JP2023030371A - System for charging lithium ion secondary battery and method for charging lithium ion secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、リチウムイオン二次電池の充電制御の技術に関する。 The present invention relates to technology for charge control of a lithium ion secondary battery.
近年、携帯電話、ノート型パーソナルコンピュータ、ビデオカメラ等の携帯型コードレス製品は益々小型化、ポータブル化が進んでいる。また、大気汚染や二酸化炭素の増加等の環境問題の観点から、ハイブリッド自動車、電気自動車、電動船舶や、ドローンをはじめとする小型飛行体等の電動移動体の開発が進められ、実用化の段階となっている。これら電子機器や電気自動車等のなど電動移動体には、高効率、高出力、高エネルギー密度、軽量等の特徴を有する優れた二次電池が求められている。さらに、夜間電力や太陽光等の自然エネルギーで発電した電気を効率的に蓄電する手段としても、二次電池の有効利用に注目が集まっている。このような特性を有する二次電池の開発、研究が盛んに行われ、リチウム電池やリチウムイオン電池等の二次電池が種々実用化されている。
その中でも、層状の結晶構造であるニッケル、コバルト、マンガンなどの複合酸化物は、その層間に電気的に活性なリチウムイオンが脱挿入されることにより、高エネルギー密度のリチウムイオン電池の正極活物質として好んで用いられる(例えば特許文献1)。
2. Description of the Related Art In recent years, mobile cordless products such as mobile phones, notebook personal computers, and video cameras are becoming more and more compact and portable. In addition, from the viewpoint of environmental problems such as air pollution and increased carbon dioxide, the development of electric vehicles such as hybrid vehicles, electric vehicles, electric ships, and small aircraft such as drones is progressing, and it is at the stage of practical use. It has become. Electric vehicles such as these electronic devices and electric vehicles require excellent secondary batteries having characteristics such as high efficiency, high output, high energy density, and light weight. Furthermore, as a means for efficiently storing electricity generated by nighttime power or natural energy such as sunlight, the effective use of secondary batteries is attracting attention. Development and research on secondary batteries having such characteristics have been actively carried out, and various secondary batteries such as lithium batteries and lithium ion batteries have been put to practical use.
Among them, composite oxides such as nickel, cobalt, and manganese, which have a layered crystal structure, are positive electrode active materials for high-energy-density lithium-ion batteries by intercalating and deinserting electrically active lithium ions between the layers. It is preferably used as (for example, Patent Document 1).
ところで、例えば、上記の二次電池を蓄電池として用いる場合、災害などで電力供給インフラが遮断された際には通常使用時よりも多量の電力を供給することが求められる。また、上述のドローンには、災害時に交通網が遮断された地域への物資の供給などの機能も要請されており、そうした場合、より多くの荷物を長距離運搬するために、通常使用時よりも多量の電力を供給することが求められる。 By the way, for example, when the above-described secondary battery is used as a storage battery, it is required to supply a larger amount of power than during normal use when the power supply infrastructure is cut off due to a disaster or the like. In addition, the above-mentioned drones are also required to have functions such as supplying supplies to areas where transportation networks are cut off in the event of a disaster. It is also required to supply a large amount of power.
本発明は上述した問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、装置の動力源として用いられるリチウムイオン二次電池から、装置が必要とする際により多くの容量を引き出すことを可能とすることにある。 The present invention was made to solve the above-mentioned problems, and its object is to extract more capacity from the lithium-ion secondary battery used as the power source of the device when the device needs it. It is to make it possible.
本発明の第1の観点は、装置の動力源として用いられるリチウムイオン二次電池の充電システムであって、前記装置を作動させる際に前記リチウムイオン二次電池を充電する第一の充電モード、又は、前記装置を作動させる際に前記リチウムイオン二次電池を充電する第二の充電モードであって、前記第一の充電モードよりも前記リチウムイオン二次電池の容量が大きくなるように前記リチウムイオン二次電池を充電する第二の充電モード、のいずれかの充電モードを選択する選択部と、前記リチウムイオン二次電池の温度と容量との関係を記憶する記憶部と、前記第二の充電モードで充電するときの目標容量を設定する設定部と、前記第二の充電モードでの充電時に、前記リチウムイオン二次電池を前記第一の充電モードの場合よりも高い設定温度に制御する温度制御部と、を備え、前記温度制御部は、前記設定部により設定された前記目標容量と、前記記憶部が記憶する前記リチウムイオン二次電池の温度と容量との関係とに基づいて、前記設定温度を決定する、リチウムイオン二次電池の充電システムである。 A first aspect of the present invention is a charging system for a lithium ion secondary battery used as a power source for a device, comprising: a first charging mode for charging the lithium ion secondary battery when operating the device; Alternatively, a second charging mode for charging the lithium-ion secondary battery when operating the device, wherein the lithium-ion secondary battery has a larger capacity than the first charging mode. a second charging mode for charging an ion secondary battery; a selecting unit for selecting one charging mode; a storage unit for storing a relationship between temperature and capacity of the lithium ion secondary battery; A setting unit that sets a target capacity when charging in the charging mode, and controls the lithium ion secondary battery to a higher set temperature than in the first charging mode when charging in the second charging mode. a temperature control unit, wherein the temperature control unit is based on the target capacity set by the setting unit and the relationship between the temperature and capacity of the lithium ion secondary battery stored in the storage unit, A lithium-ion secondary battery charging system that determines the set temperature.
本発明の第2の観点は、装置の動力源として用いられるリチウムイオン二次電池の充電システムであって、プロセッサを有し、前記プロセッサは、前記リチウムイオン二次電池を充電するときの目標容量に基づいて、前記リチウムイオン二次電池を充電するように制御し、前記リチウムイオン二次電池の充電時において、前記目標容量が所定値未満である場合は、前記リチウムイオン二次電池の温度を予め定めた第一の上限温度未満に制御する一方、前記目標容量が前記所定値以上である場合は、前記リチウムイオン二次電池の温度を前記第一上限温度以上であって予め定めた第二の上限温度未満に制御する、リチウムイオン二次電池の充電システムである。 A second aspect of the present invention is a charging system for a lithium-ion secondary battery used as a power source for an apparatus, comprising a processor, wherein the processor controls a target capacity when charging the lithium-ion secondary battery. is controlled to charge the lithium ion secondary battery based on, and when the lithium ion secondary battery is charged, if the target capacity is less than a predetermined value, the temperature of the lithium ion secondary battery is While controlling the temperature below a predetermined first upper limit temperature, when the target capacity is equal to or higher than the predetermined value, the temperature of the lithium ion secondary battery is set to a temperature equal to or higher than the first upper limit temperature and a predetermined second temperature. It is a charging system for a lithium-ion secondary battery that controls the temperature below the upper limit temperature.
本発明の第3の観点は、装置の動力源として用いられるリチウムイオン二次電池の充電システムであって、プロセッサを有し、前記プロセッサは、前記リチウムイオン二次電池を充電するときの目標容量に基づいて、前記リチウムイオン二次電池を充電するように制御し、前記リチウムイオン二次電池の充電時において、前記目標容量が所定値未満である場合は、前記リチウムイオン二次電池の温度を予め定めた上限温度以上に制御することを禁止する一方、前記目標容量が前記所定値以上である場合は、前記リチウムイオン二次電池の温度を前記上限温度以上に制御することを許容する、リチウムイオン二次電池の充電システムである。 A third aspect of the present invention is a charging system for a lithium ion secondary battery used as a power source of an apparatus, comprising a processor, wherein the processor controls a target capacity when charging the lithium ion secondary battery. is controlled to charge the lithium ion secondary battery based on, and when the lithium ion secondary battery is charged, if the target capacity is less than a predetermined value, the temperature of the lithium ion secondary battery is While prohibiting control to a predetermined upper limit temperature or higher, permitting control of the temperature of the lithium ion secondary battery to a temperature equal to or higher than the upper limit temperature when the target capacity is equal to or higher than the predetermined value, lithium This is an ion secondary battery charging system.
本発明の第4の観点は、装置の動力源として用いられるリチウムイオン二次電池の充電方法であって、前記装置を作動させる際に前記リチウムイオン二次電池を充電する第一の充電モード、又は、前記装置を作動させる際に前記リチウムイオン二次電池を充電する第二の充電モードであって、前記第一の充電モードよりも前記リチウムイオン二次電池の容量が大きくなるように前記リチウムイオン二次電池を充電する第二の充電モード、のいずれかの充電モードを選択するステップ(A)と、前記第二の充電モードで充電するときの目標容量を設定するステップ(B)と、前記ステップ(B)において設定された前記目標容量と、予め記憶された前記リチウムイオン二次電池の温度と容量との関係とに基づいて、前記第二の充電モードで充電するときの設定温度として、前記第一の充電モードの場合よりも高い温度に設定するステップ(C)と、前記第二の充電モードでの充電時に前記設定温度に制御するステップ(D)と、を含む、リチウムイオン二次電池の充電方法である。 A fourth aspect of the present invention is a method for charging a lithium ion secondary battery used as a power source of a device, comprising: a first charging mode for charging the lithium ion secondary battery when operating the device; Alternatively, a second charging mode for charging the lithium-ion secondary battery when operating the device, wherein the lithium-ion secondary battery has a larger capacity than the first charging mode. A step (A) of selecting one of a second charging mode for charging an ion secondary battery; a step (B) of setting a target capacity for charging in the second charging mode; As the set temperature for charging in the second charging mode, based on the target capacity set in step (B) and the pre-stored relationship between the temperature and capacity of the lithium ion secondary battery. , a step (C) of setting a temperature higher than that in the first charging mode, and a step (D) of controlling to the set temperature during charging in the second charging mode. This is the charging method for the next battery.
本発明のある態様によれば、装置の動力源として用いられるリチウムイオン二次電池から、装置が必要とする際により多くの容量を引き出すことが可能となる。 According to one aspect of the present invention, it is possible to extract more capacity from the lithium-ion secondary battery used as the power source of the device when the device requires it.
以下、本発明の実施形態について説明する。
集電体上に正極活物質層が形成された正極と、集電体上に負極活物質層が形成された負極と、電解液と、を含むリチウムイオン二次電池では、正極活物質として、層状の結晶構造である層状の結晶構造を持つリチウム遷移金属複合酸化物が高エネルギー密度のリチウムイオン電池の正極活物質として好んで用いられる。このようなリチウムイオン二次電池は、温度の上昇に伴って、正極活物質の一部が相転移反応を起こし、若干の層構造の変化が発生することによって充電容量が増大する特徴がある。その反面、層状へのリチウムイオンの脱挿入反応が進みにくくなる傾向があることから、電池の使用寿命が減少する傾向にあるため、リチウムイオン電池を高温環境下で用いることは一般的には好ましくないとされている。
Embodiments of the present invention will be described below.
In a lithium ion secondary battery including a positive electrode having a positive electrode active material layer formed on a current collector, a negative electrode having a negative electrode active material layer formed on a current collector, and an electrolyte, the positive electrode active material includes: A lithium-transition metal composite oxide having a layered crystal structure, which is a layered crystal structure, is preferably used as a positive electrode active material for high energy density lithium ion batteries. Such a lithium ion secondary battery is characterized in that as the temperature rises, part of the positive electrode active material undergoes a phase transition reaction, causing a slight change in the layer structure, thereby increasing the charge capacity. On the other hand, it is generally preferable to use a lithium ion battery in a high temperature environment because the lithium ion deinsertion reaction in the layer tends to be difficult to proceed, and the service life of the battery tends to decrease. It is said that there is not.
