JP5900160B2 - 二次電池の相対残容量推定方法、相対残容量推定装置、電池パック、電子機器及び電動車両 - Google Patents
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Description
二次電池の起電力をEemf、二次電池の温度をTとしたとき、予め、(∂Eemf/∂T)の値を求めておき、
少なくとも、相対残容量の値を変数とした(∂Eemf/∂T)の値、二次電池の温度測定値、及び、二次電池の電流測定値に基づき相対残容量を求める。
二次電池の起電力をEemf、二次電池の温度をTとした(∂Eemf/∂T)の値を記憶した記憶装置、
二次電池の温度を測定する温度測定装置、
二次電池の電流を測定する電流測定装置、及び、
少なくとも、相対残容量の値を変数とした(∂Eemf/∂T)の値、二次電池の温度測定値、及び、二次電池の電流測定値に基づき相対残容量を求める演算装置、
を備えている。
1.本開示の二次電池の相対残容量推定方法、相対残容量推定装置、電池パック、電子機器及び電動車両、全般に関する説明
2.実施例1(本開示の二次電池の相対残容量推定方法、相対残容量推定装置、電池パック及び電子機器)
3.実施例2(本開示の電動車両)
4.実施例3(第1の構成及び第2の構成の二次電池の相対残容量推定方法等)、その他
本開示の二次電池の相対残容量推定方法、相対残容量推定装置、電池パック、電子機器あるいは電動車両を総称して、『本開示の二次電池の相対残容量推定方法等』と呼ぶ場合があるし、本発明の相対残容量推定装置、本発明の電池パックにおける相対残容量推定装置、本発明の電子機器における相対残容量推定装置、あるいは、本開示の電動車両における相対残容量推定装置を総称して、『本開示の相対残容量推定装置等』と呼ぶ場合がある。
時刻t0における相対残容量と、時刻t0から時刻t1までの二次電池の電流測定値とに基づき、時刻t1における相対残容量を計算にて求め、
時刻t0から時刻t1までの二次電池の温度測定値に基づく実測・温度上昇量ΔTrealと、少なくとも、相対残容量の値を変数とした(∂Eemf/∂T)の値、二次電池の温度測定値、及び、二次電池の電流測定値に基づき求められた、時刻t0から時刻t1までの二次電池の計算・温度上昇量ΔTcalcとの差異の絶対値ΔTdiff(=|ΔTreal−ΔTcalc|)が、第1の所定の値を越える場合、絶対値ΔTdiffが第2の所定の値(但し、第2の所定の値<第1の所定の値)となるように、時刻t0における相対残容量を修正する形態とすることができる。
二次電池はリチウムイオン二次電池から成り、
リチウムイオンの拡散反応が生じていない状態において、電圧測定装置によって二次電池の開放電圧を測定し、且つ、温度測定装置によって二次電池の温度を測定し、開放電圧測定結果及び温度測定結果に基づき、(∂Eemf/∂T)の値を求める構成とすることができる。尚、このような構成を、便宜上、『第2の構成の二次電池の相対残容量推定方法等』と呼ぶ。そして、このような構成にあっては、リチウムイオンの拡散反応が生じていない状態は、二次電池の温度変動が温度測定装置の温度測定限界以下となり、且つ、二次電池の開放電圧変動が電圧測定装置の電圧測定限界以下となった状態である構成とすることができる。
二次電池の起電力をEemf、二次電池の温度をTとしたとき、予め、(∂Eemf/∂T)の値を求めておき、
少なくとも、相対残容量の値を変数とした(∂Eemf/∂T)の値、二次電池の温度測定値、及び、二次電池の電流測定値に基づき、実施例1にあっては、更に、二次電池の内部抵抗値に基づき、相対残容量を求める。
=(1/C)∫[−I(t)・T(t)・{∂Eemf(t)/∂T}
+I2(t)・RSOC(t)−h・S・{T(t)−Ta}]dt (2)
=(1/C)・∫[−I(t)・T(t)・{∂Eemf’(t)/∂T}
+I2(t)・RSOC’(t)−h・S・{T(t)−Ta}]dt (4)
二次電池61の起電力をEemf、二次電池61の温度をTとした(∂Eemf/∂T)の値を記憶した記憶装置(微分値記憶装置)51、
二次電池61の温度を測定する温度測定装置(温度測定回路)21、
二次電池61の電流を測定する電流測定装置(電流測定回路)31、及び、
少なくとも、相対残容量(SOC)の値を変数とした(∂Eemf/∂T)の値、二次電池61の温度測定値、及び、二次電池61の電流測定値に基づき相対残容量を求める演算装置50、
