CN101512365A - 二次电池的内部状态估计装置以及二次电池的内部状态估计方法 - Google Patents

Abstract

电池模型部(60)使用可基于参数值来估计二次电池(10)的内部反应的电池模型，并将从参数生成部(62)取得的参数值提供给电池模型来估计二次电池(10)的内部状态。参数生成部(62)基于表示二次电池(10)的使用状态的信息来生成包含二次电池(10)的材料物性值的参数值。通过更新参数值来更新电池模型。由此，能够缩小实际的二次电池内部状态和通过电池模型估计的二次电池内部状态之间的差异。

Description

二次电池的内部状态估计装置以及二次电池的内部状态估计方法

技术领域

本发明涉及二次电池的内部状态估计装置以及二次电池的内部状态估计方法。更具体而言，本发明涉及按照电池模型来估计二次电池的内部状态的装置以及方法。

背景技术

迄今已提出了用于估计二次电池的状态的各种方法。例如，日本专利文献特开2003-346919号公报公开了估计二次电池的充电状态(SOC：State of Charge，荷电状态)的方法。根据该方法，首先，基于流入蓄电池中的电流值来计算形成锂离子电池的活性物质中的离子浓度分布。接着，基于算出的离子浓度分布来计算蓄电装置的开路电压。然后，基于开路电压来估计SOC。

在上述的方法中二次电池的材料物性值被模型化了。具体而言，在上述方法中，活性物质的形状被假定为球形。另外，在上述方法中，假定离子浓度沿球的半径方向分布，并且圆周方向上的离子浓度分布是均匀的。

根据上述方法，由于没有考虑由锂离子电池的劣化程度造成的材料物性值的变化，因此根据劣化程度的不同，无法正确地计算出SOC等。但是，在日本专利文献特开2003-346919号公报中没有公开针对这种问题的具体解决方法。

另外，二次电池的劣化状态根据二次电池的使用环境而不同。根据基于等价电路的现有的SOC估计方法能得到与电池容量和电池的内部阻抗有关的信息。但是，内部阻抗的值以及随劣化而改变的变化率按照每种测量方法是不同的。

图20是用于说明二次电池的内部阻抗根据测量方法的不同而不同的图。

参考图20，二次电池在从时刻t0至t2的期间呈脉冲状输出固定的蓄电池电流Ib。蓄电池输出电压Vb在时刻t0至时刻t1的期间减少，并在脉冲电流断流后(即，时刻t1之后)慢慢复原。

ΔV1、ΔV2分别表示蓄电池输出电压Vb在时刻ta、tb处的下降量。如图20所示，即使电流固定，也由于ΔV1和ΔV2的大小不同，因此在时刻ta处的电池的内部阻抗(＝ΔV2/Ib)与在时刻tb处的内部阻抗(ΔV2/Ib)不同。

另外，在容量下降了的情况下，即使在相同的SOC下，内部阻抗值也根据劣化状态而不同。如此，在现有的估计方法中存在不能高精度地估计二次电池的内部状态的问题。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种能够高精度地估计二次电池的内部状态的二次电池的内部状态估计装置以及内部状态估计方法。

本发明的总的来说是一种二次电池的内部状态估计装置，其中包括参数生成部和内部状态估计部。参数生成部基于表示二次电池的使用状态的信息来生成包含二次电池的材料物性值的参数值。内部状态估计部使用可基于参数值来估计二次电池的内部反应的电池模型，并通过将从参数生成部取得的参数值提供给电池模型来估计二次电池的内部状态。

优选的是，二次电池的内部状态估计装置还包括检测二次电池的输出并将检测值作为表示二次电池的使用状态的信息而输出的传感器。内部状态估计部基于估计出的二次电池的内部状态来计算二次电池的输出的预测值。参数生成部包括：参数估计部，估计参数值，以使检测值与预测值相等；以及参数存储部，存储参数值，基于参数估计部的估计结果来更新所存储的参数值，并将更新后的参数值提供给内部状态估计部。

更优选的是，二次电池的内部状态估计装置还包括劣化特性存储部和劣化估计部。劣化特性存储部预先存储与二次电池的使用程度相对的参数值的标准的劣化特性；劣化估计部基于劣化特性和更新参数值来估计二次电池的劣化状态，更新参数值是由参数更新部更新后的参数值。

更优选的是，劣化估计部将基于更新参数值时的二次电池的使用程度和劣化特性而得到的参数值设定为更新参数值的标准值。劣化估计部通过比较标准值和更新参数值来判断二次电池是否比标准使用状态更劣化了。

更优选的是，二次电池的内部状态估计装置还包括显示劣化估计部的判断结果的显示部。

更优选的是，在劣化特性中预先设定参数值的界限值。劣化估计部基于劣化特性来求出界限值和更新参数值之间的使用程度差，并将使用程度差估计为二次电池的剩余寿命。

更优选的是，二次电池的内部状态估计装置还包括显示剩余寿命的显示部。

优选的是，二次电池包括锂离子电池。材料物性值包括：离子传导率、固层中的电子传导率、活性物质的扩散系数、以及反应阻抗。

本发明的另一方面是一种二次电池的内部状态估计方法，其中包括以下步骤：基于表示二次电池的使用状态的信息来生成包含二次电池的材料物性值的参数值；以及使用可基于参数值来估计二次电池的内部反应的电池模型，并通过将在生成参数值的步骤中生成的参数值提供给电池模型来估计二次电池的内部状态。

优选的是，二次电池的内部状态估计方法还包括使用设置在二次电池中的传感器来检测二次电池的输出并将传感器的检测值作为表示二次电池的使用状态的信息而输出的步骤，在估计二次电池的内部状态的步骤中，基于估计出的二次电池的内部状态来计算二次电池的输出的预测值。生成参数值的步骤包括：估计参数值以使检测值与预测值相等的步骤；以及基于参数值的估计结果来更新预先存储的参数值的步骤。

