CN105190330A - 电池状态判定装置 - Google Patents

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Abstract

电池状态判定装置(10)具备：电压检测部(13)，其对判定对象、即二次电池(M)的电压值(V)进行检测；电流检测部(12)，其对二次电池(M)的电流值进行检测；充电状态检测部(11)，其对二次电池(M)的充电状态(SOC)进行检测；以及判定部(11)，其被构成为在二次电池(M)的充电状态(SOC)小于40％时计算电压梯度(G)的绝对值，该电压梯度(G)的绝对值表示相对于放电量(Ah)的电压变化量，将电压梯度(G)的绝对值与预先设定的上限值(Gmax)进行比较，在电压梯度(G)的绝对值大于上限值(Gmax)时，判定为二次电池(M)处于产生了微短路的状态。

Description

电池状态判定装置
技术领域
本发明涉及一种对二次电池是否处于产生了微短路的状态进行判定的电池状态判定装置。
背景技术
作为对二次电池的劣化等异常状态进行检测的方法，已采用了根据充电时或放电时的电压变化对有无异常进行判定的方法。在这种方法中，由于不用破坏电池也能对其状态进行评价，所以通过该方法被判定为正常的二次电池也可以进行再利用。
作为根据二次电池的电压对异常状态进行检测的方法，专利文献1公开了一种在电池组(assembledbattery)的放电深度为0-60％时将电池电压与预定值进行比较的方法。这种方法以检测电池液枯竭等异常作为目的，在将电池组的放电深度设定为0-60％的状态下，将电池组分割为多个电池块，对每个电池块测定电压。并且，在该电压在预定值以下时判定为异常。将在放电深度0-60％、即充电状态为40％-100％时测定到的电压用于判定是因为在放电末期，即使是正常的电池电压也会降低，单凭电压很难区分良品和不良品。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平11-144769号公报
发明内容
发明所要解决的课题
但是，发明人通过实验发现，以区分产生了所谓的微短路的二次电池为目的，只根据在放电深度0-60％时测定到的电压进行判定时，判定的精度会下降。例如，对于利用上述的方法判定为电压为正常值的二次电池，进行其他检查时，有时会有产生微短路的情况。因此，要求能够准确地判定二次电池处于产生了微短路的状态的方法。
本发明的目的在于，提高对是否处于产生了微短路的状态进行判定的电池状态判定装置的判定精度。
用于解决课题的手段
在本发明中的电池状态判定装置的一个方式，具备：电压检测部，其对判定对象、即二次电池的电压值进行检测；电流检测部，其对所述二次电池的电流值进行检测；充电状态检测部，其对所述二次电池的充电状态进行检测；以及判定部，其被构成为在所述二次电池的充电状态小于40％时计算电压梯度的绝对值，该电压梯度的绝对值表示相对于放电量的电压变化量，将所述电压梯度的绝对值与预先设定的上限值进行比较，在所述电压梯度的绝对值大于所述上限值时，判定为所述二次电池处于产生了微短路的状态。
附图说明
图1是示出本发明的电池状态判定装置以及方法所涉及的第1实施方式的装置概要的图。
图2是示出良品的电池模块的相对于放电量的电压变化的图。
图3是示出不良品的电池模块的相对于放电量的电压变化的图。
图4是示出在该实施方式中用于判定的、良品和不良品的分布和电压梯度的关系的分布图。
图5是用于说明本发明的电池状态判定装置以及方法所涉及的第2实施方式的图，且示出不良品的电池模块相对于放电量的电压变化的图。
具体实施方式
(第1实施方式)
以下，对电池状态判定装置的第1实施方式进行说明。在该装置以及方法中，判定锂离子电池、镍氢电池等二次电池是否处于产生了微短路的状态(微短路状态)。微短路是以电池内的少量的析出物或微小的异物的混入等为主要原因的微小的短路，有时电池不会因微短路而立即成为不能使用的状态。有时也会因微短路而在短路部分有微小电流流过而导致瞬间烧断的情况。并且，微短路除了成为电池的性能降低的主要原因之外，还会有导致内部短路的可能性。
如图1所示，电池状态判定装置10具备：控制部11；电流检测电路12；以及电压检测电路13。电流检测电路12对流过与电池模块M串联连接的检测用电阻12a的电流值进行测定，并将电流值输出至控制部11。电压检测电路13对电池模块M的两端的电压进行测定，并将电压值输出至控制部11。
在本实施方式中，电池模块M具备多个电池单元。由多个电池模块M组合而构成电池组(batterystack)，并且通过该电池组和ECU等构成被搭载于车辆等的电池箱(batterypack)。在本实施方式中，电池模块M以SOC为“0”的状态(未充电状态)经由控制部11而被连接在未予图示的充电器上。
控制部11具备CPU、RAM以及ROM等，并将判定结果输出至输出部14，该输出部14具备显示器和/或印刷装置等。并且，控制部11对从电流检测电路12输出的电流值进行累加，从而计算电池模块M的SOC(StateofCharge；充电状态)。并且，当电池模块M的SOC达到小于40％的预定值时，控制部11断开电池模块M与充电器的连接并停止充电。在本实施方式中，SOC的预定值被设定为10％。
在电池模块M处于与上述充电器断开的状态时，控制部11根据从电流检测电路12输出的电流值来计算放电量。并且，控制部11把从电压检测电路13输出的电压值与放电量对应起来存储在未予图示的存储部中。控制部11计算从SOC为10％的状态到SOC变成0％的状态、即达到放电终止电压为止的放电量以及电压变化量。而且，控制部11计算电压梯度G(V/Ah)，该电压梯度G(V/Ah)表示相对于放电量的电压变化量。计算出的电压梯度G为负值。
图2是表示不是处于微短路状态的良品的电池模块M的放电曲线的图，横轴为放电量(Ah)，纵轴为电压(V)。并且，该图表示从SOC为100％开始放电到SOC变成0％为止的曲线。随着电池模块M放电，电池电压逐渐地下降。当SOC接近10％时电压梯度G的大小(绝对值)增大并变化，当SOC达到10％时变成大致恒定。
图3是表示处于微短路状态的电池模块M的放电曲线的图，且表示从SOC为100％开始放电到SOC变成0％为止的曲线。电池电压随着电池模块M进行放电而快速地下降，与良品的电池模块M相比，在该过程中的电压梯度G的绝对值也变大。当SOC达到10％时电压梯度G虽变成大致恒定，但该绝对值远远大于良品。
图4是示出SOC在0％以上且10％以下的电压梯度G与微短路状态的相关性的分布图，且以数百个电池模块M作为判定对象。横轴为电压梯度G的绝对值，纵轴示出电池模块M的数量。在该分布图中，良品分布在电压梯度G的绝对值小于30V/Ah的区域，不良品则分布在电压梯度G的绝对值在30V/Ah以上的区域。因此，将该良品和不良品的边界、即30V/Ah设定为电压梯度G的绝对值的上限值Gmax(>0)。并且，在分布图中，在看不到良品和不良品的明显的边界而是存在良品和不良品混合存在的区域的情况下，也可以将上限值Gmax设定为该混合区域的最大值、或混合区域中良品数量多于不良品数量的值。
控制部11将判定对象、即电池模块M的上限值Gmax预先存储在未予图示的存储部中。并且，控制部11一旦计算出成为判定对象的电压梯度G，就会将电压梯度G的绝对值与预先设定的上限值Gmax进行比较。并且，控制部11在电压梯度G的绝对值小于上限值Gmax时将判定对象的电池模块M判定成良品，在电压梯度G的绝对值在上限值Gmax以上时将电池模块M判定成不良品。
(动作)
接着，对本实施方式的微短路状态的判定方法进行说明。
首先，将判定对象的电池模块M连接到电池状态判定装置10。被连接的电池模块M为例如初始充电前的老化(ageing)后的电池模块M。因此，在该阶段的电池模块M的SOC为“0”。
并且，通过控制部11连接电池模块M和充电器，并将电池模块M充电到预定值(SOC10％)。在该充电时，控制部11对从电流检测电路12输出的电流值进行累加，来计算SOC，当累加值达到10％时，将用于将电池模块M和充电器连接的开关等断开，从而断开电池模块M和充电器。
当停止从上述充电器向电池模块M供给电流时，电池模块M进行放电而电池电压下降。控制部11根据来自电流检测电路12的输出值来计算电池模块M的SOC，并计算放电量直到SOC变成0％为止。并且，控制部11根据来自电压检测电路13的输出值来计算电池模块M的电压，并将电压值与放电量对应起来存储。
当SOC达到0％时，控制部11从SOC10％-0％为止的电压变化量和放电量，来计算相对于放电量的电压变化量、即电压梯度G(V/Ah)的绝对值。在该计算中，也可以从SOC为10％时的值、以及SOC为0％时的值的这两个值来计算电压梯度G，也可以从3个以上的值计算电压梯度G。并且，控制部11从上述存储部读出上限值Gmax，并将计算出的电压梯度G的绝对值与上限值Gmax进行比较。控制部11在电压梯度G的绝对值小于上限值Gmax时判定为良品，在电压梯度G的绝对值在上限值Gmax以上时判定为处于微短路状态(不良品)。
根据如上述的第1实施方式可以得到以下列举的优点。
(1)根据第1实施方式，电池状态判定装置10在对微短路状态进行测定时，将电池模块M的充电状态设定为10％以下，将判定用的参数设定成电压梯度G的绝对值而不是电压。微短路状态的电池模块M在充电状态小于40％的区域，电压梯度的绝对值大于良品的电池模块M的电压梯度的绝对值。尤其，在SOC为0％以上且10％以下的状态下，由于处于微短路状态的电池的电压梯度G的异常显著地呈现、且电压梯度G的绝对值也变成大致恒定，所以容易设定上限值Gmax，并且还能提高判定精度。并且，为了进行判定只需将电池模块M充电到SOC达到10％为止即可，所以能够缩短充电时间。
(第2实施方式)
接着，参照图5对将本发明具体化了的第2实施方式进行说明。另外，由于第2实施方式为只是变更了第1实施方式的判定方法的顺序的构成，所以对相同的部分赋予相同的符号并省略其详细的说明。
在本实施方式中，对SOC在0％以上且小于40％的电池模块M的电压梯度G的绝对值进行计算，并将该电压梯度G的绝对值与上限值Gmax进行比较。该上限值Gmax将SOC分成0％以上且10％以下的范围、和大于10％且小于40％的范围，并根据各范围而设定。
图5是处于微短路状态的电池模块M的放电曲线，且为从SOC为100％进行放电到SOC变成0％为止的曲线，且为将横轴向放大的图。在SOC为10％到40％之间时，基于微短路状态的电压梯度G的绝对值大于良品的电池模块M的电压梯度的绝对值的梯度，SOC为10％-40％的电压梯度G的绝对值小于SOC为0％-10％的电压梯度G的绝对值。因此，设定SOC为大于10％且小于40％的范围的第1上限值Gmax1、和SOC为0％以上且10％以下的范围的第2上限值Gmax2。第2上限值Gmax2大于第1上限值Gmax1。
各个上限值Gmax1，Gmax2根据表示SOC在0％以上且10％以下的电压梯度G和微短路状态的相关性的分布图、以及10％以上且小于40％的电压梯度G和微短路状态的相关性的分布图，以与第1实施方式同样的方式设定。也就是说，在各个分布图中算出良品和不良品的边界，将SOC在0％以上且10％以下的分布图中的边界设定为第2上限值Gmax2，将SOC在10％以上且小于40％的分布图中的边界设定为第1上限值Gmax1。另外，在分布图中未看到良品和不良品的明确的边界而是存在良品和不良品混合存在的区域的情况下，也可以将上限值Gmax1，Gmax2设定成该混合区域的最大值、或混合区域中良品数量多于不良品数量的值。
(动作)
接着，对本实施方式的微短路状态的判定方法进行说明。与第1实施方式同样地，首先将判定对象、即初始充电前的电池模块M连接到电池状态判定装置10。
并且，通过控制部11连接电池模块M和充电器，将电池模块M充电到预定值(SOC40％)。在进行该充电时，控制部11对从电流检测电路12输出的电流值进行累加来计算SOC，当累加值达到40％时，将用于连接电池模块M和充电器的开关等断开，从而断开电池模块M和充电器。
当停止从上述充电器向电池模块M供给电流时，电池模块M进行放电而电池电压下降。控制部11根据来自电流检测电路12的输出值来计算电池模块M的SOC，并计算放电量直到SOC变成0％为止。并且，控制部11根据来自电压检测电路13的输出值来计算电池模块M的电压，并将电压值与放电量对应起来存储。
当电池模块M的SOC达到0％时，控制部11从存储部读出与放电量相对应的电压值。并且，控制部从达到SOC为0％-10％为止的电压变化量和放电量算出相对于放电量的电压变化量、即电压梯度G(V/Ah)，并且从达到SOC为10％-40％为止的电压变化量和放电量算出相对于放电量的电压变化量、即电压梯度G(V/Ah)的绝对值。然后，控制部11从上述存储部读出第1上限值Gmax1和第2上限值Gmax2，将已算出的SOC为0％-10％的电压梯度G的绝对值与第2上限值Gmax进行比较，将SOC为10％-40％的电压梯度G的绝对值与第1上限值Gmax1进行比较。
在SOC为0％-10％的电压梯度G的绝对值小于第2上限值Gmax2、且SOC为10％-40％的电压梯度G的绝对值小于第1上限值Gmax1的情况下，控制部11将判定对象的电池模块M判定为良品。并且，在满足SOC为0％-10％的电压梯度G的绝对值在第2上限值Gmax2以上的状态、以及SOC为10％-40％的电压梯度G的绝对值在第1上限值Gmax1以上的状态中的至少一个状态的情况下，将电池模块M判定为处于微短路状态。
根据如上述的第2实施方式，能够得到以下列举的优点。
(2)在第2实施方式中，电池状态判定装置10在对微短路状态进行测定时，将电池的充电状态设定为小于40％，将判定用的参数设定成电压梯度G的绝对值而不是电压。处于微短路状态的电池由于在充电状态小于40％的区域中电压梯度变大，所以通过将该电压梯度G的绝对值与预先通过实验等算出的上限值进行比较，就能够准确地判定微短路状态的不良品、和不是微短路状态的良品。并且，由于只需将电池的充电状态设定为小于40％即可，所以能够缩短电池的充电时间。
(3)在第2实施方式中，相对于电压梯度G的绝对值的上限值Gmax1，Gmax2根据将SOC小于40％的范围进一步细分化的10％-40％的范围、0％-10％的范围而分别设定成不同的值，该上限值Gmax1，Gmax2随着SOC的下降而变大。也就是说，由于微短路状态的电池模块的电压梯度G即使在SOC小于40％的范围内也会有变化的情况，且电压梯度G随着接近放电终止电压而变大，所以即使是在例如接近放电终止电压的电压值，电压梯度急剧地增大的电池，也能根据充电状态设定上限值Gmax1，Gmax2。并且，通过对上限值Gmax1，Gmax2和各电压梯度G进行比较，能够将虽然不能在例如SOC10％-40％中检测出异常，但在0-10％中检测出异常的电池模块M判定为不良品。因此，能够提高判定精度。
另外，上述各实施方式也可以如下方式适当地进行变更并实施。
·在第2实施方式中，针对SOC10％-40％、SOC0％-10％的范围分别设定上限值Gmax1，Gmax2，但是SOC的范围并不限定为这些范围。例如，也可以针对SOC0％-20％、SOC20％-40％等的各个范围设定上限值。并且，上限值Gmax也可以设定为3个以上。例如，也可以分别设定针对SOC0％-10％的上限值、针对SOC10％-20％的上限值、以及针对SOC20％-40％的上限值。
·在微短路状态的判定中，只需计算处于SOC小于40％的状态的电池模块M的电压梯度G即可，并不限定为如第1实施方式的SOC在0％以上且10％以下的状态下的判定、或如第2实施方式的SOC在0％以上且小于40％的状态下的判定。例如，也可以在SOC为0％以上且5％以下、5％以上且10％以下、或10％以上且30％以下的状态下判定微短路状态。
·在上述各实施方式中，控制部11采用了具有CPU、RAM等的构成，但是也可以由具有电压检测电路、以及电流检测电路等的集成电路构成。
·在上述各实施方式中，作为对SOC进行测定的方法采用了计算充电电流的累加值的方法，但也可以采用根据电压值或温度等其他的参数来计算的方法、或包含电流值的这些参数进行组合来计算的方法。
·在上述各实施方式中，将判定对象设定为电池模块M，但也可以对判定对象进行适当地变更。例如，也可以将具备多个电池模块的电池组设定成判定对象。

Claims (3)

1.一种电池状态判定装置，其具备：
电压检测部，其对判定对象、即二次电池的电压值进行检测；
电流检测部，其对所述二次电池的电流值进行检测；
充电状态检测部，其对所述二次电池的充电状态进行检测；以及
判定部，其被构成为在所述二次电池的充电状态小于40％时计算电压梯度的绝对值，该电压梯度的绝对值表示相对于放电量的电压变化量，将所述电压梯度的绝对值与预先设定的上限值进行比较，当所述电压梯度的绝对值大于所述上限值时，判定为所述二次电池处于产生了微短路的状态。
2.根据权利要求1所述的电池状态判定装置，其中，
所述电压梯度的绝对值的所述上限值包括根据将所述充电状态小于40％的范围进一步细分化的范围而分别设定的多个上限值，越是充电状态低的范围，相应的所述上限值就设定的越大。
3.根据权利要求1或2所述的电池状态判定装置，其中，
所述判定部被构成为，在所述二次电池的充电状态处于0％以上且10％以下的范围时计算电压梯度的绝对值，该电压梯度的绝对值表示相对于放电量的电压变化量，将所述电压梯度的绝对值与预先设定的上限值进行比较，当所述电压梯度的绝对值大于所述上限值时，判定为所述二次电池处于产生了微短路的状态。
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