JP3949488B2 - Storage battery life prediction device and storage battery control device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、使用状態に応じて変動する蓄電池の寿命を予測する蓄電池の寿命予測装置と、蓄電池の寿命を延ばすように使用状態を制御する蓄電池の制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
蓄電池(バッテリ)は、自動車のスタータ用、無停電電源装置あるいは太陽光発電システムなどの様々な分野や環境で利用されており、それぞれの電力として大きな役割を果たしている。そのため、蓄電池の寿命を知ることは各分野において非常に重要なことである。
【0003】
例えば、特開2000−228227号公報においては、蓄電池の蓄電量(SOC:state of charge)と温度との関係式から電池容量の劣化速度を積算し、これを初期の電池容量から減算することにより、所定時間における電池容量を算出するものが開示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、蓄電池が使用される分野によっては、蓄電池の充電状態や温度を考慮するのみでは、十分に蓄電池の寿命を予測できない場合がある。
例えば、蓄電池を駆動源とするハイブリッド車両においては、蓄電池の寿命を高い精度で予測することが要望されており、上述した従来の技術においては十分に要望を満たすことができないという問題があった。
また、蓄電池の寿命を予測できた場合に、その寿命を延ばすように蓄電池の制御を行うことが要望されていた。
【0005】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、ハイブリッド車両のような高い精度で蓄電池の寿命を予測することが要望されている分野においても、蓄電池の寿命を高い精度で予測することができる蓄電池の寿命予測装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、蓄電池の寿命を伸ばすことができる蓄電池の制御装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載した発明は、蓄電池(例えば、後述する実施の形態における蓄電池2)の温度を検出する温度検出器(例えば、後述する実施の形態における温度センサー3)と、蓄電池の入出力電流を検出する電流検出器(例えば、後述する実施の形態における電流センサー4)と、電流検出器で検出された電流の積算値より蓄電池の蓄電量を検出する蓄電量検出手段を有する演算制御器(例えば、後述する実施の形態における演算制御器5)を備え、前記演算制御器は、蓄電池の平均温度と平均電流値と蓄電量より蓄電池の劣化速度を算出する劣化速度算出手段と、蓄電池の許容劣化量を算出し、該許容劣化量を前記劣化速度で除算して寿命時間を算出する寿命算出手段を備えたことを特徴とする蓄電池の寿命予測装置(例えば、後述する実施の形態における蓄電池の寿命予測装置1)である。
【0007】
この発明は、蓄電池の劣化速度が、蓄電池の温度と、蓄電池の入出力電流と、蓄電池の蓄電量とに大きく依存するという、本発明者の知見によりなされたものである。この発明によれば、前記温度検出器により検出する蓄電池の温度と、前記電流検出器により検出する蓄電池の入出力電流と、前記演算制御器の蓄電量検出手段により検出する蓄電池の蓄電量の変動幅とに基づいて、前記劣化速度算出手段により蓄電池の劣化速度を算出しているため、使用条件に応じて変動する蓄電池の劣化速度を求めることができる。加えて、前記寿命算出手段により蓄電池の許容劣化量を算出し、該許容劣化量を蓄電池の劣化速度で除算することで、使用条件に応じて変動する蓄電池の寿命時間を高い精度で予測することができる。
【0008】
請求項2に記載した発明は、蓄電池の温度を検出する温度検出器と、蓄電池の入出力電流を検出する電流検出器と、電流検出器で検出された電流の積算値より蓄電池の蓄電量を検出する蓄電量検出手段を有する演算制御器(例えば、後述する実施の形態における演算制御器21)とを備え、前記演算制御器は、蓄電池の平均温度と平均電流値と蓄電量より蓄電池の劣化速度を算出する劣化速度算出手段を備え、劣化速度が所定値以上になると蓄電池の劣化速度を低下させる劣化速度低下制御手段(例えば、後述する実施の形態における演算制御器21)を作動させることを特徴とする蓄電池の制御装置(例えば、後述する実施の形態における蓄電池の制御装置20)である。
【0009】
この発明によれば、請求項1の発明の場合と同様にして、使用条件に応じて変動する蓄電池の劣化速度を求めることができる。加えて、劣化速度が所定値以上の場合には、前記劣化速度低下制御手段を作動させることにより、蓄電池の劣化速度を低下させるため、蓄電池の急激な劣化を防止することができ、蓄電池の寿命を一定以上に確保することができる。
【0010】
請求項3に記載した発明は、請求項2に記載のものであって、前記劣化速度低下制御手段は、劣化速度が所定値以上になると蓄電池に設ける冷却装置(例えば、後述する実施の形態における冷却用ファン22)を作動させる冷却制御手段を備えていることを特徴とする蓄電池の制御装置である。
【0011】
この発明によれば、予定した蓄電池の入出力電流を維持しつつ、蓄電池の劣化速度を低下させることができる。このため、蓄電池の作動を制限することなく、蓄電池の寿命を一定時間以上確保することができる。
【0012】
請求項4に記載した発明は、請求項2または請求項3に記載のものであって、劣化速度が所定値以上になると蓄電池の入出力電流を制限する電流制限手段(例えば、後述する実施の形態における入出力制御器23)を備えていることを特徴とする蓄電池の制御装置である。
【0013】
この発明によれば、劣化速度の低減をより短時間で行うことができ、蓄電池の寿命をより確実に一定時間以上確保することができる。
【0014】
請求項5に記載した発明は、請求項2から請求項4のいずれかに記載のものであって、劣化速度が所定値以上になると蓄電池の蓄電量の上限値を小さくする充放電範囲制限手段を備えていることを特徴とする蓄電池の制御装置である。
この発明によれば、劣化速度の低減をさらに短時間で行うことができ、蓄電池の寿命をさらに確実に確保することができる。
【0015】
請求項6に記載した発明は、請求項2から請求項5のいずれかに記載のものであって、前記劣化速度低下制御手段は、劣化速度が所定値以上になると蓄電池の蓄電量の下限値を大きくする充放電範囲制限手段を備えていることを特徴とする蓄電池の制御装置である。
この発明によれば、劣化速度の低減をさらに短時間で行うことができ、蓄電池の寿命をさらに確実に一定時間以上確保することができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態における蓄電池の寿命予測装置、蓄電池の制御装置について図面と共に説明する。本実施の形態においては、ハイブリッド車両に搭載された蓄電池の寿命を予測する場合、該蓄電池の寿命を制御する場合を例として説明する。
【0017】
図1は本発明の第1の実施の形態における蓄電池の寿命予測装置1(以下、単に「寿命予測装置1」という)を示すブロック図である。同図に示したように、前記寿命予測装置1は、蓄電池2の温度を検出するための温度センサー3と、該蓄電池2の入出力電流を検出するための電流センサー4と、該蓄電池2の蓄電量を検出する蓄電量検出手段を有する演算制御器(ECU)5を備えている。
【0018】
前記電流センサー4は、前記蓄電池2と電動機(モータ・ジェネレータ)6との接続経路上に設けられ、前記蓄電池2の充放電時の電流を検出できるようにしている。そして、前記演算制御器5は前記温度センサー3や前記電流センサー4に接続され、これらのセンサー3,4で検出した蓄電池2の温度や電流が前記演算制御器5に入力される。
【0019】
また、前記演算制御器5は、その内部に蓄電量検出手段(図示せず)が設けられ、前記電流センサー4で検出された電流の積算値より蓄電池2の蓄電量を検出できるようにしている。前記演算制御器5はイグニッション7に接続され、該イグニッション7からの信号を受けて、後述する演算処理を行うのである。そして、演算制御器5は寿命推定表示器8に接続されており、該寿命推定表示器8にて演算制御器5で演算した寿命を表示できるようにしている。
【0020】
前記蓄電池2は、前記電動機6がモータとして機能する場合には、該モータに駆動電力を供給する。一方、前記電動機6がジェネレータ6として機能する場合には、該ジェネレータから回生電力が供給される。このように、蓄電池2は使用状態が様々に変動する。
【0021】
本発明者は、蓄電池2の劣化速度が、温度Tと、入出力電流(電流負荷)と、蓄電池の蓄電量の変動幅(充電深度或いは放電深度で表される充放電範囲)とに大きく依存するという知見に基づいて、これらの間の関係式を導出した。以下にその内容を示す。
【0022】
蓄電池2の劣化速度をKとし、使用条件の変数をXとすると、これらは次式(1)で表わすことができる。
式(1):K=f(X)
この関数f(X)は、指数関数によってほぼ正確に近似できる傾向がある。
【0023】
さらに、上述の式(1)は、変数XがX1、X2の場合の劣化速度をK1、K2とすると、その比率Q(K2/K1)は他の変数Yの条件が変化してもほぼ等しくなる傾向がある。
【0024】
例えば、K=f(X)が温度Tの相関式の場合、電流値I1のときの劣化速度比率Q1と電流値がI2のときの劣化速度の比率Q2は、ほぼ同じ値を示す。これは、各使用条件の間で交互作用が少ないので成立する。
【0025】
本発明者は以上の知見に基づき、劣化速度Kが下記の式(2)で表現できることを確認した。
式(2):K=ft(T) ×fi(I) × fs(S)
ここで、 ft(T)は温度Tに依存する項、fi(I)は電流値Iに依存する項、fs(S)は蓄電量の変動幅Sに依存する項である。
【0026】
この劣化速度Kで、予め実験で計測した蓄電池の許容劣化量Rを除算することにより、該劣化量Rに達する蓄電池2の寿命時間Lが求められる。すなわち、
式(3):L = R÷K
これらの式(2)、式(3)を用いて、蓄電池2の寿命時間Lを容易に推定することができる。なお、許容劣化量Rについては詳細を後述する。
【0027】
以下、前記式(2)の形をより具体的に算出する。
本発明者は、劣化速度Kが温度Tのみに依存する場合のアレニウスの式(4)式(4):K=Λe(- Δ E/(kT)
(ここで、Λは定数)と、
温度Tと他のストレス因子Sを一つ含んだアイリングの式(5)
式(5):K=a((kT)/h)・e(- Δ E/(kT))・Sα
に基づいて、以下の式(6)を導出した。
式(6):K=a((kT)/h)・e(- Δ E/(kT))・Sα・S’α '
ここで、Sは電流負荷、S’は蓄電量の変動幅を示しており、温度以外のストレス因子である。hはプランク定数、kはボルツマン定数、ΔEは活性化エネルギー、Tは絶対温度である。
【0028】
前記式(6)の係数を求めるために、劣化速度Kと各変数(電流負荷、蓄電量、温度)ごとの関係を、以下に示すように図3〜図5を用いて求める。
前記式(6)において、3つの変数のうち一つ(例えば電流負荷)に着目して両辺の対数をとると、式(6)は、以下のようになる。
式(7):lnK=A+αlnS
ここでA、αは定数である。これらの値を図3から求める。
【0029】
図3は蓄電池2の電流負荷特性を示すグラフである。縦軸に内部抵抗劣化速度K(%/hr)の対数をとり、横軸に電流負荷S(C)の対数をとったものである。同図においては、他の変数の影響を受けないように、温度と蓄電量の条件は一定としている。
図3から、この式(7)の係数A、αは
式(8):A=−3.5、α=1.00
となる。
【0030】
同様にして、前記式(6)において、蓄電量に着目すると、
式(9):lnK=A’+α’lnS’
ここでA’、α’は定数である。これらの値を図4から求める。
図4は蓄電池2の蓄電量特性を示すグラフである。縦軸に内部抵抗劣化速度K(%/hr)の対数をとり、横軸に蓄電量の変動幅(%)の対数をとったものである。同図においては、他の変数の影響を受けないように、温度と電流負荷の条件は一定としている。
図4から、この式(9)の係数A’、α’は、
式(10):A’=−3.8、α=0.32
となる。
【0031】
同様にして、前記式(6)において、温度Tに着目すると、
式(11):lnK=A”−ΔE/(kT)=A”−α”/T
ここでA”、α”は定数であり、この内、α”=ΔE/kである。これらの値を図5から求める。
図5は蓄電池2の温度特性を示すグラフである。縦軸に内部抵抗劣化速度K(%/hr)の対数をとり、横軸に絶対温度の逆数1/T(K)の対数をとったものである。同図においては、他の変数の影響を受けないように、電流負荷と蓄電量の変動幅の条件は一定としている。
図5から、この式の係数A”、α”は、
式(12):A”=11、α”=−4600
となる。
【0032】
以上より、蓄電池の劣化速度(内部抵抗劣化反応速度)Kが次式(13)で表される。
式(13):K=dR/dt=55T・e(-4600/T)・S1・S’0.32
この式(13)に、使用条件として温度T、電流負荷S、蓄電量の変動幅S’の値を代入すれば、劣化速度Kの値を求めることができる。ここで、Rは蓄電池2の許容劣化量、tは規定時間であり、許容劣化量Rは蓄電池の寿命が到来し十分な充放電機能が得られなくなるまでの劣化量を示す値であり、様々な使用条件下での実験により計測して得られる。そして、劣化速度Kを式(2)に代入することにより、蓄電池2の寿命時間Lを求めることができる。
【0033】
例えば、温度50℃、電流値2C、蓄電量の変動幅20%の条件で蓄電池2を使用している場合には、式(13)から、反応速度Kは0.061(%/hr)となり、寿命が到来するまでの許容劣化量Rが30%の場合の寿命時間を式(2)より算出すると、490hrが得られる。
このように使用条件から、劣化速度Kと寿命時間Lを算出することができる。図6は蓄電池2の寿命時間を使用条件ごとに実験したデータである。同図では、許容劣化量Rが30%の場合を寿命として寿命時間を計測している。
【0034】
図2は図1に示した寿命予測装置1のフローチャートである。同図のステップS10に示したように、イグニッション7をONにすると、その信号が演算制御器5に入力されてタイマー(図示せず)が作動し、規定時間の計測を開始する。そして、劣化速度Kの変数である蓄電池2の温度、電流負荷、蓄電量の変動幅を規定測定時間ごとにサンプリングする。ステップS12に示したようにサンプリングを行う時間が規定測定時間に到達したかどうかを判定し、判定結果が「YES」である場合はステップS14に進み、判定結果が「NO」である場合はステップS10に戻って上記処理を繰り返す。
【0035】
ステップS14では、規定時間毎に各変数(温度等)の代表値(使用環境条件代表値、例えば平均値)を算出する。そして、ステップS16では、この各変数の代表値を式(13)に代入して、劣化速度Kを算出する。本実施の形態においては、この劣化速度Kを前記寿命推定表示器8にて表示させ、これにより、現在の蓄電池2に及ぼす影響度合いを示している。
【0036】
ステップS18においては、規定時間毎に算出した各劣化速度Kに規定時間を乗じた劣化量Riを積算して、積算劣化量ΣRiを算出する。そして、ステップS20に示したように、この積算劣化量ΣRiを蓄電池2の初期の許容劣化量R0から減算することで残存する許容劣化量Rを算出する。例えば、初期の許容劣化量R0が30(%)で積算劣化量が10(%)の場合、残存する許容劣化量Rは20(%)となる。この許容劣化量Rが0(%)になった場合は、蓄電池の機能が不十分な状態となり寿命到来となる。
【0037】
そして、ステップS22に示したように、算出した劣化特性値を反応速度で除算することにより推定寿命時間を算出して、処理を終了する。
このようにしたため、使用条件に応じて変動する蓄電池2の劣化速度Kを求めることができ、使用条件に応じて変動する蓄電池2の寿命時間Lを高い精度で予測することができる。なお、劣化速度の履歴を記録しておくことにより、蓄電池2の解析に寄与することができる。
【0038】
以下、蓄電池の制御装置について説明する。図7は本発明の実施の形態における蓄電池の制御装置20(以下、単に「制御装置20」という)を示すブロック図である。ここで、前記寿命予測装置1と同一の構成部分については同一の番号を付してその説明を適宜省略する。
【0039】
前記制御装置20は演算制御器21を備えており、この演算制御器21は前記演算制御器5と同様に、蓄電池2の劣化速度Kや寿命時間Lを式(13)や式(2)により算出する機能を備えている。また、前記演算制御器21は、蓄電池2に設けられた冷却用ファン22や、電動機6に接続された入出力制御器23に接続され、前記冷却用ファン22や入出力制御器23を制御可能としている。
【0040】
図8は図7に示した制御装置20のフローチャートである。同図において、ステップS30〜S36の処理は、図2のステップS10〜S16の処理と同様であるため、説明を省略する。
【0041】
ステップS38においては、ステップS36において算出した劣化速度Kが基準劣化速度以上かどうかを判定し、判定結果が「YES」である場合はステップS40に進み、判定結果が「NO」である場合は一連の処理を一旦終了する。
【0042】
上記判定結果が「YES」の場合には、以下に示すように蓄電池2の劣化速度を低下させる処理を行う。すなわち、ステップS40では、前記冷却用ファン22を作動させて蓄電池2を冷却する制御を行う。図6に示したように、蓄電池2の寿命時間は温度が高くなると低下するため、上述した冷却制御を行うことにより、劣化速度Kの低下を図り、蓄電池2の延命を図っている。これにより、蓄電池2の作動機能を維持しつつ蓄電池2の寿命を確保することができる。
【0043】
そして、ステップS42に示すように、劣化速度Kを再度算出してこれが基準劣化速度以上かどうかを判定し、判定結果が「YES」である場合はステップS44に進み、判定結果が「NO」である場合は一連の処理を一旦終了する。
【0044】
ステップS44では、前記入出力制御器23を作動させることにより充放電量を制御する処理を行う。図6に示したように、蓄電池2の寿命時間は電流負荷が大きくなると低下するため、上述した充放電量を制御することにより、劣化速度Kの低下を図り、蓄電池2の延命を図っている。これにより、蓄電池2の寿命をより確実に一定時間以上確保することができる。
【0045】
そして、ステップS46に示すように、劣化速度Kを再度算出してこれが基準劣化速度以上かどうかを判定し、判定結果が「YES」である場合はステップS48に進み、判定結果が「NO」である場合は一連の処理を一旦終了する。
【0046】
ステップS48においては、前記蓄電池2の蓄電量の変動幅を制御する処理を行う。図6に示したように、蓄電池2の寿命時間は蓄電量の変動幅が大きくなると低下するため、上述した変動幅が小さくなるよう制御することにより、劣化速度Kの低下を図り、蓄電池2の延命を図っている。これにより、蓄電池2の寿命をさらに確実に一定時間以上確保することができる。この蓄電量の変動幅の制限としては、蓄電量の上限値を小さくすることで制限してもよいし、蓄電量の下限値を大きくすることで制限してもよく、また両方の制限を行ってもよい。
【0047】
なお、実施の形態においては、ハイブリッド車両に適用される蓄電池の寿命予測や寿命制御を行う場合について説明したが、本発明の適用範囲はこれに限られず、例えば太陽光発電システムなどの様々な分野や環境で利用される蓄電池の寿命予測や寿命制御を行う場合に適用することができる。
【0048】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1に記載した発明によれば、使用条件に応じて変動する蓄電池の劣化速度を求めることができ、この劣化速度に基づいて蓄電池の寿命時間を高い精度で予測することができる。
【0049】
請求項2に記載した発明によれば、使用条件に応じて変動する蓄電池の劣化速度を求めることができる。加えて、劣化速度が所定値以上の場合には、前記劣化速度低下制御手段を作動させることにより、蓄電池の急激な劣化を防止することができ、蓄電池の劣化速度を低下させるため、蓄電池の寿命を一定時間以上確保することができる。
【0050】
請求項3に記載した発明によれば、予定した蓄電池の入出力電流を維持しつつ、蓄電池の劣化速度を低下させることができるため、蓄電池の作動を制限することなく、蓄電池の寿命を一定時間以上確保することができる。
請求項4に記載した発明によれば、劣化速度の低減をより短時間で行うことができ、蓄電池の寿命をより確実に確保することができる。
【0051】
請求項5に記載した発明によれば、劣化速度の低減をさらに短時間で行うことができ、蓄電池の寿命をさらに確実に一定時間以上確保することができる。
請求項6に記載した発明によれば、劣化速度の低減をさらに短時間で行うことができ、蓄電池の寿命をさらに確実に一定時間以上確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は本発明の実施の形態における蓄電池の寿命予測装置を示すブロック図である。
【図2】 図1に示した蓄電池の寿命予測装置のフローチャートである。
【図3】 図1に示した蓄電池の電流負荷特性を示すグラフである。
【図4】 図1に示した蓄電池のSOC変動幅特性を示すグラフである。
【図5】 図1に示した蓄電池の温度特性を示すグラフである。
【図6】 図1に示した蓄電池の寿命時間を使用条件ごとに実験したデータである。
【図7】 図7は本発明の実施の形態における蓄電池の制御装置を示すブロック図である。
【図8】 図7に示した蓄電池の制御装置のフローチャートである。
【符号の説明】
1 蓄電池の寿命予測装置
2 蓄電池
3 温度検出器
4 電流センサー
5 演算制御器(ECU)
20 蓄電池の制御装置
21 演算制御器
22 冷却用ファン
23 入出力制御器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a storage battery life prediction device that predicts the life of a storage battery that varies depending on the use state, and a storage battery control device that controls the use state so as to extend the life of the storage battery.
[0002]
[Prior art]
Storage batteries (batteries) are used in various fields and environments, such as for automobile starters, uninterruptible power supplies, or solar power generation systems, and play a major role as their respective electric power. Therefore, knowing the life of the storage battery is very important in each field.
[0003]
For example, in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-228227, the battery capacity deterioration rate is integrated from the relational expression between the storage battery SOC (state of charge) and temperature, and is subtracted from the initial battery capacity. A battery capacity calculation for a predetermined time is disclosed.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, depending on the field in which the storage battery is used, the life of the storage battery may not be sufficiently predicted only by considering the state of charge and temperature of the storage battery.
For example, in a hybrid vehicle using a storage battery as a drive source, it is desired to predict the life of the storage battery with high accuracy, and there has been a problem that the above-described conventional technology cannot sufficiently satisfy the request.
Moreover, when the lifetime of the storage battery can be predicted, it has been desired to control the storage battery so as to extend the lifetime.
[0005]
The present invention has been made in view of such circumstances, and predicts the life of a storage battery with high accuracy even in a field where it is desired to predict the life of the storage battery with high accuracy, such as a hybrid vehicle. An object of the present invention is to provide an apparatus for predicting the life of a storage battery.
Another object of the present invention is to provide a storage battery control device that can extend the life of the storage battery.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The invention described in
[0007]
The present invention has been made based on the knowledge of the present inventor that the deterioration rate of the storage battery greatly depends on the temperature of the storage battery, the input / output current of the storage battery, and the storage amount of the storage battery. According to this invention, the temperature of the storage battery detected by the temperature detector, the input / output current of the storage battery detected by the current detector, and the fluctuation of the storage amount of the storage battery detected by the storage amount detection means of the arithmetic controller. Since the deterioration rate of the storage battery is calculated by the deterioration rate calculation means based on the width, the deterioration rate of the storage battery that varies depending on the use conditions can be obtained. In addition, by calculating the allowable deterioration amount of the storage battery by the lifetime calculation means and dividing the allowable deterioration amount by the deterioration rate of the storage battery, the lifetime of the storage battery that varies depending on the use conditions is predicted with high accuracy. Can do.
[0008]
The invention described in
[0009]
According to this invention, similarly to the case of the invention of
[0010]
The invention described in
[0011]
According to the present invention, the deterioration rate of the storage battery can be reduced while maintaining the planned input / output current of the storage battery. For this reason, the lifetime of a storage battery can be ensured more than a fixed time, without restrict | limiting the action | operation of a storage battery.
[0012]
The invention described in
[0013]
According to this invention, the deterioration rate can be reduced in a shorter time, and the life of the storage battery can be more reliably secured for a certain time or more.
[0014]
A fifth aspect of the present invention is the charge / discharge range limiting means for reducing the upper limit value of the storage amount of the storage battery when the deterioration rate becomes a predetermined value or higher. A storage battery control device comprising:
According to the present invention, the deterioration rate can be reduced in a shorter time, and the life of the storage battery can be more reliably ensured.
[0015]
The invention described in
According to the present invention, the deterioration rate can be reduced in a shorter time, and the life of the storage battery can be more reliably secured for a certain time or more.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a storage battery life prediction apparatus and a storage battery control apparatus according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, a case where the life of a storage battery mounted on a hybrid vehicle is predicted and the life of the storage battery is controlled will be described as an example.
[0017]
FIG. 1 is a block diagram showing a storage battery life prediction apparatus 1 (hereinafter simply referred to as “
[0018]
The
[0019]
Further, the
[0020]
When the
[0021]
The inventor of the present invention greatly depends on the deterioration rate of the
[0022]
Assuming that the deterioration rate of the
Formula (1): K = f (X)
This function f (X) tends to be approximately accurately approximated by an exponential function.
[0023]
Further, in the above equation (1), if the deterioration rates when the variable X is X1 and X2 are K1 and K2, the ratio Q (K2 / K1) is almost equal even if the conditions of the other variables Y change. Tend to be.
[0024]
For example, when K = f (X) is a correlation equation of temperature T, the deterioration rate ratio Q1 when the current value is I1 and the deterioration rate ratio Q2 when the current value is I2 show substantially the same value. This is true because there are few interactions between each use condition.
[0025]
Based on the above findings, the present inventor has confirmed that the deterioration rate K can be expressed by the following equation (2).
Formula (2): K = ft (T) × fi (I) × fs (S)
Here, ft (T) is a term that depends on the temperature T, fi (I) is a term that depends on the current value I, and fs (S) is a term that depends on the fluctuation range S of the charged amount.
