蓄电元件的劣化度以及蓄电余量检测装置和蓄电元件管理单元制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种蓄电元件的劣化度以及蓄电余量检测装置，其高精度地瞬时检测蓄电元件的劣化度SOH以及蓄电余量SOC，能够进行电池状态的识别。检测二次电池(10)的劣化度SOH以及蓄电余量SOC的二次电池(10)的劣化度SOH以及蓄电余量检测装置(1)，具备：测量单元，其测量所述二次电池(10)的电压以及电流；以及控制部，其具有执行规定的运算的运算单元，所述控制部(14)基于所述二次电池的充电开始时的上升电压以及电流的测量值，使用以下的[数学式1]所示的电池方程式，通过运算求出所述二次电池的动作时的过电压δ。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】蓄电元件的劣化度以及蓄电余量检测装置和蓄电元件管理单元
本专利技术涉及一种蓄电元件的劣化度以及蓄电余量检测装置，其检测表示二次电池等蓄电元件的能量余量的蓄电余量(SOC)，以及表示蓄电性能与初始相比劣化或者成熟到何种程度的蓄电性能的劣化度(SOH)的蓄电元件的劣化度以及蓄电余量检测装置。另外，本专利技术涉及搭载有诊断功能的蓄电元件管理单元，所述诊断功能能够进行判定劣化度(SOH)的诊断，所述劣化度(SOH)表示在对蓄电元件充电或者放电时与初始相比劣化了何种程度。
技术介绍
作为蓄电元件的一例的二次电池被广泛用于电子设备、电动设备、车辆等。作为二次电池，可举出铅电池、镍氢电池、锂离子电池等例。二次电池是能够反复放电和充电而使用的电池。在利用这样的二次电池时，已知二次电池的劣化度(亦称为SOH；StateOfHealth、将初始设为100％时的当前性能、劣化率)、二次电池的蓄电余量(亦称为SOC；StateOfCharge；充电深度。将“空”设为0％，将“满”设为100％。)，首次就能够适当地利用二次电池。作为推定二次电池的SOH、SOC的技术，以往提出了各种方案(例如，参照专利文献1～3)。另外，现状为，二次电池在各领域中没有被广泛实用的同时高精度地检测二次电池的蓄电余量的单元，对于使二次电池作为电源发挥功能的设备的使用者而言，设备突然电能枯竭而陷入不能发挥功能的故障时，会带来不安感。作为其理由，在采用测量二次电池的端子电压并与该端子电压建立关联地进行蓄电余量的推测的方法的情况下，如图1所示，越是成为锂离子电池那样的高性能的二次电池，相对于余量的端子电压V除了“空(EMPTY)”或者“装满(FULL)”的极限的情况之外几乎不变化，因此在端子电压下难以确定余量，存在必要的检测精度超过实用的区域的问题。另外，作为上述以外的二次电池的蓄电余量的检测方法，采用如下方法：对电流的出入进行时间积分，根据基准值对来自电池的电量增减进行加减运算，进行余量的推测。这种情况伴随着基准值的设定，例如将基准值设为满充电还是设为余量零等的设定上的困难的课题，进而，在充电时存在放电时的电池内部的损失没有反映在蓄电量上的问题，总而言之成为了宽松的余量识别。正确地检测二次电池的蓄电余量的技术，将来有可能更加普及，不仅在电动汽车中，而且在以存储在电池中的电能进行驱动的设备中也必不可少，其技术的确立为当务之急。二次电池具有负极和正极这两个电极，以负极的化学势高于正极的化学势的方式选择构成极的材料。进而，在堆积于负极的工作介质，例如锂离子电池中，在锂离子滑落到正极时，将与该化学势的差和锂离子的数量成正比的能量释放到外部电路而提供能量。这是二次电池的放电过程。另外，二次电池的充电过程为使正极的电势比负极高，使堆积在正极的工作介质落入负极中的过程，但在该过程中在外部需要提高电势的电源。这样的二次电池内部的动作，也可以说只不过是正极和负极的工作介质的转移的动作，但在电极内或者电极界面伴随着氧化/还原的电化学反应，例如单位时间的反应量的定量化或者量变化控制等成为极其复杂且重要的器件构造。但是，关于基于二次电池的电能的利用，由于设备电路或者电子器件仅由电子的流动构成，因此如能够高效且即时地掌握电化学反应，应该能够确立合适的电池状态的识别和对应方法。因此，期望基于这样的二次电池的化学反应来掌握电池状态。具体来讲，从蓄电的二次电池中取出电能，例如电动汽车或混合动力车等电动车那样的将电能变为动力工作的系统中，作为基本性能期望能够在该过程中正确且短时间地将蓄电余量计量化并确认。但是，在现有技术中，仅能极为模糊地识别蓄电余量，对于用户来说大多存在被卷入违背预想且意想不到的事故，或者无法按照预想运转电动车的事例。在这些电动设备、电动车等中使用的电池为铅电池、镍氢电池、锂离子电池等所谓的二次电池，是能够反复进行充电和放电而使用的电池。例如，锂离子电池的充放电通过二次电池中的锂离子经由非水电解液在正极-负极间移动，锂离子在正极或者负极的活性物质中插入脱离而进行。这些二次电池随着反复多次充电/放电，或者过充电/过放电，由于作为添加到二次电池的电解液中的内部构造体的电介质的劣化、电极板的损伤、状态变化等，蓄电容量与初始相比产生变化，性能进一步劣化。最终，不能使用该二次电池。综上，要求一种能够高精度且瞬时地检测二次电池等蓄电元件的SOH以及SOC的技术。近年来，太阳能发电板(也称为太阳能电池板、PV)，EV(电驱动汽车)，利用搭载在蓄电装置等上的电池来临时储存电能，利用储存的电能或搭载于各种信息终端等的小型电池来临时储存电能，利用储存的电能的可携带的设备的普及正在快速发展。但是，电池的输出电压在镍氢中为1.2V，在铅电池中为2V，在锂离子电池中为4V以下，在单电池中使用时电压过低。因此，将多个这些电池单元串联连接构成电池组，设为至少12V，高者360V左右的高电压来实现高电力化的设备较多。在这样的电池组的充放电时，充电时，放电时都流过的电流在任意一个电池单元中都相等，与该电流对应的各个电池单元的电压通常取不同的值。因此，即使观察电池组整体的电池电压，各个电池单元的电压不同，有时在有的电池单元中超过作为电池单元的容许值。超过容许值的电池单元会成为引起膨润、发热、冒烟、爆炸等的电池系统灾害(称为危险)的事态。另外，在与负载连接的状态下，有时即使某个电池单元的电压异常下降，也会通过其他的电池电压覆盖而强制向负载供给电力。在这种情况下，该电池单元成为过放电状态，有可能导致电极破坏，在下一次的充电时，该电池单元先于其它的电池单元而引起过充电，成为各种电池系统的危险。为了防止上述各种电池系统的危险发生，始终监视作为电池系统的构成元件的各个电池单元(单电池)的电压，电压的各个数据和基于该数据的适当地控制对于电池系统的长寿命化以及安全性的确保是不可缺少的。因此，作为监视电池系统的各个电池单元(单电池)的电压，对于电池系统进行规定的控制的装置，一直以来使用电池管理系统(BMS：Batterymanagementsystem)。电池管理系统具有电池管理单元(BMU：Batterymanagementunit)，所述电池管理单元作为测定电池系统所具有的各个电池单元的电压、温度，对电池系统进行监视、控制(保护)的单元。然而，进行蓄电元件的劣化状态等的诊断的诊断器，通过从任意使用蓄电元件的设备上取下并安装到诊断器上来进行诊断。另一方面，在考虑使用电池管理系统(BMS)进行诊断的情况下，有必要在蓄电元件安装于蓄电元件模块的状态下进行蓄电元件的诊断。因此，在基于BMS的诊断中，与由诊断器进行诊断的情况不同，在充放电中也需要进行诊断。也就是说，诊断器对未使用状态(非放电状态)的蓄电元件进行诊断，但在考虑使用BMS进行诊断的情况下，需要在蓄电元件的使用中(充电或者放电中)进行诊断。另外，蓄电元件能够在供给电力的装置上装卸，作为装置的一部分(例如蓄电元件模块)以通常不能拆卸的状态(不可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种蓄电元件的劣化度以及蓄电余量检测装置，其特征在于，检测蓄电元件的劣化度SOH以及蓄电余量SOC，所述蓄电元件的劣化度以及蓄电余量检测装置具备：/n测量单元，所述测量单元测量所述蓄电元件的电压以及电流；以及/n控制部，所述控制部具有实行规定的运算的运算单元，/n所述控制部基于所述蓄电元件的充电开始时的上升电压以及电流的测量值，使用以下的[数学式1]所示的电池方程式，通过运算求出所述蓄电元件的动作时的过电压δ，/n[数学式1]/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20190115 JP 2019-004769;20190617 JP 2019-112412;201.一种蓄电元件的劣化度以及蓄电余量检测装置，其特征在于，检测蓄电元件的劣化度SOH以及蓄电余量SOC，所述蓄电元件的劣化度以及蓄电余量检测装置具备：
测量单元，所述测量单元测量所述蓄电元件的电压以及电流；以及
控制部，所述控制部具有实行规定的运算的运算单元，
所述控制部基于所述蓄电元件的充电开始时的上升电压以及电流的测量值，使用以下的[数学式1]所示的电池方程式，通过运算求出所述蓄电元件的动作时的过电压δ，
[数学式1]






其中，在[数学式1]中，Δv是所述蓄电元件的端子电压v和电动势ηeq*的电压差，Δv1是动作时伴随着电极面上的氧化/还原反应而产生的电位差，另外，常数f是由法拉第常数、玻尔兹曼常数以及绝对温度构成的物理常数。


2.根据权利要求1所述的蓄电元件的劣化度以及蓄电余量检测装置，其特征在于，
所述控制部根据所述[数学式1]所记载的两个公式相等的条件来确定所述动作时的过电压δ。


3.根据权利要求1或2所述的蓄电元件的劣化度以及蓄电余量检测装置，其特征在于，
所述控制部测量切断所述蓄电元件的充电时的下降电压的时间经过，运算算出所述蓄电元件的电解质特性。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的蓄电元件的劣化度以及蓄电余量检测装置，其特征在于，
所述控制部使用所述电压的测量值和所述[数学式1]所示的电池方程式求出充电时的动态内部电阻Dir，根据Dir算出劣化度SOH。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的蓄电元件的劣化度以及蓄电余量检测装置，其特征在于，
所述控制部通过使用所述电压的测量值和所述[数学式1]所示的电池方程式确定相对于所述过电压δ的电压-电流特性公式即[数学式2]的电池固有的系数，导出电池容量。
[数学式2]





6.一种蓄电元件的劣化度以及蓄电余量检测装置，其特征在于，检测蓄电元件的劣化度SOH以及蓄电余量SOC，所述蓄电元件的劣化度以及蓄电余量检测装置具备：
测量单元，所述测量单元测量所述蓄电元件的电压以及电流；以及
控制部，所述控制部具有执行规定的运算的运算单元，
所述控制部基于所述蓄电元件的充电或者放电相关的规定的条件，使用以下的[数学式1]所示的电池方程式，通过运算求出所述蓄电元件的动作时的过电压δ，
[数学式1]






其中，在[数学式1]中，Δv是所述蓄电元件的端子电压v和电动势...

【专利技术属性】
技术研发人员：高冈浩实，竹村理，田畑英志，
申请(专利权)人：五育电池株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP