JP7261477B2 - 電池状態推定方法および電池システム - Google Patents
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Description
図1に示すように、実施形態の電池システム1は、第1の電池20と、温度調整装置29と、CPU30と、電源40と、を具備する。第1の電池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による電池状態推定方法について説明する。
ステップS10では、第1の電池20と同じ仕様の第2の電池(不図示)の複数の第2の温度、所定の測定周波数におけるインピーダンス特性が、複数の充電状態(SOC)において、それぞれ測定される。第2の電池には、所定の測定周波数の交流信号が印加される。
それぞれの第2の温度におけるリアクタンスが充電状態の変化に応じて変化しはじめる前のリアクタンスであるインピーダンス底値ZBが取得される。インピーダンス底値ZBは、リアクタンスの最小値でもよいし、例えば、図3において、SOC30%以上50%以下の領域(コンスタントゾーン)の値を近似した直線から取得されてもよい。
図7に示す温度とインピーダンス底値ZBとの関係が図3~図6から取得される。また、図8に示した温度とSOC変化点(TSOC)との関係が取得される。
ステップS50において取得された第2の電池のデータ(測定条件、SOC変化点と第2の温度との関係、および、インピーダンス底値と第2の温度との関係)は、複数の電池システム1の共通データである。複数の電池システム1を生産するにあたって、第2の電池のデータが取得され、メモリ31に記憶される。言い替えれば、第2の電池のデータを用いて、複数の第1の電池20のSOC範囲が推定される。
第1の電池20は、第2の電池と同じ仕様であるが、SOCは未知である。例えば、第1の電池20は、使用中の電池システム1の一部である。
第1の電池20の複数の第1の温度におけるリアクタンスと、第3の工程で取得され、メモリ31に記憶されている第2の電池のデータ(例えば、図7、図8)と、から第1の電池20のSOC範囲が推定される。
変形例の電池状態推定方法および電池システム1A、1Bは、実施形態の電池状態推定方法および電池システム1と類似し、同じ効果を有しているので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。
変形例1のフローチャートを図12に示す。
すでに説明したステップS10-S100の処理が行われる。
ステップS10-S100(SOC範囲推定サブルーチン)において推定されたSOC範囲が所望の精度であるかどうかが、コントローラ32によって判定される。例えば、推定されたSOC範囲が20%以上38%以下、すなわち、(29%±9%)が、所望の精度を満たしていないと判断される(No)と、工程はステップS120に移行する。
ステップS100においてリアクタンスが、インピーダンス底値ZBよりも大きくなった温度と、それよりも高い温度との間に、複数の第3の温度がコントローラ32によって再設定される。すなわち、図13に示すように、第1の温度の範囲TW1よりも狭い温度範囲TW2の複数の第3の温度が設定される。
ステップS70~ステップS90と同じように、設定された複数の第3の温度における第1の電池20のインピーダンス特性(リアクタンス)が、測定回路33によって測定される。
ステップS100と同じように、第1の電池20の複数の第3の温度におけるリアクタンスと、第2の電池のデータと、から第1の電池20のSOC範囲が演算回路34によって、推定される。
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、SOC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SOC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15は、図14の部分拡大図である。図15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。
20…第1の電池
29…温度調整装置
31…メモリ
32…コントローラ
32A…温度制御部
33…測定回路
34…演算回路
40…電源
Claims (8)
- 第1の電池の所定の周波数におけるインピーダンス特性が、複数の第1の温度のそれぞれにおいて測定される工程と、
前記第1の電池の前記複数の第1の温度における前記インピーダンス特性と、予め記憶されている第2の電池のデータとを用いて、前記第1の電池の充電状態の範囲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、
前記第1の電池と同じ仕様の前記第2の電池の前記所定の周波数における前記インピーダンス特性が、複数の充電状態、および、複数の第2の温度において、測定される第1の工程と、
前記複数の第2の温度のそれぞれにおいて、充電状態の変化に応じて前記インピーダンス特性が変化しはじめる充電状態であるSOC変化点、および、変化しはじめる前の前記インピーダンス特性であるインピーダンス底値が取得される第2の工程と、
前記SOC変化点と温度との関係および前記インピーダンス底値と前記温度との関係を含む前記第2の電池の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が記憶される第4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電池状態推定方法。 - 前記インピーダンス特性が、リアクタンスであることを特徴とする請求項1に記載の電池状態推定方法。
- 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、所定の充電状態の前記第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または請求項2に記載の電池状態推定方法。 - 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3に記載の電池状態推定方法。
- 推定された前記第1の電池の充電状態の範囲に基づいて、前記第1の電池の前記インピーダンス特性が、前記複数の第1の温度の範囲よりも、狭い範囲の複数の第3の温度において測定される工程と、
前記第1の電池の前記複数の第3の温度における前記インピーダンス特性と、前記第2の電池のデータとを用いて、前記第1の電池の充電状態の範囲が再度、推定される工程と、をさらに具備す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項に記載の電池状態推定方法。 - 前記第2の電池の前記データを用いて、複数の第1の電池の充電状態の範囲が推定され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項に記載の電池状態推定方法。
- 第1の電池と、
前記第1の電池の所定の周波数におけるインピーダンス特性を、複数の第1の温度において測定する測定手段と、
前記第1の電池と同じ仕様の第2の電池の前記所定の周波数における前記インピーダンス特性が充電状態の変化に応じて変化しはじめる充電状態であるSOC変化点と温度との関係、および、変化しはじめる前の前記インピーダンス特性であるインピーダンス底値と前記温度との関係を含む前記第2の電池のデータが記憶されている記憶手段と、
前記第1の電池の前記複数の第1の温度における前記インピーダンス特性と、前記記憶手段が記憶している前記第2の電池のデータとから、前記第1の電池の充電状態の範囲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。 - 前記第1の電池の温度を増減する温度調整手段と、
前記温度調整手段を制御する温度制御手段と、を更に具備することを特徴とする請求項7に記載の電池システム。
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