JP5960017B2 - 電池劣化判定装置、抵抗値算出装置、電池劣化判定方法およびプログラム - Google Patents
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Description
これにより、特許文献1に記載の電池劣化検出装置は、二次電池の負荷パターンに関係なく、電池の劣化状況を検知することができる。
ここで、二次電池システム100における電池セル110の構成は任意のものでよい。例えば、複数の電池セル110が直列に接続されていてもよいし、並列に接続されていてもよいし、あるいは、並列に接続された複数の電池セル110が直列に接続されていてもよい。
CMU112は、セル単位で二次電池111の充放電制御や監視を行う。特に、CMU112は、二次電池111の電流値と電圧値と温度とを検出し、BMU120を介して電池劣化判定装置200へ通知する。具体的には、電池セル110は、二次電池111に設けられた電流センサ、電圧センサおよび温度センサから、それぞれ電流値、電圧値および温度をセンサの測定値として所定のサンプリング周期毎に取得し、BMU120へ出力する。
記憶部210は、測定値取得部220の制御に従って各種データを記憶する。
測定値取得部220は、記憶部210に対して各種データの書込や読出を行う。特に、測定値取得部220は、BMU120の送信する、電池セル110毎の二次電池111の電流値と電圧値と温度とを記憶部210に記憶させ、また、時刻検出部230や抵抗値算出部240の処理に応じて記憶部210からデータを読み出して出力する。
二次電池111において電流値が変化するタイミングと電圧値が変化するタイミングとは必ずしも一致しておらず、特に過渡状態において両者のタイミングのずれが大きくなりがちである。このタイミングのずれにより、電流値と電圧値との比が測定タイミングによって異なる。
また、二次電池111の劣化状況を精度よく判定するために、電流値に有意な差がある2つの時刻において電流値および電圧値を測定することが好ましい。
なお、前時刻と後時刻との組み合わせは、本発明における第1時刻と第2時刻との組み合わせの一例に該当する。図2の例では、時刻T12が第1時刻の一例に該当し、時刻T15が第2時刻の一例に該当する。
2.|dI(T15’)|≦dI_const ・・・(1)
を満たすか否かを判定する。ここで、dI_constは、電流値が静定状態にあるか否かの判定閾値として予め設定されている正定数である。また、||は絶対値を示す。
を満たすか否かを判定する。ここで、dI_raiseは、電流が過渡状態にあるか否かの判定閾値として予め設定されている正定数である。
5.式(2)を満たす場合、時刻T15’−dt1から1サンプリング前の時刻T15’−dt1−dtsから前へ時間dt0の間の全てのサンプリング時刻において電流値が静定状態にあるか否かを判定する。具体的には、
T15’−dt1−dt0≦t≦T15’−dt1−dts ・・・(3)
を満たす全てのサンプリング時刻tが、
|dI(t)|≦dI_const ・・・(4)
を満たすか否かを判定する。ここで、時間dt1は、電流立ち上がり前の静定時間として予め設定されている正定数である。
I(T15’)−I(T15’−dt1−dts)≧dI_diff ・・・(5)
を満たすか否かを判定する。ここで、dI_diffは、二次電池111の電流値を精度よく判定するための有意な電流値変化量の閾値としてとして予め設定されている正定数である。
7.式(5)を満たす場合、時刻T15’−dt1−dtsを前時刻として検出し、時刻T15’を後時刻として検出する。例えば、図2に示す例において、時刻検出部230は、前時刻として時刻T12を検出し、後時刻として時刻T15を検出する。
また、電流立ち上がり前、立ち上がり後の何れについても、静定状態か否かを判定するためのサンプリング数は1以上であればよい。従って、ステップ5において、1つのサンプリング時刻についてのみ電流変化率がdI_const以下か否かを判定するようにしてもよい。また、ステップ2において、複数のサンプリング時刻について電流変化率がdI_const以下か否かを判定するようにしてもよい。
なお、二次電池システム100が空調設備の動作している屋内に設置されている場合など、二次電池111の温度変化の影響を無視できる場合、抵抗値算出部240が温度補正を行わないようにしてもよい。
ただし、表示装置300は、電池劣化状況判定部250の判定結果を通知可能なものであればよい。例えば、表示装置300が、発光ダイオード等のランプを有し、当該ランプを点灯させることで、二次電池111の交換が必要なことを表示するようにしてもよい。あるいは、表示装置300が視覚的な表示に加えて、あるいは視覚的な表示に代えて、音声メッセージまたはブザー音等の音を出力することで、二次電池111の交換が必要なことを表示するようにしてもよい。
図3は、電池劣化判定装置200が電池セル110の交換の要否を判定する処理手順を示すフローチャートである。電池劣化判定装置200は、例えば一日毎または一月毎など定期的に、あるいは、電池劣化判定装置200のユーザ(例えば電源システム1の管理者)の要求に応じて、電池セル110の各々について図3の処理を行う。なお、電池劣化判定装置200が、二次電池111の電流値や電圧値や温度のサンプリング周期毎に、いわばリアルタイムで図3の処理を行うようにしてもよい。
静定状態にあると判定した場合(ステップS112:YES)、時刻検出部230は、電流値立ち上がり開始の想定時刻における電流変化率を算出する(ステップS121)。上記処理のステップ3は、図3のステップS121の一例に該当する。
電流が立ち上がっていると判定した場合(ステップS122:YES)、時刻検出部230は、立ち上がり前の静定状態の判定対象となるサンプリング時刻の各々について、電流変化率を算出する(ステップS131)。
静定状態にあると判定した場合(ステップS132:YES)、時刻検出部230は、電流の立ち上がりによる電流変化量として、前時刻の候補における電流値から、後時刻の候補における電流値を減算した変化量を算出する(ステップS141)。
有意な電流値変化量であると判定した場合(ステップS142:YES)、時刻検出部230は、前時刻の候補を前時刻として設定し、後時刻の候補を後時刻として設定して、当該前時刻および後時刻を抵抗値算出部240へ出力する(ステップS151)。上記処理のステップ7は、図3のステップS151の一例に該当する。
そして、電池劣化状況判定部250は、補正後の内部抵抗値に基づいて、二次電池111の劣化状況を判定し、判定結果を表示装置300へ出力する(ステップS154)。
その後、図3の処理を終了する。
ステップS161の後、ステップS102へ戻る。
また、ステップS122において、電流値立ち上がり開始の想定時刻において電流が立ち上がっていないと判定した場合(ステップS122:NO)も、ステップS161へ進む。
また、ステップS132において、二次電池111の電流値が静定状態にないと判定した場合(ステップS132:NO)も、ステップS161へ進む。
また、ステップS142において、ステップS141で算出した変化量が有意な電流値変化量でないと判定した場合(ステップS142:NO)も、ステップS161へ進む。
これにより、抵抗値算出部240は、電流値が静定状態にあり、かつ、電流値に有意な差がある2つの時刻における電流値と電圧値とに基づいて、二次電池111の内部抵抗値をより高精度に算出でき、電池劣化状況判定部250は、当該内部抵抗値を用いて、二次電池111の劣化状態をより高精度に判定することができる。
また、以上では、時刻検出部230が、電流立ち上がり前後の静定状態におけるサンプリング時刻を検出する場合について説明したが、時刻検出部230が、電流立ち下がり前後の静定状態におけるサンプリング時刻を検出するようにしてもよい。
また、二次電池111の劣化時に二次電池システム100全体を交換する場合、電池劣化判定装置200が二次電池システム100全体について二次電池111の内部抵抗値を求めて劣化状況を判定するようにしてもよい。
この場合、時刻検出部230は、第1時刻と第2時刻との組み合わせを複数検出する。そして、抵抗値算出部240は、時刻検出部230が検出した第1時刻と第2時刻との組み合わせ毎に二次電池111の内部抵抗値を算出して、得られた内部抵抗値の平均値を求める。そして、電池劣化状況判定部250は、抵抗値算出部240が求めた内部抵抗値の平均値に基づいて、二次電池111の劣化状況を判定する。
これにより、電池劣化判定装置200は、センサの一時的な測定誤差や外部ノイズの影響を低減させて内部抵抗値をより高精度に求め、二次電池111の劣化状況をより高精度に判定することができる。
これにより、時刻検出部230が、第1時刻および第2時刻を検出できるようになることが期待される。
なお、電池劣化判定装置200の各部のうち、記憶部210と、測定値取得部220と、時刻検出部230と、抵抗値算出部240とで、抵抗値算出装置を構成してもよい。
また、「コンピュータシステム」は、WWWシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境(あるいは表示環境)も含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。
