CN107431255A - 蓄电池控制装置、控制方法、程序、蓄电系统、电力系统 - Google Patents

蓄电池控制装置、控制方法、程序、蓄电系统、电力系统 Download PDF

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Abstract

本发明是能够高精度地计算蓄电池能够输入输出的电能的装置。蓄电池控制装置(2)至少具备电池特性推断部(25)和输入输出能力值计算部(27)。电池特性推断部(25)基于在二次电池充电或者放电时计测出的上述二次电池的温度、电压以及电流的数据，来计算上述二次电池的内部电阻、以及对上述二次电池的开路电压与上述二次电池的充电状态或被充电后的电荷量之间的关系进行表示的函数。输入输出能力值计算部(27)基于由上述电池特性推断部(25)计算出的上述内部电阻以及上述函数，来计算上述二次电池的能够输入输出的电能。

Description

蓄电池控制装置、控制方法、程序、蓄电系统、电力系统
技术领域
本发明的实施方式涉及蓄电池控制装置、控制方法、程序、蓄电系统、以及电力系统。
背景技术
根据日本电业法，要求发电商和供应商(PPS：Power Product and Supplier：电力产品与供应商)以30分钟为单位，使被使用的电能与进行供给的电能一致(同时同量)。但是，虽然说以30分钟为单位，但发电商和供应商也难以实现同时同量，可能产生某一程度的超过或者不足。在产生了超过或者不足的情况下，地区的电力公司进行不足量的补给以及超过量的吸收。电力公司在进行了不足量的补给时，向发电商和供应商索取“不平衡费用”。因此，发电商和供应商为了调整供给量而具备蓄电系统，能够实现同时同量。
在使用蓄电系统的情况下，重要的是在任意的时刻预测蓄电系统内的蓄电池能够充电或者放电的电气量(电荷量)或者电能。如果预测不正确，则目标的变动抑制、峰值移动(peak shift)产生障碍，有可能产生不平衡费用。因此，采用充放电量预测系统。除了蓄电系统以外，充放电量预测系统在太阳能发电、利用了风力发电等自然能的发电、或者利用了电动汽车、混合动力电动汽车等的发电中也被使用。
二次电池的可充放电的电气量等因周围的温度、时效劣化等而大幅变化。因此，一般以二次电池的充电状态(SOC：State of charge)、二次电池的温度等作为参数，通过实验来求出该参数下的可充放电的标准的最大电力值，并预先表格化为特性值表。基于该特性值表，预测任意的参数下的充放电电力值。
但是，上述那样的充放电电力值的预测由于基于标准的千篇一律的特性值表，所以无法考虑针对各个二次电池的特性差别、随着时间发展的特性劣化的动态应对等，充放电电力预测值的误差变大。因此，为了确保运用上的余量(margin)，会较小地估计预测值，结果，充放电量预测系统在实用上的性能很低。
另一方面，也有一种按一定期间进行试验用充放电，对特性值数据进行更新，基于其结果来预测可充放电电力，由此使针对特性差别、劣化发展的应对成为可能的方法。但是，试验用充放电耗时，瞬时的输入输出控制精度很低。另外，在试验用充放电中，对于应对同时同量的实现、变动抑制、峰值移动等的情况有可能产生障碍，产生不平衡费用，实用上的性能仍然很低。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平11－187577号公报
专利文献2：日本特开2002－58113号公报
专利文献3：日本特开2007－306771号公报
专利文献4：日本特开2008－42960号公报
专利文献5：日本特开2013－183509号公报
专利文献6：日本特开2012－251806号公报
发明内容
发明要解决的课题
本发明的实施方式通过高精度地计算蓄电池能够输入输出的电能，能够恰当地进行电力的不足量的补给以及超过量的吸收。
用于解决课题的方法
本发明的实施方式涉及的蓄电池控制装置具备：电池特性推断部，基于在二次电池的充电或者放电时计测出的上述二次电池的温度、电压、以及电流的数据，来计算对上述二次电池的内部电阻、上述二次电池的开路电压与上述二次电池的充电状态或者被充电后的电荷量的关系进行表示的函数；以及输入输出能力值计算部，基于由上述电池特性推断部计算出的上述内部电阻以及上述函数，来计算上述二次电池的能够输入输出的电能。
附图说明
图1是表示利用了第1实施方式涉及的蓄电系统的电力系统的简要结构的一个例子的框图。
图2是控制部2的简要处理的流程图。
图3是表示充电时的电流/电压的历史记录的一个例子的图。
图4是表示活性物质量计算部的处理的流程的流程图。
图5是表示开路电压计算部的处理的流程的流程图。
图6是表示对充电量与开路电压的关系进行表示的曲线图(充电量‐OCV曲线)的一个例子的图。
图7是表示对SOC与开路电压的关系进行表示的曲线图(SOC‐OCV曲线)的一个例子的图。
图8是表示各温度下的SOC与反应电阻Rct的关系的图。
图9是针对各电阻成分进行说明的图。
图10是对能够输入输出的电能(Wh)的计算进行说明的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的一个实施方式进行说明。
(第1实施方式)
图1是表示利用了第1实施方式涉及的蓄电系统的电力系统的简要结构的一个例子的框图。该电力系统具备蓄电池1、控制部2、控制系统3、发电系统4、电力系统5、以及需要方6。控制部2具备充放电控制部21、计测部22、SOC(充电状态：State of Charge)推断部23、数据库24、电池特性推断部25、内部电阻修正部26、以及电能产出部27。电池特性推断部25具备充电历史记录记录部251、活性物质量(参数)计算部252、开路电压计算部253。
蓄电池1具备1以上电池组。各电池组具备1以上电池模块。各电池模块具备多个单位电池(电池单元)。各电池组所具备的电池模块的数量可以数目相同也可以不同。另外，各电池模块所具备的单位电池的数量可以数目相同也可以不同。
单位电池只要是能够充放电的二次电池即可。这里，假定锂离子二次电池来进行说明。
其中，在以下的说明中，如果没有特别强调，则在记载为蓄电池1的情况下，包括电池组、电池模块、单位电池。
控制部2与蓄电池1连接，进行蓄电池1的控制以及状态的计测。控制部2通过预先根据蓄电池1的状态来计算能够输入输出的电能，由此能够应对发电系统4的电力供给的过与不足。
图2是控制部2的简要处理的流程图。图2(A)是用于掌握蓄电池1的状态的处理。该处理是为了掌握劣化等在经过了一定期间之后变化的状态而不是实时变动的状态所进行的处理，假定为每经过一定期间便进行。图2(B)是用于计算能够输入输出的电能的处理，由于能够输入输出的电能需要经常预先掌握，所以假定为以10秒至30分钟左右的间隔进行。
对用于掌握蓄电池1的状态的处理进行说明。控制部2每经过一定期间便对蓄电池1进行规定条件下的充电(或者放电)的指示(S101)。控制部2取得来自蓄电池1的充电(放电)结果，进行充电结果的解析(S103)。充电结果的解析是指基于充电结果，来计算各单位电池的电池特性(电池单元特性)以及内部状态参数的解析。具体而言，基于充电时或者放电时的电流以及电压的数据，来推断单位电池的正极以及负极的活性物质量、电池容量、内部电阻等。另外，基于各极的活性物质量，来进行二次电池的开路电压(OCV：Open CircuitVoltage)的推断。
关于内部状态参数，设想单位电池的正极容量(正极的质量)、负极容量(负极的质量)、SOC偏差、以及内部电阻。SOC偏差意味着正极的初始充电量与负极的初始充电量之差。电池特性有根据上述内部状态参数计算的OCV曲线、电池容量等。另外，内部电阻也可以包含于电池特性。
对用于计算能够输入输出的电能的处理进行说明。控制部2从蓄电池1取得电压、温度等与当前的单位电池的状态有关的现状信息(S201)。然后，基于先前推断出的各电池的电池特性(电池单元特性)及内部状态参数、以及现状信息，来计算能够输入输出的电能(输入输出能力值)(S202)。控制部2将计算出的能够输入输出的电能依次通知给控制系统3(S203)。由此，控制系统3能够掌握蓄电池1的状态，控制部2接受来自控制系统3的指示，针对蓄电池1进行充放电(输入输出)的指示。
关于控制部2所具备的各部以及动作的详细将在后面描述。
控制系统3是对控制部2进行控制的外部的上位控制器。控制系统3以实现与电力系统4的同时同量、电力系统4的电压以及频率的稳定化、发电量以及负荷量的变动抑制、以及峰值移动等作为目的，经由控制部2对蓄电池1进行充放电的指示。
控制系统3进行与电力系统4连接的发电系统5的发电量、和电力需要方的各种负荷装置的负荷量的预测。在基于该预测，电力需要方的需要量大于供给量(发电量)的情况下，从蓄电池1准确地取出必要量，防止不平衡费用的产生。另外，在供给量(发电量)大于电力需要方的需要量的情况下，将电力不浪费地充电到蓄电池1，抑制因对蓄电池1的过充电引起的电池的劣化。
控制系统3基于同时同量的实现、变动抑制、峰值移动等目的或者计划，来决定应该进行充放电以及输入输出的电池组、电池模块以及电池单元。而且，控制系统3指示控制部2使所决定的电池组、电池模块以及电池单元进行充放电。此外，该指示也可以不通过给控制部2而直接通知给蓄电池1。
电力系统4与电力系统5、需要方6等连接，进行电力的输出以及输入。
发电系统5作为太阳能发电系统、风力发电系统等灵活运用自然能的发电系统，假定为电力的供给不稳定。但是，发电系统5并不限定于这些。
需要方6是个人住宅、大厦、工厂等，不仅从电力系统4接受电力供给，需要方6还能够将发出的电力向电力系统4供给。
其中，这里说明的系统构成只是一个例子，并不限定于该构成。例如，控制系统3也可以与电力系统4和发电系统5双方连接。反过来，也可以不与电力系统4、发电系统5连接，而与虚拟发电站等连接。或者，也可以没有电力系统4或者发电系统5。
接下来，对控制部2所具备的各部进行说明。
充放电控制部21针对蓄电池1，每经过一定期间便进行规定条件下的充放电的指示。由于充放电需要在因蓄电池1的电池单元的劣化发展而引起的特性变化变得无法忽视之前进行，所以考虑特性变化来预先适当地决定该一定期间。另外，也可以接受控制器3的指示来进行指示。
计测部22实时计测与蓄电池1有关的信息。计测的信息有单位电池的正极端子与负极端子之间的电压、单位电池中流过的电流、以及单位电池的温度等。
SOC推断部23根据计测部计测出的电压、电流、以及温度的实时计测数据，来推断蓄电池1在当前时刻的SOC(充电状态)。
数据库24储存对单位电池所具有的构成各电极的正极或者负极的充电量与电位的关系进行表示的函数等。
电池特性推断部25计算当前时刻下的电池特性。电池特性是内部电阻、OCV曲线、电池容量，每隔一定期间便被计算、更新。这里所说的OCV曲线是指对与电池有关的某个指标与OCV的关系进行表示的曲线图。例如，可以是表示SOC与OCV的关系的SOC－OCV曲线图，也可以是表示充电量与OCV的关系的充电量－OCV曲线图。计算的OCV曲线的种类只要预先决定即可。
在电池特性的评价中能够使用公知的电池特性测定方法。具体而言，有实际流过电流来进行电池容量的测定的充放电试验、主要进行内部电阻值的测定的电流休止法、交流阻抗测定等电气化学测定等，能够将这些组合来进行测定。另外，也可以采用解析充放电曲线来简易地推断电池特性的方法。
充电历史记录记录部251对在蓄电池1的充电时或者放电时，由计测部22计测出的电压、电流、以及温度等数据(历史记录)进行记录。该记录从蓄电池1的充电的开始到蓄电池1的充电的结束为止，每隔一定时间间隔便反复进行。该时间间隔只要根据使用该记录的处理任意设定即可。例如，可考虑设定为0.1秒至1秒间隔左右。所记录的时刻可以是绝对时刻，也可以是从充电开始起的相对时刻。另外，在充电历史记录记录部106的处理以一定时间间隔反复进行的情况下，时刻的记录可以省略。
图3是表示充电时的电流以及电压的数据的一个例子的图。图3所示的数据是作为二次电池的充电方法而一般使用的恒流恒压充电的一个例子。图3的虚线表示电流历史记录，实线表示电压历史记录。
在后述的活性物质量计算部252的处理中，例如可以仅使用恒流恒压充电整体的充电历史记录、或者恒流充电区间(图3的t0至t1之间)的充电历史记录。
活性物质量计算部252基于充电历史记录记录部251所记录的历史记录，分别计算构成单位电池的正极或者负极的活性物质的量、初始充电量、单位电池的内部电阻。具体而言，利用根据活性物质量以及内部电阻计算电池电压的函数。通过回归计算来求出基于电池充电时或者放电时的电流数据及电压数据、以及该函数计算出的电池电压之差变少那样的活性物质量和内部电阻。此外，在专利文献6中表示了正极由多个活性物质构成的情况的例子，但在本实施方式中，以正极、负极分别由1种活性物质构成的二次电池为例来进行说明。
在对正极、负极分别由1种活性物质构成的二次电池进行充电的情况下，时刻t下的端子电压Vt能够由下式表示。
【数式1】
It表示时刻t下的电流值，qt表示时刻t下的电池的充电量。fc对表示正极的充电量与电位的关系的函数进行表示，fa对表示负极的充电量与电位的关系的函数进行表示。qo c表示正极的初始充电量，Mc表示正极的质量。qo a表示负极的初始充电量，Ma表示负极的质量。R是内部电阻。
电流值It能够使用由充电历史记录记录部251记录的电流数据来计算，充电量qt能够通过对电流值It进行时间积分来计算。函数fc以及函数fa作为函数信息，被记录于数据库24。
其他的正极的初始充电量qo c、正极的质量Mc、负极的初始充电量qo a、负极的质量Ma、以及内部电阻R这5个值(参数集)可通过回归计算来推断。
图4是表示活性物质量计算部252的处理的流程的流程图。活性物质量计算部252的处理在蓄电池1的充电结束之后开始。
活性物质量计算部252进行初始化，对前述的参数集设定初始值，对回归计算的反复次数设定0(S301)。初始值例如使用在进行了最近的活性物质量计算处理时计算出的值等。
活性物质量计算部252计算由下式表示的残差E(S302)。
【数式2】
Vbat＿t表示时刻t下的端子电压，tend表示充电结束时刻。
活性物质量计算部252计算参数集的更新步长(stepsize)(S303)。参数集的更新步长例如能够使用Gauss－Newton法、Levenberg－marquardt法等来计算。
活性物质量计算部252判定更新步长的大小是否小于预先决定的大小(S304)。在更新步长的大小小于预先决定的大小的情况下(S304的否)，活性物质量计算部252判定为计算结束，输出当前的参数集(S307)。在更新步长的大小为预先决定的阈值以上的情况下(S304的是)，确认回归计算的反复次数是否超过预先决定的值(S305)。
在回归计算的反复次数超过预先决定的值的情况下(S305的是)，输出当前的参数集(S307)。在回归计算的反复次数为预先决定的次数以下的情况下(S305的否)，对参数集加上在S303中计算出的更新步长，并对回归计算的反复次数加一(S306)。然后，再次返回到残差的计算(S302)。以上是表示活性物质量计算部252的处理的流程的流程图。
在本实施方式中，使用了充电历史记录作为活性物质量计算部的输入，但使用放电历史记录，也同样能够计算活性物质量。此外，在使用放电历史记录的情况下，活性物质量计算部252的处理的流程以及所使用的参数也能够使用与采用充电历史记录来计算活性物质量的情况相同的流程以及参数。
开路电压计算部253利用由活性物质量计算部252计算出的正极的初始充电量qoc、正极的质量Mc、负极的初始充电量qoa、负极的质量Ma，来计算电池的充电量与开路电压的关系。
图5是表示开路电压计算部253的处理的流程的流程图。该流程图在活性物质量计算部252的处理结束之后开始。在该流程图中，将充电量qn以一定的值△qn增减，发现了开路电压从小于下限值变为下限值以上的充电量qn0，在此基础上，将qn0作为初始值，使qn每△qn地逐渐增加，直至开路电压超过上限值，在每次增加时，记录此时的充电量和开路电压。由此，能够计算开路电压从下限值到上限值为止的范围中的充电量与开路电压的关系。
开路电压计算部253设定充电量qn的初始值(S401)。qn的初始值只要为0或比0小蓄电池1的标称容量的几％左右的值即可。具体而言，如果蓄电池1的标称容量为1000mAh，则只要设定为－50mAh至0mAh左右的范围即可。
开路电压计算部253计算开路电压(S402)。在开路电压的计算中能够使用下式。
【数式3】
接下来，开路电压计算部253将计算出的开路电压与预先决定的电池的下限电压进行比较(S403)。电池的下限电压是根据蓄电池1所使用的正极活性物质与负极活性物质的组合而决定的值。具体而言，针对正极活性物质、负极活性物质分别从安全性、寿命、电阻等的观点出发，决定各观点各自的适当的使用范围的电压，通过它们的组合来决定作为电池的使用范围的下限以及上限电压。
在开路电压不小于预先决定的下限电压的情况下(S403的否)，从充电量qn减去Δqn(S404)，再次计算开路电压(S402)。在开路电压小于预先决定的下限电压的情况下(S403的是)，开路电压计算部253对充电量qn加上Δqn(S405)。通过这些步骤，充电量qn接近下限值。Δqn能够设定为任意的值。例如，可考虑设为蓄电池1的标称容量的1/1000至1/100左右。具体而言，如果蓄电池1的标称容量为1000mAh，则可考虑设定为1mAh至10mAh左右的范围。
开路电压计算部253使用相加得到的充电量qn+Δqn来计算开路电压(S406)。然后，开路电压计算部253将计算出的开路电压与前述的下限电压进行比较(S407)。在开路电压小于下限电压的情况下(S407的否)，返回到S405，再次对充电量qn加上Δqn(S405)。在开路电压为下限电压以上的情况下(S407的是)，由于开路电压从小于下限值变为下限值以上，所以将此时的充电量qn设为qn0，将充电量qn0与开路电压En一并记录(S408)。此外，也可以将该充电量qn0的值作为基准值而表示为0。该情况下，在以后的记录时，记录从充电量qn的值减去了qn0的值而得到的值。
开路电压计算部253对充电量qn加上Δqn(S409)，计算开路电压(S410)，记录从充电量qn减去了qn0而得到的值、和计算出的开路电压En(S411)。
开路电压计算部253将计算出的开路电压与预先决定的电池的上限电压进行比较(S412)。电池的上限电压是根据蓄电池1所使用的正极活性物质与负极活性物质的组合而决定的值。在开路电压小于预先决定的上限电压的情况下(S412的否)，再次返回到对充电量qn加上Δqn的处理(S409)。在开路电压变为预先决定的上限电压以上的情况下(S412的是)，结束处理。以上是表示开路电压计算部253的处理的流程的流程图。
图6是表示对充电量与开路电压的关系进行表示的曲线图(充电量―OCV曲线)的一个例子的图。图6(A)是由开路电压计算部253求出的当前的状态下的充电量―OCV曲线。图6(B)是将图6(A)所示的曲线图的纵轴设为从下限电压到上限电压的图。图7是表示对充电状态(SOC：State of Charge)与开路电压的关系进行表示的曲线图(SOC‐OCV曲线)的一个例子的图。横轴不是充电量而是SOC这一点与图6不同。图7是将图6(B)所示的曲线图转换为SOC－OCV曲线后的曲线图(实线)与初始状态的电池的SOC－OCV曲线(虚线)重合显示的图。图7的虚线表示初始状态的电池的开路电压，实线表示因电池的劣化等引起的变化后(当前)的电池的开路电压。SOC表示当前充电的电荷量相对于满充电容量的比例，以0至1之间的值表示。
此外，在这里的说明中，简称为充电状态的情况除了SOC以外，还包括充电量等。
变化后的曲线伴随着容量的减少，曲线的长度变短，但根据图7可知，除了曲线的长度以外，形状本身也变化。例如，在基于开路电压推断充电状态(SOC)的情况下，当计测出的开路电压为A时，正确的充电状态(当前的充电状态)成为B1。但是，在视为开路电压的曲线不变形的情况下、即如果通过初始状态下的SOC－OCV曲线求取开路电压，则电压A下的充电状态被求作B2，充电状态的推断精度变低。因此，通过如该第1实施方式那样利用当前的状态中的SOC－OCV曲线，能够高精度地测定充电状态。
因此，根据第1实施方式，能够不进行特别的充放电等，就准确地掌握伴随使用而变化的充电量与开路电压的关系(充电量―OCV曲线或者SOC－OCV曲线)，能够高精度地推断充电状态。
此外，这里对二次电池的正极、负极分别由1种活性物质构成的情况进行了说明，但对于二次电池的正极、负极的任意一个由多个活性物质构成的二次电池也同样能够应用。另外，在预先准备了存储蓄电池1的活性物质量的数据库的情况下，开路电压计算部253能够使用该数据库中存储的活性物质量，计算对预先决定的电池的电压范围中的二次电池的充电量与开路电压的关系进行表示的曲线图。
内部电阻修正部26基于由电池特性推断部25计算出的内部电阻R、和由计测部22计测出的温度T，对当前的蓄电池1在温度T下的内部电阻进行修正。修正后的内部电阻为Rcr。
对内部电阻修正部26所进行的内部电阻的温度修正加以说明。内部电阻的温度修正是例如针对根据充放电曲线，并参照各活性物质的充电量－OCV数据来推断电池容量、内部电阻、以及正负极的各活性物质的劣化程度的电池性能诊断方法，提供对温度的影响进行修正的手段，来扩大能够良好应用电池性能诊断的温度范围的修正。
对其原理和方法进行说明。锂离子二次电池具有对置的正极和负极、以及包括正负极间的Li盐的电解质。另外，在正极以及负极，活性物质被涂覆在集电箔上。集电箔与电池外装的正极以及负极端子分别连接。在电池充放电时，Li离子通过电解质在正极活性物质与负极活性物质间移动，电子从活性物质流向外部端子。
活性物质按每种物质，具有能够可逆地插入或者脱离的Li量和电位。在一定的充放电电压的范围中，电池能够储藏的能量由电池内的正极活性物质与负极活性物质的量以及其组合来决定。
另外，在充放电时会产生Li离子传导、电解质中的Li离子侵入活性物质内部时的电荷移动电阻、因在电解质与活性物质的界面形成的被膜引起的电阻、电子在活性物质、集电箔中流过的电阻。电池的内部电阻成为这些Li离子的移动、电子的移动、电荷移动电阻、被膜的电阻、以及正极和负极内的扩散电阻等的总和。
一般，在锂离子二次电池内部的电池控制系统中，从安全性的观点出发，计测各单位电池的电压、电池组内的温度等。如果能够基于这些计测数据计算电池性能，则能够不花费费用、时间地进行劣化诊断。
然而，对充电放电条件细微随机地变动的实际使用时的电池举动进行解析是非常难的。这是因为取决于时间的电阻、扩散电阻、以及缓和过程等成为复杂地复合的现象，难以实现计算模型化。另一方面，例如若仅以在一定条件下进行的电动汽车的充电那样的单纯的举动为对象，则能够通过简化模型来进行解析。
鉴于此，在本实施方式涉及的电池性能推断方法中，基于根据一定条件下的充电或者放电的数据(充放电曲线)而求出的、各活性物质的相对于Li插入脱离反应的“电位－充电量”的曲线(curve)，将各活性物质的量、因与充电电流的施加相伴的内部电阻引起的电池电压的上升(过电压)作为变量，通过拟合计算来决定变量的值。由此，能够推断容量减少(各活性物质的减少)以及内部电阻的增加。
但是，在实际的电池的使用状况下，温度条件根据外部环境、充电时的电池的状态等而变动。如果电池的温度变化则电池性能也变化。特别是内部电阻因温度的降低会大幅增加。图8是表示各温度下的SOC与反应电阻Rct的关系的图。反应电阻Rct是内部电阻的成分之一。如图8所示，可知因温度的不同，反应电阻会大幅不同。因此，即使将温度不同的测定数据的解析结果进行比较，因温度引起的解析结果的变动也会很大程度地造成影响，难以评价因劣化引起的内部电阻的增加。
因此，为了基于实际使用下的电池的测定数据推断电池特性、对劣化的发展进行评价，需要内部电阻的温度修正。
电池的内部电阻复合有多个种类的电阻成分。各电阻成分因温度依存性以及劣化引起的增加速度不同。因此，由于劣化的发展，电阻所占的比例将变化，与此相伴，内部电阻整体的温度依存性也变化。着眼于该情况，本实施方式的电池性能推断方法中的内部电阻的温度修正将内部电阻分为反应电阻Rct、扩散电阻Rd、以及欧姆电阻Rohm这3个成分，并在分别按固有的温度依存性，向基准温度T0进行了修正之后，进行相加。
具体而言，通过以下的数式，来进行从测定时的电池温度向基准温度的修正。其中，下述的式中的Rgas表示气体常量。T0表示基准温度，T表示测定时的电池温度。R1表示常量。Ea、Eb、Ec是决定各个电阻成分的温度依存性的常量。
(反应电阻)
Rct(T0)＝Rct(T)×Exp(－Ea/(Rgas·T))/Exp(－Ea/(Rgas·T0))
(扩散电阻)
Rd(T0)＝Rd(T)×Exp(－Eb/(Rgas·T))/Exp(－Eb/(Rgas·T0))
(欧姆电阻)
Rohm(T0)＝(Rohm(T)－R1)×Exp(－Ec/(Rgas·T))/Exp(－Ec/(Rgas·T0))+R1
图9是对各电阻成分进行说明的图。欧姆电阻包括电解液的离子传导电阻和电池内的电子传导电阻。温度依存性相对小的电子传导电阻为常量。反应电阻包括电荷移动电阻和表面被膜的电阻。扩散电阻包括伴随着活性物质内部、电极内的锂离子扩散的电阻。
欧姆电阻的Ec表示与Li离子在电解液中的移动相伴的活化能。反应电阻的Ea表示在电解液中溶合(solvation)了的Li离子在活性物质表面退溶(desolvation)时的能量。扩散电阻的Eb被研究为与活性物质内部中的Li离子格位(ion site)间移动相伴的活化能。因此，可认为在劣化过程中这些值恒定不变化。
这些Ea、Eb、Ec的值可通过单电池的交流阻抗测定、电流脉冲测定等来计算。作为解析对象的与电池有关的Ea、Eb、Ec的值预先根据测定值计算，并存储于数据库。而且，只要在内部电阻的温度修正运算时进行参照即可。
接下来，针对在根据充放电曲线推算电池特性的过程中，将内部电阻分为3个成分加以计算的方法进行说明。
在电池的劣化过程中，内部电阻的3个成分都上升，但因劣化引起的增加的速度根据各成分而不同。因此，通过限定所评价的电池寿命的范围，也可能有不劣化这一假定成立的情况。例如，在是电动汽车用的电池、并将评价的下限假定为到剩余容量90～70％左右的情况下，虽然对使用条件、电池的构成等也造成影响，但也可能有能够通过电池寿命将一部分的电阻成分近似为恒定值的情况。
(第一方法)
根据计算出的电池的内部电阻值来进行3个成分的计算的第一方法是将欧姆电阻成分以及扩散电阻成分视为恒定，而将残差视为反应电阻的方法。在该方法中，对于欧姆电阻成分以及扩散电阻成分，假定为不发生因劣化引起的增加，仅考虑取决于电池单元温度的温度变化。在充放电曲线的解析中，从针对某个温度T推断出的内部电阻值减去温度T下的欧姆电阻成分以及扩散电阻成分，将剩余部分作为反应电阻成分。而且，在将各个成分向基准温度T0进行了温度修正后相加，来计算基准温度T0下的内部电阻值。第一方法适用于在正负极的活性物质稳定的SOC的范围内，采取温度为室温附近以下、电池的电流比较小这一缓慢的用法的情况。
(第二方法)
第二方法是针对欧姆电阻成分以及扩散电阻成分，通过这2个电阻成分各自与累积时间或者累积电能的关系所涉及的函数来进行推算，并将残差作为反应电阻的方法。在该方法中，假定为关于欧姆电阻成分以及扩散电阻成分的劣化与时间或者充放电周期量相关，来计算欧姆电阻成分以及扩散电阻成分。在充放电曲线的解析中，从针对某个温度T推断出的内部电阻值减去计算出的欧姆电阻成分以及扩散电阻成分，将剩余部分作为反应电阻成分。而且，在将各个成分向基准温度T0进行了温度修正后相加，来计算基准温度T0下的内部电阻值。第二方法适用于欧姆电阻成分以及扩散电阻成分的劣化虽然比较小但确实发展的情况。
另外，只要根据使用环境等来决定使用累积时间和累积电能中的哪一个即可。例如，在储藏时产生了气体等电池的劣化发展的情况下，基于累积时间进行的劣化量推断是适合的。另一方面，在活性物质的体积变化等因充放电等处理的周期的反复引起的电池的劣化显著的情况下，基于累积电能进行的劣化量推断是适合的。
此外，累积时间或者累积电能的数据被预先保持。累积电能也可以由设备的运转量，例如如果是车辆则可以由行驶距离代替。
(第三方法)
第三方法是根据预先保持的各活性物质的扩散电阻和充电量的数据、或者反应电阻和充电量的数据来推算反应电阻成分以及扩散电阻成分，并将残差作为欧姆电阻成分的方法。第三方法与第一以及第二方法不同，是通过在充放电曲线的解析中，参照活性物质的反应电阻－充电量曲线、扩散电阻－充电量曲线、或者电池的内部电阻－充电量曲线来进行回归计算，由此推断反应电阻以及扩散电阻的值的方法。活性物质的电阻成分对充电量、即SOC具有依存性，利用即使劣化其依存性的趋势也不变化的性质，根据电池的内部电阻－充电量的趋势来进行内部电阻的组成的推断。
活性物质的反应电阻－充电量曲线以及扩散电阻－充电量曲线需要预先测定。另外，由于因劣化引起的变化的样态也基于电池的构成不同，所以需要预先测定。例如，在形成有电阻性的表面被膜的情况下，可想到获得这样的举动：当均匀地每次增加一定值、活性物质减少时，会均匀地成为n倍。
第三方法适用于反应电阻－充电量有显著的变化、结果在作为电池的反应电阻中明确出现了充电量的依存性的情况。
(第四方法)
第四方法是通过使用预先保持的各活性物质的扩散电阻－充电量、反应电阻－充电量、以及欧姆电阻－充电量数据来进行回归计算，由此推断反应电阻成分、欧姆电阻成分、以及扩散电阻成分的方法。在第三方法中，仅使用了扩散电阻－充电量、反应电阻－充电量，但在第四方法中，特征在于还使用欧姆电阻－充电量数据。活性物质的欧姆电阻－充电量的依存性具有特征的情况例如在活性物质的电子导电性因充放电而大幅变化的情况下是有效的。
输入输出能力值计算部27基于计算出的各电池特性、内部状态参数、以及当前的电压、温度等电池状态，计算能够输入输出的电能(输入输出能力值)。能够输出的电能的计算处理如在图2(B)的说明中叙述那样，以10秒至30分钟左右的间隔经常进行。
首先，输入输出能力值计算部27根据由电池特性推断部25计算出的当前时刻下的充电量－OCV曲线、电池容量、以及由SOC推断部23推断出的蓄电池1的当前时刻的SOC，来计算当前时刻下的能够充放电的电气量(电荷量)(Ah)。
接下来，针对计算出的能够充放电的电气量(Ah)，将在某个一定期间t的期间能够充放电的电气量作为最大限度，决定用于不浪费地使用的电流值Ibest。其中，在设计电流值比蓄电池1的设计电流值Imax小的情况下，将Ibest设为Imax。
然后，输入输出能力值计算部27根据修正后的内部电阻Rcr以及电流值Ibest，计算放电(输出)时的电压降ΔV。而且，基于电压降ΔV和SOC－OCV曲线，计算在某个一定期间t中单位电池实际能够输入输出的电能(Wh)。
图10是对能够输入输出的电能(Wh)的计算进行说明的图。将当前的蓄电池1的温度下的修正后的内部电阻设为Rcr。将SOC推断部23推断出的蓄电池1的当前时刻的SOC假定为60％。另外，将由电池特性推断部25计算出的当前时刻的电池容量假定为10Ah。
由于当前时刻下的电池容量为10Ah、SOC为60％，所以在当前时刻下单位电池蓄积6Ah量的电能。因此，对当前时刻下的能够充放电的电气量(Ah)而言，充电(输入)为4Ah，放电(输出)为6Ah。其中，实际上能够使用的蓄电池1的SOC的范围根据安全上或者运用上的设计，大多为10～90％左右。这里，也将SOC的范围设为10～90％。这意味着充电、放电都无法使用最后的10％量的1Ah。因此，对实际的能够充放电的电气量(Ah)而言，充电(输入)成为从4Ah减去1Ah后的3Ah，放电(输出)成为从6Ah减去1Ah后的5Ah。
该情况下，为了实现30分钟同时同量，考虑从蓄电池1进行30分钟输出的情况。对为了将实际上能够放电的电气量5Ah以30分钟进行放电(输出)的电流值I而言，根据Ibest×0.5h＝5Ah，成为Ibest＝10A。由此，可求出放电(输出)时的电压降ΔV＝Rcr×Ibest。然后，能够基于SOC－OCV曲线和电压降ΔV，来计算实际能够输出的电能(Wh)(图10的斜线部分)。此外，如果放出电气量5Ah，则由于电气量的剩余为1Ah，所以SOC变为10％。
计算出的输入输出能力值被依次通知给控制系统3。另外，并不仅限定于单位电池的输入输出能力值，在通知内容中也可以包括各电池模块、各电池组的输入输出能力值、与蓄电池1的内部状态等有关的信息。
如上所述，根据第1实施方式，能够实现考虑各个二次电池的特性差别以及劣化发展，高精度地计算能够充放电的容量以及电力值，使蓄电池1的输入输出控制精度提高的蓄电系统。由此，例如发电商和供应商能够实现同时同量，防止因供给量不足而产生的“不平衡费用”的发生。并且，能够将未预期的充放电停止防患于未然。由此，例如能够防止在正吸收因对蓄电池充电而多余产生的电力时，蓄电池达到满充电而充电停止，并且，多余电力流入电力系统，产生电压上升等问题的情况。因此，能够总是按计划进行蓄电池的管理，实现电力系统的稳定化，并且，能够抑制蓄电池的劣化。
其中，本实施方式中的蓄电池内的处理部例如也能够使用通用的计算机装置作为基本硬件来实现。即，能够通过使搭载于上述的计算机装置的处理器执行程序，来实现本蓄电池内的各处理部的功能。此时，各处理部可以通过将上述的程序预先安装于计算机装置来实现，也能够通过存储于CD－ROM等存储介质，或者经由通信网分发上述的程序，并将该程序配置于计算机装置来实现。另外，能够利用内置于或者外带于上述的计算机装置的存储器、硬盘或者CD－R、CD－RW、DVD－RAM、DVD－R等存储介质等。
另外，充电历史记录记录部251、活性物质量计算部252、开路电压计算部253、内部电阻修正部26、以及电能产出部27也可以通过专用的集成电路或CPU、MCU等运算装置、与RAM、ROM等存储装置的组合来构成。
此外，该发明并不限定于上述实施方式本身，在实施阶段能够在不脱离其主旨的范围对构成要素进行变形而具体化。另外，能够通过上述实施方式所公开的多个构成要素的适当的组合来形成各种发明。例如，可以从实施方式所示的全部构成要素删除几个构成要素。并且，也可以将不同实施方式中的构成要素适当地组合。
以上对本发明的一个实施方式进行了说明，但这些实施方式只是例示，不意图限定发明的范围。这些新的实施方式也能够通过其他的各种方式加以实施，在不脱离发明主旨的范围，能够进行各种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形包含在发明的范围、主旨中，并且包含在技术方案所记载的发明及其等同的范围。
附图标记说明
1-蓄电池；2-控制部；21-充放电控制部；22-计测部；23-SOC推断部；24-数据库；25-电池特性推断部；251-充电历史记录记录部；252-活性物质力计算部；253-开路电压计算部；26-内部电阻修正部；27-输入输出能力值计算部；3-控制系统；4-发电系统；5-电力系统；6-需要方。

Claims (13)

1.一种蓄电池控制装置，其中，具备：
电池特性推断部，基于在二次电池充电或者放电时计测出的上述二次电池的温度、电压以及电流的数据，来计算上述二次电池的内部电阻、以及对上述二次电池的开路电压与上述二次电池的充电状态或被充电后的电荷量之间的关系进行表示的函数；以及
输入输出能力值计算部，基于由上述电池特性推断部计算出的上述内部电阻以及上述函数，来计算上述二次电池的能够输入输出的电能。
2.根据权利要求1所述的蓄电池控制装置，其中，
上述输入输出能力值计算部基于预先决定的一定期间和上述函数，来计算在上述一定期间内能够输入输出的电流，基于上述内部电阻和在上述一定期间内能够输入输出的电流，来计算上述二次电池的电压降，基于上述函数和上述电压降，来计算上述一定期间内的上述二次电池的能够输入输出的电能。
3.根据权利要求1或2所述的蓄电池控制装置，其中，
上述电池特性推断部基于上述二次电池的温度、电压以及电流的数据，来计算上述二次电池的正极以及负极各自的初始充电量以及质量，并基于计算出的上述初始充电量以及质量来计算上述函数。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的蓄电池控制装置，其中，
还具备内部电阻修正部，该内部电阻修正部基于上述二次电池的温度的数据和上述电池特性推断部计算出的上述内部电阻，来计算预先决定的基准温度下的内部电阻，
上述输入输出能力值计算部基于上述基准温度下的内部电阻，来计算上述基准温度下的上述二次电池的能够输入输出的电能。
5.根据权利要求4所述的蓄电池控制装置，其中，
上述内部电阻修正部基于预先决定的计算方法，根据上述电池特性推断部计算出的上述内部电阻，来计算反应电阻成分、欧姆电阻成分、以及扩散电阻成分这3个电阻成分，基于对上述3个电阻成分各自预先决定的变换式，计算出上述基准温度下的上述3个电阻成分的值并进行相加，由此计算上述基准温度下的内部电阻。
6.根据权利要求5所述的蓄电池控制装置，其中，
上述内部电阻修正部通过将上述欧姆电阻成分以及上述扩散电阻成分视为恒定值，并将上述电池特性推断部计算出的上述内部电阻与上述反应电阻成分及上述扩散电阻成分之和之间的差值作为上述反应电阻成分，来计算上述3个电阻成分。
7.根据权利要求5所述的蓄电池控制装置，其中，
上述内部电阻修正部通过基于与上述二次电池的充电以及放电有关的累积时间或者累积电能，推算上述欧姆电阻成分以及上述扩散电阻成分，并将上述电池特性推断部计算出的上述内部电阻与上述欧姆电阻成分及上述扩散电阻成分之和之间的差值作为上述反应电阻成分，来计算上述3个电阻成分。
8.根据权利要求5所述的蓄电池控制装置，其中，
上述内部电阻修正部预先保持表示反应电阻与充电量的关系的第1关系性数据以及表示扩散电阻与充电量的关系的第2关系性数据，通过基于上述第1以及第2关系性的数据，进行回归计算，由此来计算上述反应电阻成分和上述扩散电阻成分，将上述电池特性推断部计算出的上述内部电阻与上述反应电阻成分及上述扩散电阻成分之和之间的差值作为上述欧姆电阻成分，由此来计算上述3个电阻成分。
9.根据权利要求5所述的蓄电池控制装置，其中，
上述内部电阻修正部预先保持表示反应电阻与充电量的关系的第1关系性数据、表示欧姆电阻与充电量的关系的第2关系性数据、以及表示扩散电阻与充电量的关系的第3关系性数据，基于上述第1至第3关系性数据，进行回归计算，由此来计算上述3个电阻成分。
10.一种控制方法，其中，由计算机执行下述步骤：
电池特性推断步骤，基于在二次电池充电或者放电时计测出的上述二次电池的温度、电压以及电流的数据，来计算上述二次电池的内部电阻、以及对上述二次电池的开路电压与上述二次电池的充电状态或被充电后的电荷量之间的关系进行表示的函数；以及
输入输出能力值计算步骤，基于由上述电池特性推断部计算出的上述内部电阻以及上述函数，来计算上述二次电池的能够输入输出的电能。
11.一种程序，其中，用于使计算机执行下述步骤：
电池特性推断步骤，基于在二次电池充电或者放电时计测出的上述二次电池的温度、电压以及电流的数据，来计算上述二次电池的内部电阻、以及对上述二次电池的开路电压与上述二次电池的充电状态或被充电后的电荷量之间的关系进行表示的函数；以及
输入输出能力值计算步骤，基于由上述电池特性推断部计算出的上述内部电阻以及上述函数，来计算上述二次电池的能够输入输出的电能。
12.一种蓄电系统，具备蓄电池、蓄电池控制装置、以及控制系统，其中，
上述蓄电池由一个以上的二次电池构成，每隔一定期间以规定条件进行充电或者放电，
上述蓄电池控制装置具备：
电池特性推断部，基于在二次电池充电或者放电时计测出的上述二次电池的温度、电压以及电流的数据，来计算上述二次电池的内部电阻、以及对上述二次电池的开路电压与上述二次电池的充电状态或被充电后的电荷量之间的关系进行表示的函数；以及
输入输出能力值计算部，基于由上述电池特性推断部计算出的上述内部电阻以及上述函数，来计算上述二次电池的能够输入输出的电能，
上述蓄电池控制装置将上述蓄电池内的上述二次电池各自的上述能够输入输出的电能通知给上述控制系统，
上述控制系统基于上述蓄电池内的上述二次电池各自的上述能够输入输出的电能，生成针对上述蓄电池的充放电的指示，并向上述蓄电池控制装置或者上述蓄电池通知上述指示。
13.一种电力系统，具备蓄电池、蓄电池控制装置、控制系统、以及发电系统或者电力系统或者发电系统与电力系统双方，
上述蓄电池由一个以上的二次电池构成，每隔一定期间以规定条件进行充电或者放电，
上述蓄电池控制装置具备：
电池特性推断部，基于在二次电池充电或者放电时计测出的上述二次电池的温度、电压以及电流的数据，来计算上述二次电池的内部电阻、以及对上述二次电池的开路电压与上述二次电池的充电状态或被充电后的电荷量之间的关系进行表示的函数；以及
输入输出能力值计算部，基于由上述电池特性推断部计算出的上述内部电阻以及上述函数，来计算上述二次电池的能够输入输出的电能，
上述蓄电池控制装置将上述蓄电池内的上述二次电池各自的上述能够输入输出的电能通知给上述控制系统，
上述控制系统基于上述蓄电池内的上述二次电池各自的上述能够输入输出的电能，决定针对上述发电系统或者上述电力系统或者上述发电系统与上述电力系统双方的电力的输入输出量，生成针对上述蓄电池的充放电的指示，并向上述蓄电池控制装置或者上述蓄电池通知上述指示。
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