JP2018046667A - 充電パターン作成装置、充電制御装置、充電パターン作成方法、プログラム、及び蓄電システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】実施形態に係る充電制御装置は、二次電池の劣化モデル又は劣化マップと、充電の対象の二次電池の内部状態パラメータとにより算出される充電パターンに基づいて前記充電の対象の二次電池の充電を制御する。この充電パターンを内部状態パラメータの変更に基づいて更新する。
【選択図】図1
Description
(電圧)
電圧=開回路電圧−c×内部抵抗×電流
(電力)
電力=電流×開回路電圧−c×内部抵抗×(電流)2
(電力量)
電力量=電池容量×平均電圧
なお、内部抵抗は、内部状態パラメータ算出部252が算出した推定値を用いてもよいし、後述する内部抵抗補正部26が補正した推定値を用いてもよい。また、電池特性算出部253は、一度算出した電池特性を、内部抵抗補正部26が補正した推定値を用いて、算出し直してもよい。内部抵抗補正部26が算出した推定値のほうが精度を向上させることができる。電流は計測部22の計測データから取得すればよい。なお、電池特性算出部253は、算出に必要な式、定数の値などを、記憶部24などを介して受け取ってもよい。
Rct(T0)=Rct(T)×Exp(−Ea/(Rgas・T))/Exp(−Ea/(Rgas・T0))
Rd(T0)=Rd(T)×Exp(−Eb/(Rgas・T))/Exp(−Eb/(Rgas・T0))
Rohm(T0)=(Rohm(T)−R1)×Exp(−Ec/(Rgas・T))/Exp(−Ec/(Rgas・T0))+R1
算出された蓄電池の内部抵抗値からの3成分の算出を行う第一の方法は、オーミック抵抗成分及び拡散抵抗成分を一定とみなして、残差を反応抵抗とみなす方法である。この方法では、オーミック抵抗成分及び拡散抵抗成分については、劣化による増加が生じないと想定し、セル温度に依存する温度変化のみを考慮する。充放電曲線の解析においては、ある温度Tに対して推定された内部抵抗値から、温度Tにおけるオーミック抵抗成分及び拡散抵抗成分を引き、その残りを反応抵抗成分とする。そして、それぞれの成分を基準温度T0へ温度補正した上で合計し、基準温度T0における内部抵抗値を算出する。第一の方法は、正負極の活物質が安定しているSOCの範囲内であって、温度は室温付近以下、蓄電池の電流は比較的小さいといった緩やかな使い方がされる場合に適する。
第二の方法は、オーミック抵抗成分及び拡散抵抗成分を、これら2つの抵抗成分それぞれと、累積時間又は累積電力量との関係に関する関数により推算し、残差を反応抵抗とする方法である。この方法では、オーミック抵抗成分及び拡散抵抗成分についての劣化が、時間又は充放電サイクル量に相関すると想定して、オーミック抵抗成分及び拡散抵抗成分を算出する。充放電曲線の解析においては、ある温度Tに対して推定された内部抵抗値から、算出されたオーミック抵抗成分及び拡散抵抗成分を引き、残りを反応抵抗成分とする。そして、それぞれの成分を基準温度T0へ温度補正した上で合計し、基準温度T0における内部抵抗値を算出する。第二の方法は、オーミック抵抗成分及び拡散抵抗成分の劣化が、比較的小さいけれども、確実に進行する場合に適している。
第三の方法は、反応抵抗成分及び拡散抵抗成分が、予め保持する各活物資の拡散抵抗と充電量とのデータ、又は反応抵抗と充電量とのデータにより推算され、残差をオーミック抵抗成分とする方法である。第三の方法においては、第一及び第二の方法とは異なり、充放電曲線の解析において、活物質の反応抵抗−充電量カーブ、拡散抵抗−充電量カーブ、又は蓄電池の内部抵抗−充電量カーブを参照して回帰計算することにより、反応抵抗及び拡散抵抗の値を推定する方法である。活物質の抵抗成分が充電量、すなわちSOCに対して依存性を有しており、劣化してもその依存性の傾向は変化しないことを利用して、蓄電池の内部抵抗−充電量の傾向から、内部抵抗の組成の推定を行う。
第四の方法は、予め保持する各活物資の拡散抵抗−充電量、反応抵抗−充電量、及びオーミック抵抗−充電量データを用いて回帰計算することにより、反応抵抗成分、オーミック抵抗成分、及び拡散抵抗成分を推定する方法である。第三の方法では、拡散抵抗−充電量、反応抵抗−充電量のみを用いたが、第四の方法では、オーミック抵抗−充電量データも用いることが特徴である。活物質のオーミック抵抗−充電量の依存性に特徴がある場合、例えば、充放電により活物質の電子導電性が大きく変化する場合に有効である。
第1の実施形態では、劣化情報取得部272は、劣化情報記憶部271に記憶された劣化情報から、蓄電池1に対応する劣化情報を取得した。しかし、蓄電池1の状態は多岐に渡るため、劣化情報を劣化情報記憶部271に全て蓄えるとなると、劣化情報記憶部271の容量が肥大化する。また、当該蓄電池1に対応する劣化情報が劣化情報記憶部271に無い場合もあり得る。ゆえに、第2の実施形態では、外部からの劣化情報の取得及び更新を行う。これにより、劣化情報記憶部271に記憶される劣化情報の量を減らすことができ、充電パターン作成部27の小型化、及び充電パターン作成部27の製造に係るコストの削減が実現できる。また、対応する蓄電池1の種類を増やすことができる。
2 充電制御装置
21 充放電制御部
22 計測部
23 SOC推定部
24 記憶部
25 電池特性推定部
251 充放電履歴記録部
252 内部状態パラメータ算出部
253 電池特性算出部
26 内部抵抗補正部
27 充電パターン作成部
271 劣化情報記憶部
272 劣化情報取得部
273 上限値データ算出部
274 充電パターン算出部
3 外部データベース
4 劣化情報提供サーバ
5 通信ネットワーク
6 コンピュータ装置
61 プロセッサ
62 主記憶装置
63 補助記憶装置
64 ネットワークインタフェース
65 デバイスインタフェース
66 バス
7 外部記憶媒体
Claims (16)
- 二次電池の劣化モデル又は劣化マップと、充電の対象の二次電池の内部状態パラメータとにより算出される充電パターンに基づいて前記充電の対象の二次電池の充電を制御する充電制御装置であって、
前記充電パターンを前記内部状態パラメータの変更に基づいて更新する、
充電制御装置。 - 前記内部状態パラメータは、正極容量又は正極の質量、負極容量又は負極の質量、SOCずれ、及び内部抵抗を含む、
請求項1に記載の充電制御装置。 - 二次電池であって、充電の対象である第1電池の充電又は放電時に計測された前記第1電池の電圧及び電流のデータに基づき、前記第1電池の内部状態パラメータの推定値を推定する電池特性推定部と、
前記推定値に基づき、前記二次電池を充電するために流す充電電流の値の変更が必要と判断された場合に、前記二次電池の劣化速度と、前記二次電池に関する1つ以上の参照パラメータと、前記充電電流と、の関係を少なくとも示す参照データであって前記推定値に基づき前記第1電池に対応するとされた第1参照データと、前記劣化速度の指定値とに基づき、前記参照パラメータのうちの1つである第1参照パラメータと前記充電電流の値との関係を示す充電パターンを算出する充電パターン算出部と、
を備える充電パターン作成装置。 - 前記第1参照データと、前記劣化速度の前記指定値とに基づき、前記劣化速度が前記指定値以下となるための前記充電電流の第1上限値と前記第1参照パラメータとの関係を示す第1上限値データを算出する上限値データ算出部
をさらに備え、
前記充電パターン算出部は、前記第1上限値データに基づき、前記充電パターンを算出する
請求項3に記載の充電パターン作成装置。 - 前記第1参照データが、
前記二次電池の正極の劣化速度と、1つ以上の前記参照パラメータと、前記充電電流の前記正極における第2上限値と、の関係を少なくとも示す第2参照データと、
前記二次電池の負極の劣化速度と、1つ以上の前記参照パラメータと、前記充電電流の前記負極における第3上限値と、の関係を少なくとも示す第3参照データと、
を含み、
前記上限値データ算出部が、
前記正極の劣化速度が前記指定値以下となるための前記充電電流の前記第2上限値と前記第1参照パラメータとの関係を示す第2上限値データと、
前記負極の劣化速度が前記指定値以下となるための前記第3上限値と前記第1参照パラメータとの関係を示す第3上限値データと、
を算出し、
前記充電パターン算出部が、前記第2上限値データと前記第3上限値データとに基づき、前記第1上限値データを算出する
請求項4に記載の充電パターン作成装置。 - 前記第1上限値が、前記第2上限値と前記第3上限値のうち小さい方の値以下である
請求項5に記載の充電パターン作成装置。 - 前記充電パターンにおける前記充電電流を流す期間が、前記充電電流の値が一定な複数の区間により構成される
請求項3ないし6のいずれか一項に記載の充電パターン作成装置。 - 前記第1参照パラメータが、前記第1電池の電圧である
請求項3ないし7のいずれか一項に記載の充電パターン作成装置。 - 前記電池特性推定部は、前記内部状態パラメータに基づき、電池特性の推定値を推定し、
前記電池特性の推定値に基づき、前記充電電流の値の変更が必要と判断される
請求項3ないし8のいずれか一項に記載の充電パターン作成装置。 - 前記電池特性推定部が、前記第1電池の正極及び負極それぞれの初期充電量及び質量を前記内部状態パラメータとして算出し、電池容量又は開回路電圧を前記電池特性として算出して前記推定値とする
請求項9に記載の充電パターン作成装置。 - 前記推定値に基づき、前記第1参照データを取得する参照データ取得部
をさらに備える請求項3ないし10のいずれか一項に記載の充電パターン作成装置。 - 前記第1電池に対する充放電を制御する充放電制御部と、
前記第1電池の充電又は放電時に前記第1電池の電圧及び電流を計測する計測部と、
請求項3ないし11のいずれか一項に記載の充電パターン作成装置と、
を備える充電制御装置。 - 前記充放電制御部は、前記充電パターン作成装置により算出された前記充電パターンに基づき、前記第1電池を充電する
請求項12に記載の充電制御装置。 - 二次電池であって、充電の対象である第1電池の充電又は放電時に計測された前記第1電池の電圧及び電流のデータに基づき、前記第1電池の内部状態パラメータの推定値を推定する電池特性推定ステップと、
前記推定値に基づき、前記二次電池を充電するために流す充電電流の値の変更が必要と判断された場合に、前記二次電池の劣化速度と、前記二次電池に関する1つ以上の参照パラメータと、前記充電電流と、の関係を少なくとも示す参照データであって前記推定値に基づき前記第1電池に対応するとされた第1参照データと、前記劣化速度の指定値とに基づき、前記参照パラメータのうちの1つである第1参照パラメータと前記充電電流の値との関係を示す充電パターンを算出する充電パターン算出ステップと、
を備える充電パターン作成方法。 - 二次電池であって、充電の対象である第1電池の充電又は放電時に計測された前記第1電池の電圧及び電流のデータに基づき、前記第1電池の内部状態パラメータの推定値を推定する電池特性推定ステップと、
前記推定値に基づき、前記二次電池を充電するために流す充電電流の値の変更が必要と判断された場合に、
前記二次電池の劣化速度と、前記二次電池に関する1つ以上の参照パラメータと、前記充電電流と、の関係を少なくとも示す参照データであって前記推定値に基づき前記第1電池に対応するとされた第1参照データと、前記劣化速度の指定値とに基づき、前記参照パラメータのうちの1つである第1参照パラメータと前記充電電流の値との関係を示す充電パターンを算出する充電パターン算出ステップと、
をコンピュータに実行させるためのプログラム。 - 二次電池であって、充電の対象である第1電池と、
前記第1電池を充電する充電制御装置と、
を備えた蓄電システムであって、
前記充電制御装置は、前記第1電池の充電又は放電時に計測された前記第1電池の電圧及び電流のデータに基づき、前記第1電池の内部状態パラメータの推定値を推定する電池特性推定部と、
前記推定値に基づき、前記二次電池を充電するために流す充電電流の値の変更が必要と判断された場合に、前記二次電池の劣化速度と、前記二次電池に関する1つ以上の参照パラメータと、前記充電電流と、の関係を少なくとも示す参照データであって前記推定値に基づき前記第1電池に対応するとされた第1参照データと、前記劣化速度の指定値とに基づき、前記参照パラメータのうちの1つである第1参照パラメータと前記充電電流の値との関係を示す充電パターンを算出する充電パターン算出部と、
を備える蓄電システム。
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