JP7050708B2 - 充電制御装置および充電制御方法 - Google Patents
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Description
特許文献1に記載された蓄電デバイスの制御装置では、上述したように、負極内部抵抗比率が用いられる。負極内部抵抗比率は、一般に、参照極を用いたり、シミュレーションを行ったりすることによって算出される。ところが、参照極を用いたり、シミュレーションを行ったりすることによって算出された負極内部抵抗比率では、信頼性を十分に確保することが困難である。従って、特許文献1に記載された蓄電デバイスの制御装置によっては、蓄電デバイスに対する充電制御を適切に行うことができない。
また、特許文献1に記載された蓄電デバイスの制御装置では、負極電位(つまり、負極静電位OCP[V]-0[V])を負極内部抵抗で除したものが、充電電流(充電許可電流)として算出される。つまり、特許文献1に記載された蓄電デバイスの制御装置では、負極を保護するための閾値(保護閾値)が0[V]に設定されていると考えられる。ところで、Li析出(副反応の発生)には、活性化過電圧が必要である。そのため、特許文献1に記載された蓄電デバイスの制御装置のように、保護閾値が0[V]に設定されている場合には、蓄電デバイスに対する充電が必要以上に禁止されてしまうおそれがある。
ところで、特許文献2に記載された充電制御装置では、充電制御の閾値として、負極閉路電位の閾値のみが設定され、負極閉路電位が閾値未満にならないように、充電電流値のフィードバック制御が行われる。つまり、特許文献2に記載された充電制御装置では、充電電流値のフィードバック制御が行われるものの、フィードフォワード的な制御が行われない。そのため、負極閉路電位の閾値付近で充電電流値がハンチングしてしまうおそれがある。つまり、負極閉路電位が閾値以上になって充電電流値が制限されない状態と、負極閉路電位が閾値未満になって充電電流値が制限される状態とが頻繁に切り替わってしまうおそれがある。
また、特許文献2に記載された充電制御装置では、閾値となる負極閉路電位を求めるために電池を解体して再構成する必要がある。詳細には、特許文献2に記載された充電制御装置では、負極閉路電位を算出するために、2個の二次電池を解体し、負極同士を組み合わせたセルを組み立てる必要がある。そのため、特許文献2に記載された充電制御装置では、十分な信頼性を確保することができない。
また、特許文献2に記載された充電制御装置では、閾値を設定するために電流、負極開路電位、負極回路パラメータが必要であるが、通電により上昇する拡散抵抗が考慮されない。そのため、特許文献2に記載された充電制御装置では、細かい電流制御を実行できないおそれがある。
上記(1)に記載の充電制御装置では、二次電池に対する充電許可電流を適切に算出することができる。
充電許可電流算出部が負極静電位と下限負極電位との差分とセル過電圧とに基づいて充電許可電流を算出する場合、上記(2)に記載の充電制御装置では、負極過電圧を利用できない場合であっても、適切な充電許可電流を算出することができる。
負極静電位からセル過電圧を減じたものによって負極の閉回路電位が代替される場合、上記(3)に記載の充電制御装置では、負極過電圧を利用できない場合であっても、適切な充電許可電流を算出することができる。
充電許可電流算出部が負極静電位と下限負極電位との差分と負極過電圧とに基づいて充電許可電流を算出する場合、上記(4)に記載の充電制御装置では、負極過電圧を利用することによって、適切な充電許可電流を算出することができる。
下限負極電位がゼロから二次電池のオーミック過電圧を減じた値である場合、上記(5)に記載の充電制御装置では、下限負極電位がゼロ(0[V vs. Li/Li+])に設定される場合よりも大きい充電許可電流を算出することができ、充電速度を向上させることができる。
つまり、上記(6)に記載の充電制御装置では、負極の閉回路電位が下限負極電位未満にならないように二次電池に対する充電電流のフィードバック制御が実行されるのではなく、予め取得された二次電池のSOCに対する充電許可電流の特性から、SOCに応じて充電許可電流を算出する。
上記(6)に記載の充電制御装置では、二次電池に対する充電許可電流を適切に算出することができる。
上記(7)に記載の充電制御方法では、二次電池に対する充電許可電流を適切に算出することができる。
つまり、上記(8)に記載の充電制御方法では、負極の閉回路電位が下限負極電位未満にならないように二次電池に対する充電電流のフィードバック制御が実行されるのではなく、予め取得された二次電池のSOCに対する充電許可電流の特性から、SOCに応じて充電許可電流を算出する。
上記(8)に記載の充電制御方法では、二次電池に対する充電許可電流を適切に算出することができる。
