JP7352860B2 - Lithium-ion battery deterioration determination device - Google Patents
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Description
本発明は、リチウムイオンバッテリの劣化判定装置に関するものである。 The present invention relates to a lithium ion battery deterioration determination device.
リチウムイオンバッテリは、正極および負極を備えて、支持電解質としてリチウム塩を溶媒に溶解させてなる電解液を用いるものとなっている。リチウムイオンバッテリは、例えば、電気自動車やハイブリッド式の自動車、あるいは工場や家庭での蓄電池として広く使用されている。 A lithium ion battery includes a positive electrode and a negative electrode, and uses an electrolytic solution prepared by dissolving a lithium salt in a solvent as a supporting electrolyte. Lithium ion batteries are widely used, for example, in electric vehicles, hybrid vehicles, or as storage batteries in factories and homes.
リチウムイオンバッテリは、大電流での充放電(ハイレートサイクルでの使用)を行う方が、低電流で充放電を行うよりも入出力性能がよいものである。このため、リチウムイオンバッテリの使用に際しては、極力大電流での充放電を行わせることが望まれるものである。特に、リチウムイオンバッテリを、エンジン付きの自動車における駆動モータへの給電用として使用した場合は、燃費向上のためにも、大電流での使用が強く望まれるものである。 Lithium-ion batteries have better input/output performance when charged and discharged with a large current (used in high-rate cycles) than when charged and discharged with a low current. Therefore, when using a lithium ion battery, it is desirable to charge and discharge with as large a current as possible. In particular, when a lithium ion battery is used to power a drive motor in an automobile with an engine, it is strongly desired to use it at a large current in order to improve fuel efficiency.
一方、リチウムイオンバッテリは、使用に応じて一時的に劣化されるが(充放電抵抗値の一時的な増大)、充放電を行わない休止を行うことにより、一時的な劣化が復帰されるものである。また、リチウムイオンバッテリは、経年劣化するものであるが、大電流での放電を長時間行うと、ハイレートサイクル劣化と呼ばれるように、充放電を休止しても劣化が復帰しない恒久劣化を生じてしまうことになる。そして、恒久劣化は、経年劣化に比して劣化の度合いが大きいので、極力避けるべきものである。 On the other hand, lithium-ion batteries temporarily deteriorate with use (temporary increase in charging/discharging resistance), but the temporary deterioration can be recovered by taking a break without charging or discharging. It is. In addition, lithium-ion batteries deteriorate over time, but if they are discharged at large currents for long periods of time, permanent deterioration, called high-rate cycle deterioration, that does not recover even if charging and discharging is stopped, can occur. It will end up being put away. Since permanent deterioration has a greater degree of deterioration than aging deterioration, it should be avoided as much as possible.
特許文献1には、リチウムイオンバッテリでのハイレートサイクル劣化を防止するために、大電流での放電時間と、イオン濃度の偏りに基づいて、リチウムイオンバッテリの劣化を判定するものが開示されている。この特許文献1では、大電流での放電時間が長いほど劣化しやすく、またイオン濃度の偏りが大きいほど劣化しやすいということも開示されている。
恒久劣化を防止するため、従来、限界積算電流値(限界積算電流量)という閾値を設定して、放電電流の積算値が閾値を超えたときは、リチウムイオンバッテリの放電電流を所
定値以下の小さな電流値に制限することが行われている。上記限界積算電流値を設定する場合に、常温(25℃前後)を前提とした限界積算電流値(閾値)を設定していた。
In order to prevent permanent deterioration, conventionally, a threshold value called a limit cumulative current value (limit cumulative current amount) is set, and when the cumulative value of discharge current exceeds the threshold value, the discharge current of the lithium ion battery is reduced to a value below a predetermined value. The current is limited to a small value. When setting the limit integrated current value, the limit integrated current value (threshold value) is set on the premise of normal temperature (around 25° C.).
しかしながら、リチウムイオンバッテリの放電電流を小さな電流値に制限することは、例えば電気自動車やハイブリッド式の自動車にあっては、加速性の悪化や燃費(電費)の悪化につながることから好ましくないものである。 However, limiting the discharge current of a lithium-ion battery to a small current value is undesirable in electric vehicles and hybrid vehicles, for example, because it leads to deterioration in acceleration and fuel consumption (electricity consumption). be.
早期に限界積算電流値に達しないようにするため、リチウムイオンバッテリの容量を増大させることが考えられる。しかしながら、リチウムイオンバッテリの容量を大きくすることは、コストの大幅アップとなる他、例えば電気自動車やハイブリッド式の自動車にあっては重量の増加となって加速性や燃費(電費)を悪化させてしまうことになる。 In order to prevent the cumulative current value from reaching the limit value early, it is possible to increase the capacity of the lithium ion battery. However, increasing the capacity of lithium-ion batteries not only significantly increases costs, but also increases the weight of electric and hybrid vehicles, which worsens acceleration and fuel efficiency (electricity costs). It will end up being put away.
特開2009-123435号公報 Japanese Patent Application Publication No. 2009-123435
本発明は以上のような事情を勘案してなされたもので、その目的は、劣化判定をより精度よく行えるようにして、大きな充放電電流での使用時間をより長く確保できるようにしたリチウムイオンバッテリの劣化判定装置を提供することにある。 The present invention was made in consideration of the above circumstances, and its purpose is to provide a lithium ion battery that can more accurately determine deterioration and ensure a longer usage time at large charge/discharge currents. An object of the present invention is to provide a battery deterioration determination device.
本発明は、リチウムイオンバッテリの温度と限界積算電流値との関係について実験的に検証を行った結果、リチウムイオンバッテリの温度が高いほど限界積算電流値が大きくなる、という知見に基づいてなされたものである。すなわち、リチウムイオンバッテリの最大充放電電流値を制限する際に用いられる閾値を、リチウムイオンバッテリの温度が高いほど大きくなるように設定することによりこの閾値を精度よく設定して、リチウムイオンバッテリの劣化判定の精度を向上させて、最大充放電電流値が制限されるまでの時間をより長く確保できるようにしたものである。 The present invention was made based on the finding that as a result of experimentally verifying the relationship between the temperature of a lithium ion battery and the limit integrated current value, the higher the temperature of the lithium ion battery, the larger the limit integrated current value. It is something. In other words, by setting the threshold value used to limit the maximum charge/discharge current value of a lithium-ion battery so that it increases as the temperature of the lithium-ion battery increases, this threshold value can be set accurately and the maximum charging/discharging current value of the lithium-ion battery can be This improves the accuracy of deterioration determination and makes it possible to secure a longer period of time until the maximum charge/discharge current value is limited.
具体的には、本発明にあっては次のような第1の解決手法を採択してある。 Specifically, the present invention adopts the following first solution.
正極および負極を備え、支持電解質としてリチウム塩を溶媒に溶解させてなる電解液を用いるリチウムイオンバッテリと、
前記リチウムイオンバッテリの充放電を制御する充放電制御部と、該リチウムイオンバッテリの劣化判定を行う劣化判定部と、所定期間における充放電電流積算値を算出する実積算電流値算出部と、該リチウムイオンバッテリの温度が高いほど該充放電電流積算値に関する閾値を高く設定する閾値設定部と、を有する制御装置と、を備え、
前記劣化判定部は、前記実積算電流値が前記閾値以上のときに前記リチウムイオンバッテリが劣化していると判定し、
前記充放電制御部は、
前記劣化判定部により前記リチウムイオンバッテリが劣化していると判定されたときには、該リチウムイオンバッテリの充放電電流を予め設定された第1最大充放電電流値以下に制限する一方、
前記リチウムイオンバッテリが劣化していると判定されず且つ前記実積算電流値が前記閾値よりも所定積算電流値だけ小さい値以下のときには、前記リチウムイオンバッテリの充放電電流を、前記第1最大充放電電流値よりも大きい第2最大充放電電流値に制限し、
前記リチウムイオンバッテリが劣化していると判定されず且つ前記実積算電流値が前記閾値よりも所定実積算電流値だけ小さい値を超えて大きいときには、前記リチウムイオンバッテリの充放電電流を、前記第1最大充放電電流値よりも大きく且つ前記第2最大充放電電流値よりも小さい第3最大充放電電流値に制限するようにされている、
ようにしてある(請求項1対応)。
A lithium ion battery comprising a positive electrode and a negative electrode, and using an electrolytic solution prepared by dissolving a lithium salt in a solvent as a supporting electrolyte;
a charge/discharge control unit that controls charging and discharging of the lithium ion battery; a deterioration determination unit that determines deterioration of the lithium ion battery; an actual cumulative current value calculation unit that calculates a cumulative charging/discharging current value for a predetermined period; A control device comprising : a threshold value setting unit that sets a higher threshold value for the integrated charging/discharging current value as the temperature of the lithium ion battery increases;
The deterioration determination unit determines that the lithium ion battery has deteriorated when the actual integrated current value is equal to or greater than the threshold value,
The charge/discharge control section includes:
When the deterioration determining unit determines that the lithium ion battery has deteriorated , the charging/discharging current of the lithium ion battery is limited to a preset first maximum charging/discharging current value or less;
When the lithium ion battery is not determined to be deteriorated and the actual integrated current value is less than or equal to a value smaller than the threshold value by a predetermined integrated current value, the charging/discharging current of the lithium ion battery is set to the first maximum charging current value . limiting to a second maximum charging/discharging current value that is larger than the discharging current value;
When the lithium ion battery is not determined to be deteriorated and the actual integrated current value is larger than the threshold value by a predetermined actual integrated current value, the charging/discharging current of the lithium ion battery is changed to The charging/discharging current value is limited to a third maximum charging/discharging current value that is larger than the first maximum charging/discharging current value and smaller than the second maximum charging/discharging current value.
(corresponding to claim 1).
上記第1の解決手法によれば、閾値を精度よく設定して、リチウムイオンバッテリの劣化判定を精度よく行うことができる。これによって、不必要にリチウムイオンバッテリの最大充放電電流値を制限してしまう事態を防止あるいは抑制することができる。特に、リチウムイオンバッテリの容量が同じであれば、大きな電流で充放電が行える期間を長くすることが可能となる。
また、リチウムイオンバッテリの最大充放電電流値(第2最大充放電電流値)が一気に小さな電流値(第1最大充放電電流値以下)に変化してしまう事態を防止する上で好ましいものとなる。特に、リチウムイオンバッテリを車両の駆動用モータへの給電用として使用した場合に、駆動用モータの最大駆動力が一気に小さくなって、車両の運転者に違和感を与えてしまう事態を防止する上で好ましいものとなる。
According to the first solution method, the threshold value can be set with high precision, and the deterioration of the lithium ion battery can be determined with high precision. Thereby, it is possible to prevent or suppress a situation in which the maximum charging/discharging current value of the lithium ion battery is unnecessarily limited. In particular, if the capacity of the lithium ion battery is the same, it is possible to lengthen the period during which charging and discharging can be performed with a large current.
Additionally, this is preferable in order to prevent the situation where the maximum charging/discharging current value (second maximum charging/discharging current value) of the lithium ion battery suddenly changes to a small current value (below the first maximum charging/discharging current value). . In particular, when a lithium-ion battery is used to power a vehicle's drive motor, the maximum driving force of the drive motor suddenly decreases, which can cause discomfort to the vehicle driver. It becomes desirable.
上記第1の解決手法を前提とした好ましい態様は、次のとおりである。 A preferred embodiment based on the first solution method is as follows.
前記閾値が、前記リチウムイオンバッテリの温度が高いほど増加代が大きくなるように設定される、ようにすることができる(請求項2対応)。この場合、リチウムイオンバッテリの温度が高いほど限界積算電流値の増大代が大きくなるという特性に適切に対応して、閾値を精度よく設定することができる。 The threshold value may be set such that the higher the temperature of the lithium ion battery is, the larger the increase amount is (corresponding to claim 2). In this case, the threshold value can be set accurately in accordance with the characteristic that the higher the temperature of the lithium ion battery is, the larger the amount of increase in the limit integrated current value becomes.
前記閾値が、前記リチウムイオンバッテリの充放電電流値が大きいほど低く設定される、ようにすることができる(請求項3対応)。この場合、リチウムイオンバッテリの充放電電流が大きいほど限界積算電流値が小さくなるという特性に適切に対応して、閾値を精度よく設定することができる。 The threshold value may be set lower as the charging/discharging current value of the lithium ion battery increases (corresponding to claim 3). In this case, the threshold value can be set accurately in accordance with the characteristic that the limit integrated current value becomes smaller as the charging/discharging current of the lithium ion battery increases.
前記制御装置は、前記リチウムイオンバッテリの温度が所定温度以下のときに、該リチウムイオンバッテリの温度を上昇させる昇温制御を行う昇温制御部を有している、ようにすることができる(請求項4対応)。この場合、リチウムイオンバッテリの温度を、限界積算電流値が十分に大きくなる適切な温度にまで昇温させることにより、大きな充放電電流での使用時間をより長く確保する上で好ましいものとなる。 The control device may include a temperature increase control section that performs temperature increase control to increase the temperature of the lithium ion battery when the temperature of the lithium ion battery is below a predetermined temperature. (corresponding to claim 4). In this case, it is preferable to raise the temperature of the lithium ion battery to an appropriate temperature at which the limit integrated current value becomes sufficiently large, in order to ensure a longer usage time with a large charging/discharging current.
前記制御装置は、前記リチウムイオンバッテリが劣化していると判定されず且つ前記実積算電流値が前記閾値よりも所定実積算電流値だけ小さい値を超えて大きいときには、前記第3最大充放電電流値として複数の異なる値を用いて、前記リチウムイオンバッテリの電流制限を段階的に実施する、ようにすることができる(請求項5対応)。リチウムイオンバッテリの最大充放電電流値が一気に小さな電流値に変化してしまう事態を防止する上で好ましいものとなる。特に、リチウムイオンバッテリを車両の駆動用モータへの給電用として使用した場合に、駆動用モータの最大駆動力が一気に小さくなって、車両の運転者に違和感を与えてしまう事態を防止する上で好ましいものとなる。 The control device controls the third maximum charging/discharging current when the lithium ion battery is not determined to be deteriorated and the actual cumulative current value is larger than the threshold value by a predetermined actual cumulative current value. The current limitation of the lithium ion battery can be implemented in stages by using a plurality of different values as the value (corresponding to claim 5). This is preferable in order to prevent a situation where the maximum charging/discharging current value of the lithium ion battery suddenly changes to a small current value. In particular, when a lithium-ion battery is used to power a vehicle's drive motor, the maximum driving force of the drive motor suddenly decreases, which can cause discomfort to the vehicle driver. It becomes desirable.
前記目的を達成するため、本発明にあっては次のような第2の解決手法を採択してある。 In order to achieve the above object, the present invention adopts the following second solution.
