JP7194383B2 - Battery state estimation method and battery system - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、複数の電池が直列接続された組電池の充電状態の分布を推定する電池状態推定方法、および、複数の電池が直列接続された組電池の充電状態の分布を推定する電池システムに関する。 Embodiments of the present invention provide a battery state estimation method for estimating the distribution of the state of charge of an assembled battery in which a plurality of batteries are connected in series, and a method for estimating the distribution of the state of charge in an assembled battery in which a plurality of batteries are connected in series. Regarding battery systems.

携帯機器、電動工具および電気自動車等に二次電池が用いられている。二次電池の中でリチウムイオン電池は、リチウムのイオン化傾向が大きいことから、高電圧、高出力、高エネルギー密度である。リチウムイオン電池は、定置用電源および非常用電源などの大型電源への応用も期待されている。電池は、負荷の仕様の電圧となるように、複数の電池が直列接続された組電池として使用される。 Secondary batteries are used in mobile devices, power tools, electric vehicles, and the like. Lithium-ion batteries among secondary batteries have high voltage, high output, and high energy density because lithium has a high ionization tendency. Lithium ion batteries are also expected to be applied to large power sources such as stationary power sources and emergency power sources. A battery is used as an assembled battery in which a plurality of batteries are connected in series so that the voltage of the load specification is obtained.

二次電池の特性を測定する方法として、交流インピーダンス測定法が知られている。特開2009-97878号公報には、交流インピーダンス法によって取得した電池のコールコールプロットを、等価回路モデルを用いて解析する測定方法が開示されている。 An AC impedance measurement method is known as a method for measuring the characteristics of a secondary battery. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-97878 discloses a measurement method of analyzing a Cole-Cole plot of a battery obtained by the AC impedance method using an equivalent circuit model.

特開2018-151194号公報には、組電池の充電状態(SOC:State of Charge)に対してインピーダンスが大きく変化しない領域では、電圧からSOCを推定し、SOCに対してインピーダンスが大きく変化する領域では、インピーダンスを用いてSOCを推定する装置が開示されている。 In Japanese Patent Application Laid-Open No. 2018-151194, in a region where the impedance does not change greatly with respect to the state of charge (SOC) of the assembled battery, the SOC is estimated from the voltage, and the region where the impedance changes greatly with respect to the SOC. discloses an apparatus for estimating SOC using impedance.

組電池の複数の電池(セル)は同じ仕様にもとづき製造され、同じ条件で使用される。しかし、製造ばらつき、および、わずかな使用環境の相違によって、SOCが異なる電池が含まれていると、組電池の性能が加速度的に劣化するおそれがある。 A plurality of batteries (cells) in an assembled battery are manufactured based on the same specifications and used under the same conditions. However, if batteries with different SOCs are included due to manufacturing variations and slight differences in usage environment, the performance of the assembled battery may deteriorate at an accelerated rate.

1個の電池(セル)のSOCを評価することは比較的容易である。しかし、組電池に含まれる、それぞれの電池のSOCを評価するには、それぞれの電池に評価のための電線を接続する必要がある。また、組電池の仕様によっては、それぞれの電池に電線を接続できない構造のため、組み立て後は、それぞれの電池のSOCを評価できなかった。 Evaluating the SOC of a single battery (cell) is relatively easy. However, in order to evaluate the SOC of each battery included in the assembled battery, it is necessary to connect a wire for evaluation to each battery. In addition, depending on the specifications of the assembled battery, it was not possible to evaluate the SOC of each battery after assembly due to a structure in which electric wires could not be connected to each battery.

組電池に含まれている複数の電池のSOC分布を簡単に推定する評価方法、および、組電池に含まれている複数の電池のSOC分布を簡単に推定できる電池システムの開発が望まれていた。 Development of an evaluation method for easily estimating the SOC distribution of multiple batteries included in an assembled battery and a battery system capable of easily estimating the SOC distribution of multiple batteries included in an assembled battery have been desired. .

特開2009-97878号公報JP 2009-97878 A 特開2018-151194号公報JP 2018-151194 A

本発明の実施形態は、組電池に含まれている複数の電池のSOC分布を簡単に推定する電池状態推定方法、および、組電池に含まれている複数の電池のSOC分布を簡単に推定できる電池システムを提供することを目的とする。 Embodiments of the present invention provide a battery state estimation method for easily estimating the SOC distribution of a plurality of batteries included in an assembled battery, and a method for easily estimating the SOC distribution of a plurality of batteries included in the assembled battery. The object is to provide a battery system.

本発明の実施形態の電池状態推定方法は、複数の第1の電池が直列接続された組電池の、所定の周波数におけるインピーダンス特性が、複数の第1の温度のそれぞれにおいて測定される工程と、前記組電池の前記複数の第1の温度における前記インピーダンス特性と、予め記憶されている第2の電池のデータと、を用いて、前記複数の第1の電池の充電状態の分布が推定される工程と、を具備し、前記第2の電池の前記データは、前記第1の電池と同じ仕様の前記第2の電池の前記周波数における前記インピーダンス特性が、複数の充電状態、および、複数の第2の温度において、測定される第1の工程と、前記複数の第2の温度のそれぞれにおいて、充電状態の変化に応じて前記インピーダンス特性が変化しはじめる充電状態であるSOC変化点、および、変化しはじめる前の前記インピーダンス特性であるインピーダンス底値と、が取得される第2の工程と、前記インピーダンス底値と温度との関係を含む前記第2の電池の前記データが取得される第3の工程と、前記第2の電池の前記データを記憶する第4の工程と、によって取得され記憶される。 A battery state estimation method according to an embodiment of the present invention comprises a step of measuring impedance characteristics at a predetermined frequency of an assembled battery in which a plurality of first batteries are connected in series at each of a plurality of first temperatures; A distribution of state of charge of the plurality of first batteries is estimated using the impedance characteristics of the assembled battery at the plurality of first temperatures and prestored data of the second batteries. and wherein the data of the second battery is such that the impedance characteristics at the frequency of the second battery having the same specifications as the first battery are at a plurality of states of charge and a plurality of second batteries. A first step measured at two temperatures, and an SOC change point, which is the state of charge at which the impedance characteristic begins to change in response to a change in the state of charge, at each of the plurality of second temperatures, and the change a second step of acquiring an impedance bottom value, which is the impedance characteristic before starting to perform, and a third step of acquiring the data of the second battery including the relationship between the impedance bottom value and temperature and a fourth step of storing said data of said second battery.

別の実施形態の電池システムは、複数の第1の電池が直列接続された組電池と、前記組電池の所定の周波数におけるインピーダンス特性を、複数の第1の温度において測定する測定手段と、前記第1の電池と同じ仕様の第2の電池の、複数の第2の温度のそれぞれにおける、前記所定の周波数における前記インピーダンス特性が充電状態の変化に応じて変化しはじめる前の前記インピーダンス特性であるインピーダンス底値と前記複数の第2の温度との関係を含む前記第2の電池のデータが記憶されている記憶手段と、前記組電池の前記複数の第1の温度における前記インピーダンス特性と、前記記憶手段が記憶している前記第2の電池の前記データとから、前記組電池の充電状態の分布を推定する演算手段と、を具備し、第2の電池のデータが、前記インピーダンス特性が充電状態の変化に応じて変化しはじめる充電状態であるSOC変化点と前記複数の第2の温度との関係を含む
別の実施形態の電池システムは、複数の第1の電池が直列接続された組電池と、前記組電池の所定の周波数におけるインピーダンス特性を、複数の第1の温度において測定する測定手段と、前記第1の電池と同じ仕様の第2の電池の、複数の第2の温度のそれぞれにおける、前記所定の周波数における前記インピーダンス特性が充電状態の変化に応じて変化しはじめる前の前記インピーダンス特性であるインピーダンス底値と前記複数の第2の温度との関係を含む前記第2の電池のデータが記憶されている記憶手段と、前記組電池の前記複数の第1の温度における前記インピーダンス特性と、前記記憶手段が記憶している前記第2の電池の前記データとから、前記組電池の充電状態の分布を推定する演算手段と、を具備し、前記所定の周波数は、第1の周波数以下、第2の周波数以上であり、前記第1の周波数は、所定の充電状態の前記第2の電池の複素インピーダンスの周波数特性であるコールコールプロットにおいて拡散抵抗成分がゼロの領域における最も低い周波数であり、前記第2の周波数は、前記コールコールプロットにおいて前記拡散抵抗成分を含む領域における、リアクタンスが前記第1の周波数と同じである周波数である。
A battery system according to another embodiment comprises an assembled battery in which a plurality of first batteries are connected in series; a measuring means for measuring impedance characteristics of the assembled battery at a predetermined frequency at a plurality of first temperatures; The impedance characteristics of a second battery having the same specifications as the first battery at each of a plurality of second temperatures before the impedance characteristics at the predetermined frequency start to change according to changes in the state of charge. storage means for storing data of the second battery including the relationship between the impedance bottom value and the plurality of second temperatures; the impedance characteristics of the assembled battery at the plurality of first temperatures; and the storage. and calculating means for estimating the distribution of the state of charge of the assembled battery from the data of the second battery stored by the means, wherein the data of the second battery is the impedance characteristic of the state of charge. and the plurality of second temperatures .
A battery system according to another embodiment comprises an assembled battery in which a plurality of first batteries are connected in series; a measuring means for measuring impedance characteristics of the assembled battery at a predetermined frequency at a plurality of first temperatures; The impedance characteristics of a second battery having the same specifications as the first battery at each of a plurality of second temperatures before the impedance characteristics at the predetermined frequency start to change according to changes in the state of charge. storage means for storing data of the second battery including the relationship between the impedance bottom value and the plurality of second temperatures; the impedance characteristics of the assembled battery at the plurality of first temperatures; and the storage. and calculating means for estimating the distribution of the state of charge of the assembled battery from the data of the second battery stored by the means, wherein the predetermined frequency is equal to or lower than the first frequency and the second and the first frequency is the lowest frequency in a region where the diffusion resistance component is zero in a Cole-Cole plot, which is the frequency characteristic of the complex impedance of the second battery in a predetermined state of charge, and A second frequency is a frequency at which reactance is the same as the first frequency in a region including the diffusion resistance component in the Cole-Cole plot.

本発明の実施形態によれば、組電池に含まれている複数の電池のSOC分布を簡単に推定する電池状態推定方法、および、組電池に含まれている複数の電池のSOC分布を簡単に推定できる電池システムを提供できる。 According to embodiments of the present invention, a battery state estimation method for easily estimating the SOC distribution of a plurality of batteries included in an assembled battery, and a method for easily estimating the SOC distribution of a plurality of batteries included in the assembled battery. A battery system that can be estimated can be provided.

実施形態の電池システムの構成図である。1 is a configuration diagram of a battery system according to an embodiment; FIG. 実施形態の推定方法を説明するためのフローチャートである。It is a flow chart for explaining the estimation method of the embodiment. 第2の電池の45℃におけるリアクタンスとSOCとの関係を示すグラフである。4 is a graph showing the relationship between reactance and SOC at 45° C. of the second battery. 第2の電池の25℃におけるリアクタンスとSOCとの関係を示すグラフである。4 is a graph showing the relationship between reactance and SOC at 25° C. of the second battery. 第2の電池の0℃におけるリアクタンスとSOCとの関係を示すグラフである。4 is a graph showing the relationship between reactance and SOC at 0° C. of the second battery. 第2の電池の-20℃におけるリアクタンスとSOCとの関係を示すグラフである。4 is a graph showing the relationship between reactance and SOC of the second battery at −20° C. FIG. 第2の電池の温度とインピーダンス底値との関係を示すグラフである。4 is a graph showing the relationship between the temperature of the second battery and the impedance bottom value; 第2の電池の温度とSOC変化点との関係を示すグラフである。4 is a graph showing the relationship between the temperature of the second battery and the SOC change point; 実施形態の推定方法を説明するための、図7および図8をもとに作成された図である。It is a figure created based on FIG.7 and FIG.8 for demonstrating the estimation method of embodiment. 第2の電池のレジスタンスZ`とSOCとの関係を示すグラフである。4 is a graph showing the relationship between the resistance Z' and the SOC of the second battery; 第2の電池のインピーダンス絶対値|Z|とSOCとの関係を示すグラフである。10 is a graph showing the relationship between the impedance absolute value |Z| and the SOC of the second battery. 実施形態の変形例の推定方法を説明するためのフローチャートである。9 is a flowchart for explaining an estimation method according to a modification of the embodiment; 実施形態の変形例の推定方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the estimation method of the modification of embodiment. 実施形態の推定方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the estimation method of embodiment. 第2の電池のコールコールプロットの一例である。It is an example of a Cole-Cole plot of a second battery. 図15の部分拡大図である。FIG. 16 is a partially enlarged view of FIG. 15;

<電池システムの構成>
図1に示すように、実施形態の電池システム1は、複数の第1の電池(電池セル)10が直列接続されている組電池20と、温度調整装置29と、CPU30と、電源40と、を具備する。組電池20および電源40は図示しない負荷(モーター等)と接続されている。
<Configuration of battery system>
As shown in FIG. 1, the battery system 1 of the embodiment includes an assembled battery 20 in which a plurality of first batteries (battery cells) 10 are connected in series, a temperature adjustment device 29, a CPU 30, a power supply 40, Equipped with The assembled battery 20 and the power supply 40 are connected to a load (motor, etc.) not shown.

第1の電池10は、例えば、リチウムイオンを吸蔵/放出する正極と、電解質と、セパレータと、リチウムイオンを吸蔵/放出する負極と、からなる単位セルを有するリチウムイオン二次電池である。正極は例えばリチウムコバルト酸化物を含有している。負極は例えば炭素材料を含有している。セパレータは例えばポリオレフィンからなる。そして電解質は例えばLiPF6を環状および鎖状カーボネートに溶解した電解質である。第1の電池10は、多孔質等からなるセパレータの内部に電解質が充填された構造であってもよい。 The first battery 10 is, for example, a lithium ion secondary battery having a unit cell composed of a positive electrode that absorbs/releases lithium ions, an electrolyte, a separator, and a negative electrode that absorbs/releases lithium ions. The positive electrode contains, for example, lithium cobalt oxide. The negative electrode contains, for example, a carbon material. The separator is made of polyolefin, for example. The electrolyte is, for example, an electrolyte obtained by dissolving LiPF6 in cyclic and chain carbonates. The first battery 10 may have a structure in which an electrolyte is filled inside a separator made of a porous material or the like.

図1は、4個の第1の電池10が直列接続されている組電池20を例示している。後述するように、組電池20が含む第1の電池10の数に特に制限はない。 FIG. 1 illustrates an assembled battery 20 in which four first batteries 10 are connected in series. As will be described later, the number of first batteries 10 included in the assembled battery 20 is not particularly limited.

電源40は、組電池20に測定信号を印加する。CPU30は、記憶手段であるメモリ31と、制御手段であるコントローラ32と、測定手段である測定回路33と、演算手段である演算回路34と、を含む。メモリ31は、電池システム1の制御データを記憶している。制御データは後述する第2の電池(不図示)のデータを含んでいる。第2の電池と第1の電池10とは同じ仕様である。 A power supply 40 applies a measurement signal to the assembled battery 20 . The CPU 30 includes a memory 31 as storage means, a controller 32 as control means, a measurement circuit 33 as measurement means, and an arithmetic circuit 34 as arithmetic means. The memory 31 stores control data for the battery system 1 . The control data includes data of a second battery (not shown), which will be described later. The second battery and the first battery 10 have the same specifications.

コントローラ32は、電池システム1の全体を制御するとともに、組電池20の温度を、温度センサ29Aを含む温度調整装置29を用いて制御する温度制御部32Aを含んでいる。温度検出手段である温度センサ29Aは温度調整装置29とは別体でもよい。測定回路33は組電池20のインピーダンス特性を測定する。演算回路34は組電池20のSOC分布を推定する。 The controller 32 controls the entire battery system 1 and includes a temperature control section 32A that controls the temperature of the assembled battery 20 using a temperature adjustment device 29 that includes a temperature sensor 29A. The temperature sensor 29A, which is a temperature detecting means, may be separate from the temperature adjusting device 29. FIG. A measurement circuit 33 measures the impedance characteristics of the assembled battery 20 . Arithmetic circuit 34 estimates the SOC distribution of assembled battery 20 .

メモリ31と、コントローラ32と、測定回路33と、演算回路34と、は独立した回路でもよいし、これらはプログラムにもとづきCPU30が行う機能でもよい。また、電池システム1が別体の他のシステムの一部として使用されている場合等において、他のシステムのCPUを、CPU30として用いてもよい。他のシステムは、複数の電池システム1が共通に用いるクラウドシステムでもよい。 The memory 31, controller 32, measurement circuit 33, and arithmetic circuit 34 may be independent circuits, or may be functions performed by the CPU 30 based on a program. Also, in the case where the battery system 1 is used as part of another separate system, the CPU of the other system may be used as the CPU 30 . Another system may be a cloud system that is commonly used by a plurality of battery systems 1 .

発明者は、インピーダンス特性がSOCに対して大きくは変化しない領域(コンスタントゾーン)から大きく変化する領域(変化ゾーン)に移行するSOCであるSOC変化点(TSOC)が、温度に大きく依存することを見出した。 The inventors have found that the SOC change point (TSOC), which is the SOC at which the impedance characteristic shifts from a region (constant zone) in which the impedance characteristic does not change significantly with respect to SOC to a region (change zone) in which it changes greatly, greatly depends on temperature. Found it.

電池システム1のメモリ31に記憶されている第2の電池のデータは、測定条件、第2の電池のSOC変化点(TSOC)と温度との関係、および、コンスタントゾーンにおけるインピーダンス特性であるインピーダンス底値(ZB)と温度との関係、を含む。第2の電池のデータは、複数の電池システム1の共通データであり、電池システム1を製造する前に取得される。第2の電池のデータを用いて、複数の組電池20の充電状態の分布が推定される。それぞれの電池システム1は第2の電池のデータを取得する機能を有している必要は無い。 The second battery data stored in the memory 31 of the battery system 1 includes the measurement conditions, the relationship between the SOC change point (TSOC) of the second battery and the temperature, and the impedance bottom value which is the impedance characteristic in the constant zone. (ZB) versus temperature. The data of the second battery is common data of the plurality of battery systems 1 and is acquired before manufacturing the battery system 1 . The distribution of the states of charge of the plurality of assembled batteries 20 is estimated using the data of the second battery. Each battery system 1 need not have the function of acquiring the data of the second battery.

電池システム1では、測定回路33が測定したインピーダンス特性と、メモリ31が記憶している第2の電池のデータとから、演算回路34が、組電池20の充電状態の分布(SOC分布)を推定する。なお、第2の電池のデータは、SOC変化点と温度との関係を含んでいなくともよい。 In the battery system 1, the arithmetic circuit 34 estimates the state-of-charge distribution (SOC distribution) of the assembled battery 20 from the impedance characteristics measured by the measurement circuit 33 and the data of the second battery stored in the memory 31. do. The data of the second battery may not include the relationship between the SOC change point and the temperature.

電池システム1は、SOC変化点の温度依存性を利用して、組電池20のSOC分布を簡単に推定する。 The battery system 1 simply estimates the SOC distribution of the assembled battery 20 using the temperature dependence of the SOC change point.

<電池システムの動作>
図2のフローチャートにそって、電池システム1による電池状態推定方法について説明する。なお、以下では、4個の第1の電池10が直列接続されている組電池20を含む電池システム1を例に説明する。
<Battery system operation>
A battery state estimation method by the battery system 1 will be described along the flowchart of FIG. 2 . In addition, below, the battery system 1 including the assembled battery 20 in which the four 1st batteries 10 are connected in series is demonstrated to an example.

<ステップS10~S30>第1の工程(第2の電池の測定工程)
ステップS10では、第1の電池10と同じ仕様の第2の電池(不図示)の複数の第2の温度における所定の周波数のインピーダンス特性が、複数の充電状態(SOC)において、それぞれ測定される。
<Steps S10 to S30> First step (second battery measurement step)
In step S10, impedance characteristics at predetermined frequencies at a plurality of second temperatures of a second battery (not shown) having the same specifications as the first battery 10 are measured at a plurality of states of charge (SOC). .

例えば、第2の電池のインピーダンス特性がSOCを0%~100%に変化させながら、複数の第2の温度のひとつである45℃において測定される。例えば、振幅5mV、周波数100mHzの、正弦波の交流信号が、充電中または放電中の第2の電池に印加され、電圧が測定される。 For example, the impedance characteristics of the second battery are measured at 45° C., one of the plurality of second temperatures, while varying the SOC from 0% to 100%. For example, a sinusoidal alternating signal with an amplitude of 5 mV and a frequency of 100 mHz is applied to the second battery during charging or discharging and the voltage is measured.

第2の電池のSOCと電圧との関係は予め取得されている。例えば、第2の電池の電圧は、SOC100%では4.20Vであり、SOC0%では3.00Vである。 The relationship between the SOC and voltage of the second battery is obtained in advance. For example, the voltage of the second battery is 4.20 V at 100% SOC and 3.00 V at 0% SOC.

測定するSOC(電圧)の数は、1%毎、すなわち0%~100%を測定する場合には101個であることが好ましいが、5%毎、すなわち21個程度でもよい。また後述するように推定するSOC範囲に応じて、測定するSOC範囲を限定してもよい。 The number of SOCs (voltage) to be measured is preferably 101 when measuring every 1%, ie, 0% to 100%, but may be every 5%, ie, about 21. Also, the SOC range to be measured may be limited according to the estimated SOC range, as will be described later.

測定周波数100mHzは、SOCに対してインピーダンス特性が大きく変化する周波数である。測定周波数は、予め、複数のSOCの第2の電池のインピーダンス特性の周波数依存性にもとづき設定される。 A measurement frequency of 100 mHz is a frequency at which the impedance characteristics change greatly with respect to the SOC. The measurement frequency is set in advance based on the frequency dependence of the impedance characteristics of the second batteries of the plurality of SOCs.

具体的には、異なるSOCの第2の電池のインピーダンス特性の周波数特性を、それぞれ測定し、SOCに対するインピーダンス特性の変化率の周波数依存性を算出し、最も大きい変化率(ΔZ/Δf ; Z:インピーダンス、f:周波数)の周波数を測定周波数とする。 Specifically, the frequency characteristics of the impedance characteristics of the second batteries with different SOCs are measured, the frequency dependence of the rate of change of the impedance characteristics with respect to the SOC is calculated, and the largest rate of change (ΔZ/Δf; Z: impedance, f: frequency) is the measurement frequency.

インピーダンス特性としては、実数成分(レジスタンス)Z`、虚数成分(リアクタンス)Z``、位相角θ、および絶対値|Z|のうち、少なくともいずれかである。所定の温度に第2の電池を維持するためには、例えば、恒温槽を用いる。 The impedance characteristic is at least one of a real component (resistance) Z′, an imaginary component (reactance) Z′′, a phase angle θ, and an absolute value |Z|. A constant temperature bath, for example, is used to maintain the second battery at a predetermined temperature.

図3に、45℃における第2の電池のリアクタンスとSOCとの関係を示す。SOCが30%以上90%以下の範囲(コンスタントゾーン)では、リアクタンスは、ほぼ一定である。SOCが30%以下の範囲(変化ゾーン)では、リアクタンスは大きく増加している。SOCが90%以上の範囲(変化ゾーン)でも、リアクタンスは増加している。すなわち、リアクタンスとSOCとの関係は、SOC中央値(50%)近傍において、リアクタンスが、一定の最小値であるインピーダンス底値ZBとなる、いわゆるバスタブ型である。 FIG. 3 shows the relationship between the reactance and SOC of the second battery at 45°C. In the SOC range of 30% or more and 90% or less (constant zone), the reactance is substantially constant. In the range where the SOC is 30% or less (change zone), the reactance increases greatly. The reactance increases even in the range where the SOC is 90% or more (change zone). That is, the relationship between the reactance and the SOC is a so-called bathtub type in which the reactance reaches the impedance bottom value ZB, which is a constant minimum value, in the vicinity of the SOC median value (50%).

ステップS20では、予め設定されている複数の充電状態(SOC)および複数の第2の温度における測定が全て終了している場合(Yes)には、ステップS40に移行する。測定が終了していない場合(No)には、ステップS30において、SOCまたは第2の温度が変更される。 In step S20, if the measurements at the plurality of preset states of charge (SOC) and the plurality of second temperatures are all completed (Yes), the process proceeds to step S40. If the measurement has not ended (No), the SOC or the second temperature is changed in step S30.

図4は、25℃における第2の電池のリアクタンスとSOCとの関係を示す。図5は、0℃における第2の電池のリアクタンスとSOCとの関係を示す。図6は、-20℃における第2の電池のリアクタンスとSOCとの関係を示す。いずれの温度においてもリアクタンスとSOCとの関係は、バスタブ型である。 FIG. 4 shows the relationship between reactance and SOC of the second battery at 25°C. FIG. 5 shows the relationship between reactance and SOC of the second battery at 0°C. FIG. 6 shows the relationship between reactance and SOC of the second battery at -20.degree. At any temperature, the relationship between reactance and SOC is a bathtub type.

第2の温度の数は、最低2つであるが、組電池20のSOC推定のときに、広いSOC範囲をカバーするためには、3つ以上が好ましく、4つ以上が特に好ましい。第2の温度の数に上限は特にないが、例えば、200以下である。ステップS10~S30は、第1の電池10のSOCを推定するための基礎データを取得する工程であるため、多くの温度において測定を行っても、組電池20の充電状態の分布の推定時間に影響を及ぼすことはない。 The number of second temperatures is at least two, but preferably three or more, particularly preferably four or more, in order to cover a wide SOC range when estimating the SOC of the assembled battery 20 . Although there is no particular upper limit to the number of second temperatures, it is, for example, 200 or less. Steps S10 to S30 are steps for acquiring basic data for estimating the SOC of the first battery 10. Therefore, even if measurements are performed at many temperatures, the distribution of the state of charge of the assembled battery 20 cannot be estimated in time. no effect.

第2の温度は、広いSOC範囲をカバーするために、室温(25℃)よりも低い温度と高い温度とを含むことが好ましい。本実施形態では、図3~図6に示したように、第2の温度は、45℃、25℃、0℃、-20℃の4つである。 The second temperature preferably includes temperatures below and above room temperature (25° C.) in order to cover a wide SOC range. In this embodiment, as shown in FIGS. 3 to 6, there are four second temperatures: 45° C., 25° C., 0° C., and −20° C. FIG.

