JP2014074686A - 電池システム及び電池システムの評価方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電池システム1は、劣化度が測定される二次電池10と、測定周波数及び測定温度と、二次電池10と同じ仕様の一の二次電池の初期限界容量と、を含む固有情報を記憶する記憶部33と、二次電池10の温度を測定する温度測定部50と、記憶部33の情報をもとに、40℃以上70℃以下の測定温度の二次電池10に、0.5mHz以上10mHz未満の測定周波数の交流信号を印加する電源部20と、電源部20が印加した交流信号により、二次電池10のインピーダンスを測定する測定部32と、測定部32の測定値を用いて算出される二次電池10の限界容量と、初期限界容量と、を用いて劣化度を算出する算出部34と、を具備する。
【選択図】図2
Description
<電池システムの構成>
図1に示すように、第1実施形態の電池システム1は、リチウムイオン二次電池(以下、「電池」という)10と、電源部20と、制御部30と、電池10を加熱する加熱部40と、電池10の温度を測定する温度測定部50と、を具備する。
ここで、交流インピーダンス法について詳細に説明する。交流インピーダンス法では、直流電圧に微小な交流電圧を重畳させた電圧を測定対象の電池に印加し、応答特性からインピーダンスを測定する。
電圧振幅:5mV
直流電圧:3.7V
温度:25℃(加熱なし):40℃、50℃、60℃
SOC(充電率:State of charge):50%
ここで、図5に示すフローチャートを用いて、電池システム1の評価方法について更に説明する。
所定の仕様の電池10を有する電池システム1が大量に製造される。なお、この段階では、記憶部33には固有情報は記憶されていない。
大量生産された複数の電池10の中から少なくとも1個の電池が選択される。選択される電池の数は生産数にもよるが複数個であることが好ましく、生産中の変動を考慮すると初期ロットと最終ロットとからも、それぞれ選択されることが特に好ましい。
ステップS11で選択された電池は、40℃以上の所定温度に加熱された状態で、交流インピーダンス法により測定される。すると、図3に示したナイキストプロットが取得される。なお、測定温度は40℃〜70℃である。すでに説明したように、前記温度範囲以上では0.5mHz以上10mHz未満の周波数において限界容量が取得できる。前記温度範囲以下であれば加熱により電池が故障するおそれが少ない。更に、長期信頼性担保の観点から40℃〜60℃未満がより好ましい。すなわち、測定温度は、電解液、セパレータ及びパッケージの耐熱性を考慮して決定される。
取得されたナイキストプロットから、インピーダンスの軌跡が、Z’軸に略垂直となる周波数が判明する。例えば、測定周波数のうち最も低い周波数1mHzのインピーダンスZ’に対して、95%以上のインピーダンスZ’を示す周波数が測定周波数として決定される。
測定温度における測定周波数fのインピーダンス測定値Z”から、以下の(式1)により、初期限界容量CL0が算出される。
それぞれの電池システム1の記憶部33に、初期限界容量と、測定周波数と、測定温度と、を含む固有情報が記憶される。そして出荷される。すなわち、ここまでの工程は製造時の工程である。
出荷後に、すなわち、ユーザーが使用開始後に、電池10の劣化度を測定するときには、電池システム1の記憶部33に記憶されている測定温度に電池10が加熱される。電源部20は、温度測定部50により測定される電池10の温度が測定温度になるまで待機する。測定温度になったら、電源部20は、測定周波数の交流信号を電池10に印加する。そして、測定部32によりインピーダンスが測定される。
算出部34は、測定周波数及び測定したインピーダンスから、電池10の限界容量CLを算出する。更に算出部は、初期限界容量CL0を基準に劣化度を算出する。算出された劣化度は、表示部35に表示される。
次に、第2実施形態の電池システム1Aについて説明する。電池システム1Aは、電池システム1と類似しているため、同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
Z”(f=1.59mHz)=−0.0569Ω
Z”(f=1.26mHz)=−0.0697Ω
Z”(f=1.00mHz)=−0.0857Ω
Z”(f=1.59mHz)/Z”(f=1.00mHz)×100=98%
Z”(f=1.26mHz)/Z”(f=1.00mHz)×100=98%
Z”(f=1.00mHz)/Z”(f=1.00mHz)×100=100%
Z=1/(jωC) (式2)
次に、第3実施形態の電池システム1Bについて説明する。電池システム1Bは、電池システム1、1Aと類似しているため、同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
次に、第2実施形態の電池システム1Cについて説明する。電池システム1Cは、電池システム1〜1Bと類似しているため、同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
10…二次電池
20…電源部
30…制御部
32…測定部
33…記憶部
34…算出部
35…表示部
40…加熱部
50…温度測定部
60…時計
Claims (9)
- 劣化度が測定される二次電池と、
測定周波数及び測定温度と、前記二次電池と同じ仕様の一の二次電池の初期限界容量と、を含む固有情報を記憶する記憶部と、
前記二次電池の温度を測定する温度測定部と、
前記記憶部の情報をもとに、40℃以上70℃以下の前記測定温度の前記二次電池に、0.5mHz以上10mHz未満の前記測定周波数の交流信号を印加する電源部と、
前記電源部が印加した前記交流信号により、前記二次電池のインピーダンスを測定する測定部と、
前記測定部の測定値を用いて算出する前記二次電池の限界容量と、前記初期限界容量と、を用いて前記劣化度を算出する算出部と、を具備することを特徴とする電池システム。 - 前記二次電池を前記測定温度に加熱する加熱部を、更に具備することを特徴とする請求項1に記載の電池システム。
- 前記測定周波数が、1mHz以上3mHz未満であることを特徴とする請求項2に記載の電池システム。
- 前記記憶部が、複数の前記測定周波数を記憶し、
前記電源部が、前記複数の測定周波数を前記二次電池に印加し、
前記算出部が、前記複数の測定周波数による複数の測定値を用いて前記限界容量を算出することを特徴とする請求項3に記載の電池システム。 - 前記算出部が、前記複数の測定周波数のうちの最も低い周波数による測定値に対して、95%以上の値の測定値を用いて、前記限界容量を算出することを特徴とする請求項4に記載の電池システム。
- 前記固有情報が、電圧の充電率依存性情報及び前記初期限界容量の充電率依存性情報を含み、
前記算出部が、充電率に応じた前記初期限界容量を用いることを特徴とする請求項5に記載の電池システム。 - 時計を、更に具備し、
前記記憶部が、前記算出部が算出する劣化度及び前記電池の使用時間を記憶し、
前記算出部が、前記劣化度及び前記使用時間をもとに、前記電池の余命を算出することを特徴とする請求項3から請求項6のいずれか1項に記載の電池システム。 - 前記二次電池が、リチウムイオン二次電池であることを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の電池システム。
- それぞれが二次電池を具備する複数の電池システムを製造する工程と、
一の前記二次電池の初期限界容量を、40℃以上70℃以下の測定温度で測定する工程と、
電池システムの記憶部に、測定周波数、前記測定温度及び前記初期限界容量を含む固有情報を記憶する工程と、
前記電池システムの前記二次電池を前記測定温度に加熱する工程と。
前記測定温度の前記二次電池に、0.5mHz以上10mHz未満の前記測定周波数の交流信号を印加して、前記二次電池のインピーダンスを測定する工程と、
前記インピーダンスを用いて算出する前記二次電池の限界容量と、前記初期限界容量と、を用いて劣化度を算出する工程と、を具備することを特徴とする電池システムの評価方法。
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