CN106716708B - 电池管理装置以及电源装置 - Google Patents

电池管理装置以及电源装置 Download PDF

Info

Publication number
CN106716708B
CN106716708B CN201680002767.5A CN201680002767A CN106716708B CN 106716708 B CN106716708 B CN 106716708B CN 201680002767 A CN201680002767 A CN 201680002767A CN 106716708 B CN106716708 B CN 106716708B
Authority
CN
China
Prior art keywords
soc
lithium
battery
charging
ion secondary
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.)
Active
Application number
CN201680002767.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106716708A (zh
Inventor
石桥达也
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.)
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Original Assignee
Panasonic Intellectual Property Management 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 Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd filed Critical Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Publication of CN106716708A publication Critical patent/CN106716708A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106716708B publication Critical patent/CN106716708B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/367Software therefor, e.g. for battery testing using modelling or look-up tables
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/378Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC] specially adapted for the type of battery or accumulator
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/382Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/382Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC
    • G01R31/3828Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC using current integration
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/382Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC
    • G01R31/3835Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC involving only voltage measurements
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/392Determining battery ageing or deterioration, e.g. state of health
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • H01M10/0525Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44Methods for charging or discharging
    • H01M10/446Initial charging measures
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/486Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for measuring temperature
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/63Control systems
    • H01M10/633Control systems characterised by algorithms, flow charts, software details or the like
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/63Control systems
    • H01M10/635Control systems based on ambient temperature
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0047Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with monitoring or indicating devices or circuits
    • H02J7/0048Detection of remaining charge capacity or state of charge [SOC]
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0047Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with monitoring or indicating devices or circuits
    • H02J7/005Detection of state of health [SOH]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H01M2010/4271Battery management systems including electronic circuits, e.g. control of current or voltage to keep battery in healthy state, cell balancing
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H01M2010/4278Systems for data transfer from batteries, e.g. transfer of battery parameters to a controller, data transferred between battery controller and main controller
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Tests Of Electric Status Of Batteries (AREA)

Abstract

本发明提供一种电池管理装置以及电源装置。电池管理装置具备SOC估计部、存储部和锂析出判定部。锂析出判定部比较电池电压相对于由SOC估计部估计出的SOC的微分系数、与电池电压相对于从存储部读出的成为基准的SOC的微分系数,在这些微分系数中出现差的情况下,判定为在锂离子二次电池析出了锂。

Description

电池管理装置以及电源装置
技术领域
本公开涉及锂离子二次电池的电池管理装置以及电源装置。
背景技术
车载用二次电池、大型蓄电***较之于笔记本电脑、便携式电话等而要求严格的安全管理。已知有通过判定有无锂析出来估计锂离子二次电池的劣化状态的方法。在专利文献1中,检测通过恒流充电而逐渐上升的电池电压V的每时间t的变化量(dV/dt),并计算电池电压V的每时间t的变化量(dV/dt)的极小值,由此来判定有无锂析出。
在专利文献2中,计算车辆移动给定行驶距离时的锂离子二次电池的OCV以及SOC,并基于这些值而与新品时的锂离子二次电池的OCV以及SOC进行比较,由此来判定有无锂析出。
在先技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2013-89363号公报
专利文献2:日本特开2010-66232号公报
发明内容
发明要解决的课题
在引用文献1的实施例中,对于具备由石墨(C)构成的工作电极、由钴酸锂(LiCoO2)构成的对电极以及由锂(Li)构成的参比电极的三电极单体所构成的锂离子二次电池,判定有无锂析出。此外,在引用文献1中,根据充电期间中的dV/dt的临时变化来判定有无锂析出。根据引用文献1所公开的技术,即便想要判定如包括多个电池而构成的电池模块中有无锂析出,有时也会由于各电池的特性而难以找到如出现锂析出的dV/dt的极小值。此外,不限于如包括多个电池而构成的电池模块,即便是如包括一个电池而构成的电池模块,有时也会由于电池的特性而难以准确地掌握如检测锂析出的dV/dt的临时变化。
在引用文献2中,在移动了给定行驶距离的时刻,计算OCV等。因此,如果不是移动了给定行驶距离之后,则无法判定有无锂析出,在如行驶中发生了锂析出的情况下,无法采取如抑制电池劣化的手段。
因此,本公开的目的在于,提供一种对于如包括锂离子二次电池而构成的电池模块能够在充电的中途检测锂析出的电池管理装置以及电源装置。
用于解决课题的手段
本公开所涉及的电池管理装置具备SOC估计部、存储部和锂析出判定部。SOC估计部估计锂离子二次电池的SOC(State Of Charge:充电状态)。存储部保持成为用于对锂离子二次电池的锂析出进行判定的基准的数据。锂析出判定部比较电池电压相对于由SOC估计部估计出的SOC的微分系数、与电池电压相对于从存储部读出的成为基准的SOC的电池电压的微分系数,在这些微分系数中出现差的情况下,判定为在锂离子二次电池析出了锂。
此外,锂析出判定部也能够对基于由SOC估计部估计出的SOC以及与估计出的SOC对应的电池电压的测量数据、和基于从存储部读出的成为基准的SOC以及电池电压的基准数据进行比较,在测量数据与基准数据中出现差的情况下,判定为在锂离子二次电池析出了锂。基准数据是考虑锂离子二次电池的放电停止电压而设定的数据。
