CN109921105A - 二次电池系统及二次电池的活性物质的应力推定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种二次电池系统及二次电池的活性物质的应力推定方法。二次电池系统具备推定电池组的负极中的伴随于锂的插入或脱离而在负极活性物质产生的表面应力的ECU。ECU使用在从负极活性物质中包含的锂的量减去基准锂量而得到的差量与表面应力之间成立的线性关系，根据差量来算出表面应力的推定值。ECU在推定值的大小超过活性物质的屈服应力(压缩应力或拉伸应力)的大小的情况下，将表面应力设为屈服应力，另一方面，在推定值的大小小于屈服应力的大小的情况下，采用推定值作为表面应力。

Description

二次电池系统及二次电池的活性物质的应力推定方法
技术领域
本公开涉及二次电池系统及二次电池的活性物质的应力的推定方法，更特定地说，涉及推定伴随于电荷载体向活性物质的插入或电荷载体从活性物质的脱离而在二次电池的活性物质产生的应力的技术。
背景技术
高精度地推定二次电池的SOC(State Of Charge：充电状态)对于合适地保护二次电池或充分地利用二次电池是重要的。作为二次电池的SOC推定的代表性方法，使用二次电池的SOC-OCV曲线而根据OCV来推定SOC的方法广为人知。
在二次电池中，存在在二次电池从满充电的状态放电时得到的SOC-OCV曲线即放电曲线与在二次电池从完全放电的状态充电时得到的SOC-OCV曲线即充电曲线显著背离的系统。将这样的充电曲线与放电曲线的背离也说成是在SOC-OCV曲线中存在“迟滞”。例如，日本特开2015-166710公开了一种在考虑了迟滞的基础上根据OCV来推定SOC的技术。
发明内容
在SOC-OCV曲线中产生前述的迟滞的原因在于，伴随于电荷载体的插入或脱离而在活性物质的表面及内部产生的应力存在迟滞(详情后述)。若能够考虑该迟滞而推定应力，则也能够高精度地推定二次电池的状态(例如SOC)。
本公开提高在二次电池的活性物质产生的应力的推定精度。
按照本公开的第一方面(aspect)的二次电池系统具备：二次电池，具有包含活性物质的电极，电荷载体相对于该活性物质可逆地插入及脱离；及控制装置，推定伴随于电荷载体的插入或脱离而在活性物质产生的应力。控制装置使用在从活性物质中包含的电荷载体的量减去基准电荷载体量而得到的差量与应力之间成立的第一线性关系，根据差量来算出应力的推定值。在推定值的大小超过活性物质的屈服应力的大小的情况下，控制装置将所述推定值修正为所述屈服应力。
活性物质中包含的电荷载体的量可以由二次电池的SOC来表现。基准电荷载体量可以由基准SOC来表现，该基准SOC是在应力为屈服应力的状态下二次电池的充放电方向被切换的时间点的SOC。
第一线性关系由下述式(1)表示。在下述式(1)中，应力由σ表示，基准SOC由SOCREF表示，二次电池的SOC为基准SOC时的应力由σREF表示，表示第一线性关系的正的比例常数由α表示。
σ＝-α(SOC-SOCREF)+σREF…(1)
根据这些结构，使用在应力与差量(电荷载体的量-基准电荷载体量，例如，SOC-基准SOC)之间成立的第一线性关系(例如上述的式子)来算出应力。并且，将应力与屈服应力进行比较，在应力超过了屈服应力的情况下，认为应力是屈服应力(活性物质发生了屈服)，将应力决定为屈服应力。相对于此，在未引起这样的应力的屈服的情况下，直接采用按照由上述式子表示的第一线性关系算出的应力(推定值)。这样，通过使用考虑了应力的屈服及上述第一线性关系的模型，能够高精度地推定应力。
控制装置可以使用在二次电池的温度及SOC中的至少一方与比例常数之间成立的相关关系，根据二次电池的温度及SOC中的至少一方来算出比例常数。
根据该结构，通过使用相关关系算出比例常数，能够更高精度地推定应力。
控制装置可以使用在以应力为基准应力时的OCV为基准的由应力引起的OCV变化量与应力之间成立的第二线性关系，根据应力来算出OCV变化量。控制装置可以通过参照应力为基准应力时的二次电池的OCV与SOC的对应关系，来根据OCV变化量推定二次电池的SOC。
根据该结构，由于在考虑了高精度地推定出的应力的基础上推定SOC，所以能够提高SOC的推定精度。
控制装置可以通过执行SOC推定处理来推定第一SOC，在从推定第一SOC起的二次电池的容量变化量超过规定量的情况下通过再次执行SOC推定处理来推定第二SOC。控制装置可以基于第一SOC与第二SOC的SOC差及推定第一SOC时与推定第二SOC时之间的二次电池的容量变化量，来算出二次电池的满充电容量。
根据该结构，SOC的推定精度提高，因此能够基于高精度地推定出的SOC也高精度地算出二次电池的满充电容量。
上述活性物质可以包括第一及第二活性物质。伴随于二次电池的充放电的第二活性物质的体积变化量可以比伴随于二次电池的充放电的第一活性物质的体积变化量大。在二次电池的OCV与SOC的关系中可以存在第一SOC区域和伴随于二次电池的充放电的二次电池的OCV的迟滞比第一SOC区域的迟滞大的第二SOC区域。控制装置可以反复推定二次电池的SOC，在上次推定出的二次电池的SOC处于第二SOC区域内的情况下执行SOC推定处理，在上次推定出的二次电池的SOC处于第一SOC区域内的情况下按照上述对应关系以外的二次电池的OCV与SOC的关系来推定二次电池的SOC。
根据该结构，在有意义地产生OCV的迟滞的第二SOC区域中，通过SOC推定处理来推定SOC，在不产生有意义的迟滞的第一SOC区域中，通过SOC推定处理以外的方法(具体而言，例如使用通常的SOC-OCV曲线的方法)来推定SOC。SOC推定处理有可能需要大的计算资源，因此，通过在第一SOC区域中使用通常的方法，能够节约控制装置的计算资源。
按照本公开的第二方面的二次电池的活性物质的应力推定方法推定伴随于电荷载体的插入或脱离而在二次电池的活性物质产生的应力。二次电池的活性物质的应力推定方法包括：使用在从二次电池的活性物质中包含的电荷载体的量减去基准电荷载体量而得到的差量与应力之间成立的第一线性关系，根据差量来算出应力的推定值；及在推定值的大小超过活性物质的屈服应力的大小的情况下，将所述推定值修正为所述屈服应力。
根据该方法，与第一方案的结构同样，能够高精度地推定应力。
按照本公开的第三方面(aspect)的二次电池系统具备：二次电池，具有包含活性物质的电极，电荷载体相对于该活性物质可逆地插入及脱离；及控制装置，推定伴随于所述电荷载体的插入或脱离而在所述活性物质产生的应力。所述控制装置使用在从所述活性物质中包含的所述电荷载体的量减去基准电荷载体量而得到的差量与所述应力之间成立的第一线性关系，根据所述差量来算出所述应力的推定值，在所述推定值超过所述活性物质的屈服时的拉伸应力的情况或所述推定值低于所述活性物质的屈服时的压缩应力的情况下，将所述推定值修正为所述屈服应力。
根据本公开，能够提高在二次电池的活性物质产生的应力的推定精度。
附图说明
本发明的典型实施例的特征、优点及技术上和工业上的意义将会在下面参照附图来描述，在这些附图中，同样的标号表示同样的要素，其中：
图1是概略地示出搭载有实施方式1的二次电池系统的车辆的整体结构的图。
图2是用于更详细地说明各单电池的结构的图。
图3是示意性地示出伴随于单电池的充放电的应力的变化的一例的图。
图4是示出本实施方式中的电池组的电动势迟滞的一例的图。
图5A是用于说明SOC-OCV特性图中的电池组10的状态的概念图。
图5B是用于说明SOC-OCV特性图中的电池组10的状态的概念图。
图5C是用于说明SOC-OCV特性图中的电池组10的状态的概念图。
图5D是用于说明SOC-OCV特性图中的电池组10的状态的概念图。
图5E是用于说明SOC-OCV特性图中的电池组10的状态的概念图。
图6A是用于说明理想OCV的图。
图6B是用于说明理想OCV的图。
图7A是用于说明基准SOC的概念图。
图7B是用于说明基准SOC的概念图。
图7C是用于说明基准SOC的概念图。
图8是示出实施方式1中的SOC推定处理的流程图。
图9是用于说明参数的内容的图。
图10是用于说明实施方式2中的满充电容量算出处理的流程图。
图11是用于说明实施方式3中的迟滞特性的图。
图12是用于说明实施方式3中的SOC推定处理的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图对本公开的实施方式进行详细说明。需要说明的是，对图中同一或相当部分标注同一标号而不反复进行其说明。
以下，以本实施方式的二次电池系统搭载于混合动力车辆(更特定的说是插电式混合动力车辆)的结构为例进行说明。但是，本实施方式的二次电池系统不限于混合动力车辆，能够应用于搭载行驶用的电池组的全部车辆(电动汽车、燃料电池车等)。而且，本实施方式的二次电池系统的用途不限于车辆用，例如也可以是定置用。
在实施方式1中，说明使用本公开的活性物质的应力的推定方法来推定二次电池的SOC的例子。
图1概略地示出搭载有实施方式1的二次电池系统的车辆的整体结构。参照图1，车辆1是插电式混合动力车辆，具备二次电池系统2、电动发电机61、62、发动机63、动力分配装置64、驱动轴65及驱动轮66。二次电池系统2具备电池组10、监视单元20、功率控制单元(PCU：Power Control Unit)30、接入口40、充电装置50及电子控制装置(ECU：ElectronicControl Unit)100。
电动发电机61、62分别是交流旋转电机，例如是在转子埋设有永磁体的三相交流同步电动机。电动发电机61主要用作经由动力分配装置64而由发动机63驱动的发电机。电动发电机61发电产生的电力经由PCU30而向电动发电机62或电池组10供给。
电动发电机62主要作为电动机进行动作，对驱动轮66进行驱动。电动发电机62接受来自电池组10的电力及电动发电机61的发电电力中的至少一方而被驱动，电动发电机62的驱动力向驱动轴65传递。另一方面，在车辆制动时或下坡斜面上的加速度减小时，电动发电机62作为发电机进行动作而进行再生发电。电动发电机62发电产生的电力经由PCU30而向电池组10供给。
发动机63是通过将在使空气与燃料的混合气燃烧时产生的燃烧能量变换为活塞、转子等运动体的动能而输出动力的内燃机。
动力分配装置64例如包括具有太阳轮、齿轮架、齿圈的三个旋转轴的行星齿轮机构(未图示)。动力分配装置64将从发动机63输出的动力分配成对电动发电机61进行驱动的动力和对驱动轮66进行驱动的动力。
电池组10包括多个单电池11(参照图2)。在本实施方式中，各单电池是锂离子二次电池。锂离子二次电池的电解质不限于液系，也可以是聚合物系，还可以是全固态系。
电池组10蓄积用于驱动电动发电机61、62的电力，通过PCU30而向电动发电机61、62供给电力。另外，电池组10在电动发电机61、62发电时通过PCU30而接受发电电力从而被充电。
监视单元20包括电压传感器21、电流传感器22及温度传感器23。电压传感器21检测电池组10所包含的各单电池11的电压。电流传感器22检测相对于电池组10输入输出的电流IB。充电时的电流IB为正，放电时的电流IB为负。温度传感器23检测每个单电池11的温度。各传感器将其检测结果向ECU100输出。
需要说明的是，电压传感器21例如也可以将串联连接的多个单电池11作为监视单位来检测电压VB。另外，温度传感器23也可以将相邻的多个单电池11作为监视单位来检测温度TB。这样，在本实施方式中，监视单位没有特别的限定。由此，以下，为了说明的简化，简记为“检测电池组10的电压VB”或“检测电池组10的温度TB”。关于SOC及OCV也同样地将电池组10作为推定单位来记载。
PCU30按照来自ECU100的控制信号而在电池组10与电动发电机61、62之间执行双向的电力变换。PCU30构成为能够分别控制电动发电机61、62的状态，例如，能够使电动发电机61成为再生状态(发电状态)并使电动发电机62成为动力运行状态。PCU30例如构成为包括与电动发电机61、62对应地设置的两个变换器和将向各变换器供给的直流电压升压为电池组10的输出电压以上的转换器(均未图示)。
接入口40构成为能够连接充电电缆。接入口40经由充电电缆而接受来自在车辆1的外部设置的电源90的电力供给。电源90例如是商用电源。
充电装置50将从电源90经由充电电缆及接入口40而供给的电力按照来自ECU100的控制信号而变换为适合电池组10的充电的电力。充电装置50构成为例如包括变换器及转换器(均未图示)。
ECU100构成为包括CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)100A、存储器(更具体而言是ROM(Read Only Memory：只读存储器)及RAM(Random Access Memory：随机存取存储器))100B及用于输入输出各种信号的输入输出端口(未图示)。ECU100基于从监视单元20的各传感器接收的信号以及存储于存储器100B的程序及映射来执行推定电池组10的SOC的“SOC推定处理”。并且，ECU100根据SOC推定处理的结果来控制电池组10的充放电。关于SOC推定处理，将在后文进行详细说明。需要说明的是，ECU100相当于本公开的“控制装置”。
参照图2，对各单电池11的结构进行更详细的说明。图2中的单电池11以透视其内部的方式示出。
如图2所示，单电池11具有方形(大致长方体形状)的电池壳体111。电池壳体111的上表面由盖体112封闭。正极端子113及负极端子114各自的一端从盖体112突出到外部。正极端子113及负极端子114的另一端在电池壳体111内部分别连接于内部正极端子及内部负极端子(均未图示)。在电池壳体111的内部收容有电极体115。电极体115通过将正极116和负极117隔着分隔件118而层叠且卷绕该层叠体而形成。电解液保持于正极116、负极117及分隔件118等。
正极116、分隔件118及电解液分别可以使用作为锂离子二次电池的正极、分隔件及电解液而以往公知的结构及材料。作为一例，正极116可以使用钴酸锂的一部分由镍及锰置换后的三元系的材料。分隔件可以使用聚烯烃(例如聚乙烯或聚丙烯)。电解液包括有机溶剂(例如DMC(dimethyl carbonate：碳酸二甲酯)、EMC(ethylmethyl carbonate：碳酸甲乙酯)及EC(ethylene carbonate：碳酸乙烯酯)的混合溶剂)、锂盐(例如LiPF6)、添加剂(例如LiBOB(lithium bis(oxalate)borate：二草酸硼酸锂)或Li[PF2(C2O4)2])等。也可以取代电解液而使用聚合物系电解质，还可以使用氧化物系、硫化物系等无机系固体电解质。
需要说明的是，单电池的结构没有特别的限定，电极体也可以不是具有卷绕构造而是具有层叠构造。另外，不限于方形的电池壳体，也可以采用圆筒型或层压型的电池壳体。
接下来，对电动势迟滞进行说明。锂离子二次电池的典型的负极活性物质是碳材料(例如黑铅(石墨))，但在本实施方式中，采用硅系化合物(Si或SiO)作为负极117的活性物质。这是因为，通过采用硅系化合物，能够使电池组10的能量密度等增加。另一方面，在采用了硅系化合物的系统中，会在SOC-OCV特性(SOC-OCV曲线)中显著地出现迟滞。作为其主要原因，如以下说明这样，可认为是伴随于充放电的负极活性物质的体积变化。
负极活性物质伴随于作为电荷载体的锂的插入而膨胀，伴随于锂的脱离而收缩。伴随于这样的负极活性物质的体积变化，会在负极活性物质的表面及内部产生应力。伴随于锂的插入或脱离的硅系化合物的体积变化量比石墨的体积变化量大。具体而言，在以锂未插入的状态下的最小体积为基准的情况下，伴随于锂的插入的石墨的体积变化量(膨胀率)是1.1倍左右，而硅系化合物的体积变化量最大是4倍左右。因而，在采用了硅系化合物作为负极活性物质的情况下，与采用了石墨的情况相比，在负极活性物质的表面及内部产生的应力变大。以下，将活性物质表面的应力记为“表面应力σ”。这是因为，电位根据活性物质的表面状态而确定。
一般，单极电位(正极电位或负极电位)由活性物质表面的状态(更详细而言是活性物质表面的锂量和表面应力σ)来决定。例如，伴随于负极活性物质表面的锂量的增加，负极电位下降，这是公知的。当采用如硅系化合物这样会产生大的体积变化的材料时，伴随于锂量的增减的表面应力σ的变化量也会变大。
在此，在表面应力σ中存在迟滞。由此，通过考虑表面应力σ及其迟滞的影响，能够高精度地定义负极电位。并且，在利用SOC与OCV的关系而根据OCV推定SOC时，通过以这样考虑了表面应力σ的负极电位为前提，能够高精度地推定SOC。
图3示意性地示出伴随于单电池(单电池11)的充放电的表面应力σ的变化的一例。在图3中，横轴表示单电池的SOC，纵轴表示表面应力σ。关于表面应力σ，将在负极活性物质71收缩时(单电池放电时)产生的拉伸应力σten以正方向来表示，将在负极活性物质71膨胀时(单电池充电时)产生的压缩应力σcom以负方向来表示。
在图3中示意性地示出了首先从完全放电状态(SOC＝0％的状态)到满充电状态(SOC＝100％的状态)以一定的充电速率将单电池充电，之后从满充电状态到完全放电状态以一定的放电速率使单电池放电的情况下的表面应力σ的变化的一例。
表面应力σ能够通过薄膜评价来测定(或估计)。对表面应力σ的测定方法的一例进行简单说明。首先，测定因表面应力σ而变形后的薄膜的负极117的曲率κ的变化。例如可以通过使用市售的曲率半径测定系统来光学地测定曲率κ。然后，通过将测定出的曲率κ和根据负极117(负极活性物质及周边构件)的材料及形状而确定的常数(杨氏模量、泊松比、厚度等)代入Stoney公式，能够算出表面应力σ(关于应力测定的详情，例如参照"In SituMeasurements of Stress-Potential Coupling in Lithiated Silicon",V.A.Sethuraman et al.,Journal of The Electrochemical Society,157(11)A1253-A1261(2010))。
在从完全放电状态起的充电刚开始后，表面应力σ(的绝对值)线性增加。在该充电中的SOC区域(SOC＝0％～SOC＝Sa的区域)中，可认为引起了负极活性物质71的表面的弹性变形。相对于此，在其以后的区域(SOC＝Sa～SOC＝100％的区域)中，可认为负极活性物质71的表面超过弹性变形而到达了塑性变形。另一方面，在单电池放电时，可认为，在从满充电状态起的放电刚开始后的区域(SOC＝100％～SOC＝Sb的区域)中，在负极活性物质71的表面引起了弹性变形，在其以后的区域(SOC＝Sb～SOC＝0％的区域)中，引起了负极活性物质71的表面的塑性变形。需要说明的是，在图3中，将表面应力σ的所有变化以直线示出，但这只不过示意性地示出表面应力σ的变化，实际上在屈服后的塑性区域(引起塑性变形的SOC区域)中也会产生非线性的变化(例如参照"In Situ Measurements of Stress-Potential Coupling in Lithiated Silicon",V.A.Sethuraman et al.,Journal of TheElectrochemical Society,157(11)A1253-A1261(2010)的图2)。
在单电池持续充电时，主要在负极活性物质表面产生压缩应力σcom(表面应力σ成为压缩应力)，与未产生压缩应力σcom的理想状态相比，负极电位下降。其结果，单电池的OCV上升。另一方面，在单电池持续放电时，主要在负极活性物质表面产生拉伸应力σten(表面应力σ成为拉伸应力)，与理想状态相比，负极电位上升。其结果，单电池的OCV下降。
按照以上的机理，在电池组10的SOC-OCV曲线上会出现伴随于充放电的迟滞。将该迟滞也称作“电动势迟滞”。电动势意味着电池组10的电压充分缓和且活性物质内的锂浓度缓和的状态下的电压(所谓的OCV)。在该缓和状态下残留于负极表面的应力可认为是包括在负极活性物质的内部产生的应力和伴随于负极活性物质的体积变化而从周边材料向负极活性物质施加的反作用力等的各种各样的力在系统整体中平衡时的应力。需要说明的是，周边材料是指粘合剂、导电助剂等。
图4是示出本实施方式中的电池组10的电动势迟滞的一例的图。在图4中，横轴表示电池组10的SOC，纵轴表示电池组10的OCV。在后述的图5A～图7B中也是同样的。
在图4中示出了通过电池组10的充电而取得的曲线(用CHG表示)和通过电池组10的放电取得的曲线(用DCH表示)。以下，将曲线CHG上的OCV也称作“充电OCV”，将曲线DCH上的OCV也称作“放电OCV”。同一SOC下的充电OCV与放电OCV的背离(在硅系化合物中例如是150mV左右)表示电动势迟滞。
充电OCV表示各SOC下的OCV可取的最高值，放电OCV表示各SOC下的OCV可取的最低值。因而，电池组10的状态(即，SOC与OCV的组合)在SOC-OCV特性图中被描绘于充电OCV上、放电OCV上或由充电OCV和放电OCV包围的中间区域D内的任一者。需要说明的是，充电OCV及放电OCV(中间区域D的外周)与图3中示意性示出的表面应力σ的外周(平行四边形的外周)对应。
充电OCV能够如以下这样取得。首先，准备完全放电状态的单电池，例如充入相当于5％的SOC的电量。在充入该电量后停止充电，将单电池放置直到因充电产生的极化消除为止的时间(例如30分钟)。在经过该放置时间后测定单电池的OCV。然后，将充电后的SOC(＝5％)与测定出的OCV的组合(SOC、OCV)描绘于图4中。
接着，开始相当于下一个5％的SOC的电量的充电(SOC＝5％～10％的充电)。当到SOC10％为止的充电完成后，同样在经过放置时间后测定单电池的OCV。然后，根据OCV的测定结果再次描绘SOC与OCV的组合。之后，反复进行同样的步骤，直到单电池到达满充电状态为止。通过实施这样的测定，能够取得充电OCV。
接下来，直到单电池从满充电状态成为完全放电状态为止，这次一边反复进行单电池的放电和放电停止，一边测定每5％的SOC下的单电池的OCV。通过实施这样的测定，能够取得放电OCV。取得的充电OCV及放电OCV保存于ECU100的存储器100B。
接下来，对理想OCV及基准SOC进行说明。在存在以上这样的电动势迟滞的情况下，在SOC的推定中，需要成为基准的OCV及成为基准的SOC。以下，假设周期性地反复进行SOC的推定。
图5A～5E是用于说明SOC-OCV特性图中的电池组10的状态的概念图。将第m(m是自然数)次运算周期中的电池组10的状态(OCV与SOC的组合)表示为“P(m)”。在图5A中，示出了电池组10被充电(例如，进行经由接入口40的外部充电)且电池组10的状态P(m)被描绘于充电OCV上的例子。
在从状态P(m)起继续进行了电池组10的充电的情况下，第(m+1)次运算周期中的状态P(m+1)如图5B所示那样被维持于充电OCV上。需要说明的是，在电池组10的状态P这样被描绘于充电OCV上的情况下，通过参照充电OCV，能够根据OCV来推定SOC。
另一方面，在从图5A所示的状态P(m)起使电池组10进行了放电的情况下，如图5C所示，第(m+1)次运算周期中的状态P(m+1)会从充电OCV偏离而被描绘于充电OCV与放电OCV之间的中间区域D内。
若继续进行电池组10的放电，则例如在第(m+2)次运算周期中，状态P(m+2)到达放电OCV(参照图5D)。在之后也继续进行了电池组10的放电的情况下，电池组10的状态P(m+3)被维持于放电OCV上(参照图5E)。需要说明的是，在电池组10的状态P这样被描绘于放电OCV上的情况下，通过参照放电OCV，能够根据OCV来推定SOC。
在此，尤其是在电池组10的状态P被描绘于充电OCV与放电OCV之间的中间区域D内的情况下，如何推定SOC成为课题。在本实施方式中，在推定SOC之前算出表面应力σ。在表面应力σ的计算中，如以下说明这样，算出相对于成为基准的OCV(理想OCV)的OCV变化量ΔOCV和成为基准的SOC(基准SOC)。
在本实施方式中，为了算出上述OCV变化量ΔOCV，设想在负极活性物质71的表面上未残留应力的假想的状态(可谓理想的状态)，使用在该理想的状态下得到的充放电曲线上的OCV作为基准。以下，将该曲线上的OCV也记为“理想OCV”。
图6A、6B是用于说明理想OCV的图。参照图6A，充电OCV上的表面应力σ大致恒定为屈服时的压缩应力σcom，放电OCV上的表面应力σ大致恒定为屈服时的拉伸应力σten。因而，在理想OCV与充电OCV之间的距离Dcom和理想OCV与放电OCV之间的距离Dten之比等于压缩应力σcom和拉伸应力σten之比的曲线(Dcom：Dten＝σcom：σten的曲线)上，能够将表面应力σ视为大致0。通过算出这样的曲线，能够设定理想OCV。并且，能够以理想OCV上的OCV为基准来定义OCV变化量ΔOCV。
另一方面，基于由监视单元20内的各传感器(电压传感器21、电流传感器22及温度传感器23)取得的测定值，能够推定电池组10的OCV。将这样推定出的OCV称作“推定OCV”，也记为OCVES。推定OCV在表面应力σ的影响下从理想OCV上背离。在如前述那样定义了理想OCV的情况下，OCV变化量ΔOCV表示由表面应力σ引起的OCV的偏离(背离量)。
因而，通过使用OCV变化量ΔOCV修正推定OCV，能够得到除去了表面应力σ的影响的OCV，由此，能够根据OCV来推定SOC。更具体而言，如图6B所示，在理想OCV上求出与对推定OCV加上OCV变化量ΔOCV而得到的(OCVES+ΔOCV)对应的SOC，通过将该SOC设为电池组10的SOC，能够求出考虑了表面应力σ的影响的SOC。但是，这样的OCV变化量ΔOCV的定义方法只不过是一例，OCV变化量ΔOCV的定义方法不限于此。
图7A～7C是用于说明基准SOC(SOCREF)的概念图。在图7A～7C中示出了按照P(1)～P(8)所示的状态的顺序进行了电池组10的充放电的例子(参照图中的箭头)。更详细而言，首先，使状态P(1)的电池组10放电，使该放电持续至状态P(3)。然后，在状态P(3)下，进行从放电向充电的切换。之后，持续进行电池组10的充电，直到成为状态P(8)为止。需要说明的是，在图7A中，为了避免附图变得复杂，仅标注了P(1)、P(3)、P(6)、P(8)的附图标记。
本申请的发明人通过实验而发现了如下所述的电池组10的行为。首先，本申请的发明人测定了从由放电向充电切换时(参照状态P(3))起充入电池组10的电量(以下，也记为“充电量ΔAh1”)。其结果，得知了：在充电量ΔAh1低于规定量的情况下，电池组10的状态P有可能未到达充电OCV，另一方面，若充电量ΔAh1成为规定量以上，则即使是来自放电OCV上的充电，也可视为状态P到达了充电OCV。在此，“可视为到达”不仅包括状态P完全到达了充电OCV的情况，也可以包括状态P的OCV与充电OCV之差为一定量以下而能够近似成“到达”的情况。这样的规定量(以下，称作“基准充电量X1”)能够基于实验结果而如以下这样设定。
例如，针对如图7A这样电池组10的SOC处于低SOC区域(SOC约为20％的区域)内的情况，求出电池组10的状态P到达充电OCV所需的充电量ΔAh1(上述规定量)。并且，在电池组10的SOC处于中SOC区域(SOC约为50％的区域)内的情况(参照图7B)下也同样地通过实验求出状态P到达充电OCV所需的充电量ΔAh1。关于如图7C所示那样电池组10的SOC处于高SOC区域(SOC约为80％的区域)内的情况也是同样。
这样，当在各种各样的SOC区域中利用实验来测定状态P到达充电OCV所需的充电量ΔAh1后得知了：该充电量ΔAh1例如是相当于电池组10的SOC的百分之几的程度的电量，与SOC区域无关而大致恒定。因此，能够将这样求出的充电量ΔAh1设定为基准充电量X1。这样一来，无论SOC如何，都能够使用共同的值作为基准充电量X1。
但是，该充电量ΔAh1有可能因SOC区域而存在稍微的差异，因此，优选的是将所有SOC区域中的最大值设定为基准充电量X1。或者，也可以将充放电切换时的SOC与基准充电量X1之间的关系作为映射而保存于ECU100的存储器100B。
这样，基于实验结果来设定基准充电量X1，将从由放电向充电切换时起充入电池组10的电量(充电量ΔAh1)与基准充电量X1进行比较。由此，能够判定是电池组10的状态P到达了充电OCV还是状态P有可能还未到达充电OCV。
在算出充电量ΔAh1时，使用从由电池组10的放电向充电切换时起的电流累计值。成为该电流累计的基准的SOC(从放电向充电切换时的SOC)是基准SOC(SOCREF)。另外，后述的基准应力σREF是与基准SOC对应的表面应力σ(SOC为基准SOC时的表面应力σ)。
需要说明的是，在图7A～7C中，说明了通过将从由放电向充电切换时起的充电量ΔAh1与基准充电量X1进行比较来判定电池组10的状态P是否到达了充电OCV的例子。虽然不反复进行详细说明，但通过在从充电向放电切换时也进行同样的测定，能够设定基准放电量X2。然后，将从由充电向放电切换时起从电池组10放出的电量(放电量ΔAh2)与基准放电量X2进行比较。由此，能够判定是电池组10的状态P到达了放电OCV还是状态P有可能还未到达放电OCV。
图8是示出实施方式1中的SOC推定处理的流程图。图9是用于说明参数的内容的图。图8所示的流程图例如以规定的运算周期从主例程(未图示)调出而由ECU100执行。在ECU100的存储器100B中保存有在上次的运算周期(上一周期)中求出的基准SOCREF及基准应力σREF。需要说明的是，图8及后述的流程图中包含的各步骤(以下略记为“S”)基本上通过ECU100的软件处理来实现，但可以由在ECU100内制作出的专用的硬件(电气电路)来实现。
参照图8及图9，在S101中，ECU100从监视单元20内的各传感器(电压传感器21、电流传感器22及温度传感器23)取得电池组10的电压VB、电流IB及温度TB。
在S102中，ECU100推定电池组10的OCV(算出推定OCV即OCVES)。OCVES能够按照下述式(1)来算出。在式(1)中，将电池组10的内部电阻用R表示。另外，将用于修正在电池组10产生的极化的影响的修正项用ΣΔVi(i是自然数)表示。通过该修正项ΣΔVi来修正因正极活性物质内及负极活性物质内的锂扩散以及电解液内的锂盐扩散而产生的极化。在考虑负极活性物质内的锂扩散时，优选考虑负极活性物质内的锂浓度差和内部应力双方的影响。假设修正项ΣΔVi在事先的预备实验中求出，保存于存储器100B。修正项ΣΔVi也以电池组10的充电时的值为正的方式确定。
OCVES＝VB-IB×R-ΣΔVi…(1)
在S103中，ECU100从存储器100B读出在上一周期中算出的SOC(n-1)。而且，ECU100读出保存于存储器100B的基准SOC(SOCREF)及基准应力σREF。
根据本申请的发明人的实验结果，在从当前的SOC减去基准SOC(SOCREF)而得到的SOC差(SOC-SOCREF)与表面应力σ之间存在如下述式(2)这样表示的线性关系。该SOC差相当于从当前的负极活性物质71中包含的锂量减去基准SOC下的负极活性物质内包含的锂量(相当于本公开中的“基准电荷载体量”)而得到的差量，线性关系将表面应力σ与锂的插入量或脱离量成比例这一想法模型化。
σ＝-α(SOC-SOCREF)+σREF…(2)
在式(2)中，将在表面应力σ与上述SOC差之间成立的线性关系的正的比例常数(直线的斜率)记为α。比例常数α是根据负极活性物质71(及周边构件72)的机械特性而确定的参数，通过实验求出。更详细而言，比例常数α有可能根据负极活性物质71的温度(≈电池组10的温度TB)和负极活性物质71内的锂含有量(换言之，电池组10的SOC)而变化。因而，针对电池组10的温度TB及SOC的各种组合求出比例常数α，作为映射MP(未图示)而准备。但是，也可以使用仅温度TB及SOC中的一方与比例常数α的相关关系。
在S104中，ECU100通过参照映射MP而根据电池组10的温度TB及SOC(上一周期的SOC)算出比例常数α。需要说明的是，电池组10的温度TB可以直接使用当前时刻的温度TB(在S101中取得的值)，也可以使用预先确定的紧邻的规定期间内(例如30分钟)的时间平均值。然后，ECU100按照上述式(2)算出表面应力σ(S105)。该表面应力σ是在考虑活性物质表面的屈服之前临时算出的应力，通过以下的S106～S113的处理来决定(正时算出)表面应力σ。
在S106中，ECU100将在S105中算出的表面应力σ与压缩应力σcom进行比较。在考虑了表面应力σ的符号时的表面应力σ为压缩应力σcom以下的情况即表面应力σ的大小为压缩应力σcom的大小以上的情况(将应力以绝对值进行比较的情况)下(在S106中为是)，ECU100认为负极活性物质71以表面应力σ成为压缩应力σcom的方式发生了屈服，决定为σ＝σcom(S107)。然后，ECU100通过将在S105中算出的当前的运算周期(当前周期)的表面应力σ(＝σcom)设定为基准应力σREF来更新基准应力σREF(S108)。
需要说明的是，如前所述，充电OCV及放电OCV与图3所示的表面应力σ的SOC依存性的外周对应。在表面应力σ是压缩应力σcom的情况下，电池组10的状态被描绘于充电OCV上。另一方面，在表面应力σ是拉伸应力σten的情况下，电池组10的状态被描绘于放电OCV上。
在S106中考虑了表面应力σ的符号时的表面应力σ比压缩应力σcom大的情况即表面应力σ的大小比压缩应力σcom的大小小的情况下(在S106中为否)，ECU100使处理进入S109，将表面应力σ与拉伸应力σten进行比较。
在考虑了表面应力σ的符号时的表面应力σ为拉伸应力σten以上的情况即表面应力σ的大小为拉伸应力σten的大小以上的情况(将应力以绝对值进行比较的情况)下(在S109中为是)，ECU100认为负极活性物质71以表面应力σ成为拉伸应力σten的方式发生了屈服，决定为σ＝σten(S110)。然后，ECU100将在S106中算出的当前周期的表面应力σ(＝σten)更新为基准应力σREF(S111)。
需要说明的是，在图3中，示意性地示出了压缩应力σcom及拉伸应力σten与SOC无关而大致恒定的例子，但如前所述，在压缩应力σcom及拉伸应力σten中，也有可能产生伴随于SOC变化的非线性的变化。因而，也可以在考虑了该非线性的变化的基础上，作为压缩应力σcom及拉伸应力σten而设定例如与上一周期的SOC对应的值。
在S109中表面应力σ小于拉伸应力σten的情况下(在S109中为否)，表面应力σ处于压缩应力σcom与拉伸应力σten之间(σcom<σ<σten)，负极活性物质71未发生屈服。由此，采用在S105中临时算出的表面应力σ(S112)。在该情况下，不进行基准应力σREF的更新，维持在上一周期(或其以前的周期)中设定的基准应力σREF(S113)。
当通过S106～S113的处理决定表面应力σ后，ECU100根据表面应力σ算出OCV变化量ΔOCV(S114)。更具体而言，在OCV变化量ΔOCV与表面应力σ之间，如下述式(3)这样表示的线性关系成立。
ΔOCV＝k×Ω×σ/F…(3)
在式(3)中，插入了1摩尔的锂时的负极活性物质71的体积增加量由Ω(单位：m3/mol)表示，法拉第常数由F(单位：C/mol)表示。k是也包含符号而通过实验求出的常数。通过将表面应力σ的值与其他常数(k、Ω、F)一起代入式(3)，能够算出以理想OCV为基准的OCV变化量ΔOCV。
在S115中，ECU100利用OCV变化量ΔOCV对在S102中算出的推定OCV(OCVES)进行修正(更具体而言，算出OCVES+ΔOCV)，通过参照理想OCV来算出与该修正后的OCV即(OCVES+ΔOCV)对应的SOC(参照图6B)。这样算出的SOC是当前周期的SOC。当前周期的SOC被保存于存储器100B。
之后，ECU100判定是否在S106～S111的处理中判定为引起了负极活性物质71的屈服(S116)。在表面应力σ的大小为屈服值的大小以上而判定为引起了负极活性物质71的屈服的情况下(在S116中为是)，换言之，在判定为表面应力σ为压缩应力σcom以下(S107)或者判定为表面应力σ为拉伸应力σten以上的情况下(S110)，ECU100利用在S115中算出的SOC来更新基准SOC(SOCREF)(S117)。该基准SOC在下次的运算周期(次周期)的S105的处理(参照式(2))中使用。另一方面，在判定为未引起负极活性物质71的屈服的情况下(在S116中为否)，不进行基准SOC的更新，维持在上一周期(或其以前)设定的基准SOC。
如以上这样，在实施方式1中，使用在表面应力σ与SOC差(SOC-SOCREF)之间成立的线性关系(参照式(2))来算出表面应力σ(S105)。然后，将表面应力σ与压缩应力σcom进行比较(S106)，将表面应力σ与拉伸应力σten进行比较(S109)。在表面应力σ超过了压缩应力σcom的情况(σ≤σcom的情况)下，认为表面应力σ在压缩应力σcom下发生了屈服，决定为σ＝σcom(S107)。另外，在表面应力σ超过了拉伸应力σten的情况(σ≥σten的情况)下，认为引起了负极活性物质71的屈服，决定为σ＝σten(S110)。相对于此，在未引起这样的负极活性物质71的屈服的情况(σcom<σ<σten的情况)下，直接采用按照上述线性关系算出的表面应力σ(S112)。这样，通过使用考虑了表面应力σ的屈服及上述线性关系的模型，能够高精度地推定表面应力σ。
而且，在实施方式1中，按照式(3)，根据高精度地推定出的表面应力σ来算出相对于理想OCV的OCV变化量ΔOCV(S115)。然后，通过参照理想OCV，能够使用OCV变化量ΔOCV高精度地推定SOC。实施方式1在负极117中采用伴随于充放电的体积变化量大而迟滞的影响会显著地出现的活性物质(硅系化合物)的情况下尤其有效，但也能够应用于一般的负极活性物质(黑铅等)的情况。
接着，对实施方式2进行说明。在实施方式1中，对根据表面应力σ来推定电池组10的SOC的处理进行了说明。在实施方式2中，对判定电池组10的劣化状态(SOH：State OfHealth)的处理(更具体而言是算出电池组10的满充电容量的处理(满充电容量算出处理))进行说明。
图10是用于说明实施方式2中的满充电容量算出处理的流程图。参照图10，在S201中，ECU100开始进行使用电流传感器22的电流累计。
在S202中，ECU100执行与实施方式1同样的第一次的SOC推定处理(参照图8)。将通过第一次的SOC推定处理推定出的SOC记为S1。
为了高精度地推定满充电容量C，优选第一次的SOC推定处理与第二次的SOC推定处理之间的电池组10的容量变化量ΔAh(＝SOC变化量ΔSOC)的绝对值大到一定程度。因而，当电池组10的容量变化量的绝对值|ΔAh|(或|ΔSOC|)成为规定量以上时(S203中为是)，ECU100认为用于执行第二次的SOC推定处理的条件成立，停止电流累计(S204)，执行第二次的SOC推定处理(S205)。将通过第二次的SOC推定处理推定出的SOC记为S2。
在S206中，ECU100使用前述的两次的SOC推定处理的推定结果即S1、S2和容量变化量ΔAh，算出电池组10的满充电容量C。更具体而言，满充电容量C能够按照下述式(4)来算出。
C＝ΔAh/(S1-S2)×100…(4)
如以上这样，根据实施方式2，使用实施方式1中的SOC推定处理来推定SOC，使用该推定结果来算出满充电容量C。由此，由于使用考虑由表面应力σ引起的迟滞而高精度地推定出的SOC来算出满充电容量C，所以也能够高精度地算出满充电容量C。
接下来，对实施方式3进行说明。例如也可考虑采用由包括硅系化合物和石墨的复合体构成的复合材料作为负极活性物质的结构。采用了这样的复合材料时的SOC-OCV曲线呈现与单独采用了硅系化合物时不同的迟滞特性。在实施方式3中，对用于活用复合材料的迟滞特性的特征的SOC推定处理进行说明。
图11是用于说明实施方式3中的迟滞特性的图。如图11所示，在采用了包含硅系化合物和石墨的复合材料的情况下，有意义地产生OCV的迟滞的SOC区域限定于低SOC区域(在图11中是小于TH的SOC区域)。阈值TH能够通过事先的实验来求出。
图12是用于说明实施方式3中的SOC推定处理的流程图。参照图12，在S301中，ECU100从存储器100B读出在上次的运算周期(上一周期)中推定出的SOC。
在S302中，ECU100判定上一周期的SOC是否小于阈值TH。在上一周期的SOC小于阈值TH的情况下(在S302中为是)，ECU100执行与实施方式1同样的SOC推定处理(参照图8)(S303)。
相对于此，在上一周期的SOC为阈值TH以上的情况下(在S302中为否)，ECU100使用通常的方法来推定SOC。具体而言，首先，ECU100推定电池组10的OCV(S304)。然后，ECU100使用未考虑由表面应力σ引起的迟滞的通常的SOC-OCV曲线，根据在S304中推定出的OCV来推定当前周期中的SOC(S305)。推定出的SOC被保存于存储器100B，在下一周期的S301的处理中使用(S306)。
如以上这样，根据实施方式3，在采用了复合材料作为负极活性物质的情况下，在有意义地产生OCV的迟滞的低SOC区域(第二SOC区域)中，考虑由表面应力σ引起的迟滞来进行SOC推定。另一方面，在不产生有意义的迟滞的高SOC区域(第一SOC区域)中，按照一般的方法来进行SOC推定。若将考虑了由表面应力σ引起的迟滞的SOC推定与按照一般的方法的SOC推定进行比较，则前者需要比后者大的计算资源。因而，通过在高SOC区域中使用通常的方法，能够节约ECU100的运算资源。
需要说明的是，在图11及图12中，对包括硅系材料和石墨的复合材料的例子进行了说明，但只要是仅在一部分SOC区域中呈现有意义的迟滞的材料即可，负极活性物质也可以构成为包括其他材料。作为这样的材料的例子，可举出包括硅系材料和钛酸锂的复合材料。在该复合材料中，已知会在高SOC区域产生有意义的迟滞。在该情况下，在图12所示的处理流程中，使S302的判定处理中的不等号的朝向相反即可。
另外，在实施方式1～3中，对使用硅系化合物作为伴随于充放电的体积变化量大的负极活性物质的例子进行了说明。但是，伴随于充放电的体积变化量大的负极活性物质不限于此。在本说明书中，“体积变化量大的负极活性物质”意味着与伴随于充放电的石墨的体积变化量(约10％)相比体积变化量大的材料。作为这样的锂离子二次电池的负极材料，可举出锡系化合物(Sn或SnO等)、锗(Ge)系化合物或铅(Pb)系化合物。需要说明的是，锂离子二次电池的电解质不限于液系，也可以是聚合物系，还可以是全固态系。另外，在正极活性物质的体积变化量大的情况下，也可以考虑来源于正极的迟滞。
而且，能够应用在实施方式1、3中说明的SOC推定处理及在实施方式2中说明的满充电容量算出处理的二次电池不限于锂离子二次电池，也可以是其他的二次电池(例如镍氢电池)。另外，表面应力σ在二次电池的正极侧也有可能产生。因而，也可以将二次电池的正极侧的表面应力σ纳入考虑而使用前述的SOC推定处理及满充电容量算出处理。
应该认为，本次公开的实施方式在所有方面都是例示而非限制性的内容。本公开的范围不是由上述的实施方式的说明表示，而是由权利要求书表示，意在包含与权利要求书均等的含义及范围内的所有变更。

Claims (9)

1.一种二次电池系统，其特征在于，具备：
二次电池，具有包含活性物质的电极，电荷载体相对于该活性物质可逆地插入及脱离；及
控制装置，推定伴随于所述电荷载体的插入或脱离而在所述活性物质产生的应力，
其中，所述控制装置使用在从所述活性物质中包含的所述电荷载体的量减去基准电荷载体量而得到的差量与所述应力之间成立的第一线性关系，根据所述差量算出所述应力的推定值，在所述推定值的大小超过所述活性物质的屈服应力的大小的情况下，将所述推定值修正为所述屈服应力。
2.根据权利要求1所述的二次电池系统，其特征在于，
所述活性物质中包含的所述电荷载体的量由所述二次电池的SOC来表现，
所述基准电荷载体量由基准SOC来表现，所述基准SOC是在所述应力为所述屈服应力的状态下所述二次电池的充放电方向被切换的时间点的SOC。
3.根据权利要求2所述的二次电池系统，其特征在于，
所述第一线性关系由下述式(1)表示，
σ＝-α(SOC-SOCREF)+σREF…(1)
在所述式(1)中，所述应力由σ表示，所述基准SOC由SOCREF表示，所述二次电池的SOC为所述基准SOC时的应力由σREF表示，表示所述第一线性关系的比例常数由α表示。
4.根据权利要求3所述的二次电池系统，其特征在于，
所述控制装置使用在所述二次电池的温度及SOC中的至少一方与所述比例常数之间成立的相关关系，根据所述二次电池的温度及SOC中的至少一方来算出所述比例常数。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的二次电池系统，其特征在于，
所述控制装置执行推定所述二次电池的SOC的SOC推定处理，在所述SOC推定处理中，使用在以所述应力为基准应力时的OCV为基准的由所述应力引起的OCV变化量与所述应力之间成立的第二线性关系，根据所述应力来算出所述OCV变化量，
所述控制装置通过参照所述应力为所述基准应力时的所述二次电池的OCV与SOC之间的第一对应关系，来根据所述OCV变化量推定所述二次电池的SOC。
6.根据权利要求5所述的二次电池系统，其特征在于，
所述控制装置通过执行所述SOC推定处理来推定第一SOC，在推定所述第一SOC之后所述二次电池的容量变化量超过规定量的情况下通过再次执行所述SOC推定处理来推定第二SOC，基于所述第一SOC与所述第二SOC的SOC差及推定所述第一SOC时与推定所述第二SOC时之间的所述二次电池的容量变化量，来算出所述二次电池的满充电容量。
7.根据权利要求5或6所述的二次电池系统，其特征在于，
所述活性物质包括第一活性物质及第二活性物质，
伴随于所述二次电池的充放电的所述第二活性物质的体积变化量比伴随于所述二次电池的充放电的所述第一活性物质的体积变化量大，
在所述二次电池的OCV与SOC之间的关系中存在第一SOC区域和伴随于所述二次电池的充放电的所述二次电池的OCV的迟滞比所述第一SOC区域大的第二SOC区域，
所述控制装置反复推定所述二次电池的SOC，在上次推定出的所述二次电池的SOC处于所述第二SOC区域内的情况下执行所述SOC推定处理，另一方面，在上次推定出的所述二次电池的SOC处于所述第一SOC区域内的情况下，按照所述第一对应关系以外的所述二次电池的OCV与SOC之间的第二对应关系来推定所述二次电池的SOC。
8.一种二次电池的活性物质的应力推定方法，推定伴随于电荷载体的插入或脱离而在二次电池的活性物质产生的应力，
其特征在于，包括：
使用在从所述二次电池的活性物质中包含的所述电荷载体的量减去基准电荷载体量而得到的差量与所述应力之间成立的线性关系，根据所述差量来算出所述应力的推定值；及
在所述推定值的大小超过所述活性物质的屈服应力的大小的情况下，将所述推定值修正为所述屈服应力。
9.一种二次电池系统，其特征在于，具备：
二次电池，具有包含活性物质的电极，电荷载体相对于该活性物质可逆地插入及脱离；及
控制装置，推定伴随于所述电荷载体的插入或脱离而在所述活性物质产生的应力，
其中，所述控制装置使用在从所述活性物质中包含的所述电荷载体的量减去基准电荷载体量而得到的差量与所述应力之间成立的第一线性关系，根据所述差量来算出所述应力的推定值，在所述推定值超过所述活性物质屈服时的拉伸应力的情况下或所述推定值低于所述活性物质屈服时的压缩应力的情况下，将所述推定值修正为所述屈服应力。
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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6958427B2 (ja) * 2018-02-27 2021-11-02 トヨタ自動車株式会社 二次電池システム
EP3624252A1 (en) 2018-09-14 2020-03-18 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Secondary battery system and method of estimating an internal state of secondary battery
JP6867987B2 (ja) * 2018-10-09 2021-05-12 株式会社豊田中央研究所 電源装置の満充電容量推定装置
WO2020129478A1 (ja) * 2018-12-18 2020-06-25 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 電池状態推定装置、電池状態推定方法、及び電池システム
KR20200101754A (ko) * 2019-02-20 2020-08-28 삼성에스디아이 주식회사 배터리 제어 장치 및 배터리 제어 방법
JP7316886B2 (ja) * 2019-09-18 2023-07-28 日産自動車株式会社 全固体リチウムイオン二次電池システム、および全固体リチウムイオン二次電池用ｓｏｃ推定装置
WO2021186512A1 (ja) * 2020-03-16 2021-09-23 株式会社 東芝 情報処理装置、情報処理方法、コンピュータプログラム及び情報処理システム
CN112952945A (zh) * 2021-02-27 2021-06-11 武汉中原长江科技发展有限公司 一种以电池间soc之差为指标的均衡方法
CN114350188B (zh) * 2021-12-14 2023-01-03 青岛理工大学 用于既有建筑应变监测的储能保护型水泥基微变监测涂层及水泥基传感器
EP4345948A1 (en) * 2022-09-28 2024-04-03 Volvo Truck Corporation Method for ageing analysis of mixed electrode lithium ion cell

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102084525A (zh) * 2008-07-29 2011-06-01 松下电器产业株式会社 非水电解质二次电池用集电体、非水电解质二次电池用电极及它们的制造方法、以及非水电解质二次电池
CN103460546A (zh) * 2011-03-28 2013-12-18 丰田自动车株式会社 电动车辆及其控制方法
JP2015225846A (ja) * 2014-05-30 2015-12-14 トヨタ自動車株式会社 蓄電システム
WO2016033749A1 (en) * 2014-09-03 2016-03-10 General Electric Company Acoustic treatment assembly for a turbine system
CN105594020A (zh) * 2014-01-15 2016-05-18 Jenax股份有限公司 二次电池用电极及其制备方法
US20170092996A1 (en) * 2015-09-26 2017-03-30 Intel Corporation Battery reliability odometer
CN107258032A (zh) * 2015-05-07 2017-10-17 宝马股份公司 具有改进的状态监控的蓄电池组件

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5804944A (en) * 1997-04-07 1998-09-08 Motorola, Inc. Battery protection system and process for charging a battery
RU2243535C1 (ru) * 2003-04-21 2004-12-27 Научно-исследовательский и конструкторский центр испытательных машин Точмашприбор" Машина испытательная для механических испытаний материалов на растяжение
JP2010080279A (ja) * 2008-09-26 2010-04-08 Nissan Motor Co Ltd 二次電池システム、およびこの二次電池システムを用いた車両
JP5339128B2 (ja) * 2008-12-12 2013-11-13 トヨタ自動車株式会社 ストレス制御システム
JP5407758B2 (ja) 2009-10-29 2014-02-05 トヨタ自動車株式会社 車両の電源装置
JP5960063B2 (ja) 2011-01-31 2016-08-02 三洋電機株式会社 電池の満充電容量検出方法
JP5660003B2 (ja) 2011-10-24 2015-01-28 トヨタ自動車株式会社 二次電池の劣化状態判別システム及び劣化状態判別方法。
JP5866987B2 (ja) * 2011-11-10 2016-02-24 日産自動車株式会社 二次電池の制御装置およびｓｏｃ検出方法
JP2013158087A (ja) 2012-01-27 2013-08-15 Toyota Motor Corp 蓄電システム及び充電状態推定方法
CN103259055B (zh) * 2012-02-21 2016-08-03 上海卡耐新能源有限公司 一种方便操作的电动车用电池组ocv-soc曲线的修正电路及方法
JP6221237B2 (ja) 2013-01-21 2017-11-01 株式会社豊田自動織機 充電率推定装置および充電率推定方法
JP2015166710A (ja) 2014-03-04 2015-09-24 ソニー株式会社 蓄電部材状態推定装置、電池パック、電動車両、蓄電装置および蓄電部材状態推定方法
JP2016039010A (ja) * 2014-08-06 2016-03-22 トヨタ自動車株式会社 電池システム
WO2016033479A1 (en) 2014-08-29 2016-03-03 The Regents Of The University Of Michigan Bulk force in a battery pack and its application to state of charge estimation
JP6356633B2 (ja) * 2015-06-02 2018-07-11 トヨタ自動車株式会社 二次電池システム
JP6499939B2 (ja) 2015-07-09 2019-04-10 川崎重工業株式会社 二次電池の充電状態推定方法
JP6225977B2 (ja) * 2015-11-18 2017-11-08 トヨタ自動車株式会社 バッテリシステム
CN105759216B (zh) * 2016-02-26 2018-10-26 同济大学 一种软包锂离子电池荷电状态估算方法
JP6642242B2 (ja) * 2016-04-26 2020-02-05 トヨタ自動車株式会社 電池システム
JP6927009B2 (ja) 2017-12-12 2021-08-25 トヨタ自動車株式会社 二次電池システムおよび二次電池のｓｏｃ推定方法
JP6927008B2 (ja) 2017-12-12 2021-08-25 トヨタ自動車株式会社 二次電池システムおよび二次電池のｓｏｃ推定方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102084525A (zh) * 2008-07-29 2011-06-01 松下电器产业株式会社 非水电解质二次电池用集电体、非水电解质二次电池用电极及它们的制造方法、以及非水电解质二次电池
CN103460546A (zh) * 2011-03-28 2013-12-18 丰田自动车株式会社 电动车辆及其控制方法
CN105594020A (zh) * 2014-01-15 2016-05-18 Jenax股份有限公司 二次电池用电极及其制备方法
JP2015225846A (ja) * 2014-05-30 2015-12-14 トヨタ自動車株式会社 蓄電システム
WO2016033749A1 (en) * 2014-09-03 2016-03-10 General Electric Company Acoustic treatment assembly for a turbine system
CN107258032A (zh) * 2015-05-07 2017-10-17 宝马股份公司 具有改进的状态监控的蓄电池组件
US20170092996A1 (en) * 2015-09-26 2017-03-30 Intel Corporation Battery reliability odometer

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