JP5210591B2 - 二次電池の制御システムおよびそれを搭載した電動車両ならびに二次電池の制御方法 - Google Patents
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Description
このようにすると、大電流領域での充放電によって電解液濃度が大きく変化し、かつ電解液濃度の変化が所定以上となると内部抵抗が急激に増加する特性を有するリチウムイオン電池において、電池性能の劣化を未然かつ確実に防止して長寿命化を図ることができる。
走行用バッテリ220は、複数の電池セル220♯を接続した組電池により構成される。以下に説明するように、走行用バッテリ220は、代表的にはリチウムイオン二次電池により構成される。
図12は、充放電電力上限値Win,Woutの設定の一例を説明する概念図である。
変形例1では、図6に示した電解液濃度推定部202の構成の変形例を説明する。
濃度変化率推定部215は、二次電池の非使用期間中における電解液濃度の変化率ΔBを算出するためのマップ225を含む。マップ225は、二次電池の非使用期間中に、二次電池の緩和効果により電解液濃度が初期濃度B0に向かって変化する特性を反映するように構成される。
変形例2では、電解液濃度が正常範囲内であるか否かを判定する、図6に示した判定部250の変形例について説明する。
Claims (28)
- 負荷との間で電力を授受可能に構成された二次電池の制御システムであって、
前記二次電池は、
所定物質を含む活物資を含んで構成される第1および第2の電極と、
前記第1および第2の電極間でイオン化した前記所定物質を伝導するためのイオン伝導体とを含み、
前記制御システムは、
前記二次電池の使用状態に基づいて、前記イオン伝導体における電解液中の電解質イオン濃度を推定するように構成された濃度推定部と、
前記濃度推定部による前記電解質イオン濃度の推定値に基づいて、前記電解質イオン濃度を正常範囲に維持するように前記二次電池の充放電を制御するための充放電制御部とを備え、
前記充放電制御部は、
前記濃度推定部による前記電解質イオン濃度の推定値が、前記電解質イオン濃度の初期値よりも第1の所定値を超えて上昇したときに、前記二次電池の充電を抑制するように前記二次電池の充放電条件を修正する一方で、前記電解質イオン濃度の推定値が、前記電解質イオン濃度の初期値よりも第1の所定値を超えて低下したときに、前記二次電池の放電を抑制するように前記二次電池の充放電条件を修正するように構成された充放電条件修正部を含む、二次電池の制御システム。 - 前記濃度推定部は、
前記二次電池の充放電電流および充放電時間に基づいて、前記電解質イオン濃度の変化率の推定値を算出するように構成された第1の変化率推定部と、
前記第1の変化率推定部によって算出された変化率推定値に従って、前記二次電池の使用に伴う前記電解質イオン濃度の変化を積算することによって、前記電解質イオン濃度の推定値を逐次求めるように構成された濃度推定値算出部とを含む、請求項1記載の二次電池の制御システム。 - 前記第1の変化率推定部は、予め求められた、前記充放電電流および前記充放電時間と前記変化率との関係を格納したマップの参照によって、前記二次電池の充放電毎に前記充放電電流および前記充放電時間に基づいて前記変化率推定値を求めるように構成される、請求項2記載の二次電池の制御システム。
- 前記第1の変化率推定部は、予め求められた、前記電解質イオン濃度毎における、前記充放電電流および前記充放電時間と前記変化率との関係を格納したマップの参照によって、前記二次電池の充放電毎に、そのときの前記電解質イオン濃度、前記充放電電流および前記充放電時間に基づいて前記変化率推定値を求めるように構成される、請求項2記載の二次電池の制御システム。
- 前記濃度推定部は、
前記二次電池からの充放電が停止されている非使用期間において、前記二次電池が緩和されることによる前記電解質イオン濃度の変化率の推定値を、少なくとも前記二次電池の温度および前記二次電池の非使用期間の長さに基づいて算出するように構成された第2の変化率推定部をさらに含み、
前記濃度推定値算出部は、前記第2の変化率推定部により算出された変化率推定値に基づいて、前記二次電池の使用開始時点における前記電解質イオン濃度の推定値を算出するように構成される、請求項2記載の二次電池の制御システム。 - 前記充放電条件修正部は、前記二次電池の充放電を修正した後に、前記電解質イオン濃度の推定値と、前記電解質イオン濃度の初期値との差が、前記第1の所定値よりも低い第2の所定値以下に復帰したときには、前記電解質イオン濃度が前記正常範囲に復帰したと判定するとともに、前記充放電条件の修正を停止するように構成される、請求項1記載の二次電池の制御システム。
- 前記充放電制御部は、
所定期間毎に当該期間内における前記電解質イオン濃度の推定値の変化量を求めるように構成された濃度変化検出部と、
前記濃度変化検出部によって求められた変化量に基づいて、前記電解質イオン濃度が所定以上上昇する頻度を示す第1の頻度および前記電解質イオン濃度が所定以上低下する頻度を示す第2の頻度を算出するように構成された傾向検知部と、
前記傾向検知部によって算出された前記第1の頻度および前記第2の頻度が第1の所定条件を満たしたときに、前記電解質イオン濃度が正常範囲外であると判定するように構成された判定部とをさらに含み、
前記充放電条件修正部は、さらに、前記判定部によって前記電解質イオン濃度が正常範囲外であると判定されたときに、前記電解質イオン濃度を前記正常範囲に復帰させるために、前記第1の頻度が前記第1の所定条件を満たしたときには前記二次電池の充電を抑制するように前記二次電池の充放電条件を修正する一方で、前記第2の頻度が前記第1の所定条件を満たしたときには前記二次電池の放電を抑制するように前記二次電池の充放電条件の修正を行なうように構成される、請求項1記載の二次電池の制御システム。 - 前記所定期間は、一定長さの時間である、請求項7記載の二次電池の制御システム。
- 前記所定期間は、前記負荷の運転開始から運転終了までの期間に対応する、請求項7記載の二次電池の制御システム。
- 前記判定部は、前記電解質イオン濃度が前記正常範囲外であると判定した後に、前記傾向検知部によって算出された前記第1の頻度および前記第2の頻度が第2の所定条件を満たしたときには、前記電解質イオン濃度が前記正常範囲に復帰したと判定するように構成され、
前記充放電条件修正部は、前記判定部によって前記電解質イオン濃度が前記正常範囲に復帰したと判定されたときには、前記充放電条件の修正を停止するように構成される、請求項7記載の二次電池の制御システム。 - 前記充放電条件修正部は、前記二次電池が所定時間に渡って継続的に入力可能な第1の電力および出力可能な第2の電力を設定することによって実行される充放電制限において、前記所定時間を短縮することによって、前記二次電池の充電または放電を抑制するように前記充放電条件の修正を行なう、請求項1記載の二次電池の制御システム。
- 前記充放電条件修正部は、前記二次電池が所定時間に渡って継続的に入力可能な第1の電力および出力可能な第2の電力を設定することによって実行される充放電制限において、前記第1および前記第2の電力のうちの少なくとも一方の絶対値を低下させることによって、前記二次電池の充電または放電を抑制するよう前記充放電条件の修正を行なう、請求項1記載の二次電池の制御システム。
- 前記所定物質はリチウムである、請求項1〜12のいずれか1項に記載の二次電池の制御システム。
- 電動車両であって、
請求項1〜13のいずれか1項に記載の二次電池の制御システムと、
前記二次電池の制御システムの前記負荷として設けられた電動機とを備え、
前記電動車両は、前記電動機によって車両駆動力を発生するように構成される、電動車両。 - 負荷との間で電力を授受可能に構成された二次電池の制御方法であって、
前記二次電池は、
所定物質を含む活物資を含んで構成される第1および第2の電極と、
前記第1および第2の電極間でイオン化した前記所定物質を伝導するためのイオン伝導体とを含み、
前記制御方法は、
前記二次電池の使用状態に基づいて、前記イオン伝導体における電解液中の電解質イオン濃度を推定するステップと、
前記推定するステップによる前記電解質イオン濃度の推定値に基づいて、前記電解質イオン濃度を正常範囲に維持するように前記二次電池の充放電を制御するステップとを備え、
前記制御するステップは、前記推定するステップによる前記電解質イオン濃度の推定値が、前記電解質イオン濃度の初期値よりも第1の所定値を超えて上昇したときに、前記二次電池の充電を抑制するように前記二次電池の充放電条件を修正する一方で、前記電解質イオン濃度の推定値が、前記電解質イオン濃度の初期値よりも第1の所定値を超えて低下したときに、前記二次電池の放電を抑制するように前記二次電池の充放電条件を修正するステップを含む、二次電池の制御方法。 - 前記推定するステップは、
前記二次電池の充放電電流および充放電時間に基づいて、前記電解質イオン濃度の変化率の推定値を算出するステップと、
算出された変化率推定値に従って、前記二次電池の使用に伴う前記電解質イオン濃度の変化を積算することによって、前記電解質イオン濃度の推定値を逐次求めるステップとを含む、請求項15記載の二次電池の制御方法。 - 前記算出するステップは、予め求められた、前記充放電電流および前記充放電時間と前記変化率との関係を格納したマップの参照によって、前記二次電池の充放電毎に前記充放電電流および前記充放電時間に基づいて前記変化率推定値を求める、請求項16記載の二次電池の制御方法。
- 前記算出するステップは、予め求められた、前記電解質イオン濃度毎における、前記充放電電流および前記充放電時間と前記変化率との関係を格納したマップの参照によって、前記二次電池の充放電毎に、そのときの前記電解質イオン濃度、前記充放電電流および前記充放電時間に基づいて前記変化率推定値を求める、請求項16記載の二次電池の制御方法。
- 前記修正するステップは、
前記二次電池からの充放電が停止されている非使用期間において、前記二次電池が緩和されることによる前記電解質イオン濃度の変化率の推定値を、少なくとも前記二次電池の温度および前記二次電池の非使用期間の長さに基づいて算出するステップをさらに含み、
前記逐次求めるステップは、前記非使用期間に算出された変化率推定値に基づいて、前記二次電池の使用開始時点における前記電解質イオン濃度の推定値を求める、請求項16記載の二次電池の制御方法。 - 前記修正するステップは、
前記二次電池の充放電を修正した後に、前記電解質イオン濃度の推定値と、前記電解質イオン濃度の初期値との差が、前記第1の所定値よりも低い第2の所定値以下に復帰したときに、前記充放電条件の修正を停止するステップを有する、請求項15記載の二次電池の制御方法。 - 前記充放電を制御するステップは、
所定期間毎に当該期間内における前記電解質イオン濃度の推定値の変化量を求めるステップと、
求められた変化量に基づいて、前記電解質イオン濃度が所定以上上昇する頻度を示す第1の頻度および前記電解質イオン濃度が所定以上低下する頻度を示す第2の頻度を算出するステップと、
前記第1の頻度および前記第2の頻度が第1の所定条件を満たしたときに、前記電解質イオン濃度が正常範囲外であると判定するステップとをさらに含み、
前記修正するステップは、さらに、前記判定するステップにより前記電解質イオン濃度が正常範囲外であると判定されたときに、前記電解質イオン濃度を前記正常範囲に復帰させるために、前記第1の頻度が前記第1の所定条件を満たしたときには前記二次電池の充電を抑制するように前記二次電池の充放電条件を修正する一方で、前記第2の頻度が前記第1の所定条件を満たしたときには前記二次電池の放電を抑制するように前記二次電池の充放電条件の修正を行なうステップを有する、請求項15記載の二次電池の制御方法。 - 前記所定期間は、一定長さの時間である、請求項21記載の二次電池の制御方法。
- 前記所定期間は、前記負荷の運転開始から運転終了までの期間に対応する、請求項21記載の二次電池の制御方法。
- 前記判定するステップは、前記電解質イオン濃度が前記正常範囲外であると判定した後に、算出された前記第1の頻度および前記第2の頻度が第2の所定条件を満たしたときには、前記電解質イオン濃度が前記正常範囲に復帰したと判定し、
前記充放電を制御するステップは、前記判定するステップにより前記電解質イオン濃度が前記正常範囲に復帰したと判定されたときには、前記充放電条件の修正を停止する、請求項21記載の二次電池の制御方法。 - 前記修正するステップは、
前記二次電池が所定時間に渡って継続的に入力可能な第1の電力および出力可能な第2の電力を設定することによって実行される充放電制限において、前記所定時間を短縮することによって、前記二次電池の充電または放電を抑制するように前記充放電条件の修正を行なうステップを有する、請求項15記載の二次電池の制御方法。 - 前記修正するステップは、
前記二次電池が所定時間に渡って継続的に入力可能な第1の電力および出力可能な第2の電力を設定することによって実行される充放電制限において、前記第1および前記第2の電力のうちの少なくとも一方の絶対値を低下させることによって、前記二次電池の充電または放電を抑制するよう前記充放電条件の修正を行なうステップを有する、請求項15記載の二次電池の制御方法。 - 前記所定物質はリチウムである、請求項15〜26のいずれか1項に記載の二次電池の制御方法。
- 前記二次電池は、電動車両に搭載され、
前記負荷は、前記電動車両の車輪の駆動力を発生する電動機を含む、請求項15〜27のいずれか1項に記載の二次電池の制御方法。
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