更优选的是，二次电池的内部状态估计方法还包括基于与二次电池的使用程度相对的参数值的标准的劣化特性以及更新参数值来估计二次电池的劣化状态的步骤，该更新参数值是在更新参数值的步骤中已更新的参数值。

更优选的是，在估计二次电池的劣化状态的步骤中，将基于更新参数值时的二次电池的使用程度和劣化特性而得到的参数值设定为更新参数值的标准值，并且通过比较标准值和更新参数值来判断二次电池是否比标准使用状态更劣化了。

更优选的是，二次电池的内部状态估计方法还包括对估计二次电池的劣化状态的步骤中的判断结果进行显示的步骤。

更优选的是，在劣化特性中预先设定参数值的界限值。在估计劣化状态的步骤中，基于劣化特性来求出界限值和更新参数值之间的使用程度差，并将使用程度差估计为二次电池的剩余寿命。

更优选的是，二次电池的内部状态估计方法还包括显示剩余寿命的步骤。

优选的是二次电池包括锂离子电池。材料物性值包括：离子传导率、固层中的电子传导率、活性物质的扩散系数、以及反应阻抗。

因此，根据本发明，能够高精度地估计二次电池的内部状态。

附图说明

图1是用于说明包含根据本发明实施方式的二次电池的内部状态估计装置和二次电池的电源系统的结构例的概略框图；

图2是示出二次电池10的概略结构的示意图；

图3是用于说明电池模型部60中有关二次电池的建模的示意图；

图4是以表格形式表示在电池模型中使用的变量和常量的图；

图5是根据实施方式1的二次电池的内部状态估计装置的功能框图；

图6是用于说明由根据实施方式1的电池的内部状态估计装置执行的估计处理的流程图；

图7是根据实施方式2的二次电池的内部状态估计装置的功能框图；

图8是用于说明由图7的劣化特性存储部82和劣化估计部84执行的二次电池劣化状态的估计处理的示意图；

图9是用于说明由根据实施方式2的二次电池的内部状态估计装置执行的劣化状态估计处理的流程图；

图10是包含根据实施方式3的二次电池的内部状态估计装置的电源系统的结构图；

图11是根据实施方式3的二次电池的内部状态估计装置的功能框图；

图12是用于说明根据实施方式3的二次电池的劣化判断的示意图；

图13是用于说明由根据实施方式3的二次电池的内部状态估计装置执行的劣化状态显示处理的流程图；

图14是用于说明根据实施方式4的二次电池的剩余寿命估计的示意图；

图15是用于说明由根据实施方式4的二次电池的内部状态估计装置执行的剩余寿命估计处理的流程图；

图16是用于说明ECU 50的硬件结构例的图；

图17是用于说明安装根据本发明实施方式的二次电池的内部状态估计装置的混合动力汽车的结构的框图；

图18是用于说明二次电池内部状态的估计结果的一个显示例的图；

图19是用于说明二次电池内部状态的估计结果的另一个显示例的图；

图20是用于说明二次电池的内部阻抗根据测量方法的不同而不同的图。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施方式进行详细的说明。下面，对于图中相同或相当的部分，标注相同的标号，并且原则上不再重复其说明。

[实施方式1]

图1是用于说明包含根据本发明实施方式的二次电池的内部状态估计装置和二次电池的电源系统的结构例的概略框图。

参考图1，电源系统5包括：二次电池10、负载20、二次电池的冷却风扇40、电子控制单元(ECU：Electronic Control Unit)50。

作为可充放电的二次电池10的代表性例子，使用锂离子电池。锂离子电池由于随着电池内部的锂离子浓度的分布状态发生变化而其输出特性也发生变化，因此适于应用本发明。

在二次电池10中设有：测量蓄电池温度Tb的温度传感器30；测量二次电池10的输入输出电流Ib(下面也称为蓄电池电流Ib)的电流传感器32；以及测量正极和负极间的端子间电压Vb(下面也称为蓄电池输出电压Vb)的电压传感器34。

冷却风扇40经由制冷剂通道41与二次电池10连接，并向制冷剂通道41供应冷却风45。虽图中没有示出，但在二次电池10中适当地设有制冷剂路径，以通过经由制冷剂通道41供应而来的冷却风45能够冷却二次电池10的各个单元。冷却风扇40的工作/停止以及工作时的制冷剂供应量由ECU50控制。

通过来自二次电池10的输出电力来驱动负载20。另外，图中没有示出的发电和供电构件被设置成包含在负载20中，或者与负载20分开独立设置，二次电池10可通过来自该发电和供电构件的充电电流来进行充电。因此，在二次电池10放电时，蓄电池电流Ib>0，在二次电池10充电时，蓄电池电流Ib<0。

ECU 50被构成为包括电池模型部60，该电池模型部60基于来自设置于二次电池10中的传感器组30、32、34的检测值，并通过可动态估计二次电池10的内部状态的电池模型来估计二次电池10的内部状态。并且，ECU 50基于电池模型部60的估计结果(例如，二次电池10的SOC)来计算二次电池10的可输出电力(放电电力上限值)Wout以及可输入电力(充电电力上限值)Win。ECU 50在禁止放电时设定为Wout＝0，在可放电时设定为Wout>0。同样，ECU 50在禁止充电时设定为Win＝0，在可充电时设定为Win>0。

由ECU 50设定的可输入输出的电力Win、可输出电力Wout被送给负载20的控制构件。由此，负载20的动作被限制在所述可输入输出的电力Win、Wout的范围内。ECU 50具代表性地由用于执行预先编程的预定顺序以及预定运算的微型计算机、以及存储器(RAM、ROM等)构成。

