JP7099224B2 - 蓄電素子の管理装置、及び、蓄電装置 - Google Patents
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Description
本明細書では、管理装置の部品点数の増加を抑制しつつケースの劣化度を推定する技術を開示する。
電極体が収容されているケースを有する蓄電素子の管理装置であって、前記蓄電素子を管理するための物理量であって前記蓄電素子の膨張・収縮による前記ケースの劣化に関係する物理量を計測する計測部と、管理部と、を備え、前記管理部は、前記計測部によって計測された前記物理量に基づいて前記蓄電素子を管理する管理処理と、前記計測部によって計測された前記物理量に基づいて前記ケースの劣化度を推定する推定処理と、を実行する。
上記の管理装置によると、蓄電素子を管理するための物理量を計測する計測部によって計測した物理量に基づいてケースの劣化度を推定するので、歪ゲージのようなケースの劣化度を推定するための専用の部品を別途備えなくてよい。言い換えると、上記の管理装置によると、蓄電素子を管理するために備えている計測部をケースの劣化度の推定に流用するので、管理装置の部品点数の増加を抑制しつつケースの劣化度を推定できる。
蓄電素子は温度が変化すると膨張・収縮するため、蓄電素子の温度が変化するとケースが劣化する。ケースの劣化は蓄電素子の温度が第1の閾値以上になった回数や第1の閾値より低い第2の閾値以下になった回数が多いほど大きくなる。
上記の管理装置によると、劣化度は温度が第1の閾値以上になった回数と第2の閾値以下になった回数との合計値であるので、蓄電素子を管理するための温度を計測する計測部によって計測した温度に基づいてケースの劣化度を推定できる。このため、管理装置の部品点数の増加を抑制しつつケースの劣化度を推定できる。
蓄電素子は温度が変化すると膨張・収縮するため、蓄電素子の温度が変化するとケースが劣化する。ケースの劣化は蓄電素子の温度の変化量の積算値が大きいほど大きくなる。
上記の管理装置によると、劣化度は温度の変化量の積算値であるので、蓄電素子を管理するための温度を計測する計測部によって計測した温度に基づいてケースの劣化度を推定できる。このため、管理装置の部品点数の増加を抑制しつつケースの劣化度を推定できる。
上記の管理装置によると、温度が一定値以上の状態が継続した時間を重み付け加算するので、温度が一定値以上の状態が継続した場合のケースの劣化を劣化度に反映できる。これによりケースの劣化度をより精度よく推定できる。
蓄電素子は充電状態(SOC:State Of Charge)が変化すると膨張・収縮するため、充電状態が変化するとケースが劣化する。ケースの劣化は充電状態の変化量の積算値が大きいほど大きくなる。
上記の管理装置によると、劣化度は充電状態の変化量の積算値であるので、蓄電素子を管理するために推定した充電状態に基づいてケースの劣化度を推定できる。このため、管理装置の部品点数の増加を抑制しつつケースの劣化度を推定できる。
蓄電素子のケースは充電状態が変化すると膨張・収縮するため、充電状態が変化するとケースが劣化する。ケースの劣化は充電状態の変化量の積算値が大きいほど大きくなる。
上記の管理装置によると、劣化度は充電状態の変化量の積算値であるので、蓄電素子を管理するために推定した充電状態に基づいてケースの劣化度を推定できる。このため、管理装置の部品点数の増加を抑制しつつケースの劣化度を推定できる。
上記の管理装置によると、充電状態が一定値以上の状態が継続した時間を重み付け加算するので、充電状態が一定値以上の状態が継続した場合のケースの劣化を劣化度に反映できる。これによりケースの劣化度をより精度よく推定できる。
上記の管理装置によると、温度の変化量や充電状態の変化量に当該変化量の大きさに応じた係数を乗算して積算するので、それらの変化量とケースが膨張・収縮する量との関係を反映して劣化度を推定できる。このため、それらの変化量とケースが膨張・収縮する量との関係を反映しない場合に比べてケースの劣化度を精度よく推定できる。
一実施形態を図1ないし図10によって説明する。
図2に示すように、蓄電装置1は外装体10(筐体の一例)と、外装体10の内部に収容される複数の蓄電素子12とを備える。外装体10は合成樹脂材料からなる本体13と蓋体14とで構成されている。本体13は有底筒状であり、平面視矩形状の底面部15とその4辺から立ち上がって筒状となる4つの側面部16とで構成される。4つの側面部16によって上端部分に上方開口部17が形成されている。
図6に示すように、蓄電装置1は前述した複数の蓄電素子12と、それらの蓄電素子12を管理するBMS(Battery Management System)50とを備えている。BMS50は管理装置の一例である。
電流センサ51は蓄電素子12と直列に接続されている。電流センサ51は蓄電素子12の充放電電流を計測して管理部55に出力する。
