JP5527001B2 - Charge control method and charge control device for secondary battery - Google Patents
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Description
本発明は、二次電池の充電制御方法及び充電制御装置の技術に関する。 The present invention relates to a secondary battery charge control method and a charge control device technology.
電動機を搭載した電気自動車(ハイブリッド自動車等も含む)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。このような電気自動車の特有な機能として、回生制動がある。回生制動は、車両制動時、電動機を発電機として機能させることにより、車両の運動エネルギーを電気エネルギーに変換し、制動を行うものである。また、得られた電気エネルギーは二次電池に充電され、加速等を行う時に再利用される。 An electric vehicle (including a hybrid vehicle) equipped with an electric motor drives the electric motor with electric power stored in a secondary battery. There is regenerative braking as a characteristic function of such an electric vehicle. In regenerative braking, the motor is made to function as a generator during vehicle braking, so that the kinetic energy of the vehicle is converted into electric energy and braking is performed. The obtained electrical energy is charged in the secondary battery and reused when accelerating or the like.
二次電池は、充電の際の電圧上昇に伴い充電の副反応でガスが発生し、二次電池の内圧が上昇する。例えば、ニッケル水素二次電池では主に酸素ガスが発生し、内圧が上昇する。 In the secondary battery, gas is generated due to a side reaction of charging as the voltage increases during charging, and the internal pressure of the secondary battery increases. For example, in a nickel metal hydride secondary battery, oxygen gas is mainly generated and the internal pressure rises.
従来から、このような二次電池の内圧上昇に伴って充電制御を行い、二次電池を保護する技術が開示されている。 Conventionally, a technique for protecting a secondary battery by performing charge control as the internal pressure of the secondary battery increases has been disclosed.
例えば、特許文献1には、二次電池の内圧に影響を与える二次電池の物理量と、該物理量に基づいて算出される二次電池の内圧特性の変化を表す指数(特性変化指数)から二次電池の内圧を推定し、その推定した二次電池の内圧に基づいて二次電池の充電制御を行う技術が開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses that a physical quantity of a secondary battery that affects the internal pressure of the secondary battery and an index (characteristic change index) representing a change in the internal pressure characteristics of the secondary battery calculated based on the physical quantity. A technique for estimating the internal pressure of a secondary battery and performing charge control of the secondary battery based on the estimated internal pressure of the secondary battery is disclosed.
また、例えば、特許文献2には、二次電池の充電の際に発生する振動を測定し、その測定値が予め定めた値より大きい時に、二次電池内でガスが発生したと判定し、二次電池の充電を停止する、又は二次電池の充電電流値を下げる制御を行う技術が開示されている。 In addition, for example, in Patent Document 2, vibration generated when the secondary battery is charged is measured, and when the measured value is larger than a predetermined value, it is determined that gas is generated in the secondary battery, A technique for performing control to stop charging of the secondary battery or to lower the charging current value of the secondary battery is disclosed.
また、例えば、特許文献3には、二次電池の内圧が上昇するまでは、第1の電流によって第1のレートで二次電池を充電し、二次電池の内圧が上昇を開始した後に、第1の電流より低い第2の電流によって第1のレートより低い第2のレートで二次電池の充電を行う制御技術が開示されている。 Further, for example, in Patent Document 3, the secondary battery is charged at the first rate with the first current until the internal pressure of the secondary battery rises, and after the internal pressure of the secondary battery starts to rise, A control technique for charging a secondary battery at a second rate lower than the first rate by a second current lower than the first current is disclosed.
ところで、通常二次電池内で発生したガスはガス発生する電極と反対側の極に吸収される。例えば、ニッケル水素二次電池は、正極で酸素ガスが発生し、発生した酸素ガスは負極の水素との再結合反応により水に戻り、上昇した二次電池の内圧は低下する。 By the way, normally, the gas generated in the secondary battery is absorbed by the electrode on the opposite side of the gas generating electrode. For example, in a nickel metal hydride secondary battery, oxygen gas is generated at the positive electrode, and the generated oxygen gas returns to water by a recombination reaction with hydrogen at the negative electrode, and the internal pressure of the increased secondary battery decreases.
しかし、上記のような再結合反応等のガス吸収反応は、二次電池の内圧と温度に依存し、二次電池の温度が低いとその反応は遅くなる。したがって、推定した二次電池の内圧に基づいて二次電池の充電電力を制限する制御を行う方法では、上昇した二次電池の内圧を低下させることは可能であるが、上昇した二次電池の内圧が回復するまで時間が掛かるため、長時間に亘って二次電池の充電電力を制限する制御が行われ、回生制動による電気エネルギーの回収率が低下する場合がある。 However, the gas absorption reaction such as the recombination reaction as described above depends on the internal pressure and temperature of the secondary battery, and the reaction is delayed when the temperature of the secondary battery is low. Therefore, in the method of performing the control to limit the charging power of the secondary battery based on the estimated internal pressure of the secondary battery, it is possible to reduce the internal pressure of the increased secondary battery, but the Since it takes time until the internal pressure recovers, control for limiting the charging power of the secondary battery over a long period of time is performed, and the recovery rate of electric energy by regenerative braking may decrease.
そこで、本発明は、二次電池の内圧上昇を緩和・抑制することができる二次電池の充電制御方法及び充電制御装置を提供することにある。 Then, this invention is providing the charge control method and charge control apparatus of a secondary battery which can relieve and suppress the internal pressure rise of a secondary battery.
本発明の二次電池の充電制御方法は、二次電池の極板間電圧に基づいて、二次電池内でガスが発生するガス発生電位まで電圧上昇しないように設定される第1の充電電力制限値を算出するステップと、二次電池の内圧に基づいて、二次電池の安全弁が作動する内圧まで上昇しないように設定される第2の充電電力制限値を算出するステップと、前記二次電池の内圧に応じて、前記第1の充電電力制限値又は前記第2の充電電力制限値を選択し、二次電池の充電電力を制限するステップと、二次電池の電流値と充電効率に基づいて、二次電池内の酸素ガス発生量を算出するステップと、二次電池の温度に基づいて、二次電池内の酸素ガス減少量を算出するステップと、前記酸素ガス発生量と前記酸素ガス減少量に基づいて、二次電池の酸素圧を算出するステップと、二次電池の温度に基づいて、二次電池の平衡水素圧を算出するステップと、を備え、前記二次電池の内圧は、前記算出した前記酸素圧と前記平衡水素圧との和により、求められる。 The charge control method for a secondary battery according to the present invention is based on the voltage between the electrodes of the secondary battery, and the first charge power is set so that the voltage does not rise to the gas generation potential at which gas is generated in the secondary battery. A step of calculating a limit value, a step of calculating a second charge power limit value set so as not to increase to an internal pressure at which the safety valve of the secondary battery operates based on the internal pressure of the secondary battery, and the secondary battery The step of selecting the first charging power limit value or the second charging power limit value according to the internal pressure of the battery and limiting the charging power of the secondary battery, and the current value and charging efficiency of the secondary battery A step of calculating an oxygen gas generation amount in the secondary battery, a step of calculating an oxygen gas decrease amount in the secondary battery based on the temperature of the secondary battery, the oxygen gas generation amount and the oxygen Based on the amount of gas reduction, the oxygen pressure of the secondary battery And calculating the equilibrium hydrogen pressure of the secondary battery based on the temperature of the secondary battery, and the internal pressure of the secondary battery includes the calculated oxygen pressure and the equilibrium hydrogen pressure. It is calculated by the sum of
また、前記二次電池の充電制御方法において、前記二次電池の充電電力を制限するステップでは、前記二次電池の内圧が所定値を超えた場合に、前記第1の充電電力制限値及び前記第2の充電電力制限値のうち低い方の充電電力制限値を選択し、二次電池の充電電力を制限することが好ましい。 In the secondary battery charging control method, in the step of limiting the charging power of the secondary battery, when the internal pressure of the secondary battery exceeds a predetermined value, the first charging power limit value and the It is preferable to select the lower charging power limit value of the second charging power limit values to limit the charging power of the secondary battery.
また、前記二次電池の充電制御方法において、前記所定値は、二次電池の温度に基づいて設定されることが好ましい。 In the secondary battery charge control method, the predetermined value is preferably set based on a temperature of the secondary battery.
また、前記二次電池の充電制御方法において、前記ガス発生電位は、二次電池の温度に基づいて規定されることが好ましい。 In the secondary battery charge control method, the gas generation potential is preferably defined based on a temperature of the secondary battery.
また、本発明の二次電池の充電制御装置は、二次電池の極板間電圧に基づいて、二次電池内でガスが発生するガス発生電位まで電圧上昇しないように設定される第1の充電電力制限値を算出する手段と、二次電池の内圧に基づいて、二次電池の安全弁が作動する内圧まで上昇しないように設定される第2の充電電力制限値を算出する手段と、前記二次電池の内圧に応じて、前記第1の充電電力制限値又は前記第2の充電電力制限値を選択し、二次電池の充電電力を制限する手段と、二次電池の電流値と充電効率に基づいて、二次電池内の酸素ガス発生量を算出する手段と、二次電池の温度に基づいて、二次電池内の酸素ガス減少量を算出する手段と、前記酸素ガス発生量と前記酸素ガス減少量に基づいて、二次電池の酸素圧を算出する手段と、二次電池の温度に基づいて、二次電池の平衡水素圧を算出する手段と、を備え、前記二次電池の内圧は、前記算出した前記酸素圧と前記平衡水素圧との和により、求められる。 Further, the charge control device for a secondary battery according to the present invention is configured so that the voltage does not rise to a gas generation potential at which gas is generated in the secondary battery based on the voltage between the electrode plates of the secondary battery. Means for calculating a charge power limit value; means for calculating a second charge power limit value set so as not to increase to an internal pressure at which the safety valve of the secondary battery operates based on the internal pressure of the secondary battery; Means for selecting the first charging power limit value or the second charging power limit value in accordance with the internal pressure of the secondary battery and limiting the charging power of the secondary battery; and the current value and charging of the secondary battery Means for calculating an oxygen gas generation amount in the secondary battery based on the efficiency; means for calculating an oxygen gas decrease amount in the secondary battery based on the temperature of the secondary battery; and Means for calculating an oxygen pressure of the secondary battery based on the oxygen gas reduction amount; Means for calculating the equilibrium hydrogen pressure of the secondary battery based on the temperature of the secondary battery, and the internal pressure of the secondary battery is determined by the sum of the calculated oxygen pressure and the equilibrium hydrogen pressure. It is done .
また、前記二次電池の充電制御装置において、前記二次電池の充電電力を制限する手段は、前記二次電池の内圧が所定値を超えた場合に、前記第1の充電電力制限値及び前記第2の充電電力制限値のうち低い方の充電電力制限値を選択し、二次電池の充電電力を制限することが好ましい。 Further, in the secondary battery charge control device, the means for limiting the charging power of the secondary battery is configured such that when the internal pressure of the secondary battery exceeds a predetermined value, the first charging power limit value and the It is preferable to select the lower charging power limit value of the second charging power limit values to limit the charging power of the secondary battery.
また、前記二次電池の充電制御装置において、前記所定値は、二次電池の温度に基づいて設定されることが好ましい。 In the secondary battery charge control apparatus, the predetermined value is preferably set based on a temperature of the secondary battery.
また、前記二次電池の充電制御装置において、前記ガス発生電位は、二次電池の温度に基づいて規定されることが好ましい。 In the charge control device for the secondary battery, it is preferable that the gas generation potential is defined based on a temperature of the secondary battery.
本発明によれば、二次電池の内圧上昇を緩和・抑制することができる二次電池の充電制御方法及び充電制御装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the charge control method and charge control apparatus of a secondary battery which can relieve | moderate and suppress the internal pressure rise of a secondary battery can be provided.
本発明の実施の形態について以下説明する。 Embodiments of the present invention will be described below.
図1は、本実施形態に係る二次電池の充電制御装置が搭載された車両のパワーユニットの構成の一例を示す模式図である。本実施形態に係る充電制御装置は、二次電池14を搭載した電気自動車(ハイブリッド自動車等も含む)等の車両等に適用可能である。図1に示す車両のパワーユニット1は、モータジェネレータ10、モータジェネレータ10に接続されたインバータ12、インバータ12に接続された二次電池14、二次電池14の充電電力を制御するための充電制御装置として機能するECU18を備える。ECU18は、モータジェネレータ10、インバータ12及び二次電池14と電気的に接続されている。
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an example of a configuration of a power unit of a vehicle in which the secondary battery charge control device according to the present embodiment is mounted. The charge control device according to the present embodiment can be applied to a vehicle such as an electric vehicle (including a hybrid vehicle) on which the
モータジェネレータ10は、二次電池14より供給される電力等により駆動力を発生させる。また、車両が回生制御中である場合は、発電機として作動し、車両の運動エネルギーを電気エネルギーに変換して二次電池14を充電する。
The
インバータ12は、二次電池14等から供給される直流電流を交流電流に変換し、モータジェネレータ10を駆動させる。また、モータジェネレータ10が発電した交流電流を直流電流に変換し、二次電池14を充電する。
通常、二次電池14は、ある程度の電圧を確保するために、複数のセルを直列に接続した電池モジュールとして構成されている。本実施形態の充電制御装置によって充電制御される二次電池14は、どのような用途の二次電池14であっても適用可能であるが、ニッケル水素二次電池が好適である。ニッケル水素二次電池は、高い電圧及び温度等で充電が行われると、充電反応とは異なる副反応により、ガスが発生し、充電効率が低下してしまう。しかし、本実施形態の充電制御方法では、後述するように二次電池14の極板間電圧がガス発生電位まで電圧上昇しないように充電電力を制限するため、二次電池14の内圧上昇を緩和・抑制し、効率的に二次電池14を充電させることができる。これに対して、推定した二次電池14の内圧に基づいて二次電池14の充電電力を制限する等の従来の制御方法では、上昇した二次電池14の内圧を低下させることは可能であるが、上昇した二次電池14の内圧が回復するまで時間が掛かるため、長時間に亘って二次電池14の充電電力を制限する制御が行われ、回生制動による電気エネルギーの回収率が低下する場合等、効率的に二次電池14を充電させることができない。
Usually, the
二次電池14には、二次電池14の端子電圧を検出する電圧センサ20、二次電池14に流れる電流を検出する電流センサ22、二次電池14の複数箇所に二次電池14の温度を検出する温度センサ24が設置されている。また、各センサはECU18に電気的に接続されており、各センサにより検出されたデータがECU18に送信される。
The
ECU18は、二次電池14の極板間電圧を算出する。ここで、二次電池14の極板間電圧とは、二次電池14の正・負極間電圧であり、電圧センサ20により検出される二次電池14の端子電圧から、二次電池14に流れる電流及び二次電池14の内部抵抗のIR分を除外することにより求められる(下式(1)参照)。
V0=VB+(IB×R) (1)
V0:二次電池の極板間電圧
VB:二次電池の端子電圧
IB:二次電池の電流値(充電側を負とする。)
R:二次電池の内部抵抗
The
V 0 = VB + (IB × R) (1)
V 0 : Voltage between the plates of the secondary battery VB: Terminal voltage of the secondary battery IB: Current value of the secondary battery (the charging side is negative)
R: Internal resistance of the secondary battery
二次電池14の内部抵抗の算出は特に制限されるものではないが、例えば、複数の電流値及び電圧値を電圧・電流座標上にプロットし、プロットされた各点に沿って一次近似式を求め、この近似式で表される直線の傾きを内部抵抗として算出する。また、内部抵抗は二次電池14の温度に依存して変化することから、内部抵抗と二次電池14の温度との関係を表すマップをECU18に記憶させておき、温度センサ24により検出された温度データを該マップに当てはめて、内部抵抗を算出してもよい。
The calculation of the internal resistance of the
そして、極板間電圧は、ECU18により、電流センサ22及び電圧センサ20により検出された端子電圧及び電流値、及び上記算出した内部抵抗を上記式(1)に当てはめることにより求められる。極板間電圧を算出する際には、例えば、数秒程度のなまし(フィルター)を各センサ又はECU18に設定して、ノイズ等の影響を除去することが好ましい。また、電圧センサ20を複数設置する場合には、二次電池14の充電制御を効率的に行うことができる点で、複数の電圧センサ20から検出された電圧のうち最も高い電圧を極板間電圧の算出に用いることが好ましい。なお、上記方法が、簡易で精度よく極板間電圧を求めることができるが、必ずしもこれに制限されるものではなく、例えば、正極及び負極に電圧センサ20を設置し、直接二次電池14の極板間電圧を検出する等でもよい。
The voltage between the electrode plates is obtained by applying the terminal voltage and current value detected by the
ECU18は、二次電池14内でガスが発生するガス発生電位を算出する。ガス発生電位は二次電池14の温度に依存するため、図2に示すように、二次電池14の温度とガス発生電位との関係を表すマップを用意することが望ましい。例えば、ECU18により、二次電池14の温度とガス発生電位との関係を表すマップに温度センサ24により検出された二次電池14の温度を当てはめることにより、ガス発生電位を算出する。ガス発生電位は二次電池14の温度に依存するため、上記方法で算出することが望ましいが、必ずしも温度に基づいてガス発生電位を設定することに制限されるものではなく、ガス発生電位を予め定めた所定値(固定値)、例えば、二次電池14の使用温度から予想される最も低いガス発生電位を予め定めた所定値(固定値)として用いてもよい。
The
ECU18は、二次電池14の極板間電圧に基づいて、二次電池14内でガスが発生するガス発生電位まで二次電池14の電圧が上昇しないように設定される第1の充電電力制限値を算出する。具体的には、図3に示すマップのように、二次電池14の極板間電圧が、上記算出又は規定したガス発生電位から所定値(Y1)を引いた値に達してから充電電力を減少させ(充電電力を制限し)、また、二次電池14の極板間電圧が、ガス発生電位から所定値(X1)を引いた値に達した場合に、充電電力を零にするマップを用意し、該マップに二次電池14の極板間電圧を当てはめて、第1の充電電力制限値を算出する。また、本実施形態では、二次電池14の極板間電圧が充電によってガス発生電位まで上昇しない充電電力制限値が規定されるものであれば、図3に示すマップに制限されるものではない。また、例えば、低温域(例えば0℃以下)では所定値X1が大きくなるように、高温域(例えば40℃以上)では所定値X1が小さくなるように、二次電池14の温度に応じて、マップを変更してもよい。
The
ECU18は、二次電池14の内圧に基づいて、二次電池14の内圧を緩和するために取り付けられる二次電池14の安全弁が作動する内圧まで、二次電池14の内圧が上昇しないように設定される第2の充電電力制限値を算出する。具体的には、図4に示すマップのように、検出又は算出した二次電池14の内圧が、二次電池14の安全弁が作動する内圧から所定値(Y2)を引いた値(PB)に達してから充電電力を減少させ(充電電力を制限し)、また、二次電池14の安全弁が作動する二次電池14の内圧から所定値(X2)を引いた値(P0)に達した場合に、充電電力を零にするマップを用意し、該マップに二次電池14の内圧を当てはめて、第2の充電電力制限値を算出する。また、本実施形態では、二次電池14の内圧が充電によって安全弁が作動する内圧まで上昇しない充電電力制限値が規定されるものであれば、図4に示すマップに制限されるものではない。また、例えば、低温域(例えば0℃以下)では所定値X2が大きくなるように、高温域(例えば40℃以上)では所定値X2が小さくなるように、二次電池14の温度に応じて、マップを変更してもよい。
The
次に、ECU18は、二次電池14の内圧に応じて、上記算出した第1の充電電力制限値及び第2の充電電力制限値を選択し、二次電池14の充電電力を制限する。例えば、図4に示すマップにおいて、二次電池14の内圧が所定値PA未満の場合には、充電電力の制限を掛けず、二次電池14の内圧が所定値PA以上となった場合に、第1の充電電力制限値及び第2の充電電力制限値のうち低い方の充電電力制限値を選択し、その充電電力制限値に基づいて二次電池14の充電電力を制限する。
Next, the
また、二次電池14の内圧が所定値PA以上となった場合には、第1の充電電力制限値を選択し、二次電池14の充電電力を制限してもよい。この場合、所定値PAの時には、図3に示すマップにおいて充電電力が制限される領域(ガス発生電位から所定値(Y1)を引いた値以降の領域)に達している必要がある。
Also, when the internal pressure of the
また、例えば、図4に示すマップでは、二次電池14の内圧が所定値PA未満の場合、充電電力を制限していないが、二次電池14の内圧が所定値PA未満から充電電力を制限したマップを用いて、二次電池14の内圧が所定値PA未満の場合には、第2の充電電力制限値を選択し、二次電池14の内圧が所定値PA以上となった場合に、第1の充電電力制限値及び第2の充電電力制限値のうち低い方の充電電力制限値を選択し、充電電力を制限してもよい。この所定値PAは適宜設定されるものであるが、効率的に二次電池14の充電制御が行えるように、二次電池14の温度により変更することが好ましい。
Further, for example, in the map shown in FIG. 4, when the internal pressure of the
次に、二次電池14の内圧の推定方法について説明する。なお、本実施形態では、二次電池14の内圧の推定精度が高い点で以下に説明する内圧の推定方法を採用することが好ましいが、必ずしもこれに限定されるものではなく、二次電池14の内圧を直接検出することができるセンサにより、二次電池14の内圧を検出してもよい。
Next, a method for estimating the internal pressure of the
まず、二次電池14の内圧の推定に当たって、ECU18では、二次電池14の温度又は電流値と、極板間電圧とに基づいて、二次電池14の充電効率を算出する。二次電池14の充電効率の算出には、例えば、図5に示すような二次電池14の極板間電圧と充電効率との関係を表すマップが用いられる。ここで、充電効率とは充電可能電荷量に対する実際に蓄えられた電気量の比(η)又はガス発生等により蓄えることができなかった電気量の比(β=1−η)である。
First, in estimating the internal pressure of the
二次電池14の極板間電圧と充電効率との関係は、二次電池14の温度又は電流値に依存するため、図5(A)に示すように、例えば、二次電池14の温度が40℃、50℃、60℃の時等のように、いくつかの二次電池14の温度の時の極板間電圧と充電効率との関係を表すマップを用意するか、又は図5(B)に示すように、例えば、二次電池14の電流値が5A、25A、50Aの時等のように、いくつかの二次電池14の電流値の時の極板間電圧と充電効率との関係を表すマップを用意することが望ましい。
Since the relationship between the voltage between the electrode plates of the
例えば、温度センサ24により検出された温度が40℃の場合、ECU18により40℃の時の極板間電圧と充電効率との関係を表すマップ(図5(A)参照)に、上記算出した極板間電圧を当てはめることにより、充電効率が算出される。また、例えば、電流センサ22により検出された電流値が5Aの場合、ECU18により5Aの時の極板間電圧と充電効率との関係を表すマップ(図5(B)参照)に、上記算出した極板間電圧を当てはめることにより、充電効率が算出される。また、温度センサ24により検出された温度や電流センサ22により検出された電流値が該マップの温度又は電流値以外の場合には、例えば、直線補間法等によりマップを補正する等して、充電効率を求めることができる。また、より正確に充電効率を算出する場合には、温度又は電流値の間隔を細かく設定した(例えば、1℃毎、1A毎)極板間電圧と充電効率との関係を表すマップを用意してもよい。
For example, when the temperature detected by the
また、温度センサ24を複数設置する場合には、二次電池14の充電制御を効率的に行うことができる点で、各温度センサ24から検出された温度の時の充電効率を算出し、そのうち最大の充電効率を採用することが好ましい。なお、充電効率の算出方法は必ずしも上記方法に制限されるものではなく、従来知られている全ての算出方法又は検出方法を採用することができる。
Further, when a plurality of
次に、ECU18は、二次電池14の充電効率と電流値とに基づいて、単位時間当たりの酸素ガス発生量を算出する。具体的には下式(2)又は(3)により算出する。
α=(−IB)×β×Kα (2)
α=(−IB)×(1−η)×Kα (3)
α:単位時間ΔT当たりの酸素ガス発生量
IB:二次電池の電流(充電側を負とする。)
β,η:充電効率
Kα:所定の定数(αの単位によって適宜選択されるものであり、例えば、αをモル(mol)数で表す場合には、単位時間ΔTを1secとすればファラデー定数の逆数÷4となる。)
Next, the
α = (− IB) × β × K α (2)
α = (− IB) × (1−η) × K α (3)
α: Oxygen gas generation amount per unit time ΔT IB: Current of secondary battery (charge side is negative)
β, η: charging efficiency K α : a predetermined constant (which is appropriately selected depending on the unit of α. For example, when α is expressed in moles, if the unit time ΔT is 1 sec, the Faraday constant (Reciprocal of ÷ 4)
二次電池14では、充電の際の副反応により酸素ガスが発生するが、その一方でガス発生した電極と反対の電極で酸素ガスが吸収されるため、ECU18では、二次電池14の温度及び二次電池14内の酸素圧に基づいて、酸素ガス減少量を算出する。
In the
ECU18により算出される二次電池14の酸素ガス減少量の算出には、例えば、二次電池14内の酸素圧と単位時間当たりの酸素ガス減少量との関係を表すマップが用いられる。但し、二次電池14内の酸素圧と単位時間当たりの酸素ガス減少量との関係は、二次電池14の温度に依存するため、図6に示すように、例えば、二次電池14の温度が40℃、50℃の時等のように、いくつかの二次電池14の温度における二次電池14内の酸素圧と単位時間当たりの酸素ガス減少量との関係を表すマップを用意することが好ましい。
For example, a map representing the relationship between the oxygen pressure in the
ECU18は、酸素ガス発生量と酸素ガス減少量との差、すなわち二次電池14内の酸素ガス量に基づく酸素圧を単位時間毎に推定する。具体的には下式(4)により算出する。
P0=Px+Kp×(α−γ)×ΔT (4)
P0:酸素圧
Px:前回算出した酸素圧
α:酸素ガス発生量
γ:酸素ガス減少量
Kp:所定の定数(二次電池14内の酸素ガス量を酸素圧に換算するための定数である。)
The
P 0 = P x + K p × (α−γ) × ΔT (4)
P 0 : Oxygen pressure P x : Previously calculated oxygen pressure α: Oxygen gas generation amount γ: Oxygen gas decrease amount K p : Predetermined constant (a constant for converting the oxygen gas amount in the
ここで、初回の酸素圧P0は、前回算出した酸素圧推定値(Px)を所定値(例えば、大気圧等)として設定し、また、二次電池14内の酸素圧と単位時間当たりの酸素ガス減少量との関係を表すマップ(図6参照)に、大気圧等に設定した所定値を当てはめて算出した値を酸素ガス減少量(γ)として、上式(4)により算出される。次に、ΔT後の酸素圧P0は、前回算出した酸素圧をPxとし、また、二次電池14内の酸素圧と単位時間当たりの酸素ガス減少量との関係を表すマップ(図6参照)に、前回算出した酸素圧(Px)を当てはめて算出した値を酸素ガス減少量(γ)として、上式(4)により算出される。
Here, as the initial oxygen pressure P 0 , the previously calculated oxygen pressure estimated value (P x ) is set as a predetermined value (for example, atmospheric pressure), and the oxygen pressure in the
上記例では、二次電池14の温度に応じた二次電池14内の酸素圧と単位時間当たりの酸素ガス減少量との関係を表すマップ(図6参照)から、酸素ガス減少量を算出しているが、必ずしもこれに制限されるものではない。酸素ガス減少量は温度に依存するため、二次電池14の温度と単位時間当たりの酸素ガス減少量との関係を表すマップに二次電池14の温度を当てはめることにより、酸素ガス減少量を算出するものであってもよい。すなわち、本実施形態では、少なくとも二次電池14の温度に基づいて酸素ガス減少量が算出されるものであれば特に制限されるものではない。
In the above example, the oxygen gas decrease amount is calculated from the map (see FIG. 6) showing the relationship between the oxygen pressure in the
また、温度センサ24を複数設置する場合には、二次電池14の充電制御を効率的に行うことができる点で、各温度センサ24から検出された温度の時の酸素ガス減少量を算出し、そのうち最小の酸素ガス減少量を採用することが好ましい。
Further, when a plurality of
ECU18は、二次電池14内の平衡水素圧を算出し、算出した平衡水素圧と酸素圧との和により二次電池14内の内圧を算出する。ここで、二次電池14内の平衡水素圧は二次電池14の温度に依存するため、図7に示す二次電池14の温度と二次電池14内の平衡水素圧との関係を表すマップに二次電池14の温度を当てはめることにより、二次電池14の平衡水素圧を算出する。
The
本実施形態の充電制御方法は、例えば、二次電池14の蓄電量と温度に基づいて充電電力を制限する等の従来の制御方法と併用することが可能である。従来の制御方法と併用する場合には、例えば、本実施形態において制限された充電電力と、従来の制御方法において制限された充電電力とを比較して、最も小さい充電電力を採用する等して、充電電力を制限することが好ましい。また、例えば、ある状況では二次電池14の蓄電量と温度に基づいて充電電力を制限する等の従来の制御方法を採用し、他の状況では本実施形態の充電制御方法を採用する方法も可能である。例えば、ガスが発生してもガス吸収反応が非常に速い状態(例えば二次電池14の温度が高い状態)では従来の制御方法を採用し、ガス吸収反応が非常に遅い状態(例えば二次電池14の温度が低い状態)では、本実施形態の充電制御方法を採用する等して充電電力を制限してもよい。具体的には、二次電池14の温度が所定値以上であれば従来の制御方法を採用し、二次電池14の温度が所定値未満であれば本実施形態の充電制御方法を採用する。
The charge control method of the present embodiment can be used in combination with a conventional control method such as, for example, limiting the charge power based on the storage amount and temperature of the
図8は、本実施形態に係る二次電池14の充電制御装置の動作の一例を示すフローチャートである。図8に示すように、ステップS10では、電圧センサ20及び電流センサ22により、二次電池14の端子電圧及び電流値を検出し、さらに、端子電圧及び電流値に基づいて内部抵抗を検出する。この際、温度センサ24による温度データを内部抵抗と温度との関係を表すマップに当てはめて内部抵抗を算出してもよい。ステップS12では、ECU18は、上式(1)に二次電池14の端子電圧、電流値及び内部抵抗を当てはめて、二次電池14の極板間電圧を算出する。ステップS14では、ECU18は、二次電池14の温度とガス発生電位(VG)との関係を表すマップ(図2参照)に、上記検出した二次電池14の温度を当てはめて、ガス発生電位を算出する。ステップS16では、ECU18は、二次電池14の極板間電圧とガス発生電位まで二次電池14の電圧が上昇しないように設定された充電電力制限値との関係を規定したマップ(図3参照)に、算出した二次電池14の極板間電圧を当てはめて第1の充電電力制限値を算出する。ステップS18では、ECU18は、二次電池14の内圧を算出する(詳細は後述する)。ステップS20では、二次電池14の内圧と二次電池14の安全弁が作動する内圧まで上昇しないように設定された充電電力制限値との関係を規定したマップ(図4参照)に、算出した二次電池14の内圧を当てはめて第2の充電電力制限値を算出する。
FIG. 8 is a flowchart showing an example of the operation of the charge control device for the
そして、ECU18は、推定した二次電池14の内圧が所定値PA未満の場合には、ステップS22に進み充電電力の制限を掛けず、二次電池14の内圧が所定値PA以上の場合には、ステップS24に進み、第1の充電電力制限値及び第2の充電電力制限値のうち低い方の充電電力制限値を選択し、その充電電力制限値に基づいて二次電池14の充電電力を制限する。なお、上記でも説明したように、例えば、二次電池14の内圧が所定値PA以上の場合には、第1の充電電力制限値を選択し、二次電池14の充電電力を制限する等でもよく、二次電池14の内圧に応じて、上記算出した第1の充電電力制限値及び第2の充電電力制限値を選択し、二次電池14の充電電力を制限する。
Then,
以上のように、二次電池の充電制御を行うことにより、二次電池内の内圧の上昇を緩和・抑制することができるため、二次電池の充電電力の制限は短時間で済み、回生制動による電気エネルギーの回収率を向上させることができる。 As described above, by controlling the charging of the secondary battery, the increase in internal pressure in the secondary battery can be mitigated / suppressed, so the charging power of the secondary battery can be limited in a short time, and regenerative braking The recovery rate of electrical energy can be improved.
図9は、本実施形態に係る二次電池14の内圧の推定方法の一例を示すフローチャートである。図9に示すように、ステップS30では、ECU18は、二次電池14の各温度における極板間電圧と充電効率(η又はβ)との関係を表すマップ(図5(A)参照)や二次電池14の各電流値における極板間電圧と充電効率(η又はβ)との関係を表すマップ(図5(B)参照)に、上記検出した二次電池14の温度又は電流値、及び上記算出した極板間電圧を当てはめて、充電効率を算出する。ステップS32では、ECU18は、上式(2)又は(3)に、二次電池14の充電効率と電流値を当てはめて、単位時間当たりの酸素ガス発生量を算出する。ステップS34では、ECU18は、二次電池14の各温度における二次電池14内の酸素圧と単位時間当たりの酸素ガス減少量との関係を表すマップ(図6参照)に、大気圧等の所定値を当てはめて酸素ガス減少量(β)を算出する。ステップS36では、ECU18は、上式(4)に、酸素ガス発生量、酸素ガス減少量及び大気圧等の所定値を当てはめて酸素圧を算出する。なお、これを基に、ECU18は、ステップS30〜S36を繰り返して所定時間(ΔT)毎の酸素圧を推定する。ステップS38では、ECU18は、二次電池14の温度と二次電池14内の平衡水素圧との関係を表すマップ(図7参照)に、検出した二次電池14の温度を当てはめて二次電池14内の平衡水素圧を算出する。ステップS40では、ECU18は、算出した平衡水素圧と酸素圧との和により二次電池14内の内圧を算出する。以上により、二次電池内の内圧を精度よく推定することが可能となる。
FIG. 9 is a flowchart illustrating an example of a method for estimating the internal pressure of the
1 パワーユニット、10 モータジェネレータ、12 インバータ、14 二次電池、18 ECU、20 電圧センサ、22 電流センサ、24 温度センサ。 1 power unit, 10 motor generator, 12 inverter, 14 secondary battery, 18 ECU, 20 voltage sensor, 22 current sensor, 24 temperature sensor.
Claims (8)
二次電池の内圧に基づいて、二次電池の安全弁が作動する内圧まで上昇しないように設定される第2の充電電力制限値を算出するステップと、
前記二次電池の内圧に応じて、前記第1の充電電力制限値又は前記第2の充電電力制限値を選択し、二次電池の充電電力を制限するステップと、
二次電池の電流値と充電効率に基づいて、二次電池内の酸素ガス発生量を算出するステップと、二次電池の温度に基づいて、二次電池内の酸素ガス減少量を算出するステップと、前記酸素ガス発生量と前記酸素ガス減少量に基づいて、二次電池の酸素圧を算出するステップと、二次電池の温度に基づいて、二次電池の平衡水素圧を算出するステップと、を備え、前記二次電池の内圧は、前記算出した前記酸素圧と前記平衡水素圧との和により、求められることを特徴とする二次電池の充電制御方法。 Calculating a first charging power limit value set so as not to increase the voltage to the gas generation potential at which gas is generated in the secondary battery based on the voltage between the electrode plates of the secondary battery;
Calculating a second charging power limit value set so as not to increase to an internal pressure at which the safety valve of the secondary battery operates based on the internal pressure of the secondary battery;
Selecting the first charging power limit value or the second charging power limit value according to the internal pressure of the secondary battery, and limiting the charging power of the secondary battery;
Calculating the amount of oxygen gas generated in the secondary battery based on the current value and charging efficiency of the secondary battery, and calculating the amount of oxygen gas decrease in the secondary battery based on the temperature of the secondary battery Calculating the oxygen pressure of the secondary battery based on the oxygen gas generation amount and the oxygen gas decrease amount; calculating the equilibrium hydrogen pressure of the secondary battery based on the temperature of the secondary battery; , And the internal pressure of the secondary battery is obtained by the sum of the calculated oxygen pressure and the equilibrium hydrogen pressure.
二次電池の内圧に基づいて、二次電池の安全弁が作動する内圧まで上昇しないように設定される第2の充電電力制限値を算出する手段と、
前記二次電池の内圧に応じて、前記第1の充電電力制限値又は前記第2の充電電力制限値を選択し、二次電池の充電電力を制限する手段と、
二次電池の電流値と充電効率に基づいて、二次電池内の酸素ガス発生量を算出する手段と、二次電池の温度に基づいて、二次電池内の酸素ガス減少量を算出する手段と、前記酸素ガス発生量と前記酸素ガス減少量に基づいて、二次電池の酸素圧を算出する手段と、二次電池の温度に基づいて、二次電池の平衡水素圧を算出する手段と、を備え、前記二次電池の内圧は、前記算出した前記酸素圧と前記平衡水素圧との和により、求められることを特徴とする二次電池の充電制御装置。 Means for calculating a first charging power limit value set so as not to increase the voltage to the gas generation potential at which gas is generated in the secondary battery based on the voltage between the electrode plates of the secondary battery;
Means for calculating a second charging power limit value set so as not to increase to an internal pressure at which the safety valve of the secondary battery operates based on the internal pressure of the secondary battery;
Means for selecting the first charging power limit value or the second charging power limit value according to the internal pressure of the secondary battery and limiting the charging power of the secondary battery;
Means for calculating the amount of oxygen gas generated in the secondary battery based on the current value and charging efficiency of the secondary battery, and means for calculating the amount of oxygen gas decrease in the secondary battery based on the temperature of the secondary battery Means for calculating the oxygen pressure of the secondary battery based on the oxygen gas generation amount and the oxygen gas decrease amount, and means for calculating the equilibrium hydrogen pressure of the secondary battery based on the temperature of the secondary battery; , And the internal pressure of the secondary battery is obtained by the sum of the calculated oxygen pressure and the equilibrium hydrogen pressure.
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