JP7025287B2 - Battery state estimation device and battery state estimation method - Google Patents
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Description
本発明は、充電電気量や電池温度等の二次電池の電池状態を推定する電池状態推定装置、及び電池状態推定方法に関する。 The present invention relates to a battery state estimation device that estimates the battery state of a secondary battery such as the amount of charged electricity and the battery temperature, and a battery state estimation method.
電気自動車やハイブリッド自動車等の車載用電源としては、エネルギー密度の高さからニッケル水素二次電池やリチウムイオン二次電池が用いられている。
こうした二次電池の電池状態を判定するため、二次電池に対し複素インピーダンス解析を行う技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
Nickel-hydrogen secondary batteries and lithium-ion secondary batteries are used as in-vehicle power sources for electric vehicles, hybrid vehicles, and the like because of their high energy density.
In order to determine the battery state of such a secondary battery, a technique for performing complex impedance analysis on the secondary battery has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
特許文献1に記載の装置は、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、測定される二次電池と同じ仕様の1つ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、二次電池の温度を測定する温度測定部とを備える。また、この装置は、記憶部の情報をもとに、40℃以上70℃以下の測定温度の二次電池に、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と、電源部が印加した交流信号により、二次電池の複素インピーダンス(図12のインピーダンス曲線L121の垂直領域dc参照)を測定する測定部とを備える。さらに、この装置は、測定部の測定値を用いて算出する二次電池の限界容量と、記憶部に記憶される初期限界容量と、を用いて劣化度を検出する。
The apparatus described in
ところで、図12に示すように、通常、ナイキスト線図におけるインピーダンス曲線L121は、測定周波数の帯域に対応して複数の領域を有する。具体的には、帯域が高周波数側から低周波数側に向かって変化することに対応して、インピーダンス曲線L121は、回路抵抗に対応する「領域a」、溶液抵抗に対応する「領域b」、反応抵抗に起因する複素インピーダンスに対応する「領域c」、及び略直線状の拡散抵抗に対応する「拡散領域d」を有する。そして、特許文献1に記載の装置では、「拡散領域d」において、「領域c」に続いている「直線領域da」よりも低周波数側の領域である「垂直領域dc」での虚数成分の値に基づいて二次電池の劣化度を測定する。しかしながら、「直線領域da」は、実数成分の変化量に対する虚数成分の変化量の割合が「1」に近い所定の値の範囲にある領域であり、「垂直領域dc」は、実数成分に対して虚数成分の変化が大きく、ナイキスト線図において略垂直に変化する領域である。
By the way, as shown in FIG. 12, the impedance curve L121 in the Nyquist diagram usually has a plurality of regions corresponding to the band of the measurement frequency. Specifically, the impedance curve L121 corresponds to the “region a” corresponding to the circuit resistance and the “region b” corresponding to the solution resistance in response to the band changing from the high frequency side to the low frequency side. It has a "region c" corresponding to the complex impedance due to the reaction resistance and a "diffusion region d" corresponding to the substantially linear diffusion resistance. Then, in the apparatus described in
しかしながら、上述の技術は、「拡散領域d」にあってより低周波数側である「垂直領域dc」を利用するため、複素インピーダンスの測定に時間を要することが避けられず、電池状態を適時に得ることが難しかった。 However, since the above-mentioned technique utilizes the "vertical region dc" which is in the "diffusion region d" and is on the lower frequency side, it is inevitable that it takes time to measure the complex impedance, and the battery state can be adjusted in a timely manner. It was difficult to get.
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、複素インピーダンスに基づく電池状態の推定について、推定に要する時間を抑えることのできる電池状態推定装置、及び電池状態推定方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is a battery state estimation device capable of reducing the time required for estimation of a battery state based on complex impedance, and a battery state estimation method. Is to provide.
上記課題を解決する電池状態推定装置は、二次電池の充電電気量を推定する電池状態推定装置であって、測定用の電力の付与に基づいて前記二次電池の複素インピーダンスを測定するインピーダンス測定部と、前記測定した複素インピーダンスのうちで拡散領域内に対応する角速度が測定角速度であり、前記測定角速度が相違する2つの複素インピーダンスの測定角速度の差と前記2つの複素インピーダンスの成分の差との比からなるパラメータを算出するパラメータ算出部と、予め設定された情報であって、前記二次電池の充電電気量と前記パラメータとの関係を示す情報と、前記パラメータ算出部で算出した前記パラメータとに基づいて前記二次電池の充電電気量を推定する電気量推定部とを備える。 The battery state estimation device that solves the above problems is a battery state estimation device that estimates the amount of charging electricity of the secondary battery, and is an impedance measurement that measures the complex impedance of the secondary battery based on the application of power for measurement. The measured angular velocity is the angular velocity corresponding to the diffusion region among the measured complex impedances, and the difference between the measured angular velocities of the two complex impedances having different measured angular velocities and the components of the two complex impedances. A parameter calculation unit that calculates a parameter consisting of a ratio to the difference, information that indicates the relationship between the charge electricity amount of the secondary battery and the parameter, which is preset information, and the parameter calculation unit calculated the information. It is provided with an electricity amount estimation unit that estimates the charge electricity amount of the secondary battery based on the parameters.
電池状態推定装置として、前記測定用の電力は、測定用の直流電力又は測定用の交流電力である。
上記課題を解決する電池状態推定装置は、二次電池の充電電気量を推定する電池状態推定装置であって、測定用の交流電力の付与に基づいて前記二次電池の複素インピーダンスを測定するインピーダンス測定部と、前記測定した複素インピーダンスのうち、拡散領域内にあり、かつ、測定角速度が相違する2つの複素インピーダンスの測定角速度の差と前記2つの複素インピーダンスの成分の差との比からなるパラメータを算出するパラメータ算出部と、予め設定された情報であって、前記二次電池の充電電気量と前記パラメータとの関係を示す情報と、前記パラメータ算出部で算出した前記パラメータとに基づいて前記二次電池の充電電気量を推定する電気量推定部とを備える。
As the battery state estimation device, the power for measurement is DC power for measurement or AC power for measurement.
The battery state estimation device that solves the above problems is a battery state estimation device that estimates the amount of charging electricity of the secondary battery, and is an impedance that measures the complex impedance of the secondary battery based on the application of AC power for measurement. A parameter consisting of the ratio between the measurement unit and the difference in the measured angular velocities of the two complex impedances that are within the diffusion region and have different measured angular velocities among the measured complex impedances and the difference in the components of the two complex impedances. Based on the parameter calculation unit for calculating the above, the preset information indicating the relationship between the charge electricity amount of the secondary battery and the parameter, and the parameter calculated by the parameter calculation unit. It is provided with an electricity amount estimation unit that estimates the charge electricity amount of the secondary battery.
上記課題を解決する電池状態推定方法は、二次電池の充電電気量を推定する電池状態推定方法であって、測定用の電力の付与に基づいて前記二次電池の複素インピーダンスを測定するインピーダンス測定工程と、前記測定した複素インピーダンスのうちで拡散領域内に対応する角速度が測定角速度であり、前記測定角速度が相違する2つの複素インピーダンスの測定角速度の差と前記2つの複素インピーダンスの成分の差との比からなるパラメータを算出するパラメータ算出工程と、予め設定された情報であって、前記二次電池の充電電気量と前記パラメータとの関係を示す情報と、前記パラメータ算出工程で算出した前記パラメータとに基づいて前記二次電池の充電電気量を推定する電気量推定工程とを備える。 The battery state estimation method that solves the above problems is a battery state estimation method that estimates the amount of charging electricity of the secondary battery, and is an impedance measurement that measures the complex impedance of the secondary battery based on the application of power for measurement. Of the steps and the measured complex impedance, the angular velocity corresponding to the diffusion region is the measured angular velocity, and the difference between the measured angular velocities of the two complex impedances having different measured angular velocities and the components of the two complex impedances. It was calculated in the parameter calculation step of calculating the parameter consisting of the ratio with the difference, the information indicating the relationship between the charge electricity amount of the secondary battery and the parameter, which is preset information, and the parameter calculation step. The present invention includes an electricity amount estimation step of estimating the charging electricity amount of the secondary battery based on the parameters.
このような構成または方法によれば、複素インピーダンスの測定結果に基づいて電池の充電電気量を推定することができる。二次電池において、拡散領域の複素インピーダンスは、例えば0.1Hz以下の低周波数帯で測定されるため、測定に比較的時間を要するものの、低周波数帯のうちの2点だけを利用することで充電電気量の推定に要する時間を抑えることができるようになる。つまり、拡散領域内の周波数域が0.1Hz以下である場合が多く、例えば、測定に0.1Hz~0.01Hzを利用したとしても、10秒から100秒程度の実用的な時間範囲での測定が可能である。 According to such a configuration or method, the charge electricity amount of the battery can be estimated based on the measurement result of the complex impedance. In a secondary battery, the complex impedance in the diffusion region is measured in a low frequency band of, for example, 0.1 Hz or less, so that it takes a relatively long time to measure, but by using only two points in the low frequency band, The time required to estimate the amount of charging electricity can be reduced. That is, the frequency range in the diffusion region is often 0.1 Hz or less, and for example, even if 0.1 Hz to 0.01 Hz is used for measurement, it is in a practical time range of about 10 seconds to 100 seconds. Measurement is possible.
また、複素インピーダンスの変化が直線状であるので、2つの複素インピーダンスの測定周波数の選択に係る制約も少ないとともに、複素インピーダンスの成分の差が取得しやすい。 Further, since the change of the complex impedance is linear, there are few restrictions on the selection of the measurement frequencies of the two complex impedances, and the difference in the components of the complex impedance can be easily obtained.
なお、予め設定された情報は、モデルとなる1つの情報を用いてもよいが、二次電池の温度毎に設定された複数のモデルから選択したものであってもよい。
また、拡散領域内にある2つの複素インピーダンスの成分のうち、虚数成分を二次電池の電池状態の推定に利用することができるが、虚数成分と実数成分との間に相関がある場合、虚数成分を実数成分に置き換えて、実数成分を二次電池の電池状態の推定に利用することもできる。
The preset information may be one model information, or may be selected from a plurality of models set for each temperature of the secondary battery.
Further, of the two complex impedance components in the diffusion region, the imaginary number component can be used to estimate the battery state of the secondary battery, but if there is a correlation between the imaginary number component and the real number component, the imaginary number is used. It is also possible to replace the component with a real number component and use the real number component for estimating the battery state of the secondary battery.
好ましい構成として、前記二次電池の温度を取得する温度取得部をさらに備え、前記予め設定された情報には、前記二次電池の温度毎に設定された情報が含まれており、前記電気量推定部は、前記二次電池の温度毎に設定された情報のうち前記取得した温度に対応する情報を前記予め設定された情報として選択する。 As a preferable configuration, a temperature acquisition unit for acquiring the temperature of the secondary battery is further provided, and the preset information includes information set for each temperature of the secondary battery, and the amount of electricity. The estimation unit selects, among the information set for each temperature of the secondary battery, the information corresponding to the acquired temperature as the preset information.
このような構成によれば、二次電池の温度を考慮して充電電気量を高い精度で推定することができる。
好ましい構成として、前記二次電池が満充電であるとき推定した前記二次電池の充電電気量と、予め設定された基準電気量であって、前記二次電池が満充電のときの適正な充電電気量である前記基準電気量とを比較して、前記二次電池の充電電気量がばらついているか否かを判定する第1のばらつき判定部を備える。
According to such a configuration, the amount of charging electricity can be estimated with high accuracy in consideration of the temperature of the secondary battery.
As a preferred configuration, the charging electricity amount of the secondary battery estimated when the secondary battery is fully charged and the preset reference electricity amount, which is appropriate charging when the secondary battery is fully charged. It is provided with a first variation determination unit for determining whether or not the charge electricity amount of the secondary battery varies by comparing with the reference electricity amount which is the electricity amount.
このような構成によれば、二次電池について、充電電気量のばらつきの有無を判定することができる。
好ましい構成として、前記二次電池は組電池であって、前記組電池を少なくとも一部の電池が重複しないように区分けされた2つのグループについて前記電気量推定部がそれぞれ推定した充電電気量を取得し、前記2つのグループの充電電気量の比較に基づいて前記組電池を構成する電池間に充電電気量のばらつきがあるか否かを判定するばらつき判定部を備える。
According to such a configuration, it is possible to determine whether or not there is a variation in the amount of charging electricity for the secondary battery.
As a preferable configuration, the secondary battery is an assembled battery, and the charged electricity amount estimated by the electric amount estimation unit is acquired for each of the two groups in which the assembled battery is divided so that at least a part of the batteries does not overlap. Further, it is provided with a variation determination unit for determining whether or not there is a variation in the charge electricity amount between the batteries constituting the assembled battery based on the comparison of the charge electricity amount of the two groups.
このような構成によれば、複数の単電池や複数の電池モジュールから構成される組電池について、充電電気量のばらつきの有無を判定することができる。
上記課題を解決する電池状態推定装置は、二次電池の温度を推定する電池状態推定装置であって、前記二次電池の充電電気量を取得する電気量取得部と、測定用の電力の付与に基づいて前記二次電池の複素インピーダンスを測定するインピーダンス測定部と、前記測定した複素インピーダンスのうちで拡散領域内に対応する角速度が測定角速度であり、前記測定角速度が相違する2つの複素インピーダンスの測定角速度の差と前記2つの複素インピーダンスの成分の差との比からなるパラメータを算出するパラメータ算出部と、予め設定された情報であって、前記二次電池の充電電気量に対する前記パラメータと前記二次電池の温度との関係を示す情報に、前記電気量取得部で取得した充電電気量と前記パラメータ算出部で算出した前記パラメータとを適用することに基づいて前記二次電池の温度を推定する温度推定部とを備える。
According to such a configuration, it is possible to determine whether or not there is a variation in the amount of charging electricity for a set battery composed of a plurality of single batteries or a plurality of battery modules.
The battery state estimation device that solves the above-mentioned problems is a battery state estimation device that estimates the temperature of the secondary battery, and is an electricity amount acquisition unit that acquires the charge electricity amount of the secondary battery and a power supply for measurement. The measured angular velocity is the angular velocity corresponding to the diffusion region among the measured complex impedance and the impedance measuring unit that measures the complex impedance of the secondary battery based on the above, and the measured angular velocity is different between the two complex. A parameter calculation unit that calculates a parameter consisting of the ratio of the difference in the measured angular velocity of the impedance and the difference between the two complex impedance components, and the preset information, which is the parameter with respect to the charging electricity amount of the secondary battery. The temperature of the secondary battery is based on applying the amount of charging electricity acquired by the electricity amount acquisition unit and the parameter calculated by the parameter calculation unit to the information indicating the relationship between the electricity and the temperature of the secondary battery. It is provided with a temperature estimation unit for estimating.
上記課題を解決する電池状態推定方法は、二次電池の温度を推定する電池状態推定方法であって、前記二次電池の充電電気量を取得する電気量取得工程と、測定用の電力の付与に基づいて前記二次電池の複素インピーダンスを測定するインピーダンス測定工程と、前記測定した複素インピーダンスのうちで拡散領域内に対応する角速度が測定角速度であり、前記測定角速度が相違する2つの複素インピーダンスの測定角速度の差と前記2つの複素インピーダンスの成分の差との比からなるパラメータを算出するパラメータ算出工程と、予め設定された情報であって、前記二次電池の充電電気量に対する前記パラメータと前記二次電池の温度との関係を示す情報に、前記電気量取得工程で取得した充電電気量と前記パラメータ算出工程で算出した前記パラメータとを適用することに基づいて前記二次電池の温度を推定する温度推定工程とを備える。 The battery state estimation method that solves the above-mentioned problems is a battery state estimation method that estimates the temperature of the secondary battery, that is, an electricity amount acquisition step for acquiring the charging electricity amount of the secondary battery, and power supply for measurement. The measurement angular velocity is the angular velocity corresponding to the diffusion region among the measured complex impedances and the impedance measuring step of measuring the complex impedance of the secondary battery based on the above, and the measured angular velocities are different. A parameter calculation step for calculating a parameter consisting of the ratio of the difference in the measured angular velocity of the impedance and the difference between the two complex impedance components, and the preset information, which is the parameter with respect to the charging electricity amount of the secondary battery. The temperature of the secondary battery is based on applying the amount of charging electricity acquired in the electricity amount acquisition step and the parameter calculated in the parameter calculation step to the information indicating the relationship between the electricity and the temperature of the secondary battery. It is provided with a temperature estimation process for estimating.
このような構成または方法によれば、複素インピーダンスの測定結果に基づいて電池の温度を推定することができる。二次電池において、拡散領域の複素インピーダンスは、例えば0.1Hz以下の低周波数帯で測定されるため、測定に比較的時間を要するものの、低周波数帯のうちの2点だけを利用することで電池の温度の推定に要する時間を抑えることができるようになる。 According to such a configuration or method, the temperature of the battery can be estimated based on the measurement result of the complex impedance. In a secondary battery, the complex impedance in the diffusion region is measured in a low frequency band of, for example, 0.1 Hz or less, so that it takes a relatively long time to measure, but by using only two points in the low frequency band, The time required to estimate the battery temperature can be reduced.
また、通常、電池の温度は電池の表面で図られるため、充放電に強い影響を与える極板群の温度そのものを得ることはできなかった。この点、この構成によれば、電池の温度として、極板群内の電流が流れる部分の状態に基づいて極板群自体の温度が推定される。よって、電池の温度を高い精度で得ることができるようになる。 Further, since the temperature of the battery is usually measured on the surface of the battery, it is not possible to obtain the temperature of the electrode plate group itself, which has a strong influence on charge / discharge. In this respect, according to this configuration, the temperature of the electrode plate group itself is estimated as the temperature of the battery based on the state of the portion where the current flows in the electrode plate group. Therefore, the temperature of the battery can be obtained with high accuracy.
好ましい構成として、前記2つの複素インピーダンスの成分はそれぞれ、複素インピーダンスの虚数成分である。
このような構成によれば、拡散領域内にある2つの複素インピーダンスの虚数成分に基づいて電池状態を推定することができるようになる。拡散領域内の複素インピーダンスは、低周波数側になると実数成分の変化量が小さくなる傾向にあるため、虚数成分を利用することで複素インピーダンスの測定角速度の選択自由度を高くすることができる。
As a preferred configuration, each of the two complex impedance components is an imaginary component of the complex impedance.
With such a configuration, the battery state can be estimated based on the imaginary components of the two complex impedances in the diffusion region. Since the amount of change in the real number component of the complex impedance in the diffusion region tends to be small on the low frequency side, the degree of freedom in selecting the measurement angular velocity of the complex impedance can be increased by using the imaginary number component.
好ましい構成として、前記パラメータ算出部は、前記2つの複素インピーダンスの測定角速度の逆数の差を「Δ(ω-1)」とし、前記2つの複素インピーダンスの虚数成分の差を「ΔZi」とし、前記パラメータを「QD」とするとき下記式に基づいて算出する。 As a preferred configuration, the parameter calculation unit sets the difference between the reciprocals of the measured angular velocities of the two complex impedances as "Δ (ω -1 )" and the difference between the imaginary components of the two complex impedances as "ΔZi". When the parameter is " QD ", it is calculated based on the following formula.
好ましい構成として、前記2つの複素インピーダンスの測定角速度は、前記2つの複素インピーダンスの実数成分に対する虚数成分の変化率の絶対値が0.5以上、かつ、2以下である範囲にある角速度である。 As a preferred configuration, the measured angular velocities of the two complex impedances are angular velocities within a range in which the absolute value of the rate of change of the imaginary component with respect to the real component of the two complex impedances is 0.5 or more and 2 or less.
このような構成によれば、拡散領域内にある2つの複素インピーダンスのうち、実数成分に対する虚数成分の変化率が「1」に近い範囲にあるため、虚数成分に代えて実数成分を利用したとしても二次電池の複素インピーダンスから電池状態を推定することができるようになる。 According to such a configuration, of the two complex impedances in the diffusion region, the rate of change of the imaginary component with respect to the real component is in the range close to "1", so that the real component is used instead of the imaginary component. Also, the battery state can be estimated from the complex impedance of the secondary battery.
好ましい構成として、前記二次電池はニッケル水素二次電池である。
ニッケル水素二次電池は、電圧とSOCとの関係が比例関係ではないので電圧に基づいて充電電気量等の電池状態を推定することが困難である。この点、このような構成によれば、拡散領域内における複素インピーダンスの成分の変化に基づいて電池状態を推定することから、ニッケル水素二次電池にあっても、その電池状態を好適に推定することができるようになる。
As a preferred configuration, the secondary battery is a nickel metal hydride secondary battery.
In a nickel-metal hydride secondary battery, since the relationship between voltage and SOC is not proportional, it is difficult to estimate the battery state such as the amount of charging electricity based on the voltage. In this respect, according to such a configuration, since the battery state is estimated based on the change of the complex impedance component in the diffusion region, the battery state is preferably estimated even in the nickel-metal hydride secondary battery. You will be able to do it.
この発明によれば、複素インピーダンスに基づく電池状態の測定について、測定に要する時間を抑えることができる。 According to the present invention, it is possible to reduce the time required for the measurement of the battery state based on the complex impedance.
(第1の実施形態)
図1~図7に従って、電池状態推定装置及び電池状態推定方法を具体化した第1の実施形態について説明する。この電池状態推定装置及び電池状態推定方法は、例えば、車両に搭載される二次電池等の電池10の電池状態の1つである充電電気量の推定に用いられる。本実施形態では、電池10はニッケル水素二次電池である。また、充電電気量は、電池の総容量と充電状態(SOC:State of Charge)とから算出される値であって、SOCの値に相関を有する。ここで、電池の総容量は、予め定まる電気量であって、新品の電池に充電可能な電気量である。SOCは、電池の総容量に対する充電電気量の割合[%]であることから「充電電気量=電池の総容量×SOC」の関係を有する。以下では、説明の便宜上、充電電気量とSOCとの両方を用いて説明する。
(First Embodiment)
A first embodiment that embodies the battery state estimation device and the battery state estimation method will be described with reference to FIGS. 1 to 7. This battery state estimation device and battery state estimation method are used, for example, to estimate the amount of charging electricity, which is one of the battery states of a
まず、図1を参照して、電池10の特性を測定する測定回路と、電池10の充電電気量を推定する電池状態推定装置としての推定装置30の構成について説明する。
図1に示すように、電池10の特性を測定する測定回路は、電池10と、電池10の端子間に直流電流及び交流電流を供給する測定用充放電装置20とを備える。また測定回路は、電池10の端子間の電圧を測定する電圧測定器21と、測定用充放電装置20と電池10との間に流れる電流を測定する電流測定器22とを備える。
First, with reference to FIG. 1, a configuration of a measurement circuit for measuring the characteristics of the
As shown in FIG. 1, the measuring circuit for measuring the characteristics of the
測定用充放電装置20は、所定の電流量の直流電流を電池10に充電することができるとともに、所定の電流量の直流電流を電池10から放電させることができる。すなわち、測定用充放電装置20は、電池10のSOC(充電電気量)を調整することができる。
The charging / discharging
また、測定用充放電装置20は、インピーダンス測定用の交流電流を電池10に供給することができる。測定用充放電装置20は、所定の測定周波数の交流電流を生成し、この生成した交流電流を電池10の端子間に出力する。また、測定用充放電装置20は、交流電流の測定周波数を変化させることが可能である。測定用充放電装置20は、出力電流と測定周波数の周波数範囲とが設定されており、この設定された出力電流の交流電流を、同じく設定された周波数範囲で変化する測定周波数として出力させる。設定される周波数の範囲としては、例えば、高周波数側としての100kHzから低周波数側としての1mHzまでの範囲である。しかし、これに限られるものではなく、高周波数側が100kHzよりも高くなってもよいし、低周波数側が1mHzよりも低くなってもよい。また、図12に示す「拡散領域d」のうちの「直線領域da」を目的とする周波数範囲、例えば、0.1Hzから0.01Hzまでの範囲を出力するものであってもよい。また、「拡散領域d」のうちの相違する2つ以上の周波数、例えば、0.1Hzと0.01Hzとの間にある周波数を出力するものであってもよい。なお、上でも述べたように、角速度と周波数とは「角速度=2π×周波数」の関係にあることが明らかであるから、説明の便宜上、角速度と周波数とを両方用いて説明する。
Further, the charging / discharging
測定用充放電装置20は、出力している交流電流の設定値及び測定周波数の設定値に関する各信号を推定装置30に出力する。また、測定用充放電装置20は、推定装置30から入力される出力開始の信号及び出力停止の信号に応じて交流電流の出力及び停止を切り替える。
The measurement charging / discharging
電圧測定器21は、電池10の電極間に対して測定した交流電圧及び直流電圧に対応する電圧信号を推定装置30に出力する。
電流測定器22は、測定用充放電装置20と電池10との間において測定した交流電流及び直流電流に対応する電流信号を推定装置30に出力する。
The
The
電池10には、電池の温度を測定する温度測定器23が取り付けられている。温度測定器23は、測定した電池10の温度に対応する温度信号を推定装置30に出力する。
推定装置30は、電池10の充電電気量を推定する。推定装置30は、推定した電池10の充電電気量を表示したり、外部に出力したりしてもよい。例えば、外部の電池制御装置(図示略)は、推定装置30から出力された電池10の充電電気量に応じた充放電制御を電池10に対して行うようにしてもよい。
A
The
推定装置30は、電圧測定器21から入力した電圧信号に基づいて電池10の端子間電圧を取得し、電流測定器22から入力した電流信号に基づいて測定用充放電装置20と電池10との間に流れる電流を取得する。推定装置30は、測定用充放電装置20から入力する信号から交流電流の設定情報等を取得する。推定装置30は、温度測定器23から入力した温度信号に基づいて電池10の温度を取得する。
The
推定装置30は、電池10の充電電気量の推定に関する算出処理を行う処理部40と、電池10の充電電気量の算出処理に用いられる情報を保持する記憶部50とを備える。
記憶部50は、ハードディスクやフラッシュメモリなどの不揮発性の記憶装置であり、各種データを保持する。本実施形態では、記憶部50は、充電電気量を算出するために必要とされるパラメータと充電電気量との相関データ51と、算出用データ52とを保持している。算出用データ52としては、電池10の総容量等が設定されている。
The
The
処理部40は、CPUやROM、RAM等で構成されたマイクロコンピュータを含んで構成される。処理部40は、推定装置30が取得した電圧、電流、測定周波数等の情報を利用できる。また、処理部40は、記憶部50との間でデータの授受が可能である。処理部40は、例えばROMやRAMに保持された各種プログラムをCPUで実行することにより処理部40における各種処理を実行する。
The
本実施形態では、図2に示すように、処理部40は、パラメータと充電電気量との関連を示す相関データ51を取得するとともに、記憶部50に記憶させる処理を実行することができる。また、図6に示すように、処理部40は、電池10から取得した複素インピーダンスZに基づいて当該電池10の充電電気量を推定する処理を実行することができる。さらに、図7に示すように、電池10についてSOCのばらつきの有無を判定する処理を実行することができる。なお、ばらつきの有無の判定は行えなくてもよい。
In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the
処理部40は、電池10のSOCを調節するSOC調節部41と、電池10の電池温度を測定する温度測定部42とを備える。また、処理部40は、複素インピーダンスZを測定するインピーダンス測定部43と、ナイキスト線図を作成するナイキスト線図作成部44と、パラメータを算出するパラメータ算出部45と、充電電気量を算出する電気量算出部46とを備える。
The
SOC調節部41は、処理部40で複素インピーダンスに基づくパラメータと充電電気量との関連を示す相関データ51を取得する際、電池10のSOCを相関データ51の取得に適切な所定のSOCに調整する。SOC調節部41は、測定用充放電装置20に対して電流の充放電の指示を行うことで、電池10を順次、所定のSOCに調整する。例えば、所定のSOCとしては、40%,45%,50%,55%,60%等が挙げられる。また、SOC調節部41は、電池10を周知の方法で測定するようにしてもよいし、電池10の制御装置等から当該電池10のSOCを取得するようにしてもよい。なお、ここで測定されるSOCは、本実施形態で推定されるSOCよりもその測定に時間を要することで測定精度が維持されている。
The
温度測定部42は、電池10の温度を測定する。例えば、温度測定部42は、電池10の筐体に取り付けられたり、電池内に設置されている周知の温度計測部からの信号が入力されたりする。
The
インピーダンス測定部43では、電池10の複素インピーダンスZを測定する処理(インピーダンス測定工程)が行われる。インピーダンス測定部43は、測定用充放電装置20に測定の開始や終了を指示する。インピーダンス測定部43は、測定の開始から終了までの間に取得した電圧及び電流に基づいて電池10の複素インピーダンスZを測定する。複素インピーダンスZの単位は[Ω](オーム)である。複素インピーダンスZは、そのベクトル成分である実数成分Zr[Ω]及び虚数成分Zi[Ω]によって式(1)のように示される。なお、「j」は虚数単位である。以下、単位[Ω]は省略する。
The
例えば、図3に示すように、ナイキスト線図作成部44は、ナイキスト線図として、横軸が実数軸、縦軸が虚数軸である複素平面にインピーダンス曲線L21を作成する。なお、インピーダンス曲線L21は、所定のSOCである電池10に対応するナイキスト線図の一例である。インピーダンス曲線L21は、複素インピーダンスZの実数成分Zr及び虚数成分Ziの大きさが複素平面にプロットされたものである。このインピーダンス曲線L21は、測定用充放電装置20から電池10に供給される交流電流の測定周波数を変化させて測定された複素インピーダンスZによるものである。
For example, as shown in FIG. 3, the Nyquist diagram creating unit 44 creates an impedance curve L21 as a Nyquist diagram on a complex plane having a real axis on the horizontal axis and an imaginary axis on the vertical axis. The impedance curve L21 is an example of a Nyquist diagram corresponding to the
図3において、インピーダンス曲線L21中の各点は1つの測定周波数を示している。測定周波数は、図3において下側が高周波数側であり、上側が低周波数側である。インピーダンス曲線L21は、電池10のSOCや電池温度によって変化する。また、ニッケル水素二次電池、リチウムイオン二次電池といった電池種別によって変化する。さらに同じ電池種別でもセル数や容量等が異なる場合には変化する。
In FIG. 3, each point in the impedance curve L21 indicates one measurement frequency. In FIG. 3, the lower side is the high frequency side and the upper side is the low frequency side. The impedance curve L21 changes depending on the SOC of the
ここで、図3及び図12を参照して、電池10のインピーダンス曲線L21について詳述する。
図3に示すように、電池10のインピーダンス曲線L21は、電池10の特性に対応する複数の領域に区分される。複数の領域は、測定周波数の高周波数側から低周波数側に向けて、「領域a」、「領域b」、「領域c」、及び「拡散領域d」に分けられる。「領域a」は、回路抵抗に対応する回路抵抗領域である。「領域b」は、溶液抵抗に対応する溶液抵抗領域である。「領域c」は、反応抵抗に起因する複素インピーダンスZに対応する反応抵抗領域である。「拡散領域d」は、略直線状の拡散抵抗に対応する領域である。回路抵抗は、活物質や集電体内の接触抵抗などからなる配線等のインピーダンス等である。溶液抵抗は、セパレータ内の電解液内のイオンが移動する際の抵抗等の電子の移動抵抗である。反応抵抗は、電極反応における電荷移動の抵抗等である。拡散抵抗は、物質拡散が関与したインピーダンスである。なお、各抵抗は相互に影響を及ぼし合うため、各領域a,b,c,dを各抵抗のみの影響を受ける部分のみに区分することは困難であるが、少なくともインピーダンス曲線L21の各領域a,b,c,dは、それぞれが最も大きな影響を受ける抵抗成分によってその曲線の大まかな挙動が定まる。例えば、「領域c」は負極の態様の影響を大きく受け、「拡散領域d」は正極の態様の影響を大きく受ける。
Here, the impedance curve L21 of the
As shown in FIG. 3, the impedance curve L21 of the
大まかに説明すると、電池10のインピーダンス曲線L21は、正極のインピーダンスと負極のインピーダンスとの合成により得られる曲線である。例えば、「拡散領域d」に対応する周波数範囲においては、正極のインピーダンスは大きく変化する一方、負極のインピーダンスの変化は小さい。つまり、インピーダンス曲線L21の「拡散領域d」は、正極のインピーダンスの影響が大きい領域であって、正極の状態が反映されていると言える。これに対し、「領域c」に対応する周波数範囲においては、負極のインピーダンスは大きく変化する一方、正極のインピーダンスの変化は小さい。つまり、インピーダンス曲線L21の「領域c」は、負極のインピーダンスの影響が大きい領域であって、負極の状態が反映されていると言える。
Roughly speaking, the impedance curve L21 of the
インピーダンス曲線L21によれば、図3においては、「拡散領域d」に対応する周波数範囲は「0.1Hz」以下であり、「0.01Hz」までの測定結果が示されている。また、「領域c」に対応する周波数範囲は「0.1Hz」より大きく「100Hz」以下である。ちなみに、「領域b」に対応する周波数範囲は「100Hz」及びその近傍、「領域a」に対応する周波数範囲は「100Hz」よりも高い。なお、「拡散領域d」は、「領域c」よりも低い周波数域であれば「0.1Hz」以下より大きくても小さくてもよい。 According to the impedance curve L21, in FIG. 3, the frequency range corresponding to the “diffusion region d” is “0.1 Hz” or less, and the measurement results up to “0.01 Hz” are shown. Further, the frequency range corresponding to the "region c" is larger than "0.1 Hz" and less than "100 Hz". Incidentally, the frequency range corresponding to the "region b" is higher than "100 Hz" and its vicinity, and the frequency range corresponding to the "region a" is higher than "100 Hz". The "diffusion region d" may be larger or smaller than "0.1 Hz" or less as long as the frequency region is lower than the "region c".
また、図12に示すように、「拡散領域d」は、「直線領域da」、「垂直領域dc」及び「領域db」を含む。「直線領域da」は、実数成分の変化量に対する虚数成分の変化量の割合が「1」に近い値になる領域である。つまり、図において、45°の角度に近い範囲であって、換言すると、複素インピーダンスZの実数成分に対する虚数成分の変化率の絶対値が0.5以上、かつ、2以下である範囲である。よって、「直線領域da」は虚数成分と実数成分との間に相関がある。「垂直領域dc」は、実数成分に対して虚数成分が大きく変化する領域であって、図12において、グラフが略垂直(略90°の角度)に変化する領域である。「領域db」は、「直線領域da」から「垂直領域dc」へ変化する境目とその周辺の領域である。 Further, as shown in FIG. 12, the “diffusion region d” includes a “straight line region da”, a “vertical region dc”, and a “region db”. The "straight line region da" is a region in which the ratio of the change amount of the imaginary number component to the change amount of the real number component is close to "1". That is, in the figure, it is a range close to an angle of 45 °, in other words, a range in which the absolute value of the rate of change of the imaginary component with respect to the real component of the complex impedance Z is 0.5 or more and 2 or less. Therefore, the "straight line region da" has a correlation between the imaginary number component and the real number component. The "vertical region dc" is a region in which the imaginary number component changes significantly with respect to the real number component, and is a region in which the graph changes substantially vertically (at an angle of approximately 90 °) in FIG. The “region db” is a boundary and a peripheral region that changes from the “straight line region da” to the “vertical region dc”.
ところで、電池10は、ニッケル水素二次電池の特性と測定値の実用性とから、複素インピーダンスZの測定が「直線領域da」で終了することが一般的である。また、ニッケル水素二次電池は、「垂直領域dc」が生じる測定周波数が、リチウムイオン二次電池で「垂直領域dc」が生じる周波数よりも低い傾向にある。また、電池10の「垂直領域dc」をより確実に測定しようとすると、電池の温度を上げるなど、測定環境を整え、かつ、測定周波数を「0.01Hz」よりももっと低周波数であって測定に時間を要する周波数にする必要がある。また、「垂直領域dc」が生じる測定周波数を予め知ることができないことから、測定に要する無駄時間が長時間にもなりかねない。そして、「垂直領域dc」の値を測定しようとするとき、測定に要する時間の想定が困難であることは、車両等で使用中の電池10に対して「垂直領域dc」の値を測定しようとを現実的ではないものとしている。
By the way, in the
図1に示す、パラメータ算出部45は、「拡散領域d」内にあり、かつ、測定周波数が相違する2つの複素インピーダンスの測定周波数の差と、2つの複素インピーダンスの成分の差との比からなるパラメータ(図4参照)を算出する(パラメータ算出工程)。ここで、2つの複素インピーダンスを「Z1」,「Z2」、複素インピーダンス「Z1」の虚数成分を「Zi1」、測定周波数を「f1」とし、複素インピーダンス「Z2」の虚数成分を「Zi2」、測定周波数を「f2」とする。
The
詳述すると、パラメータ算出部45は、電池10の2つの複素インピーダンス「Z1」,「Z2」を測定したときの2つの複素インピーダンスの測定角速度の差(変化量)「Δω=2π×(f1-f2)」と、2つの複素インピーダンスの虚数成分の差(変化量)「ΔZi=Zi1-Zi2」とを算出する。
More specifically, the
そして、図4のグラフL31に示すように、2つの複素インピーダンスの測定角速度の逆数の差「Δ(ω-1)」で、2つの複素インピーダンスの虚数成分の差「ΔZi」を割ることで、虚数成分の差が有している傾きであって、測定角速度の逆数の差に対する傾きがパラメータ「QD」式(2)として算出される。つまり、式(2)は、「Δ(ω-1)」に対する「ΔZi」の傾き(比)について、その逆数がパラメータ「QD」であることを示している。なお、パラメータ「QD」を正の値として算出することが好ましいことから、必要に応じて、「Δ(ω-1)」や「ΔZi」を絶対値としてもよい。 Then, as shown in the graph L31 of FIG. 4, the difference "ΔZi" of the imaginary component of the two complex impedances is divided by the difference "Δ (ω -1 )" of the reciprocals of the measured angular velocities of the two complex impedances. It is a slope possessed by the difference in the imaginary number component, and the slope with respect to the difference in the reciprocal of the measured angular velocity is calculated as the parameter “ QD ” equation (2). That is, the equation (2) shows that the reciprocal of the slope (ratio) of “ ΔZi ” with respect to “Δ (ω -1 )” is the parameter “QD”. Since it is preferable to calculate the parameter "QD" as a positive value, "Δ (ω -1 )" or " ΔZi " may be used as an absolute value, if necessary.
ここで、図5を参照して、パラメータと充電電気量との相関データ51について説明する。パラメータと充電電気量との相関データ51は、電池10の複素インピーダンスZについて「拡散領域d」内におけるパラメータ「QD」と電池10のSOCとの関係を示す情報である。
Here, with reference to FIG. 5, the
図5には、パラメータと充電電気量との相関データ51の一例であるグラフL51が示されている。具体的には、グラフL51は、パラメータ「QD」(=(ΔZi/Δ(ω-1))-1)と電池10の充電電気量[Ah]との関係を示す。グラフL51は、測定対象としての電池10と同じ仕様で製造された電池10について、予め測定して得られた複素インピーダンスZとそのときの充電電気量とに基づいて作成されたものである。なお、グラフL51は、測定値から作成されてもよいし、測定値に理論や経験を併せて作成されたものであってもよいし、理論や経験に基づいて作成された情報であってもよい。また、グラフL51は、電池温度に応じて変化するものであることから、所定の電池温度毎に設定されてもよい。所定の電池温度毎に異なるグラフL51を有するようにすれば、二次電池の充電電気量をより好適に推定することができる。
FIG. 5 shows a graph L51 which is an example of the
つまり、図1の記憶部50に保持されているパラメータと充電電気量との相関データ51は、記憶部50に予め設定されている情報であって、電池10の複素インピーダンスZの「拡散領域d」内における複素インピーダンスZに関連するパラメータ「QD」と電池10の充電電気量との関係を示す情報である。
That is, the
図2を参照して、相関データ51を設定する処理の手順について説明する。相関データ51は、同じ仕様で製造された電池10について、複数の相違するSOCのそれぞれにおいて複素インピーダンスZを測定して作成されるので、SOCを変更する都度、相関データ51を設定する処理が繰り返される。ここでは、1つのSOCについて複素インピーダンスZを測定して相関データ51のうちの1つのデータが設定されることについて説明し、説明の便宜上、複数のSOCのそれぞれについて相関データ51のデータを取得することについての説明は割愛する。
A procedure for setting the
処理部40は、電池温度調整工程(図2のステップS10)、SOC調整工程(図2のステップS11)、及び、インピーダンス測定工程(図2のステップS12)を備える。処理部40は、パラメータ算出工程(図2のステップS13)、パラメータと充電電気量との相関データの算出工程(図2のステップS14)、及び、相関データ記憶工程(図2のステップS15)を備える。相関データの値は、電池10の温度及びSOCに影響される。そこで、相関データ51を設定する処理では、まず、電池温度調整工程とSOC調整工程とが行われる。
The
相関データ51の設定が必要に応じて開始されると、電池温度調整工程(ステップS10)では、電池10の温度を温度測定部42で取得するとともに、必要に応じて電池10を規定の温度に調整する。例えば、電池10の温度が適切であれば、次のステップに進み、調整する必要があれば温度を調整する。例えば、電池10を25℃の環境下に所定時間静置することで電池10の温度を規定の温度(例えば25℃)にする。電池温度調整工程では、処理部40が温度調節が必要であることを示す信号を出力し、外部の温度調節装置等が当該信号に応じて環境温度を調整してもよい。
When the setting of the
SOC調整工程(ステップS11)では、SOC調節部41で電池10を規定のSOCが調整される。相関データ51には、複数のSOCにおける複素インピーダンスZの測定が必要であることから、SOCは順次変更されて、各SOCにおける複素インピーダンスが測定されるようになっている。
In the SOC adjustment step (step S11), the
インピーダンス測定工程(ステップS12)では、インピーダンス測定部43で電池10の複素インピーダンスZを測定し、ナイキスト線図作成部44で測定した複素インピーダンスZに基づくインピーダンス曲線L21を作成する。また、ナイキスト線図作成部44は、インピーダンス曲線L21の「拡散領域d」を特定する。
In the impedance measurement step (step S12), the
パラメータ算出工程(ステップS13)では、パラメータ算出部45で、インピーダンス曲線L21に特定された「拡散領域d」のうちから、2つの複素インピーダンス「Z1」,「Z2」を取得する。例えば、測定周波数が0.1Hzときの複素インピーダンスを「Z1」、測定周波数が0.01Hzのときの複素インピーダンスを「Z2」とする。そして、上記式(3)を適用してパラメータ「QD」を算出する。
In the parameter calculation step (step S13), the
パラメータと充電電気量との相関データ算出工程(ステップS14)では、パラメータ「QD」とSOCとの関係に基づいて、グラフL51用の基礎データが作成される。すなわち、充電電気量がSOCに基づいて算出されるとともに、当該算出された充電電気量に対してパラメータ「QD」が対応付けられる。 In the correlation data calculation step (step S14) between the parameter and the charge electricity amount, basic data for the graph L51 is created based on the relationship between the parameter “ QD ” and the SOC. That is, the charge electricity amount is calculated based on the SOC, and the parameter " QD " is associated with the calculated charge electricity amount.
相関データ記憶工程(ステップS15)では、算出された充電電気量に対してパラメータ「QD」がグラフL51用の基礎データとして記憶される。例えば、図5に示すように、充電電気量が「0Ah」、「0.1Ah」、「0.9Ah」、「1.8Ah」、「2.7Ah」及び「3.2Ah」程度であるときに対応する各パラメータ「QD」が設定される。 In the correlation data storage step (step S15), the parameter “ QD ” is stored as basic data for the graph L51 with respect to the calculated charge electricity amount. For example, as shown in FIG. 5, when the amount of charging electricity is about "0Ah", "0.1Ah", "0.9Ah", "1.8Ah", "2.7Ah" and "3.2Ah". Each parameter " QD " corresponding to is set.
こうして設定されたデータに基づいて作成されるグラフL51によれば、パラメータ「QD」に対応する電池10の充電電気量を推定することができるようになる。
(作用)
図6を参照して、電池10の充電電気量を推定する手順について説明する。
According to the graph L51 created based on the data set in this way, it becomes possible to estimate the charge electricity amount of the
(Action)
A procedure for estimating the charge electricity amount of the
処理部40は、電池温度調整工程(図6のステップS20)、インピーダンス測定工程(図6のステップS21)、及び、パラメータ算出工程(図6のステップS22)を備える。また、処理部40は、相関データとパラメータとの対比工程(図6のステップS24)、及び、充電電気量推定工程(図6のステップS25)を備える。なお、図6に示す、電池温度調整工程(ステップS20)、インピーダンス測定工程(ステップS21)及びパラメータ算出工程(ステップS22)はそれぞれ、図2に示す、電池温度調整工程(ステップS10)、インピーダンス測定工程(ステップS12)及びパラメータ算出工程(ステップS13)と同様の工程である。よって、前述の同様の工程(ステップ)については、重複する説明は割愛する。
The
処理部40は、電池温度調整工程(ステップS20)で電池10の温度を充電電気量の推定に適した温度に調整する。なお、処理部40は、電池10の温度を調節してもよいし、取得した温度に基づいて温度補正を算出に用いるパラメータに行ったり、取得した温度に対応する相関データ51を選択するようにしたりしてもよい。処理部40は、インピーダンス測定工程(ステップS21)で2つの複素インピーダンスを測定してから、パラメータ算出工程(ステップS22)でパラメータを算出する。
The
処理部40は、電気量算出部46で、先に算出されたパラメータをグラフL51に対比し(相関データとパラメータとの対比工程(ステップS24))、対比したグラフL51からパラメータに対応する充電電気量を取得して、この取得した充電電気量を電池10の充電電気量として推定する(充電電気量推定工程(ステップS25))。例えば、図5を参照すると、先に算出されたパラメータが「QD=1.0」であることに基づいて充電電気量が「2Ah」であることが推定される。また例えば、先に算出されたパラメータが「QD=1.8」であることに基づいて充電電気量が「4Ah」であることが推定される。これにより、電池10から測定された複素インピーダンスZに基づいて電池10の充電電気量が算出されるようになる。
The
処理部40は、2つの複素インピーダンスの測定周波数を、「拡散領域d」のうちの高周波数側に選択することによって、「垂直領域dc」等の低周波数側を選択する場合に比較して、充電電気量の推定に要する時間を抑えることができるようになる。
The
次に、充電電気量の推定に基づいて、電池10を構成する単電池間に生じている充電電気量の相違、いわゆる、ばらつきの判定について説明する。例えば、電池10は、複数の電池モジュールや単電池から構成される組電池である。なお、本実施形態では、処理部40はばらつき判定を行うばらつき判定部48を備え、ばらつき判定部48は、第1のばらつき判定と、第2のばらつき判定とを行うことができる。なお、ばらつき判定部48は、第1のばらつき判定と、第2のばらつき判定とのどちらか一方のみを行うものでもよい。
Next, the difference in the amount of charging electricity, that is, the determination of the variation, which occurs between the cells constituting the
ばらつき判定部48は、第1のばらつき判定で、電池10が満充電であることに基づいて電池10を構成する各電池について充電電気量にばらつき判定を行う。詳述すると、記憶部50は、算出用データ52に、電池10が満充電であるときの適正な充電電気量である基準電気量を予め保持している。つまり、基準電気量は、電池10を構成する各電池が適正な充電電気量であるときに測定されるはずの充電電気量である。よって、基準電気量よりも、推定された充電電気量が少なければ、電池10を構成する各電池の少なくとも1つが充電電気量の低い状態にあって、電池10において充電電気量がばらついていると判定される。基準電気量は、電池温度の別に設定されてもよい値である。また、基準電気量は、測定結果に基づく値でもよいし、経験値や理論値であってもよい。
In the first variation determination, the
第1のばらつき判定の処理手順について説明する。
第1のばらつき判定では、まず、処理部40は、電池10を満充電させる。そして、処理部40は、前述した充電電気量を推定する手順(図6のステップS20~S25)で満充電させた電池10の充電電気量を推定し、この推定した充電電気量を基準電気量と比較する。処理部40は、推定した充電電気量が基準電気量に対して所定の範囲内にあれば、電池10にはばらつきがないと判定する。一方、推定した充電電気量が基準電気量に対して所定の範囲外にあれば、電池10にはばらつきがあると判定する。これにより、電池10が満充電であることに基づいて電池10を構成する各電池について充電電気量にばらつきが判定される。
The processing procedure of the first variation determination will be described.
In the first variation determination, first, the
ばらつき判定部48は、第2のばらつき判定で、電池10について、総容量が同じ容量となるように2つにグループ分けした単電池又は電池モジュールの充電電気量を比較することに基づいてばらつき判定を行う。ここでは、電池10を構成する単電池を同数の単電池からなる第1のグループと第2のグループとに分け、この2つのグループの充電電気量を比較することに基づいてばらつきを判定する場合について説明する。
In the second variation determination, the
詳述すると、図7に示すように、第2のばらつき判定が開始されると、処理部40は、第1のグループについて充電電気量を推定する第1の充電電気量推定工程(ステップS30)を行う。また、処理部40は、第2のグループについて充電電気量を推定する第2の充電電気量推定工程(ステップS31)を行う。なお、第1及び第2の充電電気量推定工程は、前述した充電電気量を推定する手順(図6のステップS20~S25)と同様である。
More specifically, as shown in FIG. 7, when the second variation determination is started, the
第1及び第2のグループのそれぞれの充電電気量が推定されると、処理部40は、推定された2つの充電電気量が対応する値であるか否かを判定する(ステップS32)。2つの充電電気量の差が、所定の範囲内にあれば2つの充電電気量は対応する値であると判定し、所定の範囲内になければ2つの充電電気量は対応する値ではないと判定する。所定の範囲は、推定された充電電気量に対する割合に基づいて規定される範囲でもよいし、所定の電気量として規定される範囲であってもよい。また、2つの充電電気量が対応するとの判定条件は、2つの充電電気量のうちの一方の充電電気量に対して設定された所定の範囲に他方の充電電気量が含まれているという条件でもよいし、この条件に加えて、他方の充電電気量に対して設定された所定の範囲に一方の充電電気量が含まれているという条件を併せたものでもよい。
When the charging electricity amounts of the first and second groups are estimated, the
推定された2つの充電電気量が対応する値であると判定された場合(ステップS32でYES)、処理部40は、電池10にはばらつきがないと判定する(ステップS33)。一方、推定された2つの充電電気量が対応する値ではないと判定された場合(ステップS32でNO)、処理部40は、電池10にはばらつきがあると判定する(ステップS34)。なお、判定結果は、処理部40で表示等に使用されてもよいし、外部に出力されてもよい。
When it is determined that the two estimated charging electricity amounts are the corresponding values (YES in step S32), the
そして、判定が終了すると、第2のばらつき判定は終了される。
以上説明したように、本実施形態の電池状態推定装置及び電池状態推定方法によれば、以下に記載するような効果が得られるようになる。
Then, when the determination is completed, the second variation determination is completed.
As described above, according to the battery state estimation device and the battery state estimation method of the present embodiment, the effects described below can be obtained.
(1)複素インピーダンスZの測定結果に基づいて電池10の充電電気量を推定することができる。電池10において、「拡散領域d」の複素インピーダンスZは、例えば0.1Hz以下の低周波数帯で測定されるため、測定に比較的時間を要するものの、低周波数帯のうちの2点だけを利用することで充電電気量の推定に要する時間を抑えることができるようになる。つまり、拡散領域内の周波数域が0.1Hz以下である場合が多く、例えば、測定に0.1Hz~0.01Hzを利用したとしても、10秒から100秒程度の実用的な時間範囲での測定が可能である。
(1) The charge electricity amount of the
また、複素インピーダンスZの変化が直線状であるので、2つの複素インピーダンスZの測定周波数の選択に係る制約も少ないとともに、2つの複素インピーダンスの成分の差が取得しやすい。 Further, since the change of the complex impedance Z is linear, there are few restrictions on the selection of the measurement frequencies of the two complex impedances Z, and the difference between the components of the two complex impedances can be easily obtained.
なお、予め設定された情報は、モデルとなる1つの情報を用いてもよいが、電池10の温度毎に設定された複数のモデルから選択したものであってもよい。
また、拡散領域内にある2つの複素インピーダンスZの成分のうち、虚数成分を電池10の電池状態の推定に利用することができるが、虚数成分と実数成分との間に相関がある場合、虚数成分を実数成分に置き換えて、実数成分を二次電池の電池状態の推定に利用することもできる。
The preset information may be one model information, or may be selected from a plurality of models set for each temperature of the
Further, of the two complex impedance Z components in the diffusion region, the imaginary number component can be used to estimate the battery state of the
(2)ばらつき判定部48を有することにより、電池10について、充電電気量のばらつきの有無を判定することができる。
(3)ばらつき判定部48を有することにより、複数の単電池や複数の電池モジュールから構成される組電池について、充電電気量のばらつきの有無を判定することができる。
(2) By having the
(3) By having the
(4)「拡散領域d」内にある2つの複素インピーダンスZの虚数成分Ziに基づいて電池状態を推定する。「拡散領域d」内の複素インピーダンスZは、低周波数側になると実数成分Zrの変化量が小さくなる傾向にあるため、虚数成分Ziを利用することで複素インピーダンスZの測定角速度の選択自由度を高くすることができる。 (4) The battery state is estimated based on the imaginary component Zi of the two complex impedances Z in the “diffusion region d”. Since the complex impedance Z in the “diffusion region d” tends to have a smaller change in the real number component Zr on the low frequency side, the imaginary number component Zi can be used to increase the degree of freedom in selecting the measurement angular velocity of the complex impedance Z. Can be high.
(5)測定角速度についてその逆数の差に対する虚数成分の差の割合のさらに逆数をパラメータとし、このパラメータと、予め設定された情報であって、電池10の電池状態とパラメータとの関係を示す情報とに基づいて二次電池の電池状態を推定することができるようになる。また、2つの複素インピーダンスZの測定角速度の差として、測定角速度についてその逆数の差を用いることで、傾きの逆数を線形、もしくは線形に近いかたちで得ることができるようになる。
(5) Regarding the measured angular velocity, the reciprocal of the ratio of the difference in the imaginary component to the difference in the reciprocal is used as a parameter, and this parameter and preset information indicating the relationship between the battery state of the
(6)「拡散領域d」内にある2つの複素インピーダンスZのうち、「直線領域da」は実数成分Zrに対する虚数成分Ziの変化率が「1」に近い範囲にあるため、虚数成分Ziに代えて実数成分Zrを利用することも可能である。 (6) Of the two complex impedances Z in the "diffusion region d", the "straight line region da" has the imaginary number component Zi because the rate of change of the imaginary number component Zi with respect to the real number component Zr is in a range close to "1". It is also possible to use the real number component Zr instead.
(7)ニッケル水素二次電池は、電圧とSOCとの関係が比例関係ではないので電圧に基づいて充電電気量等の電池状態を推定することが困難である。本実施形態によれば、「拡散領域d」内における複素インピーダンスZの成分の変化に基づいて電池状態を推定することから、ニッケル水素二次電池にあっても、その電池状態を好適に推定することができるようになる。 (7) In a nickel-metal hydride secondary battery, since the relationship between voltage and SOC is not proportional, it is difficult to estimate the battery state such as the amount of charging electricity based on the voltage. According to the present embodiment, since the battery state is estimated based on the change in the component of the complex impedance Z in the “diffusion region d”, the battery state is preferably estimated even in the nickel-metal hydride secondary battery. You will be able to do it.
(第2の実施形態)
図8~図11に従って、電池状態推定装置及び電池状態推定方法を具体化した第2の実施形態について説明する。本実施形態は、電池状態の一つである電池10の温度を電池10の複素インピーダンスから算出されたパラメータに基づいて推定する点が第1の実施形態と相違する。以下では、相違点を中心に説明し、説明の便宜上、同様の構成には同様の符号を付して詳細な説明を割愛する。
(Second embodiment)
A second embodiment that embodies the battery state estimation device and the battery state estimation method will be described with reference to FIGS. 8 to 11. The present embodiment differs from the first embodiment in that the temperature of the
図8に示すように、電池10の状態を測定する測定回路は、第1の実施形態の測定回路と同様である。すなわち、測定回路は、電池10と、電池10の端子間に接続された測定用充放電装置20及び電圧測定器21と、測定用充放電装置20と電池10との間に接続された電流測定器22とを備える。また、電池10には、電池10の温度を測定する温度測定器23が取り付けられている。
As shown in FIG. 8, the measuring circuit for measuring the state of the
推定装置30は、電圧測定器21から電圧信号を取得し、電流測定器22から電流信号を取得し、測定用充放電装置20から交流電流の設定情報等を取得し、温度測定器23から温度信号を取得する。また、推定装置30は、処理部40と、記憶部50とを備える。
The
記憶部50は、電池の温度を算出するために必要とされる、パラメータと充電電気量との相関データ53と、算出用データ52とを保持する。記憶部50には、電池10の温度毎にそれぞれ、パラメータと充電電気量との相関データ53が記憶されている。
The
図9に示すように、相関データ53には、電池10の温度毎にパラメータと充電電気量との関係を示すグラフL91~L94に対応する情報が含まれている。
処理部40は、SOC調節部41と、温度測定部42と、インピーダンス測定部43と、ナイキスト線図作成部44と、パラメータ算出部45と、電池温度算出部47とを備える。
As shown in FIG. 9, the
The
電池温度算出部47は、記憶部50に設定されている電池10の温度毎のパラメータと充電電気量との相関データ53と、パラメータ算出部45で算出したパラメータ「QD」とに基づいて、電池10に推定される電池温度を算出する(温度推定工程)。
The battery
図9に示すように、相関データ53は、電池10の温度が15℃、25℃、35℃、45℃であるときのそれぞれのパラメータと充電電気量との相関データ51からなるデータである。例えば、グラフL91は電池温度が15℃のときの相関データ51であり、グラフL92は電池温度が25℃のときの相関データ51であり、グラフL93は電池温度が35℃のときの相関データ51であり、グラフL94は電池温度が45℃のときの相関データ51である。例えば、電池10のパラメータは、充電電気量の多少にかかわらず、温度が15℃のときグラフL91に示す傾きを有し、温度が25℃のときグラフL92に示す傾きを有し、温度が35℃のときグラフL93に示す傾きを有し、温度が45℃のときグラフL94に示す傾きを有している。
As shown in FIG. 9, the
よって、一例としては、温度変化のない条件下において、異なる充電電気量で取得した2つのパラメータの傾きと、図9に示す各グラフL91~L94の傾きとに基づいて電池10の温度を推定することもできる。
Therefore, as an example, the temperature of the
本実施形態では、算出された1つのパラメータとそのときの電池10の充電電気量とから特定される図9に示されるグラフ上の位置と、相関データ53に含まれるグラフL91~L94との対比に基づいて、電池10に推定される温度が取得される。つまり、パラメータと充電電気量とから電池10の温度として推定される。
In the present embodiment, the position on the graph specified in FIG. 9 specified from one calculated parameter and the charge electricity amount of the
図10及び図11を参照して、電池温度を推定するための相関データ53の設定と、相関データ53を利用しての電池温度の推定とについて説明する。
図10に示すように、処理部40は、温度毎のパラメータと充電電気量との関連を示す相関データ53を取得するとともに、記憶部50に記憶させる処理を実行することができる。また、図11に示すように、処理部40は、電池10から取得した複素インピーダンスZに基づいて当該電池10の温度を推定する処理を実行することができる。
With reference to FIGS. 10 and 11, the setting of the
As shown in FIG. 10, the
まず、図10を参照して、相関データ53を設定する手順について説明する。
処理部40は、SOC調整工程(ステップS40)、電池温度測定工程(ステップS41)、インピーダンス測定工程(ステップS42)、パラメータ算出工程(ステップS43)を備える。また、処理部40は、温度毎にパラメータと充電電気量との相関データを算出する工程(ステップS44)、及び、相関データ記憶工程(ステップS45)を備える。なお、インピーダンス測定工程(ステップS42)及びパラメータ算出工程(ステップS43)はそれぞれ、第1の実施形態のインピーダンス測定工程(図2のステップS12)及びパラメータ算出工程(図2のステップS13)と同様の工程であるので、重複する説明は割愛する。
First, a procedure for setting the
The
図10に示すように、SOC調整工程(ステップS40)では、SOC調節部41で、電池10のSOCを取得し、必要な場合は電池10のSOCを調整する。
電池温度測定工程(ステップS41)では、温度測定部42で、現在の電池10の温度を高い精度で取得するようにする。例えば、所定の環境温度下に所定の期間、端子間を開放した状態で静置した電池10の表面温度を取得する。このように静置した電池10であれば、極板等の電池内部の温度も表面温度に近くなっているため電池特性に強い影響を与える電池内部の温度を高い精度で得られるようになる。
As shown in FIG. 10, in the SOC adjustment step (step S40), the
In the battery temperature measuring step (step S41), the
処理部40は、インピーダンス測定工程(ステップS42)で2つの複素インピーダンスを測定してから、パラメータ算出工程(ステップS43)でパラメータを算出する。処理部40は、電池温度とパラメータ「QD」と充電電気量との相関データを算出し(ステップS44)、算出した充電電気量に対するパラメータ「QD」を温度毎にグラフL91~L94の対応するデータとして記憶部50に記憶させる(ステップS45)。
The
こうして設定されたデータに基づいて作成されるグラフL91~L94によれば、電池10の充電電気量(SOC)が判明している条件に基づいて、パラメータ「QD」から電池10の温度を推定することができるようになる。
According to the graphs L91 to L94 created based on the data set in this way, the temperature of the
図11を参照して、電池10の温度を推定する手順について説明する。
処理部40は、SOC取得工程(ステップS50)、インピーダンス測定工程(ステップS51)、及び、パラメータ算出工程(ステップS52)を備える。また、処理部40は、相関データとパラメータとの対比工程(ステップS54)、及び、温度推定工程(ステップS55)を備える。なお、インピーダンス測定工程(ステップS51)及びパラメータ算出工程(ステップS52)はそれぞれ、第1の実施形態のインピーダンス測定工程(図2のステップS12)及びパラメータ算出工程(図2のステップS13)と同様の工程であるので、重複する説明は割愛する。
A procedure for estimating the temperature of the
The
SOC取得工程(ステップS50)では、処理部40で、電池10の現在のSOCを公知の技術で取得する。処理部40は、電池10のSOCを、SOC調節部41で測定してもよいし、外部から設定されたり入力したりしてよい。ここで取得されたSOCを変換して得られる充電電気量が、電池温度毎のパラメータと充電電気量との相関データ53(図9参照)との対比において適用される。なお、処理部40は、SOCに代えて、充電電気量を取得してもよい。
In the SOC acquisition step (step S50), the
処理部40は、インピーダンス測定工程(ステップS51)で2つの複素インピーダンスを測定してから、パラメータ算出工程(ステップS52)でパラメータを算出する。
処理部40は、電池温度算出部47で、充電電気量と算出されたパラメータとを、グラフL91~L94と対比することで対応する1つのグラフL91~L94を特定する(相関データとパラメータとの対比工程(ステップS54))。そして処理部40は、特定したグラフL91~L94の対応する温度を取得して、この取得した温度を電池10の温度として推定する(温度推定工程(ステップS55))。例えば、図9を参照すると、パラメータが「QD=1.0」、かつ、充電電気量が「2Ah」であることに基づいて電池温度が「15℃」であることが推定される。また例えば、パラメータが「QD=1.6」、かつ、充電電気量が「3Ah」であることに基づいて電池温度が「35℃」であることが推定される。これにより、電池10から測定された複素インピーダンスZとSOC(充電電気量)とに基づいて電池10の温度が推定されるようになる。
The
The
以上説明したように、本実施形態の電池状態推定装置及び電池状態推定方法によれば、第1の実施形態に記載した(1)~(7)の効果に加えて、以下に記載するような効果が得られるようになる。 As described above, according to the battery state estimation device and the battery state estimation method of the present embodiment, in addition to the effects of (1) to (7) described in the first embodiment, as described below. The effect will be obtained.
(8)複素インピーダンスZの測定結果に基づいて電池10の温度を推定することができる。電池10において、「拡散領域d」の複素インピーダンスZは、例えば0.1Hz以下の低周波数帯で測定されるため、測定に比較的時間を要するものの、低周波数帯のうちの2点だけを利用することで電池の温度の推定に要する時間を抑えることができるようになる。
(8) The temperature of the
また、通常、電池10の温度は電池10の表面で図られるため、充放電に強い影響を与える極板群の温度そのものを得ることはできなかった。この点、この構成によれば、電池10の温度として、極板群内の電流が流れる部分の状態に基づいて極板群自体の温度が推定される。よって、電池10の温度を高い精度で得ることができるようになる。
Further, since the temperature of the
(第3の実施形態)
図13に従って、電池状態推定装置及び電池状態推定方法を具体化した第3の実施形態について説明する。本実施形態は、測定用充放電装置20がインピーダンス測定用のステップ電流を電池10に供給して電池10の複素インピーダンスを測定する点が第1又は第2の実施形態と相違する。以下では、相違点を中心に説明し、説明の便宜上、同様の構成には同様の符号を付して詳細な説明を割愛する。
(Third embodiment)
A third embodiment that embodies the battery state estimation device and the battery state estimation method will be described with reference to FIG. The present embodiment is different from the first or second embodiment in that the charging / discharging
測定用充放電装置20は、インピーダンス測定用のステップ電流を電池10に供給することができる。ステップ電流は、測定用の直流電流を構成する。測定用充放電装置20は、所定のサイクルのステップ電流を生成し、この生成したステップ電流を電池10の端子間に出力する。また、測定用充放電装置20は、必要があれば、ステップ電流のサイクルを変化させることが可能である。測定用充放電装置20は、ステップ電流のサイクルとが設定されており、この設定されたサイクルに対応するステップ電流を出力させる。ここで、サイクルは、一組のオン期間及びオフ期間や、一組の正極性期間及び負極性期間で構成されているものであり、ステップ電流は、サイクルを1回又は複数回の繰り返しで出力される。設定されるサイクルの期間としては、例えば、0.1Hzから1mHzまでの範囲のうちの1つが挙げられる。設定されたサイクルに対して「(2×n-1)倍」(但し、nは自然数)の周波数に対するインピーダンスを測定することが可能である。
The charging / discharging
図13(a)に示すように、測定用充放電装置20は、測定対象の電池10に対して、所定のサイクルのステップ電流(グラフL131参照)を印加する。印加するサイクルの回数は1回でも、複数回でもよい。また、このとき、測定対象の電池10からは、所定のサイクルのステップ電流(グラフL131参照)に対応する応答電圧(グラフL132参照)が出力される。そして、ステップ電流(グラフL131参照)及び、応答電圧(グラフL132参照)をそれぞれ処理部40でフーリエ変換する。
As shown in FIG. 13A, the measurement charging / discharging
図13(b)に示すように、フーリエ変換によって、ステップ電流(グラフL131参照)に対応する電流の周波数応答(グラフL133参照)、応答電圧(グラフL132参照)に対する電圧の周波数応答(グラフL134参照)が得られる。つまり、正弦波に対応する角速度が測定角速度として定まる。よって、本実施形態では、ステップ電流や応答電圧をフーリエ変換することで正弦波に対応する周波数(角速度)特性が得られ、このとき得られた周波数(角速度)が測定角速度であって、この測定角速度に基づいて複素インピーダンスのナイキスト線図が作成される。 As shown in FIG. 13B, the frequency response of the current corresponding to the step current (see graph L131) (see graph L133) and the frequency response of the voltage to the response voltage (see graph L132) by the Fourier transform (see graph L134). ) Is obtained. That is, the angular velocity corresponding to the sine wave is determined as the measured angular velocity. Therefore, in the present embodiment, the frequency (angular velocity) characteristic corresponding to the sine wave is obtained by Fourier transforming the step current and the response voltage, and the frequency (angular velocity) obtained at this time is the measured angular velocity, and this measurement is performed. A Nyquist diagram of complex impedance is created based on the angular velocity.
図13(c)に示すように、電流の周波数応答(グラフL133参照)及び電圧の周波数応答(グラフL134参照)に基づいて処理部40で複素インピーダンスを算出し、算出した複素インピーダンスのナイキスト線図(グラフL135参照)を作成する。つまり、ステップ応答の過渡応答を解析することで、正弦波に対応する角速度が測定角速度となるようにインピーダンスが測定される。例えば、電流の周波数応答と電圧の周波数応答とに基づいて、各周波数におけるインピーダンスがオームの法則「Z(抵抗)=V(電圧)/I(電流)」から求められる。
As shown in FIG. 13 (c), the
ステップ電流のサイクルは、電池10から測定されるインピーダンスに「拡散領域d」が含まれる、より好ましくは、「拡散領域d」のうちの「直線領域da」が含まれるように設定されている。
The cycle of the step current is set so that the impedance measured from the
そして、算出されたインピーダンスを、複素インピーダンスZに関連するパラメータ「QD」と電池10の充電電気量との関係を示す情報と比較することで充電電気量を推定可能である。
Then, the calculated impedance can be estimated by comparing the calculated impedance with the information indicating the relationship between the parameter " QD " related to the complex impedance Z and the charging electricity amount of the
また、算出されたインピーダンスを、電池10の充電電気量(SOC)が判明している条件に基づいて、パラメータ「QD」から電池10の温度を推定することができるようになる。
Further, the calculated impedance can be used to estimate the temperature of the
以上説明したように、本実施形態の電池状態推定装置及び電池状態推定方法によれば、第1の実施形態に記載した(1)~(8)の効果に加えて、以下に記載するような効果が得られるようになる。 As described above, according to the battery state estimation device and the battery state estimation method of the present embodiment, in addition to the effects of (1) to (8) described in the first embodiment, as described below. The effect will be obtained.
(9)電池10にステップ電流を入力することによっても、電池10のインピーダンスを算出することができるようになる。
(その他の実施形態)
なお、上記各実施形態は以下の形態にて実施することもできる。
(9) The impedance of the
(Other embodiments)
In addition, each of the above-mentioned embodiments can also be carried out in the following embodiments.
・上記各実施形態は、技術的に矛盾のない範囲で相互に組み合わせることができる。
・上記第3の実施形態において、ステップ電流のサイクルの期間ごとの電池10の負荷応答と、交流電流の周波数毎の電池10の負荷応答とを関連付ける。そして、この関連付けに、電池10のステップ電流に対する負荷応答を適用することに基づいて、交流電流に対応する負荷応答を取得するようにしてもよい。これにより、フーリエ変換等の算出を減らすことができる。
-The above embodiments can be combined with each other within a technically consistent range.
In the third embodiment, the load response of the
例えば、図14に示すように、ステップ電流に対する抵抗情報と、交流電流に対する抵抗情報との関係をグラフL141や関数f(x)として設定しておくことで、電池のステップ電流に対する負荷応答を取得し、この取得した負荷応答に対応する交流電流に対する負荷応答等を得ることができるようになる。なお、ステップ電流に対する抵抗情報は、ステップのサイクルや電流値や電圧値が含まれた情報であり、交流電流に対する抵抗情報は、交流周波数、電流値、電圧値及びインピーダンスが含まれた情報である。 For example, as shown in FIG. 14, by setting the relationship between the resistance information for the step current and the resistance information for the alternating current as the graph L141 or the function f (x), the load response to the step current of the battery is acquired. Then, it becomes possible to obtain a load response or the like to an alternating current corresponding to the acquired load response. The resistance information for the step current is information including the cycle of the step, the current value and the voltage value, and the resistance information for the AC current is the information including the AC frequency, the current value, the voltage value and the impedance. ..
・上記第3の実施形態では、設定されるサイクルとして0.1Hzから1mHzまでの範囲のうちの1つが挙げられる場合について例示した。しかし、これに限られるものではなく、設定されるサイクルで測定できるインピーダンスが「拡散領域d」を含んでいるものであれば、サイクルが0.1Hzよりも高くなってもよいし、1mHzよりも低くなってもよい。 -In the third embodiment, the case where one of the ranges from 0.1 Hz to 1 MHz is mentioned as the cycle to be set is illustrated. However, the cycle is not limited to this, and the cycle may be higher than 0.1 Hz or more than 1 MHz as long as the impedance that can be measured in the set cycle includes the “diffusion region d”. It may be lower.
・上記第3の実施形態では、サイクルを有するステップ電流に対する電池10の過渡応答を解析することでインピーダンスを算出する場合について例示した。しかし、これに限らず、ステップが上がるときの1つ又は複数の過渡応答や、ステップが下がるときの1つ又は複数の過渡応答を解析することでインピーダンスを算出してもよい。例えば、ステップのサイクル長が過渡応答の収束時間以上であれば、ステップ電流の印加は、直流電流の印加と見なしてもよい。逆に、ステップのサイクル長が、過渡応答の収束時間に比べて十分に短ければ、ステップ電流の印加は、交流電流の印加と見なしてもよい。
-In the third embodiment, the case where the impedance is calculated by analyzing the transient response of the
・上記第3の実施形態では、ステップ電流を印加し、電圧の応答を測定する場合について例示した。これに限らず、ステップ電圧を印加し、電流の応答を測定してもよい。いずれにしても、インピーダンスを測定することができる。 -In the third embodiment, a case where a step current is applied and a voltage response is measured has been illustrated. Not limited to this, a step voltage may be applied and the current response may be measured. In any case, the impedance can be measured.
・上記第1及び第2の実施形態では、正弦波の交流電流を印加し、上記第3の実施形態では、ステップ電流を印加する場合について例示した。しかしこれに限らず、電池の過渡応答を得ることができるのであれば、三角波やその他の波形形状の電流等を印加してもよい。 -In the first and second embodiments, a sinusoidal alternating current is applied, and in the third embodiment, a step current is applied. However, the present invention is not limited to this, and a triangular wave or a current having another waveform shape may be applied as long as the transient response of the battery can be obtained.
・上記各実施形態では、電池10が測定回路に接続されている場合について例示したが、これに限らず、電池は、測定回路に加えて、図示しない開閉器などを介して負荷や充電器等に接続されていてもよい。例えば、車載されている電池であれば、電池を駆動用の電源として利用しつつ、必要に応じて複素インピーダンスの測定を行い、当該電池の電池状態を推定することができる。
-In each of the above embodiments, the case where the
・上記各実施形態では、電池10はニッケル水素二次電池である場合について例示したが、これに限らず、ニッケルカドミウム電池等その他のアルカリ二次電池や、リチウムイオン二次電池等の二次電池であってもよい。
-In each of the above embodiments, the case where the
・上記各実施形態では、複素インピーダンスZの成分のうち虚数成分Ziを用いてパラメータを算出する場合について例示したが、これに限らず、複素インピーダンスZの成分のうち実数成分Zrを用いてパラメータQDを算出してもよい。このとき、相関データも、実数成分Zrを用いたパラメータに基づいて設定すれば、充電電気量を推定することができる。また、このパラメータに併せて電池の温度毎に充電電気量とパラメータとの関係を示す相関データを予め準備すれば電池の温度を推定することもできる。例えば、「直線領域da」は実数成分Zrに対する虚数成分Ziの変化率が「1」に近い範囲にあるため、虚数成分Ziに代えて実数成分Zrを利用したとしても、電池10の複素インピーダンスZから充電電気量や電池温度を推定することができる。
In each of the above embodiments, the case where the parameter is calculated using the imaginary number component Zi among the components of the complex impedance Z has been illustrated, but the present invention is not limited to this, and the parameter Q is limited to the case where the real number component Zr among the components of the complex impedance Z is used. D may be calculated. At this time, if the correlation data is also set based on the parameter using the real number component Zr, the charge electricity amount can be estimated. Further, the battery temperature can be estimated by preparing in advance the correlation data showing the relationship between the charge electricity amount and the parameter for each battery temperature in addition to this parameter. For example, in the "straight line region da", the rate of change of the imaginary number component Zi with respect to the real number component Zr is in a range close to "1". Therefore, even if the real number component Zr is used instead of the imaginary number component Zi, the complex impedance Z of the
・上記第1の実施形態では、第2のばらつき判定を行うとき、電池10を構成する単電池等を複数のグループに分ける場合について例示した。このとき、電池を構成する一部の単電池や電池モジュールを複数にグループ分けてもよい。これによっても、サンプリング的な検査を行うことができる。
-In the first embodiment, when the second variation determination is performed, a case where the cells and the like constituting the
また、逆に、一部の単電池等が重複して複数のグループに含まれていてもよい。これによっても、充電電気量の差の大きい電池等を絞り込むことができる。
・上記第1の実施形態では、第2のばらつき判定を行うとき、2つのグループの総容量が同じ容量である場合について例示した。しかしこれに限らず、2つのグループの総容量の差について補正を行うことができるのであれば、2つのグループの総容量が相違していてもよい。
On the contrary, some cell batteries and the like may be duplicated and included in a plurality of groups. This also makes it possible to narrow down the batteries and the like having a large difference in the amount of charging electricity.
-In the first embodiment, when the second variation determination is performed, the case where the total capacity of the two groups is the same is illustrated. However, the present invention is not limited to this, and the total capacities of the two groups may be different as long as the difference in the total capacities of the two groups can be corrected.
・上記第1の実施形態では、第2のばらつき判定を行うとき、電池10を構成する単電池等を2つのグループに分ける場合について例示した。しかしこれに限らず、単電池等は、3つ以上のグループに分けられて、それらが比較されてもよい。
-In the first embodiment, when the second variation determination is performed, a case where the cells and the like constituting the
・上記第1の実施形態では、ばらつき判定部48は、第1のばらつき判定で、電池10が満充電であることに基づいて電池10を構成する各電池について充電電気量にばらつき判定を行う場合について例示した。しかしこれに限らず、第1のばらつき判定が、電池が所定のSOCであることに基づいてばらつき判定を行ってもよい。このとき、電池が所定のSOCであることを、周知の技術で推定するようにすればよい。
-In the first embodiment, the
・上記第1の実施形態では、ばらつき判定部48が設けられる場合について例示したが、これに限らず、ばらつき判定が不要であれば、ばらつき判定部は設けられなくてもよい。
-In the first embodiment, the case where the
・上記第1の実施形態では、電池10の温度を所定の温度にする場合について例示したが、これに限らず、図9に示すように、相関データを電池の温度毎に設けるとともに、電池の温度を取得することで、電池の温度に対応した相関データから充電電気量を取得するようにしてもよい。これにより、電池の温度を考慮して充電電気量を高い精度で推定することができる。
-In the first embodiment, the case where the temperature of the
・上記各実施形態では、パラメータ「QD」が式(2)や式(3)から算出される場合について例示した。しかしこれに限らず、式(2)に表現される理論を示す算出式であればその表現形式は式(2)や式(3)に限られない。 -In each of the above embodiments, the case where the parameter " QD " is calculated from the equations (2) and (3) is illustrated. However, the present invention is not limited to this, and the expression form is not limited to the equation (2) and the equation (3) as long as it is a calculation equation showing the theory expressed in the equation (2).
・上記各実施形態では、2つの複素インピーダンスZが「拡散領域d」のうちの「直線領域da」にある場合について例示した。しかしこれに限らず、2つの複素インピーダンスの測定角速度の差と2つの複素インピーダンスの虚数成分の差とが得られるのであれば、2つの複素インピーダンスのうちの一方が「拡散領域d」のうちの「領域db」や「垂直領域dc」などの領域にあってもよい。これによっても、他方の複素インピーダンスが「直線領域da」にあることで取得に要する時間を抑えることができるようになる。 -In each of the above embodiments, the case where the two complex impedances Z are in the "straight line region da" of the "diffusion region d" has been illustrated. However, not limited to this, if the difference between the measured angular velocities of the two complex impedances and the difference between the imaginary components of the two complex impedances can be obtained, one of the two complex impedances is in the "diffusion region d". It may be in an area such as "area db" or "vertical area dc". This also makes it possible to reduce the time required for acquisition because the other complex impedance is in the "straight line region da".
・上記各実施形態では、2つの複素インピーダンスの測定角速度の差として、測定角速度についてその逆数の差を用いることで、パラメータを線形、もしくは線形に近いかたちで得る場合について例示した。しかしこれに限らず、2つの複素インピーダンスの測定角速度の差として、測定角速度についてその差をそのまま用いてもよい。パラメータが線形ではないにかたちで得られるが、このパラメータと電池状態との間に相関関係を得ることができる。 -In each of the above embodiments, a case where the parameter is obtained linearly or in a form close to linear by using the difference of the reciprocal of the measured angular velocity as the difference between the measured angular velocities of the two complex impedances is illustrated. However, the present invention is not limited to this, and the difference in the measured angular velocities may be used as it is as the difference between the measured angular velocities of the two complex impedances. Although the parameter is obtained in a non-linear manner, a correlation can be obtained between this parameter and the battery state.
・上記各実施形態では、電池10が電気自動車もしくはハイブリッド自動車に搭載される場合について例示したが、これに限らず、電池は、ガソリン自動車やディーゼル自動車等の車両に搭載されてもよい。また電池は、鉄道、船舶、航空機やロボット等の移動体や、情報処理装置等の電気製品等の固定設置の電源として用いられてもよい。
-In each of the above embodiments, the case where the
10…電池、20…測定用充放電装置、21…電圧測定器、22…電流測定器、23…温度測定器、30…推定装置、40…処理部、41…SOC調節部、42…温度測定部、43…インピーダンス測定部、45…パラメータ算出部、46…電気量算出部、47…電池温度算出部、48…ばらつき判定部、50…記憶部、51…相関データ、52…算出用データ、53…相関データ。 10 ... Battery, 20 ... Charging / discharging device for measurement, 21 ... Voltage measuring device, 22 ... Current measuring device, 23 ... Temperature measuring device, 30 ... Estimating device, 40 ... Processing unit, 41 ... SOC control unit, 42 ... Temperature measurement Unit, 43 ... impedance measurement unit, 45 ... parameter calculation unit, 46 ... electricity amount calculation unit, 47 ... battery temperature calculation unit, 48 ... variation determination unit, 50 ... storage unit, 51 ... correlation data, 52 ... calculation data, 53 ... Correlation data.
Claims (13)
測定用の電力の付与に基づいて前記二次電池の複素インピーダンスを測定するインピーダンス測定部と、
前記測定した複素インピーダンスのうちで拡散領域内に対応する角速度が測定角速度であり、前記測定角速度が相違する2つの複素インピーダンスの測定角速度の差と前記2つの複素インピーダンスの成分の差との比からなるパラメータを算出するパラメータ算出部と、
予め設定された情報であって、前記二次電池の充電電気量と前記パラメータとの関係を示す情報と、前記パラメータ算出部で算出した前記パラメータとに基づいて前記二次電池の充電電気量を推定する電気量推定部とを備える
ことを特徴とする電池状態推定装置。 It is a battery state estimation device that estimates the amount of charge electricity of a secondary battery.
An impedance measuring unit that measures the complex impedance of the secondary battery based on the application of power for measurement, and
Of the measured complex impedances, the angular velocity corresponding to the diffusion region is the measured angular velocity, and the difference between the measured angular velocities of the two complex impedances having different measured angular velocities and the difference between the two complex impedance components. A parameter calculation unit that calculates parameters consisting of ratios, and
The information that is preset and indicates the relationship between the charge electricity amount of the secondary battery and the parameter, and the charge electricity amount of the secondary battery based on the parameter calculated by the parameter calculation unit. A battery state estimation device characterized by having an electricity amount estimation unit for estimation.
請求項1に記載の電池状態推定装置。 The battery state estimation device according to claim 1, wherein the power for measurement is DC power for measurement or AC power for measurement.
測定用の交流電力の付与に基づいて前記二次電池の複素インピーダンスを測定するインピーダンス測定部と、
前記測定した複素インピーダンスのうち、拡散領域内にあり、かつ、測定角速度が相違する2つの複素インピーダンスの測定角速度の差と前記2つの複素インピーダンスの成分の差との比からなるパラメータを算出するパラメータ算出部と、
予め設定された情報であって、前記二次電池の充電電気量と前記パラメータとの関係を示す情報と、前記パラメータ算出部で算出した前記パラメータとに基づいて前記二次電池の充電電気量を推定する電気量推定部とを備える
ことを特徴とする電池状態推定装置。 It is a battery state estimation device that estimates the amount of charge electricity of a secondary battery.
An impedance measuring unit that measures the complex impedance of the secondary battery based on the application of AC power for measurement, and
A parameter for calculating a parameter consisting of the ratio of the difference between the measured angular velocities of two complex impedances within the diffusion region and having different measured angular velocities and the difference between the two complex impedance components among the measured complex impedances. Calculation unit and
The information that is preset and indicates the relationship between the charge electricity amount of the secondary battery and the parameter, and the charge electricity amount of the secondary battery based on the parameter calculated by the parameter calculation unit. A battery state estimation device characterized by having an electricity amount estimation unit for estimation.
前記予め設定された情報には、前記二次電池の温度毎に設定された情報が含まれており、
前記電気量推定部は、前記二次電池の温度毎に設定された情報のうち前記取得した温度に対応する情報を前記予め設定された情報として選択する
請求項1~3のいずれか一項に記載の電池状態推定装置。 Further provided with a temperature acquisition unit for acquiring the temperature of the secondary battery,
The preset information includes information set for each temperature of the secondary battery.
According to any one of claims 1 to 3, the electric energy estimation unit selects the information corresponding to the acquired temperature from the information set for each temperature of the secondary battery as the preset information. The described battery state estimation device.
請求項1~4のいずれか一項に記載の電池状態推定装置。 The charging electricity amount of the secondary battery estimated when the secondary battery is fully charged and the preset reference electricity amount, which is an appropriate charging electricity amount when the secondary battery is fully charged. The battery state according to any one of claims 1 to 4, further comprising a first variation determination unit for determining whether or not the charge electricity amount of the secondary battery varies by comparing with the reference electricity amount. Estimator.
前記組電池を少なくとも一部の電池が重複しないように区分けされた2つのグループについて前記電気量推定部がそれぞれ推定した充電電気量を取得し、前記2つのグループの充電電気量の比較に基づいて前記組電池を構成する電池間に充電電気量のばらつきがあるか否かを判定するばらつき判定部を備える
請求項1~4のいずれか一項に記載の電池状態推定装置。 The secondary battery is an assembled battery and is
The charging electricity amount estimated by the electricity amount estimation unit is acquired for each of the two groups in which the assembled battery is divided so that at least a part of the batteries does not overlap, and based on the comparison of the charging electricity amount of the two groups. The battery state estimation device according to any one of claims 1 to 4, further comprising a variation determination unit for determining whether or not there is a variation in the amount of charging electricity between the batteries constituting the assembled battery.
前記二次電池の充電電気量を取得する電気量取得部と、
測定用の電力の付与に基づいて前記二次電池の複素インピーダンスを測定するインピーダンス測定部と、
前記測定した複素インピーダンスのうちで拡散領域内に対応する角速度が測定角速度であり、前記測定角速度が相違する2つの複素インピーダンスの測定角速度の差と前記2つの複素インピーダンスの成分の差との比からなるパラメータを算出するパラメータ算出部と、
予め設定された情報であって、前記二次電池の充電電気量に対する前記パラメータと前記二次電池の温度との関係を示す情報に、前記電気量取得部で取得した充電電気量と前記パラメータ算出部で算出した前記パラメータとを適用することに基づいて前記二次電池の温度を推定する温度推定部とを備える
ことを特徴とする電池状態推定装置。 It is a battery state estimation device that estimates the temperature of the secondary battery.
An electric energy acquisition unit that acquires the charging electric energy of the secondary battery, and
An impedance measuring unit that measures the complex impedance of the secondary battery based on the application of power for measurement, and
Of the measured complex impedances, the angular velocity corresponding to the diffusion region is the measured angular velocity, and the difference between the measured angular velocities of the two complex impedances having different measured angular velocities and the difference between the two complex impedance components. A parameter calculation unit that calculates parameters consisting of ratios, and
The information set in advance and showing the relationship between the parameter with respect to the charge electricity amount of the secondary battery and the temperature of the secondary battery is the charge electricity amount acquired by the electricity amount acquisition unit and the parameter calculation. A battery state estimation device including a temperature estimation unit that estimates the temperature of the secondary battery based on the application of the parameters calculated by the unit.
請求項1~7のいずれか一項に記載の電池状態推定装置。 The battery state estimation device according to any one of claims 1 to 7, wherein each of the two complex impedance components is an imaginary component of the complex impedance.
請求項1~9のいずれか一項に記載の電池状態推定装置。 The measured angular velocities of the two complex impedances are angular velocities within a range in which the absolute value of the rate of change of the imaginary component with respect to the real component of the two complex impedances is 0.5 or more and 2 or less. The battery state estimation device according to any one of the above items.
請求項1~10のいずれか一項に記載の電池状態推定装置。 The battery state estimation device according to any one of claims 1 to 10, wherein the secondary battery is a nickel hydrogen secondary battery.
測定用の電力の付与に基づいて前記二次電池の複素インピーダンスを測定するインピーダンス測定工程と、
前記測定した複素インピーダンスのうちで拡散領域内に対応する角速度が測定角速度であり、前記測定角速度が相違する2つの複素インピーダンスの測定角速度の差と前記2つの複素インピーダンスの成分の差との比からなるパラメータを算出するパラメータ算出工程と、
予め設定された情報であって、前記二次電池の充電電気量と前記パラメータとの関係を示す情報と、前記パラメータ算出工程で算出した前記パラメータとに基づいて前記二次電池の充電電気量を推定する電気量推定工程とを備える
ことを特徴とする電池状態推定方法。 It is a battery state estimation method that estimates the amount of charge electricity of a secondary battery.
An impedance measurement step of measuring the complex impedance of the secondary battery based on the application of electric power for measurement, and
Of the measured complex impedances, the angular velocity corresponding to the diffusion region is the measured angular velocity, and the difference between the measured angular velocities of the two complex impedances having different measured angular velocities and the difference between the two complex impedance components. A parameter calculation process that calculates a parameter consisting of a ratio, and
The information that is preset and indicates the relationship between the charge electricity amount of the secondary battery and the parameter, and the charge electricity amount of the secondary battery based on the parameter calculated in the parameter calculation step. A battery state estimation method comprising an estimation process for estimating the amount of electricity.
前記二次電池の充電電気量を取得する電気量取得工程と、
測定用の電力の付与に基づいて前記二次電池の複素インピーダンスを測定するインピーダンス測定工程と、
前記測定した複素インピーダンスのうちで拡散領域内に対応する角速度が測定角速度であり、前記測定角速度が相違する2つの複素インピーダンスの測定角速度の差と前記2つの複素インピーダンスの成分の差との比からなるパラメータを算出するパラメータ算出工程と、
予め設定された情報であって、前記二次電池の充電電気量に対する前記パラメータと前記二次電池の温度との関係を示す情報に、前記電気量取得工程で取得した充電電気量と前記パラメータ算出工程で算出した前記パラメータとを適用することに基づいて前記二次電池の温度を推定する温度推定工程とを備える
ことを特徴とする電池状態推定方法。 It is a battery state estimation method that estimates the temperature of the secondary battery.
The electricity amount acquisition process for acquiring the charging electricity amount of the secondary battery and
An impedance measurement step of measuring the complex impedance of the secondary battery based on the application of electric power for measurement, and
Of the measured complex impedances, the angular velocity corresponding to the diffusion region is the measured angular velocity, and the difference between the measured angular velocities of the two complex impedances having different measured angular velocities and the difference between the two complex impedance components. A parameter calculation process that calculates a parameter consisting of a ratio, and
The information set in advance and showing the relationship between the parameter with respect to the charging electricity amount of the secondary battery and the temperature of the secondary battery is the charging electricity amount acquired in the electricity amount acquisition step and the parameter calculation. A battery state estimation method comprising a temperature estimation step of estimating the temperature of the secondary battery based on the application of the parameters calculated in the step.
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