JP6729033B2 - 電池システム - Google Patents
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Description
<電池システムの構成>
図1は、本実施の形態に係る二次電池システムが搭載されたハイブリッド車両の全体構成を概略的に示すブロック図である。車両1は、二次電池システム2と、モータジェネレータ(MG:Motor Generator)10,20と、動力分割機構30と、エンジン40と、駆動輪50とを備える。二次電池システム2は、バッテリ100と、システムメインリレー(SMR:System Main Relay)150と、電力制御ユニット(PCU:Power Control Unit)200と、電子制御ユニット(ECU:Electronic Control Unit)300とを備える。
ニッケル水素電池の負極活物質として一般的に用いられる水素吸蔵合金では、ニッケル水素電池の充放電に伴って負極活物質内に水素濃度の偏り(分布)が生じ得る。負極活物質内における局所的な水素量(プロトン量)が異なることで、局所的な体積変化量も異なることになり、その結果、結晶格子内に歪みが生じて応力が発生し得る。このように負極活物質内に発生する応力が負極活物質の機械的な限界強度を超過することでクラックが生じ得る。このクラックについて、リチウムイオン電池の負極活物質内に生じるクラックと比較しながら以下に説明する。
図5は、クラック指標値Xの算出処理を説明するための図である。図5において、横軸は経過時間を表し、縦軸は負極活物質5内に作用する応力Fsを表す。応力Fsが負極活物質5の機械的な限界強度(典型的には引っ張り限界強度)Flimを上回るとクラック51が発生すると考えられる。したがって、斜線を付して示すように、応力Fsが限界強度Flimを上回った超過量(言い換えるとダメージ量)ΔFの時間積分を行なうことにより、所定期間内でのクラックによるダメージの進行度合いを算出することができる。
上記式(1)において、増加量ΔXは、時刻t2(または時刻t1)における応力の超過量ΔFに基づく単位時間当たりのクラック発生係数kに期間Δtを乗算することにより算出することができる(下記式(2)参照)。
応力の超過量ΔFと単位時間当たりのクラック発生係数kとの関係は、バッテリ100の電流Ibと温度Tbとの組合せ(Ib,Tb)が異なる様々な条件下でバッテリ100の耐久試験を事前に実施することにより定量化することができる。以下、この定量化の手法についてより詳細に説明する。
図6は、クラック指標値Xの時間変化の一例を示す図である。図6において、横軸は経過時間を表す。初期時刻(0)は、たとえばバッテリ100の製造直後の時刻である。縦軸はクラック指標値Xを表す。
図8は、本実施の形態に係るバッテリ100の充放電制御を示すフローチャートである。このフローチャートは、所定条件成立時または所定時間間隔毎にメインルーチンから呼び出されて実行される。なお、これらのフローチャートに含まれる各ステップ(以下「S」と略す)は、基本的にはECU300によるソフトウェア処理によって実現されるが、ECU300内に作製された専用のハードウェア(電気回路)によって実現されてもよい。
S50において、ECU300は、S40にて算出したクラック指標値X(n)がしきい値Xth以上であるか否かを判定する。クラック指標値X(n)がしきい値Xth未満の場合(S50においてNO)、ECU300は、処理をS70に進め、マップMP2(図7参照)を参照して通常時の充電電力上限値Winおよび放電電力上限値Woutを使用する。一方、クラック指標値X(n)がしきい値Xth以上の場合(S50においてYES)、ECU300は、処理をS60に進め、マップMP2を参照して充電電力上限値Winおよび放電電力上限値Woutを通常時よりも低下させることによってバッテリ100の入出力電力の制限を強化する。
Claims (1)
- 外部機器に電力を供給する電池システムであって、
水素吸蔵合金を負極活物質として含むニッケル水素電池と、
前記ニッケル水素電池と前記外部機器との間で電力を変換する電力変換装置と、
前記ニッケル水素電池への充電電力が前記充電電力の制御上限値未満となり、かつ、前記ニッケル水素電池からの放電電力が前記放電電力の制御上限値未満となるように前記電力変換装置を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記ニッケル水素電池に入出力される電流、および前記ニッケル水素電池の温度から、前記負極活物質に生じるクラックによる劣化の進行度合いに関連する指標値を算出し、
前記劣化の進行度合いが所定量よりも大きいことを前記指標値が示す場合には、前記劣化の進行度合いが前記所定量よりも小さいことを前記指標値が示す場合と比べて、前記充電電力の制御上限値および前記放電電力の制御上限値を小さくする、電池システム。
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