JP6738901B2 - 蓄電池充電のための制御装置および蓄電池を充電する方法 - Google Patents
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Description
本開示は、蓄電池の充電を制御するための制御装置および蓄電池を充電する方法に関する。
蓄電池は、二次電池ともよばれ、エネルギー貯蔵手段として、特に車両用のエネルギー貯蔵手段としてますます重要になってきている。このような車両としては、内燃機関と1つ以上の電動モータとを備えるハイブリッド車や、電気のみで駆動される自動車が挙げられる。
現状では、信頼性の高い充電制御機能を有し、かつ種々の電池型の電池に対して好適に使用できる制御装置の提供が望まれている。
電池の充電中における電池の電圧を測定し
測定電圧が所定の上限電圧を超える場合に充電を停止し、
充電停止後に電池の電圧を測定し、
所定の上限電圧と、これと比較した充電停止後の電池の測定電圧との間の電圧差を求め、
求めた電圧差が所定の閾値を超える場合に充電を継続するよう構成される。
電池の温度/頻度分布は、電池の各温度について、寿命終了までの間に電池がその温度であった時間の長さを記録することによって求められてもよい。
本開示は組電池にも関する。組電池は、少なくとも1つの電池、特にバイポーラ固体電池と、上述の制御装置とを含んでもよい。
電池の充電中における電池の電圧を測定する工程と、
測定電圧が所定の上限電圧を超える場合に充電を停止する工程と、
充電停止後に電池の電圧を測定する工程と、
所定の上限電圧と充電停止後の電池の測定電圧との間の電圧差を求める工程と、
求めた電圧差が所定の閾値を超える場合に充電を継続する工程とを含む。
上記電圧差が所定の閾値を超えない場合に、好ましくは電池が満充電状態であると判定されて、所定の閾値がリセットされてもよい。
閾値の決定は、電池の判定された劣化度に基づいてなされてもよい。
電池の劣化度の判定は、アレニウスの式に基づいてなされてもよい。
以下に、本開示の例示的な実施形態が詳細に参照され、その例が添付の図面中に示される。同一または類似の部品や部分を指すために、全ての図面を通して可能な限り同一の参照番号が用いられる。
工程S13において、好ましくは充電中に、電池の電圧Vxが計測される。好ましくは継続的に、電圧Vxが監視される。次いで、電池の電圧の計測値Vxが所定の上限電圧Vmaxを超えるか否かが判定される。超えていなければ、充電が継続される。電池の電圧の計測値Vxが所定の上限電圧Vmaxを超えていれば、上記方法が継続して実行されて工程S14へと進む。その結果、電池の電圧Vxは充電中に継続的に上がり、VxがVmaxを超えると充電が停止される。
t=時間
c=ln(A)
b=−(E/R)
T=温度
したがって、現時点での劣化度αxは累積値、すなわち現時点での劣化度計算値および現時点より以前に計算された劣化度計算値の総計であり、たとえば以下のとおりである。
αx1=α1+α2+α3…
式中、
k=所定の反応速度定数(または速度定数)
A=定数
Ea=活性化エネルギー
R=気体定数
T=温度
パラメータk、A、Ea、およびRは、使用された電池の電池型に特定して行なった予備実験から既知であるか、または一般に公知のパラメータである。
k⇒βである場合、以下のとおりである。
b=−(E/R)
c=ln(A)
得られた劣化率βの図を図5に示す。劣化率βは所定の値であり、また、使用された電池の電池型に特定のものである。劣化率βは好ましくは予備実験において決定され、(スマート電池の場合には)電池について、かつ/または制御装置について既知のものである。
αx2⇒ΔVT2
αx3⇒ΔVT3
このΔVTとαxとの関係は好ましくは予備実験において決定され、使用された電池の電池型に特定のものである。ルックアップマップは、制御装置の、または(スマート電池の場合には)電池のデータ記憶装置に記憶されていてもよい。
Claims (20)
- 蓄電池(2)の充電を制御するための制御装置(6)であって、
前記制御装置(6)は、
前記蓄電池の充電中における前記蓄電池の電圧(Vx)を測定し、
測定電圧(Vx)が所定の上限電圧(Vmax)を超える場合に充電を停止し、
充電停止後に前記電池の電圧(Vx)を測定し、
前記所定の上限電圧(Vmax)と前記測定された充電停止後の前記蓄電池の測定電圧との間の電圧差(ΔVx)を求め、
前記求めた電圧差(ΔVx)が所定の閾値(ΔVT)を超える場合に、
前記所定の上限電圧(Vmax)を所定の電圧量だけ上げて、前記測定電圧(V x )が前記所定の上限電圧(V max )を超えるまでの間、前記蓄電池の充電を再開して、充電停止後に前記電圧差(ΔV x )を再度求めるか、または、限られた時間の間だけ前記蓄電池の充電を再開し、充電停止後に前記電圧差(ΔVx)を再度求めることを、前記求めた電圧差(ΔV x )が前記所定の閾値(ΔV T )を超えなくなるまで継続することによって、充電を継続するよう構成され、