发明效果
根据本公开,能提供对于如包括锂离子二次电池而构成的电池模块能够在充电的中途检测锂析出的电池管理装置以及电源装置。
附图说明
图1是用于说明实施方式所涉及的蓄电池***的图。
图2是表示实施方式所涉及的电池状态估计装置的构成例的图。
图3是表示实施方式所涉及的存储部的构成例的图。
图4是示出实施方式所涉及的锂离子二次电池的SOC与电压的关系的概念图。
图5是示出实施方式所涉及的成为基准的SOC与电压的关系的概念图,也示出SOC-OCV表格。
图6是实施方式所涉及的相对于SOC的DCIR(Direct Current InternalResistance:直流内阻)映射的概念图。
图7是示出实施方式1所涉及的锂离子二次电池的SOC与电压的关系的概念图。
图8是示出实施方式2所涉及的SOC与电压的关系的概念图。
图9是实施方式所涉及的SOC与电压的概念图,示出在检测到锂析出之后切换为低的充电速率来继续充电的情况。
图10是实施方式1所涉及的锂析出的判定的流程图。
图11是实施方式2所涉及的锂析出的判定的流程图。
具体实施方式
以下,参照附图来具体说明实施方式的例子。在所参照的各图中,有时会省略对于实质上相同的构成的重复说明。
图1是用于说明实施方式所涉及的电源装置40的图。图2是表示实施方式所涉及的电池状态估计装置422的构成例的图。图3是表示实施方式所涉及的存储部4226的构成例的图。图1至图3对于后述的实施方式1以及实施方式2是共同的。在本实施方式中,假定电源装置40作为混合动力汽车(HEV;Hybrid Electric Vehicle)、插电式混合动力汽车(PHEV;Plug-in Hybrid Electric Vehicle)、电动汽车(EV;Electric Vehicle)等的动力源而搭载于车辆。
行驶用电动机10例如为三相交流同步电动机。电力变换器20和电源装置40经由继电器30而连接。在动力运行时,电力变换器20将从电源装置40供给的直流电力变换为交流而向行驶用电动机10供给。此外,在再生时,电力变换器20将从行驶用电动机10供给的交流电力变换为直流电力而向电源装置40供给。
继电器30根据来自控制部50的继电器控制信号被控制为打开状态或者闭合状态。继电器30在闭合状态的情况下将电力变换器20和电源装置40连接起来形成充放电路径。此外,继电器30在打开状态的情况下切断电力变换器20和电源装置40的充放电路径。
控制部50对车辆整体进行电子控制。控制部50基于用户的加速器操作量、车速、来自电源装置40的信息等,来设定对于行驶用电动机10的转矩要求值。控制部50控制电力变换器20,以使得行驶用电动机10按照该转矩要求值工作。例如,若转矩要求值变大,则控制部50控制电力变换器20,以使得将与该程度相应的电力供给至行驶用电动机10。此外,若转矩要求值变小,则控制部50控制电力变换器20,以使得以减速能量作为能量源而将由行驶用电动机10发出的电力供给至电源装置40。
电源装置40包括:电池模块410、电池管理装置420、电压传感器430、电流传感器440以及温度传感器450。
电池模块410由一个以上的电池(也称作二次电池)构成。在本实施方式中,假定作为电池模块410中包含的电池而使用锂离子二次电池。在图1中,由被串联连接的多个电池构成了电池模块410,但构成电池模块410的电池的个数也可以为一个。电池模块410中包含的电池的一部分或者全部可以相互并联连接。另外,在本实施方式中,除了特别说明之外,电池是指单电池。
电池模块410经由继电器30而与电力变换器20连接。在行驶用电动机10作为电力源工作时(再生时),电池模块410能够经由电力变换器20来接受充电电力的供给。此外,在行驶用电动机10作为负载工作时(动力运行时),电池模块410能够经由电力变换器20来供给放电电力。
通过外部充电以及电力变换器20的动力运行/再生控制而电源装置40内的电池被充放电。为了避免过充电以及过放电,要求控制部50准确地识别电池的SOC(State OfCharge:充电状态,也称作充电率)。即,电池的充放电通过控制部50来控制。电压传感器430检测构成电池模块410的多个电池各自的端子电压(电池各自的正极与负极之间的电位差)的电压值Vd。电压传感器430将检测到的各电池的电压值Vd输出至电池管理装置420。
电流传感器440配置在电池模块410与电力变换器20之间,测量电池模块410中流动的电流的电流值Id。电流传感器440将检测到的电流值Id输出至电池管理装置420。
温度传感器450检测电池模块410的温度Td(例如,电池模块410的表面温度)。对于电池模块410,将检测到的温度Td输出至电池管理装置420。
电池管理装置420包括电池状态估计装置422以及通信部424。电池状态估计装置422利用包括电流值Id、电压值Vd以及温度Td的电池状态数据来估计SOC等的电池状态。
通信部424将由电池状态估计装置422估计出的SOC等与电池状态有关的信息发送至控制部50。电池管理装置420与控制部50之间通过CAN(Controller Area Network:控制器局域网)等网络而连接。
电池状态估计装置422具备:锂析出判定部4221、电流累计估计部4222、开路电压估计部4224、SOC估计部4223、充电条件变更部4225、以及存储部4226。存储部4226包括:SOC-OCV表格61、SOC保持部62以及基准表格63。另外,在本实施方式中,电池状态估计装置422中包含的充电条件变更部4225也能够单独设置在电池管理装置420的内部。
首先,说明本实施方式所涉及的电池的SOC的估计。
电流累计估计部4222通过累计由电流传感器440检测的电池中流动的电流值Id,由此来估计电池的SOC_i。具体而言,利用下述(式1)来估计SOC。
