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JP2017220329A - Secondary battery system - Google Patents

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JP2017220329A JP2016112660A JP2016112660A JP2017220329A JP 2017220329 A JP2017220329 A JP 2017220329A JP 2016112660 A JP2016112660 A JP 2016112660A JP 2016112660 A JP2016112660 A JP 2016112660A JP 2017220329 A JP2017220329 A JP 2017220329A
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battery
secondary battery
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positive electrode
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JP2016112660A
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Japanese (ja)
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裕之 海谷
Hiroyuki Kaiya
裕之 海谷
佐々木 厳
Tsuyoshi Sasaki
厳 佐々木
小林 哲郎
Tetsuo Kobayashi
哲郎 小林
康仁 近藤
Yasuhito Kondo
康仁 近藤
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Toyota Motor Corp
Toyota Central R&D Labs Inc
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Toyota Motor Corp
Toyota Central R&D Labs Inc
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  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

【課題】ニッケル水素二次電池を備えた二次電池システムにおいて、メモリ効果による電圧低下量の算出精度を向上させる。【解決手段】二次電池システムは、カリウムイオンを含む電解液に含浸された正極板141を有するバッテリ100(ニッケル水素二次電池)と、ECU300とを備える。ECU300は、バッテリの放置時間ΔtおよびSOCから正極板141の活物質へのカリウムイオンの挿入量Xtime,Xocを算出し、算出された挿入量Xtotalからバッテリ100のメモリ効果による電圧低下量ΔVを算出する。【選択図】図4In a secondary battery system including a nickel metal hydride secondary battery, calculation accuracy of a voltage drop amount due to a memory effect is improved. A secondary battery system includes a battery (a nickel hydride secondary battery) having a positive electrode plate (141) impregnated with an electrolyte containing potassium ions, and an ECU (300). ECU 300 calculates the insertion amount Xtime, Xoc of potassium ions into the active material of positive electrode plate 141 from the battery standing time Δt and the SOC, and calculates the voltage drop amount ΔV due to the memory effect of battery 100 from the calculated insertion amount Xtotal. To do. [Selection] Figure 4

Description

本発明は二次電池システムに関し、より特定的には、ニッケル水素二次電池を備えた二次電池システムに関する。   The present invention relates to a secondary battery system, and more particularly to a secondary battery system including a nickel metal hydride secondary battery.

近年、ニッケル水素二次電池を備えた二次電池システムが広く普及しており、ハイブリッド車両等の電動車両にも搭載されている。ニッケル水素二次電池では、容量を使用し切らずに充放電を繰り返すうちに電圧が低下する現象である、いわゆる「メモリ効果」が知られており、メモリ効果による誤差を低減するための各種技術が提案されている。たとえば特開2000−221249号公報(特許文献1)は、メモリ効果によるSOC(State Of Charge)−電圧特性のずれを解消するために、電圧および電流の検出結果に基づいてSOCを補正する技術を開示する。   2. Description of the Related Art In recent years, secondary battery systems including nickel metal hydride secondary batteries have become widespread and are also installed in electric vehicles such as hybrid vehicles. In nickel-metal hydride secondary batteries, the so-called “memory effect”, a phenomenon in which the voltage drops while charging and discharging are repeated without using up the capacity, is known, and various technologies to reduce errors due to the memory effect Has been proposed. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-212249 (Patent Document 1) discloses a technique for correcting SOC based on the detection result of voltage and current in order to eliminate a shift in SOC (State Of Charge) -voltage characteristics due to the memory effect. Disclose.

特開2000−221249号公報JP 2000-212249 A

ニッケル水素二次電池を備えた二次電池システムの様々な充放電制御において、ニッケル水素二次電池の電圧は主要な制御パラメータ(制御因子)の1つである。ニッケル水素二次電池の電圧を高精度に制御するためには、メモリ効果による電圧低下量を高精度に算出することが望ましい。   In various charge / discharge control of a secondary battery system including a nickel hydride secondary battery, the voltage of the nickel hydride secondary battery is one of the main control parameters (control factors). In order to control the voltage of the nickel metal hydride secondary battery with high accuracy, it is desirable to calculate the amount of voltage drop due to the memory effect with high accuracy.

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、ニッケル水素二次電池を備えた二次電池システムにおいて、メモリ効果による電圧低下量の算出精度を向上させるための技術を提供することである。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a technique for improving the calculation accuracy of the amount of voltage drop due to the memory effect in a secondary battery system including a nickel-hydrogen secondary battery. Is to provide.

本発明のある局面に従う二次電池システムは、アルカリ金属イオン(たとえばカリウムイオン)を含む電解液に含浸された正極を有するニッケル水素二次電池と、制御装置とを備える。制御装置は、ニッケル水素二次電池の放置時間および充電状態(SOC)から正極の活物質内へのアルカリ金属イオンの挿入量を算出し、算出された挿入量からニッケル水素二次電池のメモリ効果による電圧低下量を算出する。   A secondary battery system according to an aspect of the present invention includes a nickel hydride secondary battery having a positive electrode impregnated with an electrolytic solution containing alkali metal ions (for example, potassium ions), and a control device. The control device calculates the insertion amount of alkali metal ions into the active material of the positive electrode from the standing time and the state of charge (SOC) of the nickel hydrogen secondary battery, and the memory effect of the nickel metal hydride secondary battery from the calculated insertion amount. The amount of voltage drop due to is calculated.

本発明者らは、正極へのアルカリ金属イオンの挿入量が大きくなるほど、メモリ効果による電圧低下量が大きくなることを見出した。上記構成によれば、ニッケル水素二次電池の充放電履歴および充電状態(SOC)から、たとえば所定のマップまたは関係式を用いてアルカリ金属イオンの挿入量が算出され、さらに、算出された挿入量からメモリ効果による電圧低下量が算出される。このようにアルカリ金属イオンの挿入量を考慮することで、メモリ効果による電圧低下量の算出精度を向上させることができる。   The present inventors have found that the amount of voltage drop due to the memory effect increases as the amount of alkali metal ions inserted into the positive electrode increases. According to the above configuration, the amount of insertion of alkali metal ions is calculated from the charge / discharge history and state of charge (SOC) of the nickel metal hydride secondary battery using, for example, a predetermined map or relational expression, and the calculated amount of insertion is further calculated. From this, the voltage drop due to the memory effect is calculated. Thus, by considering the insertion amount of alkali metal ions, it is possible to improve the calculation accuracy of the voltage drop amount due to the memory effect.

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。It is a block diagram which shows roughly the whole structure of the hybrid vehicle by which the secondary battery system which concerns on this Embodiment is mounted. 電池セルの構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows the structure of a battery cell roughly. 正極活物質へのカリウムイオンの挿入を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating insertion of the potassium ion to a positive electrode active material. 本実施の形態におけるメモリ効果による電圧降下量の算出処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the calculation process of the voltage drop amount by the memory effect in this Embodiment. バッテリの放置時間から放置によるイオン挿入量を算出するためのマップの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the map for calculating the amount of ion insertion by leaving from the leaving time of a battery. バッテリのSOCから過充電によるイオン挿入量を算出するためのマップの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the map for calculating the ion insertion amount by overcharge from SOC of a battery. 総イオン挿入量からメモリ効果による電圧低下量を算出するためのマップの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the map for calculating the voltage fall amount by a memory effect from total ion insertion amount.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.

以下に説明する実施の形態では、本発明に係る二次電池システムがハイブリッド車両に搭載される構成を例に説明する。しかし、本発明に係る二次電池システムが搭載可能な車両はハイブリッド車両に限定されず、電気自動車または燃料自動車であってもよい。また、本発明に係る二次電池システムの用途は車両用に限定されるものではなく、たとえば定置用であってもよい。   In the embodiments described below, a configuration in which the secondary battery system according to the present invention is mounted on a hybrid vehicle will be described as an example. However, the vehicle on which the secondary battery system according to the present invention can be mounted is not limited to a hybrid vehicle, and may be an electric vehicle or a fuel vehicle. Moreover, the use of the secondary battery system according to the present invention is not limited to vehicles, and may be, for example, stationary.

<二次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。
<Configuration of secondary battery system>
FIG. 1 is a block diagram schematically showing an overall configuration of a hybrid vehicle equipped with a secondary battery system according to the present embodiment. The vehicle 1 includes a secondary battery system 2, motor generators (MG) 10 and 20, a power split mechanism 30, an engine 40, and drive wheels 50. The secondary battery system 2 includes a battery 100, a system main relay (SMR) 150, a power control unit (PCU) 200, and an electronic control unit (ECU) 300. Prepare.

モータジェネレータ10,20の各々は三相交流回転電機である。モータジェネレータ10は、動力分割機構30を介してエンジン40のクランク軸に連結される。モータジェネレータ10は、エンジン40を始動させる際にはバッテリ100の電力を用いてエンジン40のクランク軸を回転させる。また、モータジェネレータ10はエンジン40の動力を用いて発電することも可能である。モータジェネレータ10によって発電された交流電力は、PCU200により直流電力に変換されてバッテリ100に充電される。また、モータジェネレータ10によって発電された交流電力は、モータジェネレータ20に供給される場合もある。   Each of motor generators 10 and 20 is a three-phase AC rotating electric machine. Motor generator 10 is coupled to the crankshaft of engine 40 via power split mechanism 30. The motor generator 10 rotates the crankshaft of the engine 40 using the power of the battery 100 when starting the engine 40. The motor generator 10 can also generate power using the power of the engine 40. The AC power generated by the motor generator 10 is converted into DC power by the PCU 200 and the battery 100 is charged. Further, the AC power generated by the motor generator 10 may be supplied to the motor generator 20.

