JP2019175704A - Charge control device, power storage device, charge control method for power storage element, and computer program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、蓄電素子の充電を制御する充電制御装置、蓄電装置、蓄電素子の充電制御方法、及びコンピュータプログラムに関する。 The present invention relates to a charge control device that controls charging of a power storage element, a power storage device, a charge control method for a power storage element, and a computer program.
リチウムイオン二次電池等の蓄電素子は、ノートパソコン、携帯電話機、及びシェーバー等のモバイル機器の電源として用いられてきた。近年、EV(電気自動車)、HEV(ハイブリッド電気自動車)、PHEV(プラグインハイブリッド電気自動車)の電源等、幅広い分野で使用されており、更なる高エネルギー密度化が求められている。 Storage elements such as lithium ion secondary batteries have been used as power sources for mobile devices such as notebook computers, mobile phones, and shavers. In recent years, it has been used in a wide range of fields such as EV (electric vehicle), HEV (hybrid electric vehicle), and PHEV (plug-in hybrid electric vehicle) power supplies, and further higher energy density is required.
従来、正極活物質として層状岩塩型リチウム遷移金属酸化物(以下、層状酸化物という)が用いられており、蓄電素子の高エネルギー密度化を実現するために組成の検討が行われている。即ち、同じ充電上限電圧に達するまでのLiの引抜き量を多くし、充電容量を大きくすることが図られている。層状酸化物のうち、例えばLix (Nia Cob Mnc )O2 (a+b+c=1、0<x≦1.1)で表されるNCMの場合、Niの含有比率を高くして、蓄電素子の充電上限電圧を上げることなく、前記Liの引抜き量を多くし、高容量化を図っている。
しかし、Liの引抜き量を多くした層状酸化物を用いた蓄電素子は、低SOC(State of Charge)側及び高SOC側において、正極に起因して蓄電素子の抵抗が増加する傾向がある。
Conventionally, a layered rock-salt type lithium transition metal oxide (hereinafter referred to as a layered oxide) has been used as a positive electrode active material, and a composition has been studied in order to realize a high energy density of a power storage device. That is, it is intended to increase the charging capacity by increasing the amount of Li extracted until the same upper limit charging voltage is reached. Of layered oxide, for example, in the case of NCM represented by Li x (Ni a Co b Mn c) O 2 (a + b + c = 1,0 <x ≦ 1.1), by increasing the content of Ni, the power storage Without increasing the upper limit charging voltage of the device, the amount of Li extracted is increased to increase the capacity.
However, a storage element using a layered oxide with a large amount of Li extracted tends to increase the resistance of the storage element due to the positive electrode on the low SOC (State of Charge) side and the high SOC side.
近年、蓄電素子の急速充電性能の改良が要求されている。充電の方式としては、CC−CV(Constant Current −Constant Voltage)充電(例えば特許文献1等)、及び多段CC充電(例えば特許文献2等)等がある。CC−CV充電においては、一定の電流で充電する定電流充電を行った後、端子電圧が充電上限電圧付近の値を維持するように充電電流を徐々に減少させる定電圧充電を行う。多段CC(Constant Current)充電においては、定電流で規定の充電電圧まで充電を行った後、充電電流を段階的に低減させた状態でCC充電を行う。 In recent years, there has been a demand for improvement in rapid charging performance of power storage elements. Examples of the charging method include CC-CV (Constant Current-Constant Voltage) charging (for example, Patent Document 1), multi-stage CC charging (for example, Patent Document 2), and the like. In CC-CV charging, after performing constant current charging in which charging is performed at a constant current, constant voltage charging is performed in which the charging current is gradually decreased so that the terminal voltage maintains a value near the charging upper limit voltage. In multi-stage CC (Constant Current) charging, after charging to a specified charging voltage with a constant current, CC charging is performed with the charging current reduced stepwise.
上述の層状酸化物を正極活物質に用い、特許文献1及び2等の充電を行った場合、低SOC側又は高SOC側において抵抗が増加するため、抵抗の増大に伴う発熱により、蓄電素子が劣化するという問題がある。
When the above layered oxide is used as the positive electrode active material and charging is performed in
本発明は、充電時に、抵抗の増大に伴う発熱により蓄電素子が劣化することが抑制された充電制御装置、蓄電装置、蓄電素子の充電制御方法、及びコンピュータプログラムを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a charge control device, a power storage device, a charge control method for a power storage element, and a computer program in which deterioration of the power storage element due to heat generation due to an increase in resistance during charging is suppressed.
本発明に係る蓄電素子の充電制御装置は、Lix (NiaMnbCoc Md )O2 (MはLi,Ni,Mn,Co以外の金属元素、0≦a≦1、0≦b<1、0≦c<1、a+b+c+d=1、0<x≦1.1、a,cは同時に0でない)で表される正極活物質を有する蓄電素子の充電時の電流を取得する第1取得部と、前記電流に基づいて前記蓄電素子の発熱量を算出する第1算出部と、前記発熱量に基づいて、前記蓄電素子の温度が所定の範囲に入るように、電流を制御する制御部とを備える。 The charge control device for a power storage device according to the present invention has Li x (Ni a Mn b Co c M d ) O 2 (M is a metal element other than Li, Ni, Mn, Co, 0 ≦ a ≦ 1, 0 ≦ b). <1, 0 ≦ c <1, a + b + c + d = 1, 0 <x ≦ 1.1, and a and c are not 0 at the same time) to obtain a current during charging of a storage element having a positive electrode active material An acquisition unit; a first calculation unit that calculates a heat generation amount of the power storage element based on the current; and a control that controls the current based on the heat generation amount so that the temperature of the power storage element falls within a predetermined range. A part.
