JP7194384B2 - 電池状態推定方法および電池システム - Google Patents
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Description
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、前記第1の電池と同じ仕様の第2の電池の所定の周波数における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、前記組電池の前記所定の周波数における前記インピーダンス特性を測定する測定手段と、前記組電池の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、前記組電池に含まれる前記複数の第1の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の周波数と同じ周波数である。
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10が直列接続されている組電池20と、CPU30と、電源40と、温度検出手段である温度センサ29A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。
図2のフローチャートにそって、電池システム1による推定方法について説明する。
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)の所定の測定周波数、所定の温度におけるインピーダンス特性が、複数の充電状態(SOC)において測定される。
インピーダンス底値ZBおよびSOC変化点TSOCが取得される。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、低SOC側(SOC≦50%)のSOCである。
測定条件、および、SOC変化点TSOC、および、インピーダンス底値ZB、を含む第2の電池のデータが、電池システム1のメモリ31に記憶される。
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、コントローラ32の制御によって、電源40がメモリ31に記憶されている条件の測定信号を所定温度の組電池20に印加し、組電池20のリアクタンスが測定回路33によって測定される。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測定信号を、第2の電池のデータが測定されたときと略同じ温度の組電池20に印加する。
組電池20のリアクタンスと、メモリ31に記憶されている第2の電池のデータ(TSOC、ZB)と、から組電池20のSOC分布が演算回路34によって推定される。
実施形態の変形例の電池システム1A、1Bおよび変形例の電池状態推定方法は、実施形態の電池システム1および実施形態の電池状態推定方法と類似し同じ効果を有しているため、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。
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。
本変形例の推定方法では、測定周波数を決定するために、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。
図8は、図7の部分拡大図である。図8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。
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。
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8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。
実施形態の変形例2の電池システム1Bの構成を図9に示す。電池システム1Bおよび電池システム1Bによる電池状態推定方法は、電池システム1および電池システム1による電池状態推定方法と類似し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。
図10のフローチャートにそって、電池システム1Bによる電池状態推定方法について説明する。
ステップS110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1の温度における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。
図11、図12に示す、インピーダンス底値ZBおよびSOC変化点(TSOC)と、温度(第1の温度)との関係が取得される。
ZBおよびTSOCと温度との関係を含む第2の電池のデータが、メモリ31に記憶される。これらの関係、図11、12のグラフをもとにした、近似式として記憶されてもよいし、表として記憶されてもよい。
本実施形態では、SOC分布を推定する基準となる推定基準値に応じて温度が設定される。例えば、SOC10%未満の第1の電池10が含まれているかどうかを推定する場合には、図12に示したTSOCと温度との関係を用いて、温度は、42℃に設定される。同様にSOC30%を基準SOCとする場合には、温度は10℃に設定される。
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、組電池20のリアクタンスが測定される。
すでに説明したように、例えば、温度が42℃の組電池20のリアクタンスが、図11に示したZBと温度との関係を用いて取得される。インピーダンス底値ZBのk倍以下であれば、組電池20には、SOCがTSOCである10%以下の第1の電池10が含まれていないと推定される。これに対して、組電池20のリアクタンスが、インピーダンス底値ZBのk倍超であれば、組電池20には、SOCが10%以下の第1の電池10が含まれていると推定される。
10…第1の電池
20…組電池
31…メモリ
32…コントローラ
33…測定回路
34…演算回路
40…電源
Claims (13)
- 複数の第1の電池が直列接続されている組電池の所定の周波数におけるインピーダンス特性が測定される工程と、
前記組電池の前記インピーダンス特性と、予め記憶されている前記第1の電池と同じ仕様の第2の電池のデータと、をもとに、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2の電池の複数の充電状態における前記インピーダンス特性が、前記所定の周波数において測定される第1の工程と、
前記第2の電池の前記インピーダンス特性が、増加しはじめる充電状態であるSOC変化点、および、増加しはじめる前のインピーダンス底値、が算出される第2の工程と、
前記インピーダンス底値含む前記第2の電池の前記データが記憶される第3の工程と、において取得され記憶されていることを特徴とする電池状態推定方法。 - 前記第2の電池の前記データが、前記SOC変化点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。
- 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。
- 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。 - 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4に記載の電池状態推定方法。
- 前記第2の電池の前記データが、複数の温度における前記データを含んでい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。
- 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。
- 複数の第1の電池が直列接続された組電池と、
前記第1の電池と同じ仕様の第2の電池の所定の周波数における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、
前記組電池の前記所定の周波数における前記インピーダンス特性を測定する測定手段と、
前記組電池の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、前記組電池に含まれる前記複数の第1の電池の充電状態の分布を推定する演算手段と、を具備し、
前記記憶手段に、前記第2の電池の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変化点が記憶されていることを特徴とする電池システム。 - 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8に記載の電池システム。
- 複数の第1の電池が直列接続された組電池と、
前記第1の電池と同じ仕様の第2の電池の所定の周波数における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、
前記組電池の前記所定の周波数における前記インピーダンス特性を測定する測定手段と、
前記組電池の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、前記組電池に含まれる前記複数の第1の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の周波数と同じ周波数であることを特徴とする電池システム。 - 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10に記載の電池システム。
- 前記第2の電池の前記データが、複数の温度における前記データを含んでいることを特徴とする請求項8から請求項11のいずれか1項に記載の電池システム。
- 前記組電池の温度を調整する温度調整手段と、
前記温度調整手段を制御する温度制御手段と、を更に具備することを特徴とする請求項12に記載の電池システム。
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