KR20140066729A - 비수 이차 전지의 제어 장치 및 제어 방법 - Google Patents

비수 이차 전지의 제어 장치 및 제어 방법 Download PDF

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Abstract

비수 이차 전지의 방전이 과도하게 제한되는 것을 억제한다. 비수 이차 전지의 방전 전력이 상한값을 초과하지 않도록 비수 이차 전지의 방전을 제어하는 제어 장치이며, 전류 센서 및 컨트롤러를 갖는다. 컨트롤러는, 제1 열화 성분을 평가 하기 위한 평가값을, 전류 센서를 사용하여 검출된 방전 상태로부터 산출한다. 제1 열화 성분은, 비수 이차 전지의 방전에 의한 전해질 중에 있어서의 이온 농도의 치우침에 따라 비수 이차 전지의 출력 성능을 저하시키는 성분이다. 컨트롤러는, 목표값을 초과하는 과거의 평가값을 적산한 제1 적산값을 보정 계수에 의해 감한 값과, 목표값을 초과하는 현재의 평가값을 적산하여, 제2 적산값을 산출한다. 컨트롤러는, 제2 적산값이 문턱값을 초과하였을 때에는, 상한값을 저하시킨다.

Description

비수 이차 전지의 제어 장치 및 제어 방법{CONTROL DEVICE AND CONTROL METHOD FOR NON-AQUEOUS SECONDARY BATTERY}
본 발명은, 비수 이차 전지의 열화 상태를 평가하여, 비수 이차 전지의 방전을 제어하는 제어 장치 및 제어 방법에 관한 것이다.
특허문헌 1에 기재된 기술에서는, 전지를 충방전했을 때의 전류값의 이력에 기초하여, 하이 레이트 방전에 의한 열화를 평가하기 위한 평가값을 산출하고 있다. 평가값이 목표값을 초과하지 않을 때에는, 전지의 방전을 허용하는 상한값을 최대값으로 설정하고 있다. 한편, 평가값이 목표값을 초과하였을 때에는, 상한값을 최대값보다 작은 값으로 설정하고 있다.
특허문헌 1에 의하면, 평가값이 목표값을 초과하지 않을 때에는, 상한값을 최대값으로 설정해 둠으로써, 운전자의 요구에 따른 차량의 동력 성능을 발휘시키도록 하고 있다. 또, 평가값이 목표값을 초과하였을 때에는, 상한값을 최대값보다 작은 값으로 설정함으로써, 하이 레이트 방전에 의한 열화가 발생하는 것을 억제하도록 하고 있다.
일본 특허 공개 제2009-123435호 공보(도 4, 도 7 등)
특허문헌 1에 기재된 기술에 있어서, 평가값 및 목표값의 대소 관계만으로, 전지의 방전을 허용하는 상한값을 변경하면, 전지의 방전이 과도하게 제한되는 경우가 있다. 전지의 방전이 과도하게 제한되면, 전지의 충분한 출력 성능을 확보하기 어려워진다.
본원 제1 발명은, 비수 이차 전지의 방전 전력이 상한값을 초과하지 않도록 비수 이차 전지의 방전을 제어하는 제어 장치이며, 전류 센서 및 컨트롤러를 갖는다. 전류 센서는, 비수 이차 전지의 충방전 시에 있어서의 전류값을 검출한다. 컨트롤러는, 제1 열화 성분을 평가하기 위한 평가값을, 전류 센서를 사용하여 검출된 방전 상태로부터 산출한다. 제1 열화 성분은, 비수 이차 전지의 방전에 의한 전해질 중에 있어서의 이온 농도의 치우침에 따라 비수 이차 전지의 출력 성능을 저하시키는 성분이다.
컨트롤러는, 목표값을 초과하는 과거의 평가값을 적산한 제1 적산값을 보정 계수에 의해 감한 값과, 목표값을 초과하는 현재의 평가값을 적산하여, 제2 적산값을 산출한다. 컨트롤러는, 제2 적산값이 문턱값을 초과하였는지의 여부를 판별하여, 제2 적산값이 문턱값을 초과하였을 때에는, 상한값을 저하시킨다. 상한값을 저하시킴으로써, 비수 이차 전지의 방전을 제한할 수 있다.
본원 제1 발명에 의하면, 문턱값과 비교되는 제2 적산값을 산출할 때, 보정 계수를 사용하여, 제1 적산값을 감하고 있다. 제1 열화 성분은, 비수 이차 전지의 충방전의 휴지(休止) 등에 의해, 완화되기 때문에, 과거의 평가값으로부터 얻어지는 제1 적산값을 절감할 수 있다. 이것에 의해, 제1 열화 성분의 완화를 고려하여, 제2 적산값을 산출할 수 있어, 제2 적산값이 불필요하게 문턱값을 초과하는 것을 억제 할 수 있다. 즉, 비수 이차 전지의 방전이 과도하게 제한되는 것을 억제할 수 있어, 비수 이차 전지에 요구되는 출력을 확보할 수 있다.
보정 계수는, 0보다 크고, 1보다 작은 값으로 할 수 있다. 여기서, 제1 적산값에 보정 계수를 곱한 값과, 목표값을 초과하는 현재의 평가값을 적산함으로써, 제2 적산값을 산출할 수 있다.
가장 가까운 소정 기간 내에서 얻어진 평가값만을 사용하여, 제2 적산값을 산출할 수 있다. 비수 이차 전지의 충방전의 휴지 등에 의해, 제1 열화 성분이 완화되기 때문에, 과거의 평가값은, 제1 열화 성분을 평가하는데 있어서 영향을 주기 어렵다. 그래서, 가장 가까운 소정 기간 내에서 얻어진 평가값만을 사용함으로써, 제1 열화 성분의 완화를 고려하여, 제2 적산값을 산출할 수 있다.
한편, 가장 가까운 소정 기간 내에서 산출된 제2 적산값을, 소정 기간으로 나누어 시간 평균값을 산출할 수 있다. 그리고, 시간 평균값이 문턱값을 초과하는지의 여부를 판별하여, 시간 평균값이 문턱값을 초과할 때에는, 상한값을 저하시킬 수 있다. 시간 평균값을 산출함으로써, 제2 적산값이 1차적으로 증가하여, 문턱값을 초과하는 것을 억제할 수 있다. 시간 평균값을 사용함으로써, 제2 적산값이 문턱값을 1차적으로 초과하는 경우를 배제할 수 있어, 비수 이차 전지의 방전이 과도하게 제한되는 것을 억제할 수 있다.
제1 적산값 및 제2 적산값을 산출할 때, 평가값이 양의 목표값보다 클 때에는, 양의 목표값 및 평가값의 차분을 가산할 수 있다. 평가값이 음의 목표값보다 작을 때에는, 음의 목표값 및 평가값의 차분을 감산할 수 있다.
제2 열화 성분이 커질수록, 문턱값에 도달할 때까지의 제2 적산값의 증가량이 작아지도록, 문턱값을 변경할 수 있다. 제2 열화 성분은, 비수 이차 전지의 충방전에 기여하는 구성 재료의 열화를 나타낸다. 한편, 제2 열화 성분이 작아질수록, 문턱값에 도달할 때까지의 제2 적산값의 증가량이 커지도록, 문턱값을 변경할 수 있다.
제2 열화 성분이 커질수록, 제1 열화 성분이 작아진다. 이 때문에, 제2 열화 성분을 추정하면, 이 제2 열화 성분에 대응하는 제1 열화 성분의 열화가, 어느 만큼 허용할 수 있을지 특정할 수 있다. 제1 열화 성분의 열화를 허용할 수 있는 만큼, 문턱값에 도달할 때까지의 제2 적산값의 증가량을 크게 할 수 있다.
문턱값을 변경할 때, 문턱값을 특정하기 위한 맵을, 제2 열화 성분에 따라 준비해 둘 수 있다. 맵 및 제2 열화 성분의 대응 관계를 나타내는 정보는, 메모리에 기억시켜 둘 수 있다. 제2 열화 성분은, 비수 이차 전지의 온도 및 통전량을 사용하여 추정할 수 있다. 복수의 맵 중, 추정한 제2 열화 성분에 대응하는 맵을 사용하여, 문턱값을 특정할 수 있다.
문턱값을 특정하는 맵으로서는, 문턱값과, 충방전을 행할 때의 비수 이차 전지의 온도와, 비수 이차 전지의 사용 상태의 관계를 나타내는 맵을 사용할 수 있다. 비수 이차 전지의 출력을 사용하여 차량을 주행시킬 때에는, 비수 이차 전지의 사용 상태로서, 차량의 주행 거리에 대한 비수 이차 전지의 충방전량(Ah/km)을 사용할 수 있다.
제2 열화 성분을 추정할 때의 온도에는, 충방전을 행할 때의 비수 이차 전지의 온도와, 충방전을 행하지 않을 때의 비수 이차 전지의 온도가 포함된다. 충방전을 행하지 않을 때의 이차 전지의 온도를 사용함으로써, 제2 열화 성분의 일부를 추정할 수 있다. 또, 충방전을 행할 때의 이차 전지의 온도와, 통전량을 사용함으로써, 제2 열화 성분에 있어서의 나머지의 부분을 추정할 수 있다.
