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1. WO2008126631 - 二次電池の状態推定装置

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請求の範囲

1 . 電気化学反応に寄与する反応物質を内部に含む活物質を含んで構成され た第 1および第 2の電極と、前記第 1および第 2の電極間でィオン化した前記反 応物質を伝導するためのイオン伝導体とを備える二次電池の状態推定装置であつ て、

前記第 1および第 2の電極間の電池電圧を検出する電圧検出器と、

与えられた境界条件に基づいて前記活物質の内部での前記反応物質の濃度分布 を規定する活物質拡散モデル式に従って、前記反応物質の濃度分布を推定する拡 散推定部と、

前記拡散推定部によつて推定された、前記活物質の電解液との界面での前記反 応物質の濃度に基づいて、前記第 1および第 2の電極間の開放電圧を推定する開 放電圧推定部と、

前記開放電圧と、前記二次電池の電池電流密度に応じて算出される過電圧と、 前記電池電流密度に応じて発生する電圧降下と、前記電池電圧との間の関係を示 す、電気化学反応に基づく電圧電流関係モデル式に従って前記二次電池の電池電 流密度を推定する電流推定部とを備え、

前記電流推定部は、前記電圧検出器によって検出された前記電池電圧と、前記 開放電圧推定部によって推定された前記開放電圧と、前記二次電池のパラメータ 値とを前記電圧電流関係モデル式に代入することによって、前記電池電流密度を 與 t_dし、

前記電流推定部によって推定された前記電池電流密度に基づいて前記界面での 反応電流密度を算出し、算出した反応電流密度に従って、前記拡散推定モデル式 の前記界面における前記境界条件を設定する境界条件設定部をさらに備える、二 次電池の状態推定装置。

2 . 前記二次電池の電池温度を検出する温度検出器と、

少なくとも前記電池温度に応じて、前記パラメータ値を可変に設定するための パラメータ値設定部とをさらに備え、

前記パラメータ値設定部は、さらに、前記活物質拡散モデル式中の拡散速度を 表わすパラメータ値を、少なくとも前記電池温度に応じて可変に設定する、請求 の範囲第 1項記載の二次電池の状態推定装置。

3: 前記電圧電流関係モデル式は、前記電池電流密度および前記パラメータ 値としての電極単位面積当たりの電気抵抗の積を前記開放電圧から減算した電圧 力 前記電池電圧に等しいことを示す線形近似式により構成され、

前記パラメータ値設定部は、前記拡散推定部によって推定された前記界面での 前記反応物質の濃度および前記温度検出器によつて検出された前記電池温度に応 じて、前記電気抵抗を可変に設定する、請求の範囲第 2項記載の二次電池の状態 推定装置。

4 . 全体の前記電池電流密度を、電気化学反応に寄与する第 1の電流密度と、 前記二次電池内部に生じる電気二重層キャパシタ成分によって生じる第 2の電流 密度とに分離する電流演算部をさらに備え、

前記境界条件設定部は、前記電流演算部により算出された前記第 1の電流密度 に基づいて前記界面での反応電流密度を算出し、

前記電圧電流関係モデル式において、前記過電圧は、前記第 1の電流密度に基 づいて算出される、請求の範囲第 1項記載の二次電池の状態推定装置。

5 . 前記二次電池の電池温度を検出する温度検出器と、

少なくとも前記電池温度に応じて、前記パラメータ値を可変に設定するための パラメータ値設定部とをさらに備え、

前記電圧電流関係モデル式は、前記第 1の電流密度と前記パラメータ値として の電極単位面積当たりの第 1の電気抵抗との積が前記電池電圧に等しいこどを示 す線形近似式および、前記パラメータ値としての電極単位面積当たりのキャパシ タに流れる前記第 2の電流密度が前記電池電圧の時間変化量に比例した値である こと示す式で構成され、

前記パラメータ値設定部は、前記拡散推定部によつて推定された前記界面での 前記反応物質の濃度および前記温度検出器によって検出された前記電池温度に応 じて、前記第 1の電気抵抗を可変に設定するとともに、前記電池温度に応じて前 記電極単位面積当たりのキャパシタンスを可変に設定する、請求の範囲第 4項記 載の二次電池の状態推定装置。

6 . 前記拡散推定部は、前記第 1および第 2の電極のそれぞれについて、極 座標により表わされた前記活物質拡散モデル式を有する、請求の範囲第 1項記載 の二次電池の状態推定装置。

7 . 前記拡散推定部は、前記第 1および第 2の電極の間で共通化された、極 座標により表わされた前記活物質拡散モデル式を有する、請求の範囲第 1項記載 の二次電池の状態推定装置。

8 . 前記電圧電流関係モデル式は、前記活物質および前記電解液の平均電位 と、前記界面での前記電気化学反応に伴って発生する過電圧の平均値と、前記開 放電圧との間の関係を示す電圧方程式、ならびに、前記電池電流密度および前記 過電圧の平均値の間の関係を示す電気化学反応式に基づいて導出される、請求の 範囲第 1項記載の二次電池の状態推定装置。

9 . 前記電圧電流関係モデル式は、前記第 1および第 2の電極の各々におい て、電極中での電気化学反応が位置依存性を有さずに一様であると仮定して、前 記電極中での前記活物質および前記電解液の電位分布を 2次関数に簡易化した上 で、前記活物質および前記電解液の前記平均電位を求めることにより導出される、 請求の範囲第 8項記載の二次電池の状態推定装置。

1 0 . 前記拡散推定部によって推定された前記反応物質の濃度分布に基づい て、前記活物質内での前記反応物質の平均濃度を算出する平均濃度算出部と、 予め求められた前記平均濃度と前記二次電池の充電率との対応関係に従って、 前記平均濃度算出部によって出された前記平均濃度に基づいて前記充電率を推 定する第 1の充電率推定部とをさらに備える、請求の範囲第 1〜 9項のいずれか 1項に記載の二次電池の状態推定装置。

1 1 . 前記二次電池の電池電流を検出する電流検出器と、

前記電池電流の積算に基づいて前記二次電池の充電率変化量を推定する第 2の 充電率推定部と、

前記第 1および第 2の充電率推定部による推定結果に基づいて、前記二次電池 の充電率推定値を逐次更新する第 3の充電率推定部とをさらに備え、

前記第 3の充電率推定部は、前記充電率推定値の前回値に対して、前記第 2の 充電率推定部によって推定された前記前回値からの前記充電率変化量と、前記第 1の充電率推定部によって推定された現在の充電率と前記前回値との間の充電率 誤差とを反映して、前記充電率推定値の現在値を算出し、

前記充電率変化量の反映は、前記充電率誤差の反映よりも相対的に小さい時定 数で行なわれる、請求の範囲第 1 0項に記載の二次電池の状態推定装置。

1 2 . 前記二次電池の電池電流を検出する電流検出器と、

前記電池電流の積算に基づいて前記二次電池の充電率変化量を推定する第 2の 充電率推定部と、

前記第 1および第 2の充電率推定部による推定結果に基づいて、前記二次電池 の充電率推定値を逐次更新する第 3の充電率推定部とをさらに備え、

前記第 3の充電率推定部は、前記充電率推定値の前回値に対して、前記第 2の 充電率推定部によつて推定された前記前回値からの前記充電率変化量と、前記第 1の充電率推定部によって推定された現在の充電率と前記前回値との間の充電率 誤差とを反映して、前記充電率推定値の現在値を算出し、

前記第 3の充電率推定部は、前記電池電流の絶対値が所定値よりも大きい場合、 または、前記二次電池の電池温度が所定温度よりも低い場合には、前記充電率誤 差の反映を中止して、前記充電率推定値の現在値を算出する、請求の範囲第 1 0 項に記載の二次電池の状態推定装置。

1 3 . 前記電流推定部によって推定された前記電池電流密度に基づいて前記 電池電流の推定値を算出するとともに > 前記電池電流の推定値と前記電流検出器 による検出値との誤差に基づいて前記電流検出器のオフセット誤差を推定するォ フセット推定部をさらに備え、

前記第 2の充電率推定部は、前記オフセット推定部によって推定された前記ォ フセット誤差によつて前記電流検出器による前記電池電流の検出値を補正すると ともに、補正された前記検出値の積算に基づいて前記二次電池の充電率の変化量 を推定する、請求の範囲第 1 1項または 1 2項に記載の二次電池の状態推定装置。

1 4 . 前記二次電池の電池電流を検出する電流検出器と、

前記電流推定部によって推定された前記電池電流密度に基づいて前記電池電流 の推定値を算出するとともに、前記電池電流の推定値と前記電流検出器による検 出値との誤差に基づいて前記電流検出器のオフセット誤差を推定するオフセット 推定部と、

前記オフセット推定部によって推定された前記オフセット誤差によって前記電 流検出器による前記電池電流の検出値を補正するとともに、補正された前記検出 値の積算に基づいて前記二次電池の充電率の変化量を推定する充電率推定部とを さらに備える、請求の範囲第 1〜 9項のいずれか 1項に記載の二次電池の状態推 定装置。