SOC_i=SOC0±(Q/FCC)×100…(式1)
SOC0表示开始充电以及放电之前的SOC,Q表示电流累计值(单位Ah),FCC(FullCharge Capacity)表示充满电容量。“+”表示充电,“-”表示放电。另外,可以在每当计算SOC_i时利用被实施了温度修正、电流修正等的FCC。
开路电压估计部4224根据从电流传感器440接受到的电流值Id、从电压传感器430接受到的各二次电池的电压值Vd以及各二次电池的内部电阻R,来估计各二次电池的OCV(Open Circuit Voltage:开路电压),确定与该OCV对应的SOC_v。
OCV=Vd±Id×R…(式2)
另外,(式2)为OCV估计式的一例,也可以利用其他的估计式。例如,可以利用导入了温度修正的估计式。
开路电压估计部4224参照SOC-OCV表格61来确定与计算出的OCV对应的SOC_v,读出被确定的SOC_v。
SOC-OCV表格61是记述了电池的SOC与电池的OCV(开路电压)的关系的表格。SOC-OCV表格61通过事前的实验或者模拟,例如根据在从电池的充电率为0%的状态起逐渐充电时获取的SOC与OCV的数据来生成。
SOC估计部4223根据计算出的SOC_i与SOC_v来决定应采用的SOC。例如,SOC估计部4223在二次电池未充放电时直接采用SOC_v,在二次电池进行充放电时直接采用SOC_i,或者采用SOC_i被SOC_v修正后的值。由SOC估计部4223估计出的SOC以及对应的电压被存储至SOC保持部62。
图4是示出锂离子二次电池的SOC与电压的关系的概念图。图4对于后述的实施方式1以及实施方式2是共同的。在图4中,在横轴示出SOC,在纵轴示出电压。
在图4中,V1(SOC)绘制出SOC保持部62中存储的SOC与对应的电压的图。另外,V1(SOC)示出对锂离子二次电池进行了如会出现锂析出的充电的情况下的SOC与电压的对应关系。在V1(SOC)中,在SOC≥SOCd1时出现锂析出。在锂离子二次电池中如出现锂析出的情况下,能够判断为锂离子二次电池处于劣化状态。
在图4中,V0(SOC)是进行了如不会出现锂析出的充电的情况下的图表。V0(SOC)是相对于V1(SOC)而成为用于判定有无锂析出的基准的图表。
作为求出V0(SOC)所涉及的数据的方法,例如能够以低速率(例如0.2C)对初始状态的锂离子二次电池进行充电,通过测量相对于SOC的电池电压来求出。所谓初始状态,例如是指刚制造出锂离子二次电池之后的状态。所谓低速率,是指如即便在对处于劣化状态的锂离子二次电池进行了充电的情况下也能抑制锂析出的充电速率。通过该方法求出的V0(SOC)所涉及的数据能够预先存储至基准表格63。
作为求出V0(SOC)所涉及的数据的其他方法,有利用SOC-OCV表格与DCIR映射来计算的方法。SOC-OCV表格是记述了电池的SOC与电池的OCV(开路电压)的关系的表格。DCIR(Direct Current Internal Resistance:直流内阻)是在宏观上观看锂离子二次电池的情况下的电气电阻的直流电阻成分,包括在电极表面处的锂离子Li+出入时等效地作为电气电阻发挥作用的电荷移动电阻、和在负极以及正极相对于电子e-的移动的纯电气电阻。在本实施方式中,除了特别说明之外,DCIR是指内部电阻。
后者的方法优选在针对如初始状态的锂离子二次电池的内部电阻根据SOC而改变的电池来求出V0(SOC)所涉及的数据时使用。前者的方法能够在针对如初始状态的锂离子二次电池的内部电阻不根据SOC而改变的电池来求出V0(SOC)所涉及的数据时使用。
对求出V0(SOC)所涉及的数据的后者的方法追加说明。图5是示出成为基准的SOC与电压的关系的概念图,也示出SOC-OCV表格。图6是相对于SOC的DCIR映射的概念图。SOC-OCV表格是与SOC-OCV表格61相同的数据。DCIR映射能够预先存储至基准表格63。DCIR映射所涉及的数据能够通过事前的实验以及/或者模拟来求出。
图5中的Vocv(SOC)是所谓的SOC-OCV表格。图6中的V0(SOC)与图4的V0(SOC)一致。V0(SOC)能够通过下述(式3)来求出。
V0(SOC)=Vocv(SOC)+I×R(SOC)…(式3)
I是判定有无锂析出的时刻下的充电电流Id。关于电阻R(SOC),将图6所示的SOC对应的DCIR用作R(SOC)。
另外,与该方法有关的处理,例如能够使锂析出判定部4221来处理。锂析出判定部4221从SOC-OCV表格61和基准表格63读出Vocv(SOC)和R(SOC),利用(式3)来计算V0(SOC)。
接下来,说明实施方式1中的判定有无锂析出的方法。
图7是示出实施方式1所涉及的锂离子二次电池的SOC与电压的关系的概念图。在图7中,在横轴示出SOC,在纵轴示出电压相对于SOC的微分系数。即,图7的纵轴是图4的图表的微分系数。在图7中,dV0(SOC)/dSOC示出图4中的V0(SOC)的SOC与微分系数,称作基准数据。在图7中,dV1(SOC)/dSOC示出图4中的V1(SOC)的SOC与微分系数,称作测量数据。
根据图7可知,在SOC<SOCd1的区域中对dV1(SOC)/dSOC所涉及的锂离子二次电池进行充电的情况下,dV0(SOC)/dSOC与dV1(SOC)/dSOC的微分系数一致。在SOC≥SOCd1的区域中对dV1(SOC)/dSOC所涉及的锂离子二次电池进行充电的情况下,dV0(SOC)/dSOC与dV1(SOC)/dSOC的微分系数会产生差。即,在SOC≥SOCd1的区域中,dV0(SOC)/dSOC>dV1(SOC)/dSOC。在SOC≥SOCd1的区域中对dV1(SOC)/dSOC所涉及的锂离子二次电池进行充电的情况下,能够判定为在dV1(SOC)/dSOC所涉及的锂离子二次电池的负极析出了锂。
