JP6658340B2 - Battery system - Google Patents
Battery system Download PDFInfo
- Publication number
- JP6658340B2 JP6658340B2 JP2016127568A JP2016127568A JP6658340B2 JP 6658340 B2 JP6658340 B2 JP 6658340B2 JP 2016127568 A JP2016127568 A JP 2016127568A JP 2016127568 A JP2016127568 A JP 2016127568A JP 6658340 B2 JP6658340 B2 JP 6658340B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- voltage
- nickel
- full charge
- amount
- charge capacity
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Secondary Cells (AREA)
- Tests Of Electric Status Of Batteries (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
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 hydrogen 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(ニッケル水素電池)を開示する。ニッケル正極内においてNi2O3Hが生成されると、電池の満充電容量が低下する。このアルカリ蓄電池においては、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、ニッケル正極内におけるNi2O3Hの生成が抑制される。このアルカリ蓄電池によれば、ニッケル正極内におけるNi2O3Hの生成が抑制されるため、アルカリ蓄電池の満充電容量の低下を抑制することができる(特許文献1参照)。 Japanese Patent Laying-Open No. 2011-233423 (Patent Document 1) discloses an alkaline storage battery (nickel-metal hydride battery) including a nickel positive electrode. When Ni 2 O 3 H is generated in the nickel positive electrode, the full charge capacity of the battery decreases. In this alkaline storage battery, by appropriately designing the length and height (width) of the nickel positive electrode, generation of Ni 2 O 3 H in the nickel positive electrode is suppressed. According to this alkaline storage battery, since the generation of Ni 2 O 3 H in the nickel positive electrode is suppressed, a decrease in the full charge capacity of the alkaline storage battery can be suppressed (see Patent Document 1).
上記特許文献1においては、ニッケル正極内におけるNi2O3Hの生成を抑制するためのニッケル正極の構造が開示されているが、Ni2O3Hが増加することによって電池の満充電容量が低下した場合の対処については何ら検討されていない。
たとえば、Ni2O3Hの増加により満充電容量が想定以上に低下すると、満充電容量の情報を用いる各種制御に与える影響が大きくなり問題である。したがって、Ni2O3Hが増加し過ぎないようにニッケル水素電池を適切に保護することが必要である。一方、ニッケル水素電池を過剰に保護すると、ニッケル水素電池の性能を十分に発揮することができない可能性がある。 For example, if the full charge capacity is reduced more than expected due to an increase in Ni 2 O 3 H, the influence on various controls using the information on the full charge capacity becomes large, which is a problem. Therefore, it is necessary to appropriately protect the nickel-metal hydride battery so that Ni 2 O 3 H does not increase excessively. On the other hand, if the nickel-metal hydride battery is excessively protected, the performance of the nickel-metal hydride battery may not be sufficiently exhibited.
この発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、ニッケル水素電池を適切に保護しつつ、ニッケル水素電池の性能を十分に発揮することができる電池システムを提供することである。 The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a battery system capable of sufficiently exhibiting the performance of a nickel-metal hydride battery while appropriately protecting the nickel-metal hydride battery. To provide.
この発明のある局面に従う電池システムは、ニッケル水素電池と、制御装置とを備える。制御装置は、メモリを含み、ニッケル水素電池の充電電圧を制御する。メモリは、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内に生成されるNi2O3Hに起因するニッケル水素電池の満充電容量の低下量との関係を示すデータを記憶する。制御装置は、ニッケル水素電池の電圧及び温度並びに上記データから導かれる、満充電容量の低下量が所定量以上となった場合に、満充電容量の低下量が所定量未満である場合よりも充電電圧の上限を低くする。 A battery system according to an aspect of the present invention includes a nickel-metal hydride battery and a control device. The control device includes a memory and controls a charging voltage of the nickel-metal hydride battery. The memory stores data indicating the relationship between the voltage and temperature of the nickel-metal hydride battery and the amount of decrease in the full charge capacity of the nickel-metal hydride battery caused by Ni 2 O 3 H generated in the positive electrode of the nickel-metal hydride battery. The control device is configured to charge the battery when the decrease in the full charge capacity is equal to or more than a predetermined amount, which is derived from the voltage and temperature of the nickel-metal hydride battery and the above data, than when the decrease in the full charge capacity is less than the predetermined amount. Lower the upper voltage limit.
この電池システムにおいては、ニッケル水素電池の電圧及び温度と、正極内に生成されるNi2O3Hに起因するニッケル水素電池の満充電容量の低下量との関係が着目されている。特に、ニッケル水素電池の電圧は充電時に高くなるところ、ニッケル水素電池の充電電圧が高い場合には、充電電圧が低い場合よりも、ニッケル正極内においてNi2O3Hが生成されやすい。この電池システムにおいては、ニッケル水素電池の満充電容量の低下量が所定量以上となった場合に、満充電容量の低下量が所定量未満である場合よりも充電電圧の上限が低くなる。したがって、この電池システムによれば、満充電容量の低下量が所定量以上となった場合にNi2O3Hの生成が抑制されるため、ニッケル水素電池を適切に保護することができる。また、充電電圧の上限を適切に低下することによって、ニッケル水素電池の性能を十分に発揮することができる。 In this battery system, attention is paid to the relationship between the voltage and temperature of the nickel-metal hydride battery and the amount of reduction in the full charge capacity of the nickel-metal hydride battery caused by Ni 2 O 3 H generated in the positive electrode. In particular, where the voltage of the nickel-metal hydride battery increases during charging, when the charging voltage of the nickel-metal hydride battery is high, Ni 2 O 3 H is more easily generated in the nickel positive electrode than when the charging voltage is low. In this battery system, the upper limit of the charging voltage is lower when the amount of decrease in the full charge capacity of the nickel-metal hydride battery is equal to or more than a predetermined amount than when the amount of decrease in the full charge capacity is less than the predetermined amount. Therefore, according to this battery system, when the amount of decrease in the full charge capacity becomes equal to or more than the predetermined amount, the generation of Ni 2 O 3 H is suppressed, so that the nickel-metal hydride battery can be appropriately protected. Further, by appropriately lowering the upper limit of the charging voltage, the performance of the nickel-metal hydride battery can be sufficiently exhibited.
この発明によれば、ニッケル水素電池を適切に保護しつつ、ニッケル水素電池の性能を十分に発揮することができる電池システムを提供することことができる。 According to the present invention, it is possible to provide a battery system capable of sufficiently exhibiting the performance of a nickel-metal hydride battery while appropriately protecting the nickel-metal hydride battery.
以下、この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り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding portions have the same reference characters allotted, and description thereof will not be repeated.
(電池システムの構成)
図1は、本実施の形態に従う電池システム2が搭載される車両1の構成を概略的に示す図である。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説明するが、本実施の形態による電池システム2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。
(Configuration of battery system)
FIG. 1 is a diagram schematically showing 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(PCU:Power Control Unit)30と、モータジェネレータ(MG:Motor Generator)41,42と、エンジン50と、動力分割機構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(ECU:Electronic Control Unit)100とを備える。
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によって、クランクシャフトを回転させる駆動力を発生する。MG41,42は、発電機としても電動機としても機能する。
The
MG41は、主として、動力分割機構60を通じて伝達されるエンジン50の出力の一部を用いて発電する発電機として動作する。MG41が発電した電力は、PCU30を通じてMG42又は組電池10に供給される。
MG 41 mainly operates as a generator that generates electric power by using a part of the output of
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によって駆動される。MG42の駆動力は、駆動軸70に伝達される。また、車両1の制動時には、MG42は、駆動輪80の回転力により駆動されることによって発電機として動作する。MG41,42の発電電力は、PCU30を通じて組電池10に充電される。
MG 42 is driven by at least one of the power from
組電池10は、MG41,42を駆動するための電力を蓄える。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)を含む。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、各セルの端子間電圧(以下「セル電圧」とも称する。)を検出する。電流センサ22は、組電池10の充放電電流を検出する。温度センサ23は、各セルの温度(以下「セル温度」とも称する。)を検出する。各センサは、検出結果を示す信号をECU100に出力する。なお、電流センサ22の出力は、充電時には負値を示し、放電時には正値を示す。
PCU30は、ECU100からのスイッチング指令に従って、組電池10とMG41,42との間で双方向の電力変換を実行するように構成される。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。
PCU 30 is configured to execute bidirectional power conversion between
ECU100は、CPU(Central Processing Unit)と、入出力インターフェイスと(いずれも図示せず)、メモリ105とを含んで構成される。ECU100は、各センサからの信号及びメモリ105に記憶された情報に基づいてエンジン50及びPCU30を制御することによって、組電池10の充放電を制御する。
The
ECU100は、組電池10の各セルについて、充電状態(State Of Charge)を示すSOC値(二次電池の満充電容量に対する残存容量を0〜100%で表わした値である。)を算出する。SOC値の算出方法としては、電圧とSOC値との関係を用いて算出する方法や、電流の積算値を用いて算出する方法等、種々の公知の手法を用いることができる。
The
ECU100は、たとえば、SOC値に基づいて、組電池10への入力電力の上限を示す入力可能電力Win、及び組電池10からの出力電力の上限を示す出力可能電力Wout(単位はどちらもワット)を設定する。たとえば、ECU100は、SOC値が第1の所定値以上の領域においてSOC値が大きいほど(満充電時の値である100%に近づくほど)入力可能電力Winを小さい値に制限し、SOC値が第2の所定値(<第1の所定値)以下の領域においてSOC値が小さいほど(枯渇時の値である0%に近づくほど)出力可能電力Woutを小さい値に制限する。
ECU 100, for example, based on the SOC value, inputtable power Win indicating the upper limit of the input power to
(満充電容量の低下抑制)
組電池10に含まれる各単セルにおいて、正極内にNi2O3Hが生成されると満充電容量が低下する。
(Suppression of drop in full charge capacity)
In each unit cell included in the
図2は、正極内におけるNi2O3Hの存在比率と満充電容量との関係に関する実験結果の一例を示す図である。図2を参照して、横軸は正極内における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することが分かる。 FIG. 2 is a diagram illustrating an example of an experimental result regarding the 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 abscissa indicates the abundance ratio of Ni 2 O 3 H in the positive electrode, and the ordinate indicates the full charge capacity. From this experimental result, it can be seen that the full charge capacity decreases as the proportion of Ni 2 O 3 H increases.
たとえば、Ni2O3Hの増加により満充電容量が大きく低下すると、満充電容量の情報を用いる各種制御に与える影響が大きくなり問題である。したがって、正極内においてNi2O3Hが増加し過ぎないように組電池10を適切に保護することが必要である。一方、組電池10を過剰に保護すると、組電池10の性能を十分に発揮することができない可能性がある。
For example, when the full charge capacity is greatly reduced due to an increase in Ni 2 O 3 H, the influence on various controls using the information on the full charge capacity becomes large, which is a problem. Therefore, it is necessary to appropriately protect the
正極内におけるNi2O3Hの生成量は、セルの電圧及び温度に依存する。特に、充電電圧が高い場合に、充電電圧が低い場合よりもニッケル正極内においてNi2O3Hが生成されやすく、満充電容量の低下を招く可能性がある。 The amount of Ni 2 O 3 H generated in the positive electrode depends on the voltage and temperature of the cell. In particular, when the charging voltage is high, Ni 2 O 3 H is more likely to be generated in the nickel positive electrode than when the charging voltage is low, which may cause a decrease in the full charge capacity.
そこで、本実施の形態に従う電池システム2においては、以下の構成が採用される。メモリ105は、組電池10に含まれる単セルについて、電圧及び温度と、正極内に生成されるNi2O3Hに起因する満充電容量の低下量との関係を示すマップ(データ)を記憶する。ECU100は、セルの電圧及び温度並びに上記のマップから導かれる満充電容量の低下量が所定量以上となった場合に、満充電容量の低下量が所定量未満である場合よりも充電電圧の上限を低くする。
Therefore, the following configuration is employed in
この電池システム2によれば、満充電容量の低下量が所定量以上となった場合にNi2O3Hの生成が抑制されるため、組電池10を適切に保護することができる。また、充電電圧の上限を適切に低下することによって、組電池10の性能を十分に発揮することができる。
According to the
上述のマップは、複数の実験を通じて予め作成される。以下に、マップの作成方法についてまず説明し、その後、Ni2O3Hに起因して満充電容量が大きく低下しないようにするための充電制御について説明する。 The above-described map is created in advance through a plurality of experiments. Hereinafter, a method of creating a map will be described first, and thereafter, a charge control for preventing the full charge capacity from being significantly reduced due to Ni 2 O 3 H will be described.
(マップ作成)
マップ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」とも称する。)が行なわれる。その後、耐久試験(後述)を経た単セル及び第1の実験の結果を用いて、耐久条件(電圧及び温度)と、正極内における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」とも称する。)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、Ni2O3Hに起因する単セルの満充電容量の単位時間当たりの低下量との関係を示す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。
(Map creation)
An experiment for creating a map is performed, for example, in the following order. First, an experiment (hereinafter also referred to as a “first 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. ) Is performed. Then, an experiment for examining the relationship between the endurance conditions (voltage and temperature) and the amount of Ni 2 O 3 H generated in the positive electrode using the results of the single cell and the first experiment that have undergone an endurance test (described later). (Hereinafter, also referred to as “second experiment”). In the second experiment, finally, a map showing the relationship between the endurance conditions (voltage and temperature) and the decrease per unit time of the full charge capacity of the single cell due to Ni 2 O 3 H was created. You. 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 processing 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、予め定めた回折角度のX線のピーク面積を測定する。X線の回折角度をどのように定めるかについて次に説明する。 The experimenter prepares a sample in which a predetermined amount (for example, a predetermined amount Q1) of Ni 2 O 3 H powder is uniformly mixed with a 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 at a predetermined diffraction angle. Next, how to determine the X-ray diffraction angle will be described.
図4には、意図的に組電池10にNi2O3Hを多く生成させた後、X線回折法によって正極を分析した結果(回折パターン)を一例として示す。図4を参照して、横軸は回折角度(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 shows an example of a result (diffraction pattern) of intentionally generating a large amount of Ni 2 O 3 H in the
「◇」の位置に対応する回折角度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度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度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 the 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、回折角度D1,D2,D3、及び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,D2,D3、及びD4のいずれかの回折角度の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、回折角度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、回折角度D1,D2,D3、及びD4の合算面積をX線回折法による分析に用いてもよい。 For example, the diffraction peaks at the diffraction angles D1, D2, D3, and D4 are mainly affected by diffraction by Ni 2 O 3 H (“◇”), and are hardly affected by diffraction by other compounds. Therefore, the experimenter can measure the area of the diffraction peak caused by Ni 2 O 3 H by using X-rays having any of the diffraction angles D1, D2, D3, and 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, D2, D3, and D4 may be used for analysis by 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度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の処理を通じて、所定量(たとえば、所定量Q1)のNi2O3Hが試料内に混入している場合の、回折角度D1におけるピーク面積が求められる。 Referring again to FIG. 3, when the sample is analyzed by the X-ray diffraction method in step S110, the experimenter records the peak area at 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 sample is obtained through the processing of steps S100 to S120.
次に、Ni2O3Hと同様、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 in the case of 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 Calculate the D'1 area when mixed in a fixed amount (Q1).
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、回折角度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 into the sample is changed (for example, predetermined amounts 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 (the amount of Ni 2 O 3 H / (the amount of Ni (OH) 2 + the amount of Ni 2 O 3 H)) and the peak area ratio at the diffraction angle D1 (D1 / (D1 + D) '1)) can be obtained.
図5は、第1の実験を通じて求められた、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, which was obtained through the first experiment. Referring to FIG. 5, the abscissa 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 ordinate 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、回折角度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の割合と回折角度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の割合と回折角度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比に基づいて図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 predetermined amounts Q1, Q2, and Q3 of Ni 2 O 3 H were 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. Although the relationship in FIG. 5 is defined here based on the peak area ratio, the relationship in 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 illustrating a processing procedure in the second experiment. Referring to FIG. 6, the processing 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。 After setting the durability conditions (voltage and temperature), the experimenter performs a durability test on a single cell in the new assembled battery 10 (step S200). For example, in the durability test, the single cell is installed in a charging system provided in a thermostat. The temperature in the thermostat is maintained at the temperature set by the experimenter. Then, the single cell is charged with a constant voltage. It is considered that the voltage that increases due to the metal resistance does not contribute to the generation of Ni 2 O 3 H in the positive electrode.
耐久試験は、たとえば、単セルの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 of a single cell 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
耐久試験において、SOC値が所定範囲内に収まるように充放電が繰り返される理由について次に説明する。たとえば、SOC値が所定範囲の上限を超えると、過充電によって、正極内において一部のβ−NiOOHがγ−NiOOHに変化する可能性がある。正極内にγ−NiOOHが生成されると、満充電容量が増加する。この場合には、耐久試験後の単セルを分析しても、正極内のNi2O3Hに起因する満充電容量の低下量を正しく見積もることが困難となる。したがって、本実施の形態の耐久試験においては、Ni2O3Hに起因する満充電容量の単位時間当たりの低下量を正確に調べるために、SOC値が所定範囲内に収まるように充放電が繰り返される。 The reason why charging and discharging are repeated so that the SOC value falls within the predetermined range in the durability test will be described below. For example, when the SOC value exceeds the upper limit of the predetermined range, a part of β-NiOOH may be changed to γ-NiOOH in the positive electrode due to overcharging. When γ-NiOOH is generated in the positive electrode, the full charge capacity increases. In this case, even if the single cell after the durability test is analyzed, it is difficult to correctly estimate the amount of decrease in the full charge capacity due to Ni 2 O 3 H in the positive electrode. Therefore, in the endurance test of the present embodiment, in order to accurately examine the amount of decrease in the full charge capacity per unit time due to Ni 2 O 3 H, charge and discharge are performed so that the SOC value falls within a predetermined range. Repeated.
実験者は、耐久試験後の単セルの満充電容量を測定する(ステップS210)。たとえば、実験者は、単セルを満充電状態とし、その後、セルの電圧が放電終止電圧となるまでセルを放電させ、放電時の電流値を積算することにより満充電容量を測定する。また、後述のように、耐久試験後の単セルから電極(正極)を解体して取り出し、正極単体の電極容量を測定してもよい。 The experimenter measures the full charge capacity of the single cell after the durability test (Step S210). For example, an experimenter puts a single cell into a fully charged state, discharges the cell until the voltage of the cell reaches the discharge end voltage, and measures the full charge capacity by integrating the current value at the time of discharge. Further, as described later, the electrode (positive electrode) may be disassembled and taken out from the single cell after the durability test, and the electrode capacity of the positive electrode alone may be measured.
その後、実験者は、新品のセルの満充電容量(たとえば、公称容量)から、ステップS210において測定された満充電容量を減算することにより、満充電容量の低下量を算出する(ステップS220)。 Thereafter, the experimenter calculates a decrease in the full charge capacity by subtracting the full charge capacity measured in step S210 from the full charge capacity (for example, the nominal capacity) of the new cell (step S220).
満充電容量の低下量を確認後、実験者は、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S230)。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の生成比を算出する(ステップS240)。たとえば、ピーク面積比がS10である場合には、Ni2O3Hの生成比はQ10と推定される(図5)。 After confirming the decrease in the full charge capacity, the experimenter disassembles the cell, takes out the positive electrode, and performs analysis by the X-ray diffraction method (step S230). Thereafter, the experimenter determined 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 generation ratio of Ni 2 O 3 H (step S240). For example, when the peak area ratio is S10, the generation ratio of Ni 2 O 3 H is estimated to be Q10 (FIG. 5).
実験者は、満充電容量の低下量がNi2O3Hの生成に起因することの整合を確認した後、単位時間当たりの満充電容量の低下量を算出する(ステップS250)。具体的には、実験者は、ステップS220において算出された満充電容量の低下量を耐久試験における総充電時間で除算する。これにより、Ni2O3Hに起因するニッケル水素単電池の満充電容量の単位充電時間当たりの低下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はセルにある程度の電圧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。本実施の形態において、単位時間は、たとえば1秒である。 After confirming that the decrease in the full charge capacity is caused by the generation of Ni 2 O 3 H, the experimenter calculates the decrease in the full charge capacity per unit time (step S250). Specifically, the experimenter divides the decrease amount of the full charge capacity calculated in step S220 by the total charge time in the durability test. Thereby, it is possible to calculate the amount of decrease in the full charge capacity of the nickel-metal hydride cell per unit charging time due to Ni 2 O 3 H. The reason why the division is performed not by the duration of the durability test but by the total charging time in the durability test is that Ni 2 O 3 H is not generated unless a certain voltage is applied to the cell, and is hardly generated during discharge. Because it is possible. In the present embodiment, the unit time is, for example, one second.
その後、実験者は、ステップS250において算出された単位時間当たりの満充電容量の低下量を、設定された耐久条件(電圧及び温度)における結果として記録する(ステップS260)。以上のように、ステップS200〜S260の処理を通じて、設定された耐久条件における、Ni2O3Hに起因するニッケル水素単電池の満充電容量の単位時間当たりの低下量が求められる。 Thereafter, the experimenter records the amount of decrease in the full charge capacity per unit time calculated in step S250 as a result under the set endurance conditions (voltage and temperature) (step S260). As described above, through the processing of steps S200 to S260, the amount of decrease in the full charge capacity of the nickel-metal hydride unit cell per unit time due to Ni 2 O 3 H under the set endurance condition is determined.
第2の実験においては、耐久条件を変更して、ステップS200〜S260の処理が複数回行なわれる。その結果、セルの電圧及び温度と、Ni2O3Hに起因するセルの満充電容量の単位時間当たりの低下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。 In the second experiment, the processing of steps S200 to S260 is performed a plurality of times with the durability condition changed. As a result, the relationship between the voltage and temperature of the cell and the amount of decrease in the full charge capacity of the cell per unit time due to Ni 2 O 3 H can be obtained. This ends the second experiment.
図7は、第2の実験を通じて得られた結果がまとめられたマップ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 a map in which results obtained through the second experiment are summarized. Referring to FIG. 7, the horizontal axis represents the temperature under the durability condition, and the vertical axis represents the voltage under the durability condition.
マップ200においては、セル温度(T0,T1,T2・・・)とセル電圧(V0,V1,V2・・・)との組み合わせごとに、Ni2O3Hに起因する単セルの満充電容量の単位時間当たりの低下量(W00,W01,W10・・・)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。満充電容量の単位時間当たりの低下量(W00,W01,W10・・・)は、第2の実験を通じて得られた結果である。本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の実験を通じてマップ200が予め作成され、作成されたマップ200はメモリ105に記憶される。以下、Ni2O3Hに起因する満充電容量の低下を考慮した充電制御について説明する。
In the
(充電制御)
図8は、組電池10の充電制御の処理手順を示すフローチャートである。図8を参照して、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の充電時にECU100により繰り返し実行される。
(Charge control)
FIG. 8 is a flowchart illustrating a procedure of the charging control of the
ECU100は、電圧センサ21、温度センサ23、及び電流センサ22から、各セルの電圧及び温度、並びに電流を示す信号をそれぞれ取得する(ステップS300)。ECU100は、セル電圧から金属抵抗による電圧上昇分を減算した電圧をセル毎に算出する。なお、電圧上昇分の電圧は、予め認識されている金属抵抗と電流とに基づいて算出される。その後、ECU100は、メモリ105に記憶されたマップ200を参照して、各セルについて、上記で算出された電圧及びセル温度に対応する、Ni2O3Hに起因する満充電容量の単位時間当たりの低下量(絶対値)を示す情報を取得する(ステップS310)。
The
ECU100は、各セルについて、1サイクル前に算出された、Ni2O3Hに起因する満充電容量の総低下量(絶対値)に、ステップS310において算出された満充電容量の低下量を加算することにより、現在の満充電容量の総低下量を算出する(ステップS320)。なお、1サイクル前に算出された総低下量は、メモリ105に記憶されている。
The
その後、ECU100は、算出された総低下量が所定量Th1以上であるセルが存在するか否かを判定する(ステップS330)。所定量Th1としては、たとえば、満充電容量の総低下量として許容可能な値が設定される。
Thereafter, the
総低下量が所定量Th1以上であるセルが存在しないと判定されると(ステップS330においてNO)、各セルについて、充電のための印加電圧から金属抵抗による電圧上昇分を減算した電圧(充電電圧)の上限が所定電圧V10に設定される(ステップS340)。所定電圧V10は、セルの特性に合わせて予め設定される。 If it is determined that there is no cell whose total amount of decrease is equal to or greater than the predetermined amount Th1 (NO in step S330), a voltage obtained by subtracting the voltage increase due to the metal resistance from the applied voltage for charging (charging voltage) for each cell Is set to the predetermined voltage V10 (step S340). The predetermined voltage V10 is set in advance according to the characteristics of the cell.
一方、総低下量が所定量Th1以上であるセルが存在すると判定されると(ステップS330においてYES)、ECU100は、総低下量が所定量Th1以上であるセルのいずれかの充電電圧が所定電圧V20(<所定電圧V10)以上であるか否かを判定する(ステップS350)。所定電圧V20は、たとえば上述の、正極内にNi2O3Hが生成される電圧より少し低い値であり、総低下量が所定量Th1未満のときの電圧上限を示す所定電圧V10よりも低い。
On the other hand, if it is determined that there is a cell whose total reduction amount is equal to or greater than predetermined amount Th1 (YES in step S330),
いずれのセルの充電電圧も所定電圧V20未満であると判定されると(ステップS350においてNO)、処理は上述のステップS340に移行する。一方、いずれかのセルの充電電圧が所定電圧V20以上であると判定されると(ステップS350においてYES)、ECU100は、さらなるNi2O3Hの生成を抑制するため、充電電圧が所定電圧V20以上であるセルの充電電圧の上限を所定電圧V20に設定する(ステップS360)。これにより、少なくとも充電電圧が所定電圧V20以上となったセルの充電電圧は、所定電圧V20未満に抑えられる。たとえば、ECU100は、充電電圧が所定電圧V20以上となったセルの充電電圧が所定電圧V20未満となるように、SOC値に拘わらず入力可能電力Winを低下させる。
If it is determined that the charging voltage of any of the cells is lower than predetermined voltage V20 (NO in step S350), the process proceeds to step S340 described above. On the other hand, if it is determined that the charging voltage of any of the cells is equal to or higher than predetermined voltage V20 (YES in step S350),
以上のように、本実施の形態に従う電池システム2において、ECU100は、電池の電圧及び温度並びに上記のマップから導かれる満充電容量の低下量が所定量Th1以上となった場合に、満充電容量の低下量が所定量Th1未満である場合よりも充電電圧の上限を低くする。
As described above, in the
この電池システム2によれば、満充電容量の低下量が所定量Th1以上となった場合にNi2O3Hの生成が抑制されるため、組電池10を適切に保護することができる。また、充電電圧の上限を適切に低下することによって、組電池10の性能を十分に発揮することができる。
According to the
[他の実施の形態]
以上のように、この発明の実施の形態として上記の実施の形態を説明した。しかしながら、この発明は必ずしも上記の実施の形態に限定されない。ここでは、他の実施の形態の一例について説明する。
[Other embodiments]
As described above, the above embodiment has been described as an embodiment of the present invention. However, the present invention is not necessarily limited to the above embodiment. Here, an example of another embodiment will be described.
上記の実施の形態においては、単セルの電圧及び温度と、Ni2O3Hに起因する単セルの満充電容量の単位時間当たりの低下量との関係がマップ200としてメモリ105に記憶された。しかしながら、上記関係は必ずしもマップ200としてメモリ105に記憶される必要はない。たとえば、第1及び第2の実験を通じて得られた結果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。この場合には、この関係式を用いることにより、単セルの満充電容量の単位時間当たりの低下量が求められる。
In the above embodiment, the relationship between the voltage and temperature of the single cell and the amount of decrease in the full charge capacity of the single cell per unit time due to Ni 2 O 3 H was stored in the
また、上記の実施の形態においては、マップ200は、Ni2O3Hに起因する満充電容量の単位時間当たりの低下量を保持することとした。しかしながら、マップ200が保持する対象はこれに限定されない。たとえば、マップ200は、耐久条件毎のNi2O3Hの単位時間当たりの生成量を保持することとしてもよい。
Further, in the above-described embodiment, the
この場合には、メモリ105は、さらに、Ni2O3Hの単位時間当たりの生成量を満充電容量の単位時間当たりの低下量に変換するための変換テーブルを記憶する必要がある。そして、ECU100は、マップ200を用いてNi2O3Hの単位時間当たりの生成量を推定した後に、変換テーブルを用いて満充電容量の単位時間当たりの低下量を求める必要がある。
In this case, the
また、上記の実施の形態においては、ニッケル水素単電池の正極内のNi2O3Hの生成量がX線回折法を用いて分析された。しかしながら、Ni2O3Hの生成量の分析方法はこれに限定されない。たとえば、熱分析(DTA−TG(Differential Thermal Analysis-Thermo Gravimetric))測定を用いてもよいし、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する。)。 In the above embodiment, the amount of Ni 2 O 3 H generated in the positive electrode of the nickel-metal hydride single cell was analyzed by using the X-ray diffraction method. However, the method of analyzing the amount of generated Ni 2 O 3 H is not limited to this. For example, thermal analysis (DTA-TG (Differential Thermal Analysis-Thermo Gravimetric)) measurement may be used, or XAFS (X-ray Absorption Fine Structure) measurement may be used (note the change in average valence of Ni). .).
また、上記の実施の形態においては、ニッケル水素単電池毎に電圧(セル電圧)及び温度(セル温度)が監視された。しかしながら、電圧及び温度の監視単位は、これに限定されない。たとえば、複数のニッケル水素単電池を1つの監視単位としてもよい。この場合には、たとえば、マップ200が監視単位(複数セル)における満充電容量の単位時間当たりの低下量を保持することとしてもよい。
In the above embodiment, the voltage (cell voltage) and the temperature (cell temperature) are monitored for each nickel-metal hydride unit cell. However, the monitoring unit of the voltage and the temperature is not limited to this. For example, a plurality of nickel-metal hydride cells may be used as one monitoring unit. In this case, for example, the
また、上記の実施の形態においては、ニッケル水素単電池(単セル)を用いることによって、第2の実験における耐久試験が行なわれた。しかしながら、耐久試験を行なう単位は、単セルに限定されない。たとえば、組電池10に対して耐久試験を行なうこととしてもよいし、複数のニッケル水素単電池を1つの単位として耐久試験を行なうこととしてもよい。
In the above-described embodiment, the durability test in the second experiment was performed by using a nickel-metal hydride single cell (single cell). However, the unit for performing the durability test is not limited to a single cell. For example, an endurance test may be performed on the assembled
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説明ではなく、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 embodiments disclosed this time are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 車両、2 電池システム、10 組電池、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 動力分割機構、70 駆動軸、80 駆動輪、100 ECU、105 メモリ、200 マップ。
REFERENCE SIGNS
Claims (1)
メモリを含み、前記ニッケル水素電池の充電電圧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内に生成されるNi2O3Hに起因する前記ニッケル水素電池の満充電容量の低下量との関係を示すデータを記憶し、
前記制御装置は、前記ニッケル水素電池の電圧及び温度並びに前記データから導かれる前記低下量が所定量以上となった場合に、前記低下量が所定量未満である場合よりも前記充電電圧の上限を低くする、電池システム。 Nickel-metal hydride batteries,
Including a memory, a control device for controlling the charging voltage of the nickel-metal hydride battery,
The memory stores data indicating a relationship between a voltage and a temperature of the nickel-metal hydride battery and a decrease in a full charge capacity of the nickel-metal hydride battery caused by Ni 2 O 3 H generated in a positive electrode of the nickel-metal hydride battery. Remember
