JP6123844B2 - 二次電池容量測定システム及び二次電池容量測定方法 - Google Patents
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Description
この二次電池は、充放電を繰り返すに従い、電気電導を担う活性物質の失活や副反応により、特性が劣化して最大容量が徐々に低下していく。活性物質とは、正極及び負極の材料であり、例えばLi(リチウム)イオン電池であれば、負極に炭素材料、正極にリチウム遷移金属酸化物が用いられている。
このため、二次電池においては、最大電圧および最小電圧に近い領域での充放電を制限する必要がある。所定のSOC範囲内で運用することで劣化の進行を抑え、過充電や過放電を行う場合に比較して、二次電池の寿命を延ばすことができる。ここで、所定のSOCの範囲内とは、一般的には最大容量の50%±30%、すなわち約20〜約80%程度の範囲である。
そのため、例えば定置用の蓄電システムの場合、一時的に通常の運用モードにおけるSOC範囲から逸脱し、運用モードから最大容量測定を行う評価モードに長時間切り替えることになる。
ここで、この評価モードに係る時間が長いほど、二次電池の運用を止める時間が長くなり、二次電池の運用効率は低下する。
したがって、二次電池の最大容量を求める場合、運用モードにおけるSOC範囲を逸脱することなく、短時間、低コストで劣化電池の最大容量を推定する必要がある。
また、特許文献2においては、OCVにおける負荷電流依存性をキャンセルし、dV/dSOC vs SOC特性」のカーブ(電圧値VをSOCにより微分した結果とSOCとの関係を示す曲線)の最適化によりSOCと最大容量を同時に推定している。
特許文献4においては、SOCの所定の区間における電圧降下を特徴量として、この特徴量と劣化時の最大容量との相関関係から、二次電池の最大容量を推定している。
特許文献5においては、「dQ/dV vs V特性」のピーク電圧値を特徴量として、この特徴量と劣化時の最大容量との相関関係から、二次電池の最大容量を推定している。
特許文献6においては、二次電池の内部インピーダンスを特徴量として、この特徴量と劣化時の最大容量との相関関係から、二次電池の最大容量を推定している。
また、二次電池のOCVの絶対値を直接測定するため、SOCに対する電圧変化が小さい特性を持つ二次電池においては、電圧の変化が最大容量の劣化に対して鈍感であり、最大容量の変化に対応して電圧があまり変化しないため、高い精度での最大容量の推定は困難である。
また、測定対象の二次電池ではなく、同一種類の二次電池における他の個体を使用するため、製造上のばらつきなどにより、測定対象に対応したリファレンスが得られず、推定における誤差が生じる。
本発明の二次電池容量測定システムは、前記関数が正極材料もしくは負極材料のそれぞれの相転移ごとの特性パラメータを含んでおり、前記関数の曲線の形状が前記特性パラメータにより調整可能であることを特徴とする。
本発明の二次電池容量測定方法は、 前記正極由来及び前記負極由来の各々の前記特性微分曲線が、前記特性微分曲線のピークに対応した関数で構成されることを特徴とする。
すなわち、電池における正極及び負極各々は、それぞれの電極材料に固有な相転移現象により、正極及び負極毎に分離波形モデルとして固有の分離波形微分曲線(例えば、微分値dQ/dVと電圧値Vの対応を示す微分曲線)を有する。この正極及び負極の各々の分離波形微分曲線は、それぞれ異なる固有のピークを有する。ここで、正極由来及び負極由来の各々の分離波形モデルとしての分離波形曲線は、Gussian関数、Lorentz関数や非対称因子を含む関数などを用いて表すことができる。すなわち、正極及び負極各々の単極の分離波形微分曲線は、それぞれのピークに対応する関数により近似して形成されている。例えば、単極の分離波形微分曲線が3つのピークを有している場合、各々のピークに対応する第1関数から第3関数のそれぞれにより、この分離波形微分曲線は合成される。
正極由来及び負極由来の各々の分離波形微分曲線を合成して特性微分曲線L3を生成した後、測定特性微分曲線L4によりこの特性微分曲線をフィッティングする。ここで、特性微分曲線を構成する正極由来及び負極由来の各々の分離波形微分曲線を示す関数におけるパラメータを調整する。そして、正極由来及び負極由来の各々の分離波形微分曲線から合成される特性微分曲線L3の測定特性微分曲線に対する最適化を実施する。上記関数におけるパラメータは、ピークの高さ、ピークの幅、ピーク間の距離などである。
また、処理を簡易とするために、シミュレーションにより求めた特性微分曲線のみを用いて第1リファレンス微分曲線を求めて使用するようにしても良い。
上述したように、非常に敏感な領域であることから、分離波形モデルの合成による表現も非常に難しい。
すなわち、本実施形態においては、分離波形モデルの合成による表現が難しい領域において、初期の電池の実測データを使って第1リファレンス微分曲線のモデル構築を行うことで、より正確な最大容量Qmaxの推定を可能にしている。
平均化処理部12は、実測されてデジタルデータに変換された電流値I及び電圧値Vの各々を平均化処理して出力する。例えば、データ点数を削減させるため、サンプリング周期に対して1/10のデータ量となるように、10周期分のサンプリング周期のデジタルデータの平均化処理を行う。この平均化処理は、区間平均あるいは移動平均などが用いられる。また、平均化処理部12は、所定の期間における電流値Iを積分し、この所定の期間における容量の変化量としての容量Qを算出する。
また、データ変換部13は、平均化された電圧値Vと、算出した容量Qとを用いて、微分演算子d/dQにより容量Vを微分した微分値dV/dQと容量Qと電流値Iの対応を示すデータ組を作成し、時系列に入出力部14に対して出力する。
また、入出力部14は、後述するSOC演算部15が推定したSOCと、最大容量演算部16が推定した最大容量Qmaxとをバッテリ制御システム4に対して出力する。
また、SOC演算部15は、推定した新たなSOCを推定値記憶部19−3に対して書き込んで記憶させる。
制御部17は、CPU(Central Processing Unit)などから構成され、二次電池容量測定システム1の各部の動作の制御を行う。
特性データ記憶部19−1には、第1リファレンス微分曲線と第2リファレンス微分曲線との各々が書き込まれて記憶されている。
測定データ記憶部19−2は、所定の一定時間の長さでデータ組が時系列にて格納され、一定時間経過した古いデータ組に対し、新たなデータ組が順次重ね書きされるリングバッファ構成となっている。
推定値記憶部19−3には、指定された最大容量Qmax及びSOCの各々が記憶されている。
図5は、本実施形態における図3の最大容量演算部16の構成例を示す図である。SOC演算部15は、最大容量演算可否判定部161、最大容量誤差演算部162、最大容量最適化処理部163、リファレンス微分曲線再構築部164、最大容量決定部165を備えている。
A/D変換部11は、電圧センサ3の出力する電圧値V及び電流センサ21の出力する電流値Iの各々を所定のサンプリング周期により、サンプリングする。
