二次电池最大容量测量装置制造方法

二次电池最大容量测量装置制造方法
【专利摘要】本发明的二次电池最大容量测量装置包括：电流依存性处理部，根据从二次电池提取恒定电流期间内的电压的相对值变化量，把所述二次电池的端子间电压和开路电压转换成不依赖于负荷电流的值；误差运算部，计算由所述电流依存性处理部转换的所述二次电池的端子间电压和开路电压的误差。
【专利说明】二次电池最大容量测量装置
[0001]相关申请的交叉参考
[0002]本申请基于2012年12月17日向日本特许厅提交的日本专利申请2012-274207号，因此将所述日本专利申请的全部内容以引用的方式并入本文。
【技术领域】
[0003]本发明涉及二次电池最大容量测量装置。详细地说，本发明涉及即使二次电池正在被使用时也能测量其最大容量的装置。
【背景技术】
[0004]能反复进行充电的二次电池作为驱动混合动力汽车或电动汽车等的行驶电动机的电源使用。此外，二次电池可以对不依赖于矿物燃料的、例如太阳能发电能量或风力发电能量这样的环境负荷比较小的能量进行积蓄。因此，二次电池正在广泛用于产业界、公共机构或一般家庭等。
[0005]一般，这些二次电池通过把规定数量的电池单元串联，构成得到所希望的输出电压的电池模块。此外，二次电池通过把规定数量的得到所希望的输出电压的电池模块并联，构成得到所希望的电流容量(Ah)的电池组。
[0006]例如，作为行驶电动机的驱动电源装在汽车上的二次电池，从充电时间和续航距离等方便性考虑，目前以锂离子电池为主。
[0007]可是表示二次电池性能的指标之一是电池的最大容量。所述最大容量可以定义为在电池的开路电压从最大电压降低到可以使用的最小电压期间输出的电量(Ah)。
[0008]图16表示测量正在使用中的二次电池的最大容量的、现有的二次电池最大容量测量装置的一个例子的框图。在图16中，电流传感器I测量使用中的二次电池(以下称为DUT)中流过的电流。电压传感器2测量使用中的二次电池DUT端子之间的电压。
[0009]Δ Q运算部3乘以用电流传感器I测量的电流值，由此求出在某个期间在DUT流过的电量AQ。
[0010]OCV运算部4从用电压传感器2测量的电压值和用电流传感器I测量的电流值，求出在某个期间DUT开路电压OCV (开路电池电压)。
[0011]Λ SOC运算部5从在OCV运算部4中求出的开路电压0CV，求出在某个期间的充电状态SOC (荷电状态)的变动AS0C。其中，可以利用已知的充电状态SOC和开路电压OCV的关系求出充电状态S0C。
[0012]电池容量测量部(最大容量测量部)6用下式求出DUT的最大容量Q’ max。
[0013]Q，max [Ah] = AQ [Ah] X 100 [%] / Δ SOC [%]
[0014]显示部7例如在液晶显示器上显示用电池容量测量部6测量的最大容量Q’ max ο
[0015]在日本专利公开公报特开2009 - 71986号记载有不用进行复杂的运算就可以判断车载电池老化程度的技术。
【发明内容】

[0016]二次电池最大容量测量装置包括:电流依存性处理部，根据从二次电池提取恒定电流期间内的电压相对值变化量，把所述二次电池的端子间电压和开路电压转换成不依存于负荷电流的值；以及误差运算部，计算由所述电流依存性处理部转换的所述二次电池的端子间电压和开路电压的误差。
[0017]本发明的另一种二次电池最大容量测量装置包括:开路电压波形运算部，被输入二次电池的多个成组的假定最大容量和假定电量，根据各组和所述二次电池的电流波形，计算与各组相关的开路电压波形；开路电压波形提取部，根据所述开路电压波形和所述电流波形，提取开路电压派生曲线；端子间电压波形提取部，根据所述电流波形和所述二次电池的端子间电压波形，提取端子间电压派生曲线；误差运算部，求出所述开路电压派生曲线和端子间电压派生曲线的一致度作为评价值；以及最适值运算部，输出所述评价值最小的一组假定最大容量和假定电量中的假定最大容量，作为所述二次电池的最大容量测量值。
【专利附图】

【附图说明】
[0018]图1是表示本发明一个实施方式的最大容量测量装置的框图。
[0019]图2是说明图1所示的最大容量测量装置的动作流程的流程图。
[0020]图3A?3C是在图1的RAM中逐步装入的存储数据的说明图。
[0021]图4是表示图1的电流依存性处理部具体例子的框图。
[0022]图5A和5B是表示图4的OCV波形运算部中数据列具体例子的说明图。
[0023]图6是表示图1的可否测量判断部的具体例子的框图。
[0024]图7是表示图1的电流依存性处理部其他具体例子的框图。
[0025]图8是在充电状态SOC为0%?100%下对某市场上销售的二次电池的开路电压OCV和开路电压OCV相对于充电状态SOC的斜率进行了测量的特性图。
[0026]图9是表示二次电池中端子之间电压V和开路电压OCV关系的一个例子的特性图。
[0027]图10是举例表示二次电池在使用中电压变化的特性图。
[0028]图11是举例表示二次电池的参数和充电状态SOC关系的特性图。
[0029]图12是举例表示二次电池参数和开路电压OCV关系的特性图。
[0030]图13是表示本发明其他实施方式的框图。
[0031]图14是说明图13所示的最大容量测量装置的动作流程的流程图。
[0032]图15是表示图13的电流温度依存性处理部的具体例子的框图。
[0033]图16是表示现有的二次电池最大容量测量装置的一个例子的框图。
[0034]在下面的详细说明中，出于说明的目的，为了提供对所公开的实施方式的彻底的理解，提出了许多具体的细节。然而，显然可以在没有这些具体细节的前提下实施一个或更多的实施方式。在其它的情况下，为了简化制图，示意性地示出了公知的结构和装置。