图2是示出二次电池10的概略结构的示意图。

参考图2，二次电池10包括负极12、隔离物14以及正极15。隔离物14通过使设置在负极12和正极15之间的树脂浸透电解液来构成。

负极12和正极15分别用球形活性物质18的集合体构成。在负极12的活性物质18的界面上进行释放锂离子Li⁺和电子e^-的化学反应。另一方面，在正极15的活性物质18的界面上进行吸收锂离子Li⁺和电子e_-的化学反应。

负极12设有吸收电子e^-的集流器13，正极15设有释放电子e^-的集流器16。负极的集流器13具代表性地由铜构成，正极的集流器16具代表性地由铝构成。在集流器13上设有负极端子11n，在集流器16上设有正极端子11p。通过经由隔离物14授受锂离子Li⁺，二次电池(电池单元)10进行充放电，产生充电电流(Ib>0)或放电电流(Ib<0)。

因此，二次电池内部的充放电状态根据电极(正极和负极)中的锂离子的浓度分布而不同。

图3是用于说明电池模型部60中有关二次电池的建模的示意图。

参考图3，在电池模型公式中，假定在二次电池10的负极12和正极15的每一个中，各个活性物质18中的锂离子Li⁺的变动相同，并且在负极12以及正极15的每一个中，作为代表各假定一个活性物质18n和18p。

当放电时，通过负极活性物质18n表面上的电极反应，活性物质18n内的锂原子Li释放电子e^-而成为锂离子Li⁺，并被释放到隔离物14中的电解液中。另一方面，在正极活性物质18p表面上的电极反应中，摄入电解液中的锂离子Li⁺并吸收电子e^-。由此，锂原子Li被摄入到正极活性物质18p的内部。通过从负极活性物质18n释放锂离子Li⁺以及正极活性物质18p摄入锂离子Li⁺，电流从正极的集流器16向负极的集流器13流动。

与此相反，当二次电池进行放电时，通过负极活性物质18n表面上的电极反应，电解液中的锂离子Li⁺被摄入，并通过正极活性物质18p表面上的电极反应，锂离子Li⁺被释放到电解液中。

在电池模型公式中，对充放电时的活性物质18p、18n表面上的电极反应、活性物质18p、18n内部的锂离子的扩散(径向)和电解液中的锂离子的扩散、以及各个部位的电位分布建立模型。

下面，对在电池模型部60中使用的可动态地估计二次电池内部状态的电池模型的一个示例进行说明。该电池模型由电池模型公式(M1)～(M15)构成。

图4是以表格形式示出在电池模型中使用的变量和常量的图。

图4示出了在下述电池模型公式(M1)～(M15)中使用的变量和常量的一览表。在图4所示的各种材料物性值中，活性物质的离子浓度、固层中的电子传导率、活性物质的扩散系数、以及反应阻抗(或者交换电流密度)被包含在输入给电池模型的参数值中。另外，反应阻抗与交换电流密度存在倒数关系。

$/i_n=i_o[\exp \left(\frac{{\mathrm{\&alpha;}}_{j}F}{\mathrm{RT}}\mathrm{\&eta;}\right)-\exp (-\frac{{\mathrm{\&alpha;}}_{c}F}{\mathrm{RT}}\mathrm{\&eta;})]\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(M1\right)$

η＝φ_s-φ_e-U-/i_nR_f                …(M2)

$U=U_0+(T-T_0)\frac{\mathrm{\&delta;U}}{\mathrm{\&delta;T}}\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(M3\right)$

公式(M1)～(M3)是被称为巴特勒-福尔默(Butler-Volmer)方程的表示电极反应的公式。在公式(M1)中，交换电流密度i₀由活性物质18的界面中的锂离子浓度的函数给出。与以下说明相关的详细内容在W.B.Guand和C.Y.Wang著的“锂离子电池的热-电化学耦合建模(THERMAL—ELECTROCHEMICAL COUPLED MODELING OF ALITHIUM—ION CELL)”(ECS Proceedings Vol.99—25(1)，2000、发行国：美国，发行单位：电化学学会(ECS)，发行年：2000年，相应页：pp743—762)中进行了说明。

公式(M2)示出了公式(M1)中的η的细节，公式(M3)示出了公式(M2)中的U的细节。

$\frac{\mathrm{\&delta;}\left({\mathrm{\&epsiv;}}_e{C}_e\right)}{\mathrm{\&delta;t}}=\&dtri;\left(D_e^{\mathrm{eff}}{\&dtri;C}_e\right)+\frac{1-t_{+}^o}{F}{j}^{\mathrm{Li}}-\frac{i_e{\&dtri;t}_{+}^o}{F}\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(M4\right)$

$D_e^{\mathrm{eff}}=\frac{D_e{\mathrm{\&epsiv;}}_e}{\mathrm{\&tau;}}\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(M5\right)$

公式(M4)～(M6)示出了电解液中的锂离子守恒定律。公式(M5)示出了电解液中的有效扩散系数的定义，公式(M6)示出了通过电极的每单位体积的活性物质表面积a_s与在公式(M1)中示出的传输电流密度/i_nj之积给出反应电流j^Li。关于反应电流j^Li在整个电极上所取的体积积分对应于蓄电池电流Ib。

$a_s=\frac{{3\mathrm{\&epsiv;}}_s}{r_s}\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(M8\right)$

公式(M7)和(M8)示出了固相中的锂离子守恒定律。公式(M7)示出了作为球体的活性物质18中的扩散方程式，公式(M8)示出了每电极单位体积的活性物质表面积a_s。

$\&dtri;\left({\mathrm{\&kappa;}}^{\mathrm{eff}}{\&dtri;\mathrm{\&phi;}}_e\right)+\&dtri;({\mathrm{\&kappa;}}_D^{\mathrm{eff}}\&dtri;\ln c_e)+j^{\mathrm{Li}}=0\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(M9\right)$

${\mathrm{\&kappa;}}^{\mathrm{eff}}=\frac{\mathrm{\&kappa;}}{\mathrm{\&tau;}}\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(M10\right)$

${\mathrm{\&kappa;}}_D^{\mathrm{eff}}=\frac{{2\mathrm{RT\&kappa;}}^{\mathrm{eff}}}{F}(t_{+}^o-1)(1+\frac{d\ln f\&PlusMinus;}{d\ln C_e})\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(M11\right)$

在公式(M9)～(M11)中，由电解液中的电荷守恒定律导出表示电解液中的电位的公式。

在公式(M10)中示出了有效离子传导率κ^eff，在公式(M11)中示出了电解液中的扩散导电系数

$\&dtri;\left({\mathrm{\&sigma;}}^{\mathrm{eff}}{\&dtri;\mathrm{\&phi;}}_s\right)-j^{\mathrm{Li}}=0\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(M12\right)$

σ^eff＝ε_sσ                    …(M13)

在公式(M12)和(M13)中，示出了由活性物质中的电荷守恒定律求出固相中的电位的公式。

$\frac{\mathrm{\&delta;}\left({\mathrm{\&rho;c}}_{\mathrm{\&rho;}}T\right)}{\mathrm{\&delta;t}}=\&dtri;\mathrm{\&lambda;}\&dtri;T+q\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(M14\right)$

$q=a_s/i_n({\mathrm{\&phi;}}_s-{\mathrm{\&phi;}}_e-U+T\frac{\mathrm{\&delta;U}}{\mathrm{\&delta;T}})+{\mathrm{\&sigma;}}^{\mathrm{eff}}{\&dtri;\mathrm{\&phi;}}_s{\&dtri;\mathrm{\&phi;}}_s\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(M15\right)$

$+({\mathrm{\&kappa;}}^{\mathrm{eff}}{\&dtri;\mathrm{\&phi;}}_e{\&dtri;\mathrm{\&phi;}}_e+{\mathrm{\&kappa;}}_D^{\mathrm{eff}}\&dtri;\ln c_e{\&dtri;\mathrm{\&phi;}}_e)$

公式(M14)和(M15)示出了热能守恒定律。由此，可分析由充放电现象引起的二次电池内部的局部温度变化。

这些电池模型公式(M1)～(M15)是基于上述文献的公式，在上述文献中给出了各个模型公式的详细说明。

通过逐次求解在活性物质18p、18n和电解液中的各点对式(M1)～(M15)的电池模型公式设定适当的边界条件而得的差分方程式，能够逐次计算出图4所示的各变量，从而可估计反映了二次电池内部反应的电池状态的时间推移。各活性物质18p、18n内的锂离子浓度被定义为活性物质内的半径r的函数，并假定在其圆周方向上锂离子浓度均匀。

在上述电池模型中，SOC根据负极活性物质18n内的锂原子数求出。另外，通过估计出活性物质18p、18n内部的锂离子浓度分布，可预测反映了过去的充放电历史的电池状态。例如可预测下述的现象，即：即便当前的SOC相同，但与通过放电变为当前SOC之后进一步进行放电的时候相比，当通过充电而变为当前SOC之后再进行放电时，输出电压相对地难以下降。具体地说，刚充电后负极活性物质18n内的锂离子浓度在表面侧相对较高，而在放电时负极活性物质18n内的锂离子浓度在表面侧相对较低，因此通过反映出活性物质内的锂离子浓度分布，可进行上述的预测。

为了提高有关SOC的计算精度，可以假定在活性物质18p、18b与电解液之间存在双电荷层来求出SOC。

图5是根据实施方式1的二次电池的内部状态估计装置的功能框图。

参考图5，根据实施方式1的二次电池的内部状态估计装置包括电压传感器34和ECU 50。ECU 50包括电池模型部60、参数生成部62、以及比较部75。参数生成部62包括参数识别部65和参数管理部80。

电池模型部60使用可基于参数值来估计二次电池10的内部反应的电池模型，将从参数生成部62取得的参数值提供给电池模型来估计二次电池10的内部状态。更详细地说，电池模型部60从参数管理部80取得包含二次电池的材料物性值的参数值。向通过该参数值规定了内部状态的电池模型中输入电压传感器34的检测值。电池模型部60使用电池模型来估计SOC，并基于电池模型来预测从二次电池10输出的电流。电池模型部60将二次电池10所输出的电流的预测结果作为预测电流Ib#来输出。

比较部75对由电流传感器32测出的实际的蓄电池输出电流Ib和预测电流Ib#进行比较，并在两者的差大的情况下，通知给参数生成部62。

在向电池模型部60输入了电流传感器32的检测值时，电池模型部60能够预测从二次电池10输出的电压。由此，比较部75也可以对从电池模型部60输出的预测结果(预测电压)和由电压传感器34测出的实际的蓄电池输出电压Vb进行比较，并在两者的差大的情况下通知给参数生成部62。

参数生成部62基于表示二次电池10的使用状态的信息，生成包含二次电池10的材料物性值的参数值。更具体地说，参数生成部62基于由电压传感器34测出的实际的蓄电池输出电压Vb来生成参数值。即由电压传感器34测出的蓄电池输出电压Vb的值相当于“基于二次电池10的使用状态的信息”。另外，在向电池模型部60输入了电流传感器32的检测值的情况下，由电流传感器32测出的实际的蓄电池输出电流Ib相当于“基于二次电池10的使用状态的信息”。

在暂且不考虑二次电池10的使用状态而固定参数值的情况下，电池模型只能反映某时间点(例如，二次电池为新产品时)的二次电池的内部状态。由此，随着二次电池被持续使用，SOC等的估计精度会下降。在本实施方式中，通过基于二次电池10的使用状态更新参数来更新电池模型。由此，能够缩小实际的二次电池内部状态和通过电池模型估计的二次电池内部状态的差异，因此能够高精度地估计SOC等。