そして、A/D変換部11は、サンプリングした電圧値V及び電流値Iの各々を、アナログデータからデジタルデータに変換し、平均化処理部12へ出力する。
平均化処理部12は、所定の時間範囲において、実測してデジタルデータに変換した電流値I及び電圧値Vの各々を所定の平均手法により平均化処理し、データ変換部13に対して出力する。また、平均化処理部12は、平均化処理した期間における電流値Iを積分し、この所定の期間における容量の変化量として容量Qを算出する。
また、データ変換部13は、平均化された電圧値Vと、算出した容量Qとを用いて、微分演算子d/dQにより容量Vを微分した微分値dV/dQと容量Qと電流値Iの対応を示すデータ組を作成し、時系列に入出力部14に対して順次出力する。
ステップS101:
制御部17は、SOC及び最大容量Qmaxの各々の推定が可能な数の電圧値V及び電流値Iの組が測定されたか否かの判定を行う。
このとき、制御部17は、SOC及び最大容量Qの各々の推定が可能な数の電圧値V及び電流値Iの組が測定された場合、処理をステップS106へ進める。
一方、制御部17は、SOC及び最大容量Qの各々の推定が可能な数の電圧値V及び電流値Iの組が測定されていない場合、処理をステップS102へ進める。
A/D変換部11は、電流センサ21から出力される電流値Iと、電圧センサ3から出力される電圧値Vとをサンプリングし、それぞれをアナログデータからデジタルデータに変換する。
平均化処理部12は、所定の時間範囲における電流値Iと電圧値Vとの各々を平均化し、データ数の削減を行う。
また、平均化処理部12は、時間データから電流値Iを積分して、上記所定の時間範囲内に変化する容量Qの算出を行う。
データ変換部13は、微分演算子d/dVにより容量Qを微分した微分値dQ/dVと、微分演算子d/dQにより電圧値Vを微分した微分値dV/dQとの各々を算出する。
そして、データ変換部13は、電圧値V、電流値I、容量Q、微分値dQ/dV及び微分値dV/dQのデータ組を、入出力部14に対して時系列に出力する。
制御部17は、入出力部14に供給される電圧値V、電流値I、容量Q、微分値dQ/dV及び微分値dV/dQのデータ組を、時系列に測定データ記憶部19−2に対して書き込んで記憶させる(データの蓄積)。
そして、制御部17は、処理をステップS101へ進める。
制御部17は、SOC及び最大容量Qmaxの各々の推定が可能な数の電圧値V及び電流値Iの組が測定され、測定データ記憶部19−2に蓄積されたため、SOC演算部15及び最大容量演算部16の各々に対して、推定処理が可能となったことを示す制御信号を出力する。
そして、制御部17は、処理をステップS107へ進める。
制御部17は、SOC及び最大容量Qの各々の推定を行う評価モードを終了するか否かの判定を行う。
このとき、制御部17は、評価モードを終了しない場合に処理をステップS107へ進め、一方、評価モードを終了する場合に処理をS112へ進める。
評価モードを終了するか否かについては、例えば、ユーザが設定するフラグにより判定するように構成する。すなわち、制御部17は、ユーザが評価モードの設定を行った場合に評価モードであることを示すフラグを立て、評価モードを終了する設定を行った場合にフラグを降ろす。これにより、制御部17は、フラグが立っている場合に動作のモードが評価モードであり、一方、フラグが立っていない場合に評価モードでない通常モードであることを容易に検出することができる。
制御部17は、SOC及び最大容量Qmaxの各々の推定を終了を示す制御信号を、SOC演算部15及び最大容量演算部16の各々に対して出力する。
これにより、SOC演算部15はSOCの推定処理を終了し、最大容量演算部16は最大容量Qmaxの推定処理を終了する。
以下、本実施形態におけるSOC推定の処理について、図3及び図4を用いて説明する。SOC演算可否判定部151は、微分値dQ/dV及び電圧値V間の対応を示すデータ組の所定時間範囲のデータ群を測定データ記憶部19−2から読み出し、このデータ群から第1部分微分特性曲線を生成する。そして、SOC演算可否判定部151は、第1部分微分特性曲線がSOCの推定に使用できるか否かの判定を行う。すなわち、SOC演算可否判定部161は、予め設定されている微分値dQ/dVの第1閾値と、第1部分微分特性曲線における微分値dQ/dVの最大値との比較を行う。
このため、SOC演算可否判定部151がSOC演算が可能と判定とする際の条件として、上述した第1のSOC演算可能判定条件に対して、第2部分微分特性曲線の区間において最大値(dV/dQ)maxと最小値(dV/dQ)minとの差分値が予め設定されている第2閾値を超えているか否かの条件(第2のSOC演算可能判定条件)を加えてもよい。
図3及び図4に戻り、SOC演算可否判定部151は、第2部分微分特性曲線の区間(第1実測区間)における最大値(dV/dQ)maxと最小値(dV/dQ)minとを抽出する。そして、SOC演算可否判定部151は、抽出した最大値(dV/dQ)maxと最小値(dV/dQ)minとの差分値を算出する。SOC演算可否判定部151は、算出された差分値が第2閾値を超えているか否かの判定を行う。
そして、SOC誤差演算部152は、平行移動させた第2部分微分特性曲線と、この平行移動させた第2部分微分特性曲線の新たな容量Qの区間に対応する区間における第2リファレンス微分曲線とにおいて、同一の容量Q毎の微分値dV/dQの差分を誤差(評価値)として求める。
また、推定値記憶部19−3に記憶されている最大容量Qmaxを読み出し、容量Qsを最大容量値Qmaxにより除算し、除算結果に100を乗算することによりSOC(%)を算出(推定)する。
上述した第2部分微分特性曲線を第2リファレンス微分曲線にフィッティングする処理を行うことにより、測定時における容量Qsに含まれるA/D変換部11における変換誤差がキャンセルされ、高い精度でSOCを推定するための容量Qsを求めることができる。
すなわち、SOC再推定部155は、更新信号が供給されると、直前のSOCの推定に用いた最大容量Qmaxと、推定値記憶部19−3に記憶されている更新後の最大容量Qmaxとの差分を求める。
そして、SOC再推定部155は、この差分が予め設定された閾値を超えている場合、再構築された第1リファレンス微分曲線及び第2リファレンス微分曲線に対して、直前の第1部分微分特性曲線及び第2部分微分特性曲線を用いて、SOC演算可否判定部151からSOC決定部154の各部に対して、SOCの再推定を行わせる。
図9(a)は、所定の時間間隔で測定された実測データである第2部分微分特性曲線と、リファレンスデータとしての第2リファレンス微分曲線とのフィッティング処理前における対応を示している。図9(b)は、所定の時間間隔で測定された実測データである第2部分微分特性曲線と、リファレンスデータとしての第2リファレンス微分曲線とのフィッティング処理後における対応を示している。
第2部分微分特性曲線の形状は、第2リファレンス微分曲線における対応する容量Qの範囲の形状に対して、短期間において大きく変化することはない。したがって、第2リファレンス微分曲線に対して、第2部分微分特性曲線を横軸方向に平行移動させ、第2リファレンス微分曲線の形状において第2部分微分特性曲線の形状と相似する容量Qの範囲を探索する。
また、SOC決定部154は、求めたSOCを上位制御システムであるバッテリ制御システム4に対して送信する。SOC決定部154は、二次電池容量測定システム1に備えられた図示しないディスプレイなどの表示装置に対し、求めたSOCを表示する。
ステップS201:
SOC演算可否判定部151は、推定可能を示す制御信号が制御部17から供給されたか否か、すなわちSOCの推定が実行可能な測定データ数が充足されたか否の判定を行う。
このとき、SOC演算可否判定部151は、SOCの推定が実行可能の場合に処理をステップS202へ進め、一方、SOCの推定が実行可能でない場合にステップS201の処理を繰り返す。
SOC演算可否判定部151は、測定データ記憶部19−2から、所定の範囲の微分値dQ/dV及び電圧値Vを読み出して第1部分微分曲線を生成する。
また、SOC演算可否判定部151は、第1部分微分曲線における微分値dQ/dVの最大値(dQ/dV)maxを抽出する。
そして、SOC演算可否判定部151は、抽出した最大値(dQ/dV)maxが第1閾値未満であるか否かの判定を行う。
このとき、SOC演算可否判定部151は、最大値(dQ/dV)maxが第1閾値未満である場合、SOCの推定が可能であるため、処理をステップS203へ進める。
一方、SOC演算可否判定部151は、最大値(dQ/dV)maxが第1閾値以上である場合、SOCの推定が可能でないため(SOCの推定には適さない微分値dQ/dVの容量Qの範囲のため)、処理をステップS201へ進める。
SOC誤差演算部152は、測定データ記憶部19−2から、所定の範囲の微分値dV/dQ及び容量Qを読み出して第2部分微分曲線を生成する。
また、SOC誤差演算部152は、特性データ記憶部19−1から、第2リファレンス微分曲線を読み出す。
そして、SOC誤差演算部152は、第2リファレンス微分曲線と第2部分微分曲線との微分値dV/dQとの差分を、第2部分微分曲線の容量Qの範囲の各々の容量値において算出する。
ここで、SOC誤差演算部152及びSOC最適化処理部153の各々は、それぞれ微分値dV/dQの差分を算出、第2部分微分曲線の平行移動を繰り返す最適化処理を行う。
そして、SOC最適化処理部153は、SOC誤差演算部152が求める微分値dV/dQの差分の絶対値が最小となった時点で、最適化処理を終了する。
SOC決定部154は、推定値記憶部19−3から最大容量Qmaxを読み出し、容量Qsを最大容量Qmaxにより除算し、SOCの算出を行う。
SOC決定部154は、求めたSOCを推定値記憶部19−3に対して書き込んで記憶させるとともに、上位制御システムであるバッテリ制御システム4に対して送信する。また、SOC決定部154は、二次電池容量測定システム1のディスプレイなどの表示装置に対し、推定したSOCを表示する。
SOC演算部15は、SOCの推定を行う評価モードを終了するか否かの判定、すなわち制御部17から推定を終了を示す制御信号が供給されたか否かの検出を行う。
このとき、SOC演算部15は、制御部17から推定を終了を示す制御信号が供給されない場合、評価モードを終了せずに処理をステップS201へ進め、一方、制御部17から推定を終了を示す制御信号が供給された場合、評価モードを終了する。
以下、本実施形態における最大容量Qmax推定の処理について、図3及び図5を用いて説明する。最大容量演算可否判定部161は、微分値dQ/dV及び電圧値V間の対応を示すデータ組の所定時間範囲のデータ群を測定データ記憶部19−2から読み出し、このデータ群から第1部分微分特性曲線を生成する。そして、最大容量演算可否判定部161は、第1部分微分特性曲線がSOCの最大容量Qmax推定に使用できるか否かの判定を行う。
このため、最大容量演算可否判定部161が最大容量Qmax演算が可能と判定とする際の条件として、上述した第1の最大容量Qmax演算可能判定条件に対して、第2部分微分特性曲線の区間において最大値(dV/dQ)maxと最小値(dV/dQ)minとの差分値が予め設定されている第2閾値を超えているか否かの条件(第2の最大容量Qmax演算可能判定条件)を加えてもよい。
リファレンス微分曲線再構築部164は、分離波形モデルによる正極由来及び負極由来の各々の分離波形曲線を表す関数のパラメータを変更して、分離波形曲線の合成されたリファレンス微分曲線(第1リファレンス微分曲線及び第2リファレンス微分曲線)の再構築を行う。
・第1再構築処理
リファレンス微分曲線再構築部164は、第1リファレンス微分曲線において、正極由来及び負極由来の各々の分離波形曲線のパラメータを変更し、分離波形曲線のピークの位置、ピークの幅及びピークの高さ(微分値dQ/dV)を実測された第1部分微分特性曲線の形状に合うように調整し、正極由来及び負極由来の各々の分離波形曲線の形状を変更する。ここで、リファレンス微分曲線再構築部164は、第1部分微分特性曲線(実測区間)と第1リファレンス微分曲線との対応する電圧V毎の差分の絶対値を加算した評価値A(あるいは差分の二乗和)が最小となるように、正極由来及び負極由来の各々の分離波形曲線の形状を変更する。
そして、リファレンス微分曲線再構築部164は、第2部分微分特性曲線とこの第2部分微分特性曲線の容量Qの範囲における第2リファレンス微分曲線とにおける評価値Bと、第1部分微分特性曲線とこの第1部分微分特性曲線の容量Qの範囲における第1リファレンス微分曲線とにおける評価値Aとが最小値となると、第1リファレンス微分曲線及び第2リファレンス曲線に対する再構築の処理を終了する。
また、他の再構築のアルゴリズムとして、以下に示す第1リファレンス微分曲線及び第2リファレンス曲線に対する再構築の処理を行っても良い。
最大容量最適化処理部163は、上述した評価値Bが小さくなる方向に、第2部分微分特性曲線を横軸に対して予め設定されている容量Qの変化値ΔQだけ平行移動させる。この結果、第2部分微分特性曲線の区間の各微分値に対応する容量Qの値が変更される。
そして、最大容量誤差演算部162は、平行移動させた第2部分微分特性曲線と、この平行移動させた第2部分微分特性曲線の容量Qの区間に対応する区間における第2リファレンス微分曲線とにおいて、再度、同一の容量Qにおける微分値dV/dQの差分の二乗和である評価値Bを算出する。
リファレンス微分曲線再構築部164は、分離波形モデルによる正極由来及び負極由来の各々の分離波形曲線を表す関数のパラメータを変更して、分離波形曲線の合成されたリファレンス微分曲線(第1リファレンス微分曲線及び第2リファレンス微分曲線)の再構築を行う。
すでに述べたように、リファレンス微分曲線再構築部164は、リファレンス微分曲線の再構築の際、第1リファレンス微分曲線において、正極由来及び負極由来の各々の分離波形曲線のパラメータを変更し、分離波形曲線のピークの位置、ピークの幅及びピークの高さ(微分値dQ/dV)を調整し、正極由来及び負極由来の各々の分離波形曲線の形状を変更する。ここで、リファレンス微分曲線再構築部164は、第1部分微分特性曲線(実測区間)と第1リファレンス微分曲線との対応する電圧V毎の差分の絶対値を加算した評価値A(あるいは差分の二乗和)が最小となるように、正極由来及び負極由来の各々の分離波形曲線の形状を変更する。
