JP6620689B2 - Battery system - Google Patents
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Description
この発明は、電池システムに関し、特に、ニッケル水素電池を備える電池システムに関する。 The present invention relates to a battery system, and more particularly, to a battery system including a nickel metal hydride battery.
特開2011−233423号公報(特許文献1)は、ニッケル正極を備えるアルカリ蓄電池を開示する。ニッケル正極を備えるアルカリ蓄電池においては、ニッケル正極内にNi2O3Hが生成されると、内部抵抗が上昇して電池容量(満充電容量)が低下する。このアルカリ蓄電池では、ニッケル正極の長さ及び高さ(幅)を適切に設計することによってNi2O3Hの生成を抑制し、電池容量の低下を抑制している(特許文献1参照)。 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-233423 (Patent Document 1) discloses an alkaline storage battery including a nickel positive electrode. In an alkaline storage battery including a nickel positive electrode, when Ni 2 O 3 H is generated in the nickel positive electrode, the internal resistance increases and the battery capacity (full charge capacity) decreases. In this alkaline storage battery, the generation and generation of Ni 2 O 3 H are suppressed by appropriately designing the length and height (width) of the nickel positive electrode, and the decrease in battery capacity is suppressed (see Patent Document 1).
上記のように、ニッケル正極にはNi2O3Hが生成されるところ、正極を構成する電極シート(集電箔)の大きさや物性値(抵抗値)等に応じて、正極内においてNi2O3Hの生成に偏り(以下「生成むら」と称する。)が生じる場合がある。Ni2O3Hの生成むらが生じると、Ni2O3Hの生成量が少ない部位(良活性部位)に電流が集中し、その部位においてNi2O3Hの生成が加速することにより電池の劣化が加速することが懸念される。このような問題及びその対策について、特許文献1では特に検討されていない。
As described above, Ni 2 O 3 H is generated in the nickel positive electrode. Depending on the size, physical property value (resistance value), etc. of the electrode sheet (current collector foil) constituting the positive electrode, Ni 2 There may be a bias in the generation of O 3 H (hereinafter referred to as “generation unevenness”). When the generation unevenness of Ni 2 O 3 H occurs, the current concentrates on a site where the amount of Ni 2 O 3 H generated is small (good active site), and the generation of Ni 2 O 3 H accelerates at that site, thereby the battery. There is concern that the deterioration of Such problems and countermeasures are not particularly discussed in
この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、ニッケル水素電池を備える電池システムにおいて、正極におけるNi2O3Hの生成量とともに正極内におけるNi2O3Hの生成むらも考慮して、Ni2O3Hの生成による電池の劣化を抑制することである。
The present invention has been made to solve such problems, and its object is, in the battery system including a nickel hydride battery, together with the amount of
この電池システムは、ニッケル水素電池と、ニッケル水素電池の充電を制御する制御装置とを備える。制御装置はメモリを含み、メモリは、第1から第3のデータを記憶する。第1のデータは、ニッケル水素電池の電圧及び温度と、ニッケル水素電池の正極におけるNi2O3Hの生成量との対応関係を示すデータである。第2のデータは、ニッケル水素電池の充電電流及び温度と、ニッケル水素電池の正極内におけるNi2O3Hの生成むらの大きさとの対応関係を示すデータである。第3のデータは、Ni2O3Hの生成量及び生成むらの大きさと、ニッケル水素電池の充電を制限する制限領域との対応関係を示すデータである。制御装置は、第1のデータを参照して、ニッケル水素電池の電圧及び温度からNi2O3Hの生成量を算出し、第2のデータを参照して、ニッケル水素電池の充電電流及び温度からNi2O3Hの生成むらの大きさを算出する。そして、制御装置は、第3のデータを参照して、算出されたNi2O3Hの生成量及び生成むらの大きさが制限領域に含まれると判定された場合に、ニッケル水素電池の充電を制限するための所定の制御を実行する。 The battery system includes a nickel metal hydride battery and a control device that controls charging of the nickel metal hydride battery. The control device includes a memory, and the memory stores first to third data. The first data is data indicating a correspondence relationship between the voltage and temperature of the nickel metal hydride battery and the amount of Ni 2 O 3 H produced in the positive electrode of the nickel metal hydride battery. The second data is data indicating a correspondence relationship between the charging current and temperature of the nickel metal hydride battery and the magnitude of Ni 2 O 3 H generation unevenness in the positive electrode of the nickel metal hydride battery. The third data is data indicating a correspondence relationship between the amount of Ni 2 O 3 H generated and the size of the generation unevenness and the restriction region that limits the charging of the nickel metal hydride battery. The control device refers to the first data, calculates the amount of Ni 2 O 3 H generated from the voltage and temperature of the nickel metal hydride battery, and refers to the second data to charge current and temperature of the nickel metal hydride battery. From this, the size of Ni 2 O 3 H generation unevenness is calculated. The control device refers to the third data, and determines that the nickel hydride battery is charged when it is determined that the calculated generation amount of Ni 2 O 3 H and the generation unevenness are included in the restricted region. Predetermined control for restricting is executed.
なお、所定の制御とは、たとえば、ニッケル水素電池の温度が上昇するほどニッケル水素電池の上限電圧を抑制したり、ニッケル水素電池の充電時にニッケル水素電池の使用上限温度を下げたり、ニッケル水素電池の充電電流(充電電力)を制限したりする制御を含む。 The predetermined control refers to, for example, suppressing the upper limit voltage of the nickel metal hydride battery as the temperature of the nickel metal hydride battery increases, lowering the upper limit temperature of use of the nickel metal hydride battery when charging the nickel metal hydride battery, Control for limiting the charging current (charging power).
正極内においてNi2O3Hの生成むらが生じると電池の劣化が加速するところ、上記の電池システムにおいては、正極におけるNi2O3Hの生成量(F値)だけでなく、正極内におけるNi2O3Hの生成むらの大きさ(G値)も算出され、Ni2O3Hの生成量及び生成むらの大きさに応じて、ニッケル水素電池の充電を制限するための所定の制御が実行される。これにより、たとえばNi2O3Hの生成量自体はそれ程多くないけれどもNi2O3Hの生成むらが大きいような場合にも、充電を制限してNi2O3Hの生成を抑制し、電池の劣化を抑制することができる。 When the generation unevenness of Ni 2 O 3 H occurs in the positive electrode, the deterioration of the battery is accelerated. In the battery system described above, not only the generation amount (F value) of Ni 2 O 3 H in the positive electrode but also in the positive electrode The size (G value) of the generation unevenness of Ni 2 O 3 H is also calculated, and predetermined control for limiting the charging of the nickel-metal hydride battery according to the amount of Ni 2 O 3 H generation and the size of the generation unevenness Is executed. Thereby, for example, even when the amount of Ni 2 O 3 H generated is not so large, even when the generation unevenness of Ni 2 O 3 H is large, charging is limited to suppress the generation of Ni 2 O 3 H, Battery deterioration can be suppressed.
この電池システムによれば、ニッケル水素電池の正極におけるNi2O3Hの生成量とともに正極内におけるNi2O3Hの生成むらも考慮して、Ni2O3Hの生成による電池の劣化を抑制することができる。 According to this battery system, in consideration of the generation amount of Ni 2 O 3 H in the positive electrode of the nickel-metal hydride battery and the generation unevenness of Ni 2 O 3 H in the positive electrode, the deterioration of the battery due to the generation of Ni 2 O 3 H is prevented. Can be suppressed.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.
(電池システムの構成)
図1は、この発明の実施の形態に従う電池システムが搭載された車両1の構成を概略的に示した図である。なお、以下では、車両1がハイブリッド車両である場合について代表的に説明するが、この発明に従う電池システムは、ハイブリッド車両に搭載されるものに限定されず、ニッケル水素電池を搭載した車両全般、さらには車両以外の用途にも適用可能である。
(Battery system configuration)
FIG. 1 schematically shows a configuration of a
図1を参照して、車両1は、電池システム2と、パワーコントロールユニット(以下「PCU(Power Control Unit)」と称する。)30と、モータジェネレータ(以下「MG(Motor Generator)」と称する。)41,42と、エンジン50と、動力分割装置60と、駆動軸70と、駆動輪80とを備える。電池システム2は、組電池10と、監視ユニット20と、電子制御装置(以下「ECU(Electronic Control Unit)」と称する。)100とを含む。
Referring to FIG. 1,
エンジン50は、空気と燃料との混合気を燃焼させたときに生じる燃焼エネルギをピストンやロータなどの運動子の運動エネルギに変換することによって動力を出力する内燃機関である。動力分割装置60は、たとえば、サンギヤ、キャリア、リングギヤの3つの回転軸を有する遊星歯車機構を含む。動力分割装置60は、エンジン50から出力される動力を、MG41を駆動する動力と、駆動輪80を駆動する動力とに分割する。 The engine 50 is an internal combustion engine that outputs motive power by converting combustion energy generated when an air-fuel mixture is burned into kinetic energy of a moving element such as a piston or a rotor. Power split device 60 includes, for example, a planetary gear mechanism having three rotation shafts of a sun gear, a carrier, and a ring gear. Power split device 60 splits the power output from engine 50 into power for driving MG 41 and power for driving drive wheels 80.
MG41,42は、交流回転電機であり、たとえば、ロータに永久磁石が埋設された三相交流同期電動機である。MG41は、主として、動力分割装置60を経由してエンジン50により駆動される発電機として用いられる。MG41が発電した電力は、PCU30を介してMG42又は組電池10に供給される。
MGs 41 and 42 are AC rotating electric machines, for example, three-phase AC synchronous motors in which permanent magnets are embedded in a rotor. The MG 41 is mainly used as a generator driven by the engine 50 via the power split device 60. The electric power generated by the MG 41 is supplied to the MG 42 or the assembled
MG42は、主として電動機として動作し、駆動輪80を駆動する。MG42は、組電池10からの電力及びMG41の発電電力の少なくとも一方を受けて駆動され、MG42の駆動力は駆動軸70に伝達される。一方、車両の制動時や下り斜面での加速度低減時には、MG42は、発電機として動作して回生発電を行なう。MG42が発電した電力は、PCU30を介して組電池10に供給される。
The MG 42 mainly operates as an electric motor and drives the drive wheels 80. The MG 42 is driven by receiving at least one of the electric power from the assembled
組電池10は、直列に接続された複数のニッケル水素単電池(単セル)を含み、MG41,42を駆動するための電力を蓄える。すなわち、組電池10は、PCU50を通じてMG41,42へ電力を供給することができる。また、組電池10は、MG41,42の発電時にPCU30を通じて発電電力を受けて充電される。
The assembled
監視ユニット20は、電圧センサ21と、電流センサ22と、温度センサ23とを含む。電圧センサ21は、組電池10のセル毎の電圧(以下「セル電圧」とも称される。)VBiを検出する。電流センサ22は、組電池10の充放電電流IBを検出する。なお、この実施の形態では、電流センサ22は、組電池10に対して、充電電流を正値とし、放電電流を負値として検出する。温度センサ23は、セル毎の温度(以下「セル温度」とも称される。)TBiを検出する。そして、各センサは、検出結果を示す信号をECU100へ出力する。
The
なお、電圧センサ21及び温度センサ23は、複数(たとえば数個)のセルを監視単位として電圧及び温度を検出してもよい。この場合、電圧については、複数のセルに対する検出値をそのセル数で割ることによって、セル毎の電圧(平均値)を算出することができる。 Note that the voltage sensor 21 and the temperature sensor 23 may detect the voltage and temperature using a plurality of (for example, several) cells as monitoring units. In this case, for the voltage, the voltage (average value) for each cell can be calculated by dividing the detection values for a plurality of cells by the number of cells.
PCU30は、ECU100からの制御信号に従って、組電池10とMG41,42との間で双方向の電力変換を実行する。PCU30は、MG41,42の状態をそれぞれ別々に制御可能に構成されており、たとえば、MG41を回生(発電)状態にしつつ、MG42を力行状態にすることができる。PCU30は、たとえば、MG41,42に対応して設けられる2つのインバータと、各インバータに供給される直流電圧を組電池10の出力電圧以上に昇圧するコンバータとを含んで構成される。
The PCU 30 performs bidirectional power conversion between the assembled
ECU100は、CPU(Central Processing Unit)102と、メモリ(ROM(Read Only Memory)及びRAM(Random Access Memory))105と、各種信号を入出力するための入出力ポート(図示せず)とを含んで構成される。ECU100は、各センサから受ける信号並びにメモリ105に記憶されたプログラム及びマップに基づいてエンジン50及びPCU30を制御することにより、組電池10の充放電を制御する。
The ECU 100 includes a CPU (Central Processing Unit) 102, a memory (ROM (Read Only Memory) and RAM (Random Access Memory)) 105, and an input / output port (not shown) for inputting / outputting various signals. Consists of. The ECU 100 controls charging / discharging of the assembled
たとえば、組電池10を充電する必要がある場合、ECU100は、エンジン50の動力の一部を用いてMG41に発電させ、MG41が発電した電力で組電池10を充電するように、エンジン50及びPCU30(MG41,MG42)を制御する。
For example, when it is necessary to charge the assembled
(電池の劣化抑制)
ニッケル水素単電池については、温度が高く、かつ、電圧が高い条件(たとえばセル電圧が1.5V以上となるような大電流での充電時)の下では、正極にNi2O3Hが生成される。このNi2O3Hは、電池反応には寄与しないため、正極におけるNi2O3Hの生成量が増加すると満充電容量が低下する(電池の劣化)。
(Battery deterioration suppression)
For nickel metal hydride cells, Ni 2 O 3 H is generated at the positive electrode under conditions of high temperature and high voltage (for example, when charging with a large current such that the cell voltage is 1.5 V or more). Is done. Since this Ni 2 O 3 H does not contribute to the battery reaction, when the amount of Ni 2 O 3 H generated in the positive electrode increases, the full charge capacity decreases (battery deterioration).
図2は、正極におけるNi2O3Hの存在比率と満充電容量との対応関係を示す実験結果の一例を示した図である。図2を参照して、横軸は正極におけるNi2O3Hの存在比率を示し、縦軸は満充電容量を示す。この実験結果から、Ni2O3Hの存在比率が高まると、満充電容量が低下(電池が劣化)することが分かる。 FIG. 2 is a diagram showing an example of an experimental result showing a correspondence relationship between the abundance ratio of Ni 2 O 3 H in the positive electrode and the full charge capacity. Referring to FIG. 2, the horizontal axis represents the abundance ratio of Ni 2 O 3 H in the positive electrode, and the vertical axis represents the full charge capacity. From this experimental result, it can be seen that when the abundance ratio of Ni 2 O 3 H increases, the full charge capacity decreases (the battery deteriorates).
そこで、セルの温度及び電圧に基づいてNi2O3Hの生成量を的確に推定し、Ni2O3Hの生成量が多くなる状況下では、電池の電圧や使用上限温度を抑える等して、Ni2O3Hの生成を抑制するための制御を行なうことが有用である。 Therefore, the amount of Ni 2 O 3 H produced is accurately estimated based on the temperature and voltage of the cell, and the battery voltage and the upper limit temperature of use are suppressed under circumstances where the amount of Ni 2 O 3 H produced increases. Thus, it is useful to perform control for suppressing the formation of Ni 2 O 3 H.
