JP6342352B2 - 電池制御装置、電池制御方法及び下限電圧の決定方法 - Google Patents
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Description
上記課題を解決する電池制御装置は、主活物質と添加物としての金属化合物とを含む正極を有する二次電池の放電を制御する電池制御装置であって、前記二次電池の満充電容量に対する残容量の割合を示す充電状態を取得する充電状態取得部と、前記二次電池の温度を取得する温度取得部と、前記二次電池の下限電圧を設定する下限電圧設定部と、を備え、前記下限電圧設定部は、前記下限電圧を、前記二次電池の充電状態が低いほど高い値として設定するとともに、前記二次電池の充電状態が同一である条件下において前記取得される温度が高いほど高い値として設定する。
以下、電池制御装置、電池制御方法及び下限電圧の決定方法について、その第1の実施形態を説明する。
単電池100の出荷時の状態である初期状態では、負極容量が正極容量よりも大きい正極規制とされている。これにより、負極容量には、正極容量に対して余分に設けられた容量である充電リザーブ及び放電リザーブが設けられている。従って、正極の活物質に未充電部分のない状態、すなわち満充電に達した状態が、単電池100においても満充電状態である。また、正極の活物質の充電部分がなくなった状態が、単電池100においても残容量が「0」の状態である。
高温域においては、低温域と同様に、下限電圧は温度が高くなるに伴い高くなるように定められているが、直近SOCの範囲毎に、下限電圧変化線L2〜L4が定められている。直近SOCの範囲は、直近SOC「低」、直近SOC「中」、直近SOC「高」に分かれている。例えば、直近SOCが「0%以上30%未満」であるときは直近SOC「低」、「30%以上60%未満」であるときは直近SOC「中」、「60%以上100%未満」であるときは直近SOC「高」とされる。高温域においては、直近SOCが低くなるほど下限電圧は高くなる。
次に、図4を参照して、図2及び図3で説明した下限電圧データ54を作成するための下限電圧の決定方法について説明する。
直近SOC「高」・長時間
直近SOC「高」・短時間
直近SOC「中」・長時間
直近SOC「中」・短時間
直近SOC「低」・長時間
直近SOC「低」・短時間
<低温域>
直近SOC「高」・長時間
直近SOC「高」・短時間
直近SOC「中」・長時間
直近SOC「中」・短時間
直近SOC「低」・長時間
直近SOC「低」・短時間
下限電圧を決定する工程では、例えば、直近SOC「高」は「80%」、直近SOC「中」は「60%」、直近SOC「低」は「20%」に設定されている。また、電池温度が特定温度Tp以上である高温域でも、たとえば「0℃」、「5℃」、「10℃」…のように温度を変化させ、電池温度が特定温度未満である低温域でも、たとえば「−5℃」、「−10℃」、「−15℃」…のように温度を変化させるので、実際には上記した12個の条件よりも多くの条件で下限電圧が取得される。また、放電時間は、第3セル103に流す電流の大きさを変えることで調整する。
また、負極電位Vnの上昇速度は、放電時間が短時間であるときには大きくなる傾向にあり、放電時間が長時間であるときには小さくなる傾向にある。そのため、正極電位Vpが金属溶出電位αVに達したときのセル電圧Vcは、放電時間が短時間であるときには低くなる傾向にあり、放電時間が長時間であるときには高くなる傾向にある。
図7を参照して、下限電圧設定部53による電池モジュール11用の下限電圧を設定する処理の手順について説明する。下限電圧を設定する処理は、所定の周期又は所定の間隔で繰り返し随時行われる。なお、下限電圧を設定する処理は、直近SOCの値や電池温度が更新又は変更されたタイミングなどで行われてもよい。処理の繰り返し実行の間隔は、定期的でも不定期的でもよいが、電池モジュール11の電池状態の変化に対応するかたちで随時実行されることが好ましい。
(1)電池モジュール11の下限電圧が二次電池10の温度Tpに加えて該二次電池10のSOCに基づいて設定される。これにより、二次電池10の放電を規制する下限電圧がより適切に設定されるようになる。そして、こうした下限電圧の設定により、二次電池10の性能の劣化も抑制され、電池寿命を延ばすことができるようになる。また、下限電圧が、必要以上に高く設定されないことから、二次電池10の出力範囲が広げられ、より多くの電力出力が可能になり、二次電池の出力性能が高められる。
次に、本発明を具体化した第2の実施形態を説明する。尚、第2の実施形態は、第1の実施形態の下限電圧の決定方法の一部を変更した構成であるため、同様の部分については同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
直近SOC「高」・長時間
直近SOC「高」・短時間
直近SOC「中」・長時間
直近SOC「中」・短時間
直近SOC「低」・長時間
直近SOC「低」・短時間
ところで、上述したように二次電池10の放電が開始されると、電池制御装置50は、直近SOCを算出するために電圧計40から電圧に応じた電圧検出信号を入力する。このとき、電池制御装置50が電圧検出信号を入力するタイミングは、測定装置60が、下限電圧データ54を作成するために電圧計65P,65Nから電圧に応じた電圧検出信号を入力したタイミングと合致することが好ましい。なお、電池制御装置50が電流計41から電流に応じた電流検出信号を入力するタイミングも、測定装置60が電流計68から電流に応じた電流検出信号を入力したタイミングと合致することが好ましい。
(4)下限電圧を設定するにあたり二次電池10の電圧に応じた信号、電流に応じた信号及び温度に応じた信号が実際に取得されるタイミングは、下限電圧を予め定めるときにそれらの信号を取得するタイミングに対して遅れる可能性がある。また、大電流の放電が開始されたとき、放電が継続されるに伴いセル電圧Vcは低下する。上記実施形態では、下限電圧を予め定めるにあたり、正極電位Vpが金属溶出電位αVに達したときから一定時間Tm1前のセル電圧Vcが下限電圧として予め定められる。すなわち、下限電圧が、正極電位Vpが金属溶出電位αVに達した時間T0のセル電圧Vcとして設定される場合に比べ、高めに設定される。そのため、たとえ、実際に上記の各信号が取得されたタイミングが、予め下限電圧を定めるときに各信号が取得されたタイミングに対して遅れたとしても、そのとき設定される下限電圧は、正極電位Vpが金属溶出電位αVに達したときのセル電圧Vcを下回ることはない。このため、少なくとも二次電池の劣化を抑制することができる。
・上記各実施形態では、直近SOCが低いほど下限電圧は高く設定される場合について例示した。しかし、コバルトの溶出反応以外の要因により、直近SOCが低いほど下限電圧が高くなる関係性が変化する可能性もある。例えば、直近SOCが低い場合、設定した下限電圧に達するまでに要する時間が、直近SOCが高い場合に比べて早くなる。そのため、直近SOCが低い場合、安全性を考慮して下限電圧を上記各実施形態よりも高く設定し、直近SOCが高い場合、そのままの下限電圧を維持するか又はSOCが低い場合よりも小さい幅で高く設定するようにしてもよい。
・上記実施形態では、二次電池10の蓄電量に関する充電状態がSOCである場合について例示した。しかしこれに限らず、二次電池10の充電状態は、実際の蓄電量(充電量)であってもよい。通常、蓄電量(充電量)とSOCとは相互に変換可能である。同様に、下限電圧に関するデータについても、SOCとの関係に代えて蓄電量(充電量)との関係をもちいてもよい。
Claims (4)
- 主活物質と添加物としての金属化合物とを含む正極を有する二次電池の放電を制御する電池制御装置であって、
前記二次電池の満充電容量に対する残容量の割合を示す充電状態を取得する充電状態取得部と、
前記二次電池の温度を取得する温度取得部と、
前記二次電池の下限電圧を設定する下限電圧設定部と、
前記二次電池の放電が継続された時間である放電時間を測定する放電時間測定部とを備え、
前記下限電圧設定部は、前記下限電圧を、前記二次電池の充電状態が低いほど高い値として設定するとともに、前記二次電池の充電状態が同一である条件下において前記取得される温度が高いほど高い値として設定するとともに、前記二次電池の充電状態及び温度が同一である条件下において、測定された放電時間が短いほど低い値として設定する
ことを特徴とする電池制御装置。 - 主活物質と添加剤としての金属化合物とを含む正極を有する二次電池の放電を電池制御装置によって制御する電池制御方法であって、
前記電池制御装置は、前記二次電池の前記下限電圧を、前記二次電池の満充電容量に対する残容量の割合を示す充電状態が低いほど高い値として設定するとともに、前記二次電池の充電状態が同一である条件下において前記二次電池から取得される温度が高いほど高い値として設定するとともに、前記二次電池の充電状態及び温度が同一である条件下において、前記二次電池の放電が継続された時間として測定された放電時間が短いほど低い値として設定する
ことを特徴とする電池制御方法。 - 主活物質と添加剤としての金属化合物とを含む正極を有する二次電池の放電制御に用いられる下限電圧を決定する下限電圧の決定方法であって、
前記二次電池の満充電容量に対する残容量の割合を示す充電状態と、前記二次電池の温度と、前記二次電池の放電が継続されている時間である放電時間との組み合わせが互いに異なる複数の条件で前記二次電池を放電しながら前記正極の電位及び電池電圧を測定し、
前記正極の電位が金属化合物の金属溶出反応の開始電位に達したときの電池電圧と取得した前記放電時間とを基準に前記二次電池の放電を規制する下限電圧を予め定める
ことを特徴とする下限電圧の決定方法。 - 前記正極の電位が金属化合物の金属溶出反応の開始電位に達したときから所定時間前の前記二次電池の電池電圧を下限電圧として予め定める
請求項3に記載の下限電圧の決定方法。
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