TW202242434A - 電池狀態推定裝置、電力系統 - Google Patents

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Abstract

[課題]提供一種不用依據取得SOH之際的容量變化的計算基準，可以正確推定SOH之技術。 [解決手段]有關本發明的電池狀態推定裝置係確定電池結束了充電或是放電後的休止期間中的第1期間與第2期間，並參閱使用前述第2期間中的輸出電壓的差值所取得的前述電池的劣化狀態的推定值與前述劣化狀態的實測值之間的關係，經此，來推定前述實測值。

Description

電池狀態推定裝置、電力系統
本發明有關推定電池的狀態的技術。
電池的劣化狀態(State Of Health：SOH)是藉由各式各樣的手法來推定或是計測。作為計測SOH之1個手法，是有在充放電到電池的上限或是下限時，藉由規定的充放電容量與實際的充放電容量之比例來計算SOH的手法。
下述專利文獻1記載有推定電池的SOH之手法。同文獻係以『提供以較少的電力消耗進行搭載在蓄電裝置之電池的劣化狀態的推定之劣化狀態推定裝置及其劣化狀態推定方法。』為課題，揭示出『電池的劣化狀態推定裝置，係從充電到充電上限電壓為止的二次電池放出電力，開始放電到經過了在二次電池內隨電荷移動之暫態響應消失的時間後，由此，在預先規定好的時間範圍內計測放電電壓，使用已取得的放電電壓與充電上限電壓之差電壓，從殘存容量、充放電效率及平線區終點容量中至少1個推定值推定電池的劣化狀態。』之技術(參閱摘要)。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2016-145795號專利公報
[發明欲解決之課題]
在推定或是計測SOH之際，例如是有以從充滿電到完全放電為止的容量變化為基準來計算SOH之情況，也有以從將要充滿電到將要完全放電為止的容量變化為基準來計算SOH的情況。在如此計算SOH的基準所致的容量變化為不固定的情況下，正確取得SOH是有困難。因此，希望能夠不用依據計算基準而可以取得SOH。
本發明係有鑑於上述般的課題而為之創作，其目的在於提供一種不用取得SOH之際的容量變化的計算基準而可以正確推定SOH之技術。 [解決課題之手段]
有關本發明的電池狀態推定裝置係確定電池結束了充電或是放電後的休止期間中的第1期間與第2期間，並參閱使用前述第2期間中的輸出電壓的差值所取得的前述電池的劣化狀態的推定值與前述劣化狀態的實測值之間的關係，經此，來推定前述實測值。 [發明效果]
根據有關本發明的電池狀態推定裝置，不用依據取得SOH之際的容量變化的計算基準而可以正確推定SOH。
＜實施方式1＞
圖1為表示實測電池的劣化狀態的程序之示意圖。縱軸表示電池的輸出電壓，橫軸表示電池所儲存的電荷的容量。從充滿電狀態開始，讓電池以恆定的放電電流進行放電的話，與放電時間成比例來遞減容量。讓電池放電到完全放電狀態為止所需要的時間係表示該電池的可充電容量。因此，圖1的橫軸與電池的容量相對應。
經由使電池實際完全放電，可以實測該時點中的電池的可充電容量。圖1中例示了2個實測值(容量1與容量2)。把尚未劣化時的可充電容量決定為容量0的話，實測容量相對於容量0的比例係表示該時點中的劣化狀態。例如對於原本可充電也就是預估的容量，實測出的可充電容量為其95%的話，SOH為95%。因此，與圖1的各計測結果對應的SOH係分別可以如以下般來計算。
SOH1[%]=容量1/容量0×100 SOH2[%]=容量2/容量0×100
圖2為表示實測電池的劣化狀態之另一程序之示意圖。與圖1相異的是，從電池的輸出電壓為比充滿電狀態還稍低的狀態開始放電，在輸出電壓為比完全放電狀態還稍高的狀態下結束放電。其他係與圖1同樣。因此，與圖2的各計測結果對應的SOH係分別可以如以下般來計算。
SOH3[%]=容量3/容量0×100 SOH4[%]=容量4/容量0×100
從圖1與圖2的對比了解到，SOH的實測值，係依據把實際上進行充放電之際的開始值與結束值定義在何處，而成為不同的數值。該開始值與結束值的定義在關係者之間沒有共有的話，要共有SOH的正確的值是有困難的。在此，本發明的實施方式1中，提供有一種不用依據開始值與結束值的定義而可以正確取得SOH之手法。