ここで、図2では、正極におけるNi2O3Hの存在比率すなわち総生成量と、満充電容量との対応関係が示されているが、正極内においては、電極シート(集電箔)の大きさや物性値(抵抗値)等に応じて、部位に応じた反応むらが生じ、その結果、部位に応じたNi2O3Hの生成むらが生じ得る。Ni2O3Hの生成むらが生じると、正極内においてNi2O3Hの生成量が少ない部位(良活性部位)に電流(充電電流)が集中し、その部位において、反応が集中することによりNi2O3Hの生成が加速される。すなわち、正極内において部位に応じたNi2O3Hの生成むらが生じると、Ni2O3Hの生成が加速することにより電池の劣化が加速することが懸念される。 Here, FIG. 2 shows a correspondence relationship between the abundance ratio of Ni 2 O 3 H in the positive electrode, that is, the total generation amount, and the full charge capacity. In the positive electrode, the electrode sheet (current collector foil) Depending on the size, physical property value (resistance value), etc., uneven reaction occurs depending on the part, and as a result, uneven generation of Ni 2 O 3 H corresponding to the part may occur. When uneven production of Ni 2 O 3 H occurs, current (charging current) concentrates on a part (good active part) where the amount of Ni 2 O 3 H produced is small in the positive electrode, and reaction concentrates on that part. This accelerates the generation of Ni 2 O 3 H. That is, if the generation unevenness of Ni 2 O 3 H corresponding to the site in the positive electrode occurs, there is a concern that the generation of Ni 2 O 3 H is accelerated and the deterioration of the battery is accelerated.
そこで、この実施の形態に従う電池システム2では、正極におけるNi2O3Hの生成量(正極内の部位によらない総生成量であり、以下「F値」と称する。)が推定されるとともに、正極内におけるNi2O3Hの生成むらの大きさ(以下「G値」と称する。)も推定される。なお、後述のように、G値は、正極内におけるNi2O3Hの生成むらの相対的な大きさを示すパラメータであり、無次元量である。
Therefore, in
そして、電池の充電を制限する所定の制限領域に上記のF値及びG値が含まれると判定された場合に、充電を制限するための制御(後述)が実行される。これにより、Ni2O3Hの生成が抑制され、電池の劣化が抑制される。 And when it determines with said F value and G value being contained in the predetermined | prescribed restriction | limiting area | region which restrict | limits charge of a battery, control (after-mentioned) for restrict | limiting charge is performed. Thus, generation of Ni 2 O 3 H is suppressed, deterioration of the battery is suppressed.
以下では、正極におけるNi2O3Hの生成量(正極内の部位によらない総生成量)を示すF値の算出方法、及び正極内におけるNi2O3Hの生成むらの大きさを示すG値の算出方法についてまず説明し、続いて、算出されたF値及びG値に基づく制御について説明する。
In illustrates the method of calculating the F value that indicates the production amount of
(F値の算出方法)
正極におけるNi2O3Hの生成量は、セルの電圧及び温度に依存する。特に、温度が高く、かつ、電圧が高い条件下(セル電圧が1.5V以上となるような大電流での充電時)において、Ni2O3Hの生成量が増加する。この実施の形態では、ニッケル水素単電池(単セル)について、電圧及び温度と、正極におけるNi2O3Hの生成量との対応関係を示す第1マップ(第1のデータ)が実験により予め作成され、ECU100のメモリ105に記憶される。そして、ECU100は、組電池10の使用中(たとえば車両1のシステム作動中)に、上記の第1マップを参照して、監視ユニット20により検出されるセル電圧及びセル温度に基づいて各セルのNi2O3Hの生成量(F値)を算出する。
(Calculation method of F value)
The amount of Ni 2 O 3 H produced at the positive electrode depends on the cell voltage and temperature. In particular, the amount of Ni 2 O 3 H produced increases under conditions of high temperature and high voltage (when charging with a large current such that the cell voltage is 1.5 V or higher). In this embodiment, for a nickel-metal hydride battery (single cell), a first map (first data) indicating the correspondence between voltage and temperature and the amount of Ni 2 O 3 H produced in the positive electrode is obtained in advance by experiments. Created and stored in the memory 105 of the ECU 100. Then, the ECU 100 refers to the first map during use of the assembled battery 10 (for example, when the system of the
第1マップの作成のための実験は、たとえば次の順に行なわれる。まず、正極内のNi2O3Hの混入量と、X線回折法を用いて正極を分析した場合のピーク面積比との関係を調べるための実験(以下「第1の実験」と称する。)が行なわれる。その後、耐久試験(後述)を経たセル及び第1の実験の結果を用いて、耐久条件(電圧及び温度)と、正極におけるNi2O3Hの生成量との関係を調べるための実験(以下「第2の実験」と称する。)が行なわれる。第2の実験においては、最終的に、耐久条件(電圧及び温度)と、単セルにおけるNi2O3Hの単位時間当たりの生成量との関係を示すマップ(第1マップ)が作成される。以下、第1及び第2の実験について順に説明する。 The experiment for creating the first map is performed, for example, in the following order. First, an experiment for examining the relationship between the amount of Ni 2 O 3 H mixed in the positive electrode and the peak area ratio when the positive electrode is analyzed using the X-ray diffraction method (hereinafter referred to as “first experiment”). ) Is performed. Thereafter, an experiment for investigating the relationship between the durability condition (voltage and temperature) and the amount of Ni 2 O 3 H produced in the positive electrode using the cell through the durability test (described later) and the result of the first experiment (hereinafter referred to as “the test result”) (Referred to as “second experiment”). In the second experiment, finally, a map (first map) showing the relationship between the durability condition (voltage and temperature) and the amount of Ni 2 O 3 H produced per unit time in a single cell is created. . Hereinafter, the first and second experiments will be described in order.
図3は、第1の実験における処理手順を示すフローチャートである。図3を参照して、このフローチャートに示される処理は、実験者により行なわれる。 FIG. 3 is a flowchart showing a processing procedure in the first experiment. Referring to FIG. 3, the process shown in this flowchart is performed by an experimenter.
実験者は、新品の電極(正極)粉末に所定量(たとえば所定量Q1)のNi2O3H粉末を均一に混ぜ込んだ試料を作製する(ステップS100)。その後、実験者は、X線回折法により試料の分析を行なう(ステップS110)。具体的には、実験者は、予め定めた回折角のX線のピーク面積を測定する。 The experimenter creates a sample in which a predetermined amount (for example, a predetermined amount Q1) of Ni 2 O 3 H powder is uniformly mixed with new electrode (positive electrode) powder (step S100). Thereafter, the experimenter analyzes the sample by the X-ray diffraction method (step S110). Specifically, the experimenter measures the peak area of the X-ray having a predetermined diffraction angle.
図4は、意図的にニッケル水素電池にNi2O3Hを多く生成させた正極のX線回折法による分析結果(回折パターン)の一例を示した図である。図4を参照して、横軸は回折角(2θ)を示し、縦軸は回折強度を示す。極端にNi2O3Hを生成させた正極の完全放電時には、Ni2O3H、β−Ni(OH)2、及び金属Ni(集電体)が含まれ得る。なお、完全放電されていない場合は、β−NiOOHも含まれ得る。 FIG. 4 is a diagram illustrating an example of an analysis result (diffraction pattern) of the positive electrode in which a large amount of Ni 2 O 3 H is intentionally generated in a nickel metal hydride battery by an X-ray diffraction method. Referring to FIG. 4, the horizontal axis indicates the diffraction angle (2θ), and the vertical axis indicates the diffraction intensity. During extremely full discharge of the positive electrode to produce a Ni 2 O 3 H, Ni 2 O 3 H, β-Ni (OH) 2, and the metal Ni (collector) it may include. In addition, when not completely discharged, β-NiOOH may also be included.