[0035]为了求出DUT的开路电压，可以求出输出电流为OA的时间存在一定的时间。作为车载电池的DUT不时就会因停车而变成离线。可是在DUT是例如用作住宅电源的固定位置用的电池的情况下，由于空调等有可能始终需要负荷，DUT的输出电流未必就是0A。
[0036]本发明的二次电池最大容量测量装置，一个目的是要实现即使在输出电流不为OA的二次电池使用环境下，也可以测量该二次电池的最大容量。
[0037]本发明一种方式的二次电池最大容量测量装置(本装置)包括:电流依存性处理部，根据在从二次电池获得恒定电流的期间内电压的相对值变化量，把所述二次电池的端子之间电压和开路电压转换成不依赖于负荷电流的值；误差运算部，计算用所述电流依存性处理部转换的所述二次电池的端子之间电压和开路电压的误差。
[0038]在本装置中，所述电流依存性处理部也可以测量在从所述二次电池获得恒定电流期间内起点电压和终点电压的差，由此计算出所述电压相对值变化量。
[0039]在本装置中，所述电流依存性处理部利用对从所述二次电池获得恒定电流期间内的电压微分，也可以计算出所述电压相对值变化量。
[0040]在本装置中，所述电流依存性处理部也可以取得包括温度的环境要素的测量数据，来进行处理。
[0041]在本装置中，也可以包含可否测量判断部，根据充电状态下的预测值波形中的充电状态分布、和成对的充电状态一开路电压特性的特征点分布，判断可否测量所述二次电池的最大容量。
[0042]按照本装置，即使二次电池在使用环境下，也可以测量该二次电池的最大容量。【具体实施方式】
[0043]下面用附图对本发明的实施方式进行详细说明。图1是表示本实施方式的最大容量测量装置10的框图。在图1中，处理器11控制整个最大容量测量装置10的动作。在处理器11上连接有R0M12、RAM13、显示部(显示装置)14、电流传感器15、电压传感器16、电流依存性处理部17和可否测量判断部18等。
[0044]ROMl2非易失性地存储执行程序或DUT的特性数据等。R0M12是可以从处理器11访问的。此外，作为非易失性的存储装置例如包括磁盘存储装置或闪存装置那样的可以改写的非易失性存储器。
[0045]RAMl3是易失性的数据存储装置。RAMl3是可以从处理器11访问的。在RAMl3中，把用电流传感器15取得的电流值的测量数据或用电压传感器16取得的电压值的测量数据等作为履历测量数据进行存储(装入)。与此同时，在RAM13中，把用电流依存性处理部17测量的最大容量测量值或SOC测量值等也作为最大容量和SOC上次测量值进行存储。作为RAM13可以包括高速随机存取存储器。此外，作为RAM13例如也可以包括磁盘存储装置或闪存装置那样的可改写非易失性存储器。
[0046]显示部14作为最大容量测量装置10和用户之间的输出接口起作用。显示部14与处理器11之间传递电信号，由此，显示DUT的最大容量测量值、SOC测量值和这些值的可否测量判断结果等。作为显示部14例如可以使用液晶显示器或有机LED。
[0047]电流传感器15具有检测在DUT中流动的电流、把检测出的电流数据数字化的功能。处理器11可以读取电流传感器15的电流值。
[0048]电压传感器16具有检测DUT的端子之间电压，把检测出的电压数据数字化的功能。处理器11可以读取电压传感器16的电压值。
[0049]电流依存性处理部17根据存储在RAM13中的电流值和电压值的履历测量数据，求出DUT的最大容量测量值和SOC测量值等。具体说，电流依存性处理部17根据从处理器11输出的开始处理指令，执行用于求出最大容量测量值和SOC测量值等的规定运算处理。这些运算处理完成后，电流依存性处理部17输出测量结束信号。这些运算结果通过处理器11逐步存储到RAM13中。存储到RAM13中的运算结果被适当读出。
[0050]可否测量判断部18根据存储在RAM13中的电流值和电压值的履历测量数据，判断可否测量最大容量。具体说，可否测量判断部18根据从处理器11输出的开始处理指令，执行用于判断可否测量最大容量的规定运算处理。其运算处理结束后，可否测量判断部18输出判断结束信号。所述判断结果通过处理器11逐步存储(装入)RAM13中。存储到RAM13中的判断结果被酌情读出。
[0051]图2是说明最大容量测量装置10动作流程的流程图。在图1中，首先处理器11获得电流值和电压值(步骤SI)。即处理器11通过电流传感器15获得电流值Imon，并且通过电压传感器16获得电压值Vmon。此外，处理器11在通过设在处理器11内部或外部的时钟功能部，与这些测量值同时也获得时刻数据tmon。
[0052]处理器11按时刻数据tmon的履历顺序,把获得的电流值Imon和电压值Vmon逐步存储到RAMl3中(步骤S2)。
[0053]图3A?3C是这些逐步存储到RAM13中的存储数据的说明图。存储数据是包括测量时刻数据t1、电流值Ii和电压值(端子之间的电压值)Vi的数据列(i = I?N)。图3A表示电流值和电压值的履历，图3Β表示电流值的履历，图3C表示电压值的履历。其中，电流值Ii和电压值Vi的履历是作为环形缓冲区进行记录。在数据长超过缓冲区的长度时，把最老的数据删除。
[0054]在图2中，把电流值Ii和电压值Vi的履历数据和表示最后测量的最大容量或充电状态的SOC测量值等各种数据逐步存储在RAM13中。处理器11根据这些数据，通过可否测量判断部18判断是否可以测量DUT的最大容量(步骤S3)。处理器11把所述可否测量的判断也逐步存储在RAM13中。
[0055]在可否测量判断部18判断可以测量最大容量的情况下，处理器11通过电流依存性处理部17测量DUT的最大容量和充电状态SOC (步骤S4)。处理器11把存储在RAM13中的电流值和电压值的履历数据转送到电流依存性处理部17，并且向电流依存性处理部17输出开始测量指令。
[0056]根据开始测量指令，测量DUT的最大容量和充电状态SOC的处理结束后，电流依存性处理部17向处理器11输出测量结束信号。处理器11确认测量结束信号后，从电流依存性处理部17获得最大容量测量值和SOC测量值。然后，处理器11把最大容量测量值和SOC测量值逐步存储到RAM13中。
