JP2003338325A - 蓄電池の劣化状態判定方法およびそれを用いた蓄電池の充電方法 - Google Patents

蓄電池の劣化状態判定方法およびそれを用いた蓄電池の充電方法

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Nobuyuki Takami
宣行 高見
Kazuhiro Sugie
一宏 杉江
Kiichi Koike
喜一 小池
Yasuyuki Yoshihara
靖之 吉原
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 SOCを100%未満に制御する充電方法で
は従来のOCVや放電電圧特性からのみでは精度良く劣
化判定できないという課題、さらには蓄電池自体の劣化
が進行した場合、蓄電池の充電受入性が低下し、蓄電池
の寿命が急激に低下するという課題を解決する。 【解決手段】 蓄電池の開路電圧(OCV)と充電状態
(SOC)の関係から求められた第1のSOCと、充放
電電流値を積算して求められた第2のSOCから、ΔS
OC(ΔSOC=第2のSOC−第1のSOC)を求
め、また、OCVと直流抵抗(IR)との関係から求め
られた第1のIRと、蓄電池を放電電流I 1で放電した
時の放電電圧V1および別の放電電流I2(I1≠I2)で
放電した時の放電電圧V2から第2のIR(第2のIR
=(V2−V1)/(I2−I1))を求め、第2のIRと第
1のIRから求められるΔIR(ΔIR=第2のIR−
第1のIR)から劣化状態を判別する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、蓄電池の充電制御
方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、自動車に搭載されている蓄電池
は、エンジンの始動やライトの点灯等に使用され、一般
的に走行時は蓄電池の充電状態(以下、SOC)がほぼ
100%になるように、規定の充電電圧で充電されてい
る。
【0003】近年、自動車の燃費向上を目的とした減速
時の回生エネルギーを蓄電池に充電し、エネルギーを有
効利用する方法や、アイドルストップ(車両停止時にエ
ンジンを停止)時に蓄電池から電気的負荷に対して電力
供給したり、アイドルストップ後のエンジンの再始動と
共に蓄電池によって駆動されるモーターによって走行ア
シストを行うシステムが提案されている。
【0004】このようなシステムで回生充電を行うため
には、蓄電池のSOCを100%未満の部分充電状態に
保つ必要がある。その為、SOCを検知して、SOCが
所定値より高い状態では発電機を停止し蓄電池の充電を
停止したり、SOCが所定値より低い時には所定の電圧
で充電を行い、SOCを上昇制御する方法などが提案さ
れている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなSOCを100%未満に制御する充電方法では従来
のOCVや放電電圧特性からのみでは精度良く劣化判定
できないという課題、さらには蓄電池自体の劣化が進行
した場合、蓄電池の充電受入性が低下し、当初に設定し
た充電電圧では十分充電ができなくなることによって蓄
電池の劣化がさらに進行し、蓄電池の寿命が急激に低下
するという課題を有していた。
【0006】
【課題を解決するための手段】前記した課題を解決する
ために、本発明の請求項1に係る発明は、予め設定され
た蓄電池の開路電圧(Open Circuit Vo
ltage、以下OCV)と前記蓄電池の充電状態(S
tate of Charge、以下SOC)の関係に
基づき、前記蓄電池のOCVから第1のSOCを求め、
蓄電池の充放電電流値を積算して第2のSOCを求め、
さらにこれら第2のSOCと第1のSOCからその差分
であるΔSOC(ΔSOC=第2のSOC−第1のSO
C)を求め、そして予め設定された蓄電池のOCVと直
流抵抗(Direct Current Intern
al Resistance、IR)との関係に基づ
き、蓄電池のOCVから第1のIRを求め、そして蓄電
池を所定の放電電流I1で放電した時の放電電圧V1およ
び別の所定の放電電流I2(I1≠I2)で放電した時の
放電電圧V2から式(1)より第2のIRを求め、 (V2−V1)/(I2−I1)=第2のIR 式(1) これら第2のIRと第1のIRからこれらの差分である
ΔIR(ΔIR=第2のIR−第1のIR)を求め、そ
してΔSOCとΔIRの値に応じて蓄電池の劣化状態を
判定するものである。
【0007】また、本発明の請求項2に係る発明は、請
求項1の蓄電池の劣化状態判定方法によって求めた劣化
状態に応じて充電電圧を制御する蓄電池の充電方法を示
すものである。
【0008】また、本発明の請求項3に係る発明は、請
求項2の蓄電池の充電方法において、蓄電池の充電電圧
値(V)をΔSOCとΔIRの値に応じて設定されたΔ
Vを加えることによって充電電圧値を(V+ΔV)で充
電制御することを特徴とするものである。
【0009】さらに、本発明の請求項4に係る発明は、
請求項3の蓄電池の充電方法において、充電電圧値(V
+ΔV)が電解液を構成する溶媒の分解電圧を超える場
合に充電最大電流値を減少させることを特徴とするもの
である。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
もとづいて説明する。
【0011】図1は本発明による蓄電池の劣化状態判定
方法とそれを用いた蓄電池の充電方法を示すフローチャ
ートである。
【0012】まず、予め蓄電池の開路電圧(Open
Circuit Voltage、以下OCV)とこの
蓄電池の充電状態(State of Charge、
以下SOC)の相関関係を測定しておく。
【0013】次に蓄電池のOCVからSOCを求め、こ
れを第1のSOCとする(ステップ1)。次に蓄電池が
充放電を受ける間(ステップ2)、充放電電流を時間で
積算して第2のSOCを算出する(ステップ3)。
【0014】この第2のSOCと第1のSOCからその
差分であるΔSOC(ΔSOC=第2のSOC−第1の
SOC)を求めておく(ステップ4)。
【0015】これらのステップ1〜ステップ4に平行し
て以下のステップを進行させる。すなわち、予め設定さ
れた蓄電池のOCVと直流抵抗(Direct Cur
rent Internal Resistance、
IR)との関係に基づき、蓄電池のOCVから第1のI
Rを求める(ステップ5)。そして蓄電池を所定の放電
電流I1で放電した時の放電電圧V1および別の所定の放
電電流I2(I1≠I2)で放電した時の放電電圧V2を測
定し(ステップ6)、これらの値から式(1)より第2
のIRを求める(ステップ7)。
【0016】 (V2−V1)/(I2−I1)=第2のIR 式(1) そしてこれら第2のIRと第1のIRからこれらの差分
であるΔIR(ΔIR=第2のIR−第1のIR)を求
める(ステップ8)。
【0017】本発明においては上記で求めたΔSOCと
ΔIRの値に基づき蓄電池の劣化状態を判定する(ステ
ップ9)。判定方法の好ましい例としては図2に示した
ようにΔSOCとIRの値によって決定される劣化状態
テーブルを参照し、蓄電池の劣化状態を判定し、必要に
応じて表示を行う。
【0018】本発明の発明者らは蓄電池が初期の状態で
はOCVとSOCとが良い相関性を有するものの、電池
劣化の一つである電解液中の溶媒量の減少が発生した場
合にはこの相関関係がずれていくこと、また電池劣化の
一つである正、負極での放電生成物が固定化された場合
においてもこの相関関係がずれていく現象に注目した。
すなわち、相関関係からのずれを定量化することによっ
て蓄電池の劣化状態を判定するものである。具体的に
は、電流積算によって求めたSOC(第2のSOC)と
第1のSOCとの差分によって蓄電池の劣化状態を判定
する。
【0019】さらに本発明においてはΔSOCによる劣
化判定に加えて、ステップ5からステップ8によって求
めた蓄電池の直流抵抗値の差分(ΔIR値)を劣化判定
のファクターとして用いることにより、より劣化判定の
精度を向上することができる。これは特に正極集電体自
体の腐食と正極集電体と活物質間の界面抵抗の上昇によ
る蓄電池の容量低下を前記したΔIR値で検知できるか
らである。
【0020】なお、蓄電池の劣化が進行していない初期
状態において、蓄電池のSOCと第1のIRとは一定の
相関関係を有しているため、便宜上、ステップ5におい
てステップ1で測定した第1のSOCから第1のIRを
求めてもよい。
【0021】さらに本発明の蓄電池の充電方法は前記し
た本発明による蓄電池の劣化状態判定方法によって得た
蓄電池の劣化情報に基づいて蓄電池の充電制御を行う。
例えば劣化状態に応じて設定されるΔVを充電電圧Vに
加え、新たな充電電圧(V+ΔV)で充電を行う(ステ
ップ10)。このΔV値の設定については蓄電池によっ
て異なるが12V30Ahの制御弁式鉛蓄電池を用いた
場合の例を図2に示す。
【0022】このような本発明の充電方法によれば蓄電
池の劣化に基づく充電受入性低下を検知して、充電電気
量を増加させ、充電受入性低下による蓄電池の容量低下
を抑制することができる。
【0023】ここで好ましくは充電電圧値(V+ΔV)
が電解液を構成する溶媒の分解電圧を超える場合に充電
最大電流値を減少させる。充電電圧値(V+ΔV)が例
えば鉛蓄電池の場合の水の分解電圧を超えた場合には電
解液減少がさらに促進される恐れがあるためである。こ
のような場合には充電最大電流値を減少させるよう制御
すれば、電解液減少を抑制しつつ、蓄電池の容量低下を
抑制することができる。
【0024】
【実施例】本発明による蓄電池の充電方法と従来例によ
る充電方法を用いた時の蓄電池寿命を評価した。
【0025】評価電池としては12V30Ahの制御弁
式鉛蓄電池を用いた。従来例では蓄電池のSOCを80
%に調整した後、放電(40A定電流、60秒)と充
電(14.0V定電圧充電、最大電流50Aで75秒)
および放電(100A定電流放電、2秒間)で構成さ
れる充放電を行った。すなわち、この時の充電電圧
(V)は14.0Vである。そして上記の充放電を1サ
イクルとして繰り返して行い、放電における放電末期
電圧が7.2Vまで低下した時点で寿命とした。
【0026】本発明例の充電方法としては前記した充放
電を図2に示したフローチャートのステップ2に配し、
ステップ8における劣化状態判定に基づき、図2に示し
たΔV値を求め、充電電圧をVからV+ΔVに上昇する
制御を行った。なお、ΔV値は図2に示したようにそれ
ぞれの劣化状態に応じて、0、0.2、0.3および
0.4Vとした。この時の蓄電池の寿命サイクル数を求
めたところ、従来例の充電方法でのサイクル数を100
とした場合、本発明例においては140であり、大幅な
寿命伸長効果が認められた。
【0027】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、S
OCが100%未満で充放電される蓄電池の劣化状態の
判定を精度よく行うことができるとともに、劣化判定結
果によって充電制御電圧を変化させることによって、蓄
電池の容量低下を抑制し、寿命伸長効果が得られること
から、工業上、極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の蓄電池の劣化状態判定方法を示すフロ
ーチャート
【図2】ΔSOCおよびΔIRと蓄電池劣化状態との関
係を示す図
フロントページの続き (72)発明者 小池 喜一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 吉原 靖之 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 2G016 CB05 CB06 CB11 CB12 CB22 CB31 CB32 CC07 CC23 CD02 5G003 BA01 CA11 CC02 DA04 EA05 EA08 FA06 GC05 5H030 AA02 AA03 BB01 FF41 FF43 FF44

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 予め設定された蓄電池の開路電圧(Op
    en CircuitVoltage、以下OCV)と
    前記蓄電池の充電状態(State ofCharg
    e、以下SOC)の関係に基づき、前記蓄電池のOCV
    から第1のSOCを求め、 前記蓄電池の充放電電流値を積算して第2のSOCを求
    め、 前記第2のSOCと前記第1のSOCからΔSOC(Δ
    SOC=第2のSOC−第1のSOC)を求め、 予め設定された蓄電池のOCVと直流抵抗(Direc
    t CurrentInternal Resista
    nce、IR)との関係に基づき、前記蓄電池のOCV
    から第1のIRを求め、 前記蓄電池を所定の放電電流I1で放電した時の放電電
    圧V1および別の所定の放電電流I2(I1≠I2)で放電
    した時の放電電圧V2から式(1)より第2のIRを求
    め、 (V2−V1)/(I2−I1)=第2のIR 式(1) 前記第2のIRと前記第1のIRからΔIR(ΔIR=
    第2のIR−第1のIR)を求め、 前記ΔSOCと前記ΔIRの値に応じて劣化状態を判別
    することを特徴とする蓄電池の劣化状態判定方法。
  2. 【請求項2】 前記劣化判別に基づいて充電電圧を制御
    することを特徴とする蓄電池の充電方法。
  3. 【請求項3】 蓄電池の充電電圧値(V)を前記ΔSO
    Cと前記ΔIRの値に応じて設定されたΔVを加えて充
    電電圧値を(V+ΔV)で充電制御することを特徴とす
    る請求項2に記載の蓄電池の充電方法。
  4. 【請求項4】 充電電圧値(V+ΔV)が電解液を構成
    する溶媒の分解電圧を超える場合に充電最大電流値を減
    少させることを特徴とする請求項2に記載の蓄電池の充
    電方法。
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