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公開番号2025175629
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-12-03
出願番号2024081828
出願日2024-05-20
発明の名称二次電池の温度予測方法、および、二次電池の温度予測装置
出願人株式会社日立製作所
代理人弁理士法人信友国際特許事務所
主分類H02J 7/00 20060101AFI20251126BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】電池モジュールを有する二次電池に対し、高精度に電池セルの温度を計算することができる二次電池の温度予測方法を提供する。
【解決手段】2段以上のCauer型熱回路を等価回路変換したFoster型熱回路を生成し、Foster型熱回路の回路定数を取得する。そして、Foster型熱回路の回路定数を等価回路変換してCauer型熱回路を構築し、構築したCauer型熱回路を用いて、二次電池の温度を予測する。
【選択図】図7
特許請求の範囲【請求項１】
二次電池の温度予測方法であって、
２段以上のＣａｕｅｒ型熱回路を等価回路変換したＦｏｓｔｅｒ型熱回路を備えた熱回路モデルを用いて、前記Ｆｏｓｔｅｒ型熱回路の回路定数を取得し、
前記取得した前記Ｆｏｓｔｅｒ型熱回路の回路定数を等価回路変換して、Ｃａｕｅｒ型熱回路を構築し、
前記構築したＣａｕｅｒ型熱回路を用いて、前記二次電池の温度を予測する
二次電池の温度予測方法。
続きを表示（約 1,800 文字）【請求項２】
前記Ｆｏｓｔｅｒ型熱回路の前記回路定数の取得において、
ステップ発熱条件で測定した前記二次電池の温度応答曲線を取得し、
正規化した前記温度応答曲線を対数時間で微分し、
微分した式から逆畳み込みにより、構造関数ｆを求め、
前記構造関数ｆのピークから前記回路定数を取得する
請求項１に記載の二次電池の温度予測方法。
【請求項３】
前記構造関数ｆのピークから前記回路定数の取得において、
前記構造関数ｆのピークから多段ＲＣ熱回路における熱抵抗ｒ
１
、熱抵抗ｒ
２
、時定数τ
１
、および、時定数τ
２
を決定し、
前記熱抵抗ｒ
１
、前記熱抵抗ｒ
２
、前記時定数τ
１
、および、前記時定数τ
２
から、熱容量ｃ
１、
熱容量ｃ
２
を算出し、
前記熱抵抗ｒ
１
、前記時定数τ
１
、前記熱容量ｃ
１
を有するＲＣ熱回路と、前記熱抵抗ｒ
２
、前記時定数τ
２
、前記熱容量ｃ
２
とを有するＲＣ熱回路とを直列につなげ、Ｆｏｓｔｅｒ型熱回路を構築する
請求項２に記載の二次電池の温度予測方法。
【請求項４】
構築した前記Ｃａｕｅｒ型熱回路を用いた、前記二次電池の温度の予測において、
電池の内部抵抗と電流からジュール発熱量を計算し、
電流と温度とエントロピー発熱係数からエントロピー発熱量を計算し、
チラーから前記二次電池に供給される冷媒の温度と流量を計算し、
前記Ｃａｕｅｒ型熱回路、前記ジュール発熱量、前記エントロピー発熱量、および、前記冷媒の温度と流量とから、前記二次電池の温度を算出する
請求項１に記載の二次電池の温度予測方法。
【請求項５】
ステップ発熱条件で測定した前記二次電池の温度応答曲線の取得において、
ステップ発熱条件において前記二次電池の温度が準定常状態に達した時刻以降の温度履歴を取得する
請求項２に記載の二次電池の温度予測方法。
【請求項６】
予め構築した２段以上の熱回路モデルを用いて二次電池の温度予測方法であって、
前記熱回路モデルとして、２段以上のＣａｕｅｒ型熱回路が等価回路変換されたＦｏｓｔｅｒ型熱回路から前記Ｆｏｓｔｅｒ型熱回路の回路定数が取得され、前記Ｆｏｓｔｅｒ型熱回路の回路定数の等価回路変換によって構築されたＣａｕｅｒ型熱回路を用いる
二次電池の温度予測方法。
【請求項７】
二次電池の熱回路モデルから推測される電池温度を算出する制御部を備え、
前記制御部は、Ｃａｕｅｒ型熱回路の多段熱回路モデルを用いて、二次電池の温度を推定する熱計算部を有し、
熱計算部は、
前記二次電池のＣａｕｅｒ型熱回路からＦｏｓｔｅｒ型熱回路を生成するＦｏｓｔｅｒ型多段熱回路モデル生成部と、
前記二次電池のステップ発熱条件の温度応答波形を基に、前記Ｆｏｓｔｅｒ型熱回路の回路定数を定める回路定数演算部と、
前記Ｆｏｓｔｅｒ型熱回路の前記回路定数を前記Ｃａｕｅｒ型熱回路の前記回路定数に等価回路変換する等価回路変換部と、
前記Ｃａｕｅｒ型熱回路の多段熱回路モデルを用いて、前記二次電池の温度を予測する温度推測部と、を含む
二次電池の温度予測装置。
【請求項８】
前記制御部は、内部抵抗と電流からジュール発熱量を計算するジュール発熱計算部と、
電流と温度とエントロピー発熱係数から、エントロピー発熱量を計算するエントロピー発熱計算部と、
チラーから電池に供給される冷媒の温度と流量を計算するチラーモデルと、を有し、
前記熱計算部は、前記ジュール発熱計算部、前記エントロピー発熱計算部、および、前記チラーモデルと、前記Ｃａｕｅｒ型熱回路の多段熱回路モデルとを用いて前記二次電池の温度を予測する
請求項７に記載の二次電池の温度予測装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池の温度予測方法、および、二次電池の温度予測装置に係わる。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
太陽光や風力などの再生可能エネルギーによる発電設備が大量に導入されつつある。再生可能エネルギーの電力需給の調整には、二次電池を用いたエネルギー貯蔵システム（ＢＥＳＳ：Battery Energy Storage System）が有効である。ＢＥＳＳの導入には、耐用年数経過時点での二次電池の劣化状態を予測する必要がある。二次電池の劣化因子は、経過時間、充放電の電流の大きさ、電荷の量、および、電池の温度がある。経過時間、充放電の電流の大きさ、および、電荷の量は、使用者により制御される。これに対し、電池温度は使用状態に応じて自動的に変化するので、使用者により制御することが難しい。このため、シミュレーションによって二次電池の温度を推定する必要がある。例えば、熱回路モデルを用いた二次電池ユニットの内部温度を推定する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された電池の温度推定方法では、内部温度を推定するための熱回路の構成として２個の抵抗が記載されている。この２個の抵抗は、直列接続されたひとつの抵抗に置き換えても回路構成としては等価である。このため、抵抗と容量がそれぞれ１個ずつの１段のＲＣ熱回路とみなせる。簡単な構成の電池を用いる場合では、熱回路として１段のＲＣ熱回路で十分な予測結果が得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１８－１２９１３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載された方法では、熱回路モデルとして１段の抵抗器とコンデンサとからなるＲＣ熱回路が用いられている。しかしながら、大規模なＢＥＳＳでは、二次電池を多数の電池セルとして搭載する電池モジュールの形態で実装する複雑な構成が用いられる。このため、電池セル単体の１段の回路では、精度よく温度を推定することができない。
【０００５】
上述した問題の解決のため、本発明においては、電池モジュールを有する二次電池に対し、高精度に電池セルの温度を計算することができる二次電池の温度予測方法、および、二次電池の温度予測装置を提供する。
【０００６】
また、本発明の上記の目的およびその他の目的と本発明の新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面によって明らかにする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の二次電池の温度予測方法は、熱回路モデルを用いて二次電池の温度を予測する。温度予測方法は、２段以上のＣａｕｅｒ型熱回路を等価回路変換したＦｏｓｔｅｒ型熱回路を生成し、Ｆｏｓｔｅｒ型熱回路の回路定数を取得する。そして、Ｆｏｓｔｅｒ型熱回路の回路定数を等価回路変換してＣａｕｅｒ型熱回路を構築し、構築したＣａｕｅｒ型熱回路を用いて、二次電池の温度を予測する。
【０００８】
また、本発明の二次電池の温度予測装置は、二次電池の熱回路モデルから推測される電池温度を算出する制御部を備える。制御部は、Ｃａｕｅｒ型熱回路の多段熱回路モデルを用いて、二次電池の温度を推定する熱計算部を有する。そして、熱計算部は、二次電池のＣａｕｅｒ型熱回路からＦｏｓｔｅｒ型熱回路を生成するＦｏｓｔｅｒ型多段熱回路モデル生成部と、二次電池のステップ発熱条件の温度応答波形を基に、Ｆｏｓｔｅｒ型熱回路の回路定数を定める回路定数演算部とを有する。さらに、熱計算部は、Ｆｏｓｔｅｒ型熱回路の回路定数をＣａｕｅｒ型熱回路の回路定数に等価回路変換する等価回路変換部と、Ｃａｕｅｒ型熱回路の多段熱回路モデルを用いて、二次電池の温度を予測する温度推測部とを含む。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、電池モジュールを有する二次電池に対し、高精度に電池セルの温度を計算することができる二次電池の温度予測方法、および、二次電池の温度予測装置を提供することができる。
【００１０】
なお、上述した以外の課題、構成および効果は、以下の実施の形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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