扩散估计部（１００）按照通过极坐标表示的活性物质内的扩散方程式来估计活性物质内部的锂浓度分布。开路电压估计部（１１０）根据基于由扩散估计部（１００）估计出的活性物质界面处的锂浓度的局部ＳＯＣ（θ）来求出开路电压（Ｕ（θ））。电流估计部（１２０）使用由电压传感器测出的电池电压（Ｖ（ｔ））、估计出的开路电压（Ｕ（θ））以及由电池参数值设定部（１３０）设定的电池参数，并通过将电化学反应式简化了的电压－电流关系模型表达式来估计电池电流密度（Ｉ（ｔ））。边界条件设定部（１４０）基于估计出的电池电流密度（Ｉ（ｔ））来逐次设定扩散估计部（１００）的扩散方程式的活性物质界面处的边界条件。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及二次电池的状态估计装置，特别是涉及依照基于电化学反 应可估计二次电池的内部状态的电池模型的二次电池的状态估计装置。
技术介绍
被构成为通过可充电的二次电池向负荷提供电源并根据需要在该负荷 的运行当中也能够对该二次电池进行充电的电源系统正被使用。作为代表 性例子，将通过二次电池驱动的电动机用作驱动力源的混合动力汽车或电 动汽车安装了这样的电源系统。在这些电源系统中，除了二次电池的储存 电能被用作作为驱动力源的电动机的驱动电力之外，该二次电池还通过由 该电动机再生发电时的发电电力或随着发动机的旋转而发电的发电机的发 电电力而充电。在这样的电源系统中，要求二次电池的状态估计装置正确地求出代表性的相对于充满状态的充电率(SOC: State of Charge,荷电状态)。特别是在混合汽车中，为了使二次电池可接收再生电力、并且只要有 要求就能够立刻向电动机供应电力，需要将该二次电池的充电率控制在充 满状态(100%)和完全未充电状态(0%)的大致中间附近(50% 60%)。另外，如果二次电池进行过放电或过充电，则有可能导致电池性能劣化，寿命变短。因此，在如上述那样以中间的soc作为控制目标而重复执行充放电的二次电池的使用方式中，从进行逐次把握二次电池的充电量以 限制过度的充放电的充放电控制的观点来说，也很有必要正确地进行二次 电池的状态估计。关于作为二次电池的状态估计而具代表性的充电率估计，例如如专利文献1 (日本专利文献特开2005-37230号公报)所公开的那样，采用了基于电池电流的累积值来估计SOC的变化的方法。特别是在专利文献1中， 与通过电流传感器进行的电池电流的测量并行地执行估计充放电电流的运算，并一方面通过计算电池电流来求出实测soc，另一方面通过累积估计 充放电电流来求出估计soc。并且，累积作为估计soc和实测soc之差 的soc差的经时变化来求出累计soc值，并在该累计soc值与初始值比较大于等于预定值时检测出电池的劣化。但是，在专利文献1中，估计充放电电流是按照基于内部电阻、电池 电压以及电池输入之间的欧姆法则的关系式而求出的。因此，难以基于电 化学反应来正确地估计电池的内部状态。另外，在专利文献2 (日本专利文献特开2004-178848号公报)中， 公开了二次电池的充电率估计装置的结构使用适用的数字滤波器根据二 次电池的电流以及端子电压的测量值来估计开路电压(OCV)，并基于预 先求出的开路电压与充电率的关系来估计充电率。但是，在上述二次电池的充电率估计装置中，由于使用低通滤波器作 为二次电池的内部等效电路模型，因此难以正确地估计由有助于电化学反 应的反应参与物质的扩散引起的二次电池的内部举动。因此，在非专利文献1 (W.B. Gu and C.Y. Wang， THERMAL-ELECTROCHEMICAL COUPLED MODELING OF A LITHIUM-ION CELL, ECS Proceedings Vol.99-25 (1)， 2000, ECS, p748-762)中，对使用了锂电池 内部的电化学反应式的电池模型进行了研究，并汇报了通过与实际电池进 行比较能够精度高地表现出特性。特别是在对比文件1中指出了以下情况二次电池的开路电压依赖于电极的电解液界面(活性物质表面)上的 局部SOC，从而缓和时的电池电压受到依赖于活性物质内锂浓度分布的锂 扩散的支配。特别是公开了以下内容活性物质内的反应参与物质(锂) 的扩散受到将活性物质作为球来处理的球坐标的扩散方程式的支配，并且 扩散过程中的物质扩散速度受扩散系数的支配。如上所述，在专利文献1和2所示的二次电池的状态估计中，由于通 过将二次电池的电池电压和电池电流作为输入输出的宏观等效模型来估计 二次电池的内部状态，因此难以基于伴有反应参与物质的扩散的二次电池的内部状态来进行高精度的估计。另一方面，如非专利文献1公开的那样，当基于电池内部的电化学反 应使用扩散方程式来表现反应参与物质的扩散、并且认定电池的开路电压依赖于依赖与电极-电解液界面(活性物质表面)的局部soc时，虽然电池模型是非线性的，但能够以更高精度估计电池状态。但是，当按照非专 利文献1所公开的模型进行解析时，运算量非常大，因此难以实现例如安 装在实际设备上并在使用二次电池时在联机状态下进行状态估计。
技术实现思路
本专利技术是为解决上述问题而作出的，其目的在于，提供一种二次电池 的状态估计装置，该二次电池的状态估计装置使用了能够基于电化学反应 来估计二次电池的内部状态并减少了计算量的电池模型，适于安装在实际 设备上。根据本专利技术的二次电池的状态估计装置是一种二次电池的状态估计装置，其中二次电池包括包含活性物质的第一电极和第二电极，其中在所述活性物质的内部包含有助于电化学反应的反应物质；以及用于在第一电极和第二电极之间传导离子化的反应物质的离子导体，所述二次电池的状 态估计装置包括电压检测器、扩散估计部、开路电压估计部、电流估计 部、以及边界条件设定部。电压检测器检测第一电极和第二电极之间的电 池电压。扩散估计部按照活性物质扩散模型表达式来估计反应物质的浓度 分布，所述活性物质扩散模型表达式基于给定的边界条件来规定在性物质 的内部中的反应物质的浓度分布。开路电压估计部基于由扩散估计部估计 出的、活性物质的与电解液的界面处的反应物质的浓度，来估计第一电极 和第二电极间的开路电压。电流估计部按照基于电化学反应的电压电流关 系模型表达式来估计二次电池的电池电流密度。该电压电流关系模型表达 式表示开路电压、根据二次电池的电池电流密度而计算出的过电压、根据 电池电流密度而产生的电压降、以及电池电压之间的关系。特别是电流估 计部通过将由电压检测器检测出的电池电压、由开路电压估计部估计出的 开路电压、以及二次电池的参数值代入电压电流关系模型表达式中来计算电池电流密度。边界条件设定部基于由电流估计部估计出的电池电流密度 计算界面处的反应电流密度，并根据计算出的反应电流密度来设定扩散估 计模型表达式的界面处的边界条件。根据上述二次电池的状态估计装置，通过按照活性物质扩散模型来估 计活性物质内的反应物质(代表性的是锂电池中的锂)的扩散，并利用经 简化的电压电流关系模型表达式和活性物质扩散模型表达式的组合，能够 估计反应物质的浓度分布，所述电压电流关系模型表达式使用基于估计出 的活性物质的与电解液的界面处的反应物质浓度而估计的开路电压(ocv)、测出的电池电压、以及预先求得的二次电池的参数值来估计二次电池的电池电流密度。从而，能够实现在通过采用简化后的电压电流关 系模型表达式而降低运算负荷的基础上基于电化学反应而高精度地估计出 二次电池的内部状态的电池模型表达式。优选如下二次电池的状态估计装置还包括温度检测器以及至少根据 电池温度来可变地设定参数值的参数值设定部。温度检测器检测二次电池 的电池温度。参数值设定部还至少根据电池温度来可变地设定活性物质扩 散模型表达式中的表示扩散速度的参数值。由此，由于根据二次电池的温度能够可变地设定在电池模型表达式中 使用的参数值，因此能够反映电池参数的温度依赖性，并还能高精度地进 行二次电池的状态估计。另外，优选如下电压电流关系模本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种二次电池的状态估计装置，其中， 所述二次电池包括： 包含活性物质的第一电极和第二电极，其中在所述活性物质的内部包含有助于电化学反应的反应物质；以及 用于在所述第一电极和所述第二电极之间传导离子化的所述反应物质的离子导体， 所述二 次电池的状态估计装置包括： 电压检测器，所述电压检测器检测所述第一电极和所述第二电极之间的电池电压； 扩散估计部，所述扩散估计部按照活性物质扩散模型表达式来估计所述反应物质的浓度分布，所述活性物质扩散模型表达式基于给定的边界条件来规定所 述活性物质的内部中的所述反应物质的浓度分布； 开路电压估计部，所述开路电压估计部基于由所述扩散估计部估计出的、所述活性物质的与电解液的界面处的所述反应物质的浓度，来估计所述第一电极和所述第二电极之间的开路电压；以及 电流估计部，所述电流 估计部按照基于电化学反应的电压电流关系模型表达式来估计所述二次电池的电池电流密度，所述电压电流关系模型表达式表示所述开路电压、根据所述二次电池的电池电流密度而计算出的过电压、根据所述电池电流密度而产生的电压降、以及所述电池电压之间的关系， 所述电流估计部通过将由所述电压检测器检测出的所述电池电压、由所述开路电压估计部估计出的所述开路电压、以及所述二次电池的参数值代入所述电压电流关系模型表达式中来计算所述电池电流密度， 所述二次电池的状态估计装置还包括边界条件设定部，所述边 界条件设定部基于由所述电流估计部估计出的所述电池电流密度来计算所述界面处的反应电流密度，并根据计算出的反应电流密度来设定所述扩散估计模型表达式的所述界面处的所述边界条件。...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：西勇二，竹本毅，芳贺伸烈，渊本哲矢，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]
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