本発明においては、蓄電素子の発熱量を算出して、蓄電素子の温度が所定範囲に入るように電流を制御するので、抵抗の増大に伴う発熱により、蓄電素子が劣化することが抑制される。 In the present invention, the heat generation amount of the power storage element is calculated, and the current is controlled so that the temperature of the power storage element falls within a predetermined range, so that deterioration of the power storage element due to heat generation due to an increase in resistance is suppressed. .
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。 Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to the drawings showing embodiments thereof.
(本実施形態の概要)
本実施形態に係る制御装置は、Lix (NiaMnbCoc Md )O2 (MはLi,Ni,Mn,Co以外の金属元素、0≦a≦1、0≦b<1、0≦c<1、a+b+c+d=1、0<x≦1.1、a,cは同時に0でない)で表される正極活物質を有する蓄電素子の充電時の電流を取得する第1取得部と、前記電流に基づいて前記蓄電素子の発熱量を算出する第1算出部と、前記発熱量に基づいて、前記蓄電素子の温度が所定の範囲に入るように、電流を制御する制御部とを備える。
(Outline of this embodiment)
The control device according to the present embodiment includes Li x (Ni a Mn b Co c M d ) O 2 (M is a metal element other than Li, Ni, Mn, Co, 0 ≦ a ≦ 1, 0 ≦ b <1, A first acquisition unit that acquires a current during charging of a power storage element having a positive electrode active material represented by 0 ≦ c <1, a + b + c + d = 1, 0 <x ≦ 1.1, and a and c are not 0 at the same time; A first calculation unit that calculates a heat generation amount of the power storage element based on the current, and a control unit that controls the current based on the heat generation amount so that the temperature of the power storage element falls within a predetermined range. Prepare.
前記層状酸化物を正極活物質に用いた場合、Ni、Mn、Coなどの金属元素の組成を考慮することで、同じ充電上限電圧に設定したときの充電時のLi引抜き量を多くし、充電容量を大きくすることができる。Liが多く引き抜かれた充電末期においては、次に示す理由で蓄電素子の抵抗が大きくなる。また、充電初期(低SOC側)においても抵抗が大きくなる。上記非特許文献1において、層状酸化物の正極が該当するインサーション型電極反応の場合の、バトラーフォルマー式が示されている。この式では、反応抵抗が、正極活物質固相内のLi+ イオン濃度と空サイト濃度の積の−1/2乗に比例する、即ち、固相内の空サイトがなくなる深放電状態及び吸蔵されているLiがほとんどなくなる深充電深度の状態で反応抵抗が大きくなることが示されている。
When the layered oxide is used as a positive electrode active material, the amount of extracted Li at the time of charging when the same charging upper limit voltage is set is increased by considering the composition of metal elements such as Ni, Mn, and Co. The capacity can be increased. At the end of charging when a large amount of Li is extracted, the resistance of the storage element increases for the following reason. Further, the resistance increases even in the initial stage of charging (on the low SOC side). In the said
上記構成によれば、蓄電素子の発熱量を算出して、蓄電素子の温度が所定範囲に入るように電流を制御するので、抵抗の増大に伴う発熱により蓄電素子が劣化することが抑制される。 According to the above configuration, the amount of heat generated by the power storage element is calculated, and the current is controlled so that the temperature of the power storage element falls within a predetermined range. .
本実施形態に係る制御装置は、前記aは0.5≦a≦1を満たす。 In the control device according to the present embodiment, the a satisfies 0.5 ≦ a ≦ 1.
Niの含有比率が高い正極活物質を用い、充電を行った場合、低SOC側又は高SOC側で抵抗が高くなる。上記構成によれば、蓄電素子の発熱量を算出して、蓄電素子の温度が所定範囲に入るように電流を制御するので、抵抗の増大に伴う発熱により蓄電素子が劣化することが抑制される。 When a positive electrode active material having a high Ni content ratio is used for charging, the resistance increases on the low SOC side or the high SOC side. According to the above configuration, the heat generation amount of the power storage element is calculated, and the current is controlled so that the temperature of the power storage element falls within a predetermined range, so that deterioration of the power storage element due to heat generation due to an increase in resistance is suppressed. .
本実施形態に係る充電制御装置は、前記蓄電素子の端子電圧を取得する第2取得部と、SOCを算出する第2算出部とを備え、前記第1算出部は、前記端子電圧、前記SOC、及びSOC−OCV(Open Circuit Voltage)特性に基づいて前記発熱量を算出する。 The charge control device according to the present embodiment includes a second acquisition unit that acquires a terminal voltage of the power storage element, and a second calculation unit that calculates an SOC, wherein the first calculation unit includes the terminal voltage and the SOC. And the calorific value is calculated based on SOC-OCV (Open Circuit Voltage) characteristics.
上記構成によれば、端子間電圧とOCVとの差であるΔV及び電流を乗じて得られる電力を時間積分することにより、蓄電素子の発熱量が良好に算出される。 According to the above configuration, the amount of heat generated by the power storage element can be satisfactorily calculated by time-integrating the power obtained by multiplying ΔV, which is the difference between the terminal voltage and the OCV, and the current.
本実施形態に係る充電制御装置は、SOCを算出する第2算出部と、SOCと内部抵抗との関係を参照し、前記第2算出部により算出したSOCに基づいて、前記蓄電素子の内部抵抗を推定する推定部とを備え、前記第1算出部は、前記内部抵抗に基づいて前記発熱量を算出する。 The charge control device according to the present embodiment refers to the second calculation unit that calculates the SOC, and the relationship between the SOC and the internal resistance, and based on the SOC calculated by the second calculation unit, the internal resistance of the power storage element The first calculation unit calculates the amount of heat generation based on the internal resistance.
上記構成によれば、SOCと内部抵抗との関係を参照して内部抵抗を推定し、内部抵抗及び電流に基づく電力を時間積分することにより、蓄電素子の発熱量が良好に算出される。 According to the above configuration, the internal resistance is estimated with reference to the relationship between the SOC and the internal resistance, and the power based on the internal resistance and the current is integrated over time, whereby the heat generation amount of the power storage element is calculated favorably.
本実施形態に係る充電制御装置は、前記電流、前記蓄電素子の端子電圧、及びSOC−OCV特性に基づいて前記蓄電素子の容量を算出する第3算出部を備え、前記第2算出部は、前記容量に基づいて前記SOCを算出する。 The charge control device according to the present embodiment includes a third calculation unit that calculates a capacity of the power storage element based on the current, a terminal voltage of the power storage element, and an SOC-OCV characteristic, and the second calculation unit includes: The SOC is calculated based on the capacity.
上記構成によれば、蓄電素子の容量が更新されるので、SOCが良好に算出される。 According to the above configuration, since the capacity of the power storage element is updated, the SOC is favorably calculated.
本実施形態に係る充電制御装置は、前記発熱量、前記蓄電素子の周囲温度、放熱係数、及び熱容量に基づいて前記蓄電素子の温度を算出する第4算出部を備える。 The charge control device according to the present embodiment includes a fourth calculation unit that calculates the temperature of the power storage element based on the heat generation amount, the ambient temperature of the power storage element, the heat dissipation coefficient, and the heat capacity.
上記構成によれば、発熱量と放熱量との差分に基づき蓄電素子の温度変化を算出して電流を制御し、蓄電素子の温度を良好に制御することができる。 According to the above configuration, it is possible to control the current by calculating the temperature change of the power storage element based on the difference between the heat generation amount and the heat dissipation amount, and to control the temperature of the power storage element satisfactorily.
本実施形態に係る蓄電装置は、前記蓄電素子と、上述のいずれかの充電制御装置とを備える。 The power storage device according to this embodiment includes the power storage element and any one of the above-described charge control devices.
上記構成によれば、蓄電素子の発熱が抑制され、劣化が抑制される。 According to the said structure, heat_generation | fever of an electrical storage element is suppressed and deterioration is suppressed.
本実施形態に係る蓄電素子の充電制御方法は、Lix (NiaMnbCoc Md )O2 (MはLi,Ni,Mn,Co以外の金属元素、0≦a≦1、0≦b<1、0≦c<1、a+b+c+d=1、0<x≦1.1、a,cは同時に0でない)で表される正極活物質を有する蓄電素子の充電時の電流を取得し、前記電流に基づいて前記蓄電素子の発熱量を算出し、前記発熱量に基づいて、前記蓄電素子の温度が所定の範囲に入るように、電流を制御する。 The storage element charging control method according to the present embodiment includes Li x (Ni a Mn b Co c M d ) O 2 (M is a metal element other than Li, Ni, Mn, Co, 0 ≦ a ≦ 1, 0 ≦ b <1, 0 ≦ c <1, a + b + c + d = 1, 0 <x ≦ 1.1, and a and c are not 0 at the same time) to obtain a current during charging of the storage element having a positive electrode active material, The heat generation amount of the power storage element is calculated based on the current, and the current is controlled based on the heat generation amount so that the temperature of the power storage element falls within a predetermined range.
上記構成によれば、抵抗の増大に伴う発熱により、蓄電素子が劣化することが抑制される。 According to the above configuration, it is possible to suppress deterioration of the power storage element due to heat generation accompanying the increase in resistance.
本実施形態に係るコンピュータプログラムは、コンピュータに、Lix (NiaMnbCoc Md )O2 (MはLi,Ni,Mn,Co以外の金属元素、0≦a≦1、0≦b<1、0≦c<1、a+b+c+d=1、0<x≦1.1、a,cは同時に0でない)で表される正極活物質を有する蓄電素子の充電時の電流を取得し、前記電流に基づいて前記蓄電素子の発熱量を算出し、前記発熱量に基づいて、前記蓄電素子の温度が所定の範囲に入るように、電流を制御する処理を実行させる。 The computer program according to the present embodiment causes a computer to store Li x (Ni a Mn b Co c M d ) O 2 (M is a metal element other than Li, Ni, Mn, Co, 0 ≦ a ≦ 1, 0 ≦ b). <1, 0 ≦ c <1, a + b + c + d = 1, 0 <x ≦ 1.1, and a and c are not 0 at the same time) to obtain a current during charging of the storage element having the positive electrode active material, A heat generation amount of the power storage element is calculated based on the current, and a process of controlling the current is executed based on the heat generation amount so that the temperature of the power storage element falls within a predetermined range.
上記構成によれば、抵抗の増大に伴う発熱により、蓄電素子が劣化することが抑制される。 According to the above configuration, it is possible to suppress deterioration of the power storage element due to heat generation accompanying the increase in resistance.
(第1実施形態)
以下、蓄電素子が自動車用に用いられるリチウムイオン二次電池である場合を説明するが、蓄電素子はこのような用途のリチウムイオン二次電池には限定されない。
図1は、第1実施形態に係る車両1及びサーバ13の構成を示すブロック図である。
車両1は、蓄電素子モジュール(以下、電池モジュールという)3と、BMU(Battery Management Unit)4と、負荷5と、統括ECU(Electronic Control Unit)6と、通信部7と、電圧センサ8と、電流センサ9と、温度センサ10とを備える。
(First embodiment)
Hereinafter, although the case where an electrical storage element is a lithium ion secondary battery used for motor vehicles is demonstrated, an electrical storage element is not limited to the lithium ion secondary battery of such a use.
