JP7414697B2 - 電池の劣化判定装置、電池の管理システム、電池搭載機器、電池の劣化判定方法、及び、電池の劣化判定プログラム - Google Patents
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Description
S EOL =(R BOL /R EOL )×(m BOL /m EOL ) (α)
ここで、S EOL は、エージングファクターを表す。R BOL は、第1の抵抗値を表す。R EOL は、第2の抵抗値を表す。m BOL は、第1の容量を表す。m EOL は、第2の容量を表す。
まず、実施形態の一例として、第1の実施形態について説明する。図1は、第1の実施形態に係る電池の管理システムを示す概略図である。図1に示すように、管理システム1は、電池搭載機器2及び劣化判定装置3を備える。電池搭載機器2には、電池5、計測回路6及び電池管理部(BMU:battery management unit)7が搭載される。電池搭載機器2としては、電力系統用の大型蓄電装置、スマートフォン、車両、定置用電源装置、ロボット及びドローン等が挙げられ、電池搭載機器2となる車両としては、鉄道用車両、電気バス、電気自動車、プラグインハイブリッド自動車及び電動バイク等が、挙げられる。
SEOL=(RBOL/REOL)×(mBOL/mEOL) (3)
第1の変形例では、データ記憶部16に、電池5の電圧に対する電池5の材料物性値の関係を示す関係データが、記憶される。関係データは、例えば、電圧に対する材料物性値の関係を示す関数又は計算式等である。ここで、電池5をリチウムイオン二次電池とする。この場合、電池5の材料物性値には、固相内及び液相内のそれぞれでのリチウムの濃度、電解液でのイオン伝導度、固相内及び液相内のそれぞれでのリチウムの拡散係数、交換電流密度、被膜抵抗、活物質のそれぞれの重量、及び、活物質のそれぞれの表面積及び粒径等が、含まれる。このため、関係データは、電池5の電圧に対する電池5のリチウムの濃度の関係を示すデータを含み、例えば、固相での平衡電位に対する固相内のリチウムの濃度の関係を示す関数、及び、液相での平衡電位に対する液相内のリチウムの濃度の関係を示す関数を含む。なお、電池5の電圧に対する材料物性値の関係等は、電池5の温度及びSOC等のそれぞれに対応して変化する。このため、関係データでは、電池5の電圧に対する材料物性値の関係が、互いに対して異なる複数の温度ごとに設定され、互いに対して異なる複数のSOCごとに設定される。
以下、付記を記載する。
[1]判定対象となる電池に関する情報に基づいて前記電池の劣化に関して判定する劣化判定装置であって、
第1の期間及び前記第1の期間より後の第2の期間のそれぞれにおける前記電池の抵抗成分の抵抗値、及び、前記第1の期間及び前記第2の期間のそれぞれにおける前記電池の活物質の容量に基づいて、前記抵抗成分が変化する原因のうち前記活物質の容量変化以外の影響を示すエージングファクターを推定するプロセッサを具備する、劣化判定装置。
[2]前記プロセッサは、下記式(A)によって、前記エージングファクターを算出する、[1]の劣化判定装置。
S EOL =(R BOL /R EOL )×(m BOL /m EOL ) (A)
ここで、S EOL は、前記エージングファクターを表す。R BOL は、前記第1の期間における前記電池の前記抵抗成分の前記抵抗値を表す。R EOL は、前記第2の期間における前記電池の前記抵抗成分の前記抵抗値を表す。m BOL は、前記第1の期間における前記電池の前記活物質の前記容量を表す。m EOL は、前記第2の期間における前記電池の前記活物質の前記容量を表す。
[3]前記プロセッサは、推定した前記エージングファクターに基づいて、前記第2の期間における前記電池の前記活物質の前記容量を推定する、[1]又は[2]の劣化判定装置。
[4]前記プロセッサは、
前記第2の期間における前記電池の前記活物質の前記容量に関して、前記エージングファクターの推定に用いた値に対する前記エージングファクターに基づいた推定値のずれが基準範囲であるか否かを判定し、
前記ずれが前記基準範囲を超えている場合は、前記エージングファクターに基づいた前記推定値を前記第2の期間における前記電池の前記活物質の前記容量として、前記エージングファクターを再推定し、前記エージングファクターを再推定した値に更新する、
[3]の劣化判定装置。
[5]前記プロセッサは、
前記電池の電流、温度及びSOCについての計測結果を含む計測データ、及び、前記電池の前記エージングファクターに対する前記電池の前記電流、前記温度及び前記SOCのそれぞれの関係を示す関係データを取得し、
前記電池の前記エージングファクターについて、前記計測データ及び前記関係データに対応する対応値を取得し、
前記電池の前記エージングファクターの前記対応値に基づいて、下記式(B)によって、前記第2の期間における前記電池の前記活物質の容量を推定する、
[1]ないし[4]のいずれか1つの劣化判定装置。
m´ EOL =m BOL ×(R BOL /R EOL )×(1/S´ EOL ) (B)
ここで、S´ EOL は、前記計測データ及び前記関係データに対応する前記エージングファクターの前記対応値を表す。R BOL は、前記第1の期間における前記電池の前記抵抗成分の前記抵抗値を表す。R EOL は、前記第2の期間における前記電池の前記抵抗成分の前記抵抗値を表す。m BOL は、前記第1の期間における前記電池の前記活物質の前記容量を表す。m´ EOL は、前記第2の期間における前記電池の前記活物質の前記容量の前記式(B)による推定値を表す。
[6]前記プロセッサは、
前記エージングファクターの前記対応値に基づいて、前記式(B)とは別の方法で、前記第2の期間における前記電池の前記活物質の前記容量を推定し、
前記第2の期間における前記電池の前記活物質の前記容量に関して、前記式(B)を用いた推定値に対する前記式(B)とは別の前記方法による推定値のずれが基準範囲であるか否かを判定し、
前記ずれが前記基準範囲を超えている場合は、前記式(B)とは別の前記方法による前記推定値を前記第2の期間における前記電池の前記活物質の前記容量として、前記エージングファクターを再推定し、前記エージングファクターを再推定した値に更新する、
[5]の劣化判定装置。
[7]前記プロセッサは、周期的に電流値が変化する電流波形で前記電池に電流を流すことにより計測された前記電池のインピーダンスの周波数特性に基づいて、前記第2の期間における前記電池の前記抵抗成分の前記抵抗値を算出する、[1]ないし[6]のいずれか1つの劣化判定装置。
[8]前記プロセッサは、
前記電池の電流及び電圧の少なくとも一方についての計測結果を含む計測データ、及び、前記電池の前記電流及び前記電圧の少なくとも一方に対する前記電池の前記活物質の前記容量を含む前記電池の内部状態パラメータの関係を示す関係データを取得し、
前記関係データに基づいて、前記電池の前記活物質の前記容量を少なくとも変数として、前記電池の前記電流及び前記電圧の少なくとも一方を推定し、
前記関係データに基づいた推定結果及び前記計測データの前記計測結果を用いた回帰計算によって、前記電池の前記活物質の前記容量を含む前記変数を算出することにより、前記第2の期間における前記電池の前記活物質の前記容量を推定する、
[1]ないし[7]のいずれか1つの劣化判定装置。
[9]前記プロセッサは、
前記電池の電圧についての計測結果を含む計測データ、及び、前記電池の前記電圧に対する前記電池のリチウムの濃度を含む前記電池の材料物性値の関係を示す関係データを取得し、
前記関係データに基づいて、前記リチウムの前記濃度を少なくとも変数として、前記電池の前記電圧を推定し、
前記関係データに基づいた推定結果及び前記計測データの前記計測結果を用いた回帰計算によって、前記電池の前記リチウムの前記濃度を含む前記変数を算出し、
算出した前記電池の前記リチウムの前記濃度に基づいて、前記第2の期間における前記電池の前記活物質の前記容量を推定する、
[1]ないし[8]のいずれか1つの劣化判定装置。
[10][1]ないし[9]のいずれか1つの劣化判定装置と、
前記劣化判定装置によって前記劣化に関する判定が行われる前記電池と、
を具備する前記電池の管理システム。
[11][1]ないし[9]のいずれか1つの劣化判定装置と、
前記劣化判定装置によって前記劣化に関する判定が行われる前記電池と、
を具備する電池搭載機器。
[12]判定対象となる電池に関する情報に基づいて前記電池の劣化に関して判定する劣化判定方法であって、
第1の期間及び前記第1の期間より後の第2の期間のそれぞれにおける前記電池の抵抗成分の抵抗値、及び、前記第1の期間及び前記第2の期間のそれぞれにおける前記電池の活物質の容量に基づいて、前記抵抗成分が変化する原因のうち前記活物質の容量変化以外の影響を示すエージングファクターを推定することを具備する、劣化判定方法。
[13]判定対象となる電池に関する情報に基づいて前記電池の劣化に関して判定する劣化判定プログラムであって、コンピュータに、
第1の期間及び前記第1の期間より後の第2の期間のそれぞれにおける前記電池の抵抗成分の抵抗値、及び、前記第1の期間及び前記第2の期間のそれぞれにおける前記電池の活物質の容量に基づいて、前記抵抗成分が変化する原因のうち前記活物質の容量変化以外の影響を示すエージングファクターを推定させる、劣化判定プログラム。
Claims (12)
- 電池の劣化判定装置であって、
前記電池の正極及び負極のいずれかである電極について、第1の期間から前記第1の期間より後の第2の期間までの前記電極の抵抗成分の変化へ前記電極の活物質の容量変化以外の要素が与える影響を示すエージングファクターを算出するプロセッサを具備し、
前記プロセッサは、前記第1の期間における前記電極の抵抗成分の第1の抵抗値、前記第2の期間における前記電極の前記抵抗成分の第2の抵抗値、第1の期間における前記電極の活物質の第1の容量、及び、前記第2の期間における前記電極の前記活物質の第2の容量から前記電極の前記エージングファクターを導出する下記式(A1)を用いて、前記第1の抵抗値、前記第2の抵抗値、前記第1の容量及び前記第2の容量のそれぞれの値を、下記式(A1)において代入することにより、前記電極の前記エージングファクターを算出する、
劣化判定装置。
S EOL =(R BOL /R EOL )×(m BOL /m EOL ) (A1)
ここで、S EOL は、前記エージングファクターを表す。R BOL は、前記第1の抵抗値を表す。R EOL は、前記第2の抵抗値を表す。m BOL は、前記第1の容量を表す。m EOL は、前記第2の容量を表す。 - 前記プロセッサは、前記式(A1)によって前記エージングファクターの導出値を算出した後、前記エージングファクターに関連するパラメータを前記エージングファクターの前記導出値に対応する値に設定して、前記電極の前記第2の容量を推定し、前記第2の容量の推定値を算出する、請求項1の劣化判定装置。
- 前記プロセッサは、
前記電極の前記第2の容量に関して、前記エージングファクターの算出において前記式(A1)に代入した代入値に対する前記エージングファクターの前記導出値の算出の後に推定した前記推定値のずれが基準範囲であるか否かを判定し、
前記ずれが前記基準範囲を超えている場合は、算出した前記推定値を前記第2の容量として前記式(A1)において代入することにより、前記エージングファクターを再び算出し、前記電極の前記エージングファクターを再導出した値に更新する、
請求項2の劣化判定装置。 - 前記プロセッサは、
前記電池の電流、温度及びSOCについての計測結果を含む計測データ、及び、前記電極の前記エージングファクターに対する前記電池の前記電流、前記温度及び前記SOCのそれぞれの関係を示す関係データを取得し、
前記電極の前記エージングファクターについて、前記計測データ及び前記関係データに対応する対応値を取得し、
前記式(A1)によって前記エージングファクターの導出値を算出する前に、前記第1の抵抗値、前記第2の抵抗値、前記第1の容量は、及び、前記エージングファクターの前記対応値から前記第2の容量を導出する下記式(B1)を用いて、前記第1の抵抗値、前記第2の抵抗値、前記第1の容量及び前記エージングファクターの前記対応値のそれぞれの値を、下記式(B1)において代入することにより、前記第2の容量についての第1の導出値を算出する、
請求項1ないし3のいずれか1項の劣化判定装置。
m´EOL=mBOL×(RBOL/REOL)×(1/S´EOL) (B1)
ここで、S´EOL は、前記エージングファクターの前記対応値を表す。RBOLは、前記第1の抵抗値を表す。REOLは、前記第2の抵抗値を表す。mBOLは、前記第1の容量を表す。m´EOLは、前記第2の容量を表し、前記第2の容量の前記第1の導出値に相当する。 - 前記プロセッサは、
前記式(A1)によって前記エージングファクターの前記導出値を算出する前に、前記式(B1)とは別の方法で、かつ、前記エージングファクターに関連するパラメータを前記エージングファクターの前記対応値に対応する値に設定して、前記第2の容量についての第2の導出値を算出し、
前記電極の前記第2の容量に関して、前記式(B1)を用いた前記第1の導出値に対する前記式(B1)とは別の前記方法による前記第2の導出値のずれが基準範囲であるか否かを判定し、
前記ずれが前記基準範囲を超えている場合は、算出した前記第2の導出値を前記第2の容量として前記式(A1)において代入することにより、前記エージングファクターを算出し、前記電極の前記エージングファクターを、前記式(A1)を用いて算出した前記導出値に更新する、
請求項4の劣化判定装置。 - 前記プロセッサは、周期的に電流値が変化する電流波形で前記電池に電流を流すことにより計測された前記電池のインピーダンスの周波数特性に基づいて、前記第2の期間における前記電極の前記抵抗成分の前記第2の抵抗値を算出する、請求項1ないし5のいずれか1項の劣化判定装置。
- 前記プロセッサは、
前記電池の電流及び電圧の少なくとも一方についての計測結果を含む計測データ、及び、前記電池の前記電流及び前記電圧の少なくとも一方に対する前記電極の前記活物質の容量を含む前記電池の内部状態パラメータの関係を示す関係データを取得し、
前記関係データに基づいて、前記電極の前記活物質の前記容量を少なくとも変数として、前記電池の前記電流及び前記電圧の少なくとも一方を推定し、
前記関係データに基づいた推定結果及び前記計測データの前記計測結果を用いた回帰計算によって、前記電極の前記活物質の前記容量を含む前記変数を算出することにより、前記第2の期間における前記電極の前記活物質の前記第2の容量を推定する、
請求項1ないし6のいずれか1項の劣化判定装置。 - 前記プロセッサは、
前記電池の電圧についての計測結果を含む計測データ、及び、前記電池の前記電圧に対する前記電池のリチウムの濃度を含む前記電池の材料物性値の関係を示す関係データを取得し、
前記関係データに基づいて、前記リチウムの前記濃度を少なくとも変数として、前記電池の前記電圧を推定し、
前記関係データに基づいた推定結果及び前記計測データの前記計測結果を用いた回帰計算によって、前記電池の前記リチウムの前記濃度を含む前記変数を算出し、
前記式(A1)によって前記エージングファクターの導出値を算出した後、前記エージングファクターに関連するパラメータを前記エージングファクターの前記導出値に対応する値に設定し、かつ、前記リチウムの前記濃度に関連するパラメータを前記回帰計算による前記濃度の算出結果に対応する値に設定して、前記電極の前記第2の容量を推定し、前記第2の容量の推定値を算出する、
請求項1ないし7のいずれか1項の劣化判定装置。 - 請求項1ないし8のいずれか1項の劣化判定装置と、
前記劣化判定装置によって前記電極の前記エージングファクターが算出される前記電池と、
を具備する前記電池の管理システム。 - 請求項1ないし8のいずれか1項の劣化判定装置と、
前記劣化判定装置によって前記電極の前記エージングファクターが算出される前記電池と、
を具備する電池搭載機器。 - 電池の劣化判定方法であって、
前記電池の正極及び負極のいずれかである電極について、第1の期間から前記第1の期間より後の第2の期間までの前記電極の抵抗成分の変化へ前記電極の活物質の容量変化以外の要素が与える影響を示すエージングファクターを算出することを具備し、
前記第1の期間における前記電極の抵抗成分の第1の抵抗値、前記第2の期間における前記電極の前記抵抗成分の第2の抵抗値、第1の期間における前記電極の活物質の第1の容量、及び、前記第2の期間における前記電極の前記活物質の第2の容量から前記電極の前記エージングファクターを導出する下記式(A2)を用いて、前記第1の抵抗値、前記第2の抵抗値、前記第1の容量及び前記第2の容量のそれぞれの値を、下記式(A2)において代入することにより、前記電極の前記エージングファクターを算出する、
劣化判定方法。
S EOL =(R BOL /R EOL )×(m BOL /m EOL ) (A2)
ここで、S EOL は、前記エージングファクターを表す。R BOL は、前記第1の抵抗値を表す。R EOL は、前記第2の抵抗値を表す。m BOL は、前記第1の容量を表す。m EOL は、前記第2の容量を表す。 - 電池の劣化判定プログラムであって、コンピュータに、
前記電池の正極及び負極のいずれかである電極について、第1の期間から前記第1の期間より後の第2の期間までの前記電極の抵抗成分の変化へ前記電極の活物質の容量変化以外の要素が与える影響を示すエージングファクターを算出させ、
前記第1の期間における前記電極の抵抗成分の第1の抵抗値、前記第2の期間における前記電極の前記抵抗成分の第2の抵抗値、第1の期間における前記電極の活物質の第1の容量、及び、前記第2の期間における前記電極の前記活物質の第2の容量から前記電極の前記エージングファクターを導出する下記式(A3)を用いて、前記第1の抵抗値、前記第2の抵抗値、前記第1の容量及び前記第2の容量のそれぞれの値を、下記式(A3)において代入することにより、前記電極の前記エージングファクターを算出させる、
劣化判定プログラム。
S EOL =(R BOL /R EOL )×(m BOL /m EOL ) (A3)
ここで、S EOL は、前記エージングファクターを表す。R BOL は、前記第1の抵抗値を表す。R EOL は、前記第2の抵抗値を表す。m BOL は、前記第1の容量を表す。m EOL は、前記第2の容量を表す。
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