JP2019132696A

JP2019132696A - 全固体電池の制御装置

Info

Publication number: JP2019132696A
Application number: JP2018014930A
Authority: JP
Inventors: 基史磯野; Motofumi Isono
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-01-31
Filing date: 2018-01-31
Publication date: 2019-08-08

Abstract

【課題】全固体電池のＳＯＣを好適に推定する。【解決手段】全固体電池の制御装置は、充電状態と開放電圧との関係が、充電時と放電時とでヒステリシスを有する全固体電池（１０）を制御する。全固体電池の制御装置は、全固体電池の温度、直流抵抗、及び充電状態の関係を記憶する記憶手段（１３０）と、全固体電池の温度を取得する温度取得手段（１１０）と、全固体電池の直流抵抗を取得する抵抗取得手段（１２０）と、取得された温度及び取得された直流抵抗、並びに記憶された関係に基づいて、全固体電池の充電状態を推定する推定手段（１４０）とを備える。【選択図】図３

Description

本発明は、例えば車両等に搭載される全固体電池の制御装置の技術分野に関する。

電池の電圧等に基づいて充電状態（ＳＯＣ：ＳｔａｔｅＯｆＣｈａｒｇｅ）を推定する技術が知られている。例えば特許文献１では、予め決められたパターンで充電又は放電を行った際のＣＣＶ（ＣｌｏｓｅｄＣｉｒｃｕｉｔＶｏｌｔａｇｅ）を測定し、ＣＣＶとＳＯＣとが関連付けられたモード情報を参照することにより、ＳＯＣを推定するという技術が開示されている。特許文献２では、車両に搭載した電池のＳＯＣを推定する際に、蓄電ブロックの電圧に基づいてＳＯＣを補正するという技術が開示されている。特許文献３では、外部充電可能な車両に搭載した電池のＳＯＣを推定する際に、電池の分極を考慮する技術が開示されている。

特開２０１４−１３９５２１号公報特開２０１２−０２９３４９号公報特開２０１５−１３９３４６号公報

本発明者の研究するところによれば、例えば負極にシリコンを用いた全固体電池は、ＳＯＣ−ＯＣＶ（ＯｐｅｎＣｉｒｃｕｉｔＶｏｌｔａｇｅ）特性において、充電側と放電側とでヒステリシスが大きくなることが判明している。このため、全固体電池のＳＯＣについては、電池のＯＣＶから正確な値を推定することが難しい。

また、特許文献１に記載の技術では、ヒステリシスを有する電池のＳＯＣを推定できるとされているが、そのためには、予め決められたパターンで電池の充電及び放電を行う必要があるため、例えば車両に搭載された電池のＳＯＣを推定できるタイミングは限られてしまう。具体的には、車両の走行中には電池の充放電のパターンを予測することが難しい（走行状態に応じて適宜充電及び放電が実行される）ため、特許文献１に記載の技術では、電池のＳＯＣを推定することができない。

なお、ハイブリッド車両であれば、エンジン走行中に電池だけ所定のパターンで充放電させることも可能であるが、本来必要でない充放電を行うことになるため、燃費が悪化してしまう。

本発明は、例えば上記問題点に鑑みてなされたものであり、全固体電池のＳＯＣを好適に推定することが可能な全固体電池の制御装置を提供することを課題とする。

本発明に係る全固体電池の制御装置の一態様では、充電状態と開放電圧との関係が、充電時と放電時とでヒステリシスを有する全固体電池の制御装置であって、前記全固体電池の温度、直流抵抗、及び充電状態の関係を記憶する記憶手段と、前記全固体電池の温度を取得する温度取得手段と、前記全固体電池の直流抵抗を取得する抵抗取得手段と、前記取得された温度及び前記取得された直流抵抗、並びに前記記憶された関係に基づいて、前記全固体電池の充電状態を推定する推定手段とを備える。

本実施形態に係る全固体電池の制御装置の構成を示すブロック図である。全固体電池のＳＯＣ−ＯＣＶ特性のヒステリシスを示すグラフである。全固体電池の直流抵抗とＳＯＣとの関係を温度別に示すマップである。本実施形態に係る全固体電池の制御装置の動作の流れを示すフローチャートである。

