JP6324332B2 - Charge / discharge control device and control method for lithium ion battery - Google Patents

Charge / discharge control device and control method for lithium ion battery Download PDF

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Description

この発明は、リチウムイオン電池の充電電圧、充電電流、放電電圧、放電電流の各物理変数を用いて、リチウムイオン電池への充電ならびにリチウムイオン電池からの放電を制御するリチウムイオン電池の充放電制御装置および制御方法に関するものである。   The present invention relates to charging / discharging control of a lithium ion battery that controls charging to the lithium ion battery and discharging from the lithium ion battery by using physical variables of the charging voltage, charging current, discharging voltage, and discharging current of the lithium ion battery. The present invention relates to an apparatus and a control method.

図20は、リチウムイオン電池(以下LIB:Lithium Ion Battery)の充電状態SoC(Status Of Charge)に対応して電池電位Vが変化する一般的な様子を示す。(以下 Qsoc−V曲線)。充電状態SoCは満充電時の容量に対する残存容量の度合いを百分率で表現し、例えば電荷残存容量が満充電時の半分である場合にはSoC50%と呼ばれる。
この図20の曲線において、特に、SoCが40%前後の一部電位域(R1)はフラットとなるため、電荷残量の電位依存性が小さい。またLIBは、製造直後から繰り返される電荷蓄積ならびに充放電のストレスを受け、容量低下、内部抵抗増加、あるいは漏洩電流増加などの劣化に伴ないQsoc−V曲線が変化する。よって、電池電位から電荷残量の推定には支障となり従来の電圧制御方法による充放電管理を難しくしている。
FIG. 20 shows a general state in which the battery potential V B changes in accordance with the state of charge (SOC) of a lithium ion battery (hereinafter referred to as LIB). (Hereinafter Qsoc-V B curve). The state of charge SoC expresses the degree of the remaining capacity with respect to the capacity at the time of full charge as a percentage. For example, when the charge remaining capacity is half of that at the time of full charge, it is called SoC 50%.
In the curve of FIG. 20, in particular, the partial potential region (R1) where SoC is around 40% is flat, so that the potential dependency of the remaining charge is small. The LIB is stressed in the charge storage and charge and discharge are repeated from immediately after production, capacity decrease, it is accompanied not Qsoc-V B curve degradation such as the internal resistance increases, or the leakage current increase varies. This hinders estimation of the remaining charge from the battery potential, and makes charge / discharge management by the conventional voltage control method difficult.

一般的に、充電と放電を繰り返して使用する場合、その繰り返しサイクル数に限度がある。100%充電と0%放電を繰り返し使用し、電池電圧が80%まで低下するサイクル数はLIBのサイクル数限度(以下F100%)とされ、普通500〜1000回である。この回数を全うすれば、最適サイクル数限度に達したと言えるが、実際には0%まで使い切らないで再充電するから実使用回数は更に多くなる。
このような多数回にわたる充電時にセットする満充電(以下SoC100%と称する。)電位は、その後の充放電サイクル劣化により変化し、電位起点は一定せず変化する問題がある。また、蓄電性の経時劣化、回路制御性や熱環境各要因から高充電状態のLIBは、過充電リスクがある。同様に、LIBを保存する場合も充電電位は高SoC(満充電を含む高充電状態)より低SoCの方が望ましいが、2.4Vまで下げすぎると過放電リスクが生じる。この場合、保存電位は経験的には3V前後と言われる。
In general, when charging and discharging are used repeatedly, the number of repeated cycles is limited. The number of cycles in which 100% charge and 0% discharge are repeatedly used and the battery voltage drops to 80% is the LIB cycle number limit (hereinafter referred to as F 100% ), and is usually 500 to 1000 times. If this number of times is completed, it can be said that the optimum number of cycles has been reached, but the actual number of times of use is further increased because recharging is performed without actually using up to 0%.
There is a problem that the full charge (hereinafter referred to as SoC 100%) potential set at the time of such many charging changes due to subsequent charge / discharge cycle deterioration, and the potential starting point is not constant. In addition, LIBs in a highly charged state have a risk of overcharge due to deterioration over time of storage performance, circuit controllability, and thermal environment factors. Similarly, in the case of storing LIB, the charge potential is preferably low SoC than high SoC (high charge state including full charge), but if it is lowered too low to 2.4 V, an overdischarge risk occurs. In this case, the storage potential is empirically said to be around 3V.

具体的に、LIBを制御対象とする従来の充放電制御方法および装置に関する3事例を以下に挙げる。
従来の第1の例における充放電制御特性図を図21に示し、図21(a)は外部負荷変化に対する電池電位Vの特性を、図21(b)は外部負荷変化に対する残量電荷SoCの特性を示す。図21は毎回、満充電を含む十分な電荷量を充電し、放電開始時は常に高い電位状態に設定される。この場合、重負荷や長時間使用によって過放電にならないように放電深度(放電深さ量とも言う)DoD(Depth Of Discharge)管理が求められる。放電深度DoDは放電量の度合いを言い、この放電量は放電時間と放電電流から算出される。
従来の第2の例は、LIBの電荷量を制御量とする充放電制御の例(特許文献1、2を参照)がある。図22は、サイクル中に取得した充電終期電位Vecおよび放電終期電位Vedの両電位と、所定の上限電位Vhighならびに下限電位Vlowの各設定電位をプロットしたSoC−V特性図である。
Specifically, three examples relating to a conventional charge / discharge control method and apparatus for controlling LIB are listed below.
Discharge control characteristic diagram of a conventional first example shown in FIG. 21, the characteristics of the battery voltage V B with respect to FIG. 21 (a) the external load varies, FIG. 21 (b) remaining charge to the external load changes SoC The characteristics of In FIG. 21, a sufficient amount of charge including full charge is charged each time, and is always set to a high potential state at the start of discharge. In this case, the depth of discharge (DoD) management is required to prevent overdischarge due to heavy load or long-time use. The discharge depth DoD refers to the degree of discharge amount, and this discharge amount is calculated from the discharge time and the discharge current.
As a second conventional example, there is an example of charge / discharge control using the LIB charge amount as a control amount (see Patent Documents 1 and 2). Figure 22 is a double-charged potential of the end potential Vec and discharge end voltage Ved acquired during cycle, a SoC-V B characteristic diagram plotting the set potential of a predetermined upper limit potential Vhigh and the lower limit electric potential Vlow.

ここでは放電期に求めた放電量を補充量として、次サイクルの充電期に同量分を充電するもので、この補充量は、一定しておらず外部負荷に依存して決まる。更に、自己放電ロスなどは調整量として、電圧制御により補充する。従来方法は、図22に示す電位差w1(上限電位Vhighと充電終期電位Vecとの差)、電位差w2(下限電位Vlowと放電終期電位Vedとの差)の不一致電位量を電荷補正量に変換処理する。
従来の第3の充放電制御の例は、充放電サイクル劣化の点から有利とされる低SoC(0.5以下)での充電制御を行っている。
Here, the discharge amount obtained in the discharge period is used as the supplement amount, and the same amount is charged in the charge period of the next cycle. The supplement amount is not constant and is determined depending on the external load. Further, self-discharge loss and the like are supplemented by voltage control as an adjustment amount. In the conventional method, the potential difference w1 (difference between the upper limit potential Vhigh and the charge end potential Vec) and the potential difference w2 (difference between the lower limit potential Vlow and the discharge end potential Ved) shown in FIG. 22 are converted into a charge correction amount. To do.
The conventional third charge / discharge control example performs charge control at low SoC (0.5 or less), which is advantageous from the viewpoint of charge / discharge cycle deterioration.

US6204634B1公報US Pat. No. 6,204,634 B1 特許第3767378号公報Japanese Patent No. 3767378

従来のLIBを対象とする充放電制御の方法および手段に関する事例の技術課題を以下に説明する。
第1の従来例は予期しない重負荷に応えるように、毎サイクル時の放電開始電圧を満充電を含む高充電電位に充電にする。ここで、電池電位Vを4.2Vから4.1Vに少し下げたとしても、高充電状態を維持する限り、劣化の進行及び過充電リスクを伴う。
また放電深度DoDが浅い場合、各サイクル毎に満充電電位から外部放電を始めるので、結果的に平均電荷残量は高い状態のままである。
The technical problem of the example regarding the method and means of the charge / discharge control for the conventional LIB will be described below.
In the first conventional example, the discharge start voltage at each cycle is charged to a high charge potential including full charge so as to respond to an unexpected heavy load. Here, even if the battery potential V B is slightly lowered from 4.2 V to 4.1 V, as long as the high charge state is maintained, there is a risk of deterioration and overcharge risk.
When the depth of discharge DoD is shallow, external discharge starts from the full charge potential every cycle, and as a result, the average charge remaining amount remains high.

この第1の従来例の課題をまとめると次の通りとなる。
a)満充電から放電開始する場合、図21の放電電流特性は、充放電サイクルの平均電荷残量値が高いため電池劣化には不利な条件にある。
b)累積電荷量は劣化と密接な関係があり、充放電サイクル期間中の平均電荷残量を高い状態にしておくことは、電荷蓄積による劣化を進行させる。
c)無負荷もしくは使用頻度の低い条件のLIBを長時間、満充電状態に放置しておくことは、周辺制御回路や熱環境の異変が電池の発煙発火・爆発現象を誘発する過充電リスクを負う。充放電サイクル期間中では、過充電リスクの高い満充電管理をより厳密に行なう必要がある。
The problems of the first conventional example are summarized as follows.
a) When discharging starts from full charge, the discharge current characteristics in FIG. 21 are in a disadvantageous condition for battery deterioration because of the high average charge remaining value in the charge / discharge cycle.
b) The accumulated amount of charge is closely related to the deterioration, and keeping the average charge remaining amount during the charge / discharge cycle period high causes the deterioration due to charge accumulation to proceed.
c) Leaving a LIB under conditions of no load or infrequent use in a fully charged state for a long period of time increases the risk of overcharging that could cause battery smoke or ignition due to changes in the peripheral control circuit or thermal environment. Bear. During the charge / discharge cycle, full charge management with a high overcharge risk needs to be performed more strictly.

第2の従来例は、充放電サイクルの平均電荷量を中ぐらいの電位、例えば3.7V〜3.9Vに設定してから、放電期に放電させた電荷量相当分を充電期に電荷補充する他、自己放電などによる容量喪失分を補正するために一部電圧制御による調整を行なっている。しかし、充放電サイクル中には、Qsoc−V曲線の変化を伴うので電池電位Vを所定値に維持制御するのは難しい。図23は、図20のQsoc−V曲線から求めた電池容量変化率の電圧依存特性を示す。図23は電池電位V変化に対する電池容量変化率は非線形であり、電池電位Vの値に依存して7倍もの感度差がある。 In the second conventional example, the average charge amount in the charge / discharge cycle is set to a medium potential, for example, 3.7 V to 3.9 V, and then the charge corresponding to the charge amount discharged in the discharge period is charged in the charge period. In addition, adjustment by partial voltage control is performed in order to correct the capacity loss due to self-discharge or the like. However, since the Qsoc-V B curve is changed during the charge / discharge cycle, it is difficult to maintain and control the battery potential V B at a predetermined value. Figure 23 shows the voltage dependence of the battery capacity change rate calculated from Qsoc-V B curve of FIG. 20. Figure 23 is the battery capacity change rate with respect to the battery voltage V B change is nonlinear, there is a sensitivity difference of seven times depending on the value of the cell potential V B.

第3の従来例による充放電制御の例では、充放電サイクルの制御電位を低SoC値、つまり低電圧域に設定した場合には、次の課題がある。
(a)低SoCで電池を使用すると内部抵抗が大きいので、自己発熱に因る温度上昇を伴う。この温度上昇は熱的劣化の遠因となる。
(b)常に電池電位が低電圧領域を推移することになるので、明らかに制御範囲は狭く、制御幅の余裕が少ない。実際に不意の重負荷の場合には過放電を起こす可能がある。
(c)低SoC制御による電池の空き容量があると、消費電力対重量比の点から費用効率は高くない。
In the example of charge / discharge control according to the third conventional example, when the control potential of the charge / discharge cycle is set to a low SoC value, that is, a low voltage range, there is the following problem.
(A) When a battery is used at a low SoC, the internal resistance is large, which causes a temperature increase due to self-heating. This temperature rise is a cause of thermal degradation.
(B) Since the battery potential always changes in the low voltage region, the control range is clearly narrow and the control width is small. In the event of an unexpected heavy load, overdischarge may occur.
(C) If there is free battery capacity by low SoC control, the cost efficiency is not high in terms of power consumption to weight ratio.

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、LIBのQsoc−V曲線が経時劣化しても安定して電荷量制御ができ、過充電ならびに過放電リスクから回避できるリチウムイオン電池の充放電制御装置および制御方法を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems. Even when the LIB Qsoc-V B curve is deteriorated over time, the charge amount can be stably controlled, and the risk of overcharge and overdischarge is avoided. It is an object to obtain a charge / discharge control device and control method for a lithium ion battery.

この発明のリチウムイオン電池の充放電制御装置は、放電電流入力部と充電電流出力部とタイマスケジューラからなる制御部と、この制御部からの制御信号により、外部電源からの供給電流を受けてリチウムイオン電池を充電する充電回路とリチウムイオン電池からの放電電流を外部負荷に出力する放電回路とを形成する充放電処理部を備え、放電電流入力部は、リチウムイオン電池の放電期を2区間に弁別するための所定の平衡電位に基づいて前期に計測した第1の放電電荷量Q1と後期に計測した第2の放電電荷量Q2を算出する放電電位弁別部と、放電時の負荷状態を判別する放電状態判定部を有し、充電電流出力部は、放電電流入力部からの第1の放電電荷量Q1と第2の放電電荷量Q2と、放電状態判定部からの負荷状態から、次式に従って次サイクルの充電電荷量Qを演算するものである。
Q=K1×Q1+K2×Q2
但し、係数K1とK2は負荷状態によって異なる値とする。
A charge / discharge control device for a lithium ion battery according to the present invention includes a control unit including a discharge current input unit, a charge current output unit, and a timer scheduler, and receives a supply current from an external power source by a control signal from the control unit. A charging / discharging processing unit for forming a charging circuit for charging the ion battery and a discharging circuit for outputting a discharging current from the lithium ion battery to an external load, and the discharging current input unit sets the discharging period of the lithium ion battery to two sections A discharge potential discriminating unit for calculating a first discharge charge amount Q1 measured in the previous period and a second discharge charge amount Q2 measured in the latter period based on a predetermined equilibrium potential for discrimination, and a load state at the time of discharge The discharge current determination unit includes a first discharge charge amount Q1 and a second discharge charge amount Q2 from the discharge current input unit, and a load state from the discharge state determination unit. Accordance those for calculating the charge amount Q of the next cycle.
Q = K1 × Q1 + K2 × Q2
However, the coefficients K1 and K2 are different values depending on the load state.

この発明のリチウムイオン電池の充放電制御方法は、外部電源からの供給電流を受けてリチウムイオン電池を充電する充電回路とリチウムイオン電池からの放電電流を外部負荷に出力する放電回路とを切替制御すると共に、リチウムイオン電池の放電量に応じた充電を行うよう制御するリチウムイオン電池の充放電制御方法において、リチウムイオン電池の放電期間を所定の平衡電位に基づいて2区間に弁別して、前期に計測した第1の放電電荷量Q1と後期に計測した第2の放電電荷量Q2を算出すると共に、放電時の負荷状態を判別し、第1の放電電荷量Q1と第2の放電電荷量Q2と放電時の負荷状態から、次式に従って次サイクルの充電電荷量Qを演算するものである。
Q=K1×Q1+K2×Q2
但し、係数K1とK2は負荷状態によって異なる値とする。
The charge / discharge control method for a lithium ion battery according to the present invention controls switching between a charge circuit that charges a lithium ion battery in response to a supply current from an external power supply and a discharge circuit that outputs a discharge current from the lithium ion battery to an external load. In addition, in a charge / discharge control method for a lithium ion battery that controls charging according to the discharge amount of the lithium ion battery, the discharge period of the lithium ion battery is distinguished into two sections based on a predetermined equilibrium potential. The first discharge charge amount Q1 measured and the second discharge charge amount Q2 measured late are calculated, the load state at the time of discharge is determined, and the first discharge charge amount Q1 and the second discharge charge amount Q2 are determined. From the load state at the time of discharging, the charge amount Q of the next cycle is calculated according to the following equation.
Q = K1 × Q1 + K2 × Q2
However, the coefficients K1 and K2 are different values depending on the load state.

この発明は、リチウムイオン電池の放電期間を2つに区切って放電量を分離計量した2つの蓄積電荷量と、放電の負荷状態を例えば、軽負荷と重負荷ならびに定常負荷に判別し、これら2つの蓄積電荷量と負荷状態から次サイクルにおける充電電荷量を算出するアルゴリズムを採用したので、LIBのQsoc−V曲線が経時劣化しても安定して電荷量制御ができる効果がある。
また従来方法と異なるサイクル平均電荷量による電荷量制御を行うことで、常にLIBの平均電位を中電位にすることができ、過充電ならびに過放電リスクから回避できる効果がある。また、放電負荷の変動に追従するように、サイクル平均電荷量を自動的に制御させることで、蓄電量の過剰分を徹底排除し、高充電化に伴なう蓄積劣化が緩和できる効果がある。
The present invention discriminates two stored charge amounts obtained by separating and measuring the discharge amount of the lithium ion battery into two, and discharge load states, for example, a light load, a heavy load and a steady load. Since the algorithm for calculating the charge amount in the next cycle from the two accumulated charge amounts and the load state is adopted, there is an effect that the charge amount can be stably controlled even when the LIB Qsoc-V B curve is deteriorated with time.
Further, by performing charge amount control using a cycle average charge amount different from that of the conventional method, the average potential of LIB can always be set to a middle potential, and there is an effect that can be avoided from overcharge and overdischarge risks. In addition, the cycle average charge amount is automatically controlled so as to follow the fluctuations in the discharge load, so that the excessive amount of the stored amount can be thoroughly eliminated and the storage deterioration due to the higher charge can be alleviated. .

更にまた、従来例が、簡易な満充電電位や低SoC領域を利用したのに対し、この発明では充放電時のサイクル平均電荷量を制御量に用いた放電負荷制御を行ったので、サイクル性ならびに蓄電性の電池ストレスが緩和するように平均充電量を低い方に調整することで、充放電サイクル、保管ならびに待機での蓄積電荷量に起因する容量劣化を軽減させる効果がある。
充放電サイクル時の平均電荷量は、電位換算で中位に設定したので、発熱を伴って急激に電池容器が膨張したり、これに続く安全弁が開放したりして、充電量100%を超えるか、0%を下回るような充放電状態の電池に対する過充電および過放電リスクを避けることができる効果がある。
Furthermore, while the conventional example uses a simple full charge potential and a low SoC region, in the present invention, the discharge load control is performed using the cycle average charge amount at the time of charge / discharge as the control amount. In addition, by adjusting the average charge amount to a lower value so as to relieve the battery-related battery stress, there is an effect of reducing the capacity deterioration caused by the charge amount in the charge / discharge cycle, storage and standby.
Since the average charge amount during the charge / discharge cycle is set to the middle in terms of potential, the battery container suddenly expands with heat generation, and the subsequent safety valve opens, and the charge amount exceeds 100%. In addition, there is an effect that it is possible to avoid overcharge and overdischarge risk for a battery in a charge / discharge state of less than 0%.

この発明のリチウムイオン電池の充放電制御装置の概要図である。It is a schematic diagram of the charging / discharging control apparatus of the lithium ion battery of this invention. この発明の実施の形態1におけるリチウムイオン電池の充放電制御装置の機能ブロック図である。It is a functional block diagram of the charging / discharging control apparatus of the lithium ion battery in Embodiment 1 of this invention. 図2に示される充放電制御装置に使用される放電電流入力部の具体的構成図である。It is a specific block diagram of the discharge current input part used for the charging / discharging control apparatus shown by FIG. 放電負荷状態による3パターンの制御電位の相対関係を示す図である。It is a figure which shows the relative relationship of the control potential of 3 patterns by a discharge load state. 図2に示される充放電制御装置に使用される充電電流出力部の具体的構成図である。It is a specific block diagram of the charging current output part used for the charging / discharging control apparatus shown by FIG. この発明の実施の形態1におけるリチウムイオン電池の充放電制御装置における充放電制御動作のタイムダイヤグラムを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the time diagram of the charging / discharging control operation | movement in the charging / discharging control apparatus of the lithium ion battery in Embodiment 1 of this invention. 図6に示す制御動作タイムダイヤグラムの放電期間を拡大した模式図である。It is the schematic diagram which expanded the discharge period of the control operation time diagram shown in FIG. 図6に示す制御動作タイムダイヤグラムの充放電準備期間に実施の形態1が実施する信号処理フロー図である。FIG. 7 is a signal processing flowchart executed by the first embodiment during the charge / discharge preparation period of the control operation time diagram shown in FIG. 6. 図6に示す制御動作タイムダイヤグラムの充放電準備期間に実施の形態2が実施する信号処理フロー図である。FIG. 7 is a signal processing flowchart executed by the second embodiment during the charge / discharge preparation period of the control operation time diagram shown in FIG. 6. この発明の実施の形態1による制御において、平均電荷残量SoC50%条件での放電深度DoDが10%から5%に変化した時の充放電サイクル特性を示す図である。In the control by Embodiment 1 of this invention, it is a figure which shows the charging / discharging cycle characteristic when the discharge depth DoD in 10% of average electric charge residual quantity SoC conditions changes from 5%. この発明の実施の形態1による制御において、平均電荷残量SoC50%条件下の放電深度DoDが5%の時の充放電サイクル特性を示す図である。In the control by Embodiment 1 of this invention, it is a figure which shows the charging / discharging cycle characteristic when the depth of discharge DoD on average charge residual quantity SoC50% conditions is 5%. この発明の実施の形態1による制御において、負荷急変時(DoD10%→30%)の時の充放電サイクル特性を示す図である。In the control by Embodiment 1 of this invention, it is a figure which shows the charging / discharging cycle characteristic at the time of load sudden change (DoD10%-> 30%). この発明の実施の形態2におけるリチウムイオン電池の充放電制御装置に使用される放電電流入力部の具体的構成図である。It is a specific block diagram of the discharge current input part used for the charging / discharging control apparatus of the lithium ion battery in Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態2におけるリチウムイオン電池の充放電制御装置に使用される制御バイアス電位各量の相対電位を示すSoC−V特性図である。A SoC-V B characteristic diagram showing the relative potential of the control bias potential each quantity used for the charge and discharge control device of the lithium ion battery in the second embodiment of the present invention. この発明の実施の形態2において、放電負荷量を段階的に変化させた場合の平衡電位Vmの追従特性を示す図である。In Embodiment 2 of this invention, it is a figure which shows the follow-up characteristic of the equilibrium potential Vm at the time of changing a discharge load amount in steps. この発明の実施の形態3におけるリチウムイオン電池の充放電制御装置に使用される放電電流入力部の具体的構成図である。It is a specific block diagram of the discharge current input part used for the charging / discharging control apparatus of the lithium ion battery in Embodiment 3 of this invention. この発明の実施の形態3において、放電深度DoD、平均電荷残量SoD、平衡電位Vmとの関係を示すQDOD−Vm変換テーブルの表を示す図である。In the third embodiment of the present invention, the depth of discharge DoD, average charge remaining SoD, it illustrates a table of Q DOD -Vm conversion table showing the relationship between the equilibrium potential Vm. この発明の実施の形態3において、充電状態SoC(min)に対する放電深度DoDと平均電荷残量SoCの関係を示す図である。In Embodiment 3 of this invention, it is a figure which shows the relationship between the discharge depth DoD with respect to charge condition SoC (min), and average charge residual amount SoC. この発明の実施の形態3において、電池容量変化率の電圧依存特性を示す図である。In Embodiment 3 of this invention, it is a figure which shows the voltage dependence characteristic of a battery capacity | capacitance change rate. この発明の実施の形態4におけるリチウムイオン電池の充放電制御装置による初回の充電制御出力特性を示す図である。It is a figure which shows the charge control output characteristic of the first time by the charging / discharging control apparatus of the lithium ion battery in Embodiment 4 of this invention. 一般のSoC−V特性を示す図である。It is a diagram illustrating a SoC-V B characteristic of the general. 従来の充放電制御方法による外部負荷変化に対する放電電位および残量電荷特性の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the discharge electric potential with respect to the external load change by the conventional charging / discharging control method, and remaining charge characteristics. 従来の充放電制御方法で用いる制御バイアス電位各量の相対電位を示すSoC−V特性図である。A SoC-V B characteristic diagram showing the relative potential of the control bias potential each quantity used in the conventional charge and discharge control method. 従来の充放電制御方法による電池容量変化率の電圧依存特性の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the voltage dependence characteristic of the battery capacity change rate by the conventional charge / discharge control method.

実施の形態1.
以下、この発明の実施の形態1に係るリチウムイオン電池の充放電制御装置および制御方法について図1から図11に基づいて説明する。 図1はこの発明のリチウムイオン電
池(以下、LIB)の充放電制御装置の概要図、図2はLIBの充放電制御装置の機能ブロック図、図3はLIBの充放電制御装置の中の放電電流入力部の具体的構成図、図5はLIBの充放電制御装置の中の充電電流出力部の具体的構成図である。
Embodiment 1 FIG.
Hereinafter, a charge / discharge control apparatus and control method for a lithium ion battery according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 is a schematic diagram of a charge / discharge control device for a lithium ion battery (hereinafter referred to as LIB) according to the present invention, FIG. 2 is a functional block diagram of the charge / discharge control device for LIB, and FIG. 3 is a discharge in the charge / discharge control device for LIB. FIG. 5 is a specific configuration diagram of the charging current output unit in the LIB charge / discharge control device.

図1において、LIB充放電制御装置100は、LIB200の充電時には外部電源300からLIB200に充電電流を供給し、放電時にはLIB200から外部負荷400に放電電流を出力する。
LIB充放電制御装置100は、制御部20と充放電処理部30で構成され、制御部20から充放電処理部30に対しては充電時刻信号TCsw、放電時刻信号TDswおよび充電電流信号SIcなどの制御信号が入力され、充放電処理部30から制御部20に対しては電池電位信号SV、放電電流信号SIなどの制御信号が入力されるようになっている。これら制御信号については図2で詳しく説明する。
In FIG. 1, the LIB charge / discharge control apparatus 100 supplies a charging current from the external power supply 300 to the LIB 200 when the LIB 200 is charged, and outputs a discharging current from the LIB 200 to the external load 400 when discharging.
The LIB charge / discharge control device 100 includes a control unit 20 and a charge / discharge processing unit 30, such as a charge time signal TCsw, a discharge time signal TDsw, and a charge current signal SIc from the control unit 20 to the charge / discharge processing unit 30. control signal is input, battery voltage signal SV B for the control unit 20 from the discharge unit 30, control signals such as the discharge current signal SI D is adapted to be input. These control signals will be described in detail with reference to FIG.

図2は図1に示すLIB充放電制御装置100の内部を詳しく説明する機能ブロック図であり、制御部20は、放電電流入力部21と充電電流出力部22とタイマスケジューラ23の3つのモジュールで構成される。
放電電流入力部21は、充放電処理部30から出力される放電電流Iである放電電流信号SI(符号の先頭にSが付く場合は、その信号を指す場合がある。以下同様)並びにLIB200の電池電位Vである電池電位信号SVを入力し、放電電荷量Q1である第1の積算放電電荷信号SQ1と放電電荷量Q2である第2の積算放電電荷信号SQ2および負荷状態判別信号Sselを出力する。この第1の積算放電電荷信号SQ1、第2の積算放電電荷信号SQ2および負荷状態判別信号Sselについては図3で詳しく説明する。
FIG. 2 is a functional block diagram for explaining in detail the inside of the LIB charge / discharge control apparatus 100 shown in FIG. 1. The control unit 20 is composed of three modules: a discharge current input unit 21, a charge current output unit 22, and a timer scheduler 23. Composed.
The discharge current input unit 21 is a discharge current signal SI D that is a discharge current ID output from the charge / discharge processing unit 30 (in the case where S is added to the head of the code, it may indicate the signal; the same applies hereinafter) and enter the cell potential signal SV B is a cell potential V B of LIB200, second accumulated discharge charge signal SQ2 and the load state judgment first accumulated discharge charge signal SQ1 is the discharge charge quantity Q1 to be discharged charge amount Q2 The signal Ssel is output. The first integrated discharge charge signal SQ1, the second integrated discharge charge signal SQ2, and the load state determination signal Ssel will be described in detail with reference to FIG.

充電電流出力部22は、放電電流入力部21から出力される第1の積算放電電荷信号SQ1と第2の積算放電電荷信号SQ2および負荷状態判別信号Sselを入力し、次サイクルの充電電流Icである充電電流信号SIcを出力する。充電電流信号SIcは充放電処理部30に入力される。この充電電流出力部22の内部構成については図5で詳しく説明する。
タイマスケジューラ23は、充電期に充放電処理部30に対して時間制御信号である充電時刻信号TCswを出力し、放電期に充放電処理部30に対して時間制御信号である放電時刻信号TDswを出力する。また、放電電流入力部21および充電電流出力部22に対して時刻開始信号Ttrgを出力する。
The charging current output unit 22 inputs the first integrated discharge charge signal SQ1, the second integrated discharge charge signal SQ2, and the load state determination signal Ssel output from the discharge current input unit 21, and uses the charge current Ic of the next cycle. A certain charging current signal SIc is output. The charge current signal SIc is input to the charge / discharge processing unit 30. The internal configuration of the charging current output unit 22 will be described in detail with reference to FIG.
The timer scheduler 23 outputs a charge time signal TCsw, which is a time control signal, to the charge / discharge processing unit 30 during the charge period, and a discharge time signal TDsw, which is a time control signal, to the charge / discharge processing part 30 during the discharge period. Output. In addition, a time start signal Ttrg is output to the discharge current input unit 21 and the charge current output unit 22.

充放電処理部30は、充電スイッチ(SW1)31と充電電流レギュレータ(A1)32と放電スイッチ(SW2)33と放電電流メータ(A2)34とで構成されている。
タイマスケジューラ23が発信する充電時刻信号TCswにより充電スイッチ(SW1)31が閉となり、LIB200は外部電源300から電流供給を受ける充電経路が形成され、タイマスケジューラ23の指令のもとで充電シーケンスが作動する。このとき、電流レギュレータ(A1)32は、充電電流出力部22が出力する充電電流信号SIcを受けて、充電電流Icrgが一定値の電流供給制御を行う。この充電の間、放電スイッチ(SW2)33はスイッチオフの状態のままである。
The charge / discharge processing unit 30 includes a charge switch (SW1) 31, a charge current regulator (A1) 32, a discharge switch (SW2) 33, and a discharge current meter (A2) 34.
The charging switch (SW1) 31 is closed by the charging time signal TCsw transmitted from the timer scheduler 23, and a charging path for receiving a current supply from the external power source 300 is formed in the LIB 200, and the charging sequence is operated under the instruction of the timer scheduler 23. To do. At this time, the current regulator (A1) 32 receives the charging current signal SIc output from the charging current output unit 22, and performs current supply control in which the charging current Icrg is a constant value. During this charging, the discharge switch (SW2) 33 remains switched off.

一方、タイマスケジューラ23が発信する放電時刻信号TDswにより放電スイッチ(SW2)33が閉となり、LIB200から外部負荷400に電流供給する放電経路が形成され、タイマスケジューラ23の指令のもとで放電シーケンスが作動する。このとき、放電電流メータ(A2)34は放電電流Iを計測し、放電電流入力部21に放電電流信号SIとして入力する。この放電の間、充電スイッチ(SW1)31はスイッチオフの状態のままである。 On the other hand, the discharge switch (SW2) 33 is closed by the discharge time signal TDsw transmitted from the timer scheduler 23, a discharge path for supplying current from the LIB 200 to the external load 400 is formed, and the discharge sequence is performed under the instruction of the timer scheduler 23. Operate. At this time, the discharge current meter (A2) 34 is the discharge current I D is measured and entered as a discharge current signal SI D to the discharge current input 21. During this discharge, the charge switch (SW1) 31 remains switched off.

図3は図2に示す放電電流入力部21の内部詳細図であり、放電電位弁別部21Aと放電状態判定部21Bと平衡電位発生部21Dで構成されている。
放電電位弁別部21Aは、コンパレータ211と第1積分器212aと第2積分器212bで構成され、LIB200の放電時における電池電位Vである電池電位信号SVと、放電電流メータ(A2)34が計測した放電電流Iである放電電流信号SIおよび平衡電位発生部21Dが出力した所定の平衡電位Vmである平衡電位信号SVmを入力している。
平衡電位発生部21Dは、所定の平衡電位Vmを出力する電源218を有し、平衡電位Vmの平衡電位信号SVmは放電電位弁別部21Aと放電状態判定部21Bに出力される。ここで所定の平衡電位Vmとは、充放電サイクルの中間電位であって、定常負荷の場合はこの中間電位を中心に平衡するので平衡電位と呼ぶ。例えばサイクル平均電荷量について、初期のあるいは充放電期間中に測定したQsoc−V曲線から求めた平均電荷量の電位値とする。
FIG. 3 is a detailed view of the inside of the discharge current input unit 21 shown in FIG. 2, and includes a discharge potential discrimination unit 21A, a discharge state determination unit 21B, and an equilibrium potential generation unit 21D.
The discharge potential discriminating unit 21A includes a comparator 211, a first integrator 212a, and a second integrator 212b. The battery potential signal SV B , which is the battery potential V B when the LIB 200 is discharged, and a discharge current meter (A2) 34 There are entering equilibrium potential signal SVm is a predetermined equilibrium potential Vm of the discharge current signal SI D and equilibrium potential generating portion 21D has output a measured discharge current I D.
The equilibrium potential generator 21D has a power source 218 that outputs a predetermined equilibrium potential Vm, and the equilibrium potential signal SVm of the equilibrium potential Vm is output to the discharge potential discrimination unit 21A and the discharge state determination unit 21B. Here, the predetermined equilibrium potential Vm is an intermediate potential in the charge / discharge cycle, and in the case of a steady load, the equilibrium is centered around this intermediate potential and is called an equilibrium potential. For example, regarding the cycle average charge amount, the potential value of the average charge amount obtained from the Qsoc-V B curve measured at the initial stage or during the charge / discharge period is used.

放電電位弁別部21Aのコンパレータ211は、平衡電位信号SVmとLIB200の放電時における電池電位信号SVを連続して比較処理し、LIB200の放電期間を放電前期と放電後期に時間区分する。放電期が前期であると判別すれば、放電前期信号TRG1を出力し、後期であると判別すれば放電後期信号TRG2を出力する。
コンパレータ211が生成する放電前期信号TRG1および放電後期信号TRG2は、スケジューラ23からの放電時刻信号TDswと同期した時刻開始信号Ttrgを受けて出力し、放電後期信号TRG2は、電池電位信号SVが所定の平衡電位信号SVmと一致(V=Vm)した時点で出力する。
放電が前期か後期かの判断は、平衡電位信号SVmの電位Vmと電池電位信号SVの電位Vの電位差(V−Vm=ΔVm)の極性から、電位差ΔVmが正の場合(V>Vm)は放電前期信号TRG1がオンとなって前期と判断する。一方、電位差ΔVmが負の場合(V<Vm)は放電後期信号TRG2がオンとなって後期と判断する。
Comparator 211 of the discharging potential discriminator 21A is balanced continuously cell potential signal SV B compared process at the time of discharge potential signal SVm and LIB200, segmenting time discharge late discharge year discharge period LIB200. If it is determined that the discharge period is the first period, the discharge first period signal TRG1 is output, and if it is determined that the discharge period is the second period, the discharge late signal TRG2 is output.
Discharge year signal comparator 211 generates TRG1 and discharge late signal TRG2 outputs receives the time start signal Ttrg synchronized with the discharge time signal TDsw from the scheduler 23, the discharge late signal TRG2, the battery potential signal SV B is predetermined Is output when it matches the balanced potential signal SVm (V B = Vm).
Discharge of determining whether the previous year or late, the polarity of the difference between the potential V B of the potential Vm and the battery voltage signal SV B of equilibrium potential signal SVm (V B -Vm = ΔV B m), the potential difference [Delta] V B m is a positive In the case (V B > Vm), the discharge previous period signal TRG1 is turned on and it is determined that the previous period. On the other hand, when the potential difference ΔV B m is negative (V B <Vm), it is determined that the late discharge signal TRG2 is turned on and the latter period.

第1積分器212aは、放電前期信号TRG1を受けて、放電電流信号SIdを積算開始し、放電前期信号TRG1がオフになるまで積算動作は続く。この間に第1積分器212aは第1(前期)積分期間で電流積分した第1の積算放電電荷信号SQ1を出力する。同様に、第2積分器212bは、放電後期信号TRG2を受けて、放電電流信号SIdを積算開始し、放電後期信号TRG2がオフになるまで積算動作は続く。この間に第2積分器212bは第2(後期)積分期間で電流積分した第2の積算放電電荷信号SQ2を出力する。   The first integrator 212a receives the previous discharge signal TRG1, starts integrating the discharge current signal SId, and the integration operation continues until the previous discharge signal TRG1 is turned off. During this time, the first integrator 212a outputs a first integrated discharge charge signal SQ1 obtained by current integration in the first (previous term) integration period. Similarly, the second integrator 212b receives the late discharge signal TRG2, starts integrating the discharge current signal SId, and continues the integration operation until the late discharge signal TRG2 is turned off. During this time, the second integrator 212b outputs a second integrated discharge charge signal SQ2 obtained by current integration in the second (late) integration period.

放電状態判定部21Bは、3つの一時記憶手段である信号ホルダー213a、213b、213cと一つの放電状態判定器217で構成され、LIB200の電池電位信号SVと平衡電位信号SVmを入力して負荷量判別信号Sselを出力する。
3つの信号ホルダーのうち、信号ホルダー213aは、放電期の電池電位信号SVを入力してLIB200の放電開始直前に放電初期の充電終電位Vecとして充電終電位信号SVecを一時的に記憶する充電終電位ホルダーであり、同様に信号ホルダー213bは、放電終了直後に電池電位信号SVを入力してLIB200の放電終了時の放電終電位Vedとして放電終電位信号SVedを一時記憶する放電終電位ホルダーである。信号ホルダー213cは、平衡電位発生部21Dが出力した所定の平衡電位Vmである平衡電位信号SVmを一時記憶する平衡電位ホルダーである。3つの信号ホルダー213a、213b、213cによる記憶は、タイマスケジューラ23からの時刻開始信号Ttrgに従ってそれぞれ一時記憶する。
Discharge state determination unit 21B, the signal holder 213a is a three temporary storage means, 213b, is composed of 213c and one discharge state judging unit 217, the load and enter the equilibrium potential signal SVm the cell potential signal SV B of LIB200 The quantity determination signal Ssel is output.
Of the three signals holders, signal holder 213a is charged to temporarily store the charge last train position signal SVec as charged last train position Vec discharge initial enter the cell potential signal SV B of the discharge period to discharge immediately before the start of LIB200 a last train position holder, likewise the signal holder 213b is discharged last train position holder for temporarily storing discharge last train position signal SVed as a discharge last train position Ved at the end of discharge of the discharge end immediately to enter the cell potential signal SV B LIB200 It is. The signal holder 213c is an equilibrium potential holder that temporarily stores an equilibrium potential signal SVm that is a predetermined equilibrium potential Vm output from the equilibrium potential generator 21D. The storage by the three signal holders 213a, 213b and 213c is temporarily stored according to the time start signal Ttrg from the timer scheduler 23, respectively.

