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公開番号2025017781
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-06
出願番号2023121018
出願日2023-07-25
発明の名称二次電池状態判定方法及び二次電池状態判定装置
出願人トヨタバッテリー株式会社
代理人個人,個人
主分類G01R 31/389 20190101AFI20250130BHJP(測定;試験)
要約【課題】二次電池の正極と負極の状態をバランスよく判定すること。
【解決手段】ナイキストプロットを取得するインピーダンス測定のステップ(S2)と、ナイキストプロットにおいて最小傾きθ_min[deg]を算出するステップ(S5)と、最小傾きθ_min[deg]から最小傾き虚数値Zi_min[mΩ]を取得するステップ(S5)と、最小傾き虚数値Zi_min[mΩ]から負極放電リザーブばらつきRs[Ah]を取得するステップ(S6)と、負極放電リザーブばらつきRs[Ah]から負極容量ばらつきCs[Ah]を取得するステップ(S7)と、負極容量ばらつきCs[Ah]から負極容量最小値C_min[Ah]を取得するステップ(S8)と、負極容量最小値C_min[Ah]に基づいてニッケル水素蓄電池の状態を判定するステップ(S9)を備えた。
【選択図】図8
特許請求の範囲【請求項１】
状態を判定する対象である複数の単電池を有する二次電池に対して、定倍率の周波数間隔で、周波数を変化させてインピーダンス測定するインピーダンス測定のステップと、
前記インピーダンス測定のステップにおいて取得したデータに基づいて作成したナイキストプロットにおいて、プロットした２点間の傾きθ［ｄｅｇ］を算出する傾きθ［ｄｅｇ］算出のステップと、
前記傾きθ［ｄｅｇ］算出のステップにおいて算出した傾きθ［ｄｅｇ］のうち、最小傾きθ
ｍｉｎ
［ｄｅｇ］の２点における虚数値Ｚｉ［ｍΩ］を最小傾き虚数値Ｚｉ
ｍｉｎ
［ｍΩ］として取得する最小傾き虚数値Ｚｉ
ｍｉｎ
［ｍΩ］取得のステップと、
前記最小傾き虚数値Ｚｉ
ｍｉｎ
［ｍΩ］取得のステップにおいて取得した最小傾き虚数値Ｚｉ
ｍｉｎ
［ｍΩ］に基づいて負極容量最小値Ｃ
ｍｉｎ
［Ａｈ］を取得する負極容量最小値Ｃ
ｍｉｎ
［Ａｈ］取得のステップと
を備えたことを特徴とする二次電池状態判定方法。
続きを表示（約 2,800 文字）【請求項２】
予め状態を判定する対象である前記二次電池と同種の電池において前記最小傾き虚数値Ｚｉ
ｍｉｎ
［ｍΩ］と、負極放電リザーブのばらつきＲｓ［Ａｈ］との関係である最小傾き虚数値Ｚｉ
ｍｉｎ
［ｍΩ］／負極放電リザーブばらつきＲｓ［Ａｈ］関係を取得する最小傾き虚数値Ｚｉ
ｍｉｎ
［ｍΩ］／負極放電リザーブばらつきＲｓ［Ａｈ］関係取得のステップと、
前記最小傾き虚数値Ｚｉ
ｍｉｎ
［ｍΩ］／負極放電リザーブばらつきＲｓ［Ａｈ］関係取得のステップにおいて取得した最小傾き虚数値Ｚｉ
ｍｉｎ
［ｍΩ］／負極放電リザーブばらつきＲｓ［Ａｈ］関係に基づいて、前記最小傾き虚数値Ｚｉ
ｍｉｎ
［ｍΩ］取得のステップで取得した最小傾き虚数値Ｚｉ
ｍｉｎ
［ｍΩ］から負極放電リザーブばらつきＲｓ［Ａｈ］を取得する負極放電リザーブばらつきＲｓ［Ａｈ］取得のステップと、
予め状態を判定する対象である前記二次電池と同種の電池において、前記負極放電リザーブばらつきＲｓ［Ａｈ］と、負極容量ばらつきＣｓ［Ａｈ］の関係である負極放電リザーブばらつきＲｓ［Ａｈ］／負極容量ばらつきＣｓ［Ａｈ］関係を取得する負極放電リザーブばらつきＲｓ［Ａｈ］／負極容量ばらつきＣｓ［Ａｈ］関係取得のステップと、
前記負極放電リザーブばらつきＲｓ［Ａｈ］／負極容量ばらつきＣｓ［Ａｈ］関係取得のステップにおいて取得した前記負極放電リザーブばらつきＲｓ［Ａｈ］／負極容量ばらつきＣｓ［Ａｈ］関係に基づいて、前記負極放電リザーブばらつきＲｓ［Ａｈ］取得のステップにおいて取得した負極放電リザーブばらつきＲｓ［Ａｈ］から、前記負極容量ばらつきＣｓ［Ａｈ］を取得する負極容量ばらつきＣｓ［Ａｈ］取得のステップと、
予め状態を判定する対象である前記二次電池と同種の電池において、前記負極容量ばらつきＣｓ［Ａｈ］と負極容量最小値Ｃ
ｍｉｎ
［Ａｈ］との関係を取得する負極容量ばらつきＣｓ［Ａｈ］／負極容量最小値Ｃ
ｍｉｎ
［Ａｈ］関係取得のステップと、
前記負極容量ばらつきＣｓ［Ａｈ］取得のステップにおいて取得した負極容量ばらつきＣｓ［Ａｈ］／負極容量最小値Ｃｍｉｎ［Ａｈ］関係に基づいて、前記負極容量ばらつきＣｓ［Ａｈ］に応じた負極容量最小値Ｃ
ｍｉｎ
［Ａｈ］を取得する負極容量最小値Ｃ
ｍｉｎ
［Ａｈ］取得のステップと
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の二次電池状態判定方法。
【請求項３】
前記負極容量最小値Ｃ
ｍｉｎ
［Ａｈ］取得のステップにおいて取得した負極容量最小値Ｃ
ｍｉｎ
［Ａｈ］を、予め設定した閾値と比較して、判定の対象となる二次電池の状態の良否を判定する二次電池状態判定のステップを備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の二次電池状態判定方法。
【請求項４】
前記インピーダンス測定のステップは、少なくとも１００［Ｈｚ］－０．０１［Ｈｚ］の間の周波数において、測定周波数を均等倍率で順次変更して測定することを特徴とする請求項１又は２に記載の二次電池状態判定方法。
【請求項５】
前記虚数値Ｚｉ［ｍΩ］取得のステップにおいて、前記傾きθ［ｄｅｇ］算出のステップにおいて算出した傾きθ［ｄｅｇ］のうち、最小傾きθ
ｍｉｎ
［ｄｅｇ］の２点における最小傾き虚数値Ｚｉ
ｍｉｎ
［ｍΩ］は、前記最小傾きθ
ｍｉｎ
［ｄｅｇ］の２点のうち、低い値の虚数値Ｚｉ［ｍΩ］を最小傾き虚数値Ｚｉ
ｍｉｎ
［ｍΩ］として取得することを特徴とする請求項２に記載の二次電池状態判定方法。
【請求項６】
前記二次電池は、ニッケル水素蓄電池であることを特徴とする請求項１又は２に記載の二次電池状態判定方法。
【請求項７】
コンピュータを備えた二次電池状態判定装置であって、
予め状態を判定する対象である二次電池と同種の電池において最小傾きθ［ｄｅｇ］の２点における最小傾き虚数値Ｚｉ
ｍｉｎ
［ｍΩ］と、負極放電リザーブのばらつきＲｓ［Ａｈ］との関係である最小傾き虚数値Ｚｉ
ｍｉｎ
［ｍΩ］／負極放電リザーブばらつきＲｓ［Ａｈ］関係と、
予め状態を判定する対象である前記二次電池と同種の電池において、前記負極放電リザーブばらつきＲｓ［Ａｈ］と、負極容量ばらつきＣｓ［Ａｈ］の関係である負極放電リザーブばらつきＲｓ［Ａｈ］／負極容量ばらつきＣｓ［Ａｈ］関係と、
予め状態を判定する対象である前記二次電池と同種の電池において、前記負極容量ばらつきＣｓ［Ａｈ］と負極容量最小値Ｃ
ｍｉｎ
［Ａｈ］との関係と
を記憶した記憶手段と、
状態を判定する対象である複数の単電池を有する二次電池に対して、定倍率の周波数間隔で、周波数を変化させてインピーダンス測定するインピーダンス測定装置と、
前記インピーダンス測定装置において取得したデータに基づいて作成したナイキストプロットにおいて、プロットした２点間の傾きθ［ｄｅｇ］を算出する傾きθ［ｄｅｇ］算出装置と、
前記傾きθ［ｄｅｇ］算出装置において算出した傾きθ［ｄｅｇ］のうち、最小傾きθ
ｍｉｎ
［ｄｅｇ］の２点における最小傾き虚数値Ｚｉ
ｍｉｎ
［ｍΩ］を取得する虚数値Ｚｉ［ｍΩ］取得装置と、
前記最小傾き虚数値Ｚｉ
ｍｉｎ
［ｍΩ］／負極放電リザーブばらつきＲｓ［Ａｈ］関係に基づいて、前記虚数値Ｚｉ［ｍΩ］取得装置で取得した最小傾き虚数値Ｚｉ
ｍｉｎ
［ｍΩ］から負極放電リザーブばらつきＲｓ［Ａｈ］を取得する負極放電リザーブばらつきＲｓ［Ａｈ］取得装置と、
前記負極放電リザーブばらつきＲｓ［Ａｈ］／負極容量ばらつきＣｓ［Ａｈ］関係に基づいて、前記負極放電リザーブばらつきＲｓ［Ａｈ］取得のステップにおいて取得した負極放電リザーブばらつきＲｓ［Ａｈ］から、前記負極容量ばらつきＣｓ［Ａｈ］を取得する負極容量ばらつきＣｓ［Ａｈ］取得装置と、
前記負極容量ばらつきＣｓ［Ａｈ］取得装置において取得した前記負極容量ばらつきＣｓ［Ａｈ］に応じて負極容量最小値Ｃ
ｍｉｎ
［Ａｈ］を取得する負極容量最小値Ｃ
ｍｉｎ
［Ａｈ］取得装置として機能する制御装置と、
を備えたことを特徴とする二次電池状態判定装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
二次電池状態判定方法及び二次電池状態判定装置に係り、詳しくは二次電池の正極と負極の状態をバランスよく判定する二次電池状態判定方法及び二次電池状態判定装置に関する。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
電動機を搭載した電気自動車（ハイブリッド自動車等も含む）は、充電により二次電池に蓄えられた電力により電動機を駆動している。このような電気自動車の特有な機能として、回生制動がある。このような充放電が繰り返し行われる二次電池において、例えばニッケル水素蓄電池のようなアルカリ二次電池などは、大電流の充放電が可能であることから車両用として広く普及している。
【０００３】
このような二次電池は、使用履歴が異なりその劣化の状態はさまざまであるが、使用後に回収して再使用が可能かどうかを検査し、検査の結果電池の性能が再使用できる場合は、再び使用するようにすることで省資源化を図ることができる。このような検査の方法として、満充電から完全放電まで充放電などを長時間かけて詳細に検査をすることが望ましい。しかしながらこのような長時間を有する検査の前に、短時間の簡易な検査で二次電池の状態を予備的に判定することが効率的である。
【０００４】
このような二次電池の状態を短時間で正確に判定するには、以下のような発明が開示されている。
特許文献１では、正極容量ずれ判定部は、負極容量ずれが生じていないと判定された電池モジュールについて、複素インピーダンスの拡散抵抗領域における実軸に対する傾きと、正極容量ずれの判定値との比較に基づいて正極容量ずれの有無を判定する。
【０００５】
特許文献２の電池状態判定方法は、電池の交流インピーダンスの周波数変化に含まれる反応抵抗に起因する交流インピーダンスの虚数成分の絶対値の極大値に対応する特徴値を求める。そして、その特徴値を、予め定められている特徴値と電池の残存容量との相関関係を示す相関データと照合することに基づいて電池の残存容量を算出する。
【０００６】
特許文献３では、測定角速度が相違する２つの複素インピーダンスの測定角速度の差と２つの複素インピーダンスの成分の差との比からなるパラメータを算出する。そして電池の充電電気量とパラメータとの関係を示す情報と、パラメータとに基づいて電池の充電電気量を推定する。
【０００７】
特許文献４では、二次電池の拡散領域内の異なる周波数での複素インピーダンスを直線近似したときの傾き角度を求め、傾き角度が閾値以上であれば正常な容量バランスと判定する。また、二次電池の拡散領域内の複素インピーダンスの虚軸成分の大きさが閾値より大きければ異常な容量バランスの電池と判定する。
【０００８】
このように、複素インピーダンスを測定することで、二次電池の状態を判定することができた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
特開２０１９－０４９４７９号公報
特開２０１６－０６５８３２号公報
特開２０１９－１１７１８０号公報
国際公開第２０１３／１１５０３８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
これらのような従来の複素インピーダンスを用いた電池の判定は、ナイキストプロットにおいて円弧状の反応抵抗に基づいて判断すると、主に負極の態様の影響を受ける。また、円弧状の部分から右上に直線状に延びる拡散抵抗に基づいて判断すると、主に正極の態様の影響を受ける。このため、いずれか一方による判定では正極と負極の態様をバランスよく判定することができないという問題があった。
（【００１１】以降は省略されています）

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