본원 제2 발명은, 비수 이차 전지의 방전 전력이 상한값을 초과하지 않도록 비수 이차 전지의 방전을 제어하는 제어 방법으로서, 전류 센서를 사용하여, 비수 이차 전지의 충방전 시에 있어서의 전류값을 검출하고, 제1 열화 성분을 평가하기 위한 평가값을, 전류 센서를 사용하여 검출된 방전 상태로부터 산출한다. 제1 열화 성분은, 비수 이차 전지의 방전에 의한 전해질 중에 있어서의 이온 농도의 치우침에 따라 비수 이차 전지의 출력 성능을 저하시킨다.
또, 목표값을 초과하는 과거의 평가값을 적산한 제1 적산값을 보정 계수에 의해 감한 값과, 목표값을 초과하는 현재의 평가값을 적산하여, 제2 적산값을 산출하고, 제2 적산값이 문턱값을 초과하는지의 여부를 판별한다. 제2 적산값이 문턱값을 초과했을 때, 비수 이차 전지의 방전을 허용하는 상한값을 저하시킨다. 본원 제2 발명에 있어서도, 본원 제1 발명과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 실시예 1인 전지 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 실시예 1에 있어서, 조전지의 충방전을 제어하는 처리를 나타내는 플로우 차트이다.
도 3은 실시예 1에 있어서, 조전지의 충방전을 제어하는 처리를 나타내는 플로우 차트이다.
도 4는 조전지의 온도 및 망각 계수의 관계를 나타내는 도면이다.
도 5는 조전지의 온도 및 한계값의 관계를 나타내는 도면이다.
도 6은 평가값의 변화를 나타내는 도면이다.
도 7은 조전지의 충방전을 휴지했을 때의 저항 증가율의 변화와, 조전지의 충방전을 휴지하지 않을 때의 저항 증가율의 변화를 나타내는 도면이다.
도 8은 조전지의 충방전을 휴지하지 않을 때의 저항 증가율의 측정 조건을 설명하는 도면이다.
도 9는 조전지의 충방전을 휴지했을 때의 저항 증가율의 측정 조건을 설명하는 도면이다.
도 10은 문턱값을 결정하는 처리를 나타내는 플로우 차트이다.
도 11은 문턱값을 특정하는 맵을 나타내는 도면이다.
도 12는 문턱값을 특정하는 맵을 나타내는 도면이다.
도 13은 실시예 1에 있어서, 평가값, 적산값 및 출력 제한값의 변화를 나타내는 도면이다.
도 14는 실시예 2에 있어서, 적산값의 산출 방법을 설명하는 도면이다.
도 15는 실시예 2에 있어서, 시간 평균값 및 문턱값의 관계를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.
실시예 1
실시예 1인 전지 시스템에 대하여, 도 1을 사용하여 설명한다. 도 1은, 전지 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 1에 나타내는 전지 시스템은, 차량에 탑재된다. 차량으로서는, 하이브리드 자동차나 전기 자동차가 있다. 하이브리드 자동차는, 차량을 주행시키기 위한 동력원으로서, 조전지 이외에, 연료 전지나 내연 기관 등을 구비한 차량이다. 전기 자동차는, 차량의 동력원으로서 조전지만을 구비한 차량이다.
조전지(10)는, 전기적으로 직렬로 접속된 복수의 단전지(11)를 갖는다. 조전지(10)를 구성하는 단전지(11)의 수는, 조전지(10)의 요구 출력 등에 기초하여, 적절히 설정할 수 있다. 조전지(10)는, 전기적으로 병렬로 접속된 복수의 단전지(11)를 포함하고 있어도 된다. 단전지(11)로서는, 리튬 이온 이차 전지 등의 비수 이차 전지를 사용할 수 있다.
단전지(11)의 정극은, 이온(예를 들면, 리튬 이온)을 흡장 및 방출할 수 있는 재료로 형성된다. 정극의 재료로서는, 예를 들면, 코발트산 리튬이나 망간산 리튬을 사용할 수 있다. 단전지(11)의 부극은, 이온(예를 들면, 리튬 이온)을 흡장 및 방출할 수 있는 재료로 형성된다. 부극의 재료로서는, 예를 들면, 카본을 사용할 수 있다. 단전지(11)를 충전할 때, 정극은, 이온을 전해액 중에 방출하고, 부극은, 전해액 중의 이온을 흡장한다. 또, 단전지(11)를 방전할 때, 정극은, 전해액 중의 이온을 흡장하고, 부극은, 이온을 전해액 중에 방출한다.
조전지(10)는, 시스템 메인 릴레이(21a, 21b)를 개재하여 승압 회로(22)에 접속되어 있고, 승압 회로(22)는, 조전지(10)의 출력 전압을 승압한다. 승압 회로(22)는, 인버터(23)와 접속되어 있고, 인버터(23)는, 승압 회로(22)로부터의 직류 전력을 교류 전력으로 변환한다. 모터·제너레이터(삼상 교류 모터)(24)는, 인버터(23)로부터의 교류 전력을 받음으로써, 차량을 주행시키기 위한 운동 에너지를 생성한다. 모터·제너레이터(24)에 의해 생성된 운동 에너지는, 차륜으로 전달된다.
승압 회로(22)는, 생략할 수 있다. 또, 모터·제너레이터(24)로서 직류 모터를 사용할 때에는, 인버터(23)를 생략할 수 있다.
차량을 감속시킬 때나, 차량을 정지시킬 때, 모터·제너레이터(24)는, 차량의 제동 시에 발생하는 운동 에너지를 전기 에너지로 변환한다. 모터·제너레이터(24)에서 생성된 교류 전력은, 인버터(23)에 의해 직류 전력으로 변환된다. 승압 회로(22)는, 인버터(23)의 출력 전압을 강압하고 나서 조전지(10)에 공급한다. 이것에 의해, 회생 전력을 조전지(10)에 축적할 수 있다.
전류 센서(25)는, 조전지(10)에 흐르는 전류를 검출하고, 검출 결과를 컨트롤러(30)로 출력한다. 전류 센서(25)에 의해 검출된 전류값에 관하여, 방전 전류를 양의 값으로 하고, 충전 전류를 음의 값으로 할 수 있다. 온도 센서(26)는, 조전지(10)의 온도를 검출하여, 검출 결과를 컨트롤러(30)로 출력한다. 온도 센서(26)의 수는, 적절히 설정할 수 있다. 복수의 온도 센서(26)를 사용할 때에는, 복수의 온도 센서(26)에 의해 검출된 온도의 평균값을 조전지(10)의 온도로서 사용하거나, 특정의 온도 센서(26)에 의해 검출된 온도를 조전지(10)의 온도로서 사용할 수 있다.
전압 센서(27)는, 조전지(10)의 전압을 검출하고, 검출 결과를 컨트롤러(30)로 출력한다. 본 실시예에서는, 조전지(10)의 전압을 검출하고 있지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 조전지(10)를 구성하는 단전지(11)의 전압을 검출할 수 있다. 또, 조전지(10)를 구성하는 복수의 단전지(11)를 복수의 블록으로 나누고, 각 블록의 전압을 검출할 수 있다. 각 블록은, 적어도 2개의 단전지(11)를 포함하고 있다.
컨트롤러(30)는, 시스템 메인 릴레이(21a, 21b), 승압 회로(22) 및 인버터(23)의 동작을 제어한다. 컨트롤러(30)는, 각종 정보를 기억하는 메모리(31)를 갖는다. 메모리(31)에는, 컨트롤러(30)를 동작시키기 위한 프로그램도 기억되어 있다. 본 실시예에서는, 컨트롤러(30)가 메모리(31)를 내장하고 있지만, 컨트롤러(30)의 외부에 메모리(31)를 설치할 수 있다.
컨트롤러(30)는, 차량의 이그니션 스위치가 오프로부터 온으로 전환되면, 시스템 메인 릴레이(21a, 21b)를 오프로부터 온으로 전환하거나, 승압 회로(22) 및 인버터(23)를 동작시킨다. 또, 컨트롤러(30)는, 이그니션 스위치가 온으로부터 오프로 전환되면, 시스템 메인 릴레이(21a, 21b)를 온으로부터 오프로 전환하거나, 승압 회로(22)나 인버터(23)의 동작을 정지시킨다.
충전기(28)는, 외부 전원으로부터의 전력을 조전지(10)로 공급한다. 이것에 의해, 조전지(10)를 충전할 수 있다. 충전기(28)는, 충전 릴레이(29a, 29b)를 개재하여, 조전지(10)에 접속되어 있다. 충전 릴레이(29a, 29b)가 온일 때, 외부 전원으로부터의 전력을 조전지(10)로 공급할 수 있다.
외부 전원이란, 차량의 외부에 설치된 전원이며, 외부 전원으로서는, 예를 들면, 상용 전원이 있다. 외부 전원이 교류 전력을 공급할 때, 충전기(28)는, 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여, 직류 전력을 조전지(10)로 공급한다. 한편, 외부 전원이 직류 전력을 공급할 때에는, 외부 전원으로부터의 직류 전력을 조전지(10)에 공급만 해도 된다. 본 실시예에서는, 외부 전원의 전력을 조전지(10)에 공급할 수 있도록 하고 있지만, 외부 전원의 전력을 조전지(10)로 공급할 수 없어도 된다.
다음으로, 조전지(10)의 충방전을 제어하는 처리에 대하여, 도 2 및 도 3에 나타내는 플로우 차트를 사용하여 설명한다. 도 2 및 도 3에 나타내는 처리는, 미리 설정된 시간 간격(사이클 타임)으로 반복하여 행하여진다. 도 2 및 도 3에 나타내는 처리는, 컨트롤러(30)에 포함되는 CPU가, 메모리(31)에 기억된 프로그램을 실행함으로써 행하여진다.
단계 S101에 있어서, 컨트롤러(30)는, 전류 센서(25)의 출력 신호에 기초하여, 방전 전류값을 취득한다. 조전지(10)를 방전하고 있을 때에는, 방전 전류값이 양의 값이 되고, 조전지(10)을 충전하고 있을 때에는, 방전 전류값이 음의 값이 된다.
단계 S102에 있어서, 컨트롤러(30)는, 단계 S101에서 얻어진 방전 전류값에 기초하여, 조전지(10)의 SOC(State Of Charge)를 산출(추정)한다. SOC는, 조전지(10)의 만충전 용량에 대한, 현재의 충전 용량의 비율이다. 컨트롤러(30)는, 조전지(10)를 충방전 했을 때의 전류값을 적산함으로써, 조전지(10)의 SOC를 산출할 수 있다. 조전지(10)를 충방전 했을 때의 전류값은, 전류 센서(25)의 출력으로부터 취득할 수 있다.
한편, 전압 센서(27)의 검출 전압으로부터, 조전지(10)의 SOC를 추정할 수도 있다. 조전지(10)의 SOC는, 조전지(10)의 OCV(Open Circuit Voltage)와 대응 관계가 있기 때문에, SOC 및 OCV의 대응 관계를 미리 구해 두면, OCV로부터 SOC를 특정할 수 있다. OCV는, 전압 센서(27)의 검출 전압(CCV: Closed Circuit Voltage)과, 조전지(10)의 내부 저항에 의한 전압 강하량으로부터 구할 수 있다. 또한, SOC의 산출 방법은, 본 실시예에서 설명하는 방법에 한정되는 것이 아니며, 공지의 방법을 적절히 선택할 수 있다.
단계 S103에 있어서, 컨트롤러(30)는, 온도 센서(26)의 출력 신호에 기초하여, 조전지(10)의 온도를 취득한다. 단계 S104에 있어서, 컨트롤러(30)는, 단계 S102에서 산출한 SOC와, 단계 S103에서 취득한 조전지(10)의 온도에 기초하여, 망각 계수를 산출한다. 망각 계수는, 단전지(11)의 전해액 중의 이온의 확산 속도에 대응하는 계수이다. 망각 계수는, 하기 식 (1)의 조건을 만족시키는 범위에서 설정된다.
Figure pct00001
여기서, A는, 망각 계수를 나타내고, Δt는, 도 2 및 도 3에 나타내는 처리를 반복하여 행할 때의 사이클 타임을 나타낸다.
예를 들면, 컨트롤러(30)는, 도 4에 나타내는 맵을 사용하여, 망각 계수 A를 특정할 수 있다. 도 4에 있어서, 세로축은, 망각 계수 A이며, 가로축은, 조전지(10)의 온도이다. 도 4에 나타내는 맵은, 실험 등에 의해 미리 취득할 수 있어, 메모리(31)에 기억해 둘 수 있다.
도 4에 나타내는 맵에 있어서, 단계 S102에서 취득한 SOC와, 단계 S103에서 취득한 온도를 특정함으로써, 망각 계수 A를 특정할 수 있다. 이온의 확산 속도가 빠를수록, 망각 계수 A가 커진다. 도 4에 나타내는 맵에서는, 조전지(10)의 온도가 동일하면, 조전지(10)의 SOC가 높을수록, 망각 계수 A가 커진다. 또, 조전지(10)의 SOC가 동일하면, 조전지(10)의 온도가 높아질수록, 망각 계수 A가 커진다.
단계 S105에 있어서, 컨트롤러(30)는, 평가값의 감소량 D(-)를 산출한다. 평가값 D(N)은, 조전지(10)[단전지(11)]의 열화 상태(후술하는 하이 레이트 열화)를 평가하는 값이다.
단전지(11)의 하이 레이트 방전이 계속적으로 행하여지면, 단전지(11)의 내부 저항이 증가하여, 단전지(11)의 출력 전압이 급격하게 저하하기 시작하는 현상이 발생하는 경우가 있다. 이 현상이 계속해서 발생하면, 단전지(11)가 열화되는 경우가 있다. 하이 레이트 방전에 의한 열화를, 하이 레이트 열화(제1 열화 성분에 상당한다)라고 부른다. 하이 레이트 열화의 요인의 하나로서는, 하이 레이트 방전이 계속적으로 행하여짐으로써, 단전지(11)의 전해액 중의 이온 농도가 치우치는 것을 생각할 수 있다.
하이 레이트 열화가 발생하기 전에, 하이 레이트 방전을 억제할 필요가 있다. 본 실시예에서는, 하이 레이트 열화를 평가하기 위한 값으로서, 평가값 D(N)을 설정하고 있다. 평가값 D(N)의 산출 방법에 대해서는, 후술한다.
평가값의 감소량 D(-)는, 전회(직전)의 평가값 D(N-1)를 산출했을 때부터, 1회의 사이클 타임 Δt가 경과하기까지의 동안에 있어서, 이온의 확산에 따른 이온 농도의 치우침의 감소에 따라 산출된다. 예를 들면, 컨트롤러(30)는, 하기식 (2)에 기초하여, 평가값의 감소량 D(-)를 산출할 수 있다.
Figure pct00002
여기서, A 및 Δt는, 식 (1)과 동일하다. D(N-1)는, 전회(직전)에 산출된 평가값을 나타낸다. 초기값으로서의 D(0)은, 예를 들면, 0으로 할 수 있다.
식 (1)에 나타내는 바와 같이, 「A×Δt」의 값은, 0에서부터 1까지의 값이다. 따라서, 「A×Δt」의 값이 1에 가까워질수록, 평가값의 감소량 D(-)가 커진다. 다시 말하면, 망각 계수 A가 클수록, 또는, 사이클 타임 Δt가 길수록, 평가값의 감소량 D(-)가 커진다. 또한, 감소량 D(-)의 산출 방법은, 본 실시예에서 설명한 방법에 한정되는 것이 아니고, 이온 농도의 치우침의 감소를 특정할 수 있는 방법이면 된다.
단계 S106에 있어서, 컨트롤러(30)는, 메모리(31)에 미리 기억된 전류 계수를 독출한다. 단계 S107에 있어서, 컨트롤러(30)는, 단계 S102에서 산출된 조전지(10)의 SOC와, 단계 S103에서 취득한 조전지(10)의 온도에 기초하여, 한계값을 산출한다.
예를 들면, 컨트롤러(30)는, 도 5에 나타내는 맵을 사용하여, 한계값을 산출할 수 있다. 도 5에 나타내는 맵은, 실험 등에 의해 미리 취득할 수 있어, 메모리(31)에 기억해 둘 수 있다. 도 5에 있어서, 세로축은, 한계값이며, 가로축은, 조전지(10)의 온도이다. 도 5에 나타내는 맵에 있어서, 단계 S102에서 취득한 SOC와, 단계 S103에서 취득한 온도를 특정함으로써, 한계값을 특정할 수 있다.
도 5에 나타내는 맵에서는, 조전지(10)의 온도가 동일하면, 조전지(10)의 SOC가 높을수록, 한계값이 커진다. 또, 조전지(10)의 SOC가 동일하면, 조전지(10)의 온도가 높을수록, 한계값이 커진다.
단계 S108에 있어서, 컨트롤러(30)는, 평가값의 증가량 D(+)를 산출한다. 평가값의 증가량 D(+)는, 전회(직전)의 평가값 D(N-1)를 산출했을 때부터, 1회의 사이클 타임 Δt가 경과하기까지의 동안에 있어서, 방전에 따른 이온 농도의 치우침의 증가에 따라 산출된다. 예를 들면, 컨트롤러(30)는, 하기식 (3)에 기초하여, 평가값의 증가량 D(+)를 산출할 수 있다.
Figure pct00003
여기서, B는, 전류 계수를 나타내고, 단계 S106의 처리에서 취득한 값이 사용된다. C는, 한계값을 나타내고, 단계 S107의 처리에서 취득한 값이 사용된다. I는, 방전 전류값을 나타내고, 단계 S101의 처리에서 검출한 값이 사용된다. Δt는, 사이클 타임이다.
식 (3)으로부터 알 수 있는 바와 같이, 방전 전류값(I)이 클수록, 또는, 사이클 타임 Δt가 길수록, 평가값의 증가량 D(+)는 커진다. 또한, 증가량 D(+)의 산출 방법은, 본 실시예에서 설명한 산출 방법에 한정되는 것이 아니고, 이온 농도의 치우침의 증가를 특정할 수 있는 방법이면 된다.
단계 S109에 있어서, 컨트롤러(30)는, 이번 사이클 타임 Δt에 있어서의 평가값 D(N)을 산출한다. 평가값 D(N)은, 하기식 (4)에 기초하여 산출할 수 있다.
Figure pct00004
여기서, D(N)은, 이번 사이클 타임 Δt에 있어서의 평가값이며, D(N-1)은, 전회(직전)의 사이클 타임 Δt에 있어서의 평가값이다. 초기값으로서의 D(0)은, 예를 들면, 0으로 설정할 수 있다. D(-) 및 D(+)는, 평가값 D의 감소량 및 증가량을 각각 나타내고, 단계 S105, S108에서 산출된 값이 사용된다.
본 실시예에서는, 식 (4)에 나타낸 바와 같이, 이온 농도의 치우침의 증가와, 이온 농도의 치우침의 감소를 고려하여, 평가값 D(N)을 산출할 수 있다. 이것에 의해, 하이 레이트 열화의 요인으로 생각되는 이온 농도의 치우침의 변화(증감)를, 평가값 D(N)에 적절히 반영시킬 수 있다. 따라서, 조전지(10)의 상태가 하이 레이트 열화가 생기는 상태에 어느 정도 가까워져 있는 것인지, 평가값 D(N)에 기초하여 파악할 수 있다.
단계 S110에 있어서, 컨트롤러(30)는, 단계 S109에서 산출한 평가값 D(N)이 미리 정해진 목표값을 초과하는지의 여부를 판별한다. 목표값은, 하이 레이트 열화가 발생하기 시작하는 평가값 D(N)보다 작은 값으로 설정되고, 미리 설정해 둘 수 있다. 평가값 D(N)이 목표값을 초과하면, 단계 S111로 진행되고, 그렇지 않으면, 단계 S117로 진행된다.
본 실시예에서는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 평가값 D(N)의 플러스측 및 마이너스측에 있어서, 목표값 Dtar+, Dtar-가 설정되어 있다. 도 6은, 평가값 D(N)의 변화(일례)를 나타내는 도면이다. 목표값 Dtar+는, 양의 값이며, 목표값 Dtar-는, 음의 값이다. 목표값 Dtar+, Dtar-의 절대값은, 동일한 값이 된다. 단계 S110에 있어서, 평가값 D(N)이 목표값 Dtar+보다 클 때와, 평가값 D(N)이 목표값 Dtar-보다 작을 때에는, 단계 S111로 진행된다. 즉, 평가값 D(N)의 절대값이, 각 목표값 Dtar+, Dtar-의 절대값보다 클 때에는, 단계 S111로 진행된다.
단계 S111에 있어서, 컨트롤러(30)는, 평가값 D(N)의 적산을 행한다. 구체적으로는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 평가값 D(N)가 목표값 Dtar+, Dtar-를 초과했을 때, 평가값 D(N) 중, 목표값 Dtar+, Dtar-를 초과하고 있는 부분에 대하여, 적산을 행한다. 평가값 D(N)이 목표값 Dtar+, Dtar-를 초과할 때마다, 적산 처리가 행하여진다.
평가값 D(N)이 목표값 Dtar+보다 클 때에는, 평가값 D(N) 및 목표값 Dtar+의 차분이 가산된다. 한편, 평가값 D(N)이 목표값 Dtar-보다 작을 때에는, 평가값 D(N) 및 목표값 Dtar-의 차분이 감산된다.
본 실시예에서는, 하기식 (5)에 기초하여, 적산값 ΣDex(N)(제2 적산값에 상당한다)이 산출된다.
[수학식 1]
Figure pct00005
식 (5)에 있어서, a는 보정 계수이며, 0보다 크고, 1보다 작은 값이다. ΣDex(N-1)은, 전회까지의 사이클 타임에 있어서, 평가값 D 및 각 목표값 Dtar+, Dtar-의 차분을 누적한 값(제1 적산값에 상당한다)이다. Dex(N)은, 이번 사이클 타임에서 얻어진, 평가값 D(N) 및 각 목표값 Dtar+, Dtar-의 차분이다.
보정 계수 a에 관한 정보는, 메모리(31)에 기억시켜 둘 수 있다. 보정 계수 a는, 0보다 크고, 1보다 작은 값이기 때문에, 이번 사이클 타임에 있어서 적산값 ΣDex(N)을 산출할 때에는, 전회까지의 사이클 타임에서 얻어진 적산값 ΣDex(N-1)이 감소한다. 평가값 D(N)는, 하이 레이트 열화를 평가하는 값이지만, 하이 레이트 열화는, 특정의 조건에 있어서, 완화되는 경우가 있다. 하이 레이트 열화는, 이온 농도가 극단적으로 치우침으로써 발생한다고 생각되기 때문에, 이온 농도의 치우침이 완화되면, 하이 레이트 열화도 완화된다.
조전지(10)의 충방전을 휴지했을 때에는, 이온의 확산에 의해, 이온 농도의 치우침이 완화되어, 하이 레이트 열화에 따른 저항 상승량이 감소한다. 조전지(10)의 충방전을 휴지하는 시간이 길어질수록, 이온 농도의 치우침이 완화되기 쉬워진다. 또, 차량의 주행 패턴에 따라서는, 이온 농도의 치우침이 완화되는 경우가 있다. 또한, 하이 레이트 방전이 행하여진 후에, 외부 전원을 사용하여, 조전지(10)를 충전하면, 이온 농도의 치우침이 완화되는 방향으로 이온을 이동시킬 수 있다.
도 7은, 조전지(10)의 충방전을 휴지했을 때의 저항 증가율의 변화(실험 결과)와, 조전지(10)의 충방전을 휴지하지 않을 때의 저항 증가율의 변화(실험 결과)를 나타내고 있다. 도 7에 있어서, 가로축은 사이클 수이며, 세로축은 저항 증가율이다. 저항 증가율은, 초기 상태에 있는 조전지(10)의 저항(Rini)에 대하여, 열화 상태에 있는 조전지(10)의 저항(Rr)이, 어느 정도 증가했는지 나타내는 값이다. 저항 증가율은, 예를 들면, 2개의 저항의 비(Rr/Rini)로 나타낼 수 있다. 하이 레이트 열화가 진행되면, 저항 증가율이 상승한다.
1회의 사이클에서는, 조전지(10)의 방전에 의해, 조전지(10)의 SOC를 상한값 SOC_max로부터 하한값 SOC_min으로 변화시킨 후, 조전지(10)의 충전에 의해, 조전지(10)의 SOC를 하한값 SOC_min으로부터 상한값 SOC_max로 변화시키고 있다. 조전지(10)를 방전할 때의 레이트 [C]와, 조전지(10)를 충전할 때의 레이트 [C]는, 서로와 동일하게 하고 있다. 방전 레이트 [C]로서는, 하이 레이트 열화가 발생하기 쉬운 레이트 [C]로 설정하고 있다.
조전지(10)의 충방전을 휴지하지 않을 때에는, 도 8에 나타내는 바와 같이, 조전지(10)의 SOC를 상한값 SOC_max로부터 하한값 SOC_min으로 변화시킨 직후에, 조전지(10)의 SOC를 하한값 SOC_min으로부터 상한값 SOC_max로 변화시키고 있다. 이 처리를 1회의 사이클로 하여, 반복하여 행한다. 소정의 사이클 수에 도달했을 때, 조전지(10)의 저항(Rr)을 측정하여 저항 증가율을 구한다. 이때의 저항 증가율의 변화는, 도 7에 있어서, 휴지 시간 t_rest가 0[hour]일 때의 실험 결과로서 나타내고 있다.
조전지(10)의 충방전을 휴지할 때에는, 도 9에 나타내는 바와 같이, 조전지(10)의 SOC를 상한값 SOC_max로부터 하한값 SOC_min으로 변화시킨 후에, 조전지(10)의 충방전을 소정 시간 t_rest만큼 휴지하고 있다. 조전지(10)의 충방전을 휴지한 후, 조전지(10)의 SOC를 하한값 SOC_min으로부터 상한값 SOC_max로 변화시키고 있다. 이 처리를 1회의 사이클로 하여, 반복하여 행한다. 소정의 사이클 수에 도달했을 때, 조전지(10)의 저항(Rr)을 측정하여 저항 증가율을 구한다. 이때의 저항 증가율의 변화는, 도 7에 있어서, 휴지 시간 t_rest가 4[hour], 12[hour] 일 때의 실험 결과로서 나타내고 있다.
도 7에 나타내는 바와 같이, 조전지(10)의 충방전을 휴지하지 않을 때에는, 조전지(10)의 저항 증가율이 상승하기 쉽게 되어 있다. 한편, 조전지(10)의 충방전을 휴지했을 때에는, 조전지(10)의 저항 증가율이 상승하기 어렵게 되어 있다. 또, 휴지 시간 t_rest가 길수록, 조전지(10)의 저항 증가율이 상승하기 어렵게 되어 있다. 이처럼, 조전지(10)의 충방전을 휴지함으로써, 하이 레이트 열화(저항 증가율의 상승)를 억제할 수 있는 것을 알 수 있다.
상기 서술한 바와 같이, 여러가지 조건에 있어서, 하이 레이트 열화를 완화시킬 수 있다. 이 때문에, 본 실시예에서는, 적산값 ΣDex(N-1)에 보정 계수 a(0<a<1)를 곱함으로써, 하이 레이트 열화의 완화를 고려하여, 적산값 ΣDex(N-1)을 보정하고 있다. 보정 계수 a는, 하이 레이트 열화에 의한 저항 증가율의 상승을 고려하여, 미리 설정해 둘 수 있다. 보정 계수 a를 0에 가깝게 하면, 적산값 ΣDex(N) 중, 적산값 ΣDex(N-1)이 차지하는 비율이 감소한다. 또, 보정 계수 a를 1에 가깝게 하면, 적산값 ΣDex(N) 중, 적산값 ΣDex(N-1)이 차지하는 비율이 증가한다.
후술하는 바와 같이, 적산값 ΣDex(N)이 문턱값 K보다 클 때에는, 조전지(10)의 출력(방전)이 제한된다. 여기서, 보정 계수 a를 사용하여, 적산값 ΣDex(N-1)을 감소시킴으로써, 적산값 ΣDex(N)이 문턱값 K보다 커지기 쉬워지는 것을 억제할 수 있다.
보정 계수 a를 사용하여 적산값 ΣDex(N-1)을 보정하지 않을 때에는, 적산값 ΣDex(N)이 문턱값 K에 도달하기 쉬워진다. 상기 서술한 바와 같이, 조전지(10)의 충방전의 휴지 등에 의해, 하이 레이트 열화는 완화되고, 실제의 차량에 있어서도, 조전지(10)의 충방전을 휴지시키는 시간이 존재한다. 적산값 ΣDex(N-1)을 보정하지 않을 때에는, 조전지(10)의 충방전의 휴지 등을 고려하지 않게 되기 때문에, 적산값 ΣDex(N)이 문턱값 K에 도달하기 쉬워져, 조전지(10)의 출력을 필요 이상으로 제한할 우려가 있다. 조전지(10)의 출력을 필요 이상으로 제한하면, 조전지(10)의 출력 성능을 최대한으로 인출할 수 없게 된다.
본 실시예에 의하면, 하이 레이트 열화의 완화를 고려하여, 적산값 ΣDex(N-1)을 보정함으로써, 실제의 조전지(10)의 열화 상태를 반영한 적산값 ΣDex(N)을 얻을 수 있다. 이 적산값 ΣDex(N)에 기초하여, 조전지(10)의 충방전을 제어함으로써, 조전지(10)의 출력이 필요 이상으로 제한되는 것을 억제할 수 있다. 또, 조전지(10)의 출력을 적정하게 확보할 수 있어, 조전지(10)의 출력에 의해 차량을 주행시킬 때, 차량의 주행 거리를 연장시킬 수 있다.
본 실시예에 있어서, 적산값 ΣDex(N)을 산출할 때, 평가값 D(N)이 목표값 Dtar-보다 작을 때에는, 평가값 D(N) 및 목표값 Dtar-의 차분을 감산하고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 구체적으로는, 평가값 D(N)이 목표값 Dtar+보다 커졌을 때에만, 적산값 ΣDex(N)의 산출을 행할 수 있다. 이 경우에는, 평가값 D(N)이 목표값 Dtar+보다 커질 때마다, 평가값 D(N) 및 목표값 Dtar+의 차분이 가산되어 간다. 여기서, 적산값 ΣDex(N-1)은, 상기 서술한 바와 같이, 보정 계수 a에 의해 보정할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 적산값 ΣDex(N)을 산출할 때, 평가값 D(N) 및 각 목표값 Dtar+, Dtar-의 차분을 적산하고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 구체적으로는, 평가값 D(N)이 목표값 Dtar+보다 클 때에는, 이 평가값 D(N)을 가산하고, 평가값 D(N)이 목표값 Dtar-보다 작을 때에는, 이 평가값 D(N)을 감산할 수 있다. 이 경우에는, 목표값 Dtar+, Dtar-를 고려하여, 후술하는 문턱값 K를 변경하면 된다. 여기서, 적산값 ΣDex(N-1)은, 상기 서술한 바와 같이, 보정 계수 a에 의해 보정할 수 있다.
단계 S112에 있어서, 컨트롤러(30)는, 적산값 ΣDex(N)이 문턱값 K보다 큰지의 여부를 판별한다. 문턱값 K는, 하이 레이트 열화를 허용하기 위한 값이다. 단계 S112에 있어서, 적산값 ΣDex(N)이 문턱값 K보다 클 때에는, 단계 S114로 진행되고, 그렇지 않으면, 단계 S113으로 진행된다.
문턱값 K는, 고정값이 아니라, 조전지(10)[(단전지(11)]의 열화 상태, 다시 말하면, 조전지(10)의 사용되는 방법에 따라, 변경된다. 문턱값 K를 결정하기 위한 방법에 대하여, 도 10을 사용하여 설명한다.
단계 S201에 있어서, 컨트롤러(30)는, 충방전을 행하지 않을 때의 조전지(10)의 온도와, 충방전을 행할 때의 조전지(10)의 온도와, 충방전을 행할 때의 조전지(10)의 통전량을 취득한다. 조전지(10)의 충방전을 행하지 않는 경우로서는, 예를 들면, 조전지(10)가 탑재된 차량을 방치하고 있는 경우가 있다. 조전지(10)의 온도는, 온도 센서(26)의 출력에 기초하여 취득할 수 있다. 또, 통전량은, 전류 센서(25)의 출력에 기초하여 취득할 수 있다.
여기서, 충방전을 행하고 있지 않을 때의 조전지(10)의 온도를 취득하기 위하여, 예를 들면, 외기온을 검출하기 위하여 차량에 미리 설치된 온도 센서[온도 센서(26)와는 다르다]를 사용할 수 있다. 또, 충방전을 행하지 않을 때의 조전지(10)의 온도로서는, 이그니션 스위치가 오프로부터 온으로 전환된 직후의 온도 센서(26)의 검출 결과를 사용할 수도 있다. 한편, 차량의 정지에 의해 조전지(10)의 충방전을 행하지 않을 때, 컨트롤러(30)는, 소정의 주기로 기동하여, 온도 센서(26)의 출력에 기초하여, 조전지(10)의 온도를 취득할 수 있다.
단계 S202에 있어서, 컨트롤러(30)는, 단계 S201에서 취득한 정보에 기초하여, 조전지(10)[(단전지(11)]의 재료 열화를 특정(추정)한다. 조전지(10)[단전지(11)]의 열화는, 하이 레이트 열화 및 재료 열화로 나누어진다. 재료 열화(제2 열화 성분에 상당한다)란, 단전지(11)를 구성하는 부재의 재료에 의존한 열화이다. 또, 재료 열화는, 조전지(10)의 충방전을 행하지 않을 때의 열화 성분(보존 열화라고 한다)과, 조전지(10)의 충방전을 행할 때의 열화 성분(통전 열화라고 한다)으로 나누어진다.
보존 열화는, 충방전을 행하지 않을 때의 조전지(10)의 온도, 다시 말하면, 차량을 방치하고 있을 때의 조전지(10)의 온도에 기초하여, 특정할 수 있다. 충방전을 행하지 않을 때의 조전지(10)의 온도와, 보존 열화의 대응 관계를 나타내는 맵을 미리 준비해 두면, 보존 열화를 특정할 수 있다. 보존 열화를 특정하기 위한 맵은, 메모리(31)에 미리 기억해 둘 수 있다. 보존 열화가 발생하면, 조전지(10)의 저항이 상승하기 때문에, 보존 열화는, 예를 들면, 저항 증가율로 규정할 수 있다.
통전 열화는, 충방전을 행할 때의 조전지(10)의 온도 및 통전량에 기초하여, 특정할 수 있다. 충방전을 행할 때의 조전지(10)의 온도 및 통전량과, 통전 열화의 대응 관계를 나타내는 맵을 미리 준비해 두면, 통전 열화를 특정할 수 있다. 통전 열화를 특정하기 위한 맵은, 메모리(31)에 미리 기억해 둘 수 있다. 통전 열화가 발생하면, 조전지(10)의 저항이 상승하기 때문에, 통전 열화는, 예를 들면, 저항 증가율로 규정할 수 있다. 보존 열화 및 통전 열화를 특정할 수 있으면, 재료 열화를 특정할 수 있다.
단계 S203에 있어서, 컨트롤러(30)는, 단계 S202에서 특정한 재료 열화에 기초하여, 문턱값 K를 결정하기 위한 하이 레이트 열화의 맵을 특정한다. 하이 레이트 열화의 맵은, 도 11 및 도 12 에 나타내는 바와 같이, 문턱값 K와, 충방전을 행할 때의 조전지(10)의 온도(여기서는, 평균 온도)와, 조전지(10)의 사용 상태(Ah/km)의 관계를 나타내는 것이다. 조전지(10)의 사용 상태(Ah/km)는, 차량의 주행 거리에 대한 조전지(10)의 충방전량이며, 주행 거리 센서의 출력과 전류 센서(25)의 출력에 기초하여, 산출할 수 있다.
도 11 및 도 12에 나타내는 맵은, 재료 열화가 서로 다를 때의 맵이다. 도 11에 나타내는 맵에 대응한 재료 열화는, 도 12에 나타내는 맵에 대응한 재료 열화보다 커져 있다. 조전지(10)[단전지(11)]의 열화는, 재료 열화 및 하이 레이트 열화로 나누어지기 때문에, 재료 열화가 커지면, 하이 레이트 열화를 허용하는 비율이 작아져, 문턱값 K도 작아진다. 도 11에 나타내는 문턱값 K는, 도 12에 나타내는 문턱값 K보다 작아져 있다.
예를 들면, 저온 환경에서는, 재료 열화가 발생하기 어렵기 때문에, 하이 레이트 열화를 허용하는 비율을 크게 할 수 있다. 도 11 및 도 12에 나타내는 맵을, 재료 열화의 정도에 따라 복수 준비해 두면, 단계 S202에서 특정된 재료 열화에 대응하는 맵을 특정할 수 있다. 도 11 및 도 12에 나타내는 맵은, 메모리(31)에 미리 기억시켜 둘 수 있다.
단계 S204에 있어서, 컨트롤러(30)는, 단계 S203에서 특정한 하이 레이트 열화의 맵을 사용하여, 문턱값 K를 특정한다. 구체적으로는, 컨트롤러(30)는, 조전지(10)의 온도 및 조전지(10)의 사용 상태(Ah/km)를 취득하고, 조전지(10)의 온도 및 사용 상태(Ah/km)에 대응한 문턱값 K를 특정한다. 이 문턱값 K는, 도 3의 단계 S112의 처리에서 사용된다.
도 3의 단계 S113에 있어서, 컨트롤러(30)는, 조전지(10)의 충방전 제어에 사용되는 출력 제한값을 최대값으로 설정한다. 출력 제한값은, 조전지(10)의 방전을 허용하는 상한값(전력 [kW])이다. 컨트롤러(30)는, 조전지(10)의 출력 전력이 출력 제한값을 초과하지 않도록, 조전지(10)의 방전을 제어한다.
최대값으로서의 출력 제한값은, 미리 정해둘 수 있다. 조전지(10)의 출력을 제한할 때에는, 출력 제한값이 최대값보다 작은 값으로 변경된다. 출력 제한값은, 최대값 및 최소값의 사이에서 변화시킬 수 있다. 최소값으로서의 출력 제한값은, 예를 들면, 0[kW]으로 할 수 있다. 이 경우에는, 조전지(10)의 방전이 금지되게 된다.
단계 S114에 있어서, 컨트롤러(30)는, 출력 제한값을 최대값보다 작은 값으로 설정한다. 출력 제한값을 저하시킬수록, 조전지(10)의 출력이 제한되게 된다. 컨트롤러(30)는, 적산값 ΣDex(N) 및 문턱값 K의 차분에 따라, 최대값에 대하여 출력 제한값을 감소시키는 양을 설정할 수 있다. 예를 들면, 컨트롤러(30)는, 하기식 (6)에 기초하여, 출력 제한값을 산출할 수 있다.
Figure pct00006
여기서, Wout은, 방전 제어에 사용되는 출력 제한값을 나타내고, Wout(MAX)은, 출력 제한값의 최대값을 나타낸다. L은, 계수를 나타낸다. K는, 단계 S112에서 설명한 문턱값 K를 나타낸다.
「L×(ΣDex(N)-K)」의 값은, 출력 제한값을 감소시키는 양을 나타내고 있고, 계수 L을 변화시킴으로써, 감소량을 조정할 수 있다. 구체적으로는, 차량의 드라이버빌리티를 고려하여, 감소량을 조정할 수 있다.
단계 S115에 있어서, 컨트롤러(30)는, 조전지(10)의 방전 제어에 관한 지령을, 인버터(23)로 송신한다. 이 지령에는, 단계 S113 또는 단계 S114에서 설정된 출력 제한값에 관한 정보가 포함된다. 이것에 의해, 조전지(10)의 방전 전력이, 출력 제한값을 초과하지 않도록, 조전지(10)의 방전이 제어된다.
단계 S116에 있어서, 컨트롤러(30)는, 이번의 평가값 D(N) 및 적산값 ΣDex(N)을 메모리(31)에 기억시킨다. 평가값 D(N)를 메모리(31)에 기억시킴으로써, 평가값 D(N)의 변화를 감시할 수 있다. 또, 적산값 ΣDex(N)를 메모리(31)에 기억시킴으로써, 다음번의 평가값 D(N+1)이 목표값 Dtar+, Dtar-를 초과했을 때, 적산값 ΣDex(N)을 갱신할 수 있다.
단계 S110의 처리로부터 단계 S117의 처리로 진행하였을 때, 단계 S117에 있어서, 컨트롤러(30)는, 평가값 D(N)를 메모리(31)에 기억시킨다. 이것에 의해, 평가값 D(N)의 변화를 감시할 수 있다.
본 실시예에 의하면, 적산값 ΣDex(N)이 문턱값 K보다 클 때에는, 조전지(10)의 방전을 제한함으로써, 하이 레이트 방전에 의한 조전지(10)[(단전지(11)]의 열화를 억제할 수 있다. 또, 적산값 ΣDex(N)이 문턱값 K에 도달할 때까지는, 출력 제한값이 최대값으로 설정된 상태이기 때문에, 조전지(10)의 출력을 사용하여, 운전자가 요구하는 차량의 동력 성능을 발휘시킬 수 있다.
도 13은, 평가값 D(N)의 변화에 따른, 적산값 ΣDex(N) 및 출력 제한값의 변화를 나타내는 도면(일례)이다.
평가값 D(N)이 목표값 Dtar+, Dtar-를 초과할 때마다, 적산값 ΣDex(N)이 갱신된다. 시각 t11에 있어서, 적산값 ΣDex(N)이 문턱값 K에 도달하면, 출력 제한값이 변경된다. 이것에 의해, 조전지(10)의 방전이 더욱 제한된다. 또, 적산값 ΣDex(N)이 문턱값 K보다 커짐에 따라, 출력 제한값이 작아져 간다. 한편, 적산값 ΣDex(N)이 문턱값 K에 도달할 때까지는, 출력 제한값이 최대값으로 유지된다.
시각 t12에서는, 적산값 ΣDex(N)가 문턱값 K보다 작아진다. 이것에 의해, 출력 제한값은, 최대값으로 설정된다. 시각 t12보다 앞의 시간대에서는, 시각 t12에 가까워짐에 따라, 출력 제한값은, 최대값에 가까워지고 있다. 시각 t12로부터 시각t13의 동안에는, 출력 제한값이 최대값으로 설정된다. 시각 t13에서는, 적산값 ΣDex(N)이 문턱값 K보다 커지기 때문에, 출력 제한값이 변경된다. 그리고, 적산값 ΣDex(N)이 문턱값 K보다 커짐에 따라, 출력 제한값이 작아진다.
본 실시예에서는, 평가값 D(N)이 각 목표값 Dtar+, Dtar-를 초과해도, 이 타이밍에 있어서 출력 제한값은 변경되지 않고, 적산값 ΣDex(N)이 문턱값 K보다 커졌을 때, 출력 제한값이 변경된다. 이러한 제어를 행함으로써, 평가값 D(N)이 각 목표값 Dtar+, Dtar-를 초과한 후에도, 출력 제한값이 최대값으로 설정된 상태에 있어서, 조전지(10)의 방전을 행할 수 있어, 운전자의 요구에 따른 차량의 동력 성능을 확보할 수 있다.
또, 본 실시예에 의하면, 단전지(11)의 재료 열화를 추정함으로써, 하이 레이트 열화를 허용할 수 있는 범위를 특정할 수 있다. 그리고, 하이 레이트 열화를 허용할 수 있는 범위에 대응한 문턱값 K를 설정함으로써, 하이 레이트 열화를 허용할 수 있는 범위 내에 있어서, 조전지(10)를 방전시킬 수 있다. 조전지(10)의 방전을 확보하면, 운전자의 요구에 따른 차량의 동력 성능을 확보할 수 있다.
본 실시예에서는, 사이클 타임 Δt마다 평가값 D(N)을 메모리(31)에 기억시키고, 메모리(31)에 기억된 전회(직전)의 평가값 D(N-1)을 사용하여, 이번의 평가 값 D(N)을 산출하고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 구체적으로는, 방전 전류값의 이력에 기초하여, 평가값 D(N)를 산출할 수 있다. 방전 전류값이 변화함에 따라, 평가값 D(N)이 변화하기 때문에, 방전 전류값의 이력을 취득해두면, 평가값 D(N)을 산출할 수 있다. 예를 들면, 방전 전류값의 이력만을 메모리(31)에 기억해 두고, 방전 전류값의 이력을 사용하여, 특정의 사이클 타임 Δt에 있어서의 평가값D(N)을 산출할 수 있다.
본 실시예에서는, 도 3의 단계 S110에서 사용되는 목표값 Dtar+, Dtar-를, 미리 설정된 고정값으로 하고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 목표값 Dtar+, Dtar-를 변화시킬 수도 있다.
구체적으로는, 본 실시예와 마찬가지로, 재료 열화를 추정하여, 하이 레이트 열화를 허용할 수 있는 범위를 특정한다. 그리고, 하이 레이트 열화를 허용할 수 있는 범위가, 미리 정한 기준 범위보다 작을 때에는, 기준 범위에 대응한 목표값 Dtar+, Dtar-보다 작은 값으로, 목표값 Dtar+, Dtar-를 설정할 수 있다. 한편, 하이 레이트 열화를 허용할 수 있는 범위가 기준 범위보다 클 때에는, 기준 범위에 대응한 목표값 Dtar+, Dtar-보다 큰 값으로, 목표값 Dtar+, Dtar-를 설정할 수 있다.
기준 범위에 대응한 목표값 Dtar+, Dtar-로서는, 예를 들면, 본 실시예에서 설명한 목표값 Dtar+, Dtar-로 할 수 있다. 목표값 Dtar+, Dtar-를 변경할 때에는, 문턱값 K를 고정값으로 할 수 있다.
목표값 Dtar+, Dtar-를 작게 할 때에는, 목표값 Dtar+, Dtar-를 0에 가깝게 한다. 이처럼 목표값 Dtar+, Dtar-를 변경함으로써, 평가값 D(N) 및 각 목표값 Dtar+, Dtar-의 차분을 증가시킬 수 있다. 이것에 의해, 적산값 ΣDex(N)이 문턱값 K보다 커지기 쉬워, 조전지(10)의 방전을 제한하기 쉬워진다.
한편, 목표값 Dtar+, Dtar-를 크게 할 때에는, 목표값 Dtar+, Dtar-를 0으로부터 멀어지는 방향으로 변경한다. 이처럼 목표값 Dtar+, Dtar-를 변경함으로써, 평가값 D(N) 및 각 목표값 Dtar+, Dtar-의 차분을 감소시킬 수 있다. 이것에 의해, 적산값 ΣDex(N)이 문턱값 K보다 커지기 어려워져, 조전지(10)의 방전을 제한하지 않아도 된다.
실시예 2
본 발명의 실시예 2인 전지 시스템에 대하여 설명한다. 본 실시예의 전지 시스템에서도, 도 2 및 도 3에 나타내는 처리가 행하여진다. 여기서, 적산값 ΣDex(N)의 산출 방법(도 3의 단계 S111의 처리)에 대하여, 본 실시예는 실시예 1과 다르다. 다른 처리에 대해서는, 실시예 1에서 설명한 처리와 동일하기 때문에, 상세한 설명은 생략한다. 이하, 실시예 1과 다른 점에 대하여, 주로 설명한다.
본 실시예에서는, 하기식 (7)에 기초하여, 적산값 ΣDex(N)을 산출하고 있다.
[수학식 2]
Figure pct00007
식 (7)에 있어서, T는 미리 정해진 기간이며, 적절히 설정할 수 있다. a는, 보정 계수이며, 0보다 크고, 1보다 작은 값이다. ΣDex(N-1)은, 전회까지의 사이클 타임(T-Δt)에 있어서, 평가값 D 및 각 목표값 Dtar+, Dtar-의 차분을 누적한 값이다. Dex(N)은, 이번 사이클 타임(Δt)에서 얻어진, 평가값 D(N) 및 목표값 Dtar+, Dtar-의 차분이다.
실시예 1에서 설명한 적산값 ΣDex(N-1)은, 평가값 D 및 각 목표값 Dtar+, Dtar-의 차분을 계속하여 누적한 값이다. 본 실시예에서 사용되는 적산값 ΣDex(N-1)은, 기간 T의 동안에 있어서, 평가값 D 및 각 목표값 Dtar+, Dtar-의 차분을 누적한 값이다. 본 실시예에서는, 이번 사이클 타임에 대하여, 기간 T보다 전에 취득된, 평가값 D 및 각 목표값 Dtar+, Dtar-의 차분은, 적산값 ΣDex(N)의 산출에는 사용되지 않는다.
본 실시예에 있어서의 적산값 ΣDex(N)의 산출 방법에 대하여, 도 14를 사용하여 구체적으로 설명한다. 도 14는, 평가값 D(N)의 변화(일례)와, 적산값 ΣDex(N)을 산출하는 기간 T의 관계를 나타내고 있다.
도 14에 있어서, 먼저, 시각 t20에서부터 시각 t22까지의 동안에 있어서, 적산값 ΣDex(N)이 산출된다. 시각 t20에서부터 시각 t22까지의 기간은, 기간 T가 된다. 시각 t21에서부터 시각 t22까지의 사이는, 이번 사이클 타임이 된다. 시각 t20에서부터 시각 t21까지는, 적산값 ΣDex(N-1)이 산출된다. 적산값 ΣDex(N-1)의 산출 방법은, 실시예 1에서 설명한 방법과 동일하다. 식 (7)에 나타내는 바와 같이, 적산값 ΣDex(N-1)에는, 보정 계수 a가 곱해진다.
시각 t21에서부터 시각 t22까지는, 차분 Dex(N)이 산출된다. 즉, 먼저, 평가값 D(N)이 목표값 Dtar+, Dtar-를 초과하고 있는지의 여부가 판별된다. 평가값 D(N)이 목표값 Dtar+, Dtar-를 초과하고 있을 때에는, 평가값 D(N) 및 목표값Dtar+, Dtar-의 차분 Dex(N)이 산출된다. 적산값 ΣDex(N-1) 및 차분 Dex(N)이 얻어지면, 식 (7)에 기초하여, 적산값 ΣDex(N)이 산출된다.
식 (7)에 나타내는 바와 같이, 본 실시예에서는, 「a×ΣDex(N-1)(T-Δt)+Dex(N)Δt」의 값을 기간 T로 나눈 시간 평균값을, 적산값 ΣDex(N)으로 하고 있다. 그리고, 적산값 ΣDex(N)이 문턱값 K보다 클 때에는, 실시예 1과 마찬가지로, 조전지(10)의 방전을 제한할 수 있다. 본 실시예에서 사용되는 문턱값 K는, 실시예 1에서 설명한 문턱값 K와는 달리, 기간 T에 대응한 값이 된다.
시각 t22에 있어서, 이번의 사이클 타임이 종료하면, 시각 t23에서부터 시각t25의 동안에 있어서, 적산값 ΣDex(N)의 산출이 행하여진다. 시각 t23은, 시각 t20에서부터, 1회의 사이클 타임 Δt가 경과한 시각이다. 시각 t24는, 시각 t22와 동일한 시각이다. 시각 t25는, 시각 t24에서부터, 1회의 사이클 타임 Δt가 경과한 시각이다. 시각 t24에서부터 시각 t25까지의 동안이, 이번 사이클 타임이 된다.
시각 t23에서부터 시각 t25의 동안에 산출되는 적산값 ΣDex(N)은, 「a×ΣDex(N-1)(T-Δt)+Dex(N)Δt」의 값을 기간 T로 나눈 시간 평균값이 된다. 그리고, 적산값 ΣDex(N)이 문턱값보다 클 때에는, 실시예 1과 마찬가지로, 조전지(10)의 방전이 제한된다.
시각 t25에 있어서, 이번의 사이클 타임이 종료하면, 시각 t26에서부터 시각t28의 동안에 있어서, 적산값 ΣDex(N)의 산출이 행하여진다. 시각 t26은, 시각t23에서부터, 1회의 사이클 타임 Δt가 경과한 시각이다. 시각 t27은, 시각 t25와 동일한 시각이다. 시각 t28은, 시각 t27에서부터, 1회의 사이클 타임 Δt가 경과한 시각이다. 시각 t27에서부터 시각 t28까지의 동안이, 이번의 사이클 타임이 된다.
시각 t26에서부터 시각 t28의 동안에 산출되는 적산값 ΣDex(N)은, 「a×ΣDex(N-1)(T-Δt)+Dex(N)Δt」의 값을 기간 T로 나눈 시간 평균값이 된다. 그리고, 적산값 ΣDex(N)이 문턱값보다 클 때에는, 실시예 1과 마찬가지로, 조전지(10)의 방전이 제한된다.
실시예 1에서 설명한 바와 같이, 조전지(10)의 충방전의 휴지 등에 의해, 하이 레이트 열화가 완화된다. 이 때문에, 현재의 사이클 타임보다 기간 T 이상만큼 앞의 시각에 있어서는, 평가값 D가 목표값 Dtar+, Dtar-를 초과하였다고 하여도, 이 평가값 D는, 하이 레이트 열화를 평가하는데 영향을 주기 어렵다. 그래서, 본 실시예에서는, 가장 가까운 기간 T의 동안에 취득된 평가값 D만을 사용하여, 적산값 ΣDex(N)를 산출하고 있다.
이것에 의해, 하이 레이트 열화의 완화를 고려한 적산값 ΣDex(N)을 얻을 수 있고, 완화되어 있지 않은 하이 레이트 열화에 따라, 조전지(10)의 방전을 제한할 수 있다. 하이 레이트 열화를 평가하는데 영향을 주기 어려운 과거의 평가값 D도 사용하여 적산값 ΣDex(N)을 산출하면, 적산값 ΣDex(N)이 문턱값 K보다 커지기 쉬워, 조전지(10)의 방전을 과도하게 제한할 우려가 있다. 본 실시예에 있어서, 과거의 평가값 D는, 적산값 ΣDex(N)의 산출에 사용하고 있지 않기 때문에, 적산값 ΣDex(N)에 따라, 조전지(10)의 방전을 과도하게 제한하는 것을 억제할 수 있다.
도 14에 나타내는 바와 같이, 평가값 D는, 시간과 함께 변동하기 때문에, 평가값 D 및 각 목표값 Dtar+, Dtar-의 차분도, 시간과 함께 변동한다. 평가값 D 및 각 목표값 Dtar+, Dtar-의 차분이 변동하면, 「a×ΣDex(N-1)+Dex(N)」의 값도 변동한다. 이 때문에, 「a×ΣDex(N-1)+Dex(N)」의 값은, 1차적으로 상승하거나, 1차적으로 저하하는 경우가 있다. 「a×ΣDex(N-1)+Dex(N)」의 값과 문턱값 K를 비교할 때에는, 「a×ΣDex(N-1)+Dex(N)」의 값이 1차적으로 증가하여, 문턱값 K보다 커지는 경우가 있다. 이 경우에는, 조전지(10)의 방전이 제한된다.
본 실시예에서는, 「a×ΣDex(N-1)(T-Δt)+Dex(N)Δt」의 값을 기간 T로 나눈 시간 평균값을, 적산값 ΣDex(N)으로 하고 있다. 시간 평균값으로서의 적산값 ΣDex(N)을 사용함으로써, 기간 T의 동안에 있어서, 「a×ΣDex(N-1)+Dex(N)」의 값을 분산시킬 수 있다. 이것에 의해, 「a×ΣDex(N-1)+Dex(N)」의 값이 1차적으로 증가하여 문턱값 K보다 커지는 것을 억제할 수 있고, 조전지(10)의 방전이 과도하게 제한되는 것을 억제할 수 있다.
도 15에는, 「a×ΣDex(N-1)+Dex(N)」의 값을 적산값 ΣDex(N)으로 하여, 「a×ΣDex(N-1)+Dex(N)」의 값의 변화(일례)를 나타내고 있다. 「a×ΣDex(N-1)+Dex(N)」의 값과 문턱값 K를 비교할 때에는, 「a×ΣDex(N-1)+Dex(N)」의 값이 문턱값 K보다 커진 시점에서, 조전지(10)의 방전이 제한된다.
한편, 본 실시예에서는, 「a×ΣDex(N-1)(T-Δt)+Dex(N)Δt」의 값을 기간 T로 나눈 시간 평균값을 적산값 ΣDex(N)으로 하고 있고, 이 시간 평균값 및 문턱값 K를 비교하고 있다. 시간 평균값을 사용함으로써, 「a×ΣDex(N-1)+Dex(N)」의 값이 1차적으로 문턱값 K보다 커져도, 시간 평균값이 문턱값 K보다 커지지 않는 경우가 있다. 이것에 의해, 시간 평균값이 문턱값 K보다 커지는 것을 억제할 수 있어, 조전지(10)의 방전이 과도하게 제한되는 것을 억제할 수 있다.
본 실시예에서는, 식 (7)에 나타내는 바와 같이, 적산값 ΣDex(N-1)에 보정 계수 a(0<a<1)를 곱하고 있지만, 보정 계수 a를 곱하지 않아도 된다. 즉, 가장 가까운 기간 T에 있어서, 평가값 D 및 각 목표값 Dtar+, Dtar-의 차분을 누적하여, 누적값을 기간 T로 나눈 시간 평균값을, 적산값 ΣDex(N)로서 사용할 수 있다.
실시예 1에서는, 식 (5)에 기초하여, 적산값 ΣDex(N)을 산출하고 있고, 과거의 모든 평가값 D를 고려하고 있다. 여기서, 본 실시예와 마찬가지로, 가장 가까운 기간 T에 있어서 얻어진 평가값 D만을 고려하여, 적산값 ΣDex(N)을 산출할 수 있다. 즉, 본 실시예에서 설명한 「ａ×ΣDex(N-1)+Dex(N)」의 값을, 적산값 ΣDex(N)으로 할 수 있다.

Claims (12)

  1. 비수 이차 전지의 방전 전력이 상한값을 초과하지 않도록 상기 비수 이차 전지의 방전을 제어하는 제어 장치로서,
    상기 비수 이차 전지의 충방전 시에 있어서의 전류값을 검출하는 전류 센서와,
    상기 비수 이차 전지의 방전에 의한 전해질 중에 있어서의 이온 농도의 치우침에 따라 상기 비수 이차 전지의 출력 성능을 저하시키는 제1 열화 성분을 평가하기 위한 평가값을, 상기 전류 센서를 사용하여 검출된 방전 상태로부터 산출하여, 목표값을 초과하는 상기 평가값을 적산한 값이 문턱값을 초과하였을 때, 상기 상한값을 저하시키는 컨트롤러를 가지고,
    상기 컨트롤러는, 상기 목표값을 초과하는 과거의 상기 평가값을 적산한 제1 적산값을 보정 계수에 의해 감한 값과, 상기 목표값을 초과하는 현재의 상기 평가값을 적산한 제2 적산값이 상기 문턱값을 초과하였는지의 여부를 판별하는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보정 계수는, 0보다 크고, 1보다 작은 값이며,
    상기 컨트롤러는, 상기 제1 적산값에 상기 보정 계수를 곱한 값과, 상기 목표값을 초과하는 현재의 상기 평가값을 적산하여, 상기 제2 적산값을 산출하는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 가장 가까운 소정 기간 내에 있어서, 상기 제2 적산값을 산출하는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 가장 가까운 상기 소정 기간 내에서 산출된 상기 제2 적산값을, 상기 소정 기간으로 나누어 시간 평균값을 산출하여, 상기 시간 평균값이 상기 문턱값을 초과하는지의 여부를 판별하는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 평가값이 양의 상기 목표값보다 클 때에는, 상기 양의 목표값 및 상기 평가값의 차분을 가산하고, 상기 평가값이 음의 상기 목표값보다 작을 때에는, 상기 음의 목표값 및 상기 평가값의 차분을 감산함으로써, 상기 제1 적산값 및 상기 제2 적산값을 산출하는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 비수 이차 전지의 충방전에 기여하는 구성 재료의 열화를 나타내는 제2 열화 성분이 커질수록, 상기 문턱값에 도달할 때까지의 상기 제2 적산값의 증가량이 작아짐과 함께, 상기 제2 열화 성분이 작아질수록, 상기 문턱값에 도달할 때까지의 상기 제2 적산값의 증가량이 커지도록, 상기 문턱값을 변경하는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 문턱값을 특정하기 위한 맵을, 상기 제2 열화 성분에 따라 기억하는 메모리를 가지고 있고,
    상기 컨트롤러는,
    상기 비수 이차 전지의 온도 및 통전량을 사용하여, 상기 제2 열화 성분을 추정하고,
    상기 메모리에 기억된 복수의 상기 맵 중, 추정한 상기 제2 열화 성분에 대응하는 상기 맵을 사용하여, 상기 문턱값을 특정하는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 비수 이차 전지는, 차량의 주행에 사용되는 에너지를 출력하는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
  9. 비수 이차 전지의 방전 전력이 상한값을 초과하지 않도록 상기 비수 이차 전지의 방전을 제어하는 제어 방법으로서,
    전류 센서를 사용하여, 상기 비수 이차 전지의 충방전 시에 있어서의 전류값을 검출하고,
    상기 비수 이차 전지의 방전에 의한 전해질 중에 있어서의 이온 농도의 치우침에 따라 상기 비수 이차 전지의 출력 성능을 저하시키는 제1 열화 성분을 평가하기 위한 평가값을, 상기 전류 센서를 사용하여 검출된 방전 상태로부터 산출하고,
    목표값을 초과하는 과거의 상기 평가값을 적산한 제1 적산값을 보정 계수에 의해 감한 값과, 상기 목표값을 초과하는 현재의 상기 평가값을 적산한 제2 적산값이 문턱값을 초과하는지의 여부를 판별하여,
    상기 제2 적산값이 상기 문턱값을 초과했을 때, 상기 상한값을 저하시키는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 보정 계수는, 0보다 크고, 1보다 작은 값이며,
    상기 제1 적산값에 상기 보정 계수를 곱한 값과, 상기 목표값을 초과하는 현재의 상기 평가값을 적산하고, 상기 제2 적산값을 산출하는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    가장 가까운 소정 기간 중에 있어서, 상기 제2 적산값을 산출하는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    가장 가까운 상기 소정 기간 내에서 산출된 상기 제2 적산값을, 상기 소정 기간으로 나누어 시간 평균값을 산출하고,
    상기 시간 평균값이 상기 문턱값을 초과하는지의 여부를 판별하여,
    상기 시간 평균값이 상기 문턱값을 초과하였을 때, 상기 상한값을 저하시키는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
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