WO2012144516A1 - 蓄電デバイスの状態検知方法及び状態検知装置 - Google Patents

蓄電デバイスの状態検知方法及び状態検知装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2012144516A1
WO2012144516A1 PCT/JP2012/060446 JP2012060446W WO2012144516A1 WO 2012144516 A1 WO2012144516 A1 WO 2012144516A1 JP 2012060446 W JP2012060446 W JP 2012060446W WO 2012144516 A1 WO2012144516 A1 WO 2012144516A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
ocv
charge
storage device
history
discharge
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2012/060446
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
克弥 温井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Furukawa Electric Co Ltd
Original Assignee
Furukawa Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Furukawa Electric Co Ltd filed Critical Furukawa Electric Co Ltd
Publication of WO2012144516A1 publication Critical patent/WO2012144516A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/382—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC
    • G01R31/3835—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC involving only voltage measurements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/3644—Constructional arrangements
    • G01R31/3648—Constructional arrangements comprising digital calculation means, e.g. for performing an algorithm
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a state detection method and a state detection device for a power storage device, and particularly to a state detection method and a state detection device for a power storage device that accurately determine a charge / discharge history that governs a change in the internal state of the power storage device.
  • power storage devices have been used in various fields, and various types of capacities, dimensions, weights, and the like have been provided. Some small and small-capacity power storage devices are used for portable electric devices and information terminals. Large and large-capacity power storage devices are used for backup power supplies and power supply for electric forklifts during power outages. There is something.
  • Patent Document 1 discloses that between the open-circuit voltage (OCV: Open ⁇ ⁇ Circuit Voltage) and the remaining capacity (SOC: State of charge) when the liquid lead-acid battery is sufficiently stabilized after stopping charging and discharging. It is described that there is a relationship corresponding to 1: 1 as shown, and a technique for detecting the state of the power storage device using such a relationship between OCV and SOC at the time of stability is described.
  • OCV Open ⁇ ⁇ Circuit Voltage
  • SOC State of charge
  • FIG. 13 shows the relationship between SOC and stable OCV in an iron phosphate Li-ion battery.
  • SOC_1 and SOC_2 are, for example, about 40% and 75%, respectively, and the change in the stable OCV is small in a relatively large SOC range of about 35%. Therefore, when the SOC is in the range of SOC_1 to SOC_2, there is a problem that it is difficult to obtain the SOC with sufficient accuracy even if the SOC is obtained by measuring the OCV at the time of stability.
  • a state quantity that can more appropriately indicate the change in the internal state based on the charging / discharging history of the power storage device instead of the stable OCV, a state quantity that can more appropriately indicate the change in the internal state based on the charging / discharging history of the power storage device. It is preferable to calculate the SOC using this state quantity.
  • a method for determining a charge / discharge history such as whether a power storage device has a charge history or a discharge history, has not been known so far. The device status was detected. Therefore, the SOC cannot be obtained with sufficient accuracy depending on the charge / discharge history.
  • an object of the present invention is to provide a state detection method and a state detection device for a power storage device that can determine the charge / discharge history of the power storage device with high accuracy.
  • 1st aspect of the state detection method of the electrical storage device of this invention is a state detection method of the electrical storage device which determines the charging / discharging log
  • OCV open circuit voltage
  • the history determination state quantity is an OCV integrated value calculated by time-integrating the OCV measurement value over a first period after application of the probe pulse.
  • the reference data is a threshold value for the OCV integral value, and the charge / discharge history is determined to be a charge history or a discharge history by comparing the OCV integral value with the reference data.
  • the history determination state quantity is an OCV change integration value obtained by time-integrating a change quantity from the predetermined reference OCV of the OCV measurement value
  • the reference data Is a threshold for the OCV change integration value
  • the OCV measurement value obtained when the first period after application of the probe pulse has passed is obtained as the reference OCV
  • the OCV measurement value is time-integrated OCV Subtracting a value obtained by multiplying the reference OCV by the time length of the first period from an integral value to calculate the OCV change integral value, and comparing the OCV change integral value with the reference data to thereby calculate the charge / discharge history. Is determined to be a charge history or a discharge history.
  • a predetermined first threshold and a second threshold larger than the first threshold are set in advance as the reference data, and the OCV integrated value or the OCV change is set.
  • the charge / discharge history is determined as the discharge history
  • the OCV integrated value or the OCV change integrated value is larger than the second threshold
  • the charge / discharge history is determined as the charging history. It is characterized by determining.
  • the history determination state quantity is a voltage drop amount that is a difference between the OCV measurement value and a predetermined reference OCV
  • the reference data is a voltage drop It is a function or a table representing a change in amount of time
  • the voltage drop amount is compared with the reference data corresponding to an elapsed time from the charge / discharge stop, and the charge / discharge is performed when the voltage drop amount is smaller than the reference data.
  • the history is determined as the discharge history
  • the charge / discharge history is determined as the charge history when the voltage drop amount is larger than the reference data.
  • Another aspect of the method for detecting a state of an electricity storage device according to the present invention is characterized in that charging or discharging of the first capacity is 5% or less of a new equivalent capacity of the electricity storage device.
  • Another aspect of the method for detecting the state of the electricity storage device of the present invention is characterized in that the charge / discharge stop is determined when the measured current value of the electricity storage device is equal to or less than a predetermined stop-time current threshold.
  • the SOC of the electricity storage device is calculated from the OCV integrated value, the OCV change integrated value, or the reference OCV using a preset remaining capacity (SOC) calculation formula.
  • charging or discharging of a second capacity is applied to the electricity storage device depending on whether the charge / discharge history is a charge history or a discharge history, and charging of the second capacity is performed.
  • the OCV integrated value or the OCV change integrated value and the reference OCV are obtained after the discharge is applied, and the electricity storage is performed from the OCV integrated value, the OCV change integrated value, or the reference OCV using a preset SOC calculation formula. The SOC of the device is calculated.
  • a charge of a second capacity is applied to the electricity storage device, or
  • the charge / discharge history is the discharge history and the probe pulse is the charge of the first capacity
  • the discharge of the second capacity is applied to the power storage device, and the OCV integrated value or the An OCV change integration value and the reference OCV are obtained, and the SOC of the electricity storage device is calculated from the OCV integration value, the OCV change integration value, or the reference OCV using a preset SOC calculation formula.
  • the charge / discharge history is a charge history and the probe pulse is a charge of the first capacitor
  • a charge of a second capacitor is applied to the electricity storage device
  • the OCV integral value or the OCV change integral value and the reference OCV are obtained, and the OCV integral value, the OCV change integral value, or the reference OCV is calculated using a preset SOC calculation formula.
  • the SOC of the electricity storage device is calculated.
  • Another aspect of the method for detecting a state of an electricity storage device according to the present invention is characterized in that the second capacity is larger than the first capacity.
  • the electricity storage device is configured by connecting a plurality of cells in series or in parallel, and applying the probe pulse to at least one of the plurality of cells. Then, the charging / discharging history is determined, and charging or discharging of the second capacity is applied to all of the plurality of cells to calculate each SOC.
  • the SOC calculation formula is an OCV integral value or an OCV change integral value vs. SOC relationship formula, or a reference OCV vs. SOC relationship formula, and the reference OCV is
  • the SOC is calculated from the OCV integral value or the OCV change integral value using the relational expression of the OCV integral value or OCV change integral value versus SOC
  • the reference OCV is calculated within the predetermined range.
  • the SOC is calculated from the reference OCV using the relational expression of the reference OCV to SOC.
  • a first aspect of the state detection device for an electricity storage device is a state detection device for an electricity storage device that determines charge / discharge history before stoppage after stopping charge / discharge of an electricity storage device that can be charged / discharged using charge / discharge means. And controlling the charging / discharging means to apply a charge or discharge of a first capacity as a probe pulse to the power storage device, and open a circuit of the power storage device in a first period after the probe pulse is applied.
  • a measurement value of voltage (OCV) is acquired, the OCV measurement value when the first time after the probe pulse application has elapsed is acquired as a reference OCV, and the OCV measurement value is set as a time over the first period.
  • An OCV change integration value is calculated by subtracting a value obtained by multiplying the reference OCV by the time length of the first period from the integrated OCV integration value, and the OCV change integration value is compared with a predetermined threshold value.
  • a state detection unit that determines that the charge / discharge history is a charge history or a discharge history, and an input / output unit that inputs the determination result of the charge / discharge history from the state detection unit and outputs the result to the outside. It is characterized by that.
  • the present invention it is possible to provide a state detection method and a state detection device for a power storage device that can determine the charge / discharge history of the power storage device with high accuracy.
  • a storage device state detection method and a state detection device that can determine the charge / discharge history of the storage device with high accuracy.
  • a state detection method and a state detection device Provided is a state detection method and a state detection device.
  • an iron phosphate-based Li-ion battery will be described as an example of an electricity storage device in which the change in the OCV at the time of stabilization becomes smaller than the change in the SOC.
  • the content described below is not limited to the iron phosphate-based Li ion battery, and can be applied to other power storage devices in the same manner.
  • FIG. 1 is a flowchart for explaining the flow of processing in the method for detecting the state of an electricity storage device of this embodiment
  • FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the state detection device for the electricity storage device of this embodiment.
  • a state detection device 100 detects the state of an electricity storage device (storage battery) 10 mounted in the target system 1.
  • the storage battery 10 is an electricity storage device that contains an electrolytic solution or a solid electrolyte therein and can store electrical energy due to a state change accompanied by movement of ions.
  • the target system 1 includes charging / discharging means 11 for charging / discharging the storage battery 10, voltage measuring means 12 for measuring the voltage of the storage battery 10, and current measuring means 13 for measuring the current of the storage battery 10.
  • the measurement values measured by the voltage measuring unit 12 and the current measuring unit 13 are input to the state detection device 100 and used for state detection.
  • the temperature measurement unit 14 may be connected to the storage battery 10 and the temperature measurement value measured by the temperature measurement unit 14 may be input to the state detection device 100 and used for state detection.
  • the state detection device 100 connected to the target system 1 includes a state detection unit 110, a storage unit 120, and an input / output unit 130.
  • the state detection unit 110 receives the voltage measurement value and the current measurement value of the storage battery 10 from the voltage measurement unit 12 and the current measurement unit 13, respectively, and performs the process according to the state detection method of the present embodiment to detect the state of the storage battery 10.
  • the temperature measuring means 14 may be connected to the storage battery 10 and a temperature measurement value may be input to the state detection unit 110 to be used for detecting the state of the storage battery 10.
  • the storage unit 120 is used to store various reference data and measurement data necessary for the state detection process.
  • the input / output means 130 is means for notifying a user or the like of a state detection result or the like.
  • FIG. 3 shows an example of a change in the stable OCV with respect to the SOC of the storage battery 10.
  • the stable OCV indicated by reference numeral 21 changes relatively greatly with respect to the change in SOC when the SOC is less than SOC1 or greater than SOC2. Therefore, when the SOC is within this range, the SOC can be accurately obtained from the stable OCV using the relationship of the stable OCV to the SOC.
  • the SOC is SOC1 or more and SOC2 or less (hereinafter, the SOC during this period is referred to as intermediate SOC)
  • the stable OCV indicated by reference numeral 21 slightly changes with respect to the change in SOC. Therefore, it is extremely difficult to accurately obtain the SOC from the stable OCV using the stable OCV to SOC relationship.
  • the state detection device 100 performs state detection using the OCV measured by the voltage measuring unit 30, whether or not the relationship of the stable OCV to SOC can be used is determined by the above-described SOC1 and SOC1. This is performed using OCV1 and OCV2, which are stable OCVs corresponding to the respective SOCs, instead of the SOC2. That is, when the stable OCV is less than OCV1 or greater than OCV2, the SOC is calculated from the stable OCV using the relationship of the stable OCV to SOC.
  • the integrated value of the OCV in the predetermined period after the end of charge / discharge or the change in the OCV from the predetermined reference OCV is integrated.
  • An OCV change integration value can be used.
  • the OCV integral value or the OCV change integral value will be referred to as a relaxation amount, and it will be described that the SOC can be calculated using this relaxation amount.
  • the amount of relaxation changes depending on the charge / discharge history of the storage battery 10.
  • the relaxation amount represents the amount of movement of the electrolyte present in the electricity storage device.
  • the ion concentration of the electrolytic solution changes, so that the moving speed of the electrolytic solution changes and the relaxation amount changes.
  • the state of the electrode plate or active material of the electricity storage device changes and the electrode plate lattice expands or irreversible precipitates are formed on the surface of the electrode plate, the movement and reaction rate of the electrolyte change and the amount of relaxation increases. Appears as a change.
  • the change in the amount of movement of the electrolytic solution inside the electricity storage device can be known using the relaxation amount.
  • the OCV change integration value (DSt1_t2) in the period t1 to t2 is calculated by the following equation (2).
  • ⁇ t t2 ⁇ t1.
  • FIG. 22 An example of the change in the relaxation amount with respect to the SOC is indicated by reference numeral 22 in FIG.
  • the SOC change of the OCV change integration value DSt1_t2 calculated by the equation (2) is shown, but the same tendency can be obtained by using the OCV integration value St1_t2.
  • the stable OCV21 hardly changes, whereas the relaxation amount 22 increases monotonously with respect to the intermediate SOC. It shows a tendency to. Therefore, the relationship between the relaxation amount and the SOC as indicated by reference numeral 22 in FIG. 3 is obtained in advance and stored in the storage unit 120, and the relationship between the relaxation amount and the SOC is used when the stable OCV is OCV1 or more and OCV2 or less.
  • the SOC can be calculated.
  • FIG. 3 shows an example of the change in the relaxation amount with respect to the SOC.
  • Such a relationship between the relaxation amount and the SOC is obtained when the storage battery performs only one of charging and discharging before stopping charging and discharging. .
  • FIGS. 4 is a graph in which the horizontal axis represents time and the vertical axis represents the voltage of the storage battery.
  • FIG. 5 is a graph in which the horizontal axis represents SOC and the vertical axis represents the amount of relaxation.
  • FIG. 4 (a) the SOC at time t1 is fully charged, 10% discharge is performed from time t1 to time t2, and then the discharge is stopped for 1 hour from time t2 to time t3. The internal state is relaxed. Thereafter, 5% charge is performed from time t3 to time t4, charging for 1 hour from time t4 to time t5 is stopped, and the internal state of the storage battery is relaxed again. Further, 5% discharge is performed between time t5 and time t6, and the discharge for one hour from time t6 to time t7 is stopped to relax the internal state of the storage battery. Thus, in the example of Fig.4 (a), it charges in the middle of discharge.
  • the SOC at time t11 is set to 20%, 10% charging is performed from time t11 to time t2, and then charging for one hour from time t12 to time t13 is stopped.
  • This relaxes the internal state of the storage battery.
  • 5% discharge is performed from time t13 to time t14, and the discharge for one hour from time t14 to time t15 is stopped to relax the internal state of the storage battery again.
  • 5% charge is performed from time t15 to time t16, and charging for one hour from time t16 to time t17 is stopped to relax the internal state of the storage battery.
  • FIG.4 (b) it discharges in the middle of charge.
  • FIG. 5 shows a change in relaxation amount with respect to the SOC when charging and discharging are mixed as shown in FIG.
  • the SOC at time t1 before the start of charging / discharging is fully charged and the SOC at time t11 is 20%, but the SOC at times t1 and t11 is further changed to the SOC on the horizontal axis shown in FIG.
  • the change of the relaxation amount when charging is performed in the middle of the discharge shown in FIG. 4A is indicated by reference numerals 31 to 33, and the discharge is performed in the middle of the charging shown in FIG. 4B.
  • the change in the amount of relaxation at that time is indicated by reference numerals 34 to 36.
  • the relaxation amount calculated during relaxation from time t2 to t3 after 10% discharge is monotonous with respect to the intermediate SOC as indicated by reference numeral 31. Has increased.
  • the relaxation amount calculated during the relaxation from time t4 to t5 after 5% charge after 10% discharge has a small change with respect to the intermediate SOC as indicated by reference numeral 32.
  • the relaxation amount calculated during relaxation from time t6 to t7 after performing 5% discharge after 10% discharge and 5% charge is increased monotonously again with respect to the intermediate SOC as indicated by reference numeral 33. It has become.
  • the same tendency as described above is observed even in the change in the relaxation amount corresponding to the charge / discharge in FIG. That is, the relaxation amount calculated during relaxation from time t12 to time t13 after 10% charging monotonously increases with respect to the intermediate SOC as indicated by reference numeral 34. On the other hand, the relaxation amount calculated during the relaxation from time t14 to t15 after 5% discharge after 10% charge hardly changes with respect to the intermediate SOC as indicated by reference numeral 35. Further, the relaxation amount calculated during relaxation from time t16 to t17 after 5% charge after 10% charge and 5% discharge is increased monotonously again with respect to the intermediate SOC as indicated by reference numeral 36. It has become.
  • the state detection method for the power storage device of the present embodiment provides a method for detecting the charge / discharge history before the charge / discharge stop.
  • FIG. 6 is a graph showing an example of charge / discharge control by the state detection method of the electricity storage device of the present embodiment.
  • a probe pulse 40 having a predetermined capacity is applied to the storage battery 10 in order to determine the previous charging / discharging history.
  • the OCV change integration value DSt1_t2 is calculated using Equation (2) during the period from time tb to tc after application of the probe pulse.
  • the probe pulse 40 can be set in advance according to the type of the storage battery 10. For example, in the case of an iron phosphate Li-ion battery, the charge is preferably 0.5%.
  • the length of the relaxation period tb to tc after application of the probe pulse is preferably about 30 minutes.
  • FIG. 7 shows an example of the time change of the voltage drop when the probe pulse 40 is charged at 0.5%.
  • the horizontal axis represents the elapsed time after application of the probe pulse
  • the vertical axis represents the amount of voltage drop.
  • the respective probes when the probe pulse is applied with the same SOC when applying the probe pulse and when the probe pulse is applied with the charge history and when the probe pulse is applied with the discharge history are shown.
  • Changes in the voltage drop after applying the pulse are indicated by reference numerals 41 and 42, respectively. Both voltage drop amounts 41 and 42 indicate changes for 30 minutes after the application of the probe pulse 40 is completed.
  • the voltage drop 41 when the probe pulse is applied in a state having a charging history always converges to 0 at a value that is always higher than the voltage drop 42 when a probe pulse is applied in a state having a discharge history. I can see it going. Even when the SOC is different, the voltage drop amount when the probe pulse is applied in a state having a charge history changes in a region higher than the boundary line 43 shown in FIG. 7, and the voltage drop when the probe pulse is applied in a state having a discharge history. It was revealed that the voltage drop amount changes in a region lower than the boundary line 44.
  • the integrated value of the voltage drop amount after applying the probe pulse that is, the OCV change integrated value DS becomes larger than a predetermined value (assumed to be the first threshold Th1) when having a charge history, and the discharge history. Is smaller than another predetermined value (referred to as the second threshold Th2). Therefore, the relaxation amount DS is calculated after applying the probe pulse, and based on this, the charge / discharge history of the storage battery 10 can be determined as follows. That is, DS> Th1 (3) Is determined to have a charge history, DS ⁇ Th2 (4) Is determined to have a discharge history.
  • the relaxation amount DS is used as the history determination state quantity for determining the charge / discharge history.
  • the OCV integration value S may be used as the history determination state quantity instead of the OCV change integration value DS.
  • the charge / discharge history can be determined using the voltage drop amount itself instead of the relaxation amount DS.
  • the charge / discharge history may be determined using the voltage drop amount instead of the relaxation amount DS.
  • the relaxation amount DS in the equations (3) and (4) used for the determination of the charge / discharge history is not limited to the integrated value of the OCV change amount in one period after application of the probe pulse.
  • the relaxation period after application of the probe pulse May be divided into two or more periods, and the OCV change integration value DS may be calculated in each period.
  • a more detailed charge / discharge history amount It is also possible to determine (the amount of charge or discharge). This determination can be similarly performed by using the OCV integrated value S or the voltage drop amount instead of the OCV change integrated value DS.
  • step S1 when the state detection unit 110 inputs a signal requesting charge / discharge history determination from the input / output unit 130 in step S1, it is determined whether or not the storage battery 10 can be disconnected from the load 2 in step S2. In this determination, for example, when permission to disconnect the storage battery 10 is given in advance from the target system 1 or a user of the target system 1, it is determined that disconnection is possible.
  • step S2 If it is determined in step S2 that the storage battery 10 cannot be disconnected, the charge / discharge history determination process is terminated. On the other hand, if it is determined in step S2 that the storage battery 10 can be disconnected, the storage battery 10 is disconnected from the load 2 in step S3. In the next step S4, a current measurement value is input from the current measurement means 13 and compared with a predetermined stop current threshold value. When the current measurement value is equal to or less than the stop current threshold value, it is determined that charging / discharging is stopped.
  • the determination of charge / discharge stop need not be limited to only when the measured current value is 0. For example, charge / discharge is also performed when a minute current (dark current) is consumed by a measuring instrument, controller, communication device, etc. You may make it determine with a stop.
  • step S4 If the measured current value is larger than the stop-time current threshold value in step S4, for example, “charge / discharge history determination error” or the like is output to the input / output means 130 in step S5, and the process is terminated.
  • the charging / discharging means 11 is connected to the storage battery 10 in step S6, and a preset current integrated value of a predetermined capacity, that is, a probe pulse is applied to the storage battery 10.
  • step S7 the charging / discharging means 11 is disconnected from the storage battery 10, and the time t at this time is stored as tb. Time tb corresponds to tb shown in FIG.
  • step S8 the current measurement value is input from the current measurement means 13 and compared with the stop current threshold value. When the current measurement value is equal to or less than the stop current threshold value, it is determined that charging / discharging is stopped, and the process proceeds to step S9. On the other hand, when the measured current value is larger than the stop-time current threshold value, the process proceeds to step S5, where a “charge / discharge history determination error” or the like is output to the input / output unit 130, and the process ends.
  • step S9 it is determined whether the time t has reached a predetermined time interval ts1 to ts2 (ts1 ⁇ ts2), that is, whether the time t is after the time ts1, and when it is determined that the time t is after the time ts1. Advances to step S10. On the other hand, when it is determined that the time ts1 has not been reached, the process returns to step S8 again after a predetermined time interval (state detection cycle).
  • the time interval ts1 to ts2 is included in the period from time tb to tc shown in FIG.
  • step S10 it adds the multiplied by the time interval OCV measurement OCV_now (t) based on equation (1) to the OCV integral value S ts1 _ ts2.
  • step S11 it is determined whether or not the time t has reached the end of the time interval ts1 to ts2, and when the time t has not reached ts2, the process returns to step S8 again after a predetermined time interval. On the other hand, when the time t has reached ts2, the process proceeds to step S12.
  • step S13 the OCV change integration value DS ts1 — ts2 is calculated based on the equation (2) from S ts1 — ts2 calculated in step S10 and the OCV_base stored in step S12.
  • step S14 the charge / discharge history determination values Th1 and Th2 previously stored in the storage unit 120 are read, and the charge / discharge history of the storage battery 10 is determined based on the equations (3) and (4). The determination result of the charge / discharge history is output to the outside from the input / output unit 130 in step S15.
  • FIG. 8 is a flowchart for explaining the flow of processing in the method of detecting the state of the electricity storage device of this embodiment.
  • the SOC of the storage battery 10 can be calculated with high accuracy based on the charge / discharge history determination result determined by the storage device state detection method of the first embodiment. is there.
  • step S21 determines whether the charge / discharge history is discharged or charged. As a result, if it is determined that it is a discharge history, the process proceeds to step S22, whereas if it is determined that it is a charge history, the process proceeds to step S23. Since the probe pulse applied to the storage battery 10 in step S6 is charging with a predetermined capacity, when it is determined that the discharge history is in step S21, charging is performed by applying the probe pulse after discharging. As a result, it can be seen that the internal state of the storage battery 10 is a state in which the influence of discharging and the influence of charging are mixed.
  • step S22 a predetermined capacity of discharge is performed in step S22 (hereinafter referred to as discharge before state detection).
  • discharge before state detection a predetermined capacity of discharge is performed in step S22 (hereinafter referred to as discharge before state detection).
  • the same discharging, charging, and discharging as the charging / discharging history shown in FIG. 4A are sequentially performed, and the change in the intermediate SOC is changed in the same manner as the relaxation amount indicated by reference numeral 33 in FIG.
  • a relaxation amount that changes monotonously can be obtained.
  • step S6 the case where the probe pulse applied in step S6 is charging with a predetermined capacity will be described. However, if the probe pulse is discharging with a predetermined capacity, it is determined in step S21 that the charge / discharge history is charging. When it is determined, the process proceeds to step S22, and when it is determined that the discharge is performed, the process proceeds to step S23. In this case, charging of a predetermined capacity (charging before state detection) is performed in step S22.
  • the discharge amount (or charge amount) performed as the discharge before the state detection (or the charge before the state detection) is the number of combinations of the storage battery 10 in the case where the type, model number, capacity, and a plurality of cells are combined. It determines suitably according to it. As an example, in the case of a 18650 type iron phosphate Li-ion battery, it is desirable to perform discharge of 2% or more in terms of new capacity as discharge before state detection.
  • the absolute value of the charge capacity (discharge capacity) applied by the probe pulse should be smaller than the absolute value of the discharge capacity (charge capacity) discharged (charged) by the discharge before the state detection (charge before the state detection). .
  • the influence of the charge history (discharge history) due to the application of the probe pulse can be significantly reduced by the subsequent discharge before state detection (charge before state detection), which is the middle when only discharging (charging) is performed. It becomes possible to approximate the relationship between the SOC and the relaxation amount.
  • step S23 it is determined whether OCV_base substantially equal to the stable OCV is greater than or equal to OCV1 and less than or equal to OCV2.
  • OCV_base is greater than or equal to OCV1 and less than or equal to OCV2
  • the process proceeds to step S24, whereas when OCV_base is less than OCV1 or greater than OCV2, the process proceeds to step S26.
  • step S24 the relaxation amount is calculated based on the formula (1) or the formula (2).
  • the OCV integral value St1_t2 calculated from the equation (1) is used as the relaxation amount
  • the OCV integral value St1_t2 is calculated by performing the same processing as steps S8 to S11 during the predetermined relaxation period.
  • the OCV change integration value DSt1_t2 calculated from the expression (2) is used as the relaxation amount
  • the OCV change integration value DSt1_t2 is calculated by performing the same processing as steps S8 to S13 during the predetermined relaxation period.
  • the SOC of the storage battery 10 is calculated from the relationship between the relaxation amount and the SOC using the relaxation amount calculated in step S23.
  • the relationship between the relaxation amount and the SOC can be created based on the relationship of the change in the relaxation amount with respect to the intermediate SOC as indicated by reference numeral 33 in FIG. 5 in advance.
  • the relationship between the relaxation amount and the SOC created in advance is stored in the storage unit 120, and is read from the storage unit 120 and used for calculating the SOC in step S25.
  • the process proceeds to step S27.
  • step S26 the SOC is calculated from the relationship of the stable OCV to the SOC with OCV_base as the stable OCV.
  • the relationship between the stable OCV and the SOC can be created based on the change in the stable OCV 21 with respect to the SOC shown in FIG. 3 obtained in advance.
  • the stable OCV-SOC relationship created in advance is stored in the storage unit 120, and is read from the storage unit 120 and used for calculating the SOC in step S26.
  • the process proceeds to the next step S27.
  • step S27 the SOC calculated in step S26 or S27 is output from the input / output means 130 to the outside.
  • the reference time for obtaining OCV_base is preferably a time that is 30 minutes or more after the end of the pre-state detection charge / discharge control. For example, in an iron phosphate Li-ion battery, it is preferably about 1 hour. The reference time varies depending on the size and type of the battery.
  • FIG. 9 is a flowchart for explaining the flow of processing according to the state detection method for the power storage device of the present embodiment.
  • step S22 discharge before state detection is performed in step S22 only when it is determined that the discharge history is determined in step S21.
  • the state detection method of the power storage device of the present embodiment when it is determined that the discharge history is not determined in step S21, that is, the charge history is determined, charging before state detection is performed in step S31. Thereby, it becomes possible to calculate the SOC with higher accuracy by using the relationship between the relaxation amount and the SOC corresponding to the internal state of the storage battery after the charge is stopped.
  • FIG. 10 is a block diagram showing an electricity storage device 10 ′ configured by combining a plurality of cells.
  • the electricity storage device 10 ′ is configured by connecting in parallel six cells 10a to 10f and 10g to 10l connected in series. In this way, in the electricity storage device 10 ′ composed of a plurality of cells, it is not necessary to apply the probe pulse to all the cells in order to determine the charge / discharge history, but only to apply the probe pulse to some cells. Can be determined.
  • FIG. 11 shows a flowchart for explaining the flow of processing by the method for detecting the state of the electricity storage device of the present embodiment.
  • a cell to which a probe pulse is applied is selected in step S41.
  • the process of steps S6 to S15 is performed on the selected cell to determine the charge / discharge history.
  • discharge before state detection is performed in steps S21 and S22 as necessary.
  • the processes in steps S23 to S27 are performed on all the cells by the processes in steps S42 and S43. Thereby, the SOC of all the cells can be calculated.
  • the charge / discharge history of the power storage device can be determined with high accuracy.
  • the operation of the system equipped with the power storage device can be facilitated, the system operation rate and safety can be improved, and the management cost can be reduced.
  • target system 2 load 10: power storage device 11: charge / discharge means 12: voltage measurement means 13: current measurement means 14: temperature measurement means 100: state detection device 110: state detection unit 120: storage unit 130: input / output means

