锂离子电池的充电状态推测方法及充电状态推测装置制造方法及图纸

一种关于将具有橄榄石型结晶构造的磷酸锂化合物用于正极并将由于锂的插入脱离反应而没有电位变动的活性物质用于负极的锂离子电池而根据电压变化率推测充电状态的方法，具有：第1步骤，存储表示多个充放电速率下的电压变化率与充电状态的对应关系的映射；第2步骤，参照映射，从根据充放电过程中的测定值计算出的实测电压变化率求出当前状况的充电状态候补；以及第3步骤，将在充电过程中求出的充电状态候补与在放电过程中求出的充电状态候补进行对比，求出当前状况的充电状态。

A speculating method for the state of lithium ion battery charging state and a speculating device for the state of lithium ion battery charging

A will have a crystal structure of olivine type lithium phosphate compound anode for lithium insertion and due out of the reaction without active substances for potential changes in anode materials for lithium ion batteries according to the method, the change rate of the voltage that the charge state has first steps, said storage mapping state voltage change of a plurality of charging and discharging the rate and the rate of charge; the second step, according to mapping, from the measured voltage change is calculated according to the measured values in the process of charge and discharge rate for state of charge of alternate current situation; and the third step, comparing the state of charge for alternate during charging and charging for alternate state in the discharge process, calculate the charge state of the current situation.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】锂离子电池的充电状态推测方法及锂离子电池的充电状态推测装置
本专利技术涉及使用橄榄石型磷酸铁锂作为正极活性物质以及使用石墨系碳材料作为负极活性物质的锂离子电池的充电状态(SOC：StateofCharge)推测方法以及锂离子电池的充电状态推测装置。
技术介绍
锂离子电池作为分量轻且能量密度高的蓄电器件，主要用于移动用途。近年来，还用于固定式电源、电动汽车、混合动力汽车、混合动力铁道车辆等需要大量的能量的用途。LiFePO4或LiMnPO4等具有橄榄石型结晶构造的磷酸锂化合物的理论容量高，低成本且充电时的热稳定性优良，所以作为有希望的正极活性物质而被重视。然而，将LiFePO4或LiMnPO4等橄榄石型磷酸化合物用于正极的锂离子电池在宽的范围中电压稳定，几乎没有由SOC变化引起的电压变动。因此，存在难以根据电压探测SOC这样的问题。另外，作为负极活性物质，使用石墨系碳、低温烧制而成的低结晶性的易石墨化碳(软碳)或难石墨化碳(硬碳)等碳材料、或含锂的钛氧化物，但使用石墨系碳作为负极活性物质的情形较多。使用低结晶性的软碳或硬碳的锂离子电池的由充放电引起的电压变化大。然而，使用石墨系材料或含锂的钛氧化物的锂离子电池的电压变化小，难以根据电压探测SOC。特别在使用橄榄石型磷酸化合物作为正极活性物质并使用石墨系碳作为负极活性物质的锂离子电池(以下，称为磷酸铁系锂离子电池)的情况下，存在难以在电池电压宽的范围以恒定的状态探测SOC这样的问题。一般而言，作为电池的SOC推测，有如下方法。·制作测定出使用的电池的OCV(OpenCircuitVoltage＝开电路电压、开路电压)与SOC的关系的OCV－SOC特性并参照OCV－SOC特性来判别SOC的推测方法·对从满充电状态起的放电电流进行累计的推测方法·对从完全放电起的充电电流进行累计的推测方法作为进行电池的SOC推测的具体例，有如下现有技术(例如，参照专利文献1)。在该专利文献1中，通过充电或放电使SOC移动至在磷酸铁系锂离子电池的满充电附近电压变化大的高SOC的区域、或接近完全放电状态的放电末期的电压变化大的区域，测定OCV电压，参照OCV－SOC特性检测SOC。另一方面，在专利文献1中，使用了在电压变动小的大部分区域利用电流累计来推测SOC的手法。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2010－283922号公报
技术实现思路
然而，在现有技术中，存在如下课题。在该专利文献1中，需要使充电至SOC100％附近或放电至SOC0％附近来进行SOC推测。另一方面，在如混合动力汽车那样的用途中，只在中间SOC使用。因此，在如不将充放电进行至SOC100％或SOC0％的区域的混合动力汽车那样的用途中，无法使用该现有技术。特别在磷酸铁系锂离子电池中，SOC30％至70％左右的区域的OCV为恒定，仍旧留有无法根据电压测定确定SOC这样的问题。另外，为了进行OCV测定，需要在开电路电压下长时间放置，在电压变动稳定之后，在未流过电流的状态下测定电压。本专利技术是为了解决上述问题而完成的，其目的在于得到在将橄榄石型磷酸铁锂用于正极并将石墨系活性物质用于负极的磷酸铁系锂离子电池中无需进行直至SOC100％附近为止的充电或直至SOC0％为止的放电就能够实施SOC推测的锂离子电池的充电状态推测方法以及锂离子电池的充电状态推测装置。本专利技术提供一种锂离子电池的充电状态推测方法，对于将具有橄榄石型结晶构造的磷酸锂化合物用于正极并将由于锂的插入脱离反应而没有电位变动的活性物质用于负极的锂离子电池，根据电压变化率推测充电状态，所述电压变化率是作为将充电过程中或者放电过程中的每单位时间的电压变化除以在单位时间流过的电流容量而得到的值而求出的，所述锂离子电池的充电状态推测方法具有：第1步骤，在第1存储部中存储表示多个充电速率下的锂离子电池的电压变化率与充电状态的对应关系的第1映射和表示多个放电速率下的锂离子电池的电压变化率与充电状态的对应关系的第2映射；第2步骤，根据充放电过程中的电压、电流测定值，计算锂离子电池的实测电压变化率，在为充电过程中的情况下参照第1映射，在为放电过程中的情况下参照第2映射，根据实测电压变化率求出锂离子电池的当前状况的充电状态候补，在第2存储部中存储当前状况的充电状态候补；以及第3步骤，将存储于第2存储部的在充电过程中求出的充电状态候补与在放电过程中求出的充电状态候补进行对比，求出当前状况的充电状态。另外，本专利技术提供一种锂离子电池的充电状态推测装置，对于将具有橄榄石型结晶构造的磷酸锂化合物用于正极并将由于锂的插入脱离反应而没有电位变动的活性物质用于负极的锂离子电池，根据电压变化率推测充电状态，所述电压变化率是作为将充电过程中或者放电过程中的每单位时间的电压变化除以在单位时间流过的电流容量而得到的值而求出的，所述锂离子电池的充电状态推测装置具备：第1存储部，存储表示多个充电速率下的锂离子电池的电压变化率与充电状态的对应关系的第1映射和表示多个放电速率下的锂离子电池的电压变化率与充电状态的对应关系的第2映射；第2存储部，存储充电过程中的当前状况的充电状态候补以及放电过程中的当前状况的充电状态候补；充放电测定部，测定锂离子电池的电压、电流；以及推测运算部，根据由充放电测定部测定出的充放电过程中的电压、电流测定值，计算锂离子电池的实测电压变化率，在为充电过程中的情况下参照第1映射，在为放电过程中的情况下参照第2映射，根据实测电压变化率求出锂离子电池的当前状况的充电状态候补，使第2存储部存储所求出的当前状况的充电状态候补，将存储于第2存储部的在充电过程中求出的充电状态候补与在放电过程中求出的充电状态候补进行对比，求出当前状况的充电状态。根据本专利技术，在将具有橄榄石型结晶构造的磷酸锂化合物用于正极活性物质并使用如石墨系活性物质那样的即使发生锂的插入脱离反应电位也为恒定的负极活性物质的锂离子电池中具备如下结构：通过实施高速率充电以及高速率充放电，从而增大中间SOC中的充电过程中或放电过程中的电压变化，根据充电过程中的电压变化率或充放电过程中的电压变化率来推测SOC。其结果，能够得到在将橄榄石型磷酸铁锂用于正极并将石墨系活性物质用于负极的磷酸铁系锂离子电池中无需进行直至SOC100％附近为止的充电或直至SOC0％为止的放电就能够实施SOC推测的锂离子电池的充电状态推测方法以及锂离子电池的充电状态推测装置。附图说明图1是示出硬币型电池中的磷酸铁锂的充放电分布的图。图2是示出硬币型电池中的石墨化碳(人造石墨)的充放电分布的图。图3是在本专利技术的实施方式1中将磷酸铁锂用于正极并将具有多个平稳(plateau)区域的人造石墨用于负极的锂离子电池的低速率充电时和高速率充电时的充电分布的比较图。图4是示出对本专利技术的实施方式1中的锂离子电池进行低速率定电流充电时的电压变化率与SOC的关系的图。图5是示出对本专利技术的实施方式1中的锂离子电池进行高速率定电流充电时的电压变化率与SOC的关系的图。图6是示出对本专利技术的实施方式1中的锂离子电池进行定电流放电时的电压变化率与SOC的关系的图。图7是本专利技术的实施方式1中的锂离子电池的充电状态推测装置的结构图。图8是与由本专利技术的实施方式1中的锂离子电池的充电状态推测装置执本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池的充电状态推测方法，对于将具有橄榄石型结晶构造的磷酸锂化合物用于正极并将由于锂的插入脱离反应而没有电位变动的活性物质用于负极的锂离子电池，根据电压变化率推测充电状态，所述电压变化率是作为将充电过程中或者放电过程中的每单位时间的电压变化除以在单位时间流过的电流容量而得到的值而求出的，所述锂离子电池的充电状态推测方法具有：第1步骤，在第1存储部中存储表示多个充电速率下的所述锂离子电池的电压变化率与充电状态的对应关系的第1映射和表示多个放电速率下的所述锂离子电池的电压变化率与充电状态的对应关系的第2映射；第2步骤，根据充放电过程中的电压、电流测定值，计算所述锂离子电池的实测电压变化率，在为充电过程中的情况下参照所述第1映射，在为放电过程中的情况下参照所述第2映射，根据所述实测电压变化率求出所述锂离子电池的当前状况的充电状态候补，在第2存储部中存储所述当前状况的充电状态候补；以及第3步骤，将存储于所述第2存储部的在充电过程中求出的充电状态候补与在放电过程中求出的充电状态候补进行对比，求出当前状况的充电状态。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.07.13 JP 2015-1397171.一种锂离子电池的充电状态推测方法，对于将具有橄榄石型结晶构造的磷酸锂化合物用于正极并将由于锂的插入脱离反应而没有电位变动的活性物质用于负极的锂离子电池，根据电压变化率推测充电状态，所述电压变化率是作为将充电过程中或者放电过程中的每单位时间的电压变化除以在单位时间流过的电流容量而得到的值而求出的，所述锂离子电池的充电状态推测方法具有：第1步骤，在第1存储部中存储表示多个充电速率下的所述锂离子电池的电压变化率与充电状态的对应关系的第1映射和表示多个放电速率下的所述锂离子电池的电压变化率与充电状态的对应关系的第2映射；第2步骤，根据充放电过程中的电压、电流测定值，计算所述锂离子电池的实测电压变化率，在为充电过程中的情况下参照所述第1映射，在为放电过程中的情况下参照所述第2映射，根据所述实测电压变化率求出所述锂离子电池的当前状况的充电状态候补，在第2存储部中存储所述当前状况的充电状态候补；以及第3步骤，将存储于所述第2存储部的在充电过程中求出的充电状态候补与在放电过程中求出的充电状态候补进行对比，求出当前状况的充电状态。2.根据权利要求1所述的锂离子电池的充电状态推测方法，其中，在所述第2步骤中，在充电过程中，根据作为当前的充电速率而计算出的所述实测电压变化率，从所述第1映射之中选择参照的充电速率下的对应关系，在放电过程中，根据作为当前的放电速率而计算出的所述实测电压变化率，从所述第2映射之中选择参照的放电速率下的对应关系。3.根据权利要求1或者2所述的锂离子电池的充电状态推测方法，其中，在所述第3步骤中，从在所述充电过程中求出的1个以上的充电状态候补与在所述放电过程中求出的1个以上的充电状态候补之间最接近的充电状态候补的配对求出当前状况的充电状态。4.根据权利要求1或者2所述的锂离子电池的充电状态推测方法，其中，在将具有额定容量值的容量的所述锂离子电池充电到充电状态100％之后，在进行定电流放电时，在将用1小时放电结束的电流值规定为1C的电流值、将以1C的电流进行充电规定为1C的充电时，在所述第2步骤中，将在2C以上的速率下的充电时求出的所述充电状态的范围存储于所述第2存储部，将在所述2C以上的速率下的放电时求出的所述充电状态的候补存储于所述第2存储部，在所述第3步骤中，求出所述2C以上的速率下的放电时的所述充电状态的候补中的所述充电时的所述充电状态的范围所包含的候补，作为所述当前状况的充电状态。5.根据权利要求1或者2所述的锂离子电池的充电状态推测方法，其中，在将具有额定容量值的容量的所述锂离子电池充电到充电状态100％之后，在进行定电流放电时，在将用1小时放电结束的电流值规定为1C的电流值、将以1C的电流进行充电规定为1C的充电时，在所述第3步骤中，当在所述第1步骤中存储于所述第1存储部的所述第1映射以及所述第2映射在1C以下的速率下的充放电时具有所述电压变化率的拐点、且从在1C以下的速率下的充电时计算出的充电过程中的多个电压变化率或者在1C以下的速率下的放电时计算出的放电过程中的多个电压变化率提取出与所述拐点对应的电压变化率的情况下，从与所述拐点对应的电压变化率求出所述当前状况的充电状态。6.根据权利要求1或者2所述的锂离子电池的充电状态推测方法，其中，在所述第3步骤中，将根据所述电压变化率求出的当前状况的充电状态与通过电流累计求出的当前状况的充电状态进行比较，进行当前状况的充电状态的修正。7.一种锂离子电池的充电...

【专利技术属性】
技术研发人员：竹村大吾，西口博人，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP