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STORAGE BATTERY DETERIORATION DIAGNOSTIC METHOD AND STORAGE BATTERY DETERIORATION DIAGNOSTIC DEVICE

Patent code P160013331
File No. S2015-0268-N0
Posted date Oct 5, 2016
Application number P2015-036468
Publication number P2016-156771A
Patent number P6238314
Date of filing Feb 26, 2015
Date of publication of application Sep 1, 2016
Date of registration Nov 10, 2017
Inventor
  • (In Japanese)福井 正博
Applicant
  • (In Japanese)学校法人立命館
Title STORAGE BATTERY DETERIORATION DIAGNOSTIC METHOD AND STORAGE BATTERY DETERIORATION DIAGNOSTIC DEVICE
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To predict a remaining life of the storage battery with a high accuracy.
SOLUTION: A storage battery deterioration diagnostic method includes the steps of: finding a SOC-OCV curve showing a relation between a storage battery residual amount SOC of a storage battery and an open-circuit voltage OCV; identifying the OCV by applying an inter-terminal voltage uL of the storage battery and a discharge current i to an equivalent circuit model 20; estimating the SOC using the OCV and the SOC-OCV curve; estimating a battery capacity using the SOC; and predicting a remaining life on the basis of the battery capacity. In identifying the OCV, internal impedances Ra, Rb, and Cb are identified using a predetermined identification expression derived from the equivalent circuit model 20 of the storage battery with the OCV derived as fixed, and the OCV is identified by applying the identified internal impedances Ra, Rb, and Cb to the predetermined identification expression. Thereby, the battery capacity of the storage battery can be estimated with a high accuracy, and the estimation accuracy of the SOC and the battery capacity of the storage battery can be increased, and the remaining life of the storage battery can be predicted with a high accuracy.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

近年、リチウムイオン蓄電池は、電気エネルギー貯蔵の有望な技術として注目されている。リチウムイオン蓄電池は、時間の経過につれて劣化していき、充電可能な容量である電池容量が減少していく。一般に、リチウムイオン蓄電池は、電池容量がある容量(例えば新品時の電池容量の50%の容量)以下になると、寿命の終わりであるとされる。リチウムイオン蓄電池の残寿命を知ることは、リチウムイオン蓄電池を使用するうえで、有用なことである。

リチウムイオン蓄電池の残寿命は、電池容量が時間の経過につれて減少していくことから、電池容量の経時変化すなわち複数の異なる時点での電池容量に基いて予測することができる。電池容量を求めるには、蓄電池残量SOC(State of Charge)を用いる必要がある。蓄電池残量SOCと開放電圧OCV(Open Circuit Voltage)との間には対応関係があり、この対応関係は、リチウムイオン蓄電池の劣化状態によって変化しないことが知られている。従って、OCVを知ることができれば、SOCとOCVとの対応関係からSOCを推定することができ、そのSOCを用いて電池容量を推定することができる。

OCVを知る方法には、リチウムイオン蓄電池の等価回路モデルからOCVの同定式を導出し、その同定式を用いて、計測した端子間電圧及び放電電流からOCVを同定する方法がある。この方法では、どのような等価回路モデルを採用するかによって、また、どのような同定式を導出するかによって、OCVの同定精度に影響を及ぼす。この方法として、非特許文献1に記載されている方法が知られている。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、例えばリチウムイオン蓄電池などの蓄電池の残寿命を予測する蓄電池劣化診断方法及び蓄電池劣化診断装置に関するものである。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
蓄電池の電池容量を推定し、その電池容量に基いて、蓄電池の残寿命を予測する蓄電池劣化診断方法において、
蓄電池が全放電状態から満充電状態に充電される間の各時点における蓄電池の充電電流積算値、蓄電池が満充電状態から全放電状態に放電される間の各時点における蓄電池の放電電流積算値、及びそれらの各時点における蓄電池の端子間電圧に基いて、蓄電池の蓄電池残量SOC(State of Charge)と開放電圧OCV(Open Circuit Voltage)との関係を示すSOC-OCV曲線を求めるSOC-OCV曲線取得ステップと、
蓄電池の端子間電圧と放電電流又は充電電流とを蓄電池の等価回路モデルに適用して蓄電池のある時点におけるOCVを同定するOCV同定ステップと、
前記OCV同定ステップで同定したOCVと前記SOC-OCV曲線取得ステップで求めたSOC-OCV曲線とを用いて蓄電池のある時点におけるSOCを推定するSOC推定ステップと、
前記OCV同定ステップ及び前記SOC推定ステップを繰り返して、蓄電池のSOCの推移を観測し、SOCが所定の第1の基準SOCと所定の第2の基準SOCとを推移する間の蓄電池の放電電流積算値又は充電電流積算値に基いて、蓄電池のある時点における電池容量を求め、これを繰り返して、蓄電池の複数の異なる時点における電池容量を求める電池容量取得ステップと、
蓄電池の初期時の電池容量及び前記電池容量取得ステップで求めた複数の異なる時点における電池容量に基いて蓄電池の残寿命を予測する残寿命予測ステップと、を備え、
前記OCV同定ステップにおいて、蓄電池の等価回路モデルから蓄電池のOCVを一定として導出される所定の同定式を用いて蓄電池の内部インピーダンスを同定し、その同定した内部インピーダンスを前記所定の同定式に当て嵌めて蓄電池のOCVを同定する、
ことを特徴とする蓄電池劣化診断方法。