一般に回路が閉じているときの電圧を閉路電圧(CCV:Closed Circuit Voltage)といい、回路が開放されているときの電圧を開路電圧(OCV: Open Circuit Voltage)という。しかしながら、便宜上、以降の説明では蓄電素子12の充放電電流が微小な基準値より大きいときの電圧のことを閉路電圧(CCV)といい、充放電電流が当該基準値以下のときの電圧のことを開路電圧(OCV)という。
温度センサ53は蓄電素子12に接触していてもよいし、近接していてもよい。ただし、温度センサ53が蓄電素子12に接触していないと温度の伝達が遅くなるため、外部の温度の影響を受け易くなり、ケース22の劣化度の推定精度が悪化する。このため、温度センサ53は蓄電素子12に接触していた方が好ましい。
管理部55によって実行される管理処理、推定処理及び抑制処理について説明する。
管理処理は、温度センサ53及び電流センサ51によって計測された温度及び電流に基づいて蓄電素子12を管理する処理である。
図7を参照して、温度に基づく管理について説明する。管理部55は温度センサ53によって所定時間間隔(時系列)で蓄電素子12の温度を計測し、計測した温度が正常な範囲内であるか否かを判断する。管理部55は、温度が正常な範囲内でない場合は所定の処理を実行する。所定の処理は、例えば自動車2側のシステムにアラーム信号を送信する処理や、リレー54を開いて蓄電素子12の使用を禁止する処理などである。所定の処理はこれらに限定されるものではなく、適宜に決定できる。
推定処理は、温度センサ53及び電流センサ51によって計測された温度及び電流に基づいてケース22の劣化度を推定する処理である。
図7を参照して、温度に基づく劣化度の推定について説明する。図7に示すように、蓄電素子12の温度は時間と伴に変動する。ここでは温度の極小値とその直後の極大値との差の絶対値、及び、温度の極大値とその直後の極小値との差の絶対値のことをそれぞれ温度の変化量という。温度の変化量は前回計測された温度と今回計測された温度との差の絶対値であってもよい。
図10を参照して、抑制処理について説明する。図10において過剰設計値は従来のケースにおいてケース開裂が起きる劣化度を示しており、適正設計値はケース22においてケース開裂が起きる劣化度を示している。
具体的には、管理部55は、推定処理によって劣化度を推定する毎に、推定した劣化度がアラーム閾値以上であるか否かを判断する。劣化度がアラーム閾値以上である場合は、管理部55は劣化度が使用禁止閾値(第8の閾値の一例)以上であるか否かを判断する。使用禁止閾値はアラーム閾値より大きく、適正設計値より小さい値である。
BMS50によると、蓄電素子12を管理するための物理量(温度及び電流)を計測する計測部(温度センサ53及び電流センサ51)によって計測した物理量に基づいてケース22の劣化度を推定するので、歪ゲージのようなケース22の劣化度を推定するための専用の部品を別途備えなくてよい。言い換えると、BMS50によると、蓄電素子12を管理するために備えている計測部をケース22の劣化度の推定に流用するので、BMS50の部品点数の増加を抑制しつつケース22の劣化度を推定できる。
具体的には、従来はケース開裂が起きる劣化度の設計値が過剰(図10に示す過剰設計値)になっていた。これに対し、BMS50によると、ケース22の劣化度が所定の条件を満たした場合は蓄電素子12の使用を抑制するので、ケース開裂が起きる劣化度の設計値を従来に比べて小さくすることができる(図10に示す適正設計値)。このため蓄電素子12の重量やコストを低減できる。
実施形態2は実施形態1の変形例である。前述した実施形態1では電流に基づいてSOCを推定するが、実施形態2では開放電圧(OCV)に基づいてSOCを推定する。
具体的には、前述したようにOCVとSOCとの間には比較的精度の良い相関関係がある。このため、実施形態2では蓄電素子12のOCVとSOCとの相関関係を表すデータがROM55Cに記憶されている。管理部55はOCVを計測し、計測したOCVに対応するSOCを当該データから特定することによってSOCを推定する。
実施形態3は実施形態1又は実施形態2の変形例である。ケース22の劣化には蓄電素子12の使用が開始された時からの経過時間も影響する。このため、実施形態3では温度や電流などの物理量と、蓄電素子12の使用が開始された時からの経過時間とに基づいて劣化度を推定する。
本明細書によって開示される技術は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本明細書によって開示される技術的範囲に含まれる。
例えば、過電流が流れるとケース22が膨張するので、計測された電流が所定値(第4の閾値の一例)以上である状態が継続した時間を重み付け加算してもよい。このようにすると過電流によるケース22の劣化が劣化度に反映されるので、ケース22の劣化度をより精度よく推定できる。
