JP6513528B2 - 電池状態測定方法及び電池状態測定装置 - Google Patents
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Description
ところで、二次電池の劣化判定に用いられる状態の一つに、負極を構成する合金の腐食を要因とする負極の劣化度合いがある。この負極の劣化度合は、電池から取り出した負極を構成する合金を分析することでも求められるが、こうした劣化度合いについても非破壊で測定できることが望まれている。
劣化の度合いを測定する二次電池の電池状態測定装置であって、前記二次電池における複素インピーダンスを取得するインピーダンス取得部と、前記取得した複素インピーダンスの周波数変化に、反応抵抗に対応する回路を有してかつ、前記反応抵抗に対応する回路が抵抗とコンデンサ要素とが並列接続された回路である前記二次電池の等価回路をフィッティングさせるフィッティング解析部と、前記反応抵抗のCPEのインピーダンスを構成する成分に基づく値を、前記CPEのインピーダンスを構成する成分に基づく値と金属ニッケルの量の関係に適用して金属ニッケルの量を演算する演算部とを備え、前記演算された金属ニッケルの量に基づいて前記二次電池の電池状態を測定することを要旨とする。
このような方法によれば、反応抵抗のCPEのインピーダンスを構成する成分に含まれる「T」の値に基づいて負極の金属ニッケルの量を測定することができるようになる。
このような方法によれば、反応抵抗のCPEのインピーダンスを構成する成分に含まれる「p」の値に基づいて負極の金属ニッケルの量を測定することができるようになる。
このような方法によれば、長期間に亘る使用により劣化する負極において増加する金属ニッケルの量が演算されることにより、ニッケル水素二次電池を適正に利用することができるようになる。
図1に示すように、この電池状態測定方法及び電池状態測定装置は、二次電池などの電池1の負極の金属ニッケルの量(以下、金属ニッケル量)の測定に用いられる。ここで電池1は、例えば、車両に電源として搭載される電池などであり、車両などにおいてはその充電や放電が図示しない電池制御装置によって制御される。
一般に、電池1の複素インピーダンスZは、電池1に交流電流を供給して測定される。電池1の複素インピーダンスZの単位は[Ω](オーム)であり、ベクトル成分である実数成分Zr[Ω]及び虚数成分Zi[Ω]によって下記式(3)のように表される。なお、「j」は虚数単位である。以下、単位[Ω]は省略する。
図1に示すように、ニッケル水素二次電池からなる電池1には、電池1にインピーダンス測定用の交流電流を供給する電源供給部2と、電池1の電極間の交流電圧を測定する電圧測定器5と、電源供給部2と電池1との間に流れる交流電流を測定する電流測定器6とが接続されている。また、図1に示すように、電池1の負極の金属ニッケル量を測定する測定装置10が電源供給部2と、電圧測定器5と、電流測定器6とに接続されている。本実施形態では、電池状態測定装置は、測定装置10を含み構成される。
電流測定器6は、電源供給部2と電池1との間で測定した電流に対応する電流信号を測定装置10に出力する。
処理部40は、コンピュータを含み構成されており、演算装置、揮発性メモリ、不揮発性メモリなどを備える。また処理部40は、FRA部30及び記憶部20のそれぞれとの間でのデータの授受がそれぞれ可能になっている。
金属ニッケル量演算部46は、CPE成分抽出部45で抽出された「CPE−T」又は「CPE−p」と記憶部20に保持された相関データとから金属ニッケル量を演算する(演算工程)。つまり、金属ニッケル量演算部46は、CPE成分抽出部45で抽出され「CPE−T」を「CPE−T」−金属ニッケル量相関データ21の示す相関関係に適用して負極の金属ニッケル量を演算する。又は、金属ニッケル量演算部46は、CPE成分抽出部45で抽出された「CPE−p」を「CPE−p」−金属ニッケル量相関データ22の示す相関関係に適用して負極の金属ニッケル量を演算する。
次に、図6を参照して、測定装置10において、電池状態測定方法及び電池状態測定装置による電池状態を負極の金属ニッケル量の演算に基づいて測定する手順について説明する。電池状態測定は、二次電池の電池状態の測定が必要とされることに応じて、自動的に、又は外部からの指示に応じて開始される。