図1はリチウムイオン電池の負極にリチウムが析出する充電プロファイルの一例を説明するための図である。図1の横軸は、リチウムイオン電池のSOC(State of Charge)[%]を示している。図1の縦軸は、負極の開回路電位である負極静電位OCP(Open Circuit Potential)[V]と、負極の閉回路電位CCP(Open Circuit Potential)[V]と、リチウムイオン電池に対する充電電流i[A]とを示している。負極静電位OCPと負極の閉回路電位CCPとの差分(=負極OCP[V]-負極CCP[V])が、負極過電圧η[V]に相当する。負極過電圧ηは、リチウムイオン電池の電流および温度の関数になる。
図1に示す例では、SOCが0[%]の場合に、負極静電位OCPは約0.7[V]になり、SOCが10[%]の場合に、負極静電位OCPは約0.25[V]になり、SOCが100[%]の場合に、負極静電位OCPは約0.1[V]になる。負極静電位OCPは、リチウムイオン電池のSOCおよび温度の関数である。
SOCが0[%]の場合に、負極の閉回路電位CCPは約0.6[V]になり、SOCが10[%]の場合に、負極の閉回路電位CCPは約0.05[V]になり、SOCが100[%]の場合に、負極の閉回路電位CCPは約-0.25[V]になる。
リチウムイオン電池においては、図1に示すように、負極の閉回路電位CCPが0[V vs. Li/Li+]を大きく下回った場合に、Li析出が生じると考えられている。『0[V vs. Li/Li+]』は、Li/Li+を0V基準にし、その基準から0Vであることを示している。
図2は第1実施形態の充電制御装置1の構成の一例を示す図である。
図2に示す例では、充電制御装置1が、正極(図示せず)と負極(図示せず)とを有する例えばリチウムイオン電池(非水二次電池)などのような二次電池(図示せず)に対する充電を制御する。充電制御装置1は、例えばECU(電子制御ユニット)によって構成される。充電制御装置1は、SOC算出部11と、OCP算出部12と、下限負極電位算出部13と、等価回路パラメータ算出部14Aと、セル過電圧算出部15Aと、演算部16と、充電許可電流算出部17と、最大許可電流設定部18と、演算部19とを備えている。
SOC算出部11には、二次電池の容量の推定値が入力される。二次電池の容量とは、二次電池のある充電状態から放電を開始し、放電終止電圧に達するまでに二次電池が放出する電気量(電流×時間)[Ah]である。また、SOC算出部11には、二次電池の初期SOC(二次電池の初期状態におけるSOC)が入力される。また、SOC算出部11には、電流センサ(図示せず)によって検出された二次電池の電流i_sensorが入力される。SOC算出部11は、二次電池の容量と、初期SOCと、電流i_sensorとに基づいて、二次電池のSOCを算出する。つまり、SOC算出部11は、電流積算等に基づいて二次電池のSOCを算出する。
図2に示す例では、SOC算出部11によって算出された二次電池のSOC[%]が大きいほど、OCP算出部12によって算出される二次電池の負極静電位OCP[V]が低くなる。
図2に示す例では、SOCと温度T_battと電流i_sensorと下限負極電位との複数の組み合わせが、複数の下限負極電位テーブルとして下限負極電位算出部13に備えられている。他の例では、下限負極電位算出部13が、下限負極電位テーブルを用いることなく、下限負極電位を算出してもよい。
他の例では、事前に試験において計算されたセル等価回路パラメータがECUに設定され、等価回路パラメータ算出部14Aが、二次電池の電圧と電流と温度とSOCとに基づいてテーブル検索(テーブル形式のデータの検索)を行うことによって、セル等価回路パラメータa1、b0、b1を算出してもよい。
第1実施形態の充電制御装置1によって充電制御が行われる二次電池の過電圧ηの等価回路は、例えば図4に示すR-RC並列等価回路モデル(1次フォスター型等価回路モデル)および式(1)によって表すことができる。等価回路モデルの入力を電流i(s)、出力を二次電池の過電圧η(s)とした周波数領域での伝達関数G(s)は式(2)のようになる。
セル過電圧算出部15Aには、例えば電流を入力とする等価回路モデル(図示せず)、ARX(Auto-Regressive eXogeneous)モデル等が用いられる。
充電許可電流算出部17には、演算部16によって算出された差分ΔVと、電流センサによって検出された二次電池の電流i_sensorと、セル過電圧算出部15Aによって算出されたセル過電圧ηと、等価回路パラメータ算出部14Aによって算出されたセル等価回路パラメータa1、b0、b1とが入力される。充電許可電流算出部17は、差分ΔV(=負極静電位OCP-下限負極電位)と、電流i_sensorと、セル過電圧ηと、セル等価回路パラメータa1、b0、b1とに基づいて、二次電池に対する充電許可電流を算出する。つまり、充電許可電流算出部17は、負極静電位の目標値を下限負極電位として、充電許可電流を算出する。詳細には、充電許可電流算出部17は、負極の閉回路電位CCPが下限負極電位を下回らない充電許可電流を算出する。
