JP6215752B2 - Battery state determination method and battery state determination device - Google Patents
Battery state determination method and battery state determination device Download PDFInfo
- Publication number
- JP6215752B2 JP6215752B2 JP2014075338A JP2014075338A JP6215752B2 JP 6215752 B2 JP6215752 B2 JP 6215752B2 JP 2014075338 A JP2014075338 A JP 2014075338A JP 2014075338 A JP2014075338 A JP 2014075338A JP 6215752 B2 JP6215752 B2 JP 6215752B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- secondary battery
- phase
- memory effect
- complex impedance
- battery
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Tests Of Electric Status Of Batteries (AREA)
Description
本発明は、二次電池におけるメモリ効果の有無を判定する電池状態判定方法及び電池状態判定装置に関する。 The present invention relates to a battery state determination method and a battery state determination device that determine the presence or absence of a memory effect in a secondary battery.
従来、二次電池に対して複素インピーダンス解析を行うことにより、二次電池の劣化状態や余寿命を評価する技術が提案されている。この方法によれば、二次電池を破壊することなく電池状態を評価できるので、正常であると判定された二次電池を再利用することも可能である。 2. Description of the Related Art Conventionally, there has been proposed a technique for evaluating a deterioration state and remaining life of a secondary battery by performing complex impedance analysis on the secondary battery. According to this method, since the battery state can be evaluated without destroying the secondary battery, the secondary battery determined to be normal can be reused.
複素インピーダンス解析方法の一例として、二次電池における正極及び負極の容量比が所望の値からずれているか否かを判定する方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。この方法では、二次電池に対し、周波数を段階的に変化させながら交流電圧を印加することによって複素インピーダンスを測定する。そして、測定値からインピーダンスの実軸成分及び虚軸成分を求めた上で、それらの値を二次元平面にプロットすることによりナイキストプロットを得る。また、ナイキストプロットのうち、いわゆる抵抗拡散領域に対応する部分に含まれる、互いに異なる周波数に対応する2つの点を線分で結ぶ。そして、この線分の傾きが閾値よりも小さい場合に、二次電池における正極及び負極の容量比が所望の値からずれている旨を判定する。 As an example of the complex impedance analysis method, a method of determining whether or not the capacity ratio between the positive electrode and the negative electrode in the secondary battery is deviated from a desired value is known (for example, see Patent Document 1). In this method, complex impedance is measured by applying an alternating voltage to a secondary battery while changing the frequency stepwise. And after calculating | requiring the real-axis component and imaginary-axis component of impedance from a measured value, a Nyquist plot is obtained by plotting those values on a two-dimensional plane. Further, two points corresponding to different frequencies included in a portion corresponding to a so-called resistance diffusion region in the Nyquist plot are connected by a line segment. And when the inclination of this line segment is smaller than a threshold value, it determines that the capacity ratio of the positive electrode in a secondary battery and the negative electrode has shifted | deviated from the desired value.
ところで、二次電池が長期間に亘って使用されたときには、使用頻度が高かったSOC(State of Charge:充電状態)の近傍における起電力が変化する現象であるメモリ効果が生じる。このメモリ効果は二次電池の劣化の要因となるため、二次電池の再利用の際にはメモリ効果の有無も併せて判定することが望ましい。 By the way, when the secondary battery is used for a long period of time, a memory effect is generated, which is a phenomenon in which the electromotive force changes in the vicinity of the SOC (State of Charge), which has been frequently used. Since this memory effect causes deterioration of the secondary battery, it is desirable to determine whether or not the memory effect is present when the secondary battery is reused.
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、二次電池におけるメモリ効果の有無を判定することのできる電池状態判定方法及び電池状態判定装置を提供することにある。 This invention is made | formed in view of such a situation, The objective is to provide the battery state determination method and battery state determination apparatus which can determine the presence or absence of the memory effect in a secondary battery. .
上記課題を解決するために、本発明の電池状態判定方法は、二次電池におけるメモリ効果の有無を電池状態判定装置を用いて判定する電池状態判定方法であって、前記電池状態判定装置が、前記二次電池の複素インピーダンスを取得するインピーダンス取得工程と、前記インピーダンス取得工程において取得された複素インピーダンスの周波数ごとの位相を算出する位相算出工程と、前記位相算出工程において算出された複素インピーダンスの位相に基づき、前記二次電池の抵抗拡散領域に対応する周波数における位相が所定の閾値以下であるときに、前記二次電池にメモリ効果が生じていると判定する判定工程とを実行する。 In order to solve the above problems, a battery state determination method of the present invention is a battery state determination method for determining presence or absence of a memory effect in a secondary battery using a battery state determination device, wherein the battery state determination device includes: an impedance acquisition step of acquiring complex impedance of said secondary batteries, a phase calculating step of calculating a phase of each frequency of the complex impedance obtained in the impedance acquisition step, the complex impedance calculated in the phase calculating step Based on the phase, when the phase at the frequency corresponding to the resistance diffusion region of the secondary battery is equal to or less than a predetermined threshold value, a determination step of determining that the memory effect has occurred in the secondary battery is executed.
また、本発明の電池状態判定装置は、二次電池におけるメモリ効果の有無を判定する電池状態判定装置であって、前記二次電池の複素インピーダンスを取得するインピーダンス取得部と、前記インピーダンス取得部が取得した複素インピーダンスの周波数ごとの位相を算出する位相算出部と、前記位相算出部が算出した複素インピーダンスの位相に基づき、前記二次電池の抵抗拡散領域に対応する周波数における位相が所定の閾値以下であるときに、前記二次電池にメモリ効果が生じていると判定する判定部とを備える。 The battery state determining apparatus of the present invention is a determining battery state determining apparatus whether a memory effect in the secondary battery, and the impedance acquisition unit that acquires complex impedance of the secondary batteries, the impedance acquisition unit A phase calculation unit that calculates a phase for each frequency of the complex impedance acquired by the phase, and a phase at a frequency corresponding to the resistance diffusion region of the secondary battery based on the phase of the complex impedance calculated by the phase calculation unit is a predetermined threshold value A determination unit that determines that a memory effect is generated in the secondary battery when
二次電池における複素インピーダンスの抵抗拡散領域は、複素インピーダンスの周波数応答のうち低周波数側に表れる部分であって、メモリ効果を生じた二次電池は抵抗拡散領域に対応する周波数の複素インピーダンスの位相がメモリ効果を生じていない二次電池よりも小さくなる。そこで、上記構成または方法では、判定対象の二次電池における抵抗拡散領域に対応する周波数の複素インピーダンスの位相を取得し、該取得した複素インピーダンスの位相に基づき二次電池におけるメモリ効果の有無を判定するようにした。これにより、メモリ効果の有無を容易に判定することができる。 The resistance diffusion region of the complex impedance in the secondary battery is a portion that appears on the low frequency side of the frequency response of the complex impedance, and the secondary battery that has produced the memory effect is the phase of the complex impedance of the frequency corresponding to the resistance diffusion region. Is smaller than a secondary battery that does not produce a memory effect. Therefore, in the above configuration or method, the phase of the complex impedance of the frequency corresponding to the resistance diffusion region in the secondary battery to be determined is acquired, and the presence or absence of the memory effect in the secondary battery is determined based on the acquired phase of the complex impedance. I tried to do it. Thereby, the presence or absence of the memory effect can be easily determined.
上記電池状態判定方法として好ましくは、前記判定工程では、前記位相算出工程において算出された複素インピーダンスの位相のうち、前記二次電池の抵抗拡散領域に対応する周波数の範囲内に前記閾値以下となる位相が含まれるときに、前記二次電池にメモリ効果が生じていると判定する。 Preferably, as the battery state determination method, in the determination step, the phase of the complex impedance calculated in the phase calculation step is equal to or less than the threshold value within a frequency range corresponding to the resistance diffusion region of the secondary battery. When the phase is included, it is determined that the memory effect is generated in the secondary battery.
上記方法によれば、二次電池の抵抗拡散領域に対応する周波数の範囲内に閾値以下となる位相が含まれているか否かに基づき、二次電池におけるメモリ効果の有無をより容易に判定することができる。 According to the above method, the presence or absence of the memory effect in the secondary battery is more easily determined based on whether or not a phase that is equal to or less than the threshold is included in the frequency range corresponding to the resistance diffusion region of the secondary battery. be able to.
上記電池状態判定方法として好ましくは、前記閾値は、メモリ効果を生じていない二次電池の抵抗拡散領域に対応する周波数の複素インピーダンスの位相に基づき設定される。
上記方法によれば、判定対象となる二次電池の抵抗拡散領域に対応する周波数の複素インピーダンスの位相を、メモリ効果を生じていない二次電池における同一の周波数の複素インピーダンスの位相に基づき設定された位相閾値と比較することにより、二次電池におけるメモリ効果の有無を判定するようにした。これにより、メモリ効果の有無を容易に判定する構成を実現できる。
Preferably, as the battery state determination method, the threshold value is set based on a complex impedance phase of a frequency corresponding to a resistance diffusion region of a secondary battery that does not produce a memory effect.
According to the above method, the phase of the complex impedance of the frequency corresponding to the resistance diffusion region of the secondary battery to be determined is set based on the phase of the complex impedance of the same frequency in the secondary battery not producing the memory effect. The presence or absence of the memory effect in the secondary battery is determined by comparing with the phase threshold value. Thereby, the structure which determines easily the presence or absence of a memory effect is realizable.
上記電池状態判定方法として好ましくは、前記二次電池の抵抗拡散領域に対応する複素インピーダンスの周波数の範囲が0.01Hz〜0.1Hzである。
メモリ効果を生じた二次電池は、0.01Hz〜0.1Hzの周波数帯における複素インピーダンスの変化が顕著となる。そこで、上記方法では、判定対象の二次電池における0.01Hz〜0.1Hzの複素インピーダンスを取得し、該取得した複素インピーダンスに基づき二次電池におけるメモリ効果の有無を判定するようにした。これにより、メモリ効果の有無をより高精度に判定することができる。
Preferably, as the battery state determination method, the frequency range of the complex impedance corresponding to the resistance diffusion region of the secondary battery is 0.01 Hz to 0.1 Hz.
In the secondary battery that has produced the memory effect, the change in complex impedance in the frequency band of 0.01 Hz to 0.1 Hz becomes significant. Therefore, in the above method, the complex impedance of 0.01 Hz to 0.1 Hz in the secondary battery to be determined is acquired, and the presence or absence of the memory effect in the secondary battery is determined based on the acquired complex impedance. Thereby, the presence or absence of the memory effect can be determined with higher accuracy.
上記電池状態判定方法として好ましくは、前記二次電池がニッケル水素蓄電池である。
上記方法によれば、長期間に亘って使用したときにメモリ効果が比較的生じやすい二次電池であるニッケル水素蓄電池についてメモリ効果の有無を判定することにより、使用済みのニッケル水素蓄電池を適正に再利用することができる。
Preferably, as the battery state determination method, the secondary battery is a nickel metal hydride storage battery.
According to the above method, the used nickel-metal hydride storage battery is appropriately determined by determining the presence or absence of the memory effect for the nickel-metal hydride storage battery, which is a secondary battery that is relatively likely to have a memory effect when used over a long period of time. Can be reused.
本発明によれば、二次電池におけるメモリ効果の有無を判定することができる。 According to the present invention, the presence or absence of the memory effect in the secondary battery can be determined.
以下、本発明の電池状態判定装置の一実施の形態について説明する。
図1に示すように、電池状態判定システム10は、車載用のリチウムイオン電池やニッケル水素蓄電池等の二次電池Mにおけるメモリ効果の有無を判定するシステムであって、測定装置11と、電池状態判定装置12とを備えている。なお、本実施の形態では、比較的メモリ効果の生じやすいニッケル水素蓄電池を二次電池Mとして、以下説明する。
Hereinafter, an embodiment of the battery state determination device of the present invention will be described.
As shown in FIG. 1, a battery
測定装置11は、SOC調整部11a及びインピーダンス測定部11bを有している。測定装置11は、SOC調整部11aが測定対象の二次電池MのSOCを調整した上で、インピーダンス測定部11bが二次電池Mに対して交流電圧又は交流電流を印加することにより二次電池Mの複素インピーダンスZを測定する。この場合、二次電池Mの複素インピーダンスZは、ベクトル成分である実軸成分Zreal及び虚軸成分Zimgを用いて以下の式(1)にて表される。なお、「j」は虚軸単位を意味している。
The
Z=Zreal+jZimg…(1)
電池状態判定装置12は、CPU(Central Processing Unit)12a、ROM(Read Only Memory)12b及びRAM(Random Access Memory)12cを有している。
Z = Zreal + jZimg (1)
The battery
CPU12aは、二次電池Mの複素インピーダンスZの測定データを測定装置11から取得するインピーダンス取得部として機能する。また、CPU12aは、測定装置11から取得した複素インピーダンスZの測定データに基づき、複素インピーダンスZの周波数ごとの位相θを算出する位相算出部としても機能する。また、CPU12aは、算出した位相θに基づき、二次電池Mにおけるメモリ効果の有無を判定する判定部としても機能する。この場合、複素インピーダンスZの位相θは、以下の式(2)にて表される。
The CPU 12 a functions as an impedance acquisition unit that acquires measurement data of the complex impedance Z of the secondary battery M from the
θ=tan−1(Zimg/Zreal)…(2)
ROM12bは、二次電池Mにおけるメモリ効果の有無の判定に用いられるプログラムを格納している。また、ROM12bは、判定対象となる二次電池Mに対して実験等を通じて設定された測定周波数F及び位相閾値θxを格納している。この場合、測定周波数F及び位相閾値θxは、リチウムイオン電池やニッケル水素蓄電池等の二次電池の種別ごと(本実施の形態では、ニッケル水素蓄電池)に異なる値が設定されている。そして、CPU12aは、二次電池Mにおけるメモリ効果の有無を判定する際には、判定対象となる二次電池Mの種別に応じた測定周波数F及び位相閾値θxをROM12bから適宜読み出して設定する。
θ = tan −1 (Zimg / Zreal) (2)
The
電池状態判定装置12には、例えば表示装置や印刷装置等からなる出力装置13が接続されている。そして、二次電池Mにおけるメモリ効果の有無の判定結果が電池状態判定装置12から出力装置13に出力される。
For example, an
図2は、本実施の形態で判定対象としている二次電池Mにおける充電時及び放電時の起電圧の変化の推移を示している。図2に実線L1で示すように、メモリ効果を生じていない初期状態の二次電池Mは、充電時及び放電時における起電圧の変化の推移が互いに異なる現象であるヒステリシスを生じる。また、図2に破線L2で示すように、メモリ効果を生じている使用済みの二次電池Mも同様に、充電時及び放電時にヒステリシスを生じる。ただし、メモリ効果を生じている使用済みの二次電池Mでは、メモリ効果を生じていない初期状態の二次電池Mと比較して、使用頻度の高かったSOCの範囲内におけるヒステリシスの大きさが相対的に大きくなる。なお、本実施の形態で判定対象としている車載用の二次電池Mでは、SOC20%〜80%の範囲内における使用頻度が高くなる制御を実施している。そのため、図2に示すように、本実施の形態では、メモリ効果を生じている使用済みの二次電池Mは、SOC20%〜80%の範囲内におけるヒステリシスの大きさがメモリ効果を生じていない初期状態の二次電池Mよりも大きくなる。 FIG. 2 shows the transition of the change in electromotive voltage during charging and discharging in the secondary battery M to be determined in the present embodiment. As shown by the solid line L1 in FIG. 2, the secondary battery M in the initial state where the memory effect is not generated generates hysteresis, which is a phenomenon in which the transition of the change in electromotive voltage during charging and discharging is different from each other. In addition, as shown by a broken line L2 in FIG. 2, the used secondary battery M that produces the memory effect similarly causes hysteresis during charging and discharging. However, in the used secondary battery M in which the memory effect is generated, the magnitude of the hysteresis in the SOC range in which the frequency of use is high, compared with the secondary battery M in the initial state in which the memory effect is not generated. It becomes relatively large. In addition, in the in-vehicle secondary battery M that is a determination target in the present embodiment, control is performed such that the use frequency is increased within the range of SOC 20% to 80%. Therefore, as shown in FIG. 2, in the present embodiment, the used secondary battery M that produces a memory effect has a hysteresis size within the range of SOC 20% to 80% that does not produce a memory effect. It becomes larger than the secondary battery M in the initial state.
図3(a)及び図3(b)は、本実施の形態で判定対象としている二次電池Mにおける複素インピーダンスZのゲインG及び位相θの周波数応答の変化をそれぞれ示している。図3(a)及び図3(b)には、メモリ効果を生じていない初期状態の二次電池Mにおける複素インピーダンスZのゲインG及び位相θの周波数応答の変化が実線L3,L4で示されている。また、図3(a)及び図3(b)には、メモリ効果を生じている使用済みの二次電池Mにおける複素インピーダンスZのゲインG及び位相θの周波数応答の変化が破線L5,L6で示されている。この場合、メモリ効果を生じている二次電池M及びメモリ効果を生じていない二次電池Mにおける複素インピーダンスZのゲインG及び位相θの周波数応答の変化は、複素インピーダンスZの測定値に影響を及ぼし得る電池温度を含めて同一の測定条件で測定されている。 FIGS. 3A and 3B show changes in the frequency response of the gain G of the complex impedance Z and the phase θ in the secondary battery M to be determined in the present embodiment. In FIGS. 3A and 3B, changes in the frequency response of the gain G of the complex impedance Z and the phase θ in the secondary battery M in the initial state where no memory effect is generated are indicated by solid lines L3 and L4. ing. 3A and 3B show changes in the frequency response of the gain G of the complex impedance Z and the phase θ in the used secondary battery M that has caused the memory effect by broken lines L5 and L6. It is shown. In this case, the change in the frequency response of the gain G and the phase θ of the complex impedance Z in the secondary battery M causing the memory effect and the secondary battery M not producing the memory effect affects the measured value of the complex impedance Z. It is measured under the same measurement conditions including the battery temperature that can be exerted.
なお、複素インピーダンスZのゲインGは、以下の式(3)にて表される。
G=|Z|=√(Zimg2+Zreal2)…(3)
また、二次電池Mにおける複素インピーダンスZの周波数帯のうち低周波領域となる抵抗拡散領域は、物質拡散が関与したインピーダンスが表れた領域であって、0.01Hz〜0.1Hzの範囲に含まれる。
The gain G of the complex impedance Z is expressed by the following equation (3).
G = | Z | = √ (Zimg 2 + Zreal 2 ) (3)
In addition, the resistance diffusion region, which is a low frequency region in the frequency band of the complex impedance Z in the secondary battery M, is a region where an impedance related to material diffusion appears and is included in a range of 0.01 Hz to 0.1 Hz. It is.
ここで、図3(a)に示すように、複素インピーダンスZのゲインGは、メモリ効果を生じている二次電池M及びメモリ効果を生じていない二次電池Mの双方が低周波領域から高周波領域にかけての全周波数帯においてほぼ共通の傾向を示している。すなわち、メモリ効果を生じた二次電池Mは、メモリ効果を生じていない二次電池Mと比較して使用頻度の高かったSOCの範囲内における起電圧の大きさが変化するものの、その起電圧の変化に伴う複素インピーダンスZのゲインGの変化量は、二次電池Mにおけるメモリ効果の有無の判定には用いることができない程度に小さい。 Here, as shown in FIG. 3A, the gain G of the complex impedance Z is such that both the secondary battery M in which the memory effect is generated and the secondary battery M in which the memory effect is not generated have a high frequency from a low frequency region. The tendency is almost common in all frequency bands over the region. That is, in the secondary battery M that has produced the memory effect, although the magnitude of the electromotive voltage in the SOC range that is frequently used compared to the secondary battery M that has not produced the memory effect changes, The amount of change in the gain G of the complex impedance Z accompanying the change in is so small that it cannot be used to determine the presence or absence of the memory effect in the secondary battery M.
これに対し、図3(b)に示すように、二次電池Mにおける抵抗拡散領域に対応する周波数の複素インピーダンスZの位相θは、メモリ効果を生じている二次電池Mの方がメモリ効果を生じていない二次電池Mよりも小さい傾向を示している。そこで、本実施の形態では、メモリ効果を生じている二次電池Mにおける抵抗拡散領域に対応する周波数の複素インピーダンスZの位相θと、メモリ効果を生じていない二次電池Mにおける抵抗拡散領域に対応する周波数の複素インピーダンスZの位相θとの間となる位相を位相閾値θxとして周波数毎に設定する。つまり、位相閾値θxは、位相閾値θx以下の複素インピーダンスを示す二次電池Mを、メモリ効果を生じている二次電池Mとして判断するための閾値である。なお、図3(b)には、抵抗拡散領域に含まれる周波数fxに対応して設定された位相閾値θxが一例として示されている。 On the other hand, as shown in FIG. 3B, the phase θ of the complex impedance Z of the frequency corresponding to the resistance diffusion region in the secondary battery M is greater in the memory effect in the secondary battery M in which the memory effect occurs. It shows a tendency to be smaller than that of the secondary battery M that does not cause the problem. Therefore, in the present embodiment, the phase θ of the complex impedance Z of the frequency corresponding to the resistance diffusion region in the secondary battery M in which the memory effect is generated and the resistance diffusion region in the secondary battery M in which the memory effect is not generated. A phase between the phase θ of the complex impedance Z of the corresponding frequency is set for each frequency as the phase threshold θx. That is, the phase threshold value θx is a threshold value for determining a secondary battery M that exhibits a complex impedance equal to or smaller than the phase threshold value θx as a secondary battery M that has a memory effect. In FIG. 3B, the phase threshold θx set corresponding to the frequency fx included in the resistance diffusion region is shown as an example.
次に、本実施の形態の電池状態判定装置12のCPU12aが二次電池Mにおけるメモリ効果の有無を判定する際に実行する処理ルーチンの概要を説明する。
まず、図4に示すように、CPU12aは、測定装置11のSOC調整部11aに制御信号を送信することにより、二次電池MのSOCを調整する(ステップS10)。この場合、SOC調整部11aは、位相閾値θxを設定する際の基準となった二次電池のSOCの値となるまで二次電池Mの充電又は放電を行う。
Next, an outline of a processing routine executed when the CPU 12a of the battery
First, as shown in FIG. 4, the CPU 12a adjusts the SOC of the secondary battery M by transmitting a control signal to the
そして次に、CPU12aは、測定装置11のインピーダンス測定部11bに制御信号を送信することにより、二次電池Mの複素インピーダンスZを測定する(ステップS11)。この場合、二次電池Mの複素インピーダンスZの測定は、その測定値に影響を及ぼし得る電池温度を含め、位相閾値θxを設定する際の基準となった二次電池Mの複素インピーダンスZの測定条件と同一の測定条件で行われる。そして、CPU12aは、インピーダンス取得工程として、インピーダンス測定部11bが測定した二次電池Mの複素インピーダンスZの測定データを取得する。 Then, the CPU 12a measures the complex impedance Z of the secondary battery M by transmitting a control signal to the impedance measuring unit 11b of the measuring device 11 (step S11). In this case, the measurement of the complex impedance Z of the secondary battery M includes the measurement of the complex impedance Z of the secondary battery M, which is a reference for setting the phase threshold θx, including the battery temperature that may affect the measured value. The measurement is performed under the same measurement conditions. And CPU12a acquires the measurement data of the complex impedance Z of the secondary battery M which the impedance measurement part 11b measured as an impedance acquisition process.
続いて、CPU12aは、位相算出工程として、測定装置11から取得した二次電池Mの複素インピーダンスZの測定データの中から、低周波領域となる抵抗拡散領域に対応する周波数の複素インピーダンスZの位相θの値を読み出して算出する(ステップS12)。そして次に、CPU12aは、判定工程として、読み出した位相θの値が位相閾値θx以下であるか否かを判定する(ステップS13)。具体的には、CPU12aは、二次電池Mにおける抵抗拡散領域に対応する周波数の範囲内から読み出した複素インピーダンスZの位相θの中に位相閾値θx以下となる位相が含まれているか否かを判定する。
Subsequently, the CPU 12a, as the phase calculation step, from the measurement data of the complex impedance Z of the secondary battery M acquired from the
そして、CPU12aは、抵抗拡散領域に対応する周波数の範囲内において読み出した位相θの値の中に位相閾値θx以下のものがあるときには(ステップS13=YES)、判定対象の二次電池Mにメモリ効果が生じていると判定する(ステップS14)。一方、CPU12aは、読み出した位相θの値がすべて位相閾値θxよりも大きいときには(ステップS13=NO)、判定対象の二次電池Mにメモリ効果が生じていないと判定する(ステップS15)。その後、CPU12aは、二次電池Mにおけるメモリ効果の有無の判定結果を示す情報を出力装置13に出力した上で、図4に示す処理ルーチンを終了する。
When the phase θ read out within the frequency range corresponding to the resistance diffusion region includes a value equal to or smaller than the phase threshold θx (step S13 = YES), the CPU 12a stores the memory in the determination target secondary battery M. It determines with the effect having arisen (step S14). On the other hand, when all the values of the read phase θ are larger than the phase threshold θx (step S13 = NO), the CPU 12a determines that the memory effect is not generated in the determination target secondary battery M (step S15). Thereafter, the CPU 12a outputs information indicating the determination result of the presence or absence of the memory effect in the secondary battery M to the
次に、上記のように構成された電池状態判定装置12の作用について説明する。
本願の発明者は、二次電池Mにおける抵抗拡散領域に対応する周波数の複素インピーダンスZの位相θが二次電池Mにおけるメモリ効果の有無に応じて顕著に変化することを見出している。そこで、本実施の形態では、メモリ効果を生じている二次電池M及びメモリ効果を生じていない二次電池Mにおける複素インピーダンスZの位相θの周波数応答の変化を予め測定するとともに、この測定結果に基づき二次電池Mにおけるメモリ効果の有無を判定する際の基準となる位相閾値θxを予め設定している。そして、判定対象となる二次電池Mから取得した抵抗拡散領域に対応する周波数の複素インピーダンスZの位相θの値が予め設定した位相閾値θx以下であるか否かを判定することにより、二次電池Mにおけるメモリ効果の有無を判定している。そのため、使用済みの二次電池Mの中からメモリ効果が生じずに劣化の度合いが比較的低い二次電池Mが選別されることにより、使用済みの二次電池Mの再利用が適正に行われる。
Next, the operation of the battery
The inventor of the present application has found that the phase θ of the complex impedance Z having a frequency corresponding to the resistance diffusion region in the secondary battery M changes significantly depending on the presence or absence of the memory effect in the secondary battery M. Therefore, in the present embodiment, the change in the frequency response of the phase θ of the complex impedance Z in the secondary battery M in which the memory effect is generated and the secondary battery M in which the memory effect is not generated is measured in advance, and the measurement result Based on the above, a phase threshold θx that is a reference for determining the presence or absence of the memory effect in the secondary battery M is preset. Then, by determining whether or not the value of the phase θ of the complex impedance Z of the frequency corresponding to the resistance diffusion region acquired from the secondary battery M to be determined is equal to or less than the preset phase threshold θx, the secondary The presence or absence of the memory effect in the battery M is determined. For this reason, the secondary batteries M that have a relatively low degree of deterioration without being subjected to the memory effect are selected from the used secondary batteries M, so that the used secondary batteries M can be appropriately reused. Is called.
特に、本実施の形態では、判定対象となる二次電池Mから複素インピーダンスZの抵抗拡散領域に対応する周波数の範囲内の位相θを読み出すとともに、読み出した位相θのうちに位相閾値θx以下である位相が含まれているか否かを判定している。そのため、複素インピーダンスZの抵抗拡散領域に含まれる特定の周波数での位相に基づく場合と比較して、二次電池Mにおけるメモリ効果の有無をより容易に判定することが可能となる。 In particular, in the present embodiment, the phase θ in the frequency range corresponding to the resistance diffusion region of the complex impedance Z is read from the secondary battery M to be determined, and the phase threshold θx is equal to or less than the read phase θ. It is determined whether or not a certain phase is included. Therefore, as compared with the case based on the phase at a specific frequency included in the resistance diffusion region of the complex impedance Z, the presence or absence of the memory effect in the secondary battery M can be more easily determined.
また、本実施の形態では、判定対象となる二次電池Mに対して交流電圧又は交流電流を印加したときの二次電池Mの複素インピーダンスZの周波数応答に基づき、二次電池Mにおけるメモリ効果の有無を判定している。そのため、本実施の形態では、判定対象となる二次電池Mにおけるメモリ効果の有無を判定する際に、図2に示した充電時及び放電時の起電圧の変化の推移を測定する必要がない。すなわち、図2に示した推移を測定するためには、一般的に、数時間にかけて充放電を繰り返す必要があるが、本実施の形態では、このような充放電を行う必要がない。したがって、二次電池Mにおけるメモリ効果の有無を迅速に判定することが可能となる。 Further, in the present embodiment, the memory effect in the secondary battery M is based on the frequency response of the complex impedance Z of the secondary battery M when an alternating voltage or alternating current is applied to the secondary battery M to be determined. Whether or not there is. Therefore, in this embodiment, when determining the presence or absence of the memory effect in the secondary battery M to be determined, it is not necessary to measure the transition of the change in electromotive voltage during charging and discharging shown in FIG. . That is, in order to measure the transition shown in FIG. 2, it is generally necessary to repeat charging and discharging over several hours, but in this embodiment, it is not necessary to perform such charging and discharging. Therefore, the presence or absence of the memory effect in the secondary battery M can be quickly determined.
また、本実施の形態では、判定対象となる二次電池Mに対して交流電圧を印加したときに二次電池Mに流れる電流は微小である。そのため、本実施の形態では、判定対象となる二次電池Mにおけるメモリ効果の有無を判定する際に、二次電池MのSOCを変化させることがほとんどない。したがって、二次電池Mにおけるメモリ効果の有無を判定する際に、二次電池MのSOCの変化に伴って二次電池Mを劣化させることが抑えられる。 Moreover, in this Embodiment, when an alternating voltage is applied with respect to the secondary battery M used as determination object, the electric current which flows into the secondary battery M is very small. Therefore, in this embodiment, when determining the presence or absence of the memory effect in the secondary battery M to be determined, the SOC of the secondary battery M is hardly changed. Therefore, when determining the presence or absence of the memory effect in the secondary battery M, it is possible to suppress the deterioration of the secondary battery M due to the change in the SOC of the secondary battery M.
以上説明したように、上記実施の形態の電池状態判定装置によれば、以下に示す効果を得ることができる。
(1)二次電池Mにおける複素インピーダンスZの抵抗拡散領域は、複素インピーダンスZの周波数応答のうち低周波数側に表れる部分であって、メモリ効果を生じた二次電池Mは抵抗拡散領域に対応する周波数の複素インピーダンスZの位相θがメモリ効果を生じていない二次電池Mよりも小さくなる。そこで、判定対象の二次電池Mにおける抵抗拡散領域に対応する周波数の複素インピーダンスZの位相θを取得し、該取得した複素インピーダンスZの位相θに基づき二次電池Mにおけるメモリ効果の有無を判定するようにした。これにより、メモリ効果の有無を容易に判定することができる。
As described above, according to the battery state determination device of the above embodiment, the following effects can be obtained.
(1) The resistance diffusion region of the complex impedance Z in the secondary battery M is a portion that appears on the low frequency side of the frequency response of the complex impedance Z, and the secondary battery M that has produced the memory effect corresponds to the resistance diffusion region The phase θ of the complex impedance Z of the frequency to be reduced is smaller than that of the secondary battery M not producing the memory effect. Therefore, the phase θ of the complex impedance Z of the frequency corresponding to the resistance diffusion region in the secondary battery M to be determined is acquired, and the presence or absence of the memory effect in the secondary battery M is determined based on the acquired phase θ of the complex impedance Z. I tried to do it. Thereby, the presence or absence of the memory effect can be easily determined.
(2)二次電池Mの複素インピーダンスZの抵抗拡散領域に対応する周波数の範囲内に位相閾値θx以下である位相θが含まれているか否かに基づき、二次電池Mにおけるメモリ効果の有無をより容易に判定することができる。 (2) Presence or absence of the memory effect in the secondary battery M based on whether or not the phase θ that is equal to or less than the phase threshold θx is included in the frequency range corresponding to the resistance diffusion region of the complex impedance Z of the secondary battery M Can be more easily determined.
(3)判定対象となる二次電池Mの抵抗拡散領域に対応する周波数の複素インピーダンスZの位相θを、メモリ効果を生じていない二次電池Mにおける同一の周波数の複素インピーダンスZの位相θに基づき設定した位相閾値θxと比較し、二次電池Mにおけるメモリ効果の有無を判定するようにした。これにより、メモリ効果の有無を容易に判定する構成を実現できる。 (3) The phase θ of the complex impedance Z of the frequency corresponding to the resistance diffusion region of the secondary battery M to be determined is changed to the phase θ of the complex impedance Z of the same frequency in the secondary battery M not producing the memory effect. Compared with the phase threshold value θx set based on this, the presence or absence of the memory effect in the secondary battery M is determined. Thereby, the structure which determines easily the presence or absence of a memory effect is realizable.
(4)メモリ効果を生じた二次電池Mは、0.01Hz〜0.1Hzの周波数帯における複素インピーダンスZの位相θの変化が顕著となる。そこで、判定対象の二次電池Mにおける0.01Hz〜0.1Hzの複素インピーダンスZの位相θを取得し、該取得した複素インピーダンスZの位相θに基づき二次電池Mにおけるメモリ効果の有無を判定するようにした。これにより、メモリ効果の有無をより高精度に判定することができる。 (4) In the secondary battery M that has produced the memory effect, the change in the phase θ of the complex impedance Z in the frequency band of 0.01 Hz to 0.1 Hz becomes significant. Therefore, the phase θ of the complex impedance Z of 0.01 Hz to 0.1 Hz in the secondary battery M to be determined is acquired, and the presence or absence of the memory effect in the secondary battery M is determined based on the acquired phase θ of the complex impedance Z. I tried to do it. Thereby, the presence or absence of the memory effect can be determined with higher accuracy.
(5)長期間に亘って使用したときにメモリ効果が比較的生じやすい二次電池Mであるニッケル水素蓄電池についてメモリ効果の有無を判定することにより、使用済みのニッケル水素蓄電池を適正に再利用することができる。 (5) Appropriate reuse of used nickel-metal hydride storage batteries by determining the presence or absence of the memory effect for nickel-metal hydride storage batteries, which are secondary batteries M that are relatively likely to produce a memory effect when used over a long period of time can do.
なお、上記実施の形態は、以下のような形態にて実施することもできる。
・上記実施の形態では、メモリ効果を生じている二次電池Mにおける抵抗拡散領域に対応する周波数の複素インピーダンスZの位相θと、メモリ効果を生じていない二次電池Mにおける抵抗拡散領域に対応する周波数の複素インピーダンスZの位相θとの間となる位相を位相閾値θxとして設定した。ただし、メモリ効果を生じていない二次電池Mにおける抵抗拡散領域に対応する周波数の複素インピーダンスZの位相θが予め求まっているのであれば、この位相θよりも少しだけ小さい値を位相閾値θxとして設定してもよい。
In addition, the said embodiment can also be implemented with the following forms.
In the above embodiment, the phase θ of the complex impedance Z of the frequency corresponding to the resistance diffusion region in the secondary battery M causing the memory effect and the resistance diffusion region in the secondary battery M not producing the memory effect The phase between the complex impedance Z and the phase θ of the frequency to be set was set as the phase threshold θx. However, if the phase θ of the complex impedance Z of the frequency corresponding to the resistance diffusion region in the secondary battery M not producing the memory effect is obtained in advance, a value slightly smaller than the phase θ is set as the phase threshold θx. It may be set.
・上記実施の形態において、二次電池Mにおける複素インピーダンスZの抵抗拡散領域に含まれる周波数であれば、特定の周波数における複素インピーダンスZの位相θのみに基づき二次電池Mにおけるメモリ効果の有無を判定してもよい。 In the above embodiment, if the frequency is included in the resistance diffusion region of the complex impedance Z in the secondary battery M, the presence or absence of the memory effect in the secondary battery M is determined based only on the phase θ of the complex impedance Z at a specific frequency. You may judge.
・上記実施の形態において、判定対象の二次電池Mの使用時におけるSOCの使用範囲が定まっていたのであれば、二次電池MのSOCを調整せずに二次電池Mから複素インピーダンスZを取得してもよい。 In the above embodiment, if the SOC usage range is determined when the secondary battery M to be determined is used, the complex impedance Z is obtained from the secondary battery M without adjusting the SOC of the secondary battery M. You may get it.
・上記実施の形態では、比較的メモリ効果の生じやすいニッケル水素蓄電池を判定対象として説明した。しかし、メモリ効果を生じる二次電池であれば、ニッケル水素カドミウム電池等、他の二次電池を判定対象としてもよい。また、リチウムイオン電池等でも、微小ではあるがメモリ効果を生じる可能性があるため、本発明の判定対象となりうる。 In the above-described embodiment, the nickel-metal hydride storage battery that is relatively easy to generate a memory effect has been described as a determination target. However, as long as it is a secondary battery that produces a memory effect, another secondary battery such as a nickel hydride cadmium battery may be determined. Further, even a lithium ion battery or the like may be a determination target of the present invention because it may cause a memory effect although it is minute.
10…電池状態判定システム、11…測定装置、11a…SOC調整部、11b…インピーダンス測定部、12…電池状態判定装置、12a…CPU、12b…ROM、12c…RAM、13…出力装置、F…測定周波数、θx…位相閾値、M…二次電池。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記電池状態判定装置が、
前記二次電池の複素インピーダンスを取得するインピーダンス取得工程と、
前記インピーダンス取得工程において取得された複素インピーダンスの周波数ごとの位相を算出する位相算出工程と、
前記位相算出工程において算出された複素インピーダンスの位相に基づき、前記二次電池における抵抗拡散領域に対応する周波数での位相が所定の閾値以下であるときに、前記二次電池にメモリ効果が生じていると判定する判定工程と
を実行することを特徴とする電池状態判定方法。 A battery state determination method for determining presence or absence of a memory effect in a secondary battery using a battery state determination device,
The battery state determination device is
An impedance acquisition step of acquiring complex impedance of the secondary batteries,
A phase calculation step of calculating a phase for each frequency of the complex impedance acquired in the impedance acquisition step;
Based on the phase of the complex impedance calculated in the phase calculation step, a memory effect occurs in the secondary battery when the phase at a frequency corresponding to the resistance diffusion region in the secondary battery is equal to or less than a predetermined threshold value. A battery state determination method comprising: performing a determination step of determining that the battery is present.
前記二次電池の複素インピーダンスを取得するインピーダンス取得部と、
前記インピーダンス取得部が取得した複素インピーダンスの周波数ごとの位相を算出する位相算出部と、
前記位相算出部が算出した複素インピーダンスの位相に基づき、前記二次電池における抵抗拡散領域に対応する周波数における位相が所定の閾値以下であるときに、前記二次電池にメモリ効果が生じていると判定する判定部と
を備えることを特徴とする電池状態判定装置。 A battery state determination device for determining the presence or absence of a memory effect in a secondary battery,
An impedance acquisition unit that acquires complex impedance of the secondary batteries,
A phase calculation unit that calculates a phase for each frequency of the complex impedance acquired by the impedance acquisition unit;
When the phase at the frequency corresponding to the resistance diffusion region in the secondary battery is equal to or less than a predetermined threshold based on the phase of the complex impedance calculated by the phase calculation unit, the memory effect is generated in the secondary battery. A battery state determination device comprising: a determination unit for determining.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2014075338A JP6215752B2 (en) | 2014-04-01 | 2014-04-01 | Battery state determination method and battery state determination device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2014075338A JP6215752B2 (en) | 2014-04-01 | 2014-04-01 | Battery state determination method and battery state determination device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2015197363A JP2015197363A (en) | 2015-11-09 |
| JP6215752B2 true JP6215752B2 (en) | 2017-10-18 |
Family
ID=54547149
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2014075338A Expired - Fee Related JP6215752B2 (en) | 2014-04-01 | 2014-04-01 | Battery state determination method and battery state determination device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP6215752B2 (en) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109991552B (en) * | 2017-12-29 | 2021-01-15 | 微宏动力系统(湖州)有限公司 | A method for estimating the remaining capacity of a battery |
| WO2020085250A1 (en) * | 2018-10-22 | 2020-04-30 | 国立大学法人静岡大学 | Soil evaluation sensor, soil evaluation system, electrode for soil evaluation sensor, and device for obtaining impedance characteristic of soil |
| JP7385696B2 (en) * | 2022-03-23 | 2023-11-22 | 本田技研工業株式会社 | Measuring device, measuring method, and program |
| WO2026034071A1 (en) * | 2024-08-09 | 2026-02-12 | 株式会社Gsユアサ | Estimation device, estimation method, and power storage facility |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3350153B2 (en) * | 1993-06-24 | 2002-11-25 | 松下電送システム株式会社 | Memory effect detecting method and device, charging method and device, and portable facsimile device |
| JP3496311B2 (en) * | 1994-12-14 | 2004-02-09 | 松下電工株式会社 | Rechargeable electrical equipment |
| JP3540437B2 (en) * | 1995-06-05 | 2004-07-07 | 本田技研工業株式会社 | Battery status determination device |
| JP3630228B2 (en) * | 2000-08-16 | 2005-03-16 | インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション | POWER SUPPLY DEVICE, BATTERY, ELECTRIC DEVICE, AND MEMORY EFFECT DETECTION METHOD |
| JP4940889B2 (en) * | 2006-10-24 | 2012-05-30 | 株式会社豊田中央研究所 | Battery characteristic detection method and battery characteristic detection apparatus |
-
2014
- 2014-04-01 JP JP2014075338A patent/JP6215752B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2015197363A (en) | 2015-11-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9952289B2 (en) | Storage battery evaluating apparatus and method | |
| Campestrini et al. | Influence of change in open circuit voltage on the state of charge estimation with an extended Kalman filter | |
| US20230411711A1 (en) | Battery cell self-discharge current detection method, apparatus, and device, and computer storage medium | |
| CN108028439B (en) | Method and apparatus for estimating the current no-load voltage profile of a battery pack | |
| JP6215752B2 (en) | Battery state determination method and battery state determination device | |
| CN109425834B (en) | Impedance Estimation Device | |
| US11095130B2 (en) | Power storage apparatus for estimating an open-circuit voltage | |
| WO2014167920A1 (en) | Battery state determination device | |
| US11467217B2 (en) | Charge capacity calculation device and method for energy storage system | |
| JP2014502002A5 (en) | ||
| JP6294207B2 (en) | Secondary battery control method | |
| CN104597402A (en) | Apparatus and method for determining degradation of high-voltage vehicle battery | |
| JP6221884B2 (en) | Estimation program, estimation method, and estimation apparatus | |
| US20250147114A1 (en) | Apparatus and method for estimating battery state of health | |
| JP2018091716A (en) | Battery state estimation device | |
| JP6171897B2 (en) | Approximation function creation program, approximation function creation method, approximation function creation device, and charging rate estimation program | |
| CN105203963A (en) | Charge state estimation method based on open-circuit voltage hysteretic characteristics | |
| JP2014139520A (en) | Charging rate estimation device and charging rate estimation method | |
| JP2015171275A (en) | Charger and charging method of secondary battery | |
| CN104237792A (en) | Method for predicating battery capacity | |
| WO2019181138A1 (en) | Device for measuring degree of deterioration of secondary battery | |
| JP2015105863A (en) | Estimation program, estimation method, and estimation apparatus | |
| US7577536B1 (en) | Determination of ohmic losses in electrical devices | |
| JP6834849B2 (en) | Impedance estimator | |
| CN108061858A (en) | Lithium battery SOC appraisal procedures based on ohmic internal resistance |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20160309 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20170125 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20170214 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20170407 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20170912 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20170921 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6215752 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |