JPWO2017002292A1 - 蓄電システム、コントローラおよび蓄電池の充放電方法 - Google Patents

蓄電システム、コントローラおよび蓄電池の充放電方法 Download PDF

Info

Publication number
JPWO2017002292A1
JPWO2017002292A1 JP2017526154A JP2017526154A JPWO2017002292A1 JP WO2017002292 A1 JPWO2017002292 A1 JP WO2017002292A1 JP 2017526154 A JP2017526154 A JP 2017526154A JP 2017526154 A JP2017526154 A JP 2017526154A JP WO2017002292 A1 JPWO2017002292 A1 JP WO2017002292A1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
power storage
charge
voltage value
storage unit
deterioration
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2017526154A
Other languages
English (en)
Other versions
JP6555347B2 (ja
Inventor
直之 菅野
直之 菅野
宮木 幸夫
幸夫 宮木
晃己 渡部
晃己 渡部
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Murata Manufacturing Co Ltd filed Critical Murata Manufacturing Co Ltd
Publication of JPWO2017002292A1 publication Critical patent/JPWO2017002292A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6555347B2 publication Critical patent/JP6555347B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44Methods for charging or discharging
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/486Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for measuring temperature
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/52Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron
    • H01M4/525Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron of mixed oxides or hydroxides containing iron, cobalt or nickel for inserting or intercalating light metals, e.g. LiNiO2, LiCoO2 or LiCoOxFy
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/5825Oxygenated metallic salts or polyanionic structures, e.g. borates, phosphates, silicates, olivines
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H02J7/0014Circuits for equalisation of charge between batteries
    • H02J7/0019Circuits for equalisation of charge between batteries using switched or multiplexed charge circuits
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/0071Regulation of charging or discharging current or voltage with a programmable schedule
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/02Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from ac mains by converters
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • H02J7/35Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering with light sensitive cells
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/583Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/28Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy
    • H02J3/32Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy using batteries with converting means
    • H02J3/322Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy using batteries with converting means the battery being on-board an electric or hybrid vehicle, e.g. vehicle to grid arrangements [V2G], power aggregation, use of the battery for network load balancing, coordinated or cooperative battery charging
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/00302Overcharge protection
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Abstract

蓄電システムは、1または2以上の蓄電池を含む蓄電部と、蓄電部の履歴情報を記憶する記憶部と、制御部とを備える。制御部は、履歴情報を記憶部から取得し、蓄電部の充電設定電圧値が通常充電電圧値に設定されている場合において、履歴情報が電圧変更条件を満たした場合には、蓄電部の充電設定電圧値を、通常充電電圧値より低い低充電電圧値に変更し、低充電電圧値で蓄電部が充放電を行った後、蓄電部の充電設定電圧値を通常充電電圧値に戻す制御を行う。図1

Description

本技術は、蓄電システム、コントローラおよび蓄電池の充放電方法に関する。
近年では、リチウムイオン電池等の蓄電池の用途が、太陽電池、風力発電等の新エネルギーシステムと組み合わせた電力貯蔵用蓄電モジュール、自動車用蓄電池等に急速に拡大している。下記特許文献1には、蓄電池を備えた電動車両が記載されている(特許文献1参照)。
特開2014−81238号公報
蓄電池では、高温環境下に置かれたり、高温環境下で充放電を行ったり、低温環境下で充電したり、フロート充電を行ったりすると、容量劣化が促進してしまう問題がある。
したがって、本技術の目的は、蓄電池の容量劣化を抑制できる蓄電システム、制御装置および蓄電池の充放電方法を提供することにある。
本技術は、1または2以上の蓄電池を含む蓄電部と、蓄電部の履歴情報を記憶する記憶部と、記憶部から履歴情報を取得し、蓄電部の充電設定電圧値が通常充電電圧値に設定されている場合において、履歴情報が電圧変更条件を満たす場合には、蓄電部の充電設定電圧値を、通常充電電圧値より低い低充電電圧値に変更し、該低充電電圧値で蓄電部が充放電を行った後、蓄電部の充電設定電圧値を通常充電電圧値に戻す制御を行う制御部とを備え、電圧変更条件は、通常充電電圧値で行った蓄電部の充放電サイクル数が所定サイクル数を超えたこと、通常使用温度範囲外で蓄電部を使用した温度外累積時間が閾値を超えたこと、内部抵抗が所定値を超えたこと、満充電容量が初期容量から所定値減少したこと、および、寿命予測により予測した経過累積時間を超えたことの少なくとも一つである蓄電システムである。
本技術は、1または2以上の蓄電池を含む蓄電部の履歴情報を取得し、蓄電部の充電設定電圧値が通常充電電圧値に設定されている場合において、履歴情報が電圧変更条件を満たす場合には、蓄電部の充電設定電圧値を、通常充電電圧値より低い低充電電圧値に変更し、該低充電電圧値で蓄電部が充放電を行った後、蓄電部の充電設定電圧値を通常充電電圧値に戻す制御を行う制御部を備え、電圧変更条件は、通常充電電圧値で行った蓄電部の充放電サイクル数が所定サイクル数を超えたこと、通常使用温度範囲外で蓄電部を使用した温度外累積時間が閾値を超えたこと、 内部抵抗が所定値を超えたこと、満充電容量が初期容量から所定値減少したこと、および、寿命予測により予測した経過累積時間を超えたことの少なくとも一つであるコントローラである。
本技術は、1または2以上の蓄電池を含む蓄電部の履歴情報を取得し、蓄電部の充電設定電圧値が通常充電電圧値に設定されている場合において、履歴情報が電圧変更条件を満たす場合には、蓄電部の充電設定電圧値を、通常充電電圧値より低い低充電電圧値に変更し、該低充電電圧値で蓄電部が充放電を行った後、蓄電部の充電設定電圧値を通常充電電圧値に戻すことを含み、電圧変更条件は、通常充電電圧値で行った蓄電部の充放電サイクル数が所定サイクル数を超えたこと、通常使用温度範囲外で蓄電部を使用した温度外累積時間が閾値を超えたこと、内部抵抗が所定値を超えたこと、満充電容量が初期容量から所定値減少したこと、および、寿命予測により予測した経過累積時間を超えたことの少なくとも一つである蓄電池の充放電方法である。
本技術によれば、蓄電池の容量劣化を抑制できるという効果を奏する。
図1は蓄電システムの構成の一例を示すブロック図である。 図2はリチウムイオン二次電池の容量維持率の変化を示すグラフである。 図3はリチウムイオン二次電池の容量維持率の変化を示すグラフである。 図4はリチウムイオン二次電池の容量維持率の変化を示すグラフである。 図5は蓄電システムの動作を示すフローチャートである。 図6はリチウムイオン二次電池の劣化寿命推定方法の説明に用いる略線図である。 図7はリチウムイオン二次電池の劣化寿命推定方法の説明に用いる略線図である。 図8は本技術に係る寿命推定方法であって、複数の条件を推移する場合の推定方法の説明に用いる略線図である。 図9は本技術に係る蓄電システムに適用される劣化予測を実現するための回路構成の概略を示すブロック図である。 図10は本技術に係る実劣化率測定部の一例のブロック図である。 図11は本技術の応用例の第1の例のブロック図である。 図12は本技術の応用例の第2の例のブロック図である。
以下、本技術の実施の形態について図面を参照して説明する。説明は、以下の順序で行う。
1.第1の実施の形態(蓄電システムの例)
2.第2の実施の形態(劣化予測の例)
3.応用例
4.変形例
なお、以下に説明する実施の形態等は本技術の好適な具体例であり、本技術の内容がこれらの実施の形態等に限定されるものではない。また、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、また、例示した効果と異なる効果が存在することを否定するものではない。
1.第1の実施の形態
(蓄電システムの構成)
本技術の第1の実施の形態に係る蓄電システムについて説明する。図1は蓄電システムの構成の一例を示す。この蓄電システム81は、蓄電モジュール82と、コントローラ83とを含む構成を有する。蓄電モジュール82とコントローラ83との間で電力の伝送および通信がなされる。図1では一つの蓄電モジュールのみを図示しているが、複数の蓄電モジュールを接続して、各蓄電モジュールをコントローラに接続してもよい。
コントローラ83は、電力ケーブルおよび通信用のバスを介して、充電装置(充電電源)84または負荷85に対して接続される。蓄電モジュール82を充電する際には、コントローラ83は充電装置84に接続される。充電装置84は、DC(Direct Current)−DCコンバータ等を有し、少なくとも、充電電圧および充電電流制御部84aを有する。充電電圧および充電電流制御部84aは、例えば、コントローラ83(メインマイクロコントロールユニット40)の制御に応じて充電電圧および充電電流を所定の値に設定する。
蓄電モジュール82を放電する際には、コントローラ83は負荷85に接続される。コントローラ83を介して、負荷85に対して蓄電モジュール82の電力が供給される。コントローラ83に接続される負荷85は、電気自動車におけるモータ系のインバータ回路や、家庭用の電力システム等である。
負荷85は、少なくとも、放電電流制御部85aを有する。放電電流制御部85aは、例えば、コントローラ83のメインマイクロコントロールユニット40の制御に応じて放電電流を所定の値に設定する。例えば、負荷85は、負荷抵抗を可変することにより蓄電モジュール82を流れる放電電流(負荷電流)の大きさを適切に制御する。
(蓄電モジュールの構成)
蓄電モジュール82の構成の一例について説明する。蓄電モジュール82を構成する各部は、例えば、所定の形状の外装ケースに収納される。外装ケースは、高い伝導率および輻射率を有する材料を用いることが望ましい。高い伝導率および輻射率を有する材料を用いることにより、外装ケースにおける優れた放熱性を得ることができる。優れた放熱性を得ることで、外装ケース内の温度上昇を抑制できる。さらに、外装ケースの開口部を最小限または、廃止することができ、高い防塵防滴性を実現できる。外装ケースは、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金、銅、銅合金等の材料が使用される。
蓄電モジュール82は、例えば、正極端子21、負極端子22、蓄電部である蓄電ブロックBL、FET(Field Effect Transistor)、電圧マルチプレクサ23、ADC(Analog to Digital Converter)24、温度測定部25、温度マルチプレクサ26、監視部27、温度測定部28、電流検出抵抗29、電流検出アンプ30、ADC31、サブマイクロコントロールユニット35および記憶部36を含む構成とされる。蓄電モジュール82に対して、例示した構成と異なる構成が追加されてもよい。例えば、蓄電ブロックBLの電圧から蓄電モジュール82の各部を動作させるための電圧を生成するレギュレータが追加されてもよい。
蓄電ブロックBLは、サブモジュールSMOが1または複数、接続されてなる。一例として、16個のサブモジュールSMO1、サブモジュールSMO2、サブモジュールSMO3、サブモジュールSMO4・・・およびサブモジュールSMO16が直列に接続されることにより蓄電ブロックBLが構成される。なお、個々のサブモジュールを区別する必要がない場合は、サブモジュールSMOと適宜、称する。
複数の蓄電池(セル)が接続されることにより、サブモジュールSMOが形成される。サブモジュールSMOは、例えば、8個のセルが並列に接続された組電池を含む構成を有する。例えば、セルとして後述のリチウムイオン二次電池を用いた場合、このサブモジュールSMOの容量は、例えば、24Ah程度となり、電圧は、例えば、セルの電圧と略同じ3.0V程度となる。
複数のサブモジュールSMOが接続されることにより、蓄電ブロックBLが形成される。蓄電ブロックBLは、例えば、16個のサブモジュールSMOが直列に接続された構成を有する。この場合の容量は、24Ah程度となり、電圧は、48V(3.0V×16)程度となる。なお、サブモジュールSMOを構成するセルの個数およびセルの接続の態様は、適宜、変更することができる。さらに、蓄電ブロックBLを構成するサブモジュールSMOの個数およびサブモジュールSMOの接続の態様は、適宜、変更することができる。なお、蓄電ブロックBL単位で放電および充電が行われてもよく、サブモジュール単位やセル単位で放電および充電が行われてもよい。
サブモジュールSMO1の正極側が蓄電モジュール82の正極端子21に接続される。サブモジュールSMO16の負極側が蓄電モジュール82の負極端子22に接続される。正極端子21は、コントローラ83の正極端子に接続される。負極端子22は、コントローラ83の負極端子に接続される。
16個のサブモジュールSMOの構成に対応して、16個のFET(FET1、FET2、FET3、FET4・・・FET16)がサブモジュールSMOの端子間に設けられる。FETは、例えば、パッシブ方式のセルバランス制御を行うためものである。
FETにより行われるセルバランス制御の概要について説明する。例えば、サブモジュールSMO2の劣化が他のサブモジュールSMOより進行し、サブモジュールSMO2の内部インピーダンスが増加したとする。この状態で蓄電モジュール82に対する充電を行うと、内部インピーダンスの増加により、サブモジュールSMO2が正常な電圧まで充電されない。このため、サブモジュールSMO間の電圧のバランスにばらつきが生じる。
サブモジュールSMO間の電圧のバランスのばらつきを解消するために、FET2以外のFETをオンし、サブモジュールSMO2以外のサブモジュールSMOを所定の電圧値まで放電させる。放電後にFETをオフする。放電後は、各サブモジュールSMOの電圧は、例えば、所定値(例えば、3.0VとなりサブモジュールSMO間のバランスがとれる。なお、セルバランス制御の方式はパッシブ方式に限らず、いわゆるアクティブ方式や他の公知の方式を適用できる。
サブモジュールSMOの端子間の電圧が電圧検出部(図示は省略している)により検出される。サブモジュールSMOの端子間の電圧は例えば、充電中および放電中を問わず、検出される。蓄電モジュール82の放電時に、例えば250ms(ミリ秒)の周期でもって、各サブモジュールSMOの電圧が電圧検出部により検出される。
電圧検出部によって検出された各サブモジュールSMOの電圧(アナログの電圧データ)が電圧マルチプレクサ(MUX(Multiplexer))23に供給される。この例では、16のサブモジュールSMOにより蓄電ブロックが構成されることから、16のアナログ電圧データが電圧マルチプレクサ23に供給されることになる。
電圧マルチプレクサ23は、例えば、所定の周期でもってチャネルを切り換え、16のアナログ電圧データ中から一のアナログ電圧データを選択する。電圧マルチプレクサ23によって選択された一のアナログ電圧データが、ADC24に供給される。そして、電圧マルチプレクサ23は、チャネルを切り換え、次のアナログ電圧データをADC24に供給する。すなわち、所定の周期でもって、16のアナログ電圧データが電圧マルチプレクサ23からADC24に供給される。
なお、電圧マルチプレクサ23におけるチャネルの切り換えは、蓄電モジュール82のサブマイクロコントロールユニット35またはコントローラ83のメインマイクロコントロールユニット40による制御に応じて行われる。
温度測定部25は、各サブモジュールSMOの温度を検出する。温度測定部25は、サーミスタ等の温度を検出する素子からなる。サブモジュールSMOの温度は、例えば、充電中および放電中を問わず、所定の周期でもって検出される。サブモジュールSMOの温度と、当該サブモジュールSMOを構成するセルの温度は大きく相違しないため、一実施形態では、サブモジュールSMOの温度を測定するようにしている。8本のセルの個々の温度を測定してもよく、8本のセルの温度の平均値をサブモジュールSMOの温度としてもよい。
温度測定部25によって検出された各サブモジュールSMOの温度を示すアナログ温度データが、温度マルチプレクサ(MUX)26に供給される。この例では、16個のサブモジュールSMOにより蓄電ブロックBLが構成されることから、16のアナログ温度データが温度マルチプレクサ26に供給されることになる。
温度マルチプレクサ26は、例えば、所定の周期でもってチャネルを切り替え、16のアナログ温度データから一のアナログ温度データを選択する。温度マルチプレクサ26によって選択された一のアナログ温度データが、ADC24に供給される。そして、温度マルチプレクサ26は、チャネルを切り換え、次のアナログ温度データをADC24に供給する。すなわち、所定の周期でもって、16のアナログ温度データが温度マルチプレクサ26からADC24に供給される。
なお、温度マルチプレクサ26におけるチャネルの切り換えは、蓄電モジュール82のサブマイクロコントロールユニット35またはコントローラ83のメインマイクロコントロールユニット40による制御に応じて行われる。
ADC24は、電圧マルチプレクサ23から供給されるアナログ電圧データをデジタル電圧データに変換する。ADC24は、アナログ電圧データを、例えば、14〜18ビットのデジタル電圧データに変換する。ADC24における変換方式には、逐次比較方式やΔΣ(デルタシグマ)方式等、種々の方式を適用できる。
ADC24は、例えば、入力端子と、出力端子と、制御信号が入力される制御信号入力端子と、クロックパルスが入力されるクロックパルス入力端子とを備える(なお、これらの端子の図示は省略している)。入力端子には、アナログ電圧データが入力される。出力端子からは、変換後のデジタル電圧データが出力される。
制御信号入力端子には、例えば、コントローラ83から供給される制御信号(制御コマンド)が入力される。制御信号は、例えば、電圧マルチプレクサ23から供給されるアナログ電圧データの取得を指示する取得指示信号である。取得指示信号が入力されると、ADC24によってアナログ電圧データが取得され、取得されたアナログ電圧データがデジタル電圧データに変換される。そして、クロックパルス入力端子に入力される同期用のクロックパルスに応じて、デジタル電圧データが出力端子を介して出力される。出力されたデジタル電圧データが監視部27に供給される。
さらに、制御信号入力端子には、温度マルチプレクサ26から供給されるアナログ温度データの取得を指示する取得指示信号が入力される。取得指示信号に応じて、ADC24はアナログ温度データを取得する。取得されたアナログ温度データが、ADC24によってデジタル温度データに変換される。アナログ温度データが、例えば14〜18ビットのデジタル温度データに変換される。変換されたデジタル温度データが出力端子を介して出力され、出力されたデジタル温度データが監視部27に供給される。なお、電圧データおよび温度データのそれぞれを処理するADCが別個に設けられる構成としてもよい。ADC24の機能ブロックが、電圧や温度を所定値と比較するコンパレータの機能を有するようにしてもよい。
ADC24から監視部27に対して、例えば、16のデジタル電圧データや16のデジタル温度データが時分割多重されて送信される。送信データのヘッダにサブモジュールSMOを識別する識別子を記述し、どのサブモジュールSMOの電圧や温度であるかを示すようにしてもよい。なお、この例では、所定の周期でもって得られ、ADC24によりデジタルデータへと変換された各サブモジュールSMOのデジタル電圧データが、電圧情報に対応する。アナログ電圧データが電圧情報とされてもよく、補正処理等がなされたデジタル電圧データが電圧情報とされてもよい。
温度測定部28は、蓄電モジュール82全体の温度を測定する。温度測定部28により蓄電モジュール82の外装ケース内の温度が測定される。温度測定部28により測定されたアナログ温度データが温度マルチプレクサ26に供給され、温度マルチプレクサ26からADC24に供給される。そして、アナログ温度データがADC24によりデジタル温度データに変換される。デジタル温度データがADC24から監視部27に供給される。
蓄電モジュール82は、蓄電モジュール82の電流経路に流れる電流(負荷電流)の値を検出する電流検出部を有する。電流検出部は、16個のサブモジュールSMOに流れる電流値を検出する。電流検出部は、例えば、サブモジュールSMO16の負極側と負極端子22との間に接続される電流検出抵抗29と、電流検出抵抗29の両端に接続される電流検出アンプ30とから構成される。電流検出抵抗29によって、アナログ電流データが検出される。アナログ電流データは、例えば、充電中および放電中を問わず、所定の周期でもって検出される。
検出されたアナログ電流データが電流検出アンプ30に供給される。アナログ電流データが電流検出アンプ30により増幅される。電流検出アンプ30のゲインは、例えば、50〜100倍程度に設定される。増幅されたアナログ電流データがADC31に供給される。
ADC31は、電流検出アンプ30から供給されるアナログ電流データをデジタル電流データに変換する。ADC31によって、アナログ電流データが、例えば14〜18ビットのデジタル電流データに変換される。ADC31における変換方式には、逐次比較方式やΔΣ(デルタシグマ)方式等、種々の方式を適用できる。
ADC31は、例えば、入力端子と、出力端子と、制御信号が入力される制御信号入力端子と、クロックパルスが入力されるクロックパルス入力端子とを備える(これらの端子の図示は省略している)。入力端子には、アナログ電流データが入力される。出力端子からは、デジタル電流データが出力される。
ADC31の制御信号入力端子には、例えば、コントローラ83から供給される制御信号(制御コマンド)が入力される。制御信号は、例えば、電流検出アンプ30から供給されるアナログ電流データの取得を指示する取得指示信号である。取得指示信号が入力されると、ADC31によってアナログ電流データが取得され、取得されたアナログ電流データがデジタル電流データに変換される。そして、クロックパルス入力端子に入力される同期用のクロックパルスに応じて、デジタル電流データが出力端子から出力される。出力されたデジタル電流データが監視部27に供給される。このデジタル電流データが電流情報の一例とされる。なお、ADC24およびADC31が同一のADCとして構成されてもよい。
監視部27は、ADC24から供給されるデジタル電圧データおよびデジタル温度データを監視し、サブモジュールSMOの異常の有無を監視する。例えば、デジタル電圧データにより示される電圧が過充電の目安となる電圧付近、もしくは、過放電の目安となる電圧付近である場合には、異常がある、または異常が生じるおそれがあることを示す異常通知信号を生成する。さらに、監視部27は、サブモジュールSMOの温度もしくは蓄電モジュール82全体の温度が閾値より大きい場合も同様に、異常通知信号を生成する。
さらに、監視部27は、ADC31から供給されるデジタル電流データを監視する。デジタル電流データにより示される電流値が閾値より大きい場合に、監視部27は、異常通知信号を生成する。監視部27により生成された異常通知信号は、監視部27が有する通信機能によりサブマイクロコントロールユニット35に対して送信される。
監視部27は、上述した異常の有無を監視するとともに、ADC24から供給される16のサブモジュールSMO毎のデジタル電圧データおよびADC31から供給されるデジタル電流データを、サブマイクロコントロールユニット35に送信する。サブモジュールSMO毎のデジタル電圧データおよびデジタル電流データが監視部27を介さずにサブマイクロコントロールユニット35に直接、供給されてもよい。送信されるサブモジュールSMO毎のデジタル電圧データおよびデジタル電流データがサブマイクロコントロールユニット35に入力される。さらに、ADC24から供給されるデジタル温度データが、監視部27からサブマイクロコントロールユニット35に供給される。
サブマイクロコントロールユニット35は、通信機能を有するCPU(Central Processing Unit)等により構成され、蓄電モジュール82の各部を制御する。サブマイクロコントロールユニット35は、例えば、監視部27から異常通知信号が供給されると、通信機能を使用してコントローラ83のメインマイクロコントロールユニット40に異常を通知する。この通知に応じて、メインマイクロコントロールユニット40は充電または放電を停止する等の処理を適宜、実行する。なお、サブマイクロコントロールユニットおよびメインマイクロコントロールユニットにおけるサブ、メインとの表記は説明の便宜上のためのものであり、特別の意味を有するものではない。
サブマイクロコントロールユニット35とメインマイクロコントロールユニット40との間で、シリアル通信の規格であるI2CやSMBus(System Management Bus)、SPI(Serial Peripheral Interface)、CAN等の規格に準じた双方向の通信が行われる。通信は、有線でもよく無線でもよい。
監視部27からサブマイクロコントロールユニット35に対して、デジタル電圧データが入力される。例えば、蓄電モジュール82の放電時におけるサブモジュールSMO毎のデジタル電圧データがサブマイクロコントロールユニット35に入力される。
さらに、蓄電モジュール82に負荷が接続されたときの負荷電流の大きさ(デジタル電流データ)が監視部27からサブマイクロコントロールユニット35に入力される。サブモジュールSMO毎の温度や蓄電モジュール82内の温度を示すデジタル温度データがサブマイクロコントロールユニット35に入力される。
サブマイクロコントロールユニット35は、入力されるサブモジュールSMO毎のデジタル電圧データやサブモジュールSMO毎の温度を示すデジタル温度データ、デジタル電流データ等をメインマイクロコントロールユニット40に対して送信する。
記憶部36は、ROM(Read Only Memory)やRAM(Random Access Memory)等からなる。記憶部36には、例えば、サブマイクロコントロールユニット35によって実行されるプログラムが格納される。記憶部36は、さらに、サブマイクロコントロールユニット35が処理を実行する際のワークエリアとして使用される。
記憶部36には、蓄電モジュール82に関する履歴情報が記憶される。履歴情報は、例えば、充電レートや充電時間、充電回数等の充電条件、放電レートや放電時間、放電回数の放電条件、温度の情報等を含む。これらの情報は蓄電ブロックBL、サブモジュールSMOおよび蓄電池のそれぞれの単位で記録するようにしてもよい。サブマイクロコントロールユニット35が、履歴情報を参照した処理を行うようにしてもよい。
(コントローラの構成)
コントローラ83の構成の一例について説明する。コントローラ83は、1または複数の蓄電モジュール82に対して、充電や放電の管理を行うものである。具体的には、蓄電モジュール82の充電の開始および停止、蓄電モジュール82の放電の開始および停止、充電レートおよび放電レートの設定等を行う。コントローラ83は、例えば、蓄電モジュール82と同様に外装ケースを有する構成とされる。
コントローラ83は、メインマイクロコントロールユニット40、正極端子41、負極端子42、正極端子43、負極端子44、充電制御部45、放電制御部46、スイッチSW1およびスイッチSW2を含む構成を有する。スイッチSW1は、端子50aまたは端子50bに接続される。スイッチSW2は、端子51aまたは端子51bに接続される。
正極端子31は、蓄電モジュール82の正極端子21に接続される。負極端子32は、蓄電モジュール82の負極端子22に接続される。正極端子33および負極端子34は、コントローラ83に接続される充電装置84または負荷85に接続される。
メインマイクロコントロールユニット40は、例えば、通信機能を有するCPUにより構成され、コントローラ83の各部を制御する。メインマイクロコントロールユニット40は、蓄電モジュール82のサブマイクロコントロールユニット35から送信される異常通知信号に応じて、充電および放電を制御する。異常通知信号により例えば、過充電のおそれが通知される場合には、メインマイクロコントロールユニット40は、少なくとも充電制御部45のスイッチング素子をオフし、充電を停止する。異常通知信号により例えば、過放電のおそれが通知される場合には、メインマイクロコントロールユニット40は、少なくとも放電制御部46のスイッチング素子をオフし、放電を停止する。
アラーム信号により例えば、サブモジュールSMOの劣化が有る旨が通知される場合には、メインマイクロコントロールユニット40は、充電制御部45および放電制御部46のスイッチング素子をオフし、蓄電モジュール82の使用を中止する。蓄電モジュール82が例えば、バックアップ用の電源として使用される場合には、直ぐに蓄電モジュール82の使用を中止せず、適切なタイミングで蓄電モジュール82の使用を中止する。
メインマイクロコントロールユニット40は、蓄電モジュール82の充電および放電の管理を行うほか、サブマイクロコントロールユニット35から送信されるサブモジュールSMOの電圧や温度、サイクル数等の履歴情報を参照して後述の充放電方法を実行するように制御する。なお、以下に説明するメインマイクロコントロールユニット40の機能の一部をサブマイクロコントロールユニット35が有する構成としてもよい。
メインマイクロコントロールユニット40は、充電装置84や負荷85が有するCPU等と通信を行うことができる。メインマイクロコントロールユニット40は、蓄電モジュール82に対する充電電圧および充電レート(充電電流の大きさ)を設定し、設定した充電電圧および充電レートを充電装置84に送信する。充電電圧および充電電流制御部84aは、メインマイクロコントロールユニット40から送信される充電電圧および充電レートにしたがって、充電電圧および充電電流を適切に設定する。
メインマイクロコントロールユニット40は、蓄電モジュール82の放電の放電レート(放電電流の大きさ)を設定し、設定した放電レートを負荷85に送信する。負荷85の放電電流制御部85aは、メインマイクロコントロールユニット40から送信される放電レートに応じた放電電流となるように、負荷を適切に設定する。
充電制御部45は、充電制御スイッチ45aと、充電制御スイッチ45aと並列に放電電流に対して順方向に接続されるダイオード45bとからなる。放電制御部46は、放電制御スイッチ46aと、放電制御スイッチ46aと並列に充電電流に対して順方向に接続されるダイオード46bとからなる。充電制御スイッチ45aおよび放電制御スイッチ46aとしては、例えば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)やMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)を使用することができる。なお、充電制御部45および放電制御部46が、負の電源ラインに挿入されても良い。
記憶部47は、ROMやRAM等からなる。記憶部47には、例えば、メインマイクロコントロールユニット40によって実行されるプログラムが格納される。記憶部47は、メインマイクロコントロールユニット40が処理を実行する際のワークエリアとして使用される。記憶部47に上述の履歴情報が記憶されるようにしてもよい。
正極端子43に接続される正の電源ラインにスイッチSW1が接続される。蓄電モジュール82の充電の際は、スイッチSW1が端子50aに接続され、蓄電モジュール82の放電の際は、スイッチSW1が端子50bに接続される。
負極端子44に接続される負の電源ラインにスイッチSW2が接続される。蓄電モジュール82の充電の際は、スイッチSW2が端子51aに接続され、蓄電モジュール82の放電の際は、スイッチSW2が端子51bに接続される。スイッチSW1およびスイッチSW2の切り換えは、メインマイクロコントロールユニット40により制御される。
(蓄電池の一例について)
本技術に係る蓄電システムで使用する蓄電池について説明する。本技術に係る蓄電池の一例は、リチウムイオン二次電池である。なお、蓄電池は、リチウムイオン二次電池に限定されるものではなく、鉛蓄電池やニッケル水素(NiMH)蓄電池等の種々の二次電池を用いることができる。
リチウムイオン二次電池では、正極活物質として、リチウムを吸蔵および放出可能な材料を用いることができ、負極活物質として、リチウムを吸蔵および放出可能な材料を用いることができる。
正極活物質としては、例えば、リチウムと遷移金属元素とを含む複合酸化物(「リチウム遷移金属複合酸化物」と称する)、リチウムと遷移金属元素とを含むリン酸化合物(「リチウム遷移金属リン酸化合物」と称する)等が挙げられる。
リチウム遷移金属複合酸化物としては、例えば、層状岩塩型構造のリチウム遷移金属複合酸化物、スピネル型構造のリチウム遷移金属複合酸化物等が挙げられる。
層状岩塩型構造のリチウム遷移金属複合酸化物としては、例えば、一般式LixM1O2(式中、M1は1種類以上の遷移金属元素を含む元素を表す。xの値は電池の充放電状態によって異なり、一例として、0.05≦x≦1.10である)で表されるリチウム含有化合物等が挙げられる。より具体的には、例えば、リチウムコバルト複合酸化物(LixCoO2)、リチウムニッケル複合酸化物(LixNiO2)、リチウムニッケルコバルト複合酸化物(LixNi1-zCoz2(0<z<1))、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物(LixNi(1-v-w)CovMnw2(0<v+w<1、v>0、w>0))、リチウムコバルトアルミニウムマグネシウム複合酸化物(LixCo(1-p-q)AlpMgq2(0<p+q<1、p>0、q>0))等が挙げられる。
スピネル型構造のリチウム遷移金属複合酸化物としては、例えば、リチウムマンガン複合酸化物(LiMn24)、リチウムマンガンニッケル複合酸化物(LixMn2-tNit4(0<t<2))等が挙げられる。
リチウム遷移金属リン酸化合物としては、例えば、オリビン型構造のリチウム遷移金属リン酸化合物等が挙げられる。
オリビン型構造のリチウム遷移金属リン酸化合物としては、例えば、一般式LiyM2PO4(式中、M2は1種類以上の遷移金属元素を含む元素を表す。yの値は電池の充放電状態によって異なり、一例として、0.05≦y≦1.10である)で表されるリチウム含有化合物等が挙げられる。より具体的には、例えば、リチウム鉄リン酸化合物(LiyFePO4)、リチウム鉄マンガンリン酸化合物(LiyFe1-uMnuPO4(0<u<1))等が挙げられる。
なお、正極活物質は、上述したものに限定されるものはなく、公知のものを広く用いることができる。
負極活物質としては、黒鉛等の炭素材料、シリコン(Si)含有材料、スズ(Sn)含有材料、チタン酸リチウム等を用いることができる。なお、負極活物質は、上述したものに限定されるものはなく、公知のものを広く用いることができる。
本技術に係るリチウムイオン二次電池の電極の構成および製造法としては、特に限定はなく、公知のものを広く用いることができる。
本技術に係るリチウムイオン二次電池の構成としては、特に限定はなく、公知の構成を広く用いることができる。
本技術に係るリチウムイオン二次電池の電解液としては、特に限定はなく、業界において用いられる電解液を広く用いることができる。なお、電解液に代えて、ゲル状、固体状の電解質を用いてもよい。
電解液溶媒としては、例えば、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、δ−バレロラクトンまたはε−カプロラクトン等のラクトン系溶媒、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ブチレン、炭酸ビニレン、炭酸ジメチル、炭酸エチルメチルまたは炭酸ジエチル等の炭酸エステル系溶媒、1,2−ジメトキシエタン、1−エトキシ−2−メトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、テトラヒドロフランまたは2−メチルテトラヒドロフラン等のエーテル系溶媒、アセトニトリル等のニトリル系溶媒、スルフォラン系溶媒、リン酸類、リン酸エステル溶媒、またはピロリドン類等の非水溶媒が挙げられる。溶媒は、いずれか1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
また、非水溶媒として、環状炭酸エステルおよび鎖状炭酸エステルを混合して用いることが好ましく、環状炭酸エステルまたは鎖状炭酸エステルの水素の一部または全部がフッ素化された化合物を含むことがより好ましい。このフッ素化された化合物としては、フルオロエチレンカーボネート(4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン:FEC)およびジフルオロエチレンカーボネート(4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン:DFEC)を用いることが好ましい。
電解質塩としては、例えば、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)、ビス(ペンタフルオロエタンスルホニル)イミドリチウム(Li(C25SO22N)、過塩素酸リチウム(LiClO4)、六フッ化ヒ酸リチウム(LiAsF6)、四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF4)、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム(LiSO3CF3)、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドリチウム(Li(CF3SO22N)、トリス(トリフルオロメタンスルホニル)メチルリチウム(LiC(SO2CF33等のリチウム塩等を用いることができる。
リチウムイオン二次電池は、形状等に応じて角型、円筒型、ラミネートフィルム型等に分類できる。典型的な円筒型リチウムイオン二次電池の平均的な出力電圧は、例えば、3.0V程度であり、満充電電圧は、例えば、4.2V程度であり、容量は、例えば、3Ah(3000mAh)である。
(蓄電池の性能劣化について)
蓄電池は、低温環境下で充電を行ったり、高温環境下に置かれたり、高温環境下で充放電を行ったり、低温環境下で充電したり、フロート充電を行ったりすると、容量劣化等の性能劣化が促進してしまう傾向にある。例えば、蓄電池の一例であるリチウムイオン二次電池では、以下の性能劣化が生じてしまう。
(低温充電による劣化)
リチウムイオン二次電池は、低温下(例えば、0℃以下)で充電を行うと、正極から放出されたリチウムイオンが負極に吸収されにくくなり、負極の表面上に金属リチウムが析出し電極抵抗が増大してしまう。そして、析出した金属リチウムの層がさらに堆積することにより、リチウムイオンの吸収が妨げられる。電極での反応が妨げられることにより充放電の効率が低下し、リチウムイオン二次電池の性能(容量やサイクル寿命等)が劣化する。このため、低温下(例えば、0℃以下)における充電は、リチウムイオン二次電池の性能劣化を激しくしてしまう。
(高温サイクルおよび高温保存による劣化)
リチウムイオン二次電池は、高温下で充放電を行ったり、高温下に置かれたりすると、容量劣化が促進してしまう傾向にある。
(フロート充電での劣化)
フロート充電は、電池を完全な充電状態に維持するために、低い加算電圧(低率定電圧、フロート充電電圧)の連続定電圧充電である。間欠的な使用による放電または自己放電で失った容量を、定常的な充電によって補充する目的で採用される。フロート充電を行った場合には、容量劣化が促進してしまう傾向にある。
(充放電方法の概要)
本技術の第1の実施の形態に係る蓄電システムに適用される充放電方法の概要について説明する。本技術の第1の実施の形態に係る充放電方法では、通常電圧充放電サイクルを行っている状態で、充電電圧設定値変更条件を満たした場合に、通常電圧充放電の充電設定電圧値を、低充電電圧値に変更して所定回数の低電圧充放電サイクルを行い、その後、再び、充電設定電圧値を、通常充電電圧値に変更して通常電圧充放電サイクルに戻す。これにより、ユーザーに電圧変更による一時的な容量減を認識させないで、容量劣化を抑制できる。
ここで、「通常電圧充放電サイクル」とは、通常使用の充電設定電圧値(「通常充電電圧値」という)で行う充放電サイクルのことをいう。「通常充電電圧値」とは、通常電圧充放電サイクルで設定される充電設定電圧値のことをいう。具体的には、例えば、蓄電池の種類に応じて採用される一般的な充電設定電圧値である。例えば、典型的なリチウムイオン二次電池の場合、4.20Vに設定される。
「低電圧充放電サイクル」とは、通常充電電圧値より低い充電設定電圧値(「低充電電圧値」という)で行う充放電サイクルのことをいう。例えば、「低充電電圧値」は、通常充電電圧値から所定電圧値を減じた充電電圧値のことをいう。
通常充電電圧値から減ずる「所定電圧値」は、ユーザーに電圧変更による一時的な容量減を認識させないようにする観点から、例えば、0.1V〜0.3Vであることが好ましく、0.1V〜0.2Vであることがより好ましい。例えば、通常充電設定電圧値4.2Vのリチウムイオン二次電池の場合には、低充電電圧値は4.0V〜4.1Vであることがより好ましい。
低電圧充放電サイクルを行う所定回数は、ユーザーに電圧変更による一時的な容量減を認識させないようにする観点から、1〜30回であることが好ましく、1〜5回であることがより好ましい。また、低電圧充放電サイクルにおいて、充電完了時に、コントローラ83や蓄電モジュール82等が備える表示部等に、通常の容量表示と同じような満充電状態を示す表示(例えば100%等)を行うことが好ましい。これにより、ユーザーに電圧変更による一時的な容量減を認識させないようにする。
通常充放電サイクルから低電圧充放電サイクルへの変更は、例えば、「充電電圧設定値変更条件」として、「通常充電電圧値で行った充放電サイクル数が所定サイクル数を超えたこと」、および、「温度外累積時間が閾値を超えたこと」の少なくとも一つの条件を満たした場合に行う。また、リチウムイオン二次電池の劣化が進行すると内部抵抗が増加することが知られている。そこで、初期の内部抵抗を記憶しておき、「初期の内部抵抗に対して所定値の増加がみられたこと」を上記条件の一つに加え、それらの条件の少なくとも一つの条件を満たした場合に、劣化が進行しているとして通常充放電サイクルから低電圧充放電サイクルへ変更するようにしてもよい。また、初期の満充電容量を記憶しておき、「満充電容量が初期値(初期容量)から所定量減少したこと」を上記条件の一つに加え、それらの条件の少なくとも一つの条件を満たした場合に、劣化が進行しているとして通常充放電サイクルから低電圧充放電サイクルへ変更するようにしてもよい。
「所定サイクル数」は、蓄電池の容量劣化特性に応じて設定されるものであり、典型的なリチウムイオン二次電池の場合、例えば、500〜1000サイクルである。なお、通常充放電サイクル数のカウントは、低電圧充放電サイクルを行うとリセットされ、その後、通常充電設定値に戻ると0からカウントされる。
「温度外累積時間」は、蓄電池を通常の使用条件(例えば推奨される使用条件等)の温度範囲(「通常使用温度範囲」という)外で使用した時間を累積したものである。「通常使用温度範囲外で使用した時間」とは、通常使用温度範囲より高い温度環境下に置かれた時間(充放電を行っている時間も含む)、通常使用温度範囲より低い温度環境で充電を行った時間のことをいう。例えば、典型的なリチウムイオン二次電池の場合、通常使用温度範囲は、0℃以上40℃以下である。なお、通常使用温度範囲は、この範囲に限定されるものではない。閾値は、例えば、300時間〜500時間に設定される。この設定で温度条件を付加してもよい。
(本技術に係る充放電方法による効果)
図2はリチウムイオン二次電池の容量維持率の変化を示すグラフである。このグラフは、横軸:サイクル数(≒日数)、左縦軸:容量維持率、右縦軸:劣化率の座標に、以下に説明するリチウムイオン二次電池についての測定結果をプロットしたものである。なお、サイクル数=日数とみなしている。
(リチウムイオン二次電池)
正極活物質としてLiFePO4を用い、負極活物質として黒鉛を用いてコイン型二次電池を作製した。
(コインセルの作製)
2016サイズ(直径20mm、高さ1.6mmのサイズ)のコイン型電池(以下「コインセル」という)を以下のようにして作製した。
(正極の作製)
正極活物質としてのLiFePO4を91質量部と、導電剤としての黒鉛6質量部と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)4質量部とを均質に混合し、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)に分散させて、正極合剤スラリーを得た。得られた正極合剤スラリーを、アルミニウム箔の両面に均一に塗布し、乾燥して、正極活物質層を形成した。
(負極の作製)
負極活物質としての黒鉛90質量部と、結着剤としてのPVdF10質量部とを均質に混合し、NMPに分散させて、負極合剤スラリーを得た。次いで、得られた負極合剤スラリーを、帯状銅箔の両面に均一に塗布し、乾燥して、負極活物質層を形成した。
正極、負極を直径15mmの円形状に打ち抜いた。次に、セパレータとしてポリエチレン製の微多孔フィルムを準備した。
次に、炭酸エチレン(EC)と炭酸プロピレン(PC)とを、質量比5:5で混合した非水溶媒に対して、電解質塩として六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)を1mol/kgの濃度で溶解させることにより、非水電解液を調製した。
次に、作製した正極と負極とを微多孔フィルムを介して積層して積層体とし、この積層体とともに非水電解液を外装カップおよび外装缶の内部に収容させてガスケットを介してかしめた。これにより、目的とするコインセルを得た。
(充放電試験)
線a1〜線a6は、作製したコインセルに対して下記の条件で充放電を行い、サイクル数に対する容量維持率を測定した。
線a1:温度条件 23℃
通常充放電サイクル1
線a2:温度条件 45℃
通常充放電サイクル1
線a3:温度条件 60℃
通常充放電サイクル1
線a4:温度条件 23℃
通常充放電サイクル1+充電変更1
線a5:温度条件 45℃
通常充放電サイクル1+充電変更1
線a6:温度条件 60℃
:通常充放電サイクル1+充電変更1
「通常充放電サイクル1」、「通常充放電サイクル1+充電変更1」は、以下の通りである。
「通常充放電サイクル1」
充電および放電を連続して行う。
充電終止電圧:3.6V、放電終止電圧:2.0Vの定電流定電圧充電、定電流放電を行う。
「通常充放電サイクル1+充電変更1」
充電および放電を連続して行う。
充電終止電圧:3.6V、放電終止電圧:2.0Vの定電流定電圧充電、定電流放電を行う。
充放電100回毎に充電電圧を0.1V低減した充放電を2サイクル行う。すなわち、充放電100回毎に充電終止電圧:3.5V、放電終止電圧:2.0Vの定電流定電圧充電、定電流放電を行う。
図2に示すように、線a1、線a4によれば、本技術に係る充放電方法を行うことにより、23℃の使用環境下において、劣化率の上昇(容量維持率の低下)を抑制できることが、示されている。線a2、線a5によれば、本技術に係る充放電方法を行うことにより、45℃の使用環境下において、劣化率の上昇(容量維持率の低下)を抑制できることが、示されている。線a3、線a6によれば、本技術に係る充放電方法を行うことにより、60℃の使用環境下において、劣化率の上昇(容量維持率の低下)を抑制できることが、示されている。このように、本技術に係る充放電方法を行うことによって、二次電池の容量劣化を抑制することができる。
図3はリチウムイオン二次電池の容量維持率の変化を示すグラフである。このグラフは、横軸:√日数(√days)、左縦軸:容量維持率、右縦軸:劣化率の座標に、以下に説明するリチウムイオン二次電池についての測定結果に基づき、ルート則により推定した結果(容量維持率および劣化率の変化)をプロットしたものである。ルート則は電池の容量劣化はサイクル数の平方根に比例するというものである。アレニウス則に従うルート則プロットでは、容量=初期値−係数√時間(*係数は温度に依存する)となる。測定結果から係数を算出して寿命推定式を導出してグラフを作成した。
(リチウムイオン二次電池)
正極活物質としてLiFePO4を用い、負極活物質として黒鉛を用いて、上記と同様にしてコインセルを作製した。
(充放電試験)
線b1〜b7は、作製したコインセルに対して下記の条件で充放電を行った場合の測定結果である。
線b1:温度条件 23℃
通常充放電サイクル1
線b2:温度条件 35℃
通常充放電サイクル1
線b3:温度条件 45℃
通常充放電サイクル1
線b4:温度条件 23℃
通常充放電サイクル1+フロート充電1
線b5:温度条件 40℃
通常充放電サイクル1+フロート充電1
線b6:温度条件 23℃
:通常充放電サイクル1+フロート充電1+充電変更1
線b7:温度条件 40℃
:通常充放電サイクル1+フロート充電1+充電変更1
なお、「通常充放電サイクル1」は、上記と同様である。「通常充放電サイクル1+フロート充電1」、「通常充放電サイクル1+フロート充電1+充電変更1」は、以下の通りである。
「通常充放電サイクル1+フロート充電1」
満充電時にフロート充電を12時間行う。
充電終止電圧:3.6V、放電終止電圧:2.0Vの定電流定電圧充電、定電流放電を行う。
「通常充放電サイクル1+フロート充電1+充電変更1」
満充電時にフロート充電を12時間行う。
充電終止電圧:3.6V、放電終止電圧:2.0Vの定電流定電圧充電、定電流放電を行う。
充放電100回毎に充電電圧を0.1V低減した充放電を2サイクル行う。すなわち、充放電100回毎に充電終止電圧:3.5V、放電終止電圧:2.0Vの定電流定電圧充電、定電流放電を行う。
図3のb1、b2、b3によれば、高温になるに従い、容量劣化が大きくなることが示されている。b1、b4によれば、フロート充電を行った場合には、容量劣化が大きくなることが示されている。b4およびb6、並びに、b5およびb7によれば、充電変更を行った場合には、容量劣化を低減できることが示されている。
(正極活物質種による容量劣化の違い)
図4は、二次電池の容量維持率の変化を示すグラフである。このグラフは、横軸:√日数、左縦軸:容量維持率、右縦軸:劣化率の座標に、以下に説明するリチウムイオン二次電池についての測定結果に基づき、ルート則により推定した結果(容量維持率および劣化率の変化)をプロットしたものである。
(リチウムイオン二次電池)
正極活物質としてLiFePO4を用い、負極活物質として黒鉛を用いて、上記と同様にしてコインセルを作製した。
正極活物質としてLiFePO4に代えてLiMn24を用いたこと以外は、上記と同様にしてコインセルを作製した。
(充放電試験)
線c1〜c9は、作製したコインセルに対して下記の条件で充放電を行った場合の測定結果である。
線c1:温度条件 23℃
通常充放電サイクル1
正極活物質:LiFePO4
線c2:温度条件 45℃
通常充放電サイクル1
正極活物質:LiFePO4
線c3:温度条件 60℃
通常充放電サイクル1
正極活物質:LiFePO4
線c4:温度条件 23℃
通常充放電サイクル1+フロート充電1
正極活物質:LiFePO4
線c5:温度条件 40℃
通常充放電サイクル1+フロート充電1
正極活物質:LiFePO4
線c6:温度条件 23℃
通常充放電サイクル2
正極活物質:LiMn24
線c7:温度条件 45℃
通常充放電サイクル2
正極活物質:LiMn24
線c8:温度条件 23℃
通常充放電サイクル2+フロート充電2
正極活物質:LiMn24
線c9:温度条件 40℃
通常充放電サイクル2+フロート充電2
正極活物質:LiMn24
なお、「通常充放電サイクル1」、「通常充放電サイクル1+フロート充電1」は、上記と同様である。
「通常充放電サイクル2」、「通常充放電サイクル2+フロート充電2」は、以下の通りである。
「通常充放電サイクル2」
充電および放電を連続して行う。
充電終止電圧:4.2V、放電終止電圧:3.0Vの定電流定電圧充電、定電流放電を行う。
「通常充放電サイクル2+フロート充電2」
満充電時にフロート充電を12時間行う。
充電終止電圧:4.2V、放電終止電圧:3.0Vの定電流定電圧充電、定電流放電を行う。
「通常充放電サイクル2+フロート充電2+充電変更1」
満充電時にフロート充電を12時間行う。
充電終止電圧:4.2V、放電終止電圧:3.0Vの定電流定電圧充電、定電流放電を行う。
充放電100回毎に充電電圧を0.1V低減した充放電を2サイクル行う。すなわち、充放電100回毎に充電終止電圧:4.1V、放電終止電圧:3.0Vの定電流定電圧充電、定電流放電を行う。
図4のc1〜c9によれば、スピネルマンガン系電池(スピネル型構造の正極活物質を用いたリチウムイオン二次電池)では、フロート充電を行った場合に容量劣化が急速に進行することが示されている。これは、スピネルマンガン系電池では、電極の劣化だけではなく、活物質そのものがフロート充電により溶出し、負極側に堆積してしまうことによって、容量劣化が促進してしまうためである。このような電池系では、充電変更を行っても、他の電池系より、劣化抑制効果が低減してしまう。したがって、本技術に係る充放電方法は、層状岩塩型構造を有する正極活物質(例えばLiM1O2(M1=Co、Mn、V、P、Si等)等)やオリビン型構造を有する正極活物質を用いたリチウムイオン二次電池において、充放電条件の変更による効果をより発揮できることがわかる。
(蓄電システムの動作の一例)
上述の蓄電システムの動作の一例について、図5を参照して説明する。ステップS12では、蓄電システム81においてコントローラ83(EMU:Energy Management Unit)が、コントローラ83の起動およびコントローラ83の上位のコントローラであるシステムコントローラ(EMS:Energy Management System、図示省略)の起動をチェックする。
ステップS13では、コントローラ83が、通信チェックを行う。通信チェックでは、コントローラ83が、システムコントローラ、並びに、メインマイクロコントローラユニット40およびサブマイクロコントローラユニット35の各間の通信が正常であるか否かを確認する。
ステップS14では、セルのチェックを行う。セルのチェックでは、例えば、コントローラ83が、通信を行うことにより、蓄電モジュール82のサブモジュールSMO毎の電圧情報(V)、温度情報(T)を収集して、所定電圧範囲内(Vmin<V<Vmax)、所定温度範囲内(Tmin<T<Tmax)であるか判定を行う。このとき、収集した電圧情報および温度情報が、所定電圧範囲外および所定温度範囲外の少なくとも一つである場合には、ステップS19に移行する。収集した電圧情報および温度情報が、所定電圧範囲内および所定温度範囲内である場合には、ステップS15に移行する。
ステップS15では、負荷電力の確認を行う。負荷電力の確認では、コントローラ83が、上位のコントローラであるシステムコントローラと通信を行うことにより、外部の負荷15の必要とする電力(負荷値)を確認する。ステップS16では、コントローラ83が蓄電モジュール82に充放電指令を与える。
ステップS17では、蓄電モジュール82がコントローラ83からの指令を受けて、サブモジュールSMOの充放電を開始する。このとき、コントローラ83は通常充電電圧設定値(Vmax)で充放電を行うように、蓄電モジュール82に対して指令を与える。
ステップS18において、電圧の確認を行う。電圧の確認では、コントローラ83が、通信を行うことにより、蓄電モジュール82のサブモジュールSMO毎の電圧情報(V)、温度情報(T)を収集して、所定電圧(V=Vmin、V=Vmax)であるか確認する。このとき、収集した電圧情報(V)が、所定電圧(V=Vmin、V=Vmax)である場合には、ステップS19に移行し、所定電圧に達したサブモジュールSMO毎に充放電動作を休止する。所定電圧(V=Vmin、V=Vmax)に達していない場合には、ステップS17に戻り、所定電圧に達していないサブモジュールSMO毎に充放電動作が継続する。
ステップS20では、コントローラ83が、蓄電モジュール82の履歴情報を収集する。ステップS21では、コントローラ83が、累積劣化計算を行う。累積劣化計算によって算出した温度条件の累積劣化値DT(温度外累積時間)が、閾値を超えている場合には、ステップS22に移行する。また、サイクル累積値Dc(充放電サイクル数)が、所定サイクル数を超えている場合も、ステップS22に移行する。なお、累積劣化値DTが閾値を超えていない場合、並びに、サイクル累積値Dcが所定サイクル数を超えていない場合には、ステップS14に戻る。
ステップS22では、コントローラ83が、充放電条件の変更を行う。充放電条件の変更では、コントローラ83が、サブモジュールSMO毎の充電電圧の設定値を変更する指令を与え、各サブモジュールSMOに対する充電電圧の設定値を変更する。これにより充電電圧設定値は低充電電圧値(Vmax’)に設定される。ステップS23では、蓄電モジュール82がコントローラ83からの指令を受けて、サブモジュールSMOの充放電を開始する。
ステップS24では、蓄電モジュール82のサブモジュールSMO毎の電圧情報(V)、温度情報(T)を収集して、所定電圧範囲内(Vmin<V<Vmax’)であるか否かの判定を行う。このとき、収集した電圧情報が、所定電圧範囲内である場合には、ステップS23に戻り、所定電圧範囲内にあるサブモジュールSMO毎に充放電が継続する。収集した電圧情報が、所定電圧範囲外(Vmin<V<Vmax’)の場合には、ステップS25に移行して、所定電圧に達したサブモジュールSMO毎に充放電動作を休止する。ステップS26では、コントローラ83が、サブモジュールSMO毎の充電電圧の設定値を変更する指令を与え、各サブモジュールSMOに対する充電電圧の設定値を変更する。これにより充電電圧設定値は、従来値すなわち通常充電電圧値(Vmax)に設定される。その後、ステップS14に戻る。
本技術の第1の実施の形態に係る蓄電システムでは、本技術に係る充放電方法を行うことで、ユーザーに電圧変更による一時的な容量減を認識させないで、容量劣化を抑制できる。例えば、実稼働での実働時間および容量にほとんど影響を与えずに蓄電池運転ができ、その結果、寿命性能を十分に満足した蓄電システムを提供できる。
2.第2の実施の形態
本技術の第2の実施の形態に係る劣化予測について説明する。なお、本技術の第1の実施の形態に係る蓄電システムに対して、上述の本技術に係る充放電方法と共に本技術に係る劣化予測を適用してもよい。また、本技術の第1の実施の形態に係る蓄電システムに対して劣化予測を単独で適用してもよい。この場合、劣化予測の動作はコントローラ83および蓄電モジュール82の少なくとも一方で行ってもよい。また、蓄電池、蓄電池を用いた電池パック、蓄電池を内蔵した電子機器等にも本技術に係る劣化予測を適用してもよい。以下では、本技術の第2の実施の形態に係る劣化予測を蓄電池に適用した例について説明する。
(劣化予測の概要)
本技術の第2の実施の形態に係る劣化予測の概要について図6を参照して説明する。図6は、時間経過と、劣化率との関係を示す。電池組立時に電池電極と電解液とが外装体に封入・封止される。次に、該電池の定格容量の50%以上の最初の充電(初回充電と称する)がなされる。未使用状態の容量を初期容量Capa(0)、初回充電のX日後の容量をCapa(x)とし、初回充電のt日後の劣化率Rを下記のように表す。
R=100−{100×Capa(x)/Capa(0)} (0≦R≦100)とする。
なお、容量維持率=100−容量劣化率である。
本技術は、このX日における容量実測後、Y日における容量劣化率予測を行うものである(0≦X、Y)。寿命予測の基準日であるXの日数として、特に限定はなく、予め設定されている電池の定期点検の日付等の日にちで良く、電池の寿命範囲の日数を選ぶことができる。例えば自動車の車検の日にちがXであり、次の車検の日にちがYに設定され、次の車検まで電池の性能が確保できるかどうかを予測することができる。
Yは、この寿命予測の基準日であるX日から、何日後の容量劣化を予測するかを表す値であり、予測用途に応じ任意に選ぶことができる。このY日後の劣化を予測するにあたり、条件として、温度(=T)、SOC(State Of Charge:充電深度)(=S)またはフロート充電、日数(=Y)を指定して、予測値を算出する。なお、SOCの代わりにDOD(Depth Of Discharge:放電深度)を使用しても良い。SOCおよびDODを総称して電池状態と称する。
本技術では、この予測期間(Y日間)における条件として、複数条件(Z1、Z2・・・・・Zn)を許容する。条件がZn-1からZnに推移するときの劣化の積み上げ方法について以下に説明する。
例えば、電池に使用する正極活物質の一例であるオリビン型構造を有する正極活物質などは、化学的安定性が非常に優れている。すなわち、正極由来の経時劣化は無視できるほど小さく、セル容量損失は、負極黒鉛表面での副反応によるリチウムの損失量により決まる。このため、容量劣化率R%にまで劣化したセルを別条件でさらに継続して使用する場合、劣化率R%に相当するリチウムの損失量が次の使用開始時に引き継がれるとみなすことができる。その結果、条件を切り替えた場合の劣化率を積み上げ計算することができる。
一例として、X日間の実使用後の劣化率をR%とし、さらに、条件として、期間Y1、温度T=A℃、SOC(S=b%)を設定し、さらに、期間Y2、温度T=B℃、フロート充電を設定した場合の劣化予測値を求める。図7において破線のカーブ1'は、劣化予測を行う場合の新しい条件(T=A℃、S=b%)に対応する劣化マスターカーブである。劣化マスターカーブは、予め数式によって求められ、テーブルとして不揮発性メモリに記憶され、テーブルを参照して劣化予測値を求めることができる。または数式(プログラム)によって劣化予測値を求めることができる。条件を指定することによって、対応する劣化マスターカーブが決定される。
劣化予測を行う新しい条件の劣化マスターカーブ1'において、劣化率R%に相当する点(X1corr日の点)から新規経時をY1日間行うことによってY1日後の劣化予測値を求める。すなわち、本技術では、実劣化率R(%)を横軸(電池の経時日数)と平行移動して劣化マスターカーブ1'と交叉する点の日数X1corrとする。このように、新条件へ切り替え日はXではなく、X1corrという新規な日に換算されている。
そして、X1corr+Y1日間の劣化率を求めることができる。次に、温度A℃、フロート充電の条件でY2日経過するものと設定されている。この条件に対応して劣化マスターカーブ2'が選択される。劣化予測値が横軸(電池の経時日数)と平行移動されて劣化マスターカーブ2'と交叉する点の日数X2corrが新条件へ切り替え日とされる。X2corrからY2日の期間、劣化マスターカーブ2'上に示すように、劣化率が変化するものと予測される。
劣化マスターカーブとは、一定温度、一定SOC(またはDOD)で電池を保存(またはサイクル)する場合、または、フロート充電を行う場合の電池容量劣化率の時間に対する変化曲線のことである。劣化マスターカーブは、電池の実際の劣化データにより求めてもよいが、必要なデータ数が多種にわたり、経時データ採取期間が10年程度と長期にわたるので、実測データのみで劣化マスターカーブを構築することは現実的ではない。
本技術における劣化マスターデータは、好ましくは、数式に基づいて計算して得られた値である。さらに好ましくは、電池の外壁の温度から計算される値と、電池の初充電後の経時日数から計算される値と、電池の電池状態例えばSOCより計算される値の積から計算される値である。
最も好ましくは、電池の外壁の温度Tから計算される値がexp(−A/T)を含む式により計算される(Tは、絶対温度)。電池の初充電後の経時日数から計算される値が(経時日数)^B(^は累乗を表す)を含む式により計算される(但し、0.3<B<0.7)。電池の充電深度SOCから計算される値がexp(C×SOC/T)を含む式により計算されることである。A、B、Cは、電池実測経時データのフィッティングにより得ることが好ましい。Cは、劣化の時間に対する依存性を示し、0.1以上、1.5以下、好ましくは、0.35以上、0.65以下である。
本技術における劣化マスターカーブの式において、温度Tとは、電池セルのおかれている環境温度ではなく、電池セルの外面の温度を意味する。本技術における劣化マスターカーブの式において、SOCとは、保存の場合、保存中のSOCそのものを用いればよく、サイクル等、SOCが時間で変動する場合には、SOC範囲の時間平均値を用いることができる。なお、経時日数におけるサイクルの回数は、SOCの時間平均値が等しければ、劣化寿命の予測と無関係である。
劣化がSOCに対して線形に変化しない場合、さらに好ましくは、各SOC点に重みづけ平均をとることが好ましい。例えば、実測劣化値或いは容量劣化が負極黒鉛上の還元副反応で生じていることを考慮して、下式によってSOCごとの劣化速度比を求め、この劣化速度比によってSOC変動各点に重みづけを行うことができる。
比劣化速度=exp(αFη/RT)、ηは(1−対Liでの負極黒鉛電位)、α=0.5、R=8.314、F=96485、T:電池温度(K°)を用いて、SOCごとの劣化速度比を求め、劣化速度比によってSOC変動各点に重みづけを行うことができる。
「劣化予測の一例」
図8を参照して劣化予測の一例について説明する。図8には、劣化マスターカーブ1a、1b、1c、1dと劣化マスターカーブ2a、2b、2c、2dと劣化マスターカーブ3a、3bが示されている。劣化マスターカーブ1a〜1dは、温度T=A℃の場合の劣化マスターカーブであり、SOCがa%、b%、c%、d%(a%<b%<c%<d%)と対応している。
劣化マスターカーブ2a〜2dは、温度T=B℃(A℃<B℃)の場合の劣化マスターカーブであり、SOCがa%、b%、c%、d%と対応している。劣化マスターカーブ3aは、温度T=A℃のフロート充電の場合の劣化マスターカーブである。劣化マスターカーブ3bは、温度T=B℃のフロート充電の場合の劣化マスターカーブである。なお、例えば、A=23℃、B=35℃である。
図8において、太線1〜14が下記のように、容量維持率(「維持率」略称する場合もある)の変化の遷移を表している。なお、「100−維持率」で劣化率が求められる。
横軸の電池の経時日数=tとする。t=0で初回充電がなされる。カーブ1aで示すように、(t=X0日)まで電池が実使用され、電池の実容量測定がなされる。そして、「100−維持率」で求められる実劣化率R%が求められる。
次に、(温度A℃、SOC=b%)の条件でY1日経過するものと設定されている。設定は、ユーザーによってなされる。この条件に対応して劣化マスターカーブ1bが選択される。上述したように、容量劣化率R%にまで劣化した電池を別条件でさらに継続して使用する場合、劣化率R%に相当するリチウムの損失量が次の使用開始時に引き継がれるとみなすことができる。したがって、実劣化率R(%)を横軸(電池の経時日数)と平行移動して劣化マスターカーブ1bと交叉する点の日数X1corrが新条件へ切り替え日とされる。X1corrからY1日の期間、劣化マスターカーブ1b上の太線2で示すように、劣化率が変化するものと予測される。期間Y1日においての充電/放電の回数は、任意でよい。他の保存期間でも同様である。
次に、(温度A℃、SOC=c%)の条件でY2日経過するものと設定されている。この条件に対応して劣化マスターカーブ1cが選択される。太線2の終端の劣化予測値が横軸(電池の経時日数)と平行移動されて劣化マスターカーブ1cと交叉する点の日数X2corrが新条件へ切り替え日とされる。X2corrからY2日の期間、劣化マスターカーブ1c上の太線3で示すように、劣化率が変化するものと予測される。
次に、(温度A℃、SOC=b%)の条件でY3日経過するものと設定されている。この条件に対応して劣化マスターカーブ1bが選択される。太線3の終端の劣化予測値が横軸(電池の経時日数)と平行移動されて劣化マスターカーブ1bと交叉する点の日数X3corrが新条件へ切り替え日とされる。X3corrからY3日の期間、劣化マスターカーブ1b上の太線4で示すように、劣化率が変化するものと予測される。
次に、(温度A℃、SOC=c%)の条件でY4日経過するものと設定されている。この条件に対応して劣化マスターカーブ1cが選択される。太線4の終端の劣化予測値が横軸(電池の経時日数)と平行移動されて劣化マスターカーブ1cと交叉する点の日数X4corrが新条件へ切り替え日とされる。X4corrからY4日の期間、劣化マスターカーブ1c上の太線5で示すように、劣化率が変化するものと予測される。
次に、(温度B℃、SOC=a%)の条件でY5日経過するものと設定されている。この条件に対応して劣化マスターカーブ2aが選択される。太線5の終端の劣化予測値が横軸(電池の経時日数)と平行移動されて劣化マスターカーブ2aと交叉する点の日数X5corrが新条件へ切り替え日とされる。X5corrからY5日の期間、劣化マスターカーブ2a上の太線6で示すように、劣化率が変化するものと予測される。
次に、(温度B℃、SOC=c%)の条件でY6日経過するものと設定されている。この条件に対応して劣化マスターカーブ2cが選択される。太線6の終端の劣化予測値が横軸(電池の経時日数)と平行移動されて劣化マスターカーブ2cと交叉する点の日数X6corrが新条件へ切り替え日とされる。X6corrからY6日の期間、劣化マスターカーブ2c上の太線7で示すように、劣化率が変化するものと予測される。
次に、(温度B℃、SOC=b%)の条件でY7日経過するものと設定されている。この条件に対応して劣化マスターカーブ2bが選択される。太線7の終端の劣化予測値が横軸(電池の経時日数)と平行移動されて劣化マスターカーブ2bと交叉する点の日数X7corrが新条件へ切り替え日とされる。X7corrからY7日の期間、劣化マスターカーブ2b上の太線8で示すように、劣化率が変化するものと予測される。
次に、(温度B℃、SOC=d%)の条件でY8日経過するものと設定されている。この条件に対応して劣化マスターカーブ2dが選択される。太線8の終端の劣化予測値が横軸(電池の経時日数)と平行移動されて劣化マスターカーブ2dと交叉する点の日数X8corrが新条件へ切り替え日とされる。X8corrからY8日の期間、劣化マスターカーブ2d上の太線9で示すように、劣化率が変化するものと予測される。
次に、(温度B℃、フロート充電)の条件でY9日経過するものと設定されている。この条件に対応して劣化マスターカーブ3bが選択される。太線9の終端の劣化予測値が横軸(電池の経時日数)と平行移動されて劣化マスターカーブ3bと交叉する点の日数X9corrが新条件へ切り替え日とされる。X9corrからY9日の期間、劣化マスターカーブ3bの太線10で示すように、劣化率が変化するものと予測される。
次に、(温度B℃、SOC=c%)の条件でY10日経過するものと設定されている。この条件に対応して劣化マスターカーブ2cが選択される。太線10の終端の劣化予測値が横軸(電池の経時日数)と平行移動されて劣化マスターカーブ2cと交叉する点の日数X10corrが新条件へ切り替え日とされる。X10corrからY10日の期間、劣化マスターカーブ2cの太線11で示すように、劣化率が変化するものと予測される。
次に、(温度A℃、フロート充電)の条件でY11日経過するものと設定されている。この条件に対応して劣化マスターカーブ3aが選択される。太線11の終端の劣化予測値が横軸(電池の経時日数)と平行移動されて劣化マスターカーブ3aと交叉する点の日数X11corrが新条件へ切り替え日とされる。X11corrからY11日の期間、劣化マスターカーブ3aの太線12で示すように、劣化率が変化するものと予測される。
次に、(温度A℃、SOC=d%)の条件でY12日経過するものと設定されている。この条件に対応して劣化マスターカーブ1dが選択される。太線12の終端の劣化予測値が横軸(電池の経時日数)と平行移動されて劣化マスターカーブ1dと交叉する点の日数X12corrが新条件へ切り替え日とされる。X12corrからY12日の期間、劣化マスターカーブ1dの太線13で示すように、劣化率が変化するものと予測される。
次に、(温度A℃、SOC=b%)の条件でY13日経過するものと設定されている。この条件に対応して劣化マスターカーブ1bが選択される。太線13の終端の劣化予測値が横軸(電池の経時日数)と平行移動されて劣化マスターカーブ1bと交叉する点の日数X13orrが新条件へ切り替え日とされる。X13corrからY13日の期間、劣化マスターカーブ1bの太線14で示すように、劣化率が変化するものと予測される。
以上の処理の結果、X0日の時点から(Y1+Y2+Y3+Y4+Y5+Y6+Y7+Y8+Y9+Y10+Y11+Y12+Y13)の日数経過した時点の電池の劣化予測値が求められる。例えば電動車両に搭載されている電池の場合、X0が現車検の時点であり、上述した日にちの経過後の時点が車検の予定日とすると、車検の時の電池の劣化率を予測することができる。上述した条件の遷移は、一例であり、種々の遷移が可能である。但し、蓄電装置の種類(電動車両、ハイブリッド自動車、家庭等の蓄電装置等)、電池の使用用途(業務用、家庭用等)、使用地域(寒冷地、温暖地方等)等の実際の条件を考慮してある程度、実地に則した条件の遷移を設定することができる。例えば自動車のメーカ等がそのような条件の遷移についての情報を提供することが可能である。
本技術に係る劣化予測を実現するための回路構成の概略を図9に示す。図9において、マイクロコントローラユニット(図9においてMCUと表記する)61に対して条件入力部62から条件遷移の情報が入力される。上述したように、(温度、SOC、フロート充電、経過日数)の条件が入力される。通常、複数の条件が順序付けて入力される。
マイクロコントローラユニット61に対して、マスターカーブメモリ(不揮発性メモリ)63から劣化マスターカーブデータが入力される。劣化マスターカーブデータは、例えば、数式で求められるデータに対して電池実測経時データのフィッティングを行い、さらに、SOCごとの劣化速度比を求め、この劣化速度比によってSOC変動各点に重みづけを行ったもの等であり、予め記憶されている。
さらに、マイクロコントローラユニット61に対して、実劣化率測定部65から測定された実劣化率のデータが供給される。実劣化率測定部65は、電池部66の現時点の劣化率を測定する。マイクロコントローラユニット61には、出力部64が接続され、出力部64によって設定された条件における劣化予測値を表示したり、劣化予測値を印刷するようになされる。
実劣化率測定部65は、概略的には、図10に示すように構成されている。電池部66の電流経路中に電流測定部72と、充放電制御部73とが挿入されている。電流測定部72によって測定された電流(充電電流または放電電流)がマイクロコントローラユニット71に対して供給される。マイクロコントローラユニット71は、充放電制御部73を制御するコントロール信号を発生する。
マイクロコントローラユニット71内の不揮発性メモリには、初期容量Capa(0)のデータが記憶されている。例えば電池部66が満充電まで充電され、満充電から完全に放電される場合の放電電流をマイクロコントローラユニット71が積算することによって、初回充電のX日後の容量をCapa(x)を求めることができる。そして、下式によって、実劣化率R%が求められる。
R=100−100×Capa(x)/Capa(0) (0≦R≦100)とする。
容量維持率=100−容量劣化率である。
上述した実劣化率測定方法は、満充電状態(SOC=100%)から完全放電状態(SOC=0%)までの容量を実測するものである。電池使用時のこの容量を使用開始前の電池容量と比較することによって劣化状態を求めることができる。
しかしながら、電池の実使用と同時にこの測定を行い、電池を完全放電状態にすることは、例えば車両用電池では、車が走行能力を失い、バックアップ電源用電池では、バックアップ能力を失うことに相当する。このような事態は、到底許容できないため、機器使用中の場合、実劣化率測定方法としては、従来から知られている方法によって劣化率を推測しても良い。例えば電池の内部抵抗の変化、電池の電圧降下等から電池の劣化率を推定しても良い。
本技術に係る劣化予測では、フロート充電での容量劣化を考慮した劣化予測を提供できる。本技術に係る劣化予測では、サイクル履歴と保存履歴と共に、フロート充電を行った場合において、充電時の高電圧領域に保持される累積時間が蓄電池の寿命に大きな劣化影響を与えるものと考え、この高電圧領域に保持されている時間を把握することによって、蓄電池の実寿命をより正確に推定できる。「この劣化予測(寿命予測)により予測した経過累積時間を超えたこと」を上述した条件の一つに加え、それらの条件の少なくとも一つの条件を満たした場合に、劣化が進行しているとして通常充放電サイクルから低電圧充放電サイクルへ変更するようにしてもよい。
ところで、特開2014−81238号公報(特許文献1)には、蓄電池の劣化を温度履歴で推定する寿命推定方法の記載がある。特開2003−161768号公報には、アレニウス則の式を基にした蓄電池の寿命を推定する方法の記載がある。特開2009−244025号公報には、充放電サイクルと温度でアレニウス則の式を基にした蓄電池寿命を推定する方法の記載がある。特開2003−7349号公報には、所定充電電圧と第2に充電電圧設定に関する記載がある。特開2007−325324号公報には、劣化後電池の充電末期に設定電圧の低下を行う記載がある。
何れの文献も、フロート充電による劣化を考慮したものは記載されていない。フロート充電による劣化は鉛電池やニッケル水素電池(NiMH)では特に注目されるものではなく、リチウムイオン二次電池の容量劣化は充放電での活物質劣化が主因と考えられてきた。しかしながら、充放電や保存による容量劣化が少ないオリビン系電池では、フロート充電による容量劣化を考慮しないと、実使用での残存容量・寿命予測の正確性が低減する傾向にある。
本技術の第2の実施の形態に係る劣化予測では、フロート充電による劣化を考慮して劣化予測を行うことで、充電での満充電付近で保持および維持されてきた時間における劣化を正確に加味できることにより、電池容量劣化(電池寿命)をより正確に予測できる。
実使用条件を場合分けすることで、種々の使用条件を組み合わせて正確に寿命予測することができる。二次電池は、連続充放電サイクルよりも、SOC100%〜SOC50%の繰り返しと満充電付近でのフロート充電での使用が多く行われるので、より実使用条件に近い寿命を予測できる。
また、蓄電池を、高出力型の機器の電源に適用した場合も、蓄電池の寿命予測を行うことができる。UPS用バックアップ電源の実寿命をより正確に予測でき、本技術の手法により劣化予測と寿命改善を図ることができる。
3.応用例
(応用例1)
本技術を住宅用の電力貯蔵装置に適用した例について、図11を参照して説明する。例えば住宅101用の電力貯蔵装置100においては、火力発電102a、原子力発電102b、水力発電102c等の集中型電力系統102から電力網109、情報網112、スマートメータ107、パワーハブ108等を介し、電力が蓄電装置103に供給される。これと共に、家庭内発電装置104等の独立電源から電力が蓄電装置103に供給される。蓄電装置103に供給された電力が蓄電される。蓄電装置103を使用して、住宅101で使用する電力が給電される。住宅101に限らずビルに関しても同様の電力貯蔵装置を使用できる。蓄電装置103は、複数の蓄電モジュールを並列接続したものである。
住宅101には、家庭内発電装置104、電力消費装置105、蓄電装置103、各装置を制御する制御装置110、スマートメータ107、各種情報を取得するセンサ111が設けられている。各装置は、電力網109および情報網112によって接続されている。家庭内発電装置104として、太陽電池、燃料電池等が利用され、発電した電力が電力消費装置105および/または蓄電装置103に供給される。電力消費装置105は、冷蔵庫105a、空調装置(エアコン)105b、テレビジョン受信機(テレビ)105c、風呂(バス)105d等である。さらに、電力消費装置105には、電動車両106が含まれる。電動車両106は、電気自動車106a、ハイブリッドカー106b、電気バイク106cである。
蓄電装置103は、二次電池、またはキャパシタから構成されている。例えば、リチウムイオン二次電池によって構成されている。蓄電装置103として、複数の蓄電モジュールを使用することができる。リチウムイオン二次電池は、定置型であっても、電動車両106で使用されるものでも良い。スマートメータ107は、商用電力の使用量を測定し、測定された使用量を、電力会社に送信する機能を備えている。電力網109は、直流給電、交流給電、非接触給電の何れか一つまたは複数を組み合わせても良い。
各種のセンサ111は、例えば人感センサ、照度センサ、物体検知センサ、消費電力センサ、振動センサ、接触センサ、温度センサ、赤外線センサ等である。各種センサ111により取得された情報は、制御装置110に送信される。センサ111からの情報によって、気象の状態、人の状態等が把握されて電力消費装置105を自動的に制御してエネルギー消費を最小とすることができる。さらに、制御装置110は、住宅101に関する情報を、インターネットを介して外部の電力会社等に送信することができる。
パワーハブ108によって、電力線の分岐、直流交流変換等の処理がなされる。制御装置110と接続される情報網112の通信方式としては、UART(Universal Asynchronous Receiver‐Transmitter:非同期シリアル通信用送受信回路)等の通信インターフェースを使う方法、Bluetooth(登録商標)、ZigBee(登録商標)、Wi−Fi(登録商標)等の無線通信規格によるセンサネットワークを利用する方法がある。Bluetooth(登録商標)方式は、マルチメディア通信に適用され、一対多接続の通信を行うことができる。ZigBeeは、IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers)802.15.4の物理層を使用するものである。IEEE802.15.4は、PAN(Personal Area Network)またはW(Wireless)PANと呼ばれる短距離無線ネットワーク規格の名称である。
制御装置110は、外部のサーバ113と接続されている。このサーバ113は、住宅101、電力会社、サービスプロバイダーの何れかによって管理されていても良い。サーバ113が送受信する情報は、たとえば、消費電力情報、生活パターン情報、電力料金、天気情報、天災情報、電力取引に関する情報である。これらの情報は、家庭内の電力消費装置(たとえばテレビジョン受信機)から送受信しても良いが、家庭外の装置(たとえば、携帯電話機等)から送受信しても良い。これらの情報は、表示機能を持つ機器、たとえば、テレビジョン受信機、携帯電話機、PDA(Personal Digital Assistants)等に、表示されても良い。
各部を制御する制御装置110は、CPU、RAM、ROM等で構成され、この例では、蓄電装置103に格納されている。制御装置110の機能として、例えば、監視部27等の機能やコントローラ83等の機能を適用できる。制御装置110は、蓄電装置103、家庭内発電装置104、電力消費装置105、各種センサ111、サーバ113と情報網112により接続され、例えば、商用電力の使用量と、発電量とを調整する機能を有している。なお、その他にも、電力市場で電力取引を行う機能等を備えていても良い。
以上のように、電力が火力発電102a、原子力発電102b、水力発電102c等の集中型電力系統102のみならず、家庭内発電装置104(太陽光発電、風力発電)の発電電力を蓄電装置103に蓄えることができる。したがって、家庭内発電装置104の発電電力が変動しても、外部に送出する電力量を一定にしたり、または、必要なだけ放電するといった制御を行うことができる。例えば、太陽光発電で得られた電力を蓄電装置103に蓄えると共に、夜間は料金が安い深夜電力を蓄電装置103に蓄え、昼間の料金が高い時間帯に蓄電装置103によって蓄電した電力を放電して利用するといった使い方もできる。
なお、この例では、制御装置110が蓄電装置103内に格納される例を説明したが、スマートメータ107内に格納されても良いし、単独で構成されていても良い。さらに、電力貯蔵装置100は、集合住宅における複数の家庭を対象として用いられてもよいし、複数の戸建て住宅を対象として用いられてもよい。
(応用例2)
本技術を車両用の電力貯蔵装置に応用した例について、図12を参照して説明する。図12に、本技術が適用されるシリーズハイブリッドシステムを採用するハイブリッド車両の構成の一例を概略的に示す。シリーズハイブリッドシステムはエンジンで動かす発電機で発電された電力、あるいはそれを電池に一旦貯めておいた電力を用いて、電力駆動力変換装置で走行する車である。
このハイブリッド車両200には、エンジン201、発電機202、電力駆動力変換装置203、駆動輪204a、駆動輪204b、車輪205a、車輪205b、電池208、車両制御装置209、各種センサ210、充電口211が搭載されている。電池208として、蓄電モジュールを適用することができる。
ハイブリッド車両200は屋外で保管されることが多い。冬期の山間部では、外気温が−20℃程度まで低下する場合がある。このような環境下においても、本技術により電池208の状態(劣化度)を正しく判別できる。
ハイブリッド車両200は、電力駆動力変換装置203を動力源として走行する。電力駆動力変換装置203の一例は、モータである。電池208の電力によって電力駆動力変換装置203が作動し、この電力駆動力変換装置203の回転力が駆動輪204a、204bに伝達される。なお、必要な個所に直流−交流(DC−AC)あるいは逆変換(AC−DC変換)を用いることによって、電力駆動力変換装置203が交流モータでも直流モータでも適用可能である。各種センサ210は、車両制御装置209を介してエンジン回転数を制御したり、図示しないスロットルバルブの開度(スロットル開度)を制御したりする。各種センサ210には、速度センサ、加速度センサ、エンジン回転数センサ等が含まれる。
エンジン201の回転力は発電機202に伝えられ、その回転力によって発電機202により生成された電力を電池208に蓄積することが可能である。
図示しない制動機構によりハイブリッド車両が減速すると、その減速時の抵抗力が電力駆動力変換装置203に回転力として加わり、この回転力によって電力駆動力変換装置203により生成された回生電力が電池208に蓄積される。
電池208は、ハイブリッド車両の外部の電源に接続されることで、その外部電源から充電口211を入力口として電力供給を受け、受けた電力を蓄積することも可能である
図示しないが、二次電池に関する情報に基づいて車両制御に関する情報処理を行なう情報処理装置を備えていても良い。このような情報処理装置としては、例えば、電池の残容量に関する情報に基づき、電池残容量表示を行う情報処理装置等がある。
車両制御装置209の機能として、例えば、コントローラ83の機能を適用することができる。
なお、以上は、エンジンで動かす発電機で発電された電力、或いはそれを電池に一旦貯めておいた電力を用いて、モータで走行するシリーズハイブリッド車を例として説明した。しかしながら、エンジンとモータの出力がいずれも駆動源とし、エンジンのみで走行、モータのみで走行、エンジンとモータ走行という3つの方式を適宜切り替えて使用するパラレルハイブリッド車に対しても本技術は有効に適用可能である。さらに、エンジンを用いず駆動モータのみによる駆動で走行する所謂、電動車両に対しても本技術は有効に適用可能である。
4.変形例
本技術は、上述した本技術の実施の形態に限定されるものでは無く、本技術の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。
例えば、上述の実施の形態において挙げた数値、構造、形状、材料、原料、製造プロセス等はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれらと異なる数値、構造、形状、材料、原料、製造プロセス等を用いてもよい。
また、上述の実施の形態の構成、方法、工程、形状、材料および数値等は、本技術の主旨を逸脱しない限り、互いに組み合わせることが可能である。
本技術は、以下の構成を採用することもできる。
[1]
1または2以上の蓄電池を含む蓄電部と、
前記蓄電部の履歴情報を記憶する記憶部と、
前記記憶部から前記履歴情報を取得し、前記蓄電部の充電設定電圧値が通常充電電圧値に設定されている場合において、前記履歴情報が電圧変更条件を満たす場合には、前記蓄電部の充電設定電圧値を、前記通常充電電圧値より低い低充電電圧値に変更し、該低充電電圧値で前記蓄電部が充放電を行った後、前記蓄電部の充電設定電圧値を前記通常充電電圧値に戻す制御を行う制御部と
を備え、
前記電圧変更条件は、前記通常充電電圧値で行った前記蓄電部の充放電サイクル数が所定サイクル数を超えたこと、通常使用温度範囲外で前記蓄電部を使用した温度外累積時間が閾値を超えたこと、内部抵抗が所定値を超えたこと、満充電容量が初期容量から所定値減少したこと、および、寿命予測により予測した経過累積時間を超えたこと
の少なくとも一つである蓄電システム。
[2]
前記制御部は、前記蓄電部が前記低充電電圧値での充放電を1サイクル〜5サイクル行った後、前記低充電電圧値から前記通常充電電圧値への変更を行う[1]に記載の蓄電システム。
[3]
前記所定サイクル数は、500サイクル〜1000サイクルである[1]〜[2]の何れか一に記載の蓄電システム。
[4]
前記低充電電圧値は、前記通常電圧値から0.1V〜0.2V低い値である[1]〜[3]の何れか一に記載の蓄電システム。
[5]
前記電圧変更条件として、前記温度外累積時間が閾値を超えたことを満たす場合において、
前記制御部は、前記通常充電電圧値への変更を前記蓄電部が通常使用温度範囲内に置かれた後に行う[1]〜[4]の何れか一に記載の蓄電システム。
[6]
前記蓄電部の充電量を表示する表示部を備え、
前記低充電電圧値で行う充放電において、充電完了時に前記表示部に満充電を示す表示を行う[1]〜[5]の何れか一に記載の蓄電システム。
[7]
前記蓄電部が2以上の前記蓄電池を含む場合において、
前記制御を蓄電池単位で行う[1]〜[6]の何れか一に記載の蓄電システム。
[8]
前記蓄電部が2以上の前記蓄電池からなる組電池を複数含む場合において
前記制御を組電池単位で行う[1]〜[6]の何れか一に記載の蓄電システム。
[9]
算出用温度T、算出用電池状態Sの条件およびフロート充電の条件を設定する条件設定部を備え、
前記制御部は、初充電後X日経過した時点における劣化率Rを有する前記蓄電部に関して、初充電後(X+Y)日後の劣化予測値を、劣化マスターデータより算出することを行い、
前記記憶部は、複数の前記劣化マスターデータを記憶し、
前記制御部は、前記条件設定部によって設定される条件を用いて前記劣化マスターデータを特定し、
前記特定される劣化マスターデータにおいて、前記劣化率Rを与える経過日数Xcorrを導出し、初充電後(Xcorr+Y)日後の前記劣化予測値を前記特定される劣化マスターデータから求める[1]〜[8]の何れか一に記載の蓄電システム。
[10]
前記Y日間の推定における前記条件がn個の条件Z1、Z2・・・・・Znより構成され(1≦n)、
条件Zn-2によって特定される第1の劣化マスターデータから条件Znによって特定される第2の劣化マスターデータへの推移において、前記第1の劣化マスターデータにおける最終劣化率が前記第2の劣化マスターデータにおける開始劣化率となるように、遷移させる[9]に記載の蓄電システム。
[11]
前記蓄電池は、正極活物質としてオリビン型構造のリチウム遷移金属リン酸化合物および層状岩塩型構造のリチウム遷移金属複合酸化物の少なくとも一つを用いたリチウムイオン二次電池である[1]〜[10]の何れか一に記載の蓄電システム。
[12]
前記蓄電部から電力網および/または発電装置に電力を供給し、前記電力網および/または前記発電装置から前記蓄電部に電力が供給される[1]〜[11]の何れか一に記載の蓄電システム。
[13]
1または2以上の蓄電池を含む蓄電部の履歴情報を取得し、前記蓄電部の充電設定電圧値が通常充電電圧値に設定されている場合において、前記履歴情報が電圧変更条件を満たす場合には、前記蓄電部の充電設定電圧値を、前記通常充電電圧値より低い低充電電圧値に変更し、該低充電電圧値で前記蓄電部が充放電を行った後、前記蓄電部の充電設定電圧値を前記通常充電電圧値に戻す制御を行う制御部を備え、
前記電圧変更条件は、前記通常充電電圧値で行った前記蓄電部の充放電サイクル数が所定サイクル数を超えたこと、通常使用温度範囲外で前記蓄電部を使用した温度外累積時間が閾値を超えたこと、内部抵抗が所定値を超えたこと、満充電容量が初期容量から所定値減少したこと、および、寿命予測により予測した経過累積時間を超えたこと
の少なくとも一つであるコントローラ。
[14]
1または2以上の蓄電池を含む蓄電部の履歴情報を取得し、前記蓄電部の充電設定電圧値が通常充電電圧値に設定されている場合において、前記履歴情報が電圧変更条件を満たす場合には、前記蓄電部の充電設定電圧値を、前記通常充電電圧値より低い低充電電圧値に変更し、該低充電電圧値で前記蓄電部が充放電を行った後、前記蓄電部の充電設定電圧値を前記通常充電電圧値に戻すことを含み、
前記電圧変更条件は、前記通常充電電圧値で行った前記蓄電部の充放電サイクル数が所定サイクル数を超えたこと、通常使用温度範囲外で前記蓄電部を使用した温度外累積時間が閾値を超えたこと、内部抵抗が所定値を超えたこと、満充電容量が初期容量から所定値減少したこと、および、寿命予測により予測した経過累積時間を超えたこと
の少なくとも一つである蓄電池の充放電方法。
35・・・サブマイクロコントロールユニット
36・・・記憶部
40・・・メインマイクロコントロールユニット
81・・・蓄電システム
82・・・蓄電モジュール
83・・・コントローラ
84・・・充電装置
85・・・負荷
SMO・・・サブモジュール

Claims (14)

  1. 1または2以上の蓄電池を含む蓄電部と、
    前記蓄電部の履歴情報を記憶する記憶部と、
    前記記憶部から前記履歴情報を取得し、前記蓄電部の充電設定電圧値が通常充電電圧値に設定されている場合において、前記履歴情報が電圧変更条件を満たす場合には、前記蓄電部の充電設定電圧値を、前記通常充電電圧値より低い低充電電圧値に変更し、該低充電電圧値で前記蓄電部が充放電を行った後、前記蓄電部の充電設定電圧値を前記通常充電電圧値に戻す制御を行う制御部と
    を備え、
    前記電圧変更条件は、前記通常充電電圧値で行った前記蓄電部の充放電サイクル数が所定サイクル数を超えたこと、通常使用温度範囲外で前記蓄電部を使用した温度外累積時間が閾値を超えたこと、内部抵抗が所定値を超えたこと、満充電容量が初期容量から所定値減少したこと、および、寿命予測により予測した経過累積時間を超えたこと
    の少なくとも一つである蓄電システム。
  2. 前記制御部は、前記蓄電部が前記低充電電圧値での充放電を1サイクル〜5サイクル行った後、前記低充電電圧値から前記通常充電電圧値への変更を行う請求項1に記載の蓄電システム。
  3. 前記所定サイクル数は、500サイクル〜1000サイクルである請求項1に記載の蓄電システム。
  4. 前記低充電電圧値は、前記通常電圧値から0.1V〜0.2V低い値である請求項1に記載の蓄電システム。
  5. 前記電圧変更条件として、前記温度外累積時間が閾値を超えたことを満たす場合において、
    前記制御部は、前記通常充電電圧値への変更を前記蓄電部が通常使用温度範囲内に置かれた後に行う請求項1に記載の蓄電システム。
  6. 前記蓄電部の充電量を表示する表示部を備え、
    前記低充電電圧値で行う充放電において、充電完了時に前記表示部に満充電を示す表示を行う請求項1に記載の蓄電システム。
  7. 前記蓄電部が2以上の前記蓄電池を含む場合において、
    前記制御を蓄電池単位で行う請求項1に記載の蓄電システム。
  8. 前記蓄電部が2以上の前記蓄電池からなる組電池を複数含む場合において
    前記制御を組電池単位で行う請求項1に記載の蓄電システム。
  9. 算出用温度T、算出用電池状態Sの条件およびフロート充電の条件を設定する条件設定部を備え、
    前記制御部は、初充電後X日経過した時点における劣化率Rを有する前記蓄電部に関して、初充電後(X+Y)日後の劣化予測値を、劣化マスターデータより算出することを行い、
    前記記憶部は、複数の前記劣化マスターデータを記憶し、
    前記制御部は、前記条件設定部によって設定される条件を用いて前記劣化マスターデータを特定し、
    前記特定される劣化マスターデータにおいて、前記劣化率Rを与える経過日数Xcorrを導出し、初充電後(Xcorr+Y)日後の前記劣化予測値を前記特定される劣化マスターデータから求める請求項1に記載の蓄電システム。
  10. 前記Y日間の推定における前記条件がn個の条件Z1、Z2・・・・・Znより構成され(1≦n)、
    条件Zn-1によって特定される第1の劣化マスターデータから条件Znによって特定される第2の劣化マスターデータへの推移において、前記第1の劣化マスターデータにおける最終劣化率が前記第2の劣化マスターデータにおける開始劣化率となるように、遷移させる請求項9に記載の蓄電システム。
  11. 前記蓄電池は、正極活物質としてオリビン型構造のリチウム遷移金属リン酸化合物および層状岩塩型構造のリチウム遷移金属複合酸化物の少なくとも一つを用いたリチウムイオン二次電池である請求項1に記載の蓄電システム。
  12. 前記蓄電部から電力網および/または発電装置に電力を供給し、前記電力網および/または前記発電装置から前記蓄電部に電力が供給される請求項1に記載の蓄電システム。
  13. 1または2以上の蓄電池を含む蓄電部の履歴情報を取得し、前記蓄電部の充電設定電圧値が通常充電電圧値に設定されている場合において、前記履歴情報が電圧変更条件を満たす場合には、前記蓄電部の充電設定電圧値を、前記通常充電電圧値より低い低充電電圧値に変更し、該低充電電圧値で前記蓄電部が充放電を行った後、前記蓄電部の充電設定電圧値を前記通常充電電圧値に戻す制御を行う制御部を備え、
    前記電圧変更条件は、前記通常充電電圧値で行った前記蓄電部の充放電サイクル数が所定サイクル数を超えたこと、通常使用温度範囲外で前記蓄電部を使用した温度外累積時間が閾値を超えたこと、 内部抵抗が所定値を超えたこと、満充電容量が初期容量から所定値減少したこと、および、寿命予測により予測した経過累積時間を超えたこと
    の少なくとも一つであるコントローラ。
  14. 1または2以上の蓄電池を含む蓄電部の履歴情報を取得し、前記蓄電部の充電設定電圧値が通常充電電圧値に設定されている場合において、前記履歴情報が電圧変更条件を満たす場合には、前記蓄電部の充電設定電圧値を、前記通常充電電圧値より低い低充電電圧値に変更し、該低充電電圧値で前記蓄電部が充放電を行った後、前記蓄電部の充電設定電圧値を前記通常充電電圧値に戻すことを含み、
    前記電圧変更条件は、前記通常充電電圧値で行った前記蓄電部の充放電サイクル数が所定サイクル数を超えたこと、通常使用温度範囲外で前記蓄電部を使用した温度外累積時間が閾値を超えたこと、内部抵抗が所定値を超えたこと、満充電容量が初期容量から所定値減少したこと、および、寿命予測により予測した経過累積時間を超えたこと
    の少なくとも一つである蓄電池の充放電方法。
JP2017526154A 2015-06-30 2016-05-10 蓄電システム、コントローラおよび蓄電池の充放電方法 Active JP6555347B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015131412 2015-06-30
JP2015131412 2015-06-30
PCT/JP2016/002298 WO2017002292A1 (ja) 2015-06-30 2016-05-10 蓄電システム、コントローラおよび蓄電池の充放電方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2017002292A1 true JPWO2017002292A1 (ja) 2018-04-19
JP6555347B2 JP6555347B2 (ja) 2019-08-07

Family

ID=57608440

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017526154A Active JP6555347B2 (ja) 2015-06-30 2016-05-10 蓄電システム、コントローラおよび蓄電池の充放電方法

Country Status (7)

Country Link
US (1) US10283820B2 (ja)
EP (1) EP3319203B1 (ja)
JP (1) JP6555347B2 (ja)
CN (1) CN107636870B (ja)
AU (1) AU2016285501B2 (ja)
CA (1) CA2982426A1 (ja)
WO (1) WO2017002292A1 (ja)

Families Citing this family (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11088402B2 (en) 2017-01-12 2021-08-10 StoreDot Ltd. Extending cycling lifetime of fast-charging lithium ion batteries
US10833521B2 (en) 2017-01-12 2020-11-10 StoreDot Ltd. Formation method for preparing a fast-charging lithium ion cell
US11152602B2 (en) * 2017-01-12 2021-10-19 StoreDot Ltd. Using formation parameters to extend the cycling lifetime of lithium ion batteries
US10122042B2 (en) * 2017-01-12 2018-11-06 StoreDot Ltd. Increasing cycling lifetime of fast-charging lithium ion batteries
WO2019031380A1 (ja) * 2017-08-08 2019-02-14 株式会社村田製作所 電極、電池、電池パック、車両、蓄電システム、電動工具及び電子機器
CN109671997B (zh) * 2017-10-13 2021-10-19 神讯电脑(昆山)有限公司 电子装置与充电方法
WO2019116145A1 (ja) * 2017-12-11 2019-06-20 株式会社半導体エネルギー研究所 充電制御装置、及び二次電池を有する電子機器
US20210033675A1 (en) * 2018-03-20 2021-02-04 Gs Yuasa International Ltd. Degradation estimation apparatus, computer program, and degradation estimation method
AU2019238653A1 (en) 2018-03-20 2020-11-12 Gs Yuasa International Ltd. Degradation estimation apparatus, computer program, and degradation estimation method
CN108429312B (zh) * 2018-03-28 2021-03-09 北京小米移动软件有限公司 充电控制方法及装置
JP6729622B2 (ja) * 2018-03-28 2020-07-22 横河電機株式会社 電子機器、電池寿命判定方法、及び電池寿命判定プログラム
CN108422952B (zh) * 2018-03-30 2020-06-26 潍柴动力股份有限公司 一种混合动力汽车低压供电系统及其控制方法
US11013070B2 (en) 2018-07-23 2021-05-18 General Electric Company System and method for controlling multiple IGBT temperatures in a power converter of an electrical power system
US10897143B2 (en) 2018-08-22 2021-01-19 Texas Instruments Incorporated Passive cell-balancing with dynamic charge control
CN111130154A (zh) * 2018-10-30 2020-05-08 中兴通讯股份有限公司 终端的充放电控制方法、装置、存储介质及电子装置
JP7067490B2 (ja) * 2019-01-07 2022-05-16 トヨタ自動車株式会社 車両用電池制御装置
KR20200095883A (ko) 2019-02-01 2020-08-11 에스케이이노베이션 주식회사 배터리 관리 시스템
US11641177B2 (en) 2019-02-08 2023-05-02 8Me Nova, Llc Coordinated control of renewable electric generation resource and charge storage device
WO2020196596A1 (ja) * 2019-03-28 2020-10-01 株式会社Gsユアサ 開発支援装置、開発支援方法、及びコンピュータプログラム
JP7480541B2 (ja) 2019-03-28 2024-05-10 株式会社Gsユアサ 開発支援装置、及び開発支援方法
US11228195B2 (en) 2019-04-21 2022-01-18 StoreDot Ltd. Lithium ion devices, operated with set operative capacity
US20210028632A1 (en) * 2019-07-25 2021-01-28 Samsung Sdi Co., Ltd. Battery system
CN112542861B (zh) * 2019-09-23 2023-05-30 北京小米移动软件有限公司 一种电池充电方法、装置及介质
CN112825451B (zh) * 2019-11-18 2022-04-19 南京南瑞继保电气有限公司 能量均衡调节换流链及控制方法、多段式换流链、换流器
CN113030742B (zh) * 2019-12-24 2023-02-07 比亚迪股份有限公司 电池容量的估算方法、装置及设备
JP7191873B2 (ja) * 2020-01-17 2022-12-19 株式会社東芝 充放電制御装置、充放電システム、充放電制御方法及び充放電制御プログラム
CN111509316B (zh) * 2020-04-29 2021-11-02 集美大学 一种基于循环寿命的船用锂电池组能量管理方法
US20220085634A1 (en) * 2020-09-15 2022-03-17 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Method of controlling secondary battery and battery system
CN113161633B (zh) * 2021-03-17 2023-03-24 上海大学 一种识别和应对硅基高容量锂电池电极假死的方法
US11936230B2 (en) 2021-09-08 2024-03-19 Microsoft Technology Licensing, Llc Voltage regulator for computing device
JP2023136721A (ja) * 2022-03-17 2023-09-29 株式会社東芝 充電制御方法、充電制御装置及び電池搭載機器
JP2023137632A (ja) * 2022-03-18 2023-09-29 大阪瓦斯株式会社 劣化状態予測方法、劣化状態予測装置、および劣化状態予測プログラム

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001309568A (ja) * 2000-04-26 2001-11-02 Internatl Business Mach Corp <Ibm> 充電システム、充電制御装置、充電制御方法及びコンピュータ
JP2004222427A (ja) * 2003-01-15 2004-08-05 Matsushita Electric Ind Co Ltd 充電制御装置、電池管理システム、電池パック、及びそれらによる二次電池の劣化判定方法
JP2005192383A (ja) * 2003-12-05 2005-07-14 Matsushita Electric Ind Co Ltd 充電制御装置
JP2008228492A (ja) * 2007-03-14 2008-09-25 Sanyo Electric Co Ltd リチウムイオン二次電池の充電方法
JP2008236991A (ja) * 2007-03-23 2008-10-02 Toshiba Corp 電圧バランス回路、電池ユニットおよび電池ユニット制御方法
JP2008295171A (ja) * 2007-05-23 2008-12-04 Canon Inc 充電装置及びその制御方法
JP2011109840A (ja) * 2009-11-19 2011-06-02 Lenovo Singapore Pte Ltd 二次電池の寿命期間を保証する充電システム
JP2012227986A (ja) * 2011-04-15 2012-11-15 Sony Corp 電池パック、電力システムおよび電動車両
JP2014190763A (ja) * 2013-03-26 2014-10-06 Toshiba Corp 電池寿命推定方法及び電池寿命推定装置

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5548201A (en) * 1994-09-13 1996-08-20 Norand Corporation Battery charging method and apparatus with thermal mass equalization
US5936317A (en) * 1996-04-09 1999-08-10 Harness System Technologies Research, Ltd. Power supply device for vehicle
JP4367374B2 (ja) * 2005-05-16 2009-11-18 パナソニック株式会社 蓄電装置
JP5390925B2 (ja) * 2009-04-24 2014-01-15 パナソニック株式会社 電池パック
CN102214938B (zh) * 2010-04-02 2014-07-30 联想(北京)有限公司 充电电池的充电控制方法及便携式电脑
WO2013035183A1 (ja) * 2011-09-08 2013-03-14 日立ビークルエナジー株式会社 電池システム監視装置
JP2014081238A (ja) 2012-10-15 2014-05-08 Sony Corp 電池劣化寿命推定方法、電池劣化寿命推定装置、電動車両および電力供給装置
TWI474531B (zh) * 2012-10-22 2015-02-21 Dynapack Internat Technology Corp 電池充電方法
JP5983784B2 (ja) * 2013-02-06 2016-09-06 日本電気株式会社 蓄電装置及び劣化判定方法
CN104734214B (zh) * 2013-12-18 2018-08-14 比亚迪股份有限公司 便携式设备及其的充放电控制方法
JP6467816B2 (ja) * 2014-08-21 2019-02-13 株式会社村田製作所 蓄電システム

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001309568A (ja) * 2000-04-26 2001-11-02 Internatl Business Mach Corp <Ibm> 充電システム、充電制御装置、充電制御方法及びコンピュータ
JP2004222427A (ja) * 2003-01-15 2004-08-05 Matsushita Electric Ind Co Ltd 充電制御装置、電池管理システム、電池パック、及びそれらによる二次電池の劣化判定方法
JP2005192383A (ja) * 2003-12-05 2005-07-14 Matsushita Electric Ind Co Ltd 充電制御装置
JP2008228492A (ja) * 2007-03-14 2008-09-25 Sanyo Electric Co Ltd リチウムイオン二次電池の充電方法
JP2008236991A (ja) * 2007-03-23 2008-10-02 Toshiba Corp 電圧バランス回路、電池ユニットおよび電池ユニット制御方法
JP2008295171A (ja) * 2007-05-23 2008-12-04 Canon Inc 充電装置及びその制御方法
JP2011109840A (ja) * 2009-11-19 2011-06-02 Lenovo Singapore Pte Ltd 二次電池の寿命期間を保証する充電システム
JP2012227986A (ja) * 2011-04-15 2012-11-15 Sony Corp 電池パック、電力システムおよび電動車両
JP2014190763A (ja) * 2013-03-26 2014-10-06 Toshiba Corp 電池寿命推定方法及び電池寿命推定装置

Also Published As

Publication number Publication date
WO2017002292A1 (ja) 2017-01-05
EP3319203B1 (en) 2022-11-09
US10283820B2 (en) 2019-05-07
AU2016285501B2 (en) 2019-03-14
AU2016285501A1 (en) 2017-10-05
EP3319203A1 (en) 2018-05-09
CN107636870B (zh) 2021-07-02
CN107636870A (zh) 2018-01-26
CA2982426A1 (en) 2017-01-05
JP6555347B2 (ja) 2019-08-07
US20180115024A1 (en) 2018-04-26
EP3319203A4 (en) 2019-01-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6555347B2 (ja) 蓄電システム、コントローラおよび蓄電池の充放電方法
JP5954144B2 (ja) 制御装置、制御方法、制御システムおよび電動車両
JP6347212B2 (ja) 制御装置、蓄電モジュール、電動車両、電源システムおよび制御方法
US20200355749A1 (en) Device detecting abnormality of secondary battery, abnormality detection method, and program
CN107852019B (zh) 充电方法、电池装置、充电装置、劣化诊断方法、电池组、电动车辆和蓄电装置
US11142073B2 (en) Analytical device, analysis method, manufacturing method, electric storage device, electric storage system, electronic device, electric vehicle and electric power system
US9897660B2 (en) Apparatus and method for estimating parameter of secondary battery
JP6465174B2 (ja) 蓄電装置および起動方法
US9506989B2 (en) Battery remaining amount detection unit, electric vehicle, and electric power supply unit
JP2014081238A (ja) 電池劣化寿命推定方法、電池劣化寿命推定装置、電動車両および電力供給装置
WO2014207994A1 (ja) 蓄電システム、蓄電モジュールおよび制御方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20180306

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20181218

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190215

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20190611

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20190624

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6555347

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150