CN107925135B - 劣化程度估计装置和劣化程度估计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种劣化程度估计装置和劣化程度估计方法。劣化程度估计装置具备：内部电阻检测部(21)，其用于检测电池的内部电阻；劣化管理部(30)，其对由于电池的充电放电而产生的劣化(电池的循环劣化)和与电池的充电放电无关地随时间经过产生的劣化(电池的保存劣化)中的至少任一方的劣化进行管理；劣化程度估计部(40)，其基于内部电阻的增加率来估计电池的劣化程度以作为估计劣化程度，其中，在劣化管理部管理循环劣化的情况下，循环劣化的影响越大，劣化程度估计部(40)使估计劣化程度越小，在劣化管理部管理保存劣化的情况下，保存劣化的影响越大，劣化程度估计部(40)使估计劣化程度越大。

Description

劣化程度估计装置和劣化程度估计方法

技术领域

本发明涉及一种估计电池的劣化程度的劣化程度估计装置和劣化程度估计方法。

背景技术

作为判定锂离子二次电池的劣化程度的方法，已知一种根据二次电池的内部电阻来检测电池的劣化程度的方法。作为电池的性质，当电池劣化时电池的内部电阻增加，因此能够根据内部电阻来检测电池的劣化程度。首先，检测流过电池的电流和电压，根据规定数式运算电池的内部电阻。存储有用于根据内部电阻确定劣化程度的表。然后，使用所存储的表来运算劣化程度(专利文献1)。

专利文献1：日本特开2008-228492号公报

发明内容

发明要解决的问题

然而，在上述劣化程度判定方法中，只使用电池的内部电阻来判定电池的劣化程度，因此存在劣化程度的估计精度低这样的问题。

本发明所要解决的问题在于，提供一种估计精度高的劣化程度估计装置和劣化程度估计方法。

用于解决问题的方案

本发明通过以下方法来解决上述问题：管理电池的循环劣化，基于电池的内部电阻的增加率，来以循环劣化程度越大则估计劣化程度越小的方式或者以循环劣化程度越小则估计劣化程度越大的方式估计估计劣化程度。

发明的效果

根据本发明，在电池的内部电阻增加的情况下，使劣化程度的运算反映相当于电池的被使用方法的值，因此起到劣化程度的估计精度提高这样的效果。

附图说明

图1是本发明的实施方式所涉及的劣化程度估计装置的框图。

图2是图1的电池控制器的框图。

图3是示出电阻增加率、电流累积值的比率以及容量维持率的特性的曲线图。

图4是本发明的其它实施方式所涉及的劣化程度估计装置中的电池控制器的框图。

图5是示出容量维持率和劣化程度的时间特性的曲线图。

图6是示出电池温度与劣化系数之间的关系的时间特性的曲线图。

图7是示出SOC与劣化系数之间的关系的时间特性的曲线图。

具体实施方式

下面，基于附图来对本发明的实施方式进行说明。

《第一实施方式》

图1是本发明的实施方式所涉及的劣化程度估计装置的框图。劣化程度估计装置设置于具有电池的车辆等。此外，劣化程度估计装置不限于设置于车辆，也可以设置于具备电池的其它装置。

劣化程度估计装置具备电池1、负载2、电流传感器3、电压传感器4以及电池控制器10。电池1由串联或并联连接的多个二次电池构成。二次电池为锂离子电池、镍氢电池等。电池1与未图示的充电器连接。

负载2通过配线来与电池1连接。负载2通过电池1的电力被驱动。负载2为电动机等。电流传感器3和电压传感器4检测电池的状态且与电池1电连接。电流传感器3检测电池1的电流。电压传感器4检测电池1的电压。向电池控制器10输出电流传感器3和电压传感器4的检测值。电池控制器10为对电池1的状态进行管理的控制装置。

接着，使用图2来对电池控制器10的结构进行说明。图2是电池控制器10的框图。电池控制器10由CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)、ROM(Read Only Memory：只读存储器)等构成。电池控制器10具有图2所示的控制单元来作为用于估计电池1的劣化程度的功能块。电池控制器10具有内部电阻管理部20、劣化管理部30以及劣化程度估计部40。

内部电阻管理部20基于电流传感器3的检测电流和电压传感器4的检测电压来管理电池1的内部电阻。内部电阻管理部20具有内部电阻检测部21和电阻增加率计算部22。

内部电阻检测部21基于电流传感器3的检测值和电压传感器4的检测值来检测(计算)电池1的内部电阻。电阻增加率计算部22计算内部电阻的增加率。

劣化管理部30管理电池1的循环劣化。在本实施方式中，劣化管理部30通过计算电池1的电流累积值来管理循环劣化程度。劣化管理部30具有实际电流累积值计算部31、时间管理部32、基准电流累积值计算部33以及累积值比率计算部34。

实际电流累积值计算部31通过将电流传感器3的检测电流累积来计算电池1的电流累积值。时间管理部32管理从电池1的使用开始时起的经过时间。基准电流累积值计算部33基于由时间管理部32管理的经过时间，来计算基准电流累积值。由实际电流累积值计算部31计算的电流累积值为实际的放电电流的累积值。另一方面，由基准电流累积值计算部33计算的基准电流累积值为与经过时间对应的电流累积值，并不是实际的放电电流的累积值。

累积值比率计算部34运算电流累积值的比率。比率是实际的电流累积值相对于基准电流累积值的比率。

劣化程度估计部40基于电池1的内部电阻来计算电池1的劣化程度。另外，劣化程度估计部40根据由累积值比率计算部34计算的电流累积值的比率的大小，来对与内部电阻对应的劣化程度进行校正。由此，劣化程度估计部40将校正后的劣化程度估计为电池1的最终的劣化程度。

接着，参照图2和图3来对电池1的劣化程度的估计方法进行说明。图3是示出电阻增加率、电流累积值的比率以及容量维持率的对应关系的曲线图。此外，图2的框图的步骤S1～S7示出劣化程度估计方法的控制流程。

内部电阻检测部21使用电流传感器3和电压传感器4来获取检测电流和检测电压，在将电流值和电压值分别设为轴的曲线图上绘制所获取到的检测电流和检测电压，并且计算绘制出的电流值和电压值的近似直线、即IV特性，根据IV特性的斜率来计算内部电阻(步骤S1)。此外，内部电阻的计算方法并不限于根据IV特性的斜率来进行运算的方法，也可以是其它方法。例如，能够通过将由电流传感器3检测出的电流值和由电压传感器4检测出的电压值代入在参数中包含电流值、电压值、内部电阻的预先存储的电池模型数式来计算。关于这些内部电阻的计算方法，为周知的技术，因此在此不详细记述。

电阻增加率计算部22通过计算内部电阻的初始值(相当于电池1为新品时的内部电阻值，预先存储的内部电阻值)与由内部电阻检测部21计算出的内部电阻之比，来计算电阻增加率(步骤S2)。电阻增加率相当于内部电阻的计算值相对于内部电阻的初始值之比。即，电阻增加率是指相对于内部电阻的初始值的增加比例。内部电阻的初始值也可以是在电阻增加率计算部22中预先存储的值。或者，也可以设为电池1使用开始时由内部电阻检测部21计算出的值。电阻增加率计算部22向劣化程度估计部40输出计算出的电阻增加率。

实际电流累积值计算部31通过将电流传感器3的检测电流累积来计算电池1的实际的电流累积值(步骤S3)。电流累积值为电池1的放电电流的累积值。另外，电流累积值为电池1的从使用开始时至当前的电流累积值。时间管理部32与实际电流累积值计算部31的电流累积值的计算定时对应地管理电池1的经过时间(步骤S4)。

基准电流累积值计算部33将与经过时间对应的电流累积值计算为基准电流累积值(步骤S5)。基准电流累积值为预先设定了经过时间内的电流累积值的值。基准电流累积值是以在规定环境下评价放电电流的累积值所得到的评价值来预先设定的值。经过时间越长，基准电流累积值越大。例如，在规定期间反复进行规定次数的1C充电和1C放电的情况下，规定期间中的放电时间的累积值成为与该规定期间对应的基准电流累积值。经过时间与基准电流累积值之间的对应关系通过映射等被预先存储于基准电流累积值计算部33。

累积值比率计算部34计算电流累积值的比率(步骤S6)。电流累积值的比率为规定的经过时间内的实际的电流累积值同与该规定的经过时间对应的基准电流累积值之比。在电流累积值的比率高的情况下，实际的电流累积值变大，因此与保存劣化相比较，循环劣化变大。另一方面，在电流累积值的比率低的情况下，实际的电流累积值比预先评价所得到的电流累积值(相当于基准电流累积值)小，因此与保存劣化相比较，循环劣化变小。即，电流累积值的比率示出经过时间内的循环劣化的影响的比例。此外，在此，一般来说，保存劣化是指与电池的充放电无关地经时发生的劣化，循环劣化是指由于电池的充电放电而发生的劣化。

另外，作为电池1的特性，随着电池1的劣化加剧而内部电阻增加。因此，能够根据内部电阻的增加率来计算电池1的劣化程度。电池1的劣化程度由保存劣化和循环劣化示出。即，在电池1的劣化中包含保存劣化和循环劣化。在观察对劣化程度的影响时，即使电池1的劣化程度为相同值(内部电阻的增加率相同)，保存劣化对劣化程度影响的比例和循环劣化对劣化程度影响的比例也根据电池的使用方法而不同。

在此，设为从电池1的使用开始时起经过规定期间，内部电阻增加率达到规定值。在内部电阻增加率达到该规定值时，在循环劣化相比于保存劣化对电池1的劣化程度影响较大的情况下，电池1的劣化速度大，因此从使用开始时起的经过时间也变短。另一方面，在内部电阻增加率达到该规定值时，在保存劣化相比于循环劣化对电池1的劣化程度影响较大的情况下，电池1的劣化速度小，因此从使用开始时起的经过时间长。而且，在花费长时间而内部电阻增加率达到该规定值的情况下，电池1的劣化程度较大。即，如果为同一内部电阻增加率，则循环劣化越大而电池1的劣化程度越小，保存劣化越大而电池1的劣化程度越大。劣化程度估计部40使用该特性来估计电池1的劣化程度。

劣化程度估计部40以映射预先存储有电阻增加率、电流累积值的比率以及容量维持率的对应关系。如图3所示，关于以映射表示的对应关系，电阻增加率越大而容量维持率越小。另外，在将电阻增加率设为固定值的情况下，电流累积值的比率越小，容量维持率越小。换言之，可以说在将电池的劣化程度定为固定值的情况下，循环劣化的比率越小、即保存劣化的比率越大，容量维持率越小。并且，也可以说在将电池的劣化程度定为固定值的情况下，循环劣化的比率越大、即保存劣化的比率越小，容量维持率越大。容量维持率与电池1的劣化程度成倒数的关系，容量维持率越高而劣化程度越小。劣化程度估计部40参照映射来将与电流累积值的比率和电阻增加率对应的容量维持率估计为电池1的当前的容量维持率(步骤S7)。在电阻增加率为同一值的情况下，劣化程度估计部40以电流累积值的比率越大而使电池1的劣化程度越小的方式估计电池1的当前的劣化程度。由此，劣化程度估计部40对基于电池1的内部电阻计算出的电阻劣化程度以循环劣化越大而使电阻劣化程度越小的方式进行校正，将校正后的电阻劣化程度估计为当前的劣化。

如上所述，本实施方式运算电池1的内部电阻，管理电池1的循环劣化，基于电池1的内部电阻的增加率来估计电池1的劣化程度。而且，循环劣化越大，使电池1的估计劣化程度越小。由此，能够提高电池1的劣化程度的估计精度。

另外，在本实施方式中，通过计算电池1的电流累积值来管理循环劣化。由此，能够易于把握电池1的被使用方法。

另外，在本实施方式中，预先存储示出内部电阻的增加率、电流累积值以及劣化程度的对应关系的映射，参照该映射来估计劣化程度。由此，能够根据电池特性来把握与电池的被使用方法相应的劣化程度的推移，因此能够提高电池1的劣化程度的估计精度。

此外，作为本实施方式的变形例，也可以是，劣化程度估计部40计算与内部电阻的增加率对应的劣化程度，基于电流累积值来对计算出的劣化程度进行校正，将校正后的劣化程度估计为电池1的劣化程度。在劣化程度估计部40中，预先存储有示出内部电阻的增加率与劣化程度之间的对应关系的映射。在劣化程度估计部40中预先设定有用于校正劣化程度的校正系数。校正系数与电流累积值相应地发生变化。校正系数的最大值预先设定为1.0，电流累积值的比率越小，校正系数越小。而且，劣化程度估计部40通过对根据映射计算出的劣化程度乘以校正系数来估计最终的劣化程度。由此，在电池1的内部电阻到达某个内部电阻的情况下，循环劣化越大，被估计的劣化程度越小。此外，校正系数的设定值也可以为除了1.0以外的值，用于校正劣化程度的运算方法也可以为其它方法。

另外，作为本实施方式的变形例，劣化程度估计部40也可以基于电流累积值来校正内部电阻的增加率。在劣化程度估计部40中预先存储有示出内部电阻的增加率与劣化程度之间的对应关系的映射。另外，在劣化程度估计部40中预先设定有用于校正内部电阻增加率的校正系数。校正系数与电流累积值相应地发生变化。校正系数的最大值设定为1.0，电流累积值的比率越小，校正系数越大。劣化程度估计部40通过对内部电阻的增加率乘以校正系数，来计算校正后的内部电阻增加率。电流累积值的比率越小，校正后的内部电阻增加率越大。而且，劣化程度估计部40参照映射来将与校正后的内部电阻增加率对应的劣化程度估计为最终的劣化程度。

另外，作为本实施方式的变形例，劣化程度估计部40也可以基于电池1的温度来校正劣化程度。电池1的劣化程度对温度具有依赖性，劣化的加剧情况也根据电池1的温度而变得不同。电池1具有在某个温度时易于劣化而在其它温度时难以劣化这样的特性。劣化程度估计部40存储有示出劣化与温度之间的关系的校正系数，通过对如上所述那样估计出的劣化程度乘以校正系数来基于温度进行校正。由此，能够提高劣化程度的估计精度。此外，劣化程度的校正方法除了乘以校正系数的方法以外，也可以为使用映射的运算方法等。电池1的温度只要通过设置于电池1的传感器检测即可。

另外，作为本实施方式的变形例，劣化程度估计部40也可以基于电池1的充电状态(SOC：State of Charge)来校正劣化程度。电池1的劣化程度对SOC具有依赖性，根据电池1的SOC(保存电池1时的SOC、使用电池1时的SOC)而劣化的加剧情况也变得不同。电池1具有在某个SOC时易于劣化而在其它SOC时难以劣化这样的特性。劣化程度估计部40存储有示出SOC与温度之间的关系的校正系数，通过对如上所述那样估计出的劣化程度乘以校正系数来基于SOC进行校正。由此，能够提高劣化程度的估计精度。此外，劣化程度的校正方法除了乘以校正系数的方法以外，也可以为使用映射的运算方法等。电池1的SOC只要使用电流传感器3的检测值或电压传感器4的检测值通过运算求出即可。

《第二实施方式》

使用图4来对本发明的其它实施方式所涉及的劣化程度估计装置进行说明。在本实施方式中，与上述的第一实施方式的不同之处在于，管理电池1的保存劣化并根据保存劣化的大小来估计电池1的劣化程度。除此以外的结构与上述的第一实施方式的结构相同，应用其记载。图4是电池控制器10的框图。

电池控制器10具有内部电阻管理部20、劣化程度估计部40以及保存劣化管理部50。内部电阻管理部20的结构与第一实施方式所涉及的内部电阻管理部20的结构相同。

保存劣化管理部50管理电池1的保存劣化。在本实施方式中，保存劣化管理部50通过使用计时器测量电池1的经过时间，来管理电池1的保存劣化。保存劣化为由于电池的电极与电解质之间的化学反应而随时间经过加剧的劣化。保存劣化管理部50测量从电极与电解质接触起的经过时间，基于该经过时间来求出当前的保存劣化。

设由保存劣化管理部50管理的保存劣化为从电极与电解质接触起至当前时刻的保存劣化。保存劣化管理部50将从电极与电解质接触起至当前时刻的时间测量为经过时间，基于该经过时间来计算保存劣化。

在图5中示出保存劣化的特性。图5是示出保存劣化的时间特性的曲线图。在图5中，横轴表示时间的平方根，纵轴表示容量维持率和保存劣化的劣化程度。此外，图5所示的特性能够通过电池评价的一般的保存试验来获取。

如图5所示，保存劣化与时间的平方根成比例地加剧。在保存劣化管理部50中存储有示出经过时间与保存劣化之间的关系的映射。保存劣化管理部50参照该映射来将与经过时间对应的劣化程度计算为保存劣化。

在劣化程度估计部40中，预先以映射的方式存储有电阻增加率、保存劣化程度以及容量维持率的对应关系。关于以映射表示的对应关系，电阻增加率越大，容量维持率越小。另外，在将电阻增加率设为固定值的情况下，保存劣化程度越大，容量维持率越小。劣化程度估计部40参照映射来将与保存劣化程度和电阻增加率对应的容量维持率估计为电池1的当前的容量维持率。在电阻增加率为同一值的情况下，劣化程度估计部40以保存劣化程度越大而电池1的劣化程度越大的方式估计电池1的当前的劣化程度。由此，劣化程度估计部40对基于电池1的内部电阻计算出的电阻劣化程度，以保存劣化越大而电阻劣化程度越大的方式进行校正，将校正后的电阻劣化程度估计为当前的劣化。

如上所述，在本实施方式中，运算电池1的内部电阻，管理电池1的保存劣化，基于电池1的内部电阻的增加率来估计电池1的劣化程度。而且，保存劣化越大，使电池1的估计劣化程度越大。由此，能够提高电池1的劣化程度的估计精度。

此外，保存劣化管理部50使用搭载于车辆的计时器来测量时间，因此无法对从在电池制造过程中电极与电解质接触的时间点起至由车辆计时器开始进行计时为止的时间进行计时。因此，将从电极与电解质接触的时间点起至利用车辆计时器开始计时为止的时间管理为固定时间，只要对计时器的计时时间加上该固定时间即可。此外，从电极与电解质接触的时间点起至由车辆计时器开始计时为止的时间与电池1的寿命相比是极小的，因此也可以简单地忽略该时间。

此外，作为本实施方式的变形例，保存劣化管理部50也可以基于电池1的温度来校正保存劣化。作为电池1的特性，保存劣化如图6所示那样具有温度依赖性。

图6是示出劣化系数的时间特性的曲线图。图6的横轴表示时间的平方根，纵轴表示劣化系数。劣化系数是与容量维持率相乘的系数。劣化系数越小，而容量维持率越小，劣化程度越大。另外，如果时间同样长，温度越高，劣化系数越小。保存劣化管理部50预先存储有示出保存劣化与温度之间的关系的校正系数。该校正系数与劣化系数对应。其中，图6的特性所示的劣化系数为与容量维持率相乘的系数，校正系数被设定为维持图6的特性所示的关系且能够计算劣化程度的系数。

保存劣化管理部50基于由电池1的温度传感器输出的温度信息和计时器的时间信息来以固定期间单位将到目前为止的温度的频率存储于存储器。保存劣化管理部50使用存储器中存储的温度信息来校正保存劣化程度。具体来说，例如保存劣化管理部50使用存储的温度的产生频率信息来求出电池1处于该温度的时间。接着，保存劣化管理部50针对求出的时间计算保存劣化程度，对该保存劣化程度乘以校正系数。保存劣化管理部50对每个温度区间进行同样的运算，计算每个区间的保存劣化程度。而且，保存劣化管理部50通过将每个区间的保存劣化程度累积，来计算最终的保存劣化程度。由此，保存劣化管理部50基于电池1的温度来校正保存劣化。在本实施方式中，通过将温度灵敏度应用于电池1的保存劣化，能够提高保存劣化程度的运算精度。

此外，作为本实施方式的变形例，保存劣化管理部50也可以基于电池1的SOC来校正保存劣化。作为电池1的特性，保存劣化如图7所示具有对SOC的依赖性。

图7是示出劣化系数的时间特性的曲线图。图7的横轴表示时间的平方根，纵轴表示劣化系数。劣化系数与图6所示的劣化系数相同。劣化系数越小，而容量维持率越小，劣化程度越大。另外，如果时间同样长，则SOC越高而劣化系数越小。

保存劣化管理部50预先存储有示出保存劣化与SOC之间的关系的校正系数。保存劣化管理部50基于SOC和计时器的时间信息来以固定期间单位将到目前为止的SOC的频率存储于存储器。保存劣化管理部50使用存储器中存储的SOC信息来校正保存劣化程度。具体来说，例如，保存劣化管理部50使用存储的SOC的频率信息来求出电池1维持该SOC的时间。接着，保存劣化管理部50针对求出的时间计算保存劣化程度，对该保存劣化程度乘以校正系数。保存劣化管理部50对每个SOC区间进行同样的运算，计算每个区间的保存劣化程度。而且，保存劣化管理部50通过将每个区间的保存劣化程度累积来计算最终的保存劣化程度。由此，保存劣化管理部50基于电池1的SOC来校正保存劣化。在本实施方式中，通过将SOC灵敏度应用于电池1的保存劣化，能够提高保存劣化程度的运算精度。

此外，也可以是，保存劣化管理部50将上述的两个变形例组合，基于电池1的温度和SOC来校正保存劣化程度。

上述保存劣化管理部50相当于本发明的劣化管理部。

附图标记说明

1：电池；2：负载；3：电流传感器；4：电压传感器；10：电池控制器；20：内部电阻管理部；21：内部电阻检测部；22：电阻增加率计算部；30：劣化管理部；31：实际电流累积值计算部；32：时间管理部；33：基准电流累积值计算部；34：累积值比率计算部；40：劣化程度估计部；50：保存劣化管理部。

Claims (7)

1.一种劣化程度估计装置，具备：

控制部，其被配置为：

检测电池的内部电阻；

确定所述电池的内部电阻的增加率；

管理所述电池的循环劣化程度，所述循环劣化程度是由于电池的充电放电而发生的劣化；以及

使用所确定的所述内部电阻的增加率通过以下方式来估计所述电池的劣化程度以作为估计劣化程度：所述循环劣化程度越大则使所述估计劣化程度越小或者所述循环劣化程度越小则使所述估计劣化程度越大，所述内部电阻的增加率是检测到的所述电池的内部电阻相对于所述电池的内部电阻的初始值之比，

所述控制部被配置为通过计算所述电池的放电电流的累积值来管理所述循环劣化程度。

2.根据权利要求1所述的劣化程度估计装置，其特征在于，

所述控制部被配置为存储示出所述内部电阻的增加率、所述放电电流的累积值以及所述估计劣化程度的对应关系的映射，参照所述映射来估计所述估计劣化程度。

3.根据权利要求1或2所述的劣化程度估计装置，其特征在于，

所述控制部被配置为基于所述放电电流的累积值来校正所述内部电阻的增加率。

4.根据权利要求1或2所述的劣化程度估计装置，其特征在于，

所述控制部被配置为将与所述内部电阻的增加率对应的所述电池的劣化程度运算为基准劣化程度，基于所述放电电流的累积值来校正所述基准劣化程度，将校正后的所述基准劣化程度估计为所述估计劣化程度。

5.根据权利要求1或2所述的劣化程度估计装置，其特征在于，

所述控制部被配置为基于所述电池的温度来校正所述估计劣化程度。

6.根据权利要求1或2所述的劣化程度估计装置，其特征在于，

所述控制部被配置为基于所述电池的充电状态来校正所述估计劣化程度。

7.一种劣化程度估计方法，包括：

检测电池的内部电阻；

确定所述电池的内部电阻的增加率；

管理所述电池的循环劣化程度，所述循环劣化程度是由于电池的充电放电而发生的劣化；以及

使用所确定的所述内部电阻的增加率通过以下方式来估计所述电池的劣化程度以作为估计劣化程度：所述循环劣化程度越大则使所述估计劣化程度越小或者所述循环劣化程度越小则使所述估计劣化程度越大，所述内部电阻的增加率是检测到的所述电池的内部电阻相对于所述电池的内部电阻的初始值之比，

其中，通过计算所述电池的放电电流的累积值来管理所述循环劣化程度。

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