【請求項2】
 
前記所定の同定式は、以下の式であることを特徴とする請求項1に記載の蓄電池劣化診断方法。
【数1】
 
(省略)

【請求項3】
 
前記残寿命予測ステップは、初期時の電池容量及び複数の異なる時点における電池容量に加え、初期時の内部インピーダンス及び前記OCV同定ステップで同定した内部インピーダンスに基いて、蓄電池の残寿命を予測する、
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の蓄電池劣化診断方法。

【請求項4】
 
前記OCV同定ステップは、蓄電池の端子間電圧と放電電流又は充電電流を計測するサンプリング周期を変動させる、
ことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の蓄電池劣化診断方法。

【請求項5】
 
蓄電池が接続されて使用され、蓄電池の電池容量を推定し、その電池容量に基いて、蓄電池の残寿命を予測する蓄電池劣化診断装置において、
蓄電池の端子間電圧を計測する電圧センサと、
蓄電池の放電電流又は充電電流を計測する電流センサと、
前記電圧センサの計測電圧及び前記電流センサの計測電流に基いて、所定のプログラムによる演算処理により蓄電池の劣化を診断するマイクロコンピュータと、
前記マイクロコンピュータによる演算処理により得られた各種データを表示する表示部と、を備え、
前記マイクロコンピュータは、
蓄電池が全放電状態から満充電状態に充電される間、蓄電池の充電電流積算値を前記電流センサの計測電流に基いて所定時間間隔で算出し、また、蓄電池が満充電状態から全放電状態に放電される間、蓄電池の放電電流積算値を前記電流センサの計測電流に基いて所定時間間隔で算出し、それらの電流積算値、及びそれらの各電流積算値の算出時点における前記電圧センサの計測電圧に基いて、蓄電池の蓄電池残量SOC(State of Charge)と開放電圧OCV(Open Circuit Voltage)との関係を示すSOC-OCV曲線を求めるSOC-OCV曲線取得ステップと、
前記電圧センサの計測電圧と前記電流センサの計測電流とを蓄電池の等価回路モデルに適用して蓄電池のある時点におけるOCVを同定するOCV同定ステップと、
前記OCV同定ステップで同定したOCVと前記SOC-OCV曲線取得ステップで求めたSOC-OCV曲線とを用いて蓄電池のある時点におけるSOCを推定するSOC推定ステップと、
前記OCV同定ステップ及び前記SOC推定ステップを繰り返して、蓄電池のSOCの推移を観測し、SOCが所定の第1の基準SOCと所定の第2の基準SOCとを推移する間の蓄電池の放電電流積算値又は充電電流積算値を前記電流センサの計測電流に基いて算出し、その電流積算値に基いて蓄電池のある時点における電池容量を求め、これを繰り返して、蓄電池の複数の異なる時点における電池容量を求める電池容量取得ステップと、
蓄電池の初期時の電池容量及び前記電池容量取得ステップで求めた複数の異なる時点における電池容量に基いて蓄電池の残寿命を予測する残寿命予測ステップと、を実行し、
前記OCV同定ステップにおいて、蓄電池の等価回路モデルから蓄電池のOCVを一定として導出される所定の同定式を用いて蓄電池の内部インピーダンスを同定し、その同定した内部インピーダンスを前記所定の同定式に当て嵌めて蓄電池のOCVを同定する、
ことを特徴とする蓄電池劣化診断装置。

【請求項6】
 
前記所定の同定式は、以下の式であることを特徴とする請求項5に記載の蓄電池劣化診断装置。
【数2】
 
(省略)
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2015036468thum.jpg
State of application right Registered
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