JP6084225B2 - 電池制御装置、二次電池システム - Google Patents
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Description
図1は、本発明の実施形態1に係る電池システム100とその周辺の構成を示す図である。電池システム100はリレー300と310を介してインバータ400に接続され、リレー320と330を介して充電器420に接続される。電池システム100は、組電池110、単電池管理部120、電流検知部130、電圧検知部140、組電池制御部150、第1記憶部180、第2記憶部190を備える。
CCV=OCV+IR+Vp ・・・(式1)
Vpは分極電圧であり、ZとCの並列接続対の電圧に相当する。
OCV=CCV−IR−Vp ・・・(式2)
RとVpは単電池111から抽出した特性情報であり、単電池111を充放電することにより実験的に把握し、第1記憶部180などにあらかじめ格納しておく。単電池111のSOC、温度、電流などに応じてRやVpの値をあらかじめ格納しておけば、高精度なOCVを得ることができる。端子間電圧CCVは電圧検知部140または電圧検出回路122、電流Iは電流検知部130の計測結果である。
SOCi=SOC0+100×∫Idt/Qmax ・・・(式3)
R=(V1−V0)/(I1−I0) ・・・(式4)
V1は現在の充電電圧または放電電圧、V0は1サンプリング前の電圧、I1は現在の充電電流または放電電流、I0は1サンプリング前の電流である。
R0=Map(T,SOC) ・・・(式5)
SOHR=100×R/R0 ・・・(式6)
SOC1=100×Q1/Qmax ・・・(式7)
SOC2=100×Q2/Qmax ・・・(式8)
SOC1−SOC2=100×(Q1−Q2)/Qmax
=100×dQ/Qmax ・・・(式9)
Qmax=100×dQ/(SOC1−SOC2) ・・・(式10)
SOHQ=100×Qmax/Qmax0 ・・・(式11)
Qmax=SOHQ×Qmax0 ・・・(式12)
OCV=MAP(SOC) ・・・(式13)
Rz=MAP(T、SOC、SOHR) ・・・(式14)
Icmax=(Vmax−OCV)/Rz ・・・(式15)
Idmax=(OCV−Vmin)/Rz ・・・(式16)
Vmaxは単電池111の上限電圧、Vminは単電池111の下限電圧、OCVは単電池111の現在の起電力、Rzは現在の単電池111の等価インピーダンスである。
Pcmax=Vchg×Icmax ・・・(式17)
Pdmax=Vdis×Idmax ・・・(式18)
以上のように、本実施形態1に係る電池システム100は、単電池111または組電池110の演算によって取得した内部抵抗と満充電容量の組と予め記憶させることで取得した内部抵抗と満充電容量の組との差分に基づき、単電池111または組電池110の内部抵抗の可逆的上昇を検知する。これにより、単電池111または組電池110を使用中であっても、電池内部抵抗の可逆的上昇を効果的に検知することができる。
実施形態1では、内部抵抗と満充電容量の組が演算したものと記憶したものとでどの程度異なるかに基づき、電池内部抵抗の可逆的上昇を検知する手法を説明した。本発明の実施形態2では、可逆的上昇が発生したか否かを判定するための閾値について、具体例を説明する。電池システム100の構成は実施形態1と同様である。
以上のように、本実施形態2に係る電池システム100は、内部抵抗と満充電容量の組の差分に応じて、許容電流を制限する量を設定する。これにより、内部抵抗の可逆的上昇の程度に応じて許容電流を制限することができる。例えば、可逆的上昇の程度が小さい場合には許容電流を大きくして、電池性能が極端に低下しないようにすることができる。
実施形態1〜2では、電池内部抵抗の可逆的上昇を検知したときは、許容電流を制限するなどして内部抵抗の回復を図ることを説明した。一方、内部抵抗の可逆的上昇は電池内部の化学反応が進行することによって復帰するので、これを促進することにより回復を早めることができると考えられる。そこで本発明の実施形態3では、単電池111における冷却の制御を変更する手段を用いて内部抵抗の回復を早める構成例を説明する。
以上のように、本実施形態3に係る電池システム100は、内部抵抗と満充電容量の組の差分に応じて、冷却器600の動作開始温度を設定する。これにより、内部抵抗の可逆的上昇の程度に応じて単電池111の温度を高め、内部抵抗の可逆的上昇を早く回復させることができる。
実施形態1〜3では、電池内部抵抗と満充電容量の組に着目して内部抵抗の可逆的上昇を検知することを説明した。これは、図9および図15の符号901に示すように、電池が劣化して満充電容量が低下すると内部抵抗もこれにともなって変化することを利用したものである。
以上のように、本実施形態4に係る電池システム100は、電池使用量と内部抵抗の対応関係に基づき電池内部抵抗の可逆的上昇を検知する。その後、実施例1から3記載の組電池110の使用の制限や冷却制御の変更により可逆的抵抗上昇の抑制、及び可逆的抵抗上昇の早期回復を図ることができる。
Claims (13)
- 電池の第一の内部抵抗を演算する内部抵抗演算部と、
前記電池の第一の満充電容量を演算する満充電容量演算部と、
前記電池の第二の内部抵抗と第二の満充電容量を記憶する記憶部と、
前記内部抵抗演算部が演算した前記電池の第一の内部抵抗と前記満充電容量演算部が演算した前記電池の第一の満充電容量と記憶部が記憶する第二の内部抵抗と第二の満充電容量とを用いて、前記電池の使用方法を決定する電池使用方法決定部と、
を備え、
前記電池使用方法決定部は、
前記電池の第一の内部抵抗および第一の満充電容量の組と前記記憶する第二の内部抵抗および第二の満充電容量の組との差分に応じて、前記電池の使用を制限し、
前記電池使用方法決定部は、
前記第一の満充電容量と前記第二の満充電容量との差が所定以内であり、且つ前記第一の内部抵抗と前記第二の内部抵抗との差が所定以上の場合は、前記電池の充電電流または放電電流を制限する
ことを特徴とする電池制御装置。 - 前記電池使用方法決定部は、
前記第一の満充電容量と前記第二の満充電容量との差が所定以内であり、且つ前記第一の内部抵抗と前記第二の内部抵抗との差が所定以上の場合は、
前記第一の内部抵抗と前記第二の内部抵抗との間の差分が大きくなるにしたがって、前記電池の充電電流または放電電流を制限する量を大きくする
ことを特徴とする請求項1記載の電池制御装置。 - 前記電池使用方法決定部は、
前記第一の満充電容量と前記第二の満充電容量との差が所定以内であり、且つ前記第一の内部抵抗と前記第二の内部抵抗との差が所定以上の場合は、
前記第一の内部抵抗と前記第二の内部抵抗との間の差分が所定閾値を超えているか否かに基づき、前記電池の充電電流または放電電流を制限するか否かを設定する
ことを特徴とする請求項1記載の電池制御装置。 - 前記電池使用方法決定部は、
前記電池の許容される充電継続時間または放電継続時間を短く設定することにより、前記電池の充電時間または放電時間を制限する
ことを特徴とする請求項1記載の電池制御装置。 - 前記電池使用方法決定部は、
前記電池の上限充電状態または下限充電状態のうち少なくともいずれかを変更することにより、前記電池の充電状態使用範囲を制限する
ことを特徴とする請求項1記載の電池制御装置。 - 前記電池制御装置が備える記憶部に記憶させた第二の内部抵抗と第二の満充電容量は、
前記電池の内部抵抗と満充電容量の対応関係を記述した対応関係データであり、
前記電池使用方法決定部は、
前記対応関係データとして記述された前記電池の第二の内部抵抗および第二の満充電容量と、前記内部抵抗演算部が演算した前記電池の第一の内部抵抗と前記満充電容量演算部が演算した前記電池の第一の満充電容量の組との間の差分に応じて、前記電池の使用を制限する
ことを特徴とする請求項1記載の電池制御装置。 - 電池、
前記電池の使用方法を管理する電池制御装置、
前記電池を冷却する冷却部、
前記電池の温度を検出する温度検知部、
を備え、
前記電池制御装置は、前記電池の内部抵抗の一時的上昇を検知し、
前記冷却部は、前記電池制御装置が検知した前記一時的上昇の程度に応じて、前記電池を冷却開始する温度を設定する
ことを特徴とする二次電池システム。 - 前記電池制御装置は、
前記電池の第一の内部抵抗を演算する内部抵抗演算部と、
前記電池の第一の満充電容量を演算する満充電容量演算部と、
前記電池の第二の内部抵抗と第二の満充電容量を記憶する記憶部と、
を備え、
前記冷却部は、
前記内部抵抗演算部が演算した前記電池の第一の内部抵抗と前記満充電容量演算部が演算した前記電池の第一の満充電容量と前記記憶部が記憶する第二の内部抵抗と第二の満充電容量とを用いて、前記電池を冷却開始する温度を設定する
ことを特徴とする請求項7記載の二次電池システム。 - 前記冷却部は、
前記電池の第一の内部抵抗および第一の満充電容量の組と前記記憶する第二の内部抵抗および第二の満充電容量の組との間の差分に応じて、前記電池を冷却開始する温度を設定する
ことを特徴とする請求項8記載の二次電池システム。 - 前記冷却部は、
前記第一の満充電容量と前記第二の満充電容量との差が所定以内であり、且つ前記第一の内部抵抗と前記第二の内部抵抗との差が所定以上の場合は、前記電池を冷却開始する温度を高く設定する
ことを特徴とする請求項9記載の二次電池システム。 - 前記記憶部が記憶する第二の内部抵抗と第二の満充電容量は、
前記電池の内部抵抗と満充電容量の対応関係を記述した対応関係データであり、
前記冷却部は、
前記対応関係データとして記述された前記電池の第二の内部抵抗および第二の満充電容量と、前記内部抵抗演算部が演算した前記電池の第一の内部抵抗と前記満充電容量演算部が演算した前記電池の第一の満充電容量の組との間の差分に応じて、前記電池を冷却開始する温度を設定する
ことを特徴とする請求項8記載の二次電池システム。 - 電池の第一の内部抵抗を演算する内部抵抗演算部と、
前記電池の第一の満充電容量を演算する満充電容量演算部と、
前記電池の第二の内部抵抗と第二の満充電容量を記憶する記憶部と、
前記内部抵抗演算部が演算した前記電池の第一の内部抵抗と前記満充電容量演算部が演算した前記電池の第一の満充電容量と記憶部が記憶する第二の内部抵抗と第二の満充電容量とを用いて、前記電池の使用方法を決定する電池使用方法決定部と、
を備え、
前記電池使用方法決定部は、
前記電池の第一の内部抵抗および第一の満充電容量の組と前記記憶する第二の内部抵抗および第二の満充電容量の組との差分、または、前記第一の内部抵抗の上昇率および前記第一の満充電容量の容量維持率の組と前記記憶する第二の内部抵抗の上昇率および前記第二の満充電容量の容量維持率の組との差分、に応じて、前記電池の使用を制限し、
前記電池使用方法決定部は、
前記第一の満充電容量と前記第二の満充電容量との差が所定以内であり、且つ前記第一の内部抵抗と前記第二の内部抵抗との差が所定以上の場合は、前記電池の充電電流または放電電流を制限する
ことを特徴とする電池制御装置。 - 前記電池制御装置として請求項1または12記載の電池制御装置を備える
ことを特徴とする請求項7記載の二次電池システム。
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