<ステップS40>第2の工程(ZBおよびTSOC取得)
それぞれの第2の温度におけるリアクタンスが充電状態の変化に応じて変化しはじめる前のリアクタンスであるインピーダンス底値ZBが取得される。インピーダンス底値ZBは、リアクタンスの最小値でもよいし、例えば、図3において、SOC30%以上50%以下の領域(コンスタントゾーン)の値を近似した直線から取得されてもよい。
<Step S40> Second step (ZB and TSOC acquisition)
An impedance bottom value ZB is obtained, which is the reactance before the reactance at each second temperature starts to change with changes in the state of charge. The impedance bottom value ZB may be the minimum value of the reactance, or may be obtained from a straight line approximating the value of the SOC 30% or more and 50% or less region (constant zone) in FIG. 3, for example.

次に、それぞれの第2の温度におけるSOC変化点(TSOC)が取得される。コンスタントゾーンと変化ゾーンとの境界がSOC変化点である。本実施形態では、SOC変化点は、SOCの変化に応じてインピーダンス特性が変化する2つの変化ゾーンのうちの低SOC側(SOC≦50%)のSOCである。 Next, an SOC change point (TSOC) at each second temperature is obtained. The boundary between the constant zone and the change zone is the SOC change point. In the present embodiment, the SOC change point is the SOC on the low SOC side (SOC≦50%) of the two change zones in which the impedance characteristics change according to the change in SOC.

例えば、図3(45℃)において、SOC変化点(TSOC)は、リアクタンスの傾きが所定値である0.001(Ω/%)以上となったSOCであり、その値は9%である。SOC変化点の取得方法として、SOC5%以下の領域(変化ゾーン)の値を近似した直線と、SOC30%以上50%以下の領域(コンスタントゾーン)の値を近似した直線との交点のSOCである5.5%を用いてもよい。 For example, in FIG. 3 (45° C.), the SOC change point (TSOC) is the SOC at which the slope of the reactance reaches or exceeds the predetermined value of 0.001 (Ω/%), and the value is 9%. As a method of obtaining the SOC change point, the SOC at the intersection of a straight line approximating the value of the SOC 5% or less region (change zone) and the approximation of the value of the SOC 30% or more and 50% or less region (constant zone). 5.5% may be used.

SOC変化点(TSOC)の取得には、各種の方法を用いることができる。例えば、SOC変化点TSOCは、リアクタンスがインピーダンス底値ZBよりも、ΔZだけ大きいSOCでもよい。ΔZは例えばインピーダンス底値ZBの1%以上100%以下である。ΔZはリアクタンスの絶対値によって設定されてもよい。 Various methods can be used to acquire the SOC change point (TSOC). For example, the SOC change point TSOC may be an SOC where the reactance is larger than the impedance bottom value ZB by ΔZ. ΔZ is, for example, 1% or more and 100% or less of the impedance bottom value ZB. ΔZ may be set by the absolute value of reactance.

図3~図6に示すリアクタンスは、変化ゾーンにおいてリアクタンスが増加している。しかし、インピーダンス特性の種類によっては、変化ゾーンにおいてインピーダンス特性が減少することもある。 The reactances shown in FIGS. 3-6 show an increase in reactance in the transition zone. However, depending on the type of impedance characteristic, the impedance characteristic may decrease in the change zone.

<ステップS50>第3の工程(温度とインピーダンス底値ZBとの関係取得)
図7に示すインピーダンス底値ZBと温度との関係が図3~図6から取得される。また、図8に示すようなSOC変化点(TSOC)と温度との関係も取得される。
<Step S50> Third step (acquisition of relationship between temperature and impedance bottom value ZB)
The relationship between impedance bottom value ZB and temperature shown in FIG. 7 is obtained from FIGS. Also, the relationship between the SOC change point (TSOC) and the temperature as shown in FIG. 8 is acquired.

これらの関係は、数式として取得されてもよいし、表として取得されてもよい。後述するように、測定点と測定点との間を近似して用いることができるため、これらの関係は数式として取得されることが好ましい。すなわち、これらの関係は、実際に測定された温度におけるデータだけで構成されているわけではない。 These relationships may be obtained as mathematical expressions or as tables. As will be described later, it is preferable to obtain these relationships as mathematical formulas, since the relationship between measurement points can be approximated and used. That is, these relationships do not consist only of data at actually measured temperatures.

<ステップS60>第4の工程(第2の電池のデータ記憶)
すでに説明したように、ステップS10~S50において取得された第2の電池のデータ(SOC変化点と温度との関係、および、インピーダンス底値と温度との関係)は、複数の電池システム1の共通データである。すなわち、複数の電池システム1を生産するにあたって、第2の電池のデータが取得され、それぞれのメモリ31に記憶される。
<Step S60> Fourth step (data storage of second battery)
As already described, the second battery data (the relationship between the SOC change point and the temperature and the relationship between the impedance bottom value and the temperature) obtained in steps S10 to S50 are common data for the plurality of battery systems 1. is. That is, in producing a plurality of battery systems 1, data of the second battery is acquired and stored in each memory 31. FIG.

複数の第2の電池に対してステップS10~S50の処理が行われ、取得された複数の第2の電池のデータが例えば平均化され、メモリ31に記憶されてもよい。 The processing of steps S10 to S50 may be performed on a plurality of second batteries, and the acquired data of the plurality of second batteries may be averaged and stored in the memory 31 .

<ステップS70~S90>組電池の測定工程
組電池20に含まれる複数の第1の電池10は、いずれも第2の電池と同じ仕様であるが、それぞれのSOCは未知である。例えば、電池システム1によって組電池20は出荷検査される。
<Steps S70 to S90> Assembled Battery Measurement Process Each of the plurality of first batteries 10 included in the assembled battery 20 has the same specifications as the second battery, but the SOC of each is unknown. For example, the battery system 1 inspects the assembled battery 20 before shipment.

組電池20に含まれる複数の第1の電池10のSOC分布を推定するために、複数の第1の温度における組電池20のリアクタンスが測定される。電源40は、第2の電池のデータが測定されたときと同じ周波数の交流信号を組電池20に、印加する。 In order to estimate the SOC distribution of the plurality of first batteries 10 included in the assembled battery 20, reactances of the assembled battery 20 are measured at a plurality of first temperatures. The power supply 40 applies to the assembled battery 20 an AC signal of the same frequency as when the data of the second battery was measured.

第2の電池の測定値との整合のため、組電池20に印可される測定信号の振幅は、組電池20に含まれる第1の電池10の数に応じて設定される。例えば、組電池20が20個の第1の電池10を含む場合には、組電池20の測定信号の振幅は、第2の電池の測定信号の20倍とする。 The amplitude of the measurement signal applied to the assembled battery 20 is set according to the number of first batteries 10 included in the assembled battery 20 for matching with the measured value of the second battery. For example, if the battery pack 20 includes 20 first batteries 10, the amplitude of the measurement signal for the battery pack 20 is 20 times the amplitude of the measurement signal for the second battery.

温度制御部32Aが、センサ29Aが検出する組電池20の温度が所定の第1の温度となるように温度調整装置29を制御する。温度調整装置29は、例えば、ヒーターおよびペルチェ素子を有する。組電池20の温度が、複数の第1の温度のうちの1つである、例えば、45℃となるように、温度調整装置29が温度制御部32Aによって制御される。温度調整装置29、温度制御部32Aおよびセンサ29Aは、複数の組電池20の共通でもよい。例えば、複数の組電池20が所定の温度に調整された恒温槽に配置される。 The temperature control unit 32A controls the temperature adjustment device 29 so that the temperature of the assembled battery 20 detected by the sensor 29A becomes a predetermined first temperature. The temperature adjustment device 29 has, for example, a heater and a Peltier element. The temperature controller 32A controls the temperature controller 29 so that the temperature of the assembled battery 20 is one of the plurality of first temperatures, for example, 45°C. The temperature adjusting device 29, the temperature control section 32A and the sensor 29A may be common to the plurality of assembled batteries 20. FIG. For example, a plurality of assembled batteries 20 are arranged in a constant temperature bath adjusted to a predetermined temperature.

ステップS70において、第1の温度における測定が行われる。ステップS80では、予め設定されている複数の第1の温度における測定が全て終了した場合(Yes)には、ステップS100に移行する。測定が終了していない場合(No)では、ステップS90において、温度が別の第1の温度に変更される。そして、再び、ステップS70において、組電池20のリアクタンスが測定される。 In step S70, measurements are made at a first temperature. In step S80, when all the measurements at a plurality of preset first temperatures are completed (Yes), the process proceeds to step S100. If the measurement has not finished (No), the temperature is changed to another first temperature in step S90. Then, in step S70 again, the reactance of the assembled battery 20 is measured.

複数の第1の温度のうちの最低温度である-20℃以下に冷却されている組電池20を、最高温度である45℃以上の環境に放置して、組電池20の温度が上昇することを利用して、複数の第1の温度におけるリアクタンスを測定してもよい。45℃以上に加温した組電池20を-20℃以下の環境に放置して測定してもよい。温度制御部32Aおよび温度調整装置29は、本発明の必須構成要素ではない。 The temperature of the assembled battery 20 is raised by leaving the assembled battery 20 cooled to −20° C. or lower, which is the lowest temperature among the plurality of first temperatures, in an environment of 45° C. or higher, which is the highest temperature. may be used to measure the reactance at a plurality of first temperatures. The assembled battery 20 heated to 45° C. or higher may be left in an environment of −20° C. or lower for measurement. The temperature control section 32A and the temperature adjustment device 29 are not essential components of the present invention.

第1の温度の数は第2の温度の数と同じでも良い。ただし、処理時間短縮のため、第1の温度の数は、第2の温度の数よりも少ないことが好ましい。例えば、第2の温度の数が101であっても、第1の温度の数は10以下であることが好ましい。 The number of first temperatures may be the same as the number of second temperatures. However, in order to shorten the processing time, it is preferable that the number of first temperatures is less than the number of second temperatures. For example, even if the number of second temperatures is 101, it is preferable that the number of first temperatures is 10 or less.

<ステップS100>組電池20のSOC分布の推定工程
組電池20の複数の第1の温度におけるリアクタンスと、メモリ31に記憶されている第2の電池のデータ(図7、図8)と、から、演算回路34によって、組電池20のSOC分布が推定される。
<Step S100> Step of estimating SOC distribution of assembled battery 20 From the reactance of the assembled battery 20 at a plurality of first temperatures and the second battery data (FIGS. 7 and 8) stored in the memory 31, , the arithmetic circuit 34 estimates the SOC distribution of the assembled battery 20 .

図9の下部の点線は図7に示した温度と第2の電池のインピーダンス底値ZBとの関係を示すグラフである。直列接続された4個の第2の電池のインピーダンス底値ZBは、実線に示すように、4ZBとなる。図9の上部は図8に示した温度とSOC変化点TSOCとの関係を示すグラフである。 The dotted line at the bottom of FIG. 9 is a graph showing the relationship between the temperature shown in FIG. 7 and the impedance bottom value ZB of the second battery. The impedance bottom value ZB of the four second batteries connected in series is 4ZB as indicated by the solid line. The upper part of FIG. 9 is a graph showing the relationship between the temperature shown in FIG. 8 and the SOC change point TSOC.

図9の下部のグラフの黒円は、組電池20のリアクタンス(-Z``)の一例を示している。組電池20のリアクタンスは、-20℃および0℃ではインピーダンス底値ZB20よりも大きく、25℃および45℃ではインピーダンス底値ZB20とほぼ同じである。 A black circle in the graph at the bottom of FIG. 9 indicates an example of the reactance (−Z′′) of the assembled battery 20 . The reactance of the assembled battery 20 is greater than the impedance bottom value ZB20 at -20°C and 0°C, and is substantially equal to the impedance bottom value ZB20 at 25°C and 45°C.

図9の上部のグラフから、温度0℃におけるTSOCは38%であり、温度25℃におけるTSOCは20%である。このため、組電池20には、SOCが20%未満の第1の電池だけでなく、SOCが38%未満20%以上の第1の電池が含まれていることが推定される。 From the upper graph of FIG. 9, the TSOC at a temperature of 0° C. is 38% and the TSOC at a temperature of 25° C. is 20%. Therefore, it is estimated that the assembled battery 20 includes not only first batteries with an SOC of less than 20%, but also first batteries with an SOC of less than 38% and 20% or more.

これに対して、例えば、組電池20のリアクタンスが、25℃以下ではインピーダンス底値ZB20よりも大きく、45℃ではインピーダンス底値ZB20と、ほぼ同じである場合には、組電池20には、SOCが10%未満の第1の電池だけでなく、SOCが20%未満10%以上の第1の電池が含まれていることが推定される。 On the other hand, for example, if the reactance of the assembled battery 20 is greater than the impedance bottom value ZB20 at 25° C. or lower and is substantially the same as the impedance bottom value ZB20 at 45° C., the assembled battery 20 has an SOC of 10. %, as well as first batteries with an SOC of less than 20% and 10% or more are included.

組電池20が含む第1の電池10の数は、特に制限はないが、10個以上であれば所望の電圧が得られ、100個以下であればSOC分布の推定が容易である。多くの第1の電池10を含む組電池20は、インピーダンス底値ZB20が大きくなる。そして、そのインピーダンス底値ZB20よりも、さらに大きいリアクタンスとなる温度をもとに、SOC分布が推定される。 The number of the first batteries 10 included in the assembled battery 20 is not particularly limited, but if the number is 10 or more, a desired voltage can be obtained, and if the number is 100 or less, the SOC distribution can be easily estimated. The assembled battery 20 including many first batteries 10 has a large impedance bottom value ZB20. Then, the SOC distribution is estimated based on the temperature at which the reactance becomes even larger than the impedance bottom value ZB20.

組電池20に基準値外のSOCの第1の電池10が含まれていることを推定するだけであれば、メモリ31には第2の電池のSOC変化点と温度との関係が記憶されていなくともよい。ただし、SOC変化点と温度との関係が記憶されているメモリ31を含む電池システム1では、基準値がTSOCであることが明確である。 If it is only assumed that the assembled battery 20 includes the first battery 10 with an SOC outside the reference value, the memory 31 stores the relationship between the SOC change point and the temperature of the second battery. No need. However, in the battery system 1 including the memory 31 in which the relationship between the SOC change point and the temperature is stored, it is clear that the reference value is the TSOC.

以上の説明では、SOCが50%以下の場合、すなわち、SOC変化点の範囲が、60%以下の場合の推定方法であった。しかし、同じようにSOCが50%超のSOCを推定することもできる。高SOC範囲を推定するには、図5等に示したバスタブ型曲線の右側(高SOC範囲)のコンスタントゾーンと変化ゾーンとの境界をSOC変化点として用いる。低SOC範囲における第2の電池のデータと、高SOC範囲における第2の電池のデータとが、メモリ31に記憶されていてもよい。 In the above description, the estimation method is used when the SOC is 50% or less, that is, when the SOC change point range is 60% or less. However, it is also possible to estimate SOC above 50% in the same way. To estimate the high SOC range, the boundary between the constant zone and the change zone on the right side (high SOC range) of the bathtub curve shown in FIG. 5 etc. is used as the SOC change point. Data of the second battery in the low SOC range and data of the second battery in the high SOC range may be stored in the memory 31 .

第1の電池10は、リチウムイオン電池に限られるものではなく、例えばリチウムポリマー電池、または、リチウム硫黄電池でもよい。第1の電池10は、電解質が固体電解質である全固体電池でもよい。第1の電池10は、隣り合う電池(セル)が、正極と負極とが共通の集電体を有するバイポーラ電池でもよい。第1の電池10は、電解質が固体電解質であるバイポーラ全固体電池でもよい。複数の組電池20が並列に接続されていてもよい。 The first battery 10 is not limited to a lithium ion battery, and may be, for example, a lithium polymer battery or a lithium sulfur battery. The first battery 10 may be an all-solid battery in which the electrolyte is a solid electrolyte. The first battery 10 may be a bipolar battery in which adjacent batteries (cells) have a common current collector for the positive electrode and the negative electrode. The first battery 10 may be a bipolar all-solid battery in which the electrolyte is a solid electrolyte. A plurality of assembled batteries 20 may be connected in parallel.

本実施形態では、インピーダンス特性は、リアクタンスであり、測定周波数は100mHzであった。しかし、インピーダンス特性の種類、周波数、および印加電圧等の測定条件は、電池の仕様によって適宜、選択可能である。 In this embodiment, the impedance characteristic was reactance, and the measurement frequency was 100 mHz. However, the measurement conditions such as the type of impedance characteristic, frequency, and applied voltage can be appropriately selected depending on the specifications of the battery.

すでに説明したように、インピーダンス特性として、リアクタンスに替えて、SOCとの関係がバスタブ型である、レジスタンスZ`(図10)、インピーダンス絶対値|Z|(図11)、または、位相角θ(不図示)を用いることもできる。ただし、温度に対するTSOCの変化が最も顕著であるために、インピーダンス特性として、リアクタンスを使うことが好ましい。 As already explained, instead of the reactance, the impedance characteristic may be the resistance Z′ (FIG. 10), the impedance absolute value |Z| (FIG. 11), or the phase angle θ ( (not shown) can also be used. However, it is preferable to use reactance as the impedance characteristic because the change in TSOC with respect to temperature is the most significant.

インピーダンス特性の測定周波数は高いほど短時間での測定が可能であるが、インピーダンス特性の変化が顕著ではなくなる傾向があり。このため、周波数は10mHz以上500mHz以下であることが好ましい。 The higher the impedance characteristic measurement frequency is, the shorter the measurement time is. Therefore, the frequency is preferably 10 mHz or more and 500 mHz or less.

複数の周波数を用いることによって、単一周波数を用いた測定よりも精度の高い測定が可能である。例えば、周波数50mHz、100mHz、150mHzにおいて、それぞれの工程を行い、温度に対するTSOCの変化が顕著な周波数による測定結果を組み合わせることで測定精度が向上する。 By using multiple frequencies, more accurate measurements are possible than measurements using a single frequency. For example, each step is performed at frequencies of 50 mHz, 100 mHz, and 150 mHz, and the measurement accuracy is improved by combining the measurement results at frequencies at which TSOC changes significantly with respect to temperature.

<変形例>
変形例の電池状態推定方法および電池システム1Aは、実施形態の電池状態推定方法および電池システム1と類似しており、同じ効果を有しているので同じ機能の構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
<Modification>
The battery state estimation method and battery system 1A of the modified example are similar to the battery state estimation method and battery system 1 of the embodiment, and have the same effects, so the same reference numerals are given to components having the same functions. Description is omitted.

実施形態の電池状態推定方法を用いて推定されるSOC範囲は、複数の第1の温度の数が少ない場合等には、広い範囲であり精度が高くない場合がある。精度を高くするために、第1の温度の数を増加すると、推定時間が長くなる。 The SOC range estimated using the battery state estimation method of the embodiment may be a wide range and not highly accurate when the number of first temperatures is small. Increasing the number of first temperatures to increase accuracy increases the estimation time.

これに対して、変形例の推定方法では、第1の温度での測定結果に基づき、第1の温度の温度範囲よりも狭い第3の温度範囲において測定することによって、推定時間の増加を最小限としながらも、推定されるSOC範囲の精度を高めること、言い替えれば、推定されるSOC範囲を狭い範囲に絞り込むことができる。 On the other hand, in the estimation method of the modification, an increase in estimation time is minimized by measuring in a third temperature range narrower than the temperature range of the first temperature based on the measurement result at the first temperature. Although limited, the accuracy of the estimated SOC range can be improved, in other words, the estimated SOC range can be narrowed down.

変形例の電池状態推定方法のフローチャートを図12に示す。 FIG. 12 shows a flowchart of the battery state estimation method of the modification.

<ステップS10-S100>SOC範囲推定サブルーチン
すでに説明したステップS10-S100の処理が行われる。
<Steps S10-S100> SOC Range Estimation Subroutine The processing of steps S10-S100 already described is performed.

<ステップS110>(SOC範囲は所望の精度?)
ステップS10-S100(SOC範囲推定サブルーチン)において推定されたSOC範囲が所望の精度であるかどうかが、コントローラ32によって判定される。例えば、SOCが20%未満の第1の電池だけでなく、SOCが38%未満20%以上の第1の電池が含まれているとの推定されたSOC分布が、所望の精度を満たしていないと判断される(No)と、工程はステップS120に移行する。
<Step S110> (Is the SOC range the desired accuracy?)
Controller 32 determines whether the SOC range estimated in steps S10-S100 (SOC range estimation subroutine) is of desired accuracy. For example, the estimated SOC distribution that includes not only the first batteries with an SOC of less than 20% but also the first batteries with an SOC of less than 38% and 20% or more does not meet the desired accuracy (No), the process proceeds to step S120.

<ステップS120>第3の温度の設定
リアクタンスが、インピーダンス底値ZB20よりも大きくなった温度と、それよりも高い温度との間に、複数の第1の温度が設定される。すなわち、図13に示すように、第1の温度の範囲TW1よりも狭い温度範囲TW2の複数の第3の温度がコントローラ32によって再設定される。
<Step S120> Setting of Third Temperature A plurality of first temperatures are set between the temperature at which the reactance becomes greater than the impedance bottom value ZB20 and the higher temperature. That is, as shown in FIG. 13, the controller 32 resets a plurality of third temperatures in a temperature range TW2 narrower than the first temperature range TW1.

例えば、複数の第3の温度として、0℃と25℃との間に、5℃、10℃、15℃、20℃が再設定される。 For example, 5°C, 10°C, 15°C, and 20°C are reset as the plurality of third temperatures between 0°C and 25°C.

<ステップS130~S150>第1の電池の再測定工程
ステップS70~ステップS90と同じように、複数の第3の温度における組電池20のインピーダンス特性(リアクタンス)が測定回路33によって測定される。
<Steps S130 to S150> First Battery Re-Measurement Process Similar to steps S70 to S90, the measurement circuit 33 measures the impedance characteristics (reactance) of the assembled battery 20 at a plurality of third temperatures.

<ステップS160>組電池のSOC分布の再推定工程
ステップS100と同じように、組電池20の複数の第3の温度におけるリアクタンスと、第2の電池のデータと、から第1の電池10のSOC範囲が演算回路34によって推定される。
<Step S160> Step of re-estimating the SOC distribution of the assembled battery As in step S100, the SOC of the first battery 10 is obtained from the reactance of the assembled battery 20 at a plurality of third temperatures and the data of the second battery. A range is estimated by arithmetic circuit 34 .

例えば、図13の下部のグラフに黒円で示されている組電池20のリアクタンスは、15℃以下ではインピーダンス底値ZB20よりも大きく、20℃以上ではインピーダンス底値ZB20と、ほぼ同じである。 For example, the reactance of the assembled battery 20 indicated by black circles in the lower graph of FIG. 13 is greater than the impedance bottom value ZB20 at 15° C. or lower, and substantially equal to the impedance bottom value ZB20 at 20° C. or higher.

図13の上部のグラフから、組電池20には、SOCが23%未満の第1の電池だけでなく、SOCが27%未満23%以上の第1の電池が含まれていることが推定される。 From the upper graph in FIG. 13, it is estimated that the assembled battery 20 includes not only first batteries with an SOC of less than 23%, but also first batteries with an SOC of less than 27% and 23% or more. be.

ステップS160において推定されるSOCの閾値範囲は、27%~23%であり、ステップS90(第5の工程)において推定された閾値範囲38%~20%よりも精度が高い。 The SOC threshold range estimated in step S160 is 27% to 23%, which is more accurate than the threshold range of 38% to 20% estimated in step S90 (fifth step).

ステップS110において、SOC範囲が所望の精度を満たしている場合(Yes)には、処理が終了する。もし、SOC範囲が未だ所望の精度を満たしていないと判断される(No)と、工程は再び、ステップS120に移行する。この場合に再々設定される温度範囲が、再設定された第3の温度の範囲(TW2)よりも更に狭くなる。 In step S110, if the SOC range satisfies the desired accuracy (Yes), the process ends. If it is determined that the SOC range still does not meet the desired accuracy (No), the process moves to step S120 again. In this case, the temperature range reset again becomes narrower than the reset third temperature range (TW2).

以上の説明では、所定のSOCを基準とし、基準から外れた第1の電池10の有無を推定する例を示した。さらに詳細な測定および解析によって、さらに詳細な分布を推定することもできる。 In the above description, an example of estimating the presence or absence of the first battery 10 deviating from the standard with a predetermined SOC as the standard has been shown. A more detailed distribution can be estimated by more detailed measurements and analysis.

例えば、図14において黒円で示されている組電池20のリアクタンスは、温度T1~T2の間で、インピーダンス底値ZB20よりも大きくなっている。言い替えれば、傾きが変化する変化点(変曲点)がある。このため、組電池20には、SOCが範囲Aの第1の電池10が含まれていることが推定される。さらに、インピーダンス底値ZB20から、ΔZ1増加していることから、ΔZ1と第2の電池1個の場合のインピーダンス底値ZBからのインピーダンス増加量との比較によって、範囲AのSOCの第1の電池10の数も推定できる。 For example, the reactance of the assembled battery 20 indicated by black circles in FIG. 14 is greater than the impedance bottom value ZB20 between temperatures T1 and T2. In other words, there is a change point (inflection point) where the slope changes. Therefore, it is estimated that the first battery 10 having the SOC in the range A is included in the assembled battery 20 . Furthermore, since the impedance bottom value ZB20 is increased by ΔZ1, by comparing ΔZ1 with the impedance increase amount from the impedance bottom value ZB in the case of one second battery, the first battery 10 with the SOC in the range A A number can also be estimated.

リアクタンスの温度依存性には、温度T3~T4の間に、再び、リアクタンスが急上昇している変化点がある。このため、組電池20には、SOCが範囲Bの第1の電池10が含まれていることが推定される。さらに、変曲点においてΔZ2増加していることから、ΔZ2と第2の電池1個の場合のインピーダンス増加量との比較によって、範囲BのSOCの第1の電池10の数も推定できる。 The temperature dependence of the reactance has a change point between temperatures T3 and T4 where the reactance rises sharply again. Therefore, it is estimated that the first battery 10 having the SOC in the range B is included in the assembled battery 20 . Furthermore, since there is an increase by ΔZ2 at the inflection point, the number of first batteries 10 with an SOC in range B can also be estimated by comparing ΔZ2 with the amount of impedance increase in the case of one second battery.

<周波数の決定方法>
すでに説明したように、最適の測定周波数を決定するには、SOCが異なる複数の第2の電池のインピーダンス特性の周波数依存性を、それぞれ測定する必要があった。
<Frequency determination method>
As already explained, in order to determine the optimum measurement frequency, it was necessary to measure the frequency dependence of the impedance characteristics of a plurality of second batteries with different SOCs.

1つの第2の電池のインピーダンス特性の周波数依存性を測定するだけでも、最適の測定周波数を決定することもできる。 The optimum measurement frequency can also be determined by simply measuring the frequency dependence of the impedance characteristics of one second battery.

<複素インピーダンス測定工程>
本方法では、測定周波数を決定するために、所定の充電状態である第1のSOCの第2の電池の複素インピーダンス(レジスタンスZ`およびリアクタンスZ``)の周波数特性が測定される。
<Complex impedance measurement process>
In this method, the frequency characteristic of the complex impedance (resistance Z′ and reactance Z′′) of the second battery at the first SOC at a given state of charge is measured to determine the measurement frequency.

第1のSOCは、SOC推定の基準となる2つのSOC(第1のSOCおよび第2のSOC)のうちの、リアクタンスが小さいSOCである。例えば、低SOC範囲の変化ゾーンのSOC推定を行う場合には、SOC20%が第1のSOCであり、SOC10%が第2のSOCである。 The first SOC is the SOC with the smaller reactance, of the two SOCs (the first SOC and the second SOC) that serve as the reference for SOC estimation. For example, when estimating the SOC of a change zone in the low SOC range, SOC 20% is the first SOC and SOC 10% is the second SOC.

第1のSOCと第2のSOCとの差は、5%以上20%以下であることが好ましい。前記範囲内であれば、推定精度が高い。 The difference between the first SOC and the second SOC is preferably 5% or more and 20% or less. If it is within the above range, the estimation accuracy is high.

複素インピーダンスの周波数特性の測定では、例えば、振幅5mVの交流信号が、周波数を高周波(1kHz)から低周波(10mHz)に変化しながら、第2の電池に印加される。 In the measurement of the frequency characteristic of complex impedance, for example, an AC signal with an amplitude of 5 mV is applied to the second battery while changing the frequency from a high frequency (1 kHz) to a low frequency (10 mHz).

図15は、第2の電池の複素インピーダンスの周波数特性を示すコールコールプロットである。コールコールプロットは、横軸がインピーダンスの実数成分(レジスタンスZ`)であり縦軸がインピーダンスの虚数成分(リアクタンス-Z``)である。正極と負極とを有する二次電池のコールコールプロットは、負極反応に相当する高周波領域の半円と、正極反応に相当する低周波領域の半円と、拡散抵抗成分に相当する傾き45度の直線と、に分解できる。 FIG. 15 is a Cole-Cole plot showing frequency characteristics of the complex impedance of the second battery. In the Cole-Cole plot, the horizontal axis is the real component of impedance (resistance Z') and the vertical axis is the imaginary component of impedance (reactance-Z'). A Cole-Cole plot of a secondary battery having a positive electrode and a negative electrode has a semicircle in the high frequency region corresponding to the negative electrode reaction, a semicircle in the low frequency region corresponding to the positive electrode reaction, and a slope of 45 degrees corresponding to the diffusion resistance component. can be decomposed into a straight line and

<第1の周波数の取得>
図16は、図15の部分拡大図である。図16に示すように、コールコールプロットにおいて拡散抵抗成分に相当する傾き45度の直線とリアクタンスがゼロの直線との交点、すなわち、拡散抵抗成分がゼロとなる点Oが算出される。そして、点OのレジスタンスZ`と同じレジスタンスZ`となるコールコールプロットの測定点Aの周波数が、第1の周波数f1として取得される。なお、測定点Aは拡散抵抗成分がゼロとなる最も低い周波数である。
<Acquisition of first frequency>
16 is a partially enlarged view of FIG. 15. FIG. As shown in FIG. 16, in the Cole-Cole plot, the intersection of the straight line with a slope of 45 degrees corresponding to the diffusion resistance component and the straight line with zero reactance, that is, the point O at which the diffusion resistance component is zero is calculated. Then, the frequency of the measurement point A of the Cole-Cole plot, which has the same resistance Z' as the resistance Z' of the point O, is obtained as the first frequency f1. Note that the measurement point A is the lowest frequency at which the diffusion resistance component becomes zero.

図16に示す例では、点Oのインピーダンス実数成分Z`は、45mΩであり、同じレジスタンスZ`となる点Aの第1の周波数f1は、610mHzである。 In the example shown in FIG. 16, the impedance real component Z' at point O is 45 mΩ, and the first frequency f1 at point A with the same resistance Z' is 610 mHz.

<第2の周波数の取得>
コールコールプロットにおいて、拡散抵抗成分を含む領域において、リアクタンスが、第1の周波数f1と同じである周波数が、第2の周波数f2として取得される。拡散抵抗成分を含む領域は、言い替えれば、第1の周波数f1よりも低周波の領域である。
<Acquisition of the second frequency>
In the Cole-Cole plot, the frequency at which the reactance is the same as the first frequency f1 in the region containing the diffusion resistance component is obtained as the second frequency f2. The region containing the diffusion resistance component is, in other words, a region of frequencies lower than the first frequency f1.

図16に示す例では、点Aのリアクタンスは、6.8mΩであり、同じリアクタンスとなる点Bの第2の周波数f2は、40mHzである。 In the example shown in FIG. 16, the reactance at point A is 6.8 mΩ, and the second frequency f2 at point B, which results in the same reactance, is 40 mHz.

<測定周波数決定>
第1の周波数f1以下第2の周波数f2以上の範囲の周波数Fが決定される。例えば、コールコールプロットの第1の周波数f1の点と第2の周波数f2の点とを結ぶ直線の中点Cのリアクタンスとなる周波数が測定周波数Fとして決定される。図16に示したコールコールプロットでは、100mHzが測定周波数Fとして決定される。
<Measurement frequency determination>
A frequency F in the range below the first frequency f1 and above the second frequency f2 is determined. For example, the measurement frequency F is determined as the reactance frequency at the middle point C of the straight line connecting the point of the first frequency f1 and the point of the second frequency f2 on the Cole-Cole plot. 100 mHz is determined as the measurement frequency F in the Cole-Cole plot shown in FIG.

図15から明らかなように、周波数Fの範囲f1-f2は、正極反応に相当する低周波領域の半円の範囲である。すなわち、本変形例では、二次電池の正極反応におけるリアクタンスの変化をもとにSOCが推定される。 As is clear from FIG. 15, the range f1-f2 of the frequency F is a semicircular range in the low frequency region corresponding to the positive electrode reaction. That is, in this modified example, the SOC is estimated based on the change in reactance in the positive electrode reaction of the secondary battery.

周波数Fが前記範囲であれば、リアクタンスの変化率が大きい。例えば、リアクタンスの変化率((Z10-Z20)/Z20)は、第1の周波数f1においては620%であり、第2の周波数f2においては、680%であり、100mHzにおいては1100%であった。 If the frequency F is within the above range, the rate of change in reactance is large. For example, the reactance change rate ((Z10-Z20)/Z20) was 620% at the first frequency f1, 680% at the second frequency f2, and 1100% at 100 mHz. .

従来の方法では、SOC10%の電池およびSOC20%の電池のリアクタンスの周波数特性を、それぞれ測定し、さらに、SOCに対するリアクタンスの変化率の周波数依存性を取得し、変化率が最大値となる周波数が算出される。従来の方法では、周波数125mHzにおいて、変化率は最大値1150%となった。 In the conventional method, the reactance frequency characteristics of a battery with an SOC of 10% and a battery with an SOC of 20% are measured, and the frequency dependence of the rate of change of the reactance with respect to the SOC is obtained. Calculated. In the conventional method, the maximum rate of change was 1150% at a frequency of 125 mHz.

本方法では、例えば、SOC20%の電池のリアクタンスの周波数特性を測定するだけで、従来の方法に匹敵するインピーダンス変化率が得られている。 In this method, for example, by simply measuring the frequency characteristics of the reactance of a battery with an SOC of 20%, an impedance change rate comparable to that of the conventional method is obtained.

本方法では、適切な測定周波数を含む第2の電池のデータを用いることによって、第1の電池10のSOCを精度良く容易に推定できる。 In this method, the SOC of the first battery 10 can be easily estimated with high accuracy by using the data of the second battery including an appropriate measurement frequency.

本発明は、上述した実施形態等に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変、構成要素の組み合わせ等が可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiments and the like. Various changes, alterations, combinations of components, etc. are possible for the present invention without departing from the gist of the present invention.

1、1A…電池システム
10…第1の電池
20…組電池
29…温度調整装置
29A…温度センサ
31…メモリ
32…コントローラ
32A…温度制御部
33…測定回路
34…演算回路
40…電源
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1A...Battery system 10...First battery 20...Battery pack 29...Temperature adjustment device 29A...Temperature sensor 31...Memory 32...Controller 32A...Temperature control part 33...Measurement circuit 34...Arithmetic circuit 40...Power supply

Claims (10)

複数の第1の電池が直列接続された組電池の、所定の周波数におけるインピーダンス特性が、複数の第1の温度のそれぞれにおいて測定される工程と、
前記組電池の前記複数の第1の温度における前記インピーダンス特性と、予め記憶されている第2の電池のデータと、を用いて、前記複数の第1の電池の充電状態の分布が推定される工程と、を具備し、
前記第2の電池の前記データは、
前記第1の電池と同じ仕様の前記第2の電池の前記周波数における前記インピーダンス特性が、複数の充電状態、および、複数の第2の温度において、測定される第1の工程と、
前記複数の第2の温度のそれぞれにおいて、充電状態の変化に応じて前記インピーダンス特性が変化しはじめる充電状態であるSOC変化点、および、変化しはじめる前の前記インピーダンス特性であるインピーダンス底値と、が取得される第2の工程と、
前記インピーダンス底値と温度との関係を含む前記第2の電池の前記データが取得される第3の工程と、
前記第2の電池の前記データを記憶する第4の工程と、によって取得され記憶されることを特徴とする電池状態推定方法。
a step of measuring, at each of a plurality of first temperatures, impedance characteristics at a predetermined frequency of an assembled battery in which a plurality of first batteries are connected in series;
A distribution of state of charge of the plurality of first batteries is estimated using the impedance characteristics of the assembled battery at the plurality of first temperatures and prestored data of the second batteries. and
The data of the second battery is
a first step wherein the impedance characteristic at the frequency of the second battery of the same specification as the first battery is measured at a plurality of states of charge and at a plurality of second temperatures;
At each of the plurality of second temperatures, an SOC change point, which is the state of charge at which the impedance characteristic begins to change in response to a change in the state of charge, and an impedance bottom value, which is the impedance characteristic before the change begins. a second step obtained;
a third step in which the data of the second battery including the relationship between the impedance floor and temperature is obtained;
and a fourth step of storing the data of the second battery.
前記第2の電池の前記データが、前記SOC変化点と前記温度との関係を含むことを特徴とする請求項1に記載の電池状態推定方法。 2. The battery state estimation method according to claim 1, wherein said data of said second battery includes a relationship between said SOC change point and said temperature. 前記インピーダンス特性が、リアクタンスであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電池状態推定方法。 3. The battery state estimation method according to claim 1, wherein the impedance characteristic is reactance. 前記所定の周波数は、第1の周波数以下、第2の周波数以上であり、
前記第1の周波数は、所定の充電状態の前記第2の電池の複素インピーダンスの周波数特性であるコールコールプロットにおいて拡散抵抗成分がゼロの領域における最も低い周波数であり、
前記第2の周波数は、前記コールコールプロットにおいて前記拡散抵抗成分を含む領域における、リアクタンスが前記第1の周波数と同じである周波数であることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の電池状態推定方法。
the predetermined frequency is equal to or lower than the first frequency and equal to or higher than the second frequency;
The first frequency is the lowest frequency in a region where the diffusion resistance component is zero in a Cole-Cole plot, which is the frequency characteristic of the complex impedance of the second battery in a predetermined state of charge,
4. The second frequency is a frequency having the same reactance as the first frequency in a region including the diffusion resistance component in the Cole-Cole plot. 2. The battery state estimation method according to item 1.
前記所定の周波数が、10mHz以上500mHz以下であることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の電池状態推定方法。 The battery state estimation method according to any one of claims 1 to 4, wherein the predetermined frequency is 10 mHz or more and 500 mHz or less. 推定された前記組電池の充電状態の分布に基づいて、前記組電池の前記インピーダンス特性が、前記複数の第1の温度の範囲よりも、狭い範囲の複数の第3の温度において測定される工程と、
前記組電池の前記複数の第3の温度における前記インピーダンス特性と、前記第2の電池のデータとを用いて、前記組電池の充電状態の分布が再度、推定される工程と、をさらに具備することを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の電池状態推定方法。
a step of measuring the impedance characteristics of the assembled battery at a plurality of third temperatures within a narrower range than the plurality of first temperature ranges based on the estimated distribution of the state of charge of the assembled battery; When,
estimating again the distribution of the state of charge of the assembled battery using the impedance characteristics of the assembled battery at the plurality of third temperatures and the data of the second battery. The battery state estimation method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that:
前記第2の電池の前記データを用いて、複数の組電池の分布が推定されることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の電池状態推定方法。 The battery state estimation method according to any one of claims 1 to 6, wherein distribution of a plurality of assembled batteries is estimated using the data of the second battery. 複数の第1の電池が直列接続された組電池と、
前記組電池の所定の周波数におけるインピーダンス特性を、複数の第1の温度において測定する測定手段と、
前記第1の電池と同じ仕様の第2の電池の、複数の第2の温度のそれぞれにおける、前記所定の周波数における前記インピーダンス特性が充電状態の変化に応じて変化しはじめる前の前記インピーダンス特性であるインピーダンス底値と前記複数の第2の温度との関係を含む前記第2の電池のデータが記憶されている記憶手段と、
前記組電池の前記複数の第1の温度における前記インピーダンス特性と、前記記憶手段が記憶している前記第2の電池の前記データとから、前記組電池の充電状態の分布を推定する演算手段と、を具備し、
前記第2の電池のデータが、前記インピーダンス特性が充電状態の変化に応じて変化しはじめる充電状態であるSOC変化点と前記複数の第2の温度との関係を含むことを特徴とする電池システム。
an assembled battery in which a plurality of first batteries are connected in series;
measuring means for measuring impedance characteristics of the assembled battery at a predetermined frequency at a plurality of first temperatures;
The impedance characteristics of a second battery having the same specifications as the first battery, at each of a plurality of second temperatures, before the impedance characteristics at the predetermined frequency start to change according to changes in the state of charge. storage means storing data of the second battery including a relationship between a certain impedance bottom value and the plurality of second temperatures;
computing means for estimating the distribution of the state of charge of the assembled battery from the impedance characteristics of the assembled battery at the plurality of first temperatures and the data of the second battery stored in the storage means; ,
The battery system , wherein the data of the second battery includes a relationship between an SOC change point, which is a state of charge at which the impedance characteristic starts to change according to a change in the state of charge, and the plurality of second temperatures. .
複数の第1の電池が直列接続された組電池と、
前記組電池の所定の周波数におけるインピーダンス特性を、複数の第1の温度において測定する測定手段と、
前記第1の電池と同じ仕様の第2の電池の、複数の第2の温度のそれぞれにおける、前記所定の周波数における前記インピーダンス特性が充電状態の変化に応じて変化しはじめる前の前記インピーダンス特性であるインピーダンス底値と前記複数の第2の温度との関係を含む前記第2の電池のデータが記憶されている記憶手段と、
前記組電池の前記複数の第1の温度における前記インピーダンス特性と、前記記憶手段が記憶している前記第2の電池の前記データとから、前記組電池の充電状態の分布を推定する演算手段と、を具備し、
前記所定の周波数は、第1の周波数以下、第2の周波数以上であり、
前記第1の周波数は、所定の充電状態の前記第2の電池の複素インピーダンスの周波数特性であるコールコールプロットにおいて拡散抵抗成分がゼロの領域における最も低い周波数であり、
前記第2の周波数は、前記コールコールプロットにおいて前記拡散抵抗成分を含む領域における、リアクタンスが前記第1の周波数と同じである周波数であることを特徴とする電池システム。
an assembled battery in which a plurality of first batteries are connected in series;
measuring means for measuring impedance characteristics of the assembled battery at a predetermined frequency at a plurality of first temperatures;
The impedance characteristics of a second battery having the same specifications as the first battery, at each of a plurality of second temperatures, before the impedance characteristics at the predetermined frequency start to change according to changes in the state of charge. storage means storing data of the second battery including a relationship between a certain impedance bottom value and the plurality of second temperatures;
computing means for estimating the distribution of the state of charge of the assembled battery from the impedance characteristics of the assembled battery at the plurality of first temperatures and the data of the second battery stored in the storage means; ,
the predetermined frequency is equal to or lower than the first frequency and equal to or higher than the second frequency;
The first frequency is the lowest frequency in a region where the diffusion resistance component is zero in a Cole-Cole plot, which is the frequency characteristic of the complex impedance of the second battery in a predetermined state of charge,
The battery system, wherein the second frequency is a frequency having the same reactance as the first frequency in a region including the diffusion resistance component in the Cole-Cole plot.
前記第1の電池の温度を増減する温度調整装置と、 a temperature adjustment device that increases or decreases the temperature of the first battery;
前記温度調整装置を制御する温度制御部と、を更に具備することを特徴とする請求項8または請求項9に記載の電池システム。 10. The battery system according to claim 8, further comprising a temperature control section that controls the temperature adjustment device.
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