JP6978723B2 - 二次電池システム - Google Patents
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Description
例えば特許文献1に記載された二次電池システムでは、二次電池の放電時に電池容量Qを算出すると共に、電池容量Qの変化量dQに対する電池電圧Vの変化量dVの割合である微分値dV/dQを求め、微分値dV/dQと電池容量Qとの関係から微分曲線Q-dV/dQを算出している。
そして、微分曲線V-dQ/dV上において所定の電圧領域(3.2V〜Vp)内での微分値dQ/dVの差分値ΔdQ/dVを算出し、予め記憶されている差分値ΔdQ/dVと二次電池の劣化指標との相関関係に基づき、現在の差分値ΔdQ/dVから劣化指標を推定している。
また、例えば特許文献2の技術のように二次電池に対する充放電制御に介入することなく、二次電池の充電率の増減により微分曲線上の傾き領域を横切った機会を利用して劣化指標が推定されるため、二次電池の充電率が常に充放電制御に基づく最適値に保たれ続ける。
その他の態様として、前記特定微分値が、前記二次電池の劣化指標の変化に関わらず、常に前記微分曲線上の前記傾き領域のみに対応し続ける微分値dQ/dVとして設定されていることが好ましい(請求項3)。
その他の態様として、前記特定微分値が、定格容量が異なる他の二次電池に設定されている特定微分値に基づき、該他の二次電池との間の定格容量の比率に基づき設定されていることが好ましい(請求項4)。
この態様によれば、微分曲線V-dQ/dV上において複数の劣化領域毎に特徴点が定められ、それらの特徴点に基づき二次電池の劣化指標が推定される。
この態様によれば、微分曲線上の傾き領域にあたるピークはLiMO2に由来しているため、推定精度が向上する。
図1は本実施形態の二次電池システムを示す概略構成図である。
本実施形態の二次電池システムは電気自動車に搭載されており、走行用動力源である走行モータに電力を供給している。全体として二次電池システム1は、その全体を統合制御するメインコントローラ2、及びメインコントローラ2に対して直並列に接続された複数の二次電池モジュール3から構成されている。
組電池4は、所期の電池容量及び出力電圧を達成するために複数の単電池を組み合わせて構成されている。
組電池4には電圧センサ7、電流センサ8及び温度センサ9が接続されている。電圧センサ7により組電池4の電圧Vが検出され、電流センサ8により組電池4の入出力電流Iが検出され、温度センサ9により組電池4の温度Tが検出され、それらの検出情報はサブコントローラ5に入力される。
なおサブコントローラ5は、組電池4の充放電に伴う入出力電流Iを所定時間毎に積算して組電池4のSOCを算出し、その情報もメインコントローラ2に出力する。
メインコントローラ2は、入出力部12、データ保存部13(相関関係記憶手段)、電圧算出部14(電圧算出手段)、SOH推定部16(劣化指標推定手段)及び充放電指令部17から構成されている。
微分曲線V-dQ/dVに基づく特定の指標とは、特許文献1においては特徴点から求めた初期差分σ0,h0であり、特許文献2においては電圧領域内での差分値ΔdQ/dVである。本実施形態では、微分曲線V-dQ/dV上に定められた所定の微分値dQ/dV(以下、特定微分値P0と称する)に対応する電圧Vであり、この電圧Vと組電池4のSOHとの相関関係が基準データとしてデータ保存部13に記憶されている。特定微分値P0に対応する電圧Vを算出する機能は電圧算出部14が奏するが、本発明の特徴部分であるため、その詳細については後述する。
まず、本実施形態の組電池4と同一規格の組電池4の劣化試験を実施し、未使用の組電池4の充放電を繰り返して寿命限界(例えばSOH70%)まで段階的に劣化させる。劣化過程の各SOHにおいて、異なる複数の温度域の下で組電池4を充放電してSOCを変化させる。
充放電指令部17は、SOH推定部16により推定されたSOH等に基づき、各二次電池モジュール3のサブコントローラ5に入出力部12を介して充放電制御の指令を出力する。例えば所定値未満のSOHが推定された二次電池モジュール3に対しては、充放電時の最大許容電流や最大許容電圧を制限する指令を出力する。この指令に基づくサブコントローラ5による充放電制御により、劣化の進行した組電池4の保護が図られる。
また充放電指令部17は、推定された特定微分値P0をSOCの補正に利用する。各二次電池モジュール3のサブコントローラ5からSOCが入力されると、それぞれの二次電池モジュール3に対して推定されている特定微分値P0に基づきSOCを補正し、全ての二次電池モジュール3の補正後のSOCから車両の航続可能距離を算出する。航続可能距離は表示部18に表示され、充電スタンド等で組電池4を充電するタイミングの参考にされる。また補正後のSOCは、各二次電池モジュール3での組電池4の充放電制御にも反映される。
ところで、[発明が解決しようとする課題]で述べたように、特許文献1の二次電池システムでは、微分曲線V-dQ/dV上の特徴点の相関性や消失に起因して推定精度や推定可能な領域が十分ではなく、また特許文献2の二次電池システムでは、推定処理を実施する度に二次電池のSOCを意図的に最適値から逸脱させるため、電力節減及び電池保護の観点から好ましくない。
本実施形態の組電池4は、例えばSOH100%、電池温度25℃において図2に示す微分曲線V-dQ/dVが得られており、微分曲線V-dQ/dV上に出現した特徴点の中から、下向きのピーク(極小点)である特徴点P1、及び特徴点P1に対して高電圧側で隣り合う上向きのピーク(極大点)である特徴点P2を選択した。特徴点P1-P2間において微分値dQ/dVは、電圧Vの増加に対して一部の箇所では停滞するものの全体として増加していることから、停滞箇所を除いた領域を上記傾き領域Eと見なすことができる。
図3はSOHの低下に応じた微分曲線V-dQ/dVの推移を示す説明図である。SOHの低下に応じて微分曲線V-dQ/dVの特性は変化しているものの、何れのSOHでも傾き領域Eが存在し続けていることが判る。
図4は各SOHで充放電したときの特定微分値P0=60に対応する電圧Vを測定した試験結果を示す特性図である。図4中の実線と破線とは温度条件を異にし(25℃と0℃)、実線同士及び破線同士は温度条件を含めて同一内容で実施されたものである。
以上の検証に基づき本実施形態の二次電池システム1では、予め微分曲線V-dQ/dV上で傾き領域Eが定められると共に、その傾き領域Eに対して特定微分値P0=60が設定されている。そして事前の劣化試験では、劣化過程の各SOHにおいて、特定微分値P0と対応する電圧Vが傾き領域Eを介して各温度域の下で求められ、得られた各SOHと電圧Vとの相関関係が温度域毎の基準データとしてデータ保存部13に記憶されている。
ところで、本実施形態の二次電池システム1によるSOHの推定手法を採用した場合には、微分曲線V-dQ/dV上での傾き領域E及び傾き領域E内での特定微分値P0を如何に設定するかが重要であり、不適切な設定がなされると、電圧Vの算出処理やSOHの推定処理に支障が生じる。そこで、傾き領域E及び特定微分値P0は、以下の条件を満たすように設定することが望ましい。
また特定微分値P0に関しては、組電池4のSOHの低下に関わらず、常に微分曲線V-dQ/dV上の傾き領域Eのみに対応し続ける微分値dQ/dVとして設定することが望ましい。この要件を満たすには、微分曲線V-dQ/dV上の傾き領域E外の他のピークと重複しない必要がある。例えば、傾き領域E内において特定微分値P0を図3中の特徴点P3よりも低い位置に設定した場合、特定微分値P0は傾き領域E内の電圧Vのみならず特徴点P3近傍の電圧Vとも対応することから、特定微分値P0に対応する電圧Vを判別できなくなる。
また、組電池4の仕様等に応じて微分曲線V-dQ/dVの特性は変化し、それに応じて最適な傾き領域Eや特定微分値P0等の設定も相違する。よって、上記実施形態で説明した各要件の設定はあくまで一例であり、これに限ることはなく任意に変更可能である。
10 微分曲線算出部(微分曲線算出部手段)
13 データ保存部(相関関係記憶手段)
14 電圧算出部(電圧算出手段)
16 SOH推定部(劣化指標推定手段)
21 容量算出部(容量算出手段)
Claims (5)
- 二次電池の電圧Vと、該電圧Vの変化量dVに対する前記二次電池の容量Qの変化量dQの割合である微分値dQ/dVとの関係を示す微分曲線V-dQ/dV上において隣り合う下向きのピークと上向きのピークとの間であって微分値dQ/dV及び電圧Vが共に一方向に変化しているとともに前記二次電池の使用に伴う劣化指標の低下に関わらず常に存在する傾き領域に対して、前記劣化指標の変化に関わらず常に対応し続ける微分値dQ/dVとして特定微分値が定められ、該特定微分値に対応する前記電圧Vと前記劣化指標との相関関係が予め記憶された相関関係記憶手段と、
前記二次電池の充放電時に、該二次電池の電圧V及び容量Qに基づき前記微分曲線V-dQ/dVを算出する微分曲線算出手段と、
前記微分曲線算出手段により算出された微分曲線V-dQ/dV上で、前記特定微分値に対応する前記電圧Vを算出する電圧算出手段と、
前記電圧Vと前記劣化指標との相関関係を前記相関関係記憶手段から読み出し、該相関関係と前記電圧算出手段により算出された電圧Vとに基づき、前記二次電池の劣化指標を推定する劣化指標推定手段と
を備えたことを特徴とする二次電池システム。 - 前記相関関係記憶手段は、前記電圧Vまたは容量Qと前記劣化指標との相関関係が前記二次電池の温度域毎に記憶されて温度毎に算出可能であり、
前記劣化指標推定手段は、前記二次電池の現在の温度に対応する前記電圧Vまたは容量Qと前記劣化指標との相関関係を前記相関関係記憶手段から読み出して前記劣化指標の推定に適用する
ことを特徴とする請求項1に記載の二次電池システム。 - 前記特定微分値は、前記二次電池の劣化指標の変化に関わらず、常に前記微分曲線上の前記傾き領域のみに対応し続ける微分値dQ/dVとして設定されている
ことを特徴とする請求項1または2に記載の二次電池システム。 - 前記特定微分値は、定格容量が異なる他の二次電池に設定されている特定微分値に基づき、該他の二次電池との間の定格容量の比率に基づき設定されている
ことを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の二次電池システム。 - 前記二次電池の正極電極板は、活物質としてLiMO2(Mは、Co,Ni,Al,Mn,Feの内、少なくとも1つを含む遷移金属元素)を含む
ことを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の二次電池システム。
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