以下、図面を参照して全固体電池の制御装置の実施形態について説明する。

＜装置構成＞
まず、本実施形態に係る全固体電池の制御装置の構成について、図１を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る全固体電池の制御装置の構成を示すブロック図である。

図１に示すように、本実施形態に係る全固体電池の制御装置は、車両に搭載される全固体電池１０を制御するコントロールユニットであるＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）１００として構成されている。ＥＣＵ１００は、その機能を実現するための処理ブロックとして、温度取得部１１０、直流抵抗取得部１２０、記憶部１３０、及びＳＯＣ推定部１４０を備えている。

温度取得部１１０は、例えば全固体電池１０に設けられた温度センサ等を利用して、全固体電池１０の温度を取得する。温度取得部１１０で取得された全固体電池１０の温度は、ＳＯＣ推定部１４０に出力される構成となっている。なお、温度取得部１１０は、後述する付記における「温度取得手段」の一具体例である。

直流抵抗取得部１２０は、例えば全固体電池１０の電圧変動等に基づいて、全固体電池１０の直流抵抗を取得する。直流抵抗取得部１２０で取得された全固体電池１０の直流抵抗は、ＳＯＣ推定部１４０に出力される構成となっている。なお、直流抵抗取得部１２０は、後述する付記における「抵抗取得手段」の一具体例である。

記憶部１３０は、全固体電池１０の温度、直流抵抗、及びＳＯＣの関係を示すマップを記憶している。このマップは、事前のシミュレーション等によって予め設定されるものであり、ＳＯＣ推定部１４０により適宜読み出し可能となっている。なお、記憶部１３０は、後述する付記における「記憶手段」の一具体例である。

ＳＯＣ推定部１４０は、温度取得部１１０で取得された全固体電池１０の温度、直流抵抗取得部１２０で取得された全固体電池１０の直流抵抗、及び記憶部１３０から読み出したマップに基づいて、全固体電池１０のＳＯＣを推定する。ＳＯＣ推定部１４０は、後述する付記における「推定手段」の一具体例である。

＜全固体電池の特性＞
次に、全固体電池１０の特性（特に、ＳＯＣ特性）について、図２及び図３を参照して説明する。図２は、全固体電池のＳＯＣ−ＯＣＶ特性のヒステリシスを示すグラフである。図３は、全固体電池の直流抵抗とＳＯＣとの関係を温度別に示すマップである。

図２に示すように、全固体電池１０（即ち、電解質が固体である電池）は、ＳＯＣ−ＯＣＶ特性に、充電側と放電側とで大きなヒステリシスを有する。即ち、充電時と放電時とでは、ＳＯＣとＯＣＶとの関係が大きく変化する。なお、全固体電池１０の一例としては、正極活物質がＬｉＮｉ_１／３Ｃｏ_１／３Ｍｎ_１／３Ｏ_２、負極活物質がＳｉ、電解質がＬｉ_３ＰＳ_４で構成されるものが挙げられる。

図３に示すように、全固体電池１０のＳＯＣは、直流抵抗及び温度にも依存している。具体的には、ＳＯＣが低いほど直流抵抗は高くなる傾向があり、温度が低いほど直流抵抗の変化に対するＳＯＣの変化の割合も小さくなる。このような全固体電池１０の温度、直流抵抗、及びＳＯＣの関係は、図２で示したＯＣＶとの関係のように、充電側及び放電側で差はない（即ち、充放電時のヒステリシスを有しない）。従って、全固体電池１０の温度及び直流抵抗が分かれば、それらの値からＳＯＣも一意に決まる。

電池のＳＯＣは、ＯＣＶを用いて推定されることがあるが、図２のようなヒステリシスを有する全固体電池１０では、ＯＣＶから正確なＳＯＣを推定することが難しい。このため、本実施形態に係る全固体電池の制御装置（即ち、ＥＣＵ１００）は、以下で詳述するように、図３に示した温度、直流抵抗及びＳＯＣの関係を利用して、全固体電池１０のＳＯＣを推定する。

