JP6969464B2 - 二次電池システムおよび二次電池の劣化状態推定方法 - Google Patents
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Description
Z={(V3−V2)−(V2−V1)}/2ΔI ・・・(A)
<二次電池システムの構成>
図1は、本実施の形態に係る二次電池システムが搭載された車両の全体構成を概略的に示す図である。図1を参照して、本実施の形態における車両1は、プラグインハイブリッド車両であり、二次電池システム2を備える。しかし、本開示に係る二次電池システムを搭載可能な車両はプラグインハイブリッド車両に限定されない。本開示に係る二次電池システムは、車両全般に搭載可能である。そのため、車両1は、電気自動車または燃料電池車であってもよい。また、本開示に係る二次電池システムの用途は車両用に限定されず、たとえば定置用であってもよい。
以上のように構成されたバッテリ10には、以下に説明する様々なインピーダンス成分が含まれている。
電流IBの変化に対する応答時間は、インピーダンス成分毎に異なる。応答時間が相対的に短いインピーダンス成分は、短周期(すなわち高周波数)での電流IBの変化に追従可能である。一方、応答時間が相対的に長いインピーダンス成分は、短周期での電流IBの変化には追従することができない。
ΔVL=ΔVO−ZL×ΔIL ・・・(1)
ZL=−ΔVL/ΔIL ・・・(2)
ZS=−ΔVS/ΔIS ・・・(3)
長周期TLおよび短周期TSの長さは、バッテリ10に対して以下のような交流インピーダンス測定を実施することによって事前に決定することができる。
上記式(1)から式(2),(3)への変形では、電流パターン印加時の起電圧Voの変動量ΔVoについて、電流パターンの周期(TL,TS)が十分に短ければ、ΔVo≒0とみなすことができると説明した。しかしながら、以下に説明するように、バッテリ10の状態または使用態様によっては、電流IBを変動させている間にバッテリ10の起電圧Voが変化し、ΔVo≒0とは近似できない場合がある。
Vo=OCV−Vp ・・・(4)
図9は、本実施の形態におけるインピーダンスの算出手法を説明するための図である。ここでは、図9上部に示すように、電流IBを2つの電流値(Ix,Iy)の間で周期的に変動させている状況を想定する。図9下部には、長周期TLで電流IBを変動させた場合の電圧VBの時間変化が拡大されて模式的に示されている。
V1=OCV1−Vp1−ZL×Ix ・・・(5)
V2=OCV2−Vp2−ZL×Iy ・・・(6)
V2=(OCV1−ΔOCVa)−(Vp1−ΔVpa)−ZL×Iy ・・・(7)
V3=OCV3−Vp3−ZL×Ix ・・・(8)
V3=(OCV1−ΔOCVa−ΔOCVb)
−(Vp1−ΔVpa−ΔVpb)−ZL×Ix ・・・(9)
ΔVa=−ΔOCVa+ΔVpa−ZL×(Iy−Ix) ・・・(10)
ΔVb=−ΔOCVb+ΔVpb+ZL×(Iy−Ix) ・・・(11)
ΔVb−ΔVa=(−ΔOCVb+ΔOCVa)+(ΔVpb−ΔVpa)
+2ZL×(Iy−Ix) ・・・(12)
ΔVb−ΔVa=2ZL×(Iy−Ix) ・・・(13)
ZL={(V3−V2)−(V2−V1)}/{2×(Iy−Ix)}・・・(14)
図10は、本実施の形態において、バッテリ10の劣化状態を推定するための処理の全体の流れを説明するためのフローチャートである。このフローチャートは、周期的な電流パターンの印加が可能な条件(より詳細には、たとえば車両1の停車時(プラグイン充電時を含む)あるいは定常走行時などのように、ベース電流が一定であり、かつ、そのベース電流にリプル電流を重畳するためにPCU30、充電装置50または空調装置60を制御可能な条件)が成立した場合に、図示しないメインルーチンから呼び出されて実行される。各ステップ(Sと略す)は、基本的にはECU100によるソフトウェア処理によって実現されるが、ECU100内に作製された電子回路によるハードウェア処理によって実現されてもよい。
Claims (6)
- 活物質を含む電極が電解液中に含浸された二次電池と、
前記二次電池に電力を供給する電源回路および前記二次電池の電力を消費する負荷回路のうちの少なくとも一方を含む電気回路と、
前記二次電池の電圧値を検出する電圧センサと、
前記電気回路を制御することにより、前記二次電池に入出力される電流を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記電解液と前記活物質との界面における電荷の授受に関連するインピーダンス成分である反応抵抗を推定する反応抵抗推定処理を実行し、
前記反応抵抗推定処理は、第1の周期で前記二次電池の電流値を変動させたときの前記二次電池の第1のインピーダンスを算出する第1の算出処理と、前記第1の周期よりも短い第2の周期で前記二次電池の電流値を変動させたときの前記二次電池の第2のインピーダンスを算出する第2の算出処理とを実行し、前記第1のインピーダンスと前記第2のインピーダンスとの差分により前記反応抵抗を推定する処理であり、
前記第1および第2の算出処理の各々は、前記第1および第2の周期のうちの対応する周期で前記電流値を変動させ、前記電流値の位相が初期位相から逆位相に反転する間の前記電圧センサの検出値の変化量と、前記電流値の位相が前記逆位相から前記初期位相と同位相に戻る間の前記電圧センサの検出値の変化量と、前記初期位相時と前記逆位相時との間の前記電流値の変化量とから、前記第1および第2のインピーダンスのうちの対応するインピーダンスを算出する処理である、二次電池システム。 - 前記第1および第2の算出処理の各々は、
前記対応する周期で前記電流値を変動させ、前記電流値が前記初期位相のときの前記電圧センサの第1の検出値と、前記電流値が前記逆位相のときの前記電圧センサの第2の検出値と、前記電流値が前記同位相のときの前記電圧センサの第3の検出値とを取得し、
前記第3の検出値と前記第2の検出値との差分と、前記第2の検出値と前記第1の検出値との差分と、前記電流値の前記変化量とから、前記対応するインピーダンスを算出する処理である、請求項1に記載の二次電池システム。 - 前記制御装置は、式(A)に従って前記対応するインピーダンスを算出し、
Z={(V3−V2)−(V2−V1)}/2ΔI ・・・(A)
前記式(A)において、前記対応するインピーダンスをZで示し、前記第1〜第3の検出値をV1〜V3でそれぞれ示し、前記電流値の前記変化量をΔIで示す、請求項2に記載の二次電池システム。 - 前記制御装置は、前記第1および第2の算出処理の各々において、前記対応する周期の矩形波により前記電流値を変動させ、
前記第1〜第3の検出値の各々は、前記電流値の変化時から前記対応する周期の半周期が経過したときに前記電圧センサにより検出された値である、請求項2または3に記載の二次電池システム。 - 前記制御装置は、前記電流値の大きさが所定値よりも大きいとの条件、前記二次電池の温度が所定温度よりも低いとの条件、および、前記二次電池のSOCが所定量よりも低いとの条件のうちの少なくとも1つの条件が成立する場合に、前記第1および第2の算出処理を実行する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の二次電池システム。
- 二次電池の劣化状態推定方法であって、
前記二次電池には、前記二次電池の電圧を検出する電圧センサが設けられ、
前記二次電池の劣化状態推定方法は、
第1の周期で前記二次電池の電流値を変動させたときの前記二次電池の第1のインピーダンスを算出するステップと、
前記第1の周期よりも短い第2の周期で前記二次電池の電流値を変動させたときの前記二次電池の第2のインピーダンスを算出するステップと、
前記第1のインピーダンスと前記第2のインピーダンスとの差分により、前記二次電池の電解液と活物質との界面における電荷の授受に関連するインピーダンス成分である反応抵抗を推定するステップとを含み、
前記第1および第2のインピーダンスを算出するステップは、前記第1および第2の周期のうちの対応する周期で前記電流値を変動させ、前記電流値の位相が初期位相から逆位相に反転する間の前記電圧センサの検出値の変化量と、前記電流値の位相が前記逆位相から前記初期位相と同位相に戻る間の前記電圧センサの検出値の変化量と、前記初期位相時と前記逆位相時との間の前記電流値の変化量とから、前記第1および第2のインピーダンスのうちの対応するインピーダンスを算出する処理である、二次電池の劣化状態推定方法。
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