JP6185597B2 - 二次電池の放電深度推定装置及び方法 - Google Patents
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Description
電池は、放電した後は再使用が不可能な一次電池と、電気化学反応が少なくとも部分的には可逆的であって、繰り返して充電と放電が可能な二次電池とに分類することができる。
二次電池としては、鉛‐酸電池、ニッケル‐カドミウム電池、ニッケル‐亜鉛電池、ニッケル‐鉄電池、銀酸化物電池、ニッケル金属水素化物(hydride)電池、亜鉛‐マンガン酸化物電池、亜鉛‐臭化物電池、金属‐空気電池、リチウム二次電池などが知られている。そのうち、リチウム二次電池は、他の二次電池に比べてエネルギー密度及び電池電圧が高く、保存寿命が長いという点で商業的に多大に関心を集めている。
リチウム二次電池においては、正極材として使用される物質が二次電池の性能に重要な影響を及ぼすため、高温で安定性を維持しながらも高いエネルギー容量を提供でき、且つ、製造コストの低い正極材を提供しようとして多様に試みられている。しかし未だ、市場で要求する性能を全て充足するには、ある1つの正極材のみでは限界がある。
電気駆動自動車が運行するとき、二次電池の放電深度(DoD;Depth of Discharge)は電気駆動自動車の走行可能距離を見積り、二次電池の充電または放電の開始と終了を制御するのに必要なパラメーターである。
前記放電深度は、二次電池が満充電されたときの容量を基準に現在まで放電した容量の相対的の比率を示すパラメーターであって、二次電池の開放電圧(Open Circuit Voltage)を測定すれば正確に推定することができる。二次電池の放電深度は開放電圧と1:1の関係にあるためである。しかし、二次電池の充電または放電中には、二次電池の開放電圧を正確に測定することが容易ではない。
しかし、前者の方法は、複雑な計算が必要であるという短所があり、後者の方法は、ダイナミックな条件で二次電池が充電または放電するときに適用すれば、正確度が低下するという短所がある。特に、電気自動車やハイブリッド自動車の場合は、運転者がアクセルペダルを踏めば、多様な条件の放電率(C−rate)で二次電池が放電し、運転者がブレーキペダルを踏めば、回生充電(regeneration charging)が行われる過程が繰り返される。したがって、このようなダイナミックな二次電池の使用環境で、二次電池の放電深度を簡単且つ正確に推定するためには新たな接近法が必要となる。
また、本発明は、市場が求める二次電池の性能を考慮して、2つ以上の正極材を混合した混合正極材を含み、前記混合正極材によって特異な電気化学的挙動を示す二次電池の放電深度を簡単且つ正確に推定できる装置及び方法を提供することを目的とする。
別の態様によれば、前記制御手段は、前記電圧変化プロファイルで時間に対する電圧の変化率(dV/dt)が最大になるときに前記変曲点を識別することができる。
一実施態様として、前記制御手段は、前記二次電池の充電または放電が中断した後に測定された電圧変化プロファイルから前記変曲点を識別することができる。
別の実施態様として、前記制御手段は、前記二次電池が充電される間に測定された電圧変化プロファイルから前記変曲点を識別することができる。
望ましくは、前記二次電池は、少なくとも1つの変曲点を含む開放電圧プロファイル及び/またはコンベックス(convex)パターンを有する放電抵抗プロファイルを有し得る。
一態様によれば、前記近似関数を用いて前記変曲点の識別時点から20秒以上が経過した時点、望ましくは30秒以上が経過した時点、さらに望ましくは40秒以上が経過した時点に対応する電圧を基準電圧として推定することができる。勿論、基準電圧を設定する時点は二次電池の種類によっていくらでも変更され得る。
別の態様によれば、前記制御手段は、前記電圧変化プロファイルで時間に対する電圧の変化率(dV/dt)が最大になるときに前記変曲点を識別することができる。
さらに別の態様によれば、前記制御手段は、前記二次電池の充電または放電が中断した後に測定された電圧変化プロファイル、又は、前記二次電池が充電される間に測定された電圧変化プロファイルから前記変曲点を識別することができる。
望ましくは、前記二次電池は、少なくとも1つの変曲点を含む開放電圧プロファイル、又は、コンベックスパターンを有する放電抵抗プロファイルを有し得る。
別の態様によれば、前記制御手段は表示手段と組み合わせることができ、前記制御手段は、前記推定された放電深度を前記表示手段にグラフィックインターフェース(文字、数字、グラフなど)で表示することができる。
さらに別の態様によれば、前記制御手段は通信インターフェースと組み合わせることができ、前記制御手段は、前記通信インターフェースを通じて、前記推定された放電深度を外部のコントロールユニットに伝送することができる。
また、前記二次電池は、前記正極、負極、及び分離膜を密封する包装材をさらに含むことができる。前記包装材は、化学的に安全性を有するものであれば、その材質に特に制限がない。
前記二次電池の外形は、包装材の構造によって決定される。前記包装材の構造は当業界で知られた多様な構造のうち1つであり得るが、代表的に、円筒型、角形、パウチ型、コイン型などの構造を有し得る。
前記第1正極材は、高い電圧帯域で、第2正極材に比べて作動イオンとよく反応する。したがって、高い電圧帯域で二次電池が放電または充電されるときは、作動イオンが前記第1正極材に優先的に挿入されるか又は脱離する。一方、前記第2正極材は、低い電圧帯域で、第1正極材に比べて作動イオンとよく反応する。したがって、低い電圧帯域で二次電池が放電または充電されるときは、作動イオンが前記第2正極材に優先的に挿入されるか又は脱離する。
また、混合正極材を含む二次電池は、転移電圧帯域で内部抵抗が局所的に増加する特性を有する。すなわち、二次電池に対して充電状態毎に抵抗を測定して見れば、転移電圧帯域付近でコンベックスパターンが観察され、コンベックスパターンの頂点を前後にして2つの変曲点が観察される。ここで、充電状態とは、二次電池が満充電されたときの容量を基準にした現在の残存容量の相対的な比率を意味するパラメーターであって、(1−放電深度)に該当する。
また、混合正極材を含む二次電池は、転移電圧帯域で変曲点が形成される開放電圧プロファイルを有する。すなわち、二次電池に対して放電深度毎に開放電圧を測定して見れば、転移電圧帯域付近で変曲点が観察される。
さらに別の態様によれば、前記第1正極材及び/または前記第2正極材は、コーティング層を含むことができる。前記コーティング層は炭素層を含むか、若しくは、Ti、Si、Mn、Co、Fe、V、Cr、Mo、Ni、Nd、Al、Mg、Al、As、Sb、Si、Ge、V、及びSからなる群より選択された少なくとも1つの元素を含む酸化物層またはフッ化物層を含むことができる。
別の実施形態として、高温安全性に優れた二次電池を所望する場合、Li[Ni1/3Mn1/3Co1/3]O2とLiFePO4をそれぞれ第1正極材と第2正極材として選択し、第1正極材と第2正極材との混合比率を2:8に設定することができる。
さらに別の実施形態として、製造コストが安い二次電池を所望する場合、Li[Ni1/3Mn1/3Co1/3]O2とLiFePO4をそれぞれ第1正極材と第2正極材として選択し、第1正極材と第2正極材との混合比率を1:9に設定することができる。
さらに別の実施形態として、放電出力が良く高温安全性に優れた二次電池を所望する場合、[Ni1/3Mn1/3Co1/3]O2とLiFePO4をそれぞれ第1正極材と第2正極材として選択し、第1正極材と第2正極材との混合比率を4:6に設定することができる。
さらに別の実施形態として、重量当りの容量が大きい二次電池を所望する場合、Li[Ni0.5Mn0.3Co0.2]O2とLiFePO4をそれぞれ第1正極材と第2正極材として選択し、第1正極材と第2正極材との混合比率を9:1に設定することができる。
また、混合正極材の物性を改善するために他の添加物、例えば、導電材、バインダーなどを混合正極材に添加することは特に制限されない。したがって、少なくとも2つの正極材が含まれた混合正極材であれば、正極材の数と他の添加物の存在如何と関係なく、本発明の範疇に含まれると解釈することができる。
図1を参照すれば、二次電池110の高電位及び低電位端子(P+,P−)は、電気駆動装置200の低電位及び高電位接続端子(T+,T−)と電気的に接続される。
前記二次電池110は、リチウム二次電池であり得るが、本発明が電池の種類によって限定されることはない。
別の実施形態として、前記電気駆動装置200は、電気自動車、ハイブリッド自動車、電気自転車、電気バイク、電気列車、電気船、電気飛行機などのように電気によって移動可能な電気動力装置、または電気ドリル、電気グラインダーなどのようにモーターを備えるパワーツールであり得る。
さらに別の実施形態として、前記電気駆動装置200は、電力グリッドに設けられて新再生エネルギーや余剰発電電力を貯蔵する大容量電力貯蔵装置、または停電などの非常状況でサーバーコンピューターや移動通信装備などを含む各種の情報通信装置の電源を供給する無停電電源供給装置であり得る。
前記負荷210は、二次電池110の電気エネルギーを消耗する装置であって、非制限的な例として、モーターのような回転動力装置、コンバーターやインバーターのような電力変換装置などが挙げられる。
前記充電ユニット220は、二次電池110に充電電流を印加する装置であって、非制限的な例として、充電回路、電気駆動自動車のエンジンに組み合わせられた発電機(generator)、電気駆動自動車のブレーキと組み合わせられた回生充電機(regeneration charger)などが挙げられる。
前記充電ユニット220は、コントロールユニット230の制御に従って、定電流形態の充電電流、パルス形態の充電電流、電流の大きさが経時的に変化する充電電流などを二次電池110に印加することができる。
前記第1及び第2スイッチSW1,SW2は、前記コントロールユニット230から制御信号の印加を受けて二次電池110と負荷210との間の電気的接続をターンオンまたはターンオフさせる。
前記第3及び第4スイッチSW3,SW4は、前記コントロールユニット230から制御信号の印加を受けて二次電池110と充電ユニット220との間の電気的接続をターンオンまたはターンオフさせる。
望ましくは、前記第1ないし第4スイッチSW1〜SW4は半導体スイッチ又は機械式リレースイッチであり得る。
一例において、前記コントロールユニット230は、二次電池110の充電状態が高いとき、負荷210を二次電池110に貯蔵された電気エネルギーで駆動させるため、第1及び第2スイッチSW1,SW2をターンオンさせて二次電池110を負荷210と接続させる。すると、二次電池110が放電して負荷210に電気エネルギーが供給される。
別の例として、前記コントロールユニット230は、二次電池110の充電状態が低いとき、二次電池110に充電電流を印加するため、第3及び第4スイッチSW3,SW4をターンオンさせて充電ユニット220を二次電池110と接続させる。すると、前記充電ユニット220は充電電流を二次電池110側に印加する。
一実施形態として、前記コントロールユニット230は、負荷210が駆動される間は、二次電池110を負荷210に接続し、負荷210の駆動が一時的に中断した場合は、二次電池110を充電ユニット220に接続して二次電池110を充電させることができる。
前記回生充電が行われる間には、充電電流の大きさが0から一定ピーク値まで増加してから再び0まで減少する。このような実施形態において、前記充電ユニット220は、回生エネルギーを生産するブレーキシステムと有機的に結合され、前記コントロールユニット230は回生充電の全般的な過程を制御することができる。前記回生充電技術は、本発明が属した技術分野において周知の技術であるため、詳しい説明は省略する。
ここで、前記放電深度とは、二次電池の満充電容量を基準にして、放電した容量の相対的の比率を百分率または0から1までの数で示したパラメーターである。例えば、前記放電深度が30%であれば、二次電池の満充電容量を基準にして30%の充電容量が放電したということを意味する。前記放電深度は「1−SOC」と実質的に同じである。したがって、前記放電深度を推定するということは充電状態を推定することと実質的に同じであるということを理解せねばならない。
ここで、前記動的電圧とは、二次電池110の充電または放電中に二次電池110の正極と負極との間に印加される電圧を意味する。そして、前記無負荷電圧とは、二次電池110の充電と放電が完全に中断されるか、又は、放電電流が無視できる程低いときに、二次電池110の正極と負極との間に印加される電圧を意味する。
前記センサー手段120は、二次電池110の電圧を測定するため、測定制御信号を制御手段130から受信することができる。すなわち、前記センサー手段120は、前記測定制御信号が受信される度に、二次電池の電圧を測定して制御手段130に提供することができる。
一例によれば、前記センサー手段120は、二次電池110の充電または放電中、または、二次電池110が無負荷状態にある間に、時間間隔を置いて二次電池110の電圧を繰り返して測定し、制御手段130に提供する。
図2は、LiCo1/3Mn1/3Ni1/3O2とLiFePO4とが7:3(重量比)で混合された混合正極材を含むリチウム二次電池が転移電圧帯域(約3.3〜3.4V)を含む電圧範囲で10秒間放電してから充電されるときに観察される電圧変化プロファイルを示す。図2の電流プロファイルにおいて、区間Aは放電区間を、区間Bは充電区間を示す。
図3は、第1及び第2正極材としてLiCo1/3Mn1/3Ni1/3O2とLiFePO4とを7:3(重量比)で混合した混合正極材を含むリチウム二次電池が、転移電圧帯域より低い電圧(3.2V未満)まで数秒間放電してから無負荷状態になったときに観察される電圧変化プロファイルである。図3の電流プロファイルにおいて、区間Aは放電区間を、区間Bは無負荷区間を示す。
したがって、変曲点以後の電圧変化プロファイルと放電深度との相関関係を実験などを通じて予め定義しておけば、変曲点以後の電圧変化プロファイルを用いて放電深度を簡単に推定することができる。
一例として、前記相関関係は、電圧変化プロファイル上で変曲点が生じた後、一定時間経過後に測定した基準電圧と放電深度との対応関係であり得る。ここで、基準電圧は少なくとも1つであり得る。
別の例として、前記相関関係は、変曲点が生じた後の所定時間にかけて測定された電圧変化プロファイルの近似関数と放電深度との対応関係であり得る。
図2及び図3を参照すれば、変曲点が生じた後の電圧変化プロファイルは平衡電圧に収束する形状を有するため、外挿法(extrapolation)を用いて近似関数で表すことができる。一例として、前記近似関数は自然対数(e)の指数関数であり得る。
前記制御手段130は、前記繰り返して測定された電圧の入力を受けて時間に対する電圧変化プロファイルを生成し、前記電圧変化プロファイルから変曲点を識別することができる。
一態様によれば、前記制御手段130は、前記二次電池110の充電または放電が中断した後に測定された電圧変化プロファイルから前記変曲点を識別することができる。
別の態様によれば、前記制御手段130は、前記二次電池110が充電される間に測定された電圧変化プロファイルから前記変曲点を識別することができる。
望ましくは、前記制御手段130は、前記変曲点が識別された時点の後、予め設定した時間が経過したときに測定された電圧を基準電圧として選択する。ここで、前記予め設定した時間は大きいほど望ましい。
一例として、前記予め設定した時間は5〜60秒であり得る。別の例として、前記予め設定した時間は20〜40秒であり得る。また別の例として、前記予め設定した時間は40〜60秒であり得る。
一例として、前記制御手段130は、前記基準電圧と前記放電深度との間の相関関係を予め定義したルックアップテーブルまたはルックアップ関数を用いて前記放電深度を推定することができる。
前記ルックアップ関数は、実験などを通じて前記基準電圧と前記放電深度との対応関係を関数として示したものである。前記ルックアップ関数は、前記基準電圧と前記放電深度をそれぞれ入力変数と出力変数として使用するため、前記ルックアップ関数の入力変数として推定された開放電圧を代入すれば、ルックアップ関数の出力値として放電深度を得ることができる。望ましくは、前記ルックアップ関数は、数値解析技法を通じて得ることができる。
まず、前記制御手段130は、電圧変化プロファイルで変曲点が識別されれば、前記変曲点が識別された時点以後に所定時間にかけて測定された電圧変化プロファイルに対応する近似関数を決定することができる。ここで、近似関数は、外挿法を通じて得られ、時間が増加するほど特定の値に収束する特性を有する指数関数として表すことができる。前記近似関数の入力変数と出力変数はそれぞれ時間と電圧である。
その後、前記制御手段130は、近似関数を用いて変曲点の識別時点を基準に予め設定した時間が経過した後の電圧を基準電圧として推定する。前記基準電圧は、近似関数の入力変数に予め設定した時間を代入すれば決定することができる。
前記基準電圧が推定されれば、前記制御手段130は、上述したように基準電圧と放電深度との間の相関関係を定義したルックアップテーブルやルックアップ関数を用いて推定された基準電圧に対応する二次電池の放電深度を推定することができる。この場合においても、二次電池110の温度をさらに考慮できることは自明である。
V(t)=a+be−ct+d
前記関数V(t)において、入力変数と出力変数はそれぞれ時間と電圧であり、定数a、b、c、及びdは変曲点が識別された以後に測定された電圧データによってチューニング可能なパラメーターである。前記関数V(t)は自由度が4であるため、変曲点が識別された後に測定された少なくとも4つの電圧データを用いてそれぞれの定数を決定することができる。
例えば、前記近似関数は、非線形回帰法(nonlinear regression)、確率分布フィッティング法(probability distribution fitting)、多次関数曲線フィッティング法(polynomial curve fitting)などを用いて決定することができる。
しかし、本発明がこれに限定されることはなく、外挿法に使用できると知られた他の技法も近似関数を得るのに活用可能であることは自明である。前記制御手段130は、前記近似関数を得るため、上述された少なくとも1つの非線形曲線フィッティング技法をプログラム化したソフトウェアアルゴリズムを実行することができる。
一例として、前記保存手段160は、RAM、ROM、レジスタ、ハードディスク、光記録媒体、または磁気記録媒体であり得る。また、前記保存手段160は、前記制御手段130によってアクセスできるように、例えばデータバスなどを通じて前記制御手段130と接続することができる。
前記保存手段160は、論理的に2つ以上に分割でき、前記制御手段130内に含まれることを制限しない。
前記保存手段160は、前記センサー手段120が測定した複数の電圧データ、前記電圧変化プロファイル、前記識別された変曲点に関する情報(時間、電圧)、前記識別された変曲点以後の電圧変化プロファイルに対する近似関数、前記ルックアップテーブルまたは前記ルックアップ関数、または前記基準電圧、または前記推定された放電深度を保存して保持(maintain)することができる。
一例として、前記表示手段150は、液晶ディスプレイ、LEDディスプレイ、OLEDディスプレイ、E−INKディスプレイ、フレキシブルディスプレイなどであり得る。
前記表示手段150は、必ずしも本発明による装置の内部に含まれる必要はなく、本発明による装置と接続された他の装置に含まれてもよい。このような場合、前記表示手段150と前記制御手段130とは直接接続されず、前記他の装置に含まれた制御手段を介して前記表示手段150と間接的に接続される。したがって、前記表示手段150と前記制御手段130との電気的接続は、このような間接接続方式も含むと理解せねばならない。
一例として、二次電池110が電気自動車に搭載されている場合、前記制御手段130は、二次電池110の放電深度に関するデータを、電気自動車の駆動メカニズムを統合的に制御するコントロールユニット230に伝送することができる。すると、前記コントロールユニット230は、受信した二次電池110の放電深度を用いて二次電池110の充電と放電を制御し、二次電池110の使用効率を極大化することができる。
前記制御手段130の多様な制御ロジック及び/または計算ロジックは少なくとも1つが選択的に組み合わせられることで、それ自体として本発明による二次電池のパラメーター推定方法の一実施様態になり得る。
まず、段階S10において、前記制御手段130は、前記保存手段160から二次電池の放電深度を推定するのに必要な制御ロジックを読み込んで実行する。
次いで、段階S20において、前記制御手段130は、二次電池110が充電または放電する間、または、二次電池が放電中に無負荷状態に切換された後に、センサー手段120を通じて二次電池110の電圧データを受信して電圧変化プロファイルを得る。前記制御手段130は、前記電圧変化プロファイルを得るために周期的に測定制御信号を前記センサー手段120に出力することができる。
次いで、前記制御手段130は、段階S30において、前記電圧変化プロファイルから変曲点を識別する。前記制御手段130は、変曲点が識別されなければプロセスを段階S20に移行し、変曲点が識別されればプロセスを段階S40に移行する。
次いで、段階S50において、制御手段130は、実験などを通じて基準電圧と放電深度との対応関係を予め定義したルックアップテーブルまたはルックアップ関数を用いて前記測定された基準電圧または前記推定された基準電圧に対応する放電深度を推定する。
二次電池110の放電深度を推定するとき、二次電池110の温度が考慮される場合、図4のフロー図は、制御手段130がセンサー手段120を用いて二次電池110の温度に関するデータを取得する段階と、温度に対応するルックアップテーブルまたはルックアップ関数を用いて放電深度を推定する段階と、をさらに含むことができる。
すなわち、制御手段130は、段階S60において、推定された二次電池110の放電深度を保存手段160に記録することができる。また、前記制御手段130は、段階S70において、推定された二次電池110の放電深度を表示手段150を通じてグラフィックインターフェース(文字、数字、グラフなど)で出力することができる。また、前記制御手段130は、推定された二次電池110の放電深度を電気駆動装置200のコントロールユニット230に伝送することができる。
前記記録媒体はコンピューターに含まれたプロセッサによってアクセスが可能なものであれば、その種類に特に制限がない。一例として、前記記録媒体は、ROM、RAM、レジスタ、CD−ROM、磁気テープ、ハードディスク、フロッピー(登録商標)ディスク、及び光データ記録装置を含む群から選択された少なくとも1つを含む。
また、前記コード体系は、キャリア信号に変調されて特定時点に通信キャリアに含まれ得、ネットワークで接続されたコンピューターに分散して保存されて実行され得る。また、前記組み合わせられた制御ロジックを具現するための機能的なプログラム、コード、及びコードセグメントは、本発明が属する技術分野のプログラマーによって容易に推論できる。
混合正極材を含む二次電池を次のような規格で製作した。
−正極材:LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2とLiFePO4とが7:3の重量比で混合された混合正極材
−負極材:グラファイト
−電解質:EC(エチルカーボネート)/DMC(ジメチルカーボネート)/EMC(エチルメチルカーボネート)が3:4:3の重量比で混合された溶媒にLiPF6を添加
−分離膜:両面に無機物粒子がコーティングされた多孔性ポリオレフィンフィルム
−包装材:パウチ包装材
2つ以上の正極材が混合された混合正極材を含む二次電池は、放電抵抗プロファイル及び開放電圧プロファイルで独特の変化様相を呈する。
図5及び図6は、それぞれ二次電池の充電状態毎に測定した二次電池の放電抵抗プロファイルと二次電池の放電深度(DoD)毎に測定した開放電圧プロファイルを示したグラフである。
図面において、SOCは充電状態を、DoDは放電深度を示し、DoDは(1−SOC)に該当する。
このように、放電抵抗プロファイル及び開放電圧プロファイルでコンベックスパターンと変曲点が観察される理由は、転移電圧帯域で二次電池が使用されるとき、作動イオンと反応する正極材の種類が変わりながら二次電池の抵抗特性が変わるためである。
図7は、二次電池の転移電圧区間を含む電圧範囲で、二次電池を放電させてから短時間充電させた後、二次電池を休止状態で一定時間維持させたときの電圧変化プロファイルを測定したグラフである。
図7には、3つの異なる実験条件で測定された電圧変化プロファイルが示されている。すなわち、放電率は同一にし、充電率は3種に変化を与えた。しかし、二次電池が充電されるとき、アンペアカウンティング量が変わらないように充電時間を調節した。したがって、それぞれの実験条件で適用された充電率が異なっても、二次電池が充電されるときに正極材から脱離した作動イオンの量は実質的に等しい。そのため、放電と充電が終了したとき、二次電池の放電深度は71%と同じである。それぞれの電圧変化プロファイルにおいて、電圧が急激に低下する区間は放電区間であり、電圧が再び急激に上昇する区間は充電区間であり、30秒からの区間は休止区間である。
図9は、図8の点線の四角形部分を拡大して示したグラフである。
図10は、休止状態が開始したときの放電深度を66%、68%、70%、72%、74%、76%、及び78%に変化させながら、図7の電圧変化プロファイルを得るときと同じ条件で二次電池を放電及び充電させたとき、変曲点右側で観察される電圧変化プロファイルを拡大して示した図である。
このような実験結果は、二次電池の電圧変化プロファイルで変曲点が識別され、変曲点右側にある電圧変化プロファイルをサンプリングすれば、二次電池の放電深度を固有に推定できるということを裏付けている。
このような方式は、変曲点が識別された後に測定された電圧データの量が十分ではないときに有用である。すなわち、電圧変化プロファイルの一部を使用してプロファイルの全体概形を近似関数として大まかに推定し、近似関数を使用して電圧変化プロファイルが平衡電圧に向かって十分収束したときの電圧値を推定して、その値を基準電圧として選択すれば、放電深度をより正確に推定することができる。
図10を参照すれば、二次電池が休止状態に入る前に相異なる充電条件が適用されても、二次電池の放電深度さえ同じであれば、変曲点右側の電圧変化プロファイルは同じ概形を形成しながら平衡電圧に収束していくという事実を多数の放電深度条件でも確認できる。
図11を参照すれば、電圧変化プロファイル(1)ないし(3)は、二次電池の充電が行われる区間で変曲点を含むため、変曲点付近で作動イオンが脱離する正極材がLiFePO4からLiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2に変わったことが分かる。
また、放電率と充電率に関係なく、充電が終わった後の放電深度さえ同じであれば、変曲点右側の電圧変化プロファイルは同じ概形を形成しながら一定電圧に収束していくことが確認できる。
図12を参照すれば、充電が終了したときの放電深度さえ同じであれば、二次電池が他の放電率及び充電率で放電及び充電されても、変曲点右側の電圧変化プロファイルは同じ概形を形成しながら平衡電圧に向かって収束していくことが観察できる。図12に示されたそれぞれの電圧変化プロファイルは1つであるかのように見えるが、点線、実線、及び一点鎖線で示された3つのプロファイルが重なったものである。
200 電気駆動装置
110 二次電池
120 センサー手段
130 制御手段
150 表示手段
160 保存手段
210 負荷
220 充電ユニット
230 コントロールユニット
Claims (19)
- 少なくとも第1及び第2正極材が混合された混合正極材を含む二次電池が、作動イオンと反応する正極材の種類が切換えされる転移電圧帯域で充電又は放電中であるか、若しくは、休止状態にあるとき、前記二次電池の電圧を時間間隔を置いて繰り返して測定するセンサー手段と、
前記センサー手段から前記繰り返して測定された複数の電圧の入力を受けて、前記複数の電圧に対応する1つの電圧変化プロファイルから変曲点を識別し、前記変曲点が識別された時点から予め設定した特定時間が経過したときに測定された電圧を基準電圧として使用し、基準電圧と二次電池の放電深度(DoD)との間の予め定義された相関関係を用いて前記基準電圧に対応する放電深度を推定する制御手段と、を含む
ことを特徴とする二次電池の放電深度推定装置。 - 前記制御手段が、前記基準電圧と前記放電深度との間の相関関係を予め定義したルックアップテーブルまたはルックアップ関数を用いて前記放電深度を推定する
ことを特徴とする請求項1に記載の二次電池の放電深度推定装置。 - 前記制御手段が、前記電圧変化プロファイルで時間に対する電圧の変化率(dV/dt)が最大になるとき、前記変曲点を識別する
ことを特徴とする請求項1に記載の二次電池の放電深度推定装置。 - 前記二次電池が、充電状態毎に測定した開放電圧プロファイルで変曲点を有するか、または、放電深度毎に測定した放電抵抗プロファイルでコンベックスパターンを有する
ことを特徴とする請求項1に記載の二次電池の放電深度推定装置。 - 少なくとも第1及び第2正極材が混合された混合正極材を含む二次電池が、作動イオンと反応する正極材の種類が切換えされる転移電圧帯域で充電又は放電中であるか、若しくは、休止状態にあるとき、前記二次電池の電圧を時間間隔を置いて繰り返して測定するセンサー手段と、
前記センサー手段から前記繰り返して測定された複数の電圧の入力を受けて、前記複数の電圧に対応する1つの電圧変化プロファイルから変曲点を識別し、外挿法を用いて前記変曲点が識別された時点以後に測定された複数の電圧から前記変曲点の識別時点から予め設定した特定時間が経過したときの電圧を近似的に推定し、近似的に推定された電圧を基準電圧として使用し、基準電圧と二次電池の放電深度(DoD)との間の予め定義された相関関係を用いて前記基準電圧に対応する放電深度を推定する制御手段と、を含む
ことを特徴とする二次電池の放電深度推定装置。 - 前記制御手段が、前記変曲点が識別された以後に測定された複数の電圧に対応する電圧変化プロファイルを近似する近似関数を決定し、前記近似関数を用いて前記予め設定した時間に対応する電圧を前記基準電圧として推定する
ことを特徴とする請求項5に記載の二次電池の放電深度推定装置。 - 前記制御手段が、前記基準電圧と前記放電深度との間の相関関係を予め定義したルックアップテーブルまたはルックアップ関数を用いて前記放電深度を推定する
ことを特徴とする請求項5に記載の二次電池の放電深度推定装置。 - 前記制御手段が、前記電圧変化プロファイルで時間に対する電圧の変化率(dV/dt)が最大になるときに前記変曲点を識別する
ことを特徴とする請求項5に記載の二次電池の放電深度推定装置。 - 前記二次電池が、充電状態毎に測定した開放電圧プロファイルで変曲点を有するか、または、放電深度毎に測定した放電抵抗プロファイルでコンベックスパターンを有する
ことを特徴とする請求項5に記載の二次電池の放電深度推定装置。 - 前記推定された放電深度を保存する保存手段、
前記推定された放電深度を表示する表示手段、又は
前記推定された放電深度を外部に伝送する通信インターフェースをさらに含む
ことを特徴とする請求項1または請求項5に記載の二次電池の放電深度推定装置。 - 請求項1または請求項5に記載の二次電池の放電深度推定装置を含む電気駆動装置。
- (a)少なくとも第1及び第2正極材が混合された混合正極材を含む二次電池が、作動イオンと反応する正極材の種類が切換えされる転移電圧帯域で充電又は放電中であるか、若しくは、休止状態にあるとき、前記二次電池に対して時間間隔を置いて繰り返して測定された複数の電圧の入力を受ける段階と、
(b)前記複数の電圧に対応する1つの電圧変化プロファイルから変曲点を識別する段階と、
(c)前記変曲点が識別された時点から予め設定した特定時間が経過したときに測定された電圧を基準電圧として使用する段階と、
(d)基準電圧と二次電池の放電深度(DoD)との間の予め定義された相関関係を用いて前記基準電圧に対応する放電深度を推定する段階と、を含む
ことを特徴とする二次電池の放電深度推定方法。 - 前記(b)段階が、前記電圧変化プロファイルで時間に対する電圧の変化率(dV/dt)が最大になるときに前記変曲点を識別する段階である
ことを特徴とする請求項12に記載の二次電池の放電深度推定方法。 - 前記(d)段階が、前記基準電圧と前記放電深度との間の相関関係を予め定義したルックアップテーブルまたはルックアップ関数を用いて前記放電深度を推定する段階である
ことを特徴とする請求項12に記載の二次電池の放電深度推定方法。 - (a)少なくとも第1及び第2正極材が混合された混合正極材を含む二次電池が、作動イオンと反応する正極材の種類が切換えされる転移電圧帯域で充電又は放電中であるか、若しくは、休止状態にあるとき、前記二次電池に対して時間間隔を置いて繰り返して測定された複数の電圧の入力を受ける段階と、
(b)前記複数の電圧に対応する1つの電圧変化プロファイルから変曲点を識別する段階と、
(c)外挿法を用いて前記変曲点が識別された時点以後に測定された複数の電圧から前記変曲点の識別時点から予め設定した特定時間が経過したときの電圧を近似的に推定し、近似的に推定された電圧を基準電圧として使用する段階と、
(d)基準電圧と二次電池の放電深度(DoD)との間の予め定義された相関関係を用いて前記基準電圧に対応する放電深度を推定する段階と、を含む
ことを特徴とする二次電池の放電深度推定方法。 - 前記(b)段階が、前記電圧変化プロファイルで時間に対する電圧の変化率(dV/dt)が最大になるときに前記変曲点を識別する段階である
ことを特徴とする請求項15に記載の二次電池の放電深度推定方法。 - 前記(c)段階が、前記変曲点が識別された時点以後に測定された複数の電圧に対応する電圧変化プロファイルの近似関数を決定し、前記近似関数を用いて前記予め設定した時間に対応する電圧を前記基準電圧として推定する段階である
ことを特徴とする請求項15に記載の二次電池の放電深度推定方法。 - 前記(d)段階が、前記基準電圧と前記放電深度との間の相関関係を予め定義したルックアップテーブルまたはルックアップ関数を用いて前記放電深度を推定する段階である
ことを特徴とする請求項15に記載の二次電池の放電深度推定方法。 - 前記推定された放電深度を保存、表示、または伝送する段階をさらに含む
ことを特徴とする請求項12または請求項15に記載の二次電池の放電深度推定方法。
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KR100695658B1 (ko) * | 1999-04-08 | 2007-03-19 | 코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이. | 배터리의 충전 상태를 결정하는 방법 및 디바이스 |
JP2001185095A (ja) * | 1999-12-22 | 2001-07-06 | Sony Corp | 二次電池 |
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US6677082B2 (en) | 2000-06-22 | 2004-01-13 | The University Of Chicago | Lithium metal oxide electrodes for lithium cells and batteries |
JP2002250757A (ja) * | 2001-02-23 | 2002-09-06 | Yazaki Corp | 車両用バッテリの開回路電圧推定方法及びその装置 |
KR20030013215A (ko) * | 2001-08-07 | 2003-02-14 | 주식회사 맥사이언스 | 과도 응답 함수를 이용한 축전지의 용량 예측 및 선별 방법 |
GB0312303D0 (en) * | 2003-05-29 | 2003-07-02 | Yuasa Battery Uk Ltd | Battery life monitor and battery state of charge monitor |
US7482784B2 (en) * | 2003-07-15 | 2009-01-27 | Panasonic Corporation | Degradation judgment circuit for secondary battery |
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JP5092224B2 (ja) * | 2005-10-05 | 2012-12-05 | パナソニック株式会社 | 非水電解液二次電池とその電池パックおよび電子機器 |
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US20110033735A1 (en) * | 2008-12-05 | 2011-02-10 | Masahiro Kinoshita | Battery pack |
WO2011007805A1 (ja) * | 2009-07-17 | 2011-01-20 | 本田技研工業株式会社 | リチウムイオン二次電池監視システム及びリチウムイオン二次電池監視方法 |
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