5参照)を参照して、S40にて算出したクラック指標値X(n)に応じて充電電力上限値Winおよび放電電力上限値Woutを設定する。これにより、負極活物質5におけるクラック量が大きいほど充電電力上限値Winおよび放電電力上限値Woutが大きく設定される。
In S50, with reference to map MP2 (see FIG. 5),
以上のように、本実施の形態によれば、水素吸蔵合金を負極活物質5として含むバッテリ100を備えた電池システム2において、負極活物質5に生じたクラック量(クラックの数または深さ)が大きいほど充電電力上限値Winおよび放電電力上限値Woutが大きく設定される。これにより、充電電力が充電電力上限値Winに到達しにくくなるとともに放電電力が放電電力上限値Woutに到達しにくくなるので、バッテリ100の内部抵抗が減少しているにもかかわらずバッテリ100の充放電が過度に制限されることが防止される。したがって、バッテリ100の性能を発揮させることができる。言い換えれば、バッテリ100を、その性能の限界まで活用する(最大限発揮させる)ことが可能になる。
As described above, according to the present embodiment, in the battery system 2 including the
なお、以上の実施の形態では引っ張り強度を用いる例について説明した。一般的には、負極活物質のクラックの有無を判定するために用いられるパラメータは引っ張り強度と考えられるものの、引っ張り強度に加えて(または代えて)圧縮強度の影響を考慮してもよい。引っ張り強度および圧縮強度の両方の影響を考慮することによって、より高精度にクラックの発生の有無を判定することが可能となる。 In the above embodiment, the example using the tensile strength has been described. In general, although the parameter used for determining the presence or absence of cracks in the negative electrode active material is considered to be tensile strength, the influence of compressive strength may be considered in addition to (or instead of) tensile strength. By considering the influence of both tensile strength and compressive strength, it is possible to determine the presence or absence of cracks with higher accuracy.
また、図5では充電電力上限値Winおよび放電電力上限値Woutの両方を制限する構成を例に説明したが、充電電力上限値Winおよび放電電力上限値Woutのうちのいずれか一方のみを制限してもよい。 Further, in FIG. 5, the configuration that limits both the charging power upper limit value Win and the discharging power upper limit value Wout has been described as an example. However, only one of the charging power upper limit value Win and the discharging power upper limit value Wout is limited. May be.
さらに、バッテリ100の充放電の途中に充放電を休止する休止期間を設けてもよい。休止期間中には負極活物質5内の水素濃度の偏りが緩和され、その結果として負極活物質5内の結晶格子の歪みが緩和されるので、負極活物質5内にクラックが生じにくくなるためである。あるいは、水素濃度の偏りの緩和を促進するために、積極的にバッテリ100の充放電を行なってもよい。すなわち、バッテリ100の充電時と放電時とでは負極活物質5内の水素濃度の偏りの発生方向が反対であるため、たとえばバッテリ100の放電を一定時間行なった後には逆に充電を行なうことにより、水素濃度の偏りを緩和することができる。その結果、クラックの発生を抑制することができる。
Furthermore, you may provide the idle period which pauses charging / discharging in the middle of charging / discharging of the
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、上記した実施の形態の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 shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims for patent, and is intended to include meanings equivalent to the scope of claims for patent and all modifications within the scope.
1 車両、2 二次電池システム、4,5 負極活物質、10,20 モータジェネレータ、30 動力分割機構、40 エンジン、41,51 クラック、42 被膜、50 駆動輪、100 バッテリ、101 セル、102 ケース、103 安全弁、104 電極体、110 電圧センサ、120 電流センサ、130 温度センサ、150 SMR、200 PCU、300 ECU、301 CPU、302 メモリ。 1 vehicle, 2 secondary battery system, 4, 5 negative electrode active material, 10, 20 motor generator, 30 power split mechanism, 40 engine, 41, 51 crack, 42 coating, 50 driving wheel, 100 battery, 101 cell, 102 case , 103 Safety valve, 104 Electrode body, 110 Voltage sensor, 120 Current sensor, 130 Temperature sensor, 150 SMR, 200 PCU, 300 ECU, 301 CPU, 302 Memory.
Claims (1)
水素吸蔵合金を負極活物質として含むニッケル水素電池と、
前記ニッケル水素電池と前記外部機器との間で電力を変換する電力変換装置と、
前記ニッケル水素電池への充電電力が前記充電電力の制御上限値未満となり、かつ、前記ニッケル水素電池からの放電電力が前記放電電力の制御上限値未満となるように前記電力変換装置を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記ニッケル水素電池に入出力される電流、および前記ニッケル水素電池の温度から、前記負極活物質に生じるクラック量に関連する指標値を算出し、
前記指標値が示す前記クラック量が大きいほど前記充電電力の制御上限値および前記放電電力の制御上限値を大きくする、電池システム。 A battery system for supplying power to an external device,
A nickel metal hydride battery containing a hydrogen storage alloy as a negative electrode active material;
A power conversion device that converts power between the nickel metal hydride battery and the external device;
Control for controlling the power converter so that charging power to the nickel-metal hydride battery is less than a control upper limit value of the charging power, and discharge power from the nickel-metal hydride battery is less than a control upper limit value of the discharge power. With the device,
The controller is
From the current input to and output from the nickel metal hydride battery and the temperature of the nickel metal hydride battery, calculate an index value related to the amount of cracks generated in the negative electrode active material,
The battery system, wherein the control upper limit value of the charging power and the control upper limit value of the discharge power are increased as the crack amount indicated by the index value increases.
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