JP2008096166A - バッテリーの電圧予測方法、プログラム、状態監視装置、及び電源システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】OCVからの電圧変化を予測する計算方式として、等価回路計算方式10と濃度分極計算方式20の2種類を有しており、バッテリーの端子間電圧30は、いずれかの計算方式で計算された電圧変化をOCV40に加算することで算出される。等価回路計算方式10と濃度分極計算方式20のいずれの計算方式を用いるかの選択は、バッテリーの電流50に基づいて決定されるようにしており、電流50が0のときは濃度分極計算方式20を選択し、それ以外のときは等価回路計算方式10を選択するようにしている。
【選択図】図1
Description
本発明のバッテリーの電圧予測方法では、バッテリーの電流が0の時には濃度分極に基づいて端子間電圧を予測するのを特徴としている。
c(x, t=t0) = c1 (一定値) at 0≦x≦d
c(x, t=t0) = ceq (一定値) at x>d
ti = (i-1)*Δt i = 1,2,3,…,N
tN = (N-1)*Δt = T
(1)t>t0において単調変化
(2)t→∞で0に収束
さらに、ステップS9において、予測された端子間電圧V(ti)についても記憶装置に記憶させるようにすることができる。
図9は、本発明の実施の形態に係る電源システム及び状態監視装置の構成を示すブロック図である。電源システム70はバッテリー1と状態監視装置71とから構成されており、状態監視装置71は、バッテリー1に備えられた電圧計2、電流計3、及び温度センサ4からそれぞれ端子間電圧、電流、及び温度を入力する制御部72と、制御部72に接続された記憶部73と、利用者等に情報を提供するためのディスプレイ74及びブザー75とから構成されている。また、バッテリー1は、負荷となる電装品5と接続されている。
更に、本発明に係るバッテリーの電圧予測方法及びプログラムを応用して、バッテリーの設計、製造、保守などに応用することも可能である。
2 電圧計
3 電流計
4 温度センサ
5 電装品
10 等価回路計算方式
20 濃度分極計算方式
30 端子間電圧
40 OCV
50 電流
61、63、64 電圧変化予測値
62 データ範囲
70 電源システム
71 状態監視装置
72 制御部
73 記憶部
74 ディスプレイ
75 ブザー
101 等価回路
102 電流波形
103 電圧変化測定値 104 電圧変化予測値
Claims (26)
- バッテリーの端子間電圧を予測する方法であって、
前記バッテリーの前記端子間電圧を、前記バッテリーに内蔵されている電解液の濃度分極に基づいて予測する
ことを特徴とするバッテリーの電圧予測方法。 - 前記バッテリーから負荷に対して流す電流が0のときの前記端子間電圧を予測する
ことを特徴とする請求項1に記載のバッテリーの電圧予測方法。 - 前記電流が0となった時点以降の前記端子間電圧の時間変化を予測する
ことを特徴とする請求項1に記載のバッテリーの電圧予測方法。 - 前記電解液の濃度の時間変化を予測し、予測された前記濃度に基づいて前記端子間電圧を予測する
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のバッテリーの電圧予測方法。 - 前記端子間電圧は、前記バッテリーから負荷に対して流す電流が0となった時点の値から単調に変化して前記OCVに漸近する所定の時間関数に基づいて予測される
ことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のバッテリーの電圧予測方法。 - 前記x(t)は、所定の拡散方程式の解を求めることで与えられる
ことを特徴とする請求項7に記載のバッテリーの電圧予測方法。 - 前記式(2)のh(t)は、前記バッテリーから負荷に対して流す電流が0となった時点以降の前記端子間電圧の前記OCVからの変動分が単調に減少して0に漸近するように、前記所定の時間関数x(t)を決定している
ことを特徴とする請求項7又は請求項8のいずれか1項に記載のバッテリーの電圧予測方法。 - 前記c(t)は、前記電解液の濃度に係る所定の拡散方程式の解を求めることで与えられる
ことを特徴とする請求項10に記載のバッテリーの電圧予測方法。 - 前記c(t)は、実測により求められた前記電解液の濃度に基づき与えられる
ことを特徴とする請求項10に記載のバッテリーの電圧予測方法。 - 前記c(t)は、電気化学的モデルを用いて求められた前記電解液の濃度に基づき与えられる
ことを特徴とする請求項10に記載のバッテリーの電圧予測方法。 - 前記式(3)のh(t)は、前記バッテリーから負荷に対して流す電流が0となった時点以降の前記端子間電圧の前記OCVからの変動分が単調に減少して0に漸近するように、前記電解液の濃度c(t)を決定している
ことを特徴とする請求項10に記載のバッテリーの電圧予測方法。 - 前記電流が0でないときの前記端子間電圧を所定の電気的等価回路を用いて算出し、前記電流が0となる直前の前記電気的等価回路を用いて算出された前記端子間電圧を初期値として、前記電流が0となった時点以降の前記端子間電圧を予測する
ことを特徴とする請求項1から請求項15のいずれか1項に記載のバッテリーの電圧予測方法。 - 前記端子間電圧の予測に用いられる計算式のパラメータが、前記バッテリーの充電率及び温度に基づいて決定される
ことを特徴とする請求項1から請求項15のいずれか1項に記載のバッテリーの電圧予測方法。 - 前記端子間電圧の予測に用いられる計算式のパラメータが、前記電流が0になる以前の充放電条件及び/または前記充放電条件に依存する前記バッテリーの物性値に基づいて決定される
ことを特徴とする請求項1から請求項15のいずれか1項に記載のバッテリーの電圧予測方法。 - 電流が0になった時点以降の複数時点の前記端子間電圧を測定し、測定された前記端子間電圧をフィッティングして所定の時間関数を決定し、
決定された前記時間関数に基づいて前記端子間電圧の時間変化を予測する
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のバッテリーの電圧予測方法。 - 前記電流が一定値のまま所定時間以上経過した後の前記端子間電圧の時間変化を予測する
ことを特徴とする請求項1から請求項10のいずれか1項に記載のバッテリーの電圧予測方法。 - 前記所定時間は、1秒以上である
ことを特徴とする請求項20に記載のバッテリーの電圧予測方法。 - コンピュータに前記請求項1から請求項21のいずれか1項に記載のバッテリーの電圧予測方法の各ステップを実行させるためのプログラム。
- バッテリーの端子間電圧を予測する状態監視装置であって、
前記バッテリーの前記端子間電圧を測定する電圧センサと、
前記バッテリーの電流を測定する電流センサと、
前記バッテリーの温度を測定する温度センサと、
前記電圧センサ、前記電流センサ、及び前記温度センサからそれぞれ前記端子間電圧、前記電流、及び前記温度の測定値を入力し、前記バッテリーに内蔵されている電解液の濃度分極に基づいて前記端子間電圧を予測する制御部と、を備えている
ことを特徴とする状態監視装置。 - 前記制御部は、前記電解液の前記濃度分極の時間変化を予測し、予測された前記濃度分極に基づいて前記端子間電圧を予測する
ことを特徴とする請求項23に記載の状態監視装置。 - 前記制御部は、前記電流が0でないときの前記端子間電圧を所定の電気的等価回路を用いて算出する等価回路計算手段と、前記電流が0となる直前の前記電気的等価回路を用いて算出された前記端子間電圧を初期値として、前記電流が0となった時点以降の前記端子間電圧を予測する濃度分極計算手段と、を有している
ことを特徴とする請求項23又は請求項24に記載の状態監視装置。 - 前記バッテリーと、
請求項23から請求項25のいずれか1項に記載の状態監視装置と、を備える、
ことを特徴とする電池システム。
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