＜動作説明＞
本実施形態に係る全固体電池の制御装置の動作（特に、全固体電池１０のＳＯＣを推定するための動作）について、図４を参照して説明する。図４は、本実施形態に係る全固体電池の制御装置の動作の流れを示すフローチャートである。

図４に示すように、全固体電池１０のＳＯＣを推定する際には、まず温度取得部１１０が全固体電池１０の温度を取得する（ステップＳ１１）。続いて、直流抵抗取得部１２０が全固体電池１０の直流抵抗を取得する（ステップＳ１２）。温度取得部で取得された全固体電池１０の温度、及び直流抵抗取得部１２０で取得された全固体電池１０の直流抵抗は、ＳＯＣ推定部１４０にそれぞれ出力される。

ＳＯＣ出力部１４０は、全固体電池１０の温度及び直流抵抗が入力されると、記憶部１３０から、全固体電池１０の温度、直流抵抗、及びＳＯＣの関係を示すマップ（図３参照）を読み出す。そして、入力された全固体電池１０の温度及び直流抵抗、並びに読み出したマップが示す関係に基づいて、全固体電池１０のＳＯＣを推定する。

以上説明したように、本実施形態に係る全固体電池の制御装置によれば、全固体電池１０の温度及び直流抵抗に基づいて、全固体電池１０のＳＯＣが推定される。全固体電池１０の温度、直流抵抗、及びＳＯＣの関係は、図３で示したように、充電側と放電側とでヒステリシスを有しない。従って、ＳＯＣ−ＯＣＶ特性に大きなヒステリシスを有する電池であっても、正確にＳＯＣを推定することができる。

なお、図３に示す全固体電池１０の温度、直流抵抗、及びＳＯＣの関係は、全固体電池１０の劣化によって変化する。よって、正確なＳＯＣを推定し続けるために、全固体電池１０の劣化度に応じて（例えば、所定期間が経過する毎に）マップが更新されるようにしてもよい。具体的には、全固体電池１０を満充電した後の放電時の挙動から直流抵抗を算出すれば、現時点での劣化度に応じてマップを更新することができる。

＜付記＞
以上説明した実施形態から導き出される発明の各種態様を以下に説明する。

（付記１）
付記１に記載の全固体電池の制御装置は、充電状態と開放電圧との関係が、充電時と放電時とでヒステリシスを有する全固体電池の制御装置であって、前記全固体電池の温度、直流抵抗、及び充電状態の関係を記憶する記憶手段と、前記全固体電池の温度を取得する温度取得手段と、前記全固体電池の直流抵抗を取得する抵抗取得手段と、前記取得された温度及び前記取得された直流抵抗、並びに前記記憶された関係に基づいて、前記全固体電池の充電状態を推定する推定手段とを備える。

付記１に記載の全固体電池の制御装置によれば、全固体電池の温度及び直流抵抗に基づいて、電池の充電状態が推定される。本願発明者の研究するところによれば、全固体電池のように充電状態と開放電圧との関係（言い換えれば、ＳＯＣ−ＯＣＶ特性）が、充電時と放電時とでヒステリシスを有する（即ち、比較的大きい差がある）場合であっても、全固体電池の温度、直流抵抗、及び充電状態の関係は一定であることが判明している。よって、予め全固体電池の温度、直流抵抗、及び充電状態の関係の記憶しておけば、全固体電池の温度及び直流抵抗に基づいて、電池の充電状態を正確に推定することが可能である。

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う全固体電池の制御装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

１０全固体電池
１００ＥＣＵ
１１０温度取得部
１２０直流抵抗取得部
１３０記憶部
１４０ＳＯＣ推定部

Claims

充電状態と開放電圧との関係が、充電時と放電時とでヒステリシスを有する全固体電池の制御装置であって、
前記全固体電池の温度、直流抵抗、及び充電状態の関係を記憶する記憶手段と、
前記全固体電池の温度を取得する温度取得手段と、
前記全固体電池の直流抵抗を取得する抵抗取得手段と、
前記取得された温度及び前記取得された直流抵抗、並びに前記記憶された関係に基づいて、前記全固体電池の充電状態を推定する推定手段と
を備えることを特徴とする全固体電池の制御装置。