JP7194385B2 - 組電池の評価方法および電池システム - Google Patents
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Description
別の実施形態の電池システムは、複数の第1電池が直列接続されている組電池と、前記組電池に所定の周波数の所定の電圧の信号を印加する電源と、前記信号の電圧、および、第1の電池と同じ仕様の第2の電池のデータと、を記憶しており、前記第2の電池の前記データは、前記第2の電池の劣化状態と、前記第2の電池に印加された前記信号の電圧との関係であるSOH推定データ、を含んでいる記憶手段と、前記所定の電圧よりも、0.05V以上0.2V以下、高い電圧の前記所定の周波数の信号が印加された前記組電池のインピーダンス特性を測定する測定手段と、前記組電池の前記インピーダンス特性と、前記第2の電池の前記データとに基づき、前記組電池に、所定の劣化状態よりも劣化している前記第1の電池が含まれていることを推定する演算手段と、を具備する。
図1に示すように、実施形態の電池システム1は組電池20と、CPU30と、電源40と、を具備する。組電池20は、複数の第1の電池10(以下、「電池10」ともいう。)が直列接続されている。組電池20および電源40は図示しない負荷(モーター等)と接続されている。
図2のフローチャートにそって、電池システム1による評価方法について説明する。
第1の電池10と同じ仕様の第2の電池(不図示)は、例えば、充放電試験によって所望のSOHとなる。
第2の電池は、いずれのSOHにおいても、リアクタンスは、電圧が高くなると、ほぼ一定の最小値であるインピーダンス底値ZBから増加する。そして、SOHが小さい、すなわち、劣化していると、第2の電池のリアクタンスが増加しはじめる電圧(以下、「SOH電圧VU」ともいう。)が小さくなる。
図5に示すような、SOHとSOH電圧VUとの関係であるSOH推定データが取得される。SOH/VU関係は、図5のグラフをもとに、近似式として取得されてもよいし、表として取得されてもよい。
SOH推定データおよび測定条件(電圧、測定周波数、温度)等を含む、第2の電池のデーがメモリ31に記憶される。
複数の第1の電池10が直列接続された組電池20が作製され、電池システム1に組み込まれる。そして、組電池20に含まれる複数の電池10のSOH分布を評価するために、コントローラ32の制御によって、組電池20に、電源40から、複数の電圧の交流信号が印加されて、測定回路33によって、インピーダンス特性であるリアクタンスが測定される。
第4の工程の測定結果をもとに、予めメモリ31に記憶されているSOH推定データ(第2の電池のデータ)を用いて、組電池20に含まれる複数の第1の電池10のSOH分布が推定される。
以下に説明する変形例1、2の電池システム1A、1Bおよび組電池の評価方法は、実施形態の電池システム1および組電池の評価方法と類似し同じ機能を有するため、同じ機能の構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
組電池20は、1つだけでもSOHが小さい第1の電池10を含んでいると特性が劣化する。本変形例では、組電池20に他の第1の電池よりも劣化している第1の電池10が含まれていることを実施形態よりも簡単に推定する。
すでに説明したように、最適の測定周波数を決定するには、SOHが異なる複数の第2の電池のインピーダンス特性の周波数依存性を、それぞれ測定する必要があった。
本変形例の推定方法では、測定周波数を決定するために、第1のSOHの第2の電池の複素インピーダンス(レジスタンスZ`およびリアクタンス-Z``)の周波数特性が測定される。
図9は、図8の部分拡大図である。図9に示すように、コールコールプロットにおいて拡散抵抗成分に相当する傾き45度の直線とリアクタンスがゼロの直線との交点、すなわち、拡散抵抗成分がゼロとなる点Oが算出される。そして、点OのレジスタンスZ`と同じレジスタンスZ`となるコールコールプロットの測定点Aの周波数が、第1の周波数f1として取得される。なお、測定点Aは拡散抵抗成分がゼロとなる最も低い周波数である。
コールコールプロットにおいて、拡散抵抗成分を含む領域において、リアクタンスが、第1の周波数f1と同じである周波数が、第2の周波数f2として取得される。拡散抵抗成分を含む領域は、言い替えれば、第1の周波数f1よりも低周波の領域である。
第1の周波数f1以下第2の周波数f2以上の範囲の測定周波数Fが決定される。例えば、コールコールプロットの第1の周波数f1の点と第2の周波数f2の点とを結ぶ直線の中点Cのリアクタンスとなる周波数が測定周波数Fとして決定される。図8に示したコールコールプロットでは、100mHzが測定周波数Fとして決定される。
10…電池
20…組電池
31…メモリ
32…コントローラ
33…測定回路
34…演算回路
40…電源
Claims (9)
- 複数の第1の電池が直列接続されている組電池に、所定の周波数の複数の電圧の信号が印加されてインピーダンス特性が測定される工程と、
前記組電池の前記インピーダンス特性と、予め記憶されている、前記第1の電池と同じ仕様の第2の電池のデータと、を用いて、前記複数の第1の電池の劣化状態の分布が推定される工程と、を具備し、
前記第2の電池の前記データは、
劣化状態が異なる複数の第2の電池に、それぞれ、前記所定の周波数の複数の電圧の信号が印加されて、それぞれの前記インピーダンス特性が測定される第1の工程と、
前記第1の工程の測定結果をもとに、それぞれの劣化状態において、前記インピーダンス特性が増加しはじめるSOH電圧が、それぞれ算出される第2の工程と、
劣化状態と前記SOH電圧との関係を含む前記第2の電池の前記データが取得される第3の工程と、
前記第2の電池の前記データを記憶する第4の工程と、によって記憶されていることを特徴とする組電池の評価方法。 - 組電池の評価方法は、
複数の第1の電池が直列接続されている前記組電池に、予め記憶されているSOH電圧よりも、0.05V以上0.2V以下、高い電圧の所定の周波数の信号が印加されてインピーダンス特性が測定される工程と、
前記組電池の前記インピーダンス特性と、前記第1の電池と同じ仕様の第2の電池のデータを用いて、前記組電池に、所定の劣化状態よりも劣化している前記第1の電池が含まれていることが推定される工程と、を具備し、
前記第2の電池の前記データは、
前記所定の劣化状態の第2の電池に、複数の電圧の前記所定の周波数の信号が印加されて、それぞれの前記インピーダンス特性が測定される第1の工程と、
前記第1の工程の測定結果をもとに、前記所定の劣化状態において、前記第2の電池のデータである前記インピーダンス特性が増加しはじめる前記SOH電圧が算出される第2の工程と、
前記第2の電池のデータである前記SOH電圧を記憶する第3の工程と、によって取得され記憶されることを特徴とする組電池の評価方法。 - 前記第1の工程において、複数の周波数の信号が印加されて、それぞれの前記インピーダンス特性が測定され、
複数の周波数における前記第2の電池の前記データをもとに、推定されることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の組電池の評価方法。 - 前記第2の電池の前記データを用いて、複数の組電池が評価されることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の組電池の評価方法。
- 前記インピーダンス特性の種類が、リアクタンスであることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の組電池の評価方法。
- 前記所定の周波数は、第1の周波数以下、第2の周波数以上であり、
前記第1の周波数は、所定の劣化状態の前記第2の電池の複素インピーダンスの周波数特性であるコールコールプロットにおいて拡散抵抗成分がゼロの領域における最も低い周波数であり、
前記第2の周波数は、前記コールコールプロットにおいて前記拡散抵抗成分を含む領域における、リアクタンスが前記第1の周波数と同じである周波数であることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の組電池の評価方法。 - 前記所定の周波数が、10mHz以上500mHz以下であることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の組電池の評価方法。
- 複数の第1の電池が直列接続されている組電池と、
前記組電池に所定の周波数の複数の電圧の信号を印加する電源と、
前記複数の信号の電圧、および、前記第1の電池と同じ仕様の第2の電池のデータを記憶しており、前記第2の電池の前記データは、前記第2の電池の劣化状態と、前記第2の電池に印加された前記信号の複数の電圧との関係であるSOH推定データ、を含んでいる記憶手段と、
前記所定の周波数の複数の電圧の前記信号が印加された前記組電池のインピーダンス特性を測定する測定手段と、
前記組電池の前記インピーダンス特性と、前記第2の電池の前記データとに基づき、前記複数の第1の電池の劣化状態の分布を推定する演算手段と、を具備することを特徴とする電池システム。 - 複数の第1電池が直列接続されている組電池と、
前記組電池に所定の周波数の所定の電圧の信号を印加する電源と、
前記信号の電圧、および、第1の電池と同じ仕様の第2の電池のデータと、を記憶しており、前記第2の電池の前記データは、前記第2の電池の劣化状態と、前記第2の電池に印加された前記信号の電圧との関係であるSOH推定データ、を含んでいる記憶手段と、
前記所定の電圧よりも、0.05V以上0.2V以下、高い電圧の前記所定の周波数の信号が印加された前記組電池のインピーダンス特性を測定する測定手段と、
前記組電池の前記インピーダンス特性と、前記第2の電池の前記データとに基づき、前記組電池に、所定の劣化状態よりも劣化している前記第1の電池が含まれていることを推定する演算手段と、を具備することを特徴とする電池システム。
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