单元平衡方法及其系统

技术领域

本发明涉及单元平衡方法及其系统，特别是涉及对构成搭载于电动汽车的电池组的锂离子电池的单元的充电率进行调整的单元平衡方法及其系统。

背景技术

作为搭载于电动汽车的动力源的锂离子电池的特性依使用环境而发生劣化。例如，初始保持的电池容量越在高温下放置，劣化越发展，随着时间的推移，电池容量降低。另外，越在充电率(SOC：State of Charge，充电状态)高的状态下放置，劣化越发展，随着时间的推移，电池容量降低。如此，锂离子电池具有在高温、高SOC的状态下时间越推移劣化越加剧的倾向。

另外，该劣化的问题在构成电池组的锂离子电池的各单元中也分别发生，根据其配置位置等，劣化程度不同，劣化的偏差给锂离子电池的作用带来不良影响。

在专利文献1中，在电动汽车停车期间，在预定时间内以预定次数检测到电池处于高温且高SOC状态的情况下，使电动汽车的辅机工作而使电池放电，降低SOC。如此，使电池不会暴露于高温且高SOC状态，从而抑制电池的劣化。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2015-37011号公报

发明内容

技术问题

在专利文献1的方法中，仅在电池处于加剧劣化的高温、高SOC的状态下的情况下，进行用于抑制劣化的动作。但是，由于该动作在整个电池中统一地进行，因此无法针对构成电池的每个单元进行控制来抑制劣化的加剧。构成电池的单元并不是如上述那样全部处于相同的劣化状况，针对单元而言，由于容量、SOC、表示SOC随着时间的推移而降低的比例的“容量保持率”、表示与该容量保持率相关的劣化的加剧的程度的“劣化系数”等是不同的，所以针对单元而言，劣化的发展状态是不同的。特别是，在单元间的容量保持率的偏差大的情况下，在作为整个电池来看的情况下，特性的劣化显著。例如，已知由于关于容量保持率低的单元放电快等而产生的各种问题给整个电池带来不良影响的情况。

本发明是鉴于上述课题而完成的，其目的在于提供一种对于构成搭载于电动汽车的电池组的多个锂离子电池的单元，能够针对各单元准确地抑制劣化的加剧的单元平衡方法及其系统。

技术方案

为了实现上述目的，方案1所述的单元平衡方法的特征在于，

对锂离子电池的单元的SOC进行调整，所述锂离子电池由作为电动汽车的动力源而搭载于电动汽车的多个单元构成，所述单元平衡方法包括：

预测停车时间设定步骤，基于遍及预定期间而收集到的停车时间的统计值，预测所述电动汽车从停车起算到下次启动时为止的停车时间；

容量保持率计算推定步骤，基于各单元的停车期间的测定温度或推定温度、SOC以及劣化系数来计算并推定经过所预测到的预测停车时间之后即所述下次启动时的所述锂离子电池的所述各单元的容量保持率；

SOC调整值设定步骤，在所推定的所述容量保持率的最大值与最小值之差变得比预定值大的情况下，设定SOC调整值，所述SOC调整值是用于将所述容量保持率的最大值与最小值之差设为比所述预定值小的所述最大值和最小值中的任一方或双方的单元的SOC调整值；以及

SOC调整步骤，在所述电动汽车停车期间，通过能够增减调整所述单元的SOC的SOC调整装置，将所述最大值和最小值中的任一方或双方的SOC调整为在所述SOC调整值设定步骤中所设定的所述SOC调整值。

根据该方法，通过容量保持率计算推定步骤推定在从电动汽车停车起到下次启动时的各单元的容量保持率，并在容量保持率的最大值与最小值之差变得比预定值(阈值)大的情况下，以在下次启动时最大值与最小值之差变得比预定值小的方式，设定最大值和最小值中的任一方或双方的单元的SOC调整值，并在停车期间将最大值和最小值中的任一方或双方的单元的SOC调整成为所设定的SOC调整值。即，在电动汽车的停车期间，以使下次启动时的单元的容量保持率之差收敛于预定的范围内的方式调整单元的SOC，例如提高最小值的单元的SOC或降低最大值的单元的SOC，进而进行这两方处理等。由此，能够减小单元间的SOC之差，良好地谋求整个电池的单元的功能的平衡。因此，能够长期良好地保持锂离子电池的性能。

方案2所述的单元平衡方法的特征在于，在方案1所述的单元平衡方法中，

所述预测停车时间设定步骤中的所述电动汽车的预测停车时间基于遍及预先确定的期间而收集到的针对各星期号的停车时间的实测值来预测。

因此，在所述预测停车时间设定步骤中所预测的停车时间能够反映针对星期号的倾向，准确度更高，基于此在容量保持率计算推定步骤中所计算推定的各单元的容量保持率的可靠性高。由此，能够进行有效的单元平衡。

方案3所述的单元平衡方法的特征在于，在方案1或2所述的单元平衡方法中，

在所述容量保持率计算推定步骤中所计算推定的各单元的容量保持率F基于

SOC，其与所述各单元的停车期间的温度对应；

劣化系数α，其与所述各单元的停车期间的温度和SOC对应；以及

在所述停车时间预测步骤中所预测到的停车时间T，

利用F＝F

由此，准确地求出在容量保持率计算推定步骤中所计算推定的意味着各单元的劣化的状态的容量保持率，且可靠性高。由此，能够进行更有效的单元平衡。

为了实现上述目的，方案4所述的单元平衡系统的特征在于，具有：

温度判定装置，其对由作为电动汽车的动力源而搭载于电动汽车的多个单元构成的锂离子电池的单元的温度进行测定或推定；

SOC判定装置，其测定或推定所述单元的SOC；

SOC调整装置，其能够增减调整所述单元的SOC；以及

信息处理装置，其与所述温度判定装置、所述SOC判定装置、以及所述SOC调整装置进行数据的收发，

所述信息处理装置具有：

预测停车时间设定部，其基于遍及预定期间而收集到的停车时间的统计值，预测直到下次启动时为止的停车时间；

容量保持率计算推定部，其基于由所述温度判定装置得到的各单元的停车期间的温度或推定温度、由所述SOC判定装置得到的SOC、以及劣化系数，来计算并推定经过所预测到的预测停车时间之后即所述下次启动时的所述锂离子电池的各单元的容量保持率；以及

SOC调整值设定部，其在所推定的所述容量保持率的最大值与最小值之差变得比预定值大的情况下，设定SOC调整值，所述SOC调整值是用于使所述容量保持率的最大值与最小值之差变得比所述预定值小的所述最大值和最小值中的任一方或双方的单元的SOC调整值，

所述SOC调整装置基于来自所述SOC调整值设定部的所述SOC调整值来调整所述最大值和最小值中的任一方或双方的单元的SOC。

利用该构成，通过容量保持率计算推定部推定在从电动汽车停车起到下次启动时的各单元的容量保持率，并在容量保持率的最大值与最小值之差变得比预定值(阈值)大的情况下，以在下次启动时最大值与最小值之差变得比预定值小的方式，设定最大值和最小值中的任一方或双方的单元的SOC调整值，并在停车期间将最大值和最小值中的任一方或双方的单元的SOC调整成为所设定的SOC调整值。即，在电动汽车的停车期间，以使下次启动时的单元的容量保持率之差收敛于预定的范围内的方式调整单元的SOC，例如提高最小值的单元的SOC或降低最大值的单元的SOC，进而进行这两方处理等。由此，能够减小单元间的SOC之差，良好地谋求整个电池的单元的功能的平衡。因此，能够长期良好地保持锂离子电池的性能。

技术效果

根据本发明的单元平衡方法及其系统，在电动汽车的停车期间，以在下次启动时的单元间的容量保持率的最大值与最小值的差收敛于预定的范围内的方式，调整单元的SOC。因此，能够针对构成电池组的锂离子电池的各单元准确地抑制劣化的加剧，因此，能够长期保持电池组的性能，并且始终舒适地使用电动汽车。

附图说明

图1是本发明的单元平衡系统的一个实施方式的概略构成图。

图2A是本发明的单元平衡方法的一个实施方式的流程图(前半部分)。

图2B是本发明的单元平衡方法的一个实施方式的流程图(后半部分)。

图3是容量保持率的计算方法的说明图。

图4是容量保持率的计算方法的说明图。

图5是容量保持率的计算方法的说明图。

图6是在容量保持率的计算中所使用的劣化系数的说明图。

图7是示出各单元的单元平衡的示意图。

符号说明

10：单元平衡系统

12：锂离子电池

14：温度判定装置

16：SOC判定装置

18：SOC调整装置

20：信息处理装置

22：程序部

24：存储器部

22-1：预测停车时间设定部

22-2：容量保持率计算推定部

22-3：SOC调整值设定部

24-1：停车时间统计值

24-2：劣化系数映射

24-3：温度与SOC的对应表

SOC：充电率

F1～F4、F、F

T1～T4、T：停车时间(年

α：劣化系数

具体实施方式

以下，使用附图对本发明的单元平衡方法及其系统的一个实施方式进行详细描述。如以下所详细描述的那样，本发明的特征在于，在电动汽车停车期间直到下次启动时为止，调整构成电池组的多个锂离子电池的单元的SOC，并在下次启动时将多个单元的容量保持率的偏差控制在预定值内。

图1是本发明的单元平衡系统的一个实施方式的概略构成图(框图)。本实施方式的单元平衡系统10具有测定或推定锂离子电池12的各单元的温度的温度判定装置14、测定或推定各单元的SOC的SOC判定装置16、增减调整各单元的SOC的SOC调整装置18、以及与温度判定装置14、SOC判定装置16以及SOC调整装置18进行数据的收发的信息处理装置20。

信息处理装置20具有未图示的CPU、以及程序部22和存储器部24，在程序部22内具有：预测停车时间设定部22-1，其基于遍及预定期间而收集到的停车时间的统计值来预测电动汽车从停车起算到下次启动时为止的停车时间；容量保持率计算推定部22-2，其基于由温度判定装置14得到的各单元的停车期间的温度或推定温度、由SOC判定装置16得到的SOC、以及劣化系数来计算并推定经过所预测到的预测停车时间之后即下次启动时的锂离子电池的各单元的容量保持率；以及SOC调整值设定部22-3，其在所推定的容量保持率的最大值与最小值之差变得比预定值大的情况下，设定用于使容量保持率的最大值与最小值之差变得比预定值小的最大值和最小值中的任一方或双方的单元的SOC调整值。

在存储器部24存储有预测停车时间设定所需的电动汽车的针对各星期号的停车时间的统计值24-1、容量保持率计算推定所需的各单元的劣化系数(映射)24-2、各单元的温度与SOC的对应表24-3等数据。

本发明的特征在于，如上所述，在电动汽车停车期间直到下次启动时为止，调整构成电池组的多个锂离子电池的单元的SOC，并在下次启动时，将多个单元的容量保持率的偏差控制在预定值内，以下所说明的单元平衡方法的各步骤由图1所示的信息处理装置20的程序部22内的预测停车时间设定部22-1、容量保持率计算推定部22-2、SOC调整值设定部22-3进行，各单元的SOC的增减调整通过SOC调整装置18进行。

图2A、图2B示出单元平衡方法的流程图。首先，判定电动汽车是否为停车期间(步骤S1)。如果不是停车期间，则待机至停车为止。如果确认到停车，则根据停车期间的各单元的测定温度或推定温度与SOC的对应值、预测停车时间、劣化系数计算出下次启动时的容量保持率(步骤S2，预测停车时间设定步骤、容量保持率计算推定步骤)。

容量保持率计算推定步骤中的容量保持率的计算基于各单元的停车期间的测定温度或推定温度与SOC的对应值、在预测停车时间设定步骤中所预测到的停车时间T(年

F＝F

由此，准确地求出在容量保持率计算推定步骤中所计算推定的意味着各单元的劣化的状态的容量保持率，且可靠性高。在此，各单元的温度也可以是根据实测值或相邻电池单元的温度的实测值等推定的推定温度。

停车期间的测定温度或推定温度与SOC的对应值是将各单元的温度与该温度下的SOC相对应而得的值，通过遍及预定的期间测量锂离子电池的各单元的温度与该温度下的SOC，从而例如汇总成表，作为一例，例如，关于单元A，在得到了在温度20℃最多测量到的SOC为40％、其次为60％、再次为20％……这样的数据的情况下，单元A在温度20℃的SOC与40％相对应。在所有单元中进行同样的对应。这些数据收纳于信息处理装置20的存储器部24的各单元的温度与SOC的对应表24-3。

关于预测停车时间设定步骤中的预测停车时间，例如，通过遍及预定的期间，预先统计各星期号以及该星期号的停车时间的实测值，预先将各星期号以及该星期号的典型的停车时间汇总成表，从而预测预定的星期号的停车时间。例如，预测星期一的停车时间为8小时，预测星期日的停车时间为9小时等。由此，在预测停车时间设定步骤中所预测的停车时间能够反映每星期号的倾向，准确度更高，基于此在容量保持率计算推定步骤中所计算推定的各单元的容量保持率的可靠性高。

劣化系数是根据单元的温度、SOC通过实测而求出的系数，如果已知单元的测定温度或推定温度和SOC，则可立即求出劣化系数。越是高SOC且高温，则劣化系数越大。例如，如果温度为-30℃且SOC为20％，则求出劣化系数为0.1，如果温度为40℃且SOC为90％，则求出劣化系数为0.9。与该劣化系数有关的数据收纳于信息处理装置20的存储器部24的劣化系数(映射)24-2。

使用图3对步骤S2中的容量保持率的计算方法进行说明。图3是示出遍及4个区间且在单元的状态(测定温度或推定温度、SOC)分别不同的情况下如何求出容量保持率的图。针对某个单元，示出4个区间的容量保持率与时间之间的关系的图为图3的(a)。时间被划分为区间1～区间4，如果在区间1中测定温度或推定温度为20℃，且对应的SOC为80％，则根据图3的(b)所示的表求出劣化系数α1为0.8。接着，区间1的停车时间或放置时间((年)

以下，如果对区间2～区间4进行同样的计算，则例如如图3的(c)所示那样求出容量保持率。即，在区间2中求出容量保持率为0.88，在区间3中求出容量保持率为0.86，在区间4中求出容量保持率为0.77。

接着，使用图4，对在本实施方式中，在推定为在下次启动时容量保持率的最大值与最小值之差超过阈值的情况下，如何使其收敛于阈值以内进行说明。电池组由多个锂离子电池的单元构成，其中，将最大容量保持率的电池单元设为单元A，将最小容量保持率的电池单元设为单元B，对使单元A与单元B的容量保持率之差收敛于阈值(0.02)以内的情况进行说明。以阈值0.02为例进行示出。

首先，关于单元A和单元B，在求出停车时的容量保持率的图5中，记载有各区间中的单元A、单元B的各温度(测定温度或推定温度)、各SOC、各放置时间(各停车时间)。基于此，电池单元A在区间A中温度为20℃，SOC为80％，根据图6的劣化系数的表求出劣化系数为0.7。通过容量保持率的计算式，在区间A的终点，求出容量保持率为0.93。同样地，在区间B的终点(停车时)，求出容量保持率为0.82。

对于电池单元B也同样地进行求解，在区间A的终点，求出容量保持率为0.925，在区间B的终点(停车时)，求出容量保持率为0.805。

接着，求出下次启动时的容量保持率。通过上述的容量保持率的计算式，求出电池单元A的容量保持率为0.71，求出电池单元B的容量保持率为0.685。这些值是下次启动时的单元A、单元B的所计算推定的容量保持率，容量保持率之差为0.025。在此，例如在将阈值设为0.02的情况下，该容量保持率之差超过阈值。

返回流程图，在步骤S3中判定预测停车时间是否为阈值以上。阈值例如可设为8小时。如果不为阈值以上，则结束控制。如果为阈值以上，则判定下次启动时的容量保持率的最大偏差是否比阈值大(步骤S4)。容量保持率的最大偏差是指容量保持率的最大值与最小值之差。

如果最大偏差不比阈值大，则执行步骤S10的各单元的SOC的调整(SOC调整步骤)。此处的SOC的调整即所谓的单元平衡如图7的(b)所示，是使全部单元的SOC成为相同那样的控制。

在此，对于用于单元平衡的通常的单元平衡装置(无源方式)而言，电阻经由开关与各电池单元并联连接，通过将开关接通，从而能够利用电阻体将电池单元的能量转换为热，降低电池单元的SOC。另外，当然也可以利用有源单元平衡方式进行单元平衡。

在步骤S4中，如果下次启动时的推定容量保持率的最大偏差比阈值大，则进行步骤S5的“根据温度与SOC的对应值、预测停车时间以及劣化系数，计算出在下次启动时使容量保持率的最大偏差收敛于阈值那样的各单元的SOC”(SOC调整值设定步骤)。

返回图3、图4对SOC调整值设定步骤中的SOC(SOC调整值)的计算方法进行说明。在此前的说明中，对于下次启动时的推定容量保持率而言，对电池单元A为0.71，电池单元B为0.685，超过阈值0.02的情况进行了说明。以下，对用于将该偏差设为0.02的电池单元B的目标SOC(SOC调整值)进行说明。

对于下次启动时的推定容量保持率而言，由于电池单元A为0.71，因此电池单元B的推定容量保持率必须设为0.69。通过容量保持率的计算式，求出为此的电池单元B的劣化系数为0.575。根据图6的劣化系数的表，用于将劣化系数设为0.575的SOC调整值通过电池温度0℃一行的线性插值而求出为0.75(75％)。

在设定单元B的目标的SOC(SOC调整值)之后，在电动汽车的停车期间以成为所设定的SOC调整值的方式对单元B的SOC进行调整(单元平衡)(SOC调整步骤)(步骤S6)。该单元平衡如图7的(a)所示，各单元以成为各单元的目标SOC的方式分别进行调整。应予说明，所图示的数值为示例。通常，该步骤中的单元平衡成为使SOC高的单元的SOC降低并使SOC低的单元的SOC升高那样的控制。

接着，等待经过预测停车时间(步骤S7)。然后，根据温度与SOC的对应值、实际的经过停车时间以及劣化系数，计算出在当前时间点的容量保持率的最大偏差(最大值与最小值之差)(步骤S8)。在从停车起算到下次启动时为止的期间，如果用于计算推定的数值(温度、劣化系数、预测停车时间等)与实际的温度、劣化系数、经过的停车时间等相同，则最大偏差在阈值内。

接着，判定在当前时间点(下次启动时)的容量保持率的最大偏差是否为阈值以下(步骤S9)。在不为阈值以下的情况(阈值外的情况)下，结束流程。如果为阈值以下(阈值内)，则进行步骤S10的各单元的SOC的调整(单元平衡)。该单元平衡是如图7的(b)所示那样使各单元的SOC成为相同那样的控制。如此，能够使锂离子电池的容量增加，延长电动汽车的可行驶距离。

根据本实施方式的单元平衡方法及其系统，在电动汽车的停车期间，以下次启动时的单元的容量保持率的最大偏差(最大值与最小值之差)收敛于预定的范围内的方式，调整单元的SOC。因此，针对构成锂离子电池的各单元准确地抑制劣化的加剧，因此能够保持锂离子电池的性能，并且始终舒适地使用电动汽车。

应予说明，本发明并不限于上述实施方式，能够在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种变更。例如，在图4中，停车时的容量保持率使用区间为2个(区间A、区间B)的过去的历史来求出，但这也是例示且并不限于此。另外，虽然将容量保持率之差的阈值设为0.02，但这也是例示，也可以存在例外。