正極および負極を備え、支持電解質としてリチウム塩を溶媒に溶解させてなる電解液を用いるリチウムイオンバッテリと、
前記リチウムイオンバッテリの充放電を制御する充放電制御部と該リチウムイオンバッテリの劣化判定を行う劣化判定部とを有する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、限界積算電流値が、前記リチウムイオンバッテリの充放電電流値が大きいほど小さくなるようにかつ該リチウムイオンバッテリの温度が高いほど大きくなるように設定されたマップを記憶した記憶部を有し、
前記制御装置は、所定単位時間毎に、前記リチウムイオンバッテリの平均充放電電流値を算出する平均充放電電流値算出部を有し、
前記制御装置は、前記所定単位時間毎に、算出された前記平均充放電電流値と前記リチウムイオンバッテリの温度とを前記マップに照合して、該所定単位時間毎の限界積算電流値を決定する限界積算電流値決定部を有し、
前記制御装置は、前記所定単位時間毎に、前記平均充放電電流値と前記限界積算電流値とに基づいて劣化評価値を算出する劣化評価値算出部を有し、
前記劣化判定部は、前記劣化評価値算出部によって算出された劣化評価値が所定の閾値以下になったときに前記リチウムイオンバッテリが劣化していると判定し、
前記充放電制御部は、
前記劣化判定部により前記リチウムイオンバッテリが劣化していると判定されたときには、該リチウムイオンバッテリの最大充放電電流を予め設定された第1最大充放電電流値以下に制限する一方、
前記リチウムイオンバッテリが劣化していると判定されず且つ前記劣化評価値が前記所定の閾値よりも所定劣化評価値だけ大きい値以上のときには、前記リチウムイオンバッテリの最大充放電電流を、前記第1最大充放電電流値よりも大きい第2最大充放電電流値に制限し、
前記リチウムイオンバッテリが劣化していると判定されず且つ前記劣化評価値が前記所定の閾値よりも所定劣化評価値だけ大きい値未満のときには、前記リチウムイオンバッテリの最大充放電電流を、前記第1最大充放電電流値よりも大きく且つ前記第2最大充放電電流値よりも小さい第3最大充放電電流値に制限するようにされている、
ようにしてある(請求項6対応)。
A lithium ion battery comprising a positive electrode and a negative electrode, and using an electrolytic solution prepared by dissolving a lithium salt in a solvent as a supporting electrolyte;
a control device having a charge/discharge control unit that controls charging and discharging of the lithium ion battery; and a deterioration determination unit that determines deterioration of the lithium ion battery;
Equipped with
The control device includes a storage unit storing a map set such that the limit integrated current value becomes smaller as the charging/discharging current value of the lithium ion battery becomes larger and becomes larger as the temperature of the lithium ion battery becomes higher. has
The control device includes an average charging/discharging current value calculation unit that calculates an average charging/discharging current value of the lithium ion battery every predetermined unit time,
The control device compares the calculated average charge/discharge current value and the temperature of the lithium ion battery with the map for each predetermined unit time, and determines a limit cumulative current value for each predetermined unit time. It has a limit integrated current value determining section,
The control device includes a deterioration evaluation value calculation unit that calculates a deterioration evaluation value based on the average charge/discharge current value and the limit integrated current value for each predetermined unit time,
The deterioration determination unit determines that the lithium ion battery has deteriorated when the deterioration evaluation value calculated by the deterioration evaluation value calculation unit becomes equal to or less than a predetermined threshold;
The charge/discharge control section includes:
When the deterioration determining unit determines that the lithium ion battery has deteriorated, the maximum charging and discharging current of the lithium ion battery is limited to a preset first maximum charging and discharging current value, while
When the lithium ion battery is not determined to be deteriorated and the deterioration evaluation value is greater than the predetermined threshold value by a predetermined deterioration evaluation value, the maximum charging/discharging current of the lithium ion battery is set to the first Limiting to a second maximum charging/discharging current value that is larger than the maximum charging/discharging current value,
When the lithium ion battery is not determined to be deteriorated and the deterioration evaluation value is less than the predetermined threshold value by a predetermined deterioration evaluation value, the maximum charging/discharging current of the lithium ion battery is set to the first The charging/discharging current value is limited to a third maximum charging/discharging current value that is larger than the maximum charging/discharging current value and smaller than the second maximum charging/discharging current value.
(corresponding to claim 6).
上記第2の解決手法によれば、限界積算電流値への接近度合いを示す劣化評価値を用いて、請求項1に対応した作用効果と同様の作用効果を得ることができる.特に、所定単位時間毎のリチウムイオンバッテリの温度と実際の充放電電流とを考慮した制御となって、温度変化や放電電流の変化に適切に対応する上で好ましいものとなる。
According to the second solution method, the same effects as those according to
上記第2の解決手法を前提とした好ましい態様は、次のとおりである。 A preferred embodiment based on the above second solution method is as follows.
前記充放電制御部は、前記劣化判定部によって前記リチウムイオンバッテリが劣化していると判定されず且つ前記劣化評価値が前記所定の閾値よりも所定劣化評価値だけ大きい値未満のときには、前記第3最大充放電電流値として複数の異なる値のものを用いて、前記リチウムイオンバッテリの最大充放電電流を、前記劣化評価値が減少するのに伴って段階的にあるいは連続可変式に小さくなるように制御する、ようにすることができる(請求項7対応)。この場合、請求項5に対応した作用効果と同様の作用効果を得ることができる。
前記制御装置は、前記リチウムイオンバッテリが休止されている休止時間に応じて、前記劣化評価値を補正するように設定されている、ようにすることができる(請求項8対応)。この場合、この場合、休止時間の間にリチウムイオンバッテリの一時的な劣化が復帰されるのに対応して、閾値を精度よく設定することができる。
The charge/discharge control section is configured to control the charge/discharge control section when the deterioration determination section does not determine that the lithium ion battery has deteriorated and the deterioration evaluation value is less than a value larger than the predetermined threshold by a predetermined deterioration evaluation value. 3. Using a plurality of different values as the maximum charging/discharging current value, the maximum charging/discharging current of the lithium ion battery is decreased in a stepwise or continuously variable manner as the deterioration evaluation value decreases. (corresponding to claim 7 ). In this case, the same effects as those corresponding to claim 5 can be obtained.
The control device may be set to correct the deterioration evaluation value depending on the rest time during which the lithium ion battery is rested (corresponding to claim 8). In this case, the threshold value can be set accurately in response to the temporary deterioration of the lithium ion battery being recovered during the rest period.
本発明によれば、劣化判定をより精度よく行えるようにして、大きな充放電電流での使用時間をより長く確保することができる。 According to the present invention, it is possible to perform deterioration determination with higher accuracy and to secure a longer usage time with a large charging/discharging current.
まず、図1に基づいて、本発明が適用された車両(自動車)Vの駆動系統について説明する。図中、1はエンジン(内燃機関)、2はモータである。3は、エンジン1によって駆動されると共に、適宜モータ2によっても駆動される駆動輪である。エンジン1は、例えばガソリンエンジンやディーゼルエンジンとされている。モータ2は、駆動輪3の駆動用として機能される他、減速時には発電機として機能される。
First, a drive system of a vehicle (automobile) V to which the present invention is applied will be explained based on FIG. In the figure, 1 is an engine (internal combustion engine) and 2 is a motor.
図中、10は、リチウムイオンバッテリ(以下の説明では、単に「バッテリ」と称することもある)である。バッテリ10からの給電によりモータ2が駆動され、モータ2で発電された電力がバッテリ2へ充電される。バッテリ2は、実施形態では、出力電圧が48
V、最大放電電流値が80A、容量が0.38KWhとされているが、これに限るものではない。
In the figure, 10 is a lithium ion battery (in the following description, it may be simply referred to as a "battery"). The
V, the maximum discharge current value is 80 A, and the capacity is 0.38 KWh, but the present invention is not limited to these.
エンジン1の出力は、順次、第1クラッチ4、モータ2、第2クラッチ5、変速機(トランスミッション)6、デファレンシャルギア7を介して、左右の駆動輪3に伝達される。エンジン1により駆動輪3を駆動する場合は、第1クラッチ4および第2クラッチ5がそれぞれ接続される。モータ2によって駆動輪3を駆動する場合は、バッテリ10からモータ2へ給電される。
The output of the
図2は、エンジン1とモータ2の作動領域の設定例を示すものである。図2の例では、エンジン1は、車両Vの走行時には常時作動(駆動)される。また、モータ2は、エンジン1の駆動を適宜補助するものとなっている。
FIG. 2 shows an example of setting the operating ranges of the
モータ2による駆動輪3の駆動領域は、次のようにされている。まず第1に、エンジン1の運転効率が悪い低回転(例えば1500rpm以下)かつ低負荷(アクセル開度が例えば20%開度以下)となる第1領域R1のときに、モータ2が駆動される。
The drive range of the
第2に、高負荷領域(アクセル開度が例えば80%開度以上)のときに、モータ2が作動される。第3に、上記領域R1とR2以外の領域R3では、基本的に、エンジン1のみによって駆動輪3が駆動されるが、加速時にはモータ2が駆動される。
Second, the
車両Vの減速時には、第2クラッチ5は接続されるが、第1クラッチ4は接続解除(切断)される。また、減速時は、駆動輪3側からモータ2が駆動されるため、モータ2が発電機として機能されて、発電された電力がバッテリ2へ充電される(回生)。なお、アイドル時や車両停止時には、両クラッチ4、5は接続解除される。
When the vehicle V is decelerating, the
次に、バッテリ2の構造例について図3を参照しつつ説明する。
Next, a structural example of the
図3に示すバッテリ2は、正極、負極及びこの正極と負極を絶縁するセパレータを備え、支持電解質として主電解質と副電解質を非水溶媒に溶解させてなる非水電解液を用いる。
The
正極は、正極活物質及び助剤(結着剤及び導電助剤)を混合して集電体に塗布してなる。好ましい集電体としてはアルミニウム箔が挙げられる。 The positive electrode is formed by mixing a positive electrode active material and an auxiliary agent (a binder and a conductive auxiliary agent) and applying the mixture to a current collector. A preferred current collector is aluminum foil.