放電状態判定器217は、3つの信号ホルダー213a、213b、213cからの出力である充電終電位信号SVec、放電終電位信号SVedおよび平衡電位信号SVmを
入力し、以下の条件式(1)に基づいて、放電時の負荷状態が(a)定常負荷、(b)軽負荷、(c)重負荷のいずれであるかの判定を行い、判定結果として負荷量判別信号Sselを出力する。本処理は、放電終了後の準備期間において3信号が出そろったところで行う。
(a)定常負荷:Ved<Vm,Vec>Vm
(b)軽負荷 :Ved>Vm,Vec>Vm ・・・(1)
(c)重負荷 :Ved<Vm,Vec<Vm
The discharge state determiner 217 inputs the charge end potential signal SVec, the discharge end potential signal SVed, and the equilibrium potential signal SVm, which are outputs from the three signal holders 213a, 213b, and 213c, and is based on the following conditional expression (1): Thus, it is determined whether the load state during discharge is (a) steady load, (b) light load, or (c) heavy load, and a load amount determination signal Ssel is output as a determination result. This process is performed when three signals are ready in the preparation period after the end of discharge.
(A) Steady load: Ved <Vm, Vec> Vm
(B) Light load: Ved> Vm, Vec> Vm (1)
(C) Heavy load: Ved <Vm, Vec <Vm

図4は3つの放電負荷状態における各制御電位レベル(平衡電位Vm、充電終電位Vec、および放電終電位Ved)の相対位置が判るようにQSOC−V曲線上にプロットするか直線で明示した図である。図4(a)は充電終電位Vecが平衡電位Vmより大、放電終電位Vedが平衡電位SVmより小であるから、(a)定常負荷と判断する。図4(b)は充電終電位Vecが平衡電位Vmより大、放電終電位Vedが平衡電位SVmより大であるから、(b)軽負荷と判断する。図4(c)は充電終電位Vecが平衡電位Vmより小、放電終電位Vedが平衡電位SVmより小であるから、(c)重負荷と判断する。
こうして放電状態判定器217は、放電負荷状態を電池電位信号SVと平衡電位信号SVmとの比較処理により、定常負荷、軽負荷、ならびに重負荷の3パターンに状態判別した負荷量判別信号Sselを出力する。
Figure 4 is manifested in either a straight line plotted on Q SOC -V B curve so that the relative position is known for the control potential level (equilibrium potential Vm, the charging last train position Vec, and discharging the last train position Ved) in three discharge load state FIG. In FIG. 4A, since the charge end potential Vec is larger than the equilibrium potential Vm and the discharge end potential Ved is smaller than the equilibrium potential SVm, (a) it is determined as a steady load. In FIG. 4B, since the charge end potential Vec is greater than the equilibrium potential Vm and the discharge end potential Ved is greater than the equilibrium potential SVm, it is determined that (b) light load. In FIG. 4C, the charge end potential Vec is smaller than the equilibrium potential Vm, and the discharge end potential Ved is smaller than the equilibrium potential SVm.
In this way, the discharge state determination unit 217 determines the load amount determination signal Ssel that has determined the state of the discharge load state into three patterns of a steady load, a light load, and a heavy load by a comparison process between the battery potential signal SV B and the equilibrium potential signal SVm. Output.

図5は図2に示す充電電流出力部22の内部詳細図であり、定常負荷量算出部221A、軽負荷量算出部221B、重負荷量算出部221C、セレクタ223ならびに充電電流出力算出部224で構成されている。セレクタ223は放電状態判定器217からの負荷量判別信号Sselの放電状態(定常負荷、軽負荷、重負荷)に応じて、定常負荷量算出部221A、軽負荷量算出部221Bおよび重負荷量算出部221Cのいずれか1つを選択するものである。
充電電流出力部22は、放電電流入力部21からの第1の積算放電電荷信号SQ1、第2の積算放電電荷信号SQ2および負荷量判別信号Sselを受けて、次サイクル時における充電電流信号SIcを出力する。
FIG. 5 is an internal detailed diagram of the charging current output unit 22 shown in FIG. 2. The steady load amount calculation unit 221 A, the light load amount calculation unit 221 B, the heavy load amount calculation unit 221 C, the selector 223, and the charging current output calculation unit 224 It is configured. The selector 223 selects the steady load amount calculator 221A, the light load amount calculator 221B, and the heavy load amount according to the discharge state (steady load, light load, heavy load) of the load amount determination signal Ssel from the discharge state determiner 217. One of the parts 221C is selected.
The charging current output unit 22 receives the first integrated discharge charge signal SQ1, the second integrated discharge charge signal SQ2, and the load amount determination signal Ssel from the discharge current input unit 21, and outputs the charge current signal SIc at the next cycle. Output.

充電電流出力部22の各負荷量算出部221A、221B、221Cは、放電電位弁別部21Aが出力した放電サイクル回数i回目の放電電荷のうち、第1の積算放電電荷量Q1(i)と第2の積算放電電荷量Q2(i)から、放電状態判定器217が出力した負荷量判別信号Sselの放電状態(定常負荷、軽負荷、重負荷)に応じて、次ステップサイクル数(i+1)回に必要となる充電電荷量Qc(i+1)を、式(2)に従って演算して求める。
Qc(i+1)=K1×Q1(i)+ K2×Q2(i)・・・・(2)
ここでK1、K2は負荷量判別信号Sselによる負荷状態(定常負荷、軽負荷、重負荷)に応じた係数値で、このK1、K2は負荷状態に応じて異なる値を選択する。
そして、充電電流出力算出部224は、この充電電荷量Qcである充電電荷信号SQcと所定の充電時間Twから次サイクル時における充電電流信号SIcを決める。
The load amount calculation units 221A, 221B, and 221C of the charging current output unit 22 include the first accumulated discharge charge amount Q1 (i) and the first accumulated discharge charge among the i-th discharge cycles output from the discharge potential discriminating unit 21A. From the accumulated discharge charge amount Q2 (i) of 2, the next step cycle number (i + 1) times according to the discharge state (steady load, light load, heavy load) of the load amount determination signal Ssel output from the discharge state determiner 217. A charge amount Qc (i + 1) necessary for the calculation is calculated according to the equation (2).
Qc (i + 1) = K1 * Q1 (i) + K2 * Q2 (i) (2)
Here, K1 and K2 are coefficient values according to the load state (steady load, light load, heavy load) by the load amount determination signal Ssel, and K1 and K2 select different values according to the load state.
Then, the charging current output calculation unit 224 determines the charging current signal SIc at the next cycle from the charging charge signal SQc that is the charging charge amount Qc and a predetermined charging time Tw.

次に、図1〜図3、図5に記載したリチウムイオン電池の充放電制御装置における動作を図6から図8に基づいて説明する。
図6はLIB充放電制御装置100の充放電制御動作のタイムダイヤグラム(模式図)であり、図7はLIB充放電制御装置100の放電期間における制御動作のタイムダイヤグラムである。
一般にLIB200は、外部電源300および外部負荷400を接続すれば、繰り返し充放電回数に比例して、また蓄電状態であれば無負荷でも不可逆的な容量低下が進む。このように、充放電回数n並びに、製造直後からの電荷蓄積量Qに依存してLIB200が
蓄積できる電荷容量Ccellは確実に低下していく。
Next, the operation of the lithium ion battery charge / discharge control apparatus described in FIGS. 1 to 3 and FIG. 5 will be described with reference to FIGS.
6 is a time diagram (schematic diagram) of the charge / discharge control operation of the LIB charge / discharge control device 100, and FIG. 7 is a time diagram of the control operation during the discharge period of the LIB charge / discharge control device 100.
In general, the LIB 200 is connected to the external power source 300 and the external load 400, and the capacity is irreversibly decreased in proportion to the number of repeated charge / discharge cycles and even when there is no load in the charged state. Thus, the charge capacity Ccell that can be stored in the LIB 200 is reliably reduced depending on the number n of charge / discharge cycles and the charge storage amount Q immediately after manufacture.

この発明は、LIB200の過充電ならびに過放電リスクを回避し、且つ電池本来の最適サイクル寿命を達成するための充放電サイクル制御技術・手段を提供するものである。
更に、充放電サイクルの平均電荷残量が高い状態では、サイクル性ならびに蓄電性に起因する電池劣化が同時に進むものと考えられることから、負荷変動下での電池に与えるストレスを最小化するように充放電制御を行うことで、余剰容量を削減し軽量効果も期待するところである。
The present invention provides a charge / discharge cycle control technique and means for avoiding the overcharge and overdischarge risks of the LIB 200 and achieving the battery's original optimum cycle life.
In addition, when the average charge remaining in the charge / discharge cycle is high, battery deterioration due to cycle performance and power storage is considered to proceed at the same time, so the stress on the battery under load fluctuations should be minimized. By performing charge / discharge control, the excess capacity is reduced and a light weight effect is also expected.

LIB充放電制御装置100の充放電制御動作は図6のタイムダイヤグラムに示すように、待機を除く充電期、放電期、ならびに充放電準備期の3工程からなる。
第1工程の充電期において、制御部20のタイマスケジューラ23は、充電時刻信号TCswによる充電信号を送出し、充放電処理部30の充電スイッチ(SW1)31をオンして、外部電源300からLIB200に充電を開始する。このとき電流レギュレータ(A1)32は、制御部20の充電電流出力部22が出力する充電電流信号SIcを受けて、図6に示す充電電流Icrgが一定値の電流供給制御を行い、外部電源300からLIB200に供給する電流が制御されながら充電をしていき、電池電位Vも上昇していく。
所定の時間経過後もしくは充電条件を満たせば、充電時刻信号Tcswは充電スイッチ(SW1)31をオフし、充電を終了する。
As shown in the time diagram of FIG. 6, the charge / discharge control operation of the LIB charge / discharge control apparatus 100 includes three steps of a charge period excluding standby, a discharge period, and a charge / discharge preparation period.
In the charging period of the first step, the timer scheduler 23 of the control unit 20 sends a charging signal based on the charging time signal TCsw, turns on the charging switch (SW1) 31 of the charging / discharging processing unit 30, and the LIB 200 from the external power source 300. Start charging. At this time, the current regulator (A1) 32 receives the charging current signal SIc output from the charging current output unit 22 of the control unit 20, and performs current supply control with the charging current Icrg shown in FIG. The battery is charged while the current supplied to the LIB 200 is controlled, and the battery potential V B also rises.
After a predetermined time elapses or when the charging condition is satisfied, the charging time signal Tcsw turns off the charging switch (SW1) 31 and ends the charging.

続く待機期間後の第2工程である放電期において、タイマスケジューラ23は放電時刻信号TDswを出力し、充放電処理部30の放電スイッチ(SW2)33をオンして、LIB200から外部負荷400に放電電流を出力する。タイマスケジューラ23が出力する放電時刻信号TDswが「ロー」に変化した時点で放電動作を終了させる。放電期間中、放電電流メータ(A2)34は負荷電流Iから放電電流Iをサンプリング計測し、この放電電流信号SIから放電電荷量Qを求める。この放電期は、前期となる第1積分期間と後期となる第2積分期間の2つに分けて放電電荷量を算出する。 In the discharge period, which is the second process after the subsequent standby period, the timer scheduler 23 outputs the discharge time signal TDsw, turns on the discharge switch (SW2) 33 of the charge / discharge processing unit 30, and discharges from the LIB 200 to the external load 400. Output current. The discharge operation is terminated when the discharge time signal TDsw output from the timer scheduler 23 changes to “low”. During the discharge period, the discharge current meter (A2) 34 to discharge current I D from the load current I L samples measured to determine the discharge charge quantity Q D from the discharge current signal SI D. The discharge period is divided into two periods, a first integration period that is the first period and a second integration period that is the second period, and the discharge charge amount is calculated.

ここで、図6の充放電制御動作に係るタイムダイヤグラムの放電期において、電池電位信号SVの電池電位Vと平衡電位発生部21Dが出力する所定の平衡電位信号SVmの平衡電位Vmとの電位比較で、V>Vmならば放電前期信号TRG1がオンとなって、第1積分器212aは第1(前期)積分期間で電流積分した第1の積算放電電荷信号SQ1を出力する。
また、電池電位Vと平衡電位Vmの電位比較で、V<Vmならば放電後期信号TRG2がオンとなって、第2積分器212bは第2(後期)積分期間で電流積分した第2の積算放電電荷信号SQ2を出力する。そしてこの第1の積算放電電荷信号SQ1および第2の積算放電電荷信号SQ2を用いて不平衡分を調整量として抽出する。
この積分動作の様子は、図6の第1の積算放電電荷信号SQ1、第2の積算放電電荷信号SQ2の直線的に上昇するランプ関数で模擬的に示している。
Here, in the discharge phase time diagrams relating to the charge and discharge control operation of FIG. 6, the equilibrium potential Vm of a predetermined equilibrium potential signal SVm output by the cell potential V B and the equilibrium potential generating portion 21D of the cell potential signal SV B In the potential comparison, if V B > Vm, the discharge first period signal TRG1 is turned on, and the first integrator 212a outputs the first integrated discharge charge signal SQ1 obtained by current integration in the first (previous period) integration period.
Further, in the potential comparison between the battery potential V B and the equilibrium potential Vm, if V B <Vm, the discharge late signal TRG2 is turned on, and the second integrator 212b performs current integration in the second (late) integration period. Output the accumulated discharge charge signal SQ2. Then, using this first integrated discharge charge signal SQ1 and second integrated discharge charge signal SQ2, the unbalanced component is extracted as an adjustment amount.
The state of this integration operation is schematically shown by a ramp function that linearly rises in the first integrated discharge charge signal SQ1 and the second integrated discharge charge signal SQ2 in FIG.

