JP2023119270A - Nickel-hydrogen storage battery control method and control device - Google Patents
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Abstract
Description
ニッケル水素蓄電池の制御方法及び制御装置に係り、詳しくは、Ni2O3Hの生成を抑制するニッケル水素蓄電池の制御方法及び制御装置に関する。 The present invention relates to a control method and control device for a nickel-metal hydride storage battery, and more particularly to a control method and control device for a nickel-metal hydride storage battery that suppresses the formation of Ni 2 O 3 H.
電動機を搭載したハイブリッド自動車等は、二次電池に蓄えられた電力により、電動機を駆動している。このような二次電池においてニッケル水素蓄電池は、大電流の充放電が可能であることから車両用としても広く普及している。 A hybrid vehicle or the like equipped with an electric motor drives the electric motor with electric power stored in a secondary battery. Among such secondary batteries, nickel-metal hydride storage batteries are widely used for vehicles because they can charge and discharge large currents.
このようなニッケル水素蓄電池では、その使用条件によりメモリ効果が生じることが知られている。そのため、電池の正極電位が所定の下限電位よりも低くなったり所定の上限電位よりも高くなったりしやすいため、正極での副反応が起こり、正極が劣化し得る。 It is known that such a nickel-metal hydride storage battery has a memory effect depending on the usage conditions. As a result, the positive electrode potential of the battery tends to become lower than the predetermined lower limit potential or higher than the predetermined upper limit potential, so that a side reaction occurs at the positive electrode, which can deteriorate the positive electrode.
図1は、正極内におけるNi2O3H(ニッケル酸化物)の存在比率[%]と、電池の容量比率[%]との関係を示すグラフである。図1に示すように、反応の中でも、特にニッケル水素蓄電池においては、正極内におけるNi2O3H(ニッケル酸化物)の存在比率[%]が増加すると、不可逆的に電池の容量比率[%]が低下するという問題があった。また、本発明者らは、図8に示すグラフL0ように、一旦Ni2O3Hが生成されると、総放電容量[Ah]が増加するにしたがって、急激に容量の低下が進行することを明らかにした。そこで、特許文献1には、Ni2O3Hの生成を抑制する以下の発明が開示されている。 FIG. 1 is a graph showing the relationship between the existence ratio [%] of Ni 2 O 3 H (nickel oxide) in the positive electrode and the capacity ratio [%] of the battery. As shown in FIG. 1, among the reactions, especially in a nickel-metal hydride storage battery, when the abundance ratio [%] of Ni 2 O 3 H (nickel oxide) in the positive electrode increases, the capacity ratio [%] of the battery irreversibly increases. ] is reduced. In addition, the present inventors found that once Ni 2 O 3 H is produced, as shown in the graph L 0 shown in FIG. 8, the capacity decreases rapidly as the total discharge capacity [Ah] increases. It revealed that. Therefore, Patent Document 1 discloses the following invention for suppressing the formation of Ni 2 O 3 H.
正極に水酸化ニッケルを用いたアルカリ蓄電池では、繰り返し充放電条件で充放電を行うことで、条件により電気化学的に不活性なNi2O3Hが生成することがある。そのため、特許文献1に開示された発明では、電流密度が100[A/m2]で、SOCが20~80[%]の範囲内で総電気量が10[kAh]の充放電を実施した際に、Ni2O3Hが規定量以下になるように正極電位を適正に制御する電池が提案されている。 In an alkaline storage battery using nickel hydroxide for the positive electrode, electrochemically inactive Ni 2 O 3 H may be generated depending on the conditions by performing charging and discharging under repeated charging and discharging conditions. Therefore, in the invention disclosed in Patent Document 1, the current density is 100 [A/m 2 ], the SOC is within the range of 20 to 80 [%], and the total amount of electricity is 10 [kAh]. In this case, a battery has been proposed in which the positive electrode potential is appropriately controlled so that the Ni 2 O 3 H content is less than or equal to a specified amount.
このような発明であればNi2O3Hの生成の抑制が期待できる。 Such an invention can be expected to suppress the formation of Ni 2 O 3 H.
しかしながら、特に車両用のニッケル水素蓄電池では、使用状況が過酷であり、特許文献1に記載されたような使用条件から外れてしまう場合もある。本発明者らは、Ni2O3Hは微小でも一定量生成してしまうと、電池の容量が減少し、さらに、このNi2O3Hが生成された状態において継続的に使用すると、電池容量が急激に低下することがあることを見出した。このため、Ni2O3Hが生成されそうな兆候をいち早く把握して、対応する必要がある。 However, nickel-metal hydride storage batteries for vehicles, in particular, are used under harsh conditions, and may deviate from the conditions of use described in Patent Document 1 in some cases. The inventors of the present invention have found that if a certain amount of Ni 2 O 3 H is produced, even if it is very small, the capacity of the battery will decrease, and if the Ni 2 O 3 H is continuously produced, the battery will It was found that the capacity can drop rapidly. For this reason, it is necessary to quickly grasp signs that Ni 2 O 3 H is likely to be generated and take appropriate measures.
従来技術において一定の使用履歴を有するニッケル水素蓄電池の使用の継続に関して、Ni2O3Hの生成を確認する技術としては、例えば分解後の極板XRD等の構造分析が一般的である。しかしながら、この方法は、破壊検査であるため、電池の再利用が実質的に不可能であるという問題があった。また、従来技術として劣化度の一種であるCo溶出量を測定するdQ/dV検知技術もある。しかしながら、セル1Vを下回る過放電領域での破壊検査であるため、車両に搭載したニッケル水素蓄電池の制御には使えないという問題があった。 Regarding the continuation of the use of a nickel-metal hydride storage battery with a certain usage history in the prior art, as a technique for confirming the formation of Ni 2 O 3 H, for example, structural analysis such as XRD of electrode plates after decomposition is common. However, since this method is a destructive test, there is a problem that reuse of the battery is substantially impossible. There is also a conventional dQ/dV detection technique for measuring the Co elution amount, which is a type of deterioration level. However, since it is a destructive inspection in the over-discharge region below 1V of the cell, there is a problem that it cannot be used for controlling the nickel-metal hydride storage battery mounted on the vehicle.
そこで、本発明のニッケル水素蓄電池の制御方法及び制御装置が解決しようとする課題は、容量低下を招くNi2O3Hの生成の予兆を検出するとともに、ニッケル水素蓄電池のNi2O3Hの生成を抑制するように制御することである。 Therefore, the problem to be solved by the control method and control device for a nickel-metal hydride storage battery of the present invention is to detect a sign of the generation of Ni 2 O 3 H that leads to a decrease in capacity, and to control the generation of Ni 2 O 3 H in the nickel-metal hydride storage battery. It is to control so as to suppress generation.
上記課題を解決するため、本発明のニッケル水素蓄電池の制御方法は、電圧及び電流に基づいてニッケル水素蓄電池の充放電の制御を行う制御装置により行うニッケル水素蓄電池の制御方法であって、前記制御装置は、前記ニッケル水素蓄電池のSOCを取得するSOC取得のステップと、設定した低SOC以下に達したとき、設定したレートで前記ニッケル水素蓄電池を充電して電池容量と電池電圧OCVの関係を示す充電カーブを取得する充電のステップと、前記充電カーブを電圧変化に対する容量変化であるdQ/dVカーブに置換するdQ/dV化のステップと、総放電容量に対するdQ/dV値の関係を前記充電のステップごとに蓄積するdQ/dV値蓄積のステップと、前記dQ/dV値が、設定した閾値以下になったとき、そのときの総放電容量に対するdQ/dV値の関係と、その前に取得した総放電容量に対するdQ/dV値の関係をプロットした点とに基づいて、その後の総放電容量に対するdQ/dV値を推定するdQ/dV値推定のステップとを備えたことを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, a method for controlling a nickel-metal hydride storage battery according to the present invention is a method for controlling a nickel-metal hydride storage battery that is performed by a control device that controls charging and discharging of the nickel-metal hydride storage battery based on voltage and current, wherein the control The device performs an SOC acquisition step of acquiring the SOC of the nickel-metal hydride storage battery, and when the SOC reaches a set low SOC or less, charges the nickel-metal hydride storage battery at a set rate and indicates the relationship between the battery capacity and the battery voltage OCV. A charging step of acquiring a charging curve, a dQ/dV conversion step of replacing the charging curve with a dQ/dV curve that is a capacitance change with respect to a voltage change, and a relationship of the dQ/dV value with respect to the total discharge capacity of the charging Steps of dQ/dV value accumulation accumulated for each step, and when the dQ/dV value becomes equal to or less than the set threshold value, the relationship of the dQ/dV value with respect to the total discharge capacity at that time, and the previously acquired and a dQ/dV value estimation step of estimating the dQ/dV value for the subsequent total discharge capacity based on plotted points representing the relationship of the dQ/dV value for the total discharge capacity.
また、前記dQ/dV値推定のステップにおいて推定したその後の総放電容量に対するdQ/dV値の関係において、設定した総放電容量に対するdQ/dV値が設定した閾値以下となった場合に、ニッケル水素蓄電池の放電レートを制限するようにすることができる。 Further, in the relationship of the dQ/dV value with respect to the total discharge capacity estimated in the step of estimating the dQ/dV value, when the dQ/dV value with respect to the set total discharge capacity is equal to or less than the set threshold value, the nickel metal hydride It is possible to limit the discharge rate of the storage battery.
前記放電レートの制限は、設定した低SOCの領域で行われることが好ましい。また、前記設定した低SOCの領域が、SOC50[%]以下とすることができる。
前記ニッケル水素蓄電池の放電レートの制限後に前記dQ/dV値推定のステップにおいて推定したその後の総放電容量に対するdQ/dV値において、設定した総放電容量に対するdQ/dV値が設定した閾値以下となった場合に、ニッケル水素蓄電池の放電レートをさらに制限することができる。
It is preferable that the discharge rate is limited in a set low SOC region. Further, the set low SOC region can be SOC 50[%] or less.
In the subsequent dQ/dV value for the total discharge capacity estimated in the step of estimating the dQ/dV value after limiting the discharge rate of the nickel-metal hydride storage battery, the dQ/dV value for the set total discharge capacity becomes equal to or less than the set threshold. In this case, the discharge rate of the nickel-hydrogen storage battery can be further limited.
前記充電のステップにおいて、設定した低SOCが、20~40[%]とすることができる。前記充電のステップにおいて、設定したレートが、3C以下とすることができる。
本発明のニッケル水素蓄電池の制御装置では、電圧測定装置と、電流測定装置と、前記電圧測定装置により測定した電圧及び前記電流測定装置により測定した電流とに基づいてニッケル水素蓄電池の充放電の制御を行う制御装置を備え、前記制御装置は、前記ニッケル水素蓄電池のSOCを取得するSOC取得のステップと、設定した低SOC以下に達したとき、設定したレートで前記ニッケル水素蓄電池を充電して電池容量と電池電圧OCVの関係を示す充電カーブを取得する充電のステップと、前記充電カーブを電圧変化に対する容量変化であるdQ/dVカーブに置換するdQ/dV化のステップと、総放電容量に対するdQ/dV値の関係を前記充電のステップごとに蓄積するdQ/dV値蓄積のステップと、前記dQ/dV値が、設定した閾値以下になったとき、そのときの総放電容量に対するdQ/dV値の関係と、その前に取得した総放電容量に対するdQ/dV値の関係に基づいて、その後の総放電容量に対するdQ/dV値を推定するdQ/dV値推定のステップとを実行することを特徴とする。
In the charging step, the set low SOC can be 20 to 40 [%]. In the charging step, the set rate may be 3C or less.
The nickel-metal hydride storage battery control device of the present invention controls charging and discharging of the nickel-metal hydride storage battery based on a voltage measuring device, a current measuring device, and the voltage measured by the voltage measuring device and the current measured by the current measuring device. The control device includes an SOC acquisition step of acquiring the SOC of the nickel-metal hydride storage battery, and when the SOC reaches a set low SOC or less, the nickel-metal hydride storage battery is charged at a set rate to restore the battery A charging step of acquiring a charging curve showing the relationship between capacity and battery voltage OCV, a dQ / dV converting step of replacing the charging curve with a dQ / dV curve that is a capacity change with respect to voltage change, and a dQ for the total discharge capacity. A dQ/dV value accumulation step of accumulating a /dV value relationship for each step of the charging, and a dQ/dV value for the total discharge capacity at that time when the dQ/dV value becomes equal to or less than a set threshold value. and a dQ/dV value estimation step of estimating the dQ/dV value for the subsequent total discharge capacity based on the previously obtained relationship of the dQ/dV value for the total discharge capacity. and
前記ニッケル水素蓄電池は、車両の駆動用の電池であり、前記制御装置が車両に搭載された場合に好適に実施することができる。 The nickel-metal hydride storage battery is a battery for driving a vehicle, and can be suitably implemented when the control device is mounted on the vehicle.
本発明のニッケル水素蓄電池の制御方法及び制御装置は、容量低下を招くNi2O3Hの生成の予兆を検出するとともに、ニッケル水素蓄電池のNi2O3Hの生成を抑制するように制御することができる。 The method and apparatus for controlling a nickel-metal hydride storage battery of the present invention detect a sign of the generation of Ni 2 O 3 H, which leads to a decrease in capacity, and control the generation of Ni 2 O 3 H in the nickel-metal hydride storage battery to be suppressed. be able to.
<本実施形態の原理>
以下、本発明のニッケル水素蓄電池の制御方法を、一実施形態を用いて図1~12を参照して説明する。
<Principle of this embodiment>
A control method for a nickel-metal hydride storage battery according to the present invention will be described below using one embodiment with reference to FIGS. 1 to 12. FIG.
<本実施形態の前提>
本実施形態のニッケル水素蓄電池の検査方法は、Ni2O3Hの生成を検出することを目的としている。そのためにまず、Ni2O3Hの生成の機序について説明する。
<Assumptions of this embodiment>
The method for inspecting a nickel-metal hydride storage battery according to the present embodiment aims at detecting the formation of Ni2O3H . Therefore, first, the mechanism of formation of Ni 2 O 3 H will be described.
<正極活物質の粒子の表面>
図2(a)は、ニッケル水素蓄電池の正極の正極活物質2の粒子22aの粒子表面22bの充電時の反応における酸素を示す模式図である。図2(b)は、放電時の正常な正極の主反応と、酸素が発生し局所的な「液枯れ」を起こした場合の異常な副反応を示す反応式である。
<Surface of Particles of Positive Electrode Active Material>
FIG. 2(a) is a schematic diagram showing oxygen in reaction during charging of the
<放電時の正極における主反応>
正極活物質2の粒子22aは、充放電によりNi(OH)2とβ-NiOOHとの間で変化する。なお、説明の便宜上代表して正極活物質をNi(OH)2として説明する場合がある。ニッケル水素蓄電池の放電時の正常な主反応は、以下の(1)式のように、H2Oの存在を前提に、β-NiOOHから、Ni(OH)2とOH-が生成される。この場合、電解液のH2Oは消費されて減少することになる。OH-は、アルカリ電解液4のアルカリイオンとして働く。この場合は、イオンと電子のやり取りで、酸素O2や水素H2の気体が発生することはない。
<Main reaction at positive electrode during discharge>
β-NiOOH+H2O+e-→Ni(OH)2+OH-……(1)
<副反応による酸素の発生及び「液枯れ」の発生>
使用状況により正極の電位が低くなることがある。そしてH2Oの電気分解の電位に達すると、副反応としてH2Oの電気分解が生じる。H2Oの電気分解では、正極では、以下の(2)式のような反応によりO2が発生する。
β-NiOOH+H 2 O+e − →Ni(OH) 2 +OH − (1)
<Generation of Oxygen and Occurrence of “Liquid Depletion” Due to Side Reaction>
Depending on the conditions of use, the potential of the positive electrode may become low. When the potential for electrolysis of H 2 O is reached, electrolysis of H 2 O occurs as a side reaction. In the electrolysis of H 2 O, O 2 is generated at the positive electrode by the reaction represented by the following formula (2).
4OH-→O2+2H2O+4e-……(2)
図2(a)に示すように、正極活物質であるNi(OH)2/β-NiOOHの正極活物質の粒子表面22bが充電により低い電位になると、上述した(2)式に示すような副反応を生じて、O2の気泡Aのように正極活物質の粒子表面22bに発生する。充電時の正極でO2が発生すると、正極活物質の粒子表面22bにO2の気泡Aが付着する。このO2の気泡Aは、時間が経過すると、正極活物質の粒子表面22bから離脱する。そうすると気泡Aが離脱した場所は、アルカリ電解液4と接触し、H2OやOH-が供給される。
4OH − →O 2 +2H 2 O+4e − (2)
As shown in FIG. 2(a), when the
ところが、その条件によっては、正極活物質の粒子表面22bに発生したO2が気泡Bのように、正極活物質の粒子表面22bから離脱するのに時間がかかる場合がある。このように正極活物質の粒子表面22bに付着した気泡BのようなO2の気泡はアルカリ電解液を局所的に遮断する。その結果、正極活物質の粒子表面22bのH2OやOH-を物理的に排除することとなり、その部分は、局所的な「液枯れ」となる。ここにはH2OもOH-も、物理的に存在しない。
However, depending on the conditions, it may take time for the O 2 generated on the particle surfaces 22b of the positive electrode active material to leave the particle surfaces 22b of the positive electrode active material like the bubbles B. Thus, the O 2 bubbles such as the bubbles B adhering to the
<「液枯れ」によるNi2O3Hの生成>
そうすると正常な反応では、図2(b)の式Aに示すように反応にH2Oが必要であるが、H2Oが供給されない「液枯れ」の場合、ニッケル水素蓄電池の放電時の異常な副反応が生じ、以下の(3)式のような反応となる。
<Generation of Ni 2 O 3 H by “liquid drying”>
Then, in a normal reaction, H 2 O is required for the reaction as shown in formula A in FIG. A side reaction occurs, resulting in a reaction such as the following formula (3).
16β-NiOOH+4e-→8Ni2O3H+2H2O+O2+4OH-……(3)
つまり、H2Oを使わずに反応し、逆にH2Oを生成する。そしてそのときの生成物として、Ni2O3Hと、O2と、OH-とを生成する。このうち、O2は、時間が経過すると以下に示す(4)式のようにセパレータを介し、負極にてスムーズに吸収され(リコンビネーション反応)、密閉系を保っている。OH-はアルカリ電解液4に戻る。
16β-NiOOH+4e − →8Ni 2 O 3 H+2H 2 O+O 2 +4OH − (3)
In other words, it reacts without using H 2 O and produces H 2 O on the contrary. As products at that time, Ni 2 O 3 H, O 2 and OH − are generated. Of these, O 2 is smoothly absorbed by the negative electrode (recombination reaction) through the separator as shown in formula (4) below as time elapses, maintaining a closed system. OH − returns to the alkaline electrolyte 4 .
4MH+O2→4M+2H2O……(4)
ここで、Ni2O3Hについては、電気化学的に不活性な生成物であり、Ni2O3Hが発生すると、不可逆的に蓄積され、電池抵抗の上昇や電池容量の低下を引き起こすことが問題とされている。そのため、Ni2O3Hの発生は好ましくないとして通常では抑制される。
4MH+ O2 →4M+ 2H2O (4)
Here, Ni 2 O 3 H is an electrochemically inactive product, and when Ni 2 O 3 H is generated, it accumulates irreversibly, causing an increase in battery resistance and a decrease in battery capacity. is at issue. Therefore, the generation of Ni 2 O 3 H is usually suppressed as undesirable.
<ニッケル水素蓄電池のメモリ効果>
次に、ニッケル水素蓄電池のメモリ効果について説明する。ニッケル水素蓄電池では、低SOCで繰り返し充放電されることでメモリ効果が発生することが知られている。メモリ効果が生じた電池系では、充電時に電圧が貴側にシフトする。その結果、同じSOCでも充電時に正極の電位が高くなることで、特にO2が発生しやすくなる。その一方、放電時には放電カーブが卑側にシフトするため、低い正極電位となる。その結果、正極活物質の粒子表面22bで酸素が発生した場所で、瞬間的に局所的に液枯れが発生する。このH2Oが不足している状態で放電をすると、放電電圧が卑にシフトしている分、通常よりも低い正極電位へ滞在することでNi2O3Hの生成電位に近づく。このため、上記式(3)に示すように不足したH2Oを生成しようとする反応と同時にNi2O3Hが生成される。Ni2O3Hが生成されると図1に示したように急激な容量低下を招く。
<Memory effect of nickel metal hydride storage battery>
Next, the memory effect of the nickel-metal hydride storage battery will be explained. It is known that a memory effect occurs in a nickel-metal hydride storage battery when it is repeatedly charged and discharged at a low SOC. In a battery system with a memory effect, the voltage shifts to the noble side during charging. As a result, even if the SOC is the same, the potential of the positive electrode increases during charging, making it particularly easy for O 2 to be generated. On the other hand, since the discharge curve shifts to the base side during discharge, the positive electrode potential is low. As a result, at the place where oxygen is generated on the
<ニッケル水素蓄電池におけるNi2O3H生成のメカニズム>
上述のように、ニッケル水素蓄電池において、Ni2O3Hは、充電の際の正極の電位により充電の副反応で酸素O2の気体が発生し二次電池の内圧が上昇する。このO2により「液枯れ」が生じ、Ni2O3Hが生成するメカニズムを解析した。
<Mechanism of Ni 2 O 3 H Generation in Nickel Metal Hydride Battery>
As described above, in the nickel-hydrogen storage battery, Ni 2 O 3 H generates oxygen O 2 gas as a side reaction of charging due to the potential of the positive electrode during charging, and the internal pressure of the secondary battery rises. The O 2 causes "liquid depletion", and the mechanism by which Ni 2 O 3 H is produced was analyzed.
本発明者は、充電の際の正極電位の低下が酸素発生の電位となり、かつ実際に酸素O2の気体が発生して内圧が高い状態のときに、「液枯れ」が生じるものと推定して、これを実証した。 The present inventor presumes that "liquid depletion" occurs when the decrease in positive electrode potential during charging becomes the potential for oxygen generation, and when oxygen O 2 gas is actually generated and the internal pressure is high. and proved this.
<車載のニッケル水素蓄電池のメモリ効果>
次に、車載のニッケル水素蓄電池のメモリ効果について説明する。電動機を搭載したハイブリッド自動車等は、駆動用のニッケル水素蓄電池に蓄えられた電力により、電動機を駆動している。このような二次電池においてニッケル水素蓄電池のようなアルカリ二次電池は、大電流の充放電が可能であることから車両用として広く普及している。このような車載のニッケル水素蓄電池は過酷な使用環境にさらされる場合がある。例えば、低SOC(State Of Charge)の状態で、充放電が繰り返される場合がある。例えばSOCが40%を切ったような場合には、モータジェネレータ17の駆動の余力がなくなる。そのため、制御装置10により例えばSOCが60%になるまで、エンジンを運転することにより、モータジェネレータ17により発電してニッケル水素蓄電池を短時間に急速充電する。このような使用環境では、メモリ効果が発生しやすいことが知られている。メモリ効果が発生すると電池の充電カーブが貴にシフトする。すなわち、同じSOCであっても正極電位が高くなる。一方、放電時には、電池の放電カーブが卑にシフトする。すなわち同じSOCであっても正極電位が低くなる。そうすると、上述したようなメカニズムで、「液枯れ」によるNi2O3Hの生成が起こりやすい。
<Memory effect of in-vehicle nickel-metal hydride storage battery>
Next, the memory effect of the in-vehicle nickel-metal hydride storage battery will be described. A hybrid vehicle or the like equipped with an electric motor drives the electric motor with electric power stored in a driving nickel-metal hydride storage battery. Among such secondary batteries, alkaline secondary batteries such as nickel-metal hydride storage batteries are widely used for vehicles because they can charge and discharge large currents. Such in-vehicle nickel-metal hydride storage batteries may be exposed to harsh operating environments. For example, charging and discharging may be repeated in a low SOC (State Of Charge) state. For example, when the SOC falls below 40%, the
<車載のニッケル水素蓄電池に対する制御の必要性>
図2(b)に示したように、一旦Ni2O3Hが発生すると不可逆的に蓄積され、図1に示すようにニッケル水素蓄電池の容量の低下が生じる。そのような容量が低下したニッケル水素蓄電池に対しては、その劣化に応じた制御をしなければ、さらに劣化が進行することになる。そこで、従来技術の説明で挙げた特許文献1のように、車載のニッケル水素蓄電池に対する制御により、Ni2O3Hの発生を抑制するような発明が提案されている。
<Necessity for control of in-vehicle nickel-metal hydride storage batteries>
As shown in FIG. 2(b), once Ni 2 O 3 H is generated, it is irreversibly accumulated, resulting in a decrease in the capacity of the nickel-metal hydride storage battery as shown in FIG. Such a nickel-metal hydride storage battery whose capacity has decreased will deteriorate further if control is not carried out according to the deterioration. Therefore, as in Patent Document 1 cited in the description of the prior art, an invention has been proposed that suppresses the generation of Ni 2 O 3 H by controlling a nickel-metal hydride storage battery mounted on a vehicle.
<Ni2O3Hの発生とニッケル水素蓄電池の容量減少>
しかしながら、一旦Ni2O3Hが発生すると、不可逆的に蓄積される。そうすると、図1に示すようにメモリ効果と相まって、ますます容量低下が進む。容量低下が進むと、さらに電圧は貴側にシフトして、加速度的にNi2O3Hが生成しやすい環境となる。その結果図8に示すように、使用に伴って急激な電池の容量低下を招くことになる。このため、少量であってもNi2O3Hの発生しないように、その発生を予測し、制御により回避する必要がある。
<Generation of Ni 2 O 3 H and Decrease in Capacity of Nickel Metal Hydride Storage Battery>
However, once Ni 2 O 3 H is generated, it accumulates irreversibly. Then, as shown in FIG. 1, coupled with the memory effect, the capacity decrease progresses further. As the capacity decrease progresses, the voltage further shifts to the noble side, creating an environment in which Ni 2 O 3 H is likely to be generated at an accelerated rate. As a result, as shown in FIG. 8, the capacity of the battery is abruptly decreased with use. Therefore, it is necessary to predict the generation of Ni 2 O 3 H even if it is a small amount, and avoid the generation by control.
<使用によるニッケル水素蓄電池の劣化と充放電カーブ>
図3を参照して、使用履歴のない新品のニッケル水素蓄電池の充電カーブのグラフC0と、放電カーブのグラフD0を説明した。この充放電カーブは、使用による劣化に応じて変化する。
<Deterioration of Ni-MH storage batteries due to use and charge/discharge curves>
Graph C0 of the charge curve and graph D0 of the discharge curve of a new nickel-metal hydride storage battery with no usage history have been described with reference to FIG. This charge/discharge curve changes according to deterioration due to use.
<劣化と充電カーブ>
図3において、グラフC0は、未使用のニッケル水素蓄電池の充電時の充電カーブを示す。これに対して、グラフC1は、1800Ah使用したニッケル水素蓄電池の充電時の充電カーブを示す。グラフC2は、2920Ah使用したニッケル水素蓄電池の充電時の充電カーブを示す。グラフC3は、3070Ah使用したニッケル水素蓄電池の充電時の充電カーブを示す。グラフC4は、3080Ah使用したニッケル水素蓄電池の充電時の充電カーブを示す。
<Degradation and charge curve>
In FIG. 3, graph C0 shows a charging curve during charging of an unused nickel-metal hydride storage battery. On the other hand, graph C1 shows a charging curve when charging a nickel-metal hydride storage battery using 1800 Ah. Graph C2 shows a charge curve during charging of a nickel-metal hydride storage battery that uses 2920 Ah. Graph C3 shows a charge curve during charging of a nickel-metal hydride storage battery using 3070 Ah. Graph C4 shows a charge curve during charging of a nickel-metal hydride storage battery using 3080 Ah.
グラフC1は、1800[Ah]の使用履歴があるニッケル水素蓄電池を充電したときの充電カーブを示す。なお、グラフC0~C4は、いずれも完全放電したSOC0[%]のモジュール電圧6.0[V]から充電レート1/3Cで、SOC100[%]の満充電まで充電する条件は同じである。充電ニッケル水素蓄電池は使用により活物質の劣化などによりその特性が変化する。グラフC1は、未使用のニッケル水素蓄電池の充電カーブC0と比較する。比較すると、SOC0[%]から充電を開始すると、およそモジュール電圧[V]が8.9[V]でSOC100[%]となる点では、グラフC0と大差はない。しかし、電池容量[Ah]の増加に対するモジュール電圧[V]の変化が異なる。充電開始直後から電池容量[Ah]が概ね2.7[Ah]では、グラフC1は、グラフC0よりモジュール電圧[V]は低く、概ね電池容量が2.7[Ah]を超すと、グラフC1は、グラフC0よりモジュール電圧[V]より高くなる。 Graph C1 shows a charge curve when a nickel-metal hydride storage battery with a usage history of 1800 [Ah] is charged. In all graphs C0 to C4, the charging conditions are the same, from a fully discharged module voltage of 6.0 [V] at SOC 0 [%] to a charging rate of 1/3 C, until fully charged at SOC 100 [%]. The characteristics of the charged nickel-metal hydride storage battery change due to deterioration of the active material and the like due to use. Graph C1 is compared with the charging curve C0 of an unused nickel-metal hydride storage battery. By comparison, when charging is started from SOC 0 [%], there is not much difference from graph C0 in that the module voltage [V] is approximately 8.9 [V] and SOC 100 [%]. However, the change in module voltage [V] with respect to the increase in battery capacity [Ah] is different. When the battery capacity [Ah] is about 2.7 [Ah] immediately after the start of charging, the graph C1 shows that the module voltage [V] is lower than the graph C0, and when the battery capacity exceeds about 2.7 [Ah], the graph C1 is higher than the module voltage [V] from the graph C0.
グラフの傾きを見ると、グラフC0では、変曲点IPc近傍で、概ね水平に近い傾きとなっている。一方、グラフC1では、一貫して一定以上の傾きを維持している。
<使用によるニッケル水素蓄電池の劣化とdQ/dVカーブ>
図4は、ニッケル水素蓄電池の充放電カーブにおける傾きをdQ/dVカーブで表したグラフである。図4に示すように、これらの傾きをdQ/dVカーブで表すと、グラフC0は、グラフRC0となり、グラフC1は、グラフRC1となる。
Looking at the slope of the graph, the slope of the graph C0 is almost horizontal near the inflection point IPc. On the other hand, the graph C1 consistently maintains a constant slope or more.
<Deterioration of Ni-MH storage battery due to use and dQ/dV curve>
FIG. 4 is a graph showing the slope of the charge/discharge curve of the nickel-metal hydride storage battery as a dQ/dV curve. As shown in FIG. 4, when these slopes are represented by dQ/dV curves, graph C0 becomes graph RC0 and graph C1 becomes graph RC1.
ここで、グラフC0に基づくグラフRC0では、先に説明したように、モジュール電圧[V]が概ね8.35[V]で、dQ/dVの値が概ね+30のピークを示した。これに対し、グラフC1に基づくグラフRC1では、概ね8.3[V]近傍で、dQ/dVの値が概ねdQ/dV=+7程度の極めてなだらかなピークを示す。 Here, in the graph RC0 based on the graph C0, as described above, the module voltage [V] was approximately 8.35 [V] and the value of dQ/dV showed a peak of approximately +30. On the other hand, in graph RC1 based on graph C1, the value of dQ/dV shows an extremely gentle peak of approximately dQ/dV=+7 near approximately 8.3 [V].
また、図3に示すグラフC2は、2920[Ah]の使用履歴があるニッケル水素蓄電池を充電したときの充電カーブを示す。この場合は、充電初期でグラフC1よりも、より高いモジュール電圧[V]を示す。さらにグラフC3は、3070[Ah]の使用履歴を有するが、充電初期でグラフC2よりも、さらに高いモジュール電圧[V]を示す。そして、グラフC4では、さらに早いタイミングで、グラフC3よりさらに高いモジュール電圧[V]を示す。 Graph C2 shown in FIG. 3 shows a charge curve when a nickel-metal hydride storage battery having a usage history of 2920 [Ah] is charged. In this case, the module voltage [V] is higher than the graph C1 at the early stage of charging. Further, graph C3 has a usage history of 3070 [Ah], but shows a higher module voltage [V] than graph C2 at the early stage of charging. Graph C4 shows a higher module voltage [V] than graph C3 at an earlier timing.
以上のように、使用履歴において、多くの電流量での充放電を繰り返したものは、活物質の劣化が進み、少ない電池容量[Ah]で、モジュール電圧[V]が高くなっていることが確認できる。このことは、同じ電池容量[Ah]を充電しても、劣化したニッケル水素蓄電池のSOC[%]は、より高くなっていることがわかる。また、劣化したニッケル水素蓄電池では、より高いSOC[%]となりやすい。このことは、ニッケル水素蓄電池内で、酸素が発生しやすい電位となり、Ni2O3Hが生成しやすい環境となることを意味する。 As described above, in the history of use, when charging and discharging were repeated at a large amount of current, the deterioration of the active material progressed, and the module voltage [V] increased with a small battery capacity [Ah]. I can confirm. This shows that even if the same battery capacity [Ah] is charged, the SOC [%] of the deteriorated nickel-metal hydride storage battery is higher. Also, a deteriorated nickel-metal hydride storage battery tends to have a higher SOC [%]. This means that the potential in the nickel-metal hydride storage battery is such that oxygen is likely to be generated, and the environment is such that Ni 2 O 3 H is likely to be generated.