100 二次電池システム
110 電池セル
111 二次電池
112 CMU
120 BMU
200 電池劣化判定装置
210 記憶部
220 測定値取得部
230 時刻検出部
240 抵抗値算出部
250 電池劣化状況判定部
300 表示装置
900 電力負荷
Claims (5)
- 二次電池の電流値または電圧値の少なくとも一方である測定値の変化率の大きさが所定の変化率以下となっている第1時刻、および、前記測定値の変化率の大きさが所定の変化率以下となっており、かつ前記第1時刻との間における前記測定値の変化量の大きさが所定の変化量以上となっている第2時刻を検出する時刻検出部と、
前記第1時刻における前記二次電池の電流値および電圧値と前記第2時刻における前記二次電池の電流値および電圧値とに基づいて、当該二次電池の内部抵抗値を算出する抵抗値算出部と、
前記二次電池の内部抵抗値に基づいて、当該二次電池の劣化状況を判定する電池劣化状況判定部と、
を具備し、
前記時刻検出部は、前記測定値の変化率の大きさが所定の変化率以下となっている時刻を前記第2時刻の候補として検出し、当該第2時刻の候補よりも過去の時刻であって、前記測定値の変化率の大きさが所定の変化率以下となっており、かつ、前記第2時刻の候補との間における前記測定値の変化量の大きさが所定の変化量以上となっている時刻を前記第1時刻として検出することで、前記第1時刻および前記第2時刻を検出し、
前記時刻検出部は、前記二次電池の電流値の変化率の大きさが所定の変化率以下となっており、かつ、前記二次電池の電圧値の変化率の大きさが所定の変化率以下となっている時刻を前記第1時刻として検出し、前記二次電池の電流値の変化率の大きさが所定の変化率以下となっており、かつ、前記二次電池の電圧値の変化率の大きさが所定の変化率以下となっており、さらに、前記第1時刻との間における前記二次電池の電流値の変化量の大きさが所定の変化量以上となっている時刻を前記第2時刻として検出し、前記第1時刻と前記第2時刻との組み合わせを所定時間以上検出しない場合は、前記二次電池の電流値の変化率の大きさが所定の変化率以下となっている時刻を前記第1時刻として検出し、前記二次電池の電流値の変化率の大きさが所定の変化率以下となっており、かつ、前記第1時刻との間における前記二次電池の電流値の変化量の大きさが所定の変化量以上となっている時刻を前記第2時刻として検出する
ことを特徴とする電池劣化判定装置。 - 前記時刻検出部は、前記第1時刻と前記第2時刻との組み合わせを複数検出し、
前記抵抗値算出部は、前記時刻検出部が検出した前記第1時刻と前記第2時刻との組み合わせ毎に前記二次電池の内部抵抗値を算出して、得られた内部抵抗値の平均値を求め、前記電池劣化状況判定部は、前記抵抗値算出部が求めた前記内部抵抗値の平均値に基づいて、前記二次電池の劣化状況を判定する、
ことを特徴とする請求項1に記載の電池劣化判定装置。 - 二次電池の電流値または電圧値の少なくとも一方である測定値の変化率の大きさが所定の変化率以下となっている第1時刻、および、前記測定値の変化率の大きさが所定の変化率以下となっており、かつ前記第1時刻との間における前記測定値の変化量の大きさが所定の変化量以上となっている第2時刻を検出する時刻検出部と、
前記第1時刻における前記二次電池の電流値および電圧値と前記第2時刻における前記二次電池の電流値および電圧値とに基づいて、当該二次電池の内部抵抗値を算出する抵抗値算出部と、
を具備し、
前記時刻検出部は、前記測定値の変化率の大きさが所定の変化率以下となっている時刻を前記第2時刻の候補として検出し、当該第2時刻の候補よりも過去の時刻であって、前記測定値の変化率の大きさが所定の変化率以下となっており、かつ、前記第2時刻の候補との間における前記測定値の変化量の大きさが所定の変化量以上となっている時刻を前記第1時刻として検出することで、前記第1時刻および前記第2時刻を検出し、
前記時刻検出部は、前記二次電池の電流値の変化率の大きさが所定の変化率以下となっており、かつ、前記二次電池の電圧値の変化率の大きさが所定の変化率以下となっている時刻を前記第1時刻として検出し、前記二次電池の電流値の変化率の大きさが所定の変化率以下となっており、かつ、前記二次電池の電圧値の変化率の大きさが所定の変化率以下となっており、さらに、前記第1時刻との間における前記二次電池の電流値の変化量の大きさが所定の変化量以上となっている時刻を前記第2時刻として検出し、前記第1時刻と前記第2時刻との組み合わせを所定時間以上検出しない場合は、前記二次電池の電流値の変化率の大きさが所定の変化率以下となっている時刻を前記第1時刻として検出し、前記二次電池の電流値の変化率の大きさが所定の変化率以下となっており、かつ、前記第1時刻との間における前記二次電池の電流値の変化量の大きさが所定の変化量以上となっている時刻を前記第2時刻として検出する
ことを特徴とする抵抗値算出装置。 - 電池劣化判定装置の電池劣化判定方法であって、
二次電池の電流値または電圧値の少なくとも一方である測定値の変化率の大きさが所定の変化率以下となっている第1時刻、および、前記測定値の変化率の大きさが所定の変化率以下となっており、かつ前記第1時刻との間における前記測定値の変化量の大きさが所定の変化量以上となっている第2時刻を検出する時刻検出ステップと、
前記第1時刻における前記二次電池の電流値および電圧値と前記第2時刻における前記二次電池の電流値および電圧値とに基づいて、当該二次電池の内部抵抗値を算出する抵抗値算出ステップと、
前記二次電池の内部抵抗値に基づいて、当該二次電池の劣化状況を判定する電池劣化状況判定ステップと、
を具備し、
前記時刻検出ステップでは、前記測定値の変化率の大きさが所定の変化率以下となっている時刻を前記第2時刻の候補として検出し、当該第2時刻の候補よりも過去の時刻であって、前記測定値の変化率の大きさが所定の変化率以下となっており、かつ、前記第2時刻の候補との間における前記測定値の変化量の大きさが所定の変化量以上となっている時刻を前記第1時刻として検出することで、前記第1時刻および前記第2時刻を検出し、
前記時刻検出ステップでは、前記二次電池の電流値の変化率の大きさが所定の変化率以下となっており、かつ、前記二次電池の電圧値の変化率の大きさが所定の変化率以下となっている時刻を前記第1時刻として検出し、前記二次電池の電流値の変化率の大きさが所定の変化率以下となっており、かつ、前記二次電池の電圧値の変化率の大きさが所定の変化率以下となっており、さらに、前記第1時刻との間における前記二次電池の電流値の変化量の大きさが所定の変化量以上となっている時刻を前記第2時刻として検出し、前記第1時刻と前記第2時刻との組み合わせを所定時間以上検出しない場合は、前記二次電池の電流値の変化率の大きさが所定の変化率以下となっている時刻を前記第1時刻として検出し、前記二次電池の電流値の変化率の大きさが所定の変化率以下となっており、かつ、前記第1時刻との間における前記二次電池の電流値の変化量の大きさが所定の変化量以上となっている時刻を前記第2時刻として検出する
ことを特徴とする電池劣化判定方法。 - 電池劣化判定装置としてのコンピュータに、
二次電池の電流値または電圧値の少なくとも一方である測定値の変化率の大きさが所定の変化率以下となっている第1時刻、および、前記測定値の変化率の大きさが所定の変化率以下となっており、かつ前記第1時刻との間における前記測定値の変化量の大きさが所定の変化量以上となっている第2時刻を検出する時刻検出ステップと、
前記第1時刻における前記二次電池の電流値および電圧値と前記第2時刻における前記二次電池の電流値および電圧値とに基づいて、当該二次電池の内部抵抗値を算出する抵抗値算出ステップと、
前記二次電池の内部抵抗値に基づいて、当該二次電池の劣化状況を判定する電池劣化状況判定ステップと、
を実行させ、
前記時刻検出ステップでは、前記測定値の変化率の大きさが所定の変化率以下となっている時刻を前記第2時刻の候補として検出させ、当該第2時刻の候補よりも過去の時刻であって、前記測定値の変化率の大きさが所定の変化率以下となっており、かつ、前記第2時刻の候補との間における前記測定値の変化量の大きさが所定の変化量以上となっている時刻を前記第1時刻として検出することで、前記第1時刻および前記第2時刻を検出させ、
前記時刻検出ステップでは、前記二次電池の電流値の変化率の大きさが所定の変化率以下となっており、かつ、前記二次電池の電圧値の変化率の大きさが所定の変化率以下となっている時刻を前記第1時刻として検出させ、前記二次電池の電流値の変化率の大きさが所定の変化率以下となっており、かつ、前記二次電池の電圧値の変化率の大きさが所定の変化率以下となっており、さらに、前記第1時刻との間における前記二次電池の電流値の変化量の大きさが所定の変化量以上となっている時刻を前記第2時刻として検出させ、前記第1時刻と前記第2時刻との組み合わせを所定時間以上検出しない場合は、前記二次電池の電流値の変化率の大きさが所定の変化率以下となっている時刻を前記第1時刻として検出させ、前記二次電池の電流値の変化率の大きさが所定の変化率以下となっており、かつ、前記第1時刻との間における前記二次電池の電流値の変化量の大きさが所定の変化量以上となっている時刻を前記第2時刻として検出させる
ためのプログラム。
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