KR102141268B1 - 축전 시스템 및 이차 전지의 충전 방법 - Google Patents

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Abstract

이 축전 시스템은, 이차 전지와, 이 이차 전지에의 충전을 행하는 충전 장치를 갖고, 충전 장치는, 이차 전지의 온도 및 직류 저항의 조합과 충전 조건의 대응을 나타내는 테이블을 기억하는 테이블 기억부와, 이차 전지의 온도를 검출하는 온도 검출부와, 이차 전지의 직류 저항을 검출하는 저항 검출부와, 검출된 온도 및 직류 저항을 바탕으로 테이블로부터 해당하는 충전 조건을 참조하고, 이 충전 조건에 의해 이차 전지에의 충전이 행해지게 제어하도록 구성되는 충전 제어부를 구비한다.

Description

축전 시스템 및 이차 전지의 충전 방법{POWER STORAGE SYSTEM AND METHOD FOR CHARGING SECONDARY CELL}
본 기술은, 리튬 이온 전지 등의 이차 전지를 사용해서 축전을 행하는 축전 시스템 및 이차 전지의 충전 방법에 관한 것이다.
현재, 리튬 이온 전지 등으로 대표되는 이차 전지는, 휴대 전화 등을 비롯한 다양한 모바일 기기의 전원으로서 널리 침투되어 있다. 또한, 최근에는 전기 자동차나 하이브리드 자동차에 적합한 차량 탑재 용도나, 휴대 전화 기지국 등의 백업 전원에 적합한 대형 축전 용도, 가정용 백업 전원에 적합한 중형 축전 용도 등, 축전지의 대용량화를 향한 시장의 요구가 높아지고 있다. 그에 수반하여, 이차 전지를 항상 옥외에서 사용하는 케이스의 증가가 예상되기 때문에, 이차 전지의 온도 특성이 중요시되는 경향이 강해지고 있다.
특히 저온 하에서는, 리튬 이온 전지의 특성이 저하되고, 열화의 진행이 빠르다. 이차 전지의 열화는 조건에 따라 복수의 모드로 구별된다. 예를 들어, 리튬 이온 전지에서는, 실온 이상(예를 들어, 15℃ 이상)에서의 완만한 열화와, 실온 미만에서의 금속 리튬 석출을 수반하는 급격한 열화가 있다.
이차 전지의 열화 상태를 모니터링하는 공지의 기술로서, 예를 들어 시간의 평방근과 온도와 충전 상태(SOC: State Of Charge)에 따라 열화량을 추정하는 기술 등이 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 1). 이와 같은 기술은, 실온 이상에서의 완만한 열화 상태를 추정 범위로 하는 것이다.
일본 특허 공개 제2007-195312호 공보
리튬 이온 전지의 열화 모드에는, 적어도 실온 이상(예를 들어, 15℃ 이상)에서의 완만한 열화와, 실온 미만에서의 금속 리튬 석출을 수반하는 급격한 열화가 있다. 실온 미만에서의 금속 리튬 석출을 수반하는 급격한 열화는, 리튬 이온 전지의 수명에 크게 영향을 미친다. 이 실온 미만에서의 급격한 열화는 충전 전류를 작게 함으로써 어느 정도는 억제하는 것이 가능하다.
그러나, 충전 전류를 작게 할수록 그만큼 긴 충전 시간이 필요해지고, 최종 유저의 편리성이 떨어진다. 충전 시간을 줄이기 위해서 충전 전류를 크게 하면, 실온 미만에서의 금속 리튬 석출을 수반하는 급격한 열화가 현저해져서 수명이 짧아진다.
이렇게 리튬 이온 전지 등의 이차 전지에 있어서는, 최적의 충전 전류 등의 충전 조건의 선정이 곤란하다는 과제가 있다.
따라서, 본 기술의 목적은, 최적의 충전 조건에서 이차 전지를 충전할 수 있는 축전 시스템 및 이차 전지의 충전 방법을 제공하는 데 있다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 기술의 하나의 형태의 축전 시스템은, 이차 전지의 파라미터를 검출하는 파라미터 검출부와, 상기 이차 전지의 파라미터와 충전 조건의 대응을 나타내는 테이블을 기억하는 테이블 기억부와, 상기 검출된 파라미터를 바탕으로 상기 테이블로부터 해당하는 충전 조건을 참조하고, 이 충전 조건에 의해 상기 이차 전지에의 충전이 행해지게 제어하도록 구성되는 충전 제어부를 구비한다.
상기 테이블은, 상기 이차 전지의 온도 및 내부 저항의 조합과 충전 조건의 대응을 나타내는 테이블이어도 된다.
상기 충전 조건은, 상기 이차 전지의 미리 결정된 사용 기간을 보증하도록 정해진 것이어도 된다.
상기 충전 제어부는, 상기 검출된 온도가 미리 결정된 온도보다 낮은 경우에 상기 테이블로부터 상기 해당하는 충전 조건을 참조하고, 이 충전 조건에 따라 충전을 행하게 하며, 상기 검출된 온도가 미리 결정된 온도 이상일 경우에 고정 충전 조건에 의해 충전을 행하게 하도록 구성된 것이어도 된다.
이 축전 시스템은, 상기 이차 전지의 열화량을 산출하는 열화량 산출부와, 상기 이차 전지의 허용 열화량을 산출하는 허용 열화량 산출부를 더 구비하고, 상기 충전 제어부는, 상기 산출된 열화량과 허용 열화량을 비교하여, 이 결과에 따라, 상기 이차 전지의 열화 속도가 억제되게 상기 테이블의 충전 조건을 갱신하도록 구성되는 것이어도 된다.
