发明内容
发明要解决的课题
但是,在专利文献2所记载的温度检测方法中,通过累计流过蓄电装置内的电流来对蓄电装置的剩余容量(SOC)单独进行运算。之后基于所运算出的剩余容量(SOC)和在上述的特性映射中规定的内部电阻来推导出蓄电装置的温度,所以存在直到推导出蓄电装置的温度为止处理繁杂的问题。
本发明鉴于上述问题而作,其目的在于提供一种无需进行繁杂的运算处理就能够正确地测量蓄电装置的内部温度的蓄电装置温度测量方法。
用于解决课题的手段
本发明的蓄电装置温度测量方法的特征在于,使用包含所述蓄电装置的内部阻抗的实部不根据蓄电装置的剩余容量(SOC:State Of Charge)而发生变化的频带的交流信号来测量所述蓄电装置的内部阻抗的实部,并根据该内部阻抗的实部的测量值来计算出所述蓄电装置的内部温度。
根据该方法,因为使用包含蓄电装置的内部阻抗的实部不发生变化的频带的交流信号来测量蓄电装置的内部阻抗的实部,所以能够测量仅容易依赖于蓄电装置的内部温度的蓄电装置的内部阻抗的实部,能够正确地测量蓄电装置的内部温度。另一方面,因为使用蓄电装置的内部阻抗的实部不发生变化的频率的交流信号来测量蓄电装置的内部阻抗的实部,所以不需要对蓄电装置的剩余容量单独进行运算。结果,无需进行繁杂的运算处理就能够正确地测量蓄电装置的内部温度。
在上述蓄电装置温度测量方法中,优选使用100KHz以上1MHz以下的频带的交流信号来测量蓄电装置的内部阻抗的实部,并根据该内部阻抗的实部的测量值来计算出所述蓄电装置的内部温度。通过像这样使用100KHz以上1MHz以下的频带的交流信号来测量蓄电装置的内部阻抗的实部,能够有效地测量仅容易依赖于蓄电装置的内部温度的蓄电装置的内部阻抗的实部。
尤其在上述蓄电装置温度测量方法中,优选使用300KHz的频率的交流信号来测量蓄电装置的内部阻抗的实部,并根据该内部阻抗的实部的测量值来计算出所述蓄电装置的内部温度。通过像这样使用300KHz的频率的交流信号来测量蓄电装置的内部阻抗的实部,能够准确地测量仅依赖于蓄电装置的内部温度的蓄电装置的内部阻抗的实部。
本发明的蓄电装置温度测量方法的特征在于,使用包含所述蓄电装置的内部阻抗不根据蓄电装置的剩余容量(SOC:State Of Charge)而发生变化的频带的交流信号来测量所述蓄电装置的内部阻抗,并根据该内部阻抗的测量值来计算出所述蓄电装置的内部温度。
根据该方法,因为使用包含蓄电装置的内部阻抗不发生变化的频带的交流信号来测量蓄电装置的内部阻抗,所以能够测量仅容易依赖于蓄电装置的内部温度的蓄电装置的内部阻抗,能够正确地测量蓄电装置的内部温度。另一方面,因为使用蓄电装置的内部阻抗不发生变化的频率的交流信号来测量蓄电装置的内部阻抗,所以不需要对蓄电装置的剩余容量单独进行运算。结果,无需进行繁杂的运算处理就能够正确地测量蓄电装置的内部温度。
在上述蓄电装置温度测量方法中,优选使用10KHz以上100KHz以下的频带的交流信号来测量蓄电装置的内部阻抗,并根据该内部阻抗的测量值来计算出所述蓄电装置的内部温度。通过像这样使用10KHz以上100KHz以下的频带的交流信号来测量蓄电装置的内部阻抗,能够有效地测量仅容易依赖于蓄电装置的内部温度的蓄电装置的内部阻抗。
尤其是在上述蓄电装置温度测量方法中,优选使用30KHz的频率的交流信号来测量蓄电装置的内部阻抗,并根据该内部阻抗的测量值来计算出所述蓄电装置的内部温度。通过像这样使用30KHz的频率的交流信号来测量蓄电装置的内部阻抗,能够准确地测量仅依赖于蓄电装置的内部温度的蓄电装置的内部阻抗。
此外,在上述蓄电装置温度测量方法中,优选使所述交流信号重叠于用于所述蓄电装置的充电或放电的直流电流。在此情况下,因为将在蓄电装置的内部温度的测量中利用的交流信号重叠于用于蓄电装置的充电或放电的直流电流,所以能够在对蓄电装置进行充电或放电的同时,使用上述交流信号对蓄电装置的内部阻抗或其实部进行测量。
进而,在上述蓄电装置温度测量方法中,优选在所述蓄电装置中,具备用于检测所述交流信号的电流检测部以及电压检测部,并将所述电流检测部以及所述电压检测部的至少一方用于所述蓄电装置的剩余容量的运算。在此情况下,因为将用于检测在蓄电装置的内部温度的测量中所利用的交流信号的电流检测部以及电压检测部的至少一方用于蓄电装置的剩余容量的运算,所以能够将用于蓄电装置的剩余容量的运算的构成(电流检测部或电压检测部)兼用于蓄电装置的内部温度的测量,因此能够削减用于测量蓄电装置的内部温度的构成要素数,并且能够正确地测量蓄电装置的内部温度。
进而,在上述蓄电装置温度测量方法中,优选多个所述蓄电装置被串联连接,并与所述多个蓄电装置串联地设置单一的所述电流检测部,另一方面,按照每个所述蓄电装置来设置所述电压检测部。在此情况下,因为将单一的电流检测部与进行了串联连接的多个蓄电装置串联连接,所以能够共同使用与多个蓄电装置相对应的电流检测部,因此能够削减用于测量蓄电装置的内部温度的构成要素数,并且能够正确地测量蓄电装置的内部温度。
发明效果
根据本发明,无需进行繁杂的运算处理就能够正确地测量蓄电装置的内部温度。
具体实施方式
图1是表示应用本发明的一实施方式所涉及的蓄电装置温度测量方法的测量系统的构成例的示意图。图2是构成上述实施方式所涉及的测量系统的蓄电装置的锂离子二次电池的结构示意图。另外,本实施方式所涉及的蓄电装置温度测量方法是例如使用用于测量图1所示的蓄电装置101的内部温度的测量系统100来进行的方法。
如图1所示,测量系统100构成为包含:交流信号源部102,其用于向蓄电装置101供给给定频带的交流信号;电流检测部103以及电压检测部104,其用于检测针对该给定频带的交流信号进行响应的电流以及电压;和内部温度计算部105,其使用所输入的给定频带的交流信号和所检测出的电流以及电压来计算出蓄电装置101的内部温度。
蓄电装置101例如由锂离子二次电池等能充电的化学电池构成,但也包含像双电层电容器那样能够利用离子来积累电能的装置。一般而言,蓄电装置101主要由正极集电体A1、负极集电体C1、电解质E1以及隔离件S1构成。例如,在锂离子二次电池L1的情况下,如图2所示,蓄电装置101除了具有上述构成要素以外,还具有用于储存正极集电体A1侧的电力的物质即正极活性物质A51、用于蓄积负极集电体C1侧的电力的物质即负极活性物质C51、用于改善电力的流动而添加的导电助剂D51、作为粘合剂的粘合材料等。
在锂离子二次电池L1的情况下,最常使用铝(A1)作为正极集电体A1,使用铜(Cu)作为负极集电体C1,使用由有机系的溶剂(C4H6O3等)和锂盐(LiPF6等)的溶质构成的溶液作为电解质E1,使用钴酸锂(LiCoO2)作为正极活性物质A51,使用碳(C)作为负极活性物质C51。作为正极活性物质A51,也可以由镍酸锂(LiNiO2)、锰酸锂(LiMn2O4)、橄榄石型磷酸铁锂(LiFePO4)等构成。对于负极活性物质C51的碳(C)而言,其特征是使用形成为层状的石墨的结晶,并在层与层之间以离子的状态蓄积有锂。作为负极活性物质C51,也可以由钛酸锂(Li4Ti5O12)、一氧化硅(SiO)、Sn合金或Si合金等构成。
交流信号源部102用于产生交流信号,该交流信号包含蓄电装置101的内部阻抗的实部不根据蓄电装置101的剩余容量(SOC:State Of Charge)而发生变化的频带。例如,优选交流信号源部102产生100KHz以上1MHz以下的频带的交流信号。更优选为,交流信号源部102产生300KHz的频率的交流信号。另外,关于交流信号源部102所产生的交流信号的频带在后面叙述。
电流检测部103被连接在连接有蓄电装置101、且连接有负载106的电路的中间。电流检测部103主要由用于检测电流的电流传感器和该电流传感器的控制电路构成,对流过电路的电流进行检测。作为电流传感器,例如可以利用采用了磁阻元件的小型电流传感器。电压检测部104主要由用于检测电压的电压传感器和该电压传感器的控制电路构成,对蓄电装置101的电压进行检测。
内部温度计算部105使用从交流信号源部102输入的给定频带的交流信号、和由电流检测部103以及电压检测部104检测出的电流以及电压,来测量蓄电装置101的内部阻抗的实部(内部电阻)。然后,内部温度计算部105根据该内部阻抗的实部的测量值来计算出蓄电装置101的内部温度。负载106例如由将蓄电装置101的直流电变换为交流电的逆变器、DC-DC转换器等的电力变换器构成。
已知这样的蓄电装置101的内部阻抗会受到蓄电装置101的内部温度以及剩余容量(SOC)影响。以下,说明蓄电装置101的内部阻抗的温度依赖性以及SOC依赖性。另外,下面,适当将蓄电装置101的内部阻抗的实部称为蓄电装置101的内部电阻。
图3是表示本实施方式所涉及的测量系统100内的蓄电装置101的内部阻抗的实部的温度依赖性的曲线图的一例。图4是表示本实施方式所涉及的测量系统100内的蓄电装置101的内部阻抗的实部的SOC依赖性的曲线图的一例。在图3以及图4中,横轴表示向蓄电装置101供给的交流信号的频率,纵轴表示蓄电装置101的内部电阻。
在图3中,示出了表示蓄电装置101的内部温度对内部电阻的影响的系数(温度系数)。如图3所示,对于温度系数而言,在10KHz以上3MHz以下的频带(图3所示的频带a)的交流信号下,温度变得越高则内部电阻变得越大,在除此以外的频带(低于10KHz的频带(图3所示的频带b)和高于3MHz的频带(图3所示的频带c))的交流信号下,温度变得越高则内部电阻变得越小。即,在前者的频带中,温度依赖性为正,另一方面在后者的频带中,温度依赖性为负。
另一方面,在图4中,示出了表示蓄电装置101的SOC对内部电阻的影响的系数(SOC系数)。如图4所示,对于SOC系数而言,在低于300KHz的频带(图4所示的频带a)的交流信号下,SOC越大则内部电阻变得越大,在高于300KHz的频带(图4所示的频带b)的交流信号下,SOC越大则内部电阻变得越小。即,在前者的频带中,SOC依赖性为正,另一方面在后者的频带中,SOC依赖性为负。在该情况下,SOC系数在300KHz附近的频率的交流信号下,SOC依赖性从正向负切换。换言之,在300KHz附近的频率的交流信号下,蓄电装置101的SOC对内部电阻的影响接近于没有的状态。
图5是表示本实施方式所涉及的测量系统100内的蓄电装置101的内部温度以及剩余容量(SOC)对蓄电装置101的内部阻抗的实部的影响的曲线图的一例。在图5中,横轴表示向蓄电装置101供给的交流信号的频率,纵轴表示将蓄电装置101的内部温度的影响除以SOC的影响而得到的值(内部温度/SOC)。
在图5中,示出了表示蓄电装置101的内部温度以及剩余容量(SOC)对内部电阻的影响的系数(温度/SOC系数)。如图5所示,温度/SOC系数在100KHz以上1MHz以下的频带(图5所示的频带a)的交流信号下,与其他频带相比示出更高的值,尤其是在300KHz的频率的交流信号下,示出最高值。这是由于如图4所示,在300KHz附近的频率的交流信号下,蓄电装置101的SOC对内部电阻的影响接近于没有的状态。该情况意味着,在100KHz以上1MHz以下的频带的交流信号(尤其是300KHz附近的频率的交流信号)下,能够不受SOC较大影响地测量蓄电装置101的内部温度。
在本实施方式所涉及的蓄电装置温度测量方法中,将像这样蓄电装置101的SOC对内部电阻的影响接近于没有的状态的频带的交流信号定义为包含蓄电装置101的内部阻抗的实部不根据蓄电装置101的SOC而发生变化的频带的交流信号。然后,使用这样的频带的交流信号对蓄电装置101的内部阻抗的实部进行测量,并根据该内部阻抗的实部的测量值来计算出蓄电装置101的内部温度。
如此在本实施方式所涉及的蓄电装置温度测量方法中,使用包含蓄电装置101的内部阻抗的实部不发生变化的频带的交流信号来测量蓄电装置101的内部阻抗的实部。由此,能够测量仅容易依赖于蓄电装置101的内部温度的蓄电装置101的内部阻抗的实部,所以能够正确地测量蓄电装置101的内部温度。另一方面,因为使用蓄电装置101的内部阻抗的实部不发生变化的频率的交流信号来测量蓄电装置101的内部阻抗的实部,所以无需对蓄电装置101的剩余容量单独进行运算。结果,无需进行繁杂的运算处理就能够正确地测量蓄电装置101的内部温度。
更具体来说,在本实施方式所涉及的蓄电装置温度测量方法中,使用100KHz以上1MHz以下的频带的交流信号来测量蓄电装置101的内部阻抗的实部,并根据该内部阻抗的实部的测量值来计算出蓄电装置101的内部温度。通过像这样使用100KHz以上1MHz以下的频带的交流信号来测量蓄电装置101的内部阻抗的实部,能够有效地测量仅容易依赖于蓄电装置的内部温度的蓄电装置的内部阻抗的实部。
特别是在本实施方式所涉及的蓄电装置温度测量方法中,使用300KHz的频率的交流信号来测量蓄电装置101的内部阻抗的实部,并根据该内部阻抗的实部的测量值来计算出蓄电装置101的内部温度。通过像这样使用300KHz的频率的交流信号来测量蓄电装置101的内部阻抗的实部,能够准确地测量仅依赖于蓄电装置101的内部温度的蓄电装置101的内部阻抗的实部。
另外,在上述实施方式所涉及的蓄电装置温度测量方法中,说明了使用包含蓄电装置101的内部阻抗的实部不根据蓄电装置101的SOC而发生变化的频带的交流信号来测量蓄电装置101的内部阻抗的实部,并根据该内部阻抗的实部的测量值来计算出蓄电装置101的内部温度的情况。但是,在本发明所涉及的蓄电装置温度测量方法中,也可以取代内部阻抗的实部而将内部阻抗自身设为测量对象。
以下,对以内部阻抗自身为测量对象的情况的变形例进行说明。在本实施方式的变形例所涉及的蓄电装置温度测量方法中,使用包含蓄电装置101的内部阻抗不根据蓄电装置101的SOC而发生变化的频带的交流信号来测量蓄电装置101的内部阻抗,并根据该内部阻抗的测量值来计算出蓄电装置101的内部温度。另外,在该变形例所涉及的蓄电装置温度测量方法中,可以应用图1所示的测量系统100。
图6是表示本实施方式的变形例所涉及的测量系统100内的蓄电装置101的内部阻抗的温度依赖性的曲线图的一例。图7是表示本实施方式的变形例所涉及的测量系统100内的蓄电装置101的内部阻抗的SOC依赖性的曲线图的一例。在图6以及图7中,横轴表示向蓄电装置101供给的交流信号的频率,纵轴表示蓄电装置101的内部阻抗。
在图6中,示出了表示蓄电装置101的内部温度对内部阻抗的影响的系数(温度系数)。如图6所示,对于温度系数而言,在3KHz以上500KHz以下的频带(图6所示的频带a)的交流信号下,温度变得越高则内部阻抗变得越大,在除此以外的频带(低于3KHz的频带(图6所示的频带b)和高于500KHz的频带(图6所示的频带c))的交流信号下,温度变得越高则内部阻抗变得越小。即,在前者的频带中,温度依赖性为正,另一方面在后者的频带中,温度依赖性为负。
另一方面,在图7中,示出了表示蓄电装置101的SOC对内部阻抗的影响的系数(SOC系数)。如图7所示,对于SOC系数而言,在低于30KHz的频带(图7所示的频带a)的交流信号下,SOC越大则内部阻抗变得越大,在高于30KHz的频带(图7所示的频带b)的交流信号下,SOC越大则内部阻抗变得越小。即,在前者的频带中,SOC依赖性为正,另一方面在后者的频带中,SOC依赖性为负。在该情况下,SOC系数在30KHz附近的频率的交流信号下,SOC依赖性从正向负切换。换言之,在30KHz附近的频率的交流信号下,蓄电装置101的SOC对内部阻抗的影响接近于没有的状态。
图8表示本实施方式所涉及的测量系统100内的蓄电装置101的内部温度以及剩余容量(SOC)对蓄电装置101的内部阻抗的影响的曲线图的一例。在图8中,横轴表示向蓄电装置101供给的交流信号的频率,纵轴表示将蓄电装置101的内部温度的影响除以SOC的影响而得到的值(内部温度/SOC)。
在图8中,示出了表示蓄电装置101的内部温度以及剩余容量(SOC)对内部电阻的影响的系数(温度/SOC系数)。如图8所示,温度/SOC系数在10KHz以上100KHz的频带(图8所示的频带a)的交流信号下,与其他频带相比示出更高的值,尤其是在30KHz的频率的交流信号下,示出最高值。这是由于如图7所示,在30KHz附近的频率的交流信号下,蓄电装置101的SOC对内部阻抗的影响接近于没有的状态。该情况意味着,在10KHz以上100KHz以下的频带的交流信号(尤其是30KHz附近的频率的交流信号)下,能够不受SOC较大影响地测量蓄电装置101的内部温度。
在本实施方式的变形例所涉及的蓄电装置温度测量方法中,将这样蓄电装置101的SOC对内部阻抗的影响接近于没有的状态的频带的交流信号定义为包含蓄电装置101的内部阻抗不根据蓄电装置101的SOC而发生变化的频带的交流信号。然后,使用这样的频带的交流信号来测量蓄电装置101的内部阻抗,并根据该内部阻抗的测量值来计算出蓄电装置101的内部温度。
如此在本实施方式的变形例所涉及的蓄电装置温度测量方法中,与上述实施方式同样地,使用包含蓄电装置101的内部阻抗不发生变化的频带的交流信号来测量蓄电装置101的内部阻抗。由此,能够测量仅容易依赖于蓄电装置101的内部温度的蓄电装置101的内部阻抗,所以能够正确地测量蓄电装置101的内部温度。另一方面,因为使用蓄电装置101的内部阻抗不发生变化的频率的交流信号来测量蓄电装置101的内部阻抗,所以无需对蓄电装置101的剩余容量单独进行运算。结果,无需进行繁杂的运算处理就能够正确地测量蓄电装置101的内部温度。
更具体来说,在本实施方式的变形例所涉及的蓄电装置温度测量方法中,使用10KHz以上100KHz以下的频带的交流信号来测量蓄电装置101的内部阻抗,并根据该内部阻抗的测量值来计算出蓄电装置101的内部温度。通过像这样使用10KHz以上100KHz以下的频带的交流信号来测量蓄电装置101的内部阻抗的实部,能够有效地测量仅容易依赖于蓄电装置101的内部温度的蓄电装置101的内部阻抗的实部。
特别是在本实施方式的变形例所涉及的蓄电装置温度测量方法中,使用30KHz的频率的交流信号来测量蓄电装置101的内部阻抗,并根据该内部阻抗的测量值来计算出蓄电装置101的内部温度。通过像这样使用30KHz的频率的交流信号来测量蓄电装置101的内部阻抗,能够准确地测量仅依赖于蓄电装置101的内部温度的蓄电装置101的内部阻抗。
以下,说明应用本实施方式所涉及的蓄电装置温度测量方法的测量系统的优选的构成例。图9是表示应用本实施方式所涉及的蓄电装置温度测量方法的测量系统200的优选的构成例的示意图。另外,在图9中,对于与图1共同的构成,标注相同的符号而省略其详细说明。此外,在图9中,将图1所示的电流检测部103表示为“A”,将电压检测部104表示为“V”。而且,在图9中,省略了图1所示的内部温度计算部105。
如图9所示,在测量系统200中,串联连接了多个(图9所示的例子中为4个)蓄电装置101a~101d。并且,将电流检测部(电流传感器)A与这些蓄电装置101a~101d串联连接。在各个蓄电装置101a~101d,连接了电压检测部(电压传感器)V1~V4。此外,在测量系统200中,交流信号发送源部102经由电容器与负载106并联连接。
电流检测部A对在电路中流动的电流进行检测。电压检测部V1~V4检测每个蓄电装置101a~101d的电压。在该情况下,这些电流检测部A以及电压检测部V1~V4用于从交流信号发送源部102产生的交流信号的检测。此外,电流检测部A以及电压检测部V(V1~V4)的至少一方用于蓄电装置101a~101d的剩余容量的运算。
在应用了图9所示的测量系统200的蓄电装置温度测量方法中,从交流信号源部102产生的交流信号重叠于用于蓄电装置101a~101d的充电或放电的直流电流。由此,在蓄电装置101a~101d的内部温度的测量中利用的交流信号重叠于在蓄电装置101a~101d的充电或放电中使用的直流电流,所以能够在对蓄电装置101a~101d进行充电或放电的同时,使用上述交流信号来测量蓄电装置101a~101d的内部阻抗。
此外,在应用了测量系统200的蓄电装置温度测量方法中,用于检测在蓄电装置101a~101d的内部温度的测量中所利用的交流信号的电流检测部A以及电压检测部V(V1~V4)的至少一方用于蓄电装置101a~101d的剩余容量(SOC)的运算。由此,能够将用于蓄电装置101a~101d的剩余容量的运算的构成(电流检测部A或电压检测部V(V1~V4))兼用于蓄电装置101a~101d的内部温度的测量,所以能够削减蓄电装置101a~101d内的部件件数,并且能够正确地测量蓄电装置101a~101d的内部温度。
而且,在应用了测量系统200的蓄电装置温度测量方法中,在串联连接的多个蓄电装置101a~101d上串联连接了单一的电流检测部A。由此,能够共同使用与多个蓄电装置101a~101d相对应的电流检测部A,所以能够削减蓄电装置101a~101d内的部件件数,并且能够正确地测量蓄电装置101a~101d的内部温度。
在图9所示的测量系统200中,如上述实施方式所示,说明了适用于测量蓄电装置101a~101d的内部阻抗的方式的情况。但是,应用图9所示的测量系统200的方式并不限定于此,如上述实施方式那样,也可以适用于测量蓄电装置101a~101d的内部阻抗的实部的方式。例如,虽未图示但通过追加锁相(lock-in)检波电路、锁相放大器等,能够正确地捕捉相位、正确地测量微弱的信号,从而能够实现更高精度的内部温度测量。
另外,本发明并不限定于上述实施方式,能够进行各种变更来实施。例如,上述实施方式中的各元件的连接关系、大小等只要不变更发明的主旨则能够适当进行变更。此外,上述实施方式所示的构成、方法等能够适当进行组合来实施。另外,本发明能够不脱离本发明的范围地适当进行变更来实施。
工业实用性
本发明的蓄电装置温度测量方法在求取蓄电装置的劣化状态(SOH)、剩余容量(SOC)时很有用。
符号说明
100、200 测量系统
101、101a~101d 蓄电装置
102 交流信号源部
103、A 电流检测部
104、V1~V4 电压检测部
105 内部温度计算部
106 负载