を備えている。
=(tclock/C)・Σ[−Ij・Tj・{∂Eemf(j)/∂T}
+I2 j・RSOC(j)−h・S・{Tj−Ta}] (5)
二次電池の開放電圧VOCを測定する電圧測定装置(電圧測定回路)241、
二次電池の温度を測定する温度測定装置(温度測定回路)231、
二次電池の温度を制御する温度制御装置、及び、
二次電池の温度Tを変数とした二次電池の開放電圧VOCの微分係数(∂VOC/∂T)を求める演算装置221、
を備えており、更に、
二次電池の充放電電流を測定する電流測定装置(電流測定回路)242、
を備えている。そして、
温度制御装置によって二次電池の温度変動が温度測定装置231の温度測定限界以下とされ、且つ、二次電池の開放電圧変動が電圧測定装置241の電圧測定限界以下となった状態で[第1の構成の二次電池の相対残容量推定方法等を実行するための二次電池の(∂VOC/∂T)測定装置]、あるいは又、リチウムイオンの拡散反応が生じていない状態に温度制御装置によってされた状態において[第2の構成の二次電池の相対残容量推定方法等を実行するための二次電池の(∂VOC/∂T)測定装置]、電圧測定装置241によって二次電池の開放電圧VOCが測定され、且つ、温度測定装置231によって二次電池の温度Tが測定され、開放電圧測定結果及び温度測定結果に基づき、演算装置221によって(∂VOC/∂T)が求められる。こうして得られた(∂VOC/∂T)に基づき(∂Eemf/∂T)の値を求めることができる。
VOC=k1×T+k0
といった回帰直線を最小二乗法に基づき求める。得られた係数k1が、二次電池の温度Tを変数とした二次電池の開放電圧VOCの微分係数(∂VOC/∂T)であり、10-3〜10-4(ボルト/゜C)程度の値である。回帰直線の決定係数は、0.99以上(例えば、0.9998)であった。また、開放電圧VOCの値は、100マイクロボルト乃至10ミリボルト程度である。
VOC=k1×T+k0
といった回帰直線を最小二乗法に基づき求める。得られた係数k1が、図6Cに模式的に示すような、各電流流量(二次電池の相対残容量)における、二次電池の温度Tを変数とした二次電池の開放電圧VOCの微分係数(∂VOC/∂T)である。こうして、二次電池の相対残容量と関連した(∂VOC/∂T)を求めることができる。
ΔS=n・F・(∂VOC/∂T) (1)
で表すことができる。尚、
n:電子数
F:ファラデー定数
である。
[1]《相対残容量推定方法》
二次電池の起電力をEemf、二次電池の温度をTとしたとき、予め、(∂Eemf/∂T)の値を求めておき、
少なくとも、相対残容量の値を変数とした(∂Eemf/∂T)の値、二次電池の温度測定値、及び、二次電池の電流測定値に基づき相対残容量を求める二次電池の相対残容量推定方法。
[2]相対残容量の値を変数とした(∂Eemf/∂T)の値、二次電池の温度測定値、及び、二次電池の電流測定値に加えて、更に、二次電池の内部抵抗値に基づき相対残容量を求める[1]に記載の二次電池の相対残容量推定方法。
[3]時刻t0における相対残容量と、時刻t0から時刻t1までの二次電池の電流測定値とに基づき、時刻t1における相対残容量を計算にて求め、
時刻t0から時刻t1までの二次電池の温度測定値に基づく実測・温度上昇量ΔTrealと、少なくとも、相対残容量の値を変数とした(∂Eemf/∂T)の値、二次電池の温度測定値、及び、二次電池の電流測定値に基づき求められた、時刻t0から時刻t1までの二次電池の計算・温度上昇量ΔTcalcとの差異の絶対値ΔTdiff(=|ΔTreal−ΔTcalc|)が、第1の所定の値を越える場合、絶対値ΔTdiffが第2の所定の値(但し、第2の所定の値<第1の所定の値)となるように、時刻t0における相対残容量を修正する[1]又は[2]に記載の二次電池の相対残容量推定方法。
[4]二次電池の温度変動が温度測定装置の温度測定限界以下となり、且つ、二次電池の開放電圧変動が電圧測定装置の電圧測定限界以下となった状態で、電圧測定装置によって二次電池の開放電圧を測定し、且つ、温度測定装置によって二次電池の温度を測定し、開放電圧測定結果及び温度測定結果に基づき、(∂Eemf/∂T)の値を求める、[1]乃至[3]のいずれか1項に記載の二次電池の相対残容量推定方法。
[5]二次電池はリチウムイオン二次電池から成り、
リチウムイオンの拡散反応が生じていない状態において、電圧測定装置によって二次電池の開放電圧を測定し、且つ、温度測定装置によって二次電池の温度を測定し、開放電圧測定結果及び温度測定結果に基づき、(∂Eemf/∂T)の値を求める、[1]乃至[3]のいずれか1項に記載の二次電池の相対残容量推定方法。
[6]リチウムイオンの拡散反応が生じていない状態は、二次電池の温度変動が温度測定装置の温度測定限界以下となり、且つ、二次電池の開放電圧変動が電圧測定装置の電圧測定限界以下となった状態である[5]に記載の二次電池の相対残容量推定方法。
[7]電圧測定限界が1×10-6ボルトである電圧測定装置、及び、温度測定限界が1×10-2゜Cである温度測定装置を用いる[4]乃至[6]のいずれか1項に記載の二次電池の相対残容量推定方法。
[8]《相対残容量推定装置》
二次電池の起電力をEemf、二次電池の温度をTとした(∂Eemf/∂T)の値を記憶した記憶装置、
二次電池の温度を測定する温度測定装置、
二次電池の電流を測定する電流測定装置、及び、
少なくとも、相対残容量の値を変数とした(∂Eemf/∂T)の値、二次電池の温度測定値、及び、二次電池の電流測定値に基づき相対残容量を求める演算装置、
を備えている、二次電池の相対残容量を求める相対残容量推定装置。
[9]《電池パック》
二次電池、及び、二次電池の相対残容量を求める相対残容量推定装置から成る電池パックであって、
相対残容量推定装置は、
二次電池の起電力をEemf、二次電池の温度をTとした(∂Eemf/∂T)の値を記憶した記憶装置、
二次電池の温度を測定する温度測定装置、
二次電池の電流を測定する電流測定装置、及び、
少なくとも、相対残容量の値を変数とした(∂Eemf/∂T)の値、二次電池の温度測定値、及び、二次電池の電流測定値に基づき相対残容量を求める演算装置、
を備えている電池パック。
[10]《電子機器》
二次電池、及び、二次電池の相対残容量を求める相対残容量推定装置から成る電池パックを備えた電子機器であって、
相対残容量推定装置は、
二次電池の起電力をEemf、二次電池の温度をTとした(∂Eemf/∂T)の値を記憶した記憶装置、
二次電池の温度を測定する温度測定装置、
二次電池の電流を測定する電流測定装置、及び、
少なくとも、相対残容量の値を変数とした(∂Eemf/∂T)の値、二次電池の温度測定値、及び、二次電池の電流測定値に基づき相対残容量を求める演算装置、
を備えている電子機器。
[11]《電動車両》
二次電池、及び、二次電池の相対残容量を求める相対残容量推定装置から成る電池パックを備えた電動車両であって、
相対残容量推定装置は、
二次電池の起電力をEemf、二次電池の温度をTとした(∂Eemf/∂T)の値を記憶した記憶装置、
二次電池の温度を測定する温度測定装置、
二次電池の電流を測定する電流測定装置、及び、
少なくとも、相対残容量の値を変数とした(∂Eemf/∂T)の値、二次電池の温度測定値、及び、二次電池の電流測定値に基づき相対残容量を求める演算装置、
を備えている電動車両。
Claims (10)
- 二次電池の起電力をEemf、二次電池の温度をTとしたとき、相対残容量の値を変数として、予め求められた(∂E emf /∂T)の値、
相対残容量の値を変数として、予め求められた二次電池の内部抵抗値の値、
二次電池の温度測定値、及び、
二次電池の電流測定値、
に基づき、時刻t 0 を基準として、時刻t 1 における相対残容量を求める二次電池の相対残容量推定方法であって、
時刻t 0 から時刻t 1 まで、経時的に、複数の測定時刻において、二次電池の温度測定値及び二次電池の電流測定値を測定した後、
各測定時刻における相対残容量の値と二次電池の電流測定値の測定結果とから、次の測定時刻における相対残容量の値を求める一方、各測定時刻における求められた相対残容量の値を変数とした(∂E emf /∂T)の値と、各測定時刻における相対残容量の値を変数とした二次電池の内部抵抗値の値と、各測定時刻における二次電池の温度測定と、各測定時刻における二次電池の電流測定値とから、二次電池の計算・温度上昇量を求める工程を、時刻t 0 から時刻t 1 まで、繰り返し実行し、
時刻t 0 から時刻t 1 までの二次電池の温度測定値に基づく実測・温度上昇量ΔT real と、時刻t 0 から時刻t 1 までの二次電池の計算・温度上昇量ΔT calc との差の絶対値ΔT diff (=|ΔT real −ΔT calc |)が、第1の所定の値以下の場合、求められた時刻t 1 における相対残容量の値を、次の時刻t 0 における相対残容量の値とする二次電池の相対残容量推定方法。 - 絶対値ΔT diff が、第1の所定の値を超える場合、絶対値ΔT diff が第2の所定の値(但し、第2の所定の値<第1の所定の値)となるように、時刻t 0 における相対残容量を修正して、二次電池の計算・温度上昇量を求める工程を、時刻t 0 から時刻t 1 まで、繰り返し実行する請求項1に記載の二次電池の相対残容量推定方法。
- 二次電池の温度変動が温度測定装置の温度測定限界以下となり、且つ、二次電池の開放電圧変動が電圧測定装置の電圧測定限界以下となった状態で、電圧測定装置によって二次電池の開放電圧を測定し、且つ、温度測定装置によって二次電池の温度を測定し、開放電圧測定結果及び温度測定結果に基づき、(∂Eemf/∂T)の値を求める請求項1又は請求項2に記載の二次電池の相対残容量推定方法。
- 二次電池はリチウムイオン二次電池から成り、
リチウムイオンの拡散反応が生じていない状態において、電圧測定装置によって二次電池の開放電圧を測定し、且つ、温度測定装置によって二次電池の温度を測定し、開放電圧測定結果及び温度測定結果に基づき、(∂Eemf/∂T)の値を求める請求項1又は請求項2に記載の二次電池の相対残容量推定方法。 - リチウムイオンの拡散反応が生じていない状態は、二次電池の温度変動が温度測定装置の温度測定限界以下となり、且つ、二次電池の開放電圧変動が電圧測定装置の電圧測定限界以下となった状態である請求項4に記載の二次電池の相対残容量推定方法。
- 電圧測定限界が1×10-6ボルトである電圧測定装置、及び、温度測定限界が1×10-2゜Cである温度測定装置を用いる請求項3乃至請求項5のいずれか1項に記載の二次電池の相対残容量推定方法。
- 二次電池の起電力をEemf、二次電池の温度をTとしたとき、予め求められた(∂Eemf/∂T)の値を記憶した記憶装置、
相対残容量の値を変数として、予め求められた(∂E emf /∂T)の値を記憶した内部抵抗値記憶装置、
二次電池の温度を測定する温度測定装置、
二次電池の電流を測定する電流測定装置、及び、
演算装置、
を備えている、二次電池の相対残容量を求める相対残容量推定装置であって、
時刻t 0 から時刻t 1 まで、経時的に、複数の測定時刻において、温度測定装置は二次電池の温度測定値を測定し、電流測定装置は二次電池の電流測定値を測定し、
演算装置は、各測定時刻における相対残容量の値と二次電池の電流測定値の測定結果とから、次の測定時刻における相対残容量の値を求める一方、各測定時刻における求められた相対残容量の値を変数とした(∂E emf /∂T)の値と、各測定時刻における相対残容量の値を変数とした二次電池の内部抵抗値の値と、各測定時刻における二次電池の温度測定と、各測定時刻における二次電池の電流測定値とから、二次電池の計算・温度上昇量を求める工程を、時刻t 0 から時刻t 1 まで、繰り返し実行し、
演算装置は、更に、時刻t 0 から時刻t 1 までの二次電池の温度測定値に基づく実測・温度上昇量ΔT real と、時刻t 0 から時刻t 1 までの二次電池の計算・温度上昇量ΔT calc との差の絶対値ΔT diff (=|ΔT real −ΔT calc |)が、第1の所定の値以下の場合、求められた時刻t 1 における相対残容量の値を、次の時刻t 0 における相対残容量の値とする相対残容量推定装置。 - 二次電池、及び、二次電池の相対残容量を求める相対残容量推定装置から成る電池パックであって、
相対残容量推定装置は、
二次電池の起電力をEemf、二次電池の温度をTとしたとき、予め求められた(∂Eemf/∂T)の値を記憶した記憶装置、
相対残容量の値を変数として、予め求められた(∂E emf /∂T)の値を記憶した内部抵抗値記憶装置、
二次電池の温度を測定する温度測定装置、
二次電池の電流を測定する電流測定装置、及び、
演算装置、
を備えており、
時刻t 0 から時刻t 1 まで、経時的に、複数の測定時刻において、温度測定装置は二次電池の温度測定値を測定し、電流測定装置は二次電池の電流測定値を測定し、
演算装置は、各測定時刻における相対残容量の値と二次電池の電流測定値の測定結果とから、次の測定時刻における相対残容量の値を求める一方、各測定時刻における求められた相対残容量の値を変数とした(∂E emf /∂T)の値と、各測定時刻における相対残容量の値を変数とした二次電池の内部抵抗値の値と、各測定時刻における二次電池の温度測定と、各測定時刻における二次電池の電流測定値とから、二次電池の計算・温度上昇量を求める工程を、時刻t 0 から時刻t 1 まで、繰り返し実行し、
演算装置は、更に、時刻t 0 から時刻t 1 までの二次電池の温度測定値に基づく実測・温度上昇量ΔT real と、時刻t 0 から時刻t 1 までの二次電池の計算・温度上昇量ΔT calc との差の絶対値ΔT diff (=|ΔT real −ΔT calc |)が、第1の所定の値以下の場合、求められた時刻t 1 における相対残容量の値を、次の時刻t 0 における相対残容量の値とする電池パック。 - 二次電池、及び、二次電池の相対残容量を求める相対残容量推定装置から成る電池パックを備えた電子機器であって、
相対残容量推定装置は、
二次電池の起電力をEemf、二次電池の温度をTとしたとき、予め求められた(∂Eemf/∂T)の値を記憶した記憶装置、
相対残容量の値を変数として、予め求められた(∂E emf /∂T)の値を記憶した内部抵抗値記憶装置、
二次電池の温度を測定する温度測定装置、
二次電池の電流を測定する電流測定装置、及び、
演算装置、
を備えており、
時刻t 0 から時刻t 1 まで、経時的に、複数の測定時刻において、温度測定装置は二次電池の温度測定値を測定し、電流測定装置は二次電池の電流測定値を測定し、
演算装置は、各測定時刻における相対残容量の値と二次電池の電流測定値の測定結果とから、次の測定時刻における相対残容量の値を求める一方、各測定時刻における求められた相対残容量の値を変数とした(∂E emf /∂T)の値と、各測定時刻における相対残容量の値を変数とした二次電池の内部抵抗値の値と、各測定時刻における二次電池の温度測定と、各測定時刻における二次電池の電流測定値とから、二次電池の計算・温度上昇量を求める工程を、時刻t 0 から時刻t 1 まで、繰り返し実行し、
演算装置は、更に、時刻t 0 から時刻t 1 までの二次電池の温度測定値に基づく実測・温度上昇量ΔT real と、時刻t 0 から時刻t 1 までの二次電池の計算・温度上昇量ΔT calc との差の絶対値ΔT diff (=|ΔT real −ΔT calc |)が、第1の所定の値以下の場合、求められた時刻t 1 における相対残容量の値を、次の時刻t 0 における相対残容量の値とする電子機器。 - 二次電池、及び、二次電池の相対残容量を求める相対残容量推定装置から成る電池パックを備えた電動車両であって、
相対残容量推定装置は、
二次電池の起電力をEemf、二次電池の温度をTとしたとき、予め求められた(∂Eemf/∂T)の値を記憶した記憶装置、
相対残容量の値を変数として、予め求められた(∂E emf /∂T)の値を記憶した内部抵抗値記憶装置、
二次電池の温度を測定する温度測定装置、
二次電池の電流を測定する電流測定装置、及び、
演算装置、
を備えており、
時刻t 0 から時刻t 1 まで、経時的に、複数の測定時刻において、温度測定装置は二次電池の温度測定値を測定し、電流測定装置は二次電池の電流測定値を測定し、
演算装置は、各測定時刻における相対残容量の値と二次電池の電流測定値の測定結果とから、次の測定時刻における相対残容量の値を求める一方、各測定時刻における求められた相対残容量の値を変数とした(∂E emf /∂T)の値と、各測定時刻における相対残容量の値を変数とした二次電池の内部抵抗値の値と、各測定時刻における二次電池の温度測定と、各測定時刻における二次電池の電流測定値とから、二次電池の計算・温度上昇量を求める工程を、時刻t 0 から時刻t 1 まで、繰り返し実行し、
演算装置は、更に、時刻t 0 から時刻t 1 までの二次電池の温度測定値に基づく実測・温度上昇量ΔT real と、時刻t 0 から時刻t 1 までの二次電池の計算・温度上昇量ΔT calc との差の絶対値ΔT diff (=|ΔT real −ΔT calc |)が、第1の所定の値以下の場合、求められた時刻t 1 における相対残容量の値を、次の時刻t 0 における相対残容量の値とする電動車両。
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