JP2019185976A - Battery system - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、電池システムに関し、特に、単電池の一方向から単電池を冷却するように構成された冷却装置を備える電池システムに関する。 The present disclosure relates to a battery system, and more particularly, to a battery system including a cooling device configured to cool a unit cell from one direction of the unit cell.
特許第5223920号公報(特許文献1)は、電池の充放電制御装置を開示する。この充放電制御装置では、リチウムイオン二次電池からなるバッテリの負極電位がリチウム基準電位まで低下しないように、バッテリへの入力許可電力が調整される。これにより、負極における金属リチウムの析出が抑制され、電池の保護が図られている(特許文献1参照)。 Japanese Patent No. 5223920 (Patent Document 1) discloses a battery charge / discharge control device. In this charge / discharge control device, the input permission power to the battery is adjusted so that the negative electrode potential of the battery composed of the lithium ion secondary battery does not drop to the lithium reference potential. Thereby, precipitation of metallic lithium in the negative electrode is suppressed, and the battery is protected (see Patent Document 1).
複数の単電池(以下、単電池は「セル」とも称される。)が積層されて構成される組電池を、セルの積層方向に沿う一面(たとえば組電池の下方)から冷却装置によって各セルを冷却する冷却方式が検討されている。以下では、一般性を損なうことなく、複数のセルが水平方向に積層され、組電池の下方に設けられる冷却装置によって各セルが下方から冷却されるものとして説明する。 A battery pack configured by stacking a plurality of unit cells (hereinafter, the unit cell is also referred to as a “cell”) is arranged on each cell by a cooling device from one surface along the cell stacking direction (for example, below the assembled cell). A cooling method for cooling the air is being studied. Hereinafter, a description will be given on the assumption that a plurality of cells are stacked in the horizontal direction without losing generality, and each cell is cooled from below by a cooling device provided below the assembled battery.
このような冷却方式では、各セルは一方向(下方)から冷却されるため、セル内において冷却装置による冷却効果にばらつきが生じる。具体的には、冷却装置に近いセル下方においては、冷却装置による冷却効果は相対的に大きく、冷却装置から遠いセル上方においては、冷却装置による冷却効果は相対的に小さい。このため、セル内において劣化度合いにばらつきが生じ、その結果、セル内において電流のばらつきが発生する。したがって、セルへの入力電流(或いは入力電力)を制限しても、セル内で相対的に電流の大きい部位において電流が制限値を超えてしまい、たとえば、リチウムイオン二次電池において負極にリチウム金属が析出してしまう等の問題が発生する可能性がある。 In such a cooling method, each cell is cooled from one direction (downward), and thus the cooling effect of the cooling device varies within the cell. Specifically, the cooling effect by the cooling device is relatively large below the cell close to the cooling device, and the cooling effect by the cooling device is relatively small above the cell far from the cooling device. For this reason, variation occurs in the degree of deterioration within the cell, and as a result, variation in current occurs within the cell. Therefore, even if the input current (or input power) to the cell is limited, the current exceeds the limit value at a portion where the current is relatively large in the cell. For example, in a lithium ion secondary battery, lithium metal is used as the negative electrode. There is a possibility that problems such as precipitation may occur.
本開示は、かかる問題を解決するためになされたものであり、本開示の目的は、セルの一方向からセルを冷却するように構成された冷却装置を備える電池システムにおいて、セルを適切に保護することである。 The present disclosure has been made to solve such a problem, and an object of the present disclosure is to appropriately protect a cell in a battery system including a cooling device configured to cool the cell from one direction of the cell. It is to be.
本開示における電池システムは、セルと、セルの一方向からセルを冷却するように構成された冷却装置と、セルへの入力電流又は入力電力を所定値以下に制限する入力制限制御を実行する制御装置とを備える。制御装置は、セルの劣化に伴ない生じるセル内の抵抗のばらつきを推定し、冷却装置の非作動時に、抵抗のばらつきによるセル内の電流のばらつきを用いて上記入力制限制御を実行する。 The battery system according to the present disclosure includes a cell, a cooling device configured to cool the cell from one direction of the cell, and a control that executes input restriction control that limits input current or input power to the cell to a predetermined value or less. Device. The control device estimates the variation in resistance in the cell due to the deterioration of the cell, and executes the input restriction control using the variation in current in the cell due to the variation in resistance when the cooling device is not operating.
この電池システムでは、セルは、冷却装置によってセルの一方向から冷却される。そのため、セル内において、冷却装置から遠い部位では、冷却装置に近い部位よりも相対的に冷却効果が小さいために劣化が進行し、相対的に抵抗が高くなる。すなわち、セルの劣化に伴なってセル内に抵抗のばらつきが生じる。そこで、この電池システムにおいては、セルの劣化に伴ない生じるセル内の抵抗ばらつきが推定される。そして、セル内の温度ばらつきが小さい冷却装置の非作動時に、推定された抵抗ばらつきによるセル内の電流のばらつきを考慮して入力制限制御が実行される。これにより、たとえば、セル内の電流ばらつきからセル内での最大電流を推定し、その推定されたセル内最大電流が制限値を超えないようにセルへの入力電流又は入力電力を制御することができる。したがって、この電池システムによれば、セルを適切に保護することができる。 In this battery system, the cell is cooled from one direction of the cell by the cooling device. Therefore, in the part far from the cooling device in the cell, since the cooling effect is relatively smaller than the part near the cooling device, the deterioration proceeds and the resistance becomes relatively high. That is, resistance variation occurs in the cell as the cell deteriorates. Therefore, in this battery system, resistance variation within the cell caused by cell deterioration is estimated. Then, when the cooling device with a small temperature variation in the cell is not operating, the input restriction control is executed in consideration of the variation in the current in the cell due to the estimated resistance variation. Thereby, for example, the maximum current in the cell is estimated from the current variation in the cell, and the input current or input power to the cell is controlled so that the estimated maximum current in the cell does not exceed the limit value. it can. Therefore, according to this battery system, a cell can be protected appropriately.
本開示における電池システムによれば、セルの一方向からセルを冷却するように構成された冷却装置を備える電池システムにおいて、セルを適切に保護することができる。 According to the battery system of the present disclosure, the cell can be appropriately protected in the battery system including the cooling device configured to cool the cell from one direction of the cell.
以下、本開示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、図中同一又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 disclosure will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding portions are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.
<電池システムの構成>
図1は、本開示の実施の形態に従う電池システムが搭載された電動車両の構成を概略的に示した図である。なお、以下では、電動車両が電気自動車(EV(Electric Vehicle))である場合について代表的に説明するが、本開示に従う電池システムは、EVに搭載されるものに限定されず、ハイブリッド車両(HV(Hybrid Vehicle))やプラグインHV等に搭載されてもよく、さらには車両以外の用途にも適用可能である。
<Battery system configuration>
FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of an electric vehicle equipped with a battery system according to an embodiment of the present disclosure. In the following, the case where the electric vehicle is an electric vehicle (EV (Electric Vehicle)) will be described as a representative example. However, the battery system according to the present disclosure is not limited to the one mounted on the EV, and the hybrid vehicle (HV (Hybrid Vehicle)) or a plug-in HV or the like, and can be applied to uses other than vehicles.
図1を参照して、電動車両1は、電池パック10と、パワーコントロールユニット(以下「PCU(Power Control Unit)」と称する。)120と、モータジェネレータ(以下「MG(Motor Generator)」と称する。)130と、駆動軸140と、駆動輪150と、車両ECU(Electronic Control Unit)160とを備える。
Referring to FIG. 1,
電池パック10は、組電池12と、冷却装置14と、センサユニット16と、電池ECU30とを含む。組電池12は、直列接続された複数のセルを含んで構成される。組電池12は、直列接続された複数のセルブロックを含むとともに、各セルブロックが並列接続された複数のセルを含んで構成されてもよい。
各セルは、代表的にはリチウムイオン二次電池であり、以下では、各セルがリチウムイオン二次電池であるものとするが、ニッケル水素二次電池等の他の電池であってもよい。なお、リチウムイオン二次電池は、リチウムを電荷担体とする二次電池であり、電解質が液体の一般的なリチウムイオン二次電池の他、固体の電解質を用いた所謂全固体電池も含み得る。 Each cell is typically a lithium ion secondary battery, and in the following, each cell is assumed to be a lithium ion secondary battery, but may be another battery such as a nickel hydrogen secondary battery. The lithium ion secondary battery is a secondary battery using lithium as a charge carrier, and may include a so-called all-solid battery using a solid electrolyte in addition to a general lithium ion secondary battery having a liquid electrolyte.
組電池12は、MG130を駆動するための電力を蓄えており、PCU120を通じてMG130へ電力を供給することができる。また、組電池12は、車両の制動時や下り坂走行時等にMG130が発電(回生発電)する電力を、PCU120を通じて受けて充電される。なお、特に図示していないが、組電池12は、車両外部の電源により組電池12を充電するための充電装置を用いて、上記電源により充電可能である。
The assembled
冷却装置14は、組電池12を構成する各セルを冷却するように構成される。冷却装置14は、その内部に冷媒を流すことによってセルを冷却する。冷媒には、たとえば、電動車両1のエアコン(図示せず)に用いられる冷媒を用いることができる。冷却装置14は、温度に応じて作動/非作動(停止)が切替えられ、たとえば、セルの温度がしきい値以上になると作動し、セルの温度がしきい値未満のときは非作動(停止)となる。なお、冷却装置14の配置構成については、後ほど図2で説明する。
The
センサユニット16は、電圧センサ18と、電流センサ20と、温度センサ22とを含んで構成される。電圧センサ18は、セル毎の電圧Vbiを検出する。電流センサ20は、組電池12に流れる電流Ibを検出する。温度センサ22は、セルの温度Tbを検出する。温度センサ22は、隣接する複数(たとえば数個)のセルを纏まった温度監視単位として所定のセルの温度を検出するものであってもよいし、セル毎に温度を検出するものであってもよい。そして、各センサの検出値は、電池ECU30へ送信される。
The
電池ECU30は、CPU(Central Processing Unit)と、メモリ(ROM(Read Only Memory)及びRAM(Random Access Memory))と、各種信号を入出力するための入出力ポートとを含んで構成される(いずれも図示せず)。電池ECU30は、センサユニット16の各センサから受ける信号並びにメモリに記憶されたプログラム及びマップに基づいて、各種制御を実行する。たとえば、電池ECU30は、温度センサ22の検出値に基づいて、冷却装置14の作動/停止を制御する。
The
また、電池ECU30は、セルへの入力電流(入力電力でもよい)を所定値以下に制限する「入力制限制御」を実行する。所定値には、任意の制限値を設定することができ、たとえば、負極にリチウム金属が析出しない最大入力電流(又は最大入力電力)を設定することができる。そして、この実施の形態では、電池ECU30は、セルと冷却装置14との配置関係に起因して生じるセル内の抵抗のばらつきを推定し、推定された抵抗ばらつきによるセル内の電流のばらつきを考慮して上記の入力制限制御を実行する。この点については、後ほど詳しく説明する。
In addition, the
PCU120は、車両ECU160からの制御信号に従って、組電池12とMG130との間で双方向の電力変換を実行する。PCU120は、たとえば、MG130を駆動するインバータと、インバータに供給される直流電圧を組電池12の出力電圧以上に昇圧するコンバータとを含んで構成される。
MG130は、代表的には交流回転電機であり、たとえば、ロータに永久磁石が埋設された三相交流同期電動機である。MG130は、PCU120により駆動されて回転駆動力を発生し、MG130が発生した駆動力は、駆動軸140を通じて駆動輪150に伝達される。一方、電動車両1の制動時や下り斜面での加速度低減時には、MG130は、発電機として動作し、回生発電を行なう。MG130が発電した電力は、PCU120を通じて組電池12に供給され、組電池12に蓄えられる。
車両ECU160は、CPUと、メモリ(ROM及びRAM)と、各種信号を入出力するための入出力ポートとを含んで構成される(いずれも図示せず)。車両ECU160は、各種センサから受ける信号並びにメモリに記憶されたプログラム及びマップに基づいてPCU120を制御することにより、MG130の駆動や組電池12の充放電等を制御する。
The
図2は、図1に示した冷却装置14の配置構成の一例を示した図である。図2を参照して、組電池12を構成する複数のセル24は、幅広面が対向するようにして水平方向に積層され、バスバー26によって電気的に接続されている。冷却装置14は、各セル24の下方に配置され、各セル24を下方から冷却する。温度センサ22は、任意のセル24の上面に配置されており、セル24の上面温度(以下、単に「セル表面温度(Tb_sur)」と称される場合がある。)をセル24の温度として検出する。
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of an arrangement configuration of the
なお、特に図示していないが、この実施の形態では、冷却装置14の入側冷媒温度(Tref_in)と出側冷媒温度(Tref_out)も検出され、セル表面温度(Tb_sur)とともにセル内の温度ばらつきの推定に用いられる(後述)。
Although not particularly illustrated, in this embodiment, the inlet side refrigerant temperature (Tref_in) and the outlet side refrigerant temperature (Tref_out) of the
<セル内での抵抗のばらつきの説明>
この実施の形態では、セル24は、セルの下方から冷却装置14によって冷却されるため、セル内において冷却装置14による冷却効果にばらつきがある。
<Description of variation in resistance in cell>
In this embodiment, since the