FIG. 1 is a block diagram illustrating configurations of the
The
電池モジュール3は、複数の蓄電素子としてのリチウムイオン二次電池(以下、電池という)2が直列に接続されている。統括ECU6は、車両1の電源装置全体を制御する。統括ECU6は車両1がHEV車又はガソリン車である場合、エンジンも制御する。
サーバ13は、通信部14、及び制御部15を備える。
統括ECU6は、通信部7、ネットワーク12、及び通信部14を介し、制御部15と接続されている。統括ECU6は、ネットワーク12を介して制御部15との間でデータの送受信を行う。
本実施形態においては、BMU4、統括ECU6、及び制御部15のいずれかが、本発明の充電制御装置として機能する。BMU4、統括ECU6、及び制御部15のいずれかと、電池モジュール3とが本発明の蓄電装置として機能する。なお、制御部15が前記充電制御装置として機能しない場合、車両1がサーバ13に接続されていなくてもよい。
電池モジュール3は、複数組備えてもよい。
BMU4は、電池ECUであってもよい。
In the
The
The overall ECU 6 is connected to the
In the present embodiment, any of the
A plurality of
The
電圧センサ8は、電池モジュール3に並列に接続されており、電池モジュール3の全体の電圧に応じた検出結果を出力する。電圧センサ8は、各電池2の後述する端子23,23に接続されており、各電池2の端子23,23間の電圧V1 を測定し、各電池2のV1 の合計値である電池モジュール3の後述するリード33,33間の電圧Vを検出する。
電流センサ9は、電池モジュール3に直列に接続されており、電池モジュール3に流れる電流Iを検出する。
温度センサ10は、電池モジュール3の近傍に配置され、電池モジュール3の周囲温度(雰囲気温度)Ts を検出する。
The
The
The
図2は、電池モジュール3の斜視図である。
電池モジュール3は、直方体状のケース31と、ケース31に収容された複数の前記電池2とを備える。
FIG. 2 is a perspective view of the
The
電池2は、直方体状のケース本体21と、蓋板22と、蓋板22に設けられた、極性が異なる一対の端子23,23と、破裂弁24と、電極体25とを備える。電極体25は正極板、セパレータ、及び負極板を積層してなり、ケース本体21に収容されている。
電極体25は、正極板と負極板とをセパレータを介して扁平状に巻回して得られるものであってもよい。
The
The
正極板は、アルミニウムやアルミニウム合金等からなる板状(シート状)又は長尺帯状の金属箔である正極基材箔上に正極活物質層が形成されたものである。負極板は、銅及び銅合金等からなる板状(シート状)又は長尺帯状の金属箔である負極基材箔上に負極活物質層が形成されたものである。セパレータは、合成樹脂からなる微多孔性のシートである。 The positive electrode plate is obtained by forming a positive electrode active material layer on a positive electrode substrate foil that is a plate-like (sheet-like) or long strip-like metal foil made of aluminum, an aluminum alloy, or the like. The negative electrode plate is obtained by forming a negative electrode active material layer on a negative electrode substrate foil that is a plate-like (sheet-like) or long strip-like metal foil made of copper, a copper alloy, or the like. The separator is a microporous sheet made of a synthetic resin.
正極活物質層に用いられる正極活物質は、Lix (NiaMnbCoc Md )O2 (MはLi,Ni,Mn,Co以外の金属元素、0≦a≦1、0≦b<1、0≦c<1、a+b+c+d=1、0<x≦1.1、a,cは同時に0でない)で表される層状酸化物である。正極活物質は層状岩塩型の結晶構造を有する。前記aは0.5≦a≦1を満たすのが好ましい。この場合、遷移金属サイトにNiを多く含有する。このため、高SOC領域で、正極の抵抗が大きくなる。
正極活物質は、d=0であり、Lix (Nia CocMnb)O2 で表されるNCMであるのが好ましい(a+b+c=1、a≧0.5、b≧0、c≧0、0<x≦1.1)。aは0.6以上であるのがより好ましく、0.8以上であるのがさらに好ましい。
正極活物質は、MがAl、b=0であり、Lix (Nia CocAld )O2 で表されるNCAであってもよい(a+c+d=1、a≧0.5、c≧0、d≧0、0<x≦1.1)。aは0.6以上であるのがより好ましく、0.8以上であるのがさらに好ましい。
なお、NCM又はNCAにおいて、Li、Ni以外の金属が夫々2種類の金属からなる場合に限定されず、3種類以上の金属からなるものでもよい。例えば、少量のTi、Nb、B、W、Zr、Ti、Mgなどが含まれてもよい。
以下、正極活物質が前記aが0.5≦a≦1を満たすNCMの場合につき、説明する。
The positive electrode active material used for the positive electrode active material layer is Li x (Ni a Mn b Co c M d ) O 2 (M is a metal element other than Li, Ni, Mn, Co, 0 ≦ a ≦ 1, 0 ≦ b <1, 0 ≦ c <1, a + b + c + d = 1, 0 <x ≦ 1.1, and a and c are not 0 at the same time). The positive electrode active material has a layered rock salt type crystal structure. The a preferably satisfies 0.5 ≦ a ≦ 1. In this case, the transition metal site contains a large amount of Ni. For this reason, the resistance of the positive electrode is increased in the high SOC region.
The positive electrode active material is preferably d = 0, and NCM represented by Li x (Ni a Co c Mn b ) O 2 (a + b + c = 1, a ≧ 0.5, b ≧ 0, c ≧ 0, 0 <x ≦ 1.1). a is more preferably 0.6 or more, and further preferably 0.8 or more.
The positive electrode active material may be NCA in which M is Al, b = 0, and Li x (Ni a Co c Al d ) O 2 (a + c + d = 1, a ≧ 0.5, c ≧ 0, d ≧ 0, 0 <x ≦ 1.1). a is more preferably 0.6 or more, and further preferably 0.8 or more.
In addition, in NCM or NCA, it is not limited to the case where metals other than Li and Ni are each made of two types of metals, and may be made of three or more types of metals. For example, a small amount of Ti, Nb, B, W, Zr, Ti, Mg, etc. may be included.
Hereinafter, the case where the positive electrode active material is NCM satisfying the above a satisfies 0.5 ≦ a ≦ 1 will be described.
負極活物質層に用いられる負極活物質としては、グラファイト、非晶質炭素(難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素)等の炭素材料、又は、一酸化ケイ素(SiO)、ケイ素(Si)及び錫(Sn)などリチウムイオンと合金化反応を生じる材料である。 Examples of the negative electrode active material used for the negative electrode active material layer include carbon materials such as graphite and amorphous carbon (non-graphitizable carbon and graphitizable carbon), or silicon monoxide (SiO), silicon (Si), and tin. It is a material that causes an alloying reaction with lithium ions, such as (Sn).
電池モジュール3の隣り合う電池2の隣り合う端子23は極性が異なり、この端子23同士がバスバー32により電気的に接続されることで、複数の電池2が直列に接続されている。
電池モジュール3の両端の電池2の、互いに極性が異なる端子23,23には、電力を取り出すためのリード33,33が設けられている。
Leads 33 and 33 for taking out electric power are provided at
図3は、BMU4の構成を示すブロック図である。BMU4は、制御部41と、記憶部52と、入力部55と、インタフェース部56とを備える。これらの各部は、バスを介して互いに通信可能に接続されている。
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of the
入力部55は、電圧センサ8、電流センサ9、温度センサ10からの検出結果の入力を受け付ける。インタフェース部56は、例えば、LANインタフェース及びUSBインタフェース等により構成され、有線又は無線により例えば統合ECU6等の他の装置との通信を行う。
The
記憶部52は、例えばハードディスクドライブ(HDD)等により構成され、各種のプログラム及びデータを記憶する。記憶部52には、例えば、後述する充電制御処理を実行するための充電制御プログラム53が格納されている。充電制御プログラム53は、例えば、CD−ROMやDVD−ROM、USBメモリ等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体60に格納された状態で提供され、BMU4にインストールすることにより記憶部52に格納される。また、通信網に接続されている図示しない外部コンピュータから充電制御プログラム53を取得し、記憶部52に記憶させることにしてもよい。
記憶部52には、予め実験により求めたSOC−OCVデータ(SOC−OCV特性)54も記憶されている。このデータは、適宜、定法により更新されても良い。
The
The
制御部41は、例えばCPUやROM、RAM等により構成され、記憶部52から読み出した充電制御プログラム53等のコンピュータプログラムを実行することにより、BMU4の動作を制御する。制御部41は、充電制御プログラム53を読み出して実行することにより、充電制御処理を実行する処理部として機能する。
The
具体的には、制御部41は、電流取得部42、電圧取得部43、温度取得部44、電池容量算出部45、SOC算出部46、発熱量算出部47、温度算出部48、判定部49、及び電流制御部50を含む。
Specifically, the
以下、本実施形態に係る充電制御処理について詳述する。電池モジュール3を一つの蓄電素子として、電池モジュール3の充電を制御する場合につき説明する。
BMU4の制御部41は、電池モジュール3の充電時の電流Iを取得し、前記電流Iに基づいて電池モジュール3の発熱量Q1 を算出し、該発熱量Q1 に基づいて、電池モジュール3の温度が所定の範囲に入るように、電流Iを制御する。発熱量Q1 は厳密には電池モジュール3の内部発熱量であるのが好ましいが、内部発熱量でなくてもよい。
Hereinafter, the charge control process according to the present embodiment will be described in detail. The case where the
電圧取得部43は、充電中に、電池モジュール3のリード33,33間の電圧Vを電圧センサ8から取得する。
電流取得部42は、充電中に、電流センサ9から電流Iを取得する。
温度取得部44は、温度センサ10から電池モジュール3の周囲温度Ts を取得する。
The
The
The
電池容量算出部45は、充電開始前後の電圧Vを電圧取得部43から取得する。電池容量算出部45は電流取得部42から電流Iを取得し、通電電流を時間積分して電気量qを算出する。
電池容量算出部45は、充電開始前後の電圧Vの差分をOCVの差分であるΔOCVとし、SOC−OCVデータ54を参照してΔOCVに対応するΔSOCを求める。電池容量算出部45は、ΔSOCに対応する時間につき電流積算を行ってΔqを求める。電池容量算出部45は、ΔSOC及びΔqに基づいて、電池容量を算出する。なお、電池容量の算出方法は、この場合に限定されない。
SOC算出部46は、随時、電流取得部42から電流Iを取得し、通電電流を時間積分して電気量qを求め、電気量qを電池容量で除してSOCを算出する。
The battery
The battery
The
発熱量算出部47は、SOCを算出した時点におけるOCVをSOC−OCVデータ54から読み取る。
The calorific
図4は、発熱量の算出方法を説明するための説明図である。
図4の横軸はSOC(%)、縦軸は電圧(V)である。図4のOCV曲線がSOC−OCVデータ54に対応する。図4のCCV曲線は、各時点(各SOC)におけるリード33,33間の電圧の曲線である。時点t1 におけるSOCをSOC1 、時点t2 におけるSOCをSOC2 とする。
図4においては、SOC3 までCC充電を行い、SOC3 からCV充電を行っている。
FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining a calorific value calculation method.
In FIG. 4, the horizontal axis represents SOC (%), and the vertical axis represents voltage (V). The OCV curve in FIG. 4 corresponds to the SOC-
In FIG. 4, performs a CC charging to SOC 3, it is doing the CV charge from SOC 3.
ΔVは、下記式(1)により算出される。
ΔV=CCV−OCV…(1)
但し、CCV:SOCを算出した時点における電圧
発熱量算出部47は、下記式(2)により電力Pを算出して、下記式(3)により時点t1 からt2 における発熱量Q1 を算出する。発熱量Q1 は積分により求めることができる。
P=ΔV×I…(2)
ΔV is calculated by the following equation (1).
ΔV = CCV−OCV (1)
However, the voltage calorific
P = ΔV × I (2)
温度算出部48は、温度取得部44が取得した電池モジュール3の周囲温度Ts、発熱量Q1 に基づき、一例としての下記式(4)により、温度T2 を算出する。温度T2 は厳密には電池モジュール3の内部温度であるのが好ましいが、たとえば、モジュールの表面温度など、電池モジュール3と相関のある温度であれば、必ずしも内部温度でなくてもよい。
The
但し、T2 :電池モジュール3の時点t2 における温度
T1 :電池モジュール3の時点t1 における温度であり、前回算出した温度
x:放熱係数
Cp :熱容量
Where T 2 : temperature of
式(4)では、発熱量Q1 と放熱量との差分を熱容量Cp で除して、温度変化を求めている。 In the equation (4), the temperature change is obtained by dividing the difference between the heat generation amount Q 1 and the heat release amount by the heat capacity C p .
判定部49は、温度算出部が算出した温度T2 が閾値の範囲内であるか否かを判定する。
電流制御部50は温度T2 が閾値の範囲内でないと判定した場合、電池モジュール3の温度が所定の範囲に入るように、電流Iを制御する。電流制御部50は例えば、発熱量Q1 と放熱量との差分が0になって温度変化が0になるように、電流Iを制御する。
The
When the
以下、充電制御処理を制御部41の処理として説明する。
まず、電池容量の更新処理について説明する。図5は、制御部41の電池容量の更新処理の手順を示すフローチャートである。
制御部41は、所定の間隔又は随意の間隔で電池容量の更新処理を行う。制御部41は、無負荷状態であり、開放電圧が安定している状態において、充電が開始される場合に、電池容量の更新処理を行う。
Hereinafter, the charge control process will be described as the process of the
First, the battery capacity update process will be described. FIG. 5 is a flowchart illustrating the procedure of the battery capacity update process of the
The
制御部41は、電圧センサ8から充電前後の電圧Vを取得し、電流センサ9から電流Iを取得する(S1)。
制御部41は、SOC−OCVデータ54を参照し、充電開始前後の電圧Vの差分(ΔOCV)に対応するΔSOCを読み取る。制御部41は、ΔSOCに対応する時間Δtの通電電流を積分してΔqを算出する。制御部41は、Δq及びΔSOCに基づいて電池容量を算出する(S2)。
制御部41は、電池容量を記憶部52に記憶し、電池容量が更新される(S3)。
The
The
The
以下、充電制御処理について説明する。
図6は、制御部41の充電制御処理の手順を示すフローチャートである。
制御部41は、所定の間隔又は随意の間隔で、電圧センサ8から電圧Vを取得し、電流センサ9から電流Iを取得する(S11)。
制御部41は、電流を時間積分して電気量qを求め、これを記憶部52から読み出した電池容量で除して、SOCを算出する(S12)。
Hereinafter, the charge control process will be described.
FIG. 6 is a flowchart showing the procedure of the charging control process of the
The
The
制御部41はSOC−OCVデータ54を参照し、t=t1 、t=t2 の時点でのSOC1 、SOC2を読み取る(図4参照)。制御部41はSOC−OCVデータ54を用い、SOC1 〜SOC2(t1〜t2)間のCCVとOCVとの差分ΔVに基づいて、上記式(2)及び(3)により発熱量Q1 を算出する(S13)。
制御部41は、温度センサから電池モジュール3の周囲温度Ts を取得する(S14)。
The
The
制御部41は上記式(4)に基づいて、t=t2 の時点の電池モジュール3の温度T2 を算出する(S15)。
制御部41は、温度T2 が閾値以内であるか否かを判定する(S16)。制御部41は温度T2 が閾値以内であると判定した場合(S16:YES)、処理を終了する。
制御部41は温度T2 が閾値以内でないと判定した場合(S16:NO)、電池モジュール3の温度が閾値内に入るように電流Iを制御し(S17)、処理を終了する。
制御部41は、所定の間隔又は随意の間隔で上述の処理を繰り返す。
Based on the above equation (4), the
If the
The
本実施形態においては、電池モジュール3の発熱量Q1 を算出して、電池モジュール3の温度が所定範囲に入るように電流Iを制御するので、抵抗の増大に伴う発熱により、電池モジュール3が劣化することが抑制される。
In the present embodiment, the calorific value Q 1 of the
(第2実施形態)
以下、本実施形態に係る充電制御処理について詳述する。
第2実施形態のBMU4の制御部41は、電池モジュール3の充電時の電流Iを取得し、電流Iに基づきSOCを算出し、SOCに基づいて内部抵抗Rを推定する。そして、内部抵抗Rに基づき電池モジュール3の発熱量Q1 を算出し、発熱量Q1 に基づいて、電池モジュール3の温度が所定の範囲に入るように、電流Iを制御する。
(Second Embodiment)
Hereinafter, the charge control process according to the present embodiment will be described in detail.
The
図7は、BMU4の構成を示すブロック図である。図中、図3と同一部分は同一符号を付して詳細な説明を省略する。
第2実施形態の制御部41は、電流取得部42、電圧取得部43、温度取得部44、電池容量算出部45、SOC算出部46、内部抵抗推定部57、発熱量算出部47、温度算出部48、判定部49、及び電流制御部50を含む。
FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of the
The
記憶部52は、例えばハードディスクドライブ(HDD)等により構成され、各種のプログラム及びデータを記憶する。記憶部52には、充電制御処理を実行するための充電制御プログラム53が格納されている。充電制御プログラム53は、例えば、CD−ROMやDVD−ROM、USBメモリ等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体60に格納された状態で提供され、BMU4にインストールすることにより記憶部52に格納される。また、通信網に接続されている図示しない外部コンピュータから充電制御プログラム53を取得し、記憶部52に記憶させることにしてもよい。
記憶部52には、予め実験により求めたSOC−OCVデータ54及びSOC−Rデータ(SOCと内部抵抗との関係)61も記憶されている。
The
The
内部抵抗推定部57は、SOC算出部46が算出したSOCに基づき、SOC−Rデータ61を参照して、内部抵抗Rを推定する。
The internal
図8は、SOC−Rデータ61の一例を示すグラフである。横軸はSOC(%)、縦軸は抵抗(Ω)である。正極活物質はLi(Ni0.8Co0.1Mn0.1)O2 で表されるNCM811であり、Ni、Co、Mnのモル比が8:1:1である。図8に示すように、抵抗は低SOC側及び高SOC側で高くなっている。
FIG. 8 is a graph showing an example of the SOC-
図8は、SOC−Rデータ61の一例を示すグラフである。横軸はSOC(%)、縦軸は抵抗(Ω)である。正極活物質はNCM811であり、Ni、Co、Mnのモル比が8:1:1である。図8に示すように、抵抗は低SOC側及び高SOC側で高くなっている。
FIG. 8 is a graph showing an example of the SOC-
図9は、図8のSOC及び理論容量に基づいて電気量を求め、LixMeO2(MeはNi、Co、Mnのモル比が8:1:1)のxを求めたときのxと抵抗との関係を示すグラフである。横軸はx、縦軸は抵抗(Ω)である。xが0.25以下である場合に、抵抗が急激に増加するので、本実施形態に係る充電制御処理を行うことで、効果的に発熱量を抑制することができることが分かる。 FIG. 9 shows the amount of electricity based on the SOC and the theoretical capacity of FIG. 8, and x when Li x MeO 2 (Me is a molar ratio of Ni, Co, and Mn is 8: 1: 1) is obtained. It is a graph which shows the relationship with resistance. The horizontal axis is x, and the vertical axis is resistance (Ω). When x is 0.25 or less, the resistance increases abruptly. Therefore, it can be seen that the amount of generated heat can be effectively suppressed by performing the charge control process according to the present embodiment.
発熱量算出部47は、第1実施形態と同様にしてΔVを求める。
発熱量算出部47は、下記式(5)により電力Pを算出して、下記式(6)により時点t1 からt2 における発熱量Q1 を算出する。
P=R2 ×I…(5)
The calorific
The calorific
P = R 2 × I (5)
温度算出部48は、温度取得部44が取得した電池モジュール3の雰囲気の温度Ts、発熱量Q1 に基づいて上記式(4)により、温度T2 を算出する。
The
判定部49は、温度算出部が算出した温度T2 が閾値の範囲内であるか否かを判定する。
電流制御部50は温度T2 が閾値の範囲内でないと判定した場合、電池モジュール3の温度が所定の範囲に入るように、電流Iを制御する。
The
When the
以下、充電制御処理を制御部41の処理として説明する。
図10は、制御部41による充電制御処理の手順を示すフローチャートである。
制御部41は、所定の間隔又は随意の間隔で、電圧センサ8から充電前後の電圧Vを取得し、電流センサ9から電流Iを取得する(S21)。
制御部41は、電流を時間積分して電気量qを求め、これを記憶部52から読み出した電池容量で除して、t=t1 、t=t2 の時点でのSOC1 、SOC2を算出する。(S22)。
Hereinafter, the charge control process will be described as the process of the
FIG. 10 is a flowchart showing the procedure of the charging control process by the
The
制御部41は、SOC−Rデータ61を参照し、SOC1 〜SOC2(t1〜t2)間の内部抵抗を読み取り、この区間の内部抵抗Rを推定する(S23)。
制御部41は、上記式(6)により発熱量Q1 を算出する(S24)。
The
制御部41は、温度センサから電池モジュール3の周囲温度Ts を取得する(S25)。
制御部41は、周囲温度Ts、発熱量Q1 に基づいて上記式(4)により、t=t2 の時点の温度T2 を算出する(S26)。
The
Based on the ambient temperature T s and the heat generation amount Q 1 , the
制御部41は、温度T2 が閾値以内であるか否かを判定する(S27)。制御部41は温度T2 が閾値以内であると判定した場合(S27:YES)、処理を終了する。
制御部41は温度T2 が閾値以内でないと判定した場合(S27:NO)、温度が閾値内に入るように電流Iを制御し(S28)、処理を終了する。
制御部41は、所定の間隔又は随意の間隔で上述の処理を繰り返す。
If the
The
本実施形態においては、内部抵抗Rに基づき、電池モジュール3の発熱量Q1 を算出して、電池モジュール3の温度が所定範囲に入るように電流Iを制御するので、抵抗の増大に伴う発熱により、電池モジュール3が劣化することが抑制される。
In the present embodiment, the heat generation amount Q 1 of the
本発明は上述した実施の形態の内容に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。即ち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the contents of the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the claims. That is, embodiments obtained by combining technical means appropriately changed within the scope of the claims are also included in the technical scope of the present invention.
本発明に係る充電制御装置は、車載用に限定されず、鉄道用回生電力貯蔵装置、太陽光発電システム等の他の蓄電装置にも適用できる。また、本発明に係る充電制御装置は、ノートパソコン、携帯電話機、及びシェーバー等のモバイル機器にも適用できる。さらに充電器にも適用できる。
そして、蓄電素子はリチウムイオン二次電池には限定されない。蓄電素子は、他の二次電池であってもよいし、一次電池であってもよいし、キャパシタ等の電気化学セルであってもよい。
また、前記第1実施形態及び第2実施形態においては、電池モジュール3を一つの蓄電素子として、SOC−OCVデータ54又はSOC−Rデータ61を取得し、電池モジュール3の充電を制御する場合につき説明しているが、これに限定されない。各電池2につきSOC−OCVデータ54又はSOC−Rデータ61を取得し、電池2の充電を各別に制御することにしてもよい。
The charging control device according to the present invention is not limited to being mounted on a vehicle, but can be applied to other power storage devices such as a railway regenerative power storage device and a solar power generation system. The charge control device according to the present invention can also be applied to mobile devices such as notebook computers, mobile phones, and shavers. Furthermore, it can be applied to a charger.
And an electrical storage element is not limited to a lithium ion secondary battery. The storage element may be another secondary battery, a primary battery, or an electrochemical cell such as a capacitor.
In the first embodiment and the second embodiment, when the
そして、前記第1実施形態及び第2実施形態において、Lix (NiaMnbCoc Md )O2 のaが0.5≦a≦1を満たす場合につき説明しているが、これに限定されない。 In the first embodiment and the second embodiment, the case where a in Li x (Ni a Mn b Co c M d ) O 2 satisfies 0.5 ≦ a ≦ 1 has been described. It is not limited.
1 車両
2 電池(蓄電素子)
3 電池モジュール(蓄電素子)
4 BMU(充電制御装置)
41 制御部
42 電流取得部(第1取得部)
43 電圧取得部(第2取得部)
44 温度取得部(第4算出部)
45 電池容量算出部(第3算出部)
46 SOC算出部(第2算出部)
47 発熱量算出部(第1算出部)
48 温度算出部
49 判定部
50 電流制御部(制御部)
52 記憶部
53 充電制御プログラム
54 SOC−OCVデータ
57 内部抵抗推定部(推定部)
60 記録媒体
61 SOC−Rデータ
6 統合ECU
13 サーバ
15 制御部
1
3 Battery module (storage element)
4 BMU (Charge Control Device)
41
43 Voltage acquisition unit (second acquisition unit)
44 Temperature acquisition unit (fourth calculation unit)
45 Battery capacity calculator (third calculator)
46 SOC calculation unit (second calculation unit)
47 Heat generation amount calculation unit (first calculation unit)
48
52
60
13
Claims (9)
前記電流に基づいて前記蓄電素子の発熱量を算出する第1算出部と、
前記発熱量に基づいて、前記蓄電素子の温度が所定の範囲に入るように、電流を制御する制御部と
を備える充電制御装置。 Li x (Ni a Mn b Co c M d ) O 2 (M is a metal element other than Li, Ni, Mn, Co, 0 ≦ a ≦ 1, 0 ≦ b <1, 0 ≦ c <1, a + b + c + d = 1 , 0 <x ≦ 1.1, and a and c are not 0 at the same time), a first acquisition unit that acquires a current during charging of the storage element having a positive electrode active material,
A first calculation unit that calculates a heat generation amount of the power storage element based on the current;
A charge control device comprising: a control unit that controls current so that the temperature of the power storage element falls within a predetermined range based on the heat generation amount.
SOCを算出する第2算出部と
を備え、
前記第1算出部は、前記端子電圧、前記SOC、及びSOC−OCV特性に基づいて前記発熱量を算出する、請求項1又は2に記載の充電制御装置。 A second acquisition unit for acquiring a terminal voltage of the power storage element;
A second calculation unit for calculating the SOC,
The charge control device according to claim 1 or 2, wherein the first calculation unit calculates the amount of heat generation based on the terminal voltage, the SOC, and an SOC-OCV characteristic.
SOCと内部抵抗との関係を参照し、前記第2算出部により算出したSOCに基づいて、前記蓄電素子の内部抵抗を推定する推定部と
を備え、
前記第1算出部は、前記内部抵抗に基づいて前記発熱量を算出する、請求項1又は2に記載の充電制御装置。 A second calculation unit for calculating the SOC;
An estimation unit that refers to the relationship between the SOC and the internal resistance and estimates the internal resistance of the power storage element based on the SOC calculated by the second calculation unit;
The charge control device according to claim 1, wherein the first calculation unit calculates the amount of heat generation based on the internal resistance.
前記第2算出部は、前記容量に基づいて前記SOCを算出する、請求項3又は4に記載の充電制御装置。 A third calculator that calculates a capacity of the power storage element based on the current, a terminal voltage of the power storage element, and an SOC-OCV characteristic;
The charge control device according to claim 3 or 4, wherein the second calculation unit calculates the SOC based on the capacity.
請求項1から6までのいずれか1項に記載の充電制御装置と
を備える、蓄電装置。 The power storage element;
A power storage device comprising: the charge control device according to any one of claims 1 to 6.
前記電流に基づいて前記蓄電素子の発熱量を算出し、
前記発熱量に基づいて、前記蓄電素子の温度が所定の範囲に入るように、電流を制御する、蓄電素子の充電制御方法。 Li x (Ni a Mn b Co c M d ) O 2 (M is a metal element other than Li, Ni, Mn, Co, 0 ≦ a ≦ 1, 0 ≦ b <1, 0 ≦ c <1, a + b + c + d = 1 , 0 <x ≦ 1.1, and a and c are not 0 at the same time)
Calculate the heat generation amount of the electricity storage element based on the current,
A charge control method for a storage element, wherein the current is controlled so that the temperature of the storage element falls within a predetermined range based on the heat generation amount.
Lix (NiaMnbCoc Md )O2 (MはLi,Ni,Mn,Co以外の金属元素、0≦a≦1、0≦b<1、0≦c<1、a+b+c+d=1、0<x≦1.1、a,cは同時に0でない)で表される正極活物質を有する蓄電素子の充電時の電流を取得し、
前記電流に基づいて前記蓄電素子の発熱量を算出し、
前記発熱量に基づいて、前記蓄電素子の温度が所定の範囲に入るように、電流を制御する処理を実行させる、コンピュータプログラム。 On the computer,
Li x (Ni a Mn b Co c M d ) O 2 (M is a metal element other than Li, Ni, Mn, Co, 0 ≦ a ≦ 1, 0 ≦ b <1, 0 ≦ c <1, a + b + c + d = 1 , 0 <x ≦ 1.1, and a and c are not 0 at the same time)
Calculate the heat generation amount of the electricity storage element based on the current,
A computer program that executes a process of controlling current so that the temperature of the power storage element falls within a predetermined range based on the heat generation amount.
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