(1)負極の劣化度合いは、負極の金属ニッケルの量に関係していることが知られている。すなわち、負極の劣化度合が進むことに応じて、負極の金属ニッケルの量が増える。この点、測定後の二次電池の再利用が可能である複素インピーダンスの測定に基づいて負極の金属ニッケルの量を演算するようにしたことにより、非破壊にて負極の劣化度合を得ることができる。そして、この負極の劣化度合いから二次電池の電池状態を測定することができる。
(3)等価回路の反応抵抗のコンデンサ要素に含まれる「CPE−p」に基づいて負極の金属ニッケルの量を測定することができるようになる。
(その他の実施形態)
なお上記実施形態は、以下の態様で実施することもできる。
・上記実施形態では、電源供給部2は測定装置10から入力される電流値や周波数範囲に応じた交流電流を出力する場合について例示した。しかしこれに限らず、測定装置からの指示によらず、所定の交流電流を所定の周波数範囲で変化させて出力してもよい。
・上記実施形態では、測定装置10は、容量CPE1のT成分の値「CPE−T」及びp成分の値「CPE−p」のどちらからでも負極の金属ニッケル量を演算できる場合について例示した。しかしこれに限らず、測定装置は、容量CPE1のT成分の値「CPE−T」又はp成分の値「CPE−p」のいずれか一方のみから負極の金属ニッケル量を演算するようにしてもよい。例えば、記憶部20には、「CPE−T」−金属ニッケル量相関データ21、及び、「CPE−p」−金属ニッケル量相関データ22のうち、負極の金属ニッケル量の演算に用いられることとなるいずれか一方の相関データのみが保持されていてもよい。
Claims (6)
- 活物質を含む正極とニッケルを構成要素の一つとする水素吸蔵合金を含む負極とを有する電極群を備える二次電池について前記負極の劣化の度合いに基づいて二次電池の電池状態を測定する方法であって、
前記二次電池における複素インピーダンスを取得するインピーダンス取得工程と、
前記取得した複素インピーダンスの周波数変化に、反応抵抗に対応する回路を有してかつ、前記反応抵抗に対応する回路が抵抗とコンデンサ要素とが並列接続された回路である前記二次電池の等価回路をフィッティングさせるフィッティング解析工程と、
前記反応抵抗のCPEのインピーダンスを構成する成分に基づく値を、前記CPEのインピーダンスを構成する成分に基づく値と金属ニッケルの量の関係に適用して金属ニッケルの量を演算する演算工程とを備え、
前記演算工程にて演算された金属ニッケルの量に基づいて前記二次電池の電池状態を測定する
ことを特徴とする電池状態測定方法。 - 前記CPEのインピーダンスが、jを虚数単位、ωを角周波数とするとき、次式(1)で示され、
請求項1に記載の電池状態測定方法。 - 前記CPEのインピーダンスが、jを虚数単位、ωを角周波数とするとき、次式(2)で示され、
請求項1に記載の電池状態測定方法。 - 前記CPEのインピーダンスを構成する成分に基づく値から金属ニッケルの量を算出する関係が対応付けられるSOCに前記二次電池のSOCが近似されているとき、前記複素インピーダンスを取得する
請求項1〜3のいずれか一項に記載の電池状態測定方法。 - 前記二次電池がニッケル水素二次電池であり、
前記水素吸蔵合金がAB5型の合金であり、かつ、前記合金の「B」の元素がニッケルを含む
請求項1〜4のいずれか一項に記載の電池状態測定方法。 - 活物質を含む正極とニッケルを構成要素の一つとする水素吸蔵合金を含む負極とを有する電極群を備える二次電池について前記負極の劣化の度合いを測定する二次電池の電池状態測定装置であって、
前記二次電池における複素インピーダンスを取得するインピーダンス取得部と、
前記取得した複素インピーダンスの周波数変化に、反応抵抗に対応する回路を有してかつ、前記反応抵抗に対応する回路が抵抗とコンデンサ要素とが並列接続された回路である前記二次電池の等価回路をフィッティングさせるフィッティング解析部と、
前記反応抵抗のCPEのインピーダンスを構成する成分に基づく値を、前記CPEのインピーダンスを構成する成分に基づく値と金属ニッケルの量の関係に適用して金属ニッケルの量を演算する演算部とを備え、
前記演算された金属ニッケルの量に基づいて前記二次電池の電池状態を測定する
ことを特徴とする電池状態測定装置。
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