前記求めた電圧差(ΔV x )が前記所定の閾値(ΔV T )を超えない場合に、充電を最終的に停止するようさらに構成される、制御装置(6)。 - 前記求めた電圧差(ΔVx)が前記所定の閾値(ΔVT)を超えない場合に、
前記蓄電池が満充電状態であると判定して、前記所定の閾値(ΔVT)をリセットするようさらに構成される、請求項1に記載の制御装置(6)。 - 充電開始前の前記蓄電池の充電レベル(SOC)に基づいて前記閾値(ΔVT)を決定するようさらに構成される、請求項1または2に記載の制御装置(6)。
- 前記蓄電池の判定された劣化度(αx)に基づいて前記閾値(ΔVT)を決定するようさらに構成される、請求項1〜3のいずれか1項に記載の制御装置(6)。
- 前記蓄電池の温度/頻度分布および前記蓄電池の所定の劣化率(β)に基づいて前記蓄電池の劣化度(αx)を判定するようさらに構成される請求項4に記載の制御装置(6)。
- 前記蓄電池の劣化度(αx)はアレニウスの式に基づいて判定される請求項5に記載の制御装置(6)。
- 前記蓄電池の各温度について、寿命終了までの間に前記蓄電池がその温度であった時間の長さを記録したものに基づいて、前記蓄電池の温度/頻度分布を求めるようさらに構成される、請求項6に記載の制御装置(6)。
- 前記蓄電池の電圧(Vx)を測定するための電圧センサ(10)を含む、請求項1〜7のいずれか1項に記載の制御装置(6)。
- 前記蓄電池の温度(T)を測定するための温度センサ(8)を含む、請求項1〜8のいずれか1項に記載の制御装置(6)。
- 少なくとも1つの蓄電池(2)、特にバイポーラ固体電池と、
前記少なくとも1つの蓄電池(2)の充電を制御するよう構成された、請求項1〜9のいずれか1項に記載の制御装置(6)とを含む、組電池。 - 少なくとも1つの蓄電池(2)、特にバイポーラ固体電池と、
前記蓄電池(2)のための充電装置(5)と、
前記充電装置(5)を制御して前記少なくとも1つの蓄電池(2)の充電を制御するよう構成された請求項1〜9のいずれか1項に記載の制御装置(6)とを含む電池充電システム。 - 電動モータ(4)と、
請求項10に記載の組電池とを含み、
前記少なくとも1つの蓄電池(2)は前記電動モータ(4)を動作させるために放電される、車両(1)。 - 電動モータ(4)と、
少なくとも1つの蓄電池(2)、特にバイポーラ固体電池と、
前記少なくとも1つの蓄電池(2)の充電を制御するよう構成された、請求項1〜9のいずれか1項に記載の制御装置(6)とを含み、前記少なくとも1つの蓄電池(2)は前記電動モータ(4)を動作させるために放電される、車両(1)。 - 蓄電池(2)の充電を制御する方法であって、
前記蓄電池の充電中における前記蓄電池の電圧(Vx)を測定する工程と、
測定電圧(Vx)が所定の上限電圧(Vmax)を超える場合に充電を停止する工程と、
充電停止後に前記蓄電池の電圧(Vx)を測定する工程と、
前記所定の上限電圧(Vmax)と前記測定された充電停止後の前記蓄電池の測定電圧との間の電圧差(ΔVx)を求める工程と、
前記求めた電圧差(ΔVx)が所定の閾値(ΔVT)を超える場合に、前記求めた電圧差(ΔV x )が前記所定の閾値(ΔV T )を超えなくなるまで充電を継続する工程を含み、
前記充電を継続する工程は、
前記所定の上限電圧(Vmax)を所定の電圧量だけ上げて、前記測定電圧(V x )が前記所定の上限電圧(V max )を超えるまでの間だけ前記蓄電池の充電を再開し、充電停止後に前記電圧差(ΔV x )を再度求める工程、または
限られた時間の間だけ前記蓄電池の充電を再開し、充電停止後に電圧差(ΔVx)を再度求める工程を含み、
前記求めた電圧差(ΔV x )が前記所定の閾値(ΔV T )を超えない場合に充電を最終的に終了する工程をさらに含む、方法。 - 前記求めた電圧差(ΔVx)が前記所定の閾値(ΔVT)を超えない場合に、
前記蓄電池が満充電状態であると判定して、前記所定の閾値(ΔVT)をリセットする工程をさらに含む、請求項14に記載の方法。 - 前記閾値(ΔVT)は充電開始前の前記蓄電池の充電レベル(SOC)に基づいて決定される請求項14または15に記載の方法。
- 前記閾値(ΔVT)は前記蓄電池の判定された劣化度(αx)に基づいて決定される請
求項14〜16のいずれか1項に記載の方法。 - 前記蓄電池の劣化度(αx)は前記蓄電池の温度/頻度分布および前記蓄電池の所定の劣化率(β)に基づいて判定される請求項17に記載の方法。
- 前記蓄電池の劣化度(αx)はアレニウスの式に基づいて判定される請求項17または18に記載の方法。
- 前記蓄電池の温度/頻度分布は、前記蓄電池の各温度について、寿命終了までの間に前記蓄電池がその温度であった時間の長さを記録したものに基づいて求められる、請求項18または19に記載の方法。
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