상기 열화량 산출부 및 상기 허용 열화량 산출부는 각각 소정의 타이밍 조건에 따라 상기 열화량의 산출 및 상기 허용 열화량의 산출을 행하고, 상기 충전 제어부는, 상기 테이블의 충전 조건이 갱신된 시점에서의 상기 열화량에 대하여 다음에 취득된 상기 열화량의 변화값이, 상기 테이블의 충전 조건이 갱신된 시점에서의 상기 허용 열화량에 대하여 다음에 취득된 상기 허용 열화량의 변화값보다 큰 경우에, 상기 이차 전지의 열화 속도가 억제되게 상기 테이블의 충전 조건을 갱신하도록 구성되어도 된다.
본 기술의 다른 형태인 이차 전지의 충전 방법은, 이차 전지의 파라미터를 검출하고, 상기 검출된 파라미터를 바탕으로, 상기 이차 전지의 파라미터와 충전 조건의 대응을 나타내는 테이블로부터 해당하는 충전 조건을 참조하여, 이 충전 조건에 의해 상기 이차 전지에의 충전을 행하는 것이다.
이상과 같이, 본 기술에 의하면, 최적의 충전 조건에서 이차 전지를 충전할 수 있다.
도 1은, 본 기술에 관한 제1 실시 형태인 축전 시스템의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 2는, 이차 전지의 온도와 내부 저항의 조합와 충전 조건의 대응을 나타내는 테이블의 예를 나타내는 도면이다.
도 3은, OCV 용량을 설명하는 도면이다.
도 4는, 이차 전지의 총 가동 시간 tn과 최저 허용 무부하 용량 QRef(tn)의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5는, 충전 조건 선택 처리의 흐름을 나타내는 흐름도이다.
도 6은, 테이블 갱신의 흐름을 나타내는 흐름도이다.
도 7은, 테이블의 갱신 결과의 예를 나타내는 도면이다.
도 8은, 테이블의 2회째 이후의 갱신의 필요 여부 판정에 있어서 갱신 불필요가 판정되는 경우를 도시하는 도면이다.
도 9는, 테이블의 2회째 이후의 갱신의 필요 여부 판정에 있어서 갱신 필요가 판정되는 경우를 도시하는 도면이다.
도 10은, 이차 전지의 열화 지표로서 사용되는 t1초 저항을 설명하는 도면이다.
이하, 본 기술에 관한 실시 형태를, 도면을 참조하면서 설명한다.
＜제1 실시 형태＞
도 1은, 본 기술에 관한 제1 실시 형태인 축전 시스템의 구성을 도시하는 블록도이다.
이 축전 시스템(100)은, 이차 전지 모듈(1)과, 충전 제어 장치(2)와, 충전부(3)를 갖는다.
이차 전지 모듈(1)은, 예를 들어 리튬 이온 전지 등의 이차 전지로 구성된다.
충전 제어 장치(2)는, 충전부(3)를 제어하는 장치이다.
충전부(3)는, 상용 전원이나 태양 에너지를 전력으로 변환하는 장치 등에서 얻은 전력으로부터 이차 전지의 충전용 전력을 생성해서 이차 전지에 공급하기 위한 회로 등으로 구성된다.
충전 제어 장치(2)는, 이차 전지 모듈(1) 내의 이차 전지의 열화량 등을 구하기 위해서 필요한 복수의 열화 파라미터의 값을 취득하는 열화 파라미터 취득부(10)를 갖는다.
열화 파라미터 취득부(10)는, 충전 시에 이차 전지를 흐르는 전류를 전류 센서 등을 사용해서 감시하는 전류 감시부(11)와, 충전 시에 이차 전지의 단자 간의 전압을 전압 센서 등을 사용해서 감시하는 전압 감시부(12)와, 이차 전지의 총 가동 시간을 타이머 등을 사용해서 감시하는 시간 감시부(13)와, 이차 전지의 온도 정보를 이차 전지 모듈(1) 내의 온도 센서 등으로부터 도입해서 감시하는 온도 감시부(14)를 갖는다. 즉, 열화 파라미터 취득부(10)는, 충전 시에 이차 전지를 흐르는 전류, 충전 시의 이차 전지의 단자 간의 전압, 이차 전지의 총 가동 시간, 이차 전지의 온도를 열화 파라미터의 값으로서 각각 취득한다.
충전 제어 장치(2)는, 또한 사용 이력 기억부(21), 열화 지표 산출부(22), 허용 열화 지표 산출부(23), 저항 산출부(24), 충전 조건 테이블 기억부(25) 및 충전 제어부(26)를 갖는다. 여기서, 사용 이력 기억부(21) 및 충전 조건 테이블 기억부(25)는 충전 제어 장치(2) 내의 도시하지 않은 RAM(Random Access Memory) 등의 메모리 장치를 사용해서 부여되는 기억부이다.
열화 지표 산출부(22), 허용 열화 지표 산출부(23), 저항 산출부(24) 및 충전 제어부(26)는, 충전 제어 장치(2) 내의 예를 들어 CPU(Central Processing Unit) 등의 컨트롤러와 프로그램 등에 의해 부여되는 기능부이다.
사용 이력 기억부(21)는, 열화 파라미터 취득부(10)에 의해 취득된 전류, 전압, 총 가동 시간, 온도 등의 각 열화 파라미터의 값을, 이차 전지의 사용 이력으로서 기억하는 영역이다.
충전 조건 테이블 기억부(25)는, 예를 들어 도 2에 도시한 바와 같이, 이차 전지의 온도와 내부 저항의 조합과 충전 조건의 대응을 나타내는 테이블이 기억되는 영역이다. 이차 전지의 열화에 의해 이차 전지의 내부 저항은 점차 커지므로, 이차 전지의 온도와 조합하여, 보다 높은 분해능에서의 충전 조건의 선정이 가능하게 된다.
본 실시 형태에서는, 충전 조건은 충전 전류에 의해 부여된다. 실온 미만에서는 충전 전류를 작게 하면 할수록 이차 전지의 열화 속도를 억제할 수 있다. 그러나, 충전 전류를 작게 하면 할수록 충전 시간이 길게 걸린다. 따라서, 메이커 등에 의해 요구된 이차 전지의 사용 기간이 보증되는 범위에서, 충전 시간을 가급적 단축할 수 있도록, 이차 전지의 온도와 내부 저항의 각 값의 조합에 대하여, 각각 최적의 충전 전류를 나타내는 정보가 테이블에 설정된다.
또한, 도 2에 도시하는 테이블에 있어서, 온도 20℃는 15℃ 이상 25℃ 미만의 범위를 나타낸다. 온도 10℃는 5℃ 이상 15℃ 미만의 범위를 나타낸다. 온도 0℃는 -0.25℃ 이상 5℃ 미만의 범위를 나타낸다. 온도 -5℃는 -x℃ 이상 -0.25℃ 미만의 범위를 나타낸다. 또한, 저항값 20mΩ은 25mΩ 미만을 나타낸다. 저항값 30mΩ은 25mΩ 이상 35mΩ 미만을 나타낸다. 저항값 40mΩ은 35mΩ 이상 45mΩ 미만을 나타낸다. 저항값 50mΩ은 45mΩ 이상 55mΩ 미만을 나타낸다.
이 테이블에 표현되는 온도 및 내부 저항의 분해능이나, 충전 전류를 나타내는 정보는 일례이다. 온도와 내부 저항의 각 값의 조합에 따라서는, 충전 그 자체가 불가한 경우도 생각할 수 있다. 이러한 조합에 대하여는 충전 금지를 나타내는 정보가 설정된다.
열화 지표 산출부(22)는, 사용 이력 기억부(21)에 보존되어 있는 전류, 전압, 총 가동 시간 등의 각 열화 파라미터의 값을 바탕으로, 현시점(총 가동 시간 tn의 시점)에서의 이차 전지의 열화량을 나타내는 열화 지표값 Q(tn)를 산출한다.
허용 열화 지표 산출부(23)는, 열화 지표 산출부(22)에 의해 산출되는 총 가동 시간 tn의 시점에서의 열화 지표값 Q(tn)의 평가 기준값으로서 사용되는, 이차 전지의 총 가동 시간 tn에 대응하는 허용 열화 지표값 QRef(tn)를 구한다.
이차 전지의 열화 지표에는 여러 가지 것이 있다. 그 하나로서, 예를 들어 OCV(Open Circuit Voltage) 용량이 있다. 원래, OCV 용량은, 도 3에 도시한 바와 같이, 이차 전지를 만충전시킨 상태에서 방전과 휴지를 컷오프 전압에 이르기까지 반복했을 때의 적산 용량이다.
이차 전지를 저전류에서 완전히 방전시킨 후, 만충전 상태가 될 때까지의 예를 들어 충전 전류와 시간의 승산 등에 의해 산출되는 충전 용량은, 상기 OCV 용량과 거의 같은 것으로서, 이것을 이차 전지의 열화 지표로서 채용할 수 있다.
도 4는, 열화 지표값 Q(tn)로서 상기 OCV 용량을 채용한 경우의, 허용 열화 지표값 QRef(tn)와 이차 전지의 총 가동 시간 tn의 관계를 나타내는 그래프이다. 허용 열화 지표 산출부(23)에는, 이 관계를 나타내는 정보가 미리 보유되어 있다. 허용 열화 지표 산출부(23)는, 이 정보를 바탕으로, 총 가동 시간 tn의 시점에서의 허용 열화 지표값 QRef(tn)를 구한다.
저항 산출부(24)는, 사용 이력 기억부(21)에 기억된, 측정 시간이 서로 대응하는 전류, 전압, 시간 등의 각 열화 파라미터의 값을 사용하여, 이차 전지의 열화 상태에 대응하는 내부 저항을 통계적으로 산출하여 그 값을 보유하고 있다.
또한, 본 실시 형태에 있어서 열화 파라미터 취득부(10)와 저항 산출부(24)가 특허 청구 범위의 「파라미터 검출부」에 상당한다.
충전 제어부(26)는, 이차 전지의 충전을 제어하는 컨트롤러이다. 충전 제어부(26)는, 미리 결정된 타이밍 조건이 성립했을 때, 사용 이력 기억부(21)에 기억된 온도의 파라미터의 값을 참조함과 함께, 저항 산출부(24)에 보유된 이차 전지의 내부 저항의 값을 취득한다. 충전 제어부(26)는, 그 온도와 내부 저항의 조합에 대응하는 충전 조건을 테이블로부터 참조하여 충전 제어부(26)의 내부에 설정한다.
충전 제어부(26)는, 열화 지표 산출부(22)에서 산출된 총 가동 시간 tn의 시점에서의 열화 지표값 Q(tn)와 허용 열화 지표 산출부(23)에서 산출된 총 가동 시간 tn의 시점에서의 허용 열화 지표값 QRef(tn)를 비교함으로써 이차 전지의 열화 상태를 평가한다.
Q(tn)＞QRef(tn)가 성립하지 않을 경우, 즉, 열화 지표값 Q(tn)가 허용 열화 지표값 QRef(tn) 이하로 되어 있는 경우, 이차 전지의 열화량이, 메이커 등에 의해 요구되는 사용 기간이 보증되지 않는 범위에 있다고 판정된다. 이 경우, 충전 제어부(26)는, 이차 전지의 열화 속도가 억제되도록 테이블의 충전 조건을 갱신한다.
또한, 충전 제어부(26)는, 테이블의 충전 조건이 갱신된 시점에서의 열화 지표값 Q(tn-1)에 대하여 다음에 산출된 열화 지표값 Q(tn)의 변화량(저하량)이, 동일하게 테이블의 충전 조건이 갱신된 시점에서의 허용 열화 지표값 QRef(tn-1)에 대하여 다음에 산출된 허용 열화 지표값 QRef(tn)의 변화값(저하량)보다 클 경우에, 다시 이차 전지의 열화 속도가 억제되게 테이블의 충전 조건을 갱신하도록 구성된다.
[동작의 설명]
이어서, 본 실시 형태의 충전 제어 장치(2)의 동작을 설명한다.
(1. 2차 전지의 사용 이력 및 내부 저항의 값의 보유)
열화 파라미터 취득부(10)는, 이차 전지 모듈(1)의 충전 중, 전류, 전압, 총 가동 시간, 온도의 각 열화 파라미터의 값을 취득한다. 열화 파라미터 취득부(10)는, 예를 들어 이차 전지 모듈(1)의 충전 중, 동일한 혹은 대략 동일한 타이밍에 각각의 열화 파라미터의 값을 1회 이상 취득해도 된다.
취득된 각각의 열화 파라미터의 값은 사용 이력 기억부(21)에 사용 이력으로서 기억된다. 충전 중, 각각의 열화 파라미터의 값이 복수 회 취득되어 사용 이력 기억부(21)에 기억된 경우, 그들 복수의 값의 평균값을, 내부 저항, 열화 지표값 등의 계산에 이용하도록 해도 된다.
또한, 저항 산출부(24)는, 미리 결정된 타이밍 조건에 따라, 사용 이력 기억부(21)로부터 전류, 전압, 시간 등의 각 열화 파라미터의 값을 참조하여 이차 전지의 내부 저항 혹은 그 평균값을 산출하고, 그 결과를 보유한다. 또한, 내부 저항을 산출하는 타이밍 조건에서서는, 충전 종료 직후 등을 들 수 있다.
(2. 실온 미만에서의 충전 조건의 선택)
도 5는 충전 조건의 선택 처리의 흐름을 나타내는 흐름도이다.
먼저, 충전 제어 장치(2)의 충전 제어부(26)에, 충전 개시의 지시가, 예를 들어 상위 컨트롤러 등으로부터 부여된다. 충전 제어부(26)는 충전 개시의 지시를 받으면, 사용 이력 기억부(21)에 기억된 온도의 열화 파라미터의 값을 취득한다(스텝 S101).
이어서, 충전 제어부(26)는 취득한 온도와 미리 결정된 규정 온도를 비교한다(스텝 S202). 규정 온도는, 예를 들어 25℃ 등이면 된다. 본 기술은, 물론 이 온도에 한정되지 않는다.
또한, 충전 제어부(26)는, 사용 이력 기억부(21)로부터 일정 기간에 복수의 시점에서의 온도의 값을 취득하고, 이 온도의 값의 평균값을 규정 온도와 비교해도 된다.
취득한 온도(혹은 평균값)가 규정 온도 이상일 경우(스텝 S102의 “아니오”), 충전 제어부(26)는, 금속 리튬의 석출에 수반하는 급격한 열화가 발생할 가능성은 낮다고 보고, 미리 결정된 고정 충전 조건에 의해 이차 전지에의 충전을 개시하도록 충전부(3)에 충전 제어 지령을 낸다(스텝 S103). 이렇게 규정 온도 이상의 환경에서 사용되는 고정 충전 조건이, 테이블에서 관리되는 가변 충전 조건과는 별도로 미리 설정되어 있다.
취득한 온도(혹은 평균값)가 규정 온도보다 낮을 때(스텝 S102의 “예”), 충전 제어부(26)는 테이블을 참조하여 충전 조건을 선정하는 처리로 진행한다. 먼저, 충전 제어부(26)는 저항 산출부(24)에 보유된, 이차 전지의 내부 저항의 값을 취득한다(스텝 S104).
이어서, 충전 제어부(26)는, 취득한 온도의 값과 내부 저항의 값의 조합에 대응지어진 충전 조건을 테이블로부터 참조한다(스텝 S105). 예를 들어, 도 2에 도시한 테이블을 상정했을 때, 온도가 19℃, 저항값이 32mΩ일 경우에는, 충전 조건에서서 0.8C가 선택된다. 여기서, 1C는 이차 전지를 정전류 방전해서 1시간에 방전 종료가 되는 전류값이다.
충전 제어부(26)는, 테이블로부터 참조한 충전 조건에 의해 이차 전지의 충전을 개시하도록 충전부(3)에 충전 제어 지령을 부여한다(스텝 S106). 충전부(3)는, 이 충전 제어 지령에 따라, 이차 전지의 당해 충전 조건에서의 충전을 개시한다.
또한, 온도와 내부 저항의 조합에 대하여 테이블로부터 충전 금지를 나타내는 정보가 참조될 경우가 있다. 이 경우, 충전 제어부(26)는, 충전 금지시의 처리, 예를 들어 충전부(3)에 대하여 충전 금지를 위한 제어 지령을 공급하고, 유저에게 그 취지를 통지하는 처리 등을 행한다. 이에 의해, 이차 전지의 상정 외의 사용에 의한 사고 등의 발생을 회피할 수 있다.
이차 전지의 충전 중에도, 충전 제어부(26)는, 예를 들어 미리 결정된 일정한 시간 주기로(스텝 S107), 사용 이력 기억부(21)로부터 온도의 값을 취득함과 함께, 저항 산출부(24)로부터 내부 저항의 값을 취득한다(스텝 S109).
충전 제어부(26)는, 취득한 온도와 내부 저항의 각 값의 조합에 대응하는 충전 조건을 테이블로부터 참조하고(스텝 S110), 이 참조한 충전 조건이 이미 충전부(3)에 설정되어 있는 충전 조건과 상이한지 여부를 판단한다(스텝 S111).
충전 제어부(26)는, 테이블로부터 참조한 충전 조건이 이미 충전부(3)에 설정되어 있는 충전 조건과 동일한 경우에는(스텝 S111의 “아니오”), 스텝 S107의 일정 시간 경과 대기 처리로 복귀해서 동일한 수순을 반복한다.
충전 제어부(26)는, 새롭게 참조한 충전 조건이 이미 채용되어 있는 충전 조건과 상이한 경우에는(스텝 S111의 “예”), 새롭게 참조한 충전 조건에서 전환하도록 충전부(3)에 충전 조건 전환 지령을 부여한다(스텝 S112). 충전부(3)는, 이 충전 조건 전환 지령에 따라 충전 조건을 전환한다.
(3. 2차 전지의 열화량에 따른 테이블 갱신 처리)
도 6은, 테이블의 갱신 처리의 흐름을 나타내는 흐름도이다.
도 5의 스텝 S108에 있어서 이차 전지의 충전이 종료되면(스텝 S108의 “예”), 충전 제어부(26)는, 이차 전지의 열화량에 따른 테이블의 갱신 처리를 행하기 위해서, 열화 지표 산출부(22) 및 허용 열화 지표 산출부(23)를 각각 기동시킨다.
열화 지표 산출부(22)는, 사용 이력 기억부(21)에 보존되어 있는 전류, 전압, 총 가동 시간 등의 각 열화 파라미터의 값을 참조하고, 이차 전지의 현시점(총 가동 시간 tn의 시점)에서의 열화 지표값 Q(tn)를 산출한다(스텝 S201).
이어서, 허용 열화 지표 산출부(23)는, 총 가동 시간 tn에 있어서의 열화 지표값 Q(tn)를 평가하기 위한 기준값으로서 사용되는 허용 열화 지표값 QRef(tn)를 산출한다(스텝 S202).
허용 열화 지표값 QRef(tn)가 산출된 후, 충전 제어부(26)는, 테이블의 갱신 이력을 확인한다(스텝 S203). 테이블의 갱신 이력이란, 테이블의 충전 조건이 과거에 갱신된 것인지 여부를 나타내는 정보 및 갱신 일시 등을 포함한다.
충전 제어부(26)는, 테이블의 충전 조건이 과거에 갱신되지 않았음을 확인하면(스텝 S203의 “예”), 열화 지표 산출부(22)로부터 열화 지표값 Q(tn)를 취득함과 함께, 허용 열화 지표 산출부(23)로부터 허용 열화 지표값 QRef(tn)를 취득한다. 충전 제어부(26)는, 열화 지표값 Q(tn)와 허용 열화 지표값 QRef(tn)를 비교하고, 다음의 조건을 만족하는지 여부를 판정한다(스텝 S204).
Q(tn)＞QRef(tn)…(1)
상기 식 (1)의 조건을 만족할 경우(스텝 S204의 “예”), 충전 제어부(26)는, 이차 전지의 열화 상태가 현재 테이블의 충전 조건을 그대로 사용해도 문제 없는 정도, 즉, 메이커 등에 의해 결정된 이차 전지의 사용 기간이 보증되는 정도라고 간주하여 처리를 종료한다. 또한, 도 4의 열화 지표값 Q(tn) 및 허용 열화 지표값 QRef(tn)의 관계는 상기 식 (1)의 조건을 만족한다.
상기 식 (1)의 조건을 만족하지 않을 경우(스텝 S204의 “아니오”), 충전 제어부(26)는, 이차 전지의 열화 상태가 현재 테이블의 내용에서는 문제 있다(유저가 구하는 이차 전지의 사용 기간을 보증할 수 없을 가능성이 있다)고 간주하고, 메이커 등이 요구하는 이차 전지의 사용 기간이 보증될 가능성이 보다 높아지도록 테이블의 충전 조건을 갱신한다(스텝 S205).
테이블의 충전 조건을 갱신하는 방법으로서는, 예를 들어, 충전 조건이 충전 전류이면, 각각의 충전 전류의 값에 소수점 이하의 소정의 값을 곱하는 방법 등이 있다. 예를 들어, 소수점 이하의 고정의 값으로서 0.9 등의 값이 채용된다. 이에 의해 테이블의 내용은, 도 2에 도시한 상태에서 도 7과 같이 갱신된다. 여기서 전류값이 0.1C 미만이 된 온도와 저항값의 조합은 사용 금지로 하도록 해도 된다.
테이블의 첫회의 갱신이 행하여진 후, 충전 제어부(26)는 테이블의 갱신 이력을 기록한다(스텝 S206).
이어서, 스텝 S203에서, 테이블이 과거에 갱신된 적이 있다고 판정된 경우를 설명한다(스텝 S203의 “예”). 충전 제어부(26)는, 다음의 조건을 만족하는지 여부를 판정한다(스텝 S207).
Q(tn-1)-Q(tn)＞QRef(tn-1)-QRef(tn)…(2)
여기서, Q(tn-1)는, 테이블의 전회의 갱신을 위한 산출된 열화 지표값 QRef(tn-1)는, 테이블의 전회의 갱신을 위한 산출된 허용 열화 지표값이다.
상기 식 (2)의 조건을 만족하지 않을 경우(스텝 S207의 “아니오”), 충전 제어부(26)는, 이차 전지의 열화 속도가 현재 테이블을 그대로 사용해도 문제 없는 정도, 즉, 이차 전지의 사용 기간이 보증되는 정도라고 간주하여 처리를 종료한다.
도 8은 식 (2)의 조건을 만족하지 않을 경우의 예를 나타내고 있다. 열화 지표값의 저하량(Q(tn-1)-Q(tn))이 허용 열화 지표값의 저하량(QRef(tn-1)-QRef(tn))보다 작기 때문에, 앞으로 열화 지표값 Q(tn)가 허용 열화 지표값 QRef(tn)보다 낮아질 가능성은 낮다. 즉, 현재 테이블을 그대로 사용함으로써 이차 전지의 사용 기간이 보증될 것으로 추정된다.
상기 식 (2)의 조건을 만족할 경우(스텝 S207의 “예”), 충전 제어부(26)는, 이차 전지의 열화 속도가 현재 테이블의 내용으로는 문제가 어느 정도, 즉 이차 전지의 사용 기간이 보증되지 않을 정도라고 간주하고, 메이커 등이 요구하는 이차 전지의 사용 기간이 보증될 가능성이 보다 높아지도록 테이블의 충전 조건을 갱신한다(스텝 S205).
도 9는 식 (2)의 조건을 만족할 경우의 예를 나타내고 있다. 열화 지표값의 저하량(Q(tn-1)-Q(tn))이 허용 열화 지표값의 저하량(QRef(tn-1)-QRef(tn))보다 크기 때문에, 앞으로 열화 지표값 Q(tn)가 허용 열화 지표값 QRef(tn)보다 낮아질 가능성이 있다. 즉, 현재 테이블을 그대로 사용하고 있게 되면 이차 전지의 사용 기간이 보증되지 않을 가능성이 있음이 추정된다. 따라서, 이러한 경우에는 메이커 등이 요구하는 이차 전지의 사용 기간이 보증될 가능성이 보다 높아지도록 테이블의 갱신이 행하여진다.
이 경우의 테이블 갱신 방법으로서는, 첫회의 갱신시와 마찬가지로, 예를 들어 충전 조건이 충전 전류이면, 각각의 충전 전류의 값에 소수점 이하의 소정의 값을 곱하는 방법을 사용해도 된다. 혹은, 첫회의 갱신시와 다른 방법으로 테이블의 충전 조건을 갱신해도 된다.
테이블의 갱신이 행하여진 후, 충전 제어부(26)는, 테이블의 갱신 이력을 다시 기록한다(스텝 S206).
[본 실시 형태의 효과 등]
1. 본 실시 형태의 축전 시스템(100)에 있어서, 충전 제어 장치(2)는, 이차 전지의 온도와 내부 저항의 여러 가지 조합에 대하여, 실온 미만에서의 이차 전지의 열화 속도의 억제와 충전 시간의 2개의 관점에서 이상적인 충전 조건이 등록된 테이블을 갖는다. 충전 제어부(26)는, 현시점의 이차 전지 온도와 내부 저항에 따른 이상적인 충전 조건을 테이블로부터 참조하고, 그 충전 조건에서 충전을 실행시키도록 제어한다. 이에 의해, 실온 미만에서의 이차 전지의 열화 속도의 억제와 충전 시간의 2개의 관점에서 최적의 충전 조건에서 이차 전지를 충전할 수 있다.
2. 충전 제어부는, 이차 전지의 충전 중에도 테이블로부터 이상적인 충전 조건을 얻고, 필요에 따라 충전 조건을 변경한다. 즉, 상황의 변화에 따라 동작적으로 최적의 충전 조건에서 이차 전지를 충전할 수 있다.
3. 열화 지표 산출부(22)는, 이차 전지의 열화량을 총 가동 시간 tn의 시점에서의 열화 지표값 Q(tn)로서 정량화한다. 충전 제어부(26)는, 총 가동 시간 tn의 시점에서의 열화 지표값 Q(tn)가, 그 총 가동 시간 tn의 시점에서의 허용 열화 지표값 QRef(tn) 이하로 된 경우에는, 이차 전지의 열화 상태가 메이커 등에 의해 요구되는 사용 기간이 보증되지 않는 범위에 있음을 판정하고, 실온 미만에서의 이차 전지의 열화 속도가 억제되도록 테이블의 충전 조건을 갱신한다. 이에 의해, 실온 미만에서의 이차 전지의 열화 속도의 억제와 충전 시간, 나아가 요구되는 사용 기간의 3개의 관점에서, 최적의 충전 조건에서 이차 전지를 충전할 수 있다.
4. 또한, 충전 제어부(26)는, 테이블의 충전 조건이 갱신된 시점에서의 열화 지표값 Q(tn-1)에 대하여 다음에 산출된 열화 지표값 Q(tn)의 변화량(저하량)이, 동일하게 테이블의 충전 조건이 갱신된 시점에서의 허용 열화 지표값 QRef(tn-1)에 대하여 다음에 산출된 허용 열화 지표값 QRef(tn)의 변화값(저하량)보다 큰 경우에, 다시, 이차 전지의 열화 속도가 억제되도록 테이블의 충전 조건을 갱신한다. 이에 의해서도, 실온 미만에서의 이차 전지의 열화 속도의 억제와 충전 시간, 나아가 요구되는 사용 기간의 3개의 관점에서, 최적의 충전 조건에서 이차 전지를 충전할 수 있다.
＜변형예 1＞
상기 실시 형태에서는, 충전 조건을 충전 전류로 했지만, 기타 마찬가지로 이용할 수 있는 충전 조건에서서, 충전을 종료시킬 때의 컷오프 전류, 컷오프 전압 등도 들 수 있다. 혹은 충전 전류, 컷오프 전류, 컷오프 전압의 복수의 조합을 충전 조건에서 해도 된다.
＜변형예 2＞
본 실시 형태에서는, 이차 전지가 리튬 이온 전지일 경우를 상정했지만, 실온 등, 어느 온도보다 저온 환경에서, 열화 속도가 빨라지는 성질을 갖는 기타 종류의 이차 전지를 상정한 경우에도, 본 기술은 마찬가지로 응용될 수 있다.
＜변형예 3＞
상기 실시 형태에서는, 이차 전지의 열화 지표로서 OCV 용량을 채용하는 것을 상정했지만, 본 기술은 이에 한정되는 것이 아니라, 기타, 여러 가지 지표를 채용할 수 있다.
예를 들어, 이차 전지의 저항의 값을 지표로 할 수 있다. 이차 전지가 열화되면 저항의 값은 점차 커진다. 따라서, 충전 제어부(26)는 총 가동 시간 tn의 시점에서의 이차 전지의 저항의 값 R(tn)과, 총 가동 시간 tn의 시점에서의 이차 전지의 저항 허용값 RRef(tn)를 비교한다.
R(tn)＜RRef(tn)가 성립하지 않을 경우, 충전 제어부(26)는 이차 전지의 열화량이 메이커 등에 의해 요구되는 사용 기간이 보증되지 않는 범위에 있다고 판정하고, 이차 전지의 열화 속도가 억제되도록 테이블의 충전 조건을 갱신한다.
또한, OCV 용량은 이차 전지의 열화가 진행되면 작아지지만, 이차 전지의 저항의 값은 이차 전지의 열화가 진행되면 반대로 커진다. 따라서, 이차 전지의 저항의 값 R(tn)과 이차 전지의 저항 허용값 RRef(tn)의 비교에 있어서 대소 관계는 반대가 된다.
또한, 실제로 평가 대상으로 하는 저항의 값으로서 「t1초 저항」을 사용해도 된다. t1초 저항이란, 다음과 같은 것이다.
휴지하고 있는 상태(t＝0[s])로부터 임의의 시간(t＝t1[s]), 전류 I에서 정전류를 이차 전지로 흘린다. t＝0에 있어서의 전압을 V0, t＝t1에 있어서의 전압을 V1이라 한다. 도 10에 도시한 바와 같이, 상기 측정을 여러 가지 전류 I로 행하고, 종축을 |V1-V0|, 횡축을 전류 I로 하는 그래프 상에 플롯했을 때, 회귀 직선의 기울기가 t1초 저항(Rt1)이다.
＜변형예 4＞
상기 실시 형태에서는, 충전 조건 테이블로서 이차 전지의 온도와 내부 저항의 조합과 충전 조건의 대응을 나타내는 테이블을 사용했지만, 온도 혹은 내부 저항과 충전 조건의 대응 테이블로 해도 된다. 혹은, 기타 1 이상의 종류의 파라미터와 충전 조건의 대응을 나타내는 테이블을 사용해도 된다.
또한, 본 기술은 이하와 같은 구성도 취할 수 있다.
(1) 이차 전지의 파라미터를 검출하는 파라미터 검출부와,
상기 이차 전지의 파라미터와 충전 조건의 대응을 나타내는 테이블을 기억하는 테이블 기억부와,
상기 검출된 파라미터를 바탕으로 상기 테이블로부터 해당하는 충전 조건을 참조하고, 이 충전 조건에 의해 상기 이차 전지에의 충전이 행해지게 제어하도록 구성되는 충전 제어부를 구비하는 축전 시스템.
(2) 상기 (1)에 기재된 축전 시스템이며,
상기 테이블이, 상기 이차 전지의 온도 및 내부 저항의 조합과 충전 조건의 대응을 나타내는 테이블이며,
상기 파라미터 검출부가, 상기 이차 전지의 온도 및 내부 저항을 검출하도록 구성되는 축전 시스템.
(3) 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 축전 시스템이며,
상기 충전 조건이, 상기 이차 전지의 미리 결정된 이용 기간을 보증하도록 정해진 것인, 축전 시스템.
(4) 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 한 항에 기재된 축전 시스템이며,
상기 충전 제어부는, 상기 검출된 온도가 미리 결정된 온도보다 낮은 경우에 상기 테이블로부터 상기 해당하는 충전 조건을 참조하고, 이 충전 조건에 따라 충전을 행하게 하며, 상기 검출된 온도가 미리 결정된 온도 이상일 경우에 고정 충전 조건에 의해 충전을 행하게 하도록 구성되는, 축전 시스템.
(5) 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 한 항에 기재된 축전 시스템이며,
상기 이차 전지의 열화량을 산출하는 열화량 산출부와,
상기 이차 전지의 허용 열화량을 산출하는 허용 열화량 산출부를 더 구비하고,
상기 충전 제어부는, 상기 산출된 열화량과 허용 열화량을 비교하고, 이 결과에 따라, 상기 이차 전지의 열화 속도가 억제되도록 상기 테이블의 충전 조건을 갱신하도록 구성되는 축전 시스템.
(6) 상기 (5)에 기재된 축전 시스템이며,
상기 열화량 산출부 및 상기 허용 열화량 산출부는 각각 소정의 타이밍 조건에 따라 상기 열화량의 산출 및 상기 허용 열화량의 산출을 행하고,
상기 충전 제어부는, 상기 테이블의 충전 조건이 갱신된 시점에서의 상기 열화량에 대하여 다음에 검출된 상기 열화량의 변화값이, 상기 테이블의 충전 조건이 갱신된 시점에서의 상기 허용 열화량에 대하여 다음에 검출된 상기 허용 열화량의 변화값보다 큰 경우에, 상기 이차 전지의 열화 속도가 억제되게 상기 테이블의 충전 조건을 갱신하도록 구성되는 축전 시스템.
1: 이차 전지 모듈
2: 충전 제어 장치
3: 충전부
10: 열화 파라미터 검출부
11: 전류 감시부
12: 전압 감시부
13: 시간 감시부
14: 온도 감시부
21: 사용 이력 기억부
22: 열화 지표 산출부
23: 허용 열화 지표 산출부
24: 저항 산출부
25: 충전 조건 테이블 기억부
26: 충전 제어부
100: 축전 시스템

Claims (7)

  1. 축전 시스템으로서,
    이차 전지의 파라미터를 검출하는 파라미터 검출부와,
    상기 이차 전지의 파라미터와 충전 조건의 대응을 나타내는 테이블을 기억하는 테이블 기억부와,
    상기 검출된 파라미터를 바탕으로 상기 테이블로부터 해당하는 충전 조건을 참조하고, 이 충전 조건에 의해 상기 이차 전지에의 충전이 행해지게 제어하도록 구성되는 충전 제어부를 구비하고,
    상기 테이블이, 상기 이차 전지의 온도 및 내부 저항의 조합과 충전 조건의 대응을 나타내는 테이블이고,
    상기 충전 조건이, 상기 이차 전지의 미리 결정된 이용 기간을 보증하도록 정해진 것이고,
    상기 축전 시스템은,
    상기 이차 전지의 열화량을 산출하는 열화량 산출부와,
    상기 이차 전지의 허용 열화량을 산출하는 허용 열화량 산출부를 더 구비하고,
    상기 충전 제어부는, 상기 산출된 열화량과 허용 열화량을 비교하고, 이 결과에 따라, 상기 이차 전지의 열화 속도가 억제되게 상기 테이블의 충전 조건을 갱신하도록 구성되는, 축전 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 충전 제어부는, 상기 검출된 온도가 미리 결정된 온도보다 낮은 경우에 상기 테이블로부터 상기 해당하는 충전 조건을 참조하고, 이 충전 조건에 따라 충전을 행하게 하고, 상기 검출된 온도가 미리 결정된 온도 이상일 경우에 고정 충전 조건에 의해 충전을 행하게 하도록 구성되는 축전 시스템.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 열화량 산출부 및 상기 허용 열화량 산출부는 각각 소정의 타이밍 조건에 따라 상기 열화량의 산출 및 상기 허용 열화량의 산출을 행하고,
    상기 충전 제어부는, 상기 테이블의 충전 조건이 갱신된 시점에서의 상기 열화량에 대하여 다음에 취득된 상기 열화량의 변화값이, 상기 테이블의 충전 조건이 갱신된 시점에서의 상기 허용 열화량에 대하여 다음에 취득된 상기 허용 열화량의 변화값보다 큰 경우에, 상기 이차 전지의 열화 속도가 억제되게 상기 테이블의 충전 조건을 갱신하도록 구성되는 축전 시스템.
  7. 이차 전지의 충전 방법으로서,
    이차 전지의 파라미터를 검출하고,
    상기 검출된 파라미터를 바탕으로, 상기 이차 전지의 파라미터와 충전 조건의 대응을 나타내는 테이블로부터 해당하는 충전 조건을 참조하고,
    이 충전 조건에 의해 상기 이차 전지에의 충전을 행하고,
    상기 테이블이, 상기 이차 전지의 온도 및 내부 저항의 조합과 충전 조건의 대응을 나타내는 테이블이고,
    상기 충전 조건이, 상기 이차 전지의 미리 결정된 이용 기간을 보증하도록 정해진 것이고,
    상기 이차 전지의 충전 방법은,
    상기 이차 전지의 열화량을 산출하고,
    상기 이차 전지의 허용 열화량을 산출하는 것을 더 포함하고,
    상기 이차 전지에의 충전을 행하는 것은, 상기 산출된 열화량과 허용 열화량을 비교하고, 이 결과에 따라, 상기 이차 전지의 열화 속도가 억제되게 상기 테이블의 충전 조건을 갱신하는 것을 포함하는, 이차 전지의 충전 방법.
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