[0026]
By dividing the allowable deterioration amount R of the storage battery measured in advance by this deterioration rate K, the life time L of the
Formula (3): L = R ÷ K
Using these formulas (2) and (3), the life time L of the
[0027]
Hereinafter, the form of the formula (2) is calculated more specifically.
The present inventor found that Arrhenius equation (4) and equation (4) when the deterioration rate K depends only on the temperature T: K = Λe ( −Δ E / (kT)
(Where Λ is a constant) and
Eyring's formula including temperature T and one other stress factor S (5)
Equation (5): K = a ( (kT) / h) · e (- Δ E / (kT)) · S α
Based on the following equation (6) was derived.
Equation (6): K = a ( (kT) / h) · e (- Δ E / (kT)) · S α · S 'α'
Here, S represents a current load, and S ′ represents a fluctuation range of the charged amount, which is a stress factor other than temperature. h is the Planck constant, k is the Boltzmann constant, ΔE is the activation energy, and T is the absolute temperature.
[0028]
In order to obtain the coefficient of the equation (6), the relationship between the deterioration rate K and each variable (current load, charged amount, temperature) is obtained using FIGS. 3 to 5 as shown below.
When the logarithm of both sides is taken by paying attention to one of the three variables (for example, current load) in the equation (6), the equation (6) is as follows.
Formula (7): lnK = A + αlnS
Here, A and α are constants. These values are obtained from FIG.
[0029]
FIG. 3 is a graph showing current load characteristics of the
From FIG. 3, the coefficients A and α in the equation (7) are the equations (8): A = −3.5, α = 1.00.
It becomes.
[0030]
Similarly, in the above formula (6), when focusing on the charged amount,
Formula (9): lnK = A ′ + α′lnS ′
Here, A ′ and α ′ are constants. These values are obtained from FIG.
FIG. 4 is a graph showing the storage amount characteristic of the
From FIG. 4, the coefficients A ′ and α ′ of the equation (9) are
Formula (10): A ′ = − 3.8, α = 0.32.
It becomes.
[0031]
Similarly, when attention is paid to the temperature T in the equation (6),
Formula (11): lnK = A ″ −ΔE / (kT) = A ″ −α ″ / T
Here, A ″ and α ″ are constants, of which α ″ = ΔE / k. These values are obtained from FIG.
FIG. 5 is a graph showing the temperature characteristics of the
From FIG. 5, the coefficients A ″ and α ″ of this equation are
Formula (12): A ″ = 11, α ″ = − 4600
It becomes.
[0032]
From the above, the deterioration rate (internal resistance deterioration reaction rate) K of the storage battery is expressed by the following equation (13).
Formula (13): K = dR / dt = 55 T · e (−4600 / T) · S 1 · S ′ 0.32
By substituting the values of temperature T, current load S, and storage amount fluctuation range S ′ as usage conditions, the value of deterioration rate K can be obtained. Here, R is an allowable deterioration amount of the
[0033]
For example, when the
Thus, the deterioration rate K and the lifetime L can be calculated from the use conditions. FIG. 6 shows data obtained by experimenting the lifetime of the
[0034]
FIG. 2 is a flowchart of the
[0035]
In step S14, representative values (usage environment condition representative values, for example, average values) of each variable (temperature, etc.) are calculated every specified time. In step S16, the representative value of each variable is substituted into equation (13) to calculate the deterioration rate K. In the present embodiment, the deterioration rate K is displayed on the
[0036]
In step S18, the deterioration amount Ri obtained by multiplying each deterioration rate K calculated every specified time by the specified time is integrated to calculate an integrated deterioration amount ΣRi. Then, as shown in step S <b> 20, the remaining allowable deterioration amount R is calculated by subtracting the integrated deterioration amount ΣRi from the initial allowable deterioration amount R <b> 0 of the
[0037]
Then, as shown in step S22, the estimated life time is calculated by dividing the calculated deterioration characteristic value by the reaction rate, and the process ends.
Since it did in this way, the deterioration rate K of the
[0038]
Hereinafter, the storage battery control device will be described. FIG. 7 is a block diagram showing storage battery control device 20 (hereinafter simply referred to as “
[0039]
The
[0040]
FIG. 8 is a flowchart of the
[0041]
In step S38, it is determined whether or not the deterioration rate K calculated in step S36 is equal to or higher than the reference deterioration rate. If the determination result is “YES”, the process proceeds to step S40, and if the determination result is “NO”, a series of steps. This process is temporarily terminated.
[0042]
When the determination result is “YES”, processing for reducing the deterioration rate of the
[0043]
Then, as shown in step S42, the deterioration rate K is calculated again and it is determined whether or not it is equal to or higher than the reference deterioration rate. If the determination result is “YES”, the process proceeds to step S44, and the determination result is “NO”. If there is, the series of processes is temporarily terminated.
[0044]
In step S44, the charge / discharge amount is controlled by operating the input /
[0045]
Then, as shown in step S46, the deterioration rate K is calculated again and it is determined whether or not it is equal to or higher than the reference deterioration rate. If the determination result is “YES”, the process proceeds to step S48, and the determination result is “NO”. If there is, the series of processes is temporarily terminated.
[0046]
In step S48, a process for controlling the fluctuation range of the storage amount of the
[0047]
In the embodiment, the case of performing life prediction and life control of a storage battery applied to a hybrid vehicle has been described. However, the scope of application of the present invention is not limited to this, and various fields such as a solar power generation system, for example. It can be applied when performing life prediction and life control of a storage battery used in the environment.
[0048]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the invention, the deterioration rate of the storage battery that varies depending on the use conditions can be obtained, and the lifetime of the storage battery is predicted with high accuracy based on the deterioration speed. be able to.
[0049]
According to the second aspect of the present invention, it is possible to obtain the deterioration rate of the storage battery that varies depending on the use conditions. In addition, when the deterioration rate is equal to or higher than a predetermined value, by operating the deterioration rate lowering control means, it is possible to prevent rapid deterioration of the storage battery and reduce the deterioration rate of the storage battery. Can be secured for a certain period of time.
[0050]
According to the third aspect of the present invention, since the deterioration rate of the storage battery can be reduced while maintaining the planned input / output current of the storage battery, the life of the storage battery is reduced to a certain time without restricting the operation of the storage battery. This can be ensured.
According to the invention described in
[0051]
According to the fifth aspect of the present invention, the deterioration rate can be reduced in a shorter time, and the life of the storage battery can be ensured more reliably for a certain period of time.
According to the invention described in
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a storage battery life prediction apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart of the storage battery life prediction apparatus shown in FIG. 1;
FIG. 3 is a graph showing current load characteristics of the storage battery shown in FIG. 1;
4 is a graph showing an SOC fluctuation range characteristic of the storage battery shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 5 is a graph showing temperature characteristics of the storage battery shown in FIG. 1;
6 is data obtained by experimenting the life time of the storage battery shown in FIG. 1 for each use condition.
FIG. 7 is a block diagram showing a storage battery control apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a flowchart of the storage battery control device shown in FIG. 7;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
20 Storage
Claims (6)
前記演算制御器は、蓄電池の平均温度と平均電流値と蓄電量の変動幅より蓄電池の劣化速度を算出する劣化速度算出手段と、蓄電池の許容劣化量を算出し、該許容劣化量を前記劣化速度で除算して寿命時間を算出する寿命算出手段を備えたことを特徴とする蓄電池の寿命予測装置。A calculation having a temperature detector for detecting the temperature of the storage battery, a current detector for detecting the input / output current of the storage battery, and a storage amount detecting means for detecting the storage amount of the storage battery from the integrated value of the current detected by the current detector Equipped with a controller,
The arithmetic controller calculates a deterioration rate of the storage battery from the average temperature of the storage battery, an average current value, and a fluctuation range of the storage amount, calculates an allowable deterioration amount of the storage battery, and calculates the allowable deterioration amount to the deterioration A life prediction apparatus for a storage battery, comprising life calculation means for calculating a life time by dividing by a speed.
前記演算制御器は、蓄電池の平均温度と平均電流値と蓄電量の変動幅より蓄電池の劣化速度を算出する劣化速度算出手段を備え、劣化速度が所定値以上になると蓄電池の劣化速度を低下させる劣化速度低下制御手段を作動させることを特徴とする蓄電池の制御装置。A calculation having a temperature detector for detecting the temperature of the storage battery, a current detector for detecting the input / output current of the storage battery, and a storage amount detecting means for detecting the storage amount of the storage battery from the integrated value of the current detected by the current detector Equipped with a controller,
The arithmetic controller includes a deterioration rate calculating means for calculating a deterioration rate of the storage battery from the average temperature of the storage battery, an average current value, and a fluctuation range of the storage amount, and reduces the deterioration rate of the storage battery when the deterioration rate exceeds a predetermined value. A control device for a storage battery, wherein the deterioration rate reduction control means is operated.
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