在锂离子二次电池析出了锂而使得dV0(SOC)/dSOC与dV1(SOC)/dSOC的微分系数产生差的理由在于,由于锂的析出而导致锂离子二次电池的内部电阻上升。
能够使锂析出判定部4221来进行有无锂析出的判定。具体而言,锂析出判定部4221根据SOC保持部62中存储的SOC和对应的电压来计算dV1(SOC)/dSOC。锂析出判定部4221根据V0(SOC)所涉及的数据来计算dV0(SOC)/dSOC所涉及的数据。然后,锂析出判定部4221比较dV1(SOC)/dSOC与dV0(SOC)/dSOC,在这些微分系数中出现差的情况下判定为析出了锂。
另外,关于dV0(SOC)/dSOC与dV1(SOC)/dSOC的微分系数是否出现差的判定,是在给定的充电期间内出现差的情况下判定为析出了锂。这是为了例如在如伴随着电源装置40所连接的负载的消耗电力的变动而SOC的值临时波动的情况下,防止如局部性地dV0(SOC)/dSOC与dV1(SOC)/dSOC的微分系数产生差的情况下的误判定。另外,给定的充电期间无需历经长期间。例如,能够将SOC增加3%的程度的充电期间设定为给定的充电期间。
此外,关于dV0(SOC)/dSOC与dV1(SOC)/dSOC有无微分系数之差的判定,换言之,关于dV0(SOC)/dSOC与dV1(SOC)/dSOC的微分系数的一致或者不一致的判定,设为容许略微的误差。即,构成电池模块的各电池在公差的范围内设计,因此dV0(SOC)/dSOC与dV1(SOC)/dSOC的微分系数的一致或者不一致的判定至少容许考虑了公差的范围内的误差。
在实施方式1中,实质上,根据图7中的dV0(SOC)/dSOC与dV1(SOC)/dSOC有无偏差来判定有无锂析出,但也能够在不求出微分系数的情况下判定有无锂析出。在实施方式2中,不同于实施方式1,说明在不求出微分系数的情况下判定有无锂析出的方法。
图8是示出实施方式2所涉及的SOC与电压的关系的概念图。在实施方式2中,对V0(SOC)+Vp与V1(SOC)进行比较,根据它们有无偏差来判定有无锂析出。V0(SOC)+Vp的Vp是作为放电的下限值被设定的SOC=SOCd0时的电池电压。在锂离子二次电池中,在通常的使用方式下,不会使得放电到SOC=0%。根据为了防止过放电等的理由,来设定成为放电的下限值的SOC=SOCd0。Vp是由电压传感器430测量的实测值。
锂析出判定部4221通过对V0(SOC)加上Vp来计算V0(SOC)+Vp。V0(SOC)+Vp是实施方式2中的基准数据。然后,对V0(SOC)+Vp与V1(SOC)进行比较,根据比较结果来判定有无锂析出。V1(SOC)是实施方式2中的测量数据。
在图8中,在SOC<SOCd1的区域中对锂离子二次电池进行充电的情况下,V0(SOC)+Vp与V1(SOC)一致。在图8中,在SOC≥SOCd1的区域中对锂离子二次电池进行充电的情况下,V0(SOC)+Vp与V1(SOC)产生差。因此,在SOC≥SOCd1的区域中对V1(SOC)所涉及的锂离子二次电池进行充电的情况下,能够判定为在V1(SOC)所涉及的锂离子二次电池的负极析出了锂。
另外,在实施方式2中,关于V0(SOC)+Vp与V1(SOC)是否出现差的判定,也是在给定的充电期间中出现差的情况下判定为析出了锂。此外,关于V0(SOC)+Vp与V1(SOC)有无差的判定,换言之,关于V0(SOC)+Vp与V1(SOC)的一致或者不一致的判定,也容许考虑了电池公差的范围内的误差。
接下来,说明通过实施方式1或者实施方式2检测到锂析出之后的、锂离子二次电池的充电条件的变更。在检测到锂析出的情况下,充电条件变更部4225通过变更充电条件以使得停止充电或者切换为低的充电速率来继续充电,从而能够抑制锂离子二次电池的劣化。
所谓停止充电,是指关于充电的上限而将SOC=SOCd1重新设定为充电的上限值,变更充放电的设定以使得在SOCd0≤SOC<SOCd1的范围内进行充放电。
关于切换为低的充电速率来继续充电的情况,在图9中示出SOC与电压的概念图。图9所涉及的充电方法能够应用于通过实施方式1或者实施方式2检测到锂析出的情况。在图9中,实线所示的V1(SOC)与图4以及图8所示的V1(SOC)一致。在图9中,虚线所示的V0(SOC)与图4以及图8所示的V0(SOC)一致。在图9中,单点划线所示的V2(SOC)以SOCd1为界来表示以比V1(SOC)低的充电速率对锂离子二次电池进行了充电的情况。关于V2(SOC),计算电压相对于SOC的微分系数,在与V0(SOC)所涉及的微分系数进行比较时,两者一致。即,通过以比V1(SOC)低的充电速率对锂离子二次电池进行充电,能够抑制锂析出。另外,在检测到锂析出之后的充电中,在SOC<SOCd1的SOC区域中以与V1(SOC)对应的充电速率来进行充电,在SOCd1≤SOC的SOC区域中以与V2(SOC)对应的充电速率来进行充电,从而能够在抑制锂离子二次电池的劣化的同时抑制充电时间的增大。
接下来,利用图10以及图11的流程图来说明以上构成的电池状态估计装置422所执行的锂析出的判定处理。图10是通过实施方式1的方法来判定锂析出的流程图。图11是通过实施方式2的方法来判定锂析出的流程图。
首先,基于图10的流程图来说明锂析出的判定。
在步骤10中,SOC估计部4223估计SOC。估计出的SOC与对应的电压V1(SOC)一起被存储至SOC保持部62。
在步骤11中,锂析出判定部4221根据估计出的V1(SOC)来计算dV1(SOC)/dSOC。在步骤12中,锂析出判定部4221从基准表格63读出V0(SOC),计算dV0(SOC)/dSOC所涉及的数据。步骤11与步骤12可以调换顺序。
