JP2019032274A - Battery state estimation device and power supply device - Google Patents
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Abstract
【課題】リチウムイオン二次電池の充電状態を高い精度で推定することができる電池状態推定装置を提供すること。【解決手段】電池状態推定装置1では、形状変化情報抽出部32により、リチウムイオン二次電池60の正極情報とリチウムイオン二次電池60の特定情報とに基づいて、形状変化情報記憶部31から正極OCV曲線の形状変化情報を抽出し、正極OCV曲線特定部33により、正極OCV曲線の形状変化情報に基づいて正極OCV曲線を特定する。そして、電池OCV曲線算出部50により、特定された正極OCV曲線と負極OCV曲線とから、リチウムイオン二次電池60における充電状態と開放電圧との関係を示す電池OCV曲線を算出し、充電状態推定部51により、リチウムイオン二次電池60の開放電圧と算出された電池OCV曲線とからリチウムイオン二次電池60における充電状態を推定する。【選択図】図1A battery state estimation device capable of estimating the state of charge of a lithium ion secondary battery with high accuracy. In a battery state estimation device 1, a shape change information extraction unit 32 extracts a shape change information from a shape change information storage unit 31 based on positive electrode information of a lithium ion secondary battery 60 and specific information of the lithium ion secondary battery 60. The shape change information of the positive electrode OCV curve is extracted, and the positive electrode OCV curve specifying unit 33 specifies the positive electrode OCV curve based on the shape change information of the positive electrode OCV curve. Then, the battery OCV curve calculation unit 50 calculates a battery OCV curve indicating the relationship between the charged state and the open circuit voltage in the lithium ion secondary battery 60 from the identified positive electrode OCV curve and negative electrode OCV curve, and estimates the charged state. The charging state in the lithium ion secondary battery 60 is estimated by the unit 51 from the open circuit voltage of the lithium ion secondary battery 60 and the calculated battery OCV curve. [Selection] Figure 1
Description
本発明は、電池状態推定装置及び電源装置に関する。 The present invention relates to a battery state estimation device and a power supply device.
二次電池では、充放電可能な電池容量は、正極及び負極における電極容量に依存する。そして、両電極が劣化すると正極及び負極における電極容量が低下し、充放電可能な電池容量が低下することとなる。このような二次電池の劣化による充電状態の推定装置として、特許文献1には、電極ごとに電極容量と開放電圧との関係を示すOCV曲線を予め取得しておくとともに、各電極が劣化した場合には、電極ごとにOCV曲線が全体の形状を保ちつつ縮小するように変化するものとして、すなわち相似的に変化するものとして、かかる電極の劣化を反映することにより、二次電池の充電状態の推定を行う構成が開示されている。
In the secondary battery, the chargeable / dischargeable battery capacity depends on the electrode capacity of the positive electrode and the negative electrode. And when both electrodes deteriorate, the electrode capacity in a positive electrode and a negative electrode will fall, and the battery capacity which can be charged / discharged will fall. As an apparatus for estimating the state of charge due to the deterioration of the secondary battery,
しかしながら、二次電池における劣化による電極のOCV曲線の形状変化は、必ずしも相似的に変化するものではない。従って、引用文献1に開示の構成では、OCV曲線の形状変化が相似的に変化しない場合は、二次電池の充電状態の推定精度が低下することから、推定精度の向上に改善の余地がある。
However, the shape change of the OCV curve of the electrode due to deterioration in the secondary battery does not necessarily change in a similar manner. Therefore, in the configuration disclosed in the cited
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、リチウムイオン二次電池の充電状態を高い精度で推定することができる電池状態推定装置を提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of such a background, and an object of the present invention is to provide a battery state estimation device capable of estimating the state of charge of a lithium ion secondary battery with high accuracy.
本発明の一態様は、リチウムイオン二次電池(60)の充電状態を推定するための電池状態推定装置(1)であって、
上記リチウムイオン二次電池に関する特定情報を取得する特定情報取得部(10)と、
上記リチウムイオン二次電池の開放電圧を取得する電池OCV取得部(20)と、
上記リチウムイオン二次電池の正極における活物質量及び容量密度を含む正極情報を取得する正極情報取得部(30)と、
上記リチウムイオン二次電池の負極における活物質量及び容量密度を含む負極情報を取得する負極情報取得部(40)と、
上記正極情報と上記特定情報とに対応付けられた状態で、上記正極における電極容量と電極開放電圧との関係を示す正極OCV曲線の形状変化情報が記憶された形状変化情報記憶部(31)と、
上記正極情報取得部によって取得された上記正極情報と上記特定情報取得部によって取得された上記特定情報とに基づいて、上記形状変化情報記憶部から上記正極OCV曲線の形状変化情報を抽出する形状変化情報抽出部(32)と、
上記形状変化情報抽出部によって取得された上記正極OCV曲線の形状変化情報に基づいて、上記正極OCV曲線を特定する正極OCV曲線特定部(33)と、
上記負極情報取得部によって取得された上記負極情報に基づいて、上記負極における電極容量と電極開放電圧との関係を示す負極OCV曲線を特定する負極OCV曲線特定部(41)と、
上記正極OCV曲線特定部によって特定された上記正極OCV曲線と、上記負極OCV曲線特定部によって特定された上記負極OCV曲線とから、上記リチウムイオン二次電池における充電状態と開放電圧との関係を示す電池OCV曲線を算出する電池OCV曲線算出部(50)と、
上記電池OCV取得部によって取得された上記リチウムイオン二次電池の開放電圧と、上記電池OCV曲線算出部によって算出された上記電池OCV曲線とから、上記リチウムイオン二次電池における充電状態を推定する充電状態推定部(51)と、
を有する電池状態推定装置にある。
One aspect of the present invention is a battery state estimation device (1) for estimating the state of charge of a lithium ion secondary battery (60),
A specific information acquisition unit (10) for acquiring specific information related to the lithium ion secondary battery;
A battery OCV acquisition unit (20) for acquiring an open-circuit voltage of the lithium ion secondary battery;
A positive electrode information acquisition unit (30) for acquiring positive electrode information including an active material amount and a capacity density in the positive electrode of the lithium ion secondary battery;
A negative electrode information acquisition unit (40) for acquiring negative electrode information including an active material amount and a capacity density in the negative electrode of the lithium ion secondary battery;
A shape change information storage unit (31) in which shape change information of a positive OCV curve indicating a relationship between an electrode capacity and an electrode open-circuit voltage in the positive electrode is stored in a state associated with the positive electrode information and the specific information; ,
Shape change for extracting shape change information of the positive electrode OCV curve from the shape change information storage unit based on the positive electrode information acquired by the positive electrode information acquisition unit and the specific information acquired by the specific information acquisition unit An information extraction unit (32);
A positive OCV curve specifying unit (33) for specifying the positive OCV curve based on the shape change information of the positive OCV curve acquired by the shape change information extracting unit;
Based on the negative electrode information acquired by the negative electrode information acquisition unit, a negative electrode OCV curve specifying unit (41) for specifying a negative electrode OCV curve indicating a relationship between an electrode capacity and an electrode open voltage in the negative electrode,
The relationship between the state of charge and the open-circuit voltage in the lithium ion secondary battery is shown from the positive electrode OCV curve specified by the positive electrode OCV curve specifying unit and the negative electrode OCV curve specified by the negative electrode OCV curve specifying unit. A battery OCV curve calculation unit (50) for calculating a battery OCV curve;
Charging that estimates the state of charge in the lithium ion secondary battery from the open circuit voltage of the lithium ion secondary battery acquired by the battery OCV acquisition unit and the battery OCV curve calculated by the battery OCV curve calculation unit A state estimation unit (51);
Is in a battery state estimation device.
本発明者らは、鋭意検討の末、二次電池における劣化による電極のOCV曲線の形状変化は特に正極において顕著であって、正極におけるOCV曲線の形状変化が充電状態の推定精度に強く影響することを見い出した。そして、上記電池状態推定装置においては、形状変化情報記憶部に正極OCV曲線の形状変化情報が記憶されている。さらに、形状変化情報抽出部により、正極における活物質量及び容量密度を含む正極情報とリチウムイオン二次電池に関する特定情報とに基づいて、形状変化情報記憶部から正極OCV曲線の形状変化情報を抽出し、正極OCV曲線特定部により正極OCV曲線を特定する。充電状態推定部において、正極OCV曲線と負極OCV曲線とにより算出された電池OCV曲線と、リチウムイオン二次電池の開放電圧とから充電状態を推定する。以上のように、電池OCV曲線は正極OCV曲線の形状変化情報が反映されているため、高精度に充電状態を推定することができる。 As a result of intensive studies, the inventors have noticeably changed the shape of the OCV curve of the electrode due to deterioration in the secondary battery, particularly in the positive electrode, and the shape change of the OCV curve in the positive electrode strongly affects the estimation accuracy of the state of charge. I found out. And in the said battery state estimation apparatus, the shape change information of the positive electrode OCV curve is memorize | stored in the shape change information storage part. Further, the shape change information extraction unit extracts the shape change information of the positive electrode OCV curve from the shape change information storage unit based on the positive electrode information including the active material amount and capacity density in the positive electrode and the specific information on the lithium ion secondary battery. Then, the positive electrode OCV curve is specified by the positive electrode OCV curve specifying unit. The charge state estimation unit estimates the charge state from the battery OCV curve calculated from the positive electrode OCV curve and the negative electrode OCV curve and the open voltage of the lithium ion secondary battery. As described above, since the battery OCV curve reflects the shape change information of the positive electrode OCV curve, the state of charge can be estimated with high accuracy.
以上のごとく、本発明によれば、リチウムイオン二次電池の充電状態を高い精度で推定することができる電池状態推定装置を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a battery state estimation device that can estimate the state of charge of a lithium ion secondary battery with high accuracy.
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。 In addition, the code | symbol in the parenthesis described in the means to solve a claim and a subject shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later, and limits the technical scope of this invention. It is not a thing.
(実施形態1)
上記電池状態推定装置及び電源装置の実施形態について、図1〜図3を用いて説明する。
図1に示す本実施形態の電池状態推定装置1は、リチウムイオン二次電池60の充電状態を推定するためのものである。電池状態推定装置1は、特定情報取得部10、電池OCV取得部20、正極情報取得部30、負極情報取得部40、形状変化情報記憶部31、形状変化情報抽出部32、正極OCV曲線特定部33、負極OCV曲線特定部41、電池OCV曲線算出部50、充電状態推定部51を有する。
(Embodiment 1)
Embodiments of the battery state estimation device and the power supply device will be described with reference to FIGS.
The battery
特定情報取得部10は、リチウムイオン二次電池60に関する特定情報を取得する。
電池OCV取得部20、リチウムイオン二次電池60の開放電圧を取得する。
正極情報取得部30は、リチウムイオン二次電池60の正極における活物質量及び容量密度を含む正極情報を取得する。
負極情報取得部40は、リチウムイオン二次電池60の負極における活物質量及び容量密度を含む負極情報を取得する。
形状変化情報記憶部31には、正極情報と特定情報とに対応付けられた状態で、正極における電極容量と電極開放電圧との関係を示す正極OCV曲線の形状変化情報が記憶されている。
The specific
The open voltage of the battery
The positive electrode
The negative electrode
The shape change
形状変化情報抽出部32は、正極情報取得部30によって取得された正極情報と特定情報取得部10によって取得された特定情報とに基づいて、形状変化情報記憶部31から正極OCV曲線の形状変化情報を抽出する。
正極OCV曲線特定部33は、形状変化情報抽出部32によって取得された正極OCV曲線の形状変化情報に基づいて、正極OCV曲線を特定する。
負極OCV曲線特定部41は、負極情報取得部40によって取得された負極情報に基づいて、負極における電極容量と電極開放電圧との関係を示す負極OCV曲線を特定する。
電池OCV曲線算出部50は、正極OCV曲線特定部によって特定された正極OCV曲線と、負極OCV曲線特定部41によって特定された負極OCV曲線とから、リチウムイオン二次電池60における充電状態と開放電圧との関係を示す電池OCV曲線を算出する。
充電状態推定部51は、電池OCV取得部20によって取得されたリチウムイオン二次電池60の開放電圧と、電池OCV曲線算出部50によって算出された電池OCV曲線とから、リチウムイオン二次電池60における充電状態を推定する。
Based on the positive electrode information acquired by the positive electrode
The positive electrode OCV
The negative electrode OCV
The battery OCV
The charge
以下、本実施形態の電池状態推定装置1及び電源装置100について、詳述する。
図1に示す電源装置100は、電池状態推定装置1とリチウムイオン二次電池60(以下、二次電池60ともいう)とを含む。電源装置100は、例えば、電気自動車等の電源装置として利用することができる。二次電池60は正極及び負極を備える。二次電池60における正極材料は、特に限定されないが、例えば、マンガン酸リチウムLiMn2O4、ニッケル−マンガン−コバルト酸リチウムLiNiMnCoO2とすることができる。二次電池60における負極材料は、特に限定されないが、例えば、黒鉛、チタン酸リチウムLi4Ti5O12とすることができる。
Hereinafter, the battery
A
図1に示す特定情報取得部10は、取得対象となる特定情報を検出可能な所定のセンサ、又は所定のセンサにより検出された値に基づいて特定情報を導出する演算装置からなる。特定情報取得部10が取得する特定情報は、二次電池60の使用履歴及び電池特性の少なくとも一つとすることができる。二次電池60の使用履歴としては、充電状態、電流値、電圧値及び電池温度の少なくとも一つに関する履歴情報を採用することができる。また、二次電池60の電池特性としては、電池抵抗、区間電池容量、及び出力抵抗と入力抵抗との比率の少なくとも一つとすることができる。例えば、二次電池60の特定情報として充電状態や電池特性を取得する場合は、予めこれらの特定情報と二次電池60から検出可能な所定のパラメータとの対応関係を記憶しておく。そして、特定情報を取得する際に二次電池60から検出した所定のパラメータと当該対応関係とから特定情報を算出することができる。当該対応関係は、理論モデル、数式、マップなどの形式とすることができる。なお、特定情報取得部10により取得された特定情報は、図示しない書き換え可能なメモリからなる特定情報格納部に格納される。
The specific
図1に示す電池OCV取得部20は、二次電池60の開放電圧を取得するための電圧センサからなる。電池OCV取得部20による二次電池60の開放電圧の取得は、常時行っても良いし、充電状態を推定するタイミングに応じて行っても良い。なお、電池OCV取得部20により取得された二次電池60の開放電圧は、図示しない書き換え可能なメモリからなる電池OCV格納部に格納される。
The battery
図1に示す正極情報取得部30は、取得対象となる正極情報を取得可能な装置からなる。正極情報には、二次電池60の正極の活物質量及び容量密度が含まれる。正極情報取得部30には、予めモデル二次電池から取得した、正極の活物質量及び容量密度と、二次電池60の開放電圧、電池電流及び電池温度との対応関係が記憶されている。そして、正極情報取得部30は、二次電池60の開放電圧、電池電流及び電池温度を取得して上記対応関係に基づいて、正極の活物質量及び容量密度を算出し取得する。なお、正極の活物質量とは正極におけるリチウムの受け取り能力を示す。また、容量密度とは電解液中のリチウムイオンの濃度を示す。
The positive electrode
図1に示す形状変化情報記憶部31は、書き換え不能なメモリからなり、正極OCV曲線の形状変化情報が予め記憶されている。正極OCV曲線とは、正極における容量と電極開放電圧との対応関係を示すものであって、図2に示すように、正極における容量と電極開放電圧との2次元グラフにおいて曲線で示される。そして、正極OCV曲線の形状変化情報とは、正極の劣化によって正極OCV曲線の形状がどのような形状に変化するかを示す情報である。かかる形状変化情報により、図2に示すように、劣化前の正極OCV曲線から、劣化後の正極OCV曲線の形状を算出することができる。形状変化情報は、モデル正極の加速試験により得られた多数の正極OCV曲線の形状から作成したマップとしたり、近似式で表した関数などとすることができる。
The shape change
図1に示す形状変化情報抽出部32は演算装置からなる。形状変化情報抽出部32により抽出された形状変化情報は、図示しない形状変化情報格納部に格納することができる。また、正極OCV曲線特定部33も演算装置からなる。正極OCV曲線特定部33により特定された正極OCV曲線は、図示しない正極OCV曲線格納部に格納することができる。
The shape change
図1に示す負極情報取得部40は、取得対象となる負極情報を取得可能な装置からなる。負極情報には、二次電池60の負極の活物質量及び容量密度が含まれる。負極情報取得部40は、上述の正極情報取得部30と同様の構成を有する。また、負極OCV曲線特定部41は演算装置からなる。図2に示すように、負極OCV曲線特定部41により劣化後の負極OCV曲線が特定される。負極OCV曲線特定部41により特定された負極OCV曲線は、図示しない負極OCV曲線格納部に格納することができる。
The negative electrode
図1に示す電池OCV曲線算出部50は演算装置からなり、正極OCV曲線特定部33により特定された正極OCV曲線と負極OCV曲線特定部41により特定された負極OCV曲線との差分から電池OCV曲線を算出する。電池OCV曲線算出部50により算出された電池OCV曲線は、図示しない電池OCV曲線格納部に格納することができる。
The battery OCV
図1に示す充電状態推定部51は演算装置からなり、電池OCV曲線と二次電池60のOCVとから充電状態を推定する。なお、図示しないが、電池状態推定装置1は充電状態推定部51による推定結果を表示する推定結果表示部を備えていてもよい。
The charging
次に、電池状態推定装置1の使用態様について、図4に示すフロー図を用いて説明する。まず、図3に示すように、ステップS1において、特定情報取得部10において、二次電池60の特定情報を取得する。本実施形態では、特定情報として、二次電池60の履歴情報である、SOC(State Of Charge、充電状態)履歴を取得する。
Next, the usage mode of the battery
その後、図3に示すステップS2に進み、正極情報取得部30により正極情報としての正極の活物質量及び容量密度を取得する。また、負極情報取得部40により負極情報としての負極の活物質量及び容量密度を取得する。
Then, it progresses to step S2 shown in FIG. 3, and the positive electrode
そして、図3に示すステップS3において、形状変化情報抽出部32において、正極情報取得部30において取得した正極情報と、特定情報取得部10において取得した特定情報とに基づいて、形状変化情報記憶部31から形状変化情報を抽出する。
And in step S3 shown in FIG. 3, in the shape change
その後、図3に示すステップS4において、正極OCV曲線特定部33により、形状変化情報抽出部32によって取得された正極OCV曲線の形状変化情報に基づいて、正極OCV曲線を特定する。また、負極OCV曲線特定部41により、負極情報取得部40によって取得された負極情報に基づいて、負極における電極容量と電極開放電圧との関係を示す負極OCV曲線を特定する。
Then, in step S4 shown in FIG. 3, the positive electrode OCV
そして、図3に示すステップS5において、電池OCV曲線算出部50により正極OCV曲線と負極OCV曲線とから電池OCV曲線を算出する。さらに、ステップS6において、電池OCV取得部20により、二次電池60の開放電圧を取得する。その後、ステップS7に進み、充電状態推定部51により、電池OCV取得部20によって取得された二次電池60の開放電圧と、電池OCV曲線算出部50によって算出された電池OCV曲線とから、二次電池60における充電状態を推定する。
3, the battery OCV
次に、本実施形態の電池状態推定装置1によるSOCの推定精度についての確認試験を行った。なお、二次電池60の正極材料はLMO(マンガン酸リチウム)とし、負極材料はLTO(チタン酸リチウム)とし、電解液は、1M LiPF6 EC:DEC=1:1とした。本確認試験では、二次電池60の特定情報として、SOC履歴を使用した。そして、試験例1では、初期状態及び第1の劣化状態におけるSOCを推定した。第1の劣化状態は、第1のSOC履歴としてSOCが30%、保存温度が75℃で、容量劣化率が15%になるまで保存した状態とした。試験例2では、初期状態及び第2の劣化状態におけるSOCを推定した。第2の劣化状態は、第2のSOC履歴としてSOCが90%、保存温度が75℃で、容量劣化率が15%になるまで保存した状態とした。なお、容量劣化率とは、初期状態における満充電容量に対する劣化状態における満充電容量の割合を示す。そして、図3に示すフロー図に従って、二次電池60の開放電圧が2.5VのときのSOCを推定し、推定結果を図4(a)、図4(b)に示した。図4(a)、図4(b)では、初期状態における満充電時のSOC及び各劣化状態における満充電時のSOCをそれぞれ100%として表した。
Next, the confirmation test about the estimation precision of SOC by the battery
図4(a)に示すように、試験例1において、初期状態では二次電池60の開放電圧が2.5VのときのSOCの推定値は62%であり、第1の劣化状態での推定値は50%であった。また、図4(b)に示すように、試験例2において、初期状態及び第2の劣化状態でのSOCの推定値はともに62%であった。試験例2では、初期状態と第2の劣化状態において、推定値の差はなかったが、試験例1では初期状態と第1の劣化状態とで12%もの差が生じていた。そして、従来技術のように、SOC履歴に基づいて正極OCV曲線の形状変化を考慮しなければ、第1の劣化状態における推定値は初期状態と同じとなり、12%もの誤差を含むものとなる。従って、本実施形態1の電池状態推定装置1では、SOC履歴の違いによる正極OCV曲線の形状変化を考慮することにより、従来よりもSOCの推定精度が向上されることが確認できた。
As shown in FIG. 4A, in Test Example 1, in the initial state, the estimated SOC value when the open-circuit voltage of the
次に、本実施形態の電池状態推定装置1における作用効果について、詳述する。
本実施形態の電池状態推定装置1では、形状変化情報記憶部31に正極OCV曲線の形状変化情報が記憶されている。そして、形状変化情報抽出部32により、正極における活物質量及び容量密度を含む正極情報とリチウムイオン二次電池60に関する特定情報とに基づいて、形状変化情報記憶部31から正極OCV曲線の形状変化情報を抽出し、正極OCV曲線特定部33により正極OCV曲線を特定する。そして、電池OCV曲線算出部50により、正極OCV曲線と負極OCV曲線とにより電池OCV曲線を算出する。その後、充電状態推定部51において、電池OCV曲線と、リチウムイオン二次電池60の開放電圧とから充電状態を推定する。以上のように、電池OCV曲線は正極OCV曲線の形状変化情報が反映されているため、高精度に充電状態を推定することができる。
Next, the effect in the battery
In the battery
本実施形態の電池状態推定装置1では、リチウムイオン二次電池60に関する特定情報は、リチウムイオン二次電池60の使用履歴とした。これにより、正極OCV曲線の形状変化情報にリチウムイオン二次電池60の使用履歴を反映させることができるため、リチウムイオン二次電池60の充電状態を一層高精度に推定することができる。
In the battery
さらに、上記使用履歴を、充電状態、電池温度、電流値及び電圧値の少なくとも一つに関する履歴情報とすることができ、本実施形態の電池状態推定装置1では、使用履歴として充電状態を採用している。充電状態、電池温度、電流値及び電圧値の履歴情報は、正極の劣化に影響を与える要素であるため、これらの少なくとも一つが上記使用履歴として使用することにより、リチウムイオン二次電池60の充電状態を一層高精度に推定することができる。なお、使用履歴として、充電状態、電池温度、電流値及び電圧値の中から任意の組み合わせを選択することができる。
Furthermore, the use history can be history information regarding at least one of the charge state, battery temperature, current value, and voltage value. In the battery
また、本実施形態における電源装置100は、電池状態推定装置1と、電池状態推定装置1によって充電状態が推定されるリチウムイオン二次電池60とを備え、リチウムイオン二次電池60の正極材料を、マンガン酸リチウム又はニッケル−マンガン−コバルト酸リチウムとすることができる。かかる正極材料では、劣化による正極OCV曲線の形状変化が顕著であるため、電池状態推定装置1により、従来よりも高い精度で充電状態を推定することができる。
In addition, the
なお、本実施形態では、負極材料として黒鉛又はLTOは採用している。そのため、劣化に伴う負極OCV曲線の形状変化が非常に小さいことから、当該劣化に伴う負極OCV曲線の形状変化を考慮する必要がない。それ故、本実施形態では、負極OCV曲線特定部41において、負極情報取得部40で取得した負極情報に基づいて負極OCV曲線を特定している。なお、負極材料として他の材料を採用するなどした場合には、必要に応じて、負極についても本実施形態における正極と同様に、負極OCV曲線の形状変化を積極的に考慮するように構成してもよい。
In this embodiment, graphite or LTO is adopted as the negative electrode material. Therefore, since the shape change of the negative electrode OCV curve accompanying the deterioration is very small, it is not necessary to consider the shape change of the negative electrode OCV curve accompanying the deterioration. Therefore, in the present embodiment, the negative electrode OCV
(実施形態2)
実施形態1では、二次電池60の特定情報である使用履歴としてSOC履歴を用いたが、実施形態2ではこれに替えて、使用履歴として温度履歴を用いた。なお、実施形態2におけるその他の構成は実施形態1と同一である、そして、実施形態2においても実施形態1と同等の作用効果を奏する。
(Embodiment 2)
In the first embodiment, the SOC history is used as the usage history that is the specific information of the
そして、実施形態2における電池状態推定装置1によるSOCの推定精度について、確認試験を行った。なお、二次電池60の正極材料はNMC(ニッケル−マンガン−コバルト酸リチウム)とし、負極材料はLi(リチウム)とし、電解液は、1M LiPF6 EC:DEC=1:1とした。本確認試験では、二次電池60の特定情報として、温度履歴を使用した。そして、試験例3では、初期状態及び第3の劣化状態におけるSOCを推定した。第3の劣化状態では、第1の温度履歴として、温度が55℃、充放電レートが1Cで容量劣化率が22%となるまで使用した状態とした。試験例4では、初期状態及び第4の劣化状態におけるSOCを推定した。第4の劣化状態は、第2の温度履歴として、温度が25℃、充放電レートが1Cの状態で容量劣化率が22%になるまで使用した状態とした。そして、図3に示すフローに従って、二次電池60の開放電圧が3.9VのときのSOCを推定し、推定結果を図5(a)、図5(b)に示した。
And the confirmation test was done about the estimation precision of SOC by the battery
図5(a)に示すように、試験例3において、初期状態では二次電池60の開放電圧が3.9VのときのSOCの推定値は61%であり、第3の劣化状態での推定値は41%であり、推定値に20%もの差があった。また、図5(b)に示すように、試験例4において、初期状態では二次電池60の開放電圧が3.9VのときのSOCの推定値は41%であり、第4の劣化状態での推定値は48%であり、推定値に7%の差があった。従って、本実施形態においても実施形態1の場合と同様に、温度履歴の違いによる正極OCV曲線の形状変化を考慮することにより、従来よりもSOCの推定精度が向上されることが確認できた。
As shown in FIG. 5A, in Test Example 3, in the initial state, the estimated SOC value when the open-circuit voltage of the
(実施形態3)
実施形態1及び2では、二次電池60の特定情報として使用履歴を用いたが、実施形態3ではこれに替えて、二次電池60の特定情報として電池特性を用いた。なお、実施形態3におけるその他の構成は実施形態1と同一である。そして、実施形態3においても実施形態1と同等の作用効果を奏する。
(Embodiment 3)
In the first and second embodiments, the use history is used as the specific information of the
二次電池60の電池特性も正極の劣化に影響を与える要素であるため、当該電池特性を上記特定情報として使用することにより、二次電池60の充電状態を高精度に推定することができる。なお、二次電池60の特定情報である電池特性として、電池抵抗、区間容量、及び出力抵抗と入力抵抗との比率の少なくとも一つを採用することができる。そして、当該電池特性は、電池抵抗、区間容量、及び出力抵抗と入力抵抗との比率の中から任意の組み合わせで選択することができる。
Since the battery characteristics of the
実施形態3では、二次電池60の電池特性として区間容量を用いた。区間容量とは、所定範囲における二次電池60の電池容量を指す。当該区間容量の範囲は、OCV曲線の変化の大きい範囲とすることが好ましい。かかる範囲を二次電池60の特定情報として使用することにより、区間容量とOCV曲線の形状変化との対応関係に基づいて、区間容量を取得することによりOCV曲線の形状変化を高精度に予測することができる。
In the third embodiment, the section capacity is used as the battery characteristic of the
例えば、実施形態2における確認試験における二次電池60の開放電圧が3.7〜3.8Vの容量を区間容量として採用することができる。図5(a)及び図5(b)に示すように、かかる範囲では、劣化前後における容量の変化が大きくなっているため、かかる範囲を区間容量とすることにより、実施形態2の場合と同様に、高精度でSOCを推定することができる。よって、実施形態3においても実施形態1と同等の作用効果を奏する。
For example, a capacity with an open circuit voltage of the
(実施形態4)
実施形態3では、二次電池60の電池特性として区間容量を用いたが、実施形態4ではこれに替えて二次電池60の電池抵抗を用いた。電池抵抗の変化とOCV曲線の形状変化との間には相関関係が存在するため、当該電池抵抗とOCV曲線の形状変化との対応関係に基づいて、電池抵抗を取得することによりOCV曲線の形状変化を高精度に予測することができる。特に、OCV曲線の形状変化の大きい劣化では、低周波数の抵抗成分が特異的に増加する。そのため、低周波数の抵抗成分とOCV曲線の形状変化との対応関係に基づいて、低周波数の抵抗成分を取得することによりOCV曲線の形状変化を一層高精度に予測することができる。上記低周波数としては、例えば、10Hz以下とすることができる。
(Embodiment 4)
In the third embodiment, the section capacity is used as the battery characteristic of the
本実施形態の電池状態推定装置1において、実施形態2における試験と同様の試験条件において、インピーダンス法に基づいて、第3の劣化状態及び第4の劣化状態におけるCole-Coleプロット図を作成した。図6に示すように、10Hzの抵抗成分が特異的に増加している。そのため、二次電池60の電池抵抗における10Hzの抵抗成分とOCV曲線の形状変化との対応関係から、OCV曲線の形状変化を予測して二次電池60のSOCを高精度に推定することができる。よって、実施形態4においても実施形態1と同等の作用効果を奏する。
In the battery
本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。 The present invention is not limited to the above embodiments, and can be applied to various embodiments without departing from the scope of the invention.
1 電池状態推定装置
10 特定情報取得部
20 電池OCV取得部
30 正極情報取得部
40 負極情報取得部
31 形状変化情報記憶部
32 形状変化情報抽出部
33 正極OCV曲線特定部
41 負極OCV曲線特定部
50 電池OCV曲線算出部
51 充電状態推定部
100 電源装置
DESCRIPTION OF
Claims (5)
上記リチウムイオン二次電池に関する特定情報を取得する特定情報取得部(10)と、
上記リチウムイオン二次電池の開放電圧を取得する電池OCV取得部(20)と、
上記リチウムイオン二次電池の正極における活物質量及び容量密度を含む正極情報を取得する正極情報取得部(30)と、
上記リチウムイオン二次電池の負極における活物質量及び容量密度を含む負極情報を取得する負極情報取得部(40)と、
上記正極情報と上記特定情報とに対応付けられた状態で、上記正極における電極容量と電極開放電圧との関係を示す正極OCV曲線の形状変化情報が記憶された形状変化情報記憶部(31)と、
上記正極情報取得部によって取得された上記正極情報と上記特定情報取得部によって取得された上記特定情報とに基づいて、上記形状変化情報記憶部から上記正極OCV曲線の形状変化情報を抽出する形状変化情報抽出部(32)と、
上記形状変化情報抽出部によって取得された上記正極OCV曲線の形状変化情報に基づいて、上記正極OCV曲線を特定する正極OCV曲線特定部(33)と、
上記負極情報取得部によって取得された上記負極情報に基づいて、上記負極における電極容量と電極開放電圧との関係を示す負極OCV曲線を特定する負極OCV曲線特定部(41)と、
上記正極OCV曲線特定部によって特定された上記正極OCV曲線と、上記負極OCV曲線特定部によって特定された上記負極OCV曲線とから、上記リチウムイオン二次電池における充電状態と開放電圧との関係を示す電池OCV曲線を算出する電池OCV曲線算出部(50)と、
上記電池OCV取得部によって取得された上記リチウムイオン二次電池の開放電圧と、上記電池OCV曲線算出部によって算出された上記電池OCV曲線とから、上記リチウムイオン二次電池における充電状態を推定する充電状態推定部(51)と、
を有する電池状態推定装置。 A battery state estimation device (1) for estimating a state of charge of a lithium ion secondary battery (60), comprising:
A specific information acquisition unit (10) for acquiring specific information related to the lithium ion secondary battery;
A battery OCV acquisition unit (20) for acquiring an open-circuit voltage of the lithium ion secondary battery;
A positive electrode information acquisition unit (30) for acquiring positive electrode information including an active material amount and a capacity density in the positive electrode of the lithium ion secondary battery;
A negative electrode information acquisition unit (40) for acquiring negative electrode information including an active material amount and a capacity density in the negative electrode of the lithium ion secondary battery;
A shape change information storage unit (31) in which shape change information of a positive OCV curve indicating a relationship between an electrode capacity and an electrode open-circuit voltage in the positive electrode is stored in a state associated with the positive electrode information and the specific information; ,
Shape change for extracting shape change information of the positive electrode OCV curve from the shape change information storage unit based on the positive electrode information acquired by the positive electrode information acquisition unit and the specific information acquired by the specific information acquisition unit An information extraction unit (32);
A positive OCV curve specifying unit (33) for specifying the positive OCV curve based on the shape change information of the positive OCV curve acquired by the shape change information extracting unit;
Based on the negative electrode information acquired by the negative electrode information acquisition unit, a negative electrode OCV curve specifying unit (41) for specifying a negative electrode OCV curve indicating a relationship between an electrode capacity and an electrode open voltage in the negative electrode,
The relationship between the state of charge and the open-circuit voltage in the lithium ion secondary battery is shown from the positive electrode OCV curve specified by the positive electrode OCV curve specifying unit and the negative electrode OCV curve specified by the negative electrode OCV curve specifying unit. A battery OCV curve calculation unit (50) for calculating a battery OCV curve;
Charging that estimates the state of charge in the lithium ion secondary battery from the open circuit voltage of the lithium ion secondary battery acquired by the battery OCV acquisition unit and the battery OCV curve calculated by the battery OCV curve calculation unit A state estimation unit (51);
A battery state estimating device.
上記リチウムイオン二次電池の正極材料が、マンガン酸リチウム又はニッケル−マンガン−コバルト酸リチウムである、電源装置。 A power supply device (100) comprising: the battery state estimation device according to any one of claims 1 to 4; and a lithium ion secondary battery whose charge state is estimated by the battery state estimation device,
The power supply device in which the positive electrode material of the lithium ion secondary battery is lithium manganate or nickel-manganese-cobaltate.
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