過電圧についても同様であり、計測された電圧(CCVあるいはOCV)が所定値(第5の閾値の一例)以上である状態が継続した時間を重み付け加算してもよい。
例えば、温度が高い状態が継続することもある。その状態のときは温度の変化量は小さいが、ケース22が膨張した状態が継続することによってケース22に応力が作用し続けるので、ケース22が劣化し易くなる。このため、温度が所定値以上の状態が継続した時間を重み付け加算してもよい。このようにすると温度が所定値以上の状態が継続した場合のケース22の劣化を劣化度に反映できるので、ケース22の劣化度をより精度よく推定できる。SOCについても同様である。
Claims (10)
- 電極体が収容されているケースを有する蓄電素子の管理装置であって、
前記蓄電素子を管理するための物理量であって前記蓄電素子の膨張・収縮による前記ケースの劣化に関係する物理量を計測する計測部と、
管理部と、
を備え、
前記管理部は、
前記計測部によって計測された前記物理量に基づいて前記蓄電素子を管理する管理処理と、
前記計測部によって計測された前記物理量に基づいて前記ケースの劣化度を推定する推定処理と、
を実行し、
前記物理量は前記蓄電素子の温度であり、
前記劣化度は、前記蓄電素子の温度が第1の閾値以上になった回数と、前記第1の閾値より低い第2の閾値以下になった回数との合計値である、管理装置。 - 電極体が収容されているケースを有する蓄電素子の管理装置であって、
前記蓄電素子を管理するための物理量であって前記蓄電素子の膨張・収縮による前記ケースの劣化に関係する物理量を計測する計測部と、
管理部と、
を備え、
前記管理部は、
前記計測部によって計測された前記物理量に基づいて前記蓄電素子を管理する管理処理と、
前記計測部によって計測された前記物理量に基づいて前記ケースの劣化度を推定する推定処理と、
を実行し、
前記物理量は前記蓄電素子の温度であり、
前記劣化度は前記蓄電素子の温度の変化量の積算値である、管理装置。 - 請求項2に記載の管理装置であって、
前記劣化度は、前記蓄電素子の温度の変化量の積算値に、温度が第3の閾値以上の状態が継続した時間を重み付け加算したものである、管理装置。 - 電極体が収容されているケースを有する蓄電素子の管理装置であって、
前記蓄電素子を管理するための物理量であって前記蓄電素子の膨張・収縮による前記ケースの劣化に関係する物理量を計測する計測部と、
管理部と、
を備え、
前記管理部は、
前記計測部によって計測された前記物理量に基づいて前記蓄電素子を管理する管理処理と、
前記計測部によって計測された前記物理量に基づいて前記ケースの劣化度を推定する推定処理と、
を実行し、
前記物理量は前記蓄電素子の電流であり、
前記管理部は、前記管理処理において、前記計測部によって計測された電流に基づいて前記蓄電素子の充電状態を推定し、
前記劣化度は、前記管理処理で推定した前記充電状態の変化量の積算値である、管理装置。 - 請求項4に記載の管理装置であって、
前記劣化度は、前記管理処理で推定した前記充電状態の変化量の積算値に、前記計測部によって計測された電流が第4の閾値以上である状態が継続した時間を重み付け加算したものである、管理装置。 - 電極体が収容されているケースを有する蓄電素子の管理装置であって、
前記蓄電素子を管理するための物理量であって前記蓄電素子の膨張・収縮による前記ケースの劣化に関係する物理量を計測する計測部と、
管理部と、
を備え、
前記管理部は、
前記計測部によって計測された前記物理量に基づいて前記蓄電素子を管理する管理処理と、
前記計測部によって計測された前記物理量に基づいて前記ケースの劣化度を推定する推定処理と、
を実行し、
前記物理量は前記蓄電素子の電圧であり、
前記管理部は、前記管理処理において、前記計測部によって計測された電圧に基づいて前記蓄電素子の充電状態を推定し、
前記劣化度は、前記管理処理で推定した前記充電状態の変化量の積算値である、管理装置。 - 請求項6に記載の管理装置であって、
前記劣化度は、前記管理処理で推定した前記充電状態の変化量の積算値に、前記計測部によって計測された電圧が第5の閾値以上である状態が継続した時間を重み付け加算したものである、管理装置。 - 請求項4乃至請求項7のいずれか一項に記載の管理装置であって、
前記劣化度は、前記管理処理で推定した前記充電状態の変化量の積算値に、前記充電状態が第6の閾値以上の状態が継続した時間を重み付け加算したものである、管理装置。 - 請求項2乃至請求項8のいずれか一項に記載の管理装置であって、
前記管理部は、前記推定処理において、前記変化量に当該変化量の大きさに応じた係数を乗算して積算する、管理装置。 - 電極体が収容されているケースを有する蓄電素子と、
請求項1乃至請求項9のいずれか一項に記載の管理装置と、
を備える蓄電装置。
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