「◇」の位置に対応する回折角における回折ピークは、Ni2O3Hによる回折の影響を含む。「○」の位置に対応する回折角における回折ピークは、β−Ni(OH)2による回折の影響を含む。「×」の位置に対応する回折角における回折ピークは、金属Niによる回折の影響を含む。 The diffraction peak at the diffraction angle corresponding to the position of “◇” includes the influence of diffraction by Ni 2 O 3 H. The diffraction peak at the diffraction angle corresponding to the position of “◯” includes the influence of diffraction by β-Ni (OH) 2 . The diffraction peak at the diffraction angle corresponding to the position of “x” includes the influence of diffraction by metal Ni.
たとえば、回折角D1〜D4における回折ピークは、主にNi2O3H(「◇」)による回折の影響を受け、その他の化合物による回折の影響をほとんど受けない。したがって、実験者は、D1〜D4のいずれかの回折角のX線を用いることにより、Ni2O3Hに起因する回折ピークの面積を測定することができる。本実施の形態においては、たとえば、回折角D1のX線ピークがX線回折法による分析に用いられる。また、たとえば、回折角D1〜D4の合算面積をX線回折法における分析に用いてもよい。 For example, the diffraction peaks at the diffraction angles D1 to D4 are mainly affected by diffraction due to Ni 2 O 3 H (“)”) and hardly affected by diffraction due to other compounds. Therefore, the experimenter can measure the area of the diffraction peak due to Ni 2 O 3 H by using X-rays having a diffraction angle of any of D1 to D4. In the present embodiment, for example, the X-ray peak at the diffraction angle D1 is used for analysis by the X-ray diffraction method. Further, for example, the total area of the diffraction angles D1 to D4 may be used for analysis in the X-ray diffraction method.
再び図3を参照して、ステップS110においてX線回折法による試料の分析が行なわれると、実験者は、分析結果である回折角D1におけるピーク面積を記録する(ステップS120)。以上のように、ステップS100〜S120の処理によって、所定量(たとえば所定量Q1)のNi2O3Hが電極に混入している場合の、回折角D1におけるピーク面積が求められる。 Referring to FIG. 3 again, when the sample is analyzed by the X-ray diffraction method in step S110, the experimenter records the peak area at the diffraction angle D1 as the analysis result (step S120). As described above, the peak area at the diffraction angle D1 when a predetermined amount (for example, the predetermined amount Q1) of Ni 2 O 3 H is mixed in the electrode is obtained by the processing of steps S100 to S120.
次に、Ni2O3Hと同様に、Ni(OH)2に帰属される回折ピーク(たとえば、図4に示したD’1,D’2)に着目して、Ni2O3Hが所定量(Q1)混入されたときのD’1面積を算出する。 Next, as with Ni 2 O 3 H, focusing on the diffraction peaks attributed to Ni (OH) 2 (for example, D′ 1 and D′ 2 shown in FIG. 4), Ni 2 O 3 H is The D′ 1 area when a predetermined amount (Q1) is mixed is calculated.
第1の実験においては、試料内に混入するNi2O3Hの量を変更して(たとえば所定量Q2,Q3等)、ステップS100〜S120の処理が複数回行なわれる。その結果、試料内のNi2O3Hの割合(Ni2O3H量/(Ni(OH)2量+Ni2O3H量))と、回折角D1におけるピーク面積比(D1/(D1+D’1))との関係を求めることができる。 In the first experiment, the amount of Ni 2 O 3 H mixed in the sample is changed (for example, a predetermined amount Q2, Q3, etc.), and the processes of steps S100 to S120 are performed a plurality of times. As a result, the ratio of Ni 2 O 3 H in the sample (Ni 2 O 3 H amount / (Ni (OH) 2 amount + Ni 2 O 3 H amount)) and the peak area ratio (D1 / (D1 + D) at the diffraction angle D1. The relationship with '1)) can be obtained.
図5は、第1の実験によって求められた、試料内のNi2O3Hの割合と、X線回折法におけるピーク面積比との関係の一例を示す図である。図5を参照して、横軸は試料内のNi2O3Hの割合(Ni2O3H量/(Ni(OH)2量+Ni2O3H量))を示し、縦軸はX線回折法におけるピーク面積比(D1/(D1+D’1))を示す。 FIG. 5 is a diagram showing an example of the relationship between the ratio of Ni 2 O 3 H in the sample and the peak area ratio in the X-ray diffraction method, obtained by the first experiment. Referring to FIG. 5, the horizontal axis indicates the ratio of Ni 2 O 3 H in the sample (Ni 2 O 3 H amount / (Ni (OH) 2 amount + Ni 2 O 3 H amount)), and the vertical axis indicates X The peak area ratio (D1 / (D1 + D′ 1)) in the line diffraction method is shown.
試料内に所定量Q1,Q2,Q3のNi2O3Hを混入させた場合には、回折角D1におけるピーク面積比がそれぞれS1,S2,S3となった。以上の実験結果から、試料内のNi2O3Hの割合と回折角D1におけるピーク面積比との関係として、たとえば、図5に示される関係を求めることができる。試料内のNi2O3Hの割合と回折角D1におけるピーク面積比との関係を求めることにより、第1の実験は終了する。なお、ここではピーク面積に基づいて図5の関係を規定したが、たとえば、ピーク強度に基づいて図5の関係を規定してもよい。 When a predetermined amount of Q1, Q2, and Q3 of Ni 2 O 3 H was mixed in the sample, the peak area ratios at the diffraction angle D1 were S1, S2, and S3, respectively. From the above experimental results, for example, the relationship shown in FIG. 5 can be obtained as the relationship between the ratio of Ni 2 O 3 H in the sample and the peak area ratio at the diffraction angle D1. The first experiment is completed by determining the relationship between the ratio of Ni 2 O 3 H in the sample and the peak area ratio at the diffraction angle D1. Here, the relationship of FIG. 5 is defined based on the peak area, but the relationship of FIG. 5 may be defined based on the peak intensity, for example.
図6は、第2の実験における処理手順を示すフローチャートである。図6を参照して、このフローチャートに示される処理は、実験者により行なわれる。 FIG. 6 is a flowchart showing a processing procedure in the second experiment. Referring to FIG. 6, the process shown in this flowchart is performed by an experimenter.
実験者は、耐久条件(電圧及び温度)を設定した上で、新品の組電池10内の単セルについて耐久試験を行なう(ステップS200)。たとえば、この耐久試験において、単セルは、恒温槽内に設けられた充電システムに設置される。恒温槽内の温度は、実験者により設定された温度に維持される。そして、一定電圧による単セルの充電が行なわれる。この一定電圧のうち金属抵抗により上昇する電圧は、正極内におけるNi2O3Hの生成に寄与しないと考えられる。 The experimenter sets an endurance condition (voltage and temperature), and then performs an endurance test on the single cell in the new assembled battery 10 (step S200). For example, in this durability test, the single cell is installed in a charging system provided in a thermostat. The temperature in the thermostat is maintained at a temperature set by the experimenter. The single cell is charged with a constant voltage. The voltage that rises due to the metal resistance among the constant voltage is considered not to contribute to the generation of Ni 2 O 3 H in the positive electrode.
耐久試験は、たとえば、SOC値が所定範囲内(たとえば50%〜80%)に収まるように、所定時間の充電と所定時間の放電とを繰り返すことにより行なわれる。所定範囲は、たとえば、電池システム2においてSOC値が制御される制御範囲である。なお、耐久試験は、たとえば、全体として数日〜数ヵ月かけて行なわれる。
The durability test is performed, for example, by repeating charging for a predetermined time and discharging for a predetermined time so that the SOC value falls within a predetermined range (for example, 50% to 80%). The predetermined range is, for example, a control range in which the SOC value is controlled in the
ステップS200において耐久試験が終了すると、実験者は、耐久試験を行なったセルを解体して正極を取り出し、X線回折法による分析を行なう(ステップS210)。その後、実験者は、電極内のNi2O3Hの割合とX線回折法におけるピーク面積比との関係(第1の実験において導出(図5))と、分析結果であるピーク面積比とを用いることによって、Ni2O3Hの単位時間当たりの生成量を算出する(ステップS220)。 When the endurance test is completed in step S200, the experimenter disassembles the cell subjected to the endurance test, takes out the positive electrode, and performs analysis by the X-ray diffraction method (step S210). Thereafter, the experimenter determined that the relationship between the ratio of Ni 2 O 3 H in the electrode and the peak area ratio in the X-ray diffraction method (derived in the first experiment (FIG. 5)) and the peak area ratio as the analysis result Is used to calculate the production amount of Ni 2 O 3 H per unit time (step S220).