モータジェネレータ20は、バッテリ100からの電力およびモータジェネレータ10により発電された電力のうちの少なくとも一方を用いて駆動軸を回転させる。また、モータジェネレータ20は回生制動によって発電することも可能である。モータジェネレータ20によって発電された交流電力は、PCU200により直流電力に変換されてバッテリ100に充電される。   Motor generator 20 rotates the drive shaft using at least one of the electric power from battery 100 and the electric power generated by motor generator 10. The motor generator 20 can also generate power by regenerative braking. The AC power generated by the motor generator 20 is converted into DC power by the PCU 200 and the battery 100 is charged.

動力分割機構30は、たとえば遊星歯車機構であり、エンジン40のクランク軸、モータジェネレータ10の回転軸、および駆動軸の三要素を機械的に連結する。エンジン40は、ガソリンエンジン等の内燃機関であり、ECU300からの制御信号に応じて車両1が走行するための駆動力を発生する。   Power split device 30 is, for example, a planetary gear mechanism, and mechanically connects the three elements of the crank shaft of engine 40, the rotation shaft of motor generator 10, and the drive shaft. The engine 40 is an internal combustion engine such as a gasoline engine, and generates a driving force for the vehicle 1 to travel in response to a control signal from the ECU 300.

PCU200は、いずれも図示しないが、インバータと、コンバータとを含む。インバータは、一般的な三相インバータである。コンバータは、昇圧動作時にはバッテリ100から供給された電圧を昇圧してインバータに供給する。コンバータは、降圧動作時にはインバータから供給された電圧を降圧してバッテリ100を充電する。SMR150は、バッテリ100とPCU200とを結ぶ電流経路に電気的に接続される。SMR150がECU300からの制御信号に応じて閉成されている場合、バッテリ100とPCU200との間で電力の授受が行なわれ得る。   Although not shown, PCU 200 includes an inverter and a converter. The inverter is a general three-phase inverter. During the boosting operation, the converter boosts the voltage supplied from the battery 100 and supplies the boosted voltage to the inverter. During the step-down operation, the converter steps down the voltage supplied from the inverter and charges battery 100. SMR 150 is electrically connected to a current path connecting battery 100 and PCU 200. When SMR 150 is closed in response to a control signal from ECU 300, power can be exchanged between battery 100 and PCU 200.

バッテリ100は、ニッケル水素二次電池を含み、再充電が可能に構成された直流電源である。バッテリ100は複数の電池セル110を含む。各電池セル110の詳細な構成については図2にて説明する。   The battery 100 is a direct current power source including a nickel metal hydride secondary battery and configured to be rechargeable. The battery 100 includes a plurality of battery cells 110. The detailed configuration of each battery cell 110 will be described with reference to FIG.

バッテリ100には、電圧センサ101と、電流センサ102と、温度センサ103とが設けられる。電圧センサ101は、バッテリ100の電圧VBを検出する。電流センサ102は、バッテリ100に入出力される電流IBを検出する。温度センサ103は、バッテリ100の温度を検出する。各センサは、その検出結果をECU300に出力する。ECU300は、各センサによる検出結果に基づいてバッテリ100のSOC(State Of Charge)を算出する。   The battery 100 is provided with a voltage sensor 101, a current sensor 102, and a temperature sensor 103. The voltage sensor 101 detects the voltage VB of the battery 100. Current sensor 102 detects current IB input / output to / from battery 100. The temperature sensor 103 detects the temperature of the battery 100. Each sensor outputs the detection result to ECU 300. ECU 300 calculates the SOC (State Of Charge) of battery 100 based on the detection results of the sensors.

ECU300は、CPU(Central Processing Unit)301と、メモリ302と、タイマー303と、入出力バッファ(図示せず)等とを含んで構成される。ECU300は、各センサから受ける信号、ならびにメモリ302に記憶されたマップおよびプログラムに基づいて、車両1が所望の状態となるように各機器を制御する。ECU300により実行される主要な制御としてバッテリ100の充放電制御が挙げられるが、この充放電制御については後述する。   The ECU 300 includes a CPU (Central Processing Unit) 301, a memory 302, a timer 303, an input / output buffer (not shown), and the like. ECU 300 controls each device so that vehicle 1 is in a desired state based on a signal received from each sensor and a map and a program stored in memory 302. The main control executed by the ECU 300 includes charge / discharge control of the battery 100, which will be described later.

図2は、電池セル110の構成を概略的に示す図である。バッテリ100に含まれる各電池セル110の構成は共通であるため、図2では1つの電池セル110のみを代表的に示す。電池セル110は、たとえば角形密閉式のセルであり、ケース120と、ケース120に設けられた安全弁130と、ケース120内に収容された電極体140および電解液(図示せず)とを含む。なお、図2ではケース120の一部を透視して電極体140を示している。   FIG. 2 is a diagram schematically showing the configuration of the battery cell 110. Since the configuration of each battery cell 110 included in the battery 100 is common, only one battery cell 110 is representatively shown in FIG. The battery cell 110 is, for example, a square sealed cell, and includes a case 120, a safety valve 130 provided in the case 120, an electrode body 140 accommodated in the case 120, and an electrolytic solution (not shown). In FIG. 2, the electrode body 140 is shown through a part of the case 120.

ケース120は、いずれも金属(たとえばニッケルめっき鋼板)からなるケース本体121および蓋体122を含む。ケース120は、蓋体122がケース本体121の開口部上で全周溶接されることにより密閉される。安全弁130は、ケース120内部の圧力が所定値を超えると、ケース120内部のガス(水素ガス等)の一部を外部に排出する。   Case 120 includes a case main body 121 and a lid body 122 each made of metal (for example, nickel-plated steel plate). The case 120 is sealed by the cover body 122 being welded all around the opening of the case body 121. When the pressure inside the case 120 exceeds a predetermined value, the safety valve 130 discharges a part of the gas (hydrogen gas or the like) inside the case 120 to the outside.

電極体140は、正極板141と、負極板142と、セパレータ143とを含む。正極板141は袋状のセパレータ143内に挿入されており、セパレータ143内に挿入された正極板141と、負極板142とが交互に積層される。正極板141および負極板142は、図示しない正極端子および負極端子にそれぞれ電気的に接続される。   The electrode body 140 includes a positive electrode plate 141, a negative electrode plate 142, and a separator 143. The positive electrode plate 141 is inserted into a bag-like separator 143, and the positive electrode plate 141 and the negative electrode plate 142 inserted into the separator 143 are alternately stacked. The positive electrode plate 141 and the negative electrode plate 142 are electrically connected to a positive electrode terminal and a negative electrode terminal (not shown), respectively.

電極体140および電解液の材料としては従来公知の各種材料を用いることができる。本実施の形態では、いずれも図示しないが、正極板141には、ニッケル水酸化物(水酸化ニッケル(Ni(OH))またはオキシ水酸化ニッケル(NiOOH))を含む正極活物質層と、発泡ニッケルなどの活物質支持体とを含む電極板が用いられる。負極板142には水素吸蔵合金を含む電極板が用いられる。セパレータ143には親水化処理された合成繊維からなる不織布が用いられる。電解液には水酸化カリウム(KOH)を含むアルカリ水溶液が用いられる。ただし、電解液はアルカリ水溶液であれば特に限定されるものではなく、水酸化カリウムに代えてまたは加えて、たとえば水酸化ナトリウム(NaOH)を含んでもよい。 Various conventionally known materials can be used as the material of the electrode body 140 and the electrolytic solution. In this embodiment, although not shown, the positive electrode plate 141 includes a positive electrode active material layer containing nickel hydroxide (nickel hydroxide (Ni (OH) 2 ) or nickel oxyhydroxide (NiOOH)); An electrode plate including an active material support such as foamed nickel is used. An electrode plate containing a hydrogen storage alloy is used for the negative electrode plate 142. For the separator 143, a nonwoven fabric made of a synthetic fiber subjected to a hydrophilic treatment is used. An alkaline aqueous solution containing potassium hydroxide (KOH) is used as the electrolytic solution. However, the electrolytic solution is not particularly limited as long as it is an alkaline aqueous solution, and may contain, for example, sodium hydroxide (NaOH) instead of or in addition to potassium hydroxide.

<メモリ効果による電圧低下>
以上のように構成された二次電池システム2の充放電制御において、バッテリ100の電圧VBは主要な制御パラメータ(制御因子)の1つである。バッテリ100の電圧VBを高精度に制御するためには、メモリ効果による電圧低下量ΔVを高精度に算出することが望ましい。
<Voltage drop due to memory effect>
In the charge / discharge control of the secondary battery system 2 configured as described above, the voltage VB of the battery 100 is one of the main control parameters (control factors). In order to control the voltage VB of the battery 100 with high accuracy, it is desirable to calculate the voltage drop amount ΔV due to the memory effect with high accuracy.

ここで、本発明者らは、メモリ効果を引き起こす要因の1つとして、電解液中のアルカリ金属イオン(本実施の形態ではカリウムイオン)が正極板141に形成された正極活物質層に挿入される点に着目した。カリウムイオンの挿入は、以下に説明するように、主にバッテリ100の放置または過充電によって起こる。   Here, as one of the factors causing the memory effect, the present inventors inserted alkali metal ions (potassium ions in the present embodiment) in the electrolyte into the positive electrode active material layer formed on the positive electrode plate 141. We focused on the points. As described below, insertion of potassium ions mainly occurs when the battery 100 is left or overcharged.

図3は、正極活物質へのカリウムイオンの挿入を説明するための模式図である。図3(A)に示すようにバッテリ100の初期状態(たとえば製造直後の状態またはリフレッシュ直後の状態)では、正極板141の正極活物質層を構成するNiO層141A間には水素イオンが主として存在する。一方で、バッテリ100の充放電を行なわずに放置すると、図3(B)に示すように、時間の経過とともにNiO層141A間にカリウムイオンが挿入され、水素イオンの一部がカリウムイオンに置換される。この反応は可逆反応であり、一旦挿入されたカリウムイオンが脱離して水素イオンに再び置換される場合もある。 FIG. 3 is a schematic diagram for explaining insertion of potassium ions into the positive electrode active material. As shown in FIG. 3A, in an initial state of the battery 100 (for example, a state immediately after manufacture or a state immediately after refresh), hydrogen ions are mainly present between the NiO 2 layers 141A constituting the positive electrode active material layer of the positive electrode plate 141. Exists. On the other hand, if the battery 100 is left without being charged / discharged, as shown in FIG. 3B, potassium ions are inserted between the NiO 2 layers 141A as time passes, and some of the hydrogen ions are converted into potassium ions. Replaced. This reaction is a reversible reaction, and once inserted potassium ions may be eliminated and replaced with hydrogen ions.

また、図3(C)に示すように、バッテリ100の過充電状態においても同様に、NiO層間の水素イオンが脱離してカリウムイオンに置換され得る。この反応も可逆反応である。なお、一般にバッテリの過充電状態では電解液の分解反応が副反応として進行し、バッテリ内部の圧力および温度が過度に上昇する可能性がある。そのため、バッテリ100は、できるだけ過充電状態に至らないよう充放電制御されるので、過充電によるカリウムイオンの挿入はほとんど起こらないようにも思われる。しかし、バッテリ100全体としては過充電状態に至っていない場合であっても、正極板141内では、たとえば導電材が均一に分散していないことに起因する充放電のムラが存在し、局所的な過充電状態が生じ得る。そのため、通常のSOC範囲内であってもカリウムイオンの挿入は起こり得る。 Further, as shown in FIG. 3 (C), even when the battery 100 is overcharged, hydrogen ions between the NiO 2 layers can be desorbed and replaced with potassium ions. This reaction is also a reversible reaction. In general, when the battery is overcharged, the decomposition reaction of the electrolyte proceeds as a side reaction, and the pressure and temperature inside the battery may increase excessively. Therefore, since the battery 100 is controlled to be charged and discharged so as not to reach an overcharge state as much as possible, it seems that insertion of potassium ions due to overcharge hardly occurs. However, even when the battery 100 as a whole is not in an overcharged state, there is uneven charging / discharging due to, for example, the conductive material not being uniformly dispersed in the positive electrode plate 141, and local An overcharge condition can occur. Therefore, insertion of potassium ions can occur even within the normal SOC range.

このように、正極活物質中のカリウムイオンの挿入量はバッテリ100の使用履歴(放置または過充電の履歴)に応じて変化し得るところ、本発明者らは、カリウムイオンの挿入量が大きくなるほど、メモリ効果による電圧低下量Δが大きくなることを見出した。したがって、本実施の形態では、正極活物質へのカリウムイオンの挿入量を算出し、算出された挿入量からバッテリ100の電圧低下量ΔVを算出する構成を採用する。   Thus, the insertion amount of potassium ions in the positive electrode active material can change according to the usage history of the battery 100 (the history of neglect or overcharge), and the present inventors have found that the insertion amount of potassium ions increases. The present inventors have found that the voltage drop amount Δ due to the memory effect increases. Therefore, in this embodiment, a configuration is employed in which the amount of potassium ions inserted into the positive electrode active material is calculated, and the voltage drop amount ΔV of battery 100 is calculated from the calculated amount of insertion.

以下では、バッテリ100を放置することによる正極活物質へのカリウムイオンの挿入量を「Xtime」と記載し、バッテリ100を過充電することによる正極活物質へのカリウムイオンの挿入量を「Xoc」と記載する。そうすると、カリウムイオンの合計挿入量である総イオン挿入量Xtotalは、下記式(1)のように表される。   Hereinafter, the amount of potassium ions inserted into the positive electrode active material when the battery 100 is left is described as “Xtime”, and the amount of potassium ions inserted into the positive electrode active material when the battery 100 is overcharged is “Xoc”. It describes. Then, the total ion insertion amount Xtotal, which is the total insertion amount of potassium ions, is expressed by the following formula (1).

Xtotal=Xtime+Xoc ・・・(1)
総イオン挿入量Xtotalとメモリ効果による電圧低下量ΔVとの間に存在する相関関係を実験またはシミュレーションにより予め取得し、その取得結果をECU300のメモリ302に記憶させておくことにより、総イオン挿入量Xtotalから電圧低下量ΔVを算出することが可能になる。このような算出手法を採用することで、電圧低下量ΔVの算出精度を向上させることができる。以下、この算出手法について、フローチャートを参照しながらより詳細に説明する。
Xtotal = Xtime + Xoc (1)
A correlation existing between the total ion insertion amount Xtotal and the voltage drop amount ΔV due to the memory effect is acquired in advance by experiment or simulation, and the acquisition result is stored in the memory 302 of the ECU 300, whereby the total ion insertion amount is stored. The voltage drop amount ΔV can be calculated from Xtotal. By adopting such a calculation method, the calculation accuracy of the voltage drop amount ΔV can be improved. Hereinafter, this calculation method will be described in more detail with reference to a flowchart.

<電圧低下量の算出フロー>
図4は、本実施の形態におけるメモリ効果による電圧低下量ΔVの算出処理を示すフローチャートである。このフローチャートは、所定周期毎または所定条件が成立する度にメインルーチンから呼び出されて実行される。このフローチャートに含まれる各ステップ(「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、その一部または全部がECU300内に作製されたハードウェア(電気回路)によって実現されてもよい。
<Calculation flow of voltage drop>
FIG. 4 is a flowchart showing a calculation process of the voltage drop amount ΔV due to the memory effect in the present embodiment. This flowchart is called from the main routine and executed every predetermined period or whenever a predetermined condition is satisfied. Each step (abbreviated as “S”) included in this flowchart is basically realized by software processing by the ECU 300, but part or all of it is realized by hardware (electric circuit) produced in the ECU 300. May be.

S10において、ECU300は、電圧センサ101、電流センサ102および温度センサ103から、バッテリ100の電圧VB、電流IBおよび温度TBをそれぞれ取得する。   In S10, ECU 300 acquires voltage VB, current IB, and temperature TB of battery 100 from voltage sensor 101, current sensor 102, and temperature sensor 103, respectively.

S20において、ECU300は、タイマー303を用いてバッテリ100の放置時間Δtを取得する。放置時間Δtとは、バッテリ100のリフレッシュ放電時(各電池セル110の電圧が0.8V程度の終止電圧になるまで放電したとき)から充電を行なわずに経過した時間、または、バッテリ100の製造時から充放電を行なわずに経過した時間を意味する。   In S <b> 20, ECU 300 uses battery 303 to obtain battery 100 leaving time Δt. The neglected time Δt is the time that has elapsed without charging since the battery 100 is refreshed (when the voltage of each battery cell 110 is discharged to the end voltage of about 0.8 V), or the manufacture of the battery 100. It means the time elapsed without charging / discharging from time.

S30において、ECU300は、S20にて取得した放置時間Tから、以下に示す関数fまたはマップ(図5参照)を用いて、放置によるイオン挿入量Xtimeを算出する。バッテリ100を放置した場合、正極活物質へのイオン挿入速度(単位時間当たりのイオン挿入量)は、バッテリ100の放置時間Δt、電圧VBおよび温度TBの影響を受ける。そのため、放置によるイオン挿入量Xtimeは、下記式(2)に示すように、放置時間Δt、電圧VBおよび温度TBを変数とする関数fを用いて算出することができる。   In S30, the ECU 300 calculates the ion insertion amount Xtime due to leaving using the function f or map (see FIG. 5) shown below from the leaving time T acquired in S20. When the battery 100 is left, the ion insertion speed (ion insertion amount per unit time) into the positive electrode active material is affected by the battery 100 leaving time Δt, voltage VB, and temperature TB. Therefore, the ion insertion amount Xtime due to leaving can be calculated using a function f having the leaving time Δt, voltage VB, and temperature TB as variables, as shown in the following formula (2).

Xtime=f(Δt,VB,TB) ・・・(2)
図5は、バッテリ100の放置時間Δtから放置によるイオン挿入量Xtimeを算出するためのマップの一例を示す図である。図5において、横軸は放置時間Δtを示し、縦軸は放置によるイオン挿入量Xtimeを示す。なお、イオン挿入量Xtimeは、たとえば正極活物質中におけるニッケルの単位物質量(単位:mol)当たりのカリウムイオンの物質量の増加量(単位:mol)と定義することができる。
Xtime = f (Δt, VB, TB) (2)
FIG. 5 is a diagram showing an example of a map for calculating the ion insertion amount Xtime due to leaving from the leaving time Δt of the battery 100. In FIG. 5, the horizontal axis represents the standing time Δt, and the vertical axis represents the ion insertion amount Xtime due to the standing. The ion insertion amount Xtime can be defined as, for example, an increase amount (unit: mol) of the potassium ion substance amount per unit substance amount (unit: mol) of nickel in the positive electrode active material.

図5に示すように、放置によるイオン挿入速度は放置開始直後に最も大きく、放置時間Δtが長くなるに従って小さくなる。そして、放置によるイオン挿入量Xtimeは、ある値Xmaxに最終的に収束する。図5に示す相関関係から、上記式(2)は、より具体的に下記式(3)のように表すことができる。式(3)における係数αは、バッテリ100の電圧VBおよび温度TBに応じて実験またはシミュレーションにより定められる。   As shown in FIG. 5, the ion insertion speed due to leaving is greatest immediately after the start of leaving, and decreases as the leaving time Δt increases. Then, the ion insertion amount Xtime due to neglecting finally converges to a certain value Xmax. From the correlation shown in FIG. 5, the above formula (2) can be more specifically expressed as the following formula (3). The coefficient α in the equation (3) is determined by experiment or simulation according to the voltage VB and temperature TB of the battery 100.

L1:Xtime=Xmax[1−exp(α×Δt)] ・・・(3)
式(3)または図5に示すような相関関係がバッテリ100の電圧VBおよび温度TB毎に実験またはシミュレーションにより予め取得され、ECU300のメモリ302に記憶される。したがって、この相関関係を参照することで、バッテリ100の放置時間Δtから放置によるイオン挿入量Xocを算出することができる。
L1: Xtime = Xmax [1-exp (α × Δt)] (3)
A correlation as shown in Expression (3) or FIG. 5 is acquired in advance by experiment or simulation for each voltage VB and temperature TB of the battery 100 and stored in the memory 302 of the ECU 300. Therefore, by referring to this correlation, the ion insertion amount Xoc due to leaving can be calculated from the leaving time Δt of the battery 100.

図4に戻り、S40において、ECU300は、S10にて取得したバッテリ100の電圧VB、電流IBおよび温度TBを用いて、バッテリ100のSOCを算出する。この算出手法は公知であるため、詳細な説明は繰り返さない。   Returning to FIG. 4, in S40, ECU 300 calculates the SOC of battery 100 using voltage VB, current IB, and temperature TB of battery 100 acquired in S10. Since this calculation method is known, detailed description will not be repeated.

S50において、ECU300は、S40にて算出したSOCから、以下に示す関数gまたはマップ(図6参照)を用いて過充電によるイオン挿入量Xocを算出する。バッテリ100の過充電によるイオン挿入量Xocは、バッテリ100のSOCおよび充放電履歴(電圧VB、電流IB、温度TBの履歴)の影響を受ける。そのため、過充電によるイオン挿入量Xocは、SOC,電圧VB、電流IBおよび温度TBを変数とする関数gを用いて算出される(下記式(4)参照)。   In S50, the ECU 300 calculates the ion insertion amount Xoc due to overcharge from the SOC calculated in S40 using the function g or map (see FIG. 6) shown below. The ion insertion amount Xoc due to overcharging of the battery 100 is affected by the SOC and charging / discharging history (voltage VB, current IB, temperature TB history) of the battery 100. Therefore, the ion insertion amount Xoc due to overcharge is calculated using a function g having SOC, voltage VB, current IB, and temperature TB as variables (see the following formula (4)).

Xoc=g(SOC,VB,IB,TB) ・・・(4)
図6は、バッテリ100のSOCから過充電によるイオン挿入量Xocを算出するためのマップの一例を示す図である。図6において、横軸はSOCを示し、縦軸は過充電によるイオン挿入量Xocを示す。
Xoc = g (SOC, VB, IB, TB) (4)
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a map for calculating the ion insertion amount Xoc due to overcharge from the SOC of the battery 100. In FIG. 6, the horizontal axis indicates the SOC, and the vertical axis indicates the ion insertion amount Xoc due to overcharge.

図6に示すように、SOCが大きくなるに従って、過充電によるイオン挿入量Xocは単調に(L2に示す例では直線状に)増加する。したがって、図6に示す相関関係から、上記式(4)は、たとえば下記式(5)のように、より具体的に記載することができる。なお、式(5)における直線L2の傾きβは、バッテリ100の電圧VB、電流IBおよび温度TBに応じて実験またはシミュレーションにより定められる。   As shown in FIG. 6, as the SOC increases, the ion insertion amount Xoc due to overcharging increases monotonously (in a straight line in the example shown in L2). Therefore, from the correlation shown in FIG. 6, the above equation (4) can be more specifically described as, for example, the following equation (5). Note that the slope β of the straight line L2 in Expression (5) is determined by experiment or simulation according to the voltage VB, current IB, and temperature TB of the battery 100.

L2:Xoc=β×SOC ・・・(5)
式(5)または図6に示すような相関関係がバッテリ100バッテリ100の充放電履歴毎に予め取得され、メモリ302に記憶される。したがって、この相関関係を参照することで、バッテリ100のSOCから過充電によるイオン挿入量Xocを算出することができる。
L2: Xoc = β × SOC (5)
A correlation as shown in Expression (5) or FIG. 6 is acquired in advance for each charge / discharge history of the battery 100 and the battery 100 and stored in the memory 302. Therefore, by referring to this correlation, the ion insertion amount Xoc due to overcharge can be calculated from the SOC of the battery 100.

S60において、ECU300は、S30にて算出した放置によるイオン挿入量Xtimeと、S50にて算出した過充電によるイオン挿入量Xocとを加算することにより、総イオン挿入量Xtotalを算出する(上記式(1)参照)。   In S60, the ECU 300 calculates the total ion insertion amount Xtotal by adding the ion insertion amount Xtime due to neglect calculated in S30 and the ion insertion amount Xoc due to overcharge calculated in S50 (the above formula ( 1)).

S70において、ECU300は、S60にて算出した総イオン挿入量Xtotalから、たとえば以下に示すマップを用いて、メモリ効果による電圧低下量ΔVを算出する。   In S70, the ECU 300 calculates the voltage drop amount ΔV due to the memory effect from the total ion insertion amount Xtotal calculated in S60, for example, using the map shown below.

図7は、総イオン挿入量Xtotalからメモリ効果による電圧低下量ΔVを算出するためのマップの一例を示す図である。図7において、横軸は総イオン挿入量Xtotalを示し、縦軸は電圧低下量ΔVを示す。   FIG. 7 is a diagram showing an example of a map for calculating the voltage drop amount ΔV due to the memory effect from the total ion insertion amount Xtotal. In FIG. 7, the horizontal axis represents the total ion insertion amount Xtotal, and the vertical axis represents the voltage drop amount ΔV.

図7に示すように、総イオン挿入量Xtotalが増加するに従って、メモリ効果による電圧低下量ΔVも単調に増加する。図7に示す例では、電圧低下量ΔVは直線状に増加する(直線L3参照)。したがって、総イオン挿入量Xtotalと電圧低下量ΔVとの間には、下記式(6)に示す相関関係が成立する。式(6)における直線L3の傾きγは、たとえば正極活物質の材料または形状等に応じて定められる。このような相関関係を用いることで、総イオン挿入量Xtotalから電圧低下量ΔVを算出することができる。   As shown in FIG. 7, as the total ion insertion amount Xtotal increases, the voltage drop amount ΔV due to the memory effect also increases monotonously. In the example shown in FIG. 7, the voltage drop amount ΔV increases linearly (see the straight line L3). Therefore, the correlation shown in the following formula (6) is established between the total ion insertion amount Xtotal and the voltage drop amount ΔV. The slope γ of the straight line L3 in Expression (6) is determined according to, for example, the material or shape of the positive electrode active material. By using such a correlation, the voltage drop amount ΔV can be calculated from the total ion insertion amount Xtotal.

L3:ΔV=γ×Xoc ・・・(6)
なお、上記図6および図7に示した相関関係では、イオン挿入量Xocおよび電圧低下量ΔVが直線状に増加する例を説明したが、単調増加であれば増加の態様はこれに限定されず、曲線状に増加してもよいしステップ的に増加してもよい。
L3: ΔV = γ × Xoc (6)
In the correlation shown in FIGS. 6 and 7, the example in which the ion insertion amount Xoc and the voltage drop amount ΔV increase linearly has been described. However, the increase mode is not limited to this as long as it is monotonously increased. It may be increased in a curved line or stepwise.

以上のように、本実施の形態によれば、ニッケル水素二次電池であるバッテリ100の放置時間Δt、SOCおよび充放電履歴から、所定のマップ(たとえば図5〜図7参照)または関係式(たとえば式(3),(5),(6)参照)を用いることによって、カリウムイオンの挿入量(Xtime,Xoc)が算出され、さらに、算出された挿入量(Xtotal=Xtime+Xoc)からメモリ効果による電圧低下量ΔVが算出される。このように、正極活物質への総イオン挿入量Xtotalを考慮することで、メモリ効果による電圧低下量ΔVの算出精度を向上させることができる。   As described above, according to the present embodiment, a predetermined map (see, for example, FIG. 5 to FIG. 7) or a relational expression (from FIG. For example, by using formulas (3), (5), and (6)), the insertion amount (Xtime, Xoc) of potassium ions is calculated, and further, the memory effect is calculated from the calculated insertion amount (Xtotal = Xtime + Xoc). A voltage drop amount ΔV is calculated. Thus, the calculation accuracy of the voltage drop amount ΔV due to the memory effect can be improved by considering the total ion insertion amount Xtotal into the positive electrode active material.

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims for patent, and is intended to include meanings equivalent to the scope of claims for patent and all modifications within the scope.

1 車両、2 二次電池システム、10,20 モータジェネレータ、30 動力分割機構、40 エンジン、50 駆動輪、100 バッテリ、101 電圧センサ、102 電流センサ、103 温度センサ、110 電池セル、120 ケース、121 ケース本体、122 蓋体、130 安全弁、140 電極体、141 正極板、141A NiO層、142 負極板、143 セパレータ、300 ECU、301 CPU、302 メモリ、303 タイマー。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vehicle, 2 Secondary battery system 10,20 Motor generator, 30 Power split mechanism, 40 Engine, 50 Driving wheel, 100 Battery, 101 Voltage sensor, 102 Current sensor, 103 Temperature sensor, 110 Battery cell, 120 Case, 121 Case body, 122 lid, 130 safety valve, 140 electrode body, 141 positive electrode plate, 141A NiO 2 layer, 142 negative electrode plate, 143 separator, 300 ECU, 301 CPU, 302 memory, 303 timer.

Claims (1)

アルカリ金属イオンを含む電解液に含浸された正極を有するニッケル水素二次電池と、
前記ニッケル水素二次電池の放置時間および充電状態から前記正極の活物質内への前記アルカリ金属イオンの挿入量を算出し、算出された挿入量から前記ニッケル水素二次電池のメモリ効果による電圧低下量を算出する制御装置とを備える、二次電池システム。
A nickel metal hydride secondary battery having a positive electrode impregnated with an electrolyte containing alkali metal ions;
The insertion amount of the alkali metal ions into the active material of the positive electrode is calculated from the standing time and the charged state of the nickel metal hydride secondary battery, and the voltage drop due to the memory effect of the nickel metal hydride secondary battery is calculated from the calculated insertion amount A secondary battery system comprising a control device for calculating the amount.
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