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Tests Of Electric Status Of Batteries (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

蓄電デバイスの充放電履歴を高精度に判定することができる蓄電デバイスの状態検知方法及び状態検知装置を提供する。 充放電停止後、ステップＳ６でプローブパルスを蓄電池１０に印加し、ステップＳ９～Ｓ１１でＯＣＶ測定値を時間積分してＯＣＶ積分値Ｓts1_ts2を算出する。ステップＳ１２では、時刻ｔｃにおけるＯＣＶを測定してこれをＯＣＶ_baseとする。ステップＳ１３では、Ｓts1_ts2とＯＣＶ_baseとからＯＣＶ変化積分値ＤＳts1_ts2を算出する。ステップＳ１４では、予め保存されている充放電履歴判定値Ｔｈ１、Ｔｈ２に基づいて蓄電池１０の充放電履歴を判定する。

Description

蓄電デバイスの状態検知方法及び状態検知装置
　本発明は、蓄電デバイスの状態検知方法及び状態検知装置に関し、特に蓄電デバイスの内部状態の変化を支配する充放電履歴を精度よく判定する蓄電デバイスの状態検知方法及び状態検知装置に関するものである。
　近年、蓄電デバイスは多方面の分野で利用されるようになっており、容量や寸法、重量等も多種類のものが提供されている。小型小容量の蓄電デバイスとしては、携帯型の電動機器や情報端末等に利用されるものがあり、大型大容量の蓄電デバイスとしては、停電時のバックアップ用電源や電動フォークリフト等の電源に利用されるものがある。
　携帯型情報機器の分野では、情報処理システムやアプリケーション、データ処理速度などの進歩に合わせて、ユーザが情報機器を２－３年程度で交換することが多く、情報機器の製品寿命が短くなっている。そのため、情報機器に搭載されている小型小容量の蓄電デバイスが寿命末期まで使用し続けられることは少なく、蓄電デバイスの管理としては使用中の残容量が表示されて管理できれば十分であり、劣化により満充電容量が新品時に比べてどの程度低下したかは大きな問題となっていない。
　一方で、大型大容量の蓄電デバイスが利用される分野では、蓄電デバイスを搭載する装置の方が蓄電デバイスの寿命より長い期間にわたって使用されるため、蓄電デバイスのメンテナンスや交換等の管理が必要であった。従来、このような大型大容量の蓄電デバイスは、常に満充電かそれに近い状態に維持するように管理されており、蓄電デバイスの残容量を検出して管理する必要性はなかった。そのため、従来より知られているインピーダンス法を用いて蓄電デバイスの新品時からの劣化度を管理すればよかった。
　また、最近の新たな用途として蓄電デバイスの利用が始まったハイブリッド自動車（ＨＥＶ）や電気自動車（ＥＶ）の分野、さらには電力網における電力エネルギーマネージメントシステム（ＥＭＳ）の分野では、システムの製品寿命が長いため、劣化に伴う満充電容量の新品時からの劣化度を管理する必要がある。それに加えて、このような新規の用途分野では、蓄電デバイスからの放電だけでなく蓄電デバイスへの充電も要求されるため、蓄電デバイスを常に充電も放電も可能な状態、すなわち残容量を適切な部分充電状態（ＰＳＯＣ）に維持するように管理することが要求されている。このように、ＨＥＶ、ＥＶ、ＥＭＳ等の蓄電デバイスの新規の用途分野では、蓄電デバイスの劣化度の管理と残容量の管理を両立させて行うことが要求される。
　従来より、蓄電デバイスの残容量と電圧との関係がネルンストの式で定義されており、電圧を測定することで蓄電デバイスの性能を判断することができていた。例えば、特許文献１には、液式鉛蓄電池が充放電停止後十分に安定したときの開放端電圧（ＯＣＶ：Ｏｐｅｎ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｖｏｌｔａｇｅ）と残容量（ＳＯＣ：State of charge）との間に図１２に示すような１：１に対応する関係があることが記載されており、このような安定時のＯＣＶとＳＯＣとの関係を用いて蓄電デバイスの状態検知を行う技術が記載されている。
特開２００７－１７８２１５号公報
　しかしながら、蓄電デバイスの種類によっては、ＳＯＣが変化しているにもかかわらず安定時ＯＣＶがほとんど変化しないものがある。一例として、燐酸鉄系Ｌｉイオン電池におけるＳＯＣと安定時ＯＣＶとの関係を図１３に示す。同図において、ＳＯＣがＳＯＣ_1～ＳＯＣ_2［％］の範囲では安定時ＯＣＶの変化が非常に小さくなっている。ここで、ＳＯＣ_1、ＳＯＣ_2はそれぞれ、例えば４０％、７５％程度であり、３５％程度の比較的大きなＳＯＣの範囲で安定時ＯＣＶの変化が小さい。そのため、ＳＯＣがＳＯＣ_1～ＳＯＣ_2の範囲にあるときは、安定時ＯＣＶを測定してＳＯＣを求めようとしても十分な精度でＳＯＣを得るのが難しいといった問題がある。
　そこで、ＳＯＣの変化に対して安定時ＯＣＶがほとんど変化しない場合には、安定時ＯＣＶに代えて、蓄電デバイスの充放電履歴に基づいて内部状態の変化をより適格に示すことができる状態量を求め、この状態量を用いてＳＯＣを算出するようにするのがよい。しかしながら、蓄電デバイスが充電履歴を有しているか、あるいは放電履歴を有しているか、といった充放電履歴を判定する方法はこれまで知られておらず、従来は充放電履歴に依存しない方法で蓄電デバイスの状態検知を行っていた。そのため、充放電履歴によっては十分な精度でＳＯＣを求めることができなかった。
　そこで、本発明はこれらの問題を解決するためになされたものであり、蓄電デバイスの充放電履歴を高精度に判定することができる蓄電デバイスの状態検知方法及び状態検知装置を提供することを目的とする。
　本発明の蓄電デバイスの状態検知方法の第１の態様は、充放電停止後に停止前の充放電履歴を判定する蓄電デバイスの状態検知方法であって、第１容量の充電または放電をプローブパルスとして前記蓄電デバイスに印加し、前記プローブパルス印加後の第１の期間に前記蓄電デバイスの開回路電圧（ＯＣＶ）の測定値を取得し、前記ＯＣＶ測定値から所定の履歴判定用状態量を算出し、前記履歴判定用状態量と事前に作成された参照データとから前記充放電履歴が充電履歴あるいは放電履歴であると判定することを特徴とする。
　本発明の蓄電デバイスの状態検知方法の他の態様は、前記履歴判定用状態量は、前記プローブパルス印加後の第１の期間にわたって前記ＯＣＶ測定値を時間積分して算出したＯＣＶ積分値であり、前記参照データは、前記ＯＣＶ積分値に対する閾値であり、前記ＯＣＶ積分値を前記参照データと比較することで前記充放電履歴が充電履歴あるいは放電履歴であると判定することを特徴とする。
　本発明の蓄電デバイスの状態検知方法の他の態様は、前記履歴判定用状態量は、前記ＯＣＶ測定値の所定の基準ＯＣＶからの変化量を時間積分したＯＣＶ変化積分値であり、前記参照データは、前記ＯＣＶ変化積分値に対する閾値であり、前記プローブパルス印加後の前記第１の期間が経過したときの前記ＯＣＶ測定値を取得して前記基準ＯＣＶとし、前記ＯＣＶ測定値を時間積分したＯＣＶ積分値から前記基準ＯＣＶに前記第１の期間の時間長を乗じた値を減算して前記ＯＣＶ変化積分値を算出し、前記ＯＣＶ変化積分値を前記参照データと比較することで前記充放電履歴が充電履歴あるいは放電履歴であると判定することを特徴とする。
　本発明の蓄電デバイスの状態検知方法の他の態様は、前記参照データとして所定の第１閾値及び該第１閾値より大きい第２の閾値を予め設定しておき、前記ＯＣＶ積分値または前記ＯＣＶ変化積分値が前記第１閾値より小さいときに前記充放電履歴を放電履歴と判定する一方、前記ＯＣＶ積分値または前記ＯＣＶ変化積分値が前記第２の閾値より大きいときに前記充放電履歴を充電履歴と判定することを特徴とする。
　本発明の蓄電デバイスの状態検知方法の他の態様は、前記履歴判定用状態量は、前記ＯＣＶ測定値と所定の基準ＯＣＶとの差である電圧降下量であり、前記参照データは、電圧降下量の時間変化を表す関数または表であり、前記電圧降下量を前記充放電停止からの経過時間に対応する前記参照データと比較し、前記電圧降下量が前記参照データより小さいときに前記充放電履歴を放電履歴と判定する一方、前記電圧降下量が前記参照データより大きいときに前記充放電履歴を充電履歴と判定することを特徴とする。
　本発明の蓄電デバイスの状態検知方法の他の態様は、前記第１容量の充電または放電は、前記蓄電デバイスの新品換算容量の５％以下であることを特徴とする。
　本発明の蓄電デバイスの状態検知方法の他の態様は、前記蓄電デバイスの電流測定値が所定の停止時電流閾値以下のときを前記充放電停止と判定することを特徴とする。
　本発明の蓄電デバイスの状態検知方法の他の態様は、前記プローブパルスが前記第１容量の充電でかつ前記充放電履歴が充電履歴のとき、あるいは前記プローブパルスが前記第１容量の放電でかつ前記充放電履歴が放電履歴のときには、予め設定された残容量（ＳＯＣ）算出式を用いて前記ＯＣＶ積分値または前記ＯＣＶ変化積分値あるいは前記基準ＯＣＶから前記蓄電デバイスのＳＯＣを算出することを特徴とする。
　本発明の蓄電デバイスの状態検知方法の他の態様は、前記充放電履歴が充電履歴かあるいは放電履歴かによってそれぞれ第２容量の充電あるいは放電を前記蓄電デバイスに印加し、前記第２容量の充電あるいは放電を印加後に前記ＯＣＶ積分値または前記ＯＣＶ変化積分値と前記基準ＯＣＶとを求め、予め設定されたＳＯＣ算出式を用いて前記ＯＣＶ積分値または前記ＯＣＶ変化積分値あるいは前記基準ＯＣＶから前記蓄電デバイスのＳＯＣを算出することを特徴とする。
　本発明の蓄電デバイスの状態検知方法の他の態様は、前記充放電履歴が充電履歴で前記プローブパルスが前記第１容量の放電のときには第２容量の充電を前記蓄電デバイスに印加し、あるいは前記充放電履歴が放電履歴で前記プローブパルスが前記第１容量の充電のときには前記第２容量の放電を前記蓄電デバイスに印加し、前記第２容量の充電あるいは放電を印加後に前記ＯＣＶ積分値または前記ＯＣＶ変化積分値と前記基準ＯＣＶとを求め、予め設定されたＳＯＣ算出式を用いて前記ＯＣＶ積分値または前記ＯＣＶ変化積分値あるいは前記基準ＯＣＶから前記蓄電デバイスのＳＯＣを算出することを特徴とする。
　本発明の蓄電デバイスの状態検知方法の他の態様は、前記充放電履歴が充電履歴で前記プローブパルスが前記第１容量の充電のときには第２容量の充電を前記蓄電デバイスに印加し、前記第２容量の充電を印加後に前記ＯＣＶ積分値または前記ＯＣＶ変化積分値と前記基準ＯＣＶとを求め、予め設定されたＳＯＣ算出式を用いて前記ＯＣＶ積分値または前記ＯＣＶ変化積分値あるいは前記基準ＯＣＶから前記蓄電デバイスのＳＯＣを算出することを特徴とする。
　本発明の蓄電デバイスの状態検知方法の他の態様は、前記第２容量は、前記第１容量より大きいことを特徴とする。
　本発明の蓄電デバイスの状態検知方法の他の態様は、前記蓄電デバイスは、複数のセルを直列または並列に接続して構成されており、前記プローブパルスを前記複数のセルの少なくとも１つに印加して前記充放電履歴を判定し、前記第２容量の充電あるいは放電を前記複数のセルすべてに印加してそれぞれのＳＯＣを算出することを特徴とする。
　本発明の蓄電デバイスの状態検知方法の他の態様は、前記ＳＯＣ算出式は、ＯＣＶ積分値またはＯＣＶ変化積分値対ＳＯＣの関係式、あるいは基準ＯＣＶ対ＳＯＣの関係式であり、前記基準ＯＣＶが所定の範囲にあるときは、前記ＯＣＶ積分値またはＯＣＶ変化積分値対ＳＯＣの関係式を用いて前記ＯＣＶ積分値または前記ＯＣＶ変化積分値から前記ＳＯＣを算出し、前記基準ＯＣＶが前記所定の範囲外にあるときは、前記基準ＯＣＶ対ＳＯＣの関係式を用いて前記基準ＯＣＶから前記ＳＯＣを算出することを特徴とする。
　本発明の蓄電デバイスの状態検知装置の第１の態様は、充放電手段を用いて充放電可能な蓄電デバイスの充放電停止後に停止前の充放電履歴を判定する蓄電デバイスの状態検知装置であって、記憶部と、プローブパルスとして第１容量の充電または放電を前記蓄電デバイスに印加するように前記充放電手段を制御し、前記プローブパルス印加後の第１の期間に前記蓄電デバイスの開回路電圧（ＯＣＶ）の測定値を取得し、前記プローブパルス印加後の第１の時間が経過したときの前記ＯＣＶ測定値を取得して基準ＯＣＶとし、前記第１の期間にわたって前記ＯＣＶ測定値を時間積分したＯＣＶ積分値から前記基準ＯＣＶに前記第１の期間の時間長を乗じた値を減算してＯＣＶ変化積分値を算出し、前記ＯＣＶ変化積分値を所定の閾値と比較することで前記充放電履歴が充電履歴あるいは放電履歴であると判定する状態検知部と、前記状態検知部から前記充放電履歴の判定結果を入力して外部に出力する入出力手段と、を備えることを特徴とする。
　本発明によれば、蓄電デバイスの充放電履歴を高精度に判定することができる蓄電デバイスの状態検知方法及び状態検知装置を提供することが可能となる。
本発明の第１実施形態の蓄電デバイスの状態検知方法における処理の流れを説明するためのフローチャートである。 本発明の第１実施形態の蓄電デバイスの状態検知装置の構成を示すブロック図である。 蓄電池のＳＯＣに対する安定時ＯＣＶの変化の一例を示す説明図である。 充電と放電を混在させたときの電圧変化を模式的に示す説明図である。 充電と放電を混在させたときのＳＯＣに対する緩和量の変化の一例を示すグラフである。 第１実施形態の蓄電デバイスの状態検知方法による充放電制御の一例を示す説明図である。 プローブパルスを印加したときの電圧降下量の時間変化の一例を示す説明図である。 本発明の第２実施形態の蓄電デバイスの状態検知方法における処理の流れを説明するためのフローチャートである。 本発明の第３実施形態の蓄電デバイスの状態検知方法における処理の流れを説明するためのフローチャートである。 複数のセルを組み合わせて構成された蓄電デバイスを示すブロック図である。 本発明の第４実施形態の蓄電デバイスの状態検知方法における処理の流れを説明するためのフローチャートである。 液式鉛蓄電池のＳＯＣと安定時ＯＣＶとの関係を示すグラフである。 燐酸鉄系Ｌｉイオン電池のＳＯＣと安定時ＯＣＶとの関係を示すグラフである。
　本発明の好ましい実施の形態における蓄電デバイスの状態検知方法及び状態検知装置について、図面を参照して詳細に説明する。なお、同一機能を有する各構成部については、図示及び説明簡略化のため、同一符号を付して示す。
　本発明によれば、蓄電デバイスの充放電履歴を高精度に判定することができる蓄電デバイスの状態検知方法及び状態検知装置を提供することができる。また、ＳＯＣの変化に対する安定時ＯＣＶの変化が小さいために安定時ＯＣＶからＳＯＣを精度よく求めるのが難しい蓄電デバイスに対し、蓄電デバイスの充放電履歴に基づいてＳＯＣを高精度に算出することができる状態検知方法及び状態検知装置を提供する。ＳＯＣの変化に対して安定時ＯＣＶの変化が小さくなる蓄電デバイスとして、以下では燐酸鉄系Ｌｉイオン電池を例に説明する。但し、以下で説明する内容は、燐酸鉄系Ｌｉイオン電池に限定されず、別の蓄電デバイスにも同様に適用できるものである。
　（第１実施形態）
　本発明の第１の実施形態に係る蓄電デバイスの蓄電デバイスの状態検知方法及び状態検知装置を、図１、２を用いて説明する。図１は、本実施形態の蓄電デバイスの状態検知方法における処理の流れを説明するためのフローチャートであり、図２は、本実施形態の蓄電デバイスの状態検知装置の構成を示すブロック図である。
　図２に示す本実施形態の状態検知装置１００は、対象システム１に搭載された蓄電デバイス（蓄電池）１０の状態検知を行うものである。蓄電池１０は、内部に電解液または固体電解質を含有してイオンの移動を伴う状態変化により電気的なエネルギーを蓄積することができる蓄電デバイスである。
　対象システム１は、蓄電池１０を充放電するための充放電手段１１と、蓄電池１０の電圧を測定する電圧測定手段１２と、蓄電池１０の電流を測定する電流測定手段１３とを備えている。電圧測定手段１２及び電流測定手段１３で測定された測定値は、状態検知装置１００に入力されて状態検知に使用される。また、必要に応じて温度測定手段１４を蓄電池１０に接続し、温度測定手段１４で測定された温度測定値も状態検知装置１００に入力して状態検知に用いるようにしてもよい。
　対象システム１に接続された状態検知装置１００は、状態検知部１１０と、記憶部１２０と、入出力手段１３０とを備えている。状態検知部１１０は、電圧測定手段１２及び電流測定手段１３からそれぞれ蓄電池１０の電圧測定値及び電流測定値を入力し、本実施形態の状態検知方法による処理を行って蓄電池１０の状態検知を行う。また、蓄電池１０に温度測定手段１４を接続し、これから状態検知部１１０に温度測定値を入力して蓄電池１０の状態検知に用いるようにしてもよい。記憶部１２０は、状態検知の処理に必要な各種参照データや測定データ等を保存するのに用いる。さらに入出力手段１３０は、状態検知結果等を使用者等に通知する手段である。
　蓄電池１０のＳＯＣに対する安定時ＯＣＶの変化の一例を図３に示す。符号２１で示す安定時ＯＣＶは、ＳＯＣがＳＯＣ１未満あるいはＳＯＣ２より大きいときは、ＳＯＣの変化に対して比較的大きく変化する。従って、ＳＯＣがこの範囲にあるときは、安定時ＯＣＶ対ＳＯＣの関係を用いて安定時ＯＣＶからＳＯＣを精度よく求めることができる。これに対し、ＳＯＣがＳＯＣ１以上ＳＯＣ２以下（以下ではこの間のＳＯＣを中間ＳＯＣと称する）のときは、ＳＯＣの変化に対して符号２１で示す安定時ＯＣＶがわずかしか変化しない。そのため、安定時ＯＣＶ対ＳＯＣの関係を用いて安定時ＯＣＶからＳＯＣを精度よく求めることは極めて難しい。
　なお、状態検知装置１００では、電圧測定手段３０で測定されたＯＣＶを用いて状態検知を行うことから、安定時ＯＣＶ対ＳＯＣの関係を用いることができるか否かの判断は、上記のＳＯＣ１及びＳＯＣ２でなくそれぞれに対応する安定時ＯＣＶであるＯＣＶ１及びＯＣＶ２を用いて行う。すなわち、安定時ＯＣＶがＯＣＶ１未満あるいはＯＣＶ２より大きいときに、安定時ＯＣＶ対ＳＯＣの関係を用いて安定時ＯＣＶからＳＯＣを求める処理を行う。
　充放電終了後の緩和途中における内部状態の変化をより適格に表すことができる状態量として、充放電終了後の所定期間におけるＯＣＶ積分値、または所定の基準ＯＣＶからのＯＣＶの変化量を積算したＯＣＶ変化積分値を用いることができる。以下では、ＯＣＶ積分値またはＯＣＶ変化積分値を緩和量と称することとし、この緩和量を用いてＳＯＣを算出することができることを説明する。また、この緩和量は蓄電池１０の充放電履歴に依存して変化することを説明する。
　緩和量は、蓄電デバイスの内部に存在する電解液の移動量を表すものである。蓄電デバイスの残存容量が変わると電解液のイオン濃度が変化するため、電解液の移動速度が変化して緩和量が変化する。また、蓄電デバイスの極板や活物質の状態が変化して極板格子が膨張したり極板表面に不可逆性の析出物が生じると、電解液の移動や反応速度が変化して緩和量の変化として現れる。このように、緩和量を用いて蓄電デバイス内部の電解液の移動量の変化を知ることができる。
　緩和量に用いるＯＣＶ積分値またはＯＣＶ変化積分値の算出方法を以下に説明する。時刻をｔで表し、時刻ｔにおける蓄電池１０のＯＣＶ測定値をＯＣＶ_now（ｔ）とするとき、時刻ｔがｔ１からｔ２の期間におけるＯＣＶ積分値（Ｓt1_t2とする）は、下記の式（１）を用いて算出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
また、所定の基準ＯＣＶをＯＣＶ_baseとしたとき、期間ｔ１～ｔ２におけるＯＣＶ変化積分値（ＤＳt1_t2とする）は下記の式（２）で算出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000002
ここで、Δｔ＝ｔ２－ｔ１である。
　ＳＯＣに対する緩和量の変化の一例を図３の符号２２に示す。ここでは、一例として式（２）で算出されるＯＣＶ変化積分値ＤＳt1_t2のＳＯＣの変化を示しているが、ＯＣＶ積分値Ｓt1_t2を用いても同様の傾向が得られる。同図に示すように、ＳＯＣがＳＯＣ１以上ＳＯＣ２以下（安定時ＯＣＶがＯＣＶ１以上ＯＣＶ２以下）の中間ＳＯＣでは安定時ＯＣＶ２１がほとんど変化しないのに対し、緩和量２２は中間ＳＯＣに対して単調に増加する傾向を示している。そこで、図３の符号２２で示すような緩和量対ＳＯＣの関係を事前に求めて記憶部１２０に記憶させておき、安定時ＯＣＶがＯＣＶ１以上ＯＣＶ２以下のときに緩和量対ＳＯＣの関係を用いてＳＯＣを算出することができる。
　ＳＯＣに対する緩和量の変化の一例を図３に示したが、このような緩和量対ＳＯＣの関係は、蓄電池が充放電停止前に充電または放電のいずれか一方だけを行っていたときに得られる。これに対し、充放電停止前に充電と放電とを混在させて行っていたときには、ＳＯＣに対する緩和量の変化が小さくなることが明らかとなった。充電と放電とを混在させたときのＳＯＣに対する緩和量の変化の一例を、図４、５を用いて説明する。図４は、横軸を時間として縦軸に蓄電池の電圧を示したグラフである。また図５は、横軸をＳＯＣとし縦軸に緩和量を示したグラフである。
　図４（ａ）では、時刻ｔ１におけるＳＯＣを満充電とし、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間に１０％の放電を行った後、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの１時間放電を停止して蓄電池の内部状態を緩和させている。その後、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの間に５％の充電を行い、時刻ｔ４から時刻ｔ５までの１時間充電を停止して再び蓄電池の内部状態を緩和させている。さらに、時刻ｔ５から時刻ｔ６までの間に５％の放電を行い、時刻ｔ６から時刻ｔ７までの１時間放電を停止して蓄電池の内部状態を緩和させている。このように、図４（ａ）の例では放電の途中に充電を行っている。
　これに対し図４（ｂ）では、時刻ｔ１１におけるＳＯＣを２０％とし、時刻ｔ１１から時刻ｔ２までの間に１０％の充電を行った後、時刻ｔ１２から時刻ｔ１３までの１時間充電を停止して蓄電池の内部状態を緩和させている。その後、時刻ｔ１３から時刻ｔ１４までの間に５％の放電を行い、時刻ｔ１４から時刻ｔ１５までの１時間放電を停止して再び蓄電池の内部状態を緩和させている。さらに、時刻ｔ１５から時刻ｔ１６までの間に５％の充電を行い、時刻ｔ１６から時刻ｔ１７までの１時間充電を停止して蓄電池の内部状態を緩和させている。このように、図４（ｂ）の例では充電の途中に放電を行っている。
　図４に示すような充電と放電とを混在させたときのＳＯＣに対する緩和量の変化を図５に示す。図４では、充放電開始前の時刻ｔ１におけるＳＯＣを満充電とし時刻ｔ１１におけるＳＯＣを２０％としたが、時刻ｔ１及びｔ１１におけるＳＯＣをさらに変化させて図５に示す横軸のＳＯＣとしている。図５では、図４（ａ）に示した放電の途中に充電を行ったときの緩和量の変化を符号３１～３３で示し、図４（ｂ）に示した充電の途中に放電を行ったときの緩和量の変化を符号３４～３６で示している。
　まず、図４（ａ）の充放電に対応した緩和量の変化では、１０％放電後の時刻ｔ２～ｔ３の緩和中に算出した緩和量が、符号３１で示すように中間ＳＯＣに対して単調に増加している。これに対し、１０％放電後に５％充電を行った後の時刻ｔ４～ｔ５の緩和中に算出した緩和量は、符号３２で示すように中間ＳＯＣに対する変化が小さくなっている。さらに、１０％放電及び５％充電後に５％放電を行った後の時刻ｔ６～ｔ７の緩和中に算出した緩和量は、符号３３で示すように中間ＳＯＣに対して再び単調に増加するようになっている。
　一方、図４（ｂ）の充放電に対応した緩和量の変化でも、上記と同様の傾向がみられる。すなわち、１０％充電後の時刻ｔ１２～ｔ１３の緩和中に算出した緩和量は、符号３４で示すように中間ＳＯＣに対して単調に増加している。これに対し、１０％充電後に５％放電を行った後の時刻ｔ１４～ｔ１５の緩和中に算出した緩和量は、符号３５で示すように中間ＳＯＣに対してほとんど変化していない。さらに、１０％充電及び５％放電後に５％充電を行った後の時刻ｔ１６～ｔ１７の緩和中に算出した緩和量は、符号３６で示すように中間ＳＯＣに対して再び単調に増加するようになっている。
　図４，５を用いて説明したように、放電後に充電を行う、あるいは充電後に放電を行うと、その後の緩和中に算出した緩和量は、中間ＳＯＣに対する変化が小さくなることが明らかとなった。すなわち、中間ＳＯＣに対する緩和量の変化は、それまでの充放電の履歴に依存することがわかった。このように、充放電停止中の蓄電池の電解液分布に充電の影響と放電の影響が混在して残っているときは、電解液の移動量を表す緩和量にも充電の影響と放電の影響が残ってしまう。そのため、充放電履歴によっては、緩和量からＳＯＣを適切に推定することができなくなるおそれがある。そこで、本実施形態の蓄電デバイスの状態検知方法では、充放電停止前の充放電履歴を検知する方法を提供する。
　本実施形態の蓄電デバイスの状態検知方法を、図６を用いて説明する。図６は、本実施形態の蓄電デバイスの状態検知方法による充放電制御の一例を示すグラフである。本実施形態の状態検知方法では、充放電停止中の時刻ｔａにおいて、それ以前の充放電履歴を判定するために所定容量のプローブパルス４０を蓄電池１０に印加する。そして、プローブパルス印加後の時刻ｔｂ～ｔｃの期間に、式（２）を用いてＯＣＶ変化積分値ＤＳt1_t2を算出する。プローブパルス４０は、蓄電池１０の種類に応じて事前に設定しておくことができ、例えば燐酸鉄系Ｌｉイオン電池では０．５％の充電とするのがよい。また、プローブパルス印加後の緩和期間ｔｂ～ｔｃの時間長を３０分程度とするのがよい。
　上記のプローブパルス４０として０．５％の充電を行ったときの電圧降下量の時間変化の一例を図７に示す。図７では、横軸をプローブパルス印加後の経過時間とし、縦軸を電圧降下量としている。電圧降下量の変化の一例として、プローブパルスを印加するときのＳＯＣを同じとし、充電履歴を有する状態でプローブパルスを印加したときと放電履歴を有する状態でプローブパルスを印加したときのそれぞれのプローブパルス印加後の電圧降下量の変化を、それぞれ符号４１、４２で示す。電圧降下量４１、４２は、ともにプローブパルス４０の印加を終了してから３０分間の変化を示している。
　図７より、充電履歴を有する状態でプローブパルスを印加したときの電圧降下量４１は、放電履歴を有する状態でプローブパルスを印加したときの電圧降下量４２より常に高い値で０に収束していくことがわかる。ＳＯＣが異なる場合でも、充電履歴を有する状態でプローブパルスを印加したときの電圧降下量は図７に示す境界線４３より高い領域で変化し、放電履歴を有する状態でプローブパルスを印加したときの電圧降下量は境界線４４より低い領域で変化することが明らかとなった。
　図７に示す結果より、プローブパルス印加後の電圧降下量の積分値、すなわちＯＣＶ変化積分値ＤＳは、充電履歴を有するときは所定の値（第１閾値Ｔｈ１とする）より大きくなり、放電履歴を有するときは別の所定の値（第２閾値Ｔｈ２とする）より小さくなる。よって、プローブパルス印加後に緩和量ＤＳを算出し、これをもとに蓄電池１０の充放電履歴を下記のように判定することができる。すなわち、
ＤＳ＞Ｔｈ１　　　　　　　　　　　　　（３）
のときは充電履歴を有すると判定し、
ＤＳ＜Ｔｈ２　　　　　　　　　　　　　（４）
のときは放電履歴を有すると判定する。
　なお、上記では充放電履歴を判定するための履歴判定用状態量として緩和量ＤＳを用いているが、ＯＣＶ変化積分値ＤＳに代えてＯＣＶ積分値Ｓを履歴判定用状態量に用いてもよいのは言うまでもない。さらに、図７に示す電圧降下量の変化より、緩和量ＤＳに代えて電圧降下量そのものを用いて充放電履歴を判定することも可能であることがわかる。本実施形態の状態検知方法では、緩和量ＤＳに代えて電圧降下量を用いて充放電履歴を判定するようにしてもよい。
　上記の充放電履歴の判定に用いる式（３）、（４）の緩和量ＤＳは、プローブパルス印加後の一期間におけるＯＣＶ変化量の積分値に限定されず、例えばプローブパルス印加後の緩和期間を２以上の期間に分割してそれぞれの期間でＯＣＶ変化積分値ＤＳを算出するようにしてもよい。この場合、それぞれの期間のＯＣＶ変化積分値ＤＳをそれぞれの期間に対応する参照データ（それぞれの期間に対応する第１閾値、第２閾値）と比較することによって、さらに詳細な充放電履歴の量（充電量または放電量の大きさ）を判定できるようにすることも可能である。この判定は、ＯＣＶ変化積分値ＤＳに代えて、ＯＣＶ積分値Ｓまたは電圧降下量を用いても同様に行うことができる。
　本実施形態の状態検知装置１００を用いて状態検知を行う処理の流れを、図１に示すフローチャートを用いて説明する。ここでは、蓄電池１０の充放電履歴を判定する方法を詳細に説明している。まず、ステップＳ１において、状態検知部１１０が入出力手段１３０から充放電履歴判定を要求する信号を入力すると、ステップＳ２で蓄電池１０を負荷２から切断できるか否かを判定する。この判定では、例えば蓄電池１０の切断許可が対象システム１あるいは対象システム１のユーザ等から事前に与えられているときに、切断可能と判定させるようにする。
　ステップＳ２で蓄電池１０の切断が不可と判定されると、充放電履歴判定の処理を終了する。一方、ステップＳ２で蓄電池１０の切断が可能と判定されると、ステップＳ３で蓄電池１０を負荷２から切断する。つぎのステップＳ４では、電流測定手段１３から電流測定値を入力して所定の停止時電流閾値と比較し、電流測定値が停止時電流閾値以下のときに充放電停止と判定させる。充放電停止の判定では、電流測定値が０のときのみに限定する必要はなく、例えば計測器、制御器、通信機等で微小な電流（暗電流）が消費されているとき等も充放電停止と判定させるようにしてもよい。
　ステップＳ４で電流測定値が停止時電流閾値より大きいときは、ステップＳ５で例えば「充放電履歴判定エラー」等を入出力手段１３０に出力して処理を終了する。一方、ステップＳ４で充放電停止と判定されると、ステップＳ６で蓄電池１０に充放電手段１１を接続し、予め設定されている所定容量の電流積算値、すなわちプローブパルスを蓄電池１０に印加する。
　次のステップＳ７では、充放電手段１１を蓄電池１０から切断するとともに、このときの時刻ｔをｔｂとして記憶する。時刻ｔｂは、図６に示すｔｂに相当する。ステップＳ８では、電流測定手段１３から電流測定値を入力して停止時電流閾値と比較し、電流測定値が停止時電流閾値以下のときは充放電停止中と判定してステップＳ９に進む。一方、電流測定値が停止時電流閾値より大きいときはステップＳ５に進み、入出力手段１３０に「充放電履歴判定エラー」等を出力して処理を終了する。
　ステップＳ９では、時刻ｔが所定の時刻区間ｔｓ１～ｔｓ２（ｔｓ１＜ｔｓ２）に達したか、すなわち時刻ｔが時刻ｔｓ１以降か否かを判定し、時刻ｔが時刻ｔｓ１以降であると判定したときはステップＳ１０に進む。一方、時刻ｔｓ１に達していないと判定したときは、所定の時間間隔（状態検知周期）後に再びステップＳ８に戻る。ここで、時刻区間ｔｓ１～ｔｓ２は、図６に示す時刻ｔｂ～ｔｃの期間に含まれる。ステップＳ１０では、式（１）に基づいてＯＣＶ測定値ＯＣＶ_now（ｔ）に時間間隔を乗算したものをＯＣＶ積分値Ｓts1_ts2に加算する。続くステップＳ１１では、時刻ｔが時刻区間ｔｓ１～ｔｓ２の最後に達したか否かを判定し、時刻ｔがｔｓ２に達していないときは所定の時間間隔後に再びステップＳ８に戻る。一方、時刻ｔがｔｓ２に達しているときはステップＳ１２に進む。
　ステップＳ１２では、時刻ｔがｔｃに達するのを待ち、そのときのＯＣＶを測定してこれをＯＣＶ_base＝ＯＣＶ_now（ｔｃ）として記憶させる。次のステップＳ１３では、ステップＳ１０で算出したＳts1_ts2とステップＳ１２で記憶させたＯＣＶ_baseとから、式（２）に基づいてＯＣＶ変化積分値ＤＳts1_ts2を算出する。ここで、式（２）におけるΔｔは、Δｔ＝ｔｓ２－ｔｓ１で与えられる。ステップＳ１４では、予め記憶部１２０に保存されている充放電履歴判定値Ｔｈ１、Ｔｈ２を読出し、式（３）、（４）に基づいて蓄電池１０の充放電履歴を判定する。充放電履歴の判定結果は、ステップＳ１５で入出力手段１３０から外部に出力される。
　（第２実施形態）
　本発明の第２の実施形態に係る蓄電デバイスの蓄電デバイスの状態検知方法を、図８を用いて説明する。図８は、本実施形態の蓄電デバイスの状態検知方法における処理の流れを説明するためのフローチャートである。本実施形態の蓄電デバイスの状態検知方法では、第１実施形態の蓄電デバイスの状態検知方法で判定した充放電履歴判定結果に基づいて、蓄電池１０のＳＯＣを高精度に算出できるようにしたものである。
　図１に示したステップＳ１～Ｓ１４の処理の結果に基づき、ステップＳ２１では充放電履歴が放電かあるいは充電かを判定する。その結果、放電履歴であると判定されるとステップＳ２２に進む一方、充電履歴であると判定されるとステップＳ２３に進む。ステップＳ６で蓄電池１０に印加したプローブパルスが所定容量の充電であることから、ステップＳ２１で放電履歴であると判定されたときは、放電の後にプローブパルスの印加で充電を行ったことになる。その結果、蓄電池１０の内部状態が放電の影響と充電の影響を混在させた状態になっていることが判る。そこで、この場合にはステップＳ２２で、所定容量の放電を行う（以下ではこれを状態検知前放電という）。これにより、図４（ａ）に示した充放電履歴と同様の放電、充電、放電を順次行ったことになり、図５の符号３３で示した緩和量と同様に、中間ＳＯＣの変化に対して単調に変化する緩和量が得られるようになる。
　なお、ここではステップＳ６で印加されるプローブパルスが所定容量の充電である場合について説明するが、プローブパルスが所定容量の放電である場合には、ステップＳ２１で充放電履歴が充電であると判定されたときにステップＳ２２に進み、放電であると判定されたときにはステップＳ２３に進むようにする。また、この場合にはステップＳ２２で所定容量の充電（状態検知前充電）を行う。
　状態検知前放電（あるいは状態検知前充電）として行う放電量（あるいは充電量）は、蓄電池１０の種類、型番、容量、及び複数のセルを組み合わせて構成されている場合にはその組み合わせ数等に応じて好適に決定する。一例として、１８６５０型の燐酸鉄系Ｌｉイオン電池の場合には、状態検知前放電として新品容量換算で２％以上の放電を行うのが望ましい。
　また、プローブパルスで印加する充電容量（放電容量）の絶対値は、状態検知前放電（状態検知前充電）で放電（充電）する放電容量（充電容量）の絶対値よりも小さくするのがよい。これにより、プローブパルスの印加による充電履歴（放電履歴）の影響を、その後行う状態検知前放電（状態検知前充電）により大幅に低減させることができ、放電（充電）のみを行ったときの中間ＳＯＣと緩和量との関係に近づけることが可能となる。一例として、燐酸鉄系Ｌｉイオン電池の場合には、プローブパルスの充放電を新品容量換算で０．５％の充電とするのがよい。
　ステップＳ２２で状態検知前放電が行われると、次にステップＳ２３に進む。ステップＳ２３では、安定時ＯＣＶに略等しいＯＣＶ_baseがＯＣＶ１以上かつＯＣＶ２以下であるかを判定する。ＯＣＶ_baseがＯＣＶ１以上かつＯＣＶ２以下のときはステップＳ２４に進む一方、ＯＣＶ_baseがＯＣＶ１より小さいかあるいはＯＣＶ２より大きいときはステップＳ２６に進む。
　ステップＳ２４では、式（１）または式（２）に基づいて緩和量を算出する。緩和量として式（１）から算出されるＯＣＶ積分値Ｓt1_t2を用いるときは、所定の緩和期間中にステップＳ８～Ｓ１１と同様の処理を行ってＯＣＶ積分値Ｓt1_t2を算出する。また、緩和量として式（２）から算出されるＯＣＶ変化積分値ＤＳt1_t2を用いるときは、所定の緩和期間中にステップＳ８～Ｓ１３と同様の処理を行ってＯＣＶ変化積分値ＤＳt1_t2を算出する。
　次のステップＳ２５では、ステップＳ２３で算出された緩和量を用いて緩和量対ＳＯＣの関係から蓄電池１０のＳＯＣを算出する。緩和量対ＳＯＣの関係は、図５の符号３３で示すような中間ＳＯＣに対する緩和量の変化の関係を事前に求め、これをもとに作成することができる。事前に作成された緩和量対ＳＯＣの関係は記憶部１２０に保存され、ステップＳ２５で記憶部１２０から読み出してＳＯＣの算出に用いられる。ステップＳ２５でＳＯＣが算出されると、次にステップＳ２７に進む。
　一方ステップＳ２６では、ＯＣＶ_baseを安定時ＯＣＶとして安定時ＯＣＶ対ＳＯＣの関係からＳＯＣを算出する。安定時ＯＣＶ対ＳＯＣの関係は、図３に示したＳＯＣに対する安定時ＯＣＶ２１の変化を事前に求め、これをもとに作成することができる。事前に作成された安定時ＯＣＶ対ＳＯＣの関係は記憶部１２０に保存され、ステップＳ２６で記憶部１２０から読み出してＳＯＣの算出に用いられる。ステップＳ２６でＳＯＣが算出されると、次のステップＳ２７に進む。
　ステップＳ２７では、ステップＳ２６またはＳ２７で算出されたＳＯＣを入出力手段１３０から外部に出力される。なお、ＯＣＶ_baseを取得する基準時間は、状態検知前充放電制御の終了から３０分以上経過した時間とするのが好ましく、例えば燐酸鉄系Ｌｉイオン電池では１時間程度とするのがよい。基準時間は、電池の大きさや種類等によって異なる。
　（第３実施形態）
　本発明の第３の実施形態に係る蓄電デバイスの状態検知方法を、図９を用いて説明する。図９は、本実施形態の蓄電デバイスの状態検知方法による処理の流れを説明するためのフローチャートである。
　第２実施形態の状態検知方法では、ステップＳ２１で放電履歴と判定されたときのみステップＳ２２で状態検知前放電を行うようにしていた。これに対し、本実施形態の蓄電デバイスの状態検知方法では、ステップＳ２１で放電履歴でない、すなわち充電履歴と判定されたときには、ステップＳ３１で状態検知前充電を行うようにしている。これにより、充電停止後の蓄電池の内部状態に対応した緩和量対ＳＯＣの関係を用いて、さらに高精度にＳＯＣを算出することが可能となる。
　（第４実施形態）
　本発明の第４の実施形態に係る蓄電デバイスの状態検知方法を、図１０、１１を用いて説明する。図１０は、複数のセルを組み合わせて構成された蓄電デバイス１０'を示すブロック図である。蓄電デバイス１０'は、それぞれ６個のセル１０ａ～１０ｆ及び１０ｇ～１０ｌを直列に接続したものを並列に接続して構成されている。このように複数のセルから構成されている蓄電デバイス１０'では、充放電履歴を判定するのにすべてのセルにプローブパルスを印加する必要はなく、一部のセルにプローブパルスを印加するだけで判定することができる。
　図１１に、本実施形態の蓄電デバイスの状態検知方法による処理の流れを説明するためのフローチャートを示す。本実施形態の蓄電デバイスの状態検知方法では、ステップＳ１～Ｓ５の処理の後、ステップＳ４１でプローブパルスを印加するセルを選択する。そして、選択されたセルに対し、ステップＳ６～Ｓ１５の処理を行って充放電履歴を判定する。その後、ＳＯＣを算出するためにまず、ステップＳ２１、Ｓ２２で必要に応じて状態検知前放電を行う。さらに、ステップＳ４２、Ｓ４３の処理によりすべてのセルに対してステップＳ２３～Ｓ２７の処理を行う。これにより、すべてのセルのＳＯＣを算出することができる。
　上記説明のように、本発明の蓄電デバイスの状態検知方法及び状態検知装置によれば、蓄電デバイスの充放電履歴を高精度に判定することができる。また、充放電履歴を判定することで、必要に応じて蓄電デバイスに状態検知前充電または状態検知前放電を印加することができ、これによりＳＯＣを高精度に求めることが可能となる。その結果、蓄電デバイスを搭載したシステムの運用を容易とし、システムの稼動率や安全性の向上、さらに管理コストの低減を図ることが可能となる。
　なお、本実施の形態における記述は、本発明に係る蓄電デバイスの状態検知方法及び状態検知装置の一例を示すものであり、これに限定されるものではない。本実施の形態における蓄電デバイスの状態検知方法及び状態検知装置の細部構成及び詳細な動作等に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
１：対象システム
２：負荷
１０：蓄電デバイス
１１：充放電手段
１２：電圧測定手段
１３：電流測定手段
１４：温度測定手段
１００：状態検知装置
１１０：状態検知部
１２０：記憶部
１３０：入出力手段

Claims (15)

  1. 　充放電停止後に停止前の充放電履歴を判定する蓄電デバイスの状態検知方法であって、
    　第１容量の充電または放電をプローブパルスとして前記蓄電デバイスに印加し、
    　前記プローブパルス印加後の第１の期間に前記蓄電デバイスの開回路電圧（ＯＣＶ）の測定値を取得し、
    　前記ＯＣＶ測定値から所定の履歴判定用状態量を算出し、
    　前記履歴判定用状態量と事前に作成された参照データとから前記充放電履歴が充電履歴あるいは放電履歴であると判定する
    ことを特徴とする蓄電デバイスの状態検知方法。
  2. 　前記履歴判定用状態量は、前記プローブパルス印加後の第１の期間にわたって前記ＯＣＶ測定値を時間積分して算出したＯＣＶ積分値であり、
    　前記参照データは、前記ＯＣＶ積分値に対する閾値であり、前記ＯＣＶ積分値を前記参照データと比較することで前記充放電履歴が充電履歴あるいは放電履歴であると判定する
    ことを特徴とする請求項１に記載の蓄電デバイスの状態検知方法。
  3. 　前記履歴判定用状態量は、前記ＯＣＶ測定値の所定の基準ＯＣＶからの変化量を時間積分したＯＣＶ変化積分値であり、
    　前記参照データは、前記ＯＣＶ変化積分値に対する閾値であり、
    　前記プローブパルス印加後の前記第１の期間が経過したときの前記ＯＣＶ測定値を取得して前記基準ＯＣＶとし、
    　前記ＯＣＶ測定値を時間積分したＯＣＶ積分値から前記基準ＯＣＶに前記第１の期間の時間長を乗じた値を減算して前記ＯＣＶ変化積分値を算出し、
    　前記ＯＣＶ変化積分値を前記参照データと比較することで前記充放電履歴が充電履歴あるいは放電履歴であると判定する
    ことを特徴とする請求項１に記載の蓄電デバイスの状態検知方法。
  4. 　前記参照データとして所定の第１閾値及び該第１閾値より大きい第２の閾値を予め設定しておき、前記ＯＣＶ積分値または前記ＯＣＶ変化積分値が前記第１閾値より小さいときに前記充放電履歴を放電履歴と判定する一方、前記ＯＣＶ積分値または前記ＯＣＶ変化積分値が前記第２の閾値より大きいときに前記充放電履歴を充電履歴と判定する
    ことを特徴とする請求項２または３に記載の蓄電デバイスの状態検知方法。
  5. 　前記履歴判定用状態量は、前記ＯＣＶ測定値と所定の基準ＯＣＶとの差である電圧降下量であり、
    　前記参照データは、電圧降下量の時間変化を表す関数または表であり、
    　前記電圧降下量を前記充放電停止からの経過時間に対応する前記参照データと比較し、
    　前記電圧降下量が前記参照データより小さいときに前記充放電履歴を放電履歴と判定する一方、前記電圧降下量が前記参照データより大きいときに前記充放電履歴を充電履歴と判定する
    ことを特徴とする請求項１に記載の蓄電デバイスの状態検知方法。
  6. 　前記第１容量の充電または放電は、前記蓄電デバイスの新品換算容量の５％以下である
    ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の蓄電デバイスの状態検知方法。
  7. 　前記蓄電デバイスの電流測定値が所定の停止時電流閾値以下のときを前記充放電停止と判定する
    ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の蓄電デバイスの状態検知方法。
  8. 　前記プローブパルスが前記第１容量の充電でかつ前記充放電履歴が充電履歴のとき、あるいは前記プローブパルスが前記第１容量の放電でかつ前記充放電履歴が放電履歴のときには、予め設定された残容量（ＳＯＣ）算出式を用いて前記ＯＣＶ積分値または前記ＯＣＶ変化積分値あるいは前記基準ＯＣＶから前記蓄電デバイスのＳＯＣを算出する
    ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の蓄電デバイスの状態検知方法。
  9. 　前記充放電履歴が充電履歴かあるいは放電履歴かによってそれぞれ第２容量の充電あるいは放電を前記蓄電デバイスに印加し、
    　前記第２容量の充電あるいは放電を印加後に前記ＯＣＶ積分値または前記ＯＣＶ変化積分値と前記基準ＯＣＶとを求め、
    　予め設定されたＳＯＣ算出式を用いて前記ＯＣＶ積分値または前記ＯＣＶ変化積分値あるいは前記基準ＯＣＶから前記蓄電デバイスのＳＯＣを算出する
    ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の蓄電デバイスの状態検知方法。
  10. 　前記充放電履歴が充電履歴で前記プローブパルスが前記第１容量の放電のときには第２容量の充電を前記蓄電デバイスに印加し、あるいは前記充放電履歴が放電履歴で前記プローブパルスが前記第１容量の充電のときには前記第２容量の放電を前記蓄電デバイスに印加し、
    　前記第２容量の充電あるいは放電を印加後に前記ＯＣＶ積分値または前記ＯＣＶ変化積分値と前記基準ＯＣＶとを求め、
    　予め設定されたＳＯＣ算出式を用いて前記ＯＣＶ積分値または前記ＯＣＶ変化積分値あるいは前記基準ＯＣＶから前記蓄電デバイスのＳＯＣを算出する
    ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の蓄電デバイスの状態検知方法。
  11. 　前記充放電履歴が充電履歴で前記プローブパルスが前記第１容量の充電のときには第２容量の充電を前記蓄電デバイスに印加し、
    　前記第２容量の充電を印加後に前記ＯＣＶ積分値または前記ＯＣＶ変化積分値と前記基準ＯＣＶとを求め、
    　予め設定されたＳＯＣ算出式を用いて前記ＯＣＶ積分値または前記ＯＣＶ変化積分値あるいは前記基準ＯＣＶから前記蓄電デバイスのＳＯＣを算出する
    ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の蓄電デバイスの状態検知方法。
  12. 　前記第２容量は、前記第１容量より大きい
    ことを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の蓄電デバイスの状態検知方法。
  13. 　前記蓄電デバイスは、複数のセルを直列または並列に接続して構成されており、
    前記プローブパルスを前記複数のセルの少なくとも１つに印加して前記充放電履歴を判定し、
    　前記第２容量の充電あるいは放電を前記複数のセルすべてに印加してそれぞれのＳＯＣを算出する
    ことを特徴とする請求項９乃至１２のいずれか１項に記載の蓄電デバイスの状態検知方法。
  14. 　前記ＳＯＣ算出式は、ＯＣＶ積分値またはＯＣＶ変化積分値対ＳＯＣの関係式、あるいは基準ＯＣＶ対ＳＯＣの関係式であり、
    　前記基準ＯＣＶが所定の範囲にあるときは、前記ＯＣＶ積分値またはＯＣＶ変化積分値対ＳＯＣの関係式を用いて前記ＯＣＶ積分値または前記ＯＣＶ変化積分値から前記ＳＯＣを算出し、
    　前記基準ＯＣＶが前記所定の範囲外にあるときは、前記基準ＯＣＶ対ＳＯＣの関係式を用いて前記基準ＯＣＶから前記ＳＯＣを算出する
    ことを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか１項に記載の蓄電デバイスの状態検知方法。
  15. 　充放電手段を用いて充放電可能な蓄電デバイスの充放電停止後に停止前の充放電履歴を判定する蓄電デバイスの状態検知装置であって、
    　記憶部と、
    　プローブパルスとして第１容量の充電または放電を前記蓄電デバイスに印加するように前記充放電手段を制御し、前記プローブパルス印加後の第１の期間に前記蓄電デバイスの開回路電圧（ＯＣＶ）の測定値を取得し、前記プローブパルス印加後の第１の時間が経過したときの前記ＯＣＶ測定値を取得して基準ＯＣＶとし、前記第１の期間にわたって前記ＯＣＶ測定値を時間積分したＯＣＶ積分値から前記基準ＯＣＶに前記第１の期間の時間長を乗じた値を減算してＯＣＶ変化積分値を算出し、前記ＯＣＶ変化積分値を所定の閾値と比較することで前記充放電履歴が充電履歴あるいは放電履歴であると判定する状態検知部と、
    　前記状態検知部から前記充放電履歴の判定結果を入力して外部に出力する入出力手段と、を備える
    ことを特徴とする蓄電デバイスの状態検知装置。
PCT/JP2012/060446 2011-04-19 2012-04-18 蓄電デバイスの状態検知方法及び状態検知装置 Ceased WO2012144516A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011-092946 2011-04-19
JP2011092946A JP5804759B2 (ja) 2011-04-19 2011-04-19 蓄電デバイスの状態検知方法及び状態検知装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2012144516A1 true WO2012144516A1 (ja) 2012-10-26

Family

ID=47041622

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2012/060446 Ceased WO2012144516A1 (ja) 2011-04-19 2012-04-18 蓄電デバイスの状態検知方法及び状態検知装置

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP5804759B2 (ja)
WO (1) WO2012144516A1 (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103645441B (zh) * 2013-11-29 2016-06-01 中国科学院金属研究所 一种钒电池运行过程中充/放电状态的判断方法
KR102980820B1 (ko) * 2023-09-08 2026-06-23 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 관리 장치 및 그것의 동작 방법
WO2025197446A1 (ja) * 2024-03-22 2025-09-25 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 電池状態推定システム、電池状態推定方法、及び電池状態推定プログラム

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11289685A (ja) * 1998-04-01 1999-10-19 Toshiba Battery Co Ltd 二次電池の充電状態検出装置
JP2002181907A (ja) * 2000-12-13 2002-06-26 Nissan Motor Co Ltd 自動車用バッテリの充電状態検出装置
JP2008292380A (ja) * 2007-05-26 2008-12-04 Sanyo Electric Co Ltd 電池の残容量の検出方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11289685A (ja) * 1998-04-01 1999-10-19 Toshiba Battery Co Ltd 二次電池の充電状態検出装置
JP2002181907A (ja) * 2000-12-13 2002-06-26 Nissan Motor Co Ltd 自動車用バッテリの充電状態検出装置
JP2008292380A (ja) * 2007-05-26 2008-12-04 Sanyo Electric Co Ltd 電池の残容量の検出方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP5804759B2 (ja) 2015-11-04
JP2012225740A (ja) 2012-11-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zheng et al. A novel capacity estimation method for lithium-ion batteries using fusion estimation of charging curve sections and discrete Arrhenius aging model
CN110914696B (zh) 用于在电池的操作期间估计电池开路池格电压、充电状态以及健康状态的方法和系统
JP6033155B2 (ja) 電池制御装置
US9841465B2 (en) Battery DC impedance measurement
JP6324248B2 (ja) 電池状態検知装置、二次電池システム、電池状態検知プログラム、電池状態検知方法
EP3002597B1 (en) Battery control device
KR101956088B1 (ko) 상태 관리 장치, 축전 소자의 균등화 방법
Eichi et al. Modeling and analysis of battery hysteresis effects
US8823326B2 (en) Method for determining the state of charge of a battery in charging or discharging phase
KR20150024561A (ko) 배터리 관리 시스템 및 그 구동방법
CN105467325A (zh) 电池容量退化解决的方法和系统
JP5619744B2 (ja) 蓄電デバイスの状態検知方法及びその装置
JP5409840B2 (ja) 組電池のセルの状態推定装置
JP2016023967A (ja) 電池状態検知装置、二次電池システム、電池状態検知プログラム、電池状態検知方法
CN106997026B (zh) 用于确定铅酸蓄电池的剩余电容量的方法和装置
JPWO2017169088A1 (ja) リチウムイオン二次電池の寿命推定装置
CN103872727B (zh) 一种锂离子动力电池最大使用电流的确定方法
CN102893169A (zh) 蓄电设备的状态检测方法及其装置
Yang et al. Lithium-ion battery SOH estimation and fault diagnosis with missing data
Yang et al. A lithium-ion battery RUL prognosis method using temperature changing rate
CN104833917A (zh) 用于锂蓄电池中荷电状态实时估算的标称电池电阻的确定
JP5804759B2 (ja) 蓄電デバイスの状態検知方法及び状態検知装置
CN105974328A (zh) 二次电池的实际容量的测量方法和装置、无人机
Si et al. Research on estimation of battery state of electric vehicle battery management system
CN110873842A (zh) 电源系统

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 12774634

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 12774634

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1