たとえば、ピーク面積がS10である場合には、Ni2O3Hの生成比はQ10と推定される(図5)。推定されたNi2O3Hの生成比(Q10)から算出することができるNi2O3Hの生成量を耐久試験における総充電時間で除算することにより、Ni2O3Hの単位充電時間当たりの生成量を算出することができる。なお、耐久試験の時間ではなく、耐久試験における総充電時間で除算が行なわれる理由は、Ni2O3Hはある程度の電圧(たとえば1.5V以上)が印加されなければ生成されず、放電時には生成されにくいものと考えられるからである。なお、本実施の形態においては、単位時間は、たとえば1秒である。 For example, when the peak area is S10, the production ratio of Ni 2 O 3 H is estimated to be Q10 (FIG. 5). The unit charge time of Ni 2 O 3 H is obtained by dividing the amount of Ni 2 O 3 H that can be calculated from the estimated production ratio of Ni 2 O 3 H (Q10) by the total charge time in the durability test. The generation amount per hit can be calculated. The reason why division is performed not by the time of the endurance test but by the total charge time in the endurance test is that Ni 2 O 3 H is not generated unless a certain voltage (for example, 1.5 V or more) is applied, and at the time of discharging It is because it is thought that it is hard to be generated. In the present embodiment, the unit time is 1 second, for example.
その後、実験者は、ステップS220において推定されたNi2O3Hの単位時間当たりの生成量を、設定された耐久条件の電圧及び温度における結果として記録する(ステップS230)。以上のように、ステップS200〜S230の処理によって、設定された耐久条件におけるNi2O3Hの単位時間当たりの生成量(単セル当たり)が求められる。 Thereafter, the experimenter records the amount of Ni 2 O 3 H generated per unit time estimated in step S220 as a result of the voltage and temperature under the set durability conditions (step S230). As described above, the amount of Ni 2 O 3 H generated per unit time (per unit cell) under the set endurance conditions is determined by the processes in steps S200 to S230.
そして、この第2の実験については、耐久条件(電圧及び温度)を変更して、ステップS200〜S230の処理が複数回行なわれる。その結果、単セルについての、電圧及び温度とNi2O3Hの単位時間当たりの生成量との関係を求めることができる。これにより、第2の実験は終了する。 And about this 2nd experiment, durability conditions (voltage and temperature) are changed and the process of step S200-S230 is performed in multiple times. As a result, the relationship between the voltage and temperature and the amount of Ni 2 O 3 H produced per unit time for a single cell can be determined. This completes the second experiment.
図7は、第2の実験により得られた結果が纏められた第1マップ200の一例を示す図である。図7を参照して、横軸は耐久条件の温度を示し、縦軸は耐久条件の電圧を示す。
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of the
第1マップ200においては、セル温度(T0,T1,T2・・・)とセル電圧(V0,V1,V2・・・)との組み合わせ毎に、単セルにおけるNi2O3Hの単位時間当たりの生成量(f00,f01,f10・・・)が対応付けられている。なお、電圧(V0,V1,V2・・・)は、セル電圧から金属抵抗に由来する電圧上昇分が除かれた値である。Ni2O3Hの単位時間当たりの生成量(f00,f01,f10・・・)は、第2の実験によって得られた結果である。この実施の形態に従う電池システム2においては、第1及び第2の実験によって第1マップ200が予め作成され、作成された第1マップ200はメモリ105に記憶される。
In the
そして、組電池10の使用中(たとえば車両1のシステム作動中)に、上記の第1マップ200が参照され、組電池10の各セルについて、監視ユニット20により検出されるセル電圧及びセル温度に基づいてNi2O3Hの生成量(F値)が算出される。
Then, when the assembled
(G値の算出方法)
図8は、組電池10の各セルにおいて正極を構成する電極シートの平面図である。セルの電極体は、正極を構成する複数の電極シート(以下「正極シート」とも称する。)と、負極を構成する複数の電極シートとが、セパレータを介して積層されることにより形成されている。この図8では、一枚の正極シート11が示されている。
(G value calculation method)
FIG. 8 is a plan view of an electrode sheet constituting a positive electrode in each cell of the assembled
図8を参照して、正極シート11は、金属製の集電箔12と、集電箔12の表面に形成される正極活物質13とを含む。正極活物質13が形成されている部位において電気化学反応が生じ、正極活物質13が形成されていない部位(図の左端)において集電端子(図示せず)が接続される。
Referring to FIG. 8,
正極シート11においては、シート(集電箔12)の大きさ(特にx方向の長さ)や物性値(集電箔12の金属抵抗値)等に応じて、正極シート11の正極活物質13が形成されている部位において、部位に応じた反応むらが生じ、その結果、部位に応じたNi2O3Hの生成むらが生じ得る。この実施の形態では、正極活物質13が形成されている部位を図示のようにたとえば9等分し、耐久試験後の各部位におけるNi2O3Hの生成量がX線回析によって測定される。
In the
図9,図10は、図8に示した正極シート11の各領域A〜DにおけるNi2O3Hの生成量をX線回折により測定した結果の一例を示した図である。この図9,図10では、様々な耐久試験を行なった電池の中から劣化度の異なる2種類の電池を選び、その分析結果を代表図として示している。そして、図9は、Ni2O3Hの生成による劣化が初期の電池における測定結果を示し、図10は、Ni2O3Hの生成による劣化を進行させた電池における測定結果を示す。
9 and 10 are diagrams showing an example of the result of measuring the amount of Ni 2 O 3 H produced in each region A to D of the
図9,図10を参照して、横軸は回折角(2θ)を示し、縦軸は回折強度を示す。図9における回折角d1,d2及び図10における回折角d1〜d3の回折ピークがNi2O3Hに帰属されるものである。なお、回折角d0の回折ピークは、新品相(β−Ni(OH)2/β−NiOOH)に帰属されるものである。 9 and 10, the horizontal axis represents the diffraction angle (2θ), and the vertical axis represents the diffraction intensity. The diffraction peaks at diffraction angles d1 and d2 in FIG. 9 and diffraction angles d1 to d3 in FIG. 10 are attributed to Ni 2 O 3 H. The diffraction peak at the diffraction angle d0 is attributed to a new phase (β-Ni (OH) 2 / β-NiOOH).
図9の測定結果から、劣化初期段階の電池では、Ni2O3Hの生成は、図8に示される領域C,Dにおいて優先的に生じることが分かる。そして、図10の測定結果から、劣化の進んだ電池では、Ni2O3Hの生成は、正極シート11の全域で発生しており、さらに、図9と同様に生成量にはむらがあることも確認できる。
From the measurement results of FIG. 9, it can be seen that in the battery in the initial stage of deterioration, the generation of Ni 2 O 3 H occurs preferentially in the regions C and D shown in FIG. From the measurement results of FIG. 10, in the battery having deteriorated, the generation of Ni 2 O 3 H occurs in the entire area of the
そこで、上述の知見に基づき、この実施の形態では、新品の組電池10内の単セルについて耐久試験を実施して、耐久試験後の正極シート11の各部位におけるNi2O3Hの生成量がX線回析によって測定され、正極内におけるNi2O3Hの生成むらが測定される。Ni2O3Hの生成むらの大きさは、たとえば、Ni2O3Hの生成量が最も多い領域の生成量を全部位の平均値で正規化した値(無次元量)とすることができる。
Therefore, based on the above-described knowledge, in this embodiment, a durability test is performed on a single cell in a new assembled
Ni2O3Hの生成むらの大きさは、セルに流れる電流(充電電流)及び温度に依存する。特に、温度が高く、かつ、充電電流が大きい条件下において、Ni2O3Hの生成むらが大きくなる。この実施の形態では、ニッケル水素単電池(単セル)について、充電電流及び温度と、正極内におけるNi2O3Hの生成むらの大きさとの対応関係を示す第2マップ(第2のデータ)が実験により予め作成され、ECU100のメモリ105に記憶される。そして、ECU100は、組電池10の使用中(たとえば車両1のシステム作動中)に、上記の第2マップを参照して、監視ユニット20により検出される充電電流及びセル温度に基づいて、各セルにおけるNi2O3Hの生成むらの大きさ(G値)を算出する。
The size of the generation unevenness of Ni 2 O 3 H depends on the current (charging current) flowing through the cell and the temperature. In particular, the generation unevenness of Ni 2 O 3 H increases under conditions where the temperature is high and the charging current is large. In this embodiment, for a nickel metal hydride battery (single cell), a second map (second data) showing a correspondence relationship between the charging current and temperature and the magnitude of Ni 2 O 3 H generation unevenness in the positive electrode. Is created in advance by experiments and stored in the memory 105 of the ECU 100. Then, the ECU 100 refers to the second map during use of the assembled battery 10 (for example, during system operation of the vehicle 1), based on the charging current and the cell temperature detected by the
図11は、第2マップ(第2のデータ)を作成するための実験の手順を示すフローチャートである。図11を参照して、このフローチャートに示される処理は、実験者により行なわれる。 FIG. 11 is a flowchart showing the procedure of an experiment for creating the second map (second data). Referring to FIG. 11, the process shown in this flowchart is performed by an experimenter.
実験者は、耐久条件(充電電流及び温度)を設定した上で、新品の組電池10内の単セルについて耐久試験を行なう(ステップS300)。たとえば、この耐久試験において、単セルは、恒温槽内に設けられた充電システムに設置される。恒温槽内の温度は、実験者により設定された温度に維持される。そして、一定電流による単セルの充電が行なわれる。耐久試験は、たとえば、全体として数日〜数ヵ月かけて行なわれる。 The experimenter sets an endurance condition (charging current and temperature), and then performs an endurance test on the single cell in the new assembled battery 10 (step S300). For example, in this durability test, the single cell is installed in a charging system provided in a thermostat. The temperature in the thermostat is maintained at a temperature set by the experimenter. The single cell is charged with a constant current. For example, the durability test is performed over several days to several months as a whole.
ステップS300において耐久試験が終了すると、実験者は、耐久試験を行なったセルを解体して正極を取り出し、正極内におけるNi2O3Hの生成むらを分析する(ステップS310)。具体的には、たとえば、図8に示したように正極シートを9等分した各領域におけるNi2O3Hの生成量をX線回折法により測定する。 When the durability test is completed in step S300, the experimenter disassembles the cell subjected to the durability test, takes out the positive electrode, and analyzes the generation unevenness of Ni 2 O 3 H in the positive electrode (step S310). Specifically, for example, as shown in FIG. 8, the amount of Ni 2 O 3 H produced in each region obtained by dividing the positive electrode sheet into nine equal parts is measured by the X-ray diffraction method.
その後、実験者は、正極シートの各領域におけるNi2O3H生成量の分析結果から、セルの正極内において単位時間に生じるNi2O3Hの生成むらの大きさを算出する(ステップS320)。具体的には、各領域におけるNi2O3Hの生成量に基づいて、耐久試験において生じたNi2O3Hの生成むらの大きさが算出され、その算出値を耐久試験における総充電時間で除算することにより、単位時間に生じるNi2O3Hの生成むらの大きさを算出することができる。 Thereafter, the experimenter calculates the size of the generation unevenness of Ni 2 O 3 H generated per unit time in the positive electrode of the cell from the analysis result of the Ni 2 O 3 H generation amount in each region of the positive electrode sheet (step S320). ). Specifically, based on the amount of Ni 2 O 3 H produced in each region, the magnitude of Ni 2 O 3 H production unevenness generated in the durability test is calculated, and the calculated value is used as the total charge time in the durability test. By dividing by, it is possible to calculate the size of the Ni 2 O 3 H generation unevenness that occurs in unit time.
なお、上述のように、Ni2O3Hの生成むらの大きさは、たとえば、Ni2O3Hの生成量が最も多い領域の生成量を全部位の平均値で正規化した値(無次元量)である。また、上記において、耐久試験の時間ではなく、耐久試験における総充電時間で除算が行なわれる理由は、Ni2O3Hの生成むらは充電時(特に大電流での充電時)に生じるからである。なお、単位時間は、F値の算出の場合と同様にたとえば1秒である。 As described above, the generation unevenness of Ni 2 O 3 H is, for example, a value obtained by normalizing the generation amount of the region with the largest Ni 2 O 3 H generation amount with the average value of all parts (none Dimension quantity). In addition, in the above, the reason why the division is performed not by the time of the durability test but by the total charging time in the durability test is that unevenness in the generation of Ni 2 O 3 H occurs during charging (particularly during charging with a large current). is there. The unit time is, for example, 1 second as in the case of calculating the F value.
その後、実験者は、ステップS320において算出された、単位時間に生じるNi2O3Hの生成むらの大きさを、設定された耐久条件の充電電流及び温度における結果として記録する(ステップS330)。以上のように、ステップS300〜S330の処理によって、設定された耐久条件における、単位時間に生じるNi2O3Hの生成むらの大きさ(単セル当たり)が求められる。 Thereafter, the experimenter records the magnitude of the generation unevenness of Ni 2 O 3 H generated in unit time calculated in step S320 as a result of the charging current and temperature under the set endurance conditions (step S330). As described above, the size of Ni 2 O 3 H generation irregularity (per unit cell) generated per unit time under the set endurance conditions is determined by the processing in steps S300 to S330.
そして、耐久条件(充電電流及び温度)を変更して、ステップS300〜S330の処理が複数回行なわれる。その結果、単セルについての、充電電流及び温度と単位時間に生じるNi2O3Hの生成むらの大きさとの関係を求めることができる。 Then, the durability conditions (charging current and temperature) are changed, and the processes of steps S300 to S330 are performed a plurality of times. As a result, the relationship between the charging current and temperature and the generation unevenness of Ni 2 O 3 H generated per unit time for a single cell can be obtained.
図12は、上記の実験により得られた結果が纏められた第2マップ300の一例を示す図である。図12を参照して、横軸は耐久条件の温度を示し、縦軸は耐久条件の電流(充電電流)を示す。
FIG. 12 is a diagram illustrating an example of the
第2マップ300においては、セル温度(T0,T1,T2・・・)と充電電流(I0,I1,I2・・・)との組み合わせ毎に、単セルにおいて単位時間に生じるNi2O3Hの生成むらの大きさ(g00,g01,g10・・・)が対応付けられている。この実施の形態に従う電池システム2においては、この第2マップ300が上記の実験(耐久試験)によって予め作成され、作成された第2マップ300はメモリ105に記憶される。
In the
そして、組電池10の使用中(たとえば車両1のシステム作動中)に、上記の第2マップ300が参照され、組電池10の各セルについて、監視ユニット20によって検出される電流IB(充電電流)及びセル温度に基づいてNi2O3Hの生成むらの大きさ(G値)が算出される。
Then, when the
なお、上記において、G値は、実験(耐久試験)によって作成された第2マップ300を用いて算出されるものとしたが、以下のように算出してもよい。すなわち、組電池10の各セルにおいて正極を構成する正極シート11について、たとえば図8に示したような各領域における金属抵抗及び反応抵抗(温度依存性有)をラダー回路によってモデル化し、このラダー回路を用いて、監視ユニット20によって検出される電流IB(充電電流)及びセル温度に基づいてG値を算出してもよい。
In the above description, the G value is calculated using the
(F値及びG値に基づく電池劣化抑制制御)
この実施の形態に従う電池システム2では、上述のように、正極におけるNi2O3Hの生成量(正極内の部位によらない総生成量)を示すF値とともに、正極内におけるNi2O3Hの生成むらの大きさを示すG値が推定される。そして、F値とともにG値も考慮して組電池10の劣化状態が的確に判断され、Ni2O3Hの生成を抑制して電池の劣化を抑制するための制御が実行される。
(Battery deterioration suppression control based on F value and G value)
In the
図13は、F値及びG値と、Ni2O3Hの生成を抑制するために充電を制限する制限領域との対応関係の一例を示した図である。図13を参照して、斜線で示される領域Sは、Ni2O3Hの生成を抑制して電池の劣化を抑制するために、組電池10の充電を制限する領域である。たとえば、組電池10のセルのいずれかについてF値及びG値が領域Sに含まれる場合に、充電を制限するための制御(後述)が実行される。
FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a correspondence relationship between the F value and the G value and a restriction region where charging is restricted in order to suppress the generation of Ni 2 O 3 H. Referring to FIG. 13, a region S indicated by diagonal lines is a region where charging of the assembled
この実施の形態に従う電池システム2では、F値及びG値と、組電池10の充電を制限する領域Sとの対応関係を示す第3マップ(第3のデータ)が予め準備され、ECU100のメモリ105に記憶される。図13に示した例では、F値が大きくなる程(Ni2O3Hの生成量が多くなる程)充電が制限され、また、G値が大きくなる程(正極内におけるNi2O3Hの生成むらが大きくなる程)充電が制限される。これにより、たとえば、F値はそれ程上昇していないけれどもG値が上昇している場合には、正極内におけるNi2O3Hの生成むらにより電池の劣化が加速し得るところ、このような電池劣化を抑制することができる。
In the
図14は、F値及びG値に基づく電池劣化抑制制御の処理手順を説明するフローチャートである。このフローチャートに示される処理は、上記単位時間を1サイクルとして、組電池10の充電実行中にECU100により繰り返し実行される。
FIG. 14 is a flowchart illustrating a processing procedure for battery deterioration suppression control based on the F value and the G value. The processing shown in this flowchart is repeatedly executed by the ECU 100 while the
図14を参照して、ECU100は、監視ユニット20の電圧センサ21、電流センサ22及び温度センサ23から、組電池10のセル電圧VBi、電流IB及びセル温度TBiを示す信号をそれぞれ取得する(ステップS400)。
Referring to FIG. 14, ECU 100 acquires signals indicating cell voltage VBi, current IB, and cell temperature TBi of assembled
次いで、ECU100は、メモリ105に記憶された第1マップ200を参照して、各セルについて、ステップS400で取得されたセル電圧VBi及びセル温度TBiに対応する、単位時間当たりのNi2O3Hの生成量を取得する。そして、ECU100は、各セルについて、第1マップ200を参照して取得された単位時間当たりのNi2O3Hの生成量を、1サイクル前に算出されたNi2O3Hの生成量(F値)に加算することにより、現在のNi2O3Hの生成量(F値)を算出する(ステップS410)。なお、算出されたNi2O3Hの生成量(F値)は、メモリ105に記憶される。すなわち、1サイクル前に算出されたNi2O3Hの生成量(F値)は、メモリ105に記憶されている。
Next, the ECU 100 refers to the
続いて、ECU100は、メモリ105に記憶された第2マップ300を参照して、各セルについて、ステップS400で取得された電流IB(充電電流)及びセル温度TBiに対応する、単位時間に生じるNi2O3Hの生成むらの大きさを取得する。そして、ECU100は、各セルについて、第1マップ200を参照して取得された、単位時間に生じるNi2O3Hの生成むらの大きさを、1サイクル前に算出されたNi2O3Hの生成むらの大きさ(G値)に加算することにより、現在のNi2O3Hの生成むらの大きさ(G値)を算出する(ステップS420)。なお、算出されたNi2O3Hの生成むらの大きさ(G値)も、メモリ105に記憶される。すなわち、1サイクル前に算出されたNi2O3Hの生成むらの大きさ(G値)は、メモリ105に記憶されている。
Subsequently, the ECU 100 refers to the
各セルについてのF値及びG値が算出されると、ECU100は、メモリ105に記憶された第3マップを参照して、各セルについて、ステップS410,420においてそれぞれ算出されたF値及びG値が、組電池10の充電を制限する制限領域(領域S)に含まれるか否かを判定する(ステップS430)。 When the F value and the G value for each cell are calculated, the ECU 100 refers to the third map stored in the memory 105, and for each cell, the F value and the G value calculated in steps S410 and 420, respectively. Is included in the restriction region (region S) for restricting charging of the assembled battery 10 (step S430).
ステップS430において、F値及びG値が制限領域(領域S)に含まれるセルが存在すると判定されると(ステップS430においてYES)、ECU100は、組電池10の充電電力の上限Winを制限する等して、F値及びG値が制限領域に含まれるセルにおいて、温度が高いほど上限電圧を抑制する(ステップS440)。これにより、当該セルの電圧がその上限電圧を超えないように組電池10の充電が制限され、Ni2O3Hの生成が抑制される。なお、温度に伴なう上限電圧の抑制は、連続的であってもよいし、離散的であってもよい。
If it is determined in step S430 that there is a cell whose F value and G value are included in the restriction region (region S) (YES in step S430), ECU 100 restricts the upper limit Win of the charging power of
一方、ステップS430において、F値及びG値が制限領域(領域S)に含まれるセルが存在しないと判定された場合は(ステップS430においてNO)、ECU100は、ステップS440を実行することなくリターンへと処理を移行する。 On the other hand, when it is determined in step S430 that there is no cell in which the F value and G value are included in the restricted region (region S) (NO in step S430), ECU 100 returns to step without executing step S440. And migrate the process.
以上のように、この実施の形態においては、正極におけるNi2O3Hの生成量(F値)が算出されるとともに、正極内におけるNi2O3Hの生成むらの大きさ(G値)も算出される。そして、この実施の形態によれば、F値とともにG値も考慮して、Ni2O3Hの生成による組電池10の劣化を抑制することができる。
As described above, in this embodiment, the amount of Ni 2 O 3 H in the positive electrode together with (F value) is calculated, the magnitude of the generated unevenness of Ni 2 O 3 H in the positive electrode (G value) Is also calculated. And according to this embodiment, considering the G value as well as the F value, it is possible to suppress the deterioration of the assembled
[変形例]
上記の実施の形態では、F値及びG値が制限領域(領域S)に含まれるセルが存在すると、当該セルにおけるNi2O3Hの生成を抑制するために、当該セルの上限電圧を抑制するものとしたが、Ni2O3Hの生成を抑制するための手法はこれに限定されるものではない。
[Modification]
In the above embodiment, when there is a cell whose F value and G value are included in the restricted region (region S), the upper limit voltage of the cell is suppressed in order to suppress the generation of Ni 2 O 3 H in the cell. However, the method for suppressing the formation of Ni 2 O 3 H is not limited to this.
図15は、F値及びG値に基づく電池劣化抑制制御の変形例を説明するフローチャートである。このフローチャートに示される処理も、上記単位時間を1サイクルとして、組電池10の充電実行中にECU100により繰り返し実行される。
FIG. 15 is a flowchart for explaining a modification of the battery deterioration suppression control based on the F value and the G value. The processing shown in this flowchart is also repeatedly executed by the ECU 100 while the
図15を参照して、このフローチャートは、図14に示したフローチャートにおいて、ステップS440に代えてステップS442を含む。すなわち、ステップS430において、F値及びG値が制限領域(領域S)に含まれるセルが存在すると判定されると(ステップS430においてYES)、ECU100は、F値及びG値が制限領域に含まれるセルの使用上限温度を下げる(ステップS442)。これにより、当該セルの温度がその使用上限温度を超えないように組電池10の充電が制限され、Ni2O3Hの生成が抑制される。
Referring to FIG. 15, this flowchart includes step S442 instead of step S440 in the flowchart shown in FIG. That is, when it is determined in step S430 that there is a cell in which the F value and G value are included in the restricted region (region S) (YES in step S430), ECU 100 includes the F value and G value in the restricted region. The use upper limit temperature of the cell is lowered (step S442). Thus, charging of the assembled
図16は、F値及びG値に基づく電池劣化抑制制御の他の変形例を説明するフローチャートである。このフローチャートに示される処理も、上記単位時間を1サイクルとして、組電池10の充電実行中にECU100により繰り返し実行される。
FIG. 16 is a flowchart for explaining another modified example of the battery deterioration suppression control based on the F value and the G value. The processing shown in this flowchart is also repeatedly executed by the ECU 100 while the
図16を参照して、このフローチャートは、図14に示したフローチャートにおいて、ステップS440に代えてステップS444を含む。すなわち、ステップS430において、F値及びG値が制限領域(領域S)に含まれるセルが存在すると判定されると(ステップS430においてYES)、ECU100は、組電池10の充電電力の上限Winを制限して、充電電流を制限する(ステップS444)。その結果、Ni2O3Hの生成むらが抑制され、組電池10の劣化が抑制される。すなわち、この変形例は、比較的G値が大きい場合に有用な制御手法と考えられる。さらには、組電池10の充電電力の上限Winを制限することで、上記の実施の形態のように領域S(図13)に含まれるセルの電圧を制限しつつ、組電池10に流れる電流を制限する場合もあり得る。
Referring to FIG. 16, this flowchart includes step S444 instead of step S440 in the flowchart shown in FIG. That is, when it is determined in step S430 that there is a cell in which the F value and the G value are included in the restriction region (region S) (YES in step S430), ECU 100 restricts upper limit Win of the charging power of
なお、上記の実施の形態及びその変形例では、セルの電圧及び温度と、正極におけるNi2O3Hの生成量との対応関係が、第1マップ200(図7)としてメモリ105に記憶されるものとしたが、上記の対応関係を関係式として表し、その関係式(データ)をメモリ105に記憶するようにしてもよい。同様に、上記では、充電電流及びセル温度と、正極内におけるNi2O3Hの生成むらの大きさとの対応関係が、第2マップ300(図12)としてメモリ105に記憶されるものとしたが、上記の対応関係を関係式として表し、その関係式(データ)をメモリ105に記憶するようにしてもよい。さらに、F値及びG値と、組電池10の充電を制限する制限領域との対応関係を示す第3マップ(図13)についても、対応関係を関係式として表してメモリ105に記憶してもよい。
In the above-described embodiment and its modification, the correspondence between the cell voltage and temperature and the amount of Ni 2 O 3 H produced in the positive electrode is stored in the memory 105 as the first map 200 (FIG. 7). However, the correspondence relationship may be expressed as a relational expression, and the relational expression (data) may be stored in the memory 105. Similarly, in the above description, it is assumed that the correspondence relationship between the charging current and the cell temperature and the generation unevenness of Ni 2 O 3 H in the positive electrode is stored in the memory 105 as the second map 300 (FIG. 12). However, the above correspondence relationship may be expressed as a relational expression, and the relational expression (data) may be stored in the memory 105. Further, the third map (FIG. 13) showing the correspondence between the F value and the G value and the restriction region for restricting charging of the assembled
また、上記においては、組電池10のセル毎に電圧及び温度を監視するものとしたが、複数(たとえば数個)のセルを監視単位として電圧及び温度を検出してもよい。この場合、電圧については、監視単位のセル数で検出値を割ることによって、セル毎の電圧(平均値)を算出することができる。
In the above description, the voltage and temperature are monitored for each cell of the assembled
また、上記においては、組電池10内の単セルについて耐久試験を行なうものとしたが、複数のセルを1つの単位として耐久試験を行なってもよいし、組電池10に対して耐久試験を行なってもよい。
In the above description, the durability test is performed on a single cell in the assembled
また、上記においては、Ni2O3Hの生成量の測定についてX線回析法を用いるものとしたが、他の測定方法、たとえば、熱分析(DTA−TG(Differential Thermal Analysis-Thermo Gravimetric))測定や、XAFS(X-ray Absorption Fine Structure)測定を用いてもよい(Niの平均価数変化に着目)。 In the above description, the X-ray diffraction method is used for the measurement of the amount of Ni 2 O 3 H produced. However, other measurement methods such as thermal analysis (DTA-TG (Differential Thermal Analysis-Thermo Gravimetric)) are used. ) Measurement or XAFS (X-ray Absorption Fine Structure) measurement may be used (focus on the change in the average valence of Ni).
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiment but by the scope of claims, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.
1 車両、2 電池システム、10 組電池、11 正極シート、12 集電箔、13 正極活物質、20 監視ユニット、21 電圧センサ、22 電流センサ、23 温度センサ、30 PCU、41,42 MG、50 エンジン、60 動力分割装置、70 駆動軸、80 駆動輪、100 ECU、102 CPU、105 メモリ、200 第1マップ、300 第2マップ。
DESCRIPTION OF
Claims (1)
メモリを含み、前記ニッケル水素電池の充電を制御する制御装置とを備え、
前記メモリは、
前記ニッケル水素電池の電圧及び温度と、前記ニッケル水素電池の正極におけるNi2O3Hの生成量との対応関係を示す第1のデータと、
前記ニッケル水素電池の充電電流及び温度と、前記ニッケル水素電池の正極内におけるNi2O3Hの生成むらの大きさとの対応関係を示す第2のデータと、
前記生成量及び前記生成むらの大きさと、前記ニッケル水素電池の充電を制限する制限領域との対応関係を示す第3のデータとを記憶し、
前記制御装置は、
前記第1のデータを参照して、前記ニッケル水素電池の電圧及び温度から前記生成量を算出し、
前記第2のデータを参照して、前記ニッケル水素電池の充電電流及び温度から前記生成むらの大きさを算出し、
前記第3のデータを参照して、算出された前記生成量及び前記生成むらの大きさが前記制限領域に含まれると判定された場合に、前記ニッケル水素電池の充電を制限するための所定の制御を実行する、電池システム。 A nickel metal hydride battery,
A control device including a memory and controlling charging of the nickel metal hydride battery,
The memory is
First data indicating a correspondence relationship between the voltage and temperature of the nickel metal hydride battery and the amount of Ni 2 O 3 H produced in the positive electrode of the nickel metal hydride battery;
Second data indicating a correspondence relationship between the charging current and temperature of the nickel-metal hydride battery and the magnitude of Ni 2 O 3 H generation unevenness in the positive electrode of the nickel-metal hydride battery;
Storing the generation amount and the size of the generation unevenness, and third data indicating a correspondence relationship between a restriction region for restricting charging of the nickel metal hydride battery,
The controller is
Referring to the first data, the amount of production is calculated from the voltage and temperature of the nickel metal hydride battery,
Referring to the second data, the size of the generation unevenness is calculated from the charging current and temperature of the nickel metal hydride battery,
Referring to the third data, when it is determined that the calculated generation amount and the generation unevenness size are included in the restriction region, a predetermined value for restricting charging of the nickel-metal hydride battery A battery system that executes control.
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