参数生成部62包括参数识别部65和参数管理部80。另外，参数识别部65和参数管理部80分别与本发明中的“参数估计部”和“参数更新部”相对应。

参数识别部65优化(识别)参数值，以使蓄电池输出电流Ib和预测电池Ib#一致(或者两者的差达到最小)。参数识别部65例如使用卡尔曼滤波理论估计最可能的参数值来优化参数值。参数识别部65也可以使用其他的最优化方法(例如，最小二乘法等)来估计最优的参数值。

参数管理部80管理(存储)在电池模型中使用的参数值。参数管理部80接收由参数识别部65识别的参数值(参数识别值)来更新所存储的参数值。参数管理部80将所存储的参数值提供给电池模型部60。由此，被输入给电池模型部60的参数值被适当地更新。

图6是说明由根据实施方式1的电池的内部状态估计装置执行的估计处理的流程图。

参考图5和图6，在开始处理后，在步骤S1中电压传感器34检测二次电池10的电压。电池模型部60取得电压传感器34的检测值。

接着，在步骤S2中，电池模型部60从参数管理部80取得参数值。

接着，在步骤S3中，电池模型部60向电池模型中输入传感器的检测值和参数值，求出二次电池10的内部状态的估计值(二次电池10的SOC以及预测电流Ib#)。

接着，在步骤S4中，参数识别部65基于预测电流Ib#和蓄电池输出电流Ib的偏差来优化参数值。由此，生成用于使电池模型反映出二次电池的劣化状态的参数值。

接着，在步骤S5中，参数识别部65向参数管理部80输入优化后的参数值。从而参数管理部80所存储的参数值被更新。由此，在步骤S2中电池模型部60所取得的参数值为基于二次电池10的使用状态生成的参数。

如上所述，根据实施方式1，由于能够高精度地估计二次电池的内部状态，因此在使用二次电池时能够最大限度地发挥电池性能。另外，根据实施方式1，由于能够从二次电池取出尽量多的电力，因此可实现电池小型化。

[实施方式2]

在实施方式2中，不只是基于二次电池的使用状态来更新参数值，而且还基于更新后的参数值来估计二次电池的劣化状态。

图7是根据实施方式2的二次电池的内部状态估计装置的功能框图。

参考图7，实施方式2的二次电池的内部状态估计装置包括电压传感器34和ECU 50。

ECU 50包括电池模型部60、参数生成部62、以及比较部75。参数生成部62包括参数识别部65和参数管理部80。

ECU 50还包括劣化特性存储部82和劣化估计部84。

劣化特性存储部82预先存储相对于二次电池10的使用程度的、参数值的标准劣化特性。劣化估计部84基于劣化特性存储部82存储的参数值的劣化特性和由参数管理部80更新的参数值(更新参数值)来估计二次电池10的劣化状态。

图8是用于说明由图7的劣化特性存储部82和劣化估计部84执行的二次电池劣化状态的估计处理的示意图。

参考图8，针对更新对象参数，预先求出与二次电池的使用程度相应的参数值的变化、即劣化特性。更新对象参数具体是活性物质的锂离子浓度、固层中的电子传导率、活性物质的扩散系数、以及反应阻抗(或者交换电流密度)，但在图8中示意性地记为X、Y。

作为二次电池的使用程度，例如采用使用时间或充放电电流积分值。另外，当将依照本发明进行充放电控制的二次电池安装在混合动力车等车辆上时，可使用行驶距离作为蓄电池的使用程度。

如图8所示，对于作为更新对象的参数X，预先求出了劣化特性曲线200，对于参数Y，预先求出了劣化特性曲线210。对于劣化特性曲线200、210，预先求出了有关该参数的界限值，当参数值发生变化(下降或者上升)并超出界限值时，判断为进入寿命区域。

当更新参数时，能够基于更新时间点的参数值和劣化特性曲线来估计二次电池的使用程度、即二次电池的劣化状态。

图9是用于说明由根据实施方式2的二次电池的内部状态估计装置执行的劣化状态估计处理的流程图。

图9所示的流程图是在图6所示流程图的步骤S5之后追加步骤S6而得的。图8所示的步骤S1～S5的处理分别与图6所示的步骤S1～S5的处理相同。因此，下面不重复说明步骤S1～S5的处理，仅说明步骤S6的处理。

在步骤S6中，劣化估计部84使用从参数管理部80取得的更新参数值和存储在劣化特性存储部82中的劣化特性(图8的劣化特性曲线200、210)来估计图8所示的二次电池的劣化状态。

如上所述，根据实施方式2，基于二次电池的使用状态来更新向电池模型输入的参数值，并参考更新后的参数和参数的劣化特性来求出劣化状态。由此，能够高精度地估计二次电池的劣化状态。另外，在使用二次电池时能够最大限度地发挥电池性能。

[实施方式3]

在实施方式3中，不仅更新参数值，还对更新后的参数值和劣化曲线上的参数值进行比较。而且在实施方式3中还显示比较结果。由此，二次电池的使用者能够把握二次电池的劣化程度是否比通常加深了。

图10是包含根据实施方式3的二次电池的内部状态估计装置的电源系统的结构图。

参考图10，电源系统5包括二次电池10、负载20、二次电池的冷却风扇40、ECU 50、以及显示部90。显示部90从ECU 50接收与二次电池的内部状态有关的信息，并显示该信息。

图11是根据实施方式3的二次电池的内部状态估计装置的功能框图。

参考图11，根据实施方式3的二次电池的内部状态估计装置包括电压传感器34、ECU 50、以及显示部90。

ECU 50包括电池模型部60、参数生成部62、以及比较部75。参数生成部62包括参数识别部65和参数管理部80。

ECU 50还包括劣化特性存储部82和劣化估计部84。显示部90显示从劣化估计部84接收的信息。

图12是说明根据实施方式3的二次电池的劣化判断的示意图。

参考图12，与实施方式2相同，对于更新对象参数，预先求出劣化特性。

劣化估计部84基于更新参数值时的二次电池的使用程度和劣化特性来求出更新参数值的标准值(劣化特性曲线上的参数值)。劣化估计部84比较标准值和更新参数值来判断二次电池是否比标准使用状态更劣化了。显示部90显示从劣化估计部84接收的判断结果。

通过根据二次电池的使用状态更新输入给电池模型的参数，能够使更新参数值和劣化特性曲线上的参数值的比较结果达到正确。由此，能够高精度地估计二次电池的劣化状况。

图13是用于说明由根据实施方式3的二次电池的内部状态估计装置执行的劣化状态显示处理的流程图。

图13所示的流程图是在图6所示流程图的步骤S5的处理后追加步骤S7～S10的处理而得的。图13所示流程图的步骤S1～S5的处理分别与图6所示流程图的步骤S1～S5的处理相同。由此，下面仅对步骤S7～S10的处理进行说明。

在步骤S7中，劣化估计部84参考存储在劣化特性存储部82中的劣化特性。在步骤S8中，劣化估计部84对更新参数的值和与该参数对应的劣化特性曲线上的参数值进行比较，判断二次电池的劣化是否比标准使用状态更加深了。

参考图12和图11，对步骤S8的处理进行说明，例如，如果更新后的参数X的值高于劣化特性曲线200的值，则劣化估计部84判断为二次电池10的劣化比标准使用状态更加深了。另一方面，如果更新后的参数X的值低于劣化特性曲线200的值，则劣化估计部84判断为二次电池10的劣化与标准使用状态相比没有加深。

再次返回到图13，当劣化估计部84判断为二次电池的劣化比标准使用状态更加深了时(在步骤S8中为“是”)，劣化估计部84向显示部90发送第一判断结果。在步骤S9中，显示部90基于第一判断结果来显示二次电池的劣化比通常的使用状态(标准使用状态)更加深了。

另一方面，当劣化估计部84判断为二次电池的劣化与标准使用状态相比没有加深时(在步骤S8中为“否”)，劣化估计部84向显示部90发送第二判断结果。在步骤S10中，显示部90基于第二判断结果来显示二次电池的劣化与通常的使用状态相比没有加深。

如上所述，根据实施方式3，通过显示电池的劣化状态，能够实现用户的使用便利性。

例如，当在混合动力汽车等车辆上安装了二次电池的内部状态估计装置时，驾驶员能够把握二次电池的劣化状况。另外，当安装有二次电池的内部状态估计装置的混合动力汽车作为半新车销售时，能够基于二次电池的劣化状况来设定该汽车的销售价格。另外，由于在求购者购买该半新车时能示出电池的劣化状况，因此能够防止该求购者对电池的劣化状况不放心。

[实施方式4]

在实施方式4中，基于更新后的参数值来估计二次电池的剩余寿命。而且在实施方式4中还显示估计的剩余寿命。

包含根据实施方式4的二次电池的内部状态估计装置的电源系统的结构与图10所示的电源系统的结构相同。另外，根据实施方式4的二次电池的内部状态估计装置的功能框的构成与图11所示的功能框的构成相同。

图14是用于说明根据实施方式4的二次电池的剩余寿命估计的示意图。

参考图14，与实施方式2、3同样地对于更新对象参数预先求出了劣化特性。

对于劣化特性曲线200、210，预先求出了有关该参数的界限值，当参数值发生变化(下降或者上升)并超出界限值时，判读为进入寿命区域。如上所述，在劣化特性存储部82所存储的劣化特性中预先设定了参数值的界限值。

劣化估计部84根据劣化特性曲线来求出与更新后的参数的值对应的使用程度。并且，劣化估计部84求出该使用程度与达到寿命区域时的使用程度的差，并将该差估计为二次电池的剩余寿命。通过使用更新参数值来估计二次电池的使用程度，能够高精度地估计在更新参数值的时间点处的二次电池的使用程度。其结果是，还能够高精度地估计剩余寿命。

图15是用于说明由根据实施方式4的二次电池的内部状态估计装置执行的剩余寿命估计处理的流程图。

图15所示的流程图是在图6所示流程图的步骤S5的处理之后追加S11、S12的处理而得的。图15所示流程图的步骤S1～S5的处理分别与图6所示流程图的步骤S1～S5的处理相同。由此，下面仅对步骤S11、S12的处理进行说明。

参考图15和图11，在步骤S11中，劣化估计部84参考劣化特性曲线200、210。并且劣化估计部84基于与更新参数值对应的使用程度和达到寿命区域时的使用程度之差来估计二次电池的剩余寿命。

接着，在步骤S12中，参数管理部80使显示部90显示与该剩余寿命有关的信息。

如上所述，根据实施方式4，通过显示二次电池的剩余寿命，能够与实施方式3同样地实现用户的使用便利性。

[ECU的结构例]

图16是用于说明ECU 50的硬件结构例子的图。

参考图16，ECU 50包括CPU 501、ROM 502、RAM 503以及总线504。CPU 501通过执行预先编程的预定顺序以及预定运算，来作为具有图5、图7等所示的功能框的二次电池的内部状态估计装置进行动作。

ROM 502非易失性地存储用于使CPU 501执行估计处理的程序。RAM 503临时存储CPU 501执行处理时所需的数据。CPU 501和ROM502(或者RAM 503)的数据的交换经由总线504执行。如上所述，ROM502相当于记录有包括图6、图9、图13以及图15中任一图中所示的流程图的各步骤的程序的计算机(CPU 501)可读记录介质。

[二次电池的安装例]

