JP2019220471A - 電池安全性評価装置、電池制御装置、電池安全性評価方法、プログラム、制御回路及び蓄電システム - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、第1の実施形態に係る電池安全性評価装置を備えた蓄電システムの概略構成の一例を示すブロック図である。本蓄電システムは、蓄電池1(第1電池)と、電池安全性評価装置2と、を備える。電池安全性評価装置2は、充放電制御部21と、計測部22と、SOC(充電状態:State of Charge)推定部23と、記憶部24と、電池特性推定部25と、内部抵抗補正部26と、電池安全性評価部27と、出力部28と、を備える。電池特性推定部25は、充放電履歴記録部251と、内部状態パラメータ算出部252と、電池特性算出部253と、を備える。電池安全性評価部27は、熱安定性データ記憶部271と、熱安定性データ取得部(参照データ取得部)272と、発熱量推定部273と、安全指標算出部(セル到達温度推定部)274と、安全性判定部275と、を備える。
(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
(反応抵抗)
Rct(T0)=Rct(T)×Exp(−Ea/(Rgas・T))/Exp(−Ea/(Rgas・T0))
(拡散抵抗)
Rd(T0)=Rd(T)×Exp(−Eb/(Rgas・T))/Exp(−Eb/(Rgas・T0))
(オーミック抵抗)
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、これら二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2の実施形態の電池安全性評価装置2は、判定された安全性評価を外部装置等に出力するだけでなく、蓄電池1の充放電に関する制御を判定された安全性評価に応じて変更する。
これまでの実施形態では、熱安定性データ取得部272は、熱安定性データ記憶部271に記憶された熱安定性データから、蓄電池1に対応する熱安定性データを取得した。しかし、蓄電池1の状態は多岐に渡るため、熱安定性データを熱安定性データ記憶部271に全て蓄えるとなると、熱安定性データ記憶部271の容量が肥大化する。また、当該蓄電池1に対応する熱安定性データが熱安定性データ記憶部271に無い場合もあり得る。故に、第3の実施形態では、外部からの熱安定性データの取得及び更新を行う。これにより、熱安定性データ記憶部271に記憶される熱安定性データの量を減らすことができ、電池安全性評価部27の小型化、及び電池安全性評価部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 電池安全性評価装置
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 電池安全性評価部
271 熱安定性データ記憶部
272 熱安定性データ取得部(参照データ取得部)
273 発熱量推定部
274 安全指標算出部(セル到達温度推定部)
275 安全性判定部
28 出力部
3 外部データベース
4 熱安定性データ提供サーバ
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 (17)
- 評価対象の二次電池である第1電池の発熱量と、前記第1電池の比熱と、前記第1電池と前記第1電池の外部との伝熱係数と、外部温度と、に基づき、前記外部温度における前記第1電池の温度を算出し、算出された前記第1電池の温度に基づき、前記第1電池の安全指標を算出する安全指標算出部
を備える電池安全性評価装置。 - 前記第1電池の発熱量は、二次電池の発熱量と、外部温度と、の関係を少なくとも示す参照データであって前記第1電池に対応するとされた第1参照データに基づき、推定されたものである
請求項1に記載の電池安全性評価装置。 - 前記第1参照データは、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いて推定された前記第1電池の内部状態パラメータに基づき、前記第1電池に対応すると判定されたものである
請求項2に記載の電池安全性評価装置。 - 前記安全指標に基づき、前記第1電池又は前記第1電池を含む組電池の安全性を判定する安全性判定部
をさらに備える請求項1ないし3のいずれか一項に記載の電池安全性評価装置。 - 前記安全性判定部が、前記安全指標と、前記安全指標のための閾値と、に基づき、複数の評価分類から、前記第1電池にあてはまる評価分類を選択する
請求項4に記載の電池安全性評価装置。 - 前記第1参照データに基づき、前記第1電池が熱暴走を起こすときの外部温度を熱暴走温度として算出する発熱量推定部
をさらに備える請求項2、または、請求項2に従属する請求項3ないし5のいずれか一項に記載の電池安全性評価装置。 - 前記安全指標又は前記安全指標に基づく評価を出力する出力部
をさらに備える請求項1ないし6のいずれか一項に記載の電池安全性評価装置。 - 前記出力部が、前記熱暴走温度を出力する
請求項6に従属する請求項7に記載の電池安全性評価装置。 - 前記出力部が、出力内容を画像として表示する
請求項7又は8に記載の電池安全性評価装置。 - 前記出力部が、出力内容をファイルとして出力する
請求項7又は8に記載の電池安全性評価装置。 - 前記出力部が、前記安全指標に基づき、警告を示す画像、光、又は音を出力する
請求項7又は8に記載の電池安全性評価装置。 - 前記第1参照データは、前記第1電池の電池特性の推定値に基づき前記第1電池に対応するとされたものであり、
前記電池特性の推定値は、前記内部状態パラメータに基づき、推定されたものである
請求項3、または、請求項3に従属する請求項4ないし11のいずれか一項に記載の電池安全性評価装置。 - 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2、または、請求項2に従属する請求項3ないし12のいずれか一項に記載の電池安全性評価装置。 - 評価対象の二次電池である第1電池の発熱量と、前記第1電池の比熱と、前記第1電池と前記第1電池の外部との伝熱係数と、外部温度と、に基づき、前記外部温度における前記第1電池の温度を算出するステップと、
算出された前記第1電池の温度に基づき、前記第1電池の安全指標を算出するステップと、
を備える電池安全性評価方法。 - 評価対象の二次電池である第1電池の発熱量と、前記第1電池の比熱と、前記第1電池と前記第1電池の外部との伝熱係数と、外部温度と、に基づき、前記外部温度における前記第1電池の温度を算出するステップと、
算出された前記第1電池の温度に基づき、前記第1電池の安全指標を算出するステップと、
を備えるプログラム。 - 評価対象の二次電池である第1電池の発熱量と、前記第1電池の比熱と、前記第1電池と前記第1電池の外部との伝熱係数と、外部温度と、に基づき、前記外部温度における前記第1電池の温度を算出し、算出された前記第1電池の温度に基づき、前記第1電池の安全指標を算出する安全指標算出部
を備える制御回路。 - 評価対象の二次電池である第1電池と、
前記第1電池の安全性を評価する電池安全性評価装置と、
を備えた前記第1電池の安全指標を表示するための蓄電システムであって、
前記電池安全性評価装置は、
前記第1電池の発熱量と、前記第1電池の比熱と、前記第1電池と前記第1電池の外部との伝熱係数と、外部温度と、に基づき、前記外部温度における前記第1電池の温度を算出し、算出された前記第1電池の温度に基づき、前記第1電池の安全指標を算出する安全指標算出部
を備える蓄電システム。
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