好ましい正極活物質としては、コバルト、マンガン及びニッケルからなる群より選ばれる1種又は2種以上を含有するリチウムとの複合金属酸化物、リン酸系リチウム化合物、ケイ酸系リチウム化合物がある。特に、リン酸系リチウムを採用することが好ましい。これらの正極活物質は、1種単独で用いるか又は2種以上を組み合わせて用いることができる。 Preferred positive electrode active materials include composite metal oxides with lithium containing one or more selected from the group consisting of cobalt, manganese, and nickel, phosphate-based lithium compounds, and silicate-based lithium compounds. In particular, it is preferable to use phosphate-based lithium. These positive electrode active materials can be used alone or in combination of two or more.
好ましいリン酸系リチウム化合物としては、例えば、オリビン型結晶構造のLiMPO4(M=遷移金属Fe、Co、Ni、Mn等)、Li2MPO4F(M=遷移金属Fe、Co、Ni、Mn等)がある。なかでも、リン酸鉄リチウムLiFePO4が好ましい。ケイ酸系リチウム化合物としては、例えば、Li2MSiO4(M=遷移金属Fe、Co、Ni、Mn等)がある。 Preferred phosphate-based lithium compounds include, for example, LiMPO4 (M=transition metal Fe, Co, Ni, Mn, etc.) having an olivine crystal structure, and Li2MPO4F (M=transition metal Fe, Co, Ni, Mn, etc.). Among them, lithium iron phosphate LiFePO4 is preferred. Examples of the silicate-based lithium compound include Li2MSiO4 (M=transition metal Fe, Co, Ni, Mn, etc.).
結着剤としては、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)を好ましく採用することができる。導電助剤としては、カーボンブラック、アセチレンブラック、カーボンナノファイバ(CNF)等を採用することができる。 As the binder, polyvinylidene fluoride (PVdF) can be preferably used. As the conductive aid, carbon black, acetylene black, carbon nanofiber (CNF), etc. can be employed.
負極は、負極活物質及び助剤(結着剤及び導電助剤)を混合して集電体に塗布してなる。好ましい集電体としては銅箔が挙げられる。 The negative electrode is formed by mixing a negative electrode active material and an auxiliary agent (a binder and a conductive auxiliary agent) and applying the mixture to a current collector. A preferred current collector is copper foil.
負極活物質としては、黒鉛系炭素材料、すなわち、人造黒鉛や天然黒鉛を採用することが好ましい。黒鉛系炭素材料は、Liイオンの吸蔵及び放出能力の向上の観点から、黒鉛化度が低いものが好ましい。黒鉛化度が低い人造黒鉛やハードカーボンは負極活物質として好ましい。結晶性の高い天然黒鉛単独では劣化が早いため、表面処理を行った天然黒鉛や人造黒鉛と併用することが好ましい。 As the negative electrode active material, it is preferable to use a graphite-based carbon material, that is, artificial graphite or natural graphite. The graphite-based carbon material preferably has a low degree of graphitization from the viewpoint of improving the ability to absorb and release Li ions. Artificial graphite and hard carbon, which have a low degree of graphitization, are preferable as negative electrode active materials. Since highly crystalline natural graphite alone deteriorates quickly, it is preferable to use it in combination with surface-treated natural graphite or artificial graphite.
結着剤としては、スチレン-ブタジエンゴム(SBR)、該スチレン-ブタジエンゴムに増粘剤としてカルボキシメチルセルロースを併用したもの(SBR-CMC)、PVdF、或いはイミド系バインダ等を好ましく採用することができる。導電助剤としては、カーボンブラック、アセチレンブラック、カーボンナノファイバCNF等を好ましく採用することができる。 As the binder, styrene-butadiene rubber (SBR), the styrene-butadiene rubber combined with carboxymethyl cellulose as a thickener (SBR-CMC), PVdF, or an imide binder can be preferably used. . As the conductive aid, carbon black, acetylene black, carbon nanofiber CNF, etc. can be preferably employed.
セパレータについては、特に制限はないが、ポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィンの単層又は積層の微多孔性フィルム、織布、不織布等を採用することができる。 There are no particular limitations on the separator, but a single-layer or laminated microporous film, woven fabric, non-woven fabric, or the like of polyolefin such as polypropylene or polyethylene can be used.
非水電解液は、非水溶媒にリチウム塩(支持電解質)を溶解してなり、必要に応じて添加剤が添加される。 The nonaqueous electrolyte is formed by dissolving a lithium salt (supporting electrolyte) in a nonaqueous solvent, and additives are added as necessary.
非水溶媒の種類については、特に制限はなく、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート(BC)等の環状炭酸エステル、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ジメチルカーボネート(DMC)等の鎖状炭酸エステル、γ-ブチロラクトン(GBL)、γ-バレロラクトン(GVL)等の環状カルボン酸エステルなどが挙げられる。非水溶媒は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 There are no particular restrictions on the type of nonaqueous solvent, and examples include cyclic carbonates such as ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), and butylene carbonate (BC), diethyl carbonate (DEC), ethylmethyl carbonate (EMC), and dimethyl. Examples include chain carbonate esters such as carbonate (DMC), and cyclic carboxylic acid esters such as γ-butyrolactone (GBL) and γ-valerolactone (GVL). The non-aqueous solvents may be used alone or in combination of two or more.
非水溶媒の添加剤としては、セパレータに対する電解液の濡れ性を改善する濡れ性改善溶媒とSEI形成溶媒がある。 Examples of non-aqueous solvent additives include wettability improving solvents that improve the wettability of the electrolytic solution to the separator and SEI forming solvents.
濡れ性改善溶媒としては、ジブチルカーボネート(DBC)、メチルブチルカーボネート(MBC)、エチルブチルカーボネート(EBC)等がある。濡れ性改善溶媒の添加量は、上記非水溶媒の3質量%以上10質量%以下程度にすることが好ましい。 Examples of the wettability improving solvent include dibutyl carbonate (DBC), methyl butyl carbonate (MBC), and ethyl butyl carbonate (EBC). The amount of the wettability improving solvent added is preferably about 3% by mass or more and 10% by mass or less of the nonaqueous solvent.
SEI形成溶媒としては、ビニレンカーボネート(VC)、メチルビニレンカーボネート(MVC)、エチルビニレンカーボネート(EVC)、フルオロビニレンカーボネート(FVC)、ビニルエチレンカーボネート(VEC)、エチニルエチレンカーボネート(EEC)、エチレンサルファイト(ES)、フルオロエチレンカーボネート(FEC)等がある。これらSEI形成溶媒は、1種単独で用いるか又は2種以上を組み合わせて用いることができる。SEI形成溶媒の添加量は、上記非水溶媒の0.5質量%以上5質量%以下程度にすることが好ましい。 SEI forming solvents include vinylene carbonate (VC), methyl vinylene carbonate (MVC), ethyl vinylene carbonate (EVC), fluorovinylene carbonate (FVC), vinyl ethylene carbonate (VEC), ethynyl ethylene carbonate (EEC), and ethylene sulfite. (ES), fluoroethylene carbonate (FEC), etc. These SEI forming solvents can be used alone or in combination of two or more. The amount of the SEI-forming solvent added is preferably about 0.5% by mass or more and 5% by mass or less of the nonaqueous solvent.
好ましいリチウム塩としては、LiPF6、LiPO2F2、LiBF4、LiN(SO2F)2、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2等が挙げられる。リチウム塩は、1種単独で用いるか又は2種以上を組み合わせて用いることができる。 Preferred lithium salts include LiPF6, LiPO2F2, LiBF4, LiN(SO2F)2, LiN(SO2CF3)2, LiN(SO2C2F5)2, and the like. One type of lithium salt can be used alone or two or more types can be used in combination.
非水電解液におけるリチウム塩の濃度は、例えば、0.5M以上2.0M以下となるようにすればよい。 The concentration of the lithium salt in the nonaqueous electrolyte may be, for example, 0.5M or more and 2.0M or less.
本実施形態では、主電解質としてLiPF6を採用し、副電解質としてLiPO2F2を採用し、溶媒として、プロピレンカーボネート(PC)とγ-ブチロラクトン(GBL)の混合溶媒(PC:GBL=80:20(体積比))を採用している。 In this embodiment, LiPF6 is used as the main electrolyte, LiPO2F2 is used as the sub-electrolyte, and a mixed solvent of propylene carbonate (PC) and γ-butyrolactone (GBL) (PC:GBL=80:20 (volume ratio) is used as the solvent. )) is adopted.
バッテリ2には、その温度を調整するための温調器20が設けられている。温調器20は、冷却器21と昇温器22とを有している。冷却器21は、バッテリ10の温度が所定温度(例えば50度C)になると作動されて、バッテリ10の温度が許容上限温度(実施形態では60℃)以上になるのを防止する。冷却器21は、例えば、空調エアを利用した空冷式としてあるが、これに限らず適宜のものを採択できる。
The
昇温器22は、バッテリ10の温度が例えば常温程度の低いときに、例えば45℃付近の温度となるようにバッテリ10の温度を昇温させるものである。この昇温によって、後述するように、限界積算電流値が増大されることになる。昇温器22は、例えば電気ヒータを用いることができるが、これに限るものではない。例えば、エンジン1の冷却水温度が所定温度以上の高温になっているときは、この冷却水を昇温用として利用することもできる。
The
図4は、バッテリ10の劣化の様子を示すもので、バッテリ10の充放電電流(実効電流)の大きさをパラメータとして、10年後の抵抗変化(抵抗増大の変化)を示す。図中、破線で示す通常劣化は、経年劣化と呼ばれるもので、放電電流が大きくても抵抗値の増大はゆっくりとしたものとなる。
FIG. 4 shows the state of deterioration of the
一方、図4中。実線で示す恒久劣化は、所定電流値以上の大電流での充放電を長く続けた場合に生じるもので、ハイレートサイクル劣化とも呼ばれる。バッテリ10は、放電を続けるとその抵抗値が一時的に増大されるが、充放電を休止することにより抵抗値が低下(復帰)されるが、恒久劣化の場合は、充放電を休止しても抵抗値は復帰されないものである。したがって、恒久劣化を生じさせるような大電流での長時間の充放電は避けるべきものとなる。
On the other hand, in Fig. 4. Permanent deterioration shown by the solid line occurs when charging and discharging at a large current greater than a predetermined current value continues for a long time, and is also called high-rate cycle deterioration. When the
充放電電流値(実効電流値)が、所定値(例えば40A程度)以下の小さいときは、恒久劣化は生じがたいものである。したがって、充放電電流値を上記所定値以下の小さい電流値に制限しておけば、恒久劣化は確実に防止できるが、この場合は、大電流が得られないことから、バッテリ10の容量を増大させる必要になって、好ましくないものである。
When the charging/discharging current value (effective current value) is small, below a predetermined value (for example, about 40 A), permanent deterioration is unlikely to occur. Therefore, if the charging/discharging current value is limited to a small current value below the above-mentioned predetermined value, permanent deterioration can be reliably prevented, but in this case, since a large current cannot be obtained, the capacity of the
図5は、バッテリ10の温度と充放電電流値と限界積算電流値との関係を示すものであり、実験的に求めたものである。限界積算電流値は、これ以下の範囲の使用であれば、大電流で充放電を行っても恒久劣化を生じさせないものである。
FIG. 5 shows the relationship between the temperature of the
図5から理解されるように、大電流での充放電を行った場合に、限界積算電流値は、バッテリ10の温度が高いほど大きくなる。例えば、充放電電流値が80Aの場合に、バッテリ10の温度が45℃付近であれば、限界積算電流量は1000/Ahのように極めて大きくなる。この一方、充放電電流値が80Aの場合に、バッテリ10の温度が常温付近の25℃付近であれば、限界積算電流量は230/Ahのように極めて小さくなる。このように、バッテリ10の温度に応じて限界積算電流値が大きく相違し、しかもバッテリ10の温度が高いほど、限界積算電流値の増大代が大きくなる。
As understood from FIG. 5, when charging and discharging with a large current is performed, the limit integrated current value increases as the temperature of the
以上のことから、バッテリ10の温度を高い温度に維持しておくことによって、バッテリ10の容量を増大させることなく、大電流での充放電時間を十分に長くすることが可能
となる。
From the above, by maintaining the temperature of the
限界積算電流値は、バッテリ10の充放電電流値を所定の小さい電流値以下に制限するか否かの判定用の閾値となる。すなわち、バッテリ10の実際の充放電電流値と充放電時間とを乗算したものを積算した実積算電流値が、限界積算電流値以上になった時点で、恒久劣化を防止するために、バッテリ10の充放電電流値が所定値以下の小さい電流値(例えば40A)に制限される。また、上記実積算電流値が限界積算電流値未満のときは、恒久劣化されるまでには未だ余裕があるということで、大電流での充放電が許容される。
The limit integrated current value becomes a threshold value for determining whether or not to limit the charging/discharging current value of the
上記限界積算電流値を、バッテリ10の充放電電流値を小さい電流値に制限するか否かの閾値として直接用いることができる。ただし、バッテリ10の温度が変化することを考慮して、本実施形態では、限界積算電流値に関連した劣化評価値N(N≦1.0)を用いて、所定の単位時間毎に劣化評価値Nを更新(減算)するようにしてある。
The limit integrated current value can be directly used as a threshold value for determining whether or not to limit the charging/discharging current value of the
具体的には、短い所定単位時間(例えば10秒)毎に、バッテリ10の平均充放電電流値を算出して、この平均放電電流値の限界積算電流値に対する割合に基づいて劣化評価値Nを減算していき、劣化評価値Nが0になった時点で限界積算電流値に達したということで、バッテリ10の充放電電流値を所定値以下の小さい電流値に制限するようにしてある。
Specifically, the average charging/discharging current value of the
バッテリ10が十分に休止された状態では、劣化評価値Nの初期値が1にセットされる。また、所定のサンプリング時間(例えば0.1~1秒)毎に、放電電流値を計測して、所定の単位時間(例えば10秒)毎に、計測された充放電電流値の平均値となる平均放電電流値Iを算出するようにしてある。そして、下記の数式に基づいて、劣化評価値Nの更新を行うようにしてある。この数式において、10s(10秒)は、上記所定の単位時間であり、3600s(3600秒)は1時間(h)に相当する。
When the
上記数式において、例えば、バッテリ10の温度が45℃程度で、バッテリ10の放電電流値が80Aであるときは、限界積算電流値は1000Ahであり、数式中の右辺の値は0.0002222となる。つまり、80Aで10秒間充放電したときには、劣化評価値が、前回値に対して0.0002222だけ小さくされた値として更新される。このような劣化評価値の算出は、短い所定単位時間毎に行われることから、バッテリ10の放電電流値の変化や温度変化に精度よく対応した値として算出されることになる(バッテリ10の限界積算電流値に向けての劣化度合いを精度よく算出)。
In the above formula, for example, when the temperature of the
バッテリ10は、充放電を休止することにより劣化回復方向へと復帰される。図6には、充放電を休止した休止時間と劣化評価値Nの復帰傾向との対応関係を示す。図6は、実験の結果得られたものである。劣化評価値が0の時点から、休止時間が11時間以上であれば、劣化評価値Nは1.0に復帰される(完全復帰)。
The
図6において、前回の走行終了時点における劣化評価値Nが、図中α点である場合を想定する(劣化評価値は0.65)。このα時点からほぼ7時間経過したβ時点で再び走行開始(バッテリ10の充放電開始)した際は、劣化評価値Nの初期値が図6に示す特性に照合して0.95の値とされる。 In FIG. 6, it is assumed that the deterioration evaluation value N at the end of the previous run is at point α in the figure (the deterioration evaluation value is 0.65). When the vehicle starts running again (starts charging and discharging the battery 10) at time β, which is approximately 7 hours after time α, the initial value of the deterioration evaluation value N becomes 0.95 when compared with the characteristics shown in FIG. be done.
図1に示すように、劣化評価値Nに基づく充放電量制御のために、制御装置としてのコントローラUが設けられる。コントローラUは、マイクロコンピュータを利用して構成されて、CPU、ROMおよびRAMのメモリ(記憶手段)、入出力インターフェイス等を有している。図5および図6に示す特性や前述した数式は、あらかじめROMに記憶されている。 As shown in FIG. 1, a controller U as a control device is provided to control the amount of charge and discharge based on the deterioration evaluation value N. The controller U is configured using a microcomputer, and includes a CPU, ROM and RAM memories (storage means), an input/output interface, and the like. The characteristics shown in FIGS. 5 and 6 and the above-mentioned formulas are stored in advance in the ROM.
コントローラUには、各種スイッチあるいはセンサS1~S4からの信号が入力される。S1は、イグニッションスイッチである。S2は、バッテリ10の温度を検出する温度センサである。S3は、バッテリ10の電圧を検出する電圧センサである。S4は、バッテリ10の充放電電流値を検出する電流センサである。コントローラUは、バッテリの劣化度合いの判定制御と、充放電(特に放電電流値の大きさ)の制御と、温調器20の制御(バッテリ10の温度制御)を行う。また、コントローラUは、所定のサンプリング期間(例えば0.1~1秒)毎に電流センサS4での検出電流値を取得して、前述した所定単位時間(実施形態では10秒)毎の平均電流値Iを算出する。
Signals from various switches or sensors S1 to S4 are input to the controller U. S1 is an ignition switch. S2 is a temperature sensor that detects the temperature of the
コントローラUによる制御例について、図7、図8に示すフローチャートを参照しつつ説明する。なお、劣化評価値Nは、走行終了時点で最新の値が記憶されて、この記憶された劣化評価値Nが、次の走行を開始した際の初期値設定のために適宜用いられる。また、以下の説明でQはステップを示す。 An example of control by the controller U will be described with reference to flowcharts shown in FIGS. 7 and 8. Note that the latest value of the deterioration evaluation value N is stored at the end of the run, and this stored deterioration evaluation value N is used as appropriate for setting the initial value when the next run is started. Further, in the following explanation, Q indicates a step.
図7、図8に示す制御は、エンジン1が始動された時点(イグニッションスイッチS1がONとされた時点)から開始される。まず、Q1において、前回走行時に記憶されている劣化評価値Nが読み出される。Q2では、前回の走行を終了してから所定時間(例えば11時間)以上経過したか否かが判別される。このQ2の判別でYESのときは、Q3において、劣化評価値Nの初期値が1.0に設定される。
The control shown in FIGS. 7 and 8 is started from the time the
上記Q2の判別でNOのときは、Q4において、Q1で読み出された劣化評価値Nと、前回走行終了時点から今回の走行開始までの間のバッテリ10の充放電休止時間とに基づいて、劣化評価値Nの初期値が設定される(図6の特性を利用)。
When the determination in Q2 is NO, in Q4, based on the deterioration evaluation value N read out in Q1 and the charging/discharging rest time of the
Q3の後あるいはQ4の後は、Q5において、バッテリ10の温度が検出される(温度センサS2での温度検出)。Q6では、検出されたバッテリ10の温度が、所定温度範囲にあるか否かが判別される。この所定温度範囲は、高温領域であって、実施形態では45℃±1℃とされている。このQ6の判別でNOのときは、Q7において、バッテリ10の温度が上記所定温度範囲となるように制御される(温調器20に対する制御)。
After Q3 or after Q4, the temperature of the
上記Q6の判別でYESのとき、あるいはQ7の後は、それぞれ図8のQ11に移行される。Q11では、バッテリ10の充放電電流値(実効電流)Iが検出される(電流センサS4での検出)。なお、このQ11での放電電流値Iの検出は、別ルーチンで行われており、Q11で検出される充放電電流値Iは、前述のように、所定単位時間(例えば10秒)について得られた平均充放電電流値である。
When the determination in Q6 is YES, or after Q7, the process moves to Q11 in FIG. 8, respectively. In Q11, the charging/discharging current value (effective current) I of the
Q12では、充放電電流値Iが閾値よりも大きいか否かが判別される。この閾値は、長時間放電しても恒久劣化が生じない電流値の範囲で極力大きい電流値とされている(実施形態では40A)。このQ12の判別でYESのときは、Q13において、Q11で取得された平均電流値IとQ5で検出されたバッテリ10の温度とを図5に示すマップに照合することにより、限界積算電流値が取得される。この後、Q14において、前述した数式に基づいて、劣化評価値Nが更新される。
In Q12, it is determined whether the charging/discharging current value I is larger than a threshold value. This threshold value is set to a current value as large as possible within the range of current values that do not cause permanent deterioration even if discharged for a long time (40 A in the embodiment). When the determination in Q12 is YES, in Q13, the limit integrated current value is determined by comparing the average current value I obtained in Q11 and the temperature of the
Q14の後、あるいはQ12の判別でNOのときは、それぞれQ15に移行される。Q15では、劣化評価値Nが0よりも大きいか否かが判別される。このQ15の判別でYESのときは、限界積算電流値になるまでは余裕のあるときであり、このときはQ16において、バッテリ10が放電してもよいとされる最大充放電電流値が、最大値(実施形態では80A)に設定される。また、Q17の判別でNOのときは、限界積算電流値に到達しているということで、バッテリ10の最大充放電電流値が、最小値(実施形態では40A)に設定される。
After Q14 or when the determination in Q12 is NO, the process moves to Q15. In Q15, it is determined whether the deterioration evaluation value N is greater than 0 or not. When the determination in Q15 is YES, there is a margin until the limit cumulative current value is reached, and in this case, in Q16, the maximum charging/discharging current value at which the
Q16の後、あるいはQ17の後は、Q18において、イグニッションスイッチS1がOFFされたか否かが判別される。このQ18の判別でNOのときは、Q5に戻る。Q18の判別でYESのときは、Q19において、最新の劣化評価値Nが、次の走行に備えて記憶される(コントローラUのRAMへの記憶)。このQ19で記憶された劣化評価値Nが、次の走行開始の際に、Q4での劣化評価値Nの初期値設定用として用いられることになる。 After Q16 or after Q17, it is determined in Q18 whether or not the ignition switch S1 is turned off. If the determination in Q18 is NO, return to Q5 . When the determination in Q18 is YES, the latest deterioration evaluation value N is stored in preparation for the next run (stored in the RAM of the controller U) in Q19. The deterioration evaluation value N stored in Q19 will be used to set the initial value of the deterioration evaluation value N in Q4 at the start of the next run.
前述した図7、図8において、Q4が、閾値補正部の制御内容に対応する。Q7が昇温制御部の制御内容に対応する。Q11が、平均充放電電流値算出部(実積算電流値算出部)の制御内容に対応する。Q13が、記憶部を利用した限界積算電流値決定部の制御内容に対応する。Q14が閾値設定部(劣化評価値算出部)の制御内容に対応する。Q13が記憶部を利用した制御内容に対応する。Q15が劣化判定部の制御内容に対応する。 In FIGS. 7 and 8 described above, Q4 corresponds to the control content of the threshold value correction section. Q7 corresponds to the control content of the temperature increase control section. Q11 corresponds to the control content of the average charge/discharge current value calculation section (actual integrated current value calculation section). Q13 corresponds to the control content of the limit integrated current value determining section using the storage section. Q14 corresponds to the control content of the threshold value setting section (deterioration evaluation value calculation section). Q13 corresponds to the control content using the storage unit. Q15 corresponds to the control content of the deterioration determining section.
図9は、上述した図7、図8の制御を行った際に、劣化評価値Nが徐々に減少される状況と、バッテリ10の最大充放電電流値(実効電流)が変化する様子を示す。図9に示すように、劣化評価値Nが0になるまでの間は、最大放電電流値が80Aという大電流とされる。また、劣化評価値Nが0になった以降は、恒久劣化防止のために、バッテリ10の最大充放電電流値が40Aというように小さな電流値(最小値)に制限される。
FIG. 9 shows how the deterioration evaluation value N gradually decreases and how the maximum charging/discharging current value (effective current) of the
バッテリ10の温度が高温に保持されることから、限界積算電流値が大きい値とされ、これにより劣化評価値Nの減少度合いがゆっくりとしたものとなる。つまり、大電流で放電可能な時間を十分に長くすることができる。
Since the temperature of the
図11は、比較例を示すもので、図9に対応している。この比較例では、限界積算電流値を常温(25℃程度)の一定温度とした場合において、劣化評価値Nが変化する状況と、劣化評価値Nに応じたバッテリ10の最大充放電電流値の設定とを示すものである。バッテリ10の温度が常温程度と低温であるため、限界積算電流値が図9の場合に比して極めて小さい値となり、このため劣化評価値Nの減少度合いが大きいものとなる。したがって、図9の場合に比して、最大放電電流値を小さな所定値(40A)に制限するまでの時間が短いものになってしまう。
FIG. 11 shows a comparative example and corresponds to FIG. 9. In this comparative example, when the limit integrated current value is set to a constant temperature of room temperature (approximately 25 degrees Celsius), the situation where the deterioration evaluation value N changes and the maximum charging/discharging current value of the
第2の実施形態
図10は、本発明の第2の実施形態を示すものであり、図9に対応している。本実施形態では、劣化評価値Nの減少に応じて、バッテリ10の最大充放電電流値を段階的に小さくなるようにしてある。すなわち、最大充放電電流値が、劣化評価値Nが1から小さくなるにつれて、80A、70A、60A、50Aと段階的に小さくされる。これにより、大電流での放電を行える期間が、図9の場合よりもより長い期間とされる。なお、劣化評価値Nが0になった時点で、バッテリ10の最大放電電流値が最小値(40A)に制限される。
Second Embodiment FIG. 10 shows a second embodiment of the present invention and corresponds to FIG. 9. In this embodiment, the maximum charging/discharging current value of the
この第2の実施形態においては、バッテリ10の最大充放電電流値が最大値(80A)から段階的に減少されることにより、車両Vの運転者はモータ2による駆動力が段階的に
低減されることを認識することになる。これにより、運転者は、モータ2による駆動力低下について違和感を感じにくく、またモータ2を利用した駆動力補助をうまく利用した運転を促す上でも好ましいものとなる。ちなみに、バッテリ10の最大放電電流値が、最大値(例えば80A)から一気に最小値(例えば40A)に減少された場合は、モータ2による駆動力が一気に低下されることから、運転者は違和感を感じやすく、またこれに対応した運転に慣れるまでに時間を要することになる。
In this second embodiment, the maximum charging/discharging current value of the
第3の実施形態
第3の実施形態では、図示を略すが、劣化評価値Nの減少に応じて、バッテリ10の最大充放電電流値を連続可変的に減少させるものである。劣化評価値Nの減少に応じた最大充放電電流値の連続可変的な減少は、線形的にあるいは非線形的に行うことができる。最大充放電電流値の非線形的な減少度合いは、劣化評価値Nが大きいほど減少度合いが大きくなるようにすることもでき、あるいは劣化評価値Nが小さいほど減少度合いが大きくなるようにすることもできる。
Third Embodiment In a third embodiment, although not shown, the maximum charging/discharging current value of the
ここで、バッテリ10の最大充放電電流値を小さい電流値に制限するか否かを判定するための閾値として、限界積算電流値を直接用いるようにしてもよい。この場合、図5に示すような特性から得られる限界積算電流値を、所定期間内という短い時間に対応したものとして設定しておけばよい。
Here, the limit integrated current value may be directly used as a threshold value for determining whether or not to limit the maximum charging/discharging current value of the
以上実施形態について説明したが、本発明は、実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載された範囲において適宜の変更が可能である。例えば、車両Vとしては、エンジン1を有するが、駆動輪3の駆動はモータ2のみによって行うものであってもよく(エンジン1はもっぱら発電用として使用)、またエンジン1を有しないものであってもよい。バッテリ10は、車両Vへの搭載用に限らず、家庭や工場での蓄電池として使用される場合であってもよい。勿論、本発明の目的は、明記されたものに限らず、実質的に好ましいあるいは利点として表現されたものを提供することをも暗黙的に含むものである。
Although the embodiments have been described above, the present invention is not limited to the embodiments, and can be modified as appropriate within the scope of the claims. For example, although the vehicle V has an
本発明は、特にリチウムイオンバッテリから給電を受けるモータを有する車両用として好適である。 The present invention is particularly suitable for use in a vehicle having a motor that receives power from a lithium ion battery.
1:エンジン
2:モータ
3:駆動輪
10:バッテリ
20:温調器
21:熱交換器(冷却用)
22:ヒータ(昇温用)
U:コントローラ(制御装置)
S1:イグニッションスイッチ
S2:温度センサ
S4:電流センサ
1: Engine 2: Motor 3: Drive wheel 10: Battery 20: Temperature controller 21: Heat exchanger (for cooling)
22: Heater (for temperature increase)
U: Controller (control device)
S1: Ignition switch S2: Temperature sensor S4: Current sensor
Claims (8)
前記リチウムイオンバッテリの充放電を制御する充放電制御部と、該リチウムイオンバッテリの劣化判定を行う劣化判定部と、所定期間における充放電電流積算値を算出する実積算電流値算出部と、該リチウムイオンバッテリの温度が高いほど該充放電電流積算値に関する閾値を高く設定する閾値設定部と、を有する制御装置と、を備え、
前記劣化判定部は、前記実積算電流値が前記閾値以上のときに前記リチウムイオンバッテリが劣化していると判定し、
前記充放電制御部は、
前記劣化判定部により前記リチウムイオンバッテリが劣化していると判定されたときには、該リチウムイオンバッテリの充放電電流を予め設定された第1最大充放電電流値以下に制限する一方、
前記リチウムイオンバッテリが劣化していると判定されず且つ前記実積算電流値が前記閾値よりも所定積算電流値だけ小さい値以下のときには、前記リチウムイオンバッテリの充放電電流を、前記第1最大充放電電流値よりも大きい第2最大充放電電流値に制限し、
前記リチウムイオンバッテリが劣化していると判定されず且つ前記実積算電流値が前記閾値よりも所定実積算電流値だけ小さい値を超えて大きいときには、前記リチウムイオンバッテリの充放電電流を、前記第1最大充放電電流値よりも大きく且つ前記第2最大充放電電流値よりも小さい第3最大充放電電流値に制限するようにされている、
ことを特徴とするリチウムイオンバッテリの劣化判定装置。 A lithium ion battery comprising a positive electrode and a negative electrode, and using an electrolytic solution prepared by dissolving a lithium salt in a solvent as a supporting electrolyte;
a charge/discharge control unit that controls charging and discharging of the lithium ion battery; a deterioration determination unit that determines deterioration of the lithium ion battery; an actual cumulative current value calculation unit that calculates a cumulative charging/discharging current value for a predetermined period; A control device comprising: a threshold value setting unit that sets a higher threshold value for the integrated charging/discharging current value as the temperature of the lithium ion battery increases;
The deterioration determination unit determines that the lithium ion battery has deteriorated when the actual integrated current value is equal to or greater than the threshold value,
The charge/discharge control section includes:
When the deterioration determining unit determines that the lithium ion battery has deteriorated, the charging/discharging current of the lithium ion battery is limited to a preset first maximum charging/discharging current value or less;
When the lithium ion battery is not determined to be deteriorated and the actual integrated current value is less than or equal to a value smaller than the threshold value by a predetermined integrated current value, the charging/discharging current of the lithium ion battery is set to the first maximum charging current value. limiting to a second maximum charging/discharging current value that is larger than the discharging current value;
When the lithium ion battery is not determined to be deteriorated and the actual integrated current value is larger than the threshold value by a predetermined actual integrated current value, the charging/discharging current of the lithium ion battery is changed to The charging/discharging current value is limited to a third maximum charging/discharging current value that is larger than the first maximum charging/discharging current value and smaller than the second maximum charging/discharging current value.
A lithium ion battery deterioration determination device characterized by the following.
前記閾値が、前記リチウムイオンバッテリの温度が高いほど増加代が大きくなるように設定される、ことを特徴とするリチウムイオンバッテリの劣化判定装置。 In claim 1,
A device for determining deterioration of a lithium ion battery, wherein the threshold value is set such that the higher the temperature of the lithium ion battery, the larger the increase amount.
前記閾値が、前記リチウムイオンバッテリの充放電電流値が大きいほど低く設定される、ことを特徴とするリチウムイオンバッテリの劣化判定装置。 In claim 1 or claim 2,
A device for determining deterioration of a lithium ion battery, wherein the threshold value is set lower as the charging/discharging current value of the lithium ion battery increases.
前記制御装置は、前記リチウムイオンバッテリの温度が所定温度以下のときに、該リチウムイオンバッテリの温度を上昇させる昇温制御を行う昇温制御部を有している、ことを特徴とするリチウムイオンバッテリの劣化判定装置。 In any one of claims 1 to 3,
The lithium ion battery is characterized in that the control device includes a temperature increase control unit that performs temperature increase control to increase the temperature of the lithium ion battery when the temperature of the lithium ion battery is below a predetermined temperature. Battery deterioration determination device.
前記制御装置は、前記リチウムイオンバッテリが劣化していると判定されず且つ前記実積算電流値が前記閾値よりも所定実積算電流値だけ小さい値を超えて大きいときには、前記第3最大充放電電流値として複数の異なる値を用いて、前記リチウムイオンバッテリの電流制限を段階的に実施する、ことを特徴とするリチウムイオンバッテリの劣化判定装置。 In any one of claims 1 to 4,
The control device controls the third maximum charging/discharging current when the lithium ion battery is not determined to be deteriorated and the actual cumulative current value is larger than the threshold value by a predetermined actual cumulative current value. A deterioration determination device for a lithium ion battery, characterized in that the current limitation of the lithium ion battery is carried out in stages using a plurality of different values.
前記リチウムイオンバッテリの充放電を制御する充放電制御部と該リチウムイオンバッテリの劣化判定を行う劣化判定部とを有する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、限界積算電流値が、前記リチウムイオンバッテリの充放電電流値が大きいほど小さくなるようにかつ該リチウムイオンバッテリの温度が高いほど大きくなるように設定されたマップを記憶した記憶部を有し、
前記制御装置は、所定単位時間毎に、前記リチウムイオンバッテリの平均充放電電流値を算出する平均充放電電流値算出部を有し、
前記制御装置は、前記所定単位時間毎に、算出された前記平均充放電電流値と前記リチウムイオンバッテリの温度とを前記マップに照合して、該所定単位時間毎の限界積算電流値を決定する限界積算電流値決定部を有し、
前記制御装置は、前記所定単位時間毎に、前記平均充放電電流値と前記限界積算電流値とに基づいて劣化評価値を算出する劣化評価値算出部を有し、
前記劣化判定部は、前記劣化評価値算出部によって算出された劣化評価値が所定の閾値以下になったときに前記リチウムイオンバッテリが劣化していると判定し、
前記充放電制御部は、
前記劣化判定部により前記リチウムイオンバッテリが劣化していると判定されたときには、該リチウムイオンバッテリの最大充放電電流を予め設定された第1最大充放電電流値以下に制限する一方、
前記リチウムイオンバッテリが劣化していると判定されず且つ前記劣化評価値が前記所定の閾値よりも所定劣化評価値だけ大きい値以上のときには、前記リチウムイオンバッテリの最大充放電電流を、前記第1最大充放電電流値よりも大きい第2最大充放電電流値に制限し、
前記リチウムイオンバッテリが劣化していると判定されず且つ前記劣化評価値が前記所定の閾値よりも所定劣化評価値だけ大きい値未満のときには、前記リチウムイオンバッテリの最大充放電電流を、前記第1最大充放電電流値よりも大きく且つ前記第2最大充放電電流値よりも小さい第3最大充放電電流値に制限するようにされている、
ことを特徴とするリチウムイオンバッテリの劣化判定装置。 A lithium ion battery comprising a positive electrode and a negative electrode, and using an electrolytic solution prepared by dissolving a lithium salt in a solvent as a supporting electrolyte;
a control device having a charge/discharge control unit that controls charging and discharging of the lithium ion battery; and a deterioration determination unit that determines deterioration of the lithium ion battery;
Equipped with
The control device includes a storage unit storing a map set such that the limit integrated current value becomes smaller as the charging/discharging current value of the lithium ion battery becomes larger and becomes larger as the temperature of the lithium ion battery becomes higher. has
The control device includes an average charging/discharging current value calculation unit that calculates an average charging/discharging current value of the lithium ion battery every predetermined unit time,
The control device compares the calculated average charge/discharge current value and the temperature of the lithium ion battery with the map for each predetermined unit time, and determines a limit cumulative current value for each predetermined unit time. It has a limit integrated current value determining section,
The control device includes a deterioration evaluation value calculation unit that calculates a deterioration evaluation value based on the average charge/discharge current value and the limit integrated current value for each predetermined unit time,
The deterioration determination unit determines that the lithium ion battery has deteriorated when the deterioration evaluation value calculated by the deterioration evaluation value calculation unit becomes equal to or less than a predetermined threshold;
The charge/discharge control section includes:
When the deterioration determining unit determines that the lithium ion battery has deteriorated, the maximum charging and discharging current of the lithium ion battery is limited to a preset first maximum charging and discharging current value, while
When the lithium ion battery is not determined to be deteriorated and the deterioration evaluation value is greater than the predetermined threshold value by a predetermined deterioration evaluation value, the maximum charging/discharging current of the lithium ion battery is set to the first Limiting to a second maximum charging/discharging current value that is larger than the maximum charging/discharging current value,
When the lithium ion battery is not determined to be deteriorated and the deterioration evaluation value is less than the predetermined threshold value by a predetermined deterioration evaluation value, the maximum charging/discharging current of the lithium ion battery is set to the first The charging/discharging current value is limited to a third maximum charging/discharging current value that is larger than the maximum charging/discharging current value and smaller than the second maximum charging/discharging current value.
A lithium ion battery deterioration determination device characterized by the following.
前記充放電制御部は、前記劣化判定部によって前記リチウムイオンバッテリが劣化していると判定されず且つ前記劣化評価値が前記所定の閾値よりも所定劣化評価値だけ大きい値未満のときには、前記第3最大充放電電流値として複数の異なる値のものを用いて、前記リチウムイオンバッテリの最大充放電電流を、前記劣化評価値が減少するのに伴って段階的にあるいは連続可変式に小さくなるように制御する、ことを特徴とするリチウムイオンバッテリの劣化判定装置。 In claim 6,
The charge/discharge control section is configured to control the charge/discharge control section when the deterioration determination section does not determine that the lithium ion battery has deteriorated and the deterioration evaluation value is less than a value larger than the predetermined threshold by a predetermined deterioration evaluation value. 3. Using a plurality of different values as the maximum charging/discharging current value, the maximum charging/discharging current of the lithium ion battery is decreased in a stepwise or continuously variable manner as the deterioration evaluation value decreases. A deterioration determination device for a lithium ion battery, characterized in that the device controls the deterioration of a lithium ion battery.
前記制御装置は、前記リチウムイオンバッテリが休止されている休止時間に応じて、前記劣化評価値を補正するように設定されている、ことを特徴とするリチウムイオンバッテリの劣化判定装置。
In claim 6,
A deterioration determination device for a lithium ion battery, wherein the control device is set to correct the deterioration evaluation value according to a rest time during which the lithium ion battery is rested.
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