[0057]在可否测量判断部18判断不能测量最大容量的情况下，处理器11返回到步骤SI，继续获得电流值和电压值。
[0058]处理器11通过控制显示部14，显示存储在RAM13中的DUT的最大容量值和SOC值，以及显示判断可否测量的结果(步骤S5)。
[0059]处理器11反复执行这一系列动作，直到判断处理结束为止(步骤S6)。
[0060]图4是表示电流依存性处理部17的具体例子的框图。在图4中，电流依存性处理部17包括最大容量和SOC最适值运算部17a、0CV波形运算部(开路电压波形运算部)17b、OCV波形提取部(开路电压波形提取部)17c、电压波形提取部(端子之间电压波形提取部)17d和误差运算部17e。
[0061]最大容量和SOC最适值运算部(最适值运算部)17a根据从处理器11输出的开始测量指令信号SI，开始测量动作。最大容量和SOC最适值运算部17a决定最大容量测量值Ml和SOC测量值M2。最大容量测量值Ml表示连接在装置上的DUT当前最大容量的测量值。SOC测量值M2表示当前存储的电流值和电压值的履历X在最新时刻tN的SOC测量值。
[0062]在决定最大容量测量值Ml和SOC测量值M2时，最大容量和SOC最适值运算部17a反复进行以下程序。反复进行所述程序，直到求出从误差运算部17e输出的评价值最小的一组假定最大容量M3和假定电量M4。
[0063]I)最大容量和SOC最适值运算部17a决定假定最大容量M3和假定电量M4。
[0064]2)最大容量和SOC最适值运算部17a把一组假定最大容量M3和假定电量M4输出至IJ OCV波形运算部17b。
[0065]3)0CV波形运算部17b根据这一组假定最大容量M3和假定电量M4、和从处理器11输入的二次电池的电流波形W1，计算OCV波形W2。然后，OCV波形运算部17b把OCV波形W2的运算结果输出到OCV波形提取部17c。
[0066]4) OCV波形提取部17c根据从OCV波形运算部17b输入的OCV波形W2和从处理器11输入的二次电池的电流波形W1，提取(制作)0CV派生曲线(开路电压派生曲线)CV1。然后，OCV波形提取部17c把提取的OCV派生曲线CVl向误差运算部17e输出。
[0067]5)电压波形提取部(端子之间电压波形提取部)17d根据从处理器11输入的二次电池的电流波形Wl和端子之间电压的波形W3，提取(制作)电压派生曲线(端子之间电压派生曲线)CV2。电压波形提取部17d把提取的电压派生曲线CV2向误差运算部17e输出。
[0068]6)误差运算部17e根据从OCV波形提取部17c输入的OCV派生曲线CVl和从电压波形提取部17d输入的电压派生曲线CV2，计算误差的评价值M5。误差运算部17e把评价值M5的运算结果输入到最大容量和SOC最适值运算部17a。
[0069]7)最大容量和SOC最佳值运算部17a把评价值M5最小的一组假定最大容量M3和假定电量M4，作为最大容量测量值Ml和SOC测量值M2，向处理器11输出。即最大容量和SOC最适值运算部17a把评价值M5最小的一组假定最大容量M3和假定电量M4中的假定最大容量M3，作为最大容量测量值Ml，向处理器11输出。其中，SOC测量值M2是把假定电量M4用假定最大容量M3去除的值。所述功能是以最大容量和电量为系数的、典型的曲线拟合，可以使用各种各样的算法。
[0070]例如作为DUT，在连接开始使用时的最大容量为2500mAh、因老化降低到2000mAh的二次电池的情况下，最大容量和SOC最适值运算部17a按以下程序可以求出最大容量测量值Ml和SOC测量值M2。
[0071]a)使假定最大容量M3以5mAh的间隔从2000mAh变化到2500mAh。使假定电量M4每次25mAh从OmAh变化到2500mAh。
[0072]b)对每一组计算评价值M5，把运算结果成组并存储。
[0073]c)在完成对所有组的计算后，进一步寻求评价值M5小的组。把评价值M5更小的组的假定最大容量M3和假定电量M4分别作为最大容量测量值Ml和SOC测量值M2。
[0074]OCV波形运算部17b求出作为随时间变化的开路电压的OCV波形W2。如图5B所示，OCV波形W2包括时刻ti和在此时刻ti中的DUT的开路电压OCV的OCVi (i = I?N)。[0075]OCV波形运算部17b事前求出对DUT在O~100%的充电状态SOC的开路电压0CV。OCV波形运算部17b参照在时刻ti的充电状态SOC下的SOCi，求出OCV特性。如图5A所示，SOC波形W4包括时刻ti和作为在此时刻的DUT的充电状态SOC的SOCi (i = I~N)」。
[0076]如下式所示，可以使用电流波形W1、假定最大容量M3和假定电量M4，累计电流值，求出SOC波形W4。
[0077]SOCi =(假定电量 M4 + Σ ((Ij — I) X (tj — (tj — 11))))/ 假定最大容量 M3
[0078]OCV波形提取部17c根据电流波形Wl从OCV波形W2提取OCV数据。OCV波形提取部17c把提取的OCV数据作为OCV派生曲线CVl，向误差运算部17e输出。
[0079]OCV波形提取部17c用值Yk (k = I~M)的列，制作OCV派生曲线CVl。
[0080]OCV波形提取部17c在判断电压Vi相对于时间的斜率实质上与同一时刻ti的开路电压OCV相对于时间的斜率一致时，提取OCVi。这些判断根据电流波形Wl进行。[0081]OCV波形提取部17c随着i = I~N的时间变化，从OCV波形W2提取时刻ti和在此时刻ti的作为DUT的开路电压OCV的OCVi。在判断电流变化了一定程度以上后，OCV波形提取部17c仅在瞬态响应时间期间停止提取。瞬态响应时间以与变化的电流成比例的方式决定。瞬态响应时间仅存在判断出电流发生了变化的次数。
