TWI485909B - Secondary battery control device, charging control method and SOC detection method - Google Patents

Secondary battery control device, charging control method and SOC detection method Download PDF

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TWI485909B
TWI485909B TW102108064A TW102108064A TWI485909B TW I485909 B TWI485909 B TW I485909B TW 102108064 A TW102108064 A TW 102108064A TW 102108064 A TW102108064 A TW 102108064A TW I485909 B TWI485909 B TW I485909B
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Atsushi Ito
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Nissan Motor
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Description

二次電池之控制裝置，充電控制方法及SOC檢測方法
本發明係有關二次電池之控制裝置、充電控制方法及二次電池之SOC(State of Charge，電量狀態)檢測方法。
近年來，針對鋰二次電池等二次電池，以高電壓化及高容量化為目的，係考察了各種正極活性物質材料。作為該種正極活性物質，例如專利文獻1中揭示了Li2 MnO3 -LiMO2 (M為平均氧化狀態為3+之過渡金屬)等固溶體材料。
上述專利文獻1揭示之固溶體材料，依其成分等不同，可能會發生滯後現象(Hysteresis)，即充電時之開路電壓曲線與放電時之開路電壓曲線有很大不同。而如果將這種發生滯後現象的正極活性物質運用於二次電池，則該二次電池會因滯後現象之影響，即使在開路電壓相同的情形下，由於充電時與放電時其SOC相異，會有無法適當檢測SOC之課題。
[先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本特開2008-270201號公報
本發明所欲解決之課題在於，使用充電時與放電時開路電壓曲線相異之正極活性物質作為正極材料之二次電池中，從開路電壓適當檢測出目前的SOC。
本發明係針對使用充電時與放電時開路電壓曲線相異之正極活性物質來作為正極材料的二次電池，依據前述二次電池之充放電狀態，進行是否可算出前述二次電池目前的SOC之判斷，當判斷無法算出前述二次電池目前的SOC的情形下，令前述二次電池充電至規定之充滿電狀態，藉此解決上述課題。
按照本發明，當判斷無法算出二次電池目前的SOC的情形下，先令二次電池充電至規定之充滿電狀態，藉此，針對使用充電時與放電時開路電壓曲線相異之正極活性物質來作為正極材料的二次電池，能夠確切地檢測放電時之SOC。
10‧‧‧二次電池
20‧‧‧控制裝置
30‧‧‧負載
40‧‧‧電流計
50‧‧‧電壓計
60‧‧‧顯示裝置
101‧‧‧電極層積體
102‧‧‧正極板
102a‧‧‧正極側集電體
103‧‧‧隔板
104‧‧‧負極板
104a‧‧‧負極側集電體
105‧‧‧正極舌片
106‧‧‧負極舌片
107‧‧‧上部外裝構件
108‧‧‧下部外裝構件
109‧‧‧密封薄膜
[圖1]圖1為本實施形態之二次電池控制系統示意構成圖。
[圖2]圖2為本實施形態之二次電池俯視圖。
[圖3]圖3為沿圖2中III-III線之二次電池截面圖。
[圖4]圖4為本實施形態之二次電池中，從SOC=0%至SOC=100%進行充放電時之充放電特性示意曲線。
[圖5]圖5為本實施形態之二次電池中，於任意SOC(SOC2 )下從放電切換成充電時之充放電特性示意曲線。
[圖6]圖6為本實施形態之二次電池中，於任意SOC(SOC3 )下從放電切換成充電時之充放電特性示意曲線。
[圖7]圖7為以第1實施形態之二次電池控制系統所執行之處理示意流程圖。
[圖8]圖8為本實施形態之二次電池10目前的殘存電量之算出方法說明圖。
[圖9]圖9為本實施形態之二次電池中，沿著再充電時開路電壓曲線γsoc 進行充電後，於任意SOC(SOC4 )下從充電切換成放電時之充放電特性示意曲線。
[圖10]圖10為以第2實施形態之二次電池控制系統所執行之處理示意流程圖。
[圖11]圖11為以第3實施形態之二次電池控制系統所執行之處理示意流程圖。
[圖12]圖12為另一實施形態之二次電池10的目前SOC的算出方法說明圖。
以下依照圖面，說明本發明之實施形態。
《第1實施形態》
圖1為本實施形態之二次電池控制系統示意構成圖。本實施形態之二次電池控制系統，如圖1所示，具備二次電池10、控制裝置20、負載30、電流計40、電壓計50、及顯示裝置60。
控制裝置20為用來控制二次電池10之裝置，依據電流計40所檢測之流經二次電池10的充放電電流、及電壓計50所檢測之二次電池10的端子電壓，來進行二次電池10之充電及放電控制，以及二次電池10的SOC(State of Charge)之算出及殘存電量之算出。
負載30為從二次電池10接受電力供給之各種機器，例如將本實施形態之二次電池控制系統運用於電動車輛的情形下，可做成由換流器(Inverter)及電動機所構成。也就是說，若負載30是以換流器及電動機所構成時，從二次電池10供給之直流電力，會藉由換流器而變換成交流電力，供給至電動機。此外，若負載30是換流器及電動機所構成時，因電動機旋轉而產生之再生電力，會透過換流器而變換成直流電力，亦可構成為二次電池10的充電之用。
顯示裝置60為用來顯示由控制裝置20算出之殘存電量資訊之裝置，舉例來說，若將本實施形態之二 次電池控制系統運用於電動車輛時，係用來將二次電池10的殘存電量告知電動車輛上的人員。
作為二次電池10，例如可舉鋰離子二次電池等鋰系二次電池等。圖2揭示本實施形態之二次電池10俯視圖、圖3揭示沿圖2中III-III線之二次電池10截面圖。
二次電池10如圖2、圖3所示，係由下述所構成：電極層積體101，其具有3片正極板102、7片隔板103、3片負極板104；及正極舌片105和負極舌片106，分別與該電極層積體101連接；及上部外裝構件107和下部外裝構件108，容納並密封該些電極層積體101及正極舌片105、負極舌片106；及未特別圖示之電解液。
另，正極板102、隔板103、負極板104的片數並未特別限定，可以1片正極板102、3片隔板103、1片負極板104來構成電極層積體101，或是亦可視需要來適當選擇正極板102、隔板103及負極板104的片數。
構成電極層積體101之正極板102，係具有延伸至正極舌片105之正極側集電體102a、以及在正極側集電體102a一部分的兩主面上分別形成之正極活性物質層。作為構成正極板102之正極側集電體102a，例如能夠以厚度20μm左右之鋁箔、鋁合金箔、銅鈦箔、或不鏽鋼箔等電化學性穩定之金屬箔來構成。
構成正極板102之正極活性物質層，係藉由將正極活性物質、及碳黑等導電劑、及聚偏二氟乙烯、或 是聚四氟乙烯的水性分散液等黏結劑予以混合，塗布於正極側集電體102a一部分的主面，加以乾燥及加壓而形成。
本實施形態之二次電池10，於構成正極板102之正極活性物質層中，作為正極活性物質，係至少含有在充電時與放電時開路電壓曲線相異之正極活性物質，亦即充放電曲線具有滯後現象之正極活性物質。作為這種在充電時與放電時開路電壓曲線相異之正極活性物質，並未特別限定，例如可舉下述一般式(1)所表示之化合物。特別是，下述一般式(1)表示之化合物，由於是高電位且高容量，故藉由使用這種化合物來作為正極活性物質，能將二次電池10做成具有高能量密度。另，下述一般式(1)表示之化合物，一般係形成固溶體。
aLi[Li1/3 Mn2/3 ]O2 ．(1-a)Li[Niw Cox Mny Az ]O2 ．．．(1)(0<a<1、w+x+y+z=1、0≦w，x，y，z≦1、A為金屬元素)
此外，上述一般式(1)表示之化合物中，作為A，凡是金屬元素(Li，Ni，Co，Mn以外之金屬元素)皆可，並未特別限定，但以從Fe，V，Ti，Al，Mg中選擇之至少1種較佳，其中Ti又特佳。
此外，上述一般式(1)中，w，x，y，z凡是在滿足w+x+y+z=1、0≦w，x，y，z≦1之範圍則並未特別限定，但以z=0較佳。也就是說，下述一般式(2 )表示之化合物更佳。
aLi[Li1/3 Mn2/3 ]O2 ．(1-a)Li[Niw Cox Mny ]O2 ．．．(2)(0<a<1、w+x+y=1、0≦w，x，y≦1)
另，在正極活性物質層，亦可含有除了上述充電時與放電時開路電壓曲線相異之正極活性物質以外之正極活性物質，例如鋰鎳氧化物(LiNiO2 )、鋰錳氧化物(LiMn2 O4 )、鋰鈷氧化物(LiCoO2 )等鋰複合氧化物，或是LiFePO4 或LiMnPO4 等。
而構成該些3片正極板102之各正極側集電體102a，係與正極舌片105接合。作為正極舌片105，例如能夠使用厚度0.2mm左右之鋁箔、鋁合金箔、銅箔、或鎳箔等。
構成電極層積體101之負極板104，係具有延伸至負極舌片106之負極側集電體104a、以及在負極側集電體104a一部分的兩主面上分別形成之負極活性物質層。
負極板104的負極側集電體104a，例如為厚度10μm左右之鎳箔、銅箔、不鏽鋼箔、或鐵箔等電化學性穩定之金屬箔。
此外，構成負極板104之負極活性物質層，例如可藉由在難石墨化碳、易石墨化碳、或石墨等負極活性物質中加入聚偏二氟乙烯等黏結劑、及N-2-甲基吡咯酮等溶劑而調製漿料，塗布於負極側集電體104a一部分的 兩主面，加以乾燥及加壓來形成。
另，本實施形態之二次電池10中，3片負極板104之構造為，構成負極板104之各負極側集電體104a係與單一的負極舌片106接合。也就是說，本實施形態之二次電池10中，各負極板104之構造為，與單一共通的負極舌片106接合。
電極層積體101的隔板103，係用來防止上述正極板102與負極板104之間短路，亦可具備保持電解質之功能。該隔板103例如為厚度25μm左右之聚乙烯(PE)或聚丙烯(PP)等聚烯烴等所構成之微多孔性膜，當過電流流通時，層的空孔會因其發熱而閉塞，具有切斷電流之功能。
接著如圖3所示，正極板102與負極板104彼此隔著隔板103交互層積，又其最上層及最下層分別有隔板103層積，藉此形成電極層積體101。
二次電池10所含有之電解液，係為在有機液體溶媒中令四氟硼酸鋰(LiBF4 )、六氟磷酸鋰(LiPF6 )等鋰鹽作為溶質而溶解之液體。作為構成電解液之有機液體溶媒，例如可列舉碳酸丙烯酯(PC)、碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丁二醇酯(BC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)、甲酸甲酯(MF)、乙酸甲酯(MA)、丙酸甲酯(MP)等酯系溶媒，可將它們混合使用。
如上述般構成之電極層積體101，係被容納而 密封在上部外裝構件107及下部外裝構件108(密封手段)中。用來密封電極層積體101之上部外裝構件107及下部外裝構件108，例如是以聚乙烯或聚丙烯等樹脂薄膜、或在鋁等金屬箔的兩面疊合聚乙烯或聚丙烯等樹脂之樹脂一金屬薄膜疊合材料等具有柔軟性之材料所形成，將該些上部外裝構件107及下部外裝構件108熱熔接，藉此，在將正極舌片105及負極舌片106導出至外部的狀態下，電極層積體101被密封。
另，在正極舌片105及負極舌片106中，與上部外裝構件107及下部外裝構件108接觸之部分，為了確保與上部外裝構件107及下部外裝構件108之間的密合性，係設置密封薄膜109。作為密封薄膜109並未特別限定，例如能夠由聚乙烯、變性聚乙烯、聚丙烯、變性聚丙烯、或離子聚合物(Ionomer)等耐電解液性及熱熔接性優良之合成樹脂材料來構成。
本實施形態之二次電池10，係如上述般構成。
接下來，說明本實施形態之二次電池10的充放電特性。如上述般，二次電池10中，作為正極活性物質，係使用在充電時與放電時開路電壓曲線相異之正極活性物質，亦即充放電曲線具有滯後現象之正極活性物質。因此，二次電池10如圖4所示，從SOC=0%至SOC=100%進行充電，其後從SOC=100%至SOC=0%進行放電的情形下，充電時的開路電壓曲線與放電時的開路電壓 曲線相異，而會具有滯後現象。在此，本實施形態中，如圖4所示，將從SOC=0%至SOC=100%進行充電時之充電時開路電壓曲線，繪製成充電時基本開路電壓曲線α；反之，將從SOC=100%至SOC=0%進行放電時之放電時開路電壓曲線，繪製成放電時基本開路電壓曲線β。也就是說，如圖4所示，從SOC=0%開始進行二次電池10之充電時，會依循圖4中所示充電時基本開路電壓曲線α，隨著SOC上昇，二次電池10的開路電壓會上昇。而在規定之充滿電狀態，亦即進行充電直到充滿電電壓Vmax (SOC=100%)後，從充電切換成放電而進行放電的情形下，會依循圖4中所示放電時基本開路電壓曲線β而逐漸放電。
也就是說，二次電池10具有之性質係如圖4所示，即使在相同SOC下，充電時與放電時開路電壓的值會大幅相異。因此，例如如圖4中所示，即使SOC同為SOC1 下，充電時開路電壓為V1-1 ，而另一方面放電時開路電壓為V1-2 ，充電時與放電時會產生電壓差△V=V1-1 -V1-2 。
另，圖4中係以從SOC=0%至SOC=100%進行充電，接著從SOC=100%至SOC=0%進行放電之情形為例做說明，但這樣的充放電操作，即使在任意SOC下進行時(例如從SOC=30%至SOC=70%進行充電，從SOC=70%至SOC=30%進行放電之情形等)，充放電曲線同樣會具有滯後現象。
另一方面，如圖5中充放電曲線A(圖5中以單點鏈線表示)所示，從規定之充滿電電壓Vmax 至SOC2 進行放電後，從放電切換成充電，再進行充電至充滿電電壓Vmax 之情形，係如下述。也就是說，在放電時沿著放電時基本開路電壓曲線β進行放電，其後於SOC2 從放電切換成充電而進行充電的情形下，雖然充電曲線會與充電時基本開路電壓曲線α相異，但在進行充電至規定之充滿電電壓Vmax 後，一旦再度進行放電，則會沿著放電時基本開路電壓曲線β而進行放電。
同樣地，如圖6中充放電曲線B(圖6中以虛線表示)所示，放電至與上述SOC不同之SOC3 後，從放電切換成充電，再進行充電至充滿電電壓Vmax 之情形下，亦顯現出同樣的傾向。也就是說，無論在圖5、圖6哪一種情形下，從規定之充滿電電壓Vmax 進行放電時，皆會沿著放電時基本開路電壓曲線β進行放電，這樣的傾向不會因為充電至規定之充滿電電壓Vmax 時之充電開始時SOC(例如在圖5、圖6所示例子中為SOC2 、SOC3 )而有改變。也就是說，從規定之充滿電電壓Vmax 進行放電的情形下，無論之前的充放電歷程為何，一律會沿著放電時基本開路電壓曲線β進行放電。
是故，本實施形態中，針對二次電池10這樣的充放電特性，係事先令從規定之充滿電電壓Vmax 進行放電時之放電曲線，亦即放電時基本開路電壓曲線β，記憶在控制裝置20中，利用放電時基本開路電壓曲線β， 藉由控制裝置20來算出二次電池10的SOC，依據算出之SOC，來算出殘存電量。特別是，若將本實施形態之二次電池控制系統運用於電動車輛時，一般而言，二次電池10是在充電至規定之充滿電狀態後才使用，故在這樣的情形下，會沿著放電時基本開路電壓曲線β而進行放電，故令其事先記憶放電時基本開路電壓曲線β，並依此算出二次電池10的SOC及殘存電量，藉此能夠確切地算出。
另，本實施形態中，例如針對二次電池10，實際進行充電至規定之充滿電電壓Vmax ，接著實際實測進行放電時之資料，藉此便能得到放電時基本開路電壓曲線β。
此外，圖4~圖6中，作為一實施例，係揭示了使用上述一般式(2)表示之化合物來作為正極活性物質，並將其與石墨負極組合使用時之充放電特性；但當然並不特別限定於這種構成。
接下來，說明本實施形態之動作例。圖7為本實施形態之SOC算出處理示意流程圖。另，下文中，將說明二次電池10充電至規定之充滿電電壓Vmax 後，進行二次電池10之放電時之動作例。
首先，步驟S1中，藉由控制裝置20，進行：針對二次電池10判定其是否從充滿電狀態開始放電。當放電開始的情形下，進入步驟S2，反之若放電未開始的情形下，則在步驟S1待機。
步驟S2中，藉由控制裝置20，執行以下處理 ：讀取事先記憶在控制裝置20之放電時基本開路電壓曲線β。
接著，步驟S3中，藉由控制裝置20，進行以下處理：取得電壓計50所測定之二次電池10的端子電壓，及電流計40所測定之二次電池10的電流值。
步驟S4中，藉由控制裝置20，執行以下處理：由步驟S2所取得之二次電池10的端子電壓及電流值，算出二次電池10目前的開路電壓。另，二次電池10目前的開路電壓之算出方法並未特別限定，例如有使用二次電池10的端子電壓及電流值的複數筆資料，從複數個端子電壓及電流值資料中，利用迴歸線推定出電流值為零時之端子電壓值，以其作為開路電壓而算出之方法等。
步驟S5中，藉由控制裝置20，執行以下處理：依據步驟S2所讀取之放電時基本開路電壓曲線β，由步驟S4所算出之二次電池10目前的開路電壓，算出二次電池10目前的SOC。若以圖4所示之情形為例做說明，則例如當步驟S4中所算出之二次電池10目前的開路電壓為V1-2 時，從放電時基本開路電壓曲線β算出與開路電壓V1-2 對應之SOC，亦即算出SOC1 作為二次電池10目前的SOC。
接著，步驟S6中，藉由控制裝置20，執行以下處理：依據步驟S5所算出之二次電池10目前的SOC，算出二次電池10目前的殘存電量。在此，圖8為二次電池10目前的殘存電量之算出方法說明圖。如圖8所示， 例如當二次電池10目前的SOC為SOC1 時，圖8中，放電時基本開路電壓曲線β、及SOC=SOC1 之直線、及x軸(表示SOC之軸，開路電壓=0V之直線)、及y軸(表示開路電壓之軸，SOC=0%之直線)所包圍的面積(從SOC=0%至SOC=SOC1 之積分值)，即表示殘存電量(單位：Wh)。因此，本實施形態中，係藉由這樣的手法，依據步驟S5所算出之二次電池10目前的SOC及放電時基本開路電壓曲線β，來算出二次電池10的殘存電量。
另，本實施形態中，亦可為以下態樣：不算出二次電池10的殘存電量，或是除了算出二次電池10的殘存電量外，更依據下述式(3)來算出殘存電率。
殘存電率(%)=二次電池10的殘存電量/充滿電狀態之殘存電量×100．．．(3)
另，充滿電狀態之殘存電量，如圖8所示，可藉由求出放電時基本開路電壓曲線β、及SOC=100%之直線、及x軸(表示SOC之軸，開路電壓=0V之直線)、及y軸(表示開路電壓之軸，SOC=0%之直線)所包圍的面積(從SOC=0%至SOC=100%之積分值)來算出。
接著，步驟S7中，進行以下處理：步驟S6所算出之二次電池10的殘存電量資料，會從控制裝置20被送出至顯示裝置60，令二次電池10的殘存電量資訊顯 示於顯示裝置60。另，不算出二次電池10的殘存電量，或是除了算出二次電池10的殘存電量外，更算出二次電池10的殘存電率之情形下，於顯示裝置60顯示之資訊，亦可做成以下態樣：不算出二次電池10的殘存電量，或是除了算出二次電池10的殘存電量外，更顯示二次電池10的殘存電率。
步驟S8中，藉由控制裝置20，進行：判定二次電池10的放電是否結束。二次電池10的放電尚未結束之情形下，回到步驟S2，直到二次電池10的放電結束為止，反覆執行上述步驟S2~S7之處理。而當二次電池10的放電結束時，結束本處理。
按照本實施形態，係將從規定之充滿電狀態亦即充滿電電壓Vmax (SOC=100%)進行放電時之放電曲線，事先記憶成為放電時基本開路電壓曲線β，從規定之充滿電電壓Vmax 進行放電時，依據放電時基本開路電壓曲線β，由二次電池10目前的開路電壓，算出二次電池10目前的SOC。因此，按照本實施形態，從規定之充滿電電壓Vmax 進行放電時，能夠高精度地算出二次電池10目前的SOC。
再者，按照本實施形態，用來算出二次電池10目前的SOC之充放電曲線，只要至少記憶從規定之充滿電電壓Vmax 進行放電時之放電時基本開路電壓曲線β即可，故如此一來，可減低控制裝置20的資料容量。此外，在因應溫度變化或二次電池10的劣化程度而進行修 正時，也只需至少修正放電時基本開路電壓曲線β即可，故除了減低資料容量之外，還可減低演算負載。特別是，若將本實施形態之二次電池控制系統運用於電動車輛時，一般而言，二次電池10是在充電至規定之充滿電狀態後才使用，在這樣的情形下，會沿著放電時基本開路電壓曲線β而進行放電，故只要至少事先記憶放電時基本開路電壓曲線β，便可依此確切地算出二次電池10目前的SOC。
又，按照本實施形態，如圖8所示，利用從規定之充滿電電壓Vmax (SOC=100%)進行放電時之放電時基本開路電壓曲線β，藉此，亦可由二次電池10目前的SOC，高精度地求出殘存電量(可放電電量)。
《第2實施形態》
接下來，說明本發明之第2實施形態。
本發明之第2實施形態，係判斷是否可算出二次電池10目前的SOC，若判斷無法算出二次電池10目前的SOC時，則執行使二次電池10進行充電至規定之充滿電電壓Vmax (SOC=100%)之控制；除此以外，具有與上述第1實施形態同樣之構成，且進行同樣動作。
在此，若要進一步說明本實施形態之二次電池10的充放電特性，則本實施形態之二次電池10，除了上述第1實施形態所說明之特性外，還具有下述特性。
也就是說，本實施形態之二次電池10中，如圖9所示，沿著放電時基本開路電壓曲線β進行放電後，於SOC2 從放電切換成充電而進行充電的情形下，如上述般，如圖9中充放電曲線C所示，會沿著與SOC2 對應之再充電時開路電壓曲線γ(亦即與充放電曲線A對應之電壓曲線)進行充電。接著，其後進行充電至SOC4 ，且再度從充電切換成放電而進行放電的情形下，如圖9中充放電曲線C所示，直到到達充電切換時SOCcharge (即SOC2 )之前，會依循與從充電切換成放電時之SOC(即SOC4 )相應之放電曲線而進行放電，而一旦超過充電切換時SOCcharge (即SOC2 )，便會沿著放電時基本開路電壓曲線β進行放電。另，圖9所示之充放電曲線C，係表示進行下述充放電動作情形下，充電時及放電時的閉路曲線。
(1)沿著放電時基本開路電壓曲線β進行放電後，於SOC2 從放電切換成充電，並充電至SOC4
(2)於SOC4 從充電切換成放電，並放電至超過SOC2 的任意SOC
也就是說，本實施形態之二次電池10中，如圖9所示，沿著放電時基本開路電壓曲線β進行放電後，從放電切換成充電，進行充電至規定之SOC(SOC≠100%)後，再度進行放電時，直到從放電切換成充電時之SOC(圖9所示例子中為SOC2 )之前，並不會沿著放電時基本開路電壓曲線β。而在此情形下，便無法如上述第1實施形態般，利用放電時基本開路電壓曲線β來算出二次電 池10目前的SOC。因此，本實施形態中，在這種無法算出二次電池10目前的SOC之情形下，係針對二次電池10進行充電，將其先充電至規定之充滿電電壓Vmax ，藉此再度使二次電池10的放電過程舉動依循放電時基本開路電壓曲線β。而如此一來，便可如上述第1實施形態所說明般，依據放電時基本開路電壓曲線β來算出二次電池10目前的SOC。
接下來，依據圖10所示之流程圖，說明第2實施形態之動作例。另，第2實施形態中，相較於上述第1實施形態之動作例(參照圖7)，除了追加步驟S101、S102以外，其餘相同。
也就是說，如圖10所示，在步驟S1中，針對二次電池10，當判定從充滿電狀態開始放電的情形下，進入步驟S101，判定是否可算出二次電池10目前的SOC。另，判定是否可算出二次電池10目前的SOC之方法並未特別限定，例如，當符合以下情形，便可判定二次電池10的放電並未對應於放電時基本開路電壓曲線β：具體來說，如圖9所示，沿著放電時基本開路電壓曲線β進行放電後，從放電切換成充電，進行充電至規定之SOC(SOC≠100%)之情形、或是於其後再度進行放電之情形等。
接著，在步驟S101中，當判定無法算出二次電池10目前的SOC時，進入步驟S102，在步驟S102中，執行控制以使二次電池10充電至規定之充滿電狀態， 一旦二次電池10充電至規定之充滿電狀態，則返回步驟S1。
另一方面，在步驟S101中，當判定可算出二次電池10目前的SOC時，進入步驟S2，如同上述第1實施形態般，執行步驟S2~S8之處理。
按照第2實施形態，除了上述第1實施形態的效果外，還能發揮以下效果。
也就是說，按照第2實施形態，在無法算出二次電池10目前的SOC之情形下，係針對二次電池10進行充電，將其先充電至規定之充滿電電壓Vmax ，藉此能夠再度使二次電池10的放電過程舉動依循放電時基本開路電壓曲線β。而如此一來，按照第2實施形態，便可如上述第1實施形態所說明般，依據放電時基本開路電壓曲線β來算出二次電池10目前的SOC。因此，按照第2實施形態，便可更確切地進行二次電池10目前的SOC之算出作業。
《第3實施形態》
接下來，說明本發明之第3實施形態。
本發明之第3實施形態，係判斷是否可算出二次電池10目前的SOC，若判斷無法算出二次電池10目前的SOC時，則執行使二次電池10放電至規定之SOC之控制；除此以外，具有與上述第2實施形態同樣之構成，且進行同樣動作。
也就是說，如上述第2實施形態所說明般，本實施形態之二次電池10中，如圖9所示，於SOC2 從放電切換成充電並進行充電後，進行充電至SOC4 ，接著再度從充電切換成放電而進行放電的情形下，如充放電曲線C所示，直到到達充電切換時SOCcharge (即SOC2 )之前，會依循與放電時基本開路電壓曲線β相異之放電曲線進行放電，而一旦超過充電切換時SOCcharge (即SOC2 )，便會沿著放電時基本開路電壓曲線β進行放電。
因此，本實施形態中，在進行放電後，從放電切換成充電並進行充電至規定之SOC(SOC≠100%)後，再度進行放電時，針對二次電池10，令其放電至從放電切換成充電時之充電切換時SOCcharge ，藉此能夠再度使二次電池10的放電過程舉動依循放電時基本開路電壓曲線β。而如此一來，便可如上述第1實施形態所說明般，依據放電時基本開路電壓曲線β來算出二次電池10目前的SOC。
接下來，依據圖11所示之流程圖，說明第3實施形態之動作例。另，第3實施形態中，相較於上述第2實施形態之動作例(參照圖10)，除了追加步驟S201來取代S102以外，其餘相同。
也就是說，如圖11所示，在步驟S1中，針對二次電池10，當判定從充滿電狀態開始放電的情形下，進入步驟S101，判定是否可算出二次電池10目前的SOC。
接著，在步驟S101中，當判定無法算出二次電池10目前的SOC時，進入步驟S201，在步驟S201中，執行控制以使二次電池10放電至從放電切換成充電時之充電切換時SOCcharge ，一旦二次電池10放電至充電切換時SOCcharge ，則返回步驟S1。
另一方面，在步驟S101中，當判定可算出二次電池10目前的SOC時，進入步驟S2，如同上述第2實施形態般，執行步驟S2~S8之處理。
按照第3實施形態，除了上述第1實施形態的效果外，還能發揮以下效果。
也就是說，按照第3實施形態，當無法算出二次電池10目前的SOC的情形下，令其放電至從放電切換成充電時之充電切換時SOCcharge ，藉此能夠再度使二次電池10的放電過程舉動依循放電時基本開路電壓曲線β。而如此一來，按照第3實施形態，便可如上述第1實施形態所說明般，依據放電時基本開路電壓曲線β來算出二次電池10目前的SOC。因此，按照第3實施形態，便可更確切地進行二次電池10目前的SOC之算出作業。
以上已說明本發明之實施形態，但這些實施形態係為了便於理解本發明而記載，並非為了限定本發明而記載。是故，上述實施形態揭示之各要素，其主旨在於尚包含隸屬本發明技術範圍之所有設計變更或均等物。
舉例來說，上述實施形態中，係舉例以從SOC=100%之充滿電電壓Vmax 進行放電時之情形，來作 為從規定之充滿電狀態進行放電時之放電時基本開路電壓曲線β；但放電時基本開路電壓曲線β只要因應二次電池10之電池設計、或實際使用二次電池10之充放電系統設計來適當設定即可。也就是說，例如，規定之充滿電狀態，並非一定要設定成考量構成二次電池10之正極活性物質及負極活性物質情形下之理想充滿電狀態(以此作為100%充電狀態)；例如亦可將比理想充滿電狀態還稍低之95%充電狀態設定成規定之充滿電狀態。但，從進一步提高本實施形態效果的觀點看來，此種規定之充滿電狀態，係設定成接近100%充電狀態較理想。
此外，本實施形態中，係實際進行充電至規定之充滿電電壓Vmax ，接著實際實測進行放電時之資料，以此作為放電時基本開路電壓曲線β；但亦可不這麼做，而是使用從該資料中每隔規定之SOC間隔(例如每1%間隔)抽取對應之開路電壓而成之不連續資料，藉由使用這種不連續資料，可進一步減低控制裝置20的資料容量。
另，在使用這種不連續資料的情形下，控制裝置20可採用如下方法：藉由所算出之開路電壓，利用內插法求出二次電池10目前的SOC。也就是說，例如如圖12所示，在不連續資料中，假設二次電池10目前的開路電壓為E，而在記憶有對應之SOC的開路電壓當中，具有比二次電池10目前的開路電壓E還大之值者為En 、而具有二次電池10目前的開路電壓E以下之值者為En+1 ，且對應於開路電壓En、En+1 之SOC分別為SOCn 、 SOCn+1 時，那麼與二次電池10目前的開路電壓E對應之SOC，亦即SOC(E)，係可依據下述式(4)算出。
SOC(E)=SOCn -△SOC×(E-En )/(En+1 -En )．．．(4)
另，上述式(4)中，△SOC係為對應於開路電壓En 之SOC以及對應於開路電壓En+1 之SOC的差。此外，使用不連續資料的情形下，針對與二次電池10目前的開路電壓E對應之SOC，亦即SOC(E)，從進一步提高其算出精度的觀點看來，作為En ，較佳是選擇具有比二次電池10目前的開路電壓E還大之值，且最接近開路電壓E者；作為En+1 ，較佳是選擇具有二次電池10目前的開路電壓E以下之值，且最接近開路電壓E者。
又或者是，在使用這種不連續資料的情形下，亦可做成如下構成：根據二次電池10目前的開路電壓E，依(E-En )/(En+1 -En )的值，按照下述式(5)、(6)算出與二次電池10目前的開路電壓E對應之SOC，亦即SOC(E)。
0≦(E-En )/(En+1 -En )<0.5時 SOC(E)=SOCn ．．．(5)
0.5≦(E-En )/(En+1 -En )≦1時 SOC(E)=SOCn+1 ．．．(6)
另，上述式(5)、(6)中，En 是在記憶有對應之SOC的開路電壓當中，具有比二次電池10目前的開路電壓E還大之值，且最接近開路電壓E者；En+1 是在記憶有 對應之SOC的開路電壓當中，具有二次電池10目前的開路電壓E以下之值，且最接近開路電壓E者；SOCn+1 為對應開路電壓En+1 之SOC。
此外，上述實施形態中，係採用了依據放電時基本開路電壓曲線β，由二次電池10目前的開路電壓求出二次電池10目前的SOC之方法；但亦可不用此種方法，而是構成為依據積算電流來算出二次電池10目前的SOC。也就是說亦可構成為，將電流計40所檢測出之從放電開始時之充放電電流予以連續地積算，依據積算結果，算出二次電池10目前的SOC。而在此情形下，例如可做成如下構成：以規定之第1間隔(例如10msec間隔)進行以積算電流算出SOC，且以比第1間隔還長的規定之第2間隔(例如數分鐘~數十分鐘左右)，一併進行依據上述放電時基本開路電壓曲線β算出SOC；藉此，依據依放電時基本開路電壓曲線β所得之SOC算出結果，來修正積算電流所得之SOC算出結果。特別是，藉由使用這種方法，係以演算負載較小的積算電流來進行SOC之算出，而另一方面又依據依放電時基本開路電壓曲線β而得之SOC算出結果，來修正積算電流所得之SOC算出結果，藉此能做出良好的SOC算出精度。
此外，以積算電流進行SOC之算出時，如同上述實施形態般，當然亦可採用如下構成：依據所算出之二次電池10目前的SOC，算出二次電池10的殘存電量或殘存電率。
另，上述實施形態中，二次電池10相當於本發明之二次電池，控制裝置20則相當於本發明之判斷手段、充電控制手段、放電控制手段、記憶手段、SOC算出手段、殘存容量算出手段、充放電積算電流手段、及修正手段。

Claims (12)

  1. 一種二次電池之控制裝置，屬於使用充電時與放電時開路電壓曲線相異之正極活性物質來作為正極材料的二次電池之控制裝置，其特徵為，具備：判斷手段，依據前述二次電池之充放電狀態，進行是否可算出前述二次電池目前的SOC(State of Charge，電量狀態)之判斷；及充電控制手段，由前述判斷手段判斷無法算出前述二次電池目前的SOC的情形下，令前述二次電池充電至規定之充滿電狀態。
  2. 如申請專利範圍第1項之二次電池之控制裝置，其中，更具備：記憶手段，令前述二次電池充電至前述規定之充滿電狀態後，從充滿電狀態進行放電時，將在放電過程中的SOC與開路電壓之間的關係，記憶成為基本放電開路電壓資訊，前述二次電池正在放電的情形下，當判斷前述二次電池的SOC與開路電壓之間的關係，並未與由前述基本放電開路電壓資訊求得之基本放電開路電壓曲線對應時，則前述判斷手段便判斷無法算出前述二次電池目前的SOC。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之二次電池之控制裝置，其中，當針對前述二次電池進行放電後，再度進行充電的情形下，則前述判斷手段便判斷無法算出前述二次電池目前 的SOC。
  4. 一種二次電池之控制裝置，屬於使用充電時與放電時開路電壓曲線相異之正極活性物質來作為正極材料的二次電池之控制裝置，其特徵為，具備：記憶手段，令前述二次電池充電至規定之充滿電狀態後，從充滿電狀態進行放電時，將在放電過程中的SOC與開路電壓之間的關係，記憶成為基本放電開路電壓資訊；及SOC算出手段，依據前述基本放電開路電壓資訊，在放電過程中，由前述二次電池目前的開路電壓，算出前述二次電池目前的SOC；更具備：判斷手段，藉由前述SOC算出手段，依據前述基本放電開路電壓資訊，判斷是否可算出前述二次電池目前的SOC；及充電控制手段，由前述判斷手段判斷無法算出前述二次電池目前的SOC之情形下，令前述二次電池充電至規定之充滿電狀態。
  5. 一種二次電池之控制裝置，屬於使用充電時與放電時開路電壓曲線相異之正極活性物質來作為正極材料的二次電池之控制裝置，其特徵為，具備：記憶手段，令前述二次電池充電至規定之充滿電狀態後，從充滿電狀態進行放電時，將在放電過程中的SOC與開路電壓之間的關係，記憶成為基本放電開路電壓資訊；及 SOC算出手段，依據前述基本放電開路電壓資訊，在放電過程中，由前述二次電池目前的開路電壓，算出前述二次電池目前的SOC；更具備：判斷手段，藉由前述SOC算出手段，依據前述基本放電開路電壓資訊，判斷是否可算出前述二次電池目前的SOC；及放電控制手段，藉由前述判斷手段，當判斷無法算出前述二次電池目前的SOC的情形下，依據前述基本放電開路電壓資訊，令前述二次電池放電，直到成為可算出前述二次電池目前的SOC之狀態為止。
  6. 如申請專利範圍第4或5項之二次電池之控制裝置，其中，更具備：殘存容量算出手段，由根據前述SOC算出手段所算出之前述二次電池目前的SOC，算出前述二次電池的殘存容量。
  7. 如申請專利範圍第6項之二次電池之控制裝置，其中，前述殘存容量算出手段，係依據前述基本放電開路電壓資訊及前述二次電池目前的SOC，來算出前述二次電池的殘存容量以作為殘存電量。
  8. 如申請專利範圍第4或5項之二次電池之控制裝置，其中，前述記憶手段，係每隔規定之SOC間隔，斷續性地記憶在放電過程中SOC與開路電壓之間的關係，以作為 前述基本放電開路電壓資訊，前述SOC算出手段，係由前述二次電池目前的開路電壓，依下述式(I)算出前述二次電池目前的SOC；SOC(E)=SOCn -△SOC×(E-En )/(En+1 -En )．．．(I)(上述式(I)中，E為二次電池目前的開路電壓，En 為在前述記憶手段記憶有對應之SOC的開路電壓，且具有比二次電池目前的開路電壓E還大之值，En+1 為在前述記憶手段記憶有對應之SOC的開路電壓，且具有二次電池目前的開路電壓E以下之值，SOCn 為對應於開路電壓En 之SOC，△SOC為對應於開路電壓En 之SOC以及對應於開路電壓En+1 之SOC的差，SOC(E)為對應於二次電池目前的開路電壓E之SOC)。
  9. 如申請專利範圍第4或5項之二次電池之控制裝置，其中，前述正極活性物質，係包含下述一般式(II)所表示之化合物；aLi[Li1/3 Mn2/3 ]O2 ．(1-a)Li[Niw COx Mny Az ]O2 ．．．(II)(上述式(II)中，0<a<1、w+x+y+z=1、0≦w，x，y，z≦1、A為金屬元素)。
  10. 如申請專利範圍第4或5項之二次電池之控制裝 置，其中，具備：充放電電流積算手段，將前述二次電池的充放電電流予以積算，藉此算出基於積算電流的SOC；及修正手段，前述充放電電流積算手段，係依據由前述SOC算出手段所算出之前述二次電池目前的SOC，來修正由前述充放電電流積算手段所算出之基於積算電流的SOC。
  11. 一種二次電池之充電控制方法，屬於使用充電時與放電時開路電壓曲線相異之正極活性物質來作為正極材料的二次電池之充電控制方法，其特徵為：依據前述二次電池之充放電狀態，進行是否可算出前述二次電池目前的SOC之判斷，當判斷無法算出前述二次電池目前的SOC的情形下，令前述二次電池充電至規定之充滿電狀態。
  12. 一種二次電池之SOC檢測方法，屬於使用充電時與放電時開路電壓曲線相異之正極活性物質來作為正極材料的二次電池之SOC檢測方法，其特徵為：依據前述二次電池的充放電狀態，進行是否可算出前述二次電池目前的SOC之判斷，當判斷無法算出前述二次電池目前的SOC之情形下，令前述二次電池充電至規定之充滿電狀態後，依據從充滿電狀態進行放電時在放電過程中的SOC與開路電壓之間的關係，以及前述二次電池目前的開路電壓，來算出前述二次電池目前的SOC。
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