しかし、本願の発明者が鋭意研究した結果、リチウムイオン二次電池を充電する際の温度を適切に制御することで、上記の相転移現象を適切に制御することができ、その結果、電池の使用寿命の減少を抑制しながらも、正極活物質の容量を一時的に増やすことができることを見出した。リチウムイオン二次電池(以下、適宜単に「電池」又は「電池セル」という。)を装置の動力源として用い、かつ、装置の動作に必要となる容量が予めわかっている場合、当該容量(目標容量)まで充電されるように、電池セルを充電するときの設定温度を制御することで、電池セルの容量を装置の動作に最適な値とすることができる。 However, as a result of intensive research by the inventors of the present application, the above phase transition phenomenon can be appropriately controlled by appropriately controlling the temperature during charging of the lithium ion secondary battery. The inventors have found that the capacity of the positive electrode active material can be temporarily increased while suppressing the decrease in service life. If a lithium-ion secondary battery (hereinafter simply referred to as a "battery" or "battery cell" as appropriate) is used as the power source of the device and the capacity required for the operation of the device is known in advance, the capacity (target By controlling the set temperature when charging the battery cells so that the battery cells are charged to the maximum capacity, the battery cell capacity can be set to an optimum value for the operation of the device.
図1に、電池セルにおいて異なる材料の正極活物質を用いた場合に、温度と正極容量との関係を例示する。図1では、三元系正極活物質として、Li(Ni,Co,Al)O2(〇で示す)とLi(Ni,Co,Mn)O2(◇で示す)、三元系ではない正極活物質としてLiMn2O4(マンガン酸リチウム)(△で示す)を図示している。
図1に示すように、特に三元系正極活物質を用いた電池セルでは、温度の変化に対する容量の変化が大きく、容量の温度依存性を有していることに加え、温度と容量の関係が概ね線形であり、温度に対する電池セルの容量の推定が行いやすいことがわかる。
そこで、図1に示した温度と電池セルの容量との関係を記述したマップデータを、電池セルを充電するときに参照することで、電池セルを目標容量まで充電することができる。
FIG. 1 illustrates the relationship between temperature and positive electrode capacity when different positive electrode active materials are used in battery cells. In FIG. 1, Li(Ni, Co, Al) O 2 (indicated by ◯) and Li(Ni, Co, Mn) O 2 (indicated by ◇) are used as ternary positive electrode active materials, and positive electrodes that are not ternary LiMn 2 O 4 (lithium manganate) (indicated by Δ) is illustrated as an active material.
As shown in FIG. 1, particularly in a battery cell using a ternary positive electrode active material, the change in capacity with respect to temperature changes is large. is generally linear, and it can be seen that it is easy to estimate the battery cell capacity with respect to temperature.
Therefore, by referring to the map data describing the relationship between temperature and battery cell capacity shown in FIG. 1 when charging the battery cell, the battery cell can be charged to the target capacity.
次に、図2を参照して、一実施形態に係るリチウムイオン二次電池の充電システム(以下、単に「充電システム」という。)について説明する。
図2に示すように、一実施形態の充電システムは、複数の電池セルから構成される電池モジュール2と、電池制御装置1と、電池モジュール2を充電するための充電装置5とを含む。電池制御装置1は、電池モジュール2と一体的に構成されてもよい。なお、以下の説明では、電池モジュール2は、電気自動車や小型飛行体等の移動体の動力源に用いられるものとする。移動体を作動させる前に予め電池モジュール2の充電が行われる。
Next, with reference to FIG. 2, a charging system for a lithium ion secondary battery (hereinafter simply referred to as "charging system") according to one embodiment will be described.
As shown in FIG. 2 , the charging system of one embodiment includes a battery module 2 composed of a plurality of battery cells, a
電池モジュール2の充電を行う際には、電池モジュール2と充電装置5が図示しないコネクタにより連結され、電池モジュール2を充電するための閉回路が形成される。閉回路が形成された場合、充電装置5の電源回路部52から供給される充電電流によって電池モジュール2が充電可能な状態となる。
When charging the battery module 2 , the battery module 2 and the
図2に示すように、電池制御装置1は、プロセッサ11、記憶装置12、セル監視部13、及び、通信部14を備える。
プロセッサ11は、マイクロプロセッサを主体として構成され、マイクロプロセッサが所定のプログラムを実行することで、電池制御装置1の動作を制御する。
記憶装置12(記憶部の一例)は、不揮発性メモリであり、マップデータ及び充電履歴情報を含む。
マップデータは、図1に例示した温度と電池セルの容量との関係を記述したデータである。充電履歴情報は、現在までの電池モジュール2に対する充電の履歴に関する情報であり、例えば、第二の充電モードによる過去の充電回数と設定温度とを含む。
As shown in FIG. 2 , the
The
The storage device 12 (an example of a storage unit) is a non-volatile memory and contains map data and charging history information.
The map data is data describing the relationship between temperature and battery cell capacity illustrated in FIG. The charging history information is information relating to the charging history of the battery module 2 up to the present, and includes, for example, the number of past charging times in the second charging mode and the set temperature.
プロセッサ11がプログラムを実行することで、充電モード選択部111、容量設定部112、及び、温度制御部113として機能する。
The
充電モード選択部111は、例えば移動体を作動させる際に電池モジュール2を充電する第一の充電モード、又は、移動体を作動させる際に電池モジュール2を充電する第二の充電モードであって、第一の充電モードよりも電池モジュール2の容量が大きくなるように電池モジュール2を充電する第二の充電モード、のいずれかの充電モードを選択する。
ここで、第一の充電モードは、例えば、移動体を通常動作させるときの充電モードである。第二の充電モードは、移動体を通常よりも長時間させる場合等、通常よりも多く電池の容量が必要となるときの充電モードである。
The charging mode selection unit 111 selects, for example, a first charging mode in which the battery modules 2 are charged when the mobile body is operated, or a second charging mode in which the battery modules 2 are charged when the mobile body is operated. , a second charging mode in which the battery module 2 is charged so that the capacity of the battery module 2 is larger than that in the first charging mode.
Here, the first charging mode is, for example, a charging mode when operating the moving object normally. The second charge mode is a charge mode when a larger battery capacity than usual is required, such as when the mobile object is used for a longer time than usual.
一実施形態では、充電モード選択部111は、図示しない入力装置に入力されるデータ、又は、外部のホストコンピュータから通信部14を介して受信するデータに基づいて、第一の充電モード又は第二の充電モードのいずれかを選択することができる。移動体の運用者は、移動体の運行計画等により移動体の運行速度や運行距離等の情報がわかっているため、その情報を基に、いずれかの充電モードを決定し、いずれかの充電モードを示すデータを入力装置に入力、又は、ホストコンピュータから電池制御装置1に送信することができる。なお、電池制御装置1は、移動体の運行制御装置(図示せず)から充電モードを示すデータを受信してもよい。
In one embodiment, the charging mode selection unit 111 selects the first charging mode or the second charging mode based on data input to an input device (not shown) or data received from an external host computer via the
別の実施形態では、充電モード選択部111は、自律的に第一の充電モード又は第二の充電モードのいずれかを選択してもよい。例えば、充電モード選択部111は、移動体の運行制御装置から、移動体の現在地と移動体の目的地のデータを取得し、そのデータから目的地に辿り着くために必要な容量(必要運行容量)を算出し、必要運行容量に基づいて第一の充電モード又は第二の充電モードのいずれかを選択する。 In another embodiment, the charging mode selector 111 may autonomously select either the first charging mode or the second charging mode. For example, the charging mode selection unit 111 acquires data on the current location of the mobile object and the destination of the mobile object from the operation control device of the mobile object, and based on the data, the capacity required to reach the destination (required operation capacity ) and select either the first charging mode or the second charging mode based on the required operating capacity.
充電モード選択部111によって第二の充電モードが選択された場合、容量設定部112は、第二の充電モードで充電するときの目標容量を設定する。目標容量を設定するのは、必要以上に電池モジュール2を加熱して電池の使用寿命が減少することを防止するためである。
一実施形態では、容量設定部112は、移動体の運行制御装置から容量の要求値を受信する場合には、当該要求値を目標容量とすることができる。別の実施形態では、容量設定部112が自ら必要運行容量を算出し、算出した必要運行容量を目標容量としてもよい。
When the second charging mode is selected by the charging mode selection unit 111, the
In one embodiment, the
温度制御部113は、第二の充電モードでの充電時において、電池モジュール2を第一の充電モードの場合よりも高い設定温度に制御する。このとき、温度制御部113は、容量設定部112により設定された目標容量と、記憶装置12が記憶するマップデータとに基づいて、設定温度を決定する。
上述したように、マップデータには、温度と電池セルの容量との関係が記述されている。そのため、温度制御部113は、マップデータを参照することで、目標容量に対応する温度を設定温度として決定することができる。電池モジュール2を設定温度に制御するために、温度制御部113は、電池モジュール2の近傍に配置された温度センサ133によって検出される温度の値をモニタしつつ、電池モジュール2の近傍に設けられるヒータ3(図2参照)に対して制御信号を送信する。
During charging in the second charging mode, the
As described above, the map data describes the relationship between temperature and battery cell capacity. Therefore, the
図2に示すように、充電装置5は、制御部51、電源回路部52、通信部53、及び、電流センサ54を備える。
制御部51は、マイクロプロセッサを主体として構成され、充電装置5に接続された電池モジュール2に対する充電制御を行う。電流センサ54は、電池モジュール2を含む閉回路上に配置される。制御部51は、電流センサ54によって検出される電流値、及び/又は、電池制御装置1から供給される電池モジュール2の電圧値を基に、CCCV充電を行うように電源回路部52を制御する。
電源回路部52は、制御部51による制御の下、充電装置5に接続された電池モジュール2に対して充電電流を供給する。
通信部53は、電池制御装置1の通信部14との間で、充電方式に応じた通信プロトコルでデータ通信を行う。
As shown in FIG. 2 , the charging
The control unit 51 is mainly composed of a microprocessor, and controls charging of the battery module 2 connected to the
The power
The communication unit 53 performs data communication with the
次に、図3及び図4のフローチャートを参照して、一実施形態の充電システムによる電池モジュール2に対する充電動作について説明する。図3及び図4のフローチャートは、電池制御装置1のプロセッサ11によって実行される。
図3を参照すると、プロセッサ11は、先ず充電モードを選択する(ステップS2)。前述したように、充電モードの選択は、例えば、入力装置に入力されるデータ、又は、外部のホストコンピュータから通信部14を介して受信するデータに基づいて決定される。
第一の充電モードが選択された場合、充電を行う前の温度制御を行う必要がないため、プロセッサ11は、直ちに充電処理を実行する(ステップS8)。すなわち、プロセッサ11は、充電装置5との間で電池モジュール2の充電を行うための通信を開始する。
Next, the operation of charging the battery module 2 by the charging system of one embodiment will be described with reference to the flowcharts of FIGS. 3 and 4. FIG. The flowcharts of FIGS. 3 and 4 are executed by the
Referring to FIG. 3,
When the first charging mode is selected, the
ステップS2で第二の充電モードが選択されたことは、通常よりも容量を増加させる必要があることを意味する。そこで、プロセッサ11は、電池モジュール2の目標容量の設定を行う(ステップS4)。目標容量の設定は、例えば上述したように、移動体の運行制御装置から容量の要求値や自ら算出した必要運行容量を基に行われる。
The selection of the second charging mode in step S2 means that the capacity needs to be increased more than usual. Therefore, the
次いで、プロセッサ11は、温度制御処理を実行する(ステップS6)。温度制御処理は、電池の使用寿命の減少を抑制しながらも電池モジュール2の容量を一時的に増やすことを目的として行われる。すなわち、必要以上に電池モジュール2を加熱しないように電池モジュール2に与える熱エネルギーを制御しつつ必要とされる容量が得られるよう温度制御がなされる。
一実施形態の温度制御処理が図4に示される。
図4を参照すると、プロセッサ11は、温度と電池セルの容量との関係が記述されたマップデータを参照することで、ステップS4で設定された目標容量に対応する温度を設定温度として決定する(ステップS10)。
A temperature control process of one embodiment is illustrated in FIG.
Referring to FIG. 4,
次いで、プロセッサ11は、充電履歴情報を記憶装置12から読み出し(ステップS12)、充電履歴情報に基づいて制限付き温度制御を実行するか否か判断する(ステップS14)。制限付き温度制御とは、例えば、ヒータ3を介して電池モジュール2に与える熱エネルギーを制限しつつ行われる温度制御である。つまり、制限付き温度制御が実行される場合、電池モジュール2の設定温度が制限される(ステップS16)。電池モジュール2の設定温度が制限された場合、ステップS10で決定された設定温度が引き下げられることがあり得る。
Next, the
なお、ステップS14での制限付き温度制御を実行するか否かの判断、及び、制限付き温度制御を実行する場合にどの程度制限するかについては、充電履歴情報に基づいて様々な実施形態を含み得る。
一実施形態では、充電履歴情報において過去の第二の充電モードによる充電回数の情報が含まれている場合、過去の充電回数が所定の閾値以上のときに制限付き温度制御を実行することを決定する。制限付き温度制御を実行する場合、過去の充電回数が多いほど設定温度が低く抑えられるように、ステップS10で決定された設定温度が制限される。
別の実施形態では、充電履歴情報において過去の第二の充電モードにおける設定温度の情報が含まれている場合、過去の設定温度の最大値若しくは平均値が所定の閾値以上のときに制限付き温度制御を実行することを決定する。制限付き温度制御を実行する場合、過去の設定温度の最大値若しくは平均値が大きいほど設定温度が低く抑えられるように、ステップS10で決定された設定温度が制限される。
It should be noted that the determination of whether or not to execute the limited temperature control in step S14 and the degree of limitation when the limited temperature control is executed include various embodiments based on the charging history information. obtain.
In one embodiment, if the charging history information includes information on the number of past charging times in the second charging mode, it is determined to execute the limited temperature control when the past charging number is equal to or greater than a predetermined threshold. do. When the limited temperature control is executed, the set temperature determined in step S10 is limited so that the set temperature is kept lower as the number of times of charging in the past increases.
In another embodiment, if the charging history information includes past temperature setting information in the second charging mode, when the maximum or average past temperature setting value is equal to or greater than a predetermined threshold, the limited temperature Decide to take control. When the limited temperature control is executed, the set temperature determined in step S10 is limited so that the larger the maximum or average value of the past set temperatures, the lower the set temperature.
次いで、プロセッサ11は、ステップS10で決定された設定温度、あるいは、ステップS16で制限された設定温度に基づいて、温度制御を実行する(ステップS18)。温度制御では、プロセッサ11がヒータ3に対して制御信号を送信し、それによって電池モジュール2が加熱される。プロセッサ11は、温度センサ133によって検出される温度の値が設定温度に到達したか否かモニタし(ステップS20)、設定温度に到達した場合には設定温度を維持するようにヒータ3を制御する。
図3のフローチャートに戻る。
第二の充電モードが選択された場合、温度制御処理(ステップS6)によって電池モジュール2の温度が設定温度まで上昇した後は、プロセッサ11は、充電処理を行う(ステップS8)。この充電処理は、例えばCCCV充電等の一般的な充電でよいが、電池モジュール2を設定温度に維持した状態で行われる。それによって、第二の充電モードでは、充電完了時において第一の充電モードの場合よりも電池モジュール2の容量を高くすることができる。
充電完了後に電池モジュール2を移動体に装着した後は、電池モジュール2の温度が低下するが、いったん加熱により増加した容量が失われることはない。
Returning to the flow chart of FIG.
When the second charging mode is selected, the
After the battery module 2 is attached to the moving body after charging is completed, the temperature of the battery module 2 decreases, but the capacity once increased due to heating is not lost.
以上説明したように、一実施形態の充電システムでは、加熱することで正極活物質の容量を一時的に増やすことができるリチウムイオン二次電池を動力源として装置に用いる場合に適用される。この充電システムでは、装置を作動させる前の充電モードとして第二の充電モードが選択された場合には、電池を加熱しながら充電することで、通常よりも高い容量で装置内の電池を動作させることができる。
電池を充電する際には、電池が必要以上に高温とならないように温度制御される。すなわち、装置の作動に必要となる目標容量を基に、電池の温度と容量との関係が記述されるマップデータを参照して設定温度が決定される。電池を必要以上に加熱しないため、電池の使用寿命の減少を抑制することができる。
好ましくは、充電履歴情報に含まれる過去の第二の充電モードによる充電回数及び/又は設定温度の情報に基づいて、電池に対する設定温度が制限される。それによって、電池の使用寿命の減少をさらに抑制することができる。
As described above, the charging system of one embodiment is applied when a device uses a lithium-ion secondary battery as a power source, which can temporarily increase the capacity of the positive electrode active material by heating. In this charging system, when the second charging mode is selected as the charging mode before operating the device, the battery in the device is operated at a higher capacity than usual by charging while heating the battery. be able to.
When charging the battery, the temperature is controlled so that the battery does not become hotter than necessary. That is, based on the target capacity required for the operation of the device, the set temperature is determined with reference to map data describing the relationship between battery temperature and capacity. Since the battery is not heated more than necessary, it is possible to suppress the shortening of the service life of the battery.
Preferably, the set temperature for the battery is limited based on information on the number of past charging times in the second charging mode and/or the set temperature included in the charge history information. As a result, it is possible to further suppress the decrease in the service life of the battery.
なお、一実施形態では、電池セルのサイクル劣化を考慮して設定温度を決定することが好ましい。すなわち、電池セルのサイクル劣化に伴い満充電容量が低下するため、その満充電容量の低下を補うように設定温度を決定することが好ましい。
その場合、プロセッサ11は、電池モジュール2の現在の満充電容量を推定する推定部として機能する。温度制御部113は、推定部が推定した電池モジュール2の現在の満充電容量に基づいて、設定温度を決定する。例えば、初期の満充電容量を100%とし、1000サイクル後に推定された満充電容量が80%(20%低下)である場合を想定する。その場合、所定の目標容量に対して初期の充電時に決定される設定温度がT0であるとすると、同じ目標容量に対して1000サイクル時の充電時に決定される設定温度T1000は、初期と比較して20%低下した満充電容量を補うように温度T0よりも高い値とする。それによって、満充電容量の低下にも関わらず同じ容量を得ることができる。
In one embodiment, it is preferable to determine the set temperature in consideration of cycle deterioration of the battery cells. That is, since the full charge capacity decreases with cycle deterioration of the battery cells, it is preferable to determine the set temperature so as to compensate for the decrease in the full charge capacity.
In that case,
このような現在のサイクル数に応じた処理が、例えば図4のステップS10で行われる。
例えば、記憶装置12に、初期の満充電容量の値を記憶させておく。設定温度を決定する際には、プロセッサ11は、先ず、現在の満充電容量を推定し、初期の満充電容量と比較することで補正係数を決定する。例えば、初期の満充電容量をFCC0とし、現在の満充電容量をFCCCとした場合、補正係数P=FCCC/FCC0(ここで、0<P<1)とする。
記憶装置12に記憶されているマップデータは初期状態の電池セルに対するデータであるため、プロセッサ11は、補正係数に基づいてマップデータを補正する。例えば、所定の温度に対応する容量に補正係数を乗じた値とすることでマップデータが補正される。そしてプロセッサ11は、補正後のマップデータに基づいて、目標容量に対応する設定温度を決定する。
Such processing according to the current cycle number is performed, for example, in step S10 of FIG.
For example, the
Since the map data stored in the
一実施形態では、電池制御装置1のプロセッサ11が、電池モジュール2の電圧、又は各電池セルの電圧を閾値と比較することで電池の過充電状態を検出する検出部として機能する場合、第二の充電モードでは、第一の充電モードと比較して閾値を大きくすることが好ましい。つまり、第二の充電モードでは、第一の充電モードの場合よりも電池モジュール2の容量が増大し、充電直後の電池モジュール2、又は各電池セルの電圧が第一の充電モードの場合よりも上昇する。その際に、上昇した電圧を基に過充電状態であると誤検出することがないように、閾値を引き上げておくとよい。
In one embodiment, when the
次に、別の実施形態の充電システムによる電池モジュール2対する充電動作について、図5のフローチャートを参照して説明する。図5のフローチャートは、電池制御装置1のプロセッサ11によって実行される。この実施形態の充電動作では、充電モードの選択はなく、目標容量に応じた温度制御が行われる。
Next, the operation of charging the battery module 2 by the charging system of another embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. The flowchart of FIG. 5 is executed by the
図5を参照すると、プロセッサ11は先ず、電池モジュール2の目標容量を設定する(ステップS20)。この目標容量の設定処理は、図3のステップS4と同じである。
次いでプロセッサ11は、ステップS20で設定された目標容量と所定値とを比較し(ステップS32)、その比較結果に応じて設定温度を決定する。すなわち、プロセッサ11は、目標容量が所定値未満である場合は(ステップS32:NO)、電池モジュール2の設定温度を予め定めた第一の上限温度LMT1未満とする(ステップS34)。つまり、目標容量が比較的低い場合には、電池モジュール2の容量を必要以上に増加させる必要がないため、設定温度が抑制される。
例えば、ステップS30で設定された目標容量に対応する温度が30℃であり、第一の上限温度LMT1が35℃である場合、設定温度は30~35℃の範囲内の任意の値とする。
Referring to FIG. 5, the
For example, if the temperature corresponding to the target capacity set in step S30 is 30.degree. C. and the first upper limit temperature LMT1 is 35.degree.
プロセッサ11は、目標容量が所定値以上である場合は(ステップS32:YES)、電池モジュール2の温度を第一の上限温度LMT1以上であって予め定めた第二の上限温度LMT2未満とする(ステップS36)。つまり、目標容量が比較的高い場合には、電池モジュール2の容量をより多く引き出すために設定温度を比較的高くする。その場合であっても、電池の使用寿命の減少を抑制するために、設定温度は、高くても第二の上限温度LMT2に制限される。
例えば、ステップS30で設定された目標容量に対応する温度が60℃であり、第一の上限温度LMT1が35℃、第二の上限温度LMT2が50℃である場合、設定温度は50℃とする。
When the target capacity is equal to or higher than the predetermined value (step S32: YES), the
For example, if the temperature corresponding to the target capacity set in step S30 is 60°C, the first upper limit temperature LMT1 is 35°C, and the second upper limit temperature LMT2 is 50°C, the set temperature is 50°C. .
次いでプロセッサ11は、ステップS34又はS36で決定された設定温度に基づいてヒータ3に対する温度制御を実行する(ステップS38)。そして、温度センサ133によって検出される温度の値が設定温度に到達した場合には(ステップS40:YES)、充電処理を実行する(ステップS42)。充電処理では、図3のステップS8と同様に、電池モジュール2を設定温度に維持した状態で行われる。それによって、電池モジュール2の容量を、設定された目標容量、あるいは目標容量に近い値まで一時的に増加させることができる。
Next, the
次に、さらに別の実施形態の充電システムによる電池モジュール2対する充電動作について、図6のフローチャートを参照して説明する。図6のフローチャートは、電池制御装置1のプロセッサ11によって実行される。この実施形態の充電動作では、充電モードの選択はなく、目標容量に応じた温度制御が行われる。
Next, the operation of charging the battery module 2 by the charging system of still another embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. The flowchart of FIG. 6 is executed by the
図6を参照すると、プロセッサ11は先ず、電池モジュール2の目標容量を設定する(ステップS30)。この目標容量の設定処理は、図3のステップS4と同じである。
次いでプロセッサ11は、ステップS30で設定された目標容量と所定値とを比較し(ステップS32)、その比較結果に応じて設定温度の条件を決定する。具体的には、プロセッサ11は、目標容量が所定値未満である場合は(ステップS32:NO)、電池モジュール2の設定温度を予め定めた上限温度LMT以上とすることを禁止する(ステップS35)。つまり、目標容量が比較的低い場合には、電池モジュール2の容量を必要以上に増加させる必要がないため、設定温度が上限温度LMT未満に抑制される。
例えば、ステップS30で設定された目標容量に対応する温度が35℃であり、上限温度LMTが50℃である場合、設定温度を50℃とすることが禁止される。なお、この例では、設定温度を35~50℃の間の値とすることができる。
Referring to FIG. 6, the
Next, the
For example, if the temperature corresponding to the target capacity set in step S30 is 35°C and the upper limit temperature LMT is 50°C, setting the temperature to 50°C is prohibited. Note that in this example, the set temperature can be a value between 35 and 50.degree.
プロセッサ11は、目標容量が所定値以上である場合は(ステップS32:YES)、電池モジュール2の設定温度を上限温度LMT以上とすることを許容する(ステップS37)。つまり、目標容量が比較的高い場合には、電池モジュール2の容量をより多く引き出すために設定温度を上限温度LMT以上とすることが可能となる。
例えば、ステップS30で設定された目標容量に対応する温度が60℃であり、上限温度LMTが50℃である場合、設定温度を60℃とすることが許容される。
If the target capacity is equal to or higher than the predetermined value (step S32: YES), the
For example, if the temperature corresponding to the target capacity set in step S30 is 60.degree. C. and the upper limit temperature LMT is 50.degree.
次いでプロセッサ11は、ステップS35又はS37で決定された条件を満たす設定温度に基づいてヒータ3に対する温度制御を実行する(ステップS39)。そして、温度センサ133によって検出される温度の値が設定温度に到達した場合には(ステップS40:YES)、充電処理を実行する(ステップS42)。充電処理では、図3のステップS8と同様に、電池モジュール2を設定温度に維持した状態で行われる。それによって、電池モジュール2の容量を、設定された目標容量、あるいは目標容量に近い値まで一時的に増加させることができる。
Next, the
以上、本発明のリチウムイオン二次電池の充電システム、及び、リチウムイオン二次電池の充電方法の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されない。また、上記の実施形態は、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更が可能である。例えば、上述した各実施形態に記載した個々の技術的特徴は、技術的矛盾がない限り、適宜組み合わせることが可能である。
例えば、温度制御のための設定温度を決定する際、目標容量と温度との関係を記述したマップデータを参照しなくてもよい。目標容量と温度の関係を近似する関数に基づいて、目標容量に対応する温度を演算して求めてもよい。
また、本発明のリチウムイオン二次電池の充電システム、及び、リチウムイオン二次電池の充電方法は、移動体に搭載されるリチウムイオン二次電池に限られず、定置型の電力貯蔵システム(Energy Storage System:ESS)などに適用することもできる。
Although the embodiments of the lithium ion secondary battery charging system and the lithium ion secondary battery charging method of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments. Also, the above embodiments can be modified and modified in various ways without departing from the gist of the present invention. For example, individual technical features described in each of the embodiments described above can be appropriately combined as long as there is no technical contradiction.
For example, when determining the set temperature for temperature control, it is not necessary to refer to map data describing the relationship between target capacity and temperature. The temperature corresponding to the target capacity may be calculated and obtained based on a function that approximates the relationship between the target capacity and temperature.
In addition, the lithium ion secondary battery charging system and the lithium ion secondary battery charging method of the present invention are not limited to lithium ion secondary batteries mounted on moving bodies, and can be applied to stationary energy storage systems. System: ESS) and the like.
1…電池制御装置
11…プロセッサ
111…充電モード選択部
112…容量設定部
113…温度制御部
12…記憶装置
13…セル監視部
131…電圧センサ
132…電流センサ
133…温度センサ
14…通信部
2…電池モジュール
3…ヒータ
5…充電装置
51…制御部
52…電源回路部
53…通信部
54…電流センサ
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記装置を作動させる際に前記リチウムイオン二次電池を充電する第一の充電モード、又は、前記装置を作動させる際に前記リチウムイオン二次電池を充電する第二の充電モードであって、前記第一の充電モードよりも前記リチウムイオン二次電池の容量が大きくなるように前記リチウムイオン二次電池を充電する第二の充電モード、のいずれかの充電モードを選択する選択部と、
前記リチウムイオン二次電池の温度と容量との関係を記憶する記憶部と、
前記第二の充電モードで充電するときの目標容量を設定する設定部と、
前記第二の充電モードでの充電時に、前記リチウムイオン二次電池を前記第一の充電モードの場合よりも高い設定温度に制御する温度制御部と、
を備え、
前記温度制御部は、前記設定部により設定された前記目標容量と、前記記憶部が記憶する前記リチウムイオン二次電池の温度と容量との関係とに基づいて、前記設定温度を決定する、
リチウムイオン二次電池の充電システム。 A charging system for a lithium ion secondary battery used as a power source for a device,
A first charging mode for charging the lithium ion secondary battery when operating the device, or a second charging mode for charging the lithium ion secondary battery when operating the device, wherein a second charging mode for charging the lithium ion secondary battery so that the capacity of the lithium ion secondary battery is larger than that in the first charging mode;
a storage unit that stores the relationship between temperature and capacity of the lithium ion secondary battery;
a setting unit that sets a target capacity for charging in the second charging mode;
a temperature control unit that controls the lithium-ion secondary battery to a set temperature higher than that in the first charging mode during charging in the second charging mode;
with
The temperature control unit determines the set temperature based on the target capacity set by the setting unit and the relationship between the temperature and capacity of the lithium ion secondary battery stored in the storage unit.
Lithium-ion secondary battery charging system.
前記温度制御部は、前記設定温度を決定する際に、前記第二の記憶部が記憶する充電履歴情報に基づいて、前記設定温度を制限する、
請求項1に記載のリチウムイオン二次電池の充電システム。 further comprising a second storage unit that stores charging history information including the number of past charging times in the second charging mode and the set temperature;
When determining the set temperature, the temperature control unit limits the set temperature based on charging history information stored in the second storage unit.
The charging system for a lithium ion secondary battery according to claim 1.
前記温度制御部は、更に前記推定部が推定した前記リチウムイオン二次電池の現在の満充電容量に基づいて、前記設定温度を決定する、
請求項1又は2に記載のリチウムイオン二次電池の充電システム。 Further comprising an estimation unit for estimating the current full charge capacity of the lithium ion secondary battery,
The temperature control unit further determines the set temperature based on the current full charge capacity of the lithium ion secondary battery estimated by the estimation unit.
3. A charging system for a lithium ion secondary battery according to claim 1 or 2.
前記検出部は、前記第二の充電モードでの充電後の閾値を前記第一の充電モードでの充電後の閾値よりも大きくする、
請求項1から3のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池の充電システム。 Further comprising a detection unit that detects an overcharged state of the lithium ion secondary battery based on a threshold,
The detection unit makes the threshold after charging in the second charging mode higher than the threshold after charging in the first charging mode.
The charging system for a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 3.
集電体上に正極活物質層が形成された正極と、集電体上に負極活物質層が形成された負極と、電解液と、を含み、
前記正極は、正極活物質として、層状構造を持つリチウム遷移金属複合酸化物を含む、
請求項1から4のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池の充電システム。 The lithium ion secondary battery is
A positive electrode having a positive electrode active material layer formed on a current collector, a negative electrode having a negative electrode active material layer formed on a current collector, and an electrolytic solution,
The positive electrode contains a lithium-transition metal composite oxide having a layered structure as a positive electrode active material,
The charging system for a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 4.
プロセッサを有し、
前記プロセッサは、
前記リチウムイオン二次電池を充電するときの目標容量に基づいて、前記リチウムイオン二次電池を充電するように制御し、
前記リチウムイオン二次電池の充電時において、
前記目標容量が所定値未満である場合は、前記リチウムイオン二次電池の温度を予め定めた第一の上限温度未満に制御する一方、
前記目標容量が前記所定値以上である場合は、前記リチウムイオン二次電池の温度を前記第一上限温度以上であって予め定めた第二の上限温度未満に制御する、
リチウムイオン二次電池の充電システム。 A charging system for a lithium ion secondary battery used as a power source for a device,
having a processor;
The processor
Control to charge the lithium ion secondary battery based on a target capacity when charging the lithium ion secondary battery,
When charging the lithium ion secondary battery,
When the target capacity is less than a predetermined value, while controlling the temperature of the lithium ion secondary battery to be less than a predetermined first upper limit temperature,
When the target capacity is equal to or higher than the predetermined value, controlling the temperature of the lithium ion secondary battery to be equal to or higher than the first upper limit temperature and lower than a predetermined second upper limit temperature,
Lithium-ion secondary battery charging system.
プロセッサを有し、
前記プロセッサは、
前記リチウムイオン二次電池を充電するときの目標容量に基づいて、前記リチウムイオン二次電池を充電するように制御し、
前記リチウムイオン二次電池の充電時において、
前記目標容量が所定値未満である場合は、前記リチウムイオン二次電池の温度を予め定めた上限温度以上に制御することを禁止する一方、
前記目標容量が前記所定値以上である場合は、前記リチウムイオン二次電池の温度を前記上限温度以上に制御することを許容する、
リチウムイオン二次電池の充電システム。 A charging system for a lithium ion secondary battery used as a power source for a device,
having a processor;
The processor
Control to charge the lithium ion secondary battery based on a target capacity when charging the lithium ion secondary battery,
When charging the lithium ion secondary battery,
When the target capacity is less than a predetermined value, while prohibiting control of the temperature of the lithium ion secondary battery to a predetermined upper limit temperature or higher,
If the target capacity is equal to or higher than the predetermined value, allowing the temperature of the lithium ion secondary battery to be controlled to the upper limit temperature or higher.
Lithium-ion secondary battery charging system.
前記装置を作動させる際に前記リチウムイオン二次電池を充電する第一の充電モード、又は、前記装置を作動させる際に前記リチウムイオン二次電池を充電する第二の充電モードであって、前記第一の充電モードよりも前記リチウムイオン二次電池の容量が大きくなるように前記リチウムイオン二次電池を充電する第二の充電モード、のいずれかの充電モードを選択するステップ(A)と、
前記第二の充電モードで充電するときの目標容量を設定するステップ(B)と、
前記ステップ(B)において設定された前記目標容量と、予め記憶された前記リチウムイオン二次電池の温度と容量との関係とに基づいて、前記第二の充電モードで充電するときの設定温度として、前記第一の充電モードの場合よりも高い温度に設定するステップ(C)と、
前記第二の充電モードでの充電時に前記設定温度に制御するステップ(D)と、
を含む、リチウムイオン二次電池の充電方法。 A method for charging a lithium ion secondary battery used as a power source for a device, comprising:
A first charging mode for charging the lithium ion secondary battery when operating the device, or a second charging mode for charging the lithium ion secondary battery when operating the device, wherein a step (A) of selecting a charging mode from a second charging mode in which the lithium ion secondary battery is charged so that the capacity of the lithium ion secondary battery is greater than that in the first charging mode;
step (B) of setting a target capacity for charging in the second charging mode;
As the set temperature for charging in the second charging mode, based on the target capacity set in step (B) and the pre-stored relationship between the temperature and capacity of the lithium ion secondary battery. , step (C) of setting the temperature to a higher temperature than in the first charging mode;
a step (D) of controlling to the set temperature during charging in the second charging mode;
A method of charging a lithium ion secondary battery, comprising:
請求項8に記載のリチウムイオン二次電池の充電方法。 In the step (C), when determining the set temperature, the set temperature is limited based on charging history information including the number of past charging times in the second charging mode and the set temperature.
The charging method of the lithium ion secondary battery according to claim 8.
前記ステップ(C)では、更に前記ステップ(E)において推定した前記リチウムイオン二次電池の現在の満充電容量に基づいて、前記設定温度を決定する、
請求項8又は9に記載のリチウムイオン二次電池の充電方法。 further comprising a step (E) of estimating the current full charge capacity of the lithium ion secondary battery;
In the step (C), the set temperature is further determined based on the current full charge capacity of the lithium ion secondary battery estimated in the step (E).
The charging method of the lithium ion secondary battery according to claim 8 or 9.
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