TW202242435A - 電池管理裝置、電力系統 - Google Patents

Abstract

[課題]提供無須使用用以推定電池的狀態的專用設備，即可伴隨電池的充放電動作來推定電池狀態的技術。 [解決手段]本發明之電池管理裝置係特定電池結束了放電或充電後的休止期間中的第1期間與之後的第2期間，使用前述第2期間中的輸出電壓的差分，推定前述電池的狀態。

Description

電池管理裝置、電力系統

本發明係關於管理電池的狀態的技術。

以推定電池的狀態的手法而言，使用阻抗測定等。下述專利文獻1係記載：以「使用阻抗來正確推定電池的狀態」為課題，「電池狀態推定裝置(100)係具備：以相異的複數溫度取得電池的複阻抗的取得手段(110)；在以複阻抗的實數成分及虛數成分為軸的複平面上，算出將所取得的複數複阻抗的第1預定頻率中的值彼此相連結的直線的斜率，作為複阻抗的斜率的算出手段(120)；預先記憶複阻抗的斜率、與有關電池的電池狀態的關係的記憶手段(130)；及根據所算出的複阻抗的斜率、與所記憶的關係，推定電池狀態的推定手段(140)」的技術(參照摘要)。 [先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2018-091716號公報

(發明所欲解決之問題)

為了實施阻抗測定，必須對對象物施加交流波。因此必須要有供其用的設備，因此難以在僅將蓄電池進行充放電的過程中實施阻抗測定。蓄電池的充放電為直流製程之故。若可在蓄電池的充放電過程中推定該蓄電池有無不良情形，變得不需要準備供阻抗測定之用的設備，故較為有用。

本發明係鑑於如上所述之課題而完成者，目的在提供無須使用用以推定電池的狀態的專用設備，即可伴隨電池的充放電動作來推定電池狀態的技術。 (解決問題之技術手段)

本發明之電池管理裝置係特定電池結束了放電或充電後的休止期間中的第1期間與之後的第2期間，使用前述第2期間中的輸出電壓的差分，來推定前述電池的狀態。 (發明之效果)

藉由本發明之電池管理裝置，無須使用用以推定電池的狀態的專用設備，即可伴隨電池的充放電動作來推定電池狀態。

＜實施形態1＞

圖1係示出電池結束了放電動作之後的休止期間中的電池的輸出電壓的歷時變化的圖表。若放電動作結束，輸出電壓急遽增加，之後則緩慢增加。將輸出電壓急遽增加的期間稱為第1期間，將之後的輸出電壓緩慢增加的期間稱為第2期間。第1期間的時間長為Δt，由第1期間的開始時點至結束時點的輸出電壓的差分為ΔVa。由第2期間的開始時點至結束時點的輸出電壓的差分為ΔVb。

藉由本發明人所得知見，可知若ΔVa成為臨限值ΔVa_lim以上，在電池發生了不良情形(並非為正常狀態)的可能性相稱地高。此外，可知ΔVa_lim為ΔVb的1次函數(典型而言為比例關係)。在本發明之實施形態1中，係說明利用此，根據ΔVa對ΔVb的比率，預知在電池是否發生了不良情形(或是否快發生了不良情形)的方法。

圖2係記述有ΔVb與ΔVa_lim之間的關係的關係資料之例。ΔVb與ΔVa_lim典型而言呈比例關係。亦即，ΔVb愈大，ΔVa的正常範圍亦愈大。若ΔVa為該正常範圍以上(亦即ΔVa≧ΔVa_lim)，係推定在電池發生了不良情形。若依圖2來作說明，標繪出ΔVa與ΔVb的實測值時，若ΔVa大於圖2的實線，即ΔVa為異常。

ΔVb與ΔVa_lim之間的關係亦依Δt的長度而異。因此，在圖2中係示出按每個Δt的值記述有兩者的關係之例。另外，亦可按每個電池單元的類別，設置同樣的關係資料。該等值的關係係可例如預先藉由實驗而得。

如圖2所示，可按照Δt與ΔVb各個的值來定義ΔVa_lim，因此關於在什麼時序實測該等值，可以一定程度自由設定。但是，在良好表示出電池的不良情形的期間應實測該等值方面並沒有改變。例如在休止期間開始瞬後的輸出電壓急增的期間，均實測ΔVa與ΔVb並不宜。同樣地，在休止期間中的輸出電壓的歷時變化呈安定的期間均實測該等亦不宜。因此，Δt與ΔVb的時序雖然一定程度自由，但是應在看到圖1所示之輸出電壓的急增與之後的稍微平緩增加的時序取得該等。該等係依據電池的特性，因此若按每個電池類別來定義適當時序即可。

第1期間與第2期間亦可一部分相重疊。亦即，若第2期間在比第1期間的結束時刻更為之後結束，可作為第2期間來使用。第1期間的開始時點亦可為比休止期間的結束時點更為之後。亦即，若在休止期間內均包含有第1期間全體與第2期間全體即可。但是，第2期間的結束時刻係比第1期間的結束時刻更為之後。

圖3係示出關係資料的變形例的圖。表示ΔVb與ΔVa_lim之間的關係的函數係有依電池的溫度T、電池的放電電流I、電池的放電結束電壓V之中至少任一者而變化的情形。此時，若按每個T的值、每個I的值、每個V的值，分別預先定義函數參數，使用對應該等實測值的函數參數，計算ΔVa_lim即可。因此，表示此時的ΔVb與ΔVa_lim之間的關係的函數f係定義如以下所示。

ΔVa_lim係ΔVb的函數，因此函數f具有ΔVb作為引數。在函數f係另外包含1以上依溫度T作變化的參數c_Rn_T。關於依電流I作變化的參數c_Rn_I、依電壓V作變化的參數c_Rn_V，亦同樣地包含1以上。

圖4係說明推定在電池是否有不良情形的順序的流程圖。以下說明圖4的各步驟。

(圖4：步驟S401) 判定是否為充電後的休止期間或放電後的休止期間。若現在非為休止期間，係結束本流程圖。若為休止期間，則進至S402。例如為放電後的休止期間係可藉由電池所輸出的電流由負值(I＜0)朝向零作變化、(b)由負值變化為零近旁的值而呈安定(｜I｜＜臨限值)等來判定。

(圖4：步驟S401：補足) 若按圖3中所說明的每個T的值、每個I的值、每個V的值分別定義函數參數，亦可在本步驟(或後述之步驟)中取得該等值。該等值係可由例如按每個電池單元(battery cell)作配置的管理單元取得。

(圖4：步驟S402) 取得ΔVa與ΔVb的實測值。計算ΔVa對ΔVb的比率。若該比率為對應ΔVb的實測值的ΔVa_lim以上，可推定在電池發生了不良情形。輸出推定結果。

＜實施形態1：小結＞ 在本實施形態1中，計算第1期間的電壓差分ΔVa對第2期間的電壓差分ΔVb的比率，若該比率為臨限值ΔVa_lim以上，推定在電池有不良情形。藉此，例如即使未準備在阻抗測定等中所使用的設備，亦可推定電池是否為正常狀態。

在本實施形態1中，ΔVa_lim與ΔVb之間的關係可按每個Δt的值進行定義。藉此，可在相對較為自由的時序取得ΔVa或ΔVb的實測值。

＜實施形態2＞ 圖5係在正常的電池與有不良情形的電池之間，比較放電動作後的休止期間中的輸出電壓的歷時變化的不均的圖表。正常的電池係在輸出電壓的歷時變化呈安定的第3期間(圖5的時刻tc0～時刻tc1)，測定好幾次輸出電壓的差分ΔVc，均成為大概相同程度的值。相對於此，藉由本發明人的研究，可知發生了不良情形的電池係每逢測定ΔVc，其值即大幅分散。因此，在本發明之實施形態2中係說明按照ΔVc的不均來推定在電池是否發生了不良情形的順序。

第3期間係以設定在發生了不良情形的電池的輸出電壓每逢測定即大幅不均的時序為宜。若使用例如休止期間開始之後1秒以內，而且接續實施形態1中所說明的第2期間的期間，作為第3期間即可。第2期間的結束時刻與第3期間的開始時刻亦可不一定相同，亦可例如第2期間與第3期間部分疊合，亦可在第2期間的結束時刻與第3期間的開始時刻之間設置間隔。

說明計算ΔVc的順序。對相同電池，取得相同的第3期間中的電壓變化ΔVc的實測值(亦即針對相同電池，取得相同的時刻tc0與tc1之間的電壓差分)。計算各次的ΔVc的標準偏差σ。若σ為臨限值σ_lim以上，推定在該電池發生了不良情形。

σ_lim亦可使用未劣化的電池的計測結果來設定。亦可例如針對新品的電池求出ΔVc的標準偏差σ_new，且設為σ_lim=3σ_new。或者，亦可按照實驗結果等經驗值來設定σ_lim。σ_lim的值可與實施形態1同樣地記述在關係資料上。

圖6係示出使用σ_lim來推定有無不良情形的樣子的模式圖。若ΔVc的不均(標準偏差σ)在新品的電池中的標準偏差σ_new的3倍以內，該不均可大概稱為正常範圍內。相對於此，若σ分散為±3σ_new的範圍以上，可推定在該電池發生了不良情形。

＜實施形態2：小結＞ 在本實施形態2中，若第3期間的電壓不均(標準偏差σ)為臨限值σ_lim以上，推定在電池有不良情形。藉此，與實施形態1同樣地，例如即使未準備在阻抗測定等中所使用的設備，亦可推定電池是否為正常狀態。

＜實施形態3＞ 圖7係說明在本發明之實施形態3中推定電池有無不良情形的順序的流程圖。分別實施在實施形態1～2中所說明的方法，並且按照該等的結果，將電池的正常度進行排序，藉此可推定電池的正常度。例如可如以下所示推定電池的正常度。該等排序為1例，亦可為其他排序。

(a)若藉由實施形態1的方法推定出電池為正常、且藉由實施形態2的方法推定出電池為正常時，推定為等級A(不良情形程度最低：正常度最高)。

(b)若藉由實施形態1的方法推定出電池為正常、且藉由實施形態2的方法推定出電池具有不良情形時，推定為等級B(不良情形程度倒數第2個)。

(c)若藉由實施形態1的方法推定出電池具有不良情形、且藉由實施形態2的方法推定出電池為正常時，推定為等級C(不良情形程度由上數來第2個)。

(d)若藉由實施形態1的方法推定出電池具有不良情形、且藉由實施形態2的方法推定出電池具有不良情形時，推定為等級D(不良情形程度最高：正常度最低)。

＜實施形態4＞ 在本發明之實施形態4中，說明構裝有在實施形態1～3中所說明的推定電池有無不良情形的方法的電池管理裝置的構成例。

圖8係例示本實施形態4之電池管理裝置的用途的模式圖。電池管理裝置係按照在實施形態1～3中所說明的各流程圖的順序，推定電池有無不良情形。有充放電必要的電池(例如電池單元、電池模組、電池組(battery pack)等)係連接至各種裝置。例如測試器、BMS(電池管理系統)、充電器等。電池係當被連接至該等裝置時，形成為充電動作／放電動作／休止狀態的任一者。亦可按照在何處實施推定不良情形的演算法，有無不良情形係可在例如上述裝置上進行計算，亦可在雲端伺服器上等透過網路而相連接的電腦上進行計算。在連接有電池的裝置上進行計算的優點為可以高頻度取得電池狀態(電池所輸出的電壓、電池所輸出的電流、電池的溫度等)。

在雲端系統上所計算出的有無不良情形亦可傳送至使用者所持有的電腦。使用者電腦係可將該資料供至例如庫存管理等特定用途。在雲端系統上所計算出的有無不良情形係可儲存至雲端平台事業者的資料庫，使用在供其他用途之用。例如電動汽車的交換路徑的最適化、能量管理等。

圖9係示出本實施形態4之電池管理裝置100的構成例的圖。在圖9中，電池管理裝置100係與電池200相連接，由電池200接受電力供給的裝置，相當於圖8中的測試器等。電池管理裝置100係具備：通訊部110、運算部120、感測部130、記憶部140。

感測部130係取得電池200所輸出的電壓的檢測值V、電池200所輸出的電流的檢測值I。亦可另外取得電池200的溫度的檢測值T，作為選擇項。該等檢測值係可由電池200自身進行檢測而通知感測部130，亦可由感測部130進行檢測。感測部130容後詳述。

運算部120係使用感測部130所取得的檢測值，推定電池200有無不良情形。推定順序係在實施形態1～3中所說明者。通訊部110係將運算部120所推定出的有無不良情形傳送至電池管理裝置100的外部。例如可對雲端系統所具備的記憶體傳送該等。記憶部140係儲存在實施形態1～3中所說明的關係資料。

運算部120亦可藉由構裝有其功能的電路元件等硬體來構成，亦可藉由CPU(Central Processing Unit，中央處理單元)等運算裝置執行構裝有其功能的軟體來構成。

圖10係示出電池管理裝置100的其他構成例的圖。電池管理裝置100亦可不一定為與電池200直接連接而接受電力供給的裝置，示出未包含有圖9所記載的通訊部110及感測部130的形態者。在圖10中，電池管理裝置100係由通訊部110取得電池200的電壓V、電流I、溫度T。具體而言，電池管理裝置100所具備的感測部150係例如經由網路來收取該等檢測值，運算部120係使用該等檢測值來計算有無不良情形。

圖11係示出感測部130與電池200相連接時的構成例。感測部130亦可構成為電池管理裝置100的一部分，亦可構成為有別於電池管理裝置100的其他模組。感測部130係具備：電壓感測器131、溫度感測器132、電流感測器133，俾以取得電池200的充放電動作時的電壓V、溫度T、電流I。

電壓感測器131係測定電池200的兩端電壓(電池200所輸出的電壓)。溫度感測器132係與例如電池200所具備的熱電偶相連接，且透過此來測定電池200的溫度。電流感測器133係與電池200的一端相連接，測定電池200所輸出的電流。溫度感測器132係選擇項，亦可不一定具備。

圖12係電池管理裝置100所提示的使用者介面之例。使用者介面係可在例如顯示元件等顯示裝置上提示。使用者介面係提示藉由運算部120所得的計算結果。在圖12中係提示休止期間中的輸出電壓的歷時變化，並且提示關於電池是否具有不良情形的推定結果。

＜關於本發明之變形例＞ 本發明並非為限定於前述之實施形態者，包含各種變形例。例如，上述實施形態係為了易於理解本發明地進行說明而詳細說明者，並非必定為限定於具備所說明的全部構成者。此外，可將某實施形態的構成的一部分置換為其他實施形態的構成，此外，亦可在某實施形態的構成加上其他實施形態的構成。此外，關於各實施形態的構成的一部分，可進行其他構成的追加／刪除／置換。

在以上的實施形態中，關係資料亦可從一開始即儲存在記憶部140上，亦可在實施各實施形態中的流程圖時由電池管理裝置100以外的元件取得。關於未劣化的電池的輸出電壓的歷時變化亦可由電池管理裝置100以外的元件取得，亦可由電池管理裝置100自身實測。

在以上的實施形態中，係說明在蓄電池放電動作後的休止期間中推定有無不良情形，惟若在充電動作後的休止期間中出現與有無不良情形相對應的輸出電壓的歷時變化，即可與以上的實施形態同樣地推定有無不良情形。在放電動作後的休止期間、充電動作後的休止期間、或該等雙方的何者出現與有無不良情形相對應的電壓變化，係依電池的特性而異。因此若按照電池的特性，在該等任一者中推定有無不良情形即可。

在以上的實施形態中，電池管理裝置100與電池200亦可構成為複數電池200所構成的電網系統。電池管理裝置100亦可推定電池有無不良情形且控制電池200的動作，電池200的控制亦可由其他裝置實施。

100:電池管理裝置 110:通訊部 120:運算部 130:感測部 131:電壓感測器 132:溫度感測器 133:電流感測器 140:記憶部 150:感測部 200:電池

[圖1]係示出電池結束了放電動作之後的休止期間中的電池的輸出電壓的歷時變化的圖表。 [圖2]係記述有ΔVb與ΔVa_lim之間的關係的關係資料之例。 [圖3]係示出關係資料的變形例的圖。 [圖4]係說明推定在電池是否有不良情形的順序的流程圖。 [圖5]係示出在正常的電池與有不良情形的電池之間，比較放電動作後的休止期間中的輸出電壓的歷時變化的不均的圖表。 [圖6]係示出使用σ_lim來推定有無不良情形的樣子的模式圖。 [圖7]係說明在實施形態3中推定電池有無不良情形的順序的流程圖。 [圖8]係例示實施形態4之電池管理裝置的用途的模式圖。 [圖9]係示出實施形態4之電池管理裝置100的構成例的圖。 [圖10]係示出電池管理裝置100的其他構成例的圖。 [圖11]係示出感測部130與電池200相連接時的構成例。 [圖12]係電池管理裝置100所提示的使用者介面之例。

Claims (11)

1. 一種電池管理裝置，其係管理電池的狀態的電池管理裝置，其特徵為： 具備： 感測部，其係取得前述電池所輸出的電壓的檢測值、 運算部，其係推定前述電池的狀態， 前述運算部係特定由前述電池結束了充電或放電的結束時點或比其較為之後的起算時點與經過了第1時間的第1時點之間的第1期間， 前述運算部係特定由比前述結束時點較為之後的時刻開始而在比前述第1期間的結束時刻較為之後的第2時點結束的第2期間， 前述運算部係取得由前述第2期間開始至前述第2期間結束為止的前述電池的輸出電壓的差分，作為第2期間差分， 前述運算部係取得前述第2期間差分與前述電池的狀態之間的關係， 前述運算部係使用前述第2期間差分來參照前述關係，藉此推定前述電池的狀態。
2. 如請求項1之電池管理裝置，其中，前述運算部係取得由前述第1期間開始至前述第1期間結束為止的前述輸出電壓的差分，作為第1期間差分， 前述運算部係若前述第1期間差分對前述第2期間差分的比率為第1臨限值以上，推定前述電池非為正常。
3. 如請求項2之電池管理裝置，其中，前述電池管理裝置係另外具備：記憶部，其係記憶按每個前述第1期間的時間長，記述有前述第2期間差分與前述第1臨限值之間的關係的資料， 前述運算部係使用前述第1期間的時間長的實測值來參照前述資料，藉此取得與前述第1期間的時間長的實測值相對應的前述第1臨限值， 前述運算部係將前述所取得的第1臨限值與前述比率作比較。
4. 如請求項1之電池管理裝置，其中，前述運算部係複數次取得前述第2期間差分， 前述運算部係計算各前述第2期間差分的第1標準偏差， 前述運算部係若前述第1標準偏差為第2臨限值以上，推定前述電池非為正常。
5. 如請求項4之電池管理裝置，其中，前述運算部係針對未劣化的前述電池，複數次取得前述第2期間差分，並且計算其第2標準偏差， 前述運算部係使用前述第2標準偏差的3倍作為前述第2臨限值。
6. 如請求項2之電池管理裝置，其中，前述運算部係特定由比前述結束時點較為之後的時刻開始而在比前述第2期間的結束時刻較為之後的第3時點結束的第3期間， 前述運算部係複數次取得由前述第3期間開始至前述第3期間結束為止的前述電池的輸出電壓的差分，作為第3期間差分， 前述運算部係計算各前述第3期間差分的第1標準偏差， 前述運算部係若前述第1標準偏差為第2臨限值以上，推定前述電池非為正常。
7. 如請求項6之電池管理裝置，其中，前述運算部係按照藉由將前述比率與前述第1臨限值作比較而推定出前述電池是否為正常的結果、與藉由將前述第1標準偏差與前述第2臨限值作比較而推定出前述電池是否為正常的結果的組合，來推定前述電池的正常度。
8. 如請求項1之電池管理裝置，其中，前述運算部係由前述電池管理裝置以外的元件取得記述有前述關係的資料，藉此取得前述關係。
9. 如請求項1之電池管理裝置，其中，前述運算部係針對未劣化的前述電池，實測前述第2期間差分，藉此取得前述關係。
10. 如請求項1之電池管理裝置，其中，前述電池管理裝置係另外具備：使用者介面，其係提示藉由前述運算部所得的處理結果， 前述使用者介面係提示： 前述第2期間中的前述輸出電壓的歷時變化、 前述運算部推定出前述電池的狀態的結果、 之中至少任一者。
11. 一種電力系統，其特徵為： 具有： 如請求項1之電池管理裝置、 前述電池。

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