JP7364605B2 - 電池状態判定方法及び電池状態判定装置 - Google Patents
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Description
結局従来の方法では二次電池を破壊して直接負極の容量を測定するしかなかったが、それではその後のその二次電池の使用はできず、電池個体の良否の判定を非破壊検査ですることはできなかった。
また、前記電圧傾きは、複数の測定値における傾きの値に基づいて判定することも望ましい。
前記測定の範囲は、前記下限電圧に到達した時点から遡って測定することも望ましい。前記下限電圧は、充電状態が0%に相当する電圧とすることも望ましい。
以下、本発明の電池状態判定装置を一実施形態により説明する。電池状態判定装置10及びこの装置を用いた電池状態判定方法では、従来技術で開示されているようにニッケル水素蓄電池等のアルカリ二次電池に対し、微小短絡が生じた状態(微小短絡状態)であるか否か、及び負極の容量が低下しているか否かを判定する。
図1は、本実施形態の電池状態判定装置10の構成を示すブロック図である。図1に示すように、電池状態判定装置10は、制御部11、電流検出回路12及び電圧検出回路13を備えている。電流検出回路12は、電池モジュールMに直列に接続された検出用抵抗器12aを流れる電流値を測定し、電流値を制御部11に出力する電流検出部に相当する。電圧検出回路13は、電池モジュールMの両端の電圧を測定し、電圧値を制御部11に出力する電圧検出部に相当する。制御部11は、測定したデータを出力部14に送信する、出力部14は蓄積されたデータを出力する。
電池モジュールMは、本実施形態では6つのバッテリーセルから構成されているニッケル水素蓄電池(NiMH電池)の電池モジュールMを例に説明する。この実施形態では、新たに製造された車載用の電池モジュールMを例に説明するが、リユースの電池や、据え置き型の電池に適用できる電池状態判定装置である。この電池モジュールMが複数組み合わされることによって、電池スタックが構成され、当該電池スタック及びECU等により車両等に搭載される電池パック(不図示)が構成される。本実施形態では電池モジュールMは、充電状態(SOC(State of Charge))が「0%」である状態(未充電状態)で制御部11を介して図示しない充電器に接続される。本実施形態の電池モジュールMのSOC0%は、セル電圧が概ね6Vである。
制御部11は、CPU、RAM及びROM等を備え、ディスプレイや印刷装置等を備えたPCから構成される出力部14に判定結果を出力する。また制御部11は、電流検出回路12から出力された電流値を積算して、電池モジュールMのSOCを算出する充電状態検出部に相当する。そして電池モジュールMのSOCが40%未満の所定値に到達すると、制御部11は電池モジュールMと充電器との接続をオフとして充電を停止する。本実施形態では、SOCの所定値は10%に設定されている。なお測定時間の短縮のため充電をSOC10%としているが、時間は掛かるが満充電としてもよい。
図2は、電池状態判定装置10による電池状態判定の手順を示すフローチャートである。このように構成された電池状態判定装置10は、判定を開始すると、まず「充放電測定」を行なう(S1)。次に、この結果を用いて「微小短絡検査」を行う(S2)。微小短絡検査で電圧の低下が閾値以上か否かを判定し、閾値以上ならば(S2:YES)、微小短絡があると判断して(S3)、その電池モジュールMは、不良品として処理する。一方、閾値以下ならば(S2:NO)、微小短絡がないと判断して、次の「負極容量推定」を行う(S3)。負極容量推定(S3)では、電圧の低下が閾値以下か否かを判定し、閾値以下ならば(S4;YES)、負極容量が減少していると判断して(S5)、その電池モジュールMは、不良品として処理する。一方、閾値以上ならば、負極容量が十分であると判断して(S4:NO)、その電池モジュールMは、正常電池と判断して(S6)、電池状態判定方法の処理を終了し、その電池モジュールMは、製品として次の工程に進む。
<充放電測定(S1)>
図1を参照して説明する。判定対象の電池モジュールMを電池状態判定装置10に接続する。このとき接続される電池モジュールMは、例えば、初期充電前のエージング後の電池モジュールMである。このためこの段階における電池モジュールMのSOCは「0%」である。
ここで、図3は、電池モジュールの電池容量[Ah]と電圧[V]及びSOC[%]の関係を示すグラフである。グラフL1は、劣化が少ない電池モジュールMを示す。グラフL2は、劣化が中程度の電池モジュールMを示す。グラフL3は、劣化が大きい電池モジュールMを示す。
なお、電池モジュールMの特性により、測定を開始するSOC[%]、さらにSOCに替えてセル電圧[V]に基づいて測定を開始してもよい。さらに測定する(Ah,V)の座標の数、サンプリングの間隔、上限値Gmaxの値は、適宜選択される。
微小短絡が生じているか否かの判断のため、実験を通じて電圧傾きG[V/Ah]の絶対値の上限値Gmaxを定める、制御部11は、上限値Gmaxを記憶している。この電圧傾きG[V/Ah]の絶対値と上限値Gmaxを比較した場合に、電圧傾きG[V/Ah]の絶対値が上限値Gmax以上となる場合は、微小短絡があるものと判断する。
微小短絡検査(S2)で、微小短絡が生じていると判断された場合は、その電池モジュールMを、設定した電池寿命を全うできない不良電池と判断し、NiMH電池パックの製造など次の工程から排除する。
一方、電圧傾きG[V/Ah]の絶対値が上限値Gmax未満となる場合は、微小短絡が生じていない正常電池であると判定して、次のステップに進む。
微小短絡検査(S2)において、正常電池と判断された(S2:NO)場合は、負極容量推定のステップに進む。
<電圧傾きG[V/Ah]の絶対値が上限値Gmin未満の場合(S4:YES)>
負極の容量低下が生じているか否かの判断のため、実験を通じて電圧傾きG[V/Ah]の絶対値の下限値Gminを定める。例えば、本実施形態の設定値は、下限値Gmin=3.0[V/Ah]である。制御部11は、下限値Gminを記憶している。この電圧傾きG[V/Ah]の絶対値と下限値Gminを比較した場合に、電圧傾きG[V/Ah]の絶対値が下限値Gmin未満となる場合は、負極の容量低下があるものと判断する。
負極容量推定(S4)で、負極容量の低下が生じていると判断された場合は、その電池モジュールMを、設定した電池寿命を全うできない不良電池と判断し、NiMH電池パックの製造など次の工程から排除する。
一方、電圧傾きG[V/Ah]の絶対値が下限値Gmin以上となる場合は、負極容量の低下が生じていない正常電池であると判定して、次のステップに進む。
以上の通り、微小短絡検査(S2)と負極容量推定(S4)のいずれも正常電池と判断された電池モジュールMは、電池状態判定のステップを終了して、その後の工程に進む。
以上説明したように実施形態によれば以下の効果を奏する。
(1)非破壊で負極の容量を推定することができるため、負極容量が十分でない電池モジュールMを製品から排除することができる。
(3)特に、微小短絡の有無と、負極の容量の低下の両面から電池状態を判定するので、より製品の信頼性が高くなる。
(6)また、放電末期のみで電池状態を判定するため、満充電が必要ではなく、短時間で電池状態を判定することができる。
○本実施形態は一例であり、その電池の構成の違いによる特性により、セル電圧、正極電位、SOC、セル電流など、その数値の条件は、当業者により適宜選択されるものである。
〇各実施形態及び変形例に記載された態様は、矛盾がない限り相互に置換して実施することができる。
11…制御部
12…電流検出回路
12a…検出用抵抗器
13…電圧検出回路
14…出力部
M…電池モジュール
Claims (9)
- 二次電池の負極容量を推定する電池状態判定方法であって、
前記二次電池の電圧値を検出する電圧検出部と、
前記二次電池の電流値を検出する電流検出部と、
前記二次電池の充電状態を検出する充電状態検出部とを備えた測定装置により、
前記二次電池の充電状態が40%未満で、放電量に対する電圧変化量を示す電圧傾きの絶対値を算出し、前記電圧傾きの絶対値及び予め設定された下限値を比較して、前記電圧傾きの絶対値が前記下限値よりも小さい場合に判定対象の前記二次電池の負極容量が減少していると判定することを特徴とする電池状態判定方法。 - 二次電池の負極容量を推定する電池状態判定装置であって、
前記二次電池の電圧値を検出する電圧検出部と、
前記二次電池の電流値を検出する電流検出部と、
前記二次電池の充電状態を検出する充電状態検出部と、
前記二次電池の充電状態が40%未満で、放電量に対する電圧変化量を示す電圧傾きの絶対値を算出し、前記電圧傾きの絶対値及び予め設定された下限値を比較して、前記電圧傾きの絶対値が前記下限値よりも小さい場合に判定対象の前記二次電池の負極容量が減少していると判定する判定部とを備えたことを特徴とする電池状態判定装置。 - 前記判定部は、
前記二次電池の充電状態が0%以上10%以下の範囲で測定することを特徴とする請求項2に記載の電池状態判定装置。 - 前記電圧傾きは、複数の測定値における傾きの値に基づいて判定することを特徴とする請求項2又は3に記載の電池状態判定装置。
- 前記傾きの絶対値は、最小二乗法による回帰直線を求めることにより算出することを特徴とする請求項4に記載の電池状態判定装置。
- 測定の範囲が下限電圧に到達した時点から遡って前記測定することを特徴とする請求項2~5のいずれか一項に記載の電池状態判定装置。
- 前記下限電圧は、充電状態が0%に相当する電圧であることを特徴とする請求項6に記載の電池状態判定装置。
- 前記判定部は、
さらに、前記二次電池の充電状態が40%未満で、放電量に対する電圧変化量を示す前記電圧傾きの絶対値を算出し、前記電圧傾きの絶対値及び予め設定された上限値を比較して、前記電圧傾きの絶対値が前記上限値よりも大きい場合に判定対象の前記二次電池が微小短絡状態であると判定することを特徴とする請求項2~7のいずれか一項に記載の電池状態判定装置。 - 前記二次電池がニッケル水素充電池であることを特徴とする請求項1~8のいずれか一項に記載の電池状態判定装置。
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