例えば、グラフC0とグラフC1では、使用履歴は0[Ah]から1800[Ah]と1800[Ah]だけ多くの充放電を繰り返しているが、同じ電気容量[Ah]におけるモジュール電位[V]は大きくは異ならない。しかしながらグラフC3とグラフC4では、使用履歴は3070[Ah]から3080[Ah]の僅か10[Ah]しか充放電を行っていないのに拘わらず、あきらかなモジュール電圧[V]の上昇が確認できる。つまり、ニッケル水素蓄電池の劣化は、使用履歴が長くなって一旦劣化が進み始めると、加速度的に劣化が進み、急激な容量低下が引き起こされることが理解できる。 For example, in the graphs C0 and C1, the usage history repeats many charges and discharges from 0 [Ah] to 1800 [Ah] and 1800 [Ah], but the module potential [V] at the same electric capacity [Ah] is not much different. However, in the graphs C3 and C4, a clear increase in the module voltage [V] can be confirmed even though the usage history is only 10 [Ah] from 3070 [Ah] to 3080 [Ah]. . In other words, it can be understood that once the deterioration of the nickel-metal hydride storage battery begins to progress as the usage history becomes longer, the deterioration progresses at an accelerated pace, causing a rapid capacity decrease.
<本実施形態のdQ/dV>
図5は、本実施形態の強制充電の充電カーブを示す模式的なグラフである。本実施形態では、ニッケル水素蓄電池のSOCが40[%]を切った場合に、残容量を確保するために、SOCが60[%]になるまで、車両の制御装置により自動的に充電レートを3Cと一定にして強制充電が行われる。ここでは、このSOC40[%]からSOC60[%]のdQ/dVの平均値を充電のステップにおけるdQ/dV値とする。すなわちSOC60[%]とSOC40[%]の容量の差を、SOC60[%]のOCVであるV60[V]とSOC40[%]のOCVであるV40[V]の電圧の差で除した値である。このように、充電開始のSOCと充電終了のSOCと、充電レート3Cと一定の条件でdQ/dV値を取得する。このため、ここで取得したdQ/dV値は、時系列で比較することができる。つまり、正確に劣化の変化を検出することができる。
<dQ/dV of this embodiment>
FIG. 5 is a schematic graph showing a charging curve for forced charging according to the present embodiment. In this embodiment, when the SOC of the nickel-metal hydride storage battery falls below 40%, the charging rate is automatically reduced by the vehicle control device until the SOC reaches 60% in order to secure the remaining capacity. Forced charging is performed by keeping the voltage constant at 3C. Here, the average value of dQ/dV from SOC 40[%] to SOC 60[%] is used as the dQ/dV value in the charging step. That is, the difference in capacity between SOC 60 [%] and SOC 40 [%] was divided by the voltage difference between V 60 [V], which is the OCV of SOC 60 [%], and V 40 [V], which is the OCV of SOC 40 [%]. value. In this way, the dQ/dV value is acquired under the constant conditions of the SOC at the start of charging, the SOC at the end of charging, and the charging rate of 3C. Therefore, the dQ/dV values obtained here can be compared in time series. That is, it is possible to accurately detect changes in deterioration.
このdQ/dV値も、上述のとおり、ニッケル水素蓄電池にNi2O3Hが生成すると、低下する。
<本実施形態のニッケル水素蓄電池の制御方法の原理>
ここで、以上のような知見から本発明者らが見出した本実施形態のニッケル水素蓄電池の制御方法の原理をまとめると、以下のとおりである。まず、強制充電という一定の条件におけるニッケル水素蓄電池の低SOCでの充電カーブを取得し、ここからdQ/dVを算出する。本発明者らは、このdQ/dV値に基づいてニッケル水素蓄電池におけるNi2O3Hの生成を推定することができることを見出した。また、本発明者らは、さらなるNi2O3Hの生成は、低SOC時の急激な放電時における酸素の発生が大きな原因であることを突き止めた。これに基づき推定したニッケル水素蓄電池の劣化に応じて、低SOC時の放電レートを適切に制限することで、急激な劣化を回避し、必要なニッケル水素蓄電池の寿命を確保する。
This dQ/dV value also decreases when Ni 2 O 3 H is produced in the nickel-hydrogen storage battery, as described above.
<Principle of Control Method for Nickel Metal Hydride Storage Battery of Present Embodiment>
Here, the principle of the method for controlling the nickel-metal hydride storage battery according to the present embodiment discovered by the inventors based on the above knowledge is summarized as follows. First, a charging curve at a low SOC of the nickel-metal hydride storage battery under a certain condition of forced charging is acquired, and dQ/dV is calculated from this. The inventors have found that it is possible to estimate the production of Ni 2 O 3 H in the nickel-metal hydride storage battery based on this dQ/dV value. In addition, the present inventors have found that the further generation of Ni 2 O 3 H is largely caused by the generation of oxygen during rapid discharge at low SOC. By appropriately limiting the discharge rate at low SOC according to the deterioration of the nickel-metal hydride storage battery estimated based on this, rapid deterioration is avoided and the necessary life of the nickel-metal hydride storage battery is ensured.
(本実施形態の構成)
<ニッケル水素蓄電池>
以下、本実施形態の前提となるニッケル水素蓄電池について簡単に説明する。本実施形態のニッケル水素蓄電池は、ハイブリッド自動車等の車両の駆動用の電源として用いられる車載電池である。車両に搭載されるニッケル水素蓄電池として所要の電力容量を得るべく、複数の密閉型電池である単電池を電気的に直列接続して構成された電池モジュールからなる電池である。本実施形態におけるOCV(Open Circuit Voltage、開放電池電圧)は、電池モジュールのモジュール電圧を意味する。
(Configuration of this embodiment)
<Nickel metal hydride storage battery>
A nickel-metal hydride storage battery, which is the premise of this embodiment, will be briefly described below. The nickel-metal hydride storage battery of this embodiment is a vehicle-mounted battery used as a power source for driving a vehicle such as a hybrid vehicle. It is a battery consisting of a battery module configured by electrically connecting a plurality of single cells, which are sealed batteries, in series in order to obtain a required power capacity as a nickel-metal hydride storage battery mounted on a vehicle. OCV (Open Circuit Voltage) in this embodiment means the module voltage of the battery module.
電池モジュールは、複数の単電池を収容可能な一体電槽と、この一体電槽を封止する蓋体とによって構成される直方体状の角形ケースを有している。なお、この角形ケースは、樹脂製のものを用いることができる。 A battery module has a rectangular parallelepiped prismatic case composed of an integrated battery case capable of accommodating a plurality of cells and a lid body for sealing the integrated battery case. A resin-made case can be used for this rectangular case.
角形ケースを構成する一体電槽は、アルカリ性の電解液に対して耐性を有する合成樹脂材料、例えばポリプロピレンやポリエチレン等により構成されている。そしてこの一体電槽の内部には、複数の単電池を区画する隔壁が形成されており、この隔壁によって区画された部分が、単電池毎の電槽となる。一体電槽は、例えば、6つの電槽を有する。 The integrated battery case that constitutes the rectangular case is made of a synthetic resin material, such as polypropylene or polyethylene, that is resistant to an alkaline electrolyte. A partition wall is formed inside the integrated battery case to partition a plurality of cells, and the portion partitioned by the partition wall serves as a battery case for each battery. The integrated battery case has, for example, six battery cases.
<極板群の構成>
区画された電槽内には、極板群と、その両側に接合された正極の集電板及び負極の集電板とが電解液とともに収容されている。極板群は、矩形状の正極板及び負極板がセパレータを介して積層して構成されている。各々隣接する電槽の極板群は電気的に直列接続されている。直列接続された極板群、すなわち複数の単電池の総出力が正極の接続端子及び負極の接続端子から取り出される。
<Structure of Electrode Group>
In the compartmentalized container, an electrode plate group, and a positive electrode collector plate and a negative electrode collector plate joined to both sides of the electrode plate group are accommodated together with an electrolytic solution. The electrode plate group is configured by laminating a rectangular positive electrode plate and a negative electrode plate with a separator interposed therebetween. Electrode groups of adjacent battery cases are electrically connected in series. The total output of the series-connected electrode plate group, ie, the plurality of single cells, is taken out from the positive connection terminal and the negative connection terminal.
<正極板>
正極板は、基材となる正極基材として、多孔性金属であるNi若しくはNi合金からなる発泡ニッケル三次元多孔体が用いられる。正極基材は、立体的な網状の構造を有した骨部と、この骨部に囲まれた孔部を有する。正極基材は、例えば発泡ウレタンのウレタン骨格表面にニッケルメッキを施した後、発泡ウレタンを焼失させて製造される。正極板は、Ni(OH)2及びCoを活物質として含有している正極合材層を備えている。詳しくは、粒状の水酸化ニッケルに、水酸化コバルトや金属コバルト粉末などの導電剤、そして必要に応じてカルボキシメチルセルロースなどの増粘剤やポリテトラフルオロエチレンなどの結着剤を適量加えてまずはペースト状に加工する。その後、こうしてペースト状になった加工物を、正極基材の網目状の孔部に充填して正極合材層を形成する。その後、これを乾燥、圧延、切断することによって板状の正極板を形成する。
<Positive plate>
For the positive electrode plate, a foamed nickel three-dimensional porous body made of Ni or a Ni alloy, which is a porous metal, is used as a positive electrode base material. The positive electrode substrate has a bone portion having a three-dimensional network structure and a hole portion surrounded by the bone portion. The positive electrode substrate is manufactured, for example, by nickel-plating the surface of the urethane skeleton of foamed urethane and then burning off the foamed urethane. The positive plate comprises a positive composite layer containing Ni(OH) 2 and Co as active materials. Specifically, to granular nickel hydroxide, add an appropriate amount of a conductive agent such as cobalt hydroxide or metallic cobalt powder, and if necessary, a thickener such as carboxymethyl cellulose or a binder such as polytetrafluoroethylene, and then paste it. processed into a shape. After that, the paste-like processed material is filled into the mesh-like holes of the positive electrode substrate to form a positive electrode mixture layer. After that, it is dried, rolled, and cut to form a plate-like positive electrode plate.
<負極板>
負極板は、例えば、ランタン、セリウム、及びネオジム等の希土類元素の混合物であるミッシュメタル、ニッケル、アルミニウム、コバルトおよびマンガンを構成要素とする水素吸蔵合金を活物質として構成されている。これも詳しくは、この水素吸蔵合金にカーボンブラックなどの導電剤、そして必要に応じてカルボキシメチルセルロースなどの増粘剤や、スチレン-ブタジエン共重合体などの結着剤を添加してまずはペースト状に加工する。その後、こうしてペースト状に加工された水素吸蔵合金を、パンチングメタル(活物質支持体)などの芯材に塗布あるいは充填した後、これを乾燥、圧延、切断することによって同じく板状の負極板を形成する。
<Negative plate>
The negative electrode plate is made of, for example, a misch metal, which is a mixture of rare earth elements such as lanthanum, cerium, and neodymium, and a hydrogen storage alloy containing nickel, aluminum, cobalt, and manganese as constituent elements. In more detail, this hydrogen storage alloy is added with a conductive agent such as carbon black, and if necessary, a thickener such as carboxymethyl cellulose and a binder such as styrene-butadiene copolymer, and is first made into a paste. process. After that, the hydrogen-absorbing alloy thus processed into a paste is applied to or filled in a core material such as a punching metal (active material support), which is then dried, rolled, and cut into a plate-like negative electrode plate. Form.
<セパレータ>
セパレータとしては、ポリプロピレンなどのオレフィン系樹脂の不織布、もしくは必要に応じてこれにスルフォン化などの親水処理を施したものを用いることができる。
<Separator>
As the separator, a nonwoven fabric made of an olefinic resin such as polypropylene, or a nonwoven fabric subjected to a hydrophilic treatment such as sulfonation as necessary, can be used.
本実施形態のニッケル水素蓄電池の電池モジュールは以上のような構成を備えている。
<本実施形態のニッケル水素蓄電池の制御装置>
次に、本実施形態の前提となるニッケル水素蓄電池の制御装置の一例について簡単に説明する。ニッケル水素蓄電池の急激な劣化の兆候を検出し、制御できる本実施形態の制御方法は、駆動用として車載のニッケル水素蓄電池において好適に適用することができる。そこで、ここではそのような車載の駆動用二次電池としてのニッケル水素蓄電池の制御装置について簡単に説明する。
The battery module of the nickel-metal hydride storage battery of this embodiment has the configuration described above.
<Control Device for Nickel Metal Hydride Storage Battery of Present Embodiment>
Next, an example of a control device for a nickel-metal hydride storage battery, which is a premise of the present embodiment, will be briefly described. The control method of the present embodiment, which can detect signs of rapid deterioration of a nickel-metal hydride storage battery and can control it, can be suitably applied to a nickel-metal hydride storage battery mounted on a vehicle for driving. Therefore, here, a control device for such a nickel-metal hydride storage battery as a secondary battery for driving a vehicle will be briefly described.
<ニッケル水素蓄電池の制御装置10>
図7は、本実施形態のニッケル水素蓄電池の制御装置10のブロック図である。図7を参照して、ニッケル水素蓄電池の制御装置10について説明する。なお、ここでは、ニッケル水素蓄電池は、電池モジュール90を収容した電池パックの状態で制御する。
<
FIG. 7 is a block diagram of the
<制御装置10>
電池制御装置である制御装置10は、車両に搭載し、いわゆるオンボードでリアルタイム又は蓄積データに基づいて車両の電池モジュール90を制御することができる。この制御装置が本発明の前記電圧測定装置により測定した電圧及び前記電流測定装置により測定した電流に基づいてニッケル水素蓄電池の充放電の制御を行う制御装置に相当する。
<
A
制御装置10は、発電機としてのモータジェネレータ17からの電流を、電池モジュール90を充電させる充電装置としてのインバータ20を制御して充電する。また、制御装置10は、負荷となる駆動用モータとしてのモータジェネレータ17に、電池モジュール90からの電流を電力供給装置としてのインバータ20を制御して放電する。
The
制御装置10は、電池モジュール90の電流を測定する電流検出器21と、電池モジュール90の端子間電圧を測定する電圧検出器22と、電池モジュール90の温度を測定する温度検出器23とを備えている。この電流検出器21が本発明の電流測定装置に相当する。電圧検出器22が本発明の電圧測定装置に相当する。
The
温度検出器23は、温度センサを備えている。温度センサは、電池モジュール90のうちの対応する単電池の極板群の近傍の温度を測定するとともに、測定した温度値を制御装置10に電気信号で出力する。
The
<制御部11>
制御装置10の制御部11は、制御装置10全体の制御を行うCPU、RAM、ROM、インタフェイスを備えたコンピュータとして構成されている。
<
A
<情報取得部12>
情報取得部12は、逐次電流検出器21から充放電電流値を取得し、電圧検出器22から電圧値を取得し、温度検出器23から電池温度を取得して記憶する。
<
The
<記憶部13>
記憶部13は、制御装置10のプログラムや、必要なデータが記憶される記憶媒体を備える。プログラムは、図6に示すフローチャートを実行するプログラムを備える。
<
The
また、記憶部13には、制御の前提のデータとして、dQ/dV値の「閾値」などが予め記憶されている。
<dQ/dV算出部14>
dQ/dV算出部14は、充放電制御部16により充放電された電池モジュール90から、電池容量[Ah]の変化を推定し、かつモジュール電圧であるOCV[V]とから充電カーブを生成する。この場合、電池容量[Ah]は、車載の電池であるので、SOC0[%]の完全放電からSOC100[%]の満充電までの充放電で、正確に電池容量[Ah]を測定することは困難である。そこで車両の運用上問題が生じにくいSOC[%]の範囲で、電池容量[Ah]を推定する。本実施形態では、SOCが40[%]の低SOCになったときに、充電レートを3Cと一定にし、SOC60[%]まで強制充電する車両の電池制御を利用してdQ/dV値を取得している。このため、時系列で同じ条件で取得したdQ/dV値を比較して、ニッケル水素蓄電池の劣化を検出することが可能となっている。
In addition, the
<dQ/
The dQ/
<判定部15>
判定部15ではdQ/dV値算出14で算出したdQ/dV値を予め記憶してある閾値と比較して、車載のニッケル水素蓄電池が設定した寿命が全うできるか否かを判定する。また、制御部11は、dQ/dV値により推定したNi2O3Hの生成量に応じて、電池モジュール90の低SOC時の放電の条件を制限することで、ニッケル水素蓄電池の急激な劣化を抑制する。この手順で車両の運用に支障が出ないように、ニッケル水素蓄電池の延命を図り、設定した電池寿命が全うできるように制御する。
<
The
<充放電制御部16>
充放電制御部16は、電池モジュール90の電圧を監視して、SOCが閾値である40[%]より低下している場合は、モータジェネレータ17により発電してインバータ20を介し、充電レートを3CでSOC60[%]となるまで電池モジュール90を充電する。本実施形態では、車両の電池制御自体を利用して、一定の条件で充電したときの充電カーブを取得する。そして、ここからdQ/dV値を取得することで、時系列に比較可能なdQ/dV値を取得するところに技術的な特徴がある。
<Charge/
The charge/
一方、充放電制御部16は、その他の通常の制御として車両の制動時にモータジェネレータ17からの回生電流を、インバータ20を介して供給することで電池モジュール90を充電する。この場合、充放電制御部16は、過大な電流や、電池モジュール90のSOCが高すぎる場合は、充電を制限する。このときの閾値などは、記憶部13に記憶されている。また、本実施形態では、Ni2O3Hが生成されないように、正極の電位をO2が発生しないような電位になるように充放電を制御する。
On the other hand, the charge/
一方、充放電制御部16は、車両の駆動時では、車両のECU(Electronic Control Unit)からの指令で、電池モジュール90から必要な電流を、インバータ20を介しモータジェネレータ17に供給する。
On the other hand, when the vehicle is driven, the charge/
特に、判定部15で、ニッケル水素蓄電池の劣化が検知された場合は、充放電制御部16は、低SOC時における急速な放電を回避するなどして、急激なNi2O3Hの生成を抑制する。
In particular, when the
<本実施形態のニッケル水素蓄電池の制御方法の手順>
図6は、本実施形態のニッケル水素蓄電池の制御方法の手順の一例を示すフローチャートである。次に、本実施形態のニッケル水素蓄電池の制御方法により、Ni2O3Hの発生を予測し、制御によりNi2O3Hの発生を回避することができる手順の概略について図6のフローチャートを参照して説明する。
<Procedure of control method for nickel-metal hydride storage battery of the present embodiment>
FIG. 6 is a flow chart showing an example of the procedure of the method for controlling the nickel-metal hydride storage battery of this embodiment. Next, the flow chart of FIG. 6 outlines the procedure for predicting the generation of Ni 2 O 3 H and avoiding the generation of Ni 2 O 3 H by control using the method for controlling a nickel-metal hydride storage battery according to the present embodiment. will be described with reference to
<手順の概略>
まず、事前準備として「閾値設定のステップ(S1)」により、制御対象となるニッケル水素蓄電池の特性に合わせて、適切な閾値を設定する。次に、車両の運用において、「SOC推定(S2)」により、制御の基礎となるSOCを取得する。そして「SOC≦40%?(S3)」により、現在のSOCが、低SOCの状態かを否かを判断する。もし、低SOCであれば、「強制充電・充電カーブ取得(S4)」において、ニッケル水素蓄電池の残容量を回復するため、強制充電を行いながら、そのときの充電電力量とニッケル水素蓄電池のOCVを取得する。そして「SOC推定(S5)」の手順でSOCを監視しながら、「SOC>60%?(S6)」となったら、「充電終了(S7)」とする。
<Overview of procedure>
First, as a preparation, an appropriate threshold is set according to the characteristics of the nickel-metal hydride storage battery to be controlled in a "threshold setting step (S1)". Next, in operation of the vehicle, the SOC, which is the basis of control, is acquired by "SOC estimation (S2)". Then, it is determined whether or not the current SOC is in a low SOC state by "SOC≤40%? (S3)". If the SOC is low, in "forced charging/charging curve acquisition (S4)", in order to recover the remaining capacity of the nickel-metal hydride storage battery, while performing forced charging, the charging power amount at that time and the OCV of the nickel-metal hydride storage battery to get Then, while monitoring the SOC in the procedure of "SOC estimation (S5)", when "SOC > 60%? (S6)", "end charging (S7)".
「取得した充電カーブからdQ/dVを算出(S8)」とともに、「(総放電容量[Ah])/(dQ/dV)のプロット点記憶(S9)」を行う。
もしも、「dQ/dV≦TW(S10)」となったら、「直近のプロット点2点に基づいてdQ/dV=TDとなる総放電容量EA[Ah]を推定(S11)」行う。その結果、「EA≦目標総放電容量SA(S12)」であれば、現在の制御では、対象となるニッケル水素蓄電池が、目標総放電容量[Ah]まで、寿命が持たないことが予測される。この予測に基づき「放電レートの制限(S13)」を行うことで、ニッケル水素蓄電池の劣化を抑制する。
Along with "calculating dQ/dV from the acquired charging curve (S8)", "(total discharge capacity [Ah])/(dQ/dV) plot point storage (S9)" is performed.
If "dQ/dV≤T W (S10)", "estimate the total discharge capacity EA [Ah] that satisfies dQ/dV=T D based on the two most recent plot points (S11)". As a result, if "EA ≤ target total discharge capacity SA (S12)", it is predicted that the target nickel-metal hydride storage battery will not have a life up to the target total discharge capacity [Ah] under the current control. . Degradation of the nickel-metal hydride storage battery is suppressed by performing "restriction of the discharge rate (S13)" based on this prediction.
この後、再びS2~S12での手順で、放電レートを制限した制御でも、対象となるニッケル水素蓄電池が、目標総放電容量[Ah]まで、寿命が持たないことを予測した場合は、再度「放電レートの制限(S13)」を行う。この手順の繰り返しにより、ニッケル水素蓄電池が、目標総放電容量[Ah]まで、寿命を持たせるように放電レートを制限した制御を行う。以下、各手順について詳細に説明する。 After that, in the procedure from S2 to S12 again, if it is predicted that the target nickel-metal hydride storage battery will not have a life up to the target total discharge capacity [Ah] even with the control that limits the discharge rate, Discharge rate limitation (S13)” is performed. By repeating this procedure, control is performed to limit the discharge rate so that the nickel-metal hydride storage battery has a life up to the target total discharge capacity [Ah]. Each procedure will be described in detail below.
<閾値設定のステップ(S1)>
予め、使用するニッケル水素蓄電池の特性を取得する。ここでは、図3に示すようなSOC0[%]からSOC100[%]までの完全放電から満充電までの充電カーブを取得して、これを図4に示すようなdQ/dVカーブにして、そのニッケル水素蓄電池の劣化度を測定する。そして、これらの劣化度とdQ/dV値との関係に基づいて、閾値を決定する。なお、本実施形態では、SOC40~60[%]において充電レート3Cで強制充電したときのdQ/dV値を閾値とする。
<Threshold Setting Step (S1)>
The characteristics of the nickel-metal hydride storage battery to be used are obtained in advance. Here, a charge curve from complete discharge to full charge from SOC 0 [%] to SOC 100 [%] as shown in FIG. Measure the degree of deterioration of the nickel-metal hydride storage battery. Then, the threshold is determined based on the relationship between the degree of deterioration and the dQ/dV value. In this embodiment, the dQ/dV value when forced charging is performed at a charging rate of 3C at an SOC of 40 to 60[%] is used as the threshold.
総放電容量[Ah]に対してdQ/dV値が急激に低下し始めるdQ/dV値を、「警戒閾値TW」として設定する。例えば、本実施形態では、dQ/dV=40とした。この警戒閾値TWより小さいとNi2O3Hが発生する可能性が高くなる。 The dQ/dV value at which the dQ/dV value begins to decrease rapidly with respect to the total discharge capacity [Ah] is set as the "warning threshold value T W ". For example, in this embodiment, dQ/dV=40. If it is smaller than this warning threshold TW , the possibility of Ni 2 O 3 H being generated increases.
また、ニッケル水素蓄電池の限界を示すdQ/dV値を「限界閾値TD」として設定する。例えば、本実施形態では、dQ/dV=20とした。dQ/dV値が、この「限界閾値TD」より小さいと、Ni2O3Hが急激に発生する恐れがある。 Also, the dQ/dV value indicating the limit of the nickel-metal hydride storage battery is set as the "limit threshold TD ". For example, in this embodiment, dQ/dV=20. If the dQ/dV value is smaller than this "critical threshold T D ", Ni 2 O 3 H may be generated rapidly.
また、ニッケル水素蓄電池の目標とする総放電容量を、「目標総放電容量SA」として設定する。これは、車両に搭載したときの電池に期待される余寿命となる。本実施形態では、目標総放電容量SA=4000[Ah]に設定されている。 Also, the target total discharge capacity of the nickel-metal hydride storage battery is set as the "target total discharge capacity SA". This is the remaining life expectancy of the battery when mounted in a vehicle. In this embodiment, the target total discharge capacity SA is set to 4000 [Ah].
<SOC推定(S2)>
制御装置10は、電圧検出器22からの電圧OCVに基づいて、現在のSOCを推定する。なおこの手順が本発明の「SOC取得のステップ」に相当する。
<SOC estimation (S2)>
<SOC≦40[%]?(S3)>
制御装置10は、取得したSOCが、「SOC≦40[%]」であるか否かを判定する。すなわち、ニッケル水素蓄電池が設定した低SOCとなり、強制充電の必要があるどうかを判断する。ここで、「SOC≦40[%]」ではない場合は、(S3:NO)SOCの推定(S2)により、監視を続ける。一方、の場合は、「SOC≦40[%]」の場合は(S3:YES)、強制充電(S4)を行う。
<SOC≤40[%]? (S3)>
The
<強制充電・充電カーブ取得(S4)>
図3は、強制充電(S4)における充電カーブの一例を示すグラフである。この手順が本発明の「充電のステップ」に相当する。本実施形態の場合は、強制充電(S4)は図7において、図示しない内燃機関により、モータジェネレータ17により発電し、これをインバータ20により直流電流として電池モジュール90をSOC60[%]になるまで充電する。このときの充電レートは充放電制御部により3Cとなるように一定に調整される。
<Acquisition of forced charging/charging curve (S4)>
FIG. 3 is a graph showing an example of a charging curve in forced charging (S4). This procedure corresponds to the "charging step" of the present invention. In the case of this embodiment, the forced charging (S4) is performed by the internal combustion engine (not shown) in FIG. do. The charge rate at this time is adjusted to be 3C by the charge/discharge controller.
この強制充電の実行中は、電流検出器21、電圧検出器22により取得した電流、電圧に基づいてdQ/dV算出部14が開放電池電圧OCVと、SOCとの関係である充電カーブを算出して、記憶部13に記憶する。
During execution of this forced charging, the dQ/
<SOC推定(S5)>
dQ/dV算出部14は、開始した強制充電の進行に応じて、そのときのSOCを逐次推定する。
<SOC estimation (S5)>
The dQ/
<SOC>60[%]?(S6)>
ここで、「SOC>60[%]」か否かが判断される(S6)。すなわち、ニッケル水素蓄電池が低SOCを脱したか否かを判定する。ここで、「SOC>60[%]」ではないと判断された場合は(S6:NO)、まだ、低SOCを脱していないとして、強制充電が(S4)が継続される。一方、「SOC>60[%]」であると判断された場合は(S6:YES)、ニッケル水素蓄電池が低SOCを脱したものと判断される。
<SOC> 60 [%]? (S6)>
Here, it is determined whether or not "SOC>60[%]" (S6). That is, it is determined whether or not the nickel-metal hydride storage battery has exited the low SOC. Here, if it is determined that "SOC>60[%]" is not true (S6: NO), it is assumed that the low SOC has not yet been overcome, and forced charging (S4) is continued. On the other hand, if it is determined that "SOC>60[%]" (S6: YES), it is determined that the nickel-metal hydride storage battery has exited the low SOC.
<充電終了(S7)>
「SOC>60[%]」であると判断され(S6:YES)、ニッケル水素蓄電池が低SOCを脱したものと判断された場合は、強制充電(S4)を終了する(S7)。
<End of charging (S7)>
If it is determined that "SOC>60[%]" (S6: YES) and the nickel-metal hydride storage battery has exited the low SOC, forced charging (S4) is terminated (S7).
<取得した充電カーブからdQ/dVを算出(S8)>
図5に示すように、強制充電(S4)の間、ニッケル水素蓄電池のOCVの増加分V60-V40=ΔV[V]と、ニッケル水素蓄電池の容量の増加分ΔQ[Ah]とが算出される。そして、dQ/dV算出部14は、その強制充電中のΔQ[Ah]をΔV[V]で除することで、その強制充電(S4)中の平均dQ/dV値を算出し、記憶部13に記憶する。この手順が本発明の「dQ/dV化のステップ」に相当する。
<Calculation of dQ/dV from Acquired Charging Curve (S8)>
As shown in FIG. 5, during the forced charging (S4), the increment V 60 −V 40 =ΔV [V] in the OCV of the nickel-metal hydride storage battery and the increment ΔQ [Ah] in the capacity of the nickel-metal hydride storage battery are calculated. be done. Then, the dQ/
<(総放電容量[Ah])/(dQ/dV)のプロット点記憶(S9)>
図9は、(総放電容量[Ah])/(dQ/dV)のプロット点記憶(S9)の手順におけるプロット点の例を示すグラフである。縦軸はdQ/dV[Ah/V]を示し、横軸は、総放電容量[Ah]を示す。
<(Total discharge capacity [Ah])/(dQ/dV) plot point storage (S9)>
FIG. 9 is a graph showing an example of plot points in the procedure of (total discharge capacity [Ah])/(dQ/dV) plot point storage (S9). The vertical axis indicates dQ/dV [Ah/V], and the horizontal axis indicates total discharge capacity [Ah].
図9に示すように、例えば、使用開始からは初めての強制充電時は、総放電容量[Ah]と、dQ/dV値との関係を蓄積する。すなわち、(総放電容量[Ah],(dQ/dV))=(0,60)のプロット点P0をプロットする。また、次のプロット点P1は、概ね(300,51)、次のプロット点P2は、概ね(700,43)である。次のプロット点P3は、概ね(1100,34)である。なお、実際には、図9に記載できないほど多くのプロット点をプロットするが、図9においては、考え方の説明のため、極端に省略している。この手順が本発明の「dQ/dV値蓄積」のステップに相当する。 As shown in FIG. 9, for example, when forced charging is performed for the first time after the start of use, the relationship between the total discharge capacity [Ah] and the dQ/dV value is accumulated. That is, the plot point P0 of (total discharge capacity [Ah], (dQ/dV))=(0, 60) is plotted. The next plotted point P1 is approximately (300, 51), and the next plotted point P2 is approximately (700, 43). The next plotted point P3 is approximately (1100,34). In practice, more plot points than shown in FIG. 9 are plotted, but they are extremely omitted in FIG. 9 for explanation of the concept. This procedure corresponds to the "dQ/dV value accumulation" step of the present invention.
<dQ/dV≦TW?(S10)>
つぎに、「dQ/dV≦TW」であるか否かの判定をする(S10)。つまり、dQ/dV値が、使用による劣化に基づいて、警戒閾値TWに達しているか否かが判定される。「dQ/dV≦TW」ではない場合は(S10:NO)、そのまま、S2~S9までの手順を繰り返す。「dQ/dV≦TW」である場合は(S10:YES)、次のS11の手順に進む。
<dQ/ dV≤TW ? (S10)>
Next, it is determined whether or not "dQ/dV≤T W " (S10). That is, it is determined whether or not the dQ/dV value has reached the warning threshold TW based on deterioration due to use. If not "dQ/dV≤T W " (S10: NO), the procedure from S2 to S9 is repeated. If “dQ/dV≦T W ” (S10: YES), proceed to the next step of S11.
本実施形態では、警戒閾値TWは、dQ/dV=40に設定している。ここで、図9に示すプロット点P2は、概ね(700,43)であるので、警戒閾値TWである40には達していない。次のプロット点P3は、概ね(1100,34)であるので、警戒閾値TWである40を下回っている。 In this embodiment, the warning threshold TW is set to dQ/dV=40. Here, the plotted point P2 shown in FIG. 9 is approximately (700, 43), so it does not reach 40, which is the warning threshold TW . The next plotted point, P3 , is approximately (1100, 34), so it is below the warning threshold TW of 40.
<直近のプロット点2点に基づいてdQ/dV=TDとなる総放電容量EA[Ah]を推定(S11)>
「dQ/dV≦TW」である場合は(S10:YES)、直近のプロット点2点に基づいてdQ/dV=TDとなる総放電容量EA[Ah]を推定する(S11)。ここで「限界閾値TD」は、電池性能を最低限満たすためのdQ/dV値である。dQ/dV値が、限界閾値TDを下回ると、そのニッケル水素蓄電池は、十分な性能を発揮できなくなる。
<Estimate the total discharge capacity EA [Ah] where dQ/dV= TD based on the two most recent plot points (S11)>
If “dQ/dV≦T W ” (S10: YES), the total discharge capacity EA [Ah] that satisfies dQ/dV= TD is estimated based on the two most recent plotted points (S11). Here, the “limit threshold T D ” is the dQ/dV value for satisfying the minimum battery performance. When the dQ/dV value falls below the limit threshold TD , the nickel-metal hydride storage battery cannot exhibit sufficient performance.
図10は、直近のプロット点2点に基づいてdQ/dV=TDとなる総放電容量EA[Ah]を推定(S11)ための手順における予想直線L1を示すグラフである。ここでは、図9に示すプロット点P3が、警戒閾値TWである40を下回ったプロット点である。また、プロット点P2がその直前にプロットしたプロット点である。そこで、このプロット点P2と、プロット点P3を結ぶ直線を予想直線L1とする。この予想直線L1を延ばしていくと、限界閾値TDに達する。このときの総放電容量[Ah]を推定総放電容量EA[Ah]とする。 FIG. 10 is a graph showing the expected straight line L1 in the procedure for estimating (S11) the total discharge capacity EA [Ah] that satisfies dQ/dV= TD based on the two most recent plotted points. Here, the plotted point P3 shown in FIG. 9 is the plotted point below 40, which is the warning threshold TW . Also, the plot point P2 is the plot point plotted immediately before. Therefore, the straight line connecting the plotted points P2 and P3 is defined as the expected straight line L1 . As this predicted straight line L1 is extended, it reaches the limit threshold TD . The total discharge capacity [Ah] at this time is assumed to be the estimated total discharge capacity EA [Ah].
図10に示す例であると、推定総放電容量EA[Ah]は、概ね1800[Ah]となる。つまり、現在のニッケル水素蓄電池に許容された放電レートが3Cに制御されているとすると、この制御のままでは、総放電容量[Ah]が1800[Ah]になった段階で、ニッケル水素蓄電池が使用できなくなるという推定ができる。この手順が本発明の「dQ/dV値推定のステップ」に相当する。 In the example shown in FIG. 10, the estimated total discharge capacity EA [Ah] is approximately 1800 [Ah]. In other words, if the discharge rate allowed for the current nickel-metal hydride storage battery is controlled to 3C, under this control, the nickel-metal hydride storage battery will be discharged when the total discharge capacity [Ah] reaches 1800 [Ah]. We can assume that it will be unusable. This procedure corresponds to the "dQ/dV value estimation step" of the present invention.
<EA≦目標総放電容量SA?(S12)>
次に、「EA≦目標総放電容量SA」であるか否かが判定される(S12)。「EA≦目標総放電容量SA」でないと判定された場合は(S12:NO)、そのまま、S2~S11までの手順を繰り返す。一方、「EA≦目標総放電容量SA」である場合は(S12:YES)、次の放電レートの制限の手順(S13)に進む。
<EA≦target total discharge capacity SA? (S12)>
Next, it is determined whether or not "EA≦target total discharge capacity SA" (S12). If it is determined that "EA≦target total discharge capacity SA" is not satisfied (S12: NO), the procedure from S2 to S11 is repeated. On the other hand, if "EA≤target total discharge capacity SA" (S12: YES), the process proceeds to the next procedure for limiting the discharge rate (S13).
ここで、本実施形態の目標総放電容量SAは、4000[Ah]に設定されている。一方、S11で推定された推定総放電容量EA[Ah]は、概ね1800[Ah]であった。すなわち、現在のニッケル水素蓄電池の制御では、総放電容量[Ah]が1800[Ah]になった段階で、ニッケル水素蓄電池が使用できなくなると推定されるため、目標とする目標総放電容量SAである4000[Ah]には到達できないことを意味する。 Here, the target total discharge capacity SA of this embodiment is set to 4000 [Ah]. On the other hand, the estimated total discharge capacity EA [Ah] estimated in S11 was approximately 1800 [Ah]. That is, in the current control of the nickel-metal hydride storage battery, it is estimated that the nickel-metal hydride storage battery cannot be used when the total discharge capacity [Ah] reaches 1800 [Ah]. It means that a certain 4000 [Ah] cannot be reached.
<放電レートの制限(S13)>
図10に示すように、現在のニッケル水素蓄電池の制御、すなわち放電レートを3Cまで許容する方法では、総放電容量[Ah]が1800[Ah]になった段階で、ニッケル水素蓄電池が使用できなくなると推定される。そこで、現在の放電レートを3Cまで許容する制御方法を変更する必要がある。
<Restriction of Discharge Rate (S13)>
As shown in FIG. 10, in the current control of the nickel-metal hydride battery, that is, the method of allowing the discharge rate up to 3C, the nickel-metal hydride battery becomes unusable when the total discharge capacity [Ah] reaches 1800 [Ah]. It is estimated to be. Therefore, it is necessary to change the control method that allows the current discharge rate up to 3C.
そこで、Ni2O3Hの生成は低SOC時にハイレートで放電することで生成しやすいことを本発明者らは、実験により確かめている。そこで、例えばSOC50%以下の場合は現在の放電レートである3Cを、それより低い放電レート、例えば2Cに制限する(S13)。 Therefore, the present inventors have confirmed by experiments that Ni 2 O 3 H is easily generated by discharging at a high rate when the SOC is low. Therefore, for example, when the SOC is 50% or less, the current discharge rate of 3C is limited to a lower discharge rate, for example, 2C (S13).
図11は、「EA≦目標総放電容量SA(S12)」と判定され、「放電レートの制限(S13)」した後のニッケル水素蓄電池の総放電容量[Ah]に対するdQ/dVを示すグラフである。これまで放電レートを3Cまで許容する制御では将来予想直線L1のような推移を辿るものと考えられる。そこでSOC50%以下での放電レートを例えば2Cに制限すると、ニッケル水素蓄電池の劣化は、予想直線L2のようになると予想される。しかしながら実際にはこの段階ではどのような劣化をするかは不明である。そこで、本実施形態のニッケル水素蓄電池の制御方法では、ここで改めて「SOCの推定(S2)」に戻り、「直近のプロット点2点に基づいてdQ/dV=TDとなる総放電容量SA」となるか否かのステップ(S11)までの手順を行う。 FIG. 11 is a graph showing dQ/dV with respect to the total discharge capacity [Ah] of the nickel-metal hydride storage battery after it is determined that "EA ≤ target total discharge capacity SA (S12)" and the "discharge rate limit (S13)" is performed. be. It is considered that the control that allows a discharge rate up to 3C so far follows a transition like the future prediction straight line L1 . Therefore, if the discharge rate at an SOC of 50% or less is limited to, for example, 2C, the deterioration of the nickel-metal hydride storage battery is expected to follow the expected straight line L2 . However, it is unclear what kind of deterioration actually occurs at this stage. Therefore, in the control method of the nickel-metal hydride storage battery of the present embodiment, returning to "Estimation of SOC (S2)" again, "Total discharge capacity SA where dQ/dV= TD based on the two most recent plot points ] is performed until the step (S11).
図12は、「放電レートの制限(S13)」した後に、プロットしたプロット点P4と、その直前の直近のプロット点P3の2点に基づいた推定を示す。さらに、「EA≦目標総放電容量SA(S12)」と判定された状態を示す。そして、「放電レートの制限(S13)」した後のニッケル水素蓄電池の総放電容量[Ah]に対するdQ/dV値を示すグラフである。 FIG. 12 shows estimation based on two plotted points, plotted point P4 and immediately preceding plotted point P3 after the "discharge rate limitation (S13)". Further, it shows a state in which it is determined that "EA≦target total discharge capacity SA (S12)". And, it is a graph showing the dQ/dV value with respect to the total discharge capacity [Ah] of the nickel-metal hydride storage battery after "limiting the discharge rate (S13)".
そして、新たに取得したプロット点P4と、その直前のプロット点P3とで、予想直線L2を得る。図11の段階では、放電レートの制限(S13)により、劣化を抑制することができたと予想できるが、予想直線L2はまだ得られていない。放電レートの制限(S13)後の新たなプロット点P4を取得した段階(S9)で、初めて予想直線L2を取得することができる(S11)。 Then, a predicted straight line L2 is obtained from the newly acquired plot point P4 and the immediately preceding plot point P3 . At the stage of FIG. 11, it can be expected that deterioration could be suppressed by restricting the discharge rate (S13), but the expected straight line L2 has not yet been obtained. After the discharge rate is restricted (S13) and the new plot point P4 is obtained (S9), the predicted straight line L2 can be obtained for the first time (S11).
図12に示すように、プロット点P3とプロット点P4に基づいて取得した予想直線L2によれば、推定総放電容量EA[Ah]は、概ね2600[Ah]となる。つまり、現在のニッケル水素蓄電池に許容された放電レートが制限されて2Cに制御されている。この制御のままでは、総放電容量[Ah]が2600[Ah]になった段階で、ニッケル水素蓄電池が使用できなくなるという推定ができる(S11)。 As shown in FIG. 12, the estimated total discharge capacity EA [Ah] is approximately 2600 [Ah] according to the predicted straight line L2 obtained based on the plotted points P3 and P4 . In other words, the discharge rate allowed for current nickel-metal hydride storage batteries is limited and controlled to 2C. Under this control, it can be estimated that the nickel-metal hydride storage battery will become unusable when the total discharge capacity [Ah] reaches 2600 [Ah] (S11).
その結果、推定総放電容量EA[Ah]である2600[Ah]は、目標総放電容量SAである4000[Ah]に満たない(S12:NO)。そのため、再度放電レートの制限(S13)が行われて、SOC50%以下での放電レートが2Cに制限されていたものが、さらに制限されて例えば1Cに制限される。
As a result, the estimated total discharge capacity EA [Ah] of 2600 [Ah] is less than the target total discharge capacity SA of 4000 [Ah] (S12: NO). Therefore, the discharge rate is restricted again (S13), and the discharge rate at
このような場合、再び次のプロット点を得た場合に、例えば予想直線L3が得られ、推定総放電容量EA[Ah]が目標総放電容量SAである4000[Ah]を超えるものとなっている。このように、推定総放電容量EA[Ah]が目標総放電容量SAである4000[Ah]とならないように、上記手順が繰り返される。 In such a case, when the next plot point is obtained again, for example, the predicted straight line L3 is obtained, and the estimated total discharge capacity EA [Ah] exceeds the target total discharge capacity SA of 4000 [Ah]. ing. In this manner, the above procedure is repeated so that the estimated total discharge capacity EA [Ah] does not reach the target total discharge capacity SA of 4000 [Ah].
(本実施形態の作用)
本実施形態のニッケル水素蓄電池の制御方法の作用は以下のとおりである。まず、ニッケル水素蓄電池の低SOCであるSOC40[%]から、充電レート3CでSOC60[%]まで強制充電が行われる。この強制充電における充電カーブを取得し、ここからdQ/dVを算出する。この一定の充電条件の強制充電においてdQ/dV値を取得することで、時系列でdQ/dV値を比較することができる。そのため、ニッケル水素蓄電池におけるNi2O3Hの生成を正確に推定することができる。また、さらなるNi2O3Hの生成は、低SOC時の急激な放電時における酸素の発生が大きな原因である。そこで、推定したニッケル水素蓄電池の劣化に応じて、SOC50[%]以下の放電レートを適切に段階的に制限する。このような制御を行うことで、車載のニッケル水素蓄電池において急激な劣化を回避し、必要なニッケル水素蓄電池の寿命を確保するという作用を奏する。
(Action of this embodiment)
The operation of the nickel-metal hydride storage battery control method of the present embodiment is as follows. First, forced charging is performed from SOC 40[%], which is the low SOC of the nickel-metal hydride storage battery, to SOC 60[%] at a charge rate of 3C. A charge curve in this forced charge is acquired, and dQ/dV is calculated from this. By acquiring the dQ/dV value in forced charging under this constant charging condition, it is possible to compare the dQ/dV values in time series. Therefore, it is possible to accurately estimate the production of Ni 2 O 3 H in the nickel-metal hydride storage battery. Further generation of Ni 2 O 3 H is largely caused by the generation of oxygen during rapid discharge at low SOC. Therefore, according to the estimated deterioration of the nickel-metal hydride storage battery, the discharge rate of SOC 50[%] or less is appropriately limited stepwise. By performing such control, there is an effect of avoiding rapid deterioration of the on-vehicle nickel-metal hydride storage battery and securing the necessary life of the nickel-metal hydride storage battery.
(本実施形態の効果)
(1)本実施形態のニッケル水素蓄電池の制御方法及び制御装置は、容量低下を招くNi2O3Hの生成を正確に推定し、劣化の予兆を正確に検出することができる。
(Effect of this embodiment)
(1) The method and apparatus for controlling a nickel-metal hydride storage battery according to the present embodiment can accurately estimate the production of Ni 2 O 3 H, which causes a decrease in capacity, and accurately detect signs of deterioration.
(2)また、正確に検出した劣化の予兆に基づいて、その後におけるニッケル水素蓄電池のNi2O3Hの生成を抑制するように制御することができる。このため、急激な容量低下を回避することができる。 (2) Further, it is possible to control the generation of Ni 2 O 3 H in the nickel-metal hydride storage battery after that based on the accurately detected sign of deterioration. Therefore, a rapid capacity decrease can be avoided.
(3)発明者らはNi2O3Hの生成は、低SOC時の急激な放電時における酸素の発生が大きな原因であることを突き止めた。このため、制御は低SOC(例えば50%以下)における放電レートを制限することで行われる。このため、高SOC(例えば50%を超えるSOC)では、放電の制限が行われないため、車載のニッケル水素蓄電池のような場合は、走行に与える影響を小さくできる。 (3) The inventors have found that the generation of Ni 2 O 3 H is largely caused by the generation of oxygen during rapid discharge at low SOC. Therefore, control is achieved by limiting the discharge rate at low SOC (eg, below 50%). Therefore, at a high SOC (for example, an SOC exceeding 50%), discharge is not restricted, so in the case of an in-vehicle nickel-metal hydride storage battery, the impact on running can be reduced.
(4)このような制御は、ニッケル水素蓄電池のOCVがわかれば可能であるため、ハイブリッド車に車載された駆動用のニッケル水素蓄電池でも容易に制御できる。
(5)制御はリアルタイムで、繰り返し行われるため、急に車両の運用が停止するような事態を回避できる。
(4) Since such control is possible if the OCV of the nickel-metal hydride storage battery is known, it is possible to easily control even the drive nickel-metal hydride storage battery mounted on the hybrid vehicle.
(5) Since control is performed repeatedly in real time, it is possible to avoid situations such as sudden stoppage of vehicle operation.
(6)特に、「強制充電」という充電条件が一定の充電カーブに基づいてdQ/dV値を算出する。そのため、dQ/dV値を時系列で正確に比較することができる。このため、ニッケル水素蓄電池のわずかな劣化の変化も、予兆として見逃すことが無いという効果がある。 (6) In particular, the dQ/dV value is calculated based on a charging curve in which the charging condition of "forced charging" is constant. Therefore, the dQ/dV values can be accurately compared in time series. Therefore, there is an effect that even a slight change in deterioration of the nickel-metal hydride storage battery is not overlooked as a sign.
(変形例)
上記実施形態は、以下のようにしても実施することができる。
○実施形態では、プロット点Pnと、直前のプロット点Pn-1に基づいて予想直線Lnを生成した。しかしこれに限定されず、直前に限らず、例えば時間に基づいて2点を選択したり、dQ/dVに基づいて選択したりしてもよい。
(Modification)
The above embodiment can also be implemented as follows.
○ In the embodiment, the predicted straight line Ln is generated based on the plotted point Pn and the immediately preceding plotted point Pn -1 . However, the present invention is not limited to this, and two points may be selected based on time, or may be selected based on dQ/dV.
○また、プロット点の選択は2点に限らず、3点以上選択して、これらを最小二乗法などで予想直線Lを求めてもよい。
○さらに、上記実施形態では、可視的な説明のため、総放電容量[Ah]-dQ/dVのグラフ上においてプロット点Pを選択して、予想直線Lを求めている。しかし、これに限定されず、当然グラフ自体の作成は必要ではなく、制御装置10の内部で演算されて制御される態様が含まれるのは言うまでもない。
○ Moreover, the selection of the plot points is not limited to two points, but three or more points may be selected and the predicted straight line L may be obtained by the method of least squares or the like.
○Furthermore, in the above embodiment, for visual explanation, plot point P is selected on the graph of total discharge capacity [Ah]-dQ/dV to obtain expected straight line L. However, the present invention is not limited to this, and of course the creation of the graph itself is not necessary, and it goes without saying that a mode in which calculation is performed inside the
○本実施形態に例示されたdQ/dV、OCV[V]、SOC[%]、総放電容量[Ah]などの数値範囲は一例である。本発明はこれに限定されるものではなく、当業者により対象となるニッケル水素蓄電池の構成や特性に応じて適宜最適化がなされるものである。 ○ Numerical ranges such as dQ/dV, OCV [V], SOC [%], and total discharge capacity [Ah] exemplified in the present embodiment are examples. The present invention is not limited to this, and can be appropriately optimized according to the configuration and characteristics of the target nickel-metal hydride storage battery by those skilled in the art.
○閾値は、安全度を見込み適宜マージンを持って設定することができる。
○図7に示す制御装置10は、一例であり、このような構成に限定されるものではない。制御装置10は、車両のECUによってその機能を行ってもよい。また、電池パック内に独立して設けることもできる。
○ The threshold can be set with an appropriate margin in anticipation of safety.
(circle) the
〇本実施形態では、ハイブリッド車(HV)に搭載されるニッケル水素蓄電池を一例に、本発明を説明したが、ハイブリッド車(HV)に限らず、電気自動車(EV)やプラグインハイブリッド車(PVH)、燃料電池車(FV)などでも実施できる。さらに船舶用、航空機用の電池にも好適に適用できる。さらに、定置用の電池に応用することも可能である。 〇 In this embodiment, the nickel-metal hydride storage battery installed in a hybrid vehicle (HV) was used as an example to describe the present invention. ), a fuel cell vehicle (FV), or the like. Furthermore, it can be suitably applied to batteries for ships and aircraft. Furthermore, it can also be applied to a stationary battery.
○図6に示すフローチャートは、本実施形態の実施の一例であり、当業者によりその手順の順序を変更し、手順を付加し、削除し、又は変更して実施することができることは言うまでもない。 ○ The flowchart shown in FIG. 6 is an example of implementation of this embodiment, and it is needless to say that a person skilled in the art can change the order of the procedures, add, delete, or change the procedures.
○本発明は、実施形態に記載されていない場合でも、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で、当業者によりその構成を付加し、削除し、又は変更して実施することができることは言うまでもない。 ○ Needless to say, even if the present invention is not described in the embodiments, it is possible for those skilled in the art to add, delete, or change the configuration without departing from the scope of the claims.
A…気泡
B…気泡
2…正極活物質
22a…粒子
22b…粒子表面
4…アルカリ電解液
10…制御装置
11…制御部
12…情報取得部
13…記憶部(プログラム、マップ等)
14…dQ/dV算出部
15…判定部
16…充放電制御部
17…モータジェネレータ
20…インバータ
21…電流検出器
22…電圧検出器
23…温度検出器
24…電池パック
90…電池モジュール
TW…警戒閾値
TD…限界閾値
EA…推定総放電容量
SA…目標総放電容量
OCV…開放電池電圧
P、P0、P1、~Pn…プロット点
L、L1、L2、L3…予想直線
A... Bubble B...
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記制御装置は、前記ニッケル水素蓄電池のSOCを取得するSOC取得のステップと、
設定した低SOC以下に達したとき、設定したレートで前記ニッケル水素蓄電池を充電して電池容量と電池電圧OCVの関係を示す充電カーブを取得する充電のステップと、
前記充電カーブを電圧変化に対する容量変化であるdQ/dVカーブに置換するdQ/dV化のステップと、
総放電容量に対するdQ/dV値の関係を前記充電のステップごとに蓄積するdQ/dV値蓄積のステップと、
前記dQ/dV値が、設定した閾値以下になったとき、そのときの総放電容量に対するdQ/dV値の関係と、その前に取得した総放電容量に対するdQ/dV値の関係をプロットした点とに基づいて、その後の総放電容量に対するdQ/dV値を推定するdQ/dV値推定のステップと
を備えたことを特徴とするニッケル水素蓄電池の制御方法。 A nickel-metal hydride battery control method performed by a control device that controls charging and discharging of a nickel-metal hydride battery based on voltage and current, comprising:
The control device includes an SOC acquisition step of acquiring the SOC of the nickel-metal hydride storage battery;
a charging step of charging the nickel-metal hydride storage battery at a set rate when the SOC reaches a set low SOC or less, and obtaining a charge curve showing the relationship between the battery capacity and the battery voltage OCV;
a dQ/dV conversion step of replacing the charge curve with a dQ/dV curve that is a capacitance change with respect to a voltage change;
a dQ/dV value accumulation step of accumulating the relationship of the dQ/dV value to the total discharge capacity for each charging step;
When the dQ/dV value becomes equal to or less than the set threshold, the relationship between the dQ/dV value with respect to the total discharge capacity at that time and the relationship between the previously acquired dQ/dV value with respect to the total discharge capacity are plotted. and a dQ/dV value estimation step of estimating the dQ/dV value for the subsequent total discharge capacity based on the above.
設定した低SOCが、20~40[%]であることを特徴とする請求項1~5のいずれか一項に記載のニッケル水素蓄電池の制御方法。 In the charging step,
The method for controlling a nickel-metal hydride storage battery according to any one of claims 1 to 5, wherein the set low SOC is 20 to 40 [%].
設定したレートが、3C以下であることを特徴とする請求項1~6のいずれか一項に記載のニッケル水素蓄電池の制御方法。 In the charging step,
The method for controlling a nickel-metal hydride storage battery according to any one of claims 1 to 6, wherein the set rate is 3C or less.
前記制御装置は、前記ニッケル水素蓄電池のSOCを取得するSOC取得のステップと、
設定した低SOC以下に達したとき、設定したレートで前記ニッケル水素蓄電池を充電して電池容量と電池電圧OCVの関係を示す充電カーブを取得する充電のステップと、
前記充電カーブを電圧変化に対する容量変化であるdQ/dVカーブに置換するdQ/dV化のステップと、
総放電容量に対するdQ/dV値の関係を前記充電のステップごとに蓄積するdQ/dV値蓄積のステップと、
前記dQ/dV値が、設定した閾値以下になったとき、そのときの総放電容量に対するdQ/dV値の関係と、その前に取得した総放電容量に対するdQ/dV値の関係に基づいて、その後の総放電容量に対するdQ/dV値を推定するdQ/dV値推定のステップと
を実行することを特徴とするニッケル水素蓄電池の制御装置。 a voltage measuring device, a current measuring device, and a control device for controlling charging and discharging of a nickel-metal hydride storage battery based on the voltage measured by the voltage measuring device and the current measured by the current measuring device,
The control device includes an SOC acquisition step of acquiring the SOC of the nickel-metal hydride storage battery;
a charging step of charging the nickel-metal hydride storage battery at a set rate when the SOC reaches a set low SOC or less, and obtaining a charge curve showing the relationship between the battery capacity and the battery voltage OCV;
a dQ/dV conversion step of replacing the charge curve with a dQ/dV curve that is a capacitance change with respect to a voltage change;
a dQ/dV value accumulation step of accumulating the relationship of the dQ/dV value to the total discharge capacity for each charging step;
When the dQ/dV value becomes equal to or less than the set threshold value, based on the relationship of the dQ/dV value with respect to the total discharge capacity at that time and the previously obtained relationship of the dQ/dV value with respect to the total discharge capacity, and a dQ/dV value estimation step of estimating the dQ/dV value for the total discharge capacity thereafter.
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