充電許可電流算出部17には、例えばセル過電圧を入力とし、電流を出力とする逆モデルが用いられる。
図5に示す例では、充電許可電流算出部17に、過電圧の等価回路を1次フォスター回路とした場合のARXモデルの逆モデルが用いられている。
他の例では、図5に示す例とは異なる回路やモデルを充電許可電流算出部17に用いてもよい。
演算部17Aには、電流センサによって検出された二次電池の電流i_sensorが入力される。演算部17Aは、遅延素子であり、入力された電流i_sensorを1単位時間だけ遅延させて出力する。つまり、演算部17Aは、電流i_sensorの前回値を出力する。
演算部17B1には、セル過電圧算出部15Aによって算出されたセル過電圧ηが入力される。演算部17B1は、遅延素子であり、入力されたセル過電圧ηを1単位時間だけ遅延させて出力する。つまり、演算部17B1は、セル過電圧ηの前回値を出力する。
演算部17Cには、演算部17B1から出力された1単位時間前のセル過電圧η(セル過電圧ηの前回値)と、等価回路パラメータ算出部14Aによって算出されたセル等価回路パラメータa1とが入力される。演算部17Cは、1単位時間前のセル過電圧ηとセル等価回路パラメータa1との積を算出し、出力する。
演算部17Eには、演算部16によって算出された差分ΔV(=負極静電位OCP-下限負極電位)と、演算部17Cから出力された1単位時間前のセル過電圧ηとセル等価回路パラメータa1との積と、演算部17Dから出力された1単位時間前の電流i_sensorとセル等価回路パラメータb1との積とが入力される。演算部17Eは、差分ΔVに対して、1単位時間前のセル過電圧ηとセル等価回路パラメータa1との積を加算し、1単位時間前の電流i_sensorとセル等価回路パラメータb1との積を減算したものを出力する。
演算部17Fには、演算部17Eからの出力と、等価回路パラメータ算出部14Aによって算出されたセル等価回路パラメータb0とが入力される。演算部17Fは、演算部17Eからの出力をセル等価回路パラメータb0で除したものを、二次電池に対する充電許可電流として算出し、出力する。
すなわち、充電許可電流算出部17においては、負極の閉回路電位が下限負極電位未満にならないようにする充電電流のフィードバック制御とは異なる。詳細には、充電許可電流算出部17においては、特許文献2に記載されているような、負極閉路電位が所定の閾値未満であるか否かの判定が、実行されない。
そのため、図5に示す例では、充電許可電流算出部17によって算出される二次電池に対する充電許可電流がハンチングするおそれを、特許文献2に記載された充電制御装置よりも抑制することができる。
演算部19には、最大許可電流設定部18によって設定された二次電池に対する充電許可電流の最大値と、充電許可電流算出部17によって算出された二次電池に対する充電許可電流とが入力される。演算部19は、最大許可電流設定部18から入力された充電許可電流の最大値と、充電許可電流算出部17から入力された充電許可電流とのうちの小さい方を、第1実施形態の充電制御装置1によって設定される充電許可電流として出力する。
図6に示す例では、SOCが0[%]の場合に、負極静電位OCPは約0.7[V]になり、SOCが10[%]の場合に、負極静電位OCPは約0.25[V]になり、SOCが100[%]の場合に、負極静電位OCPは約0.1[V]になる。
SOCが0[%]の場合に、代替負極電位は約0.6[V]になり、SOCが10[%]の場合に、代替負極電位は約0.05[V]になり、SOCが25~100[%]の場合に、代替負極電位は約-0.05[V]になる。
そのため、図6に示す例では、SOCが25~100[%]の場合においても、代替負極電位が0[V vs. Li/Li+]を大きく下回らず、それゆえ、負極の閉回路電位CCPも0[V vs. Li/Li+]を大きく下回らず、その結果、Li析出は生じない。
つまり、第1実施形態の充電制御装置1では、例えばSOCが25~100[%]の場合における充電電流iが、SOCが0~25[%]の場合における充電電流iより小さくなるように、充電許可電流算出部17の演算部17A、17B1、17C、17D、17E、17Fが設定されている。
下記の式で表されるように、負極静電位OCP(負極OCP[V])と負極の閉回路電位CCP(負極CCP[V])との差分(=負極OCP[V]-負極CCP[V])は、負極過電圧η[V]に相当する。
負極CCP[V]=負極OCP[V]-負極過電圧η[V]
従って、第1実施形態の充電制御装置1では、負極の閉回路電位CCP(負極CCP[V])を一定レベルに保つ充電制御が行われる。これにより、第1実施形態の充電制御装置1は、Li電析の抑制と充電速度の向上とを両立したリチウムイオン電池に対する充電を行うことができる。
セル過電圧[V]=正極過電圧[V]+負極過電圧[V]
セル過電圧[V]>負極過電圧[V]
つまり、下記の式では、負極の閉回路電位CCPが、負極静電位OCPと、セル全体の過電圧であるセル過電圧とから得られる代替負極電位(=負極OCP-セル過電圧)によって代替される。
負極CCP[V]>代替負極電位[V]=負極OCP[V]-セル過電圧[V]
リチウムイオン電池の過電圧は、大きく分けて、オーミック過電圧(オーミック抵抗相当過電圧)と、電荷移動(化学反応)過電圧と、拡散過電圧とからなる。リチウムイオン電池の過電圧と、オーミック過電圧(オーミック抵抗相当過電圧)と、電荷移動(化学反応)過電圧と、拡散過電圧との関係は、下記の式で表される。
リチウムイオン電池の過電圧=オーミック過電圧+電荷移動(化学反応)過電圧+拡散過電圧
オーミック抵抗相当過電圧<活性化過電圧
下限負極電位=0-オーミック過電圧[V vs. Li/Li+]
図7に示す例では、ステップS11において、SOC算出部11は、第1実施形態の充電制御装置1によって充電制御が行われる二次電池の容量と、二次電池の初期SOCと、電流センサによって検出された二次電池の電流とに基づいて、二次電池のSOCを算出する。
次いで、ステップS12では、OCP算出部12が、ステップS11において算出された二次電池のSOCと、温度センサによって検出された二次電池の温度と、例えば図3に示すSOC-負極静電位OCPテーブルとに基づいて、負極静電位OCPを算出する。
また、ステップS13では、下限負極電位算出部13が、ステップS11において算出された二次電池のSOCと、二次電池の温度と、二次電池の電流とに基づいて、充電時における二次電池の負極の目標電位である下限負極電位を算出する。
また、ステップS14では、等価回路パラメータ算出部14Aが、電圧センサによって検出された二次電池の電圧と、二次電池の電流と、二次電池の温度と、ステップS11において算出された二次電池のSOCとに基づいて、セル等価回路パラメータa1、b0、b1を算出する。
また、ステップS16では、演算部16が、ステップS12において算出された負極静電位OCPと、ステップS13において算出された下限負極電位との差分ΔV(=負極静電位OCP-下限負極電位)を算出する。
次いで、ステップS17では、充電許可電流算出部17が、ステップS16において算出された差分ΔVと、二次電池の電流と、ステップS15において算出されたセル過電圧ηと、ステップS14において算出されたセル等価回路パラメータa1、b0、b1とに基づいて、二次電池に対する充電許可電流をフィードフォワード的に算出する。
また、ステップS18では、最大許可電流設定部18が、二次電池に対する充電許可電流の最大値を設定する。
次いで、ステップS19では、演算部19が、ステップS18において設定された二次電池に対する充電許可電流の最大値と、ステップS17において算出された二次電池に対する充電許可電流とのうちの小さい方を、第1実施形態の充電制御装置1によって設定される充電許可電流として出力する。
つまり、第1実施形態の充電制御装置1では、負極の閉回路電位CCPが下限負極電位未満にならないように二次電池に対する充電電流のフィードバック制御が実行されるのではなく、二次電池に対する充電許可電流が、負極静電位の目標値を下限負極電位として算出され、フィードフォワード的に算出される。
そのため、第1実施形態の充電制御装置1では、負極の閉回路電位CCPと下限負極電位とが近い場合であっても、充電許可電流算出部17が、ハンチングしない充電許可電流を算出することができる。
すなわち、第1実施形態の充電制御装置1では、算出される充電許可電流がハンチングする場合よりも適切に、充電許可電流を算出することができる。
つまり、第1実施形態の充電制御装置1では、負極静電位OCPから負極過電圧を減じたものである負極の閉回路電位CCPが、負極静電位OCPからセル過電圧を減じたものである代替負極電位によって代替される。
そのため、第1実施形態の充電制御装置1では、負極過電圧を利用できない場合であっても、適切な充電許可電流を算出することができる。
そのため、第1実施形態の充電制御装置1では、下限負極電位が0[V vs. Li/Li+]に設定される場合よりも大きい充電許可電流を算出することができ、充電速度を向上させることができる。
具体的には、第1実施形態の充電制御装置1では、例えばリチウムイオン二次電池のような二次電池の負極静電位OCPとセル過電圧とにより算出される代替負極電位(負極の閉回路電位CCPを代替する電位)と、下限負極電位(負極電位保護閾値)とに基づいて、フィードフォワード的に適切な充電許可電流が算出される。
また、第1実施形態の充電制御装置1では、負極の閉回路電位CCPが、負極静電位OCPとセル全体の過電圧であるセル過電圧との和(代替負極電位)によって代替されるため、負極単極の抵抗割合を解体試験等で設定する必要性を排除することができる。
また、第1実施形態の充電制御装置1では、活性化過電圧が考慮されて、下限負極電位(負極電位保護閾値)(=0-活性化過電圧[V vs. Li/Li+])が設定されるため、大きい充電許可電流を算出することができ、充電速度を向上させることができる。
また、第1実施形態の充電制御装置1では、開始SOC(初期SOC)・通電時間を考慮した二次電池のSOCが算出され、そのSOCに基づいてセル過電圧および充電許可電流が算出されるため、開始SOC(初期SOC)の違いに応じて適切な充電許可電流を算出・設定することができる。
また、第1実施形態の充電制御装置1では、上述したロジックにより計算され、予め設定された充電許可電流の最大値(上限電流)によって制限された充電を行うことにより、二次電池の経年劣化時であっても負極の閉回路電位CCPを下限負極電位以上の値に保ちながら充電を行うことができる。
以下、本発明の充電制御装置および充電制御方法の第2実施形態について説明する。
第2実施形態の充電制御装置1は、後述する点を除き、上述した第1実施形態の充電制御装置1と同様に構成されている。従って、第2実施形態の充電制御装置1によれば、後述する点を除き、上述した第1実施形態の充電制御装置1と同様の効果を奏することができる。
図8に示す例では、充電制御装置1が、SOC算出部11と、OCP算出部12と、下限負極電位算出部13と、負極等価回路パラメータ算出部14Bと、負極過電圧算出部15Bと、演算部16と、充電許可電流算出部17と、最大許可電流設定部18と、演算部19とを備えている。
他の例では、事前に試験において計算された負極等価回路パラメータがECUに設定され、負極等価回路パラメータ算出部14Bが、二次電池の温度と電流と温度とSOCと負極過電圧割合とに基づいてテーブル検索を行うことによって、負極等価回路パラメータを算出してもよい。
負極過電圧算出部15Bには、例えば電流を入力とする等価回路モデル(図示せず)、ARXモデル等が用いられる。
充電許可電流算出部17には、例えば過電圧を入力とし、電流を出力とする逆モデルが用いられる。
図9に示す例では、図8に示す充電許可電流算出部17に、負極過電圧の等価回路を1次フォスター回路とした場合のARXモデルの逆モデルが用いられている。
他の例では、図9に示す例とは異なる回路やモデルを図8に示す充電許可電流算出部17に用いてもよい。
演算部17B2には、負極過電圧算出部15Bによって算出された負極過電圧ηが入力される。演算部17B2は、遅延素子であり、入力された負極過電圧ηを1単位時間だけ遅延させて出力する。つまり、演算部17B2は、負極過電圧ηの前回値を出力する。
演算部17Cには、演算部17B2から出力された1単位時間前の負極過電圧η(負極過電圧ηの前回値)と、負極等価回路パラメータ算出部14Bによって算出された第1負極等価回路パラメータ、第2負極等価回路パラメータおよび第3負極等価回路パラメータのうちの第1負極等価回路パラメータとが入力される。演算部17Cは、1単位時間前の負極過電圧ηと第1負極等価回路パラメータとの積を算出し、出力する。
演算部17Eには、演算部16によって算出された差分ΔV(=負極静電位OCP-下限負極電位)と、演算部17Cから出力された1単位時間前の負極過電圧ηと第1負極等価回路パラメータとの積と、演算部17Dから出力された1単位時間前の電流i_sensorと第3負極等価回路パラメータとの積とが入力される。演算部17Eは、差分ΔVに対して、1単位時間前の負極過電圧ηと第1負極等価回路パラメータとの積を加算し、1単位時間前の電流i_sensorと第3負極等価回路パラメータとの積を減算したものを出力する。
演算部17Fには、演算部17Eからの出力と、負極等価回路パラメータ算出部14Bによって算出された第1負極等価回路パラメータ、第2負極等価回路パラメータおよび第3負極等価回路パラメータのうちの第2負極等価回路パラメータとが入力される。演算部17Fは、演算部17Eからの出力を第2負極等価回路パラメータで除したものを、二次電池に対する充電許可電流として算出し、出力する。
すなわち、充電許可電流算出部17においては、負極の閉回路電位が下限負極電位未満にならないようにする充電電流のフィードバック制御とは異なる。詳細には、充電許可電流算出部17においては、特許文献2に記載されているような、負極閉路電位が所定の閾値未満であるか否かの判定が、実行されない。
そのため、図9に示す例では、充電許可電流算出部17によって算出される二次電池に対する充電許可電流がハンチングするおそれを、特許文献2に記載された充電制御装置よりも抑制することができる。
そのため、図10に示す例では、SOCが25~100[%]の場合においても、負極の閉回路電位CCPが0[V vs. Li/Li+]を大きく下回らず、Li析出は生じない。
つまり、第2実施形態の充電制御装置1では、例えばSOCが25~100[%]の場合における充電電流iが、SOCが0~25[%]の場合における充電電流iより小さくなるように、充電許可電流算出部17の演算部17A、17B2、17C、17D、17E、17Fが設定されている。
図11に示す例では、ステップS21において、SOC算出部11は、第2実施形態の充電制御装置1によって充電制御が行われる二次電池の容量と、二次電池の初期SOCと、電流センサによって検出された二次電池の電流とに基づいて、二次電池のSOCを算出する。
次いで、ステップS22では、OCP算出部12が、ステップS21において算出された二次電池のSOCと、温度センサによって検出された二次電池の温度と、例えば図3に示すSOC-負極静電位OCPテーブルとに基づいて、負極静電位OCPを算出する。
また、ステップS23では、下限負極電位算出部13が、ステップS21において算出された二次電池のSOCと、二次電池の温度と、二次電池の電流とに基づいて、充電時における二次電池の負極の下限電位(目標電位)である下限負極電位を算出する。
また、ステップS24では、負極等価回路パラメータ算出部14Bが、電圧センサによって検出された二次電池の電圧と、二次電池の電流と、二次電池の温度と、ステップS21において算出された二次電池のSOCと、負極過電圧割合とに基づいて、負極等価回路パラメータ(第1負極等価回路パラメータ、第2負極等価回路パラメータおよび第3負極等価回路パラメータ)を算出する。
また、ステップS26では、演算部16が、ステップS22において算出された負極静電位OCPと、ステップS23において算出された下限負極電位との差分ΔV(=負極静電位OCP-下限負極電位)を算出する。
次いで、ステップS27では、充電許可電流算出部17が、ステップS26において算出された差分ΔVと、二次電池の電流と、ステップS25において算出された負極過電圧ηと、ステップS24において算出された負極等価回路パラメータとに基づいて、二次電池に対する充電許可電流をフィードフォワード的に算出する。
また、ステップS28では、最大許可電流設定部18が、二次電池に対する充電許可電流の最大値を設定する。
次いで、ステップS29では、演算部19が、ステップS28において設定された二次電池に対する充電許可電流の最大値と、ステップS27において算出された二次電池に対する充電許可電流とのうちの小さい方を、第2実施形態の充電制御装置1によって設定される充電許可電流として出力する。
つまり、第2実施形態の充電制御装置1では、負極の閉回路電位CCPが下限負極電位未満にならないように二次電池に対する充電電流のフィードバック制御が実行されるのではなく、二次電池に対する充電許可電流が、負極静電位の目標値を下限負極電位として算出され、フィードフォワード的に算出される。
そのため、第2実施形態の充電制御装置1では、負極の閉回路電位CCPと下限負極電位とが近い場合であっても、充電許可電流算出部17が、ハンチングしない充電許可電流を算出することができる。
すなわち、第2実施形態の充電制御装置1では、算出される充電許可電流がハンチングする場合よりも適切に、充電許可電流を算出することができる。
そのため、第2実施形態の充電制御装置1では、負極過電圧ηを利用することによって、適切な充電許可電流を算出することができる。
そのため、第2実施形態の充電制御装置1では、下限負極電位が0[V vs. Li/Li+]に設定される場合よりも大きい充電許可電流を算出することができ、充電速度を向上させることができる。
以下、本発明の充電制御装置および充電制御方法の第3実施形態について説明する。
第3実施形態の充電制御装置1は、後述する点を除き、上述した第1実施形態の充電制御装置1と同様に構成されている。従って、第3実施形態の充電制御装置1によれば、後述する点を除き、上述した第1実施形態の充電制御装置1と同様の効果を奏することができる。
図12に示す例では、充電制御装置1が、SOC算出部11と、充電許可電流算出部17と、最大許可電流設定部18と、演算部19と、充電許可電圧算出部1Aと、演算部1Bと、PI制御部1Cとを備えている。
充電許可電流算出部17は、第1実施形態の充電制御装置1の充電許可電流算出部17と同様に、SOC算出部11によって算出されたSOCに基づいて算出された負極静電位OCPと下限負極電位との差分ΔVと、セル過電圧とに基づいて、二次電池に対する充電許可電流マップを、事前に取得しておく。
詳細には、図12に示す例では、充電許可電流算出部17に、第1実施形態の充電制御装置1の充電許可電流算出部17と同様の手法を用いることによって、SOCに対する充電許可電流の関係(図6参照)を示す充電許可電流マップを、事前に取得しておく。言い換えると、SOCに対する充電許可電流の関係を示す充電許可電流マップ(つまり、充電許可電流マップ中の充電許可電流の数値)は、第1実施形態の充電制御装置1の充電許可電流算出部17と同様の手法を用いることによって、フィードフォワード的に予め算出される。
充電許可電流マップは、二次電池の初期SOCと、温度センサによって検出された二次電池の温度とに応じて異なる、複数の充電許可電流マップとして、記憶されている。
充電許可電流マップ内には、二次電池の初期状態に相当する等価回路(図示せず)から、第1実施形態の充電制御装置1の充電許可電流算出部17と同様の手法を用いることによって算出される数値が予め設定される。さらに、充電許可電流算出部17は、非水二次電池の初期SOCと、温度センサによって検出された二次電池の温度とに基づいて、予め取得された複数の充電許可電流マップの中から、該当する充電許可電流マップを選択し、当該充電許可電流マップにおける、SOCに対するテーブル検索によって、充電許可電流を算出する。
予め算出される複数の充電許可電流の充電プロファイルは、例えば、図6に示す例と同様であり、SOCが25~100[%]の場合における充電電流iは、SOCが0~25[%]の場合における充電電流iよりも小さい。
充電許可電圧算出部1Aは、複数の充電許可電流を算出する手法と同様の手法を用いることによって、SOCに対する充電許可電圧の関係(図)を示す複数の充電許可電圧(上限許可電圧)マップを、事前に取得しておく。
充電許可電圧マップは、二次電池の初期状態における下限負極電位を電圧に置き換えたものに相当し、等価回路モデルまたはARXモデルによるセル過電圧計算値とOCV(Open Circuit Voltage)[V]との和、または、充電許可電流通電時における電圧センサの実測値が用いられる。さらに、充電許可電圧算出部1Aは、初期SOCと温度とに基づいて、予め取得された複数の充電許可電圧マップの中から、該当する充電許可電圧マップを選択し、当該充電許可電圧マップにおける、SOCに対するテーブル検索によって、充電許可電圧を算出する。
予め設定される複数の充電許可電圧マップでは、SOCが大きいほど、充電許可電圧が高くなる。
演算部1Bからの出力は、PI制御部1Cに入力される。PI制御部1Cは、電圧センサによって検出された二次電池の電圧V_battと、充電許可電圧算出部1Aによって選出された一つの充電許可電圧との差分に基づいて、その差分を最小化する操作量(充電許可電流)を算出する。
図13に示す例では、ステップS31において、SOC算出部11は、第3実施形態の充電制御装置1によって充電制御が行われる二次電池の容量と、二次電池の初期SOCと、電流センサによって検出された二次電池の電流とに基づいて、二次電池のSOCを算出する。
次いで、ステップS32において、充電許可電流算出部17が、第1実施形態の充電制御装置1の充電許可電流算出部17と同様の手法を用いることによって、複数の充電許可電流をフィードフォワード的に予め算出し、複数の充電許可電流マップを予め設定する。
詳細には、ステップS32では、充電許可電流算出部17が、ステップS31において算出されたSOCに基づいて算出された負極の開回路電位である負極静電位OCPと負極の下限電位(目標電位)である下限負極電位との差分ΔVと、二次電池の過電圧であるセル過電圧とに基づいて、複数の充電許可電流をフィードフォワード的に算出し、複数の充電許可電流マップを予め設定する。
また、ステップS33において、充電許可電圧算出部1Aが、複数の充電許可電圧(上限許可電圧)をフィードフォワード的に予め算出し、複数の充電許可電圧マップを予め設定する。
次いで、ステップS37では、演算部1Bが、電圧センサによって検出された二次電池の電圧と、ステップS36において選出された充電許可電圧との差分を算出し、出力する。
次いで、ステップS38では、PI制御部1Cが、ステップS37において算出された差分に基づいて、その差分を最小化する操作量(充電許可電流)を算出する。
そのため、第3実施形態の充電制御装置1では、負極の閉回路電位CCPと下限負極電位とが近い場合であっても、充電許可電流算出部17が、ハンチングしない充電許可電流を算出することができる。
すなわち、第3実施形態の充電制御装置1では、算出される充電許可電流がハンチングする場合よりも適切に、充電許可電流を算出することができる。
以下、本発明の充電制御装置および充電制御方法の第4実施形態について説明する。
第4実施形態の充電制御装置1は、後述する点を除き、上述した第3実施形態の充電制御装置1と同様に構成されている。従って、第4実施形態の充電制御装置1によれば、後述する点を除き、上述した第3実施形態の充電制御装置1と同様の効果を奏することができる。
一方、第4実施形態の充電制御装置1では、充電許可電流算出部17が、第2実施形態の充電制御装置1の充電許可電流算出部17と同様に、SOC算出部11によって算出されたSOCに基づいて算出された負極静電位OCPと下限負極電位との差分ΔVと、負極の過電圧である負極過電圧とに基づいて、二次電池に対する充電許可電流をフィードフォワード的に算出し、複数の充電許可電流マップを予め設定する。
一方、第4実施形態の充電制御装置1では、充電許可電圧算出部1Aにおいて、等価回路モデルまたはARXモデルによる負極過電圧計算値とOCV[V]との和、または、充電許可電流通電時における電圧センサの実測値が用いられる。
そのため、第4実施形態の充電制御装置1では、負極の閉回路電位CCPと下限負極電位とが近い場合であっても、充電許可電流算出部17が、ハンチングしない充電許可電流を算出することができる。
すなわち、第4実施形態の充電制御装置1では、算出される充電許可電流がハンチングする場合よりも適切に、充電許可電流を算出することができる。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD-ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶部のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでも良い。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。
Claims (8)
- 正極と負極とを有する二次電池に対する充電を制御する充電制御装置であって、
前記負極の開回路電位である負極静電位を算出するOCP算出部と、
前記負極の下限電位として下限負極電位を算出する下限負極電位算出部と、
前記OCP算出部によって算出された前記負極静電位と、前記下限負極電位算出部によって算出された前記下限負極電位と、前記二次電池の過電圧であるセル過電圧または前記負極の過電圧である負極過電圧とに基づいて、前記二次電池に対する充電許可電流を算出する充電許可電流算出部とを備え、
前記充電許可電流算出部は、前記負極静電位の目標値を前記下限負極電位として、前記充電許可電流を算出する
充電制御装置。 - SOC算出部によって算出された前記二次電池のSOCに基づいて、前記セル過電圧を算出するセル過電圧算出部を更に備え、
前記充電許可電流算出部は、前記負極静電位と前記下限負極電位との差分と、前記セル過電圧とに基づいて、前記充電許可電流を算出する、
請求項1に記載の充電制御装置。 - 前記負極静電位から前記セル過電圧を減じたものによって、負極の閉回路電位が代替される、
請求項2に記載の充電制御装置。 - SOC算出部によって算出された前記二次電池のSOCに基づいて、前記負極過電圧を算出する負極過電圧算出部を更に備え、
前記充電許可電流算出部は、前記負極静電位と前記下限負極電位との差分と前記負極過電圧とに基づいて、前記充電許可電流を算出する、
請求項1に記載の充電制御装置。 - 前記下限負極電位算出部によって算出される前記下限負極電位は、ゼロから前記二次電池のオーミック過電圧を減じた値である、
請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の充電制御装置。 - 正極と負極とを有する二次電池に対する充電を制御する充電制御装置であって、
前記二次電池のSOCを算出するSOC算出部と、前記負極の開回路電位である負極静電位と、前記負極の下限電位である下限負極電位と、前記二次電池の過電圧であるセル過電圧または前記負極の過電圧である負極過電圧とに基づいて、予め前記二次電池の前記SOCに対する充電許可電流の特性を取得した充電許可電流算出部とを備え、
前記SOCに応じて前記特性から前記充電許可電流を算出する、
充電制御装置。 - 正極と負極とを有する二次電池に対する充電を制御する充電制御方法であって、
前記負極の開回路電位である負極静電位を算出するOCP算出ステップと、
前記負極の下限電位として下限負極電位を算出する下限負極電位算出ステップと、
前記OCP算出ステップにおいて算出された前記負極静電位と、前記下限負極電位算出ステップにおいて算出された前記下限負極電位と、前記二次電池の過電圧であるセル過電圧または前記負極の過電圧である負極過電圧とに基づいて、前記二次電池に対する充電許可電流を算出する充電許可電流算出ステップとを備え、
前記充電許可電流算出ステップでは、前記負極静電位の目標値を前記下限負極電位として、前記充電許可電流が算出される
充電制御方法。 - 正極と負極とを有する二次電池に対する充電を制御する充電制御方法であって、
前記二次電池のSOCを算出するSOC算出ステップと、
前記SOC算出ステップにおいて算出された前記SOCに基づいて算出された前記負極の開回路電位である負極静電位と、前記負極の下限電位である下限負極電位と、前記二次電池の過電圧であるセル過電圧または前記負極の過電圧である負極過電圧とに基づいて、予め前記二次電池の前記SOCに対する充電許可電流の特性を取得する充電許可電流算出ステップとを備え、
前記SOCに応じて前記特性から前記充電許可電流を算出する、
充電制御方法。
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