蓄电装置状态估计方法_2

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碳(C)。作为正极活性物质A51,还可以使用镍酸锂(LiNi02)、锰酸锂(LiMn204)、橄榄石型磷酸铁锂(LiFeP04)等。在负极活性物质C51的碳(C)中例如使用层状形成的石墨的结晶,在层与层之间锂以离子的状态积蓄这一点是特征。作为负极活性物质C51,还可以使用钛酸锂(Li4Ti5012)、一氧化娃(S1)、Sn合金、Si合金等。
[0050]交流信号源部102是产生用于测定蓄电装置101的内部阻抗的交流信号的电路,在图1的示例中,设置在从蓄电装置101流向负载RL的电流的路径。交流信号源部102例如产生具有与来自内部阻抗算出部105的控制信号相应的振幅和频率的交流信号,提供给蓄电装置101。将交流信号源部102所产生交流信号的频率设定成蓄电装置101的内部阻抗或其实部不按照温度而变化的(温度系数成为零)频率。关于该频率,之后详细进行说明。
[0051 ] 电流检测部103是检测从蓄电装置101流动的电流的电路,设置在从蓄电装置101流向负载RL的电流的路径。电流检测部103例如包含磁阻元件等的电流传感器、和对该电流传感器的输出信号进行处理的信号处理电路。
[0052]电压检测部104是检测在蓄电装置101的正极端子与负极端子之间产生的电压的电路,包含电压放大电路等。
[0053]电流检测部103以及电压检测部104例如包含数字一模拟变换电路,对应于来自内部阻抗算出部105的控制信号来执行检测信号的数字一模拟变换,将变换成数字值的检测信号的数据输出给内部阻抗算出部105。
[0054]内部阻抗算出部105基于从电流检测部103以及电压检测部104取得的蓄电装置101的电流以及电压的检测结果来算出蓄电装置101的内部阻抗。
[0055]内部阻抗算出部105例如包含按照程序的命令代码执行处理的计算机而构成。计算机例如具备微处理器、工作用内存、存储装置(硬盘或SSD等),基于程序来执行电流检测部103以及电压检测部104的控制、电流、电压的检测结果的数据处理。
[0056]内部阻抗算出部105具体地,控制交流信号源部102,使其产生蓄电装置101的内部阻抗或其实部不按照温度而变化的给定的频率fe的交流信号,从电流检测部103以及电压检测部104取得被提供该交流信号的蓄电装置101的电压以及电流的检测结果。内部阻抗算出部105对电压以及电流的检测结果中的频率fe的分量的振幅和相位进行解析,以该解析结果为基础,来算出将蓄电装置101的内部阻抗表征为相量的复数Z和其大小(范数)I z I。
[0057]另外,在本说明书中,有把将内部阻抗表征为相量的复数Z的范数|Z|仅标记为「内部阻抗」或「内部阻抗|z|」的情况。另外,有把将内部阻抗表征为相量的复数z的实部R标记为「内部阻抗的实部」或「实部R」的情况。
[0058]状态估计部106基于在内部阻抗算出部105算出的蓄电装置101的内部阻抗|Z或实部R来估计蓄电装置101的S0C和S0H。
[0059]状态估计部106例如包含按照程序的命令代码来执行处理的计算机而构成。计算机例如具备微处理器、工作用内存、存储装置(硬盘或SSD等),通过基于程序对从内部阻抗算出部105取得的内部阻抗|Z|或实部R的数据进行处理,来进行SOC和SOH的估计。另夕卜,内部阻抗算出部105和状态估计部106也可以使用同一计算机来构成。
[0060]在状态估计部106估计出的SOC (state of charge)是表征蓄电装置101的剩余容量的指标,例如作为相对于满充电时的蓄电量的估计时间点的蓄电量的比例(%)而算出。另外,在状态估计部106估计出的S0H(state of health)是表征蓄电装置101的劣化的程度的指标,例如,作为相对于将未使用(新品)的蓄电装置101满充电了时的蓄电量的估计时间点的满充电状态下的蓄电量的比例)而算出。
[0061]状态估计部106例如参考事前准备的数据表来进行S0C的估计。S卩,状态估计部106预先在存储装置中存储在各种条件下进行测定或模拟而作成的内部阻抗|Z|和S0C的数据表、或者实部R和S0C的数据表。若在内部阻抗算出部105算出了内部阻抗|Z|或实部R,则状态估计部106基于存储于存储装置的数据表来估计与内部阻抗I Z I或实部R的算出结果对应的S0C。
[0062]另外,状态估计部106也可以在存储装置中存储与劣化状态(S0H)相应的多个数据表。这种情况下,状态估计部106基于后述的S0H的估计结果从多个数据表中选择合适的数据表,基于所选择的数据表来进行S0C的估计。
[0063]状态估计部106基于例如在一定的充电状态(满充电状态等)下由内部阻抗算出部105算出的内部阻抗|Z|或实部R来进行S0H的估计。具体地,状态估计部106在存储装置中预先存储通过实际测定或模拟而事前作成的满充电状态的内部阻抗|Z|和S0H的数据表、或者满充电状态的实部R和S0H的数据表。若在内部阻抗算出部105算出了满充电状态的内部阻抗I Z I或实部R,则状态估计部106基于存储于存储装置的数据表来估计与满充电状态的内部阻抗|Z|或实部R的算出结果对应的SOH。
[0064]另外,状态估计部106也可以基于在基本没有劣化的条件(未使用时)下通过预先测定或模拟而得到的的一定的充电状态(满充电状态等)的内部阻抗|z|或实部R的基准值、和内部阻抗算出部105中的内部阻抗|Z|或实部R的算出值,来判定蓄电装置101是否到达给定的劣化状态。例如,状态估计部106算出预先存储于存储装置的上述的基准值与内部阻抗算出部105的算出值之比或之差,将算出的比或差和给定的阈值进行比较,基于该比较结果来判定蓄电装置101是否达到给定的劣化状态。
[0065]接下来,参考图3?图5的图表来说明本实施方式中为了测定内部阻抗|Z|而提供给蓄电装置101的交流信号的频率。图3?图5所示的图表是将对18650型的圆筒型锂离子二次电池测定的数据进行绘制的结果。
[0066]图3是表示蓄电装置101的内部阻抗|Z|的温度依赖性对应于频率而变化这一情况的图。图3的纵轴表征关于内部阻抗|Z|的与温度相应的变化的程度的系数Zt[ppm/°C](以下记作温度系数Zt),横轴表征频率[Hz]。根据图3的图表,温度系数Zt在低于频率fel (约4kHz)的频带具有负的依赖性,在频率fel附近,依赖性从负变化到正,在从频率fel (约4kHz)到频率fe2 (约500kHz)的频带具有正的依赖性,在频率fe2附近,依赖性再度从正返回到负,在高于频率fe2(约500kHz)的频带具有负的依赖性。
[0067]在蓄电装置101的内部阻抗|Z|中包含:基于离子参与电传导这一情况的分量(以下记作离子传导性分量);和基于金属等的自由电子参与电传导这一情况的分量(以下记作电子传导性分量)。一般,由于离子的迀移率有伴随温度的上升而变高(电阻变小)的倾向,因此离子传导性分量伴随温度的上升而变小。另一方面,由于金属等的自由电子伴随温度的上升变得易于受到散射,电阻变大,因此电子传导性分量伴随温度的上升而变大。
[0068]在低于频率fel (约4kHz)的频带,由于离子传导性分量相比于电子传导性分量处于支配地位,因此内部阻抗|z|的温度系数zt具有伴随温度上升而变小的负的依赖性。若交流信号的频率变高,离子变得不能追随交流信号的变化,内部阻抗|z|中的离子传导性分量的贡献变小。并且,若交流信号的频率变得高于fel (约4kHz),则由于电子传导性分量相比于离子传导性分量成为支配地位,因此内部阻抗|Z|的温度系数Zt具有正的依赖性。
[0069]若交流信号的频率变得更高,则内部阻抗|Z|中的离子传导性分量的贡献再度变大,在交流信号的频率变得高于fe2(约500kHz)的地方,离子传导性分量相比于电子传导性分量再度成为支配地位。在高的频带中,内部阻抗|Z|的温度系数Zt返回负的依赖性。
[0070]如此,蓄电装置101的温度系数Zt通过对应于频率使内部阻抗|ζ|中的离子传导性分量与电子传导性分量的贡献的比例变化,而使依赖性从正向负或从负向正变化,但在本发明中,着眼于在该依赖性从正向负、从负向正变化的特定的频率(fel、fe2)下温度系数Zt成为零这一点。在频率fel、fe2下,由于离子传导性分量的与温度相应的变化和电子传导性分量的与温度相应的变化相抵,从而温度系数Zt成为零,因此内部阻抗|Z|的测定值成为不依赖于温度的值。因此,通过将交流信号源部102的交流信号的频率设定在这些值(fel、fe2),测定蓄电装置101的内部阻抗| Z |,能得到不依赖于温度的正确的测定结果。
[0071]图4是表示蓄电装置的内部阻抗的S0C依赖性对应于频率而变化这一点的图。图4的纵轴表征关于内部阻抗|Z|的与S0C相应的变化的程度的系数Zsoc [ppm/% ](以下记作S0C系数Zsoc),横轴表征频率[Hz]。根据图4的图表,在内部阻抗|Z|的温度系数Zt成为零的频率fel (约4kHz)以及fe2(约500kHz)的附近,S0C系数Zsoc的绝对值成为250[ppm/% ]程度。S卩,在频率fel、fe2下测定的内部阻抗|Z|对应于S0C而充分大地变化。这表示,能基于在这些频率下得到的内部阻抗|Z|的测定结果来估计S0C。
[0072]图5是表示图4所示的S0C依赖性与图3所示的温度依赖性之比的图。图5的纵轴表征S0C系数Zsoc与温度系数Zt之比的绝对值(| Zsoc/Zt |),横轴表征频率。根据图5的图表可知,在频率fel (约4kHz)以及fe2 (约500kHz)的附近,比的绝对值(| Zsoc/Zt |)尖峰状地示出高的值。这是因为,在频率fel以及fe2下温度系数Zt成为零,另一方面S0C系数Zsoc保持正或负的值。从该图表可知,在频率fel以及fe的附近,能在温度依赖性的影响小的状态下测定具有S0C依赖性的内部阻抗I Z I。
[0073]接下来,参考图6?图8的图表来说明本实施方式中为了测定实部R而提供给蓄电装置101的交流信号的频率。图6?图8所示的图表和图3?图5同样,是绘制对18650型的圆筒型锂离子二次电池测定的数据的结果。
[0074]图6是表示蓄电装置101的内部阻抗中的实部R的温度依赖性对应于频率而变化这一情况的
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