図3は、セル24内における冷却装置14による冷却効果のばらつきを説明する図である。図3を参照して、冷却装置14の作動中、冷却装置14に近いセル下方においては、冷却装置14による冷却効果が相対的に大きく、温度は相対的に低くなる。一方、冷却装置14から遠いセル上方においては、冷却装置14による冷却効果が相対的に小さく、温度は相対的に高くなる。
FIG. 3 is a diagram for explaining variation in the cooling effect by the cooling
このため、セル内において、冷却装置14による冷却効果のばらつきによって劣化度合いにばらつきが生じ、その結果、セル内において抵抗のばらつきが発生する。そして、この抵抗のばらつきにより、セル内において電流のばらつきが生じる。
For this reason, in the cell, the deterioration degree varies due to the variation in the cooling effect by the cooling
図4は、セル24における抵抗分布を概略的に示す図である。図4を参照して、セル24を上下に分け、冷却装置14から離れたセル上方を「部位A」と称し、冷却装置14に近いセル下方を「部位B」と称する。抵抗42は、部位Aの平均抵抗を示し、抵抗43は、部位Bの平均抵抗を示す。抵抗42,43は、並列に接続された関係となる。
FIG. 4 is a diagram schematically showing a resistance distribution in the
セル24の上面に設けられる端子から入力される電流は、抵抗42,43の抵抗比に応じて抵抗42,43に分岐して流れる。たとえば、抵抗43の方が抵抗42よりも抵抗値が小さければ、抵抗42よりも大きい電流が抵抗43に流れる。
A current input from a terminal provided on the upper surface of the
図5は、セル24の新品時と劣化が進んだ後とにおける抵抗分布及び電流分布を説明する図である。電流分布については、冷却装置14の非動作時(停止時)と、冷却装置14の作動時とに分けて示されている。
FIG. 5 is a diagram illustrating the resistance distribution and the current distribution when the
図5を参照して、セル24の新品時は、セル上方の部位Aと、セル下方の部位Bとで、抵抗のばらつきはない(小さい)。セル24の劣化が進行している場合は、部位Aの抵抗は、部位Bの抵抗よりも高くなる。これは、上述のように、冷却装置14が作動した場合に、冷却装置14から離れた部位Aに対する冷却装置14の冷却効果が、冷却装置14に近い部位Bに対する冷却効果よりも小さいので、部位Aの方が部位Bよりも相対的に高温となり、その結果、部位Aの方が部位Bよりも劣化が進むためである。
Referring to FIG. 5, when the
したがって、セル24内の温度ばらつきが小さい冷却装置14の非作動時は、新品時においては、部位Aと部位Bとで抵抗のばらつきはない(小さい)ので、部位Aと部位Bとで電流のばらつきもない(小さい)。一方、セル24の劣化後は、上述のように、部位Aの抵抗は相対的に高くなり、部位Bの抵抗は相対的に低くなるので、部位Bには、部位Aよりも大きな電流が流れる。
Therefore, when the
このように、セル24の劣化が進行すると、セル内において電流のばらつきが発生するので、セル24への入力電流(或いは入力電力)を制限しても、セル内で相対的に電流の大きい部位Bにおいて電流が制限値を超えてしまい、リチウム金属の析出を抑制できない可能性がある。
As described above, when the deterioration of the
そこで、この実施の形態に従う電池システムでは、電池ECU30は、セル24の劣化に伴ない生じるセル内の抵抗ばらつき(以下「抵抗ばらつきβ」と称する。)を推定する。なお、冷却装置14の作動中は、セル内に温度ばらつきが生じ、その温度ばらつきによる抵抗ばらつきも生じるので、この抵抗ばらつきβは、冷却装置14の非作動時におけるセル内の抵抗ばらつきである。そして、電池ECU30は、セル内の温度ばらつきが小さい冷却装置14の非作動時に、推定された抵抗ばらつきβによるセル内の電流ばらつきを考慮して入力制限制御を実行する。
Therefore, in the battery system according to this embodiment,
たとえば、電池ECU30は、セル内の電流ばらつきを考慮してセル内での最大電流を推定し、その推定されたセル内最大電流に基づいて入力制限制御を行なってもよい。具体的には、推定されたセル内最大電流が、たとえばリチウム金属が析出しない電流上限を超えないように、セル24の入力電流又は入力電力を制限するようにしてもよい。このように、抵抗ばらつきβによるセル内の電流のばらつきを考慮して入力制限制御を実行することにより、セル24を適切に保護することができる。
For example, the
抵抗ばらつきβは、セル24の劣化の進行度合い(劣化度)とセル24の温度(セル表面温度)とに依存する。図6は、セル24の劣化に伴ない生じるセル内の抵抗ばらつきβを示した図である。図6において、横軸はセル24の劣化度を示し、縦軸はセル内の抵抗ばらつきの大きさを示す。
The resistance variation β depends on the progress of deterioration of the cell 24 (deterioration degree) and the temperature of the cell 24 (cell surface temperature). FIG. 6 is a diagram showing the resistance variation β in the cell that occurs as the
劣化度は、たとえば、セル24の満充電容量の維持率と相関を示すパラメータであり、満充電容量の維持率が低下するほど劣化度が大きくなるように定義することができる。なお、劣化度の定義はこれに限らず、たとえば、セルの使用初期からの経過時間や内部抵抗の変化等を用いて定義してもよい。
The degree of deterioration is, for example, a parameter that correlates with the maintenance rate of the full charge capacity of the
セル内の抵抗ばらつきβは、たとえば、セル24の部位Aと部位Bとの抵抗比(部位Bの抵抗値/部位Aの抵抗値)で表すことができる。なお、抵抗ばらつきβの表し方はこれに限らず、たとえば、部位Aの抵抗値と部位Bの抵抗値との平均に対する部位A又は部位Bの抵抗値等によって表してもよい。 The resistance variation β in the cell can be represented by, for example, the resistance ratio between the part A and the part B of the cell 24 (resistance value of the part B / resistance value of the part A). Note that the method of representing the resistance variation β is not limited to this, and may be represented by, for example, the resistance value of the part A or the part B with respect to the average of the resistance value of the part A and the resistance value of the part B.
図6を参照して、線k1は、セル24の温度(セル表面温度)が相対的に高い場合のセル内の抵抗ばらつきβを示し、線k2は、セル24の温度(セル表面温度)が相対的に低い場合の抵抗ばらつきβを示す。このように、セル24の劣化に伴ない生じるセル内の抵抗ばらつきβは、セル24の劣化度とセル24の温度(セル表面温度)とに依存することが分かる。
Referring to FIG. 6, line k1 indicates resistance variation β in the cell when the temperature of cell 24 (cell surface temperature) is relatively high, and line k2 indicates the temperature of cell 24 (cell surface temperature). The resistance variation β when the resistance is relatively low is shown. Thus, it can be seen that the resistance variation β in the cell caused by the deterioration of the
そこで、この実施の形態では、セル24の劣化度(たとえば満充電容量の維持率)と温度(セル表面温度)とをパラメータとして、セル内の抵抗ばらつきβが予め実験等により求められ、図7に示されるようなマップとして予め準備される。そして、このようなマップを用いて、セルの劣化度と温度センサ22の検出値(セル表面温度)とに基づいて抵抗ばらつきβが推定される。
Therefore, in this embodiment, the resistance variation β in the cell is obtained in advance by experiments or the like using the deterioration degree (for example, the maintenance rate of the full charge capacity) and the temperature (cell surface temperature) of the
再び図5を参照して、冷却装置14の作動時においては、冷却装置14から離れた部位Aと、冷却装置14に近い部位Bとに温度のばらつきが生じ、この温度ばらつきによる抵抗のばらつきが加わる。具体的には、冷却装置14の作動時は、図8に示されるように、部位Aの温度T1は、部位Bの温度T2よりも高い。このため、劣化による抵抗ばらつきβが生じていない新品時においては、部位Aの抵抗値R1は、部位Bの抵抗値R2よりも相対的に小さくなり、部位Aに部位Bよりも大きな電流が流れる。
Referring to FIG. 5 again, when the
そこで、この実施の形態では、電池ECU30は、冷却装置14の作動時には、冷却装置14の作動に伴なうセル内の温度ばらつきを推定する。そして、電池ECU30は、温度ばらつきを考慮したセル内の抵抗ばらつき(以下「抵抗ばらつきα」と称する。)を推定し、その推定された抵抗ばらつきαによるセル内の電流のばらつきを考慮して入力制限制御を実行する。
Therefore, in this embodiment, when the
冷却装置14の作動中におけるセル内の温度ばらつきは、温度センサ22により検出される温度と、冷却装置14の冷媒温度とから推定することができる。たとえば、セル24の上面に配置される温度センサ22により検出されるセル表面温度(Tb_sur)は、セル24内の高温部の温度を示し、冷却装置14の出側冷媒温度(Tref_out)と入側冷媒温度(Tref_in)との平均温度は、セル24内の低温部の温度を示すものと考え、セル表面温度(Tb_sur)と上記平均温度との温度差に基づいてセル内の温度ばらつきを推定することができる。
The temperature variation in the cell during the operation of the
図9は、セル内の温度ばらつきにより生じるセル内の抵抗ばらつきを示した図である。図9において、横軸はセル24の温度(セル表面温度Tb_sur)を示し、縦軸はセル24の抵抗の大きさを示す。
FIG. 9 is a diagram showing the resistance variation in the cell caused by the temperature variation in the cell. In FIG. 9, the horizontal axis represents the temperature of the cell 24 (cell surface temperature Tb_sur), and the vertical axis represents the magnitude of the resistance of the
図9を参照して、線k3で示されるように、温度のばらつき(ΔT1,ΔT2)によって抵抗のばらつき(α11,α22)が生じる。また、温度ばらつきに基づくセル内の抵抗ばらつき(α11,α22)は、セルの温度(T1,T2)によって異なる。すなわち、セル内の抵抗ばらつきαは、セル内の温度ばらつきと、セルの温度(セル表面温度)とに依存することが分かる。また、線k4は、線k3で示される特性を有するセルよりも劣化度が大きいセルの特性を示す。セルの劣化が進行すると、セルの温度と抵抗との関係も変化する。 Referring to FIG. 9, as shown by line k3, resistance variations (α11, α22) are caused by temperature variations (ΔT1, ΔT2). Also, the resistance variation (α11, α22) in the cell based on the temperature variation varies depending on the cell temperature (T1, T2). That is, it can be seen that the resistance variation α in the cell depends on the temperature variation in the cell and the cell temperature (cell surface temperature). A line k4 indicates the characteristics of the cell having a greater degree of deterioration than the cell having the characteristics indicated by the line k3. As cell deterioration progresses, the relationship between cell temperature and resistance also changes.
そこで、この実施の形態では、セル内の温度ばらつきと、セル24の温度(セル表面温度)と、セルの劣化度(たとえば満充電容量の維持率)とをパラメータとして、冷却装置14の作動時におけるセル内の抵抗ばらつきαが予め実験等により求められ、図10に示されるようなマップとして予め準備される。そして、このようなマップを用いて、セル内の温度ばらつきの推定値と、温度センサ22の検出値(セル表面温度)と、セルの劣化度とに基づいて抵抗ばらつきαが推定される。
Therefore, in this embodiment, the temperature variation in the cell, the temperature of the cell 24 (cell surface temperature), and the deterioration degree of the cell (for example, the maintenance rate of the full charge capacity) are used as parameters when the
なお、セル24の劣化が進行すると、上述のように、冷却装置14から離れたセル上方の部位Aの抵抗は、冷却装置14に近いセル下方の部位Bの抵抗よりも高くなる。したがって、セル24の劣化が進行している状況下で冷却装置14が作動すると、セル24の劣化に伴なう抵抗のばらつきと、冷却装置14の作動に伴なうセル内の温度ばらつきによる抵抗のばらつきとが相殺され、セル内の抵抗ばらつきは小さくなる。したがって、セル内における電流のばらつきも小さくなる。
When the deterioration of the
このように、冷却装置14の作動時は、セル24の劣化が進行している状況下では電流のばらつきが問題とならないことから、冷却装置14の作動時における入力制限制御は、セル24の劣化が所定レベルに達した後は実施しないものとしてもよい。
As described above, when the
図11は、電池ECU30により実行される入力制限制御の処理手順の一例を説明するフローチャートである。なお、このフローチャートに示される一連の処理は、所定時間毎又は所定条件の成立時にメインルーチンから呼び出されて実行される。
FIG. 11 is a flowchart for explaining an example of the processing procedure of the input restriction control executed by the
図11を参照して、電池ECU30は、冷却装置14が作動中であるか否かを判定する(ステップS10)。一例として、冷却装置14は、温度センサ22により検出される温度Tbが所定値(たとえば30℃)を超えると作動し、温度Tbが所定値を下回ると停止(非作動)する。
Referring to FIG. 11,
ステップS10において冷却装置14が作動中でないと判定されると(ステップS10においてNO)、電池ECU30は、冷却装置14の非作動時におけるセル内の抵抗ばらつきβを推定する(ステップS20)。詳しくは、電池ECU30は、セル24の満充電容量を算出し、初期状態からの満充電容量の維持率に基づいてセルの劣化度を算出する。なお、満充電容量の算出方法は、公知の種々の手法を用いることができる。
When it is determined in step S10 that the
そして、電池ECU30は、図7に示したマップをメモリから読出し、算出された劣化度と、温度センサ22により検出される温度Tb(セル表面温度)とから、マップを用いて抵抗ばらつきβを推定する。その後、電池ECU30は、ステップS70へと処理を移行する(後述)。
The
一方、ステップS10において冷却装置14が作動中であると判定された場合は(ステップS10においてYES)、電池ECU30は、セル内の温度ばらつきに基づくセル内の抵抗ばらつきαを推定する。セル内の温度ばらつきは、温度センサ22により検出される温度Tbと、冷却装置14の冷媒温度とから推定され、この実施の形態では、冷却装置14の動作が安定しているか否かで、採用する冷媒温度を変えている。
On the other hand, when it is determined in step S10 that cooling
図12は、冷却装置14の冷媒温度の推移を示した図である。図12を参照して、線k11は、冷却装置14の出側冷媒温度Tref_outを示し、線k12は、冷却装置14の入側冷媒温度Tref_inを示している。
FIG. 12 is a diagram showing the transition of the refrigerant temperature of the
時刻t0において、冷却装置14の作動が開始したものとする。時刻t1までは、冷却装置14の出側冷媒温度Tref_outと入側冷媒温度Tref_in(Tref_out>Tref_in)との温度差が所定の動作安定基準Xよりも大きく、冷却装置14の動作は不安定(過渡的)であると判定される。時刻t1において上記温度差が動作安定基準Xを下回ると、冷却装置14の動作が安定したものと判定される。
It is assumed that the operation of the
そして、この実施の形態では、冷却装置14の動作が安定している場合には、セル内の温度ばらつきの推定に用いられる冷却装置14の冷媒温度に、出側冷媒温度Tref_outと入側冷媒温度Tref_inとの平均値である平均冷媒温度Tref_aveが用いられる。一方、冷却装置14の動作が不安定である場合には、セル内の温度ばらつきの推定に用いられる冷媒温度に、出側冷媒温度Tref_outと入側冷媒温度Tref_inとのうち低い方が用いられる。冷却装置14の動作が不安定のときは、温度ばらつきを最大で見積もるものである。
In this embodiment, when the operation of the
再び図11を参照して、ステップS10において冷却装置14が作動中であると判定されると(ステップS10においてYES)、電池ECU30は、冷却装置14の冷媒温度が安定しているか否かを判定する(ステップS30)。具体的には、図12で説明したように、冷却装置14の出側冷媒温度Tref_outと入側冷媒温度Tref_inとの温度差が所定の動作安定基準Xを下回っているか否かが判定される。
Referring to FIG. 11 again, when it is determined in step S10 that cooling
そして、ステップS30において冷媒温度は安定していると判定されると(ステップS30においてYES)、電池ECU30は、温度センサ22により検出されるセル温度(セル表面温度(Tb_suf)と、冷却装置14の平均冷媒温度Tref_aveとに基づいて、セル内の温度ばらつきを推定する(ステップS40)。
When it is determined in step S30 that the refrigerant temperature is stable (YES in step S30), the
一方、ステップS30において冷媒温度は安定していないと判定されると(ステップS30においてNO)、電池ECU30は、温度センサ22により検出されるセル温度(セル表面温度(Tb_suf)と、出側冷媒温度Tref_outと入側冷媒温度Tref_inとのうち低い方の冷媒温度(最低冷媒温度)とに基づいて、セル内の温度ばらつきを推定する(ステップS50)。
On the other hand, when it is determined in step S30 that the refrigerant temperature is not stable (NO in step S30), the
ステップS40又はS50においてセル内の温度ばらつきが推定されると、電池ECU30は、冷却装置14の作動に伴なうセル内の温度ばらつきに基づくセル内の抵抗ばらつきαを推定する(ステップS60)。詳しくは、電池ECU30は、図10に示したマップをメモリから読出し、推定されたセル内の温度ばらつきと、温度センサ22により検出される温度Tb(セル表面温度)と、セルの劣化度とから、マップを用いて抵抗ばらつきαを推定する。その後、電池ECU30は、ステップS70へと処理を移行する。
When the temperature variation in the cell is estimated in step S40 or S50, the
ステップS20又はS60においてセル内の抵抗ばらつきが推定されると、電池ECU30は、推定されたセル内の抵抗ばらつきに基づいて、セル内の電流ばらつきを推定する(ステップS70)。そして、電池ECU30は、推定されたセル内の電流ばらつきに基づいて、セル内の最大電流を推定する(ステップS80)。
When the resistance variation in the cell is estimated in step S20 or S60, the
次いで、電池ECU30は、ステップS80において推定されたセル内最大電流が所定の上限値よりも大きいか否かを判定する(ステップS90)。この上限値は、たとえば、負極にリチウム金属が析出しない電流上限とすることができる。そして、ステップS90においてセル内最大電流が上限値よりも大きいと判定されると(ステップS90においてYES)、電池ECU30は、セルへの入力電流又は入力電力を制限する入力制限制御を実行する(ステップS100)。具体的には、電池ECU30は、PCU120(図1)を制御して組電池12への入力電流又は入力電力を制限することにより、セルへの入力電流又は入力電力を制限する。
Next, the
なお、ステップS90においてセル内最大電流は上限値以下であると判定されたときは(ステップS90においてNO)、電池ECU30は、ステップS100を実行することなくリターンへと処理を移行する。
When it is determined in step S90 that the in-cell maximum current is equal to or lower than the upper limit value (NO in step S90), the
以上のように、この実施の形態においては、セル24の劣化に伴ない生じるセル内の抵抗ばらつきβが推定される。そして、セル内の温度ばらつきが小さい冷却装置14の非作動時に、推定された抵抗ばらつきβによるセル内の電流のばらつきを考慮して入力制限制御が実行される。したがって、この実施の形態によれば、セルを適切に保護することができる。
As described above, in this embodiment, the resistance variation β in the cell caused by the deterioration of the
また、この実施の形態においては、冷却装置14の作動時においては、セル24内の温度ばらつきが推定され、推定された温度ばらつきに基づくセル内の抵抗ばらつきαが推定される。そして、冷却装置14の作動時は、推定された抵抗ばらつきαによるセル内の電流のばらつきを考慮して入力制限制御が実行される。したがって、この実施の形態によれば、冷却装置14の作動時においても、セル内の抵抗ばらつきを考慮してセルを適切に保護することができる。
Further, in this embodiment, when 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及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 embodiment but by the scope of claims, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.
1 電動車両、10 電池パック、12 組電池、14 冷却装置、16 センサユニット、18 電圧センサ、20 電流センサ、22 温度センサ、24 セル、26 バスバー、30 電池ECU、42,43 抵抗、120 PCU、130 MG、140 駆動軸、150 駆動輪、160 車両ECU。
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記単電池の一方向から前記単電池を冷却するように構成された冷却装置と、
前記単電池のへ入力電流又は入力電力を所定値以下に制限する入力制限制御を実行する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記単電池の劣化に伴ない生じる前記単電池内の抵抗のばらつきを推定し、
前記冷却装置の非作動時に、前記抵抗のばらつきによる前記単電池内の電流のばらつきを用いて前記入力制限制御を実行する、電池システム。 A cell,
A cooling device configured to cool the unit cell from one direction of the unit cell;
A control device for performing input restriction control for restricting an input current or input power of the unit cell to a predetermined value or less;
The controller is
Estimating the variation in resistance in the unit cell resulting from the deterioration of the unit cell,
A battery system that executes the input restriction control using a variation in current in the unit cell due to a variation in resistance when the cooling device is not operated.
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