JPWO2014073208A1 - 蓄電装置の状態検知方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本発明の第1実施形態の蓄電装置1の状態検知方法を説明する図であって、蓄電装置1の状態(SOH、SOC)を測定するための測定システム101のブロック図である。図2は、本発明の第1実施形態の蓄電装置1の状態検知方法を説明する図であって、リチウムイオン二次電池L1の構造模式図である。図3は、本発明の第1実施形態の蓄電装置1の状態検知方法を説明する図であって、蓄電装置1における抵抗の時間依存性を表したグラフの一例である。
)とは、蓄電装置の劣化状態(劣化の度合い)を言い、未使用(新品)蓄電装置の満充電量に対し使用蓄電装置の満充電量をパーセント表示したものである。また、SOC(State Of Charge)とは、蓄電装置の充電状態を言い、蓄電装置の残容量を示し、アンペアア
ワー(Ah;Ampere-hour(s))で表す。
図5は、本発明の第2実施形態の蓄電装置1の状態検知方法を説明する図であって、リチウムイオン二次電池L1の等価回路図である。第2実施形態の蓄電装置1の状態検知方法は、第1実施形態で用いた図1の測定システム101と同様なシステムを用いた。なお、第1実施形態と同一の構成については、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
図6は、本発明の第3実施形態の蓄電装置1の状態検知方法を説明する図であって、蓄電装置1の状態(SOH、SOC)を測定するための測定システム103のブロック図である。第3実施形態の蓄電装置1の状態検知方法は、第1実施形態に対し、交流信号源部5Hの構成が異なる。なお、第1実施形態と同一の構成については、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
図7は、本発明の第4実施形態の蓄電装置1の状態検知方法を説明する図であって、蓄電装置1に供給される信号の周波数と、内部インピーダンスの実部(抵抗)との関係の一例を示すグラフである。第4実施形態の蓄電装置1の状態検知方法は、第1実施形態に対し、図1の交流信号源部5Hの仕様が異なり、10kHz以上の第2周波数の信号を発生させる。この10kHz以上の第2周波数の信号で測定するので、応答時間が0.1m秒以下となり、図3に示すように、蓄電装置1のイオンがこの第2周波数に対して追従しなくなり、蓄電装置1の電子伝導性の抵抗値が得られる。これにより、10kHz以上の第2周波数における蓄電装置1の内部インピーダンスを算出し、算出した値を測定値としたことにより、イオンの挙動の違いによる温度誤差が測定されることはない。
図8は、本発明の第5実施形態の蓄電装置1の状態検知方法を説明する図であって、蓄電装置1の状態(SOH、SOC)を測定するための測定システム105のブロック図である。第5実施形態の蓄電装置1の状態検知方法は、第1実施形態に対し、蓄電装置1に与えられたパルスから周波数成分に変換する変換部3を設けている点が異なる。なお、第1実施形態と同一の構成については、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
図9は、本発明の第6実施形態の蓄電装置1の状態検知方法を説明する図であって、蓄電装置1の状態(SOH、SOC)を測定するための測定システム106のブロック図である。第6実施形態の蓄電装置1の状態検知方法は、第1実施形態に対し、負荷FR4及び充電回路11で生じる高周波数のノイズを除去するためのローパスフィルタ12a,12bを用いる点が異なる。なお、第1実施形態と同一の構成については、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
図10は、本発明の第7実施形態の蓄電装置1の状態検知方法を説明する図であって、蓄電装置1の状態(SOH、SOC)を測定するための測定システム107のブロック図である。第7実施形態の蓄電装置1の状態検知方法は、第1実施形態に対し、負荷FR5で発生する高周波数の信号を用いて蓄電装置1の内部インピーダンスを測定する点が異なる。なお、第1実施形態と同一の構成については、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
図11は、本発明の第8実施形態の蓄電装置1の状態検知方法を説明する図であって、蓄電装置1の状態(SOH、SOC)を測定するための測定システム108のブロック図である。図12は、本発明の第8実施形態の蓄電装置1の状態検知方法を説明する図であって、電流の位相と電圧の位相とが揃う様子を示すグラフである。第8実施形態の蓄電装置1の状態検知方法は、第1実施形態に対し、第2周波数における電流の位相と電圧の位相とを揃えるための位相補償回路14を用いる点が異なる。なお、第1実施形態と同一の構成については、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
第9実施形態の蓄電装置1の状態検知方法は、例えば、図9に示す測定システム106において、蓄電装置1のインピーダンスが、蓄電装置1側から見た充電回路11のインピーダンスより小さくなる条件で、蓄電装置1の内部インピーダンスを測定する。また、例えば、図10に示す測定システム107において、蓄電装置1のインピーダンスが、蓄電装置1側から見た負荷のインピーダンスより小さくなる条件で、蓄電装置1の内部インピーダンスを測定する。
図13は、本発明の第1実施形態の蓄電装置1の状態検知方法の変形例1を説明する図であって、蓄電装置1の内部温度を測定するための測定システムC101のブロック図である。上記第1実施形態の測定システム101の測定系に、図13に示すように、スイッチSW1、スイッチSW2及びダミーロードDRを設けた測定システムC101であっても良い。これによれば、測定の際に負荷FR1の影響を受ける場合は、負荷FR1を駆動しなくても良いタイミングで、スイッチSW1を開きスイッチSW2を閉じて測定することにより、より精度が高い測定値を得ることができる。
4 電流検出部
5H 交流信号源部
5L 信号源部
6 電圧検出部
7 内部温度算出部
8 状態算出部
9 状態検出部
11 充電回路
12a、12b ローパスフィルタ
14 位相補償回路
17 電力変換器
101、103、105、106、107、108、C101 測定システム
A1 正極集電体
C1 負極集電体
E1 電解質
S1 セパレータ
FR1、FR4、FR5 負荷
Claims (23)
- 蓄電装置の内部インピーダンスから前記蓄電装置のSOHを推定する蓄電装置の状態検知方法において、
前記蓄電装置の前記内部インピーダンスが温度の上昇に伴い小さくなる第1周波数の信号で、前記蓄電装置の内部抵抗を測定し、前記内部抵抗の測定値から前記蓄電装置の初期SOHを算出し、
前記蓄電装置の前記内部インピーダンスが温度の上昇に伴い大きくなる第2周波数の信号で、前記蓄電装置の前記内部インピーダンスを測定し、前記内部インピーダンスのインピーダンス測定値から前記蓄電装置の内部温度を算出し、
前記内部温度の算出値を用いて、前記初期SOHを補正し、前記SOHを推定することを特徴とする蓄電装置の状態検知方法。 - 蓄電装置の内部インピーダンスから前記蓄電装置のSOHを推定する蓄電装置の状態検知方法において、
前記蓄電装置の前記内部インピーダンスのキャパシタンス成分が、インダクタンス成分より支配的となる第1周波数の信号で、前記蓄電装置の内部抵抗を測定し、前記内部抵抗の測定値から前記蓄電装置の初期SOHを算出し、
前記蓄電装置の前記内部インピーダンスのインダクタンス成分が、キャパシタンス成分より支配的となる第2周波数の信号で、前記蓄電装置の前記内部インピーダンスを測定し、前記内部インピーダンスのインピーダンス測定値から前記蓄電装置の内部温度を算出し、
前記内部温度の算出値を用いて、前記初期SOHを補正し、前記SOHを推定することを特徴とする蓄電装置の状態検知方法。 - 蓄電装置の内部インピーダンスから前記蓄電装置のSOHを推定する蓄電装置の状態検知方法において、
前記蓄電装置のイオンが追従できる第1周波数の信号で、前記蓄電装置の内部抵抗を測定し、前記内部抵抗の測定値から前記蓄電装置の初期SOHを算出し、
前記蓄電装置のイオンが追従し難い第2周波数の信号で、前記蓄電装置の前記内部インピーダンスを測定し、前記内部インピーダンスのインピーダンス測定値から前記蓄電装置の内部温度を算出し、
前記内部温度の算出値を用いて、前記初期SOHを補正し、前記SOHを推定することを特徴とする蓄電装置の状態検知方法。 - 蓄電装置の内部インピーダンスから前記蓄電装置のSOHを推定する蓄電装置の状態検知方法において、
1kHz以下の第1周波数の信号で、前記蓄電装置の内部抵抗を測定し、前記内部抵抗の測定値から前記蓄電装置の初期SOHを算出し、
10kHz以上の第2周波数の信号で、前記蓄電装置の前記内部インピーダンスを測定し、前記内部インピーダンスのインピーダンス測定値から前記蓄電装置の内部温度を算出し、
前記内部温度の算出値を用いて、前記初期SOHを補正し、前記SOHを推定することを特徴とする蓄電装置の状態検知方法。 - 前記内部抵抗の測定時のSOCが、毎回ほぼ同じであることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の蓄電装置の状態検知方法。
- 前記蓄電装置の満充電完了後に、所定時間以内に前記内部抵抗を測定することを特徴とする請求項5に記載の蓄電装置の状態検知方法。
- 蓄電装置の内部インピーダンスから前記蓄電装置のSOCを推定する蓄電装置の状態検知方法において、
前記蓄電装置の前記内部インピーダンスが温度の上昇に伴い小さくなる第1周波数の信号で、前記蓄電装置の内部抵抗を測定し、前記内部抵抗の測定値から前記蓄電装置の初期SOCを算出し、
前記蓄電装置の前記内部インピーダンスが温度の上昇に伴い大きくなる第2周波数の信号で、前記蓄電装置の前記内部インピーダンスを測定し、前記内部インピーダンスのインピーダンス測定値から前記蓄電装置の内部温度を算出し、
前記内部温度の算出値を用いて、前記初期SOCを補正し、前記SOCを推定することを特徴とする蓄電装置の状態検知方法。 - 蓄電装置の内部インピーダンスから前記蓄電装置のSOCを推定する蓄電装置の状態検知方法において、
前記蓄電装置の前記内部インピーダンスのキャパシタンス成分が、インダクタンス成分より支配的となる第1周波数の信号で、前記蓄電装置の内部抵抗を測定し、前記内部抵抗の測定値から前記蓄電装置の初期SOCを算出し、
前記蓄電装置の前記内部インピーダンスのインダクタンス成分が、キャパシタンス成分より支配的となる第2周波数の信号で、前記蓄電装置の前記内部インピーダンスを測定し、前記内部インピーダンスのインピーダンス測定値から前記蓄電装置の内部温度を算出し、
前記内部温度の算出値を用いて、前記初期SOCを補正し、前記SOCを推定することを特徴とする蓄電装置の状態検知方法。 - 蓄電装置の内部インピーダンスから前記蓄電装置のSOCを推定する蓄電装置の状態検知方法において、
前記蓄電装置内のイオンが追従できる第1周波数の信号で、前記蓄電装置の内部抵抗を測定し、前記内部抵抗の測定値から前記蓄電装置の初期SOCを算出し、
前記蓄電装置内のイオンが追従し難い第2周波数の信号で、前記蓄電装置の前記内部インピーダンスを測定し、前記内部インピーダンスのインピーダンス測定値から前記蓄電装置の内部温度を算出し、
前記内部温度の算出値を用いて、前記初期SOCを補正し、前記SOCを推定することを特徴とする蓄電装置の状態検知方法。 - 蓄電装置の内部インピーダンスから前記蓄電装置のSOCを推定する蓄電装置の状態検知方法において、
1kHz以下の第1周波数の信号で、前記蓄電装置の内部抵抗を測定し、前記内部抵抗の測定値から前記蓄電装置の初期SOCを算出し、
10kHz以上の第2周波数の信号で、前記蓄電装置の前記内部インピーダンスを測定し、前記内部インピーダンスのインピーダンス測定値から前記蓄電装置の内部温度を算出し、
前記内部温度の算出値を用いて、前記初期SOCを補正し、前記SOCを推定することを特徴とする蓄電装置の状態検知方法。 - 前記内部抵抗の測定を電流が大きく変化した前後で行い、測定された前後の測定値から前記内部抵抗を求めることを特徴とする請求項1ないし請求項10のいずれかに記載の蓄電装置の状態検知方法。
- 前記蓄電装置は、車両に搭載され、
前記内部抵抗の測定時に前記車両が停車していることを特徴とする請求項1ないし請求項11のいずれかに記載の蓄電装置の状態検知方法。 - 前記蓄電装置は、正極集電体、電解質、セパレータ及び負極集電体を有し、
前記第2周波数は、前記正極集電体、前記電解質、前記セパレータ及び前記負極集電体の少なくとも一つが電子伝導性の抵抗として測定される周波数であることを特徴とする請求項1ないし請求項12のいずれかに記載の蓄電装置の状態検知方法。 - 前記蓄電装置に与えられたパルスが誘起する過渡応答に対して、フーリエ変換を利用して周波数成分に変換し、前記第2周波数における前記内部インピーダンスを算出し、算出した値を前記インピーダンス測定値としたことを特徴とする請求項1ないし請求項13のいずれかに記載の蓄電装置の状態検知方法。
- 前記蓄電装置が二次電池であることを特徴とする請求項1ないし請求項14のいずれかに記載の蓄電装置の状態検知方法。
- 前記蓄電装置に接続される充電回路と前記蓄電装置との間に設けられるローパスフィルタにより、前記充電回路で生じる信号の前記第2周波数のノイズを除去することを特徴とする請求項1ないし請求項15のいずれかに記載の蓄電装置の状態検知方法。
- 前記蓄電装置に接続される負荷と前記蓄電装置との間に設けられるローパスフィルタにより、前記負荷で生じる信号の前記第2周波数のノイズを除去することを特徴とする請求項1ないし請求項15のいずれかに記載の蓄電装置の状態検知方法。
- 前記蓄電装置に接続される電力変換器のスイッチ電源から生じる前記第2周波数の信号で、前記蓄電装置の前記内部インピーダンスを測定することを特徴とする請求項1ないし請求項17のいずれかに記載の蓄電装置の状態検知方法。
- 前記蓄電装置のインピーダンスが前記蓄電装置側から見た前記蓄電装置に接続される充電回路のインピーダンスより小さくなる前記第2周波数の信号で、前記蓄電装置の前記内部インピーダンスを測定することを特徴とする請求項1ないし請求項15のいずれかに記載の蓄電装置の状態検知方法。
- 前記蓄電装置のインピーダンスが前記蓄電装置側から見た前記蓄電装置に接続される負荷のインピーダンスより小さくなる前記第2周波数の信号で、前記蓄電装置の内部インピーダンスを測定することを特徴とする請求項1ないし請求項15のいずれかに記載の蓄電装置の状態検知方法。
- 前記蓄電装置に接続される位相補償回路により、前記第2周波数の信号による電流の位相と電圧の位相とが揃えられることを特徴とする請求項1ないし請求項20のいずれかに記載の蓄電装置の状態検知方法。
- 前記蓄電装置と前記位相補償回路とにより、共振回路が構成されることを特徴とする請求項21に記載の蓄電装置の状態検知方法。
- 前記位相補償回路は、キャパシタを備えることを特徴とする請求項21または請求項22に記載の蓄電装置の状態検知方法。
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