JPWO2015005141A1 - 蓄電装置状態推定方法 - Google Patents
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Abstract
Description
また、好適に、前記実部を測定する周波数は、前記実部中のイオン伝導に基づく成分の温度に応じた変化と、前記実部中の電子伝導に基づく成分の温度に応じた変化とが相殺する周波数である。
これにより、僅かな測定誤差や周波数特性の個体ばらつき等の影響による推定精度の低下が抑えられる。
これにより、測定誤差や周波数特性の個体ばらつき等の影響によって推定結果に大きな誤差が生じる可能性が低減される。
これにより、蓄電装置ごとに特性がばらつく場合でも、前記内部インピーダンス若しくは前記実部が温度に応じて変化しなくなる周波数として、個体毎の適切な周波数が取得される。
これにより、既に得られた測定値の中から前記蓄電装置の状態推定に用いるべき測定値が取得されるため、前記内部インピーダンス若しくは前記実部が温度に応じて変化しなくなる周波数を取得した後でその周波数での前記内部インピーダンス若しくは前記実部を更に測定する方法に比べて、測定回数が少なくなる。
前記周波数応答特性の測定においては、前記蓄電装置に供給する交流信号の周波数を前記所定の周波数範囲において低周波から高周波若しくは高周波から低周波へ変化させながら、当該周波数範囲に含まれる複数の周波数において前記内部インピーダンス若しくは前記実部を測定するようにしてよい。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る蓄電装置状態推定システム100の構成の一例を示す図である。図1に示すシステム100は、蓄電装置101に交流信号を供給する交流信号源部102と、蓄電装置101に流れる電流を検出する電流検出部103と、蓄電装置101に印可される電圧を検出する電圧検出部104と、検出された電流及び電圧に基づいて蓄電装置101の内部インピーダンスを算出する内部インピーダンス算出部105と、内部インピーダンス算出部105の算出結果に基づいて蓄電装置101の状態(SOC,SOH)を推定する状態推定部106を有する。
電圧検出部104は、蓄電装置101の正極端子と負極端子の間に生じる電圧を検出する回路であり、電圧増幅回路などを含む。
電流検出部103及び電圧検出部104は、例えばデジタル−アナログ変換回路を含んでおり、内部インピーダンス算出部105からの制御信号に応じて検出信号のデジタル−アナログ変換を実行し、デジタル値に変換された検出信号のデータを内部インピーダンス算出部105に出力する。
内部インピーダンス算出部105は、例えば、プログラムの命令コードに従って処理を実行するコンピュータを含んで構成される。コンピュータは、例えばマイクロプロセッサ、作業用メモリ、記憶装置(ハードディスクやSSDなど)を備えており、電流検出部103及び電圧検出部104の制御や、電流・電圧の検出結果のデータ処理をプログラムに基づいて実行する。
状態推定部106は、例えば、プログラムの命令コードに従って処理を実行するコンピュータを含んで構成される。コンピュータは、例えばマイクロプロセッサ、作業用メモリ、記憶装置(ハードディスクやSSDなど)を備えており、内部インピーダンス算出部105から取得した内部インピーダンス|Z|若しくは実部Rのデータをプログラムに基づいて処理することで、SOCとSOHの推定を行う。なお、内部インピーダンス算出部105と状態推定部106は、同一のコンピュータを用いて構成されてもよい。
なお、状態推定部106は、劣化状態(SOH)に応じた複数のデータテーブルを記憶装置に記憶していてもよい。この場合、状態推定部106は、後述するSOHの推定結果に基づいて、複数のデータテーブルから適切なデータテーブルを選択し、選択したデータテーブルに基づいてSOCの推定を行う。
交流信号の周波数が更に高くなると、内部インピーダンス|Z|におけるイオン伝導性成分の寄与が再び大きくなり、交流信号の周波数がfe2(約500kHz)より高くなったところで、イオン伝導性成分が電子伝導性成分より再び支配的になる。高い周波数帯域において、内部インピーダンス|Z|の温度係数Ztは負の依存性に戻る。
周波数fe3(約10kHz)より低い周波数帯域においては、イオン伝導性成分が電子伝導性成分より支配的であるため、実部Rの温度係数Rtは、温度上昇に伴って小さくなる負の依存性を持つ。交流信号の周波数が高くなると、イオン伝導性成分の寄与が徐々に小さくなり、交流信号の周波数がfe3(約10kHz)を超えたところで、電子伝導性成分がイオン伝導性成分より支配的となる。これにより、実部Rの温度係数Rtは正の依存性を持つようになる。
交流信号の周波数が更に高くなると、実部Rにおけるイオン伝導性成分の寄与が再び大きくなり、交流信号の周波数がfe4(約4MHz)より高くなったところで、イオン伝導性成分が電子伝導性成分より再び支配的になる。高い周波数帯域において、実部Rの温度係数Rtは負の依存性に戻る
したがって、この場合、内部インピーダンスの実部Rの測定は、周波数fe3で行うことが望ましい。
これにより、蓄電装置101の温度に依存しない正確な内部インピーダンス|Z|や実部Rが得られることから、蓄電装置101の温度を測定して内部インピーダンス|Z|や実部Rの測定値を補正する工程が不要になり、測定の手順やシステム構成を簡易化できる。しかも、測定誤差を生じやすい蓄電装置101の温度をSOCやSOHの推定に用いなくて良いため、推定精度を高めることができる。
これにより、僅かな測定誤差や周波数特性の個体ばらつきの影響を受けて、十分なSOC依存性を有した内部インピーダンス|Z|や実部Rを測定できなくなる可能性を低減できるため、SOCやSOHの推定精度を高めることができる。
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。
上述した第1の実施形態に係る蓄電装置状態推定方法では、内部インピーダンス|Z|が温度に応じて変化しなくなる周波数が複数存在する場合や、実部Rが温度に応じて変化しなくなる周波数が複数存在する場合に、これらの複数の周波数から、好適な1つの周波数が選択され、その周波数について蓄電装置101の状態の推定が行われる。これに対して、本実施形態に係る蓄電装置状態推定方法では、これらの複数の周波数について得られる複数の推定結果を平均化することによって、1つの推定結果が得られる。
そして、この各周波数でのSOC若しくはSOHの推定結果から、SOC若しくはSOHの平均値が算出される。この平均値の算出は、例えば状態推定部106において行われる。
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。
上述した各実施形態では、内部インピーダンス|Z|や実部Rが温度に応じて変化しなくなる周波数feが実測定やシュミレーション等によって予め取得されており、個々の状態推定が行われる場合には、記憶装置等に記憶された固定の周波数feにおいて内部インピーダンス|Z|や実部Rの測定が行われる。そのため、周波数特性が蓄電装置101の個体毎にばらついていると、記憶装置等に記憶された周波数feにおいて温度依存性が現れてしまい、状態推定に誤差を生じる可能性がある。これに対し、本実施形態に係る蓄電装置状態推定方法では、蓄電装置101の温度を測定しない簡易な方法で蓄電装置101の個体毎の適切な周波数feが取得されるため、蓄電装置101の個体ばらつきの影響による状態推定誤差が低減される。
これにより、周波数feが蓄電装置101の個体ごとにばらつく場合でも、個体毎の適切な周波数feを取得することができるため、個体に依らない固定の周波数feを用いる場合に比べて、個々の蓄電装置101の状態(SOC,SOH)を正確に推定できる。また、周波数feを取得するために蓄電装置101の温度を測定する必要がなく、内部インピーダン算出部105のデータ処理によって実現可能であるため、装置構成が複雑化しないというメリットがある。
図12に示すフローによれば、周波数feを用いた再度の測定(ST204)が行われる替わりに、既にステップST201で得られた測定値の中から周波数feに最も近い周波数における測定値が検索され、蓄電装置101のSOC又はSOHの推定に用いるべき測定値として取得される(ST214)。この処理は、例えば内部インピーダン算出部105において実行される。
このように、周波数feを用いた再度の測定を省略することによって測定回数が少なくなるため、蓄電装置状態(SOC,SOH)の推定に要する時間を短縮できる。
このように、図14に示す蓄電装置状態推定システム100Bによれば、高い周波数の交流信号を発生する交流信号源部102を省略することが可能となり、装置構成を簡易化できる。
また、好適に、前記実部を測定する周波数は、前記実部中のイオン伝導に基づく成分の温度に応じた変化と、前記実部中の電子伝導に基づく成分の温度に応じた変化とが相殺する周波数である。
これにより、僅かな測定誤差や周波数特性の個体ばらつき等の影響による推定精度の低下が抑えられる。
これにより、測定誤差や周波数特性の個体ばらつき等の影響によって推定結果に大きな誤差が生じる可能性が低減される。
これにより、蓄電装置ごとに特性がばらつく場合でも、前記内部インピーダンス若しくは前記実部が温度に応じて変化しなくなる周波数として、個体毎の適切な周波数が取得される。
これにより、既に得られた測定値の中から前記蓄電装置の状態推定に用いるべき測定値が取得されるため、前記内部インピーダンス若しくは前記実部が温度に応じて変化しなくなる周波数を取得した後でその周波数での前記内部インピーダンス若しくは前記実部を更に測定する方法に比べて、測定回数が少なくなる。
前記周波数応答特性の測定においては、前記蓄電装置に供給する交流信号の周波数を前記所定の周波数範囲において低周波から高周波若しくは高周波から低周波へ変化させながら、当該周波数範囲に含まれる複数の周波数において前記内部インピーダンス若しくは前記実部を測定するようにしてよい。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る蓄電装置状態推定システム100の構成の一例を示す図である。図1に示すシステム100は、蓄電装置101に交流信号を供給する交流信号源部102と、蓄電装置101に流れる電流を検出する電流検出部103と、蓄電装置101に印可される電圧を検出する電圧検出部104と、検出された電流及び電圧に基づいて蓄電装置101の内部インピーダンスを算出する内部インピーダンス算出部105と、内部インピーダンス算出部105の算出結果に基づいて蓄電装置101の状態(SOC,SOH)を推定する状態推定部106を有する。
電圧検出部104は、蓄電装置101の正極端子と負極端子の間に生じる電圧を検出する回路であり、電圧増幅回路などを含む。
電流検出部103及び電圧検出部104は、例えばデジタル−アナログ変換回路を含んでおり、内部インピーダンス算出部105からの制御信号に応じて検出信号のデジタル−アナログ変換を実行し、デジタル値に変換された検出信号のデータを内部インピーダンス算出部105に出力する。
内部インピーダンス算出部105は、例えば、プログラムの命令コードに従って処理を実行するコンピュータを含んで構成される。コンピュータは、例えばマイクロプロセッサ、作業用メモリ、記憶装置(ハードディスクやSSDなど)を備えており、電流検出部103及び電圧検出部104の制御や、電流・電圧の検出結果のデータ処理をプログラムに基づいて実行する。
状態推定部106は、例えば、プログラムの命令コードに従って処理を実行するコンピュータを含んで構成される。コンピュータは、例えばマイクロプロセッサ、作業用メモリ、記憶装置(ハードディスクやSSDなど)を備えており、内部インピーダンス算出部105から取得した内部インピーダンス|Z|若しくは実部Rのデータをプログラムに基づいて処理することで、SOCとSOHの推定を行う。なお、内部インピーダンス算出部105と状態推定部106は、同一のコンピュータを用いて構成されてもよい。
なお、状態推定部106は、劣化状態(SOH)に応じた複数のデータテーブルを記憶装置に記憶していてもよい。この場合、状態推定部106は、後述するSOHの推定結果に基づいて、複数のデータテーブルから適切なデータテーブルを選択し、選択したデータテーブルに基づいてSOCの推定を行う。
交流信号の周波数が更に高くなると、内部インピーダンス|Z|におけるイオン伝導性成分の寄与が再び大きくなり、交流信号の周波数がfe2(約500kHz)より高くなったところで、イオン伝導性成分が電子伝導性成分より再び支配的になる。高い周波数帯域において、内部インピーダンス|Z|の温度係数Ztは負の依存性に戻る。
周波数fe3(約10kHz)より低い周波数帯域においては、イオン伝導性成分が電子伝導性成分より支配的であるため、実部Rの温度係数Rtは、温度上昇に伴って小さくなる負の依存性を持つ。交流信号の周波数が高くなると、イオン伝導性成分の寄与が徐々に小さくなり、交流信号の周波数がfe3(約10kHz)を超えたところで、電子伝導性成分がイオン伝導性成分より支配的となる。これにより、実部Rの温度係数Rtは正の依存性を持つようになる。
交流信号の周波数が更に高くなると、実部Rにおけるイオン伝導性成分の寄与が再び大きくなり、交流信号の周波数がfe4(約4MHz)より高くなったところで、イオン伝導性成分が電子伝導性成分より再び支配的になる。高い周波数帯域において、実部Rの温度係数Rtは負の依存性に戻る
したがって、この場合、内部インピーダンスの実部Rの測定は、周波数fe3で行うことが望ましい。
これにより、蓄電装置101の温度に依存しない正確な内部インピーダンス|Z|や実部Rが得られることから、蓄電装置101の温度を測定して内部インピーダンス|Z|や実部Rの測定値を補正する工程が不要になり、測定の手順やシステム構成を簡易化できる。しかも、測定誤差を生じやすい蓄電装置101の温度をSOCやSOHの推定に用いなくて良いため、推定精度を高めることができる。
これにより、僅かな測定誤差や周波数特性の個体ばらつきの影響を受けて、十分なSOC依存性を有した内部インピーダンス|Z|や実部Rを測定できなくなる可能性を低減できるため、SOCやSOHの推定精度を高めることができる。
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。
上述した第1の実施形態に係る蓄電装置状態推定方法では、内部インピーダンス|Z|が温度に応じて変化しなくなる周波数が複数存在する場合や、実部Rが温度に応じて変化しなくなる周波数が複数存在する場合に、これらの複数の周波数から、好適な1つの周波数が選択され、その周波数について蓄電装置101の状態の推定が行われる。これに対して、本実施形態に係る蓄電装置状態推定方法では、これらの複数の周波数について得られる複数の推定結果を平均化することによって、1つの推定結果が得られる。
そして、この各周波数でのSOC若しくはSOHの推定結果から、SOC若しくはSOHの平均値が算出される(ST102)。この平均値の算出は、例えば状態推定部106において行われる。
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。
上述した各実施形態では、内部インピーダンス|Z|や実部Rが温度に応じて変化しなくなる周波数feが実測定やシュミレーション等によって予め取得されており、個々の状態推定が行われる場合には、記憶装置等に記憶された固定の周波数feにおいて内部インピーダンス|Z|や実部Rの測定が行われる。そのため、周波数特性が蓄電装置101の個体毎にばらついていると、記憶装置等に記憶された周波数feにおいて温度依存性が現れてしまい、状態推定に誤差を生じる可能性がある。これに対し、本実施形態に係る蓄電装置状態推定方法では、蓄電装置101の温度を測定しない簡易な方法で蓄電装置101の個体毎の適切な周波数feが取得されるため、蓄電装置101の個体ばらつきの影響による状態推定誤差が低減される。
これにより、周波数feが蓄電装置101の個体ごとにばらつく場合でも、個体毎の適切な周波数feを取得することができるため、個体に依らない固定の周波数feを用いる場合に比べて、個々の蓄電装置101の状態(SOC,SOH)を正確に推定できる。また、周波数feを取得するために蓄電装置101の温度を測定する必要がなく、内部インピーダン算出部105のデータ処理によって実現可能であるため、装置構成が複雑化しないというメリットがある。
図12に示すフローによれば、周波数feを用いた再度の測定(ST204)が行われる替わりに、既にステップST201で得られた測定値の中から周波数feに最も近い周波数における測定値が検索され、蓄電装置101のSOC又はSOHの推定に用いるべき測定値として取得される(ST214)。この処理は、例えば内部インピーダン算出部105において実行される。
このように、周波数feを用いた再度の測定を省略することによって測定回数が少なくなるため、蓄電装置状態(SOC,SOH)の推定に要する時間を短縮できる。
このように、図14に示す蓄電装置状態推定システム100Bによれば、高い周波数の交流信号を発生する交流信号源部102を省略することが可能となり、装置構成を簡易化できる。
Claims (11)
- 蓄電装置の内部インピーダンスが温度に応じて変化しなくなる少なくとも1つの周波数における前記内部インピーダンス、又は、前記内部インピーダンスの実部が温度に応じて変化しなくなる少なくとも1つの周波数における前記実部を測定し、
前記内部インピーダンスの測定値又は前記実部の測定値に基づいて、前記蓄電装置のSOC(state of charge)又はSOH(state of health)を推定する
ことを特徴とする蓄電装置状態推定方法。 - 前記内部インピーダンスを測定する周波数は、前記内部インピーダンス中のイオン伝導に基づく成分の温度に応じた変化と、前記内部インピーダンス中の電子伝導に基づく成分の温度に応じた変化とが相殺する周波数であることを特徴とする
請求項1に記載の蓄電装置状態推定方法。 - 前記実部を測定する周波数は、前記実部中のイオン伝導に基づく成分の温度に応じた変化と、前記実部中の電子伝導に基づく成分の温度に応じた変化とが相殺する周波数であることを特徴とする
請求項1に記載の蓄電装置状態推定方法。 - 前記内部インピーダンスが温度に応じて変化しなくなる周波数、又は、前記実部が温度に応じて変化しなくなる周波数が複数存在しており、
当該複数の周波数のうち、測定対象の前記内部インピーダンス若しくは前記実部の温度に応じた変化量の周波数に対する変化率、又は、測定対象の前記内部インピーダンス若しくは前記実部の前記SOCに応じた変化量の周波数に対する変化率が最も小さい周波数において前記測定を行うことを特徴とする
請求項1乃至3のいずれか一項に記載の蓄電装置状態推定方法。 - 前記内部インピーダンスが温度に応じて変化しなくなる周波数、又は、前記実部が温度に応じて変化しなくなる周波数が複数存在しており、
当該複数の周波数において前記内部インピーダンス若しくは前記実部の前記測定をそれぞれ行い、
当該複数の周波数における前記内部インピーダンス若しくは前記実部の測定値に基づいて前記SOC又は前記SOHの前記推定をそれぞれ行い、
当該複数の周波数に基づく複数の前記推定の結果の平均値を算出することを特徴とする
請求項1乃至3のいずれか一項に記載の蓄電装置状態推定方法。 - 前記蓄電装置がリチウムイオン電池であり、
前記内部インピーダンスの前記測定を4kHz及び/又は500kHzの周波数で行うことを特徴とする、
請求項1乃至5のいずれか一項に記載の蓄電装置状態推定方法。 - 前記蓄電装置がリチウムイオン電池であり、
前記実部の前記測定を10kHz及び/又は4MHzの周波数で行うことを特徴とする、
請求項1乃至5のいずれか一項に記載の蓄電装置状態推定方法。 - 前記蓄電装置の充電及び放電が停止された状態で前記蓄電装置の温度が変化する所定の温度変化期間において、所定の周波数範囲における前記内部インピーダンス若しくは前記実部の周波数応答特性を複数回繰り返し測定し、
当該複数の周波数応答特性の測定結果が示す複数の周波数応答曲線の交点に対応する周波数を、前記内部インピーダンス若しくは前記実部が温度に応じて変化しなくなる周波数として取得する、
請求項1乃至5のいずれか一項に記載の蓄電装置状態推定方法。 - 前記周波数特性の測定結果に含まれる前記内部インピーダンス若しくは前記実部の測定値の中で、前記交点に対応する周波数に最も近い周波数における測定値を、前記蓄電装置のSOC又はSOHの推定に用いるべき測定値として取得することを特徴とする
請求項8に記載の蓄電装置状態推定方法。 - 前記温度変化期間が、前記蓄電装置の充電若しくは放電が終了した直後の期間であることを特徴とする
請求項8又は9に記載の蓄電装置状態推定方法。 - 前記周波数応答特性の測定において、前記蓄電装置に供給する交流信号の周波数を前記所定の周波数範囲において低周波から高周波若しくは高周波から低周波へ変化させながら、当該周波数範囲に含まれる複数の周波数において前記内部インピーダンス若しくは前記実部を測定することを特徴とする
請求項8乃至10の何れか一項に記載の蓄電装置状態推定方法。
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