JP6672112B2 - 電池容量測定装置及び電池容量測定方法 - Google Patents
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Description
ところで、図5に示すように、通常、ナイキスト線図におけるインピーダンス曲線L51は、測定周波数が高周波数側から低周波数側に向かって変化することに対応して複数の領域を有する。すなわち、インピーダンス曲線L51は、回路抵抗に対応する「領域a」、溶液抵抗に対応する「領域b」、反応抵抗に起因する交流インピーダンスに対応する「領域c」、及び略直線状の拡散抵抗に対応する「拡散領域d」を有する。例えば、特許文献1に記載の電容量測定装置は、略直線状の拡散抵抗に対応する「拡散領域d」において、「領域c」に続いて生じる「直線領域da」よりも低周波数側の領域に生じる「垂直領域dc」での虚数成分の値に基づいて二次電池の劣化度を測定する。なお、「直線領域da」は、実数成分の変化量に対する虚数成分の変化量の割合が「1」に近い所定の値の範囲にある領域であり、「垂直領域dc」は、実数成分に対して虚数成分の変化が大きく、ナイキスト線図において略垂直に変化する領域である。そして、特許文献1に記載の装置は、二次電池の温度を常温よりも高い温度である40℃以上70℃以下にした状態で劣化度を測定するものであるため、これを上記電気自動車等に搭載されていて使用中である二次電池について電池容量の測定に利用しようとすると、昇温を要するという点で現実的ではない。なお、こうした課題は、電気自動車等に搭載されている二次電池に限られるものではなく、各種機器で使用中の二次電池について概ね共通した課題となっている。
図1に示すように、電池電気容量の測定対象としての電池10は、図示しない開閉器などを介して負荷や充電器等に接続されている。電池10は、開閉器が閉じられて負荷等に接続されることで充放電が行われ、充電量が変更される。一方、電池10は、複素インピーダンスが測定される際、開閉器が開かれて負荷等から切り離される。
電流測定器22は、測定用電源20と電池10との間において測定した電流に対応する電流信号を測定装置30に出力する。
図2に示すように、電池10の各インピーダンス曲線L21,L22は、電池10の特性に対応する複数の領域に区分される。複数の領域は、測定周波数の高周波数側から低周波数側に向けて、「領域a」「領域b」「領域c」及び「拡散領域d」に分けられる。「領域a」は、回路抵抗に対応する回路抵抗領域であり、「領域b」は、溶液抵抗に対応する溶液抵抗領域であり、「領域c」は、反応抵抗に起因する複素インピーダンスに対応する反応抵抗領域であり、「拡散領域d」は、略直線状の拡散抵抗に対応する領域である。回路抵抗は、活物質や集電体内の接触抵抗などからなる配線等のインピーダンス等である。溶液抵抗は、セパレータ内の電解液内のイオンが移動する際の抵抗等の電子の移動抵抗である。反応抵抗は、電極反応における電荷移動の抵抗等である。拡散抵抗は、物質拡散が関与したインピーダンスである。なお、各抵抗は相互に影響を及ぼし合うため、各領域a,b,c,dを各抵抗のみの影響を受ける部分のみに区分することは困難であるが、少なくともインピーダンス曲線L21,L22の各領域a,b,c,dは、それぞれが最も大きな影響を受ける抵抗成分によってその曲線の大まかな挙動が定まる。例えば、「領域c」は負極の態様の影響を大きく受け、「拡散領域d」は正極の態様の影響を大きく受ける。
まず、記憶部50にはパラメータと容量との相関データ51として、図4に示されるグラフL41に対応する情報が予め保持される。
(1)「拡散領域d」内における複素インピーダンスの値に基づいて現時点における二次電池の容量を算出することができる。複素インピーダンスの虚数成分は、温度による変化が大きい傾向にあるが、拡散領域内における複素インピーダンスの虚数成分の差は、温度による変化が小さい傾向にある。よって、「拡散領域d」内における複素インピーダンスの虚数成分の差を用いることで、電池10の温度の影響を小さくすることができる。また、温度毎に電池10の容量とパラメータ「QD」との関係を示す情報、いわゆる検量線を有することにより、電池10の容量をより好適に算出し、測定することもできる。
