JP7172599B2 - 蓄電素子のsoc推定装置、蓄電装置、蓄電素子のsoc推定方法 - Google Patents
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Description
本発明は、上記のような事情に基づいて完成されたものであって、SOCの推定精度を向上させることを目的とする。
蓄電素子のSOC推定装置であって、記憶部と、データ処理部とを備え、前記蓄電素子は、時間に対する容量低下が第1推移を示す第1劣化モードと、容量低下が第2推移を示す第2劣化モードとを有する特性であり、前記記憶部は、前記第1劣化モードにおける前記蓄電素子のSOCとOCVの相関性を示す第1相関データと、前記第2劣化モードにおける前記蓄電素子のSOCとOCVの相関性を示す第2相関データを保持し、前記データ処理部は、前記蓄電素子の劣化モードを判定するモード判定処理と、前記記憶部から前記劣化モードに対応した相関データを選択して前記蓄電素子のSOCを推定する推定処理と、を実行する。この構成では、記憶部に記憶されたSOCとOCVの相関性を示す複数の相関データから、劣化モードに対応した相関データを選択して蓄電素子のSOCを推定する。そのため、SOCの推定精度を向上させることが出来る。
本発明の実施形態1を図1~図16によって説明する。
図1はバッテリパック20の電気的構成を示す回路図である。バッテリパック20には、外部端子である正極端子20P、負極端子20Nを介して、負荷10Aや充電器10Bを接続することが出来る。尚、バッテリパック20が本発明の「蓄電装置」の一例である。
バッテリパック20は、電気自動車(EV)、ハイブリッド電気自動車(HEV)、プラグインハイブリッド電気自動車(PHEV)等の電動車両駆動用であってもよい。
バッテリパック20は、車両駆動アシストや補機への電源供給を行う48V電源であってもよい。
管理装置50のデータ処理部71は、各リチウムイオン二次電池100のSOC(state of charge:充電状態)を推定する処理を行う。SOCの推定は、下記の(1)式にて示すように、SOCの初期値に対して、電流センサ41により検出される電流Iの累積積算値を加算することにより推定出来る(電流積算法)。
尚、SOCoは、SOCの初期値、Iは電流、Cはリチウムイオン二次電池の実容量(available capacity)である。
図5の(A)は、横軸を放置期間T、縦軸を実容量C[Ah]とした、リチウムイオン二次電池100のT-C相関グラフである。図5の(B)は、横軸を放置期間Tのルート(平方根)、縦軸を実容量C[Ah]とした、リチウムイオン二次電池100の√T-C相関グラフである。実容量Cとは、リチウムイオン二次電池100が完全充電された状態から取り出し可能な容量である。放置期間Tは、リチウムイオン二次電池100が未使用状態(非通電にした状態)で経過した日数である。尚、リチウムイオン二次電池100は、正極活物質にCo,Mn,Niの元素を含有したリチウム含有金属酸化物、負極にハードカーボンを用いた三元系のリチウムイオン二次電池である。
図6は、横軸を放電時間[h]、縦軸をCCV[V]としたグラフであり、三元系のリチウムイオン二次電池100を低レートで定電流放電する放電試験を行って得たものである。尚、CCV(closed circuit voltage)は、リチウムイオン二次電池100の閉回路電圧である。
図9は、横軸をDOD[%]、縦軸をCCV[V]とした、DOD-CCV相関グラフである。DOD(depth of discharge)は、リチウムイオン二次電池100の放電深度である。図9のグラフは、図6と同様にリチウムイオン二次電池100を低レートで定電流放電する放電試験を行って得たものである。
C・・・リチウムイオン二次電池100の実容量、Co・・・実容量の初期値(製造後の数値)
図12は、放置期間Tに対する抵抗増加率(初期値を基準とした内部抵抗の増加率)Kの変化を示したグラフであり、リチウムイオン二次電池100を満充電状態に近しい状態(SOC80%)にて放置し、放置期間経過後の抵抗増加率Kを各SOCで計測する試験から得られたものである。また、図12の(A)は、リチウムイオン二次電池100が温度25℃で低SOC(具体的には、SOC20%)の場合の抵抗増加率K1を示し、図12の(B)はリチウムイオン二次電池100が温度25℃で中SOC(具体的には、SOC50%)の場合の抵抗増加率K2を示している。尚、図12の(A)、(B)のグラフは、横軸を放置期間Tのルート、縦軸を内部抵抗Rの抵抗増加率Kとしている。抵抗増加率Kは、下記の式(3)により算することが出来る。
Ro・・・内部抵抗の初期値(製造後の各SOCでの数値)
R・・・・放置期間経過時における各SOCでの内部抵抗
放置期間Tにおける低SOC時の抵抗増加率K1-放置期間Tにおける中SOC時の抵抗増加率K2>10%・・・・(5)
図14は相関マップの切り換え処理のフローチャート図である。
管理装置50のデータ処理部71は、起動後、温度センサ43により、組電池30の温度を検出する。また、電流センサ41により組電池30に流れる電流Iを検出し、電圧検出部60により各リチウムイオン二次電池100の電圧Vを検出する。また、組電池30の総電圧を検出する(S10)。
(a)各セルのSOC
(b)各セルの内部抵抗R
(c)各セルの内部抵抗Rの抵抗増加率K
CCVは、各セルの閉回路電圧、OCVは各セルの開放電圧である。
本実施形態にて開示するバッテリパック20は、SOCとOCVの相関性を示す相関マップMを、各セルの劣化モードに応じて切り換える。そのため、各セルのSOCを高精度に推定することが可能となる。
本発明の実施形態2を図17、図18によって説明する。
実施形態1では、リチウムイオン二次電池100の一例として、正極活物質にCo,Mn、Niの元素を含有したリチウム含有金属酸化物、負極にハードカーボンを用いた三元系のリチウムイオン二次電池を例示した。
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
a~dは係数である。
OCV=E0 + k1×ln(SOC)+k2×ln(1-SOC)-k3/SOC-k4×SOC・・・・(9)
E0は標準電極電池、k1~k4は係数である。
(例1)蓄電素子のSOC推定装置であって、記憶部と、データ処理部とを備え、前記蓄電素子は、時間に対する容量低下が第1推移を示す第1劣化モードと、容量低下が第2推移を示す第2劣化モードとを有する特性であり、前記記憶部は、前記第1劣化モードにおける前記蓄電素子のSOCとOCVの相関性を示す第1相関データと、前記第2劣化モードにおける前記蓄電素子のSOCとOCVの相関性を示す第2相関データを保持し、前記データ処理部は、前記蓄電素子の劣化モードを判定するモード判定処理と、前記記憶部から劣化モードに対応した相関データを選択して前記蓄電素子のSOCを推定する推定処理と、を実行するSOC推定装置。
30...組電池
41...電流センサ
43...温度センサ
50...管理部(本発明の「SOC推定装置」の一例)
60...電圧検出回路
71...データ処理部
73...メモリ(本発明の「記憶部」の一例)
100...リチウムイオン二次電池(本発明の「蓄電素子」の一例)
Claims (6)
- 蓄電素子のSOC推定装置であって、
記憶部と、
データ処理部と、を備え、
前記蓄電素子は、前記蓄電素子の製造から起算した第1期間と対応し時間に対する実容量の低下が第1推移を示す第1劣化モードと、前記第1期間経過後から起算した第2期間と対応し時間に対する実容量の低下が前記第1劣化モードより大きい第2推移を示す第2劣化モードとを有する特性であり、
前記実容量は、前記蓄電素子を完全充電した状態から取り出し可能な容量であり、
前記記憶部は、
前記第1劣化モードにおける前記蓄電素子のSOCとOCVの相関性を示す第1相関データと、
前記第2劣化モードにおける前記蓄電素子のSOCとOCVの相関性を示す第2相関データを保持し、
前記データ処理部は、
前記蓄電素子の内部抵抗の抵抗増加率に基づいて、前記蓄電素子の劣化モードが前記第1劣化モード又は前記第2劣化モードのどちらのモードか、判定するモード判定処理と、
判定した前記劣化モードに対応した相関データを前記記憶部から選択して前記蓄電素子のSOCを推定する推定処理と、を実行し、
前記データ処理部は、
前記蓄電素子の電流および電圧のデータを計測し、
前記モード判定処理にて、SOCが第1閾値より低い時の前記蓄電素子の、所定期間に計測した電流および電圧から計算した内部抵抗の抵抗増加率から、
SOCが前記第1閾値より大きい第2閾値より高い時の前記蓄電素子の、前記所定期間に計測した電流及び電圧から計算した内部抵抗の抵抗増加率を減算した値に基づいて、前記蓄電素子の劣化モードを判定する、SOC推定装置。 - 請求項1に記載のSOC推定装置であって、
前記第2劣化モードは前記第1劣化モードより容量低下が大きく、容量維持率に応じてSOC-OCVの相関性が異なる劣化モードであり、
前記記憶部は、前記第2劣化モードについて、前記蓄電素子の容量維持率ごとに、前記蓄電素子のSOCとOCVの相関性を示す相関データを保持し、
前記蓄電素子が前記第2劣化モードと判定された場合、
前記データ処理部は、容量維持率に対応した相関データを選択して前記蓄電素子のSOCを推定する、SOC推定装置。 - 請求項1または請求項2に記載のSOC推定装置であって、
前記データ処理部は、前記蓄電素子の電圧と電流の計測値に基づいて、前記蓄電素子の内部抵抗を算出する、SOC推定装置。 - 請求項1~請求項3のいずれか一項に記載のSOC推定装置であって、
前記記憶部は、前記第1相関データ及び前記第2相関データを、前記蓄電素子のSOCとOCVの相関性を示す、相関マップ又は近似式により保持する、SOC推定装置。 - 蓄電素子と、
請求項1~請求項4のいずれか一項に記載のSOC推定装置と、を備えた蓄電装置。 - 蓄電素子のSOC推定方法であって、
前記蓄電素子は、前記蓄電素子の製造から起算した第1期間と対応し時間に対する実容量の低下が第1推移を示す第1劣化モードと、前記第1期間経過後から起算した第2期間と対応し時間に対する実容量の低下が前記第1劣化モードより大きい第2推移を示す第2劣化モードとを有する特性であり、
前記蓄電素子の電流および電圧のデータを計測し、SOCが第1閾値より低い時の前記蓄電素子の、所定期間に計測した電流および電圧から計算した内部抵抗の抵抗増加率から、SOCが前記第1閾値より大きい第2閾値より高い時の前記蓄電素子の、前記所定期間に計測した電流及び電圧から計算した内部抵抗の抵抗増加率を減算した値に基づいて、前記蓄電素子の劣化モードが前記第1劣化モード又は前記第2劣化モードのどちらのモードか、判定するモード判定ステップと、
前記蓄電素子のSOCとOCVの相関性を示す複数の相関データから判定した前記劣化モードに対応した相関データを選択して、前記蓄電素子のSOCを推定する推定ステップとを有する、SOC推定方法。
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