また、他の再構築のアルゴリズムとして、以下に示す第1リファレンス微分曲線及び第2リファレンス曲線に対する再構築の処理を行っても良い。
リファレンス微分曲線再構築部164は、第1部分微分特性曲線と、この第1部分微分特性曲線の電圧Vに対応する範囲の第1リファレンス微分曲線とにおける微分値dQ/dVの差分の二乗和である評価値Aの最小値が得られるまで、正極由来及び負極由来の各々の分離波形曲線のパラメータであるピークの位置、ピークの幅及びピークの高さ(微分値dQ/dV)を調整し、新たな第1リファレンス微分曲線を生成する処理を繰り返して行う。
そして、リファレンス微分曲線再構築部164は、求めた新たな第1リファレンス微分曲線を第2リファレンス微分曲線に変換し、新たな第2リファレンス微分曲線を得る。
また、最大容量決定部165は、求めた最大容量Qmaxを上位制御システムであるバッテリ制御システム4に対して送信する。最大容量決定部165は、二次電池容量測定システム1に備えられた図示しないディスプレイなどの表示装置に対し、求めた最大容量Qmaxを表示する。
図11(a)は、縦軸が微分値dQ/dVを示し、横軸が電圧値Vを示している。また、図11(a)は、第1リファレンス微分曲線を構成する正極由来及び負極由来の各々の分離波形曲線のパラメータを調整し、合成される第1リファレンス微分曲線におけるピークの幅、ピークの高さ及びピークの位置を変更し、実測データの第1部分微分特性曲線の形状に近似させることを示している。ここで、正極由来及び負極由来の各々の分離波形曲線を構成する関数のピークの高さ及びピークの位置などのパラメータを調整して、分離波形曲線のピークの高さ及びピークの位置を変更する。
図11(b)に示すように第2部分微分特性曲線の形状に対して、評価値Bが最小となるように、すなわち第2リファレンス微分曲線の形状を近似させる最適化が行われる。この最適化は、正極由来及び負極由来の各々の分離波形曲線を構成する関数のパラメータを調整し、分離波形曲線のピークの高さ及びピークの位置を変更して、正極由来及び負極由来の各々の分離波形曲線を合成して第1リファレンス微分曲線を生成して。第2リファレンス微分曲線に変更し、第2部分微分特性曲線との評価値Bが最小となるフィッティング処理を繰り返す。そして、第2リファレンス微分曲線の形状に対して第2部分微分特性曲線の形状が最も近似した時点でフィッティングの処理を終了し、この終了時点における第1リファレンス微分曲線を更新して電池の劣化の影響を反映した第1リファレンス微分曲線として用る。
ステップS301:
最大容量演算可否判定部161は、推定可能を示す制御信号が制御部17から供給されたか否か、すなわち最大容量Qmaxの推定が実行可能な測定データ数が充足されたか否の判定を行う。
このとき、最大容量演算可否判定部161は、最大容量Qmaxの推定が実行可能の場合に処理をステップS302へ進め、一方、最大容量Qmaxの推定が実行可能でない場合にステップS301の処理を繰り返す。
最大容量演算可否判定部161は、測定データ記憶部19−2から、所定の範囲の微分値dQ/dV及び電圧値Vを読み出して第1部分微分曲線を生成する。
また、最大容量演算可否判定部161は、第1部分微分曲線における微分値dQ/dVの最大値(dQ/dV)maxを抽出する。
そして、最大容量演算可否判定部161は、抽出した最大値(dQ/dV)maxが第1閾値以上であるか否かの判定を行う。
このとき、最大容量演算可否判定部161は、最大値(dQ/dV)maxが第1閾値以上である場合、最大容量Qmaxの推定が可能であるため、処理をステップS303へ進める。
一方、最大容量演算可否判定部161は、最大値(dQ/dV)maxが第1閾値未満である場合、最大容量Qmaxの推定が可能でないため、ステップS301へ進める。
最大容量誤差演算部162は、測定データ記憶部19−2から、所定の範囲の微分値dV/dQ及び容量Qを読み出して第2部分微分曲線を生成する。最大容量誤差演算部162は、特性データ記憶部19−1から、第2リファレンス微分曲線を読み出す。
そして、最大容量誤差演算部162は、第1リファレンス微分曲線と第1部分微分曲線との微分値dQ/dVとの評価値Aを算出する。
また、最大容量誤差演算部162は、第2リファレンス微分曲線と第2部分微分曲線との微分値dV/dQとの評価値Bを、第2部分微分曲線の容量Qの範囲(容量θsから容量Qe)の各々の容量値から算出する。
ここで、最大容量誤差演算部162及び最大容量最適化処理部163の各々は、それぞれ微分値dV/dQの差分の評価値とピーク位置の差分の評価値Bを算出、評価値Bが最小となるまで新たな第1リファレンス微分曲線をリファレンス微分曲線再構築部164に生成させる処理のそれぞれを繰り返す最適化処理を行う。基本的には、最適化処理において、リファレンス微分曲線再構築部164は、第2部分微分特性曲線とこの第2部分微分特性曲線の容量Qの範囲における第2リファレンス微分曲線とにおける評価値Bと、第1部分微分特性曲線とこの第1部分微分特性曲線の容量Vの範囲における第1リファレンス微分曲線とにおける評価値Aとの各々が最小値となった時点で、最適化処理を終了する。
そして、最大容量最適化処理部163は、第2部分微分特性曲線と第2リファレンス微分曲線とにおける微分値dV/dQの差分による評価値Bが最小値となった際の第1リファレンス微分曲線を、再構築した第1リファレンス微分曲線とする。
最大容量決定部165は、再構築された第1リファレンス微分曲線において、電池の電圧値Vの使用範囲における微分値dQ/dVを積分する。
そして、最大容量決定部165は、積分の結果得られた容量の数値を電池の最大容量Qmaxとする。
最大容量決定部165は、上述した積分により得られた最大容量Qmaxを推定値記憶部19−3に対して書き込んで記憶させる。
また、最大容量決定部165は、求めた最大容量Qmaxをバッテリ制御システム4及びSOC再推定部155に対して送信するとともに、二次電池容量測定システム1に備えられた表示装置に対して表示する。
最大容量演算部16は、最大容量Qmaxの推定を行う評価モードを終了するか否かの判定、すなわち制御部17から推定を終了を示す制御信号が供給されたか否かの検出を行う。
このとき、最大容量演算部16は、制御部17から推定を終了を示す制御信号が供給されない場合、評価モードを終了せずに処理をステップS301へ進め、一方、制御部17から推定を終了を示す制御信号が供給された場合、評価モードを終了する。
このため、負極活物質に挿入されたLiがこの副反応に用いられた場合、負極の真のSOCが変化し、正極と負極とのバランスがずれる。このバランスの変化によって、第1リファレンス微分曲線において正極由来と負極由来と分離波形微分曲線のピーク間隔が変化する。そのため、最大容量誤差演算部162において、実測データの第1部分微分特性曲線と、分離波形モデルの第1リファレンス微分曲線とにおける正極由来及び負極由来間における分離波形微分曲線のピーク間隔の差分を第2評価値として最適化することで、最大容量最適化処理部163においてより誤差の小さい最適化が可能となる。