The control device sets the upper limit of the charging voltage when the reduction amount derived from the voltage and temperature of the nickel-metal hydride battery and the data is equal to or more than a predetermined amount, than when the reduction amount is less than a predetermined amount. Battery system to lower.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016127568A JP6658340B2 (en) | 2016-06-28 | 2016-06-28 | Battery system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016127568A JP6658340B2 (en) | 2016-06-28 | 2016-06-28 | Battery system |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2018006024A JP2018006024A (en) | 2018-01-11 |
JP6658340B2 true JP6658340B2 (en) | 2020-03-04 |
Family
ID=60949558
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016127568A Active JP6658340B2 (en) | 2016-06-28 | 2016-06-28 | Battery system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6658340B2 (en) |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001155724A (en) * | 1999-11-26 | 2001-06-08 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Akaline storage battery |
JP2007166789A (en) * | 2005-12-14 | 2007-06-28 | Toyota Motor Corp | Method of determining fully charged capacity of secondary battery and determining device thereof |
CN102472797A (en) * | 2009-07-10 | 2012-05-23 | 松下电器产业株式会社 | Circuit for counting number of cycles, battery pack, and battery system |
JP2011233423A (en) * | 2010-04-28 | 2011-11-17 | Sanyo Electric Co Ltd | Alkaline storage battery |
JP5812025B2 (en) * | 2013-02-25 | 2015-11-11 | トヨタ自動車株式会社 | Power storage system for stationary use and control method |
JP2015031587A (en) * | 2013-08-02 | 2015-02-16 | 日産自動車株式会社 | Battery capacity presentation device, battery capacity presentation system, information center, and battery capacity presentation method |
-
2016
- 2016-06-28 JP JP2016127568A patent/JP6658340B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2018006024A (en) | 2018-01-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3964635B2 (en) | Memory effect detection method and solution | |
EP2387093B1 (en) | Nonaqueous electrolyte type secondary battery system and vehicle | |
JP5568583B2 (en) | Lithium ion secondary battery system, inspection method for lithium ion secondary battery, control method for lithium ion secondary battery | |
US8674659B2 (en) | Charge control device and vehicle equipped with the same | |
JP2020034426A (en) | Secondary battery degradation state estimation method and secondary battery system | |
CN108016303A (en) | Control the apparatus and method of the charging of the battery of hybrid vehicle | |
JP2010066229A (en) | Device and method for detecting failure of battery | |
JP2021118148A (en) | Battery system and method for evaluating deterioration of lithium-ion battery | |
US20010035742A1 (en) | Charging/discharging control device and method for canceling memory effect in secondary battery | |
JP6711155B2 (en) | Control device and moving body | |
JP6658342B2 (en) | Battery system | |
JP6658340B2 (en) | Battery system | |
JP7087400B2 (en) | Solar power generation system | |
JP2009181910A (en) | Charging and discharging control method and charging and discharging control system for alkaline storage battery | |
JP6658341B2 (en) | Battery system | |
JP6613969B2 (en) | Secondary battery system | |
JP6668983B2 (en) | Battery system | |
JP6699413B2 (en) | Battery system | |
JP6620689B2 (en) | Battery system | |
JP2004271447A (en) | Internal resistance detector, degradation judging device, internal resistance detection method and degradation judging method for secondary battery | |
JP6702043B2 (en) | Battery system | |
JP7040408B2 (en) | Rechargeable battery system | |
US20240241187A1 (en) | Battery system | |
JP7028072B2 (en) | Battery system | |
JP2018087784A (en) | Battery system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20190315 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20200107 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20191227 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20200120 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 6658340 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |