CN105378498A - 蓄电装置状态估计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能以不进行温度的测定的简易的方法正确地估计蓄电装置的状态的蓄电装置状态估计方法。在蓄电装置(101)的内部阻抗不按照温度而变化的频率下测定蓄电装置(10)的内部阻抗|Z|,基于该测定值来估计蓄电装置(101)的SOC或SOH。另外,在蓄电装置(101)的内部阻抗的实部(R)不按照温度而变化的频率下测定蓄电装置(10)的内部阻抗的实部(R),基于该测定值来估计蓄电装置(101)的SOC或SOH。

Description

蓄电装置状态估计方法
技术领域
[0001] 本发明涉及估计锂离子电池等的蓄电装置的状态的方法,特别涉及以简易的构成估计蓄电装置的劣化状态或充电状态的方法。
背景技术
[0002] 锂离子电池或双电层电容器等的蓄电装置在便携电话机、汽车等的各种领域被广泛使用。在将蓄电装置作为电力提供源来使用的情况下,需要正确地掌握剩余电量、劣化状态。例如在电动汽车的情况下,为了避免在预想外的场所变得不能驾驶的事态,需要蓄电池的剩余电量的信息。另外,在蓄电池的更换时期的判定、为了蓄电池的长寿命化而进行的充电/放电的控制中,需要蓄电池的劣化状态的信息。
[0003] 为了估计蓄电装置的充电状态(SOC:state of charge)或劣化状态(SOH:stateof health),过去以来提出各种方法。在下述的专利文献1中记载了如下方法:求取在给定的状态(例如满充电状态)下测定的二次电池的内部电阻、和任意的状态下测定的内部电阻之比,基于在事前的测定中得到的数据表来求取与该内部电阻比对应的相对S0C(剩余容量与满充电容量之比)。另外,在专利文献1中,记载了基于相对S0C的变化与电流累积量之比来求取S0H的方法。由于二次电池的内部电阻对应于温度而变化,因此在专利文献1所记载的方法中,对应于二次电池的温度的测定结果来进行补正内部电阻的处理。
[0004] 另一方面,在下述的专利文献2记载了如下方法:测定蓄电装置的逐次的电力损耗并测定蓄电装置的端子温度,基于蓄电装置的从中心到端子的热阻和逐次的电力损耗来求取蓄电装置的端子与中心的温度差,通过将该温度差加在端子温度的测定值上来检测蓄电装置的中心的温度。
[0005] 先行技术文献
[0006] 专利文献
[0007] 专利文献1:JP特开2012-189373号公报
[0008] 专利文献2:JP特开2011-232083号公报
[0009] 发明的概要
[0010] 发明要解决的课题
[0011] 如专利文献1所记载的方法那样,过去以来已知基于蓄电装置的内部电阻等来估计S0H或S0C的方法。一般,蓄电装置的内部电阻(直流电阻、交流电阻)对应于温度而变化,S0H或S0C与内部电阻的关系也对应于温度而变化。若不和内部电阻一起还加入温度,就不能估计正确的S0H或S0C。为此,在基于内部电阻等来估计S0H或S0C的现有的方法中,还需要测定蓄电装置的温度。但是,蓄电装置的正确的温度的测定如专利文献2中记载的那样复杂且困难,有装置构成和数据处理变得复杂的问题。
发明内容
[0012] 本发明鉴于相关状况而提出,其目的在于,提供能以不进行温度的测定的简易的方法正确估计蓄电装置的状态的蓄电装置状态估计方法。
[0013] 用于解决课题的手段
[0014] 本发明所涉及的蓄电装置状态估计方法的特征在于,测定蓄电装置的内部阻抗不按照温度而变化的至少1个频率下的所述内部阻抗、或所述内部阻抗的实部不按照温度而变化的至少1个频率下的所述实部,基于所述内部阻抗的测定值或所述实部的测定值来估计所述蓄电装置的充电状态SOC (state of charge)或劣化状态SOH (state of health)。
[0015] 优选地,测定所述内部阻抗的频率是所述内部阻抗中的基于离子传导的分量与温度相应的变化、和所述内部阻抗中的基于电子传导的分量与温度相应的变化相抵的频率。
[0016] 另外,优选地,测定所述实部的频率是所述实部中的基于离子传导的分量与温度相应的变化、和所述实部中的基于电子传导的分量与温度相应的变化相抵的频率。
[0017] 在上述的蓄电装置状态估计方法中,基于所述内部阻抗不按照温度而变化的频率下的所述内部阻抗的测定值、或所述内部阻抗的实部不按照温度而变化的频率下的该实部的测定值来估计所述蓄电装置的S0C或S0H。由于基于不依赖于温度的所述内部阻抗或所述实部的测定值来估计蓄电装置的状态,因此不需要所述蓄电装置的温度测定。
[0018] 在上述的蓄电装置状态估计方法中,也可以存在多个所述内部阻抗不按照温度而变化的频率、或所述实部不按照温度而变化的频率。在该情况下,在该多个频率当中的测定对象的所述内部阻抗或所述实部的与温度相应的变化量相对于频率的变化率、或测定对象的所述内部阻抗或所述实部与所述S0C相应的变化量相对于频率的变化率最小的频率下进行所述测定。
[0019]由此抑制了受到微小的测定误差或频率特性的个体偏差等的影响而估计精度降低。
[0020] 或者,也可以在存在多个所述内部阻抗不按照温度而变化的频率、或所述实部不按照温度而变化的频率的情况下,在该多个频率下分别进行所述内部阻抗或所述实部的所述测定,基于该多个频率下的所述内部阻抗或所述实部的测定值来分别进行所述S0C或所述S0H的所述估计。并且,也可以算出基于该多个频率的多个所述估计的结果的平均值。
[0021] 由此减低了受到测定误差或频率特性的个体偏差等的影响而在估计结果出现大的误差的可能性。
[0022] 在上述蓄电装置状态估计方法中,所述蓄电装置可以是锂离子电池。在该情况下,所述内部阻抗的所述测定可以在4kHz以及/或者500kHz的频率下进行。另外,在所述蓄电装置是锂离子电池的情况下,所述实部的所述测定可以在10kHz以及/或者4MHz的频率下进行。
[0023] 在上述蓄电装置状态估计方法中,可以在停止所述蓄电装置的充电以及放电的状态下所述蓄电装置的温度进行变化的给定的温度变化期间中反复测定多次给定的频率范围内的所述内部阻抗或所述实部的频率响应特性。并且,可以取得与该多个频率响应特性的测定结果所示的多个频率响应曲线的交点对应的频率,作为所述内部阻抗或所述实部不按照温度而变化的频率。
[0024]由此,在每个蓄电装置中特性有偏差的情况下,也能取得每个个体的合适的频率,作为所述内部阻抗或所述实部不按照温度而变化的频率。
[0025]另外,在上述蓄电装置状态估计方法中,在包含于所述频率特性的测定结果中的所述内部阻抗或所述实部的测定值中取得在最接近于与所述交点对应的频率的频率下的测定值,作为要用在所述蓄电装置的SOC或SOH的估计中的测定值。
[0026] 由此,由于从已经得到的测定值中取得要用在所述蓄电装置的状态估计中的测定值,因此和在取得所述内部阻抗或所述实部不按照温度而变化的频率后进一步测定该频率下的所述内部阻抗或所述实部的方法相比,测定次数变少。
[0027] 所述温度变化期间例如可以是所述蓄电装置的充电或放电刚结束后的期间。
[0028] 在所述频率响应特性的测定中,可以使提供给所述蓄电装置的交流信号的频率在所述给定的频率范围内从低频向高频或从高频向低频变化,并在包含于该频率范围中的多个频率下测定所述内部阻抗或所述实部。
[0029] 发明的效果
[0030] 根据本发明,能以不进行温度的测定的简易的方法正确地估计蓄电装置的状态。
附图说明
[0031]图1是表示本发明的第1实施方式所涉及的蓄电装置状态估计系统的构成的一例的图。
[0032] 图2是表示蓄电装置的一例的图,是示意地表征锂离子二次电池的结构的图。
[0033] 图3是表示蓄电装置的内部阻抗的温度依赖性对应于频率而变化这一情况的图。
[0034] 图4是表示蓄电装置的内部阻抗的S0C依赖性对应于频率而变化这一情况的图。
[0035] 图5是表示图4所示的S0C依赖性与图3所示的温度依赖性之比的图。
[0036] 图6是表示蓄电装置的内部阻抗中的实部的温度依赖性对应于频率而变化这一情况的图。
[0037]图7是表示蓄电装置的内部阻抗中的实部的S0C依赖性对应于频率而变化这一情况的图。
[0038] 图8是表示图7所示的S0C依赖性与图6所示的温度依赖性之比的图。
[0039]图9是表示在本发明的第2实施方式所涉及的蓄电装置状态估计系统中得到估计值的次序的一例的图。
[0040] 图10是表示蓄电装置的内部阻抗或者其实部的频率特性按照温度而变化这一情况的图。
[0041]图11是表示在本发明的第3实施方式所涉及的蓄电装置状态估计系统中得到估计值的次序的一例的图。
[0042]图12是表示在本发明的第3实施方式所涉及的蓄电装置状态估计系统中得到估计值的次序的其他示例的图。
[0043]图13是表示蓄电装置状态估计系统的1个变形例的图。
[0044]图14是表示蓄电装置状态估计系统的其他变形例的图。
具体实施方式
[0045] <第1实施方式>
[0046]图1是表示本发明的第1实施方式所涉及的蓄电装置状态估计系统100的构成的一例的图。图1所示的系统100具有:对蓄电装置101提供交流信号的交流信号源部102 ;检测流过蓄电装置101的电流的电流检测部103 ;检测对蓄电装置101施加的电压的电压检测部104 ;基于检测到的电流以及电压来算出蓄电装置101的内部阻抗的内部阻抗算出部105 ;和基于内部阻抗算出部105的算出结果来估计蓄电装置101的状态(SOC、SOH)的状态估计部106。
[0047] 蓄电装置101例如包含锂离子二次电池等能充电的化学电池、双电层电容器那样利用离子来积蓄电能的装置而构成。
[0048] 图2是作为蓄电装置101的一例示意地表征锂离子二次电池的结构的图。蓄电装置101作为一般的构成要素而具有正极集电体A1、负极集电体C1、电解质E1以及隔板S1。另外,蓄电装置101作为锂离子二次电池除了具有上述的构成要素以外,例如还具有正极集电体A1侧的作为贮电的物质的正极活性物质A51、作为负极集电体C1侧的储电的物质的负极活性物质C51、为了使电的流动良好而加进的导电辅助材料D51、作为粘合剂的粘合材料等。
[0049] 在锂离子二次电池的情况下,作为正极集电体A1 —般使用铝(A1),作为负极集电体C1 一般使用铜(Cu),作为电解质E1—般使用由有机系的溶媒((:4!1603等)和锂盐(LiPF6等)的溶质构成的溶液,作为正极活性物质A51 —般使用钴酸锂(LiCo02),作为负极活性物质C51—般使用碳(C)。作为正极活性物质A51,还可以使用镍酸锂(LiNi02)、锰酸锂(LiMn204)、橄榄石型磷酸铁锂(LiFeP04)等。在负极活性物质C51的碳(C)中例如使用层状形成的石墨的结晶,在层与层之间锂以离子的状态积蓄这一点是特征。作为负极活性物质C51,还可以使用钛酸锂(Li4Ti5012)、一氧化娃(S1)、Sn合金、Si合金等。
[0050] 交流信号源部102是产生用于测定蓄电装置101的内部阻抗的交流信号的电路,在图1的示例中,设置在从蓄电装置101流向负载RL的电流的路径。交流信号源部102例如产生具有与来自内部阻抗算出部105的控制信号相应的振幅和频率的交流信号,提供给蓄电装置101。将交流信号源部102所产生交流信号的频率设定成蓄电装置101的内部阻抗或其实部不按照温度而变化的(温度系数成为零)频率。关于该频率,之后详细进行说明。
[0051 ] 电流检测部103是检测从蓄电装置101流动的电流的电路,设置在从蓄电装置101流向负载RL的电流的路径。电流检测部103例如包含磁阻元件等的电流传感器、和对该电流传感器的输出信号进行处理的信号处理电路。
[0052] 电压检测部104是检测在蓄电装置101的正极端子与负极端子之间产生的电压的电路,包含电压放大电路等。
[0053] 电流检测部103以及电压检测部104例如包含数字一模拟变换电路,对应于来自内部阻抗算出部105的控制信号来执行检测信号的数字一模拟变换,将变换成数字值的检测信号的数据输出给内部阻抗算出部105。
[0054] 内部阻抗算出部105基于从电流检测部103以及电压检测部104取得的蓄电装置101的电流以及电压的检测结果来算出蓄电装置101的内部阻抗。
[0055] 内部阻抗算出部105例如包含按照程序的命令代码执行处理的计算机而构成。计算机例如具备微处理器、工作用内存、存储装置(硬盘或SSD等),基于程序来执行电流检测部103以及电压检测部104的控制、电流、电压的检测结果的数据处理。
[0056] 内部阻抗算出部105具体地,控制交流信号源部102,使其产生蓄电装置101的内部阻抗或其实部不按照温度而变化的给定的频率fe的交流信号,从电流检测部103以及电压检测部104取得被提供该交流信号的蓄电装置101的电压以及电流的检测结果。内部阻抗算出部105对电压以及电流的检测结果中的频率fe的分量的振幅和相位进行解析,以该解析结果为基础,来算出将蓄电装置101的内部阻抗表征为相量的复数Z和其大小(范数)I z I。
[0057]另外,在本说明书中,有把将内部阻抗表征为相量的复数Z的范数|Z|仅标记为「内部阻抗」或「内部阻抗|z|」的情况。另外,有把将内部阻抗表征为相量的复数z的实部R标记为「内部阻抗的实部」或「实部R」的情况。
[0058] 状态估计部106基于在内部阻抗算出部105算出的蓄电装置101的内部阻抗|Z或实部R来估计蓄电装置101的S0C和S0H。
[0059] 状态估计部106例如包含按照程序的命令代码来执行处理的计算机而构成。计算机例如具备微处理器、工作用内存、存储装置(硬盘或SSD等),通过基于程序对从内部阻抗算出部105取得的内部阻抗|Z|或实部R的数据进行处理,来进行SOC和SOH的估计。另夕卜,内部阻抗算出部105和状态估计部106也可以使用同一计算机来构成。
[0060] 在状态估计部106估计出的SOC (state of charge)是表征蓄电装置101的剩余容量的指标,例如作为相对于满充电时的蓄电量的估计时间点的蓄电量的比例(%)而算出。另外,在状态估计部106估计出的S0H(state of health)是表征蓄电装置101的劣化的程度的指标,例如,作为相对于将未使用(新品)的蓄电装置101满充电了时的蓄电量的估计时间点的满充电状态下的蓄电量的比例)而算出。
[0061] 状态估计部106例如参考事前准备的数据表来进行S0C的估计。S卩,状态估计部106预先在存储装置中存储在各种条件下进行测定或模拟而作成的内部阻抗|Z|和S0C的数据表、或者实部R和S0C的数据表。若在内部阻抗算出部105算出了内部阻抗|Z|或实部R,则状态估计部106基于存储于存储装置的数据表来估计与内部阻抗I Z I或实部R的算出结果对应的S0C。
[0062] 另外,状态估计部106也可以在存储装置中存储与劣化状态(S0H)相应的多个数据表。这种情况下,状态估计部106基于后述的S0H的估计结果从多个数据表中选择合适的数据表,基于所选择的数据表来进行S0C的估计。
[0063] 状态估计部106基于例如在一定的充电状态(满充电状态等)下由内部阻抗算出部105算出的内部阻抗|Z|或实部R来进行S0H的估计。具体地,状态估计部106在存储装置中预先存储通过实际测定或模拟而事前作成的满充电状态的内部阻抗|Z|和S0H的数据表、或者满充电状态的实部R和S0H的数据表。若在内部阻抗算出部105算出了满充电状态的内部阻抗I Z I或实部R,则状态估计部106基于存储于存储装置的数据表来估计与满充电状态的内部阻抗|Z|或实部R的算出结果对应的SOH。
[0064] 另外,状态估计部106也可以基于在基本没有劣化的条件(未使用时)下通过预先测定或模拟而得到的的一定的充电状态(满充电状态等)的内部阻抗|z|或实部R的基准值、和内部阻抗算出部105中的内部阻抗|Z|或实部R的算出值,来判定蓄电装置101是否到达给定的劣化状态。例如,状态估计部106算出预先存储于存储装置的上述的基准值与内部阻抗算出部105的算出值之比或之差,将算出的比或差和给定的阈值进行比较,基于该比较结果来判定蓄电装置101是否达到给定的劣化状态。
[0065] 接下来,参考图3〜图5的图表来说明本实施方式中为了测定内部阻抗|Z|而提供给蓄电装置101的交流信号的频率。图3〜图5所示的图表是将对18650型的圆筒型锂离子二次电池测定的数据进行绘制的结果。
[0066] 图3是表示蓄电装置101的内部阻抗|Z|的温度依赖性对应于频率而变化这一情况的图。图3的纵轴表征关于内部阻抗|Z|的与温度相应的变化的程度的系数Zt[ppm/°C](以下记作温度系数Zt),横轴表征频率[Hz]。根据图3的图表,温度系数Zt在低于频率fel (约4kHz)的频带具有负的依赖性,在频率fel附近,依赖性从负变化到正,在从频率fel (约4kHz)到频率fe2 (约500kHz)的频带具有正的依赖性,在频率fe2附近,依赖性再度从正返回到负,在高于频率fe2(约500kHz)的频带具有负的依赖性。
[0067] 在蓄电装置101的内部阻抗|Z|中包含:基于离子参与电传导这一情况的分量(以下记作离子传导性分量);和基于金属等的自由电子参与电传导这一情况的分量(以下记作电子传导性分量)。一般,由于离子的迀移率有伴随温度的上升而变高(电阻变小)的倾向,因此离子传导性分量伴随温度的上升而变小。另一方面,由于金属等的自由电子伴随温度的上升变得易于受到散射,电阻变大,因此电子传导性分量伴随温度的上升而变大。
[0068] 在低于频率fel (约4kHz)的频带,由于离子传导性分量相比于电子传导性分量处于支配地位,因此内部阻抗|z|的温度系数zt具有伴随温度上升而变小的负的依赖性。若交流信号的频率变高,离子变得不能追随交流信号的变化,内部阻抗|z|中的离子传导性分量的贡献变小。并且,若交流信号的频率变得高于fel (约4kHz),则由于电子传导性分量相比于离子传导性分量成为支配地位,因此内部阻抗|Z|的温度系数Zt具有正的依赖性。
[0069] 若交流信号的频率变得更高,则内部阻抗|Z|中的离子传导性分量的贡献再度变大,在交流信号的频率变得高于fe2(约500kHz)的地方,离子传导性分量相比于电子传导性分量再度成为支配地位。在高的频带中,内部阻抗|Z|的温度系数Zt返回负的依赖性。
[0070] 如此,蓄电装置101的温度系数Zt通过对应于频率使内部阻抗|ζ|中的离子传导性分量与电子传导性分量的贡献的比例变化,而使依赖性从正向负或从负向正变化,但在本发明中,着眼于在该依赖性从正向负、从负向正变化的特定的频率(fel、fe2)下温度系数Zt成为零这一点。在频率fel、fe2下,由于离子传导性分量的与温度相应的变化和电子传导性分量的与温度相应的变化相抵,从而温度系数Zt成为零,因此内部阻抗|Z|的测定值成为不依赖于温度的值。因此,通过将交流信号源部102的交流信号的频率设定在这些值(fel、fe2),测定蓄电装置101的内部阻抗| Z |,能得到不依赖于温度的正确的测定结果。
[0071] 图4是表示蓄电装置的内部阻抗的S0C依赖性对应于频率而变化这一点的图。图4的纵轴表征关于内部阻抗|Z|的与S0C相应的变化的程度的系数Zsoc [ppm/% ](以下记作S0C系数Zsoc),横轴表征频率[Hz]。根据图4的图表,在内部阻抗|Z|的温度系数Zt成为零的频率fel (约4kHz)以及fe2(约500kHz)的附近,S0C系数Zsoc的绝对值成为250[ppm/% ]程度。S卩,在频率fel、fe2下测定的内部阻抗|Z|对应于S0C而充分大地变化。这表示,能基于在这些频率下得到的内部阻抗|Z|的测定结果来估计S0C。
[0072] 图5是表示图4所示的S0C依赖性与图3所示的温度依赖性之比的图。图5的纵轴表征S0C系数Zsoc与温度系数Zt之比的绝对值(| Zsoc/Zt |),横轴表征频率。根据图5的图表可知,在频率fel (约4kHz)以及fe2 (约500kHz)的附近,比的绝对值(| Zsoc/Zt |)尖峰状地示出高的值。这是因为,在频率fel以及fe2下温度系数Zt成为零,另一方面S0C系数Zsoc保持正或负的值。从该图表可知,在频率fel以及fe的附近,能在温度依赖性的影响小的状态下测定具有S0C依赖性的内部阻抗I Z I。
[0073] 接下来,参考图6〜图8的图表来说明本实施方式中为了测定实部R而提供给蓄电装置101的交流信号的频率。图6〜图8所示的图表和图3〜图5同样,是绘制对18650型的圆筒型锂离子二次电池测定的数据的结果。
[0074] 图6是表示蓄电装置101的内部阻抗中的实部R的温度依赖性对应于频率而变化这一情况的图。图6的纵轴表征关于实部R的与温度相应的变化的程度的系数Rt [ppm/°C ](以下记作温度系数Rt),横轴表征频率[Hz]。根据图6的图表,温度系数Rt在低于频率fe3 (约10kHz)的频带具有负的依赖性,在频率fe3附近,依赖性从负变化到正,在从频率fe3 (约10kHz)到频率fe4 (约4MHz)的频带具有正的依赖性,在频率fe4附近,依赖性再度从正返回到负,在高于频率fe4(约4MHz)的频带具有负的依赖性。
[0075] 在蓄电装置101的内部阻抗中的实部R也包含和内部阻抗|Z|同样的离子传导性分量和电子传导性分量。
[0076] 在低于频率fe3(约10kHz)的频带,由于离子传导性分量相比于电子传导性分量处于支配地位,因此实部R的温度系数Rt具有伴随温度上升而变小的负的依赖性。若交流信号的频率变高,则离子传导性分量的贡献慢慢变小,在交流信号的频率超过fe3(约10kHz)的地方,电子传导性分量相比于离子传导性分量成为支配地位。由此实部R的温度系数Rt变得具有正的依赖性。
[0077] 若交流信号的频率进一步变高,则实部R中的离子传导性分量的贡献再度变大,在交流信号的频率变大高于fe4 (约4MHz)的地方,离子传导性分量相比于电子传导性分量再度成为支配地位。在高的频带,实部R的温度系数Rt返回负的依赖性
[0078] 在温度系数Rt成为零的频率fe3、fe4下,由于离子传导性分量的与温度相应的变化和电子传导性分量的与温度相应的变化相抵,从而温度系数Rt成为零,因此实部R的测定值成为不依赖于温度的值。因此,通过将交流信号源部102的交流信号的频率设定在这些值(fe3、fe4),来测定蓄电装置101的内部阻抗的实部R,能得到不依赖于温度的正确的测定结果。
[0079] 图7是表示蓄电装置101的内部阻抗中的实部R的S0C依赖性对应于频率而变化这一情况的图。图7的纵轴表征关于实部R的与S0C相应的变化的程度的系数Rsoc[ppm/% ](以下记作S0C系数Rsoc),横轴表征频率[Hz]。根据图7的图表,在实部R的温度系数Rt成为零的频率fe3 (约10kHz)以及fe4 (约4MHz)的附近,S0C系数Rsoc的绝对值成为250〜300[ppm/% ]程度。S卩,在频率fe3、fe4下测定的内部阻抗的实部R对应于S0C充分大地变化。这表示,能基于在这些频率下得到的实部R的测定结果来估计S0C。
[0080] 图8是表示图7所示的S0C依赖性与图6所示的温度依赖性之比的图。图8的纵轴表征S0C系数Rsoc与温度系数Rt之比的绝对值(I Rsoc/Rt |),横轴表征频率。根据图8的图表可知,在频率fe3(约10kHz)的附近,比的绝对值(| Zsoc/Zt |)尖峰状地示出高的值。这是因为,在频率fe3下温度系数Rt成为零,另一方面S0C系数Rsoc保持正或负的值。从该图表可知,在频率fe3附近,能在温度依赖性的影响小的状态下测定具有S0C依赖性的实部R。
[0081] 另一方面,温度系数Rt成为零的频率fe4(约4MHz)的附近的比(| Zsoc/Zt |)和频率fe3相比仅示出微小的峰顶。这表示,由于频率fe4的附近的温度系数Rt、SOC系数Rsoc的变化率相比于频率fe3附近变得非常大(温度系数Rt或S0C系数Rsoc的变化变得陡峭),因此由于测定误差或频率特性的变动等的影响,会有在频率fe4的附近不能测定具有充分的S0C依赖性的实部R的情况。
[0082] 因此在该情况下,内部阻抗的实部R的测定期望在频率fe3下进行。
[0083] 如此,可以在存在多个温度系数Rt成为零的频率fe的情况下,将S0C系数Rsoc的相对于频率的变化率、或温度系数Rt的相对于频率的变化率进行比较,在变化率最小的(相对于频率的变化缓和)频率fe下进行实部R的测定。这是因为,在这些系数(Rsoc、Rt)的相对于频率的变化率大的情况下,有因微小的测定误差或频率特性的个体偏差等而不能测定具有充分的S0C依赖性的实部R的可能性的缘故。由于通过选择系数(Rsoc、Rt)的频率变化率小的频率fe,减少了这样的可能性,因此提升了 S0C或S0H的估计精度。
[0084] 另外,在存在多个温度系数Zt成为零的频率fe的情况下也同样,通过在S0C系数Zsoc的相对于频率的变化率、或温度系数Zt的相对于频率的变化率最小的频率fe下进行内部阻抗I Z I的测定,能谋求S0C或S0H的估计精度的提升。
[0085] 如以上说明的那样,根据本实施方式所涉及的蓄电装置状态估计方法,在蓄电装置101的内部阻抗不再对应于温度而变化的频率下测定蓄电装置10的内部阻抗|z|,基于其测定值来估计蓄电装置101的S0C或S0H。另外,根据本实施方式所涉及的蓄电装置状态估计方法,在蓄电装置101的内部阻抗的实部R不按照温度而变化的频率下测定蓄电装置10的内部阻抗的实部R,基于其测定值来估计蓄电装置101的S0C或S0H。
[0086] 由此,由于能得到不依赖于蓄电装置101的温度的正确的内部阻抗|Z|或实部R,因此不再需要测定蓄电装置101的温度来补正内部阻抗|Z|或实部R的测定值的步骤,能简化测定的次序或系统构成。并且,由于不用将易于出现测定误差的蓄电装置101的温度用在S0C或S0H的估计中,因此能提高估计精度。
[0087]另外,根据本实施方式所涉及的蓄电装置状态估计方法,在存在多个内部阻抗|Z不按照温度而变化的频率的情况下,或者在存在多个实部R不按照温度而变化的频率的情况下,在这多个频率当中的测定对象的内部阻抗|z|或实部R的与温度相应的变化量(zt、Rt)的频率变化率最小的频率下、或者测定对象的内部阻抗|Z|或实部R的与S0C相应的变化量(ZS0C、RS0C)的频率变化率最小的频率下进行内部阻抗|Z|或实部R的该测定。
[0088]由此,由于能减低受到微小的测定误差或频率特性的个体偏差的影响而变得不能测定具有充分的S0C依赖性的内部阻抗I Z I或实部R的可能性,因此能提高S0C或S0H的估计精度。
[0089]〈第2实施方式>
[0090] 接下来说明本发明的第2实施方式。
[0091] 在上述的第1实施方式所涉及的蓄电装置状态估计方法中,在存在多个内部阻抗Z不按照温度而变化的频率的情况下,或在存在多个实部R不按照温度而变化的频率的情况下,从这多个频率中选择适合的1个频率,在该频率下进行蓄电装置101的状态的估计。与此相对,在本实施方式所涉及的蓄电装置状态估计方法中,通过将针对这多个频率而得到的多个估计结果平均化,来得到1个估计结果。
[0092]图9是表示在本发明的第2实施方式所涉及的蓄电装置状态估计系统得到估计值的次序的一例的图。本实施方式所涉及的蓄电装置状态估计系统具有和图1同样的构成。
[0093] 在存在多个内部阻抗|Z|不按照温度而变化的频率的情况下,或者在存在多个实部R不按照温度而变化的频率的情况下,在该各个频率下进行内部阻抗|z|或实部R的测定(ST100)。g卩,从交流信号源部102输出各频率的交流信号,在内部阻抗算出部105算出该各频率的内部阻抗I Z I或实部R。
[0094] 接下来,基于多个频率下的内部阻抗|Z|或实部R的测定值分别进行S0C或S0H的估计(ST101)。g卩,基于内部阻抗算出部105中的各频率的内部阻抗|Z|或实部R的算出结果,由状态估计部106估计各频率下的S0C或S0H。
[0095] 然后,根据该各频率下的S0C或S0H的估计结果来算出S0C或S0H的平均值。该平均值的算出例如在状态估计部106进行。
[0096] 如以上说明的那样,根据本实施方式所涉及的蓄电装置状态估计方法,基于多个内部阻抗|z|或实部R的测定值取得多个蓄电装置状态(SOC、S0H)的估计结果,通过将该多个估计结果平均化来得到1个估计结果。由此能减低受到测定误差或频率特性的个体偏差等的影响而在估计结果出现大的误差的可能性。
[0097]〈第3实施方式>
[0098] 接下来说明本发明的第3实施方式。
[0099] 在上述的各实施方式中,在通过实际测定或仿真等预先取得内部阻抗|Z|或实部R不按照温度而变化的频率fe、进行了各个状态估计的情况下,在存储于存储装置等的固定的频率fe下进行内部阻抗|Z|或实部R的测定。为此,若频率特性在蓄电装置101的每个个体中有偏差,则有在存储于存储装置等的频率fe下呈现温度依赖性、在状态估计出现误差的可能性。与此相对,在本实施方式所涉及的蓄电装置状态估计方法中,由于以不测定蓄电装置101的温度的简易的方法取得蓄电装置101的每个个体的合适的频率fe,因此减低了蓄电装置101的个体偏差的影响所引起的状态估计误差。
[0100] 图10是表示蓄电装置101的内部阻抗|Z|或实部R的频率特性按照温度而变化这一情况的图。图10的纵轴表征内部阻抗|Z|或实部R,横轴表征频率。图10所示的多个图表表示不同的温度(T1〜T3)下的内部阻抗|Z|或实部R的频率响应特性。
[0101] 例如如图10中所示那样,蓄电装置101的内部阻抗|Z|或实部R的频率响应特性对应于蓄电装置101的温度而整体发生变化,但在特定的频率fe下,内部阻抗|Z|或实部R的值不管温度如何都成为恒定。该频率fe相当于图3〜图5中的频率fel、fe2、或图6〜图8中的频率fe3、fe40为此在本实施方式中,通过在蓄电装置101的温度变化的期间反复测定内部阻抗|Z|或实部R的频率响应特性,求取该多个频率响应曲线的交点,来取得内部阻抗I Z I或实部R的值不管温度如何都成为恒定的频率fe。
[0102]图11是表示在本发明的第3实施方式所涉及的蓄电装置状态估计系统中得到估计值的次序的一例的图。本实施方式所涉及的蓄电装置状态估计系统具有和图1同样的构成。
[0103] 在内部阻抗算出部105中,监视是否开始了在停止蓄电装置101的充电以及放电的状态下蓄电装置101的温度进行变化的给定的温度变化期间(ST200)。该温度变化期间例如是因汽车的怠速停车等而蓄电装置101的充电或放电刚结束后的期间。从例如未图示的上级装置(主计算机等)对内部阻抗算出部105通知该期间的开始。
[0104] 在被通知了温度变化期间的开始时,在内部阻抗算出部105中测定给定的频率范围内的内部阻抗|z|或实部R的频率响应特性(ST201)。例如在通过实际测定或仿真等而评价为确实包含频率fe的频率范围内预先设定该给定的频率范围。
[0105] 例如在内部阻抗算出部105中,控制交流信号源部102,使得提供给蓄电装置101的交流信号的频率从上述给定的频率范围的低频侧变化到高频侧,或从高频侧变化到低频侦牝控制电流检测部103以及电压检测部104,以使分别在包含于该给定的频率范围内的多个频率下得到电流以及电压的检测值。然后,基于在包含于给定的频率范围内的多个频率下得到的电流、电压的检测值,由内部阻抗算出部105算出多个频率各自下的内部阻抗|Z或实部R的测定结果。该频率响应特性的测定以在内部阻抗算出部105中预先决定的时间间隔反复给定次数(ST202)。
[0106] 在得到多个频率响应特性的测定结果时,由内部阻抗算出部105取得与该多个测定结果所示的多个频率响应曲线(参考图10)的交点对应的频率,作为内部阻抗|z|或实部R不按照温度而变化的频率fe (ST203)。例如,频率响应曲线基于频率响应特性的测定数据,用最小二乘法等来近似到给定的函数(多项式等)。然后,通过执行解的公式的运算或数值解析运算等来算出多个频率响应曲线的近似函数彼此相交的点。在算出了多个交点的情况下,通过将与该多个交点对应的多个频率平均化来算出频率fe。
[0107] 在取得频率fe时,由内部阻抗算出部105测定该频率fe下的内部阻抗|Z|或实部R(ST204)。在状态估计部106中,基于由内部阻抗算出部105测定的频率fe的内部阻抗
Z或实部R来估计蓄电装置101的S0C或S0H。
[0108] 如以上说明的那样,在本实施方式所涉及的蓄电装置状态估计方法中,在停止蓄电装置101的充电以及放电的状态下蓄电装置101的温度进行变化的给定的温度变化期间中反复多次测定给定的频率范围内的内部阻抗|z|或实部R的频率响应特性。然后,取得与多个频率响应特性的测定结果所示的多个频率响应曲线的交点对应的频率,作为内部阻抗|z|或实部R不按照温度而变化的频率fe。
[0109] 由此,在频率fe在蓄电装置101的每个个体有偏差的情况下,也能取得每个个体的合适的频率fe,因此与采用不依赖个体的固定的频率fe的情况相比,能正确地估计各个蓄电装置101的状态(SOC、S0H)。另外,由于不需要为了取得频率fe而测定蓄电装置101的温度,能通过内部阻抗算出部105的数据处理实现,因此有不会使装置构成复杂化这样的益处。
[0110] 另外,在图11的流程图所示的方法中,使用在步骤ST203取得的频率fe来进行内部阻抗|Z|或实部R的测定,但由于在步骤ST201的频率响应特性的测定中已经进行了内部阻抗|z|或实部R的测定,因此能省略利用频率fe的再度的测定。
[0111]图12是表示在第3实施方式所涉及的蓄电装置状态估计系统中得到估计值的过程的其他示例的图,示出省略了利用频率fe的再度的测定的情况下的流程。图12所示的流程将图11所示的流程中的步骤ST204置换成步骤ST214,其他步骤和图11所示的流程相同。
[0112] 根据图12所示的流程,取代利用频率fe的再度的测定(ST204),从已经在步骤ST201得到的测定值中检索最接近于频率fe的频率下的测定值,作为要在蓄电装置101的S0C或S0H的估计中使用的测定值(ST214)。该处理例如在内部阻抗算出部105中执行。
[0113] 如此,由于通过省略了利用频率fe的再度的测定而减少了测定次数,因此能缩短蓄电装置状态(S0C、S0H)的估计所需要的时间。
[0114] 以上说明了本发明的几个实施方式,但本发明并不限定于上述的实施方式,还包含种种变更。
[0115] 例如在图1所示的蓄电装置状态估计系统100中,在从蓄电装置101流向负载RL的电流的路径上设置交流信号源部102,但本发明并不限定于该示例。在本发明的其他实施方式中,例如可以如图13所示的蓄电装置状态估计系统100A那样,与负载RL并联地连接交流信号源部102。另外,在该情况下,在将交流信号源部102和负载RL连接的信号路径的至少一方设置电容器C1,不使直流电流在交流信号源部102中流动。根据图13所示的蓄电装置状态估计系统100A,由于从蓄电装置101流向负载RL的大的直流电流不通过交流信号源部102,因此能抑制交流信号源部102中的电力消耗,并能防止在交流信号源部102出现的电压降所引起的负载RL的提供电压的降低。
[0116] 另外,在图1所示的蓄电装置状态估计系统100中,为了测定内部阻抗而设置交流信号源部102,但本发明并不限定于该示例。本发明的其他实施方式中,例如也可以如图14所示的蓄电装置状态估计系统100B那样,通过将在负载RL产生的脉冲状的信号TR用作提供给蓄电装置101的交流信号,来省略交流信号源部102。
[0117] 在汽车的情况下,负载RL的脉冲状的信号TR在引擎起动时或再生制动使用时、急速充电时等产生。从未图示的上级装置等对内部阻抗算出部105通知脉冲状信号TR的产生定时。在内部阻抗算出部105设置频谱分析部,在被通知脉冲状信号TR的产生定时时,对在该定时取得的电压、电流的检测信号进行频谱分析。然后,基于通过该分析而提取到的频率fe的谱分量(电压以及电流)来算出频率fe下的蓄电装置101的简易的内部阻抗。
[0118] 如此,根据图14所示的蓄电装置状态估计系统100B,能省略产生高的频率的交流信号的交流信号源部102,能简化装置构成。
[0119] 标号的说明
[0120] 100U00AU00B蓄电装置状态估计系统
[0121] 101 蓄电装置
[0122] 102 交流信号源部
[0123] 103 电流检测部
[0124] 104 电压检测部
[0125] 105 内部阻抗算出部
[0126] 106 状态估计部
[0127] RL 负载
[0128] C1 电容器

Claims (11)

1.一种蓄电装置状态估计方法,其特征在于, 测定蓄电装置的内部阻抗不按照温度而变化的至少1个频率下的所述内部阻抗、或者所述内部阻抗的实部不按照温度而变化的至少1个频率下的所述实部, 基于所述内部阻抗的测定值或所述实部的测定值来估计所述蓄电装置的充电状态SOC或劣化状态SOH。
2.根据权利要求1所述的蓄电装置状态估计方法,其特征在于, 测定所述内部阻抗的频率是所述内部阻抗中的基于离子传导的分量的与温度相应的变化、和所述内部阻抗中的基于电子传导的分量的与温度相应的变化相抵的频率。
3.根据权利要求1所述的蓄电装置状态估计方法,其特征在于, 测定所述实部的频率是所述实部中的基于离子传导的分量的与温度相应的变化、和所述实部中的基于电子传导的分量的与温度相应的变化相抵的频率。
4.根据权利要求1〜3中任一项所述的蓄电装置状态估计方法,其特征在于, 存在多个所述内部阻抗不按照温度而变化的频率、或所述实部不按照温度而变化的频率, 在该多个频率当中的测定对象的所述内部阻抗或所述实部的与温度相应的变化量相对于频率的变化率、或者测定对象的所述内部阻抗或所述实部的与所述SOC相应的变化量相对于频率的变化率最小的频率下进行所述测定。
5.根据权利要求1〜3中任一项所述的蓄电装置状态估计方法,其特征在于, 存在多个所述内部阻抗不按照温度而变化的频率、或所述实部不按照温度而变化的频率, 在该多个频率下分别进行所述内部阻抗或所述实部的所述测定, 基于该多个频率下的所述内部阻抗或所述实部的测定值来分别进行所述SOC或所述SOH的所述估计, 算出基于该多个频率的多个所述估计的结果的平均值。
6.根据权利要求1〜5中任一项所述的蓄电装置状态估计方法,其特征在于, 所述蓄电装置是锂离子电池, 在4kHz以及/或者500kHz的频率下进行所述内部阻抗的所述测定。
7.根据权利要求1〜5中任一项所述的蓄电装置状态估计方法,其特征在于, 所述蓄电装置是锂离子电池, 在10kHz以及/或者4MHz的频率下进行所述实部的所述测定。
8.根据权利要求1〜5中任一项所述的蓄电装置状态估计方法,其特征在于, 在停止所述蓄电装置的充电以及放电的状态下所述蓄电装置的温度进行变化的给定的温度变化期间,反复多次测定给定的频率范围内的所述内部阻抗或所述实部的频率响应特性, 取得与该多个频率响应特性的测定结果所示的多个频率响应曲线的交点对应的频率,作为所述内部阻抗或所述实部不按照温度而变化的频率。
9.根据权利要求8所述的蓄电装置状态估计方法,其特征在于, 在包含于所述频率特性的测定结果中的所述内部阻抗或所述实部的测定值中取得最接近于与所述交点对应的频率的频率下的测定值,作为要在所述蓄电装置的S0C或S0H的估计中使用的测定值。
10.根据权利要求8或9所述的蓄电装置状态估计方法,其特征在于, 所述温度变化期间是所述蓄电装置的充电或放电刚结束后的期间。
11.根据权利要求8〜10中任一项所述的蓄电装置状态估计方法,其特征在于, 在所述频率响应特性的测定中,使提供给所述蓄电装置的交流信号的频率在所述给定的频率范围内从低频向高频或从高频向低频变化,并在包含于该频率范围内的多个频率下测定所述内部阻抗或所述实部。
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