また、上述した同一の電極由来の分離波形微分曲線のピーク間隔が相対値であることから、第1部分微分特性曲線及び第2部分微分特性曲線の各々の実測区間を任意の一定の電流値Iとなる区間として設定することで、この実測区間内において電池の出力電圧をドロップさせる電池の内部抵抗Rによる電圧値V(=内部抵抗R×電流値I)が一定となる。したがって、本実施形態によれば、上記実測区間にける電池の出力電圧における電圧ドロップの電圧値Vを一定とすることで、実測区間における電池の出力電圧の評価における電圧ドロップの影響をキャンセルするため、ピーク間隔を容易に高い精度で求めることができる。
SOC再推定部155は、すでに説明したように、最大容量演算部16から最大容量Qmaxが更新されたことを示す更新信号が供給されると、SOCの再推定の処理を行う。
すなわち、SOC再推定部155は、再推定を行うモードに設定されている場合、直前のSOC推定が行われた時点の後に、新たに最大容量Qが測定された際、図10に示すフローチャートに従ってSOCの再推定を行う。ここで、SOC再推定部155は、直前のSOC推定に用いた第2部分微分特性曲線を用いて、SOCの再推定を行う。
ステップS401:
SOC再推定部155は、SOCの推定を行うSOC再推定モードに設定されているか否かの判定を行う。
このとき、SOC再推定部155は、SOC再推定モードに設定されている場合、処理をステップS402へ進め、一方、SOC再推定モードに設定されていない場合、ステップ401の処理を繰り返す。
SOC再推定部155は、リファレンス微分曲線再構築部164が第1リファレンス微分曲線を再構築したか否かの判定を行う。
ここで、SOC再推定部155は、例えば、リファレンス微分曲線再構築部164から新たな最大容量Qmaxが送信されたか否かにより、第1リファレンス微分曲線が再構築されたか否かの判定を行う。あるいは、SOC再推定部155は、推定値記憶部19−3に記憶されている最大容量Qmaxのタイムスタンプを確認し、直前のSOC推定に用いた最大容量Qmaxのタイムスタンプより後の時刻であるか否かにより、第1リファレンス微分曲線が再構築されたか否かの判定を行うように構成しても良い。
このとき、SOC再推定部155は、第1リファレンス微分曲線が再構築された場合に処理をステップS403へ進め、一方、第1リファレンス微分曲線が再構築されていない場合に処理をステップS402へ進める。
SOC再推定部155は、直前のSOC推定に用いた最大容量Qと、リファレンス微分曲線再構築部164から新たに送信された最大容量Qmaxとの差分ΔQを求め、この差分ΔQと予め設定された設定値ΔQsとを比較して、SOCの再推定が必要か否かの判定を行う。
すなわち、SOC再推定部155は、差分ΔQが設定値ΔQsを超えている場合、SOCの再推定が必要であるとし、処理をステップS404へ進める。一方、SOC再推定部155は、差分ΔQが設定値ΔQsを超えていない(差分ΔQが設定値ΔQs以下である)場合、SOCの再推定が必要ないとし、処理をステップS402へ進める。
SOC再推定部155は、SOC誤差演算部152、SOC最適化処理部153、SOC決定部154の各々に対し、図10のステップS203及びS204の処理、すなわちSOCの再推定を行わせる。ここで、SOCの再推定の処理は、SOCの推定で説明した動作と同様であるため、説明を省略する。
SOC再推定部155は、SOCの推定を行う評価モードを終了するか否かの判定、すなわち制御部17から推定を終了を示す制御信号が供給されたか否かの検出を行う。
このとき、SOC再推定部155は、制御部17から推定を終了を示す制御信号が供給されない場合、評価モードを終了せずに処理をステップS401へ進め、一方、制御部17から推定を終了を示す制御信号が供給された場合、評価モードを終了する。
これにより、本実施形態によれば、それぞれの演算可能判定基準を満たしている任意の一部区間の最小限の実測データで推定を行うことができる。このため、本実施形態によれば、電池に対する通常の運用におけるSOC領域を逸脱することなく、従来に比較して短時間での電池のSOC及び最大容量Qmaxの推定が可能となる。また、本実施形態によれば、電池の通常の運用状態において、電池のSOC及び最大容量Qmaxの推定が可能であるため、蓄電システムの運用効率を従来に比較して高めることができる。
また、本実施形態によれば、電池のSOCの推定において、長期間運用した際における電流センサ21の電流値Iをアナログ値からデジタル値に変換するA/D変換部11におけるA/D変換誤差が蓄積されても、第2リファレンス微分曲線に対して第2部分微分特性曲線をフィッティングさせ、すなわち第2部分微分特性曲線の測定が開始された容量Qsから測定が終了したQeまでの範囲を、第2リファレンス微分曲線の容量Qの範囲に一致させ、第2リファレンス微分曲線に対する第2部分微分特性曲線における容量Qの絶対評価をしているため、A/D変換誤差の影響を受けず、高精度でSOCの推定を行うことができる。
また、本実施形態によれば、SOCの推定と最大容量Qmaxの推定との各々を、それぞれ独立した機能として駆動するため、SOCの推定、および最大容量の推定を個別に最小限の時間で行うことができる。
この結果、本実施形態において、直前に行ったSOCの推定の地点に巻き戻って、最新の特性微分曲線(第1リファレンス微分曲線及び第2リファレンス微分曲線)を用いて、SOCの再推定を行うことにより、電池の劣化が著しく進んだ場合においても、従来に比較してより高い精度で電池のSOCを推定することができる。
すなわち、電池における結晶の相転移現象を示す「dQ/dV vs V特性」は、反応速度や活物質表面の反応物の相互作用の変化により、一般的に、ピーク強度だけでなく、ピーク位置やピーク半値幅(鋭さ)、非対称性も変化することが知られている。これらの変化は、電池が劣化した場合、活物質の構造変化や副反応等による活物質表面環境の変化により、反応速度や反応物の相互作用が変化することによる。
また、本実施形態によれば、第1リファレンス微分曲線の個々のピークに対応する関数のパラメータを独立して調整することができ、さらに電気化学的根拠に基づいて何らかの因果関係を持たせて調整することもできるため、電圧領域によって電池の劣化の程度が一様でない場合においても、第1リファレンス微分曲線を形成することができる。
実際の定置用蓄電システムの実運用の環境は、室温がエアーコンディショナーによりコントロールされている場合もあるが、一方、外気にさらされて温度変化が激しいパッシブな環境の場合もある。
一般に電池の容量Qと電圧値Vとの対応関係を示す曲線の微分特性は、温度によって変化することが知られている。これは、電池の正極及び負極における活物質へのイオンの挿入反応や脱離反応のし易さが、温度によって変化することや、電池内部の電解液の粘度が温度によって変化するためイオンの電極間の移動のし易さが変化することなどが原因である。また、電池で用いられているグラファイトなど複数の相転移現象を有する材料においても、温度に対する相転移現象に対する電池の特性の感度が大きい部分と小さい部分とが存在する。
その際のそれぞれの分離波形について、温度に対するパラメータの変化から、内挿法などによって個々の分離波形微分曲線それぞれについてあらかじめ温度補正値を求めて記憶しておくことができる。
もしくは、いくつかの温度における分離波形モデルをマップとして記憶しておく方式としてもよい。また、容量Qと電圧値Vとの対応関係を示す曲線の微分特性において温度に対する感度の小さい領域を用いてSOCおよび最大容量Qmaxを推定する方式としてもよい。
そして、SOC演算部15及び最大容量演算部16の各々は、それぞれSOCの推定、最大容量Qmaxの推定を行う際、特性データ記憶部19−1から第1リファレンス微分曲線を構成する正極由来及び負極由来の分離波形微分曲線を読み出す。
SOC演算部15及び最大容量演算部16の各々は、読みだした第1リファレンス微分曲線を構成する正極由来及び負極由来の分離波形微分曲線それぞれを、温度情報の温度に対応する正極由来及び負極由来の分離波形微分曲線各々の補正値により補正する。
そして、SOC演算部15及び最大容量演算部16の各々は、補正した正極由来及び負極由来の分離波形微分曲線を合成して第1リファレンス微分曲線を生成する。この後の処理はすでに説明した実施形態と同様のため、説明は省略する。
上述した構成により、第2の実施形態は、電池の温度が変化する環境においても、従来に比較してより高い確度によりSOCおよび最大容量Qmaxの推定が可能となる。
電池22の個々で行う場合には、個々の電池22の正極由来及び負極由来の分離波形微分曲線を用意し、電池22の個々の第1リファレンス微分曲線を特性データ記憶部19−1に予め書き込んで記憶させておく。一方、電池モジュール2を構成する電池22を一括して行場合には、電池モジュール2全体の正極由来及び負極由来の分離波形微分曲線を用意し、電池モジュール2全体の第1リファレンス微分曲線を特性データ記憶部19−1に予め書き込んで記憶させておく。
本実施形態は、電池の電極の材料の相転移現象を示す分離波形モデルに基づいている。このことから、あらかじめ電池の電極の材料が明確な場合においては、第1リファレンス微分曲線におけるピークの各々が正極由来の分離波形微分曲線であるかあるいは負極由来の分離波形微分曲線であるかなどをあらかじめ検出して、それぞれのピークを正極あるいは負極に対応付けを行うことができる。
また、そのピークの変化のトレンドを関数化するなどにより、劣化予測もできる可能性がある。
「由来」は、ピークが正極由来の分離波形微分曲線のものかあるいは負極由来の分離波形微分曲線のものであるかを示す項目である。この図15においては、Peak1及びPeak4の各々が正極由来の分離波形微分曲線のピークであり、Peak2及びPeak3の各々が負極由来の分離波形微分曲線のピークである。
パラメータとしては、例えば「H」はピークの強度値を示し、「W」はピークの半値幅を示している。
経過日数毎に、すでに説明したパラメータの変化が書き込まれて記憶される。
この図15の例においては、劣化に伴い正極由来の分離波形微分曲線におけるPeak1及びPeak4よりも、負極由来の分離波形微分曲線におけるPeak2及びPeak3の方のパラメータ値の変化が小さいことが分かる。
上述したように、Peak1及びPeak4の各々は正極由来の分離波形微分曲線のピークであり、Peak2及びPeak3の各々は負極由来の分離波形微分曲線のピークであることから、この電池においては負極の劣化が正極の劣化よりも進んでいると推測できる。
これにより、本実施形態によれば、図15のテーブルにより、電池の正極及び負極の劣化傾向を推定することができ、電池の将来の特性変化を推定することができる。
電池は電気化学反応を利用するものであり、使用履歴(電池内部の活物質をどう反応させたか)によって、その後の第1リファレンス微分曲線に対応する部分微分特性曲線である「dQ/dV vs V特性」が変化することが一般的に知られている。その一例として、電池の「dQ/dV vs V特性」におけるメモリー効果が挙げられる。このメモリー効果とは、充分に電池電圧が低下する前、すなわち容量をある程度残した状態(放電深度が浅い)で放電を中止し、再度充放電を行うと、初回に放電を中止した付近でくびれたような電圧挙動となり、見かけ上の電池残量が変化してしまう現象である。
図16においては、充電時の部分微分特性曲線におけるメモリー効果のリフレッシュが行われる条件を示している。部分微分特性曲線において、電圧Sが今回のサイクルの充電を開始する電圧であり、電圧Eが今回のサイクルの充電を停止する電圧であり、電圧R(SOC閾値)がメモリ効果がリフレッシュされる電圧であり、電圧Mが前回のサイクルの充電を停止して放電を開始した電圧である。
図17においては、放電時の部分微分特性曲線におけるメモリー効果のリフレッシュが行われる条件を示している。電圧Sが今回のサイクルの放電を開始する電圧であり、電圧Eが今回のサイクルの放電を停止する電圧であり、電圧Rがメモリ効果がリフレッシュされる電圧であり、電圧Mが前回のサイクルの放電を停止して充電を開始した電圧である。
また、関数の曲線の裾が長く、ゼロクロスする電圧値が大きく広がり他の関数の曲線のピークを含んでしまうなどの場合、曲線の接線の中で最大の傾きを有する接線が横軸と交わった電圧を電圧Rとして設定してもよい。また、強度(dQ/dV)がピークにおけるピーク値の予め実験を行うことでリフレッシュの効果が認められた値、例えばピーク値の5%となる電圧値を電圧Rに設定してもよい。
ここで、SOC誤差演算部152、SOC最適化処理部153、SOC決定部154及びSOC再推定部155の各々は、第1の実施形態のSOC演算部15におけるSOC誤差演算部152、SOC最適化処理部153、SOC決定部154、SOC再推定部155それぞれと同様の構成である。
図20において、ステップS201、ステップS203、ステップS204及びステップS205の各々は、それぞれ図10におけるステップS201、ステップS203、ステップS204、ステップS205と同様である。
図20のフローチャートには、図10のフローチャートのステップS202とステップ203との間に、ステップS202Bが介挿されている。以下、ステップS202Bの動作のみ説明する。
そして、SOC演算可否判定部151Bは、電圧Eが電圧MC以上である(電圧MCが部分微分特性曲線に含まれている)場合、電圧MCを通過する際にメモリー効果の影響を受けることになるため、メモリー効果に対するリフレッシュが行われているか否かの判定を行う。すなわち、SOC演算可否判定部151Bは、今回の充電サイクルを開始した電圧Sがリフレッシュが行われる電圧R未満であるか否かを判定する。
そして、SOC演算可否判定部151Bは、電圧Eが電圧MC未満である場合、または電圧Sが電圧R未満である(電圧Rが部分微分特性曲線に含まれていることを含む)場合に、処理をステップS203に進める。一方、SOC演算可否判定部151Bは、電圧Eが電圧MC以上であり、かつ電圧Sが電圧R以上である場合に、充電時の部分微分特性曲線によるSOC演算が可能でないとして、処理をステップS201に進める。
そして、SOC演算可否判定部151Bは、電圧Eが電圧MD以下である場合、電圧MDを通過する際にメモリー効果の影響を受けることになるため、メモリー効果に対するリフレッシュが行われているか否かの判定を行う。すなわち、SOC演算可否判定部151Bは、今回の充電サイクルを開始した電圧Sがリフレッシュが行われる電圧Rを超えているか否かを判定する(電圧Rが部分微分特性曲線に含まれていることを含む)。
そして、SOC演算可否判定部151Bは、電圧Eが電圧MDを超えている場合、または電圧Sが電圧Rを超えている場合(電圧Rが部分微分特性曲線に含まれていることを含む)に、放電時の部分微分特性曲線によるSOC演算が可能として、放電時の部分微分特性曲線によるSOC演算が可能であるとして、処理をステップS203に進める。一方、SOC演算可否判定部151Bは、電圧Eが電圧MD以下であり、かつ電圧Sが電圧R以下である場合に、放電時の部分微分特性曲線によるSOC演算が可能でないとして、処理をステップS201に進める。
ここで、最大容量誤差演算部162、最大容量最適化処理部163、最大容量決定部164及び最大容量決定部165の各々は、第1の実施形態の最大容量演算部16における最大容量誤差演算部162、最大容量最適化処理部163、最大容量決定部164、最大容量再推定部165それぞれと同様の構成である。
図22において、ステップS301、ステップS303、ステップS304及びステップS305の各々は、それぞれ図12におけるステップS301、ステップS303、ステップS304、ステップ305と同様である。
図22のフローチャートには、図12のフローチャートのステップS302とステップ303との間に、ステップS302Bが介挿されている。以下、ステップS302Bの動作のみ説明する。
そして、最大容量演算可否判定部161Bは、電圧Eが電圧MC以上である場合、電圧MCを通過する際にメモリー効果の影響を受けることになるため、メモリー効果に対するリフレッシュが行われているか否かの判定を行う。すなわち、最大容量演算可否判定部161Bは、今回の充電サイクルを開始した電圧Sがリフレッシュが行われる電圧R未満であるか否かを判定する。
そして、最大容量演算可否判定部161Bは、電圧Eが電圧MC未満である場合、または電圧Sが電圧R未満である場合に、充電時の部分微分特性曲線による最大容量演算が可能であるとして、処理をステップS303に進める。一方、最大容量演算可否判定部161Bは、電圧Eが電圧MC以上であり、かつ電圧Sが電圧R以上である場合に、充電時の部分微分特性曲線による最大容量演算が可能でないとして、処理をステップS301に進める。
そして、最大容量演算可否判定部161Bは、電圧Eが電圧MD以下である場合、電圧MDを通過する際にメモリー効果の影響を受けることになるため、メモリー効果に対するリフレッシュが行われているか否かの判定を行う。すなわち、最大容量演算可否判定部161Bは、今回の充電サイクルを開始した電圧Sがリフレッシュが行われる電圧Rを超えているか否かを判定する。
そして、最大容量演算可否判定部161Bは、電圧Eが電圧MDを超えている場合、または電圧Sが電圧Rを超えている場合に、放電時の部分微分特性曲線による最大容量演算が可能であるとして、処理をステップS303に進める。一方、最大容量演算可否判定部161Bは、電圧Eが電圧MD以下であり、かつ電圧Sが電圧R以下である場合に、放電時の部分微分特性曲線による最大容量演算が可能でないとして、処理をステップS301に進める。
また、本実施形態によれば、完全放電(SOC0%)あるいは満充電(SOC100%)に所定の時間維持させるリフレッシュ操作を行うことなく、かつSOCの推定及び最大容量の推定に長い時間を要することになく、短い期間において、SOC及び最大容量の推定が可能となる。
また、「コンピュータシステム」は、ホームページ提供環境(あるいは表示環境)を備えたWWWシステムも含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ(RAM)のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
2…電池モジュール
3…電圧センサ
4…バッテリ制御システム
11…A/D変換部
12…平均化処理部
13…データ変換部
14…入出力部
15,15B…SOC演算部
16,16B…最大容量演算部
17…制御部
19−1…特性データ記憶部
19−2…最大容量演算部
19−3…特性データ記憶部
21…電流センサ
22…電池
151,151B…SOC演算可否判定部
152…SOC誤差演算部
153…SOC最適化処理部
154…SOC決定部
155…SOC再推定部
161,161B…最大容量演算可否判定部
162…最大容量誤差演算部
163…最大容量最適化処理部
164…リファレンス微分曲線再構築部
165…最大容量SOC決定部
Claims (15)
- 電池の電圧値V及び電流値Iを時系列に取得した測定値の履歴データから、所定の範囲の電池の電圧Vの容量Qによる微分値dV/dQ及び容量Qをパラメータとする微分特性を示す部分微分特性曲線を求めるデータ変換部と、
電池の容量Qの電圧Vによる微分値dQ/dV及び電圧値Vをパラメータとする微分特性を示す予め求められた第1リファレンス微分曲線における実用の電圧値Vの範囲から最大容量Qmaxを推定する最大容量演算部と、
前記部分微分特性曲線と、電池の電圧値Vの容量Qによる微分値dV/dQ及び容量Qの各々をパラメータとする微分特性を示す第2リファレンス微分曲線との誤差計算による、前記第2リファレンス微分曲線に対して前記部分微分特性曲線のフィッティングを行い、前記部分微分特性曲線に相似する前記第2リファレンス微分曲線における容量Qの範囲を検出し、当該容量Qの範囲における容量Qを前記最大容量Qmaxにより除算してSOCを推定するSOC演算部と、
を備え、
前記第1リファレンス微分曲線が前記電池の正極の材料特性に基づく正極由来の特性微分曲線と負極の材料特性に基づく負極由来の特性微分曲線との合成であり、合成した微分曲線が実測データとフィッテインクするように、正極由来の特性微分曲線及び正極由来の特性微分曲線が求められており、前記第2リファレンス微分曲線が前記第1リファレンス微分曲線より求められている
ことを特徴とする二次電池容量測定システム。 - 前記正極由来及び前記負極由来の各々の前記特性微分曲線が、前記特性微分曲線のピークに対応した関数で構成される
ことを特徴とする請求項1に記載の二次電池容量測定システム。 - 前記関数が正極材料もしくは負極材料のそれぞれの相転移ごとの特性パラメータを含んでおり、
前記関数の曲線の形状が前記特性パラメータにより調整可能である
ことを特徴とする請求項2に記載の二次電池容量測定システム。 - 前記最大容量演算部が前記第1リファレンス微分曲線を補正する際、前記部分微分特性曲線と前記第2リファレンス微分曲線とのフィッティングを行い、前記第2リファレンス微分曲線がフィッティングされた前記部分微分特性曲線の形状に対応するように、正極由来及び負極由来の各々の前記第1リファレンス微分曲線を調整することにより、前記第1リファレンス微分曲線を補正するリファレンス微分曲線再構築部
をさらに有し、
前記最大容量演算部が、補正後の第1リファレンス微分曲線を用いて最大容量Qmaxを推定することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の二次電池容量測定システム。 - 前記SOC演算部が、電池の容量Qの電圧値Vによる微分値dQ/dV及び電圧値Vをパラメータとする他の部分微分特性曲線における数値dQ/dVの最大値が予め設定された第1の閾値未満か否かを判定するSOC演算可否判定部を備え、
前記SOC演算可否判定部が前記他の部分微分特性曲線における数値dQ/dVの最大値が予め設定された第1の閾値未満であると判定した場合に、前記SOC演算部が前記SOCを推定する
ことを特徴とする請求項4に記載の二次電池容量測定システム。 - 前記SOC演算可否判定部は、直前の充放電の折り返し地点に相当する折返しSOCが前記他の部分微分特性曲線の中に含まれている場合、前記電池の電極材料の相転移由来の前記第1リファレンス微分曲線のピークに基づくSOC閾値が、前記他の部分微分特性曲線の中に含まれているか否かの判定を行い、
前記SOC演算部が、前記SOC閾値が前記他の部分微分特性曲線の中に含まれていると判定した場合、前記SOCの推定を行う
ことを特徴とする請求項5に記載の二次電池容量測定システム。 - 前記SOC演算可否判定部が前記部分微分特性曲線における数値dV/dQにおける最大値及び最小値間の差が予め設定された第2の閾値を超えるか否かの判定を行い、
前記SOC演算可否判定部が前記部分微分特性曲線における数値dV/dQの最大値及び最小値の差が予め設定された第2の閾値を超えると判定した場合に、前記SOC演算部が前記SOCを推定する
ことを特徴とする請求項5または請求項6に記載の二次電池容量測定システム。 - 前記最大容量演算部が、前記他の部分微分特性曲線における数値dQ/dVの最大値が予め設定された第1の閾値を超えるか否かを判定する最大容量演算可否判定部を備え、
前記最大容量演算可否判定部が前記他の部分微分特性曲線における数値dQ/dVの最大値が予め設定された第1の閾値を超えると判定した場合に、前記最大容量演算部が前記最大容量Qmaxを推定する
ことを特徴とする請求項4から請求項7のいずれか一項に記載の二次電池容量測定システム。 - 前記最大容量演算可否判定部は、直前の充放電の折り返し地点に相当する折返しSOCが前記他の部分微分特性曲線の中に含まれている場合、前記電池の電極材料の相転移由来の前記第1リファレンス微分曲線のピークに基づくSOC閾値が、前記他の部分微分特性曲線の中に含まれているか否かの判定を行い、
前記最大容量演算部が、前記SOC閾値が前記他の部分微分特性曲線の中に含まれていると判定した場合、前記最大容量の推定を行う
ことを特徴とする請求項8に記載の二次電池容量測定システム。 - 前記最大容量演算可否判定部が前記部分微分特性曲線における数値dV/dQにおける最大値及び最小値間の差が予め設定された第3の閾値を超えるか否かの判定を行い、
前記最大容量演算可否判定部が前記部分微分特性曲線における数値dV/dQの最大値及び最小値の差が予め設定された第3の閾値を超えると判定した場合に、前記最大容量演算部が前記最大容量Qmaxを推定する
ことを特徴とする請求項8または請求項9に記載の二次電池容量測定システム。 - 充放電された電池の電圧値V及び電流値Iの時系列に取得した測定値に対し、所定の時間範囲で区間平均または移動平均を行い、求めた平均値を測定値の時系列データとする平均化処理部をさらに備える
ことを特徴とする請求項1から請求項10のいずれか一項に記載の二次電池容量測定システム。 - 前記最大容量演算部が前記第1リファレンス微分曲線を補正する際、前記部分微分特性曲線と前記第2リファレンス微分曲線とのフィッティングを行い、前記第2リファレンス微分曲線がフィッティングされた前記部分微分特性曲線の形状に対応するように、正極由来及び負極由来の各々の前記第1リファレンス微分曲線を調整することにより、前記第1リファレンス微分曲線を補正するリファレンス微分曲線再構築部をさらに有し、
前記SOC演算部が、前記第2リファレンス微分曲線と前記部分微分特性曲線との誤差計算を行うSOC誤差演算部を備え、
前記SOC誤差演算部が
前記リファレンス微分曲線再構築部において、前記部分微分特性曲線により補正された前記第2リファレンス微分曲線を用い、当該第2リファレンス微分曲線と前記部分微分特性曲線との誤差計算を行い、当該部分微分特性曲線の開始点における積算された容量Qsを変数として最適化し、
前記SOC演算部が、
最適化された前記容量Qsにより前記SOCの再推定を行う
ことを特徴とする請求項4から請求項11のいずれか一項に記載の二次電池容量測定システム。 - 前記最大容量演算部が前記第1リファレンス微分曲線を補正する際、前記部分微分特性曲線と前記第2リファレンス微分曲線とのフィッティングを行い、前記第2リファレンス微分曲線がフィッティングされた前記部分微分特性曲線の形状に対応するように、正極由来及び負極由来の各々の前記第1リファレンス微分曲線を調整することにより、前記第1リファレンス微分曲線を補正するリファレンス微分曲線再構築部をさらに有し、
前記最大容量演算部が、前記第2リファレンス微分曲線と前記部分微分特性曲線との誤差計算を行う最大容量誤差演算部を備え、
前記リファレンス微分曲線再構築部が、前記誤差計算の結果を最小とする前記第2リファレンス微分曲線となるように、前記第1リファレンス微分曲線を補正し、
前記最大容量演算部が、前記部分微分特性曲線により補正された前記第1リファレンス微分曲線を所定の電圧値Vの範囲において積分することにより、前記電池の最大容量Qmaxを算出する
ことを特徴とする請求項4から請求項12のいずれか一項に記載の二次電池容量測定システム。 - データ変換部が、電池の電圧値V及び電流値Iを時系列に取得した測定値の履歴データから、所定の範囲の電池の電圧Vの容量Qによる微分値dV/dQ及び容量Qをパラメータとする微分特性を示す部分微分特性曲線を求める過程と、
最大容量演算部が、電池の容量Qの電圧Vによる微分値dQ/dV及び電圧値Vをパラメータとする微分特性を示す予め求められた第1リファレンス微分曲線における実用の電圧値Vの範囲から最大容量Qmaxを推定する過程と
SOC演算部が、前記部分微分特性曲線と、電池の電圧値Vの容量Qによる微分値dV/dQ及び容量Qの各々をパラメータとする微分特性を示す第2リファレンス微分曲線との誤差計算による、前記第2リファレンス微分曲線に対して前記部分微分特性曲線のフィッティングを行い、前記部分微分特性曲線に相似する前記第2リファレンス微分曲線における容量Qの範囲を検出し、当該容量Qの範囲における容量Qを前記最大容量Qmaxにより除算してSOCを推定する過程と、
を含み、
前記第1リファレンス微分曲線が前記電池の正極の材料特性に基づく正極由来の特性微分曲線と負極の材料特性に基づく負極由来の特性微分曲線との合成であり、合成した微分曲線が実測データとフィッテインクするように、正極由来の特性微分曲線及び正極由来の特性微分曲線が求められており、前記第2リファレンス微分曲線が前記第1リファレンス微分曲線より求められている
ことを特徴とする二次電池容量測定方法。 - 前記正極 由来及び前記負極由来の各々の前記特性微分曲線が、前記特性微分曲線のピークに対応した関数で構成される
ことを特徴とする請求項14に記載の二次電池容量測定方法。
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