在步骤20中,锂析出判定部4221对dV0(SOC)/dSOC与dV1(SOC)/dSOC进行比较。在dV0(SOC)/dSOC>dV1(SOC)/dSOC的情况下,判定为析出了锂(步骤30)。在dV0(SOC)/dSOC≤dV1(SOC)/dSOC的情况下,判定为未析出锂(步骤31)。
接下来,基于图11的流程图来说明锂析出的判定。
在步骤10中,SOC估计部4223估计SOC。估计出的SOC与对应的电压V1(SOC)一起被存储至SOC保持部62。在步骤13中,锂析出判定部4221计算V0(SOC)+Vp。步骤10与步骤13可以调换顺序。
在步骤21中,锂析出判定部4221对V0(SOC)+Vp与V1(SOC)进行比较。在V0(SOC)+Vp>V1(SOC)的情况下,判定为析出了锂(步骤32)。在V0(SOC)+Vp≤V1(SOC)的情况下,判定为未析出锂(步骤33)。
在以上的实施方式中,以作为电动汽车等的电动机驱动用的电源而被利用的电池的电池管理装置为例进行了说明,但对于作为家庭用或产业用电源而被利用的电池的电池管理装置,也能够进行与本公开有关的锂析出的判定处理。
产业上的可利用性
本公开所涉及的电池管理装置以及电源装置对于电动汽车等的电动机驱动用电源、备用电源等是有用的。
符号说明
10 行驶用电动机
20 电力变换器
30 继电器
40 电源装置
410 电池模块
420 电池管理装置
422 电池状态估计装置
4221 锂析出判定部
4222 电流累计估计部
4223 SOC估计部
4224 开路电压估计部
4225 充电条件变更部
4226 存储部
424 通信部
430 电压传感器
440 电流传感器
450 温度传感器
50 控制部
61 SOC-OCV表格
62 SOC保持部
63 基准表格

Claims (6)

1.一种电池管理装置,具备:
SOC估计部,估计锂离子二次电池的充电状态即SOC;
存储部,保持成为用于对所述锂离子二次电池的锂析出进行判定的基准的数据;
锂析出判定部,在所述锂离子二次电池的充电的中途,比较电池电压相对于由所述SOC估计部估计出的SOC的微分系数、与电池电压相对于从所述存储部读出的成为基准的SOC的微分系数,在给定的充电期间中,在这些微分系数中出现差的情况下,判定为在所述锂离子二次电池析出了锂;和
充电条件变更部,
在由所述锂析出判定部检测到析出了锂的情况下,所述充电条件变更部以由所述锂析出判定部检测到析出了锂的SOC为界,在比该SOC小的SOC区域中以第一充电速率进行充电,在该SOC以上的SOC区域中以比所述第一充电速率低的第二充电速率进行充电。
2.一种电池管理装置,具备:
SOC估计部,估计锂离子二次电池的充电状态即SOC;
存储部,保持成为用于对所述锂离子二次电池的锂析出进行判定的基准的数据;
锂析出判定部,在所述锂离子二次电池的充电的中途,对基于由所述SOC估计部估计出的SOC以及与估计出的所述SOC对应的电池电压的测量数据、和基于从所述存储部读出的成为基准的SOC以及电池电压的基准数据进行比较,在给定的充电期间中,在所述测量数据与所述基准数据中出现差的情况下,判定为在所述锂离子二次电池析出了锂;和
充电条件变更部,
所述基准数据是考虑所述锂离子二次电池的放电停止电压而设定的数据,
在由所述锂析出判定部检测到析出了锂的情况下,所述充电条件变更部以由所述锂析出判定部检测到析出了锂的SOC为界,在比该SOC小的SOC区域中以第一充电速率进行充电,在该SOC以上的SOC区域中以比所述第一充电速率低的第二充电速率进行充电。
3.根据权利要求1或2所述的电池管理装置,其中,
成为所述基准的SOC以及与成为所述基准的SOC对应的电池电压,是通过以低速率对初始状态的锂离子二次电池进行充电而测量出的。
4.根据权利要求1或2所述的电池管理装置,其中,
成为所述基准的SOC以及与成为所述基准的SOC对应的电池电压,是根据充电状态-开路电压表格即SOC-OCV表格以及直流内阻映射即DCIR映射而求出的。
5.根据权利要求1或2所述的电池管理装置,其中,
所述充电条件变更部将由所述锂析出判定部检测到析出了锂的电压设定为所述锂离子二次电池的充电的上限电压。
6.一种电源装置,具备:
电池模块,具备多个锂离子二次电池;
电压传感器,测量所述电池模块的电压;和
权利要求1至5中任一项所述的电池管理装置。
CN201680002767.5A 2015-03-13 2016-02-24 电池管理装置以及电源装置 Active CN106716708B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015050825 2015-03-13
JP2015-050825 2015-03-13
PCT/JP2016/000975 WO2016147572A1 (ja) 2015-03-13 2016-02-24 電池管理装置、および電源装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106716708A CN106716708A (zh) 2017-05-24
CN106716708B true CN106716708B (zh) 2020-06-26

Family

ID=56919786

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201680002767.5A Active CN106716708B (zh) 2015-03-13 2016-02-24 电池管理装置以及电源装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10193198B2 (zh)
JP (1) JP6535890B2 (zh)
CN (1) CN106716708B (zh)
WO (1) WO2016147572A1 (zh)

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11391780B2 (en) * 2018-04-10 2022-07-19 Lg Energy Solution, Ltd. Battery diagnostic device and method
US11150307B2 (en) 2018-04-10 2021-10-19 Lg Chem, Ltd. Apparatus and method for diagnosing battery
JP7174327B2 (ja) * 2018-11-14 2022-11-17 トヨタ自動車株式会社 二次電池の状態判定方法
DE102019111958A1 (de) * 2019-05-08 2020-11-12 TWAICE Technologies GmbH Charakterisierung von Lithium-Plating bei wiederaufladbaren Batterien
JP7108579B2 (ja) * 2019-06-03 2022-07-28 本田技研工業株式会社 管理装置、管理方法、およびプログラム
US11750012B2 (en) * 2019-09-29 2023-09-05 Ningde Amperex Technology Limited Electronic device and method for charging a battery
CN111077455A (zh) * 2019-10-18 2020-04-28 浙江遨优动力***有限公司 一种软包锂离子电池析锂检测方法
EP4123322A4 (en) * 2020-03-16 2023-12-13 Kabushiki Kaisha Toshiba INFORMATION PROCESSING DEVICE, INFORMATION PROCESSING METHOD, COMPUTER PROGRAM AND INFORMATION PROCESSING SYSTEM
WO2021186593A1 (ja) * 2020-03-17 2021-09-23 株式会社 東芝 蓄電池の状態を評価する情報処理装置、情報処理方法、コンピュータプログラム及び情報処理システム
CN112098858B (zh) * 2020-11-09 2021-02-19 天津力神电池股份有限公司 一种锂离子电池容量衰减的无损分析方法
CN112816890A (zh) * 2020-12-30 2021-05-18 华人运通(江苏)技术有限公司 Bms电池***的测试方法
KR20220148040A (ko) * 2021-04-28 2022-11-04 주식회사 엘지에너지솔루션 리튬 석출 검출 장치 및 방법
CN113900028B (zh) * 2021-10-09 2022-07-08 山东大学 一种考虑初始荷电状态和充放电路径的电池健康状态估计方法及***
EP4343349A1 (en) * 2021-11-26 2024-03-27 LG Energy Solution, Ltd. Apparatus and method for diagnosing abnormality of battery
CN114397582B (zh) * 2022-01-11 2024-04-30 东莞新能安科技有限公司 析锂检测方法、电子设备、充电装置及存储介质

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101641607A (zh) * 2007-03-23 2010-02-03 丰田自动车株式会社 二次电池的状态估计装置
JP2010066232A (ja) * 2008-09-12 2010-03-25 Toyota Motor Corp リチウムイオン電池の劣化判定装置、車両およびリチウムイオン電池の劣化判定方法
CN102150321A (zh) * 2009-10-01 2011-08-10 丰田自动车株式会社 非水电解液型锂离子二次电池***、该***中的锂析出判定方法以及搭载该***的车辆
CN102598393A (zh) * 2010-04-12 2012-07-18 丰田自动车株式会社 非水电解液型锂离子二次电池***、判定该***中的锂析出的方法以及设置有该***的车辆
CN102834727A (zh) * 2010-04-09 2012-12-19 丰田自动车株式会社 二次电池的劣化判断装置以及劣化判断方法
CN102844931A (zh) * 2010-04-13 2012-12-26 丰田自动车株式会社 用于锂离子二次电池的劣化确定装置和劣化确定方法
CN103081212A (zh) * 2010-06-07 2013-05-01 丰田自动车株式会社 锂离子二次电池的劣化判定***以及劣化判定方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6388447B1 (en) * 2000-11-07 2002-05-14 Moltech Power Systems, Inc. Method and apparatus for battery fuel gauging
DE602005013127D1 (de) * 2005-04-07 2009-04-16 St Jude Medical Verfahren und gerät zur bestimmung eines zeitpunkts zum wechseln einer elektrischen batterie
US7726975B2 (en) * 2006-06-28 2010-06-01 Robert Bosch Gmbh Lithium reservoir system and method for rechargeable lithium ion batteries
US8374807B2 (en) * 2008-11-13 2013-02-12 Lockheed Martin Corporation Method and apparatus that detects state of charge (SOC) of a battery
JP5081886B2 (ja) * 2009-10-13 2012-11-28 トヨタ自動車株式会社 非水電解液型リチウムイオン二次電池
JP2012212513A (ja) * 2011-03-30 2012-11-01 Toyota Motor Corp リチウム二次電池の状態検出方法
JP2013089363A (ja) 2011-10-14 2013-05-13 Toyohashi Univ Of Technology リチウムデンドライトの析出判定方法及びリチウムデンドライトの析出判定装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101641607A (zh) * 2007-03-23 2010-02-03 丰田自动车株式会社 二次电池的状态估计装置
JP2010066232A (ja) * 2008-09-12 2010-03-25 Toyota Motor Corp リチウムイオン電池の劣化判定装置、車両およびリチウムイオン電池の劣化判定方法
CN102150321A (zh) * 2009-10-01 2011-08-10 丰田自动车株式会社 非水电解液型锂离子二次电池***、该***中的锂析出判定方法以及搭载该***的车辆
CN102834727A (zh) * 2010-04-09 2012-12-19 丰田自动车株式会社 二次电池的劣化判断装置以及劣化判断方法
CN102598393A (zh) * 2010-04-12 2012-07-18 丰田自动车株式会社 非水电解液型锂离子二次电池***、判定该***中的锂析出的方法以及设置有该***的车辆
CN102844931A (zh) * 2010-04-13 2012-12-26 丰田自动车株式会社 用于锂离子二次电池的劣化确定装置和劣化确定方法
CN103081212A (zh) * 2010-06-07 2013-05-01 丰田自动车株式会社 锂离子二次电池的劣化判定***以及劣化判定方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2016147572A1 (ja) 2016-09-22
US20170279171A1 (en) 2017-09-28
CN106716708A (zh) 2017-05-24
JP6535890B2 (ja) 2019-07-03
US10193198B2 (en) 2019-01-29
JPWO2016147572A1 (ja) 2017-12-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106716708B (zh) 电池管理装置以及电源装置
CN106716162B (zh) 电池状态推定装置以及电源装置
EP3664247B1 (en) Charging time computation method and charge control device
CN109155446B (zh) 用于管理电池的装置和方法
CN107533109B (zh) 电池控制装置以及电动车辆***
US8000915B2 (en) Method for estimating state of charge of a rechargeable battery
EP2720343B1 (en) Battery control device and battery system
US20150293183A1 (en) Battery management device, power supply, and soc estimation method
JP5621818B2 (ja) 蓄電システムおよび均等化方法
EP3410558A1 (en) Battery control device
EP2770575B1 (en) Apparatus and method for controlling lithium ion secondary battery
WO2013175606A1 (ja) 電池制御装置
US9871275B2 (en) Battery-state estimation device
EP3141919B1 (en) Apparatus and method for estimating open circuit voltage
US20140239914A1 (en) Battery controller
US10367359B2 (en) Power control apparatus and power control system
CN113228345A (zh) 电池状态估计装置、电池状态估计方法以及电池***
JP6316754B2 (ja) 電池管理装置および電源装置
JP2014190728A (ja) 充電率推定装置
JP5975925B2 (ja) 電池制御装置、蓄電装置
JP2020061823A (ja) 二次電池制御装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant