JP5137603B2 - Charge / discharge control method and charge / discharge control system for alkaline storage battery - Google Patents
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Description
本発明は、メモリー効果の抑制に有効なアルカリ蓄電池の充放電制御方法および充放電制御システムに関する。 The present invention relates to a charge / discharge control method and a charge / discharge control system for an alkaline storage battery that is effective in suppressing the memory effect.
ニッケル水素蓄電池をはじめとするアルカリ蓄電池は、ハイブリッド車(以下、HEVと記す)や非常用電源などの産業用途を中心に需要が拡大しつつある。なかでもHEVにおいては、メイン電源であるアルカリ蓄電池は、モータ駆動(放電)と、発電機からの回生電力の貯蓄(充電)との双方を行う必要がある。よって、アルカリ蓄電池の充電状態(State of charge:SOC)を常に監視し、SOCに応じて充放電を制御する必要がある。 Demand for alkaline storage batteries such as nickel metal hydride storage batteries is expanding mainly in industrial applications such as hybrid vehicles (hereinafter referred to as HEV) and emergency power supplies. In particular, in HEV, an alkaline storage battery as a main power source needs to perform both motor drive (discharge) and storage (charge) of regenerative power from a generator. Therefore, it is necessary to always monitor the state of charge (SOC) of the alkaline storage battery and control charging and discharging according to the SOC.
正極活物質に水酸化ニッケルを用いるアルカリ蓄電池は、完全放電(SOCがほぼ0%)や完全充電(SOCがほぼ100%)を行わないサイクルを繰り返すとメモリー効果が生じる。すなわち、蓄電池の残容量に対する起電力値が低下し、容量が見かけ上減少する。メモリー効果を抑制するために、アルカリ蓄電池においては幅広いSOC領域での充放電を行うことが望ましい。 In an alkaline storage battery using nickel hydroxide as the positive electrode active material, a memory effect occurs when a cycle in which complete discharge (SOC is almost 0%) or complete charge (SOC is almost 100%) is not repeated. That is, the electromotive force value with respect to the remaining capacity of the storage battery is lowered, and the capacity is apparently reduced. In order to suppress the memory effect, it is desirable to perform charge / discharge in a wide SOC region in an alkaline storage battery.
ただし、HEVのような用途では、瞬時に大電流での充放電が絶え間なく行われる。よって、個々に容量差を有する複数のアルカリ蓄電池を接続した際に、最も容量の小さい蓄電池が過充電や過放電に入ることを回避する必要がある。そこで、完全放電や完全充電が行われないように、充電を禁止する上限SOC(充電終止電圧)と、放電を禁止する下限SOC(放電終止電圧)とを設け、両終止電圧の間で充放電を制御する方法が採用されている。 However, in applications such as HEV, charging / discharging with a large current is performed continuously and instantaneously. Therefore, when connecting a plurality of alkaline storage batteries each having a capacity difference, it is necessary to avoid that the storage battery having the smallest capacity enters overcharge or overdischarge. Therefore, an upper limit SOC (charge end voltage) for prohibiting charging and a lower limit SOC (discharge end voltage) for prohibiting discharge are provided so that complete discharge and full charge are not performed, and charge / discharge is performed between both end voltages. The method of controlling is adopted.
メモリー効果を抑制するために、従来から種々の技術が提案されている。例えば、特許文献1は、電池の放電電流から電池電圧を演算して推定電池電圧を求め、これに基づいて放電下限電圧を補正することにより、充放電領域の幅を広くする方法を開示している。
しかし、特許文献1のように放電終止電圧を下げると、正極に含まれるコバルト化合物の還元が促進されるため、正極が劣化しやすい。また、充電終止電圧を上げると、正極から発生する酸素の量が増加するため、負極活物質である水素吸蔵合金の酸化が促進される。その結果、負極の反応抵抗が上昇する。すなわち、終止電圧を変動させると、電池構成材料の劣化が促進される。
However, when the discharge end voltage is lowered as in
すなわち、アルカリ蓄電池の充放電において終止電圧を変動させると、電池の耐久性が低下する。そのため、特に耐久性を必要とする用途、例えばHEV用途等にアルカリ蓄電池を適用することが困難であった。 That is, if the end voltage is varied during charging / discharging of the alkaline storage battery, the durability of the battery is lowered. For this reason, it has been difficult to apply alkaline storage batteries to applications that require durability, such as HEV applications.
そこで、本発明は、電池構成材料の劣化を抑制するとともに、メモリー効果を抑制できる、アルカリ蓄電池の充放電制御方法および充放電制御システムを提供することを目的とする。 Then, an object of this invention is to provide the charging / discharging control method and charging / discharging control system of an alkaline storage battery which can suppress deterioration of a battery constituent material and can suppress a memory effect.
本発明のアルカリ蓄電池の充放電制御方法は、アルカリ蓄電池に対して、第1充電電流で予め設定した充電終止電圧まで第1充電を行い、その後、第1充電電流よりも小さい第2充電電流で第2充電を行う工程、および、アルカリ蓄電池に対して、第1放電電流で予め設定した放電終止電圧まで第1放電を行い、その後、第1放電電流よりも小さい第2放電電流で第2放電を行う工程を含む。 The charge / discharge control method for an alkaline storage battery according to the present invention performs a first charge on the alkaline storage battery up to a charge end voltage preset by a first charge current, and then a second charge current smaller than the first charge current. step of performing a second charge, and, in an alkali storage battery, until the discharge end voltage set in advance by the first discharge current performs a first discharge, then the in smaller than the first discharge current second discharge current Including a step of performing two discharges.
本発明においては、第2充電を、アルカリ蓄電池の電圧が再び充電終止電圧に達するか、または充電終止電圧に達する前に停止させる。また、本発明においては、第2放電を、アルカリ蓄電池の電圧が再び放電終止電圧に達するか、または放電終止電圧に達する前に停止させる。 In the present invention, a second charge, or voltage of the alkaline storage battery has reached the charge voltage again, or Ru is stopped before reaching the final charging voltage. In the present invention, the second discharge, or the voltage of the alkaline storage battery again reaches the discharge end voltage, or Ru is stopped before reaching the discharge termination voltage.
本発明において、充電終止電圧は、充電状態(SOC)70〜85%に相当する電圧であり、放電終止電圧は、充電状態(SOC)15〜30%に相当する電圧である。 In the present invention, the charging end voltage, Ri voltage der corresponding to state of charge (SOC) 70 to 85%, the discharge end voltage, Ru voltage der corresponding to state of charge (SOC) 15~30%.
第2充電電流は、第1充電電流の10分の1〜5分の1の値であることが好ましい。
第2放電電流は、第1放電電流の10分の1〜5分の1の値であることが好ましい。
The second charging current is preferably a value of 1/10 to 1/5 of the first charging current.
The second discharge current is preferably a value of 1/10 to 1/5 of the first discharge current.
第1充電電流は、0.1〜0.3時間率の電流値であることが好ましい。
第1放電電流は、0.03〜0.3時間率の電流値であることが好ましい。
The first charging current is preferably a current value of 0.1 to 0.3 hour rate.
The first discharge current is preferably a current value of 0.03 to 0.3 hour rate.
本発明の好ましい一態様においては、充電終止電圧を、第1充電電流または電池温度に応じて設定する。
本発明の好ましい一態様においては、放電終止電圧を、第1放電電流または電池温度に応じて設定する。
第2充電を行う時間は、1〜20秒であることが好ましい。
第2放電を行う時間は、1〜20秒であることが好ましい。
In a preferred aspect of the present invention, the end-of-charge voltage is set according to the first charging current or the battery temperature.
In a preferred embodiment of the present invention, the discharge end voltage is set according to the first discharge current or the battery temperature.
The time for performing the second charge is preferably 1 to 20 seconds.
The time for performing the second discharge is preferably 1 to 20 seconds.
また、本発明の充放電制御システムは、アルカリ蓄電池と、アルカリ蓄電池の電圧を検知する電圧検知手段と、アルカリ蓄電池の温度を検知する温度検知手段と、予め設定された充電終止電圧および放電終止電圧を記憶する記憶手段と、電圧検知手段において検知される電圧が充電終止電圧に達すると、第1充電を停止して第1充電電流より小さい第2充電電流で第2充電を行う充電制御手段、および/または、電圧検知手段において検知される電圧が放電終止電圧に達すると、第1放電を停止して第1放電電流より小さい第2放電電流で第2放電を行う放電制御手段を有する。 The charge / discharge control system of the present invention includes an alkaline storage battery, voltage detection means for detecting the voltage of the alkaline storage battery, temperature detection means for detecting the temperature of the alkaline storage battery, preset charge end voltage and discharge end voltage. Storage means for storing, and when the voltage detected by the voltage detection means reaches the end-of-charge voltage, charge control means for stopping the first charge and performing the second charge with a second charge current smaller than the first charge current, And / or discharge control means for stopping the first discharge and performing the second discharge with a second discharge current smaller than the first discharge current when the voltage detected by the voltage detection means reaches a discharge end voltage.
本発明の好ましい一態様において、記憶手段は、複数の充電終止電圧を記憶しており、充電制御手段は、アルカリ蓄電池の温度に応じて、複数の充電終止電圧から適切な充電終止電圧を選択する。 In a preferred aspect of the present invention, the storage means stores a plurality of charge end voltages, and the charge control means selects an appropriate charge end voltage from the plurality of charge end voltages according to the temperature of the alkaline storage battery. .
本発明の好ましい一態様において、記憶手段は、複数の放電終止電圧を記憶しており、放電制御手段は、アルカリ蓄電池の温度に応じて、複数の放電終止電圧から適切な放電終止電圧を選択する。 In a preferred aspect of the present invention, the storage means stores a plurality of discharge end voltages, and the discharge control means selects an appropriate discharge end voltage from the plurality of discharge end voltages according to the temperature of the alkaline storage battery. .
本発明の好ましい一態様において、充放電制御システムは、更に、アルカリ蓄電池からの電流を検知する電流検知手段を有し、記憶手段は、複数の充電終止電圧を記憶しており、充電制御手段は、電流検知手段において検知される第1充電電流に応じて、複数の充電終止電圧から適切な充電終止電圧を選択する。 In a preferred aspect of the present invention, the charge / discharge control system further includes a current detection unit that detects a current from the alkaline storage battery, the storage unit stores a plurality of charge end voltages, and the charge control unit includes: An appropriate charge end voltage is selected from a plurality of charge end voltages according to the first charging current detected by the current detecting means.
本発明の好ましい一態様において、充放電制御システムは、更に、アルカリ蓄電池からの電流を検知する電流検知手段を有し、記憶手段は、複数の放電終止電圧を記憶しており、放電制御手段は、電流検知手段において検知される第1放電電流に応じて、複数の放電終止電圧から適切な放電終止電圧を選択する。 In a preferred aspect of the present invention, the charge / discharge control system further includes current detection means for detecting current from the alkaline storage battery, the storage means stores a plurality of discharge end voltages, and the discharge control means includes An appropriate discharge end voltage is selected from a plurality of discharge end voltages according to the first discharge current detected by the current detecting means.
本発明によれば、アルカリ蓄電池の構成材料の劣化を抑制するとともに、メモリー効果を抑制することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, while suppressing the deterioration of the constituent material of an alkaline storage battery, a memory effect can be suppressed.
本発明は、アルカリ蓄電池に対して、第1充電電流で予め設定した充電終止電圧まで第1充電を行い、その後、第1充電電流よりも小さい第2充電電流で第2充電を行う工程、および/またはアルカリ蓄電池に対して、第1放電電流で予め設定した放電終止電圧まで第1放電を行い、その後、第1放電電流よりも小さい第2放電電流で第2放電を行う工程を含む、アルカリ蓄電池の充放電制御方法を提供する。 The present invention includes a step of performing a first charge on an alkaline storage battery up to a charge end voltage set in advance with a first charge current, and then performing a second charge with a second charge current smaller than the first charge current; and And / or an alkaline storage battery including a step of performing a first discharge to a discharge end voltage set in advance with a first discharge current and then performing a second discharge with a second discharge current smaller than the first discharge current. Provided is a charge / discharge control method for a storage battery.
アルカリ蓄電池の充放電において、充電終止電圧を上げたり、放電終止電圧を下げたりすると、電池の構成材料が劣化してしまう。そこで、本発明の充放電制御方法においては、第1充電および/または第1放電を行った後、第1電流より小さい第2電流で第2充電および/または第2放電を行うことで、電池の構成材料の劣化を抑制している。これにより、終止電圧を変動させる必要がないため、アルカリ蓄電池の耐久性を低下させることなく、メモリー効果を抑制することができる。 In charge / discharge of an alkaline storage battery, if the charge end voltage is increased or the discharge end voltage is lowered, the constituent materials of the battery are deteriorated. Therefore, in the charge / discharge control method of the present invention, after performing the first charge and / or the first discharge, the second charge and / or the second discharge is performed with a second current smaller than the first current, whereby the battery Deterioration of the constituent materials is suppressed. Thereby, since it is not necessary to change the end voltage, the memory effect can be suppressed without deteriorating the durability of the alkaline storage battery.
本発明の充放電制御方法について、図面を参照しながら説明する。図1は本発明の充放電制御方法の一実施形態における、充放電電流と終止電圧との関係を示すグラフである。図1において、放電終止電圧(下限終止電圧)はSOC20%相当の電圧であり、充電終止電圧(上限終止電圧)はSOC80%相当の電圧である。 The charge / discharge control method of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a graph showing the relationship between the charge / discharge current and the end voltage in one embodiment of the charge / discharge control method of the present invention. In FIG. 1, the discharge end voltage (lower limit end voltage) is a voltage equivalent to SOC 20%, and the charge end voltage (upper limit end voltage) is a voltage equivalent to SOC 80%.
(1)アルカリ蓄電池の充電
比較的大きい第1充電電流I3(例えば、0.1〜0.3時間率の電流値)で、アルカリ蓄電池の電圧が上限終止電圧に達するまで充電を行う(第1充電)。なお、X時間率の電流値とは、X時間でSOCが0%から100%(または100%から0%)になる電流値である。アルカリ蓄電池の電圧が上限終止電圧に達したら、第1充電を停止する。このとき、分極により、電池のSOCは実際には80%に達していないため、電圧は低下する。その後、第1充電電流I3より小さい第2充電電流I4で充電を行う(第2充電)。第2充電を行うことにより、分極が小さくなり、SOC80%までの充電が可能となる。
(1) Charging of alkaline storage battery Charging is performed until the voltage of the alkaline storage battery reaches the upper limit end voltage at a relatively large first charging current I3 (for example, a current value of 0.1 to 0.3 hour rate) (first charging). The current value of the X time rate is a current value at which the SOC becomes 0% to 100% (or 100% to 0%) in X time. When the voltage of the alkaline storage battery reaches the upper limit end voltage, the first charging is stopped. At this time, due to the polarization, the SOC of the battery does not actually reach 80%, so the voltage decreases. Thereafter, charging is performed with a second charging current I4 smaller than the first charging current I3 (second charging). By performing the second charging, the polarization is reduced, and charging up to SOC 80% becomes possible.
(2)アルカリ蓄電池の放電
比較的大きい第1放電電流I1(例えば、0.03〜0.3時間率の電流値)で、アルカリ蓄電池の電圧が下限終止電圧に達するまで放電を行う(第1放電)。アルカリ蓄電池の電圧が下限終止電圧に達したら、第1放電を停止する。このとき、分極により、電池のSOCは実際には20%に達していないため、電圧は上昇する。その後、第1放電電流I1より小さい第2放電電流I2で放電を行う(第2放電)。第2放電を行うことにより、分極が小さくなり、SOC20%までの放電が可能となる。
(2) Discharge of alkaline storage battery Discharge is performed until the voltage of the alkaline storage battery reaches the lower limit end voltage at a relatively large first discharge current I1 (for example, a current value of 0.03 to 0.3 hour rate) (first Discharge). When the voltage of the alkaline storage battery reaches the lower limit end voltage, the first discharge is stopped. At this time, due to the polarization, the SOC of the battery does not actually reach 20%, so the voltage rises. Thereafter, discharge is performed with a second discharge current I2 smaller than the first discharge current I1 (second discharge). By performing the second discharge, the polarization becomes small, and discharge up to SOC 20% becomes possible.
上記のような充電および/または放電を行うことで、終止電圧を変動させることなく、アルカリ蓄電池のメモリー効果を有効に抑制することができる。すなわち、効率的に充放電制御システムを稼動させることができる。 By performing charging and / or discharging as described above, the memory effect of the alkaline storage battery can be effectively suppressed without changing the end voltage. That is, the charge / discharge control system can be operated efficiently.
なお、上記の制御方法による放電および充電の少なくとも一方を行えば、本発明の効果は得られるが、放電および充電の両方を上記の制御方法により行うことで、メモリー効果をさらに有効に抑制することができる。 The effect of the present invention can be obtained by performing at least one of discharging and charging by the above control method, but the memory effect can be further effectively suppressed by performing both discharging and charging by the above control method. Can do.
第2充電は、アルカリ蓄電池の構成材料の劣化を抑制する観点から、アルカリ蓄電池の電圧が再び充電終止電圧に達するか、または充電終止電圧に達する前に停止させることが好ましい。充電終止電圧V1に達する前に第2充電を停止させる場合、第2充電を停止させる電圧v1は、例えば、充電終止電圧V1の95%以上(0.95×V1≦v1)であることが好ましい。第2充電を停止させる電圧v1が充電終止電圧V1を超えると、構成材料の劣化が起こる場合がある。一方、第2充電を停止させる電圧v1が充電終止電圧V1の95%より小さいと、メモリー効果を充分に抑制することができない場合がある。 From the viewpoint of suppressing deterioration of the constituent materials of the alkaline storage battery, the second charging is preferably stopped before the voltage of the alkaline storage battery reaches the end-of-charge voltage again or before reaching the end-of-charge voltage. When the second charge is stopped before reaching the charge end voltage V 1 , the voltage v 1 for stopping the second charge is, for example, 95% or more of the charge end voltage V 1 (0.95 × V 1 ≦ v 1 ). It is preferable that When the voltage v 1 for stopping the second charge exceeds the charge end voltage V 1 , the constituent materials may be deteriorated. On the other hand, if the voltage v 1 for stopping the second charge is smaller than 95% of the charge end voltage V 1 , the memory effect may not be sufficiently suppressed.
第2放電は、アルカリ蓄電池の構成材料の劣化を抑制する観点から、アルカリ蓄電池の電圧が再び放電終止電圧に達するか、または放電終止電圧に達する前に停止させることが好ましい。放電終止電圧V2に達する前に第2放電を停止させる場合、第2放電を停止させる電圧v2は、例えば、放電終止電圧V2の105%以下(v2≦1.05×V2)であることが好ましい。第2放電を停止させる電圧v2が放電終止電圧V2より小さいと、構成材料の劣化が起こる場合がある。一方、第2放電を停止させる電圧v2が放電終止電圧V2の105%を超えると、メモリー効果を十分に抑制することができない場合がある。 The second discharge is preferably stopped before the voltage of the alkaline storage battery reaches the discharge end voltage again or reaches the discharge end voltage from the viewpoint of suppressing deterioration of the constituent material of the alkaline storage battery. When the second discharge is stopped before reaching the discharge end voltage V 2 , the voltage v 2 for stopping the second discharge is, for example, 105% or less of the discharge end voltage V 2 (v 2 ≦ 1.05 × V 2 ). It is preferable that If the voltage v 2 for stopping the second discharge is smaller than the discharge end voltage V 2 , the constituent materials may be deteriorated. On the other hand, if the voltage v 2 for stopping the second discharge exceeds 105% of the discharge end voltage V 2 , the memory effect may not be sufficiently suppressed.
第2充電を行う時間は、アルカリ蓄電池の電圧が所定の電圧に到達する時間であれば、特に限定されず、例えば、第2充電を行う時間が数秒であっても、本発明の効果が得られる。なかでも、充放電制御システムの出力の低下を抑制する効果をより大きくする観点から、第2充電を行う時間は、例えば1〜20秒であることが好ましい。 The time for performing the second charge is not particularly limited as long as the voltage of the alkaline storage battery reaches a predetermined voltage. For example, the effect of the present invention can be obtained even if the time for performing the second charge is several seconds. It is done. Especially, it is preferable that the time which performs 2nd charge is 1 to 20 seconds from a viewpoint of making the effect which suppresses the fall of the output of a charging / discharging control system larger.
第2放電を行う時間は、アルカリ蓄電池の電圧が所定の電圧に到達する時間であれば、特に限定されず、例えば、第2放電を行う時間が数秒であっても、本発明の効果が得られる。なかでも、充放電制御システムの出力の低下を抑制する効果をより大きくする観点から、第2放電を行う時間は、例えば1〜20秒であることが好ましい。 The time for performing the second discharge is not particularly limited as long as the voltage of the alkaline storage battery reaches a predetermined voltage. For example, the effect of the present invention can be obtained even if the time for performing the second discharge is several seconds. It is done. Especially, it is preferable that the time which performs a 2nd discharge is 1 to 20 second from a viewpoint of making the effect which suppresses the fall of the output of a charging / discharging control system larger, for example.
第2充電または第2放電は、充放電1サイクル毎に行わなくてもよい。例えば、アルカリ蓄電池の充放電サイクルにおいて数十サイクル毎に第2充電または第2放電を行った場合でも、メモリー効果を有効に低減することができる。なかでも、充放電制御システムの出力の低下を抑制する効果をより大きくする観点から、5〜50サイクル毎に第2充電または第2放電を行うことが好ましい。 The second charge or the second discharge may not be performed every charge / discharge cycle. For example, even when the second charge or the second discharge is performed every tens of cycles in the charge / discharge cycle of the alkaline storage battery, the memory effect can be effectively reduced. Especially, it is preferable to perform 2nd charge or 2nd discharge for every 5-50 cycles from a viewpoint of making the effect which suppresses the fall of the output of a charge / discharge control system larger.
放電終止電圧は、充電状態(SOC)15〜30%に相当する電圧であることが好ましい。放電終止電圧が、SOC15%以上に相当する電圧であることで、正極に含まれるコバルトの還元を十分に抑制することができる。一方、放電終止電圧が、SOC30%以下に相当する電圧であることで、メモリー効果を有効に抑制することができる。 The end-of-discharge voltage is preferably a voltage corresponding to a state of charge (SOC) of 15 to 30%. When the discharge end voltage is a voltage corresponding to SOC 15% or more, the reduction of cobalt contained in the positive electrode can be sufficiently suppressed. On the other hand, when the discharge end voltage is a voltage corresponding to an SOC of 30% or less, the memory effect can be effectively suppressed.
充電終止電圧は、SOC70〜85%に相当する電圧であることが好ましい。充電終止電圧が、SOC70%以上に相当する電圧であることで、メモリー効果を有効に抑制することができる。一方、充電終止電圧が、SOC85%以下に相当する電圧であることで、正極からの酸素の発生を十分に抑制することができる。 The end-of-charge voltage is preferably a voltage corresponding to SOC 70 to 85%. When the charge end voltage is a voltage corresponding to SOC 70% or more, the memory effect can be effectively suppressed. On the other hand, when the end-of-charge voltage is a voltage corresponding to an SOC of 85% or less, the generation of oxygen from the positive electrode can be sufficiently suppressed.
第2充電電流は、第1充電電流よりも小さければ任意の値でよく、サイクルの進行に伴う終止電圧の変化によって任意に値を変更することができる。なかでも、第2充電電流は、第1充電電流の10分の1〜5分の1の値であることが好ましい。第2充電電流が第1充電電流の10分の1の値より小さいと、メモリー効果を十分に解消するために、長い充電時間を要する場合がある。一方、第2充電電流が第1充電電流の5分の1の値よりも大きいと、メモリー効果を十分に解消する前に、充電終止電圧に到達する場合がある。 The second charging current may be any value as long as it is smaller than the first charging current, and can be arbitrarily changed by changing the end voltage as the cycle proceeds. Especially, it is preferable that a 2nd charging current is a value of 1/10 to 1/5 of a 1st charging current. If the second charging current is smaller than one-tenth of the first charging current, a long charging time may be required to sufficiently eliminate the memory effect. On the other hand, if the second charging current is larger than one fifth of the first charging current, the end-of-charge voltage may be reached before the memory effect is sufficiently eliminated.
第2放電電流も、第1放電電流よりも小さければ任意の値でよく、サイクルの進行に伴う終止電圧の変化によって任意に値を変更することができる。なかでも、第2放電電流は、第1放電電流の10分の1〜5分の1の値であることが好ましい。第2放電電流が第1放電電流の10分の1の値より小さいと、メモリー効果を十分に解消するために、長い放電時間を要する場合がある。一方、第2放電電流が第1放電電流の5分の1の値よりも大きいと、メモリー効果を十分に解消する前に、放電終止電圧に到達する場合がある。 The second discharge current may be any value as long as it is smaller than the first discharge current, and the value can be arbitrarily changed by changing the end voltage with the progress of the cycle. Especially, it is preferable that a 2nd discharge current is a value of 1/10 to 1/5 of a 1st discharge current. If the second discharge current is smaller than one tenth of the first discharge current, a long discharge time may be required to sufficiently eliminate the memory effect. On the other hand, if the second discharge current is larger than one fifth of the first discharge current, the discharge end voltage may be reached before the memory effect is sufficiently eliminated.
本発明の好ましい一態様においては、充電終止電圧を、第1充電電流または電池温度に応じて設定する。充電電流や電池温度が異なると、電池の分極も異なり、充電時における閉回路電圧も変動する。すなわち、電池の構成材料が劣化しやすい条件や、メモリー効果を抑制できる電圧の範囲も異なる。したがって、それぞれの条件に適した充電終止電圧で制御を行うことで、メモリー効果をより有効に抑制することができる。 In a preferred aspect of the present invention, the end-of-charge voltage is set according to the first charging current or the battery temperature. When the charging current and the battery temperature are different, the polarization of the battery is also different, and the closed circuit voltage at the time of charging is also changed. That is, the conditions under which the constituent materials of the battery are likely to deteriorate and the voltage range in which the memory effect can be suppressed are different. Therefore, the memory effect can be more effectively suppressed by performing the control at the end-of-charge voltage suitable for each condition.
本発明の好ましい一態様においては、放電終止電圧を、第1放電電流または電池温度に応じて設定する。放電電流や電池温度が異なると、電池の分極も異なり、放電時における閉回路電圧も変動する。すなわち、電池の構成材料が劣化しやすい条件や、メモリー効果を抑制できる電圧の範囲も異なる。したがって、充電時と同様に、それぞれの条件に適した放電終止電圧で制御を行うことで、メモリー効果をより有効に抑制することができる。 In a preferred embodiment of the present invention, the discharge end voltage is set according to the first discharge current or the battery temperature. When the discharge current and the battery temperature are different, the polarization of the battery is different, and the closed circuit voltage at the time of discharge is also changed. That is, the conditions under which the constituent materials of the battery are likely to deteriorate and the voltage range in which the memory effect can be suppressed are different. Therefore, as in the case of charging, the memory effect can be more effectively suppressed by performing the control with the discharge end voltage suitable for each condition.
充電終止電圧および放電終止電圧の設定方法について説明する。充電終止電圧および放電終止電圧は、所定のSOCに相当する電圧とすることが、設定が容易である観点から好ましい。 A method for setting the charge end voltage and the discharge end voltage will be described. The charge end voltage and the discharge end voltage are preferably set to voltages corresponding to a predetermined SOC from the viewpoint of easy setting.
所定のSOCに相当する電圧は、例えば以下の方法によって百分率による数値化を行うことができる。
予め、SOCと電圧電流特性(I−V値)との関係を示す検量線を作成しておく。適宜I−V値を測定し、検量線と照合すれば、SOCをモニタリングすることができる。これに加え、充放電電流の積算値(理論的なSOCが算出可能)にてモニタリングされたSOCの補正を行うことにより、SOCの百分率による数値化をさらに高い精度で行うことができる。
The voltage corresponding to the predetermined SOC can be quantified in percentage by the following method, for example.
A calibration curve indicating the relationship between the SOC and the voltage-current characteristic (IV value) is created in advance. If the IV value is appropriately measured and collated with a calibration curve, the SOC can be monitored. In addition, by correcting the SOC monitored by the integrated value of charge / discharge current (a theoretical SOC can be calculated), quantification by percentage of SOC can be performed with higher accuracy.
次に、アルカリ蓄電池と、アルカリ蓄電池の電圧を検知する電圧検知手段と、アルカリ蓄電池の温度を検知する温度検知手段と、予め設定された充電終止電圧および放電終止電圧を記憶する記憶手段と、充電制御手段および/または放電制御手段を有する、充放電制御システムについて説明する。 Next, an alkaline storage battery, a voltage detection means for detecting the voltage of the alkaline storage battery, a temperature detection means for detecting the temperature of the alkaline storage battery, a storage means for storing preset charge end voltage and discharge end voltage, and charging A charge / discharge control system having control means and / or discharge control means will be described.
充電制御手段は、電圧検知手段において検知される電圧が充電終止電圧に達すると、第1充電を停止して、第1充電電流より小さい第2充電電流で第2充電を行う。
放電制御手段は、電圧検知手段において検知される電圧が放電終止電圧に達すると、第1放電を停止して、第1放電電流より小さい第2放電電流で第2放電を行う。
When the voltage detected by the voltage detection means reaches the charge end voltage, the charge control means stops the first charge and performs the second charge with a second charge current smaller than the first charge current.
The discharge control means stops the first discharge when the voltage detected by the voltage detection means reaches the discharge end voltage, and performs the second discharge with a second discharge current smaller than the first discharge current.
図2は本発明に係る充放電制御システムの一例を示すブロック図である。充放電制御システム10は、主電源と、電圧検知手段と、温度検知手段と、記憶手段と、充電制御手段および/または放電制御手段とを備える。 FIG. 2 is a block diagram showing an example of a charge / discharge control system according to the present invention. The charge / discharge control system 10 includes a main power supply, voltage detection means, temperature detection means, storage means, charge control means and / or discharge control means.
図2の主電源1は、複数のアルカリ蓄電池を含んでいるが、単数のアルカリ蓄電池を含んでもよい。主電源1には、電圧検知手段である電圧センサ2と、温度検知手段である温度センサ3が接続されている。記憶手段である記憶部4には、主電源1の各終止電圧と、主電源1のSOCと(I−V値)との関係とが記憶されている。充電制御手段および放電制御手段を含む制御部5は、記憶部4と接続されている。図示しないが、充放電制御システム10は電流検知手段である電流センサを有してもよい。
電圧センサ2で測定される主電源1の電圧と、温度センサ3によって測定される主電源1の温度とは、制御部5に送信される。
The
The voltage of the
充電を行う場合の充放電制御システム10の動作について説明する。制御部5は、温度センサ3で検知される電池表面温度と、電流センサ(図示せず)で検知される第1充電電流に応じて、適切な充電終止電圧を設定する。制御部5は、電圧センサ5において検知される電圧が充電終止電圧に達すると、第1充電を停止する。その後、制御部5は、電圧が所定値に達するまで第1充電電流より小さい第2充電電流で第2充電を行う。
An operation of the charge / discharge control system 10 when charging is described. The
放電を行う場合の充放電制御システム10の動作について説明する。制御部5は、温度センサ3で検知される電池表面温度と、電流センサ(図示せず)で検知される第1放電電流に応じて、適切な放電終止電圧を設定する。制御部5は、電圧センサ5において検知される電圧が放電終止電圧に達すると、第1放電を停止する。その後、制御部5は、電圧が所定値に達するまで第1放電電流より小さい第2放電電流で第2放電を行う。
An operation of the charge / discharge control system 10 when discharging is described. The
本発明の好ましい一態様において、記憶手段は、複数の充電終止電圧を記憶している。このとき、充電制御手段は、第1充電電流および/またはアルカリ蓄電池の温度に応じて、複数の充電終止電圧から、適切な充電終止電圧を選択する。 In a preferred aspect of the present invention, the storage means stores a plurality of end-of-charge voltages. At this time, the charge control means selects an appropriate charge end voltage from a plurality of charge end voltages in accordance with the first charge current and / or the temperature of the alkaline storage battery.
本発明の好ましい一態様において、記憶手段は、複数の放電終止電圧を記憶している。このとき、放電制御手段は、第1放電電流および/またはアルカリ蓄電池の温度に応じて、複数の放電終止電圧から、適切な放電終止電圧を選択する。 In a preferred aspect of the present invention, the storage means stores a plurality of discharge end voltages. At this time, the discharge control means selects an appropriate discharge end voltage from a plurality of discharge end voltages according to the first discharge current and / or the temperature of the alkaline storage battery.
主電源1の充電は発電機(図示せず)によって行われる。例えばHEV用途であれば、発電機として内燃機関の運動エネルギーや停止時の摩擦エネルギーを充電電流に変換できるインバータを用いるのが一般的である。また、放電時に電気エネルギーを運動エネルギーに変換する際も、このインバータを用いると効率的である。
The
アルカリ蓄電池は、正極、負極、セパレータおよびアルカリ電解液を含む。アルカリ蓄電池の種類は、特に限定されないが、例えばニッケル水素蓄電池、ニッケルカドミウム蓄電池等が挙げられる。 The alkaline storage battery includes a positive electrode, a negative electrode, a separator, and an alkaline electrolyte. Although the kind of alkaline storage battery is not specifically limited, For example, a nickel hydrogen storage battery, a nickel cadmium storage battery, etc. are mentioned.
アルカリ蓄電池の正極は、必須成分として正極活物質を含み、任意成分として導電材や、他の添加剤を含む。正極活物質としては、水酸化ニッケルが挙げられる。導電材としては、例えば、金属コバルト、コバルト化合物等が挙げられる。コバルト化合物としては、コバルト酸化物、コバルト水酸化物等が挙げられる。他の添加剤としては、例えば、希土類化合物、酸化亜鉛等が挙げられる。これらを混合し、三次元金属多孔体に充填したり、二次元金属多孔体に塗布したりすることで、正極が得られる。 The positive electrode of the alkaline storage battery includes a positive electrode active material as an essential component, and includes a conductive material and other additives as optional components. An example of the positive electrode active material is nickel hydroxide. Examples of the conductive material include metallic cobalt and cobalt compounds. Examples of the cobalt compound include cobalt oxide and cobalt hydroxide. Examples of other additives include rare earth compounds and zinc oxide. A positive electrode is obtained by mixing these and filling the three-dimensional metal porous body or applying the two-dimensional metal porous body.
アルカリ蓄電池の負極は、必須成分として負極活物質を含み、任意成分として添加剤を含む。ニッケル水素蓄電池の場合、負極活物質には水素吸蔵合金を用いる。ニッケルカドミウム蓄電池の場合、負極活物質にはカドミウムやカドミウム化合物を用いる。添加剤としては、炭素材料や、結着剤が挙げられる。これらを混合し、三次元金属多孔体に充填したり、二次元金属多孔体に塗布したりすることで、負極が得られる。 The negative electrode of an alkaline storage battery contains a negative electrode active material as an essential component and an additive as an optional component. In the case of a nickel metal hydride storage battery, a hydrogen storage alloy is used as the negative electrode active material. In the case of a nickel cadmium storage battery, cadmium or a cadmium compound is used as the negative electrode active material. Examples of the additive include a carbon material and a binder. A negative electrode can be obtained by mixing these and filling the three-dimensional metal porous body or coating the two-dimensional metal porous body.
セパレータとしては、ポリオレフィン樹脂からなる不織布等を用いることができる。
電解液は、例えば、水酸化カリウム水溶液等のアルカリ水溶液を用いればよい。
As the separator, a nonwoven fabric made of polyolefin resin or the like can be used.
For example, an alkaline aqueous solution such as an aqueous potassium hydroxide solution may be used as the electrolytic solution.
正極および負極を、セパレータを介して捲回または積層して電極群を作製する。得られた電極群を電池缶に挿入し、アルカリ水溶液からなる電解液を注入して、アルカリ蓄電池が得られる。電池の形状は特に限定されないが、例えば円筒型、角型等が挙げられる。 A positive electrode and a negative electrode are wound or laminated through a separator to produce an electrode group. The obtained electrode group is inserted into a battery can, and an electrolytic solution made of an alkaline aqueous solution is injected to obtain an alkaline storage battery. The shape of the battery is not particularly limited, and examples thereof include a cylindrical shape and a rectangular shape.
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。なお、本発明は、以下の実施例に限定されない。 Hereinafter, the present invention will be specifically described based on examples. In addition, this invention is not limited to a following example.
《実施例1》
1.アルカリ蓄電池の作製
正極活物質として水酸化ニッケルを含む、長尺状の正極を作製した。また、負極活物質として水素吸蔵合金を含む、長尺状の負極を作製した。正極と負極とを、スルホン化処理したポリプロピレン不織布からなるセパレータを介して捲回し、電極群を構成した。この電極群を内径30mm、長さ60mmの円筒型の電池缶に挿入した。電池缶に水酸化カリウム水溶液を電解液として注入して封口し、公称容量6Ahのニッケル水素蓄電池を得た。
Example 1
1. Preparation of alkaline storage battery A long positive electrode containing nickel hydroxide as a positive electrode active material was prepared. In addition, a long negative electrode including a hydrogen storage alloy as a negative electrode active material was produced. The positive electrode and the negative electrode were wound through a separator made of a sulfonated polypropylene nonwoven fabric to form an electrode group. This electrode group was inserted into a cylindrical battery can having an inner diameter of 30 mm and a length of 60 mm. An aqueous potassium hydroxide solution was poured into the battery can as an electrolytic solution and sealed to obtain a nickel hydride storage battery having a nominal capacity of 6 Ah.
2.充放電制御システムの作製
ニッケル水素蓄電池を12セル直列に接続して、主電源を構成した。
主電源1、電圧センサ2、温度センサ3、記憶部4および制御部5を、図2に示すように接続し、充放電制御システム10を作製した。
2. Production of Charge / Discharge Control System Nickel metal hydride batteries were connected in series in 12 cells to constitute a main power source.
The
3.充放電制御システムの充放電制御
充放電制御システムに対して、第1放電電流を30A(0.2時間率に相当)として、SOC20%に相当する放電終止電圧に達するまで第1放電を行った。その後、第2放電電流を5Aとして、SOC20%に相当する放電終止電圧に達するまで第2放電を行った。第2放電の時間は、20秒であった。
3. Charge / Discharge Control of Charge / Discharge Control System For the charge / discharge control system, the first discharge was set to 30A (corresponding to 0.2 hour rate), and the first discharge was performed until the discharge end voltage corresponding to SOC 20% was reached. . Thereafter, the second discharge current was set to 5 A, and the second discharge was performed until the discharge end voltage corresponding to SOC 20% was reached. The second discharge time was 20 seconds.
上記の放電を行った後、第1充電電流を30A(0.2時間率に相当)として、SOC80%に相当する充電終止電圧に達するまで第1充電を行った。その後、第2充電電流を5Aとして、SOC80%に相当する充電終止電圧に達するまで第2充電を行った。第2充電の時間は、20秒であった。 After performing the above-described discharge, the first charging was performed at a first charging current of 30 A (corresponding to a 0.2 hour rate) until the end-of-charge voltage corresponding to SOC 80% was reached. Thereafter, the second charge current was set to 5 A, and the second charge was performed until the charge end voltage corresponding to SOC 80% was reached. The second charging time was 20 seconds.
この充放電サイクルを1サイクルとして、電池表面温度が25℃の条件下で1000サイクルの充放電を実施した。 With this charge / discharge cycle as one cycle, 1000 cycles of charge / discharge were performed under the condition where the battery surface temperature was 25 ° C.
《実施例2〜3および参考例1〜2》
放電終止電圧を、それぞれSOC15%、30%、10%、35%に相当する電圧としたこと以外、実施例1と同様にして充放電サイクルを行った。
<< Examples 2-3 and Reference Examples 1-2 >>
A charge / discharge cycle was performed in the same manner as in Example 1 except that the end-of-discharge voltage was set to voltages corresponding to SOC 15%, 30%, 10%, and 35%, respectively.
《実施例4〜5および参考例3〜4》
充電終止電圧を、SOC70%、85%、65%、90%に相当する電圧としたこと以外、実施例1と同様にして充放電サイクルを行った。
<< Examples 4 to 5 and Reference Examples 3 to 4 >>
A charge / discharge cycle was performed in the same manner as in Example 1 except that the end-of-charge voltage was set to a voltage corresponding to SOC 70%, 85%, 65%, and 90%.
《実施例6》
第2充電および第2放電を行う時間を5秒間としたこと以外、実施例1と同様にして充放電サイクルを行った。
Example 6
A charge / discharge cycle was performed in the same manner as in Example 1 except that the time for performing the second charge and the second discharge was 5 seconds.
《実施例7》
第2充電および第2放電を20サイクルに1回の割合で実施したこと以外、実施例1と同様にして充放電サイクルを行った。
<< Example 7 >>
A charge / discharge cycle was performed in the same manner as in Example 1 except that the second charge and the second discharge were performed once every 20 cycles.
《実施例8》
第1充電電流および第1放電電流を、ともに50Aとした。さらに、第1充電電流を30Aと仮定したときのSOC80%に相当する電圧を充電終止電圧とし、第1放電電流を30Aと仮定したときのSOC20%に相当する電圧を放電終止電圧としたこと以外、実施例1と同様にして充放電サイクルを行った。
Example 8
Both the first charging current and the first discharging current were set to 50A. Further, a voltage corresponding to SOC 80% when the first charging current is assumed to be 30A is defined as a charge end voltage, and a voltage corresponding to SOC 20% when the first discharge current is assumed to be 30A is defined as a discharge end voltage. The charge / discharge cycle was performed in the same manner as in Example 1.
《実施例9》
第1充電電流および第1放電電流を、ともに50Aとした。さらに、第1充電電流を50AとしたときのSOC80%に相当する電圧を充電終止電圧とし、第1放電電流を50AとしたときのSOC20%に相当する電圧を放電終止電圧としたこと以外、実施例1と同様にして充放電サイクルを行った。
Example 9
Both the first charging current and the first discharging current were set to 50A. Further, a voltage corresponding to SOC 80% when the first charging current is 50 A is set as a charge end voltage, and a voltage corresponding to SOC 20% when the first discharge current is 50 A is set as a discharge end voltage. A charge / discharge cycle was carried out in the same manner as in Example 1.
《実施例10》
電池表面温度を45℃とした。さらに、電池表面温度を25℃と仮定したときのSOC80%に相当する電圧を充電終止電圧とし、電池表面温度を25℃と仮定したときのSOC20%に相当する電圧を放電終止電圧としたこと以外、実施例1と同様にして充放電サイクルを行った。
<< Example 1 0 >>
The battery surface temperature was 45 ° C. Further, a voltage corresponding to SOC 80% when the battery surface temperature is assumed to be 25 ° C. is defined as a charge end voltage, and a voltage corresponding to SOC 20% when the battery surface temperature is assumed to be 25 ° C. is defined as a discharge end voltage. The charge / discharge cycle was performed in the same manner as in Example 1.
《実施例11》
電池表面温度を45℃とした。さらに、電池表面温度を45℃としたときのSOC80%に相当する電圧を充電終止電圧とし、電池表面温度を45℃としたときのSOC20%に相当する電圧を放電終止電圧としたこと以外、実施例1と同様にして充放電サイクルを行った。
<< Example 1 1 >>
The battery surface temperature was 45 ° C. Furthermore, the voltage corresponding to SOC 80% when the battery surface temperature is 45 ° C. is defined as a charge end voltage, and the voltage corresponding to SOC 20% when the battery surface temperature is 45 ° C. is defined as a discharge end voltage. A charge / discharge cycle was carried out in the same manner as in Example 1.
《比較例1》
第2充電および第2放電を行わなかったこと以外、実施例1と同様にして充放電サイクルを行った。
<< Comparative Example 1 >>
A charge / discharge cycle was performed in the same manner as in Example 1 except that the second charge and the second discharge were not performed.
《比較例2》
第2充電および第2放電を行わなかったこと以外、実施例9と同様にして充放電サイクルを行った。
<< Comparative Example 2 >>
A charge / discharge cycle was performed in the same manner as in Example 9 except that the second charge and the second discharge were not performed.
《比較例3》
第2充電および第2放電を行わなかったこと以外、実施例11と同様にして充放電サイクルを行った。
<< Comparative Example 3 >>
Except that was not performed second charging and second discharging was subjected to a charge-discharge cycles in the same manner as in Example 1 1.
《比較例4》
第2充電および第2放電を行わなかった。さらに、放電終止電圧をSOC20%に相当する電圧とし、充放電50サイクルごとに放電終止電圧を0.100Vずつ低下させたこと以外、実施例1と同様にして充放電サイクルを行った。
<< Comparative Example 4 >>
The second charge and the second discharge were not performed. Further, the charge / discharge cycle was performed in the same manner as in Example 1 except that the discharge end voltage was set to a voltage corresponding to SOC 20% and the discharge end voltage was decreased by 0.100 V every 50 charge / discharge cycles.
《比較例5》
第2充電および第2放電を行わなかった。さらに、充電終止電圧をSOC80%に相当する電圧とし、充放電50サイクルごとに充電終止電圧を0.100Vずつ上昇させたこと以外、実施例1と同様にして充放電サイクルを行った。
<< Comparative Example 5 >>
The second charge and the second discharge were not performed. Further, a charge / discharge cycle was performed in the same manner as in Example 1 except that the charge end voltage was set to a voltage corresponding to SOC 80% and the charge end voltage was increased by 0.100 V every 50 cycles of charge / discharge.
なお、上記実施例および比較例では、初期状態において、あらゆるSOC、電流値、温度におけるI−V値を測定し、検量線を作成した。
充放電時のI−V値を測定してSOCをモニタリングして百分率化し、制御に反映させた。各条件におけるSOCおよびI−V値の一部を、表1〜3に示す。
In the above examples and comparative examples, in the initial state, the IV values at every SOC, current value, and temperature were measured, and a calibration curve was created.
The IV value at the time of charging / discharging was measured, the SOC was monitored and converted into a percentage, and reflected in the control. A part of SOC and IV value in each condition is shown to Tables 1-3.
(1)メモリー効果の評価
1000サイクル終了後の各電池において、充電終止電圧から、放電終止電圧に到達するまでの放電容量を評価した。この放電容量が2Ah未満のものをメモリー効果が「顕著」、2Ah以上、3Ah未満のものをメモリー効果が「有り」、3Ah以上、3.5Ah未満のものをメモリー効果が「少し有り」、3.5Ah以上のものをメモリー効果が「無し」とした。
(1) Evaluation of memory effect For each battery after 1000 cycles, the discharge capacity from the end-of-charge voltage to the end-of-discharge voltage was evaluated. When the discharge capacity is less than 2 Ah, the memory effect is “significant”. When the discharge capacity is 2 Ah or more and less than 3 Ah, the memory effect is “Yes”. When the discharge capacity is 3 Ah or more and less than 3.5 Ah, the memory effect is “A little”. A memory effect of “5 Ah or more” was set to “None”.
(2)電池容量の評価
(1)を行った後、電池温度を25℃、電流値を3Aとし、主電源の電圧が12Vに達するまで放電を行った。その後、以下に示す充放電試験を3サイクル実施し、3サイクル目の放電容量を主電源の電池容量とした。ここでの放電容量が初期容量の95%以上のものを「同等」、90%以上、95%未満のものを「やや低下」、90%未満のものを「低下」とした。
充電―3Aにて2.4時間
休止―1時間
放電―3Aにて電圧が12Vに達するまで
(2) Evaluation of battery capacity After performing (1), the battery temperature was 25 ° C., the current value was 3 A, and discharging was performed until the voltage of the main power source reached 12V. Thereafter, the following charge / discharge test was performed for 3 cycles, and the discharge capacity at the third cycle was defined as the battery capacity of the main power source. Here, the discharge capacity of 95% or more of the initial capacity was “equivalent”, the discharge capacity of 90% or more and less than 95% was “slightly reduced”, and the discharge capacity was less than 90% “reduced”.
Charging-2.4 hours at 3A Pause-1 hour Discharge-Until voltage reaches 12V at 3A
(3)出力試験
(2)を行った後の充放電制御システムに対して3Aで1時間充電を行った後、以下に示す4種類の充放電をそれぞれ行った。
充放電a:放電−6Aにて20秒、休止5分、充電−6Aにて20秒、休止5分
充放電b:放電−18Aにて20秒、休止5分、充電−18Aにて20秒、休止5分
充放電c:放電−36Aにて20秒、休止5分、充電−36Aにて20秒、休止5分
充放電d:放電−60Aにて20秒、休止5分、充電−60Aにて20秒、休止5分
(3) Output test After charging the charge / discharge control system after performing (2) at 3A for 1 hour, the following four types of charge / discharge were performed.
Charge / Discharge a: 20 seconds at Discharge-6A, 5 minutes pause, Charge-6A 20 seconds, 5 minutes pause Charge / Discharge b: 20 seconds at Discharge-18A, 5 minutes pause, 20 seconds at Charge-18A Charging / discharging c: 20 seconds at discharging-36A, 5 minutes at resting, 20 seconds at charging-36A, 5 minutes at resting Charging / discharging d: 20 seconds at discharging-60A, 5 minutes at resting, charging-60A 20 seconds, 5 minutes pause
この4種類の放電において、放電開始から10秒後の電圧降下量VAを読み取り、このVAを各電流値で除することにより、DCIR(内部抵抗値)を算出し、実施例1の充放電制御システムの内部抵抗値を基準として各充放電制御システムの内部抵抗の差を求めた。ここで実施例1との差が1mΩ未満のものを「同等」、1mΩ以上、3mΩ未満のものを「やや上昇」、3mΩ以上のものを「上昇」とし、出力特性の指標とした。各測定条件および結果を、表4および表5に示す。 In these four types of discharges, the amount of voltage drop VA 10 seconds after the start of discharge is read, and this VA is divided by each current value to calculate DCIR (internal resistance value). The difference of internal resistance of each charge / discharge control system was calculated | required on the basis of the internal resistance value of the system. Here, the difference from Example 1 was less than 1 mΩ, “equivalent”, 1 mΩ or more, less than 3 mΩ was “slightly increased”, and 3 mΩ or more was “increased”, which was used as an index of output characteristics. Tables 4 and 5 show the measurement conditions and results.
第2充電および第2放電を行っていない比較例1では、顕著なメモリー効果が発生していた。一方、第2充電および第2放電を行っている各実施例では、メモリー効果が抑制されていた。
ただし、放電終止電圧をSOC35%相当の電圧とした参考例2や、充電終止電圧をSOC65%相当の電圧とした参考例3では、比較例1ほどではないものの、メモリー効果が見られた。
参考例2では深い放電ができなかったことに起因するメモリー効果、参考例3では、深い充電ができなかったことに起因するメモリー効果によるものである。
In Comparative Example 1 in which the second charge and the second discharge were not performed, a remarkable memory effect occurred. On the other hand, in each of the examples in which the second charge and the second discharge were performed, the memory effect was suppressed.
However, in Reference Example 2 where the end-of-discharge voltage was equivalent to SOC 35% and Reference Example 3 where the end-of-charge voltage was equivalent to SOC 65%, the memory effect was seen, although not as much as Comparative Example 1.
In the reference example 2 , the memory effect is caused by the fact that the deep discharge cannot be performed, and in the reference example 3 , the memory effect is caused by the fact that the deep charge cannot be performed.
放電終止電圧をSOC10%相当の電圧とした参考例1では主電源の内部抵抗がやや上昇し、電池容量もやや低下する結果となった。これは放電が深く入りすぎたために、正極に含まれるコバルト化合物が電解液へ徐々に溶出し、正極の導電性が低下したことに起因する。さらに充電終止電圧をSOC90%相当の電圧とした参考例4では主電源の内部抵抗がやや上昇する結果となった。これは充電が深く入りすぎたために、正極から発生する酸素の量が増加し、負極の活物質である水素吸蔵合金の表面に酸化膜が生成したために反応抵抗が上昇したことに起因する。
以上より、放電終止電圧はSOC15〜30%相当の電圧であることが好ましく、充電終止電圧はSOC70〜80%相当の電圧であることが好ましいことがわかった。
In Reference Example 1 in which the end-of-discharge voltage was a voltage equivalent to SOC 10%, the internal resistance of the main power supply slightly increased and the battery capacity also decreased slightly. This is due to the fact that since the discharge has entered too deeply, the cobalt compound contained in the positive electrode is gradually eluted into the electrolytic solution, and the conductivity of the positive electrode is reduced. Furthermore, in Reference Example 4 in which the end-of-charge voltage was set to a voltage equivalent to SOC 90%, the internal resistance of the main power supply slightly increased. This is due to the fact that the amount of oxygen generated from the positive electrode is increased due to excessive charging, and the reaction resistance is increased due to the formation of an oxide film on the surface of the hydrogen storage alloy which is the active material of the negative electrode.
From the above, it was found that the discharge end voltage is preferably a voltage equivalent to SOC 15 to 30%, and the charge end voltage is preferably a voltage equivalent to SOC 70 to 80%.
第2充電および第2放電を5秒間だけ実施した実施例6、および第2充電および第2放電を20サイクルに1回だけ実施した実施例7では、実施例1ほどではないが、充分にメモリー効果が抑制されていた。 In the second charging and second discharging Example 6 was carried out only for 5 seconds, and the second charging and Example 7 and the second discharge performed only once 20 cycles, but not as much as in Example 1, sufficiently memory The effect was suppressed.
第2充電や第2放電を行っている間には、大きな出力が得られにくい場合がある。しかし、実施例6のように第2充電や第2放電の時間を短縮したり、実施例7のように第2充電および第2充電を行うサイクル数を少なくしたりすることも可能であり、HEV等の高出力が要求される用途に用いる上でより効率的な充放電制御システムを得ることができる。 A large output may be difficult to obtain during the second charge or the second discharge. However, it is also possible to shorten the time for the second charge and the second discharge as in Example 6 or reduce the number of cycles for performing the second charge and the second charge as in Example 7 , A more efficient charge / discharge control system can be obtained for use in applications requiring high output such as HEV.
第1充電電流および第1放電電流をともに50Aとし、充電終止電圧および放電終止電圧を適した値に設定していない実施例8では、実施例1に比べて、ややメモリー効果が見られた。これは、充分に充放電が行われなかったためと考えられる。一方、第1充電電流および第1放電電流に適した充電終止電圧および放電終止電圧を設定した実施例9では、実施例8よりもメモリー効果が低減されていた。なお、実施例8および9では、第1充電電流および第1放電電流をともに50Aとしたが、他の電流値でも同様の効果が得られた。 In Example 8 , in which both the first charging current and the first discharging current were set to 50 A, and the charge end voltage and the discharge end voltage were not set to appropriate values, the memory effect was slightly observed as compared to Example 1. This is considered because charging / discharging was not fully performed. On the other hand, in Example 9 in which the charge end voltage and the discharge end voltage suitable for the first charge current and the first discharge current were set, the memory effect was reduced as compared with Example 8 . In Examples 8 and 9 , the first charging current and the first discharging current were both set to 50 A, but similar effects were obtained with other current values.
ただし、第1充電電流および第1放電電流に適した充電終止電圧および放電終止電圧に設定した場合でも、第2充電および第2放電を行っていない比較例2では、メモリー効果が顕著に発生していた。
以上より、充電終止電圧および放電終止電圧を第1充電電流および第1放電電流に応じて設定することで、本発明の効果がより大きくなることがわかった。
However, even when the charge end voltage and the discharge end voltage suitable for the first charge current and the first discharge current are set, the memory effect is remarkably generated in the comparative example 2 in which the second charge and the second discharge are not performed. It was.
From the above, it has been found that the effect of the present invention is further increased by setting the charge end voltage and the discharge end voltage according to the first charge current and the first discharge current.
電池表面温度を45℃とし、充電終止電圧および放電終止電圧を適した値に設定していない実施例10では、主電源の内部抵抗がやや上昇していた。これは、酸素発生過電圧が低下して、酸素発生量が増加したためと考えられる。一方、電池表面温度に適した充電終止電圧および放電終止電圧を設定した実施例11では、実施例10よりも主電源の内部抵抗の上昇が抑制されていた。なお、実施例10および11では、電池表面温度を45℃としたが、他の電池表面温度でも同様の効果が得られた。 The battery surface temperature of 45 ° C., the charge end voltage and discharge end voltage Example 1 0 is not set to a value appropriate to the internal resistance of the main power supply was slightly increased. This is presumably because the oxygen generation overvoltage decreased and the oxygen generation amount increased. On the other hand, in Example 1 1 was set charge voltage and discharge end voltage suitable for the battery surface temperature, increase in the internal resistance of the main power than Example 1 0 was suppressed. In Example 1 0 and 1 1, although the battery surface temperature and 45 ° C., were obtained similar effects on other cell surface temperature.
ただし、電池表面温度に適した充電終止電圧および放電終止電圧に設定した場合でも、第2充電および第2放電を行っていない比較例3では、メモリー効果が顕著に発生していた。
以上より、充電終止電圧および放電終止電圧を電池表面温度に応じて設定することで、本発明の効果がより大きくなることがわかった。
However, even when the charge end voltage and the discharge end voltage suitable for the battery surface temperature were set, in Comparative Example 3 in which the second charge and the second discharge were not performed, the memory effect was remarkably generated.
From the above, it was found that the effect of the present invention is further increased by setting the charge end voltage and the discharge end voltage according to the battery surface temperature.
第2充電および第2放電を行わず、放電終止電圧をSOC20%に相当する電圧から50サイクルごとに0.100V低下させた比較例4では、メモリー効果の抑制は見られたものの、主電源の内部抵抗上昇および容量低下が顕著であった。 In Comparative Example 4 in which the second charge and the second discharge were not performed and the end-of-discharge voltage was reduced by 0.100 V every 50 cycles from the voltage corresponding to SOC 20%, although the memory effect was suppressed, The increase in internal resistance and the decrease in capacity were remarkable.
また、第2充電および第2放電を行わず、充電終止電圧をSOC80%に相当する電圧から50サイクルごとに0.100V上昇させた比較例5では、主電源の内部抵抗上昇が顕著であった。
以上より、充電終止電圧および放電終止電圧は、変動させないことが好ましいことがわかった。
Further, in Comparative Example 5 in which the second charge and the second discharge were not performed and the charge end voltage was increased by 0.100 V every 50 cycles from the voltage corresponding to SOC 80%, the increase in the internal resistance of the main power supply was significant. .
From the above, it was found that the charge end voltage and the discharge end voltage are preferably not changed.
本発明の充放電制御方法によれば、アルカリ蓄電池の構成材料の劣化を抑制し、耐久性を低下させることなく、メモリー効果を抑制することができる。これにより、優れた耐久性を有し、かつメモリー効果が抑制された充放電制御システムを提供することができる。本発明の充放電制御システムの用途は特に限定されないが、HEV、家庭用コージェネ、産業用などの用途に特に適している。 According to the charge / discharge control method of the present invention, it is possible to suppress the memory effect without suppressing the deterioration of the constituent material of the alkaline storage battery and reducing the durability. Thereby, it is possible to provide a charge / discharge control system having excellent durability and suppressing the memory effect. The application of the charge / discharge control system of the present invention is not particularly limited, but is particularly suitable for applications such as HEV, household cogeneration, and industrial use.
1 主電源
2 電圧センサ
3 温度センサ
4 記憶部
5 制御部
10 充放電制御システム
DESCRIPTION OF
Claims (15)
アルカリ蓄電池に対して、第1放電電流で予め設定した放電終止電圧まで第1放電を行い、その後、前記第1放電電流よりも小さい第2放電電流で第2放電を行う工程を含み、
前記充電終止電圧が、充電状態(SOC)70〜85%に相当する電圧であり、
前記放電終止電圧が、充電状態(SOC)15〜30%に相当する電圧であり、
前記第2充電を、アルカリ蓄電池の電圧が再び前記充電終止電圧に達するか、または前記充電終止電圧に達する前に停止させ、
前記第2放電を、アルカリ蓄電池の電圧が再び前記放電終止電圧に達するか、または前記放電終止電圧に達する前に停止させる、アルカリ蓄電池の充放電制御方法。 An alkali storage battery, first was charged to a charge voltage set in advance by the first charging current, then the step of performing second charging with a small second charging current than the first charging current, and,
An alkali storage battery, until the discharge end voltage set in advance by the first discharge current performs a first discharge, then look including the step of performing a second discharge in the small second discharge current than the first discharge current,
The end-of-charge voltage is a voltage corresponding to a state of charge (SOC) of 70 to 85%,
The discharge end voltage is a voltage corresponding to a state of charge (SOC) of 15 to 30%,
The second charge is stopped before the alkaline storage battery voltage reaches the end-of-charge voltage again or before reaching the end-of-charge voltage;
The charge / discharge control method for an alkaline storage battery, wherein the second discharge is stopped before the voltage of the alkaline storage battery reaches the final discharge voltage again or before the final discharge voltage is reached .
前記アルカリ蓄電池の電圧を検知する電圧検知手段と、
前記アルカリ蓄電池の温度を検知する温度検知手段と、
予め設定された充電終止電圧および放電終止電圧を記憶する記憶手段と、
前記電圧検知手段において検知される電圧が前記充電終止電圧に達すると、第1充電を停止して第1充電電流より小さい第2充電電流で第2充電を行う充電制御手段、および、
前記電圧検知手段において検知される電圧が前記放電終止電圧に達すると、第1放電を停止して第1放電電流より小さい第2放電電流で第2放電を行う放電制御手段を有し、
前記充電終止電圧が、充電状態(SOC)70〜85%に相当する電圧であり、
前記放電終止電圧が、充電状態(SOC)15〜30%に相当する電圧であり、
前記充電制御手段は、前記第2充電を、アルカリ蓄電池の電圧が再び前記充電終止電圧に達するか、または前記充電終止電圧に達する前に停止させ、
前記放電制御手段は、前記第2放電を、アルカリ蓄電池の電圧が再び前記放電終止電圧に達するか、または前記放電終止電圧に達する前に停止させる、充放電制御システム。 Alkaline storage battery,
Voltage detecting means for detecting the voltage of the alkaline storage battery;
Temperature detecting means for detecting the temperature of the alkaline storage battery;
Storage means for storing a preset charge end voltage and discharge end voltage;
When the voltage sensed at the voltage sensing means reaches the charge voltage, the charging control means for performing a second charge in the first charging current less than the second charging current to stop the first charge, and,
When the voltage sensed at the voltage sensing means reaches the discharge end voltage, have a discharge control means for performing a second discharge in the first discharge current smaller than the first discharge current and stops the first discharge,
The end-of-charge voltage is a voltage corresponding to a state of charge (SOC) of 70 to 85%,
The discharge end voltage is a voltage corresponding to a state of charge (SOC) of 15 to 30%,
The charge control means stops the second charge before the voltage of the alkaline storage battery reaches the charge end voltage again or reaches the charge end voltage,
It said discharge control means, the second discharge, or the voltage of the alkaline storage battery reaches the discharge end voltage again, or Ru is stopped before reaching the final discharge voltage, charge-discharge control system.
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