[0082]此外，OCV波形提取部17c通过从整个期间的开路电压OCV减去连续提取开路电压OCV的各期间起点的开路电压0CV，决定(生成)相对电压(第I相对电压)Yk。
[0083]Yk = OCVi — OCVO (※七让=ti 时)
[0084]OCVO:连续提取开路电压OCV的各期间起点的开路电压OCV
[0085]电压波形提取部17d根据电流波形Wl从电压波形W3提取电压数据。电压波形提取部17d把提取的电压数据作为电压派生曲线CV2，向误差运算部17e输出。
[0086]电压波形提取部17d用值Zk(k = I~Μ)制成电压派生曲线。
[0087]电压波形提取部17d在判断电压Vi相对于时间的斜率与时刻ti的开路电压OCV相对于时间的斜率实质上一致时，提取电压Vi。它们的判断根据电流波形Wl进行。
[0088]电压波形提取部17d随着i = I~N的时间变化，从电压波形W3提取时刻ti和在该时刻的电压Vi。在判断电流变化在一定程度以上后，电压波形提取部17d仅在瞬态响应时间期间停止提取。瞬态响应时间以与变化过的电流ΛI成比例的方式决定。瞬态响应时间仅存在判断出电流变化了的次数。
[0089]此外，电压波形提取部17d通过从整个期间的端子之间电压减去连续提取端子之间电压的各期间起点的端子之间电压，决定(生成)相对电压(第2相对电压)Zk。
[0090]Zk = Vi — VO (^tk = ti 时)
[0091]VO:连续提取电压的各期间的起点电压
[0092]误差运算部17e把OCV派生曲线CVl和电压派生曲线CV2的一致程度作为评价值M5求出。评价值M5越小，OCV派生曲线CVl和电压派生曲线CV2的一致度越高。求出这样的评价值M5的简单例子是在k = I~M时求出相对电压Yk和Zk (或AZk)之差的平方，取所有的和。
[0093]8)最大容量和SOC最佳值运算部17a完成一系列的测量处理后，把测量结束信号S2向处理器11输出。
[0094]图6是表示可否测量判断部18的具体例子的框图。在图6中，可否测量判断部18包括SOC波形运算部18a和SOC判断部18b。
[0095]SOC波形运算部18a随着从处理器11输出的判断开始指令信号S3开始动作。最大容量和充电状态SOC都以与前次测量相比变化微小为前题，SOC波形运算部18a预测ti (i=I~N)中的充电状态SOC。SOC波形运算部18a把预测结果作为SOC预测值波形W5输出。
[0096]SOC预测值波形W5包括时刻ti和在该时刻ti的DUT的充电状态SOC的预测值SOC ; i (i = I~N)。把存储在RAM13中的最后测量的最大容量，作为前次电池容量值Μ6输入到SOC波形运算部18a中。此外，把存储在RAM13中的最后测量的充电状态S0C，作为前次SOC值M7输入到SOC波形运算部18a中。此外，把存储在RAM13中的电流波形Wl也输入到SOC波形运算部18a中。
[0097]预测值SOC丨i按下式计算。
[0098]SOC ; i =前次 SOC 值 M7
[0099]— (Σ ((Ij -DX (tj — (tj — I))) (j = I ~N))/ 前次电池容量值 M6
[0100]+ (Σ ((Ij -DX (tj — (tj — I))) (j = I ~i))/前次电池容量值 M6
[0101]SOC判断部18b通过比较SOC预测值波形W5中的充电状态SOC分布和成对的SOC - OCV特性的特征点分布，使最大容量测量的可否反转。例如在SOC包含在从20%到60%的范围内的情况下，如 预测值SOC ’ i中不包含20~60%的值，则SOC判断部18b判断为不能测量最大容量。
[0102]判断处理结束后，SOC判断部18b把判断结果作为可否判断的信号S4向处理器11输出，并且再把判断结束信号S5向处理器11输出。
[0103]图7是表示电流依存性处理部17其他具体例子的框图。在图7中，与图4共同的部分采用相同的符号。在图7中，电流依存性处理部17包括最大容量和SOC最适值运算部17a、0CV波形运算部17b、0CV斜率波形提取部17f、电压斜率波形提取部17g和误差运算部17e。
[0104]OCV斜率波形提取部(开路电压波形提取部)17f根据电流波形Wl从OCV波形W2提取OCV数据。OCV斜率波形提取部17f把提取的OCV数据作为OCV派生曲线CVl向误差运算部17e输出。OCV派生曲线CVl包括电压值Yk(k = I~M)的列。在判断电压Vi相对于时间的斜率与相同时刻ti的开路电压OCV相对于时间的斜率实质上一致时，OCV斜率波形提取部17f提取作为时刻ti的开路电压OCV的OCVi。然后，OCV斜率波形提取部17f把提取的OCVi加在OCV派生曲线CVl上。
[0105]上述判断根据电流波形Wl进行。OCV斜率波形提取部17f随着i = I~N的时间变化，从OCV波形W2提取时刻ti和作为时刻ti的开路电压OCV的OCVi。在判断出电流变化在一定程度以上后，OCV斜率波形提取部17f仅在瞬态响应时间期间停止提取。
[0106]瞬态响应时间以与变化过的电流Λ I成比例的方式决定。瞬态响应时间仅存在判断出电流变化了的次数。
[0107]设用时间对OCVi微分的值为Yk，Yk可以用下式表示。所述Yk相当于相对电压。
[0108]Yk = (OCVi — (OCVi — I))/(ti — (ti — I)) (^tk = ti 时)
[0109]电压斜率波形提取部(端子之间电压波形提取部)17g根据电流波形Wl从电压波形W3提取电压数据。电压斜率波形提取部17g把提取的电压数据作为电压派生曲线CV2向误差运算部17e输出。电压派生曲线CV2包含值Zk(k = I~Μ)的列。在判断电压Vi相对于时间的斜率与同一时刻ti的开路电压OCV相对于时间的斜率实质上一致时，电压斜率波形提取部17g提取作为时刻ti的电压V的Vi。然后，电压斜率波形提取部17g把提取的Vi加在电压派生曲线CV2上。
[0110]上述判断根据电流波形Wl进行。电压斜率波形提取部17g随着i = I~N的时间变化，从电压波形W3提取时刻ti和在时刻ti的电压Vi。在判断出电流变化了一定程度以上后，电压斜率波形提取部17g仅在瞬态响应时间期间停止提取。
[0111]瞬态响应时间以与变化的电流λ I成比例的方式决定。瞬态响应时间仅存在判断出电流变化了的次数。
[0112]其中，设用时间对电压Vi微分的值为Zk，Zk可以用下式表示。所述Zk也相当于相对电压。
[0113]Zk = (Vi — (Vi — I))/(ti — (ti — I)) (^tk = ti 时)
[0114]采用这样的结构可以得到以下的效果。
[0115]< A.内部电阻的负荷依存性>
[0116]一般在二次电池中，在流过不随时间变化的、实质上是恒定电流I的情况下，端子之间电压V要经过伴随经过的时间的过渡现象。此后，端子之间电压V接近V = OCV-1XRo其中，OCV是开路电压，R表示二次电池的内部电阻。
[0117]在内部电阻R与电流无关、实质上是一定的时，从电流I和端子之间电压V的关系，求出内部电阻R，将端子之间电压V与IXR相加，可以求出开路电压0CV。
`[0118]此外，如电池的充电状态SOC和开路电压OCV的关系是已知的话，从开路电压OCV可以求出充电状态S0C。如前所述，利用求出充电状态S0C，可以测量最大容量。
[0119]可是实质上大家知道内部电阻R不是一定的，与电流I有关。即端子之间电压V为V = 0CV—IXR(I)。于是难以使用上述的方法。这是因为因内部电阻R的电流依存性，难以从端子之间电压V求出开路电压OCV。
[0120]另一方面，按照上述本实施方式的方法通过利用因充电状态SOC而变化的开路电压OCV的特性，实质上不受内部电阻R与负荷依存性的影响，可以确定开路电压OCV和最大
容量的值。
[0121]此外，因充电状态SOC而变化的不仅仅是开路电压OCV的绝对值。从某种充电状态SOC变化到另外的充电状态SOC的开路电压OCV的变化量或开路电压OCV相对于充电状态SOC的斜率，也是因充电状态SOC而变化的开路电压OCV的特性。此外，开路电压OCV相对于充电状态SOC的斜率一般也与充电状态SOC —起变化。
[0122]本实施方式就是利用二次电池的这种特性的。本实施方式不是利用开路电压OCV的绝对值，而是利用从某种充电状态SOC变化到另外的充电状态SOC的开路电压OCV的变化量或开路电压OCV相对于充电状态SOC的斜率。因此，本实施方式不会受到内部电阻R的电流依存性的影响，可以准确地确定最大容量。
[0123]图8表示在充电状态SOC为0%~100%的范围内，测量了市场上销售的某种二次电池(DUT)的开路电压0CV、和开路电压OCV相对于充电状态SOC的斜率的结果的一个例子。在所述DUT的情况下，开路电压OCV的斜率在全充电状态SOC下是变化的。特别是充电状态SOC在10%~20%附近、充电状态SOC在50%~60%附近，在斜率的变化中发现特征。[0124]<B.消除内部电阻的电流负荷依存性>
[0125]图9是表示二次电池中的端子之间电压V和开路电压OCV关系的一个例子的特性图。从二次电池流过不随时间变化的、实质上是恒定电流I的时间如足够长，电池的充电状态SOC(t)变化。随着所述充电状态SOC(t)的变化，开路电压OCV(t)也变化。
[0126]此时，靠近端子之间电压V的电压V(t)可以用下式表示。
[0127]V(t) = OCV (t) — IXR(I)
[0128]其中，右边的电流1、内部电阻R(I)、IXR(I)实质上都是恒定的，可以看成是常数。即可以说电压V(t)是用IXR(I)补偿开路电压OCV(t)的值。
[0129]这可以从把电压V(t)微分的下式的结果知道。
[0130]dV(t)/dt = dOCV ' (t)/dt — d (I X R(I))/dt = dOCV ' (t) /dt
[0131]即从电压V(t)难以求出开路电压OCV(t)的绝对值。可是从电压V(t)可以求出补偿开路电压OCV(t)的值和用时间对开路电压OCV⑴微分的值。
[0132]而这些值包含了因充电状态SOC而变化的开路电压OCV的特性。这是因为充电状态soc(t)也因时间而变化。
[0133]假如电流I实质上不是恒定，即使随着微小的时间变化或内部电阻R具有时间依存性，则如果下式成立，其误差也可以允许。
[0134]dOCV (t) /dt?d (I X R (I)) /dt
[0135]即按照本实施方式，通过从电压V(t)求出补偿开路电压OCV(t)的值和用时间对开路电压OCV (t)微分的值，可以不依赖于负荷地、求出开路电压OCV的特性。
[0136]< C.实际运用波形>
[0137]图10是举例表示二次电池在使用中的电压变化的特性图。二次电池在使用中，反复产生在二次电池中流动的电流实质上是恒定的期间。或者，会产生因看成在二次电池中流动的电流不随着时间变化、实质上恒定的、电流变化小的期间。在这些电流实质上是恒定的各个期间，上述电压v(t)和开路电压ocv(t)的关系成立。
[0138]所以如上述说明的那样，在本实施方式中，边监视使用中的电池端子之间电压V(t)，边把开路电压OCV(t)作为随时间变化的波形逐步记录存储。由此可以在充电状态SOC(t)的测量中使用开路电压OCV(t)。
[0139]< D.曲线拟合>
[0140]图11是举例表示二次电池的参数和充电状态SOC关系的特性图。图12是举例表示二次电池的参数和开路电压OCV关系的特性图。二次电池中的电压V (t)、开路电压ocv(t)都是矢量。因此难以从电压V(t)和开路电压OCV(t)直接求出充电状态S0C。
[0141]所以在本实施方式中，使用曲线拟合的方法得到探索充电状态SOC的方法。决定充电状态soc(t)的是如下两个参数。
[0142]a)最大容量
[0143]b)t = O的电量(可以放电的最大电量)
[0144]如上所述，在本实施方式中，利用假设决定这两个参数，就可以计算充电状态soc(t)。而与参数真值的偏差作为充电状态soc(t)的偏差被反映出。此外，充电状态SOC(t)的偏差作为开路电压OCV(t)的偏差被反映出。
[0145]此时，关于电压V(t)和开路电压OCV(t)，在去除电阻的负荷依存性后取误差的平方和。由此可以使开路电压OCV(t)的真值和计算值的偏差成为标量值。这是所述参数越靠近真值越小的反馈，是驱动曲线拟合算法的评价值。
[0146]一般二次电池的内部电阻R不仅依存于电流，也依存于电池的温度。例如即使电流不随时间而变化、实质上是恒定的，如温度变化则内部电阻R也变化。因此下式的关系不能成立。
[0147]dV (t) /dt = dOCV (t) / dt
[0148]在这种情况下，通过改进图1的最大容量测量装置10，使在电流实质上恒定的时间内不是求出相对电压Zk，而是在实质上一定的时间内求出Zk、电流和温度，可以解决问题。
[0149]其中，所述方法对于温度以外的环境要素也同样适用。二次电池的内部电阻R如受到温度以外的环境要素的影响，把温度传感器置换成测量该环境要素的传感器就可以。
[0150]图13是表示本发明其他实施方式的最大容量测量装置10的框图。在图13中，与图1共同的部分采用相同的符号。图13的最大容量测量装置10具有电流温度依存性处理部20，替代图1的最大容量测量装置10中的电流依存性处理部17。图13所示的温度传感器19检测DUT的温度，把检测出的温度数据数字化。温度传感器19测量的温度数据可以从处理器11读取。
[0151]图14是说明本实施方式的最大容量测量装置10的动作流程的流程图。如图14所示，首先，处理器11获得电流值和电压值(步骤SI)。即处理器11通过电流传感器15获得电流值Imon，并且通过电压传感器16取得电压值Vmon。此外，处理器11在获得这些测量值同时，通过设在处理器11内部或外部的时钟功能部，也获得时刻数据tmon。
[0152]处理器11按时刻数据tmon的履历顺序,把获得的电流值Imon和电压值Vmon逐步存储到RAMl3中(步骤S3)。
[0153]处理器11通过温度传感器19也获得温度值Tmon (步骤S4)。处理器11把获得的温度值Tmon按照时刻数据tmon的履历顺序逐步存储到RAM13中(步骤S4)。逐步存储到RAMl3中的温度存储数据是包括测量时刻数据ti和温度值Ti的数据列(i = I?N)。在温度的存储数据中也记录有温度值Ti的履历，作为环形缓冲区。在数据长超过缓冲区的长度时，把最老的数据删除。
[0154]例如把电流值I 1、电压值Vi和与温度值Ti的履历数据、或表示最后测量的最大容量或充电状态的SOC测量值那样的各种数据，逐步存储到RAM13中。处理器11根据这些数据，通过可否测量判断部18，判断可否测量DUT的最大容量(步骤S5)。处理器11把所述可否测量的判断也逐步存储到RAM13中。
[0155]可否测量判断部18在判断可以测量最大容量的情况下，处理器11通过电流温度依存性处理部20测量DUT的最大容量和SOC (步骤S6)。处理器11把存储在RAMl3中的电流值、电压值、与温度值的履历数据，转送到电流温度依存性处理部20。然后，处理器11向电流温度依存性处理部20输出开始测量指令。根据开始测量指令测量DUT的最大容量和SOC的处理结束后，电流温度依存性处理部20向处理器11输出测量结束信号。处理器11确认测量结束信号后，从电流温度依存性处理部20获得最大容量测量值和SOC测量值。然后，处理器11把获得的最大容量测量值和SOC测量值逐步存储到RAM13中。
[0156]在可否测量判断部18判断不能测量最大容量的情况下，处理器11返回到步骤SI，继续获得电流值和电压值。
[0157]处理器11通过控制显示部14，显示存储在RAM13中的DUT的最大容量值和SOC值以及测量的可否判断结果(步骤S7)。
[0158]处理器11反复执行这一系列动作，直到判断为处理结束为止(步骤S8)。
[0159]图15是表示电流温度依存性处理部20的具体例子的框图。在图15中，电流温度依存性处理部20包括最大容量和SOC最适值运算部20a、OCV波形运算部20b、OCV波形提取部20c、电压波形提取部20d和误差运算部20e。
[0160]最大容量和SOC最适值运算部20a根据从处理器11输出的开始测量指令信号SI，开始测量动作。最大容量和SOC最适值运算部20a决定最大容量测量值Ml和SOC测量值M2。最大容量测量值Ml表示连接在装置上的DUT的当前的最大容量的测量值。SOC测量值M2表示当前存储的电流值和电压值的履历X在最新时刻tN的SOC的测量值。
[0161]在决定最大容量测量值Ml和SOC测量值M2时，最大容量和SOC最适值运算部20a反复进行以下步骤。反复进行所述步骤，直到求出使从误差运算部20e输出的评价值为最小的一组假定最大容量M3和假定电量M4为止。
[0162]I)最大容量和SOC最适值运算部20a决定假定最大容量M3和假定电量M4。
[0163]2)最大容量和SOC最适值运算部20a把一组假定最大容量M3和假定电量M4输出到OCV波形运算部20b。
[0164]3) OCV波形运算部20b根据这些一组假定最大容量M3和假定电量M4、以及从处理器11输入的电流波形Wl，计算OCV波形W2。然后，OCV波形运算部20b把OCV波形W2的运算结果输出到OCV波形提取部20c。
[0165]OCV波形运算部20b求出作为随时间变化的开路电压的OCV波形W2。如所述图5B所示，OCV波形W2包括时刻t1、在该时刻ti作为DUT的开路电压OCV的OCVi (i = I~N)。
[0166]4) OCV波形提取部20c根据从OCV波形运算部20b输入的OCV波形W2和从处理器11输入的电流波形Wl和温度波形W6，提取OCV派生曲线CVl。然后，OCV波形提取部20c把提取的OCV派生曲线CVl输出到误差运算部20e。
[0167]OCV派生曲线CVl包括值Yk (k = I~M)的列。在判断电压Vi相对于时间的斜率与同一时刻ti的开路电压OCV相对于时间的斜率实质上一致时，OCV波形提取部20c提取OCVi0然后，OCV波形提取部20c把提取的OCVi加在OCV派生曲线CVl上。
[0168]上述判断根据电流波形Wl和温度波形W6进行。OCV波形提取部20c随着i = I~N的时间变化，从OCV波形W2提取温度Ti和开路电压OCVi。如判断电流变化到一定程度以上或温度变化到一定程度以上，则其后OCV波形提取部20c仅在瞬态响应时间期间停止提取。
[0169]瞬态响应时间以与变化的电流Λ I或温度AT成比例的方式决定。瞬态响应时间仅存在判断出电流和温度变化了的次数。此外，OCV波形提取部20c利用从整个期间的开路电压OCV减去连续提取开路电压OCV的各期间起点的开路电压0CV，决定相对电压Yk。
[0170]Yk = OCVi — OCVO (※七让=ti 时)
[0171]OCVO:连续提取开路电压OCV的各期间始点的开路电压OCV
[0172]5)电压波形提取部20d根据从处理器11输入的电流波形Wl、电压波形W3、和温度波形W6，提取电压派生曲线CV2。然后，电压波形提取部20d把提取的电压派生曲线CV2输出到误差运算部20e。电压派生曲线CV2包含值Zk(k = I~Μ)。
[0173]电压波形提取部20d在判断电压Vi相对于时间的斜率与同一时刻ti的开路电压OCV相对于时间的斜率实质上是一致的时，提取电压Vi。然后，电压波形提取部20d把提取的电压Vi加在电压派生曲线CV2上。
[0174]上述判断根据电压波形W3和温度波形W6进行。电压波形提取部20d随着i =I~N的时间变化，从电压波形W3提取温度Ti和电压Vi。电压波形提取部20d在判断出电流变化在一定程度以上或温度变化在一定程度以上后，仅在瞬态响应时间期间停止提取。
[0175]瞬态响应时间以与变化的电流Λ I或温度AT成比例的方式决定。瞬态响应时间仅存在判断出电流变化了的次数。此外，电压波形提取部20利用从整个期间的电压减去连续提取电压的各期间的起点电压，决定Zk。
[0176]Zk = Vi — VO (^tk = ti 时)
[0177]VO:连续提取电压的各期间的起点电压
[0178]6)误差运算部20e根据从OCV波形提取部20c输入的OCV派生曲线CVl和从电压波形提取部20d输入的电压派生曲线CV2，计算误差的评价值M5。然后，误差运算部20e把评价值M5的运算结果输入到最大容量和SOC最适值运算部20a。
[0179]7)最大容量和SOC最适值运算部20a把评价值M5最小的一组假定最大容量M3和假定电量M4，作为最大容量测量值Ml和SOC测量值M2，向处理器11输出。其中，SOC测量值M2是用假定最大容量M3去除假定电量M4的值。所述功能是把最大容量和电量作为系数的典型的曲线拟合，可以适用各种各样的算法。
[0180]8)最大容量和SOC·最适值运算部20a完成一系列测量处理后，把测量结束信号S2向处理器11输出。
[0181]如以上说明的那样，按照本发明，可以实现在输出电流不为OA的二次电池的使用环境中，也可以测量该二次电池最大容量的二次电池最大容量测量装置。
[0182]此外，OCV波形提取部17c在判断端子之间电压相对于时间的斜率与同一时刻ti的开路电压相对于时间的斜率实质上一致时，提取开路电压0CV，并且可以构成用所述开路电压OCV生成第I相对电压Yk。此外，电压波形提取部17d在判断端子之间电压相对于时间的斜率与同一时刻ti的开路电压相对于时间的斜率实质上一致时，提取端子之间电压Vi，并且可以构成使用所述端子之间电压Vi生成第2相对电压Zk。
[0183]在决定最大容量测量值Ml以及SOC测量值M2时，最大容量和SOC最适值运算部17a可以反复进行以下步骤。可以反复进行该步骤，直到求出从误差运算部17e输出的评价值最小的、一组假定最大容量M3和假定电量M4。I)最大容量和SOC最适值运算部17a决定假定最大容量M3和假定电量M4。2)最大容量和SOC最适值运算部17a把一组假定最大容量M3和假定电量M4输出到OCV波形运算部17b。3) OCV波形运算部17b根据这一组假定最大容量M3和假定电量M4、以及从处理器11输入的二次电池的电流波形W1，运算OCV波形W2。然后，OCV波形运算部17b把OCV波形W2的运算结果输出到OCV波形提取部17c。4) OCV波形提取部17c根据从OCV波形运算部17b输入的OCV波形W2和从处理器11输入的电流波形Wl，提取(制成)OCV派生曲线(开路电压派生曲线)CVl。然后，OCV波形提取部17c把提取的OCV派生曲线CVl输出到误差运算部17e。5)电压波形提取部(端子间电压波形提取部)17d根据从处理器11输入的电流波形Wl和电压波形W3，提取电压派生曲线(端子间电压派生曲线)CV2。然后，电压波形提取部17d把提取的电压派生曲线CV2输出到误差运算部17e。6)误差运算部17e根据从OCV波形提取部17c输入的OCV派生曲线CVl和从电压波形提取部17d输入的电压派生曲线CV2，计算误差的评价值M5。误差运算部17e把评价值M5的运算结果输入到最大容量和SOC最适值运算部17a。7)最大容量和SOC最适值运算部17a把评价值M5最小的一组假定最大容量M3和假定电量M4，作为最大容量测量值Ml和SOC测量值M2，向处理器11输出。
[0184]电压波形提取部17d在判断电压Vi相对于时间的斜率与同一时刻ti的开路电压OCV相对于时间的斜率实质上一致时，提取电压Vi，也可以构成把提取的电压Vi加在电压派生曲线上。此外，OCV波形提取部17c在判断电压Vi相对于时间的斜率和同一时刻ti的开路电压OCV相对于时间的斜率实质上一致时，提取OCVi，也可以构成把提取的OCVi加在OCV派生曲线CVl上。
[0185]电压波形提取部20d也可以根据从处理器11输入的电流波形Wl和电压波形W3、温度波形W6，从电压波形W3提取电压派生曲线CV2。
[0186]本发明的二次电池最大容量测量装置也可以是以下所示的第I?第5的二次电池
最大容量测量装置。
[0187]第I 二次电池最大容量测量装置是在使用中测量二次电池的最大容量的二次电池最大容量测量装置中，设置有:电流依存性处理装置，根据从所述二次电池提取的不随时间变化的恒定电流的期间内的电压的相对值变化量，把所述二次电池的端子之间电压和开路电压转换成不依存于负荷电流的值；误差运算装置，计算用所述电流依存性处理装置转换的所述二次电池的端子之间电压和开路电压的误差。
[0188]第2 二次电池最大容量测量装置是在第I 二次电池最大容量测量装置中，作为所述电压相对值变化量，测量在从所述二次电池提取不随时间变化的恒定电流的期间内的起点电压和终点电压的差分。
[0189]第3 二次电池最大容量测量装置是在第I 二次电池最大容量测量装置中，作为所述电压相对值变化量，对从所述二次电池提取不随时间变化的恒定电流的期间内的电压进行微分。
[0190]第4 二次电池最大容量测量装置是在从第I到第3中任一项的二次电池最大容量测量装置中，所述电流依存性处理装置获得包含温度的环境要素的测量数据进行处理。
[0191]第5 二次电池最大容量测量装置是从第I到第4中任一项的二次电池最大容量测量装置中，设置有可否测量判断装置，根据充电状态的预测值波形中的充电状态分布和成对的充电状态一开路电压特性的特征点分布，判断可否对所述二次电池测量最大容量。
[0192]出于示例和说明的目的已经给出了所述详细的说明。根据上面的教导，许多变形和改变都是可能的。所述的详细说明并非没有遗漏或者旨在限制在这里说明的主题。尽管已经通过文字以特有的结构特征和/或方法过程对所述主题进行了说明，但应当理解的是，权利要求书中所限定的主题不是必须限于所述的具体特征或者具体过程。更确切地说，将所述的具体特征和具体过程作为实施权利要求书的示例进行了说明。
【权利要求】
1.一种二次电池最大容量测量装置，其特征在于，包括: 电流依存性处理部，根据从二次电池提取恒定电流期间内的电压相对值变化量，把所述二次电池的端子间电压和开路电压转换成不依存于负荷电流的值；以及 误差运算部，计算由所述电流依存性处理部转换的所述二次电池的端子间电压和开路电压的误差。
2.根据权利要求1所述的二次电池最大容量测量装置，其特征在于， 所述电流依存性处理部测量在从所述二次电池提取恒定电流期间内的起点电压和终点电压的差分，由此计算所述电压相对值变化量。
3.根据权利要求1所述的二次电池最大容量测量装置，其特征在于， 所述电流依存性处理部对从所述二次电池提取恒定电流期间内的电压进行微分，由此计算所述电压相对值变化量。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的二次电池最大容量测量装置，其特征在于， 所述电流依存性处理部取得包含温度的、环境要素的测量数据进行处理。
5.根据权利要求1~3中任一项所述的二次电池最大容量测量装置，其特征在于，包括: 可否测量判断部，根据充电状态的预测值波形中的充电状态分布和成对的充电状态一开路电压特性的特征点分布，判断可否测量所述二次电池的最大容量。
6.一种二次电池最大`容量测量装置，其特征在于，包括: 开路电压波形运算部，被输入二次电池的多个成组的假定最大容量和假定电量，根据各组和所述二次电池的电流波形，计算与各组相关的开路电压波形； 开路电压波形提取部，根据所述开路电压波形和所述电流波形，提取开路电压派生曲线.端子间电压波形提取部，根据所述电流波形和所述二次电池的端子间电压波形，提取端子间电压派生曲线； 误差运算部，求出所述开路电压派生曲线和端子间电压派生曲线的一致度作为评价值；以及 最适值运算部，输出所述评价值最小的一组假定最大容量和假定电量中的假定最大容量，作为所述二次电池的最大容量测量值。
7.根据权利要求6所述的二次电池最大容量测量装置，其特征在于， 所述开路电压波形提取部从整个期间的开路电压减去连续提取开路电压的各期间起点的开路电压，由此决定第I相对电压并将其包含在所述开路电压派生曲线中， 所述端子间电压波形提取部从整个期间的端子间电压减去连续提取端子间电压的各期间起点的端子间电压，由此决定第2相对电压并将其包含在所述端子间电压派生曲线中， 所述误差运算部根据所述第I相对电压和第2相对电压，计算所述评价值。
8.根据权利要求7所述的二次电池最大容量测量装置，其特征在于， 所述误差运算部根据所述第I相对电压和所述第2相对电压之差的平方，计算所述评价值。
9.根据权利要求7所述的二次电池最大容量测量装置，其特征在于，所述开路电压波形提取部判断出端子间电压相对于时间的斜率与同时刻的开路电压相对于时间的斜率一致时，提取开路电压，并且用所述开路电压生成所述第I相对电压，所述端子间电压波形提取部判断出端子间电压相对于时间的斜率与同时刻的开路电压相对于时间的斜率一致时，提取端子间电压，并且用所述端子间电压生成所述第2相对电压。`
【文档编号】G01R31/36GK103869251SQ201310629659
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2013年11月29日 优先权日:2012年12月17日
【发明者】浜野哲志, 田中竜太, 中込胜, 吉武哲 申请人:横河电机株式会社