図6の放電期における放電信号波形を拡大した図7に基づいて更に説明すると、放電期に時間経過と共に低下するLIB電位信号SVの電池電位Vを連続取得する共に、放電時間を放電開始時刻T1から平衡電位到達時刻Tkまでの第1積分期間と、平衡電位到達時刻Tkから放電終了時刻T2までの第2積分期間の2区画に区切って、放電期の前期となる第1積分期間に取得した第1の積算放電電荷信号SQ1ならびに後期となる第2積分期間に取得した第2の積算放電電荷信号SQ2を得る。
次に、第1工程の充電期間と第2工程の放電期間に続く、第3工程の充放電準備期間では、LIB制御回路100はスケジューラ23に従って、次ステップの充電動作に入る為の事前処理を行う。この処理フローを図8に基づいて説明する。
Further explanation will be given based on FIG. 7 in which the discharge signal waveform in the discharge period of FIG. 6 is enlarged. The battery potential V B of the LIB potential signal SV B that decreases with time in the discharge period is continuously acquired and the discharge time is started. The first integration period, which is the first period of the discharge period, is divided into two sections, a first integration period from the time T1 to the equilibrium potential arrival time Tk and a second integration period from the equilibrium potential arrival time Tk to the discharge end time T2. The acquired first integrated discharge charge signal SQ1 and the second integrated discharge charge signal SQ2 acquired in the second integration period which is the latter period are obtained.
Next, in the charge / discharge preparation period of the third process following the charge period of the first process and the discharge period of the second process, the LIB control circuit 100 performs pre-processing for entering the charge operation of the next step according to the scheduler 23. Do. This processing flow will be described with reference to FIG.

図8Aにおいて、次に説明する2つの工程が並行して処理が進む。一つは、次ステップ充電処理のための充電電荷量Qcの算出、もう一つは平衡電位Vmの設定である。放電期におけるこの平衡電位Vmは、充電電荷量Qcに対応する第1(前期)の積算放電電荷量Q1と第2(後期)の積算放電電荷量Q2を分離計量するために設定する弁別レベルのことであり、定常時には、この平衡電位Vmを中心に第1の積算放電電荷量Q1と第2の積算放電電荷量Q2が一致するような充電電荷量Qcが算出されて制御される。
充電電荷量Qcの算出処理において、充電量は、3種類の放電負荷モードである(a)定常負荷、(b)軽負荷、(c)重負荷に依存する。
In FIG. 8A, processing proceeds in parallel with two steps described below. One is the calculation of the charge amount Qc for the next step charging process, and the other is the setting of the equilibrium potential Vm. This equilibrium potential Vm in the discharge period is a discrimination level that is set to separate and measure the first (first half) accumulated discharge charge amount Q1 and the second (late) accumulated discharge charge amount Q2 corresponding to the charge amount Qc. In the steady state, the charge amount Qc is calculated and controlled so that the first accumulated discharge charge amount Q1 and the second accumulated discharge charge amount Q2 coincide with each other with the equilibrium potential Vm as the center.
In the calculation process of the charge amount Qc, the charge amount depends on three types of discharge load modes: (a) steady load, (b) light load, and (c) heavy load.

この放電負荷状態の判定処理は、放電状態判定部21Bが行う。図8Aの左側処理フローにおいて、放電状態判定部21Bの放電状態判定器217は、タイマスケジューラ23からの時刻開始信号Ttrgに基づいて、3つの信号ホルダー213a、213b、213cからの出力である充電終電位Vec、放電終電位Vedおよび平衡電位Vmから、式(1)に従って、負荷量判別信号Sselを出力する。
そして、負荷状態に応じて式(2)の係数K1、K2の値を変えるようにしたものである。
この係数K1、K2は一例として次に挙げる値を採用する。
(a)定常負荷 K1=0.75、K2=1.25
(b)軽負荷 K1=0.5、 K2=0.5
(c)重負荷 K1=1.0、 K2=1.0
式(2)による演算は、図5の定常負荷量算出部221A、軽負荷量算出部221B、重負荷量算出部221Cの何れか1つが負荷状態によって選択されて行う。
このように加重係数K1、K2とすることで、特に、重負荷では重み係数1に依り充電量を増加させ、軽負荷では充電補給量を50%削減により平衡電位Vmに緩やかに収束させるなど配慮を行ってより安定な充電電荷量制御ができる効果がある。
The discharge load state determination process is performed by the discharge state determination unit 21B. In the processing flow on the left side of FIG. 8A, the discharge state determination unit 217 of the discharge state determination unit 21B is based on the time start signal Ttrg from the timer scheduler 23, and is the final charge that is output from the three signal holders 213a, 213b, and 213c. From the potential Vec, the final discharge potential Ved, and the equilibrium potential Vm, the load amount determination signal Ssel is output according to the equation (1).
Then, the values of the coefficients K1 and K2 in the equation (2) are changed according to the load state.
The coefficients K1 and K2 employ the following values as an example.
(A) Steady load K1 = 0.75, K2 = 1.25
(B) Light load K1 = 0.5, K2 = 0.5
(C) Heavy load K1 = 1.0, K2 = 1.0
The calculation according to the equation (2) is performed by selecting any one of the steady load amount calculation unit 221A, the light load amount calculation unit 221B, and the heavy load amount calculation unit 221C in FIG.
By considering the weighting factors K1 and K2 in this way, the charging amount is increased according to the weighting factor 1 particularly in heavy loads, and the charging replenishment amount is reduced by 50% at light loads, so that it gradually converges to the equilibrium potential Vm. It is effective in that the charge charge amount can be controlled more stably.

図8Aの右側処理フローは、放電期を前期と後期に分けるための設定電位である平衡電位Vmを求めるもので、当初期待するサイクル平均電荷量Qmについて、初期のあるいは期間中に測定したQsoc−V曲線から求める。平衡電位Vmはサイクル平均電荷量Qmから一意的に決まり、平衡電位発生部21Dの電源218から出力される。定常負荷の場合は、この平衡電位Vmを中心に平衡するので平衡電位Vmと呼んでいる。 The right-side process flow in FIG. 8A is to obtain an equilibrium potential Vm that is a set potential for dividing the discharge period into the first and second periods, and the initially expected cycle average charge amount Qm is Qsoc− measured during the initial period or during the period. Obtained from V B curve. The equilibrium potential Vm is uniquely determined from the cycle average charge amount Qm, and is output from the power source 218 of the equilibrium potential generator 21D. In the case of a steady load, the equilibrium is centered around this equilibrium potential Vm, and therefore called the equilibrium potential Vm.

図9〜図11は、この発明によって充放電制御されたものにおいて、平均電荷残量Qsoc50%相当電位を平衡電位Vmに設定した場合の充放電サイクル制御時の電池電圧Vおよび残留電荷Qsocに関する時間経過特性を示す図で、図9は放電深度DoDが10%から5%に変化した場合の応答特性図、図10は放電深度DoDが5%以内で変化している場合の応答特性図、図11は負荷急変時(放電深度DoDが10%から30%に変化した場合)の応答特性図である。
このようにサイクル平均電荷量Qmに相当する設定電位(平衡電位Vm)を一定に保つ限り、充放電サイクル下の充放電平均電荷量は安定化する。
FIGS. 9 to 11 relate to the battery voltage V B and the residual charge Qsoc during charge / discharge cycle control when the average charge remaining amount Qsoc equivalent to 50% is set to the equilibrium potential Vm in the case where charge / discharge control is performed according to the present invention. FIG. 9 is a diagram showing a time lapse characteristic. FIG. 9 is a response characteristic diagram when the discharge depth DoD is changed from 10% to 5%. FIG. 10 is a response characteristic diagram when the discharge depth DoD is changed within 5%. FIG. 11 is a response characteristic diagram when the load suddenly changes (when the discharge depth DoD changes from 10% to 30%).
Thus, as long as the set potential (equilibrium potential Vm) corresponding to the cycle average charge amount Qm is kept constant, the charge / discharge average charge amount under the charge / discharge cycle is stabilized.

この実施の形態1の発明は、充放電サイクルにおける電荷残量の時間平均値を平衡電位Vmとして設定電圧値とし、電荷残量の許容範囲で、放電時間を区切って計測した放電電圧開始から予め設定した設定電圧までの第1(前期)の積算放電電荷量Q1と、続く設定電圧から放電終止電圧までの第2(後期)の積算放電電荷量Q2の2つの計測量および負荷状態から式(2)により補充すべき充電電荷量Qcを用いて充電する。   In the first embodiment, the time average value of the remaining amount of charge in the charge / discharge cycle is set as the equilibrium potential Vm, and the set voltage value is set. From the two measured amounts and the load state, the first (first period) accumulated discharge charge amount Q1 up to the set set voltage and the second (late stage) accumulated discharge charge amount Q2 from the subsequent set voltage to the discharge end voltage (formula ( Charge using the charge amount Qc to be replenished in 2).

以上のように実施の形態1の発明は、サイクル平均電荷量Qmによる電荷量制御が行えるように常に平均電位を中電位に求めて設定電位である平衡電位Vmを算出し、この平衡電位Vmを基準に放電期を前期と後期に2分して、それぞれ前期放電電荷量Q1と後期放電電荷量Q2を算出する。一方、放電時の負荷条件(定常負荷、軽負荷、重負荷)により重み係数を変えて、次サイクルの充電時における充電電荷量を算出するようにしたから、安定した電荷量補充が可能となり、過充電ならびに過放電リスクから回避できる効果がある。   As described above, the first embodiment of the present invention calculates the equilibrium potential Vm, which is the set potential, by always obtaining the average potential as the middle potential so that the charge amount control by the cycle average charge amount Qm can be performed. The discharge period is divided into the first and second periods as a reference, and the first and second discharge charges Q1 and Q2 are calculated, respectively. On the other hand, changing the weighting coefficient according to the load conditions during discharge (steady load, light load, heavy load) and calculating the charge amount at the time of charging in the next cycle enables stable charge amount replenishment, This has the effect of avoiding overcharge and overdischarge risks.

実施の形態2.
次にこの発明の実施の形態2に係るリチウムイオン電池の充放電制御装置および制御方法を図12から図14および図8Bに基づいて説明する。
図12は実施の形態2によるLIBの充放電制御装置の制御部に使用される放電電流入力部21の具体的構成図である。その他の構成は実施の形態1と同じに付き、構成図およびその説明を省略する。
図12において、放電電流入力部21は、放電電位弁別部21Aと放電状態判定部21Bと平衡電位生成部21Cで構成される。ここで、放電電位弁別部21Aと放電状態判定部21Bは実施の形態1の図3と同じであるが、実施の形態2では実施の形態1の平衡電位発生部21Dの代わりに平衡電位生成部21Cが設けられている。平衡電位生成部21Cは、電荷量加算器214、放電深度−平衡電位変換器(DoD−Vm変換器)215で構成されている。
Embodiment 2. FIG.
Next, a charge / discharge control apparatus and control method for a lithium ion battery according to Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIGS. 12 to 14 and FIG. 8B.
FIG. 12 is a specific configuration diagram of the discharge current input unit 21 used in the control unit of the LIB charge / discharge control apparatus according to the second embodiment. Other configurations are the same as those in the first embodiment, and a configuration diagram and description thereof are omitted.
In FIG. 12, the discharge current input unit 21 includes a discharge potential discrimination unit 21A, a discharge state determination unit 21B, and an equilibrium potential generation unit 21C. Here, the discharge potential discrimination unit 21A and the discharge state determination unit 21B are the same as those in FIG. 3 of the first embodiment, but in the second embodiment, an equilibrium potential generation unit is used instead of the equilibrium potential generation unit 21D of the first embodiment. 21C is provided. The equilibrium potential generation unit 21 </ b> C includes a charge amount adder 214 and a discharge depth-equilibrium potential converter (DoD-Vm converter) 215.

この実施の形態2の発明は、実施の形態1と同様に、放電電位弁別部21Aは放電中に低下しつつある電池電位SVと弁別のための平衡電位Vmとの比較処理において、放電前期の第1の積算放電電荷量Q1ならびに放電後期の第2の積算放電電荷量Q2として放電時間を2つに区切って弁別計量を行う。また、放電状態判定部21Bは、電池電位Vである充電終電位信号SVecと放電終電位信号SVedおよび弁別のための平衡電位Vmとの比較に基づいて、放電時の負荷状態が(a)定常負荷、(b)軽負荷、(c)重負荷のいずれであるかの判定を行う。
平衡電位生成部21Cの電荷量加算器214は、放電電位弁別部21Aの出力である第1の積算放電電荷信号SQ1と第2積算放電電荷信号SQ2を入力し、それらを単純加算して放電深度DoDに相当する放電電荷信号SQDODを出力する。DoD−Vm変換器215は、放電電荷信号SQDODを入力して平衡電位Vmを算出する。この算出は以下に詳しく説明する。
As in the case of the first embodiment, the discharge potential discriminating unit 21A is the same as the first embodiment in the comparison process between the battery potential SV B that is decreasing during discharge and the equilibrium potential Vm for discrimination. The first cumulative discharge charge amount Q1 and the second cumulative discharge charge amount Q2 in the late stage of discharge are discriminated by dividing the discharge time into two. Further, the discharge state determination unit 21B determines that the load state at the time of discharge is (a) based on the comparison between the charge end potential signal SVec, which is the battery potential V B , the discharge end potential signal SVed, and the equilibrium potential Vm for discrimination. It is determined whether the load is a steady load, (b) a light load, or (c) a heavy load.
The charge amount adder 214 of the equilibrium potential generating unit 21C receives the first integrated discharge charge signal SQ1 and the second integrated discharge charge signal SQ2 that are the outputs of the discharge potential discriminating unit 21A, and simply adds them to calculate the discharge depth. A discharge charge signal SQ DOD corresponding to DoD is output. The DoD-Vm converter 215 receives the discharge charge signal SQ DOD and calculates the equilibrium potential Vm. This calculation will be described in detail below.

充放電サイクルの放電深度DoDは負荷変動に伴って変動する中で、サイクル平均電荷量Qmもそれに追従して変動するので、次のサイクル時に平衡電位Vmもそれ応じて設定するよう追従制御する必要がある。
実施の形態2では、サイクル放電時に求めた放電深度DoD(放電深さ量)とサイクル平均電荷量Qmの2つの物理量において、放電時の放電深度50%が次サイクル時のサイクル平均電荷量となるように電荷補充する方法・手段を提供する。
このようなサイクル充放電におけるLIB200の電荷残量の時間平均値が、それぞれ放電サイクル時の放電深度DoDの50%となる電荷量制御する手段では、充放電サイクル下の電池劣化が抑制できるように、LIB200の電荷残量の平均値を設定制御するものである。
実施の形態2における電荷量制御に係るアルゴリズムを以下に説明する。
充放電サイクル中に進む容量低下は、繰り返しサイクルと充電電荷量から決まる総電荷量(Qcell×F100%)に関係がある。容量劣化に関する簡易モデル式(3)は、式中第1項はサイクル数に依存する劣化要因、第2項は蓄電電荷量に依存する劣化要因である。
Since the discharge depth DoD of the charge / discharge cycle varies with the load variation, the cycle average charge amount Qm also varies accordingly. Therefore, it is necessary to perform tracking control so that the equilibrium potential Vm is set accordingly in the next cycle. There is.
In the second embodiment, in the two physical quantities of the discharge depth DoD (discharge depth amount) and the cycle average charge amount Qm obtained during the cycle discharge, the discharge depth 50% during the discharge is the cycle average charge amount during the next cycle. Thus, a method and means for charge replenishment are provided.
In such a cycle charge / discharge, the means for controlling the charge amount so that the time average value of the remaining charge of the LIB 200 becomes 50% of the discharge depth DoD at the time of the discharge cycle, so that the battery deterioration under the charge / discharge cycle can be suppressed. , The average value of the remaining charge of the LIB 200 is set and controlled.
An algorithm relating to charge amount control in the second embodiment will be described below.
The capacity decrease that progresses during the charge / discharge cycle is related to the total charge amount (Q cell × F 100% ) determined from the repeated cycle and the charge amount. In the simplified model equation (3) relating to capacity deterioration, the first term in the equation is a deterioration factor that depends on the number of cycles, and the second term is a deterioration factor that depends on the amount of stored charge.

Qcell×F100%
∝α1×n×Qcell×DoD+α2×Qm×Tlimit
∝α1×Tlimit/Td×Qcell×DoD+α2×Qm×Tlimit ・・・(3)
n : サイクル数
Qcell : 電池容量[AH]
100% : 充放電サイクル寿命(DoD100%)[回]
Tlimit : 限界サイクル数[Hrs]
Td : 充放電周期[Hrs]
DoD : 放電深度[%] Qm: 平均電荷残量[AH]
α1 : サイクル限界係数 α2: 保存寿命係数
式(3)の限度サイクル数Tlimitは電池の使用寿命に寄与する効果係数FOM
(Figure−Of−Merit)に置き換えて、次式(4)が導かれる。
Qcell × F 100%
∝α1 × n × Qcell × DoD + α2 × Qm × Tlimit
∝α1 × Tlimit / Td × Qcell × DoD + α2 × Qm × Tlimit (3)
n: number of cycles Qcell: battery capacity [AH]
F 100% : Charging / discharging cycle life (DoD 100% ) [times]
Tlimit: Limit cycle number [Hrs]
Td: charge / discharge cycle [Hrs]
DoD: depth of discharge [%] Qm: remaining average charge [AH]
α1: Cycle limit coefficient α2: Storage life coefficient The limit cycle number Tlimit in equation (3) is an effect coefficient FOM that contributes to the service life of the battery.
Substituting (Figure-Of-Merit), the following expression (4) is derived.

式(4)は、LIB200の劣化寿命が、電池容量Qcell、充放電周期Td、サイクル平均電荷量Qmに依存することを示す。
実施の形態2による制御手段は、放電量と同量分を充電させる際に、蓄電容量の上限値(QSOC_max)と下限値(QSOC_min)の制約に配慮して、サイクル平均電荷量QmがQDOD/2と同量となるように充電制御する。
図13は制御バイアス電位各量の相対電位を示すSoC−V特性図であり、蓄電容量の上限値(QSOC_max)は図13の上限リミット値VULに相当し、下限値(QSOC_min)は図13の下限リミット値VLLに相当する。
Equation (4) indicates that the degradation life of LIB 200 depends on the battery capacity Qcell, the charge / discharge cycle Td, and the cycle average charge amount Qm.
When charging the same amount as the discharge amount, the control means according to the second embodiment takes into account the restrictions on the upper limit value (Q SOC_max ) and the lower limit value (Q SOC_min ) of the storage capacity, and the cycle average charge amount Qm is Charge control is performed so that the same amount as Q DOD / 2.
Figure 13 is a SoC-V B characteristic diagram showing the relative potential of the control bias potential each amount, the upper limit of the storage capacity (Q SOC_max) corresponds to the upper limit value VUL of Figure 13, the lower limit value (Q SOC_min) is This corresponds to the lower limit value VLL in FIG.

ここで実施の形態2における平衡電位生成部21CのDoD−Vm変換器215は、放電深度QDODと平均電荷量Qmとの関係を、
Qm=QDOD/2+QSOC_min ・・・・・・・(5)
となるように維持する。
これより放電深度QDODから求めた制御すべきサイクル平均電荷量Qmは一意的に平衡電位Vmを決めることができ、平衡電位Vmを出力する。
図8Bの右側処理フローは、放電期を前期と後期に分けるための設定電位である平衡電位Vmを求めるもので、放電電圧開始から予め設定した平衡電位Vmまでの第1の放電電荷量Q1と、続く平衡電位Vmから放電終止電圧までの第2の放電電荷量Q2の2つの計測量を加算し、その加算した放電電荷量QDODから式(5)に従って次サイクル期のサイクル平均電荷量Qmを算出し、このサイクル平均電荷量Qmから平衡電位Vmを算出する。
即ち、平衡電位生成部21Cは、定常負荷での充電および放電の両動作が残量電荷上限と下限の範囲で繰り返され、放電深度DoDに応じて電池電位Vならびに電池残量電荷量QSOCが時間的に変動する充放電サイクル過程で、平衡電位Vmは、充放電サイクル放電期に計測した放電深度50%(QDOD/2)と残量電荷下限の量QSOC_minの和から決定する。
式(5)を式(4)に代入して、FOM値は次式(6)となる。
Here, the DoD-Vm converter 215 of the equilibrium potential generation unit 21C in the second embodiment calculates the relationship between the discharge depth Q DOD and the average charge amount Qm.
Qm = Q DOD / 2 + Q SOC_min (5)
To maintain.
Thus, the cycle average charge amount Qm to be controlled obtained from the discharge depth Q DOD can uniquely determine the equilibrium potential Vm, and outputs the equilibrium potential Vm.
The right-side process flow in FIG. 8B is to obtain an equilibrium potential Vm that is a set potential for dividing the discharge period into the first and second periods. The first discharge charge amount Q1 from the start of the discharge voltage to the preset equilibrium potential Vm Then, the two measured amounts of the second discharge charge amount Q2 from the subsequent equilibrium potential Vm to the discharge end voltage are added, and the cycle average charge amount Qm in the next cycle period is added from the added discharge charge amount Q DOD according to the equation (5). And the equilibrium potential Vm is calculated from the cycle average charge amount Qm.
That is, the equilibrium potential generating unit 21C repeats both charging and discharging operations at a steady load within the range of the remaining charge upper limit and lower limit, and the battery potential V B and the remaining battery charge Q SOC according to the discharge depth DoD. In the charging / discharging cycle process in which time fluctuates, the equilibrium potential Vm is determined from the sum of the discharge depth 50% (Q DOD / 2) measured during the charge / discharge cycle discharge period and the remaining charge lower limit amount Q SOC_min .
By substituting equation (5) into equation (4), the FOM value becomes the following equation (6).

式(5)と式(6)は、各サイクルの負荷状態により異なる放電深度QDODに対応して、平均電荷量Qmをなるべく低い値に設定すれば限界サイクル数Tlimitの改善に有利であることを示す。
よって軽負荷の場合、LIB充放電制御装置100は、サイクル平均電荷量Qm値が低い状態に保つように、Qsoc−V曲線を参照してその平衡電位Vmをなるべく低電位に設定する。
図14は、外部負荷量に依存する放電深度DoDに対応して最適な平衡電位Vm(平衡電荷量Qmに相当)にシフトしている様子を模式的に示す例である。
ここで、充放電サイクルでのサイクル平均電荷量Qmと放電深度DoDに関するQsoc−V曲線参照手段として、テーブルを利用した離散的な数値配列を用いてもよい。
Equations (5) and (6) are advantageous in improving the limit cycle number Tlimit if the average charge amount Qm is set as low as possible in accordance with the discharge depth Q DOD that varies depending on the load state of each cycle. Indicates.
Therefore, in the case of a light load, the LIB charge / discharge control apparatus 100 sets the equilibrium potential Vm as low as possible with reference to the Qsoc-V B curve so that the cycle average charge amount Qm value is kept low.
FIG. 14 is an example schematically showing a shift to the optimal equilibrium potential Vm (corresponding to the equilibrium charge amount Qm) corresponding to the discharge depth DoD depending on the external load amount.
Here, as Qsoc-V B curve reference means about cycle average charge amount Qm and discharge depth DoD in charge and discharge cycles may be used discrete numerical sequences using a table.

以上のように実施の形態2の発明は、定常負荷での充電および放電の両動作が残量電荷上限と下限の範囲で繰り返され、放電深度DoDに応じて電池電位Vならびに電池残量電荷量が時間的に変動する充放電サイクル過程で、LIB充放電制御装置は、そのサイクル平均電荷量Qmを制御量として、平衡電位Vmは放電深さ量50%と残量電荷下限量の和で決定するようにしたから、次サイクル充電期の充電量は適切に行われる。
このように充放電サイクル時のサイクル平均電荷量について、放電負荷量の変動に追従させて制御するので、蓄電量の過剰分を徹底排除し、高充電化に伴う蓄積劣化が緩和できることとなり、充放電サイクルの蓄積電荷量に起因する容量劣化の軽減により電池ストレスが大幅に緩和する効果がある。
As described above, in the invention of the second embodiment, both charging and discharging operations at a steady load are repeated within the range of the remaining charge upper limit and lower limit, and the battery potential V B and the remaining battery charge are determined according to the discharge depth DoD. In the charge / discharge cycle process in which the amount varies with time, the LIB charge / discharge control device uses the cycle average charge amount Qm as the control amount, and the equilibrium potential Vm is the sum of the discharge depth amount 50% and the remaining charge lower limit amount. Since it is determined, the charge amount in the next cycle charging period is appropriately performed.
As described above, the cycle average charge amount during the charge / discharge cycle is controlled by following the change in the discharge load amount, so that the excessive amount of the charged amount can be thoroughly eliminated and the storage deterioration due to the high charge can be alleviated. There is an effect that the battery stress is greatly relieved by reducing the capacity deterioration caused by the accumulated charge amount in the discharge cycle.

実施の形態3.
次に、この発明の実施の形態3に係るリチウムイオン電池の充放電制御装置および制御方法について図15から図19に基づいて説明する。
図15は実施の形態3によるLIBの充放電制御装置の制御部に使用される放電電流入力部21の具体的構成図である。その他の構成は実施の形態1と同じに付き、構成図およびその説明を省略する。
図15において、放電電流入力部21は、放電電位弁別部21Aと放電状態判定部21Bと平衡電位生成部21Cで構成される。ここで、放電電位弁別部21Aと放電状態判定部21Bは実施の形態1の図3と同じであるが、実施の形態3では実施の形態1の平衡電位発生部21Dの代わりに平衡電位生成部21Cが設けられている。平衡電位生成部21Cは、電荷量加算器214、放電深度−平衡電位変換器(DoD−Vm変換器)215、および変換係数参照器216で構成される。
Embodiment 3 FIG.
Next, a charge / discharge control apparatus and control method for a lithium ion battery according to Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 15 is a specific configuration diagram of the discharge current input unit 21 used in the control unit of the LIB charge / discharge control apparatus according to the third embodiment. Other configurations are the same as those in the first embodiment, and a configuration diagram and description thereof are omitted.
In FIG. 15, the discharge current input unit 21 includes a discharge potential discrimination unit 21A, a discharge state determination unit 21B, and an equilibrium potential generation unit 21C. Here, the discharge potential discriminating unit 21A and the discharge state determining unit 21B are the same as those in FIG. 3 of the first embodiment, but in the third embodiment, an equilibrium potential generating unit is used instead of the equilibrium potential generating unit 21D of the first embodiment. 21C is provided. The equilibrium potential generation unit 21C includes a charge amount adder 214, a discharge depth-equilibrium potential converter (DoD-Vm converter) 215, and a conversion coefficient reference unit 216.

変換係数参照器216は、放電電流量Idから求めたサイクル平均電荷量Qmに対し予め書き込んだQDOD−Vm変換テーブルを参照して、弁別レベルに使用する平衡電位Vmに変換する数値が記憶されている。具体的な変換テーブルには、フラッシュメモリ等の一時記憶素子が用いられる。
放電負荷量が一定の定常状態ならば、充放電を繰り返すLIB200の電荷残量QSOCの経過時間特性は、サイクル平均電荷量Qmを中心に安定する。この充放電の安定状態は、放電電流Iならびに電池電圧Vから確認できる。ここに、図20のQSOC‐V曲線を参照してサイクル平均電荷量Qmから平衡電位Vmを取得することができる。
一般にQSOC‐V曲線における残量電荷量QSOCの電位Vに対する関数は、図20に代表するように高次関数で表現される。本案では変換処理に粗な関数近似によるテーブル参照方式を採用する。
The conversion coefficient reference unit 216 refers to a Q DOD- Vm conversion table written in advance for the cycle average charge amount Qm obtained from the discharge current amount Id, and stores a numerical value for conversion to the equilibrium potential Vm used for the discrimination level. ing. For the specific conversion table, a temporary storage element such as a flash memory is used.
If the discharge load amount is a constant steady state, the elapsed time characteristic of the charge remaining amount Q SOC of the LIB 200 that repeats charging and discharging is stabilized centering on the cycle average charge amount Qm. Stable state of the charging and discharging, the discharge current I D and can be confirmed from the battery voltage V B. Here, the equilibrium potential Vm can be obtained from the cycle average charge amount Qm with reference to the Q SOC -V B curve of FIG.
In general, the function of the remaining charge amount Q SOC in the Q SOC -V B curve with respect to the potential V B is expressed by a high-order function as represented in FIG. In this proposal, a table reference method based on rough function approximation is used for the conversion process.

実施の形態3の発明において、放電時に取得した放電量QDODを用いて平衡電位Vmに変換する場合、これまでの電荷残量SoC−電池電圧V変換関数式に替えて、図16に示す表に掲げるQDOD−Vm数値表の変換テーブルを参照する。図16の表は、電位範囲を6点で近似表現するが、特性劣化に因る制御への影響はわずかである。
一例として、例えば、放電電荷量がQDOD10%の場合、図16の表を参照して、平衡電位Vmは3.721Vが出力される。ここで、10%〜20%間のQDOD値の場合は、直線内挿に依り決定するか、粗近似で良い場合には20%値が採用できる。
図17にSoC(min)に対する放電深度DoDとサイクル平均電荷量Qmの関係を示す。図17は、両変数の関係は、SoC(min)の値0%〜20%により異なることを示す。
In the invention of the third embodiment, when converting to the equilibrium potential Vm by using the obtained discharge quantity Q DOD during discharge, so far in place of the charge remaining SoC- battery voltage V B transformation function expression shown in FIG. 16 Refer to the conversion table of the Q DOD -Vm numerical table listed in the table. The table in FIG. 16 approximates the potential range with six points, but the influence on the control due to the characteristic deterioration is slight.
As an example, for example, when the discharge charge amount is Q DOD 10%, the equilibrium potential Vm is output as 3.721 V with reference to the table of FIG. Here, in the case of a Q DOD value between 10% and 20%, it is determined by linear interpolation, or a 20% value can be adopted when rough approximation is sufficient.
FIG. 17 shows the relationship between the discharge depth DoD and the cycle average charge amount Qm with respect to SoC (min) . FIG. 17 shows that the relationship between both variables varies depending on the SoC (min) value of 0% to 20%.

図15の電荷量加算器214は、放電電位弁別部21Aの出力である第1の積算放電電荷信号SQ1と第2の積算放電電荷信号SQ2を入力し、それらを単純加算して放電深度DoDに相当する放電電荷信号SQDODを出力する。DoD−Vm変換器215は、放電電荷信号SQDODを入力し、変換係数参照器216からの数値信号を参照して、平衡電位信号SVmを出力する。変換係数参照器216には、一例として、図16の表に示す6組の数値配列データが格納されているテーブルが使用される。
図16の表は、放電深度QDODが10%から100%が放電量の範囲として管理される。ここでは、各放電深度QDODに対応して平均電荷残量Qmは、安定負荷ならばQDOD10%の時はQm10%、QDOD100%の時はQm55%となるよう、上限量と下限量が決められて充放電制御が行われる。
また、この平均電荷残量Qmに対応する平衡電位Vmが一意的に決まるのは自明である。定常負荷の場合は、この平衡電位Vmを中心に平衡するので平衡電位Vmと呼んでいる。
The charge amount adder 214 in FIG. 15 receives the first accumulated discharge charge signal SQ1 and the second accumulated discharge charge signal SQ2 that are the outputs of the discharge potential discriminating unit 21A, and simply adds them to the discharge depth DoD. The corresponding discharge charge signal SQ DOD is output. The DoD-Vm converter 215 receives the discharge charge signal SQ DOD , refers to the numerical signal from the conversion coefficient reference unit 216, and outputs a balanced potential signal SVm. As an example, the conversion coefficient reference unit 216 uses a table in which six sets of numerical array data shown in the table of FIG. 16 are stored.
In the table of FIG. 16, the discharge depth Q DOD is managed as a range of discharge amount from 10% to 100%. Here, the average charge remaining amount Qm corresponding to each discharge depth Q DOD is lower than the upper limit amount so that Qm is 10% when Q DOD is 10% and Qm is 55% when Q DOD is 100%. Charge / discharge control is performed with a limited amount determined.
Further, it is obvious that the equilibrium potential Vm corresponding to the average charge remaining amount Qm is uniquely determined. In the case of a steady load, the equilibrium is centered around this equilibrium potential Vm, and therefore called the equilibrium potential Vm.

このように実施の形態3の発明においては、制御部20が充放電サイクル動作時に設定する弁別電位である平衡電位Vmは、サイクル毎の放電深度DoDから決定するために、それぞれ充放電サイクル放電期に計測した放電負荷の深さ量を用いて、次サイクル期のサイクル平均電荷量Qmを算出し、この平均電荷量QmからLIB200の残量電荷量に対する電池電位特性から一意的に決定する平衡電位Vmの変換処理において、LIB初期特性Qm−Vmの離散値表を参照し変換する参照テーブルを用いて平衡電位Vmを生成する。   As described above, in the third embodiment, the equilibrium potential Vm, which is the discrimination potential set by the control unit 20 during the charge / discharge cycle operation, is determined from the discharge depth DoD for each cycle. The cycle average charge amount Qm in the next cycle period is calculated using the depth amount of the discharge load measured in the following, and the equilibrium potential uniquely determined from the battery potential characteristic with respect to the remaining charge amount of the LIB 200 from the average charge amount Qm. In the conversion process of Vm, the equilibrium potential Vm is generated using a reference table that is converted by referring to the discrete value table of the LIB initial characteristic Qm-Vm.

実施の形態3では、平衡電位生成部21Cが、放電期の放電深度QDODに依存して平衡電位Vmを決定するので、サイクル平均電荷量Qmが変動した場合には、放電深度QDODと一定関係を保つために、平衡電位Vmを追従させる。
サイクル平均電荷量Qmの追従特性は実施の形態2で説明した図14と同様である。図14は、定常負荷の範囲で、負荷量が段階的に変化する様子を示す。図14より放電深度DoD値とサイクル平均電荷量Qm値とは比例関係にある。平衡電位Vmは平均電荷残量Qmに一意的に対応するので、負荷量に応じて段階的に変化する。
In the third embodiment, since the equilibrium potential generation unit 21C determines the equilibrium potential Vm depending on the discharge depth Q DOD in the discharge period, when the cycle average charge amount Qm varies, the discharge depth Q DOD is constant. In order to maintain the relationship, the equilibrium potential Vm is made to follow.
The tracking characteristic of the cycle average charge amount Qm is the same as that of FIG. 14 described in the second embodiment. FIG. 14 shows how the load changes stepwise within the range of steady loads. From FIG. 14, the discharge depth DoD value and the cycle average charge amount Qm value are in a proportional relationship. Since the equilibrium potential Vm uniquely corresponds to the average charge remaining amount Qm, it changes stepwise according to the load amount.

この実施の形態3の動作を、簡単に説明すると、放電深度DoDが小さければ、充放電サイクル下では、平均電荷残量Qmも本案アルゴリズムに依れば、低い状態に設定される。反対に大きくなれば、最大SoC55%を限度として、その平均電荷残量Qm値を増加させる。
実際に、ランダムな負荷変動に対応して、平衡電位Vm値は毎サイクル時に追従させるのは必ずしも好ましくない場合がある。このため、低周波フィルターを挿入することで、放電深度DoDの変化に対する応答追従時間を遅くすることも可能である。
図18は、定常負荷時を時間拡大した2サイクル分の充放電サイクル図を示す。図18は、2サイクルとも充電終電位Vecおよび放電終電位Vedが同じ値なので、平衡電位Vmの追従制御動作はしない。
Briefly explaining the operation of the third embodiment, if the discharge depth DoD is small, the average remaining charge Qm is also set to a low state according to the present algorithm under the charge / discharge cycle. On the contrary, if the value becomes larger, the average charge remaining amount Qm value is increased up to the maximum SoC 55%.
Actually, it may not always be preferable to follow the equilibrium potential Vm value at every cycle in response to random load fluctuations. For this reason, it is possible to delay the response follow-up time with respect to the change in the discharge depth DoD by inserting a low-frequency filter.
FIG. 18 shows a charge / discharge cycle diagram for two cycles in which the time of a steady load is expanded. In FIG. 18, since the charge end potential Vec and the discharge end potential Ved are the same value in both cycles, the follow-up control operation of the equilibrium potential Vm is not performed.

以上のように実施の形態3の発明は、サイクル充放電の平衡電位Vmを放電負荷量(DoD値)に適応して変化させるために、充放電サイクル放電期に計測した放電深度を用いて次サイクル期の平均電荷量を算出し、この平均電荷量からLIBの残量電荷量に対する電池電位特性から平衡電位を一意的に決定する離散的な数値列による放電深度−平衡電位テーブルにより平衡電位を生成したから、電池劣化経過中の残量電荷量に対する電池電位量が変化しても使用でき、過充電ならびに過放電リスクから回避できる効果がある。
また、充放電サイクル時のサイクル平均電荷量は放電負荷量の変動に適応させて制御するので、高充電状態の期間が減ることとなり、充放電サイクルの蓄積電荷量に起因する容量劣化の軽減により電池ストレスが大幅に緩和する効果がある。
As described above, the invention of Embodiment 3 uses the discharge depth measured in the charge / discharge cycle discharge period in order to change the cycle charge / discharge equilibrium potential Vm in accordance with the discharge load amount (DoD value). The average charge amount in the cycle period is calculated, and from the average charge amount, the equilibrium potential is determined by the discharge depth-equilibrium potential table by a discrete numerical sequence that uniquely determines the equilibrium potential from the battery potential characteristics with respect to the remaining charge amount of LIB. Since it is generated, it can be used even if the battery potential changes with respect to the remaining charge during the battery deterioration process, and there is an effect of avoiding overcharge and overdischarge risks.
In addition, since the cycle average charge amount during the charge / discharge cycle is controlled in accordance with the fluctuation of the discharge load amount, the period of the high charge state is reduced, and the capacity deterioration due to the accumulated charge amount of the charge / discharge cycle is reduced. It has the effect of significantly reducing battery stress.

実施の形態4.
次にこの発明の実施の形態4に係るリチウムイオン電池の充放電制御装置および制御方法について図19に基づいて説明する。
実施の形態4の発明は、外部負荷400が不明な場合および保存状態から充電する場合、初回に限りLIB200を高充電あるいは満充電に充電制御するようにしたものである。
即ち、LIB200が保管モードあるいは低電力の待機状態にある場合で、LIB200を外部負荷400に接続した初回放電に限り、その放電開始前にLIB200を満充電あるいは高充電状態にするようにしたものである。
Embodiment 4 FIG.
Next, a charge / discharge control apparatus and control method for a lithium ion battery according to Embodiment 4 of the present invention will be described with reference to FIG.
In the invention of the fourth embodiment, when the external load 400 is unknown or when charging from the storage state, the LIB 200 is controlled to be charged to high charge or full charge only for the first time.
That is, when the LIB 200 is in the storage mode or in a low power standby state, the LIB 200 is set to a fully charged state or a high charged state before the start of discharging only for the first discharge when the LIB 200 is connected to the external load 400. is there.

図19は、実施の形態4による初回の充電動作に限り高充電を行った場合の充電制御出力特性示す図で、図19(a)は充放電電圧、図19(b)はSoCの時間特性である。図19に示すように、LIB200は初回の充電動作により開始後200secで4.1Vまで満充電状態となった後、平衡電位(SoC50%)に達するまで安定して電池電圧Vが減衰する特性を示す。
このように実施の形態4の発明では、外部負荷400が不明な場合およびLIB200の保存状態から充電する場合、待機もしくは保存状態から定常負荷状態に遷移するまでの、その遷移時の1回に限り、LIB制御装置100はLIB200を満充電あるいは高充電に充電制御する。
FIGS. 19A and 19B are diagrams showing the charge control output characteristics when high charge is performed only in the first charge operation according to the fourth embodiment. FIG. 19A is a charge / discharge voltage, and FIG. 19B is a SoC time characteristic. It is. As shown in FIG. 19, the LIB 200 has a characteristic that the battery voltage V B is stably attenuated until it reaches the equilibrium potential (SoC 50%) after being fully charged up to 4.1 V in 200 sec after the start by the first charging operation. Indicates.
As described above, in the fourth embodiment, when the external load 400 is unknown and when charging from the stored state of the LIB 200, it is limited to one time at the time of transition from the standby or stored state to the steady load state. The LIB control device 100 controls charging of the LIB 200 to full charge or high charge.

また外部負荷400が低負荷状態から高負荷状態への遷移が予想される場合には、LIB200の満充電あるいは高充電動作を各モードから高負荷状態への遷移に限り、LIB制御装置100はLIB200を満充電あるいは高充電の充電制御を行う。
定常動作では、この発明の制御方法に依れば上述したように安定した動的な遷移応答ができるが、たとえば初期立ち上げ時の外部負荷400が不明の場合、あるいは保存時からの立ち上げるなどの場合には、初回の充電時のみ一旦高充電にすることで過放電トラブルを避ける効果がある。
When the external load 400 is expected to transition from the low load state to the high load state, the LIB controller 100 is limited to the LIB 200 only when the LIB 200 is fully charged or the high charge operation is transitioned from each mode to the high load state. Charge control of full charge or high charge.
In steady operation, the control method of the present invention can provide a stable and dynamic transition response as described above. For example, when the external load 400 at the initial startup is unknown or when the external load 400 is started up from the storage In the case of, it is effective in avoiding an overdischarge trouble by making the high charge once only at the first charge.

以上、この発明の実施の形態を記述したが、この発明は実施の形態に限定されるものではなく、種々の設計変更を行うことが可能であり、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。   Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the embodiments, and various design changes can be made. Within the scope of the present invention, each embodiment is described. These embodiments can be freely combined, and each embodiment can be modified or omitted as appropriate.

20:制御部、 21:放電電流入力部、 21A:放電電位弁別部、
21B:放電状態判定部、 21C:平衡電位生成部、 21D:平衡電位発生部、 22:充電電流出力部、 23:タイマスケジューラ、 30:充放電処理部、
31:充電スイッチ(SW1)、 32:充電電流レギュレータ(A1)、
33:放電スイッチ(SW2)、 34:放電電流メータ(A2)、
100:LIB充放電制御装置、 200:リチウムイオン電池(LIB)、
300:外部電源、 400:外部負荷、 Q1:第1(前期)積分放電電荷量
Q2:第2(後期)の積分放電電荷量、 Ssel:負荷量(放電状態)判別信号、
Vm:平衡電位、 Vec:充電終電位、 Ved:放電終電位
20: Control unit, 21: Discharge current input unit, 21A: Discharge potential discrimination unit,
21B: discharge state determination unit, 21C: equilibrium potential generation unit, 21D: equilibrium potential generation unit, 22: charging current output unit, 23: timer scheduler, 30: charge / discharge processing unit,
31: Charge switch (SW1), 32: Charge current regulator (A1),
33: Discharge switch (SW2), 34: Discharge current meter (A2),
100: LIB charge / discharge control device, 200: lithium ion battery (LIB),
300: External power supply, 400: External load, Q1: First (first half) integrated discharge charge amount Q2: Second (second half) integral discharge charge amount, Ssel: Load amount (discharge state) determination signal,
Vm: equilibrium potential, Vec: final charge potential, Ved: final discharge potential

Claims (8)

放電電流入力部と充電電流出力部とタイマスケジューラからなる制御部と、この制御部からの制御信号により、外部電源からの供給電流を受けてリチウムイオン電池を充電する充電回路と前記リチウムイオン電池からの放電電流を外部負荷に出力する放電回路とを形成する充放電処理部を備え、
前記放電電流入力部は、前記リチウムイオン電池の放電期を2区間に弁別するための所定の平衡電位に基づいて前期に計測した第1の放電電荷量Q1と後期に計測した第2の放電電荷量Q2を算出する放電電位弁別部と、放電時の負荷状態を判別する放電状態判定部を有し、前記充電電流出力部は、前記放電電流入力部からの前記第1の放電電荷量Q1と前記第2の放電電荷量Q2と、前記放電状態判定部からの負荷状態から、次式に従って次サイクルの充電電荷量Qを演算することを特徴とするリチウムイオン電池の充放電制御装置。
Q=K1×Q1+K2×Q2
但し、係数K1とK2は負荷状態によって異なる値とする。
A control unit including a discharge current input unit, a charging current output unit, a timer scheduler, a charging circuit that receives a supply current from an external power source and charges the lithium ion battery by a control signal from the control unit, and the lithium ion battery. A charge / discharge processing unit that forms a discharge circuit that outputs a discharge current of
The discharge current input unit includes a first discharge charge amount Q1 measured in the previous period based on a predetermined equilibrium potential for discriminating the discharge period of the lithium ion battery into two sections, and a second discharge charge measured in the latter period. A discharge potential discriminating unit for calculating the amount Q2, and a discharge state determining unit for determining a load state at the time of discharge, wherein the charge current output unit is configured to output the first discharge charge amount Q1 from the discharge current input unit; A charge / discharge control device for a lithium ion battery, wherein the charge charge amount Q of the next cycle is calculated from the second discharge charge amount Q2 and the load state from the discharge state determination unit according to the following equation.
Q = K1 × Q1 + K2 × Q2
However, the coefficients K1 and K2 are different values depending on the load state.
前記放電電流入力部は、前記リチウムイオン電池の放電期を2区間に弁別するための所定の平衡電位を発生するための平衡電位発生部を有し、前記平衡電位発生部からの平衡電位は、充放電サイクル初期のリチウムイオン電池の中間電位、あるいは充放電サイクル期間中に測定したQsoc−V曲線から求めた平均電荷量の電位値とした請求項1に記載のリチウムイオン電池の充放電制御装置。 The discharge current input unit includes an equilibrium potential generation unit for generating a predetermined equilibrium potential for discriminating the discharge period of the lithium ion battery into two sections, and the equilibrium potential from the equilibrium potential generation unit is: The charge / discharge control of the lithium ion battery according to claim 1, wherein the charge potential is an intermediate potential of the lithium ion battery at the initial stage of the charge / discharge cycle or an average charge amount obtained from a Qsoc-V B curve measured during the charge / discharge cycle. apparatus. 前記放電電流入力部は、前記リチウムイオン電池の放電期を2区間に弁別するための所定の平衡電位を発生するための平衡電位生成部を有し、前記平衡電位生成部は、定常負荷での充電および放電の両動作が残量電荷上限と下限の範囲で繰り返され、放電深度に応じて電池電位ならびに電池残量電荷量が時間的に変動する充放電サイクル過程で、前記平衡電位は、充放電サイクル放電期に計測した放電深度50%と前記残量電荷下限の量の和から決定することを特徴とする請求項1に記載のリチウムイオン電池の充放電制御装置。   The discharge current input unit includes an equilibrium potential generation unit for generating a predetermined equilibrium potential for discriminating a discharge period of the lithium ion battery into two sections, and the equilibrium potential generation unit is a steady load. In the charge / discharge cycle process in which both the charging and discharging operations are repeated within the range of the remaining charge upper limit and lower limit, and the battery potential and the remaining charge amount of the battery vary with time, the equilibrium potential is The charge / discharge control device for a lithium ion battery according to claim 1, wherein the charge / discharge control device is determined from a sum of a discharge depth of 50% measured in a discharge cycle discharge period and the amount of the remaining charge lower limit. 前記放電電流入力部は、前記リチウムイオン電池の放電期を2区間に弁別するための所定の平衡電位を発生するための平衡電位生成部を有し、前記平衡電位生成部は、充放電サイクル放電期に計測した放電深度を用いて次サイクル期の平均電荷量を算出し、この平均電荷量から前記リチウムイオン電池の残量電荷量に対する電池電位特性から平衡電位を一意的に決定する放電深度−平衡電位テーブルを備え、この放電深度―平衡電位テーブルにより前記平衡電位を生成したことを特徴とする請求項1に記載のリチウムイオン電池の充放電制御装置。   The discharge current input unit includes an equilibrium potential generation unit for generating a predetermined equilibrium potential for discriminating a discharge period of the lithium ion battery into two sections, and the equilibrium potential generation unit is configured to perform charge / discharge cycle discharge. The average charge amount of the next cycle period is calculated using the discharge depth measured in the period, and the equilibrium potential is uniquely determined from the battery potential characteristic with respect to the remaining charge amount of the lithium ion battery from the average charge amount− 2. The charge / discharge control device for a lithium ion battery according to claim 1, further comprising an equilibrium potential table, wherein the equilibrium potential is generated based on the depth-of-discharge-equilibrium potential table. 前記放電状態判定部は、負荷状態を定常負荷と軽負荷と重負荷の3つに判別し、前記負荷状態によって前記係数K1とK2は、下記の値にしたことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載のリチウムイオン電池の充放電制御装置。
(a)定常負荷 K1=0.75、K2=1.25
(b)軽負荷 K1=0.5、 K2=0.5
(c)重負荷 K1=1.0、 K2=1.0
The discharge state determination unit determines a load state as a steady load, a light load, and a heavy load, and the coefficients K1 and K2 are set to the following values according to the load state. The charge / discharge control device for a lithium ion battery according to any one of 4.
(A) Steady load K1 = 0.75, K2 = 1.25
(B) Light load K1 = 0.5, K2 = 0.5
(C) Heavy load K1 = 1.0, K2 = 1.0
前記リチウムイオン電池の充放電制御装置は、リチウムイオン電池が待機もしくは保存状態から定常負荷状態に遷移する場合に、その遷移時の1回に限り、前記リチウムイオン電池を満充電あるいは高充電にするようにした請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のリチウムイオン電池の充放電制御装置。   The lithium-ion battery charge / discharge control device makes the lithium-ion battery fully charged or charged only once at the time of transition when the lithium-ion battery transits from a standby or stored state to a steady load state. The charging / discharging control apparatus of the lithium ion battery of any one of Claim 1 to 5 which was made to do. 前記リチウムイオン電池の充放電制御装置は、低負荷状態から高負荷状態への遷移が予
想される場合に、その遷移時の1回に限り、前記リチウムイオン電池を満充電あるいは高充電にするようにした請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のリチウムイオン電池の充放電制御装置。
When a transition from a low load state to a high load state is expected, the charge / discharge control device for the lithium ion battery is configured to fully charge or charge the lithium ion battery only once during the transition. The charge / discharge control apparatus for a lithium ion battery according to any one of claims 1 to 5.
外部電源からの供給電流を受けてリチウムイオン電池を充電する充電回路と前記リチウムイオン電池からの放電電流を外部負荷に出力する放電回路とを切替制御すると共に、前記リチウムイオン電池の放電量に応じた充電を行うよう制御するリチウムイオン電池の充放電制御方法において、
前記リチウムイオン電池の放電期間を所定の平衡電位に基づいて2区間に弁別して、前期に計測した第1の放電電荷量Q1と後期に計測した第2の放電電荷量Q2を算出すると共に、放電時の負荷状態を判別し、前記第1の放電電荷量Q1と前記第2の放電電荷量Q2と前記放電時の負荷状態から、次式に従って次サイクルの充電電荷量Qを演算することを特徴とするリチウムイオン電池の充放電制御方法。
Q=K1×Q1+K2×Q2
但し、係数K1とK2は負荷状態によって異なる値とする。
Switching control between a charging circuit that receives a supply current from an external power source and charges a lithium ion battery and a discharge circuit that outputs a discharge current from the lithium ion battery to an external load, and according to the discharge amount of the lithium ion battery In a charge / discharge control method for a lithium ion battery that is controlled to perform charging,
Distinguishing the discharge period of the lithium ion battery into two sections based on a predetermined equilibrium potential, calculating a first discharge charge amount Q1 measured in the previous period and a second discharge charge amount Q2 measured in the latter period, and discharging The load state at the time is discriminated, and the charge amount Q of the next cycle is calculated from the first discharge charge amount Q1, the second discharge charge amount Q2, and the load state at the time of discharge according to the following equation. A charge / discharge control method for a lithium ion battery.
Q = K1 × Q1 + K2 × Q2
However, the coefficients K1 and K2 are different values depending on the load state.
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