(4)ニッケル水素二次電池は、初期状態の容量に対する現在の充放電可能な容量の割合である容量維持率が低下したとしても内部抵抗が上昇しないため、内部抵抗に基づいて容量を算出することが困難である。この点、本実施形態によれば、「拡散領域d」内における複素インピーダンスの虚数成分の変化に基づいて容量を算出することから、ニッケル水素二次電池にあっても、その容量維持率を好適に算出できるようになる。
なお、上記実施形態は以下の形態にて実施することもできる。
・上記実施形態では、電池10はニッケル水素二次電池である場合について例示したが、これに限らず、ニッケルカドミウム電池等その他のアルカリ二次電池や、リチウムイオン二次電池等の二次電池であってもよい。
Claims (6)
- 二次電池の電池容量を測定する電池容量測定装置であって、
測定用の交流電力の付与に基づいて測定対象とする二次電池の複素インピーダンスを測定するインピーダンス測定部と、
前記測定した複素インピーダンスのうち、拡散領域内にあり、かつ、測定角速度が相違する2つの複素インピーダンスの測定角速度の差と前記2つの複素インピーダンスの成分の差との比からなるパラメータを算出するパラメータ算出部と、
予め設定された情報であって、前記二次電池の容量と前記パラメータとの関係を示す情報と、前記パラメータ算出部で算出したパラメータとに基づいて前記二次電池の容量を算出する容量算出部とを備える
ことを特徴とする電池容量測定装置。 - 二次電池の電池容量を測定する電池容量測定装置であって、
測定用の交流電力の付与に基づいて測定対象とする二次電池の複素インピーダンスを測定するインピーダンス測定部と、
前記測定した複素インピーダンスのうち、拡散領域内にあり、かつ、測定角速度が相違する2つの複素インピーダンスの測定角速度の差と前記2つの複素インピーダンスの虚数成分の差との比からなるパラメータを算出するパラメータ算出部と、
予め設定された情報であって、前記二次電池の容量と前記パラメータとの関係を示す情報と、前記パラメータ算出部で算出したパラメータとに基づいて前記二次電池の容量を算出する容量算出部とを備える
ことを特徴とする電池容量測定装置。 - パラメータ算出部は、前記2つの複素インピーダンスの測定角速度の差と前記2つの複素インピーダンスの虚数成分の差との比について、前記2つの複素インピーダンスの測定角速度の差を「Δ(ω−1)」とし、前記2つの複素インピーダンスの虚数成分の差を「ΔZi」とし、前記パラメータを「QD」とするとき下記式に基づいて算出する
- 前記2つの複素インピーダンスの測定角速度は、前記2つの複素インピーダンスの実数成分に対する虚数成分の変化率の絶対値が0.5以上、かつ、2以下である範囲にある角速度である
請求項2又は3に記載の電池容量測定装置。 - 前記測定対象とする二次電池はニッケル水素二次電池であり、
前記二次電池の容量と前記パラメータとの関係を示す情報がニッケル水素二次電池の電池電気容量と前記パラメータとの関係を示す情報である
請求項1〜4のいずれか一項に記載の電池容量測定装置。 - 二次電池の電池容量を測定する電池容量測定装置に用いられる電池容量を測定する方法であって、
インピーダンス測定部で、測定用の交流電力の付与に基づいて測定対象とする二次電池の複素インピーダンスを測定するインピーダンス測定工程と、
パラメータ算出部で、前記測定した複素インピーダンスのうち、拡散領域内にあり、かつ、測定角速度が相違する2つの複素インピーダンスの測定角速度の差と前記2つの複素インピーダンスの虚数成分の差との比からなるパラメータを算出するパラメータ算出工程と、
容量算出部で、予め設定された情報であって、前記二次電池の容量と前記パラメータとの関係を示す情報と、前記パラメータ算出工程で算出したパラメータとに基づいて前記二次電池の容量を算出する容量算出工程とを備える
ことを特徴とする電池容量測定方法。
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