專利名稱：鋰離子電池的控制裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及鋰離子電池的控制裝置，特別涉及能抑制因鋰離子電池的劣化而引起的容量以及輸出下降的鋰離子電池的控制裝置。
背景技術：
在EV(Electric Vehicle 電動車)或HEV (HybridElectrical Vehicle 混合動力電動車)等車輛中，搭載有對電動機等供給電力的蓄電器。在蓄電器中設置有多個蓄電池。盡管搭載于EV或HEV的蓄電池追求規定的輸出，但一般而言，若中長期地放置蓄電池，則因電極的表面被氧化膜覆蓋而輸出特性下降。若像這樣蓄電池的輸出下降，則判斷為電池劣化，一般會進行控制使得降低蓄電池的輸出。這是由于，在不管蓄電池是否劣化而要求蓄電池劣化前的輸出的情況下，蓄電池會成為超載狀態，從而加速蓄電池的壽命劣化。為了消除蓄電池的劣化，需要通過對蓄電池進行規定的放電處理，即所謂的刷新處理，來進行蓄電池的激活，但沒有設想以搭載于混合動力車或電動車的狀態來進行蓄電池的激活。另外，在專利文獻1中，公開了在鉛蓄電池的劣化時使SOC的使用域上升的技術。另一方面，近年，鋰離子電池作為蓄電池而受到關注。鋰離子電池由于重量輕且能獲得高能量密度，因此，優選用作車輛搭載用高輸出電源是值得期待的。專利文獻1 JP特開2001-339864號公報然而，眾所周知的是鋰離子電池因電結晶而產生容量劣化，因此要進行控制使得在預先設定的上限電壓的范圍內進行充電。在此，電結晶是指，通過對鋰離子進行電還原， 在電極表面形成鋰金屬而析出。因此，若電池劣化，則會產生與新品時相比充電量或再生輸出減少，行駛距離變短的問題。專利文獻1以鉛蓄電池為對象，而且具體如何增大SOC使用域是不明確的。
發明內容
本發明鑒于上述事實而提出，其目的在于，提供一種即使在為了防止鋰電結晶引起的容量劣化而預先設定上限電壓的情況下，也能抑制SOC的使用區域的減少的鋰離子電池。為了達成上述目的，涉及第一方面的發明是構成為在與負載(例如，后述實施方式的電動機·發電機2)之間能收發電力的鋰離子電池(例如，后述實施方式的蓄電池23) 的控制裝置(例如，后述實施方式的電動機EC似6、蓄電池ECU30)，特征在于，其對應所述鋰離子電池的容量劣化，升高上限電壓。為了達成上述目的，涉及第二方面的發明是具有正極和負極的鋰離子電池(例如，后述實施方式的蓄電池23)的控制裝置(例如，后述實施方式的電動機EC似6、蓄電池 ECU30)，特征在于，其通過對應在負極產生的容量劣化使正極的電位上升，來升高上限電壓。
涉及第三方面的發明是在第一方面或者第二方面的構成的基礎上，特征在于，在電解液的遷移率變低的溫度以下的溫度，推定劣化狀態，來升高上限電壓。涉及第四方面的發明是在第三方面的構成的基礎上，特征在于，在攝氏0°C以下的溫度，升高上限電壓。涉及第五方面的發明是在第三方面的構成的基礎上，特征在于，在鋰電結晶電壓為上限開路電壓以下時，升高上限電壓。涉及第六方面的發明是在第一方面或者第二方面的構成的基礎上，特征在于，通過檢測所述鋰離子電池的內部電阻來判斷所述鋰離子電池的容量劣化。涉及第七方面的發明是在第一方面或者第二方面的構成的基礎上，特征在于，所述負載是電動機(例如，后述實施方式的電動機 發電機幻，所述控制裝置對應容量劣化來計算上限電壓，并比較所述鋰離子電池的電壓(例如，后述實施方式的上限開路電壓)和所述上限電壓，且根據比較結果來給出充電輸出限制指令。涉及第八方面的發明是在第七方面的構成的基礎上，特征在于，所述鋰離子電池是車輛用的蓄電池。涉及第九方面的發明是一種電動車，具備電動機；鋰離子電池，其構成為能在與所述電動機之間接收發送電力；和劣化檢測裝置，其檢測或推定所述鋰離子電池的劣化程度，特征在于，根據所述鋰離子電池的劣化程度，升高再生時所述鋰離子電池的上限電壓。