JP6881156B2 - インピーダンス推定装置 - Google Patents
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Description
第1実施形態に係るインピーダンス推定装置100について説明する。以下では、インピーダンス推定装置100が、車両のバッテリ10のインピーダンスを推定する装置として構成されている場合を例に挙げて説明する。
まず、第1実施形態に係るインピーダンス推定装置100の構成について、図1を参照して説明する。図1は、第1実施形態に係るインピーダンス推定装置100の構成を示すブロック図である。
次に、バッテリ10の複素インピーダンスの温度依存性について、図2及び図3を参照して説明する。図2は、20℃、25℃、30℃の温度条件下で測定した複素インピーダンスの波形を示すグラフである。また図3は、40℃、45℃、50℃の温度条件下で測定した複素インピーダンスの波形を示すグラフである。なお、図2及び図3で示されているデータは、バッテリ10のSOCが95%時に測定されたものである。
第1実施形態に係るインピーダンス推定装置100が実行する処理について、図4を参照して説明する。図4は、第1実施形態に係るインピーダンス推定装置の動作の流れを示すフローチャートである。
よって、実際に取得したバッテリ10の複素インピーダンスの値Z0及び温度T0を数式(1)に代入した後、傾きA及び切片Bを求めれば(ステップS13)、バッテリ10の複素インピーダンスの値Z及び温度Tとの関係を示す傾き関数を導出することができる。
次に、上述した傾き関数の具体的な導出方法について、図5から図8を参照して説明する。図5は、複素インピーダンスの絶対値と温度の逆数との関係を示すグラフであり、図6は、複素インピーダンスの実数成分と温度の逆数との関係を示すグラフである。また図7は、複素インピーダンスの虚数成分と温度の逆数との関係を示すグラフであり、図8は、相異なるSOCで測定された複素インピーダンスの値と温度の逆数との関係を示すグラフである。なお、図5から図8各々の横軸の数値は、温度Tを絶対温度で計算した場合の数値である。
これは、SOCが互いに異なる状況下でも、絶対値|Z|、実数成分Z’、及び虚数成分Z”の各々で同じ傾き関数が導出されることを示している。
以上説明したように、第1実施形態に係るインピーダンス推定装置によれば、バッテリ10の複素インピーダンスの値Zと温度Tの逆数との関係を示す傾き関数を利用することにより、所望の温度に対応する複素インピーダンスの値Zを比較的簡単に推定することができる。よって、例えばどのような温度条件下で測定した複素インピーダンスであっても、所定の基準温度に対応する複素インピーダンスの値Zに変換することができる。言い換えれば、バッテリ10の温度を実際に所定の基準温度にせずとも、バッテリ10が所定の基準温度である場合に測定されるであろう複素インピーダンスの値Zを知ることができる。この結果、複素インピーダンスの値Zを用いたバッテリ10の状態推定等が好適に行える。
次に、第2実施形態に係るインピーダンス装置について説明する。なお、第2実施形態は、上述した第1実施形態と比べて一部の動作が異なるのみであり、その他の部分に関しては概ね第1実施形態と同様である。このため、以下では第1実施形態と異なる部分について詳細に説明し、他の重複する部分については適宜説明を省略するものとする。
まず、第2実施形態に係るインピーダンス推定装置が対象とする複素インピーダンスの周波数帯について、図9を参照して説明する。図9は、Cole−Coleプロットの円弧成分を部分的に拡大して示すグラフである。
第2実施形態に係るインピーダンス推定装置が実行する処理について、図10を参照して説明する。図10は、第2実施形態に係るインピーダンス推定装置の動作の流れを示すフローチャートである。
以上説明したように、第2実施形態に係るインピーダンス推定装置によれば、Cole−Coleプロットの円弧成分に相当する周波数帯の複素インピーダンスを推定することができる。円弧成分に相当する周波数帯では、すでに説明したように、インピーダンスの虚数成分Z”について傾き関数を導出することができない部分がある(即ち、傾き関数で示される直線的な関係が成立しない部分がある)。しかしながら、傾き関数を利用可能な頂点周波数の虚数成分Z”を利用すれば、複素インピーダンスの円弧成分の形状を推定することができる。この結果、好適に所望の温度に対応する複素インピーダンスを推定することが可能となる。
以上説明した実施形態から導き出される発明の各種態様を以下に説明する。
付記1に記載のインピーダンス推定装置は、相異なる複数の温度で取得された電池の複素インピーダンスの所定周波数における値と、前記複素インピーダンスが取得された際の前記電池の温度とに基づいて、前記複素インピーダンスの前記所定周波数における値と、前記電池の温度の逆数との関係を示す傾き関数を導出する導出手段と、前記傾き関数を用いて、前記電池の所望の温度に対応する前記複素インピーダンスの前記所定周波数における値を推定する推定手段とを備える。
付記2に記載のインピーダンス推定装置では、前記導出手段は、前記複素インピーダンスの絶対値及び実数成分の少なくとも一方を、前記複素インピーダンスの前記所定周波数における値として用いる。
付記3に記載のインピーダンス推定装置では、前記傾き関数は、前記複素インピーダンスの前記所定周波数における値をZ、前記電池の温度をTとすると、傾きA及び切片Bを含む下記数式logZ=A×(1/T)+Bとして表される。
付記4に記載のインピーダンス推定装置では、前記導出手段は、前記傾きA又は前記切片Bの一方が既知である場合、測定精度が保証される前記電池の温度と、該測定精度が保証される前記電池の温度で取得された前記複素インピーダンスの前記所定周波数における値とを用いて、前記傾きA又は前記切片Bの他方を算出する。
付記5に記載のインピーダンス推定装置は、前記推定手段は、前記導出手段が予め導出した複数種類の電池の各々に対応する複数の前記傾き関数を記憶しており、測定精度が保証される前記電池の温度と、該測定精度が保証される前記電池の温度で取得された前記複素インピーダンスの前記所定周波数における値とに基づいて、前記記憶している複数の前記傾き関数の中から、前記複素インピーダンスの前記所定周波数における値の推定に用いる前記傾き関数を決定する。
付記6に記載のインピーダンス推定装置は、Cole−Coleプロットのイオン拡散に帰属される領域よりも高周波数側の周波数領域において、相異なる複数の温度で取得された電池の複素インピーダンスの複数の周波数における値と、前記複素インピーダンスが取得された際の前記電池の温度とに基づいて、前記複素インピーダンスの前記複数の周波数における値と、前記電池の温度の逆数との関係を示す複数の傾き関数を導出する導出手段と、(i)前記複数の傾き関数を用いて、前記複素インピーダンスの円弧成分を形成する前記複数の周波数における実数成分を推定すると共に、前記複数の傾き関数のうち前記複素インピーダンスの円弧成分の頂点周波数に対応する傾き関数を用いて、前記頂点周波数における虚数成分を推定し、(ii)前記推定した実数成分及び虚数成分から、前記複素インピーダンスの円弧成分を推定し、(iii)前記推定した円弧成分から、前記電池の所望の温度に対応する前記複素インピーダンスの値を推定する推定手段とを備える。
100 インピーダンス推定装置
110 インピーダンス取得部
120 温度取得部
130 傾き関数算出部
140 インピーダンス推定部
Claims (5)
- Cole−Coleプロットのイオン拡散に帰属される領域よりも高周波数側の周波数領域において、
相異なる複数の温度で取得された電池の複素インピーダンスの複数の周波数における値と、前記複素インピーダンスが取得された際の前記電池の温度とに基づいて、前記複素インピーダンスの前記複数の周波数における値と、前記電池の温度の逆数との関係を示す複数の傾き関数を導出する導出手段と、
(i)前記複数の傾き関数を用いて、前記複素インピーダンスの円弧成分を形成する前記複数の周波数における実数成分を推定すると共に、前記複数の傾き関数のうち前記複素インピーダンスの円弧成分の頂点周波数に対応する傾き関数を用いて、前記頂点周波数における虚数成分を推定し、(ii)前記推定した実数成分及び虚数成分から、前記複素インピーダンスの円弧成分を推定し、(iii)前記推定した円弧成分から、前記電池の所望の温度に対応する前記複素インピーダンスの値を推定する推定手段と
を備えることを特徴とするインピーダンス推定装置。 - 前記導出手段は、前記複素インピーダンスの絶対値及び実数成分の少なくとも一方を、前記複素インピーダンスの前記複数の周波数における値として用いることを特徴とする請求項1に記載のインピーダンス推定装置。
- 前記複数の傾き関数は、前記複素インピーダンスの前記複数の周波数における値をZ、前記電池の温度をTとすると、傾きA及び切片Bを含む下記数式
logZ=A×(1/T)+B
として表されることを特徴とする請求項1又は2に記載のインピーダンス推定装置。 - 前記導出手段は、前記傾きA又は前記切片Bの一方が既知である場合、測定精度が保証される前記電池の温度と、該測定精度が保証される前記電池の温度で取得された前記複素インピーダンスの前記複数の周波数における値とを用いて、前記傾きA又は前記切片Bの他方を算出することを特徴とする請求項3に記載のインピーダンス推定装置。
- 前記推定手段は、
前記導出手段が予め導出した複数種類の電池の各々に対応する前記複数の傾き関数を記憶しており、
測定精度が保証される前記電池の温度と、該測定精度が保証される前記電池の温度で取得された前記複素インピーダンスの前記複数の周波数における値とに基づいて、前記記憶している前記複数の傾き関数の中から、前記複素インピーダンスの前記複数の周波数における値の推定に用いる前記複数の傾き関数を決定する
ことを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載のインピーダンス推定装置。
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