如图17所示，以上说明的二次电池以及二次电池的内部状态估计装置可安装在混合动力驱动车辆500上。

图17是用于说明安装根据本发明实施方式的二次电池的内部状态估计装置的混合动力汽车的结构的框图。

参考图17，混合动力驱动车辆500包括：发动机510、由蓄电池ECU525控制的蓄电池520、逆变器530、车轮540a、和变速箱连成一体的驱动桥550、以及控制混合动力驱动车辆500的整体动作的电子控制单元(HV—ECU)590。HV—ECU 590和电池ECU 525相当于图1等所示的ECU50。

发动机510将汽油等燃料的燃烧能作为源而产生驱动力。蓄电池520向电线551供应直流电。蓄电池520作为代表由锂离子二次电池构成，并由蓄电池ECU 525控制。即，蓄电池ECU 525基于估计蓄电池520的内部状态的电池模型的估计结果来设定可输入输出的电力Win、Wout。

逆变器530将从蓄电池520供应而来的直流电转换为交流电并输出给电线553。或者，逆变器530将供应到电线552、553上的交流电转换为直流电并输出给电线551。

和变速箱连成一体的驱动桥550具有构成为整体结构的变速器和车轴，并具有动力分配机构560、减速器570、电动发电机MG1、以及电动发电机MG2。

动力分配机构560可将由发动机510产生的驱动力分配到经由减速器570向用于驱动车轮540a的驱动轴545传递的路径、和向电动发电机MG1传递的路径上。

电动发电机MG1通过从发动机510经由动力分配机构560传递而来的驱动力而旋转进行发电。电动发电机MG1的发电电力经由电线552被供应给逆变器530，从而被用作蓄电池520的充电电力或者电动发电机MG2的驱动电力。

电动发电机MG2通过从逆变器530供应到电线553上的交流电力来驱动旋转。由电动发电机MG2产生的驱动力经由减速器570传递给驱动轴545。另外，当进行再生制动动作时，在电动发电机MG2随着车轮540a的减速而旋转的情况下，电动发电机MG2上产生的电动势(交流电)被供应给电线553。此时，逆变器553将供应到电线553上的交流电转换为直流电并输出给电线551，由此蓄电池520进行充电。

电动发电机MG1、MG2的每一个既可作为发电机工作也可作为电动机工作，但电动发电机MG1大体上作为发电机动作的时候较多，而电动发电机MG2则主要作为电动机动作的时候较多。

HV—ECU 590控制安装在汽车上的设备和电路组的整体动作，以响应驾驶员的指示来使混合动力驱动车辆500运行。HV—ECU 590具代表性地由用于执行预先编程的预定顺序以及预定运算的微型计算机和存储器(RAM、ROM)构成。

如上所述，在混合动力驱动车辆500中，通过组合由发动机510产生的驱动力和由电动发电机MG2将来自蓄电池520的电能作为源而驱动的驱动力来进行提高耗油率的车辆运行。

例如，当起动时以及低速行驶时或者下平缓的坡路时等的轻载运行时，混合动力驱动车辆500为了避开发动机效率差的范围，基本上不使发动机工作而只通过电动发电机MG2的驱动力来行驶。

当通常行驶时，从发动机510输出的驱动力通过动力分配机构560被分为车轮540a的驱动力和在电动发电机MG1用于发电的驱动力。由电动发电机MG1发出的电力被用来驱动电动发电机MG2。因此，当通常行驶时，通过电动发电机MG2的驱动力辅助发动机510的驱动力来驱动车轮540a。ECU 590控制发动机510和电动发电机MG2之间的驱动力分担比例。

当全油门加速时，通过将来自蓄电池520的供应电力进一步用于第二电动发电机MG2的驱动中，能够进一步增加车轮540a的驱动力。

当减速以及制动时，电动发电机MG2通过产生与车轮540a的旋转相反方向的转矩来起到进行再生发电的发电机的作用。通过电动发电机MG2的再生发电而被回收的电力经由电线553、逆变器530以及电线551用于蓄电池520的充电。并且，当车辆停止时，发动机510被自动停止。

如此，根据运行状况来确定车辆整体的输出请求动力在发动机510和电动发电机MG2之间的分配。具体地说，HV—ECU 590从耗油率的角度出发考虑发动机510的效率并根据运行状况来确定上述分配。

此时，生成发动机510和电动发电机MG2的输出指令(或者转矩指令)，以使得蓄电池520的充放电在由蓄电池ECU 525设定的可输入输出的电力Win、Wout的范围内进行，由此能够避免与蓄电池520内部的局部的电池劣化相关联的现象，从而能够延长蓄电池520的寿命。另外，对于蓄电池520，可随着电池模型公式的参数更新而进行剩余寿命的判断。

另外，蓄电池520的内部状态的估计例如在混合动力驱动车辆500起动时或者使用结束时进行。

显示部90从HV—ECU接受二次电池内部状态的估计结果，并显示该结果。下面，详细说明显示部90的显示例。

图18是用于说明二次电池内部状态的估计结果的一个显示例的图。

参考图18，显示部90是转速表。在该转速表上设有用于示出二次电池的内部状态的指针91。随着指针91从刻度“1”移动到“0”，示出了二次电池的寿命渐尽。即，指针91显示二次电池的剩余寿命。另外，可根据指针91从中央位置偏向左右哪一方来显示是否比通常更劣化了。

图19是用于说明二次电池内部状态的估计结果的另一显示例的图。

参考图19，显示部90是显示车速或警告内容的仪表。在该仪表中，为了显示电池的剩余寿命或者劣化状态而点亮灯95。例如，随着灯95的颜色按“蓝”、“黄”、“红”的顺序变化，示出二次电池的剩余寿命正在变少。另外，也可以通过改变灯95的颜色来示出二次电池是否比通常更劣化了。

除图18、图19所示的显示例以外，还可以通过各种方法来示出二次电池的内部状态。例如，也可以根据电池的劣化状态等来改变仪表的照明颜色。此外，也可以通过开启具有灯的按钮开关(例如，点火开关)时的灯的点亮颜色来显示二次电池的劣化状态等。另外，如果是具有触摸面板的车辆，也可以由驾驶员操作触摸面板以使触摸面板显示消息。

在图18、图19中示出了驾驶员能看见的显示例，但例如也可以使得进行维护的操作者(或者经销商)能够使用专用工具来显示二次电池的劣化状态或剩余寿命。另外，本实施方式的显示方法也可以是利用声音的显示方法。

应认为此次公开的实施方式在所有方面均为例示而不具有限制作用。本发明的范围由权利要求书而非上述说明来表示，与权利要求书等同的含义和范围内的所有变更均包括在本发明的范围内。

Claims (16)

1.一种二次电池的内部状态估计装置，包括：

参数生成部，基于表示二次电池的使用状态的信息来生成包含所述二次电池的材料物性值的参数值；以及

内部状态估计部，使用可基于所述参数值而估计所述二次电池的内部反应的电池模型，并将从所述参数生成部取得的所述参数值提供给所述电池模型，由此估计所述二次电池的内部状态。

2.如权利要求1所述的二次电池的内部状态估计装置，其中，

所述二次电池的内部状态估计装置还包括检测所述二次电池的输出并将检测值作为表示所述二次电池的使用状态的信息而输出的传感器，

所述内部状态估计部基于估计出的所述二次电池的内部状态来计算所述二次电池的输出的预测值，

所述参数生成部包括：

参数估计部，估计所述参数值，以使所述检测值与所述预测值相等；以及

参数存储部，存储所述参数值，基于所述参数估计部的估计结果来更新所存储的所述参数值，并将更新后的所述参数值提供给所述内部状态估计部。

3.如权利要求2所述的二次电池的内部状态估计装置，其中，还包括：

劣化特性存储部，预先存储与所述二次电池的使用程度相对的所述参数值的标准的劣化特性；以及

劣化估计部，基于所述劣化特性和更新参数值来估计所述二次电池的劣化状态，所述更新参数值是由所述参数更新部更新后的所述参数值。

4.如权利要求3所述的二次电池的内部状态估计装置，其中，

所述劣化估计部将基于更新所述参数值时的所述二次电池的使用程度和所述劣化特性而得到的所述参数值设定为所述更新参数值的标准值，并且通过比较所述标准值和所述更新参数值来判断所述二次电池是否比标准使用状态更劣化了。

5.如权利要求4所述的二次电池的内部状态估计装置，其中，

还包括显示所述劣化估计部的判断结果的显示部。

6.如权利要求3所述的二次电池的内部状态估计装置，其中，

在所述劣化特性中预先设定所述参数值的界限值，

所述劣化估计部基于所述劣化特性来求出所述界限值和所述更新参数值之间的使用程度差，并将所述使用程度差估计为所述二次电池的剩余寿命。

7.如权利要求6所述的二次电池的内部状态估计装置，其中，

还包括显示所述剩余寿命的显示部。

8.如权利要求1所述的二次电池的内部状态估计装置，其中，

所述二次电池包括锂离子电池，

所述材料物性值包括：离子传导率、固层中的电子传导率、活性物质的扩散系数、以及反应阻抗。

9.一种二次电池的内部状态估计方法，包括以下步骤：

基于表示二次电池的使用状态的信息来生成包含所述二次电池的材料物性值的参数值；以及

使用可基于所述参数值来估计所述二次电池的内部反应的电池模型，并将在所述生成参数值的步骤中生成的所述参数值提供给所述电池模型，由此估计所述二次电池的内部状态。

10.如权利要求9所述的二次电池的内部状态估计方法，其中，

所述二次电池的内部状态估计方法还包括使用设置在所述二次电池中的传感器来检测所述二次电池的输出并将所述传感器的检测值作为表示所述二次电池的使用状态的信息而输出的步骤，

在所述估计二次电池的内部状态的步骤中，基于估计出的所述二次电池的内部状态来计算所述二次电池的输出的预测值，

所述生成参数值的步骤包括以下步骤：

估计所述参数值以使所述检测值与所述预测值相等；以及

基于所述参数值的估计结果来更新预先存储的所述参数值。

11.如权利要求10所述的二次电池的内部状态估计方法，其中，还包括基于与所述二次电池的使用程度相对的所述参数值的标准的劣化特性以及更新参数值来估计所述二次电池的劣化状态的步骤，所述更新参数值是在所述更新参数值的步骤中已更新的所述参数值。

12.如权利要求10所述的二次电池的内部状态估计方法，其中，

在所述估计二次电池的劣化状态的步骤中，将基于更新所述参数值时的所述二次电池的使用程度和所述劣化特性而得到的所述参数值设定为所述更新参数值的标准值，并且通过比较所述标准值和所述更新参数值来判断所述二次电池是否比标准使用状态更劣化了。

13.如权利要求12所述的二次电池的内部状态估计方法，其中，

还包括对所述估计二次电池的劣化状态的步骤中的判断结果进行显示的步骤。

14.如权利要求11所述的二次电池的内部状态估计方法，其中，

在所述劣化特性中预先设定所述参数值的界限值，

在所述估计劣化状态的步骤中，基于所述劣化特性来求出所述界限值和所述更新参数值之间的使用程度差，并将所述使用程度差估计为所述二次电池的剩余寿命。

15.如权利要求14所述的二次电池的内部状态估计方法，其中，

还包括显示所述剩余寿命的步骤。

16.如权利要求9所述的二次电池的内部状态估计方法，其中，

所述二次电池包括锂离子电池，

所述材料物性值包括：离子传导率、固层中的电子传导率、活性物质的扩散系数、以及反应阻抗。

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