根據第一、第二以及第九方面的發明，雖然鋰離子電池一般會因劣化而導致負極電位的容量下降，且若直接以下降后的容量來進行使用，則SOC的使用區域會減少，但通過升高上限電壓，能確保SOC的使用區域。根據第三方面的發明，由于鋰析出引起的電壓降在低溫狀態下大，因此通過由與電量的增減對應的上限開路電壓(以下，也稱作OCV(Open Circuit Voltage))和溫度來改變校正量，從而能確保SOC的使用區域。根據第四方面的發明，特別是在電解液的活性差的攝氏0°C以下，鋰電結晶變多， SOC的使用區域變少，因此特別有效。根據第五方面的發明，在鋰電結晶電壓高于上限開路電壓時，不需要升高上限電壓，若達到電池自身的上限則終止校正，從而能抑制劣化。根據第六方面的發明，由于內部電阻隨電池劣化加劇而上升，因此能通過對內部電阻進行檢測而能容易地判斷鋰離子電池的容量劣化。根據第七方面的發明，能恰當地管理充電輸出。根據第八方面的發明，由于在作為車輛用蓄電池使用的情況下，不能自由地進行與刷新操作等車輛行駛不同的控制，因此通過利用該控制來不管電池是否劣化地升高上限電壓，能確保SOC的使用區域。
圖1是說明由本發明的一實施方式的鋰離子電池的控制裝置所控制的電源系統的構成的概略框圖。圖2是表示恒定電流充電時的電池電壓和電池容量之間的關系的曲線圖。圖3是表示恒定電流充電時的正極·負極的電位和電池容量之間的關系的曲線圖。圖4是計算新品以及劣化時的再生輸出的曲線圖。圖5是表示控制流程的流程圖。圖6是表示Li電結晶電壓的溫度依賴性的圖。(符號說明)2 電動機 發電機(負載)23 蓄電池(鋰離子電池)24 =PDU26 電動機ECU (控制裝置)27 電壓傳感器28 電流傳感器29 溫度傳感器30 蓄電池ECU (控制裝置)33 劣化檢測器
具體實施例方式以下，參照
本發明的電動車的驅動裝置的實施方式。此外，在符號的方向觀察附圖。圖1是說明由本發明的一實施方式的鋰離子二次電池(以下，稱作鋰離子電池) 的控制裝置所控制的電源系統的構成的概略框圖。該鋰離子電池的控制裝置特別用于電動車或混合動力車等車輛。參照圖1，在電源系統5中，將作為負載的電動機 發電機2經由功率驅動電路(以下，稱作PDU04與作為電源的蓄電池23連接，并經由PDUM在與蓄電池23之間能收發電力(電動機M的動力運行(力行)動作時的供給電力或再生動作時的再生電力)。蓄電池23由鋰離子電池構成。在此，關于鋰離子電池的模型，若以將正極設為鋰鈷氧化物的鋰離子電池為例，則基本的充放電反應如下。正極反應Lil xCoO2 + XLi+ + xe" LiCoO2 (1)負極反應LixC<^>C + xLi + xe" (2)電池整體反應Li, CoO9+Li C O LiCoO9+C (3)
丄圓XLXL在該蓄電池23中，在放電時，通過在負極的電極反應，鋰原子Li因電子e_的釋放而成為鋰離子Li+，并被釋放到隔膜中的電解液中。另一方面，在正極的電極反應中，電解液中的鋰離子Li+被吸入，從而吸收電子e_。由此，在正極的內部鋰原子Li被吸入。相反，在充電時，通過在負極的電極反應，電解液中的鋰離子Li+被吸入，而在正極的電極反應中，向電解液釋放鋰離子Li+。在電動機·發電機2，具備為了檢測電動機·發電機2的動作狀態而檢測電動
5機 發電機2的轉速匪的轉速傳感器等傳感器，另外，為了進行電動機 發電機2的動作控制，還具備由包含CPU等的電子電路構成的電動機控制器(以下，稱作電動機ECU) 26。對該電動機ECU^輸入來自轉速傳感器的輸出信號等。然后，電動機ECU^基于來自轉速傳感器的輸出信號(輸入數據)或預先規定的處理等，經由PDUM對所請求的動作，控制電動機·發電機2的發電、驅動。另外，在蓄電池23具備分別檢測蓄電池23的端子間的電壓V以及電流A(以下， 分別稱作蓄電池電壓V、蓄電池電流A)的電壓傳感器27、電流傳感器28 ；和檢測蓄電池23 的溫度T(以下，稱作蓄電池溫度Τ)的溫度傳感器四，而且，為了監測蓄電池23的狀態，還具備蓄電池控制器(以下，稱作蓄電池ECU) 30，其由包含CPU等的電子電路構成；和劣化檢測器33，其檢測蓄電池23的劣化量。對該蓄電池E⑶30和劣化檢測器33輸入電壓傳感器27、電流傳感器觀、溫度傳感器四的輸出信號等。然后，蓄電池ECU30基于來自各傳感器的輸出信號(輸入數據)和根據劣化量而預先規定的處理，進行蓄電池23的剩余容量 (SOC =State of charge (充電狀態))的計算、涉及蓄電池23的壽命等的劣化判定處理等。將電動機EOT^和蓄電池E⑶30設為經由總線彼此連接，且能彼此收發各自從各傳感器27 四獲取的各檢測數據、在控制處理時生成的數據。通過該電動機EOT^和蓄電池E⑶30，構成了本發明的控制裝置。劣化檢測器33計算蓄電池23的內部電阻值，并根據該內部電阻值來進一步計算蓄電池23的壽命，從而判定劣化的程度即劣化量D。隨著蓄電池23的劣化加劇，如圖2所示，電池電壓下的容量會下降。因此，若在相同的上限電壓的范圍內進行充電，則與新品時相比，產生充電容量的下降。在此，蓄電池ECU30根據從劣化檢測器33輸出的劣化量D來判斷劣化狀態，并在劣化量D超過規定值情況下進行控制，使得通過升高上限電壓來增加充電(再生)電壓的使用域。然后，將充電(再生)輸出限制值作為指令值輸出給電動機ECU26。此外，現有技術的鋰離子電池需要在負極Li不電結晶的電位范圍內進行使用，因此能將上限電壓限制于作為在負極Li不電結晶的電位范圍的正 負極間電壓，但根據本發明者的銳意研究的結果可知，如圖3所示，在負極Li不電結晶的電位范圍內的正極電位，在劣化時會上升。因此，在蓄電池23的劣化時，能將可使用的正 負極間電壓取得較寬。參照圖2，在如此充電(再生)時，若是與新品時相同的上限電壓(新品時上限電壓)，則只能使用容量A，但通過將上限電壓升高到劣化后上限電壓，則能將可使用域增加到容量B，通過增加SOC的可使用域，能實現燃油效率的提高。另外，在規定的電壓下改變電流值的等級來進行恒定電流充放電，求取其近似直線，并將其傾斜度設為內部電阻(R)，Y軸上坐標設為起始開路電壓(起開回路電壓)(Etl)， 則電池的最大再生輸出成為V = &-IXR。利用由該結果求取的和R來計算到上限電壓為止的輸出值，并將最大輸出(W)設為W=上限電壓X (Etl-上限電壓)/R。參照圖4可知， 在固定上限電壓的情況下，新品時W。{WQ = V0X (E0-V0)/R0I的輸出劣化后，下降到WJW1 = V0X (Eq-Vq)AJ,但通過對應劣化來升高上限電壓，能改善到W2 {W2 = V1X (Etl-V1VR1L因此，蓄電池性能壽命將延長，車輛總行駛距離將變長。圖5是表示控制裝置的控制流程的流程圖。首先，蓄電池ECU30根據劣化量D是否超過規定值來檢測劣化的有無。然后，若劣化量D為規定值以下，則判定為無劣化并再次檢測劣化有無。另外，在劣化量D超過規定值而判定為有劣化的情況下，對電動機EC似6發出輸出指令以升高蓄電池23的上限電壓。另外，鋰電結晶受電池，更具體而言受電解液的溫度影響。圖6是表示Li電結晶電壓的溫度依賴性的圖。如圖6所示，在鋰離子電池中，在比電解液的遷移率變低的0°C更低的溫度域，Li 電結晶電壓急劇下降。因此，若電池溫度為0°c以下，則進行控制以升高上限電壓，通過升高上限電壓能增加SOC的可使用域。此外，o°c僅是一例，還能對應電解液的種類等來適宜選擇升高上限電壓的溫度。另外，此時，考慮Li電結晶電壓的溫度依賴性，比較在該溫度下的開路電壓和Li 電結晶電壓，可以僅在開路電壓為Li電結晶電壓以上的情況下升高上限電壓，由此增加 SOC的可使用域。例如，若開路電壓是V3,則開路電壓始終高于Li電結晶電壓，因此進行控制以升高上限電壓，若開路電壓是V4，則在開路電壓高于Li電結晶電壓的0度以下，進行控制以升高上限電壓，并在開路電壓高于Li電結晶電壓的比0度更高的溫度區域，維持迄今為止的上限電壓。以上，如說明那樣，根據本實施方式，通過對應鋰離子電池的容量劣化而升高上限電壓，能確保SOC的使用區域。S卩，在負極不電結晶鋰的電位范圍內的正極電位在劣化時呈現上升的情況，若直接以下降的容量進行使用，則SOC的使用區域會減少，但通過升高上限電壓，能確保SOC的使用區域。另外，根據本實施方式，在電解液的遷移率變低的溫度即攝氏0°C以下推定劣化狀態，來升高上限電壓，由此即使在電解液的活性差的攝氏o°c以下，也能夠抑制SOC的使用區域減少。另外，根據本實施方式，在鋰電結晶電壓為開路電壓以下時，通過升高上限電壓， 即使在充放電中產生劣化，也能抑制SOC的使用區域減少。另外，在鋰電結晶電壓高于開路電壓時，不需要升高上限電壓，若達到電池自身的上限則終止校正，從而能抑制劣化。另外，根據本實施方式，鋰離子電池的容量劣化能通過檢測鋰離子電池的內部電阻來進行判斷，因此能容易地判斷鋰離子電池的容量劣化。當然，還能通過直接檢測任意的 SOC范圍內的電容量的變化來檢測容量劣化。如圖2所示，由于劣化時的上限電壓的傾斜度與新品時不同，因此，在規定的值之間即SOC范圍內的容量也不同。一般而言，新品的容量更多，且隨著劣化，容量變少，因此能由此判斷劣化狀態。此外，本發明不限定于前述實施方式，能適宜變形、改良等。
權利要求
1.一種鋰離子電池的控制裝置，該鋰離子電池構成為能在與負載之間接收發送電力， 該鋰離子電池的控制裝置的特征在于，對應所述鋰離子電池的容量劣化，升高上限電壓。
2.一種鋰離子電池的控制裝置，該鋰離子電池具有正極和負極， 該鋰離子電池的控制裝置的特征在于，通過對應在負極產生的容量劣化而使正極的電位上升，來升高上限電壓。
3.根據權利要求1或2所述的鋰離子電池的控制裝置，其特征在于，在電解液的遷移率變低的溫度以下的溫度，推定劣化狀態，并升高上限電壓。
4.根據權利要求3所述的鋰離子電池的控制裝置，其特征在于， 在攝氏0°C以下的溫度，升高上限電壓。
5.根據權利要求3所述的鋰離子電池的控制裝置，其特征在于， 在鋰電結晶電壓為上限開路電壓以下時，升高上限電壓。
6.根據權利要求1或2所述的鋰離子電池的控制裝置，其特征在于， 通過檢測所述鋰離子電池的內部電阻來判斷所述鋰離子電池的容量劣化。
7.根據權利要求1或2所述的鋰離子電池的控制裝置，其特征在于，所述負載是電動機，所述控制裝置對應容量劣化來計算上限電壓，并比較所述鋰離子電池的電壓和所述上限電壓，且根據比較結果來給出充電輸出限制指令。
8.根據權利要求7所述的鋰離子電池的控制裝置，其特征在于， 所述鋰離子電池是車輛用的蓄電池。
9.一種電動車，具備 電動機；鋰離子電池，其構成為能在與所述電動機之間接收發送電力；和劣化檢測裝置，其檢測或推定所述鋰離子電池的劣化程度， 所述電動車的特征在于，根據所述鋰離子電池的劣化程度，升高再生時所述鋰離子電池的上限電壓。
全文摘要
為了提供一種鋰離子電池，即使在為了防止鋰電結晶引起的容量劣化而預先設定上限電壓的情況下，也能抑制SOC的使用區域的減少。鋰離子電池的控制裝置，其中該鋰離子電池構成為能在與負載之間接收發送電力，且對應所述鋰離子電池的容量劣化，升高上限電壓。
文檔編號B60L11/18GK102447140SQ20111024853
公開日2012年5月9日 申請日期2011年8月26日 優先權日2010年10月12日
發明者丸野直樹, 河淵祐二 申請人:本田技研工業株式會社