JP7207343B2 - 電池システムおよびリチウムイオン電池の劣化評価方法 - Google Patents
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Description
<電池システムの全体構成>
図1は、実施の形態1に係る電池システムが搭載された車両の全体構成を概略的に示す図である。図1を参照して、車両1は、代表的にはハイブリッド車両(HV:Hybrid Vehicle)である。しかし、本開示に係る電池システムは、HVに限らず、バッテリが搭載される車両全般に適用可能である。そのため、車両1は、プラグインハイブリッド車(PHV:Plug-in Hybrid Vehicle)、電気自動車(EV:Electric Vehicle)または燃料電池自動車(FCV:Fuel Cell Vehicle)などであってもよい。
図2は、各セル11の構成をより詳細に示す図である。図2におけるセル11は、その内部を透視して図示されている。
以上のように構成されたバッテリ10においては、大きな電流(ハイレート電流)での充放電が継続的に行われた場合に「ハイレート劣化」が生じ得る。ハイレート劣化とは、電極体15の内部におけるリチウムイオンの濃度分布が偏ることを1つの要因としてバッテリ10の内部抵抗が上昇する劣化現象である。以下では、リチウムイオンの濃度分布を「塩濃度分布」とも呼び、リチウムイオンの濃度分布の偏りを「塩濃度ムラ」とも呼ぶ。ECU30は、バッテリ10のハイレート劣化の進行度合いを塩濃度ムラに基づいて評価する「劣化評価値ΣD」を算出する。そして、ECU30は、算出した劣化評価値ΣDに応じて、バッテリ10のハイレート劣化を抑制するための制御(ハイレート劣化抑制制御)を実行する。
D(N)=D(N-1)-D(-)+D(+) ・・・(1)
D(-)=α×Δt×D(N-1) ・・・(2)
D(+)=(β/C)×I×Δt ・・・(3)
図5は、実施の形態1におけるハイレート劣化抑制制御の一例を示すタイムチャートである。図5において、横軸は経過時間を表す。縦軸は、上から順に、評価値D(N)、劣化評価値ΣD(N)および充電電力上限値Winを表す。
前述のように、大電流(ハイレート)での充放電が行われると、電極体15の内部に塩濃度ムラが生じ得る。本発明者らは、塩濃度ムラが2種類に区別できる点に着目した。
図8および図9は、リセット方式の劣化評価値算出処理(図4のS4の処理)の処理手順を示すフローチャートである。この例では、充電側における面内評価値ηcと、放電側における面内評価値ηdとが別々に算出される。
ηc(N)=Kc×H ・・・(4)
Σηc(N)=Σηc(N-1)+ηc(N) ・・・(5)
ηd(N)=Kd×H ・・・(6)
Σηd(N)=Σηd(N-1)+ηd(N) ・・・(7)
ΣD(N)=γΣD(N-1)+ηc(N)×D(N) ・・・(8)
ΣD(N)=γΣD(N-1)+ηd(N)×D(N) ・・・(9)
ΣD(N)=γΣD(N-1) ・・・(10)
実施の形態1ではリセット方式の劣化評価値算出処理について説明したが、劣化評価値算出処理の具体的な処理手順はこれに限定されるものではない。実施の形態2においては、「減算方式」の劣化評価値算出処理について説明する。なお、実施の形態2における電池システム、車両構成およびセル構成は実施の形態1における構成(図1~図3参照)と同様である。
図12は、減算方式の劣化評価値算出処理の処理手順を示すフローチャートである。図12を参照して、減算方式の劣化評価値算出処理に含まれる一連の処理のうちの前半の処理は、実施の形態1にて説明したリセット方式の劣化評価値算出処理の前半の処理(図8のS101~S107)と同様であるため、図示を省略している。減算方式の劣化評価値算出処理は、S108~S111の処理に代えてS208~S211の処理を含む点において、リセット方式の劣化評価値算出処理と異なる。
Σηc(N)=Σηc(N-1)-Ld×I ・・・(11)
Σηd(N)=Σηd(N-1)-Lc×I ・・・(12)
Claims (6)
- 電解液に含浸され、各々面状の正極と負極とが積層された電極体を含むリチウムイオン電池と、
前記リチウムイオン電池に充放電される電流を検出する電流センサと、
第1および第2の評価値を用いて、前記電極体内におけるリチウムイオン濃度分布の偏りである塩濃度ムラの発生に伴って前記リチウムイオン電池の内部抵抗が上昇する前記リチウムイオン電池の劣化を評価する演算装置とを備え、
前記第1の評価値は、前記正極および前記負極の積層方向における塩濃度ムラを評価するための指標であり、
前記第2の評価値は、前記正極および前記負極の面内方向の塩濃度ムラを評価するための指標であり、
前記演算装置は、
演算サイクル毎に、前記電流センサの検出値に基づいて現在の前記第1の評価値を算出するとともに、前記リチウムイオン電池のSOCに基づいて現在の前記第2の評価値を算出し、
前記第2の評価値を積算した第2の積算値の絶対値が基準値を上回った場合に、所定の範囲を超えた過去の前記第1の評価値を積算した第1の積算値と、現在の前記第1の評価値と、現在の前記第2の評価値とに基づいて、前記リチウムイオン電池の劣化を評価する一方で、
前記絶対値が前記基準値を下回った場合には、前記第1の積算値に基づいて前記リチウムイオン電池の劣化を評価する、電池システム。 - 前記演算装置は、
前記絶対値が前記基準値を上回った場合に、時間経過に伴う前記塩濃度ムラの緩和を表す補正係数により補正した前記第1の積算値に、現在の前記第1の評価値と現在の前記第2の評価値との積を加算することによって、前記リチウムイオン電池の劣化を評価する一方で、
前記絶対値が前記基準値を下回った場合には、前記補正係数により補正した前記第1の積算値に基づいて、前記リチウムイオン電池の劣化を評価する、請求項1に記載の電池システム。 - 前記演算装置は、放電過多の状態にある前記リチウムイオン電池への充電電荷量が第1の判定値を超えた場合、または、充電過多の状態にある前記リチウムイオン電池からの放電電荷量が第2の判定値を超えた場合には、前記第2の積算値をリセットする、請求項1または2に記載の電池システム。
- 前記演算装置は、放電過多の状態にある前記リチウムイオン電池への充電時、または、充電過多の状態にある前記リチウムイオン電池からの放電時には、前記演算サイクル毎に、前記第2の積算値から現在の前記第2の評価値を減算する、請求項1または2に記載の電池システム。
- 前記リチウムイオン電池の温度を検出する温度センサをさらに備え、
前記演算装置は、前記リチウムイオン電池のSOCおよび温度に基づいて前記第2の評価値を算出する、請求項1~4のいずれか1項に記載の電池システム。 - 電解液に含浸され、各々面状の正極と負極とが積層された電極体を含むリチウムイオン電池の劣化を評価する、リチウムイオン電池の劣化評価方法であって、
前記リチウムイオン電池の劣化は、前記電極体内におけるリチウムイオン濃度分布の偏りである塩濃度ムラの発生に伴って前記リチウムイオン電池の内部抵抗が上昇する劣化であって第1および第2の評価値を用いて評価され、
前記第1の評価値は、前記正極および前記負極の積層方向における塩濃度ムラを評価するための指標であり、
前記第2の評価値は、前記正極および前記負極の面内方向の塩濃度ムラを評価するための指標であり、
前記劣化評価方法は、
演算サイクル毎に、前記リチウムイオン電池に充放電される電流に基づいて現在の前記第1の評価値を算出するとともに、前記リチウムイオン電池のSOCに基づいて現在の前記第2の評価値を算出するステップと、
前記第2の評価値を積算した第2の積算値の絶対値が基準値を上回った場合に、所定の範囲を超えた過去の前記第1の評価値を積算した第1の積算値と、現在の前記第1の評価値と、現在の前記第2の評価値とに基づいて、前記リチウムイオン電池の劣化を評価するステップと、
前記絶対値が前記基準値を下回った場合には、前記第1の積算値に基づいて前記リチウムイオン電池の劣化を評価するステップとを含む、リチウムイオン電池の劣化評価方法。
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