JP6735359B2 - 蓄電池充電のための制御装置および蓄電池を充電する方法 - Google Patents
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Description
本開示は、蓄電池の充電を制御するための制御装置および蓄電池を充電する方法に関する。
蓄電池は、二次電池ともよばれ、エネルギー貯蔵手段として、特に車両用のエネルギー貯蔵手段としてますます重要になってきている。このような車両としては、内燃機関と1つ以上の電動モータとを備えるハイブリッド車や、電気のみで駆動される自動車が挙げられる。
現状では、信頼性の高い充電制御機能を有し、かつ種々の電池型の電池に対して好適に使用できる制御装置の提供が望まれている。
ダミー蓄電池と、
電池およびダミー電池を充電するよう構成される第1の回路と、
ダミー電池の開路電圧を計測するよう構成される第2の回路とを含む。
第2の回路を使用してダミー電池の開路電圧を測定し、
ダミー電池の上記測定された開路電圧に基づいて電池の容量増加量最大値を求めるよう構成される。
第1の回路を使用して電池およびダミー電池を充電し、
充電された電池の現時点での容量増加量を監視し、
電池の現時点での容量増加量が上記求めた容量増加量最大値を超える場合に充電を停止するようさらに構成されてもよい。
ダミー電池の温度/頻度分布は、ダミー電池の各温度について、寿命終了までの間にダミー電池がその温度であった時間の長さを記録することによって求められてもよい。
第2の回路を使用してダミー電池の開路電圧を測定する工程と、
ダミー電池の上記測定された開路電圧に基づいて電池の容量増加量最大値を求める工程とを含む。
第1の回路を使用して電池およびダミー電池を充電する工程と、
充電された電池の現時点での容量増加量を監視する工程と、
電池の現時点での容量増加量が上記求めた容量増加量最大値を超える場合に充電を停止する工程とをさらに含んでもよい。
ダミー電池の温度/頻度分布は、ダミー電池の各温度について、寿命終了までの間にダミー電池がその温度であった時間の長さを記録することによって求められてもよい。
以下に、本開示の例示的な実施形態が詳細に参照され、その例が添付の図面中に示される。同一または類似の部品や部分を指すために、全ての図面を通して可能な限り同一の参照番号が用いられる。
ΔAhmax=SOC100%(αx)−SOCb(αx)
工程S13および工程S14のプロシージャにかかる時間は、好ましくは限られた時間であり、たとえば0.02秒、0.05秒、0.1秒、0.2秒、または1秒である。
t=時間
c=ln(A)
b=−(E/R)
T=温度
したがって、現時点での劣化度αxは累積値、すなわち現時点での劣化度計算値および現時点より以前に計算された劣化度計算値の総計であり、たとえば以下のとおりである。
式中、
k=所定の反応速度定数(または速度定数)
A=定数
Ea=活性化エネルギー
R=気体定数
T=温度
パラメータk、A、Ea、およびRは、使用されたダミー電池の電池型(好ましくは電池の型に対応)に特定して行なった予備実験から既知であるか、または一般に公知のパラメータである。
k⇒βである場合、以下のとおりである。
b=−(E/R)
c=ln(A)
得られた劣化率βの図を図6に示す。劣化率βは所定の値であり、また、使用されたダミー電池の電池型(好ましくは電池の型に対応)に特定のものである。劣化率βは好ましくは予備実験において決定され、(スマート電池の場合には)電池について、かつ/または制御装置について既知のものである。
αx2⇒SOCd2⇒SOCb2
αx3⇒SOCd3⇒SOCb3
αx4⇒SOCd4⇒SOCb4
このSOCdとαxとの関係および/またはSOCbとSOCdとの関係は好ましくは予備実験において決定され、かつ、使用されたダミー電池の電池型(好ましくは電池2の電池型に対応)に特定のものである。ルックアップマップは、制御装置の、または(スマート電池の場合には)電池のデータ記憶装置に記憶されていてもよい。
Claims (26)
- 蓄電池(2)の充電を制御するための制御装置(6)であって、
ダミー蓄電池(11)と、
前記電池(2)および前記ダミー電池(11)を充電するよう構成される第1の回路(C1)と、
前記ダミー電池(11)の開路電圧(OCVd)を計測するよう構成される第2の回路(C2)とを含み、
前記制御装置(6)は、
前記第1の回路(C1)から前記ダミー電池(11)を分離し、
前記第2の回路(C2)を使用して前記ダミー電池(11)の開路電圧(OCVd)を測定し、
前記測定された前記ダミー電池(11)の開路電圧(OCVd)に基づいて前記電池(2)の容量増加量最大値(ΔAhmax)を求め、
前記第1の回路を使用して前記電池(2)および前記ダミー電池を充電し、
充電された前記電池(2)の現時点での容量増加量(ΔAh x )を監視し、
前記電池(2)の現時点での容量増加量(ΔAh x )が前記求めた容量増加量最大値(ΔAh max )を超えない場合に、前記電池(2)が充電中に放電されているか否かを判定し、
前記電池(2)が充電中に放電されていれば
前記第1の回路(C1)から前記ダミー電池(11)を分離し、
前記第2の回路(C2)を使用して前記ダミー電池(11)の開路電圧(OCV d )を再測定し、
再測定された前記ダミー電池(11)の開路電圧(OCV d )に基づいて前記電池(2)の容量増加量最大値(ΔAh max )を再度求めるよう構成される、制御装置(6)。 - 前記電池(2)の現時点での容量増加量(ΔAhx)が前記求めた容量増加量最大値(ΔAhmax)を超える場合に充電を停止するようさらに構成される、請求項1に記載の制御装置(6)。
- 前記電池(2)の充電電流(Ix)および充電時間に基づいてかつ/または前記ダミー電池(11)の開路電圧に基づいて、前記電池(2)の現時点での容量増加量(ΔAhx)を求めるようさらに構成される、請求項1または2に記載の制御装置(6)。
- 前記測定された前記ダミー電池(11)の開路電圧(OCVd)に基づいて、特に所定のSOC‐OCVマッピングに基づいて、前記ダミー電池の充電レベル(SOCd)を判定し、
前記判定された前記ダミー電池の充電レベル(SOCd)に基づいて前記容量増加量最大値(ΔAhmax)を求めるようさらに構成される、請求項1〜3のいずれか1項に記載の制御装置(6)。 - 前記ダミー電池(11)の判定された劣化度(αx)に基づいて前記所定のSOC‐OCVマッピングを更新するようさらに構成される、請求項4に記載の制御装置(6)。
- 前記ダミー電池(11)の温度/頻度分布および前記ダミー電池(11)の所定の劣化率(β)に基づいて前記ダミー電池(11)の劣化度(αx)を判定するようさらに構成される、請求項5に記載の制御装置(6)。
- 前記ダミー電池(11)の劣化度(αx)の判定はアレニウスの式に基づく、請求項5または6に記載の制御装置(6)。
- 前記ダミー電池(11)の各温度について、寿命終了までの間に前記ダミー電池(11)がその温度であった時間の長さを記録することによって、前記ダミー電池(11)の温度/頻度分布を求めるようさらに構成される、請求項5または6に記載の制御装置(6)。
- 前記電池(2)の充電レベル(SOCb)の判定を、前記判定された前記ダミー電池(11)の充電レベル(SOCd)に基づいて、特に、前記電池(2)の充電レベル(SOCb)と前記ダミー電池(11)の充電レベル(SOCd)とを対応づけた所定のマッピングに基づいて実施し、
前記電池(2)の充電レベル(SOCb)に基づいて前記容量増加量最大値(ΔAhmax)を求めるようさらに構成される、請求項4〜8のいずれか1項に記載の制御装置(6)。 - 所定の劣化率を有する特定の電池型の電池(2)についてその充電を制御するよう構成され、
前記ダミー電池(11)は劣化率を有し、前記劣化率は前記電池(2)の劣化率と相関関係にあり、特には前記電池(2)の劣化率と同一である、請求項1〜9のいずれか1項に記載の制御装置(6)。 - 前記特定の電池型の電池(2)は所定の容量を有し、
前記ダミー電池(11)は容量を有し、前記ダミー電池(11)の容量は前記電池(2)の容量と相関関係にある、特には前記電池(2)の容量と同一である、請求項1〜10のいずれか1項に記載の制御装置(6)。 - 前記ダミー電池(11)の開路電圧(OCVd)を検出するための電圧センサを含む、請求項1〜11のいずれか1項に記載の制御装置(6)。
- 前記ダミー電池(11)および/または前記電池(2)の温度(T)を検出するための温度センサを含む、請求項1〜12のいずれか1項に記載の制御装置(6)。
- 少なくとも1つの電池(2)、特にバイポーラ固体電池と、
請求項1〜13のいずれか1項に記載の制御装置(6)とを含む、組電池。 - 少なくとも1つの電池(2)、特にバイポーラ固体電池と、
前記電池(2)のための充電装置(5)と、
請求項1〜13のいずれか1項に記載の制御装置(6)とを含む、電池充電システム。 - 電動モータ(4)と、
請求項14に記載の組電池とを含む、車両(1)。 - 電動モータ(4)と、
少なくとも1つの電池(2)、特にバイポーラ固体電池と、
請求項1〜13のいずれか1項に記載の制御装置(6)とを含む、車両(1)。 - 蓄電池(2)の充電を制御する方法であって、前記電池(2)およびダミー蓄電池(11)を充電するために第1の回路(C1)が使用され、かつ前記ダミー電池(11)の開路電圧(OCVd)を計測するために第2の回路(C2)が使用される方法であり、前記方法は、
前記第1の回路(C1)から前記ダミー電池(11)を分離する工程と、
前記第2の回路(C2)を使用して前記ダミー電池(11)の開路電圧(OCVd)を測定する工程と、
前記測定された前記ダミー電池(11)の開路電圧(OCVd)に基づいて前記電池(2)の容量増加量最大値(ΔAhmax)を求める工程と、
前記第1の回路を使用して前記電池(2)および前記ダミー電池を充電する工程と、
充電された前記電池(2)の現時点での容量増加量(ΔAh x )を監視する工程と、
前記電池(2)の現時点での容量増加量(ΔAh x )が前記求めた容量増加量最大値(ΔAh max )を超えない場合に、前記電池(2)が充電中に放電されているか否かを判定する工程と、
前記電池(2)が充電中に放電されていれば前記第1の回路(C1)から前記ダミー電池(11)を分離する工程と、
前記第2の回路(C2)を使用して前記ダミー電池(11)の開路電圧(OCV d )を再測定する工程と、
再測定された前記ダミー電池(11)の開路電圧(OCV d )に基づいて前記電池(2)の容量増加量最大値(ΔAh max )を再度求める工程とを含む、方法。 - 前記電池(2)の現時点での容量増加量(ΔAhx)が前記求めた容量増加量最大値(ΔAhmax)を超える場合に充電を停止する工程とをさらに含む、請求項18に記載の方法。
- 前記電池(2)の充電電流(Ix)および充電時間に基づいてかつ/または前記ダミー電池(11)の開路電圧に基づいて、前記電池(2)の現時点での容量増加量(ΔAhx)が求められる、請求項18または19に記載の方法。
- 前記ダミー電池(11)の充電レベル(SOCd)は、前記測定された前記ダミー電池(11)の開路電圧(OCVd)に基づいて、特に所定のSOC‐OCVマッピングに基づいて判定され、
前記容量増加量最大値(ΔAhmax)は前記判定された前記ダミー電池(11)の充電レベル(SOCd)に基づいて求められる、請求項18〜20のいずれか1項に記載の方法。 - 前記所定のSOC‐OCVマッピングは前記ダミー電池(11)の判定された劣化度(αx)に基づいて更新される、請求項21に記載の方法。
- 前記電池(2)の劣化度(αx)は前記ダミー電池(11)の温度/頻度分布および前記ダミー電池(11)の所定の劣化率(β)に基づいて判定される、請求項22に記載の方法。
- 前記ダミー電池(11)の劣化度(αx)はアレニウスの式に基づいて判定される、請求項22または23に記載の方法。
- 前記ダミー電池(11)の温度/頻度分布は、前記ダミー電池(11)の各温度について、寿命終了までの間に前記ダミー電池(11)がその温度であった時間の長さを記録することによって求められる、請求項23または24に記載の方法。
- 前記判定された前記ダミー電池(11)の充電レベル(SOCd)に基づいて、特に、前記電池(2)の充電レベル(SOCb)と前記ダミー電池(11)の充電レベル(SOCd)とを対応づけた所定のマッピングに基づいて、前記電池(2)の充電レベル(SOCb)が判定され、
前記電池(2)の充電レベル(SOCb)に基づいて前記容量増加量最大値(ΔAhmax)が求められる、請求項21〜25のいずれか1項に記載の方法。
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