圖3為表示在放電後的休止期間，電池所輸出的電流與電壓的時程變化之圖表。ΔVa乃是從休止期間結束以後的第1起算時點一直到經過了第1期間ta的第1時間為止中的電池的輸出電壓的變動份。ΔVb乃是從第1時間以後的第2起算時點一直到經過了第2期間tb的第2時間為止中的電池的輸出電壓的變動份。本案發明者發現到了，ΔVa係與電池的內部電阻有相關，ΔVb係與電池的SOH有相關。本實施方式1中係使用該特點，從ΔVb來推定SOH。更進一步也可以從ΔVa來推定電池的內部電阻。有關具體的推定手法係在後述的實施方式5中再說明，在本實施方式1中，是使用ΔVb而可以推定SOH為前提。
圖4為記述了ΔVb與SOH之間的關係之關係資料之1例。在此，表示出了可以把兩者的關係藉由1次函數來表示之例，但是並不限定於此。先預先取得圖4例示的關係並記述到關係資料，經由把該關係資料適用到ΔVb的實測值，可以取得SOH的推定值SOH_E。
在取得ΔVb的實測值之際，從充滿電(或是上限輸出電壓)一直到完全放電(或是下限輸出電壓)為止，沒有必要實施放電動作，只要實施短時間的放電動作並計測之後的輸出電壓的變化便足以。亦即，使用ΔVb來推定SOH之程序係可以在短時間內實施。放電開始電壓與放電完畢電壓也可以分別是任意的值。詳細係在後述的實施方式5中再說明。
圖5A為說明推定SOH的實測值的程序之圖。本實施方式1中，有鑑於再圖1與圖2已說明的課題，除了實測SOH的實測值的方式，也可以使用SOH的過去的實測值來推定SOH的現在的實測值。本手法分成學習工序與適用工序。
學習工序乃是使用ΔVb來學習已推定的SOH_E與已實測的SOH(稱為SOH_fig1)之間的關係之工序。取得使電池放電了之後的休止期間中的ΔVb的實測值。經由把圖4的關係適用到ΔVb，來計算SOH_E。在另一方面，對同樣電池，經由圖1記載的程序來實測SOH_fig1。把兩者的關係作圖到2維圖表上。經此，可以得到在圖5A右上的圖表表示的1個計測點。經由在進行了電池的劣化狀態時實施同樣的程序，同樣也可以取得其他的計測點。例如藉由加速試驗進行電池的劣化狀態的話，可以縮短用於得到計測點的時間。
經由以上的程序，於學習工序中，可以得到表示SOH_E與SOH_fig1之間的關係之作圖。經由求出近似該關係的函數，可以得到表示兩者間的關係之函數。在此表示出了藉由1次函數來近似之例，但是並不限於此。
於適用工序中，再次取得ΔVb的實測值。經由把圖4的關係適用到ΔVb，來計算SOH_E。經由適用對在學習工序中已取得之表示SOH_E與SOH_fig1之間的關係之函數所計算出的SOH_E，可以計算SOH_fig1。經此，不用實測SOH的實測值而可以推定該值。
圖5B為說明推定SOH的實測值的另一程序之圖。學習工序係除了根據圖2實測SOH的實測值之外，其餘與圖5A相同。在此，把SOH的實測值作為SOH_fig2。SOH的實測程序與圖5A相異的緣故，所以表示SOH_E與SOH_fig2之間的關係之函數，是有與圖5A相異的情況。以後的程序係與圖5A相同。
圖5C為說明推定SOH的實測值的另一程序之圖。圖5A與圖5B中，說明了在學習工序中實測SOH的實測值。相對於此，也考慮到例如從電池的出貨工廠等接收記述了與電池的實物試樣一起實測了電池的SOH的結果之資訊的情況。圖5C係表示這樣的情況的程序。圖5C中，沒有必要在學習工序中實測SOH，但是，有必要對相同的電池試樣對應上SOH與ΔVb。
學習工序中，對每個電池試樣取得ΔVb，並使用來計算SOH_E。已經得到該電池試樣的SOH實測值(稱為SOH_U)並作為資訊的緣故，所以可以對應上該電池中的SOH_E與SOH_U。把兩者的關係作圖到2維圖表上。經此，可以得到在圖5C右上的圖表表示的1個計測點。有關其他的電池試樣亦是同樣，作圖出SOH_E與SOH_U之間的關係。電池試樣之每一個的SOH各自相異的話，無論不用實施加速試驗也可以得到圖5C右上的圖表。以後的程序係與圖5A同樣。
＜實施方式1：總結＞ 本實施方式1中，確定放電後的休止期間中的第1期間ta與第2期間tb，使用第2期間tb中的輸出電壓的差值ΔVb來得到SOH的推定值SOH_E，並且取得SOH的實測值，經此，預先取得兩者的關係。再使用ΔVb的實測值來重新計算SOH_E，並使用來推定SOH的實測值。在推定SOH的實測值之際，重新取得ΔVb的實測值便足夠的緣故，所以並無圖1與圖2般的實測程序的不同所致之影響。經此，可以不依靠SOH的實測程序而可以正確推定其實測值。
＜實施方式2＞ 藉由複數個電池單元構成的電池組係為了使電池單元間的動作均衡，是有實施平衡控制的情況。例如被動平衡控制乃是經由電阻器使充電狀態(SOC)大的電池單元放電，經此，而符合SOC為最小的電池單元之方式。在符合進展為最劣化的電池單元的情況下也實施同樣的動作。在本發明的實施方式2中，說明有關在實施被動平衡控制的電池組中推定SOH的實測值之手法。
圖6為實施被動平衡控制的電池組的電路圖。該電路圖係為1例，只要是可以實施被動平衡控制，也是可以使用其他的電路結構。以下，於圖6所例示般的電池組中，是以推定SOH的實測值為前提。
圖7為例示實施被動平衡控制時的各電池單元的輸出電壓的時程變化之圖表。進展為最劣化的電池單元係一開始就達到完全放電狀態(或是下限電壓)。作為電池組的放電動作也在該時點結束。如此，作為電池組整體係還沒有可放電就使放電動作結束的緣故，是有在與實施方式1同樣的手法下無法正確推定SOH的實測值的可能性。在此，在本實施方式2中，提供有考慮到圖7表示的電池單元之各個的輸出電壓的偏差σ1與σ2來作為電池組整體之推定SOH的手法。
σ1乃是起因於電池單元之各個的SOH的偏差所產生的輸出電壓的偏差，在放電結束時，電池單元之各個的偏差是為顯著。σ2乃是起因於電池單元之各個的內部電阻的偏差所產生的輸出電壓的偏差，在放電途中產生。推定了SOH的實測值之結果也因為這些偏差而被影響。本實施方式2中，藉由根據這些偏差計算出的補正係數，補正推定出的SOH的實測值之結果。σ1與σ2為輸出電壓的偏差，據此，可以作為各電池單元的輸出電壓的標準偏差來處理。
圖8為說明實施方式2中的學習工序之圖。學習工序中，首先就有關進展為最劣化的電池單元，與實施方式1同樣來取得使用了ΔVb的SOH的推定值(稱為SOH_E_MIN)與SOH的實測值(稱為SOH_MIN)之間的關係。把該關係表示在由圖8的上方起算為第1個的圖表。經此，有關進展到了最劣化的電池單元，就可以推定SOH的實測值。進展為最劣化的電池單元係ΔVb為最大的緣故，所以可以把ΔVb為最大的電池單元的SOH_E決定為SOH_E_MIN。
圖7中的各電池單元的SOH係可以與實施方式1同樣，使用各電池單元的ΔVb來推定。各電池單元的SOH_E有偏差的緣故，所以可以求出表示其偏差的值(例如標準偏差SOH_E_σ)。在另一方面，可以藉由實際實施放電動作來實測起因於SOH的偏差之輸出電壓的偏差σ1。每在進行電池的劣化取得這些之間的關係，經此，可以得到從圖8的上方起算第3個圖表所表示的關係。
圖2的ΔVa係與電池的內部電阻相關，由本案發明者的見解就可以判別明白。因此，經由在電池單元之各個取得ΔVa的實測值，可以計算各電池單元的內部電阻的推定值R_E。推定程序係在後述的實施方式5中再說明。各電池單元的內部電阻有偏差的緣故，所以可以求出表示其偏差的值(例如標準偏差R_E_σ)。在另一方面，可以藉由實際實施放電動作來實測起因於內部電阻的偏差之輸出電壓的偏差σ2。每在進行電池的劣化取得這些之間的關係，經此，可以得到從圖8的上方起算第2個圖表所表示的關係。
圖9為說明實施方式2中的適用工序之圖。在構成電池組的電池單元之各個取得ΔVb來計算各電池單元的SOH_E。ΔVb為最大的電池單元的SOH_E係使用作為SOH_E_MIN，並適用到從圖8的上方起算第1個圖表所表示的關係，經此，可以推定SOH_MIN的實測值。經由把SOH_E的標準偏差SOH_E_σ適用到從圖8的上方起算第3個圖表所表示的關係，可以推定σ1。更進一步，在電池單元之各個取得ΔVa而計算各電池的R_E，把其標準偏差R_E_σ是用到從圖8的上方起算第2個圖表所表示的關係，可以推定σ2。
SOH_MIN乃是推定出進展為最劣化的電池單元的SOH的實測值者。作為電池組的SOH係考慮到比SOH_MIN還大的緣故，經由上方補正SOH_MIN，可以推定作為電池組的SOH。該上方補正量係可以藉由σ1的函數f1(σ1)與σ2的函數f2(σ2)來定義。各函數的具體的內容例如可以藉由預先實驗來取得。各函數係也可以構成作為對SOH_MIN進行乘法運算的係數，也可以構成作為其他任意的補正量。圖9中係表示出構成作為乘法運算係數之計算例。
＜實施方式2：總結＞ 本實施方式2中，藉由各電池單元的ΔVb推定構成實施被動平衡控制時的電池組之各電池單元的SOH，並對進展為最劣化的電池單元的劣化狀態(SOH_MIN)做上方補正，經此，可以推定作為電池組的SOH的實測值。經此，也在實施被動平衡控制時的電池組中，可以與實施方式1同樣，推定SOH的實測值。
本實施方式2中，在構成電池組的電池單元之各個計算SOH_E並且計算其標準偏差SOH_E_σ，預先取得SOH_E_σ與σ1之間的關係。經由使用重新計算出的SOH_E_σ並參閱其關係，可以與SOH同樣推定σ1的實測值。經此，可以推定SOH_MIN的實測值並推定其之上方補正量。有關電池單元的內部電阻R_E及起因於其之σ2也同樣可以推定。
＜實施方式3＞ 作為電池組的平衡控制方式，是有使用主動平衡控制的情況。主動平衡控制乃是把SOC大的電池單元的能量再分配到SOC小的電池單元之方式。在本發明的實施方式3中，說明有關在實施主動平衡控制的電池組中推定SOH之手法。
圖10為例示實施主動平衡控制時的各電池單元的輸出電壓的時程變化之圖表。於主動平衡控制中，各電池的容量被平滑化的緣故，輸出電壓的時程變化係往各電池單元的平均(圖10中的線條1)做收斂。因此，考慮到在推定電池組的SOH或內部電阻之際，使用各電池單元的平均是為一般。
但是，存在有離群的電池單元的話，平均值被帶偏到其離群電池單元的緣故，也在推定作為電池組的SOH或內部電阻之際受到其離群電池單元的影響。在此，在本實施方式3中，說明在去除了離群電池單元的影響之下，推定電池組的SOH或內部電阻之程序。
圖11為例示放電動作後的休止期間中的輸出電壓的每電池單元的偏差之圖表。經由實施主動平衡控制，各電池單元的輸出電壓係往平均值收斂，但是，在進入到休止期間後不久，平衡控制尚未完畢的緣故，可以明確是別每電池單元的偏差。因此，與實施方式1～2同樣，可以使用ΔVb來推定各電池單元的SOH，並使用ΔVa來推定各電池單元的內部電阻。
圖12為說明實施方式3中推定電池組的SOH與內部電阻的程序之圖。與實施方式1同樣，使用各電池單元的ΔVb來計算SOH_E。在藉由對計算出的SOH_E做統計處理來去除掉離群之下，計算SOH_E的平均。該平均值可以視為電池組的SOH。更進一步，與實施方式2同樣，使用各電池單元的ΔVa來計算R_E。在藉由對計算出的R_E做統計處理來去除掉離群之下，計算R_E的平均。該平均值可以視為電池組的內部電阻。
＜實施方式4＞ 在本發明的實施方式4中，說明有關安裝了推定在實施方式1～3已說明的電池的SOH(或是內部電阻，以下同樣)的方法之電池狀態推定裝置的構成例。
圖13為例示有關實施方式4的電池狀態推定裝置的用途之示意圖。電池狀態推定裝置係根據在實施方式1～3已說明的各程序，來推定電池的SOH。進行充放電之必需電池(例如電池單元，電池模組，電池包等)係連接到各式各樣的裝置。例如測試器，BMS(電池管理系統)，充電器等。電池連接到這些裝置時，成為充電動作/放電動作/休止狀態之任意一個。配合是否個別實施計算SOH之演算法，SOH係例如可以在上述裝置上計算，也可以在透過雲端伺服器上等的網路來連接的電腦上計算。在連接了電池的裝置上進行計算的優點，係可以高頻度取得電池狀態(電池輸出的電壓，電池輸出的電流，電池的溫度等)。
在雲端系統上計算出的SOH也可以發送到使用者所持有的電腦。使用者電腦可以把該資料供給到例如庫存管理等正確定用途。在雲端系統上計算出的SOH係可以儲存到雲端平台事業者的資料庫，用於其他用途。例如電動車的交換路徑的最佳化，能量管理等。
圖14為表示有關實施方式4的電池狀態推定裝置100的構成例之圖。圖14中，電池狀態推定裝置100乃是與電池200連接，並從電池200接受電力供給之裝置，與圖8中的測試器等相當。電池狀態推定裝置100具備：通訊部110、演算部120、檢測部130、以及記憶部140。
檢測部130取得：電池200輸出的電壓的檢測值V，電池200輸出的電流的檢測值I。更進一步作為選項，也可以取得電池200的溫度的檢測值T。這些檢測值係可以電池200本身檢測而對檢測部130通知，也可以檢測部130進行檢測。檢測部130的詳細後述之。
演算部120使用檢測部130所取得的檢測值，推定電池200的SOH。推定程序乃是在實施方式1～3中已說明者。通訊部110把演算部120推定出的SOH，發送到電池狀態推定裝置100的外部。例如可以對雲端系統具備的記憶體發送這些。記憶部140係儲存在實施方式1～3已說明過的關係資料。
演算部120可以是藉由安裝了其功能之電路裝置等的硬體來構成，也可以是藉由CPU(Central Processing Unit)等的演算裝置執行安裝了其功能的軟體來構成。
圖15為表示電池狀態推定裝置100的另一構成例之圖。電池狀態推定裝置100未必是與電池200直接連接而接受電力供給之裝置，為表示出不包含圖14記載的通訊部110及檢測部130的型態。圖15中，電池狀態推定裝置100從通訊部110取得電池200的電壓V、電流I、溫度T。具體方面，電池狀態推定裝置100具備的檢測部150例如網路經由接收這些檢測值，演算部120使用這些檢測值來計算SOH。
圖16表示檢測部130與電池200連接的情況下的構成例。檢測部130可以構成作為電池狀態推定裝置100的一部分，也可以作為有別於電池狀態推定裝置100之其他模組。檢測部130為了取得電池200的充放電動作時中的電壓V，溫度T，電流，具備：電壓感測器131，溫度感測器132，電流感測器133。
電壓感測器131測定電池200的兩端電壓(電池200輸出的電壓)。溫度感測器132與例如電池200具備的熱電耦相連接，透過該熱電耦測定電池200的溫度。電流感測器133與電池200的其中其中一端相連接，測定電池200輸出的電流。溫度感測器132為選項，不恆定要具備。
＜實施方式5＞ 在本發明的實施方式5中，分別說明有關使用ΔVb來推定SOH之具體的手法，以及使用ΔVa來推定內部電阻之具體的手法。電池狀態推定裝置100的構成，與實施方式4同樣。有關推定了SOH與內部電阻之以後，係與實施方式1～3同樣。
圖17為說明演算部120計算SOH的程序之流程圖。演算部120例如在電池狀態推定裝置100已經啟動時，在指示了開始本流程時，以每個規定週期等之適當的時序，開始本流程。以下說明圖17的各步驟。
(圖17：步驟S1701) 演算部120判定是否為充電後的休止期間或是放電後的休止期間。在現在不為休止期間的情況下結束本流程。在休止期間的情況下前進到S1702。例如放電後的休止期間，係可以藉由電池200輸出的電流從負值(I＜0)往零變化之從(b)負值往零附近的值變化且安定(｜I｜＜閾值)等來判定。
(圖17：步驟S1702) 演算部120計算ΔVa與ΔVb。ΔVa乃是從休止期間結束以後的第1起算時點一直到經過了第1期間ta的第1時間為止中的電池200的輸出電壓的變動份。ΔVb乃是從第1時間以後的第2起算時點一直到經過了第2期間tb的第2時間為止中的電池200的輸出電壓的變動份。有關這些計算程序後述之。
(圖17：步驟S1703) 演算部120根據下述式子1與式子2，計算電池200的內部電阻Ri與SOH。f Ri係把Ri定義為ΔVa的函數。f Ri具有：根據電池200的溫度而變動態參數(c_Ri_T)，以及根據電池200的輸出電流而變動態參數(c_Ri_I)。f SOH係把SOH定義為ΔVb的函數。f SOH具有：根據電池200的溫度而變動態參數(c_SOH_T)，以及根據電池200的輸出電流而變動態參數(c_SOH_I)。這些參數根據記憶部140所儲存的關係表141來定義。有關各函數的具體例子與關係表141的具體例子後述之。f Ri及f SOH例如作為根據各批量的實驗資料所形成的式子。
(圖17：步驟S1703：計算式)
Figure 02_image001
Figure 02_image003
圖18為表示在放電後的休止期間內電池200輸出的電流與電壓的時程變化之圖表。S1702中的ΔVa，乃是從放電結束的時點或是在其之後的第1起算時點開始一直到經過了第1期間ta的第1時間為止中的電池200的輸出電壓的變動份。本案發明者係在放電結束後不久的輸出電壓中，發現到了明顯有電池200的內部電阻所致之電壓變動。亦即，該期間中的輸出電壓的變動(ΔVa)係與Ri之間的相關為較強。本實施方式中，是使用該特點，藉由ΔVa來推定Ri。ta的開始時間與時間長度度之各個最佳值，係可以根據從放電的結束時點以後一直到電壓的時程變化曲線中的斜率變化率的最大點為止的區間來取得。尚且，在確定前述區間之際，根據電池的種類，裝置，精度等，來決定前述區間的兩端附近，或者是包含兩端之領域等，只要是可以適宜運作即可。
ta的開始時間未必要與放電結束時間相同，但是，是希望接近到放電結束時間。tb的開始時間也未必要與ta的結束時間相同。也在任一的情況下，ta與tb是具有ta＜tb之關係。關於ΔVa的大小與ΔVb的大小，是有ΔVa為大的情況，也有ΔVb為大的情況。尚且，在此是ta＜tb，但是，根據電池的種類，裝置，精度等，也可以是ta＞tb，或者是ta=tb的情況，所以只要是可以為適宜的關係即可。
即便ta與tb的總計例如為數秒左右，也可以精確推定Ri與SOH，從本案發明者所致之實驗結果可以看出。因此，根據本實施方式，在休止期間中可以快速推定Ri與SOH。
圖19為表示在充電後的休止期間內電池200輸出的電流與電壓的時程變化之圖表。S1702中的ΔVa也可以是加工裕度放電，從充電結束的時點或是在其之後的第1起算時點開始一直到經過了第1期間ta的第1時間為止中的電池200的輸出電壓的變動份。該情況下，S1702中的ΔVb成為從經過了期間ta的時點或是在其之後的第2起算時點開始一直到經過了第2期間tb的第2時間為止中的電池200的輸出電壓的變動份。本案發明者發現到：也在充電後的休止期間中，ΔVa係在Ri之間具有相關，ΔVb係在SOH之間具有相關。因此，本實施方式中，S1702中的ΔVa與ΔVb在充放電之任一之後取得即可。
圖20為表示關係表141的構成與資料例之圖。關係表141乃是定義式子1與式子2中的各參數之資料表。c_Ri_I與c_SOH_I係根據電池200的輸出電流而變動態緣故，依各輸出電流值而被定義。c_Ri_T與c_SOH_T係根據電池200的溫度而變動態緣故，依各溫度而被定義。這些參數是有在放電後的休止期間與充電後的休止期間之間具有相異的特性之情況的緣故，關係表141係依這些期間之各個來定義各參數。關係表141可以是構成作為在實施方式1～3已說明之關係表的一部分，也可以是構成作為其他資料。
f Ri為ΔVa的1次函數的情況下，Ri例如可以根據下述式子3來表示。Ri的斜率被溫度影響，截距(intercept)被電流影響的緣故。該情況下，c_Ri_T與c_Ri_I係分別為1個。
Figure 02_image005
f SOH為ΔVb的1次函數的情況下，SOH例如可以根據下述式子4來表示。SOH的斜率被溫度影響，截距(intercept)被電流影響的緣故。該情況下，c_SOH_T與c_SOH_I係分別為1個。
Figure 02_image007
圖21為電池狀態推定裝置100所提示的使用者介面之例。使用者介面例如可以是在顯示器裝置等的顯示裝置上做提示者。使用者介面提示演算部120所致之計算結果。圖21中，提示了推定出電池的SOH與內部電阻之各別的實測值之結果。
＜有關本發明的變形例＞ 本發明並不限定於前述的實施方式，是包含各式各樣的變形例。例如，上述的實施型態係為了容易理解地說明本發明而詳細說明，未必會限定在具備已說明之全部的構成。又，可以把某一實施方式的構成的一部分分分置換到另一實施方式的構成，還有，亦可在某一實施方式的構成加上另一實施方式的構成。又，有關各實施型態的構成的一部分分分，是可以追加，刪除，置換其他的構成。
在以上的實施方式中，說明了於電池的放電動作後的休止期間推定SOH或內部電阻，但是，於充電動作後的休止期間，出現了與這些對應的輸出電壓的時程變化的話，是可以與以上的實施方式同樣來推定SOH或內部電阻。於放電動作後的休止期間、充電動作後的休止期間、或是這兩者中任一個期間出現與SOH或內部電阻有相關的時程變化，是因電池的特性而異。因此，配合電池的特性，來於這些期間中的任意一個推定SOH或內部電阻即可。
以上的實施方式中，電池狀態推定裝置100與電池200也可以構成作為構成有複數個電池200之電力網系統。電池狀態推定裝置100係可以推定電池的SOH或內部電阻並且控制電池200的動作，電池200的控制也可以由其他的裝置來實施。
100:電池狀態推定裝置 110:通訊部 120:演算部 130:檢測部 140:記憶部 200:電池
[圖1]為表示實測電池的劣化狀態的程序之示意圖。 [圖2]為表示實測電池的劣化狀態之另一程序之示意圖。 [圖3]為表示在放電後的休止期間，電池所輸出的電流與電壓的時程變化之圖表。 [圖4]為記述了ΔVb與SOH之間的關係之關係資料之1例。 [圖5A]為說明推定SOH的實測值的程序之圖。 [圖5B]為說明推定SOH的實測值的另一程序之圖。 [圖5C]為說明推定SOH的實測值的另一程序之圖。 [圖6]為實施被動平衡控制的電池組的電路圖。 [圖7]為例示實施被動平衡控制時的各電池單元的輸出電壓的時程變化之圖表。 [圖8]為說明實施方式2中的學習工序之圖。 [圖9]為說明實施方式2中的適用工序之圖。 [圖10]為例示實施主動平衡控制時的各電池單元的輸出電壓的時程變化之圖表。 [圖11]為例示放電動作後的休止期間中的輸出電壓的每電池單元的偏差之圖表。 [圖12]為說明實施方式3中推定電池組的SOH與內部電阻的程序之圖。 [圖13]為例示有關實施方式4的電池狀態推定裝置的用途之示意圖。 [圖14]為表示有關實施方式4的電池狀態推定裝置100的構成例之圖。 [圖15]為表示電池狀態推定裝置100的另一構成例之圖。 [圖16]表示檢測部130與電池200連接的情況下的構成例。 [圖17]為說明演算部120計算SOH的程序之流程圖。 [圖18]為表示在放電後的休止期間內電池200輸出的電流與電壓的時程變化之圖表。 [圖19]為表示在充電後的休止期間內電池200輸出的電流與電壓的時程變化之圖表。 [圖20]為表示關係表141的構成與資料例之圖。 [圖21]為電池狀態推定裝置100所提示的使用者介面之例。

Claims (11)

  1. 一種推定電池的狀態之電池狀態推定裝置，具備： 檢測部，其係取得前述電池所輸出的電壓的檢測值；以及 演算部，其係推定前述電池的狀態； 其中， 前述演算部係確定從前述電池結束了充電或是放電之結束時點以後的第1起算時點開始一直到經過了第1時間之第1時點為止的第1期間； 前述演算部係確定從前述第1時點以後的第2起算時點開始一直到經過了第2時間之第2時點為止的第2期間； 前述演算部係取得從前述第2期間的開始一直到結束為止的前述電壓的差值作為第2期間差值； 前述演算部係經由參閱記述了前述第2期間差值與前述電池的劣化狀態之間的關係之資料，來取得前述劣化狀態的推定值； 前述演算部係取得經由對前述電池充電或是放電所得到的前述劣化狀態的實測值； 前述演算部係經由對前述電池的劣化的進程之各個取得前述推定值與前述實測值，來取得前述推定值與前述實測值之間的第1相關關係； 前述演算部係在取得了前述第1相關關係之後再取得前述第2期間差值，並且使用前述已取得的第2期間差值來參閱前述第1相關關係，經此，來推定前述實測值。
  2. 如請求項1的電池狀態推定裝置，其中， 前述演算部係取得前述劣化狀態作為前述實測值，前述劣化狀態是根據以下的比例而被規定出， 該比例乃是，在前述電池尚未劣化時對前述電池完全充電或是完全放電後的前述電池的容量變動、與在前述電池正在劣化時對前述電池完全充電或是完全放電後的前述電池的容量變動之間的比例。
  3. 如請求項1的電池狀態推定裝置，其中， 前述演算部係取得前述劣化狀態作為前述實測值，前述劣化狀態是根據以下的比例而被規定出， 該比例乃是，在前述電池尚未劣化時對前述電池充電或是放電使得前述電壓從比完全充電時的前述電壓還小的上限電壓一直變動到比完全放電時的前述電壓還大的下限電壓為止後的前述電池的容量變動、在前述電池正在劣化時對前述電池充電或是放電使得前述電壓從前述上限電壓一直變動到前述下限電壓為止後的前述電池的容量變動之間的比例。
  4. 如請求項1的電池狀態推定裝置，其中， 前述演算部係經由對劣化狀態相異之複數個前述電池之每一個取得記述了前述實測值之資訊，來取得各前述電池的前述實測值； 前述演算部係經由對各前述電池取得前述第2期間差值，來取得各前述電池的前述推定值； 前述演算部係使用對各前述電池已取得的前述實測值與對各前述電池已取得的前述推定值，來取得前述第1相關關係。
  5. 如請求項1的電池狀態推定裝置，其中， 前述演算部係對實施被動平衡控制時的複數個前述電池中進展為最劣化的基準電池，根據前述第1相關關係來推定前述實測值； 前述演算部係經由使用各前述電池的充電完畢時或是放電完畢時的前述電壓的偏差來補正對前述基準電池所推定出的前述實測值，來推定藉由前述複數個電池所形成之電池組的劣化狀態。
  6. 如請求項5的電池狀態推定裝置，其中， 前述演算部係經由對各前述電池取得前述推定值，來計算前述推定值的第1標準偏差； 前述演算部係經由對各前述電池取得充電完畢時或是放電完畢時的前述電壓，來計算充電完畢時或是放電完畢時的前述電壓的第2標準偏差； 前述演算部係對前述電池的劣化的進程之各個，取得前述第1標準偏差與前述第2標準偏差之間的第2相關關係； 前述演算部係在已取得了前述第2相關關係之後再取得前述第2期間差值，並且，使用前述已取得的第2期間差值來參閱前述第2相關關係，經此，來推定前述第2標準偏差； 前述演算部係經由藉由前述已推定的第2標準偏差來補正對前述基準電池推定出的前述實測值，來推定前述電池組的劣化狀態。
  7. 如請求項5的電池狀態推定裝置，其中， 前述演算部係對各前述電池，取得從前述第1期間的開始一直到結束為止的前述電壓的差值作為第1期間差值； 前述演算部係使用對各前述電池已取得的前述第1期間差值，來計算各前述電池的內部電阻的偏差作為第3標準偏差； 前述演算部係經由對各前述電池取得充電途中或是放電途中的前述電壓，來計算充電途中或是放電途中中的前述電壓的第4標準偏差； 前述演算部係對前述電池的劣化的進程之各個，取得前述第3標準偏差與前述第4標準偏差之間的第3相關關係； 前述演算部係在已取得了前述第3相關關係之後再取得前述第3標準偏差，並且，使用前述已取得的第3標準偏差來參閱前述第3相關關係，經此，來推定前述第4標準偏差； 前述演算部係經由藉由前述已推定的第4標準偏差來補正對前述基準電池推定出的前述實測值，來推定前述電池組的劣化狀態。
  8. 如請求項1的電池狀態推定裝置，其中， 前述演算部係經由對實施主動平衡控制時的複數個前述電池之每一個取得劣化狀態並且在從已取得的劣化狀態去除掉了離群值之情況下計算平均值，來推定藉由前述複數個電池所形成的電池組的劣化狀態。
  9. 如請求項1的電池狀態推定裝置，其中， 前述演算部係對實施主動平衡控制時的複數個前述電池之每一個，取得從前述第1期間的開始一直到結束為止的前述電壓的差值作為第1期間差值； 前述演算部係使用對各前述電池已取得的前述第1期間差值，來取得各前述電池的內部電阻； 前述演算部係經由在從前述已取得的內部電阻去除掉了離群值之情況下計算平均值，來推定藉由前述複數個電池所形成的電池組的內部電阻。
  10. 如請求項1的電池狀態推定裝置，其中， 前述電池狀態推定裝置更具備：提示前述已推定的實測值之使用者介面。
  11. 一種電力系統，具有： 如請求項1的電池狀態推定裝置；以及 前述電池。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2023073549A (ja) * 2021-11-16 2023-05-26 株式会社日立製作所 電池管理装置、電池管理方法、電池管理プログラム
JP2024035923A (ja) * 2022-09-05 2024-03-15 株式会社日立製作所 電池管理装置、電池管理方法、電池管理プログラム
CN116298931B (zh) * 2023-05-12 2023-09-01 四川新能源汽车创新中心有限公司 一种基于云端数据的锂离子电池容量估计方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5419831B2 (ja) * 2010-09-06 2014-02-19 カルソニックカンセイ株式会社 バッテリの劣化度推定装置
JP6036404B2 (ja) * 2013-02-27 2016-11-30 日立化成株式会社 蓄電池制御システム及びその蓄電池劣化度予測方法
JP2015068784A (ja) * 2013-09-30 2015-04-13 古河電気工業株式会社 組電池の状態診断装置
JP6564647B2 (ja) 2015-01-30 2019-08-21 大和製罐株式会社 電池の劣化状態推定装置及び、その劣化状態推定方法
JP6742937B2 (ja) * 2017-03-16 2020-08-19 プライムアースＥｖエナジー株式会社 二次電池の状態判定方法及び二次電池の状態判定装置
JP7106362B2 (ja) * 2018-06-15 2022-07-26 大和製罐株式会社 蓄電池の充放電曲線推定装置および充放電曲線推定方法
JP7224227B2 (ja) * 2019-04-05 2023-02-17 本田技研工業株式会社 二次電池の金属リチウム析出検知装置および方法
JP7280161B2 (ja) * 2019-10-02 2023-05-23 株式会社日立製作所 電池状態推定装置
KR20230012022A (ko) * 2020-07-29 2023-01-25 주식회사 히타치하이테크 전지 관리 장치, 전지 관리 방법

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